JP2011525218A - 同心電極を含む管状電解セルおよび対応する方法 - Google Patents

Abstract

入口（１２、６３、６５）、出口（３６、６３、６５）、および同軸円筒状の内側電極および外側電極（２０、２２）を含む電解セル（１０）が提供される。内側電極と外側電極（２０、２２）との間に円筒状のイオン選択性膜（１８）が置かれ、この膜（１８）の対向する側に、第１および第２の電解反応室（１４、１６）が形成される。第１および第２の室（１４、１６）に沿った流体流路は、入口（１２、６３、６５）を通過する結合入口流路（７０）および出口（３６、６３、６５）を通過する結合出口流路（７２）として合流する。

Description

［背景技術］
電解セルは、流体の１つ又は複数の特性を変更する多様な応用で使用される。たとえば、電解セルはクリーニング／消毒への応用、医療産業、および半導体製造工程で使用されてきた。さらに電解セルは、多様な他の応用で使用され、多様な構造を有してきた。

クリーニング／消毒への応用では、陽極液電気化学的活性化（ＥＡ）液体および陰極液ＥＡ液体を作り出すために電解セルが使用される。陽極液ＥＡ液体は公知の消毒特性を有し、陰極液ＥＡ液体は公知のクリーニング特性を有する。クリーニングおよび／または消毒システムの例は、２００７年８月１６日に公開されたＦｉｅｌｄ ｅｔ ａｌ．の米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８Ａ１号に開示されている。

本開示の態様は、入口、出口、および同軸の内側電極と外側電極を含む電解セルに関する。内側電極と外側電極との間のギャップには、イオン選択性膜が置かれ、この膜の対向する側で、それぞれ第１および第２の電解反応室が形成される。第１および第２の室に沿った流体流路は、結合された出口流路として合流し、出口を通過する。

さらに、本開示の具体的な実施形態において、第１および第２の室に沿った流体流路は、結合された入口流路として合流しており、入口を通過している。

本開示の他の態様は、液体を電解する方法に関する。方法は、開示されたような電解セルで液体を通過させること、および第１の電極と第２の電極との間に付勢電圧を印加することを含む。

イオン選択性膜を有する電解セルの実施例を示す。 １つの図解的実施例として、管状形状を有する電解セルの実施例を示す。 図２で示される電解セルの具体的実施例の平面図である。 電解セルの側面図である。 電解セルの端面図である。 図３Ａの線Ａ−Ａに沿って取られたセルの断面図である。 図３Ｃの線Ｂ−Ｂに沿って取られたセルの断面図である。 最終組立段階における１０を示す。 ハウジング管を除去し、外側電極シリンダを露出させたセルを示す。 外側電極およびエンドキャップを除去し、イオン選択性膜を露出させたセルを示す。 イオン選択性膜を除去し、内側電極シリンダを露出させたセルを示す。 図５Ｄの線Ｄ−Ｄに沿って取られたセルの断面図である。 セルの中実内側コアの斜視図である。 コアの端面図である。 コアの側面図である。 エンドキャップおよびオフセットと一緒に組み立てられたときの内側電極シリンダの特徴を示すセルの平面図である。 図７Ａで示されるセルの側面図である。 図７Ｂの線Ｅ−Ｅに沿って取られたセルの断面図である。 エンドキャップと一緒に組み立てられたときの外側電極シリンダの特徴を示すセルの平面図である。 図８Ａで示されるセルの側面図である。 図８Ｂの線Ｆ−Ｆに沿って取られたセルの断面図である。 ハウジング管５０の斜視図である。 ハウジング管の平面図である。 ハウジング管の側面図である。 図９Ｃの線Ｇ−Ｇに沿って取られたハウジング管の断面図である。

本開示の態様は、液体を電解する方法および装置へ向けられる。

１．電解セル
電解セルは、少なくとも１つの陽極電極と少なくとも１つの陰極電極との間で流体を横切って電界を印加するように適応された流体処理セルを含む。電界セルは、任意の適切な数の電極、流体を含有する任意の適切な数の室、および任意の適切な数の流体入力および流体出力を有する。セルは、任意の流体（たとえば、液体、または気体と液体との組み合わせ）を処理するように適応される。セルは、陽極と陰極との間に１つまたは複数のイオン選択性膜を含み得るか、またはイオン選択性膜を有しないように構成され得る。

