(57)【要約】電解槽内で陽極および／または陰極として使用するための電極構造体が開示される。この電極構造体は、多数の液体貫流開口（１８）を有し、電流源に連結するための手段（２０）を含む導電性フレーム（１０）によって特徴付けられ、フレームの一方または両方の面は導電性有孔箔またはワイヤーメッシュによって覆われ、ワイヤーメッシュはフレーム（１０）の表面構造体を覆うように適合したスペーサー手段（１８）を含む。上記電極を作成する方法と陽極および陰極の使用も開示される。
2005536639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽内で陽極および／または陰極として使用する電極の構造体であって、
多数の液体貫流開口（１８）を有し電流源へ連結するための手段（２０）を含む導電フレーム（１０）を具備し、
前記フレームの一方または両方の面が導電有孔箔またはワイヤーメッシュで覆われ、且つ
前記ワイヤーメッシュが前記フレーム（１０）の表面構造体を覆うために適合したスペーサー手段（１８）を含む、電極の構造体。
【請求項２】
前記フレームの両面が前記導電有孔箔またはワイヤーメッシュで覆われ、前記スペーサー手段が前記箔またはワイヤーメッシュのネットの上に配置される、請求項１に記載の電極の構造体。
【請求項３】
前記スペーサー手段が箔であり、使用中に、前記フレームの貫流特性を妨げることなく、当該電極間の電気的接触を防止するために、前記スペーサー手段の断面が前記フレームの平面に一致する、請求項１に記載の電極の構造体。
【請求項４】
前記スペーサー手段の箔（１６）の厚さが約０．３ｍｍである、請求項１に記載の電極の構造体。
【請求項５】
前記ワイヤーメッシュが平行スレッドまたはワイヤーメッシュネットを含み、可能であれば、前記ワイヤーメッシュが平行スレッドを含み、スレッドは１０分の１または２０分の１毎にタンタルで作られ、中間のスレッドが白金で作られる、請求項１から４に記載のいずれか一項に記載の電極の構造体。
【請求項６】
陽極、陰極または両方のメッシュ／ワイヤー／有孔箔が、金属間で適切な導電率を得るために、摩擦溶接、レーザー溶接によって、或いは、好ましくは、圧力／熱および結合剤を使用して、使用中に陽極と陰極との間の短絡を回避するために必要な安定性を得るために前記メッシュ／ワイヤー／有孔箔に十分なテンションが加えられた良導電材料で作られたフレームワーク導体の両面または片面に十分に固定され、前記導体フレーム自体が酸化剤耐性非導電材料を用いて電解液と接触しないように隔離されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の電極の構造体。
【請求項７】
個別のワイヤーまたは前記有孔箔のそれぞれが、圧力、熱若しくは結合剤の使用によって、または、ワイヤーまたは有孔箔が十分なテンションに保たれているときに同時に誘導溶接若しくはレーザー溶接によって、良導電材料のフレームに取り付けられ、露出した電極エリア上で均一な電流分布のための電気接触が得られ、露出した電極エリアが従来のスペーサーの使用を廃止するためにテンション安定化され、その後、フレームまたは導体が酸化剤耐性絶縁体／コーティングによって液体電解液から絶縁される、請求項１から６のいずれか一項に記載の電極の構造体。
【請求項８】
各電極の前記ワイヤーは個別に置かれたときに１００ミクロン〜２５０００ミクロンだけ離され、前記ワイヤーがメッシュに織られ、編まれ、誘導溶接され、または、組まれるとき、１５ミクロン〜２５０００ミクロンのエアーアパーチャを有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項９】
前記陽極がタンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、パラジウム、若しくは、それらの合金、または、様々な上記金属のワイヤーにより形成され、或いは、前記陽極がＳＳ３１６Ｌ鋼または高合金で作られる、請求項１から８のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１０】
前記陽極が箔により形成され、ワイヤー、織られたメッシュ、編まれたメッシュ、または、組まれたメッシュの陰極を備えたチャンバに配置されるように設計され、液体の流れが前記箔の両側で前記チャンバへ導入され、前記陰極メッシュ／陰極ワイヤーを通って前記チャンバから導出される、請求項１から９のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１１】
陽極と陰極の両方が光化学によって密に穿孔されるＳＳ３１６Ｌまたは高合金のプレートだけにより構成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１２】
プレートの厚さが２５〜１０００ミクロンであり、孔の径が２５〜２０００ミクロンである、請求項１から１１のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１３】
前記ワイヤーが０．０１０ｍｍ〜５ｍｍの径を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１４】
前記陽極が、チャンバ内のタンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、パラジウム、若しくは、それらの合金からなる０．０１５ｍｍ〜０．３００ｍｍの厚さの箔であり、前記陰極がワイヤーのメッシュ形式、織られた形式、編まれた形式、誘導溶接された形式、または、組まれた形式であり、液体の流れが箔の両側でチャンバへ導入され、陰極箔／陰極ワイヤーを介してチャンバから導出される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１５】
電解槽内で陽極および／または陰極として使用する電極を作成する方法であって、
多数の液体貫流開口（１８）を有し電流源へ連結するための手段（２０）を含む導電フレーム（１０）を提供し、
