(57)【要約】アノード及びカソードを具備する膜不使用電解セル内に、何らかの形態のハロゲン化物塩を含有する水を含む供給水溶液をアノードに隣接して通過させ、その間にアノードとカソードとの間に電流を流して供給水溶液を電気分解し、ハロゲン化物塩を抗微生物性混合酸化剤に変換することによって、水中の微生物を死滅させる方法。
2004525259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液を電気分解するための装置であって、該装置が、
（ａ）障壁不使用電解槽であり、
（ｉ）アノードと、
（ｉｉ）カソード（前記アノードと前記カソードとは、その間に経路を画定する）と、
（ｉｉｉ）前記経路と連通する入口ポート（前記入口ポートは電解液の流れを受けるために使用される）と、
（ｉｖ）前記経路と連通する出口ポート（前記出口ポートは電気分解された電解液の流れのための流出口を提供する）と
を具備する障壁不使用電解槽と、
（ｂ）前記アノードから前記カソードへの電流を提供する電流供給源であり、約５ワット未満の電力を供給し、電流が電解液の流れを電気分解する電流供給源と
を具えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記装置がさらに本体を具備し、該本体が前記電解槽及び前記電流供給源を格納することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置がさらに、電解液を前記入口ポートに流入させ前記出口ポートから流出させる流体移動機構を具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記流体移動機構が、電解液の電気分解を繰り返すために前記出口ポートから流出した電解液を前記入口ポート内に再循環させることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記装置がさらに不純物を除去するフィルタを具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記フィルタが前記電解槽の前に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記フィルタが前記電解槽の後に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記フィルタが、電解液から少なくとも３ミクロン以上のサイズを有する微粒子の９９．９５％を除去するように適合されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記フィルタが有機種を除去することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
前記フィルタが前記電解槽の後に配置され、前記電解槽が有機種を前記フィルタで除去可能な形態に変換することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記フィルタが無機種を除去することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１２】
前記フィルタが前記電解槽の後に配置され、前記電解槽が無機種の酸化状態を前記フィルタで除去可能な状態に変換することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記フィルタが砒素を除去するように適合されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記フィルタが前記電解槽の後に配置され、前記電解槽が砒素の酸化状態を前記フィルタで除去可能な状態に変換することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記フィルタが前記電解槽の後に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記フィルタが一部分又は全体を樹脂で構築されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１７】
前記フィルタが一部分又は全体を炭素で構築されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置がさらに、電気分解前の電解液に対する前処理としてイオン交換樹脂を具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記イオン交換樹脂が、電解液のハロゲン含有イオン濃度を増加するように適合されていることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記イオン交換樹脂が、電解液からスケール形成イオン濃度を減少するように適合されていることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記イオン交換樹脂が硬水軟化装置であることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記装置がさらに、水が存在すると電解プロセス開始を誘発し、また水がなくなると電解プロセス停止を誘発することができる水存在検知センサを具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記水存在検知センサが電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記電流供給源が、電池、ＡＣ／ＤＣ変換器、太陽電池、手動クランク式発電システム、水圧／タービンエネルギーシステム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
前記アノードが箔電極であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記アノードがＶＩＩＩ族金属を具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
アノードが多孔質アノードであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２８】
多孔質アノードが多孔質金属アノードであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
前記装置が、次の用途、蛇口取付型フィルタ、調理台用浄水器、シンク下用浄水器、キャンプ／バックパック用浄水器、旅行用浄水器、冷蔵庫用浄水器、ピッチャー型重力流浄水器、水浴用（bathing）浄水器、及び温泉型浄水器の１つ以上として使用するように適合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３０】
前記装置が不純物を除去するように適合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３１】
前記装置が微生物を死滅させるように適合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３２】
電解液を電気分解するための装置であって、該装置が、
（ａ）障壁不使用電解槽であり、
（ｉ）表面積が約３０平方ｃｍ未満のアノードと、
（ｉｉ）カソード（前記アノードと該カソードとは、その間に経路を画定する）と、
（ｉｉｉ）前記経路と連通する入口ポート（前記入口ポートは電解液の流れを受けるために使用される）と、
（ｉｖ）前記経路と連通する出口ポート（前記出口ポートは電気分解された電解液の流れのための流出口を提供する）と
を具備する障壁不使用電解槽と、
（ｂ）前記アノードから前記カソードへの電流を提供する電流供給源であり、約５ワット未満の電力を供給し、電流が電解液の流れを電気分解する電流供給源と
を具えることを特徴とする装置。
【請求項３３】
