JP2007321229A - イオン交換膜電解槽 - Google Patents

Abstract

【課題】電極間間隔を所定の大きさに保持することが可能なイオン交換膜電解槽を提供する。
【解決手段】イオン交換膜電解槽１において、少なくとも一方の電極は、電極室内に設けた平板ばね状体保持部材１１と一体に形成されて電極方向に延びる平板ばね状体１２と電極接触部１５において接触して通電されており、平板ばね状体１２は平板ばね状体保持部材１１との結合部１３ｂから距離を設けた位置に、電極接触部１５が平板ばね状体保持部材１１側へ押圧された際に曲がる屈曲部１４を有するイオン交換膜電解槽。
【選択図】図１

Description

本発明はイオン交換膜電解槽に関するものであり、電極間の間隔を所定の大きさに保持することが可能なイオン交換膜電解槽に関するものである。

水溶液の電気分解に用いる電解槽においては、電気分解に要する電圧は各種の要因によって左右される。なかでも陽極と陰極との間の間隔が電解槽電圧に大きく影響を及ぼす。そこで、電極間の間隔を小さくし、電解槽電圧を低下させて電気分解に要するエネルギー消費量を低下させることが行なわれている。
食塩水の電気分解に使用するイオン交換膜電解槽等においては、陽極、イオン交換膜、陰極の三者を密着状態に配置して電解槽電圧を低下させているが、電極面積が数平方メートルにも達する大型の電解槽では、陽極、陰極を剛性の部材によって電極室に結合した場合には、両電極をイオン交換膜に密着させて電極間隔を小さくして所定の値に保持することは困難であった。

そこで、陽極または陰極の少なくともいずれか一方に可撓性の部材を使用して電極間の間隔を調整可能とした電解槽が提案されている。
可撓性の部材を電極間の間隔を小さくする手段として使用した各種の電解槽が提案されており、金属の細線の織布、不織布、網等からなる可撓性の部材を多孔性の電極基体上に配置した電極が提案されている。
これらの電極は、可撓性の部材が金属細線から構成されているので、対極からの逆圧によって過度に押圧された場合には、部分的に変形して電極間の間隔が不均一なものとなったり、細線が、イオン交換膜が突き刺さる等の問題点があった。
また、多数の平板状のばね材によって電極室隔壁側と電極との間に導電接続を形成した電解槽が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１１は、従来の平板ばね状体を有する電解槽を説明する図である。
図１１（Ａ）は、斜視図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の平板ばね状体を用いた電解槽の電極室の水平方向断面を説明する図である。
板状の平板ばね状体保持部材１１には、平板ばね状体１２が斜め方向に起伏した複数対の櫛状の部材が取り付けられている。図では、３対の櫛状の部材が示されている。また、各対の櫛状の部材を形成する隣接する平板ばね状体１２は、互いに反対方向へ延びて相互に差し込まれている。
また、平板ばね状体１２は、電極に接触する先端部が平板ばね状体保持部材１１側にほぼ平行に折り曲げられた電極接触部１５を有しており、電極接触部１５が電極と接触して導電接触を行っている。

図１１（Ｂ）に示すように、陰極室９には、陰極側に平板ばね状体保持部材１２とほぼ平行な電極接触部１５が設けられおり、陰極８と平板ばね状体保持部材１１との間の間隔を小さくした場合に陰極８と平板ばね状体１２との接触が行われる。
しかしながら、組み立て時に陰極８が大きく押圧されたり、あるいは電解槽の運転開始準備中に圧力が異常となって陽極室６と陰極室９の圧力が逆転し、陽極室側の圧力が高くなり、陰極８と陰極室隔壁７との間の間隔が小さくなった場合には、陰極と陰極室隔壁との間隔が限度を超えると平板ばね状体１２は、塑性変形をきたし復元力を失うことがあった。特に、陰極室用の部材として用いられているニッケル板は、復元力が小さな金属材料であるために、復元力を失うとばねの特性を利用した極間距離の調整機能が失われて、所定の極間距離を保持することができないという問題点があった。
特許第３５０１４５３号公報

本発明は、可撓性の通電手段を用いて電極と集電体とを結合した電解槽に関するものであり、大面積の電極であっても電極面を平滑に保持することが可能であって、可撓性の通電手段によって電極がいずれかの方向へ移動したり、あるいはイオン交換膜面に対して過度の圧力が加わることがない電解槽を提供することを課題とするものであって、電解槽内の圧力の異常によって陽極室と陰極室との圧力が逆転した場合にあっても可撓性通電手段が復元可能な電解槽を提供することを課題とするものである。

