(57)【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、
前記陽極室に電解液を供給する陽極側電解液供給部と、
前記陰極室に電解液を供給する陰極側電解液供給部と、を備え、
前記陽極側電解液供給部は、
前記陽極室外に配置された陽極側電解液入口部と、
前記陽極室内に配置された陽極側電解液出口部と、
前記陽極側電解液入口部と前記陽極側電解液出口部とを接続する陽極側接続部と、を有し；
前記陽極側接続部の中央内径が、前記陽極側電解液入口部との接続箇所の内径より小さいか、前記陽極側電解液出口部との接続箇所の内径より小さいか、あるいは、その両方よりも小さいか；
前記陽極側接続部は、パイプ形状であり、陽極室内に位置する外周壁に孔が形成されている、電解セル。
【請求項２】
前記孔の内径は、前記陽極側接続部の中央内径より小さい、請求項１に記載の電解セル。
【請求項３】
前記陽極側接続部は、ベンチュリ部を有する、請求項１又は２に記載の電解セル。
【請求項４】
前記陰極側電解液供給部は、
前記陰極室外に配置された陰極側電解液入口部と、
前記陰極室内に配置された陰極側電解液出口部と、
前記陰極側電解液入口部と前記陰極側電解液出口部とを接続する陰極側接続部と、をさらに、有し、
前記陰極側接続部は、パイプ形状であり、陰極室内に位置する外周壁に孔が形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電解セル。
【請求項５】
前記陰極側接続部の中央内径が、前記陰極側電解液入口部との接続箇所の内径より小さいか、前記陰極側電解液出口部との接続箇所の内径より小さいか、あるいは、その両方よりも小さい、請求項４に記載の電解セル。
【請求項６】
前記陰極側接続部の外周壁に形成された前記孔の内径は、前記陰極側接続部の中央内径より小さい、請求項４又は５に記載の電解セル。
【請求項７】
前記陰極側接続部は、ベンチュリ部を有する、請求項４〜６のいずれか一項に記載の電解セル。
【請求項８】
前記陽極室は、区切り板により区画された複数の単位陽極室から構成され、
前記陽極側電解液出口部は、前記単位陽極室のそれぞれに前記電解液を分配するよう前記陽極側接続部から分岐した、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電解セル。
【請求項９】
直列に配置された複数の請求項１〜８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、
を備える電解槽。
【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、塩素等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る。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。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。
【０００３】
電解セルとしては、特許文献１には、電解液を電解槽内の横方向にわたって均一に供給するために、電解セル内に分散パイプ（ディストリビュータ）を設置した構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００１／０１６３９８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、イオン交換膜や電解槽付属部品（ガスケット等）の交換、さらには電極の更新、電解セル設備の点検等の作業を行なう際に、電解を停止することがある。電解停止後は、電解セルの陽極室及び陰極室から電解液を排出する必要がある。電解液を排出する際は、作業者が電解液を被液することがないよう、電解セル内から電解液を残らず排出する必要がある。
【０００６】
通常、電解セル内の下部には、電解液を陽極室や陰極室に供給するためのパイプが設置されている。しかし、電解セルから電解液を排出する場合、パイプより下方の内部空間に、電解液が残ってしまうという問題がある。電解液が残ると、電解を停止して電解セルを開いたときに、電解セル内の下方の内部空間に溜まった電解液が漏れてしまい、作業者が被液することがある。
【０００７】
また、イオン交換膜を交換する場合には、電解セルを開けて電解液を排出した後、純水で電解セルを内部洗浄して、残った電解液を排出する。しかし、電解液は純水よりも比重が重いため、電解セル内の下方に電解液が溜まったままであり、水洗を行なっても十分に排出できないという問題もある。
【０００８】
