JP3428998B2 - 混合酸化剤ガスを生成する電解槽 - Google Patents

混合酸化剤ガスを生成する電解槽

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、一般に、大量の水を処理のための異なる塩
素含有種の混合物を含んでなる酸化体ガスを電解反応に
より発生する電解槽に関する。
発明の背景 生物学的活性、例えば、胞子、細菌、ウイルス、アレ
ルギー、真菌、および水の品質に悪影響を及ぼす他の生
物学的現象を抑制するために種々の型の水処理用の化学
物質の使用はよく知られている。スケーリングおよび腐
蝕を抑制する目的で水に添加される化学物質は、また、
知られている。このような化学物質は、レクレーション
用の水、例えば、水泳プール、テーマ公園において、工
業用または商業用のプロセス水、例えば、冷却塔におい
て、そして工業用および都市の下水処理などのために、
そして飲料水において、しばしば使用される。今日の環
境的意識の増加に照らして、下水処理のために使用され
る化学物質の種類を最小としかつ水を価値ある資源とし
て保存する必要性、したがって、工業的およびレクレー
ションの用途に使用される水の使用および再循環性を最
大とする必要性はなおいっそう大きい。したがって、こ
のような用途に使用される水の実用性および再循環性を
最大するために、水の処理に使用される化学物質は、水
が何回も再使用可能であり、そして排出された水が有毒
なまたは毒性の物質を含有しないように、生物学的活
性、腐蝕、およびスケーリングの抑制において有効であ
ることが望ましい。
大量の水、例えば、水泳プール、浴槽、溜、冷却塔の
抽出、レクレーション用の水、または野外に暴露される
形の水、を消毒するための塩素の使用はよく知られてい
る。過去において、塩素は通常塩素ガス(Cl2)を圧力
下に含有するタンクから塩素ガスを直接適用することに
よって供給された。塩素は、また、電解槽により電解的
発生により供給されてきている。また、他の塩素含有ガ
ス種、例えば、二酸化塩素(ClO2)は大量の水の消毒の
ために使用されてきている。二酸化塩素は危険でありそ
して爆発性であり、そして通常使用時点において塩素の
塩の化学的分解により水溶液として生成される。塩化物
からの二酸化水素の電気化学的生成は、また、約1982年
以前まで文献において未知であった。
米国特許第2,887,444号(Lindstaedt)は、大量の
水、例えば、水泳プールに低濃度の溶解した食塩を供給
し、そして本体から水の流れを抜き出しそして電解して
塩素を生成し、そして塩素および水の流れを本体の水に
戻す系を開示している。
米国特許第3,223,242号(Murray)は、水泳プールま
たは他の大量の水から抜き出しそして導入し戻される水
の流れの中に導入するための塩素を発生させる他の型の
電解槽を開示している。
米国特許第3,282,823号(Richards)は、水泳プール
から抜き出しそして水泳プールの中に再導入される水の
流れの中に塩素を導入するための、インラインで配置さ
れた塩素を発生させる電解槽を開示している。
大量の水を塩素化する電解槽を使用する他の塩素化系
は、米国特許第3,351,542号(Oldershaw)、米国特許第
3,378,479号(Colvin)、米国特許第3,669,857号(Kirk
ham)および米国特許第4,097,356号(Yates)に示され
ている。これらの電解槽は種々の構成に開示されてお
り、そして電解槽の大部分は陽極および陰極を含有する
隔室を分離するイオン透過性膜を利用する。
電解槽において使用されるイオン透過性膜の技術はよ
く開発されている。電解槽において使用されるイオン透
過性膜は、アスベストのダイヤフラム、カルボキシレー
ト樹脂のポリマーからパーフルオロスルホン酸のポリマ
ーまでの範囲を有する。パーフルオロスルホン酸の膜は
デュポン社(DuPont)により電解槽における使用のため
に開発された。
米国特許第3,793,163号(Dotson)は、電解槽におけ
るデュポン社(DuPont)のパーフルオロスルホン酸の膜
の使用を開示しており、そしてこのような膜およびそれ
らの種々の使用を論じているとして米国特許第2,636,85
1号、米国特許第3,017,338号、米国特許第3,560,568
号、米国特許第3,4696,077号、米国特許第2,967,807
号、米国特許第3,282,875号および英国特許第1,184,321
号を言及している。
米国特許第3,909,378号(Walmsley)は、塩溶液の電
解のための電解槽の膜において使用するフッ素化イオン
交換ポリマーの他の型を開示している。
電解槽において使用される膜の技術の他の論考は、米
国特許第3,017,338号(Butler)、米国特許第3,775,272
号(Danna)、米国特許第3,960,697号(Kircher)、米
国特許第4,010,085号(Carlin)および米国特許第4,06
9,128号(Westerlund)の中に見出すことができる。
パーフルオロスルホン酸の使用は、また、技術文献、
例えば、Dupont Magazine、May−June 1973、p.22−2
5および¨Perfluorinated on Exchange Membrane¨
と題する論文、Grot.Munn.およびWalmsley著、141st N
ational Meeting of the Electrochemical Societ
y、に対して提出された、Houston、Tex.、May 7−1
1、1972、において論じられている。
電解槽において使用される電極の構造は、前に列挙し
た特許に記載されている。さらに、下記の特許はこのよ
うな電解槽において使用される陽極または陰極の特定の
構成を示す。
米国特許第3,375,184号(Giacopelli)は、電気メッ
キ槽における平らな板である制御可能な多数の電極を有
する電解槽を開示している。
米国特許第3,951,767号(Lohreberg)は、電解法にお
いて発生した気泡を輸送するための溝を下部に沿ってを
有する平板型電解陽極の使用を開示している。
米国特許第565,953号(Andreoli)は、電子回路で接
続されていずそして電解により分離される金属をメッキ
する機能をする、複数の金属スクリーンを有する電解装
置を開示している。
"The ClO2 content of chlorine obtained by
electrolysis of NaCl,¨Electrochemical Techno
logy 5,56−58(1967)において、Western and Hoog
landは、塩素酸塩の不存在下にNaClの電解においてClO2
が生成しないことを報告している。
米国特許第4,256,552号(Sweeney)は、陽極と、隔室
を分離する壁の中のカチオン交換膜との間の陽極隔室の
中に双極極板が位置する、水泳プール、水系などの塩素
化のための電解発生器を開示している。
米国特許第4,334,968号(Sweeney)は、米国特許第4,
256,552号の槽または発生器の改良を開示しており、そ
して槽における二酸化塩素の製造を開示している。
米国特許第4,248,681号(Sweeney)は、米国特許第4,
256,552号および米国特許第4,334,968号の槽において塩
素/二酸化塩素の混合物を製造する方法を開示してお
り、そして多少の最適な作動条件を与えている。
米国特許第4,308,117号(Sweeney)は、3つの隔室を
有し、陽極と陰極が外側隔室に位置しそして双極極板が
中央の隔室に位置する槽を開示している。カチオン交換
膜は中央の隔室と陰極の隔室との間に位置するが、アニ
オン交換膜は中央の隔室と陽極の隔室との間に位置す
る。
米国特許第4,324,635号(Sweeney)は、陽極の隔室、
陰極の隔室、およびカチオン交換膜その中に含んでなる
分離壁を有する槽を開示している。この槽は、pHの調節
のために、陰極溶液の一部分を陰極の隔室から陽極の隔
室に循環させるポンプを含む。
米国特許第4,804,449号(Sweeney)は、陽極の隔室、
陰極の隔室、陽極および陰極の隔室を分離しイオン交換
膜を含んでなる少なくとも1つの壁、および陽極または
陰極の隔室の中に位置する少なくとも1つの双極極板を
含んでなる電解発生器を開示している。
生物学的活性、スケーリング、および腐蝕に対する最
適な程度の抑制は、塩素ガスと二酸化塩素ガスとの混合
物を含んでなるガス組成物を使用することによって実現
することができることが発見された。前述の特許の中に
開示された電解装置は、主として、電解反応による塩素
ガスの発生に関する。前述の特許の多くは、連続的型の
操作よりむしろバッチ型操作を使用して塩素ガスを発生
する。バッチ型システムの使用は、使用の間に電解液の
濃度が変化するとき生成するガス種の組成の変動を引き
起こし、究極的にこのようなシステムの有効性を制限す
ることが知られている。さらに、この分野において知ら
れている電解槽の多くはそれらの構成のために電気的に
非効率な方法で作動し、電解槽の内部抵抗を克服しかつ
所望の電解反応を達成するために電圧の大きい入力を必
要する。
したがって、大量の水の中の生物学的活性、スケーリ
ング、および腐蝕の最高の抑制を行うために前もって決
定した比で塩素および二酸化塩素を含んでなる混合酸化
体ガスの発生を可能とする方法で、電解槽を構成するこ
とが望ましい。電解槽の作動の間にこのような比率にお
ける変動なしに、好ましい比率で塩素ガスおよび二酸化
塩素ガスの発生を促進する方法で、電解槽を構成するこ
とが望ましい。
高い電気効率を促進し、これにより所望の電解反応の
達成においてエネルギーをいっそう効率よく利用し、そ
して所望のガスを生成する方法で、電解槽を構成するこ
とが望ましい。その作動および現場のサービスを促進す
る方法で、電解槽を構成することが望ましい。また、製
作的および経済的の双方の観点から実際的である方法
で、電解槽を構成することが望ましい。
発明の要約 したがって、本発明の実施において、大量の水の中の
生物学的活性、腐蝕、およびスケーリングを抑制する混
合酸化剤ガスを生成する電解槽が提供される。この電解
槽は、陽極板、陰極板、および陽極板と陰極板との間に
介在する膜板を含んでなる。その中央に位置する開口キ
ャビティを含む陽極密閉ガスケットが陽極板と陰極板と
の間に介在して、ある体積の陽極液を収容する陽極チャ
ンバーを形成する。陽極密閉ガスケットは、開口キャビ
