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JP2000144467A - 電解槽 - Google Patents

電解槽

Info

Publication number
JP2000144467A
JP2000144467A JP10320309A JP32030998A JP2000144467A JP 2000144467 A JP2000144467 A JP 2000144467A JP 10320309 A JP10320309 A JP 10320309A JP 32030998 A JP32030998 A JP 32030998A JP 2000144467 A JP2000144467 A JP 2000144467A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
leaf spring
electrode
exchange membrane
ion exchange
electrolytic cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10320309A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuhito Fujino
一仁 藤埜
Yoshimitsu Goto
義光 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Chemical Industry Co Ltd filed Critical Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority to JP10320309A priority Critical patent/JP2000144467A/ja
Publication of JP2000144467A publication Critical patent/JP2000144467A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極間距離を減少させ、電解電圧を低減
するとともに、イオン交換膜に損傷を与えない電解槽を
提供する。 【解決手段】 電極4とリブ5間、若しくは電極4と隔
壁間を、屈曲した板ばね部材2で結合する可動性の電極
を設けた電解槽において、板ばね屈曲部3からリブと板
ばね結合部、若しくは隔壁と板ばね結合部までの長さを
L2、該屈曲部から電極と板ばね結合部までの長さをL
1としたときに、L1/L2の値を0.2〜0.9の範
囲にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はイオン交換膜法電解
槽に関するものであり、さらには電極間距離を短くして
電解電圧を低減させる電解槽に関するものである。
【0002】
【従来の技術】イオン交換膜法電解槽は、海水の電気透
析による食塩製造や、食塩の電気分解による苛性ソーダ
と塩素の製造等に広く用いられている。この中で、食塩
の電気分解により、苛性ソーダと塩素を得る塩素アルカ
リ食塩電解法を例にとると、図7に示すように、イオン
交換膜11を挾んで陰極12と陽極14とを設け、陰極
12の側に陰極リブ13および隔壁6を備え、陽極14
の側に陽極リブ15および隔壁6を備えたものである。
電解槽には通常3〜5キロアンペア/m2の非常に大き
な電流をイオン交換膜を挟んだ陽極と陰極の間に通電し
て、食塩水を電気分解している。
【0003】イオン交換膜法電解槽に求められる機能と
して、電気分解に消費される電解消費電力を削減するこ
とが挙げられ、このためには電解電圧を少しでも低減す
ることが必要となる。電解電圧は主として、電極材質、
イオン交換膜の電気抵抗、電解槽の構造抵抗、および陽
極と陰極の極間距離等に依存している。このうち、特に
電極間の極間距離については、前記の電解電圧の低減に
大きく寄与するため、これまでに各種の提案がなされて
きた。
【0004】電解電圧を低減させるためには、イオン交
換膜を挟んで、電極間距離をできるだけ短くすることが
望ましい。しかし、陰極、陽極の両電極の製作精度と、
電解室枠の組立て精度の限界、および運転時の加熱によ
る熱変形歪みにより、陽極と陰極に挾んで設置している
イオン交換膜に電極を接触させず損傷を与えない平均電