前記装置がさらに本体を具備し、該本体が前記電解槽及び前記電流供給源を格納することを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記装置がさらに、電解液を前記入口ポートに流入させ前記出口ポートから流出させる流体移動機構を具備することを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記流体移動機構が、電解液の電気分解を繰り返すために前記出口ポートから流出した電解液を前記入口ポート内に再循環させることを特徴とする請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記装置がさらに不純物を除去するフィルタを具備することを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項３７】
前記フィルタが前記電解槽の前に配置されていることを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記フィルタが前記電解槽の後に配置されていることを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項３９】
前記フィルタが、電解液から少なくとも３ミクロン以上のサイズを有する微粒子の９９．９５％を除去するように適合されていることを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項４０】
前記フィルタが有機種を除去することを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項４１】
前記フィルタが前記電解槽の後に配置され、前記電解槽が有機種を前記フィルタで除去可能な形態に変換することを特徴とする請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記フィルタが無機種を除去することを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項４３】
前記フィルタが前記電解槽の後に配置され、前記電解槽が無機種の酸化状態を前記フィルタで除去可能な状態に変換することを特徴とする請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記フィルタが砒素を除去するように適合されていることを特徴とする請求項４２に記載の装置。
【請求項４５】
前記フィルタが前記電解槽の後に配置され、前記電解槽が砒素の酸化状態を前記フィルタで除去可能な状態に変換することを特徴とする請求項４２に記載の装置。
【請求項４６】
前記フィルタが前記電解槽の後に配置されていることを特徴とする請求項４２に記載の装置。
【請求項４７】
前記フィルタが一部分又は全体を樹脂で構築されることを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項４８】
前記フィルタが一部分又は全体を炭素で構築されることを特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項４９】
前記装置がさらに、電気分解前の電解液に対する前処理としてイオン交換樹脂を具備することを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項５０】
前記イオン交換樹脂が、電解液のハロゲン含有イオン濃度を増加するように適合されていることを特徴とする請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
前記イオン交換樹脂が、電解液からスケール形成イオン濃度を減少するように適合されていることを特徴とする請求項４９に記載の装置。
【請求項５２】
前記イオン交換樹脂が硬水軟化装置であることを特徴とする請求項４９に記載の装置。
【請求項５３】
前記装置がさらに、水が存在すると電解プロセス開始を誘発し、また水がなくなると電解プロセス停止を誘発することができる水存在検知センサを具備することを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項５４】
前記水存在検知センサが電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
前記電流供給源が、電池、ＡＣ／ＤＣ変換器、太陽電池、手動クランク式発電システム、水圧／タービンエネルギーシステム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項５６】
前記アノードが箔電極であることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項５７】
前記アノードがＶＩＩＩ族金属を具備することを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項５８】
アノードが多孔質アノードであることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項５９】
多孔質アノードが多孔質金属アノードであることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項６０】
前記装置が、次の用途、蛇口取付型フィルタ、調理台用浄水器、シンク下用浄水器、キャンプ／バックパック用浄水器、旅行用浄水器、冷蔵庫用浄水器、ピッチャー型重力流浄水器、水浴用浄水器、及び温泉型浄水器の１つ以上として使用するように適合されていることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項６１】
前記装置が不純物を除去するように適合されていることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項６２】
前記装置が微生物を死滅させるように適合されていることを特徴とする請求項３２に記載の装置。
【請求項６３】
電解液を電気分解するための装置であって、該装置が、
（ａ）障壁不使用電解槽であり、
（ｉ）アノードと、
（ｉｉ）カソード（前記アノードと前記カソードがその間に経路を画定し、前記経路が前記アノードと前記カソードとの間に約０．６ｍｍ未満の距離を有する）と、
（ｉｉｉ）前記経路と連通する入口ポート（前記入口ポートは電解液の流れを受けるために使用される）と、
（ｉｖ）前記経路と連通する出口ポート（前記出口ポートは電気分解された電解液の流れのための流出口を提供する）と
を具備する障壁不使用電解槽と、
（ｂ）前記アノードから前記カソードへの電流を提供する電流供給源であり、約５ワット未満の電力を供給し、電流が電解液の流れを電気分解する電流供給源と
を具えることを特徴とする装置。
【請求項６４】
前記装置がさらに本体を具備し、該本体が前記電解槽及び前記電流供給源を格納することを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項６５】
前記装置がさらに、電解液を前記入口ポートに流入させ前記出口ポートから流出させる流体移動機構を具備することを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項６６】
前記流体移動機構が、電解液の電気分解を繰り返すために前記出口ポートから流出した電解液を前記入口ポート内に再循環させることを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項６７】
前記装置がさらに不純物を除去するフィルタを具備することを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項６８】
前記フィルタが前記電解槽の前に配置されていることを特徴とする請求項６７に記載の装置。
【請求項６９】
前記フィルタが前記電解槽の後に配置されていることを特徴とする請求項６７に記載の装置。
【請求項７０】
前記フィルタが、電解液から少なくとも３ミクロン以上のサイズを有する微粒子の９９．９５％を除去するように適合されていることを特徴とする請求項６７に記載の装置。
【請求項７１】
前記フィルタが有機種を除去することを特徴とする請求項６７に記載の装置。
【請求項７２】
前記フィルタが前記電解槽の後に配置され、前記電解槽が有機種を前記フィルタで除去可能な形態に変換することを特徴とする請求項７１に記載の装置。
【請求項７３】
前記フィルタが無機種を除去することを特徴とする請求項６７に記載の装置。
【請求項７４】
