知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025105476
(43)【公開日】2025-07-10
(54)【発明の名称】電解セル構造体
(51)【国際特許分類】
C25B 9/63 20210101AFI20250703BHJP
C25B 9/23 20210101ALI20250703BHJP
C25B 9/60 20210101ALI20250703BHJP
【ＦＩ】
C25B9/63
C25B9/23
C25B9/60
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024200964
(22)【出願日】2024-11-18
(31)【優先権主張番号】P 2023222706
(32)【優先日】2023-12-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000000033
【氏名又は名称】旭化成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】甲斐 直幸
(72)【発明者】
【氏名】船川 明恭
(72)【発明者】
【氏名】藤田 修平
【テーマコード（参考）】
4K021
【Ｆターム（参考）】
4K021AA01
4K021AA03
4K021AB01
4K021BA03
4K021CA01
4K021CA02
4K021CA11
4K021CA15
4K021DB49
4K021DB50
4K021DB53
4K021EA07
(57)【要約】
【課題】電力原単位及び水酸化ナトリウム生産量を向上させることのできる、電解セル構造体を提供する。
【解決手段】
電解セル構造体であって、
底面と当該底面の上方に位置する開放部とを有する枠体と、
前記開放部側に配され、かつ、短辺Ｌ１（ｍ）×長辺Ｌ２（ｍ）の略矩形の形状を有する電極と、
前記底面上に設けられ、かつ、前記電極を支持するリブと、
前記リブに固定され、かつ、短辺Ｌ３（ｍ）×長辺Ｌ４（ｍ）の略矩形の形状を有するバッフル板と、
を備え、
前記短辺Ｌ１が、１．３ｍ以上１．６ｍ以下であり、
前記長辺Ｌ４と前記短辺Ｌ１との比が、Ｌ４／Ｌ１として、０．３５以上０．９７以下である、電解セル構造体。
【選択図】なし
【解決手段】
電解セル構造体であって、
底面と当該底面の上方に位置する開放部とを有する枠体と、
前記開放部側に配され、かつ、短辺Ｌ１（ｍ）×長辺Ｌ２（ｍ）の略矩形の形状を有する電極と、
前記底面上に設けられ、かつ、前記電極を支持するリブと、
前記リブに固定され、かつ、短辺Ｌ３（ｍ）×長辺Ｌ４（ｍ）の略矩形の形状を有するバッフル板と、
を備え、
前記短辺Ｌ１が、１．３ｍ以上１．６ｍ以下であり、
前記長辺Ｌ４と前記短辺Ｌ１との比が、Ｌ４／Ｌ１として、０．３５以上０．９７以下である、電解セル構造体。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電解セル構造体であって、
底面と当該底面の上方に位置する開放部とを有する枠体Ｆ１と、
前記開放部側に配され、かつ、短辺Ｌ１（ｍ）×長辺Ｌ２（ｍ）の略矩形の形状を有する電極Ｅ１と、
前記底面上に設けられ、かつ、前記電極Ｅ１を支持するリブＲ１と、
前記リブに固定され、かつ、短辺Ｌ３（ｍ）×長辺Ｌ４（ｍ）の略矩形の形状を有するバッフル板Ｂ１と、
を備え、
前記短辺Ｌ１が、１．３ｍ以上１．６ｍ以下であり、
前記長辺Ｌ４と前記短辺Ｌ１との比が、Ｌ４／Ｌ１として、０．３５以上０．９７以下である、電解セル構造体。
底面と当該底面の上方に位置する開放部とを有する枠体Ｆ１と、
前記開放部側に配され、かつ、短辺Ｌ１（ｍ）×長辺Ｌ２（ｍ）の略矩形の形状を有する電極Ｅ１と、
前記底面上に設けられ、かつ、前記電極Ｅ１を支持するリブＲ１と、
前記リブに固定され、かつ、短辺Ｌ３（ｍ）×長辺Ｌ４（ｍ）の略矩形の形状を有するバッフル板Ｂ１と、
を備え、
前記短辺Ｌ１が、１．３ｍ以上１．６ｍ以下であり、
前記長辺Ｌ４と前記短辺Ｌ１との比が、Ｌ４／Ｌ１として、０．３５以上０．９７以下である、電解セル構造体。
【請求項2】
略直方体の形状を有し、かつ、電解液から気体を分離する、気液分離部を更に備え、
前記電解セル構造体における通電面を平面視したとき、前記気液分離部が、短辺Ｌ５（ｍ）×長辺Ｌ６（ｍ）の略矩形の形状を有し、
前記短辺Ｌ５と前記短辺Ｌ１との比が、Ｌ５／Ｌ１として、０．０３以上０．０８以下である、請求項１に記載の電解セル構造体。
前記電解セル構造体における通電面を平面視したとき、前記気液分離部が、短辺Ｌ５（ｍ）×長辺Ｌ６（ｍ）の略矩形の形状を有し、
前記短辺Ｌ５と前記短辺Ｌ１との比が、Ｌ５／Ｌ１として、０．０３以上０．０８以下である、請求項１に記載の電解セル構造体。
【請求項3】
前記枠体Ｆ１及び前記電極Ｅ１で画成される極室容積Ｖ１と前記気液分離部の容積Ｖ２との比が、Ｖ１／Ｖ２として、１５以上２０以下である、請求項２に記載の電解セル構造体。
【請求項4】
前記電極Ｅ１と前記バッフル板Ｂ１とがなす角が、０．５°以上２．４°以下である、請求項１に記載の電解セル構造体。
【請求項5】
電極Ｅ２と、当該電極Ｅ２の通電面を押圧する導電性マットレスと、を更に備え、
前記電極Ｅ１が、陽極であり、かつ、前記電極Ｅ２が、陰極である、請求項１～４のいずれか１項に記載の電解セル構造体。
前記電極Ｅ１が、陽極であり、かつ、前記電極Ｅ２が、陰極である、請求項１～４のいずれか１項に記載の電解セル構造体。
【請求項6】
複数の、請求項１に記載の電解セル構造体と、
隣接する前記電解セル構造体の間に配されるイオン交換膜と、
前記電解セル構造体と前記イオン交換膜とを連結するように構成された連結手段と、
を備える、電解槽。
隣接する前記電解セル構造体の間に配されるイオン交換膜と、
前記電解セル構造体と前記イオン交換膜とを連結するように構成された連結手段と、
を備える、電解槽。
【請求項7】
前記連結手段が、プレス器と、前記プレス器に連結された固定ヘッドと、を備え、
前記固定ヘッドが、前記プレス器の駆動により、前記電解セル構造体における前記固定ヘッドとの接触面の全面を押圧するように構成されている、請求項６に記載の電解槽。
前記固定ヘッドが、前記プレス器の駆動により、前記電解セル構造体における前記固定ヘッドとの接触面の全面を押圧するように構成されている、請求項６に記載の電解槽。
【請求項8】
前記連結手段に最も近い前記電解セル構造体と前記連結手段との間にダミーセルを更に備え、
前記連結手段が、プレス器と、前記プレス器に連結された固定ヘッドと、を備え、
前記固定ヘッドが、前記プレス器の駆動により、前記ダミーセルを押圧するように構成されており、
前記ダミーセルが、前記固定ヘッドからの押圧下で、前記電解セル構造体における前記ダミーセルとの接触面の全面を押圧するように構成されている、請求項６に記載の電解槽。
前記連結手段が、プレス器と、前記プレス器に連結された固定ヘッドと、を備え、
前記固定ヘッドが、前記プレス器の駆動により、前記ダミーセルを押圧するように構成されており、
前記ダミーセルが、前記固定ヘッドからの押圧下で、前記電解セル構造体における前記ダミーセルとの接触面の全面を押圧するように構成されている、請求項６に記載の電解槽。
【請求項9】
前記ダミーセルが剛性材である、請求項８に記載の電解槽。
【請求項10】
前記連結手段に嵌合するように構成されたアタッチメントを更に備え、
前記連結手段が、プレス器と、前記プレス器に連結された固定ヘッドと、を備え、
前記固定ヘッドが、前記プレス器の駆動により、前記アタッチメントを押圧可能に構成されており、
前記アタッチメントが、前記固定ヘッドからの押圧下で、前記電解セル構造体における前記アタッチメントとの接触面の全面を押圧するように構成されている、請求項６に記載の電解槽。
前記連結手段が、プレス器と、前記プレス器に連結された固定ヘッドと、を備え、
前記固定ヘッドが、前記プレス器の駆動により、前記アタッチメントを押圧可能に構成されており、
