(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象の水溶液を貯水する反応槽内に設置した陽極部材と陰極部材との間に、正パルス高電圧成分と直流正電圧成分とを重ね合わせた電気信号を電力増幅して印加し、
前記正パルス高電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材と前記陰極部材と、前記陽極部材と前記陰極部材との間に配置したフローティング電極部材と、水溶液との界面に電気二重層を形成させていき、前記直流正電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材界面近傍と前記陰極部材界面近傍と前記フローティング電極部材界面近傍の水溶液を電気化学反応させることを特徴とする電気化学反応制御方法。
【請求項２】
さらに、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間の電圧波形を計測し、
前記正パルス高電圧成分前後の直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時の前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間の電圧を所定値となるように印加する電気信号の前記直流正電圧成分値を可変するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電気化学反応制御方法。
【請求項３】
さらに、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に印加する電圧値を設定し、
前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に設定された電圧値を印加するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電気化学反応制御方法。
【請求項４】
さらに、電力増幅された電気信号の電流波形を計測し、
前記正パルス高電圧成分前後の前記直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時の電流値をゼロに近い値になるように印加する電気信号の前記直流正電圧成分値を可変させていくことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電気化学反応制御方法。
【請求項５】
前記正パルス高電圧成分は、前記電気二重層が形成されるパルス幅およびピーク電圧を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電気化学反応制御方法。
【請求項６】
前記正パルス高電圧成分は、前記電気二重層が形成されるのに十分な時間である１００ミリ秒以下のパルス幅を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の電気化学反応制御方法。
【請求項７】
前記直流正電圧成分は、２つの前記正パルス高電圧成分間に印加され、電極部材と水溶液との界面近傍に集められた反応前駆体が、前記界面近傍から水溶液中に濃度拡散によって減少するのを防止すると共に電気化学反応するようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の電気化学反応制御方法。
【請求項８】
前記正パルス高電圧成分と前記直流正電圧成分との重ね合わせは、各成分の関数波形同士を重ね合わせて発生させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の電気化学反応制御方法。
【請求項９】
前記正パルス高電圧成分と前記直流正電圧成分との重ね合わせは、各成分を交互に出力することによって発生させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の電気化学反応制御方法。
【請求項１０】
前記陽極部材の電圧、または、前記フローティング電極部材の電圧が、前記直流正電圧成分によって、目的とする反応生成に適した電気化学的電位を少なくとも有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の電気化学反応制御方法。
【請求項１１】
Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液に注入させて電気化学反応させるようにしたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の電気化学反応制御方法。
【請求項１２】
Ｍｇ、ＺｎまたはＣａの少なくとも一つを含有した鉱石、またはこれらの元素を含有した化合物を反応槽内に投入して、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に溶出させるようにしたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の電気化学反応制御方法。
【請求項１３】
処理対象の水溶液を貯水する反応槽と、
前記反応槽内に設置する陽極部材と、
前記反応槽内に設置する陰極部材と、
前記陽極部材と前記陰極部材との間に配置したフローティング電極部材と、
正パルス高電圧成分と直流正電圧成分とを重ね合わせた電気信号を発生する関数発生器と、
前記陽極部材と前記陰極部材との間に、前記電気信号を電力増幅して印加する電力増幅器と、を有し、
前記正パルス高電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材と前記陰極部材と前記フローティング電極部材と水溶液との界面に電気二重層を形成させていき、前記直流正電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材界面近傍と前記陰極部材界面近傍と前記フローティング電極部材界面近傍の水溶液が電気化学反応されることを特徴とする電気化学反応装置。
【請求項１４】
さらに、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間の電圧波形を計測する電圧波形計測器を有し、
前記関数発生器は、前記正パルス高電圧成分前後の前記直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時の前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間の電圧を所定値となるように印加する前記直流正電圧成分値を可変させて前記電気信号を発生することを特徴とする請求項１３に記載の電気化学反応装置。
【請求項１５】
さらに、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に印加する電圧値を設定し、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に設定された電圧値を印加する電圧発生器と、前記フローティング電極部材と前記電圧発生器との間に接続した高抵抗器とを有することを特徴とする請求項１３に記載の電気化学反応装置。
【請求項１６】
さらに、電力増幅された電気信号の電流波形を計測する電流波形計測器を有し、
前記関数発生器は、正パルス高電圧成分前後の直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時の電流値をゼロに近い値になるように直流正電圧成分値を可変させて前記電気信号を発生することを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項１７】
前記関数発生器は、電極部材と水溶液界面に電気二重層が形成されるパルス幅およびピーク電圧を有する前記正パルス高電圧成分を発生することを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項１８】
前記関数発生器は、前記電気二重層が形成されるのに十分な時間である１００ミリ秒以下のパルス幅となる前記正パルス高電圧成分を発生することを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項１９】
前記陰極部材と前記フローティング電極部材との間から反応槽内へ水溶液を流入する陰極側流入手段と、
流入された水溶液が前記フローティング電極部材と前記陽極部材との間を通って反応槽外へ流出する陽極側流出手段と、を有することを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項２０】
前記陽極部材と前記フローティング電極部材との間から反応槽内へ水溶液を流入する陽極側流入手段と、
流入された水溶液が前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間を通って反応槽外へ流出する陰極側流出手段と、を有することを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項２１】
前記フローティング電極部材は、前記陽極部材と前記陰極部材の中間位置よりも前記陽極部材側に配置させることを特徴とする請求項１３〜２０のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項２２】
前記陽極部材と、前記陰極部材とを平板形状とし、互いを平行に配置したことを特徴とする請求項１３〜２１のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項２３】
前記陽極部材と、前記陰極部材とを筒型形状とし、前記陰極部材を中心部に配置し、前記陽極部材を外周側に断面同心状に配置して、互いを軸対称に配置したことを特徴とする請求項１３〜２１のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項２４】
前記陽極部材と、前記陰極部材と、前記フローティング電極部材とを平板形状とし、互いを平行に配置したことを特徴とする請求項１３〜２１のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項２５】
前記陽極部材と、前記陰極部材と、前記フローティング電極部材とを筒型形状とし、前記陰極部材を中心部に配置し、前記陰極部材の外周側に断面同心状にフローティング電極部材を配置し、さらに、前記フローティング電極部材の外周側に断面同心状に前記陽極部材を配置して、互いを軸対称に配置したことを特徴とする請求項１３〜２１のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項２６】
前記陽極部材に液循環孔を設けたことを特徴とする請求項１３〜２５のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項２７】
前記液循環孔は、前記陽極部材をメッシュ構造とすることによって設けることを特徴とする請求項２６に記載の電気化学反応装置。
【請求項２８】
前記関数発生器は、２つの前記正パルス高電圧成分間に、電極部材と水溶液との界面近傍に集められた反応前駆体が前記界面近傍から水溶液中に濃度拡散させて減少するのを防止すると共に電気化学反応させる電圧値を前記直流正電圧成分として印加することを特徴とする請求項１３〜２７のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項２９】
前記関数発生器は、前記正パルス高電圧成分と前記直流正電圧成分との関数波形同士を重ね合わせて前記電気信号を発生させることを特徴とする請求項１３〜２８のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項３０】
前記関数発生器は、前記正パルス高電圧成分と前記直流正電圧成分の各成分を交互に出力することによって前記電気信号を発生させることを特徴とする請求項１３〜２８のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項３１】
前記関数発生器は、前記陽極部材の電圧、または、前記フローティング電極部材の電圧が、前記直流正電圧によって、目的とする反応生成に適した電気化学的電位になるように前記電気信号を発生させることを特徴とする請求項１３〜３０のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項３２】
さらに、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に注入するイオン注入手段を有することを特徴とする請求項１３〜３１のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項３３】
さらに、Ｍｇ、ＺｎまたはＣａの少なくとも一つを含有した鉱石、またはこれらの元素を含有した化合物を反応槽内に投入して、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に溶出させる投入手段を有することを特徴とする請求項１３〜３１のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項３４】
前記陽極部材および前記フローティング電極部材を白金で形成した導体または白金めっきを施した導体とし、前記陰極部材を銅タングステンで形成した導体としたことを特徴とする請求項１３〜３３のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項３５】
前記陽極部材を白金で形成した導体または白金めっきを施した導体とし、前記フローティング電極部材をチタンで形成した導体とし、前記陰極部材を銅タングステンで形成した導体としたことを特徴とする請求項１３〜３３のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項３６】