前記フィルタが前記電解槽の後に配置され、前記電解槽が無機種の酸化状態を前記フィルタで除去可能な状態に変換することを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項７５】
前記フィルタが砒素を除去するように適合されていることを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項７６】
前記フィルタが前記電解槽の後に配置され、前記電解槽が砒素の酸化状態を前記フィルタで除去可能な状態に変換することを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項７７】
前記フィルタが前記電解槽の後に配置されていることを特徴とする請求項７３に記載の装置。
【請求項７８】
前記フィルタが一部分又は全体を樹脂で構築されることを特徴とする請求項６７に記載の装置。
【請求項７９】
前記フィルタが一部分又は全体を炭素で構築されることを特徴とする請求項６７に記載の装置。
【請求項８０】
前記装置がさらに、電気分解前の電解液に対する前処理としてイオン交換樹脂を具備することを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項８１】
前記イオン交換樹脂が、電解液のハロゲン含有イオン濃度を増加するように適合されていることを特徴とする請求項８０に記載の装置。
【請求項８２】
前記イオン交換樹脂が、電解液からスケール形成イオン濃度を減少するように適合されていることを特徴とする請求項８０に記載の装置。
【請求項８３】
前記イオン交換樹脂が硬水軟化装置であることを特徴とする請求項８０に記載の装置。
【請求項８４】
前記装置がさらに、水が存在すると電解プロセス開始を誘発し、また水がなくなると電解プロセス停止を誘発することができる水存在検知センサを具備することを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項８５】
前記水存在検知センサが電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項８４に記載の装置。
【請求項８６】
前記電流供給源が、電池、ＡＣ／ＤＣ変換器、太陽電池、手動クランク式発電システム、水圧／タービンエネルギーシステム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項８７】
前記アノードが箔電極であることを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項８８】
前記アノードがＶＩＩＩ族金属を具備することを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項８９】
アノードが多孔質アノードであることを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項９０】
多孔質アノードが多孔質金属アノードであることを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項９１】
前記装置が、次の用途、蛇口取付型フィルタ、調理台用浄水器、シンク下用浄水器、キャンプ／バックパック用浄水器、旅行用浄水器、冷蔵庫用浄水器、ピッチャー型重力流浄水器、水浴用浄水器、及び温泉型浄水器の１つ以上として使用するように適合されていることを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項９２】
前記装置が不純物を除去するように適合されていることを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項９３】
前記装置が微生物を死滅させるように適合されていることを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然に存在する塩（例えば、自然に存在するＮａＣｌ）又は添加された塩（例えば、添加されたＮａＣｌ）を含有する水溶液から、次亜塩素酸塩及び塩素のような混合酸化剤を生成する装置及び方法に関する。本手法は、一対の電極間の電位差を用いて水を通る電流を誘導し、電極間を通過する水を電気分解して水を殺菌する。汚染された水が電極間を通過すると、微生物が死滅し、水が殺菌される。さらに、処理された水もまた、遊離塩素（Ｃｌ2）、次亜塩素酸イオン（ＯＣｌ-）、他の殺生物イオン、及び遊離ラジカルのような殺生物剤を発生する水中の残留塩化物イオンに関わる反応に起因する、いくらかの残留殺生物利益を保持する。水中の微生物を効果的に死滅させることができるように、塩化物イオンの電気分解効率を向上させる重要な２つのパラメータは、アノードとカソードとを隔てる膜をなくすこと、及び２つの電極を近接させる（例えば、＜０．５ｍｍ）ことである。その結果、本発明者らは、汚染された溶液中の微生物を効果的に死滅させることができる、小型で効率的な携帯型電池駆動装置をいくつか開発した。
【背景技術】
【０００２】
次亜塩素酸塩、塩素、二酸化塩素、及び他の塩素ベースの酸化剤のような様々な酸化剤は、産業及び家庭内の処理及び設備における使用のため、ならびに商業用及び消費者用製品のための最も有効な殺微生物剤の一部である。これらの酸化剤分子の強力な潜在的酸化能力は、消毒及び殺菌を含む多種多様な使用に理想的である。百万分の一（１ｐｐｍ）以下程度の低濃度の水溶液中の酸化剤種は、バクテリア類、ウイルス類、カビ類、菌類、及び胞子類を含む多種多様な微生物を死滅させることで既知である。数百ｐｐｍまでの高濃度の酸化剤は、廃水処理、産業用水処理（例えば、冷却水）、果物・野菜類の消毒、亜硫酸塩の製油業処理、繊維業、ならびに医療廃棄物処理を含む様々な用途で、多数の化合物をさらに強力に消毒及び酸化する。酸化剤は、フェノール化合物と反応して分解することができ、その結果フェノールに由来する味覚及び臭気を水から除去する。また酸化剤は、シアン化物類、硫化物類、アルデヒド類、及びメルカプタン類を排除するために、飲用水及び廃水の処理にも使用される。
【０００３】
【特許文献１】
米国仮特許出願公開第６０／２８０，９１３号（整理番号８４９２Ｐ）明細書
【特許文献２】
米国特許出願公開第０９／９４７，８４６号明細書
【特許文献３】
米国特許第５，５３４，１２０号明細書
【特許文献４】
米国特許第４，０６２，７５４号明細書
【特許文献５】
米国特許第５，３１６，７４０号明細書
【特許文献６】
米国特許第５，８５８，２０１号明細書
【特許文献７】
米国特許第４，７６１，２０８号明細書
【特許文献８】
米国特許第３，６３２，４９８号明細書
【特許文献９】
米国特許第３，７７１，３８５号明細書
【特許文献１０】
米国特許第５，４４７，７７４号明細書
【特許文献１１】
米国特許第５，９３７，６４１号明細書
【特許文献１２】
米国特許第４，３３７，１３６号明細書
【特許文献１３】
米国特許第５，０１３，４１７号明細書
【特許文献１４】
米国特許第５，０５９，２９６号明細書
【特許文献１５】
米国特許第５，０８５，７５３号明細書
【特許文献１６】
国際公開第００／７１７８３Ａ１号明細書
【特許文献１７】
国際公開第０１０７０９０Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
商業規模での次亜塩素酸塩及び他の酸化剤の製造に分離区画・膜使用電解セルが使用されてきたが、消費者レベル（すなわち、小型・携帯型レベル）では完全に満足のいくものではなかった。本発明者らが電気化学的手法を用いて消費者用途に開発した電気化学的ユニットがいくつかあるが、所望の効果を達成するには、これらは生産に費用がかかることが確認され、大きな電力量を必要とした。イオン透過性の膜又は隔膜を使用する、従来技術で開示される商用の電解セルでは、陽極液がマグネシウム及びカルシウムのような二価の陽イオンを実質的に含まないようにして、膜を急速に妨害及び被覆し電解反応を著しく低下又は停止させる沈殿カルシウム又はマグネシウム塩の形成を避ける必要がある。
【０００５】
