JP6258515B2 - 電極ユニット、電解装置、および電解装置に用いる電極 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電極ユニット、電極ユニットを備える電解装置、電解装置に用いる電極に関する。

近年、水を電解して様々な機能を有する電解水、例えば、アルカリイオン水、オゾン水または次亜塩素酸水などを生成する電解装置が提供されている。電解装置としては、例えば、３室型の電解槽を有する電解水生成装置が提案されている。電解槽内は、陽イオン交換膜および陰イオン交換膜によって、中間室と、この中間室の両側に位置する陽極室および陰極室との３室に仕切られている。陽極室および陰極室には、貫通した多孔構造を有する陽極および陰極がそれぞれ配置されている。これらイオン交換膜および電極は、電極ユニットを構成している。

このような電解装置では、例えば、中間室に塩水を流し、陽極室および陰極室にそれぞれ水を流通する。中間室の塩水を陰極および陽極で電解することで、陽極で発生した塩素ガスから次亜塩素酸水を生成するとともに、陰極室で水酸化ナトリウム水を生成する。生成した次亜塩素酸水は殺菌消毒水として、水酸化ナトリウム水は洗浄水として活用される。

３室型の電解槽では陰イオン交換膜は塩素や次亜塩素酸により劣化しやすい。そのため、多孔構造の陽極と陰イオン交換膜との間に、オーバーラップや切り込みを入れた不織布を挿入して、塩素によるイオン交換膜の劣化を低減する技術が提案されている。

特開２００６−３２２０５３号公報

しかしながら、不織布のような多孔質膜を電極とイオン交換膜との間に挟んだ場合、拡散過電圧が上昇し、電解効率が低減する。

本発明が解決しようとする課題は、長寿命で、高効率の電極ユニット、電解装置、および電解装置に用いる電極を提供することにある。

実施形態によれば、電解装置は、電極ユニットを備えている。電極ユニットは、第１表面と、この第１表面と反対側に位置する第２表面と、それぞれ前記第１表面および第２表面に開口する複数の貫通孔と、を有する第１電極と、前記第１電極の第１表面に対向して設けられた第２電極と、前記第１電極と第２電極との間に設けられ、少なくとも陰イオンを通過させる隔膜と、を備え、前記第１電極の第１表面は、少なくとも電解についての反応不活性部を有し、前記反応不活性部は、触媒が担持されない部分で構成されている。

図１は、第１の実施形態に係る電解装置を示す断面図。 図２は、第１変形例に係る電解装置の電解槽を示す断面図。 図３は、第２変形例に係る電解槽を示す断面図。 図４は、第１の実施形態に係る電解装置の電極ユニットを示す分解斜視図。 図５は、前記電極ユニットの第１電極を示す斜視図。 図６は、前記第1電極および隔膜を拡大して示す断面図。 図７は、前記第１電極の第１表面を活性部とした場合の、第１電極の第１表面と隔膜との間の次亜塩素酸濃度分布をシュミレーションした結果を示す図。 図８は、前記第１電極の第１表面を反応不活性部とした場合の、第１電極の第１表面と隔膜との間の次亜塩素酸濃度分布をシュミレーションした結果を示す図。 図９は、第２の実施形態に係る電解装置を示す断面図。 図１０は、第２の実施形態に係る電解装置の電極ユニットを示す分解斜視図。 図１１は、第２の実施形態に係る電極ユニットの第１電極を示す斜視図。 図１２は、第３変形例に係る電解装置の断面図。 図１３は、第３の実施形態に係る電解装置の第１電極を概略的に示す斜視図。 図１４は、第３の実施形態に係る電解装置の第１電極および隔膜を示す断面図。 図１５は、第３の実施形態に係る第１電極の製造工程を概略的に示す断面図。 図１６は、第４の実施形態に係る電解装置を示す断面図。 図１７は、電解反応活性の評価装置の構成例を示す斜視図。

以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電解装置を概略的に示す断面図である。電解装置１０は、例えば、２室型の電解槽１１および電解槽１１内に配置された電極ユニット１２を備えている。電解槽１１は、偏平な矩形箱状に形成され、その内部は、電極ユニット１２により、陽極室１６と陰極室１８との２室に仕切られている。

電極ユニット１２は、陽極室１６内に位置する第１電極（陽極）２０と、陰極室１８内に位置する第２電極（対向電極、陰極）２２と、第１および第２電極間に設けられた隔膜２４と、を有している。隔膜２４は、少なくとも陰イオンを透過させる膜であり、この隔膜２４により、電解槽１１内の電解室を陽極室１６と陰極室１８とに仕切っている。第１電極２０は、隔膜２４に対向しているとともに陽極室１６に臨んで配置され、第２電極２２は、隔膜２４に対向しているとともに陰極室１８に臨んで配置されている。

電解装置１０は、電極ユニット１２の第１および第２電極２０、２２に電圧を印加する電源３０、電流計、電圧計、およびこれらを制御する制御装置３６等を備えている。陽極室１６、陰極室１８には液体の流路を設けても良い。陽極室１６、陰極室１８には、外部から原水あるいは電解液等の液体を供給、排出するための配管やポンプ等を接続してもよい。また、電極ユニット１２と陽極室１６あるいは陰極室１８との間に多孔質のスペーサを設けてもよい。

電解装置１０において、電源３０の両極は第１電極２０と第２電極２２に電気的に接続されている。電源３０は、制御装置３６による制御の下、第１および第２電極２０、２２に電圧を印加する。図示しない電圧計は、第１電極２０と第２電極２２に電気的に接続され、電極ユニット１２に印加される電圧を検出する。その検出情報は、制御装置３６に供給される。図示しない電流計は、電極ユニット１２の電圧印加回路に接続され、電極ユニット１２を流れる電流を検出する。その検出情報は制御装置３６に供給される。制御装置３６は、メモリに記憶されたプログラムに従い、前記検出情報に応じて、電源３０による電極ユニット１２に対する電圧の印加もしくは負荷を制御する。電解装置１０は、陽極室１６および陰極室１８に反応対象物質が供給された状態で、第１電極２０と第２電極２２との間に電圧を印加あるいは負荷して、電解のための電気化学反応を進行させる。本実施形態の電解装置１０は、ハロゲン元素を含む電解質を電解し、電解生成物としてハロゲン化合物を生成するシステムに用いることが好ましい。

図２は、第１変形例に係る電解装置の電解槽を示す断面図である。図２に示すように、第１電極２０の周縁部、第２電極２２の周縁部、および隔膜２４の周縁部は、電解水の電解槽１１外部への漏えいを防止するためのシール部として利用することもできる。電解槽１１は、陽極室１６を形成する矩形状の陽極カバー１１ａと、陰極室１８を形成する矩形状の陰極カバー１１ｂと、を有し、これらの陽極カバー１１ａと陰極カバー１１ｂは、第１電極２０の周縁部、第２電極２２の周縁部、および隔膜２４の周縁部を挟んで、互いに連結されている。すなわち、第１電極２０の周縁部、第２電極２２の周縁部、および隔膜２４の周縁部は、陽極カバー１１ａと陰極カバー１１ｂとの間に挟持され、電解槽１１に固定されている。また、第１電極２０の周縁部と陽極カバー１１ａとの間に、Ｏリング等のシール部材８ａが設けられている。第２電極２２の周縁部と陰極カバー１１ｂとの間に、Ｏリング等のシール部材８ｂが設けられている。

