WO2000039365A1

WO2000039365A1 - Multi-pole ion exchange membrane electrolytic bath

Info

Publication number: WO2000039365A1
Application number: PCT/JP1999/007283
Authority: WO
Inventors: Tatsuhito Kimura; Hajime Ishizaka; Kiyoshi Hachiya
Original assignee: Asahi Glass Company, Limited
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2000-07-06
Also published as: CN1292043A; EP1067216A1; JP2000192276A; US6495006B1; ATE264929T1; DE69916595T2; DE69916595D1; CN1166819C; EP1067216A4; ID25785A; EP1067216B1

Description

明細書

複極型ィォン交換膜電解槽

技術分野

本発明は、水酸化アル力リ水溶液等の製造に好適に使用できる複極型ィオン交換膜電解槽に関する。背景技術

従来、水酸化アル力リ水溶液の製造用等に用いられるィオン交換膜電解槽には、フィル夕一プレス型の電解槽が多く用いられている。これは、陽極室枠と陰極室枠からなる室枠体とィォン交換膜とを交互に多数配置して. 両側から油圧プレス等で締め付けてなるものである。電解槽の形式は、電気的な接続方法の相違により、並列接続形式の単極型電解槽（モノポーラ —セル）と直列接続形式の複極型電解槽（バイポーラ一セル）とに大別される。

複極型電解槽用の室枠体（陽極室枠と陰極室枠との総称）は、図 1および図 2 に示したように、陽極室 1 5 と陰極室 2 5 とを背中あわせに配置してなり、陽極室 1 5 を構成する陽極室枠 1 0は、陽極板 3 0 と、これと間隔をおいてほぼ平行に配置された陽極背板 4 0 とからなる。通常、陽極板としては、メッシュ状または多孔性のものが用いられる。例えば、チタン、ジルコニウム、タンタル等の導電性メッシュ状板を基板とし、これに酸化チタンゃ酸化ルテニゥムもしくは酸化ィリジゥム等の貴金属の酸化物をコ —ティングするものである。

陽極扳 3 0 と陽極背板 4 0の間には、両者を電気的に接続し、かつ、その間隔を保持するために、チタンもしくはチタン合金などの耐蝕性のある導電性の陽極支持部材（リブとも呼ばれる） 5 0 aが所定の間隔で配置されている。陽極支持部材 5 0 aは、例えば板状の部材からなり、図 1および図 2の左右方向に電解液が流通できるように複数の孔（図示せず）が設けられている。

陰極室 2 5 を形成する陰極室枠 2 0の構造も陽極室枠 1 0 と同じで、通常メッシュ状または多孔性の陰極板 6 0、陰極背板 7 0および陰極支持部材 8 0 aからなつている。

同様にして、陰極板 6 0 と陰極背板 7 0の間には、例えば図 1 に示すように、両者を電気的に接続し、かつ、その間隔を保持するために、鉄、二ッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼などの耐蝕性のある導電性の陰極支持部材 8 0 aが所定の間隔で配置されている。

なお、陽極背板 4 0 と陰極背板 7 0 は一体に結合されて隔壁 9 を構成している。隔壁 9 を構成する陽極背板 4 0 と陰極背板 7 0 との間には導電性を高めるためにクラッド材等の導電性の中間部材（図示せず）を挟んでもよい。隔壁を構成する陽極背板 4 0 と陰極背板 7 0の周辺部は折り曲げられて、筒状体 7に溶接等により固定されている。なお、 1 1 はイオン交換膜、 1 2はガスケットである。陰極板は耐アルカリ性の材質、例えば、二ッケル、ステンレス等の導電性のメッシュ状板等を基板とし、これにラネ一ニッケルや白金族系などの陰極活物質をコ一ティングしたものが好ましい

このような複極型電解槽をハロゲン化アル力リ、例えば食塩の電気分解に用いて水酸化アル力リを製造する場合には、陽極液としてほとんど飽和した食塩水溶液を、通常陽極室の下部近くに設けられた陽極電解液供給口 3から陽極室に供給する。陽極室内部では、電気分解により、陽極板上で塩素ガスが発生し、電解液たる食塩水溶液とともに、通常陽極室の上部近くに設けられた陽極電解液排出口 4から陽極室枠の外へ排出される。

一方、陰極室には、一般に陰極室の下辺部に設置され'た陰極電解液供給口 5から、陰極液として、水または希釈苛性ソーダ水溶液を陰極室に供給する。陰極室内では、水素ガスおよび苛性ソーダが生成し、陰極室の上部近くに設けられた陰極電解液排出口 6から陰極室の外へ排出される。

この食塩の電気分解に用いられるィォン交換膜の役目は、陽極室側からナトリウムイオンを陰極室側へ通過せしめ、かつ、陰極側で発生した水酸ィォンの陽極室側への移動を遮断することである。

通常陽極板 3 0は、陽極室内の陽極支持部材 5 0 _a等に溶接等により固定されている。同様に陰極板 6 0 も、陰極室内の陰極支持部材 8 0 a等に溶接等により固定され、ィォン交換膜を介して陽極板 3 0 と陰極板 6 0が所定の距離になるようにガスケット 1 2 を介して締め付けられている。一般的に、陽極板と陰極板との間の距離（極間距離）は電解槽の電解電圧に大きく影響を及ぼす因子である。当然のことながら、極間距離を短くするほど電解電圧は低下し、電力を節約できる力 s'、一方、陽極と陰極を、あまり接近させすぎると、膜自体が柔軟なものであり、液中でその位置が完全に固定されているものではないから、極板と膜とが時として接触するに到る。この場合、極板の表面には多数の微少な凹凸や突起が存在しているので、これら凹凸や突起が膜に強く押しつけられた状態で膜が極板表面を擦るように動くと、膜が押し切られる可能性がある。

