JP2005533926A - 電気化学セル - Google Patents

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Abstract

電気化学セルは、外側チタンチューブ電極(2)内に同軸状に装着された内側チタンロッド電極(1)を有し、それらの間には、多孔質セラミックチューブ(3)が、それぞれ対をなす入口/出口ポート(6, 6; 7, 7)間でセルの長手方向に独立したストリームとして液体を流動させるための同軸状環状通路(4, 5)を規定するように同軸状に装着されている。階段状に低減された内径を有するカップ形状の結合具(8)は、セルの両端部でロッド電極(1)上に締着され、管状電極(2)は、該端部で結合具(8)の開口(14)内に密封された状態で保持される。セラミックチューブ(3)の両端部は、該端部の結合具(8)のより大きい直径のキャビティー部(10)の中に突出し、そして該端部のそれぞれの液体ストリーム用の入口/出口ポート(6, 7)を互いに分離して保持するために、さらには電極(1, 2)に対するセラミックチューブ(3)の長手方向スライドの限られた自由を確保できるように、このキャビティー部(10)内でスライド封止を提供するラジアルフランジ(17)を有する。

Description

本発明は、電気化学セルに関する。
本発明は、とくに、水の精製および消毒用水溶液の製造に使用される種類の電気化学セルに関係する。ただし、他を除外するものではない。この種類の電気化学セルは、同軸状電極間にイオン透過性セラミック膜を挟設する形で提案されてきた。そのようなセルの改良された形態を提供することは、本発明の目的のうちの1つである。
本発明によれば、内側円筒状電極が、中空円筒状外側電極内に同軸状に装着されたイオン透過性材料のチューブ内に同軸状に延在することによりそれらの長手方向にセルの両端部のカップ形状の結合具の一方から他方へ液体を流動させるための内側環状通路および外側環状通路をそれぞれの該電極と該チューブとの間で規定し、各カップ形状の結合具が、それぞれ、該内側通路および該外側通路に連通する2つの入口/出口ポートを有し、各カップ形状の結合具が、該結合具と一緒になって液密封止するための該外側電極のそれぞれの端部を収容する直径の開口を有する円筒状キャビティーを規定し、該チューブが、セルの両端部において該外側電極の内側から該端部の結合具の該キャビティーの中に突出し、該チューブと一緒になって液密封止するための該キャビティーの内部円筒状壁に係合させるための環状リムを備えることにより該結合具内で該内側通路と該外側通路とを互いに分離し、該内側電極が、セルの両端部において該チューブから該端部の結合具の該キャビティーの中に突出する、電気化学セルが提供される。
外側電極は、金属チューブであってよく、内側電極は、金属ロッドであってよい。それぞれの場合に必要とされる金属は、チタンであってよいが、電極をセルのカソードとして使用する場合、電極は、その代わりにステンレス鋼でできていてもよい。電極をアノードとして使用する場合、電極は、セルの電気化学的動作時に触媒として作用するコーティング(たとえば、酸化ルテニウムおよび酸化イリジウムのコーティング)を有してもよい。
イオン透過性チューブは、多孔質であってよく、この点で、セラミック材料でできていてもよい。たとえば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、および酸化イットリウムで構成されていてもよい。セルの両端部の環状リムは、内側電極および外側電極に対してイオン透過性チューブをスライドさせることができるように該端部の結合具のキャビティー内でスライド可能であってよく、該端部でイオン透過性チューブに封着されるかまたは他の形で固定される部材のフランジにより提供しうる。イオン透過性チューブが内側電極および外側電極に対してスライドしうる度合は、セルの両端部のキャビティー内での当接により制限されうる。当接は、キャビティー内に横方向に突出する部分(たとえば、ピンまたは環状リム)による当接であってもよいし、またはチューブ端部からの長手方向の突出部とキャビティーの下端（bottom）との当接もしくはキャビティーの下端（bottom）からの長手方向の突出部とチューブ端部との当接であってもよい。
各カップ形状の結合具のキャビティーは、開口から延びる第1のキャビティー部と、第1のキャビティー部から開口するより小さい直径の第2のキャビティー部と、を規定する階段状内径を有していてもよい。これらの状況下では、イオン透過性チューブは、セルの両端部において、その環状リムを第1のキャビティー部の内部円筒状壁に係合させるように外側電極の内側から該端部の結合具の第1のキャビティー部の中に突出する。各結合具の入口/出口ポートは、それぞれ、第1および第2のキャビティー部の中に/中から開口しうる。
次に、一例として、添付の図面を参照しながら、本発明に係る電気化学セルについて説明する。