本発明の課題は、イオン交換膜電解槽において、少なくとも一方の電極は、電極室内に設けた平板ばね状体保持部材と一体に形成されて電極方向に延びる平板ばね状体と電極接触部において接触して通電されており、平板ばね状体は平板ばね状体保持部材との結合部から距離を設けた位置に、電極接触部が平板ばね状体保持部材側へ押圧された際に曲がる屈曲部を有するイオン交換膜電解槽によって解決することができる。
また、平板ばね状体は、先端部に平板ばね状体保持部材側に折り曲げられた接触部を有し、平板ばね状体の接触部と電極が平面、または曲面で接触した前記のイオン交換膜電解槽である。
平板ばね状体は、先端部に向かって幅が漸減するか、もしくは先端部に向かって幅が漸減した後に、接触部において幅が増大した形状を有する前記のイオン交換膜電解槽である。
また、平板ばね状体の平板ばね状体保持部材への投影面には、開口部が存在し、隣接する平板ばね状体の間の投影面には平板ばね状体保持部材が存在する前記のイオン交換膜電解槽である。

また、平板ばね状体は、結合部と屈曲部との間に、平板ばね状体が接触する電極側とは反対側へ窪んだ結合部に平行な凹部を形成した前記のイオン交換膜電解槽である。
平板ばね状体は、平板ばね状体保持部材の結合部と間隔を設けた位置に、平板ばね状体が接触する電極とは反対側へ立ち下がる部分を有し、更に先端側に接触する電極方向へ立ち上がる部分を有する前記のイオン交換膜電解槽である。
平板ばね状体保持部材は、複極型電解槽の電極室隔壁と接合されて固定および導電接続を形成したものである前記のイオン交換膜電解槽である。

また、 平板ばね状体保持部材は、額縁状の単極室電解槽の筒状で内部が電解液の下降流路を形成するとともに電流分配の作用を果たす電流分配手段と接合されて固定および導電接続を形成したものである前記のイオン交換膜電解槽である。
平板ばね状体が接触する電極とは反対側へ平板ばね状体を投影した部分に延びた板状部材または指状部を有する櫛状部材からなる接合補助部材を、平板ばね状体保持部材と電極室隔壁面または電流分配部材面との間に配置して接合した前記のイオン交換膜電解槽である。

本発明のイオン交換膜電解槽は、電極と電極接触部において接触して導電接続を形成する平板ばね状体として、平板ばね状体保持部材との結合部から間隔を設けた部分に電極面を押圧された場合に変形する屈曲部を設けたので、平板ばね状体が押圧された場合には、平板ばね状体の結合部に変形の応力が集中することはないので、圧力異常時に大きく押圧されて変形した場合にも平板ばね状体が塑性変形を生じてばねとしての特性を失うことがないイオン交換膜電解槽を提供することが可能となる。

本発明は、平板ばね状体を設けた板を電極室隔壁、集電体等に配置した電解槽において、平板ばね状体は平板ばね状体保持部材との結合部から距離を設けた位置に、平板ばね状体が押圧された場合に変形する屈曲部が生じるものとしたので、平板ばね状体が押圧された場合でも平板ばね状体の保持部材との結合部に加わる応力を小さくすることが可能となり、前記結合部へ作用する応力が小さなものとなる結果、電極室内の圧力が逆転しても平板ばね状体が復元不可能な変形を受けることを防止することが可能であることを見いだしたものである。

以下に図面を参照して本発明を説明する。
なお、以下の説明においては、陰極室隔壁に平板ばね状体保持部材を接合し、陰極側を可動として陽極との間隔を調整可能とした電解槽について説明をするが、陽極室隔壁に平板ばね状体保持部材を設けて陽極を可動として対極との間隔を調整可能とした電解槽に適用したものであっても同様である。
図１は、本発明の電解槽の一実施例を説明する図であり、図１（Ａ）は、複数個の電解槽ユニットを積層したイオン交換膜電解槽の断面を説明する図であり、図１（Ｂ）は、電解槽ユニットの陰極側から見た平面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）において、Ａ−Ａ’線で切断した断面図である。
図１（Ａ）に示すように、イオン交換膜電解槽１は複極式の電解槽ユニット２の所定の個数をイオン交換膜３を介して積層して組み立てられている。
電解槽ユニット２には、陽極室隔壁４から間隔を設けて陽極５が配置され、陽極室６が形成されている。また、陰極室隔壁７から間隔を設けて陰極８が配置されており、陰極室隔壁７とイオン交換膜３の間に陰極室９が形成されている。
また、陽極室６、陰極室９の上部には、それぞれ陽極室側気液分離手段４０、陰極室側気液分離手段４１が設けられている。

