JP2014221930A - Ion exchange membrane electrolytic cell - Google Patents
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Description
本発明は、イオン交換膜電解槽(以下、単に「電解槽」とも称する)に関し、詳しくは、簡便かつ強固に弾性クッション材が集電板に固定されたイオン交換膜電解槽に関する。 The present invention relates to an ion exchange membrane electrolytic cell (hereinafter also simply referred to as “electrolytic cell”), and more particularly, to an ion exchange membrane electrolytic cell in which an elastic cushion material is fixed to a current collector plate simply and firmly.
クロルアルカリ電解に使用するイオン交換膜電解槽では、通常、陽極、イオン交換膜および水素発生陰極の三者を密着状態で配置して電解電圧の低下を図っている。しかしながら、電解面積が数平方メートルにも達する大型の電解槽においては、剛性部材の陽極および陰極を電極室に収容した場合、両電極をイオン交換膜に密着させて電極間隔を所定値に保持することは困難であった。 In an ion exchange membrane electrolytic cell used for chloralkali electrolysis, usually, an anode, an ion exchange membrane, and a hydrogen generation cathode are arranged in close contact with each other in order to lower the electrolysis voltage. However, in a large electrolytic cell with an electrolysis area of several square meters, when the anode and cathode of the rigid member are accommodated in the electrode chamber, the electrodes are kept in close contact with the ion exchange membrane to maintain the electrode spacing at a predetermined value. Was difficult.
電極間距離または電極と電極集電板間の距離を小さくするため、またはほぼ一定値に維持するための手段として、これらに材料として弾性材料を使用する電解槽が知られている。このような電解槽は、電極をイオン交換膜に均一に密着させてイオン交換膜の破損をさけるため、および陽−陰両電極間距離を最小に保つため、少なくとも一方の電極の極間距離方向への移動が自由な構造とし、電極を弾力性部材で押し狭持圧を調節している。この弾性材料としては、金属の細線の織布、不織布、網等の非剛性材料、および板バネ等の剛性材料が知られている。 As a means for reducing the distance between the electrodes or the distance between the electrode and the electrode current collector plate or maintaining it at a substantially constant value, an electrolytic cell using an elastic material as a material is known. In order to prevent the ion exchange membrane from being damaged by uniformly bringing the electrode into close contact with the ion exchange membrane, and to keep the distance between the positive and negative electrodes to a minimum, such an electrolytic cell is provided in the interelectrode distance direction. The electrode is pressed by an elastic member to adjust the holding pressure. As this elastic material, non-rigid materials such as metal fine wire woven fabric, non-woven fabric and net, and rigid materials such as leaf springs are known.
しかしながら、これまでの非剛性材料は、電解槽への装着後に、陽極側から過度に押圧された場合に、部分的に変形して電極間距離が不均一になったり、細線がイオン交換膜に突き刺さったり、といった欠点を有していた。また、板バネ等の剛性材料は、イオン交換膜を傷つけたり、剛性材料自身が塑性変形したりしてしまい、再使用が不可能になるといった欠点を有していた。このような中、食塩電解槽のようなイオン交換膜電解においては、陽極や陰極をイオン交換膜に密着させて低電圧での継続運転を可能とすべく、電極をイオン交換膜方向に押圧するための種々の方法が提案されている。 However, conventional non-rigid materials are partially deformed when the electrode is excessively pressed from the anode side after being attached to the electrolytic cell, resulting in non-uniform distance between the electrodes, or fine wires in the ion exchange membrane. It had the disadvantage of being pierced. Further, rigid materials such as leaf springs have the drawback that the ion exchange membrane is damaged or the rigid material itself is plastically deformed, making it impossible to reuse. Under such circumstances, in ion exchange membrane electrolysis such as a salt electrolytic cell, the electrode is pressed toward the ion exchange membrane so that the anode and the cathode are brought into close contact with the ion exchange membrane and continuous operation at a low voltage is possible. Various methods for this have been proposed.
