(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口、出口及び中心軸線を有するハウジングと、
前記ハウジング内に前記中心軸線の周りに同心に配置される陽極−陰極の組であり、前記陽極−陰極の組の陽極及び陰極の間に活性領域を定める、少なくとも１つの陽極−陰極の組と、
を備える、海水電解セルであり、
前記海水電解セルの最内の陽極−陰極の組に配置され、前記中心軸線を通る流体の流れを妨げるように構成され、前記陽極−陰極の組の少なくとも１つの電極から非接続である非導電性中心コア要素を更に備え、
前記陽極及び前記陰極の少なくとも一方の活性表面積が、前記ハウジングの内面の表面積よりも広い表面積を持ち、
前記少なくとも１つの陽極−陰極の組が、前記海水電解セルを通過する全ての流体を、前記活性領域を通って軸線方向に導くように構成され配置される、海水電解セル。
【請求項２】
少なくとも２ｍｍ−１の全体電極充填密度を有する、請求項１に記載の海水電解セル。
【請求項３】
前記陽極−陰極の組が前記中心軸線の周りに渦巻状に存在する、請求項１に記載の海水電解セル。
【請求項４】
１つ以上の渦巻状の双極電極を更に備える、請求項３に記載の海水電解セル。
【請求項５】
前記陽極は前記陰極から前記海水電解セルの丈に沿って横方向にずれる、請求項４に記載の海水電解セル。
【請求項６】
前記陽極及び前記陰極の少なくとも一方は硬性電極である、請求項３に記載の海水電解セル。
【請求項７】
前記陽極及び前記陰極はそれぞれ、チタン、ニッケル及びアルミニウムの１つ以上を含む、請求項６に記載の海水電解セル。
【請求項８】
前記陽極の表面が、白金、混合金属酸化物、磁鉄鉱、フェライト、コバルトスピネル、タンタル、パラジウム、イリジウム、金及び銀から構成される群から選択される酸化防止コーティングで被覆される、請求項６に記載の海水電解セル。
【請求項９】
前記陽極及び前記陰極の少なくとも一方は流体透過性である、請求項７に記載の海水電解セル。
【請求項１０】
前記陽極と前記陰極との間の隙間を維持するように構成されるセパレータを更に備え、前記セパレータは前記活性領域を通る電解質溶液の流れに開かれている、請求項３に記載の海水電解セル。
【請求項１１】
前記セパレータは、前記陽極及び前記陰極の少なくとも一方の縁と係合する溝を含むスポークを有するハブを含む、請求項１０に記載の海水電解セル。
【請求項１２】
前記ハブは、前記陽極及び前記陰極の前記一方を電流源に電気的に接続するように構成される電気コネクタを更に含む、請求項１１に記載の海水電解セル。
【請求項１３】
前記陽極及び前記陰極の一方と電気的に接触するスポークを含むハブを更に備える、請求項３に記載の海水電解セル。
【請求項１４】
前記スポークは、前記陽極及び前記陰極の前記一方の縁に係合するとともに渦巻状の前記陽極−陰極の組の一巻きの間の隙間を維持する溝を含む、請求項１３に記載の海水電解セル。
【請求項１５】
前記中心コア要素は、前記陽極−陰極の組の最内巻線内に配置される非導電性コアを含む、請求項３に記載の海水電解セル。
【請求項１６】
前記陽極−陰極の組は、複数の同心の電極チューブと、隣接する電極チューブの間に画定される隙間と、を含む、請求項１に記載の海水電解セル。
【請求項１７】
前記複数の同心の電極チューブは、複数の陽極電極チューブ及び複数の陰極電極チューブの一方を含む、請求項１６に記載の海水電解セル。
【請求項１８】
前記複数の陽極電極チューブ及び前記複数の陰極電極チューブの一方は硬性電極である、請求項１７に記載の海水電解セル。
【請求項１９】
前記複数の同心の電極チューブは、複数の陽極電極チューブ及び複数の陰極電極チューブを含む、請求項１７に記載の海水電解セル。
【請求項２０】
電流を、陽極電極チューブから電解質溶液を通って陰極電極チューブまで単一の経路で流せるように構成される、請求項１７に記載の海水電解セル。
【請求項２１】
陽極電極チューブと陰極電極チューブとの間に配置された双極電極チューブを更に備える、請求項１７に記載の海水電解セル。
【請求項２２】
陽極半部と陰極半部とを含む電極チューブを更に備える、請求項２１に記載の海水電解セル。
【請求項２３】
複数の双極電極チューブを更に備え、前記複数の双極電極チューブは、それぞれと同心に配置された、陽極半部と陰極半部とを有する電極チューブの隣接する組の間に配置される、請求項２１に記載の海水電解セル。
【請求項２４】
複数の陽極電極チューブ及び複数の陰極電極チューブの少なくとも一方は流体透過性である、請求項２１に記載の海水電解セル。
【請求項２５】
隣接する電極チューブの間に位置付けられた少なくとも１つのセパレータを更に備え、前記少なくとも１つのセパレータは前記隣接する電極チューブの間に隙間を画定し維持するように構成される、請求項１６に記載の海水電解セル。
【請求項２６】
前記セパレータは、前記隣接する電極チューブの間に画定された隙間を通る電解質溶液
の流れに開かれている、請求項２５に記載の海水電解セル。
【請求項２７】
複数の前記同心の電極チューブの縁に電気的に結合されたスポークを含む金属ハブを更に備える、請求項１６に記載の海水電解セル。
【請求項２８】
それぞれのスポークは、前記複数の同心の電極チューブの前記縁に係合するとともに前記複数の同心の電極チューブの隣接する電極チューブの間の隙間を維持する溝を含む、請求項２７に記載の海水電解セル。
【請求項２９】
中心コア要素は、前記海水電解セルの同心の最内チューブ電極の端部に配置された端部キャップを含む、請求項１６に記載の海水電解セル。
【請求項３０】
角丸長方形状の断面を有する、請求項１に記載の海水電解セル。
【請求項３１】
前記陽極及び前記陰極の一方と電気的に接続する電気コネクタを更に備え、前記電気コネクタは、電解質溶液による化学腐食に対する異なる抵抗度を有する少なくとも２つの材料を含む、請求項１に記載の海水電解セル。
【請求項３２】
前記少なくとも２つの材料は第１材料と第２材料とを含み、前記電気コネクタは前記第１材料で作られた流体透過性本体を含む、請求項３１に記載の海水電解セル。
【請求項３３】
前記第１材料で作られた前記流体透過性本体に、１つ以上の機械的留め具によって結合された前記第２材料のプレートを備える、請求項３２に記載の海水電解セル。
【請求項３４】
前記第１材料で作られた前記流体透過性本体に、圧縮ばめによって結合された前記第２材料のプレートを備える、請求項３２に記載の海水電解セル。
【請求項３５】
前記第１材料で作られた前記流体透過性本体に、前記第１材料で作られた前記流体透過性本体の縁に形成されたネジによって結合された前記第２材料のプレートを備える、請求項３２に記載の海水電解セル。
【請求項３６】
前記第１材料で作られた前記流体透過性本体に、前記第２材料で作られた前記本体の円柱部分に形成されたネジによって結合された前記第２材料で作られた本体を含む、請求項３２に記載の海水電解セル。
【請求項３７】
前記第１材料で作られた前記流体透過性本体に溶接された、前記第２材料で作られた本体を含む、請求項３２に記載の海水電解セル。
【請求項３８】
請求項１に記載の海水電解セルと、
前記海水電解セルと流体連通する、電解質の供給源であり、前記海水電解セルは、前記電解質の供給源からの電解質から１つ以上の反応生成物を生成するとともに前記１つ以上の反応生成物を産出するように構成される、電解質の供給源と、
前記海水電解セルによって産出される前記１つ以上の反応生成物の使用地点と、
を含むシステム。
【請求項３９】
前記１つ以上の反応生成物は消毒剤を含む、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記消毒剤は次亜塩素酸ナトリウムを含む、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
電解質の前記供給源は海水を含む、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４２】
船及び石油プラットフォームの一方に含まれる、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４３】
前記使用地点は、冷却水システム及びバラストタンクの一方を含む、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４４】
前記システムは陸上石油掘削システムに含まれ、前記使用地点は前記石油掘削システムのダウンホールである、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４５】
中心軸線を含むハウジング内に配置された陰極及び陽極を備える海水電解セルであり、
前記海水電解セルの最内の陽極−陰極の組に配置され、前記中心軸線を通る流体の流れを妨げるように構成され、前記陽極−陰極の組の少なくとも１つの電極から非接続である非導電性中心コア要素を備え、
前記陰極及び前記陽極は、前記陰極及び前記陽極の間に隙間を画定し、
前記陰極及び前記陽極のそれぞれは弓状部を含み、
前記陽極の活性表面積は、前記ハウジングの内面の表面積より広く、
前記陰極の活性表面積は、前記ハウジングの内面の表面積より広く、
前記陽極及び前記陰極は、前記海水電解セルを通過する全ての流体を、前記隙間を通って軸線方向に導くように構成され配置される、海水電解セル。
【請求項４６】
前記陽極は、弓状ベースから延在する複数のプレートを含み、
前記陰極は、弓状ベースから延在する複数のプレートを含み、
前記陽極の前記複数のプレートは、前記陰極の前記複数のプレートと交互に積層される、請求項４５に記載の海水電解セル。
【請求項４７】
中心軸線を含むハウジング内に配置される陰極及び陽極を備える海水電解セルであり、
前記海水電解セルの最内の陽極−陰極の組に配置され、前記中心軸線を通る流体の流れを妨げるように構成され、前記陽極−陰極の組の少なくとも１つの電極から非接続である非導電性中心コア要素を更に備え、
前記陰極及び前記陽極は、前記陰極及び前記陽極の間に隙間を画定し、
前記陰極及び前記陽極のそれぞれは、前記ハウジングの内面の別の部分に適合する部分を含み、
前記陽極の活性表面積は、前記ハウジングの内面の表面積より広く、
前記陰極の活性表面積は、前記ハウジングの内面の表面積より広く、
前記陽極及び前記陰極は、前記海水電解セルを通過する全ての流体を、前記隙間を通って軸線方向に導くように構成され配置される、海水電解セル。
【請求項４８】
前記陽極及び前記陰極の少なくとも一方は波型部を含む、請求項４７に記載の海水電解セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
この出願は、３５ＵＳＣ§１１９（ｅ）に基づいた、２０１５年２月１７日出願の米国特許仮出願第６２／１１６，９７９号（発明の名称“ELECTROCHLORINATION CELLS WITH SPIRAL ELECTRODES AND METHODS OF MANUFACTURING SAME”）及び２０１５年５月６日出願の米国特許仮出願第６２／１５７，５０４号（発明の名称“ELECTROCHLORINATION CELLS WITH MULTI-TUBE ELECTRODES AND METHODS OF MANUFACTURING SAME”）の優先権を主張するものである。これら出願のそれぞれの全内容をあらゆる目的のために参照により本明細書に援用する。
【０００２】
１．発明の分野
本明細書で開示する態様及び実施形態は一般に、電気化学装置に向けたものであり、より具体的には海水電解セル及び装置、海水電解セル及び装置を製作する方法並びに海水電解セル及び装置を利用するシステムに向けたものである。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術の説明
電極における化学反応に基づいた電気化学装置が産業的に及び都市的に広く使用されている。反応の例には、以下のものが含まれる。
【０００４】
Ａ．塩化ナトリウム及び水から次亜塩素酸ナトリウムを生成する海水電解
陽極における反応：２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ−
陰極における反応：２Ｎａ＋＋２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→２ＮａＯＨ＋Ｈ２
溶液における反応：２Ｃｌ２＋２ＯＨ−→ＣｌＯ−＋Ｃｌ−＋Ｈ２Ｏ
全体的な反応：ＮａＣｌ＋Ｈ２Ｏ→ＮａＯＣｌ＋Ｈ２
【０００５】
Ｂ．塩化ナトリウム及び水から、陽極及び陰極を分離する陽イオン交換膜を用いて、水酸化ナトリウム及び塩素を生成する反応
陽極における反応：２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ−
陰極における反応：２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→２ＯＨ−＋Ｈ２
全体的な反応：ＮａＣｌ＋２Ｈ２Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｃｌ２＋Ｈ２
【０００６】
Ｃ．電極を分離する陽子透過膜を用いた、エネルギ貯蔵バナジウムレドックス電池
充電中
第１電極における反応：Ｖ３＋＋ｅ−→Ｖ２＋
第２電極における反応：Ｖ４＋→Ｖ５＋＋ｅ−
放電中
第１電極における反応：Ｖ２＋→Ｖ３＋＋ｅ−
第２電極における反応：Ｖ５＋＋ｅ−→Ｖ４＋
【０００７】
本開示によって海水電解セル及び海水電解装置の様々な実施形態を説明するが、本開示は海水電解セル又は海水電解装置に限定するものではなく、本明細書で開示した態様及び実施形態を多様な目的のいずれか１つに使用される電解セル及び電気化学セルに適用することができる。
【０００８】
現在市販されている海水電解セルは概して、同心チューブ（ＣＴＥ）及び平行プレート（ＰＰＥ）の２つの電極構造体の一方に基づく。
【０００９】
図１Ａ及び１Ｂは、Electrocatalytic社が製造した、同心チューブ102及び104を有する海水電解セル100の例を示す。外側チューブ102の内面と、内側チューブ104の外面とが、電極活性領域である。２つの電極間の隙間は、約3.5ミリメートルである。海水が供給される海洋用途及び沖合用途に対して、隙間における液体の軸線方向速度を、２．１ｍ／ｓのオーダーとすることができ、電極表面の汚れ及びスケーリングの可能性を減少させる高乱流をもたらす。
【００１０】
図２Ａ−２Ｃは、ＣＴＥ型電気化学セルの電極の考えられる配置を示す。図２Ａは、電流が陽極から陰極までの１つの経路を流れる構造体を図示する。両電極は典型的にチタンから製造され、陽極には白金又は混合金属酸化物（ＭＭＯ）が被覆される。電極は、「単極」と呼ばれる。
【００１１】
図２Ｂは、電流が、２つの外側電極及び１つの内側電極を有する装置の２つの経路を通って流れる配置を図示する。外側電極の一方の内面は被覆されて陽極として働き、他方の外側電極は被覆されていない。内側電極の外面の一部が被覆されて同様に陽極として働き、残りの部分は被覆されていない。電流は、被覆された外側電極から、電解質を通って、内側電極の被覆されていない部分まで流れる。そして電流は、内側電極に沿って被覆された部分まで流れる。その後最終的に、電流は、電解質を横切って、被覆されていない外側電極まで反対方向に流れる。内側電極は、「双極の」電極とも呼ばれる。
【００１２】
図２Ｃは、電流が、複数の外側電極及び１つの内側電極を有する装置の複数の経路を流れる配置を図示する。マッチング間隔で、被覆された外側電極と被覆されていない外側電極とを互い違いに配置するとともに内部電極を被覆することで、電流は電解質を通って複数の経路に両方向に流れることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
複数経路の背後にある原理は、その表面において電気化学反応が有効となる全体的な電極の面積、ひいては消毒剤（例えば次亜塩素酸ナトリウム）の全体的な生産速度を、流す電流を比例的に増加させることなく、増加させることができることである。電流を増加させるには、直流電源から海水電解セルまでの間に、より大きな配線又はバスバーが必要となり、またより大きな電気コネクタ（図１Ａの例の外側電極の外面の突起部）がセルに必要となり、電極内のチタンをより厚くする必要があるであろう。
【００１４】
同じ電流に対して、複数経路の装置では生産速度を単一経路のセルよりも高くすることができるが、全体的な電圧降下も（経路の数にほぼ比例して）より大きくなるであろう。同じ生産速度に対して、複数経路のセルに必要な電流は（経路の数にほぼ反比例して）より小さくなるであろう。同じ電力出力（ｋＷ）に対して、電源のコストは、出力電圧よりも出力電流により影響を受けやすいため、複数経路のセルが有利である。
【００１５】
実際には、複数経路のセルに関して非効率性が存在する。例えば、「バイパス電流」と呼ばれる電流の一部が、外側電極と内側電極との間の隙間に存在する電解質を通過することなく、陽極から陰極まで直接流れることがある（図２Ｂ及び２Ｃ参照）。バイパス電流は電力を消費するが、消毒剤の生産には寄与しない。また複数経路のセルは、製作及び組立がより複雑である。例えば、内側電極の外面を部分的にマスクし、その後残りの部分を被覆する必要がある。
