JP6244599B2 - 有機電解合成装置及び有機電解合成方法 - Google Patents

有機電解合成装置及び有機電解合成方法 Download PDF

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Description

本発明は、有機電解合成装置及び有機電解合成方法に関する。
従来、有機合成反応では、ハロゲン化物と有機化合物を含有した溶液を電解し、有機合成の反応開始に用いることがある。このような有機合成反応は、有機化合物に官能基を導入する場合、単純な有機化合物から分子量の大きい有機化合物及び誘導体を製造する場合、有機ハロゲン化物及び誘導体を製造する場合、有機金属化合物及び誘導体を製造する場合などに用いられる。
また、上記の有機合成反応を行う反応槽として、従来、反応槽内に陰極と陽極とを備え、被反応物質を含む電解液を流通させ、有機物を電気化学的に酸化させて目的の有機化合物を製造する有機電気化学反応槽がある（例えば、特許文献１参照）。この有機電気化学反応槽は、多孔質板または網状構造板で形成された電極を備えている。これらの電極の両側に電解液の流通及び電解作用に適切な間隔で電極により仕切られた電解室が形成されており、電解液は、電解室を満たして液浸透性の反応電極の内部を直交方向に通電するように流通する。
特公平２−４４９１０号公報
しかし、上記特許文献１に開示された反応槽では、有機物を酸化させる際に、製造目的となる目的有機化合物以外に過酸化物等が製造される。この過酸化物等が製造されることにより、目的有機化合物の収率が低下することがあった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、目的有機化合物の収率の低下を抑制することができる有機電解合成装置及び有機電解合成方法を提供することを目的とする。
本発明の第一の態様によれば、向かい合って配置された第１電極及び第２電極をそれぞれ備える複数の電解セルと、複数の前記電解セルにおける前記第１電極及び前記第２電極の間に電圧を印加する電源装置と、ハロゲン化物イオンと有機化合物とを含む電解液を前記第１電極と前記第２電極との間に層流状態で流通させる流通装置と、を備え、前記複数の電解セルは、前記電解液の流通方向の上流側に配置された上流側電解セルと、前記電解液の流通方向下流側に配置された下流側電解セルとを有するとともに、前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ前記電解液の流通方向に沿って延びる板状をなし、前記上流側電解セルの前記第１電極と前記下流側電解セルの前記第２電極とが、前記電解液の流通方向に沿って並んで配置されており、前記上流側電解セルの前記第２電極と前記下流側電解セルの前記第１電極とが、前記電解液の流通方向に沿って並んで配置されており、前記電源装置は、前記上流側電解セル及び前記下流側電解セルのうち、前記上流側電解セルにおける第１電極と、前記上流側電解セルにおける前記第１電極の下流側に配置された前記下流側電解セルにおける第２電極の極性と、が逆となる電圧を印加する。
このような構成によれば、ハロゲン化物イオンと有機化合物とを含む電解液は、第１電極と第２電極との間を層流状態で流通する。このため、第１電極で酸化反応が生じて目的有機化合物が製造される。また、第１電極では、目的有機化合物以外の過酸化物などの副生物が発生する。電解液中において、目的有機化合物と副生物とが長時間滞留すると、目的有機化合物と副生物とが反応してしまい、目的有機化合物の収率の低下につながるおそれがある。
この点、上記の有機電解合成装置では、複数の電解セルのうちの上流側電解セルにおける電解液を酸化分解させる第１電極の電解液の流通方向下流側に、複数の電解セルのうちの下流側電解セルの第２電極が設けられている。また、ハロゲン化物イオンと有機化合物とを含む電解液は、第１電極と第２電極との間を層流状態となって流通する。このため、上流側電解セルの第１電極で発生した副生物は、層流状態の電解液の流通によって下流側電解セルの第２電極へと誘導される。第２電極へ誘導された副生物は、第２電極で還元されて消失する。このため、目的有機化合物と副生物との反応を抑制することができるので、目的有機化合物の収率の低下を抑制することができる。
上記の有機電解合成装置において、前記電解液の流通方向に交差する方向に沿って前記電解セルが複数設けられていてもよい。
このような構成によれば、電解液の流通方向以外の方向にも電解セルが配置されているので、大量の電解液を短時間で流通させることができる。また、外側の電極に挟まれて配置される内側の電極を整流板として機能させることができるので、安定した層流の維持に寄与することができる。
上記の有機電解合成装置において、前記電解液の流通方向に沿って並んで配置された前記上流側電解セルの前記第１電極と前記下流側電解セルの前記第２電極との間と、前記上流側電解セルの前記第２電極と前記下流側電解セルの前記第１電極との間と、のうちの少なくとも一方に絶縁体のスペーサが配置されていてもよい。
このような構成によれば、上流側電解セルの第１電極と下流側電解セルの第２電極との間にスペーサが配置されるので、電解液の流通方向に並設された上流側電解セルの電極と下流側第２電解セルの電極との間における隙間を塞ぐことができる。このため、隙間による乱流の発生を抑制できるので、安定した層流の維持に寄与することができる。また、スペーサは絶縁性であるので、上流側電解セルの電極と下流側電解セルの電極とを電気的に絶縁することができる。
なお、上流側電解セルの第２電極における電解液の流通方向下流側に下流側電解セルの第１電極が設けられている場合には、上流側電解セルの第２電極と下流側電解セルの第１電極との間にスペーサが配置されていてもよい。この場合も安定した層流の維持に寄与できるとともに、上流側電解セルの電極と下流側電解セルの電極との短絡を抑制することができる。
上記の有機電解合成装置において、前記電解液の流通方向一方側の部分が前記第１電極とされるとともに他方側の部分が前記第２電極とされた複数の二極電極を含み、これら二極電極を前記電解液の流通方向に間隔をあけて設けられている電極群が、互いに平行をなすように複数配置され、互いに平行に隣り合う前記電極群同士の前記二極電極が、前記第１電極と前記第２電極とを対向させて配置されていてもよい。
このような構成によれば、第１電極及び第２電極を有する二極電極を集約的に配置することで、装置自体のコンパクト化を図ることができる。
さらに、互いに平行に隣り合う電極群同士の第１電極及び第２電極が対向していることから、これら第１電極及び第２電極の間に通電することで、電極間を流通する電解液に対して効率的に電気分解を施すことが可能となる。また、二極電極は、整流板としても機能させることができる。
上記の有機電解合成装置において、前記第１電極及び前記第２電極は、板状をなし、鉛直方向に沿って設けられており、前記電解液の流通方向は、鉛直上向き方向であってもよい。
このような構成によれば、電解液が鉛直上向き方向に流通するので、第１電極と電解液と接触時間を長くすることができる。したがって、目的有機化合物の製造量を多くすることができる。
上記の有機電解合成装置において、前記第１電極及び前記第２電極は、板状をなし、鉛直方向に沿って設けられおり、前記電解液の流通方向は、鉛直方向に交差する方向であってもよい。