このようにして、膜のかなりの部分が破損され損傷を受けると、ついには電解槽の正常な運転ができなくなる事態に陥ってしまう。従って、従来は、多少電解電圧を犠牲にしても、膜に損傷を与える恐れがない程度まで極間距離を広げて安全サイドで運転せざるを得なかったのである。

このような微小な凹凸や突起を持っている陽極板や陰極板を、ィオン交換膜に出来るだけ接近させても膜に損傷を与えないようにする試みは過去にいくつか提案されている。例えば、特開昭 5 7— 1 0 8 2 7 8号では、陽極側および Zまたは陰極側の隔壁板と極板の間に、導電性のバネ材を多数取り付けて、極板を可動ならしめる技術が開示されている。また、特開平 1 一 5 5 3 9 2号では、隔壁板と極板とをクランプパネの機構により電気的接合をはかるとともに、該クランプバネ機構の弾性により極板を可動に構成する技術が開示されている。

これらは、極板と膜が接触しても、その押し圧を低減できる技術である力、いずれもパネによる可動機構を採用しているため、（ 1 ) バネ材部分の電気抵抗が増加したり、（ 2 )あるいはそのパネ機構の構造の複雑さ故に製作費用の増加を招くという問題があった。（ 3 ) そして更に大きな問題は、電極と隔壁との間隙を、弾性を有するバネ材のみで保持する可動機構を採用しているため、極板を可動とすることは可能であっても、その機構上必然的に、電解面全体にわたり均一に保持しなければならない極間距離を、維持できないことである。このために可動機構により一見極間距離を小さくすることが可能であっても、実際には、定常運転時における極間距離の均一性を保持できないため、総合的にみれば、効果的に電解電圧を低減できるものではなかった。発明の開示

本発明は、かかる問題を解決し、電気抵抗が低く簡単でかつ安価な可動機構により極間距離をできるだけ小さくして電解電圧を大幅に低減できる複極型イオン交換電解槽を提供することを目的としている。

また、本発明は極板とイオン交換膜との間隔が 0 . 1 〜 1 . 0 m mとしても膜の損傷の危険性のない複極型ィォン交換電解槽を提供することを目的とする。

本発明により、第 1 に、以下の発明が提供される。

陽極板と陽極背板とを間隔をおいてほぼ平行に配置し、該陽極板と該陽極背板との間に、導電性の陽極支持部材を所定の間隔で配置してなる陽極室枠と、陰極板と陰極背板とを間隔をおいてほぼ平行に配置し、該陰極板と該陰極背板との間に、導電性の陰極支持部材を所定の間隔で配置してなる陰極室枠とを、その背板どうしを背中合わせに結合して室枠体とし、これを陽ィォン交換膜を挟んで複数個配置してなる複極型ィォン交換膜電解槽において、

( a ) 少なくとも前記陰極支持部材は、前記陰極背板に固定され前記陰極板に向かって立ち上がる給電リブ基体部と、それに隣り合う給電リブ基体部とにより支持され、前記陰極板に達するまで延伸する可撓体からなり、

( b ) 前記可撓体と前記陰極板とは可撓体の接合部を介して電気的に接続されており、

( c ) 前記接合部を通じて前記陰極板から給電リブ基体部への給電が行われるとともに、前記可撓体の作用により前記陰極板を変位可能に支持するようにしたことを特徴とする複極型ィォン交換膜電解槽。

本発明により、第 2に、以下の発明が提供される。

陽極板と陽極背板とを間隔をおいてほぼ平行に配置し、該陽極板と該陽極背板との間に、導電性の陽極支持部材を所定の間隔で配置してなる陽極室枠と、陰極板と陰極背板とを間隔をおいてほぼ平行に配置し、該陰極板と該陰極背板との間に、導電性の陰極支持部材を所定の間隔で配置してなる陰極室枠とを、その背板どうしを背中合わせに結合して室枠体とし、これを陽イオン交換膜を挟んで複数個配置してなる複極型イオン交換膜電解槽において、

( a ) 少なくとも前記陽極支持部材は、前記陽極背板に固定され前記陽極板に向かって立ち上がる給電リブ基体部と、それに隣り合う給電リブ基体部とにより支持され、前記陽極板に達するまで延伸する可撓体からなり、

( b ) 前記可撓体と前記陽極板とは可撓体の接合部を介して電気的に接続されており、

( c ) 前記接合部を通じて前記給電リブ基体部から陽極板への給電が行われるとともに、前記可撓体の作用により前記陽極板を変位可能に支持するようにしたことを特徴とする複極型ィオン交換膜電解槽。図面の簡単な説明

図 1 ：本発明を実施するための複極型ィォン交換膜電解槽の室枠を陰極室枠から見た正面図

図 2 ：図 1 の A— A線による室枠体の横断面をィォン交換膜およびガスケットと共に示す図で、陰極室内に可動機構を有さない従来の例である。

図 3 ：本発明の代表的な実施の形態を示す室枠体の部分横断面の模式図図 4 ：導電性の板状金属チップと非導電性のスぺ一サを取り付けた場合を示す室枠体の部分横断面の模式図

