(57)【要約】本発明は、微生物燃料電池（ＭＦＣ）ユニットに関し、このユニットは少なくとも１つのカソードと、カソードから、好ましくは重力方向に、ある距離を置いて配置された、周囲培地と自由に接触する、少なくとも１つのアノードとを備え、ただし、カソード又はアノードの数が１つより多いことを条件とし、アノードとカソードは外部電気回路を介して互いに接続されている。また、燃料電池ユニットは、ユニットを周囲培地内の所望位置に設置する位置決め手段をも備えるが、カソードとアノードとの間に位置する、いかなる膜も含まない。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物燃料電池（ＭＦＣ）ユニットであって、
−少なくとも１つのカソードと、
−カソードから、好ましくは重力方向に、距離を置いて配置され、周囲培地と自由に接触する、少なくとも１つのアノードと、ただしここで、カソード又はアノードの数が１つより多いことを条件としており、アノード及びカソードは外部電気回路を介して互いに接続されており、
−該ユニットを該周囲培地内に設置するための位置決め手段と
を含み、
該燃料電池ユニットは、カソードとアノードとの間に位置するいかなる膜も含まないことを特徴とするユニット。
【請求項２】
前記少なくとも１つのカソードが、平坦で、かつ、シート状であり、カソライトと接触して配置することができる第１の水平な大表面と、少なくとも部分的に、周囲培地と接触して配置された第２の水平な大表面とを有するものであることを特徴とする請求項１に記載のユニット。
【請求項３】
前記少なくとも１つのアノードが、ブラシ状であるか、ハニカム構造を有するか、又は中空の多孔体の形態であることを特徴とする請求項１又は２に記載のユニット。
【請求項４】
前記少なくとも１つのアノードが、前記少なくとも１つのカソードと平行に配置された平坦なシート状のアノードであってもよいことを特徴とする請求項１，２又は３に記載のユニット。
【請求項５】
アノードの数がカソードの数よりも多いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項６】
１つのカソードと複数個のアノードとを含むことを特徴とする請求項５に記載のユニット。
【請求項７】
ユニットが複数個のアノードを含むものであり、該複数個のアノードが、１つの共通のアノード集電体に接続して配置されているか、又は、各アノードが別々にそれぞれのアノード集電体に接続して配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項８】
ユニットは少なくとも２つのアノードを含んでおり、該少なくとも２つのアノードは、共通のアノード集電体と接触していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項９】
前記位置決め手段が、ブイのような少なくとも１つの浮遊支持体を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項１０】
前記位置決め手段が、取付手段と、支柱のような固定された支持体とを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項１１】
前記位置決め手段が、カソードを周囲培地の表面に接触して設置するように配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のユニット。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の微生物燃料電池ユニットを少なくとも２つ含むことを特徴とする微生物燃料電池装置。
【請求項１３】
各ユニットが少なくとも１つの他のユニットと物理的に、好ましくは着脱可能に、連結されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
各ユニットがアノード集電体とカソード集電体とを含み、該アノード集電体と該カソード集電体とが互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記ユニットの各カソードが共通のカソード集電体に接続され、前記ユニットの各アノードが共通のアノード集電体に接続されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の装置。
【請求項１６】
各ユニットがアノード集電体又はカソード集電体のいずれかを含み、ユニットの各カソードが共通のカソード集電体に接続されているか、又はユニットの各アノードが共通のアノード集電体に接続されているかのいずれかであることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の装置。
