反応器
【課題】反応生成物の収率を高める。
【解決手段】電気化学反応を生じさせる反応器１は、互いに対向する電極対Ｄを収容する反応容器２を備え、この反応容器２は、電極対Ｄの間で電気化学反応の原料溶液を流すとともに、上流側よりも下流側で断面積が小さく形成された流路２５を有し、電極対Ｄは、流路２５に沿って延在する。
【解決手段】電気化学反応を生じさせる反応器１は、互いに対向する電極対Ｄを収容する反応容器２を備え、この反応容器２は、電極対Ｄの間で電気化学反応の原料溶液を流すとともに、上流側よりも下流側で断面積が小さく形成された流路２５を有し、電極対Ｄは、流路２５に沿って延在する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気化学反応を起こさせる反応器として、バッチ式の反応器がある。
バッチ式の反応器とは、原料溶液を収容する反応容器と、原料溶液内に浸漬された２つの電極などとから構成される反応器であり、電極間に通電することによって化学反応を生じさせるようになっている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
但し、このバッチ式の反応器においては、反応容器内での電場の分布が不均一となってしまう。また、電極間隔が数ｃｍ開いているため、必要な電圧量が大きくなってしまう。更に、溶液の攪拌を行なっても容器の隅に淀みができたり、電極表面で溶液が滞留したりしてしまう。そのため、この反応器においては、反応の効率や選択率が低くなるという問題がある。
【０００４】
このような問題を解消するため、近年、フロー式の反応器が開発されている。
フロー式の反応器とは、内部に原料溶液を通過させる流路と、当該流路内で向かい合わせに配設された平板状の２つの電極などとから構成される反応器であり、流路内に原料溶液を流しつつ電極間に通電することによって化学反応を生じさせるようになっている（例えば、非特許文献２参照）。このフロー式の反応器においては、溶液が流れることによって攪拌の効果を生じる上、電極間隔が数ｍｍとなっているため、バッチ式の反応器と比較して反応の効率や選択率が高くなる。
【非特許文献１】ビー・エー・エス株式会社、「12. バルク電気分解用セル」、［online］、［平成２０年２月１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.bas.co.jp/1505.html＞
【非特許文献２】H. Wendt, Electrochemica Acta, Vol.37(1992), No.11, pp1959-69
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記非特許文献２に記載のようなフロー式の反応器においては、流路の上流側から下流側に向かって電極間で原料溶液の流速が一定、つまり、溶液中の物質に対する電場の作用時間が一定であるため、反応原料の濃度が低く反応生成物の濃度が高い下流側の領域では、反応生成物が副次的に反応して２次生産物に変化してしまい、反応生産物の収率が低下してしまう。
【０００６】
本発明の課題は、反応生成物の収率を高めることのできる反応器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、電気化学反応を生じさせる反応器において、
互いに対向する電極対を収容する反応容器を備え、
この反応容器は、
前記電極対の間で前記電気化学反応の原料溶液を流すとともに、上流側よりも下流側で断面積が小さく形成された流路を有し、
前記電極対は、前記流路に沿って延在することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の反応器において、
前記電極対における各電極は、それぞれ円板状に形成されるとともに、少なくとも一方が中央部に孔部を有しており、
前記流路は、
前記電極対の外周部から中央部に向かって前記原料溶液を流すことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の反応器において、
前記電極対における少なくとも一方の電極は、
厚み方向に貫通する複数の孔部を有する板状の電極層と、
前記電極層の表裏面のうち、前記電極対の内側の面に設けられたメッシュ層とを有し、
前記メッシュ層の孔部の内径は、前記電極層の孔部の内径よりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の反応器において、
前記電極層の表裏面のうち、前記電極対の外側の面には、疎水性または親水性の表面処理が施されており、
前記反応容器は、
前記少なくとも一方の電極によって前記電極対の外側空間と内側空間とに仕切られており、
当該反応容器の内部の気体を排出する気体排出口を、前記外側空間に有することを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項３記載の反応器において、
前記電極層の表裏面のうち、前記電極対の外側の面には、他のメッシュ層が設けられており、
前記他のメッシュ層の孔部の内径は、前記メッシュ層の孔部の内径よりも大きく、前記電極層の孔部の内径以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、反応容器には、電極対の間で原料溶液を流すとともに、上流側よりも下流側で断面積が小さく形成された流路が具備され、電極対は当該流路に沿って延在するので、電極間の原料溶液の局所的な流速（＝流量／断面積）は上流側よりも下流側で大きくなる。従って、反応原料の濃度が高く反応生成物（目的物質）の濃度が低い上流側の領域では、下流側の領域と比較して、原料溶液中の物質（主に反応原料）に対する電場の作用時間を十分に確保することができるため、電極間の局所的な電流値、ひいては電流密度（＝局所的な電流値／注目部分の電極面積）を擬似的に大きくし、電気化学反応による反応生成物の生成を促進することができる。一方、反応原料の濃度が低く反応生成物の濃度が高い下流側の領域、つまり反応生成物が副次的に反応して２次生産物に変化し易い領域では、上流側の領域と比較して、原料溶液中の物質（主に反応生成物）に対する電場の作用時間を短くすることができるため、電気化学反応による２次生産物の生成を抑制し、反応生成物の生産量を確保することができる。