電界セルは多様な応用で使用され、多様なタイプの装置に格納される。装置は、たとえば、携帯用、移動用、非移動用、壁掛け型、独立型、電動式または非電動式クリーニング／消毒車両用、車輪付き、などであってもよい。本明細書で開示される電界セルが使用される種々の応用の非限定的な例は、２００７年８月１６日に公開されたＦｉｅｌｄ ｅｔ ａｌ．による米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８号明細書で説明されている。

２．薄膜を有する電界セル
図１は電界セル１０の実施例を示す略図である。電解セル１０は、処理されるべき液体を液体源１２から受け取る。液体源１２はタンクまたは他の溶液リザーバを含むか、外部源から液体を受け取る管継手または他の入口を含む。

セル１０は、１つまたは複数の陽極室１４および１つまたは複数の陰極室１６を有する（これらは反応室として知られる）。これらの室は、イオン交換膜１８、たとえば陽イオンまたは陰イオン交換膜によって分離される。１つまたは複数の陽極電極２０および陰極電極２２（各電極の１つが示される）が、それぞれ各陽極室１４および各陰極室１６の中に配置される。陽極電極および陰極電極２０および２２は、適切な材料、たとえば、導電性ポリマー、チタン、および／または貴金属、たとえば白金で被覆されたチタン、または他の適切な電極材料から作られる。電極およびそれぞれの室は、任意の適切な形状および構造を有し得る。たとえば、電極は平板、同軸板、棒、またはこれらの組み合わせである。各電極は、たとえば、中身の詰まった中実の構造を有するか、１つまたは複数の穴を有する。１つの実施例において、各電極はメッシュとして形成される。さらに、複数のセル１０は、たとえば直列または並列に結合される。

電極２０および２２は、通常の電源（図示されず）の対向する端子へ電気的に接続される。電極２０と２２との間にイオン交換膜１８が置かれる。電源は、一定のＤＣ出力電圧、パルス化または他の方法で変調されたＤＣ出力電圧、および／またはパルス化または他の方法で変調されたＡＣ出力電圧を、陽極電極および陰極電極へ提供する。電源は、任意の適切な出力電圧レベル、電流レベル、デューティサイクル、または波形を有し得る。

たとえば、１つの実施形態において、電源は供給電圧を相対的定常状態で極板へ印加する。電源はＤＣ／ＤＣコンバータを含み、コンバータはパルス幅変調（ＰＷＭ）制御スキームを使用して、電圧および電流出力を制御する。他のタイプの電源も使用可能であり、これらの電源はパルス式または非パルス式であってもよく、他の電圧および電力範囲にあってもよい。パラメータは応用に従って特定される。

動作中、水（または処理されるべき他の液体）が、源１２から陽極室１４および陰極室１６の双方へ供給される。陽イオン交換膜の場合、ＤＣ電圧電位、たとえば約５ボルト（Ｖ）から約２５ボルトの電圧が陽極２０と陰極２２にまたがって印加されると、陽極１４に最初に存在した陽イオンはイオン交換膜１８を横切って陰極２２の方へ移動し、陽極室１４の中の陰イオンは陽極２０の方へ移動する。しかしながら、陰極室１６の中に存在する陰イオンは陽イオン交換膜を通過することができず、陰極室１６の中に閉じ込められたままに残る。

結果として、セル１０は少なくとも部分的に電解を利用することによって水を電気化学的に活性化し、酸性陽極液組成３０および塩基性陰極液組成３２の形態で、電気化学的に活性化された水を産出する。

所望されるならば、たとえば電解セルの構造を修正することによって、異なる比率の陽極液および陰極液を生成し得る。たとえば、ＥＡ水の主な機能がクリーニングであれば、陽極液よりも大きい量の陰極液を産出するようにセルを構成し得る。代替として、ＥＡ水の主な機能が消毒であれば、陰極液よりも大きい量の陽極液を産出するようにセルを構成し得る。さらに、各々の場合の反応種の濃度を変更し得る。

たとえば、陽極液よりも大きな量の陰極液を産出するため、セルは陰極板および陽極板の数の比率として３：２を有し得る。各陰極板は、それぞれのイオン交換膜によって、それぞれの陽極板から分離される。こうして、２つの陽極室に対して３つの陰極室が存在する。この構成は、おおまかに６０％の陰極液と４０％の陽極液を産出する。他の比率を使用することもできる。