【請求項１７】
河川、湖沼、池のような天然水、及び廃水を含む水域である周囲培地を処理するための、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の微生物燃料電池ユニットの使用方法。
【請求項１８】
生活廃水；都市又は農業廃水；パルプ及び紙、石油及びガス、鉱業、食品又は飲料、医薬品製造、繊維製造、化学品製造、電力生産、各種製品又は電子機器製造、医療廃棄物から選択される産業プロセスの流出物から選択される廃水である、周囲培地を処理するための請求項１〜１１のいずれか一項に記載の微生物燃料電池ユニットの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、添付した特許請求の範囲の独立請求項の前文に記載した、微生物燃料電池ユニット及びその使用方法、並びに微生物燃料電池装置に関する。
【０００２】
微生物燃料電池（ＭＦＣ）は、水処理及びエネルギー生成に対する代替手段を提供する。また、微生物燃料電池は、微生物を用いて化学エネルギーを電気エネルギーに変換する可能性をもたらす。典型的な微生物燃料電池は、外部電気回路を介して互いに接続したアノード及びカソードを有する電池リアクターを具備する。電池リアクターのアノード側では、水性液体培地中の有機物質が微生物によって酸化される。この酸化により、二酸化炭素、電子及びプロトンが生成する。エクソエレクトロゲン（発電菌：exoelectrogens）と呼ばれるある種の微生物は、細胞呼吸で生成した電子のいくつかをアノードに放出することができる。この電子は外部回路を経由してカソードに移動し、また、プロトンは液体培地を通ってカソードに移動する。次いで、電子及びプロトンは、カソードで起こる化学反応に消費される。例えば、廃水処理においては、電子とプロトンは、カソードで消費され、酸素と、例えば空気からの酸素と結合し、下記の反応に従い水を生成する。
Ｏ２  ＋  ４Ｈ＋  ＋  ４ｅ−  →  ２Ｈ２Ｏ
【０００３】
現在の微生物燃料電池構造体の多くは、実験室で使用することが意図されており、その機械的構造が複雑であることから容易には実用的応用面での使用に適合しない。さらに、実験室の微生物燃料電池に使用される膜類は、特に液体培地が有機物質及び無機物質の複合マトリックスを含む場合、アノード及びカソード間のイオン移動に支障を来たす可能性がある。
【０００４】
微生物燃料電池は、廃水用又は天然水用貯水場を処理するために大規模であっても使用することが望まれている。この要望を満たすためには、微生物燃料電池が、建設コスト的に廉価であり、維持管理するのに容易であり、また、現地適用が可能であり、あるいは、自然環境下で遠隔処理ユニットに適用可能であることが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術に存在する欠点を最小限にするか、又は解消することである。
【０００６】
本発明の一つの目的は、容積に関して何らの制約もなく、単純かつ堅牢な構造を有する微生物燃料電池ユニットを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、必要に応じて容易にその規模を拡大縮小することができる微生物燃料電池装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
これらの目的は、独立請求項に記載した特徴事項によって達成される。本発明は、添付の独立請求項に記載した特徴事項によって画定される。また、本発明のいくつかの好適な実施形態は、従属請求項に提示する。従属請求項に列挙された特徴事項は、別段の明確な記載がない限り、自由に相互に組み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係るＭＦＣユニットの一実施形態を概略的に示す。
【図２】本発明に係るＭＦＣユニットの別の実施形態を概略的に示す。
【図３】本発明に係るＭＦＣユニットのさらに別の実施形態を概略的に示す。
【図４】本発明に係る装置の一実施形態を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に提示した例示的な実施形態及びその利点は、必ずしも個々に言及するとは限らないが、適用可能な部品を通じて本発明に係るＭＦＣユニットにも使用方法にも関連する。
【００１１】
本発明に係る典型的な微生物燃料電池ユニットは、
−少なくとも１つのカソードと、
−カソードから、好ましくは重力方向に、距離を置いて配置され、周囲培地(surrounding medium)と自由に接触する、少なくとも１つのアノードと、但しここで、カソード又はアノードの数は１つより多いことが条件であり、アノード及びカソードは外部電気回路を介して互いに接続されており、
