(57)【要約】本発明は、−貫通する円筒状の筐体を有すると共に該筐体の外側に位置する部分を貫通する開口部（36）を有し、流体を導入または除去する管に接続することのできる支持構造体（14）と、筐体の内側に配された円盤状の電極（22）とをそれぞれが有する２つのほぼ同一の組立体（10、12）であって、前記２つの支持構造体は、それぞれの電極が互いに対向するように配されており、−前記２つの組立体の間に挿入され、前記電極の間に前記流体を循環及び分散させる機能を少なくとも有する挿入手段（38）、並びに−前記組立体と前記挿入手段とを接続する部材（44）を有することを特徴とするモジュラー型電気化学セルに関する。このセルは、廃水が含有する汚染物質を酸化することによって、該廃水から除去するのに使用することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−貫通する円筒状の筐体を有すると共に該筐体の外側に位置する部分を貫通する開口部を有し、流体を導入または除去する管に接続することのできる支持構造体（14）と、筐体の内側に配された円盤状の電極（22）とをそれぞれが有する２つのほぼ同一の組立体（10、12、62、64）であって、前記２つの支持構造体は、それぞれの電極が互いに対向するように配されており、
−前記２つの組立体の間に挿入され、前記電極の間に前記流体を循環及び分散させる機能を少なくとも有する挿入手段、並びに
−前記組立体と前記挿入手段とを接続する部材
を有することを特徴とするモジュラー型電気化学セル。
【請求項２】
前記電極（22）が、導電性のある支持体と、該支持体上に堆積させたダイヤモンドの導電層とを有することを特徴とする請求項１に記載のセル。
【請求項３】
前記各電極（22）が、電源に接続することのできる導電性支持円盤（20）に固定されており、筐体中の該導電性支持円盤の軸位置は、該導電性支持円盤が電極の外表面及び支持構造体の端部と同一平面上にあるように外部から調節可能になっていることを特徴とする請求項１に記載のセル。
【請求項４】
前記筐体が、前記導電性支持円盤（20）を取り囲む環（18）を有していて、その軸位置が、電極と筐体と円盤との間にシール材（32）を圧着するように外側から調節することのできるようになっている環を有していることを特徴とする請求項３に記載のセル。
【請求項５】
前記支持構造体（14）は、その各々が円弧形の溝（36）を経て内側へ向かって開口する開口部を有すると共に前記溝が完全に対向するように配されており、一方の支持構造体の開口部が流体を導入し、他方の支持構造体の開口部はその流体を除去する役目を果たすことを特徴とする請求項１に記載のセル。
【請求項６】
前記挿入手段が、前記溝に面する位置に貫通孔（40）を設けられた絶縁性のワッシャ（38）を有しており、これらの貫通孔の各々は放射状のダクト（42）を介してワッシャの内部と通じていることを特徴とする請求項５に記載のセル。
【請求項７】
前記挿入手段が
−前記溝に面する位置に貫通孔（40）を設けられた絶縁性の平スペーサ環帯（48）であって、これらの貫通孔の各々が放射状のダクト（42）を介して前記環帯の内部と通じている環帯、及び
−前記環帯の各側に１つずつ配される２つの絶縁性ワッシャ（50）であって、前記溝の１つに面する位置において各絶縁性ワッシャを貫通する円弧形のスロット（52）が設けられた絶縁性のワッシャ
を有することを特徴とする請求項５に記載のセル。
【請求項８】
前記挿入手段が
−前記溝に面する位置に２つの円弧形の貫通スロット（60）を設けられた絶縁性の平環帯（54）、
−前記環帯の内側に配されている円盤状の双極性電極（58）、及び
−前記環帯の各側に１つずつ配されると共に、前記溝の１つに面する貫通孔（40）をそれぞれが有する２つの絶縁性のワッシャ（56）であって、これらの貫通孔の各々は放射状のダクト（42）を介して前記ワッシャの内部と通じるようになっているワッシャ
を有している
【請求項９】
支持構造体（14）がそれぞれ２つの開口部を有し、該開口部は、完全に対向する位置にある２つの円弧状の溝（36）を経て内側に通じており、前記支持構造体はその溝が互いに向かい合うように配置され、各支持構造体の開口部が、一方が流体を導入し、他方が流体を除去するように使用されることを特徴とする請求項１に記載のセル。
【請求項１０】
前記挿入手段が
−選択透過導電性膜（66）又は多孔性ダイヤフラム、及び
−該選択透過導電性膜又はダイヤフラムの各側に１つずつ配され、前記溝に面する位置に貫通孔（40）を有する２つの絶縁性ワッシャ（38）であって、これらの貫通孔の各々が放射状のダクト（42）を介してワッシャの内部と連絡するようになっている絶縁ワッシャ
を有することを特徴とする請求項９に記載のセル。
【請求項１１】
前記挿入手段が
−流体を導入する管及び流体を除去する管に接続することのできる中央中空環帯（76）、
