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JP3110551B2 - 電解槽 - Google Patents

電解槽

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JP3110551B2
JP3110551B2 JP04111673A JP11167392A JP3110551B2 JP 3110551 B2 JP3110551 B2 JP 3110551B2 JP 04111673 A JP04111673 A JP 04111673A JP 11167392 A JP11167392 A JP 11167392A JP 3110551 B2 JP3110551 B2 JP 3110551B2
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JP
Japan
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electrolytic cell
electrode
exchange membrane
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JP04111673A
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JPH05306484A (ja
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修 有元
眞二 片山
義成 竹
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Tosoh Corp
ThyssenKrupp Nucera Japan Ltd
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Chlorine Engineers Corp Ltd
Tosoh Corp
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Priority to DE69303424T priority patent/DE69303424T2/de
Priority to US08/056,432 priority patent/US5360526A/en
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60Constructional parts of cells
    • C25B9/65Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】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。
【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】図4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ープレス型
の複極式電解槽の電解槽ユニットを示す図であり、図4
(A)は電解槽ユニットの一部を切り欠いた平面図を示
し、図4(B)は断面図を示す。
【0004】電解槽ユニット41の陽極側の隔壁42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43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44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45と凸部46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47と凸部48を設けている。
【0005】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られていない。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49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50が溶接等によって結
合されている。
【0006】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。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。
【0007】
【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膜法電解
においては、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れ、そ
の結果、陰極室内の圧力を陽極室内の圧力よりも高くし
て、両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、一般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。
【0008】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
の距離を密着あるいは極めて短い間隔に保持するため
に、電解槽の隔壁あるいはリブと電極をばね等の伸縮す
る部材によって結合することが提案されている。
【0009】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でも、
陽極と陰極との電極間距離およびイオン交換膜との距離
は高い寸法精度を保持することが求められている。とこ
ろが食塩水の電気分解等に使用されている電解槽では、
数平方メートルの大面積の電極を使用しており、電極を
可動性としてばね等の部材によって電極面を均一に保持
することは極めて困難であった。電極間距離が一定でな
いと電流分布に不均一が生じ、電極およびイオン交換膜
が部分的に損傷したり、電解槽の性能に悪影響を及ぼす
という問題があった。
【0010】
【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に、電解槽の隔壁もしくは給電リブ
に取り付けた可撓性を有するばね部材によってエキスパ
ンデッドメタル等からなる電極を取り付け、ばね部材の
反発力によって電極表面を一定の高さに保持した電解槽
であり、ばね部材として櫛状の部材を用いることによっ
て、ばね部材の一方の端部が相互に連結しており、櫛の
刃に相当する部分を屈曲させてばね状としたので、それ
ぞれのばねの特性を均一に保持することが可能であり、
電解槽へ組み込んだ場合には電極面を均一に保持した状
