JPH11512973A - 水浄化装置及び水浄化法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 携帯用小型電解セル（１０）は、区画室（１２）内に配置された封入電極（１３）と、セル（１０）を浸漬する電解質に開放する露出電極（１８）とを備えている。セル（１０）は、塩化物塩を含む水溶液中に浸漬したとき、露出電極（１８）がアノードの場合塩素又は他の酸化剤を発生し、露出電極（１８）がカソードの場合水溶液の水素イオン濃度を増加する。

Description

【発明の詳細な説明】 水浄化装置及び水浄化法 発明の背景 発明の分野 この発明は、電解セルの新規で有用な改良及び水、汚水、廃水及び他の水溶液 を浄化するセルの使用方法に関連する。 従来技術の要約 水泳プール、水浴、溜、汚水等の水域を消毒するため、塩素を使用することは 周知である。過去には、加圧されたガスを含むタンクから塩素ガスを直接適用す ることにより通常塩素を供給してきた。また、電解質の塩素発生装置を商業的に 多く使用してきた。 リンドスタッド（Lindstaedt）名義の米国特許第２８８７４４４号明細書には 水泳プール等の水域に低濃度で溶解された共通の塩と共に設け、主部から水流が 除去され、電解して塩素を発生し、塩素及び水流を水の本体部に戻すシステムを 示す。 マーレイ（Murray）名義の米国特許第３２２３２４２号明細書は塩素を発生す る他の形式の電解セルを示し、水泳プール又は他の水域から除去した水流中に発 生した塩素を導入して前記水泳プール又は他の水域に水流を戻している。 リチャーズ（Richards）名義の米国特許第３２８２８２３号明細書は、一列に 塩素を発生する電解セルを開示し、水泳プールから除去した水流に塩素を導入し て水流を水泳プールに戻す。 水域を塩素処理するため、塩素を発生する電解セルを使用する他の塩素処理シ ステムは、マーレイ（Murray）名義の米国特許第２３６１６６３号明細書、オル ダーシャウ（Oldershaw）名義の米国特許第３３５１５４２号明細書、コルビン （Colvin）名義の米国特許第３３７８４７９号明細書、カークハム（Kirkham） 名義の米国特許第３６６９８５７号明細書及びイエーテス（Yates）名義の米国 特許第４０９７３５６号明細書に開示されている。これらの電解セルは種々の形 態で 開示され、多くのセルはアノード区画室及びカソード区画室を分離するイオン透 過性の薄膜を利用する。 電解セルに使用するイオン透過性の薄膜技術は極めて開発されている。電解セ ルに使用するイオン透過性の薄膜は、樹脂ポリマーをカルボキシル化してパーフ ルオロスルホン酸にするため、アスベスト薄膜から変化する。パーフルオロスル ホン酸薄膜は電解セルに使用するためデュポン社が開発した。 ドップソン（Dopson）名義の米国特許第３７９３１６３号明細書は、電解セル に使用するデュポン社のパーフルオロスルホン酸薄膜を示し、これらの薄膜及び それらの種々の使用法を開示する米国特許第２６３６８５１号、３０１７３３８ 号、３５６０５６８号、３４９６０７７号、２９６７８０７号、３２８２８７５ 号及び英国特許第１１８４３２１号を引用している。 ワルムスレイ（Walmsley）名義の米国特許第３９０９３７８号明細書は、塩溶 液の電気分解に使用する電解セル用の薄膜に使用する他形式のフッ素置換ポリマ ーを示している。 電解セルに使用する薄膜技術の更なる検討は、バトラー（Butler）名義の米国 特許第３０１７３３８号明細書、ダナ（Danna）名義の米国特許第３７７５２７ ２号明細書、カーチャー（Kircher）名義の米国特許第３９６０６９７号明細書 、カーリン（Carlin）名義の米国特許第４０１００８５号明細書及びウェスター ルンド（Westerlund）名義の米国特許第４０６９１２８号明細書に示されている 。 パーフルオロスルホン酸薄膜の検討は、例えば、１９７２年５月７日〜１１日 にヒューストンで開催された電気化学協会の第１４１回国内会合に提出されたデ ュポン社の雑誌、１９７３年５−６月号第２２頁〜第２５頁、グロト（Grot）、 ムン（Munn）及びワルムスレイ（Walmsley）著「フッ素置換型イオン交換薄膜」 等の技術論文に掲載されている。 電解セルに使用される電極の構造は前記特許明細書に殆ど示されている。更に 、下記の米国特許は、電解セルに使用するアノード又はカソードの特殊な形態を 示す。 ギアコペリ（Giacopelli）名義の米国特許第３３７５１８４号明細書は楔形状 の平板により構成された制御可能な多数の電極を有する電解セルを開示している 。 エテル（Ettel）名義の米国特許第３８２１０９７号明細書は電解セルに使用 する平板を示す。 ローベルグ（Lohrberg）名義の米国特許第３９５１７６７号明細書は底部に沿 って形成された溝を有しかつ電解工程で気泡（ガスバブル）を発生する平板型電 解アノードの使用法を示す。 アンドレオリ（Andreoli）名義の米国特許第５６５９５３号明細書は電気回路 に接続されず電気分解によって分離される金属をメッキする機能を有する複数の 金属スプリングを有する電気メッキ装置を示す。 前記のように水の浄化に使用する塩素及び他の酸化剤を電解によって発生する 方法は先行特許により公知である。