また、電解槽ユニット２の陽極室６には、陽極液供給口３１が取り付けられ、陽極室側気液分離手段４０には、濃度が低下した陽極液と気体を排出する陽極液排出口３２が取り付けられている。
また、電解槽ユニット２の陰極室９には、陰極液供給口３３が取り付けられ、陰極室側気液分離手段４１には、濃度が低下した陰極液と気体を排出する陰極液排出口３４が取り付けられている。
陽極で発生した気体を含んだ気液混合流体が陽極室の上部で気液分離し、電解液の一部は陽極液排出口３２から流出する。そして一部は陽極室内を下降し、電解槽に設けた陽極液供給口３１から供給されて陽極室内へ噴出する陽極液とともに混合されて陽極において電気分解が行われる。
なお、陽極液供給口、陽極液排出口は、図に示すように、それぞれを同一の側に配置する例を示したが、供給口と排出口を対向して配置しても良く、また陽極液供給口と陰極液供給口を同一の側に配置しても良い。

図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示すように、陰極室隔壁７には、平板ばね状体保持部材１１が陰極室隔壁接合部２０に取り付けられており、平板ばね状体保持部材１１には平板ばね状体１２が結合されている。
平板ばね状体保持部材１１と平板ばね状体１２との結合部１３は、電解槽の高さ方向の直線に線対称に間隔を設けて形成されており、一対の結合部１３ａ、１３ｂに結合された平板ばね状体１２は互いに反対方向へ伸びており、平板ばね状体１２には結合部１３ａ、１３ｂから間隔を設けた位置に屈曲部１４を有し、屈曲部１４の先端部には電極と接触して導電接続を形成する電極接触部１５を有している。

屈曲部１４は、平板ばね状体１２の電極接触部１５に平板ばね状体保持部材面方向への力が加わった際に平板ばね状体が折れ曲がる部分である。図１に示す平板ばね状体では、平板ばね状体に力が作用しない場合に平板ばね状体保持部材との結合部から水平方向に延びた部分に形成されており、電極接触部を形成した先端部分が立ち上がり部１６から垂直方向へと延びている。

屈曲部１４は、平板ばね状体保持部材との結合部から間隔を設けた部分に形成されるので、平板ばね状体１２が平板ばね状体保持部材１１側へ繰り返し押圧された場合、あるいは運転開始時等にまれに生じる異常な圧力で押圧された場合でも、結合部１３に対する応力の集中が避けられるので、結合部１３への応力の集中によって結合部が回復しがたい塑性変形を受けることを防止することができる。

また、平板ばね状体１２には、結合部１３と屈曲部１４との間に、結合部１３に平行に、電極面と凹部１７を形成した場合には、結合部１３への応力集中による塑性変形を防止する効果が大きな平板ばね状体を得ることができる。

また、平板ばね状体１２の先端部に設けられる電極接触部１５は、鈍角状あるいは曲面状に曲げられて電極と接触する電極接触部１５が設けられており、電極接触部１５が陰極８と接触して通電される。
平板ばね状体１２は、電解槽の高さ方向の直線に線対称に間隔を設けて互いに向き合う方向へ伸びており、その先端部に設けた電極接触部１５が陰極８と接触している。このため、電極接触部１５に接触した陰極８には、陰極８を陰極面に平行な方向へ移動させようとする力は殆ど作用せず、陰極面に直角方向の力のみが作用する。

また、平板ばね状体１２は、その反発力によって陰極８と陰極面と直角の方向へと変位させ、陰極８を陰極面と平行に移動させることはないので、イオン交換膜面を傷つける等の問題を生じることなく所定の位置に調整することが可能となる。
陰極室隔壁に装着する平板ばね状体保持部材１１は、陰極面と同等の大きさの１個の部材であっても、あるいは複数個の部材を所定の個数配置したものであっても良い。
平板ばね状体保持部材１１には、平板ばね状体１１を作製する際に、板材を切断して折り曲げ加工した際に開口部２５が形成されているので、電極面に沿って上昇した気泡を含んだ陰極液は、上部において気体を分離した後に開口部２５を通じて、陰極室隔壁７側の空間を下降して、陰極液供給口３３を通じて供給された陰極液とともに電解槽内で電気分解を受け、陰極液排出口３４から排出される。

