電解セル及び電解槽
【課題】電解時において電解液の濃度分布が均一であり、電解セル内の圧力変動による振動を抑制し、かつ、イオン交換膜を損傷せずに安定して電解を行うことができる電解セル及び電解槽を提供すること。
【解決手段】陽極室１０と、陰極室２０と、前記陽極室１０と前記陰極室２０との間に配置された隔壁３０と、前記陽極室を構成する枠体表面に配置された、第一の開口部を有する陽極側ガスケット４０と、前記陰極室を構成する枠体表面に配置された、第二の開口部を有する陰極側ガスケット５０と、を備え、各部材が所定の位置関係を満たすように配置された電解セル１。
【解決手段】陽極室１０と、陰極室２０と、前記陽極室１０と前記陰極室２０との間に配置された隔壁３０と、前記陽極室を構成する枠体表面に配置された、第一の開口部を有する陽極側ガスケット４０と、前記陰極室を構成する枠体表面に配置された、第二の開口部を有する陰極側ガスケット５０と、を備え、各部材が所定の位置関係を満たすように配置された電解セル１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解セル及び電解槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ金属塩電気分解（以下、「電解」という。）とは、食塩水等のアルカリ金属塩化物水溶液を電気分解して、高濃度のアルカリ金属水酸化物、水素、塩素などを製造する方法である。その方法としては、水銀法や、隔膜法による電解が挙げられるが、近年では、電力効率の良いイオン交換膜法が主に用いられている。イオン交換膜法では、陽極と陰極を備えた電解セルを、イオン交換膜を介して、多数並べた電解槽を用いて電解を行う。電解セルは、陰極を取り付けた陰極室枠と、陽極を取り付けた陽極室枠とが、隔壁（背面板）を介して背中合わせに配置された構造を有している。
【０００３】
電解では、陽極にアルカリ金属塩化物水溶液を供給し、陰極にアルカリ金属水酸化物又は水を供給して、電解を行うことで、陽極では塩素ガスを生成し、陰極ではアルカリ金属水酸化物や水素ガスを生成する。
【０００４】
この電解において、電解液又は生成液と生成ガスを気液混相のまま、電解セルの上部から抜き出した場合、電解セル内の圧力変動による振動が発生し、イオン交換膜が物理的に破損する問題がある。
【０００５】
これを防止するために、電解セルには、通常、気液を分離して排出できるようにする気液分離室が備えられている。しかし、振動を防止するために気液分離室を電解セル内に配置した場合には、電解セル内の上部で生成ガスが滞留しやすくなり、部分的に、生成ガスによってイオン交換膜が損傷する問題がある。
【０００６】
上述のイオン交換膜の破損及び損傷を抑制するために、様々な検討がなされている。
特許文献１には、気液分離室を電解セル内に配置し、上部に多孔質体気泡消去板を設置することで、電解セル内の振動を抑制する提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−０６４７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
通常の電解は、４ｋＡ／ｍ2程度の電流密度で電解が行われるが、６〜１０ｋＡ／ｍ2などの高電流密度においても安定して電解を行えることが求められている。これは、高電流で電解を行うと、短時間で多くの苛性ソーダを生産することができるためである。
【０００９】
しかし、高電流密度で電解すると、陽極室では電解液の消費が加速し、陰極室では、生成液の発生が加速するため、陽極室及び陰極室内での濃度分布が不均一となり易い問題がある。さらに、生成ガスの発生量が増加するため、振動が発生しやすくなるという問題があり、電解セル内の電解液に含まれる気泡の割合が増加し、電解セル内の上部でさらにガスが滞留しやすくなり、イオン交換膜の損傷も加速されるという問題もある。特に、電解セルの陽極側では塩素が発生するため、塩素によるイオン交換膜の損傷が問題となる。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、電解時において電解液の濃度分布が均一であり、電解セル内の圧力変動による振動を抑制し、かつ、イオン交換膜を損傷せずに安定して電解を行うことができる電解セル及び電解槽を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、陽極室と、陰極室と、前記陽極室と前記陰極室との間に配置された隔壁と、前記陽極室を構成する枠体表面に配置された、第一の開口部を有する陽極側ガスケットと、前記陰極室を構成する枠体表面に配置された、第二の開口部を有する陰極側ガスケットと、を備えた電解セルにおいて、特定の構造を有する陽極室及び特定の構造を有する陰極室とし、かつ、これらを構成する部材を特定の位置関係となるように配置することで、電解時における電解液の濃度分布が均一であり、電解セル内の圧力変動による振動を抑制し、かつ、イオン交換膜を損傷せずに安定して電解を行うことができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は以下の通りである。
〔１〕
陽極室と、
陰極室と、
前記陽極室と前記陰極室との間に配置された隔壁と、
前記陽極室を構成する枠体表面に配置された、第一の開口部を有する陽極側ガスケットと、
前記陰極室を構成する枠体表面に配置された、第二の開口部を有する陰極側ガスケットと、
を備え、
前記陽極室は、陽極と、前記陽極室の内壁内部に配置された、前記陽極室に電解液を供給する陽極側電解液供給部と、前記陽極側電解液供給部の上方に配置され、前記隔壁と略平行となるように配置されたバッフル板と、前記バッフル板の上方に配置され、気体が混入した前記電解液から前記気体を分離する陽極側気液分離部と、を有し、
前記陰極室は、陰極と、前記陰極室の内壁内部に配置された、前記陰極室に電解液を供給する陰極側電解液供給部と、前記陰極側電解液供給部の上方に配置され、気体が混入した前記電解液から前記気体を分離する陰極側気液分離部と、を有し、
前記陽極室の前記内壁の上面と、前記陽極側気液分離部の上端との距離が、２〜５ｍｍであり、
前記陰極室の前記内壁の上面と、前記陰極側気液分離部の上端との距離が、２〜５ｍｍであり、
前記陽極側ガスケットの前記開口部の内縁上部は、前記陽極室の前記内壁の前記上面と同じかそれよりも上方に位置し、
前記陰極側ガスケットの前記開口部の内縁上部は、前記陰極側気液分離部の上端と同じかそれよりも下方に位置し、且つ、前記陰極側ガスケットの前記開口部の前記内縁上部と、前記陰極側気液分離部の前記上端との距離が、１５ｍｍ以下であり、
前記バッフル板の上端と、前記陽極側気液分離部の下端との距離が、３０〜１００ｍｍであり、
前記バッフル板の下端と、前記陽極室液供給部の上端との距離が、２０〜１５０ｍｍであり、
前記バッフル板と、前記陽極との距離が、５〜１５ｍｍであり、
前記バッフル板と、前記隔壁との距離が、２０〜３０ｍｍである、
電解セル。
〔２〕
前記陽極側電解液供給部と、前記陽極との距離が、３〜７ｍｍであり、
前記陽極側電解液供給部と、前記隔壁との距離が、２〜６ｍｍであり、
前記陰極側電解液供給部と、前記陰極との距離が、６．５〜１０．５ｍｍであり、
前記陰極側電解液供給部と、前記隔壁との距離が、２〜６ｍｍである、〔１〕に記載の電解セル。
〔３〕
前記陽極側気液分離部は、
前記気体が混入した前記電解液を貯留し、前記気体と前記電解液とを分離する貯留室と、
前記分離された気体を前記貯留室から排出する第三の開口部と、
を有する、〔１〕又は〔２〕に記載の電解セル。
〔４〕
前記陰極側気液分離部は、
前記気体が混入した前記電解液を貯留し、前記気体と前記電解液とを分離する貯留室と、
前記分離された気体を前記貯留室から排出する第四の開口部と、
を有する、〔１〕〜〔３〕のいずれか一項に記載の電解セル。
〔５〕
前記バッフル板は、前記陽極室の幅方向に沿って設けられている、〔１〕〜〔４〕のいずれか一項に記載の電解セル。
〔６〕
前記陽極側電解液供給部は、前記陽極室の幅方向に沿って配置された、前記電解液を前記陽極室に供給する第五の開口部を有するパイプである、〔１〕〜〔５〕のいずれか一項に記載の電解セル。
〔７〕
前記陰極側電解液供給部は、前記陰極室の幅方向に沿って配置された、前記電解液を前記陰極室に供給する第六の開口部を有するパイプである、〔１〕〜〔６〕のいずれか一項に記載の電解セル。
〔８〕
直列に配置された複数の〔１〕〜〔７〕のいずれか一項に記載の電解セルと、
隣接する前記電解セルの間に配置されたイオン交換膜と、
を少なくとも備える、複極式電解槽。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電解セルによれば、電解時において電解液の濃度分布が均一であり、電解セル内の圧力変動による振動を抑制し、かつ、イオン交換膜を損傷せずに安定して電解を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の電解セルの第１実施形態の側断面図である。
【図２】同実施形態の電解セルの正面図である。
【図３】同実施形態の電解セルを接続した状態を示す部分側断面図である。
【図４】同実施形態の電解セルを構成する各部位の配置を示す断面模式図である。
【図５】同実施形態の電解セルの電解時における電解液の流れを示す断面模式図である。
【図６】本実施形態の電解セルの第２実施形態の側断面図である。
【図７】本実施形態の電解槽の正面図である。
【図８】同実施形態の電解槽を組み立てる途中の状態を示す概略斜視図である。
【図９】本実施例で行った塩水濃度測定の測定箇所を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について、必要に応じて図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。添付図面は実施形態の一例を示したものであり、形態はこれに限定して解釈されるものではなく、本発明はその要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとし、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。さらに、本明細書において、「略」を付した用語は、当業者の技術常識の範囲内でその「略」を除いた用語の意味を示すものであり、「略」を除いた意味自体をも含むものとする。
【００１６】
図１は、本実施形態の電解セルの第１実施形態の側断面図であり、図２は同実施形態の電解セルの正面図である。本実施形態の電解セル１は、陽極室１０と、陰極室２０と、前記陽極室１０と前記陰極室２０との間に配置された隔壁３０と、前記陽極室を構成する枠体表面に配置された、第一の開口部を有する陽極側ガスケット４０と、前記陰極室を構成する枠体表面に配置された、第二の開口部を有する陰極側ガスケット５０と、を備え、
前記陽極室１０は、陽極１０２と、前記陽極室１０の内壁内部に配置された、前記陽極室１０に電解液を供給する陽極側電解液供給部１０４と、前記陽極側電解液供給部１０４の上方に配置され、前記隔壁３０と略平行となるように配置されたバッフル板１０８と、前記バッフル板１０８の上方に配置され、気体が混入した前記電解液から前記気体を分離する陽極側気液分離部１０６と、を有し、
前記陰極室２０は、陰極２０２と、前記陰極室２０の内壁内部に配置された、前記陰極室２０に電解液を供給する陰極側電解液供給部２０４と、前記陰極側電解液供給部２０４の上方に配置され、気体が混入した前記電解液から前記気体を分離する陰極側気液分離部２０６と、を有し、
前記陽極室１０の前記内壁の上面と、前記陽極側気液分離部１０６の上端との距離が、２〜５ｍｍであり、
前記陰極室２０の前記内壁の上面と、前記陰極側気液分離部２０６の上端との距離が、２〜５ｍｍであり、
前記陽極側ガスケット４０の前記開口部の内縁上部は、前記陽極室１０の前記内壁の前記上面と同じかそれよりも上方に位置し、
前記陰極側ガスケット５０の前記開口部の内縁上部は、前記陰極側気液分離部２０６の上端と同じかそれよりも下方に位置し、且つ、前記陰極側ガスケット５０の前記開口部の前記内縁上部と、前記陰極側気液分離部２０６の前記上端との距離が、１５ｍｍ以下であり、
前記バッフル板１０８の上端と、前記陽極側気液分離部１０６の下端との距離が、３０〜１００ｍｍであり、
前記バッフル板１０８の下端と、前記陽極側電解液供給部１０４の上端との距離が、２０〜１５０ｍｍであり、
前記バッフル板１０８と、前記陽極１０２との距離が、５〜１５ｍｍであり、
前記バッフル板１０８と、前記隔壁３０との距離が、２０〜３０ｍｍである、
電解セルである。かかる構成の電解セルを用いることで、電解時における電解液の濃度分布が均一であり、電解セル内の圧力変動による振動を抑制し、かつ、電解セル内において生成ガスが局所的に滞留せず、イオン交換膜を損傷せずに安定して電解を行うことができる。
【００１７】
本実施形態では、電解セル１の陽極側と、もう１つの電解セル１の陰極側とを、陽イオン交換膜を介して接続することで電解を行うことができる。図３は、第１実施形態の電解セルを接続した状態を示す部分側断面図である。図３に示すように、陽イオン交換膜２を、電解セル１ａの陽極側ガスケット４０と、もう１つの電解セル１ｂの陰極側ガスケット５０との間に挟みこむように接続する。即ち、電解セル１ａ、１ｂを直列接続して電解を行うことができる複極式の電解槽とすることができる。
【００１８】
以下、電解セル１を構成する各部材について説明する。本実施形態の電解セル１は、陽極室１０と陰極室２０の間に隔壁３０が配置されており、陽極室１０を構成する枠体表面には陽極側ガスケット４０が配置されており、陰極室２０を構成する枠体表面には陰極側ガスケット５０が配置されている。また、本実施形態において、陰極を陰極室枠内に具備する。陰極は、陰極室枠内の集電板の上に取り付けられ、集電板と陰極の間にマットを有していてもよい。
【００１９】
＜陽極室＞
陽極室１０は、陽極１０２と、陽極室１０の内壁内部に配置された、陽極室１０に電解液を供給する陽極側電解液供給部１０４と、陽極側電解液供給部１０４の上方に配置され、隔壁３０と略平行になるように配置されたバッフル板１０８と、バッフル板１０８の上方に配置され、気体が混入した電解液から気体を分離する陽極側気液分離部１０６と、を有する。
【００２０】
（陽極）
陽極室１０の枠内には、陽極１０２が設けられている。陽極１０２としては、チタン基材の表面にルテニウム、イリジウムを成分とする酸化物を被覆する、いわゆるＤＳＡ等の金属電極を用いることができる。
【００２１】
（陽極側電解液供給部）
陽極側電解液供給部１０４は、陽極室１０に電解液を供給するものであり、陽極側電解液供給部１０４は、陽極室１０の内部の下方に配置される。陽極側電解液供給部１０４としては、例えば、表面に開口部を有するパイプ（分散パイプ）等を用いることができる。かかるパイプとしては、陽極室１０の幅方向（図１において紙面の垂直方向に相当し、図２において紙面の左右方向に相当する。）に沿って配置された、電解液を陽極室１０に供給する開口部を有するパイプであることが好ましい。このパイプを、電解セル１内に電解液を供給する陽極側液供給ノズル１１０に接続することで、陽極側液供給ノズル１１０から供給された電解液を電解セル１内まで搬送し、パイプの表面に設けられた開口部から陽極室１０の内部に供給することができる。パイプを陽極室１０の幅方向に沿って配置することで、陽極室１０の内部に均一に電解液を供給することができるため好ましい。
【００２２】
陽極側電解液供給部１０４として上記した分散パイプを用いる場合、その内径は特に限定されないが、圧力損失を低減し、横方向に液を均一に供給させる観点から、２０〜３０ｍｍであることが好ましい。分散パイプは、電解セル１の幅方向に沿って配置されていることが好ましい。また、分散パイプの断面積が大きいほうが、分散パイプにおける圧力損失を抑制でき、電解液の流量をより均一に維持できる。かかる観点から、陽極室１０の分散パイプの内径は、２０〜３０ｍｍであることが好ましく、２２〜２８ｍｍであることがより好ましい。
【００２３】
（陽極側気液分離部）
陽極側気液分離部１０６は、バッフル板１０８の上方に配置される。電解中において、陽極側気液分離部１０６は、塩素ガス等の生成ガスと電解液を分離する機能を有する。なお、特に断りがない限り、電解セル１において、上方とは、図１における上方向を意味し、下方とは、図１における下方向を意味する。
【００２４】
電解時、電解セル１で発生した生成ガスと電解液が混相（気液混相）となり系外に排出されると、電解セル１内部の圧力変動によって振動が発生し、イオン交換膜の物理的な破損を引き起こす場合がある。これを抑制するために、本実施形態の電解セル１には、気体と液体を分離するための陽極側気液分離部１０６が設けられている。陽極側気液分離部１０６には、気泡を消去するための消泡板が設置されることが好ましい。気液混相流が消泡板を通過するときに気泡がはじけることにより、電解液とガスに分離するができる。その結果、電解時の振動を防止することができる。
【００２５】
消泡板としては、例えば、エクスパンデッドメタル、丸型や角形等の孔を打ち抜きしたパンチングメタル、金網、ワイヤーメッシュ、発泡金属等が使用できる。その他にも塩素や苛性ソーダに耐久性のある素材であれば、プラスチックやセラミック製で同様な形状ものでもよい。消泡板の開口率は、通常、１０〜８０％の範囲で使用できるが、圧力損失や気泡消去の観点から、好ましくは３０〜７０％の範囲であり、より好ましくは４０〜７０％の範囲である。ここでいう、開口率は、消泡板の面積に対する、消泡板の表面で開口している部分の面積の割合である。消泡板の厚みは、通常、０．１〜５ｍｍの範囲であれば、圧力損失も少なく、十分な気泡消去効果が得られる。
【００２６】
さらに、陽極側気液分離部１０６が電解セル１の内部に配置されていることにより、電解セル１の強度が向上する。特に、陽極室１０の開口部における周縁部（シール面）の上部（以下、「上部シール面」という場合がある。）の強度が向上する。
【００２７】
陽極側気液分離部１０６を電解セル１の外部の上部に配置すると、陽極室１０と、その上部に位置する陽極側気液分離部１０６とを隔てる板が必要となる。この場合、その板が、上部シール面の強度を保持することになるため、上部シール面がたわみ易くなる。それによって、陽極側ガスケット４０の上部部分が、電解セル１の外へ飛び出しやすく（ずれやすく）なる。本実施形態の電解セル１では、陽極側気液分離部１０６を電解セル１の内部に配置しているため、上部シール面の強度が向上するとともに、陽極側ガスケット４０の飛び出しやずれが起こらず、安定に電解を行うことができる。