次の特許は電解セルの小型化に関する代表的 な先行技術を示す。 フェア（Fair）その他名義の米国特許第４７１４５３４号明細書は、水を消毒 し殺菌するため、希釈量の塩を含む水から希釈量のハロゲン溶液の生成に使用す る電解セルを示す。このセルは、複数の台形の単極の電極と、複数の電極分離板 とを備え、電極分離板は、操作中に電極を適当な整合位置に保持しかつ電極を均 等に分離する。 オカザキ（Okazaki）名義の米国特許第４４８１０９６号明細書は、中空状に 形成された多孔質の隔壁によって複数のチャンバに分割され、これらのチャンバ はそれぞれ負側電極及び正側電極を有して負側チャンバと正側チャンバとを形成 する電解容器を備えかつ頂部に開口部を有するポット本体と、電解容器に対して 気密に分離されたストレージチャンバと、負側チャンバと正側チャンバとに交互 に空気圧力を供給して水を負側チャンバからストレージチャンバに搬送するか又 は水をストレージチャンバから流出ノズルに搬送する搬送装置と、ポット本体の 頂部の開口部を着脱自在に覆うカバーとを備え、開口部を通じて水を電解容器に 供給する電解処理器を有するポット型浄水器を示す。 フレーム（Frame）名義の米国特許第４４１９２０６号明細書は、水加熱器に 付着する鉱物の付着を減少するため、パイプ導管装置を通じて水の流れを処理す る電子水処理装置並びに住宅用の導管システム及び工業用給水システムに相互連 結される他の装置を示す。黒鉛アノードからステンレス鋼製のキャニスターカソ ー ドに流れる直流電流の電子的効果又は電解効果によって、水中に懸濁されたコロ イドに誘引されるカルシウム粒子及びマグネシウム粒子の凝集を阻止し、最終的 な効果では、システム内でのスケールの形成を減少すると共に、システム内での 堆積付着物の排除又は除去が容易になる。 ゾルタン（Zoltan）名義の米国特許第３３５６６４号明細書は、容器と、電解 液と、キャップと、ガススペースと、複数のチャンネル迷路と、分離壁部と、接 点とを備えた携帯装置用のガス発生電解セルを示す。チャンネル迷路は、転倒位 置でセルからの電解液の流出を制限し、可能な限り初期のレベルまで容器に電解 液を戻す作用がある。接点は電解液を充満することができ、このように、電解液 の流れを遮断してセルの転倒位置を信号に変換することによって外部電気回路を 閉成することができる。 パッシャカーニス（Paschakarnis）その他の名義の米国特許第４１１９５２０ 号明細書は、浄化すべき水域を保持しかつ２つの電気絶縁された電極を備えた電 解セルと、フィルタを通じてセルに浄化すべき水を供給すると共に、浄化された 水を浄化ユニットの外部に排出するポンプと、電極に電解電流を供給する電力供 給源と、ポンプ、電力供給源及びフィルタの操作状態を表示する感知信号を発生 する制御回路と、セル、ポンプ、電力供給源及び制御回路を収容するハウジング とを備えた浄化ユニットを開示している。 オカザキ（Okazaki）名義の米国特許第４１０７０２１号明細書は、頂部に設 けられた開口部とハンドルとを備えたポット本体を有する電解装置を具備する水 ポットを示す。ポット本体は、中空状に形成された多孔質の隔壁によって２つの チャンバに分割された電解容器を有する。これらのチャンバは負側電極及び正側 電極を有する。電解操作後に正側電極から水が除去される。カバーは、ポット本 体の頂部に設けられた開口部に着脱自在に装着され、開口部は容器内に水を供給 することができ、中空の多孔質隔壁は開口部を通じて容器内に挿入すると共に、 容器から外部に取り出すことができる。カバー又はポット本体の他の部位に設け られたノズルは、負側電極チャンバに連絡する。 フィッシャー（Fischer）名義の米国特許第４０８９７６８号明細書は、印加 電圧がバッテリの出力電圧を越えたときにのみ水を適正に浄化できる電解セルを 有 しかつバッテリから電力が供給される電解浄水システムを開示している。バッテ リの電力によって付勢される電力供給回路は必要な高電圧を供給する。電気駆動 ポンプはバッテリによって直接付勢（通電）されて、セルを通じて浄化すべき水 を汲み上げる。水の導電性又は利用できる電圧が規定の限界を越えたときに、ポ ンプは自動的に消勢する。 ライス（Reis）名義の米国特許第４０６−５５６号明細書は、受け取りチャン バ及び電解セルを有する電解浄化装置を示す。受け取りチャンバは、ハウジング の頂部に設けられかつ装置の操作状態では上方に開放する充填孔に連絡する。第 １の導管はチャンバの底部をセルの入口部に連絡し、第２の導管はセルの出口部 をハウジングの低端部に設けられた排出孔に連絡し、セルの出口部は入口部から 上方に離間するが、充填孔より低い。チャンバ、セル及び導管は充填孔から排出 孔までの連続的な液体流路を形成し、この液体流路はチャンバ内で下方に延び、 セル内で上方に延び、第２の導管内では再び下方に延びる。セル内の液体流路に 対して互いに反対方向で横方向にオフセットされる２つの電極には、液体流路内 を流れる液体を通じてセルに流れる直流電流が供給される。 フシハラ（Hushihara）名義の米国特許第３６２３９６９号明細書は、共通の 多孔質壁部によって非導電性材料製のキャニスタを分割することにより形成され た２つの分離チャンバに水を充填する工程と、水を酸性水とアルカリ水とに分離 する複数のチャンバの１つにそれぞれ配置された電極間に直流電流を流す工程と を含む水処理法を示す。 