例えば、特許文献1では、従来用いられていた板バネや金属網状体に代わり、金属製コイル体を可撓性陰極と陰極集電板の間に装着して陰極を隔膜方向に均一に押圧して各部材を密着させた電解槽が提案されている。しかしながら、金属製コイル体は変形率が高いため、取扱い難く、作業員の意図通りに電解槽の所定箇所に設置することが困難になることが多い。また、容易に変形する(強度が不十分である)ため、一旦電解槽の所定箇所に設置しても電解槽内の電解液や生成ガスにより偏位して各部材の均一密着が困難になることがある。
For example, in
かかる問題に対して、特許文献2では、長方形の耐食性フレームに対して密度がほぼ均一になるように金属性コイル体を耐食性フレームに巻回して弾性クッション材を作製し、この弾性クッション材を金属製コイル体に代えて可撓性陰極と陰極集電板との間に装着して可撓性陰極をイオン交換膜に均一に押圧させたイオン交換電解槽が提案されている。また、特許文献3には、可撓性電極および弾性マット材が、可撓性電極および弾性マットを貫通し、弾性マットの裏面に設置された多孔性集電板の孔に係合するピンで固定された電解槽が提案されている。
With respect to such a problem, in
特許文献3に記載の固定方法においては、図11に示すように、ピン101を陰極集電板102側に向けて押し込む際、金属製コイル体103を圧縮しながらピン101を陰極集電板102側に向けて押し込むことになる。しかしながら、ピン101を陰極集電板102の孔102aに嵌め込む際、ピン101に過度の力が加わるとピン101が変形したり、可撓性陰極104が過度に変形したり、または破損したりするおそれがある。
In the fixing method described in
また、ゼロギャップ電解槽を組み立てる場合、可撓性陰極104がイオン交換膜105に接触し、陽極側に押される。この際、陽極は剛性のためイオン交換膜105は移動せず、可撓性陰極104と集電板との距離が縮まり、金属製コイル体103が圧縮されることになる。その結果、金属製コイル体103の弾性反発で可撓性陰極104がイオン交換膜105に密着し、陽極と可撓性陰極104との距離が可及的に短くなる。特許文献3に記載の弾性クッションの固定方法においては、ピン101を陰極集電板の孔102aに嵌め込む際、可撓性陰極104のピン101と接触している部分にくぼみが生じてしまう。そのため、電解槽組み立て時にイオン交換膜105で押された可撓性陰極104が陰極集電板102に移動する際に、ピン101近傍の可撓性陰極104は移動しないため、ピン101近傍の可撓性陰極が変形し、可撓性陰極の変形部104aがイオン交換膜103に局部的に突出してしまうという事態が生じてしまう。その結果、電解槽の運転中に可撓性陰極の変形部104aと、イオン交換膜105と接触してイオン交換膜105を破損しやすくなるおそれがある。
Further, when assembling the zero gap electrolytic cell, the
このような課題を解決するために、特許文献4、5では、製作が容易であり、かつ、イオン交換膜を傷つけずに長期間安定的に運転が可能な電解槽が提案されている。特許文献4では、耐食性フレームに金属製コイル体が巻回された弾性クッション材が溶接等で集電板に固定され、可撓性電極がピンで固定された電解槽が提案されている。この電解槽は、ピンは可撓性電極と集電板とを貫通するが、金属製コイル体は貫通しない構造となっている。また、特許文献5では、耐食性フレームに金属製コイル体が巻回された弾性クッション材と可撓性電極とがピンにより集電板に固定された電解槽が提案されている。特許文献5で提案されている電解槽も、弾性クッション材の金属製コイル体をピンで貫通させない構造となっている。
In order to solve such problems,
しかしながら、特許文献4で提案されている電解槽は、耐食性フレーム自体は溶接により集電体に取り付けられているが、集電体には鉄や銅からなるフレームにニッケルコーティングを施したものもあり、特許文献4で提案されている電解槽のように、耐食性フレームを集電板に溶接すると、電解槽の起用時や運転停止時、また保管中に基材の銅や鉄が電解液中に溶出してしまい、電解性能の低下につながる場合がある。これに対して、特許文献5に記載の電解槽では、弾性クッション材は溶接ではなくピンで集電板に固定されているため、基材の銅や鉄が電解液中に溶出することはない。しかしながら、弾性クッション材を集電板にピンで固定するには熟練を要し、必ずしも作業性が良いというものではなかった。
However, in the electrolytic cell proposed in
そこで、本発明の目的は、簡便かつ強固に弾性クッション材が集電板に固定されたイオン交換膜電解槽を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an ion exchange membrane electrolytic cell in which an elastic cushion material is fixed to a current collector plate simply and firmly.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ピンや弾性クッション材の耐食性フレームを所定の形状することで、上記課題を解消することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by forming the corrosion-resistant frame of the pin or the elastic cushion material in a predetermined shape, and the present invention is completed. It came to.