−該ユニットを該周囲培地内に設置するための位置決め手段と
を含み、
該燃料電池ユニットは、カソードとアノードとの間に位置するいかなる膜(membranes)も含まないことを特徴とするユニットである。
【００１２】
本発明の典型的な装置は、少なくとも２つの、本発明に係る微生物燃料電池ユニットを備える。
【００１３】
今や、驚くべきことに、本発明に係る微生物燃料電池ユニットは、その製造及び維持管理が容易かつ廉価であって、しかも堅牢な構造を提供することが分かった。ＭＦＣユニットのアノードは周囲培地と自由に接触するものであり、また、ＭＦＣユニットはいかなる膜も含まない。すなわち、このＭＦＣユニットには、リアクターがなく(reactorless）、かつ、膜がないものであって、これにより、アノードが周囲培地に効果的に接触することが可能になることを意味する。個々のユニットは、一つの装置を構成するのに容易に一緒に取り付けられるので、所望に応じてその装置の規模を拡大することもまた容易である。さらに、本発明は、微生物燃料電池ユニットの構築に必要となる材料を最小限に抑えるものであって、したがってコストを削減し、資源の有効活用を可能にすることができる。
【００１４】
本文脈において、用語「周囲（の）培地(surrounding medium)」は、有機物質を含む水性培地として理解される。水性培地は、ここでは、水性液体、水溶液又は水性懸濁液などの、自由水を含む培地として、又は、いくつかの実施形態では、湿った又は湿潤性の土壌などの、結合水を含む湿潤培地として理解される。この水性培地としては、水性液体、水溶液又は水性懸濁液であることが好ましい。この培地は、固体の無機物質及び／又は有機物質及び／又は粒子を含んでいてもよい。周囲培地は、水、廃水、下水(sewage)、泥土(mud)、泥水（スラリー：slurry）、セディメント（堆積物：sediment)、又は無機粒子及び／又は有機粒子の水性懸濁液であってもよい。水性培地は、固形物を８０質量％未満、好ましくは６０質量％未満、より好ましくは５０質量％未満含むことができる。本発明の一実施形態によれば、周囲培地は、３０質量％未満の固形物を含む水又は水性懸濁液である。一実施形態によれば、水性培地は、固形物を０．１〜８０質量％、好ましくは０．５〜６０質量％、より好ましくは０．５〜５０質量％、さらにより好ましくは１〜３０質量％含むことができる。
【００１５】
ＭＦＣユニットは、少なくとも１つのカソードを備える。カソードは、導電性材料で、例えば、カーボン、グラファイト、触媒被覆炭素、触媒被覆グラファイト、又は対応する他の導電性材料で作製することができる。カソードは、クロス、繊維、顆粒、又は繊維フェルトの形態であってもよい。好適なカソード材料の具体例としては、カーボンクロス、カーボンフェルト、炭素繊維、カーボンペーパー、及びグラファイト繊維がある。本発明の一実施形態によれば、上記少なくとも１つのカソードは、平坦でシート状であり、カソライト(catholyte)と、好ましくは空気と、接触して配置することができる第１の水平な大型表面を有する。カソードの第２の水平な大型表面は、好ましくは液体培地である周囲培地と接触して少なくとも部分的に配置することができる。一実施形態によれば、カソードの比表面積、すなわちカソード表面積の体積に対する比は、０．３〜１０００ｍ２／ｍ３、好ましくは０．５〜５００ｍ２／ｍ３、より好ましくは０．５〜２５０ｍ２／ｍ３である。
【００１６】
ＭＦＣユニットは少なくとも１つのアノードをさらに備え、そのアノードはカソードから重力方向に距離を置いて配置される。アノードとカソードとを垂直方向に積み重ねて配置する場合には、個々のＭＦＣユニットに必要となるスペースが減少する。
【００１７】
上記少なくとも１つのアノードは、周囲培地と自由に接触するように配置される。すなわち、ＭＦＣユニットには、アノードを取り囲みＭＦＣユニットの容積を画定するような壁（囲い）、枠体、又は筐体(casing)がないことを意味する。周囲培地は、アノードの周りを自由に流れることができ、アノードと接触することができる。すなわち、本発明に係る個々のＭＦＣユニットには、いかなる容積制限もないことを意味する。
【００１８】
