CN114144606A - 电解槽用密封垫及使用该电解槽用密封垫的电解槽 - Google Patents

电解槽用密封垫及使用该电解槽用密封垫的电解槽 Download PDF

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Abstract

本发明提供电解槽用密封垫及电解槽，该电解槽用密封垫能够通过简单的操作将隔膜收纳保持于电解槽内部，能够更可靠地防止电解液、电解生成气体从电解槽的内部泄漏，而且，能够设为将隔膜保持在与一个电极接触的沿着该电极的位置的状态，因此能抑制隔膜的损伤，能够长期稳定地使用隔膜。一种电解槽用密封垫以及使用该电解槽用密封垫的电解槽，该电解槽用密封垫是如下构造：其由边框状的薄板状框体构成，具有与阳极侧金属框体接触的第一面和与阴极侧金属框体接触的第二面，在第一面和第二面中的任一个面上形成有缺口部，该缺口部是将包含阳极室侧的边缘或阴极室侧的边缘在内的区域以均匀的厚度较薄地削掉而成的，具有与所述隔膜的厚度大致相同的厚度的台阶，该电解槽用密封垫将隔膜的端部收纳保持于所述缺口部。

Description

电解槽用密封垫及使用该电解槽用密封垫的电解槽
技术领域
本发明涉及电解槽用密封垫及使用该电解槽用密封垫的电解槽。
背景技术
作为碱水电解、纯水电解、非净化水的电解、食盐电解、氯化物水溶液电解、溴化物水溶液电解、盐酸水溶液电解、硫酸水溶液电解等所使用的电解槽，大多使用在阳极和阴极之间设置隔膜并利用该隔膜来隔离阳极和阴极的电解槽。向这些电解槽内供给的电解液、通过电解而生成的氢气、氧气、氯气、卤素气体等电解生成气体、以及电解槽内的电解液不得从隔膜的边缘部向电解槽外部泄漏。若电解生成气体、电解液等发生泄漏，则无法进行设备的连续运转，并且可能产生运转管理人员、环境方面的问题。
以往，在上述那样的电解槽中，为了防止电解液、电解生成气体等从电解槽用隔膜的边缘部泄漏，在阳极和阴极之间配置两张薄板状的密封垫或者4张或两张O形密封圈，利用这些密封用构件来防止电解生成气体、电解液等的泄漏并且夹持隔膜。
在上述那样的电解槽中，例如在图6所示的使用4张O形密封圈5的情况下，利用电解槽侧的两张O形密封圈5夹持隔膜，并利用电解槽的外周侧的两张O形密封圈5防止电解液向电解槽外部泄漏。另外，在使用离子交换膜作为隔膜的情况下，由于离子交换膜是膜这样的材质，不存在隔膜那样的因液体的渗出而导致的泄漏，因此能仅利用两张O形密封圈进行密封。
此外，在上述那样的电解槽中，在记载了对密封用构件使用薄板状的密封垫的现有方法的专利文献1和专利文献2中公开了图7(A)所示的构造。在该方法中，在安装有阳极1的阳极侧金属框体2设置阳极侧密封垫7，在安装有阴极3的阴极侧金属框体4设置阴极侧密封垫8，利用该一对(两张)密封垫7、8夹持隔膜6。
然而，发明人研究的结果是，在上述那样的电解槽中，在利用使用O形密封圈5的构造、使用两张密封垫7、8的构造来夹持隔膜6时，特别是在构成的隔膜6是多孔质膜的情况下，存在以下的缺陷。在上述列举的构造中，在任一种情况下均是通过使用多个密封用构件并利用这些构件夹持隔膜6的边缘部从而进行隔膜6的保持，并且同时进行防止电解液、电解生成气体从电解槽泄漏并维持电解槽内的气密性的操作。因此，需要多个密封垫、O形密封圈等密封用构件。而且，特别是在将多个电解单元重叠组装的压滤式的电解槽中，密封垫等密封用构件的数量也变多。在密封用构件的数量变多时，有时会存在例如因密封垫的错位而发生的突出、由突出等引起的漏液等故障。在设为图7(A)所示的、使用两张密封垫来夹持隔膜的结构的情况下，在组装大型的电解槽时将膜容纳在密封垫内的操作会花费工时。此外，也能够将隔膜保持为从两张密封垫之间引出到电解槽的外部的状态。但是，在设为这样的使用两张密封垫的结构的情况下，在使用隔膜而不是离子交换膜时，有时如图7(B)所示那样，电解液、电解生成气体会经由由两张密封垫形成的微小的间隙漏出到电解槽外部。
此外，在上述那样的电解槽中，作为使用密封垫的另一种现有方法，存在专利文献3所公开的下述的构造。具体而言，已知有图8所示的、由一张密封垫9构成的构造。该密封垫9具有与阳极侧金属框体2接触的第1面10和与阴极侧金属框体4接触的第2面11，并且设有呈环状且朝向电解槽内部开口的狭缝部12。更详细而言，如图8所示，从密封垫9的纵向的上端到中间部分设为填充部13，将该填充部13的下方设为狭缝形成部14，在该狭缝形成部14的中央部设有与该密封垫9的第1面10和第2面11大致平行地延伸且朝向电极槽内部开口的构造的狭缝部12。而且，在该例子中，在该狭缝部12内收纳隔膜6的边缘部，利用具有上述构造的密封垫9来保持隔膜6。
根据具有上述构造的密封垫9，由于是由一个构件构成，因此不存在例如图7(B)所示的、在由多张密封垫夹持隔膜的情况下发生的电解液或电解生成气体从密封垫的边缘部泄漏的可能性。因此，与使用图8所示的构造的密封垫的情况、使用图7(A)所示的构造的密封垫的情况相比较能够降低电解液或电解生成气体的泄漏率。
