(57)【要約】【課題】電極反応生成物の接触による逆反応を電極間電圧を上昇させずに低減する複極式電解装置を提供する。【解決手段】解槽１０において鉛直下方に設けられて、陰極面１２２ｓ、陰極面から鉛直下方に向けて開けられた第１の流下流路１２２ａ及び第１の流下流路に連絡した第１の排出流路１２２ｂ、１２２ｃを有する陰極１２２と、電解槽において鉛直上方に設けられて、陽極面１２４ｓ、第１の上昇流路１２４ａ及び第１の上昇流路に連絡した第２の排出流路１２４ｂ、１２４ｃを有する陽極１２４と、陰極と陽極との間に設けられて、陰極面１２７ｓ、陽極面１２６ｓ、陰極面から鉛直下方に向けて開けられた第２の流下流路１２７ａ、陽極面から鉛直上方に向けて開けられた第２の上昇流路１２６ａ、第２の流下流路に連絡した第３の排出流路１２７ｂ、１２７ｃ及び第２の上昇流路に連絡した第４の排出流路１２６ｂ、１２６ｃを有する第１の中間電極１２６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体電解質を収容して鉛直方向に立設された電解槽と、
前記電解槽において前記鉛直方向における下方に設けられて、陰極面、前記陰極面から前記鉛直方向における下方に向けて開けられた第１の流下流路及び前記第１の流下流路に連絡した第１の排出流路を有する陰極と、
前記電解槽において前記鉛直方向における上方に設けられて、陽極面、前記陽極面から前記鉛直方向における上方に向けて開けられた第１の上昇流路及び前記第１の上昇流路に連絡した第２の排出流路を有する陽極と、
前記電解槽において前記陰極と前記陽極との間に設けられて、陰極面、陽極面、前記陰極面から前記鉛直方向における下方に向けて開けられた第２の流下流路、前記陽極面から前記鉛直方向における上方に向けて開けられた第２の上昇流路、前記第２の流下流路に連絡した第３の排出流路及び前記第２の上昇流路に連絡した第４の排出流路を有する第１の中間電極と、
前記陰極の前記陰極面と前記第１の中間電極の前記陽極面との間に画成される第１の電解室と、
前記陽極の前記陽極面と前記第１の中間電極の前記陰極面との間に画成される第２の電解室と、
を備え、
前記陰極の前記第１の流下流路は、前記第１の電解室における電解で生成された前記電解生成溶融金属を、前記陰極の前記陰極面から前記鉛直方向における下方に移動自在として前記第１の排出流路に送出自在であり、
前記陽極の前記第１の上昇流路は、前記第２の電解室における電解で生成された前記電解生成ガスを、前記陽極の前記陽極面から前記鉛直方向における上方に移動自在として前記第２の排出流路に送出自在であり、
前記第１の中間電極の前記第２の流下流路は、前記第２の電解室における電解で生成された前記電解生成溶融金属を、前記第１の中間電極の前記陰極面から前記鉛直方向の下方に移動自在として前記第３の排出流路に送出自在であり、
前記第１の中間電極の前記第２の上昇流路は、前記第１の電解室における電解で生成された前記電解生成ガスを、前記第１の中間電極の前記陽極面から前記鉛直方向における上方に移動自在として前記第４の排出流路に送出自在である電解装置。
【請求項２】
前記陰極の前記第１の排出流路は、前記陰極の内方を前記鉛直方向に交差する方向に延在し、前記第１の電解室における液体電解質の電解で生成された電解生成溶融金属を、前記第１の電解室よりも前記鉛直方向における下方で前記陰極の外部に排出し、
前記陽極の前記第２の排出流路は、前記陽極の内方を前記鉛直方向に交差する方向に延在し、前記第２の電解室における液体電解質の電解で生成された電解生成ガスを、前記第２の電解室陽よりも前記鉛直方向における上方で前記陽極の外部に排出し、
前記第１の中間電極の前記第３の排出流路は、前記第１の中間電極の内方を前記鉛直方向に交差する方向に延在し、前記第２の電解室における前記液体電解質の電解で生成された電解生成溶融金属を、前記第１の中間電極の前記陰極面よりも前記鉛直方向における下方で前記第１の中間電極の外部に排出し、前記第１の中間電極の前記第４の排出流路は、前記第１の中間電極の内方を前記鉛直方向に交差する方向に延在し、前記第１の電解室における前記液体電解質の電解で生成された電解生成ガスを、前記第１の中間電極の前記陽極面よりも前記鉛直方向における上方で前記第１の中間電極の外部に排出する請求項１に記載の電解装置。
【請求項３】
前記陰極の前記第１の排出流路から排出される前記電解生成溶融金属の排出方向及び前記第１の中間電極の前記第３の排出流路から排出される前記電解生成溶融金属の排出方向と、前記陽極の前記第２の排出流路から排出される前記電解生成ガスの排出方向及び前記
第１の中間電極の前記第４の排出流路から排出される前記電解生成ガスの排出方向とは、前記鉛直方向に直交する面において互いに重ならないように偏位する請求項１又は２に記載の電解装置。
【請求項４】
前記第１の中間電極及び前記陽極は、前記陰極に固定された電極枠を介して順次前記鉛直方向における上方に向かって積層されて、前記陰極、前記陽極及び前記第１の中間電極は、ユニット化された電極ユニットを成す請求項１から３のいずれかに記載の電解装置。
【請求項５】
前記電極枠は、前記陰極に固定されて前記第１の中間電極を載置し、前記第１の電解室に前記液体電解質を供給する供給流路を有する第１の枠部材と、前記第１の中間電極に固定されて前記陽極を載置し、前記第２の電解室に前記液体電解質を供給する供給流路を有する第２の枠部材と、を含む請求項４に記載の電解装置。
【請求項６】
前記第１の中間電極の前記第１の排出流路から排出される前記電解生成溶融金属の排出方向と、前記第１の電解室に前記液体電解質を供給する第１の枠部材の供給流路の供給方向と、が、前記鉛直方向に直交する面において重ならないように偏位し、かつ、前記第２の中間電極の前記第２の排出流路から排出される前記電解生成ガスの排出方向と、前記第２の電解室に前記液体電解質を供給する前記第２の枠部材の供給流路の供給方向と、が、前記鉛直方向に直交する面において重ならないように偏位する請求項５に記載の電解装置。
【請求項７】
前記第１の枠部材の前記供給流路における前記液体電解質の供給方向及び前記第２の枠部材の前記供給流路における前記液体電解質の供給方向は、前記陰極の前記第１の排出流路から排出される前記電解生成溶融金属の排出方向、前記第１の中間電極の前記第３の排出流路から排出される前記電解生成溶融金属の排出方向、前記陽極の前記第２の排出流路から排出される前記電解生成ガスの排出方向及び前記第１の中間電極の前記第４の排出流路から排出される前記電解生成ガスの排出方向に対して、前記鉛直方向に直交する面において互いに重ならないように偏位する請求項６に記載の電解装置。
【請求項８】
更に、前記第１の中間電極に対応して、前記鉛直方向における前記第３の排出流路と前記第４の排出流路の間に遮蔽板を有する請求項１から７のいずれかに記載の電解装置。
【請求項９】
前記遮蔽板は、前記第１の中間電極の前記第４の排出流路から排出される前記電解生成ガスを上昇させる上昇開口と、前記第１の中間電極の前記第３の排出流路から排出される前記電解生成溶融金属を流下させる流下開口と、を有する請求項８に記載の電解装置。
【請求項１０】
前記電解槽は、前記第１の中間電極の前記第４の排出流路から排出される前記電解生成ガスを外部に排出する排出開口と、前記第１の中間電極の前記第３の排出流路から排出される前記電解生成溶融金属を排出する排出開口と、を有する請求項８に記載の電解装置。
【請求項１１】
前記陰極の前記第１の排出流路の下面及び前記第１の中間電極の前記第３の排出流路の下面は、各々前記電解生成溶融金属の前記排出方向において下り勾配を有し、前記陽極の前記第２の排出流路の上面及び前記第１の中間電極の前記第４の排出流路の上面は、各々前記電解生成ガスの前記排出方向において上り勾配を有する請求項１から１０のいずれかに記載の電解装置。
【請求項１２】
更に、前記電解槽において前記第１の中間電極と前記陽極との間に設けられた第２の中間電極を有し、前記第２の中間電極は、前記電極枠における第３の枠部材を介して前記第１の中間電極の前記鉛直方向における上方に積層されて、前記陰極、前記陽極、前記第１の中間電極及び前記第２の中間電極は、ユニット化された電極ユニットを成す請求項５に
記載の電解装置。
【請求項１３】
前記第１の流下流路及び前記第２の流下流路は、各々対応して前記電解生成溶融金属を流下自在とする孔であり、前記第１の上昇流路及び第２の上昇流路は、各々対応して前記電解生成ガスを上昇自在とする孔である請求項１から１２のいずれかに記載の電解装置。
【請求項１４】
前記第１の流下流路及び前記第２の流下流路は、各々対応して前記電解生成溶融金属を流下自在とすべく複数の柱状部の間に画成される間隙部であり、前記第１の上昇流路及び第２の上昇流路は、各々対応して前記電解生成ガスを上昇自在とすべく複数の柱状部の間に画成される間隙部である請求項１から１２のいずれかに記載の電解装置。
【請求項１５】
前記液体電解質は、前記電解槽に収容された無水溶融塩化亜鉛又は塩化亜鉛を含む無水塩化物である請求項１から１４のいずれかに記載の電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解装置に関し、特に、複極式の電解装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池用途のシリコン製造に実質的に特化したものではあるが、四塩化珪素を亜鉛により還元する亜鉛還元法と呼ばれるシリコン製造方法において、副生する塩化亜鉛の電解を組入れたクローズドシステムが提案されている。ここに、亜鉛還元法の反応式は、ＳｉＣｌ４＋２Ｚｎ→Ｓｉ＋２ＺｎＣｌ２で示され、塩化亜鉛の電解の反応式は、ＺｎＣｌ２→Ｚｎ＋Ｃｌ２で示される。
【０００３】
かかる状況下で、特許文献１及び２では、亜鉛還元法を用いたシリコン製造プロセスに関連した塩化亜鉛を溶融塩電解するための複極式の電解装置に関し、比抵抗の大きい溶融塩化亜鉛を実用的な消費電力で電解するためには、電解浴の温度を亜鉛の融点よりも更に高い５００℃以上の高温として、電極間の距離を狭く設計する必要があり、これを実現するためには、陰極で析出する亜鉛と陽極で生成する塩素ガスとの接触機会を減少させる必要があることについて言及されている。
【０００４】
また、非特許文献１では、塩化亜鉛を溶融塩電解するための単極式の電解装置に関し、三角柱形状のグラファイト電極を組み合わせた構造を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９３１８１号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８１７３号公報
【非特許文献１】Ｎｏ．２１６，Ｖｏｌ．７８  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ  ＯＦ  ＥＮＥＲＧＹ  ＡＮＤ  ＭＥＴＡＬＬＩＣ  ＭＩＮＥＲＡＬＳ  ＡＩＣｈＥ  ＳＹＭＰＯＳＩＵＭ  ＳＥＲＩＥＳ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１及び２に開示される構成では、塩化亜鉛溶融塩浴よりも比重が大きい亜鉛を電解槽底部から抜くものではあるが、陰極で析出した亜鉛が陽極で生成した塩素ガスによって再溶解する逆反応を、低減するための構造を提示し得ておらず、かかる観点では改善の余地がある。
【０００７】
また、特許文献１及び２に開示される構成では、複極式の電解装置に関するものであるが、かかる複極式の電解装置は、中間電極への電源供給がいらないメリットがある反面、電極側面からの漏洩電流を防ぐための工夫が必要なため構造が複雑になる。特に、高電流密度で電解する場合、電極表面で生成するガスが滞留して実質的な有効電極面積を減少させ、電極間の電圧が上昇するから、直近で対向する電極対(本来の電解室部分)を飛び越えて流れる漏洩電流が増加して、想定外の効率低下を招く可能性があり、その設計は複雑なものとならざるを得ない。また、機械的な破損による漏洩電流の発生や短絡等の現象が発生すると、１つの電極群(陰極、複数の中間極及び陽極)の全てに影響が及び、内部における原因個所の特定が困難でもあり、かかる観点では改善の余地がある。
【０００８】
また、非特許文献１に開示される構成では、単極式の電解槽に関するものであるが、電解反応を行う電解室部分は、傾斜した平面同士対向する狭い間隙に過ぎず、この間におい
て亜鉛と塩素ガスとが反応してしまう逆反応を、根本的に低減するための構造を提示し得ておらず、かかる観点では改善の余地がある。
【０００９】
本発明は、以上の検討を経てなされたもので、比抵抗の大きい溶融塩を、実用的な電流密度と消費電力で電解するための複極式の電解装置を提供すること、具体的には、狭い電極間距離で設計する場合に生じる陰極面及び陽極面における電極反応生成物の接触による逆反応を、電極間電圧を上昇させることなく低減し得ると共に、漏洩電流による電流効率の低下を抑制し得る複極式の電解装置を提供することを目的とする。
【００１０】
併せて、本発明は、高温かつ高腐食性の電解浴や電解反応生成物を扱い得て、厳しい運転条件に耐え得る単純かつ保守の容易な構造を有し、及び工業化を前提とした大型の設備にスケールアップ可能で増産、増設が容易な構造を有する複極式の電解装置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】
本発明は、かかる事情に鑑み、各々が導電部材である陰極、陽極及び中間電極を鉛直下方から鉛直上方へと順次積層した構成の複極式の電極を有する電解装置において、各々が内部空間を持つ陰極、陽極及び中間電極の陰極や陽極として機能する(電解反応の場となる)外表面を穴開き構造とするか、又は陰極、陽極及び中間電極のかかる外表面を残すような柱状部を有する柱状構造とし、電解反応で生成する陰極反応生成物や陽極反応生成物を電極の内部空間又は柱状部の間隙へ導いて、かかる電解反応生成物が相互に接触する機会を根本的に低減し得る構成を完成させたものである。
【００１２】