さらに、電解セル内の下方に電解液が溜まった状態で長期間保管されると、電解液が固化して、パイプの穴等を詰まらせてしまうという問題もある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、電解停止時に電解液を排出する際には電解液が電解セル内に残り難い、電解セル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】
【００１０】
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、前記陽極室に電解液を供給する陽極側電解液供給部と、前記陰極室に電解液を供給する陰極側電解液供給部と、を備え、前記陽極側電解液供給部は、陽極室外に配置された陽極側電解液入口部と、前記陽極室内に配置された陽極側電解液出口部と、前記陽極側電解液入口部と前記陰極側電解液出口部を接続する陽極側接続部と、を有し、前記陽極側接続部は、パイプ形状であり、外周壁の陽極室内領域に孔が形成されている電解セルは、電解停止時に電解液を排出する際には電解液が電解セル内に残り難いことを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
〔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、
前記陽極室に電解液を供給する陽極側電解液供給部と、
前記陰極室に電解液を供給する陰極側電解液供給部と、を備え、
前記陽極側電解液供給部は、
前記陽極室外に配置された陽極側電解液入口部と、
前記陽極室内に配置された陽極側電解液出口部と、
前記陽極側電解液入口部と前記陽極側電解液出口部とを接続する陽極側接続部と、を有し、
前記陽極側接続部は、パイプ形状であり、外周壁の陽極室内領域に孔が形成されている電解セル。
〔２〕
前記陽極側接続部の中央内径が、前記陽極側電解液入口部との接続箇所の内径より小さい、〔１〕に記載の電解セル。
〔３〕
前記陽極側接続部の中央内径が、前記陽極側電解液出口部との接続箇所の内径より小さい、〔１〕又は〔２〕に記載の電解セル。
〔４〕
前記孔の内径は、前記陽極側接続部の中央内径より小さい、〔１〕〜〔３〕のいずれか一項に記載の電解セル。
〔５〕
前記陰極側電解液供給部は、
前記陰極室外に配置された陰極側電解液入口部と、
前記陰極室内に配置された陰極側電解液出口部と、
前記陰極側電解液入口部と前記陰極側電解液出口部とを接続する陰極側接続部と、をさらに有し、
前記陰極側接続部は、パイプ形状であり、外周壁の陽極室内領域に孔が形成されている、〔１〕〜〔４〕のいずれか一項に記載の電解セル。
〔６〕
前記陽極側接続部及び／又は前記陰極側接続部は、ベンチュリ部を有する、〔１〕〜〔５〕のいずれか一項に記載の電解セル。
〔７〕
前記陽極室は、区切り板により区画された複数の単位陽極室から構成され、
前記陽極側電解液出口部は、前記単位陽極室のそれぞれに前記電解液を分配するよう前記陽極側接続部から分岐した、〔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、
を備える電解槽。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電解停止時に電解液を排出する際には電解液が電解セル内に残り難い、電解セルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の電解セルの一例の側断面図である。
【図２】同実施形態の電解セルの正面断面図である。
【図３】同実施形態の電解セル内における陽極側電解液供給部付近の部分拡大図である。
【図４】同実施形態の電解セルにおける接続部の部分模式図である。
【図５】本実施形態の電解槽の組み立て途中の模式図である。
【図６】実施例１及び２で用いたジョイントパイプの正面図である。
【図７】実施例１及び２で用いたジョイントパイプの側面図である。
【図８】比較例１で用いたジョイントパイプの正面図である。
【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。
【図１０】実施例１及び２の電解セルの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、その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。
【００１５】
本実施形態の電解セルは、陽極室と、陰極室と、陽極室と陰極室との間に配置された隔壁と、陽極室に電解液を供給する陽極側電解液供給部と、陰極室に電解液を供給する陰極側電解液供給部と、を備え、