図 5 ：本発明の他の実施の形態を示す室枠体の部分横断面の模式図図 6 ：本発明の他の実施の形態を示す室枠体の部分横断面の模式図符号の説明

1 室枠下部

2 室枠上部

3 陽極電解液供給口

4 陽極電解液排出口

5 陰極電解液供給口

6 陰極電解液排出口

7 筒状体

9 複極電解槽用隔壁

1 0 陽極室枠

1 1 ' ィオン交換膜

1 2 ガスケット陰極室枠陽極板

陽極背板

a 陽極支持部材（リブ）

陰極板

陰極背板

a 陰極支持部材（リブ）

陰極背板または隔壁板

陰極板

陽極

陽極背板または隔壁板

0 陽イオン交換膜

1、 1 0 1 ' 給電リブ基体部

2 給電リブ基体部と可撓体の接合部（支持部） 3、 1 0 3 ' 可撓体または可撓性板状金属 5、 1 0 5 ' 可撓体上の接合部

9、 1 0 9 ' 可撓性板状金属の突出部

0 ' 陽極側の陽極支持部材（M型給電リブ）3 ' M型給電リブの肩部

0 陰極側の M型給電リブ

3 陰極側の M型給電リブの肩部

0 陽極側め M型給電リブ

3 陽極側の M型リブの肩部

1 非導電性の材料で形成されたスぺーサ 2 0 5 板状金属チップ

p、 p ' 突出部の頂点

A 1、 A 1 ' 可撓性板状金属の幅

A 2 A 2 ' 板状金属の突出部以外の部分と陰極板の間隔（突出部の高さ）

A 3 A 3 ' 給電リブ基体部の高さ

A 4 M型リブの幅

A 5 陰極板と固定された給電リブ基体部との間隔

V d 板状金属と隔壁板との間に形成される閉空間

V u 板状金属と陰極板との間の空間発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照しながら本発明について詳細に説明する。

本発明が適用できる電解槽は単極型でも複極型でもよいが、好ましくは複極型ィォン交換膜電解槽であって、基本的には図 2に示したのと同様に、陽極板と陽極背板とを間隔をおいてほぼ平行に配置し、該陽極板と該陽極背板との間に、導電性の陽極支持部材を所定の間隔で配置してなる陽極室枠と、陰極板と陰極背板とを間隔をおいてほぼ平行に配置し、該陰極板と該陰極背板との間に、導電性の陰極支持部材を所定の間隔で配置してなる陰極室枠とを、その背板どうしを背中合わせに結合して室枠体とし、これを陽ィォン交換膜を挟んで複数個配置してなる複極型ィォン交換膜電解槽である。そして、基本的な実施の形態は、図 3に示したように、

( a ) 少なくとも上記陰極支持部材が、陰極背板 9 0に固定され前記陰極板 9 5 に向かって立ち上がる給電リブ基体部 1 0 1 と、それに隣り合う給電リブ基体部 1 0 1 とにより支持され、前記陰極板に達するまで延伸する可撓体 1 0 3からなるものである。また、 1 0 2は、給電リブ基体部と可撓体の溶接等による接合部であって、これは、可撓体の給電リブ基体部による支持が行われる支持部でもある。

そして、（ b ) 陰極板まで延伸した前記可撓体と陰極板とは、可撓体の接合部 1 0 5 を介して電気的に接続されている。（ c )この接合部 1 0 5 を通して前記陰極板 9 5から前記給電リブ基体部 1 0 1へ電流が流れ、また、上記接合部は力が伝えられる機械的な接続点でもあるため、陰極室内のガスの発生などにより、前記陰極板に外力が印加された場合、接合部 1 0 5 を起点として、前記可撓体 1 0 3力'、例えば陰極板に対して垂直方向に動いて前記陰極板を変位させ、陽ィォン交換膜を損傷から保護するものである。なお、可撓体 1 0 3が動く場合、支持部 1 0 2、 1 0 2が変位の支点となる。

本発明においてはこのように、陰極支持部材を、陰極背板に固定され陰極板に向かって立ち上がる給電リブ基体部と、それに隣り合う基体部とにより支持され、陰極板に達するまで延伸する可撓体とから構成したことを特徴とする。

すなわちこの構成によれば、固定された給電リブ基体部の基体部高さ（ A 3 ) は一定であるため、これにより極間距離を基本的に一定値に保持しつつ、この基体部に支持された可揍体（陰極板 9 5 と固定された給電リブ基体部 1 0 1 との間隔 A 5 ) のみを、外力の変動に応じて僅かに変位させることにより、極間距離を膜を損傷させない必要最小限の範囲で変化させ、陽イオン交換膜を損傷から保護しうる。

可撓体はその上下方向とも電解面の上下端近くまで伸びている力その上下端においては開口や切り欠き等の適当な隙間が設けられていることが好ましい。

本発明のより具体的な可撓体の実施の形態としては、図 3に示したように、可撓体 1 0 3力？、そのほぼ中央に少なくとも一つの突出部 1 0 9 を形成した、可撓性板状金属 1 0 3からなり、この突出部の頂点 p を前記接合部 1 0 5 とするものである。