−該環体の各側に１つずつ配置される２つの絶縁ワッシャ（78）、
−これら２つのワッシャの環帯側ではない方の側にそれぞれ配される２枚の選択透過導電性膜（80）又は２枚の多孔性ダイヤフラム、及び
−２枚の選択透過導電性膜又はダイヤフラムのワッシャ側ではない方の側にそれぞれ配される、各々が前記溝に面する位置に貫通孔（40）を有する２つの絶縁ワッシャ（38）であって、これらの貫通孔の各々は放射状ダクト（42）を介してワッシャの内部と通じるようになっている絶縁ワッシャ
を有することを特徴とする請求項９に記載のセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気化学セルに関する。より詳しくは、単極及び双極モードの両方において、好ましくはダイヤモンドで作られると共に任意に調節することのできる電極分離部材を有する円盤状の電極を使用し、最も多様な構造においては、特に、２種または３種の異なった液体流を操作することができる、モジュラー型電気化学セルに関する。
【発明の開示】
【０００２】
そのモジュール性によって、本発明によるセルは、研究開発とパイロット規模もしくは工業規模のプラントとの両方において非常に簡単に使用することができる。
【０００３】
この型の電気化学セルは、廃水が含有している汚染物質を酸化することによって、廃水からの汚染除去に特に有効に使用することができる。
【０００４】
より具体的には、本発明によるモジュラー型電気化学セルは
−貫通する円筒状の筐体を有すると共に該筐体の外側に位置する部分を貫通する開口部を有し、流体を導入または除去する管に接続することのできる支持構造体と、筐体の内側に配された円盤状の電極とをそれぞれが有する２つのほぼ同一の組立体であって、前記２つの支持構造体は、それぞれの電極が互いに対向するように配されており、
−前記２つの組立体の間に挿入され、前記電極の間に前記流体を循環及び分散させる機能を少なくとも有する挿入手段、並びに
−前記組立体と前記挿入手段とを接続する部材
を有することを特徴とする。
【０００５】
好ましい構造として、電極は、導電性のある支持体と、該支持体上に堆積させたダイヤモンドの導電層とを有する。さらに、各電極は、電源に接続することのできる導電性支持円盤に固定されており、筐体中の該導電性支持円盤の軸位置は、該導電性支持円盤が電極の外表面及び支持構造体の端部と同一平面上にあるように外部から調節することができる。さらに、筐体は、前記導電性支持円盤を取り囲む環を有していて、該環の軸位置が、電極と筐体と円盤との間にシール材を圧着するように外側から調節することのできるようになっている環を有していると都合がよい。
【０００６】
第一の構造においては、２つの支持構造体は、その各々が円弧形の溝を経て内側へ向かって開口する開口部を有すると共に前記溝が完全に対向するように配されている。一方の支持構造体の開口部は流体を導入する役目を果たし、他方はその流体を除去する役目を果たす。
【０００７】
この第一の構造を用いた一態様によると、前記挿入手段は、前記溝に面する位置に貫通孔を設けられた絶縁性のワッシャを有しており、これらの貫通孔の各々は放射状のダクトを介してワッシャの内部と通じている。
【０００８】
他の態様によると、前記挿入手段は
−前記溝に面する位置に貫通孔を設けられた絶縁性の平スペーサ環帯であって、これらの貫通孔の各々は放射状のダクトを介して前記環帯の内部と通じている環帯、及び
−前記環帯の各側に１つずつ配される２つの絶縁性ワッシャであって、前記溝の１つに面する位置において各絶縁性ワッシャを貫通する円弧形のスロットが設けられた絶縁性のワッシャ
を有している。
【０００９】
また別の態様によると、前記挿入手段は
−前記溝に面する位置に２つの円弧形の貫通スロットを設けられた絶縁性の平環帯、
−前記環帯の内側に配置されている円盤状の双極性電極、及び
−前記環帯の各側に１つずつ配されると共に、前記溝の１つに面する貫通孔をそれぞれが有する２つの絶縁性のワッシャであって、これらの貫通孔の各々は放射状のダクトを介して前記ワッシャの内部と通じるようになっているワッシャ
を有している。
【００１０】
第二の型の構造においては、支持構造体はそれぞれ２つの開口部を有し、それらは、完全に対向する位置にある２つの円弧状の溝を経て内側に通じている。前記支持構造体はその溝が互いに向かい合うように配置され、各支持構造体の開口部が、一方が流体を導入し、他方が流体を除去するように使用される。
【００１１】
この第二の構造を使用する態様によると、前記挿入手段は、
−イオン交換樹脂型の選択透過導電性膜又は多孔性ダイヤフラム、及び
−該選択透過導電性膜又はダイヤフラムの各側に１つずつ配され、前記溝に面する位置に貫通孔を有する２つの絶縁性ワッシャであって、これらの貫通孔の各々が放射状のダクトを介してワッシャの内部と連絡するようになっている絶縁ワッシャ
を有している。
【００１２】
