JP2003531300A5 - - Google Patents

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】 次亜塩素酸塩及び活性塩素を生産するための塩水の電気分解用セルであって、中空円筒カソードと、電気分解中に前記塩水の経路用の環状空間を規定するカソード内に同軸上に配置された中空円筒アノードと、溶液を環状空間の中へ導入するための注入口と、電気分解産物を回収するための排出口とからなり、環状空間が、アノードとカソードとの間に配置された陰イオン交換膜によって分割されている電気分解用セル。
【請求項２】 前記環状空間が微粒子カーボンを含む請求項１記載のセル。
【請求項３】 次亜塩素酸塩及び活性塩素を生産するための塩水の電気分解用セルであって、中空円筒カソードと、電気分解中に前記塩水の経路用の微粒子カーボンを含む環状空間を規定するカソード内に同軸上に配置された中空円筒アノードと、前記カソードとアノードを囲むハウジングと、陽極のチャンバーと陰極のチャンバーとを仕切る前記環状空間内のアノードとカソードとの間に配置された陰イオン交換膜と、前記塩水を環状空間の中へ導入するための注入口と、前記次亜塩素酸塩及び活性塩素を含む電気分解産物を回収するための排出口とからなる電気分解用セル。
【請求項４】 前記アノードとカソードは、多孔性金属であることを特徴とする請求項１記載のセル。
【請求項５】 前記アノードとカソードは、多孔性金属であることを特徴とする請求項３記載のセル。
【請求項６】 前記微粒子カーボンがグラファイトであることを特徴とする請求項２記載のセル。
【請求項７】 前記微粒子カーボンがグラファイトであることを特徴とする請求項３記載のセル。
【請求項８】 前記陽極チャンバーと前記陰極チャンバーのそれぞれが、少なくとも１つの注入口と排出口を有することを特徴とする請求項３記載のセル。
【請求項９】 前記微粒子カーボンは、平均粒子サイズにおいて０．１〜１ｍｍであることを特徴とする請求項２記載のセル。
【請求項１０】 前記微粒子カーボンは、平均粒子サイズにおいて０．１〜１ｍｍであることを特徴とする請求項３記載のセル。
【請求項１１】 次亜塩素酸塩及び活性塩素を生産するための塩水の電気分解用装置であって、複数の連続的に接続されて、各セルが少なくとも１つの注入口と少なくとも１つの排出口を有する電気分解セルと、セル間の電解液を移すために先行セルの排出口で連結されている各連続的なセルの注入口とからなり、さらに、各前記セルは、中空円筒カソードと、電気分解中に電解質溶液の経路用の環状空間を規定するカソード内に同軸上に配置された中空円筒アノードと、からなり、前記環状空間は、カソードとアノードとの間に配置された陰イオン交換膜によって陽極のチャンバーと陰極のチャンバーとに分割されることを特徴とする電気分解用装置。
【請求項１２】 前記アノード及びカソードチャンバーのそれぞれが、少なくとも１つの注入口と少なくとも１つの排出口を有することを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】 前記環状空間は、微粒子カーボンを含むことを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１４】 前記微粒子カーボンがグラファイトである請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】 前記微粒子カーボンは、平均粒子サイズにおいて０．１〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１６】 前記環状空間は、カソードとアノード間に配置された陰イオン膜によって陽極と陰極のチャンバーに分割されて、アノード及びカソードチャンバーは、平均粒子サイズにおいて０．１〜１ｍｍである前記微粒子カーボンを含み、前記各チャンバーは、少なくとも１つの注入口と少なくとも１つの排出口を有することを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１７】 前記微粒子カーボンがグラファイトである請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】 セル間を移動する電解液の温度を制御するために熱交換器を電解セル間に備えることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１９】 セル間を移動する電解液の温度を制御するために熱交換器を電解セル間に備えることを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項２０】 前記カソード及びアノードが多孔性金属シリンダーであることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項２１】 前記カソード及びアノードが多孔性金属シリンダーであることを特徴とする請求項１６記載の装置。

Cooper等の米国特許第3,390,065号は、内部電極が好ましくは、アノードであり、同軸上の管電極からなる電解セルを開示する。Cooper等は、内部電極を通じてくみ出された冷却水の使用も開示する。ダイヤフラムは、環状空間をアノード構成要素とカソード構成要素に分割するため2つの電極間に位置される。この参照文献は、電極材料としてチタン又は貴元素被膜チタンを使用することを開示する。

本発明の電解セルは、中空金属円筒カソードと、それら間の環状経路を規定するためにカソード内に同軸上に配置された金属性円筒アノードと、からなる。経路は、例えば、約1000μmの平均直径を有する粒子カーボンを含むことができる。

