CN102812160B - 电解装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够更简便地防止阴极侧的液性变化对阳极造成的不良影响的电解装置。电解装置10以如下方式构成：分别设置具备阳极12的阳极槽14和具备阴极16的阴极槽18，在阳极槽14设置用于向槽内供给电解液13的供给口20、用于向供给的电解液13吹入曝气用空气的阳极曝气装置22、以及将由阳极槽14产生的气体引导到槽外的气体取出管24，利用连通管28，供给到阳极槽14的电解液13能够流入到阴极槽18、并且介由连通管28内的电解液13，能够在阳极12和阴极16之间通电，通过电解而在阳极槽14内产生的气体与曝气用空气一起从气体取出管24释放到阳极槽14的外部，将流到阴极槽18的电解液13连续地排出。

Description

电解装置

技术领域

本发明涉及在阳极侧产生气体的类型的电解装置。

背景技术

以往，已知有例如将含有亚氯酸盐的电解液电解来制造二氧化氯气体的方法（专利文献1）。

众所周知，在将电解液进行电解而使气体在阳极侧产生时，阴极侧的液性（pH）经时变化。这样的液性变化对阳极周边的电解液造成不良影响而使电解液的稳定性降低，存在气体的产生效率逐渐降低的可能。

在专利文献2中记载了在具备阴极和阳极的无隔膜的电解槽内向电解液供给直流电流而进行电解，由此产生二氧化氯的二氧化氯制造方法。具体而言，该方法为1液型电解式的二氧化氯制造方法，即，在使该电解液的pH为4～8的状态下向含有氯化碱、亚氯酸碱以及pH调节剂的上述电解液供给直流电流而进行电解，为了补充电解中伴随着电解而消耗的亚氯酸碱，从电解槽外部向电解液供给亚氯酸碱的水溶液，将产生的二氧化氯从电解液中取出。

专利文献

专利文献1：日本特开平9-279376公报

专利文献2：国际公开第2009/154143号手册

发明内容

根据专利文献2的二氧化氯制造方法，通过控制电解液的pH，能够防止阴极侧的液性变化对阳极造成影响而使电解液的稳定性降低，消除电解过程中气体的产生效率降低的问题。考虑假如可以省略控制pH的步骤，则能够更简便地制造二氧化氯。

因此，本发明的目的在于提供能够更简便地防止阴极侧的液性变化对阳极造成不良影响的电解装置。

为了实现上述目的的本发明的电解装置的第一特征构成在于：所述电解装置在将阳极和阴极浸渍于电解液的状态下进行电解，从上述阳极侧产生气体；分别设有具备上述阳极的阳极槽和具备上述阴极的阴极槽，在上述阳极槽中设有用于向槽内供给电解液的供给口、用于向由该供给口供给的电解液吹入曝气用空气的阳极曝气装置、以及将由该阳极槽产生的气体引导到槽外的气体取出管；设有一端与上述阳极槽连接、另一端与上述阴极槽连接的连通管；利用上述连通管，供给到上述阳极槽的电解液能够流入到上述阴极槽，并且介由该连通管内的电解液，能够在上述阳极和上述阴极之间通电；以如下方式构成：通过电解而在上述阳极槽内产生的气体与上述曝气用空气一起从上述气体取出管释放到上述阳极槽的外部，并且将流到上述阴极槽中的电解液连续地排出。

根据本构成，如果从供给口向具备阳极的阳极槽的内部供给电解液，则电解液被填充到该阳极槽，与此同时，电解液在连接阳极槽和阴极槽的连通管的内部流动，该电解液也被填充到阴极槽的内部。如果在阳极和阴极被浸渍于电解液的状态下对两极施加电压，则介由连通管内部的电解液，电流流动而进行电解。由于在阳极槽中设有阳极曝气装置，向阳极槽内的电解液吹入曝气用空气（空气、非活性气体），因此利用阳极曝气装置，通过电解而在阳极槽内产生的气体与空气一起从气体取出管释放到阳极槽的外部。

电解液中的成分（例如亚氯酸盐等）由于在电解中被消耗，因此需要从电解槽外部进行补充。通过将补充的电解液从设置于阳极槽的供给口连续地或者半连续地（间歇地）供给，从而产生电解液从阳极槽向阴极槽的流动，所以阴极槽侧的电解液难以逆流到阳极槽侧。由此能够防止阴极侧的液性变化对阳极槽造成不良影响。