一方、陽極室隔壁４には、陽極室隔壁接合部３０において陽極室隔壁４と陽極５が接合されている。両者は、連続的な溶接部、多数の点状の溶接部等によって接合されて機械的な保持と導電接続が形成されている。

また、本発明のイオン交換膜電解槽においては、陽極室隔壁と陰極室隔壁がトラス型等の凹凸を有する形状を有しているので、チタン、ニッケル等の薄板で作製した電極室の剛性を高めることができる。

図２は、本発明の平板ばね状体の一実施例を説明する図である。
図２（Ａ）は斜視図であり、図２（Ｂ）は平板ばね状体を拡大して示す図であり、図２（Ｃ）は平板ばね状体の動きを説明する側面図である。
平板ばね状体１２は、板材の一部を残して切断した後に、所定の折り曲げ加工を行ってて平板ばね状体保持部材１１と平板状ばね状体１２とを結合部１３を残して一体に作製さしたものである。平板ばね状体は、結合部１３から平板ばね状体保持部材と同一平面上を延び、立ち上がり部１６から平板ばね状体保持部材面に対して電気的な接続を行う電極方向に垂直方向に立ち上がり、その先端部には電極接触部１５を有している。

電極接触部１５に力Ｆが加わると、平板ばね状体は図２（Ｃ）において破線で示すように、結合部１３から距離を置いた屈曲部１４および立ち上がり部１６が変形し、その先端部は、平板ばね状体１２の作製時に形成した開口部２５側へと変形する。その結果、平板ばね状体を結合部から直ちに斜め方向に立ち上げた平板ばね状体のように結合部のみに大きな応力が集中することを避けることができる。

また、平板ばね状体１２には、結合部１３と屈曲部１４との間に、結合部１３に平行に、凹部１７を形成した場合には、結合部１３へ加わる応力を更に小さくすることが可能となる。凹部は、平板ばね状体の作製工程において折り曲げ加工を行うことによって形成することが可能である。

また、平板ばね状体１２は、板材から所定の切断線に沿って切断、打ち抜き等を行った後に、立ち上がり部を直角に折り曲げ加工し、更に先端部を曲面状に折り曲げ加工することによって作製することができる。

図３は、本発明の平板ばね状体の他の実施例を説明する図である。
図３（Ａ）は斜視図であり、図３（Ｂ）は平板ばね状体の動きを説明する側面図である。
平板ばね状体１２は板材の一部を切断して、平板ばね状体保持部材１１と平板状ばね状体１２との結合部１３を残して作製されたものであり、結合部１３から平板ばね状体保持部材と同一平面上を延びた位置から曲面を描いて電極側とは反対方向へ下がり、さらに立ち上がり部１６において曲面を描いて立ち上がり、その先端部には電極接触部１５を有している。

電極接触部１５に力Ｆが加わると、平板ばね状体は、図３（Ｂ）において破線で示すように、平板ばね状体１２は結合部１３から距離を置いた屈曲部１４が変形する。その結果、平板ばね状体を結合部から直接に斜め方向に立ち上げた場合のように結合部のみに大きな応力が集中することを避けることができる。

また、平板ばね状体１２は、結合部１３から電極接触部１５までは幅が漸減し、電極接触部１５は幅が大きくなっている。このために、平板ばね状体１２は、円滑に動くと共に、電極接触部１５における電極との接触面積が大きくなるので、電極接触部に接触する電極への圧力集中による電極やイオン交換膜への悪影響を防止することができる。

また、平板ばね状体１２には、結合部１３と屈曲部１４との間に、結合部１３に平行に、凹部１７を形成した場合には、結合部１３へ加わる応力を小さくすることが可能となる。
凹部は、平板ばね状体の作製工程において所定の折り曲げ加工を行うことによって形成することが可能である。

図４は、本発明の平板ばね状体の他の実施例を説明する図である。
図４（Ａ）は斜視図であり、図４（Ｂ）は平板ばね状体を拡大して示す図であり、図４（Ｃ）は平板ばね状体の動きを説明する側面図である。
平板ばね状体１２は、板材の一部を切断して、平板ばね状体保持部材１１と平板ばね状体１２との結合部１３を残して作製されたものであり、結合部１３から平板ばね状体保持部材と同一平面上を延びた位置から曲面を描いて平板ばね状体保持部材の表面から導電接触する電極側へ立ちあがったものであり、その先端部には電極接触部１５を有している。

