(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に配列された複数の単位セル及び隣合う単位セルの間に挟まれた陽イオン交換膜を含む複極式フィルタープレス型塩化アルカリ金属水溶液電解槽用の単位セルであり、上記複数の単位セルの各々は
陽極室と、該陽極室の上にある陽極側非通電部に設けられ且つ該陽極室の上側の全長にわたって延びる陽極側気液分離室とを有する陽極側鍋状枠体、及び
陰極室と、該陰極室の上にある陰極側非通電部に設けられ且つ該陰極室の上側の全長にわたって延びる陰極側気液分離室とを有する陰極側鍋状枠体
を包含し、
該陽極側鍋状枠体と該陰極側鍋状枠体とは鍋の底部を形成する壁同士が背中合わせに配置されており、該陽極側鍋状枠体の該壁には導電性リブを介して陽極が鍋の開口部を覆うように、また、該陰極側鍋状枠体の該壁には導電性リブを介して陰極が鍋の開口部を覆うようにそれぞれ配置されており、
該陽極側気液分離室と該陰極側気液分離室は、該陽極室と該陰極室からそれぞれを仕切る有孔底部壁を有し、そして
各々の気液分離室がその一端に気体及び液体の排出ノズルを有している
単位セルにおいて、
該陽極側気液分離室と該陰極側気液分離室のうち少なくとも該陽極側気液分離室は該有孔底部壁から上方に延びる気泡除去用仕切壁を有し、
該気泡除去用仕切壁は該気液分離室の全長にわたって延び、該気液分離室を、該底部壁の有孔域の上に形成された第１通路Ａと、該底部壁の非有孔域の上に形成された第２通路Ｂとに仕切っており、
該気泡除去用仕切壁は多孔性セグメントを有し、
該気泡除去用仕切壁の該多孔性セグメントの孔は、該気液分離室の該底部壁の内面から少なくとも１０ｍｍ上に位置するように設けられており、
該第２通路Ｂは該気体及び液体の排出ノズルに通じており、且つ、該第２通路Ｂは該多孔性セグメントと該第１通路Ａを介して該陽極室と通じている
ことを特徴とする単位セル。
【請求項２】
該陽極室と該陰極室のうち少なくとも該陽極室の上部に設けられたバッフルプレートを更に包含し、該バッフルプレートは、該バッフルプレートと該陽極との間に上昇通路Ｃが形成され、且つ、該バッフルプレートと該陽極側鍋状枠体の鍋の底部を形成する壁の内壁との間に下降通路Ｄが形成されるように位置することを特徴とする請求項１に記載の単位セル。
【請求項３】
該バッフルプレートの高さ（バッフルプレートの上端と下端との垂直方向の距離）が３００ｍｍ〜７００ｍｍであり、
該上昇通路Ｃはその上端よりも下端のほうが幅広く、且つ、該バッフルプレートと該陽極との間隔が最も小さい部分での該上昇通路Ｃの幅が５ｍｍ〜１５ｍｍであり、そして
該下降通路Ｄはその下端よりも上端のほうが幅広く、且つ、該バッフルプレートと該陽極側鍋状枠体の鍋の底部を形成する壁の内壁との間隔が最も小さい部分での該下降通路Ｄの幅が１ｍｍ〜２０ｍｍである
ことを特徴とする請求項２に記載の単位セル。
【請求項４】
該陽極室と該陰極室のうち少なくとも該陽極室の下部に設けられたパイプ状の形態を有する電解液ディストリビュータを更に包含し、
該ディストリビュータは複数の電解液供給穴を有し、且つ、該陽極室の電解液入口ノズルに通じる入口を有し、
各電解液供給穴の断面積が、該単位セルの運転中に、４０Ａ／ｄｍ２の電流密度で電解するための最低限の流速で飽和塩水を電解液として該ディストリビュータを通じて供給すると、各電解液供給穴での圧力損失が５０ｍｍ・Ｈ２Ｏ〜１,０００ｍｍ・Ｈ２Ｏとなる値である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の単位セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複極式フィルタープレス型塩化アルカリ金属水溶液電解槽用の単位セルに関する。更に詳細には、本発明は陽イオン交換膜を介して直列に配列された複数の単位セルを含む複極式フィルタープレス型塩化アルカリ金属水溶液電解槽用の単位セルであり、上記複数の単位セルの各々は、陽極室と、その上側の全長にわたって延びる陽極側気液分離室とを有する陽極側鍋状枠体、及び陰極室と、その上側の全長にわたって延びる陰極側気液分離室とを有する陰極側鍋状枠体を包含し、該陽極側鍋状枠体と該陰極側鍋状枠体とは鍋の底部を形成する壁同士が背中合わせに配置されており、該陽極側及び陰極側気液分離室は、該陽極室と該陰極室からそれぞれを仕切る有孔底部壁を有している単位セルにおいて、上記２つの気液分離室のうち少なくとも該陽極側気液分離室は該有孔底部壁から上方に延びる多孔性セグメント含有気泡除去用仕切壁を有し、該気泡除去用仕切壁は該気液分離室の全長にわたって延び、該気液分離室を、該底部壁の有孔域の上に形成された第１通路Ａと、該底部壁の非有孔域の上に形成され且つ気体及び液体の排出ノズルに通じている第２通路Ｂとに仕切っており、該気泡除去用仕切壁の該多孔性セグメントの孔は、該気液分離室の該底部壁の内面から少なくとも１０ｍｍ上に位置するように設けられていることを特徴とする単位セルに関する。
本発明の単位セルは、ガスと電解液を実質的に完全に分離した状態で排出することができるため、本発明の単位セルを用いた電解槽は、高電流密度で電解を行う場合においても、電解槽の振動によるイオン交換膜の破損を抑制することができる。
【０００２】
【従来技術】
一般的に、塩化アルカリの安定した電解を行ない、塩素、水素、苛性ソーダを安価に生産するために要求されることには、設備コストが安価であること、低電圧で電解できること、電解槽内の振動等によりイオン交換膜が破損しないこと、電解槽内の電解液濃度の分布が均一でイオン交換膜の電圧や電流効率が長期間安定していること等があげられる。
このような要求に応じて、近年のイオン交換膜を用いた塩化アルカリ電解技術（イオン交換膜電解法）の向上はめざましいものがある。特にイオン交換膜、電極、電解槽の性能向上は著しく、イオン交換膜法の出現当初は３０Ａ／ｄｍ２でのＮａＯＨ生産量１ｔあたりの電力消費は２，６００ｋＷであったが、近年では２，０００ｋＷ以下になろうとしている。しかし、最近は更に設備大型化や省力化、高効率化の要望が強くなっており、電解槽においても電解電流密度も当初の３０Ａ／ｄｍ２から、現在では５０Ａ／ｄｍ２以上で電解できるようにすることが求められている。
【０００３】
しかし、高電流密度の電解においては、ガスの発生量が増加するため、電解槽内の圧力変動による振動が生じやすく、長期的にはイオン交換膜の破損を引き起こす場合があった。
特に塩化アルカリ電解槽の単位セルの陽極側においては、気泡の影響が著しい。例えば４０Ａ／ｄｍ２、０．１ＭＰａ、９０℃の電解条件では、陽極室上部は気泡が充満しており、ガスの割合が８０体積％以上にもなる部分が発生する。このようなガスの割合が大きな部分は電流密度が大きくなればなるほど拡大する傾向がある。
このようなガス液比の大きな部分は流動性に欠けるため、セル内の流動攪拌が不十分になり、局部的な電解液の濃度低下を生じたり、ガスの滞留部分が生じる場合があった。ガス液比の大きな部分をできるだけ減少させるためには、電解圧力を大きくすることや、電解液の循環量を大幅に増大するなどの方法はあるが、安全上の問題や設備建設コストが高くなる傾向があり好ましくない。
【０００４】
高電流密度で高純度のアルカリ金属水酸化物を生産するためのイオン交換膜を用いた塩化アルカリ電解槽用の単位セルについては、従来より多数提案されている。例えば日本国特開昭５１−４３３７７号公報（米国特許第４，１１１，７７９号公報に対応）、日本国特開昭６２−９６６８８号公報（米国特許第４，７３４，１８０号公報に対応）、日本国公表特許公報昭６２−５００６６９号公報（米国特許第４，６０２，９８４号公報に対応）等がある。しかし、これらの文献に開示された単位セルは、液及びガスを気液混相のまま単位セルの上部から抜き出しているため電解槽内に振動が発生しイオン交換膜を破損するなどの欠点があった。更に単位セル内部で電解液を混合する工夫がなされておらず、そのために電解室内の電解液の濃度分布を均一にするため多量の電解液を循環しなければならない場合があった。