可撓性板状金属 1 0 3 は、好ましくは 0. 1 〜 1. 0 mmの板厚を有し、その幅 A 1が 4〜 2 5 c mのものであり、板状金属の突出部 1 0 9以外の部分と陰極板との間隔（言い換えれば突出部の高さ） A 2が 3〜 3 0 mm のものである。可撓性板状金属としては、例えば板状の軟鋼、ステンレス鋼、ニッケルおよびニッケル合金、銅および銅合金等から選択され、これを上記形状になるように加工して使用する。

このような可撓体としての可撓性板状金属が、複極型ィォン交換膜電解槽の室枠を陰極室枠からみた正面図を示す図 1の陰極室内に装着されている状況をみるに、本発明においては、図の陰極支持部材 8 0 aカ給電リブ基体部 1 0 1 に相当し、可撓性板状金属が、隣り合う給電リブ基体部にそれぞれ支持されてなるものであるから、 8 0 a l と 8 0 a 2、 8 0 a 2 と 8 0 a 3、 8 0 a 3 と 8 0 a 4、の間のそれぞれに装着されている。すなわち実質的に陰極室内全体のほぼ全体にわたり、可撓性扳状金属が装着されていることになる。図の陰極板 6 0は、この可撓性板状金属と電気的および機械的に接続されており、陰極板は、図の電解面全体にわたり、ほぼ均一に陽極板の方向（紙面の裏側）に可動できるようになっている。すなわち、紙面手前に存在する陽イオン交換膜に陰極板が接触した場合は、その押圧により、可撓性板状金属が（紙面の裏側の）陽極板の方向に動いて陰極板を変位させて該押圧を緩和させ、膜は損傷を受けることがない。また、可撓性金属に、充分弾力性を持たせることにより、陰極板と、陽ィォン交換膜を介して対向している従来の固定化されている陽極板との間で膜を強く挟み付けて、膜を損傷させることもなくなる。

このようにして、本発明の電解槽においては、陰極板全面を、陽イオン交換膜に均一に接近させることが可能となるので、極間距離を短縮でき、電解電圧を大幅に低減することができる。

本発明の好ましい実施の態様においては、以上のごとくして、陰極板と陽イオン交換膜との間隔を 0. 1 〜 2. 0 mm、好ましくは 0. 1 〜 1 . 0 mmという極めて小さな範囲においてさえも設定することが可能となる, 本発明において陰極板と陽イオン交換膜との間隔は、室枠周縁郡に装着されているガスケット 1 2の厚みを変更することにより調節することも可能であるし、また、板状金属の突出部 1 0 9の高さ A 2 を変更することによつても調節可能である。

本発明において使用する可撓性板状金属の材質は、式（ 1 ) により選択することが可能である。

δ (mm) = K X P ( k gZ c m2) ( 1 )

〔式中 <? ：可撓性板状金属の変位量（mm)

K ：金属材質および形状によって定まる定数

P ：可撓性板状金属の突出部にかかる圧力（ k gZ c m²)〕ここで 3は、突出部が押圧等の圧力 Pを受けたときの変位量、より正確には弾性限界内での変形量であつて、所定の金属材料および一定の形状の可撓性金属であれば、想定圧力を規定して、それに対する変位量が算出できることになる。当然のことながら定数 Kの値が大きレゝものほど、例えばより柔軟で可撓性の高いものほど、僅かの圧力 Pを受けただけで容易に変位する。

本発明においては、陰極板の変位量は 1 0 mm以下であることが好ましいので、可撓性扳状金属の変位量が 0〜 1 0 mmになるように、（ 1 ) 金属材料の種類の選択、（ 2 ) 板厚、幅 A 1 および突出部の高さ A 2等の形状の選択、（ 3 ) 突出部へ印加される圧力の想定値（すなわち許容圧力）等の因子をいろいろ変えて式（ 1 ) によってシユミレ一シヨンし；最適な値を決定することができる。本発明において、 Kの値は 0 . 2 〜 2 0 0の範囲にあることが好ましく、 4 〜 4 0の範囲にあることがさらに好ましい。

本発明においては、陰極板と陽ィォン交換膜との間に非導電性のスぺーサを配置し、陰極板と膜との間隔が非常に小さい場合であっても、両者が直接接触しないようにすることができる。図 4 は、この状態を示したものであって、 2 0 1 は非導電性の材料で形成されたスぺーサを示す。

スぺ一ザとしては、非導電性のものであれば基本的に使用することができる力'、好ましくは非導電性の樹脂やゴム（すなわち弾性体またはエラストマ一）である。このような樹脂としては特に限定するものではない力？、例えばポリプロピレン、ポリテトラフルォロエチレン（ P T F Ε ) 等が挙げられ、また、ゴムとしては、ブチルゴム、エチレン一プロピレンージェンゴム（E P D M ) 等が挙げられる。樹脂やゴムは多孔体や発泡体であつてもよい。これらは板状、シート状、フィルム状、繊維状、球形等の適当な形態で用いられる。これらの形態のスぺ一サ 2 0 1 は、基本的には陰極板と陽イオン交換膜との間に配置するものであり、より詳細には、可撓性板状金属の突出部頂点（先端） ρの上方にそれぞれ配置するのが最も好ましい力、突出部と突出部の間にそれぞれ配置してもよレ、。いずれの場合も、このようにして配置されたスぺ一サは図 1 においては、給電リブ基体部に相当する陰極支持板 8 0 a l 、 8 0 a 2 , 8 0 a 3 · ' · のそれぞれの上方か、またはその間に設けられることになる。なお、スぺ一サは、室枠の上下方向に適当な間隔をもつて配置し、線状に設けるのが望ましい。