すなわち、本発明のイオン交換膜電解槽は、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるイオン交換膜電解槽において、
前記弾性クッション材を構成する耐食性フレームが、略U字状のピンにより前記耐食性フレームが挟まれた状態で前記多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするものである。
That is, the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention is an ion exchange membrane in which an elastic cushion material in which a metal elastic body is wound around a corrosion-resistant frame is disposed between a flexible electrode and a porous current collector. In the electrolytic cell,
The corrosion-resistant frame constituting the elastic cushion material is fixed to the porous current collector plate with the corrosion-resistant frame sandwiched between substantially U-shaped pins.
また、本発明の他のイオン交換膜電解槽は、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるイオン交換膜電解槽において、
前記耐食性フレームが、固定部材が貫通可能な貫通孔を有する耐食性金属薄板からなり、前記固定部材が前記貫通孔を貫通して、前記多孔性集電板の孔に係合することにより、前記弾性クッション材が前記多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするものである。
Another ion exchange membrane electrolytic cell according to the present invention is an ion in which an elastic cushion material in which a metal elastic body is wound around a corrosion-resistant frame is disposed between a flexible electrode and a porous current collector. In the exchange membrane electrolytic cell,
The corrosion-resistant frame is made of a corrosion-resistant metal thin plate having a through-hole through which a fixing member can penetrate, and the fixing member penetrates the through-hole and engages with a hole of the porous current collector plate, thereby A cushion material is fixed to the porous current collector plate.
さらに、本発明のさらに他のイオン交換膜電解槽は、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるイオン交換膜電解槽において、
前記耐食性フレームが、固定部材が貫通可能な貫通孔を有する固定部を有し、前記固定部材が前記貫通孔を貫通して、前記多孔性集電板の孔に係合することにより、前記弾性クッション材が前記多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするものである。
Furthermore, in another ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, an elastic cushion material in which a metal elastic body is wound around a corrosion-resistant frame is disposed between a flexible electrode and a porous current collector plate. In ion exchange membrane electrolytic cell,
The corrosion-resistant frame has a fixing portion having a through-hole through which the fixing member can penetrate, and the fixing member penetrates the through-hole and engages with the hole of the porous current collector plate, thereby A cushion material is fixed to the porous current collector plate.
さらにまた、本発明のさらに他のイオン交換膜電解槽は、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるイオン交換膜電解槽において、
前記弾性クッション材を構成する耐食性フレームが、前記多孔性集電板と係合する固定部を有し、該固定部により多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするものである。
Furthermore, in another ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, an elastic cushion material obtained by winding a metal elastic body around a corrosion-resistant frame is disposed between a flexible electrode and a porous current collector plate. In the ion exchange membrane electrolytic cell
The corrosion-resistant frame constituting the elastic cushion material has a fixing portion that engages with the porous current collector plate, and is fixed to the porous current collector plate by the fixing portion.
本発明のさらに他のイオン交換膜電解槽においては、前記固定部は、前記多孔性集電板の孔に貫通可能なピン状の凸部であり、該凸部を前記多孔性集電板の孔に貫通させた後に前記凸部の先端部をかしめることで、前記弾性クッション材が前記多孔性集電板に固定されてなるものでもよく、前記固定部が、前記多孔性集電板の孔に貫通可能な長尺状の金属薄板であり、該金属薄板を前記多孔性集電板の孔に貫通させた後に折り曲げることで、前記弾性クッション材が前記多孔性集電板に固定されてなるものでもよい。 In still another ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, the fixed portion is a pin-shaped convex portion that can penetrate the hole of the porous current collector plate, and the convex portion is formed on the porous current collector plate. The elastic cushion material may be fixed to the porous current collector plate by caulking the tip of the convex portion after penetrating through the hole, and the fixed portion may be formed on the porous current collector plate. A long thin metal plate that can penetrate the hole, and the elastic cushion material is fixed to the porous current collector plate by bending the metal thin plate after passing through the hole of the porous current collector plate. It may be.
本発明のイオン交換膜電解槽においては、前記金属製弾性体は、金属製コイル体であることが好ましい。 In the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, the metal elastic body is preferably a metal coil body.