【０００５】
日本国特開昭６１−１９７８９号公報及び米国特許第４，２９５，９５３号公報は、中空の額縁型セルフレームを用い、電解液を下向きに流すための通路として機能する導電性分散体を電極板と電極シートとの間に配置してなる単位セルが開示されている。日本国特開昭６３−１１６８６号公報では、中空構造を有する額縁型セルフレームを用い、電解液を下向きに流すための通路として機能する筒状電流分配部材を有する単位セルが開示されている。これらの先行技術においては、単位セル内での電解液の循環は改良されたが、高電流密度で電解を行うと、気体及び液体の排出口付近で振動が発生しやすいだけでなく、電極室の上部にガスが滞留しやすいという問題があった。更に、単位セル内の構造が複雑になってしまうという問題もあった。日本国実開昭５９−１５３３７６号公報では、電解槽内で生じる振動を防止するための対策として、電極室の上部（電解液の液面付近）にメッシュ構造を有する泡沫成長抑止体を設置することを提案しているが、この方法だけでは未だ十分に気液分離することができず、電解槽内の圧力変動に基づく振動を完全に防止することはできなかった。
【０００６】
日本国特開平４−２８９１８４号公報（米国特許第５，２２５，０６０号公報に対応）は、それぞれ陽極室及び陰極室の上にある陽極側及び陰極側非通電部に設けられ且つ陽極室及び陰極室の上側の全長にわたって延びる陽極及び陰極気液分離室、及びこれにより分離されたガスと電解液を、分離した状態で排出するための下向きに設けられた排出口を有する単位セルを用いた電解槽が開示されている。更に、上記日本国特開平４−２８９１８４号公報において、陽極室及び／又は陰極室にＬ型の筒状ダクトを設けることにより、電極室内の電解液の循環を促進している。上記のような電解槽を用いると、４５Ａ／ｄｍ２以下で電解を行う場合には、振動も比較的少なく、電解液の濃度分布も均一にすることができる。しかし、例えば、５０Ａ／ｄｍ２以上の高電流密度で電解を行うと、電解槽内の気泡の量が非常に多くなる。このような場合、上記の電解槽では、気液分離が不十分になることにより振動が大きくなり、イオン交換膜に悪影響を与えるだけでなく、電解液の濃度分布も不均一になるという問題が生じる。
【０００７】
また、日本国特開平８−１００２８６号公報（米国特許第５，５７１，３９０号公報に対応）は、上記のような気液分離室を有する単位セルの電極室内に多数の垂直方向に延びるダクト（ダウンカマー）を設けることを提案している。しかし、この文献に記載の単位セルにおいても、５０Ａ／ｄｍ２以上の高電流密度で電解を行う場合、気液分離が不十分になるため振動が大きくなり、イオン交換膜に悪影響を与えるという問題が生じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような条件下、本発明者等は、イオン交換膜法電解槽を用いて、例えば５０Ａ／ｄｍ２以上の高電流密度で電解を行う場合においても、ガスと電解液を実質的に完全に分離した状態で排出することにより、単位セル内の振動を防止し、イオン交換膜の破損等が起きない複極式フィルタープレス型電解槽用の単位セルを開発すべく鋭意研究を重ねた。その結果、驚くべきことに、陽極室と、その上側の全長にわたって延びる陽極側気液分離室とを有する陽極側鍋状枠体、及び陰極室と、その上側の全長にわたって延びる陰極側気液分離室とを有する陰極側鍋状枠体を包含し、該陽極側鍋状枠体と該陰極側鍋状枠体とは鍋の底部を形成する壁同士が背中合わせに配置されており、該陽極側及び陰極側気液分離室は、該陽極室と該陰極室からそれぞれを仕切る有孔底部壁を有している単位セルにおいて、上記２つの気液分離室のうち少なくとも該陽極側気液分離室は該有孔底部壁から上方に延びる多孔性セグメント含有気泡除去用仕切壁を有し、該気泡除去用仕切壁は該気液分離室の全長にわたって延び、該気液分離室を、該底部壁の有孔域の上に形成された第１通路Ａと、該底部壁の非有孔域の上に形成され且つ気体及び液体の排出ノズルに通じている第２通路Ｂとに仕切っており、該気泡除去用仕切壁の該多孔性セグメントの孔は、該気液分離室の該底部壁の内面から少なくとも１０ｍｍ上に位置するように設けられていることを特徴とする単位セルを用いた複極式フィルタープレス型電解槽で塩化アルカリ金属水溶液の電解を行うと、ガスと電解液を実質的に完全に分離した状態で排出することが可能になることを見出した。この新しい知見に基づき、本発明を完成したものである。
【０００９】
従って、本発明の１つの主要な目的は、５０Ａ／ｄｍ２以上の高電流密度で電解を行う場合においても、ガスと電解液を実質的に完全に分離した状態で排出することにより、単位セル内の振動を防止し、イオン交換膜の破損等が起きない複極式フィルタープレス型電解槽用の単位セルを提供することにある。
本発明の上記及びその他の諸目的、諸特徴ならびに諸利益は、添付の図面を参照しながら行う以下の詳細な説明及び請求の範囲の記載から明らかになる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、直列に配列された複数の単位セル及び隣合う単位セルの間に挟まれた陽イオン交換膜を含む複極式フィルタープレス型塩化アルカリ金属水溶液電解槽用の単位セルであり、上記複数の単位セルの各々は
陽極室と、該陽極室の上にある陽極側非通電部に設けられ且つ該陽極室の上側の全長にわたって延びる陽極側気液分離室とを有する陽極側鍋状枠体、及び
陰極室と、該陰極室の上にある陰極側非通電部に設けられ且つ該陰極室の上側の全長にわたって延びる陰極側気液分離室とを有する陰極側鍋状枠体
を包含し、
該陽極側鍋状枠体と該陰極側鍋状枠体とは鍋の底部を形成する壁同士が背中合わせに配置されており、該陽極側鍋状枠体の該壁には導電性リブを介して陽極が鍋の開口部を覆うように、また、該陰極側鍋状枠体の該壁には導電性リブを介して陰極が鍋の開口部を覆うようにそれぞれ配置されており、
該陽極側気液分離室と該陰極側気液分離室は、該陽極室と該陰極室からそれぞれを仕切る有孔底部壁を有し、そして
各々の気液分離室がその一端に気体及び液体の排出ノズルを有している
単位セルにおいて、
該陽極側気液分離室と該陰極側気液分離室のうち少なくとも該陽極側気液分離室は該有孔底部壁から上方に延びる気泡除去用仕切壁を有し、
該気泡除去用仕切壁は該気液分離室の全長にわたって延び、該気液分離室を、該底部壁の有孔域の上に形成された第１通路Ａと、該底部壁の非有孔域の上に形成された第２通路Ｂとに仕切っており、
該気泡除去用仕切壁は多孔性セグメントを有し、
該気泡除去用仕切壁の該多孔性セグメントの孔は、該気液分離室の該底部壁の内面から少なくとも１０ｍｍ上に位置するように設けられており、
該第２通路Ｂは該気体及び液体の排出ノズルに通じており、且つ、該第２通路Ｂは該多孔性セグメントと該第１通路Ａを介して該陽極室と通じている
ことを特徴とする単位セル。
が提供される。
【００１１】
次に、本発明の理解を容易にするために、まず本発明の基本的特徴及び諸態様を列挙する。
１．直列に配列された複数の単位セル及び隣合う単位セルの間に挟まれた陽イオン交換膜を含む複極式フィルタープレス型塩化アルカリ金属水溶液電解槽用の単位セルであり、上記複数の単位セルの各々は
陽極室と、該陽極室の上にある陽極側非通電部に設けられ且つ該陽極室の上側の全長にわたって延びる陽極側気液分離室とを有する陽極側鍋状枠体、及び