上記少なくとも１つのアノードは、カーボン電極若しくはグラファイト電極、又はＰｔ被覆炭素電極のような触媒被覆炭素電極であることができる。アノードは、発電菌微生物（エクソエレクトロジェニック微生物：exoelectrogenic microorganisms）を効果的に担持することができるように可能な限り大きい表面積を有することが好ましい。アノードの比表面積は１０〜２５０００ｍ２／ｍ３、好ましくは１００〜２００００ｍ２／ｍ３の範囲にあることができる。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、上記個々の少なくとも１つのアノードは、アノード表面積を最大化するために、ブラシ状であるか又はハニカム構造を有する。ブラシ状アノードは、軸部、例えば、チタン製の軸部と、グラファイト又は炭素の繊維群とからなる。この繊維群は軸部に取り付けられ、軸部から半径方向に延びるよう設けられている。また、軸部は、周囲培地内まで垂直に延びている。ブラシ状アノードの比表面積は１０００〜２５０００ｍ２／ｍ３、好ましくは３０００〜２００００ｍ２／ｍ３の範囲にあることができる。
【００２０】
あるいは、上記少なくとも１つのアノードは、中空の多孔球体、中空の多孔立方体又は中空の多孔円筒体のような、中空多孔体の形態であってもよい。該中空多孔体の壁の多数の孔により、周囲培地が該多孔体の内側及び外側に向けて効果的に移動することが可能となる。その中空の多孔体には、炭素顆粒若しくは粒子又はグラファイト顆粒若しくは粒子を充填することができる。その場合、当該中空体は顆粒充填床と考えられる。グラファイト顆粒又は粒子から形成されたアノードの比表面積は、１００〜５０００ｍ２／ｍ３、好ましくは５００〜３０００ｍ２／ｍ３の範囲にあることができる。
【００２１】
さらに、上記少なくとも１つのアノードは、平坦なシート状のアノードであってもよい。カソード（複数を含む）が同様に平坦でシート状である場合、アノード（複数を含む）はカソードと平行にカソードから離れて配置することができる。アノード（複数を含む）及びカソード（複数を含む）は、それらの間に配置される透過性セパレータと接触して配置することができる。セパレータは非膜(non-membrane)材料からなる。上記のようにする代わりに、アノード（複数を含む）は、中心に設置したカソードを取り囲むように角度をもって配置することができる。アノードとカソードの表面積は、互いに異なっていてもよい。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、ＭＦＣユニット内のカソード及びアノードの数は、互いに異なっていてもよい。例えば、１つのＭＦＣユニット内のカソードの数は、１〜１５個、好ましくは１〜５個、より好ましくは１〜３個の範囲であってもよい。１つのＭＦＣユニット内のアノードの数は、１〜１５個、好ましくは２〜１０個、より好ましくは４〜７個であってもよい。本発明の好ましい一実施形態によれば、ＭＦＣユニット内のアノードの数は、カソードの数よりも多い。好ましいのは、ＭＦＣユニットが、１個のカソードと、１〜７個又は２〜７個などの複数個のアノードとを備えることである。
【００２３】
ＭＦＣユニットは、カソード（複数を含む）とアノード（複数を含む）との間に位置する水透過性膜を含まない。このことは、当該ユニットが、アノード（複数を含む）からカソード（複数を含む）へイオンが移動するのを制限する可能性がある透過性又は半透過性膜をカソード（複数を含む）とアノード（複数を含む）との間に有しないことを意味する。これにより、電気エネルギーの生産効率が向上する。また、ＭＦＣユニットはより強固でメンテナンスも一層容易になる。その理由は、膜の汚染、又はその他の膜に伴う問題が起きることがないからである。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、各ＭＦＣユニットは、少なくとも２つのＭＦＣユニット、好ましくは複数個のＭＦＣユニットを具備する装置を形成するために、少なくとも１つの他のユニットと物理的に、好ましくは着脱可能に、連結されている。例えば、複数個のＭＦＣユニットをネット構造体に着脱可能に取り付けてもよく、あるいは、ＭＦＣユニットを取付具、ロープ類、チェーン類、紐類、スティック類(sticks)、チューブ類などの連結装置を用いて互いに取り外し可能に連結してもよい。このようにして、所望の電気的効果又は水処理能力に応じて、ＭＦＣユニットの数を増減させることにより容易に装置構成を改変することが可能である。これにより、本発明に係る装置は極めて順応性があり柔軟性があるものとなる。
【００２５】
また、ＭＦＣユニットは、周囲培地内の適当な位置にユニットを設置するための位置決め手段をも具備する。ＭＦＣユニットは、カソードがカソライト（ｃａｔｈｏｌｙｔｅ）と接触するように周囲培地中に配置される。本発明の好ましい実施形態によれば、位置決め手段は、カソードを周囲培地の表面に接触して設置するように配置される。その結果、カソードが空気と接触するようになる。例えば、カソードが平坦でシート状である場合、そのカソードを周囲培地の表面上に、例えば、浮遊して、配置することができる。これにより、カソードの第１の水平な大表面が空気と接触して配置されることになる。位置決め手段は、ブイ又は任意の浮力材のような、少なくとも１つの浮遊支持体を備えることができる。複数個の別々のＭＦＣユニットを一緒に取り付けて装置を構成する場合、その装置は位置決め手段を複数個具備することができ、これによりＭＦＣユニット群は浮遊体列（アレー）を形成する。
