JP3082308B2 - 電解槽およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フィルタープレス型の
電解槽に関し、特に隣接する電極室間の電解液を分離す
る隔壁に特徴を有する電解槽に関する。

【０００２】

【従来の技術】フィルタープレス型電解槽は食塩の電気
分解による塩素と苛性ソーダの製造をはじめとして、有
機物の電解製造、海水の電解等に広く用いられている。

【０００３】フィルタープレス型電解槽を使用する代表
的な電解方法である食塩のフィルタープレス型の電解槽
には隣接する陽極室と陰極室とを隔壁を介して電気的お
よび機械的に結合した複極式電解槽ユニットを陽イオン
交換膜を介して多数積層し、両端には陽極あるいは陰極
のいずれかを片面に有する端部電極室ユニットを積層し
て油圧式のプレス等で固定した複極式フィルタープレス
型電解槽と、額縁状の電極室枠の両面に同一の電極を有
する陽極室ユニットおよび陰極室ユニットを陽イオン交
換膜を介して多数積層し、両端部には陽極または陰極を
片面に有する電極室ユニットを積層した単極式フィルタ
ープレス型電解槽がある。単極式の電解槽の電極室ユニ
ットは額縁状の電極室枠を補強するとともに電解液の循
環を促進する作用をするダウンカマーやリブ等を設けこ
れらのリブ等に電極を取り付けており、通常は電解液を
分離する隔壁は有していない。

【０００４】一方、複極式の電解槽のユニットには、陽
極室と陰極室とを分離するとともに電解電流の伝達の作
用をする隔壁が設けられている。陽極室と陰極室とを分
離する隔壁にはそれぞれ陽極および陰極が取り付けられ
ている。陽極室と陰極室は対象となる電解反応によっ
て、一方は酸化性の環境にあり他方が還元性の環境とな
る。とくに代表的なイオン交換膜を利用した電解方法で
ある食塩電解においては陽極では塩素が発生し、陰極で
は高濃度の水酸化ナトリウムと水素が生成するので、陽
極室には塩素などに耐食性の大きなチタン、タンタル、
ジルコニウムなどの薄膜形成性金属あるいはその合金を
使用している。また、陰極室の雰囲気ではチタンは水素
を吸収して脆化するので耐食性が大きなチタンも陰極室
には使用できない。このため、陰極室には鉄、ニッケ
ル、ステンレス等の鉄系の金属あるいはその合金を使用
している。各々の電極室を金属材料の隔壁で形成し両者
を接合することにより電気的接合を形成することができ
るが、陽極室側のチタンと陰極室側の鉄、ニッケル、ス
テンレスなどを直接に溶接によって接合しようとすると
チタンと陰極室側の鉄系の金属が金属間化合物を形成す
るために実用的な強度を有する接合体を得ることはでき
なかった。

【０００５】そこで、複極式の電解槽では多くの提案が
行われている。例えば、特公昭５３−５８８０号公報に
は合成樹脂材料の隔壁を貫通するボルトで陽極室側の部
材と陰極室側の部材とを結合することを記載している。

【０００６】また、特公昭５２−３２８６６号公報では
鉄系の金属とチタンとを爆着により接合した板状体を隔
壁とし、各々の面にリブを溶接し、リブに陽極および陰
極を溶接している。特公昭５６−３６２３１号公報には
チタンと鉄を銅を挟んで三者を接合した複合材料を使用
し、複合材料のチタンと複極式電解槽ユニットの陽極側
隔壁のチタンとを溶接し、同様に該複合材料の鉄と陰極
側の鉄系の金属の隔壁とを溶接によって結合している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】複極式電解槽の隔壁に
は各種のものがあるが、いずれの電解槽においてもリブ
を隔壁に結合し、リブに電極を溶接などの方法によって
取り付けることが行われているが、リブによる電圧の降
下が避けられない。また、陰極側の金属と陽極側の金属
とを接合するためには特殊な方法を用いる必要があっ
た。

【０００８】このような問題を解決するために、互いに
嵌合する凹凸を形成した隔壁板をプレス加工によって製
造し、凸部に電極を接合した電解槽ユニットを有する構
造および製造方法が簡単な複極式電解槽を特願平２−４
５８５５号として提案した。食塩のイオン交換膜法によ
る電気分解のように、電極面積が大きな電解槽において
は、電極室内での電流分布が不均一化すると、電極の部
分的な消耗が進んだり、イオン交換膜が部分的に劣化す
る等の電解槽の性能に好ましくない現象が起こるので、
陽極−隔壁−陰極−陽極という電流の流れる通路がほぼ
等しくなるように電極と集電部材との取り付け位置を工
夫し、電極室内での電流分布が均一とすることが行われ
ている。