陰極室と、該陰極室の上にある陰極側非通電部に設けられ且つ該陰極室の上側の全長にわたって延びる陰極側気液分離室とを有する陰極側鍋状枠体
を包含し、
該陽極側鍋状枠体と該陰極側鍋状枠体とは鍋の底部を形成する壁同士が背中合わせに配置されており、該陽極側鍋状枠体の該壁には導電性リブを介して陽極が鍋の開口部を覆うように、また、該陰極側鍋状枠体の該壁には導電性リブを介して陰極が鍋の開口部を覆うようにそれぞれ配置されており、
該陽極側気液分離室と該陰極側気液分離室は、該陽極室と該陰極室からそれぞれを仕切る有孔底部壁を有し、そして
各々の気液分離室がその一端に気体及び液体の排出ノズルを有している
単位セルにおいて、
該陽極側気液分離室と該陰極側気液分離室のうち少なくとも該陽極側気液分離室は該有孔底部壁から上方に延びる気泡除去用仕切壁を有し、
該気泡除去用仕切壁は該気液分離室の全長にわたって延び、該気液分離室を、該底部壁の有孔域の上に形成された第１通路Ａと、該底部壁の非有孔域の上に形成された第２通路Ｂとに仕切っており、
該気泡除去用仕切壁は多孔性セグメントを有し、
該気泡除去用仕切壁の該多孔性セグメントの孔は、該気液分離室の該底部壁の内面から少なくとも１０ｍｍ上に位置するように設けられており、
該第２通路Ｂは該気体及び液体の排出ノズルに通じており、且つ、該第２通路Ｂは該多孔性セグメントと該第１通路Ａを介して該陽極室と通じている
ことを特徴とする単位セル。
２．該陽極室と該陰極室のうち少なくとも該陽極室の上部に設けられたバッフルプレートを更に包含し、該バッフルプレートは、該バッフルプレートと該陽極との間に上昇通路Ｃが形成され、且つ、該バッフルプレートと該陽極側鍋状枠体の鍋の底部を形成する壁の内壁との間に下降通路Ｄが形成されるように位置することを特徴とする前項１に記載の単位セル。
３．該バッフルプレートの高さ（バッフルプレートの上端と下端との垂直方向の距離）が３００ｍｍ〜７００ｍｍであり、
該上昇通路Ｃはその上端よりも下端のほうが幅広く、且つ、該バッフルプレートと該陽極との間隔が最も小さい部分での該上昇通路Ｃの幅が５ｍｍ〜１５ｍｍであり、そして
該下降通路Ｄはその下端よりも上端のほうが幅広く、且つ、該バッフルプレートと該陽極側鍋状枠体の鍋の底部を形成する壁の内壁との間隔が最も小さい部分での該下降通路Ｄの幅が１ｍｍ〜２０ｍｍである
ことを特徴とする前項２に記載の単位セル。
４．該陽極室と該陰極室のうち少なくとも該陽極室の下部に設けられたパイプ状の形態を有する電解液ディストリビュータを更に包含し、
該ディストリビュータは複数の電解液供給穴を有し、且つ、該陽極室の電解液入口ノズルに通じる入口を有し、
各電解液供給穴の断面積が、該単位セルの運転中に、４０Ａ／ｄｍ２の電流密度で電解するための最低限の流速で飽和塩水を電解液として該ディストリビュータを通じて供給すると、各電解液供給穴での圧力損失が５０ｍｍ・Ｈ２Ｏ〜１,０００ｍｍ・Ｈ２Ｏとなる値である
ことを特徴とする前項１〜３のいずれかに記載の単位セル。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の単位セルは、複極式フィルタープレス型塩化アルカリ金属水溶液電解セル用の単位セルである。
まず、本発明の単位セルの基本的な構造に関して、図１２及び図１３に参照して説明する（尚、多孔性セグメント２を有する気泡除去用仕切壁３、バッフルプレート２１、及びディストリビュータ２８に関しては後述する）。
図１２は、陰極室の側から見た、本発明の単位セルの１例を示す概略図である（網状の電極を実質的に取り除いた状態を示す）。図１３は、図１２の単位セルのII−II線に沿った概略断面図である。
【００１３】
本発明において、「単位セル」とは、
陽極室と、該陽極室の上にある陽極側非通電部に設けられ且つ該陽極室の上側の全長にわたって延びる陽極側気液分離室とを有する陽極側鍋状枠体、及び
陰極室と、該陰極室の上にある陰極側非通電部に設けられ且つ該陰極室の上側の全長にわたって延びる陰極側気液分離室とを有する陰極側鍋状枠体
を包含し、
該陽極側鍋状枠体と該陰極側鍋状枠体とは鍋の底部を形成する壁同士が背中合わせに配置されており、該陽極側鍋状枠体の該壁には導電性リブを介して陽極が鍋の開口部を覆うように、また、該陰極側鍋状枠体の該壁には導電性リブを介して陰極が鍋の開口部を覆うようにそれぞれ配置されており、
該陽極側気液分離室と該陰極側気液分離室は、該陽極室と該陰極室からそれぞれを仕切る有孔底部壁を有し、そして
各々の気液分離室がその一端に気体及び液体の排出ノズルを有してなる、複極式の単一のセルを意味する。
【００１４】
図１３に示されるように、上記の陽極側及び陰極側鍋状枠体はそれぞれ鍋の底部を形成する壁１、壁１（以下、単に「壁１」という）の周辺部から延びるフレーム壁２５、及び鉤型の断面を有し、該フレーム壁２５から延びる鉤型フランジ２４を包含してなる。
上記の鉤型フランジ２４は該フレーム壁２５と共働して、各鍋状枠体の四周に凹部を形成している。この凹部によってそれぞれ規定される、図１３の奥行方向に延びる貫通空間には、それぞれ接合棒２６がはめ込まれ、これにより陽極側鍋状枠体と陰極側鍋状枠体とが背中合わせの状態で固定されている。
【００１５】
該陽極側鍋状枠体の壁１には、複数の導電性リブ９を介して陽極１３が、陽極室と、その上側且つ該陽極側鍋状枠体のフレーム壁２５の上側部分より下に陽極側非通電部を形成するよう固定されており、該陰極鍋状枠体の壁１には、複数の導電性リブ９を介して陰極１４が、陰極室とその上側且つ該陰極鍋状枠体のフレーム壁２５の上側部分より下に陰極側非通電部を形成するように固定されている。また、上記導電性リブ９は、気液を通過させるためのリブ孔６を有している。
陽極側気液分離室２７は、上記陽極側非通電部に設けられ且つ上記陽極室の上側の全長にわたって延びており、陰極側気液分離室２７は、該陰極側非通電部に設けられ且つ該陰極室の上側の全長にわたって延びている。
上記陽極側及び陰極側気液分離室２７、２７は、該陽極室と該陰極室からそれぞれを仕切る有孔底部壁４Ａ、４Ａを有している。底部壁４Ａ、４Ａはそれぞれ気泡含有電解液を電極室から気液分離室２７に導入するための孔５を有している。
上記陽極側及び陰極側気液分離室２７、２７はそれぞれ気体及び液体の排出ノズル８、８’を有している。
【００１６】
本発明において、上記のような気液分離室２７を有する単位セルの基本的な構造（図１２及び図１３の単位セルから多孔性セグメント２を有する気泡除去用仕切壁３、バッフルプレート２１、及びディストリビュータ２８を除いた構造）に関しては、公知の単位セルと同様の構造でよい。公知の単位セルの例としては、上記日本国特開平４−２８９１８４号公報（米国特許第５，２２５，０６０号公報に対応）に記載の単位セルが挙げられる。上記日本国特開平４−２８９１８４号公報及びこれに対応する米国特許第５，２２５，０６０号公報に関しては、これらの文献に言及することにより、その内容を本明細書に組み込むものとする。
また、本発明の単位セルの、多孔性セグメント２を有する気泡除去用仕切壁３、バッフルプレート２１、及びディストリビュータ２８以外の部分に関しては、上記日本国特開平４−２８９１８４号公報（米国特許第５，２２５，０６０号に対応）に記載の材料及び方法を用いて製造することができる。
【００１７】
以下、図１〜４に参照して本発明の単位セルの気泡除去用仕切壁に関して説明する。
図１〜４は、本発明の単位セルの気液分離室の拡大概略断面図である。
本発明の単位セルにおいては、該陽極側気液分離室２７と該陰極側気液分離室２７のうち少なくとも該陽極側気液分離室２７は該有孔底部壁４Ａから上方に延びる気泡除去用仕切壁３を有し、該気泡除去用仕切壁３は該気液分離室２７の全長にわたって延び、該気液分離室２７を、該底部壁４Ａの有孔域の上に形成された第１通路Ａと、該底部壁４Ａの非有孔域の上に形成された第２通路Ｂとに仕切っている。