【００１６】
図３は、平行プレート型の海水電解（ＰＰＥ）セルを示し、図４は平行に配置された平面電極のセットを有する複数経路のユニットの略図を示す。電極の複数セットは各端部で電気的に接続され、互いに平行である。そして電極のあるセットは直流電源の正極出力に接続され、他のセットは負極出力に接続される。中に挟まれる電極は双極である。複数経路の平行プレート設計の、同心チューブ設計に対する利点は、装置のユニット体積あたりの有効電極領域の充填密度がより大きいことである。これは、各電極の両側面が電解質溶液に露出し、それゆえに電極の両側面で反応が起こることによるものである。このように隙間無く充填するとともに複数の経路が存在することによって、ＰＰＥセルではＣＴＥセルよりも大きな圧力降下が発生する。これは、圧力低下を小さくするとともに作動流体の滞留時間を増加させるために、プレート間における流速を減少させることができるが、下流において汚染及びスケーリングが増加するおそれがあり、ひいては、例えば酸を用いた洗浄をより頻繁に行うおそれがあることを意味する。
【００１７】
ＰＰＥセルでは、複数のプレートを機械的に支持し、隣接する電極間で特定の間隔を維持するために、フレーム構造が必要となる。また、複数のプレートの各端部を電気的に接続することが困難である。
【００１８】
ＣＴＥセル及びＰＰＥセルのいずれでも、装置及び全体システムの設計において、陰極で発生する水素ガスの除去が非常に困難である。配管の選択された位置又は製品タンクにおいて、ガスを安全に放出する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の態様によれば、電気化学セルが提供される。電気化学セルは、入口、出口及び中心軸線を有するハウジングと、ハウジング内に中心軸線の周りに実質的に同心に配置される陽極−陰極の組であり、陽極−陰極の組の陽極及び陰極の間に活性領域を定める、陽極−陰極の組と、を備え、陽極及び陰極の少なくとも一方の活性表面積が、ハウジングの内面の表面積よりも広い表面積を持ち、陽極−陰極の組が、電気化学セルを通過する全ての流体を、活性領域を通って軸線方向に導くように構成され配置される。
【００２０】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、少なくとも約２ｍｍ−１の全体電極充填密度を有する。
【００２１】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、電気化学セル内に配置され、中心軸線に沿って電気化学セルの一部を通る流体の流れを妨げるように構成される中心コア要素を更に備え、中心コア要素は陽極−陰極の組の少なくとも１つの電極に非接続である。
【００２２】
いくつかの実施形態では、陽極−陰極の組が中心軸線の周りに渦巻状に存在する。
【００２３】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、１つ以上の渦巻状の双極電極を更に備える。いくつかの実施形態では、陽極は陰極から電気化学セルの丈に沿って横方向にずれる。
【００２４】
いくつかの実施形態では、陽極及び陰極の少なくとも一方は硬性電極である。陽極及び陰極はそれぞれチタンプレートを含むことができ、陽極の表面を白金及び混合金属酸化物から構成される群から選択される酸化防止コーティングで被覆することができる。陽極及び陰極はそれぞれ、チタン、ニッケル及びアルミニウムの１つ以上を含むことができる。陽極の表面を、白金、混合金属酸化物、磁鉄鉱、フェライト、コバルトスピネル、タンタル、パラジウム、イリジウム、金及び銀から構成される群から選択される酸化防止コーティングで被覆することができる。陽極及び陰極の少なくとも一方は、流体透過性となり得、及び／又は有孔チタンプレートを含むことができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、陽極と陰極との間の隙間を維持するように構成されるセパレータを更に備え、セパレータは活性領域を通る電解質溶液の流れに開かれている。セパレータは、陽極及び陰極の少なくとも一方の縁と係合する溝を含むスポークを有するハブを含むことができる。ハブは、陽極及び陰極の一方を電流源に電気的に接続するように構成される電気コネクタを更に含むことができる。
【００２６】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、陽極及び陰極の一方と電気的に接触するスポークを含むハブを更に備える。スポークは、陽極及び陰極の一方の縁に係合するとともに渦巻状の陽極−陰極の組の一巻きの間の隙間を維持する溝を含むことができる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、中心コア要素は、陽極−陰極の組の最内巻線内に配置される非導電性コアを含む。
【００２８】
いくつかの実施形態では、陽極−陰極の組は、複数の同心の電極チューブと、隣接する電極チューブの間に画定される隙間と、を含む。いくつかの実施形態では、複数の同心の電極チューブは、複数の陽極電極チューブ及び複数の陰極電極チューブを含む。複数の陽極電極チューブ及び複数の陰極電極チューブの一方を硬性電極とすることができる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、複数の同心のチューブ電極は、複数の陽極電極チューブ及び複数の陰極電極チューブを含む。
【００３０】
いくつかの実施形態では、電流（直流及び／又は交流）を、陽極電極チューブから電解質溶液を通って陰極電極チューブまで単一の経路で流せるように電気化学セルが構成される。
【００３１】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、陽極電極チューブと陰極電極チューブとの間に配置された双極電極チューブを更に備える。
【００３２】
いくつかの実施形態では、陽極電極チューブは、陽極電極チューブと同じ直径を有する陰極電極チューブから電気化学セルの丈に沿って横方向にずれている。電気化学セルは、陽極半部と陰極半部とを含む電極チューブを備えることができる。
【００３３】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、複数の双極電極チューブを更に備え、複数の双極電極チューブは、それぞれと同心に配置された、陽極電極チューブ及び陰極電極チューブの隣接する組の間に配置される。
【００３４】
いくつかの実施形態では、複数の陽極電極チューブ及び複数の陰極電極チューブの少なくとも一方は有孔であり及び／又は流体透過性である。
【００３５】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、隣接する電極チューブの間に位置付けられた少なくとも１つのセパレータを更に備え、少なくとも１つのセパレータは隣接する電極チューブの間に隙間を画定し維持するように構成される。セパレータは、隣接する電極チューブの間に画定された隙間を通る電解質溶液の流れに開かれ得る。
【００３６】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、複数の同心の電極チューブの縁に電気的に結合されたスポークを含む金属ハブを更に備える。それぞれのスポークは、複数の同心の電極チューブの縁に係合するとともに複数の同心の電極チューブの隣接する電極チューブの間の隙間を維持する溝を含むことができる。
【００３７】
いくつかの実施形態では、中心コア要素は、電気化学セルの同心の最内チューブ電極の端部に配置された端部キャップを含む。
【００３８】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、角丸長方形状の断面を有する。
【００３９】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、陽極及び陰極の一方と電気的に接続する電気コネクタを更に備え、電気コネクタは、電解質溶液による化学腐食に対する異なる抵抗度を有する少なくとも２つの材料を含む。少なくとも２つの材料は第１材料と第２材料とを含むことができ、電気コネクタは第１材料で作られた流体透過性本体を含むことができる。流体透過性本体は、複数の開口部を含むことができる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、第１材料で作られた流体透過性本体に、１つ以上の機械的留め具によって結合された第２材料のプレート又は本体を含む。
【００４１】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、第１材料で作られた流体透過性本体に、圧縮ばめによって結合された第２材料のプレート又は本体を含む。
【００４２】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、第１材料で作られた流体透過性本体に、第１材料で作られた流体透過性本体の縁に形成されたネジによって結合された第２材料のプレート又は本体を含む。
【００４３】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、第１材料で作られた流体透過性本体に、第２材料で作られた本体の円柱部分に形成されたネジによって結合された第２材料で作られた本体を含む。
【００４４】
いくつかの実施形態では、電気化学セルは、第１材料で作られた本体に溶接された、第２材料で作られた本体を含む。
【００４５】
他の態様によれば、電気化学セルを備えるシステムが提供される。電気化学セルは、入口、出口及び中心軸線を有するハウジングと、ハウジング内に中心軸線の周りに実質的に同心に配置される陽極−陰極の組であり、陽極−陰極の組の陽極及び陰極の間に活性領域を定める、陽極−陰極の組と、を備え、陽極及び陰極の少なくとも一方の活性表面積が、ハウジングの内面の表面積よりも広い表面積を持ち、陽極−陰極の組が、電気化学セルを通過する全ての流体を、活性領域を通って軸線方向に導くように構成され配置される。システムは、電気化学セルと流体連通する、電解質の供給源を更に備える。電気化学セルは、電解質の供給源からの電解質から１つ以上の反応生成物を生成するとともに１つ以上の反応生成物を産出するように構成される。システムは、電気化学セルによって産出された１つ以上の反応生成物の使用地点を更に備える。１つ以上の反応生成物は消毒剤を含むことができる。消毒剤は、次亜塩素酸ナトリウムを含むことができ、又は次亜塩素酸ナトリウムから本質的に構成され得る。
【００４６】
いくつかの実施形態では、電解質の供給源は塩水及び海水の一方を含む。
【００４７】
いくつかの実施形態では、システムは、船及び石油プラットフォームの一方に含まれる。
【００４８】
いくつかの実施形態では、使用地点は、冷却水システム及びバラストタンクの一方を含む。
【００４９】
いくつかの実施形態では、システムは陸上石油掘削システムに含まれ、使用地点は石油掘削システムのダウンホールである。
【００５０】
他の態様によれば、電気化学セルが提供される。電気化学セルは、ハウジング内に配置された陰極及び陽極を備え、陰極及び陽極は、陰極及び陽極の間に隙間を画定し、陰極及び陽極のそれぞれは弓状部を含み、陽極の活性表面積は、ハウジングの内面の表面積より広く、陰極の活性表面積は、ハウジングの内面の表面積より広く、陽極及び陰極は、電気化学セルを通過する全ての流体を、隙間を通って軸線方向に導くように構成され配置される。
【００５１】
いくつかの実施形態では、陽極は、弓状ベースから延在する複数のプレートを含み、陰極は、弓状ベースから延在する複数のプレートを含み、陽極の複数のプレートは、陰極の複数のプレートと交互に積層される。
【００５２】
他の態様によれば、電気化学セルが提供される。電気化学セルは、ハウジング内に配置される陰極及び陽極を備え、陰極及び陽極は、陰極及び陽極の間に隙間を画定し、陰極及び陽極のそれぞれは、ハウジングの内面の別の部分に適合する部分を含み、陽極の活性表面積は、ハウジングの内面の表面積より広く、陰極の活性表面積は、ハウジングの内面の表面積より広く、陽極及び陰極は、電気化学セルを通過する全ての流体を、隙間を通って軸線方向に導くように構成され配置される。陽極及び陰極の少なくとも一方は波型部を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】同心チューブ電気化学セルの実施形態の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの同心チューブ電気化学セルの断面図である。
【図２Ａ】同心チューブ電気化学セルの実施形態を通って流れる電流を示す。
【図２Ｂ】同心チューブ電気化学セルの他の実施形態を通って流れる電流を示す。
【図２Ｃ】同心チューブ電気化学セルの他の実施形態を通って流れる電流を示す。
【図３】平行プレート電気化学セルの実施形態の斜視図である。
【図４】複数経路の平行プレート電気化学セルの概略図である。
【図５】単一経路渦巻状電気化学セルの実施形態の概略図である。
【図６】単一経路渦巻状電気化学セルの他の実施形態の概略図である。
【図７Ａ】二経路渦巻状電気化学セルの実施形態の等角図である。
【図７Ｂ】図７Ａの電気化学セルの断面図である。
【図８】本明細書で開示される電気化学セル用の電極の実施形態で使用できる拡張チタン材料の図である。
【図９Ａ】本明細書で開示される電気化学セル用の電極の実施形態で使用できるメッシュ織物のセパレータの図である。
【図９Ｂ】本明細書で開示される電気化学セル用の電極の実施形態で使用できる押出メッシュセパレータの図である。
【図１０】本明細書で開示される電気化学セルの実施形態で使用できるハブ又は車輪電極セパレータ／電気コネクタの図である。
【図１１】本明細書で開示される電気化学セルの実施形態で使用できる電極セパレータの実施形態の図である。
【図１２Ａ】本明細書で開示される電気化学セルの実施形態で使用できる電極セパレータ／電気コネクタの他の実施形態の図である。
【図１２Ｂ】本明細書で開示される電気化学セルの実施形態で使用できる電極セパレータ／電気コネクタの他の実施形態の図である。
【図１２Ｃ】本明細書で開示される電気化学セルの実施形態で使用できる電極セパレータ／電気コネクタの他の実施形態の図である。
【図１３Ａ】電極の接点を密封する構成を含む電気化学セルの実施形態の分解図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの電気化学セルの部分組立図である。
【図１３Ｃ】図１３Ａの電気化学セルの組立図である。
【図１４Ａ】３つのチューブの同心チューブ電気化学セルの実施形態の部分断面図である。
【図１４Ｂ】３つのチューブの同心チューブ電気化学セルの他の実施形態の部分断面図である。
【図１５】４つのチューブの同心チューブ電気化学セルの実施形態の部分断面図である。
【図１６】５つのチューブの同心チューブ電気化学セルの実施形態の部分断面図である。
【図１７】流体透過性電極及び端部キャップを含む電気化学セルの実施形態の等角図である。
【図１８Ａ】流体透過性電極及び端部キャップを含む二経路電気化学セルの実施形態の等角図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａの電気化学セルの断面図である。
【図１９Ａ】本明細書で開示される電気化学セルの実施形態で使用するための電極スペ―サの実施形態の図である。
【図１９Ｂ】本明細書で開示される電気化学セルの実施形態で使用するための電極スペ―サの他の実施形態の図である。
【図１９Ｃ】本明細書で開示される電気化学セルの実施形態で使用するための電極スペ―サの他の実施形態の図である。
【図２０Ａ】本明細書で開示される電気化学セルの実施形態で使用できる電極セパレータ／電気コネクタの他の実施形態の図である。
【図２０Ｂ】本明細書で開示される電気化学セルの実施形態で使用できる電極セパレータ／電気コネクタの他の実施形態の図である。
【図２１Ａ】密封された電極接点を有する電気化学セルを組立てる、システムの実施形態の分解図である。
【図２１Ｂ】図２１Ａのシステムの組立てたバージョンの断面図である。
【図２２Ａ】半径方向に配置された電極を含む電気化学セルの実施形態の断面図である。
【図２２Ｂ】図２２Ａの電気化学セルの等角図である。
【図２２Ｃ】図２２Ａの電気化学セルの陰極の断面斜視図である。
【図２２Ｄ】図２２Ａの電気化学セルの陽極の断面斜視図である。
【図２２Ｅ】図２２Ａの電気化学セルの代替的構成の断面図である。
【図２２Ｆ】図２２Ｅの電気化学セルの陰極に絶縁要素によって結合された陽極の図である。
【図２２Ｇ】図２２Ｅの電気化学セルの陰極に絶縁要素によって結合された陽極の他の図である。
【図２２Ｈ】半径方向に配置された電極を含む電気化学セルの単極構成の図である。
【図２２Ｉ】半径方向に配置された電極を含む電気化学セルの双極構成の図である。
【図２３Ａ】電気化学セル用端部キャップの実施形態の図である。
【図２３Ｂ】図２３Ａの端部キャップを利用する電気化学セルの実施形態を通る流れパターンの図である。
【図２３Ｃ】電気化学セル用端部キャップの他の実施形態の図である。
【図２３Ｄ】図２３Ａ及び２３Ｂの端部キャップ並びに内部バッフルを含む電気化学セルの断面図である。