【０００９】また、電解槽を電流分布が均一となる構造
とするとともに、電極室内での電解液の濃度や温度の分
布を小さくすることが行われている。電解液の濃度や温
度の分布を小さくするためには、電極室内へ外部から供
給され、外部へ取り出される電解液の循環速度あるいは
循環量を大きくすることが行われているが、循環量を多
くするためには大型の循環装置を必要とするとともに、
電解液の濃度あるいは温度の均一化という面では必ずし
も十分な効果が得られない。

【００１０】また、電解液の濃度あるいは温度を均一化
するために、電解液を均一に電極室に供給することも効
果がある方法であるが、平板をプレス成形した電解槽ユ
ニットにおいては電解液を分散する手段を設けることは
行われていない。

【００１１】また、図６には、平板をプレス成形した電
解槽ユニットの下部の断面図を示すが、電解槽ユニット
３１の下部には電解槽枠体３２が設けられており、電極
室３３を形成する隔壁３４が電解槽枠体に取り付けられ
ている。また、電極３５が隔壁に結合されている。この
ように電極室の下部は、剛体からなる電解槽枠体３２で
構成されているので、電解液を均一に分散する手段を設
けることは構造上困難である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、竪型の電解槽
ユニットの陽極側の隔壁と陰極側の隔壁に互いに嵌合す
る凹凸を形成し、両隔壁を重ね併せて一体化した隔壁板
の凸部に電極板を結合した電解槽において、隔壁の下部
を折り曲げて、隔壁と一体の部材からなり、電解液の均
一に高速に電極室内へ供給する断面積が小さい通路を均
一に配置した電解液分散供給室を形成するものであり、
更に電解液分散供給室の外側は電解槽ユニットを積層す
る際に隣接する電解槽との間のフランジ面としたもので
ある。

【００１３】

【作用】竪型の電解槽ユニットの陽極側の隔壁と陰極側
の隔壁に互いに嵌合する凹凸を形成し、両隔壁を重ね併
せて一体化した隔壁板の凸部に電極板を結合した電解槽
において、陽極側の隔壁および陰極側の隔壁の下部を成
形加工して、隔壁と一体の電解液分散供給室を形成した
電解槽であり、製造方法が簡単であるとともに電解液の
供給が均一に行われるので、電解液の濃度分布および温
度分布が均一化されるので高い電解性能が得られる。

【００１４】

【実施例】以下に図面を参照して本発明を説明する。

【００１５】図１（Ａ）は、本発明の電解槽の１実施例
を示す一部を切り欠いた陽極側からみた平面図を示し、
図１（Ｂ）は図１をＡ−Ａ線で切断した断面図を示し、
図２は図１（Ａ）でＢ−Ｂ線で示すように切断した縦方
向の下部の断面を示す断面図である。

【００１６】電解槽ユニット１の陽極側の隔壁２はチタ
ン、ジルコニウム、タンタルなどの薄膜形成性金属およ
びそれらの合金から選ばれる薄板を鍋状に成形加工し、
陰極側の隔壁３は鉄、ニッケル、ステンレス等の薄板を
同様に加工したものである。そして、それぞれの隔壁は
電解槽枠体４に取り付けられている。両隔壁には、互い
に嵌合する凹凸部を形成しており、陽極側の隔壁には溝
状の凹部５と凸部６を設けており、陰極側の隔壁にも陽
極側の凹凸と嵌合する位置に同様に溝状の凹部７と凸部
８を設けている。

【００１７】それぞれの電極室内部において、電解液の
循環路が形成されるように電極室の上下および左右の壁
面に隣接する部分には凹凸部は設けないようにすること
が好ましい。また、陽極側の隔壁の凸部には、エキスパ
ンデッド金属、多孔性板等に白金族の金属の酸化物等か
らなる陽極活性被覆を形成した陽極９が溶接等によって
設けられており、陰極側の隔壁の凸部には、エキスパン
デッド金属、多孔性板等にニッケル系、白金族の金属系
の物質からなる陰極活性被覆を形成した陰極１０が溶接
等によって結合されている。

【００１８】電解槽ユニットの下部には電極室内へ均一
に電解液を供給する電解液分散供給室１１を形成してい
る。電解液分散供給室は電解槽の枠体４を包み込みよう
にして垂直に伸びた隔壁を水平な直線に沿って電極の取
付面側に直角に折り曲げ、更に電解液分散供給室の外面
が電解槽のフランジ１２を形成するように電極室の厚み
に相当する長さで直角に折り曲げる。そして隔壁の先端
部１３を電極と部分的に結合して電極を固定する。