【００１８】
より具体的には、該陽極側気液分離室２７と該陰極側気液分離室２７のうち少なくとも該陽極側気液分離室２７は該有孔底部壁４Ａから上方に延びる気泡除去用仕切壁３を有し、該気泡除去用仕切壁３によって分けられた有孔域と非有孔域とを該有孔底部壁４Ａが有するように、該有孔底部壁４Ａの孔５は局在しており、該気泡除去用仕切壁３は該気液分離室２７の全長にわたって延びており、該気泡除去用仕切壁３によって、該気液分離室２７は、孔５が局在する該有孔底部壁４Ａの該有孔域を有する第１通路Ａと、孔５が局在する該有孔底部壁４Ａの該非有孔域を有する第２通路Ｂとに仕切られている。
該気泡除去用仕切壁３は多孔性セグメント２を有し、該気泡除去用仕切壁３の該多孔性セグメント２の孔は、該気液分離室２７の該底部壁４Ａの内面から少なくとも１０ｍｍ上に位置するように設けられており、該第２通路Ｂは該気体及び液体の排出ノズルに通じており、且つ、該第２通路Ｂは該多孔性セグメント２と該第１通路Ａを介して該陽極室と通じている。
【００１９】
該気泡除去用仕切壁３を有する該気液分離室２７は、該単位セルの運転中に、気泡を含有する液体を、該陽極室から孔５が局在する該有孔底部壁４Ａの該有孔域を通して該気液分離室２７の第１通路Ａに導入して該気泡除去用仕切壁３の該多孔性セグメント２の孔を通過させ、その際、該多孔性セグメント２の孔を第２通路Ｂの液面より高い位置に維持するように適合しており、それによって、該気泡を含有する液体の気泡を壊し、気泡の破壊によって生成されたガスと実質的に気泡を含まない液体とを気液分離室２７の第２通路Ｂに導入し、第２通路Ｂに導入された該ガスと該実質的に気泡を含まない液体とは気液分離室２７の図１２に示す該気体及び液体の排出ノズル８を通じて排出されるようになっている。
【００２０】
このように気泡を消去してガスと液を分離することが可能になる理由は明らかではないが、以下のようなことであると考えられる。第１通路Ａの気泡含有電解液は、気泡除去用仕切壁３の多孔性セグメント２の孔を通過して、第１通路Ａ上部のガスと共に、第２通路Ｂへ導入される。この際、孔内部で上記ガスと気泡含有電解液が混合され、気泡のサイズが大きくなり、気泡が破壊されやすくなると考えられる。第２通路Ｂ側において多孔性セグメント２は気相に面しているので、気泡が破壊されることにより液相から開放されたガスは、第２通路Ｂの気相に吸収され、気泡を除去された電解液が第２通路Ｂの下部に溜まる。このようにして分離されたガスと電解液とは、分離した状態のままで排出ノズル８から抜き出される。従って、圧力損失による振動が抑制され、そのためイオン交換膜の破損を防止することができる。
【００２１】
図１において気液分離室２７は、壁１、フレーム壁２５、側壁４Ｂ、及び底部壁４Ａにより構成される。このような気液分離室２７の場合、その断面積は製造のしやすさや製造コスト面から、通常１０〜１００ｃｍ２である。第２通路Ｂの底に流れ落ちた電解液は、ガスと分離した状態で図１２に示す排出ノズル８から排出される。
図１においては、底部壁４Ａの孔５を有する第１通路Ａを壁１の側に形成したが、図２のように側壁４Ｂの側に底部壁４Ａの孔５を有する第１通路Ａを形成してもよい。気泡除去用仕切壁３の多孔性セグメント２以外の孔を有さない部分（以下、屡々、「孔なし領域」と称す）は第１通路Ａの気泡を含む液と、第２通路Ｂの気泡を除去した液を隔てる役割も有するので、多孔性セグメント２の孔の底部壁４Ａの内面からの高さＨ’は第２通路Ｂ側の液面より高くなるように製作する必要がある。具体的には高さＨ’は少なくとも１０ｍｍである必要があり、また、図1及び図２のように気泡除去用仕切壁３が平板状の構造を有する場合は、勿論、孔なし領域の高さも１０ｍｍ以上であることが必要である。また、図３に示すように、気泡除去用仕切壁３の孔なし領域が比較的高い場合は、孔なし領域の第２通路Ｂ側の側面に多孔性セグメント２が配置されていてもよい。但し、この場合も多孔性セグメント２の孔の高さＨ’は第２通路Ｂ側の液面より高くなるように製作する必要があり、少なくとも１０ｍｍである必要がある。
【００２２】
もし、多孔性セグメント２の孔が第２通路Ｂの液面より下に存在すると、気泡として存在するガスが孔を通過しても気相に開放されず、液相に吸収されてしまうので、第２通路Ｂの液相に気泡が残り、排出ノズルでの圧力変動が起こる原因となる。
第２通路Ｂの液面の高さに関しては、電解を行う際の電流密度が高い程、第２通路Ｂの液面も高くなる傾向にある。５０〜８０Ａ／ｄｍ２の高電流密度で電解を行う場合、第２通路Ｂの液面の高さは２０〜３０ｍｍになることがあるため、上記気泡除去用仕切壁３の多孔性セグメント２の高さＨ’は、２０ｍｍ以上であることが好ましく、３０ｍｍ以上であることが更に好ましく４０ｍｍ以上であることが特に好ましい。
【００２３】
気泡除去用仕切壁３の孔なし領域の高さに関しては、上記した気泡除去が効率よく行える限り特に限定はない。例えば、図１及び図２のように、多孔性セグメント２を有する気泡除去用仕切壁３が、底部壁４Ａからほぼ垂直に延びる平板状の構造を有する場合、上記孔なし領域の高さは、気液分離室２７の高さＨの９０％までの範囲にあることが好ましい。孔なし領域の高さが気液分離室２７の高さＨの９０％を超えると、第２通路Ｂへ流入する電解液の圧力損失が大きくなり、通電部にガス溜まりを形成し、これによりイオン交換膜に悪影響を与えるなどの不都合が生じる恐れがある。
【００２４】
第１通路Ａの間隔Ｗとしては、図１であれば気泡除去用仕切壁３と壁１の間隔であり、図２〜４であれば側壁４Ｂと気泡除去用仕切壁３との間隔である。Ｗの大きさは２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で有れば、圧力損失も少ないので好ましい。尚、図２〜４のように側壁４Ｂと気泡除去用仕切壁３の間隔が不均一な場合は、最小値を間隔Ｗとする。間隔Ｗが２０ｍｍを超えると第２通路Ｂの幅が小さくなり、圧力損失が高まるために、気液分離している液とガスが再度混合して、排出ノズルから抜き出す際に圧力変動が大きくなり振動発生を引き起こす場合がある。２ｍｍ未満ではガスや液等が通過する際に圧力損失が大きくなり、通電部にガス溜まりを形成してイオン交換膜に悪影響を与える場合がある。
【００２５】
気泡を消去するための気泡除去仕切壁３としては、１枚の板の上部に孔を形成したものでも、孔を有さない板に、多孔板を取り付けたものであってもよい。また、気泡除去用仕切壁３は、気液分離室２７の底部壁４Ａに一体化して形成されていてもよく、溶接などで気液分離室２７の底部壁４Ａに取り付けてもよい。気液分離室２７の底部壁４Ａに一体化して形成された気泡除去用仕切壁３は、例えば、気液分離室２７を形成するための部材を樹脂を成形して製造する場合、底部壁４Ａとなる部分が形成されるように上記部材を成形することにより得ることができる。気泡除去用仕切壁３の材料としては、塩素や苛性ソーダに対する耐久性のあるものであれば特に限定はないが、陽極側気液分離室２７に設置する気泡除去用仕切壁３の場合は、チタン及びチタン合金等を用いることができ、陰極側気液分離室２７に設置する気泡除去用仕切壁３の場合は、鉄、ニッケル及びステンレス等を用いることができる。その他にも塩素や苛性ソーダに対する耐久性のある素材であれば、プラスチックやセラミックなどを用いてもよい。
上記の金属製の多孔板を、孔を有さない板に取り付けて気泡除去用仕切壁３として用いる場合、多孔板としては、エクスパンデッドメタルや丸型や角形等の孔を打ち抜きしたパンチドメタル、金網、ワイヤーメッシュ、発泡金属等が使用できる。
【００２６】