前記アタッチメントが、前記固定ヘッドからの押圧下で、前記電解セル構造体における前記アタッチメントとの接触面の全面を押圧するように構成されている、請求項６に記載の電解槽。
【請求項11】
前記アタッチメントが、剛性材である、請求項１０に記載の電解槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、電解セル構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
アルカリ金属塩電気分解は、食塩水等のアルカリ金属塩化物水溶液を電気分解（以下、単に「電解」ともいう。）して、高濃度のアルカリ金属水酸化物、水素、塩素などを製造する方法である。その方法としては、水銀法や、隔膜法による電解が挙げられるが、近年では、電力効率の良いイオン交換膜法が主に用いられている。
【0003】
イオン交換膜法では、陽極及び陰極（以下、これらを総称して「電極」ともいう。）を備える電解セルを、イオン交換膜を介して多数並べた電解槽を用いて電解を行う。電解セルは、陰極を取り付けた陰極室と、陽極を取り付けた陽極室が、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。電解セルでは、陽極室にアルカリ金属塩化物水溶液を供給し、陰極室にアルカリ金属水酸化物を供給して、電解することで、陽極室では塩素ガスを生成し、陰極室ではアルカリ金属水酸化物や水素ガスを生成する。
【0004】
また、近年では、電力原単位をさらに向上させるため、イオン交換膜と陰極を接触させて電解を行うゼロギャップ電解が主流となってきている。例えば、特許文献１には、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技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第３７０７７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載された技術において、横幅２４００ｍｍ及び高さ１２８０ｍｍの単位セルが開示されており、単位セルの陽極室の上部にはバッフルプレートを設けることができるとされているが、このような構成においては、電力原単位及び水酸化ナトリウム生産量の観点で、改善の余地がある。
【0007】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、電力原単位及び水酸化ナトリウム生産量を向上させることができる、電解セル構造体を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、所定の構成を有する電解セル構造体により、上記の点が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
すなわち、本発明は、以下の態様を包含する。
［１］
電解セル構造体であって、
底面と当該底面の上方に位置する開放部とを有する枠体Ｆ１と、
前記開放部側に配され、かつ、短辺Ｌ１（ｍ）×長辺Ｌ２（ｍ）の略矩形の形状を有する電極Ｅ１と、
前記底面上に設けられ、かつ、前記電極Ｅ１を支持するリブＲ１と、
前記リブに固定され、かつ、短辺Ｌ３（ｍ）×長辺Ｌ４（ｍ）の略矩形の形状を有するバッフル板Ｂ１と、
を備え、
前記短辺Ｌ１が、１．３ｍ以上１．６ｍ以下であり、
前記長辺Ｌ４と前記短辺Ｌ１との比が、Ｌ４／Ｌ１として、０．３５以上０．９７以下である、電解セル構造体。
［２］
略直方体の形状を有し、かつ、電解液から気体を分離する、気液分離部を更に備え、
前記電解セル構造体における通電面を平面視したとき、前記気液分離部が、短辺Ｌ５（ｍ）×長辺Ｌ６（ｍ）の略矩形の形状を有し、
前記短辺Ｌ５と前記短辺Ｌ１との比が、Ｌ５／Ｌ１として、０．０３以上０．０８以下である、［１］に記載の電解セル構造体。
［３］
前記枠体Ｆ１及び前記電極Ｅ１で画成される極室容積Ｖ１と前記気液分離部の容積Ｖ２との比が、Ｖ１／Ｖ２として、１５以上２０以下である、［２］に記載の電解セル構造体。
［４］
前記電極Ｅ１と前記バッフル板Ｂ１とがなす角が、０．５°以上２．４°以下である、［１］～［３］のいずれかに記載の電解セル構造体。
［５］
電極Ｅ２と、当該電極Ｅ２の通電面を押圧する導電性マットレスと、を更に備え、
前記電極Ｅ１が、陽極であり、かつ、前記電極Ｅ２が、陰極である、［１］～［４］のいずれかに記載の電解セル構造体。
［６］
複数の、請求項１に記載の電解セル構造体と、
隣接する前記電解セル構造体の間に配されるイオン交換膜と、
前記電解セル構造体と前記イオン交換膜とを連結するように構成された連結手段と、
を備える、電解槽。
［７］
前記連結手段が、プレス器と、前記プレス器に連結された固定ヘッドと、を備え、
前記固定ヘッドが、前記プレス器の駆動により、前記電解セル構造体における前記固定ヘッドとの接触面の全面を押圧するように構成されている、［６］に記載の電解槽。
［８］
前記連結手段に最も近い前記電解セル構造体と前記連結手段との間にダミーセルを更に備え、
前記連結手段が、プレス器と、前記プレス器に連結された固定ヘッドと、を備え、
前記固定ヘッドが、前記プレス器の駆動により、前記ダミーセルを押圧するように構成されており、
前記ダミーセルが、前記固定ヘッドからの押圧下で、前記電解セル構造体における前記ダミーセルとの接触面の全面を押圧するように構成されている、［６］に記載の電解槽。
［９］
前記ダミーセルが剛性材である、［８］に記載の電解槽。
［１０］
前記連結手段に嵌合するように構成されたアタッチメントを更に備え、
前記連結手段が、プレス器と、前記プレス器に連結された固定ヘッドと、を備え、
前記固定ヘッドが、前記プレス器の駆動により、前記アタッチメントを押圧可能に構成されており、
前記アタッチメントが、前記固定ヘッドからの押圧下で、前記電解セル構造体における前記アタッチメントとの接触面の全面を押圧するように構成されている、［６］に記載の電解槽。
［１１］
前記アタッチメントが、剛性材である、［１０］に記載の電解槽。
［１］
電解セル構造体であって、
底面と当該底面の上方に位置する開放部とを有する枠体Ｆ１と、
前記開放部側に配され、かつ、短辺Ｌ１（ｍ）×長辺Ｌ２（ｍ）の略矩形の形状を有する電極Ｅ１と、
前記底面上に設けられ、かつ、前記電極Ｅ１を支持するリブＲ１と、
前記リブに固定され、かつ、短辺Ｌ３（ｍ）×長辺Ｌ４（ｍ）の略矩形の形状を有するバッフル板Ｂ１と、
を備え、
前記短辺Ｌ１が、１．３ｍ以上１．６ｍ以下であり、
前記長辺Ｌ４と前記短辺Ｌ１との比が、Ｌ４／Ｌ１として、０．３５以上０．９７以下である、電解セル構造体。
［２］
略直方体の形状を有し、かつ、電解液から気体を分離する、気液分離部を更に備え、
前記電解セル構造体における通電面を平面視したとき、前記気液分離部が、短辺Ｌ５（ｍ）×長辺Ｌ６（ｍ）の略矩形の形状を有し、
前記短辺Ｌ５と前記短辺Ｌ１との比が、Ｌ５／Ｌ１として、０．０３以上０．０８以下である、［１］に記載の電解セル構造体。
［３］
前記枠体Ｆ１及び前記電極Ｅ１で画成される極室容積Ｖ１と前記気液分離部の容積Ｖ２との比が、Ｖ１／Ｖ２として、１５以上２０以下である、［２］に記載の電解セル構造体。
［４］
前記電極Ｅ１と前記バッフル板Ｂ１とがなす角が、０．５°以上２．４°以下である、［１］～［３］のいずれかに記載の電解セル構造体。
［５］
電極Ｅ２と、当該電極Ｅ２の通電面を押圧する導電性マットレスと、を更に備え、
前記電極Ｅ１が、陽極であり、かつ、前記電極Ｅ２が、陰極である、［１］～［４］のいずれかに記載の電解セル構造体。
［６］
複数の、請求項１に記載の電解セル構造体と、
隣接する前記電解セル構造体の間に配されるイオン交換膜と、
前記電解セル構造体と前記イオン交換膜とを連結するように構成された連結手段と、
を備える、電解槽。
［７］
前記連結手段が、プレス器と、前記プレス器に連結された固定ヘッドと、を備え、
前記固定ヘッドが、前記プレス器の駆動により、前記電解セル構造体における前記固定ヘッドとの接触面の全面を押圧するように構成されている、［６］に記載の電解槽。