【００２８】
また、陽極側気液分離部１０６を電解セル１の外部の上部に配置すると、陽極側気液分離部１０６が配置されている箇所までカバーするだけの面積のイオン交換膜に必要となるが、陽極側気液分離部１０６が電解セル１の内部に配置されていることで、イオン交換膜の面積利用率が向上する。
【００２９】
陽極室１０の内壁上面と、陽極側気液分離部１０６の上端面とが略平行であり、陰極室２０の内壁上部と、陰極側気液分離部２０６の上端面とが略平行になるよう配置されることが好ましい。このように配置されることで、陽極室１０（陰極室２０）の内壁上面と、陽極側気液分離部１０６（陰極側気液分離部２０６）の上端面との間において電解液が流れる幅が一定となるので、効率よく内部循環させることができ、その結果、圧力振動を防止できる。加えて、上部シール面の強度を一層向上させることもできる。
【００３０】
陽極側気液分離部１０６は、気体が混入した電解液を分離する開口部１０６４と、分離された気体と電解液を電解セルより排出するための貯留室１０６２と、電解液を排出する排出口１０６６とを有することが好ましい。この開口部１０６４は、電解液中の気泡（電解液に溶解した気体）を消去することができ、具体的には消泡板を用いることが好ましい。気体が混入した電解液は、開口部１０６４で分離されて貯留室１０６２に入り、排出口１０６６から電解セル１の外に排出される（図５参照）。貯留室１０６２は、電解セル１の幅方向に沿って形成され、電解セル１から電解液及び気体を排出するための排出口１０６６に連結されている。
【００３１】
開口部１０６４としては、例えば、微細な孔を複数設けるもの等が挙げられる。開口部１０６４は、貯留室１０６２において電解液に混入した気体が上方に抜けていきやすいように、貯留室１０６２の上面に設けることが好ましい。
【００３２】
排出口１０６６は貯留室１０６２の下方に設置されることが好ましい。それによって、電解液をすぐに排出することができる。
【００３３】
（バッフル板）
バッフル板１０８は、陽極側電解液供給部１０４の上方に配置され、かつ、隔壁３０と略平行に配置される。バッフル板１０８は、陽極室１０の電解液の流れを制御する仕切り板である。バッフル板１０８を設けることで、陽極室１０において電解液（塩水等）を内部循環させ、その濃度を均一にすることができる。内部循環を起こすために、バッフル板は、陽極１０２近傍の空間と隔壁３０近傍の空間とを隔てるように配置することが好ましい。かかる観点から、バッフル板１０８は、陽極室１０の幅方向（図１において紙面の垂直方向に相当し、図２において紙面の左右方向に相当する。）に沿って設けられていることが好ましい。バッフル板により仕切られた陽極近傍の空間では、電解が進行することにより電解液濃度（塩水濃度）が下がり、また、塩素ガス等の生成ガスが発生する。これにより、バッフル板１０８により仕切られた陽極１０２近傍の空間と、隔壁３０近傍の空間とで気液の比重差が生まれる。これを利用して、陽極室１０における電解液の内部循環を促進させ、陽極室１０の電解液の濃度分布をより均一にすることができる。
【００３４】
なお、図示はしないが、陽極室１０の内部に集電板を別途設けてもよい。かかる集電板としては、後述する陰極室の集電板２０８と同様の材料や構成とすることもできる。また、陽極室１０においては、陽極１０２自体を集電板として機能させることもできる。
【００３５】
＜陰極室＞
陰極室２０は、陰極２０２と、陰極室２０の内壁内部に配置された、陰極室２０で電解液を供給する陰極側電解液供給部２０４と、陰極側電解液供給部２０４の上方に配置され、気体が混入した電解液から気体を分離する陰極側気液分離部２０６と、を有する。陰極室２０では、陰極側電解液供給部２０４の上方に陰極側気液分離部２０６が配置されている構成をとっている。なお、陰極室２０を構成する各部位について、陽極室１０を構成する各部位と同様の構成をとり得るものはその説明を省略する。
【００３６】
（陰極）
陰極室２０の枠内には、陰極２０２が設けられている。陰極２０２としては、ニッケル基材上に、ニッケル、酸化ニッケル、ニッケルとスズの合金、活性炭と酸化物、酸化ルテニウム、白金などをコーティングした陰極等が挙げられる。その製造方法としては、合金めっき、分散・複合めっき、熱分解、溶射およびその組み合わせ等が挙げられる。
【００３７】
なお、陰極室２０には、陰極２０２の集電効果を高めるために集電板２０８が陰極室２０の側面に沿って配置されている。集電板２０８としては、公知のものを用いることができ、導電性の高い金属により構成されていることが好ましい。
【００３８】
（陰極側電解液供給部）
陰極側電解液供給部２０４は、陰極室２０に電解液を供給するものであり、陽極側電解液供給部１０４と同様の構成をとることができる。なお、陰極側電解液供給部２０４として上記した分散パイプを用いる場合、その内径は特に限定されないが、圧力損失を低減し、横方向に液を均一に供給させる観点から、５〜１５ｍｍであることが好ましく、６〜１４ｍｍであることがより好ましい。陽極室１０と同様に、陰極室２０の分散パイプは電解セル１の幅方向に沿って配置されていることが好ましく、例えば、陰極側液供給ノズル２１０に近い開口部と、陰極側液供給ノズル２１０から遠い開口部とが存在する場合がある。この場合、それぞれの開口部に流れる電解液の液量を等しくなるように制御することで、電解セル１の幅方向（図１において紙面の垂直方向に相当し、図２において紙面の左右方向に相当する。）の濃度分布をより均一に維持できる。また、分散パイプの断面積が大きいほうが、分散パイプにおける圧力損失を抑制でき、電解液の流量をより均一に維持できる。かかる観点と、通常、陽極室１０に比べて陰極室２０は小さく設計されるという観点から、陰極室２０の分散パイプの内径は５〜１５ｍｍであることが好ましい。
【００３９】
（陰極側気液分離部）
陰極側気液分離部２０６は、陰極側電解液供給部２０４の上方に配置される。陽極側気液分離部１０６と同様に、陰極側気液分離部２０６には、気体が混入した電解液を分離する開口部２０６４と、分離された気体と電解液を電解セルより排出するための貯留室２０６２と、電解液を排出する排出口２０６６とを有することが好ましい。陰極側気液分離部２０６において、気液混相流が開口部２０６４を通過するときに気泡がはじけることにより、電解液と気体に分離するができる。その結果、電解時の振動を防止することができる。
【００４０】
陰極側気液分離部２０６を電解セル１内に配置されていることにより、電解セル１の強度が向上し、特に、陰極室２０の開口部における周縁部（シール面）の上部（上部シール面）の強度が向上する。
【００４１】
陰極側気液分離部２０６は、気体が混入した電解液を分離する開口部２０６４と、分離された気体と電解液を電解セルより排出するための貯留室２０６２を有することが好ましい。気体が混入した電解液は、開口部２０６４で分離されて貯留室２０６２に入り、電解セル１の外に排出されることになる。貯留室２０６２は、電解セル１の幅方向に沿って形成され、電解セル１から電解液及び気体を排出するための排出口２０６６に連結されている。
【００４２】
開口部２０６４としては、例えば、微細な孔を複数設けるもの等が挙げられる。陽極室１０６と同様に、気泡を消去するための消泡板を用いることが好ましい。それによって、電解セル内の振動をより抑制することができる。開口部２０６４は、貯留室２０６２の上面に設けることが好ましい。その後、電解液は排出口２０６６より電解セル１の外に排出される。
【００４３】
＜隔壁＞
隔壁３０は、陽極室１０と陰極室２０の間に配置されている。隔壁３０は、セパレータと呼ばれることもあり、陽極室１０と陰極室２０とを区画するものである、隔壁３０は、電解用のセパレータとして公知のものを使用することができ、例えば、陰極側にニッケル、陽極側にチタンからなる板を溶接した隔壁等が挙げられる。
【００４４】
＜陽極側ガスケット、陰極側ガスケット＞
陽極側ガスケット４０は、陽極室１０を構成する枠体表面に配置されており、陰極側ガスケット５０は、陰極室２０を構成する枠体表面に配置されている（以下、陽極側ガスケットと陰極側ガスケットを単に「ガスケット」と総称することがある。）。使用時には、陽極側ガスケット４０ともう１つの電解セルの陰極側ガスケット５０とで、イオン交換膜２を挟持するように接続される（図３参照）。これらのガスケットは、イオン交換膜２を介して電解セル１ａ、１ｂを接続する際に、接続箇所の気密性を付与することができる。
【００４５】
本実施形態において、ガスケットとは、イオン交換膜と電解セルとの間をシールするものであり、例えば、中央に形成された開口部を有する額縁状のゴム製シート等が挙げられる。ガスケットは腐食性の電解液や生成するガス等に耐性があり、長期間使用できることが求められる。そこで、耐薬品性や硬度の点から、通常、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭゴム）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭゴム）の加硫品や過酸化物架橋品等が用いられる。また、必要に応じて液体に接する領域（接液部）をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）などのフッ素系樹脂で被覆したガスケットを用いることもできる。これらガスケットは、電解液の流れを妨げないように、それぞれ開口部を有していればよく、その形状は特に限定されない。例えば、陽極室１０を構成する陽極室枠又は陰極室２０を構成する陰極室枠の開口部周縁に沿って、額縁状のガスケットを接着剤等で貼り付けることができる。そして、イオン交換膜２を介して２体の電解セル１ａ、１ｂを接続する場合（図２参照）、ガスケットを貼り付けた各電解セル１ａ、１ｂにイオン交換膜２を介し、締め付ければよい。これにより、電解液、電解により生成するアルカリ金属水酸化物、塩素ガス、水素ガス等が電解セル１ａ、１ｂの外部に漏れることを防止することができる。
【００４６】
＜位置関係＞
本実施形態の電解セルは、各構成部材を特定の位置関係とすることにより、高電流密度での電解であっても、電解液、生成液、及び発生ガスの流れを促進することができる。通常、電解液には電解によって生じる塩素等のガスも混入するので、液体だけでなく気体も電解セル内を流動することになる（以下、この流れを「気液流れ」という場合がある。）。したがって、陽極室１０では、陽極室１０内の一部分ではなく、陽極室内の全体にわたって、スムーズに気体と液体が流れることが必要となる。これを実現することにより、イオン交換膜の破損及び損傷を防止することができる。
【００４７】
本発明者らは、電解時の電解槽の振動を抑制し、イオン交換膜の破損及び損傷を防止するべく鋭意研究した結果、意外にも、電解液の流動や濃度分布等がイオン交換膜の破損及び損傷等の防止に重要であることを見出した。そして、電解液の流動や濃度分布を制御するべく更に検討を進めた結果、電解セル１を構成する各部位の構成を総合的に制御する必要があることを見出した。
【００４８】
イオン交換膜２の物理的な破損の原因の１つは、電解セル１内の振動が挙げられる。本実施形態の電解セル１において、後述する条件（１）〜（７）等を満たすように各部材を配置することで、陽極室１０及び陰極室２０における気液流れが滞りなく促進されることができ、常に一定量の気体及び液体（生成ガス等を含んだ電解液）が電解セル１内を滞りなく流動することが可能となる。その結果、電解セル１の振動の発生を防止することができる。
【００４９】
イオン交換膜２の損傷の原因の１つは、電解セル内の電解液の濃度分布が不均一になることが挙げられる。特に高電流密度での電解では、電解反応が早く進むため、電解セル１内の電解液の濃度分布が不均一となりやすい。電解セル１内の電解液の濃度分布が不均一になると、イオン交換膜２を透過するナトリウムイオンが減少して、イオン交換基が水素イオンで置換されるため、イオン交換膜２のイオン交換機能が低下して、損傷に繋がる。また、濃度分布が不均一になると、イオン交換膜２内の含水率に影響を与え、膜内に水が溜まって、損傷することがある。本実施形態の電解セルでは、気液流れが促進され、電解液の濃度分布が均一になるので、イオン交換膜２の損傷を防止することができる。
【００５０】
また、イオン交換膜２の損傷の他の原因としては、イオン交換膜２内で塩が析出することも挙げられる。特に、高電流密度での電解では、大量の生成ガスが発生するため、生成ガスが局所的に滞留しやすい。例えば、塩化ナトリウム水溶液を電解液として用いる場合、陽極１０２で塩素ガスを生成し、陰極２０２で苛性ソーダを生成する。電解反応が進み、塩素ガスが電解セル１内の上部に滞留すると、イオン交換膜２内において塩素ガスと苛性ソーダから塩が析出してしまうことがある。しかしながら、本実施形態の電解セル１では、上記したように気液流れが促進されるため、生成ガスが局所的に滞留することを抑制でき、ひいてはイオン交換膜２内に塩が析出することも防止することができる。
【００５１】
上記した気液流れは、電解セル１内全体の流れを考える必要があり、電解セル１内を構成する部材を後述する条件（１）〜（７）を満たすように配置することで、気液流れを円滑に促進することができる。具体的には、以下の通りである。
【００５２】
図４は、第１実施形態の電解セルを構成する各部位の配置を示す断面模式図である。本実施形態の電解セル１は、少なくとも以下の条件を満たすように各部材が配置されている。
条件（１）：陽極室１０の内壁の上面と、陽極側気液分離部１０６の上端との距離（Ｄ１；図４参照）が２〜５ｍｍであり、陰極室２０の内壁の上面と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ２；図４参照）が２〜５ｍｍである。
条件（２）：陽極側ガスケット４０の開口部の内縁上部は、陽極室１０の内壁の上面と同じかそれよりも上方に位置する（領域ａ；図４参照）。
条件（３）：陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部は、陰極側気液分離部２０６の上端と同じかそれよりも下方に位置し（領域ｂ；図４参照）、かつ、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ１５；図４参照）が、１５ｍｍ以下である。
条件（４）：バッフル板１０８の上端と、陽極側気液分離部１０６の下端との距離（Ｄ４；図４参照）が、３０〜１００ｍｍである。
条件（５）：バッフル板１０８の下端と、陽極側電解液供給部１０４の上端との距離（Ｄ５；図４参照）が、２０〜１５０ｍｍである。
条件（６）：バッフル板１０８と、陽極１０２との距離（Ｄ６；図４参照）が、５〜１５ｍｍである。
条件（７）：バッフル板１０８と、隔壁３０との距離（Ｄ７；図４参照）が、２０〜３０ｍｍである。
上記構成とすることで、電解時における電解液の濃度分布を均一に維持し、電解セル内の圧力変動による振動を抑制し、かつ、電解セル内において生成ガスが局所的に滞留せず、イオン交換膜を損傷せずに安定して電解を行うことができる。
【００５３】
ここで、電解時における陽極室１０の電解液の流れを説明する。図５は、第１実施形態の電解セルの電解時における電解液の流れを示す断面模式図である。まず、電解セル１の陽極室１０では、陽極側電解液供給部１０４から電解液が供給され、バッフル板１０８により内部循環が起こり、陽極側気液分離部１０６に送られるという流れが生じる（矢印Ａ〜Ｆ；図５参照））。電解液には電解によって生じる塩素等のガスも混入するので、陽極室１０では、室内の全体にわたって気体と液体がスムーズに流れることが求められる。なお、図５では、陽極室１０における電解液の流れの一例を示しているが、図示されていない電解液の流れが存在していてもよいことは勿論である。
【００５４】
〔流れＡ〕
流れＡの距離が短いと、流れＤが阻害されて、内部循環が悪くなることがある。一方、流れＡの距離が長いと、分散パイプ付近の気液流れが阻害され、イオン交換膜の下部で損傷が発生しやすくなる。そのため、バッフル板１０８の下端と、陽極側電解液供給部１０４の上端との距離が、２０〜１５０ｍｍである（条件（５））。この距離は、３０〜１４０ｍｍであることが好ましく、４０〜１３０ｍｍであることがより好ましい。
【００５５】
特に塩酸等を電解液に添加する場合、陽極側電解液供給部１０４の近傍にバッフル板１０８の下端が位置しないことが好ましい。陽極１０２で発生する微量の酸素を低減し、塩素の品質を向上させるために、電解液に塩酸を添加して電解液のｐＨを下げることが行われる場合がある。この場合、陽極側電解液供給部１０４の近傍にバッフル板１０８の下端が位置しないことが好ましい。陽極側電解液供給部１０４の近傍の気液流れが阻害されると、ｐＨの低い電解液が滞留することになり、膜を損傷してしまう場合がある。このことからも、本実施形態の電解セル１では、バッフル板１０８の下端と、陽極側電解液供給部１０４の上端との距離を、２０〜１５０ｍｍに制御する。
【００５６】
さらに、陽極側電解液供給部１０４と、陽極１０２との距離（Ｄ８；図４参照）が３〜７ｍｍであり、かつ陽極側電解液供給部１０４と隔壁３０との距離（Ｄ９；図４参照）が２〜６ｍｍであることが好ましい（条件（８））。かかる配置とすることで、陽極側電解液供給部１０４から供給される電解液の流れＡが、流れＤを阻害することがないため、電解液の内部循環を一層円滑にすることができる。陽極側電解液供給部１０４と、陽極１０２との距離は、３〜６ｍｍであることが好ましい。陽極側電解液供給部１０４と隔壁３０との距離は、３〜６ｍｍであることが好ましい。
【００５７】
〔流れＢとＤ〕
バッフル板１０８と、陽極１０２との距離（Ｄ６；図４参照）は、５〜１５ｍｍの範囲である（条件（６））。バッフル板１０８と陽極１０２との距離は流れＢの幅に相当し、流れＢの幅が５ｍｍより狭いと、陽極１０２の近傍で発生する塩素等の気泡が多くなり、電解電圧が上昇してしまう。一方、流れＢの幅が１５ｍｍより広いと、バッフル板１０８と陽極１０２で仕切られる空間と、バッフル板１０８と隔壁３０で仕切られる空間とで、気液の比重差が十分につかなくなるため、内部循環が悪くなり、電解液の濃度分布が不均一になる。バッフル板１０８と、陽極１０２との距離は、８〜１５ｍｍであることが好ましい。