図３は、第２変形例に係る電解装置の電解槽を示す断面図である。第２変形例のように、第１電極２０と隔膜２４との間に、例えば、不織布等からなるセパレータ２５を設けてもよい。

次に、電解槽１１の電極ユニット１２について詳細に説明する。図４は、電解装置１０における電極ユニットを示す分解斜視図、図５は、第１電極の第１表面側を示す斜視図である。
図１、図２および図４に示すように、板状の第１電極２０は、例えば、矩形状の金属板からなる基材２１に多数の貫通孔１３を形成した多孔構造を有している。基材２１は、第１表面２１ａおよび、第１表面２１ａとほぼ平行に対向する第２表面２１ｂを有している。第１表面２１ａと第２表面２１ｂとの間隔、すなわち、板厚はＴ１に形成されている。第１表面２１ａは隔膜２４に対向し、第２表面２１ｂは陽極室１６に対向する。

貫通孔１３は、第１電極２０のほぼ全面に亘り、マトリクス状に並んで多数形成されている。各貫通孔１３は、例えば、断面が円形に形成され、第１表面２１ａおよび第２表面２１ｂに開口している。なお、貫通孔１３は、第１表面２１ａ側の開口径が第２表面２１ｂ側の開口径よりも大きくなるように、テーパー状の壁面、あるいは湾曲した壁面により形成されてもよい。貫通孔１３は、円形に限らず、矩形状、楕円形等、種々の形状を用いることができる。貫通孔１３は、規則的に限らず、ランダムに並んで形成してもよい。

第１電極２０の基材２１としては、チタン、クロム、アルミニウムやその合金等の弁金属、導電性金属を用いることができる。この中ではチタンが好ましい。電解反応によっては、活性化過電圧を下げるために、第１電極２０の第１表面２１ａ、第２表面２１ｂ、および貫通孔１３の側面（内面）に電解触媒（触媒層）を形成することが好ましい。触媒層は、電解に対して活性な電解反応活性部５０を形成する。触媒層の厚さは、通常、０．５〜５μｍ程度とする。電極を陽極として用いる場合、電極の基材自体として白金等の貴金属触媒や酸化イリジウム等の酸化物触媒を用いることが好ましい。電解触媒の単位面積当たりの量が第１電極２０の両面で異なるように形成してもよい。
本実施形態によれば、第１電極２０の第１表面２１ａは、ほぼ平坦に形成され、電解に関して不活性な電解反応不活性部５２を有している。この電解反応不活性部５２については、後で詳述する。

図１、図２および図４に示すように、本実施形態では、第２電極（対向電極、陰極）２２は、第１電極２０と同様に構成されている。すなわち、第２電極２２は、例えば、矩形状の金属板からなる基材２３に多数の貫通孔１５を形成した多孔構造を有している。基材２３は、第１表面２３ａおよび、第１表面２３ａとほぼ平行に対向する第２表面２３ｂを有している。第１表面２３ａは隔膜２４に対向し、第２表面２３ｂは陰極室１８に対向する。

隔膜２４としては、種々の電解質膜やナノポアを有する多孔質膜を用いることができる。電解質膜としては、高分子電解質膜、例えば、イオン交換固体高分子電解質膜、具体的には、アニオン交換性の膜、或いは炭化水素系の膜を用いることができる。アニオン交換性の膜としては、株式会社トクヤマ製のＡ２０１、株式会社アストム製のＡＭＸ、旭硝子株式会社製のセレミオン等が挙げられる。ナノポアを有する多孔質膜としては、多孔質ガラス、多高質アルミナ、多孔質チタニア等の多孔質セラミックス、多孔質ポリエチレン、多孔質プロピレン等の多孔質ポリマー等がある。このような隔膜２４を設けることにより、イオン選択性を向上することができる。

隔膜２４は、例えば、第１電極２０とほぼ等しい寸法の矩形状に形成され、第１電極２０の第１表面２１ａの全面と対向している。本実施形態において、隔膜２４は、第１電極２０の第１表面２１ａと第２電極２２の第１表面２３ａとの間に挟持される。第１電極２０と隔膜２４は直接接触させた方が、イオンの拡散過電圧が低くなるため好ましいが、必ずしも接触していなくてもよい。あるいは、図３に示した第２変形例のように、第１電極２０と隔膜２４との間にセパレータ２５など他の構造体が設けられていてもよい。また、第１電極２０と隔膜２４の周縁部は、電解水の電解槽１１外部への漏えいを防止するためのシール部として利用することもできる。第２電極２２も、隔膜２４に直接、接触していなくても良く、あるいは、第２電極２２と隔膜２４との間に他の構造体が設けられていてもよい。

電解装置１０において、電解反応で生成した酸性水やアルカリ性水、反応ガスなどの電解生成物は、第１電極２０の第２表面２１ｂを通って、および第２電極２２の第２表面２３ｂを通って、陽極室１６および陰極室１８から外部に排出される。しかしながら、陽極室１６に送液される原水、もしくは電解液の流れは、貫通孔１３内部で妨げられ、また、第１電極２０の第１表面２１ａと隔膜２４との隣接部では流れによる排出が困難となる。更に、反応生成物、例えば次亜塩素酸、塩素ガス等が滞留して反応過電圧が上昇し、また、ラジカルなどによる隔膜２４の劣化を招く。更に、第１電極２０と隔膜２４との間の狭い領域でガスが発生すると、ガスの圧力で隔膜２４が破れることもある。

そこで、第１の実施形態によれば、隔膜２４と対向する第１電極２０の第１表面２１ａは、電解反応を生じない電解反応不活性部５２を少なくとも一部に有し、他の部分を電解反応活性部５０としている。図１、図３および図５に示すように、例えば、パンチングメタル形状の第１電極２０においては、電解反応活性部５０は、貫通孔１３の側面（内面）、もしくは第２表面２１ｂ、もしくは、第１表面２１ａのそれぞれ貫通孔１３の周囲に形成され、第１表面２１ａのその他の部分を電解反応不活性部５２としている。第１表面２１ａのそれぞれ貫通孔１３の周囲を囲んだ複数の環状部に電解反応活性部５０を形成する場合、図６に示すように、第１表面２１ａと隔膜２４との距離をＤとしたとき、第１表面２１ａの、少なくとも貫通孔１３の周縁からの距離ＬがＬ≧１．５×Ｄである部分を電解反応不活性部５２とすることが好ましい。

塩化ナトリウム水溶液の電解による次亜塩素酸生成を例としてシミュレーションを行った。隔膜２４を透過して第１電極（陽極）２０に電気的に引きつけられて陽極室１６に到達する塩素イオンの濃度分布と、第１電極２０の電流密度分布、および、陽極室１６を流れる流体の流速分布の結果として、図７に示すように、第１電極２０の第１表面２１ａを電解反応活性部５０とした場合、第１電極２０の第１表面２１ａと隔膜２４との間に次亜塩素酸が高濃度に滞留することがわかった。このように、第１電極２０の隔膜２４近傍に高濃度の領域が発生する現象は、隔膜２４を透過してイオンが供給される電解セルに固有の現象であると考えられる。高濃度の次亜塩素酸が隔膜２４の表面に滞留すると、隔膜２４の劣化を招く。特に、隔膜２４の表面が高濃度域になるのは、貫通孔１３の周縁からの距離ＬがＬ≧１．５×Ｄの領域である。従って、この領域に相当する部分の電極表面を電解反応不活性部とすることにより、次亜塩素酸の生成が抑制され、次亜塩素酸の滞留を防ぐことができると考えられる。