前記フレームの一方または両方の面が導電有孔箔またはワイヤーメッシュで覆われ、前記箔またはワイヤーメッシュが、前記箔またはワイヤーメッシュのシートにストレッチまたはテンションを加えることにより前記フレーム（１０）に固定され、次に、溶接および／または接着作業を用いて前記フレームの表面へ押し付けられ且つ固定される、方法。
【請求項１６】
スペーサー手段が前記箔またはワイヤーメッシュのネットの上に配置され、前記スペーサー手段（１８）が箔であり、使用中に前記フレームの貫流特性を妨げないように、前記スペーサー手段の断面が前記フレームの平面に一致する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記スペーサーの箔がＰＶＣまたはポリプロピレンのシートであり、前記フレーム／導電ワイヤーメッシュに溶接される、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
約０．３ｍｍの厚さのスペーサー手段の箔（１６）を塗布する、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
単一の陽極と陰極が積み重ねられ、１つの陽極から合計で最大５０個までの個数が相互接続された電解槽における請求項１から１４のいずれか一項に記載の電極の構造体の使用。
【請求項２０】
前記陽極および陰極が同一の材料または異なる材料で作られ、同一の材料である場合に、加えられる直流電流ＤＣパワーがスケール化と不均一な引き裂きを防止するために交番させられる、液体／水を処理する電解槽における、請求項１９に記載の電極の構造体の使用。
【請求項２１】
流量能力が１時間当たり数リットルから最大で１時間当たり１０００ｍ３を上回る、液体／水を処理する電解槽における請求項１９または２０に記載の電極の構造体の使用。
【請求項２２】
Ｃｌ含有量が５ｐｐｍであるならば、３１６Ｌ製陽極における典型的な電流密度が３８ｍＡ／ｃｍ２であり、貴金属の場合に、電流が０．５ｃｍ２の陽極面積で２７０アンペアである、液体／水を処理する電解槽における請求項１９から２１のいずれか一項に記載の電極の構造体の使用。
【請求項２３】
電解による酸化剤の生産、液体中の有機材料の酸化、および、液体中の粒子上の有機材料の酸化のための、電解槽における請求項１９から２２のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【請求項２４】
電解による酸化剤の生産と、液体中のバクテリア、胞子、微生物、藻、および、ウィルスの酸化および破壊のための、電解槽における請求項１９から２３のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【請求項２５】
電解による酸化剤の生産と、淡水および飲料水の処理のための、電解槽における請求項１９から２４のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【請求項２６】
汚染された液体／水が陽極および／または陰極内のライトアパーチャを通して処理される、電解槽における請求項１９から２５のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【請求項２７】
電解による酸化剤の生産、船舶からのバラスト水中の１００ミクロンよりも小さいウィルス、胞子、バクテリア、微生物、藻、および、藻類の嚢胞の破壊のための、電解槽における請求項１９から２６のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【請求項２８】
処理される水が、本発明によって処理される前に、電極のライトアパーチャよりも大きいすべての粒子および有機体を除去するために、機械的粒子エクストラクタに通される、請求項１９から２７のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【請求項２９】
処理された水が、本発明によって処理された後に、潜在的な過剰な有機化合物を除去するために、疎水性吸着フィルタまたは疎水性吸着媒体に通される、請求項１９から２８のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【請求項３０】
液体が処理されている間に電解浮上有機材料を除去するために浮揚装置に通される、請求項１９から２９のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載されているような電解槽において陽極／陰極として使用するための電極構造体に関する。
【０００２】
さらに本発明は上記電極構造体を作成する方法に関する。
【０００３】
本発明はまた上記のような陽極および陰極を含む電解槽の使用に関する。
【０００４】
本発明は、液体中の有機材料と液体中の粒子上の有機材料を酸化、除去するため、並びに、バクテリア、胞子、微生物群、藻およびウィルスの破壊のために使用される酸化剤およびラジカルの生産に関係するテクノロジーに関する。
【背景技術】
【０００５】
今日使用されている既知の方法
今日の陽極（電極）は、基板を薄い貴重な金属（貴金属）の層で覆う電気分解の使用によって生産される。しかし、これらの電極は、特に寿命が短く、長時間に亘って高電圧に晒されることを許容しない。電極に高電圧が加えられると、電極は焼ける。このプロセス中に、陽極から溶解／析出が起こり、陽極が腐食される。
【０００６】
貴金属類に含まれない純金属またはそのような金属の合金からなる陽極も生産されるが、それらの陽極は使用中に直ぐに腐食され、希望の酸化物を生産しないか、或いは、希望の電圧を加えることが不可能である。
【０００７】
今日使用されている、より知られていない別の方法では、タンタル、イリジウム、または、それらの混合物が０．０１５〜０．０３５ｍｍまで薄くされ、タンタル、アルミニウム、または、銅で作られた陽極のコアに溶接される。この方法によれば、摩擦溶接が使用される。これらの電極の寿命は電気分解を使用して作られた電極の寿命よりも長い。それらは実質的に高い電圧および電流を許容する。このように有利な電解プロセスの変数を用いることにより、すなわち、０〜３８０Ｖの電圧および０〜１０００アンペアの電流を用いることにより、単一の酸化物（Ｃｌ２，ＣｌＯ３−，Ｏ３，Ｏ２，Ｈ２Ｏ２，ＯＨ，ＣｌＯＨ，Ｏ）の非常に高い反応度、パワー、および、機能的な平衡の可能性を含み、他の方法によって生産された陽極からの酸化物の効果を上回り、望ましくない効果を低減する酸化物の混合物が生産される。
