CN104379815B - 弹性缓冲件和使用了该弹性缓冲件的离子交换膜电解槽 - Google Patents

Abstract

本发明提供弹性缓冲件和使用了该弹性缓冲件的离子交换膜电解槽，该弹性缓冲件也能够安装于以往的无法配置弹性缓冲件那样的、电极和电极集电板之间的距离较小的离子交换膜电解槽。弹性缓冲件(10)具有：一对耐腐蚀性金属薄板(11)，其隔开间隔且平行地排列；以及固定构件(12)，其用于固定一对耐腐蚀性金属薄板(11)，该弹性缓冲件是金属制弹性体(13)在一对耐腐蚀性金属薄板(11)之间卷绕而成的，固定构件(12)能够相对于一对耐腐蚀性金属薄板(11)装卸自如地安装于一对耐腐蚀性金属薄板(11)。金属制弹性体(13)优选为金属制线圈体，另外，优选在耐腐蚀性金属薄板(11)上设置防滑部件。

Description

弹性缓冲件和使用了该弹性缓冲件的离子交换膜电解槽

技术领域

本发明涉及弹性缓冲件和使用了该弹性缓冲件的离子交换膜电解槽(以下，也简称为“电解槽”)，详细地说，涉及即使是以往的无法配置弹性缓冲件那样的、电极和电极集电板之间的间距较小的离子交换膜电解槽也能够安装于该以往的离子交换膜电解槽的弹性缓冲件和使用了弹性缓冲件的离子交换膜电解槽。

背景技术

在使用于氯碱电解的离子交换膜电解槽中，通常将阳极、离子交换膜以及氢产生阴极这三者以紧贴状态配置来谋求降低电解电压。但是，在电解面积甚至达到数平方米的大型的电解槽中，在将刚性构件的阳极和阴极收纳于电极室的情况下，难以将两电极紧贴于离子交换膜且将电极之间的间隔保持为规定值。

已知有电极和电极集电体的材料使用弹性材料来作为用于使电极间距离或者电极和电极集电体之间的距离变小、或者维持为大致恒定值的手段的电解槽。这样的电解槽为了将电极均匀地紧贴于离子交换膜且避免离子交换膜的破损、以及为了将阳电极和阴电极这两电极间的距离保持为最小，形成为至少一电极朝向极间距离方向的移动是自由的结构，用弹性构件按压电极来调节夹持压。作为该弹性材料，已知有金属细线的织布、无纺布、网等的非刚性材料以及板簧等的刚性材料。

然而，至今为止的非刚性材料具有如下缺点，将该非刚性材料安装于电解槽后，在自阳极侧过度按压该非刚性材料的情况下，该非刚性材料局部变形而使得电极间距离变得不均匀或者非刚性材料的细线刺入离子交换膜。另外，板簧等的刚性材料具有损伤离子交换膜或者产生塑性变形而不能够再使用的这样的缺点。而且，对于食盐电解槽那样的离子交换膜电解槽，期望将阳极、阴极紧贴于离子交换膜从而能够低电压地持续运转，提出了用于将电极向离子交换膜方向按压的各种方法。

例如，在专利文献1中，提出有代替以往所使用的板簧、金属网状体，在阴极和阴极端板之间安装金属线圈体而将阴极向隔膜方向均匀地按压从而使各构件紧贴的电解槽。然而，由于金属制线圈体的变形率较高且难以操作，因此很多时候难以按照操作员的意愿设置于电解槽的预定部位。另外，由于容易产生变形(强度不足)，因此有时即使金属制线圈体被暂时设置于电解槽的预定部位，也会由于受到电解槽内的电解液、生成气体的作用而造成偏移，从而难以使各构件之间均匀地紧贴。

对于该问题，在专利文献2中，提出有如下离子交换膜电解槽的方案：对于如图5(a)所示那样的长方形的耐腐蚀性框架21，如图5(b)所示，将金属性线圈体22密度大致均匀地卷绕于耐腐蚀性框架21来制作弹性缓冲件20，并代替金属制线圈体而将该弹性缓冲件20安装于氢产生阴极和阴极集电板之间从而使氢产生阴极均匀地按压于离子交换膜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特公昭63－53272号公报