陽極側電解液供給部は、陽極室外に配置された陽極側電解液入口部と、陽極室内に配置された陽極側電解液出口部と、陽極側電解液入口部と陽極側電解液出口部を接続する陽極側接続部と、を有し、
陽極側接続部は、パイプ形状であり、外周壁の陽極室内領域に孔が形成された電解セルである。
本実施形態の電解セルは、陽極室内に電解液を供給する電解液供給部において、陽極側電解液入口と陽極側電解液出口とを接続する陽極側接続部の形状が特徴の１つである。
【００１６】
図１は、本実施形態の電解セルの一例の側断面図を表し、図２は同実施形態の電解セルの正面図を表す。電解セル１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に電解液を供給する陽極側電解液供給部１０４と、陰極室２０に電解液を供給する陰極側電解液供給部２０４と、を備える。そして、陽極側電解液供給部１０４は、陽極室１０内へ電解液を導入する陽極側電解液入口部（入口ノズル）１０４３と、陽極室内に配置された陽極側電解液出口部（分散パイプ）１０４１と、陽極側電解液入口部１０４３と陽極側電解液出口部１０４１とを接続する陽極側接続部（ジョイントパイプ）１０４２と、を有する。陽極側接続部１０４２は、パイプ形状であり、外周壁の陽極室内領域に孔１０４４が形成されている。陽極側電解液出口部（分散パイプ）１０４１は、その外周壁に開口部１０４５が上方に向けて形成されている。
【００１７】
電解中、電解液は、系外から陽極側電解液入口部１０４３に供給され、陽極側接続部１０４２を経由して、陽極側電解液出口部１０４１の開口部１０４５から電解セル内に導入される。電解停止時には、陽極側電解液出口部１０４１の開口部１０４５からだけでなく、孔１０４４からも、電解液を系外に排出することができる。
【００１８】
さらに、陰極側電解液供給部２０４は、陰極室２０の内壁内部に配置された、陰極室内へ電解液を導入する陰極側電解液入口部２０４３と、陰極室内に電解液を供給する陰極側電解液出口２０４１と、陰極側電解液出口部２０４１と陰極側電解液入口部２０４３とを接続する陰極側接続部２０４２と、を有する。陰極側接続部２０４２は、パイプ形状であり、外周壁の陰極室内領域に孔２０４４が形成されている。
【００１９】
電解中、電解液は、系外から陰極側電解液入口部２０４３に供給され、陰極側接続部２０４２を経由して、陰極側電解液出口部２０４１の開口部（図示せず；陽極側の開口部１０４５に対応）から電解セル内に導入される。電解停止時には、陰極側電解液出口部２０４１からだけでなく、孔２０４４からも、電解液を系外に排出することができる。
【００２０】
以下、各部材についてより詳細に説明する。
【００２１】
（陽極室）
陽極室１０は、電解セル１を構成する枠体と、隔壁３０と、陽極１０２とにより構成されている。図２に示すように、陽極室１０は、区切り部（リブ）１０ａによって区画された複数の単位陽極室１０ｂから構成されていてもよい。
【００２２】
（陽極）
陽極１０２としては、チタン基材の表面を、ルテニウム、イリジウムを成分とする酸化物で被覆した、いわゆるＤＳＡ等の金属電極を用いることができる。
【００２３】
（バッフル板）
必要に応じて、陽極室１０は、陽極側電解液供給部１０４の上方に配置され、かつ、隔壁３０と略並行に配置されたバッフル板１０８を、更に備えることが好ましい。バッフル板１０８は、陽極室１０内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において電解液を内部循環させ、電解液の濃度をより均一にすることができる。内部循環を促進させるために、バッフル板１０８は、陽極１０２と隔壁３０との間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。）に沿って配置されることが好ましい。バッフル板１０８で仕切られた陽極１０２の近傍の空間では、電解が進行すると、電解液濃度が下がり、塩素ガス等の生成ガスが発生する。これにより気液の比重差が生じる場合があるが、バッフル板１０８を配置することで、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。
【００２４】
（陽極側気液分離部）