前記陽極部材および前記フローティング電極部材を白金で形成した導体または白金めっきを施した導体とし、前記陰極部材をチタンで形成した導体としたことを特徴とする請求項１３〜３３のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項３７】
前記陽極部材をチタンで形成した導体とし、前記フローティング電極部材を白金で形成した導体または白金めっきを施した導体とし、前記陰極部材を銅タングステンで形成した導体としたことを特徴とする請求項１３〜３３のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【請求項３８】
前記白金めっきは、チタン板に施すことを特徴とする請求項３４〜３７のいずれか一つに記載の電気化学反応装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気化学反応制御方法および電気化学反応装置に関し、さらに詳しくは、環境ホルモン等を含有した排水、埋立て排水、し尿、家畜等の糞尿、食品加工廃液や工場廃液などの排水に水溶された物質を除去して浄化させるようにしたり、各種電解質を含む水溶液から物質を抽出したりすることが出来るようにする電気化学反応制御方法および電気化学反応装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気化学反応装置としては、処理対象の水溶液を貯水する反応槽と、前記反応槽内に設置した陽極部材と、陰極部材とを有し、陽極部材と陰極部材との間に直流電圧、交流電圧または所定周波数の高周波電圧を印加して水溶液の電気化学反応を制御する装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電気化学反応では、電解させる成分によって異なる印加電圧が必要である。そのため、従来の電気化学反応装置では、目的とする反応に適した電位に電極電圧を設定すると数[Ｖ]程度以内となるため、反応速度が遅く実用的にはならない。
【０００４】
また、一般に、排水処理等で対象とする水溶液中には、色々な成分が含有している。そのため、反応速度を高めるために従来の電気化学反応装置で、陰極部材と陽極部材との間に高電圧を印加した場合には、色々な反応物を生成させてしまい、目的とする生成物だけを生成させることができない。
【０００５】
また、従来の電気化学反応装置では、反応量を高めるためには、電極面積を非常に大きくするか、または、印加電圧を高く設定して反応速度を高めるしかない。しかしながら、電極面積を大きくした場合には、イニシャルコストが嵩んでしまう。また、電極電圧を高くした場合には、投入した電力の大半が過電圧として熱エネルギーとして消費されてしまい、効率が非常に悪く、経済的に成り立ちにくいだけでなく、目的とする反応生成物以外の生成物も大量に生成されてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであって、目的とする生成物だけを安価にかつ効率的に生成させることが出来る電気化学反応制御方法および電気化学反応装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
図１６および図１７は、一般の電気化学反応の概念を説明する図である。図１６に示すように、一般に、電気化学反応は、電極部材と水溶液との界面における反応を伴う電子移動過程と、水溶液側から電極部材までに反応物質が輸送されてくる物質輸送過程とから構成されている。
【０００８】
図１７に示すように、陽極について見れば、電源から正電圧が印加されると、水溶液中に存在するマイナスイオンが陽極近傍に集まり、陽極における正電荷の薄い層と、水溶液中のマイナスイオンによる負電荷の薄い層が向き合った電気二重層が形成され、水溶液中の電界が中和される。印加される正電圧の値が数[Ｖ]程度の小さい値の場合には、電極表面近傍に形成される電気二重層により、水溶液内部には、ほとんど電界が掛からない。
【０００９】
そのまま、電圧を掛け続けると電極表面では、電気化学反応により、電子移動が起こって反応前駆体物質濃度が減少し、その分、電荷の不均衡が生じる（電子移動過程）。その電荷の不均衡を補うために、新たなる反応前駆体が水溶液中から供給されてくる（物質輸送過程）。この場合、電極電圧としては、電気化学反応に必要な電圧より少し高い値を設置しておけば、電気化学反応を起すことができ、投入電力分を電気化学反応に寄与させることが出来る。しかし、電極電圧（過電圧分）が小さいと、水溶液中に印加される電界強度は小さく新たなる反応前駆体を供給する物質輸送過程における駆動力は小さく、中々反応は進まない。
【００１０】
一方、水溶液中の反応前駆体であるイオンを外部電界により強制的に駆動するためには、電気二重層で打ち消される電界以上の高電圧を印加する必要がある。しかし、この場合には、電気化学反応で必要な電圧数[Ｖ]程度（例えば、水分解では１．２[Ｖ]）に対し、それ以上の印加電圧分は過電圧となりジュール熱として消費されるため投入電力エネルギーが無駄になってしまう。
【００１１】
そこで、本発明者等は、電気化学反応における物質輸送過程と電子移動過程とを独立に制御する方法を見出し、上述の目的を達成出来る発明に至った。
【００１２】
ここで、電気化学反応制御方法は、処理対象の水溶液を貯水する反応槽内に設置した陽極部材と陰極部材との間に、正パルス高電圧成分と直流正電圧成分とを重ね合わせた電気信号を電力増幅して印加し、前記正パルス高電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材と前記陰極部材と水溶液との界面に電気二重層を形成させていき、前記直流正電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材界面近傍と前記陰極部材界面近傍の水溶液を電気化学反応させることが出来る。
【００１３】
この構成によれば、正パルス高電圧成分のパルス幅分だけの電圧が陽極部材および陰極部材間に印加された時間幅の間に、反応槽内の水溶液の陰イオンを陽極部材表面に引き寄せ水溶液との界面に電気二重層を形成させ、その直後に、引き寄せられた陰イオンと陽極部材との界面で電気化学反応を起すことが出来る直流正電圧を印加することによって、引き寄せた陰イオンを電気化学反応させることが出来るようになる。従って、過電圧による供給電力の無駄を低減して希望する物質生成をより効率的に行なうことが出来るようになる。
【００１４】
つまり、正パルス高電圧成分の電気信号が印加されているときには、反応槽内の水溶液中では、イオンが移動して電気二重層を形成していく。この電気二重槽の形成途中では、水溶液内部の電気シールドが不十分であるため、電極表面よりも離れた水溶液内部まで電界が十分に掛かり、反応前駆体としてのイオンの物質移動を促進させる。従って、正パルス高電圧成分の電気信号を印加することによって、水溶液内部に電界を発生させ効率よく反応前駆体となるイオンを電極表面に引き寄せ、さらに、正パルス高電圧として供給された電力は、電気二重層の静電容量分の電荷として電極表面側に蓄積させることが出来る。
【００１５】
なお、正パルス高電圧成分の電気信号により電極表面に集められた反応前駆体としてのイオンが、正パルス高電圧成分を印加した後に水溶液中に濃度拡散し、減少してしまう前に、次の正パルス高電圧を印加するのが好ましい。また、電気二重層が形成されるまでの時間は、正パルス高電圧成分の電圧値とパルス幅に依存する。そのため、電圧値を決めればパルス幅としては、電気二重層が形成され電気的に充電が完了されるまでの時間で十分である。もっともエネルギー的には無駄になるため好ましくはないが、高い電圧で電気二重層を形成させるまでの時間よりもパルス幅を長くしてもよい。
【００１６】
また、正パルス高電圧成分の電圧値は、１０[Ｖ]以上が好ましい。この電圧値は、高くするほどイオン移動度が大きくなるため、電気二重層形成時間を短縮出来ると共に、電気二重層を構成するイオンを高濃度に出来る。しかしながら、高い電圧値では、印加後に電気化学反応に寄与できないものは、水溶液側に濃度拡散してしまい無駄になってしまう。そのため、正パルス高電圧成分の電気信号で引き寄せられた反応前駆体としてのイオンが、直流電圧印加時に、出来るだけ反応消費されるように、電圧値、パルス幅およびパルス間隔を処理溶液性状に合わせ設定するのが望ましい。
【００１７】
一方、直流正電圧成分の電気信号は、正パルス高電圧成分の電気信号の印加後に、前記正パルス高電圧成分の電気信号で引き寄せられたイオンが、濃度拡散により水溶液中に拡散し、電気二重層を形成していた電極の電荷が解放されてしまうのを防止すると共に電気化学反応に寄与させる。つまり、回路的には、正パルス高電圧成分の電気信号の印加後に陽極部材と陰極部材との間を結ぶ電源側に流れる逆電流を阻止する直流電圧分を印加しておくことによって、電極板に溜まった電荷が電源側に逆電流として流れず、水溶液側の電気化学反応に寄与させることが出来る。
【００１８】
すなわち、本発明の電気化学反応制御方法では、電気二重層が形成される時間だけの正パルス高電圧成分の電気信号を印加して、反応前駆体となるイオンを電極表面近傍に濃縮させ、正パルス高電圧成分の電気信号印加後に、目的とする反応生成に適した電気化学的電位以上の直流電圧成分の電気信号を電極に印加する。そのため、正パルス高電圧成分の電気信号印加時に電気二重層として電極表面側に貯められた電荷を、電極表面側に保持し、電気化学反応に寄与させることが出来る。
【００１９】
この直流電圧成分の電気信号印加時は、正パルス高電圧成分の電気信号印加時に電極に溜まった電荷による逆電流を抑え、この間の電源側からの電流供給は殆んどなく、非常に効率よく電力を電気化学反応に寄与させることが出来る。なお、電源からの供給電力は、電圧×電流である。直流正電圧成分のみの場合は、電源からの電流はゼロに近い値に調整出来るため、この間の電力供給はほとんど無い状態に出来る。
【００２０】
そのため、本発明の電気化学反応制御方法によれば、正パルス高電圧成分の電気信号による電力供給だけが必要であるため、少ない電力消費で、効率よく電気化学反応を行わせることが出来るようになる。
【００２１】
本発明による電気化学反応制御方法は、処理対象の水溶液を貯水する反応槽内に設置した陽極部材と陰極部材との間に、正パルス高電圧成分と直流正電圧成分とを重ね合わせた電気信号を電力増幅して印加し、前記正パルス高電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材と前記陰極部材と、前記陽極部材と前記陰極部材との間に配置したフローティング電極部材と、水溶液との界面に電気二重層を形成させていき、前記直流正電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材界面近傍と前記陰極部材界面近傍と前記フローティング電極部材界面近傍の水溶液を電気化学反応させることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、正パルス高電圧成分のパルス幅分だけの電圧が陽極部材および陰極部材間に印加されたときにだけ、水溶液の陰イオンを陽極部材表面、およびフローティング電極部材の陰極部材側表面に、水溶液中の陽イオンを陰極部材表面、およびフローティング電極部材の陽極部材側表面に引き寄せ水溶液との界面に電気二重層を形成させ、その直後に、直流正電圧を印加することによって、電気二重層を形成した状態で、電気化学反応させることが出来るようになる。
【００２３】
特に、フローティング電極部材は陽極部材と陰極部材との間に配置して電気的に浮遊した状態で設置する場合には、正パルス高電圧成分の電気信号の印加時には、フローティング電極部材の両面に電気二重層が形成されるため、フローティング電極部材を配置しない場合に比べて、回路的にみた電気二重層による静電容量が大きくなり蓄えられる電荷量が増大する。その結果、正パルス高電圧成分の電気信号印加後に印加する直流正電圧成分の電気信号の電圧値を、陽極部材と陰極部材だけの場合に比べ高く設定することが出来る。
【００２４】
また、フローティング電極部材の電圧は、電極材料、陽極部材に印加される直流正電圧成分値により決められるため、これらを考慮して直流正電圧成分の電気信号の電圧値を所定の値に設定すればよい。このように設定することにより、フローティング電極部材と陽極部材との間にある水溶液に対して、フローティング電極部材の電圧と、陽極部材の電圧との間で電気化学反応を制御することが出来る。
【００２５】
つぎの発明による電気化学反応制御方法は、さらに、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間の電圧波形を計測し、前記正パルス高電圧成分前後の直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時の前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間の電圧を所定値となるように印加する電気信号の前記直流正電圧成分値を可変するようにしたことを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、フローティング電極部材の電圧波形を計測して、直流正電圧成分の電圧値を可変することによって、正パルス高電圧成分前後の電圧を所定値となるように印加する電気信号を設定することが出来る。そのため、所定の電圧値で多く電気化学反応するイオンをターゲットにして、直流正電圧成分を設定することによって、他のイオンに優先して目的とするイオンを電気化学反応させることが出来る。たとえば、環境ホルモンを含有する排水に対して、分解に適した活性種を効率良く生成する電圧値に直流正電圧成分を設定することによって、環境ホルモンを容易に分解除去することが出来るようになる。
