JPH04157189A - 電解槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は電解槽に関し、特に電極間間隔を減少させて電
解電圧を低下させることができる電極を有するフィルタ
ープレス型電解槽に関する。

［従来技術］ 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。

第５図は、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・−プレス型の単極式
電解槽の一例を示すが、単位電解槽ユニット５１の額縁
状の枠体５２には、電極の取り付けと電極への電流の給
電および電解液の循環の促進の機能を有する電流分配部
材５３が設けられており、電流分配部材の給電棒５４が
枠体から取り出されて外部の電気回路に取り付けられて
いる。単位電解槽の両面には、エキスパンデッドメタル
等の多孔性の金属基体に電極触媒物質層を被覆した電極
５５が取り付けられている。

また、電解槽ユニットには、電極室内へ供給する液の供
給管５６および電極室内から液あるいは気体を取り出す
ための排出管５７が設けられている。

単極式電解槽１１　　両面に陽極を設けたチタン、タン
タル、ニオブ等のバルブメタルあるいはその合金で製造
した陽極室ユニットと両面に陰極を設けたニッケル、ス
テンレスなどで製造した陰極室ユニットとをそれぞれ別
個に製造し、陽イオン交換膜を介して陽極室ユニットと
陰極室ユニットを多数積層して電解槽を組み立てている
。

また、陽極には白金族の金属あるいはその酸化物を含む
電極触媒の被覆を有しており、陰極には水素過電圧の低
い活性なニッケル系あるいは白金族の金属系の電極触媒
物質の被覆を有している。

電解槽には通常数十キロアンペアから数百キロアンペア
という非常に大きな電流を通電しているので電解電圧の
僅かな減少も消費電力の減少に大きな効果を発揮する。

このような電解槽の性能は多くの要因で評価されるが、
なかでも電気分解に要する電圧はきわめて重要な要素と
なっている。

電気分解に要する電圧は、電極　イオン交換膜電解槽の
構造、運転温度、電解槽の両極間の距離等に依存してお
り、このために電極　イオン交換膜　電解槽の構造、運
転条件の改良が数多く提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ 電解電圧に影響を及ぼす各種の要因のうち、特に電極間
距離を減少させることは電解電圧の減少に結′び付く重
要な要因であるために、電極間距離の減少のために各種
の提案がなされている。

陽イオン交換膜を使用した食塩水のイオン交換農法電解
においては、単に電極間の距離を小さくすることではな
く、陽極と陽イオン交換膜との距離を小さくすれば電解
電圧の減少が可能であることが見いださね　その給気　
陰極室内の圧力を陽極室内の圧力よりも高くして、画電
極室間に形成される圧力差によって陽イオン交換膜を陽
極に密着して電解槽の運転をすることが行われている。

したがって、電極間の距離に着目して電解電圧を減少さ
せる場合には、陰極と陽イオン交換膜との距離を減少さ
せることが重要となる。

陽極と陽イオン交換膜および、陰極と陽イオン交換膜の
間の距離を実質的に無くした電解槽も提案されているが
、陽イオン交換膜の種類によっては、陰極との密着が陽
イオン交換膜あるいは電解性能に必ずしも好ましいもの
とは限らず、このような陽イオン交換膜の場合には、陰
極と陽イオン交換膜との距離を一定の距離に保持するこ
とが必要となる。

陽イオン交換膜と陰極との距離を一定に確保する場合あ
るいは密着する場合のいずれの場合についても、単位電
解槽の電極面には高い寸法精度を保持することが求めら
れているが、電解槽の製造工程において大面積の電極面
積を有する単位電解槽において十分な精度を得ることに
は困難な面もあった ［課題を解決するための手段］ 本発明の電解槽は　電極と陽イオン交換膜との間隔を減
少させて電解電圧を減少させるとともに高い精度で陽イ
オン交換膜と電極との距離を維持するため番ζ　単位電
解槽の額縁状の枠体に固定したエキスパンデッドメタル
等からなる電極面上に電極自体の有する弾性力で固定し
た電極面から離れようとする可動性電極の一端を取り付
け、電解槽の組立時に可動性電極が受ける力によって所
定の間隔に保持することを可能としたものである。

