JP6408033B2 - 電極ユニットおよびそれを用いた電解装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電極ユニットおよびそれを用いた電解装置に関する。

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。電解水の内、次亜塩素酸水は、優れた殺菌力を有するとともに、人体に安全で食品添加物としても認可されている。また電解装置は水素製造等にも用いられる。

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、陽極および陰極がそれぞれ設けられている。電極として、金属板基材にエクスパンド、エッチング、あるいはパンチングによって多数の孔を加工した多孔構造の電極が用いられている。

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、陽極で次亜塩素酸水や塩酸、塩素を生成するとともに、陰極室で水酸化ナトリウム水や水素を生成する。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等して活用される。水素は水素水もしくは燃料として活用される。特に塩素や水素をメインに製造する場合にはより大電流で電解が行われる。

これらの電解では塩素や水素、酸素等のガスが発生する。このため円形や楕円形の多孔を有する電極の孔は大きい方がガスが抜けやすい。しかし孔が大きいと孔と孔の間が狭くなるため電気抵抗が大きくなり、エネルギ効率が低いことや発熱が問題となる。一方、正方形や菱形の開口も知られているがこの場合はエッジの角部に応力が集中しやすく接するイオン交換膜に傷をつけたり、また電流も集中しやすく電解が不均一に起こりやすく寿命等に影響する。

特開２０１４−１０１５４９号公報 特開２０１３−１９４３２３号公報

本発明の実施形態の課題は、長時間安定に駆動できる電極ユニットおよび電解装置を提供することにある。

実施形態によれば、電極ユニットは、第１表面、この第１表面とは裏側に位置する第２表面、前記第１表面に開口する複数の第１凹部、前記第２表面に開口しているとともに、前記第１凹部よりも開口面積が広い複数の第２凹部、及び第１凹部と第２凹部を連通する複数の貫通孔を有する第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電極上の第２電極側に配置された多孔質隔膜と、を備える電解ユニットにおいて、貫通孔は彎曲部と直線部を有し、彎曲部の曲率半径ｒは０．００５ｍｍから０．５ｍｍまでであり、開口面積は０．０５ｍｍ^２から２ｍｍ^２までである。

実施形態に係る電解装置の一例を概略的に示す図である。 図１の貫通孔を説明するための模式図である。 実施形態に係る電極ユニットの分解斜視図である。 実施形態に係る電極ユニットの製造方法の一例を表す図である。 実施形態に係る電極ユニットの製造方法の一例を表す図である。 実施形態に係る電極ユニットの製造方法の一例を表す図である。 実施形態に係る電極ユニットの製造方法の一例を表す図である。 実施形態に係る電極ユニットの製造方法の一例を表す図である。 実施形態に係る電極ユニットの製造方法の一例を表す図である。 実施形態に使用される電極と多孔質隔膜の構成の一例を表す模式図である。 実施形態に用いられる電極の第２表面を模式的に表す図である。 実施形態に使用可能な次亜塩素酸水製造用電極ユニットの変形例の分解斜視図である。 実施形態に使用可能な次亜塩素酸水製造用電極ユニットの変形例の分解斜視図である。 実施形態に使用可能な次亜塩素酸水製造用電極ユニットの変形例の分解斜視図である。 実施形態に係る電解装置の一例を概略的に示す図である。 実施形態に係る電解装置の他の一例を概略的に示す図である。 実施形態にかかる電極ユニットの一例を示す分解斜視図である。 実施形態に係る電極ユニットの製造方法の一例を表す図である。 実施形態に係る電極ユニットの製造方法の一例を表す図である。 実施形態に係る電極ユニットの製造方法の一例を表す図である。 実施形態に係る電極ユニットの製造方法の一例を表す図である。 実施形態に係る電極ユニットの製造方法の一例を表す図である。 実施形態に係る電極ユニットの製造方法の一例を表す図である。 第１の電極の各領域の位置を表す模式図である。 実施形態にかかる電極ユニットの他の一例である。 実施形態に係る電解装置の他の一例を概略的に示す図である。 実施形態にかかる電極ユニットのさらに他の一例である。

以下に、実施形態に係る電極ユニット及び電解装置について説明する。

実施形態に係る電極ユニットは、第１電極と、第１電極に対向して設けられた第２電極と、第１電極の第２電極側に配置された多孔質隔膜とを備える。

第１電極は、第２電極に対向する第１表面、第１表面と反対側に位置する第２表面、第１表面に開口する複数の第１凹部、及び第２表面に開口しているとともに第１凹部よりも開口面積が広い複数の第２凹部、及び第１凹部と第２凹部を連通する複数の貫通孔を有する。

貫通孔は、彎曲部と直線部を含み、彎曲部の曲率半径ｒは０．００５ｍｍから０．５ｍｍまでであり、その開口面積は０．０５ｍｍ^２から２ｍｍ^２までである。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

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。例えば図では電極は平面上に描かれているが、電極ユニットの形状に合わせて彎曲してもよいし、円筒状になっていてもよい。

図１は、実施形態に係る電解装置の一例を概略的に示す図である。

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、その内部は、隔壁１４および電極ユニット１２により、陽極室１６と陰極室１８と、電極間に形成された中間室１９との３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２０と、陰極室１８内に位置する第２電極（対向電極）２２と、第１電極２０の第１表面２１ａ上に触媒層２８が形成され、その上に多孔質隔膜２４を有する。第２電極２２の第１表面２３ａに別の多孔質隔膜２７と、を有することができる。第１電極２０および第２電極２２は、隙間をおいて互いに平行に対向し、これらの多孔質隔膜２４、２７間に、電解液を保持する中間室（電解液室）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２５を設けても良い。第１電極２０および第２電極２２は、絶縁性を有する複数のブリッジ６０により、互いに連結してもよい。

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、およびこれを制御する制御装置３６を備えている。電流計３２、電圧計３４を備えてもよい。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ーを設けてもよい。

図１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は多孔質隔膜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凹部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凹部４２が形成され、第２表面２１ｂに開口している。多孔質隔膜２４側となる第１凹部４０の開口径Ｒ１は、第２凹部４２の開口径Ｒ２よりも小さく、第１凹部の開口面積は第２凹部の開口面積より小さい。また、凹部の数は、第１凹部４０が第２凹部４２よりも多く形成されている。第１凹部４０の深さはＴ２、第２凹部４２の深さはＴ３であり、Ｔ２＋Ｔ３＝Ｔ１に形成されている。また、本実施形態において、例えばＴ２＜Ｔ３に形成されている。図１では、第１凹部４０は第２凹部と連通して貫通孔４３を形成している。

貫通孔４３は、彎曲部と直線部を有し、彎曲部の曲率半径ｒは０．００５ｍｍから０．５ｍｍまでであり、開口面積は０．０５ｍｍ^２から２ｍｍ^２までであることを特徴している。

図１では第２電極は第１電極と同じ開口構造（鏡像）で示されているが異なっていてもよい。

図２は、図１の貫通孔４３を説明するための模式図を示す。

図示するように、貫通孔４３は、例えば、彎曲部として丸みを帯びたコーナー部Ｒと直線部Ｌとからなる丸みを帯びた矩形形状を有する。複数の貫通孔は、第１表面２１ａにマトリクス状に並んで設けられている。第１電極２０への電流の供給は電極の周囲から行われるが電気抵抗は孔部４３で挟まれた電極部分の最も細い幅Ｗ０で決まる。Ｗ０が小さい方が電気抵抗が高くなる。そのため駆動電圧が高くなり、発熱や電流集中が起こりやすい。例えＷ０が同じでも、円形や楕円形と比べて、矩形の方が開口面積を大きくとることができる。そのため、次亜塩素酸やガスの排出に有利となる。また、矩形のコーナーが角ばっていると、矩形のコーナーが丸みを帯びている場合と比べて応力が集中しやすく電極に接する多孔質膜にダメージを与えやすい。さらに、矩形のコーナーが角ばっていると、電流集中も起こりやすく電解が不均一になる傾向があり、触媒が劣化等することにより装置寿命が短くなる。そのようなことを防ぐためには彎曲部の曲率半径ｒは０．００５ｍｍから０．５ｍｍが必要であり、０．００５ｍｍより小さいと効果はなく、０．５ｍｍより大きいと塩化物イオンの遮蔽効果が少なくなり次亜塩素酸の生成効率が低下する。彎曲部の曲率半径ｒは、より好ましくは０．０１ｍｍから０．３ｍｍであり、さらに好ましくは０．０２ｍｍから０．２ｍｍである。貫通孔の開口率を大きくするためには直線部があることが必要であり、各孔部が直線部で隣合うことにより開口率を大きくすることができる。貫通孔の開口面積は０．０５ｍｍ^２から２ｍｍ^２までである。０．０５ｍｍ^２より小さいと次亜塩素酸やガスが排出されにくく、隔膜の劣化等が起こりやすく、２ｍｍ^２より大きいと電解の効率が低下する。より好ましくは０．１ｍｍ^２から１．５ｍｍ^２である。さらに好ましくは０．２ｍｍ^２から１ｍｍ^２である。ここで直線部には曲率半径が１．５ｍｍ以上のものも含まれる。

貫通孔４３は、丸みを帯びた矩形状に限定されることなく、丸みを帯びた、正方形、ひし形、及び六角形等の多角形状にすることができる。また、長方形の短辺とその両側のコーナーを１つの湾曲部に置き換えた形状、すなわち対向配置された一対の湾曲部と、湾曲部間を結ぶ２本の直線部を持つ形状にすることができる。更に、全ての第１凹部４０が貫通孔４３になっている構成に限らず、第２凹部４２に連通していない第１凹部を含むことができる。すなわち陽極室に連通していない第１凹部があってもよい。また第１凹部の一部分が連通したものがあってもよい。例えば第１凹部がシール部を除いた電極の一端から他端まで届くような長方形の凹部形状であり、その中で複数の貫通孔がある間隔を持って配置されていてもよい。連通していない第１凹部は電極面積を増大させる効果や物質の拡散を促進する効果がある。

第１の電極には貫通孔が多数存在する。これらの複数の貫通孔のうち、彎曲部の曲率半径ｒが０．００５ｍｍないし０．５ｍｍまでであり、開口面積が０．０５ｍｍ^２から２ｍｍ^２である貫通孔は、８０％以上が好ましい。より好ましくは９０％以上であり、さらに好ましくは９５％以上である。

第２凹部４２に連通する複数の貫通孔の面積は、第２凹部４２の中央領域に形成された貫通孔の方が周辺領域に形成された貫通孔の面積より大きくすることができる。こうすることにより第２凹部４２周囲の電解反応で発生した次亜塩素酸やガスがより排出しやすくなる。

また、実施形態において、開口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を有することができる。

図３に、実施形態に使用可能な次亜塩素酸水製造用電極ユニットの分解斜視図を示す。

図３では第２電極は第１電極と同じ開口構造（鏡像）を示しているが異なっていてもよい。

実施形態において、図示するように、複数、例えば、９個の第１凹部４０が、１つの第２凹部４２と対向して設けられている。これら９個の第１凹部４０は、それぞれ第２凹部４２に連通し、第２凹部４２と共に基材２１を貫通する貫通孔４３を形成している。隣合う貫通孔間の間隔Ｗ１は、第２凹部４２間の間隔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凹部４０の数密度は、第２表面２１ｂにおける第２凹部４２の数密度よりも充分に大きい。