スぺ—サは、その硬度が、硬度 D 4 0 〜 D 8 0 ( A S T M D 2 2 4 0 の Dスケ一ル試験方法）を有する樹脂等で形成されたものであってもよいし、あるいは膜の硬度よりも柔らかいゴム等で形成されていてもよい。ここで特にゴム等のスぺ一サを用いるのは膜のクリ一プによる変形の防止のためである。すなわち、たとえば非導電性のスぺーサを介して陰極板を陽ィオン交換膜に押しつける場合、両者はスぺーサの存在により直接接触しないものの、その押しつけ圧があまり強い状態で長期間運転が行われると、膜そのものが該押しつけ圧のためにクリープ変形を起こし、該変形部分で膜内部のポリマ一が化学的な劣化を生じ、ついには膜にピンホールが形成されてしまうことがありうる。

この場合、膜の硬度より柔らかい非導電性のゴムやエラストマ一のスぺ —サを用いると、たとえ上記のごとき押しつけ圧が生じても、スぺーサ自身がクッション材として作用し、適宜変形するために、押しつけ圧が容易に緩和され、膜のクリ一プ変形が効果的に防止できるのである。

スぺ一ザの厚みは 0 . 1 〜 1 . 0 m mであることが望ましい。なお、硬度 D 4 0 〜 D 8 0のスぺ一サを装着した場合、その厚み分だけ運転中もィオン交換膜と陰極板の間隔が維持されるのに対して、膜の硬度より柔らかい弾性体からなるスぺ一ザであれば運転中は、スぺ一ザの厚みよりも若干薄い間隔で膜と陰極板との距離が維持されることになる。

また、本発明においては、好ましくは、突出部頂点 pの接合部 1 0 5 と陰極板 9 5 との接続が、両者間に挿入して固着、すなわち挿着された板状金属チップ 2 0 5 を介して行われるものである。

この板状金属チップ 2 0 5は、軟質ステンレス鋼、二ッケル、銅等からなり突出部頂点の接合部および陰極板に溶接等の手段で固着され、その接合部を保護しているのである。

すなわち、電解槽を長期間運転すると陰極性能が低下するので、数年毎に、陰極板を電解槽から取り外し、新しい陰極板を取り付ける必要性が生じる。もし、陰極板と可撓性板状金属の突出部頂点が直接溶接等により接合されていると、陰極板を可撓性板状金属から切り離す作業の際、板状金属の頂点（先端部）は、形状的にも特に機械的な強度が弱い部分であるから、少しの力であっても容易にこの部分から折れたり割れたりする等の機械的な損傷を受けやすい。その場合は、可撓性板状金属そのものを取り替えなければならない事態が生じる。板状金属チップを突出部頂点の接合部と陰極板との間に揷着することにより、陰極板を可撓性板状金属から切り離す際に加える力は、直接板状金属チップに集中し、板状金属の頂点には加わらないことになるので、可撓性板状金属の突出部頂点が損傷を受けることは殆ど無くなるのである。

板状金属チップの厚みは 0. 5〜 3. 0 mmが好ましい。また、幅については、 3〜 1 5 mmのものを室枠上下方向に配置し、かつ、陰極板上の電流分布を考慮すると、室枠上下方向の高さの 1ノ 2以上の長さであることが好ましい。

図 5 は本発明の別の実施の形態を示している。すなわち、給電リブ基体部 1 0 1 ' と可撓体 1 0 3 ' 、成形加工等で一体に形成されている場合である。

より具体的には、給電リブ基体部 1 0 1 ' と可撓性板状金属 1 0 3 ' が断面凸字状に成形加工等で一体に形成されており、かつ、この可撓性板状金属 1 0 3 ' は陰極背板（隔壁板） 9 0 との問で閉空間を形成するように、これに溶接等で電気的に接合されている。

この可撓性板状金属 1 0 3 ' は、ほぼ中央の突出部 1 0 9 ' の頂点 p ' を接合部 1 0 5 ' として陰極板 9 5 に電気的 · 機械的に接続されており、図 3 に示した板状金属 1 0 3 と同様の可動性を有し、突出部 1 0 9 ' において陰極板 9 5 を、陽イオン交換膜を損傷させることなく、これに充分近接させることができる。

このように一体に形成する場合は、好ましくは、給電リブ基体部に相当する

部'分は、より剛性を高くするため、より厚い断面積を有するように形成して固定機能を確保し、可撓性板状金属に相当する部分はその板厚みを薄くし、可撓性を保持しうるようにすることが好ましい。

この可撓性板状金属の厚み、幅 A 1 '、陰極板と板状金属との間隔（突出部の高さ） A 2 ' は、図 3の可撓性扳状金属 1 0 3の厚み、幅 A 1、陰極板と板状金属との間隔 A 2の数値と同様にして扱うことが可能である。

この実施の形態においては、板状金属 1 0 3 ' は室枠内の電解液の循環を促進させるためのダウンカマーの機能を同時に持たせることができる。すなわち板状金属 1 0 3 ' の室枠上部と下部にそれぞれ電解液の流通用の開口部や切り欠きを設けて、板状金属 1 0 3 ' と隔壁板 9 0 との間に形成される閉空間 V dは液の下降流が生じる下降流路とし、一方、板状金属 1 0 3 'と陰極板 9 5 との間の空間 V u は液とガスの上昇流路となっており、両者は上記開口や切り欠き部を通って連通し、連続的な循環流路を形成するのである。

