JP2005506455A - 電気化学半セル - Google Patents

Abstract

アルカリ性塩化物の水溶液から塩素を生産するのに特に適した電気化学半セルは、電解液用の電極室（１０）を含む。幾つかのガスポケット（２０、２２）も設けられる。ガス拡散電極（３６）はガスポケット（２０、２２）を電極室（１０）から分離する。接続路（２６）も設けられ、それによって二つのガスポケット（２０、２２）が相互に接続される。下方のガスポケット（２０）内のガスは出口開口（２８）を経て接続路（２６）内に流入することができる。前記ガスはその中を矢印（４６）の方向の上昇し、その上に位置する第二のガスポケット（２２）内に入口開口（３０）を経て到着する。本発明では、戻り止め要素（４０）を接続路（２６）内に配置して、電解液（４２）がガスポケット（２２）内に侵入するのを防止する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス拡散電極によってアルカリ金属塩化物の水溶液から塩素を電気化学的に生産するのに特に適した電気化学半セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＥ１９６２２７４４は、ガス拡散電極の正面の水酸化ナトリウム溶液の高さ依存圧力とガス拡散電極の背後の酸素の一定圧力との間の圧力補償を使用するガス拡散電極と、ガスポケットを通って導入される酸素を用いる電気分解によって、塩素および水酸化ナトリウム溶液を生産するための電解セルを開示している。
【０００３】
ハロゲン化アルカリ金属電解の場合、ガス拡散電極は酸素消費カソードとして動作する。ガス拡散電極はこの場合、気孔膜（ｏｆｆｅｎｐｏｒｉｇｅ Ｍｅｍｂｒａｎ）である。それは電解液およびガス空間の間に配置され、電解液、触媒、および酸素の三相の境界における酸素還元を可能にする。ガス拡散電極は、例えばＤＥ−Ａ３７１０１６８に記載されたプロセスを使用して製造することができる。しかし、ガス拡散電極は、ガス側と液側との間で有限の圧力低下までしか封止されない。ガス圧が高すぎると、ガスは電極を突破し、電極の機能は破壊される。他方、液圧が高すぎると、最初に三相の境界がガス側に偏移し、あるいは代替的に液が電解液からガス空間内に突破する。
【０００４】
電解液の高さ依存圧力を補償するために、ガス空間を複数のガスポケットに分割することがＤＥ１９６２２７４４に提案されている。電気化学半セル（図１および２）は電極空間１０を有し、その中へ充填接続片１２または類似物を介して電解液が供給される。対応する接続を介して、電解液は液体空間１４内にも送られる。図示した半セルは、イオン交換膜１６によってさらなる半セルから分離される。さらに、複数のガスポケット１８、２０、２２、２４が相互に積み重ねて設けられる。ガスポケット１８、２０、２２、２４は、ＤＥ１９６２２７４４ではカソードとして働くガス拡散電極３６によって電極空間１０から分離される。個々のガスポケット１８、２０、２２、２４は接続通路２６を介して相互に接続され、接続通路は一例としてガスベルがある。個々のガスポケット内部の圧力に応じて、ガスポケット１８、２０、２２、２４内に存在するガスは出口開口２８を通して接続通路２６内に流入し、そこから入口開口３０を介して上のガスポケット内に流入する。ガスポケット内に一例として存在する酸素の流れの方向が、図１に破線矢印３２で示される。底部ガスポケット１８は、例えば供給接続片３４を介して、ガス供給装置に接続される。上部ガスポケット２４からのガスはまた出口開口２８を介して半セルの後部空間１４に進み、そこから接続片１１を介して電解液と一緒に排出される。相互に積み重ねて配設された複数の、少なくとも二つのガスポケットを設けることにより、結果的に圧力補償がもたらされるので、より高い電解槽を製造することができる。ガスポケットで形成される復水（Ｋｏｎｄｅｎｓａｔ）もまた、ガスポケット１８、２０、２２、２４のガス出口２８を介して液体空間１４内に進む。
【０００５】
ガス供給部３４を介して底部ガスポケット１８内に導入されたガスは全て接続通路２６内に、かつ／またはガスベルによって集められるので、ガスベル内部に高い流速が生成される。その結果として、電解液の液滴を次の上位ガスポケット２０に飛沫同伴することができ、ガス拡散電極がガスポケットのガス入り口領域で電解液の液滴と接触するので、すなわち活性電極表面が部分的に失われるので、それはガス拡散電極の機能に悪影響を持つ。比較的大量の電解液がガスポケット内に進み、したがって再び除去しなければならないことも、悪影響を持つ。この電解液はガスポケットから常に完全に除去することができず、したがってこのガスポケット内に蓄積することが明らかになっている。ガスポケット内の電解液の蓄積は、ガスポケットのガス／液体出口がガス入口位置に対向して配置されることによって促進される。液体の供給増加は例えば、電解電圧の増加を通して現われる。
【０００６】
本発明の目的は、ガスポケット内に入る電解液の危険性が低減されるガスポケットを有する電気化学半セルを提供することである。
【０００７】
本発明によれば、該目的は請求項１に記載する特徴によって達成される。
【０００８】
本発明によれば、少なくとも二つのガスポケットを相互に接続する接続通路の内部に保持要素を配置する。保持要素は、接続通路内に位置する電解液を保持するために使われる。一例として、保持要素は、迷路形状に構成された保持要素とすることができる。この結果、液滴は特に迷路状構造の保持要素を通過することができないので、ガス流によって飛沫同伴される液滴が保持要素によって保持されることになる。保持要素は、電極の大部分が保持要素を通過しないことを少なくとも確実にする。これは、電極の機能がガスポケット内に入る電解液によって損傷されるのを防止する。
【０００９】
使用される保持要素はメッシュ、布、編組布、編まれた布、または発泡体であることが好ましい。それは特に、金属、プラスチック、またはセラミックから作られることが好ましいフェルト状材料のような不規則な布である。安価な構成では、それは節のある球でもよい。
【００１０】
本発明のさらなる本質的要素は、接続通路における保持要素の好適な配置である。この文脈で、保持要素は入口開口の領域に配置することが好ましい。これは、電解液が保持要素を全く通過できないか、あるいはせいぜいごく少量の電解液が通過できるだけであるという利点を有する。保持要素は、接続通路のうちガスが充填される部分に配置することが好ましく、その場合、保持要素は電解液面よりも入口開口により近くに配置する。接続通路のこの領域で、保持要素は、入口開口に接続される方の半部に、すなわち垂直方向に配置された接続通路で、接続通路のガス充填部の上半部に配置することが、特に好ましい。保持要素は上部三分の一に配置することが特に好ましい。
【００１１】
接続通路またはガスベルは二つのガスポケットの高さを越えて延長することが特に有利である。下部ガスポケットの底縁で、ガスはガスポケットから出て、ガス捕集装置として作用する接続通路によって直接集められ、上のガスポケットのガス入口開口に送られる。ガス入口開口はガスポケットの上縁に配置することが好ましい。圧力状態に応じて、対応する液面が接続通路に確立される。保持要素はこの液面より上に配置される。
【００１２】
本発明を以下で、添付の図面を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００１３】
本発明に係る電気化学半セルの構造は、図１および２に関連して説明した構造と基本的に一致する。したがって、同一または類似の構成部品は、図３に同一参照記号で表わす。
【００１４】
本発明によれば、保持要素４０を、例として図３に示すように二つのガスポケット２０、２２を接続する接続通路２６に配置する。保持要素４０は、例えば接続通路２６に貼着接合されるか、またはそこに摩擦保持される。図３でガスは下方のガスポケット２０から、ガスポケット２０の下部領域に配置された出口開口２８を通して出てくる。ガスは、底部が開口した接続通路２６によって捕集され、その中を上昇する。接続通路２６の内側には、電解液４２が圧力の機能として配置される。電解液表面４４の高さ位置は、圧力状態に依存する。出口開口２８から出てくるガスは矢印４６によって示される方向に上向きに流れ、電解液表面４４で接続通路２６のガス充填領域４８に入る。該プロセスで、電解液４２は気泡４０によってガス充填領域４８内に飛沫同伴される。飛沫同伴された電解液は次いで保持要素４０によって保持または分離除去されるので、電解液は保持要素４０より上の領域５２には全く到達しないか、ごく少量の電解液が到達するだけである。それが保持要素４０を通過した後、ガスは次いで、ガスポケットの上部領域に配置された入口開口３０を通して上のガスポケット２２内に進む。
【００１５】
図３に関連して説明したように、本発明に従って保持要素４０を配置し設けた対応する接続通路２６は、他のガスポケット１８、２０、２２、２４（図１）を接続する接続通路２６にも配置される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、先行技術に係るガス拡散電極と相似の本発明に係る半セルの模式的断面図である。
【図２】図２は、図１の線Ａ−Ａ’における模式的断面図の抜粋である。
【図３】図３は、基本的に図２に示した断面図に対応する、本発明の好適な実施形態の模式的断面図である。