前述したように、イオン交換膜１８は、陽イオン交換膜（即ち、プロトン交換膜）または陰イオン交換膜を含み得る。膜１８のための適切な陽イオン交換膜は、部分的または全体的にフッ素化されたアイオノマー、多環芳香族アイオノマー、およびこれらの組み合わせを含む。膜１８のための適切な市販アイオノマーの例は、Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，Ｄｅｌａｗａｒｅの商標「ＮＡＦＩＯＮ」のもとで入手可能なスルホン酸化テトラフルオロエチレン共重合体、Ａｓａｈｉ Ｇｌａｓｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊａｐａｎの商標「ＦＬＥＭＩＯＮ」のもとで入手可能なペルフルオロカルボン酸アイオノマー、Ａｓａｈｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｊａｐａｎの商標「ＡＣＩＰＬＥＸ」アシプレックスのもとで入手可能なペルフルオロスルホン酸アイオノマー、およびこれらの組み合わせを含む。しかしながら、他の実施例では、任意のイオン交換膜を使用し得る。

陽極液および陰極液ＥＡ液体出力は分配器３４へ結合され得る。分配器３４は任意のタイプ、たとえば、出口式、取り付け式、蛇口式、噴霧ヘッド／ノズル型、クリーニング／消毒ツール型、またはヘッド型などの分配器を含み得る。各出力３０および３２について１つの分配器、または双方の出力について１つの結合された分配器が存在し得る。

１つの実施例において、陽極液および陰極液の出力は、共通の出力ストリーム３６へ混合される。出力ストリーム３６は分配器３４へ供給される。Ｆｉｅｌｄ ｅｔ ａｌ．の米国特許出願公開第２００７／０１８６３６８号明細書で説明されているように、クリーニング装置の配分システムの中、および／またはクリーニングされている表面またはアイテムの上で、陽極液および陰極液を一緒に混合し、しかも有用なクリーニングおよび／または消毒特性を少なくとも一時的に維持し得ることが発見された。陽極液および陰極液は混合されるが、それらの液は最初から平衡状態ではなく、したがってそれらのクリーニングおよび／または消毒特性は一時的に維持される。

３．電極パターンの実施例
１つの実施例において、陽極電極または陰極電極の少なくとも１つは金属メッシュから形成される。金属メッシュは、均一サイズの長方形開口を格子形式で有する。１つの具体的な実施例において、メッシュは０．０２３インチ直径のＴ３１６ステンレススチールから形成される。このステンレススチールは、平方インチ当たり２０×２０格子開口の格子パターンを有する。しかし他の実施例では、他の寸法、配列、および材料を使用し得る。

たとえば、前述したように、陽極電極または陰極電極の少なくとも１つは、静的放散デバイスで使用される電極のように、少なくとも部分的または全体的に導電性ポリマーから形成され得る。適切な導電性ポリマーの例は、ＲＴＰ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｗｉｎｏｎａ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ，ＵＳＡから市販されている。たとえば、電極は、表面抵抗率１０^０から１０^１２ｏｈｍ／ｓｑ、たとえば１０^１から１０^６ｏｈｍ／ｓｑを有する導電性プラスチック化合物から形成される。しかし他の実施例では、これらの範囲外にある表面抵抗率を有する電極を使用し得る。１つまたは複数の電極はメッシュを形成し、メッシュは均一サイズの長方形開口を格子形式で有し得る。しかし開口または穴は、任意の形状、たとえば円、三角形、曲線形、直線形、均一および／または不均一形状を有し得る。曲線形の穴は少なくとも１つの曲線縁を有する。たとえば射出成型のとき、穴の形状およびサイズを特定パターンへ容易に調整し得る。しかし、この開示の他の実施例では、これらのパターンを金属電極の中でも形成し得る。

電解電極の表面積を増加させ、処理されている液体の中で気泡の生成を向上するように、穴のサイズおよび配置が決められ得る。

４．管状電極の実施例
電極自体は、任意の適切な形状、たとえば平面極板、同軸極板、円柱極棒、またはこれらの組み合わせの形状を有し得る。図２は、１つの実施例として管状形状を有する電解セル１０を示す。セル１０の径方向断面は、任意の形状、たとえば図２で示される円、または他の形状、たとえば１つまたは複数の曲線縁を有する曲線形状および／または直線形状を有し得る。具体的な実施例は、楕円形、多角形、たとえば長方形などを含む。