陽極室１０は、陽極側電解液供給部１０４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を、更に備えることが好ましい。陽極側気液分離部１０６は、電解中に発生する塩素ガス等の生成ガスと、電解液とを分離する。電解時、電解セル１で発生する生成ガスと電解液が気液混相になると、電解セル１内部の圧力変動によって振動が発生する場合がある。陽極側気液分離部１０６により生成ガスと電解液とを分離することで、振動を抑制できる。陽極側気液分離部１０６としては、例えば、気泡を消去するための消泡板を備えるものが挙げられる。気液混相流が消泡板を通過するときに気泡が弾けることにより、生成ガスと電解液とを分離することができる。消泡板としては、例えば、エクスパンデッドメタル、丸型や角型等の孔を打ち抜いたパンチングメタル、金網、ワイヤーメッシュ、発泡金属等を用いることができる。
【００２５】
（陽極側電解液供給部）
陽極側電解液供給部１０４は、陽極室１０外に配置された陽極側電解液入口部１０４３と、陽極室１０内に配置された陽極側電解液出口部１０４１と、陽極側電解液入口部１０４３と陽極側電解液出口部１０４１とを接続する陽極側接続部１０４２と、を有する。
【００２６】
（陽極側電解液入口部）
以下、図３を用いて、陽極側電解液供給部について詳細に説明する。図３は、本実施形態の陽極側電解液供給部付近の部分拡大図である。陽極側電解液入口部１０４３は、陽極室１０外に配置され、陽極室１０外から陽極室１０内へ電解液を供給する。陽極側電解液入口部１０４３の材料は、電解液に対する耐腐食性の観点から、チタンやフッ素樹脂等を用いることができる。陽極側電解液入口部１０４３としては、例えば、ノズル（入口ノズル）を用いることができる。
【００２７】
（陽極側電解液出口部）
陽極側電解液出口部１０４１は、電解セル１の幅方向に沿って配置され、電解液を電解セル１内の幅方向に渡って分散的に供給する。陽極側電解液出口部１０４１としては、開口部１０４５を複数有していることが好ましい。開口部１０４５は、陽極側電解液出口部１０４１の上面に配置されていることが好ましい。これにより、開口部１０４５の電解液の流れや循環がより円滑になるため、電解セル内の液濃度をより均一化することができる。
【００２８】
陽極室１０が、陽極室１０の幅方向に沿って並べられた区切り部（リブ）１０ａによって区画された複数の単位陽極室１０ｂから構成される場合、陽極側電解液出口部１０４１は、各単位陽極室１０ｂに電解液を分配できるよう陽極側接続部１０４２から分岐されていることが好ましい。この場合、陽極側電解液出口部１０４１としては、分岐した分散パイプを用いることができる。
【００２９】
さらに、陽極側電解液出口部１０４１は単位陽極室１０ｂごとに開口部１０４５が形成されていることがより好ましい。そして、単位陽極室１０ｂのうちの１つ以上の単位陽極室１０ｂは、複数の開口部１０４５が形成されていることがより好ましい。このような構造とすることで、各単位陽極室１０ｂ間での電解液の移動も促進させることができるため、各単位陽極室１０ｂに電解液を均一に供給することができる。なお、単位陽極室１０ｂ間の電解液の移動を一層促進させるために、区切り部（リブ）１０ａに開口部（図示せず）を設けてもよい。
【００３０】
なお、図２に示すように、陽極室１０が複数の単位陽極室１０ｂから構成される場合、陽極側電解液入口部１０４３から遠い位置に配置されている単位陽極室１０ｂの開口部１０４５の開口面積が、電解セル１の中央よりに配置されている単位陽極室１０ｂの開口部１０４５の開口面積よりも大きいことが好ましい。ここでいう、開口面積とは、開口部１０４５を垂直投影して求めた面積をいう。
【００３１】
陽極側電解液入口部１０４３から遠い位置に配置されている単位陽極室１０ｂでは、陽極側電解液入口部１０４３から移送される電解液の流速が減少する傾向にあるため、当該単位陽極室１０ｂの横方向の電解液の流れが弱くなり、当該単位陽極室１０ｂ内の縦方向に電解液が上昇しやすい。そのため、電解セル１の中央付近は液供給量が増え、供給される電解液の濃度は高いことから、電解液の濃度が比較的上昇しやすく、電解セル１の横方向における電解液の濃度が均一にならない。
【００３２】
したがって、単位陽極室１０ｂの開口部１０４５の開口面積を、上記関係を満たすように制御することで、陽極側電解液入口部１０４３から遠い単位陽極室１０ｂの横方向の電解液の流れを促進することができる。これにより、電解セル１内の電解液の濃度分布をより均一にすることができる。
【００３３】
また、陽極側電解液入口部１０４３に近い位置に配置されている単位陽極室１０ｂの開口部１０４５の開口面積が、電解セル１の中央よりに配置されている単位陽極室１０ｂの開口部１０４５の開口面積よりも大きいことが好ましい。これにより、電解セル１内の電解液の濃度分布をより均一にすることができる。
【００３４】
具体的には、陽極室１０の幅全長Ｌに対して、陽極室１０の片端から距離０．１３×Ｌに位置する各単位陽極室１０ｂでは、その単位陽極室における開口部１０４５の開口面積の総和Ｓａが、その他の単位陽極室１０ｂにおける開口部１０４５の開口面積の総和Ｓｂの１．５〜３倍であることがより好ましい（１．５Ｓｂ≦Ｓａ≦３Ｓｂ）。