電極接触部１５に力Ｆが加わると、平板ばね状体は、図４（Ｃ）において破線で示すように、平板ばね状体１２は結合部１３から距離を置いた屈曲部１４が変形する。その結果、平板ばね状体を結合部から直接に斜め方向に立ち上げた場合のように結合部のみに大きな応力が集中することを避けることができる。

また、平板ばね状体１２には、結合部１３と屈曲部１４との間に、結合部１３に平行に、凹部１７を形成した場合には、結合部１３へ加わる応力を小さくすることが可能となる。
凹部は、平板ばね状体の作製工程において所定の折り曲げ加工を行うことによって形成することが可能である。

図５は、本発明の平板ばね状体の他の実施例を説明する図である。
図５（Ａ）は、斜視図であり、図５（Ｂ）は平板ばね状体を拡大して示す図であり、図５（Ｃ）は平板ばね状体の動きを説明する側面図である。
平板ばね状体１２は、板材の一部を残して切断して平板ばね状体保持部材１１と平板ばね状体１２とを結合部１３を残して一体に作製されたものであり、結合部１３から平板ばね状体保持部材と同一平面上を延びた平板ばね状体は、立ち下がり部１８から電極室隔壁側へ直角に折れ曲がった後に、立ち上がり部１６から電気的な接続を行う電極方向に斜め上方へ延びたものであって、その先端部には電極接触部１５を有している。
立ち下がり部１８と立ち上がり部１６との距離は、部材の特性等に応じて設定することが可能ができる。

電極接触部１５に力Ｆが加わると、平板ばね状体は図５（Ｃ）において破線で示すように、結合部１３から距離を置いた屈曲部１４および立ち上がり部１６が変形する。その結果、平板ばね状体を結合部から直ちに斜め方向に立ち上げた平板ばね状体のように結合部のみに大きな応力が集中することを避けることができる。

また、平板ばね状体１２には、結合部１３と屈曲部１４との間に、結合部１３に平行に、凹部１７を形成した場合には、結合部１３へ加わる応力を小さくすることが可能となる。
凹部は、平板ばね状体の作製工程において所定の折り曲げ加工を行うことによって形成することが可能である。

図６は、本発明の平板ばね状体の他の実施例を説明する図である。
図６（Ａ）は、斜視図であり、図６（Ｂ）は平板ばね状体の動きを説明する側面図である。
平板ばね状体１２は、板材の一部を残して切断して平板ばね状体保持部材１１と平板ばね状体１２とを結合部１３を残して一体に作製されたものであり、結合部１３から平板ばね状体保持部材と同一平面上を延びた平板ばね状体は、立ち下がり部１８から電極室隔壁側へ斜めに折れ曲がった後に、立ち上がり部１６から電気的な接続を行う電極方向に斜め上方へ延びたものであって、その先端部には電極接触部１５を有している。
立ち下がり部１８と立ち上がり部１６との距離は、部材の特性等に応じて設定することができる。

電極接触部１５に力Ｆが加わると、平板ばね状体は図６（Ｂ）において破線で示すように、結合部１３から距離を置いた屈曲部１４および立ち上がり部１６が変形する。その結果、平板ばね状体を結合部から直ちに斜め方向に立ち上げた平板ばね状体のように結合部のみに大きな応力が集中することを避けることができる。

また、平板ばね状体は、立ち下がり部１６から斜め下方に延びているので、陰極室隔壁７と平板ばね状体支持部材１１との間の空間が小さい電解槽の場合にも、平板ばね状体１２が押圧された際に陰極室隔壁７に衝突することはなく、円滑な動きが可能となる。
また、平板ばね状体１２には、結合部１３と屈曲部１４との間に、結合部１３に平行に、凹部１７を形成した場合には、結合部１３へ加わる応力を小さくすることが可能となる。
凹部は、平板ばね状体の作製工程において所定の折り曲げ加工を行うことによって形成することが可能である。

図７は、本発明の平板ばね状体の他の実施例を説明する図である。
図７（Ａ）は、斜視図であり、図７（Ｂ）は平板ばね状体を拡大して示す図であり、図７（Ｃ）は平板ばね状体の動きを説明する側面図である。
平板ばね状体１２は、板材の一部を残して切断して平板ばね状体保持部材１１と平板ばね状体１２とを結合部１３を残して一体に作製されたものであり、結合部１３から平板ばね状体保持部材と同一平面上を延びた平板ばね状体は、立ち下がり部１８から電極室隔壁側へ直角に折れ曲がった後に、水平方向屈曲部１９から水平方向へ延び、立ち上がり部１６から電気的な接続を行う電極方向に垂直に延びたものであって、その先端部には電極接触部１５を有している。