【００２７】
つぎの発明による電気化学反応制御方法は、さらに、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に印加する電圧値を設定し、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に設定された電圧値を印加するようにしたことを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に設定された電圧値を印加するようにしたことによって、前記フローティング電極部材の界面近傍での電気化学反応を制御することが出来るようになる。
【００２９】
つぎの発明による電気化学反応制御方法は、さらに、電力増幅された電気信号の電流波形を計測し、前記正パルス高電圧成分前後の前記直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時の電流値をゼロに近い値になるように印加する電気信号の前記直流正電圧成分値を可変させていくことを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、電流値が０のところでは電力消費がなく、たとえば、数ｍＡなどのように０に近い値であっても電力消費はかなり少なく抑えられ電気化学反応のコストを低減することが出来る。
【００３１】
つぎの発明による電気化学反応制御方法は、前記正パルス高電圧成分が、前記電気二重層が形成されるパルス幅およびピーク電圧を有し、または、前記電気二重層が形成されるのに十分な時間である１００ミリ秒以下のパルス幅を有するようにするのが好ましい。
【００３２】
この構成によれば、水溶液内部に電界を発生させて効率よく反応前駆体となるイオンを電極表面に引き寄せ、さらに、電気二重層の静電容量分の電荷を電極に蓄積させることが出来る。
【００３３】
電極に電圧が印加されてからの電気二重層の形成は、水溶液中のイオンの移動に伴って起こるため、電気二重層が形成されるまでの時間は、対象とする水溶液のｐＨ、導電率、イオン種、濃度に依存し、マイクロ秒〜数十ミリ秒となることが実験で確かめられている。また、この時間内では、電気二重層による電気シールドが不十分であるため、水溶液内部まで電界が掛かり、反応前駆体の物質移動を促進させることが出来る。
【００３４】
従って、電気二重層が形成されるまでの時間幅であるマイクロ秒〜数十ミリ秒のパルス高電圧を印加すれば、水溶液内部に電界を発生させ効率よく反応前駆体となるイオンを電極表面に引き寄せ、さらに、電気二重層の静電容量分の電荷を電極に蓄積させることが出来る。
【００３５】
なお、前記直流正電圧成分は、２つの前記正パルス高電圧成分間に印加され、電極部材と水溶液との界面近傍に集められた反応前駆体が、前記界面近傍から水溶液中に濃度拡散によって減少するのを防止すると共に電気化学反応するのに必要な電圧とする。また、前記正パルス高電圧成分と前記直流正電圧成分との重ね合わせは、各成分の関数波形同士を重ね合わせて発生させたり、各成分を交互に出力することによって発生させたりするようにしてもよい。さらに、前記陽極部材の電圧、または、前記フローティング電極部材の電圧が、前記直流正電圧成分によって、目的とする反応生成に適した電気化学的電位を少なくとも有するのが好ましい。
【００３６】
つぎの発明による電気化学反応制御方法は、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液に注入させて電気化学反応させるようにしたことを特徴とする。
【００３７】
この構成によれば、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に共存させることが出来るため、これらのイオンによって反応生成が促進され、さらに生成した酸化体（酸化活性種）も安定して維持させることが出来る。
【００３８】
つぎの発明による電気化学反応制御方法は、Ｍｇ、ＺｎまたはＣａの少なくとも一つを含有した鉱石、またはこれらの元素を含有した化合物を反応槽内に投入して、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に溶出させるようにしたことを特徴とする。なお、鉱石としては、医王石（学名：石英閃緑玲岩）、麦飯石（学名：石英斑岩）、トルマリン（学名：電気石）、宙石（学名：三波変成岩）等でよい。
【００３９】
この構成によれば、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に、溶出していくことによって共存させることが出来るため、これらのイオンによって反応生成が促進され、さらに生成した酸化体（酸化活性種）も安定して維持させることが出来る。
【００４０】
さらに、つぎの電気化学反応装置は、処理対象の水溶液を貯水する反応槽と、前記反応槽内に設置する陽極部材と、前記反応槽内に設置する陰極部材と、正パルス高電圧成分と直流正電圧成分とを重ね合わせた電気信号を発生する関数発生器と、前記陽極部材と前記陰極部材との間に、前記電気信号を電力増幅して印加する電力増幅器と、を有し、前記正パルス高電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材と前記陰極部材と水溶液との界面に電気二重層を形成させていき、前記直流正電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材近傍と前記陰極部材近傍の水溶液を電気化学反応させることを特徴とする。
【００４１】
この構成によれば、正パルス高電圧成分のパルス時間幅の間だけ、印加された正パルス高電圧により、反応槽内の水溶液の陰イオンを陽極部材表面に引き寄せ、水溶液との界面に電気二重層が形成され、その直後に、直流正電圧を印加することによって引き寄せた陰イオンが水溶液中に濃度拡散によって減少していく前に、電気化学反応させることが出来るようになる。従って、過電圧による供給電力の無駄を低減して希望する物質生成をより効率的に行なうことが出来るようになる。
【００４２】
つぎの発明による電気化学反応装置は、処理対象の水溶液を貯水する反応槽と、前記反応槽内に設置する陽極部材と、前記反応槽内に設置する陰極部材と、前記陽極部材と前記陰極部材との間に配置したフローティング電極部材と、正パルス高電圧成分と直流正電圧成分とを重ね合わせた電気信号を発生する関数発生器と、前記陽極部材と前記陰極部材との間に、前記電気信号を電力増幅して印加する電力増幅器と、を有し、前記正パルス高電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材と前記陰極部材と前記フローティング電極部材と水溶液との界面に電気二重層を形成させていき、前記直流正電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材界面近傍と前記陰極部材界面近傍と前記フローティング電極部材界面近傍の水溶液が電気化学反応されることを特徴とする。
【００４３】
この構成によれば、正パルス高電圧成分のパルス幅分だけの電圧が陽極部材および陰極部材間に印加されたときにだけ、水溶液の陰イオンを陽極部材表面、およびフローティング電極部材の陰極部材側表面に、水溶液中の陽イオンを陰極部材表面、およびフローティング電極部材の陽極部材側表面に引き寄せ水溶液との界面に電気二重層を形成させ、その直後に、直流正電圧を印加することによって、電気二重層を形成した状態で、電気化学反応させることが出来るようになる。
【００４４】
特に、フローティング電極部材は陽極部材と陰極部材との間に配置して電気的に浮遊した状態で設置するため、正パルス高電圧成分の電気信号の印加時には、フローティング電極部材の両面に電気二重層が形成され、フローティング電極部材を配置しない場合に比べて、回路的にみた電気二重層による静電容量が大きくなり、蓄えられる電荷量が増大する。その結果、正パルス高電圧成分の電気信号印加後に印加する直流正電圧成分の電気信号の電圧値を、陽極部材と陰極部材だけの場合に比べ高く設定することが出来る。
【００４５】
つぎの発明による電気化学反応装置は、さらに、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間の電圧波形を計測する電圧波形計測器を有し、前記関数発生器は、前記正パルス高電圧成分前後の前記直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時の前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間の電圧を所定値となるように印加する前記直流正電圧成分値を可変させて前記電気信号を発生することを特徴とする。
【００４６】
この構成によれば、フローティング電極部材の電圧波形を計測して、直流正電圧成分の電圧値を可変することによって、正パルス高電圧成分前後の電圧を所定値となるように印加する電気信号を設定することが出来る。そのため、所定の電圧値で多く電気化学反応するイオンをターゲットにして、直流正電圧成分を設定することによって、他のイオンに優先して目的とするイオンを電気化学反応させることが出来る。たとえば、環境ホルモンを含有する排水に対して、分解に適した活性種を効率良く生成する電圧値に直流正電圧成分を設定することによって、環境ホルモンを容易に分解除去することが出来るようになる。
【００４７】
つぎの発明による電気化学反応装置は、さらに、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に印加する電圧値を設定し、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に設定された電圧値を印加する電圧発生器と、前記フローティング電極部材と前記電圧発生器との間に接続した高抵抗器とを有することを特徴とする。
【００４８】
この構成によれば、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に設定された電圧値を印加するようにしたことによって、前記フローティング電極部材の界面近傍での電気化学反応を制御することが出来るようになる。
【００４９】
つぎの発明による電気化学反応装置は、電力増幅された電気信号の電流波形を計測する電流波形計測器を有し、前記関数発生器は、正パルス高電圧成分前後の直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時の電流値をゼロに近い値になるように直流正電圧成分値を可変させて前記電気信号を発生することを特徴とする。
【００５０】
この構成によれば、電流値が０のところでは電力消費がなく、電流値が少なくとも０でなくても、たとえば、数ｍＡなどのように０に近い値であっても電力消費はかなり少なく抑えられ、電気化学反応のために与える電力量を少なくすることができ、電気化学反応のコストを低減することが出来る。
【００５１】
つぎの発明による電気化学反応装置は、前記関数発生器が、電極部材と水溶液界面に電気二重層が形成されるパルス幅およびピーク電圧を有する前記正パルス高電圧成分を発生し、または、前記電気二重層が形成されるのに十分な時間である１００ミリ秒以下のパルス幅となる前記正パルス高電圧成分を発生するようにする。
【００５２】
この構成によれば、電気二重層が形成されるまでの時間幅であるマイクロ秒〜数十ミリ秒の間だけ正パルス高電圧を印加することによって、水溶液内部に電界を発生させ効率よく反応前駆体となるイオンを電極表面に引き寄せ、さらに、電気二重層の静電容量分の電荷を電極に蓄積させることが出来る。その後、印加される直流正電圧成分によって電気化学反応が引き起こされる時間には、高電圧が印加されないため、電力消費を抑えることが出来る。
【００５３】
つぎの発明による電気化学反応装置は、前記陰極部材と前記フローティング電極部材との間から反応槽内へ水溶液を流入する陰極側流入手段と、流入された水溶液が前記フローティング電極部材と前記陽極部材との間を通って反応槽外へ流出する陽極側流出手段と、を有することを特徴とする。
【００５４】
この構成によれば、反応場となっている陽極部材とフローティング電極部材との間の水溶液を強制的に循環させるため、反応効率が上がる。
【００５５】
つぎの発明による電気化学反応装置は、前記陽極部材と前記フローティング電極部材との間から反応槽内へ水溶液を流入する陽極側流入手段と、流入された水溶液が前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間を通って反応槽外へ流出する陰極側流出手段と、を有することを特徴とする。
【００５６】
この構成によれば、反応場となっている陽極部材とフローティング電極部材との間の水溶液を強制的に循環させるため、反応効率が上がる。
【００５７】
つぎの発明による電気化学反応装置は、前記フローティング電極部材が、前記陽極部材と前記陰極部材の中間位置よりも前記陽極部材側に配置させることを特徴とする。
【００５８】
この構成によれば、陽極部材とフローティング電極部材間の電界強度をフローティング電極部材と陰極部材間の電界強度より高めることが出来る。そのため、フローティング電極部材と陰極部材間での反応を抑制しつつ、陽極部材とフローティング電極部材間の反応を積極的に進めることが出来るようになる。
【００５９】
なお、本発明の電気化学反応装置は、前記陽極部材と、前記陰極部材とを平板形状とし、互いを平行に配置したり、前記陽極部材と、前記陰極部材とを筒形状とし、前記陰極部材を中心部に配置し、前記陽極部材を外周側に断面同心状に配置して、互いを軸対称に配置したりしてもよい。
【００６０】
また、本発明の電気化学反応装置は、前記陽極部材と、前記陰極部材と、前記フローティング電極部材とを平板形状とし、互いを平行に配置したり、前記陽極部材と、前記陰極部材と、前記フローティング電極部材とを筒型形状とし、前記陰極部材を中心部に配置し、前記陰極部材の外周側に断面同心状にフローティング電極部材を配置し、さらに、前記フローティング電極部材の外周側に断面同心状に前記陽極部材を配置して、互いを軸対称に配置したりしてもよい。