したがって、広範囲な状況下でこれらの家庭用抗微生物酸化剤を製造する単純で安全な方法及び装置がなお必要とされている。本発明は、抗微生物酸化剤を安価に、容易に、及び効果的に製造する方法及び装置について説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、膜不使用電解セルを用いて、自然に存在する塩（例えば、自然にＮａＣｌを含有する水）又は添加された塩（例えば、ＮａＣｌが添加された水）を含む水溶液から抗微生物酸化剤を製造する方法に関する。膜不使用電解セルとは、アノード電極とカソード電極とを具備し、セル室を有する電解セルであって、セル経路を２つ（又はそれ以上）の別個のアノード室とカソード室とに分けるイオン透過膜をもたない電解セルである。アノード表面に隣接したセル室の一部分を形成する経路内の供給水溶液に電気が流れると、様々な塩が抗微生物酸化剤に変換される。
【０００７】
本発明は、抗微生物酸化剤を製造する方法を提供するものであり、この方法は、（１）自然の水もしくは塩化物が既に存在するか又は塩化物が添加された水を含む供給水溶液を提供する工程、（２）供給水溶液を、アノードとカソードとを含む膜不使用電解セルのセル室内に入れ、アノードに隣接した経路に沿って通過させる工程、（３）アノードとカソードとの間に電流を流して経路内の供給水溶液を電気分解し、それによって経路内の塩の一部を抗微生物酸化剤に変換する工程、及び（４）電気分解された水溶液を電解セルから流出させて、請求項１に列記する選択した手法に基づいた場合には不要な、抗微生物酸化剤を含む流出液を形成する工程を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、アノードとカソードとの間の供給水溶液を流れる電流を使用して、水（例えば、川又は井戸）中に自然に存在するものにせよ、後で溶液中に溶解したもの（例えば、添加されたＮａＣｌのような塩）にせよ、低レベルの塩前駆体を変換するものである。水溶液が電解セルの室を通って流れ、アノードとカソードとの間を電流が流れると、水と同様に、水溶液中に含まれる他の１つ以上の塩又はイオンに関わる、いくつかの化学反応が起こる。
【０００９】
アノードにおいては、アノード表面に隣接した経路内の水溶液の狭い層の中で、次の塩素発生反応が起こる：
２Ｃｌ-⇔Ｃｌ2（ｇ）＋２ｅ-
塩素反応によって発生した塩素気体（Ｃｌ2）は、水に溶解して次亜塩素酸イオン（ＯＣｌ-）を発生する。他の潜在的ないくつかの塩素−酸素間反応（例えば、二酸化塩素）も起こり得ることに留意する。特定の理論に束縛されるものではないが、アノード電極がアノードに隣接した水及び他のイオンから電子を引き寄せ、その結果、供給水溶液の狭い表層内に抗微生物酸化剤種が形成されると考えられている。この表層の厚さは、アノード界面において約１００ナノメートルと考えられている。結果として、間隙サイズが小さい方が、間隙サイズが大きい場合よりも高い効率の変換が得られた。当然ながら、もはやかなりの背圧を伴わずに水溶液を流すことができない点、又は間隙が小さすぎて電極間の抵抗が小さくなり非常に大きな電流が誘導される点のような、ある種の限界が存在する。乱流による流動溶液中の分子の運動を含めた流体力学から、溶液の流路がアノード表層に近付くほど塩の変換が増加することが予測される。したがって、本発明の電解セル及び電気分解システムは、好ましくは、抗微生物酸化剤の変換を最大限にするために、アノードに隣接したこの表面層を通る供給水溶液の流れを最大限にする。またさらに、通常はアノード室とカソード室とを隔てている膜を取り去ることで、この膜を横切るイオンの速度の遅い移動を防ぐことにより反応速度が増加する。
【００１０】
本発明は、１つ以上の混合酸化剤生成物の生成に関し、次亜塩素酸塩、塩素、二酸化塩素、オゾン、過酸化水素、及び他のいくつかの塩素由来種を含むことができる。
【００１１】
供給水溶液は、少なくとも一種のハロゲン化物塩から製造される電解液を含むが、以後、簡単にするために本明細書では最も好ましいハロゲン化物塩である塩化ナトリウムによって例示する。塩化ナトリウムは、水道水、井戸水、及び他の水源で普通に見られる塩である。したがって、普通は、所望の濃度の混合酸化剤を得るのに十分な塩化物イオンが水中に存在する。また、ある量のナトリウム塩化物を、一般には少なくとも０．１ｐｐｍの所望の濃度で供給水溶液に添加することも可能である。
【００１２】
供給水溶液中に含まれる塩化物の濃度は、塩化ナトリウムを混合酸化剤生成物に変換する電解セルの変換効率に加え、塩素含有種（例えば、次亜塩素酸塩）が必要とする消毒レベルに基づいて選択することができる。自然に存在するか又は添加される塩化ナトリウムの濃度は、一般に約１ｐｐｍ〜約５００ｐｐｍである。水源の消毒には、塩化ナトリウムの濃度は、好ましくは約１ｐｐｍ〜約３００ｐｐｍ、より好ましくは約１０ｐｐｍ〜約２００ｐｐｍである。得られる混合酸化剤生成物の濃度は、約０．１ｐｐｍ〜約１０ｐｐｍ、好ましくは約１ｐｐｍ〜約２ｐｐｍである。
【００１３】
本発明の電解セルにおいて達成可能な塩化物からの混合酸化剤の変換範囲は、一般に約１％〜約９９％未満の範囲である。変換レベルは、以下で説明する電解セルの設計と同様に、電解セルで使用される電流特性に最も強く依存する。
【００１４】
供給水溶液は、塩化ナトリウムに加えて、任意選択的に１つ以上の他の塩を含むことができる。これらの任意の塩を使用して、電解セルから排出された流出液の消毒性能を高めるか、又は電解セルを通過する電流に反応して他の混合酸化剤を提供することができる。他の好ましい塩は、臭化ナトリウムである。ハロゲン化アルカリを含む水溶液を電気分解する好ましい装置及び方法は、譲受人に譲渡された同時係属で２００１年４月２日に出願された米国仮特許出願（特許文献１参照）に開示されている。他の好ましい塩は、アルカリ岩塩（alkali halite）からなり、最も好ましくは亜塩素酸ナトリウムからなる。アルカリ岩塩を含む水溶液を電気分解する好ましい装置及び方法は、米国特許出願（特許文献２参照）で例として開示されており、参照のために本明細書に示す。
【００１５】
本発明は、任意選択的に、局所的な塩化物源、及び供給水溶液に塩化物を送達する手段を使用することができる。この実施形態は、電解セルで処理すべき標的の水が塩化物を十分な量含有していないか、又は全く含有していない状況で有利に使用される。局所的な塩化物源を水溶液の流れの中に放出して、その後それを電解セルに通過させることができる。また局所的な塩化物源を水溶液リザーバの一部分の中に放出して、その後その部分を電解セル内に引き入れることもできる。混合酸化剤への変換を最大限にし、リザーバへの塩の添加を概ね制限するように、局所的な塩化物源すべてが電解セルを通過することが好ましい。また局所的な塩化物源は、水溶液中に既に含まれていた塩化物の残留レベルを補うこともできる。
【００１６】
局所的な塩化物源は、濃縮食塩水溶液、電解液リザーバと流体接触する塩の錠剤、又はその両方であり得る。好ましい局所的な塩化物源は、固体又は粉末材料である。局所的な塩化物源を送達する手段は、好ましくは丸剤又は錠剤の塩化物を含む塩室を含むことができ、その中を水溶液の一部が通過し、塩化物の一部を溶解させて供給水溶液を形成する。塩室は、電解セルを保持する装置の本体内に形成された塩の空隙を含むことができ、これは電解セルを通過する水溶液の一部と流体連通するように配置されている。
【００１７】
供給水溶液の形成には、井戸水、水道水、軟水、産業処理水、及び廃水を含む、いかなる水源を使用することもできる。ただし、本発明の多くの用途では、本質的に自然に存在する塩化物イオンしか存在しない流出液を形成するには、川の水又は井戸水のような処理されていない水が最も好ましい。これらの種類の自然の水は、塩化ナトリウムを含む、十分な量の塩を含有しているので、かなりの量の混合酸化剤が形成される。
【００１８】
選択された水源に他の塩又は電解質を加えると、水の伝導度が増加し、それが生成される混合酸化剤の量を増加させる。しかしながら、伝導度が増加すると電流が増加するので、伝導度の増加が生産効率を高めることにはならないことがある。したがって、生成される混合酸化剤は増加するが、消費される電力も増加する。好適な混合酸化剤の生産性方程式は、式Ｉで表される。
η＝（ＣＭＯ×Ｑ）／（Ｉ×Ｖ）  （Ｉ）
式中、
ηの単位は、１分当りの、使用される電力１ワット当りの混合酸化剤量（マイクログラム）であり、
ＣＭＯは、１リットル当りに生成された混合酸化剤の濃度（ｍｇ／ｌ）であり、
Ｉは、電流（アンペア）であり、
Ｑは、１分当りの体積流量（ｍｌ／ｍ）であり、
Ｖは、セルを横切る電位（ボルト）である。
【００１９】