よって、反応生産物の収率を高めることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、少なくとも一方の電極には厚み方向に貫通する複数の孔部を有する板状の電極層と、電極層の表裏面のうち、電極対の内側の面に設けられたメッシュ層とが具備され、メッシュ層の孔部の内径は電極層の孔部の内径よりも小さいので、電気化学反応によって電極層で発生する気泡は表面張力の影響によってメッシュ層を透過できずに、電極層の孔部を通過してメッシュ層とは反対側の面、つまり電極対の外側の面から電極の外部に抜け出る。従って、電気化学反応を電極層の主にメッシュ層側、つまり気泡の存在しない側で生じさせることができるため、電極が気泡で覆われることによる電場分布のばらつきや、液流の乱れ、電気化学反応に寄与する電極面積の低下などを防止することができる。よって、気泡の発生による反応効率の低下を防止することができる。また、電場の乱れを防止することができるため、反応の選択率の低下を防止することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、電極層の表裏面のうち、電極対の外側の面には、疎水性または親水性の表面処理が施されており、反応容器は前記少なくとも一方の電極によって電極対の外側空間と内側空間とに仕切られており、当該反応容器の内部の気体を排出する気体排出口を外側空間に有するので、電極内におけるメッシュ層の側から前記少なくとも一方の電極内に浸透する溶媒を、表面処理層（溶媒が水の場合には疎水性の表面処理層、溶媒が極性の低い有機溶媒の場合には親水性の表面処理層）によって遮ることができる。よって、気体排出口からの液漏れを防止することができる。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、電極層の表裏面のうち、電極対の外側の面には、他のメッシュ層が設けられており、この他のメッシュ層の孔部の内径は前記メッシュ層の孔部の内径よりも大きく、電極層の孔部の内径以下であるので、電極層における他のメッシュ層側に気泡が付着した場合には、この気泡は前記メッシュ層では遮られる反面、当該他のメッシュ層を伝って電極外部に抜け出る。従って、電気化学反応を電極層における気泡の存在しない部分で確実に生じさせることができるため、気泡の発生による反応効率の低下をより確実に防止することができる。また、電場の乱れを防止することができるため、反応の選択率の低下をより確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１８】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明に係る反応器１の概略構成を示す斜視図である。
この図に示すように、反応器１は箱状、本実施の形態においては円筒状の反応容器２を備えている。
【００１９】
この反応容器２は、図２（ａ）に示すように、有底円筒状の容器本体２００と、容器本体２００の開口部を覆う円板状の蓋部材２０１とによって中空に形成されており、内部に隔膜３を有している。
【００２０】
隔膜３は、溶液中のイオンを透過させる反面、電気化学反応の反応原料を透過させ難い性質を有するものであり、反応容器２の内部空間を上下２つの反応室２０Ａ，２０Ｂに仕切っている。
【００２１】
このうち、上側の反応室２０Ａの上面（蓋部材２０１の下面）には、反応室２０Ａの内部に流体を流入させる液流入口２２と、反応室２０Ａ内部の流体を排出させる液排出口２４とが形成されている。なお、本実施の形態においては、反応室２０Ａの上面中央部（蓋部材２０１の中央部）には、反応室２０Ａの内部の様子を外部から観察できるよう、透光性の窓２０２（図１参照）が形成されている。但し、図２や後述の図８，９では、図示の簡略化のため、窓２０２の図示を省略している。
【００２２】
また、下側の反応室２０Ｂにおける底面の外周部（容器本体２００における内側底面の外周部）には、反応室２０Ｂの内部に流体を流入させる液流入口２１が環状に形成されており、底面の中央部には、反応室２０Ｂ内部の流体を排出させる液排出口２３が形成されている。
【００２３】
これにより、図３（ａ）に示すように、反応室２０Ｂの内部には、原料溶液の流路２５が外周側から中央側に向かって形成された状態となっており、この流路２５の断面積は、上流側（外周側）よりも下流側（中央側）で小さくなっている。なお、この図３（ａ）では、断面積の大小を理解し易いよう、反応室２０Ｂ内に放射状の仕切線を設けているが、このような仕切線に対応付けて反応室２０Ｂ内に隔壁を設ける必要はない。
【００２４】
ここで、上述の液流入口２１，２２には、反応容器２の内部で流量を一定に維持するシリンジポンプやプランジャポンプ等の定量ポンプ（図示せず）が接続されており、液流入口２１，２２から液排出口２３，２４まで一定の流量で液体を流すようになっている。また、液流入口２１には、反応原料としてのトルエン誘導体（またはアミン誘導体）及びメタノールを含有する原料溶液が流入されるようになっており、液流入口２２には、これらの反応原料を含有しない溶液（以下、非原料溶液とする）が流入されるようになっている。これら原料溶液及び非原料溶液の溶媒としては、水を用いても良いし、極性の低い有機溶媒を用いても良い。
【００２５】
また、上述の図２に示すように、反応容器２は、電極対Ｄを構成して互いに対向する一方の電極４を反応室２０Ｂに、他方の電極５を反応室２０Ａに有している。
これら電極４，５はそれぞれ円板状となっており、それぞれ外周部から中央部に向かって流路２５に沿って延在した状態となっている。
【００２６】
より詳細には、電極４は、中央部に孔部を有しており、当該孔部を液排出口２３に合わせて反応室２０Ｂの底面に配設されている。なお、本実施の形態においては、電極４は従来より公知の電極であり、アノード（陽極）として機能するようになっている。また、電極４の大きさは直径５０ｍｍ、中央の孔部の大きさは直径１０ｍｍとなっている。
【００２７】
一方、電極５は、図４（ａ）に示すように、電極４と協働して電気化学反応を起こさせる電極層５０と、当該電極層５０の裏面（電極４側の面）を覆うメッシュ層５１とを有している。なお、本実施の形態においては、電極５はカソード（陰極）として機能するようになっている。
【００２８】
電極層５０は、従来より公知の導電性材料によって形成されており、厚み方向に貫通する複数の孔部（図示せず）を有している。ここで、電極層５０の厚みは、２ｍｍ以下となっており、好ましくは０．１〜１ｍｍとなっている。また、電極層５０の孔部の大きさ、つまり孔径は１ｍｍ以下となっており、好ましくは５０〜５００μｍとなっている。このような電極層５０としては、例えば市販の金網を用いても良いし、機械加工やレーザー加工、エッチング加工などで穴をあけた金属板を用いても良い。
【００２９】
メッシュ層５１は、従来より公知の絶縁性材料によって形成されており、厚み方向に貫通する複数の孔部５１０（後述の図５（ａ），（ｂ）参照）を有している。ここで、メッシュ層５１の厚みは、０．５ｍｍ以下となっており、好ましくは１０〜３００μｍとなっている。また、メッシュ層５１の孔径は、電極層５０の孔径よりも小さく、例えば電極層５０の孔径の半分以下となっており、好ましくは１〜５０μｍとなっている。メッシュ層５１の孔部５１０の形状は、厚み方向に貫通する限りにおいて、どのような形状でも良く、例えば図５（ａ），（ｂ）に示すように、厚み方向に径の異なる形状としても良いし、図５（ｃ），（ｄ）に示すように、少なくとも厚み方向に貫通するよう形成されたランダムな形状としても良い。メッシュ層５１の孔部５１０の形状が厚み方向に異なる場合には、内径の最も小さい部分が電極層５０の孔径よりも小さくなっていれば良い。以上のようなメッシュ層５１としては、例えば、機械加工やレーザー加工、エッチング加工などで穴をあけた絶縁性の板状部材を用いても良いし、市販のメンブレンフィルターなど、多孔性の部材を用いても良い。
【００３０】