【図２４】半径方向に配置された電極を含む電気化学セルの他の実施形態の図である。
【図２５Ａ】半径方向に配置された波型の電極を含む電気化学セルの実施形態の図である。
【図２５Ｂ】半径方向に配置された波型の電極を含む電気化学セルの他の実施形態の図である。
【図２６】半径方向に配置された電極を含む電気化学セルの他の実施形態の図である。
【図２７Ａ】電気化学セル用端部キャップの他の実施形態の図である。
【図２７Ｂ】電気化学セル用端部キャップの他の実施形態の図である。
【図２７Ｃ】図２７Ａ及び２７Ｂの端部キャップを含む電気化学セルの等角図である。
【図２８Ａ】角丸長方形状の電気化学セルの実施形態の概略断面図である。
【図２８Ｂ】図２８Ａの角丸長方形状の電気化学セルの等角図である。
【図２９Ａ】角丸長方形状の電気化学セルの他の実施形態の概略断面図である。
【図２９Ｂ】角丸長方形状の電気化学セルの他の実施形態の概略断面図である。
【図２９Ｃ】角丸長方形状の電気化学セルの実施形態を通る流体が流れる方向の図である。
【図２９Ｄ】角丸長方形状の電気化学セルの実施形態を通る流体が流れる方向の図である。
【図３０Ａ】角丸長方形状の電気化学セルの実施形態のバスバー電極の配置の概略図である。
【図３０Ｂ】角丸長方形状の電気化学セルの実施形態のバスバー電極の代替的配置の概略図である。
【図３０Ｃ】角丸長方形状の電気化学セルの実施形態の断面概略図である。
【図３１Ａ】角丸長方形状の電気化学セルの実施形態の電極用の接続部及び保持要素の概略図である。
【図３１Ｂ】図３１Ａの角丸長方形状の電気化学セルの接続部及び保持要素及び関連電極の１つの拡大図である。
【図３２】電気化学セルの電極用の電気コネクタの実施形態を示す、電気化学セルの実施形態の部分断面図である。
【図３３Ａ】電気化学セルの電極用の電気コネクタの実施形態の図である。
【図３３Ｂ】電気化学セルの電極用の電気コネクタの他の実施形態の図である。
【図３３Ｃ】電気化学セルの電極用の電気コネクタの他の実施形態の図である。
【図３３Ｄ】電気化学セルの電極用の電気コネクタの他の実施形態の図である。
【図３３Ｅ】電気化学セルの電極用の電気コネクタの他の実施形態の図である。
【図３４Ａ】交互に積層される電極を含む電気化学セルの実施形態の断面図である。
【図３４Ｂ】図３４Ａの電気化学セルを通る流体が流れる方向の図である。
【図３４Ｃ】図３４Ａの電気化学セルの代替的構成を示す図である。
【図３４Ｄ】図３４Ａの電気化学セルの他の代替的構成を示す図である。
【図３４Ｅ】交互に積層される電極を含む電気化学セルの単極構成の実施形態の図である。
【図３４Ｆ】交互に積層される電極を含む電気化学セルの双極構成の実施形態の図である。
【図３５】本明細書で開示される電気化学セルの実施形態を利用できるシステムの図である。
【図３６】本明細書で開示される電気化学セルの実施形態に対する制御システムの図である。
【図３７】図３６の制御システム用のメモリシステムの図である。
【図３８】本明細書で開示される電気化学セルの様々な実施形態のいろいろな機能的パラメータを示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
添付の図面は縮尺通りに描かれることを意図するものではない。図面において、様々な図面に図示された同じ又はほぼ同じ構成要素のそれぞれを、類似する符号で表す。明瞭化のため、全ての図面の全ての構成要素に符号が付されているとは限らない。
【００５５】
本明細書で開示される態様及び実施形態は、以下の説明で明らかにされ又は図面に示される構成要素の構造及び配置の詳細に限定されるものではない。本明細書で開示される態様及び実施形態を、様々な方法で実施又は実行することができる。また、本明細書で使用される表現及び用語は説明を目的とするものであり、限定的なものとみなすべきでない。本明細書において「含む」、「備える」、「有する」、「包含する」、「伴う」及びこれらの変形は、以下に列挙する項目及びその均等物を含むとともに、付加的な項目も含むことを意図する。
【００５６】
本明細書で開示される態様及び実施形態は一般に、次亜塩素酸ナトリウム等の消毒剤を生成する電気化学装置に向けたものである。用語「電気化学装置」及び「電気化学セル」並びにこれらの文法上の変形は、「海水電解装置」及び「海水電解セル」並びにこれらの文法上の変形を含むものと理解される。本明細書で開示される態様及び実施形態は、１つ以上の電極を含むものとして説明される。本明細書で開示されるある態様及び実施形態は、硬性の電極を含むものとして説明される。本明細書で使用される用語「硬性の」対象物は、通常の動作温度及び／又は上昇した温度で力が加えられていないときに形状を維持するものである。本明細書で開示される電子化学セル及び装置の様々な実施形態において、本明細書で使用される用語「硬性の電極」は、その形状と隣接する電極又は電極巻線間のスペーサ不要の分離とを維持するような、十分な機械的剛性を有するものと考えられる。例えば、金属コーティングを含む軟性薄膜を、本明細書で使用される用語「硬性の電極」とは考えない。
【００５７】
本明細書で使用される用語「金属電極」又はその文法上の変形は、１つ以上の金属（例えばチタン、アルミニウム又はニッケル）から形成され、当該金属を含み、又は当該金属から構成される電極を含むものと理解されるが、用語「金属電極」は、他の金属又は合金から構成されるものを含む電極を除外するものでない。いくつかの実施形態では、「金属電極」は、様々な金属からなる複数層を含むことができる。本明細書で開示される実施形態のいずれか１つ以上で利用される金属電極は、電解質溶液による薬品浸食に対して高い抵抗性を持つ金属又は金属酸化物（例えばチタン、白金、混合金属酸化物（ＭＭＯ）、磁鉄鉱、フェライト、コバルトスピネル、タンタル、パラジウム、イリジウム、銀、金又は他のコーティング材の層）で被覆された、高導電性金属（例えば銅又はアルミニウム）のコアを含むことができる。「金属電極」を、酸化防止コーティング（例えば白金、混合金属酸化物（ＭＭＯ）、磁鉄鉱、フェライト、コバルトスピネル、タンタル、パラジウム、イリジウム、銀、金又は他のコーティング材であるが、これらに限定されるものではない）で被覆することができる。本明細書で開示される実施形態で利用される混合金属酸化物は、ルテニウム、ロジウム、タンタル（任意にアンチモン及び／又はマンガンと混ぜた合金である）、チタン、イリジウム、亜鉛、スズ、アンチモン、チタンニッケル合金、チタン銅合金、チタン鉄合金、チタンコバルト合金、又は他の適切な金属若しくは合金の１つ以上の酸化物を含むことができる。本明細書で開示される実施形態で利用される陽極を、白金、及び／又はイリジウム、ルテニウム、スズ、ロジウム若しくはタンタル（任意にアンチモン及び／又はマンガンと混ぜた合金である）の１つ以上の酸化物で被覆することができる。本明細書で開示される実施形態で利用される陰極を、白金、及び／又はイリジウム、ルテニウム及びチタンの１つ以上の酸化物で被覆することができる。本明細書で開示される実施形態で利用される電極は、チタン、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、タングステン及び／又はケイ素の１つ以上からなるベースを含むことができる。本明細書で開示される電気化学セルのいずれかの電極を、プレート、薄板、箔、押出品及び／若しくはシンターとして又はこれらから形成することができる。
【００５８】
本明細書で使用される用語「チューブ」は、円筒形導管を含むが、他の断面形状（例えば正方形状、長方形状、楕円形状又は角丸長方形状（obround）又は任意の正多角形若しくは多角形として成形される断面形状を有する導管）を有する導管を除外するものではない。
【００５９】
本明細書で使用される用語「同心の導管」又は「同心の渦巻線」は、チューブ又は共通中心軸線を有するインターリーブ（交互積層）型渦巻線を含むが、同心チューブ又はインターリーブ型渦巻線のセットにおいて、必ずしも各同心チューブ又は各インターリーブ型渦巻線の中心には存在しない共通軸線を囲んだチューブ又はインターリーブ型渦巻線を除外するものではない。
【００６０】
本明細書で開示される態様及び実施形態は、従来既知の海水電解セルよりも小型である。本明細書で使用される用語「（海水電解セルの）有効密度」は、活性電極表面間又は機能電極面間（電気化学セル内の流体の電気化学処理に寄与する電流が流入し又は流出する電極表面間）の断面積（電気化学セルの「活性領域」）の、電気化学セルのハウジング内の総断面積に対する比率として定義される。電気化学セルで処理を受ける流体は、活性電極表面又は機能電極表面を通過することができる。定義したように、「有効密度」は、中心軸線に垂直である流体が流れ得る平面の面積を、中心軸線に対して垂直な総断面積で割ったものである。その大きさの単位は無次元、分数又は百分率である。本明細書で開示される態様及び実施形態は有効密度が約４６％〜約５２％の電気化学セルを含み、ある実施形態では有効密度が約５０％よりも大きく、ある実施形態では有効密度が約７５％よりも大きく、ある実施形態では有効密度が８５％よりも大きく、ある実施形態では有効密度が９０％よりも大きく、そしてある実施形態では有効密度が最高で約９５％である。
【００６１】
本明細書で使用される用語「（電気化学セルの）全体充填密度」は、電気化学セルのハウジング内の総断面積に対する、電気化学セルを通る流体の流れと垂直な各平面における総機能電極経路長として定義される。「充填密度」は、電気化学装置の電極の「有効表面積」を、装置の総内部容積で割ったものである。その大きさの単位は、１／長さ（例えばｍ−１）である。電極の「有効表面積」は、電気化学装置内の電気化学反応に寄与する電極の電流が流入又は流出する面の表面積である。両面を有する電極は、単一表面又は両表面に有効表面積を持つことができる。「陽極充填密度」は、電気化学装置の陽極の「有効表面積」を装置の総内部容積で割ったものである。「陰極充填密度」は、電気化学装置の陰極の「有効表面積」を装置の総内部容積で割ったものである。「全体電極充填密度」又は「総電極充填密度」は、電気化学装置の陽極充填密度及び陰極充填密度の合計である。本明細書で開示される電気化学セルの態様及び実施形態は、２ｍｍ−１以上の陽極充填密度、陰極充填密度及び／又は全体充填密度を持つことができる。
【００６２】
いくつかの実施形態では、海水電解セルの中心軸線から、海水電解セルの外周に向かって、中心軸線に直交するある面で延びる線は、複数の電極プレートを通過する。複数の電極プレートは、複数の陽極及び／又は複数の陰極を含むことができる。中心軸線を、電気化学セルを通る流体の平均流れ方向と平行にすることができる。本明細書で開示される付加的な実施形態は、電気化学セルの電極を製作し、電気化学セルの複数電極間の間隔を制御し、電極を電源に接続する構造及び方法を含む。
【００６３】
図５は、電気化学セル又は海水電解セル用の渦巻型電極の組の一実施形態を示す。２つの渦巻型電極である、陽極205及び陰極210は、陽極−陰極の組を形成し、陽極205と陰極210との間に隙間215を形成するように位置付けられる。隙間215の幅を一定とすることができ、又は可変とすることができる。いくつかの実施形態では、隙間215の幅を、約１ミリメートル〜約５ミリメートルとすることができる。本明細書で開示される電気化学セルの任意の実施形態において、複数電極間の隙間の幅を、電気化学セルで処理される電解質の種類に基づいて選択することができる。例えば、塩水（汽水）が電解質として使用されている場合に、隙間を約２ミリメートルに定めることができる。例えば、海水が電解質として使用されている場合に、隙間を約３ミリメートル〜約５ミリメートルに定めることができる。
【００６４】
図１で符号θが付された、螺旋の始端間及び／又は螺旋の終端間の角度差を０°から１８０°の範囲とすることができる。供給電解溶液は、隙間215を通って、渦巻線の軸線と実質的に平行な方向に流れる。一定若しくは可変の直流電圧を複数電極をまたがり電解質溶液を通して印加し、又はいくつかの実施形態では交流を複数電極をまたがり電解質溶液を通して流す。陽極のタブ220及び陰極のタブ225をそれぞれ、陽極205及び陰極210に接続し、又は陽極205及び陰極210と一体に形成して、陽極205及び陰極210に電気的接続をもたらすことができる。電流は、陽極205から陰極210まで単一経路を流れる。電気化学セル内の大部分の電解質溶液の電極の表面において、電気化学反応及び化学反応が起こり、生成物溶液が生成される。
【００６５】
一実施形態では、図５及び／又は図６に図示されるように、渦巻型の電気化学セルは、約２３．８ミリメートルのハウジング内径、４４４．１平方ミリメートルの内側ハウジング断面積、約３０１．１ミリメートルの電極経路長、約１２ミリメートルのコア外径（約１１３平方ミリメートルの断面積）及び約０．６８ｍ−１の全体充填密度を有することができる。
【００６６】
本明細書で開示される渦巻型の陽極及び陰極を含む電気化学セルのいくつかの態様及び実施形態において、流体を、陽極と陰極との間の１つ以上の隙間を通って、電気化学セルの中心軸線と平方な方向に導くように、陽極及び陰極を構成及び配置する。本明細書で開示される渦巻型の陽極及び陰極を含む電気化学セルのいくつかの態様及び実施形態において、電気化学セルに導入される全ての流体を、陽極と陰極との間の１つ以上の隙間を通って、電気化学セルの中心軸線と平方な方向に導くように、陽極及び陰極を構成及び配置する。
【００６７】
図５に図示される設計を拡張して、陽極、陰極及び１つ以上の双極電力を含むことができ、電解質溶液を通して電流を複数の経路に流すことができる。
【００６８】
本開示における全ての図では、明瞭化のために、構成要素の寸法を実寸とは異なる場合がある。同様に、構成（例えば図５の電極コネクタ220、225）の設計及び配備は、単に説明を目的とするものである。
【００６９】
図６は、単一の電流経路である渦巻状の電気化学セルの他の実施形態を示す。渦巻状の陽極205と渦巻状の陰極210との間の隙間は一定である。隙間215の幅を例えば、約１ミリメートル〜約５ミリメートルとすることができる。（図７Ｂにより明確に図示する）中実のコア230は、流体が中心から流れ落ちて隙間を迂回することを防止する、中心コア要素又は流体導流路である。コアを非導電性材料で形成することができる。この非導電性材料は例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン（ＡＢＳ）又は高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）のいずれか１つ以上である。コア230を陽極205及び陰極210に対して機械的に非接続とすることができる。他の実施形態では、１つ以上の機械的留め具を設けて、コアを定位置に固定することができ、及び／又はコア230を最内電極巻線（図５に示す実施形態の陽極の最内巻線部）に取り付けることができる。他の実施形態では、摩擦嵌合によって、コア230を最内電極巻線内の定位置に保持する。図５に示す実施形態において、コア230は、陽極205及び陰極210の一方のみと接触する。陽極205及び陰極210の１つの電極は、コア230に対して非接続であり、コア230と接触しない。他の実施形態では、中心コア要素を陽極205及び陰極210の１つに電気的に結合する導電部材とすることができ、中心コア要素を利用して陽極205及び陰極210の１つの電極に電流を流すことができる。更なる実施形態では、中心コア要素は、軸線方向バスバー及び／又は互いに絶縁された他の中心導電要素を含むことができ、第１軸線方向バスバー及び／又は他の中心導電要素は、陽極205に電気的に結合し、第２軸線方向バスバー及び／又は他の中心導電要素は、第１軸線方向バスバーから絶縁されるとともに陰極210に電気的に結合する。
【００７０】
電極は、電極を外部環境から電気的に分離するとともに電気化学セルを通過する電解質の流体圧力に耐えるように設計された、非金属ハウジング305内に位置付けられる。ハウジング305は、非導電性であり、電解質溶液に対して化学的に非反応性であり、システムの圧力に十分に耐える強度を持つ。ハウジング305は、ＰＶＣ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＡＢＳ、ＨＤＰＥ、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）又は他の適切な材料の１つ以上を含むことができ、いくつかの実施形態では、ハウジング305は強化要素を含むことができる。この強化要素は例えば、高分子マトリックスに埋設されたガラス又は炭素繊維である。電極コネクタ220、225は、ハウジング305の端部で、ハウジング305の壁の外側に延在する。いくつかの実施形態では、電極コネクタ220、225は、ハウジング305の両端部で、ハウジング305の壁の外側に延在することができる。電気コネクタ220、225に対する代替的な設計を後の節で説明し、当該代替的な設計を、図６の実施形態及び本明細書で開示する他の実施形態に等しく適用することができる。
【００７１】