专利文献2:日本特开2004－300543号公报

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献2中所记载的弹性缓冲件20具有以下优点，由于耐腐蚀性框架21与作为金属制弹性体的金属制线圈体22一体化，因此容易操作，而且也无产生变形的担忧，从而能够始终获得恒定的按压力。然而，该弹性缓冲件20是将金属制线圈体22卷绕于耐腐蚀性框架21而形成的，因此要求耐腐蚀性框架21具有能承受金属制线圈体22的张力的一定以上的强度。因此，作为耐腐蚀性框架21的材料，通常使用直径为1.2mm～1.6mm左右的金属圆棒等。因而，在电极和电极集电板之间的间隔(间距)为1mm以下的那样的间距明显较小的电解槽中，无法使用弹性缓冲件20。

因此，本发明的目的在于提供一种弹性缓冲件和使用了该弹性缓冲件的离子交换膜电解槽，即使是以往的无法配置弹性缓冲件那样的、电极和电极集电板之间的间距较小的离子交换膜电解槽，也能够安装该弹性缓冲件。

用于解决问题的方案

本发明人为了解决上述课题而进行了深入的研究，其结果发现，不将耐腐蚀性框架做成一体结构，而是分别独立地制作各构件，通过将这些构件组合起来形成耐腐蚀性框架，能够节约不必要的材料，并且与以往相比能够使弹性缓冲件变薄，从而完成本发明。

即，本发明的弹性缓冲件具有：一对耐腐蚀性金属薄板，其隔开间隔且平行地排列；以及固定构件，其用于固定该一对耐腐蚀性金属薄板，该弹性缓冲件是在上述一对耐腐蚀性金属薄板之间卷绕金属制弹性体而成的，其特征在于，能够相对于上述一对耐腐蚀性金属薄板装卸自如地安装着上述固定构件。

在本发明的弹性缓冲件中，优选的是，在上述耐腐蚀性金属薄板设有防滑部件。另外，在本发明的弹性缓冲件中，上述金属制弹性体优选为金属制线圈体。

另外，本发明的离子交换膜电解槽利用离子交换膜划分出收纳阳极的阳极室和收纳阴极的阴极室，在上述阳极室和上述阴极室的至少一者中配置有弹性缓冲件，其特征在于，上述弹性缓冲件为上述本发明的弹性缓冲件。

在本发明的离子交换膜电解槽中，既可以是上述弹性缓冲件配置在阴极与阴极集电体之间和/或阳极与阳极集电体之间，利用上述金属制弹性体的反作用力使电极和上述离子交换膜紧贴，也可以是上述弹性缓冲件配置在阴极与阴极隔壁之间和/或阳极与阳极隔壁之间，利用上述金属制弹性体的反作用力使电极和上述离子交换膜紧贴。

发明的效果

采用本发明的弹性缓冲件，即使是在以往的无法配置弹性缓冲件的、电极和电极集电板之间的间距较小的离子交换膜电解槽也能够配置该弹性缓冲件，从而能够提高电极和电极集电板之间的间距较小的离子交换膜电解槽的电解性能。

