JP2008501864A

JP2008501864A - 双極電極を有する電解槽の電気回路及び双極電極を有する電解装置

Info

Publication number: JP2008501864A
Application number: JP2007526429A
Authority: JP
Inventors: ヨアヒムランゲ
Original assignee: ソルヴェイ（ソシエテアノニム）
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2008-01-24
Also published as: WO2005121410A3; US20070205110A1; EA011603B1; EP1769104A2; FR2871479A1; WO2005121410A2; FR2871479B1; BRPI0511955A; AR052970A1; CA2568833A1; CN101048534A; EA200700005A1

Abstract

電解槽の下に及び/又は上に配置される少なくとも1つのバスバー(9、10、14)を備えている、実質的に垂直の双極電極を有する電解槽の電気回路。このような回路及び垂直の双極電極を有する少なくとも1つの電解槽(3)を備えた電解装置。
【選択図】図３

Description

発明の詳細な説明

本発明は、双極電極を有する電解槽、特にこのような電解槽の電源に関する。
本発明は、特に、双極電極を有する電解槽に整流電力を供給するための電気回路に関する。
DC電源によって供給される双極電極を有する電解槽は、電気化学業界において一般に用いられている。このような電解槽は、塩化ナトリウム水溶液を電気分解するために一般に用いられ、塩素、水酸化ナトリウム水溶液又は塩素酸ナトリウム水溶液を生成させる。
双極電極を有する電解槽に使われる高電流密度を考慮すると、整流AC電源は、一般的にはDC電源に置き換えられる。整流AC電源は、通常パルスを示し、その周波数と振幅は、用いられる整流器に左右される。従って、整流AC電源によって生じる電磁界は、ある種の工業用途において、特に塩素及び水酸化ナトリウム水溶液を連続して生成するための双極電解槽において、相対的に強くなってしまう誘導電流を生じやすい。
極限条件下の高電磁界、特に整流AC電源によって生じるものは、誘導電流が生成しやすいことから、人体に有害な作用を有することがあることも周知である。従って、工業用装置の近くで人員を保護するか又は電磁界の強度を低下させるための手段をとることは重要である。これらの規格の中で、欧州規格89/391/EECが特に厳密である。

本発明の目的は、双極電極を有する工業用電解槽に高強力電流を供給するために、新規な設計の電気回路を提供することである。
本発明の目的は、特に、電解槽の近くでの電磁界が上記の欧州規格を満たすのに十分に低い値まで低下している電気回路を提供することである。
本発明の目的は、更に、双極電極を有する電解槽の側壁に設置された通路上の磁場の強度を減弱させることである。

結果として、本発明は、電解槽の外側に配置される少なくとも1つの電流ラインを備えている、双極電極を有する電解槽の電気回路であって、電流ラインが、電解槽の下に及び/又は上に配置される少なくとも1つのバスバーを備えていることを特徴とする、前記電気回路に関する。

本発明は、より詳細には、実質的に垂直の双極電極を有する電解槽に関する。このような電解槽は、当該技術において周知であり、金属ハロゲン化物、特に塩化ナトリウムの水溶液の電気分解に広く用いられている。これらの電解槽は、一般的には、各々が双極電極を備えている金属フレームが連続して形成され、これらのフレームはフィルタプレスが同様に並置されている(Moderne Chlor-alkali technology, Volume 3, SCI, 1986, chapter 13 "Operating experience gained with the bipolar Hoechst-Uhde membrane cell" ; Modern chlor-alkali Technology, volume 4, SCI, 1990, chapter 20 "Hoechst-Uhde single element membrane electrolyzer : concept-experiences-applications")。フレームは、通常四角形又は矩形の形状を有するので、フィルタプレスが同様に並置される場合は、電解槽の上壁、下壁又は底壁、2側壁を形成する。電解槽は、通常はDC電源によって供給され、更に一般的には、整流AC電源によっても供給される。DC電源又は整流AC電源は、DC源又は整流器の端末から双極電極を通って流れ、次に、電解槽の外側に位置する電流ラインを経てDC源又は整流器のもう一方の端末に戻る。本発明によれば、前記戻り電流ラインは、電解槽の下に又は上に配置される少なくとも1つのバスバーを備えている。電解槽の下に又は上にバスバーを配置することの選択は、電解槽の構成及び双極電極を組立てる方法に関して考慮することによって決定される。変形例として、上記の電流ラインは、電解槽の下に配置されるバスバーと電解槽の上に配置される他のバスバーを備えていてもよい。他の変形例によれば、電解槽は、また、電解槽の下に複数のバスバー及び/又は電解槽の上に複数のバスバーを備えていてもよい。実際には、電解槽の組立てと維持に関して考慮する場合、一般的には、上記の電流ラインが電解槽の上にバスバーを備えないことが好ましい。