［８］
前記連結手段に最も近い前記電解セル構造体と前記連結手段との間にダミーセルを更に備え、
前記連結手段が、プレス器と、前記プレス器に連結された固定ヘッドと、を備え、
前記固定ヘッドが、前記プレス器の駆動により、前記ダミーセルを押圧するように構成されており、
前記ダミーセルが、前記固定ヘッドからの押圧下で、前記電解セル構造体における前記ダミーセルとの接触面の全面を押圧するように構成されている、［６］に記載の電解槽。
［９］
前記ダミーセルが剛性材である、［８］に記載の電解槽。
［１０］
前記連結手段に嵌合するように構成されたアタッチメントを更に備え、
前記連結手段が、プレス器と、前記プレス器に連結された固定ヘッドと、を備え、
前記固定ヘッドが、前記プレス器の駆動により、前記アタッチメントを押圧可能に構成されており、
前記アタッチメントが、前記固定ヘッドからの押圧下で、前記電解セル構造体における前記アタッチメントとの接触面の全面を押圧するように構成されている、［６］に記載の電解槽。
［１１］
前記アタッチメントが、剛性材である、［１０］に記載の電解槽。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、電力原単位及び水酸化ナトリウム生産量を向上させることができる、電解セル構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】電解セル構造体の構成例を示す模式的断面図である。
【図2】２つの電解セル構造体を直列に接続する際の構成例を示す模式的断面図である。
【図3】電解槽の一例を示す模式図である。
【図4】電解槽を組み立てる工程の一例を示す模式的斜視図である。
【図8】バッフル板が陽極に対して傾斜して配置されている例を示す図である。
【図9】図９（Ａ）は、電解セル構造体における通電面中央部分の位置を例示する図である。図９（Ｂ）は、電解槽において、プレス器が電解セル構造体を押圧して連結する際の押圧位置と通電面中央部分との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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、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。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、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面中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。ただし、当該図面は本実施形態の一例を示すものに過ぎず、本実施形態はこれらに限定して解釈されるものではない。
なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、図面中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。ただし、当該図面は本実施形態の一例を示すものに過ぎず、本実施形態はこれらに限定して解釈されるものではない。
【0013】
本実施形態の電解セル構造体は、底面と当該底面の上方に位置する開放部とを有する枠体Ｆ１と、前記開放部側に配され、かつ、短辺Ｌ１（ｍ）×長辺Ｌ２（ｍ）の略矩形の形状を有する電極Ｅ１と、前記底面上に設けられ、かつ、前記電極Ｅ１を支持するリブＲ１と、前記リブに固定され、かつ、短辺Ｌ３（ｍ）×長辺Ｌ４（ｍ）の略矩形の形状を有するバッフル板Ｂ１と、を備え、前記短辺Ｌ１が、１．３ｍ以上１．６ｍ以下であり、前記長辺Ｌ４と前記短辺Ｌ１との比が、Ｌ４／Ｌ１として、０．３５以上０．９７以下である。本実施形態の電解セル構造体は、このように構成されているため、電力原単位及び水酸化ナトリウム生産量を向上させることができる。
【0014】
〔電解セル〕
本実施形態において、「電解セル構造体」は、電解セルの構造の一部又は全体を指す語として用いる。すなわち、本実施形態の電解セル構造体は、電解セルの陽極室側の構造を指すものであってよく、陽極室側及び陰極室側の双方の構造を指すものであってもよい。
以下では、本実施形態の電解セル構造体を電解槽に適用する場合を例に、図面を用いて説明する。
図１は、電解セル構造体５０の構成を例示する模式的断面図である。図１の例において、電解セル構造体５０は、陽極室６０と、陰極室７０と、陽極室６０及び陰極室７０の間に設置された隔壁８０と、陽極室６０に設置された陽極１１と、陰極室７０に設置された陰極２１と、を備える。図１に示すように、必要に応じ、陰極室内に設置された逆電流吸収体１８を備えてもよい。陰極室７０は、集電体２３と、当該集電体を支持する支持体２４と、金属弾性体２２とを更に有する。金属弾性体２２は、集電体２３及び陰極２１の間に設置されている。支持体２４は、集電体２３及び隔壁８０の間に設置されている。集電体２３は、金属弾性体２２を介して、陰極２１と電気的に接続されている。隔壁８０は、支持体２４を介して、集電体２３と電気的に接続されている。したがって、隔壁８０、支持体２４、集電体２３、金属弾性体２２及び陰極２１は電気的に接続されている。陰極２１の表面全体は還元反応のための触媒層で被覆されていることが好ましい。また、電気的接続の形態は、隔壁８０と支持体２４、支持体２４と集電体２３、集電体２３と金属弾性体２２がそれぞれ直接取り付けられ、金属弾性体２２上に陰極２１が積層される形態であってもよい。これらの各構成部材を互いに直接取り付ける方法として、溶接等が挙げられる。
本実施形態において、「電解セル構造体」は、電解セルの構造の一部又は全体を指す語として用いる。すなわち、本実施形態の電解セル構造体は、電解セルの陽極室側の構造を指すものであってよく、陽極室側及び陰極室側の双方の構造を指すものであってもよい。
以下では、本実施形態の電解セル構造体を電解槽に適用する場合を例に、図面を用いて説明する。
図１は、電解セル構造体５０の構成を例示する模式的断面図である。図１の例において、電解セル構造体５０は、陽極室６０と、陰極室７０と、陽極室６０及び陰極室７０の間に設置された隔壁８０と、陽極室６０に設置された陽極１１と、陰極室７０に設置された陰極２１と、を備える。図１に示すように、必要に応じ、陰極室内に設置された逆電流吸収体１８を備えてもよい。陰極室７０は、集電体２３と、当該集電体を支持する支持体２４と、金属弾性体２２とを更に有する。金属弾性体２２は、集電体２３及び陰極２１の間に設置されている。支持体２４は、集電体２３及び隔壁８０の間に設置されている。集電体２３は、金属弾性体２２を介して、陰極２１と電気的に接続されている。隔壁８０は、支持体２４を介して、集電体２３と電気的に接続されている。したがって、隔壁８０、支持体２４、集電体２３、金属弾性体２２及び陰極２１は電気的に接続されている。陰極２１の表面全体は還元反応のための触媒層で被覆されていることが好ましい。また、電気的接続の形態は、隔壁８０と支持体２４、支持体２４と集電体２３、集電体２３と金属弾性体２２がそれぞれ直接取り付けられ、金属弾性体２２上に陰極２１が積層される形態であってもよい。これらの各構成部材を互いに直接取り付ける方法として、溶接等が挙げられる。
【0015】
【0016】
図２に示すように、電解セル構造体５０、陽イオン交換膜５１、電解セル構造体５０がこの順序で直列に並べられている。電解槽内において隣接する２つの電解セルのうち一方の電解セル構造体５０の陽極室と他方の電解セル構造体５０の陰極室との間に陽イオン交換膜５１が配置されている。つまり、電解セル構造体５０の陽極室６０と、これに隣接する電解セル構造体５０の陰極室７０とは、陽イオン交換膜５１で隔てられる。図３に示すように、電解槽４は、陽イオン交換膜５１を介して直列に接続された複数の電解セル構造体５０から構成される。つまり、電解槽４は、直列に配置された複数の電解セル構造体５０と、隣接する電解セル構造体５０の間に配置された陽イオン交換膜５１と、を備える複極式電解槽である。図４に示すように、電解槽４は、陽イオン交換膜５１を介して複数の電解セル構造体５０を直列に配置して、プレス器５により連結されることにより組み立てられる。