なお、以上のような電極５は、電極層５０とメッシュ層５１とを、例えば５ｍｍ程度の間隔で接着することにより製造しても良いし、適切な治具で圧着することによって製造しても良い。
【００３１】
また、以上のような反応容器２は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、容器本体２００の底面に電極４を配設した後、図７（ａ），（ｂ）に示すように、スペーサ（図示せず）を介して容器本体２００の内部に隔膜３及び電極５を配設し、容器本体２００の開口部に蓋部材２０１を固定することにより、製造することができる。なお、隔膜３と電極５との間には、スペーサを配設せずに、隔膜３と電極５とを当接させることとしても良い。
【００３２】
続いて、上記の反応器１において電気化学反応を生じさせた場合の作用について説明する。
まず、原料溶液が液流入口２１に流入され、非原料溶液が液流入口２２に流入されると、隔膜３が反応原料の透過を防止する結果、反応室２０Ｂ（流路２５）には原料溶液が流れ、反応室２０Ａには非原料溶液が流れる。
【００３３】
また、電極４，５に対して電圧が印加され、電極４，５の間に電流が流されると、電極４，５の近傍で電気化学反応が生じる。具体的には、反応原料としてトルエン誘導体及びメタノールを用いる場合には、電極４の表面では下記の式（１）の反応が生じ、電極５における電極層５０の表裏面や内部では下記の式（２）の反応が生じる。また、反応原料としてアミン誘導体及びメタノールを用いる場合には、電極４の表面では下記の式（３）の反応が生じ、電極５における電極層５０の表裏面や内部では下記の式（４）の反応が生じる。
【００３４】
【化１】
【００３５】
【化２】
【００３６】
【化３】
【００３７】
【化４】
【００３８】
このとき、上述の図３（ａ）で示したように、流路２５の断面積は上流側よりも下流側で小さく、電極４，５は当該流路２５に沿って延在するので、電極４，５間の原料溶液の局所的な流速（＝流量／断面積。但し、流量は一定値）は下流側よりも上流側で小さくなる。そのため、反応原料の濃度が高く反応生成物（目的物質）の濃度が低い上流側の領域では、下流側の領域と比較して原料溶液中の物質（主に反応原料）に対する電場の作用時間が十分に確保され、電極４，５間の局所的な電流値、ひいては電流密度（＝局所的な電流値／注目部分の電極面積）が擬似的に大きくなる結果、電気化学反応による反応生成物の生成が促進される。一方、反応原料の濃度が低く反応生成物の濃度が高い下流側の領域、つまり反応生成物が副次的に反応して２次生産物に変化し易い領域では、上流側の領域と比較して原料溶液中の物質（主に反応生成物）に対する電場の作用時間が短くなり、電気化学反応による２次生産物の生成が抑制され、反応生成物の生産量が確保される。
【００３９】
また、電極５はメッシュ層５１を下方の電極４に対向させて配設されており、当該メッシュ層５１の孔径は電極層５０の孔径よりも小さいので、上記の式（２）または式（４）の反応によって水素の気泡が電極層５０で発生すると、この気泡はメッシュ層５１での表面張力の影響によって当該メッシュ層５１を透過できずに、電極層５０の孔部を通過して電極層５０の表面（図２（ａ）中、上側の面）から上方に向かって電極５の外部に抜け出る。そのため、電極５での電気化学反応は主に電極層５０の裏面（メッシュ層５１側の面）、つまり気泡の存在しない側で生じることとなる。
【００４０】
そして、気泡を含んだ溶媒が液排出口２４から、気泡を含まずに反応生成物を含有する溶媒が液排出口２３から、それぞれ反応容器２の外部に排出される。
【００４１】
以上の反応器１によれば、反応原料の濃度が高く反応生成物（目的物質）の濃度が低い上流側の領域においては、電気化学反応による反応生成物の生成を促進する一方、反応原料の濃度が低く反応生成物の濃度が高い下流側の領域、つまり反応生成物が副次的に反応して２次生産物に変化し易い領域においては、電気化学反応による２次生産物の生成を抑制し、反応生成物の生産量を確保することができるため、反応生産物の収率を高めることができる。
【００４２】
また、電気化学反応を電極層５０の主にメッシュ層５１側、つまり気泡の存在しない側で生じさせることができるため、電極５が気泡で覆われることによる電場分布のばらつきや、原料溶液の液流の乱れ、電気化学反応に寄与する電極５の面積の低下などを防止することができる。よって、気泡の発生による反応効率の低下を防止することができる。また、電場の乱れを防止することができるため、反応の選択率の低下を防止することができる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【００４４】
例えば、上記実施の形態においては、反応容器２を円筒状として説明したが、図２（ｂ）に示すように、中空の箱状であれば良い。但し、この場合には、図３（ｂ）に示すように、反応室２０Ｂの流路２５を上流側から下流側に向かって上下方向または左右方向に狭くし、当該流路２５の断面積を上流側よりも下流側で小さくすることとなる。
【００４５】
また、電極対Ｄの一方の電極を図４（ａ）に示す電極５として説明したが、図４（ｂ）に示す電極５Ａとしても良い。この電極５Ａは、表面側（電極対Ｄの外側）にメッシュ層５１Ａを有しており、メッシュ層５１Ａの孔径はメッシュ層５１の孔径よりも大きく、電極層５０の孔径以下となっており、好ましくはメッシュ層５１の孔径の倍以上となっている。この電極５Ａにおいては、電極層５０におけるメッシュ層５１Ａ側に気泡が付着した場合に、この気泡はメッシュ層５１では遮られる反面、メッシュ層５１Ａを伝って電極５の外部に抜け出る。そのため、電気化学反応を電極層５０における気泡の存在しない部分で確実に生じさせることができるため、気泡の発生による反応効率の低下をより確実に防止することができる。また、電場の乱れを防止することができるため、反応の選択率の低下をより確実に防止することができる。
【００４６】
また、電極５はメッシュ層５１を下方に向けて配設されることとして説明したが、メッシュ層５１に電極４が対向する限りにおいて、側方に向けて配設されることとしても良い。この場合であっても、電極５で発生する気泡は電極４とは反対の側から側方に向かって電極５の外部に抜け出る結果、電極層５０における気泡の存在しない側で電気化学反応を確実に生じさせることができるため、気泡の発生による反応効率の低下を確実に防止することができる。
【００４７】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
図８は、本発明に係る反応器１Ａの概略構成を示す側断面図である。
この図に示すように、本実施の形態における反応器１Ａの反応容器２Ａは、中空の箱状となっており、隔膜３によって左右に仕切られた反応室２０Ｃ，２０Ｄを有している。
【００４９】
これら反応室２０Ｃ，２０Ｄの内部には、電極対Ｄ１を構成する２つの電極５Ｂ，５Ｂが互いに対向して配設されている。
各電極５Ｂは、本発明に係る電極であり、一方がアノード、他方がカソードとして機能するようになっている。この電極５Ｂは、図４（ｃ）に示すように、裏面側（電極対の内側）から順にメッシュ層５１、電極層５０及び表面処理層５２を有している。
【００５０】