本発明によれば、簡便かつ強固に弾性クッション材が集電板に固定されたイオン交換膜電解槽を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an ion exchange membrane electrolytic cell in which an elastic cushion material is fixed to a current collector plate easily and firmly.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明のイオン交換膜電解槽は、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるものである。図1は、本発明の一好適な実施の形態に係るイオン交換膜電解槽の概略断面図である。図示例においては、陽極室1と陰極室2とがイオン交換膜3により区画されており、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材4が可撓性陰極5と陰極集電板6の間に配置され、この弾性クッション材4の弾性反発力により、可撓性陰極5とイオン交換膜3と剛性陽極7とが密着させられてなる。図1においては、電極として可撓性陰極5および剛性陽極7を例として挙げており、以下、これに基づいて説明するが、本発明の電解槽においては、電極の極性を逆にしてもよく、可撓性陽極および剛性陰極であってもよい。本発明においては、可撓性陰極および可撓性陽極両者を合わせて可撓性電極と呼ぶ。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, an elastic cushion material in which a metal elastic body is wound around a corrosion-resistant frame is disposed between a flexible electrode and a porous current collector. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an ion exchange membrane electrolytic cell according to a preferred embodiment of the present invention. In the illustrated example, an
図2は、本発明に係る弾性クッション材4の一好適例を示す平面図である。図示するように、弾性クッション材4は、通常、長方形状の耐食性フレーム10の4本の枠杆のうち対向する一対の耐食性フレーム10間に、ほぼ均一密度になるように1本のまたは複数本の金属製弾性体(図示例では金属製コイル体11)が巻回されてなる。図2においては、耐食性フレーム10は耐食性の金属丸棒からなっており、図示例においては、長方形の枠の長手方向の1対の丸棒間に補強杆12が架け渡された構造であるが、本発明のイオン交換膜電解槽においては、金属丸棒に代えて耐食性の金属角材や金属薄板を用いてもよい。耐食性フレーム10の材質としては、ニッケルやステンレス、銅等の導電性に優れた金属の表面にニッケルを被覆して耐食性を向上させたもの等を用いることができる。
FIG. 2 is a plan view showing a preferred example of the
図3は、第1の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽における、弾性クッション材の多孔性集電板に対する固定方法を説明する説明図である。第1の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽においては、可撓性電極(図示例においては可撓性陰極5)と弾性クッション材4を構成する耐食性フレーム10とが、略U字状のピン8により多孔性集電板(図示例においては陰極集電板6)に固定されてなる。図3に示す例では、可撓性陰極5の上から弾性クッション材4を構成する耐食性フレーム10を挟み、略U字状のピン8の先端を多孔性の陰極集電板6の孔に嵌通させることで、可撓性陰極5および弾性クッション材4を陰極集電板6に固定している。従来提案されている、弾性クッション材のピンでの固定は直線状のピンで行われているのに対して、本実施の形態に係るピンは略U字状であるため、略U字状のピンの脚部8a2本が陰極集電板6の孔と係合するため、より強固に弾性クッション材を固定することができる。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a method of fixing the elastic cushion material to the porous current collector plate in the ion exchange membrane electrolytic cell according to the first embodiment. In the ion exchange membrane electrolytic cell according to the first embodiment, the flexible electrode (
図4は、本発明に係る略U字形状のピンの例を示す正面図であり、その略U字ピンの形状としては、図4(a)に示すように、両先端部が直線状であってもよいし、図4(b)に示すように、両先端部が折り返された形状であってもよい。図4(a)に示すタイプの略U字状のピン8を用いれば、ピン8の先端を多孔性集電板の孔に嵌通させることで弾性クッション材を固定することは可能であるが、より確実に弾性クッション材を多孔性集電板に固定するために、ピン8の先端を多孔性集電板の孔に嵌通させた後、ピン8の両先端部を内側または外側に折り曲げて固定してもよい。なお、図4(b)に示す略U字の先端部が折り返された形状のピン18を用いれば、ピン18の両先端部の折り返し部分が多孔性集電板の孔に引っかかり、ピン18が抜け難くなる。
FIG. 4 is a front view showing an example of a substantially U-shaped pin according to the present invention. The shape of the substantially U-shaped pin is, as shown in FIG. As shown in FIG. 4B, it may have a shape in which both tip portions are folded back. If a substantially
次に、第2の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽について説明する。
第2の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽は、弾性クッション材4を構成する耐食性フレームが、固定部材が貫通可能な貫通孔を有する耐食性金属薄板からなる。図5(a)は、耐食性金属薄板で作製した耐食性フレームを直線状のピンで固定する場合の固定部近傍の部分斜視図であり、(b)は、耐食性金属薄板で作製した耐食性フレームを略U字状のピンで固定する場合の固定部近傍の部分斜視図である。図5(a)および(b)に示す例のように、第2の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽は、耐食性金属薄板で作製した耐食性フレーム20、30に固定部材であるピン28、38が貫通する貫通孔20a、30aを設け、この貫通孔20a、30aにピン28、38を貫通させ、ピンの先端を多孔性集電板の孔に嵌通させることで、弾性クッション材4を陰極集電板6に固定する。
Next, an ion exchange membrane electrolytic cell according to a second embodiment will be described.