【００５８】
そして、バッフル板１０８と、隔壁３０との距離（Ｄ７；図４参照）は、２０〜３０ｍｍの範囲である（条件（７））。バッフル板１０８と隔壁３０との距離は流れＤの幅に相当し、流れＤの幅が２０ｍｍよりも狭いと、相対的に流れＢの幅が広くなり、気液の比重差がつかなくなるため、内部循環が悪くなり、電解液の濃度分布が不均一になってしまう。一方、流れＤの幅が３０ｍｍより広いと、相対的に流れＢの幅が狭くなり、発生する塩素等の気泡が多くなり、電解電圧が上昇してしまう。
【００５９】
さらに、バッフル板１０８の長さ（Ｄ１０；図４参照）は８００〜９００ｍｍであることが好ましく、８５０〜９００ｍｍであることがより好ましい（条件（９））。バッフル板１０８の長さを上記範囲とすることで、流れＢ及び流れＤの勢いを程よく強くして、気液の比重差を十分につけることができ、効率よく内部循環させることができるとともに、電解液の濃度分布を均一に維持できる。
【００６０】
〔流れＣ〕
バッフル板１０８の上端と、陽極側気液分離部１０６の上端との距離（Ｄ４；図４参照）は、３０〜１００ｍｍである（条件（４））。バッフル板１０８の上端と、陽極側気液分離部１０６の上端との距離を調節することで、流れＣを制御できる。上記距離が３０ｍｍよりも短いと、流れＣの勢いが弱くなり、内部循環が悪くなり、濃度分布が不均一となる。また、上記距離が１００ｍｍよりも長いと、陽極側気液分離部１０６の下部近傍における気液の比重差がつきにくく、陽極１０２側から隔壁３０側への循環を阻害する流れができる。その結果、電解液の濃度分布が不均一となる。バッフル板１０８の上端と、陽極側気液分離部１０６の上端との距離は、４０〜９０ｍｍであることが好ましい。
【００６１】
〔流れＥ〕
陽極側気液分離部１０６と陽極１０２との距離（Ｄ１１；図４参照）は、５〜１５ｍｍであることが好ましく、５〜１４ｍｍであることがより好ましい（条件（１０））。陽極側気液分離部１０６と陽極１０２との距離を調節することで、流れＥを制御できる。上記距離を５ｍｍ以上とすることにより、圧力損失を小さくでき、振動を抑制することができる。一方、上記距離を１５ｍｍ以下とすることにより、電解セル１内の上部領域に塩素等のガスの滞留を抑制でき、イオン交換膜の損傷を防止できる。また、陰極室２０内において、陰極側気液分離部２０６と陰極２０２との距離は、５ｍｍ以上であることが好ましく、５〜１５ｍｍであることがより好ましい（条件（１１））。５ｍｍ以上であれば、圧力損失をより抑制でき、振動をより防止することができる。
【００６２】
〔流れＦ〕
陽極室１０の内壁の上面と、陽極側気液分離部１０６の上端との距離（Ｄ１；図４参照）が２〜５ｍｍであり、陰極室２０の内壁の上面と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ２；図４参照）が２〜５ｍｍである（条件（１））。まず、陽極室１０を例にして説明すると、陽極室１０の内壁の上面と、陰極側気液分離部１０６の上端との距離を調節することで、流れＦを制御できる。上記距離が２ｍｍよりも狭いと、液体及び気体が通る隙間を十分に確保できず、気液流れが阻害され、それにより、電解セル１内の圧力が高まり、一気に気液が流れることになる。それによって、電解セル１内で振動が発生して、イオン交換膜が物理的に破損してしまう。また、圧力損失も生じて、電解セル内での振動が発生する。上記距離が５ｍｍよりも広いと、塩素等のガスが滞留してしまう。これにより、例えば、陽極側の塩素ガスと陰極側の苛性ソーダがイオン交換膜内に浸透して、イオン交換膜が損傷してしまう。陰極室についても同様に、陰極室２０の内壁の上面と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ２；図４参照）を２〜５ｍｍに制御する。
【００６３】
〔気液分離部とガスケットの位置関係〕
本実施形態の電解セルでは、気液分離部とガスケットが特定の位置に配置されているので、イオン交換膜の上部における損傷も抑制することができる。具体的には、陽極側ガスケット４０の開口部の内縁上部は、陽極室１０の内壁の上面と同じかそれよりも上方に位置する（条件（２）：領域ａ、図４参照）。陽極側ガスケット４０の開口部の内縁上部は、陽極室１０の内壁の上面と同じ高さに位置することが好ましい。
【００６４】
そして、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部は、陰極側気液分離部２０６の上端と同じかそれよりも下方に位置し（領域ｂ、図４参照）、かつ、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ１５；図４参照）が、１５ｍｍ以下である（条件（３））。好ましくは、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部は、陰極側気液分離部２０６の上端よりも下方に位置することである。また、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離は、１０ｍｍ以下であることが好ましい。すなわち、陽極側ガスケット４０の開口部の内縁上部が陽極室１０の内部領域に突出しておらず、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部が陰極室２０の内部領域に突出しているように配置される。
【００６５】
本発明者らは、陽極室１０で生成するガス（塩素等）と陰極室２０で生成する液体（苛性ソーダ等）がイオン交換膜内にそれぞれ浸透して、イオン交換膜内で塩が析出することが、イオン交換膜の損傷の原因になり得ることを見出した。また、電解セル１内の上部で塩素ガスが滞留することで、イオン交換膜の部分的な損傷が起こり易くなることも見出した。これらのことより、陽極室１０及び陰極室２０において気液分離部とガスケットの位置関係を特定の位置関係とすることで、上記原因を解消することができ、その結果、イオン交換膜の損傷を抑制することができることを見出した。以下、具体的に説明する。
【００６６】
まず、本実施形態において、陽極側ガスケット４０の開口部の内縁上部は、陽極室１０の内壁の上面と同じ高さかそれよりも上方に位置している（条件（２）；領域ａ、図４参照）。陽極側ガスケット４０が、電解セル１内に入り込まないことで、電解液を効率よく内部循環させることができ、塩素等のガスの滞留を抑制できる。好ましくは、陽極ガスケット４０が電解セル１の外へ飛び出すことを抑制する観点から、陽極側ガスケット４０の内縁上部が、陽極室１０の内壁の上面と略同じ高さに位置していることである。
【００６７】
次に、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部は、陰極側気液分離部２０６の上端と同じかそれよりも下方に位置し（領域ｂ；図４参照）、かつ、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ１５；図４参照）が１５ｍｍ以下である（条件（３））。すなわち、陰極側ガスケット５０は、陰極室２０の内壁の上面と陰極側気液分離部２０６の上端との隙間（Ｄ２；図４参照）より深く、陰極室２０内に挿入されることになる。陰極側ガスケット５０でカバーすることによって、苛性ソーダ等がイオン交換膜内に浸透することを防ぐことができ、イオン交換膜内で塩が析出することを防止することができる。
【００６８】
また、通常、陰極側ガスケット５０は陽極側ガスケット４０よりも厚みが厚く設計されるため、電解中に電解セル１の外へ飛び出しやすい傾向にあるが、陰極ガスケット５０を陰極室２０の内壁より内側に突出するように配置することにより、強固に固定され、陰極ガスケット５０が電解セル１の外への飛び出すことも防止できる。
【００６９】
さらに、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ１５；図４参照）を、１５ｍｍ以下にすることで、陰極側気液分離部２０６と陰極側ガスケット５０との間に電解液の流路となり得る空間を確保することができ、振動が発生するのを抑制することができる。
【００７０】
加えて、上記距離を１５ｍｍ以下にすることで、陰極２０２の通電面積を確保できることから、電解電圧を低く抑えることができる。陰極ガスケット５０の内縁上部が、陰極室２０の内壁に深く挿入され過ぎると、電解電圧が大幅に上昇してしまう。例えば、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部と、陰極室２０の内壁の上面との距離（Ｄ１４；図４参照）が、５ｍｍとなるように陰極側ガスケット５０を配置した場合、その距離（Ｄ１４；図４参照）が０ｍｍの場合と比較して、電解電圧が３ｍＶ上昇する。１０ｍｍとなるように陰極側ガスケット５０を配置した場合は５ｍＶ上昇し、２０ｍｍとなるように陰極側ガスケット５０を配置した場合は１０ｍＶ上昇し、３０ｍｍとなるように陰極側ガスケット５０を配置した場合は１５ｍＶ上昇し、４０ｍｍとなるように陰極側ガスケット５０を配置した場合は２１ｍＶ上昇し、５０ｍｍとなるように陰極側ガスケット５０を配置した場合は２６ｍＶ上昇する。
【００７１】
したがって、電解電圧の上昇抑制の観点から、陰極側ガスケット５０の内縁上部が、陰極側気液分離部２０６の上端から１５ｍｍ以内に位置するのである。かかる観点から、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ１５；図４参照）が、１０ｍｍ以下であることが好ましく、７ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００７２】
このように、陽極側からの塩素等のイオン交換膜への侵入は、電解液の内部循環を促進させることによって防止し、陰極側からの苛性ソーダ等のイオン交換膜への侵入は、ガスケットによる遮蔽によって防止するのである。イオン交換膜の上部が損傷すると、そこが起点となって、損傷が横方向（水平方向）に伝播して、イオン交換膜の破れを引き起こしやすい。特に、高電流密度（６〜１０ｋＡ／ｍ2）では、塩素ガスが内部に滞留しやすく、これによりイオン交換膜の部分的な損傷が起きやすい。本実施形態では、上述したようにイオン交換膜の損傷を抑制することができるので、高電流密度であっても安定して電解を行うことができる。
【００７３】
図３を用いて、電解時における気液分離部とガスケットの位置関係を説明する。
図３は、第１実施形態の電解セルの上部の断面模式図である。２つの電解セル１ａ、１ｂの間にイオン交換膜２が挟まれ、各電解セル１ａ、１ｂは、陽極１０２、陰極２０２を有し、隔壁３０により、陽極室１０と陰極室２０が区画されている。また、電解セル１ａ、１ｂ内に陽極側気液分離部１０６及び陰極側気液分離部２０６、陽極側ガスケット４０と陰極側ガスケット５０が設置されている。
【００７４】
図３では、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部は、陰極側気液分離部２０６の上面よりも、下方にある（条件（３）参照）。また、陽極側ガスケット４０の開口部の内縁上部は、陽極室１０の内壁の上面と略同じ高さに配置されている（条件（２）参照）。
【００７５】
また、陽極室１０内において、陽極側電解液供給部１０４と、陽極１０２との距離（Ｄ８；図４参照）が、３〜７ｍｍであり、陽極側電解液供給部１０４と、隔壁３０との距離（Ｄ９；図４参照）が、３〜７ｍｍであり、陰極室２０内において、陰極側電解液供給部２０４と、陰極２０２との距離（Ｄ１２；図４参照）が、６．５〜１０．５ｍｍであり、陰極側電解液供給部２０４と、隔壁３０との距離（Ｄ１３；図４参照）が、２〜６ｍｍであることが好ましい（条件（１２））。
【００７６】
より好ましくは、陽極側電解液供給部１０４と、陽極１０２との距離が、２〜６ｍｍであり、陽極側電解液供給部１０４と、隔壁３０との距離が、２〜６ｍｍであり、陰極側電解液供給部２０４と、陰極２０２との距離が、７〜１０ｍｍであり、陰極側電解液供給部２０４と、隔壁３０との距離が、３〜５ｍｍである。
【００７７】
なお、ここでいう距離とは、最短距離を意味するものであり、電解液供給部の側面と陽極、又は、電解液供給部の側面と隔壁の最短距離である。このように部材を配置することによって、陽極室１０及び陰極室２０における電解液供給部の下部領域の電解液も効率よく内部循環させることができる。特に、陰極室２０においては、陰極側電解液供給部２０４の下部領域での電解液の濃度上昇、陽極１０においては、陽極側電解液供給部１０４の下部領域での濃度低下を効果的に防止できる。特に、塩酸等を添加して電解する場合、ｐＨの低い塩水の滞留によるイオン交換膜の損傷を防止できる。
【００７８】
本実施形態の電解セルは、複極式電解セルとして複数個を直列に接続する場合、陽極室又は陰極室に弾性体を設置して、その上に電極が備えられる構成であってもよい。弾性体を設けることにより、接続する電解セル２同士で、イオン交換膜に電極が押し付けられることになり、電極間の距離が短くなるため、電圧を下げることができる。
【００７９】
図６は、本実施形態の電解セルの第２実施形態の側断面図である。電解セル２は、陽極室１０と、陰極室２０と、陽極室１０と陰極室２０との間に配置された隔壁３０と、陽極室１０を構成する枠体表面に配置された、第一の開口部を有する陽極側ガスケット４０と、陰極室２０を構成する枠体表面に配置された、第二の開口部を有する陰極側ガスケット５０と、陰極室２０の集電体２０８の上に配置された弾性体６０と、弾性体６０の上に配置された陰極２０２を備えている。電解セル２に用いられる陽極室１０、陰極室２０、隔壁３０、陽極側ガスケット４０、陰極側ガスケット５０は、図１等において説明した電解セル１と同様のものを採用できる。
【００８０】
この電解セル２を、イオン交換膜を挟んで複数個直列に接続すると、陰極室２０に配置された弾性体６０によって、陰極２０２が、隣接する電解セルの陽極室側へ押し付けられることになる。それによって、イオン交換膜を挟んで、陰極２０２と隣接する電解セルの陽極との距離が短くなり、電解時の電圧を下げることができる。
【００８１】
弾性体６０は、渦巻きばね、コイル等のばね部材や、クッション性のマット等を用いることができる。弾性体６０は、使用時の面圧等を考慮して適宜好適なものを採用できる。なお、本実施形態では、弾性体６０を陰極室２０側の集電板２０８の表面上に設けてもよいし、陽極室１０側の隔壁の表面上に設けてもよいが、通常、陰極室２０が陽極室１０よりも小さくなるよう区画されているので、枠体の強度等の観点から、陰極室２０の集電板２０８上に設けることが好ましい。
【００８２】
本実施形態の電解セルは、イオン交換膜を介して複数個を直列に接続して、複極式電解槽とすることができる。図７は、本実施形態の電解槽の正面図であり、図８は、同実施形態の電解槽を組み立てる途中の状態を示す概略斜視図である。本実施形態では、直列に配置された複数の電解セル１と、隣接する電解セル１の間に配置されたイオン交換膜（図示せず）と、を少なくとも備える複極式電解槽４（以下、単に「電解槽」という場合がある。）とすることができる。
【００８３】
電解槽４は、イオン交換膜（図示せず）を介して複数の電解セル１を直列に配置して、プレス器７により連結されることにより組み立てられる（図８参照）。なお、連結した電解セル１の両端には、陽極室のみを有する電解セル（陽極ターミナルセル）と、陰極室のみを有する電解セル（陰極ターミナルセル）を配置する。このようにして組み立てられた電解槽４では、その両端に配置された電解セル１のうちの一方に陽極端子５が、もう一方に陰極端子６が接続される（図７参照）。すなわち、電解セル１の陽極室と、隣接するもう１つの電解セル１の陰極室の間に、イオン交換膜が配置されるように接続されて、電解が行われる。
【００８４】
本実施形態の電解槽４において用いられるイオン交換膜は、特に限定されず、公知のものを用いることができる。例えば、塩化アルカリ等の電気分解により塩素とアルカリを製造する場合、耐熱性及び耐薬品性等に優れるという観点から、含フッ素系イオン交換膜が好ましい。含フッ素系イオン交換膜としては、電解時に発生する陽イオンを選択的に透過する機能を有し、かつイオン交換基を有する含フッ素系重合体を含むもの等が挙げられる。ここでいうイオン交換基を有する含フッ素系重合体とは、イオン交換基、又は、加水分解によりイオン交換基となり得るイオン交換基前駆体、を有する含フッ素系重合体をいう。例えば、フッ素化炭化水素の主鎖からなり、加水分解等によりイオン交換基に変換可能な官能基をペンダント側鎖として有し、かつ溶融加工が可能な重合体等が挙げられる。
【実施例】
【００８５】
以下の実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。以下に説明する電解槽を用意し、電解槽の各部材の配置や形状を変化させ、その結果を検証した。
【００８６】
〔電解槽〕
電解槽として、横幅が２４００ｍｍ、高さが１２００ｍｍの電解セルを８個直列に並べ、両端には、陽極室のみを有する電解セル（陽極ターミナルセル）と、陰極室のみを有する電解セル（陰極ターミナルセル）を配置し、陽極ターミナルセルに陽極端子を、陰極ターミナルセルに陰極端子を配置した。各電解セルの周縁部には、陽極側ガスケットと陰極側ガスケットを接着剤で貼り付け、各電解槽の間に、食塩電解用の含フッ素系イオン交換膜（旭化成ケミカルズ社製、商品名「ＡＣＩＰＬＥＸ（登録商標）Ｆ６８０１」）を挟んで、電解槽を組み立てた。
【００８７】
陽極はエクスパンデッドメッシュ加工したチタン板の表面に、ルテニウム、イリジウム、チタンを成分とする酸化物を被覆することにより製作した。
陰極室内には、エクスパンデッドメッシュ加工したニッケル板を集電板として用い、集電板の上にニッケル製クッションマットをのせ、さらに陰極をのせた。陰極はニッケル製ファインメッシュ基材にルテニウムの酸化物を被覆したものを用いた。
バッフル板としては、チタン製の厚み０．３ｍｍのものを用いた。
【００８８】
陽極側ガスケットは、厚み３．１ｍｍのＥＰＤＭ製ガスケットを用いた。陰極側ガスケットは、厚み３．５ｍｍのＥＰＤＭ製ガスケットを用いた。
【００８９】
陽極室内の分散パイプは、外径２５．４ｍｍ、厚み０．７ｍｍ、内径２４ｍｍのチタン製のパイプを用いた。なお、分散パイプには、等間隔に直径１．５ｍｍの孔を複数設けた。分散パイプと陽極との距離を５ｍｍ、分散パイプと隔壁との距離を５ｍｍになるように分散パイプを設置した。