附图说明

图1的(a)是表示本发明的弹性缓冲件的一个适合的实施方式的俯视图，图1的(b)是表示将本发明的弹性缓冲件拉长了的状态的一个例子的俯视图。

图2是本发明的弹性缓冲件的金属薄板和固定构件之间的固定部的立体图，图2的(a)是使用微孔网作为防滑部件的情况，图2的(b)是设槽作为防滑部件的情况。

图3是表示本发明的一个适合的实施方式的隔着弹性缓冲件电连接单极式离子交换膜电解槽的阴极单元的氢产生阴极和阴极集电体的例子的概略俯视图。

图4是表示本发明的另一个适合的实施方式的隔着弹性缓冲件电连接复极式离子交换膜电解槽单元的氢产生阴极和阴极隔壁的例子的概略俯视图。

图5的(a)是表示使用于以往的弹性缓冲件的耐腐蚀性框架的例子的立体图，图5的(b)是表示以往的弹性缓冲件的例子的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1的(a)表示本发明的弹性缓冲件的一个适合的实施方式的俯视图，图1的(b)是表示将本发明的弹性缓冲件拉长了的状态的一个例子的俯视图。本发明的弹性缓冲件10具有隔开间隔且平行地排列的一对耐腐蚀性金属薄板11(以下，也简称为“金属薄板”)和用于固定一对金属薄板11的固定构件12，该弹性缓冲件10是金属制弹性体13(在图示的例子中是金属制线圈体)在一对金属薄板11之间卷绕而成的。固定构件12利用固定部件14相对于一对金属薄板11装卸自如地安装于该一对金属薄板11(图1的(a))，通过拆卸固定构件12，弹性缓冲件10能够伸缩自如地产生变形(图1的(b))。

在图1中，固定构件12为用于固定金属薄板11的两端的一对棒体，但是在本发明的弹性缓冲件中，实施方式并不限定于此，只要是能够固定一对金属薄板11，固定构件既可以是使用一根固定构件仅固定一对金属薄板11的中央部，另外，也可以是使用多根固定构件来固定一对金属薄板11。

以往的弹性缓冲件是将金属制线圈22卷绕于由耐腐蚀性金属圆棒形成的耐腐蚀性框架21而成的(参照图5的(a)和(b))，如图1所示，本发明的弹性缓冲件10是金属制弹性体13在隔开间隔且平行地排列的一对金属薄板11之间卷绕而成的。若使用与以往所使用的金属圆棒相比厚度较薄的金属薄板作为金属薄板11的话，则与以往的弹性缓冲件20相比，能够使弹性缓冲件10的厚度变薄。由此，本发明的弹性缓冲件10即使在以往的无法安装弹性缓冲件20的、电极和电极集电板之间的间距较小的电解槽中也能够进行配置。此外，金属薄板11的厚度可以对应其预定配置的电解槽的间距而进行适宜的设定。作为金属薄板11的材质，优选具有良好的耐腐蚀性的金属、金属合金，在阴极侧配置弹性缓冲件的情况下，金属薄板11的材质优选是镍、镍合金、不锈钢，在阳极侧配置弹性缓冲件的情况下，金属薄板11的材质优选是钛、钛合金。

图2是本发明的弹性缓冲件的金属薄板11和固定构件12之间的固定部的立体图。在本发明的弹性缓冲件10中，为了固定一对金属薄板11而使用固定构件12，金属薄板11和固定构件12之间被已知的固定部件14固定。在图示的例子中，在固定构件12的端部设有缺口部，金属薄板11插入该缺口部，被固定部件14(在图示的例子中，蝶形螺栓)固定，但并不限定于此。

由于固定构件12是用于防止弹性缓冲件10由于金属制弹性体13的张力而变形的构件，因此只要是能够承受金属制弹性体13的张力的构件，就无特别限定。例如，能够使用由金属、塑料等形成的棒状体。此外，本发明的弹性缓冲件10，由于在其使用时是卸掉固定构件12来使用的，因此也能够使用粗径的构件。另外，在本发明的弹性缓冲件10中，对将固定构件12安装于金属薄板11的固定部件14无特别限制，能够使用公知的固定部件，例如，能够列举如图示的蝶形螺栓。

本发明的弹性缓冲件10除了也能够安装于以往的无法配置弹性缓冲件的那样的、电极和电极集电板之间的间距较小的离子交换膜电解槽的效果以外，还具有以下那样的效果。以往的使用于弹性缓冲件20的耐腐蚀性框架21是由耐腐蚀性的金属圆棒等构成的长方形的框(图5的(a))，除用于卷绕作为金属制弹性体的金属制线圈体22的一对金属圆棒以外的部分在安装于离子交换膜电解槽之后是不需要的，因此产生了浪费。对此，本发明的弹性缓冲件10由于能够自由拆卸固定构件12，因此能够避免这样的浪费。另外，如果将固定构件12卸下的话，弹性缓冲件10能够自如伸缩，因此能够对应各种大小的电解槽。而且，本发明的弹性缓冲件10是在使用时扩开一对金属薄板11的间隔而使用的，因此使用前为紧凑的状态，在保管空间、运送成本方面也有优势。进而，与以往的使用于弹性缓冲件20的金属制线圈体22相比，即使在使用张力较大的金属制弹性体的情况下，也不需要对长方形的框追加加强构件，并且能够不提高成本地使用张力较大的金属制弹性体。