【００６１】
なお、各電極部材は、平板形状に配置するよりも、筒型形状に配置するのが好ましい。筒型形状にすることにより、外周部に位置する陽極部材とフローティング電極部材との領域体積を、フローティング電極部材と陰極部材との領域体積に比べて大きくすることが出来、陽極部材とフローティング電極部材との間での電気化学反応を起こさせる領域の体積を大きくすることが出来るからである。また、筒型形状は、断面の形状が円、楕円などの形状でもよい。
【００６２】
つぎの発明による電気化学反応装置は、前記陽極部材に液循環孔を設けたことを特徴とする。特に、前記液循環孔は、前記陽極部材をメッシュ構造とするのが好ましい。
【００６３】
この構成によれば、反応場となっている陽極部材とフローティング電極部材の間にある水溶液循環を容易にすることが出来るため、反応効率が上がる。
【００６４】
なお、前記関数発生器は、前記関数発生器は、２つの前記正パルス高電圧成分間に、電極部材と水溶液との界面近傍に集められた反応前駆体が前記界面近傍から水溶液中に濃度拡散させて減少するのを防止すると共に電気化学反応させる電圧値を前記直流正電圧成分として印加するのが好ましい。また、前記関数発生器は、前記正パルス高電圧成分と前記直流正電圧成分との関数波形同士を重ね合わせて前記電気信号を発生させたり、前記正パルス高電圧成分と前記直流正電圧成分の各成分を交互に出力することによって前記電気信号を発生させたりするように、前記正パルス高電圧成分と前記直流正電圧成分との重ね合わせるようにしてもよい。さらに、前記関数発生器は、前記陽極部材の電圧、または、前記フローティング電極部材の電圧が、前記直流正電圧によって、目的とする反応生成に適した電気化学的電位になるように前記電気信号を発生させるのが好ましい。
【００６５】
つぎの発明による電気化学反応装置は、さらに、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に注入するイオン注入手段を有することを特徴とする。
【００６６】
この構成によれば、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に共存させることが出来るため、これらのイオンによって反応生成が促進され、さらに生成した酸化体（酸化活性種）も安定して維持さることが出来る。
【００６７】
つぎの発明による電気化学反応装置は、さらに、Ｍｇ、ＺｎまたはＣａの少なくとも一つを含有した鉱石、またはこれらの元素を含有した化合物を反応槽内に投入して、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に溶出させる投入手段を有することを特徴とする。なお、鉱石としては、医王石（学名：石英閃緑玲岩）、麦飯石（学名：石英斑岩）、トルマリン（学名：電気石）、宙石（学名：三波変成岩）等でよい。
【００６８】
この構成によれば、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に、溶出していくことによって共存させることが出来るため、これらのイオンによって反応生成が促進され、さらに生成した酸化体（酸化活性種）も安定して維持させることが出来る。
【００６９】
また、本発明による電気化学反応装置は、前記陽極部材および前記フローティング電極部材を白金で形成した導体または白金めっきを施した導体とし、前記陰極部材を銅タングステンで形成した導体としてもよい。また、本発明による電気化学反応装置は、前記陽極部材を白金で形成した導体または白金めっきを施した導体とし、前記フローティング電極部材をチタンで形成した導体とし、前記陰極部材を銅タングステンで形成した導体としてもよい。
【００７０】
さらに、本発明による電気化学反応装置は、前記陽極部材および前記フローティング電極部材導体を白金で形成した導体または白金めっきを施した導体とし、前記陰極部材をチタンで形成した導体としてもよい。また、本発明による電気化学反応装置は、前記陽極部材をチタンで形成した導体とし、前記フローティング電極部材を白金で形成した導体または白金めっきを施した導体とし、前記陰極部材を銅タングステンで形成した導体としてもよい。なお、前記白金めっきは、チタン板に施すようにしてもよい。
【００７１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の電気化学反応装置の概念を説明する図である。１００は、電気化学反応装置である。この電気化学反応装置１００は、反応槽１内に、処理対象の水溶液２（以下「処理液」という。）を貯水し、この処理液２に浸るように平板形状の陰極部材３と陽極部材４とを平行に対面配置した構造にしてある。また、この電気化学反応装置１００には、前記陰極部材３と前記陽極部材４との間に電圧を印加するために、関数発生器５および電力増幅器６が設けられている。
【００７２】
なお、電力増幅器６としては、入力された電圧信号を一定倍率で増幅し、負荷に応じた電流を供給するものと、入力された電圧信号に対し、電流のみを負荷に応じて増幅するものがあるがどちらを使用しても良い。ここでは、説明を正確にするために、電圧値は関数発生器５で与えられ、電力増幅器６は、電圧値は関数発生器５の出力値とし、電流のみを負荷に応じて増幅する装置を使用することとして以下説明する。
【００７３】
前記関数発生器５は、正パルス高電圧成分および直流正電圧成分をそれぞれ生成して互いを重ね合わせた電気信号を前記電力増幅器６に出力する。なお、前記正パルス高電圧成分の電圧値と直流正電圧成分の電圧値は、電気化学反応させるのに必要な所定の値であり、オペレータが設定する。また、前記電力増幅器６は、前記関数発生器５から出力される前記電気信号に対し電流増幅し前記陰極部材３と前記陽極部材４との間に印加させる。そのため、前記陰極部材３は、前記電力増幅器６のマイナス端子に接続されている。前記陽極部材４は、前記電力増幅器６のプラス端子に接続されている。
【００７４】
図２は、正パルス高電圧成分と直流正電圧成分との重ね合わせ電気信号波形を説明する図である。図３は、正パルス高電圧成分のみの電気信号波形を説明する図である。図２の（ａ）に示すように、正パルス高電圧成分と直流正電圧成分とを重ね合わせた電気信号波形は、直流正電圧成分の分だけ、図３の（ａ）に示す正パルス高電圧成分のみの電気信号よりも上側に移動したグラフとなっている。なお、正パルス高電圧成分は、所定のパルス幅が必要である。
【００７５】
このパルス幅は、電気二重層が形成される時間だけの幅があればよい。この電気二重層が形成される時間は、陰極部材３および陽極部材４間に電圧が印加されているときに、処理液２中のイオンが移動していく場合の処理液２のｐＨ、導電率、イオン種、濃度に依存する。具体的には、マイクロ秒〜数十ミリ秒となることが実験で確かめられている。この時間内では、電気二重層による電気シールドが不十分であるため、処理液２内部まで電界が掛かり、反応前駆体としてのイオンの物質移動を促進させることが出来る。つまり、上述したパルス幅であれば、処理液２内部に電界を発生させ効率よく反応前駆体としてのイオンを電極部材表面に引き寄せ、さらに、このとき印加された正パルス高電圧による電力は、電気二重層の静電容量分の電荷として電極に蓄積させるのに十分な時間である。
【００７６】
なお、正電圧パルス成分のピーク電圧は、高くするほどイオン移動度が大きくなるため、電気二重層形成時間を短縮出来ると共に、電気二重層を構成するイオンを高濃度に出来るため、１０[Ｖ]以上に設定するのが好ましい。しかしながら、あまりに高い電圧値では、印加後に電気化学反応に寄与できないものは、水溶液側に濃度拡散してしまい無駄になってしまうため、正パルス高電圧成分の電気信号で引き寄せられた反応前駆体が、直流正電圧成分の電気信号印加時に、出来るだけ反応消費されるように、電圧値、パルス幅およびパルス間隔を処理溶液に合わせ設定するのが望ましい。
【００７７】
一方、直流正電圧成分のみの電気信号のとき、つまり、次の正パルス高電圧が印加されるまでの時間帯では、直流電圧成分の電圧値によって目的とするイオンが電気化学反応するのに十分な電圧が掛けられているため、電気二重層によって陽極部材４の表面側に引き寄せられたイオンを電気化学反応させることになる。このとき、直流電圧成分の電気信号は、前記正パルス高電圧成分の電気信号で引き寄せられたイオンが、濃度拡散により処理液２中に拡散し、電気二重層を形成していた電極の電荷が解放されてしまうのを防止する。つまり、回路的には、正パルス高電圧成分の電気信号の印加後に陽極部材４と陰極部材３との間を結ぶ電源側に流れる逆電流を阻止する直流電圧分を印加することになる。従って、陽極部材４に溜まった電荷が電源側に逆電流として流れないため、直流正電圧成分の電気信号は、処理液２側の電気化学反応に寄与することになる。
【００７８】
つまり、図３の（ｂ）に示すように、正パルス高電圧成分のみの電流波形では、正パルス高電圧停止時の電流値が負となって、逆電流が流れている。しかし、図２の（ｂ）に示すように、正パルス高電圧成分と直流正電圧成分とを重ね合わせた場合の電流波形は、直流正電圧成分によって、正パルス高電圧停止時の電流値が０となるように制御することになる。
【００７９】
上記実施の形態１の電気化学反応装置によれば、正パルス高電圧成分のパルス幅分だけの電圧が陽極部材および陰極部材間に印加されたときにだけ、反応槽内の水溶液の陰イオンを陽極部材表面に引き寄せると共に、その間の電力は電気二重層を形成することによる電荷として蓄える。その直後に直流正電圧を印加することによって、引き寄せたイオンを陽極部材表面側で、電気化学反応させることが出来るようになる。従って、この電気化学反応装置では、正パルス高電圧成分の電気信号の印加時に電力消費するように構成することが出来るため（図２の（ｂ）に示すように、電流＝０となるように設定）、電気化学反応を低コストで実施することが出来るようになる。
【００８０】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２の電気化学反応装置の概念を説明する図である。２００は、電気化学反応装置である。この電気化学反応装置２００は、反応槽１内に、処理対象の水溶液２（以下「処理液」という。）を貯水し、この処理液２に浸るように平板形状の陰極部材３と陽極部材４とフローティング電極部材７とを平行に対面配置した構造にしてある。また、この電気化学反応装置２００には、前記陰極部材３と前記陽極部材４との間に電圧を印加するために、関数発生器５および電力増幅器６が設けられている。
【００８１】
前記関数発生器５は、正パルス高電圧成分および直流正電圧成分をそれぞれ生成して互いを重ね合わせた電気信号を前記電力増幅器６に出力する。なお、前記正パルス高電圧成分の電圧値と直流正電圧成分の電圧値は、電気化学反応させるのに必要な所定の値であり、オペレータが設定する。また、前記電力増幅器６は、前記関数発生器５から出力される前記電気信号に対して電流増幅して前記陰極部材３と前記陽極部材４との間に印加させる。そのため、前記陰極部材３は、前記電力増幅器６のマイナス端子に接続されている。前記陽極部材４は、前記電力増幅器６のプラス端子に接続されている。
【００８２】
また、前記フローティング電極部材７は、電力供給の電源側つまり電力増幅器６には接続されておらず、電気的に浮いた状態になっている。このフローティング電極部材７は、陽極部材４と陰極部材３間に電圧が印加されると、両面に電気二重層を形成することになる。つまり、フローティング電極部材７の陽極部材４側の面および陰極部材３側の面の両面側に電気二重層が形成される。従って、フローティング電極部材７は、陽極部材４との間に静電容量を有し、また、陰極部材３との間にも静電容量を有することになる。
【００８３】
そして、図に示すように、陽極部材４側で電気化学反応をさせることを目的とする場合には、フローティング電極部材７は、陽極部材４と陰極部材３の中間位置よりも陽極部材４側に配置するのが好ましい。
【００８４】
このようにフローティング電極部材７を配置させることによって、フローティング電極部材７を配置しない前記電気化学反応装置１００の場合に比べて、回路的にみた電気二重層による静電容量を増加させることが出来、蓄えられる電荷量が増大する。その結果、正パルス高電圧成分の電気信号印加後に印加する直流正電圧成分の電気信号の電圧値を、陽極部材と陰極部材だけの場合に比べ高く設定することが出来る。
【００８５】
また、フローティング電極部材７の電圧は、電極材料、陽極部材との間に印加される直流正電圧成分値により決められるため、これらを考慮して直流正電圧成分の電気信号の電圧値を所定の値に設定すればよい。このように設定することにより、フローティング電極部材と陽極部材との間にある水溶液に対して、フローティング電極部材の電圧と、陽極部材の電圧との間で電気化学反応を制御することが出来る。
【００８６】
上記実施の形態２の電気化学反応装置によれば、正パルス高電圧成分のパルス幅分だけの電圧が陽極部材および陰極部材間に印加されたときにだけ、反応槽内の水溶液のイオンを陽極部材表面に引き寄せ、直流正電圧を印加することによって引き寄せたイオンを陽極部材表面側に集めて電気二重層を形成した状態で、電気化学反応させることが出来るようになる。特に、フローティング電極部材が、電気二重層による静電容量に蓄えられる電荷量を増加させるため、正パルス高電圧成分の電気信号印加後に印加する直流正電圧成分の電気信号の電圧値を、陽極部材と陰極部材だけの場合に比べ高く設定することができ、電気化学反応に高い電圧が必要な物質に対しても少ない電力で反応させることが出来る。従って、この電気化学反応装置では、正パルス高電圧成分の電気信号の印加時に電力消費するように構成することが出来るため、電気化学反応を低コストで実施することが出来るようになる。