【０００８】
これらの方法による作成の限界は合金の混合物の変動範囲である。たとえば、２０％を超えるイリジウムを含有するプラチナ／イリジウム合金（Ｐｔ／Ｉｒ）は、希望の厚さまで薄くすることが困難であることが分かっている。今日、合金は３３ミクロン（０．０３３ｍｍ）まで薄くできることが知られている。Ｉｒの濃度をさらに高くするとより重大な問題が生じ、作成された箔は壊れやすくなることがよくある。摩耗及び引き裂きへの機械的耐性を増加させるために高い硬度を有することが望ましい。さらに箔の厚さは、所定の電圧および電流によってある種の液体中にどの程度の量の酸化物が生産されるかを決定する際に決め手となる。また、たとえば、純白金は、技術的には１５ミクロン（０．０１５ｍｍ）まで薄くされることが分かっている。この厚さより下では、（細孔のない）密度の高い箔を得ることが不可能である。
【０００９】
近年、上記の方法によるタンタルおよび貴金属の真空／プラズマスプレー法は、より薄い層を噴霧する方法が開発されているので用途の可能性が拡大し、同時に、１００％の細孔密度を有する合金の混合物の変動範囲が増大し、したがって、特定の使用エリアが拡大している。
【００１０】
従来の電解プロセスは、その最も簡単な形式において、酸化剤としてＣｌ２を生ずる。しかし、別の酸化剤（ＣｌＯ３−，ＣｌＯ３−，Ｏ３，Ｏ２，Ｈ２Ｏ２，ＯＨ，ＣｌＯＨ，Ｏ）は、はるかに化学的反応性が高く、ファラデーの法則を超える電圧が印加される状況で基板を貴金属で覆うことによって得られる。
【００１１】
これらのコンポーネントの中で、ラジカルはパワーと望ましくない副作用の両方の点で特に最も強力な酸化剤（有機材料のハロゲン化合物）である。従来の電解プロセスの問題は、ラジカルの寿命が１秒の千分の１であり、したがって、ラジカルが陽極の表面の非常に近くにしか存在しないので、ラジカルを利用できないことである。電解槽内に流される液体の中で非常に少量の部分だけがこの陽極表面と接触するので、液体から取り除かれることが望ましい有機化合物、バクテリア、ウィルスなどとの反応のためのラジカル照射は、大部分の液体に対して効率的に加えることが不可能である。
【００１２】
従来の電解プロセスは陰極に水素を形成する。水素は酸化剤と接触するときに水を形成するので、水素は陽極による酸化剤の形成をかなり低下させる。これは、特に、水素と接触するＯＨ−ラジカルに当てはまる。水素ガスは、また、陽極と陰極との間にある電圧場に存在し陽極と接触するときに、液体の導電率を低下させる。
【００１３】
米国特許第６，３２８，８７５号に記載されているように、貴金属を含む金属または溶接若しくは織布ワイヤークロスからの炭素、エキスパンデッドメタルまたはカーボンフェルト、炭素織布または網状ガラス炭素、および、金属ガラスにより構成された導電性有孔エレメントで作られた陽極／陰極を備えた電解槽設計が開発された。この構造体は廃水がスペーサー／陽極と陰極との中間でオープンエリア（オープンソリューション）へ送られるオープンソリューションを含む。スタックは一体としてクランプされ、陽極／陰極は短絡（ショートカット）を防止するために、スペーサーによって、単極式または複極式で分離される。廃水は次にそのプロセスにおいて陽極／陰極／スペーサーと平行に送られる。
【００１４】
さらに、米国特許第６，３４２，１５１号によって、有孔プレート、スクリーン、ウール、ステンレス鋼から作られたフェルトおよび織物、アルミニウム、銅、白金チタン、混合金属酸化物、金、並びに、金メッキ鋼からなる群より選択された透過導電性材料で作られた陽極／陰極が知られている。また、この電極は、陽極と陰極との間の距離が短いときに、それらのコンポーネント間のショートカットを防止するためにスペーサーを使用する。
【００１５】
スペーサーは電解プロセスにおける電流消費を増加させ、電極を通る許容流量を減少させることがよく知られている。
【００１６】
また、処理された廃水中のＭｇおよびＣａ含有によって生じるスケール化が原因となる付着物は電解に関してかなりの問題である。スケール化問題はＭｇおよびＣａを含有する廃水（たとえば海水）の速度が陽極／陰極反応を通過させられるときに現れる。廃水の速度が非常に低い場合、結晶のブリッジが陽極と陰極との間に加速的に蓄積され、プロセスの付着物の原因となる。この速度をある程度増加させると、蓄積されるすべてのＭｇおよびＣａが陰極に付着する前に取り除かれる程度でその付着物が妨げられる。別の方法は、陽極および陰極が同じまたは等価的な反応材料である場合に、陽極と陰極の極性を規則的に交替する。この場合、陰極が陽極に戻されるときに、屑が陰極からはじけ飛ぶ。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、スペーサーを必要とすることを原因とするエネルギー損失を削減し、ショートカットの危険性を伴わずに陽極と陰極との間の距離を近接させることが可能である新しい改良された電極の構造体を提供することである。
【００１８】
本発明の目的は、スケール化を原因とする付着物を防止するために電解の完全な有効性を維持すると共に電極を垂直方向に通る大流量を可能にさせることである。
【００１９】
本発明は、たとえば、Ｃｌ２，ＣｌＯ３−，Ｏ３，Ｏ２，Ｈ２Ｏ２，（ＯＨ），（ＣｌＯＨ），（Ｏ）などの上記の酸化剤を作成するために使用され、好ましくは陽極の表面でラジカル生産を利用することができる新しい改良された電極の構造体を提供することである。
【００２０】
さらに本発明の目的は、陽極と陰極との間および陰極上での水素の妨害に起因する酸化効果の減少が解決された新しい改良された電極の構造体を提供することである。
【００２１】
さらに本発明の目的は、実質的にすべての液体を、千分の数秒（数ミリ秒）の寿命を有するラジカルが生産された陽極に近接したエリアに接触させることである。ラジカルは別の酸化剤の望ましくない副作用に関しても支配的な酸化剤であるので、従来技術のテクノロジーに対して、殺菌／酸化される材料に対するラジカルの影響をかなり増大させることが発明性に不可欠である。
【００２２】