併せて、かかる構成には、複極式の電極を確実に固定しつつその積層数が簡便に増減できると共に電解室への液体電解質の供給を自在とする絶縁部材である電極枠や、各電極の内部から外部へ排出する陽極反応生成物と陰極両反応生成物とを分断すると共に隣接する電極への漏洩電流を低減する絶縁部材である遮蔽板を適宜組み合わせ得るものである。かかる電極枠は、一体型でも分割型でもよく、遮蔽板は、対応する電極枠に対して、互いの凹凸部を利用した嵌合や締結部材等で組み付ければよい。
【００１３】
ここで、穴開き構造とは、電解反応生成物を、その反応の場から陰極、陽極及び中間電極から成る複極式の電極の各々の内部空間へ導くための多孔的な構造を意味し、幾何学的な形状は問わない。すなわち、その形状は平板に丸や多角形等の穴を開けたものでも、網目や格子等を用いたものでもよく、電解反応生成物を電解室内に滞留させずスムースに電極内部に導入できるものであれば足りる。
【００１４】
また、柱状構造とは、電解反応生成物を、その反応の場から複極式の電極の各々の電極面よりも内方へ導くための間隙部を画成する複数の柱状部を有する構造を意味し、柱状部の幾何学的な形状は問わない。すなわち、その形状は板状部に円柱や多角柱等の複数の柱状部を設けたものであればよく、柱状部間に間隙部を画成して電解反応生成物を電解室内に滞留させずスムースに間隙部に導入できるものであれば足りる。
【００１５】
このように各電極の内方に導入された電解反応生成物は、各電極において鉛直方向に交差する方向に開口した排出口から各電極の外部に排出されて適宜溜められる等した後で、次工程に送られることになるが、各電極の内部空間や排出口の幾何学的な形状も、電解反応生成物を滞留させず排出できるものであれば任意に設定可能である。
【００１６】
つまり、穴開き構造が適用された各電極の内部構造は、電解反応生成物が、電極として機能する外表面から多孔部に誘導された後、電極内部を通過して、各電極の外部へ所定の排出方向で排出できる構造であれば足りる。例えば、各電極の構造としては、その内部に
おいて、電解反応生成物を外方に向かって流して排出する流路が実質的に形成されるものであれば足り、流路が規定された中空の箱型、複数のL字型貫通穴を有するブロック型、溝加工した平板を貼り合わせ型等が用い得る。
【００１７】
また、柱状構造が適用された各電極の内部構造は、電解反応生成物が、電極として機能する外表面から柱状部間の間隙部に誘導された後、柱状部が立設される基面で偏向されながら基面に沿って通過して、各電極の外部へ所定の排出方向で排出できる構造であれば足りる。
【００１８】
また、例えば、鉛直方向と平行な電極面で電解反応を生じる平行平板型の電極を用いた電解装置の場合には、陽極反応生成物は鉛直上方向のみ、陰極反応生成物は鉛直下方向のみに集まるものであるが、以上の本発明の電解装置によれば、いずれの電解反応生成物も鉛直方向に交差する方向を適宜組み合わせて、互いの排出方向が重ならないように偏位して、例えば、互いの排出流路の排出端の位置を偏位して、電極外部に排出させることが可能であり、異種の電解反応生成物同士の接触機会を増やさずに各電極を大型化できる等の各電極のサイズ決定の自由度が高まる。
【００１９】
また、かかる電解反応生成物の電極外部への排出方向と、液体電解質の電解室への供給方向と、を互いに重ならないように偏位して、例えば電解反応生成物の排出流路の排出端の位置と、液体電解質の供給流路の導入端の位置と、を偏位して設定することも、電解の結果物である電解反応生成物が、電解の原料である液体電解質に同伴して電解室に不要に侵入し、逆反応を生じることを避ける観点からは好ましい。
【００２０】
また、気体である陽極反応生成物を電解室の外部に排出するためには、電解室内よりも電解室外の圧力を低く管理することが好ましい。
【００２１】
また、気体である陽極反応生成物が通過する各電極の内部空間や基面は、かかる陽極反応生成物が通過しやすいようにその流れ方向に対して上り勾配に配設することが好ましく、液体である陰極反応生成物が通過する各電極の内部空間や基面は、かかる陰極反応生成物が通過しやすいようにその流れ方向に対して下り勾配に配設することが好ましい。併せて、各電極の陽極として作用する外表面も、陽極反応生成物が対応する電極の内部空間に導入されやすいようにその流れ方向に対して上り勾配に配設することが好ましく、各電極の陰極として作用する外表面も、陰極反応生成物が対応する電極の内部空間に導入されやすいようにその流れ方向に対して下り勾配に配設することが好ましい。
【００２２】
ここで、かかる電解装置における漏洩電流の回路は、電解室内部において液体電解質を挟んで対向する陰極として機能する外表面と陽極として機能する外表面との間で規定される電解電流の回路に対して、電解室外の液体電解質を通じて他の電解室における陰極として機能する外表面や陽極として機能する外表面との間で形成される並列回路であると考えられる。
【００２３】
よって、漏洩電流の回路の抵抗が、電解電流の回路の抵抗と比べて十分大きくなるような設定ができれば、漏洩電流による電流効率低下を無視できる程度まで低減できる。すなわち、電解室内部において液体電解質を挟んで対向する陰極として機能する外表面の面積及び陽極として機能する外表面の面積が等しくＡであり、これらの外表面の距離がＤである場合に、漏洩電流の流れる空間の漏洩電流の経路に直交する面積をａとし、漏洩電流の経路の長さをｄとすれば、ｄ／ａ＞Ｄ／Ａとなる構成を実現すればよいことが分かる。
【００２４】
かかる観点から、漏洩電流を低減するには、電解槽内での各電極のサイズを大きくして、電解室外における液体電解質の存在する領域を狭めたり、各電極間の距離を増大するこ
とが必要になるが、本発明の電解装置の構成においては、電解反応生成物の接触機会を増やさずに各電極を大型化できる等の各電極のサイズ決定の自由度が高いものであるため、漏洩電流を低減しやすい基本構成を有するものであるともいえる。
【００２５】
つまり、本発明は、第１の局面において、液体電解質を収容して鉛直方向に立設された電解槽と、前記電解槽において前記鉛直方向における下方に設けられて、陰極面、前記陰極面から前記鉛直方向における下方に向けて開けられた第１の流下流路及び前記第１の流下流路に連絡した第１の排出流路を有する陰極と、前記電解槽において前記鉛直方向における上方に設けられて、陽極面、前記陽極面から前記鉛直方向における上方に向けて開けられた第１の上昇流路及び前記第１の上昇流路に連絡した第２の排出流路を有する陽極と、前記電解槽において前記陰極と前記陽極との間に設けられて、陰極面、陽極面、前記陰極面から前記鉛直方向における下方に向けて開けられた第２の流下流路、前記陽極面から前記鉛直方向における上方に向けて開けられた第２の上昇流路、前記第２の流下流路に連絡した第３の排出流路及び前記第２の上昇流路に連絡した第４の排出流路を有する第１の中間電極と、前記陰極の前記陰極面と前記第１の中間電極の前記陽極面との間に画成される第１の電解室と、前記陽極の前記陽極面と前記第１の中間電極の前記陰極面との間に画成される第２の電解室と、を備え、前記陰極の前記第１の流下流路は、前記第１の電解室における電解で生成された前記電解生成溶融金属を、前記陰極の前記陰極面から前記鉛直方向における下方に移動自在として前記第１の排出流路に送出自在であり、前記陽極の前記第１の上昇流路は、前記第２の電解室における電解で生成された前記電解生成ガスを、前記陽極の前記陽極面から前記鉛直方向における上方に移動自在として前記第２の排出流路に送出自在であり、前記第１の中間電極の前記第２の流下流路は、前記第２の電解室における電解で生成された前記電解生成溶融金属を、前記第１の中間電極の前記陰極面から前記鉛直方向の下方に移動自在として前記第３の排出流路に送出自在であり、前記第１の中間電極の前記第２の上昇流路は、前記第１の電解室における電解で生成された前記電解生成ガスを、前記第１の中間電極の前記陽極面から前記鉛直方向における上方に移動自在として前記第４の排出流路に送出自在である構成の電解装置である。
【００２６】
また本発明は、かかる第１の局面に加えて、前記陰極の前記第１の排出流路は、前記陰極の内方を前記鉛直方向に交差する方向に延在し、前記第１の電解室における液体電解質の電解で生成された電解生成溶融金属を、前記第１の電解室よりも前記鉛直方向における下方で前記陰極の外部に排出し、前記陽極の前記第２の排出流路は、前記陽極の内方を前記鉛直方向に交差する方向に延在し、前記第２の電解室における液体電解質の電解で生成された電解生成ガスを、前記第２の電解室陽よりも前記鉛直方向における上方で前記陽極の外部に排出し、前記第１の中間電極の前記第３の排出流路は、前記第１の中間電極の内方を前記鉛直方向に交差する方向に延在し、前記第２の電解室における前記液体電解質の電解で生成された電解生成溶融金属を、前記第１の中間電極の前記陰極面よりも前記鉛直方向における下方で前記第１の中間電極の外部に排出し、前記第１の中間電極の前記第４の排出流路は、前記第１の中間電極の内方を前記鉛直方向に交差する方向に延在し、前記第１の電解室における前記液体電解質の電解で生成された電解生成ガスを、前記第１の中間電極の前記陽極面よりも前記鉛直方向における上方で前記第１の中間電極の外部に排出することを第２の局面とする。
【００２７】
また本発明は、かかる第１又は第２の局面に加えて、前記陰極の前記第１の排出流路から排出される前記電解生成溶融金属の排出方向及び前記第１の中間電極の前記第３の排出流路から排出される前記電解生成溶融金属の排出方向と、前記陽極の前記第２の排出流路から排出される前記電解生成ガスの排出方向及び前記第１の中間電極の前記第４の排出流路から排出される前記電解生成ガスの排出方向とは、前記鉛直方向に直交する面において互いに重ならないように偏位することを第３の局面とする。
【００２８】
また本発明は、かかる第１から第３の局面に加えて、前記第１の中間電極及び前記陽極は、前記陰極に固定された電極枠を介して順次前記鉛直方向における上方に向かって積層されて、前記陰極、前記陽極及び前記第１の中間電極は、ユニット化された電極ユニットを成すことを第４の局面とする。
【００２９】
また本発明は、かかる第４の局面に加えて、前記電極枠は、前記陰極に固定されて前記第１の中間電極を載置し、前記第１の電解室に前記液体電解質を供給する供給流路を有する第１の枠部材と、前記第１の中間電極に固定されて前記陽極を載置し、前記第２の電解室に前記液体電解質を供給する供給流路を有する第２の枠部材と、を含むことを第５の局面とする。
【００３０】
また本発明は、かかる第４の局面に加えて、前記第１の中間電極の前記第１の排出流路から排出される前記電解生成溶融金属の排出方向と、前記第１の電解室に前記液体電解質を供給する第１の枠部材の供給流路の供給方向と、が、前記鉛直方向に直交する面において重ならないように偏位し、かつ、前記第２の中間電極の前記第２の排出流路から排出される前記電解生成ガスの排出方向と、前記第２の電解室に前記液体電解質を供給する前記第２の枠部材の供給流路の供給方向と、が、前記鉛直方向に直交する面において重ならないように偏位することを第６の局面とする。
【００３１】
また本発明は、かかる第５の局面に加えて、前記第１の枠部材の前記供給流路における前記液体電解質の供給方向及び前記第２の枠部材の前記供給流路における前記液体電解質の供給方向は、前記陰極の前記第１の排出流路から排出される前記電解生成溶融金属の排出方向、前記第１の中間電極の前記第３の排出流路から排出される前記電解生成溶融金属の排出方向、前記陽極の前記第２の排出流路から排出される前記電解生成ガスの排出方向及び前記第１の中間電極の前記第４の排出流路から排出される前記電解生成ガスの排出方向に対して、前記鉛直方向に直交する面において互いに重ならないように偏位することを第６の局面とする。
【００３２】
また本発明は、かかる第１から第７の局面に加えて、更に、前記第１の中間電極に対応して、前記鉛直方向における前記第３の排出流路と前記第４の排出流路の間に遮蔽板を有することを第８の局面とする。
【００３３】
また本発明は、かかる第８の局面に加えて、前記遮蔽板は、前記第１の中間電極の前記第４の排出流路から排出される前記電解生成ガスを上昇させる上昇開口と、前記第１の中間電極の前記第３の排出流路から排出される前記電解生成溶融金属を流下させる流下開口と、を有することを第９の局面とする。
【００３４】
また本発明は、かかる第８の局面に加えて、前記電解槽は、前記第１の中間電極の前記第４の排出流路から排出される前記電解生成ガスを外部に排出する排出開口と、前記第１の中間電極の前記第３の排出流路から排出される前記電解生成溶融金属を排出する排出開口と、を有することを第１０の局面とする。
【００３５】
また本発明は、かかる第１から第１０のいずれかの局面に加えて、前記陰極の前記第１の排出流路の下面及び前記第１の中間電極の前記第３の排出流路の下面は、各々前記電解生成溶融金属の前記排出方向において下り勾配を有し、前記陽極の前記第２の排出流路の上面及び前記第１の中間電極の前記第４の排出流路の上面は、各々前記電解生成ガスの前記排出方向において上り勾配を有することを第１１の局面とする。
【００３６】
また本発明は、かかる第５の局面に加えて、更に、前記電解槽において前記第１の中間電極と前記陽極との間に設けられた第２の中間電極を有し、前記第２の中間電極は、前記
電極枠における第３の枠部材を介して前記第１の中間電極の前記鉛直方向における上方に積層されて、前記陰極、前記陽極、前記第１の中間電極及び前記第２の中間電極は、ユニット化された電極ユニットを成すことを第１２の局面とする。
【００３７】
また本発明は、かかる第１から１２のいずれかの局面に加えて、前記第１の流下流路及び前記第２の流下流路は、各々対応して前記電解生成溶融金属を流下自在とする孔であり、前記第１の上昇流路及び第２の上昇流路は、各々対応して前記電解生成ガスを上昇自在とする孔であることを第１３の局面とする。
【００３８】
また本発明は、かかる第１から１２のいずれかの局面に加えて、  前記第１の流下流路及び前記第２の流下流路は、各々対応して前記電解生成溶融金属を流下自在とすべく複数の柱状部の間に画成される間隙部であり、前記第１の上昇流路及び第２の上昇流路は、各々対応して前記電解生成ガスを上昇自在とすべく複数の柱状部の間に画成される間隙部であることを第１４の局面とする。
【００３９】