結合部１３と立ち下がり部１８との距離、立ち下がり部１８と水平方向屈曲部１９との距離、水平方向屈曲部１９から立ち上がり部１６までの距離は、部材の特性等に応じて設定することが可能であるが、平板ばね状体の動きを円滑なものとするためには、立ち下がり部１８から水平方向屈曲部１９までの距離を他の部分の距離よりも短くすることが好ましい。

電極接触部１５に力Ｆが加わると、平板ばね状体は図７（Ｃ）において破線で示すように、結合部１３から距離を置いた屈曲部１４、立ち下がり部１８、水平方向屈曲部１９、立ち上がり部１６等が変形する。その結果、平板ばね状体を結合部から直ちに斜め方向に立ち上げた平板ばね状体のように結合部のみに大きな応力が集中することを避けることができる。

また、平板ばね状体１２には、結合部１３と屈曲部１４との間に、結合部１３に平行に、凹部１７を形成した場合には、結合部１３へ加わる応力を小さくすることが可能となる。
凹部は、平板ばね状体の作製工程において所定の折り曲げを行うことによって形成することが可能である。

図８は、本発明のイオン交換膜電解槽の他の実施例を説明する図である。
図８（Ａ）は、イオン交換膜電解槽の電解槽の水平方向に切断した断面の一部を説明する図であり、図１（Ｃ）に対応する図である。また、図８（Ｂ）は、平板ばね状体保持部材と陰極室隔壁との接合部を説明する分解斜視図である。また、図８（Ｃ）及び図８（Ｄ）は、それぞれ接合部に配置する補助部材を説明する図である。
図１に示したイオン交換膜電解槽では、陰極室隔壁７に設けた接合部２０に対して平板ばね状体保持部材１１が直接接合されているのに対して、図８に示したイオン交換膜電解槽においては、図８（Ｂ）に示すように陰極室隔壁７の頂部に形成した陰極室隔壁接合部２０に補助部材２１を配置して、陰極室隔壁７、補助部材２１及び平板ばね状体保持部材１１を一体に接合したものである。

このように補助部材を配置することによって、平板ばね状体を圧縮する高さ、あるいは押さえ込む深さが同一の場合、平板ばね状体の厚みを薄くすると塑性変形を生じにくくなるが、反力が小さくなり、陰極と平板ばね状体の先端の電極接触部との接触面圧が小さくなり、電気抵抗が大きくなるのを防止することができる。

図８（Ｂ）に示した補助部材２１は、櫛状の部材であって、中央部から両側に延びた指状部２２を有し、指状部２２は平板ばね状体を平板ばね状体側へ投影した場合の長さとほぼ同じ長さをしていることが好ましい。

平板ばね状体１２の先端の電極接触部１５に圧力が加わった場合には、平板ばね状体１２は、補助部材２１の中央部から両側に延びた指状部２２によって背面から保持されるので、補助部材を設けない場合に比べて電極接触部に加わる圧力による平板ばね状体の反力を大きくすることができる。したがって、平板ばね状体として塑性変形しにくい厚みが小さな部材を使用しても反力が大きく先端の電極接触部の接触電気抵抗を小さくすることが可能となる。
また、補助部材２１として、図８（Ｃ）に示すような板状体、あるいは図８（Ｄ）に示すような板状体に、両側に切断線２３を設けて、押圧された場合に変形する変形部２４を形成したものであっても良い。

以上の説明では、イオン交換膜電解槽として複極式のフィルタープレス型のイオン交換膜電解槽を例に挙げて説明したが、単極式フィルタープレス型のイオン交換膜電解槽に適用することができる。
図９は、単極式の電解槽に平板ばね状体を設けた例を説明する図である。
図９（Ａ）は、フィルタープレス型単極式電解槽の単位電解槽の一部を切り欠いた図であり、陰極室側に本発明の平板ばね状体を装着した例を説明する図である。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）において、Ｃ−Ｃ’線で切断した断面図である。
単極式の単位電解槽５１の電解槽枠体５２に導電体５３が装着されており、導電体５３には、内部に電解液の下降流路を形成すると共に、内部に電解液の下降流路を形成する電流通電手段５４が配置されている。
電流通電手段５４の両面には、平板ばね状体保持部材１１が接合されており、平板ばね状体保持部材１１の結合部１３には、平板ばね状体１２が結合され、平板ばね状体１２の先端部に形成した電極接触部１５が陰極８と接して導電接続を形成するとともに、電極面と直角方向の電極間隔を調整可能としている。