また本発明の目的は、本発明による回路に接続されたときに、処理されるべき液体の体積に対してエネルギーの消費が著しく削減される陽極を作成することである。
【００２３】
また本発明の目的は、従来知られている電極よりも高い使用時性能をもつ電極を簡単に作成することが可能である新しい改良された方法を提供することである。
【００２４】
さらに本発明の目的は電極の使用を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明による装置、方法および使用は、独立請求項の特徴部に記載された形態によって特徴付けられる。
【００２６】
本発明のさらなる形態はそれぞれ従属請求項に記載されている。
【００２７】
本発明によれば、使用する金属のワイヤー、編みワイヤーメッシュネット、織りワイヤーメッシュネット、または、組みワイヤーメッシュネットを使用する際に適当な方法と、酸化剤の混合物、特に、電解を使用してラジカルを生産するために使用される陽極および／または陰極の生産物とが提供される。
【００２８】
本発明は、陽極が、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、パラジウム、若しくは、それらの合金のワイヤー若しくはワイヤーメッシュ、または、編み物若しくは組み物、或いは、上記金属の様々なワイヤーの混合物で組み立てられることを特徴とする。
【００２９】
本発明は、陰極が、ワイヤー若しくはワイヤーメッシュ、３１６Ｌ鋼ワイヤーの編み物若しくは組み物、または、高合金の導電性および抵抗性材料で組み立てられることを特徴とする。
【００３０】
さらに本発明は、ワイヤー、または、陽極メッシュおよび陰極メッシュが、短絡接触することなく、一体的に近接して結合され、非導電性酸化剤耐性材料の分離メッシュ、膜、または、粗く交差した方眼のメッシュが短絡接触を防止するために陽極と陰極とを分離するために陽極と陰極との間に配置されることを特徴とする。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態によれば、良導電材料は、個別にまたは粗い正方形パターンで、陽極および陰極上に配置され、次に、露出したワイヤーメッシュまたはワイヤーネットエリア上の均一な電流貫流を実現するために酸化剤耐久性絶縁材料を用いて電解液から絶縁される。
【００３２】
本発明は、陽極／陰極が陽極／陰極を通過すべき液体の流れの中に配置されること、または、陽極／陰極が酸化剤を生産するための管内に配置されることを特徴とする。
【００３３】
さらに、本発明は、淡水を電解することにより、ＳＳ３１６Ｌ品質または高合金の材料の陰極メッシュと陽極メッシュの両方を使用できることを特徴とする。
【００３４】
さらに、本発明は、淡水を電解することにより、織り、編みまたは組みメッシュが、ワイヤーメッシュを置き換えるために光化学を用いて穿孔されたＳＳ３１６Ｌのプレートで置き換えられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
ファラデーの法則を超える高電流密度をもつ電流をワイヤーアセンブリ、または、上記のような金属若しくは貴金属の織り、編み若しくは組みメッシュに与えることにより、ラジカルおよび反応性酸化剤の高い生産量が得られる。この生産量は有機材料の酸化および殺菌による特に高い効果を示唆する。
【００３６】
本発明は、ラジカルの生産が従来よりも好ましく利用される電極構造体を提供することにより、ラジカル、オゾン、過酸化水素、二酸化塩素、および、次亜鉛素酸塩の効果が反応性酸化剤を生ずる貴金属の層を備えた陽極から作られる従来の電解槽／プロセスとは異なる。
【００３７】
これは、上記の金属のメッシュを含む形状を有し、１００ミクロン〜２５０００ミクロンのワイヤー距離または１８ミクロン〜２５０００ミクロンの正方形開口を有する陽極によって実現され、金属にファラデーの法則を超える電圧が加えられ、陽極の近くで酸化剤の高い生産量が得られる。
【００３８】
本発明による電極構造体を使用することにより、処理されるべき液体は、ワイヤーネットメッシュを通過させられ、ワイヤーメッシュ内の開口は最小１５ミクロン（１５μｍ）の開口サイズを有する。通過中に千分の数秒の寿命のラジカル反応はワイヤーメッシュを通り過ぎる液体の実質的に全部に作用する。その他の電解酸化プロセスは陽極の表面に１−３％のラジカル効果を与える。本発明によれば、ラジカル効果の９５−９８％の利用率の効率が得られる。なぜならば、最大で液体の９５−９８％はラジカルがその寿命の間に留まる陽極の近くを通り、実際には液体が精細なメッシュ型陽極を貫流するからである。
【００３９】
本発明は、陽極および陰極が、粗い正方形の非導通材料で作られた分離エレメント（スペーサー）または分離ワイヤーメッシュを用いて、一体的に非常に近くで導通させられる点で従来の電解槽／プロセスとは異なる。
【００４０】
本発明の好ましい実施形態によれば、好ましくは、各フレームが、フレームの各平面側の層上で、２層のワイヤーメッシュによって覆われる。しかし、フレームは、図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃに示されるように、１層のワイヤーメッシュ層を含むだけで十分である。
【００４１】
最も好ましい実施形態によれば、ワイヤーメッシュ、または、平行スレッド１２および１４は、それぞれ、実質的なテンション力／圧力を加え、可能であれば加熱し、結合剤を使用することにより、または、ワイヤー若しくは有孔箔が十分なテンションに保たれているときに同時に誘導溶接若しくはレーザー溶接を行うことにより、導体フレーム１０の片側ずつに接合される。このようにして、導体のそれぞれの面の露出したエリアを覆うワイヤーまたはメッシュが固定される。可能であれば、ワイヤーメッシュは平行スレッドを含み、スレッドは１０分の１若しくは２０分の１毎にタンタルで作られ、その他は白金スレッドである。
【００４２】