第２凹部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。矩形の頂点は丸まっていてもいなくてもよい。各第２凹部４２を規定している周壁は、凹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４２ａあるいは湾曲面により形成してもよい。隣り合う第２凹部４２間の間隔、すなわち、電極の線状部の幅はＷ２に設定されている。なお、第２凹部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凹部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２凹部４２の開口は正方形、長方形、ひし形、円、楕円等と様々な形状を用いることができる。第２凹部４２の開口径は大きい方が次亜塩素酸やガス抜けをより良好にし得るけれども、電気抵抗が大きくなることから、あまり大きくはできない。正方形の開口とすると一辺が１ｍｍから４０ｍｍが好ましく、より好ましくは２ｍｍから３０ｍｍであり、さらに好ましくは３ｍｍから２０ｍｍである。開口としては正方形、長方形、ひし形、円、楕円等と様々な形状を用いることができる。開口面積としては上記正方形の開口面積と同じ、１ｍｍ^２から１６００ｍｍ^２のものが好ましい。より好ましくは４ｍｍ^２から９００ｍｍ^２であり、さらに好ましくは９ｍｍ^２から４００ｍｍ^２である。長方形や楕円のように一方向に長くして、シール部を除いた電極の一端から他端につながるような開口も可能である。

前記第１凹部と第２凹部が共にシール部を除いた電極の一端から他端につながるような開口を有している場合、これらは直交もしくは平行になっている構造にすることができる。直行しているとガス拡散がしやすい。平行になっていると塩化物イオンを溜めやすい。直交とは８７度から９３度の角度で交差することであり、平行とは交差角が３度以内である。多孔構造の第１電極２０において、第１表面側の開口が広くなるテーパー面や湾曲面で第１凹部を形成することにより、第１凹部の開口との多孔質隔膜２４との接触角が鈍角となり、多孔質隔膜２４への応力集中を低減することもできる。

上記構成の第１電極２０および多孔質隔膜２４の製造方法の一例を以下に説明する。

図４Ａないし図４Ｆに、実施形態に係る電極ユニットの製造方法の一例を表す図を示す。

第１電極２０は、例えば、マスクを用いたエッチング法により作製することができる。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、１枚の平坦な基材２１を用意する。

基材２１の第１表面２１ａおよび第２表面２１ｂにレジスト膜５０ａ、５０ｂを塗布する。

図４Ｃに示すように、図示しない光学マスクを用いてレジスト膜５０ａ、５０ｂを露光し、それぞれエッチング用のマスク５２ａ、５２ｂを作製する。

図４Ｄに示すように、これらマスク５２ａ、５２ｂを介して、基材２１の第１表面２１ａおよび第２表面２１ｂを溶液によりウェットエッチングすることにより、複数の第１凹部４０および複数の第２凹部４２を形成する。その後、マスク５２ａ、５２ｂを除去することにより、第１電極２０が得られる。第１凹部４０及び第２凹部４２の平面形状は光学マスクおよびエッチング条件により制御することができる。

第１および第２凹部４０、４２のテーパーや湾曲面の形状は基材２１の材質やエッチング条件により制御することができる。第１凹部４０の深さはＴ２、第２凹部４２の深さはＴ３であり、Ｔ２＜Ｔ３となるように、第１および第２凹部を形成する。なお、エッチングにおいては、基材２１の両面を同時にエッチングしてもよく、あるいは、片面ずつエッチングしてもよい。エッチングの種類は、ウェットエッチングに限らず、ドライエッチングなどを用いても良い。また、エッチングに限らず、エクスパンド法、パンチング法、あるいは、レーザーや精密切削などによる加工で第１電極２０を製造することも可能である。

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。

第１電極２０の第１表面２１ａおよび第２表面２１ｂに電解触媒（触媒層）２８を形成する。陽極触媒としては、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。

第１電極と第１の多孔質隔膜の間に設けられた電解触媒からなる第１の触媒層、及び第１の触媒層とは反対側の第１電極の表面に設けられ、第１の触媒層とは単位面積当たりの量が異なる第２の触媒層をさらに含むことができる。

電解触媒の単位面積当たりの量が第１電極の両面で異なるように形成してもよい。これにより副反応等を抑制することができる。

基材２１の少なくとも第１の表面２１ａは凹部を除いて略平坦であることが好ましい。このため、基材２１の表面粗さ（凹部を除く平坦部の粗さ）は、０．０１μｍから３μｍにすることができる。０．０１μｍより小さいと電極の実質の表面積が減少する傾向があり、３μｍより大きいと電極の凸部に多孔質隔膜に対する応力が集中しやすくなる傾向がある。より好ましくは０．０２μｍから２μｍであり、さらに好ましくは０．０３μｍから１μｍである。

多孔質隔膜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表面２１ａの全面と対向している。多孔質隔膜２７は、第２電極２２とほぼ等しい寸法の矩形状に形成され、第１表面２３ａの全面と対向している。

多孔質隔膜２４、２７として、例えば第１の孔径を有する第１の多孔質層と第１の孔径とは異なる第２の孔径を有する第２の多孔質層との積層を使用することができる。

多孔質隔膜に使用される膜としてはイオン選択性のあるもの例えば炭化水素系ポリマーのイオン透過性膜やフッ素系ポリマーのイオン透過膜を用いることができる。

陽極側に用いる多孔質隔膜は、ｐＨが２から６までの領域の中でゼータ電位が正の無機酸化物を含有することができる。これにより、化学的に安定で弱酸性領域で陰イオンに対する多孔質隔膜の輸送性能を増大させることができる。

無機酸化物として、例えば、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化スズ、ジルコン、酸化銅、酸化鉄およびこれらの混合酸化物を用いることができる。好ましくは、化学的安定性が良好な無機酸化物として、酸化ジルコニウムおよび酸化チタンを用いることができる。あるいは好ましくは、曲げ耐性が良好な無機酸化物として、酸化ジルコニムを使用することができる。無機酸化物は、水酸化物やアルコキシド、オキシハロゲン化物、水和物を含むことができる。金属ハロゲン化物や金属アルコキシドの加水分解を経て無機酸化物を作製すると、後処理の温度によっては、これらの混合物になることがある。

多孔質隔膜中における無機酸化物の存在比率が場所によって異なることが可能である。例えば孔の周りや表面に無機酸化物の存在比率を多くすることができる。

無機酸化物はジルコンのような複合酸化物や異なる無機酸化物の混合物を使用することができる。また、多孔質隔膜は、異なる２種以上の酸化物をさらに含み、各酸化物の存在比率が多孔質隔膜の位置によって異なることも可能である。たとえば表面には曲げ強度の大きい酸化ジルコニウムを含有する領域が存在し、内部には正の電位の絶対値の大きい酸化チタンが含有された領域が存在することができる。

多孔質隔膜の表面のゼータ電位としてはｐＨ４においてー３０ｍＶより大きくすることができる。−３０ｍＶより小さいと多孔質隔膜に電圧をかけても塩素イオンが入りにくい傾向がある。さらには多孔質隔膜の表面のゼータ電位は−１５ｍＶより大きくすることができる。

実施形態では、陰電極上の陽電極側に多孔質隔膜を配置することができる。

陰電極上に設けられる多孔質隔膜は、ｐＨが８から１０の領域の中でゼータ電位が負の無機酸化物を含有することができる。これにより、弱アルカリ領域の陰極近傍において陽イオンの輸送性能を増すことができる。このような無機酸化物としては、アルカリ性領域でゼータ電位が負になりやすいものを使用することができ、このような無機酸化物として、例えば、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、ジルコン、酸化ケイ素、酸化タングステン及びゼオライトを用いることができる。無機酸化物として上記酸化物の混合物を使用することができる。また、多孔質隔膜中における無機酸化物の存在比率が場所によって異なることが可能である。たとえば表面には曲げ強度の大きい酸化ジルコニウムを含有する領域が存在し、内部には負の電位のｐＨ範囲が広い酸化シリコンが含有された領域が存在することができる。

無機酸化物の多孔質隔膜２４は、ナノ粒子を塗布して膜を形成することにより、あるいは、ゾルーゲルで作製することにより、面内および立体的にも不規則的な孔を有することができる。この場合、多孔質隔膜２４は、曲げ等にも強くなる。多孔質隔膜２４には、無機酸化物の他に、ポリマーが含まれることが可能である。ポリマーは膜に柔軟性を与える。このようなポリマーとしては、化学的に安定な主鎖にハロゲン原子が置換したものを使用することができ、例えばポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、テフロン（登録商標）等があげられる。その他のポリマーとして、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の炭化水素ポリマー、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド等の所謂エンジニアリングプラスチックを用いることができる。

多孔質隔膜２４の孔径は、第１電極２０側の開口径と第２電極２２側の開口径とが異なることができる。孔の第２電極２２側の開口径をより大きくすることにより、イオンの移動をより容易にするとともに第１電極２０の貫通孔４０による応力集中をより低減することができる。これは電極２２側の開口が大きい方が拡散によるイオン移動が容易になるからである。陰イオンは電極２０側の孔径が小さくても比較的容易に電極に引き寄せられる。逆に電極２０側の孔径が大きいと生成した塩素等が多孔質隔膜側に拡散しやすくなる傾向がある。

多孔質隔膜の表面の孔径は高分解能の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いることにより測定できる。また内部の孔は断面ＳＥＭ観察により測定できる。

図５に、実施形態に使用される電極と多孔質隔膜の構成の一例を表す模式図を示す。

図示するように、多孔質隔膜２４は、第１電極２０の第１表面２１ａ部分を覆う第１領域２４ａと、第２凹部４２と連通した複数の第１凹部４０の開口を覆う第２領域２４ｂと、を有している。２１ａ部分では発生する塩素等のガスが排出されにくい。そのため、電極ユニット１２が劣化しやすい。そこで、多孔質隔膜２４において、第１領域の表面孔を無くす、すなわち、無孔に形成するか、あるいは、第１領域２４ａにおける表面孔の径や孔の数密度を第２領域における孔よりも小さくすることにより、第１領域２４ａと接する領域での電解反応を抑制し電極ユニット１２の劣化を防止することができる。無孔に形成するか、あるいは孔の径を小さくするには、第１電極の第１表面２１ａにスクリーン印刷等で別途薄い無孔膜や孔径の小さい多孔質隔膜を形成することができる。ただし、電極の反応面積が少なくなるため、ガスが抜けやすい部分の電極領域で十分な反応が起こるようにすることができる。また、第１電極２０の多孔質隔膜２４と反対側の第２表面２１ｂを液体を透過させない電気絶縁性膜で覆うことにより、副反応を低減することが可能である。なお図５では貫通孔ではない第１凹部４０も示している。

多孔質隔膜２４として、孔径の異なる複数の多孔質隔膜を積層した多層膜を用いることができる。この場合、第２電極２２側に位置する多孔質隔膜の孔径を、第１電極２０側に位置する多孔質隔膜の孔径よりも大きくすることにより、イオンの移動をより容易にするとともに電極の貫通孔による応力集中を低減することができる。

上記のように構成された第１電極２０と第２電極２２との間に多孔質隔膜２４を挟んだ状態で、これらをプレスすることにより、第１電極２０、多孔質隔膜２４、第２電極２２が接して、電極ユニット１２が得られる。

図１で示したように、電極ユニット１２は、電解槽１１内に配設され、隔壁１４に取付けられている。隔壁１４と電極ユニット１２とにより、電解槽１１内を陽極室１６と陰極室１８に仕切っている。これにより、電極ユニット１２は、構成部材の配置方向が、例えば、水平方向となるように、電解槽１１内に配設されている。電極ユニット１２の第１電極２０は、陽極室１６に臨んで配置され、第２電極２２は、陰極室１８に臨んで配置されている。

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。電圧計３４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。電流計３２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。