図８は、第１電極２０の第１表面２１ａを不活性にした場合の次亜塩素酸の濃度分布を示している。この図から、第１表面２１ａを電解反応不活性部５２とした場合、隔膜２４の表面に次亜塩素酸高濃度域が生じないことがわかる。以上のことから、第１電極２０の第１表面２１ａにおいて、貫通孔１３の周縁からの距離ＬがＬ≧１．５×Ｄである部分を電解反応不活性部５２とすることにより、隔膜２４表面の次亜塩素酸高濃度域の発生を抑制できることを見出した。

先述のように、拡散過電圧をできるだけ低減するためには、電極と隔膜２４を接触させるのが理想的である。この場合、第１電極２０の第１表面２１ａと隔膜２４との距離Ｄが０となるため、貫通孔１３の周縁から電解反応不活性部までの距離Ｌも０となり、即ち、第１表面２１ａがほぼ全面、電解反応不活性部５２であることが好ましい。なお、後述するが、第１表面２１ａが平坦面ではなく、凹凸を持つ場合はこの限りではない。

図２に示した第１変形例のように、第１電極２０の周縁部および隔膜２４の周縁部をシール部として用いる場合、シール部において、隔膜２４内を拡散してきた陰イオンと若干の電解反応を生じるが、原水や電解液などの流体が遮蔽されているため、次亜塩素酸や塩素ガス等の反応生成物が排出されず、隔膜の劣化を生じやすい。従って、シール部に相当する第１電極２０の第１表面２１ａの周縁部は、触媒層を設けることなく、電解反応不活性部５２とすることが好ましい。

本実施形態および変形例において、電解反応不活性部５２とは、例えば、通常運転電流密度範囲（３０〜３００mA/cm2）における電解反応過電圧が、電解反応活性部５０よりも３００ｍＶ以上大きい部分であると定義している。
従って、ここでいう「不活性」とは「活性部」に比較して相対的に十分活性度が低いことを意味しており、全く電解反応しないことを意味するものではない。

電解反応活性部５０と電解反応不活性部５２を区別する方法としては、それぞれの電極を別々に作って、電気化学反応活性を評価する方法がある。例えば、電解反応の一つである塩素の発生反応を目的として、１０ｗｔ％シュウ酸水溶液中で、１時間、８０℃で処理した０．１ｍｍのチタン板（電極基材）に、塩化イリジウム（ＩｒＣｌ３・ｎＨ２Ｏ）に１−ブタノールを０．２５Ｍ（Ｉｒ）になるように加えて調整した溶液を、ディッピングで塗布した後、乾燥させ４５０℃で１０分間焼成する。この塗布と乾燥、焼成を５回繰り返して酸化イリジウム触媒を形成した電極を得る。この電極を、反応電極面積が１ｃｍ×１ｃｍとなるように切り出し、図１７に示す３極式セル８０の作用極７１として挿入する。３極式セル８０の対極７４には白金メッシュを用い、参照極７３には可逆水素電極（ＲＨＥ）を用いる。電解液７５に０．１Ｍの塩酸と１Ｍの塩水を加え、ポテンシオスタットを用いて作用極７１に電圧を印加してサイクリックボルタモグラムを取得する。この際、１２５ｍＡ／ｃｍ²の電流が流れたときの電圧は１．６VvsRHEであった。

これに対し、酸化イリジウムを塗布する代わりに、オルトチタン酸テトライソプロピルに氷浴下でエタノールおよびジエタノールアミンを加え、攪拌しながらエタノール混合水を滴下してゾルを作製してチタン板にコートする。その後、５００℃で７分間焼成し、コートと焼成を３回繰り返した後、４５０℃で１時間焼成して酸化チタンの絶縁被膜を形成した電極を得る。この電極を、反応電極面積が１ｃｍ×１ｃｍとなるように切り出し、０．１Ｍの塩酸と１Ｍの塩水の電解液中でサイクリックボルタモグラムを取得する。この際、１２５ｍＡ/ｃｍ²の電流が流れたときの電圧は１．９VvsRHEであった。

仮に、同一の電極に上述した酸化イリジウム触媒と酸化チタンの絶縁被膜が存在していると、上記結果のように同一電流を引くときに３００ｍＶ以上の電圧差が生じる。そのため、電解反応にもよるが、ターフェル勾配が６０ｍＶ／decを想定すると、約１５０倍もの反応速度の差になる。すなわち、反応のほとんどが酸化イリジウム触媒上で起こることになるので、酸化イリジウム触媒の形成領域は電解反応活性部、酸化チタン絶縁被膜の形成領域は電解不活性部として定義することができる。

なお、上述した例では、塩素発生に言及したが、酸素発生や酸素還元、金属酸化、ソーダ電解反応などの種々の電気化学反応であれば、電解反応活性部および電解反応不活性部を設けるこの手法は有効である。

すなわち、電解反応不活性部５２では、電解反応が殆ど生じないため、第１電極２０と隔膜２４との界面の電解反応生成物やガスが滞留しやすい部分に設けることで、隔膜２４の劣化を抑制することが出来る。

電解反応活性部５０および電解反応不活性部５２の形成方法としては、図３に示したように、チタン、クロム、アルミニウムやその合金等の弁金属からなる第１電極２０の第１表面２１ａの一部にのみ、ここでは、各貫通孔１３の周囲の環状部のみに、導電性を有する白金等の貴金属触媒や酸化イリジウム等の酸化物触媒等を塗布して電解反応活性部５０とすることができる。この場合、電解電圧を適当に設定することにより、活性化過電圧の低い触媒塗布部が電解反応活性部５０となり、相対的に活性化過電圧が高い触媒を塗布しない部分が電解反応不活性部５２となる。

この他にも、電極の全面に触媒を形成したのち、ガス発生を抑制したい部分の触媒を除去して電解反応不活性部５２を形成することもできる。例えば、パンチングメタル状のチタン電極の全面（第１表面２１ａ、第２表面２１ｂ、貫通孔１３の側面）に触媒層を形成したのち、周縁部を含む第１表面２１ａを研磨やブラスト加工により触媒を除去することで不活性部を形成することができる。パンチングメタルの場合は、ダレがある面を第１表面２１ａとし、上記の方法で触媒塗布と研磨による触媒除去をおこなうと、ダレの部分に付着した触媒は研磨で除去されることなく残るため、図５に示すような構造の電極を容易に作製することができる。

電解反応不活性部５２の他の形成方法としては、例えば、第１電極２０の第１表面２１ａに、塩化ビニル樹脂や塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ＡＢＳ、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリ乳酸、ポリイミド、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、フッ素樹脂、塩素化ポリエーテル、メチルペンテン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプラスチックや、天然ゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、フッ素ゴム等のゴム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ニッケル、酸化タングステン等のセラミックなどからなる絶縁層を形成することにより、電解反応不活性部５２とすることができる。

すなわち、電解反応活性部５０を構成する導電性部分の表面は主に１０⁶Ｓ／ｍ以上の導電率を持つ材料で形成され、電解反応不活性部５２を構成する絶縁性部分の表面は主に１０^-6Ｓ／ｍ以下の導電率を持つ材料で形成される。

更に、絶縁層の材料として塩化ビニル、塩化ビニリデン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリ乳酸、ポリイミド、フッ素樹脂、酸化ケイ素、酸化タングステンなど、ｐＨが２以上６以下の領域においてゼータ電位が負となる材料を用いれば、電気的な反発で第１電極２０と隔膜（陰イオン交換膜）２４との界面への陰イオンの供給が抑制され、より効果的に反応ガスの滞留による陰イオン交換膜の劣化を抑制し、長寿命の電極ユニット１２および電解装置１０を提供することができる。