【００９０】
陰極室内の分散パイプは、外径１２ｍｍ、厚み１ｍｍ、内径１０ｍｍのニッケル製のパイプを用いた。なお、分散パイプには、等間隔に直径２．０ｍｍの孔を複数設けた。分散パイプと陰極との距離が４ｍｍ、分散パイプと隔壁との距離が４ｍｍになるように設置した。
【００９１】
各電解セルは、図４に示す距離Ｄ１〜Ｄ１５を適宜変化させて、電解セルの振動及び塩水濃度分布、イオン交換膜の損傷の有無を評価する実験を行った。
【００９２】
各電解セルを並べた電解槽の陽極室に、陽極液として３００ｇ／Ｌの塩水を供給し、陰極室には、排出ノズル付近より、苛性ソーダ濃度が３２重量％となるように希薄苛性ソーダを供給し、電解温度９０℃、陽極室側ガス圧（ゲージ圧）を４０ｋＰａ、陰極室側ガス圧（ゲージ圧）を４４ｋＰａ、電流密度８ｋＡ／ｍ2で１ヶ月間電解した。また、陽極液の排出ノズル付近の塩水のｐＨが２となるように、供給する塩水に塩酸を添加して電解を行った。
【００９３】
〔振動測定〕
電解セル内の振動は、電解セル陽極室中央に内径４ｍｍのチューブを挿入し、圧電素子により電気信号に変換し測定した。サンプリング周波数１００Ｈｚで４０秒間、圧力変動を測定し、圧力の最大値と最小値の差（単位は、水柱の高さ［ｃｍ］に換算して表した。）を電解セル内の振動の大きさとした。
【００９４】
〔濃度分布測定〕
電解セル内の塩水濃度分布は、図９に示す箇所についての塩水濃度を測定し、その平均値で評価した。図９は、本実施例で行った塩水濃度測定の測定箇所を示す側面図である。陽極室内の陽極近傍に、ノズルを９箇所挿入し、電解中に電解液をゆっくりサンプリングし、各測定点での塩水濃度を測定した。そして、８ｋＡ／ｍ2の電流密度における、この９箇所での塩水濃度の最大値と最小値の差をセル内濃度分布差として求めた。サンプリング位置は、陽極室枠内において、以下の位置で測定した（図９の丸点参照）。
【００９５】
上部３箇所：陽極室周縁部の上部から、１５０ｍｍ内側の高さにおいて、電解セルの幅方向に沿って、真ん中で１箇所、中央から左右方向にそれぞれ９６８ｍｍの位置で２箇所を測定した。
中央３箇所：陽極室の中心点で１箇所、中心点から左右方向にそれぞれ９６８ｍｍの位置で２箇所を測定した。
下部３箇所：陽極室の周縁部の下部から、１５０ｍｍ内側の高さにおいて、電解セルの幅方向に沿って、真ん中で１箇所、中央から左右方向にそれぞれ９６８ｍｍの位置で２箇所を測定した。
【００９６】
〔電流効率測定〕
電流効率は、電解セルに供給される塩水の酸度（酸のモルパーセント濃度）に対する、電解セルから排出される塩水の酸度の割合で評価した。電解において、イオン交換膜を介して陰極室から陽極室へＯＨ-が透過する場合、塩水中のＨ+と反応するため、塩水の酸度が低下する。このことから、前記割合により、流した電流に対してＮａ+イオンが透過した割合である電流効率を求めた。
【００９７】
酸度は、電解セルに供給する塩水と、各電解セルの陽極側の排出ノズルから排出される塩水をサンプリングし、滴定により求めた。なお、排出される塩水中には塩素が溶存しているので、滴定前に１００ｍｌのサンプリング液に対し、２．５ｇのヨウ化カリウム（ＫＩ）を添加して溶存塩素を塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）とヨウ素（Ｉ2）に遊離することにより溶存塩素を除去した。さらに、２Ｎ濃度のチオ硫酸ナトリウム（Ｎａ2Ｓ2Ｏ3）で反応させ、ヨウ素（Ｉ2）をヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）にすることでサンプリング液を透明にした。その後、フェノールフタレインを指示薬として、０．１Ｎ濃度の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）で滴定し、酸度を求めた。
【００９８】
［実施例１］
下記電解セルを用いて電解を行った。表１及び２に各距離及び長さを示す。
＜陽極室＞
陽極側気液分離部の上端面と陽極室枠の内側の上面（Ｄ１）を３ｍｍ
陽極側気液分離部と陽極との距離（Ｄ１１）を６ｍｍ
バッフル板の上端と陽極側気液分離部の底端面との距離（Ｄ４）を５０ｍｍ
バッフルと陽極との距離（Ｄ６）を１０ｍｍ
バッフル板と隔壁との距離（Ｄ７）を２５ｍｍ
バッフル板の長さ（Ｄ１０）を８８６ｍｍ
バッフル板の下端と分散パイプの上端との距離（Ｄ５）を３５ｍｍ
陽極側電解液供給部と陽極との距離（Ｄ８）を４．１ｍｍ
陽極側電解液供給部と隔壁との距離（Ｄ９）を５ｍｍ
＜陰極室＞
陰極側気液分離部の上端面と陰極室枠の内側の上面との距離（Ｄ２）を３ｍｍ
陰極側ガスケットの上部における内縁と陰極室枠の内側の上面との距離（Ｄ１４）を５ｍｍ
（陰極側ガスケットの開口部の内縁上部と陰極側気液分離部の上端面との距離（Ｄ１５）は２ｍｍ）
陰極と陰極側気液分離部との距離（Ｄ３）を５．５ｍｍ
陰極側気液分離部の底端面と分散パイプの上端との距離を１０９１．５ｍｍ
陰極側電解液供給部と陰極との距離（Ｄ１２）を８．５ｍｍ
陰極側電解液供給部と隔壁との距離（Ｄ１３）を４ｍｍ
【００９９】
その結果、電解中は、電解セルから排出ホースへと排出される電解液において、脈動は観測されず、スムーズに電解液が排出されていることを目視にて確認した。電解中の電解セル内の振動を測定した結果、水柱５ｃｍ以下（０．４９ｋＰａ以下）であり、振動は十分に抑制されたことがわかった。塩水濃度分布差は０．４８Ｎであり、内部循環により電解液濃度が均一に維持されていることがわかった。また、電解電圧３．１８Ｖ、電流効率は９７．３％であった。電解運転終了後、イオン交換膜を取り外し観察したところ、全体的にイオン交換膜の損傷は目視では確認されなかった。
【０１００】
以下の比較例１〜３では、各部材の位置関係を変更した点以外は、実施例１と同様の条件で電解を行い、実施例１と比較した。
【０１０１】
［比較例１］
陽極側気液分離部の上端面と陽極室枠の内側の上面（Ｄ１）を５ｍｍとし、陰極室において、陰極側気液分離部の上端面と陰極室枠の内側の上面との距離（Ｄ２）を５ｍｍ、陰極側ガスケットの上部における内縁と陰極室枠の内側の上面との距離（Ｄ１４）を４ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。
その結果、電解中は、電解セルから排出ホースへと排出される電解液において、脈動は観測されず、スムーズに電解液が排出されていることを目視にて確認した。電解中の電解セル内の振動を測定した結果、水柱５ｃｍ以下（０．４９ｋＰａ以下）であり、振動が小さいことがわかった。しかし、電解運転終了後、イオン交換膜を取り外し観察したところ、ガスケットの上部付近に相当する位置において、イオン交換膜内に塩の析出と見られる直径１ｍｍ以下の損傷が多数見られた。これは、陰極ガスケットの内縁上部が、気液分離部の上端面より上方に位置しているため、陰極室の苛性ソーダがイオン交換膜内に侵入し、膜内に塩を形成したと考えられる。
【０１０２】
［比較例２］
陽極側気液分離部の上端面と陽極室枠の内側の上面（Ｄ１）を１ｍｍとし、陰極室において、陰極側気液分離部の上端面と陰極室枠の内側の上面との距離（Ｄ２）を１ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。
その結果、液排出ノズルから液排出ホース内を流れる電解液において、脈動が観測され、断続流となっていることがわかった。電解中の電解セル内の振動を測定した結果、水柱２３ｃｍ（２．２６ｋＰａ）であり、振動が大きいことがわかった。これは、気液混相流が通る幅であるＤ１が狭いために、気液流れが阻害されて圧力変動が生じ、振動が発生したと考えられる。このことから、さらに長時間の電解を行った場合、この振動が継続的に発生すると、イオン交換膜の物理的な破損が発生してしまうことが示唆される。なお、電解運転終了後、イオン交換膜を取り外し観察したところ、イオン交換膜の損傷は確認されなかった。
【０１０３】
［比較例３］
陰極側ガスケットの上部における内縁と陰極室枠の内側の上面との距離（Ｄ１４）を０ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。
その結果、電解中は、電解セルから排出ホースへと排出される電解液において、脈動は観測されず、スムーズに電解液が排出されていることが目視にて確認した。電解中の電解セル内の振動を測定した結果、水柱５ｃｍ以下（０．４９ｋＰａ以下）であり、振動は小さいことがわかった。しかし、電解運転終了後、イオン交換膜を取り外し観察したところ、ガスケットの上部付近に相当する位置において、イオン交換膜内に塩の析出と見られる直径１ｍｍ以下の損傷が多数見られた。これは、陰極ガスケットの上部における内縁が、気液分離部の上端面より高い位置にあるため、陰極室の苛性ソーダがイオン交換膜内に侵入し、膜内に塩を形成したと考えられる。
これらの結果を表１に示す。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】
表１に示すように、実施例１は、電解液が十分に内部循環しており、電解時における振動も十分に抑制され、電解液の濃度の均一に維持されており、運転効率も良好であった。一方、比較例１及び３では、イオン交換膜の損傷が見られた。比較例２では気液混相流が閉塞し、振動が生じた。
【０１０６】
以下の比較例４〜９では、陽極室において、気液分離部、バッフル、分散パイプ等の位置関係を変更して電解運転を行い、その結果について実施例１と比較した。
【０１０７】
［比較例４］
陽極とバッフルとの距離（Ｄ６）を３ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。塩水濃度分布差は０．６５Ｎであった。また、電解電圧は３．２０Ｖ、電流効率は９６．８％であった。電解運転終了後、イオン交換膜を取り出して観察したところ、直径１ｍｍ以下の損傷が多数確認された。
【０１０８】
［比較例５］
陽極とバッフルとの距離（Ｄ６）を２０ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。塩水濃度分布差は０．８２Ｎであった。また、電解電圧は３．１９Ｖ、電流効率は９７．１％であった。電解運転終了後、イオン交換膜を取り出し、観察したところ、直径１ｍｍ以下の損傷が多数確認された。
【０１０９】
［比較例６］
長さ９１６ｍｍのバッフル板（Ｄ１０）を使用し、バッフル板の上端と陽極側気液分離部の底端面の距離（Ｄ４）を２０ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。塩水濃度分布差は０．８６Ｎであった。また、電解電圧は３．１９Ｖ、電流効率は９７．０％であった。電解運転終了後、イオン交換膜を取り出し、観察したところ、直径１ｍｍ以下の損傷が多数確認された。
【０１１０】
［比較例７］
長さ７８６ｍｍのバッフル板（Ｄ１０）を使用し、バッフル板の上端と陽極側気液分離部の底端面の距離（Ｄ４）を１５０ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。塩水濃度分布差は０．６２Ｎであった。また、電解電圧は３．１８Ｖ、電流効率は９７．０％であった。電解運転終了後、イオン交換膜を取り出し、観察したところ、直径１ｍｍ以下の損傷が多数確認された。
【０１１１】
［比較例８］
長さ９１１ｍｍのバッフル板（Ｄ１０）を使用し、バッフル板の下端と分散パイプの上端との距離（Ｄ５）を１０ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。塩水濃度分布差は１．００Ｎであった。また、電解電圧は３．２０Ｖ、電流効率は９６．８％であった。電解運転終了後、イオン交換膜を取り出し、観察したところ、直径１ｍｍ以下の損傷が多数確認された。バッフル下部付近の気液流れが阻害され、濃度分布が不均一になったことが分かる。
【０１１２】
［比較例９］
長さ７００ｍｍのバッフル板（Ｄ１０）を使用し、バッフル板の下端と分散パイプの上端との距離（Ｄ４）を２２１ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。塩水濃度分布差は０．６３Ｎであった。また、電解電圧は３．１９Ｖ、電流効率は９６．７％であった。電解運転終了後、イオン交換膜を取り出して観察したところ、直径１ｍｍ以下の損傷が多数確認され、また、分散パイプ付近に塩酸による白化と見られる損傷も確認された。電解セル下部付近の気液流れが阻害され、内部循環が悪くなり、イオン交換基が水素イオンに置換されることで、損傷したことが分かる。
【０１１３】
これらの結果を表２に示す。
【０１１４】
【表２】
【０１１５】
直径１ｍｍ以下の損傷であっても、さらに長期間使用すると、損傷箇所の増加及び損傷部分の拡大が生じ、電流効率が大きく低下するとともに、イオン交換膜の寿命が短くなってしまうと推測される。
比較例４では、陽極とバッフル板との間（流れＢ）が狭く、気泡が多くなり、電解電圧が上昇した。比較例５では、陽極とバッフル板の間（流れＢ）が広く、内部循環が悪化し、濃度分布差が大きくなった。
比較例６では、バッフル板の上端と陽極側気液分離部の底端面との間（流れＣ）が狭く、液が循環して流れる幅が狭いので、濃度分布が悪化した。比較例７では、バッフル板の上端と陽極側気液分離部の底端面との間（流れＣ）が広く、循環が阻害される流れが生じて、濃度分布が悪化した。
比較例８では、バッフル板の下端と分散パイプとの間（流れＡ）が狭く、内部循環の流れが阻害され、濃度分布差が大きくなった。比較例９では、バッフル板の下端と分散パイプとの間（流れＡ）が広く、分散パイプ付近での気液の流れが悪化し、濃度分布差が大きくなった。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明の電解セルは、塩素とアルカリ金属水酸化物を生産するためのイオン交換膜法アルカリ電解の分野をはじめとする幅広い分野で好適に利用できる。
【符号の説明】
【０１１７】
１，１ａ，１ｂ，３…電解セル、２…イオン交換膜、４…電解槽、５…陽極端子、６…陰極端子、１０…陽極室、１０２…陽極、１０４…陽極側液体供給部、１０６…陽極側気液分離部、１０８…バッフル板、１１０…陽極側液供給ノズル、１０６２，２０６２…貯留室、１０６４，２０６４…開口部、１０６６，２０６６…排出口、２０…陰極室、２０２…陰極、２０４…陰極側液体供給部、２０６…陰極側気液分離部、２０８…集電板、２１０…陰極側液供給ノズル、３０…隔壁、４０…陽極側ガスケット、５０…陰極側ガスケット、６０…弾性体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解セル及び電解槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ金属塩電気分解（以下、「電解」という。）とは、食塩水等のアルカリ金属塩化物水溶液を電気分解して、高濃度のアルカリ金属水酸化物、水素、塩素などを製造する方法である。その方法としては、水銀法や、隔膜法による電解が挙げられるが、近年では、電力効率の良いイオン交換膜法が主に用いられている。イオン交換膜法では、陽極と陰極を備えた電解セルを、イオン交換膜を介して、多数並べた電解槽を用いて電解を行う。電解セルは、陰極を取り付けた陰極室枠と、陽極を取り付けた陽極室枠とが、隔壁（背面板）を介して背中合わせに配置された構造を有している。
【０００３】
電解では、陽極にアルカリ金属塩化物水溶液を供給し、陰極にアルカリ金属水酸化物又は水を供給して、電解を行うことで、陽極では塩素ガスを生成し、陰極ではアルカリ金属水酸化物や水素ガスを生成する。
【０００４】
この電解において、電解液又は生成液と生成ガスを気液混相のまま、電解セルの上部から抜き出した場合、電解セル内の圧力変動による振動が発生し、イオン交換膜が物理的に破損する問題がある。
【０００５】
これを防止するために、電解セルには、通常、気液を分離して排出できるようにする気液分離室が備えられている。しかし、振動を防止するために気液分離室を電解セル内に配置した場合には、電解セル内の上部で生成ガスが滞留しやすくなり、部分的に、生成ガスによってイオン交換膜が損傷する問題がある。
【０００６】
上述のイオン交換膜の破損及び損傷を抑制するために、様々な検討がなされている。
特許文献１には、気液分離室を電解セル内に配置し、上部に多孔質体気泡消去板を設置することで、電解セル内の振動を抑制する提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−０６４７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
通常の電解は、４ｋＡ／ｍ2程度の電流密度で電解が行われるが、６〜１０ｋＡ／ｍ2などの高電流密度においても安定して電解を行えることが求められている。これは、高電流で電解を行うと、短時間で多くの苛性ソーダを生産することができるためである。
【０００９】
しかし、高電流密度で電解すると、陽極室では電解液の消費が加速し、陰極室では、生成液の発生が加速するため、陽極室及び陰極室内での濃度分布が不均一となり易い問題がある。さらに、生成ガスの発生量が増加するため、振動が発生しやすくなるという問題があり、電解セル内の電解液に含まれる気泡の割合が増加し、電解セル内の上部でさらにガスが滞留しやすくなり、イオン交換膜の損傷も加速されるという問題もある。特に、電解セルの陽極側では塩素が発生するため、塩素によるイオン交換膜の損傷が問題となる。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、電解時において電解液の濃度分布が均一であり、電解セル内の圧力変動による振動を抑制し、かつ、イオン交換膜を損傷せずに安定して電解を行うことができる電解セル及び電解槽を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、陽極室と、陰極室と、前記陽極室と前記陰極室との間に配置された隔壁と、前記陽極室を構成する枠体表面に配置された、第一の開口部を有する陽極側ガスケットと、前記陰極室を構成する枠体表面に配置された、第二の開口部を有する陰極側ガスケットと、を備えた電解セルにおいて、特定の構造を有する陽極室及び特定の構造を有する陰極室とし、かつ、これらを構成する部材を特定の位置関係となるように配置することで、電解時における電解液の濃度分布が均一であり、電解セル内の圧力変動による振動を抑制し、かつ、イオン交換膜を損傷せずに安定して電解を行うことができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は以下の通りである。