図７Ａ及び７Ｂは、２つ電流経路を有する渦巻状の電気化学セルの他の実施形態を示す。渦巻状の陽極205及び陰極220に加えて、双極である第３電極235が存在する。渦巻状の陽極205及び陰極220は互いに、電気化学セルの中心軸線と平行方向である側方にずれている。電気化学セルの陽極205側で、第３電極235の一端部（いくつかの実施形態ではほぼ半分）は被覆されておらず陰極として機能し、他方の端部（電気化学セルの陰極210側であり、いくつかの実施形態では電極235のほぼ半分）は酸化防止コーティング（例えば白金又はＭＭＯ）で被覆されており陽極として機能する。 第３電極235は、陽極205内で第１部分に沿って入れ子となり、陰極210内で第２部分に沿って入れ子となり、図２ＢのＣＴＥと同様に電解質溶液を通って電流を２つの経路に流すことができるように方向付けられている。
【００７２】
中実のコア230は、流体が電気化学セルの中心から流れ落ちて、陽極205及び双極電極235の間の隙間と陰極210及び双極電極235の間の隙間とを迂回することを防止する、中心コア要素又は流体導流路である。コア230を陽極205、陰極210及び双極電極235に対して機械的に非接続とすることができる。他の実施形態では、１つ以上の機械的留め具を設けて、コアを定位置に固定することができ、及び／又はコア230を最内電極巻線（陽極205、又は双極電極235の電気化学セル陽極205側と、陰極210、又は双極電極235の電気化学セル陰極210側と）に取り付けることができる。他の実施形態では、摩擦嵌合によって、コア230を最内電極巻線内の定位置に保持する。いくつかの実施形態において、コア230は、陽極205、若しくは双極電極235の電気化学セル陽極205側の一方のみと接触し、並びに／又は接続する。そしてコア230は、陰極210、若しくは双極電極235の電気化学セル陰極210側の一方のみと接触し、並びに／又は接続する。
【００７３】
図７Ａ及び７Ｂに図示するセルを、非金属ハウジング305内（例えば図６に図示した非金属ハウジング内）に位置付けることができる。他の実施形態では、複数の電流経路を使用することができる。付加的な双極電極を挿入するとともに陽極及び陰極部分のそれぞれを重ねることで、海水電極セルを組立てて、図４に示す複数経路ＰＰＥに概ね類似した、３つ以上の電流経路を提供することができる。
【００７４】
図５−７Ｂに図示する実施形態における電極205、210、及び本明細書で開示される渦巻状の電気化学セルの他の任意の実施形態を個々に巻回させて一緒に組立てることができる。例えば、各電極を、心棒の周りに、被覆された又は被覆されていないチタンプレートを巻き付けることで製作することができる。ローラ又は他の手段を使用して、マンドリルを回転させながら、使用される金属（例えばチタン）プレートをプレスし曲げて、電極を形成することができる。残留応力のために、チタンはスプリングバックして、渦巻線の各一巻き間に隙間をもたらすことができる。計算及び実験によって各電極の巻線の剛性の程度を決定して、中心軸線を合わせた他の渦巻状の電極を収容するのに隙間の大きさが十分である状態に電極を弛緩させることができる。あるいは、第２材料をチタンプレートに隣接させて配置し、チタンプレートと共に心棒の周りに巻き付けて、渦巻線の一巻きの間に要求された隙間を確保することができる。例えば、材料を高デュロメータのエラストマとすることができる。中心コア230を、電極の組立て若しくは電極のハウジングへの挿入の後又は前に、最内電極の最内巻線によって定められる空間に挿入し及び／又は当該空間の定位置に固定することができる。
【００７５】
本明細書で開示される電気化学セルの任意の実施形態の電極205、210及び／又は235は、約０．２５ミリメートル〜約３ミリメートルの間の厚さを有するチタンプレート（渦巻線実施形態では、各渦巻状電極に対して単一のチタンプレート）を含むことができ、または当該チタンプレートから構成することができる。本明細書で開示される電気化学セルの任意の実施形態の電極205、210及び／又は235を、硬性の電極とすることができる。
【００７６】
巻線を真っ直ぐにした後に、チタン電極の白金コーティングを例えば電気メッキによって施すことができる。平面電極が巻回される前に、平面電極にＭＭＯコーティングを行うことができる。化学蒸着、加熱溶着、蒸着、塗料散布及び熱処理の１つ以上によってＭＭＯを適用することができ、堆積後に熱処理をすることができる。
【００７７】
電極205、210の間にセパレータを挟んで、電極205、210をセパレータとともに巻回することができる。セパレータは、電極間の隙間を通して流体を流せる多孔質構造を有することができる。セパレータを定位置に残して、電極間の隙間を維持するとともに他の機能（流れ拡散及び混合）を提供することができる。
【００７８】
電極を、流体透過材から製作することができる。この流体透過材を例えば有孔チタンプレート又は拡張メッシュとすることができる（図８参照）。陽極205、又は双極電極235の陽極として働く一部に関して、露出する全表面を、耐酸化性コーティング（例えば白金又はＭＭＯ）で被覆することができる。
【００７９】
電極205、210及び／又は235（存在する場合）の間の間隔を維持するのに可能な方法には、例えば電極間にセパレータを設けることが含まれる。セパレータには、例えば図９Ａ及び９Ｂそれぞれで300及び350で概ね示されるような、市販の非導電性の織られた又は押出されたスクリーンを含むことができる。セパレータ300、350は、セパレータと隣接する電極との間の接触領域を最小化するように構成され得る。当該領域を、電極反応から覆い隠して、電極表面からの水素ガスの放出と流体の流れ中の気体除去とに対する干渉を最小化することができ、海水電解装置の両端部にわたる圧力降下を最小化することができ、並びに／又は混合及び物質移動を最大化することで電極表面の反応速度を最大化することができる。いくつかの実施形態では、電極205、210及び／又は235（存在する場合）を金属電極とすることができる。この金属電極は、硬性であるとともに、電極205、210及び／又は235（存在する場合）間で所望の分離を維持するために必要なスペーサの数を、電極が軟性材料から形成される場合よりも減らすことができる（又はスペーサを無くすことさえもできる）。
【００８０】
いくつかの実施形態では、複数のスポーク245を有する非金属（例えばＰＶＣ、ＰＴＦＥ、ＰＤＶＦ及び／若しくはＨＤＰＥ又は高い電気抵抗と耐化学性との両方を備える他の材料）のハブ又は車輪240を利用して、電極205、210及び／又は235（存在する場合）の間の間隔を維持することができる。図１０に示すように、各スポーク245に、電極205、210及び／又は235（存在する場合）の縁を収容し配置するための細溝を特定の距離をおいて設ける。これに代えて又はこれとともに、スポーク245は、電極の縁の１つおきの側面に係合して当該縁を定位置に保持できる、ピン又は突起を含むことができる。図１０に図示するようなハブ又は車輪240を、海水電解装置の両端部に設けることができる。実施形態のハブ又は車輪240の組について、海水電解セルの２つの外側端部の各端部に、１つずつのハブ又は車輪240を装着することができる。非金属のハブ又は車輪240は、流体が海水電解セルのコアから流れ落ちることを防止する中実の中心部250を含むことができる。海水電解装置のコアは中心領域によって画定され、中心領域は、中実の中心部が存在しない場合に、陽極及び陰極に流される電流が海水電解装置の電解質を通過する領域である。いくつかの実施形態では、中実の中心部250は、海水電解装置の最内電極のみに接触する。
【００８１】
他の実施形態では、ハブ又は車輪240を、導電材料で形成することができる。この導電材料を例えばチタンとして電流を電極205、210に流し及び／又は分配するに役立てる。このような実施形態では、第１のハブ又は車輪240は、陽極205又は陰極210の一方のみと電気的に接触することができる一方、第２のハブ又は車輪240は、陽極205又は陰極210の他方と電気的に接触することができる。
【００８２】
図１１に示すように、他の実施形態では、電極の選択された箇所に穴をあけることができ、非導電性バンパー255を装着して隣接する電極表面間の間隔を維持することができる。バンパー255を、非導電性ポリマー成形品（例えばＰＴＦＥ又はＰＶＤＦ）とすることができ、定位置で音を立てるように設計することができる。例えば、バンパーは、雄部255A及び雌部255Bを含むことができ、雄部255Aが電極205、210及び／又は235（存在する場合）の第１の表面に配置され、雌部255Bが電極205、210及び／又は235（存在する場合）の反対側の表面に配置された状態で、雌部255Bにスナップ式で定位置に固定されるように、雄部255Aは構成される。
【００８３】
図１２Ａ−１２Ｃに示すように、電極205、210に対する電気的接続は、電極の縁に溶接されて電気的接続をもたらすスポーク265を有する、チタンの車輪状装置260を含むことができる。スポーク265は、電極205、210の一方の端縁と係合する複数の溝を、距離を置いて含んで、スポーク265が接続する電極の渦巻線の一巻きの間の間隔を維持することができる。装置260の外側リム270を直流電源に接続して、電流を装置260が電気的に接続される電極に流すことができる。外側リム270は、図１２Ａに図示するように単一の電気的接続部275を含むことができ、図１２Ｂに図示するように複数の電気的接続部275を含むことができ、及び／又は図１２Ｃに図示するようにタブコネクタ280を含むことができる。装置260は、電極205、210の表面に沿って延在するアーム285を含むことができ、図１２Ｃに図示するようにアーム285は電極205、210に電気的に接続されて、図１２Ａ及び１２Ｂに示す装置260よりも、電気的接触の面積をより大きくすることができ、ひいては接触抵抗を低減させることができる。以下に開示するように、安全のため並びに腐食防止利用構造及び方法のために、コネクタ275、280を密封して環境から隔離することができる。
【００８４】
様々な実施形態において、１つ以上のタブを各電極に取り付ける。例えば図６は、電極205、210に溶接されるとともに、一端部で屈曲してタブ220、225を形成する、チタンのストリップを示す。ストリップを、電極よりも厚いチタンで構成して、電極の縁の機械的剛性を向上させ、縁を流下する電流の経路における電気抵抗を低減させることができる。
【００８５】
タブと電源からの電線との間の接続を、安全のため及び腐食防止のために、密封して環境と電気化学セルを通る電解質とから隔離することができる。例えば図１３Ａ−１３Ｃは、ガスケット290を使用して、タブ295を非金属ハウジング305の端部に存在するフランジ310内に密封する方法を示す。防水コネクタ315（例えばＩＰ５４のコネクタ）を使用して、タブ295を直流電源に接続することができる。
【００８６】
本明細書で開示した、渦巻状の電極を含む電気化学装置又は海水電解装置の態様及び実施形態は、陽極及び陰極（又は陽極−陰極の組）を含むことができる。当該陽極及び陰極は、陽極と陰極との間の活性領域又は隙間を通過する実質的に全て又は全ての流体を、実質的に又は完全に軸線方向に流れて活性領域を通るように導くよう構成され配置される。実質的に又は完全に軸線方向に延びて活性領域を通る方向を、電気化学セル並びに／又は陽極及び陰極（若しくは陽極−陰極の組）の中心軸線と平行に又は実質的に平行にすることができる。たとえ流体の流れが活性領域を通る間に流れが乱流になり及び／又は渦が存在したとしても、活性領域を流れる流体は依然として活性領域を通り実質的に又は完全に軸線方向に流れると考えることができる。
【００８７】
本明細書で開示した、渦巻状の電極を含む電気化学装置又は海水電解装置の態様及び実施形態は、現在市販されている同心チューブ海水電解セル及び平行プレート海水電解セルに対して多数の利点を有することができる。例えば、既存の同心チューブ海水電解（ＣＴＥ）セルでは、外側電極の内面と内側電極の外面とだけが、次亜塩素酸ナトリウムを生成する電極反応において活性である。他の電極表面は、電解質溶液から隔離されている。外側チューブ及び電気的接続部は環境にさらされている。
【００８８】
渦巻状電極の設計において、各電極の両側面の表面領域の大部分又は全ては活性である。図７Ａ及び７Ｂに示すような、４インチ（0.1016メートル）のスケジュール４０のハウジング（又はSCH80 PVC等のＰＶＣハウジング）内の２つの電流経路を有する装置は、図１に示す電気化学セルと比較して、装置の体積あたりの活性領域が５倍超である。したがって、本明細書で開示される装置は、従来のＣＴＥ装置の活性電極領域の同等量に対して、より小型（体積が８０％超減少）になり得る。
【００８９】
本明細書で開示した態様及び実施形態では、通電要素が外部環境に対して露出しないように、防水のコネクタによって、渦巻状電極を、非金属ハウジングに挿入するとともに直流電源又は交流電源に接続することができる（例えば図１３Ａ−１３Ｃ参照）。オペレータにとって、この設計はより安全であり、装置と外部接地要素又は液体との間で短絡が起きるおそれがない。既存のＣＴＥ装置が要求する密封された囲いを不要とすることができ、それによってシステムの複雑性及び資本コストを減少させることができる。
【００９０】
平行プレート海水電解（ＰＰＥ）セルでは、多数の平面電極を支持し位置合わせするとともに装置を通る流体を導く、複雑なフレーム構造が必要である（例えば図３参照）。本明細書で開示した渦巻状電気化学装置の実施形態では、必要な電極の数を減少させる。
【００９１】
本明細書で開示する装置の活性電極領域の体積あたりの密度は、渦巻状装置では平行プレート海水電解セルよりも高くなることが期待される。電極は、円筒状ハウジングの全円形断面を占めるのに対し、ＰＰＥでは正方形又は長方形部分のみを占める。
【００９２】
本明細書で開示される渦巻状電極を含む電気化学又は海水電解装置の態様及び実施形態は、約４６％〜約５２％の有効密度を有することができ、ある実施形態では約５０％超の有効密度を有することができ、ある実施形態では約７５％超の有効密度を有することができ、ある実施形態では約８５％超の有効密度を有することができ、ある実施形態では約９０％超の有効密度を有することができ、そしてある実施形態では有効密度を最高で約９５％とすることができる。
【００９３】
渦巻状装置の一端での単一陽極との電気的接続及び他端での単一陰極との電気的接続は、ＰＰＥの多数の陽極及び陰極との接続よりも単純である（図７Ａ及び７Ｂと図４とを比較する）。さらに、本明細書で開示する渦巻状装置は、ＰＰＥよりも、部品数が少なくなるとともに組み立てが容易であることが期待される。
【００９４】
海水電解セルは、海洋で、沖合で、都市で、産業的に及び商業的に実施される。渦巻状電気化学装置の設計パラメータは例えば、内側電極間隔、電極の厚さ、コーティングの密度、電極面積、電気的接続方法等であり、これらを様々な実装に対して最適化することができる。したがって、本明細書で開示する態様及び実施形態は、ＣＴＥ設計及びＰＰＥ設計の両方を置換することができ、ある設計プラットフォームの生産ラインに統合でき、それに伴い要素の共有性並びに調達及び製造の規模の点で利点がある。
【００９５】
他の態様によれば、海水電解セルは、複数の同心チューブ電極を含む。同心チューブ電極の少なくとも一部を、単極とすることができ、又は双極とすることができる。３つの同心チューブを含む第１実施形態を図１４Ａに400で全体的に図示する。中央チューブ電極405は、白金又はＭＭＯ等の酸化防止コーティングを有する陽極であり、当該コーティングは内側表面及び外側表面の両方に存在して中央チューブ電極405の表面積を完全に利用する。内側チューブ電極410及び外側チューブ電極415にはコーティングが存在せず、それぞれ内側陰極及び外側陰極として機能する。電極は単極であり、電流が電解質を電極毎に一度通って流れる。電極405、410、415のそれぞれは、チタンのチューブを含むことができる。陽極の電気的接続部430は、中央チューブ電極405と電気的に接続されている。陰極の電気的接続部435は、内側チューブ電極410及び外側チューブ電極415と電気的に接続されている。
【００９６】
本明細書で開示する、複数陽極チューブ電極又は複数陰極チューブ電極を含む実施形態では、複数陽極チューブ電極をまとめて陽極又は陽極チューブと呼ぶことができ、複数陰極チューブ電極をまとめて陰極又は陰極チューブと呼ぶことができる。本明細書において、複数陽極チューブ電極又は複数陰極チューブ電極を含む実施形態では、複数陽極チューブ電極及び／又は複数陰極チューブ電極をまとめて陽極−陰極の組と呼ぶことができる。
【００９７】
同心チューブ電極（例えば本明細書で開示する１つ以上の陽極及び／又は陰極）を含む電気化学セルのいくつかの態様及び実施形態において、流体を電極間の１つ以上の隙間を通して電気化学セルの中心軸線と平行な方向に導くように、電極を構成し配置する。同心チューブ電極（例えば本明細書で開示する１つ以上の陽極及び／又は陰極）を含む電気化学セルのいくつかの態様及び実施形態において、電気化学セルに導入される全ての流体を複数電極間の１つ以上の隙間を通して電気化学セルの中心軸線と平行な方向に導くように、電極を構成し配置する。
【００９８】