セル１０の一部分は、図示を目的として切り取られている。この実施例において、セル１０は管状ハウジング５０、管状外側電極２０、および管状内側電極２２を有する。管状内側電極２２は、適切なギャップ、たとえば約０．０４０インチのギャップを設けて外側電極から離されている。他のギャップサイズ、たとえば非限定時に０．０２０インチから０．０８０インチのギャップも使用され得る。内側電極または外側電極のいずれも、印加電圧の相対的極性に依存して陽極／陰極として働き得る。

イオン選択性膜１８は、外側電極２０と内側電極２２との間に配置される。１つの具体的な実施例において、イオン選択性膜はＥ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙの「ＮＡＦＩＯＮ」を含む。このイオン選択性膜は２．５５インチ×２．５５インチへ切断され、内側管状電極２２の周りに巻かれ、接着剤、たとえば３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙからの＃１３５７接着剤を重ねた継ぎ目で固定される。再び、他の実施例では、他の寸法および材料を使用し得る。

図２で示された実施例において、内側管状電極２２の内部にある容積空間の少なくとも一部分は、中実のインサート５２によって閉塞され、電極２０および２２およびイオン選択性膜１８に沿って、およびそれらの間で、ハウジング５０の長手方向軸に沿って、液体が流れるのを促進する。この液体の流れは導電性であり、２つの電極間の電気回路を完成させる。電解セル１０は任意の適切な寸法を有し得る。１つの実施例において、セル１０は約４インチの長さおよび約１インチの外径を有する。長さおよび直径は、処理時間および液体の単位容積当たりに生成される泡、たとえばナノバブルおよび／またはマイクロバブルの量を制御するために選択することができる。

セル１０は液体源１２へ接続される。液体源１２は、この実施例では入口管を含む。セル１０は、セルの一方または双方の端部に、適切な管継手を含み得る。任意の取り付け方法、たとえばプラスチック迅速接続管継手による方法を使用することができる。

図２で示される実施例において、セル１０は、（電極２０および２２の一方とイオン選択性膜１８との間にある）陽極室の中で陽極液ＥＡ液体を産出し、（電極２０および２２の他方とイオン選択性膜１８との間にある）陰極室の中で陰極液ＥＡ液体を産出する。陽極液および陰極液ＥＡ液体の流路は、陽極液および陰極液ＥＡ液体がイオン選択性膜１８の管状端部を通過してセル１０の端部から出るとき、セル１０の出口で合流する。結果として、セル１０は、混合された陽極液および陰極液ＥＡ液体を産出および分配する。

５．電解セルの具体的な実施例
図３〜図９は、この開示の具体的な実施例に従った電解セルを示す。図３〜図９の同一または類似の要素については、同じ参照番号が使用される。図面で示される寸法はインチであり、単なる非限定的な例として提供される。他の実施例では、様々な他の寸法が使用され得る。

図３Ａは電解セル１０の平面図であり、図３Ｂは電解セル１０の側面図であり、図３Ｃは電解セル１０の端面図である。電解セル１０は、ハウジング管５０及びエンドキャップ６０および６２を含む。エンドキャップ６０および６２は、ハウジング管５０の端部に密着される。図３Ｃで示されるように、エンドキャップ６２は開口６５を有する。開口６５はセルの入口または出口のいずれかを形成する。同様に、エンドキャップ６０は開口６３を有する（図４Ａおよび図４Ｂで示される）。開口６３はセルの出口または入口のいずれかを形成する。開口６３および６５の各々は、入口管または出口管の管継手へ取り付けるための、たとえば１／８インチの標準管用ネジ（ＮＴＰ）を有する。

第１の電極接点６４はエンドキャップ６０を通って延び、第２の電極接点６６はハウジング管５０のスロット６７を通って延びる。接点６４は外側電極２０へ電気的に結合され（図４Ａおよび図４Ｂで示される）、接点６６（図５Ａおよび図５Ｂでも示される）は内側電極２２へ電気的に結合される。１つの実施例において、ハウジング管５０およびエンドキャップ６０および６２はＡＢＳプラスチックから形成される。