In the ion exchange membrane electrolytic cell according to the second embodiment, the corrosion-resistant frame constituting the
次に、第3の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽について説明する。
第3の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽は、弾性クッション材4を構成する耐食性フレームが、固定部材が貫通可能な貫通孔を有する固定部を有する。図6(a)は、耐食性金属丸棒に平板状の固定部を設け、固定部に直線状のピンを貫通させて固定する場合の固定部近傍の部分斜視図であり、(b)は、耐食性金属丸棒に平板状の固定部を設け、固定部に略U字状のピンを貫通させて固定する場合の固定部近傍の部分斜視図である。図6(a)および(b)に示す例では、第3の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽においては、耐食性フレーム40、50にピン48、58を貫通させる貫通孔40a、50aを有する平板状の固定部40b、50bを設け、貫通孔40a、50aにピン48、58を貫通させ、ピンの先端を多孔性集電板に嵌通させることで、弾性クッション材4を陰極集電板6に固定する。
Next, an ion exchange membrane electrolytic cell according to a third embodiment will be described.
In the ion exchange membrane electrolytic cell according to the third embodiment, the corrosion-resistant frame constituting the
本発明の第2、第3の実施に係る形態のイオン交換膜電解槽において、固定部材として直線状のピンを用いる場合、図7に示すような先端部88aに切り込みを有するピン88を好適に用いることができる。図示するピンは、外部から力が加わらない状態では先端部88aの切り込みは開いた状態であり、この状態における先端部88aの大きさを多孔性集電板の孔の内径よりを大きくし、外部から力が加えられて切り込みがすぼまった状態における先端部88aの大きさを、多孔性集電板の孔の内径よりも小さく設計する。このようなピンであれば、その先端部88aを多孔性集電板の孔に容易に挿入することができ、ピンを多孔性集電板の孔に挿入した後、外部からの力を取り除くと、再び切り込みが広がり、ピンが孔から抜け落ちることを防止することができる。
In the ion exchange membrane electrolytic cell according to the second and third embodiments of the present invention, when a linear pin is used as the fixing member, a
また、図8に示すような、先端部98aが角柱状の形状のピン98を用いてもよい。図9(a)および(b)は、多孔性集電板の孔とピンの先端部の関係を示す平面図である。図9(a)および(b)に示すように陰極集電板6は通常、略菱型形状の多数の孔6aを有する多孔板で構成されているため、ピンの先端部98aと陰極集電板6の孔6aを、図9(a)に示す関係に位置させることで、先端部98aを陰極集電板6の孔6aに容易に挿入または抜き取ることができる。一方、ピンの先端部58aを陰極集電板6の孔6aに挿入した後、ピンを約90°回転させて図9(b)に示す関係に位置されることで、容易にピンが脱落することを防止することができる。なお、ピンの先端部の形状は図示する角柱状に限定されるものではない。また、第2、第3の実施の形態の電解槽においても、図4(b)に示すような両先端が折り返された略U字状のピンを用いてもよい。
Moreover, you may use the
本発明のイオン交換膜電解槽においては、固定部材としてのピンの材質は、耐食性があり、かつ、弾性クッション材4を陰極集電板6に固定することができるものであれば、特に制限はない。例えば、ニッケル、ステンレス、フッ素樹脂等の耐食性の材質を挙げることができる。特に、可撓性陰極を傷つける可能性が低いフッ素樹脂製のピンが好ましい。
In the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, the material of the pin as the fixing member is not particularly limited as long as it has corrosion resistance and can fix the
次に、本発明の第4および第5の実施の形態のイオン交換膜電解槽について説明する。本発明の第4および第5の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽は、上記本発明の第1〜3の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽と同様に、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるものである。 Next, the ion exchange membrane electrolytic cell of the 4th and 5th embodiment of this invention is demonstrated. The ion exchange membrane electrolytic cell according to the fourth and fifth embodiments of the present invention is made of a metal-elastic material with a corrosion-resistant frame, similar to the ion exchange membrane electrolytic cell according to the first to third embodiments of the present invention. An elastic cushion material formed by winding a body is disposed between a flexible electrode and a porous current collector.