ティの一部分を横切って延びる双極極板を含んでなる。
その中央に位置する開口キャビティを含む第2の密閉ガ
スケットが陰極板と膜板との間に介在して、ある体積の
陰極板を収容する陰極チャンバーを形成する。
陽極チャンバーに対して外部の陽極液溜は前もって決
定した体積の陽極液を含有し、そして陽極液を陽極チャ
ンバーに供給するために陽極板の中の陽極液入口に液圧
式に(hydraulically)接続されている。陽極板の中の
混合ガスおよび陽極液の出口は陽極液溜の中の混合ガス
および陽極液の入口に接続されていて、陽極チャンバー
において生成した混合酸化剤ガスを抜き出しそして連続
的に陽極チャンバーを通して陽極液を循環させる。陽極
液溜は陽極液溜のガス出口を含み、このガス出口は混合
酸化剤ガスを陽極液溜から抜き出しそしてそれを大量の
水の中に導入する。陽極液溜は陽極液供給入口を含み、
この陽極液供給入口は陽極液溜および陽極チャンバーに
対して外部の陽極液調製タンクから飽和陽極液溶液を受
取る。陽極液調製タンクの中の陽極液溶液は重力により
陽極液溜の中に輸送される。陽極液溜の中の陽極液は重
力により陽極チャンバーに輸送され、そして熱対流およ
び混合酸化剤ガスの移行(migration)により陽極チャ
ンバーを通して循環される。
陰極チャンバーに対して外部の陰極液溜は前もって決
定した体積の陰極液を含有し、そして陰極液を陰極チャ
ンバーに供給するために陰極板の中の陰極液入口に液圧
式に接続されている。陰極板の中のガスおよび陰極液の
出口は陽極液溜の中のガスおよび陰極液の入口に接続さ
れていて、陰極チャンバーにおいて生成したガスを抜き
出しそして連続的に陰極チャンバーを通して陰極液を循
環させる。陰極液溜は陰極液溜からガスを抜き出すため
のガス出口を含む。陰極液溜は淡水入口および水の導入
を調節して陰極液の比重を前もって決定したレベルに維
持する手段を含む。陰極液溜の中の陰極液は重力により
陰極チャンバーの中に輸送され、そしてガスの移行(mi
gration)により陰極チャンバーを通して循環される。
3〜10ボルトの範囲の電圧を陽極および陰極を横切っ
て印加して、陽極チャンバーにおいて二酸化塩素(Cl
O2)および塩素(Cl2)を含んでなる混合酸化剤ガスを
生成し、そして陰極チャンバー水素(H2)ガスを生成す
る電解反応を実施する。陽極チャンバーにおける電解反
応は、陰極チャンバーにおけるH2ガスの効率よい抜き出
しおよび膜板の中の透過性膜を通る陽極チャンバーから
のナトリウム(Na+)イオンの移動により完結に推進さ
れ、ここでそれらはヒドロキシル(OH-)イオンと陰極
チャンバーにおいて反応して水酸化ナトリウム(NaOH)
を生成する。電解槽は、外部の陽極液溜および陰極液溜
を含んでなる電解槽の構成の理由による、陽極チャンバ
ーおよび陰極チャンバーの体積の減少のために、このよ
うな低い電圧を使用して好ましい組成および量の混合酸
化体ガスを発生することができる。さらに、バッチ型シ
ステムの代わりに連続的陽極液供給システムの使用は、
一定比率の所望の混合酸化体ガス種を有する酸化体ガス
の生成を可能とする。
図面の簡単な説明 本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、明細
書、請求の範囲および図面を参照すると、よりよく理解
されるであろう。
第1図は、本発明の原理に従い構成した電解槽の第1
の好ましい態様の断面半略図である。
第2図は、電解槽において使用する陽極板の平面図で
ある。
第3図は、電解槽を構成するために使用する密閉ガス
ケットの平面図である。
第4図は、電解槽を構成するために使用する透過性膜
を含んでなる膜板の平面図である。
第5図は、定常状態の条件において作動する電解槽内
を循環する陽極液の紫外線分光光度分析を図解するグラ
フである。
第6図は、双極極板を含んでなる電解槽の態様の断面
半略図である。
第7図は、双極極板を含んでなる密閉ガスケットの態
様の平面図である。
第8図は、第1図の電解槽の第2の好ましい態様の断
面半略図である。
第9図は、本発明の原理に従い構成された多数の電解
槽を含んでなる第1の好ましい多電解槽の態様の斜視図
である。そして、 第10図は、本発明の原理に従い構成された多数の電解
槽を含んでなる第2の好ましい多電解槽の態様の斜視図
である。
詳細な説明 本発明の実施において提供される電解槽は、工業的お
よび/または商業的用途、例えば、冷却塔、プロセス水
処理、食物処理において使用される水などにおいて、レ
クレーションの用途、例えば、水泳プール、テーマパー
クなどにおいて、そして都市の用途、例えば、下水処理
および飲料水の消毒において、使用する大量の水の中の
生物学的活性、腐蝕、およびスケーリングを抑制するた
めに使用できる。電解槽は、補給の化学物質型の添加剤
の使用を必要としないで、生物学的活性、腐蝕、および
スケーリングの有効な抑制を提供する。電解槽は、大量
の水の中に導入される塩素含有ガス種の混合物を含んで
なる酸化体ガスの電解的発生により、それを実行する。
第1図は、本発明の原理に従い構成された電解槽の第
1の好ましい態様を示す。電解槽10は陽極板12を含んで
なり、陽極板12はその周囲の周りに配置された複数のボ
ルト孔(図示せず)を有する構造的に剛性の材料の一般
的に平らなシートを含んでなる。陽極板は、電解液およ
び陽極板において生成する電解生成物との接触に対して
化学的に抵抗性であり、酸化作用に対して電気化学的に
抵抗性であり、そして電解槽の中に電解液を含有するた
めの構造部材として働くことができるように機械的に剛
性である任意の型の導電性材料から構成することができ
る。陽極板の構成に適当な材料は、ニオブ、コロンビウ
ム、ジルコニウム、グラファイト、またはチタンを包含
する。好ましい陽極板はチタンから構成することができ
る。さらに、電解槽内の電解液と接触する陽極板の表面
を導電性材料でコーティングすることが望ましい。適当
な陽極板のコーティングは、白金、ルテニウム、または
イリジウムを包含する。陽極板をこのような材料でコー
ティングすることは望ましい。なぜなら、陽極板の構成
に使用される化学的および電気化学的に抵抗性の材料は
典型的にはすぐれた導電体ではないからである。したが
って、電解液との接触点における陽極板の導電性を増加
するために、このようなコーティングは望ましい。好ま
しい態様において、陽極板はルテニウムでコーティング
する。
陽極板は種々の異なる幾何学形状、例えば、正方形、
長方形、円形などに形作ることができる。好ましい陽極
板の形状は、ほぼ36cm×13cmの寸法を有する長方形であ
る。長方形の形状は、電解槽のチャンバーの中で形成し
た気泡の大きさおよび逃散に影響を与えると信じられる
ので、好ましい。その幅より大きい高さを有する電解槽
のチャンバーは、電解反応の間の電解液の中の小さい気
泡の形成を促進し、陽極表面における開路の発生の可能
性を最小とする。陽極板は、電解槽に所望の程度の構造
的剛性を与えるために十分な厚さを有することができ
る。好ましい態様において、陽極板はほぼ2mmの厚さを
有する。
電解槽の陽極から陰極に(第1図において左から右
に)動くとき、陽極密閉ガスケット14は陽極板12の表面
に隣接する。密閉ガスケットは、第3図に示すように、
ガスケットの中央部分に開口キャビティ16を有する弾性
材料のシートを含んでなることができる。密閉ガスケッ
トは複数のボルト孔18を含み、これらのボルト孔18は陽
極密閉ガスケットの周囲部分の回りに延び、陽極板の中
の複数のボルト孔に対応するパターンで配置されてい
る。陽極密閉ガスケットは、非導電性、耐熱性および化
学的に抵抗性である、構造的に弾性の材料から作ること
ができる。陽極密閉ガスケットの構成に適当な材料は、
シリコーンゴム、塩素化ポリ塩化ビニル(CPVC)、テフ
ロン(商標)などを包含する。好ましい態様において、
密閉ガスケットはスケジュール80CPVCから作られる。
電解槽内の電解液の有効な密閉を促進するために、陽
極密閉ガスケットの寸法は陽極板の寸法にほぼ類似する
ことができる。好ましい態様において、ほぼ40アンペア
の電流で作動する電解槽について、密閉ガスケットはほ
ぼ33cm×13cmの外側寸法を有し、そして開口キャビティ
はほぼ25cm×6cmの寸法を有することができる。第1図
および第2図に示すように、陽極密閉ガスケットを陽極
板よりわずかに小さくして、電解槽から延びる陽極板の
上部分との電気的接触を促進することが望ましい。
膜板20は陽極密閉ガスケット14の表面に隣接する。膜
板は、その表面を通る電解液の中に存在するカチオンの
移動を促進する透過性膜材料のシートを含んでなること
ができる。第4図に示すように、透過性膜シートの各表
面の周囲部分は、非導電性、耐熱性および化学的に抵抗
性である弾性材料22、例えば、シリコーンゴム、テフロ
ン(商標)などでコーティングすることができる。透過
性膜の周囲部分をコーティングして、透過性膜シートの
剛性を増強し、かつ電解液を通さない密閉を形成するた
めに陽極密閉ガスケットとインターフェースする非多孔
質表面を形成することが望ましい。
膜板20は陽極密閉ガスケット14と同一の全体的形状を
有するように構成して、陽極密閉ガスケットと有効な密
閉を形成して電解槽内に電解液を保持することができ
る。複数のボルト孔24は膜板の周囲部分の回りに延び、
陽極板12および隣接する陽極密閉ガスケット14の双方の
中のボルト孔のパターンに対応するパターンで配置され
ている。透過性膜26のコーティングされていない部分
は、大きさおよび形状が、陽極密閉ガスケットの中の開
口キャビティ16に対応することができる。したがって、
陽極密閉ガスケットに隣接して配置するとき、透過性膜
26のコーティングされていない部分は、大きさおよび形
状が、隣接する陽極密閉ガスケットの中の開口キャビテ
ィに対応する膜板の区域を占有する。透過性膜は、カチ
オン、例えば、ナトリウム(Na+)イオンなどを、その
表面を通して、移動させ、電解槽の中で所望の混合酸化
剤ガスを生成する電解反応を促進することができる、適
当な材料から作ることができる。適当な透過性膜は、商
標NAFION(デュポン・ケミカル製)で販売されているイ
オン透過性膜、または商標KANECARON(ナショナル・フ
ィルター・メディア、ユタ州ソルトレイクシティー製)
で市販されている非イオン性モダクリル材料から作られ
たものを包含する。好ましい態様において、透過性膜材
料はKANECARONである。好ましい態様において、透過性