このような構成によれば、電解液を短時間で大量に流通させることができる。
上記の有機電解合成装置において、複数の前記電解セルが、ケーシングに収容されていてもよい。
このような構成によれば、ケーシングによって電解液の流通方向を規制できるので、安定した層流の維持に寄与することができる。また、電解液の流通方向に設けられた上流側電解セルの電極と下流側電解セルの電極との間における隙間の電解液の流通を抑制できる。したがって、隙間による乱流の発生を抑制できるので、安定した層流の維持に寄与することができる。
上記の有機電解合成装置において、前記ケーシングの上部に、前記ケーシング内の気体を排出する排気構造が形成されていてもよい。
このような構成によれば、ケーシング内の気体の排出を促進することができるので、第２電極の表面に対する気体の付着を抑制することができる。したがって、第２電極における副生物の還元不良を抑制することができる。
上記の有機電解合成装置において、前記ケーシングに接続され、前記ケーシングから電解液が排出される配管に、前記ケーシング内の気体を排出する排出機構が設けられていてもよい。
このような構成によれば、種々の方法によるケーシング内の気体の排出に広く対応することができる。
上記の有機電解合成装置において、前記電解液の速度を制御する速度制御装置をさらに備えていてもよい。
このような構成によれば、電解液の流通速度を制御できるので、安定した層流を維持することができる。
上記の有機電解合成装置において、前記電解液の温度を制御する温度制御装置をさらに備えていてもよい。
このような構成によれば、電解液の粘度を制御できるので、安定した層流を維持することができる。
本発明の第一の態様によれば、有機電解合成方法は、上記の有機電解合成装置における前記第１電極と前記第２電極との間に前記電解液を流通させて、目的有機化合物を製造する。
このような構成によれば、ハロゲン化物イオンと有機化合物とを含む電解液は、第１電極と第２電極との間を層流状態として流通する。このため、上流側電解セルの第１電極で発生した副生物は、層流状態の電解液によって下流側電解セルの第２電極へと誘導される。第２電極へ誘導された副生物は、第２電極で還元されて消失する。このため、目的有機化合物と副生物との反応を抑制することができるので、目的有機化合物の収率の低下を抑制することができる。
本発明の有機電解合成装置及び有機電解合成方法によれば、目的有機化合物の収率の低下を抑制することができる。
本発明の第１の実施形態における有機電解合成装置を模式的に示す図である。 （Ａ）は、陽極と陰極が電解液の流通方向に対して交差する方向に配置された電解セルにおける副生物の流れを示す図、（Ｂ）は、陽極と陰極が電解液の流通方向に沿って配置された電解セルにおける副生物の流れを示す図である。 第２の実施形態における有機電解合成装置の要部を模式的に示す図である。 第３の実施形態における有機電解合成装置の要部を模式的に示す図である。 第４の実施形態における有機電解合成装置の要部を模式的に示す図である。 第５の実施形態における有機電解合成装置の要部を模式的に示す図である。 第６の実施形態における有機電解合成システムの構成図である。 第１の変形例における有機電解合成システムの構成図である。 第２の変形例における有機電解合成システムの構成図である。 層流の形成条件を説明するための電解セルの斜視図である。
以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の有機電解合成装置の寸法関係とは異なる場合がある。また、各実施形態において、共通する部材については、共通する符号を付し、その説明を省略することがある。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における有機電解合成装置を模式的に示す図である。
図１に示すように、第１の実施形態の有機電解合成装置１は、電解槽２と、流入配管３Ａと、流出配管３Ｂと、ポンプ４と、熱交換器５と、電源装置７と、制御装置８と、を備えている。電解槽２は、電解セル１０と、ケーシング２５を備えており、ケーシング２５には、複数の電解セル１０として、上流側電解セルである下側電解セル１０Ｄ及び下流側電解セルである上側電解セル１０Ｕが設けられている。上側電解セル１０Ｕは、下側電解セル１０Ｄの上側に並設されている。また、下側電解セル１０Ｄ及び上側電解セル１０Ｕは、箱形のケーシング２５に収容されている。
下側電解セル１０Ｄは、第１電極である下側陽極１１Ｄ及び第２電極である下側陰極１２Ｄを備えている。上側電解セル１０Ｕは、第１電極である上側陽極１１Ｕ及び第２電極である上側陰極１２Ｕを備えている。下側陽極１１Ｄ、下側陰極１２Ｄ、上側陽極１１Ｕ、上側陰極１２Ｕは、いずれも板状を成しており、鉛直方向に沿って設けられて配置されている。下側陽極１１Ｄ、下側陰極１２Ｄ、上側陽極１１Ｕ、上側陰極１２Ｕは、いずれもケーシング２５の側壁に近接し、ケーシング２５の側壁に沿って配設されている。下側陽極１１Ｄと下側陰極１２Ｄとの離間距離及び上側陽極１１Ｕと上側陰極１２Ｕとの離間距離は、いずれも例えば１〜３０ｍｍとされている。
ケーシング２５には、流入口２６及び流出口２７が形成されている。流入口２６は、ケーシング２５の下側に形成され、流出口２７は、ケーシング２５の上側に形成されている。流入口２６と流出口２７との間に下側電解セル１０Ｄ及び上側電解セル１０Ｕが配置されている。
流入口２６には、流入配管３Ａの一端が接続されている。流入配管３Ａの他端は、流通装置及び流速制御装置であるポンプ４に接続されている。流出口２７には、流出配管３Ｂの一端が接続されている。流出配管３Ｂの他端は、図示しない貯留槽に接続されている。
ポンプ４は、流入配管３Ａを介してケーシング２５内に電解液を導入している。電解液には、目的有機化合物を製造するための化合物として、ハロゲン化物イオンを含むハロゲン化物及び有機化合物が含まれている。また、電解液には、ハロゲン化物と有機化合物とを高濃度（飽和に近い高濃度）まで含有している。
ポンプ４は、下側電解セル１０Ｄの下側陽極１１Ｄと下側陰極１２Ｄとの間、及び上側電解セル１０Ｕの上側陽極１１Ｕと上側陰極１２Ｕとの間で、電解液の乱流状態を抑制し、電解液を層流状態として流通させる。下側電解セル１０Ｄの下側陽極１１Ｄにおける電解液の流通方向下流側に、上側電解セル１０Ｕの上側陰極１２Ｕが配置される。また、下側電解セル１０Ｄの下側陰極１２Ｄにおける電解液の流通方向下流側に、上側電解セル１０Ｕの上側陽極１１Ｕが配置される。また、電解液の流通方向は、鉛直上向き方向とされており、下側陽極１１Ｄと上側陰極１２Ｕ、下側陰極１２Ｄと上側陽極１１Ｕとは、それぞれ電解液の流通方向に並設されている。なお、「層流状態」とは、乱流が抑制された状態であり、例えば乱流が最小限とされた状態をいう。また、乱流と層流とは、液体（電解液）の流速、粘度、流路寸法（電解セルにおける向かい合って配置された電極間距離、電極幅によって求められる相当長さ）によって定まるレイノルズ数を境界値として変化するが、ここでの「層流状態」とは、通常流体力学で定義されるレイノルズ数２０００以下の状態をいう。
流入配管３Ａには、温度制御装置である熱交換器５が設けられている。熱交換器５は、流入配管３Ａ内を流通する電解液の温度を制御する。ケーシング２５内の電解液の粘度は、流入配管３Ａから導入される電解液の温度に伴って変動する。