［作用］ 本発明では単位電解槽の額縁状の枠体に取り付けた主電
極の表面に一部分を固着した可動性電極を取り付けたも
ので、電解槽の組立時に電極と陽イオン交換膜との間隔
が実質的に小さくなるので、単位電解槽の額縁状の枠体
に固定した電極の機械的精度が低くても可動性電極を用
いない場合と比較して電解電圧を低下させることが可能
となる。

［実施例コ 以下にフィルタープレス型の単極式の食塩電解槽の陰極
に可動性電極を使用した場合について図面を参照して本
発明を更に詳細に説明する。

第１図は本発明の単極式の電解槽を示し、第２図は第１
図の電解槽をＡ−Ａで示す水平面で切った場合の中央の
２個の電極室ユニット部分の断面図を示し、第３図は可
動性陰極を取り付けた陰極室ユニットの斜視図を示す。

額縁状のフィルタープレス型の陰極室ユニット１はナフ
ィオン（デュポン社登録商標）等のフッ素樹脂系の陽イ
オン交換膜２を介して陽極室二二ット３と積層している
。陰極室ユニットはニッケルあるいはその合金、ステン
レス等から作られており、陽極室ユニットはチタン等の
バルブメタルまたはその合金で作られている。

陰極室ユニット１と陽イオン交換膜２の間にはＥＰＤＭ
（エチレンプロピレンジエンモノマー）等からなる陰極
側ガスケット４が設けられており、同じく陽極室ユニッ
トと陽イオン交換膜の間には陽極側ガスケット５が設け
られている。

陰極室ユニットの両面には陰極６が設けられており、陰
極は陰極の固定と陰極への電流の供給と陰極室内の電解
液の自己循環を促進する陰極側電流分配部材７に結合し
ており、陰極側電流分配部材７と結合した陰極側導電棒
８は陰極室ユニットの額縁状枠体に取り付けられている
。

陰極には、ニッケル系あるいは白金族系の陰極活性触媒
層の被覆を形成して、陰極の水素過電圧を低下させるこ
とが好ましい。

陰極６には可動性電極９が取り付けられており、可動性
電極９の取り付けは弾性体を介して陰極面に取り付けて
も良いが、可動性電極の一端を陰極面と反対の方向に折
り曲げて陰極面に溶接等の方法により取り付けることに
より、電極自体の弾性力によって可動性とすることがで
きる。

陰極には、エキスパンデッドメタル、パンチトメタル等
の多孔性の基材を使用することができるが、エキスパン
デッドメタルを使用する場合には、形成した網目の大き
さは、長径が６ｍｍないし１４ｍｍ、短径が３ｍｍない
し７ｍｍ、刻み巾１ｍｍないし３ｍｍ、板厚０．８ｍｍ
ないし１．５ｍｍのものを使用することができ、可動性
電極には長径が４ｍｍないし１２ｍｍ、短径が２ｍｍな
いし６ｍｍ、刻み巾０．６ｍｍないし２ｍｍ、板厚０．
３ｍｍないし０．６ｍｍのものを使用することができる
。

また、陰極および可動性電極の基材の材質には、高ニツ
ケルステンレス鋼（例えば５ＵＳ３１０Ｓ）等のステン
レス鋼やニッケルを使用することができる。

可動性電極の端部１０には、陽イオン交換膜との間隔を
保持するためにスペーサ１１を設けることができる。ま
た、可動性電極の端部が陽イオン交換膜に接触しても陽
イオン交換膜に損傷を与えないように端部を溶融したり
保護部材を設けることが好ましい。

また、可動性電極は第３図に図示したように、固定電極
の端部に一端を取り付けた１枚の平面状の電極に限らず
、複数枚の平面状の電極を固定電極上に取り付けても良
い。

一方、陽極室ユニット３についても、陽極１２が、陰極
室ユニットと同様に陽極の固定と陽極への電流の供給と
陽極室内の電解液の自己循環を促進する陽極側電流分配
部材１３に結合しており、陽極側電流分配部材１３と結
合した陽極側導電棒１４は陽極室ユニットの額縁状枠体
に取り付けられている。

陽極１２には、チタンなどのバルブメタルの基体上に酸
化ルテニウム、酸化チタン等を含む電極触媒物質の被覆
を形成している。

陰極室ユニットには陰極室への電解液の供給管１５が設
けられており、反対側には生成物の排出管が設けられて
いる。一方、陽極室ユニットにも電解液の供給管と陽極
室生成物排出管１６が設けられている。