在本发明的弹性缓冲件10中，优选的是，如图2的(a)所示在一对金属薄板11设有微孔网15a作为防滑部件15、如图2的(b)所示在一对金属薄板11设有槽15b作为防滑部件15。这是因为，卷绕于一对金属薄板11的金属制弹性体13容易滑动，特别是在拆卸固定构件12之后，有可能导致金属制弹性体13杂乱。

另外，在本发明的弹性缓冲件10中，金属制弹性体13由导电性材料构成，并且只要是具有弹性性质的的材料、能够将柔软的电极按压于离子交换膜从而进行通电的构件，就并无特别限制，但是优选的是，使用金属制线圈体。除金属制线圈体以外，例如也可以使用对金属细线进行了波形定型后的金属细线，另外，也可以使用金属制的无纺布、由金属线形成的编物、织物以及这些无纺布、编物、织物的层叠体，或者进行三维编织或在三维编织后对其实施了波形加工等的形状的编织体。

在使用金属制线圈体作为金属制弹性体13的情况下，作为其材质，能够使用例如具有良好的耐腐蚀性的镍、镍合金、不锈钢、或者通过施镀等对铜等电阻率较小的金属覆盖具有良好的耐腐蚀性的镍等而制造的线材，通过辊轧成形加工将该线材加工成螺旋线圈，由此能够制造金属制线圈体。从防止离子交换膜的损伤方面考虑，所获得的线材的截面形状优选是圆、椭圆、角部圆的矩形等。具体地，当对直径0.17mm的镍线(NW2201)进行滚压加工时，能够获得截面形状约为0.05mm×0.5mm的角部圆的矩形且卷绕直径约为6mm的线圈线。

接下来，参照附图对本发明的离子交换膜电解槽进行详细说明。

本发明的离子交换膜电解槽是利用离子交换膜划分出收纳阳极的阳极室和收纳阴极的阴极室的离子交换膜电解槽，并且在阳极室和阴极室的至少一者中配置有上述本发明的弹性缓冲件10。例如，能够列举如下，在单极式离子交换膜电解槽中将本发明的弹性缓冲件10配置在阴极与阴极集电体之间和/或阳极与阳极集电体之间的离子交换膜电解槽、在复极式离子交换膜电解槽中将本发明的弹性缓冲件10配置在阴极与阴极隔壁之间和/或阳极与阳极隔壁之间的离子交换膜电解槽。

图3是表示本发明的一个适合的实施方式的隔着弹性缓冲件电连接单极式离子交换膜电解槽的阴极单元的阴极和阴极集电体的例子的概略俯视图。在图示的单极式离子交换膜电解槽的阴极单元100中，在氢产生阴极104和阴极集电体103之间配置有本发明的弹性缓冲件10。另外，在图示的例子中，在电解槽内，直立设置有朝向上下方向的一对导电棒101，在该导电棒101的周围设置有阴极液循环通电构件102，并沿着该通电构件102的表面电连接有阴极集电体103。

虽然上述本发明的弹性缓冲件能够适用于电极和电极集电板之间的间距为1mm以下的那样的间距较小的电解槽，但是能够适用的电解槽并不限定于此。即使是以往的能够配置弹性缓冲件的电解槽，通过使用本发明的弹性缓冲件，也能够减去并未卷绕有金属制弹性体的侧部材料，另外，与以往的弹性缓冲件相比，能够减少保管空间、运送成本。

在本发明的离子交换膜电解槽中，弹性缓冲件10并不一定需要通过焊接等固定于阴极集电体103、氢产生阴极104，但是也可以固定于阴极集电体103、氢产生阴极104。作为固定方法，除焊接以外，能够列举使用例如特氟隆(注册商标)性的销等将弹性缓冲件固定于现有的刚性阴极等(金属网状的阴极)的方法。通常，电以接触通电方式流过。此外，由于使用金属制弹性体的弹性缓冲件的组装是在电解槽外操作，因此能够容易地进行，所获得的弹性缓冲件在电解槽组装时，以将电解槽内的对象电极和安装的集电体电连接的方式进行安装即可。