〔１〕
陽極室と、
陰極室と、
前記陽極室と前記陰極室との間に配置された隔壁と、
前記陽極室を構成する枠体表面に配置された、第一の開口部を有する陽極側ガスケットと、
前記陰極室を構成する枠体表面に配置された、第二の開口部を有する陰極側ガスケットと、
を備え、
前記陽極室は、陽極と、前記陽極室の内壁内部に配置された、前記陽極室に電解液を供給する陽極側電解液供給部と、前記陽極側電解液供給部の上方に配置され、前記隔壁と略平行となるように配置されたバッフル板と、前記バッフル板の上方に配置され、気体が混入した前記電解液から前記気体を分離する陽極側気液分離部と、を有し、
前記陰極室は、陰極と、前記陰極室の内壁内部に配置された、前記陰極室に電解液を供給する陰極側電解液供給部と、前記陰極側電解液供給部の上方に配置され、気体が混入した前記電解液から前記気体を分離する陰極側気液分離部と、を有し、
前記陽極室の前記内壁の上面と、前記陽極側気液分離部の上端との距離が、２〜５ｍｍであり、
前記陰極室の前記内壁の上面と、前記陰極側気液分離部の上端との距離が、２〜５ｍｍであり、
前記陽極側ガスケットの前記開口部の内縁上部は、前記陽極室の前記内壁の前記上面と同じかそれよりも上方に位置し、
前記陰極側ガスケットの前記開口部の内縁上部は、前記陰極側気液分離部の上端と同じかそれよりも下方に位置し、且つ、前記陰極側ガスケットの前記開口部の前記内縁上部と、前記陰極側気液分離部の前記上端との距離が、１５ｍｍ以下であり、
前記バッフル板の上端と、前記陽極側気液分離部の下端との距離が、３０〜１００ｍｍであり、
前記バッフル板の下端と、前記陽極室液供給部の上端との距離が、２０〜１５０ｍｍであり、
前記バッフル板と、前記陽極との距離が、５〜１５ｍｍであり、
前記バッフル板と、前記隔壁との距離が、２０〜３０ｍｍである、
電解セル。
〔２〕
前記陽極側電解液供給部と、前記陽極との距離が、３〜７ｍｍであり、
前記陽極側電解液供給部と、前記隔壁との距離が、２〜６ｍｍであり、
前記陰極側電解液供給部と、前記陰極との距離が、６．５〜１０．５ｍｍであり、
前記陰極側電解液供給部と、前記隔壁との距離が、２〜６ｍｍである、〔１〕に記載の電解セル。
〔３〕
前記陽極側気液分離部は、
前記気体が混入した前記電解液を貯留し、前記気体と前記電解液とを分離する貯留室と、
前記分離された気体を前記貯留室から排出する第三の開口部と、
を有する、〔１〕又は〔２〕に記載の電解セル。
〔４〕
前記陰極側気液分離部は、
前記気体が混入した前記電解液を貯留し、前記気体と前記電解液とを分離する貯留室と、
前記分離された気体を前記貯留室から排出する第四の開口部と、
を有する、〔１〕〜〔３〕のいずれか一項に記載の電解セル。
〔５〕
前記バッフル板は、前記陽極室の幅方向に沿って設けられている、〔１〕〜〔４〕のいずれか一項に記載の電解セル。
〔６〕
前記陽極側電解液供給部は、前記陽極室の幅方向に沿って配置された、前記電解液を前記陽極室に供給する第五の開口部を有するパイプである、〔１〕〜〔５〕のいずれか一項に記載の電解セル。
〔７〕
前記陰極側電解液供給部は、前記陰極室の幅方向に沿って配置された、前記電解液を前記陰極室に供給する第六の開口部を有するパイプである、〔１〕〜〔６〕のいずれか一項に記載の電解セル。
〔８〕
直列に配置された複数の〔１〕〜〔７〕のいずれか一項に記載の電解セルと、
隣接する前記電解セルの間に配置されたイオン交換膜と、
を少なくとも備える、複極式電解槽。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電解セルによれば、電解時において電解液の濃度分布が均一であり、電解セル内の圧力変動による振動を抑制し、かつ、イオン交換膜を損傷せずに安定して電解を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の電解セルの第１実施形態の側断面図である。
【図２】同実施形態の電解セルの正面図である。
【図３】同実施形態の電解セルを接続した状態を示す部分側断面図である。
【図４】同実施形態の電解セルを構成する各部位の配置を示す断面模式図である。
【図５】同実施形態の電解セルの電解時における電解液の流れを示す断面模式図である。
【図６】本実施形態の電解セルの第２実施形態の側断面図である。
【図７】本実施形態の電解槽の正面図である。
【図８】同実施形態の電解槽を組み立てる途中の状態を示す概略斜視図である。
【図９】本実施例で行った塩水濃度測定の測定箇所を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について、必要に応じて図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。添付図面は実施形態の一例を示したものであり、形態はこれに限定して解釈されるものではなく、本発明はその要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとし、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。さらに、本明細書において、「略」を付した用語は、当業者の技術常識の範囲内でその「略」を除いた用語の意味を示すものであり、「略」を除いた意味自体をも含むものとする。
【００１６】
図１は、本実施形態の電解セルの第１実施形態の側断面図であり、図２は同実施形態の電解セルの正面図である。本実施形態の電解セル１は、陽極室１０と、陰極室２０と、前記陽極室１０と前記陰極室２０との間に配置された隔壁３０と、前記陽極室を構成する枠体表面に配置された、第一の開口部を有する陽極側ガスケット４０と、前記陰極室を構成する枠体表面に配置された、第二の開口部を有する陰極側ガスケット５０と、を備え、
前記陽極室１０は、陽極１０２と、前記陽極室１０の内壁内部に配置された、前記陽極室１０に電解液を供給する陽極側電解液供給部１０４と、前記陽極側電解液供給部１０４の上方に配置され、前記隔壁３０と略平行となるように配置されたバッフル板１０８と、前記バッフル板１０８の上方に配置され、気体が混入した前記電解液から前記気体を分離する陽極側気液分離部１０６と、を有し、
前記陰極室２０は、陰極２０２と、前記陰極室２０の内壁内部に配置された、前記陰極室２０に電解液を供給する陰極側電解液供給部２０４と、前記陰極側電解液供給部２０４の上方に配置され、気体が混入した前記電解液から前記気体を分離する陰極側気液分離部２０６と、を有し、
前記陽極室１０の前記内壁の上面と、前記陽極側気液分離部１０６の上端との距離が、２〜５ｍｍであり、
前記陰極室２０の前記内壁の上面と、前記陰極側気液分離部２０６の上端との距離が、２〜５ｍｍであり、
前記陽極側ガスケット４０の前記開口部の内縁上部は、前記陽極室１０の前記内壁の前記上面と同じかそれよりも上方に位置し、
前記陰極側ガスケット５０の前記開口部の内縁上部は、前記陰極側気液分離部２０６の上端と同じかそれよりも下方に位置し、且つ、前記陰極側ガスケット５０の前記開口部の前記内縁上部と、前記陰極側気液分離部２０６の前記上端との距離が、１５ｍｍ以下であり、
前記バッフル板１０８の上端と、前記陽極側気液分離部１０６の下端との距離が、３０〜１００ｍｍであり、
前記バッフル板１０８の下端と、前記陽極側電解液供給部１０４の上端との距離が、２０〜１５０ｍｍであり、
前記バッフル板１０８と、前記陽極１０２との距離が、５〜１５ｍｍであり、
前記バッフル板１０８と、前記隔壁３０との距離が、２０〜３０ｍｍである、
電解セルである。かかる構成の電解セルを用いることで、電解時における電解液の濃度分布が均一であり、電解セル内の圧力変動による振動を抑制し、かつ、電解セル内において生成ガスが局所的に滞留せず、イオン交換膜を損傷せずに安定して電解を行うことができる。
【００１７】
本実施形態では、電解セル１の陽極側と、もう１つの電解セル１の陰極側とを、陽イオン交換膜を介して接続することで電解を行うことができる。図３は、第１実施形態の電解セルを接続した状態を示す部分側断面図である。図３に示すように、陽イオン交換膜２を、電解セル１ａの陽極側ガスケット４０と、もう１つの電解セル１ｂの陰極側ガスケット５０との間に挟みこむように接続する。即ち、電解セル１ａ、１ｂを直列接続して電解を行うことができる複極式の電解槽とすることができる。
【００１８】
以下、電解セル１を構成する各部材について説明する。本実施形態の電解セル１は、陽極室１０と陰極室２０の間に隔壁３０が配置されており、陽極室１０を構成する枠体表面には陽極側ガスケット４０が配置されており、陰極室２０を構成する枠体表面には陰極側ガスケット５０が配置されている。また、本実施形態において、陰極を陰極室枠内に具備する。陰極は、陰極室枠内の集電板の上に取り付けられ、集電板と陰極の間にマットを有していてもよい。
【００１９】
＜陽極室＞
陽極室１０は、陽極１０２と、陽極室１０の内壁内部に配置された、陽極室１０に電解液を供給する陽極側電解液供給部１０４と、陽極側電解液供給部１０４の上方に配置され、隔壁３０と略平行になるように配置されたバッフル板１０８と、バッフル板１０８の上方に配置され、気体が混入した電解液から気体を分離する陽極側気液分離部１０６と、を有する。
【００２０】
（陽極）
陽極室１０の枠内には、陽極１０２が設けられている。陽極１０２としては、チタン基材の表面にルテニウム、イリジウムを成分とする酸化物を被覆する、いわゆるＤＳＡ等の金属電極を用いることができる。
【００２１】
（陽極側電解液供給部）
陽極側電解液供給部１０４は、陽極室１０に電解液を供給するものであり、陽極側電解液供給部１０４は、陽極室１０の内部の下方に配置される。陽極側電解液供給部１０４としては、例えば、表面に開口部を有するパイプ（分散パイプ）等を用いることができる。かかるパイプとしては、陽極室１０の幅方向（図１において紙面の垂直方向に相当し、図２において紙面の左右方向に相当する。）に沿って配置された、電解液を陽極室１０に供給する開口部を有するパイプであることが好ましい。このパイプを、電解セル１内に電解液を供給する陽極側液供給ノズル１１０に接続することで、陽極側液供給ノズル１１０から供給された電解液を電解セル１内まで搬送し、パイプの表面に設けられた開口部から陽極室１０の内部に供給することができる。パイプを陽極室１０の幅方向に沿って配置することで、陽極室１０の内部に均一に電解液を供給することができるため好ましい。
【００２２】
陽極側電解液供給部１０４として上記した分散パイプを用いる場合、その内径は特に限定されないが、圧力損失を低減し、横方向に液を均一に供給させる観点から、２０〜３０ｍｍであることが好ましい。分散パイプは、電解セル１の幅方向に沿って配置されていることが好ましい。また、分散パイプの断面積が大きいほうが、分散パイプにおける圧力損失を抑制でき、電解液の流量をより均一に維持できる。かかる観点から、陽極室１０の分散パイプの内径は、２０〜３０ｍｍであることが好ましく、２２〜２８ｍｍであることがより好ましい。
【００２３】
（陽極側気液分離部）
陽極側気液分離部１０６は、バッフル板１０８の上方に配置される。電解中において、陽極側気液分離部１０６は、塩素ガス等の生成ガスと電解液を分離する機能を有する。なお、特に断りがない限り、電解セル１において、上方とは、図１における上方向を意味し、下方とは、図１における下方向を意味する。
【００２４】
電解時、電解セル１で発生した生成ガスと電解液が混相（気液混相）となり系外に排出されると、電解セル１内部の圧力変動によって振動が発生し、イオン交換膜の物理的な破損を引き起こす場合がある。これを抑制するために、本実施形態の電解セル１には、気体と液体を分離するための陽極側気液分離部１０６が設けられている。陽極側気液分離部１０６には、気泡を消去するための消泡板が設置されることが好ましい。気液混相流が消泡板を通過するときに気泡がはじけることにより、電解液とガスに分離するができる。その結果、電解時の振動を防止することができる。
【００２５】
消泡板としては、例えば、エクスパンデッドメタル、丸型や角形等の孔を打ち抜きしたパンチングメタル、金網、ワイヤーメッシュ、発泡金属等が使用できる。その他にも塩素や苛性ソーダに耐久性のある素材であれば、プラスチックやセラミック製で同様な形状ものでもよい。消泡板の開口率は、通常、１０〜８０％の範囲で使用できるが、圧力損失や気泡消去の観点から、好ましくは３０〜７０％の範囲であり、より好ましくは４０〜７０％の範囲である。ここでいう、開口率は、消泡板の面積に対する、消泡板の表面で開口している部分の面積の割合である。消泡板の厚みは、通常、０．１〜５ｍｍの範囲であれば、圧力損失も少なく、十分な気泡消去効果が得られる。
【００２６】
さらに、陽極側気液分離部１０６が電解セル１の内部に配置されていることにより、電解セル１の強度が向上する。特に、陽極室１０の開口部における周縁部（シール面）の上部（以下、「上部シール面」という場合がある。）の強度が向上する。
【００２７】
陽極側気液分離部１０６を電解セル１の外部の上部に配置すると、陽極室１０と、その上部に位置する陽極側気液分離部１０６とを隔てる板が必要となる。この場合、その板が、上部シール面の強度を保持することになるため、上部シール面がたわみ易くなる。それによって、陽極側ガスケット４０の上部部分が、電解セル１の外へ飛び出しやすく（ずれやすく）なる。本実施形態の電解セル１では、陽極側気液分離部１０６を電解セル１の内部に配置しているため、上部シール面の強度が向上するとともに、陽極側ガスケット４０の飛び出しやずれが起こらず、安定に電解を行うことができる。
【００２８】
また、陽極側気液分離部１０６を電解セル１の外部の上部に配置すると、陽極側気液分離部１０６が配置されている箇所までカバーするだけの面積のイオン交換膜に必要となるが、陽極側気液分離部１０６が電解セル１の内部に配置されていることで、イオン交換膜の面積利用率が向上する。
【００２９】
陽極室１０の内壁上面と、陽極側気液分離部１０６の上端面とが略平行であり、陰極室２０の内壁上部と、陰極側気液分離部２０６の上端面とが略平行になるよう配置されることが好ましい。このように配置されることで、陽極室１０（陰極室２０）の内壁上面と、陽極側気液分離部１０６（陰極側気液分離部２０６）の上端面との間において電解液が流れる幅が一定となるので、効率よく内部循環させることができ、その結果、圧力振動を防止できる。加えて、上部シール面の強度を一層向上させることもできる。
【００３０】
陽極側気液分離部１０６は、気体が混入した電解液を分離する開口部１０６４と、分離された気体と電解液を電解セルより排出するための貯留室１０６２と、電解液を排出する排出口１０６６とを有することが好ましい。この開口部１０６４は、電解液中の気泡（電解液に溶解した気体）を消去することができ、具体的には消泡板を用いることが好ましい。気体が混入した電解液は、開口部１０６４で分離されて貯留室１０６２に入り、排出口１０６６から電解セル１の外に排出される（図５参照）。貯留室１０６２は、電解セル１の幅方向に沿って形成され、電解セル１から電解液及び気体を排出するための排出口１０６６に連結されている。
【００３１】
開口部１０６４としては、例えば、微細な孔を複数設けるもの等が挙げられる。開口部１０６４は、貯留室１０６２において電解液に混入した気体が上方に抜けていきやすいように、貯留室１０６２の上面に設けることが好ましい。
【００３２】
排出口１０６６は貯留室１０６２の下方に設置されることが好ましい。それによって、電解液をすぐに排出することができる。
【００３３】
（バッフル板）
バッフル板１０８は、陽極側電解液供給部１０４の上方に配置され、かつ、隔壁３０と略平行に配置される。バッフル板１０８は、陽極室１０の電解液の流れを制御する仕切り板である。バッフル板１０８を設けることで、陽極室１０において電解液（塩水等）を内部循環させ、その濃度を均一にすることができる。内部循環を起こすために、バッフル板は、陽極１０２近傍の空間と隔壁３０近傍の空間とを隔てるように配置することが好ましい。かかる観点から、バッフル板１０８は、陽極室１０の幅方向（図１において紙面の垂直方向に相当し、図２において紙面の左右方向に相当する。）に沿って設けられていることが好ましい。バッフル板により仕切られた陽極近傍の空間では、電解が進行することにより電解液濃度（塩水濃度）が下がり、また、塩素ガス等の生成ガスが発生する。これにより、バッフル板１０８により仕切られた陽極１０２近傍の空間と、隔壁３０近傍の空間とで気液の比重差が生まれる。これを利用して、陽極室１０における電解液の内部循環を促進させ、陽極室１０の電解液の濃度分布をより均一にすることができる。
【００３４】
なお、図示はしないが、陽極室１０の内部に集電板を別途設けてもよい。かかる集電板としては、後述する陰極室の集電板２０８と同様の材料や構成とすることもできる。また、陽極室１０においては、陽極１０２自体を集電板として機能させることもできる。
【００３５】
＜陰極室＞
陰極室２０は、陰極２０２と、陰極室２０の内壁内部に配置された、陰極室２０で電解液を供給する陰極側電解液供給部２０４と、陰極側電解液供給部２０４の上方に配置され、気体が混入した電解液から気体を分離する陰極側気液分離部２０６と、を有する。陰極室２０では、陰極側電解液供給部２０４の上方に陰極側気液分離部２０６が配置されている構成をとっている。なお、陰極室２０を構成する各部位について、陽極室１０を構成する各部位と同様の構成をとり得るものはその説明を省略する。
【００３６】
（陰極）
陰極室２０の枠内には、陰極２０２が設けられている。陰極２０２としては、ニッケル基材上に、ニッケル、酸化ニッケル、ニッケルとスズの合金、活性炭と酸化物、酸化ルテニウム、白金などをコーティングした陰極等が挙げられる。その製造方法としては、合金めっき、分散・複合めっき、熱分解、溶射およびその組み合わせ等が挙げられる。
【００３７】
なお、陰極室２０には、陰極２０２の集電効果を高めるために集電板２０８が陰極室２０の側面に沿って配置されている。集電板２０８としては、公知のものを用いることができ、導電性の高い金属により構成されていることが好ましい。