有機電解合成装置１は、電源装置７及び制御装置８を備えている。電源装置７は、電源７１と、電流制御回路７２と、を備えている。電源７１は、電流制御回路７２に対して定圧電流を供給する。
電流制御回路７２は、下側陽極１１Ｄ、下側陰極１２Ｄ、上側陽極１１Ｕ、上側陰極１２Ｕに対してそれぞれ電気的に接続されている。電流制御回路７２は、下側陽極１１Ｄ及び上側陽極１１Ｕに電流を供給し、下側陰極１２Ｄ及び上側陰極１２Ｕから流出する電流を受け入れる。こうして、電源装置７は、下側陽極１１Ｄと下側陰極１２Ｄとの間、及び上側陽極１１Ｕと上側陰極１２Ｕとの間に、極性が逆となる電圧を印加する。
電流制御回路７２は、電源７１から供給された定圧電流の電圧を、下側陽極１１Ｄ及び上側陽極１１Ｕに電流を供給する際の適切な電圧に調節している。
制御装置８は、流速制御部８１及び温度制御部８２を備えている。流速制御部８１は、ポンプ４に電気的に接続されており、ポンプ４の出力を制御する。温度制御部８２は、熱交換器５に接続されており、熱交換器５の出力を制御する。ポンプ４の出力が制御されることで、ケーシング２５内の電解液の速度が制御される。熱交換器５の出力が制御されることで、ケーシング２５に供給される電解液、さらには、ケーシング２５内の電解液の粘度が所定の範囲とされるようにその温度が制御される。
次に、第１の実施形態の有機電解合成装置１を用いた有機電解合成方法によって、目的有機化合物としてアゾジカルボンアミドを製造する例について説明する。アゾジカルボンアミドを製造するにあたり、電解液には、ハロゲン化物と有機化合物とが含まれている。ハロゲン化物を構成するハロゲン化物イオンとしては、Ｆ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−などを例示できる。また、有機化合物としては、尿素などを例示できる。
ハロゲン化物と有機化合物とが含まれる電解液をポンプ４によってケーシング２５内に流通させる。制御装置８は、流速制御部８１でポンプ４の出力を制御し、温度制御部８２で熱交換器５の出力を制御している。こうして、ケーシング２５内における電解液の速度及び温度を制御して、層流を維持している。ポンプ４は、本発明の速度制御装置の一例である。
このとき、電源装置７は、電流制御回路７２から下側陽極１１Ｄ及び上側陽極１１Ｕに電流を供給する。下側電解セル１０Ｄの下側陽極１１Ｄは、ハロゲン化物と有機化合物とが含まれる電解液を陽極酸化によって電解し、有機合成の反応が開始される。この有機合成によってアゾジカルボンアミドが製造される。
さらに、上側電解セル１０Ｕの上側陽極１１Ｕは、ハロゲン化物と有機化合物とが含まれる電解液を陽極酸化によって電解し、アゾジカルボンアミドが製造される。こうして製造されたアゾジカルボンアミドを含む原料容器は、ケーシング２５の流出口２７から流出して、貯留槽に貯留される。
このような第１の実施形態における有機電解合成装置１では、アゾジカルボンアミドの製造過程において、ハロゲン化物及び有機化合物を含む電解液を下側陽極１１Ｄで陽極酸化した場合、下側陽極１１Ｄの表面のハロゲン化物イオンは、ハロゲン単体（Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２）や過酸化物（ＦＯ−、ＣｌＯ−、ＢｒＯ−、ＩＯ−）にまで酸化されて副生物となる。副生物は、下側陽極１１Ｄの表面から電解液中に拡散する。
電解液中に拡散した副生物が残存していると、電解液中の未反応の有機化合物や製造されたアゾジカルボンアミドが副生物によって酸化分解され、アゾジカルボンアミドの収率の悪化の原因となりえる。ここで、電解液中の副生物が消失すると、収率の悪化が抑制される。電解液中の副生物を消失させるためには、電解液にハロゲン単体や過酸化物を中和する薬剤を投入する方法がある。
ところが、このような薬剤を投入して副生物を消失させる方法では、電解液の性状の変質や使用薬剤の増加などの不具合をもたらすこととなる。また、副生物を消失させる方法として、副生物を陰極で還元する方法がある。ハロゲン化物は、例えばハロゲンが塩素である場合には、下記（１）式によって塩化物イオンに還元され、過酸化イオンは、下記（２）式によって塩化物イオンに還元される。
Ｃｌ２＋２ｅ−→２Ｃｌ− ・・・（１）
ＣｌＯ−＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｃｌ−＋２ＯＨ− ・・・（２）
ここで、例えば図２（Ａ）に示すように、電解セル１０Ｘとして、陽極１１Ｘと陰極１２Ｘとを備える有機電解合成装置を想定する。この有機電解合成装置において、陽極１１Ｘと陰極１２Ｘとの間に対流がほとんどなく、副生物１８が陰極表面に到達するまでの物質移動を自然拡散に依存したとする。この場合、副生物１８と有機化合物との接触時間が長くなり、目的有機化合物（アゾジカルボンアミド）の酸化分解の抑制効果を十分に得ることが難しくなる。
また、電解液は、ハロゲン化物イオンや有機化合物を、飽和状態に近い高濃度まで含有するため、自然な物質拡散をほとんど期待できない。これに対して、電解液を対流させて副生物１８を陰極表面へ移動・拡散させれば、副生物１８と有機化合物との接触時間の短縮を図ることができる。
ところが、陽極１１Ｘと陰極１２Ｘとの離間方向に直交した方向に電解液が流通する。このため、電解液を層流状態で流通させると、副生物１８が陰極１２Ｘの方向へ拡散しにくくなる。
また、電解液を乱流で流通させると、陽極１１Ｘから陰極１２Ｘへ副生物１８を移動させた際の陰極１２Ｘと副生物１８との接触効率が向上し、副生物１８の消失効果が向上する。しかし、電解液を乱流で流通させると、陽極１１Ｘの反応場が乱され、副生物１８の離脱が促進されてしまい、電解液中に残存する副生物１８の減少に対する寄与が小さくなってしまう。
この点、第１の実施形態における有機電解合成装置１では、電解液を層流状態で流通させるので、副生物１８を電解液中に離脱しにくくできる。さらに、第１の実施形態における有機電解合成装置１では、下側電解セル１０Ｄの下側陽極１１Ｄにおける電解液の流通方向下流側に、上側電解セル１０Ｕの上側陽極１１Ｕが並設されている。このため、図２（Ｂ）に示すように、下側陽極１１Ｄで発生した副生物１８を目的有機化合物とともに層流状態で上側電解セル１０Ｕの上側陰極１２Ｕに搬送することができる。したがって、下側陽極１１Ｄで発生した副生物１８の多くは、上側陰極１２Ｕで還元されて消失する。よって、目的有機化合物と副生物１８との反応を抑制することができるので、目的有機化合物の収率の低下を抑制することができる。
また、第１の実施形態における有機電解合成装置１では、複数の電解セルとして、互いに上下に並設された下側電解セル１０Ｄと上側電解セル１０Ｕとを備えており、電解液の流通方向は、鉛直上向き方向とされている。このため、下側陽極１１Ｄ及び上側陽極１１Ｕと電解液と接触時間を長くすることができる。したがって、目的有機化合物の製造量を多くすることができる。
また、下側電解セル１０Ｄ及び上側電解セル１０Ｕは、ケーシング２５に収容されている。このため、ケーシング２５によって電解液の流通方向を規制できるので、安定した層流の維持に寄与することができる。また、電解液の流通方向に並設された下側陽極１１Ｄと上側陰極１２Ｕとの間、及び下側陰極１２Ｄと上側陽極１１Ｕとの間の隙間の電解液の流通を抑制できる。したがって、下側陽極１１Ｄと上側陰極１２Ｕとの間、及び下側陰極１２Ｄと上側陽極１１Ｕとの間の隙間による乱流の発生を抑制できるので、安定した層流の維持に寄与することができる。