また本発明は、かかる第１から１４のいずれかの局面に加えて、前記液体電解質は、前記電解槽に収容された無水溶融塩化亜鉛又は塩化亜鉛を含む無水塩化物であることを第１５の局面とする。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の第１の局面における構成によれば、電解槽において鉛直方向下方から鉛直上方に向けて、陰極、第１の中間電極及び陽極を順次積層し、陰極の第１の流下流路が、第１の電解室における電解で生成された電解生成溶融金属を、陰極の陰極面から鉛直方向における下方に移動自在として、陰極の内部に形成された第１の排出流路に送出自在であり、陽極の第１の上昇流路が、第２の電解室における電解で生成された電解生成ガスを、陽極の陽極面から鉛直方向における上方に移動自在として、陽極の内部に形成された第２の排出流路に送出自在であり、第１の中間電極の第２の流下流路が、第２の電解室における電解で生成された電解生成溶融金属を、第１の中間電極の陰極面から鉛直方向の下方に移動自在として、第１の中間電極の内部に形成された第３の排出流路に送出自在であり、第１の中間電極の第２の上昇流路が、第１の電解室における電解で生成された電解生成ガスを、第１の中間電極の陽極面から鉛直方向における上方に移動自在として、第１の中間電極の内部に形成された第４の排出流路に送出自在であるため、狭い電極間距離で設計する場合に生じる陰極面及び陽極面における電極反応生成物の接触による逆反応を、電極間電圧を上昇させることなく低減し得ると共に、漏洩電流による電流効率の低下を抑制し得て、比抵抗の大きい溶融塩を、実用的な電流密度と消費電力で電解するための複極式の電解装置を提供することができる。併せて、高温かつ高腐食性の電解浴や電解反応生成物を扱い得て、厳しい運転条件に耐え得る単純かつ保守の容易な構造を有し、及び工業化を前提とした大型の設備にスケールアップ可能で増産、増設が容易な構造を実現することができる。よって、例えば、５００℃以上の高温で、亜鉛還元法によるシリコン製造における副生塩化亜鉛を溶融塩電解する用途として好適な無隔膜複極式の電解装置を提供できる。
【００４１】
また、本発明の第２の局面における構成によれば、陰極の第１の排出流路が、陰極の内方を鉛直方向に交差する方向に延在し、第１の電解室における液体電解質の電解で生成された電解生成溶融金属を、第１の電解室よりも鉛直方向における下方で陰極の外部に排出し、前陽極の第２の排出流路が、陽極の内方を鉛直方向に交差する方向に延在し、第２の電解室における液体電解質の電解で生成された電解生成ガスを、第２の電解室陽よりも鉛直方向における上方で陽極の外部に排出し、第１の中間電極の第３の排出流路が、第１の中間電極の内方を鉛直方向に交差する方向に延在し、第２の電解室における液体電解質の電解で生成された電解生成溶融金属を、第１の中間電極の陰極面よりも鉛直方向における下方で第１の中間電極の外部に排出し、第１の中間電極の第４の排出流路が、第１の中間
電極の内方を鉛直方向に交差する方向に延在し、第１の電解室における液体電解質の電解で生成された電解生成ガスを、第１の中間電極の陽極面よりも鉛直方向における上方で第１の中間電極の外部に排出するものであるため、装置のスケールアップが容易に実現できると共に、電極反応生成物の接触による逆反応を確実に低減できる。
【００４２】
また、本発明の第３の局面における構成によれば、陰極の第１の排出流路から排出される電解生成溶融金属の排出方向及び第１の中間電極の第４の排出流路から排出される電解生成溶融金属の排出方向と、陽極の第２の排出流路から排出される電解生成ガスの排出方向及び第１の中間電極の第３の排出流路から排出される電解生成ガスの排出方向と、を鉛直方向に直交する面において互いに重ならないように偏位させることにより、各電極の部材の共通性を高めながら、電極反応生成物の接触による逆反応をより確実に低減可能である。
【００４３】
また、本発明の第４の局面における構成によれば、第１の中間電極及び陽極が、陰極に固定された電極枠を介して順次鉛直方向における上方に向かって積層されて、陰極、陽極及び第１の中間電極は、ユニット化された電極ユニットを成すことにより、各電極を確実に位置決めして固定しながら各電解室に液体電解質を確実に供給できると共に、装置のスケールアップがより容易に実現可能である。
【００４４】
また、本発明の第５の局面における構成によれば、電極枠が、陰極に固定されて第１の中間電極を載置し、第１の電解室に液体電解質を供給する供給流路を有する第１の枠部材と、第１の中間電極に固定されて陽極を載置し、第２の電解室に液体電解質を供給する供給流路を有する第２の枠部材と、を含むことにより、各枠部材の共通性を高めながら各電極を確実に位置決めして固定できると共に、装置のスケールアップがより容易に実現可能である。
【００４５】
また、本発明の第６の局面における構成によれば、第１の中間電極の第１の排出流路から排出される電解生成溶融金属の排出方向と、第１の電解室に液体電解質を供給する第１の枠部材の供給流路の供給方向と、が、鉛直方向に直交する面において重ならないように偏位し、かつ、第２の中間電極の第２の排出流路から排出される電解生成ガスの排出方向と、第２の電解室に液体電解質を供給する第２の枠部材の供給流路の供給方向と、が、鉛直方向に直交する面において重ならないように偏位することにより、電極や電極枠の構成部材の共通性を高めながら、電極反応生成物が液体電解質に同伴して電解室に不要に侵入し、逆反応を生じることを確実に低減可能である。
【００４６】
また、本発明の第７の局面における構成によれば、第１の枠部材の供給流路における液体電解質の供給方向及び第２の枠部材の供給流路における液体電解質の供給方向を、陰極の第１の排出流路から排出される電解生成溶融金属の排出方向、第１の中間電極の第３の排出流路から排出される電解生成溶融金属の排出方向、前陽極の第２の排出流路から排出される電解生成ガスの排出方向及び第１の中間電極の第４の排出流路から排出される電解生成ガスの排出方向に対して、鉛直方向に直交する面において互いに重ならないように偏位させることにより、電極や電極枠の構成部材の共通性を高めながら、電極反応生成物が液体電解質に同伴して電解室に不要に侵入し、逆反応を生じることをより確実に低減可能である。
【００４７】
また、本発明の第８の局面における構成によれば、更に、第１の中間電極に対応して、鉛直方向における第３の排出流路と第４の排出流路の間に遮蔽板を有することにより、各電解室の外部の液体電解質を介して流れる漏洩電流をより確実に低減でき、電流効率の低下をより確実に抑制することができる。
【００４８】
また、本発明の第９の局面における構成によれば、遮蔽板が、第１の中間電極の第４の排出流路から排出される電解生成ガスを上昇させる上昇開口と、第１の中間電極の第３の排出流路から排出される電解生成溶融金属を流下させる流下開口と、を有することにより、電解槽における電極反応生成物の接触による逆反応をより確実に低減可能である。
【００４９】
また、本発明の第１０の局面における構成によれば、電解槽が、第１の中間電極の第４の排出流路から排出される電解生成ガスを外部に排出する排出開口と、第１の中間電極の第３の排出流路から排出される電解生成溶融金属を排出する排出開口と、を有することにより、電解槽における電極反応生成物の接触による逆反応をより確実に低減可能である。
【００５０】
また、本発明の第１１の局面における構成によれば、陰極の第１の排出流路の下面及び第１の中間電極の第３の排出流路の下面が、各々電解生成溶融金属の排出方向において下り勾配を有し、陽極の第２の排出流路の上面及び第１の中間電極の第４の排出流路の上面が、各々電解生成ガスの排出方向において上り勾配を有することにより、電解生成反応物をより確実に電解室から各電極内をスムースに通過させて排出することができ、電極反応生成物の接触による逆反応をより確実に低減可能である。
【００５１】
また、本発明の第１２の局面における構成によれば、更に、電解槽において第１の中間電極と陽極との間に設けられた第２の中間電極を有し、第２の中間電極は、電極枠における第３の枠部材を介して第１の中間電極の鉛直方向における上方に積層されて、陰極、陽極、第１の中間電極及び第２の中間電極は、ユニット化された電極ユニットを成すことにより、装置のスケールアップがより容易に実現可能である。
【００５２】
また、本発明の第１３の局面における構成によれば、第１の流下流路及び第２の流下流路、並びに第１の上昇流路及び第２の上昇流路をいずれも孔として形成する穴開き構造を採用することにより、電解反応生成物を電解室から外部に向けて確実に誘導することができる。
【００５３】
また、本発明の第１４の局面における構成によれば、第１の流下流路及び第２の流下流路、並びに第１の上昇流路及び第２の上昇流路をいずれも柱状部の間隙部として形成する柱状構造を採用することにより、より簡便な構成で電解反応生成物を電解室から外部に向けて確実に誘導することができる。
【００５４】
また、本発明の第１５の局面における構成によれば、液体電解質が、電解槽に収容された無水溶融塩化亜鉛又は塩化亜鉛を含む無水塩化物であることにより、亜鉛還元法によるシリコン製造における副生塩化亜鉛を溶融塩電解する用途としてより好適に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施形態における電解装置の縦断面図であり、図２のＺ−Ｚ断面に相当する。
【図２】本実施形態における電解装置の上面図である。
【図３】本実施形態における電解装置の電極ユニット及び電極枠を示す側面図であり、図２のＹ矢視図である。
【図４】本実施形態における電解装置の電極ユニットの陰極についての横断面図であり、図１のＡ−Ａ断面に相当する。
【図５】本実施形態における電解装置の電極ユニットの陽極についての横断面図であり、図１のＢ−Ｂ断面に相当する。
【図６】本実施形態における電解装置の電極ユニットの第１中間電極又は第２中間電極についての横断面図であり、図１のＣ−Ｃ断面又はＤ−Ｄ断面に相当する。
【図７】本実施形態における電解装置の電極ユニットの第１中間電極又は第２中間電極についての横断面図であり、図１のＥ−Ｅ断面又はＦ−Ｆ断面に相当する。
【図８】本実施形態における電解装置の電極枠の第１枠部材、第２枠部材又は第３枠部材についての横断面図であり、図１のＧ−Ｇ断面、Ｈ−Ｈ断面又はＩ−Ｉ断面に相当する。
【図９】本発明の第２の実施形態における電解装置の縦断面図であり、位置的には図１に相当する。
【図１０】本実施形態における電解装置の上面図である。
【図１１】本実施形態の変形例における電解装置の部分拡大縦断面図であり、電解で生成された溶融金属の排出流路側を示す。
【図１２】本実施形態の変形例における電解装置の部分拡大縦断面図であり、電解で生成されたガスの排出流路側を示す。
【図１３】本発明の第３の実施形態における電解装置の縦断面図であり、図２のＺ−Ｚ断面に相当する。
【図１４】本実施形態における電解装置の上面図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態における電解装置の縦断面図であり、位置的には図１に相当する。
【図１６】本実施形態における電解装置の電極ユニット及び電極枠を示す側面図であり、位置的には図３に相当する。
【図１７】本実施形態における電解装置の電極ユニットの陰極についての横断面図であり、図１５のＪ−Ｊ断面に相当する。
【図１８】本実施形態における電解装置の電極ユニットの陽極についての横断面図であり、図１５のＫ−Ｋ断面に相当する。
【図１９】本実施形態における電解装置の電極ユニットの第１中間電極又は第２中間電極についての横断面図であり、図１５のＬ−Ｌ断面又はＭ−Ｍ断面に相当する。
【図２０】本実施形態における電解装置の電極ユニットの第１中間電極又は第２中間電極についての横断面図であり、図１５のＮ−Ｎ断面又はＯ−Ｏ断面に相当する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、図面を適宜参照して、本発明の各実施形態における電解装置につき詳細に説明する。なお、図中、ｘ、ｙ、ｚ軸は、３軸直交座標系をなし、ｚ軸に平行な方向が、鉛直方向であり、適宜、ｚ軸の正方向を上方、ｚ軸の負方向を下方というものとする。
【００５７】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態における電解装置につき、図１から図８を参照して、詳細に説明する。
【００５８】
図１は、本実施形態における電解装置の縦断面図であって、図２のＺ−Ｚ断面に相当し、図２は、本実施形態における電解装置の上面図である。図３は、本実施形態における電解装置の電極ユニット及び電極枠を示す側面図であり、図２のＹ矢視図である。図４は、本実施形態における電解装置の電極ユニットの陰極についての横断面図であって、図１のＡ−Ａ断面に相当し、図５は、本実施形態における電解装置の電極ユニットの陽極についての横断面図であって、図１のＢ−Ｂ断面に相当する。図６は、本実施形態における電解装置の電極ユニットの第１中間電極又は第２中間電極についての横断面図であって、図１のＣ−Ｃ断面又はＤ−Ｄ断面に相当し、図７は、本実施形態における電解装置の電極ユニットの第１中間電極又は第２中間電極についての横断面図であって、図１のＥ−Ｅ断面又はＦ−Ｆ断面に相当する。また、図８は、本実施形態における電解装置の電極枠の第１枠部材、第２枠部材又は第３枠部材についての横断面図であり、図１のＧ−Ｇ断面、Ｈ−Ｈ断面又はＩ−Ｉ断面に相当する。
【００５９】
図１及び図２に示すように、本実施形態の電解装置１は、側壁部に供給口１０Ｕ、取り出し口１０Ｌ、挿通孔１０ａ及び１０ｂを有し、鉛直方向に直立して底部が閉じられ、液体電解質である溶融塩化亜鉛及び電極ユニット２０を収容する角筒状でアルミナ製の電解槽１０を備える。なお、電解槽１０の材質としては、アルミナの他に、同様に溶融塩化亜鉛に対して耐食性の高い窒化珪素や石英が用い得る。また、液体電解質は、図示を省略する加熱ヒータにより５５０℃に保たれ、液体電解質としては、無水溶融塩化亜鉛や、塩化亜鉛を含む無水塩化物が使用可能である。
【００６０】