即，由于能够将阳极槽的电解液变差防患于未然而维持阳极槽的低pH，因此能够维持气体的产生效率。

本发明的电解装置的第二特征构成在于：所述电解装置在将阳极和阴极浸渍于含有亚氯酸盐的电解液的状态下进行电解，从上述阳极侧产生二氧化氯；分别设有具备上述阳极的阳极槽和具备上述阴极的阴极槽；对上述阳极槽设置用于向槽内供给电解液的供给口、用于向由该供给口供给的电解液吹入曝气用空气的阳极曝气装置、以及将从该阳极槽产生的气体引导到槽外的气体取出管；设有一端与上述阳极槽连接、另一端与上述阴极槽连接的连通管；利用上述连通管，供给到上述阳极槽的电解液能够流入到上述阴极槽，并且介由该连通管内的电解液，能够在上述阳极和上述阴极之间通电；以如下方式构成：通过电解而在上述阳极槽内产生的二氧化氯与上述曝气用空气一起从上述气体取出管释放到上述阳极槽的外部，并且将流到上述阴极槽中的电解液连续地排出。

根据本构成，由于电解液含有亚氯酸盐，因此从阳极侧产生二氧化氯气体。利用阳极曝气装置，通过电解而在阳极槽内产生的二氧化氯气体与曝气用空气（空气、非活性气体）一起从气体取出管释放到阳极槽的外部。

而且，通过从设置在阳极槽的供给口连续地或半连续地（间歇地）供给含有亚氯酸盐的电解液，从而产生电解液从阳极槽向阴极槽的流动，所以阴极槽侧的电解液难以逆流到阳极槽侧。由此能够防止阴极侧的液性变化对阳极槽造成不良影响。

即，由于能够将阳极槽的电解液变差防患于未然而维持阳极槽的低pH，因此能够维持气体的产生效率。

本发明的电解装置的第三特征构成在于：设有一端与上述阳极槽的上部连接、另一端与上述阴极槽的上部连接的气体回收管，以及向上述阴极槽的电解液吹入曝气用空气的阴极曝气装置；以如下方式构成：将溶解于上述阴极槽的电解液的二氧化氯与上述曝气用空气一起经由上述气体回收管和上述气体取出管而取出到上述阳极槽的外部。

根据本构成，由于阳极槽和阴极槽通过气体回收管在上部连接，此外，设置有向阴极槽的电解液吹入曝气用空气（空气·非活性气体）的阴极曝气装置，因此即便在阳极槽中产生并溶解于电解液的二氧化氯气体通过连通管移动到阴极槽，也能够通过阴极槽内的阴极曝气装置与曝气用空气一起被取出，介由气体回收管和气体取出管取出到阳极槽的外部。

本发明的电解装置的第四特征构成在于：在上述连通管的内部，局部地设有直径变小的狭窄部。

根据本构成，由于能够利用狭窄部来进一步有效地防止阴极槽内的电解液逆流到阳极槽内，因此通过维持阳极槽内的低pH，从而可以期待产生效率和曝气效率的上升。并且，由于狭窄部仅为局部的，因此对通电时的电流流动几乎没有影响，也无需担心会导致该连通管的成本高。

附图说明

图1是本发明的电解装置的示意图。

图2是本发明的电解装置中使用的电解液点滴装置的示意图。

图3是设有狭窄部的连通管的主要部分示意图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施例。

本发明的电解装置用于在将阳极和阴极浸渍于电解液的状态下进行电解而从阳极侧产生气体的电解。

如图1所示，本发明的电解装置10分别设有具备阳极12的阳极槽14和具备阴极16的阴极槽18。阳极槽14和阴极槽18分别具有容纳电解液的容纳空间。只要是这样的方式，就不限定其形状、容积等。

在本实施方式中示出阳极槽14和阴极槽18为彼此分离的圆柱状槽的情况。但是，只要以阳极槽12的电解液13和阴极槽18的电解液13不会容易相混的方式构成即可，例如，可以为将单一的容纳空间用隔板等隔开而制成阳极槽和阴极槽的方式。

对阳极槽14设置用于向槽内供给电解液13的供给口20、用于向由该供给口20供给的电解液13吹入曝气用空气的阳极曝气装置22、以及将从该阳极槽14产生的气体引导到槽外的气体取出管24。

对阴极槽18设置向该阴极槽18的电解液13吹入曝气用空气的阴极曝气装置26。

阳极曝气装置22和阴极曝气装置26例如以能够将压缩空气从压缩机（图外）送气至阳极槽14和阴极槽18的方式构成即可。以能够将通过电解产生的气体高效率地引导到槽外的方式构成，并以能够从阳极槽14和阴极槽18的底部附近供给曝气用空气的方式构成。