一方、ここで対応する陽極側の陽極支持部材（給電リブ） 1 1 0 ' は、断面 M型の形状であって、該 M型給電リブ 1 1 0 ' は、陽極背板（隔壁板） 9 9 との間で閉空間を形成するように、これに溶接等で電気的に固着されている。なお、 M型給電リブ 1 1 0 ' は、その両側の肩部 1 1 3 ' において陽極 9 7に溶接等で固定され、陽極室を構成している。

図 6は本発明のさらに別の実施の形態を示している。陰極側の給電リブ 1 2 0は断面 M型の形状のものを用い、この M型給電リブは隔壁板 9 0 との間で閉空間を形成するように、これに溶接等で電気的に固着されている。可撓性板状金属 1 0 3は、隣り合う給電リブに支持されるのである力この場合は、隣り合う Μ型給電リブの対向する肩部 1 2 3 において溶接等で固定されている。なお可揍性板状金属 1 0 3が、そのほぼ中央部の突出部 1 0 9の頂点 ρ を接合部 1 0 5 とし、これを介して陰極板 9 5 に電気的 · 機械的に接続されている態様は、図 3 〜 4 について '述べたところと同棣である。さらに、この板状金属の厚み、幅 A l 、陰極板と板状金属との間隔（突出部の高さ） A 2 は、図 3の可撓性板状金属 1 0 3の厚み、幅 A l、陰極板と板状金属との間隔 A 2の数値と同様に扱うことが可能である。なお、 M型給電リブの幅 A 4は、 5 0 〜 7 0 m m程度であることが好ましい。一方、陽極側は、同じく M型の給電リブ 1 3 0力？、陽イオン交換膜 1 0 0を介して、陰極側の給電リブ 1 2 0 と対向するように配設されており、すでに図 5について述べたと同様に、該 M型給電リブ 1 3 0は、陽極背板 (隔壁板） 9 9 との間で閉空間を形成するように、これに溶接等で電気的に固着されており、また、 M型給電リブ 1 3 0は、その両側の肩部 1 3 3 において、陽極 9 7に溶接等で固定され、陽極室を構成している。

以上の説明は、すべて、陰極支持部材が、陰極背板に固定され陰極板に向かって立ち上がる給電リブ基体部と、それに隣り合う給電リブ基体部とにより支持され、陰極板に達するまで延伸する可撓体からなる場合について述べたが、容易に理解されるように、陽極支持部材が、陽極背板に固定され陽極板に向かって立ち上がる給電リブ基体部と、それに隣り合う給電リブ基体部とにより支持され、陽極板に達するまで延伸する可撓体からなるようにしてもよいことは勿論である。その場合は、以上の説明において、可撓体を形成すべき陰極支持部材を陽極支持部材と、可撓体が接合すべき陰極板を陽極板と読替えて理解すればよいので、詳しい説明は省略する。以下、実施例をあげて本発明を具体的に説明する力 ί、本発明の技術的範囲がこれに限定されるものではない。

〔実施例 1〕

陽極および陰極は、それぞれの高さが 1 2 0 0 m m , 横幅が 2 4 0 0 m m、有効電解面積が 2 . 8 8 m ² の大きさを持っており、陽極にはペルメレック電極（株）製の D S E (板厚み 1 . 5 m mのエキスパンド'メッシュ）を用い、陰極には扳厚み 1 . 2 m mのニッケル製エキスパンドメッシュを基板とし、これに活性化されたラネ一ニッケル合金をコーティングしたものを用いた。陽極背板にはチタン製のプレートを使用して、陰極背板にはニッケル製のプレートを使用した。これらの背板どうしを溶接で取り付け隔壁板を構成した。

陽極側の給電リブには、厚み 2. 0 m m、幅 3 5 m mのチタン板を用い、給電リブは室枠の高さ方向に、等間隔で 1 8本を、背板および陽極に溶接で固定し、陽極室を構成した。また陰極例の給電リブには、厚み 1 . 0 m m、幅 3 0 mmのニッケル板を用い、給電リブは室枠の高さ方向に等間隔で 1 8本を背板に溶接で固定した。

そして図 3 に示したように、中央部に突出部を持つ可撓性板状金属 1 0 3 として板厚み 0. 5 mmで幅 A 1力？ 1 4 O mm、突出部 1 0 9の高さ A 2が 1 0 mm、陰極板 9 5 と固定された給電リブ基体部 1 0 1 との間隔 A 5が 4 m mになるように加工したニッケル板を用いた。この板状金属の両端を、陰極給電リブに溶接で取り付け、また突出部の頂点 p を接合部 1 0 5 として陰極板に同じく溶接で取り付けて陰極室枠を構成した。

このような陽極室および陰極室からなる室枠体と陽ィォン交換膜を図 2 に示すようにガスケット 1 2 を挟んで交互に並べ、両側から鉄製の縮め具で、膜と陰極板との距離が 1 mm、可撓性板状金属の変位量が最大 2 mm になるように締め付けて複極型ィォン交換膜電解槽を組み立てた。なお、イオン交換膜には、フレミオン F 8 9 3 (旭硝子株式会社登録商標）を使用した。