然而，基于发明人的研究的结果可知，在使用图8所示的构造的密封垫的情况下存在下述的问题。在利用图8所示的构造的密封垫保持隔膜的情况下，需要在薄板状(片状)的密封垫9的内部以与密封垫9的第1面10和第2面11平行地延伸的方式形成狭缝部12。与此相对地，为了进一步降低电解液或电解生成气体的泄漏率，要求所形成的狭缝部12的长度和厚度的准确度，因此在制造上需要较高的技巧。此外，在将隔膜保持于图8所示的构造的密封垫的情况下，需要将薄板状的隔膜6的边缘部以没有间隙的方式牢固地收纳至狭缝部12内的里侧，但这并不容易。因此，隔膜的安装花费工时，除了制造上的困难性之外还存在操作性也较差这样的问题。
在之前列举的专利文献3中，为了消除上述的不良情况，记载了设为下述的构造的情况。公开了一种使密封垫具备截断部的构造，该截断部是在第1面和第1部分处与划分形成狭缝部的面连续地截断第1部分的截断部或者是在第2面和第2部分处与划分形成狭缝部的面连续地截断第2部分的截断部。而且，在将隔膜收纳于狭缝部时利用该截断部翻起第1部分或第2部分，将隔膜收纳于狭缝部。但是，为了能够这样地在密封垫上安装隔膜，必须在狭缝部形成截断部，密封垫的构造会很复杂。因而，在设为上述那样的构造的情况下，用于提高隔膜安装于密封垫的操作性的手段会增加制造的困难性，使作业更加繁琐，而且密封垫的制造成本升高。并且，在上述的结构中，在隔膜的厚度与狭缝部的差较小的情况下，将隔膜牢固地保持至密封垫的狭缝部的里侧是极为困难的。
此外，在之前列举的专利文献2所记载的构造的密封垫中，虽然没有上述那样的问题，但是根据发明人的研究，存在下述那样的另一个重大的技术问题。针对专利文献2所记载的构造的密封垫而言，如图7(A)所示，在安装于密封垫的情况下，隔膜配置于阳极与阴极相对地形成的间隔的中央部。在像这样使用上述的密封垫保持隔膜的情况下，在构造上，隔膜成为不与阳极和阴极中的任一者接触的状态。因此，在电解运转过程中，较薄的片状的隔膜难以牢固地固定而是持续左右弯折的不稳定的状态，会发生隔膜始终与阳极和阴极接触摩擦的现象，无法防止隔膜的早期破损。即，在上述的现有技术中，除了之前列举的问题之外还存在与所保持的隔膜的耐久性相关的缺陷。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-332586号公报
专利文献2：日本特开2011-6767号公报
专利文献3：国际公开第2014/178317号
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于提供电解槽用密封垫及使用该电解槽用密封垫的电解槽，该电解槽用密封垫的构造简单，能够容易地制造，能够使用该密封垫通过极为容易的操作(动作)简便地安装隔膜，而且在电解运转过程中隔膜不会弯折，能够稳定地保持隔膜，因此电解运转过程中的隔膜的耐久性优异，作为密封垫的基本功能，能够有效地防止电解液、电解生成气体从电解槽泄漏，实用价值较高。
用于解决问题的方案
上述的目的通过下述的技术方案来实现。
在本发明中，作为第1解决方案，提供下述的电解槽用密封垫。
[1]一种电解槽用密封垫，其装入于由阳极、阴极、隔离阳极和阴极的片状的隔膜构成的电解槽，用于保持所述隔膜，其特征在于，
所述电解槽具有：阳极侧金属框体，其形成为边框状并且在中央部具有用于形成阳极室的开口部；以及阴极侧金属框体，其与该阳极侧金属框体的形状相同并且在中央部具有用于形成阴极室的开口部，在所述阳极侧金属框体的开口部安装有阳极，在所述阴极侧金属框体的开口部安装有阴极，并且在所述阳极侧金属框体与所述阴极侧金属框体之间将所述电解槽用密封垫以紧密的状态夹持，
所述电解槽用密封垫由具有与所述阳极侧金属框体和所述阴极侧金属框体大致相同的形状的一张边框状的薄板状框体构成，
该电解槽用密封垫具有这样的构造：该边框状的薄板状框体具有与所述阳极侧金属框体紧密接触的第一面和与所述阴极侧金属框体紧密接触的第二面，在所述第一面和所述第二面中的任一个面上形成有缺口部，该缺口部是将所述薄板状框体的、包含所述阳极侧的边缘或所述阴极侧的边缘在内的一部分区域以均匀的厚度较薄地削掉而成的，具有与所述隔膜的厚度大致相同的厚度的台阶，
所述隔膜的边缘部收纳于在所述缺口部和所述阳极侧金属框体或所述阴极侧金属框体之间形成的间隙，所述隔膜保持为更靠近所述阳极的表面和所述阴极的表面中的任一者的状态。
在本发明中，作为上述的电解槽用密封垫的优选的技术方案，提供下述的电解槽用密封垫。
[2]根据上述[1]所述的电解槽用密封垫，其中，进一步地以被按压于所述电解槽用密封垫的外周面的状态安装有具有绝缘性的密封垫压板。
[3]根据上述[1]或[2]所述的电解槽用密封垫，其中，所述电解槽用密封垫由这样的材料形成，即，该材料由相对于电解液和电解生成气体而言具有耐腐蚀性的弹性体构成。