【0017】
電解槽４は、電源に接続される陽極端子７と陰極端子６とを有する。電解槽４内で直列に連結された複数の電解セル構造体５０のうち最も端に位置する電解セル構造体５０の陽極１１は、陽極端子７に電気的に接続される。電解槽４内で直列に連結された複数の電解セル２のうち陽極端子７の反対側の端に位置する電解セルの陰極２１は、陰極端子６に電気的に接続される。電解時の電流は、陽極端子７側から、各電解セル構造体５０の陽極及び陰極を経由して、陰極端子６へ向かって流れる。なお、連結した電解セル構造体５０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）を配置してもよい。この場合、その一端に配置された陽極ターミナルセルに陽極端子７が接続され、他の端に配置された陰極ターミナルセルに陰極端子６が接続される。
【0018】
塩水の電解を行なう場合、各陽極室６０には塩水が供給され、陰極室７０には純水又は低濃度の水酸化ナトリウム水溶液が供給される。各液体は、電解液供給管（図中省略）から、電解液供給ホース（図中省略）を経由して、各電解セル構造体５０に供給される。また、電解液及び電解による生成物は、電解液回収管（図中省略）より、回収される。電解において、塩水中のナトリウムイオンは、一方の電解セル構造体５０の陽極室６０から、陽イオン交換膜５１を通過して、隣の電解セル構造体５０の陰極室７０へ移動する。よって、電解中の電流は、電解セル構造体５０が直列に連結された方向に沿って、流れることになる。つまり、電流は、陽イオン交換膜５１を介して陽極室６０から陰極室７０に向かって流れる。塩水の電解に伴い、陽極１１側で塩素ガスが生成し、陰極２１側で水酸化ナトリウム（溶質）と水素ガスが生成する。
【0019】
（陽極室）
本実施形態の電解セル構造体が備える電極Ｅ１が、陽極室６０側の部材である態様、すなわち、陽極１１に対応する場合を例に、説明する。図５は、図１の電解セル構造体５０を方向α（すなわち、陽極１１側）から正面視した図である。図５に示すように、陽極１１（前述の「電極Ｅ１」に対応する。）は、枠体１０１（前述の「枠体Ｆ１」に対応する。）に囲われるように配されており、短辺Ｌ１（ｍ）×長辺Ｌ２（ｍ）の略矩形の形状を有する。陽極室６０は、枠体１０１と陽極１１で区画されている。図５において、陽極１１の紙面裏側（隔壁８０側）には、短辺Ｌ３（ｍ）×長辺Ｌ４（ｍ）の略矩形の形状を有するバッフル板１０３（前述の「バッフル板Ｂ１」に対応する。）が配されている。また、陽極１１、バッフル板１０３及び枠体１０１の上方には、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１０４が配されている。なお、特に断りがない限り、上方とは、図１の電解セル構造体５０における上方向を意味し、下方とは、図１及び図５の電解セル構造体５０における下方向を意味する。以下、図６～８も参照しつつ図５に示す構成について更に説明する。
本実施形態の電解セル構造体が備える電極Ｅ１が、陽極室６０側の部材である態様、すなわち、陽極１１に対応する場合を例に、説明する。図５は、図１の電解セル構造体５０を方向α（すなわち、陽極１１側）から正面視した図である。図５に示すように、陽極１１（前述の「電極Ｅ１」に対応する。）は、枠体１０１（前述の「枠体Ｆ１」に対応する。）に囲われるように配されており、短辺Ｌ１（ｍ）×長辺Ｌ２（ｍ）の略矩形の形状を有する。陽極室６０は、枠体１０１と陽極１１で区画されている。図５において、陽極１１の紙面裏側（隔壁８０側）には、短辺Ｌ３（ｍ）×長辺Ｌ４（ｍ）の略矩形の形状を有するバッフル板１０３（前述の「バッフル板Ｂ１」に対応する。）が配されている。また、陽極１１、バッフル板１０３及び枠体１０１の上方には、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１０４が配されている。なお、特に断りがない限り、上方とは、図１の電解セル構造体５０における上方向を意味し、下方とは、図１及び図５の電解セル構造体５０における下方向を意味する。以下、図６～８も参照しつつ図５に示す構成について更に説明する。
【0020】
図６（Ａ）は、図５に示す電解セル構造体５０のｘ－ｘ’断面を方向βから観察した図である。図６（Ａ）に示すように、枠体１０１は、底面１０１ａと底面１０１ａの上方（図６（Ａ）の上方）に位置する開放部１０１ｂとを有する。図６（Ａ）に示すように、枠体１０１は、底面１０１ａから立設される側壁部が開放部１０１ｂを規定するように構成されていてよい。枠体１０１の開放部１０１ｂ側には陽極１１が配されている。陽極１１の長辺Ｌ２に基づいて、開放部１０１ｂの大きさを設定することができる。また、枠体１０１の底面１０１ａ上にはリブ１０２（前述の「リブＲ１」に対応する。）が設けられている。リブ１０２は、陽極１１を支持する。バッフル板１０３は、リブ１０２で固定されている。図６（Ａ）の例においては、バッフル板１０３は、２つのリブ１０２の間に溶接等の方法により固定されている。短辺Ｌ３に基づいてこの２つのリブ１０２の間の距離を設定することができる。リブ１０２は、導電性の部材であってよく、金属平板であってよく、空孔を有する金属平板であってもよい。枠体１０１には、前述の側壁部から延設されるようにしてシール面１０１ｃが形成されている。２つの電解セル構造体５０同士を密着させて電解液流通時の気密性を確保する際、シール面１０１ｃは、押圧を受ける。本実施形態において、気密性を確保する際、陽極１１も押圧を受けるように配置されてよい。
【0021】
本実施形態において、陽極１１の短辺Ｌ１は、１．３ｍ以上１．６ｍ以下とされている。Ｌ１が１．３ｍ以上であることにより、電力原単位及び水酸化ナトリウム生産量を向上させることができる。また、Ｌ１が１．６ｍ以下であることにより、電解セルとしての取り扱い性を確保することができる。上記観点から、短辺Ｌ１は、１．３５ｍ以上１．５５ｍ以下が好ましく、１．４ｍ以上１．５ｍ以下がより好ましい。
【0022】
陽極１１としては、いわゆるＤＳＡ（登録商標）等の金属電極を用いることができる。ＤＳＡとは、ルテニウム、イリジウム、チタンを成分とする酸化物によって表面を被覆されたチタン基材の電極である。形状としては、短辺Ｌ１（ｍ）×長辺Ｌ２（ｍ）の略矩形の形状を有する限り特に限定されず、パンチングメタル、不織布、発泡金属、エキスパンドメタル、エレクトロフォーミングにより形成した金属多孔箔、金属線を編んで作製したいわゆるウーブンメッシュ等いずれのものも使用できる。
【0023】
陽極１１の長辺Ｌ２は、特に限定されず、２．０ｍ以上２．８ｍ以下であってよく、２．１ｍ以上２．６ｍ以下であってもよく、２．２ｍ以上２．５ｍ以下であってもよい。
【0024】
陽極室６０には、図示しない陽極側電解液供給部より、電解液が供給される。陽極側電解液供給部は、陽極室６０の下方（図１の下方）に配置されることが好ましい。陽極側電解液供給部としては、例えば、表面に開口部が形成されたパイプ（分散パイプ）等を用いることができる。かかるパイプは、陽極１１の表面に沿って、電解セルの下部１９に対して平行に配置されていることがより好ましい。このパイプは、電解セル構造体５０内に電解液を供給する電解液供給管（液供給ノズル）に接続される。液供給ノズルから供給された電解液はパイプによって電解セル構造体５０内まで搬送され、パイプの表面に設けられた開口部から陽極室６０の内部に供給される。パイプを、陽極１１の表面に沿って、電解セルの下部１９に平行に配置することで、陽極室６０の内部に均一に電解液を供給することができるため好ましい。
【0025】