電解によって陽極室１６で次亜塩素酸を生成する場合は、次亜塩素酸に対する耐久性を考慮して、絶縁層の材料は、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ポリエチレン、フッ素樹脂、酸化ケイ素、酸化タングステンが好ましい。特に、フッ素樹脂、酸化ケイ素は安定性と絶縁特性の面からより好ましい。

以上のように構成された電解装置および電極ユニットによれば、少なくとも陰イオンを通過させる隔膜と対向する第１電極の第１表面に、電解反応不活性部５２を設けることにより、電解反応生成物が隔膜表面に滞留しやすい部分の電解反応を抑制することができる。電解反応不活性部５２を設ける位置は、第１電極の第１表面と隔膜との距離に応じて決定される。これにより、反応ガスによる隔膜、例えば、陰イオン交換膜、の劣化を抑制し、長寿命の電極ユニットおよび電解装置を得ることができる。

更に、隔膜と対向する第１電極の第１表面に、電解反応活性部５０と電解反応不活性部５２とを設けることにより、第１電極２０と隔膜（陰イオン交換膜）とを接触させて拡散過電圧を低く抑えつつ、反応ガスが排出されにくい部分を電解反応不活性部として電解反応を抑制し、反応ガスの排出が容易な部分を電解反応活性部５０として電解反応を生じさせる。これにより、反応ガスによる隔膜、例えば、陰イオン交換膜、の劣化を抑制し、長寿命の電極ユニットおよび電解装置を提供することができる。また、電極の拡散過電圧の上昇を抑制し、反応効率の向上を図ることができる。
以上のことから、本実施形態によれば、長期間に亘って電解性能を維持可能な長寿命の電極ユニット、電解装置、および電極が得られる。

次に、他の実施形態に係る電極ユニットおよび電解装置について説明する。なお、以下に説明する他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。

（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態に係る電解装置を概略的に示す断面図、図１０は、電極ユニットの分解斜視図、図１１は、第１電極の第１表面側を示す斜視図である。
電解反応する電極の反応面積を大きくするためには、細いメッシュで電極を構成する方が良いが、細線だけで構成すると電解電流に対する抵抗過電圧が高くなり、電極としての機械的強度も確保できない。そこで、第２の実施形態によれば、第１電極２０は、電流の主要路と強度維持を兼ねる線幅の広い線状部と、電解反応面積を確保するための細い線状部とからなる網目構造としている。すなわち、第１電極２０は、２種類以上の異なる幅の線状部を有する網目構造を有し、細い線状部の表面が電解反応活性部を形成している。また、第１電極２０は多孔構造を有し、その貫通孔は、第１表面２１ａ側と第２表面２１ｂ側とで開口径が相違している。

図９および図１０に示すように、第１電極２０は、例えば、矩形状の金属板からなる基材２１に多数の貫通孔を形成した多孔構造およびメッシュ構造を有している。基材２１は、第１表面２１ａおよび、第１表面２１ａとほぼ平行に対向する第２表面２１ｂを有している。第１表面２１ａは隔膜２４に対向し、第２表面２１ｂは陽極室１６に対向する。

基材２１の第１表面２１ａに複数の第１孔部４０が形成され、第１表面２１ａに開口している。また、第２表面２１ｂに複数の第２孔部４２が形成され、第２表面２１ｂに開口している。隔膜２４側となる第１孔部４０の開口径Ｒ１は、第２孔部４２の開口径Ｒ２よりも小さく、また、孔部の数は、第１孔部４０が第２孔部４２よりも多く形成されている。第１孔部４０の深さはＴ１、第２孔部４２の深さはＴ２である。本実施形態において、Ｔ１＜Ｔ２に形成されている。

第２孔部４２は、例えば、矩形状に形成され、第２表面２１ｂにマトリクス状に並んで設けられている。各第２孔部４２を規定している周壁は、孔部の底から開口に向かって、すなわち、第２表面側に向かって、径が広くなるようなテーパー面あるいは湾曲面により形成してもよい。隣り合う第２孔部４２間の間隔、すなわち、電極の線状部６０ａの幅はＷ２に設定されている。なお、第２孔部４２は、矩形状に限定されることなく、他の種々の形状としてもよい。また、第２孔部４２は、規則的に限らず、ランダムに並んで形成してもよい。

第１孔部４０は、例えば、矩形状に形成され、第１表面２１ａにマトリクス状に並んで設けられている。各第１孔部４０を規定している壁面は、孔部の底から開口に向かって、すなわち、第１表面２１ａに向かって、径が広くなるようなテーパー面あるいは湾曲面により形成してもよい。本実施形態において、複数、例えば、１６個の第１孔部４０が、１つの第２孔部４２と対向して設けられている。これら１６個の第１孔部４０は、それぞれ第２孔部４２に連通し、第２孔部４２と共に基材２１を貫通する貫通孔を形成している。隣合う第１孔部４０間に網目状の線状部６０ｂが形成され、線状部６０ｂの幅Ｗ１は、第２孔部４２間の線状部６０ａの幅Ｗ２よりも小さく設定されている。これにより、第１表面２１ａにおける第１孔部４０の数密度は、第２表面２１ｂにおける第２孔部４２の数密度よりも充分に大きい。

なお、第１孔部４０は、矩形状に限定されることなく、他の形状としてもよい。第１孔部４０は、規則的に限らず、ランダムに並んで形成してもよい。更に、全ての第１孔部４０が第２孔部４２に連通している構成に限らず、第２孔部４２に連通していない第１孔部を含んでいてもよい。

図１１に示すように、第１電極２０の第１表面２１ａは、電解反応活性部５０および電解反応不活性部５２を有している。第１表面２１ａにおいて、隔膜２４との接触幅が広く発生したガスが排出されにくい幅広の線状部６０ａを電解反応不活性部５２とし、容易に発生ガスが排出できる線幅の細い線状部６０ｂを電解反応活性部５０としている。電解反応活性部５０および電解反応不活性部５２の形成方法は、前述した第１の実施形態と同様である。すなわち、例えば、導電性を有する白金等の貴金属触媒や酸化イリジウム等の酸化物触媒等を細い線状部６０ｂに塗布して電解反応活性部５０とすることができる。あるいは、幅広の線状部６０ａに絶縁層を形成して電解反応不活性部５２とすることができる。

図９および図１０に示すように、第２の実施形態によれば、第２電極（陰極）２２は、第１電極２０と同様に、多孔構造およびメッシュ構造に構成されている。すなわち、第２電極２２は、例えば、矩形状の金属板からなる基材２３を有し、基材２３は、第１表面２３ａおよび、第１表面２３ａとほぼ平行に対向する第２表面２３ｂを有している。第１表面２３ａは隔膜２４に対向し、第２表面２３ｂは陰極室１８に対向する。

基材２３の第１表面２３ａに複数の第１孔部４４が形成され、第１表面２３ａに開口している。また、第２表面２３ｂに複数の第２孔部４６が形成され、第２表面２３ｂに開口している。隔膜２４側となる第１孔部４４の開口径は、第２孔部４６の開口よりも小さく、また、孔部の数は、第１孔部４４が第２孔部４６よりも多く形成されている。第１孔部４４の深さは、第２孔部４６の深さよりも小さく形成されている。