極間距離は、2mm〜3mm以上となることが通常であ
る。よって電解電圧を低減するために平均電極間距離を
特に2mm以下に短縮すると、電極がイオン交換膜に局
所的に押し付けられ、イオン交換膜を局所的に押しつぶ
したり、電極がイオン交換膜とこすれることでイオン交
換膜に切り傷やピンホールなどの損傷を与え、運転が不
能となる場合が多い。このため電極とイオン交換膜とを
実質的に接触させたり、あるいは、極めて短い距離に電
極間を保持するために、電解槽の電極とリブ間、あるい
は電極と隔壁間を板ばね部材で結合する方法が提案され
ている。例えば、特開平5−306484号公報に示す
如く、電極と電解槽の隔壁若しくはリブを櫛状の板ばね
部材で結合する方法や、特開昭58−37183号公報
に示す如く、電極の支持構造を穿孔され外側へ屈曲され
た先端部を有する平面可撓型押圧部材で形成する方法、
特公昭62−3236号公報に示す如く、可撓性の空隙
性電極を板ばね等の導電性支持体で支持する方法が提案
されている。
【0005】このような板ばね部材を用いて電極とイオ
ン交換膜とを接触させた場合、板ばね部材での弾性効果
により、イオン交換膜の押圧方向(鉛直方向)には、イ
オン交換膜は損傷を受けにくいが、電極が膜に対して鉛
直方向のみでなく水平方向にも変位してしまうので、電
極とイオン交換膜がこすれてしまい、このこすれによっ
てイオン交換膜に部分的にピンホール状の貫通孔があい
てしまうというような致命的欠陥を生じたり、あるいは
イオン交換膜表面やイオン交換膜の芯材が傷つけられる
ことで、イオン交換膜の寿命を短くしてしまうというよ
うな問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、電極間距離
を短くし、電極とイオン交換膜とを実質的に接触させた
場合でも、イオン交換膜の損傷を生じることなく、電解
電圧を低減できる電解槽を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、電極とリブ
間、若しくは電極と隔壁間を、屈曲した板ばね部材で結
合する可動性の電極を設けた電解槽において、板ばね屈
曲部からリブと板ばね結合部、若しくは隔壁と板ばね結
合部までの長さをL2、該屈曲部から電極と板ばね結合
部までの長さをL1としたときに、L1/L2の値を
0.2〜0.9、好ましくは0.4〜0.6の範囲であ
る電解槽、更に平均電極間距離が2mm以下である電解
槽に関するものである。
【0008】L1/L2の値を前記範囲とすることで、
電極とイオン交換膜を押し付けた場合に、イオン交換膜
に対し電極は押し付け方向(鉛直方向)にのみ変位し、
水平方向の変位を実質的になくし、電極とイオン交換膜
でのこすれによるイオン交換膜の損傷を防止できる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して説
明する。
【0010】図1は、本発明の方法によって、電極とリ
ブ間を屈曲した板ばね部材で結合した電解槽の一部を切
り取った斜視図である。電極4とリブ5を板ばね2で結
合してある。図2は、本発明の電解槽の一部を切り取っ
た断面図である。図3は、本発明の電解槽の一実施形態
を示す断面図であり、リブを使用せず、電極4と隔壁6
を直接板ばね2で結合してある。例えば、陰極側に板ば
ねを設ける場合、電流は電極(陰極)4から板ばね2を
通り、隔壁6へ流れ込む。
【0011】図4は板ばね部材の断面図であり、板ばね
は屈曲角度θで曲げられている。板ばね屈曲部3からリ
ブと板ばね結合部8、若しくは隔壁と板ばね結合部9ま
での長さをL2、該屈曲部3から電極と板ばね結合部7
までの長さをL1とすると、L1/L2の値を0.2〜
0.9の範囲に設定することが好ましく、さらに好まし
くは、0.4〜0.6の範囲に設定するのが良い。最も
好ましくはL1/L2の値を0.53とすることで、こ
の場合はイオン交換膜に対する電極の水平方向の変位を
完全になくすことができる。
【0012】L1/L2の値を前記範囲とすることで、
電極とイオン交換膜を押し付けた場合でも、イオン交換
膜に対する電極の水平方向の変位を実質的になくし、電
極とイオン交換膜でのこすれによるイオン交換膜の損傷
を防止することができる。
【0013】本発明に使用する板ばね部材の肉厚は、電
流が板ばね部材を通過する際の電気抵抗ロスを必要最小