発明の概要 本発明の一目的は、新規な構造の携帯用小型電解セル及び関連装置を使用して 、水泳プール、水浴、飲料水、溜、汚水等の水域を処理する新規かつ改良した処 理装置及び処理方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、汚染物質を酸化し又は水のｐＨ（水素イオン濃度）を増 加できる新規かつ改良した携帯用小型電解セルを提供することにある。 本発明の他の目的は、処理すべき水の容器の壁面にセルを支持するフックを備 え、汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加できる新規かつ改良した携帯用小型電 解セルを提供することにある。 本発明の他の目的は、人の携帯に適するサイズ又は個人の衣服のポケットに収 容できるサイズを有し、汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加できる新規かつ改 良した携帯用小型電解セルを提供することにある。 本発明の他の目的は、人の携帯に適するサイズ又は個人の衣服のポケットに収 容できるサイズを有しかつバッテリ又は直流出力変換器により電力を供給され、 汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加できる新規かつ改良した携帯用小型電解セ ルを提供することにある。 本発明の他の目的は、一方の電極を有する封入された区画室と、区画室上に支 持されかつセルを水中に浸漬するとき周囲の液体に開放される他方の電極とを備 える新規かつ改良した電解セルを提供することにある。 本発明の他の目的は、一方の電極を有する封入された区画室と、区画室上に支 持されかつセルを水中に浸漬するとき周囲の液体に開放される他方の電極とを備 え、ガスの通気を許容するがセルを横倒しにしたときに液体の漏洩を阻止するだ けの十分に小さいサイズの通気孔を水位よりも高い位置で区画室に形成した新規 かつ改良した電解セルを提供することにある。 本発明の他の目的は、カソードを有する封入された区画室と、区画室上に支持 されかつセルを水中に浸漬するとき周囲の液体に開放されるアノードとを備える 新規かつ改良した電解セルを提供することにある。 本発明の他の目的は、アノードを有する封入された区画室と、区画室上に支持 されかつセルを水中に浸漬するとき周囲の液体に開放されるカソードとを備える 新規かつ改良した電解セルを提供することにある。 本発明の他の目的は、一方の電極を有する封入された区画室と、イオン透過性 の薄膜により閉鎖された区画室の壁部の開口部と、区画室上に支持されると共に 薄膜に隣接しかつセルを水中に浸漬するとき周囲の液体に開放される他方の電極 とを備える新規かつ改良した電解セルを提供することにある。 本発明の他の目的は、一方の電極を有する封入された区画室と、カチオン透過 性の薄膜により閉鎖された区画室の壁部の開口部と、区画室上に支持されると共 に薄膜に隣接しかつセルを水中に浸漬するとき周囲の液体に開放される他方の電 極とを備える新規かつ改良した電解セルを提供することにある。 本発明の他の目的は、カソードを有する封入された区画室と、区画室上に支持 されると共に薄膜に隣接しかつセルを水中に浸漬するとき周囲の液体に開放され るアノードとを備える新規かつ改良した電解セルを提供することにある。 本発明の他の目的は、アノードを有する封入された区画室と、区画室上に支持 されると共に薄膜に隣接しかつセルを水中に浸漬するとき周囲の液体に開放され るカソードとを備える新規かつ改良した電解セルを提供することにある。 本発明の他の目的は、携帯用小型電解セルを準備する工程と、水中にセルを挿 入する工程と、セルを通電して汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加して水を処 理する工程とにより、汚染物質を酸化し又は水のｐＨ（水素イオン濃度）を増加 できる新規かつ改良した水処理方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、人の携帯に適するサイズ又は個人の衣服のポケットに収 容できるサイズを有する携帯用小型電解セルを準備する工程と、水中にセルを挿 入する工程と、セルを通電して汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加して水を処 理する工程とにより、汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加できる新規かつ改良 した水処理方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、人の携帯に適するサイズ又は個人の衣服のポケットに収 容できるサイズを有しかつバッテリ又は直流出力変換器により電力を供給される 携帯用小型電解セルを準備する工程と、水中にセルを挿入する工程と、セルを通 電して汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加して水を処理する工程とにより、汚 染物質を酸化し又は水のｐＨを増加できる新規かつ改良した水処理方法を提供す ることにある。 