具体的には、かかる電極ユニット２０においては、電解槽１０の底部に固定された陰極２２及び鉛直上方で陰極２２に対向する陽極２４が設けられ、陰極２２及び陽極２４の間には、鉛直上方に向かって順次第１の中間電極２６及び第２の中間電極２８が設けられる。つまり、陰極２２、第１の中間電極２６、第２の中間電極２８及び陽極２４は、この順で典型的には第１の枠部材３２、第２の枠部材３４及び第３の枠部材３６から成る電極枠３０を介し鉛直上方に向かって積層されてユニット化され、電極ユニット２０を成している。また、陰極２２と第１の中間電極２６との間には、第１の電解室４０が画成され、第１の中間電極２６と第２の中間電極２８との間には、第２の電解室４２が画成され、かつ、第２の中間電極２８と陽極２４との間には、第３の電解室４４が画成される。なお、陰極２２、第１の中間電極２６、第２の中間電極２８及び陽極２４は、溶融塩化亜鉛に対する耐食性を考慮して、典型的には導電性グラファイト製である。また、電極ユニット２０は、複極式の電極ユニットであるが、必要に応じて中間電極の個数は適宜設定自在であり、第１の中間電極２６及び第２の中間電極２８の一方を省略しても良いし、更に個数を増やして、第３の中間電極等を設けてもかまわず、対応して電解室の個数、電極枠３０の高さやそれを構成する枠部材の個数も増減することになる。また、電極枠３０の材質としては、溶融塩化亜鉛に対して耐食性の高い絶縁材料であるアルミナ、窒化珪素又は石英が用い得る。
【００６１】
詳しくは、陰極２２は、矩形板状の部材であり、電解槽１０の挿通孔１０ｂを介して陰極２２に連絡する陰極電流フィーダ５０の電位に対して等電位に設定される。また、陰極２２においては、陰極２２の上面である陰極面２２ｓから鉛直下方に延在して陥設された複数の流下孔２２ａが設けられ、流下孔２２ａにおける陰極面２２ｓ側の角部２２ｒは、断面円弧状のＲ形状を有する。更に図３及び図４にも示すように、陰極２２は、流下孔２２ａに連絡すると共に、陰極２２の内部を鉛直方向に直交する方向に延在して陰極２２の外部に連通する複数の排出流路２２ｂ及び２２ｃを有し、排出流路２２ｂは流下孔２２ａからｘ軸の正方向に延在する一方で、排出流路２２ｃは流下孔２２ａからｙ軸の正方向に延在する。
【００６２】
第１の中間電極２６は、矩形板状の部材であり、第１の中間電極２６の下面に陽極部として機能する陽極面２６ｓを有すると共に、第１の中間電極２６の上面に陰極部として機能する陰極面２７ｓを有する。また、第１の中間電極２６においては、陽極面２６ｓから鉛直上方に延在して陥設された複数の上昇孔２６ａが設けられ、上昇孔２６ａにおける陽極面２６ｓ側の角部２６ｒは、断面円弧状のＲ形状を有すると共に、陰極面２７ｓから鉛直下方に延在して陥設された複数の流下孔２７ａが設けられ、流下孔２７ａにおける陰極面２７ｓ側の角部２７ｒは、円弧状のＲ形状を有する。更に、図６にも示すように、第１の中間電極２６は、上昇孔２６ａに連絡すると共に、第１の中間電極２６の内部において鉛直方向に直交する方向に延在して第１の中間電極２６の外部に連通する複数の排出流路２６ｂ及び２６ｃを有し、排出流路２６ｂは上昇孔２６ａからｘ軸の負方向に延在する一方で、排出流路２６ｃは上昇孔２６ａからｙ軸の負方向に延在する。また、図７にも示すように、第１の中間電極２６は、流下孔２７ａに連絡すると共に、鉛直方向に直交する方向に延在して第１の中間電極２６の外部に連通する複数の排出流路２７ｂ及び２７ｃを有し、排出流路２７ｂは流下孔２７ａからｘ軸の正方向に延在する一方で、排出流路２７ｃ
は流下孔２７ａからｙ軸の正方向に延在する。
【００６３】
第２の中間電極２８は、第１の中間電極２６と同一な部材である矩形板状の部材であり、第２の中間電極２８の下面に陽極部として機能する陽極面２８ｓを有すると共に、第２の中間電極２８の上面に陰極部として機能する陰極面２９ｓを有する。また、第２の中間電極２８においては、陽極面２８ｓから鉛直上方に延在して陥設された複数の上昇孔２８ａが設けられ、上昇孔２８ａにおける陽極面２８ｓ側の角部２８ｒは、円弧状のＲ形状を有すると共に、陰極面２９ｓから鉛直下方に延在して陥設された複数の流下孔２９ａが設けられ、流下孔２９ａにおける陰極面２９ｓ側の角部２９ｒは、断面円弧状のＲ形状を有する。更に、図６において括弧内の符号を用いて示すように、第２の中間電極２８は、上昇孔２８ａに連絡すると共に、第２の中間電極２８のい内部において鉛直方向に直交する方向に延在して第２の中間電極２８の外部に連通する複数の排出流路２８ｂ及び２８ｃを有し、排出流路２８ｂは上昇孔２８ａからｘ軸の負方向に延在する一方で、排出流路２８ｃは上昇孔２８ａからｙ軸の負方向に延在する。また、図７において括弧内の符号を用いて示すように、第２の中間電極２８は、流下孔２９ａに連絡すると共に、鉛直方向に直交する方向に延在して第２の中間電極２８の外部に連通する複数の排出流路２９ｂ及び２９ｃを有し、排出流路２９ｂは流下孔２９ａからｘ軸の正方向に延在する一方で、排出流路２９ｃは流下孔２９ａからｙ軸の正方向に延在する。
【００６４】
陽極２４は、陰極２２と同様な部材であるが、陰極２２とは排出流路の配置が相違する矩形板状の部材であり、電解槽１０の挿通孔１０ａを介して陽極２４に連絡する陽極電流フィーダ６０の電位に対して等電位に設定される。また、陽極２４においては、陽極２４の下面である陽極面２４ｓから鉛直上方に延在して陥設された複数の上昇孔２４ａが設けられ、上昇孔２４ａにおける陽極面２４ｓ側の角部２４ｒは、断面円弧状のＲ形状を有する。更に図３及び図５にも示すように、陽極２４は、上昇孔２４ａに連絡すると共に、陽極２４の内部において鉛直方向に直交する方向に延在して陽極２４の外部に連通する排出流路２４ｂ及び２４ｃを有し、排出流路２４ｂは上昇孔２４ａからｘ軸の負方向に延在する一方で、排出流路２４ｃは上昇孔２４ａからｙ軸の負方向に延在する。
【００６５】
ここで、陰極２２の複数の流下孔２２ａ、第１の中間電極２６の複数の上昇孔２６ａ及び複数の流下孔２７ａ、第２の中間電極２８の複数の上昇孔２８ａ及び複数の流下孔２９ａ、並びに陽極２４の複数の上昇孔２４ａが、電極ユニット２０、つまり複極式の電極における穴開き構造である。また、陽極２４の複数の排出流路２４ｂ及び複数の排出流路２４ｃ、第１の中間電極２６の複数の排出流路２６ｂ及び複数の排出流路２６ｃ、並びに第２の中間電極２８の複数の排出流路２８ｂ及び複数の排出流路２８ｃと、陰極２２の複数の排出流路２２ｂ及び複数の排出流路２２ｃ、第１の中間電極２６の複数の排出流路２７ｂ及び複数の排出流路２７ｃ、並びに第２の中間電極２８の複数の排出流路２９ｂ及び複数の排出流路２９ｃと、のｘ−ｙ平面における成す角は鋭角で９０°以上１８０°以下の範囲内に設定され、溶融塩化亜鉛の電解により生成される溶融亜鉛及び塩素ガスの各排出方向がｘ−ｙ平面において重ならず、かかる溶融亜鉛及び塩素ガスが不要に接触する機会が低減されている。
【００６６】
また、陰極２２の流下孔２２ａ、第１の中間電極２６の流下孔２７ａ及び第２の中間電極２８の流下孔２９ａが、電解質４０、４２及び４４から溶融亜鉛を対応して流下させる流下流路に相当し、陽極２４の上昇孔２４ａ、第１の中間電極２６の上昇孔２６ａ及び第２の中間電極２８の上昇孔２８ａが、電解質４０、４２及び４４から塩素ガスを対応して上昇させる上昇流路に相当する。
【００６７】
第１の枠部材３２は、鉛直方向に直立した角筒状の部材であり、更に図３及び図８にも示すように、陰極２２と第１の中間電極２６との間に画成される第１の電解室４０に対し
て、電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛を供給するための供給流路３２ａ及び３２ｂを有し、供給流路３２ａ、３２ａは、ｘ軸の方向で対向し、供給流路３２ｂ、３２ｂは、ｙ軸の方向で対向する。ここで、第１の枠部材３２は、第１の電解室４０に向かって突出する突出部３２ｐを有し、供給流路３２ａ及び３２ｂは、かかる突出部３２ｐを貫通して設けられる。更に、第１の枠部材３２は、更に図６及び図７にも示すように、第１の中間電極２６の排出流路２６ｂに連絡して第１の中間電極２６の外部に連通させる排出流路３２ｃと、第１の中間電極２６の排出流路２６ｃに連絡して第１の中間電極２６の外部に連通させる排出流路３２ｅと、第１の中間電極２６の排出流路２７ｂに連絡して第１の中間電極２６の外部に連通させる排出流路３２ｄと、第１の中間電極２６の排出流路２７ｃに連絡して第１の中間電極２６の外部に連通させる排出流路３２ｆと、を有する。
【００６８】
第２の枠部材３４は、第１の枠部材３２と同一な部材であって、鉛直方向に直立した角筒状の部材であり、更に図３に示すと共に図８において括弧内の符号を用いて示すように、第１の中間電極２６と第２の中間電極２８との間に画成される第２の電解室４２に対して、電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛を供給するための供給流路３４ａ及び３４ｂを有し、供給流路３４ａ、３４ａは、ｘ軸の方向で対向し、供給流路３４ｂ、３４ｂは、ｙ軸の方向で対向する。ここで、第２の枠部材３４は、第２の電解室４２に向かって突出する突出部３４ｐを有し、供給流路３４ａ及び３４ｂは、かかる突出部３４ｐを貫通して設けられる。更に、第２の枠部材３４は、更に図６及び図７において括弧内の符号を用いて示すように、第２の中間電極２８の排出流路２８ｂに連絡して第２の中間電極２８の外部に連通させる排出流路３４ｃと、第２の中間電極２８の排出流路２８ｃに連絡して第２の中間電極２８の外部に連通させる排出流路３４ｅと、第２の中間電極２８の排出流路２９ｂに連絡して第２の中間電極２８の外部に連通させる排出流路３４ｄと、第２の中間電極２８の排出流路２９ｃに連絡して第２の中間電極２８の外部に連通させる排出流路３４ｆと、を有する。
【００６９】
第３の枠部材３６は、第１の枠部材３２及び第２の枠部材３４における排出流路を省略した部材である鉛直方向に直立した角筒状の部材であり、更に図３に示すと共に図８において括弧内の符号を用いて示すように、第２の中間電極２８と陽極２４との間に画成される第３の電解室４４に対して、電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛を供給するための供給流路３６ａ及び３６ｂを有し、供給流路３６ａ、３６ａは、ｘ軸の方向で対向し、供給流路３６ｂ、３４６は、ｙ軸の方向で対向する。ここで、第３の枠部材３６は、第３の電解室４４に向かって突出する突出部３６ｐを有し、供給流路３６ａ及び３６ｂは、かかる突出部３６ｐを貫通して設けられる。
【００７０】
なお、例えば、電極２２、２４、２６及び２８における排出流路のうちで排出流路２２ｂ、２４ｂ、２６ｂ及び２８ｂを残し、かつ電極枠３０における供給流路のうちで供給流路３２ｂ、３４ｂ及び３６ｂを残した構成にすれば、電解により生成される溶融亜鉛を排出する排出流路の排出端と、電解により生成される塩素ガスを排出する排出流路の排出端と、電解質である溶融塩化亜鉛を電解室へ供給する導入端と、を、電極枠３０で支持された電極ユニット２０の各側面において分散して配置することができ、電解により生成される溶融亜鉛の排出方向、電解により生成される塩素ガスの排出方向及び電解質である溶融塩化亜鉛の電解室への供給方向を、ｘ−ｙ平面上で互いに重ならないように異ならせることも可能である。
【００７１】
以上の構成の電解装置１を組み立てるには、まず、陰極２２の陰極面２２ｓの端部上に第１の枠部材３２の突出部３２ｐの下面を当接しながら、陰極２２上に第１の枠部材３２を載置し、次いで、第１の枠部材３２の突出部３２ｐの上面上に第１の中間電極２６の陽極面２６ｓの端部を当接しながら、第１の枠部材上に第１の中間電極２６を載置する。次いで、第１の枠部材３２の上端部に第２の枠部材３４の下端部を当接すると共に、第１の
中間電極２６の陰極面２７ｓの端部上に第２の枠部材３４の突出部３４ｐの下面を当接しながら、第１の中間電極２６上に第２の枠部材３４を載置する。そして、以降順次同様に、第２の枠部材３４の突出部３４ｐの上面上に第２の中間電極２８の陽極面２８ｓの端部を当接しながら、第２の枠部材３４上に第２の中間電極２８を載置し、第２の枠部材３４の上端部に第３の枠部材３６の下端部を当接すると共に、第２の中間電極２６の陰極面２９ｓの端部上に第３の枠部材３６の突出部３６ｐの下面を当接しながら、第２の中間電極２６上に第３の枠部材３６を載置し、最後に、第３の枠部材３６の突出部３６ｐの上面上に陽極２４の陽極面２４ｓの端部を当接しながら、第３の枠部材３６上に陽極２４を載置して、電極ユニット２０を組み立てる。
【００７２】
そして、かかる電極ユニット２０の陰極２２を下にして、電極ユニット２０の陰極２２を電解槽１０の底部に固定した後、電解槽１０の挿通孔１０ｂに挿通された陰極電流フィーダ５０を陰極２２に連絡すると共に、電解槽１０の挿通孔１０ａに挿通された陽極電流フィーダ６０を陽極２４に連絡して、電解装置１は組み上がる。なお、電極枠３０は、構成要素である枠部材が分割されていない一体型とすることもでき、かかる一体型の場合には、陰極２２、第１の中間電極２６、第２の中間電極２８及び陽極２４をこの順で図示を省略する治具を用いて位置決めした後で、位置決めされた陰極２２、第１の中間電極２６、第２の中間電極２８及び陽極２４に一体型の電極枠３０をセットして、電極ユニット２０が得られる。また、電極ユニット２０は、電解槽１０内で組み立ててもかまわない。
【００７３】
以上のように組み立てた電解装置１を用いて電解を行うには、電解槽１０の側壁部の上部に設けられた供給口１０Ｕから電解槽１０内に液体電解質である溶融塩化亜鉛を投入して、溶融塩化亜鉛中に電極ユニット２０を完全に浸漬させた状態で、図示を省略する電源から陰極電流フィーダ５０及び陽極電流フィーダ６０を介して電流を流す。
【００７４】
ここで、陰極２２の陰極面２２ｓと第１の中間電極２６の陽極面２６ｓとの間に画成された第１の電解室４０には、第１の枠部材３２の供給流路３２ａ及び３２ｂを介して、溶融塩化亜鉛が供給され、第１の中間電極２６の陰極面２７ｓと第２の中間電極２８の陽極面２８ｓとの間に画成された第２の電解室４２には、第２の枠部材３４の供給流路３４ａ及び３４ｂを介して、溶融塩化亜鉛が供給され、かつ、第２の中間電極２８の陰極面２９ｓと陽極２４の陽極面２４ｓとの間に画成された第３の電解室４４には、第３の枠部材３６の供給流路３６ａ及び３６ｂを介して、溶融塩化亜鉛が供給されている。