表面処理層５２は、電極層５０の表面に所定の表面処理を施して形成されており、具体的には、原料溶液の溶媒が水の場合には疎水性の表面処理、極性の低い有機溶媒の場合には親水性の表面処理を施して形成されている。なお、このような表面処理は、従来より公知の表面処理剤によって行なうことができる。
【００５１】
以上の電極５Ｂ，５Ｂは、本実施の形態においては、反応室２０Ｃ，２０Ｄを内側部分２０Ｅと外側部分２０Ｆとに仕切っている。
そして、各反応室２０Ｃ，２０Ｄの内側部分２０Ｅの下部には、反応室２０Ｃ，２０Ｄの内部に原料溶液を流入させる液流入口２１がそれぞれ設けられており、内側部分２０Ｅの上部には、反応室２０Ｃ，２０Ｄ内部の液体を排出させる液排出口２３がそれぞれ設けられている。また、各反応室２０Ｃ，２０Ｄの外側部分２０Ｆの上部には、反応室２０Ｃ，２０Ｄ内部の気体を排出させる気体排出口２４Ａがそれぞれ設けられている。なお、本実施の形態においては、各反応室２０Ｃ，２０Ｄ（特に、内側部分２０Ｅ）は、それぞれ原料溶液の流路２５であり、上流側から下流側に向かって断面積が小さくなっている。また、反応室２０Ｃの液流入口２１と、反応室２０Ｄの液流入口とには、異なる反応原料を含有する原料溶液が流入されている。
【００５２】
以上の反応器１Ａにおいては、各電極５Ｂ，５Ｂの近傍での電気化学反応によって気泡が発生するようになっており、この気泡は、それぞれ電極層５０の表面（図中、外側の面）から電極５Ｂ，５Ｂの外部に抜け出た後、気体排出口２４Ａから排出される。一方、液流入口２１から流入する原料溶液は電極５Ｂのメッシュ層５１及び電極層５０の内部に浸透するものの、表面処理層５２で遮られ、液排出口２３のみから排出される。なお、アノード及びカソードの各電極５Ｂ，５Ｂにおいてそれぞれ気泡が発生する電気化学反応としては、従来より公知の反応を用いることができる。
【００５３】
よって、この反応器１Ａによれば、上記第１の実施の形態における反応器１と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、原料溶液を液排出口２３のみから排出することができるため、気体排出口２４Ａからの液漏れを防止することができる。
【００５４】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、上記第１，第２の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５５】
図９は、本発明に係る反応器１Ｂの概略構成を示す側断面図である。
この図に示すように、本実施の形態における反応器１Ｂの反応容器２Ｂは、中空の箱状となっており、内部に隔膜３が設けられていない一室型の反応容器となっている。
【００５６】
より詳細には、反応容器２Ｂは内部に反応室２０Ｇを有しており、反応室２０Ｇの内部には、電極対Ｄ２を構成する電極４，５Ｂが互いに対向して配設されている。
【００５７】
このうち、電極４は、本実施の形態においては、アノードとして機能するようになっており、反応室２０Ｇの底面に配設されている。
一方、電極５Ｂは、カソードとして機能するようになっており、反応室２０Ｇを内側部分２０Ｈと外側部分２０Ｉとに仕切っている。
【００５８】
ここで、内側部分２０Ｈの下部には、液流入口２１及び液排出口２３が設けられており、外側部分２０Ｉの上部には、気体排出口２４Ａが設けられている。なお、本実施の形態においては、反応室２０Ｇ（特に内側部分２０Ｈ）は、原料溶液の流路２５であり、上流側から下流側に向かって断面積が小さくなっている。
【００５９】
以上の反応器１Ｂにおいては、液流入口２１から流入する原料溶液は電極５Ｂのメッシュ層５１及び電極層５０の内部に浸透するものの、表面処理層５２で遮られ、液排出口２３のみから排出される。一方、電極５Ｂの近傍での電気化学反応によって発生する気泡は、電極層５０の表面（図９中、上側の面）から電極５Ｂの外部に抜け出た後、気体排出口２４Ａから排出される。
【００６０】
よって、この反応器１Ｂによれば、上記第２の実施の形態における反応器１Ａと同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る反応器の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る反応器の概略構成を示す側断面図である。
【図３】流路の断面積を説明するための概念図である。
【図４】電極を示す断面図である。
【図５】メッシュ層を示す図である。
【図６】第１の実施形態における反応器の分解図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図７】第１の実施形態における反応器の分解図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図８】本発明に係る反応器の概略構成を示す側断面図である。
【図９】本発明に係る反応器の概略構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１，１Ａ，１Ｂ 反応器
２，２Ａ，２Ｂ 反応容器
４ 電極（他の電極）
５，５Ａ，５Ｂ 電極
２０Ｅ，２０Ｈ 内側空間
２０Ｆ，２０Ｉ 外側空間
２５ 流路
５０ 電極層
５１ メッシュ層
５１Ａ メッシュ層（他のメッシュ層）
５１０ メッシュ層の孔部
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２ 電極対
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気化学反応を起こさせる反応器として、バッチ式の反応器がある。
バッチ式の反応器とは、原料溶液を収容する反応容器と、原料溶液内に浸漬された２つの電極などとから構成される反応器であり、電極間に通電することによって化学反応を生じさせるようになっている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
但し、このバッチ式の反応器においては、反応容器内での電場の分布が不均一となってしまう。また、電極間隔が数ｃｍ開いているため、必要な電圧量が大きくなってしまう。更に、溶液の攪拌を行なっても容器の隅に淀みができたり、電極表面で溶液が滞留したりしてしまう。そのため、この反応器においては、反応の効率や選択率が低くなるという問題がある。
【０００４】
このような問題を解消するため、近年、フロー式の反応器が開発されている。
フロー式の反応器とは、内部に原料溶液を通過させる流路と、当該流路内で向かい合わせに配設された平板状の２つの電極などとから構成される反応器であり、流路内に原料溶液を流しつつ電極間に通電することによって化学反応を生じさせるようになっている（例えば、非特許文献２参照）。このフロー式の反応器においては、溶液が流れることによって攪拌の効果を生じる上、電極間隔が数ｍｍとなっているため、バッチ式の反応器と比較して反応の効率や選択率が高くなる。
【非特許文献１】ビー・エー・エス株式会社、「12. バルク電気分解用セル」、［online］、［平成２０年２月１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.bas.co.jp/1505.html＞