また、孔を有さない板に、多孔板を取り付けて気泡除去用仕切壁３として用いる場合、取り付け方法には特に限定はなく、例えば、（１）図１及び図２のように、ほぼ垂直に設けられた孔を有さない板の上端に、ほぼ垂直に多孔板を取り付ける方法、（２）図３に示すように、ほぼ垂直に設けられた孔を有さない板の上端に、第２通路Ｂの側にほぼ水平になるように、もしくは斜め上又は斜め下に延びるように多孔板を取り付ける方法、（３）図４に示すように、ほぼ垂直に設けられた孔を有さない板の中間部に、第２通路Ｂの側にほぼ水平になるように、もしくは斜め上又は斜め下に延びるように多孔板を取り付ける方法が挙げられる。これに関連して、電解槽の運転中に多孔板が外れないよう取り付ける必要がある。例えば、孔を有さない板及び多孔板が共に金属である場合、溶接により取り付けることが好ましい。
また、板の中間部に多孔性セグメント２を設けることも可能である。例えば、金属板の中間部に孔を打ち抜いて多孔性セグメント２を形成したものを気泡除去用仕切壁３として用いることもできる。
【００２７】
多孔性セグメント２の開口率は、１０％〜８０％の範囲であることが好ましく、圧力損失や気泡除去の効率の面から、最も好ましくは３０〜７０％の範囲である。また、気泡除去用仕切壁３全体に対する開口率は４〜６０％の範囲であることが好ましい。また、多孔性セグメント２の孔のサイズに関しては特に限定はないが、孔のサイズが大きすぎると、第１通路Ａの気泡含有電解液が、気泡を含んだまま多孔性セグメント２を通過して、気泡が壊れずに第２通路Ｂの底部の液と混合される恐れがある。従って、各孔の面積が１５０ｍｍ２以下であることが好ましく、８０ｍｍ２以下であることが更に好ましい。また、多孔性セグメント２の孔の平均面積は、０．２〜８０ｍｍ２であることが好ましく、３〜６０ｍｍ２であることが更に好ましい。孔の数に関しては、上記の開口率、及び孔の平均面積によって決まる。
【００２８】
気泡除去を効率よく行える限り、孔の分布に関しては限定はないが、なるべく均一であることが好ましい。具体的な孔の設け方としては、例えば、直径２ｍｍの円形の穴を３ｍｍピッチで１ｃｍ２あたり１９個、又は対角線の長さが７ｍｍ及び４ｍｍの菱形の孔を１０ｃｍ２あたり３５個のように設けることができる。
また、多孔性セグメント２は、例えば開口率の異なる２枚の多孔板を貼り合わせたものであってもよい。
気泡除去用仕切壁３の厚みに関しては、十分な強度が得られ、且つ圧力損失もなく気泡除去が行えれば特に限定はなく、不均一であってもよい。具体的には、気泡除去用仕切壁３の厚みは０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００２９】
気泡除去用仕切壁３の角度に関しては、第１通路Ａの気泡含有電解液を、多孔性セグメント２の孔を介して第２通路Ｂの気相に導入できる限り特に限定されない。また、気泡除去用仕切壁３の孔なし領域と多孔性セグメント２が底部壁４Ａに対して異なる角度で設けられていてもよい。具体的には、例えば、図１及び図２に示す如く、多孔性セグメント２は、ほぼ垂直に設けられた孔なし領域の上端からほぼ垂直に延びていてもよく、或いは図３に示すようにほぼ垂直に設けられた孔なし領域の上端から、第２通路Ｂの側にほぼ水平に延びていてもよく、或いは斜め上又は斜め下に延びていてもよい。但し、上記したように多孔性セグメント２の孔は、第２通路Ｂの液面より高い位置に維持されなければならない。
更に、気泡除去用仕切壁３は、多孔性セグメント２を複数有していてもよい。例えば、気泡除去用仕切壁３は、図１及び図２に示すような、孔なし領域の上端からほぼ垂直に延びる多孔性セグメント２と、図３に示すような孔なし領域の上端から、第２通路Ｂの側にほぼ水平に延びる多孔性セグメントとの両方を有していてもよい。
【００３０】
上記多孔性セグメント２の一端は、上記孔なし領域に接合している必要があるが、他の一端は気液分離室の内壁まで延びていなくてもよい。例えば、図１及び図２に示す如く気泡除去用仕切壁３をほぼ垂直に設ける場合は、多孔性セグメント２の高さが、気液分離室の高さＨと孔なし領域の高さＨ'の差の１／２以上であることが好ましい。高電流密度でも効果的に気泡を消去する観点から、多孔性セグメント２は高いほど好ましい。更に、単位セルの製造の簡便さの観点からは、図１と図２に示すように、多孔性セグメント２は上記ＨとＨ’との差と同じ（即ち、多孔性セグメント２が気液分離室の上側内壁（上側フレーム壁２５）にまで延びている）ことが好ましい。図３及び図４に示す如く、多孔性セグメント２をほぼ水平に設ける場合においても、図3及び図４に示すように多孔性セグメント２が気液分離室２７の横側内壁（壁１の内壁）にまで延びて気泡除去用仕切壁３が第２通路Ｂを完全に覆うことが好ましい。多孔性セグメント２をほぼ水平に設ける場合に、気泡除去用仕切壁３が第２通路Ｂを完全に覆っていないと、多孔性セグメント２と気液分離室２７の内壁との隙間を通って第１通路Ａから第２通路Ｂに気泡含有液が流れ落ちて有効に気泡を消去できない場合がある。
【００３１】
上記のように、気泡除去用仕切壁３に関しては、第１通路Ａの気泡含有電解液を、多孔性セグメント２の孔を介して第２通路Ｂの気相に導入できる限り、様々な形状、サイズをとり得る。しかし、単位セルの製造の簡便さ、及び気泡除去の効率の観点から、気泡除去用仕切壁３は、（１）図１及び図２に示す如く、多孔性セグメント２を含む気泡除去用仕切壁３が、底部壁４Ａからほぼ垂直に上方に延びる、気液分離室２７の高さＨと同じ高さを有する平板状の構造、（２）図３に示す如く、孔なし領域が底部壁４Ａからほぼ垂直に上方に延び、多孔性セグメント２が孔なし領域の上端部から壁１の内壁まで、ほぼ水平に延びてなる逆Ｌ字型の構造、又は（３）図４に示す如く、孔なし領域が底部壁４Ａからほぼ垂直に上方に延び、多孔性セグメント２が孔なし領域の第２通路Ｂ側の側面から壁１の内壁まで、ほぼ水平に延びてなる┣型の構造を有することが好ましい。
また、図５に示すように、気液分離室２７に、本発明で用いる気泡除去用仕切壁３の代わりに多孔板２のみを水平方向に配置した場合、殆ど気泡除去効果が無い（後述する比較例１参照）。
【００３２】
気液分離室２７にガス、電解液、気泡が流入する底部壁４Ａの孔５のサイズに関しては、例えば図１および図２であれば上記の間隔Ｗ以下の径を有する孔であればよい。孔５の形状に関しては特に限定はないが、例としては、円形、楕円形、正方形、長方形、菱形等が挙げられる。孔５の開口率は、第１通路Ａの底部面積（即ち、「第１通路Ａの幅Ｗ×気液分離室の長さ」）に対して、１０％〜８０％の範囲が好ましい。１０％未満では、ガスや液等が孔５を通過する際に圧力損失が大きくなり、通電部にガス溜まりを形成してイオン交換膜に悪影響を与える場合が有る。８０％より大きすぎると、気液分離室の強度が弱くなるため、単位セルにガスケットとイオン交換膜を装着して締め付ける際に、変形する等の問題点が生じる場合がある。
上記の気泡除去用仕切壁３は陽極側気液分離室２７と陰極側気液分離室２７のうち少なくとも陽極側気液分離室２７に設ける。陽極側は、特に気泡の影響が大きいので、陽極側にのみ気泡除去用仕切壁３を設けても十分な効果が得られる。
【００３３】
気液分離室２７の側壁４Ｂの形状は、平坦であってもよいが、図１〜４に示すように、下部が外側に出っぱっていることが好ましい。即ち、下部出っぱり部により、気液分離室２７と図１４に示すガスケット１６、１８の密着性を上げることができる。また、ガスケット１６、１８の幅を均一にしておけば、電解槽を組み立てる際にガスケットの面圧を各部一定にすることができる。
また、本発明の単位セルは、図６及び図７に示すように、該陽極室と該陰極室のうち少なくとも該陽極室の上部に設けられたバッフルプレート２１を更に包含し、該バッフルプレート２１は、該バッフルプレート２１と陽極１１との間に上昇通路Ｃが形成され、且つ、該バッフルプレートと壁１の内壁との間に下降通路Ｄが形成されるように位置することが好ましい。