バッフル板１０３は、短辺Ｌ３（ｍ）×長辺Ｌ４（ｍ）の略矩形の形状を有する限り特に限定されず、陽極室６０の電解液の流れを制御する仕切り板として機能する。バッフル板１０３は、導電性の部材であってよく、金属平板であってよい。バッフル板１０３を設けることで、陽極室６０において電解液（塩水等）を内部循環させ、その濃度を均一にすることができる。内部循環を起こすために、バッフル板１０３は、陽極１１近傍の空間と隔壁８０近傍の空間とを隔てるように配置することが好ましい。上記観点から、バッフル板１０３は、陽極１１及び隔壁８０の各表面に対向するように設けられていることが好ましい。バッフル板１０３により仕切られた陽極１１近傍の空間では、電解が進行することにより電解液濃度（塩水濃度）が下がり、また、塩素ガス等の生成ガスが発生する。これにより、バッフル板１０３により仕切られた陽極１１近傍の空間と、隔壁８０近傍の空間とで気液の比重差が生まれる。これを利用して、陽極室６０における電解液の内部循環を促進させ、陽極室６０の電解液の濃度分布をより均一にすることができる。このようなバッフル板１０３の機能を説明するべく、図５に示す電解セル構造体５０のｙ－ｙ’断面を方向γから観察した様子を図７に示す。なお、ｙ－ｙ’は、図５における２つのリブ１０２の間を通るように引いた線であり、ｙ－ｙ’断面は、２つのリブ１０２の間に位置するバッフル板１０３の断面図に対応する。すなわち、図７に示すバッフル板１０３は、図７において図示しない２つのリブ１０２の間に固定されている。図７に示すように、電解液は、電解セルの下部１９から上方に向けて供給されるが、バッフル板１０３があることにより、電解液はバッフル板１０３の陽極１１側を上方（方向Ｆ１）に流れ、次いで、陽極室６０内の上部（バッフル板１０３の上方）で流れが反転し（方向Ｆ２）、その後、電解液はバッフル板１０３の枠体１０１側を下方（方向Ｆ３）に流れることとなる。このように、バッフル板１０３により、陽極室６０内における電解液の循環性が向上する傾向にある。本実施形態において、陽極１１のＬ１が１．３ｍ以上であることにより、電力原単位及び水酸化ナトリウム生産量を向上させることができる一方、Ｌ１が大きくなるほど、電解液の循環性が低下する傾向にある。そこで、本実施形態においては、バッフル板１０３の長辺Ｌ４と陽極１１の短辺Ｌ１との比（Ｌ４／Ｌ１）を０．３５以上０．９７以下とする。Ｌ４／Ｌ１がこの範囲にあることにより、電解液の循環性が向上する。このように、本実施形態においては、陽極１１の短辺Ｌ１を１．３ｍ以上１．６ｍ以下とし、かつ、バッフル板１０３の長辺Ｌ４と陽極１１の短辺Ｌ１との比（Ｌ４／Ｌ１）を０．３５以上０．９７以下とすることにより、電解液の循環性を確保しつつ電力原単位及び水酸化ナトリウム生産量を向上させることができる。上記観点から、Ｌ４／Ｌ１は、０．４０以上０．９以下であることが好ましく、０．５０以上０．８８以下であることがより好ましい。
【0026】
バッフル板１０３の長辺Ｌ４は、特に限定されず、０．５ｍ以上１．３５ｍ以下であってよく、０．８ｍ以上１．３ｍ以下であってもよく、０．９ｍ以上１．２５ｍ以下であってもよい。また、バッフル板１０３の短辺Ｌ３も、特に限定されず、０．０５ｍ以上０．１５ｍ以下であってよく、０．０７ｍ以上０．１２ｍ以下であってもよく、０．０９ｍ以上０．１１ｍ以下であってもよい。
【0027】
図７において、バッフル板１０３は、陽極１１及び枠体１０１（隔壁８０）に対して平行に配置されている例を示したが、これに限定されない。すなわち、バッフル板１０３は、陽極１１及び枠体１０１（隔壁８０）に対して傾斜して配置されていてもよい。図８は、バッフル板１０３が陽極１１に対して角度θだけ傾斜して配置されている例を示す図である。図８に示すバッフル板１０３は、２つのリブ（不図示）の間に固定されている。本実施形態においては、電解液の循環性の観点から、陽極１１とバッフル板１０３とがなす角（すなわち、角度θ）が、０．５°以上２．４°以下であることが好ましく、より好ましくは０．６°以上２．０°以下であり、更に好ましくは０．７°以上１．５°以下である。
【0028】
図５に示すように、本実施形態における電解セル構造体５０には、気体と液体を分離するための陽極側気液分離部１０４が設けられていることが好ましい。陽極側気液分離部１０４は、例えば、電解液導入口、気体導出口及び電解液導出口（いずれも不図示）を備えてよい。電解時、電解セル構造体５０で発生した塩素ガス等の生成ガスと電解液が混相（気液混相）となり系外に排出されると、電解セル構造体５０内部の圧力変動によって振動が発生する傾向にある。陽極側気液分離部１０４が設けられている場合、かかる振動に起因するイオン交換膜の物理的な破損を抑制できる傾向にある。上記観点から、陽極側気液分離部には、気泡を消去するための消泡板が設置されることが好ましい。気液混相流が消泡板を通過するときに気泡がはじけることにより、電解液とガスに分離することができる。その結果、電解時の振動を防止することができる。陽極側気液分離部１０４は、図５に示すように、略直方体の形状を有していてよい。電解セル構造体における通電面を平面視したとき、すなわち、図５のように、陽極１１側から電解セル構造体５０を観察したとき、陽極側気液分離部１０４の形状は、短辺Ｌ５（ｍ）×長辺Ｌ６（ｍ）の略矩形の形状を有することが好ましい。このとき、短辺Ｌ５と短辺Ｌ１との比（Ｌ５／Ｌ１）は、０．０３以上０．０８以下であることが好ましい。
【0029】
枠体１０１は、図６等に示すように、断面視コの字状に形成されていてよく、ニッケル又はチタンからなる板を所望とする形状に形成したものであってよい。陽極室側の枠体１０１としては、チタンからなる板を断面視コの字状に形成したものであってよい。陽極室６０の極室容積Ｖ１は、枠体１０１におけるシール面１０１ｃにより規定される仮想面１０１ｄと、枠体１０１とによって区画される領域の体積として求めることができる（図６（Ｂ）参照）。なお、図６の例において、仮想面１０１ｄに陽極１１（通電面）が配されることとなる。ここで、陽極室６０の極室容積Ｖ１と陽極側気液分離部１０４の容積Ｖ２との比（Ｖ１／Ｖ２）は、１５以上２０以下であることが好ましく、１５．５以上１９．５以下であることがより好ましく、１６以上１８．５以下であることが更に好ましい。
【0030】
なお、図１等には示していないが、陽極室６０の内部に集電体を別途設けてもよい。かかる集電体としては、後述する陰極室の集電体と同様の材料や構成とすることもできる。また、陽極室６０においては、陽極１１自体を集電体として機能させることもできる。
【0031】
（陰極室）
陰極室７０において、支持体２４と、集電体２３と、金属弾性体２２と、陰極２１とが、この順に配されていてよい。また、これらの部材は、電気的に接続されていてよい。陰極室７０も、陽極室６０と同様に、陰極側電解液供給部、陰極側気液分離部を有していてよい。例えば、本実施形態の電解セル構造体が備える電極Ｅ２が、陰極室７０側の部材である態様、すなわち、陰極２１に対応する場合も、陰極室７０の極室容積Ｖ１’と陰極側気液分離部の容積Ｖ２’との比（Ｖ１’／Ｖ２’）は、１５以上２０以下であることが好ましく、１５．５以上１９．５以下であることがより好ましく、１６以上１８．５以下であることが更に好ましい。その他、陰極室７０を構成する各部位のうち、陽極室６０を構成する各部位と同様のものについては説明を省略する。
陰極室７０において、支持体２４と、集電体２３と、金属弾性体２２と、陰極２１とが、この順に配されていてよい。また、これらの部材は、電気的に接続されていてよい。陰極室７０も、陽極室６０と同様に、陰極側電解液供給部、陰極側気液分離部を有していてよい。例えば、本実施形態の電解セル構造体が備える電極Ｅ２が、陰極室７０側の部材である態様、すなわち、陰極２１に対応する場合も、陰極室７０の極室容積Ｖ１’と陰極側気液分離部の容積Ｖ２’との比（Ｖ１’／Ｖ２’）は、１５以上２０以下であることが好ましく、１５．５以上１９．５以下であることがより好ましく、１６以上１８．５以下であることが更に好ましい。その他、陰極室７０を構成する各部位のうち、陽極室６０を構成する各部位と同様のものについては説明を省略する。
【0032】