塩化ナトリウムを含有する供給水溶液は、バッチ貯蔵式容器から電解セルに送り込むことができる。あるいは、塩化ナトリウムの濃縮水溶液を第二水源と混合すること、及び続けてその混合物を連続的に電解セルに通過させることによって、供給溶液を連続的に調製することができる。任意選択的に、供給水溶液の一部分は、電解セルからの流出液の再循環部分を含むこともできる。また供給水溶液は、前述の供給源のいずれかの組み合わせを含むこともできる。供給水溶液を、電解セル内に連続的又は周期的に流すことができる。
【００２０】
（電解セル）
電解セルは、セル室を通過する供給水溶液に電流を流すことによって、塩化物イオンから混合酸化剤を発生させる。障壁不使用電解セルは、少なくとも一対の電極、すなわちアノードとカソードとを含む。またセルは、供給水溶液がそれを通過するセル室を具備し、アノードに隣接した経路を含む。経路には、変換反応が起こる、アノードに隣接した狭い表層が含まれる。できる限り多量の流出水溶液を、経路及びその狭いアノード表面領域に通過させることが好ましい。
【００２１】
本発明の一実施形態では、セルは、アノードならびに対向する（及び好ましくは同一の広がりをもつ）カソードを含んでおり、これらは電極対の対向表面によって画定される形状のセル室によって隔てられている。セル室は、対向する２つの電極間の垂直間隔であるセル間隙を有する。通常、セル間隙は電極の対向表面全体にわたってほぼ一定である。セル間隙は、好ましくは０．５ｍｍ以下、より好ましくは０．２ｍｍ以下である。
【００２２】
また電解セルは、２つ以上のアノード又は２つ以上のカソードを含むこともできる。アノード板及びカソード板は、アノードがセル室を間において各面でカソードと対向するように、交互に配置される。複数のアノード及びカソードを含むことのできる電解セルの例が、１９９６年７月９日発行のアンドウ（Ando）らによる米国特許公報（特許文献３参照）、及び１９７７年１２月１３日発行のエイブル（Eibl）による米国特許公報（特許文献４参照）に開示されており、これらを本明細書に引用して援用する。
【００２３】
一般に、電解セルは、各セル室と流体連通する１つ以上の入口開口部、及びセル室と流体連通する１つ以上の出口開口部を有する。また入口開口部は供給水溶液源とも流体連通していて、供給水溶液が電解セルの入口から流入してセル室を通り、出口から流出することができる。廃溶液（電解セルから流出する電気分解された供給水溶液）には、溶液を通る電流の流れに応じてセル経路内で変換された、ある量の混合酸化剤が含まれる。廃溶液は、例えば、物品を消毒するために、又は他の体積の水もしくは水溶液を処理するために、混合酸化剤源として使用することができる。供給溶液が、微生物、又は形成される混合酸化剤溶液によって原位置で（in situ）酸化され得る他の何らかの酸化可能な供給源材料を含んでいる場合、流出液自体を処理済み溶液にすることができる。
【００２４】
また本発明は、混合酸化剤発生システムを提供し、このシステムは、
ａ）ハロゲン化物塩を含む供給水溶液源と、
ｂ）セル室を有し、アノードとカソードとを具備する膜不使用電解セルであって、セル室がアノードに隣接した経路を有し、入口及び出口がセル室と流体連通している膜不使用電解セルと、
ｃ）供給水溶液をセル室内に流入させ、経路に沿って通過させて、出口から流出させる手段と、
ｄ）セル室内の水溶液に電流を流し、経路内のハロゲン化物塩の一部を混合酸化剤に変換して、混合酸化剤を含む流出水液を形成する電流供給源と
を含む。
【００２５】
図１及び図２は、本発明の電解セル１０の一実施形態を示す。セルは、アノード電極２１及びカソード電極２２を含む。電極は、電極スペーサ３１を有する一対の対向する非導電性電極ホルダ３０によって互いに固定距離をあけて保持されており、スペーサ３１が、アノード及びカソードの対向する長手方向縁部を間隔をあけて配置して、間隙を有するセル室２３を形成している。セル室２３は、供給水溶液がそこを通ってセル内に流入できるセル入口２５、及び流出液がそこを通って電解セルから流出できる反対側のセル出口２６を有する。アノード及びカソード組立体、ならびに対向する板ホルダは、非導電性・耐水性の接着剤、ボルト、又は他の手段を含むことのできる固定手段（図示せず）によって、非導電性アノードカバー３３（一部を切り取って示す）とカソードカバー３４との間で１つにまとめて堅固に保持されていて、２つの電極の露出を室２３内を流れる電解液だけに制限している。アノードリード２７及びカソードリード２８は、電極ホルダ３０内に作られたチャネルを通り、側面に沿って密封可能に延びている。
【００２６】
図２は、セル室２３、及びアノード２１表面に沿った経路２４を示す。経路２４は、セル室２３の一部分であり、図では境界２９によって示されているが、これはアノード２１と隣接していることを示すためのものにすぎず、セル室に対する相対的な割合又は尺度を示すものではない。
【００２７】
本発明の電解セルの他の実施形態を図３に示す。この電解セルは、アノード出口３５を有する。アノード出口は、アノード２１に隣接した経路２４内を流れる電気分解された供給溶液の一部を、アノード流出液として取り出す。残りのセル流出液は、セル出口２６から流出するが、以後これらをそれぞれカソード流出液及びカソード出口とも呼ぶ。アノードに隣接して流れる電気分解された溶液の一部をアノード出口を通じて取り出す同様の電解セルは、１９９４年５月３１日発行のベイカー（Baker）らによる米国特許公報（特許文献５参照）、１９９６年７月９日発行のアンドウ（Ando）らによる米国特許公報（特許文献３参照）、及び１９９９年１月１２日発行のオーツカ（Otsuka）らによる米国特許公報（特許文献６参照）に記載されている。特に好ましいのは、米国特許公報（特許文献７参照）の図３に示される電解セルであり、これは、出口に隣接してアノードとカソードとの間に配置された物理障壁（要素１６）を使用していて、アノード出口を通じて取り出される前にアノードに隣接した溶液がカソードに隣接した溶液と混合されるのを最小限に抑えるか又はなくすことができる。好ましくは、低レベルの混合酸化剤生成物を含む又は混合酸化剤生成物を含まないカソード流出液を、供給水溶液に戻し、その中に混合する。
【００２８】
電極は、一般に、それ自体と他の電極との間の供給水溶液を通る電気を効果的に導くことができるいずれの形状にもすることができ、平面状電極、環状電極、バネ型電極、及び多孔質電極が挙げられるが、これらに限定されない。アノード及びカソード電極は、図２に示すように、カソード及びアノードの電極対間にほぼ均一な間隙を与えるように、形状設定し配置することができる。一方、アノード及びカソードを、異なる形状、異なる寸法にすることもでき、互いに不均等な間隔をあけて配置することもできる。アノードとカソードとの間の重要な関係とは、アノードに隣接したセル経路内でのハロゲン化塩の混合酸化物への変換を促進するように、アノードに適切な電圧で十分な電流を通すことに関する。
【００２９】
図２に示すような平面状電極は、溶液の流路に沿った長さと、流路を横断して配向する幅とを有する。平面状電極のアスペクト比は、長さと幅の比で定義され、一般に０．２〜１０、より好ましくは０．１〜６、最も好ましくは２〜４である。
【００３０】
アノードとカソードの両方の電極は、通常は金属の導電性材料であるが、炭素のような非金属の導電性材料も使用することができる。アノード及びカソードの材料は、同一にすることもできるが、有利には異なるものにすることができる。腐食を最小限に抑えるために、好ましくは耐薬品性金属が使用される。好適な電極の例が、米国特許公報（特許文献８及び特許文献９参照）に開示されている。好ましいアノード金属は、ステンレス鋼、白金、パラジウム、イリジウム、ルテニウムと同様に、鉄、ニッケル、クロム、ならびにこれらの合金及び金属酸化物である。より好ましいのは、チタン、タンタル、アルミニウム、ジルコニウム、タングステン、又はこれらの合金のようなα金属製（a metals）の電極であり、これらは好ましくは白金、イリジウム、及びルテニウムから選択されるＶＩＩＩ族金属、ならびにこれらの酸化物及び合金でコーティング又は層形成される。好ましいアノードの１つは、チタン芯で作られ、ルテニウム、酸化ルテニウム、イリジウム、酸化イリジウム、及びこれらの混合物でコーティング又は層形成されており、厚さが少なくとも０．１ミクロン、好ましくは少なくとも０．３ミクロンである。