膜材料はほぼ1mmの厚さを有する。
陰極密閉ガスケット28は膜板20の表面に隣接する。陰
極密閉ガスケットは陽極密閉ガスケット14のそれに類似
する大きさおよび形状を有することができる。したがっ
て、類似性の目的で、第3図は陰極密閉ガスケットを例
示する目的で言及することができる。陰極密閉ガスケッ
トは、ガスケットの中央に開口キャビティ(第3図にお
ける16に類似する)を有する弾性材料のシートを含んで
なる。複数のボルト孔(第3図における18に類似する)
は密閉ガスケットの周囲部分の回りに延び、隣接する膜
板20の中の複数のボルト孔24に対応するパターンで配置
されている。陰極密閉ガスケットは、陽極密閉ガスケッ
トの構成について前述した同一型の弾性、化学的に抵抗
性および耐熱性の材料から作ることができる。好ましい
態様において、陰極密閉ガスケットはシリコーン材料か
ら作られる。
好ましい態様において、陰極密閉ガスケット28は、陽
極密閉ガスケット14について前述した外側寸法および開
口キャビティの寸法にほぼ等しい、その外側寸法および
開口キャビティの寸法を有する長方形の形状である。し
たがって、膜板20の表面に隣接して配置するとき、陰極
密閉ガスケットの開口キャビティは、大きさおよび形状
が、透過性膜26の非コーティング部分に対応する。
陰極板30は陰極密閉ガスケット28の表面に隣接する。
陰極板は、導電性であり、電解液および電解槽内で生成
する電解生成物に対して抵抗性であり、そして電解槽内
に電解液を保持する構造部材として働くことができるよ
うに機械的に剛性である材料から作ることができる。陰
極板のために選択する材料は電気化学的に抵抗性である
必要はないので、この材料は導電性コーティングが要求
されない、十分な程度の導電性を有する。酸化反応は陽
極で起こりそして陰極で起こらないので、陰極板のため
に選択する材料は電気化学的に不活性であることは不必
要である。陰極板の構成に適当な材料は、ステンレス鋼
316L、ステンレス鋼317L、または254SMOステンレス鋼を
包含することができる。好ましい態様において、陰極板
は316L型ステンレス鋼から作ることができる。
陰極板は種々の形状、例えば、正方形、長方形、円形
などを有することができる。陰極板は陽極板12について
前述したのと同一の理由で長方形の形状であることが好
ましい。好ましい態様において、陰極板は隣接する陰極
密閉ガスケット28の外側寸法に類似する寸法を有する。
陽極板と同様に、陰極板はその表面の周囲部分の回りに
延び、隣接する陰極密閉ガスケット28の中の複数ボルト
孔に対応するパターンで配置された、複数のボルト孔
(図示せず)を含む。陰極板は電解槽に所望の程度の構
造的剛性を与えるために十分な厚さを有する。好ましい
態様において、陰極板はほぼ3mmの厚さを有する。
陽極板12、膜板20、陰極密閉ガスケット28、および陰
極板30を含んでなるアセンブリーは電解槽を形成する。
これらの要素は普通のファスナー、例えば、ボルト32を
使用して一緒に締結することができる。第1図および第
2図に示すように、絶縁板33を陽極密閉ガスケットの反
対の陽極板の表面に隣接させて、陽極板と陰極板との間
の電気的ショートが締結ボルトを経て発生するのを防止
することができる。絶縁板は、その周囲の回りに位置
し、陽極板の中の複数のボルト孔に対応するパターンで
配置された複数のボルト孔(図示せず)を有する非導電
性材料のシートを含んでなることができる。絶縁板は陽
極板より小さく、陽極密閉ガスケットの外側寸法にほぼ
等しい寸法を有する。好ましい態様において、絶縁板は
ポリ塩化ビニル(PVC)から作られる。さらに、陽極板
と陰極板との間の電気的ショートを防止するために、非
導電性材料で締結ボルトをコーティングするか、または
締結ボルトにスリーブをつけることが望ましい。
陽極チャンバー34は、電解槽において、陽極板、陽極
密閉ガスケット、および膜板により形成される。陽極チ
ャンバーは陽極密閉ガスケットの開口キャビティにより
定められた体積を含んでなる。同様に、陰極チャンバー
36は、電解槽において、陰極板、陰極密閉ガスケット、
および膜板により形成される。陰極チャンバーは陰極密
閉ガスケットの中の開口キャビティにより定められた体
積を含んでなる。
陽極チャンバーは、電流が流れるとき、所望の比率の
塩素含有ガス種を含んでなる混合酸化剤ガス39を生成す
る電解反応を行う、ある体積の電解液38を収容する。好
ましい態様において、陽極チャンバーはほぼ100mlの体
積を有する。陽極チャンバーの中の電解液を以後陽極液
という。同様に、陰極チャンバーは、電流が流れると
き、陰極チャンバーの中で水素を発生させる電解反応を
行う、ある体積の、異なる電解液40を収容する。好まし
い態様において、陰極チャンバーはほぼ100mlの体積を
有する。陰極チャンバーにおいて使用する電解液を以後
陰極液という。陽極チャンバーおよび陰極チャンバーの
ためのおおよその体積を開示したが、各チャンバーの体
積は、後述するように、変化することができる陽極板と
陰極板との間の間隔に依存する。
適当な陽極液は、任意の水溶性塩化物、例えば、塩化
ナトリウム(NaCl)、塩化カリウム(KCl)、塩化リチ
ウム(LiCl)、塩化ルビジウム(RbCl)、塩化セシウム
(CsCl)、塩化アンモニウム(NH4Cl)、塩化マグネシ
ウム(MgCl2)、塩化カルシウム(CaCl2)などを含んで
なる。適当な陽極液は、また、亜塩素酸塩、例えば、亜
塩素酸ナトリウム(NaClO2)を単独でまたは水溶性塩化
物塩に加えて含むことができる。亜塩素酸イオン(ClO2
-)が陽極液の中に存在するまで、二酸化塩素ガス(ClO
2)の電解的発生は起こらないので、陽極液はある量の
塩化物塩を含むことが望ましい。好ましい態様におい
て、陽極液は塩化ナトリウム(NaCl)を含む。陽極チャ
ンバーの中で起こる電解反応を促進するために、陰極液
の電解生成物が陽極液の電解生成物と容易に結合し、こ
うして混合酸化剤ガス39を形成する陽極チャンバーにお
ける反応を完結に推進するように、選択する陰極液は容
易に電解反応を行うべきである。好ましい態様におい
て、陰極液は水酸化ナトリウム(NaOH)を含み、この水
酸化ナトリウムは陰極チャンバーの中で水分子の電解を
経て形成したヒドロキシルイオン(OH-)と陽極チャン
バーの中でNaClの電解を経て形成したナトリウムイオン
(Na+)との間の反応生成物として形成される。したが
って、陰極液は本来水であるが、電解槽が作動すると、
急速に電解を行いそして反応して選択した特定の陽極液
の水酸化物類似体を形成する。
陽極液および陰極液の体積を通る電流の輸送に関連す
る電解槽の内部抵抗を最小するために、陽極板と陰極板
の間隔は一緒に密接な間隔を置いて配置することが望ま
しい。最小の内部電気抵抗を達成するために、陽極板お
よび陰極板は6mm〜7cmの範囲の距離で間隔を置いて配置
することができる。後述するように、この範囲内で陽極
板と陰極板とを間隔を置いて配置すると、また、それぞ
れ陽極チャンバーおよび陰極チャンバー内の陽極液およ
び陰極液の循環が促進される。所望の間隔は、陽極密閉
ガスケットおよび陰極密閉ガスケットの厚さを選択する
ことによって達成できる。好ましい態様において、陽極
板および陰極板はほぼ13mmの距離で間隔を置いて位置す
る。このような態様において、陽極密閉ガスケットおよ
び陰極密閉ガスケットの各々はほぼ6.5mmの厚さを有す
るであろう。
陽極液入口42は、第1図および第2図の下部付近に示
すように、陽極板の下端に位置し、陽極板を通して陽極
チャンバーの中に延びる。陽極液入口は、慣用手段、例
えば、ねじ接続、溶接接続などにより、陽極板に取り付
けることができる。陽極液入口は、陽極液輸送管44との
ねじ込み接続を収容するねじ込み嵌合を含む。陽極液入
口は、陽極チャンバーの中に陽極液を輸送するために陽
極密閉ガスケット14により妨害されないように、陽極板
の端から十分な距離を置いて位置する。
混合ガスおよび陽極液の出口46は、第1図および第2
図の上部付近に示すように、陽極板の上部に位置し、陽
極板を通して陽極チャンバーの中に延びる。陽極液入口
と同様に、陽極液出口は前述の慣用手段により陽極板に
取り付けることができる。混合ガス出口は、混合ガス輸
送管48とねじ込み接続のためのねじ込み嵌合を含む。
陽極液溜50は、前もって決定した体積の陽極液を収容
する陽極チャンバーに対して外部の密閉容器を含んでな
る。陽極液溜は陽極液を陽極チャンバーに供給し、そし
て陽極チャンバーの中で発生した混合酸化体ガスおよび
陽極チャンバーを通して循環する陽極液の双方を受取
る。陽極液溜および陽極チャンバーは、陽極液溜の中の
陽極液/陽極チャンバーの中の陽極液の比が5,000:1〜
1:1であるように構成することができる。第1の好まし
い態様において、陽極液溜はほぼ1リットルの体積を有
する。したがって、第1の好ましい態様において、陽極
液溜の中の陽極液/陽極チャンバーの中の陽極液の比は
ほぼ10:1である。陽極液溜は、常時陽極液で満たされて
いる溜の下端に位置する陽極液出口52を含む。陽極液出
口は、陽極板の陽極液入口42に接続された陽極液輸送管
44に接続されている。
陽極液溜はその上端に混合ガスおよび陽極液の入口54
を含み、この入口は陽極板の混合ガス出口46に接続され
た混合ガス輸送管48に接続されている。混合ガス入口
は、陽極液溜の中の陽極液の液面より下に存在するため
に十分な陽極液溜からの上部からの距離に位置する。混
合ガス入口を陽極液の液面より下に配置して、陽極チャ
ンバーからの混合酸化体ガスの回収、および陽極チャン
バーを通る陽極液の循環の双方を促進することが望まし
い。したがって、混合ガスは陽極液溜内の陽極液の中に
2相の流れで入り、ここでガスは液相から分離された
後、陽極液溜のガス出口56を経て溜から出る。
陽極液溜50は下部付近の陽極液供給入口58を含む。陽
極液供給入口は陽極液供給入口管60に接続されており、
この入口管は陽極液調製タンク62から延びかつそれに液
圧式に接続されている。陽極液調製タンクは、陽極液の
調製および貯蔵のために使用される閉じた容器を含んで
なる。陽極液供給入口管は、陽極液調製タンクの下部に
位置する陽極液排出出口64に接続されている。陽極液は
容器を開き、そして前もって決定した量の所望の水溶性
塩化物物質、すなわち、NaClを導入することによって調
製される。陽極液調製タンクは淡水入口66を含み、この