複数電極間の隙間420、425の幅を、一定とすることができ、又は可変とすることができる。複数電極間の隙間の幅を、例えば差し渡し約１ミリメートル〜約５ミリメートルとすることができ、上述したように複数電極間の隙間の幅を、電気化学セルで処理される電解質の種類に基づいて選択することができる。供給電解質溶液は、３つのチューブ電極の間に形成される、２つの環状隙間420、425を通って流れる。一定又は可変の直流電圧を陽極の電気的接続部430及び陰極の電気的接続部435にわたって印加し、又はある実施形態では交流電流を陽極の電気的接続部430及び陰極の電気的接続部435にわたって流す。電流は、陽極（中央チューブ電極405）の内側表面及び外側表面から、内側陰極及び外側陰極（内側チューブ電極410及び外側チューブ電極415）に同時に流れる。１つ以上の導電性ブリッジ440によって、電気的接続部を内側チューブ電極410と外側チューブ電極415との間に設けることができる。当該導電性ブリッジ440を内側チューブ電極410及び外側チューブ電極415と同じ材料（例えばチタン）で形成することができる。バルク溶液内の電極の表面において、電気化学反応及び化学反応が起こり、生成物溶液（例えば消毒用次亜塩素酸ナトリウム）が生成される。海水電解セル400を、非導電性ハウジング（例えば図６に図示するハウジング305）に含めることができる。
【００９９】
図１４Ｂに全体的に400’で図示する他の実施形態では、中央チューブ電極405を被覆せず又はメッキせず、それゆえに中央チューブ電極405の内側及び外側は２つの陰極表面として機能する。中央チューブ電極405に面する内側チューブ電極410及び外側チューブ電極415の表面を、酸化防止コーティング（例えばＭＭＯ又は白金）で被覆して、２つの陽極表面を形成する。電極は単極であり、電流は電解質を電極毎に一度通って流れる。電極405、410、415のそれぞれは、チタンのチューブを含むことができる。陽極の電気的接続部430は、内側チューブ電極410及び外側チューブ電極415と電気的に接続されている。陰極の電気的接続部435は、中央チューブ電極405と電気的に接続されている。
【０１００】
図１４Ｂに図示する実施形態は、電流が、内側チューブ電極410及び外側チューブ電極415の陽極表面から中央チューブ電極405の２つの陰極表面に流れる点を除いて、図１４Ａに図示する実施形態に類似する。１つ以上の導電性ブリッジ440によって、電気的接続部を内側チューブ電極410と外側チューブ電極415との間に設けることができる。当該導電ブリッジ440を内側チューブ電極410及び外側チューブ電極415と同じ材料（例えばチタン）で形成し、当該材料を含み又は当該材料から構成することができる。同心チューブ電極を含む電気化学セルの任意の実施形態の電極を、例えば厚さが約０．２５ミリメートル〜約３ミリメートル、約０．９ミリメートル〜約２ミリメートル又は約１．５ミリメートルの、硬性金属電極とすることができる。バルク溶液内の電極の表面において、電気化学反応及び化学反応が起こり、チューブ電極405、410、415の間に形成される環状の隙間420、425で生成物溶液（例えば消毒用次亜塩素酸ナトリウム）が生成される。電気化学セル又は海水電解セル400’を、非導電性ハウジング（例えば図６に図示するハウジング305）に含むことができる。例えば電気化学セルにおいて図７Ｂに示すとともに上述し、並びに／又は端部キャップにおいて図１０に示し及び／若しくは図１７に示し後述するように、いくつかの実施形態では、電気化学セル400、400’の中心を通るともに最内側電極410の内側を通る電解質の流れを、非導電性コアを含むことによって妨げることができる。
【０１０１】
他の実施形態によれば、同心チューブ電気化学又は海水電解セルは、４つの同心チューブ電極を含む。４つのチューブの海水電解セルの例を図１５に500で全体的に示す。４つのチューブの海水電解セル500は、陽極として機能するとともに陽極電気的接続部525と電気的に接続され得る、内側チューブ電極505及び中間チューブ電極510を含む。また１つ以上の導電ブリッジ550によって、内側チューブ電極505及び中間チューブ電極510を互いに電気的に接続し得る。外側チューブ電極520及び中間チューブ電極515は、陰極として機能するとともに陰極電気的接続部530と電気的に接続され得る。また１つ以上の導電ブリッジ555によって、外側チューブ電極520及び中間チューブ電極515を互いに電気的に接続し得る。外側チューブ電極520及び中間チューブ電極515は、中間チューブ電極510の両側に配置される。
【０１０２】
４つのチューブの海水電解セル500は、供給電解質が４つのチューブの海水電解セル500に形成される３つの環状隙間535、540、545を通って流れる点を除いて、３つのチューブの海水電解セル400と類似する方法で動作する。４つのチューブの海水電解セル500を形成するために３つのチューブの海水電解セル400に追加された追加チューブは、付加的な陰極電極表面と、付加的な陽極表面と、付加的な環状隙間とを提供する。バルク溶液内の電極の表面において、電気化学反応及び化学反応が起こり、４つのチューブ電極の海水電解セル500に形成される環状の隙間535、540、545で生成物溶液が生成される。海水電解セル500を、非導電性ハウジング（例えば図６に図示するハウジング305）に含むことができる。他の実施形態では、外側チューブ電極520及び中間チューブ電極515を、陽極として使用し、酸化防止コーティングで被覆することができ、内側チューブ電極505及び中間チューブ電極510は、陰極として使用され、酸化防止コーティングは含まない。例えば電気化学セルにおいて図７Ｂに示し、並びに／又は端部キャップにおいて図１０に示し及び／若しくは図１７に示し後述するように、いくつかの実施形態では、電気化学セル500の中心を通るとともに最内側電極505の内側を通る電解質の流れを、非導電性コアを含むことによって妨げることができる。
【０１０３】
他の実施形態によれば、同心チューブ海水電解セルは、５つの同心チューブ電極を含む。５つのチューブの海水電解セルの例を図１６に600で全体的に示す。５つのチューブの海水電解セル600は、陽極として機能するとともに陽極電気的接続部635と電気的に接続され得る、中間チューブ電極620及び625を含む。また１つ以上の導電ブリッジ665によって、中間チューブ電極620及び625を互いに電気的に接続し得る。内側チューブ電極605、中央チューブ電極610及び外側チューブ電極615は、陰極として機能するとともに陰極電気的接続部630と電気的に接続され得る。また１つ以上の導電ブリッジ660によって、内側チューブ電極605、中央チューブ電極610及び外側チューブ電極615を互いに電気的に接続し得る。中間チューブ電極620、625は、中央チューブ電極610の両側に配置される。
【０１０４】
５つのチューブの海水電解セルは、供給電解質が５つのチューブの海水電解セルに形成される４つの環状隙間640、645、650、655を通って流れる点を除いて、４つのチューブの海水電解セル500と類似する方法で動作する。５つのチューブの海水電解セル600を形成するために４つのチューブの海水電解セル500に追加された追加チューブは、付加的な陰極電極表面と、付加的な陽極表面と、付加的な環状隙間とを提供する。バルク溶液内の電極の表面において、電気化学反応及び化学反応が起こり、５つのチューブ電極の海水電解セル600に形成される４つの環状の隙間で生成物溶液が生成される。海水電解セル600を、非導電性ハウジング（例えば図６に図示するハウジング305）に含むことができる。他の実施形態では、内側チューブ電極605、中央チューブ電極610及び外側チューブ電極615を、陽極として使用し、酸化防止コーティングで被覆することができ、中間チューブ電極620及び625は、陰極として使用され、酸化防止コーティングは含まない。例えば電気化学セルにおいて図７Ｂに示し、並びに／又は端部キャップにおいて図１０に示し及び／若しくは図１７に示し後述するように、いくつかの実施形態では、電気化学セル600の中心を通るとともに最内側電極605の内側を通る電解質の流れを、非導電性コアを含むことによって妨げることができる。
【０１０５】
図１７は、700で全体的に示す電気化学セルの他の実施形態を示す。図１７に示すように、海水電解セルの陽極チューブ及び／又は陰極チューブ705、710は開口部715を有し、海水電解セルの電気化学反応で生成された水素を、電極705、710を通してより容易に流すことができ、電極表面における水素マスキング効果を減少させることができる。水素マスキング効果は、利用可能な陽極領域を減少させ、次いで次亜塩素酸ナトリウムの生産高を減少させる。これに加えて又はこれに代えて、陽極及び／又は陰極は、流体透過性及び／又は有孔若しくはメッシュ材料（例えば図８に示すような有孔チタン又はチタンメッシュ）を含むことができる。端部キャップ720を海水電解セル700の入口端及び／又は出口端に設けて、蓋付き中心コアを提供することができる。端部キャップ720は、流体が最内側チューブ電極の内側に画定される電気化学セル700の中心導管から流れ落ちて、環状隙間725を迂回することを防止する、中心コア要素又は流体導流路である。いくつかの実施形態では、端部キャップ720を、１つ以上の機械的留め具及び／又は摩擦嵌合によって、同心チューブ電極電気化学セルの最内側同心チューブ電極に接続することができる。いくつかの実施形態では、端部キャップ720は、同心チューブ電極電気化学セルの最内側同心チューブ電極のみと接触し及び／又は接続することができる。同心チューブ電極電気化学セルの実施形態の少なくとも１つの電極を、端部キャップと接続させず接触させないことができる。
【０１０６】
電極は、電極を外部環境から電気的に分離するとともに流体の圧力に耐えるように設計された、非金属ハウジング（例えば図６に示すようなハウジング305）内に位置付けられ得る。構成について、例えば図１７に示す電極715の穴及び端部キャップ720を、本明細書で開示される、マルチチューブ海水電解セル若しくは電気化学セルの実施形態、又は渦巻状電気化学セルの実施形態のいずれかに含めることができる。
【０１０７】
図１８Ａ及び１８Ｂは、同心電極チューブ電気化学セルの他の実施形態を800で全体的に示す。マルチチューブ陽極805及び陰極810に加えて、双極である第３チューブ電極815が存在する。双極チューブ電極815の一端部815A（いくつかの実施形態では電極815のほぼ半分）は被覆されておらず陰極として機能し、他方の端部815B（いくつかの実施形態では電極815のほぼ半分）は酸化防止コーティング（例えば白金又はＭＭＯ）で被覆されており陽極として機能する。双極チューブ電極815を、陽極チューブ電極805及び陰極チューブ電極810内で入れ子にする。陽極チューブ電極805は端部815Aを囲み、陰極チューブ電極810は端部815Bを囲む。同じ直径を有する陽極チューブ電極805及び陰極チューブ電極810は、電気化学セル800の丈に沿って横方向にずれている。図２Ｂに示す装置と類似する方法で、双極チューブ電極815は、双極チューブ電極815と陽極チューブ電極805及び陰極チューブ電極810との間を通過する電解質溶液を通して、電流を２つの経路で流せるように方向付けられている。図１８Ｂに示すように、内部スペーサキャップ820及び／又は端部キャップ825は、双極チューブ電極815に配置され、液体が電気化学セル800の最内側電極（例えば最内側双極チューブ電極815）の中心を通って流れることを防止することができる、中心コア要素又は流体導流路である。電気化学セル800を、非金属ハウジング（例えば図６に示すハウジング305）の内部に装着することができる。
【０１０８】
付加的な双極チューブ電極815を挿入するとともに陽極チューブ電極805及び陰極チューブ電極810のそれぞれを重ねて、陽極及び陰極チューブ電極を、半径方向に沿うとともに海水電解セル又は電気化学セルを通る複数の双極チューブ電極の択一的な側面に設けることによって、海水電解セルを組立てて、図４に示すマルチ経路ＰＰＥに概ね類似する３つ以上の電流の経路を提供することができる。
【０１０９】
同心チューブ電気化学セル又は海水電解セルの各電極を、被覆された又は被覆されていない、市販のASTM B338のチタンチューブ又はANSIの配管又はメートル換算のものを使用して製作することができる。図１７に示すように、チタン端部コネクタプレート730を、レーザ切断し、電極チューブに溶接して、電極チューブ間の隙間の幅を調整し、電流を電極チューブに流すことができる。電極チューブに沿って、例えば約１ミリメートル〜約５ミリメートルの幅又は約３ミリメートル〜約４ミリメートルの幅の隙間を、化学的に不活性の及び／又は非導電性の材料（例えばＰＴＦＥ又はＰＶＤＦ）から製造されるスペーサパイプ又はセパレータを用いて維持することができる。セパレータは、図１９に示すような電極チューブの縁の周りに適合するＣ字型又はＵ字型のスペーサタブ等の、スペーサタブ905を含むことができる。これに加えて又はこれに代えて、電極の選択された箇所に穴を開けることができ、図１９Ｂに示すように非導電性バンパー910を装着して隣接する電極表面間の間隔を維持することができる。バンパー910を、非導電性ポリマー成形品（例えばＰＴＦＥ又はＰＶＤＦ）とすることができ、定位置で音を立てるように設計することができる。例えば、バンパーは、雄部910A及び雌部910Bを含むことができ、雄部910Aが電極の第１の表面に配置され、雌部が電極の反対側の表面に配置された状態で、雌部910Bにスナップ式で定位置に固定されるように、雄部910Aは構成される。これとともに又はこれに代えて、図１９Ｃに示すように、セパレータは、電極チューブのオリフィスを貫通するとともに電極チューブを隣接する電極チューブから離間させる、ねじ固定具915を含むことができる。図１９Ａ−１９Ｃに示すセパレータのいずれかを、本明細書で開示される渦巻状又は平行プレートの電気化学又は海水電解セルの実施形態で利用することもできる。
【０１１０】
図２０Ａ及び２０Ｂに示すように、例えばチタンで製造されるとともに、本明細書で開示されるマルチチューブ電気化学又は海水電解セルの電極の縁に溶接されてスポーク1005を含む、車輪状装置1000を利用して、電極に対して電気接続をもたらすことができる。第１車輪状装置1000を、本明細書で開示されるマルチチューブ電気化学又は海水電解セルの第１端部に設けて、陽極電極チューブに対して電気接触をもたらすことができる。そして第２車輪状装置1000を、本明細書で開示されるマルチチューブ電気化学又は海水電解セルの第２端部に設けて、陰極電極チューブに対して電気接触をもたらすことができる。車輪状装置1000に開口部1010を設けて、同心電極チューブ間の隙間を通して流体を流すことができる。スポーク1005は、電極チューブと係合して電極チューブ間の隙間を維持する位置決め要素を有することができる。当該位置決め要素は、例えば図１０に示す車輪240の溝に類似する、間をおいて設けた溝、タブ、ピン及び／又は突起等である。車輪状装置1000の外側のリム1015を、図２０Ａに示す単一のコネクタ1020を利用して、又は図２０Ｂに示す複数のコネクタ1020を利用して、電源に接続することができる。
【０１１１】
電気コネクタ1020と電源からの電線1025との間の接続を、安全のため及び腐食防止のために、密封して環境から隔離することができる。図２１Ａ及び２１Ｂは、ガスケット1030を使用して、電気コネクタ1020を、電気化学セル又は海水電解セルが配置される非金属ハウジング1040の端部でフランジ1035内に密封する方法の例を示す。防水コネクタ1045（例えばＩＰ５４のコネクタ）を使用して、電気コネクタ1020を電源に接続する。
【０１１２】
また図２１Ａ及び２１Ｂは、オペレータを感電事故から保護するとともに高価な防水カバーが不要となる、高イングレスプロテクション（ＩＰ）等級を備える実施形態を示す。非金属ハウジング1040に対して、次亜塩素酸ナトリウムに対する耐化学性及び約５バールから約１５バールの範囲の高到達圧力等級のために、例えばABS、U-PVC、C-PVC及び／又はPVDFの材料を使用し得る高密度プラスチック配管要素を用いることができる。市販の高ＩＰ評価のケーブルコネクタを使用して、電流を電極に流し、電極から電流を受け取ることができる。
【０１１３】
複数同心チューブ電極を含む電気化学セル若しくは海水電解セル又は電気化学装置若しくは海水電解装置の実施形態は、現在使用されている電気化学又は海水電解の設計に対して多数の利点を有する。例えば、既存の同心チューブ海水電解（ＣＴＥ）セルでは、外側電極の内面と内側電極の外面とだけが、次亜塩素酸ナトリウムを生成する電極反応において活性である。他の表面は、電解質溶液から隔離されている。外側チューブ及び電気的接続部は環境にさらされている。これに対して、マルチチューブ電極を有する実施形態（例えば３つのチューブの実施形態及び５つのチューブの実施形態）では、陽極は、酸化防止コーティング（例えばＭＭＯ又は白金）で被覆された陽極電極チューブの内側表面及び外側表面の両方を使用する。
【０１１４】
４つの同心電極チューブを含む電気化学又は海水電解セルの、ある陽極電極チューブの両面を被覆し又はメッキすることができる一方、他の陽極電極チューブの一面のみを被覆することができる。それでもこのセルは、現存するＣＴＥ設計と比較した場合に、材料をより有効に活用している。