【００３１】
多くの用途に、厚さ約０．０３ｍｍ〜約０．３ｍｍの金属箔を使用することができる。箔電極は、適切な電気分解作用に干渉し得る、経路内の液体の流れに応じた撓み又は曲げを生じないよう、セル内で安定させるべきである。箔電極の使用は、装置のコストを最小限に抑えなければならないとき、又は電気分解装置の寿命が短い（一般には約一年以下）と予想又は意図されているときに特に有利である。箔電極は、前述のいずれかの金属から作製することができ、好ましくは、タンタル、ステンレス鋼、及び他のもののような、あまり高価でない導電性の卑金属に積層体として取り付けられる。
【００３２】
本発明の特に好ましいアノード電極は、多孔質又は流通式アノードである。多孔質アノードは、大量の供給水溶液を通過させるのに十分に大きい表面積及び大きい孔容積を有する。多孔質アノード内の複数の孔及び流通チャネルは、供給水溶液が通過できる複数の経路を提供する、大幅に増加した表面積を提供する。本発明で有用な多孔質媒体は、アストロ金属社（Astro Met Inc.）（オハイオ州シンシナティ）、ポールベア社（Porvair Inc.）（ノースカロライナ州ヘンダーソン）、又はモット・メタラージカル社（Mott Metallurgical）（コネチカット州ファーミントン）から市販されている。あるいは、米国特許公報（特許文献１０及び特許文献１１参照）が、多孔質媒体処理の好適な例を示している。好ましくは、多孔質アノードの表面積（平方センチメートル）と全体積（立方センチメートル）との比が、約５ｃｍ-1より大きく、より好ましくは約１０ｃｍ-1より大きく、さらに好ましくは約５０ｃｍ-1より大きく、最も好ましくは約２００ｃｍ-1より大きい。好ましくは、多孔質アノードの孔隙率が、少なくとも約１０％、より好ましくは約３０％〜約９８％、最も好ましくは約４０％〜約７０％である。好ましくは、アノードを通る溶液の流量、及び溶液中に含まれる塩化物の混合酸化剤生成物への変換を最適化するために、多孔質アノードが、アノードの全体積にわたる高い表面積と電気伝導度との組み合わせを有する。
【００３３】
多孔質アノードを通る供給水溶液の流路は、溶液のアノード表面への曝露時間の観点から、塩化物を混合酸化剤に変換するのに十分なものにするべきである。流路は、アノードを通る電気の流れに平行に（電気の流れと同方向もしくは逆方向のいずれか）、又は電気の流れを横断する方向に、供給溶液を通過させるように選択することができる。多孔質アノードによって、供給水溶液のより多くの部分をアノード表面に隣接した経路に通過させることができ、その結果、ハロゲンを含有する混合酸化剤生成物に変換できるハロゲン塩の割合が増加する。
【００３４】
図４は、多孔質アノード２１を含む電解セルを示す。多孔質アノードは、供給水溶液がそこからアノード表面に隣接して多孔質電極内を通過できる、多数の毛管様流体経路２４を有する。図４の電解セルでは、供給水溶液は、アノードとカソードとの間の電気の流れに平行な方向に流れる。
【００３５】
多孔質アノードを有する電解セルの他の実施形態を図５に示す。この実施形態では、供給水溶液の流れは、アノードとカソードとの間の電気の流れを横断する方向である。一般に多孔質アノードを通る流体経路が小さい（０．２ｍｍ未満）ので、ある単位の溶液が多孔質アノードを通って流れるには、同じ量が開放セル室を通って流れるよりも大幅に高い圧力が必要になる。したがって、供給水溶液が多孔質アノードと開放室とを有する電解セル内に導かれる場合、溶液が優先的に開放セル室を通って流れるので、一般に、多孔質アノードを通りその表面を横切って流れる溶液の量が大幅に減少する。
【００３６】
供給水溶液が多孔質アノードをバイパスし得るという前述の問題に対処するために、図６に示すように、好ましくはセル室は、カソード２２と多孔質アノード２１との間のセル室２４の体積内に非導電性で多孔質の流体障壁４０を設けられる。多孔質障壁４０は、アノードとカソードとの間で室材料を介して電気が短絡するのを防ぐために非導電性である。供給水溶液がセル室を通って流れると、多孔質障壁によって溶液の圧力損失が生じる。多孔質障壁は、水を吸収又は保持しないようにすべきであり、混合酸化剤生成物を含め、水溶液及びその中の化学成分と反応しないようにすべきである。多孔質障壁４０は、これらだけに限るものではないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリオレフィンのようなプラスチック類、ガラス又は他のシリカ質材料、ならびにシリコンから選択される、非導電性の材料製にすることができる。多孔質障壁は、同一のサイズ又は異なるサイズの、球形、楕円形、及び他の形状の複数の物体を含むことができ、これらを室の中に緩やかに詰め込むか、又は室内で物品の一体型マトリックスにすることができる。図６は、多孔質障壁４０を様々な直径の球形物体のマトリックスとして示す。また多孔質障壁４０は、１つ以上のバッフルにすることもでき、これらがセル室２４を通る溶液の流れを実質的に制限する。図７に示すように、このようなバッフルは、溶液の流れを制限する開孔をその中に有する、一連の垂直障壁を含むことができる。非導電性の多孔質障壁を通る供給水溶液の流れが制限されると、セル室内を通過できる供給水溶液の割合が大幅に減少し、その結果多孔質アノード２１内の経路２３内で変換されるハロゲン化物塩の割合が増加する。
【００３７】
多孔質アノード及び多孔質障壁４０を含むセル室２４を通って流れる溶液は、互いに混ざり合い、いくらか前後に流れることができるが、セルの出口端部２６の異なる領域から流出する流出液は、溶液組成が実質的に異なる。多孔質アノードから流出する流出液３８は、カソードに隣接したセル室から流出する流出液３９よりも、顕著にｐＨが低く、ハロゲン生成物の生成量が多い。多孔質アノードを流出する流出液３８は、図８に示すように障壁３７を設置することによって、流出液３９と隔てて、セルから取り出すことができる。
【００３８】
本発明の他の実施形態は、開放室を有する電解セルを使用する。開放室式の電解セルは、本発明を、プール、浴槽、温泉、タンク、及び他の水の開放体を含めた供給水溶液のリザーバにおいて実施する際に特に有用である。供給水溶液は、セルに流入して、様々な方向からアノードに到達することができる。供給水溶液中のハロゲン化物塩は、前記したように、リザーバ溶液に含有させること、又は局所的なハロゲン化物塩源としてリザーバ溶液内に局所的に送達することができる。開放室式の電解セルの例としては、ダールグレン（Dahlgren）による米国特許公報（特許文献１２参照）、ジャッド（Judd）による米国特許公報（特許文献１３参照）、シャーマン（Sherman）による米国特許公報（特許文献１４及び特許文献１５参照）に記載のものが挙げられる。
【００３９】
混合酸化剤を発生する代替的なシステムは、供給水溶液が入ったバッチ容器を含む。再循環ポンプが、容器から電解セル内を通して供給溶液を循環させ、流出液を排出させてバッチ容器に戻す。やがて、溶液中の未反応の塩化物濃度が本質的にゼロまで低下し、供給水溶液中に充填した塩化ナトリウムがほぼ完全に混合酸化剤生成物に変換される。わずかに異なるシステムでは、電解セルを、バッチ容器内に配置して、塩化ナトリウムを含む水溶液に沈めることができる。容器内のポンプ又は混合装置が、溶液を電解セルに通過させ、混合酸化剤への塩化ナトリウムの標的変換が達成されるまで溶液を再循環させる。
【００４０】
また電解セルは、ある体積の供給水溶液を電気分解するバッチ型セルを含むこともできる。バッチ型セルは、一対の電極を有するバッチ室を含む。バッチ室は、ナトリウム塩化物を含む供給水溶液で満たされており、次いでそれを電気分解して、混合酸化剤を含有する流出液のバッチを形成する。電極は、好ましくは、外側の環状アノードと同心の内側カソードとを含む。本発明によるナトリウム塩化物供給源と共に使用するのに好適なバッチセルの一例が、２０００年１１月３０日公開の国際公開特許（特許文献１６参照）に開示されており、これを参照によりここに援用する。
【００４１】
（電流供給源）
電流供給源は、アノードを横切って通過する供給水溶液の経路を横切って電極間を流れる電流の流れを提供する。多くの用途では、好ましい電流供給源は、一般的な１００〜２３０ボルトのＡＣ電流をＤＣ電流に変換する家庭用（又は産業用）の電流整流器である。
【００４２】