在本发明的弹性缓冲件10中，在使用金属制线圈体作为金属制弹性体的情况下，金属制线圈体的直径(线圈的表观直径)在被安装于电解槽内时通常缩小至原来的10％～70％而产生弹性，利用该弹性弹性连接阳极和阳极集电体之间或者阴极和阴极集电体之间从而容易向电极供电。另外，在线圈直径为恒定的情况下，如果使用线径较小的金属制线圈体，则电极、集电体和弹性缓冲件之间的接触点数必然变多，从而能够均匀地接触。而且，被安装于电解槽后的弹性缓冲件10是利用一对金属薄板11来保持形状的，因此基本上不产生塑性变形，即使在电解槽的分解－再组装时，在大多数的情况下也能够再次使用。

在本发明的离子交换膜电解槽中，在组装包括弹性缓冲件10的离子交换膜电解槽时，使弹性缓冲件10等位于至少一电极和其电极集电体之间，然后如果按照通常的方法进行组装，则能够获得弹性缓冲件10等被保持于预定位置的离子交换膜电解槽。

另外，在本发明的离子交换膜电解槽中，也可以使弹性缓冲件10的金属制弹性体上担载有电极催化剂。即，通过将金属制弹性体本身作为电极来发挥作用，从而不需要配置图示例中的氢产生阴极104，能够得到可降低部件个数的优点。为了使金属制弹性体上担载有电极催化剂，可以在金属制弹性体的外表面形成含有铂族金属的层、含有雷尼镍的层、含有活性炭的镍层等电极催化剂物质的被覆层，能够列举例如利用镍在金属制弹性体的表面分散镀雷尼镍催化剂，或者是通过电刷镀等的施镀处理在金属制弹性体的表面镀氯铂酸等的貴金属、轻金属，或者在金属制弹性体的表面烧结形成电极催化剂的被覆层。

接下来，对本发明的另一个适合的实施方式的复极式离子交换膜电解槽进行说明。图4是表示本发明的另一个适合的实施方式的隔着弹性缓冲件电连接复极式离子交换膜电解槽单元的氢产生阴极和阴极隔壁的例子的概略俯视图。在图示的复极式离子交换膜电解槽单元110内，朝向上下方向的阳极保持构件113(在图示的例子中为一体化)通过将带状接合部114接合于阳极隔壁111而固定于接合在一起的阳极隔壁111和阴极隔壁112的阳极侧，在各构件113中确保有阳极液循环通路115。另外，对应于阳极保持构件113的阴极保持构件116通过将带状接合部117接合于阴极隔壁112而固定于接合隔壁的阴极侧，在各阴极保持构件116中确保有阴极液循环通路118。在阳极保持构件113的中央外侧形成有凸状部119，通过该凸状部119向金属网状的阳极120供电。上述本发明的弹性缓冲件10与阴极保持构件116的平坦面电接触，而且，氢产生阴极121与上述本发明的弹性缓冲件10的外侧电连接，自阴极保持构件116通过弹性缓冲件10向氢产生阴极121供电。

在本发明的另一个适合的实施方式的复极式离子交换膜电解槽110中，在氢产生阴极121与阴极隔壁112之间和/或阳极120与阳极隔壁111之间，在图示的例子中，是在氢产生阴极121和阴极隔壁112之间配置有自上述本发明的弹性缓冲件10拆卸下了固定构件12的弹性缓冲件。与上述的单极式离子交换膜电解槽同样，即使在本发明的其他的实施方式的复极式离子交换膜电解槽中，上述本发明的弹性缓冲件也能够适用于电极和电极集电板的间距为1mm以下的那样的、间距较小的电解槽，但是可适用的电解槽并不限定于此。即使是以往的能够配置弹性缓冲件的电解槽，通过使用本发明的弹性缓冲件，也能够减去未卷绕有金属制弹性体的侧部的材料，另外，与以往的弹性缓冲件相比，能够实现保管空间、运送成本的降低。此外，在图示的例子中，为了防止弹性缓冲件10塌陷，而配置有网122。