【０１１５】
本明細書で開示するような３つのチューブ、４つのチューブ及び５つのチューブのマルチチューブ電極構造体は、図１Ａ及び１Ｂに示すＣＴＥ電極と比較した場合に、ユニット体積あたりの活性領域を次第に増加させる。複数同心チューブ電極を含む電気化学セル又は海水電解セル及び電気化学装置又は海水電解装置で使用されるマルチチューブの数を増加させると、最内側チューブの直径はますます小さくなり、チューブあたりの活性表面積がより少なくなるであろう。しかしながら、全体的な結果は、マルチチューブ電極の活性表面が、図１Ａ及び１Ｂに示すＣＴＥ電極装置と比較した場合に、著しく広くなる。
【０１１６】
したがって、現存するＣＴＥ電解装置と比較して、本明細書で開示されるマルチチューブ電気化学又は海水電解セルを、複数ユニットで使用して同等量の次亜塩素酸ナトリウムを生成する寸法の電解装置を形成する場合に、より小型にすることができる。３つの同心電極チューブを含む電気化学又は海水電解セルが要求するスペースは、従来のＣＴＥが要求するスペースよりも約３０％減となり得る。４つ又は５つの同心電極チューブを含む電気化学又は海水電解セルは、より多くのスペースを削減することができる。
【０１１７】
通電要素が外部環境に対して露出しないように、防水のコネクタによって、マルチチューブ電極を、非金属非導電性ハウジングに挿入するとともに電源に接続することができる（例えば図２１Ａ及び２１Ｂ参照）。この設計は、オペレータにとってより安全であり、装置と外部接地要素又は液体との間でショートするおそれがない。既存のＣＴＥ装置が要求する密封されたカバーを不要とすることができ、それによってシステムの複雑さ及び資本コストを減少させることができる。
【０１１８】
平行プレート海水電解（ＰＰＥ）セルは、従来のＣＴＥセルに対してユニット体積あたりでより高い充填密度を持ち、よく濃くより強い次亜塩素酸ナトリウムを生成することができる。複数の同心電極チューブを含む海水電解セルは、ＰＰＥのこれらの利点の両方に対抗することができる。しかしながら、複数の同心電極チューブを含む海水電解セルは、低速度でありそれに続きＰＰＥセルの自浄の度合いが低いために周期的な酸洗浄を要求するというＰＰＥの一般的な短所を持たず、メンテナンスを著しく軽減し、有害化学物質を扱わずに済むであろう。複数の同心電極チューブ装置を含む海水電解セルは、ＰＰＥよりも部品の数が少なくなり、組立てが容易となり得る。
【０１１９】
本明細書で開示した同心電極チューブを含む電気化学又は海水電解装置の態様及び実施形態は、陽極及び陰極（又は陽極−陰極の組）を含むことができる。当該陽極及び陰極は、陽極と陰極との間の活性領域又は隙間を通過する実質的に全て又は全ての流体を、実質的に又は完全に軸線方向に流れて活性領域を通るように導くよう構成され配置される。実質的に又は完全に軸線方向に延びて活性領域を通る方向を、電気化学セル並びに／又は陽極及び陰極（若しくは陽極−陰極の組）の中心軸線と平行に又は実質的に平行にすることができる。たとえ流体の流れが活性領域を通る間に、流れが乱流になり及び／又は渦が存在したとしても、活性領域を流れる流体は依然として活性領域を通り実質的又は完全に軸線方向に流れると考えることができる。
【０１２０】
本明細書で開示される同心電極チューブを含む電気化学又は海水電解装置の態様及び実施形態は、約４６％〜約５２％の有効密度を有することができ、ある実施形態では約５０％よりも大きい有効密度を有することができ、ある実施形態では約７５％よりも大きい有効密度を有することができ、ある実施形態では約８５％よりも大きい有効密度を有することができ、ある実施形態では約９０％よりも大きい有効密度を有することができ、そしてある実施形態では最高で約９５％の有効密度を有することができる。
【０１２１】
海水電解セルは、海洋で、沖合で、都市で、産業的に及び商業的に適用される。複数の同心電極チューブを含む海水電解セルの設計パラメータは例えば、内側電極間隔、電極の厚さ、コーティングの密度、電極面積、電気的接続方法等であり、これらを様々な実装のために選択することができる。本明細書で開示される態様及び実施形態は、電極の数、電極間のスペース、電極の材料若しくはスペーサの材料、海水電解セル内の経路の数又は電極のコーティング材料を限定するものではない。
【０１２２】
他の態様によれば、電気化学又は海水電解セルに、軸線方向に放射状に延びる電極を設けることができる。本明細書では当該電極を半径方向に実質的に方向付けられた電極とも呼ぶ。軸線方向に放射状に延びる電極は、電気化学又は海水電解セルの中心チャンネルに近接する領域から、セルの外側シェル又はハウジングに向かって延在する陰極及び陽極を含むことができる。陰極電極及び陽極電極は、セルを通る液体の流れに概ね垂直な平面に定められる円形経路に沿って互い違いになる。陰極電極及び陽極電極は隙間によって隔てられ、隙間を通って流れる液体は海水電解等の電気化学処理を受ける。渦巻状電極構成は一般に、表面積に対する可能な体積の比率が最大であると考えられるが、軸線方向に放射状に延びる設計は、同じ充填密度に近づくことができる。また軸線方向に放射状に延びる設計の構築は、当該設計のサブユニット要素の単純性のため及び頑健な技術（板金、焼結、押出加工）を使用して製造できるため、渦巻状設計の構築よりも単純であることが示されている。
【０１２３】
図２２Ａ及び２２Ｂは、全体的に1100で示す半径方向延在電極を含む電気化学又は海水電解セルのある代表的な非限定的実施形態を表す。電気化学セル1100は、半径方向延在陰極1110から流体チャンネル1115によって隔てられた複数の半径方向延在陽極1105を含む。半径方向延在陽極1105及び半径方向延在陰極1110は、電気化学セル1100の中心軸線1135付近に近接して定められる領域1130から、電気化学セルの外周又はハウジングに向かって延びる。いくつかの実施形態では、陽極1105の一部又は全部が、酸化防止コーティング（例えばＭＭＯ又は白金）で被覆され得る硬性金属電極（例えばチタン電極）である。いくつかの実施形態では陰極1110の一部又は全部が硬性金属電極（例えばチタン電極）であり、又は他の実施形態では陰極1110の一部又は全部が水素を減少させる多孔質ガス拡散陰極である。いくつかの実施形態では、陽極1105の一部又は全部をガス拡散陽極とすることができる。いくつかの実施形態において、本明細書で開示される半径方向延在電極を含む電気化学又は海水電解セルは、１つ以上の双極電極を含むことができる。本明細書で開示される半径方向延在電極を含む電気化学セルの任意の実施形態の電極を、例えば厚さが約０．２５ミリメートル〜約３ミリメートル又は約１ミリメートル〜約２ミリメートルの、硬性金属電極とすることができる。
【０１２４】
酸素を輸送する中心ガス導管1120を設けることができ、酸素は例えばセル1100の海水電解反応によって生成される水素と結合して水を生成することができる。いくつかの実施形態では、例えば電極1100の上及び／又は電極1110の中に触媒を設けて、セル1100における酸素及び水素の反応を促進する。非導電性外側シェル1125は、半径方向延在陽極1105、半径方向延在陰極1110、流体チャンネル1115及び中心導管1120を収容することができる。体積に対する電極表面領域の比率を、電極の厚さ、電極間の間隔及びセルの全体寸法等の係数を選択することで操作することができる。
【０１２５】
セル1100で処理を受ける電解質等の流体は、流体チャンネルを通って中心導管1120及び中心軸線1135に実質的に平行な方向に流れることができる。本明細書で開示される半径方向延在陽極1105及び半径方向延在陰極1110を含む電気化学セルのいくつかの実施形態では、半径方向延在陽極1105及び半径方向延在陰極1110を、隣接する半径方向延在陽極1105と半径方向延在陰極1110との間に画定される流体チャンネルを通る流体の一部又は全部の流れを、電気化学セルの中心長手方向軸線に平行な又は実質的に平行な方向に導くように構成し配置する。
【０１２６】
図２２Ｃは、図２２Ａの電気化学セル1100の陽極1105の断面斜視図である。図２２Ｄは、図２２Ａの電気化学セル1100の陰極1110の断面斜視図であり、支持部1110Bによって半径方向延在部1110Aを結合できる様子を示す。
【０１２７】
図２２Ｅは、図２２Ａ及び２２Ｂの電気化学セル1100の代替的構成を示し、当該構成では半径方向延在陽極1105及び半径方向延在陰極1110が半径方向の広がりに沿って実質的に同じ厚さを持つ。図２２Ｅの電気化学セルは、流体が電気化学セルのコアを通って流れることを妨げる、中実コア1150も含む。コア1150は、非導電性材料（例えばＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ又は他のポリマー）を含むことができ、又は導電性材料で形成することができる。図２２Ｆ及び２２Ｇは、半径方向延在電極を含む、電気化学又は海水電解セルの実施形態の半径方向延在陽極1105及び半径方向延在陰極1110を、絶縁要素1140によって互いに結合できる様子を示す。図２２Ｈは、半径方向延在電極1105、1110を含む、電気化学又は海水電解セルの実施形態を、単極とできることを示す。図２２Ｉは、半径方向延在電極を含む電気化学又は海水電解セルの実施形態を双極とでき、当該実施形態が、電気化学セルの丈に沿って互いにずれた半径方向延在陽極1105及び半径方向延在陰極1110並びに双極の半径方向延在電極1145を含むことができることを示す。付加的な半径方向延在陽極1105及び／又は半径方向延在陰極1110を設けて、電気化学セルを多極とすることができる。
【０１２８】
図２３Ａ−２３Ｄは、図２２Ａ及び２２Ｂの電気化学セルの幾何形状からの代替的な配管構成を含む1200で全体的に示す電気化学セル1100を図示する。転換キャップを使用することで、電気化学セル1200を通る流体の軸線方向流れパターンを提供することができる。図２３Ａに示すように、電気化学セル1200は、入口端部キャップ1205の外縁1215に近接しているが外縁1215からずれた、周方向に配置された開口部1210を有する入口端部キャップ1205を含むことができる。開口部1210は、電気化学セル1200の内部の陽極1225と陰極1330との間で流体チャンネル1220と流体連通することができる。したがって開口部1210を通って導入される流体（例えば電解質）は、当該流体が電気化学セル1200の丈に沿って移動する際に、矢印1235（図２３Ｂ）で示す方向である半径方向内側に中心流体導管1240に向かって流れることができる。半径方向延在陽極1225及び半径方向延在陰極1230は、電気化学セル1200の中心導管1240から、電気化学セル1200の外周又はハウジングに向かって延在する。電気化学セル1100において、陽極1225の一部又は全部は、酸化防止コーティング（例えばＭＭＯ又は白金）で被覆することができる金属電極（例えばチタン電極）であり、陰極1230の一部又は全部は、水素を減少させる多孔質ガス拡散陰極である。ガス導管1245を、流体チャンネル1220の外側であり非導電性外面シェル又はハウジング1250の中に、周方向に設けて、ガス拡散陰極1230への酸素の流れをもたらすことができる。図２３Ｃに示すように、出口端部キャップ1260の中心に全体的に配置されるとともに中央導管1240と流体連通する、出口開口部1255を設ける。代替的実施形態では、流体が電気化学セル1200を通って流れるときに、流体は出口端部キャップ1260から入口端部キャップ1205まで流れることができ、流体は中心導管1240から開口部1210まで半径方向外側に流れることができる。
【０１２９】
図２３Ｄに示すように、電気化学セル1200は内部バッフル1265を含むことができる。バッフル1265を利用して、電気化学セル1200を通過する流体の流れ方向及び／又は混合を制御又は変更することができ、電気化学セル1200にバッフル1265が無い場合と比較して、流体流れチャンネル1220に対して付加的な経路長を提供することができる。電気化学セル1200を通る流体の流れを、外面開口部1210から中心流体導管1240まで、中心導管1240から中心流体導管1240まで、又は外面開口部1210から外面開口部1210までとすることができる。
【０１３０】
図２４は、図２２Ａ及び２２Ｂの電気化学セルの幾何形状の他の変形例を表す。電極の厚さを薄くし、電極間の隙間を小さくすることで、電気化学セルの体積に対する電極1105、1110の表面積を増加させている。
【０１３１】
図２５Ａは、図２４の電気化学セルの幾何形状の他の変形例を表し、波状構造を用いることで、電極1105、1105の表面積を更に増加させている。図２５Ａの実施形態において、陽極1105及び陰極1110のそれぞれは波型である。他の実施形態では、陽極1105及び陰極1110は、図示した曲率の形態とは異なる形態を持って、電極表面積を増加させることができる。例えば、図２５Ｂに示すように、電気化学セルの、陽極1105及び陰極1110の一方を波型とする一方、陽極1105及び陰極1110の他方を波型ではないものとすることができる。
【０１３２】
図２６は、マルチチャンネル波型電極幾何形状を含む、図２２Ａ及び２２Ｂの実施形態の幾何形状の変更を表す。図２６の実施形態では、陽極1105あたり複数のガス拡散陰極1100を使用することで、図２２Ａ及び２２Ｂの実施形態と比較して、陰極1100での又は陰極1100内での水素を減少させるための表面積を増加させることができる。複数のガス拡散陰極1100に、中心導管1120によるとともに、中心導管1120から半径方向にずれた軸線方向ガス導管1145によって、ガス（例えば酸素）を供給する。
【０１３３】
図２７Ａ−２７Ｃは、図２６の軸線方向ガス導管1145の、空気的及び電気的経路設定の構成の実施形態を表す。解放チャンネル構成1160及びガスの入口／出口1165を有する端部キャップ1150、1155を、電気化学セル1100の両側の端部1170、1175に固定して、空気的に密封されたチャンバを形成することができる。電流を電極1105、110に流す電気接点をこれらのキャップ1150、1155に組込むことで、キャップ1150、1155は潜在的に、２つの目的に適合することができる。
【０１３４】
本明細書で開示した半径方向延在電極を含む電気化学又は海水電解装置の態様及び実施形態は、陽極及び陰極（又は陽極−陰極の組）を含むことができる。当該陽極及び陰極は、陽極と陰極との間の活性領域又は隙間を通過する実質的に全て又は全ての流体を、実質的に又は完全に軸線方向に流して活性領域を通すように導くように構成され配置される。実質的に又は完全に軸線方向に延びて活性領域を通る方向を、電気化学セル並びに／又は陽極及び陰極（若しくは陽極−陰極の組）の中心軸線と平行に又は実質的に平行にすることができる。たとえ流体の流れが活性領域を通る間に、流れが乱流になり及び／又は渦が存在したとしても、活性領域を流れる流体は依然として活性領域を通り実質的又は完全に軸線方向に流れると考えることができる。
【０１３５】
本明細書で開示される半径方向延在電極を含む電気化学又は海水電解装置の態様及び実施形態は、約４６％〜約５２％の有効密度を有することができ、ある実施形態では約５０％超の有効密度を有することができ、ある実施形態では約７５％超の有効密度を有することができ、ある実施形態では約８５％超の有効密度を有することができ、ある実施形態では約９０％超の有効密度を有することができ、そしてある実施形態では最高で約９５％の有効密度を有することができる。
【０１３６】
他の態様によれば、角丸長方形状の又は軸線周りには巻回されていない電気化学セルが提供される。角丸長方形状とは、２つの半円が、当該半円の両終点に接する平行な線で接続されている２次元形状であり（図２８Ａ）、次に角丸長方形状を３次元に突出させることができる（図２８Ｂ）。
【０１３７】
角丸長方形状の構造は、配管及び電気的経路設定に関して無数の構成を可能とするため、軸線周りに巻回した又は円筒状の電気化学セルとは異なる利点を有する。角丸長方形状の電気化学セルの実施形態は、角丸長方形状の中心コアの周囲に巻回された２つ以上の電極と接する、１つ以上のチャンネルを含むことができる。任意の多数の手段を使用して（電極、薄膜、スペーサ又は導管であっても他の構成であっても）、チャンネルを画定することができる。また電極の種類を変えることができ、電極の種類には寸法安定性導線シ―ト又はガス拡散電極を含むが、これらに限定されるものではない。言及したチャンネルを画定した後、当該チャンネルを使用して流体又はガスの流れによって、１つ以上の反応物質を輸送することができる。電極間に電圧を印加して、電気化学セルに１つ以上の生成物を生成させることができる。
【０１３８】
図２９Ａ−２９Ｄは、異なるいくつかの流れの構成の実施形態を示す。例えば図２９Ａに示すように、単一のチャンネルを角丸長方形状のコアの周りに巻回することができる、当該チャンネルは内側から外へ（inward-out）又は外側から中へ（outward-in）向かう単一のフローストリームを有する。例えば図２８Ｂに示す他の実施形態は、流体及び／又はガスが複数の方向に移動できるより多くのチャンネルを有する幾何形状を含む。かかる幾何形状は、ガス拡散電極を使用する実施形態に対して特に有利となり得、当該実施形態では、処理される流体が１つのチャンネルを通って流れ、酸素が他のチャンネルを通ってガス拡散電極まで流れる。図２９Ｃに示すような他の実施形態では、反応物質は中心コアの押出軸線に沿って「貫流」して移動することができる。図２９Ｄに示すような更なる実施形態は、図２９Ａ及び２９Ｃに表す流れ構成の組み合わせを含み、流体はあるコアのコア押出部に沿って移動するとともに、他の巻回された周辺部に沿う。