本発明による電気回路が、他のものは全て同じままで、双極電極を有する電解槽の近くで、主にその側壁に沿った、特に通常は側壁に沿って設置され且つ作動させ維持する人員によって用いられる通路の電磁界を著しく低下させることがわかった。以下に述べられる“電解槽の近くで”という表現は、通常は電解槽を作動させ維持する人員によって用いられる通路が設置される電解槽の側壁に沿った空間を意味する。
本発明による電気回路においては、バスバーの材料は、本発明の定義には重要な因子ではない。一般的には、銅、アルミニウム又はアルミニウム合金でできている。
本発明による電気回路においては、バスバーの断面の形状は、本発明の定義には重要な因子ではない。例えば、四角形、矩形、円形又は多角形であってもよい。

本発明による電気回路の具体的な第1実施態様においては、バスバーは、矩形の形状を有し、その大きな側面がほぼ水平であるように正しい方向に置かれる。電解槽の下に及び/又は上に水平に配置される矩形断面バスバーの選択によって、他のものが全て同じままで、電解槽の近くでの電磁界の強度が最低になることが見出された。バスバーの厚みと幅との比がより小さい場合には、電解槽の近くでの電磁界の減少がより大きいことも見出された。実際には、従って、バスバーには金属平面を用いることが好ましい。変形例として、電解槽の下に及び/又は上に並んで配置される複数の金属平面を用いることができる。

電解槽の近くでの電磁界の強度が、他のものが全て同じままで、バスバーが電解槽の壁により近くなるにつれて低下することが更に見出された。
結果として、本発明による電気回路の第2実施態様においては、バスバーは、電解槽の壁のすぐ次に配置される。本発明のこの実施態様においては、電解槽の前記壁は、電解槽の下壁又は底壁又はその上壁であり、バスバーが電解槽の下に又は上に位置するかに左右される。本発明のこの実施態様においては、“電解槽の壁のすぐ次に”という表現は、この壁とバスバーの間の距離がバスバーの厚みの5倍(好ましくは3倍)を超えないことを意味する。好ましくは、この距離はバスバーの厚みを超えない。

本発明の上記第2実施態様の好ましい変形例においては、バスバーは、電解槽の前記壁に取付けられる。本発明のこの好ましい変形例においては、バスバーは、有利には金属平面であり、大きな側面のうちの1つが必要な絶縁の厚みでだけ壁から分離される前記壁に取付けられる。金属平面は、前記壁の表面の一部に取付けることができる。金属平面が前記壁の実質的に全面に取付けることが好ましい。

本発明の第3実施態様においては、上記の電気ラインは、更に、電解槽の2つの側壁のすぐ次にそれぞれ配置される2つの追加のバスバーを備えている。本発明のこの実施態様においては、“のすぐ次に”という表現は、上記第2実施態様において示されたこの表現の定義と同一である。他のものは全て同じままで、追加のバスバーが存在すると、電解槽の近くでの電磁界の強度が低下する。
本発明によるこの第3実施態様においては、追加のバスバーは、電解槽の構成と適合するあらゆる形をもつことができる。例えば、四角形、矩形、多角形、楕円形又は円形の形状をもつことができる。追加のバスバーは、また、同じ形状又は異なる形状を有することができ、同じ寸法又は異なる寸法を有することができる。しかしながら、実際には、追加のバスバーが同じ形状と同じ寸法を有することが好ましい。追加のバスバーが矩形の形状を有することも好ましく、電解槽の2つ側壁にそれぞれ大きな側面によって取付けられる。
上記の本発明の第3実施態様においては、追加のバスバーのそれぞれの寸法と電解槽の下に及び/又は上に配置されるその又は各々のバスバーの寸法は電流が全てのこれらのバスバーに分配される方法に従って決定される。実際には、電解槽の下に及び/又は上に位置するバスバーにおける電流の強度が追加のバスバーの電流の強度と30％以下(好ましくは20％以下)だけ異なることが推奨される。電解槽の下に及び/又は上に位置するバスバーにおいて及び追加のバスバーの各々において電流の強度が実質的に同一であることが好ましい。