態で電極とイオン交換膜との間隔を任意の距離に設定す
ることができる。
【0011】
【作用】本発明は電極を櫛の刃の部分を屈曲したばね部
材によって隔壁もしくはリブに結合したので、各櫛の刃
の部分を電極面の平面性を保持した状態で隔壁もしくは
リブ等の電極の支持体部分からの距離を所定の大きさに
保持することができるので、電極を弾性力によってイオ
ン交換膜に接触する場合であっても、電極がイオン交換
膜に損傷を与えることはなく、またばね部材が一体に構
成されているので、ばね部材の製造が容易であるととも
に、ばね部材を電解槽の隔壁等へ取り付ける場合にも容
易に取り付けることができる。
【0012】
【実施例】以下にフィルタープレス型の複極式の食塩電
解槽の単位電解槽にばね部材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。図1は複極
式の単位電解槽の一部を切り欠いた斜視図である。単位
電解槽1には薄板に凹凸を形成した隔壁の凸部2に櫛形
のばね部材3によって電極4を取りつけており、隔壁の
凸部には櫛状の部材の連結部5を取り付け、ばね部材の
櫛の刃部分6に屈曲部7を形成し、櫛の刃の端部8を電
極に溶接等によって結合している。
【0013】本発明の電解槽の製造においては、ばね部
材が一体に構成されているので、櫛の刃部分に形成した
ばねの弾性力を一定に保持することができる。また、隔
壁への取り付け部分が櫛状の部材の連結部分であるの
で、隔壁への取り付け部分と電極への取り付け部分を電
極に垂直な同一面上には存在しないようにすることがで
きるので、ばね部材の電解槽の隔壁および電極への溶接
等による取り付けも容易であり、同時に電極の取付も容
易であり、短時間に製造することが可能となる。また、
ばね部材が櫛状であるので、電解槽中での電解液あるい
は生成気泡等の流通の障害とはならない。
【0014】図2は、ばね部材を金属の薄板から製造す
る方法を説明したものであるが、薄板から同一の形状の
2個のばね上部の部材を打ち抜き等の方法によって切り
取り、一度の切断加工によって2個のばね部材を製造
し、点線部分で屈曲させてばねを形成することができ
る。本発明の電解槽は複極式の電解槽に限らず、単極式
の電解槽においても電解槽を構成する電極の取り付け用
のリブにばね部材を結合することによって電極極間距離
を減少した電解槽を得ることができる。
【0015】実施例1 電極の大きさが縦1400mm、横935mm、有効電
極面積130.9dm2 の電解槽にペルメレック電極
(株)製のDSEを陽極とし、陰極として厚さ0.8m
mの活性化したニッケル製のエキスパンデッドメタルを
使用し、陰極はニッケル製の櫛型のばね部材によって電
解槽の隔壁板に取り付けた。陽イオン交換膜として、N
E962(デュポン社製)を使用して、飽和食塩水を供
給して陽極と陽イオン交換膜とを密着し、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、50A/dm2の電流密度で32%の水酸化ナトリ
ウムを電解製造した。
【0016】陰極と陽イオン交換膜とを密着した場合に
は、電解電圧は3.060Vであった。一方、陽イオン
交換膜と陰極との距離を2mmとした場合には、電解電
圧は3.190Vであり、電解電圧は陰極と陽イオン交
換膜とを密着することによって130mV低下すること
ができ、ばね部材による電圧降下分である18.6mV
を差し引いても111.4mVの電圧降下を得ることが
できた。
【0017】実施例2 厚さ0.5mm、縦110mm、横288mmのニッケ
ル板から、櫛が幅8mm、長さ90mmとなるように2
枚のばね部材を板材に残材を生じることなく2枚のばね
部材を製造した。ばね部材は、櫛の刃状部分の先端の1
0mmを電極の取り付け部とし、先端から50mmの部
分で屈曲し、櫛の連結部分の幅を10mmとし、電極の
取り付け部分にエキスパンデッドメタルを溶接によって
取り付けた。
【0018】板上に極低圧感圧記録紙(富士写真フイル
ム(株)製、商品名プレスケール極超低圧用)を配置し
て電極と感圧記録紙が接触した状態から、電極を接合し
たばね部材を取り付けた台座を極低圧感圧記録紙の方向
へ押しつけてばね部材が5mm変位した場合極の低圧記
録紙に生じる圧力分布を測定した。
【0019】得られた結果を図3に示すように、電極と
ばね部材との溶接部分は4〜5kg/cm2 、電極とば
ね部材の取り付け部分は1〜2kg/cm2 、その他の
部分は0〜1kg/cm2 の圧力を示した。また、溶接
個所においてイオン交換膜に加わる圧力もイオン交換膜
に悪影響を及ぼすほどの大きな圧力ではなかった。
【0020】
【発明の効果】本発明は、櫛状であって櫛の刃の部分を
屈曲したばね部材によって電極を取り付けた電解槽であ
り、電極面を極めて平滑に保持した状態で対極あるいは
イオン交換膜との間の距離を任意の大きさに保持したも
のであり、電極の取り付け等が容易であり、イオン交換
膜等に損傷を与えることなく任意の距離に保持すること
ができ、電解電圧を大きく低下させることが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電解槽の電極の取り付け部分を示した
斜視図である。
【図2】ばね部材を製造する方法を説明した図である。
【図3】ばね部材に結合した電極面上での圧力分布を説
明する図である。
【図4】複極式電解槽の電解槽ユニットを説明した図で
ある。
【符号の説明】
1…単位電解槽陰極室、2…隔壁の凸部、3…ばね部
材、4…電極、5…連結部、6…櫛の刃部分、7…屈曲
部、8…櫛の刃の端部、21…薄板、51…電解槽ユニ
ット、42…陽極側の隔壁、43…陰極側の隔壁、44
…電解槽枠体、45…凹部、46…凸部、47…凹部、
48…凸部、49…陽極、50…陰極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹 義成 岡山県岡山市福田538−11 (56)参考文献 特開 平4−214886(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25B 1/00 - 15/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可動性の電極を設けた電解槽において、
    櫛状のばね部材であって、電極を櫛の刃の部分を屈曲し
    たばね部材の櫛の刃の部分に結合し、櫛状のばね部材の
    櫛の刃を結合する部分を電解槽の隔壁もしくはリブに取
    り付けたことを特徴とする電解槽。
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EP0568071B1 (en) 1996-07-03
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