第１電極２０の表面に触媒２８が形成された第１表面２１ａ上に多孔質隔膜２４を形成する一例としては、まず、図４Ｅに示すように、無機酸化物粒子および／もしくは無機酸化物前駆体を含有する溶液を第１表面２１ａに塗布して前処理膜２４ｃを作製する。次いで、図４Ｆに示すように、前処理膜２４ｃを焼結して多孔を有する多孔質隔膜２４を作製する。

無機酸化物前駆体を含有する溶液を作製する方法としては、例えば、金属のアルコキシドをアルコールに溶解させ、多孔質構造を作製するためにグリセリン等の高沸点の溶媒を加え、あるいは、焼結する際に酸化して炭酸ガスになりやすい脂肪酸等の有機物を混合して、溶液を作製することができる。また、溶液は、電極の多孔を覆うために、少量の水を添加して金属アルコキシドを部分的に加水分解させて粘度を上昇させることができる。

多孔質隔膜２４を形成する方法として、別の多孔質膜に無機酸化物粒子および／もしくは無機酸化物前駆体を含有する溶液を塗布することができる。もしくは、第１電極２０の第１表面２１ａ上にあらかじめ大きな孔を有する多孔質膜を形成し、その表面および孔を無機酸化物粒子およびもしくは無機酸化物前駆体で覆うことができる。もしくは上記方法により電解液を保持する保持体２５上に無機酸化物を有する多孔質隔膜を形成することができる。また、これらを組み合わせることができる。

無機酸化物粒子および／もしくは無機酸化物前駆体を含有する溶液を塗布する方法として、刷毛塗りやスプレー、ディッピング等を使用することができる。前処理膜２４ｃを焼結して多孔を作製する工程では、焼結温度は１００〜６００℃程度にすることができる。

以上の構成や製造方法等により長期間に亘って高効率な電解性能を維持できる長寿命の電極ユニットとこれを用いた電解装置を提供することができる。

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
（実施例１）
第１電極の基材２１として、板厚Ｔ１が０．５ｍｍの平坦なチタン板を用意する。

このチタン板を図４Ａから図４Ｆに示す工程と同様にして、エッチングすることにより、第１電極２０を作製する。

図６に、貫通孔の形状の一実施形態を模式的に表す図を示す。

第１電極２０のうち、第１凹部４０を含んだ領域の厚み（第１凹部の深さ）は０．１５ｍｍ、第１凹部より開口面積が広い第２凹部４２を含んだ領域の厚み（第２凹部の深さ）は０．３５ｍｍである。図示するように貫通孔４３は丸みを帯びたコーナーを有するひし形であり、各頂点の曲率半径は０．０２ｍｍから０．２ｍｍで辺の直線部は０．１４ｍｍから０．４５ｍｍである。開口面積は０．２０ｍｍ^２から０．２８ｍｍ^２である。 図示するように、第２凹部４２に連通する複数の貫通孔面積は、第２凹部４２の中央領域に形成された貫通孔４３Ｃの方が周辺領域に形成された貫通孔４３Ｐの面積より大きい。

第２凹部４２も同様に丸みを帯びたコーナーを有するひし形である。ひし形の一辺は約３．６ｍｍである。隣合う貫通孔４３間に形成される線状部の幅Ｗ１（Ｗ０）は約０．１４ｍｍ、隣合う第２凹部４２間に形成される幅広の線状部の幅Ｗ２は約０．８６ｍｍである。

このエッチングされた電極基材２１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、焼成して触媒層２８を作成する。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回繰り返した電極基材を、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。

テトライソプロポキシチタン（ＩＶ）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。薄膜を熱処理により多孔質化させゾルの粘性を増加させるポリエチレングリコール（分子量５０００）を室温にもどしたゾルに添加し、電極２０の第１表面２１ａ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ｐＨ２から６におけるゼータ電位が正である酸化チタンからなる多孔質隔膜２４を得る。なお、酸化チタンのゼータ電位は例えば電気泳動法（マルバーン社製 ゼータサイザーナノＺＳ）により測定することができる。酸化チタンのｐＨは純水に塩酸および水酸化ナトリウムを加えて酸性側からアルカリ性側に変化させることができる。

酸化イリジウム触媒層２８を作成する代わりに、触媒層として白金をスパッタすること以外は第１電極２１と同様にして第２電極（対向電極、陰極）２２を形成する。その上に上記多孔質隔膜２４と同様にして、酸化チタン膜からなる多孔質隔膜２７を作製する。

電解液を保持する保持体２５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電極２０、多孔質隔膜２４、多孔質ポリスチレン２５、多孔質隔膜２７、第２電極２２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を作成する。この電極ユニット１２を電解槽１１内に載置し、隔壁１４および電極ユニット１２により、陽極室１６と陰極室１８と、電極間に配置された多孔質ポリスチレン２５が設けられた中間室１９との３室に仕切られる。

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３４、電流計３２を設置する。給水源１０６から陽極室１６および陰極室１８に水を供給するための配管とポンプを電解槽１１に接続し、給水ライン１０４，１０５を確保する。さらに、陽極室１６から次亜塩素酸水を取り出すライン１０２および陰極室１８からアルカリ性水を取り出すライン１０３を設けることができる。電極ユニット１２の保持体（多孔質ポリスチレン）２５に飽和食塩水を循環供給するための飽和食塩水タンク１０７と配管、ポンプを電極ユニットに接続し、電解槽に塩素イオンを含む電解質を導入するライン１０１と、余剰の電解質を回収するライン１０８を確保する。

電解装置１０を用いて、電圧３．９Ｖ、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側では水素および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、電圧上昇や生成物濃度の変化はほとんど見られず、安定した電解処理を実行することができる。

（実施例２）
図７に、実施形態に使用可能な次亜塩素酸水製造用電極ユニットの第１の変形例の分解斜視図を示す。図７では第２電極は第１電極と同じ開口構造（鏡像）である。

図７で示す第１凹部及び第２凹部、貫通孔を有する第１電極及び第２電極を用いること以外は、実施例１と同様にして電極ユニット１２’を形成する。

図示するように、たとえば複数、例えば、９個の第１凹部５０が、１つの第２凹部５２と対向して設けられている。これら９個の第１凹部５０は、それぞれ第２凹部５２に連通し、第２凹部５２と共に基材２１を貫通する貫通孔５３を形成している。図７ではわかりやすいように第２開口部は３個、第２開口部に対向する第１開口部は９個で表現しているが反応電極面積が３ｃｍ×４ｃｍの大きさであることから実際には下記で示す寸法からもっと開口部の個数は多い。隣合う貫通孔間の間隔Ｗ１’は、第２凹部５２間の間隔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凹部５０の数密度は、第２表面２１ｂ’における第２凹部５２の数密度よりも充分に大きい。

貫通孔５３は両端が半円形の長方形すなわち平行する２本の直線の両端部がそれぞれ半円で結ばれた形状を有する。各半円の曲率半径は０．０８ｍｍから０．１３ｍｍで辺の直線部は約３．０ｍｍ、開口面積は０．７ｍｍ^２から０．８ｍｍ^２である。

第２凹部５２は長方形で一辺はシール部を除く電極全体の長さである。隣合う貫通孔間に形成される線状部の幅Ｗ１’（Ｗ０）は約０．２５ｍｍ、隣合う第２凹部４２間に形成される幅広の線状部の幅Ｗ２’は約１．８ｍｍである。

多孔質隔膜として厚さ１００μｍのガラス布に粒径５０μｍから５００μｍの酸化チタン粒子を含むテフロン粒子の水分散液を塗布して乾燥する。さらにテトライソプロポキシジルコニウム（ＩＶ）の５％イソプロパノール溶液に漬けて大気中に引き上げる。大気中８０℃で１時間乾燥し多孔質隔膜を作成する。この多孔質隔膜表面のｐＨ４におけるゼータ電位は−１２ｍＶである。

実施例１と同様に作成する触媒層付きの電極２０および２２を用い、図１で示される構造の電解装置を作成する。

この電解装置を用いて、電圧４．２Ｖ、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側では水素および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、電圧上昇や生成物濃度の変化はほとんど見られず、安定した電解処理を実行することができる。

（実施例３）
多孔質膜として厚さ１５０μｍのポリエチレン布に粒径４００〜５００μｍの強塩基性ゲル型陰イオン交換樹脂とポリプロピレン微粒子の水分散混合液を塗布して乾燥する。大気中８０℃で１時間乾燥し多孔質隔膜を作成する。この多孔質隔膜を図１における陽極側多孔質膜２４として用い、陰極側の多孔質膜としてナフィオン１１７を用いることを除いては実施例２と同様にして電解装置を作製する。

この電解装置を用いて、電圧４．３Ｖ、電流１．５Ａで電解を行い、第１電極（陽極）側では次亜塩素酸水を、第２電極（陰極）側では水素および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、電圧上昇や生成物濃度の変化はほとんど見られず、安定した電解処理を実行することができる。

（実施例４）
貫通孔は丸みを帯びたコーナーを有するひし形であり、各コーナーの曲率半径は０．００５ｍｍから０．２ｍｍで辺の直線部は０．０５ｍｍから０．４０ｍｍであり、かつ開口面積は０．０５ｍｍ^２から０．２７ｍｍ^２である第１電極及び第２電極を用いることを除いては実施例１と同様にして図１で示される構造の電解装置を作成する。

この電解装置を用いて、電圧４．０Ｖ、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側では水素および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、電圧上昇や生成物濃度の変化はほとんど見られず、安定した電解処理を実行することができる。

（実施例５）
貫通孔は丸みを帯びたコーナーを有するひし形であり、各コーナーの曲率半径は０．０３ｍｍから０．５ｍｍで辺の直線部は０．４ｍｍから１．２ｍｍであり、かつ開口面積は０．５ｍｍ^２から２ｍｍ^２である第１電極及び第２電極を用いることを除いては実施例１と同様にして図１で示される構造の電解装置を作成する。

この電解装置を用いて、電圧４．２Ｖ、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側では水素および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、電圧上昇や生成物濃度の変化はほとんど見られず、安定した電解処理を実行することができる。

（実施例６）
図８に、実施形態に使用可能な次亜塩素酸水製造用電極ユニットの第２の変形例の分解斜視図を示す。図８では第２電極は第１電極と同じ開口構造（鏡像）である。

図８で示す第１凹部６３及び第２凹部６２を有する第１電極１２０及び第２電極１２２を用いること以外は、実施例１と同様にして電極ユニット１１２を形成する。

図示するように、４本の第１凹部６３は各々、シール部１２４を除いた電極１２３の上端から下端まで届くような長方形であり、第１凹部６３は、第２表面１２１ｂ，１２３ｂに連通しない凹部と、第２表面１２１ｂ，１２３ｂに連通した開口部（貫通孔）６１を有する。貫通孔６１は第１凹部６３の中に間隔Ｒ２を持って配置されている。例えば、２個の第１凹部６３が、１つの第２凹部６２と対向して設けられている。これら２個の第１凹部６３内に各々配置された５つの貫通孔６１が、１つの第２凹部６２に連通している。第１表面１２１ａにおける第１凹部６３の数密度は、第２表面１２１ｂにおける第２凹部６２の数密度よりも充分に大きい。図８ではわかりやすいように開口部の数は少なく表現しているが反応電極面積が３ｃｍ×４ｃｍの大きさであることから実際には下記で示す寸法からもっと開口部の個数は多い。