他の態様によると、前記挿入手段は、
−流体を導入する管及び流体を除去する管に接続することのできる中央中空環帯、
−該環体の各側に１つずつ配置される２つの絶縁ワッシャ、
−これら２つのワッシャの環帯側ではない方の側にそれぞれ配される２枚のイオン交換樹脂型選択透過導電性膜又は２枚の多孔性ダイヤフラム、及び
−２枚の選択透過導電性膜又はダイヤフラムのワッシャ側ではない方の側にそれぞれ配される、各々が前記溝に面する位置に貫通孔を有する２つの絶縁ワッシャであって、これらの貫通孔の各々は放射状ダクトを介してワッシャの内部と通じるようになっている絶縁ワッシャ
を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の他の特徴は、添付の図面を参照してなされる、続く記載より明らかになろう。
【００１４】
なお、この記載において、本発明の様々な態様に共通する要素は、同じ参照番号によって示されている。
【００１５】
図１及び２において、参照符号10と12とは２つの全く同じ組立体を示すために使用される。その基台として、各々は、プロピレンで作られている支持構造体14を有しており、該支持構造体は、装置に安定な基台を与える２つの平坦な面を形成するために正反対の位置の先端を切除した２つの部分16を有する円盤形状をしている。
【００１６】
ケージ14を中央円筒状筐体が貫通しており、該筐体中には、銅又はニッケル製の円盤20を可動に受けることのできる、アルミニウム又はプラスチックで作られたＬ形の断面を有する可動環18がある。
【００１７】
円盤20の外面は、銀を基材とするペーストで半田付け又は接着された電極22を有している。この電極は、例えば、珪素、炭化珪素、チタン又はジルコニウム等の基材の外面を不純物添加したダイヤモンドで被覆して電気的な導体としたものである。この電極は、FR 99 02483に記載されている技術を用いて好適に製造することができる。
【００１８】
円盤20の内面は中央螺子24の端部に固定されている。該中央螺子はケージ14の端部に形成されたタップを貫通し、中央螺子の他の端部は固定ナット26が取り付けられている。
【００１９】
ケージ14の端部には、その周円周りに均一に配された６つのタップ穴が穿たれており、コイルバネ30を介して環18上で動くように外側から作動させることのできる螺子28を受けることができるようになっている。
【００２０】
電極22に面する環18の端部は、その外側が角を取った面を有しており、電極と筐体の壁と円盤との間にはめ込まれたO-リングシール32上で動作することに注意されたい。
【００２１】
最後に、ケージ14は、電極によって占有される部分の外側の端部に、図示されないホースの接続用の取り付け具34がねじ込まれる穴が設けられている。この取り付け具は、内側において、組立体と同じ軸を有すると共に約90゜の広がりを有する円弧状の溝36中へと開口している。実際、図面では２つの完全に対向する位置にある溝36が示されている。これは、後で記載する構造において、本発明のセルが２つの溝を必要とするからである。
【００２２】
２つの組立体10と12との間に、例えばViton及びEPDMの名前で市販されている製品の１つなど、エラストマーによって作られたサプライワッシャ38を、セルは、また、有している。このワッシャはケージ14のそれに対応する外形と、電極22と同じ直径を有する円状の内形を有している。
【００２３】
ワッシャ38には、溝36の幅に対応する直径の円状孔40が穿たれており、溝と同じ半径を有する帯を形成している。孔40は、このように溝36に面して設けられている。これらの孔の各々は、放射状のダクト42を介してワッシャ38の内部と通じている。
【００２４】
図面は、使用されるのは溝36に面して配されている孔のみであるのにも関わらず、孔40がワッシャ38の周縁部全体に設けられていることを示している。しかしながら、この構造は、ワッシャを完全に均一にすることができるという利点を有している。勿論、溝に面する一連の孔40のみを設けることもできる。
【００２５】
ワッシャ38がその間に挟まれ、取り付け具34が正反対の位置に配されている２つの組立体10と12とは、セルの外縁部の辺りに配されている６個のボルトとナットとを使用して組み立てられる。図面を煩くしないために、図２は、ケージ14に設けられた穴46とボルトの頭44の部分とボルトを通過させるワッシャ38のみを記載している。
【００２６】
直前に記載したセルが組み立てられる前に、組立体10及び12のそれぞれは、電極22の外面をケージ14の内面と一致させる必要がある。これは、螺子24を用いて行われ、２種の部材が互いに一致したら、ナット26を用いて螺子24を固定する。組み立てが行われたら、６個のナットとボルト、及び６個の螺子28を用い、バネ30の助けを借りて、電極22に対してシール材32を押し付ける。
【００２７】