另外，设置一端与阳极槽14连接、另一端与阴极槽18连接的连通管28。利用该连通管28，供给到阳极槽14的电解液13能够流入到阴极槽18，并且介由该连通管28内的电解液13，能够在阳极12和阴极16之间通电。

连通管28可由例如细的管状部件所构成。此时，连通管28以如下方式构成：能够防止电解液13从阴极槽18向阳极槽14逆流、并且具有不妨碍从阳极槽14向阴极槽18通电的程度的内径。

要防止该逆流，例如在连通管28中，将其与阳极槽14的连接位置设定成高于与阴极槽18的连接位置即可。此时，在阳极槽14产生的气体难以转移至阴极槽18。

电解装置10以如下方式构成：将通过电解而在阳极槽14内产生的气体与曝气用空气一起从气体取出管24释放到阳极槽14的外部，并且将流到阴极槽18的电解液13连续地排出到排液槽34。

为了容易回收产生气体和曝气用空气，气体取出管24例如可以与吸引装置（图外）连接。

进而，设置一端与阳极槽14的上部连接、另一端与阴极槽18的上部连接的气体回收管30。以如下方式构成：使溶解于阴极槽18的电解液13的气体与曝气用空气一起经由气体回收管30和气体取出管24取出到阳极槽14的外部。

将与曝气用空气一起从阳极槽14取出的气体回收到气体回收槽（图外）。此时，如果需要，可以以能够分离所需气体与曝气用空气的方式构成。

（产生气体）

作为可以利用本发明的电解装置10制造的气体，例如可举出二氧化氯、氯、臭氧等。也可以将氯化碱、氯化碱土类用于电解液而使氯气产生。

（亚氯酸盐）

作为本发明中使用的亚氯酸盐，例如，可举出亚氯酸碱金属盐、亚氯酸碱土类金属盐。作为亚氯酸碱金属盐，例如可举出亚氯酸钠、亚氯酸钾、亚氯酸锂；作为亚氯酸碱土类金属盐，可举出亚氯酸钙、亚氯酸镁、亚氯酸钡。其中，从容易获得的观点考虑，优选亚氯酸钠、亚氯酸钾，最优选亚氯酸钠。这些亚氯酸碱可以单独使用1种，也可以并用2种以上。

优选电解液13中的亚氯酸盐的比例为0.1重量%～30重量%。在低于0.1重量%时，可能产生在二氧化氯的产生中亚氯酸盐不足的问题，在超过30重量%时，可能产生亚氯酸盐饱和而使结晶容易析出的问题。在鉴于安全性、稳定性、二氧化氯的产生效率等的情况下，进一步优选的范围是1重量%～10重量%。应予说明，亚氯酸盐由于在电解中被消耗，所以需要由电解槽外部向电解液供给。电解液13的电解中，优选将含有亚氯酸盐的电解液从阳极槽14的供给口20连续地或半连续地（间歇地）持续供给。

（电极）

作为电解中使用的电极，使用以往公知的电极即可，但优选使用能够将氧气的产生抑制到最小限而高效率地产生二氧化氯的电极。例如，阴极材料中，可举出钛、不锈钢、镍、镍铬合金、或者其它阀金属。另外，阳极材料可举出由铂、金、钯、铱、铑、或钌等贵金属，在石墨、石墨毡、多层石墨布、石墨织布、碳、或钛上电镀铂的铂被覆材料，钛、钽、铌、或锆的阀金属的氧化物构成的电极，优选使用涂布了电极催化剂的电极。

应予说明，从能够高效率地产生二氧化氯的观点考虑，优选增大电极面积而减小电流密度。具体而言，电极面积优选1A/dm²以下。

（曝气用空气）

本发明中，作为用于将产生的二氧化氯气体等溶解于电解液的气体进行曝气而脱气、收集的气体，使用空气，但并不限于此，也可以使用非活性气体。作为非活性气体，例如可举出氮气、氩、氦等。应予说明，阴极槽18中从阴极曝气装置26供给的气体为二氧化氯气体、臭氧气体。氯气由于与阴极槽18内的碱反应而变成次氯ClO^-，所以无法进行曝气。