フレーム１０のワイヤー層１４の一方、または、上記ワイヤーメッシュの上に、非導通材料からなり、フレーム１０の正確な形状（平面図）を有する（ＰＶＳまたはポリプロピレン材料の）スペーサー箔１６が位置合わせされ、固定される。このようして、分離ワイヤーメッシュ１６の開口１８はフレーム１０の貫流開口１８と整合される。したがって、ワイヤーメッシュ１２，１４によって「覆われた」フレーム１０の貫流開口１８は上記スペーサー箔１６によって覆われない。フレーム１０の厚さは５ｍｍであり、一方、スペーサー箔１６は０．３ｍｍの厚さしかない（陽極表面と陰極表面との間の隙間を表す）。かくして、使用中のフレームの水／液体貫流特性は妨害されない。
【００４３】
このように、陽極または陰極のための電極ユニットは多数の貫流開口１８を有する上記導電フレームを含み、導電フレームの両面は、有孔プレートと、ワイヤー（平行スレッド若しくはワイヤーメッシュ）と、片側だけのスペーサー箔１８によって覆われる。さらに、（陰極または陽極用）導電フレーム１０は、適切な電流原（電圧および電流）へ接続するための手段２０を含む。
【００４４】
単一の（最も簡単な）電解槽を構築するため、図４に示されるような２個の電極ユニットが互いに整合されて相互に接近させて取り付けられ、上記スペーサー層１８は、一方の電極ユニットの陽極表面１４と隣接した電極ユニットの陰極表面１２との間に必要な距離（たとえば、０．３ｍｍ）を与える。
【００４５】
好ましくは、図１Ｃに示されているような方法で電解液との接触を防止するため、（ステンレス鋼からなるような）導体フレーム１０と、上記フレームを覆う導電ワイヤー（ワイヤーメッシュ）１２、１４の断面を、非酸化材料で覆う。
【００４６】
多数の上記の電極ユニットのペア（最大で５０ペア）により構成される電解槽は、円形若しくは四角形の形状を有する。円形電極ユニットは、たとえば、最大で１メートルの直径を有し、ユニットの水貫流を実現する。電解槽は、たとえば、図５に示されるように、本発明によって処理される水を伝達するパイプ内に設置してもよい。陽極／陰極セットに十分な電圧を印加したとき、ユニットのワイヤーメッシュのユニット（開口１８）を貫流するプロセス水は、ワイヤーメッシュの陽極スレッド上に形成された酸化剤およびラジカルに接近し、反応性の接触を実現する。
【００４７】
図４Ａおよび４Ｂは、各ユニットを構成する４層２０、１２、１４、１６の（円形バージョンおよび四角形バージョンの）拡大図である。
【００４８】
図４Ｂは、広い面積に亘って、または、高電流の場合に均一電流分布を実現するため、剛性の良導電材料の導体フレームが露出した陽極または陰極表面を支持している陽極または陰極ワイヤーメッシュを表す。メッシュは導体フレームの両側に取り付けられる。剛性導体フレームと同じ形状の非導電性スペーシング材料が一方のメッシュの一方側に取り付けられる。
【００４９】
単一陽極または陰極の組立体は、１個の陽極および１個の陰極から全体で５０個までの個数で積み重ねることができる。
【００５０】
陽極および陰極は同一材料または異なる材料のどちらで作ってもよい。類似した材料の場合、加えられるＤＣパワーはスケール化と不均一な引き裂きを回避するために交番させられる。陽極サイズはそれぞれが１ｍ径より大きくても構わない。流量能力は、最小槽における１時間当たり数リットルから最大槽のそれぞれにおける１時間当たり１０００立方メートルを超える量までになる。３１６Ｌ陽極における典型的な電流密度は、Ｃｌ含有量が５ｐｐｍであるならばＣｌ３８ｍＡ／ｃｍ２である。貴金属の場合、電流密度は０．５ｃｍ２の陽極面積当たり２７０アンペアであることが検証された。
【００５１】
ワイヤーメッシュは、フレームへ取り付けられた相互に平行な個別のワイヤーで形成されるか、または、上記メッシュを形成するために織られ、編まれ、若しくは、くまれ、または、誘導溶接された個別のワイヤーで形成される。平行なそれぞれの間の距離
好ましくは、個別のワイヤーまたは有孔箔のそれぞれは、露出した電極エリア上で均一な電流分布のための電気接触が得られるように導電フレームに取り付けられ、露出した電極エリアは従来のスペーサーの使用を廃止するためにテンション安定化され、その後、フレームまたは導体は、酸化剤耐性絶縁体／コーティングによって液体電解液から絶縁される。
【００５２】
好ましくは、処理される水は、電極のライトアパーチャよりも大きいすべての粒子および有機体を除去するために、機械的粒子エクストラクタに通される。
【００５３】
さらに、本発明に従って液体が処理された後、液体は可能性のある過剰な有機化合物を除去するために疎水性吸着フィルタまたは疎水性吸着媒体に通される。
【００５４】
処理後、液体は、好ましくは、電解浮上有機材料を除去するために浮揚装置に通される。
【００５５】
陽極と陰極との間に現れたギャップには従来のスペーサーまたは別のスペーサーが不要であり、その理由は、その間隔が箔、膜、または、フレーム自体と同じ形状の粗い非導電材料を塗布することによって与えられるからである。クリアランスは０．３ｍｍ程度で構わない。これは、本発明によれば、非常に低い電圧を用いて高電流密度が得られることを意味し、ファラデーの法則がスペーサーに起因する流量または電流の損失を伴うことなく簡単に超えられ、反応性酸化剤の希望の生産量が得られることを意味する。
【００５６】
導体フレームの両側にワイヤー／メッシュまたは有孔箔を塗布することによるその他の効果は、電解液に露出したエリアへ流れる過剰な電流のための面積(mm2)アップスケーリングを可能にさせることである。両側で覆われた５ｍｍの厚さのフレームは、両側に狭い間隔のあるフレームの設置を可能にさせ、陰極メッシュ／有孔箔を０．３ｍｍの距離まで陽極に接近させて配置することが可能である。距離を変化させることにより、３０００アンペアを超える電流を電極に通すことが可能である。
【００５７】
本発明は、非常に低い電圧を用いて、処理される液体の貫流の体積を減少させることなく、広い面積の必要な高電流密度を得ることができる点で従来の電解槽／プロセスとは異なる。これはまた、処理されるべき大量の液体が非常に手軽に処理できることを意味する。電解槽の最大容量は、陽極と陰極との間の距離が、たとえば、５ｃｍから０．３ｍｍへ縮小されたとしても、同じ体積の液体フローが陽極と陰極との間の相互距離とは無関係に陽極と陰極とに流れるので、他の電解槽とは違って変化しない。
【００５８】