操作においては、螺子24はそれぞれ適当な電源の端子に接続され、液体を供給・除去する管はそれぞれ取り付け具34に接続される。取り付け具の一方からセルに導入される液体は、通常、汚染された廃水である。セル中で行われる電解処理によって、起こった反応に起因するガスを伴ってもう一方の取り付け具から精製された水が出てくる。
【００２８】
このようなセルの構造によって、加圧下に、例えば左側の組立体10の底部に導入される液体は、低い方の溝36に入り、次いでワッシャ38の溝に対向する孔40に入り、そして、孔に連結する放射状のダクト42を経て２つの電極22間の空間に注入される。この空間において、流体は電解処理に付され、右側の組立体12の最上部において、ダクト42と対応する孔40とを通じて上方の溝36に入り、外部に排出される。
【００２９】
純粋に例示目的の具体的な例を示すと、電極22は10 cmのオーダーの直径と0.5〜３mmの厚さを有し、一方、円盤20は10〜12mmの厚さを有する。ワッシャ38の厚さもまた、0.5〜３mmである。
【００３０】
以上に記載したセルは、比較的低い導電性を有する流体に適している。通常、３〜５ mS/cmを越える高い導電性を有する電解液を使用する場合は、２つの電極の分離を高める必要がある。本発明によるセルの第二の態様の場合、図３に示すように、サプライワッシャ38に代えて、ポリプロピレン製のスペーサ環帯48、及び前記スペーサ環帯48の両側に１つずつ配されると共にワッシャ38同様エラストマーで作られている２つの全く同一のワッシャ50を使用することができる。これら３つの部品は、ワッシャ38と同じ内形及び外形を有する。
【００３１】
その厚さが10 mm程度であるスペーサ環帯48は、ワッシャ38と同じ一連の孔40及び放射状ダクト42を有する。
【００３２】
各ワッシャ50は、ボルトを通すための穴46の外に、溝36と同じ形状の２つのスロット52（その内の１つのみを使用することもできる）のみを有している。このスロットは、セルが組み立てられたときに、各スロットが前記溝と向かい合う位置に設けられている。
【００３３】
したがって、この態様において、回収の前に行われる電極間の空間への液体の分散は、中央環帯48によって行われ、２つのワッシャ50は、単に流体をケージ14と環帯48との間に移送することのみを行う。
【００３４】
上記セルは双極構造を採用することもできる。本発明による第三の態様の場合、図４に示されているように、第一の態様のサプライワッシャ38に代えて、ポリプロピレン製の環帯54と、前記環帯54の両側に１つずつ配されると共にエラストマーで作られている２つの全く同一のワッシャ56を使用することができる。これら３つの部品は、ワッシャ38と同じ内形及び外形を有する。
【００３５】
前記環帯の内側は、その厚さ及び直径が電極22と同じである電極58を有している。この電極は、電気伝導性を持たせるために、その両面に不純物を添加したダイヤモンドの層で被覆された導電性の基材で形成されている。２つの電極22と丁度同じように、電極58は文献EP 810147.9の教示に従って、効果的に製造することができる。
【００３６】
環帯54は、ボルトを通すための穴に加えて、溝36と同じ形状の完全に対向する２つのスロット60を有している。これらのスロットは、セルが組み立てられたときに前記溝と向かい合う位置に設けられている。
【００３７】
２つのワッシャ56はワッシャ38と同一である。この態様においては、液体を分散・回収するのはこれら２つのワッシャである。
【００３８】
言うまでもなく、図４の双極セルは、図３のセルと同様に、より電極分離を完全に行うために、環帯54に関連する数個の中間電極58を有していてもよい。このような場合は、種々の環帯54の間に追加のワッシャ56を挿入する。
【００３９】
図５に示されている本発明の第四の態様においては、図１の組立体10及び12に代えて、組立体62及び64が使用されている。組立体62及び64は、各々が２つの取り付け具34を有すると共に２つの完全に対向する円状溝36を有していなくてはならないという点においてのみ図１の組立体と相違する。被処理液は取り付け具の内の１つから導入され、もう１つから導出される。このセルは、公知の方法によって、それぞれアノード液流及びカソード液流を形成する２種の混合しない電解液を有して動作する。
【００４０】
この場合、図１のサプライワッシャ38に代えて、その中央要素が、ナフィオン（Nafion）で作られたイオン交換膜のように、ある種のイオンに選択的透過性を有する電気伝導性材料で作られた膜66である薄膜層（stack）を使用する。あるいは、膜66を多孔性のダイヤフラムで置き換えることもできる。中央要素の両側には、２つのエラストマーワッシャ68、次いで２つのポリプロピレン環帯、そして最後にフルオロエラストマーで作られた２つの更なるワッシャ72が対称に配置されている。これらの部品全ては、ワッシャ38と同じ外形を有しており、組み立てボルトを通すための６つの穴46を有している。ワッシャ68及び72並びに環帯70はワッシャ38と同じ円状の内形を有している。