第１凹部６３は長方形であり、第１電極１２０のうち、第１凹部６３を含んだ領域の厚み（第１凹部の深さ）は０．１ｍｍ、第１凹部６３より開口面積が広い第２凹部６２を含んだ領域の厚み（第２凹部の深さ）は０．３ｍｍである。貫通孔６１は丸みを帯びたコーナーを有する正方形であり、各頂点の曲率半径は０．０４ｍｍから０．１ｍｍで辺の直線部は０．３ｍｍから０．３５ｍｍである。開口面積は０．１５ｍｍ^２から０．３ｍｍ^２である。

第２凹部６２は長方形で一辺はシール部を除く電極全体の長さである。第１凹部と第２凹部は平行である。隣合う第１凹部６３間に形成される平面部の幅Ｗ３は約０．５ｍｍ、隣合う貫通孔６１間の幅Ｗ４は約１．０ｍｍである。第２凹部と連通していない第１凹部には電極面積を増大させ電圧を安定させる効果がある。

多孔質隔膜として厚さ１００μｍのガラス布に粒径５０μｍから５００μｍの酸化チタン粒子を含むとテフロン粒子の水分散液を塗布して乾燥する。さらにテトライソプロポキシジルコニウム（ＩＶ）の５％イソプロパノール溶液に漬けて大気中に引き上げる。大気中８０℃で１時間乾燥し多孔質隔膜を作成する。この多孔質隔膜表面のｐＨ４におけるゼータ電位は−１２ｍＶである。

実施例１と同様に作成する触媒層付きの電極１２０および１２２を用い、図１で示される構造の電解装置を作成する。

この電解装置を用いて、電圧４．０Ｖ、電流１．５Ａで電解を行い、第１電極（陽極）１２０側では次亜塩素酸水を、第２電極（陰極）１２２側では水素および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、電圧上昇や生成物濃度の変化はほとんど見られず、安定した電解処理を実行することができる。

（実施例７）
図９に、実施形態に使用可能な次亜塩素酸水製造用電極ユニットの第３の変形例の分解斜視図を示す。図９では第２電極は第１電極と同じ開口構造（鏡像）である。

図９で示す第１凹部６３及び第２凹部６２を有する第１電極２２０及び第２電極２２２を用いること以外は、実施例１と同様にして電極ユニット２１２を形成する。

図示するように、６本の第１凹部６３は各々、シール部２２４を除いた電極２２３の右端から左端まで届くような長方形であり、第１凹部６３は、第２表面２２１ｂ，２２３ｂに連通しない凹部と、第２表面２２１ｂ，２２３ｂに連通した開口部（貫通孔）６１を有する。貫通孔６１は第１凹部６３の中に各３つの間隔を持って配置されている。３本の第２凹部は各々、シール部２２４を除いた電極２２３の上端から下端まで届くような長方形である。これら６本の第１凹部６３内に各々配置された６つの貫通孔６１が、１つの第２凹部６２に連通している。第１表面２２１ａにおける第１凹部６３の数密度は、第２表面２２１ｂにおける第２凹部６２の数密度よりも充分に大きい。図９ではわかりやすいように開口部の数は少なく表現しているが反応電極面積が３ｃｍ×４ｃｍの大きさであることから実際には下記で示す寸法からもっと開口部の個数は多い。

第１電極１２０のうち、第１凹部６３を含んだ領域の厚み（第１凹部の深さ）は０．１５ｍｍ、第１凹部６３より開口面積が広い第２凹部６２を含んだ領域の厚み（第２凹部の深さ）は０．３５ｍｍである。貫通孔は両端が半円形の長方形すなわち平行する２本の直線の両端部がそれぞれ半円で結ばれた形状を有する。各半円の曲率半径は０．０８ｍｍから０．１３ｍｍで辺の直線部は約３．０ｍｍ、開口面積は０．７ｍｍ^２から０．８ｍｍ^２である。

第１凹部と第２凹部は直交である。隣合う第１凹部６３間に形成される平面部の幅Ｗ５は約０．２５ｍｍ、隣合う第２凹部間の幅Ｗ６は約１．０ｍｍである。第２凹部と連通していない第１凹部には電極面積を増大させ電圧を安定させる効果がある。

多孔質隔膜として厚さ１００μｍのガラス布に粒径５０μｍから５００μｍの酸化チタン粒子を含むとポリフッ化ビニリデン粒子の水分散液を塗布して乾燥する。さらにテトライソプロポキシジルコニウム（ＩＶ）の５％イソプロパノール溶液に漬けて大気中に引き上げる。大気中８０℃で１時間乾燥し多孔質隔膜を作成する。この多孔質隔膜表面のｐＨ４におけるゼータ電位は−１０ｍＶである。

実施例１と同様に作成する触媒層付きの電極２２０および２２２を用い、図１で示される構造の電解装置を作成する。

この電解装置を用いて、電圧４．１Ｖ、電流１．５Ａで電解を行い、第１電極（陽極）１２０側では次亜塩素酸水を、第２電（陰極）１２２側では水素および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、電圧上昇や生成物濃度の変化はほとんど見られず、安定した電解処理を実行することができる。

（比較例１）
貫通孔の各コーナーの曲率半径が０．００３ｍｍから０．０１ｍｍである第１電極及び第２電極を用いることを除いては実施例１と同様にして電解装置を構成する。

この電解装置を用いて、電圧４．２Ｖ、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側では水素および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、電圧上昇や生成物濃度の低下が見られる。

（比較例２）
貫通孔の開口面積が２．０ｍｍ^２から２．４ｍｍ^２である第１電極及び第２電極を用いることを除いては実施例１と同様にして電解装置を構成する。

この電解装置では、電圧４．０Ｖ、電流１．５Ａで電解を行うことができるが、次亜塩素酸水生成の効率が実施例１と比較すると７０％である。

（比較例３）
貫通孔の開口面積が０．０３ｍｍ^２から０．０５ｍｍ^２である第１電極及び第２電極を用いること以外は実施例１と同様にして電解装置を構成する。

この電解装置を用いて、電圧４．０Ｖ、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側では水素および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、電圧上昇や生成物濃度の低下が見られる。

（比較例４）
貫通孔の各コーナーの曲率半径が０．３ｍｍから０．７ｍｍである第１電極及び第２電極を用いることを除いては実施例１と同様にして電解装置を構成する。

この電解装置では、電圧４．１Ｖ、電流１．５Ａで電解を行うことができるが、次亜塩素酸水生成の効率が実施例１と比較すると６０％である。

（他の実施形態にかかる電極、電極ユニット、及び電解装置）
以下に、他の実施形態にかかる電極、電極ユニット、及び電解装置について説明する。

この実施形態に係る電極は、第１表面と、第１表面に対向する第２表面と、第１表面から第２表面に貫通する複数の貫通孔とを有する。複数の貫通孔は、大きさが異なる貫通孔を含み、貫通孔の開口率が電極の一端から対向する他端に向かう方向に沿って次第に増加するように配列されている。

この実施形態に係る電極ユニットは、上記電極を第１電極として用いた電極ユニットであって、第１表面と第２表面を有する第１電極、第１電極の第１表面と対向して配置された第２電極、第１電極の第１表面に設けられた多孔質隔膜、多孔質隔膜と第２電極との間に設けられた電解液保持構造を有する。

第１電極には第１表面から第２表面に貫通する複数の貫通孔が複数設けられている。複数の貫通孔は、大きさが異なる貫通孔を含み、貫通孔の開口率が第１電極の一端から対向する他端に向かう方向に沿って次第に増加するように配列されている。

また、この実施形態に係る電解装置は、上記電極およびこれを用いた電極ユニットを適用した電解装置の一例である。この電解装置は、電解槽、及び電解槽に組み入れられた電極ユニット、電極ユニットにより仕切られた第１電極室及び第２電極室を有する。電極ユニットには電圧を印加する機構例えば電極に電圧を印加するための電源、及び制御装置などを搭載することができる。

実施形態によれば、貫通孔の開口率が第１電極の一端から対向する他端に向かう方向に沿って次第に増加するように配列されていることにより、電気分解により発生するイオンが電極を通過する量を制御してｐＨ制御を行うことができる。

第１電極室は例えば陽極室であり、第２電極室は例えば陰極室であり、電解槽に塩化物イオンを含む電解質溶液を導入するライン、陽極室から酸性電解水を取り出すライン、及び陰極室からアルカリ性電解水を取り出すラインをさらに設けることができる。

第１電極の一端から対向する他端に向かう方向は、第１電極室における流れの方向に沿った方向あるいは反対の方向にすることができる。

第１電極室における流れの方向とは、第１電極室に導入される水、電解による塩素または次亜塩素酸等を含む水の流れの方向をいう。

第１電極の一端から他端に向かって２以上に分割された各領域における単位面積あたりの開口面積の百分率を開口率とするとき、第１電極室における流れの方向の上流の領域よりも下流の領域の開口率を大きく、または小さくすることができる。

電解槽において自然対流により流れを発生させるとき、第１電極の一端から対向する他端に向かう方向は、第１電極室の上部から下部の方向または下部から上部の方向にすることができる。

電解槽において自然対流により流れを発生させるとき、第１電極の一端から他端に向かって２以上に分割された各領域における単位面積あたりの開口面積の百分率を開口率とするとき、前記第１電極室の上部よりも下部の開口率を大きくまたは小さくすることができる。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

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。例えば図では電極は平面上に描かれているが、電極ユニットの形状に合わせて彎曲してもよいし、円筒状になっていてもよい。

図１０は、実施形態に係る電解装置の一例を概略的に示す図である。

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、その内部は、隔壁１４および電極ユニット１２により、陽極室１６と陰極室１８と、電極間に形成された中間室１９との３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２０と、陰極室１８内に位置する第２電極（対向電極）２２と、第１電極２０の第１表面２１ａ上に触媒層２８が形成され、その上に多孔質隔膜２４を有する。第２電極２２の第１表面２３ａに別の多孔質隔膜２７と、を有することができる。第１電極２０および第２電極２２は、隙間をおいて互いに平行に対向し、これらの多孔質隔膜２４、２７間に、電解液を保持する中間室（電解液室）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２５を設けても良い。第１電極２０および第２電極２２は、絶縁性を有する複数のブリッジ６０により、互いに連結してもよい。

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、およびこれを制御する制御装置３６を備えている。電流計３２、電圧計３４を備えてもよい。

図示するように、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は多孔質隔膜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。多孔質隔膜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Ｔ２、第２孔部４２の深さはＴ３であり、Ｔ２＋Ｔ３＝Ｔ１に形成されている。また、本実施形態において、例えばＴ２＜Ｔ３に形成されている。

図１１は、実施形態に係る電解装置の他の一例を概略的に示す図である。

図１１に示すように、図１の構成に加えて、陽極室１６、陰極室１８には液体の流路を設けても良い。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ーを設けてもよい。また電解槽１１に塩化物イオンを含む電解質を導入するラインＬ１、塩水溜１０７、電解槽に水を供給するラインＬ２およびＬ３、電解槽から酸性電解水を取り出すラインＬ４、及び電解槽からアルカリ性電解水を取り出すラインＬ５をさらに設けてもよい。また、軟水器１０９および、軟水器１０９に吸着剤再生用の酸性電解水を酸性電解水溜１０６から供給するためのラインＬ６をさらに設けてもよい。さらに、アルカリ電解水を貯蔵すためのタンクを設けてもよい。

第１電極２０は水供給ラインＬ２側と酸性電解水を取り出すラインＬ４側で開口率が異なっている。

開口率は光学顕微鏡を用いて測定できる。電極のある部分の開口率は開口が少なくとも１００個完全に含まれる正方形をとり、その中に含まれる貫通孔の開口面積（テーパーが側面にある場合はもっとも狭い開口面積）を測定し、その合計面積を正方形の面積で割った値すなわち単位面積あたりの開口面積の百分率を求める。正方形の周辺に開口の一部がかかる場合は正方形内の開口面積を合計面積に加える。