【００２６】
周囲培地の表面上に浮遊するようにＭＦＣユニット（単数又は複数）を配置する場合には、カソードの第１の面、すなわち表面が空気と接触して配置されることになる。アノードにあっては、好ましくは、周囲培地内に浸漬するよう配置されるものであって、培地表面と又は空気と直接じかに接触することはない。
【００２７】
こうする代わりに、周囲培地の表面のすぐ下に浸漬するような位置にＭＦＣユニットのカソードを設置するように、位置決め手段を配置することもできる。この場合には、例えば、酸素ガスを周囲培地に向けて泡立てることなどにより、カソード近傍にカソライトを提供する手段を配置することが可能である。
【００２８】
また、位置決め手段は、取付手段と、支柱のような固定された支持体とを備えることができる。位置決め手段は、支柱又はタンク壁などの固定された支持体に連結する、ネット類、チェーン類、又はロープ類のような取付手段を備えるものであってもよい。この取付手段は、ＭＦＣユニットと固定された支持体とを連結する。また、位置決め手段は、ＭＦＣユニットを周囲培地内の所望の位置に設置する目的で周囲培地のレベル（水平面）を調節する手段を備えることもできる。
【００２９】
アノード（複数を含む）とカソード（複数を含む）とは、外部電気回路を介して互いに接続されている。その外部回路は、抵抗器、コンデンサ、電流調整器、電圧調整器、ＡＣ／ＤＣコンバータ、スイッチなどの適切な電気部品を備えていてもよい。
【００３０】
ＭＦＣユニットの上記少なくとも１つのアノードは、アノード集電体に接続して配置されている。ＭＦＣユニットが複数個のアノードを備える場合、各アノードは１つの共通のアノード集電体に接続して配置されてもよく、あるいは、各アノードは別々にそれぞれのアノード集電体に接続して配置されてもよい。好ましい１つの実施形態によれば、ＭＦＣユニットは、共通のアノード集電体と接触して配置された少なくとも２つのアノードを備えている。
【００３１】
ＭＦＣユニットの上記少なくとも１つのカソードは、カソード集電体に接続して配置されている。ＭＦＣユニットが複数個のカソードを備える場合、各カソードは１つの共通のカソード集電体に接続して配置してもよく、あるいは、各カソードは別々にそれぞれのカソード集電体に接続して配置してもよい。
【００３２】
アノード集電体及びカソード集電体は、ステンレス鋼メッシュのような金属網で作製することができる。
【００３３】
本発明の一実施形態によれば、本装置は複数個のＭＦＣユニットを含むものであり、ここで、各ユニットはアノード集電体及びカソード集電体を備えるものであり、これらアノード集電体及びカソード集電体は互いに電気的に接続されている。
【００３４】
本発明の別の実施形態によれば、本装置は複数個の別々のＭＦＣユニットを含むものであり、ここで、各ユニットは個別にアノード集電体又はカソード集電体のいずれかを備えるものであり、個々のユニットのカソードは、全て、共通のカソード集電体に接続されるか、あるいは、個々のユニットのアノードが、全て、共通のアノード集電体に接続される。
【００３５】
本装置内のＭＦＣユニット（複数）のカソード集電体（複数）／アノード集電体（複数）は、電気的に直列又は並列に接続することができる。
【００３６】
本発明の一実施形態によれば、ＭＦＣユニット（複数）のカソード（複数）は共通のカソード集電体に接続され、ＭＦＣユニット（複数）のアノード（複数）は共通のアノード集電体に接続される。
【００３７】
一実施形態によれば、ＭＦＣユニットは、カソード、カソード集電体、アノード、及びアノード集電体を備える積層サンドイッチ構造を有する。短絡を防止するために、カソード集電体とアノード集電体との間にセパレータを配置することができる。このセパレータは、絶縁布などの任意の適切な絶縁材料で作製することができる。例えば、非金属製フレーム、例えばポリメチルメタクリレート製フレーム、及びそのフレームに固定した絶縁布とから、セパレータを構成することができる。
【００３８】
本発明に係るＭＦＣユニット及び装置は、河川、湖沼、池、海などのような天然水、及び廃水を含む、任意の水域での使用に適している。そのＭＦＣユニット及び装置を使用することにより、例えば開発途上国などにおける、汚染された天然水域中の有機物を削減することが可能である。さらに、そのＭＦＣユニット及び装置は、廃水処理に、例えばパイプライン及び／又は浄化池(clarifier pond)に使用するのに適している。