携帯型又は小型の個人用システムに関わる用途では、好ましい電流供給源は、電池又は一式の電池であり、好ましくは、アルカリ、リチウム、酸化銀、酸化マンガン、又は炭素亜鉛電池から選択される。電池は、公称電位１．５ボルト、３ボルト、４．５ボルト、６ボルト、又は電気分解装置の電力要件を満足する他のいずれかの電圧を有するものにすることができる。最も好ましいのは、１．５Ｖの電位を有する、「ＡＡ」サイズ、「ＡＡＡ」サイズ、「Ｃ」サイズ、及び「Ｄサイズ」電池のような、一般的な種類の電池である。２つ以上の電池を、直列に（電位を加算するため）、又は並列に（電流容量を加算するため）、又はその両方で（電位及び電流の両方を増加させるため）配線することができる。また、再充電可能な電池及び機械式巻バネ装置も、有利に使用することができる。
【００４３】
他の代替例は、太陽エネルギーを電力に変換（及び貯蔵）できる太陽電池である。太陽電池式光起電性パネルは、電解セルの電力要件が、１．５〜９ボルトの電位差に２０００ミリアンペア未満の電流を誘導するようなものであるときに、有利に使用することができる。他の多くの既知の電源を本発明の実施の際に使用してもよく、手動クランク式発電システム及び水圧／流体タービンシステムが挙げられるが、これらに限定されない。
【００４４】
一実施形態では、電解セルは、１つ以上の電池の陽極リードに接続されたアノード、及び陰極リードに接続されたカソードを有する、単一対の電極を含むことができる。一連の２つ以上の電極又は２つ以上のセル（電極対のそれぞれ）を、電流源に配線することができる。各セルアノードを陽極端子に、各セルカソードを陰極端子に接続することによってセルを並列に配置すると、各セルをまたぐ電位（電圧）が同一になり、総電流が２つ以上の電極対の間で（均等又は不均等に）分けられる。２つのセル（例えば）を、第一セルアノードを陽極端子に、第一セルカソードを第二セルアノードに、及び第二セルカソードを陰極端子に接続することによって直列に配置すると、各セルをまたぐ電流が同一になり、総電位が２つのセルの間で（均等又は不均等に）分けられる。
【００４５】
電流供給源は、さらに、長期にわたって高いレベルの電気効率を維持するために、１つ以上の電池の出力極性を周期的に反転させる回路を含むことができる。極性を反転させると、電極表面上へのスケールの堆積及び帯電化学種のメッキ形成が最小限に抑えられるか、又は妨げられる。極性の反転は、対向するアノード及びカソード電極を使用するときに特にうまく作用する。
【００４６】
（電気分解の流出液）
ほとんどの用途では、塩化物が既に含まれている溶液を電気分解装置に通過させると、汚染された溶液中の微生物が死滅する。他の用途では、変換された混合酸化剤を含有する排出された流出液を電解セルから取り出し、例えば、消毒水溶液として使用する。流出液は、混合酸化剤によって酸化される酸化可能源に直接送達することによって、形成時に使用することができる。酸化可能源は、流出溶液と混合又は接触させると死滅する微生物を含む、水又は他の水溶液の第二供給源にすることができる。また、供給水溶液内に含まれる微生物も死滅する。
【００４７】
（不純物の除去）
水の不純物は、多くの形態を取る。ある場合には、それは微生物の性質であり、ウイルス性、バクテリア性、菌性、寄生性、又は他の生物の形態のことがある。これらの不純物の一部又はすべての除去を、電解層の前又は後のフィルタによって支援してもよい。特に関心事であるのは、クリプトスポリジウム（cryptosporidium）のような嚢胞有機体の９９．９５％の除去であり、これは、フィルタの有効濾過サイズが嚢胞のサイズ未満である場合に（例えば、３ミクロンを越える微粒子を除去できるフィルタ）、汚染された水から除去される。
【００４８】
不純物はまた、微生物でないこともある。これらの不純物の一部も、サイズごとにフィルタを介して除去可能なことがある。ある場合には、水中の汚染が有機又は無機的な性質のこともある。また、フィルタが、有機又は無機の汚染物質の一部又はすべてを除去することが望ましい。他の場合には、有機又は無機種の形態をさらに容易に濾過を介して除去されるよう変換することが望まれることもある。例えば、砒素（Ａｓ）は、２つの酸化レベル（Ａｓ（ＩＩＩ）及びＡｓ（Ｖ））の一方で存在することある。一般に、Ａｓ（ＩＩＩ）形態の方が毒性が強いと考えられているが、両方の酸化レベルが健康に悪影響を及ぼす。水中で見られることのあるＡｓの酸化状態は、その発生源によって異なる。地表水は、普通、空気酸化のために、地下水よりもＡｓ（Ｖ）の割合が多い。無機のＡｓ（ＩＩＩ）（亜ヒ酸塩）及びＡｓ（Ｖ）（ヒ酸塩）の構造、ならびにそれらの対応する酸の解離定数を以下に示す。
【００４９】
【化１】
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飲用水のｐＨでは、Ａｓ（Ｖ）が一価又は二価の陰イオンとして存在し、Ａｓ（ＩＩＩ）が中性の分子として存在することに留意する。これは、Ａｓ（Ｖ）は陰イオン交換樹脂によって容易に水から除去されるが、Ａｓ（ＩＩＩ）は容易に除去されないことを示唆している。したがって、Ａｓ（ＩＩＩ）を酸化させて容易にＡｓ（Ｖ）にすることができれば、イオン交換がＡｓを除去するための優れた処置の選択肢を表すことになる。典型的な強塩基イオン交換樹脂では、水中に見られることのある陰イオンの除去選択性は次の順序になる（最も容易なものから最も困難なものへ）：硫酸塩＞ヒ酸塩＞硝酸塩＞亜ヒ酸塩＞塩化物＞重炭酸塩。
【００５０】
状況によっては、電解セルに入れる電解液に対する前処理として、フィルタの一部分又は全体をイオン交換樹脂から構成してもよい。イオン交換樹脂で特に関心事であるのは、例えば塩化物の形態の陰イオン交換樹脂を用いて、電気分解の前に電解液中のハロゲン化物イオンの濃度を増加させる流出液を産出することである。陽イオン交換樹脂を用いると、電解セル中のカルシウム及びマグネシウムのようなスケール形成イオンの濃度を最小限に抑え、それによってアノード及びカソードの洗浄の必要を最小限に抑えることができる。
【実施例１】
【００５１】
図９は、流体セル１００の非限定的な代表的実施形態を示す。流体セル１００は、入口１１０及び出口１２０を含んでよい。従来の家庭用電池によって供給される電流及び電圧を使用できる、低電力（好ましくは携帯型）電気分解流体セルを使用してもよい。電解セルは、アノード表面積が約０．１ｃｍ2〜約６０ｃｍ2を有する様々なサイズにすることができる。本発明の特に好ましい一実施形態は、アノード表面積が約１ｃｍ2〜約２０ｃｍ2、より好ましくは約３ｃｍ2〜約１０ｃｍ2の電解セルを含む。電気駆動式モータ付きポンプは、流体セルの構成を介して、溶液を電解セルに送り込むことができる。このようなポンプユニットは、通常、約１００〜約３００ｃｃ／分の流量で溶液を流す。
【００５２】
図１０は、セル１００を含む再循環セル２００の非限定的な代表的実施形態を示す。再循環セル２００は、水溶液リザーバ２０４を含んでよい。リザーバ２０４には、ハロゲン塩を含む供給水溶液を入れてよい。出口１２０から流出する溶液をリザーバ２０４内に導き、供給水溶液と混合して、所望の電気分解された種を増やしていくことができる。これら両方の溶液を混合した後、入口１１０内に導く。両方の溶液は、ポンプ２０６が挙げられるがこれに限定されない、同様の物質を移動させる現在既知のいずれかの方法によって移動させてもよい。任意選択的に、リザーバ２０４は、利用できるように追加の供給水溶液及び流出する電気分解された溶液を誘導することができる、入口２１０及び出口２２０を含んでもよい。
【００５３】
図１１は、流体セル１００の非限定的な代表的実施形態を示す。流体セル１００は、前置フィルタ装置３００を含んでよい。前置フィルタ装置３００は、沈降物、微粒子、不溶性物質、大きな有機体（例えば、嚢胞）を含むが挙げられるが、これらに限定されない様々な望ましくない構成成分を、供給水溶液から濾過除去するために使用してよい。フィルタ機構３００は、所望の利益を達成するために様々な材料から構築してよく、粒状活性炭フィルタ、粒状活性炭ブロック、活性炭繊維類、珪藻土ガラス繊維類、濾紙、イオン交換樹脂類、サイズ排除物質類、帯電変性物質類（その例が国際公開特許（特許文献１７参照））に示されており、これを参考のためにここに示す）、ゼオライト類、活性アルミナ、シリカゲル、硫酸カルシウム、フラー土、及び活性ボーキサイトが挙げられるが、これらに限定されない。飲用水に関わる用途には、ＡＮＳＩ／ＮＳＦ標準５３を満足するために、少なくとも３ミクロン以上のサイズを有する微粒子の９９．９５％を電解液から除去することがさらに望ましい場合がある。