入口は陽極液調製タンクの上部付近に位置し、淡水源に
接続されている。所望ならば、液面制御装置を設置し
て、調製タンクの中への水の供給を制御して、その中の
陽極液の液面を一定に維持することができる。淡水を陽
極液調製タンクの中に導入することによって、水溶性塩
化物を溶解して溶液にする。陽極液調製タンク内に含有
される陽極液は飽和されていることが望ましい。飽和Na
Clの比重はほぼ1.19〜1.20である。
陽極チャンバーの中のNaCl陽極液がほぼ1:1の比重を
有するとき、すなわち、飽和されていないとき、混合酸
化体ガスを構成するCl2およびClO2ガスの所望の比率が
得られることが発見された。陽極液調製タンクおよび陽
極液溜の中の陽極液の比重の間の差は、陽極液調製タン
クから陽極液溜へ、陽極液供給入口管を経て、陽極液を
重力供給するために十分である。陽極液の液面を陽極液
溜の中の陽極液の液面より上に維持するか、または陽極
液調製タンクを陽極液溜より上にすることによって、陽
極液調製タンクの中の陽極液の圧力水頭を増加する必要
なしに、比重の差は重力供給を行うために十分である。
また、陽極液の中の塩化物イオン(Cl-)がClO2ガス
の前駆体である亜塩素酸イオン(ClO2 -)への変換が観
察されるとき、所望の比率のCl2およびClO2ガスが生成
することが発見された。したがって、ClO2ガスが発生す
るとき、亜塩素酸イオン(ClO2 -)は陽極液の中に存在
する。ClO2ガスの発生の証拠としてのClO2 -イオンの存
在は、下記において詳細に説明する。
飽和NaCl溶液を陽極液溜に供給して、陽極液溜および
陽極チャンバーの双方の中のNaCl溶液の比重を維持する
ことが望ましい。電解反応が進行するにつれて、Cl2
スの生成、およびNa+イオンの遊離および透過性膜を横
切る陽極チャンバーへのそれらの移行のために、陽極チ
ャンバー内に含有される陽極液の比重は減少する。飽和
NaCl陽極液溶液を陽極液調製タンクから陽極液溜の中に
連続的に導入することによって、陽極チャンバーの中の
陽極液の比重は前もって決定した範囲内に維持される。
陽極液溜の中に入る飽和NaClは、混合酸化剤ガスの好ま
しい組成を発生するために所望のレベルに、陽極液溜の
中の陽極液の比重を再供給または上昇させる働きをす
る。
陰極液入口68は、陰極板の下部付近に位置し、陰極板
を通して陰極チャンバーに延びる。陽極液入口と同様
に、陰極液入口は前述の慣用手段の使用により陰極板に
取り付けることができる。陰極液入口の口をねじ切りし
て、陰極液供給管70とのねじ込み接続を収容する。ガス
および陰極液の出口72は陰極板の上部付近に存在し、陰
極板を通して陰極チャンバーの中に延びる。ガスおよび
陰極液の出口は、ガスおよび陽極の出口について前述し
たのと同一の慣用の接続手段により、陰極に取り付ける
ことができる。ガス出口の口は、陰極チャンバーを通る
陰極液の循環および陰極チャンバーの中で発生したガス
73の電解槽からの自由な排出の双方を可能とする。ガス
出口はねじ切りして、ガス輸送管74とのねじ込み接続を
収容する。
陰極液は陰極液溜76の中に貯蔵される。陰極液溜はあ
る体積の陰極液を収容する密閉容器を含んでなる。陰極
液溜および陰極チャンバーは、陰極液溜の中の陰極液/
陰極チャンバーの中の陰極液の比が5,000:1〜1:1である
ように構成することができる。第1の好ましい態様にお
いて、陰極液溜はほぼ1リットルの体積を有する。した
がって、第1の好ましい態様において、陰極液溜の中の
陰極液/陰極チャンバーの中の陰極液の比はほぼ10:1で
ある。
陰極液溜は、陰極液で常時満たされている溜の下部付
近に陰極液出口78を含む。陰極液出口の口は、陰極板30
に接続された陰極液供給管70との接続のためにねじ切り
される。陰極液溜はその上端にガスおよび陰極液の入口
80を含む。ガス入口は陰極板30に接続されたガス輸送管
74との接続のためにねじ切りされる。好ましい態様にお
いて、ガス入口は溜の中の陰極液の液面より下に存在す
るために十分な陰極液溜の端からの距離に位置する。ガ
ス入口を陰極液の液面より下に配置して、陰極チャンバ
ーからのガスの回収、および陰極チャンバーを通る陰極
液の循環の双方を促進することが望ましい。陰極チャン
バーからの陰極液は陰極液溜の中に2相の流れで入り、
ここでガスは液相から分離された後、陰極液溜の上部の
陰極液溜ガス出口82を経て溜を出る。
好ましい態様において、陰極液溜内に含有されるNaOH
溶液は約1.05〜1.13の範囲の比重を有する。この範囲の
比重を有する陰極液は、陰極チャンバーの中に導入され
たとき、陽極チャンバーから、透過性膜26を通して、陰
極チャンバーの中への、最適な程度のNa+イオンの輸送
を促進することが示された。陽極チャンバーから陰極チ
ャンバーの中へのNa+イオンの輸送は酸化剤ガスの最適
な速度をもたらす、すなわち、陽極チャンバーの中の電
解反応は陽極チャンバーからのNa+イオンの除去により
完結へと推進される。約1.05より小さい比重を有する陰
極液は、透過性膜26を通るNa+イオンの選択した輸送の
実施に要求されるより大きい、透過性膜26を横切る濃度
勾配を提供する。むしろ、約1.05より小さい比重を有す
る陰極液を使用することによって生成した大きい濃度勾
配は膜を通る陽極液イオン、すなわち、NaClの輸送を生
じ、陽極チャンバーの中で発生する混合酸化体ガスの量
を減少する。約1.13より大きい比重を有する陰極液は、
陽極チャンバーから膜を通るNa+イオンの輸送を行うた
めに所望の透過性膜を横切る濃度勾配をつくらず、ま
た、陽極チャンバーの中に発生する混合酸化剤ガスの量
を減少する。
陰極液溜からのNaOH陰極液が陰極チャンバーの中に入
るにつれて、溶液の中に存在する水分子は電解されてH2
ガスおよびOH-イオンを発生する。OH-イオンおよびNa+
イオンは、陽極チャンバーから透過性膜を通して輸送さ
れ、陰極チャンバーを通して陰極液溜の中にガス輸送管
74を経て循環する。従って、電解槽の作動の間に、陰極
液溜内のNa+およびOH-イオンの濃度は増加し、陰極液の
比重を増加する。陰極チャンバーおよび陰極液溜の双方
において陰極液の所望の比重を維持するために、陰極液
溜は水の添加により陰極液を希釈のための淡水入口84、
および所望の陰極液の液面を維持しかつ過剰のNa+イオ
ンを陰極液溜から除去のための陰極液排出出口(図示せ
ず)を含む。
陰極液溜は、また、溜の中に入る水の量を陰極液の特
定の比重に基づいて調節する水調節手段を含むことがで
きる。水調節手段は、浮き秤り作動スイッチ、例えば、
磁気スイッチ、ホール効果トランスデューサ、可視型紫
外線検出器などを含んでなることができる。第1の好ま
しい態様において、水調節手段は浮き秤り86を含み、こ
れは、陰極液の比重が1.13より上より上昇すると、淡水
入口64から陰極液溜の中に水を排出する機構をトリガー
するレベルに上昇する。淡水が陰極液溜の中に入りそし
て陰極液の液面が上昇するにつれて、過剰のNa+イオン
は溜から陰極液排出出口を経てパージされる。いったん
陰極液の比重が所望の比重範囲に到達すると、浮き秤り
は下降し、溜の中への抽出の排出を遮断する。これは陰
極液溜の中の陰極液の比重を調節するただ1つの態様で
ある。したがって、陰極液の比重を調節する他の手段を
使用することもできることが理解される。
本発明の原理に従い構成された電解槽は、陽極板と陰
極板との間に3〜10ボルトの範囲の電圧差を印加するこ
とによって、陽極チャンバーにおいてCl2およびClO2
含んでなる混合酸化剤ガスを生成する。それぞれ陽極チ
ャンバーおよび陰極チャンバー内に含有される比較的小
さい体積の陽極液および陰極液(各チャンバーにおいて
ほぼ100ml)は、比較的低い内部抵抗を有する電解槽を
生ずる。この内部抵抗の減少は、引き続いて、陽極チャ
ンバーおよび陰極チャンバーにおいて所望の電解反応を
実施するために必要であるより、ほんのわずかに高い電
圧を使用する電解槽の作動を可能とする。
陽極チャンバーにおいて、陽極および陰極を横切って
印加される特定の電圧に依存して、NaClは多数の異なる
電解反応を行うと信じられる。いかなる特定の理論また
は機構にも束縛されたくないが、陽極チャンバーにおけ
るNaClは電解を行って、一連の競合電解反応を通して、
主としてCl2およびClO2を形成すると信じられる。反応
の1つの特徴は、前記一連の競合電解反応により発生し
た陽極液の中のClO2 -イオンの存在である。第5図は、
本発明の原理に従い構成された電解槽が定常状態で作動
しているとき、すなわち、ほぼ6ボルトの印加電圧およ
びほぼ40アンペアにおいてほぼ5分間作動させた後、陽
極チャンバーを通して循環した陽極液の紫外線分光光度
分析を例示する。第5図において、ClO2 -イオンの存在
はほぼ260nmの波長における吸収ピーク85により示さ
れ、ClO2 -についての特性紫外線光線はほぼ260nmであ
る。さらに、第4図は、また、ほぼ375nmの波長におけ
る吸収ピーク87により示される陽極液の中のClO2ガスの
存在を示し、ClO2ガスについての特性紫外線波長はほぼ
375nmである。
混合酸化剤ガスにおけるClO2/Cl2の好ましい比は、ほ
ぼ2/1である。このClO2/Cl2の比は望ましい。なぜな
ら、このような比を有する混合酸化剤ガスは、それを注
入した大量の水の中で、より多くのClO2 -およびClO3 -
オン生成し、これは水の中のより多くのカルシウム(C
a)イオンを捕捉してスケーリングを減少する働きをす
ることが発見されたからである。さらに、ClO2ガスはCl
2ガスよりも長く持続する酸化剤であるという利点を有
する。ClO2は、酸化剤として次亜塩素酸塩(OCl-)ほど
強くないが、取り扱いがより安全であり、そしてそれと
接触する装置、例えば、パイプ、ポンプ、熱交換器など
に対する有害ではないので、有益な適度の酸化剤であ
る。
電気化学的原理に従い、NaCl溶液はまず低い電圧にお
いて電解を行ってNa+イオンとCl-イオンを形成する。Na
+イオンは陽極チャンバーから透過性膜26の非コーティ
ング部分を通して移動しそして陰極チャンバーの中に入
る。電圧を増加するとき、Cl-イオンは他のCl-イオンと
結合して所望のCl2ガスを形成する。陽極板と陰極板と
の間に印加する電圧を増加すると、Cl2ガスは陽極液の
中のH2O分子と反応してHClOを形成する。さらに電圧を
増加すると、HClOは陽極液の中のH2O分子と反応してHCl
O2を形成する。この最後の反応を達成するために必要な