限に留めるとともに、板ばね部材の弾性効果を確保する
という観点から、0.05〜2mmにすることが好まし
く、さらに好ましくは、0.1〜0.7mmの範囲にす
るのが良い。また、電極と板ばね結合部7から板ばね屈
曲部3までの長さL1と、該屈曲部3からリブと板ばね
結合部8、若しくは隔壁と板ばね結合部9までの長さL
2を合計した長さL1+L2は、板ばね部材の電気抵抗
ロスを小さくするとともに、板ばね部材の弾性効果を確
保するという観点から、10〜200mmにすることが
好ましく、さらに好ましくは20〜100mmの範囲に
するのが良い。
【0014】本発明に使用する板ばね部材は、図1に示
すような無孔平板に限定するものではなく、図5に示す
ような複数の孔を設けたものや、図6に示すようなエキ
スパンドメタルでもよく、また打ち抜きで円形、四角形
等の孔を設けた多孔板状のものであっても良い。板ばね
部材に前記のような開口部をもたせることで、板ばね部
材で仕切られた隣り合う室間の液の出入りを確保するこ
とが可能となる。
【0015】電極をイオン交換膜と接触させる場合の接
触圧力は、イオン交換膜を損傷させない程度に保持する
ことが必要で、見掛け電極面積基準で10×103g/
cm2以下とするのが良く、好ましくは100g/cm2
以下とするのが良い。板ばね部材の長さL1+L2、及
び板ばね部材の肉厚をそれぞれ前記範囲にとり、板ばね
部材の長さと肉厚の組み合わせを選定することで、この
ような小さい接触圧力の条件でも対応することができ
る。
【0016】本発明の電解槽において、板ばね部材を結
合する電極は陽極であっても、陰極であっても、またそ
の両方であっても良い。一般にイオン交換膜法による電
解槽では、陽極室側に対し陰極室側の圧力を高く保ち、
この圧力差によりイオン交換膜を陽極側に押し付けてい
るので、板ばね部材をどちらか一方の電極のみに結合さ
せる場合は、陰極側と結合させることが好ましい。
【0017】本電解槽に使用する陰極形状としてはエキ
スパンドメタルが用いられるが、エキスパンドメタルに
限定するものではなく、打ち抜きで円形、四角形等の孔
をあけたパンチングメタルや、また金網についても適用
できる。エキスパンドメタルを使用する場合は、イオン
交換膜への損傷を防止する目的で、ロール等で圧延し平
滑化した形状のものを使用することが好ましい。
【0018】陽極形状は陰極と同様にエキスパンドメタ
ルが用いられるが、エキスパンドメタルに限定するもの
ではなく、打ち抜きで円形、四角形等の孔をあけたパン
チングメタルや、また金網についても適用できる。エキ
スパンドメタルを使用する場合は、イオン交換膜への損
傷を防止する目的で、ロール等で圧延し平滑化した形状
のものを使用することが好ましい。
【0019】次に、電極基材の肉厚は可撓性を高め、板
ばねの局所的な弾性変形に追随しやすいように、できる
だけ薄くすることが望ましい。より局所的な接触による
変形に追随させるには、電極基材の肉厚を0.1〜1m
m、好ましくは0.1〜0.7mmの範囲にするのが良
い。
【0020】
【実施例】以下、実施例により本発明の電解槽について
説明する。
【0021】実施例1 電解面積が1.2m×2.4mの大きさの電極エレメン
トを製作し電解槽を組み立てた。陽極はチタン製で、ロ
ールで圧延し平滑化したエキスパンドメタルの表面にル
テニウム、イリジウム、チタニウムからなる塗布液を被
覆したものを使用し、チタン製リブ(肉厚1.5mm)
に電気抵抗スポット溶接により、接続固定した。リブの
間隔は95mmになるようにした。陰極はニッケル製
で、ロールで圧延し平滑化した基材肉厚0.5mmのエ
キスパンドメタルに酸化ニッケルを主成分とした粉末を
溶射により被覆した活性陰極を使用した。図3の実施形
態に示すように、陰極と陰極室隔壁をニッケル製の板ば
ね部材で電気抵抗スポット溶接により結合した。板ばね
の肉厚は0.2mmとし、陰極と板ばね結合部から板ば
ね屈曲部までの長さを17mm、該屈曲部から陰極室隔
壁と板ばね結合部までの長さを32mm、即ち板ばね全
長を49mmとし、板ばね屈曲角度は59度とした。板
ばねには、板ばね屈曲部から隔壁と板ばね結合部までの
間に、Φ10mmの孔を50mmピッチで設けた。陽極
室圧力に対し、陰極室圧力を水柱30cm高く保ち、陽
極とイオン交換膜とを密着させた状態とし、陰極とイオ
ン交換膜も密着させ、電極間距離を0mmとした。イオ