本発明の他の目的は、一方の電極を有する封入された区画室と、区画室上に支 持されかつセルを水中に浸漬するとき周囲の液体に開放される他方の電極とを備 える水処理用携帯用小型電解セルを準備する工程と、水中にセルを挿入する工程 と、セルを通電して汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加して水を処理する工程 とにより、汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加できる新規かつ改良した水処理 方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、一方の電極を有する封入された区画室と、区画室上に支 持されかつセルを水中に浸漬するとき周囲の液体に開放される他方の電極とを備 える水処理用携帯用小型電解セルを準備する工程と、区画室の水溶液中に塩化ナ トリウム又は水酸化ナトリウムを加える工程と、水中にセルを挿入する工程と、 セルを通電して汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加して水を処理する工程とに より、汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加できる新規かつ改良した水処理方法 を提供することにある。 本発明の他の目的は、一方の電極を有する封入された区画室と、区画室上に支 持されかつセルを水中に浸漬するとき周囲の液体に開放される他方の電極とを備 えると共に、ガスの通気を許容するがセルを横倒しにしたときに液体の漏洩を阻 止するだけの十分に小さいサイズの通気孔を水位よりも高い位置で区画室に形成 した水処理用携帯用小型電解セルを準備する工程と、区画室の水溶液中に塩化ナ トリウム又は水酸化ナトリウムを加える工程と、水中にセルを挿入する工程と、 セルを通電して汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加して水を処理する工程とに より、汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加できる新規かつ改良した水処理方法 を提供することにある。 本発明の他の目的は、アノードを有する封入された区画室と、区画室上に支持 されかつセルを水中に浸漬するとき周囲の液体に開放されるカソードとを備える 水処理用携帯用小型電解セルを準備する工程と、水中にセルを挿入する工程と、 セルを通電して汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加して水を処理する工程とに より、汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加できる新規かつ改良した水処理方法 を提供することにある。 本発明の他の目的は、アノードを有する封入された区画室と、イオン透過性の 薄膜により閉鎖された区画室の壁部の開口部と、区画室上に支持されると共に薄 膜に隣接しかつセルを水中に浸漬するとき周囲の液体に開放されるカソードとを 備える水処理用携帯用小型電解セルを準備する工程と、水中にセルを挿入する工 程と、セルを通電して汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加して水を処理する工 程とにより、汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加できる新規かつ改良した水処 理方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、カソードを有する封入された区画室と、イオン透過性の 薄膜により閉鎖された区画室の壁部の開口部と、区画室上に支持されると共に薄 膜に隣接しかつセルを水中に浸漬するとき周囲の液体に開放されるアノードとを 備える水処理用携帯用小型電解セルを準備する工程と、水中にセルを挿入する工 程と、セルを通電して汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加して水を処理する工 程とにより、汚染物質を酸化し又は水のｐＨを増加できる新規かつ改良した水処 理方法を提供することにある。 本発明のその他の目的は、以下の説明及び請求の範囲を通じて随時明らかとな ろう。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の実施の形態である電解セルを示す概略図である。 図２は、図１に示す電解セルをセルにより処理するべき水の容器中に配置した 状態を示す概略図である。 図３は、図１に示す電解セルの組み立てたハウジングを示す正面図である。 図４は、図３に示すセル及びハウジングの中央縦断面図である。 図５は、図３に示すセル及びハウジングの分解斜視図である。 図６は、図３に示すセルのセルハウジングの一部を示す正面図である。 図７は、図６の線７−７に沿う断面図である。 