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的电解槽用密封垫，其中，在所述阳极的隔膜侧实施有阳极催化剂活性涂覆或者安装有实施了阳极催化剂活性涂覆的阳极侧细网并且/或者在所述阴极的隔膜侧实施有阴极催化剂活性涂覆或者安装有实施了阴极催化剂活性涂覆的阴极侧细网。
[5]根据上述[4]所述的电解槽用密封垫，其中，为了谋求所述阳极与所述阴极的零间隙化，在所述阳极侧细网与所述阳极之间和/或所述阴极侧细网与所述阴极之间安装有弹簧材料。
[6]根据上述[1]～[5]中任一项所述的电解槽用密封垫，其中，所述阳极和所述阴极由从由扩张网、冲裁多孔板、金属丝网以及与这些材料类似的形状的、具有许多个孔的导电性电极材料构成的组中独立地选择的任一种材料形成。
[7]根据上述[1]～[6]中任一项所述的电解槽用密封垫，其中，在所述阳极侧金属框体的背面连接有用于形成所述阳极室的阳极室框体，并且在所述阴极侧金属框体的背面连接有用于形成所述阴极室的阴极室框体。
[8]根据上述[7]所述的电解槽用密封垫，其中，所述阳极侧金属框体形成为所述阳极室框体的一部分，并且所述阴极侧金属框体形成为所述阴极室框体的一部分。
[9]根据上述[1]～[8]中任一项所述的电解槽用密封垫，其中，所述隔膜保持为隔膜的一个面中的除了收纳于所述间隙的边缘部之外的部分全部与所述阳极或安装于所述阳极的阳极侧细网接触的状态或者与所述阴极或安装于所述阴极的阴极侧细网接触的状态。
[10]根据上述[1]～[9]中任一项所述的电解槽用密封垫，其中，所述阳极、所述阳极侧金属框体、所述阳极室框体、所述阴极、所述阴极侧金属框体以及所述阴极室框体分别由包含从由镍、不锈钢、铁及这些金属的合金构成的组中选择的至少一者在内的材料形成，
所述隔膜由水溶液透过性的多孔质隔膜形成，
向所述阳极室和所述阴极室导入的电解液是共用的成分的苛性碱金属水溶液，
所述电解槽是碱水电解槽。
[11]根据上述[1]～[9]中任一项所述的电解槽用密封垫，其中，所述阳极、所述阳极侧金属框体以及所述阳极室框体由钛或钛合金形成，
所述阴极、所述阴极侧金属框体以及所述阴极室框体由包含从由镍、不锈钢、铁及这些金属的合金构成的组中选择的至少一者在内的材料形成，
所述隔膜由阳离子交换膜形成，
向所述阳极室和所述阴极室导入的电解液由阴极侧电解液和阳极侧电解液形成，
所述阴极侧电解液由苛性碱金属水溶液形成，
所述阳极侧电解液由卤化碱金属水溶液形成，
所述电解槽是食盐电解槽。
在本发明中，作为另一个技术方案，提供下述的电解槽。
[12]一种电解槽，其特征在于，该电解槽具备上述[1]～[11]中任一项所述的电解槽用密封垫。
[13]根据上述[12]所述的电解槽，其中，该电解槽进一步是将电解液加压并进行电解的结构。
[14]一种电解槽，其特征在于，该电解槽具备上述[1]～[11]中任一项所述的电解槽用密封垫，利用粘接剂将构成该密封垫的所述第一面或所述第二面粘接于各自所接触的所述阳极侧框体或所述阴极侧框体。
发明的效果
根据本发明，能够实现电解槽用密封垫及使用该电解槽用密封垫的电解槽的提供，该电解槽用密封垫的构造简单，能够容易地制造，能够使用该密封垫通过极为容易的操作(动作)简便地安装隔膜，而且在电解运转过程中隔膜不会弯折，能够稳定地保持隔膜，因此电解运转过程中的隔膜的耐久性优异，作为密封垫的基本功能，能够有效地防止电解液、电解生成气体从电解槽泄漏，实用价值较高。
详细而言，根据本发明，通过将电解槽用密封垫的构造设为下述那样的具有特有的缺口部的形态，从而能够将隔膜的边缘部(端部)以期望的状态收纳于该缺口部而稳定地保持隔膜，此外，能够提供为了保持隔膜所需要的操作容易、能够简单地安装隔膜、操作性优异、制作费用廉价的电解槽用密封垫。即，通过设为以下的构造来获得上述效果，在将由具有与阳极侧金属框体和阴极侧金属框体大致相同的形状的、一张边框状的薄板状框体构成的密封垫装入到电解槽时，在与阳极侧金属框体或阴极侧金属框体接触第一面和第二面中的任一个面上形成有缺口部，该缺口部是将所述薄板状框体的、包含所述阳极侧的边缘或所述阴极侧的边缘在内的一部分区域以均匀的厚度较薄地削掉而成的，具有与所述隔膜的厚度大致相同的厚度的台阶。
根据本发明，通过将具有上述特有的构造的缺口部的电解槽用密封垫应用于电解槽，从而将隔膜的边缘部收纳于在所述缺口部与所述阳极侧金属框体或所述阴极侧金属框体之间形成的间隙，因此所收纳的隔膜的中央部保持为更靠近所述阳极的表面和所述阴极的表面中的任一者的状态，因此隔膜较少产生挠曲、褶皱、扭转，不会施加不合理的负荷，隔膜也不会产生损伤，能够将隔膜长期稳定地保持在正常的状态。