【００３９】
本発明の一実施形態によれば、周囲培地としては、生活廃水；都市又は農業廃水；パルプ及び紙、石油及びガス、鉱業、食品又は飲料、医薬品製造、繊維製造、化学品製造、電力生産、物品(goods)又は電子機器製造、医療廃棄物から選択される産業プロセスの流出物から選択される廃水がある。本発明に係る微生物燃料電池ユニットは、必要なレベルの有機物質を含み、かつ、発電菌微生物（エクソエレクトロジェニック微生物）に対して毒性のある化合物又は物質を有しない、どのような周囲培地をも処理するのに適している。
【００４０】
添付の概略図を参照して、以下に本発明をより詳細に説明する。
【００４１】
図１に本発明の一実施形態を概略的に示す。微生物燃料電池ユニット１は、エアカソードであるカソード２を備える。カソード２の第１の面２′の表面は空気と接している。カソード２は、カソード集電体５に接続して配置されている。
【００４２】
ＭＦＣユニット１は、また、複数個のアノード３を備えており、これらアノードはカソード２から一定の距離を置いて重力方向に配置されている。ＭＦＣユニット１のすべてのアノード３は、アノード集電体４に接続して配置されている。アノード集電体とカソード集電体との間にはセパレータ６が配置されていて、短絡を防止する。
【００４３】
また、ＭＦＣユニット１は位置決め手段７を備えている。この場合、位置決め手段は浮遊支持体、例えば、Ｓｔｙｒｏｆｏａｍ（スタイロフォーム）（登録商標）製である。位置決め手段７は、カソード２の第１の面２′を空気と接触させて配置するように設置されている。すなわち、実際には、ＭＦＣユニットが、電気を生成し、また、液体培地中の有機物質の量を減少させながら、液体培地の表面に浮遊していることを意味する。
【００４４】
図２には、本発明に係るＭＦＣユニットの別の実施形態を概略的に示す。ＭＦＣユニット１０は多数のカソード１１を備える。また、位置決め手段は、ネット、及び該ネットの外周に配置したブイ１３、１３′を備えている。カソード１１（複数）はネットに接続されており、カソード１１の互い同士の移動を妨げている。ネット及びブイ１３により、液体培地の表面上の適切な場所にカソード１１が配置される。
【００４５】
また、ＭＦＣユニット１０は、表面積の大きい炭素繊維材料製の１個のアノード１４を含む。アノード１４は、また、ネットに、又はカソードのフレームに接続されている。このようにして、アノード１４の位置、及びカソード１１からの距離が一定に維持される。
【００４６】
図３には、本発明に係るＭＦＣユニットのさらに別の実施形態を概略的に示す。ＭＦＣユニット２０は、炭素繊維フェルトで作製したカソード２１を備えている。炭素繊維フェルトは、位置決め手段としても同時に機能するリング支持体２２に固定されている。ＭＦＣユニットは、さらに、リング支持体２２に接続されている複数個のアノード２３を備える。カソード２１及びアノード２３は、電気配線によって外部電気回路（図示せず）に物理的に接続されている。リング支持体２２は、浮遊性かつ絶縁性のポリマー材料で作製することができ、これにより、ＭＦＣユニット２０が液体培地の表面上の適切な位置に配置する。また、リング支持体により、カソード２１の第１の面が空気と接することが保証される。
【００４７】
図４には、本発明に係る装置の一実施形態を概略的に示す。この装置は、複数の別々のＭＦＣユニット３０を具備している。各ＭＦＣユニット３０は、１個のカソード３１と複数個のアノード３２とを備える。これらのＭＦＣユニット３０は、各ＭＦＣユニットが少なくとも１つの他のＭＦＣユニットに連結する態様で、共に連結されている。ＭＦＣユニットは、ネット類、ロープ類、チェーン類、又はその他の適切な手段を使用して連結することが可能である。
【００４８】
本発明について、現時点で最も実用的で好適な実施形態であると思われるものについて説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではないと解釈すべきであり、また、本発明は、添付した特許請求の範囲に記載した範囲内で各種の変形例及び均等な技術解決手段を包含することを意図している。
【図１】
2019503033.tif 000002
【図２】
2019503033.tif 000003
【図３】
2019503033.tif 000004
【図４】
2019503033.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月23日(2017.8.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの微生物燃料電池（ＭＦＣ）ユニットを含む微生物燃料電池装置であって、各ユニットが