さらに、下側陽極１１Ｄ、下側陰極１２Ｄ、上側陽極１１Ｕ、上側陰極１２Ｕは、いずれもケーシング２５の側壁に近接し、ケーシング２５の側壁に沿って配設されている。このため、下側陽極１１Ｄと上側陰極１２Ｕとの間、及び下側陽極１１Ｄと上側陰極１２Ｕとの間の隙間による乱流の発生をさらに抑制し、さらに安定した層流の維持に寄与することができる。
また、電解液が層流となる条件は、電解液の速度、粘度、下側陽極１１Ｄと下側陰極１２Ｄとの離間距離、上側陽極１１Ｕと上側陰極１２Ｕとの離間距離等によって、影響を受ける。下側陽極１１Ｄと下側陰極１２Ｄとの離間距離、上側陽極１１Ｕと上側陰極１２Ｕとの離間距離は定められているので、電解液の速度または粘度を調整することで、電解液を安定した層流状態とすることができる。
有機電解合成装置１は、ケーシング２５に電解液を流通させるポンプ４を備えており、ポンプ４の出力によってケーシング２５内の電解液の速度が制御可能とされている。このため、有機電解合成装置１は、安定した層流を維持することができる。
また、有機電解合成装置１は、熱交換器５を備えており、ケーシング２５に供給される電解液の温度が制御される。電解液の温度が高いと電解液の粘度は低くなり、電解液の温度が低いと電解液の粘度は高くなる。このように、電解液の粘度は、電解液の温度によって制御することができる。したがって、有機電解合成装置１は、熱交換器５によって電解液の温度を制御することができ、温度の制御によって電解液の粘度を制御することができる。よって、有機電解合成装置１は、安定した層流を維持することができる。
有機化合物とハロゲン化物イオンを電気分解することによる反応は、ハロゲン化物イオンをリサイクルできる点で有用である。有機化合物とハロゲン化物イオンを含む電解液が電解されると、陽極からハロゲン化物が生じる。その中に目的有機化合物が含まれ、他のハロゲン化物は、ハロゲン化物イオンを取り出すために循環しながら反応する。
例えば、アゾ化合物を電解合成する際には、カルボアミド化合物とハロゲン化物イオン（例えば塩素イオン）を含む電解液が電解され、ハロゲン化合物の中間体が製造される。製造されたハロゲン化合物の一部は目的有機化合物（アゾ化合物）として取り出され、他のハロゲン化合物は循環しながら反応する。ここでのアゾ化合物には、アゾジカルボンアミドやアゾジカルボン酸エステルが含まれる。これらのアゾ化合物の用途は、例えば発泡剤や重合開始材である。
また、エポキシ化合物を電解合成する場合には、オレフィンとハロゲン化物イオン（塩素イオン）を含む電解液が電解され、ハロゲン化合物の中間体が製造される。ハロゲン化合物の中間体には、塩素イオンが含まれており、製造されたハロゲン化合物の一部は目的有機化合物（エポキシ化合物）となって取り出される。他のハロゲン化合物は、塩素イオンを取り出すために循環しながら反応する。ここでのエポキシ化合物の用途は、例えばエポキシ樹脂原料である。
また、メトキシ化合物を電解合成する場合には、例えばフルオロアルキルスルフィドとメタノールを含む電解液が電解され、ハロゲン化合物の中間体が製造される。ハロゲン化合物の中間体には、フッ素イオンが含まれており、製造されたハロゲン化合物の一部は目的有機化合物（メトキシ化したフルオロアルキルスルフィド）となって取り出される。他のハロゲン化合物は、フッ素イオンを取り出すために循環しながら反応する。メトキシ化したフルオロアルキルスルフィドの用途は、例えば農薬である。
なお、第１の実施形態では、目的有機化合物は、アゾジカルボンアミドであるが、他の有機化合物であってもよい。他の目的有機化合物としては、アゾジカルボン酸エステルでもよいし、β−ラクタム誘導体を例示することができる。
また、第１の実施形態では、下側電解セル１０Ｄ及び上側電解セル１０Ｕの２つの電解セル及び４枚の電極を設けているが、より多くの電解セルや電極を設けてもよい。例えば、電解液の流通方向に沿って陽極と陰極とを直列状として交互に並設し、これらの複数の陽極と陰極とに向い合う陰極と陽極とを直列状として交互に並設してもよい。
この場合、向かい合う陰極と陽極とで電解セルが構成され、複数の電解セルが電解液の流通方向に沿って直列状に並設された状態となる。また、以後の実施形態でも同様に、電解液の流通方向に沿って陽極と陰極とを直列状として交互に並設し、これらの複数の陽極と陰極とに向い合う陰極と陽極とを直列状として交互に並設してもよい。また、上側電解セル１０Ｕと下側電解セル１０Ｄは、ケーシング２５に収容されているが、ケーシング２５に収容されていないようにしてもよい。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態における有機電解合成装置の要部を模式的に示す図である。第２の実施形態における有機電解合成装置は、第１の実施形態における有機電解合成装置と比較して、電解槽の構成が主に相違している。そこで、図３では、有機電解合成装置の要部として電解槽を中心に示して、第２の実施形態について説明する。
図３に示すように、第２の実施形態における有機電解合成装置１Ｂは、電解槽２Ｂを備えている。電解槽２Ｂは、ケーシング２５Ｂを備えており、ケーシング２５Ｂには、下側左陽極２１ＤＬ、上側中陽極２１ＵＣ、下側右陽極２１ＤＲ、上側左陰極２２ＵＬ、下側中陰極２２ＤＣ、上側右陰極２２ＵＲが設けられている。下側左陽極２１ＤＬと下側中陰極２２ＤＣとで下側左電解セル２０ＤＬが構成され、下側中陰極２２ＤＣと下側右陽極２１ＤＲとで下側右電解セル２０ＤＲが構成される。また、上側左陰極２２ＵＬと上側中陽極２１ＵＣとで上側左電解セル２０ＵＬが構成され、上側中陽極２１ＵＣと上側右陰極２２ＵＲとで上側右電解セル２０ＵＲが構成される。
下側左陽極２１ＤＬ、上側中陽極２１ＵＣ、下側右陽極２１ＤＲ、上側左陰極２２ＵＬ、下側中陰極２２ＤＣ、上側右陰極２２ＵＲは、いずれも板状をなしており、電源装置７（図１参照）の電流制御回路７２に電気的に接続されている。
下側左陽極２１ＤＬ、上側中陽極２１ＵＣ、下側右陽極２１ＤＲには、電流制御回路７２から電流が供給される。上側左陰極２２ＵＬ、下側中陰極２２ＤＣ、上側右陰極２２ＵＲからは、電流制御回路７２に電流が流出される。
下側左陽極２１ＤＬと下側中陰極２２ＤＣとの間には、ハロゲン化物及び有機化合物を含む電解液が層流状態で供給される。同様に、下側中陰極２２ＤＣと下側右陽極２１ＤＲとの間には、ハロゲン化物及び有機化合物を含む電解液が層流状態で供給される。これらの電解液の流通方向は、いずれも鉛直上向き方向とされている。有機電解合成装置１Ｂでは、複数の電解セルとして下側左電解セル２０ＤＬと下側右電解セル２０ＤＲとが電解液の流通方向に交差する方向、例えば直交する方向に沿って設けられている。
第２の実施形態における有機電解合成装置１Ｂでは、電解槽２Ｂのケーシング２５Ｂにおいて、電解液を下側左陽極２１ＤＬや下側右陽極２１ＤＲで陽極酸化した場合、ハロゲン単体や過酸化物が酸化されて副生物となる。副生物は、層流状態の電解液によって下側左陽極２１ＤＬや下側右陽極２１ＤＲの下流側に配置された上側左陰極２２ＵＬや上側右陰極２２ＵＲに搬送される。したがって、下側左陽極２１ＤＬや下側右陽極２１ＤＲで発生した副生物の多くは、上側左陰極２２ＵＬや上側右陰極２２ＵＲで還元されて消失する。よって、目的有機化合物と副生物との反応を抑制することができるので、目的有機化合物の収率の低下を抑制することができる。