【００３５】
さらに、陽極室１０の片端から４番目に位置する２つの単位陽極室１０ｂに配置された陽極側電解液出口部１０４１の開口部１０４５の開口面積の総和が、その他の単位陽極室１０ｂの開口部１０４５の開口面積の総和に対して、１．５〜３倍であることが更に好ましい。
【００３６】
また、陽極側電解液出口部１０４１の各開口部１０４５の断面積は全て同じであり、かつ、陽極室１０の片端から距離０．１３×Ｌに位置する各単位陽極室１０ｂの開口部１０４５の数がその他の各単位陽極室１０ｂが有する開口部の数の２〜３倍であることが特に好ましい。
【００３７】
（陽極側接続部）
陽極側接続部１０４２は、陽極室１０内外に跨って配置され、陽極側電解液入口部１０４３と陽極側電解液出口部１０４１とを接続する。陽極側接続部１０４２は、パイプ形状であり、陽極側接続部１０４２の外周壁に孔１０４４が形成されている。孔１０４４は、陽極室１０の内部領域に配置されている外周壁に形成されている（図３参照）。これにより、電解液が電解セル１内に残留することを防止できる。電解停止時には、陽極側電解液出口部１０４１の開口部１０４５だけでなく（図３の矢印Ａ参照）、陽極側接続部１０４２の孔１０４４からも（図３の矢印Ｂ参照）、電解液を電解セル１外へ排出することができる。その結果、電解液を電解セル１から効率よく短時間で排出することができる。
【００３８】
なお、陽極室接続部１０４２の外周壁の陽極室内領域とは、陽極側接続部１０４２の外周壁の内、陽極室１０内に位置している外周壁の領域のことである。図３においては、陽極側接続部１０４２の外周壁の内、陽極室１０内、つまり、電解セル１の底面から上側に位置している外周壁の領域のことである。なお、後述する陰極室内領域についても同様である。
【００３９】
さらに、陽極側接続部１０４２の孔１０４４は、陽極室１０の底面と同じ高さに位置することが好ましい。それによって、電解液をより残らず電解セル１外へ排出することができる。陽極側接続部１０４２としては、上記孔１０４４を備えたジョイントパイプ等を用いることができる。
【００４０】
陽極側接続部１０４２の中央内径（パイプ中央の内径）は、陽極側電解液入口部１０４３との接続箇所の内径よりも小さいことが好ましい。また、陽極側接続部１０４２の中央内径は、陽極側電解液出口部１０４１との接続箇所の内径よりも小さいことが好ましい。
さらに、陽極側接続部１０４２の孔１０４４の内径は、陽極側接続部１０４２の中央内径より小さいことが好ましい。このような構造とすることにより、電解液を電解セル内に供給する時に、陽極側接続部１０４２の孔１０４４付近で、供給される電解液の流速を増加させることができ、また、陽極側接続部１０４２の孔１０４４では、陽極室１０内よりも低い圧力となる。それにより、陽極側接続部１０４２の孔１０４４から陽極室１０へ液が漏れるように供給されず、効率的に電解液を陽極室１０へ供給することができる。一方、電解液を排出する時には、陽極側接続部１０４２の孔１０４４からも電解セル外へ排出することができる。
【００４１】
陽極側接続部１０４２はベンチュリ部を有することが好ましく、例えば、ベンチュリ管を採用できる。さらに、孔１０４４はベンチュリ部の絞り部分に設けられることがより好ましい。ここで、ベンチュリ部とは、ベンチュリ効果を応用した管構造を有する部位であり、電解液が通過する領域の一部が狭くなっている構造を有する部位である。図４を用いて具体的に説明する。図４は、陽極側接続部１０４２の部分模式図である。陽極側電解液入口部１０４３との接続箇所の内径基準の断面積（以下、「内断面積」という。）Ｓ2、陽極側電解液出口部１０４１との接続箇所の内断面積Ｓ3、及び陽極側接続部１０４２の絞り部分の内断面積Ｓ1の関係は、Ｓ2及びＳ3よりも、Ｓ1が小さい（Ｓ2＞Ｓ1、かつ、Ｓ3＞Ｓ1）。絞り部分の電解液の流れが絞られることで、絞り部分の電解液の流速を増加させることができる。例えば、電解液の流量が一定で、電解液が非圧縮性の流体であるとき、絞り部分の流速は絞り部分を通過する前の流速のＳ2／Ｓ1倍となる。そして、電解液が絞り部分を通過すると絞り部分の圧力が低下し、その負圧により孔１０４４からも電解液を吸い出すことができる。これにより、電解液を均一かつ短時間で供給することができる。ベンチュリ効果を一層発揮させるためには、陽極側接続部１０４２の絞り部分は、パイプ内径の４０〜８０％の内径にすることが好ましく、５０〜７０％の内径にすることがより好ましい。具体例としては、パイプ内径が１０ｍｍのとき、絞り部分の内径は４ｍｍ〜８ｍｍであることが好ましく、５ｍｍ〜７ｍｍであることがより好ましい。