例えば、陽極室内上部にバッフルプレート２１を設置することにより、単位セル下部へ電解液を戻して循環することが可能になるのみならず、気泡を含む電解液を、陽極室上部でのガスの滞留もなく速やかに気液分離室２７に導くことも可能になる。
【００３４】
バッフルプレート２１の下端は壁１とスリット状の隙間２２を形成しており、バッフルプレート２１の上部から下降通路Ｄに流れ込んだ液が、この隙間２２を通って陽極室下部に戻り、上昇通路Ｃを介して電解液が循環するような構造になっている。
陽極１１とバッフルプレート２１により形成される上昇通路Ｃは、電解液と気泡、ガスの混合物が通過する。電解液と、電解により生成したガスと気泡との混合物が、バッフルプレート２１の上端と電解室上端の間を通過し電解液の一部とガスは、孔５より気液分離室２７に入り、残りの電解液はバッフルプレート２１と壁１との間の下降通路Ｄを通って流れ落ち、スリット状隙間２２を通って電解室下部に戻る。
したがってバッフルプレート２１により電解液の内部循環を起こすことができるので、電解液やガスの滞留もなく、５０Ａ／ｄｍ２以上の高電流密度でも濃度分布の均一化が達成できる。
【００３５】
バッフルプレート２１の厚みは０．５〜１．５ｍｍであることが好ましく、長さは３００〜７００ｍｍであることが好ましい。幅に関しては、電解液を循環する効果を高めるために、単位セルの幅に近いほど好ましく、図１２のように単位セルの幅と同じであることが最も好ましい。バッフルプレート２１の材質に関しては、陽極側の場合、塩素に対して耐食性を有するチタンや、テフロン等の樹脂が挙げられ、陰極側の場合、アルカリに対して耐食性のあるステンレススチール、ニッケル等を挙げることができる。
また、バッフルプレート２１の取り付け方法に関しては特に限定はないが、リブ９の間隔と同じ幅のバッフルプレート２１をリブ９に溶接などの方法で固定する方法、リブ９にバッフルプレート２１取り付け用の溝を設け、その溝にバッフルプレート２１をはめ込む方法などが挙げられる。
【００３６】
図６及び図７に示す下降通路Ｄの断面積は、製作のしやすさや製作コスト面から、通常１０ｃｍ２以上で２００ｃｍ２以下のものが用いられる。バッフルプレート２１は、上昇通路Ｃの気泡を含む液と、下降通路Ｄにある電解液を隔て、ガスの上昇力によって電解液を気液分離室２７や上昇通路Ｃへ運び上げる通路でもある。バッフルプレート２１の高さＨ２は３００ｍｍ〜７００ｍｍが好ましい。この理由は、出来るだけ液循環を多くするためには、上昇通路Ｃの上部での組成と下降通路Ｄの上部での組成の違いを大きくする必要があるため、バッフルプレート２１の高さを大きくすることが有利であるからである。
【００３７】
バッフルプレート上端と通電部の上端の間隔Ｓは、５ｍｍ〜２００ｍｍの範囲が好ましい。この間隔Ｓが狭すぎると、ガスが滞留しやすくなり、広すぎると通電部上部の電解液の攪拌不足となり、イオン交換膜に悪影響を与えることになる。
上昇通路Ｃの間隔は、バッフルプレート２１と電極１１との間隔Ｗ２とすると、Ｗ２の大きさは５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲であれば、圧力損失も少ないので好ましい。１５ｍｍを超えると上昇通路Ｃを通過する電解液の上昇速度が遅くなって攪拌効果が得にくい傾向にあり、電解液濃度低下等が生ずる可能性がある。５ｍｍ未満ではガスや液等が通過する際に圧力損失が大きくなり、上昇通路Ｃを通過する電解液量が減少する場合がある。
【００３８】
バッフルプレート２１の下端部と壁１の内壁の間に形成されるスリット状の隙間の間隔Ｗ２'は、１ｍｍ〜２０ｍｍ、さらには１ｍｍ〜１０ｍｍ程度が好ましい。１ｍｍ未満では、圧力損失がおおきくなり下降通路Ｄを介して電解液の循環が不良となる。２０ｍｍを超えると、スリット部分から電解液やガスがショートパスして下降通路Ｄに入り込むため、液の循環が生じなくなる場合がある。
バッフルプレート２１の断面の形状は、種々考えられるが、例えば図６に示す屈曲板状の形状や、図７に示す平板状の形状が考えられる。また、バッフルプレート２１はその表面に凹凸があると、ガスや液の上昇速度に影響を与え、例えば、陽極室内での電解液の濃度分布が不均一になる恐れがあるので、バッフルプレート２１の表面は平らであることが好ましい。
以上述べたように、バッフルプレート２１を取り付けることにより、単位セル上部の気泡の多い部分の攪拌と内部循環を可能にすることができる。したがって５０Ａ／ｄｍ２以上の高電流密度でも、単位セル内の濃度分布を均一にでき、イオン交換膜への悪影響が全く生じない。
【００３９】
本発明の単位セルにおいては、所望により、電解液ディストリビュータを設けることができる。電解液ディストリビュータの１例が、図１２と図１３において参照番号２８で示されている。
図９は、電解液ディストリビュータの１例を示す概略断面図である。図１０は、電解液ディストリビュータの更に他の１例を示す概略断面図である。図１１は、電解液ディストリビュータを示す概略側面図である（矢印は、開口部２３からの電解液の流出を表す）。電解液ディストリビュータを用いることにより、単位セルの水平・長手方向（図１２における横方向）の電解液の濃度分布を均一にすることができる。
【００４０】
即ち、本発明の好ましい態様においては、本発明の単位セルは、該陽極室と該陰極室のうち少なくとも該陽極室の下部に設けられたパイプ状の形態を有する電解液ディストリビュータを更に包含し、
該ディストリビュータは複数の電解液供給穴を有し、且つ、該陽極室の電解液入口ノズルに通じる入口を有し、
各電解液供給穴の断面積が、該単位セルの運転中に、４０Ａ／ｄｍ２の電流密度で電解するための最低限の流速で飽和塩水を電解液として該ディストリビュータを通じて供給すると、各電解液供給穴での圧力損失が５０ｍｍ・Ｈ２Ｏ〜１,０００ｍｍ・Ｈ２Ｏとなる値である。
【００４１】
電解液ディストリビュータの断面の形状は丸形、角形いずれでも適用できる。電解液ディストリビュータから電解液を流出させるための電解液供給穴２３は、単位セルの水平・長手方向に電解液のできるだけ均一な流量を確保する観点からは、できるだけ多い方が好ましい。しかし、あまり多数の電解液供給穴２３を設けると加工がしにくくなるため、その数は１０個〜５０個程度が適当である。好ましくは１５個〜４０個の範囲である。
【００４２】
また電解液ディストリビュータから電解液を均一に供給させるためには、各電解液供給穴２３にある程度以上の圧力損失を持たせることが好ましい。本発明者等の実験によると、４０Ａ／ｄｍ２で電解した場合に各電解液供給穴２３での圧力損失が５０ｍｍ・Ｈ２Ｏ未満では均一な供給が得られないことがわかった。そのため、均一な供給が得られる各電解液供給穴２３の断面積について検討した結果、各電解液供給穴の断面積が、該単位セルの運転中に、４０Ａ／ｄｍ２の電流密度で電解するための最低限の流速で飽和塩水を電解液として該ディストリビュータを通じて供給すると、各電解液供給穴での圧力損失が５０ｍｍ・Ｈ２Ｏ〜１,０００ｍｍ・Ｈ２Ｏとなる値であれば、均一な供給が得られることを見いだした。なお、上記の条件での圧力損失が１，０００ｍｍ・Ｈ２Ｏを超える場合は、電解液供給穴２３の断面積が小さすぎて、微細な不純物粒子で詰まりなどを起こしやすく、かえって均一な流出ができないこともわかった。実用上もっとも好ましい圧力損失は、１００ｍｍ・Ｈ２Ｏ〜６００ｍｍ・Ｈ２Ｏの範囲である。
電解液ディストリビュータに設けられる電解液供給穴２３の断面形状は、特に限定されないが、丸形、角形等が製作しやすいので好ましい。またこの電解液供給穴２３の断面積は、圧力損失や穴の個数、電解液供給量によって異なるが、通常は１０ｍｍ２〜１ｍｍ２の範囲が好ましい。