【０１３９】
図３０Ａ−３０Ｃは、角丸長方形状の電気化学セルの実施形態における電気的経路設定に関する潜在的な構成を描写する。いくつかの実施形態において、電気的経路設定の方向付けは、配管の方向付けに似ている。いくつかの実施形態において、電気バスバー1305を使用してセル間に電圧を供給することができ、電気バスバー1305は、コア押出部の丈に沿って横切ることができ（図３０Ａ）又は周囲に巻回され得る（図３０Ｂ）。
【０１４０】
図３０Ｃは、コア要素が絶縁体1320によって陰極1315から絶縁された陽極1310からなる、押出電気接続部の非限定的実施形態を表す。この構成では、複数の半円形端部1325にオフセットを作り、電極パック1330を厚くし、電極パック1330が互いの上に乗るときに円滑に移行し得る。電極1345をバスバー1350に互いに定位置で電気的に接続するとともに、電極1345をスペーサ1350に接続するために使用される、ネジ又はボルト1335及び導電性スペーサ1340を備える、単純かつ安全な電気的接続部も利用できる（図３１Ａ及び３１Ｂ）。
【０１４１】
他の態様によれば、電気化学セル若しくは装置又は海水電解セル若しくは装置で、電極に対して優れた電気的接続をもたらす、機構及び方法が提供される。この優れた電気的接続部の実施形態を、本明細書で開示される任意かつ全ての電気化学セル又は装置及び海水電解セル又は装置に適用できる。
【０１４２】
電気化学セルの動作時には、より大きな電流の流れが電気化学セルに渡るときでさえも、しばしば動作温度を低く保つことが望ましい。従来の電気化学セルは一般に、チタン外側シェル（図１Ａ参照）に溶接されたチタンのみからなる電気コネクタ101A、101Bを含む。チタン電気コネクタ101A、101Bは高度の耐化学性を有するが、望ましならぬ量の熱（及び無駄なエネルギ）を生成することなく電気化学セルに電流を提供するのに最適ではないことがある。チタンコネクタの高い抵抗率のために、伝統的なチタンコネクタに供給される電流は制限され、外気中のコネクタの温度は過度に上昇しない。しかしながら、次亜塩素酸ナトリウムセルの生産量が電流入力に正比例するために、この構成は、海水電解セルが生み出す塩素又は次亜塩素酸ナトリウムの生成量を制限する。伝統的なチタンコネクタの生成熱のため、当該コネクタをIP54以上の高イングレスプロテクションレベルの電気的絶縁材料で完全に囲むことができない。これにより、熱をカプセル化電気コネクタほど閉じ込めない、高価な電気的囲いが必要になる。これらの課題を解決するため、伝統的なチタンコネクタはしばしば、断面積がより大きな材料で作られ、このことは実質的に電気コネクタ及び電気化学セルのコストを高くする。
【０１４３】
銅の抵抗率は1.707 x 10-8Ω/m である一方、チタンの抵抗率は7.837 x 10-7Ω/m である。銅はチタンのほぼ４６分の１の電気抵抗率である。したがって、抵抗率が低い銅で少なくとも部分的に製造されている、電気化学セルの電極に対する電気コネクタが求められている。しかしながら、銅はチタンよりも化学的腐食されやすいため、電気化学セルを通過する電解質との接触を阻止すべきである。
【０１４４】
改善された電気コネクタの実施形態では、電気コネクタにおけるプロセス流体又は電解質（例えば、相当の塩素による腐食性を有する海水）と接触する部分が、チタンである。この材料を流れる電流によって生成される熱は、プロセス流体の流れによって効率的に取り除かれる。プロセス流体の流速は、自浄セルでは2 m/sを超える流速であり、平面プレートセルでは0.2から0.4 m/s の流速であるため、プロセス流体の流量はしばしば相当なものとなり、電気コネクタのチタン部分の温度上昇が無視できる値に保たれる。電気コネクタの外気と接触する部分は銅（又はチタンよりも抵抗率が小さい他の金属若しくは合金）である。
【０１４５】
異なる金属（例えばチタン、及び銅又はチタンよりも抵抗率が小さい他の金属若しくは合金）で形成される部分を含む気液冷却電気コネクタは、伝統的なチタンコネクタが示す課題を解決することができる。電気コネクタの外気に晒される部分を、電気抵抗がより小さい金属（例えば銅）で形成することができ、又は当該部分に電気抵抗がより小さい金属を含むことができる。優れた低電気抵抗性によって、温度上昇を小さく許容できる値に制限する。この外側の導体を、プロセス液体（例えば海水）と接触する、コネクタの内側の高耐化学性の（例えばチタンの）部分に接合する。プロセス液体の水冷効果によって、コネクタの内側の高耐化学性部分の温度上昇を小さく許容できる値に制限する。
【０１４６】
全体的に二重の金属製電気コネクタは、同等の定格電流に対して、伝統的なチタンのみからなるコネクタよりも費用対効果が高くなり得る。二重金属製電気コネクタの外側の導体は、温度上昇が小さく、電気的絶縁材料内にカプセル化することができ、ひいては高価な電気的囲いを不要とし得る。伝統的なチタンのみからなるセルの電気コネクタを用いる場合よりも、電気化学セルに対して高い電流を供給する、気液冷却二重金属製電気コネクタの実施形態が開発される。
【０１４７】
図３２に、使用中にプロセス流体又は電解質と接触できるチタン部1405と、使用中に外気と接触できる銅部1410とを含む、電気コネクタを備える電気化学セル1400の実施形態を示す。チタン部1405及び銅部1410を、例えば図１３Ａ−Ｃ及び／又は図２１Ａ、Ｂを参照して説明したガスケット（明瞭化のため図３２から省略している）を使用してコネクタ部の周りを気密封止するとともに電気化学セルの内部を外部環境から密封する、電気化学セルのフランジ1415内に物理的及び電気的に接続することができる。銅は、高導電性材料の例であり、本明細書で開示される電気コネクタにおいて、他の高導電性材料又は合金が銅の代わりに使用されることが理解される。便宜上用語「銅部」又は「銅」を使用するが、これらの用語は要素を銅で形成することを限定しないことが理解される。
【０１４８】
本明細書で開示される電気化学セルで使用するための気液冷却二重金属製電気コネクタの様々な製造方法を、図３３Ａ−３３Ｆに提示する。例えば、図３３Ａは、チタン部1405を機械的留め具（例えばボルト1420）によって銅部1410に結合する方法を示す。ボルト1420を、チタン部1405又は銅部1410と同じ材料から形成することができる。図３３Ａに示す実施形態及び本明細書で開示される他の実施形態のチタン部1405は、電気化学装置及び開口部1430の陽極又は陰極の一方と電気的に接触して、プロセス流体（例えば電解質）を電気化学装置の中へ又は電気化学装置から外に流す、アーム又はスポーク1425を含むことができる。アーム又はスポーク1425は、電気化学装置の電極との係合を促進する溝1430を含むことができる。
【０１４９】
図３３Ｂは、チタン部1405を締まりばめによって銅部1410に結合する方法を示す。図３３Ａ及び３３Ｂを比較することで、銅部1410がチタン部1405から延在することができ、又は銅部1410がチタン部1405を完全に包囲できることを理解できる。
【０１５０】
図３３Ｃは、チタン部1405がネジ付き外側リム1435を備える実施形態を示す。銅部1410の開口部1440の内側リムの相補的ネジに係合することで、外側リム1435を銅部1410の定位置にネジ留めすることができる。
【０１５１】
図３３Ｄに示す他の実施形態では、銅部1410は、チタン部1405の開口部1450にネジで留まる、円柱状の下側ネジ付き部1445を含む。図３３Ａ−３３Ｃでは、チタン部1405は実質的に板状であるが、図３３Ｄにおいて、チタン部1405は円柱状の３次元要素である。
【０１５２】
図３３Ｅに示す更なる実施形態では、銅部1410を多金属電気コネクタ1455（例えばチタンと銅又は１つ以上の他の高導電性金属との合金）に置き換えている。多金属電気コネクタ1455は、チタンよりも抵抗率が小さい。図３３Ｅに示すように、多金属電気コネクタ1455をチタン部1405に溶接することができる。他の実施形態では、図３３Ａ−３３Ｄのいずれかの銅部1410に類似する寸法を有する多金属部を、これらの実施形態における銅部1410の代わりに用いることができる。
【０１５３】
他の態様によれば、図３４Ａ及び３４Ｂに1500で全体的に示す海水電解セルは、弓状ベース1505Bに電気的及び機械的に結合する複数の平行プレート1505Aを有する陰極1505と、弓状ベース1510Bに電気的及び機械的に結合する複数の平行プレート1510Aを有する陽極1510と、を含む。陰極1505の平行プレート1505Aは、陽極1510の平行プレート1510Aと交互に積層される。本明細書で開示される他の実施形態のように、陽極1510及び／又は陰極1505をチタンとすることができ、陽極1510を酸化防止コーティング（例えば白金又はＭＭＯ）で被覆することができる。陽極1510及び／又は陰極1505を押出加工によって形成することができる。陰極1505及び陽極1510を、いくつかの実施形態では非導電性材料から形成される、円筒状又は実質的に円筒状の容器1515内に配置することができる。上述した電気的接続機構のいずれかに従う陽極1510及び陰極1505に対する電気的接続部を設けることができる。陽極1510のプレートと陰極1505のプレートとの間に、上述したスペーサ機構のいずれかに従うスペーサを設けることができる。陽極1505及び陰極1510の活性領域は、陰極1505の平行プレート1505A及び陽極1510の平行プレート1510Aを含むとともに、いくつかの実施形態では、陰極1505及び陽極1510の弓状のベース1505B、1510Bも含む。図３４Ｂに示す容器1515を通る流体の流れの方向は、陽極1510及び陰極1505のプレートの各ベース部からの延在方向と概ね垂直な方向である。陽極1505及び陰極1510の活性領域は、陽極1505及び陰極1510が互いに接触せず電気的に短絡しないような容器1515の縁からの十分な間隔のみを残しつつ、容器1515の概ね断面全体にわたって延在する。弓状のベース1505B、1510Bの円弧は、１８０°よりもすこし少ない角度（例えば約１６５°及び約１７５°）にわたり、広い活性電極領域をもたらすことができる。このように、海水電解セル155は、従来の平行プレート海水電解装置よりも広い、ユニット体積あたりの活性電極領域を含み、海水電解セル155は、より小さな全体体積で同等の塩素処理量を生み出して動作することができる。
【０１５４】
異なる陽極−陰極のプレート間隔を有する電気化学セル1500の交互の構成を、図３４Ｃ及び３４Ｄに示す。図示するように、陽極1510又は陰極1505の最も外側のプレート1510A、1505Aは、ベース1510B、1505Bよりも厚いとともに他のプレート1510A、1505A以上の厚さとすることができる、肉厚部1510C、1505Cを有することができる。いくつかの実施形態では、外側プレート1510A、1505Aが形成される金属板を自身の上に折返すことによって、肉厚部1510C、1505Cを形成することができる。陽極1510及び／又は陰極1505を、金属板を屈曲させることによって（図３４Ｃ）及び／又は押出加工によって（図３４Ｄ）形成することができる。交互に積層した陽極1510及び陰極1005を含む電気化学セル1500を、単一の陽極1510及び陰極1505を有する単極とすることができ（図３４Ｅ）、又は、電気化学セル1500の丈に沿って互いにずれるとともに双極電極1520のプレートと交互に積層したプレートをそれぞれ備える、単一の陽極1510及び陰極1505を有する双極とすることができる（図３４Ｆ）。付加的な陽極11510及び／又は陰極1505を設けて、電気化学セルを多極とすることができる。
【０１５５】
本明細書で開示される電気化学セル若しくは装置又は海水電解セル若しくは装置を、より大きなシステムの一部に含めることができる。１つ以上の電気化学セル若しくは装置又は海水電解セル若しくは装置を用いるシステムの一例を、図３５に1600で全体的に示す。システム1600は、いくつかの実施形態では水上システム（例えば船又は油田掘削施設）であり、他の実施形態では陸上建築物（例えば発電所、石油掘削設備若しくはシステム又は他の産業施設）である。他の実施形態では、システム1600は、システム1600の電気化学装置の１つ以上の生成物（例えば水を処理又は消毒する消毒薬）を使用する、水泳プール若しくは飲料水用、廃水用若しくは工業用水処理プロセス用処理システムであり、又はこれらを含むことができる。
【０１５６】
システム1600は、本明細書で開示される電気化学セル若しくは装置又は海水電解セル若しくは装置の１つ以上を含むことができる、１つ以上の海水電解システム1605を含む。システムは、いくつかの実施形態では海水又は汽水であるプロセス液体又は電解質を、外部水源1610A及び／又は内部水源1610Bからシステムまで引き寄せることができる。例えば、システムが水上のシステムである場合、外部水源1610Aを海洋とすることができ、内部水源1610Bを例えば船のバラストタンクとすることができる。陸上のシステムでは、外部水源1610Aを海洋とすることができ、内部水源1610Bをシステム1600で実施された工業プロセスからのブラキッシュ廃水とすることができる。１つ以上の海水電解システム1605は、水源1610A及び／又は水源1610Bからの水によって、塩素処理水及び／又は次亜塩素酸ナトリウムを含む溶液を生成して溶液を使用地点1615に分配する。使用地点を、システム用の冷却水の水源、船のバラストタンク用の消毒薬の供給源、石油掘削システムのダウンホール又は塩素処理水が有益となり得る他の任意のシステムとすることができる。様々なポンプ1620は、システム1600を通る流体の流れを制御することができる。１つ以上のセンサ1625は、システムを通る流体の流れの１つ以上のパラメータ（例えばイオン濃度、塩素濃度、温度又は着目した他の任意のパラメータ）を監視することができる。ポンプ1620及びセンサ1625は、制御システム又はコントローラ1630と通信する。制御システム又はコントローラ1630は、センサ1625及びポンプ1620と情報交換してポンプ1620及びシステム1600の他の要素の動作を制御して、所望の動作パラメータを得る。
【０１５７】
システム1600の様々な要素の動作を監視し制御するために使用されるコントローラ1630は、コンピュータ化された制御システムを含むことができる。コントローラ1630の様々な態様を、図３６に示すような多目的のコンピュータシステム1700で実行する専用ソフトとして実装することができる。コンピュータシステム1700は、１つ以上のメモリ装置1704（例えばディスクドライブ、ソリッドステートメモリ又は他のデータを記憶する装置）に接続されたプロセッサ1702を含むことができる。メモリ1704は一般に、コンピュータシステム1700の動作中にプログラム及びデータを記憶するために使用される。コンピュータシステム1700の複数の構成要素を、相互接続機構1706によって結合することができる。相互接続機構1706は、（例えば同じ機械に統合された構成要素間の）１つ以上のバス、及び／又は（例えば独立した別個の機械に存在する構成要素間の）ネットワークを含むことができる。相互接続機構1706は、システム1700のシステム構成要素間での（例えばデータ、命令の）交換通信を可能にする。コンピュータシステム1700は、１つ以上の入力装置1708（例えばキーボード、マウス、トラックボール、マイクロフォン、タッチスクリーン）及び１つ以上の出力装置1710（例えば印刷装置、表示画面及び／又はスピーカ）も含む。
【０１５８】
出力装置1710は、水源1610A及び／若しくは1610Bの生産水（例えば汽水又は海水）を海水電解システム1605若しくは使用地点1615に導入するために、及び／又はポンプ1620の速度を制御するために使用されるバルブ、ポンプ又はスイッチを備えることもできる。１つ以上のセンサ1714は、コンピュータシステム1700に入力を与えることができる。これらのセンサは、例えばセンサ1625を含むことができる。センサ1625は、例えば圧力センサ、化学濃度センサ、温度センサ又はシステム1600に対する他の任意の着目したパラメータのセンサとすることができる。これらのセンサを、システム1600の有益となり得る任意の部分に配置することができる。例えばセンサを、使用地点1615及び／若しくは海水電解システム1605の上流に配置することができ、又は水源1601A及び／若しくは1601Bと流体連通するように配置することができる。また、コンピュータシステム1700は、相互通信機構1706とともに又は相互通信機構1706に代えて、コンピュータシステム1700を通信ネットワークに接続する１つ以上のインタフェース（図示せず）を含むことができる。
【０１５９】