−少なくとも１つのカソードと、
−カソードから、好ましくは重力方向に、距離を置いて配置され、周囲培地と自由に接触する、少なくとも１つのアノードと、ただしここで、カソード又はアノードの数は１つより多いことを条件としており、アノード及びカソードは外部電気回路を介して互いに接続されており、
−該ユニットを該周囲培地内に設置するための位置決め手段と
を含み、
該燃料電池ユニットは、カソードとアノードとの間に位置するいかなる膜も含まないこと、及び、各ユニットが少なくとも１つの他のユニットと物理的に着脱可能に連結されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
微生物燃料電池ユニットにおいて、前記少なくとも１つのカソードが、平坦で、かつ、シート状であり、カソライトと接触して配置することができる第１の水平な大表面と、少なくとも部分的に、周囲培地と接触して配置された第２の水平な大表面とを有するものであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つのアノードが、ブラシ状であるか、ハニカム構造を有するか、又は中空の多孔体の形態であることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つのアノードが、前記少なくとも１つのカソードと平行に配置された平坦なシート状のアノードであってもよいことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の装置。
【請求項５】
微生物燃料電池ユニットにおいて、アノードの数がカソードの数よりも多いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
１つのカソードと複数個のアノードとを含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
ユニットが複数個のアノードを含むものであり、該複数個のアノードが、１つの共通のアノード集電体に接続して配置されているか、又は、各アノードが別々にそれぞれのアノード集電体に接続して配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
ユニットは少なくとも２つのアノードを含んでおり、該少なくとも２つのアノードは、共通のアノード集電体と接触していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記位置決め手段が、ブイのような少なくとも１つの浮遊支持体を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記位置決め手段が、取付手段と、支柱のような固定された支持体とを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記位置決め手段が、カソードを周囲培地の表面に接触して設置するように配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
各ユニットがアノード集電体とカソード集電体とを含み、該アノード集電体と該カソード集電体とが互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ユニットの各カソードが共通のカソード集電体に接続され、前記ユニットの各アノードが共通のアノード集電体に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
各ユニットがアノード集電体又はカソード集電体のいずれかを含み、ユニットの各カソードが共通のカソード集電体に接続されているか、又はユニットの各アノードが共通のアノード集電体に接続されているかのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
河川、湖沼、池のような天然水、及び廃水を含む水域である周囲培地を処理するための、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置の使用方法。
【請求項１６】
生活廃水；都市又は農業廃水；パルプ及び紙、石油及びガス、鉱業、食品又は飲料、医薬品製造、繊維製造、化学品製造、電力生産、各種製品又は電子機器製造、医療廃棄物から選択される産業プロセスの流出物から選択される廃水である、周囲培地を処理するための請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置の使用方法。
【国際調査報告】
2019503033.tif 000006
2019503033.tif 000007
2019503033.tif 000008