図10(a)は、第4の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽の弾性クッション材を構成する耐食性フレームの部分斜視図である。図10(a)に示す耐食性フレーム60は、固定部として多孔性集電板の孔に嵌通可能なピン状の凸部60aを有する。第4の実施の形態に係る電解槽は、この凸部60aを多孔性集電板の孔に嵌通させた後に、凸部60aの先端をかしめることで弾性クッション材が多孔性集電板に固定されてなるものである。このような構成とすることで、簡便かつ強固に弾性クッション材を集電板に固定することができる。
Fig.10 (a) is a fragmentary perspective view of the corrosion-resistant flame | frame which comprises the elastic cushion material of the ion exchange membrane electrolytic cell which concerns on 4th Embodiment. A corrosion-
図10(b)は、第5の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽に係る弾性クッション材を構成する耐食性フレームの部分斜視図である。図10(b)に示す耐食性フレーム70は、固定部として長尺状の金属薄板70aを有する。第5の実施の形態に係る電解槽は、この長尺状の金属薄板70aを多孔性集電板の孔を貫通させた後に長尺状の金属薄板70aを折り曲げることにより、耐食性フレーム70を多孔性集電板に固定してなるものである。このような構成とすることで、簡便かつ強固に弾性クッション材を集電板に固定することができる。
FIG.10 (b) is a fragmentary perspective view of the corrosion-resistant flame | frame which comprises the elastic cushion material which concerns on the ion exchange membrane electrolytic cell which concerns on 5th Embodiment. A corrosion-
次に、本発明のイオン交換膜電解槽に係る弾性クッション材について説明する。
前述のとおり、本発明のイオン交換膜電解槽に係る弾性クッション材の一好適例としては、図2に示すような、長方形状の耐食性フレーム10の4本の枠杆のうち対向する一対の耐食性フレーム10間に、ほぼ均一密度になるように1本または複数本の金属製弾性体としての金属製コイル体11が巻回されてなるものを挙げることができる。
Next, the elastic cushion material which concerns on the ion exchange membrane electrolytic cell of this invention is demonstrated.
As described above, as a preferred example of the elastic cushion material according to the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, a pair of opposing corrosion resistances among the four frame rods of the rectangular
本発明のイオン交換膜電解槽に係る弾性クッション材4においては、金属製弾性体が導電性材料からなり、かつ、弾性的性質を有するものであって、柔軟な可撓性電極をイオン交換膜に押し付けて給電することができるものであれば、特に制限はないが、金属製弾性体としては、金属製コイル体11を好適に用いることができる。その他、金属製コイル体11以外にも、例えば、金属細線に波形型付けしたものを用いてもよく、また、金属製の不織布、金属ワイヤーからなる編物、織物およびこれらの積層体、または三次元的に編んであるか、三次元的に編んだ後これにうねり加工等を施した形状のものを用いてもよい。
In the
金属製弾性体として金属製コイル体11を用いる場合は、例えば、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、または銅等の固有抵抗の小さい金属に良好な耐食性を示すニッケル等をめっき等で被覆して製造した線材をロール加工により螺旋コイルに加工することにより得られる。得られた線材の断面形状は、イオン交換膜の損傷を防止するという観点から、円、楕円、角部が丸い矩形等であることが好ましい。具体的には、直径0.17mmのニッケル線(NW2201)をロール加工すると、断面形状が約0.05mm×0.5mmの角部が丸い矩形となり、巻き径が約6mmであるコイル線を得ることができる。
When the
なお、金属製弾性体を使用する弾性クッション材4の組立は、電解槽外の作業であるため、容易に行うことができ、得られた弾性クッション材4は、電解槽組立時に、電解槽内の対象電極と装着の集電板を電気的に接続するように装着するようにすればよい。
The assembly of the
本発明の電解槽に係る弾性クッション材4においては、金属製弾性体として金属製コイル体11を用いた場合、金属製コイル体11の径(コイルの見掛け上の直径)は電解槽内に装着されることにより通常10〜70%まで縮んで弾性が生じ、この弾性により可撓性陰極5と陰極集電板6を弾性的に接続して電極への給電が容易になる。なお、電解槽に装着された後の弾性クッション材4は、形状が保持されるため、塑性変形を受けることがほとんどなく、電解槽の解体−再組立時にもほとんどの場合再使用できる。
In the
図1に示すタイプの本発明のイオン交換膜電解槽を組み立てに際しては、図3に示すように、陰極集電板6の上に弾性クッション材4および可撓性陰極5を順次配置し、その上から、ピン等の固定部材で可撓性陰極5と弾性クッション材4とを同時に陰極集電板6に固定してもよいが、これ以外にも、弾性クッション材4をピン等の固定部材で陰極集電板6に固定した後、弾性クッション材4の上に可撓性陰極5を配置して、可撓性陰極5を既知の手法、例えば、ピン等で固定してもよい。その後は通常通りに組立てれば所定の位置に弾性クッション材4が保持されたイオン交換膜電解槽を得ることができる。
When assembling the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention of the type shown in FIG. 1, an