【００７５】
すると、第１の電解室４０、第２の電解室４２及び第３の電解室４４において、溶融塩化亜鉛の電解が行われ、各電解室において、電解反応生成物である溶融亜鉛Ｍ及び塩素ガスＧが発生する。なお、図示の便宜上、図４及び図７につき、溶融亜鉛Ｍの流れる方向を代表的に示し、図５及び図６につき、塩素ガスＧの流れる方向を代表的に示す。
【００７６】
かかる電解反応生成物である溶融亜鉛Ｍは、各々対応する陰極２２における流下孔２２ａ、第１の中間電極２６における流下孔２７ａ及び第２の中間電極２８における流下孔２９ａに直ちに流下して、陰極２２における排出流路２２ｂ及び２２ｃ、第１の中間電極２６における排出流路２７ｂ及び２７ｃ並びにこれらに対応して連絡する第１の枠部材３２における排出流路３２ｄ及び３２ｆ、並びに第２の中間電極２８における排出流路２９ｂ及び２９ｃ並びにこれらに対応して連絡する第２の枠部材３４における排出流路３４ｄ及び３４ｆを介して、陰極２２、第１の中間電極２６及び第２の中間電極２８の外部に排出されて、電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛中を鉛直下方に流下し電解槽１０の底部に溜められながら、電解槽１０の側壁部の下部に設けられた取り出し口１０Ｌから電解槽１０の外部に取り出され、必要に応じて図示を省略する貯留部に収容される。
【００７７】
一方で、かかる電解反応生成物である塩素ガスＧは、各々対応する第１の中間電極２６
における上昇孔２６ａ、第２の中間電極２８における上昇孔２８ａ及び陽極２４における上昇孔２４ａを直ちに上昇して、第１の中間電極２６における排出流路２６ｂ及び２６ｃ並びにこれらに対応して連絡する第１の枠部材３２における排出流路３２ｃ及び３２ｅ、第２の中間電極２８における排出流路２８ｂ及び２８ｃ並びにこれらに対応して連絡する第２の枠部材３４における排出流路３４ｃ及び３４ｅ、並びに陽極２４における排出流路２４ｂ及び２４ｃを介して、第１の中間電極２６、第２の中間電極２８及び陽極２４の外部に排出されて、電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛中を鉛直上方に上昇し溶融塩化亜鉛の液面から電解槽１０の外部に排出され、必要に応じて図示を省略する貯留部に収容される。
【００７８】
この際、第１の電解室４０、第２の電解室４２及び第３の電解室４４において、溶融塩化亜鉛の電解により生成される溶融亜鉛Ｍ及び塩素ガスＧを互いに鉛直方向に分離すると共に、その後の排出経路や電解槽１０でも、互いに実質的な接触をさせずに確実に移動できる。
【００７９】
なお、本実施形態の電解装置１における電解槽１０は、角筒状に限らず、多角筒状や円筒状とすることももちろん可能で、その場合には、対応して陰極２２、第１の中間電極２６、第２の中間電極２８及び陽極２４を多角板状や円板状にし、第１の枠部材３２、第２の枠部材３４及び第３の枠部材３６も、多角筒状や円筒状することが、スペース効率上の観点等から好ましい。
【００８０】
また、本実施形態の電解装置１において、中間電極は、少なくとも１つ設ければ足り、例えば、中間電極として第１の中間電極２６だけを設けた場合には、第１の中間電極２６の上面に陰極部として機能する陰極面２７ｓと陽極２４の下面である陽極面２４ｓとが対向し、それらの間で第２の電解室が画成される。
【００８１】
以上の構成においては、電解槽において鉛直方向下方から鉛直上方に向けて、陰極、第１の中間電極及び陽極を順次積層し、陰極の第１の流下流路が、第１の電解室における電解で生成された電解生成溶融金属を、陰極の陰極面から鉛直方向における下方に移動自在として、陰極の内部に形成された第１の排出流路に送出自在であり、陽極の第１の上昇流路が、第２の電解室における電解で生成された電解生成ガスを、陽極の陽極面から鉛直方向における上方に移動自在として、陽極の内部に形成された第２の排出流路に送出自在であり、第１の中間電極の第２の流下流路が、第２の電解室における電解で生成された電解生成溶融金属を、第１の中間電極の陰極面から鉛直方向の下方に移動自在として、第１の中間電極の内部に形成された第３の排出流路に送出自在であり、第１の中間電極の第２の上昇流路が、第１の電解室における電解で生成された電解生成ガスを、第１の中間電極の陽極面から鉛直方向における上方に移動自在として、第１の中間電極の内部に形成された第４の排出流路に送出自在であるため、狭い電極間距離で設計する場合に生じる陰極面及び陽極面における電極反応生成物の接触による逆反応を、電極間電圧を上昇させることなく低減し得ると共に、漏洩電流による電流効率の低下を抑制し得て、比抵抗の大きい溶融塩を、実用的な電流密度と消費電力で電解するための複極式の電解装置を提供することができる。併せて、高温かつ高腐食性の電解浴や電解反応生成物を扱い得て、厳しい運転条件に耐え得る単純かつ保守の容易な構造を有し、及び工業化を前提とした大型の設備にスケールアップ可能で増産、増設が容易な構造を実現することができる。よって、例えば、５００℃以上の高温で、亜鉛還元法によるシリコン製造における副生塩化亜鉛を溶融塩電解する用途として好適な無隔膜複極式の電解装置を提供できる。
【００８２】
また、陰極の第１の排出流路が、陰極の内方を鉛直方向に交差する方向に延在し、第１の電解室における液体電解質の電解で生成された電解生成溶融金属を、第１の電解室よりも鉛直方向における下方で陰極の外部に排出し、前陽極の第２の排出流路が、陽極の内方
を鉛直方向に交差する方向に延在し、第２の電解室における液体電解質の電解で生成された電解生成ガスを、第２の電解室陽よりも鉛直方向における上方で陽極の外部に排出し、第１の中間電極の第３の排出流路が、第１の中間電極の内方を鉛直方向に交差する方向に延在し、第２の電解室における液体電解質の電解で生成された電解生成溶融金属を、第１の中間電極の陰極面よりも鉛直方向における下方で第１の中間電極の外部に排出し、第１の中間電極の第４の排出流路が、第１の中間電極の内方を鉛直方向に交差する方向に延在し、第１の電解室における液体電解質の電解で生成された電解生成ガスを、第１の中間電極の陽極面よりも鉛直方向における上方で第１の中間電極の外部に排出するものであるため、装置のスケールアップが容易に実現できると共に、電極反応生成物の接触による逆反応を確実に低減できる。
【００８３】
また、陰極の第１の排出流路から排出される電解生成溶融金属の排出方向及び第１の中間電極の第４の排出流路から排出される電解生成溶融金属の排出方向と、陽極の第２の排出流路から排出される電解生成ガスの排出方向及び第１の中間電極の第３の排出流路から排出される電解生成ガスの排出方向と、を鉛直方向に直交する面において互いに重ならないように偏位させることにより、各電極の部材の共通性を高めながら、電極反応生成物の接触による逆反応をより確実に低減可能である。
【００８４】
また、第１の中間電極及び陽極が、陰極に固定された電極枠を介して順次鉛直方向における上方に向かって積層されて、陰極、陽極及び第１の中間電極は、ユニット化された電極ユニットを成すことにより、各電極を確実に位置決めして固定しながら各電解室に液体電解質を確実に供給できると共に、装置のスケールアップがより容易に実現可能である。
【００８５】
また、電極枠が、陰極に固定されて第１の中間電極を載置し、第１の電解室に液体電解質を供給する供給流路を有する第１の枠部材と、第１の中間電極に固定されて陽極を載置し、第２の電解室に液体電解質を供給する供給流路を有する第２の枠部材と、を含むことにより、各枠部材の共通性を高めながら各電極を確実に位置決めして固定できると共に、装置のスケールアップがより容易に実現可能である。
【００８６】
また、更に、電解槽において第１の中間電極と陽極との間に設けられた第２の中間電極を有し、第２の中間電極は、電極枠における第３の枠部材を介して第１の中間電極の鉛直方向における上方に積層されて、陰極、陽極、第１の中間電極及び第２の中間電極は、ユニット化された電極ユニットを成すことにより、装置のスケールアップがより容易に実現可能である。
【００８７】
また、第１の流下流路及び第２の流下流路、並びに第１の上昇流路及び第２の上昇流路をいずれも柱状部の間隙部として形成する柱状構造を採用することにより、より簡便な構成で電解反応生成物を電解室から外部に向けて確実に誘導することができる。
【００８８】
また、液体電解質が、電解槽に収容された無水溶融塩化亜鉛又は塩化亜鉛を含む無水塩化物であることにより、亜鉛還元法によるシリコン製造における副生塩化亜鉛を溶融塩電解する用途としてより好適に適用可能である。
【００８９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態における電解装置につき、更に図９及び図１０をも参照して、詳細に説明する。
【００９０】
図９は、本実施形態における電解装置の縦断面図であり、図２のＺ−Ｚ断面に相当する。また、図１０は、本実施形態における電解装置の上面図である。
【００９１】
本実施形態における電解装置２は、第１の実施形態のものに対して、遮蔽板７０及び８０を設けたことが主たる相違点であり、残余の構成は同様である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同様な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。
【００９２】
図９及び図１０に示すように、本実施形態の電解装置２は、電解槽１０の内壁面と第１の第１の枠部材３２の外壁面との間を塞ぐ矩形板状の遮蔽板７０、及び電解槽１０の内壁面と第２の枠部材３４の外壁面との間を塞ぐ矩形板状の遮蔽板８０を有する。なお、かかる遮蔽板７０及び８０は、融塩化亜鉛に対して耐食性の高い絶縁材料であるアルミナ、窒化珪素又は石英が用い得る。
【００９３】
具体的には、遮蔽板７０は、電解槽１０におけるｘ−ｙ平面のｘ軸の正方向側及びｙ軸の正方向側の各内壁面に沿って遮蔽板７０を貫通する流下孔７０ａと、電解槽１０におけるｘ−ｙ平面のｘ軸の負方向側及びｙ軸の負方向側の各内壁面に沿って遮蔽板７０を貫通する上昇孔７０ｂと、を有する。ここで、遮蔽板７０の流下孔７０ａは、第１の枠部材３２における全ての排出流路３２ｄ及び３２ｆに対応して、最もｙ軸の負方向側の排出流路３２ｄと同等か更にｙ軸の負方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、最もｘ軸の負方向側の排出流路３２ｆと同等か更にｘ軸の負方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、を有する。また、遮蔽板７０の上昇孔７０ｂは、第１の枠部材３２における全ての排出流路３２ｃ及び３２ｅに対応して、最もｙ軸の正方向側の排出流路３２ｃと同等か更にｙ軸の正方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、最もｘ軸の正方向側の排出流路３２ｅと同等か更にｘ軸の正方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、を有する。また、かかる遮蔽板７０の上面は、第１の枠部材３２における排出流路３２ｄ及び３２ｆの下面と面一であると共に、遮蔽板７０の下面は、第１の枠部材３２における排出流路３２ｃ及び３２ｅの上面と面一である。
【００９４】
また、遮蔽板８０は、遮蔽板７０と同一な構成を有し、電解槽１０におけるｘ−ｙ平面のｘ軸の正方向側及びｙ軸の正方向側の各内壁面に沿って遮蔽板８０を貫通する流下孔８０ａと、電解槽１０におけるｘ−ｙ平面のｘ軸の負方向側及びｙ軸の負方向側の各内壁面に沿って遮蔽板８０を貫通する上昇孔８０ｂと、を有する。ここで、遮蔽板８０の流下孔８０ａは、第２の枠部材３４における全ての排出流路３４ｄ及び３４ｆに対応して、最もｙ軸の負方向側の排出流路３４ｄと同等か更にｙ軸の負方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、最もｘ軸の負方向側の排出流路３４ｆと同等か更にｘ軸の負方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、を有する。また、遮蔽板８０の上昇孔８０ｂは、第２の枠部材３４における全ての排出流路３４ｃ及び３４ｅに対応して、最もｙ軸の正方向側の排出流路３４ｃと同等か更にｙ軸の正方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、最もｘ軸の正方向側の排出流路３４ｅと同等か更にｘ軸の正方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、を有する。また、かかる遮蔽板８０の上面は、第２の枠部材３４における排出流路３４ｄ及び３４ｆの下面と面一であると共に、遮蔽板８０の下面は、第２の枠部材３４における排出流路３４ｃ及び３４ｅの上面と面一である。
【００９５】
なお、遮蔽板７０の流下孔７０ａ及び上昇孔７０ｂ、並びに遮蔽板８０の流下孔８０ａ及び上昇孔８０ｂは、流下や上昇させる電解反応生物の流量等が少ない場合には、各々間欠的な複数の孔としてもよいし、孔の面積を小さく設定することも可能である。
【００９６】
以上の構成の電解装置２を組み立てるには、第１の実施形態と同様に、電極ユニット２０を組み立てた後、第１の枠部材３２の外壁面に遮蔽板７０を固定すると共に、第２の枠部材３４の外壁面に遮蔽板８０を固定する。もちろん、先に、第１の枠部材３２の外壁面に遮蔽板７０を固定すると共に、第２の枠部材３４の外壁面に遮蔽板８０を固定した状態で、電極ユニット２０を組み立てもかまわない。
【００９７】
そして、かかる電極ユニット２０の陰極２２を下にして、電極ユニット２０の陰極２２を電解槽１０の底部に固定した後、電解槽１０の挿通孔１０ｂに挿通された陰極電流フィーダ５０を陰極２２に連絡すると共に、電解槽１０の挿通孔１０ａに挿通された陽極電流フィーダ６０を陽極２４に連絡して、電解装置２は組み上がる。