陰極２１は、ニッケル基材とニッケル基材を被覆する触媒層とを有することが好ましい。ニッケル基材上の触媒層の成分としては、Ｒｕ、Ｃ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等の金属及び当該金属の酸化物又は水酸化物が挙げられる。触媒層の形成方法としては、メッキ、合金めっき、分散・複合めっき、ＣＶＤ、ＰＶＤ、熱分解及び溶射が挙げられる。これらの方法を組み合わせてもよい。触媒層は必要に応じて複数の層、複数の元素を有してもよい。また、必要に応じて陰極２１に還元処理を施してもよい。なお、陰極２１の基材としては、ニッケル、ニッケル合金、鉄あるいはステンレスにニッケルをメッキしたものを用いてもよい。陰極２１の形状としては、パンチングメタル、不織布、発泡金属、エキスパンドメタル、エレクトロフォーミングにより形成した金属多孔箔、金属線を編んで作製したいわゆるウーブンメッシュ等いずれのものも使用できる。
【0033】
集電体２３は、集電効果を高める機能を有する。集電体２３は多孔板であってよく、陰極２１の表面と略平行に配置されていてよい。集電体２３としては、例えば、ニッケル、鉄、銅、銀、チタンなどの電気伝導性のある金属からなることが好ましい。集電体２３は、これらの金属の混合物、合金又は複合酸化物でもよい。なお、集電体２３の形状は、集電体として機能する形状であればどのような形状でもよく、板状、網状であってもよい。
【0034】
集電体２３と陰極２１との間に金属弾性体２２が設置されることにより、直列に接続された複数の電解セル構造体５０の各陰極２１が陽イオン交換膜５１に押し付けられ、各陽極１１と各陰極２１との間の距離が短くなり、直列に接続された複数の電解セル構造体５０全体に掛かる電圧を下げることができる。電圧が下がることにより、消費電量を下げることができる。また、金属弾性体２２が設置されることにより、本実施形態における電解用電極を含む積層体を電解セルに設置した際に、金属弾性体２２による押し付け圧により、該電解用電極を安定して定位置に維持することができる。金属弾性体２２としては、渦巻きばね、コイル等のばね部材、クッション性のマットレス（導電性マットレス）等を用いることができる。金属弾性体２２としては、イオン交換膜を押し付ける応力等を考慮して適宜好適なものを採用できる。金属弾性体２２を陰極室７０側の集電体２３の表面上に設けてもよいし、陽極室６０側の隔壁の表面上に設けてもよい。通常、陰極室７０が陽極室６０よりも小さくなるよう両室が区画されているので、枠体の強度等の観点から、金属弾性体２２を陰極室７０の集電体２３と陰極２１の間に設けることが好ましい。また、金属弾性体２３は、ニッケル、鉄、銅、銀、チタンなどの電気伝導性を有する金属からなることが好ましい。本実施形態の電解セル構造体においては、陰極室側の部材として、陰極２１の通電面をイオン交換膜側に向けて押圧する導電性マットレスを備えることが好ましい。
【0035】
陰極室７０は、集電体２３と隔壁８０とを電気的に接続する支持体２４を備えることが好ましい。これにより、効率よく電流を流すことができる。支持体２４は、ニッケル、鉄、銅、銀、チタンなど電気伝導性を有する金属からなることが好ましい。また、支持体２４の形状としては、集電体２３を支えることができる形状であればどのような形状でもよく、棒状、板状又は網状であってよい。支持体２４は、例えば、板状である。複数の支持体２４は、隔壁８０と集電体２３との間に配置される。複数の支持体２４は、それぞれの面が互いに平行になるように並んでいる。支持体２４は、隔壁８０及び集電体２３に対して略垂直に配置されている。
【0036】
本実施形態の電解セル構造体において、イオン交換膜と電解セルとの間をシールするために、ガスケットを配置してよい。ガスケットの具体例としては、中央に開口部が形成された額縁状のゴム製シート等が挙げられる。ガスケットには、腐食性の電解液や生成するガス等に対して耐性を有し、長期間使用できることが求められる。そこで、耐薬品性や硬度の点から、通常、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭゴム）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭゴム）の加硫品や過酸化物架橋品等がガスケットとして用いられる。また、必要に応じて液体に接する領域（接液部）をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）などのフッ素系樹脂で被覆したガスケットを用いることもできる。これらガスケットは、電解液の流れを妨げないように、それぞれ開口部を有していればよく、その形状は特に限定されない。例えば、陽極室６０を構成する陽極室枠又は陰極室７０を構成する陰極室枠の各開口部の周縁に沿って、額縁状のガスケットが接着剤等で貼り付けられる。そして、例えば陽イオン交換膜５１を介して２体の電解セル構造体５０を接続する場合（図２参照）、陽イオン交換膜５１を介してガスケットを貼り付けた各電解セル構造体５０を締め付ければよい。これにより、電解液、電解により生成するアルカリ金属水酸化物、塩素ガス、水素ガス等が電解セル構造体５０の外部に漏れることを抑制することができる。陽極側ガスケット１２は、陽極室６０を構成する枠体表面に配置されることが好ましい。陰極側ガスケット１３は、陰極室７０を構成する枠体表面に配置されていることが好ましい。１つの電解セルが備える陽極側ガスケット１２と、これに隣接する電解セルの陰極側ガスケット１３とが、陽イオン交換膜５１を挟持するように、電解セル同士が接続される（図２参照）。これらのガスケットにより、陽イオン交換膜５１を介して複数の電解セル構造体５０を直列に接続する際に、接続箇所に気密性を付与することができる。
【0037】
〔電解槽〕
本実施形態の電解槽は、電解セル構造体を備える。本実施形態の電解槽の具体例としては、複数の電解セル構造体と、隣接する電解セル構造体の間に配されるイオン交換膜と、電解セル構造体とイオン交換膜とを連結するように構成された連結手段と、を備える電解槽が挙げられる。
本実施形態の電解槽は、電解セル構造体を備える。本実施形態の電解槽の具体例としては、複数の電解セル構造体と、隣接する電解セル構造体の間に配されるイオン交換膜と、電解セル構造体とイオン交換膜とを連結するように構成された連結手段と、を備える電解槽が挙げられる。
【0038】
本実施形態におけるイオン交換膜は、特に限定されず、例えば、国際公開第２０１８／１７４１９９号に記載のイオン交換膜等の公知のものを採用してよい。
【0039】
本実施形態における連結手段は、特に限定されず、一例として、図３～４に例示するようなプレス器５を採用し得る。プレス器５を連結手段とする例において、電解槽の運転時、隣接する２つの電解セル構造体５０の陽極側気液分離部１０４同士が対向する部分よりも、枠体１０１同士が対向する部分を十分に押圧することが好ましい。枠体１０１同士が対向する部分を十分に押圧することで、電解液の流路となる部分の気密性を確保され、電解槽運転時における電解液のリークを防止し得る。
【0040】
図９（Ａ）の例においては、陽極側気液分離部１０４も含めた電解セル構造体５０全体の中央部ではなく、陽極１１の中央部分ＳＣ（陽極１１の面内における中央部分；通電面中央部分）を中心に押圧することが好ましい。この場合、陽極１１及びシール面１０１ｃを均一に押圧しやすくなる。
【0041】
図９（Ｂ）は、電解槽においてプレス器５が複数（図９（Ｂ）の例において５つ）の電解セル構造体５０ｐを押圧して連結する際の押圧位置と中央部分ＳＣ（通電面中央部分）との関係を説明するための図である。隣接する２つの電解セル構造体の間にはイオン交換膜が配置されるが、図９（Ｂ）において、当該イオン交換膜は省略されている。図９（Ｂ）の例において、プレス器５は、シリンダーＳＤとルーズヘッドＬＨとを備える。シリンダーＳＤの先端には、球面座ＳＰが形成されており、球面座ＳＰは、矢印ＰＶ方向、紙面手前方向、紙面奥方向等に傾けられるように構成されてよい。図９（Ｂ）のように、シリンダーＳＤが、球面座ＳＰでルーズヘッドＬＨと嵌合していることにより、ルーズヘッドＬＨの向き（押圧方向）を適宜調整し得るため、押圧方向が制御しやすくなる。ここで、図９（Ｂ）のように、球面座ＳＰが、中央部分ＳＣ（通電面中央部分）に重なるように配置されることが好ましい。このように配置される場合、陽極側気液分離部１０４が並ぶ部分Ｒ１に対し、複数の電解セル構造体５０ｐが並ぶ部分Ｒ２を選択的に押圧しやすくなる。