并且，在将本发明的电解槽用密封垫应用于电解槽时，隔膜的一个面中的除了收纳于所述间隙的边缘部之外的部分全部保持为与所述阳极或安装于所述阳极的阳极侧细网接触的状态或者与所述阴极或安装于所述阴极的阴极侧细网接触的状态，不会像使用以往的密封垫的情况那样以不稳定的状态保持于阳极与阴极的中间部。因此，通过将本发明的电解槽用密封垫应用于电解槽，从而能增强上述效果，即所保持的隔膜较少产生挠曲、褶皱、扭转，不会施加不合理的负荷，隔膜也不会产生损伤，能将隔膜长期稳定地保持在正常的状态。
附图说明
图1是用于说明本发明的电解槽用密封垫的一个例子的结构的示意图。
图2是用于说明使用本发明的电解槽用密封垫的电解槽的一个例子的示意图。
图3是用于说明使用本发明的电解槽用密封垫保持隔膜的情况的示意图。
图4是用于说明使用本发明的电解槽用密封垫的电解槽的另一个例子的示意图。
图5是说明将隔膜保持于本发明的电解槽用密封垫的形态的一个例子的示意图。
图6是表示以往的电解槽用O形密封圈的一个例子的结构的示意图。
图7(A)是表示以往的电解槽用密封垫的一个例子的结构的示意图。
图7(B)是表示以往的电解槽用密封垫的另一个例子的结构和电解液向电解槽外部漏出的状况的示意图。
图8是表示以往的电解槽用密封垫的另一个例子的结构的示意图。
具体实施方式
以下，对本发明的优选的实施方式进行说明，但本发明并不限定于以下的实施方式。在详细地说明本发明的过程中，首先参照示意地表示本发明的电解槽用密封垫的构造的一个例子即图1来说明本发明的电解槽用密封垫。
如图1所示，本发明的电解槽用密封垫17具有与阳极侧金属框体2接触的第一面18和与阴极侧金属框体4接触的第二面19，电解槽用密封垫17、阳极侧金属框体2、阴极侧金属框体4均在中央部具有开口部，呈形成为边框状的方形或圆形等形状。图1所例示的本发明的电解槽用密封垫具有这样的构造：在由边框状的薄板状框体形成的电解槽用密封垫17的第一面18的面上形成有缺口部20，该缺口部20是将从所述薄板状框体的中央附近到所述阳极室侧的边缘的、包含阳极侧的边缘在内的一部分区域以均匀的厚度较薄地削掉而成的，具有与隔膜6的厚度大致相同的厚度的台阶。其结果，如图1和图5所示，在将本发明的电解槽用密封垫用于电解槽时，隔膜6的边缘部易于收纳于缺口部20的内部(台阶部分)，成为将隔膜6的边缘部牢固地保持于电解槽用密封垫17与阳极侧金属框体2之间的间隙的状态。在图1的例子中，在与阳极侧金属框体2接触的第一面18上设有缺口部20，但也可以取而代之，设为在与阴极侧金属框体4接触的第二面19上设有缺口部20的构造。
图1中的附图标记21是绝缘性的压板，其设为用于在保持隔膜6时防止电解槽用密封垫17的上下移动从而防止密封垫自金属框体突出的构件。如图1所示，该压板以密合于电解槽用密封垫17的外周面的状态安装。压板21的形状依照电解单元的形状，设为圆形或方形的框构造。压板21通过防止密封垫的偏移从而能够提高电解槽24(参照图2等)内的气密性，因此在层叠有许多个单元的大容量的电解槽、进行加压运转的情况下是有效的处理。另外，图2记载了由阳极室、阴极室这一对进行组装的例子，但也能同样地应用于层叠多个的电解槽。
在阳极侧金属框体2的、形成于中央部的开口部安装有板状或网状的阳极1，该阳极1由从由扩张网、冲裁多孔板、金属丝网以及与这些材料类似的形状的、具有许多个孔的导电性电极材料构成的组中选择的任一种材料形成。此外，在阴极侧金属框体4的、形成于中央部的开口部安装有板状或网状的阴极3，该阴极3由从由扩张网、冲裁多孔板、金属丝网以及与这些材料类似的形状的、具有许多个孔的导电性电极材料构成的组中选择的任一种材料形成。而且，隔膜6设置为如下状态：其边缘部分(端部)保持于之前说明的电解槽用密封垫17的缺口部20内并且隔膜6的一个面中的除了被保持的部分之外的部分全部与阳极1接触。
图3是用于说明使隔膜6保持于本发明的电解槽用密封垫17的结构的示意图。图3所示的例子的电解装用密封垫17由一张边框状的薄板状框体构成，在该框体的一个面(阳极侧的面)上形成有缺口部20，该缺口部20是将从框体的中央附近朝向所述阳极室侧的边缘到该边缘为止的一部分区域以均匀的厚度较薄地削掉而成的状态。该缺口部20具有与隔膜6的厚度大致相同的厚度(台阶)。而且，如图3所示，所述隔膜6的外周部收纳于在阳极侧金属框体2和缺口部20之间形成的间隙，成为收纳于上述缺口部20内的状态。构成电解槽用密封垫17的边框状的片状的框体只要具有与阳极侧金属框体和所述阴极侧金属框体大致相同的形状即可，其外观形状例如能列举出方形、圆形(环)。
以下，说明本发明的实施方式。
〔第1实施方式〕
图2是用于对用于作为电解槽的碱水电解槽24的、本发明的电解装用密封垫的第1实施方式进行说明的示意性的剖视图。在使用碱水电解槽24进行的碱水电解中，使用25质量％～35质量％的KOH水溶液或NaOH水溶液作为电解液。在将该电解液向阳极室15和阴极室16供给而进行电解时，从阳极室15向系统外排出电解液和氧气，从阴极室16向系统外排出电解液和氢气。排出的电解液在系统外混合，向阳极室15和阴极室16循环，从而进行连续电解。