平板ばね状体保持部材１１には、平板ばね状体１１を作製する際に、板材を切断して折り曲げ加工した際に開口部２５が形成されているので、電極面に沿って上昇した気泡を含んだ陰極液は、開口部２５を通じて平板ばね状体保持部材の背面に流れて上昇し、電極室の上部において気体を分離した後に、電流通電手段５４内の筒状部を下降して、陰極液供給口５５を通じて供給された陰極液とともに電解槽内で電気分解を受け、陰極液排出口５６から排出される。

図１０は、平板ばね状体の形状を説明する図であり、平面図であり、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、平板ばね状体の成形前の切断加工した状態を説明する図であり隣接する２個を示した図である。
図１０（Ａ）は、平板ばね状体保持部材に、結合部１３を残して所定の切断線１２Ａで切断した図であって、形成された平板ばね状体形成部材１２Ｂは、結合部１３から等しい幅の部材である場合を示している。
平板ばね状体１２は、平板ばね状体の間の間隙に残存部材１２Ｃを存在させることによって、過度な逆圧によって電極が平板ばね状体保持部材側へ押圧された場合に、電極は平板ばね状体保持部材によって接触して保持される結果、平板ばね状体がそれ以上変形することを防止することができる。これによって、過度な逆圧が生じても、電極、イオン交換膜、平板ばね状体の損傷を防止することができる。また、平板ばね状体の間の間隙に存在させる部材の幅は基材金属の厚み、その剛性等に応じて適宜設定することができる。

図１０（Ｂ）は、切断線１２Ａによって切り取られて残された平板ばね状体形成部材１２Ｂは、結合部１３から先端部に向けて幅が漸減するテーパ状を有した部材であって、これを所定の部分から折り曲げて平板ばね状体を作製した場合には、先端部が小さいために結合部１３に加わる応力を小さくすることが可能である。

図１０（Ｃ）は、切断線１２Ａによって切り取られて残された平板ばね状体形成部材１２Ｂは、結合部１３から先端部に向けて幅が漸減するテーパ状を有した部材であって、先端部に設けた電極接触部形成部材１５Ａは、幅が広くなっている。
図１０（Ｄ）は、図１０（Ｃ）に示した平板ばね状体形成部材１２Ｂを所定の折り曲げ加工を施したものを示しており、先端部には面積が大きな電極接触部１５が形成されており、電極接触部による接触圧力を低下させ、また同時に電極との接触電気抵抗を小さくすることができる。

以上の説明においては、平板ばね状体および平板ばね状体保持部材は、陰極側に設ける場合について述べたが、陰極側に限らず陽極側に設けても良い。

陰極側に設ける場合には、平板ばね状体保持部材には、陰極室内部の環境において、良好な耐食性を示すニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼等を用いることができ、陰極には、ニッケル、ニッケル合金の多孔体、網状体、エキスパンデッドメタル、あるいはこれらを基体として、表面に白金族金属含有層、ラネーニッケル含有層、活性炭含有ニッケル層等の電極触媒物質の被覆を形成し、水素過電圧を低下させたものを用いることができる。

また、陽極側に設ける場合には、チタン、タンタル、ジルコニウム等の薄膜形成性金属あるいはこれらの合金を用いることができる。陽極には、チタン、タンタル、ジルコニウム等の薄膜形成性金属あるいはこれらの合金の表面に、白金族金属、白金族金属の酸化物を含有する電極触媒物質の被覆を形成した陽極を用いることができる。
また、平板ばね状体の大きさは、電解槽の電極面積等に応じて定めることができるが、厚さ０．１ｍｍないし０．３ｍｍ、幅２ｍｍないし１０ｍｍ、長さ１５ｍｍないし５０ｍｍのものを挙げることができる。

本発明のイオン交換膜電解槽は、電極と電極接触部において接触して導電接続を形成する平板ばね状体として、平板ばね状体保持部材との結合部から間隔を設けた部分に電極面を押圧された場合に、変形する屈曲部を設けたので、平板ばね状体が押圧された場合には、平板ばね状体の結合部に変形の応力が集中することはなく、電解槽の運転開始時等の圧力異常時に大きく押圧されて変形した場合でも平板ばね状体が塑性変形を生じてばねとしての特性を失うことはないイオン交換膜電解槽を提供することができる。