図８は、図３〜図４に示すセル及びハウジングの他の実施の形態を示す分解図 である。 図９は、図１に示すセルの他の実施の形態について液体容器中に配置した状態 を示す斜視図である。 図１０は、図９に示すセル及びハウジングの分解図である。 図１１は、セルの他の実施の形態について液体の容器壁部に取り付けた状態を 示す斜視図である。 図１２は、本発明の他の実施の形態である電解セルを示す概略図である。 図１３は、図１２に示す電解セルにより処理すべき水の容器中に電解セルを配 置した状態を示す概略図である。 発明の好適な実施の形態の説明 以下、本発明を図面について説明する。図１は、本発明の好適な実施の形態で ある人の携帯に適するサイズ又は個人の衣服のポケットに収容できるサイズを有 する携帯用小型電解セル１０を示す。セル１０はハウジング１１を有するが、ハ ウジング１１については後述の実施形態で更に詳細に説明する。ハウジング１１ は封入された区画室１２を備え、区画室１２は導線１４により直流電源の負側端 子に接続されカソードとして機能する電極１３を有する。区画室壁部１５は、薄 膜１７に近接する開口部１６を有する。 薄膜１７は、カチオン、例えばナトリウムイオン（Ｎａ⁺）を導通させるイオ ン透過性薄膜である。好ましくは、イオン透過性薄膜１７は、アノード区画室と カソード区画室との間の薄膜分離のために設けられる電解セルに従来から用いら れている適当なカチオン交換型導電性薄膜である。好適な薄膜はフッ素重合体で あり、好ましくはパーフルオロスルホン酸重合体（perfluorosulfonic acid pol ymers）、特にデュポン（Dupont）社製のナフィオン（NAFION、商標名）である 。 電極１８はハウジング１１に支持されると共に、導線１９により直流電源の正 側端子に接続されアノードとして機能する。即ち、セル１０は封入されたカソー ド１３及び露出されたアノード１８を備える。セル１０が溶解塩（ＮａＣｌ）を 含む水中又は他の水溶液中に配置されかつ通電されると、アノード１８では塩素 又は他の酸化剤を発生し、カソード１３では水素（Ｈ₂）を発生する。区画室１ ２の壁部の通気孔２０は小さく、水素（Ｈ₂）の通気を許容するが、逆さ又は横 倒しのときに区画室１５からの液体の通過・漏洩を阻止するサイズ（毛細管サイ ズ）である。 図２はセル１０を水処理に使用する状態を示す。十分な導電性を与え得る少量 の塩を含有し又は加えられた水中にセル１０を浸漬しかつ通電すると、アノード １８では塩素又は他の酸化剤を発生し、カソード１３では水素及びナトリウムイ オン（Ｎａ⁺）を発生する。セル１０は水のコップ又は飲用グラスに挿入するの に十分小さく、通電時に相当量の塩素又は他の酸化剤を発生して細菌性（バクテ リア）汚染物質に対し水を清浄にする。 セル１０の製造時、区画室１２は初期操作としてアルカリ（ＮａＯＨ、水酸化 ナトリウム）溶液が充填され、継続操作により追加のＮａＯＨを発生する。図２ において、容器２１は連続した水流のための入口２２及び出口２３を有する。容 器２１は家庭用飲料水供給用の貯水容器その他でもよい。容器２１は汚水処理施 設からの廃水を保持するタンクでもよく、この処理が細菌性汚染物質除去に有効 であることが判明した。構造を逆転しアノードを封入してカソードを露出させた 場合、通電時、セルは封入された室で塩素又は他の酸化剤を発生し、露出された カソードでＮａＯＨを発生して処理する水のｐＨ（水素イオン濃度）を増大する 。 図３〜図７は、図１及び図２に略示するセル１０の種々の商用的適用例の詳細 図である。セル１０は、上部ハウジング２４、下部ハウジング２５、上部カバー ２６及び下部カバー２７を含むハウジング１１を備える。 ハウジングの構成要素２４〜２７は、注型（cast）、成形（shaped）、成型（ molded）又は形成（formed）された樹脂材料、例えばポリエチレン樹脂、ポリプ ロピレン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂その他である。 上部カバー２６は、操作用の押ボタンスイッチ２８（図３〜図４）と、パイロ ットランプ２９（図３〜図４）と、外部電源パック（低電圧直流出力変換器）に 接続されるソケット３０（図３〜図４）と、携帯又は容器の壁部にセルを保持す るクリップ３１（図５）とを有する。 上部ハウジング２４は中空の管状部材３２であり、管状部材３２は開口部３４ 及び３５を有する上部壁封止部３３並びに開口部３７及び３８を有する底部壁封 止部３６を備え、各開口部はセル内のアノード及びカソードから導線１９及び１ ４の通路を形成する。管状部材３２の縮径された上端部３９は、上部カバー部材 ２６に圧入して固定される。管状部材３２の縮径された下端部４０は、下部ハウ ジング部材２５の上端に圧入して固定される。 下部ハウジング部材２５は、図１及び図２に示すセル１０にほぼ対応する。ハ ウジング１１は封入された区画室１２を含み、区画室１２は導線１４によりソケ ット３０の直流電源の負側端子に接続されカソードとして機能する電極１３を有 する。区画室壁部１５は、薄膜１７に近接する開口部１６を有する。 薄膜１７は、カチオン、例えばナトリウムイオン（Ｎａ⁺）を導通させるイオ ン透過性薄膜である。