【００３８】
（陰極側電解液供給部）
陰極側電解液供給部２０４は、陰極室２０に電解液を供給するものであり、陽極側電解液供給部１０４と同様の構成をとることができる。なお、陰極側電解液供給部２０４として上記した分散パイプを用いる場合、その内径は特に限定されないが、圧力損失を低減し、横方向に液を均一に供給させる観点から、５〜１５ｍｍであることが好ましく、６〜１４ｍｍであることがより好ましい。陽極室１０と同様に、陰極室２０の分散パイプは電解セル１の幅方向に沿って配置されていることが好ましく、例えば、陰極側液供給ノズル２１０に近い開口部と、陰極側液供給ノズル２１０から遠い開口部とが存在する場合がある。この場合、それぞれの開口部に流れる電解液の液量を等しくなるように制御することで、電解セル１の幅方向（図１において紙面の垂直方向に相当し、図２において紙面の左右方向に相当する。）の濃度分布をより均一に維持できる。また、分散パイプの断面積が大きいほうが、分散パイプにおける圧力損失を抑制でき、電解液の流量をより均一に維持できる。かかる観点と、通常、陽極室１０に比べて陰極室２０は小さく設計されるという観点から、陰極室２０の分散パイプの内径は５〜１５ｍｍであることが好ましい。
【００３９】
（陰極側気液分離部）
陰極側気液分離部２０６は、陰極側電解液供給部２０４の上方に配置される。陽極側気液分離部１０６と同様に、陰極側気液分離部２０６には、気体が混入した電解液を分離する開口部２０６４と、分離された気体と電解液を電解セルより排出するための貯留室２０６２と、電解液を排出する排出口２０６６とを有することが好ましい。陰極側気液分離部２０６において、気液混相流が開口部２０６４を通過するときに気泡がはじけることにより、電解液と気体に分離するができる。その結果、電解時の振動を防止することができる。
【００４０】
陰極側気液分離部２０６を電解セル１内に配置されていることにより、電解セル１の強度が向上し、特に、陰極室２０の開口部における周縁部（シール面）の上部（上部シール面）の強度が向上する。
【００４１】
陰極側気液分離部２０６は、気体が混入した電解液を分離する開口部２０６４と、分離された気体と電解液を電解セルより排出するための貯留室２０６２を有することが好ましい。気体が混入した電解液は、開口部２０６４で分離されて貯留室２０６２に入り、電解セル１の外に排出されることになる。貯留室２０６２は、電解セル１の幅方向に沿って形成され、電解セル１から電解液及び気体を排出するための排出口２０６６に連結されている。
【００４２】
開口部２０６４としては、例えば、微細な孔を複数設けるもの等が挙げられる。陽極室１０６と同様に、気泡を消去するための消泡板を用いることが好ましい。それによって、電解セル内の振動をより抑制することができる。開口部２０６４は、貯留室２０６２の上面に設けることが好ましい。その後、電解液は排出口２０６６より電解セル１の外に排出される。
【００４３】
＜隔壁＞
隔壁３０は、陽極室１０と陰極室２０の間に配置されている。隔壁３０は、セパレータと呼ばれることもあり、陽極室１０と陰極室２０とを区画するものである、隔壁３０は、電解用のセパレータとして公知のものを使用することができ、例えば、陰極側にニッケル、陽極側にチタンからなる板を溶接した隔壁等が挙げられる。
【００４４】
＜陽極側ガスケット、陰極側ガスケット＞
陽極側ガスケット４０は、陽極室１０を構成する枠体表面に配置されており、陰極側ガスケット５０は、陰極室２０を構成する枠体表面に配置されている（以下、陽極側ガスケットと陰極側ガスケットを単に「ガスケット」と総称することがある。）。使用時には、陽極側ガスケット４０ともう１つの電解セルの陰極側ガスケット５０とで、イオン交換膜２を挟持するように接続される（図３参照）。これらのガスケットは、イオン交換膜２を介して電解セル１ａ、１ｂを接続する際に、接続箇所の気密性を付与することができる。
【００４５】
本実施形態において、ガスケットとは、イオン交換膜と電解セルとの間をシールするものであり、例えば、中央に形成された開口部を有する額縁状のゴム製シート等が挙げられる。ガスケットは腐食性の電解液や生成するガス等に耐性があり、長期間使用できることが求められる。そこで、耐薬品性や硬度の点から、通常、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭゴム）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭゴム）の加硫品や過酸化物架橋品等が用いられる。また、必要に応じて液体に接する領域（接液部）をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）などのフッ素系樹脂で被覆したガスケットを用いることもできる。これらガスケットは、電解液の流れを妨げないように、それぞれ開口部を有していればよく、その形状は特に限定されない。例えば、陽極室１０を構成する陽極室枠又は陰極室２０を構成する陰極室枠の開口部周縁に沿って、額縁状のガスケットを接着剤等で貼り付けることができる。そして、イオン交換膜２を介して２体の電解セル１ａ、１ｂを接続する場合（図２参照）、ガスケットを貼り付けた各電解セル１ａ、１ｂにイオン交換膜２を介し、締め付ければよい。これにより、電解液、電解により生成するアルカリ金属水酸化物、塩素ガス、水素ガス等が電解セル１ａ、１ｂの外部に漏れることを防止することができる。
【００４６】
＜位置関係＞
本実施形態の電解セルは、各構成部材を特定の位置関係とすることにより、高電流密度での電解であっても、電解液、生成液、及び発生ガスの流れを促進することができる。通常、電解液には電解によって生じる塩素等のガスも混入するので、液体だけでなく気体も電解セル内を流動することになる（以下、この流れを「気液流れ」という場合がある。）。したがって、陽極室１０では、陽極室１０内の一部分ではなく、陽極室内の全体にわたって、スムーズに気体と液体が流れることが必要となる。これを実現することにより、イオン交換膜の破損及び損傷を防止することができる。
【００４７】
本発明者らは、電解時の電解槽の振動を抑制し、イオン交換膜の破損及び損傷を防止するべく鋭意研究した結果、意外にも、電解液の流動や濃度分布等がイオン交換膜の破損及び損傷等の防止に重要であることを見出した。そして、電解液の流動や濃度分布を制御するべく更に検討を進めた結果、電解セル１を構成する各部位の構成を総合的に制御する必要があることを見出した。
【００４８】
イオン交換膜２の物理的な破損の原因の１つは、電解セル１内の振動が挙げられる。本実施形態の電解セル１において、後述する条件（１）〜（７）等を満たすように各部材を配置することで、陽極室１０及び陰極室２０における気液流れが滞りなく促進されることができ、常に一定量の気体及び液体（生成ガス等を含んだ電解液）が電解セル１内を滞りなく流動することが可能となる。その結果、電解セル１の振動の発生を防止することができる。
【００４９】
イオン交換膜２の損傷の原因の１つは、電解セル内の電解液の濃度分布が不均一になることが挙げられる。特に高電流密度での電解では、電解反応が早く進むため、電解セル１内の電解液の濃度分布が不均一となりやすい。電解セル１内の電解液の濃度分布が不均一になると、イオン交換膜２を透過するナトリウムイオンが減少して、イオン交換基が水素イオンで置換されるため、イオン交換膜２のイオン交換機能が低下して、損傷に繋がる。また、濃度分布が不均一になると、イオン交換膜２内の含水率に影響を与え、膜内に水が溜まって、損傷することがある。本実施形態の電解セルでは、気液流れが促進され、電解液の濃度分布が均一になるので、イオン交換膜２の損傷を防止することができる。
【００５０】
また、イオン交換膜２の損傷の他の原因としては、イオン交換膜２内で塩が析出することも挙げられる。特に、高電流密度での電解では、大量の生成ガスが発生するため、生成ガスが局所的に滞留しやすい。例えば、塩化ナトリウム水溶液を電解液として用いる場合、陽極１０２で塩素ガスを生成し、陰極２０２で苛性ソーダを生成する。電解反応が進み、塩素ガスが電解セル１内の上部に滞留すると、イオン交換膜２内において塩素ガスと苛性ソーダから塩が析出してしまうことがある。しかしながら、本実施形態の電解セル１では、上記したように気液流れが促進されるため、生成ガスが局所的に滞留することを抑制でき、ひいてはイオン交換膜２内に塩が析出することも防止することができる。
【００５１】
上記した気液流れは、電解セル１内全体の流れを考える必要があり、電解セル１内を構成する部材を後述する条件（１）〜（７）を満たすように配置することで、気液流れを円滑に促進することができる。具体的には、以下の通りである。
【００５２】
図４は、第１実施形態の電解セルを構成する各部位の配置を示す断面模式図である。本実施形態の電解セル１は、少なくとも以下の条件を満たすように各部材が配置されている。
条件（１）：陽極室１０の内壁の上面と、陽極側気液分離部１０６の上端との距離（Ｄ１；図４参照）が２〜５ｍｍであり、陰極室２０の内壁の上面と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ２；図４参照）が２〜５ｍｍである。
条件（２）：陽極側ガスケット４０の開口部の内縁上部は、陽極室１０の内壁の上面と同じかそれよりも上方に位置する（領域ａ；図４参照）。
条件（３）：陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部は、陰極側気液分離部２０６の上端と同じかそれよりも下方に位置し（領域ｂ；図４参照）、かつ、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ１５；図４参照）が、１５ｍｍ以下である。
条件（４）：バッフル板１０８の上端と、陽極側気液分離部１０６の下端との距離（Ｄ４；図４参照）が、３０〜１００ｍｍである。
条件（５）：バッフル板１０８の下端と、陽極側電解液供給部１０４の上端との距離（Ｄ５；図４参照）が、２０〜１５０ｍｍである。
条件（６）：バッフル板１０８と、陽極１０２との距離（Ｄ６；図４参照）が、５〜１５ｍｍである。
条件（７）：バッフル板１０８と、隔壁３０との距離（Ｄ７；図４参照）が、２０〜３０ｍｍである。
上記構成とすることで、電解時における電解液の濃度分布を均一に維持し、電解セル内の圧力変動による振動を抑制し、かつ、電解セル内において生成ガスが局所的に滞留せず、イオン交換膜を損傷せずに安定して電解を行うことができる。
【００５３】
ここで、電解時における陽極室１０の電解液の流れを説明する。図５は、第１実施形態の電解セルの電解時における電解液の流れを示す断面模式図である。まず、電解セル１の陽極室１０では、陽極側電解液供給部１０４から電解液が供給され、バッフル板１０８により内部循環が起こり、陽極側気液分離部１０６に送られるという流れが生じる（矢印Ａ〜Ｆ；図５参照））。電解液には電解によって生じる塩素等のガスも混入するので、陽極室１０では、室内の全体にわたって気体と液体がスムーズに流れることが求められる。なお、図５では、陽極室１０における電解液の流れの一例を示しているが、図示されていない電解液の流れが存在していてもよいことは勿論である。
【００５４】
〔流れＡ〕
流れＡの距離が短いと、流れＤが阻害されて、内部循環が悪くなることがある。一方、流れＡの距離が長いと、分散パイプ付近の気液流れが阻害され、イオン交換膜の下部で損傷が発生しやすくなる。そのため、バッフル板１０８の下端と、陽極側電解液供給部１０４の上端との距離が、２０〜１５０ｍｍである（条件（５））。この距離は、３０〜１４０ｍｍであることが好ましく、４０〜１３０ｍｍであることがより好ましい。
【００５５】
特に塩酸等を電解液に添加する場合、陽極側電解液供給部１０４の近傍にバッフル板１０８の下端が位置しないことが好ましい。陽極１０２で発生する微量の酸素を低減し、塩素の品質を向上させるために、電解液に塩酸を添加して電解液のｐＨを下げることが行われる場合がある。この場合、陽極側電解液供給部１０４の近傍にバッフル板１０８の下端が位置しないことが好ましい。陽極側電解液供給部１０４の近傍の気液流れが阻害されると、ｐＨの低い電解液が滞留することになり、膜を損傷してしまう場合がある。このことからも、本実施形態の電解セル１では、バッフル板１０８の下端と、陽極側電解液供給部１０４の上端との距離を、２０〜１５０ｍｍに制御する。
【００５６】
さらに、陽極側電解液供給部１０４と、陽極１０２との距離（Ｄ８；図４参照）が３〜７ｍｍであり、かつ陽極側電解液供給部１０４と隔壁３０との距離（Ｄ９；図４参照）が２〜６ｍｍであることが好ましい（条件（８））。かかる配置とすることで、陽極側電解液供給部１０４から供給される電解液の流れＡが、流れＤを阻害することがないため、電解液の内部循環を一層円滑にすることができる。陽極側電解液供給部１０４と、陽極１０２との距離は、３〜６ｍｍであることが好ましい。陽極側電解液供給部１０４と隔壁３０との距離は、３〜６ｍｍであることが好ましい。
【００５７】
〔流れＢとＤ〕
バッフル板１０８と、陽極１０２との距離（Ｄ６；図４参照）は、５〜１５ｍｍの範囲である（条件（６））。バッフル板１０８と陽極１０２との距離は流れＢの幅に相当し、流れＢの幅が５ｍｍより狭いと、陽極１０２の近傍で発生する塩素等の気泡が多くなり、電解電圧が上昇してしまう。一方、流れＢの幅が１５ｍｍより広いと、バッフル板１０８と陽極１０２で仕切られる空間と、バッフル板１０８と隔壁３０で仕切られる空間とで、気液の比重差が十分につかなくなるため、内部循環が悪くなり、電解液の濃度分布が不均一になる。バッフル板１０８と、陽極１０２との距離は、８〜１５ｍｍであることが好ましい。
【００５８】
そして、バッフル板１０８と、隔壁３０との距離（Ｄ７；図４参照）は、２０〜３０ｍｍの範囲である（条件（７））。バッフル板１０８と隔壁３０との距離は流れＤの幅に相当し、流れＤの幅が２０ｍｍよりも狭いと、相対的に流れＢの幅が広くなり、気液の比重差がつかなくなるため、内部循環が悪くなり、電解液の濃度分布が不均一になってしまう。一方、流れＤの幅が３０ｍｍより広いと、相対的に流れＢの幅が狭くなり、発生する塩素等の気泡が多くなり、電解電圧が上昇してしまう。
【００５９】
さらに、バッフル板１０８の長さ（Ｄ１０；図４参照）は８００〜９００ｍｍであることが好ましく、８５０〜９００ｍｍであることがより好ましい（条件（９））。バッフル板１０８の長さを上記範囲とすることで、流れＢ及び流れＤの勢いを程よく強くして、気液の比重差を十分につけることができ、効率よく内部循環させることができるとともに、電解液の濃度分布を均一に維持できる。
【００６０】
〔流れＣ〕
バッフル板１０８の上端と、陽極側気液分離部１０６の上端との距離（Ｄ４；図４参照）は、３０〜１００ｍｍである（条件（４））。バッフル板１０８の上端と、陽極側気液分離部１０６の上端との距離を調節することで、流れＣを制御できる。上記距離が３０ｍｍよりも短いと、流れＣの勢いが弱くなり、内部循環が悪くなり、濃度分布が不均一となる。また、上記距離が１００ｍｍよりも長いと、陽極側気液分離部１０６の下部近傍における気液の比重差がつきにくく、陽極１０２側から隔壁３０側への循環を阻害する流れができる。その結果、電解液の濃度分布が不均一となる。バッフル板１０８の上端と、陽極側気液分離部１０６の上端との距離は、４０〜９０ｍｍであることが好ましい。
【００６１】
〔流れＥ〕
陽極側気液分離部１０６と陽極１０２との距離（Ｄ１１；図４参照）は、５〜１５ｍｍであることが好ましく、５〜１４ｍｍであることがより好ましい（条件（１０））。陽極側気液分離部１０６と陽極１０２との距離を調節することで、流れＥを制御できる。上記距離を５ｍｍ以上とすることにより、圧力損失を小さくでき、振動を抑制することができる。一方、上記距離を１５ｍｍ以下とすることにより、電解セル１内の上部領域に塩素等のガスの滞留を抑制でき、イオン交換膜の損傷を防止できる。また、陰極室２０内において、陰極側気液分離部２０６と陰極２０２との距離は、５ｍｍ以上であることが好ましく、５〜１５ｍｍであることがより好ましい（条件（１１））。５ｍｍ以上であれば、圧力損失をより抑制でき、振動をより防止することができる。
【００６２】
〔流れＦ〕
陽極室１０の内壁の上面と、陽極側気液分離部１０６の上端との距離（Ｄ１；図４参照）が２〜５ｍｍであり、陰極室２０の内壁の上面と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ２；図４参照）が２〜５ｍｍである（条件（１））。まず、陽極室１０を例にして説明すると、陽極室１０の内壁の上面と、陰極側気液分離部１０６の上端との距離を調節することで、流れＦを制御できる。上記距離が２ｍｍよりも狭いと、液体及び気体が通る隙間を十分に確保できず、気液流れが阻害され、それにより、電解セル１内の圧力が高まり、一気に気液が流れることになる。それによって、電解セル１内で振動が発生して、イオン交換膜が物理的に破損してしまう。また、圧力損失も生じて、電解セル内での振動が発生する。上記距離が５ｍｍよりも広いと、塩素等のガスが滞留してしまう。これにより、例えば、陽極側の塩素ガスと陰極側の苛性ソーダがイオン交換膜内に浸透して、イオン交換膜が損傷してしまう。陰極室についても同様に、陰極室２０の内壁の上面と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ２；図４参照）を２〜５ｍｍに制御する。
【００６３】
〔気液分離部とガスケットの位置関係〕
本実施形態の電解セルでは、気液分離部とガスケットが特定の位置に配置されているので、イオン交換膜の上部における損傷も抑制することができる。具体的には、陽極側ガスケット４０の開口部の内縁上部は、陽極室１０の内壁の上面と同じかそれよりも上方に位置する（条件（２）：領域ａ、図４参照）。陽極側ガスケット４０の開口部の内縁上部は、陽極室１０の内壁の上面と同じ高さに位置することが好ましい。
【００６４】