【非特許文献２】H. Wendt, Electrochemica Acta, Vol.37(1992), No.11, pp1959-69
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記非特許文献２に記載のようなフロー式の反応器においては、流路の上流側から下流側に向かって電極間で原料溶液の流速が一定、つまり、溶液中の物質に対する電場の作用時間が一定であるため、反応原料の濃度が低く反応生成物の濃度が高い下流側の領域では、反応生成物が副次的に反応して２次生産物に変化してしまい、反応生産物の収率が低下してしまう。
【０００６】
本発明の課題は、反応生成物の収率を高めることのできる反応器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、電気化学反応を生じさせる反応器において、
互いに対向する電極対を収容する反応容器を備え、
この反応容器は、
前記電極対の間で前記電気化学反応の原料溶液を流すとともに、上流側よりも下流側で断面積が小さく形成された流路を有し、
前記電極対は、前記流路に沿って延在することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の反応器において、
前記電極対における各電極は、それぞれ円板状に形成されるとともに、少なくとも一方が中央部に孔部を有しており、
前記流路は、
前記電極対の外周部から中央部に向かって前記原料溶液を流すことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の反応器において、
前記電極対における少なくとも一方の電極は、
厚み方向に貫通する複数の孔部を有する板状の電極層と、
前記電極層の表裏面のうち、前記電極対の内側の面に設けられたメッシュ層とを有し、
前記メッシュ層の孔部の内径は、前記電極層の孔部の内径よりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の反応器において、
前記電極層の表裏面のうち、前記電極対の外側の面には、疎水性または親水性の表面処理が施されており、
前記反応容器は、
前記少なくとも一方の電極によって前記電極対の外側空間と内側空間とに仕切られており、
当該反応容器の内部の気体を排出する気体排出口を、前記外側空間に有することを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項３記載の反応器において、
前記電極層の表裏面のうち、前記電極対の外側の面には、他のメッシュ層が設けられており、
前記他のメッシュ層の孔部の内径は、前記メッシュ層の孔部の内径よりも大きく、前記電極層の孔部の内径以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、反応容器には、電極対の間で原料溶液を流すとともに、上流側よりも下流側で断面積が小さく形成された流路が具備され、電極対は当該流路に沿って延在するので、電極間の原料溶液の局所的な流速（＝流量／断面積）は上流側よりも下流側で大きくなる。従って、反応原料の濃度が高く反応生成物（目的物質）の濃度が低い上流側の領域では、下流側の領域と比較して、原料溶液中の物質（主に反応原料）に対する電場の作用時間を十分に確保することができるため、電極間の局所的な電流値、ひいては電流密度（＝局所的な電流値／注目部分の電極面積）を擬似的に大きくし、電気化学反応による反応生成物の生成を促進することができる。一方、反応原料の濃度が低く反応生成物の濃度が高い下流側の領域、つまり反応生成物が副次的に反応して２次生産物に変化し易い領域では、上流側の領域と比較して、原料溶液中の物質（主に反応生成物）に対する電場の作用時間を短くすることができるため、電気化学反応による２次生産物の生成を抑制し、反応生成物の生産量を確保することができる。
よって、反応生産物の収率を高めることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、少なくとも一方の電極には厚み方向に貫通する複数の孔部を有する板状の電極層と、電極層の表裏面のうち、電極対の内側の面に設けられたメッシュ層とが具備され、メッシュ層の孔部の内径は電極層の孔部の内径よりも小さいので、電気化学反応によって電極層で発生する気泡は表面張力の影響によってメッシュ層を透過できずに、電極層の孔部を通過してメッシュ層とは反対側の面、つまり電極対の外側の面から電極の外部に抜け出る。従って、電気化学反応を電極層の主にメッシュ層側、つまり気泡の存在しない側で生じさせることができるため、電極が気泡で覆われることによる電場分布のばらつきや、液流の乱れ、電気化学反応に寄与する電極面積の低下などを防止することができる。よって、気泡の発生による反応効率の低下を防止することができる。また、電場の乱れを防止することができるため、反応の選択率の低下を防止することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、電極層の表裏面のうち、電極対の外側の面には、疎水性または親水性の表面処理が施されており、反応容器は前記少なくとも一方の電極によって電極対の外側空間と内側空間とに仕切られており、当該反応容器の内部の気体を排出する気体排出口を外側空間に有するので、電極内におけるメッシュ層の側から前記少なくとも一方の電極内に浸透する溶媒を、表面処理層（溶媒が水の場合には疎水性の表面処理層、溶媒が極性の低い有機溶媒の場合には親水性の表面処理層）によって遮ることができる。よって、気体排出口からの液漏れを防止することができる。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、電極層の表裏面のうち、電極対の外側の面には、他のメッシュ層が設けられており、この他のメッシュ層の孔部の内径は前記メッシュ層の孔部の内径よりも大きく、電極層の孔部の内径以下であるので、電極層における他のメッシュ層側に気泡が付着した場合には、この気泡は前記メッシュ層では遮られる反面、当該他のメッシュ層を伝って電極外部に抜け出る。従って、電気化学反応を電極層における気泡の存在しない部分で確実に生じさせることができるため、気泡の発生による反応効率の低下をより確実に防止することができる。また、電場の乱れを防止することができるため、反応の選択率の低下をより確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１８】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明に係る反応器１の概略構成を示す斜視図である。
この図に示すように、反応器１は箱状、本実施の形態においては円筒状の反応容器２を備えている。
【００１９】
この反応容器２は、図２（ａ）に示すように、有底円筒状の容器本体２００と、容器本体２００の開口部を覆う円板状の蓋部材２０１とによって中空に形成されており、内部に隔膜３を有している。
【００２０】
隔膜３は、溶液中のイオンを透過させる反面、電気化学反応の反応原料を透過させ難い性質を有するものであり、反応容器２の内部空間を上下２つの反応室２０Ａ，２０Ｂに仕切っている。