イオン透過性薄膜１７は、アノード区画室とカソード区画 室とを分離する薄膜を備える電解セルに従来から用いられている適当なカチオン 交換型導電性薄膜、例えばナフィオン（NAFION、商標名）である。電極１８はハ ウジング１１に支持されると共に、導線１９により直流電源の正側端子に接続さ れ アノードとして機能する。即ち、セル１０は封入されたカソード１３及び露出さ れたアノード１８を備える。 複数の孔（holes）又は貫通孔（perforations）４２を有する管状スリーブ４ １（図５）は、ハウジングの縮径部４３に（圧入により）固定される。スリーブ ４１は、アノード１３及び薄膜１７を取扱い中の破損から守る。下部カバー部材 ２７はスリーブ４１の上に被せてハウジング２５に圧入して固定され、使用する 水の中からセルを除去したときに薄膜１７の乾燥を防止する。 図３〜図７に示すセルアセンブリは、使用前に組立て状態で携帯できる。クリ ップ３１によりアセンブリを人の衣服に引掛けて携帯することができ、また、水 その他の処理すべき液体の容器壁部にセルを固定するためにクリップ３１を使用 できる。下部カバー２７は使用する時点で取り外され、セルは使用位置に配置さ れる。セルが小さい（例えばポケットサイズ）場合、セルはコップ又は水用のグ ラス中の水処理に使用できる。セルが大きい場合、セルは静止又は流動状態の水 容器内に配置される。 前記のように、区画室（封入されたカソード室）１２は最初にＮａＯＨ水溶液 で充填され、作動により付随してＮａＯＨを発生する。少量の塩（ＮａＣｌ）が 、導電性を与えるのに十分な量で処理すべき水に加えられる。下水処理システム からの廃水の処理にセルを使用する大規模の場合、廃水中に溶解した物質により 塩の添加が不要なこともある。その後、セルのソケット３０に外部電源パック（ 直流出力変換器）を接続し、スイッチ２８を操作してセルに通電する。これによ り、セル１０は、処理すべき水又は液体中に配置されたアノード１３を有する電 解セルとして動作する。アノード１３では塩素又は他の酸化剤が発生して液体中 に溶解し、存在するおそれのある有害な細菌（バクテリア）を死滅させる。 他の実施の形態の説明 図８は、バッテリで動作する本発明の他の実施の形態の分解図である。 セル１０は、上部ハウジング４４と、下部ハウジング４５及び４６と、上部カ バー４７と、下部カバー４８とを備える。図４〜図７と同様に、ハウジングの構 成要素４４〜４８は、注型（cast）、成形（shaped）、成型（molded）又は形成 （formed）された樹脂材料、例えばポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ア クリル樹脂、ポリウレタン樹脂その他である。 上部カバー４７は上部ハウジング４４の頂部開口部４９を閉鎖し、バッテリ５ ０を収容するバッテリ区画室を閉鎖する。上部カバー４７は、図４〜図７に示す 実施の形態でのクリップ３１と同様に機能するクリップ５１を有する。上部ハウ ジング部材４４は、スイッチ５３を収容するハウジング部４５の上部端に係合す る縮径された下部端部５２を有し、スイッチ５３はセル１０のパイロットランプ ５４及び電極を作動させる。下部ハウジング部材４６は、図４〜図７に示す部材 ２５とほぼ同一である。複数の孔又は貫通孔を有する管状スリーブ（図示せず） は、ハウジング４６の縮径部に（圧入により）固定される。スリーブは、アノー ド及び薄膜を取扱い中の破損から守る。下部カバー部材４８はスリーブの上に被 せてハウジング４６に圧入して固定され、使用する水の中からセルを除去したと きに薄膜１７の乾燥を防止する。 図８に示すセルアセンブリは、使用前に組立て状態で携帯できる。クリップ５ １によりアセンブリを人の衣服に引掛けて携帯することができ、また、水その他 の処理すべき液体の容器壁部にセルを固定するために使用できる。下部カバー４ ８は使用の時点で取り外され、セルは使用位置に配置される。セルは小さく（例 えばポケットサイズ）、セルはコップ又は水用のグラス中の水処理に使用できる 。 他の実施の形態と同様に、封入されたカソード室は最初にＮａＯＨ水溶液で充 填され、作動により追加のＮａＯＨを発生する。少量の塩（ＮａＣｌ）が、電流 を流すために十分な量で処理すべき水に添加される。スイッチ５３を操作してバ ッテリ５０によりセルに通電する。これにより、セル１０は、処理すべき水又は 液体中に配置されたアノードを有する電解セルとして動作する。アノードでは塩 素又は他の酸化剤が発生して液体中に溶解し、存在するおそれのある有害な細菌 （バクテリア）を死滅させる。 他の実施の形態 図９及び図１０は、本発明のさらに他の実施の形態の構造及び操作の詳細を示 す。この実施の形態は大規模のセルであり、大量水処理施設に使用され、下水処 理施設からの廃水の処理に使用される。図９は、流動する液体の処理システムで 動作するこの実施の形態によるセル１０を示す。図１０は、セル１０の詳細を示 す。 セル１０は封入された区画室５６を含むハウジング５５を有し、区画室５６は 導線５８により直流電源の負側端子に接続されカソードとして機能する電極５７ を有する。区画室５６は、薄膜５９に近接する開口部５８を有する。薄膜５９は 、カチオン、例えばナトリウムイオン（Ｎａ⁺）を導通させるイオン透過性薄膜 である。