Claims (6)

1. 電解液供給部（１２）および電解液排出部（１１）を有する、電解液を保持するための電極空間（１０）と、
   ガスを保持するための複数のガスポケット（１８、２０、２２、２４）であって、底部ガスポケット（１８）がガス供給部（３４）を有して成るガスポケットと、
   二つのガスポケット（２０、２２）を相互に接続する接続通路（２６）であって、ガスが第一ガスポケット（２０）の出口開口（２８）を経て接続通路（２６）内に流入し、後者から入口開口（３０）を経て第二のガスポケット（２２）内に流入するように構成された接続通路（２６）と、
   電極空間（１０）をガスポケット（１８、２０、２２、２４）から分離するガス拡散電極（３６）と、
   を少なくとも備えた、特にアルカリ金属塩化物の水溶液から塩素を電気化学的に生産するための電気化学半セルにおいて、
   接続通路（２６）内に位置する電解液を保持するために接続通路（２６）内に保持要素（４０）を配置する、
   ことを特徴とする電気化学半セル。
2. 前記保持要素（４０）がプラスチック、金属、またはセラミックから作られたメッシュ、布、編まれた布、不織布、または発泡体に基づくことを特徴とする、請求項１に記載の電気化学半セル。
3. 前記保持要素（４０）を前記入口開口（３０）の領域に配置することを特徴とする、請求項１および２のいずれかに記載の電気化学半セル。
4. 前記接続通路（２６）に部分的に電解液を充填し、かつ部分的にガスを充填し、前記保持要素（４０）を電解液表面（４４）より前記入口開口（３０）の方により近接して配置することを特徴とする、請求項１ないし３の一項に記載の電気化学半セル。
5. 前記保持要素を前記接続通路（２６）のガス充填部分（４８）の前記入口開口（３０）に接続される半部に配置することを特徴とする、請求項４に記載の電気化学半セル。
6. 前記出口開口（２８）をガスポケット（２０）の下方領域に配置し、前記入口開口（３０）をガスポケット（２２）の上方領域に配置することを特徴とする、請求項１ないし５の一項に記載の電気化学半セル。