第１電極の一端から他端に向かって２以上に分割された各領域の単位面積あたりの開口面積の百分率を開口率とするとき、第１の領域の第１の開口率と第１の領域とは異なる第２の領域の第２の開口率との比が１：１．０５から１：１０までの範囲内であることが好ましい。

次亜塩素酸が生成する陽極での素反応は、Ｍを触媒として
Ｍ＋Ｈ_２Ｏ→Ｍ−ＯＨ＋Ｈ＋ｅ⁻ …（１）
Ｍ−ＯＨ→Ｍ−Ｏ＋Ｈ^＋＋ｅ⁻ …（２）
Ｍ−Ｏ＋Ｃｌ⁻＋Ｈ^＋→Ｍ＋ＨＣｌＯ …（３）
トータルとして
Ｈ_２Ｏ＋Ｃｌ⁻→ＨＣｌＯ＋Ｈ^＋＋２ｅ⁻ …（４）
である。

一方、陰極では
２Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻→Ｈ_２＋２ＯＨ⁻ …（５）
全反応は陽イオンもいれて
２ＮａＣｌ＋３Ｈ_２Ｏ→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ＋２ＮａＯＨ＋Ｈ_２ …（６）である。

一方陽極では酸素が発生する副反応も同時に起こる場合があり、その反応は
Ｍ＋Ｈ_２Ｏ→Ｍ−ＯＨ＋Ｈ^＋＋ｅ⁻ …（１）
Ｍ−ＯＨ→Ｍ−Ｏ＋Ｈ^＋＋ｅ⁻ …（２）
２Ｍ−Ｏ→２Ｍ＋Ｏ_２ …（７）
トータルとして、
２Ｈ_２Ｏ→Ｏ_２＋２Ｈ^＋＋２ｅ⁻ …（８）
である。

反応式（４）から、二つの電子を取ることにより、次亜塩素酸分子一つとプロトンが一つ、反応式（８）から酸素分子一つとプロトンが二つ生成することが分かる。すなわち同じ電流量であっても副反応の酸素が発生するとよりプロトンが多く発生してｐＨが下がる。通常は反応式（７）の反応の活性化エネルギが大きいために反応式（３）の反応が優先する。しかし反応に必要な塩化物イオンの濃度が小さいと反応式（７）の反応が起こりやすくなる。開口率が大きいと塩化物イオンが開口から外部に流出しやすくなり、塩化物イオンの濃度が下がりやすい。そのため酸素が発生しやすくなり、プロトンがより発生する。この場合、プロトン発生量の差は最大２倍である。ｐＨ値は濃度の対数であるため特に高ｐＨ領域においてこの違いは大きくなる。プロトンは触媒のある陽極の多孔質隔膜側で発生するが、陽極との静電反発のため陽極の開口から外部に出にくい。反応式（６）から陰極ではＯＨ⁻がプロトンの倍の数発生する。ＯＨ⁻も静電反発のため外部に出にくい。滞留したプロトンやＯＨ⁻は多孔質隔膜を逆に拡散して反応するため陽極外側でのｐＨがさらに下がりにくくなる。

電荷セルの供給される水流は通常中性であるので、上流側で生成したプロトンは大きな濃度勾配により外部に排出されやすい。下流側では水流のｐＨが下がり、プロトンの外部への拡散は起こりにくくなる。しかし下流側の開口率が大きいとプロトン発生量も大きくなり、濃度勾配を大きくすると共に、大きな開口率のため外部にプロトンが流出しやすくなりｐＨが下がりやすい。また下流側の方が水圧が低いため酸素ガスが抜けやすいため反応式（８）の反応が促進されｐＨが下がりやすい。陰極側においても下流側の開口率が大きい場合はＯＨ⁻が抜けやすくなるため副次的に陽極でプロトンが外部に流出しやすくなる。

一方、水流の上流側に置かれた電極の開口率が下流側より大きい場合には、下流で生成するプロトンの濃度勾配が小さくなるため拡散しにくくなると共に開口率が小さいため外部に流出しにくい。そのためｐＨが下がりにくい。また上流側の方が水圧が高いため酸素ガスが抜けにくいため反応式（８）の反応が抑制されｐＨが下がりにくい。

ここでは水流をポンプ（図示せず）によるライン配管により起こしているが、熱による自然対流や発生するガスによる自然対流では重力の効果により下部から上部への水流が起こり、ライン配管による効果と同様の効果が生じる。

上記のような効果を出すためには、下部に対する上部の開口率の違いが１：１．０５から１：１０までの範囲内であることが好ましい。１：１．０５より小さいと効果が低下する傾向がある。一方、１：１０より大きいと一方の電極反応が阻害され全体としての効率が低下する。１：２から１：７までがより好ましく、１：３から１；６までがさらに好ましい。

貫通孔の多孔質膜側の開口面積は０．０１ｍｍ^２から４ｍｍ^２までであることが好ましい。０．０１ｍｍ^２より小さいとガスや次亜塩素酸などの反応生成物の外部への排出が困難になり、部材の劣化等が起こりやすくなる。４ｍｍ^２より大きいと電極反応の効率が低下する。より好ましくは０．１ｍｍ^２から１．５ｍｍ^２である。さらに好ましくは０．２ｍｍ^２から１ｍｍ^２である。

貫通孔の多孔質膜側の開口面積の違いが１０倍以下であることが好ましい。１０倍より大きいと一方の開口で反応が阻害されやすい。より好ましくは７倍以下であり、さらに好ましくは５倍以下である。

電極全体の長さは水流方向で５ｃｍから以上１００ｃｍまでが好ましい。５ｃｍより小さいと開口率の違いによる効果が出にくい傾向がある。１００ｃｍより大きいと電極ユニットの製造が難しくなる傾向がある。より好ましくは７ｃｍ以上７０ｃｍ以下であり、さらに好ましくは１０ｃｍ以上５０ｃｍ以下である。

また、実施形態において、開口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を有することができる。

図１２に、実施形態にかかる電極を用いた電極ユニットの一例を示す分解斜視図を模式的に示す。

この電極および電極ユニットは例えば下から上に向かって水流が起こるような状態で配置することができる。

図示するように、複数、例えば、９個の第１凹部４０が、１つの第２凹部４２と対向して設けられている。これら９個の第１凹部４０は、それぞれ第２凹部４２に連通し、第２凹部４２と共に基材２１を貫通する貫通孔を形成している。隣合う貫通孔間の間隔Ｗ１は、第２凹部４２間の間隔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凹部４０の数密度は、第２表面２１ｂにおける第２凹部４２の数密度よりも充分に大きい。第１凹部４０の開口面積は、下流から上流に向かう方向に次第に増加している。上流に位置する第１凹部４０は、下流に位置する第１凹部４０より大きく、開口率も大きい。各第２凹部４２の開口面積の大きさは上流と下流で同じである。

第２凹部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。矩形の頂点は丸まっていてもいなくてもよい。各第２凹部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４２ａあるいは湾曲面により形成してもよい。隣り合う第２凹部４２間の間隔、すなわち、電極の線状部の幅、はＷ２に設定されている。なお、第２凹部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凹部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２凹部４２の開口は正方形、長方形、ひし形、円、楕円等と様々な形状を用いることができる。第２凹部４２の開口径は大きい方が次亜塩素酸やガス抜けをより良好にし得るけれども、電気抵抗が大きくなることから、あまり大きくはできない。正方形の開口とすると一辺が１ｍｍから４０ｍｍが好ましく、より好ましくは２ｍｍから３０ｍｍであり、さらに好ましくは３ｍｍから２０ｍｍである。開口としては正方形、長方形、ひし形、円、楕円等と様々な形状を用いることができる。開口面積としては上記正方形の開口面積と同じ、１ｍｍ^２から１６００ｍｍ^２のものが好ましい。より好ましくは４ｍｍ^２から９００ｍｍ^２であり、さらに好ましくは９ｍｍ^２から４００ｍｍ^２である。長方形や楕円のように一方向に長くしてシール部を除く電極の端から端につながるような開口も可能である。

多孔構造の第１電極２０において、第１表面側の開口が広くなるテーパー面や湾曲面で貫通孔を形成することにより、貫通孔の開口との多孔質隔膜２４との接触角が鈍角となり、多孔質隔膜２４への応力集中を低減することもできる。

なお、第１凹部４０は少なくとも一部が第２凹部４２を連通していれば良く、貫通孔４３ではない第１凹部４０を含むことができる。連通していない第１凹部４０は電極面積を増大させる効果や物質の拡散を促進する効果がある。

上記構成の第１電極２０および多孔質隔膜２４の製造方法の一例を以下に説明する。

図１３Ａないし図１３Ｆに、実施形態に係る電極ユニットの製造方法の一例を表す図を示す。

第１電極２０は、例えば、マスクを用いたエッチング法により作製することができる。図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、１枚の平坦な基材２１を用意する。

基材２１の第１表面２１ａおよび第２表面２１ｂにレジスト膜５０ａ、５０ｂを塗布する。

図１３Ｃに示すように、図示しない光学マスクを用いてレジスト膜５０ａ、５０ｂを露光し、それぞれエッチング用のマスク５２ａ、５２ｂを作製する。光学マスクによって開口面積や開口率は規定される。

図１３Ｄに示すように、これらマスク５２ａ、５２ｂを介して、基材２１の第１表面２１ａおよび第２表面２１ｂを溶液によりウェットエッチングすることにより、複数の第１凹部４０および複数の第２凹部４２を形成する。その後、マスク５２ａ、５２ｂを除去することにより、第１電極２０が得られる。第１凹部４０及び第２凹部４２の平面形状は光学マスクおよびエッチング条件により制御することができる。マスクを設計することにより電極内の開口率や開口面積、開口形状等は自由に制御できる。

第１および第２凹部４０、４２のテーパーや湾曲面の形状は基材２１の材質やエッチング条件により制御することができる。第１凹部４０の深さはＴ２、第２凹部４２の深さはＴ３であり、Ｔ２＜Ｔ３となるように、第１および第２凹部を形成する。なお、エッチングにおいては、基材２１の両面を同時にエッチングしてもよく、あるいは、片面ずつエッチングしてもよい。エッチングの種類は、ウェットエッチングに限らず、ドライエッチングなどを用いても良い。また、エッチングに限らず、エクスパンド法、パンチング法、あるいは、レーザーや精密切削などによる加工で第１電極２０を製造することも可能である。

第１凹部と第２凹部が共にシール部を除いた電極の一端から他端につながるような開口を有している場合、これらは直交もしくは平行になっている構造にすることができる。直行しているとガス拡散がしやすい。平行になっていると塩化物イオンを溜めやすい。直交とは８７度から９３度の角度で交差することであり、平行とは交差角が３度以内である。

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。

第１電極２０の第１表面２１ａおよび第２表面２１ｂに電解触媒（触媒層）２８を形成する。陽極触媒としては、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。

第１電極と第１の多孔質隔膜の間に設けられた電解触媒からなる第１の触媒層、及び第１の触媒層とは反対側の第１電極の表面に設けられ、第１の触媒層とは単位面積当たりの量が異なる第２の触媒層をさらに含むことができる。

電解触媒の単位面積当たりの量が第１電極の両面で異なるように形成してもよい。これにより副反応等を抑制することができる。

陽電極の多孔質膜側の表面が凹部を除いて略平坦であることが好ましい。平坦部の表面粗さは、０．０１μｍから３μｍが好ましい。０．０１μｍより小さいと電極の実質の表面積が減少する傾向があり、３μｍより大きいと電極の凸部に多孔質隔膜に対する応力が集中しやすくなる傾向がある。より好ましくは０．０２μｍから２μｍであり、さらに好ましくは０．０３μｍから１μｍである。