複数、例えば、１６個の第１孔部４４が、１つの第２孔部４６と対向して設けられている。これら１６個の第１孔部４４は、それぞれ第２孔部４６に連通し、第２孔部４６とともに基材２３を貫通する貫通孔を形成している。隣合う第１孔部４４間に幅の細いメッシュ状の線状部が形成され、隣合う第２孔部４６間に幅の広い網目状、格子状の線状部が形成されている。第１表面２３ａにおける第１孔部４４の数密度は、第２表面２３ｂにおける第２孔部４６の数密度よりも充分に大きい。

上記のように構成された第１電極２０、隔膜２４、第２電極２２を対向配置することにより、電極ユニット１２が得られる。第２の実施形態において、電解装置１０の他の構成は、前述した第１の実施形態および第１変形例と同一である。第２の実施形態によれば、第１電極２０と隔膜２４とを接触させて拡散過電圧を低く抑えつつ、発生ガスを排出しにくい幅の広い線状部は電解反応を抑制し、発生ガスの排出が容易な細い線状部で電解反応を生じさせることにより、発生ガスによる隔膜（イオン交換膜）の劣化を抑制し、長寿命の電極ユニットおよび電解装置を得ることがきる。また、電極の拡散過電圧の上昇を抑制し、反応効率の向上を図ることができる。

なお、より発生ガスの排出を円滑にして隔膜の劣化を抑制するためには、第１電極２０の第１表面の電解反応活性部５０を、第２表面２１ｂ側に凹ませて、隔膜２４との間に隙間を設けることが有効である。

図１２は、第３変形例に係る電解装置を示している。
電解装置において、電解効率を高めるためには、目的とする生成物を生じる主反応と並行して進行する副反応を抑制することが有効である。例えば、先述の次亜塩素酸水を製造する電解装置においては、第１電極（陽極）の主反応は塩素イオンの酸化による次亜塩素酸の生成であるが、副反応として水酸化物イオンの酸化による酸素生成も生じる。隔膜を通って塩素イオンが陽極（第１電極）に達するため、塩素イオン濃度の濃い電極の第１表面（隔膜近傍）では塩素イオン酸化反応の拡散過電圧が低く、次亜塩素酸の生成効率が高い。しかし、電極の背面（第２表面）では塩素イオン濃度が低いため、塩素イオン酸化反応の拡散過電圧が高くなり、水酸化物イオン酸化反応による酸素生成が生じ易く、次亜塩素酸の生成効率が低くなる。

このような副反応の抑制のためには、図１２に示すように、第１電極２０の第２表面（背面）２１ｂを電解反応不活性部５４にすることが有効である。例えば、前述した実施形態と同様に、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ニッケル等のセラミックなどからなる絶縁層６２を第２表面２１ｂ上に形成することにより、電解反応不活性部５４とすることができる。

このような第１電極２０では、主反応の拡散過電圧が高い第２表面２１ｂにおいて副反応が進行することを抑制できるため、無駄に電流を消費することなく、効率よく目的とする電解生成物を生成することができる。

（第３の実施形態）
図１３は、第３の実施形態に係る電解装置の第１電極の第１表面側を示す斜視図である。本実施形態によれば、第１電極２０の第１表面２１ａに第１パターンの第１凹み（凹凸）が全面に亘って形成され、第１電極２０の第２表面２１ｂに第１パターンと異なる第２パターンの第２凹み（凹凸）が全面に亘って形成されている。

本実施形態において、第１パターンの第１凹みは、基材２１の第１表面２１ａに形成された複数の細い線状の第１凹部７０を有し、これら第１凹部７０はそれぞれ第１表面２１ａに開口している。第２パターンの第２凹みは、基材２１の第２表面２１ｂに形成された複数の粗い線状の第２凹部７２を有し、これらの第２凹部７２はそれぞれ第２表面２１ｂに開口している。これら第１凹部７０および第２凹部７２は、基材２１の周縁部を除いて、矩形状の有効領域全体に形成されている。そして、１つの第２凹部７２に複数の第１凹部７０が連通し、それぞれ貫通孔１３を構成している。

複数の第１凹部７０は、細長い直線状に形成され、第１方向Ｘ、例えば、水平方向、に延びている。複数の第１凹部７０は、互いに平行に並んで設けられている。各第１凹部７０は、第２凹部７２の開口幅Ｗ３よりも長く形成されている。本実施形態において、第１凹部７０は、第１表面２１ａの有効領域（第１表面の周縁部を除く矩形状の中央領域）の一端から他端まで連続して延びている。各第１凹部７０の深さＤ１は、基材２１の板厚Ｔの半分より浅く、例えば、０．１〜０．２ｍｍに形成されている。本実施形態において、各第１凹部７０は、底部側から第１表面２１ａに向かって幅が広くなるように形成され、すなわち、ほぼ台形の断面形状を有している。これにより、一部の第１凹部７０は、０．２ｍｍの貫通幅Ｗ２で複数の第２凹部７２に連通している。

第２表面２１ｂ側に形成された複数の第２凹部７２は、細長い直線状に形成され、第１方向Ｘと交差する方向、例えば、第１方向Ｘと直交する第２方向Ｙに延びている。複数の第２凹部７２は、互いに平行に並んで設けられている。各第２凹部７２は、第２表面２１ｂの有効領域（第２表面の周縁部を除く矩形状の中央領域）の一端から他端まで連続して延びている。各第２凹部７２の開口幅Ｗ３は、第１凹部７０の開口幅Ｗ１よりも大きく、例えば１．６ｍｍに形成され、第２凹部７２の深さＤ２は、基材２１の板厚Ｔの半分より深く、例えば、０．６〜０．７ｍｍに形成されている。本実施形態において、各第２凹部７２は、底部側から第２表面２１ｂに向かって幅が広くなるように形成され、ほぼ台形の断面形状を有している。

図１４に示すように、細長い線状に残っている第１表面２１ａを除いて、各第１凹部７０の側面および底面、第２表面２１ｂの全面に、触媒層、例えば、イリジウム酸化物触媒層が形成され、電解反応活性部５０としている。第１表面２１ａは、触媒が形成されることなく、電解反応不活性部５２を構成している。第１電極２０は、第１表面２１ａが隔膜２４に接した状態で配置される。

図１５（ａ）に示すように、上記のように構成された第１電極２０は、例えば、基材２１の第１表面２１ａおよび第２表面２１ｂをエッチングして部分的に削り取り、第１パターンを有する第１凹みおよび第２パターンを有する第２凹みを形成する。次いで、第１表面２１ａ、第２表面２１ｂ、第１凹部７０、および第２凹部７２の全体を触媒層で被覆する。

続いて、図１５（ｂ）に示すように、凸部となっている第１表面２１ａを研磨し、第１表面２１ａ上の触媒層を除去する。これにより、第１電極２０の第１表面２１ａを電解反応不活性部５２とする。第１凹部７０および第２凹部７２の断面形状は、台形に限らず、矩形状、半円形状、楕円形状、円弧形状等、種々の形状とすることができる。また、第１凹部７０と第２凹部７２とが交差する角度は、直角に限らず、他の任意の角度とすることができる。