そして、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部は、陰極側気液分離部２０６の上端と同じかそれよりも下方に位置し（領域ｂ、図４参照）、かつ、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ１５；図４参照）が、１５ｍｍ以下である（条件（３））。好ましくは、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部は、陰極側気液分離部２０６の上端よりも下方に位置することである。また、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離は、１０ｍｍ以下であることが好ましい。すなわち、陽極側ガスケット４０の開口部の内縁上部が陽極室１０の内部領域に突出しておらず、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部が陰極室２０の内部領域に突出しているように配置される。
【００６５】
本発明者らは、陽極室１０で生成するガス（塩素等）と陰極室２０で生成する液体（苛性ソーダ等）がイオン交換膜内にそれぞれ浸透して、イオン交換膜内で塩が析出することが、イオン交換膜の損傷の原因になり得ることを見出した。また、電解セル１内の上部で塩素ガスが滞留することで、イオン交換膜の部分的な損傷が起こり易くなることも見出した。これらのことより、陽極室１０及び陰極室２０において気液分離部とガスケットの位置関係を特定の位置関係とすることで、上記原因を解消することができ、その結果、イオン交換膜の損傷を抑制することができることを見出した。以下、具体的に説明する。
【００６６】
まず、本実施形態において、陽極側ガスケット４０の開口部の内縁上部は、陽極室１０の内壁の上面と同じ高さかそれよりも上方に位置している（条件（２）；領域ａ、図４参照）。陽極側ガスケット４０が、電解セル１内に入り込まないことで、電解液を効率よく内部循環させることができ、塩素等のガスの滞留を抑制できる。好ましくは、陽極ガスケット４０が電解セル１の外へ飛び出すことを抑制する観点から、陽極側ガスケット４０の内縁上部が、陽極室１０の内壁の上面と略同じ高さに位置していることである。
【００６７】
次に、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部は、陰極側気液分離部２０６の上端と同じかそれよりも下方に位置し（領域ｂ；図４参照）、かつ、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ１５；図４参照）が１５ｍｍ以下である（条件（３））。すなわち、陰極側ガスケット５０は、陰極室２０の内壁の上面と陰極側気液分離部２０６の上端との隙間（Ｄ２；図４参照）より深く、陰極室２０内に挿入されることになる。陰極側ガスケット５０でカバーすることによって、苛性ソーダ等がイオン交換膜内に浸透することを防ぐことができ、イオン交換膜内で塩が析出することを防止することができる。
【００６８】
また、通常、陰極側ガスケット５０は陽極側ガスケット４０よりも厚みが厚く設計されるため、電解中に電解セル１の外へ飛び出しやすい傾向にあるが、陰極ガスケット５０を陰極室２０の内壁より内側に突出するように配置することにより、強固に固定され、陰極ガスケット５０が電解セル１の外への飛び出すことも防止できる。
【００６９】
さらに、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ１５；図４参照）を、１５ｍｍ以下にすることで、陰極側気液分離部２０６と陰極側ガスケット５０との間に電解液の流路となり得る空間を確保することができ、振動が発生するのを抑制することができる。
【００７０】
加えて、上記距離を１５ｍｍ以下にすることで、陰極２０２の通電面積を確保できることから、電解電圧を低く抑えることができる。陰極ガスケット５０の内縁上部が、陰極室２０の内壁に深く挿入され過ぎると、電解電圧が大幅に上昇してしまう。例えば、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部と、陰極室２０の内壁の上面との距離（Ｄ１４；図４参照）が、５ｍｍとなるように陰極側ガスケット５０を配置した場合、その距離（Ｄ１４；図４参照）が０ｍｍの場合と比較して、電解電圧が３ｍＶ上昇する。１０ｍｍとなるように陰極側ガスケット５０を配置した場合は５ｍＶ上昇し、２０ｍｍとなるように陰極側ガスケット５０を配置した場合は１０ｍＶ上昇し、３０ｍｍとなるように陰極側ガスケット５０を配置した場合は１５ｍＶ上昇し、４０ｍｍとなるように陰極側ガスケット５０を配置した場合は２１ｍＶ上昇し、５０ｍｍとなるように陰極側ガスケット５０を配置した場合は２６ｍＶ上昇する。
【００７１】
したがって、電解電圧の上昇抑制の観点から、陰極側ガスケット５０の内縁上部が、陰極側気液分離部２０６の上端から１５ｍｍ以内に位置するのである。かかる観点から、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部と、陰極側気液分離部２０６の上端との距離（Ｄ１５；図４参照）が、１０ｍｍ以下であることが好ましく、７ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００７２】
このように、陽極側からの塩素等のイオン交換膜への侵入は、電解液の内部循環を促進させることによって防止し、陰極側からの苛性ソーダ等のイオン交換膜への侵入は、ガスケットによる遮蔽によって防止するのである。イオン交換膜の上部が損傷すると、そこが起点となって、損傷が横方向（水平方向）に伝播して、イオン交換膜の破れを引き起こしやすい。特に、高電流密度（６〜１０ｋＡ／ｍ2）では、塩素ガスが内部に滞留しやすく、これによりイオン交換膜の部分的な損傷が起きやすい。本実施形態では、上述したようにイオン交換膜の損傷を抑制することができるので、高電流密度であっても安定して電解を行うことができる。
【００７３】
図３を用いて、電解時における気液分離部とガスケットの位置関係を説明する。
図３は、第１実施形態の電解セルの上部の断面模式図である。２つの電解セル１ａ、１ｂの間にイオン交換膜２が挟まれ、各電解セル１ａ、１ｂは、陽極１０２、陰極２０２を有し、隔壁３０により、陽極室１０と陰極室２０が区画されている。また、電解セル１ａ、１ｂ内に陽極側気液分離部１０６及び陰極側気液分離部２０６、陽極側ガスケット４０と陰極側ガスケット５０が設置されている。
【００７４】
図３では、陰極側ガスケット５０の開口部の内縁上部は、陰極側気液分離部２０６の上面よりも、下方にある（条件（３）参照）。また、陽極側ガスケット４０の開口部の内縁上部は、陽極室１０の内壁の上面と略同じ高さに配置されている（条件（２）参照）。
【００７５】
また、陽極室１０内において、陽極側電解液供給部１０４と、陽極１０２との距離（Ｄ８；図４参照）が、３〜７ｍｍであり、陽極側電解液供給部１０４と、隔壁３０との距離（Ｄ９；図４参照）が、３〜７ｍｍであり、陰極室２０内において、陰極側電解液供給部２０４と、陰極２０２との距離（Ｄ１２；図４参照）が、６．５〜１０．５ｍｍであり、陰極側電解液供給部２０４と、隔壁３０との距離（Ｄ１３；図４参照）が、２〜６ｍｍであることが好ましい（条件（１２））。
【００７６】
より好ましくは、陽極側電解液供給部１０４と、陽極１０２との距離が、２〜６ｍｍであり、陽極側電解液供給部１０４と、隔壁３０との距離が、２〜６ｍｍであり、陰極側電解液供給部２０４と、陰極２０２との距離が、７〜１０ｍｍであり、陰極側電解液供給部２０４と、隔壁３０との距離が、３〜５ｍｍである。
【００７７】
なお、ここでいう距離とは、最短距離を意味するものであり、電解液供給部の側面と陽極、又は、電解液供給部の側面と隔壁の最短距離である。このように部材を配置することによって、陽極室１０及び陰極室２０における電解液供給部の下部領域の電解液も効率よく内部循環させることができる。特に、陰極室２０においては、陰極側電解液供給部２０４の下部領域での電解液の濃度上昇、陽極１０においては、陽極側電解液供給部１０４の下部領域での濃度低下を効果的に防止できる。特に、塩酸等を添加して電解する場合、ｐＨの低い塩水の滞留によるイオン交換膜の損傷を防止できる。
【００７８】
本実施形態の電解セルは、複極式電解セルとして複数個を直列に接続する場合、陽極室又は陰極室に弾性体を設置して、その上に電極が備えられる構成であってもよい。弾性体を設けることにより、接続する電解セル２同士で、イオン交換膜に電極が押し付けられることになり、電極間の距離が短くなるため、電圧を下げることができる。
【００７９】
図６は、本実施形態の電解セルの第２実施形態の側断面図である。電解セル２は、陽極室１０と、陰極室２０と、陽極室１０と陰極室２０との間に配置された隔壁３０と、陽極室１０を構成する枠体表面に配置された、第一の開口部を有する陽極側ガスケット４０と、陰極室２０を構成する枠体表面に配置された、第二の開口部を有する陰極側ガスケット５０と、陰極室２０の集電体２０８の上に配置された弾性体６０と、弾性体６０の上に配置された陰極２０２を備えている。電解セル２に用いられる陽極室１０、陰極室２０、隔壁３０、陽極側ガスケット４０、陰極側ガスケット５０は、図１等において説明した電解セル１と同様のものを採用できる。
【００８０】
この電解セル２を、イオン交換膜を挟んで複数個直列に接続すると、陰極室２０に配置された弾性体６０によって、陰極２０２が、隣接する電解セルの陽極室側へ押し付けられることになる。それによって、イオン交換膜を挟んで、陰極２０２と隣接する電解セルの陽極との距離が短くなり、電解時の電圧を下げることができる。
【００８１】
弾性体６０は、渦巻きばね、コイル等のばね部材や、クッション性のマット等を用いることができる。弾性体６０は、使用時の面圧等を考慮して適宜好適なものを採用できる。なお、本実施形態では、弾性体６０を陰極室２０側の集電板２０８の表面上に設けてもよいし、陽極室１０側の隔壁の表面上に設けてもよいが、通常、陰極室２０が陽極室１０よりも小さくなるよう区画されているので、枠体の強度等の観点から、陰極室２０の集電板２０８上に設けることが好ましい。
【００８２】
本実施形態の電解セルは、イオン交換膜を介して複数個を直列に接続して、複極式電解槽とすることができる。図７は、本実施形態の電解槽の正面図であり、図８は、同実施形態の電解槽を組み立てる途中の状態を示す概略斜視図である。本実施形態では、直列に配置された複数の電解セル１と、隣接する電解セル１の間に配置されたイオン交換膜（図示せず）と、を少なくとも備える複極式電解槽４（以下、単に「電解槽」という場合がある。）とすることができる。
【００８３】
電解槽４は、イオン交換膜（図示せず）を介して複数の電解セル１を直列に配置して、プレス器７により連結されることにより組み立てられる（図８参照）。なお、連結した電解セル１の両端には、陽極室のみを有する電解セル（陽極ターミナルセル）と、陰極室のみを有する電解セル（陰極ターミナルセル）を配置する。このようにして組み立てられた電解槽４では、その両端に配置された電解セル１のうちの一方に陽極端子５が、もう一方に陰極端子６が接続される（図７参照）。すなわち、電解セル１の陽極室と、隣接するもう１つの電解セル１の陰極室の間に、イオン交換膜が配置されるように接続されて、電解が行われる。
【００８４】
本実施形態の電解槽４において用いられるイオン交換膜は、特に限定されず、公知のものを用いることができる。例えば、塩化アルカリ等の電気分解により塩素とアルカリを製造する場合、耐熱性及び耐薬品性等に優れるという観点から、含フッ素系イオン交換膜が好ましい。含フッ素系イオン交換膜としては、電解時に発生する陽イオンを選択的に透過する機能を有し、かつイオン交換基を有する含フッ素系重合体を含むもの等が挙げられる。ここでいうイオン交換基を有する含フッ素系重合体とは、イオン交換基、又は、加水分解によりイオン交換基となり得るイオン交換基前駆体、を有する含フッ素系重合体をいう。例えば、フッ素化炭化水素の主鎖からなり、加水分解等によりイオン交換基に変換可能な官能基をペンダント側鎖として有し、かつ溶融加工が可能な重合体等が挙げられる。
【実施例】
【００８５】
以下の実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。以下に説明する電解槽を用意し、電解槽の各部材の配置や形状を変化させ、その結果を検証した。
【００８６】
〔電解槽〕
電解槽として、横幅が２４００ｍｍ、高さが１２００ｍｍの電解セルを８個直列に並べ、両端には、陽極室のみを有する電解セル（陽極ターミナルセル）と、陰極室のみを有する電解セル（陰極ターミナルセル）を配置し、陽極ターミナルセルに陽極端子を、陰極ターミナルセルに陰極端子を配置した。各電解セルの周縁部には、陽極側ガスケットと陰極側ガスケットを接着剤で貼り付け、各電解槽の間に、食塩電解用の含フッ素系イオン交換膜（旭化成ケミカルズ社製、商品名「ＡＣＩＰＬＥＸ（登録商標）Ｆ６８０１」）を挟んで、電解槽を組み立てた。
【００８７】
陽極はエクスパンデッドメッシュ加工したチタン板の表面に、ルテニウム、イリジウム、チタンを成分とする酸化物を被覆することにより製作した。
陰極室内には、エクスパンデッドメッシュ加工したニッケル板を集電板として用い、集電板の上にニッケル製クッションマットをのせ、さらに陰極をのせた。陰極はニッケル製ファインメッシュ基材にルテニウムの酸化物を被覆したものを用いた。
バッフル板としては、チタン製の厚み０．３ｍｍのものを用いた。
【００８８】
陽極側ガスケットは、厚み３．１ｍｍのＥＰＤＭ製ガスケットを用いた。陰極側ガスケットは、厚み３．５ｍｍのＥＰＤＭ製ガスケットを用いた。
【００８９】
陽極室内の分散パイプは、外径２５．４ｍｍ、厚み０．７ｍｍ、内径２４ｍｍのチタン製のパイプを用いた。なお、分散パイプには、等間隔に直径１．５ｍｍの孔を複数設けた。分散パイプと陽極との距離を５ｍｍ、分散パイプと隔壁との距離を５ｍｍになるように分散パイプを設置した。
【００９０】
陰極室内の分散パイプは、外径１２ｍｍ、厚み１ｍｍ、内径１０ｍｍのニッケル製のパイプを用いた。なお、分散パイプには、等間隔に直径２．０ｍｍの孔を複数設けた。分散パイプと陰極との距離が４ｍｍ、分散パイプと隔壁との距離が４ｍｍになるように設置した。
【００９１】
各電解セルは、図４に示す距離Ｄ１〜Ｄ１５を適宜変化させて、電解セルの振動及び塩水濃度分布、イオン交換膜の損傷の有無を評価する実験を行った。
【００９２】
各電解セルを並べた電解槽の陽極室に、陽極液として３００ｇ／Ｌの塩水を供給し、陰極室には、排出ノズル付近より、苛性ソーダ濃度が３２重量％となるように希薄苛性ソーダを供給し、電解温度９０℃、陽極室側ガス圧（ゲージ圧）を４０ｋＰａ、陰極室側ガス圧（ゲージ圧）を４４ｋＰａ、電流密度８ｋＡ／ｍ2で１ヶ月間電解した。また、陽極液の排出ノズル付近の塩水のｐＨが２となるように、供給する塩水に塩酸を添加して電解を行った。
【００９３】
〔振動測定〕
電解セル内の振動は、電解セル陽極室中央に内径４ｍｍのチューブを挿入し、圧電素子により電気信号に変換し測定した。サンプリング周波数１００Ｈｚで４０秒間、圧力変動を測定し、圧力の最大値と最小値の差（単位は、水柱の高さ［ｃｍ］に換算して表した。）を電解セル内の振動の大きさとした。
【００９４】
〔濃度分布測定〕
電解セル内の塩水濃度分布は、図９に示す箇所についての塩水濃度を測定し、その平均値で評価した。図９は、本実施例で行った塩水濃度測定の測定箇所を示す側面図である。陽極室内の陽極近傍に、ノズルを９箇所挿入し、電解中に電解液をゆっくりサンプリングし、各測定点での塩水濃度を測定した。そして、８ｋＡ／ｍ2の電流密度における、この９箇所での塩水濃度の最大値と最小値の差をセル内濃度分布差として求めた。サンプリング位置は、陽極室枠内において、以下の位置で測定した（図９の丸点参照）。
【００９５】
上部３箇所：陽極室周縁部の上部から、１５０ｍｍ内側の高さにおいて、電解セルの幅方向に沿って、真ん中で１箇所、中央から左右方向にそれぞれ９６８ｍｍの位置で２箇所を測定した。
中央３箇所：陽極室の中心点で１箇所、中心点から左右方向にそれぞれ９６８ｍｍの位置で２箇所を測定した。
下部３箇所：陽極室の周縁部の下部から、１５０ｍｍ内側の高さにおいて、電解セルの幅方向に沿って、真ん中で１箇所、中央から左右方向にそれぞれ９６８ｍｍの位置で２箇所を測定した。
【００９６】
〔電流効率測定〕
電流効率は、電解セルに供給される塩水の酸度（酸のモルパーセント濃度）に対する、電解セルから排出される塩水の酸度の割合で評価した。電解において、イオン交換膜を介して陰極室から陽極室へＯＨ-が透過する場合、塩水中のＨ+と反応するため、塩水の酸度が低下する。このことから、前記割合により、流した電流に対してＮａ+イオンが透過した割合である電流効率を求めた。
【００９７】
酸度は、電解セルに供給する塩水と、各電解セルの陽極側の排出ノズルから排出される塩水をサンプリングし、滴定により求めた。なお、排出される塩水中には塩素が溶存しているので、滴定前に１００ｍｌのサンプリング液に対し、２．５ｇのヨウ化カリウム（ＫＩ）を添加して溶存塩素を塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）とヨウ素（Ｉ2）に遊離することにより溶存塩素を除去した。さらに、２Ｎ濃度のチオ硫酸ナトリウム（Ｎａ2Ｓ2Ｏ3）で反応させ、ヨウ素（Ｉ2）をヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）にすることでサンプリング液を透明にした。その後、フェノールフタレインを指示薬として、０．１Ｎ濃度の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）で滴定し、酸度を求めた。
【００９８】
［実施例１］
下記電解セルを用いて電解を行った。表１及び２に各距離及び長さを示す。
＜陽極室＞
陽極側気液分離部の上端面と陽極室枠の内側の上面（Ｄ１）を３ｍｍ
陽極側気液分離部と陽極との距離（Ｄ１１）を６ｍｍ
バッフル板の上端と陽極側気液分離部の底端面との距離（Ｄ４）を５０ｍｍ
バッフルと陽極との距離（Ｄ６）を１０ｍｍ
バッフル板と隔壁との距離（Ｄ７）を２５ｍｍ
バッフル板の長さ（Ｄ１０）を８８６ｍｍ
バッフル板の下端と分散パイプの上端との距離（Ｄ５）を３５ｍｍ
陽極側電解液供給部と陽極との距離（Ｄ８）を４．１ｍｍ
陽極側電解液供給部と隔壁との距離（Ｄ９）を５ｍｍ
＜陰極室＞
陰極側気液分離部の上端面と陰極室枠の内側の上面との距離（Ｄ２）を３ｍｍ
陰極側ガスケットの上部における内縁と陰極室枠の内側の上面との距離（Ｄ１４）を５ｍｍ