（电解液）

为了提高电解的效率而尽量多地产生二氧化氯，也可以根据需要在本发明的电解装置10中使用的电解液13中混合氯化碱。作为氯化碱，例如，可举出氯化钾、氯化钠、氯化锂、氯化钙等。这些可以单独使用1种，也可以并用多种。优选电解液13中的氯化碱的比例为1重量%以上，进一步优选为2重量%以上且低于溶解度。氯化碱的比例低于1重量%时，无法稳定地产生氯气，可能有碍于二氧化氯的产生。从高效率地产生二氧化氯的观点考虑，优选提高电解液中的氯化碱浓度，但如果达到溶解度附近，则电解液中氯化碱容易析出而可能带来不良影响。

实施例

本实施例中，对产生二氧化氯作为产生气体的情况进行说明。

图1是本发明的电解装置10的简略说明图。如图所示，分别设置有具备由Pt/Ir镀钛电极（10mm×20mm）形成的板状阳极12的圆筒状阳极槽14和具备由钛极（10mm×20mm）形成的板状阴极16的圆筒状阴极槽18。

对阳极槽14设置有用于向槽内供给电解液13的供给口20、用于向由该供给口20供给的电解液13吹入曝气用空气（空气、非活性气体）的阳极曝气装置22、以及可将阳极槽14的内外进行空气连通并用于将由阳极槽14产生的气体引导到槽外的气体取出管24。另外，对阴极槽18也设置有用于向电解液13吹入曝气用空气（空气、非活性气体）的阴极曝气装置26。

阳极槽14和阴极槽18在各自的下部由连通管28相互连接。即，设置一端与阳极槽14的下部连接、另一端与阴极槽18的下部连接的内径2mm～20mm（直径）的连通管28，利用该连通管28，供给阳极槽14的电解液13可流入到阴极槽18，同时介由连通管28内部的电解液13，可在阳极12和阴极16之间通电。

应予说明，如图3所示，连结两槽的连通管28在阴极槽18的附近局部地（在长度2mm～20mm的范围）设置有内腔直径变小（直径0.5mm～5mm）的狭窄部28a。另外，阳极槽14和阴极槽18在各自的上部由气体回收管30相互连接，变得可空气流通。

如果从供给口20向阳极槽14的内部供给含有25重量%的亚氯酸钠和氯化钠的电解液13（1000g电解液中，25重量%的亚氯酸钠为66ml（亚氯酸钠2重量%）、100%的氯化钠为100g（氯化钠10重量%）、水为834g），则电解液13被填充到阳极槽14。

与此相伴，电解液13在连通管28内流动，还被填充到阴极槽18的内部。如果在阳极12和阴极16被浸渍在电解液13的状态下对两极施加电压，则介由连通管28内部的电解液13，电流流动而进行电解（电流5.4mA，电压10V）。

由于利用阳极槽14的阳极曝气装置22向阳极槽14内的电解液13吹入曝气用空气（空气、非活性气体），因此，通过电解而在阳极槽14内产生的二氧化氯与曝气用空气一起从气体取出管24释放到阳极槽14的外部。

电解中，可使用电解液点滴装置40（图2）而从供给口20向阳极槽14的内部间歇且连续地补充电解液13。具体而言，将电解液13以1～10mL/小时的比例每隔5分钟连续滴加。

这样，利用电解液点滴装置从阳极槽14的供给口20持续补充电解液13，因此产生电解液13从阳极槽14向阴极槽18的缓慢流动，而使阴极槽18的电解液13难以流到阳极槽14。由此能够防止阴极16侧的液性变化对阳极槽14造成不良影响而引起阳极槽14的电解液变差，气体的产生效率得到维持。

这样，产生电解液13从阳极槽14向阴极槽18的缓慢流动，因此即便在阳极槽14产生并溶解于电解液13的二氧化氯气体随着该流动而通过连通管28内而移行至阴极槽18，在阴极槽18内也会通过阴极曝气装置26与曝气用空气一起被取出，介由气体回收管30和气体取出管24被连续取出到阳极槽14的外部。

阴极槽18内的电解液13通过电解液回收管32的内部流下到排液槽34，从排出管38连续地排出。此时的空气压力调节（减压）由排气管36进行。

如上所述，对于连通管28，在其内部局部地设置有直径变小的狭窄部28a。通过形成狭窄部28a，能够更进一步有效地防止阴极槽18内的电解液13逆流到阳极槽14内。

如果仅考虑防止阴极槽18内的电解液13逆流到阳极槽14，则在全长范围内将细的管状物用作连通管28即可，但这种情况下电流也难以流动。像本发明这样通过对连通管28的一部分设置直径变小的狭窄部28a，能够防止电解液13的逆流，并且还能够防止电流难以流动的情况，由此，用于使产生二氧化氯气体的电流流动的电压变低，能够针对触电等确保安全性。