【００１９】電解液分散供給室と電極室の間には電解液
を高速で電極室内へ供給できるように、電解液分散供給
室と電極室の間に断面積の小さい通路１４を設ける。

【００２０】図３には、電解液分散供給室部分の一部を
切り欠いた斜視図を示すが、隔壁を成形して通路１４を
設けるとともに、電解槽ユニットのフランジ１２の裏側
に接合して電解槽ユニットとしての機械的な強度を保持
する接合面１５を設ける。また、隔壁には電解槽の枠体
を取り付ける凹所１６を形成している。

【００２１】陽極側及び陰極側の隔壁に設ける凹凸部は
通常のプレス機によって１枚ずつ形成するが、陽極側と
陰極側の隔壁を同一の形状とすることができるので陽極
側、陰極側に同一のプレス用の金型を準備するのみで良
い。また、陽極側の隔壁と陰極側の隔壁のそれぞれの材
料を１枚ずつ積層した状態でプレスすることによって両
隔壁に凹凸を形成すると同時に両隔壁を一体化すること
ができるので、製造工程を単純化することが可能であ
る。

【００２２】陽極側の隔壁と陰極側の隔壁は、直接にス
ポット溶接で接合しても良いし、陰極側の隔壁と陽極側
の隔壁の間に導電性グリースを介在させて溶接等の恒久
的な接続手段によらずとも、凹凸部分を嵌合させて電気
的及び機械的な接合を形成することもできる。

【００２３】また、電解槽ユニットを積層して電解槽を
組み立て電極室内を加圧し、両隔壁と外部との間に圧力
差を形成して陽極側の隔壁と陰極側の隔壁の接触性を高
めたり、両隔壁と電極室枠体とで形成される空間を気密
にし、この空間を減圧して電極室内との間で圧力差を形
成して両隔壁の接触性を高めても良い。

【００２４】また、図４（Ａ）には、一部を切り欠いた
電解槽の平面図を示し、図４（Ｂ）にはＣ−Ｃ線での断
面図を示すが、図１および図２に示すような溝状の凹凸
に代えて椀状の凹凸２１を形成しても良い。

【００２５】また、図５には電解槽ユニットを積層して
電解槽を組み立てる場合の隣接する電解槽ユニットの断
面を示すが、一方の極性の凸部は同一直線状に配置し、
隣接する電解槽ユニット間ではイオン交換膜２２を介し
て凸部と凹部が向かい合うように配置して電流の分布を
均一化することが好ましい。

【００２６】

【発明の結果】電解槽の隔壁用の薄板をプレス加工して
電極室とフランジ面を形成した電解槽ユニットにおい
て、電極室ユニットの下部に電解槽に供給される電解液
を均一に電極室内へ分散して供給する電解液分散供給室
を隔壁と一体の薄板をプレス加工することによって形成
したので、簡単な製造方法で電解性能の優れた電解槽を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示す電解槽の平面図および
断面図である。

【図２】図１でＢ−Ｂ線で示すように縦方向の断面の上
部を示す図である。

【図３】電解液分散供給室の一部を切り欠いた斜視図で
ある。

【図４】本発明の他の実施例を示す電解槽の平面図およ
び断面図である。

【図５】本発明の電解槽ユニットを積層した断面図であ
る。

【図６】平板をプレス成形した従来の電解槽ユニットの
下部の断面図である。

【符号の説明】

１…電解槽ユニット、２…陽極側の隔壁、３…陰極側の
隔壁、４…電解槽枠体、５…凹部（陽極側）、６…凸部
（陽極側）、７…凹部（陰極側）、８…凸部（陰極
側）、９…陽極、１０…陰極、１１…電解液分散供給
室、１２…フランジ、１３…先端部、１４…通路、１５
…接合面、１６…凹所、２１…椀状の凹凸、２２…イオ
ン交換膜、３１…電解槽ユニット、３２…電解槽枠体、
３３…電極室、３４…隔壁、３５…電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−137488（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−249189（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−5195（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 竪型の電解槽ユニットの陽極側の隔壁と
   陰極側の隔壁に互いに嵌合する凹凸を形成し、両隔壁を
   重ね併せて一体化した隔壁板の凸部に電極板を結合した
   電解槽において、電解槽ユニットの下部には隔壁と一体
   の部材で形成された電解液分散供給室を有することを特
   徴とする電解槽。
2. 【請求項２】 電解液分散供給室の外側の面が電解槽ユ
   ニットの積層用のフランジ面を形成することを特徴とす
   る請求項１記載の電解槽。
3. 【請求項３】 電解槽ユニットの陽極側の隔壁と陰極側
   の隔壁に互いに嵌合する凹凸を形成し、両隔壁を重ね併
   せて一体化した隔壁板を有する電解槽を製造する方法に
   おいて、それぞれの隔壁の下部を折り曲げて隔壁板と一
   体の部材で電解液分散供給室を形成したことを特徴とす
   る電解槽の製造方法。