【００４１】
ワッシャ38は他に特別な開口部を有していない。環帯70は図３のスペーサ環帯48と全く同じである。一方、ワッシャ72は図４における環帯54と同じスロット60を有している。
【００４２】
図５の態様において、図３における環帯48の場合と同じように、環帯70は電極間の分離を大きくするためのみに使用されている。したがって、このセルが導電性の低い液体を扱う場合には、環帯70とワッシャ68及び72とを省略し、図１のワッシャ38で代用することができる。
【００４３】
最後に、図６は本発明によるセルの第６の態様を示している。この場合においては、図１におけるサプライワッシャ38に代えて、ワッシャ38と同じ外形を有すると共に組み立てボルトを通すための６個の穴46を有する要素を積層した膜を使用している。中央要素はポリプロピレンで作られた中空の環帯74であり、液体を導入するための管及び導出するための管にそれぞれ接続するための、対向する２つの取り付け具76を備えている。
【００４４】
図６のセルは、公知の方法によって、３種類の別個の流れ、即ち、組立体62及び64の中をそれぞれ循環するアノード液流及びカソード液流、並びに環帯74を通って循環し、処理される液体の流れを扱うことができる。
【００４５】
この環帯の両側には、図５のワッシャ68と全く同じワッシャ78、次いで同図の膜66と全く同じ２枚の膜80が対称に配置されている。この膜80も多孔性のダイヤフラムに置き換えることができる。図５のセルにおけるのと同様に、積層は、さらに、２つのワッシャ68、２つの環帯70、及び２つのワッシャ72と続く。
【００４６】
低導電性の液体をこのセルが扱う場合は、図５のセルと同様に、環帯70並びにワッシャ68及び72を省略し、それらの代わりに図１のワッシャ38を使用することが可能である。
【００４７】
ここまで記載してきた全ての態様において、電極間の流体通路を長くすると有利であり、電気化学的処理の効率を向上させることができる。この効果を達成するためには、例えば、図１におけるワッシャ38などの様々なセル要素が、乱流を強めると共に電極間のスペーサとして機能する格子82をその中心に備えることもできる。この格子は、ポリプロピレンやポリエチレンなどの、絶縁性であると共に化学的に安定な材料で作られていると都合がよい。
【００４８】
このように、相互交換可能な要素を使用することに伴い、そのモジュラー構造によって、使用者の様々な要求に応えることのできる広範な構造設計を可能にする電気化学セルが提案された。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、単極型セルの第一の態様を示す、軸方向の断面における分解斜視図である。
【図２】図２は、単極型セルの第一の態様を示す、軸方向の断面における分解斜視図である。
【図３】図３は、第二の態様である、電極が非常によく分離されている単極型セルを示す分解斜視図である。
【図４】図４は、第三の態様である、双極型セルを示す分解斜視図である。
【図５】図５は、第四の態様である、膜セルを示す分解斜視図である。
【図６】図６は、第五の態様である、２枚の膜を有するセルを示す分解斜視図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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2004525765.tif 000010
2004525765.tif 000011
2004525765.tif 000012
2004525765.tif 000013
2004525765.tif 000014
2004525765.tif 000015
2004525765.tif 000016
2004525765.tif 000017
2004525765.tif 000018
2004525765.tif 000019
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2004525765.tif 000022
2004525765.tif 000023
2004525765.tif 000024
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2004525765.tif 000028
2004525765.tif 000029
【国際調査報告】
2004525765.tif 000030
2004525765.tif 000031
2004525765.tif 000032
2004525765.tif 000033
2004525765.tif 000034
2004525765.tif 000035