本発明のイオン交換膜電解槽は、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と集電板との間に配置されてなり、弾性クッション材を構成する耐食性フレームが、ピン等の固定部材により多孔性集電板に固定されてなることのみが重要であって、これら以外の構造については、公知のものを適宜採用することができる。また、ここまで、図1に基づき電極として可撓性陰極および剛性陽極からなる電解槽について説明してきたが、これに限られるものではなく、電極として可撓性陽極および剛性陰極を採用したイオン交換膜電解槽にも適用することができる。 The ion exchange membrane electrolytic cell according to the present invention comprises an elastic cushion material formed by winding a metal elastic body around a corrosion-resistant frame between a flexible electrode and a current collector plate. It is only important that the corrosion-resistant frame is fixed to the porous current collector plate by a fixing member such as a pin, and other known structures can be appropriately adopted. So far, the electrolytic cell comprising a flexible cathode and a rigid anode as an electrode has been described with reference to FIG. 1. However, the present invention is not limited to this, and ion exchange employing a flexible anode and a rigid cathode as an electrode is described. It can also be applied to a membrane electrolytic cell.
本発明のイオン交換膜電解槽において、図1に示すように電極として剛性陽極を用いる場合、従来用いられてきた、チタンからなる多孔性の基材にイリジウム酸化物および/またはルテニウム酸化物等の塩素発生電極触媒を担持してなる塩素発生電極を用いることができる。 In the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, when a rigid anode is used as an electrode as shown in FIG. 1, a conventional porous substrate made of titanium, such as iridium oxide and / or ruthenium oxide, is used. A chlorine generating electrode carrying a chlorine generating electrode catalyst can be used.
また、イオン交換膜についても特に制限はなく、従来用いられてきたものを用いることができる。例えば、スルホン酸基やカルボン酸基等の陽イオン交換基を有するフッ素樹脂フィルムからなるイオン交換膜を用いることができる。 Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about an ion exchange membrane, What was used conventionally can be used. For example, an ion exchange membrane made of a fluororesin film having a cation exchange group such as a sulfonic acid group or a carboxylic acid group can be used.
さらに、可撓性陰極についても従来用いられてきたものを用いることができる。例えば、食塩電解用の可撓性陰極としては、電解時に水素を発生する水素発生陰極や酸素ガス拡散電極が広く知られており、本発明のイオン交換膜電解槽においても、これらを用いることができる。特に、電解時に水素を発生する水素発生陰極が好ましい。水素発生陰極は、ニッケル基材に水素発生電極触媒を担持した、いわゆる、活性陰極であることが好ましい。現在、種々の活性陰極が開発、実用化されており、本発明においてはこれらの活性陰極のいずれをも用いることができる。 Furthermore, what has been used conventionally can be used also about a flexible cathode. For example, as a flexible cathode for salt electrolysis, a hydrogen generation cathode that generates hydrogen during electrolysis and an oxygen gas diffusion electrode are widely known, and these can also be used in the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention. it can. In particular, a hydrogen generating cathode that generates hydrogen during electrolysis is preferable. The hydrogen generating cathode is preferably a so-called active cathode in which a hydrogen generating electrode catalyst is supported on a nickel base material. At present, various active cathodes have been developed and put to practical use, and any of these active cathodes can be used in the present invention.