【００８７】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３の電気化学反応装置の概念を説明する図である。３００は、電気化学反応装置である。この電気化学反応装置３００は、反応槽１１内に、処理対象の水溶液２（以下「処理液」という。）を貯水し、この処理液２に浸るように円筒型形状の陰極部材１３と陽極部材１４とフローティング電極部材１７とを同心円状に軸対象に配置した構造にしてある。特に、フローティング電極部材１７は、反応槽１１の軸上に配置した陰極部材１３と、反応槽１１のすぐ内側に配置した陽極部材１４との間に配置されている。なお、図５では、電極部材を一つの円筒型電極として図示してあるが、数分割に電極部材を分割して設置した構造としても構わない。また、反応槽１１は、円筒型形状の場合を図示してあるが、反応槽１１の形に関しては、円筒型に限定されるものではなく直方型であっても構わない。
【００８８】
各径は、大きい順に、反応槽１１、陽極部材１４、フローティング電極部材１７、陰極部材１３となっている。また、この電気化学反応装置３００には、前記陰極部材１３および前記陽極部材１４に電圧を印加するために、関数発生器５および電力増幅器６が設けられている。
【００８９】
前記関数発生器５は、正パルス高電圧成分および直流正電圧成分をそれぞれ生成して互いを重ね合わせた電気信号を前記電力増幅器６に出力する。なお、前記正パルス高電圧成分の電圧値と直流正電圧成分の電圧値は、電気化学反応させるのに必要な所定の値であり、オペレータが設定する。また、前記電力増幅器６は、前記関数発生器５から出力される前記電気信号に対し電流増幅して前記陰極部材１３と前記陽極部材１４との間に印加させる。そのため、前記陰極部材１３は、前記電力増幅器６のマイナス端子に接続されている。前記陽極部材１４は、前記電力増幅器６のプラス端子に接続されている。
【００９０】
また、前記フローティング電極部材１７は、電力供給の電源側つまり電力増幅器６には接続されておらず、電気的に浮いた状態になっている。このフローティング電極部材１７は、陽極部材１４と陰極部材１３間に電圧が印加されると、両面に電気二重層を形成することになる。つまり、フローティング電極部材１７の陽極部材１４側の面および陰極部材１３側の面の両面側に電気二重層が形成される。従って、フローティング電極部材１７は、陽極部材１４との間に静電容量を有し、また、陰極部材１３との間にも静電容量を有することになる。
【００９１】
なお、陽極部材１４側で電気化学反応をさせることを目的とする場合には、フローティング電極部材１７の径は、陽極部材１４と陰極部材１３の中間位置（径）よりも大きくして、陽極部材１４側に配置するのが好ましい。このようにフローティング電極部材１７を配置させることによって、フローティング電極部材１７を配置しない前記電気化学反応装置１００の場合に比べて、回路的にみた電気二重層による静電容量に蓄えられる電荷量が増大する。その結果、正パルス高電圧成分の電気信号印加後に印加する直流正電圧成分の電気信号の電圧値を、陽極部材と陰極部材だけの場合に比べ高く設定することが出来る。
【００９２】
また、フローティング電極部材１７の電圧は、電極材料、陽極電圧に印加される直流正電圧成分値により決められるため、これらを考慮して直流正電圧成分の電気信号の電圧値を所定の値に設定すればよい。このように設定することにより、フローティング電極部材と陽極部材との間にある水溶液に対して、フローティング電極部材の電圧と、陽極部材の電圧との間で電気化学反応を制御することが出来る。
【００９３】
また、この電気化学反応装置３００では、陰極部材１３、陽極部材１４、フローティング電極部材１７を円筒型形状としたため、上述した平板形状の陰極部材３、陽極部材４、フローティング電極部材７の場合に比べて、陽極部材とフローティング電極部材との間隔と、フローティング電極部材と陰極部材との間隔の比が同じ場合でも、外周部に位置する陽極部材とフローティング部材との電気化学反応の起きる反応場の体積を大きくすることが出来る。
【００９４】
上記実施の形態３の電気化学反応装置によれば、正パルス高電圧成分のパルス幅分だけの電圧が陽極部材および陰極部材間に印加されたときにだけ、反応槽内の水溶液のイオンを陽極部材表面に引き寄せ、直流正電圧を印加することによって引き寄せたイオンを陽極部材表面側に集めて電気二重層を形成した状態で、電気化学反応させることが出来るようになる。
【００９５】
特に、フローティング電極部材が、電気二重層による静電容量に蓄えられる電荷量を増加させるため、正パルス高電圧成分の電気信号印加後に印加する直流正電圧成分の電気信号の電圧値を、陽極部材と陰極部材だけの場合に比べ高く設定することができ、電気化学反応に高い電圧が必要な物質に対しても少ない電力で反応させることが出来る。また、各電極の形状を円筒型形状としたため、平板形状の場合に比べて反応場の体積を大きくすることができ、効率よく電気化学反応を行わせることが出来るようになる。従って、この電気化学反応装置では、正パルス高電圧成分の電気信号の印加時に電力消費するように構成することが出来るため、電気化学反応を低コストで実施することが出来るようになる。
【００９６】
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４の電気化学反応装置の概念を説明する図である。４００は、電気化学反応装置である。この電気化学反応装置４００は、反応槽１内に、処理対象の水溶液２（以下「処理液」という。）を貯水し、この処理液２に浸るように平板形状の陰極部材３と陽極部材４とフローティング電極部材７とを平行に対面配置した構造にしてある。また、この電気化学反応装置４００には、前記陰極部材３および前記陽極部材４に電圧を印加するために、関数発生器５および電力増幅器６が設けられている。さらに、この電気化学反応装置４００には、入力インピーダンスが高い電圧波形計測器８（例えばオシロスコープ）を設けてある。この電圧波形計測器８は、フローティング電極部材７の陰極部材３に対する電圧波形を計測する。
【００９７】
前記関数発生器５は、正パルス高電圧成分および直流正電圧成分をそれぞれ生成して互いを重ね合わせた電気信号を前記電力増幅器６に出力する。なお、前記正パルス高電圧成分の電圧値と直流正電圧成分の電圧値は、電気化学反応させるのに必要な所定の値であり、オペレータが設定する。また、前記電力増幅器６は、前記関数発生器５から出力される前記電気信号に対して電流増幅して前記陰極部材３と前記陽極部材４との間に印加させる。そのため、前記陰極部材３は、前記電力増幅器６のマイナス端子に接続されている。前記陽極部材４は、前記電力増幅器６のプラス端子に接続されている。
【００９８】
また、この関数発生器５は、正電圧パルス成分前後の直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時のフローティング電極部材の電圧を所定値となるように印加する電気信号の直流正電圧成分値を可変する可変手段を有し、パルス高電圧印加後の直流正電圧成分のみ印加している時間帯のフローティング電極部材７の電圧を所定値にする電気信号を発生する。
【００９９】
また、前記フローティング電極部材７は、電源側つまり電力増幅器６には接続されておらず、電気的に浮いた状態になっている。このフローティング電極部材７は、陽極部材４と陰極部材３間に電圧が印加されると、両面に電気二重層を形成することになる。つまり、フローティング電極部材７の陽極部材４側の面および陰極部材３側の面の両面側に電気二重層が形成される。従って、フローティング電極部材７は、陽極部材４との間に静電容量を有し、また、陰極部材３との間にも静電容量を有することになる。
【０１００】
フローティング電極部材７の電圧は、電極材料、陽極電圧に印加される直流正電圧成分値により決められるため、これらを考慮して直流正電圧成分の電気信号の電圧値を所定の値に設定すればよい。このように設定することにより、フローティング電極部材７と陽極部材４との間にある水溶液に対して、フローティング電極部材７の電圧と、陽極部材４の電圧との間で電気化学反応を制御することが出来る。また、電圧波形計測器８がフローティング電極部材７の電圧波形を計測すると、その計測結果に基づいて、関数発生器５が、直流正電圧成分の電圧値を可変することが出来るため、正パルス高電圧成分前後の電圧を所定値となるように印加する電気信号を設定することが出来る。
【０１０１】
なお、実施の形態３の円筒型電極部材構造型に適用しても良い。つまり、フローティング電極部材７の陰極部材３に対する電圧波形を計測する電圧波形計測器８を設け、本実施の形態４と同様に、電圧を制御するようにしてもよい。
【０１０２】
上記実施の形態４の電気化学反応装置によれば、正パルス高電圧成分のパルス幅分だけの電圧が陽極部材および陰極部材間に印加されたときにだけ、反応槽内の水溶液のイオンを陽極部材表面に引き寄せ、直流正電圧を印加することによって引き寄せたイオンを陽極部材表面側に集めて電気二重層を形成した状態で、電気化学反応させることが出来るようになる。特に、フローティング電極部材が、電気二重層による静電容量に蓄えられる電荷量を増加させるため、正パルス高電圧成分の電気信号印加後に印加する直流正電圧成分の電気信号の電圧値を、陽極部材と陰極部材だけの場合に比べ高く設定することができ、電気化学反応に高い電圧が必要な物質に対しても少ない電力で反応させることが出来る。
【０１０３】
また、フローティング電極部材７の電圧波形に基づいて、直流正電圧成分の電圧値を可変することが出来るため、正パルス高電圧成分前後の電圧を所定値となるように印加する電気信号を設定することが出来る。そのため、所定の電圧値で多く電気化学反応するイオンをターゲットにして、直流正電圧成分を設定することによって、他のイオンに優先して目的とするイオンを電気化学反応させることが出来る。たとえば、環境ホルモンを含有する排水に対して、分解に適した活性種を効率良く生成する電圧値に直流正電圧成分を設定することによって、環境ホルモンを容易に分解除去することが出来るようになる。従って、この電気化学反応装置では、フローティング電極部材の電位を反応に適した電位になるように、直流正電圧成分を設定することによって正確に調整出来るようになる。
【０１０４】
（実施の形態５）
図７は、本発明の実施の形態５の電気化学反応装置の概念を説明する図である。５００は、電気化学反応装置である。この電気化学反応装置５００は、反応槽１内に、処理対象の水溶液２（以下「処理液」という。）を貯水し、この処理液２に浸るように平板形状の陰極部材３と陽極部材４とフローティング電極部材７とを平行に配置した構造にしてある。また、この電気化学反応装置５００には、前記陰極部材３および前記陽極部材４に電圧を印加するために、関数発生器５および電力増幅器６が設けられている。さらに、この電気化学反応装置５００には、電力増幅器６から供給される電流値の電流波形を計測する電流波形計測器９を設けてある。
【０１０５】
前記関数発生器５は、正パルス高電圧成分および直流正電圧成分をそれぞれ生成して互いを重ね合わせた電気信号を前記電力増幅器６に出力する。なお、前記正パルス高電圧成分の電圧値と直流正電圧成分の電圧値は、電気化学反応させるのに必要な所定の値であり、オペレータが設定する。また、前記電力増幅器６は、前記関数発生器５から出力される前記電気信号に対し電流増幅して前記陰極部材３と前記陽極部材４との間に印加させる。
【０１０６】
そのため、前記陰極部材３は、前記電力増幅器６のマイナス端子に接続されている。前記陽極部材４は、前記電力増幅器６のプラス端子に接続されている。また、この関数発生器５は、正パルス高電圧成分前後の直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時の電流値を０となるように印加する電気信号の直流正電圧成分値を可変する電流可変手段を有し、パルス高電圧印加後の直流正電圧成分のみ印加している時間帯の回路に流れる電流値がゼロ近傍になるようにする電気信号を発生する。
【０１０７】
また、フローティング電極部材７の電圧は、電極材料、陽極部材との間に印加される直流正電圧成分値により決められるため、これらを考慮して直流正電圧成分の電気信号の電圧値を所定の値に設定すればよい。このように設定することにより、フローティング電極部材７と陽極部材４との間にある水溶液に対して、フローティング電極部材７の電圧と、陽極部材４の電圧との間で電気化学反応を制御することが出来る。また、電流波形計測器９が電力増幅器６および陰極部材３間の電流波形を計測すると、その計測結果に基づいて、関数発生器５が、正パルス高電圧成分前後の直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時の電流値を０となるように、直流正電圧成分の電気信号を発生する。このとき、電流値が０のところでは電力消費がないため、電気化学反応のために与える電力量を少なくすることができ、電気化学反応のコストを低減することが出来る。なお、電流波形計測器９は、陰極部材３と電力増幅器６との間に設置した場合を説明したが、回路に流れる電流を計測出来る個所で有るならばどこでも良く陽極部材４と電力増幅器６との間に設置してもよい。
【０１０８】
なお、実施の形態３の円筒型電極部材構造型に適用しても良い。つまり、電力増幅器６から供給される電流値の電流波形を計測する電流波形計測器９を設け、本実施の形態５と同様に、電流を制御するようにしてもよい。
【０１０９】
上記実施の形態５の電気化学反応装置によれば、正パルス高電圧成分のパルス幅分だけの電圧が陽極部材および陰極部材間に印加されたときにだけ、反応槽内の水溶液のイオンを陽極部材表面に引き寄せ、直流正電圧を印加することによって引き寄せたイオンを陽極部材表面側に集めて電気二重層を形成した状態で、電気化学反応させることが出来るようになる。
【０１１０】