【００４３】
電解液ディストリビュータの中空部断面積は特に限定されないが、通常、１ｃｍ２〜２０ｃｍ２の範囲が好ましい。電解液ディストリビュータの長さは、電極室に収容可能な長さであれば特に限定されないが、通常、単位セルの電極室の水平・長手方向の長さの７０％以上で１００％以下の範囲が好ましい。電解液ディストリビュータの材質としては、陽極室に設けるものについては、塩素に対して耐食性のあるもの、例えばチタンやテフロンを使用でき、陰極室に設けるものについてはアルカリに対して耐食性のあるもの、例えばニッケルやステンレススチールを使用できる。
【００４４】
図１２及びそのII−II線に沿った概略断面図である図１３に示す本発明の単位セルの１例では、バッフルプレート２１及び電解液ディストリビュータ２８が取り付けてある。
図１３に示す本発明の単位セルの１例においては、陽極側気液分離室２７が、その有孔底部壁４Ａから上方に延び且つ多孔性セグメント２を有する気泡除去用仕切壁３を有している。
【００４５】
図１４は、本発明の単位セルを含む複数の単位セル１９が陽イオン交換膜１７を介して直列に配置されてなる複極式フィルタープレス型電解槽の１例を示す概略図である（本発明の単位セルの内部を見せるためにフレームの一部を取り除いた状態を示す）。図１４に示す例では、５個の単位セル１９を、隣合う単位セルの間に陽極側ガスケット１８と陽イオン交換膜１７と陰極側ガスケット１６を挟むように直列に配列し、更にその一方の端に陽極単位セル２９を、そしてもう一方の端に陰極単位セル３０を配して積層体（スタック）を形成し、その積層体を締結体２０で締結してある。上記の陽極単位セル２９と陰極単位セル３０にそれぞれ取り付けられた２個の電流リード板１５が上記の積層体の両端に位置する。電流リード板１５を通じて各単位セルに電圧を印加する。
【００４６】
本発明の単位セルを用いた複極式フィルタープレス型電解槽を用いて電解を行なうと、例えば５０Ａ／ｄｍ２以上の高電流密度で電解を行う場合においても、ガスと電解液を実質的に完全に分離した状態で排出することができるので、単位セル内の振動を大幅に抑制でき、電解槽の振動によるイオン交換膜の破損等の悪影響を抑制することができる。従って、本発明の単位セルは、工業的に極めて有利である。
【００４７】
【実施例】
次に実施例および比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの例によって限定されるものではない。
【００４８】
実施例１
図２と同様の気液分離室２７、図７と同様なバッフルプレート２１、図９、図１１と同様の形状のディストリビュータ２８を有し、図１２と同様の正面形状を持ち、図１３と同様の断面形状を持つ複極式単位電解セル１９を８個用意し、それらを、隣合うセルの間に陰極側ガスケット１６、イオン交換膜１７及び陽極側ガスケット１８を挟む形で直列に並べ、その一方の端に陽極単位セル２９及びもう一方の端に陰極単位セル３０を配して電流リード板１５を取り付け、図１４に示すような複極式フィルタープレス型電解槽を組み立てた。
【００４９】
各単位セル１９は、横幅が２４００ｍｍ、高さが１２８０ｍｍ、陽極室の内面厚み（陽極の内面から壁１の内壁までの距離）３４ｍｍ、陰極室の内面厚み（陰極の内面から壁１の内壁までの距離）２２ｍｍ、通電面積２.７ｍ２で、陽極側気液分離室２７の長さは２３６２ｍｍ、高さＨは８６ｍｍ、幅３０ｍｍ、断面積２５．８ｃｍ２で、陰極側気液分離室２７の長さは２３６２ｍｍ、高さは８６ｍｍ、幅１８ｍｍ、断面積は１５.４８ｃｍ２で、陽極側気液分離室２７のみ図２と同様な構造とした。すなわち、陽極側気液分離室２７の第１通路Ａの幅Ｗが５ｍｍとなるように、気液分離室の全長にわたる長さを有し、高さＨ'が５０ｍｍで厚み１ｍｍのチタン製板（孔を有さない）を、気液分離室２７の孔５が局在する有孔底部壁４Ａに溶接によって取付け、そのチタン製板の上端から垂直に気液分離室２７の上端までの高さで、開口率約４９％、厚み１ｍｍのチタン製エクスパンデッドメタル２（垂直方向の対角線の長さが４ｍｍ、水平方向の対角線の長さが７ｍｍの菱形の開口部を１０ｃｍ２当たり３５個有する多孔板）を溶接によって取り付けた。こうして、チタン製板と多孔板２からなる気泡除去用仕切壁３によって、陽極側気液分離室２７を、孔５が局在する有孔底部壁４Ａの有孔域を有する第１通路Ａと、孔５が局在する有孔底部壁４Ａの該非有孔域を有する第２通路Ｂとに仕切った。
【００５０】
陽極側気液分離室２７の有孔底部壁４Ａの孔５は、短径５ｍｍ、長径２２ｍｍの楕円型のものを３７．５ｍｍピッチで設けた。陽極側気液分離室２７の有孔底部壁４Ａの開口率は、第１通路Ａの底部面積（即ち、「第１通路Ａの幅Ｗ×気液分離室の長さ」）に対して５６％であった。
陰極側気液分離室２７の有孔底部壁４Ａの孔５は、直径１０ｍｍのものを２０ｍｍピッチで設けた。
バッフルプレート２１としては、図７の断面形状を有する厚み１ｍｍのチタンプレートを陽極室のみに設けた。バッフルプレート２１の高さ（図７に示したようにバッフルプレートの上端と下端との垂直方向距離Ｈ２を本発明では「バッフルプレートの高さ」という）は５００ｍｍとし、バッフルプレート２１と陽極１１との間の上昇通路Ｃの上端の幅Ｗ２を１０ｍｍとし、また、バッフルプレート２１と壁１の内壁との間の下降通路Ｄの下端の幅Ｗ２'を３ｍｍとした。このチタン製バッフルプレート２１の上端から垂直に測った陽極室上端までの高さＳは４０ｍｍとした。
【００５１】
ディストリビュータ２８としては、図９、図１１に示す形状の、２２０ｃｍの長さで、４ｃｍ２の中空部断面積を持つ角形パイプ状構造体に直径２ｍｍの穴２３を等間隔に２４個形成したものを用いた。このディストリビュータ２８の両端は閉じており、一方の端部の側壁に、ディストリビュータ入り口ノズル７を有する。このディストリビュータ２８を、陽極室の下端から５０ｍｍの位置に水平に取り付け、該ディストリビュータ入り口ノズル７を陽極側電解液入り口ノズル１０の内側開口部と接合した。このディストリビュータ２８の各々の穴２３の圧力損失は、４０Ａ／ｄｍ２で電解するための最低限の飽和塩水供給速度に相当する１５０リッター／Ｈｒの流速で飽和塩水を流した時に約１５０ｍｍ・Ｈ２Ｏであった。
陽極１３は、チタン製エクスパンデッドメタルの表面に、ルテニウム、イリジウム、チタンを成分とする酸化物からなる陽極活物質を被覆することにより製作し、陰極１４はニッケル製エクスパンデッドメタルの表面に酸化ニッケルを主成分とした陰極活物質をプラズマ溶射して製作したものを用いた。
このような単位電解セル１９、１９の隣合うものどうしの間に、陽イオン交換膜ＡＣＩＰＬＥＸ（登録商標）Ｆ４２０２（日本国、旭化成工業株式会社製）を、ガスケットを介して挟み、複極式フィルタープレス型電解槽を組み立てた。各対の陽極１３と陰極１４の間の距離は約２ｍｍであった。
【００５２】
この電解槽の陽極室側に、陽極液として、電解セル出口での塩水濃度が２００ｇ／リットルとなるように３００ｇ／リットルの塩水を供給し、陰極室側には、電解セル出口での苛性ソーダ濃度が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℃、電解時の絶対圧力で０．１４ＭPa、電流密度３０Ａ／ｄｍ２〜６０Ａ／ｄｍ２の範囲で１０日間電解した。
電解中の電解セル内の陽極液濃度分布の評価は、陽極室の上端から１５０ｍｍ、６００ｍｍ、１０００ｍｍ下の３つの高さの位置の各々で、陽極室の中央部及び陽極室の両端から各々１００ｍｍ内側の位置にあたる３点、即ち合計９点で陽極液をサンプリングして濃度を測定し、その９つのサンプルの間の最大濃度と最小濃度の差を調べることによって行なった。