電圧の量は、約3〜10ボルトの範囲の電圧の差を陽極板
と陰極板との間を横切って印加することによって得られ
る。いったんHClO2が形成すると、それはほとんど瞬間
的に反応して所望のClO2ガスを形成する。なぜなら、HC
lO2の亜塩素酸塩成分からClO2ガスを形成する電解反応
を実施するために必要な電圧は、HClO2を形成するため
に必要な電圧より非常に低いからである。
これらの電気化学的原理は、それ以来本発明の原理に
従い構成された電解槽の作動によりよく支持されてい
る。第5図に示すように、定常状態の作動の間、電解槽
の陽極チャンバーを通して循環した陽極液はClO2ガス、
およびClO2ガスの前駆体であるClO2 -イオンの双方を含
むことが知られている。さらに、電解槽により製造され
るClO2ガス/Cl2ガスの比率は、陽極板と陰極板との間に
印加される電圧が増加するにつれて、増加することが知
られている。したがって、所望ならば陽極板と陰極板と
の間に印加される電圧を変化させることによって、ClO2
ガス/Cl2ガスの所望の比率を変化または調節することが
できるであろう。
陽極板と陰極板との間に印加される電圧の所望の範囲
を決定するとき、H2O2およびO3の双方の分子はClO2ガス
の生成を妨害しないので、H2Oの電解によりこれらの分
子を生成するほど電圧は高くないであろうことが決定さ
れた。ClO2ガスを生成する陽極板と陰極板との間に印加
される最小電圧はほぼ4.25ボルトより大きく、ClO2ガス
はほぼ6.25ボルトにおいて陽極チャンバーの中で生成す
る主要なガスであることが発見された。
陰極チャンバーの中に入るNaOH溶液は1系列の電解反
応を行うと信じられ、ここで陰極液のH2O分子はOH-イオ
ンとH2ガスを形成する。したがって、陽極チャンバーに
おける電解反応を完結まで推進するために、陰極チャン
バーにおける電解反応をまた完結まで推進させなくては
ならない。陰極における電解反応の化学量論のために、
陽極チャンバーにおいて生成する混合酸化体ガスの量よ
りも5〜6倍程度に多いH2ガスが陰極チャンバーにおい
て生成する。したがって、陽極チャンバーおよび陰極チ
ャンバーの双方における電解反応を完結に推進するため
に、H2ガスを陰極チャンバーからできるだけ効率よく輸
送することが必要である。
陰極チャンバーにおけるH2ガスの発生は発泡を引き起
こし、電解槽の作動の間に陰極液体積を増す。気泡が形
成するにつれて、それらは、第1図の上部に示すよう
に、陰極液を通して移動して蒸気空間88の中に入る。陰
極チャンバーにおけるH2ガスの効率よい収集を促進する
ために、蒸気空間を定める陰極密閉ガスケットの中の開
口キャビティの上部を凸形にすることができる。一般的
に三角形の上部を有する蒸気空間は陰極チャンバーから
のH2ガスの収集および輸送を促進すると信じられる。
さらに、ガスおよび陰極液の出口72およびガス輸送管
74の直径は、また、陰極チャンバーからのH2ガスの効率
よい除去を促進しかつH2ガスの気泡の大きさをコントロ
ールするように選択することができる。陰極チャンバー
における維持される小さい正圧は、H2ガスの小さい気泡
の形成を促進し、これにより陰極表面において発生する
開回路の可能性を最小とするので、望ましい。
陰極液溜に輸送されたH2はガス出口82を経て溜から除
去され、そして大気へ排気するか、または貯蔵しそして
販売することができる。陰極チャンバーにおける効率よ
い電解を促進するために、H2ガスは陰極チャンバーを通
るH2気泡の移動を維持するために十分な速度で陰極液溜
から除去することが望ましい。好ましい態様において、
H2ガスの除去速度はH2ガスの発生速度を越えないように
し、こうして気泡の大きさをコントロールするために小
さい量の正圧が陰極チャンバーにおいて維持されるよう
にすることが望ましい。
陰極液溜76の中の陰極液は、種々の輸送手段、例え
ば、重力供給、ポンプなどにより、陰極チャンバーに供
給することができる。第1の好ましい態様において、陰
極液は重力により供給する。陰極チャンバーの中への陰
極液の流れを保証するために、陰極液溜の中の陰極液の
液面を陰極チャンバーの中の陰極液の液面より高くす
る。陰極液溜の中の陰極液と陰極チャンバーの中の陰極
液との間の十分な水頭差は、第1図に示すように、陰極
液溜を電解槽より上に上昇させることによって得ること
ができる。第1の好ましい態様において、少なくとも25
mmの高さの差は所望の水頭差を与えるために十分であ
る。
H2ガスの気泡(陰極チャンバーにおける電解により形
成された)を陰極液の体積を通して上向きに移動させ、
「陰極液のリフト」の1つの型として働かせ、陰極液の
上向きの循環を誘発させることによって、陰極液を連続
的に陰極チャンバーを通して循環させることができる。
陰極チャンバーを通して陰極液を循環させるH2ガスの気
泡の能力を最大にするために、陰極板を膜板20に密接さ
せ、したがって対向する陽極板に密接させて配置するこ
とが望ましい。陰極板と陽極板が前述の距離の範囲内で
間隔を置いて配置されるとき、所望の程度の陰極液の循
環は達成される。
陽極液溜50の中の陽極液は、種々の輸送手段、例え
ば、重力供給ポンプなどにより、陽極チャンバーに供給
することができる。第1の好ましい態様において、陽極
液溜の中の陽極液は重力により陽極チャンバーに供給す
る。陽極チャンバーの中への陽極液の流れを保証するた
めに、陽極液溜の中の陽極液の液面を陽極チャンバーの
中の陽極液の液面より高くする。陽極液溜の中の陽極液
と陽極チャンバーの中の陽極液との間の十分な水頭差
は、第1図に示すように、陽極液溜を電解槽より上に上
昇させることによって得ることができる。第1の好まし
い態様において、少なくとも25mmの高さの差は所望の水
頭差を与えるために十分である。
Cl2およびClO2ガスの気泡(陽極チャンバーにおける
電解により形成された)を陽極液の体積を通して上向き
に移動させ、「陽極液のリフト」の1つの型として働か
せ、陽極液の上向きの循環を誘発させることによって、
陽極液を連続的に陽極チャンバーを通して循環させるこ
とができる。陽極チャンバーを通して陽極液を循環させ
るCl2およびClO2ガスの気泡の能力を最大にするため
に、陽極板を膜板に密接させ、したがって対向する陰極
板に密接させて配置することが望ましい。陽極板と陰極
板が前述の距離の範囲内で間隔を置いて配置されると
き、所望の程度の陽極液の循環は達成される。さらに、
陽極液は陽極チャンバーにおいて起こる電解反応からの
熱エネルギーの解放による熱対流により、陽極チャンバ
ーを通して循環される。
陽極チャンバーからの陽極液溜に輸送される混合酸化
剤ガスは陽極液溜を通して移動し、そして陽極液溜のヘ
ッド空間の中に集められる。集められたガスは、処理す
べき大量の水の中への導入のために、混合ガス出口を経
て陽極液溜から抜き出される。好ましい態様において、
混合ガス出口56は、処理を必要とする水のための循環配
管に取り付けられたベンチュリ管へ管で接続されてい
る。ベンチュリ管を通して水を循環させ、混合酸化体ガ
スを陽極液溜から除去しそして水の中に注入することに
よって、混合酸化体ガスは水の中に入る。この方法で構
成することによって、電解槽を使用して処理を必要する
水の循環系の中に混合酸化体ガスを注入して、生物学的
活性、腐蝕、およびスケーリングに対する所望程度の保
護を提供するレベルの混合酸化体ガスを維持することが
できる。
陽極チャンバーの中の小さい正圧を維持するために、
混合酸化体ガスの発生速度より遅い速度で混合酸化体ガ
スを陽極液溜から除去することが望ましい。陽極チャン
バーにおける小さい正圧の維持は、陽極における小さい
気泡の形成を促進し、陽極表面における開路の発生の可
能性を最小にする働きをする。
陽極チャンバーにおいて起こる電解反応は、大量の熱
を解放することが知られている。この熱は究極的には陽
極板および陽極液に輸送され、これは、除去しないと、
究極的に陽極液を沸騰させることがある。陽極液の沸騰
は望ましくない。なぜなら、陽極液の中の気泡の形成は
陽極板と陽極液との間の接触の程度を効果的に減少し、
電解槽の効率を低下させるからである。陽極チャンバー
において発生した熱は、種々のよく知られている熱管理
装置、例えば、ヒートシンク、例えば、陽極板表面に取
り付けらたヒートシンク、熱交換器、例えば、陽極チャ
ンバーと陽極液溜との間の陽極液循環流とインラインで
取り付けられた熱交換器などにより除去することができ
る。好ましい態様において、第1図に示すように、冷却
水ライン90を陽極液溜の中にかつそれを通してルーチン
グして陽極チャンバーの中に入る陽極液を冷却すること
によって、陽極チャンバーにおいて発生した熱はコント
ロールされる。
第1の好ましい態様において、ほぼ6ボルトの電圧は
電解槽を通る約15〜50アンペアの所望の電流を提供する
ために十分である。前記の寸法をもちかつほぼ40アンペ
アで作動する電解槽は、1500トンの冷却塔に相当する工
業用水の用途において生物学的活性、腐蝕、およびスケ
ーリングを効果的に抑制するために十分な量の混合酸化
剤ガスを発生することが発見された。
陽極板と陰極板との間に前もって決定した電圧を印加
した後、電解反応は陽極チャンバーおよび陰極チャンバ
ーの双方において開始する。電気化学的系が平衡を達成
する時間を反映する、ほぼ5分後に所望の速度および割
合のCl2およびClO2ガスが陽極チャンバーにおいて発生
することが発見された。わずかに比較的短い時間後に平
衡を達成する能力は、電解槽の構成、すなわち、陽極チ
ャンバーおよび陰極チャンバーにおける小さい有効電解
液体積のためである。
平衡を達成する時間は、電解槽を遮断した後、それぞ
れ、陽極チャンバーおよび陰極チャンバーの中の陽極液
および陰極液の平衡状態を保存することによって、減少
することができる。所望ならば、陽極液および陰極液の
平衡状態は、混合ガス輸送管48およびガス輸送管74の双
方の中に弁(図示せず)を設置することによって保存す
ることができる。電解槽の作動後、これらの弁を閉じる
ことによって、混合酸化体ガスおよびH2ガスはそれぞれ
の陰極チャンバーおよび陽極チャンバー内に保持され
る。各チャンバー内のガスの保持は、所望のガス種が既
に存在するので、平衡を達成するために要求される時間
を減少する働きをする。また、このような弁は陽極液溜
ガス出口56およびガス出口82の中に設置して、同様な結
果を得ることができる。このような弁を使用することに