（陰極側ガスケットの開口部の内縁上部と陰極側気液分離部の上端面との距離（Ｄ１５）は２ｍｍ）
陰極と陰極側気液分離部との距離（Ｄ３）を５．５ｍｍ
陰極側気液分離部の底端面と分散パイプの上端との距離を１０９１．５ｍｍ
陰極側電解液供給部と陰極との距離（Ｄ１２）を８．５ｍｍ
陰極側電解液供給部と隔壁との距離（Ｄ１３）を４ｍｍ
【００９９】
その結果、電解中は、電解セルから排出ホースへと排出される電解液において、脈動は観測されず、スムーズに電解液が排出されていることを目視にて確認した。電解中の電解セル内の振動を測定した結果、水柱５ｃｍ以下（０．４９ｋＰａ以下）であり、振動は十分に抑制されたことがわかった。塩水濃度分布差は０．４８Ｎであり、内部循環により電解液濃度が均一に維持されていることがわかった。また、電解電圧３．１８Ｖ、電流効率は９７．３％であった。電解運転終了後、イオン交換膜を取り外し観察したところ、全体的にイオン交換膜の損傷は目視では確認されなかった。
【０１００】
以下の比較例１〜３では、各部材の位置関係を変更した点以外は、実施例１と同様の条件で電解を行い、実施例１と比較した。
【０１０１】
［比較例１］
陽極側気液分離部の上端面と陽極室枠の内側の上面（Ｄ１）を５ｍｍとし、陰極室において、陰極側気液分離部の上端面と陰極室枠の内側の上面との距離（Ｄ２）を５ｍｍ、陰極側ガスケットの上部における内縁と陰極室枠の内側の上面との距離（Ｄ１４）を４ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。
その結果、電解中は、電解セルから排出ホースへと排出される電解液において、脈動は観測されず、スムーズに電解液が排出されていることを目視にて確認した。電解中の電解セル内の振動を測定した結果、水柱５ｃｍ以下（０．４９ｋＰａ以下）であり、振動が小さいことがわかった。しかし、電解運転終了後、イオン交換膜を取り外し観察したところ、ガスケットの上部付近に相当する位置において、イオン交換膜内に塩の析出と見られる直径１ｍｍ以下の損傷が多数見られた。これは、陰極ガスケットの内縁上部が、気液分離部の上端面より上方に位置しているため、陰極室の苛性ソーダがイオン交換膜内に侵入し、膜内に塩を形成したと考えられる。
【０１０２】
［比較例２］
陽極側気液分離部の上端面と陽極室枠の内側の上面（Ｄ１）を１ｍｍとし、陰極室において、陰極側気液分離部の上端面と陰極室枠の内側の上面との距離（Ｄ２）を１ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。
その結果、液排出ノズルから液排出ホース内を流れる電解液において、脈動が観測され、断続流となっていることがわかった。電解中の電解セル内の振動を測定した結果、水柱２３ｃｍ（２．２６ｋＰａ）であり、振動が大きいことがわかった。これは、気液混相流が通る幅であるＤ１が狭いために、気液流れが阻害されて圧力変動が生じ、振動が発生したと考えられる。このことから、さらに長時間の電解を行った場合、この振動が継続的に発生すると、イオン交換膜の物理的な破損が発生してしまうことが示唆される。なお、電解運転終了後、イオン交換膜を取り外し観察したところ、イオン交換膜の損傷は確認されなかった。
【０１０３】
［比較例３］
陰極側ガスケットの上部における内縁と陰極室枠の内側の上面との距離（Ｄ１４）を０ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。
その結果、電解中は、電解セルから排出ホースへと排出される電解液において、脈動は観測されず、スムーズに電解液が排出されていることが目視にて確認した。電解中の電解セル内の振動を測定した結果、水柱５ｃｍ以下（０．４９ｋＰａ以下）であり、振動は小さいことがわかった。しかし、電解運転終了後、イオン交換膜を取り外し観察したところ、ガスケットの上部付近に相当する位置において、イオン交換膜内に塩の析出と見られる直径１ｍｍ以下の損傷が多数見られた。これは、陰極ガスケットの上部における内縁が、気液分離部の上端面より高い位置にあるため、陰極室の苛性ソーダがイオン交換膜内に侵入し、膜内に塩を形成したと考えられる。
これらの結果を表１に示す。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】
表１に示すように、実施例１は、電解液が十分に内部循環しており、電解時における振動も十分に抑制され、電解液の濃度の均一に維持されており、運転効率も良好であった。一方、比較例１及び３では、イオン交換膜の損傷が見られた。比較例２では気液混相流が閉塞し、振動が生じた。
【０１０６】
以下の比較例４〜９では、陽極室において、気液分離部、バッフル、分散パイプ等の位置関係を変更して電解運転を行い、その結果について実施例１と比較した。
【０１０７】
［比較例４］
陽極とバッフルとの距離（Ｄ６）を３ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。塩水濃度分布差は０．６５Ｎであった。また、電解電圧は３．２０Ｖ、電流効率は９６．８％であった。電解運転終了後、イオン交換膜を取り出して観察したところ、直径１ｍｍ以下の損傷が多数確認された。
【０１０８】
［比較例５］
陽極とバッフルとの距離（Ｄ６）を２０ｍｍに変更したこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。塩水濃度分布差は０．８２Ｎであった。また、電解電圧は３．１９Ｖ、電流効率は９７．１％であった。電解運転終了後、イオン交換膜を取り出し、観察したところ、直径１ｍｍ以下の損傷が多数確認された。
【０１０９】
［比較例６］
長さ９１６ｍｍのバッフル板（Ｄ１０）を使用し、バッフル板の上端と陽極側気液分離部の底端面の距離（Ｄ４）を２０ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。塩水濃度分布差は０．８６Ｎであった。また、電解電圧は３．１９Ｖ、電流効率は９７．０％であった。電解運転終了後、イオン交換膜を取り出し、観察したところ、直径１ｍｍ以下の損傷が多数確認された。
【０１１０】
［比較例７］
長さ７８６ｍｍのバッフル板（Ｄ１０）を使用し、バッフル板の上端と陽極側気液分離部の底端面の距離（Ｄ４）を１５０ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。塩水濃度分布差は０．６２Ｎであった。また、電解電圧は３．１８Ｖ、電流効率は９７．０％であった。電解運転終了後、イオン交換膜を取り出し、観察したところ、直径１ｍｍ以下の損傷が多数確認された。
【０１１１】
［比較例８］
長さ９１１ｍｍのバッフル板（Ｄ１０）を使用し、バッフル板の下端と分散パイプの上端との距離（Ｄ５）を１０ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。塩水濃度分布差は１．００Ｎであった。また、電解電圧は３．２０Ｖ、電流効率は９６．８％であった。電解運転終了後、イオン交換膜を取り出し、観察したところ、直径１ｍｍ以下の損傷が多数確認された。バッフル下部付近の気液流れが阻害され、濃度分布が不均一になったことが分かる。
【０１１２】
［比較例９］
長さ７００ｍｍのバッフル板（Ｄ１０）を使用し、バッフル板の下端と分散パイプの上端との距離（Ｄ４）を２２１ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様の電解セルを用いて電解を行った。塩水濃度分布差は０．６３Ｎであった。また、電解電圧は３．１９Ｖ、電流効率は９６．７％であった。電解運転終了後、イオン交換膜を取り出して観察したところ、直径１ｍｍ以下の損傷が多数確認され、また、分散パイプ付近に塩酸による白化と見られる損傷も確認された。電解セル下部付近の気液流れが阻害され、内部循環が悪くなり、イオン交換基が水素イオンに置換されることで、損傷したことが分かる。
【０１１３】
これらの結果を表２に示す。
【０１１４】
【表２】
【０１１５】
直径１ｍｍ以下の損傷であっても、さらに長期間使用すると、損傷箇所の増加及び損傷部分の拡大が生じ、電流効率が大きく低下するとともに、イオン交換膜の寿命が短くなってしまうと推測される。
比較例４では、陽極とバッフル板との間（流れＢ）が狭く、気泡が多くなり、電解電圧が上昇した。比較例５では、陽極とバッフル板の間（流れＢ）が広く、内部循環が悪化し、濃度分布差が大きくなった。
比較例６では、バッフル板の上端と陽極側気液分離部の底端面との間（流れＣ）が狭く、液が循環して流れる幅が狭いので、濃度分布が悪化した。比較例７では、バッフル板の上端と陽極側気液分離部の底端面との間（流れＣ）が広く、循環が阻害される流れが生じて、濃度分布が悪化した。
比較例８では、バッフル板の下端と分散パイプとの間（流れＡ）が狭く、内部循環の流れが阻害され、濃度分布差が大きくなった。比較例９では、バッフル板の下端と分散パイプとの間（流れＡ）が広く、分散パイプ付近での気液の流れが悪化し、濃度分布差が大きくなった。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明の電解セルは、塩素とアルカリ金属水酸化物を生産するためのイオン交換膜法アルカリ電解の分野をはじめとする幅広い分野で好適に利用できる。
【符号の説明】
【０１１７】
１，１ａ，１ｂ，３…電解セル、２…イオン交換膜、４…電解槽、５…陽極端子、６…陰極端子、１０…陽極室、１０２…陽極、１０４…陽極側液体供給部、１０６…陽極側気液分離部、１０８…バッフル板、１１０…陽極側液供給ノズル、１０６２，２０６２…貯留室、１０６４，２０６４…開口部、１０６６，２０６６…排出口、２０…陰極室、２０２…陰極、２０４…陰極側液体供給部、２０６…陰極側気液分離部、２０８…集電板、２１０…陰極側液供給ノズル、３０…隔壁、４０…陽極側ガスケット、５０…陰極側ガスケット、６０…弾性体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極室と、
陰極室と、
前記陽極室と前記陰極室との間に配置された隔壁と、
前記陽極室を構成する枠体表面に配置された、第一の開口部を有する陽極側ガスケットと、
前記陰極室を構成する枠体表面に配置された、第二の開口部を有する陰極側ガスケットと、
を備え、
前記陽極室は、陽極と、前記陽極室の内壁内部に配置された、前記陽極室に電解液を供給する陽極側電解液供給部と、前記陽極側電解液供給部の上方に配置され、前記隔壁と略平行となるように配置されたバッフル板と、前記バッフル板の上方に配置され、気体が混入した前記電解液から前記気体を分離する陽極側気液分離部と、を有し、
前記陰極室は、陰極と、前記陰極室の内壁内部に配置された、前記陰極室に電解液を供給する陰極側電解液供給部と、前記陰極側電解液供給部の上方に配置され、気体が混入した前記電解液から前記気体を分離する陰極側気液分離部と、を有し、
前記陽極室の前記内壁の上面と、前記陽極側気液分離部の上端との距離が、２〜５ｍｍであり、
前記陰極室の前記内壁の上面と、前記陰極側気液分離部の上端との距離が、２〜５ｍｍであり、
前記陽極側ガスケットの前記開口部の内縁上部は、前記陽極室の前記内壁の前記上面と同じかそれよりも上方に位置し、
前記陰極側ガスケットの前記開口部の内縁上部は、前記陰極側気液分離部の上端と同じかそれよりも下方に位置し、且つ、前記陰極側ガスケットの前記開口部の前記内縁上部と、前記陰極側気液分離部の前記上端との距離が、１５ｍｍ以下であり、
前記バッフル板の上端と、前記陽極側気液分離部の下端との距離が、３０〜１００ｍｍであり、
前記バッフル板の下端と、前記陽極室液供給部の上端との距離が、２０〜１５０ｍｍであり、
前記バッフル板と、前記陽極との距離が、５〜１５ｍｍであり、
前記バッフル板と、前記隔壁との距離が、２０〜３０ｍｍである、
電解セル。
【請求項２】
前記陽極側電解液供給部と、前記陽極との距離が、３〜７ｍｍであり、
前記陽極側電解液供給部と、前記隔壁との距離が、２〜６ｍｍであり、
前記陰極側電解液供給部と、前記陰極との距離が、６．５〜１０．５ｍｍであり、
前記陰極側電解液供給部と、前記隔壁との距離が、２〜６ｍｍである、請求項１に記載の電解セル。
【請求項３】
前記陽極側気液分離部は、
前記気体が混入した前記電解液を貯留し、前記気体と前記電解液とを分離する貯留室と、
前記分離された気体を前記貯留室から排出する第三の開口部と、
を有する、請求項１又は２に記載の電解セル。
【請求項４】
前記陰極側気液分離部は、
前記気体が混入した前記電解液を貯留し、前記気体と前記電解液とを分離する貯留室と、
前記分離された気体を前記貯留室から排出する第四の開口部と、
を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電解セル。
【請求項５】
前記バッフル板は、前記陽極室の幅方向に沿って設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電解セル。
【請求項６】
前記陽極側電解液供給部は、前記陽極室の幅方向に沿って配置された、前記電解液を前記陽極室に供給する第五の開口部を有するパイプである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電解セル。
【請求項７】
前記陰極側電解液供給部は、前記陰極室の幅方向に沿って配置された、前記電解液を前記陰極室に供給する第六の開口部を有するパイプである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電解セル。
【請求項８】
直列に配置された複数の請求項１〜７のいずれか一項に記載の電解セルと、
隣接する前記電解セルの間に配置されたイオン交換膜と、
を少なくとも備える、複極式電解槽。
【請求項１】
陽極室と、
陰極室と、
前記陽極室と前記陰極室との間に配置された隔壁と、
前記陽極室を構成する枠体表面に配置された、第一の開口部を有する陽極側ガスケットと、
前記陰極室を構成する枠体表面に配置された、第二の開口部を有する陰極側ガスケットと、
を備え、
前記陽極室は、陽極と、前記陽極室の内壁内部に配置された、前記陽極室に電解液を供給する陽極側電解液供給部と、前記陽極側電解液供給部の上方に配置され、前記隔壁と略平行となるように配置されたバッフル板と、前記バッフル板の上方に配置され、気体が混入した前記電解液から前記気体を分離する陽極側気液分離部と、を有し、
前記陰極室は、陰極と、前記陰極室の内壁内部に配置された、前記陰極室に電解液を供給する陰極側電解液供給部と、前記陰極側電解液供給部の上方に配置され、気体が混入した前記電解液から前記気体を分離する陰極側気液分離部と、を有し、
前記陽極室の前記内壁の上面と、前記陽極側気液分離部の上端との距離が、２〜５ｍｍであり、
前記陰極室の前記内壁の上面と、前記陰極側気液分離部の上端との距離が、２〜５ｍｍであり、
前記陽極側ガスケットの前記開口部の内縁上部は、前記陽極室の前記内壁の前記上面と同じかそれよりも上方に位置し、
前記陰極側ガスケットの前記開口部の内縁上部は、前記陰極側気液分離部の上端と同じかそれよりも下方に位置し、且つ、前記陰極側ガスケットの前記開口部の前記内縁上部と、前記陰極側気液分離部の前記上端との距離が、１５ｍｍ以下であり、
前記バッフル板の上端と、前記陽極側気液分離部の下端との距離が、３０〜１００ｍｍであり、
前記バッフル板の下端と、前記陽極室液供給部の上端との距離が、２０〜１５０ｍｍであり、
前記バッフル板と、前記陽極との距離が、５〜１５ｍｍであり、
前記バッフル板と、前記隔壁との距離が、２０〜３０ｍｍである、
電解セル。
【請求項２】
前記陽極側電解液供給部と、前記陽極との距離が、３〜７ｍｍであり、
前記陽極側電解液供給部と、前記隔壁との距離が、２〜６ｍｍであり、
前記陰極側電解液供給部と、前記陰極との距離が、６．５〜１０．５ｍｍであり、
前記陰極側電解液供給部と、前記隔壁との距離が、２〜６ｍｍである、請求項１に記載の電解セル。
【請求項３】
前記陽極側気液分離部は、
前記気体が混入した前記電解液を貯留し、前記気体と前記電解液とを分離する貯留室と、
前記分離された気体を前記貯留室から排出する第三の開口部と、
を有する、請求項１又は２に記載の電解セル。
【請求項４】
前記陰極側気液分離部は、
前記気体が混入した前記電解液を貯留し、前記気体と前記電解液とを分離する貯留室と、
前記分離された気体を前記貯留室から排出する第四の開口部と、
を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電解セル。
【請求項５】
前記バッフル板は、前記陽極室の幅方向に沿って設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電解セル。
【請求項６】
前記陽極側電解液供給部は、前記陽極室の幅方向に沿って配置された、前記電解液を前記陽極室に供給する第五の開口部を有するパイプである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電解セル。
【請求項７】
前記陰極側電解液供給部は、前記陰極室の幅方向に沿って配置された、前記電解液を前記陰極室に供給する第六の開口部を有するパイプである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電解セル。
【請求項８】
直列に配置された複数の請求項１〜７のいずれか一項に記載の電解セルと、
隣接する前記電解セルの間に配置されたイオン交換膜と、
を少なくとも備える、複極式電解槽。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７６１５１（Ｐ２０１３−７６１５１Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１８１８１（Ｐ２０１１−２１８１８１）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（３０３０４６３１４）旭化成ケミカルズ株式会社 (2,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（３０３０４６３１４）旭化成ケミカルズ株式会社 (2,513)
【Ｆターム（参考）】
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