【００９８】
以上のように組み立てた電解装置２を用いて電解を行うには、第１の実施形態と同様に、電解槽１０内に液体電解質である溶融塩化亜鉛を投入して、溶融塩化亜鉛中に電極ユニット２０を完全に浸漬させた状態で、図示を省略する電源から陰極電流フィーダ５０及び陽極電流フィーダ６０を介して電流を流す。
【００９９】
すると、第１の電解室４０、第２の電解室４２及び第３の電解室４４において、溶融塩化亜鉛の電解が行われ、各電解室において、電解反応生成物である溶融亜鉛Ｍ及び塩素ガスＧが発生する。
【０１００】
かかる電解反応生成物である溶融亜鉛Ｍは、各々対応して、陰極２２における流下孔２２ａ、第１の中間電極２６における流下孔２７ａ及び第２の中間電極２８における流下孔２９ａに直ちに流下して、陰極２２における排出流路２２ｂ及び２２ｃ、第１の中間電極２６における排出流路２７ｂ及び２７ｃ並びにこれらに対応して連絡する第１の枠部材３２における排出流路３２ｄ及び３２ｆ、並びに第２の中間電極２８における排出流路２９ｂ及び２９ｃ並びにこれらに対応して連絡する第２の枠部材３４における排出流路３４ｄ及び３４ｆを介して、陰極２２、第１の中間電極２６及び第２の中間電極２８の外部に排出された後、直接に電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛中を鉛直下方に流下し電解槽１０の底部に向かうか、又は対応する遮蔽板７０及び８０の上面を電解槽１０の内壁面に向かって流れて流下孔７０ａ及び８０ａに到達して流れ込み、流下孔７０ａ及び８０ａを介して、電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛中を鉛直下方に流下し電解槽１０の底部に向かって、電解槽１０の壁面の下部に設けられた取り出し口１０Ｌから電解槽１０の外部に取り出され、必要に応じて図示を省略する貯留部に収容される。ここで、遮蔽板８０の流下孔８０ａを介して流下する溶融亜鉛Ｍは、下方の遮蔽板７０を通過する必要があるが、遮蔽板７０には流下孔７０ａが設けられているため、かかる流下孔７０ａを介して更に下方へと流下することができる。
【０１０１】
一方で、かかる電解反応生成物である塩素ガスＧは、各々対応して、第１の中間電極２６における上昇孔２６ａ、第２の中間電極２８における上昇孔２８ａ及び陽極２４における上昇孔２４ａを直ちに上昇して、第１の中間電極２６における排出流路２６ｂ及び２６ｃ並びにこれらに対応して連絡する第１の枠部材３２における排出流路３２ｃ及び３２ｅ、第２の中間電極２８における排出流路２８ｂ及び２８ｃ並びにこれらに対応して連絡する第２の枠部材３４における排出流路３４ｃ及び３４ｅ、並びに陽極２４における排出流路２４ｂ及び２４ｃを介して、第１の中間電極２６、第２の中間電極２８及び陽極２４の外部に排出された後、対応する遮蔽板７０及び８０の下面に沿って電解槽１０の内壁面に向かって流れて上昇孔７０ｂ及び８０ｂに到達して流れ込み、上昇孔７０ｂ及び８０ｂを介して、電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛中を鉛直上方に上昇し電解槽１０の溶融塩化亜鉛の液面から電解槽１０の外部に排出されるか、又は直接に電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛中を鉛直上方に上昇し電解槽１０の溶融塩化亜鉛の液面から電解槽１０の外部に排出され、必要に応じて図示を省略する貯留部に収容される。ここで、遮蔽板７０の上昇孔７０ｂを介して上昇する塩素ガスＧは、上方の遮蔽板８０を通過する必要があるが、遮蔽板８０には上昇孔８０ｂが設けられているため、かかる上昇孔８０ｂを介して更に上方へと上昇することができる。
【０１０２】
この際、遮蔽板７０及び８０を設けて、第１の中間電極２６及び第２の中間電極２８に
おける漏れ電流を効果的に低減しながら、第１の電解室４０、第２の電解室４２及び第３の電解室４４において、溶融塩化亜鉛の電解により生成される溶融亜鉛Ｍ及び塩素ガスＧを互いに鉛直方向に分離すると共に、その後の排出経路や電解槽１０でも、互いに接触させずに確実に移動できる。
【０１０３】
次に、本実施形態の電解装置２における排出流路及び遮蔽板の変形例につき、更に図１１及び図１２をも参照して、詳細に説明する。
【０１０４】
図１１は、本実施形態の変形例における電解装置の部分拡大縦断面図であり、電解で生成された溶融金属の排出流路側を示す。また、図１２は、本実施形態の変形例における電解装置の部分拡大縦断面図であり、電解で生成されたガスの排出流路側を示す。
【０１０５】
本変形例の電解装置３においては、図１１に示すように、第１の中間電極２６の流下孔２７ａに連絡する排出流路２７ｂ’の下面が、電解反応生成物である溶融亜鉛Ｍが排出される方向である第１の中間電極２６の外部に向いて、下り勾配を有すると共に、かかる排出流路２７ｂ’に連絡する第１の枠部材３２の排出流路３２ｄ’の下面も、排出流路２７ｂ’の下面に連続して第１の枠部材３２の外部に向いて、下り勾配を有する。更に、流下孔１００ａを有する遮蔽板１００についても、かかる排出流路３２ｄ’の下面に連続して電解槽１０の内壁面に向かって下り勾配を有する上面を有する。なお、図示は省略するが、かかる下り勾配の構造は、第１の中間電極２６において溶融亜鉛Ｍを排出する他の排出流路の下面、それに連絡する第１の枠部材３２の排出流路の下面及びそれに連絡する遮蔽板１００の上面について同様である。
【０１０６】
同様に、図１１において括弧内の符号で示すように、第２の中間電極２８の流下孔２９ａに連絡する排出流路２９ｂ’の下面が、電解反応生成物である溶融亜鉛Ｍが排出される方向である第２の中間電極２８の外部に向いて、下り勾配を有すると共に、かかる排出流路２９ｂ’に連絡する第２の枠部材３４の排出流路３４ｄ’の下面も、排出流路２９ｂ’の下面に連続して第２の枠部材３４の外部に向いて、下り勾配を有する。更に、流下孔１１０ａを有する遮蔽板１１０についても、かかる排出流路３４ｄ’の下面に連続して電解槽１０の内壁面に向かって下り勾配を有する上面を有する。なお、図示は省略するが、かかる下り勾配の構造は、第２の中間電極２８において溶融亜鉛Ｍを排出する他の排出流路の下面、それに連絡する第２の枠部材３４の排出流路の下面及びそれに連絡する遮蔽板１１０の上面について同様である。また、陰極２２の排出流路２２ｂの下面等についても、同様の下り勾配を有していてもよい。
【０１０７】
また、図１２に示すように、第１の中間電極２６の上昇孔２６ａに連絡する排出流路２６ｂ’の上面が、電解反応生成物である塩素ガスＧが排出される方向である第１の中間電極２６の外部に向いて、上り勾配を有すると共に、かかる排出流路２６ｂ’に連絡する第１の枠部材３２の排出流路３２ｃ’の上面も、排出流路２６ｂ’の上面に連続して第１の枠部材３２の外部に向いて、上り勾配を有する。更に、流下孔１００ｂを有する遮蔽板１００についても、かかる排出流路３２ｃ’の下面に連続して電解槽１０の内壁面に向かって上り勾配を有する下面を有する。なお、図示は省略するが、かかる下り勾配の構造は、第１の中間電極２６において塩素ガスＧを排出する他の排出流路の上面、それに連絡する第１の枠部材３２の排出流路の上面及びそれに連絡する遮蔽板１００の下面について同様である。
【０１０８】
同様に、図１２において括弧内の符号で示すように、第２の中間電極２８の上昇孔２８ａに連絡する排出流路２８ｂ’の上面が、電解反応生成物である塩素ガスＧが排出される方向である第２の中間電極２８の外部に向いて、上り勾配を有すると共に、かかる排出流路２８ｂ’に連絡する第２の枠部材３４の排出流路３４ｃ’の上面も、排出流路２８ｂ’
の上面に連続して第２の枠部材３４の外部に向いて、上り勾配を有する。更に、流下孔１１０ｂを有する遮蔽板１１０についても、かかる排出流路３４ｃ’の下面に連続して電解槽１０の内壁面に向かって上り勾配を有する下面を有する。なお、図示は省略するが、かかる下り勾配の構造は、第２の中間電極２８において塩素ガスＧを排出する他の排出流路の上面、それに連絡する第２の枠部材３４の排出流路の上面及びそれに連絡する遮蔽板１１０の下面について同様である。また、陽極２４の排出流路２４ｂの上面等についても、同様の上り勾配を有していてもよい。
【０１０９】
以上の構成の電解装置３を用いて電解を行うと、代表的に第１の中間電極２６の流下孔２７ａに連絡する排出流路２７ｂ’及び第１の中間電極２６の上昇孔２６ａに連絡する排出流路２６ｂ’について説明すれば、電解反応生成物である溶融亜鉛Ｍは、第１の中間電極２６の排出流路２７ｂ’の下り勾配を有する下面、第１の枠部材３２の排出流路３２ｄ’の下り勾配を有する下面、及び遮蔽板１００の下り勾配を有する上面に沿って流れた後、遮蔽板１００の流下孔１００ａを介して、電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛中を鉛直下方に流下し電解槽１０の底部に溜められる一方で、電解反応生成物である塩素ガスＧは、第１の中間電極２６の排出流路２６ｂ’の上り勾配を有する上面、第１の枠部材３２の排出流路３２ｃ’の上り勾配を有する上面、及び遮蔽板１００の上り勾配を有する下面に沿って流れた後、遮蔽板１００の流下孔１００ｂを介して、電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛中を鉛直上方に上昇し電解槽１０の溶融塩化亜鉛の液面から電解槽１０の外部に排出される。
【０１１０】
なお、本変形例で説明した勾配を有する排出流路の構成は、第１の実施形態に適用できることはもちろんである。
【０１１１】
以上の構成においては、更に、第１の中間電極に対応して、鉛直方向における第３の排出流路と第４の排出流路の間に遮蔽板を有することにより、各電解室の外部の液体電解質を介して流れる漏洩電流をより確実に低減でき、電流効率の低下をより確実に抑制することができる。
【０１１２】
また、遮蔽板が、第１の中間電極の第４の排出流路から排出される電解生成ガスを上昇させる上昇開口と、第１の中間電極の第３の排出流路から排出される電解生成溶融金属を流下させる流下開口と、を有することにより、電解槽における電極反応生成物の接触による逆反応をより確実に低減可能である。
【０１１３】
また、陰極の第１の排出流路の下面及び第１の中間電極の第３の排出流路の下面が、各々電解生成溶融金属の排出方向において下り勾配を有し、陽極の第２の排出流路の上面及び第１の中間電極の第４の排出流路の上面が、各々電解生成ガスの排出方向において上り勾配を有することにより、電解生成反応物をより確実に電解室から各電極内をスムースに通過させて排出することができ、電極反応生成物の接触による逆反応をより確実に低減可能である。
【０１１４】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態における電解装置につき、更に図１３及び図１４をも参照して、詳細に説明する。
【０１１５】
図１３は、本実施形態における電解装置の縦断面図であり、図２のＺ−Ｚ断面に相当する。また、図１４は、本実施形態における電解装置の上面図である。
【０１１６】
本実施形態における電解装置４は、第２の実施形態のものに対して、遮蔽板１００’及び１１０’の構成が異なることが主たる相違点であり、残余の構成は同様である。よって
、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同様な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。
【０１１７】
図１３及び図１４に示すように、本実施形態の電解装置４においては、遮蔽板１００’及び１１０’に流下孔や上昇孔が設けられておらず、電解槽１０において、側壁部の上部に設けられた供給口１０Ｕ及び側壁部の下部に設けられた取り出し口１０Ｌに加え、電解室４０、４２及び４４の位置に対応した側壁部に電解質を供給する３つの供給口１０Ｅ、１０Ｅ及び１０Ｅが各々設けられ、かつ遮蔽板１００’及び１１０’の位置に対応した側壁部に電解反応生成物を排出する排出開口１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ及び１０ｆが各々設けられている。
【０１１８】
具体的には、排出開口１０ｃは、電解槽１０の内壁面と第１の枠部材３２の外壁面との間を塞ぐ矩形板状の遮蔽板１００’の上面と面一な下端部を有すると共に、電解槽１０におけるｘ軸の正方向側及びｙ軸の正方向側の各縦壁面を、第１の枠部材３２における全ての排出流路３２ｄ及び３２ｆに対応して、最もｙ軸の負方向側の排出流路３２ｄと同等か更にｙ軸の負方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、最もｘ軸の負方向側の排出流路３２ｆと同等か更にｘ軸の負方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、を有するように、所定の面積で開口する。
【０１１９】
同様に、排出開口１０ｄは、電解槽１０の内壁面と第２の枠部材３４の外壁面との間を塞ぐ矩形板状の遮蔽板１１０’の上面と面一な下端部を有すると共に、電解槽１０におけるｘ軸の正方向側及びｙ軸の正方向側の各縦壁面を、第２の枠部材３４における全ての排出流路３４ｄ及び３４ｆに対応して、最もｙ軸の負方向側の排出流路３４ｄと同等か更にｙ軸の負方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、最もｘ軸の負方向側の排出流路３４ｆと同等か更にｘ軸の負方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、を有するように、所定の面積で開口する。
【０１２０】