陽極室には出口の食塩濃度が 2 l O gZ l になるように 3 0 0 gZ l の食塩水が室枠下部から供給され、陰極室には出口の苛性ソ―ダ水溶液濃度が 3 2重量％になるように希釈苛性ソ一ダ水溶液を室枠下部から供給した。電解温度 9 0 °C、電流密度 6 k AZm² で電解試験を実施した。その結果電解電圧は 3. 2 5 Vを示した。〔実施例 2〕

陽極および陰極は、それぞれの高さが 1 2 0 0 mm, 横幅が 2 4 0 0 m m、有効電解面積が 2. 8 8 m² の大きさを持っており、陽極にはペルメレック電極（株）製の D S E (板厚み 1 . 5 m mのエキスパンドメッシュ）を用レヽ陰極には板厚み 1. 2 m mのニッケル製エキスパンドメッシュに、活性化されたラネ一ニッケル合金をコ一ティングしたものを用いた。陽極背板にはチタン製のプレートを使用し、陰極背板にはニッケル製のプレートを使用した。これらの背板どうしを溶接で取り付け隔壁板を構成した。図 5 に示されるように、陰極室側には、中央部に突出部をもつニッケル製の可撓性板状金属 1 0 3 ' を室枠高さ方向に陰極背板 9 0に溶接で取り付けた。板状金属 1 0 3 ' の板厚みは 0. 5 m m、幅 A 1 ' は 1 6 0 m m、陰極板 9 5 と板状金属 1 0 3，との間隔 A 2，力 1 0 m m、背板 9 0から突出部の頂点 p，までの高さが 4 0 m mのものを等間隔で電解面に 1 2本配置した。陰極板は、板状金属 1 0 3 ' の突出部 1 0 9 ' の頂点を接合部 1 0 5 ' としてこれに溶接で取り付けて固定した。

陽ィォン交換膜 1 0 0 と陰極板 9 5 との間で、この突出部の頂点 p ' (すなわち接合部 1 0 5 ') に相当する位置に、 P T F E樹脂で成形された厚み 0. 5 mm、幅 1 0 mm、長さ 1 1 5 0 mmのスぺ一サ 2 0 1 ' を配置した。

一方、陽極室側には図 5 に示されるように、 M型状に成形加工されたチタン製の給電リブ 1 1 0 ' を陽極背板 9 9に溶接で取り付けた。この M型

7F口電リブ 1 1 0 ' は板厚み 2. 0 mm、幅 1 6 0 mm、陽極背板 9 9から

M型給電リブの肩部 1 1 3 ' の先端までの高さが 3 5 mmのものを用い、この肩部の先端で陽極板 9 7を溶接して固定した。

このような陽極室および陰極室からなる室枠体と陽イオン交換膜をガスケット 1 2 を挟んで交互に並べ、両側から鉄製の締め具で、可撓性板状金属の変位量が最大 2 mmになるように締め付けて複極型ィォン交換膜電解槽を組み立てた。なお、膜と陰極板の間隔は P T F E製スぺ一サにより 0. 5 m mに維持されるようにした。陽イオン交換膜にはフレミオン F 8 9 3 (旭硝子株式会社登録商標）を使用した。

陽極室には出口の食塩濃度が 2 1 O g/ 1 になるように 3 0 0 g/ l の食塩水が室枠下部から供給され、陰極室には出口の苛性ソ―ダ水溶液濃度が 3 2重量％になるように希薄苛性ソーダ水溶液を室枠下部から供給した c 電解温度 9 0 °C、電流密度 6 k AZm² で電解試験を実施した。その結果、電解電圧は 3. 1 6 V、電流効率 9 6. 3 %を示した。 1 5 0 日間運転を行い、電解槽を解体したところ、異常は認められなかった。

〔実施例 3〕

陽極板、陰極板および隔壁構造は実施例 1 と同様のものを用いた。陰極室内には図 6 に示されるように、成形加工された二ッケル製の M型給電リブ 1 2 0 を室枠高さ方向に溶接で背板に取り付けた。 M型給電リブ 1 2 0 は板厚み 1 . 0 mm、幅 A 4が 6 0 mm, 背板から肩部 1 2 3の先端までの距離 A 3が 3 0 mmのものを使用し、電解面に等間隔で 1 2本配置した。一方可撓性板状金属 1 0 3の両端を、隣り合う M型給電リブの、対向する肩部 1 2 3の先端とそれぞれ溶接で固定した。可撓性板状金属 1 0 3 としては実施例 1 で使用したものと同様のものを使用し、突出部 1 0 9の頂点 Pを接合部 1 0 5 として、陰極板に溶接により固定 ·接続した。また実施例 2 と同様にして、膜と陰極板の間に、スぺ一サ 2 0 1 を配置した。用いたスぺーサは実施例 2で使用したものと同様のものである。

また陽極室内には、成形加工されたチタン製の M型給電リブ 1 3 0 を陰極の給電リブ 1 2 0 と対向するように室枠高さ方向に溶接で背板 9 9 に固定した。 M型給電リブ 1 3 0は板厚み 2. 0 m m、幅が 6 0 m m、背板から肩部 1 3 3の先端までの距離が 3 5 mmのものを使用し、この肩部 1 3 3の先端で陽極板 9 7を溶接 · 固定した。