図４Ａは、図３Ａの線Ａ−Ａに沿って取り除いたセル１０の断面図であり、図４Ｂは、図３Ｃの線Ｂ−Ｂに沿って取り除いたセル１０の断面図である。前述したように、セル１０は管状ハウジング５０、エンドキャップ６０および６２、入口（または出口）６３、出口（または入口）６５、外側電極シリンダ２０、イオン交換膜シリンダ１８、内側電極シリンダ２２、および中実のコアインサート５２を含む。接点６４は内側電極２２の内径面へ取り付けられ、接点６６は外側電極２０の外径面へ取り付けられる。ハウジング管５０のスロット６７は、たとえばエポキシを用いて接点６６の周りで密封され得る。

図２を参照して前述したように、中実のコアインサート５２は、内側電極シリンダ２２の内部にある容積空間の少なくとも一部分を閉塞し、図４Ａで入口の流れ線７０および出口の流れ線７２によって示されるように、電極２０および２２およびイオン選択性膜１８に沿って、およびそれらの間で、液体の流れを促進する。したがって、内側電極２２は中央長手方向セクションおよび第１および第２の端部長手方向セクションを有し、入口流路７０および出口流路７２は、それぞれ内側電極２２の第１および第２の端部長手方向セクションの内部にある容積空間へ流体的に結合される。中央長手方向セクションの内部にある容積空間の少なくとも一部分には中実の内側コア５２が存在し、よって内側電極２２の長手方向軸に沿った流体の流れは部分的に閉塞されるが、入口流路７０および出口流路７２は内側電極２２を通過する（内側電極２２は流体の流れに対して多孔性だからである）。

イオン交換膜１８は、セル１０の長手方向軸に沿ってエンドキャップ６０と６２との間の距離よりも短い長さを有し、電極２０および２２およびイオン選択性膜１８に沿って、およびそれらの間で、液体の流れはさらに促進される。しかし他の実施例では、イオン交換膜１８は、エンドキャップ６０と６２との間の距離よりも長いか等しい長さを有し得る。矢印７４は、イオン交換膜１８の１つの端部とエンドキャップ６０の内側端部との間の長手方向ギャップ（たとえば、約０．２３インチ）を示す。矢印７６は、イオン交換膜１８の他の端部とエンドキャップ６２の内側端部との間の長手方向ギャップ（たとえば、約０．２１インチ）を示す。

内側および外側のメッシュ電極２０および２２は、液体の流れに対して多孔性である。入口の流れ７０は、長手方向ギャップ７４によって内側メッシュ電極２２へ導かれ、電極２０と２２との間の径方向ギャップへ入る。同様に、出口の流れ７２は、電極２０と２２との間の径方向ギャップから、長手方向ギャップ７６の内側メッシュ電極２２を経由して出口６５へ導かれる。

さらに液体は、外側電極２０の外径面とハウジング管５０の内径面との間の径方向ギャップに沿って流れ、内側電極２２の内径面とコアインサート５２の外径面との間の径方向ギャップに沿って流れる。エンドキャップ６０および６２（および／または他の隔離要素）は、ギャップスペースを設定するためのオフセットを形成する肩を有する。

図５Ａ〜図５Ｅは、様々な組立段階における電解セル１０の層を示す。図５Ａは、最終組立段階のセル１０を示す。図５Ｂは、ハウジング管５０を除去して、外側電極シリンダ２０を露出させたセル１０を示す。エンドキャップ６０および６２は肩８０および８２を有し、これらの肩の上にハウジング管５０が取り付けられる（図５Ａ）。肩は、ハウジング管５０と外側電極シリンダ２０との間の径方向ギャップを規定する。図５Ｂは、電極２０のメッシュパターンの一部分を示す。

図５Ｃは、外側電極２０およびエンドキャップ６２を除去し、イオン選択性膜１８を露出させたセル１０を示す。エンドキャップ６０は肩８４を含み、この肩の上に外側電極２０が取り付けられる（図５Ｂ）。肩は、外側電極２０とイオン選択性膜１８との間の径方向ギャップを規定する。さらに、内側電極シリンダ２２の上にオフセットリング８６が成型または取り付けられ、セル１０の他の端部に、外側電極２０を取り付けるための肩が提供される（図５Ｂと同じように）。たとえば、オフセット８６は、内側電極シリンダ２２の端部を受け取る円筒状スロットを有し得る。