よって、始動時間における平衡の達成に必要な時間を75
%程度減らすことができる。
それぞれの陽極チャンバーおよび陰極チャンバーに対
して外部の陽極液溜および陰極液溜を有する電解槽は、
一体の溜およびチャンバーを含んでなる電解槽を越えた
いくつかの明確な利点を有する。外部の電解液の使用
は、電解液の体積が減少した陽極チャンバーおよび陰極
チャンバーを有する電解槽の構成を可能とし、電解槽の
内部抵抗を減少し、そして電解槽の電気効率を増加す
る。外部の電解液溜の使用は、電解槽が小さいかつそれ
を使用する作業が複雑でないので、電解槽の有効なメン
テナンスおよびサービスを促進する。外部の電解液溜の
使用は、効率よい混合酸化剤ガスの発生を促進するため
に、平衡状態をくつがえさないことが望ましい陽極チャ
ンバーからでなく、陽極液溜からの、混合酸化剤ガスの
抜き出しを可能とする。したがって、外部の陽極液溜は
ある型の緩衝器として作用し、陽極チャンバーにおける
潜在的な平衡の崩れを最小とする。
陽極液溜および陰極液溜の体積はそれぞれ陽極チャン
バーおよび陰極チャンバーに関して大きいので、陽極液
溜および陰極液溜は緩衝器として作用して各チャンバー
内で起こる比重の変動を最小にする。第1の好ましい態
様について、各溜とそのそれぞれの電解槽チャンバーと
の間のほぼ10:1の体積差は、各チャンバーにおける起こ
る電解プロセスの作用から各チャンバーの中に入る電解
液を緩衝する。したがって、外部の陽極液溜および陽極
液溜を使用すると、各チャンバーは一定の前もって決定
した組成を有する電解液を受取ることができ、混合酸化
体ガスの所望の組成および量を発生する電解槽の能力は
最適化する。
電解槽の制限された態様を本明細書において記載した
が、多数の変更および変化は当業者にとって明らかであ
ろう。例えば、双極極板を使用する電解槽を構成できる
ことは本発明の範囲内であることを理解すべきである。
第6図は、陽極板14と膜板20との間に介在する双極極板
92を含んでなる電解槽の態様を図解する。このような態
様において、双極極板は陽極チャンバーにおける電解に
より所望比率のClO2およびCl2ガスの収量を改良するた
めに使用できる。
双極極板は、陽極液に対して化学的に抵抗性でありか
つ陽極チャンバーの中で起こる電解反応に対して電気化
学的に抵抗性である、構造的に剛性の材料から作ること
ができる。さらに、陽極チャンバーを通る陽極液の循環
を促進するために、双極極板はその表面を通して複数の
開口を含むことが望ましい。陽極チャンバーの中の所望
の電解反応を促進するために、双極極板の両側は導電性
コーティングを含むことが望ましい。適当な導電性コー
ティングは、陽極板のコーティングのために前に望まれ
たのと同一の種類の材料を包含する。双極極板を使用す
る好ましい態様において、双極極板はエキスパンデッド
チタンから作られそしてイリジウム材料でコーティング
されている[エルテク(Eltech)(オハイオ州チャード
ン)製、製品名EC600]。
第7図は、開口キャビティの16の一部分を横切って延
びる双極極板92を含んでなる、前に記載された陽極密閉
ガスケット14の態様を図解する。双極極板は、タングお
よびみぞの配置などにより陽極密閉ガスケットの開口キ
ャビティ内に保持することができる。双極極板は全体の
開口キャビティ16を横切って延びそしてそれをカバーす
ることができるか、または開口キャビティを部分的にの
み延びることができる。第7図に示すように、陽極密閉
ガスケットの上部半分に双極極板を設置することによっ
て、所望の混合酸化体ガスの最適な生成を得られること
が発見された。第7図に図解する陽極密閉ガスケットの
態様は、双極極板の設置を除外して、前に記載しそして
第3図に図解した陽極密閉ガスケットとすべての面にお
いて類似することを理解すべきである。
第8図は、本発明の原理に従い構成された電解槽の第
2態様を図解する。電解槽94の第2の好ましい態様は、
前述のそして第1図に図解する電解槽の第1の好ましい
態様に類似し、電解槽の陽極チャンバー98から外部であ
りそしてそれに液圧式に接続された陽極液溜96、陽極液
溜96から外部でありそしてそれに液圧式に接続された陽
極液調製タンク100、および電解槽の陰極チャンバー104
から外部でありそしてそれに液圧式に接続された陰極液
溜102を含んでなる。電解槽は、第1の好ましい態様に
ついて前述しかつ図解した方法と同一の方法で構成され
る。
電解槽の第2の好ましい態様は第1態様と異なり、陰
極液溜102は磁気リードスイッチの形態の比重センサー1
06を含み、このスイッチは、陰極液の比重が前もって決
定した値に到達したとき、水を陰極液溜の中に流れさせ
ることによって陰極液溜の中への淡水の計量分配を調節
し、そして比重濃度が前もって決定した値に戻ったと
き、陰極液溜への淡水の流れを遮断するように作動す
る。陰極液溜は、また、陰極液の温度を前もって決定し
た温度のウィンドウ内に維持するために、その中に配置
された冷却コイル106の形態の陰極液冷却手段を含む。
冷却コイルを通して移動する冷媒は、どちらが所望の冷
却温度あるかにかかわらず、電解槽により処理されてい
る母体水または調製水の形態の水を包含することができ
る。好ましい態様において、陰極液溜内に含有される陰
極液は65〜90゜F(18〜32℃)の温度範囲内に維持する
ことが望ましい。
さらに、電解槽の第2態様は、それぞれ、陽極液溜96
および陰極液溜102の双方において第1態様と異なり、
これらの溜はほぼ3リットルの増加した体積を有する。
溜体積の増加はより大きい冷却可能な陰極液および陽極
液を収容し、これは引き続いて、それぞれ陽極チャンバ
ーおよび陰極チャンバーの中に入る陽極液または陰極の
温度の変動を最小とするヒートシンクとして働く。各そ
れぞれ陽極液溜および陰極液溜内の陽極液および陰極液
の体積の増加は、また、電解槽の陽極チャンバーおよび
陰極チャンバー内で起こる電解反応による、各それぞれ
の溜の中の陽極液および陰極液に対する比重変化の程度
を減少し、これにより、電解槽の円滑かつ中断しない作
動を促進する。
さらに、電解槽の第2態様は第1態様と異なり、陽極
液溜は陰極液溜について前述したのと同一の型の比重セ
ンサー110を含む。比重センサーは陽極液計量ポンプ112
の活性化を加速するように作動し、このポンプは陽極液
調製タンク100の下部に位置する陽極液排出出口116から
延びる陽極液供給入口管114に接続されたその入口端を
有し、そして陽極液溜96に延びる陽極液供給入口管118
に接続されたその出口端を有する。ポンプ112は、作動
の間に電解槽94が消費する陽極液の量に従い、陽極液調
製タンク100の中に貯蔵された飽和NaCl溶液を陽極液溜9
6に計量された量で供給する。第2の好ましい態様にお
いて、ポンプ112は陽極液を陽極液溜に0.1〜0.6リット
ル/24時間(0.5〜2ガロン/日)の範囲の流量で計量分
配するように構成されている。しかしながら、陽極液の
選択される計量分配流量は多数の変数、例えば、電極板
間に印加した電圧、透過性膜の状態、陽極液の比重など
に依存することを理解すべきであり、したがって、この
範囲内で変化することを理解すべきである。
比重センサー110は、前もって決定した比重値が維持
されるように、陽極液溜96内に含有される陽極液の比重
値に従い、ポンプ112の計量流量を増加および/または
減少するように作動する。例えば、センサーが陽極液の
比重が前もって決定した値より低いことを検出した場
合、ポンプは陽極液の計量流量を増加するように活性化
される。逆に、センサーが陽極液の比重が前もって決定
した値より高いことを検出した場合、ポンプは陽極液の
計量流量を減少するように活性化される。特定の比重セ
ンサーを第2の好ましい電解槽の態様について記載しか
つ図解したが、他の型のセンサー、例えば、第1の好ま
しい態様について前述したもの、を使用することができ
る。
さらに、電解槽の第2の態様は、陽極液調製タンク10
0の中に設置された、浮き弁などの形態の水調節手段
(図示せず)を含むことができ、この手段はタンク内の
淡水の計量分配を調節することによってタンク内の飽和
陽極液の液面を前もって決定したレベルに維持するよう
に作動する。
第9図は、本発明の原理に従い構成された電解槽124
を含んでなる第1の好ましい多電解槽の態様122を図解
する。各電解槽124は各地の電解槽と同一でありそし
て、前に記載しかつ図解した第1の好ましい態様の電解
槽と、同一方法で構成されておりそして同一の寸法を有
する。各電解槽の陽極板128から延びる陽極液入口126は
並列に陽極液供給マニホールド130に液圧式に接続され
ており、このマニホールドは引き続いて陽極液輸送管13
2を経て陽極液溜136の陽極液出口134に液圧式に接続さ
れている。陽極液は並列流で陽極液溜136から輸送管132
およびマニホールド130を経て各電解槽の陽極チャンバ
ーに計量分配される。
各電解槽の陽極板128から延びる混合ガス出口140は混
合ガスマニホールド142に並列に液圧式に接続されてお
り、このマニホールドは引き続いて混合ガス輸送管146
を経て陽極液溜の混合ガスおよび陽極液の入口146に液
圧式に接続されている。混合ガスは各電解槽の陽極チャ
ンバーから並列流で輸送管144およびマニホールド142を
経て各電解陽極液溜136に輸送される。
各電解槽の陰極板150から延びる陰極液入口148は並列
に陰極液供給マニホールド152に液圧式に接続されてお
り、このマニホールドは引き続いて陰極液輸送管154を
経て陰極液溜158の陰極液出口156に液圧式に接続されて
いる。陰極液は並列流で陰極液溜158から輸送管154およ
びマニホールド152を経て各電解槽の陰極チャンバーに
計量分配される。
各電解槽の陰極板154から延びるガスおよび陰極液の
出口162はガスおよび陰極液のマニホールド164に並列に
液圧式に接続されており、このマニホールドは引き続い
てガスおよび陰極液輸送管166を経て陰極液溜158のガス
および陰極液および陰極液の入口168に液圧式に接続さ
れている。ガスおよび陰極液は各電解槽の陰極チャンバ
ーから並列流で輸送管166およびマニホールド164を経て
各電解陰極液溜158に輸送される。
それぞれ、陽極液溜136および陰極液溜158の各々は、
第1および第2の好ましい単一の電解槽の態様について
前述した体積より大きい体積を有して、多数の電解槽の
使用に関連する、増加した陽極チャンバーおよび陰極チ
ャンバーの体積を容易にし、そして増加した流量の陽極