本発明の電解セルは、アノードとカソードのチャンバーに分割するために、環状経路内に配置された円筒型膜も含むことができる。

本発明の電解セルを使用する方法は、溶液を中空円筒カソードとカソード内に同軸上に配置された中空円筒アノード間に与えられる環状経路を通じて溶液を通過させること、及び次亜塩素酸ナトリウム溶液を電解により生産するために電圧をセルに適用することを含む。本発明によれば、複数の電解セルを連続的に使用することができる。セル間を通過する溶液の温度を制御するために加熱交換器を電解セル間に連続的に配置することができる。冷却装置は、外部熱交換装置、分割セル用のダブルのもの、非分割セル用のシングルのものを含むことができる。

本発明は、塩水から活性クローリンを有する次亜塩素酸ナトリウムを生産する電解セル及び装置を提供する。本発明は、カソード内に位置したアノードを有する電解セルにおいて同軸上に配置された中空円筒であるカソード及びアノードをからなるセルを含有する。塩水は、カソードとアノード間に形成される環状空間を通じて流れる。電解液が環状空間を離れるとき、それは、外部管状熱交換器へ入り、電解液の正確な温度を維持し,その後、以下同様に第二セルのアノード及びカソード領域へ入る。遊離クローリンの正確な濃度が達成されたとき、陽極液において（最終産物）それは装置を離れ,陰極液は、最初のセルへリサイクルされ、新しい塩水がカソードセルへ与えられる。

本発明のさらなる実施態様において、多孔性陰イオン膜は、カソードとアノード間の環状空間を与え、環状空間をアノードとカソードチャンバーに分割する。

図１及び２は、電解セル１０が、電気分解される溶液の通過用に環状空間１３を仕切るカソード内に配置された中空円筒アノード１２を有する。セル１０の断面側面図である図２は、溶液を環状空間１３の中へ導入するためのセルの底部での注入口１４及び電解溶液を除去するためのセルの上部での排出口１５を説明する。本発明のさらなる実施態様において、図１５に説明されているように、環状空間１３は、グラファイトなどの微粒子材料を含むことができ、アノード及びカソードの表面積を最大限にすることができる。本発明のさらなる実施態様において、複数のセル１０は、１つのセルに残存した電解液が次の後続セルに導入されるように連続的に結合させることができる。電解液の温度制御は、セル間に置かれた熱交換器で実現され、流れる電解液の温度を制御することができる。

本発明のさらなる実施態様は、図３，４，５及び６に説明される。セル２０は、上述したように平均粒子径０.１〜１ｍｍを有するグラファイトなどの微粒子カーボンを含むことができる環状空間２３を設置するのにカソード内に同軸上に配置された中空円筒カソード２１及び中空円筒アノード２２を含むことができる。環状空間２３は、アノード及びカソード間に配置された多孔性アノード膜２４によって分割され、アノードチャンバー２６とカソードチャンバー２５を規定する。図４に示すように注入口２７と２９は、塩水などの溶液を導入するために供給され、陰極液がリサイクルされる。排出口２８と３０は、次亜塩素酸ナトリウムと活性クローリンを含む電解液産物を回収するためにセルの上部で与えられる。

アノード及び膜との間の環状空間は、塩水を運び、それによって、活性クローリンを含む次亜塩素酸ナトリウムへ高濃度で変える（＞２８g/l）。低クローリン濃度の場合（＜１５ g/l）、膜２４はかならずしも必要ない。

本発明は、アルカリ金属塩（NaCl溶液）を電気分解することによって活性クローリンを有する次亜塩素酸ナトリウムを生産するのに使用することができる。塩水は、電解セル２０の環状領域２５及び２６の中へ注入され、周知のポンプ装置を使用してセル２０を通じて汲み出される。電圧をセル２０へ適用し、アノード２２で活性クローリンを有する次亜塩素酸ナトリウムを生じ、カソード２１で水素及びNaOHを生じる。

図７は、例として、本発明のセル２０によって生産されたクローリンの量を決定するための装置４０を示す。理解されるように、電力がセル２０へ電源４１から供給される。温度自動調節浴４２からセル２０へ環状空間２３中で処理するために塩水を注入する。温度自動調節浴４２は、閉回路水冷却器４３によって冷却される。１つの実施態様において、単一水冷却器４３を、電解セル２０が陰イオン膜を有しないとき使用する。別の実施態様において、２つの水冷却器４３、アノード用のものとカソード用のものを、以前に述べたようにセル２０で陰イオン膜を使用するとき、使用する。冷却液をアノードの内部を通じて通過させることができる。セル及び塩水の冷却は、セルを通過する溶液へのセル抵抗を減少させて、それによって、得ることが可能なクローリンの量を増加させる。NaCl及びクローリンを含む生じた溶液は、化学分析に送られる前に温度調節浴４２へ戻される。ガスは、吸引装置によって除去される。プラントが達成されたとき、装置を洗い流し、新しい塩水をプラントのセルへ注入する。

【図３】 図３は、環状空間を分割するための陰イオン膜を説明する本発明の別の実
施態様による電解セルの上部断面である。