図1および2について説明する。これらの図では、電気化学セルの内側電極および外側電極は、それぞれ、同軸ロッド1およびチューブ2により形成されている。ロッド1およびチューブ2はチタンでできており、アノードとして作用させるチューブ2の内表面は、セルの電気化学的動作時に触媒として作用する酸化ルテニウムおよび酸化イリジウムでコーティングされている。酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、および酸化イットリウムで構成される多孔質セラミックチューブ3は、2つの電極で電気化学的に誘導された生成物を分離するための中間イオン透過性膜を提供するようにロッド1とチューブ2との間で同軸状に支持されている。より詳細には、チューブ3は、ロッド1とチューブ2との間の空間を、ロッド1およびチューブ2により形成された電極の長手方向に液体を流動させるための2つの同軸状環状通路4および5に分割する。
通路4および5は、それぞれ、セルの両端部において、ロッド1の対向端部9上に保持される個々のワンピースプラスチック結合具8(たとえば、ポリプロピレンでできている結合具)の側方に延在する入口/出口ポート6および7内で終端する。各結合具8は、階段状内径を有するカップ形状であり、階段状内径は、第1の円筒状キャビティー部10を規定し、そのキャビティー中に/そのキャビティー中からポート7が開口し、そのキャビティーは、環状端面11(図2)を経由してより小さい直径の第2の円筒状キャビティー部12に至り、そのキャビティー中に/そのキャビティー中からポート6が開口する。チューブ2の端部13は、結合具8のキャビティー部10の凹設口14(図2)に収容されて液密封止を提供できるように、外側が短い長さ(たとえば、5mm)にわたり少し機械加工されている。
一方、ロッド1は、各結合具8のキャビティー部10および12の両方を貫通して軸方向に延在し、低減された直径の端部9を有する。各結合具8内の端部9は、結合具8のキャビティー部12から孔15に入りそれを貫通して突出する。それは、孔15内で液密に締り嵌めされ(この目的のために、一定の直径が確保されるようにたとえば5mmの長さにわたり少し機械加工を施してもよい)、ナット16(図1に1つだけ示されている)を収容するようにねじ切りされ、ここで結合具8から突出する。ナット16を締めることにより、結合具8をチューブ2の2つの端部13にしっかりと締着させ、ロッド1とチューブ2とが互いに同軸状になるようにロッド1に固定する。
キャビティー部10内でチューブ2の端部13を越えて突出するチューブ3は、両端部にラジアルリムまたはラジアルフランジ17(図2)を有する。各フランジ17は、熱収縮されてチューブ3のそれぞれの端部に固定されるプラスチックスリーブ19によりチューブ3上に保持されるプラスチック管状成形品18の一部分であり；成形品18の寸法決めは、チューブ直径の製造許容差を考慮して行われる。フランジ17は、それぞれのキャビティー部10の内部円筒状壁内で液密な滑り嵌めを提供し、その端部の結合具8内で通路4と5とを互いに分離する。
より詳細には、各結合具8内でチューブ3がチューブ2の端部13を越えて突出するようになっているので、フランジ17は、キャビティー部10内でポート7よりも奥に位置することができ、その結果、キャビティー部12およびポート6からのポート7の適切な分離が保持される。チューブ2に対するチューブ3のスライドの自由が、セルの両端部の壁11により、小さい距離(たとえば、1〜2mm)に制限されるので、この分離の完全性は保持される。しかしながら、スライドの自由があるおかげで、結合具8をチューブ2の端部13に締着させかつロッド1の端部9上に保持するためにナット16により加えられる締着力は、チューブ3には加わらない。事実上、いくらか脆弱なセラミックチューブ3がなんら締着力を受けないので、それを弾性的に緩和する必要性は回避される。
チューブ3への成形品18の装着は、熱収縮スリーブ19の代わりに接着剤を用いることにより、または成形品18を押圧するときにプラスチックが部分的に溶融されるようにチューブ3の端部を加熱することにより、行うことも可能である。
以上に記載の電気化学セルの組立て形態は、構成要素の数が以前の形態と比較して低減されており、しかも所要の機械加工の度合が低く、ロッド1の端部9およびチューブ2の端部13に限られているので、単純かつ経済的であるという有意な利点を有する。さらに、ストック材を電極に使用することが可能であり(たとえば、シーム溶接チューブをチューブ2に使用することが可能である)、多孔質セラミックチューブ3(たとえば、0.3〜0.5ミクロンの細孔径で50%〜70%のポロシティーを有しうる)は、圧縮力に耐える必要もなければ、厳しい寸法公差限界を満たす必要もない。チューブ3の端部に装着される成形品18のフランジ17は、チューブ直径に厳しい寸法要件をなんら課すことなく簡単な方法で所要のスライドの自由と液密封止の両方を提供する。
図1は、本発明に係る電気化学セルの部分断面側面図である。 図2は、図1の電気化学セルの一方の端部の拡大断面側面図である。