特に有利である本発明の第4実施態様においては、電気回路の戻り電流ラインは、電解槽の垂直面中央値について実質的に対称である。この実施態様においては、目標(電解槽の垂直面中央値について実質的に対称である電磁界を生成させる)はその又は各々のバスバーの充分な寸法と位置によって達成される。最適寸法と最適位置の選択は、特に電解槽の形状と寸法に従って、当業者によって決定される。実際には、この結果は、一般的には、電解槽の垂直面中央値について対称的に1つ又は複数のバスバーを配置することによって達成することができる。

本発明による電気回路は、双極電極を有する電解槽の近くでの電磁界を著しく低下させる。
結果として、本発明は、更に、電解槽の近くでの電磁界を低下させるための本発明による電気回路の使用に関する。

本発明による電気回路は、特に、水又は水溶液、例えば、アルカリ金属ハロゲン化物、特に塩化ナトリウムの水溶液の連続電解のための電解槽に適用する。結果として、本発明の好ましい実施態様においては、電解槽は、電解水溶液を連続して取込むためのラインと電解水溶液を連続して除去するためのラインを備えている。
本発明は、特に、塩化ナトリウムの水溶液の電気分解によって塩素酸ナトリウムを生成させるための電解槽に適用する。本発明は、特に、塩化ナトリウム水溶液の電気分解によって塩素及び水酸化ナトリウム水溶液を生成させるための電解槽であって、これらの電解槽がカチオンに選択的に透過性である膜を備え、双極電極の間に挿入されている、前記電解槽に適用する。

本発明による電気回路は、垂直の双極電極を有する少なくとも1つの電解槽を組込んでいるあらゆる電気分解装置に適用する。
結果として、本発明は、更に、本発明による電気回路に接続される、双極電極を有する少なくとも1つの電解槽を備えた電気分解装置に関する。本発明による装置は、電気的な系列に接続される単一の電解槽又は複数の電解槽を備えることができる。
本発明は、特に、塩素及び水酸化ナトリウム水溶液を生成するためのこの装置の使用に関する。

本発明の具体的な特徴及び詳細は、本発明の多くの具体的な実施態様を示す、本願明細書に添付される図面の次の説明から明らかである。
これらの図において、同一の符号は同一の要素を示す。
図1において示される電気分解装置は、本発明以前のものであり、本発明にあてはまらない。塩化ナトリウムの水溶液の電気分解によって、塩素、水素及び水酸化ナトリウムを生成するために設計された3つの電解槽1、2、3を備えている。電解槽1,2、3は、垂直の双極電極型を有する。垂直の矩形フレーム4の並列によって形成され、各々が垂直の双極電極を含有する(図示せず)。フレーム4は、フィルタプレスが同様に並置される。カチオンに選択的に透過性である膜は、フレーム4の間に挿入されて陽極室と陰極室を交互に形成する。電解槽1、2、3の陽極室は、塩化ナトリウム水溶液を連続して取込むためのライン(図示せず)と連通している。また、塩素を連続して除去するためのマニホールド(図示せず)と連通している。電解槽1、2、3の陰極室は、一方では水素、もう一方では水酸化ナトリウム水溶液のそれぞれ連続抽出として役に立つ2つのマニホールド(図示せず)と連通している。
過去
電解槽1、2、3は、一方では電解槽1、2、3間に挿入されるバスバー6ともう一方では電解槽l、2、3の外側に配置される戻り電流ライン7を備えた電気回路によって、AC電源の整流器5と電気系列で結合されている。電気回路は、更に、二極スイッチ8を備えている。