【００４２】
例えば、電解液供給時に孔１０４４からの液漏れを防ぎたい場合は、陽極側接続部１０４２の流速をより増加させればよく、そのためにはベンチュリ部の絞りを大きくすればよい。一方、電解液の流量をより増やしたい場合は、ベンチュリ部の絞りを小さくすればよい。
【００４３】
孔１０４４の内径ｓ4は、ベンチュリ部の絞り部分の内径ｓ1よりも小さいことが好ましい（ｓ4＜ｓ1）。これにより、電解液供給時に孔１０４４からの液漏れを効果的に防ぐことができ、かつ、陽極側接続部１０４２の流速を一層増加させることができる。
【００４４】
陽極側接続部１０４２の材料としては、特に限定されないが、電解液に対する耐腐食性の観点から、チタン、フッ素系樹脂等であることが好ましい。
【００４５】
＜陰極室＞
続いて、陰極側について説明する。特に断りがない限り、陰極側の構成を上述した陽極側の構成と同様にしてもよい。陰極室２０は、電解セル１を構成する枠体と、隔壁３０と、陰極２０２とにより構成されている。陽極室１０と同様に、陰極室２０も、区切り部（リブ）によって区画された複数の単位陰極室から構成されている。
【００４６】
（陰極）
陰極２０２としては、ニッケル基材上の表面を、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、白金等をコーティングした陰極等を用いることができる。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、溶射及びその組み合わせ等が挙げられる。
【００４７】
陰極２０２の集電効果を高める目的で、陰極室２０の側面に沿って集電板２０８が配置されていることが好ましい。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。
【００４８】
（陰極側気液分離部）
さらに、陰極室２０に陰極側気液分離部２０６を設けてもよい。陰極側気液分離部２０６は、陰極側電解液供給部２０４の上方に配置することが好ましい。陰極側気液分離部２０６は、陽極側気液分離部１０６と同様の構成をとることができる。
【００４９】
（陰極側電解液供給部）
陰極側電解液供給部２０４は、陽極側電解液供給部１０４と同様に、陰極室２０外に配置された陰極側電解液入口部２０４３と、陰極室２０内に配置された陰極側電解液出口部２０４１と、陰極側電解液入口部２０４３と陰極側電解液出口部２０４１とを接続する陰極側接続部２０４２と、を有することが好ましい。陰極側電解液入口部２０４３、陰極側電解液出口部２０４１及び陰極側接続部２０４２は、それぞれ、陽極側電解液入口部１０４３、陽極側電解液出口部１０４１及び陽極側接続部１０４２と同様の構成をとることが好ましい。
【００５０】
陰極側接続部２０４２の材料としては、特に限定されないが、電解液に対する耐腐食性の観点から、ニッケル、ＳＵＳ、フッ素系樹脂等であることが好ましい。
【００５１】
（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、陰極側にニッケルからなる板を、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。
【００５２】
＜その他構成＞
（ガスケット）
本実施形態の電解セル１は、陽極室１０を構成する枠体表面に配置された陽極側ガスケット４０と、陰極室２０を構成する枠体表面に配置された陰極側ガスケット５０と、を備えることが好ましい。
【００５３】
＜電解槽＞
本実施形態の電解セル１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５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。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５参照）。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。さらに、連結した電解セル１には、電解セル１の陽極及び陰極の電解液供給部に接続された電解液供給管８と、電解セル１から排出された電解液を移送する電解液排出管９とが、接続される。電解液供給管８から、ホースを経由して、各電解セル１の電解液入口に電解液が供給される。また、電解停止時に、電解液を電解セル内から排出するときは、各電解セル１の電解液入口から、ホースを経由して電解液供給管に排出される。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が、もう一方に陰極端子が接続される。