以上の説明は、単極式の電解槽について述べたが、複極
式の電解槽の固定電極に可動性電極を設けることも可能
であり、また陰極に限らず陽極に可動性電極を設けるこ
ともできる。

実施例 電極の大きさが縦２５０ｍｍ、横１００ｍｍ、有効電極
面積２．５ｄｍ２の電解槽にベルメレック電極（株）製
のＤＳＥを陽極とし、陰極として厚さ１．５ｍｍのステ
ンレス（ＳＵＳ　３１０　Ｓ）製のエキスパンデッドメ
タルを固定し、更に陰極上には縦２５０ｍｍ横９５ｍｍ
厚さ０．５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ　３１０　Ｓ）の
エキスパンデッド金属の一端を折り曲げて溶接により固
定電極に取り付は九 取り付けた部分と反対の端部と固定した電極との距離は
可動性電極の弾性力によって１５ｍｍとなった　陰極お
よび可動性電極の両者にニッケル系の陰極活性物質を被
覆した。

陰極と陽イオン交換膜との距離を調節できる電解槽を組
み立てて、陽イオン交換膜としてナフィオン９５４（デ
ュポン社製）を使用して、陽極と陽イオン交換膜とを密
著し、陽イオン交換膜と陰極との距離を変化させて、電
解温度を９０℃とし、３０Ａ／ｄｍ２の電流密度で３２
％の水酸化ナトリウムを電解製造した。

可動性電極は一端が固定されており、陰極と陽イオン交
換膜との距離を近づけると開放端が陽イオン交換膜と接
触しながら陽イオン交換膜とともに陰極面に近づくが、
この場合の陰極と可動性電極の開放端との距離と電解電
圧の関係を第４図に示す。

比較例 陰極として可動性電極を接合せずに固定電極のみとした
魚身外は、実施例と同様の条件で電解し、固定電極と陽
イオン交換膜との距離を変化させた場合の、陽イオン交
換膜と電解電圧の関係を第４図に示す。

実施例および比較例の電解電圧から明らかなように可動
性電極を取り付けた本発明の電解槽は、固定電極のみの
電解槽に比べて低い電解電圧によって電気分解すること
ができる。

［発明の効果コ 本発明は、電解槽の枠体に固定した電極に可動性電極を
取り付けたもので、固定した電極と対極との距離が大き
い場合や固定電極の寸法精度が低い場合であっても電解
電圧を低下させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はは本発明の単極式の電解槽を示し、第２図は第
１図の電解槽をＡ−Ａで示す水平面で切った場合の中央
の２個の電極室ユニット部分の断面図を示し、第３図は
可動性陰極を取り付けた陰極室ユニットの斜視図を示し
、第４図は可動性電極を有する場合と有しない場合の陽
イオン交換膜と陰極との距離と電解電圧の関係を示し、
第５図は、単極式の電解槽ユニットの一部を切り欠いた
斜視図である。 １・・・陰極室ユニット、　２・・・陽イオン交換１１
．３・・・陽極室ユニット、４・・・陰極側ガスケット
、５・・・陽極側ガスケット、６・・・陰極　７・・・
陰極側電流分配部材、８・・・陰極側導電概　９・・・
可動性型ＫＩＯ・・・端１１１（１１・・・スペーサ、
１２・・・陽＆　　１３・・・陽極側電流分配部材、　
１４・・・陽極側導電機１５・・・供給管、１６・・・
陽極室生成物排出管、５１・・・単位電解槽ユニット、
５２・・・額縁状の枠体　５３・・・電流分配部材、５
４・・・給電機　５５・・・電極５６・・・液の供給管
、５７・・・取り出し管特許出願人　クロリンエンジニ
アズ株式会社代理人　弁理士　米　澤　　明　（外７名
）第１図 第３図 （ｖ） χＥ山Ｌ　　　　　　　（ｍｍ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極室内の固定電極の電解作用面上に可動性電極
   を取り付けたことを特徴とする電解槽。
2. （２）可動性電極が一端を折り曲げて固定電極面に取り
   付けたもので、固定電極面から離れる方向への弾性力を
   有することを特徴とする請求項１記載の電解槽。
3. （３）食塩のイオン交換膜電解用の電解槽であることを
   特徴とする請求項１記載の電解槽。