【００２１】
このうち、上側の反応室２０Ａの上面（蓋部材２０１の下面）には、反応室２０Ａの内部に流体を流入させる液流入口２２と、反応室２０Ａ内部の流体を排出させる液排出口２４とが形成されている。なお、本実施の形態においては、反応室２０Ａの上面中央部（蓋部材２０１の中央部）には、反応室２０Ａの内部の様子を外部から観察できるよう、透光性の窓２０２（図１参照）が形成されている。但し、図２や後述の図８，９では、図示の簡略化のため、窓２０２の図示を省略している。
【００２２】
また、下側の反応室２０Ｂにおける底面の外周部（容器本体２００における内側底面の外周部）には、反応室２０Ｂの内部に流体を流入させる液流入口２１が環状に形成されており、底面の中央部には、反応室２０Ｂ内部の流体を排出させる液排出口２３が形成されている。
【００２３】
これにより、図３（ａ）に示すように、反応室２０Ｂの内部には、原料溶液の流路２５が外周側から中央側に向かって形成された状態となっており、この流路２５の断面積は、上流側（外周側）よりも下流側（中央側）で小さくなっている。なお、この図３（ａ）では、断面積の大小を理解し易いよう、反応室２０Ｂ内に放射状の仕切線を設けているが、このような仕切線に対応付けて反応室２０Ｂ内に隔壁を設ける必要はない。
【００２４】
ここで、上述の液流入口２１，２２には、反応容器２の内部で流量を一定に維持するシリンジポンプやプランジャポンプ等の定量ポンプ（図示せず）が接続されており、液流入口２１，２２から液排出口２３，２４まで一定の流量で液体を流すようになっている。また、液流入口２１には、反応原料としてのトルエン誘導体（またはアミン誘導体）及びメタノールを含有する原料溶液が流入されるようになっており、液流入口２２には、これらの反応原料を含有しない溶液（以下、非原料溶液とする）が流入されるようになっている。これら原料溶液及び非原料溶液の溶媒としては、水を用いても良いし、極性の低い有機溶媒を用いても良い。
【００２５】
また、上述の図２に示すように、反応容器２は、電極対Ｄを構成して互いに対向する一方の電極４を反応室２０Ｂに、他方の電極５を反応室２０Ａに有している。
これら電極４，５はそれぞれ円板状となっており、それぞれ外周部から中央部に向かって流路２５に沿って延在した状態となっている。
【００２６】
より詳細には、電極４は、中央部に孔部を有しており、当該孔部を液排出口２３に合わせて反応室２０Ｂの底面に配設されている。なお、本実施の形態においては、電極４は従来より公知の電極であり、アノード（陽極）として機能するようになっている。また、電極４の大きさは直径５０ｍｍ、中央の孔部の大きさは直径１０ｍｍとなっている。
【００２７】
一方、電極５は、図４（ａ）に示すように、電極４と協働して電気化学反応を起こさせる電極層５０と、当該電極層５０の裏面（電極４側の面）を覆うメッシュ層５１とを有している。なお、本実施の形態においては、電極５はカソード（陰極）として機能するようになっている。
【００２８】
電極層５０は、従来より公知の導電性材料によって形成されており、厚み方向に貫通する複数の孔部（図示せず）を有している。ここで、電極層５０の厚みは、２ｍｍ以下となっており、好ましくは０．１〜１ｍｍとなっている。また、電極層５０の孔部の大きさ、つまり孔径は１ｍｍ以下となっており、好ましくは５０〜５００μｍとなっている。このような電極層５０としては、例えば市販の金網を用いても良いし、機械加工やレーザー加工、エッチング加工などで穴をあけた金属板を用いても良い。
【００２９】
メッシュ層５１は、従来より公知の絶縁性材料によって形成されており、厚み方向に貫通する複数の孔部５１０（後述の図５（ａ），（ｂ）参照）を有している。ここで、メッシュ層５１の厚みは、０．５ｍｍ以下となっており、好ましくは１０〜３００μｍとなっている。また、メッシュ層５１の孔径は、電極層５０の孔径よりも小さく、例えば電極層５０の孔径の半分以下となっており、好ましくは１〜５０μｍとなっている。メッシュ層５１の孔部５１０の形状は、厚み方向に貫通する限りにおいて、どのような形状でも良く、例えば図５（ａ），（ｂ）に示すように、厚み方向に径の異なる形状としても良いし、図５（ｃ），（ｄ）に示すように、少なくとも厚み方向に貫通するよう形成されたランダムな形状としても良い。メッシュ層５１の孔部５１０の形状が厚み方向に異なる場合には、内径の最も小さい部分が電極層５０の孔径よりも小さくなっていれば良い。以上のようなメッシュ層５１としては、例えば、機械加工やレーザー加工、エッチング加工などで穴をあけた絶縁性の板状部材を用いても良いし、市販のメンブレンフィルターなど、多孔性の部材を用いても良い。
【００３０】
なお、以上のような電極５は、電極層５０とメッシュ層５１とを、例えば５ｍｍ程度の間隔で接着することにより製造しても良いし、適切な治具で圧着することによって製造しても良い。
【００３１】
また、以上のような反応容器２は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、容器本体２００の底面に電極４を配設した後、図７（ａ），（ｂ）に示すように、スペーサ（図示せず）を介して容器本体２００の内部に隔膜３及び電極５を配設し、容器本体２００の開口部に蓋部材２０１を固定することにより、製造することができる。なお、隔膜３と電極５との間には、スペーサを配設せずに、隔膜３と電極５とを当接させることとしても良い。
【００３２】
続いて、上記の反応器１において電気化学反応を生じさせた場合の作用について説明する。
まず、原料溶液が液流入口２１に流入され、非原料溶液が液流入口２２に流入されると、隔膜３が反応原料の透過を防止する結果、反応室２０Ｂ（流路２５）には原料溶液が流れ、反応室２０Ａには非原料溶液が流れる。
【００３３】
また、電極４，５に対して電圧が印加され、電極４，５の間に電流が流されると、電極４，５の近傍で電気化学反応が生じる。具体的には、反応原料としてトルエン誘導体及びメタノールを用いる場合には、電極４の表面では下記の式（１）の反応が生じ、電極５における電極層５０の表裏面や内部では下記の式（２）の反応が生じる。また、反応原料としてアミン誘導体及びメタノールを用いる場合には、電極４の表面では下記の式（３）の反応が生じ、電極５における電極層５０の表裏面や内部では下記の式（４）の反応が生じる。
【００３４】
【化１】
【００３５】
【化２】
【００３６】
【化３】
【００３７】
【化４】
【００３８】
このとき、上述の図３（ａ）で示したように、流路２５の断面積は上流側よりも下流側で小さく、電極４，５は当該流路２５に沿って延在するので、電極４，５間の原料溶液の局所的な流速（＝流量／断面積。但し、流量は一定値）は下流側よりも上流側で小さくなる。そのため、反応原料の濃度が高く反応生成物（目的物質）の濃度が低い上流側の領域では、下流側の領域と比較して原料溶液中の物質（主に反応原料）に対する電場の作用時間が十分に確保され、電極４，５間の局所的な電流値、ひいては電流密度（＝局所的な電流値／注目部分の電極面積）が擬似的に大きくなる結果、電気化学反応による反応生成物の生成が促進される。一方、反応原料の濃度が低く反応生成物の濃度が高い下流側の領域、つまり反応生成物が副次的に反応して２次生産物に変化し易い領域では、上流側の領域と比較して原料溶液中の物質（主に反応生成物）に対する電場の作用時間が短くなり、電気化学反応による２次生産物の生成が抑制され、反応生成物の生産量が確保される。