図lの電気分解装置においては、戻り電流ライン7は、電解槽1、2、3の縦の側壁に沿って動作する長いバスバーからなる。図1に示される電気分解装置においては、3つの電解槽l、2、3の各々は、例えば、30〜40の元素電解セルを備えることができ、電源は、例えば、8〜20kAの電流を分配することができる520V DC整流器を備えている。電極の表面積によっては、このことにより、2.5〜6kA/m²陽極面積の陽極電流密度を得ることができる。しかしながら、これらの数値は単に示すものであり、本発明の範囲及び以下の特許請求の範囲を制限しない。
二極スイッチが閉じられるとき、整流電流は、双極電極を通って電解槽l、2、3に及び戻りラインに連続して流れる。この電流は、装置の環境において電磁界を生じる。

図2及び図3において示される装置は、本発明にあてはまるものである。これらの図面においては、電解槽3だけを示した。図2及び図3の装置においては、戻り電流ライン7は、電解槽3の下壁11の下に配置される2つバスバー9と10を備えている。バスバー9と10は、良好な電導体(好ましくは銅又はアルミニウム)である金属の角柱バーである。これらのバスバーは、電解槽の垂直面中央値X-Xの各側面に対称的に配置される。バスバー9と10は、更に、電解槽3の下壁11の近くで配置される。図3に示される方法におけるバスバー9と10の割り付けは、電解槽3の側壁13に沿って動作する通路12上の電磁界の強度を低下させる効果を有し、電解槽維持の人員を意図している。
他のもの全てが同じままで、バスバー9とl0が中央面X-Xに及び底壁11により近い場合には、通路12上の電磁界の強度が更に低下することがわかった。また、通路12上の電磁界の強度がバスバー9と10の厚みと幅との比を減少させることによって低下することも見出された。従って、バスバー9と10のための平面又は水平板を用いることが好ましい。

図4の図示した実施態様においては、戻り電流ライン7は、電解槽の下壁11に取付けられると共にこの全壁を実質的に覆う金属平面又は金属板14を備えている。
図5の装置においては、電流ライン7は、電解槽3の下壁11に対して適用される金属平面14及び追電解槽3の2つの側壁13に沿ってそれぞれ位置する2つの追加のバスバー15と16を備えている。2つの追加のバスバー15と16は、有利には、側壁13に取付けられる金属平面又は金属板である。

本発明以前の電解装置を示す全体の平面図である。本発明による電解装置の具体的な実施態様を示す概略縦立面図である。図2の面III〜III上の縦断面図を示す図である。本発明による装置の他の実施態様の図3と同様の図である。図4における装置の好ましい変形例である。

Claims

電解槽の外側に配置される少なくとも1つの電流ラインを備えている双極電極を有する電解槽の電気回路であって、電流ライン(7)が、電解槽(3)の下に及び/又は上に配置されている少なくとも1つのバスバー(9、10、14)を備えていることを特徴とする、前記回路。
バスバー(14)が電解槽(3)の壁(11)に取付けられていることを特徴とする、請求項1記載の回路。
壁が電解槽の下壁(11)であることを特徴とする、請求項2記載の回路。
バスバーが金属平面(14)であり、その大きな側面の1つが壁(11)に取付けられていることを特徴とする、請求項2又は3記載の回路。
バスバー(14)が、実質的に壁(11)の全面に取付けられていることを特徴とする、請求項3又は4記載の回路。
電気ライン(7)が、更に、電解槽(3)の2つの側壁(13)にそれぞれ取付けられている2つの追加のバスバー(15、16)を備えていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の回路。
電気ライン(7)が、電解槽の垂直面中央値(X-X)について実質的に対称である電磁界を生じるように位置することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の回路。
電解槽が、電解水溶液を連続して取込むためのラインと電解水溶液を連続して除去するためのラインを備えていることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の回路。
電解槽がカチオンに選択的に透過性である膜を備え、双極電極の間に挿入されていることを特徴とする、請求項8記載の回路。
電解槽の近くでの電磁界を低下させるための、請求項1〜9のいずれか1項に記載の電気回路の使用。
請求項1〜9のいずれか1項に記載の電気回路(9、10、14、15、16)に接続される双極電極を有する少なくとも1つの電解槽(3)を備えた電気分解装置。
塩素及び水酸化ナトリウム水溶液を生成するための、請求項1〜11のいずれか1項に記載の装置の使用。