如图2所例示，本发明的碱水电解槽24具有阳极侧金属框体2、安装于该阳极侧金属框体2的阳极1、包含该阳极1的阳极室15、与阳极侧金属框体2相同形状的阴极侧金属框体4、安装于该阴极侧金属框体4的阴极3、用于隔离阳极1和阴极3的设于阳极1和阴极3之间的隔膜6。上述碱水电解槽24的特征在于，利用夹持在阳极侧金属框体2和阴极侧金属框体4之间的具有特有的形状的电解槽用密封垫17将隔膜6保持为图2所示的状态。即，如图2所示，通过使用本发明的具有缺口部20的电解槽用密封垫17，从而能够容易地将隔膜6的边缘部以紧密的状态收纳于在该电解槽用密封垫17和阳极侧金属框体2之间形成的间隙。其结果，成为隔膜6的阳极侧的面以大致整个面的范围保持为更靠近阳极1的状态的结构。上述的说明是用图2所示的构成为将隔膜6保持为靠近阳极1侧的例子进行了说明，但也能够与上述同样地构成为将隔膜6保持为靠近阴极侧2，在该情况下也能同样获得本发明的效果。
阳极侧金属框体2设为在中央部具有用于形成阳极室的开口部的、例如外观形状是方形或圆形(环)等的边框状的形状。在该阳极侧金属框体2的开口部安装有阳极1。阳极1由扩张网、冲裁多孔板、金属丝网或者与这些材料类似的形状的、具有许多个孔的导电性电极材料形成。阴极侧金属框体4设为与上述阳极侧金属框体相同的形状，设为在中央部具有用于形成阴极室的开口部的方形或圆形等边框状的形状。在该阴极侧金属框体4的开口部安装有阴极3。阴极3由扩张网、冲裁多孔板、金属丝网或者与这些材料类似的形状的、具有许多个孔的导电性电极材料形成。
在第1实施方式的碱水电解槽中，由导电性电极材料形成的阳极1和阴极3均使用镀镍的铁板、镍或者镍合金。阳极侧金属框体2和阴极侧金属框体4也能够由与阳极1和阴极3相同的镀镍的铁板、镍或者镍合金形成。在由相同的材料形成这些构件的情况下，能够将阳极1和阴极3分别通过焊接等手段安装于阳极侧金属框体2、阴极侧金属框体4的位于隔膜6侧的面。
使本发明具有特征的电解槽用密封垫17由具有与所述阳极侧金属框体2和所述阴极侧金属框体4大致相同的形状的一张边框状的薄板状框体构成。而且，如图2所示，该电解槽用密封垫17以紧密的状态夹持在所述阳极侧金属框体2和所述阴极侧金属框体3之间。如图1所示，电解槽用密封垫17具有与所述阳极侧金属框体2紧密接触的第一面18和与所述阴极侧金属框体4紧密接触的第二面19。本发明的电解槽用密封垫17的特征在于，在所述第一面18和所述第二面19中的任一个面上形成有特有的形状的缺口部20。
以下，参照图1～图3及图5说明设于第一面18上的缺口部20的详细情况。缺口部20设为将电解槽用密封垫17的、从边框状的薄板状框体的中央附近到所述阳极室15侧的边缘的包含边缘在内的一部分区域以均匀的厚度较薄地削掉而成的形状，利用缺口部20在所述第一面18上形成有相对于该第一面18而言具有特定的厚度的台阶的凹面。
如图3所示，利用缺口部20形成的台阶(厚度)W具有与隔膜6的厚度M大致相同的厚度。由于本发明的电解槽用密封垫具有形成有上述特有的形状的缺口部20的构造，因此如图1所示，能够容易地将隔膜6的边缘部收纳于在所述缺口部20和所述阳极侧金属框体2之间形成的间隙，并且使保持有隔膜6的部分成为紧密的状态。而且，如图2所示，通过将具有上述特有的形状的缺口部20的本发明的电解槽用密封垫17用于电解槽，从而能将隔膜6保持为与阳极1相对的整个面更靠近阳极1的表面的状态。即，通过使用本发明的电解槽用密封垫，不会像使用现有技术的密封垫的情况那样将隔膜6保持于阳极1与阴极3的中间部，而是使其与阳极1的表面接触从而以稳定的状态保持于阳极1侧。
如上所述，在电解槽中，在使用本发明的电解槽用密封垫17来保持隔膜6时，如图2所示，隔膜6的一个面中的除了收纳于缺口部20内的边缘部之外的部分全部以固定于阳极1的表面附近的状态被稳定地保持，因此在隔膜产生挠曲、褶皱、扭转的情况较少，也抑制了不合理的负荷。因此，抑制了隔膜产生损伤的情况，因此能够实现将电解槽内的隔膜长期稳定地保持为正常的状态。像之前说明的那样，上述的说明是用构成为将隔膜6保持为靠近阳极1侧的例子进行了说明。另外，在与上述同样地设为将隔膜6保持为靠近阴极侧2的结构的情况下，也能同样获得上述的本发明的效果。
在上述例示的碱水电解槽24中，虽然也依赖于所使用的电解液的种类、产生的气体的性状，但也可以对阳极侧金属框体2或阴极侧金属框体4的表面实施耐腐蚀性涂覆，从而防止在阳极侧金属框体2或阴极侧金属框体4与以紧密的状态被夹持的电解槽用密封垫17之间产生的间隙腐蚀。
此外，电解槽用密封垫17的形成材料优选使用相对于电解液和电解生成气体具有耐腐蚀性的弹性体。例如能够适当地选择使用以下列举的弹性体。能够使用天然橡胶(NR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、氯丁二烯橡胶(CR)、丁二烯橡胶(BR)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、硅橡胶(SR)、乙烯-丙烯橡胶(EPT)、乙烯-丙烯-二烯烃橡胶(EPDM)、氟橡胶(FR)、异丁烯-异戊二烯橡胶(IIR)、聚氨酯橡胶(UR)、氯磺化聚乙烯橡胶(CSM)等。