このような陽極室および陰極室からなる室枠体と陽ィォン交換膜をガスケット 1 2を挟んで交互に並べ、両側から鉄製の締め具で、可撓性板状金属の変位量が最大 3 mmになるように締め付けて複極型ィオン交換膜電解槽を組み立てた。なお、膜と陰極板の間隔は、実施例 2 と同様に、 P T F E製スぺーサにより 0. 5 mmに維持されるようにした。

陽極室には出口の食塩濃度が 2 l O gZ l になるように、 3 0 0 gZ l の食塩水が室枠下部から供給され、陰極室には出口の苛性ソ一ダ水溶液濃度が 3 2重量％になるように希薄苛性ソーダ水溶液を室枠下部から供給した。

電解温度 9 0 °C、電流密度 6 k AZm² で電解試験を実施した。その結果電解電圧は 3. 1 6 V、電流効率は 9 6. 3 %を示した。 1 5 0 日間運転を行い、電解槽を解体したところ、異常は認められなかった。

〔比較例 1〕

可撓性板状金属を使用せず、陰極リブに直接陰極板を溶接で取り付け、膜と陰極板の間隔を 2. 5 mmにした以外は実施例 1 と同様にして電解槽を構成した。この電解槽を使用して実施例 1 と同様の条件で食塩電解を実施した結果、電解電圧は 3. 3 9 V、電流効率は 9 6. 2 %であった。産業上の利用可能性

本発明は、陰極室内の陰極支持部材を、給電リブ基体部と、これに支持された可撓性板状金属等により構成することにより、安全で簡便な方法により、陽極と陰極との極間距離の短縮を実現したものであり、膜の損傷の危険性を回避しつつ、電解電圧の大幅な低減を可能としたものである。

本発明によれ'ば、 4 k AZm² 以上という高い電解電流密度でも安定した運転ができ、水酸化アルカリ水溶液の製造等に効果的に適用できる、高い電流効率と低い電解電圧を達成した複極型ィオン交換膜電解槽を提供される

Claims

請求の範囲

1 . 陽極板と陽極背板とを間隔をおいてほぼ平行に配置し、該陽極扳と該陽極背板との間に、導電性の陽極支持部材を所定の間隔で配置してなる陽極室枠と、陰極板と陰極背板とを間隔をおいてほぼ平行に配置し、該陰極板と該陰極背板との間に、導電性の陰極支持部材を所定の間隔で配置してなる陰極室枠とを、その背板どうしを背中合わせに結合して室枠体とし、これを陽ィォン交換膜を挟んで複数個配置してなる複極型ィォン交換膜電解槽において、

2 . 可撓体が可撓性板状金属からなり、そのほぼ中央に少なくとも一つの突出部を形成し、この突出部の頂点を前記接合部とする請求項 1記載の複極型ィォン交換膜電解槽。

3 . 可撓性板状金属が厚み 0 . 1 〜 1 . 0 m m、幅が 4 〜 2 5 c mのものであり、板状金属の突出部以外の部分と陰極板との間隔が 3 〜 3 0 m mである請求項 2記載の複極型ィォン交換膜電解槽。

4 . 突出部頂点の接合部と陰極板との接続が、両者間に揷着された板状金属チップを介して行われる請求項 2 または 3記載の複極型ィォン交換膜電解槽。

5. 陰極板の変位量が 1 0 mm以下である請求項 2〜 4の何れかに記載の複極型ィオン交換膜電解槽。

6. 可撓性板状金属の弾性力が式（ 1 ) で表され、 Kが 0. 2〜 2 0 0の範囲にある請求項 2〜 5の何れかに記載の複極型ィォン交換膜電解槽 _c δ (mm) = K X P ( k g / c m2 ) ( 1 )

〔式中 <? ：可撓性板状金属の変位量（mm)

K ：金属材質および形状によって定まる定数

P ：可撓性板状金属の突出部にかかる圧力（ k gZ c m²)〕

7. 陰極板と陽ィォン交換膜との間に非導電性のスぺ一サを配置し、前記陰極板と陽ィオン交換膜が直接接触しないようにした請求項 2〜 6のいずれかに記載の複極型イオン交換膜電解槽。

8. スぺーザが硬度 D 4 0〜 D 8 0 (A S TM D 2 2 4 0の Dスケ —ル試験方法）を有する請求項 7記載の複極型ィオン交換膜電解槽。

9. 陰極板と陽イオン交換膜との間隔が 0. 1〜 1. 0 mmである請求項 1〜 8の何れかに記載の複極型ィォン交換膜電解槽。

1 0. 陽極板と陽極背板とを間隔をおいてほぼ平行に配置し、該陽極板と該陽極背板との間に、導電性の陽極支持部材を所定の間隔で配置してなる陽極室枠と、陰極板と陰極背板とを間隔をおいてほぼ平行に配置し、該陰極板と該陰極背板との間に、導電性の陰極支持部材を所定の間隔で配置してなる陰極室枠とを、その背板どうしを背中合わせに結合して室枠体とし、これを陽ィォン交換膜を挟んで複数個配置してなる複極型ィオン交換膜電解槽において、

( a ) 少なくとも前記陽極支持部材は、前記陽極背板に固定され前記陽極板に向かって立ち上がる給電リブ基体部と、それに隣り合う給電リブ基体部と'により支持され、前記陽極板に達するまで延伸する可撓体からなり、

( c ) 前記接合部を通じて前記給電リブ基体部から陽極板への給電が行われるとともに、前記可撓体の作用により前記陽極板を変位可能に支持するようにしたことを特徴とする複極型ィォン交換膜電解槽。