上記構成の第１電極２０によれば、細い線状の第１凹部７０を流通した流体は、貫通孔１３から線状の第２凹部７２を通って陽極室１６、もしくは陰極室へ流通する。主たる電解反応は、隔膜２４からわずかに深さＤ１だけ離れた第１凹部７０の底面の領域で起こり、生成物である次亜塩素酸は第１凹部７０が形成するわずかな隙間から貫通孔１３を介して陽極室１６に回収される。これにより、高い生成効率と隔膜劣化防止を両立することができる。このような形状の第１電極２０を用いる場合、電解生成物が滞留しやすいのは、隔膜２４と最も隣接する第１表面２１ａの領域である。従って、凸状に残っている第１表面２１ａを電解反応不活性部５２とし、第１凹部７０の側面および底面を電解反応活性部５０とするのが好ましい。このような第１電極の場合も、電極の周縁部をシール部とする場合は、当該周縁部の第１表面を電解反応不活性部とすることが好ましい。

（第４の実施形態）
図１６は、第４の実施形態に係る電解装置を概略的に示す断面図である。第４の実施形態では、電解装置１０は、３室型の電解槽１１および電極ユニット１２を備えている。電解槽１１は、偏平な矩形箱状に形成され、その内部（電解室）に電極ユニット１２が配置されている。電解槽１１は、中間室１９を形成する矩形枠状の中間フレーム１１ｃ、陽極室１６を形成するほぼ矩形状の陽極カバー１１ａ、および陰極室１８を形成する陰極カバー１１ｂを有し、陽極カバー１１ａと陰極カバー１１ｂとの間に中間フレーム１１ｃを挟んだ状態で、これらを互いに連結することにより、電解槽１１を構成している。

電極ユニット１２は、電解槽１１の電解室内を陽極室１６と中間室１９とに仕切る第１隔膜２４ａと、電解室内を中間室１９と陰極室１８とに仕切る第２隔膜２４ｂと、陽極室１６内に位置し第１隔膜２４ａと対向する第１電極（陽極）２０と、陰極室１８内に位置し第２隔膜２４ｂと対向する第２電極（陰極）２２と、を備えている。第１隔膜２４ａおよび第２隔膜２４ｂは、隙間をおいて互いに平行に対向し、これらの隔膜２４ａ、２４ｂ間に、中間室１９を形成している。中間室１９内に、電解液を保持する保持体として、多孔質のスペーサを設けても良い。

電解装置１０は、電極ユニット１２の第１および第２電極２０、２２に電圧を印加するための電源３０、電流計３２、電圧計３４、およびこれらを制御する制御装置３６を備えている。陽極室１６、陰極室１８には液体の流路を設けても良い。陽極室１６、陰極室１８には、外部から液体を供給、排出するための配管やポンプ等を接続してもよい。また、場合により、電極ユニット１２と陽極室１６あるいは陰極室１８との間に多孔質のスペーサを設けてもよい。

電極ユニット１２において、第１電極２０および第２電極２２は、前述の第１の実施形態あるいは第２、第３の実施形態で示した第１電極および第２電極を用いる。すなわち、第１電極２０および第２電極２２は、多数の貫通孔を有する多孔構造を有している。また、第１隔膜２４ａと対向する第１電極２０の第１表面２１ａは、電解反応不活性部５２を有している。第１電極２０の第２表面２１ｂおよび各貫通孔１３の側面（内面）に触媒層が形成され、電解反応活性部５０を形成している。

第１隔膜２４ａは陰イオンを透過させる隔膜であり、第２隔膜２４ｂは陽イオンを透過させる隔膜である。第１隔膜２４ａは、例えば、第１電極２０とほぼ等しい寸法の矩形状に形成され、第１電極２０の第１表面２１ａと対向している。第２隔膜２４ｂは、例えば、第２電極２２とほぼ等しい寸法の矩形状に形成され、第２電極２２の第１表面２３ａと対向している。
第１隔膜２４ａおよび第２隔膜２４ｂとして、前述の第１の実施形態で説明した種々の電解質膜やナノポアを有する多孔質膜を用いることができる。

第１電極２０の周縁部、第２電極２２の周縁部、および第１および第２隔膜２４ａ、２４ｂの周縁部は、電解水の電解槽１１外部への漏えいを防止するためのシール部として利用することがきる。すなわち、第１電極２０の周縁部および第１隔膜２４ａの周縁部は、中間フレーム１１ｃと陽極カバー１１ａの端面との間に挟持され、電解槽１１に固定されている。第１電極２０の周縁部と陽極カバー１１ａとの間に、Ｏリング等のシール部材８ａ１が設けられている。第１隔膜２４ａの周縁部と中間フレーム１１ｃとの間に、Ｏリング等のシール部材８ａ２が設けられている。

第２電極２２の周縁部および第２隔膜２４ｂの周縁部は、中間フレーム１１ｃと陰極カバー１１ｂの端面との間に挟持され、電解槽１１に固定されている。第２電極２２の周縁部と陰極カバー１１ｂとの間に、Ｏリング等のシール部材８ｂ１が設けられている。第２隔膜２４ｂの周縁部と中間フレーム１１ｃとの間に、Ｏリング等のシール部材８ｂ２が設けられている。

シール部は流体の流れが発生しないものの、隔膜に含有するイオンと電極との間で電解反応が生じるため、電解生成物やガスが滞留して隔膜の劣化を生じやすい。従って、シール部において、第１電極２０の第１表面２１ａは電解反応不活性部５２としている。同様に、シール部において、第２電極２２の第１表面２３ａは電解反応不活性部としている。

このような電解装置１０は、ハロゲン元素を含む電解質を電解することが好ましい。例えば、次亜塩素酸水を生成する電解装置１０とした場合、中間室１９に塩素イオンを含む電解液、例えば、塩水を流し、左右の陽極室１６および陰極室１８に水を流して、中間室１９の塩水を第１電極（陰極）２０および第２電極（陽極）２２で電解する。これにより、陽極室１６で次亜塩素酸水を生成するとともに、陰極室１８で水酸化ナトリウム水を生成する。

３室型の電解槽１１を有する電解装置１０では、第１電極（陽極）側で次亜塩素酸、および塩素ガスが発生するが、第１隔膜２４ａとして用いられる陰イオン交換膜が次亜塩素酸や塩素ガスにより劣化しやすい。そこで、電解反応不活性部５２を有する第１電極２０を第１隔膜（陰イオン交換膜）２４ａに隣接させて拡散過電圧を低く抑えつつ、次亜塩素酸や塩素ガスが滞留しやすい部分は電解反応不活性部５２として電解反応を抑制し、次亜塩素酸や塩素ガスの排出が容易な部分は電解反応活性部５０として電解反応を生じさせる。これにより、塩素ガスによる第１隔膜（陰イオン交換膜）２４ａの劣化を抑制し、長寿命の電極ユニット、電解装置を得ることが出来る。

次に、種々の実施例および比較例について説明する。
（実施例１）
電極基材２１に板厚Ｔ１が０．５ｍｍの平坦なチタン板を用い、このチタン板をエッチングすることにより、図４ないし図６に示した第１電極２０を作製する。電極の内、小径の第１孔部４０を含んだ領域の厚み（第１孔部の深さ）Ｔ１は０．１５ｍｍ、大径の第２孔部４２を含んだ領域の厚み（第２孔部の深さ）Ｔ２は０．３５ｍｍである。第１孔部４０は矩形状とし、その径Ｒ１は０．５７ｍｍ、第２孔部４２は矩形状とし、その径Ｒ２は２ｍｍである。隣合う第１孔部４０間に形成される網目状の線状部６０ｂの幅Ｗ１は０．１ｍｍ、隣合う第２孔部４２間に形成される幅広の線状部６０ａの幅Ｗ２は１．０ｍｍである。