また、第２の実施形態における有機電解合成装置１Ｂでは、複数の電解セルとして下側左電解セル２０ＤＬと下側右電解セル２０ＤＲとが電解液の流通方向に直交する方向に沿って設けられている。このため、電解液の流通方向以外の方向にも電解セルが配置されているので、大量の電解液を短時間で流通させることができる。また、有機電解合成装置が大型化した場合にも対応することができる。また、下側左陽極２１ＤＬ及び下側右陽極２１ＤＲにとって下側中陰極２２ＤＣが挟まれ配置されており、上側左陰極２２ＵＬ及び上側右陰極２２ＵＲによって上側中陽極２１ＵＣが挟まれて配置されている。このため、下側中陰極２２ＤＣ及び上側中陽極２１ＵＣを整流板として機能させることができるので、安定した層流の維持に寄与することができる。なお、下側中陰極２２ＤＣ及び上側中陽極２１ＵＣに加えて、例えば導電性の隔膜を設けて整流させるようにしてもよい。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図４は、第３の実施形態における有機電解合成装置の要部を模式的に示す図である。第３の実施形態における有機電解合成装置は、第１の実施形態における有機電解合成装置と比較して、電解槽の構成が主に相違している。図４では、有機電解合成装置の要部として電解槽を中心に示して、第３の実施形態について説明する。
図４に示すように、第３の実施形態における有機電解合成装置１Ｃは、電解槽２Ｃを備えている。電解槽２Ｃは、ケーシング２５Ｃを備えており、ケーシング２５Ｃには、下側電解セル３０Ｄ及び上側電解セル３０Ｕが設けられている。下側電解セル３０Ｄは、下側陽極３１Ｄ及び下側陰極３２Ｄを備えており、上側電解セル３０Ｕは、上側陰極３２Ｕ及び上側陽極３１Ｕを備えている。また、下側陽極３１Ｄと上側陰極３２Ｕ、下側陰極３２Ｄと上側陽極３１Ｕは、いずれも板状を成しており、電解液の流通方向に沿って並設されている。
下側陽極３１Ｄと上側陰極３２Ｕとの間には、左スペーサ３３Ｌが配設されており、下側陰極３２Ｄと上側陽極３１Ｕとの間には右スペーサ３３Ｒが配設されている。左スペーサ３３Ｌ及び右スペーサ３３Ｒは、いずれも絶縁体によって形成されている。下側陽極３１Ｄと上側陰極３２Ｕと左スペーサ３３Ｌとにおけるケーシング２５（図１参照）の内側の面は、層流状態を維持できる程度の段差を有していても良い。下側陽極３１Ｄと上側陰極３２Ｕと左スペーサ３３Ｌとの間には隙間がなく、その内側の面は、層流状態を維持できる程度の段差を有していても良い。同様に、下側陰極３２Ｄと上側陽極３１Ｕと右スペーサ３３Ｒとのケーシング２５の内側の面は層流状態を維持できる程度の段差を有していても良い。下側陰極３２Ｄと上側陽極３１Ｕと右スペーサ３３Ｒとの間には隙間がなく、その内側の面は層流状態を維持できる程度の段差を有していても良い。
第３の実施形態における有機電解合成装置１Ｃでは、電解槽２Ｃのケーシング２５Ｃにおいて、下側陽極３１Ｄで発生した副生物の多くは、上側陰極３２Ｕで還元されて消失する。よって、目的有機化合物と副生物との反応を抑制することができるので、目的有機化合物の収率の低下を抑制することができる。
また、第３の実施形態における有機電解合成装置１Ｃでは、電解槽２Ｃにおいて、下側陽極３１Ｄと上側陰極３２Ｕとの間に左スペーサ３３Ｌが配設され、下側陰極３２Ｄと上側陽極３１Ｕとの間に右スペーサ３３Ｒが配設されている。このため、下側陽極３１Ｄと上側陰極３２Ｕ及び下側陰極３２Ｄと上側陽極３１Ｕをそれぞれ機械的に一体とし、電気的には絶縁して別体とすることができる。したがって、電解液の流通方向に並設された下側陽極３１Ｄと上側陰極３２Ｕとの間及び下側陰極３２Ｄと上側陽極３１Ｕとの間における隙間を塞ぐことができる。よって、隙間による乱流の発生を抑制できるので、安定した層流の維持に寄与することができる。
また、左スペーサ３３Ｌ及び右スペーサ３３Ｒはいずれも絶縁体である。このため、下側陽極３１Ｄと上側陰極３２Ｕとの短絡及び下側陰極３２Ｄと上側陽極３１Ｕとの短絡を電気的に絶縁することで抑制することができる。
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図５は、第４の実施形態における有機電解合成装置の要部を模式的に示す図である。第４の実施形態における有機電解合成装置は、第１の実施形態における有機電解合成装置と比較して、電解槽及び電源装置と電極との接続関係が主に相違している。図５では、有機電解合成装置の要部として電解槽及び電源と電極との接続関係を中心に示して、第４の実施形態について説明する。
図５に示すように、第４の実施形態における有機電解合成装置１Ｄは、電解槽２Ｄを備えている。電解槽２Ｄは、ケーシング２５Ｄを備えており、ケーシング２５Ｄには、接続陽極４１と、接続陰極４２と、複数の二極電極４３と、が設けられている。接続陽極４１及び接続陰極４２には、電源装置７が接続されている。二極電極４３は、一枚の板状電極であって電解液の流通方向一方側の部分が陽極とされるとともに他方側の部分が陰極とされている。
有機電解合成装置１Ｄは、複数の二極電極４３を電解液の流通方向に間隔をあけて設けられてなる中電極群４４Ｃを備えている。また、接続陽極４１と、接続陰極４２と、複数の二極電極４３と、を電解液の流通方向に間隔をあけて設けられてなる左電極群４４Ｌ、右電極群４４Ｒを備えている。
左電極群４４Ｌにおける二極電極４３と、中電極群４４Ｃにおける二極電極４３とは、電解液の流通方向に二極電極４３の約２分の１ピッチ分だけずれた状態で配置されている。こうして、左電極群４４Ｌにおける二極電極４３と、中電極群４４Ｃにおける二極電極４３とは、千鳥に配置されている。これにより、互いに平行に隣り合う二極電極４３における電解液の流通方向下流側が陽極部４３Ａとなり、上流側が陰極部４３Ｂとなる。また、左電極群４４Ｌにおける二極電極４３と、中電極群４４Ｃにおける二極電極４３とにおいて、互いに平行に隣り合う二極電極４３の陽極部４３Ａと陰極部４３Ｂとが対向状態となる。また、左電極群４４Ｌでは、電解液の流通方向の最上流側に接続陰極４２が配置され、電解液の流通方向の最下流側に接続陽極４１が配置されている。
同様に、中電極群４４Ｃにおける二極電極４３と、右電極群４４Ｒにおける二極電極４３とは、電解液の流通方向に二極電極４３の約２分の１ピッチ分だけずれた状態で配置されている。また、右電極群４４Ｒでは、電解液の流通方向の最上流側に接続陰極４２が配置され、電解液の流通方向の最下流側に接続陽極４１が配置されている。有機電解合成装置１Ｄでは、このように陽極部４３Ａと陰極部４３Ｂとが配置され、電源装置７が接続陽極４１及び接続陰極４２に接続されている。
第４の実施形態における有機電解合成装置１Ｄでは、電解槽２Ｄのケーシング２５Ｄにおいて、電解液の流通方向上流側に配置された二極電極４３の陽極部４３Ａで発生した副生物の多くは、電解液の流通方向下流側に配置された二極電極４３の陰極部４３Ｂで還元されて消失する。よって、目的有機化合物と副生物との反応を抑制することができるので、目的有機化合物の収率の低下を抑制することができる。