本発明は、相当量のワイヤーの使用が金属の重量および実際の表面積に対して陽極の面積を増加させる点で従来の陽極とは異なる。したがって、貴金属の費用が著しく削減されると同時に１平方センチメートル当たりの効率が増加する。
【００５９】
本発明は、電解槽の能力を低下させることなく陽極と陰極との間の距離を０．３ｍｍまで縮小させることができ、その結果として、淡水中（地上水および地下水）のイオン伝導率と共に使用されるので、高電流密度、低エネルギー消費、および、液体の容量で高貫流を得ることが可能である点で従来の電解槽／プロセスとは異なる。
【００６０】
本発明によれば、種々の材料の効果を結合することが可能である。たとえば、白金族からの他の貴重な金属のある種のワイヤーを含むタンタルの陽極メッシュは、主としてオゾン、ラジカル、および、過酸化水素を生成し、非常に少量の次亜鉛素酸塩および二酸化塩素を生成する。この原因は、電流のフローのすべてがタンタルのような貴重な金属ワイヤーから生じ、直ぐに絶縁性の酸化膜ができるからである。
【００６１】
本発明は、今日の世界の大部分に存在する組成物を用いて地上水、淡水、および、地下水のような大量の液体を処理するために低コストで使用できる点で従来の電解槽／プロセスとは異なる。陽極と陰極の両方が３１６Ｌ鋼または高合金の金属であるとしても、陽極は酸化若しくは腐食しない。その理由は、エネルギー消費が非常に少ない高電極表面が地下水および地上の淡水中の平均的な導電率の場合でも必要な酸化剤（オゾンおよびラジカル）を生成するからである。
【００６２】
本発明は、導電材料のフレームが陽極および陰極メッシュに十分に接触して固定され、メッシュは好ましくはフレームの両側で導電性をもち、導体フレームは電解液との接触から保護するために非酸化材料で覆われるので、液体が陽極および陰極を通して導電性をもつことを特徴とする。非導電性の酸化剤耐性材料中のスペーシング材料は、陽極または陰極メッシュが組み立てられた後に設けられる。スペーシング材料は、導体フレームと同じ形状であり、厚さが変化する。
【００６３】
本発明による装置は、以下の詳細な説明および添付図面を参照してより詳しく説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
図１Ａは貴金属の単一ワイヤーメッシュで覆われた高導電率Ｃｕ（銅）フレーム１の陽極１の略平面図である。
【００６５】
図１Ｂは、織り、編みまたは組みワイヤーメッシュ４（たとえば、ステンレス鋼３１６Ｌ）を含む陰極フレーム３を表す図である。ワイヤーメッシュが固定された良導体フレーム１は成形された酸化剤耐性絶縁体を用いて絶縁される。
【００６６】
図１Ｃは、参照番号５で表された酸化剤耐性絶縁体とその他の詳細部の側面図である。
【００６７】
図２は絶縁された良導体に固定されたワイヤーの陽極を表す図である。
【００６８】
図３は良導体に固定された箔の陽極を表す図である。
【００６９】
図４Ａは本明細書に記載された四角形電極構造体の拡大図である。
【００７０】
図４Ｂは本発明による円形電極構造体の拡大図である。
【００７１】
図５は、ワイヤー、組み、織り、または、編みメッシュで作られ、短絡接触を防止するため陽極と陰極との間に分離メッシュを備えた（簡単のため１組の陽極と陰極だけが示された）電解槽の断面図である。液体はその電解槽内で処理され、陽極および陰極を介して導かれ、その結果として、水素が陰極から外へ、陽極を避けて導かれる。
【００７２】
図５に示された構造体は、バクテリア、有機体、藻および胞子を含有する海水を含む、船舶からのバラスト水を処理する対照実験および検証実験で使用された。多量の汚染を含む水は、１００Ａのアンペア数で矢印によって示されるように槽の中を１度通された。その結果として、胞子を含む上記の汚染物質の１００％が破壊された。実験に基づく結果から推定すると、所要エネルギー消費量は、２．５ｍ２の陽極表面を用いて毎時２５００ｍ３のプロセス水を処理するため、５ｋＷｈ（毎時５ｋＷ）であることが分かる。
【００７３】
同様に、図５に示された構造体は、淡水における酸化剤生産を実験するために使用された。陽極と陰極との間の距離を１ｍｍとすると、貴金属メッシュの陽極は１回の貫流中に０．５ｐｐｍのオゾンを生産した。アップスケーリングモデルは、２．５ｍ２の陽極表面を用いて毎時２５００ｍ３を処理するために８７ｋＷｈを必要とすることを表す。
【００７４】
この実験は、３１６Ｌ鋼で作られた陽極メッシュおよび陰極メッシュを用いて繰り返された。１回の貫流中に、８０Ｖおよび３Ａを用いて飲料水中に０．９１ｐｐｍのオゾンが生産された。
【００７５】
図６は電解槽の断面図であり、液体がその箔またはワイヤーメッシュの両面に加えられ、その後、液体が陽極の両側の陰極の中へ導かれるので、水素は、陽極、または、陽極と陰極との間の領域と接触しない。
【００７６】
この電解槽は、海水スラリー中の粒子上の多環芳香族炭化水素類（ＰＡＨ）およびＰＣＢの破壊のために使用された。電解液を慎重に添加し、混合物を２０分間循環させると、比較的高い濃度に基づいてＰＡＨ含有量は９９．６％だけ削減され、ＰＣＢ含有量は７６％だけ削減された。
【００７７】
本発明のさらなる実施例が以下に示される。
【実施例１】
【００７８】
全部が３１６Ｌ鋼で作られた５個の陽極および６個の陰極を具備し、全陽極面積が１０１３ｃｍ２である図４Ｂに記載された電極スタックは、図４に示されるように１ｍｍのスペーサーを用いて組み立てられた。槽の中を流れる液体の流速は毎分１０リットルであった。廃水は、１．５から５ｐｐｍまでの間で変化する塩分濃度を含み、有機物含有量の高い地表水源からの未処理飲料水であった。１リットル当たり５６０．０００個の大腸菌バクテリアが添加された。２０アンペアの電流で槽内を１回通過させると、処理後に採取されたあらゆるサンプルにおいて完全な殺菌効果が見られた。そのサンプル系列は槽の通過後の２〜２０分間に採取された。
【００７９】
同じサンプルがトリハロメタンに対して分析された（有機塩素および有機臭素化合物）。これらのサンプルは、０．９〜２．５ｐｐｂの範囲の結果を示した。これは水の塩素化よりも非常に低い。バクテリアの総数は１８．５アンペアを印加することによって１０ｌｏｇ３を上回った。
【実施例２】
【００８０】