この第１電極２０を１０ｗｔ％シュウ酸水溶液中１時間８０℃で処理する。塩化イリジウム（ＩｒＣｌ_３・ｎＨ_２Ｏ）に１−ブタノールを０．２５Ｍ（Ｉｒ）になるように加えて調整した溶液を、電極基材２１の第１表面２１ａに塗布した後、乾燥、焼成をする。この場合、乾燥は８０℃で１０分間行ない、焼成は４５０℃で１０分間行なう。こうした塗布、乾燥、焼成を５回繰り返して酸化イリジウム触媒を形成した電極基材を得る。この電極基材を、反応電極面積が３ｃｍ×４ｃｍの大きさに切り出して、第１電極（陽極）２０とする。

オルトチタン酸テトライソプロピルに氷浴下でエタノールおよびジエタノールアミンを加え、攪拌しながらエタノール混合水を滴下してゾルを作製する。このゾルを室温に戻し、第１電極２０の第１表面２１ａの内、細い線状部６０ｂをマスクした状態で、幅広の線状部６０ａに刷毛でコートする。コートした膜を５００℃で７分間焼成する。コートと焼成を３回繰り返した後、５００℃で１時間焼成して酸化チタンからなる絶縁層を得る。 上記電極作製において、酸化イリジウムを作製する代わりに白金を電極基材の表面にスパッタして第２電極（陰極）２２とする。

これらの第１電極２０および第２電極２２電極を用いて図６で示した電極ユニット１２および電解槽１１を作製する。第１隔膜２４ａとして陰イオン交換膜であるトクヤマ製のＡ２０１を用い、第２隔膜２４ｂとしてナフィオン１１７を用いる。電解液を保持する保持体として、厚さ５ｍｍの多孔質ポリスチレンを用いる。これら第１および第２電極、第１および第２隔膜、多孔質ポリスチレンをシリコーンシール剤およびネジを用いて重ね合わせて固定し、電極ユニット１２とする。

電解槽１１の陽極室１６および陰極室１８は、それぞれストレート流路が形成された塩化ビニル製の容器で形成している。制御装置３６、電源３０、電圧計、電流計を設置する。陽極室１６および陰極室１８に水道水を供給するための配管とポンプを電解槽１１に接続し、電極ユニット１２の保持体（多孔質ポリスチレン）に飽和塩水を循環供給するための飽和塩水タンクと配管、ポンプを電解槽１１に接続する。

電解装置１０を用いて、電流１．５Ａで電解を行い、第１電極（陽極）２０側では次亜塩素酸水を、第２電極（陰極）２２側では水酸化ナトリウム水を生成する。１０００時間の連続運転後でも、電解効率が７０％以上と高く維持され、酸性水中の塩分濃度は０．０５％以下を維持している。第１隔膜の劣化がほとんど見られず、安定した電解処理を実行することができた。

（実施例２）
実施例１と同様にして酸化イリジウム触媒を形成した電極基材に対し、第１表面２１ａの細い線状部６０ｂをマスクした状態で、第１表面２１ａの幅広の線状部６０ａ上の酸化イリジウム触媒をサンドブラストで除去して第１電極２０を作製した。第１電極２０以外は、実施例１と同様にして電解装置１０を作製した。

この電解装置を用いて、電流１．５Ａで電解を行い、第１電極（陽極）２０側では次亜塩素酸水を、第２電極（陰極）２２側では水酸化ナトリウム水を生成する。１０００時間の連続運転後でも、電解効率が７０％以上と高く維持され、酸性水中の塩分濃度は０．０５％以下を維持している。第１隔膜の劣化がほとんど見られず、安定した電解処理を実行することができた。

（実施例３）
実施例１と同様にして、チタン基材をエッチングして多孔構造の電極基材を作製した。この電極基材を予め１０ｗｔ％シュウ酸水溶液中１時間８０℃で処理する。塩化イリジウム（ＩｒＣｌ_３・ｎＨ_２Ｏ）に１−ブタノールを０．２５Ｍ（Ｉｒ）になるように加えて調整した溶液を、電極基材の第１表面２１ａおよび第２表面２１ｂの幅広の線状部６０ａをマスクした状態で、第１表面２１ａおよび第２表面２１ｂに塗布した後、実施例１と同様に、乾燥と焼成を繰り返して、両面に酸化イリジウム触媒を形成した電極基材を得る。この電極基材を、反応電極面積が３ｃｍ×４ｃｍの大きさに切り出して、第１電極（陽極）２０とする。
第１電極（陽極）２０以外は、実施例１と同様にして電解装置１０を作製した。

この電解装置を用いて、電流１．５Ａで電解を行い、第１電極（陽極）２０側では次亜塩素酸水を、第２電極（陰極）２２側では水酸化ナトリウム水を生成する。１０００時間の連続運転後でも、電解効率が７０％以上と高く維持され、酸性水中の塩分濃度は０．０５％以下を維持している。第１隔膜の劣化がほとんど見られず、安定した電解処理を実行することができた。

（実施例４）
電極基材２１に板厚Ｔ１が１ｍｍの平坦なチタン板を用い、このチタン板をエッチングすることにより、図１３に示した第１電極２０を作製する。

図１３に示すように、複数の第１凹部７０は、細長い直線状に形成され、第１方向Ｘ、例えば、水平鉛直方向、に延びている。複数の第１凹部７０は、互いに平行に並んで設けられている。各第１凹部７０の開口幅Ｗ１は例えば０．４ｍｍ、第１凹部７０の配列方向ＹのピッチＰ１は０．５ｍｍ、第１凹部７０の深さＤ１は、基材２１の板厚Ｔの半分より浅く、例えば、０．１〜０．２ｍｍに形成している。

第２表面２１ｂ側に形成された複数の第２凹部７２は、細長い直線状に形成され、第１方向Ｘと交差する方向、例えば、第１方向Ｘと直交する第２方向Ｙに延びている。各第２凹部７２の開口幅Ｗ３は、第１凹部７０の開口幅Ｗ１よりも充分に大きく、例えば２．４ｍｍ、第２凹部７２の配列方向ＸのピッチＰ２は３ｍｍ、第２凹部７２の深さＤ２は、基材２１の板厚Ｔの半分より深く、例えば、０．６〜０．７ｍｍに形成している。第２凹部７２は、１．２ｍｍの貫通幅開口長さで複数の第１凹部７０に連通している。

上記のように第１凹部７０および第２凹部７２を形成した電極基材２１を予め１０ｗｔ％シュウ酸水溶液中１時間８０℃で処理する。塩化イリジウム（ＩｒＣｌ_３・ｎＨ_２Ｏ）に１−ブタノールを０．２５Ｍ（Ｉｒ）になるように加えて調整した溶液に電極基材をディッピングした後、実施例１と同様に、乾燥と焼成を繰り返して、全面に酸化イリジウム触媒を形成した電極基材を得る。そののち、第１表面２１ａを研磨して触媒を除去した。この電極基材を、反応電極面積が３ｃｍ×４ｃｍの大きさに切り出して、第１電極（陽極）２０とする。
第１電極（陽極）２０以外は、実施例１と同様にして電解装置１０を作製した。

この電解装置を用いて、電流１．５Ａで電解を行い、第１電極（陽極）２０側では次亜塩素酸水を、第２電極（陰極）２２側では水酸化ナトリウム水を生成する。１０００時間の連続運転後でも、電解効率が７０％以上と高く維持され、酸性水中の塩分濃度は０．０５％以下を維持している。第１隔膜の劣化がほとんど見られず、安定した電解処理を実行することができた。