【００３９】
また、電極５はメッシュ層５１を下方の電極４に対向させて配設されており、当該メッシュ層５１の孔径は電極層５０の孔径よりも小さいので、上記の式（２）または式（４）の反応によって水素の気泡が電極層５０で発生すると、この気泡はメッシュ層５１での表面張力の影響によって当該メッシュ層５１を透過できずに、電極層５０の孔部を通過して電極層５０の表面（図２（ａ）中、上側の面）から上方に向かって電極５の外部に抜け出る。そのため、電極５での電気化学反応は主に電極層５０の裏面（メッシュ層５１側の面）、つまり気泡の存在しない側で生じることとなる。
【００４０】
そして、気泡を含んだ溶媒が液排出口２４から、気泡を含まずに反応生成物を含有する溶媒が液排出口２３から、それぞれ反応容器２の外部に排出される。
【００４１】
以上の反応器１によれば、反応原料の濃度が高く反応生成物（目的物質）の濃度が低い上流側の領域においては、電気化学反応による反応生成物の生成を促進する一方、反応原料の濃度が低く反応生成物の濃度が高い下流側の領域、つまり反応生成物が副次的に反応して２次生産物に変化し易い領域においては、電気化学反応による２次生産物の生成を抑制し、反応生成物の生産量を確保することができるため、反応生産物の収率を高めることができる。
【００４２】
また、電気化学反応を電極層５０の主にメッシュ層５１側、つまり気泡の存在しない側で生じさせることができるため、電極５が気泡で覆われることによる電場分布のばらつきや、原料溶液の液流の乱れ、電気化学反応に寄与する電極５の面積の低下などを防止することができる。よって、気泡の発生による反応効率の低下を防止することができる。また、電場の乱れを防止することができるため、反応の選択率の低下を防止することができる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
【００４４】
例えば、上記実施の形態においては、反応容器２を円筒状として説明したが、図２（ｂ）に示すように、中空の箱状であれば良い。但し、この場合には、図３（ｂ）に示すように、反応室２０Ｂの流路２５を上流側から下流側に向かって上下方向または左右方向に狭くし、当該流路２５の断面積を上流側よりも下流側で小さくすることとなる。
【００４５】
また、電極対Ｄの一方の電極を図４（ａ）に示す電極５として説明したが、図４（ｂ）に示す電極５Ａとしても良い。この電極５Ａは、表面側（電極対Ｄの外側）にメッシュ層５１Ａを有しており、メッシュ層５１Ａの孔径はメッシュ層５１の孔径よりも大きく、電極層５０の孔径以下となっており、好ましくはメッシュ層５１の孔径の倍以上となっている。この電極５Ａにおいては、電極層５０におけるメッシュ層５１Ａ側に気泡が付着した場合に、この気泡はメッシュ層５１では遮られる反面、メッシュ層５１Ａを伝って電極５の外部に抜け出る。そのため、電気化学反応を電極層５０における気泡の存在しない部分で確実に生じさせることができるため、気泡の発生による反応効率の低下をより確実に防止することができる。また、電場の乱れを防止することができるため、反応の選択率の低下をより確実に防止することができる。
【００４６】
また、電極５はメッシュ層５１を下方に向けて配設されることとして説明したが、メッシュ層５１に電極４が対向する限りにおいて、側方に向けて配設されることとしても良い。この場合であっても、電極５で発生する気泡は電極４とは反対の側から側方に向かって電極５の外部に抜け出る結果、電極層５０における気泡の存在しない側で電気化学反応を確実に生じさせることができるため、気泡の発生による反応効率の低下を確実に防止することができる。
【００４７】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
図８は、本発明に係る反応器１Ａの概略構成を示す側断面図である。
この図に示すように、本実施の形態における反応器１Ａの反応容器２Ａは、中空の箱状となっており、隔膜３によって左右に仕切られた反応室２０Ｃ，２０Ｄを有している。
【００４９】
これら反応室２０Ｃ，２０Ｄの内部には、電極対Ｄ１を構成する２つの電極５Ｂ，５Ｂが互いに対向して配設されている。
各電極５Ｂは、本発明に係る電極であり、一方がアノード、他方がカソードとして機能するようになっている。この電極５Ｂは、図４（ｃ）に示すように、裏面側（電極対の内側）から順にメッシュ層５１、電極層５０及び表面処理層５２を有している。
【００５０】
表面処理層５２は、電極層５０の表面に所定の表面処理を施して形成されており、具体的には、原料溶液の溶媒が水の場合には疎水性の表面処理、極性の低い有機溶媒の場合には親水性の表面処理を施して形成されている。なお、このような表面処理は、従来より公知の表面処理剤によって行なうことができる。
【００５１】
以上の電極５Ｂ，５Ｂは、本実施の形態においては、反応室２０Ｃ，２０Ｄを内側部分２０Ｅと外側部分２０Ｆとに仕切っている。
そして、各反応室２０Ｃ，２０Ｄの内側部分２０Ｅの下部には、反応室２０Ｃ，２０Ｄの内部に原料溶液を流入させる液流入口２１がそれぞれ設けられており、内側部分２０Ｅの上部には、反応室２０Ｃ，２０Ｄ内部の液体を排出させる液排出口２３がそれぞれ設けられている。また、各反応室２０Ｃ，２０Ｄの外側部分２０Ｆの上部には、反応室２０Ｃ，２０Ｄ内部の気体を排出させる気体排出口２４Ａがそれぞれ設けられている。なお、本実施の形態においては、各反応室２０Ｃ，２０Ｄ（特に、内側部分２０Ｅ）は、それぞれ原料溶液の流路２５であり、上流側から下流側に向かって断面積が小さくなっている。また、反応室２０Ｃの液流入口２１と、反応室２０Ｄの液流入口とには、異なる反応原料を含有する原料溶液が流入されている。
【００５２】
以上の反応器１Ａにおいては、各電極５Ｂ，５Ｂの近傍での電気化学反応によって気泡が発生するようになっており、この気泡は、それぞれ電極層５０の表面（図中、外側の面）から電極５Ｂ，５Ｂの外部に抜け出た後、気体排出口２４Ａから排出される。一方、液流入口２１から流入する原料溶液は電極５Ｂのメッシュ層５１及び電極層５０の内部に浸透するものの、表面処理層５２で遮られ、液排出口２３のみから排出される。なお、アノード及びカソードの各電極５Ｂ，５Ｂにおいてそれぞれ気泡が発生する電気化学反応としては、従来より公知の反応を用いることができる。
【００５３】
よって、この反応器１Ａによれば、上記第１の実施の形態における反応器１と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、原料溶液を液排出口２３のみから排出することができるため、気体排出口２４Ａからの液漏れを防止することができる。
【００５４】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、上記第１，第２の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５５】