図３７により詳細に示すストレージシステム1712は一般に、コンピュータが読み書き可能な不揮発性記憶媒体1802を含み、不揮発性記憶媒体1802にはプロセッサ1702が実行するプログラムを定める信号又はプログラムが処理する情報が記憶される。媒体は、例えばディスク又はフラッシュメモリを含むことができる。一般に、動作時にプロセッサは、データを、不揮発性記憶媒体1802から、プロセッサが媒体1802よりも高速に情報にアクセスできる他のメモリ1804に読み出す。このメモリ1804は一般に、揮発性のランダムアクセスメモリであり、例えば、ダイナミックランダムアクセスメモリ（DRAM）又はスタティックメモリ（SRAM）である。メモリ1804を、図示するストレージシステム1712又はメモリシステム1704に配置することができる。プロセッサ1702は一般に、集積回路のメモリ1804のデータを扱って、処理が完了した後データを媒体1802にコピーする。媒体1802と集積回路のメモリ要素1804との間でデータの移動を扱う種々の機構が既知であり、本明細書で開示される態様及び実施形態は限定的なものではない。本明細書で開示される態様及び実施形態は、特定のメモリシステム1704又はストレージシステム1712に限定されるものではない。
【０１６０】
コンピュータシステムは、特別にプログラムされた特定目的のハードウェア（例えば特定用途向け集積回路、ASIC）を含むことができる。本明細書で開示される態様及び実施形態を、ソフトウェア、ハードウェア若しくはファームウェア又はこれらの組み合わせで実装することができる。さらに、このような方法、行為、システム、システム要素及びこれらの構成要素を、上述したコンピュータシステムの一部として又は独立した構成要素として実装することができる。
【０１６１】
コンピュータシステム1700を、本明細書で開示される様々な態様及び実施形態を実施できる、ある種類のコンピュータシステムの例として示すが、本明細書で開示される態様及び実施形態が、図３６に示すコンピュータシステムで実装されるものに限定されるものではないことを理解するはずである。本明細書で開示される様々な態様及び実施形態を、図３６に示す様々なアーキテクチャ又は構成要素を有する、１つ以上のコンピュータで実施することができる。
【０１６２】
コンピュータシステム1700を、高水準プログラミング言語を用いてプログラムできる多目的コンピュータシステムとすることができる。コンピュータシステム1700を、特別にプログラムされた特定目的ハードウェアを用いて実装することもできる。コンピュータシステム1700では、プロセッサ1702は一般に市販のプロセッサ（インテル（登録商標）社から入手できる周知のPentium（登録商標）又はCore（登録商標）クラスのプロセッサ等）である。プログラマブルロジックコントローラを含む多数の他のプロセッサを利用できる。かかるプロセッサは通常、例えばマイクロソフト（登録商標）社から入手できるWindows（登録商標）7、Windows 8又はWindows 10オペレーティングシステム、アップル（登録商標）コンピュータ社から入手できるMac OS（登録商標）System X、Sun Microsystems（登録商標）から入手できるSolaris（登録商標）Operating System又は様々な出所から入手できるUNIX（登録商標）とし得る、オペレーティングシステムを実行する。他の多数のオペレーティングシステムを使用することができる。
【０１６３】
プロセッサ及びオペレーティングシステムは連携して、アプリケーションプログラムが高水準プログラミング言語で記述されるコンピュータプラットフォームを定める。本発明は特定のコンピュータシステムプラットフォーム、プロセッサ、オペレーティングシステム又はネットワークに限定されるものではないことが理解されるはずである。また当業者にとって、本明細書で開示される態様及び実施形態は、具体的なプログラミング言語又はコンピュータシステムに限定するものではないことが明確なはずである。さらに、他の適切なプログラミング言語及び他の適切なコンピュータシステムも使用できることが理解されるはずである。
【０１６４】
コンピュータシステムの１つ以上の部分を、通信ネットワークに結合する１つ以上のコンピュータシステム（図示せず）にわたって分散させることができる。またこれらのコンピュータシステムを、多目的コンピュータとすることができる。例えば、本発明の様々な態様を、１つ以上のクライアントコンピュータにサービスを提供するように構成され（例えば複数のサーバ）、又は分散システムの一部として全体のタスクを実施するように構成される、１つ以上のコンピュータシステムの間に分散させることができる。例えば、本明細書で開示される様々な態様及び実施形態を、本明細書で開示される様々な態様及び実施形態に従う様々な機能を実施する、１つ以上のサーバシステムの間に分散された構成要素を含むクライアント−サーバシステムで実施することができる。これらの構成要素を、通信プロトコル（例えばＴＣＰ／ＩＰ）を用いて、通信ネットワーク（例えばインターネット）を通じて通信する、実行可能コード、中間コード（例えばIL）又はインタープリタ方式の（例えばJave（登録商標）の）コードとすることができる。いくつかの実施形態では、コンピュータシステム200の１つ以上の構成要素は、１つ以上の他の構成要素と無線ネットワーク（例えば携帯電話ネットワークを含む）を通じて通信することができる。
【０１６５】
本明細書で開示される態様及び実施形態は、特定のシステム又はシステムの群のいずれかで実行することを限定するものではないことが理解されるべきである。また、本明細書で開示される態様及び実施形態は、特定の分散アーキテクチャ、ネットワーク又は通信プロトコルのいずれかに限定するものではないことが理解されるべきである。本明細書で開示される様々な態様及び実施形態を、オブジェクト指向プログラミング言語（例えばSmallTalk（登録商標）、Java、C++、Ada又はC#（シーシャープ、登録商標））を用いてプログラム化することができる。他のオブジェクト指向プログラミング言語を使用することもできる。あるいは、関数型プログラム言語、スクリプトプログラム言語及び／又は論理プログラム言語（例えばラダーロジック）を使用することができる。本明細書で開示される様々な態様及び実施形態を、プログラムによらない環境（例えばHTML（登録商標）、XML（登録商標）、又はブラウザプログラムのウィンドウで見たときに、グラフィカルユーザーインターフェース（GUI）の景観を与え又は他の機能を実行する、他のフォーマットで生成される文書）で実装することができる。本明細書で開示される様々な態様及び実施形態を、プログラム化された要素又はプログラムによらない要素又はこれらの組み合わせとして実装することができる。
【実施例】
【０１６６】
図１４Ａを参照して上述した３つのチューブセル及び図１６を参照して上述した５つのチューブセルを含む、同心チューブ海水電解セルの動作を、図１Ａ及び１Ｂを参照して説明した従来のＣＴＥと比較するために試験を行った。
【０１６７】
３つのチューブ及び５つのチューブの海水電解セルが、非導電性12barG定格硬質ポリ塩化ビニル（u-PVC）シェルに囲まれている。カプセル化されたセルに対して水圧試験が行われ、12barGの水圧に30分間、漏れ又は落下無しに耐えた。３つのチューブ又は５つのチューブの陽極電極を主にRuO2を含み他にIrO2及びいくらかのTiO2を含むＭＭＯで被覆した。次亜塩素酸の生産量について試験を行った。次亜塩素酸の生産量は、陽極の表面積の増加に比例して増加した。
【０１６８】
表１を参照して、陽極電極面積をセル体積とともに比較して、同じユニット体積に対して、３つのチューブの海水電解セルの陽極電極面積は、従来のＣＴＥ海水電解セルの陽極電極面積の１．７３倍（又は１７３％）である。
【０１６９】
計算：0.97 m3/ 0.56 m3 = 1.73 又は 173%  
【０１７０】
あるいは、同等の活性陽極表面積を有するために、３つのチューブのマルチチューブの体積は、従来のＣＴＥ海水電解セルの体積の０．５８倍（５８％）だけ必要であると考えられる。
【０１７１】
計算：0.56 m3/ 0.97 m3 = 0.58又は 58%
【０１７２】
表２を参照して、陽極電極面積をセル体積とともに比較して、同じユニット体積に対して、５つのチューブの電極の陽極電極面積は、従来のＣＴＥ電極の陽極電極面積の２．７７倍（又は２７７％）である。
【０１７３】
計算：0.97 m3/ 0.33 m3 = 2.93又は 293%
【０１７４】
あるいは、同等の活性陽極表面積を有するために、５つのチューブのマルチチューブの海水電解セルの体積は、従来のＣＴＥ海水電解セルの体積の０．３５倍（３６％）だけ必要であると考えられる。
【０１７５】
計算：0.33 m3/ 0.97 m3 = 0.34又は 34%
【０１７６】
表１を参照して、同様のユニット体積基準で、３つのチューブのマルチチューブ海水電解セルは、従来のＣＴＥ海水電解セルの１６５％〜１７４％の次亜塩素酸ナトリウムを生成した。
【０１７７】
表２を参照して、同様のユニット体積基準で、５つのチューブのマルチチューブ海水電解セルは、従来のＣＴＥ海水電解セルの３２７％〜３８７％の次亜塩素酸ナトリウムを生成した。
【０１７８】
【表１】
0006718880.tif 000002
【０１７９】
【表２】
0006718880.tif 000003
【０１８０】
上述した結果は以下の事項を示す。
１．マルチチューブ海水電解セルで、従来のＣＴＥ設計と比較した場合に、ユニット体積あたりの活性陽極表面積をより大きくすることができる。言い換えれば、充填密度をより高くすることができる。
２．マルチチューブ設計で達成されるより広い陽極表面積に従って、電流を電極に流したときに、比例してより高い次亜塩素酸ナトリウムの生産高が測定された。
３．より高い充填密度／マルチチューブ海水電解セルからのより高い次亜塩素酸ナトリウムの生産高によって、この設計のＰＰＥ海水電解セルに対する競争力を酸洗浄の欠点を持つことなく高めることができる。
【０１８１】
従来のＰＰＥ海水電解セルと比較して、マルチチューブ海水電解セルに必要な部品の数が相当少なく、より軽量になりかつ組立て時間がより短くなるという更なる利点が確認された。５つのチューブのマルチチューブ電極の重量は約１５キログラムであるが、一般的なＰＰＥ海水電解セルの重量はこの１０倍以上である。マルチチューブ電極は、組立てがより容易であり、また組立てに要する時間がより少なく、従来のＰＰＥ海水電解セルでは組立てに１５時間を費やすのに対し、構想されたマルチチューブ電極の組立てにはより短い約１．５時間を費やすことが判明した。
【０１８２】
図３８の表は、本明細書で開示される電気化学セルの様々な実施形態のいろいろな機能的パラメータを示す。「MK2M」の設計項目は、図１Ａ及び図１Ｂに示す実施形態に対応する。表から理解できるように、いくつかの設計は、先に検討した８５％超の「有効密度」のパラメータに対応する、有効な流れの割合を有する。さらに表から理解できるように、いくつかの設計は、先に検討した約1.7 mm-1 に至る「全体電極充填密度」のパラメータに対応する、電極の比率を有する。
【０１８３】
本明細書で使用される表現及び用語は説明を目的とするものであり、限定的なものとみなすべきではない。本明細書で使用される用語「複数」は、２つ以上の項目又は構成要素を指す。用語「備える」、「含む」、「保持する」、「有する」、「包含する」及び「伴う」は、発明の詳細な説明であっても特許請求の範囲等であっても、オープンエンドの用語であり、すなわち「含むがこれに限定されるものではない」ことを意味する。したがって、かかる用語を使用することは、その後に列挙する項目及び当該項目の均等物並びに付加的な項目を含むことを意味する。特許請求の範囲において、移行句「から構成される」及び「から本質的に構成される」のみがそれぞれ、クローズド又はセミクローズドの移行句である。特許請求の範囲において、順序を示す用語（例えば「第１」、「第２」、「第３」等）を用いて特許請求の範囲の要素を修飾することは、単独である特許請求の範囲の要素の他の要素に対する優先順位、前後又は順序を示すものではなく、実施される方法の行為の時間的な順序を示すものでもなく、ある名称を有する特許請求の範囲のある要素を（順序を示す用語がなければ）同じ名前を有する他の要素と区別して当該特許請求の範囲の要素を識別するための表示として単に使用するものである。
【０１８４】
このように、少なくとも１つの実施形態の様々な態様を説明してきたが、当業者は種々の変更、修正及び改良を容易に起こし得ることが理解される。任意の実施形態で説明した任意の構成を、任意の他の実施形態の任意の構成に含めることができ、又は任意の他の実施形態の任意の構成の代わりに用いることができる。かかる変更、修正及び改良は、本開示の一部であることを意図し、本発明の範囲内に含まれることを意図する。したがって、前述の説明及び図面は単なる例示を目的とするものである。
【図１Ａ】
0006718880.tif 000004
【図１Ｂ】
0006718880.tif 000005
【図２Ａ】
0006718880.tif 000006
【図２Ｂ】
0006718880.tif 000007
【図２Ｃ】
0006718880.tif 000008
【図３】
0006718880.tif 000009
【図４】
0006718880.tif 000010
【図５】
0006718880.tif 000011
【図６】
0006718880.tif 000012
【図７Ａ】
0006718880.tif 000013
【図７Ｂ】
0006718880.tif 000014
【図８】
0006718880.tif 000015
【図９Ａ】
0006718880.tif 000016
【図９Ｂ】
0006718880.tif 000017
【図１０】
0006718880.tif 000018
【図１１】
0006718880.tif 000019
【図１２Ａ】
0006718880.tif 000020
【図１２Ｂ】
0006718880.tif 000021
【図１２Ｃ】
0006718880.tif 000022
【図１３Ａ】
0006718880.tif 000023
【図１３Ｂ】
0006718880.tif 000024
【図１３Ｃ】
0006718880.tif 000025
【図１４Ａ】
0006718880.tif 000026
【図１４Ｂ】
0006718880.tif 000027
【図１５】
0006718880.tif 000028
【図１６】
0006718880.tif 000029
【図１７】
0006718880.tif 000030
【図１８Ａ】
0006718880.tif 000031
【図１８Ｂ】
0006718880.tif 000032
【図１９Ａ】
0006718880.tif 000033
【図１９Ｂ】
0006718880.tif 000034
【図１９Ｃ】
0006718880.tif 000035
【図２０Ａ】
0006718880.tif 000036
【図２０Ｂ】
0006718880.tif 000037
【図２１Ａ】
0006718880.tif 000038
【図２１Ｂ】
0006718880.tif 000039
【図２２Ａ】
0006718880.tif 000040
【図２２Ｂ】
0006718880.tif 000041
【図２２Ｃ】
0006718880.tif 000042
【図２２Ｄ】
0006718880.tif 000043
【図２２Ｅ】
0006718880.tif 000044
【図２２Ｆ】
0006718880.tif 000045
【図２２Ｇ】
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【図２２Ｈ】
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【図２２Ｉ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２３Ｄ】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図２９Ｄ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３３Ｃ】
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【図３３Ｄ】
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【図３３Ｅ】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３４Ｃ】
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【図３４Ｄ】
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【図３４Ｅ】
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【図３４Ｆ】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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