作为隔膜6的形成材料，只要是水溶液透过性的隔膜即可，没有特别的限定。例如可恰当地使用石棉隔膜、PPS(聚苯硫醚)的无纺布、浸渗有PTFE(聚四氟乙烯)、PSF(聚砜)等聚合物的具有化学耐性的无纺布等。隔膜的厚度为100μm～650μm左右，没有特别的限定。
如图3所示，本发明的电解槽用密封垫17由未形成缺口部的上部(薄板状框体的外周侧)的填充部26和下部(薄板状框体的中央侧)的缺口形成部27构成。此外，其具有在设置于电解槽的情况下与阳极侧金属框体2紧密接触的第一面18和与阴极侧金属框体4紧密接触的第二面19。而且，像之前说明的那样，在电解槽用密封垫17的第一面18上，在缺口形成部27中的、从与上述的填充部26的分界到缺口形成部27的边缘的区域设有缺口部20，该缺口部20设计为具有与隔膜6的厚度大致相同的厚度(台阶)。构成电解槽用密封垫17的第一面18的、比缺口形成部27的区域靠上方(外周侧)的填充部26在设置于电解槽的情况下成为与阳极侧金属框体2面接触的状态。
图3示出了用于表示与本发明的电解槽用密封垫17的各部分相关的尺寸的附图标记。具体的尺寸根据各个电解槽的尺寸适当地设定。此外，图3示出了在电解槽装入设置电解槽用密封垫17时的设置前的、各构成要素未密合的状态。以下，参照图3进行说明。
缺口部20的长度L只要与能够保持隔膜6的程度的长度、电解槽的尺寸、电极反应面积相匹配地适当设计即可，例如为5mm～30mm左右，优选为10mm～20mm。缺口部20的深度(也称为台阶或者厚度)W只要与隔膜的厚度相应地适当设定即可，例如为0.1mm～1.0mm左右。在本实施方式中，缺口部20的深度W与隔膜的厚度M大致相等，例如为0.5mm左右。电解槽用密封垫17的长度C(框体的宽度C)为20mm～50mm左右，填充部26的长度A为10mm～40mm左右，缺口形成部27的长度B为5mm～30mm左右，隔膜的厚度M为100μm～650μm左右。根据发明人的研究，为了将隔膜6以紧密的状态夹持并且更加不容易发生漏液，填充部26的长度A与缺口形成部27的长度B的比优选为A：B＝1：1～2：1左右。但是，由于该关系也受到所使用的密封垫的特性(强度、弹性、拉伸性等)的影响，因此并不限于此。
另一方面，图2所示的电解槽用密封垫17的第二面19的整个面与阴极侧金属框体4面接触，在电解槽用密封垫17与阳极侧金属框体2以及阴极侧金属框体4之间完全没有间隙，电解槽24内的电解液和电解生成气体不会从这些接触面向外部泄漏。
优选的是，在将隔膜6的上下的两端的边缘部插入到电解槽用密封垫17(以下也简称为“密封垫”。)的缺口部20内之后利用拉杆25(参照图2、图4)或液压手段(未图示)等其他的紧固手段从阳极侧金属框体2和阴极侧金属框体4的两侧进行紧固。通过这样构成，隔膜6的外周部以紧密的状态收纳于密封垫17的缺口部20内，将隔膜6的外周部更牢固地保持于密封垫17的缺口部20的内部的各边，并且能利用密封垫17的第一面18的上部和第二面19的整个面、阳极侧金属框体2和阴极侧金属框体4而设为紧密的状态并进行密闭。因此，能够更可靠地防止电解液和电解生成气体从电解槽24内向外部泄漏。
在对电解槽使用电解槽用密封垫17的情况下，成为隔膜6的一个面的与电极相对的整个面与阳极1和阳极侧金属框体2或者所述阴极3和所述阴极侧金属框体4接触的状态。即，在图2所示的例子中，外周部(边缘部)被收纳保持于电解槽用密封垫17的缺口部20内的隔膜6的阳极侧的面的整个面成为与阳极侧金属框体2和阳极1分别接触的状态。因此，如图2所示，接触的部分的截面形状成为阳极侧金属框体2与密封垫17的接触部、电解槽用密封垫17内的隔膜6的阳极侧的面与阳极侧金属框体2的接触部、阳极1与隔膜6的接触部均被配置保持在一条直线上的状态。
因而，隔膜6不会不稳定地保持于阳极1与阴极3的中间部，而是保持在以沿着阳极1的表面的状态(层叠的状态)被固定的一个平面的状态。因此，在电解运转过程中，隔膜6不会产生挠曲、褶皱、扭转，而且也不会施加不合理的负荷，显著抑制了隔膜6发生损伤。其结果，能够长期稳定地使用隔膜6，因此也能够期待资源的有效利用和经济上的效果。另外，通过将保持隔膜6时的配置设为上述列举的多个接触部被保持在一条直线上的状态，从而使在隔膜6中弯曲的部位的产生率下降，能够降低隔膜损伤率。但是，根据阳极1或阴极3的安装位置的不同，也可以不一定是隔膜6的一个面中的除了被保持的部分之外的整个面与阳极1或阴极3接触的状态，其间隔较窄即可。