多孔質隔膜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表面２１ａの全面と対向している。多孔質隔膜２７は、第２電極２２とほぼ等しい寸法の矩形状に形成され、第１表面２３ａの全面と対向している。

多孔質隔膜２４、２７として、例えば第１の孔径を有する第１の多孔質層と第１の孔径とは異なる第２の孔径を有する第２の多孔質層との積層を使用することができる。

多孔質隔膜に使用される膜としてはイオン選択性のあるもの例えば炭化水素系ポリマーのイオン透過性膜やフッ素系ポリマーのイオン透過膜を用いることができる。

多孔質隔膜には無機酸化物が含まれることが好ましい。特に陽電極側の多孔質隔膜にはｐＨが２から６までの領域の中でゼータ電位が正の無機酸化物が好ましい。これにより、化学的に安定で弱酸性領域で陰イオンに対する多孔質隔膜の輸送性能を増大させることができる。

無機酸化物として、例えば、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化スズ、ジルコン、酸化銅、酸化鉄およびこれらの混合酸化物を用いることができる。好ましくは、化学的安定性が良好な無機酸化物として、酸化ジルコニウム、酸化チタン、ジルコンを用いることができる。この中で、曲げ耐性が良好な無機酸化物として、酸化ジルコニムがさらに好ましい。無機酸化物は、水酸化物やアルコキシド、オキシハロゲン化物、水和物を含むことができる。金属ハロゲン化物や金属アルコキシドの加水分解を経て無機酸化物を作製すると、後処理の温度によっては、これらの混合物になることがある。

多孔質隔膜中における無機酸化物の存在比率が場所によって異なることが可能である。例えば孔の周りや表面に無機酸化物の存在比率を多くすることができる。

無機酸化物はジルコンのような複合酸化物や異なる無機酸化物の混合物を使用することができる。また、多孔質隔膜は、異なる２種以上の酸化物をさらに含み、各酸化物の存在比率が多孔質隔膜の位置によって異なることも可能である。たとえば表面には曲げ強度の大きい酸化ジルコニウムを含有する領域が存在し、内部には正の電位の絶対値の大きい酸化チタンが含有された領域が存在することができる。

多孔質隔膜の表面のゼータ電位としてはｐＨ４において−３０ｍＶより大きくすることができる。−３０ｍＶより小さいと多孔質隔膜に電圧をかけても塩素イオンが入りにくい傾向がある。さらには多孔質隔膜の表面のゼータ電位は−１５ｍＶより大きくすることができる。

実施形態では、陰電極上の陽電極側に多孔質隔膜を配置することができる。

陰電極上に設けられる多孔質隔膜は、ｐＨが８から１０の領域の中でゼータ電位が負の無機酸化物を含有することができる。これにより、弱アルカリ領域の陰極近傍において陽イオンの輸送性能を増すことができる。このような無機酸化物としては、アルカリ性領域でゼータ電位が負になりやすいものを使用することができ、このような無機酸化物として、例えば、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化タングステン、ジルコン、酸化ケイ素、及びゼオライトを用いることができる。無機酸化物として上記酸化物の混合物を使用することができる。また、多孔質隔膜中における無機酸化物の存在比率が場所によって異なることが可能である。たとえば表面には曲げ強度の大きい酸化ジルコニウムを含有する領域が存在し、内部には負の電位のｐＨ範囲が広い酸化シリコンが含有された領域が存在することができる。

無機酸化物の多孔質隔膜２４は、ナノ粒子を塗布して膜を形成することにより、あるいは、ゾルーゲルで作製することにより、面内および立体的にも不規則的な孔を有することができる。この場合、多孔質隔膜２４は、曲げ等にも強くなる。多孔質隔膜２４には、無機酸化物の他に、ポリマーが含まれることが可能である。ポリマーは膜に柔軟性を与える。このようなポリマーとしては、化学的に安定な主鎖にハロゲン原子が置換したものを使用することができ、例えばポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、テフロン（登録商標）等があげられる。その他のポリマーとして、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の炭化水素ポリマー、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフィド等の所謂エンジニアリングプラスチックを用いることができる。

多孔質隔膜２４の孔径は、第１電極２０側の開口径と第２電極２２側の開口径とが異なることができる。孔の第２電極２２側の開口径をより大きくすることにより、イオンの移動をより容易にするとともに第１電極２０の貫通孔４０による応力集中をより低減することができる。これは電極２２側の開口が大きい方が拡散によるイオン移動が容易になるからである。陰イオンは電極２０側の孔径が小さくても比較的容易に電極に引き寄せられる。逆に電極２０側の孔径が大きいと生成した塩素等が多孔質隔膜側に拡散しやすくなる傾向がある。

多孔質隔膜の表面の孔径は高分解能の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いることにより測定できる。また内部の孔は断面ＳＥＭ観察により測定できる。

図５に、実施形態に使用される電極と多孔質隔膜の構成の一例を表す模式図を示す。

図示するように、多孔質隔膜２４は、第１電極２０の第１表面２１ａ部分を覆う第１領域２４ａと、第２孔部４２と連通した複数の第１凹部４０の開口を覆う第２領域２４ｂと、を有している。２１ａ部分では発生する塩素等のガスが排出されにくい。そのため、電極ユニット１２が劣化しやすい。そこで、多孔質隔膜２４において、第１領域の表面孔を無くす、すなわち、無孔に形成するか、あるいは、第１領域２４ａにおける表面孔の径を第２領域における孔の径よりも小さくすることにより、第１領域２４ａと接する領域での電解反応を抑制し電極ユニット１２の劣化を防止することができる。無孔に形成するか、あるいは孔の径を小さくするには、第１電極の第１表面２１ａにスクリーン印刷等で別途薄い無孔膜や孔径の小さい多孔質隔膜を形成することができる。ただし、電極の反応面積が少なくなるため、ガスが抜けやすい部分の電極領域で十分な反応が起こるようにすることができる。また、第１電極２０の多孔質隔膜２４と反対側の第２表面２１ｂを液体を透過させない電気絶縁性膜で覆うことにより、副反応を低減することが可能である。なお図５では貫通孔ではない第１凹部４０も示している。多孔質隔膜２４として、孔径の異なる複数の多孔質隔膜を積層した多層膜を用いることができる。この場合、第２電極２２側に位置する多孔質隔膜の孔径を、第１電極２０側に位置する多孔質隔膜の孔径よりも大きくすることにより、イオンの移動をより容易にするとともに電極の貫通孔による応力集中を低減することができる。

上記のように構成された第１電極２０と第２電極２２との間に多孔質隔膜２４を挟んだ状態で、これらをプレスすることにより、第１電極２０、多孔質隔膜２４、第２電極２２が接して、電極ユニット１２が得られる。

図１で示したように、電極ユニット１２は、電解槽１１内に配設され、隔壁１４に取付けられている。隔壁１４と電極ユニット１２とにより、電解槽１１内を陽極室１６と陰極室１８に仕切っている。これにより、電極ユニット１２は、構成部材の配置方向が、例えば、水平方向となるように、電解槽１１内に配設されている。電極ユニット１２の第１電極２０は、陽極室１６に臨んで配置され、第２電極２２は、陰極室１８に臨んで配置されている。

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。電圧計３４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。電流計３２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、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。

第１電極２０の表面に触媒２８が形成された第１表面２１ａ上に多孔質隔膜２４を形成する一例としては、まず、図１３Ｅに示すように、無機酸化物粒子および／もしくは無機酸化物前駆体を含有する溶液を第１表面２１ａに塗布して前処理膜２４ｃを作製する。次いで、図１３Ｆに示すように、前処理膜２４ｃを焼結して多孔を有する多孔質隔膜２４を作製する。

無機酸化物前駆体を含有する溶液を作製する方法としては、例えば、金属のアルコキシドをアルコールに溶解させ、多孔質構造を作製するためにグリセリン等の高沸点の溶媒を加え、あるいは、焼結する際に酸化して炭酸ガスになりやすい脂肪酸等の有機物を混合して、溶液を作製することができる。また、溶液は、電極の多孔を覆うために、少量の水を添加して金属アルコキシドを部分的に加水分解させて粘度を上昇させることができる。

多孔質隔膜２４を形成する方法として、別の多孔質膜に無機酸化物粒子および／もしくは無機酸化物前駆体を含有する溶液を塗布することができる。もしくは、第１電極２０の第１表面２１ａ上にあらかじめ大きな孔を有する多孔質膜を形成し、その表面および孔を無機酸化物粒子および／もしくは無機酸化物前駆体で覆うことができる。もしくは上記方法により電解液を保持する保持体２５上に無機酸化物を有する多孔質隔膜を形成することができる。また、これらを組み合わせることができる。

無機酸化物粒子および／もしくは無機酸化物前駆体を含有する溶液を塗布する方法として、刷毛塗りやスプレー、ディッピング等を使用することができる。前処理膜２４ｃを焼結して多孔を作製する工程では、焼結温度は１００〜６００℃程度にすることができる。

以上の構成や製造方法等により長期間に亘って高効率な電解性能を維持できる長寿命の電極ユニットとこれを用いた電解装置を提供することができる。

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
（実施例８）
第１電極の基材２１として、板厚Ｔ１が０．５ｍｍの平坦なチタン板を用意する。

このチタン板を図１３Ａいし図１３Ｆに示す工程と同様にして、エッチングすることにより、第１電極２０を作製する。電極は水流方向の長さが１５ｃｍで幅が１０ｃｍである。

第１電極２０のうち、面積の小さい第１凹部４０を含んだ領域の厚み（第１凹部の深さ）は０．１５ｍｍ、面積の大きい第２凹部４２を含んだ領域の厚み（第２凹部の深さ）は０．３５ｍｍである。第１凹孔部４０は正方形である。第２凹部４２も正方形であり、正方形の一辺は約３．６ｍｍである。図示しないが、実施例８では、第１凹部４０は、水流の方向に沿って開口率が大きくなるように配列されている。すなわち下流の方が開口率が大きい。

電極を６等分して、各領域の中央部分の貫通孔の平均開口率と開口面積を測定した。

図１４に、各領域の位置を表す模式図を示す。

各領域の位置の第２凹部に含まれる貫通孔の平均開口率と開口面積の結果は、領域（１）３５％ ０．３５ｍｍ^２、領域（２）３４％ ０．３４ｍｍ^２、領域（３）２５％ ０．２５ｍｍ^２、領域（４）２５％ ０．２５ｍｍ^２、領域（５）１５％ ０．１５ｍｍ^２、領域（６）１４％ ０．１４ｍｍ^２である。

このエッチングされた電極基材２１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、焼成して触媒層２８を作成する。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回繰り返した電極基材を第１電極（陽極）２０とする。

テトライソプロポキシチタン（ＩＶ）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。薄膜を熱処理により多孔質化させゾルの粘性を増加させるポリエチレングリコール（分子量５０００）を室温にもどしたゾルに添加し、電極２０の第１表面２１ａ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ｐＨ２から６におけるゼータ電位が正である酸化チタンからなる多孔質隔膜２４を得る。なお、酸化チタンのゼータ電位は例えば電気泳動法（マルバーン社製 ゼータサイザーナノＺＳ）により測定することができる。測定液のｐＨは純水に塩酸および水酸化ナトリウムを加えて酸性側からアルカリ性側に変化させることができる。