図５Ｃで示されるように、イオン交換膜１８は、セル１０の長手方向軸に沿ってエンドキャップ６０とオフセット８６との間の距離よりも短い長さを有する。この短い長さは、内側電極シリンダ２２の端部を露出させ、電極２０および２２およびイオン選択性膜１８に沿って、そしてこれらの間で、液体の流れを促進する。

図５Ｄは、イオン選択性膜１８を除去し、内側電極シリンダ２２を露出させたセル１０を示す。

図５Ｅは、図５Ｄの線Ｄ−Ｄに沿って取られたセル１０の断面図であり、内側電極シリンダ２２の内部に配置された中実の内側コア５２を示す。１つの実施例において、内側電極シリンダは、エンドキャップ６０の中の円筒状スロットおよびオフセット８６の中の類似のスロットに適合する。これらのスロットは、内側電極シリンダ２２の内径面と内側コア５２の外径面との間の小さい径方向ギャップを規定し、ギャップに沿った流体の流れを許す。図５Ｅにおいて、ギャップは示されない。

図６Ａ〜図６Ｃは、内側コア５２を詳細に示す。図６Ａはコア５２の斜視図であり、図６Ｂはコア５２の端面図であり、図６Ｃはコア５２の側面図である。コア５２の各端部は、周辺で間隔を取られたスロット９０および介在する脚９２の集合を有する。脚９２は、エンドキャップ６０および６２およびオフセット８６を支持し、スロット９０は、流体の流れが、入口／出口６３および入口／出口６５を通過して、電極２０および２２に沿って、そしてそれらの間で、ギャップの中へ入ることを促進する。スロットは、さらに、陽極液室で産出された陽極液ＥＡ液体の流れと、陰極液室で産出された陰極液液体の流れとが、セル１０の出口を通って出るときの混合を助ける。

図７Ａ〜図７Ｃは、エンドキャップ６０およびオフセット８６と一緒に組み立てられたときの内側電極シリンダ２２の特徴を示し、そして様々な特徴の寸法の例を示す。図７Ａはセル１０の平面図であり、図７Ｂはセル１０の側面図であり、図７Ｃは、図７Ｂの線Ｅ−Ｅに沿って取られたセル１０の断面図である。

同様に、図８Ａ〜図８Ｃは、エンドキャップ６２と一緒に組み立てられたときの外側電極シリンダ２０の特徴を示し、様々な特徴の寸法の例を示す。図８Ａはセル１０の平面図であり、図８Ｂはセル１０の側面図であり、図８Ｃは、図８Ｂの線Ｆ−Ｆに沿って取られたセル１０の断面図である。

図９Ａ〜図９Ｄは、ハウジング管５０を詳細に示す。図９Ａは管５０の斜視図であり、図９Ｂは管５０の平面図であり、図９Ｃは管５０の側面図であり、そして図９Ｄは、図９Ｃの線Ｇ−Ｇに沿って取られた管５０の断面図である。

上記で示された実施例において、外側電極２０、内側電極２２、およびイオン選択性膜１８は円筒状であり、実質的に相互に同軸である。イオン選択性膜１８はセルを第１および第２の反応室へ分割する。１つの室は外側電極２０とイオン選択性膜１８との間にあり、他の室は内側電極２とイオン選択性膜１８との間にある。内側および外側電極へ印加される電圧の相対的極性に依存して、１つの室は陽極室であり、他の室は陰極室である。

陽極室および陰極室は、特定の流れを１つの室から他の室へ切り替える弁を使用することなくセルの入口および出口で相互に流体的に結合される。

この特定の実施例において、外側および内側電極２０および２２はイオン選択性膜１８よりも長く、図４Ａおよび図４Ｂで示されるように、外側および内側電極の端部はイオン選択性膜の両側の端部を越えて延びている。これは、陽極室および陰極室の各端部における流れが膜の長手方向端部を越えて相互に合流することを促進する。さらに、合流した流れがセル入口から内側電極を通過して陽極および陰極室へ通り、陽極および陰極室から一緒に内側電極を通過してセル出口へ通るように、電極およびエンドキャップが配列される。