特に、フローティング電極部材が、電気二重層による静電容量に蓄えられる電荷量を増加させるため、正パルス高電圧成分の電気信号印加後に印加する直流正電圧成分の電気信号の電圧値を、陽極部材と陰極部材だけの場合に比べ高く設定することができ、電気化学反応に高い電圧が必要な物質に対しても少ない電力で反応させることが出来る。また、電流値が０のところでは電力消費がないため、電流波形によって制御すると、電気化学反応のために与える電力量を少なくすることができ、電気化学反応のコストを低減することが出来る。従って、この電気化学反応装置では、正パルス高電圧成分の電気信号の印加時に電力消費するように構成することが出来るため、電気化学反応を低コストで実施することが出来るようになる。
【０１１１】
つぎに、実験例１〜４を説明する。図８は、本発明の電気化学反応装置の実験例１を示すグラフである。この実験例１は、前記実施の形態２の構成において、つぎの条件下とする。反応槽１は、断面：５５[ｍｍ]×１１５[ｍｍ]の箱型容器とする。処理液２は、塩化ナトリウムを添加し導電率０．３[Ｓ／ｍ]程度にした水溶液とする。陰極部材３、陽極部材４およびフローティング電極部材７は、１００[ｍｍ]×１００[ｍｍ]のチタン板に白金めっきを施したものとする。また、陽極部材４と陰極部材３との間は４０[ｍｍ]とし、その間にフローティング電極部材７を挿入した。
【０１１２】
図８の（ａ）に、フローティング電極―陰極間電圧／時間のグラフを示す。図８の（ｂ）に、陽極―フローティング電極間電圧／時間のグラフを示す。なお、電圧４０[Ｖ]の正パルス高電圧を、パルス幅を変えて印加し、直流正電圧成分として４[Ｖ]を重畳させた場合である。
【０１１３】
曲線αは、パルス幅１[μｓｅｃ]である。曲線βは、パルス幅２[μｓｅｃ]である。曲線γは、パルス幅４[μｓｅｃ]である。つまり、（ａ）（ｂ）のいずれの場合においても、フローティング電極部材７の電圧が、パルス幅１[μｓｅｃ]以上になると平坦になる。本計測では、電気二重層における形成時間を直接計測するものではないが、フローティング電極部材電位が安定してきていることは、フローティング電極部材両面での電気二重層が形成され、電位が安定してきた結果と推察出来る。従って、本実験系では正パルス高電圧としては、正パルス高電圧値が４０[Ｖ]であれば、パルス幅１[μｓｅｃ]程度が好ましいことがわかる。なお、正パルス高電圧値が変われば必要なパルス幅も変わり、また、電極材料、形状、および処理液の導電率、ｐＨ、イオン種、濃度等によっても影響されるため、処理液ごとに設定値を定めるのが好ましい。
【０１１４】
図９は、本発明の電気化学反応装置の実験例２を示すグラフである。このグラフは、正パルス高電圧成分が、ピーク電圧値４０[Ｖ]、パルス幅１[μｓｅｃ]、周波数５０[ＫＨｚ]で印加し、直流正電圧成分が、電圧値４[Ｖ]で印加した場合の回路電流測定結果を示す。
【０１１５】
曲線αが示すように、直流正電圧成分として４[Ｖ]を印加することにより、パルス高電圧印加以外は、回路電流をゼロにできていることが分かる。この場合、フローティング電極部材電圧は、図８からも分かるように、約２[Ｖ]である。そのため、例えば、フローティング電極部材位置を陽極部材から１[ｃｍ]、陰極部材から３[ｃｍ]の位置に設置すれば、正パルス電圧印加以外の時間帯における電界強度は、陽極部材―フローティング電極部材間の電界強度：Ｅ＝（４[Ｖ]−２[Ｖ]）／１[ｃｍ]＝２[Ｖ/ｃｍ]，フローティング電極部材−陰極部材間の電界強度：Ｅ＝２[Ｖ]／３[ｃｍ]＝０．７[Ｖ/ｃｍ]となる。従って、電気化学反応時における電界強度では、フローティング電極部材−陰極部材間に比べ、陽極部材―フローティング電極部材間を高く保持させることが出来る。その結果、フローティング電極部材−陰極部材間に比べ、陽極部材―フローティング電極部材間では、正パルス高電圧で引き寄せられた反応前駆体の処理液側への拡散を抑制しつつ電気化学反応を引き起こすことが出来る。なお、フローティング電極部材を陽極部材により近づけて配置すると、その差はさらに顕著になる。
【０１１６】
次に、本処理法による処理液側の反応生成物による影響を計測した結果を説明する。図１０は、本発明の電気化学反応装置の実験例３を示すグラフである。図１０の（ａ）は、陽極部材をチタン白金めっき板、フローティング電極部材をチタン白金めっき板、陰極部材を銅タングステン板とし、４０[Ｖ]の正パルス高電圧をパルス幅１[μｓｅｃ]、５０[ＫＨｚ]で印加し、直流正電圧成分として４[Ｖ]を印加した実験結果を示すグラフである。図１０の（ｂ）は、陽極部材をチタン白金めっき板、フローティング電極部材をチタン板、陰極部材を銅タングステン板とし、同じく４０[Ｖ]のパルス高電圧をパルス幅１[μｓｅｃ]、５０[ＫＨｚ]で印加し、直流正電圧成分として４[Ｖ]を印加した実験結果を示すグラフである。処理液の酸化還元電位は、Ａｇ−ＡｇＣｌ型で測定した。なお、曲線αは酸化還元電位、曲線βはｐＨを示す。
【０１１７】
どちらの場合も、短時間でｐＨへの影響を抑え、酸化還元電位（Ａｇ−Ｃｌ）のみを高くすることが出来る。すなわち、処理液中に酸化体を大量に生成することが出来る。本実験では、食塩水を使用して行なっているため、溶液中には塩素イオンが存在している。そのため、通常の直流による電気分解では陽極では、式１の反応により塩素ガスが発生してしまうが、本実験では塩素臭はしない。
【０１１８】
２Ｃｌ-＝Ｃｌ2（ｇａｓ）＋２ｅ-
水溶液中の標準電極電位：１．３５８３[Ｖ]      （式１）
本実験での処理液中には、マイナスイオンとして、Ｃｌ−イオンとＯＨ−イオンが存在するが、この２つのイオンでは水溶液中の当量イオン伝導度が下記の通り異なるため、正パルス高電圧が印加された場合、ＯＨ−イオンの方が、３倍近く早く電極表面に近づくことが出来る。
【０１１９】
0004050517.tif 000002
従って、本方式では、ＯＨ−イオンが関与する電気化学反応が促進されている物と考えられ、その一つとして陽極表面で下記反応により２[Ｖ]近傍でＯＨラジカルを形成する。
【０１２０】
ＯＨ-＝ＯＨ＋ｅ-
水溶液中の標準電極電位：１．９８５[Ｖ]      （式２）
従って、この実験例によれば、正パルス高電圧で処理液中のＯＨ-イオンを他の例えばＣｌ-イオン等よりも優先的に陽極部材、および、フローティング電極部材の陰極部材側に集め、陽極部材、および、フローティング電極部材のパルス高電圧印加時以外の時間帯における電位をＯＨラジカル等の酸化活性種が形成される標準電極電位よりも高く設置することによって、選択的に反応を起すことが出来る。
【０１２１】
次に、本発明の電気化学反応装置を使用して、環境汚染物質の分解性能を把握するために、有機塩素化合物処理を検討していく上での模擬物質の一つであるジクロロフェノールを水溶液中に溶解させ、除去性能を把握する実験を行った。
【０１２２】
（１）実施の形態１の構造で、電極構造は、陽極部材としてチタン白金めっき板を用い、陰極部材として銅タングステン板を用いた。また、印加電圧は、正パルス高電圧４０[Ｖ]、パルス幅を１[μｓｅｃ]、５０[ＫＨｚ]とした。さらに、直流正電圧成分は、２[Ｖ]とした。その結果、処理液中のジクロロフェノールは、１１.４４[ｍｇ/Ｌ]  →  １０分処理、３．９３[ｍｇ/Ｌ]となった。
【０１２３】
（２）実施の形態２の構造で、電極構造は、陽極部材をチタン白金めっき板とし、フローティング電極部材をチタン白金めっき板とし、陰極部材を銅タングステン板とした。また、４０[Ｖ]の正パルス高電圧をパルス幅１[μｓｅｃ]、５０[ＫＨｚ]で印加し、直流正電圧成分として４[Ｖ]を印加した。その結果、ジクロロフェノールは、１５．９[ｍｇ/Ｌ]  →  １０分処理：３．４１[ｍｇ/Ｌ]となった。
【０１２４】
以上から、ジクロロフェノール等の有機塩素化合物が容易に処理出来ることがわかる。また、フローティング電極部材を用いることにより、より効率的な処理が可能である。なお、同様に、有機物やアンモニア等の酸化分解処理にも適用することが出来、環境ホルモン処理だけでなく、有機物やアンモニアと等を含有した排水処理、埋立て排水処理、し尿処理、家畜等の糞尿処理、食品加工廃液、工場廃液等を対象にした排水処理方法として使用することが出来る。
【０１２５】
図１１は、本発明の電気化学反応装置の実験例４を示すグラフである。この実験例４は、電極材質の相違による差異を示すものである。図１１の（ａ）（ｂ）に示す場合は、ｐＨ（曲線β）への影響を抑え、処理時間と共に、処理液の酸化還元電位（曲線α）を還元側にすることが出来る。なお、電極構造は、（ａ）の場合が、陽極部材をチタン板とし、フローティング電極部材をチタン白金めっき板とし、陰極部材を銅タングステン板とした。（ｂ）の場合は、電極構造は、陽極部材をチタン白金めっき板とし、フローティング電極部材をチタン白金めっき板とし、陰極部材をチタン板とした。
【０１２６】
いずれの場合も、ｐＨへの影響を抑え、酸化還元電位を下げることができている。すなわち、酸化体生成に比べ、還元体の生成を効率よく進めることが出来る。従って、本発明の電気化学反応装置を用いれば、電極材料を選定することにより、水溶液中のｐＨの変動を抑えて、水溶液反応に必要な酸化体、および還元体を制御よく生成することができ、各種の電気化学反応を適用した分野に使用することが出来る。
【０１２７】
図１２は、本発明の電気化学反応装置の陽極部材の変形例を説明する図である。（ａ）は変形例１、（ｂ）は変形例２である。なお、前記実施の形態１,２,４,５の陽極部材４について説明する。前記実施の形態３の筒型形状の陽極部材１４を、陽極部材４１や陽極部材４２と同様に孔４１ｃ,４２ａを設けるようにしてもよい。（ａ）に示すように、前記陽極部材４１は、枠体４１ａ,４１ｂを交叉させて組み立てて、孔４１ｃを設けたメッシュ構造になっている。（ｂ）に示すように、前記陽極部材４２は、孔４２ａを穿った構造になっている。
【０１２８】
この変形例１,２によれば、陽極部材に孔を設けたため、反応場となっている陽極部材とフローティング電極部材との間の水溶液を陽極部材の孔を通して排出することが出来るため、反応場の水溶液を容易に交換することができ、反応効率が上がる。なお、この変形例１，２では、上記実施の形態２で説明した平板形状の陽極部材の場合で説明したが、上記実施の形態３の円筒型形状の陽極部材にも同様に適用することができる。たとえば、円筒の側面をメッシュ構造にしても変形例１，２と同様の効果を奏する。
【０１２９】
（実施の形態６）
本実施の形態６の電気化学反応装置は、反応槽への流入液を、陰極部材とフローティング電極部材間から注入し、反応槽内で陰極部材とフローティング電極部材間を通った液が、フローティング電極部材と陽極部材間へ流れ込み、反応槽外へ流出させる構造とした循環処理を可能としたものである。なお、反応槽への流入液を、陽極部材とフローティング電極部材間から注入し、反応槽内で陽極部材とフローティング電極部材間を通った液が、フローティング電極部材と陰極部材間へ流れ込み、反応槽外へ流出させる構造としてもよい。なお、円筒型電極構造の場合も同様に処理液を強制的に循環させる構造とすることが出来る。以下、図面を参照して説明する。
【０１３０】
図１３は、本発明の実施の形態６の電気化学反応装置の概念を説明する図である。６００は、電気化学反応装置である。この電気化学反応装置６００は、反応槽１内に、処理対象の水溶液２（以下「処理液」という。）を貯水し、この処理液２に浸るように平板形状の陰極部材３と陽極部材４とフローティング電極部材７とを平行に対面配置した構造にしてある。また、この電気化学反応装置６００には、前記陰極部材３に対し前記陽極部材４に電圧を印加するために、関数発生器５および電力増幅器６が設けられている。以上の構成および機能は、前記実施の形態２と同様である。
【０１３１】
さらに、反応槽１に給水する給水路６１と、反応槽１から排水する排水路６２に特徴がある。給水路６１は、陽極部材４とフローティング電極部材７との間に給水し、排水路６２は、陰極部材３とフローティング電極部材７との間の処理液２を排水するようになっている。また、陽極部材４とフローティング電極部材７との間の処理液２が、陰極部材３とフローティング電極部材７との間に向けて流入から排出まで反応槽１内を循環して流れるようになっている。
【０１３２】
なお、給水路と排水路とを逆にしてもよい。このときは、給水路は、陰極部材３とフローティング電極部材７との間に給水し、排水路は、陽極部材４とフローティング電極部材７との間の処理液２を排水し、また、陽極部材３とフローティング電極部材７との間の処理液２が、陽極部材４とフローティング電極部材７との間に向けて流入から排出まで反応槽１内を循環して流れるようにしてもよい。
【０１３３】
従って、上記実施の形態６の電気化学反応装置によれば、反応場となっている陽極部材の近傍の水溶液を強制的に循環させるため、反応効率が上がる。
【０１３４】
（実施の形態７）
この実施の形態７は、前記実施の形態１〜６の場合に、処理液中にＭｇイオン、またはＺｎイオン、またはＣａイオンが共存した場合の特徴を示している。ここでは、効果を確認する実験のために、Ｍｇイオンに対しては、ＭｇＣｌ2，Ｚｎイオンに対しては、ＺｎＣｌ2，Ｃａイオンに対しては、ＣａＣｌ2を代表物質として添加した場合について示している。Ｍｇイオン、またはＺｎイオン、またはＣａイオンを共存させるために添加される物質は、ＭｇＣｌ2，ＺｎＣｌ2，ＣａＣｌ2に限定される物ではなく、ＭｇＺｎまたはＣａ元素が含有されているものであれば構わない。
【０１３５】
図１４は、本発明の電気化学反応装置の実験例を示すグラフである。処理液中にＭｇＣｌ2，ＺｎＣｌ2，ＣａＣｌ2を各々１０[ｍｍｏｌ]添加し、共存するイオンの影響を確認した。なお、電極構造は、陽極部材をチタン白金めっき板とし、フローティング電極部材をチタン白金めっき板とし、陰極部材を銅タングステン板とした。また、電解は、印加電圧として正パルス高電圧４０[Ｖ]、パルス幅を１[μｓｅｃ]、５０[ＫＨｚ]、直流正電圧成分を４[Ｖ]で３分間処理し、その後電解を停止して、処理液の酸化還元電位の時間変化を、処理液を攪拌しながら計測した。