また、第４の実施形態における有機電解合成装置１Ｄでは、複数の二極電極４３が左電極群４４Ｌ、中電極群４４Ｃ、右電極群４４Ｒで集約的に配置されている。このため、有機電解合成装置１Ｄのコンパクト化を図ることができる。また、互いに平行に隣り合う電極群同士の陽極部４３Ａ及び陰極部４３Ｂが対向していることから、接続陽極４１及び接続陰極４２を電源装置７に接続し、陽極部４３Ａ及び陰極部４３Ｂの間に通電することで、電極間を流通する電解液に対して効率的に電気分解を施すことが可能となる。
また、隣り合う電極群では、二極電極４３が電解液の流通方向に二極電極４３の約２分の１ピッチ分だけずれた状態で配置されており、電源装置７が接続陽極４１及び接続陰極４２に接続されている。このため、隣り合う電極群間の二極電極４３の陽極部４３Ａと陰極部４３Ｂとの間に分極によって電流が通電する。したがって、複数の二極電極４３のそれぞれに対して電源装置７を接続することなく、二極電極４３の陽極部４３Ａと陰極部４３Ｂとの間に電圧を印加することができるので、配線の引き回しを容易にすることができる。
また、二極電極４３は、整流板としても機能することができる。
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図６は、第５の実施形態における有機電解合成装置の要部を模式的に示す斜視図である。第５の実施形態における有機電解合成装置は、第１の実施形態における有機電解合成装置と比較して、電解槽が主に相違している。また、第５の実施形態では、電解液の流通方向が第１の実施形態と異なっている。
図６に示すように、第５の実施形態における有機電解合成装置１Ｅは、電解槽２Ｅを備えている。電解槽２Ｅは、ケーシング２５Ｅを備えており、ケーシング２５Ｅには、水平方向に並設された左後陽極５１ＬＢ、中後陰極５２ＣＢ、右後陽極５１ＲＢが設けられている。また、ケーシング２５Ｅには、複数の電極として、水平方向に並設された左中陰極５２ＬＣ、中中陽極５１ＣＣ、右中陰極５２ＲＣが設けられている。また、ケーシング２５Ｅには、水平方向に並設された左前陽極５１ＬＦ、中前陰極５２ＣＦ、右前陽極５１ＲＦが設けられている。これらの電極は、板状をなし、鉛直方向に沿って設けられて配置されている。
有機電解合成装置１Ｅでは、左後陽極５１ＬＢと左中陰極５２ＬＣとが並んで配置されており、電解セルを構成している。同様に、中後陰極５２ＣＢと中中陽極５１ＣＣ、右後陽極５１ＲＢと右中陰極５２ＲＣが並んで配置されてそれぞれ電解セルを構成する。また、左中陰極５２ＬＣと左前陽極５１ＬＦ、中中陽極５１ＣＣと中前陰極５２ＣＦ、右中陰極５２ＲＣと右前陽極５１ＲＦとが並んで配置されてそれぞれ電解セルを構成する。
電解液は、左後陽極５１ＬＢと左中陰極５２ＬＣ、中後陰極５２ＣＢと中中陽極５１ＣＣ、右後陽極５１ＲＢと右中陰極５２ＲＣの間を流通する。また、電解液は、左中陰極５２ＬＣと左前陽極５１ＬＦ、中中陽極５１ＣＣと中前陰極５２ＣＦ、右中陰極５２ＲＣと右前陽極５１ＲＦの間を流通する。電解液の流通方向は、鉛直方向に交差する方向、具体的には水平方向である。複数の電解セルは、電解液の流通方向に直交する方向に並設されている。また、電解液は、層流状態となって流通されている。
第５の実施形態における有機電解合成装置１Ｅでは、電解槽２Ｅのケーシング２５Ｅにおいて、電解液を左後陽極５１ＬＢ、左前陽極５１ＬＦ、中中陽極５１ＣＣで陽極酸化した場合、ハロゲン単体や過酸化物が酸化されて副生物となる。副生物は、層流状態の電解液によって左後陽極５１ＬＢ、左前陽極５１ＬＦ、中中陽極５１ＣＣにおける電解液の流通方向の下流側に配置された中後陰極５２ＣＢ、中前陰極５２ＣＦ、右中陰極５２ＲＣに搬送される。したがって、左後陽極５１ＬＢ、左前陽極５１ＬＦ、中中陽極５１ＣＣで発生した副生物の多くは、中後陰極５２ＣＢ、中前陰極５２ＣＦ、右中陰極５２ＲＣで還元されて消失する。よって、目的有機化合物と副生物との反応を抑制することができるので、目的有機化合物の収率の低下を抑制することができる。
また、第５の実施形態における有機電解合成装置１Ｅでは、ケーシング２５Ｅにおいて、複数の陽極及び陰極が水平方向に並設されている。このため、複数の電極を高さ方向に並べることなく、多数の電極を設けることができる。したがって、電解液を短時間で大量に流通させることができる。また、電解液の流路を高さ方向に高くせずに済むので、有機電解合成装置１Ｅの高層化を抑制することができる。さらには、電解液の配管を鉛直方向に引き回すことなく、例えば水平な配管の途中にインラインで設けることができる。
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。第６の実施形態では、第１の実施形態で示した有機電解合成装置１を備える有機電解合成システムについて説明する。図７は、第６の実施形態における有機電解合成システムの構成図である。
図７に示すように、第６の実施形態における有機電解合成システム１００は、有機電解合成装置１の電解槽２と同様の第１電解槽２Ｘと、第２電解槽２Ｙとを備えている。
第１電解槽２Ｘの流入口１０１Ｘには、流入配管１０３の一端が接続されており、第１電解槽２Ｘの流出口１０２Ｘには、中間配管１０４の一端が接続されている。流入配管１０３の他端は、ポンプ１０５に接続されており、第１電解槽２Ｘの第１ケーシング２５Ｘに電解液を導入可能とされている。
中間配管１０４の他端は、第２電解槽２Ｙの流入口１０１Ｙに接続されている。第２電解槽２Ｙの流出口１０２Ｙには、流出配管１０６の一端が接続されている。流出配管１０６の他端は、図示しない貯留槽に接続されている。
第１電解槽２Ｘの下流側に配置された中間配管１０４には、排気構造である第１ガス抜きバルブ１０７が設けられている。第２電解槽２Ｙの下流側に配置された流出配管１０６には、排気構造である第２ガス抜きバルブ１０８が設けられている。第１ガス抜きバルブ１０７は、第１ケーシング２５Ｘ内の気体を排出する。第２ガス抜きバルブ１０８は、第２電解槽２Ｙの第２ケーシング２５Ｙ内の気体を排出する。また、流入配管１０３には、熱交換器１０９が設けられている。
第６の実施形態における有機電解合成システム１００では、第１ケーシング２５Ｘ内の気体及び第２ケーシング２５Ｙ内の気体を排出する。ここで、図１に示す有機電解合成装置１のケーシング２５内における気体の流れ等について説明する。
ケーシング２５内では、電解液の電解に伴い、下側陰極１２Ｄ及び上側陰極１２Ｕから水素（Ｈ２）ガスが発生する。このため、ケーシング２５内には、気体が溜まることがある。特に、リサイクル電解を行う場合や電解槽２をプラグフロー式で連結した電解を行う場合などの電解時間が長時間に及ぶ場合には、Ｈ２気泡率が著しく増大する。気泡率が増大すると、気泡の蓄積によって大きな気泡が発生し、流速や圧力の変化の原因となってしまう。
このため、電解液の液流は、気泡率が高い箇所に向かって発生するため、局所的に高気泡率となる場所が生じると、予期しない方向へ電解液が流れたり、電解液の流速が早まったりすることがある。このような場合には、下側電解セル１０Ｄ及び上側電解セル１０Ｕを流通する電解液の層流を維持することが困難となる場合がある。同様の現象は、上記の第１の実施形態における有機電解合成装置１のほか、第２の実施形態から第４の実施形態における有機電解合成装置１Ｂ〜１Ｄにおいても生じ得る。
このような不具合を解消するため、有機電解合成システム１００では、第１ガス抜きバルブ１０７によって第１ケーシング２５Ｘ内の気体を排出可能とし、第２ガス抜きバルブ１０８によって第２ケーシング２５Ｙ内の気体を排出可能としている。