（比較例１）
酸化チタンの絶縁被膜を設けないことを除いては、実施例１と同様にして第１電極および電解装置を作製した。この電解装置を用いて、電流１．５Ａで電解を行い、陽極側では次亜塩素酸水を、陰極側では水酸化ナトリウム水を生成する。１０００時間の連続運転後では、電解効率が５０％以下に低下し、酸性水中の塩分濃度が１％を超えてしまい、第１隔膜（電解質膜）が劣化してしまった。

（比較例２）
第１電極（陽極）と第１隔膜（陰イオン交換膜）との間に厚さ８０μｍの不織布を設けたことを除いて、比較例１と同様にして電解装置を作製した。この電解装置を用いて、電流１．５Ａで電解を行い、陽極側では次亜塩素酸水を、陰極側では水酸化ナトリウム水を生成する。１０００時間の連続運転後では、電解効率が５０％以下に低下し、酸性水中の塩分濃度が１％を超えてしまい、第１隔膜が劣化してしまった。

（比較例３）
第１表面２１ａの触媒を除去しないことを除いては、実施例４と同様にして第１電極および電解装置を作製した。この電解装置を用いて、電流１．５Ａで電解を行い、陽極側では次亜塩素酸水を、陰極側では水酸化ナトリウム水を生成する。１０００時間の連続運転後では、電解効率が５０％以下に低下し、酸性水中の塩分濃度が１％を超えてしまい、第１隔膜（電解質膜）が劣化してしまった。

本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、第１電極および第２電極は、矩形状に限定されることなく、他の種々の形状を選択可能である。第１電極の第１孔部および第２孔部は、矩形状に限定されることなく、円形、楕円形等、他の種々の形状としてもよい。各構成部材の材料は、前述した実施形態および実施例に限定されるものではなく、他の材料を適宜選択可能である。

Claims (28)

1. 第１表面と、この第１表面と反対側に位置する第２表面と、それぞれ前記第１表面および第２表面に開口する複数の貫通孔と、を有する第１電極と、
   前記第１電極の第１表面に対向して設けられた第２電極と、
   前記第１電極と第２電極との間に設けられ、少なくとも陰イオンを通過させる隔膜と、を備え、
   前記第１電極の第１表面は、少なくとも電解についての反応不活性部を有し、
   前記反応不活性部は、触媒が担持されない部分で構成されている電極ユニット。
2. 前記第１表面と前記隔膜との距離をＤとしたとき、前記第１表面の、少なくとも前記貫通孔の周縁からの距離ＬがＬ≧１．５×Ｄである部分が反応不活性部である請求項１に記載の電極ユニット。
3. 前記反応不活性部は、絶縁性部分で構成されている請求項１又は２に記載の電極ユニット。
4. 前記反応不活性部は、前記第１表面の少なくとも一部に絶縁層が形成された絶縁層形成部で構成されている請求項３に記載の電極ユニット。
5. 前記絶縁層が、ｐＨが２以上６以下の領域においてゼータ電位が負となる材料で形成される請求項４に記載の電極ユニット。
6. 前記第１電極の前記第２表面は、電解についての反応不活性部を有している請求項１から５のいずれか１項に記載の電極ユニット。
7. 前記第１電極の第１表面は、電解についての反応活性部と反応不活性部とを有している請求項１から６のいずれか１項に記載の電極ユニット。
8. 前記反応活性部は、前記第１表面の少なくとも一部に導電性を有する金属触媒あるいは酸化物触媒が塗布された触媒塗布部で構成されている請求項７に記載の電極ユニット。
9. 前記第１表面において、前記反応活性部は、前記各貫通孔の周囲に位置する請求項７又は８に記載の電極ユニット。
10. 前記第１電極は、２種類以上の異なる幅の線状部を有する網目構造を有し、最も細い線状部の表面が前記反応活性部を構成している請求項７又は８に記載の電極ユニット。
11. 前記第１電極は、前記第１表面に形成された複数の凹部を有し、前記第１表面が前記反応不活性部を構成し、前記各凹部の底面が前記反応活性部を構成している請求項７又は８に記載の電極ユニット。
12. 前記第１電極の前記第１表面の周縁部が反応不活性部であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の電極ユニット。
13. 電解室を有する電解槽と、
    前記電解室内に配置された請求項１から１２のいずれか１項に記載の電極ユニットと、
    を備える電解装置。
14. 前記電解室にはハロゲン元素を含む電解質液が充填され、電解によりハロゲン化合物を生成する請求項１３に記載の電解装置。
15. 前記電極ユニットは、前記電解室を電解液が供給される陰極室と水が供給される陽極室とに区画する少なくとも陰イオンを通過させる第１隔膜を備え、
    前記第１電極は前記第１隔膜に対向して前記陽極室内に配置され、前記第２電極は前記第１隔膜に対向して前記陰極室内に配置されている請求項１３又は１４に記載の電解装置。
16. 前記電極ユニットは、前記電解室を電解質液が供給される中間室と水が供給される陽極室とに区画する少なくとも陰イオンを通過させる第１隔膜と、前記電解室を前記中間室と水が供給される陰極室とに区画する少なくとも陽イオンを通過させる第２隔膜と、を備え、前記第１電極は前記第１隔膜に対向して前記陽極室内に配置され、前記第２電極は前記第２隔膜に対向して前記陰極室内に配置されている請求項１３又は１４に記載の電解装置。
17. 前記第１電極の前記第１表面の前記貫通孔のある領域の周縁部が反応不活性部である請求項１５又は１６に記載の電解装置。
18. 電解装置に用いる電極であって、
    第１表面と、この第１表面と反対側に位置する第２表面と、それぞれ前記第１表面および第２表面に開口する複数の貫通孔と、を備え、
    前記第１表面は、電解についての反応活性部と反応不活性部とを有し、
    前記反応不活性部は、触媒が担持されない部分で構成されている電極。
19. 前記第１表面と隔膜との距離をＤとしたとき、前記第１表面の、少なくとも前記貫通孔の周縁からの距離ＬがＬ≧１．５×Ｄである部分が反応不活性部である請求項１８に記載の電極。
20. 前記反応活性部と前記反応不活性部は、導電性部分と絶縁性部分とでそれぞれ構成されている請求項１８又は１９に記載の電極。
21. 前記反応不活性部は、前記第１表面の少なくとも一部に絶縁層が形成された絶縁層形成部で構成されている請求項２０に記載の電極。
22. 前記絶縁層が、ｐＨが２以上６以下の領域においてゼータ電位が負となる材料で形成される請求項２１に記載の電極。
23. 前記反応活性部は、触媒が担持された部分で構成されている請求項１８又は１９に記載の電極。
24. 前記反応活性部は、前記第１表面の少なくとも一部に導電性を有する金属触媒あるいは酸化物触媒が塗布された触媒塗布部で構成されている請求項２３に記載の電極。
25. 前記反応活性部は、前記第１表面において、前記各貫通孔の周囲に位置する請求項１８から２４のいずれか１項に記載の電極。
26. ２種類以上の異なる幅の線状部を有する網目構造を有し、最も細い線状部の表面が前記反応活性部を構成している請求項１８から２４のいずれか１項に記載の電極。
27. 前記第１表面に形成された複数の凹部を有し、前記第１表面が前記反応不活性部を構成し、前記各凹部の底面が前記反応活性部を構成している請求項１８から２４のいずれか１項に記載の電極。
28. 前記第２表面は、電解についての反応不活性部を有している請求項１８から２７のいずれか１項に記載の電極。