本实施方式的弹性缓冲件的详细情况与使用于上述的单极式离子交换膜电解槽的弹性缓冲件10相同。在图示的例子中，虽然在弹性缓冲件10和阴极隔壁112之间配置有阴极保持构件113，但是本发明并不限定于这样的方式，只要是在电极和隔壁之间配置有弹性缓冲件，经由该弹性缓冲件电连接即可。

另外，即使在本发明的另一个适合的实施方式的复极式离子交换膜电解槽中，也可以使弹性缓冲件10的金属制弹性体上担载有电极催化剂。即，通过将金属制弹性体本身作为电极来发挥功能，则不需要配置电极、图示例中的氢产生阴极121，就能够获得减少部件个数的优点。

以上，对于本发明的离子交换膜电解槽，将离子交换膜电解槽分为单极式的情况和复极式的情况地进行了说明，但是本发明的离子交换膜电解槽只有满足上述结构是重要的，对于除此以外的结构，能够适当地使用以往所使用的结构，并无特别限制。

例如，阴极集电体的形状既可以为网状也可以为板状，对于其形状并无特别限定。另外，对于阴极，只要是被弹性缓冲件10按压从而与离子交换膜接触，就无特别限制，通常，只要是使用于电解用，就能够使用任意的阴极，但是优选的是，催化剂覆膜较薄且为高活性、而且覆膜表面平滑且不对离子交换膜造成机械性损伤的、从由Ru－La－Pt系、Ru－Ce系、Pt－Ce系以及Pt－Ni系构成的组中选择的热分解型活性阴极。

附图标记说明

10、弹性缓冲件；11、耐腐蚀性金属薄板；12、固定构件；13、金属制弹性体；14、固定部件；15、防滑部件；20、弹性缓冲件；21、耐腐蚀性框架；22、金属制线圈体；100、单极式离子交换膜电解槽的阴极单元；101、导电棒；102、通电构件；103、阴极集电体；104、氢产生阴极；110、复极式离子交换膜电解槽单元；111、阳极隔壁；112、阴极隔壁；113、阳极保持构件；114、带状接合部；115、阳极液循环通路；116、阴极保持构件；117、带状接合部；118、阴极液循环通路；119、凸状部；120、阳极；121、氢产生阴极；122、网。

Claims (5)

1.一种弹性缓冲件，具有：一对耐腐蚀性金属薄板，其隔开间隔且平行地排列；以及固定构件，其用于固定该一对耐腐蚀性金属薄板，该弹性缓冲件是将金属制弹性体卷绕在上述一对耐腐蚀性金属薄板之间而成的，其特征在于，

上述固定构件能够利用固定部件相对于上述一对耐腐蚀性金属薄板装卸自如地安装于上述一对耐腐蚀性金属薄板，该弹性缓冲件作为拆掉所述固定构件的结构而使用，在使用前为紧凑的状态，在使用时扩开上述一对耐腐蚀性金属薄板的间隔，

在上述固定构件的端部设有缺口部，

在上述一对耐腐蚀性金属薄板设有防滑部件，该防滑部件为微孔网或槽。

2.根据权利要求1所述的弹性缓冲件，其特征在于，

上述金属制弹性体为金属制线圈体。

3.一种离子交换膜电解槽，该离子交换膜电解槽利用离子交换膜划分出收纳阳极的阳极室和收纳阴极的阴极室，在上述阳极室和上述阴极室的至少一者中配置有弹性缓冲件，其特征在于，

上述弹性缓冲件为权利要求1所述的弹性缓冲件。

4.根据权利要求3所述的离子交换膜电解槽，其特征在于，

上述弹性缓冲件配置在阴极与阴极集电体之间和/或阳极与阳极集电体之间，利用上述金属制弹性体的反作用力使电极和上述离子交换膜紧贴。

5.根据权利要求3所述的离子交换膜电解槽，其特征在于，

上述弹性缓冲件配置在阴极与阴极隔壁之间和/或阳极与阳极隔壁之间，利用上述金属制弹性体的反作用力使电极和上述离子交换膜紧贴。