【００５３】
電解中の電解セル内の振動は、陽極側気液分離室の底部から１０ｍｍ下の位置にあたる陽極室の部分（即ち陽極室の上端から１０ｍｍ下の位置）に圧力検出用チューブの一端を差し込み、もう一方の端を圧力センサーに連結し、センサーからの出力を日本国、横河電気（株）製のアナライジングレコーダー３６５５Ｅに接続して測定した。測定された圧力の最大値と最小値の差を振動とした。
電解中の電解セル内の振動と濃度分布（濃度差）を測定した結果を表１に示す。表１に示すように、６０Ａ／ｄｍ２もの高い電流密度でも、電解セル内の振動は水柱で５ｃｍ未満であり、濃度差は０．３５Ｎであった。
【００５４】
実施例２
陽極側気液分離室２７の構造としては、実施例１で用いたのと同じチタン製板を同じ位置に取付け、その上端から水平に第２通路Ｂと同一幅のチタン製エクスパンデッドメタル２（実施例１で用いたのと同じ開口率と孔サイズを有する多孔板）を取り付けた図３の構造とし、バッフルプレート２１（図７に示すのと同様な構造を有する）の高さＨ２を４００ｍｍとした以外は実施例１と同様の構造を有する単位電解セルを準備した。この単位電解セルを用いて、実施例１と同様  にして電解槽を組み立て、同一条件で電解をおこなった。
電解中の電解セル内の振動と濃度差を測定した結果を表１に示す。表１に示すように、６０Ａ／ｄｍ２もの高い電流密度でも、電解セル内の振動は水柱で５ｃｍ未満であり、濃度差も０．３２Ｎであった。
【００５５】
実施例３
バッフルプレート２１とディストリビュータ２８を取り付けていない以外は実施例１と同様の構造を有する単位電解セルを準備した。この単位電解セルを用いて、実施例１と同様にして電解槽を組立て、同一条件で電解をおこなった。
電解中の電解セル内の振動と濃度差を測定した結果を表１に示す。表１に示すように、６０Ａ／ｄｍ２もの高い電流密度でも、電解セル内の振動は水柱で５ｃｍ未満であり、濃度差は０．９５Ｎであった。
【００５６】
比較例１
陽極側気液分離室２７の構造としては、図５の如く、気液分離室２７の有孔底部壁４Ａは中央に直径１０ｍｍの孔５が２０ｍｍピッチで設けてあり、実施例１と同様な多孔板（チタン製エクスパンデッドメタル）を気液分離室２７の有孔底部壁４Ａから２ｍｍ上方に水平に取り付け、またバッフルプレート２１とディストリビュータ２８を設けない以外は実施例１と同様の構造を有する単位電解セルを準備した。気液分離室の有孔底部壁の開口率は１１％であった。この単位電解セルを用いて、実施例１と同様にして電解槽を組立て、同一条件で電解した。
電解中の電解セル内の振動を測定した結果を表１に示す。表１に示すように、電解セル内の振動は５０Ａ／ｄｍ２では水柱で１５ｃｍ、６０Ａ／ｄｍ２では３２ｃｍに達し、濃度差は６０Ａ／ｄｍ２で０．９３Ｎにも達した。この結果から、高い電流密度で電解を行なうと、振動を防止する効果に乏しく、また、濃度分布（濃度の不均一さ）が大きいことがわかる。
【００５７】
比較例２
陽極側気液分離室内には何も仕切壁がなく、気液分離室の有孔底部壁は中央に直径１０ｍｍの孔が２０ｍｍピッチで設けてある構造とした以外は実施例１と同様の構造を有する電解セルを準備した（なお、実施例１と同様なプレート及びディストリビュータを設けた）。気液分離室の有孔底部壁の開口率は１１％であった。この単位電解セルを用いて、実施例１と同様にして電解槽を組立て、同一条件で電解した。
電解中の電解セル内の振動を測定した結果を表１に示す。表１に示すように、電解セル内の振動は５０Ａ／ｄｍ２では水柱で２１ｃｍ、６０Ａ／ｄｍ２では３８ｃｍに達し、濃度差は６０Ａ／ｄｍ２で０．３７Ｎであった。この結果から、高い電流密度で電解を行なうと、振動を防止する効果に乏しいことがわかる。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
【発明の効果】
本発明の単位セルを用いた複極式フィルタープレス型電解槽を用いて電解を行なうと、例えば５０Ａ／ｄｍ２以上の高電流密度で電解を行う場合においても、ガスと電解液を実質的に完全に分離した状態で排出することができるので、単位セル内の振動を大幅に抑制でき、電解槽の振動によるイオン交換膜の破損等の悪影響を抑制することができる。
また、本発明の単位セルが、陽極室及び陰極室のうち少なくとも陽極室にバッフルプレート及び／又は電解液ディストリビュータを有していると、陽極室内で電解液を効率よく循環させることが可能となるため、例えば５０Ａ／ｄｍ２以上の高電流密度で電解を行う場合でも、陽極室内の電解液の濃度分布を均一に保つことにより、電解を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単位セルの気液分離室の１例を示す拡大概略断面図である。
【図２】本発明の単位セルの気液分離室の他の１例を示す拡大概略断面図である。
【図３】本発明の単位セルの気液分離室の更に他の１例を示す拡大概略断面図である。
【図４】本発明の単位セルの気液分離室の更に他の１例を示す拡大概略断面図である。
【図５】気液分離室に、本発明で用いる気泡除去用仕切壁の代わりに多孔板のみを水平方向に配置してなる気液分離室を示す拡大概略断面図（比較例）である。
【図６】バッフルプレートを有する本発明の単位セルの１例の電極室の上部、及びその上側に設けられた気液分離室を示す拡大概略断面図である。
【図７】バッフルプレートを有する本発明の単位セルの他の１例の電極室の上部、及びその上側に設けられた気液分離室を示す拡大概略断面図である。
【図８】バッフルプレートを有さない本発明の単位セルの１例の電極室の上部、及びその上側に設けられた気液分離室を示す拡大概略断面図である。
【図９】電解液ディストリビュータの１例を示す概略断面図である。
【図１０】電解液ディストリビュータの更に他の１例を示す概略断面図である。
【図１１】電解液ディストリビュータを示す概略側面図である。（矢印は、開口部２３からの電解液の流出を表す）
【図１２】陰極室の側から見た、本発明の単位セルの１例を示す概略図である。（網状の電極を実質的に取り除いた状態を示す）
【図１３】図１２の単位セルの、II−II線に沿った概略断面図である。
【図１４】本発明の単位セルを含む複数の単位セルが陽イオン交換膜を介して直列に配置されてなる複極式フィルタープレス型電解槽の１例を示す概略図である（本発明の単位セルの内部を見せるためにフレームの一部を取り除いた状態を示す）。
【符号の説明】
１    壁
２    気泡除去用仕切壁の多孔性セグメント
３    多孔性セグメント２を有する気泡除去用仕切壁
４Ａ  有孔底部壁
４Ｂ  側壁
５    孔
６    リブ孔
７    ディストリビュータ入口ノズル
８    陽極室の気体及び液体の排出ノズル
８’   陰極室の気体及び液体の排出ノズル
９    導電性リブ
１０  陽極室の入口ノズル
１０’ 陰極室の入口ノズル
１１  陽極
１２  補強リブ
１３  陽極
１４  陰極
１５  リード板
１６  陰極側ガスケット
１７  陽イオン交換膜
１８  陽極側ガスケット
１９  複極式単位セル
２０  締結体
２１  バッフルプレート
２２  バッフルプレート２１の下端部と壁１の内壁との間に形成されるスリット状隙間
２３  電解液供給穴
２４  鉤型フランジ
２５  フレーム壁
２６  接合棒
２７  気液分離室
２８  ディストリビュータ
２９  陽極側単位セル
３０  陰極側単位セル
図１〜１４においては、同様の部材又は部分は同様の参照番号で示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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