液および陰極液を収容するような大きさである。好まし
い第1の多電解槽の態様において、陽極液溜および陰極
液溜の各々はほぼ22リットルの体積を有する。このよう
な体積を有するように構成された陽極液溜および陰極液
溜は、陽極液および陰極液の温度のよりよい制御を提供
するヒートシンクとして作用し、そして各電解槽の陽極
チャンバーおよび陰極チャンバーの双方において起こる
電解反応に固有の比重変化の作用を緩衝するように作用
する体積の陽極液および陰極液を収容する。
それぞれ、陽極液チャンバー136および陰極液チャン
バー158の各々は、第1および第2の好ましい単一の電
解槽の態様について前に記載しそして図解したのと同一
の方法で構成されており、各々は冷却コイル170および1
72、および比重センサー174および176を含んでなる。各
それぞれの陽極液溜および陰極液溜とともに使用する比
重センサーは、第2の好ましい単一の電解槽の態様につ
いて前述したのと同一の機能を働く、すなわち、陽極液
調製タンク(図示せず)から陽極液計量ポンプ178およ
び陽極液供給入口180を経る陽極液溜136への計量流を調
節し、そして淡水入口182を経る陰極液溜158の中への淡
水の計量分配を調節する。第1の好ましい多電解槽の態
様において、計量ポンプ178は陽極液を陽極液溜に0.2〜
1.1リットル/24時間(1〜4ガロン/日)の範囲で計量
分配するように構成されている。
第1の好ましい多電解槽の態様の電解槽124は、電気
的に並列に接続されており、そして電解槽を横切ってほ
ぼ30ボルトの合計の電圧を印加することによって混合酸
化体ガスを発生するように作動し、これは各電解槽の陽
極および陰極を横切ってほぼ6ボルトの電圧を提供す
る。30ボルトの印加は、電解槽を通して約75〜250アン
ペアの所望の合計電流、または各電解槽を通して約15〜
50アンペアの電流を提供するために十分である。この態
様の原理に従い構成された第1の好ましい多電解槽の態
様は単一の電解槽のほぼ5倍の量の混合酸化剤ガスを発
生し、したがって、1つの用途において7,500トンの冷
却塔を処理するために使用できる。
第11図は、5つの電解槽186を含んでなる第2の好ま
しい多電解槽の態様184を図解する。第2の好ましい多
電解槽の態様は、各電解槽の陽極チャンバーおよび陰極
チャンバーからの、それぞれ、陽極液、混合ガス、陰極
液、およびガスおよび陰極液の輸送を促進するために、
マニホールド130、142、152および164を使用しない以
外、前述の第1の好ましい多電解槽の態様と同一であ
る。むしろ、陽極液は独立の陽極液輸送管190により各
電解槽186の陽極チャンバーに供給され、陽極液輸送管1
90は陽極板194から延びる陽極液入口192に一方の端にお
いて液圧式に接続されており、そして反対の端において
陽極液溜198の中の陽極液出口196に接続されている。陽
極液溜198は各電解槽の陽極液入口192との液圧式接続を
行うために等しい数の独立の陽極液出口196を有し、こ
れにより、陽極液供給マニホールドの必要性を排除する
ように構成されている。
各電解槽の陽極板194から延びる混合ガス出口200は、
混合ガス輸送管202を経て陽極液溜の混合ガス入口204に
液圧式に接続されている。陽極液溜198は各電解槽の混
合ガス出口200との液圧式接続を行うために等しい数の
独立の混合ガス入口204を有し、これにより、混合ガス
のマニホールドの必要性を排除するように構成されてい
る。
第2の好ましい多電解槽の態様において、陰極液は各
電解槽186の陰極チャンバーに陰極液輸送管208により供
給され、この陰極液輸送管は陰極板212から延びる陰極
液入口(図示せず)に一方の端において液圧式に接続さ
れており、そして反対の端において陰極液溜216の中の
陰極液出口214に接続されている。陰極液溜216は各電解
槽の陰極液入口210との液圧式接続を行うために等しい
数の独立の陰極液出口214を有し、これにより、陰極液
供給マニホールドの必要性を排除するように構成されて
いる。
各電解槽の陰極板212から延びるガスおよび陰極液の
出口(図示せず)は、ガスおよび陰極液の輸送管220を
経て陰極液溜のガスおよび陰極液の入口222に液圧式に
接続されている。陰極液溜216は各電解槽のガスおよび
陰極液の出口との液圧式接続を行うために等しい数の独
立のガスおよび陰極液の入口222を有し、これにより、
ガスおよび陰極液のマニホールドの必要性を排除するよ
うに構成されている。
電解槽、陽極液溜、陰極液溜、陽極液調製タンク(図
示せず)、および飽和陽極液計量ポンプの各々は、第1
の好ましい多電解槽の態様について前述したのと同一の
方法で構成されている。さらに、第2の好ましい多電解
槽の態様における電解槽は、第1の好ましい多電解槽の
態様と同様に、また、並列に電気的に接続されており、
したがって、同一方法において、すなわち、5つの電解
槽を横切ってほぼ30ボルトの合計電圧および合計75〜25
0アンペア、又は各電解槽を横切ってほぼ6ボルトで15
〜50アンペアを印加して作動する。
第1および第2の好ましい5つの電解槽を含んでなる
多電解槽の態様を詳しく記載しそして図解したが、本発
明に従い組み合わせることができる本発明の原理に従い
構成された個々の電解槽の数は限定を意味しないことを
理解すべきである。例えば、5つより大きいまたは小さ
い数の電解槽を組み合わせて、特定の用途における処理
の要求を満足するために十分な発生速度の混合酸化体ガ
スを提供することができる。
また、混合酸化体ガスの発生速度を増加するために多
電解槽を使用するよりむしろ、拡大された寸法の単一の
電解槽を本発明の原理に従い構成することができる。し
たがって、例えば、第1および第2の好ましい単一の電
解槽の態様の5倍の表面積を有する単一の電解槽の態様
を使用して、5つの電解槽を含んでなる第1および第2
の好ましい多電解槽の態様とほぼ同一の発生速度の混合
酸化体ガスを提供することができるであろう。単一の拡
大された電解槽を構成するか、または多数の小さい電解
槽を組み合わせるかどうかの選択は、究極的には、1ま
たは2以上の電解槽のための空間の制限および製作原価
の差により推進される決定である。
したがって、添付した請求の範囲の範囲内で、本発明
の原理に従い構成される電解槽は本明細書において詳し
く説明した以外に具体化することができることを理解す
べきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−158883(JP,A) 特開 平6−81181(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25B 1/00 - 15/08

Claims (30)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】各電解槽が、 一方端の陽極板と、反対端の透過性膜と、それらの間に
    介在する第1の密閉ガスケットとによって画定される陽
    極チャンバー、 一方端の陰極板と、反対端の前記透過性膜と、それらの
    間に介在し、前記透過性膜により前記第1の密閉ガスケ
    ットから切り離されている第2の密閉ガスケットとによ
    って画定されている、前記陽極チャンバーに隣接した陰
    極チャンバー、 前記陽極チャンバーの外部に位置し、ある体積の陽極液
    をその中に収容する陽極液溜、ここで前記陽極液溜は陽
    極チャンバーに接続されていて陽極液をそれへ循環させ
    そしてそれから混合酸化剤ガスを受け取る、 前記陰極チャンバーの外部に位置し、ある体積の陰極液
    をその中に収容する陰極液溜、ここで前記陰極液溜は陰
    極チャンバーに接続されていて陰極液をそれへ循環させ
    そしてそれからガスを受け取る、 前記陽極液溜内に含有される陽極液を前もって決定した
    比重に維持する手段、 前記陰極液溜内に含有される陰極液を前もって決定した
    比重に維持する手段、 を含んでなる、大量の水を処理するための混合酸化剤ガ
    スを発生する少なくとも1つの電解槽。
  2. 【請求項2】前記陽極液溜および前記陽極チャンバーの
    外部に位置し、ある体積の飽和陽極液をその中に含有す
    る陽極液調製タンクを含んでなり、ここで前記陽極液調
    製タンクは前記陽極液溜に接続されていてそれへの飽和
    陽極液の輸送を促進する、請求項1に記載の電解槽。
  3. 【請求項3】前記陽極液調製タンクと前記陽極液溜との
    間にポンプを含んでなり、そして前記ポンプは前もって
    決定した流量に従い飽和陽極液を計量分配するように構
    成されている、請求項2に記載の電解槽。
  4. 【請求項4】前記陽極液溜内の陽極液を前もって決定し
    た比重に維持する手段が、前記陽極液溜内に配置され、
    作動させられたときポンプの流量を調節する比重センサ
    ーを含んでなる、請求項3に記載の電解槽。
  5. 【請求項5】前記陰極液溜内の陰極液を前もって決定し
    た比重に維持する手段が、前記陰極液溜内に配置され、
    作動させられたとき前記陰極液溜の中への淡水の計量分
    配を引き起こす比重センサーを含んでなる、請求項1に
    記載の電解槽。
  6. 【請求項6】多数の電解槽を含んでなり、ここで各電解
    槽の陽極チャンバーが陽極チャンバーの外部に位置する
    共通の陽極液溜に、陽極液溜から陽極チャンバーへの陽
    極液の輸送を行いそして陽極チャンバーから陽極液溜へ
    の混合ガスおよび陽極液の輸送を行うように接続されて
    いる、請求項5に記載の電解槽。
  7. 【請求項7】多数の電解槽を含んでなり、ここで各電解
    槽の陰極チャンバーが陰極チャンバーの外部に位置する
    共通の陰極液溜に、陰極液溜から陰極チャンバーへの陰
    極液の輸送を行いそして陰極チャンバーから陰極液溜へ
    のガスおよび陰極液の輸送を行うように接続されてい
    る、請求項6に記載の電解槽。
  8. 【請求項8】陽極板、 前記陽極板に対向する陰極板、 前記陽極板と前記陰極板との間に介在する透過性膜、 前記陽極板と前記透過性膜との間に介在する陽極密閉ガ
    スケットであって、中央のキャビティを有し、向かい合
    う前記陽極板の表面と前記透過性膜の表面との間でこの
    キャビティ内に、ある体積の陽極液を収容する陽極チャ