【００５４】
図１２は、再循環セル２００の非限定的な代表的実施形態を示しており、これは図１０に示すものと同様であるが、図１１に示すものと同様のフィルタ機構も含んでいる。
【００５５】
図１３は、流体セル１００の非限定的な代表的実施形態を示す。流体セル１００は、オン−オフ・センサ４００を含んでよい。オン−オフ・センサ４００を使用して、流入する供給水溶液の存在を検出し、それに対応して水溶液の電気分解に必要な電力として使用される電源（図示せず）をオンにしてもよい。同様に、オン−オフ・センサによって、流入する供給水溶液がないことを検出し、それに対応して電源（図示せず）をオフにしてもよい。
【００５６】
図１４は、再循環セル２００の非限定的な代表的実施形態を示しており、これは図１０に示すものと同様であるが、図１３に示すものと同様のオン−オフ・センサも含んでいる。
【００５７】
図１５は、イオン交換樹脂５００を有する流体セルのブロック図の非限定的な代表的実施形態を示す。このイオン交換樹脂は、２つの目的を果たすことができる。第一に、セル１００を通過する水の全硬度を低減させる、硬水軟化装置としての役目を果たすことができる。第二に、ハロゲン化物陰イオン交換装置としての役目を果たすことができ、陰イオン交換樹脂を使用して、陰イオンのハロゲン化物イオンを水中に自然に存在する非ハロゲンイオンに交換し、システムの効率を向上させる。水中のほとんどの陰イオンに容易に交換できるハロゲン陰イオンの例が、塩化物である。
【００５８】
硬水軟化装置は、水の全硬度を低下させるように設計される。全硬度は、水の重炭酸カルシウム及び重炭酸マグネシウム含量によって化学的に測定してもよい。硬水軟化装置は、特殊な種類のイオン交換樹脂の水調整装置である。通常、陽イオン交換樹脂は、水中のカルシウム及びマグネシウムの陽イオンを、普通は一価の他の陽イオンに交換するために使用される。最も一般的な交換イオンは、ナトリウム又は水素イオンである。また、ほとんどの硬水軟化システムは、陽イオン交換樹脂床を再生する手段も含む。最も一般的な樹脂の再生方法は、食塩水フラッシュである。普通、この目的にはナトリウム塩化物が使用される。
【００５９】
図１６は、再循環セル２００の非限定的な代表的実施形態を示しており、これは図１０に示すものと同様であるが、図１５に示すものと同様のイオン交換樹脂５００も含んでいる。
【００６０】
（実施例１）−（流体セルと水中に自然に存在する塩）
図９に示す一般的な設計の電解セルを使用して、塩素除去された水道水を処理した。電解セルは、経路間隙が約０．４６ｍｍの一対の対向電極を有する。アノードは、ＥＳ３００−チタン製で、酸化ルテニウム及び酸化イリジウムでコーティングした。カソードは、２０１ステンレス鋼製とした。平面状電極の寸法は、長さ７３．０ｍｍ、幅２５．４ｍｍとした。電極の表面積は、電極の長さに電極の幅を乗ずることによって計算した（例えば、７．３０ｃｍ×２．５４ｃｍ＝１８．５４ｃｍ２）。水道水をＰｕＲ蛇口取付型フィルタ（炭素ブロックフィルタ）に通過させ、水から塩素を除去することによって、塩素除去された水を調製した。使用した水道水の電気伝導度は、１５０ｕＳ／ｃｍである。水道水中の測定された塩化物イオンの量は、７８ｐｐｍであった。イオン除去された水１０リットルを回収した。蠕動ポンプによって、ガラス容器から電解セルを通る溶液の流量が３００ｍｌ／分と計測された。電源（テンマ研究所（Tenma Laboratory）、モデル７２−６３０Ａ）を介し、０．４３アンペアの電流で電解セルを横切る４．５ボルトの電位差を与えた。得られる電力は、電圧と電流を乗ずることによって計算した（例えば、４．５Ｖ×０．４４Ａ＝１．９８Ｗ）。電解セルから流出液を引き出して分析した。遊離塩素についてＤＰＤハック（Hach）法を介して測定すると、流出液に含まれていた混合酸化剤の濃度は合計２．９０ｐｐｍであった。達成された生産性指数は、式Ｉ（η＝（ＣＭＯ×Ｑ）／（Ｉ×Ｖ））に記載の効率計算によって測定すると４３９であった。他の様々な試験条件の一覧を表Ａに記載する。
【００６１】
【表１】
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【００６２】
（実施例２）−（流体セルと塩を添加した水）
実施例１の電解セルを、調製された塩の溶液から構成される供給水溶液を用いて動作させた。ナトリウム塩化物を脱イオン水に加えた。この試験には、５００ｍｇの工業銘柄塩化ナトリウム（アルドリッチ・ケミカル社（Aldrich Chemical Company,Inc.）（５３２３３ウィスコンシン州ミルウォーキー））を加え、溶解するまで攪拌棒で混合して、ナトリウム塩化物溶液から５０ｐｐｍ塩化物を形成した。供給水溶液を１０リットルガラス容器内で保持した。蠕動ポンプによって、ガラス容器から電解セルを通る溶液の流量が３００ｍｌ／分と計測された。電流０．２２アンペアで、電解セルを横切る４．５ボルトの電位差を与えた。電解セルから流出液を引き出して分析した。流出液に含まれる酸化剤は、２．１３ｐｐｍであった。生産性指数は、６４５と計算された。
【００６３】
（実施例３）−（ＡＡ電池を備える流体セル）
実施例１に記載したものと同じ方法で、実施例１の電解セルを動作させた。ただし、電源を３つのＡＡ電池（デュラセル（Duracell））に置き換えた。蠕動ポンプによって、ガラス容器から電解セルを通る塩素除去された水の流量が３００ｍｌ／分と計測された。３つのＡＡ電池から、電解セルを横切る４．１ボルトの電位差を与えた。電流は０．３４アンペアと測定された。電解セルから流出液を引き出して分析した。流出液に含まれる酸化剤は、１．９６ｐｐｍであった。生産性指数は、４２７と計算された。
【００６４】
（実施例４）−（水中に塩が自然に存在する再循環セル）
図１０の電解セルを、実施例１に一覧にしたものと同一の動作条件下で動作させた。１０リットルの水の遊離酸化剤濃度は、長時間にわたって増加する。結果を以下の表Ｂに示す。
【００６５】
【表２】
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本発明は、蛇口取付型フィルタ、調理台用浄水器、シンク下用浄水器、キャンプ／バックパック用浄水器、旅行用浄水器、冷蔵庫用浄水器、ピッチャー型重力流浄水器、水浴用（bathing）浄水器、及び温泉型浄水器が挙げられるが、これらに限定されない多数の用途において正しく評価され得る。
【００６６】
本発明の様々な利点は、前述の明細書及び次の特許請求の範囲を検討すれば当業者には明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
本発明の様々な利点は、本明細書を検討し図面を参照すれば当業者には明らかになる。
【図１】本発明の実施の際に使用される電解セルを示す。
【図２】図１の電解セルの線２−２を通る断面図である。
【図３】本発明の実施の際に使用される代替的な電解セルの断面図である。
【図４】多孔質アノードを有するもう１つの電解セルの断面図である。
【図５】多孔質アノードを有するさらにもう１つの電解セルの断面図である。
【図６】多孔質アノード及び多孔質流体障壁を有するもう１つの電解セルの断面図である。
【図７】多孔質アノード及び多孔質流体障壁を有するさらにもう１つの電解セルの断面図である。
【図８】多孔質アノード及び多孔質流体障壁を有するさらにもう１つの電解セルの断面図である。
【図９】流体セルの構成のブロック図である。
【図１０】再循環セルの構成のブロック図である。
【図１１】フィルタ機構を有する流体セルのブロック図である。
【図１２】フィルタ機構を有する再循環セルのブロック図である。
【図１３】オフ／オン・センサを有する流体セルのブロック図である。
【図１４】オフ／オン・センサを有する再循環セルのブロック図である。
【図１５】イオン交換樹脂を有する流体セルのブロック図である。
【図１６】イオン交換樹脂を有する再循環セルのブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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