酸化イリジウム触媒層２８を作成する代わりに、触媒層として白金をスパッタすること以外は第１電極２１と同様にして第２電極（対向電極、陰極）２２を形成する。その上に上記多孔質隔膜２４と同様にして、酸化チタン膜からなる多孔質隔膜２７を作製する。

電解液を保持する保持体２５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電極２０、多孔質隔膜２４、多孔質ポリスチレン２５、多孔質隔膜２７、第２電極２２をシリコーンパッキン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を作成する。この電極ユニット１２を電解槽１１内に載置し、隔壁１４および電極ユニット１２により、陽極室１６と陰極室１８と、電極間に配置された多孔質ポリスチレン２５が設けられた中間室１９との３室に仕切られる。

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。電極は流路の下流側の第１孔部の開口率が大きいように設置される。制御装置３６、電源３０、電圧計３４、電流計３２を設置する。給水源１０６から陽極室１６および陰極室１８に水を供給するための配管とポンプを電解槽１１に接続し、給水ライン１０４，１０５を確保する。さらに、陽極室１６から次亜塩素酸水を取り出すラインＬ４および陰極室１８からアルカリ性水を取り出すラインＬ５を設けることができる。電極ユニット１２の保持体（多孔質ポリスチレン）２５に飽和食塩水を循環供給するための飽和食塩水タンク１０７と配管、ポンプを電極ユニットに接続し、電解槽に塩化物イオンを含む電解質を導入するラインＬ１と、余剰の電解質を回収するライン１０８を確保する。これにより、図１１と同様の構成を有する電解装置が得られる。

電解装置１０を用いて、流量２Ｌ／分、電圧３．９Ｖ、電流２０Ａ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側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は９０％でｐＨは２．５である。

（実施例９）
電極の配置を変えて下流側の開口率が小さいことを除いては実施例８と同様にして電解装置を作製する。電圧３．９Ｖ、電流２０Ａ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側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は９２％でｐＨは４．６である。

（実施例１０）
図１５に、実施形態にかかる電極ユニットの他の一例を示す
電極は水流方向の長さが１５ｃｍで幅が１０ｃｍである。

図１５に示す第１凹部及び第２凹部を有する第１電極及び第２電極を用いること以外は、実施例８と同様にして電極ユニット１２’を形成する。

図示するように、第１電極２０’及び第２電極２２’には、複数、例えば、９個の第１凹部５０が、１つの第２凹部５２と対向して設けられている。これら９個の第１凹部５０は、それぞれ第２凹部５２に連通し、第２凹部５２と共に基材２１を貫通する貫通孔を形成している。各第１凹部５０は、水流の方向に沿った方向に沿って、開口率が次第に大きくなるように配列されている。隣り合う貫通孔間の間隔Ｗ１’は、第２凹部５２間の間隔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凹部５０の数密度は、第２表面２１ｂ’における第２凹部５２の数密度よりも充分に大きい。

第１凹部５０は両端が半円形の長方形すなわち平行する２本の直線の両端部がそれぞれ半円で結ばれた形状を有する。図１４に示されたそれぞれの位置におけると第２凹部に含まれる貫通孔の平均開口率と開口面積は領域（１）３０％ １．１ｍｍ^２、領域（２）３１％ １．２ｍｍ^２、領域（３）２０％、０．７５ｍｍ^２、領域（４） ２０％ ０．７５ｍｍ^２、領域（５）１０％ ０．３８ｍｍ^２、領域（６）１１％ ０．４１ｍｍ^２である。

図１５で示す第１凹部及び第２凹部を有する第１電極及び第２電極を用いること以外は、実施例８と同様にして電極ユニット１２’を形成する。

第２凹部５２は長方形で一辺はシール部を除く電極全体の長さである。隣合う貫通孔間に形成される線状部の幅Ｗ１’（Ｗ０）は約０．２５ｍｍ、隣合う第２凹部４２間に形成される幅広の線状部の幅Ｗ２’は約１．８ｍｍである。

多孔質隔膜として厚さ１００μｍのガラス布に粒径１００〜５００μｍの酸化チタン粒子とポリフッ化ビニリデン粒子の水分散混合液を塗布して乾燥する。さらにテトライソプロポキシジルコニウム（ＩＶ）の５％イソプロパノール溶液に漬けて大気中に引き上げる。大気中８０℃で１時間乾燥し多孔質隔膜を作成する。この多孔質隔膜表面のｐＨ４におけるゼータ電位は−１２ｍＶである。

実施例８と同様に作成する触媒層付きの電極２０および２２を用い、図１０で示される構造の電解装置を作成する。

この電解装置を用いて、流量２Ｌ／分、電圧３．９Ｖ、電流２０Ａ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側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は９３％でｐＨは２．６である。

（実施例１１）
電極の配置を変えて下流側の開口率が小さいことを除いては実施例１０と同様にして電解装置を作製する。電圧３．９Ｖ、電流２０Ａ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側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は９４％でｐＨは４．７である。

（実施例１２）
使用する電極の貫通孔の平均開口率と開口面積が領域（１）３５％ ０．３５ｍｍ^２、領域（２）３６％ ０．３６ｍｍ^２、領域（３）３４％ ０．３４ｍｍ^２、領域（４）３４％ ０．３３ｍｍ^２、領域（５）３３％ ０．３３ｍｍ^２、領域（６）３２％ ０．３２ｍｍ^２ であることを除いては実施例８と同様にして電解装置を作製する。電圧３．９Ｖ、電流２０Ａ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側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は９０％でｐＨは３．３である。

（比較例５）
電極における位置領域（１）から領域（６）までの開口率が１８から２０％であり、偏りない電極を用いることを除いては実施例８と同様にして電解装置を作製する。電圧４．０Ｖ、電流２０Ａ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側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は９０％でｐＨは３．５であり、中間のｐＨ値を示す。

（実施例１３）
図１６は、実施形態に係る電解装置の他の一例を概略的に示す図である。

図１６に示すように、この電解装置３１０では、陰極室３１８及び陰極室３１８を取り囲むように配置された陽極室３１６を有し、流路及び配管もなく自然対流により水流が形成されるバッチ型の電解槽３１１を使用すること以外は、図１０と同様の構成を有する。陽極室３１６および陰極室１８の容量は、それぞれ２Ｌ、０．１Ｌであり、実施例１０と同様に作製される電極を用いて、第１凹部は電極上部の開口率が大きくなるように配置する。

電圧３Ｖ、電流４Ａで５分間、電解を行い、第１電極（陽極）側では次亜塩素酸水を、第２電極（陰極）側では水素および水酸化ナトリウム水生成する。次亜塩素酸の生成効率は９２％でｐＨは３．０である。

（実施例１４）
電極の配置を逆向きに変えて、下部側の開口率を大きくすることを除いては実施例１３と同様にして電解装置を作製する。電圧３Ｖ、電流４Ａで５分間、電解を行い、第１電極（陽極）側では次亜塩素酸水を、第２電極（陰極）側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は９０％でｐＨは４．０である。

（実施例１５）
図１７に、実施形態にかかる電極ユニットのさらに他の一例を示す
電極は水流方向の長さが１５ｃｍで幅が１０ｃｍである。

図１７で示す第１凹部及び第２凹部を有する第１電極及び第２電極を用いること以外は、実施例８と同様にして電極ユニット１２’を形成する。

図示するように、６本の第１凹部６３は各々、シール部２２４を除いた電極２２３の右端から左端まで届くような長方形であり、第１凹部６３は、第２表面２２１ｂ，２２３ｂに連通しない凹部と、第２表面２２１ｂ，２２３ｂに連通した開口部（貫通孔）６１を有する。貫通孔６１は第１凹孔部６３の中に各３つの間隔を持って配置されている。３本の第２凹部は各々、シール部２２４を除いた電極２２３の上端から下端まで届くような長方形である。これら６本の第１凹部６３内に各々配置された６つの貫通孔６１が、１つの第２凹部６２に連通している。第１表面２２１ａにおける第１凹部６３の数密度は、第２表面２２１ｂにおける第２凹部６２の数密度よりも充分に大きい。図１５ではわかりやすいように開口部の数は少なく表現しているが反応電極面積が３ｃｍ×４ｃｍの大きさであることから実際には下記で示す寸法からもっと開口部の個数は多い。

第１電極１２０のうち、第１凹部６３を含んだ領域の厚み（第１凹部の深さ）は０．１５ｍｍ、第１凹部６３より開口面積が広い第２凹部６２を含んだ領域の厚み（第２凹部の深さ）は０．３５ｍｍである。貫通孔は両端が半円形の長方形すなわち平行する２本の直線の両端部がそれぞれ半円で結ばれた形状を有する。電極を６等分してその中央部分の貫通孔の平均開口率と開口面積は、領域（１）３１％ １．２ｍｍ^２、領域（２）３１％ １．２ｍｍ^２、領域（３）２０％ ０．７５ｍｍ^２、領域（４）２０％ ０．７５ｍｍ^２、領域（５）１０％ ０．３８ｍｍ^２、領域（６）１０％ ０．３８ｍｍ^２ である。

第１凹部と第２凹部は直交である。隣合う第１凹部６３間に形成される平面部の幅Ｗ５は約０．２５ｍｍ、隣合う第２凹部間の幅Ｗ６は約１．０ｍｍである。第２凹部と連通していない第１凹部には電極面積を増大させ電圧を安定させる効果がある。

多孔質隔膜として厚さ１００μｍのガラス布に粒径５０μｍから５００μｍの酸化チタン粒子を含むとポリフッ化ビニリデン粒子の水分散液を塗布して乾燥する。さらにテトライソプロポキシジルコニウム（ＩＶ）の５％イソプロパノール溶液に漬けて大気中に引き上げる。大気中８０℃で１時間乾燥し多孔質隔膜を作成する。この多孔質隔膜表面のｐＨ４におけるゼータ電位は−１０ｍＶである。

実施例８と同様に作成する触媒層付きの電極２２０および２２２を用い、図１０で示される構造の電解装置を作成する。

この電解装置を用いて、流量２Ｌ／分、電圧３．９Ｖ、電流２０Ａ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側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は９４％でｐＨは２．６である。

（比較例６）
比較例５と同様の電極を用いることを除いては実施例１３と同様にして電解装置を作製する。電圧４．０Ｖ、電流４Ａで５分間、電解を行い、第１電極（陽極）側では次亜塩素酸水を、第２電極（陰極）側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は８７％でｐＨは３．５であり、中間のｐＨ値を示す。

（実施例１６）
貫通孔の平均開口率と開口面積が、領域（１）５０％ ０．５０ｍｍ^２、領域（２）５１％ ０．５１ｍｍ^２、領域（３）３４％、０．３４ｍｍ^２、領域（４） ３４％ ０．３３ｍｍ^２、領域（５）５％ ０．０５ｍｍ^２、領域（６）５％ ０．０５ｍｍ^２であることを除いては実施例８と同様にして電解装置を作製する。電圧４．２Ｖ、電流２０Ａ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側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は８０％でｐＨは２．７である。

（実施例１７）
貫通孔の平均開口率と開口面積が、領域（１）５０％ ０．５０ｍｍ^２、領域（２）５１％ ０．５１ｍｍ^２、領域（３）３４％、０．３４ｍｍ^２ _、領域（４） ３２％ ０．３２ｍｍ^２、領域（５）４％ ０．０４ｍｍ^２、領域（６）４％ ０．０４ｍｍ^２、であることを除いては実施例８と同様にして電解装置を作製する。電圧４．２Ｖ、電流２０Ａ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側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は７５％でｐＨは２．８である。