図１は、本発明の電解槽の一実施例を説明する図である。 図２は、本発明の平板ばね状体の一実施例を説明する図である。 図３は、本発明の平板ばね状体の他の実施例を説明する図である。 図４は、本発明の平板ばね状体の他の実施例を説明する図である。 図５は、本発明の平板ばね状体の他の実施例を説明する図である。 図６は、本発明の平板ばね状体の他の実施例を説明する図である。 図７は、本発明の平板ばね状体の他の実施例を説明する図である。 図８は、本発明のイオン交換膜電解槽の他の実施例を説明する図である。 図９は、単極式の電解槽に平板ばね状体を設けた例を説明する図である。 図１０は、平板ばね状体の形状を説明する図である。 図１１は、従来の平板ばね状体を有する電解槽を説明する図である。

符号の説明

１…イオン交換膜電解槽、２…複極式の電解槽ユニット、３…イオン交換膜、４…陽極室隔壁、５…陽極、６…陽極室、７…陰極室隔壁、８…陰極、９…陰極室、１１…平板ばね状体保持部材、１２…平板ばね状体、１２Ａ…切断線、１２Ｂ…平板ばね状体形成部材、１２Ｃ…残存部、１３，１３ａ，１３ｂ…結合部、１４…屈曲部、１５…電極接触部、１５Ａ…電極接触部形成部材、１６…立ち上がり部、１７…凹部、１８…立ち下がり部、１９…水平方向屈曲部、２０…陰極室隔壁接合部、２１…補助部材、２２…指状部、２３…切断線、２４…変形部、２５…開口部、３０…陽極室隔壁接合部、３１…陽極液供給口、３２…陽極液排出口、３３…陰極液供給口、３４…陰極液排出口、４０…陽極室側気液分離手段、４１…陰極室側気液分離手段、５１…単極式の単位電解槽、５２…電解槽枠体、５３…導電体、５４…電流通電手段、５５…陰極液供給口、５６…陰極液排出口、Ｆ…力

Claims (9)

1. イオン交換膜電解槽において、少なくとも一方の電極は、電極室内に設けた平板ばね状体保持部材と一体に形成されて電極方向に延びる平板ばね状体と電極接触部において接触して通電されており、平板ばね状体は平板ばね状体保持部材との結合部から距離を設けた位置に、電極接触部が平板ばね状体保持部材側へ押圧された際に曲がる屈曲部を有することを特徴とするイオン交換膜電解槽。
2. 平板ばね状体は、先端部に平板ばね状体保持部材側に折り曲げられた接触部を有し、平板ばね状体の接触部と電極が平面、または曲面で接触したことを特徴とする請求項１記載のイオン交換膜電解槽。
3. 平板ばね状体は、先端部に向かって幅が漸減するか、もしくは先端部に向かって幅が漸減した後に接触部において幅が増大した形状を有することを特徴とする請求項２記載のイオン交換膜電解槽。
4. 平板ばね状体の平板ばね状体保持部材への投影面には、開口部が存在し、隣接する平板ばね状体の間の投影面には平板ばね状体保持部材が存在することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載のイオン交換膜電解槽。
5. 平板ばね状体は、結合部と屈曲部との間に、平板ばね状体が接触する電極側とは反対側へ窪んだ結合部に平行な凹部を形成したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のイオン交換膜電解槽。
6. 平板ばね状体は、平板ばね状体保持部材の結合部と間隔を設けた位置に、平板ばね状体が接触する電極とは反対側へ立ち下がる部分を有し、更に先端側に接触する電極方向へ立ち上がる部分を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載のイオン交換膜電解槽。
7. 平板ばね状体保持部材は、複極型電解槽の電極室隔壁と接合されて固定および導電接続を形成したものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載のイオン交換膜電解槽。
8. 平板ばね状体保持部材は、額縁状の単極室電解槽の筒状で内部が電解液の下降流路を形成するとともに電流分配の作用を果たす電流分配手段と接合されて固定および導電接続を形成したものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載のイオン交換膜電解槽。
9. 平板ばね状体が接触する電極とは反対側へ平板ばね状体を投影した部分に延びた板状部材または指状部を有する櫛状部材からなる接合補助部材を、平板ばね状体保持部材と電極室隔壁面または電流分配部材面との間に配置して接合したことを有することを特徴とする請求項７または８記載のイオン交換膜電解槽。

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