【００５４】
電解槽４で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】
【００５５】
以下の実施例により本発明を更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。
【００５６】
＜電解液の残留評価＞
【００５７】
［実施例１］
電解槽の電解液の漏洩の有無について検討した。電解槽のうち陽極室側の領域における電解液の残留評価を行った。電解槽の構成について下記に示す。なお、以下、特に断りがない限り、陰極室側の各部材の配置は陽極室側の各部材の配置と同様にした。
図１０に示す、横幅が２４００ｍｍ、高さが１２００ｍｍ、陽極室深さは３５．５ｍｍ、陰極室深さは２４．５ｍｍである電解セル２を用意した。電解セル２は、区切り部（リブ）１０ａによって陽極室を区切られた２６個の単位陽極室１０ｂと、同様に区切り部（図示せず）によって陰極室を区切られた２６個の単位陰極室と、を有する。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、ニッケル製の集電板の上に、エクスパンデッドメッシュ加工したニッケル板に酸化ニッケルを溶射した陰極を用いた。
陽極室の内壁内部に、電解セル２の幅方向に沿って陽極側電解液出口部（分散パイプ）１０４１を配置し、陽極室外から陽極室内へ電解液を供給する陽極側電解液入口部（入口ノズル）１０４３を陽極室外に配置し、分散パイプ１０４１と入口ノズル１０４３とを接続する陽極側接続部（ジョイントパイプ）１０４２を配置した。陽極側のジョイントパイプとして、図６及び図７に示す形状のものを用いた。図６は、実施例１及び２で用いたジョイントパイプの正面図を表し、図７は、実施例１及び２で用いたジョイントパイプの側面図を表す。ジョイントパイプ１０４２は、図３に示すように、その外周に設けられた孔１０４４が、陽極室の底面と同じ高さに位置するように配置した。
また、陰極室においても同様に、分散パイプ（図示せず）、陰極側電解液入口部（入口ノズル）２０４３、陰極側接続部（ジョイントパイプ；図示せず）を配置した。陰極側においても、陽極側と同様に、ジョイントパイプの外周壁に設けられた孔が、陰極室の底面と同じ高さに位置するように配置した。
陽極側の分散パイプ１０４１は、外径２５．４ｍｍ、厚み０．７ｍｍ、内径２４ｍｍのチタン製のパイプであり、電解セル２の陽極室の下端から分散パイプの中心までの距離が６２．７ｍｍである位置に配置した。分散パイプ１０４１には、図１０に示す番号１〜２６の各単位陽極室において、分散パイプ１０４１の上面に直径１．５ｍｍの開口部を１か所ずつ設けた。番号３と２３の単位陽極室においては、さらにもう１か所に直径１．５ｍｍの開口部を設け、合計２８個の開口部を設けた。なお、番号３と２３以外の単位陽極室では、各開口部は単位陽極室の中心付近に配置した。番号３と２３の陽極室では、２つの開口部間を３１ｍｍとし、開口部からリブまでの距離をそれぞれ３２ｍｍとなるように配置した。
陰極側の分散パイプは、直径１２ｍｍ（内径）のニッケル製のパイプであり、電解セル２の陰極室の下端から分散パイプの中心までの距離が４８．５ｍｍである位置に設置した。陰極側の分散パイプも、陽極側と同様に開口部を設けた。
陽極室と陰極室にそれぞれ、気液分離部を電解セル２内の上部に設置した。陽極室にはさらに、長さ５００ｍｍのバッフル板を分散パイプの上方５５０ｍｍにバッフル板の下端がくるように設置した。
なお、図１０の電解セル２は、陽極側及び陰極側のジョイントパイプの孔が陽極室及び陰極室の底面と略同じ高さに位置するよう配置されている点以外は、図１の電解セル１と同様の構成とした。
この電解セル２を９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１は、その周縁部に陽極側ガスケット４０と陰極側ガスケット５０を接着剤で貼り付け、各電解セル１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」；以下、「イオン交換膜」という場合がある。）を挟んで、イオン交換膜と陰極との距離が１．７ｍｍになるようにプレスして、図５に示すような、電解槽４を組み立てた。
【００５８】
そして、電解槽４の各電解セル２の陽極室に電解液として塩水を供給して陽極室内を塩水で満たした後、塩水を排出した。その後、電解槽を開けて、陽極室内に塩水が残っているかを目視にて評価した。その結果、陽極室にはほとんど電解液は残っておらず、電解停止時に電解液を排出する際には電解液が電解セル内に残り難いことが確認された。