第１ガス抜きバルブ１０７を閉じているときには、中間配管１０４は気密状態に維持されている。第１ガス抜きバルブ１０７を開くと、中間配管１０４は、気密状態から開放され、中間配管１０４及び第１ケーシング２５Ｘ内の気体が第１ガス抜きバルブ１０７を介して中間配管１０４及び第１ケーシング２５Ｘの外部に排出される。こうして、第１ケーシング２５Ｘ内におけるガス溜りを抑制することができるので、電解液の層流状態の維持に寄与することができる。
また、第２ガス抜きバルブ１０８を閉じているときには、流出配管１０６は気密状態に維持されている。第２ガス抜きバルブ１０８を開くと、流出配管１０６は、気密状態から開放され、流出配管１０６及び第２ケーシング２５Ｙ内の気体が第２ガス抜きバルブ１０８を介して流出配管１０６及び第２ケーシング２５Ｙの外部に排出される。こうして、第２ケーシング２５Ｙ内におけるガス溜りを抑制することができるので、電解液の層流の維持に寄与することができる。
なお、第６の実施形態における有機電解合成システム１００では、２つの電解槽を備えているが、電解槽を１つ備える有機電解合成システムとしてもよい。この場合、電解槽の流入口と流出口とを配管で接続し、電解槽から排出された電解液を、同じ電解槽に戻して循環させながら反応させるようにしてもよい。
（第１の変形例）
次に、第６実施形態の第１の変形例について説明する。図８は、第１の変形例における有機電解合成システムの構成図である。
図８に示すように、第１の変形例における有機電解合成システム２００は、第６の実施形態における有機電解合成システム１００と同様の第１電解槽２Ｘと、第２電解槽２Ｙとを備えている。
第１電解槽２Ｘの流入口１０１Ｘには、流入配管２０１一端が接続されており、第１電解槽２Ｘの流出口１０２Ｘには、第１中間配管２０２の一端が接続されている。流入配管２０１の他端は、ポンプ１０５に接続されており、第１電解槽２Ｘの第１ケーシング２５Ｘに電解液を導入可能とされている。
第１中間配管２０２の他端は、ガス抜き貯留槽２０３の流入口２０３Ａに接続されている。ガス抜き貯留槽２０３には、第１中間配管２０２を通して搬送された電解液が貯留されている。貯留槽２０３の流出口２０３Ｂには、第２中間配管２０４の一端が接続されている。
第２中間配管２０４の他端は、第２電解槽２Ｙの流入口１０１Ｙに接続されている。第２電解槽２Ｙの流出口１０２Ｙには、流出配管２０５の一端が接続されている。流出配管２０５の他端は、図示しない貯留槽に接続されている。
ガス抜き貯留槽２０３の上端部には、減圧機構２０６が設けられている。ガス抜き貯留槽２０３内では、貯留された電解液の上方にガス（気体）が溜められている。減圧機構２０６は、ガス抜き貯留槽２０３内の上方に貯められた気体の圧力（気圧）を調整できる。減圧機構２０６によってガス抜き貯留槽２０３内の気圧を大気圧より高くすることにより、ガス抜き貯留槽２０３に貯められた気体がガス抜き貯留槽２０３の外部に排出される。
上記の第１の変形例における有機電解合成システム２００では、減圧機構２０６によってガス抜き貯留槽２０３内の気圧を高くして、ガス抜き貯留槽２０３内の気体を排出可能としている。減圧機構２０６によってガス抜き貯留槽２０３内の気圧を大気圧以上とすることにより、ガス抜き貯留槽２０３内の気体を強制的に外部に排出することができる。ガス抜き貯留槽２０３内の気体が外部に排出され、第１ケーシング２５Ｘ内の気体がガス抜き貯留槽２０３に導入されやすくなる。こうして、第１ケーシング２５Ｘ内におけるガス溜りを抑制することができるので、電解液の層流の維持に寄与することができる。
なお、第１の変形例における有機電解合成システム２００では、第１電解槽２Ｘ及び第２電解槽２Ｙを備えているが、第１電解槽２Ｘを１つ備える有機電解合成システムとしてもよい。この場合、第１電解槽２Ｘの流入口１０１Ｘとガス抜き貯留槽２０３の流出口２０３Ｂとを配管によって接続し、第１電解槽２Ｘの流出口１０２Ｘとガス抜き貯留槽２０３の流入口２０３Ａとを配管によって接続して、第１電解槽２Ｘから排出された電解液を、第１電解槽２Ｘに戻して循環させながら反応させるようにしてもよい。
（第２の変形例）
次に、第６実施形態の第２の変形例について説明する。図９は、第２の変形例における有機電解合成システムの構成図である。
図９に示すように、第２の変形例における有機電解合成システム３００は、第５の実勢形態における電解槽２Ｅと同様の電解槽３０１を備えている。電解槽３０１は、ケーシング３０２を備えており、ケーシング３０２には、複数の陽極及び陰極が設けられている。複数の陽極及び陰極は、ケーシング３０２の底板に対して、鉛直方向に沿って設けられている。
ケーシング３０２は、流入口３０３と流出口３０４とを備えている。流出口３０４は、流入口３０３よりも高い位置に配置されている。ケーシング３０２は、底板３０５と天板３０６を備え、底板３０５と天板３０６とは略平行に設けられており、底板３０５が水平面に対して傾斜して設けられている。このため、ケーシング３０２内では、電解液が斜め上方に流通する。このため、電解液の流通方向は、鉛直方向に交差する方向の斜め上方向となる。
複数の陽極及び陰極は、電解液の流通方向に沿って並設され、陽極と陰極とが交互に配置される。また、電解液の流通方向に沿って並設された陽極及び陰極に向かい合う位置には、それぞれ陰極及び陽極が設けられている。
ケーシング３０２の天板３０６には、第１ガス溜３０７Ａ〜第３ガス溜３０７Ｃ及び第１ガス抜きバルブ３０８Ａ〜第３ガス抜きバルブ３０８Ｃが設けられている。第１ガス溜３０７Ａは、第２ガス溜３０７Ｂよりも電解液の流通方向上流側に配置されており、第２ガス溜３０７Ｂは、第３ガス溜３０７Ｃよりも電解液の流通方向上流側に配置されている。第１ガス抜きバルブ３０８Ａは、第１ガス溜３０７Ａに設けられている。また、第２ガス抜きバルブ３０８Ｂは、第２ガス溜３０７Ｂに設けられ、第３ガス抜きバルブ３０８Ｃは、第３ガス溜３０７Ｃに設けられている。
例えば、電解液を水平方向に流通させると、電解時間の増大に伴って気泡率が上昇し、電極間にガス溜りが生じやすくなる。電極間にガス溜りが生じると、電極間の上部で液面揺らぎが生じて流れが不安定になりやすくなり、その結果、層流を維持するのが難しくなる。この問題は、鉛直方向に交差する方向、例えば第２の変形例のように、斜め上方向に電解液が流通する場合にも同様に生じる。
この問題に対して、電極間のガス溜りを解消することにより、このような液面揺らぎを抑制することができる。第２の変形例における有機電解合成システムでは、ケーシング３０２の上面には、第１ガス溜３０７Ａ〜第３ガス溜３０７Ｃ及び第１ガス抜きバルブ３０８Ａ〜第３ガス抜きバルブ３０８Ｃが設けられているため、電極間に生じた気体を第１ガス溜３０７Ａ〜第３ガス溜３０７Ｃに溜めることができる。したがって、電極間のガス溜りを解消することができ、液面揺らぎを抑制して、安定した層流の維持に寄与することができる。
また、第１ガス抜きバルブ３０８Ａ〜第３ガス抜きバルブ３０８Ｃを開放することにより、第１ガス溜３０７Ａ〜第３ガス溜３０７Ｃに溜められた気体をケーシング３０２の外部に排出することができる。したがって、第１ガス溜３０７Ａ〜第３ガス溜３０７Ｃに溜められた気体の量が増えたとしても、第１ガス抜きバルブ３０８Ａ〜第３ガス抜きバルブ３０８Ｃを開放することで、第１ガス溜３０７Ａ〜第３ガス溜３０７Ｃに溜められた気体の量を減らすことができる。よって、電極間のガス溜りを好適に解消することができ、液面揺らぎをさらに抑制して、安定した層流の維持に寄与することができる。