実施例１と同じ設備および類似した水が使用され、電極の個数はより高いアンペア数を実現するために増加させた。その目的はＩＰＮウィルスを不活性化させることであった。希望の１０ｌｏｇ３の不活性化は６０アンペアで達成された。さらに、エロモナス  サルモニサイダもまた同じ条件の同じｌｏｇで不活性化された。総残留酸化剤は０．７〜１．６ｐｐｍの範囲で変化した。
【実施例３】
【００８１】
十分な濃度のＰＡＨ、炭化水素、フェノール、および、ＢＥＴＥＸを含有する油およびガス生産物からの生成水は、図４Ｂに示されるように、ニットワイヤークロスで作られた１個の貴金属陽極と２個の陰極を通された。アンペア数は３００アンペアであり、陽極面積は１８０ｃｍ２である。流速は毎分１８０リットルである。フェノールは１リットル当たり１５８０マイクログラムから１リットル当たり０．５１マイクログラムまで減少した。ＰＡＨ１６は１リットル当たり３４．７マイクログラムから１リットル当たり３．９２マイクログラムまで減少した。ＮＰＤは１リットル当たり１１４マイクログラムから１リットル当たり３．９２マイクログラムまで減少し、ＴＥＯＭ（Ｃ１０−Ｃ４０）は１リットル当たり１６ｍｇから１リットル当たり２．４１ｍｇまで減少した。
【実施例４】
【００８２】
１６００ｐｐｍのＨ２Ｓ、２−３％のフェノール、および、２９００ｐｐｍのアンモニウムを含有する石油精製所からの汚染流体は、３個の３１６Ｌ鋼メッシュの陰極が積み重ねられた２個の貴金属ワイヤーメッシュ陽極に通された。全陽極面積は２２５ｃｍ２である。電流は３００アンペアである。流速は毎分１リットルである。Ｃｌ含有量は２％のＮａＣｌである。４０リットルの体積を１５分間に亘ってバッチ処理した後、Ｈ２Ｓは０ｐｐｍまで酸化され、さらに１５分間の処理によって、３ｐｐｍのアンモニウム含有量と、３００ｐｐｂのフェノール含有量が得られた。処理中に、ｐＨは添加剤によって調整された。
【実施例５】
【００８３】
石油およびガス産業からの２５０ｇの採掘くずが実施例４で説明した条件下で電極を通して処理された。採掘くずは、６％のＮａＣｌを含有する２２リットルの廃水に分散させられた。目的は粒子から炭化水素を除去することである。全部で７．６２％の初期の炭化水素含有量は１時間の処理で１．３２％まで削減された。
【実施例６】
【００８４】
藍色の織物染色廃水は、陽極の総面積が僅かに０．５ｃｍ２であるように５インチの直径の円形陽極導体フレームの全体に引き延ばされた貴金属スレッドの陽極を通された。２個の陰極は３１６Ｌ鋼で作られたワイヤーメッシュである。２０リットルが電極を通る毎分１８０リットルの流れでバッチ処理された。ＮａＣｌ含有量は５％であった。電流は２７０アンペアであった。２５〜３５秒の間に、廃水はブランクになった。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１Ａ】貴金属の単一ワイヤーメッシュで覆われた高導電率Ｃｕ（銅）フレーム１の陽極１の略平面図である。
【図１Ｂ】織り、編みまたは組みワイヤーメッシュ４（たとえば、ステンレス鋼３１６Ｌ）を含む陰極フレーム３を表す図である。
【図１Ｃ】参照番号５で表された酸化剤耐性絶縁体とその他の詳細部の側面図である。
【図２】絶縁された良導体に固定されたワイヤーの陽極を表す図である。
【図３】良導体に固定された箔の陽極を表す図である。
【図４Ａ】本明細書に記載された四角形電極構造体の拡大図である。
【図４Ｂ】本発明による円形電極構造体の拡大図である。
【図５】ワイヤー、組み、織り、または、編みメッシュで作られ、短絡接触を防止するために陽極と陰極との間に分離メッシュを備えた（簡単のため１組の陽極と陰極だけが示された）電解槽の断面図である。
【図６】電解槽の断面図である。
【図１Ａ】
2005536639.tif 000003
【図１Ｂ】
2005536639.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２】
2005536639.tif 000006
【図３】
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2005536639.tif 000008
【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年11月12日(2004.11.12)
【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】
電解槽内で陽極および／または陰極として使用する導電材料で作られ、使用中に電極間の電気接触を防止するためのスペーサー手段を具備し、水のような処理されるべきプロセス液体の貫流を導くために配置された電極の構造体であって、
多数の液体貫流開口（１８）を有し電流源へ連結するための手段（２０）を含む導電フレーム（１０）を具備し、
前記フレーム（１０）の一方または両方の面が導電有孔箔またはワイヤーメッシュ（１２，１４）で覆われ、
前記スペーサー手段（１６）が前記有孔箔またはワイヤーメッシュ（１２，１４）の一方の面を覆うために適合した有孔箔またはワイヤーメッシュであり、前記スペーサー箔の断面が主として前記フレーム（１０）の断面に一致する、電極の構造体。
【請求項２】
前記ワイヤーメッシュまたはワイヤーメッシュのネット（１２，１４）が平行スレッドを含み、スレッドは１０分の１または２０分の１毎にタンタルで作られ、中間のスレッドが白金で作られる、請求項１に記載の電極の構造体。
【請求項３】
前記ワイヤーメッシュ（１２，１４）のワイヤーが個別に１００ミクロン〜２５０００ミクロンだけ離れ、前記ワイヤーがメッシュに織られ、編まれ、誘導溶接され、または、メッシュに組まれるときに、１５ミクロン〜２５０００ミクロンのエアーアパーチャを有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項４】
各ワイヤーが０．０１０ｍｍ〜５ｍｍの範囲の径を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項５】
箔またはワイヤーメッシュ（１２，１４）がタンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、パラジウム、若しくは、それらの合金、または、様々な上記金属のワイヤーの合金若しくは組成物により形成される、請求項１から４のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項６】