【０１３６】
曲線αの無添加の場合よりも、曲線βのＣａＣｌ2、曲線γのＭｇＣｌ2、曲線δのＺｎＣｌ2の方が、電解停止後の酸化還元電位の落ちが小さく長時間維持されていることが分かる。従って、処理液中にＭｇイオン、Ｚｎイオン、Ｃａイオンを共存させることにより、反応生成が促進され、さらに生成した酸化体（酸化活性種）も安定して維持させることが出来る効果を奏する。また、Ｍｇ、ＺｎまたはＣａを含む鉱石やこれらの元素を含有する化合物を処理液中に投入しておき、各イオンが少しずつ溶け出すようにしてもよい。
【０１３７】
（実施の形態８）
図１５は、本発明の実施の形態８の電気化学反応装置の概念を説明する図である。７００は、電気化学反応装置である。この電気化学反応装置７００は、反応槽１内に、処理対象の水溶液２（以下「処理液」という。）を貯水し、この処理液２に浸るように平板形状の陰極部材３と陽極部材４とフローティング電極部材７とを平行に対面配置した構造にしてある。また、この電気化学反応装置７００には、前記陰極部材３と前記陽極部材４との間に電圧を印加するために、関数発生器５および電力増幅器６が設けられている。
【０１３８】
前記関数発生器５は、正パルス高電圧成分および直流正電圧成分をそれぞれ生成して互いを重ね合わせた電気信号を前記電力増幅器６に出力する。なお、前記正パルス高電圧成分の電圧値と直流正電圧成分の電圧値は、電気化学反応させるのに必要な所定の値であり、オペレータが設定する。また、前記電力増幅器６は、前記関数発生器５から出力される前記電気信号に対して電流増幅して前記陰極部材３と前記陽極部材４との間に印加させる。そのため、前記陰極部材３は、前記電力増幅器６のマイナス端子に接続されている。前記陽極部材４は、前記電力増幅器６のプラス端子に接続されている。
【０１３９】
また、前記フローティング電極部材７は、陽極部材４と陰極部材３間に電圧が印加されると、両面に電気二重層を形成することになる。つまり、フローティング電極部材７の陽極部材４側の面および陰極部材３側の面の両面側に電気二重層が形成される。従って、フローティング電極部材７は、陽極部材４との間に静電容量を有し、また、陰極部材３との間にも静電容量を有することになる。そして、図に示すように、陽極部材４側で電気化学反応をさせることを目的とする場合には、フローティング電極部材７は、陽極部材４と陰極部材３の中間位置よりも陽極部材４側に配置するのが好ましい。
【０１４０】
さらに、この電気化学反応装置７００には、フローティング電極部材７の電圧設定を行う電圧発生器２０が設けられている。この電圧発生器２０は、プラス端子側に接続した高抵抗器２１を介してフローティング電極部材７に接続され、また、マイナス端子側には、陰極部材３と電力増幅器６のマイナス端子との接続線に接続されている。この電圧発生器２０は、フローティング電極部材７と陰極部材３との間に設定電圧のみを印加する。しかし、前記電圧発生器２０は、前記高抵抗器２１に接続されているため、この高抵抗器２１を通じてフローティング電極部材７へは電流を流さず、電圧のみ設定出来る。
【０１４１】
前記電圧発生器２０では、フローティング電極部材７の電圧を設定電圧になるように直接的に外部から調整するため、陽極導体４に印加される直流正電圧によってフローティング電極部材７の電圧を間接的に制御するよりも高い精度で電圧を制御することが出来るようになる。このようにフローティング電極部材７の電圧を直接制御すれば、フローティング電極部材７の界面での電気化学反応は、正パルス高電圧による電気二重層の形成時に蓄積される電荷を利用するため、正確に制御出来るようになる。また、たとえ電極材料によるフローティング電極部材７の電圧の変動またはフローティング電極部材７と陽極部材４との間に印加される直流正電圧成分値によるフローティング電極部材７の電圧の変動があっても、外部から調整できるため、高い精度で電気化学反応を制御することが出来る。
【０１４２】
上記実施の形態８の電気化学反応装置によれば、正パルス高電圧成分のパルス幅分だけの電圧が陽極部材および陰極部材間に印加されたときにだけ、反応槽内の水溶液のイオンを陽極部材表面に引き寄せ、直流正電圧を印加することによって引き寄せたイオンを陽極部材表面側に集めて電気二重層を形成した状態で、電気化学反応させることが出来るようになる。特に、フローティング電極部材が、電気二重層による静電容量に蓄えられる電荷量を増加させるため、正パルス高電圧成分の電気信号印加後に印加する直流正電圧成分の電気信号の電圧値を、陽極部材と陰極部材だけの場合に比べ高く設定することができ、電気化学反応に高い電圧が必要な物質に対しても少ない電力で反応させることが出来る。従って、この電気化学反応装置では、正パルス高電圧成分の電気信号の印加時に電力消費するように構成することが出来るため、電気化学反応を低コストで実施することが出来るようになる。
【０１４３】
さらに、上記実施の形態８の電気化学反応装置によれば、前記電圧発生器２０によって電圧設定を行うようにしたため、フローティング電極部材７の電圧を外部から精度高く電圧を制御することが出来る。そのため、上記実施の形態８の電気化学反応装置によれば、上述の各実施の形態の場合に比べて電気化学反応の制御が容易になる。なお、この実施の形態８では、上記実施の形態２で説明した平板形状の陽極部材、陰極部材およびフローティング電極部材の場合で説明したが、上記実施の形態３の円筒型形状の陽極部材、陰極部材およびフローティング電極部材の場合にも同様に適用しても同様の効果を奏する。
【０１４４】
なお、上記実施の形態１で説明した電気化学反応装置１００に、上記実施の形態５の電流波形計測器９を設け、電流値によって正パルス電圧成分前後の直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時の電流値をゼロに近い値になるように印加するようにしてもよい。また、上記実施の形態３で説明した電気化学反応装置３００に、上記実施の形態８で説明した電圧発生器２０を設け、フローティング電極部材１７の電圧を外部から設定出来るようにしてもよい。また、上記実施の形態１，２，３，４，５，６，８のそれぞれの電気化学反応装置１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００に対して、実験例１〜４および実施の形態７の実験を行っても同様の効果を奏する。
【０１４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による電気化学反応制御方法によれば、処理対象の水溶液を貯水する反応槽内に設置した陽極部材と陰極部材との間に、正パルス高電圧成分と直流正電圧成分とを重ね合わせた電気信号を電力増幅して印加し、前記正パルス高電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材と前記陰極部材と、前記陽極部材と前記陰極部材との間に配置したフローティング電極部材と、水溶液との界面に電気二重層を形成させていき、前記直流正電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材界面近傍と前記陰極部材界面近傍と前記フローティング電極部材界面近傍の水溶液を電気化学反応させるようにしたため、正パルス高電圧成分のパルス幅分だけの電圧が陽極部材および陰極部材間に印加されたときにだけ、水溶液中の陰イオンを陽極部材表面、およびフローティング電極部材の陰極部材側表面に、水溶液中の陽イオンを陰極部材表面、およびフローティング電極部材の陽極部材側表面に引き寄せ水溶液との界面に電気二重層を形成させ、その直後に、直流正電圧を印加することによって、電気二重層を形成した状態で、電気化学反応させることが出来る効果を奏する。
【０１４７】
特に、フローティング電極部材は陽極部材と陰極部材との間に配置して電気的に浮遊した状態で設置するため、正パルス高電圧成分の電気信号の印加時には、フローティング電極部材の両面に電気二重層が形成されるため、フローティング電極部材を配置しない場合に比べて、回路的にみた電気二重層による静電容量に蓄えられる電荷量が増大する。その結果、正パルス高電圧成分の電気信号印加後に印加する直流正電圧成分の電気信号の電圧値を、陽極部材と陰極部材だけの場合に比べ高く設定することが出来る効果を奏する。
【０１４８】
つぎの発明による電気化学反応制御方法によれば、さらに、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間の電圧波形を計測し、前記正パルス高電圧成分前後の直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時の前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間の電圧を所定値となるように印加する電気信号の前記直流正電圧成分値を可変するようにしたため、フローティング電極部材の電圧波形を計測して、直流正電圧成分の電圧値を可変することによって、正パルス高電圧成分前後の電圧を所定値となるように電気信号を設定することが出来る効果を奏する。そのため、所定の電圧値で多く電気化学反応するイオンをターゲットにして、直流正電圧成分を設定することによって、他のイオンに優先して目的とするイオンを電気化学反応させることが出来る効果を奏する。たとえば、環境ホルモンを含有する排水に対して、分解に適した活性種を効率良く生成する電圧値に直流正電圧成分を設定することによって、環境ホルモンを容易に分解除去することが出来る効果を奏する。
【０１４９】
つぎの発明による電気化学反応制御方法によれば、さらに、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に印加する電圧値を設定し、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に設定された電圧値を印加するようにしたため、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に設定された電圧値を印加するようにしたことによって、前記フローティング電極部材の界面近傍での電気化学反応を制御することが出来る効果を奏する。
【０１５０】
つぎの発明による電気化学反応制御方法によれば、さらに、電力増幅された電気信号の電流波形を計測し、前記正パルス高電圧成分前後の前記直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時の電流値をゼロに近い値になるように印加する電気信号の前記直流正電圧成分値を可変させていくようにしたため、電流値が０のところでは電力消費がなく、たとえば、数ｍＡなどのように０に近い値であっても電力消費はかなり少なく抑えられ電気化学反応のコストを低減することが出来る効果を奏する。
【０１５１】
つぎの発明による電気化学反応制御方法によれば、前記正パルス高電圧成分は、前記電気二重層が形成されるパルス幅およびピーク電圧を有し、または、前記電気二重層が形成されるのに十分な時間である１００ミリ秒以下のパルス幅を有するようにしたため、水溶液内部に電界を発生させて効率よく反応前駆体となるイオンを電極表面に引き寄せ、さらに、電気二重層の静電容量分の電荷を電極に蓄積させることが出来る効果を奏する。
【０１５２】
なお、前記直流正電圧成分は、２つの前記正パルス高電圧成分間に印加され、電極部材と水溶液との界面近傍に集められた反応前駆体が、前記界面近傍から水溶液中に濃度拡散によって減少するのを防止すると共に電気化学反応するのに必要な電圧とする。また、前記正パルス高電圧成分と前記直流正電圧成分との重ね合わせは、各成分の関数波形同士を重ね合わせて発生させたり、各成分を交互に出力することによって発生させたりするようにしてもよい。さらに、前記陽極部材の電圧、または、前記フローティング電極部材の電圧が、前記直流正電圧成分によって、目的とする反応生成に適した電気化学的電位を少なくとも有するのが好ましい。
【０１５３】
つぎの発明による電気化学反応制御方法によれば、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液に注入させて電気化学反応させるようにしたため、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に共存させることが出来るため、これらのイオンによって反応生成が促進され、さらに生成した酸化体（酸化活性種）も安定して維持さることが出来る効果を奏する。
【０１５４】
つぎの発明による電気化学反応制御方法によれば、Ｍｇ、ＺｎまたはＣａの少なくとも一つを含有した鉱石、またはこれらの元素が含有している化合物を反応槽内に投入して、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に溶出させるようにしたため、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に共存させることが出来るため、これらのイオンによって反応生成が促進され、さらに生成した酸化体（酸化活性種）も安定して維持させることが出来る効果を奏する。
【０１５６】
つぎの発明による電気化学反応装置によれば、処理対象の水溶液を貯水する反応槽と、前記反応槽内に設置する陽極部材と、前記反応槽内に設置する陰極部材と、前記陽極部材と前記陰極部材との間に配置したフローティング電極部材と、正パルス高電圧成分と直流正電圧成分とを重ね合わせた電気信号を発生する関数発生器と、前記陽極部材と前記陰極部材との間に、前記電気信号を電力増幅して印加する電力増幅器と、を有し、前記正パルス高電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材と前記陰極部材と前記フローティング電極部材と水溶液との界面に電気二重層を形成させていき、前記直流正電圧成分の電気信号の印加によって、前記陽極部材界面近傍と前記陰極部材界面近傍と前記フローティング電極部材界面近傍の水溶液が電気化学反応されるようにしたため、正パルス高電圧成分のパルス幅分だけの電圧が陽極部材および陰極部材間に印加されたときにだけ、水溶液の陰イオンを陽極部材表面、およびフローティング電極部材の陰極部材側表面に、水溶液中の陽イオンを陰極部材表面、およびフローティング電極部材の陽極部材側表面に引き寄せ水溶液との界面に電気二重層を形成させ、その直後に、直流正電圧を印加することによって、電気二重層を形成した状態で、電気化学反応させることが出来る効果を奏する。