【0042】
以下、本実施形態の電解セル構造体を、既存の電解槽（例えば、短辺Ｌ１が１．３ｍ未満である電極を含む電解セルを格納する前提で設計された電解槽）に適用する際に採用し得る態様について説明する。
【0043】
図１０（Ａ）は、短辺１．３ｍ未満×長辺Ｌ２（ｍ）の略矩形の形状を有する電極を含む電解セル構造体５０ａを格納する前提で設計された電解槽４ａを示す説明図である。電解槽４ａにおいて、複数の電解セル構造体５０ａがプレス器５により固定ヘッド８に向けて押圧されることにより、各電解セルが連結され、運転可能な状態となる。このような電解槽４ａに、本実施形態における電解セル構造体を備える電解セル構造体５０を適用する場合、すなわち、短辺１．３ｍ以上１．６ｍ以下×長辺Ｌ２（ｍ）の略矩形の形状を有する電極を含む電解セル構造体５０を適用する場合、プレス器５によって電解セル構造体５０の全面を十分に押圧することができず、電解性能に影響が及び得る。そこで、図１０（Ｂ）に示すように、プレス器５よりも大きく設計されたプレス器５ａ及び固定ヘッド８よりも大きく設計された固定ヘッド８ａを備える電解槽４を採用することができる。プレス器５ａ及び固定ヘッド８ａを短辺１．３ｍ以上１．６ｍ以下×長辺Ｌ２（ｍ）の略矩形の形状を有する電極のサイズに合わせて設計することにより、電解セル構造体５０の全面を十分に押圧した状態で各電解セルを連結することができる。
【0044】
また、図１０（Ｃ）に示すように、既存のプレス器５及び既存の固定ヘッド８の各々に隣接して、ダミーセル９ａを設置することもできる。ダミーセル９ａを短辺１．３ｍ以上１．６ｍ以下×長辺Ｌ２（ｍ）の略矩形の形状を有する電極のサイズに合わせて設計することにより、電解セル構造体５０の全面を十分に押圧した状態で各電解セルを連結することができる。ダミーセル９ａは、必ずしも電解セルとしての機能を有するものでなくてもよく、例えば、電解セル構造体５０と同様の形状、サイズ、重量及び強度を有するものを使用してよい。一例として、ダミーセル９ａは、電解性能を有しない。ダミーセル９ａが電解性能を有しないことは、後述する実施例に記載の電解運転において、実施例の電解セル構造体をダミーセル９ａに置き換えた際に電気分解反応が生じないことをもって確認することができる。その他、ダミーセル９ａが電解性能を有しないことは、電極に使用し得る触媒金属が使用されていないことや当該触媒金属が触媒として機能し得る位置に配置されていないことをもって判断することもできる。
【0045】
本実施形態において、均一な押圧の観点から、ダミーセル９ａは、剛性材であることが好ましい。ダミーセル９ａが剛性材であることは、後述する実施例に記載の電解運転において、既存のプレス器５及び既存の固定ヘッド８の各々に隣接して、ダミーセル９ａを設置した際に電解液のリークが生じないことや、押圧によるダミーセル９ａの変形が観測されないことをもって確認することができる。その他、ダミーセル９ａが剛性材であることは、ダミーセル９ａの材質（ヤング率）及び厚さを考慮して判断することもできる。例えば、ヤング率Ｙ１及び厚さＴ１のダミーセルとヤング率Ｙ２及び厚さＴ２のダミーセルとは、Ｙ１×Ｔ１の値とＹ２×Ｔ２の値とを求め、数値が大きい方が、より高い剛性を有するものと評価し得る。一実施形態において、ダミーセルの剛性は、電解セル構造体の剛性と同じであるか、電解セル構造体の剛性よりも大きい。
【0046】
ダミーセル９ａの材質は、特に限定されず、例えば、金属製であってよく、ＳＳ材（一般構造用圧延鋼材）を用いてもよい。
【0047】
ダミーセル９ａの厚さは、特に限定されず、例えば、２０ｍｍ以上であってよく、３０ｍｍ以上であってよく、６０ｍｍ以上であってよい。また、ダミーセル９ａの厚さは、例えば、１５０ｍｍ以下であってよく、１３０ｍｍ以下であってよい。
【0048】
ダミーセル９ａは、図１０（Ｄ）に示すように、格子状に構成されてよい。すなわち、ダミーセル９ａは、本体部ＤＢにおいて複数の格子ＬＰが形成されたものであってよい。格子ＬＰの大きさや数が増加するほどダミーセル９ａの重量が低減される傾向にあり、結果的にメンテナンス性が向上し得る。一方、格子ＬＰの大きさや数が減少するほどダミーセル９ａの剛性が高くなる傾向にあり、結果的により均一な押圧に寄与し得る。本実施形態において、ダミーセル９ａが格子状に構成されている場合、剛性を確保する観点から、６０ｍｍ以上であることが好ましく、電解セル構造体の設置数を確保し、電解性能を確保する観点から、１３０ｍｍ以下であることが好ましい。
【0049】
さらに、図１０（Ｅ）に示すように、既存のプレス器５及び既存の固定ヘッド８の各々に隣接して、アタッチメント９ｂを設置することもできる。アタッチメント９ｂを短辺１．３ｍ以上１．６ｍ以下×長辺Ｌ２（ｍ）の略矩形の形状を有する電極のサイズに合わせて設計することにより、電解セル構造体５０の全面を十分に押圧した状態で各電解セルを連結することができる。アタッチメント９ｂは、例えば、電解セル構造体５０と同様の形状、サイズ及び強度を有するものであって、既存のプレス器５／既存の固定ヘッド８に接触する面において、既存のプレス器５／既存の固定ヘッド８に嵌合するような形状を有するものを使用することができる。本実施形態において、均一な押圧の観点から、アタッチメント９ｂは、剛性材であることが好ましい。アタッチメント９ｂが剛性材であることの評価及び剛性の大小関係の評価は、ダミーセル９ａと同様に行うことができる。一実施形態において、アタッチメント９ｂの剛性は、電解セル構造体の剛性と同じであるか、電解セル構造体の剛性よりも大きい。
【0050】
図１０において、隣接する２つの電解セル構造体の間にはイオン交換膜が配置されるが、これらの図において、当該イオン交換膜は省略されている。
【0051】
図９～１０において、１つのプレス器５が電解セル構造体を連結する態様について例示したが、本実施形態においては、複数の押圧手段で電解セル構造体を連結してよい。例えば、ボルト状の押圧部材（図９～１０におけるプレス器５よりも押圧面の面積が小さいものであり、例えば、プレッシャーボルト等。）を電解槽の一端に複数配置し、これらの部材でプレス器５と同様に電解セル構造体を押圧してもよい。
【0052】
本実施形態における連結手段は、前述したものの他、タイロッドであってもよい。タイロッドは、例えば、当該タイロッドの一端がプレス器５に係止する等して固定され、当該タイロッドの他端が固定ヘッド８に係止する等して固定されてよい。かかる２か所の固定部間の距離を調整し、当該タイロッドの一端と当該タイロッドの他端とを互いに引き寄せるようにして、これらの間に配置される全ての電解セル構造体を連結するように構成されてよい。
【0053】
本実施形態における連結手段は、上記の他、例えば、電解セル構造体に形成された貫通孔を連結機構の一部としてもよい。図６（Ａ）等に示すように、電解セル構造体５０における枠体１０１は、陽極１１で覆われていないシール面１０１ｃを有してよく、シール面１０１ｃには、一又は複数の貫通孔を設けることもできる。このように構成された複数の電解セル構造体（各々同じ位置に貫通孔を有する電解セル構造体）を準備し、電解槽内に配置し、前述のようなタイロッドを用いてこれらを固定してよい。例えば、複数の電解セル構造体の貫通孔の全てにタイロッドを通過させ、タイロッドの両端が、それぞれ、両端の電解セル構造体の貫通孔で係止する等して固定されてよい。かかる２か所の固定部間の距離を調整し、当該タイロッドの一端と当該タイロッドの他端とを互いに引き寄せるようにして、これらの間に配置される全ての電解セル構造体を連結するように構成されてよい。
【実施例0054】