ン交換膜は旭化成工業(株)のアシプレックスF420
3を使用した。電解温度を90℃、苛性ソーダ濃度を3
2%とし、電流密度は4.0kA/m2の条件で電解を
行った。14日間の電解を行った結果の電解電圧は、
2.940Vであった。電解終了後、電解槽を分解しイ
オン交換膜を観察した結果、損傷は全く見られなかっ
た。
【0022】比較例1 電極間距離のみを2mmとした以外は、すべて実施例1
と同様の条件にして電解槽を構成した。14日間の電解
を行った結果の電解電圧は2.990Vであり、実施例
1より50mV電圧は高かった。
【0023】比較例2 陰極側の構成として板ばねを使用せず、ニッケル製リブ
(肉厚1.5mm)を用いて、陰極とリブ、リブと陰極
室隔壁を電気抵抗スポット溶接により接続固定した。イ
オン交換膜と陰極間の平均距離を0.5mmとし、その
他の条件は実施例1と同様にして電解槽を構成した。電
解開始直後、イオン交換膜にピンホールのあることがわ
かり、電解を中止した。
【0024】
【発明の効果】本発明は、板ばね屈曲部からリブと板ば
ね結合部、若しくは隔壁と板ばね結合部までの長さをL
2、該屈曲部から電極と板ばね結合部までの長さをL1
としたときに、L1/L2の値を0.2〜0.9の範囲
にすることを特徴とする電解槽であり、電極とイオン交
換膜を押し付けた場合でも、イオン交換膜に対する電極
の水平方向の変位を実質的になくせるので、電極とイオ
ン交換膜でのこすれ等によりイオン交換膜へ損傷を与え
ることなく、電極間距離を減少させ、電解電圧を低減さ
せた運転が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法によって、電極とリブ間を屈曲し
た板ばね部材で結合した電解槽の電極取り付け部の一部
を切り取った斜視図。
【図2】本発明の電解槽の電極取り付け部の一部を切り
取った断面図。
【図3】本発明の電解槽の一実施形態を示す電極取り付
け部の一部を切り取った断面図。
【図4】板ばね部材の断面図。
【図5】本発明の電解槽に使用される板ばね部材の具体
例であり、複数の孔を設けた板ばねの斜視図。
【図6】本発明の電解槽に使用される板ばね部材の具体
例であり、エキスパンドメタルによる板ばねの斜視図。
【図7】従来のイオン交換法電解槽の説明図。
【符号の説明】
1:電解槽極室 2:板ばね 3:板ばね屈曲部 4:電極 5:リブ 6:隔壁 7:電極〜板ばね結合部 8:リブ〜板ばね結合部 9:隔壁〜板ばね結合部 10:板ばね屈曲角度 11:イオン交換膜 12:陰極 13:陰極リブ 14:陽極 15:陽極リブ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極とリブ間、若しくは電極と隔壁間
    を、屈曲した板ばね部材で結合する可動性の電極を設け
    た電解槽において、板ばね屈曲部からリブと板ばね結合
    部、若しくは隔壁と板ばね結合部までの長さをL2、該
    屈曲部から電極と板ばね結合部までの長さをL1とした
    ときに、L1/L2の値が0.2〜0.9の範囲である
    ことを特徴とする電解槽
  2. 【請求項2】 平均電極間距離が2mm以下であること
    を特徴とする請求項1記載の電解槽。
JP10320309A 1998-11-11 1998-11-11 電解槽 Pending JP2000144467A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003029531A3 (en) * 2001-09-11 2004-04-22 Ebara Corp Electrolytic processing apparatus and method
EP1397828A4 (en) * 2001-06-18 2007-04-11 Ebara Corp ELECTROLYTIC PROCESSING DEVICE AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS
US7754058B2 (en) 2006-06-05 2010-07-13 Chlorine Engineers Corp., Ltd. Ion exchange membrane electrolyzer

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