Claims (14)

  1. 内側円筒状電極が、中空円筒状外側電極内に同軸状に装着されたイオン透過性材料のチューブ内に同軸状に延在することによりそれらの長手方向にセルの両端部のカップ形状の結合具の一方から他方へ液体を流動させるための内側環状通路および外側環状通路をそれぞれの該電極と該チューブとの間で規定し、各カップ形状の結合具が、それぞれ、該内側通路および該外側通路に連通する2つの入口/出口ポートを有し、各カップ形状の結合具が、該結合具と一緒になって液密封止するための該外側電極のそれぞれの端部を収容する直径の開口を有する円筒状キャビティーを規定し、該チューブが、セルの両端部において該外側電極の内側から該端部の結合具の該キャビティーの中に突出し、該チューブと一緒になって液密封止するための該キャビティーの内部円筒状壁に係合させるための環状リムを備えることにより該結合具内で該内側通路と該外側通路とを互いに分離し、該内側電極が、セルの両端部において該チューブから該端部の結合具の該キャビティーの中に突出する、電気化学セル。
  2. 前記外側電極が金属チューブである、請求項１に記載の電気化学セル。
  3. 前記内側電極が金属ロッドである、請求項１または請求項２に記載の電気化学セル。
  4. セルのカソードとして作用する電極の特定の1つがチタンまたはステンレス鋼でできている、請求項１〜３のいずれか1項に記載の電気化学セル。
  5. セルのアノードとして作用する電極の特定の1つがチタンでできている、請求項１〜４のいずれか1項に記載の電気化学セル。
  6. 前記アノード電極が、セルの電気化学的動作時に触媒として作用するコーティングを有する、請求項５に記載の電気化学セル。
  7. 前記アノード電極のコーティングが酸化ルテニウムおよび酸化イリジウムでできている、請求項６に記載の電気化学セル。
  8. 前記イオン透過性チューブが多孔質セラミック材料でできている、請求項１〜７のいずれか1項に記載の電気化学セル。
  9. 前記セラミック材料が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、および酸化イットリウムで構成される、請求項８に記載の電気化学セル。
  10. セルの両端部の前記環状リムが、前記内側電極および前記外側電極に対して前記イオン透過性チューブをスライドさせることができるように該端部の結合具のキャビティー内でスライド可能である、請求項１〜９のいずれか1項に記載の電気化学セル。
  11. セルの両端部の前記環状リムが、該端部で前記イオン透過性チューブに封着されるかまたは他の形で固定される部材のフランジを含む、請求項１０に記載の電気化学セル。
  12. 前記イオン透過性チューブが前記内側電極および前記外側電極に対してスライドしうる度合が、セルの両端部のキャビティー内での当接により制限される、請求項１０または請求項１１に記載の電気化学セル。
  13. 各カップ形状の結合具のキャビティーが、前記開口から延びる第1のキャビティー部と、該第1のキャビティー部から開口するより小さい直径の第2のキャビティー部と、を規定する階段状内径を有する、請求項１〜１２のいずれか1項に記載の電気化学セル。
  14. 前記イオン透過性チューブが、セルの両端部において、その環状リムを前記第1のキャビティー部の内部円筒状壁に係合させるように前記外側電極の内側から該端部の結合具の前記第1のキャビティー部の中に突出し、各結合具の入口/出口ポートが、それぞれ、前記第1および第2のキャビティー部の中に/中から開口する、請求項１３に記載の電気化学セル。
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