以下に、本実施形態を実施例に基づいて更に詳細に説明する。本実施形態はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【0055】
［実施例１］
ゼロギャップ式の電解セル構造体を次のようにして準備した。すなわち、断面構造が図１と同様であって、図１における陽極室６０が図６と同様に構成されている、ゼロギャップ式の電解セル構造体を準備した。すなわち、この電解セル構造体は、陽極室と、陰極室と、気液分離室とを有し、陽極室及び陰極室は、互いに背中合わせに配置した。また、バッフル板は陽極室内のみに設けることとした。具体的には、バッフル板として、長辺８６６ｍｍ×短辺９５ｍｍのチタン板を用い、図８に示すように、陽極に対して傾斜して（バッフル板と陽極とがなす角θが１．２７°となるように傾けて）設置した。
陽極室の下部（電解セル構造体の載置面）と平行となるように直径２５．４ｍｍの分散パイプを設置した。分散パイプには直径約１．５ｍｍの穴を等間隔に開けた。同様に、陰極室にも直径１２ｍｍの分散パイプを設置した。
陽極としては、１ｍｍ厚みのチタン板をエキスパンド加工し、ロールプレスにより１ｍｍに圧延したものに、酸化ルテニウム、酸化イリジウム、酸化チタンを主成分とするコーティングを施したものを用いた。この陽極をリブに取り付けた。
陰極としては、線径０．１５ｍｍ、４０メッシュのニッケル金網に酸化ルテニウムを主成分とするコーティングを施したものを用いた。
集電体としては、ニッケル板をエキスパンド加工し、溶射法によりニッケル／酸化ニッケルコーティングを施したものを用いた。集電体の上に、線径０．１５ｍｍのニッケル線を編んでなるマットレスを金属弾性体として設置した。さらにその上に、上記陰極を設置した。陰極は、イオン交換膜と接するように配置した。
上記の電解セル構造体を図３のように直列に並べて、隣接する電解セル構造体間に、陽イオン交換膜ＡＣＩＰＬＥＸ（登録商標）Ｆ７００１を、ガスケットを介して挟むようにして、電解槽を組み立てた。すなわち、一方の端部に電流リード板を取り付けた陽極ターミナルセル、もう一方の端部に電流リード板を取り付けた陰極ターミナルセルを配置し、電解セル構造体と陽イオン交換膜とをプレス機で押圧して連結し、電解槽を組み立てた。
なお、電極の短辺長さは１５００ｍｍ、長辺長さは２４００ｍｍであった。
上記の電解槽を用い、次の条件で電解運転を行った。この電解槽の陽極室側に、陽極液として出口塩水濃度が２０５ｇ／Ｌとなるように濃度３００ｇ／Ｌの塩水を供給し、陰極室側には出口苛性ソーダ濃度が３２重量％となるように希薄苛性ソーダを供給し、電解温度８５℃、電解時のゲージ圧力で４０ｋＰａ、電流密度６ｋＡ／ｍ2で電解を実施した。
電力原単位、水酸化ナトリウム生産量、及び陽極室の濃度分布（図１０に示すように、陽極室内の９点で食塩濃度を測定し、最大濃度と最小濃度の差を濃度分布の値とした。）の測定結果を表１に示す。
ゼロギャップ式の電解セル構造体を次のようにして準備した。すなわち、断面構造が図１と同様であって、図１における陽極室６０が図６と同様に構成されている、ゼロギャップ式の電解セル構造体を準備した。すなわち、この電解セル構造体は、陽極室と、陰極室と、気液分離室とを有し、陽極室及び陰極室は、互いに背中合わせに配置した。また、バッフル板は陽極室内のみに設けることとした。具体的には、バッフル板として、長辺８６６ｍｍ×短辺９５ｍｍのチタン板を用い、図８に示すように、陽極に対して傾斜して（バッフル板と陽極とがなす角θが１．２７°となるように傾けて）設置した。
陽極室の下部（電解セル構造体の載置面）と平行となるように直径２５．４ｍｍの分散パイプを設置した。分散パイプには直径約１．５ｍｍの穴を等間隔に開けた。同様に、陰極室にも直径１２ｍｍの分散パイプを設置した。
陽極としては、１ｍｍ厚みのチタン板をエキスパンド加工し、ロールプレスにより１ｍｍに圧延したものに、酸化ルテニウム、酸化イリジウム、酸化チタンを主成分とするコーティングを施したものを用いた。この陽極をリブに取り付けた。
陰極としては、線径０．１５ｍｍ、４０メッシュのニッケル金網に酸化ルテニウムを主成分とするコーティングを施したものを用いた。
集電体としては、ニッケル板をエキスパンド加工し、溶射法によりニッケル／酸化ニッケルコーティングを施したものを用いた。集電体の上に、線径０．１５ｍｍのニッケル線を編んでなるマットレスを金属弾性体として設置した。さらにその上に、上記陰極を設置した。陰極は、イオン交換膜と接するように配置した。
上記の電解セル構造体を図３のように直列に並べて、隣接する電解セル構造体間に、陽イオン交換膜ＡＣＩＰＬＥＸ（登録商標）Ｆ７００１を、ガスケットを介して挟むようにして、電解槽を組み立てた。すなわち、一方の端部に電流リード板を取り付けた陽極ターミナルセル、もう一方の端部に電流リード板を取り付けた陰極ターミナルセルを配置し、電解セル構造体と陽イオン交換膜とをプレス機で押圧して連結し、電解槽を組み立てた。
なお、電極の短辺長さは１５００ｍｍ、長辺長さは２４００ｍｍであった。
上記の電解槽を用い、次の条件で電解運転を行った。この電解槽の陽極室側に、陽極液として出口塩水濃度が２０５ｇ／Ｌとなるように濃度３００ｇ／Ｌの塩水を供給し、陰極室側には出口苛性ソーダ濃度が３２重量％となるように希薄苛性ソーダを供給し、電解温度８５℃、電解時のゲージ圧力で４０ｋＰａ、電流密度６ｋＡ／ｍ2で電解を実施した。
電力原単位、水酸化ナトリウム生産量、及び陽極室の濃度分布（図１０に示すように、陽極室内の９点で食塩濃度を測定し、最大濃度と最小濃度の差を濃度分布の値とした。）の測定結果を表１に示す。
【0056】
［実施例２～８及び比較例１～４］
実施例１におけるＬ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｖ１、Ｌ４／Ｌ１、Ｌ５／Ｌ１、Ｖ１／Ｖ２、及び／又は、θの値が表１に記載のとおりとなるように、陽極のサイズ、枠体のサイズ、バッフル板のサイズ及び／又はバッフル板の設置の際の角度を変更したことを除き、実施例１と同様にして電解槽を準備し、実施例１と同様にして電解運転を行った。
電力原単位、水酸化ナトリウム生産量、及び陽極室の濃度分布の測定結果を表１に示す。
実施例１におけるＬ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｖ１、Ｌ４／Ｌ１、Ｌ５／Ｌ１、Ｖ１／Ｖ２、及び／又は、θの値が表１に記載のとおりとなるように、陽極のサイズ、枠体のサイズ、バッフル板のサイズ及び／又はバッフル板の設置の際の角度を変更したことを除き、実施例１と同様にして電解槽を準備し、実施例１と同様にして電解運転を行った。
電力原単位、水酸化ナトリウム生産量、及び陽極室の濃度分布の測定結果を表１に示す。
【0057】
【表1】
【符号の説明】
【0058】
４…電解槽、５…プレス器、６…陰極端子、７…陽極端子、
８…固定ヘッド、９ａ…ダミーセル、９ｂ…アタッチメント、
１１…陽極、１２…陽極ガスケット、１３…陰極ガスケット、
１８…逆電流吸収体、１９…陽極室の下部、
２１…陰極、２２…金属弾性体、２３…集電体、２４…支持体、
５０…電解セル構造体、６０…陽極室、５１…イオン交換膜（隔膜）、７０…陰極室、
８０…隔壁、１０１…枠体、１０１ａ…底面、１０１ｂ…開放部、
１０１ｃ…シール面、１０１ｄ…仮想面、
１０２…リブ、１０３…バッフル板、１０４…気液分離部（陽極側気液分離部）
８…固定ヘッド、９ａ…ダミーセル、９ｂ…アタッチメント、
１１…陽極、１２…陽極ガスケット、１３…陰極ガスケット、
１８…逆電流吸収体、１９…陽極室の下部、
２１…陰極、２２…金属弾性体、２３…集電体、２４…支持体、
５０…電解セル構造体、６０…陽極室、５１…イオン交換膜（隔膜）、７０…陰極室、
８０…隔壁、１０１…枠体、１０１ａ…底面、１０１ｂ…開放部、
１０１ｃ…シール面、１０１ｄ…仮想面、
１０２…リブ、１０３…バッフル板、１０４…気液分離部（陽極側気液分離部）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