図９は、本発明に係る反応器１Ｂの概略構成を示す側断面図である。
この図に示すように、本実施の形態における反応器１Ｂの反応容器２Ｂは、中空の箱状となっており、内部に隔膜３が設けられていない一室型の反応容器となっている。
【００５６】
より詳細には、反応容器２Ｂは内部に反応室２０Ｇを有しており、反応室２０Ｇの内部には、電極対Ｄ２を構成する電極４，５Ｂが互いに対向して配設されている。
【００５７】
このうち、電極４は、本実施の形態においては、アノードとして機能するようになっており、反応室２０Ｇの底面に配設されている。
一方、電極５Ｂは、カソードとして機能するようになっており、反応室２０Ｇを内側部分２０Ｈと外側部分２０Ｉとに仕切っている。
【００５８】
ここで、内側部分２０Ｈの下部には、液流入口２１及び液排出口２３が設けられており、外側部分２０Ｉの上部には、気体排出口２４Ａが設けられている。なお、本実施の形態においては、反応室２０Ｇ（特に内側部分２０Ｈ）は、原料溶液の流路２５であり、上流側から下流側に向かって断面積が小さくなっている。
【００５９】
以上の反応器１Ｂにおいては、液流入口２１から流入する原料溶液は電極５Ｂのメッシュ層５１及び電極層５０の内部に浸透するものの、表面処理層５２で遮られ、液排出口２３のみから排出される。一方、電極５Ｂの近傍での電気化学反応によって発生する気泡は、電極層５０の表面（図９中、上側の面）から電極５Ｂの外部に抜け出た後、気体排出口２４Ａから排出される。
【００６０】
よって、この反応器１Ｂによれば、上記第２の実施の形態における反応器１Ａと同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る反応器の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る反応器の概略構成を示す側断面図である。
【図３】流路の断面積を説明するための概念図である。
【図４】電極を示す断面図である。
【図５】メッシュ層を示す図である。
【図６】第１の実施形態における反応器の分解図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図７】第１の実施形態における反応器の分解図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は斜視図である。
【図８】本発明に係る反応器の概略構成を示す側断面図である。
【図９】本発明に係る反応器の概略構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１，１Ａ，１Ｂ 反応器
２，２Ａ，２Ｂ 反応容器
４ 電極（他の電極）
５，５Ａ，５Ｂ 電極
２０Ｅ，２０Ｈ 内側空間
２０Ｆ，２０Ｉ 外側空間
２５ 流路
５０ 電極層
５１ メッシュ層
５１Ａ メッシュ層（他のメッシュ層）
５１０ メッシュ層の孔部
Ｄ，Ｄ１，Ｄ２ 電極対
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学反応を生じさせる反応器において、
互いに対向する電極対を収容する反応容器を備え、
この反応容器は、
前記電極対の間で前記電気化学反応の原料溶液を流すとともに、上流側よりも下流側で断面積が小さく形成された流路を有し、
前記電極対は、前記流路に沿って延在することを特徴とする反応器。
【請求項２】
請求項１記載の反応器において、
前記電極対における各電極は、それぞれ円板状に形成されるとともに、少なくとも一方が中央部に孔部を有しており、
前記流路は、
前記電極対の外周部から中央部に向かって前記原料溶液を流すことを特徴とする反応器。
【請求項３】
請求項１または２記載の反応器において、
前記電極対における少なくとも一方の電極は、
厚み方向に貫通する複数の孔部を有する板状の電極層と、
前記電極層の表裏面のうち、前記電極対の内側の面に設けられたメッシュ層とを有し、
前記メッシュ層の孔部の内径は、前記電極層の孔部の内径よりも小さいことを特徴とする反応器。
【請求項４】
請求項３記載の反応器において、
前記電極層の表裏面のうち、前記電極対の外側の面には、疎水性または親水性の表面処理が施されており、
前記反応容器は、
前記少なくとも一方の電極によって前記電極対の外側空間と内側空間とに仕切られており、
当該反応容器の内部の気体を排出する気体排出口を、前記外側空間に有することを特徴とする反応器。
【請求項５】
請求項３記載の反応器において、
前記電極層の表裏面のうち、前記電極対の外側の面には、他のメッシュ層が設けられており、
前記他のメッシュ層の孔部の内径は、前記メッシュ層の孔部の内径よりも大きく、前記電極層の孔部の内径以下であることを特徴とする反応器。
【請求項１】
電気化学反応を生じさせる反応器において、
互いに対向する電極対を収容する反応容器を備え、
この反応容器は、
前記電極対の間で前記電気化学反応の原料溶液を流すとともに、上流側よりも下流側で断面積が小さく形成された流路を有し、
前記電極対は、前記流路に沿って延在することを特徴とする反応器。
【請求項２】
請求項１記載の反応器において、
前記電極対における各電極は、それぞれ円板状に形成されるとともに、少なくとも一方が中央部に孔部を有しており、
前記流路は、
前記電極対の外周部から中央部に向かって前記原料溶液を流すことを特徴とする反応器。
【請求項３】
請求項１または２記載の反応器において、
前記電極対における少なくとも一方の電極は、
厚み方向に貫通する複数の孔部を有する板状の電極層と、
前記電極層の表裏面のうち、前記電極対の内側の面に設けられたメッシュ層とを有し、
前記メッシュ層の孔部の内径は、前記電極層の孔部の内径よりも小さいことを特徴とする反応器。
【請求項４】
請求項３記載の反応器において、
前記電極層の表裏面のうち、前記電極対の外側の面には、疎水性または親水性の表面処理が施されており、
前記反応容器は、
前記少なくとも一方の電極によって前記電極対の外側空間と内側空間とに仕切られており、
当該反応容器の内部の気体を排出する気体排出口を、前記外側空間に有することを特徴とする反応器。
【請求項５】
請求項３記載の反応器において、
前記電極層の表裏面のうち、前記電極対の外側の面には、他のメッシュ層が設けられており、
前記他のメッシュ層の孔部の内径は、前記メッシュ層の孔部の内径よりも大きく、前記電極層の孔部の内径以下であることを特徴とする反応器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２０９４００（Ｐ２００９−２０９４００Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５２１３２（Ｐ２００８−５２１３２）
【出願日】平成２０年３月３日（２００８．３．３）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３日（２００８．３．３）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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