また、ケーシング３０２の天板３０６は、底板３０５と略平行であり、水平面に対して傾斜して設けられている。このため、ケーシング３０２の上面まで浮上した気体は、例えばケーシング３０２の上面に沿って電解液の通流方向下流側に移動する。そして、最終的には、電解液の通流方向下流側に配置された第３ガス溜３０７Ｃに溜められ第３ガス抜きバルブ３０８Ｃを開放することで、ケーシング３０２の外部に排出される。このため、ケーシング３０２内における気体の残留を好適に抑制することができる。
（層流状態の形成条件）
次に、層流状態を形成する条件に付いて説明する。ここでの層流状態とは、レイノルズ数Ｒｅが２０００以下の状態である。レイノズル数Ｒｅは相当長さＬ、液流速ｖ、液密度ρ、液粘度μとすると
Ｒｅ＝Ｌｖρ／μ
で表される。相当長さＬは、電解セル１０における陽極１１と陰極１２との電極間距離α、陽極１１（陰極１２）の電極幅β、及び液流速ｖで求められる。
層流状態でのレイノルズ数Ｒｅの適正値は反応によって異なる。上記の第１の実施形態の有機電解合成装置１を用いた有機電解合成方法によって、目的有機化合物としてアゾジカルボンアミドを製造する例に示した反応例について示すと高い電流効率を維持する適正レイノルズ数は１〜１００である。
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記の各実施形態は、互いに組み合わせてもよい。例えば、第３の実施形態で示したようなスペーサを第１の実施形態で示した下側陽極１１Ｄと上側陰極１２Ｕとの間や第５の実施形態で示した左後陽極５１ＬＢと中後陰極５２ＣＢの間、中後陰極５２ＣＢと右後陽極５１ＲＢの間に配置してもよい。あるいは、第６の実施形態の第１の変形例で示したような減圧機構が設けられたガス抜き貯留槽を、第２の変形例で示したような有機電解合成装置に設けてもよい。
１，１Ｂ〜１Ｅ…有機電解合成装置
２，２Ｂ〜２Ｅ…電解槽
４…ポンプ（流通装置，速度制御装置）
５…熱交換器（温度制御装置）
７…電源装置
８…制御装置
１０Ｄ…下側電解セル（上流側電解セル）
１０Ｕ…上側電解セル（下流側電解セル）
１１Ｄ…下側陽極（第１電極）
１１Ｕ…上側陽極（第１電極）
１２Ｄ…下側陰極（第２電極）
１２Ｕ…上側陰極（第２電極）
１８…副生物
２６…流入口
２２…流出口
２５，２５Ｂ〜２５Ｅ…ケーシング
３３Ｌ…左スペーサ（スペーサ）
３３Ｒ…右スペーサ（スペーサ）
４１…接続陽極
４２…接続陰極
４３…二極電極（電極群）
４３Ａ…陽極部（第１電極）
４３Ｂ…陰極部（第２電極）
８１…流速制御部
８２…温度制御部
１００，２００，３００…有機電解合成システム
１０７，１０８，３０８Ａ〜３０８Ｃ…バルブ（排気構造）

Claims (12)

  1. 向かい合って配置された第１電極及び第２電極をそれぞれ備える複数の電解セルと、
    複数の前記電解セルにおける前記第１電極及び前記第２電極の間に電圧を印加する電源装置と、
    ハロゲン化物イオンと有機化合物とを含む電解液を前記第１電極と前記第２電極との間に層流状態で流通させる流通装置と、
    を備え、
    前記複数の電解セルは、前記電解液の流通方向の上流側に配置された上流側電解セルと、前記電解液の流通方向下流側に配置された下流側電解セルとを有するとともに、
    前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ前記電解液の流通方向に沿って延びる板状をなし、
    前記上流側電解セルの前記第１電極と前記下流側電解セルの前記第２電極とが、前記電解液の流通方向に沿って並んで配置されており、
    前記上流側電解セルの前記第２電極と前記下流側電解セルの前記第１電極とが、前記電解液の流通方向に沿って並んで配置されており、
    前記電源装置は、前記上流側電解セル及び前記下流側電解セルのうち、前記上流側電解セルにおける第１電極と、前記上流側電解セルにおける前記第１電極の下流側に配置された前記下流側電解セルにおける第２電極の極性と、が逆となる電圧を印加することを特徴とする有機電解合成装置。
  2. 前記電解液の流通方向に交差する方向に沿って前記電解セルが複数設けられている請求項１に記載の有機電解合成装置。
  3. 前記電解液の流通方向に沿って並んで配置された前記上流側電解セルの前記第１電極と前記下流側電解セルの前記第２電極との間と、前記上流側電解セルの前記第２電極と前記下流側電解セルの前記第１電極との間と、のうちの少なくとも一方に絶縁体のスペーサが配置されている請求項１または２に記載の有機電解合成装置。
  4. 前記電解液の流通方向一方側の部分が前記第１電極とされるとともに他方側の部分が前記第２電極とされた複数の二極電極を含み、
    これら二極電極を前記電解液の流通方向に間隔をあけて設けられている電極群が、互いに平行をなすように複数配置され、
    互いに平行に隣り合う前記電極群同士の前記二極電極が、前記第１電極と前記第２電極とを対向させて配置されている請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の有機電解合成装置。
  5. 前記第１電極及び前記第２電極は、板状をなし、鉛直方向に沿って設けられており、 前記電解液の流通方向は、鉛直上向き方向である請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の有機電解合成装置。
  6. 前記第１電極及び前記第２電極は、板状をなし、鉛直方向に沿って設けられており、 前記電解液の流通方向は、鉛直方向に交差する方向である請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の有機電解合成装置。
  7. 複数の前記上流側電解セル及び前記下流側電解セルが、ケーシングに収容されている請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の有機電解合成装置。
  8. 前記ケーシングの上部に、前記ケーシング内の気体を排出する排気構造が設けられている請求項７に記載の有機電解合成装置。
  9. 前記ケーシングに接続され、前記ケーシングから電解液が排出される配管に、前記ケーシング内の気体を排出する排気構造が設けられている請求項７に記載の有機電解合成装置。
  10. 前記電解液の速度を制御する速度制御装置をさらに備える請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の有機電解合成装置。
  11. 前記電解液の温度を制御する温度制御装置をさらに備える請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載の有機電解合成装置。
  12. 請求項１〜１１のうちのいずれか１項に記載の有機電解合成装置における前記第１電極と前記第２電極との間に前記電解液を流通させて、目的有機化合物を製造することを特徴とする有機電解合成方法。
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