箔電極（１２，１４）が光化学によって密に穿孔されるＳＳ３１６Ｌまたは高合金のプレートにより構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項７】
前記スペーサー手段（１６）の貫流開口（１８）が前記フレーム（１０）の貫流開口（１８）と整合されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項８】
スペーサー箔（１６）がＰＶＣまたはポリプロピレンのシートであり、前記フレーム（１０）に溶接されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項９】
前記フレーム（１０）の厚さが約５ｍｍである、請求項１から８のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１０】
前記フレーム（２０）が前記プロセス液体との接触から保護するために非酸化材料で覆われている、請求項１から９のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１１】
前記箔の厚さが２５〜１０００ミクロンであり、各孔の径が２５〜２０００ミクロンである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の構造体。
【請求項１２】
請求項１に記載の電極を作成する方法であって、
有孔箔またはワイヤーメッシュのシート（１２，１４，１６）が、前記有孔箔またはワイヤーメッシュのシートにストレッチまたはテンション力を加えることにより前記フレーム（１０）に固定され、次に、溶接および／または接着作業を用いて前記フレームの表面へ押し付けられ固定される、方法。
【請求項１３】
前記有孔箔またはワイヤーメッシュのシート（１２，１４，１６）が、摩擦溶接、レーザー溶接、または、好ましくは、圧力／熱を使用し、接合し、前記箔またはワイヤーメッシュに十分な前記テンション力を加えることにより、前記フレーム（１０）に固定される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
電解槽における請求項１から１１のいずれか一項に記載の電極の構造体の使用であって、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の単一の電極が、パイプ内に合計で１個から５０個までの個数の陽極／陰極のペアを形成するために積み重ねられ且つ相互接続され、前記パイプ内で槽の電極ペアへ流される液体／水を処理し、電流が陽極と陰極の各ペアに印加される、電極の構造体の使用。
【請求項１５】
前記陽極および陰極が同一の材料または異なる材料で作られ、同種の材料である場合に、加えられる直流電流ＤＣパワーがスケール化と不均一な引き裂きを防止するために交番させられる、液体／水を処理する電解槽における請求項１４に記載の電極の構造体の使用。
【請求項１６】
流量能力が１時間当たり数リットルから最大で１時間当たり１０００ｍ３を上回る、液体／水を処理する電解槽における請求項１４または１５に記載の電極の構造体の使用。
【請求項１７】
Ｃｌ含有量が５ｐｐｍであるならば、３１６Ｌ製陽極における典型的な電流密度が３８ｍＡ／ｃｍ２であり、貴金属の場合に、電流が０．５ｃｍ２の陽極面積で２７０アンペアであり、ある電極ユニットの陽極表面と隣接する電極ユニットの陰極表面との間の距離が約０．３ｍｍである、液体／水を処理する電解槽における請求項１４から１６のいずれか一項に記載の電極の構造体の使用。
【請求項１８】
電解による酸化剤の生産、液体中の有機材料の酸化、および、液体中の粒子上の有機材料の酸化のための、電解槽における請求項１４から１７のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【請求項１９】
電解による酸化剤の生産、液体中のバクテリア、胞子、微生物、藻、および、ウィルスの酸化および破壊のための、電解槽における請求項１４から１８のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【請求項２０】
電解による酸化剤の生産と、淡水および飲料水の処理のための、電解槽における請求項１４から１９のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【請求項２２】
汚染された液体／水が槽の陽極および陰極の貫流開口（１８）に通される、電解槽における請求項１４から２１のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【請求項２３】
電解による酸化剤の生産、船舶からのバラスト水中の１００ミクロンよりも小さいウィルス、胞子、バクテリア、微生物、藻、および、藻類の嚢胞の破壊のための、電解槽における請求項１４から２２のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【請求項２４】
処理される水が、本発明によって処理される前に、電極のライトアパーチャよりも大きいすべての粒子および有機体を除去するために、機械的粒子エクストラクタに通される、請求項１４から２３のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【請求項２５】
処理された水が、本発明によって処理された後に、潜在的な過剰な有機化合物を除去するために、疎水性吸着フィルタまたは疎水性吸着媒体に通される、請求項１４から２４のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【請求項２６】
液体が処理されている間に電解浮上有機材料を除去するため浮揚装置に通される、請求項１４から２５のいずれか一項に記載の陽極および陰極の使用。
【国際調査報告】
2005536639.tif 000012
2005536639.tif 000013
2005536639.tif 000014