（実施例１８）
貫通孔の平均開口率と開口面積が、領域（１）６０％ ４．０ｍｍ^２、領域（２）６０％ ４．０ｍｍ^２、領域（３）３０％、２．０ｍｍ^２、領域（４） ３０％ ２．０ｍｍ^２、領域（５）８％ ０．５３ｍｍ^２、領域（６）８％ ０．５３ｍｍ^２であり、幅Ｗ５は約０．２０ｍｍ、隣合う第２凹部間の幅Ｗ６は約０．５０ｍｍであることを除いては実施例１５と同様にして電解装置を作製する。電圧４．２Ｖ、電流２０Ａ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側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は７０％でｐＨは２．５である。

（実施例１９）
貫通孔の平均開口率と開口面積が、領域（１）６５％ ４．３ｍｍ^２、領域（２）６５％ ４．３ｍｍ^２、領域（３）３０％、２．０ｍｍ^２、領域（４） ３０％ ２．０ｍｍ^２、領域（５）８％ ０．５３ｍｍ^２、領域（６）８％ ０．５３ｍｍ^２ で、幅Ｗ５は約０．２０ｍｍ、隣合う第２凹部間の幅Ｗ６は約０．５ｍｍであることを除いては実施例１５と同様にして電解装置を作製する。電圧４．２Ｖ、電流２０Ａ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側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は６０％でｐＨは２．５である。

（実施例２０）
貫通孔の平均開口率と開口面積が、領域（１）２０％ ０．２０ｍｍ^２、領域（２）２０％ ０．２０ｍｍ^２、領域（３）５％、０．０５ｍｍ^２、領域（４）５％ ０．０５ｍｍ^２、領域（５）１％ ０．０１ｍｍ^２、領域（６）１％ ０．０１ｍｍ^２ であることを除いては実施例８と同様にして電解装置を作製する。電圧４．２Ｖ、電流２０Ａ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側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は７５％でｐＨは３．２である。

（実施例２１）
貫通孔の平均開口率と開口面積が、領域（１）２０％ ０．２０ｍｍ^２、領域（２）２０％ ０．２０ｍｍ^２、領域（３）５％、０．０５ｍｍ^２、領域（４）５％ ０．０５ｍｍ^２、領域（５）０．８％ ０．００８ｍｍ^２、領域（６）０．７％ ０．００７ｍｍ^２ であることを除いては実施例８と同様にして電解装置を作製する。電圧４．２Ｖ、電流２０Ａ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側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は６５％でｐＨは３．３である。

（実施例２２）
実施例８で作製される電解装置の第１電極を電極ユニットからはずして、実施例１５で作製される第１電極をとりつけることを除いては実施例８と同様にして電解装置を作製する。

この電解装置を用いて、流量２Ｌ／分、電圧３．９Ｖ、電流２０Ａ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側では水素および水酸化ナトリウム水を生成する。次亜塩素酸の生成効率は９４％でｐＨは２．５である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以下に、特願２０１５−０１８７８１の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。

［１］
第１表面、前記第１表面に対向する第２表面、及び前記第１表面から前記第２表面に貫通する複数の貫通孔を有する電極であって、前記複数の貫通孔は電極の一端から他端に向かう方向に沿ってその開口率が次第に増加する電極。

［２］
前記電極の一端から他端に向かって２以上に分割された各領域における単位面積あたりの開口面積の百分率を開口率とするとき、第１の領域の第１の開口率と第１の領域とは異なる第２の領域の第２の開口率との比が１：１．０５から１：１０までの範囲内である［１］に記載の電極。

［３］
前記第１表面側の貫通孔の開口面積は０．０１ｍｍ^２から４ｍｍ^２までである［１］または［２］のいずれか記載の電極。

［４］
前記第１表面側の貫通孔の開口面積に対し、前記第２表面側の貫通孔の開口面積は１０倍以下である［１］から［３］までのいずれか１項に記載の電極。

［５］
前記電極の長手方向の長さは５ｃｍから１００ｃｍまでである［１］から［４］までのいずれか１項に記載の電極。

［６］
前記第１表面に開口する複数の第１凹部、及び
前記第２表面に開口しているとともに前記第１凹部よりも開口面積が広い複数の第２凹部を有し、
前記貫通孔の少なくとも一部は第１凹部と第２凹部を連通する［１］から［５］までのいずれか１項に記載の電極。

［７］
前記第２凹部の開口面積は、１〜１６００ｍｍ^２である［６］に記載の電極。

［８］
前記第２凹部はシール部を除いた前記電極の一端から他端につながる［６］または［７］に記載の電極。

［９］
前記第１凹部はシール部を除いた前記電極の一端から他端につながる［６］に記載の電極。

［１０］
前記第１凹部と前記第２凹部が直交している［６］から［９］までのいずれか１項に記載の電極。

［１１］
前記第１凹部と前記第２凹部が平行している［６］から［９］までのいずれか１項に記載の電極。

［１２］
［１］から［１１］までのいずれか１項に記載の電極からなる第１電極、
前記第１表面上に配置された多孔質隔膜、
前記第１電極の前記第１表面側に設けられた第２電極、及び
前記多孔質隔膜と前記第２電極との間に設けられた電解液保持構造を備える電極ユニット。
［１３］
電解槽、及び前記電解槽に組み入れられた［１］または［２］に記載の電極ユニット、前記電極ユニットにより仕切られた第１電極室、及び第２電極室を含む電解装置。

［１４］
前記第１電極室は陽極室であり、前記第２電極室は陰極室であり、前記電解槽に塩化物イオンを含む電解質溶液を導入するライン、前記陽極室から酸性電解水を取り出すライン、及び前記陰極室からアルカリ性電解水を取り出すラインをさらに具備する［１］または［３］に記載の電解装置。

［１５］
前記第１電極の一端から他端に向かう方向は、前記第１電極室における流れの方向に沿った方向である［１３］または［１４］に記載の電解装置。

［１６］
前記第１電極の一端から他端に向かう方向は、前記第１電極室における流れの方向と反対の方向である［１３］または［１４］に記載の電解装置。

［１７］
前記第１電極の一端から他端に向かって２以上に分割された各領域における単位面積あたりの開口面積の百分率を開口率とするとき、前記第１電極室における流れの方向の上流の領域よりも下流の領域の開口率が大きい［１３］または［１４］に記載の電解装置。

［１８］
前記第１電極の一端から他端に向かって２以上に分割された各領域における単位面積あたりの開口面積の百分率を開口率とするとき、前記第１電極室における流れの方向の上流の領域よりも下流の領域の開口率が小さい［１３］または［１４］に記載の電解装置。

［１９］
前記電解槽は、自然対流により流れを発生することが可能であり、前記第１電極の一端から他端に向かう方向は、前記第１電極室の上部から下部の方向である［１３］に記載の電解装置。

［２０］
前記電解槽は、自然対流により流れを発生することが可能であり、前記第１電極の一端から他端に向かう方向は、前記第１電極室の下部から上部の方向である［１３］に記載の電解装置。

１０…電解装置、１１…電解槽、１２，１２’，１１２…電極ユニット、１４…隔壁、１６…陽極室、１８…陰極室、１９…中間室（電解液室）、２０，２０’，１２０…第１電極（陽極）、２１、２１’，２３，２３’，１２１，１２３…基材、２２，２２’，１２２…第２電極（対向電極、陰極）、２１ａ，２１ａ’，２３ａ，２３ａ’，１２１ａ，１２３ａ…第１表面、２１ｂ，２１ｂ’，２３ｂ，２３ｂ’，１２１ｂ，１２３ｂ…第２表面、２４，２７…多孔質隔膜、２５…保持体、２６，２６ａ，２６ｂ…隔膜、２８…触媒層、３０…電源、３２…電流計、３４…電圧計、４０，４４，５０，６３…第１凹部、４２，４６，５２，６２…第２凹部、４３，５３，６１…貫通孔、５０…レジスト膜、６０…ブリッジ

Claims (20)

1. 第１表面、前記第１表面と反対側に位置する第２表面、前記第１表面に開口する複数の第１凹部、及び前記第２表面に開口しているとともに前記第１凹部よりも開口面積が広い複数の第２凹部、及び第１凹部と第２凹部を連通する複数の貫通孔を有する第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表面上に配置された多孔質隔膜と、を備える電極ユニットにおいて、
   前記貫通孔は、彎曲部と直線部を含み、前記彎曲部の曲率半径ｒは０．００５ｍｍから０．５ｍｍまでであり、その開口面積は０．０５ｍｍ^２から２ｍｍ^２までである電極ユニット。
2. １つの前記第２凹部に複数の貫通孔が形成され、前記第２凹部の中央領域に形成された前記貫通孔の面積の方が、前記第２凹部の周辺領域に形成された前記貫通孔の面積より大きい請求項１に記載の電極ユニット。
3. 前記貫通孔の彎曲部の曲率半径ｒは０．０１ｍｍから０．３ｍｍまでである請求項１または２に記載の電極ユニット。
4. 前記貫通孔の開口面積は０．１ｍｍ^２から１．５ｍｍ^２までである請求項１から３までのいずれか１項に記載の電極ユニット。
5. 前記貫通孔の彎曲部の曲率半径ｒは０．０２ｍｍから０．２ｍｍまでである請求項１から４までのいずれか１項に記載の電極ユニット。
6. 前記貫通孔の開口面積は０．２ｍｍ^２から１ｍｍ^２までである請求項１から５までのいずれか１項に記載の電極ユニット。
7. 前記第１及び前記第２の電極間に電解液を保持する構造をさらに含む請求項１から６までのいずれか１項に記載の電極ユニット。
8. 前記第１の表面は、前記第１凹部と、前記第１凹部以外の平坦部からなる請求項１から７までのいずれか１項に記載の電極ユニット。
9. 前記平坦部の表面粗さは、０．０１μｍから３μｍまでである請求項８に記載の電極ユニット。
10. 前記多孔質隔膜は、無機酸化物を含有する請求項１から９までのいずれか１項に記載の電極ユニット。
11. 前記多孔質隔膜は、孔径の異なる複数の多孔質膜を含む多層膜である請求項１から１０までのいずれか１項に記載の電極ユニット。
12. 前記電極の表面の一部に液体を透過させない電気絶縁性の膜が形成されている請求項１から１１までのいずれか１項に記載の電極ユニット。
13. 前記第１電極と前記多孔質隔膜の間に設けられた電解触媒からなる第１の触媒層、及び前記第１の触媒層とは反対側の前記第１電極の表面に設けられ、前記第１の触媒層とは単位面積当たりの量が異なる第２の触媒層とをさらに含む請求項１から１２までのいずれか１項に記載の電極ユニット。
14. 前記第２凹部の開口面積は１ｍｍ^２から１６００ｍｍ^２までである請求項１から１３までのいずれか１項に記載の電極ユニット。
15. 前記第２凹部がシール部を除いた電極の一端から他端につながる請求項１から１４までのいずれか１項に記載の電極ユニット。
16. 前記第１凹部がシール部を除いた電極の一端から他端につながる請求項１から１５までのいずれか１項に記載の電極ユニット。
17. 前記第１凹部と前記第２凹部が直交している請求項１５または１６に記載の電極ユニット。
18. 前記第１凹部と前記第２凹部が平行している請求項１５または１６に記載の電極ユニット。
19. 請求項１から１８までのいずれか１項に記載の電極ユニット、電極に電圧を印加するための電源、及び制御装置を搭載する電解装置。
20. 前記電極ユニットを組み入れた電解槽、前記電解槽に塩素イオンを含む電解質を導入するライン、前記電解槽から次亜塩素酸水を取り出すライン、及び前記電解槽からアルカリ性水を取り出すラインをさらに具備する請求項１９に記載の電解装置。

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