应予说明，作为已述的电解液点滴装置40，例如使用长方体状的药液罐40（参照图2）。即，药液罐40的罐主体42由底板42a、周侧板42b以及顶板42c构成。对顶板42c设置有注入管44（在其下端部设置有通气孔44a）和减压管46（其开口部46a可自由开关），该注入管44贯通顶板42c并向下方延伸，终端到达底板42a。

对底板42a设置有与阳极槽14的供给口20相连的供给排出管48。对该供给排出管48设置有调节在其内部流动的电解液13的流量的带计时器的电磁阀50。

在开放减压管46的开口部46a且关闭供给排出管48的状态下，将调制完的电解液13从注入管44注入到罐主体42的内部，将电解液13填充到规定的高度（参照图2中的假想虚线）。其后，关闭减压管46的开口部46a并开放供给排出管48，从而罐主体42内的电解液13因自身重量而流下，介由供给口20供给到阳极槽14。此时，由于减压管46的开口部46a关闭，因此在电解液13落下的同时罐主体42的内压变成负压。

罐主体42内的电解液13的水位逐渐下降，在注入管44的下端停止的阶段注入流量变得稳定，因此开始带计时器的电磁阀50的ON－OFF操作（以恒定时间间歇地开放供给排出管48）而调整从药液罐40向阳极槽14的电解液13的供给量。

在将电解液13供给至阳极槽14期间，药液罐40内的电解液13逐渐减少，如上所述，罐主体42的内压变成负压，另外在与外部空气相连的注入管44的下端部设置有通气孔44a，所以停止在注入管44的下端位置的电解液13的水位保持原样的状态。

因此，将要在供给排出管48的内部流动的电解液13不受到因罐主体42内的电解液积蓄量的变化（自身重量变化）而产生的压力变化的影响，因此在供给排出管48的内部流动的电解液13的流量变得极其稳定，即便其为少的流量也几乎能够维持恒定的量。由此，即便为考虑到每单位时间的气体产生量为较少量（例如0.01mg～100mg/小时）的低量气体产生的情况下，也能够充分应对，能够在长时间范围内以几乎恒定的比例稳定地持续产生气体。

应予说明，在设置场所的温度急剧（1～10℃/分钟）上升的情况下等，如果室温变动，则电解液点滴装置中的药液罐40内的空气变暖而膨胀，将电解液13挤出到注入管44而使液面上升，因此流量上升。此时，如图2所示，如果设置排气泵51和流量调整阀52，则液面进一步稳定。

产业上的可利用性

本发明的电解装置能够用于在将阳极和阴极浸渍于电解液的状态下进行电解、并从上述阳极侧产生气体的电解。

符号说明

10…电解装置

12…阳极

13…电解液

14…阳极槽

16…阴极

18…阴极槽

20…供给口

22…阳极曝气装置

24…气体取出管

26…阴极曝气装置

28…连通管

28a…狭窄部

30…气体回收管

Claims (2)

1.一种电解装置，其特征在于，所述电解装置在将阳极和阴极浸渍于含有亚氯酸盐的电解液的状态下进行电解，从所述阳极侧产生二氧化氯，

分别设有具备所述阳极的阳极槽和具备所述阴极的阴极槽，

对所述阳极槽设有用于向槽内供给电解液的供给口、用于向由该供给口供给的电解液吹入曝气用空气的阳极曝气装置、将由该阳极槽产生的气体引导到槽外的气体取出管，

设有一端与所述阳极槽连接、另一端与所述阴极槽连接的连通管，

利用所述连通管，供给到所述阳极槽的电解液能够流入至所述阴极槽，并且介由该连通管内的电解液，能够在所述阳极和所述阴极之间通电，

以如下方式构成：通过电解而在所述阳极槽内产生的二氧化氯与所述曝气用空气一起从所述气体取出管释放到所述阳极槽的外部，并且将流到所述阴极槽的电解液连续地排出，

设有一端与所述阳极槽的上部连接、另一端与所述阴极槽的上部连接的气体回收管，以及向所述阴极槽的电解液吹入曝气用空气的阴极曝气装置，

以如下方式构成：将溶解于所述阴极槽的电解液的二氧化氯与所述曝气用空气一起经由所述气体回收管和所述气体取出管取出到所述阳极槽的外部。

2.根据权利要求1所述的电解装置，其中，在所述连通管的内部局部地设有直径变小的狭窄部。