好ましくは、イオン透過性薄膜５９は、アノード区画室とカソード区画 室とを分離する薄膜を備える電解セルに従来から用いられている適当なカチオン 交換型導電性薄膜（好ましくはナフィオン（NAFION、商標名））である。 電極６０はハウジング５６に支持されると共に、導線６１により直流電源の正 側端子に接続されアノードとして機能する。即ち、セル１０は封入されたカソー ド５７及び露出されたアノード６０を備える。セル１０が溶解塩（ＮａＣｌ）を 含む水中又は他の水溶液中に配置されかつ通電されると、アノード６０では塩素 又は他の酸化剤を発生し、カソード５７では水素（Ｈ₂）を発生する。区画室５ ６の壁部の開口部６２及び管６３は、カソード区画室を通って水を循環させ、高 アンペア電流での動作中にセルを冷却する。 図９は、大量の水を処理するセル１０の使用状態を示す。導電性を付与するの に十分な量で、少量の塩を含有し又は加えられた水中にセル１０を浸漬しかつ通 電すると、アノード６０では塩素又は他の酸化剤を発生し、カソード５７では水 素及びナトリウムイオン（Ｎａ⁺）を発生する。セル１０の製造時、区画室５６ は初期操作としてアルカリ（ＮａＯＨ、水酸化ナトリウム）溶液が充填され、継 続操作により付随するＮａＯＨを発生する。図９において、容器６４は連続した 水流が流れる入口６５及び出口６６を有する。 他の実施の形態 図１１は本発明のさらに他の実施の形態を示し、この実施の形態では、アノー ドは処理すべき水の中に浸漬され、カソードは露出されかつ溶液に全く接しない 。 容器６７は、容器壁部の水密開口部に支持されたセル１０（改良型）を有する 。薄膜６８及びカソード６９は容器６７の外側に配置される。導線７０は直流電 源の負側に接続される。アノード７１はカソード６９に固定され、直流電源の正 側に接続される導線７２を有する。 容器６７は水で満たされ、少量の塩が加えられる。アノード７１とカソード６ ９との間で電流を流すと、薄膜を湿潤させかつカソードと接触する程度の少ない 量しかカソード６９に液体が存在しなくても、アノード７１で塩素の気泡が発生 する。このセルは比較的効率が悪いものの塩素ガスを発生できる。 他の実施の形態 図１２及び図１３は、アノード及びカソードの相対的位置を逆にした本発明の 別の実施の形態を示す。 図１２では、セル１０は封入された区画室７５を備えるハウジング７４を有し 、区画室７５は導線７７により直流電源の正側端子に接続されアノードとして機 能する電極７６を有する。区画室壁部７７は、薄膜７９に近接する開口部７８を 有する。 薄膜７９は、カチオン、例えばナトリウムイオン（Ｎａ⁺）を導通させるイオ ン透過性薄膜である。好ましくは、イオン透過性薄膜７９は、アノード区画室と カソード区画室とを分離する薄膜を備える電解セルに従来から用いられている適 当なカチオン交換型導電性薄膜である。好適な薄膜はフッ素重合体であり、好ま しくはパーフルオロスルホン酸重合体（perfluorosulfonic acid polymers）、 特にデュポン（Dupont）社製のナフィオン（NAFION、商標名）である。 電極８０はハウジング７４に支持されると共に、導線８１により直流電源の負 側端子に接続されカソードとして機能する。即ち、セル１０は封入されたアノー ド７６及び露出されたカソード８０を備える。セル１０を導電性用の溶質を含む 水中又は他の水溶液中に配置しかつ区画室７５にＮａＣｌ（塩化ナトリウム）を 加え、さらにセルに通電すると、アノード７６（区画室７５内）では塩素又は他 の酸化剤を発生し、カソード８０では水素（Ｈ₂）及びＮａ⁺イオンを発生する。 図１３は、図１２に示すセル１０を水処理に使用する状態を示す。十分な導電 性を与え得る少量の塩を含有又は加えられた水中にセル１０を浸漬し、さらにセ ルに通電すると、アノード７６では塩素又は他の酸化剤を発生し、カソード８０ では水素及びナトリウムイオン（Ｎａ⁺）を発生する。これは、ｐＨ１０又はそ れ以上に水のｐＨを実質的に上昇させる効果を有する。図１３に示すように、容 器８２は連続した水流が流れる入口８３及び出口８４を有する。 いくつかの実施の形態に重点を置いてこの発明を十分かつ完全に説明したが、 明細書中で特に説明した外に、本発明は請求の範囲に記載された範囲内で変更し て実施できる点を理解されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ０２Ｆ 1/50 ５４０ Ｃ０２Ｆ 1/50 ５４０Ａ ５５０ ５５０Ｄ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＦＩ， ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＫ，Ｌ Ｒ，ＬＴ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 電解質を収容する容器と、 電解質内に配置されたアノードと、 電解質の外部に配置されたカソードと、 カソードに接触してアノードとカソードとの間に配置されたイオン透過性の薄 膜と、 アノード及びカソードに接続された直流電源とを備え、 アノードの表面で電解質から誘導されるガスを発生することを特徴とする携帯 用小型電解セル。 ２． 封入電極及び露出電極と、 封入電極に接触する電解質とを備え、 水溶液中に浸漬したとき、露出電極がアノードの場合塩素又は他の酸化剤を発 生し、露出電極がカソードの場合水溶液の水素イオン濃度を増加する請求項１に 記載の携帯用小型電解セル。 ３． 複数の電極の間に配置されたイオン透過性の薄膜を有する請求項２に記載 の携帯用小型電解セル。 ４． 処理すべき水の容器の壁面にセルを支持するフックを備えた請求項２に記 載の携帯用小型電解セル。 ５． セルは、水を処理して汚染物質を酸化し又は水の水素イオン濃度を増加し かつ人の携帯に適するサイズ又は個人の衣服のポケットに収容できるサイズを有 する請求項２に記載の携帯用小型電解セル。 ６． セルは、電力を供給するバッテリ又は直流出力変換器を備えた請求項２に 記載の携帯用小型電解セル。 ７． セルは１個の封入された区画室を有し、 一方の電極は区画室内に封入され、 他方の電極は区画室上に支持されかつセルを浸漬するとき水溶液に開放される 請求項２に記載の携帯用小型電解セル。 ８． 一方の電極はカソードであり、他方の電極はアノードである請求項７に記 載の携帯用小型電解セル。 ９． 一方の電極はアノードであり、他方の電極はカソードであり、これらの電 極の間にイオン透過性の薄膜を固定した請求項７に記載の携帯用小型電解セル。 １０． 区画室はその壁部に開口部を有し、 開口部にイオン透過性の薄膜を固定し、 他方の電極を薄膜に隣接する区画室上に支持し、セルを浸漬するとき包囲する 水溶液に対して開放される請求項６に記載の携帯用小型電解セル。 １１． 一方の電極はカソードであり、他方の電極はアノードである請求項１０ に記載の携帯用小型電解セル。 １２． 封入区画室を通じて冷却水を循環する複数の通路を備えた請求項１１に 記載の携帯用小型電解セル。 １３． 封入区画室は、１つの壁部に形成されかつガスの通気を許容するが、液 体の通過・漏洩を阻止するだけの十分に小さいサイズの通気孔を有する請求項７ に記載の携帯用小型電解セル。 １４． セルは１個の封入された区画室を有し、 一方の電極は区画室内に封入され、 他方の電極は区画室上に支持されかつセルを浸漬するとき水溶液に開放され、 封入された区画室及び他の電極上に支持されかつ封入された区画室及び他の電 極を包囲する有孔管状シールドを備えた請求項２に記載の携帯用小型電解セル。 １５． 封入された区画室の少なくとも一部は円形断面を有し、 他方の電極及び封入された区画室は有孔管状シールド内に適合するサイズを有 し、 有孔管状シールド上に除去可能に適合する円筒状カバー部材を備えた請求項１ ４に記載の携帯用小型電解セル。 １６． セルは、セルに電力を供給する装置を含む上部ハウジングセクションと 、 封入された区画室を有する中央ハウジングセクションと、 中央ハウジングセクションの上方でこれを閉鎖して適合する閉鎖端部管状カバ ーを有する下部ハウジングセクションとからなる少なくとも３個のセクションに 形成された管状ハウジングと、 封入された区画室内に封入された一方の電極と、 封入された区画室上に支持されかつセルを浸漬するとき水溶液に開放される他 方の電極と、 封入された区画室及び他方の電極上に支持されかつこれらを包囲する有孔管状 シールドとを備えた請求項２に記載の携帯用小型電解セル。 １７． (a) 封入電極、露出電極及び封入電極に接触する電解質を備えた携帯 用小型電解セルを準備する工程と、 (b) 処理すべき水溶液中に塩を溶解する工程と、 (c) セルを水溶液中に浸漬しかつ通電し、露出電極がアノードの場合塩素又 は他の酸化剤を発生し、露出電極がカソードの場合水溶液の水素イオン濃度を増 加することを特徴とする浄化又は水素イオン濃度を増加する水溶液の処理方法。 １８． 封入された電極はカソードであり、露出された電極はアノードであり、 カソードとアノードとの間にイオン透過性の薄膜を配置し、 電解質は塩化物塩の水溶液であり、 セルに通電したときにアノードから得られる生成物は塩素及び他の酸化剤であ る請求項１７に記載の水溶液の処理方法。 １９． 封入電極はアノードであり、 露出電極はカソードであり、 イオン透過性の薄膜はアノードとカソードとの間に配置され、 電解質は塩の水溶液であり、 セルに通電したとき、カソードは水酸化ナトリウムを放出して電解質中の水の 水素イオン濃度を増加する請求項１７に記載の水溶液の処理方法。 ２０． セルはフックを備えたハウジングを有し、 セルは、操作のためにセルを支持するフックと共に、容器内に配置される請求 項１７に記載の水溶液の処理方法。 ２１． セルは壁部に開口部を有する区画室と、区画室の開口部に固定されたイ オン透過性の薄膜とを備え、 他方の電極を薄膜に隣接する区画室上に支持し、セルを浸漬するとき包囲する 水溶液に対して開放される請求項１７に記載の水溶液の処理方法。 ２２． 一方の電極はカソードであり、他方の電極はアノードであり、 セルは壁部に開口部を備えた区画室を有し、 区画室の壁部の開口部にイオン透過性の薄膜が固定され、 アノードは薄膜に隣接して区画室上に支持されかつセルが浸漬されるとき周囲 の液体に開放される請求項１７に記載の水溶液の処理方法。 ２３． 封入区画室を通じて冷却水を循環する工程を含む請求項１７に記載の水 溶液の処理方法。