如图2所示，在阳极侧金属框体2的背面连接有形成阳极室15的阳极室框体22，在阴极侧金属框体4的背面连接有形成阴极室16的阴极室框体23。阳极室框体22和阴极室框体23能够由与阳极侧金属框体2和阴极侧金属框体4相同的材料形成。此外，阳极1、阳极侧金属框体2、阳极室框体22、阴极3、阴极侧金属框体4、阴极侧金属框体23也能够全部由镀镍的铁板、镍或镍合金等相同的材料形成。另外，也可以是，利用粘接剂将电解槽用密封垫的第一面18或第二面19粘接于各自所接触的阳极侧金属框体2或阴极侧金属框体4。在大型实机的情况下，有时会在现场立起地实施单元组装，因此粘接剂的使用在此时是有效的。另一方面，在小型的情况下，放倒而进行组装的情况较多，在该情况下不使用粘接剂。
〔第2实施方式〕
在第1实施方式中，对在密封垫17的与阳极侧金属框体2接触的第一面18的缺口形成部27设有缺口部20的例子进行了说明。在第2实施方式中，在密封垫17的与上述相反的那一侧的、与阴极侧金属框体4接触的第二面19设置有缺口形成部27，并形成有缺口部20(未图示)。在该例子中，使密封垫17的比第二面19的中央靠上方的填充部26与阴极侧金属框体4面接触，另一方面，使密封垫17的第一面18的整个面与阳极侧金属框体2面接触。在该情况下，阴极侧金属框体4和阴极3成为配置成同一个平面状的结构。因此，边缘部被收纳保持于在密封垫17的阴极侧设置的缺口部20内的隔膜6成为隔膜6的整个面与阴极侧金属框体4和阴极3接触的状态，隔膜6会保持在以沿着阴极3的表面的状态(层叠的状态)被固定的一个平面的状态。
因而，在第2实施方式的情况下也是，与所述第1实施方式同样，隔膜6的中央的部分不会像图6～8所示的使用以往的密封垫的情况那样以不稳定的状态保持在阳极1与阴极3的中间部，而是以沿着阴极3的表面与阴极3接触的状态被直线地保持。因此，隔膜6不会产生扭转，而且也不会施加不合理的负荷，隔膜6也不会产生损伤，能够长期稳定地使用隔膜6。
〔第3实施方式〕
在第3实施方式中，在第1实施方式或第2实施方式的结构的基础上对阳极1使用在隔膜6侧的表面包覆阳极活化催化剂而成的构件，对阴极3使用在隔膜6侧的表面包覆阴极活化催化剂而成的构件。通过这样构成，能够谋求电解槽的高性能化。并且，为了使本发明的电解槽高性能化，优选在阳极1的隔膜6侧的表面安装实施了阳极催化剂活性涂覆的阳极侧细网28并且/或者在阴极3的隔膜6侧表面安装实施了阴极催化剂活性涂覆的阴极侧细网29。
为了谋求电解槽的进一步高性能化，优选在阳极侧细网28与阳极1之间和/或阴极侧细网29与阴极3之间安装弹簧材料30，谋求阳极1与阴极3的零间隙化。作为弹簧材料，能够恰当地使用镍基材的缓冲线圈。图4示出了在阴极侧细网29与阴极3之间安装有弹簧材料30的电解槽的例子。通过设为图4那样的结构，能谋求阳极1与阴极3的零间隙化，能谋求电解槽的进一步高性能化。
〔第4实施方式〕
本发明的电解槽用密封垫适于碱水电解槽，但也能够应用于食盐电解的电解槽、其他的电解槽，例如纯水电解、非净化水的电解、溴化物水溶液电解、盐酸水溶液电解、硫酸水溶液电解等的电解槽。为了将本发明应用于食盐电解槽，使用阳离子交换膜来作为隔膜6，利用所述阳离子交换膜来隔离电解槽的阳极室15和阴极室16，使用食盐水作为阳极侧电解液，针对阴极侧电解液而言设为苛性碱金属水溶液。
〔第5实施方式〕
此外，本发明的电解槽用密封垫及电解槽在加压系统中也能够应用。另外，在加压系统的情况下，阳极室、阴极室均被加压。此时，通过使阴极侧的压力稍高于阳极侧并进行阴极加压的控制，从而使从阴极侧收集的氢纯度存在升高的倾向，优选阴极加压来作为运转管理。另一方面，也取决于隔膜的种类，在电解液容易透过的隔膜的情况下，其阴极加压也采用水柱10cm-H2O左右的较小的压力或者相同压力。
〔第6实施方式〕
此外，本发明的电解槽用密封垫及电解槽不仅能够应用于单极式的电解槽，也能够应用于多极式电解槽。
产业上的可利用性
根据本发明，能够利用一张密封垫并通过简单的安装操作将隔膜收纳保持于电解槽内部，而且能够可靠地防止电解液、电解生成气体从电解槽的内部泄漏。并且，通过设为具有特有形态的缺口部的结构，能够将隔膜保持在与电极接触的沿着电极的位置，因此在电解运转过程中隔膜不会向左右弯曲而对隔膜造成损伤，能够长期稳定地使用隔膜。由于本发明的电解槽用密封垫能够应用于各种各样的电解槽，因此能期待在广泛领域中的使用。
附图标记说明
1、阳极；2、阳极侧金属框体；3、阴极；4、阴极侧金属框体；5、O形密封圈；6、隔膜；7、阳极侧密封垫；8、阴极侧密封垫；9、电解槽用密封垫(现有技术)；10、第一面(现有技术)；11、第二面(现有技术)；12、狭缝部；13、填充部；14、狭缝形成部；15、阳极室；16、阴极室；17、电解槽用密封垫；18、第一面；19、第二面；20、缺口部；21、压板；22、阳极室框体；23、阴极室框体；24、碱水电解槽；25、吊杆；26、填充部；27、缺口形成部；28、阳极侧细网；29、阴极侧细网；30、弹簧材料。

Claims (14)

1.一种电解槽用密封垫，其装入于由阳极、阴极、隔离阳极和阴极的片状的隔膜构成的电解槽，用于保持所述隔膜，其特征在于，