また、排出開口１０ｅは、電解槽１０の内壁面と第１の枠部材３２の外壁面との間を塞ぐ矩形板状の遮蔽板１００’の上面と面一な下端部を有すると共に、電解槽１０におけるｘ軸の負方向側及びｙ軸の負方向側の各縦壁面を、第１の枠部材３２における全ての排出流路３２ｃ及び３２ｅに対応して、最もｙ軸の正方向側の排出流路３２ｃと同等か更にｙ軸の正方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、最もｘ軸の正方向側の排出流路３２ｅと同等か更にｘ軸の正方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、を有するように、所定の面積で開口する。
【０１２１】
同様に、排出開口１０ｆは、電解槽１０の内壁面と第２の枠部材３４の外壁面との間を塞ぐ矩形板状の遮蔽板１１０’の上面と面一な下端部を有すると共に、電解槽１０におけるｘ軸の負方向側及びｙ軸の負方向側の各縦壁面を、第２の枠部材３４における全ての排出流路３４ｃ及び３４ｅに対応して、最もｙ軸の正方向側の排出流路３４ｃと同等か更にｙ軸の正方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、最もｘ軸の正方向側の排出流路３４ｅと同等か更にｘ軸の正方向側まで延在するｙ軸の方向の端部と、を有するように、所定の面積で開口する。
【０１２２】
なお、電解槽１０の排出開口１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ及び１０ｆは、排出させる電解反応生物の流量が少ない場合等には、各々間欠的な複数の開口としてもよいし、開口の面積を小さく設定することも可能である。
【０１２３】
以上の構成の電解装置４を用いて、各供給口１０Ｕ及び１０Ｅから溶融塩化亜鉛を供給して電解を行うと、第２の電解室４２及び第３の電解室４４で生成された溶融亜鉛Ｍは、各々対応して、第１の中間電極２６における排出流路２７ｂ及び２７ｃ並びにこれらに対
応して連絡する第１の枠部材３２における排出流路３２ｄ及び３２ｆ、並びに第２の中間電極２８における排出流路２９ｂ及び２９ｃ並びにこれらに対応して連絡する第２の枠部材３４における排出流路３４ｄ及び３４ｆを介して、第１の中間電極２６及び第２の中間電極２８の外部に排出された後、対応する遮蔽板１００’及び１１０’の上面に沿って電解槽１０の内壁面に向かって流れて、電解槽１０の排出開口１０ｃ及び１０ｄに到達して流れ込み、排出開口１０Ｌ、１０ｃ及び１０ｄを介して、電解槽１０の外部に排出され、必要に応じて図示を省略する貯留部に収容される。
【０１２４】
一方で、第１の電解室４０及び第２の電解室４２で生成された塩素ガスＧは、各々対応して、第１の中間電極２６における排出流路２６ｂ及び２６ｃ並びにこれらに対応して連絡する第１の枠部材３２における排出流路３２ｃ及び３２ｅ、並びに第２の中間電極２８における排出流路２８ｂ及び２８ｃ並びにこれらに対応して連絡する第２の枠部材３４における排出流路３４ｃ及び３４ｅを介して、第１の中間電極２６及び第２の中間電極２８の外部に排出された後、対応する遮蔽板１００’及び１１０’の下面に沿って電解槽１０の内壁面に向かって流れて、電解槽１０の排出開口１０ｅ及び１０ｆに到達して流れ込み、排出開口１０ｅ及び１０ｆを介して、電解槽１０の外部に排出され、必要に応じて図示を省略する貯留部に収容される。
【０１２５】
なお、第２の実施形態の変形例で説明した勾配を有する排出流路等の構成は、本実施形態に適用できることはもちろんである。
【０１２６】
また、本実施形態における電解槽１０が、電解室４０、４２及び４４の位置に対応した側壁部に電解質を供給する３つの供給口１０Ｅ、１０Ｅ及び１０Ｅを各々有し、かつ遮蔽板１００’及び１１０’の位置に対応した側壁部に電解反応生成物を排出する排出開口１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ及び１０ｆを各々有する構成は、各変形例を含む第１及び第２の実施形態にもちろん適用可能である。
【０１２７】
以上の構成においては、更に、第１の中間電極に対応して、鉛直方向における第３の排出流路と第４の排出流路の間に遮蔽板を有する構成に加えて、電解槽が、第１の中間電極の第４の排出流路から排出される電解生成ガスを外部に排出する排出開口と、第１の中間電極の第３の排出流路から排出される電解生成溶融金属を排出する排出開口と、を有することにより、電解槽における電極反応生成物の接触による逆反応をより確実に低減可能である。
【０１２８】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態における電解装置につき、更に図１５から図２０をも参照して、詳細に説明する。
【０１２９】
図１５は、本実施形態における電解装置の縦断面図であり、位置的には図１に相当する。図１６は、本実施形態における電解装置の電極ユニット及び電極枠を示す側面図であり、位置的には図３に相当する。図１７は、本実施形態における電解装置の電極ユニットの陰極についての横断面図であり、図１５のＪ−Ｊ断面に相当する。図１８は、本実施形態における電解装置の電極ユニットの陽極についての横断面図であり、図１５のＫ−Ｋ断面に相当する。図１９は、本実施形態における電解装置の電極ユニットの第１中間電極又は第２中間電極についての横断面図であり、図１５のＬ−Ｌ断面又はＭ−Ｍ断面に相当する。また、図２０は、本実施形態における電解装置の電極ユニットの第１中間電極又は第２中間電極についての横断面図であり、図１５のＮ−Ｎ断面又はＯ−Ｏ断面に相当する。
【０１３０】
本実施形態における電解装置５においては、第１の実施形態の陰極２２、陽極２４、第１の中間電極２６及び第２の中間電極２８を有する電極ユニット２０及び第１の枠部材３
２、第２の枠部材３４及び第３の枠部材３６を有する電極枠３０が、陰極１２２、陽極１２４、第１の中間電極１２６及び第２の中間電極１２８を有する電極ユニット１２０及び第１の枠部材１３２、第２の枠部材１３４及び第３の枠部材１３６を有する電極枠１３０に置換されていることが主たる相違点であり、残余の構成は同様である。よって、本実施形態においては、かかる相違点に着目して説明することとし、同様な構成については同一の符号を付して適宜説明を簡略化又は省略する。
【０１３１】
図１５から図２０に示すように、本実施形態の電解装置５の電解槽１０内には、電極ユニット１２０及び電極枠１３０が収容される。
【０１３２】
具体的には、かかる電極ユニット１２０においては、電解槽１０の底部に固定された陰極１２２及び鉛直上方で陰極１２２に対向する陽極１２４が設けられ、陰極１２２及び陽極１２４の間には、鉛直上方に向かって順次第１の中間電極１２６及び第２の中間電極１２８が設けられる。つまり、陰極１２２、第１の中間電極１２６、第２の中間電極１２８及び陽極１２４は、この順で典型的には第１の枠部材１３２、第２の枠部材１３４及び第３の枠部材１３６から成る電極枠１３０を介し鉛直上方に向かって積層されてユニット化され、電極ユニット１２０を成している。また、陰極１２２と第１の中間電極１２６との間には、第１の電解室４０が画成され、第１の中間電極１２６と第２の中間電極１２８との間には、第２の電解室４２が画成され、かつ、第２の中間電極１２８と陽極１２４との間には、第３の電解室４４が画成される。
【０１３３】
詳しくは、矩形板状の部材である陰極１２２は、その基面１２２Ｂから鉛直上方に向けて立設される複数の柱状部１２２Ａを有し、かかる柱状部１２２Ａの間では、複数の間隙部１２２ａが画成される。柱状部１２２Ａの上面は、陰極面１２２ｓであり、柱状部１２２Ａの縦壁部と陰極面１２２ｓとの間は、断面円弧状のＲ形状を有する角部１２２ｒで連絡される。更に、陰極１２２は、複数の柱状部１２２Ａを囲むように基面１２２Ｂから鉛直上方に向けて立設される壁部を貫くと共に、ｘ軸の正方向に延在して陰極１２２の外部に連通する複数の排出流路１２２ｂを有する。
【０１３４】
矩形板状の部材である第１の中間電極１２６は、その鉛直下方側の基面１２６Ｂから鉛直下方に向けて立設される複数の柱状部１２６Ａを有し、かかる柱状部１２６Ａの間では、複数の間隙部１２６ａが画成されると共に、その鉛直上方側の基面１２７Ｂから鉛直上方に向けて立設される複数の柱状部１２７Ａを有し、かかる柱状部１２７Ａの間では、複数の間隙部１２７ａが画成される。柱状部１２６Ａの下面は、陽極面１２６ｓであり、柱状部１２６Ａの縦壁部と陽極面１２６ｓとの間は、断面円弧状のＲ形状を有する角部１２６ｒで連絡されると共に、柱状部１２７Ａの上面は、陰極面１２７ｓであり、柱状部１２７Ａの縦壁部と陰極面１２７ｓとの間は、断面円弧状のＲ形状を有する角部１２７ｒで連絡される。更に、第１の中間電極１２６は、複数の柱状部１２６Ａを囲むように基面１２６Ｂから鉛直下方に向けて立設される壁部を貫くと共に、ｘ軸の負方向に延在して第１の中間電極１２６の外部に連通する複数の排出流路１２６ｂを有すると共に、複数の柱状部１２７Ａを囲むように基面１２７Ｂから鉛直上方に向けて立設される壁部を貫くと共に、ｘ軸の正方向に延在して第１の中間電極１２６の外部に連通する複数の排出流路１２７ｂを有する。
【０１３５】
矩形板状の部材である第２の中間電極１２８は、第１の中間電極１２６と同一の部材であって、その鉛直下方側の基面１２８Ｂから鉛直下方に向けて立設される複数の柱状部１２８Ａを有し、かかる柱状部１２８Ａの間では、複数の間隙部１２８ａが画成されると共に、その鉛直上方側の基面１２９Ｂから鉛直上方に向けて立設される複数の柱状部１２９Ａを有し、かかる柱状部１２９Ａの間では、複数の間隙部１２９ａが画成される。柱状部１２８Ａの下面は、陽極面１２８ｓであり、柱状部１２８Ａの縦壁部と陽極面１２８ｓと
の間は、断面円弧状のＲ形状を有する角部１２８ｒで連絡されると共に、柱状部１２９Ａの上面は、陰極面１２９ｓであり、柱状部１２９Ａの縦壁部と陰極面１２９ｓとの間は、断面円弧状のＲ形状を有する角部１２９ｒで連絡される。更に、第２の中間電極１２８は、複数の柱状部１２８Ａを囲むように基面１２８Ｂから鉛直下方に向けて立設される壁部を貫くと共に、ｘ軸の負方向に延在して第２の中間電極１２８の外部に連通する複数の排出流路１２８ｂを有すると共に、複数の柱状部１２９Ａを囲むように基面１２９Ｂから鉛直上方に向けて立設される壁部を貫くと共に、ｘ軸の正方向に延在して第２の中間電極１２８の外部に連通する複数の排出流路１２９ｂを有する。
【０１３６】
矩形板状の部材である陽極１２４は、電流フィーダ６０の取付け部を除き陰極１２２と同一な部材であるが、上下に反転し、かつ鉛直方向に１８０°回転されて配置され、その基面１２４Ｂから鉛直下方に向けて立設される複数の柱状部１２４Ａを有し、かかる柱状部１２４Ａの間では、複数の間隙部１２４ａが画成される。柱状部１２４Ａの下面は、陽極面１２４ｓであり、柱状部１２４Ａの縦壁部と陽極面１２４ｓとの間は、断面円弧状のＲ形状を有する角部１２４ｒで連絡される。更に、陽極１２４は、複数の柱状部１２４Ａを囲むように基面１２４Ｂから鉛直下方に向けて立設される壁部を貫くと共に、ｘ軸の負方向に延在して陽極１２４の外部に連通する複数の排出流路１２４ｂを有する。
【０１３７】
ここで、陰極１２２の複数の間隙部１２２ａ、第１の中間電極１２６の複数の間隙部１２６ａ及び複数の間隙部１２７ａ、第２の中間電極１２８の複数の間隙部１２８ａ及び複数の間隙部１２９ａ、並びに陽極１２４の複数の間隙部１２４ａが、電極ユニット１２０、つまり複極式の電極における柱状構造である。
【０１３８】
また、陰極１２２の間隙部１２２ａ、第１の中間電極１２６の１間隙部２７ａ及び第２の中間電極２８の間隙部１２９ａが、電解質４０、４２及び４４から溶融亜鉛を対応して流下させる流下流路に相当し、陽極１２４の間隙部１２４ａ、第１の中間電極１２６の間隙部１２６ａ及び第２の中間電極１２８の間隙部１２８ａが、電解質４０、４２及び４４から塩素ガスを対応して上昇させる上昇流路に相当する。
【０１３９】
第１の枠部材１３２は、鉛直方向に直立した角筒状の部材であり、陰極１２２と第１の中間電極１２６との間に画成される第１の電解室４０に対して、電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛を供給するための供給流路１３２ｂを有し、供給流路１３２ｂ、１３２ｂは、ｙ軸の方向で対向する。ここで、第１の枠部材１３２は、第１の電解室４０に向かって突出する突出部１３２ｐを有し、供給流路１３２ｂは、かかる突出部１３２ｐを貫通して設けられる。更に、第１の枠部材１３２は、第１の中間電極１２６の排出流路１２６ｂに連絡して第１の中間電極１２６の外部に連通させる排出流路１３２ｃと、第１の中間電極１２６の排出流路１２７ｂに連絡して第１の中間電極１２６の外部に連通させる排出流路１３２ｄとを有する。
【０１４０】
第２の枠部材１３４は、第１の枠部材１３２と同一な部材であって、鉛直方向に直立した角筒状の部材であり、第１の中間電極１２６と第２の中間電極１２８との間に画成される第２の電解室４２に対して、電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛を供給するための供給流路１３４ｂを有し、供給流路１３４ｂ、１３４ｂは、ｙ軸の方向で対向する。ここで、第２の枠部材１３４は、第２の電解室４２に向かって突出する突出部１３４ｐを有し、供給流路１３４ｂは、かかる突出部１３４ｐを貫通して設けられる。更に、第２の枠部材１３４は、第２の中間電極１２８の排出流路１２８ｂに連絡して第２の中間電極１２８の外部に連通させる排出流路１３４ｃと、第２の中間電極１２８の排出流路１２９ｂに連絡して第２の中間電極１２８の外部に連通させる排出流路１３４ｄとを有する。
【０１４１】
第３の枠部材１３６は、第１の枠部材１３２及び第２の枠部材１３４における排出流路
を省略した部材である鉛直方向に直立した角筒状の部材であり、第２の中間電極１２８と陽極１２４との間に画成される第３の電解室４４に対して、電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛を供給するための供給流路１３６ｂを有し、供給流路１３６ｂ、１３４６は、ｙ軸の方向で対向する。ここで、第３の枠部材１３６は、第３の電解室４４に向かって突出する突出部１３６ｐを有し、は、かかる突出部１３６ｐを貫通して設けられる。
【０１４２】