また、電解液供給時において、高い流速で電解液を効率的に供給することができた。
【００５９】
［比較例１］
陽極側のジョイントパイプとして、図８に示す形状のものを用いた以外は、実施例１と同様の条件で電解液の残留評価を行なった。図８は、比較例１で用いたジョイントパイプの正面図である。その結果、電解槽を開けた際に陽極室から電解液が漏れ、電解液が陽極室内に残っていたことを目視にて確認した。
【００６０】
〔電解液の濃度分布測定（実施例２）〕
続いて、実施例１で使用した電解セル２（図１０）を用いて、運転時における濃度分布を測定した。
電解液の濃度分布の測定方法について説明する。電解槽の各電解セルの陽極室に、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質量％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６ｋＡ／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。
【００６１】
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、その平均値をもとに評価した。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、６ｋＡ／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）。
【００６２】
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。その結果、セル内濃度分布差（最大値と最小値の差）は０．２７Ｎ（＝４．０８Ｎ−３．８１Ｎ）であった。塩水濃度分布を測定した結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
0005818732.tif 000002
【００６４】
［電解液の濃度分布測定（実施例３）］
図１０に示す番号２〜２５の各単位陽極室１０ｂにおいて、分散パイプを、直径１．５ｍｍの孔を１か所ずつ設けた分散パイプに変更したこと以外は実施例２と同様にして実験を行った。なお、各開口部は、単位陽極室１０ｂにおいて中心付近に設けた。その結果、セル内濃度分布差は０．４０Ｎ（＝３．９８Ｎ−３．５８Ｎ）であった。塩水濃度分布を測定した結果を表２に示す。
【００６５】
【表２】
0005818732.tif 000003
【００６６】
以上より、実施例２及び３のいずれにおいても、電解液の濃度分布差が小さく、電解の際には電解液を均一に供給できることが確認された。
特に実施例２は、セル内濃度分布差が小さく、特に中央部における濃度分布差が小さくなっていることが確認された。また、実施例２では、電解セルの横方向の中央に相当する箇所（中央部の中央）で塩水濃度が高く、電解セルの左右端側に対して中央における塩水の供給量が増加し、電解セルの横方向における濃度がより均一になっていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
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】
【００６８】
１、２…電解セル、４…電解槽、７…プレス器、８…電解液供給管、９…電解液排出管、１０…陽極室、１０ａ…区切り部（リブ）、１０ｂ…単位陽極室、２０…陰極室、３０…隔壁、４０…陽極側ガスケット、５０…陰極側ガスケット、１０２…陽極、１０４…陽極側電解液供給部、１０６…陽極側気液分離部、１０８…バッフル板、２０２…陰極、２０４…陰極側電解液供給部、２０６…陰極側気液分離部、２０８…集電板、１０４１…陽極側電解液出口部（分散パイプ）、１０４２…陽極側接続部（ジョイントパイプ）、１０４３…陽極側電解液入口部（入口ノズル）、１０４４…孔、１０４５…開口部、２０４１…陰極側電解液出口部（分散パイプ）、２０４２…陰極側接続部（ジョイントパイプ）、２０４３…陰極側電解液入口部（入口ノズル）、２０４４…孔
【図１】
0005818732.tif 000004
【図２】
0005818732.tif 000005
【図３】
0005818732.tif 000006
【図４】
0005818732.tif 000007
【図５】
0005818732.tif 000008
【図６】
0005818732.tif 000009
【図７】
0005818732.tif 000010
【図８】
0005818732.tif 000011
【図９】
0005818732.tif 000012
【図１０】
0005818732.tif 000013