所述电解槽具有：阳极侧金属框体，其形成为边框状并且在中央部具有用于形成阳极室的开口部；以及阴极侧金属框体，其与该阳极侧金属框体的形状相同并且在中央部具有用于形成阴极室的开口部，在所述阳极侧金属框体的开口部安装有阳极，在所述阴极侧金属框体的开口部安装有阴极，并且在所述阳极侧金属框体与所述阴极侧金属框体之间将所述电解槽用密封垫以紧密的状态夹持，
所述电解槽用密封垫由具有与所述阳极侧金属框体和所述阴极侧金属框体大致相同的形状的一张边框状的薄板状框体构成，
该电解槽用密封垫具有这样的构造：该边框状的薄板状框体具有与所述阳极侧金属框体紧密接触的第一面和与所述阴极侧金属框体紧密接触的第二面，在所述第一面和所述第二面中的任一个面上形成有缺口部，该缺口部是将所述薄板状框体的、包含所述阳极侧的边缘或所述阴极侧的边缘在内的一部分区域以均匀的厚度较薄地削掉而成的，具有与所述隔膜的厚度大致相同的厚度的台阶，
所述隔膜的边缘部收纳于在所述缺口部和所述阳极侧金属框体或所述阴极侧金属框体之间形成的间隙，所述隔膜保持为更靠近所述阳极的表面和所述阴极的表面中的任一者的状态。
2.根据权利要求1所述的电解槽用密封垫，其中，
进一步地以被按压于所述电解槽用密封垫的外周面的状态安装有具有绝缘性的密封垫压板。
3.根据权利要求1或2所述的电解槽用密封垫，其中，
所述电解槽用密封垫由这样的材料形成，即，该材料由相对于电解液和电解生成气体而言具有耐腐蚀性的弹性体构成。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电解槽用密封垫，其中，
在所述阳极的隔膜侧实施有阳极催化剂活性涂覆或者安装有实施了阳极催化剂活性涂覆的阳极侧细网并且/或者在所述阴极的隔膜侧实施有阴极催化剂活性涂覆或者安装有实施了阴极催化剂活性涂覆的阴极侧细网。
5.根据权利要求4所述的电解槽用密封垫，其中，
为了谋求所述阳极与所述阴极的零间隙化，在所述阳极侧细网与所述阳极之间和/或所述阴极侧细网与所述阴极之间安装有弹簧材料。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的电解槽用密封垫，其中，
所述阳极和所述阴极由从由扩张网、冲裁多孔板、金属丝网以及与这些材料类似的形状的、具有许多个孔的导电性电极材料构成的组中独立地选择的任一种材料形成。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的电解槽用密封垫，其中，
在所述阳极侧金属框体的背面连接有用于形成所述阳极室的阳极室框体，并且在所述阴极侧金属框体的背面连接有用于形成所述阴极室的阴极室框体。
8.根据权利要求7所述的电解槽用密封垫，其中，
所述阳极侧金属框体形成为所述阳极室框体的一部分，并且所述阴极侧金属框体形成为所述阴极室框体的一部分。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的电解槽用密封垫，其中，
所述隔膜保持为隔膜的一个面中的除了收纳于所述间隙的边缘部之外的部分全部与所述阳极或安装于所述阳极的阳极侧细网接触的状态或者与所述阴极或安装于所述阴极的阴极侧细网接触的状态。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的电解槽用密封垫，其中，
所述阳极、所述阳极侧金属框体、所述阳极室框体、所述阴极、所述阴极侧金属框体以及所述阴极室框体分别由包含从由镍、不锈钢、铁及这些金属的合金构成的组中选择的至少一者在内的材料形成，
所述隔膜由水溶液透过性的多孔质隔膜形成，
向所述阳极室和所述阴极室导入的电解液是共用的成分的苛性碱金属水溶液，
所述电解槽是碱水电解槽。
11.根据权利要求1～9中任一项所述的电解槽用密封垫，其中，
所述阳极、所述阳极侧金属框体以及所述阳极室框体由钛或钛合金形成，
所述阴极、所述阴极侧金属框体以及所述阴极室框体由包含从由镍、不锈钢、铁及这些金属的合金构成的组中选择的至少一者在内的材料形成，
所述隔膜由阳离子交换膜形成，
向所述阳极室和所述阴极室导入的电解液由阴极侧电解液和阳极侧电解液形成，
所述阴极侧电解液由苛性碱金属水溶液形成，
所述阳极侧电解液由卤化碱金属水溶液形成，
所述电解槽是食盐电解槽。
12.一种电解槽，其特征在于，
该电解槽具备权利要求1～11中任一项所述的电解槽用密封垫。
13.根据权利要求12所述的电解槽，其中，
该电解槽进一步是将电解液加压并进行电解的结构。
14.一种电解槽，其特征在于，
该电解槽具备权利要求1～11中任一项所述的电解槽用密封垫，利用粘接剂将构成该密封垫的所述第一面或所述第二面粘接于各自所接触的所述阳极侧框体或所述阴极侧框体。
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