代替の実施例において、内側電極および外側電極およびイオン選択性膜は同じ長さを有し、陽極および陰極室に沿った流れは電極および膜の長手方向端部で合流する。さらなる実施例において、セルへの入口および／またはセルからの出口は、セルの長手方向軸に沿っては置かれない。たとえば、入口および／または出口はハウジング管５０を通るか、軸を外れてエンドキャップを通り得る。さらなる実施例において、入口および出口の双方はセルの同じ端部に置かれ得る。たとえば、セルは、複数の同軸室を形成する複数の同軸電極およびイオン選択性膜を有し、前記複数の同軸室は直列に接続されて蛇行流路を作り出す。さらなる実施例において、セルは、複数の同軸陽極室および／または陰極室を形成する複数の同軸電極およびイオン選択性膜を有し、前記複数の同軸陽極室および／または陰極室は並列に結合されて、入口がセルの１つの端部にあり、出口がセルの他の端部にあるようにされる。さらなる実施例において、中実の内側コア５２が除去され、内側電極シリンダ２２が、中実のシリンダまたは棒として形成される。さらに他の実施例において、陽極および陰極室はセルへの別個の入口およびセルからの別個の出口を有する。他の変形も使用され得る。

本開示は、１つまたは複数の実施形態を参照して説明されたが、本開示および／または添付された特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく形態および詳細部分の変更が行われ得ることを、当業者は認識するであろう。

Claims (12)

1. 入口および出口と、
   同軸の内側電極および外側電極と、
   前記内側電極と前記外側電極との間のギャップに置かれ、前記イオン選択性膜の対向する側で、それぞれ第１の電解反応室および第２の電解反応室が形成されるイオン選択性膜と、
   を含み、
   前記第１の室および前記第２の室に沿った流体流路が、前記出口を通過する結合出口流路として合流する電解セル。
2. 前記結合出口流路は前記内側電極を通過する、請求項１に記載の電解セル。
3. 前記第１および第２の室に沿った流体流路は、前記入口を通過する結合入口流路として合流する、請求項１に記載の電解セル。
4. 前記結合入口流路および前記結合出口流路は前記内側電極を通過する、請求項３に記載の電解セル。
5. 前記内側電極は流体の流れに対して多孔性であり、
   前記内側電極は中央長手方向セクションおよび第１および第２の端部長手方向セクションを含み、
   前記入口流路および前記出口流路は、それぞれ前記第１および第２の長手方向セクションの内部にある容積空間に流体的に結合され、
   前記中央長手方向セクションの内部にある容積空間の少なくとも一部分が前記内側電極の長手方向軸に沿った流体の流れに対して閉塞され、前記入口流路および前記出口流路が前記内側電極を通過する、
   請求項４に記載の電解セル。
6. 前記内側電極の内径空間の中に置かれた中実の内側コアをさらに含み、該内側コアは該内側コアを通過する流体の流れを閉塞する、請求項１に記載の電解セル。
7. 前記中実の内側コアは円柱状であって第１および第２の端部を含み、
   前記第１および第２の端部の少なくとも１つは、周辺で間隔を取られたスロットおよび介在する脚の集合を含み、
   前記流体流路は前記中実の内側コアのスロットの集合を通過する、
   請求項６に記載の電解セル。
8. 前記イオン交換膜は、前記セルの長手方向軸に沿った長さを有し、該長さは前記内側電極および前記外側電極の長さよりも短い、請求項１に記載の電解セル。
9. 前記内側電極および前記外側電極の各々は第１および第２の対向する端部を有し、該端部は前記イオン選択性膜の第１および第２の対向する端部を越えて延び、それによって前記第１および第２の電解室の長手方向対向端部で前記内側および外側電極の間にイオン選択性膜を有しない第３および第４の電解室を形成する、請求項８に記載の電解セル。
10. 前記内側電極、前記外側電極、または前記イオン選択性膜の少なくとも１つは円筒状である、請求項１に記載の電解セル。
11. 前記入口が形成される第１のエンドキャップと、
    前記出口が形成される第２のエンドキャップと、
    を含み、
    前記第１および第２のエンドキャップは、前記内側電極および外側電極を相互からの所望の軸方向間隔で支持する、請求項１に記載の電解セル。
12. （ａ）入口、出口、同軸の内側電極および外側電極、および前記内側および外側電極の間のギャップの中に置かれたイオン選択性膜を含む電解セルへ液体を通過させることと、ここで前記イオン選択性膜の対向する側に第１および第２の電解反応室が形成され、該第１および第２の室に沿った流体流路は、前記入口を通過する結合入口流路および前記出口を通過する結合出口流路として合流することと、
    （ｂ）前記内側電極と前記外側電極との間に付勢電圧を印加することと、
    を含む方法。