    ンバーを形成する陽極密閉ガスケット、 前記陰極板と前記透過性膜との間に介在する陰極密閉ガ
    スケットであって、中央のキャビティを有し、向かい合
    う前記陰極板の表面と前記透過性膜の表面との間でこの
    キャビティ内に、ある体積の陰極液を収容する陰極チャ
    ンバーを形成する陰極密閉ガスケット、 前記陽極チャンバーの外部に位置しそして前記陽極チャ
    ンバーに液圧式に接続され、前もって決定した比重の陽
    極液を前記陽極チャンバーに循環させ前記陽極チャンバ
    ーから混合酸化剤ガスを受け取る陽極液溜、 前記陽極液溜および前記陽極チャンバーの外部に位置し
    そして前記陽極液溜に液圧式に接続され、飽和陽極液を
    前記陽極液溜に供給する陽極液調製タンク、 飽和陽極液を前もって決定した流量で前記陽極液調製タ
    ンクから前記陽極液溜に輸送する手段、および 前記陰極チャンバーの外部に位置しそして前記陰極チャ
    ンバーに液圧式に接続され、前もって決定した比重の陰
    極液を前記陰極チャンバーに循環させ前記陰極チャンバ
    ーからガスを受け取る陰極液溜、 を含んでなる、混合酸化剤ガスを発生する少なくとも1
    つの電解槽。
  9. 【請求項9】前記陰極液溜への淡水の計量分配を調節し
    て、前記陰極液溜内の陰極液を前もって決定した比重に
    保持する手段を含んでなる、請求項8に記載の電解槽。
  10. 【請求項10】前記飽和陽極液を輸送する前記手段が前
    記陽極液調製タンクと前記陽極液溜との間に設置された
    ポンプを含んでなる、請求項8に記載の電解槽。
  11. 【請求項11】前記陽極液溜が前記陽極液溜内の陽極液
    の比重を監視するセンサーを含んでなり、そして比重が
    前もって決定した値より下になったときポンプの流量を
    増加するようにスイッチが構成されている、請求項10に
    記載の電解槽。
  12. 【請求項12】前記陽極液溜がその中に含有される陽極
    液を前もって決定した温度に保持する冷却コイルを含ん
    でなる、請求項8に記載の電解槽。
  13. 【請求項13】前記陰極液溜がその中に含有される陰極
    液を前もって決定した温度に保持する冷却コイルを含ん
    でなる、請求項8に記載の電解槽。
  14. 【請求項14】前記陽極チャンバー内に配置された双極
    極板を含んでなる、請求項8に記載の電解槽。
  15. 【請求項15】多数の電解槽を含んでなり、ここで各電
    解槽の陽極チャンバーおよび陰極チャンバーが、各陽極
    チャンバーへ陽極液を輸送しそして各陽極チャンバーか
    ら混合ガスを受取る陽極液溜および各陰極チャンバーへ
    陰極液を輸送しそして各陰極チャンバーからガスを受取
    る陰極液溜に液圧式に接続されている、請求項8に記載
    の電解槽。
  16. 【請求項16】各陽極チャンバーと前記陽極液溜との間
    に接続され、陽極液の輸送を促進する陽極液マニホール
    ドと、各陰極チャンバーと前記陰極液溜との間に接続さ
    れ、陰極液の輸送を促進する陰極液マニホールドとを含
    んでなる、請求項15に記載の電解槽。
  17. 【請求項17】各陽極チャンバーと前記陽極液溜との間
    に接続され、混合ガスおよび陽極液の輸送を促進する混
    合ガスマニホールドと、各陰極チャンバーと前記陰極液
    溜との間に接続され、ガスおよび陰極液の輸送を促進す
    るガスおよび陰極液のマニホールドとを含んでなる、請
    求項16に記載の電解槽。
  18. 【請求項18】前記陽極液溜が各電解槽のそれぞれの陽
    極チャンバーへの陽極液の輸送を行うために前記陽極チ
    ャンバーと液圧式に接続するために十分な数の個々の陽
    極液出口の口を含んでなり、そして前記陰極液溜が各電
    解槽のそれぞれの陰極チャンバーへの陰極液の輸送を行
    うために前記陰極チャンバーと液圧式に接続するために
    十分な数の個々の陰極液出口の口を含んでなる、請求項
    15に記載の電解槽。
  19. 【請求項19】前記陽極液溜が各電解槽の前記陽極チャ
    ンバーからの混合ガスの輸送を行うために前記陽極チャ
    ンバーと液圧式に接続するために十分な数の個々の混合
    ガス入口の口を含んでなり、そして前記陰極液溜が各電
    解槽の前記陰極チャンバーからのガスおよび陰極液の輸
    送を行うために前記陰極チャンバーと液圧式に接続する
    ために十分な数の個々のガスおよび陰極液入口の口を含
    んでなる、請求項18に記載の電解槽。
  20. 【請求項20】各電解槽が、 陽極板、 前記陽極板の表面に隣接して配置される陽極密閉ガスケ
    ットであって、それを貫いて延びる中央のキャビティを
    有する陽極密閉ガスケット、 前記陽極板の反対側で前記陽極密閉ガスケットの表面に
    隣接して配置される透過性膜であって、向かい合う前記
    陽極板の表面と前記透過性膜の表面との間で前記中央の
    キャビティ内に、ある体積の陽極液を収容する陽極チャ
    ンバーを形成する透過性膜、 前記陽極密閉ガスケットの反対側で前記透過性膜の表面
    に隣接して配置される陰極密閉ガスケットであって、そ
    れを貫いて延びる中央のキャビティを有する陰極密閉ガ
    スケット、 前記透過性膜の反対側で前記陰極密閉ガスケットの表面
    に隣接して配置される陰極板であって、向かい合う前記
    陰極板の表面と前記透過性膜の表面との間で前記陰極密
    閉ガスケットの中央のキャビティ内に、ある体積の陰極
    液を収容する陰極チャンバーを形成する陰極板、 前記陽極板と前記透過性膜との間に介在する双極極板、 前記陽極チャンバーの外部に位置し、ある体積の陽極液
    を収容する陽極液溜であって、前記陽極チャンバーに陽
    極液を循環させ前記陽極チャンバーから混合酸化剤ガス
    を受け取るよう前記陽極チャンバーに液圧式に接続され
    ていて、そしてその中に含有される陽極液を前もって決
    定した比重に維持する手段を含む陽極液溜、および 前記陰極チャンバーの外部に位置し、ある体積の陰極液
    を収容する陰極液溜であって、前記陰極チャンバーに陰
    極液を循環させ前記陰極チャンバーからガスを受け取る
    よう前記陰極チャンバーに液圧式に接続されていて、そ
    してその中に含有される陰極液を前もって決定した比重
    に維持する手段を含む陰極液溜、 を含んでなる、大量の水を処理するための混合酸化剤ガ
    スを発生する少なくとも1つの電解槽。
  21. 【請求項21】前記陽極液溜および前記陽極チャンバー
    の外部に位置し、ある体積の飽和陽極液を収容する陽極
    液調製タンクを含んでなり、ここで前記陽極調製タンク
    は前記陽極液溜に液圧式に接続されていて、それへの陽
    極液の輸送を行う、請求項20に記載の電解槽。
  22. 【請求項22】前記陽極液調製タンクと前記陽極液溜と
    の間に設置され、飽和陽極液を前記陽極液溜に前もって
    決定した流量で計量分配するように構成されたポンプを
    含んでなる、請求項21に記載の電解槽。
  23. 【請求項23】陽極液を前もって決定した比重に維持す
    る前記手段が、作動させられたとき前記ポンプの流量を
    調節するように構成された比重センサーを含んでなる、
    請求項22に記載の電解槽。
  24. 【請求項24】陰極液を前もって決定した比重に維持す
    る前記手段が、作動させられたとき前記陰極液溜への淡
    水の計量分配を調節する比重センサーを含んでなる、請
    求項20に記載の電解槽。
  25. 【請求項25】前記陽極液溜がその中の陽極液を前もっ
    て決定した温度に維持する手段を含んでなる、請求項20
    に記載の電解槽。
  26. 【請求項26】前記陰極液溜がその中の陰極液を前もっ
    て決定した温度に維持する手段を含んでなる、請求項20
    に記載の電解槽。
  27. 【請求項27】多数の電解槽を含んでなり、ここで各電
    解槽の陽極チャンバーが陽極チャンバーの外部に位置す
    る共通の陽極液溜に、陽極液溜から各陽極チャンバーへ
    の陽極液の輸送を行いそして各陽極チャンバーから陽極
    液溜への混合ガスおよび陽極液の輸送を行うように接続
    されている、請求項20に記載の電解槽。
  28. 【請求項28】多数の電解槽を含んでなり、ここで各電
    解槽の陰極チャンバーが陰極チャンバーの外部に位置す
    る共通の陰極液溜に、陰極液溜から各陰極チャンバーへ
    の陰極液の輸送を行いそして各陰極チャンバーから陰極
    液溜へのガスおよび陰極液の輸送を行うように接続され
    ている、請求項27に記載の電解槽。
  29. 【請求項29】第1の比重の陽極液を電解槽の陽極チャ
    ンバーへ陽極チャンバーの外部に位置する陽極液溜から
    循環させる工程、 前記第1の比重の陽極液を前記陽極チャンバーを通して
    循環させる工程、 第2の比重の陽極液であり、ここでは前記第1の比重の
    方が前記第2の比重より大きい、第2の比重の陽極液
    を、前記陽極チャンバーから前記陽極液溜に循環させる
    工程、そして 前記第1の比重より大きい第3の比重の陽極液を前記陽
    極液溜および陽極チャンバーの双方の外部に位置する陽
    極液調製タンクから前記陽極液溜に循環させる工程、 を含んでなる、混合酸化剤ガスを発生する電解槽におい
    て使用するために、ある比重の範囲内に陽極液を維持す
    る方法。
  30. 【請求項30】第1の比重を有する陰極液を電解槽の陰
    極チャンバーに、陰極チャンバーの外部に位置する陰極
    液溜から循環させる工程、 前記第1の比重を有する前記陰極液を前記陰極チャンバ
    ーを通して循環させる工程、そして 第2の比重を有する陰極液であり、ここでは前記第1の
    比重の方が前記第2の比重より小さい、第2の比重を有
    する陰極液を、前記陰極チャンバーから前記陰極液溜に
    循環させる工程、 を含んでなる、混合酸化剤ガスを発生する電解槽におい
    て使用する比重の範囲内に陰極液溶液を維持する方法。
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