ここで、陰極１２２の複数の排出流路１２２ｂは、ｘ軸の正方向側で外部に開口し、第１の中間電極１２６の複数の排出流路１２７ｂ及び第２の中間電極１２８の複数の排出流路１２９ｂは、電極枠１３０の排出流路１３２ｄ及び排出流路１３４ｄを対応して介してｘ軸の正方向側で外部に開口する一方で、陽極１２４の複数の排出流路１２４ｂは、ｘ軸の負方向側で外部に開口し、第１の中間電極１２６の複数の排出流路１２６ｂ及び第２の中間電極１２８の複数の排出流路１２８ｂは、電極枠１３０の排出流路１３２ｃ及び排出流路１３４ｃを対応して介してｘ軸の負方向側で外部に開口しているから、溶融塩化亜鉛の電解により生成される溶融亜鉛及び塩素ガスの各排出方向がｘ−ｙ平面において重ならないように異なっている。
【０１４３】
更に、このように陰極１２２の複数の排出流路１２２ｂ、第１の中間電極１２６の複数の排出流路１２７ｂ及び第２の中間電極１２８の複数の排出流路１２９ｂが、ｘ軸の正方向側で外部に開口すると共に、陽極１２４の複数の排出流路１２４ｂ、第１の中間電極１２６の複数の排出流路１２６ｂ及び第２の中間電極１２８の複数の排出流路１２８ｂが、ｘ軸の負方向側で外部に開口する構成に加えて、電解室４０、４２及び４４は、電極枠１３０の供給流路１３２ｂ、１３４ｂ及び１３６ｂを対応して介して、ｙ軸の方向の両側で外部に開口しているから、電解により生成される溶融亜鉛を排出する排出流路の排出端と、電解により生成される塩素ガスを排出する排出流路の排出端と、電解質である溶融塩化亜鉛を電解室へ供給する導入端と、が、電極枠１３０で支持された電極ユニット１２０の各側面において分散して配置されており、電解により生成される溶融亜鉛の排出方向、電解により生成される塩素ガスの排出方向及び電解質である溶融塩化亜鉛の電解室への供給方向が、ｘ−ｙ平面上で互いに重ならないように異なっている。
【０１４４】
また、本実施形態の電解装置５においても、より簡略化した基本的な構成として、中間電極は、少なくとも１つ設ければ足り、例えば、中間電極として第１の中間電極１２６だけを設けた場合には、第１の中間電極１２６の上面に陰極部として機能する陰極面１２７ｓと陽極１２４の下面である陽極面１２４ｓとが対向し、それらの間で第２の電解室が画成される。
【０１４５】
このように、第２の中間電極１２８が省略されている場合には、溶融塩化亜鉛の電解により生成される溶融亜鉛を排出する陰極１２２の複数の排出流路１２２ｂ及び第１の中間電極１２６の複数の排出流路１２７ｂが、ｘ軸の正方向側及びｙ軸の正方向側で外部に開口すると共に、溶融塩化亜鉛の電解により生成される塩素ガスを排出する陽極１２４の複数の排出流路１２４ｂ及び第１の中間電極１２６の複数の排出流路１２６ｂが、ｘ軸の負方向側及びｙ軸の負方向側で外部に開口する構成を採用し、かつ、第１の電解室４０に溶融亜鉛を供給する第１の枠部材１３２の供給流路をｘ軸の負方向側及びｙ軸の負方向側で外部に開口させ、第２の電解室４２に溶融亜鉛を供給する第２の枠部材１３４の供給流路をｘ軸の正方向側及びｙ軸の正方向側で外部に開口させてもよい。かかる構成によれば、溶融塩化亜鉛の電解により生成される溶融亜鉛及び塩素ガスの各排出方向がｘ−ｙ平面において重ならないことに加え、第１の中間電極１２６の複数の排出流路１２７ｂから排出される溶融亜鉛の排出方向と、第１の電解室４０に溶融亜鉛を供給する第１の枠部材１３２の供給流路の供給方向と、がｘ−ｙ平面において重ならず、かつ、第１の中間電極１２６の複数の排出流路１２７ｂから排出される塩素ガスの排出方向と、第２の電解室４２に溶融亜鉛を供給する第２の枠部材１３４の供給流路の供給方向と、がｘ−ｙ平面において
重ならない。
【０１４６】
つまり、溶融塩化亜鉛の電解により生成される溶融亜鉛及び塩素ガスの各排出方向がｘ−ｙ平面において重ならない構成を採用することに加え、少なくとも、第１の中間電極１２６の複数の排出流路１２７ｂから排出される溶融亜鉛の排出方向と、第１の中間電極１２６の直下の電解室４０に溶融亜鉛を供給する第１の枠部材１３２の供給流路の供給方向と、がｘ−ｙ平面において重ならず、かつ、第１の中間電極１２６の複数の排出流路１２７ｂから排出される塩素ガスの排出方向と、第１の中間電極１２６の直上の電解室４２に溶融亜鉛を供給する第２の枠部材１３４の供給流路の供給方向と、がｘ−ｙ平面において重ならないことが、電解生成物である溶融亜鉛及び塩素ガスの排出方向と、電解質である溶融亜鉛の供給方向と、の間の関係における基本的な条件である。
【０１４７】
以上の構成の電解装置５を、第１の実施形態と同様に組み立てた後に電解を行うと、図１７及び図２０につき、溶融亜鉛Ｍの流れる方向を代表的に示し、図１８及び図１９につき、塩素ガスＧの流れる方向を代表的に示すように、電解で生成された電解反応生成物である溶融亜鉛Ｍは、各々対応する陰極１２２における間隙部１２２ａ、第１の中間電極１２６における間隙部１２７ａ及び第２の中間電極１２８における間隙部１２９ａに直ちに流下した後、陰極１２２における基面１２２Ｂ、第１の中間電極１２６における基面１２７Ｂ及び第２の中間電極１２８における基面１２９Ｂで対応して偏向されてそれらに沿って移動して、陰極１２２における排出流路１２２ｂ、第１の中間電極１２６における排出流路１２７ｂ及びそれに対応して連絡する第１の枠部材１３２における排出流路１３２ｄ、並びに第２の中間電極１２８における排出流路１２９ｂ及びそれに対応して連絡する第２の枠部材１３４における排出流路１３４ｄを対応して介して、陰極１２２、第１の中間電極１２６及び第２の中間電極１２８の外部に排出されて、電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛中を鉛直下方に流下し電解槽１０の底部に溜められながら、電解槽１０の側壁部の下部に設けられた取り出し口１０Ｌから電解槽１０の外部に取り出され、必要に応じて図示を省略する貯留部に収容される。
【０１４８】
一方で、かかる電解反応生成物である塩素ガスＧは、各々対応する第１の中間電極１２６における間隙部１２６ａ、第２の中間電極１２８における間隙部１２８ａ及び陽極１２４における間隙部１２４ａを直ちに上昇した後、第１の中間電極１２６における基面１２６Ｂ、第２の中間電極１２８における基面１２８Ｂ及び陽極１２４における基面１２４Ｂで対応して偏向されてそれらに沿って移動して、第１の中間電極１２６における排出流路１２６ｂ及びそれに対応して連絡する第１の枠部材１３２における排出流路１３２ｃ、第２の中間電極１２８における排出流路１２８ｂ及びそれに対応して連絡する第２の枠部材１３４における排出流路１３４ｃ、並びに陽極１２４における排出流路１２４ｂを対応して介して、第１の中間電極１２６、第２の中間電極１２８及び陽極１２４の外部に排出されて、電解槽１０内の液体電解質である溶融塩化亜鉛中を鉛直上方に上昇し溶融塩化亜鉛の液面から電解槽１０の外部に排出され、必要に応じて図示を省略する貯留部に収容される。
【０１４９】
この際、第１の電解室４０、第２の電解室４２及び第３の電解室４４において、溶融塩化亜鉛の電解により生成される溶融亜鉛Ｍ及び塩素ガスＧを互いに鉛直方向に分離すると共に、その後の排出経路や電解槽１０でも、互いに実質的な接触をさせずに確実に移動できる。併せて、第１の電解室４０、第２の電解室４２及び第３の電解室４４に供給される溶融塩化亜鉛に、電解反応生成物である溶融亜鉛Ｍ及び塩素ガスＧが、不要に混入することが避けられる。
【０１５０】
なお、第２の実施形態の変形例で説明した勾配を有する排出流路の構成は、本実施形態における排出流路に適用できることはもちろんであり、かかる場合、併せて、陰極１２２
の基面１２２Ｂ、第１の中間電極１２６の基面１２７Ｂ及び第２の中間電極１２８の基面１２９Ｂが、電解反応生成物である溶融亜鉛Ｍが排出される方向である第１の中間電極２６の外部に向いて下り勾配を有し、陽極１２４の基面１２４Ｂ、第１の中間電極１２６の基面１２６Ｂ及び第２の中間電極１２８の基面１２８Ｂが、電解反応生成物である塩素ガスＧが排出される方向である第１の中間電極２６の外部に向いて、上り勾配を有するものである。
【０１５１】
また、本実施形態における電解生成物である溶融亜鉛及び塩素ガスの各排出方向間の関係や、かかる排出方向と電解質である溶融亜鉛の供給方向との間の関係は、各変形例を含む第１から第３の実施形態にもちろん適用可能である。
【０１５２】
以上の構成においては、第１の流下流路及び第２の流下流路、並びに第１の上昇流路及び第２の上昇流路をいずれも柱状部の間隙部として形成する柱状構造を採用することにより、より簡便な構成で電解反応生成物を電解室から外部に向けて確実に誘導することができる。
【０１５３】
また、第１の中間電極の第１の排出流路から排出される電解生成溶融金属の排出方向と、第１の電解室に液体電解質を供給する第１の枠部材の供給流路の供給方向と、が、鉛直方向に直交する面において重ならないように偏位し、かつ、第２の中間電極の第２の排出流路から排出される電解生成ガスの排出方向と、第２の電解室に液体電解質を供給する第２の枠部材の供給流路の供給方向と、が、鉛直方向に直交する面において重ならないように偏位することにより、電極や電極枠の構成部材の共通性を高めながら、電極反応生成物が液体電解質に同伴して電解室に不要に侵入し、逆反応を生じることを確実に低減可能である。
【０１５４】
また、第１の枠部材の供給流路における液体電解質の供給方向及び第２の枠部材の供給流路における液体電解質の供給方向を、陰極の第１の排出流路から排出される電解生成溶融金属の排出方向、第１の中間電極の第３の排出流路から排出される電解生成溶融金属の排出方向、前陽極の第２の排出流路から排出される電解生成ガスの排出方向及び第１の中間電極の第４の排出流路から排出される電解生成ガスの排出方向に対して、鉛直方向に直交する面において互いに重ならないように偏位させることにより、電極や電極枠の構成部材の共通性を高めながら、電極反応生成物が液体電解質に同伴して電解室に不要に侵入し、逆反応を生じることをより確実に低減可能である。
【０１５５】
なお、以上の各変形例を含む各実施形態においては、溶融亜鉛Ｍや塩素ガスＧを収容する外部の貯留部には、電解槽１０内の溶融塩化亜鉛も流出して溜っていくが、回収系を設けて余剰に溜まった溶融塩化亜鉛を電解槽１０内に戻すことも可能である。
【０１５６】
また、本発明においては、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
以上のように、本発明においては、比抵抗の大きい溶融塩を、実用的な電流密度と消費電力で電解するための複極式の電解装置を提供すること、具体的には、狭い電極間距離で設計する場合に生じる陰極面及び陽極面における電極反応生成物の接触による逆反応を、電極間電圧を上昇させることなく低減し得ると共に、漏洩電流による電流効率の低下を抑制し得る複極式の電解装置を提供することができ、併せて、高温かつ高腐食性の電解浴や電解反応生成物を扱い得て、厳しい運転条件に耐え得る単純かつ保守の容易な構造を有し、及び工業化を前提とした大型の設備にスケールアップ可能で増産、増設が容易な構造を
有する複極式の電解装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から太陽電池用シリコン等の製造分野に広範に適用され得るものと期待される。
【符号の説明】
【０１５８】
１、２、３、４、５…電解装置
１０………電解槽
１０ａ、１０ｂ…挿通孔
１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ…排出開口
２０………電極ユニット
２２………陰極
２２ａ……流下孔
２２ｂ、２２ｃ…排出流路
２２ｒ……角部
２２ｓ……陰極面
２４………陽極
２４ａ……上昇孔
２４ｂ、２４ｃ…排出流路
２４ｒ……角部
２４ｓ……陽極面
２６………第１の中間電極
２６ａ……上昇孔
２６ｂ、２６ｂ’、２６ｃ…排出流路
２６ｒ……角部
２６ｓ……陽極面
２７ａ……流下孔
２７ｂ、２７ｂ’、２７ｃ…排出流路
２７ｒ……角部
２７ｓ……陰極面
２８………第２の中間電極
２８ａ……上昇孔
２８ｂ、２８ｂ’、２８ｃ…排出流路
２８ｒ……角部
２８ｓ……陽極面
２９ａ……流下孔
２９ｂ、２９ｂ’、２９ｃ…排出流路
２９ｒ……角部
２９ｓ……陰極面
３０………電極枠
３２………第１の枠部材
３２ａ、３２ｂ…供給流路
３２ｃ、３２ｃ’、３２ｄ、３２ｄ’、３２ｅ、３２ｆ…排出流路
３２ｐ……突出部
３４………第２の枠部材
３４ａ、３４ｂ…供給流路
３４ｃ、３４ｃ’、３４ｄ、３４ｄ’、３４ｅ、３４ｆ…排出流路
３４ｐ……突出部
３６………第３の枠部材
３６ａ、３６ｂ…供給流路
３６ｐ……突出部
４０………第１の電解室
４２………第２の電解室
４４………第３の電解室
５０………陰極電流フィーダ
６０………陽極電流フィーダ
７０………第１の遮蔽部材
７０ａ……流下孔
７０ｂ……上昇孔
８０………第２の遮蔽部材
８０ａ……流下孔
８０ｂ……上昇孔
１００……第１の遮蔽部材
１００、１００’…第１の遮蔽部材
１００ａ…流下孔
１００ｂ…上昇孔
１１０、１１０’…第２の遮蔽部材
１１０ａ…流下孔
１１０ｂ…上昇孔
１２０……電極ユニット
１２２……陰極
１２２ａ…間隙部
１２２ｂ…排出流路
１２２ｒ…角部
１２２ｓ…陰極面
１２４……陽極
１２４ａ…間隙部
１２４ｂ…排出流路
１２４ｒ…角部
１２４ｓ…陽極面
１２６……第１の中間電極
１２６ａ…上昇孔
１２６ｂ…排出流路
１２６ｒ…角部
１２６ｓ…陽極面
１２７ａ…間隙部
１２７ｂ…排出流路
１２７ｒ…角部
１２７ｓ…陰極面
１２８……第２の中間電極
１２８ａ…上昇孔
１２８ｂ…排出流路
１２８ｒ…角部
１２８ｓ…陽極面
１２９ａ…間隙部
１２９ｂ…排出流路
１２９ｒ…角部
１２９ｓ…陰極面
１３０……電極枠
１３２……第１の枠部材
１３２ｂ…供給流路
１３２ｃ、１３２ｄ…排出流路
１３２ｐ…突出部
１３４……第２の枠部材
１３４ｂ…供給流路
１３４ｃ、１３４ｄ…排出流路
１３４ｐ…突出部
１３６……第３の枠部材
１３６ｂ…供給流路
１３６ｐ…突出部
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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