【０１５７】
特に、フローティング電極部材は陽極部材と陰極部材との間に配置して電気的に浮遊した状態で設置するため、正パルス高電圧成分の電気信号の印加時には、フローティング電極部材の両面に電気二重層が形成され、フローティング電極部材を配置しない場合に比べて、回路的にみた電気二重層による静電容量が大きくなり、蓄えられる電荷量が増大する。その結果、正パルス高電圧成分の電気信号印加後に印加する直流正電圧成分の電気信号の電圧値を、陽極部材と陰極部材だけの場合に比べ高く設定することが出来る効果を奏する。
【０１５８】
つぎの発明による電気化学反応装置によれば、さらに、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間の電圧波形を計測する電圧波形計測器を有し、前記関数発生器は、前記正パルス高電圧成分前後の前記直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時の前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間の電圧を所定値となるように印加する前記直流正電圧成分値を可変させて前記電気信号を発生するようにしたようにしたため、フローティング電極部材の電圧波形を計測して、直流正電圧成分の電圧値を可変することによって、正パルス高電圧成分前後の電圧を所定値となるように印加する電気信号を設定することが出来る効果を奏する。そのため、所定の電圧値で多く電気化学反応するイオンをターゲットにして、直流正電圧成分を設定することによって、他のイオンに優先して目的とするイオンを電気化学反応させることが出来る効果を奏する。たとえば、環境ホルモンを含有する排水に対して、分解に適した活性種を効率良く生成する電圧値に直流正電圧成分を設定することによって、環境ホルモンを容易に分解除去することが出来る効果を奏する。
【０１５９】
つぎの発明による電気化学反応装置によれば、さらに、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に印加する電圧値を設定し、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に設定された電圧値を印加する電圧発生器と、前記フローティング電極部材と前記電圧発生器との間に接続した高抵抗器とを有するようにしたため、前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間に設定された電圧値を印加するようにしたことによって、前記フローティング電極部材の界面近傍での電気化学反応を制御することが出来る効果を奏する。
【０１６０】
つぎの発明による電気化学反応装置によれば、電力増幅された電気信号の電流波形を計測する電流波形計測器を有し、前記関数発生器は、正パルス高電圧成分前後の直流正電圧成分のみの電気信号が印加されている時の電流値をゼロに近い値になるように直流正電圧成分値を可変させて前記電気信号を発生するようにしたため、電流値が０のところでは電力消費がなく、電流値が少なくとも０でなくても、たとえば、数ｍＡなどのように０に近い値であっても電力消費はかなり少なく抑えられ、電気化学反応のために与える電力量を少なくすることができ、電気化学反応のコストを低減することが出来る効果を奏する。
【０１６１】
つぎの発明による電気化学反応装置によれば、前記関数発生器は、電極部材と水溶液界面に電気二重層が形成されるパルス幅およびピーク電圧を有する前記正パルス高電圧成分を発生し、または、前記電気二重層が形成されるのに十分な時間である１００ミリ秒以下のパルス幅となる前記正パルス高電圧成分を発生するようにするため、電気二重層が形成されるまでの時間幅であるマイクロ秒〜数十ミリ秒の間だけパルス高電圧を印加することによって、水溶液内部に電界を発生させ効率よく反応前駆体となるイオンを電極表面に引き寄せ、さらに、電気二重層の静電容量分の電荷を電極に蓄積させることが出来る。その後、印加される直流正電圧成分によって電気化学反応が引き起こされる時間には、高電圧が印加されないため、電力消費を抑えることが出来る効果を奏する。
【０１６２】
つぎの発明による電気化学反応装置によれば、前記陰極部材と前記フローティング電極部材との間から反応槽内へ水溶液を流入する陰極側流入手段と、流入された水溶液が前記フローティング電極部材と前記陽極部材との間を通って反応槽外へ流出する陽極側流出手段と、を有するようにしたため、反応場となっている陽極部材とフローティング電極部材との間の水溶液を強制的に循環させるため、反応効率を上げる効果を奏する。
【０１６３】
つぎの発明による電気化学反応装置によれば、前記陽極部材と前記フローティング電極部材との間から反応槽内へ水溶液を流入する陽極側流入手段と、流入された水溶液が前記フローティング電極部材と前記陰極部材との間を通って反応槽外へ流出する陰極側流出手段と、を有するようにしたため、反応場となっている陽極部材とフローティング電極部材との間の水溶液を強制的に循環させるため、反応効率を上げる効果を奏する。
【０１６４】
つぎの発明による電気化学反応装置によれば、前記フローティング電極部材が、前記陽極部材と前記陰極部材の中間位置よりも前記陽極部材側に配置させるようにしたため、陽極部材とフローティング電極部材間の電界強度をフローティング電極部材と陰極部材間の電界強度より高めることが出来る効果を奏する。そのため、フローティング電極部材と陰極部材間での反応を抑制しつつ、陽極部材とフローティング電極部材間の反応を積極的に進めることが出来る効果を奏する。
【０１６５】
なお、本発明の電気化学反応装置によれば、前記陽極部材と、前記陰極部材とを平板形状とし、互いを平行に配置したり、前記陽極部材と、前記陰極部材とを筒形状とし、前記陰極部材を中心部に配置し、前記陽極部材を外周側に断面同心状に配置して、互いを軸対称に配置したりしてもよい。
【０１６６】
また、本発明の電気化学反応装置によれば、前記陽極部材と、前記陰極部材と、前記フローティング電極部材とを平板形状とし、互いを平行に配置したり、前記陽極部材と、前記陰極部材と、前記フローティング電極部材とを筒型形状とし、前記陰極部材を中心部に配置し、前記陰極部材の外周側に断面同心状にフローティング電極部材を配置し、さらに、前記フローティング電極部材の外周側に断面同心状に前記陽極部材を配置して、互いを軸対称に配置したりしてもよい。
【０１６７】
なお、各電極部材は、平板形状に配置するよりも、筒型形状に配置するのが好ましい。筒型形状にすることにより、外周部に位置する陽極部材とフローティング電極部材との領域体積を、フローティング電極部材と陰極部材との領域体積に比べて大きくすることが出来、陽極部材とフローティング電極部材との間での電気化学反応を起こさせる領域の体積を大きくすることが出来る効果を奏するからである。また、筒型形状は、断面の形状が円、楕円などの形状でもよい。
【０１６８】
つぎの発明による電気化学反応装置によれば、前記陽極部材に液循環孔を設けたようにしたため、反応場となっている陽極部材とフローティング電極部材の間にある水溶液循環を容易にすることが出来る効果を奏するため、反応効率が上がる。特に、前記液循環孔は、前記陽極部材をメッシュ構造とするのが好ましい。
【０１６９】
なお、前記関数発生器は、前記関数発生器は、２つの前記正パルス高電圧成分間に、電極部材と水溶液との界面近傍に集められた反応前駆体が前記界面近傍から水溶液中に濃度拡散させて減少するのを防止すると共に電気化学反応させる電圧値を前記直流正電圧成分として印加するのが好ましい。また、前記関数発生器は、前記正パルス高電圧成分と前記直流正電圧成分との関数波形同士を重ね合わせて前記電気信号を発生させたり、前記正パルス高電圧成分と前記直流正電圧成分の各成分を交互に出力することによって前記電気信号を発生させたりして、前記正パルス高電圧成分と前記直流正電圧成分とを重ね合わせるようにしてもよい。さらに、前記関数発生器は、前記陽極部材の電圧、または、前記フローティング電極部材の電圧が、前記直流正電圧によって、目的とする反応生成に適した電気化学的電位になるように前記電気信号を発生させるのが好ましい。
【０１７０】
つぎの発明による電気化学反応装置によれば、さらに、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に注入するイオン注入手段を有するようにしたため、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に共存させることが出来る効果を奏するため、これらのイオンによって反応生成が促進され、さらに生成した酸化体（酸化活性種）も安定して維持させることが出来る効果を奏する。
【０１７１】
つぎの発明による電気化学反応装置によれば、さらに、Ｍｇ、ＺｎまたはＣａの少なくとも一つを含有した鉱石、またはこれらの元素を含有した化合物を反応槽内に投入して、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に添加させる投入手段を有するようにしたため、Ｍｇイオン、ＺｎイオンまたはＣａイオンの少なくとも一つを処理対象の水溶液中に、溶出していくことによって共存させることが出来る効果を奏するため、これらのイオンによって反応生成が促進され、さらに生成した酸化体（酸化活性種）も安定して維持させることが出来る効果を奏する。
【０１７２】
また、本発明による電気化学反応装置によれば、前記陽極部材および前記フローティング電極部材を白金で形成した導体または白金めっきを施した導体とし、前記陰極部材を銅タングステンで形成した導体としてもよい。また、本発明による電気化学反応装置によれば、前記陽極部材を白金で形成した導体または白金めっきを施した導体とし、前記フローティング電極部材をチタンで形成した導体とし、前記陰極部材を銅タングステンで形成した導体としてもよい。
【０１７３】
さらに、本発明による電気化学反応装置によれば、前記陽極部材および前記フローティング電極部材導体を白金で形成した導体または白金めっきを施した導体とし、前記陰極部材をチタンで形成した導体としてもよい。また、本発明による電気化学反応装置によれば、前記陽極部材をチタンで形成した導体とし、前記フローティング電極部材を白金で形成した導体または白金めっきを施した導体とし、前記陰極部材を銅タングステンで形成した導体としてもよい。なお、前記白金めっきは、チタン板に施すようにしてもよい。
【０１７４】
従って、本発明によれば、目的とする生成物だけを安価にかつ効率的に分解除去させることが可能な電気化学反応制御方法および電気化学反応装置を提供することが出来る効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１の電気化学反応装置の概念を説明する図である。
【図２】正パルス高電圧成分と直流正電圧成分との重ね合わせ電気信号波形を説明する図である。
【図３】正パルス高電圧成分のみの電気信号波形を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態２の電気化学反応装置の概念を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態３の電気化学反応装置の概念を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態４の電気化学反応装置の概念を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態５の電気化学反応装置の概念を説明する図である。
【図８】本発明の電気化学反応装置の実験例１を示すグラフである。
【図９】本発明の電気化学反応装置の実験例２を示すグラフである。
【図１０】本発明の電気化学反応装置の実験例３を示すグラフである。
【図１１】本発明の電気化学反応装置の実験例４を示すグラフである。
【図１２】本発明の電気化学反応装置の陽極部材の変形例を説明する図である。
【図１３】本発明の実施の形態６の電気化学反応装置の概念を説明する図である。
【図１４】本発明の電気化学反応装置の実験例を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施の形態８の電気化学反応装置の概念を説明する図である。
【図１６】一般の電気化学反応の概念を説明する図である。
【図１７】一般の電気化学反応の概念を説明する図である。
【符号の説明】
１  反応槽
２  処理液
３  陰極部材
４  陽極部材
５  関数発生器
６  電力増幅器
７  フローティング電極部材
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００  電気化学反応装置
【図１】
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【図２】
0004050517.tif 000004
【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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【図１７】
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