さらにまた、活性陰極に用いられるニッケル基材には特に制限はないが、ニッケル製のエキスパンデッドメタルなどの多孔板が一般的である。ニッケル基材の厚みは、好ましくは1mm以下であり、より好ましくは0.3mm以下である。ニッケル基材が厚すぎると可撓性が不足し、均一なゼロギャップを確保することが困難になる。そのため、省エネルギー効果が得られない場合があり、場合によっては、イオン交換膜が過度に押されて破損の原因となる。一方、ニッケル基材の厚みの下限については、ニッケル基材がハンドリング可能であれば、特に制限はないが、耐久性等を考慮すると、通常0.01mm以上である。 Furthermore, the nickel base used for the active cathode is not particularly limited, but a porous plate such as an expanded metal made of nickel is generally used. The thickness of the nickel substrate is preferably 1 mm or less, more preferably 0.3 mm or less. If the nickel base is too thick, the flexibility is insufficient and it is difficult to ensure a uniform zero gap. For this reason, the energy saving effect may not be obtained, and in some cases, the ion exchange membrane is excessively pressed, causing damage. On the other hand, the lower limit of the thickness of the nickel substrate is not particularly limited as long as the nickel substrate can be handled, but is usually 0.01 mm or more considering durability and the like.
また、活性陰極のニッケル基材に担持する水素発生触媒についても特に制限はないが、白金、白金合金、ルテニウム酸化物等の貴金属触媒が好ましい。貴金属触媒を用いることで、少量触媒担持量で、長期にわたり水素過電圧を低く抑えることができるため、電解槽の安定した運転時間を延長することができる。 The hydrogen generation catalyst supported on the nickel base of the active cathode is not particularly limited, but a noble metal catalyst such as platinum, a platinum alloy, or ruthenium oxide is preferable. By using a noble metal catalyst, the hydrogen overvoltage can be kept low over a long period of time with a small amount of catalyst, so that the stable operation time of the electrolytic cell can be extended.
さらに、集電板についても特に制限はなく、導電性で耐食性に優れた金属板であって、固定用の固定部材を嵌通ことができる孔を有していればよい。例えば、エキスパンデッドメタルのような、菱型形状の孔を有する多孔板を好適に用いることができる。 Furthermore, there is no restriction | limiting in particular also about a current collection plate, It is an electroconductive metal plate excellent in corrosion resistance, Comprising: What is necessary is just to have the hole which can fit the fixing member for fixing. For example, a perforated plate having a diamond-shaped hole, such as expanded metal, can be suitably used.
本発明のイオン交換膜電解槽を使用して食塩電解を行うには、陽極室に食塩水溶液等の電解液を、陰極室に希釈苛性ソーダ水溶液を供給しながら、両極間に通電する。弾性クッション材等が給電材として機能する電解槽では、弾性クッション材等の高強度および強靭性によりこの状態が長期間維持されるため、イオン交換膜等が機械的に損傷したりすることなく、また過度に変形して給電が不十分になることがなく、苛性ソーダ等を高効率で製造できる。 In order to perform salt electrolysis using the ion exchange membrane electrolytic cell of the present invention, current is passed between both electrodes while supplying an electrolyte such as a saline solution to the anode chamber and a dilute caustic soda solution to the cathode chamber. In an electrolytic cell in which an elastic cushion material or the like functions as a power supply material, this state is maintained for a long time due to the high strength and toughness of the elastic cushion material or the like, so that the ion exchange membrane or the like is not mechanically damaged, In addition, the caustic soda and the like can be manufactured with high efficiency without excessive deformation and insufficient power supply.
1 陽極室
2 陰極室
3 イオン交換膜
4 弾性クッション材
5 可撓性陰極
6 陰極集電板
6a 陰極集電板の孔
7 剛性陽極
8、18、28、38、48、58、88、98 ピン
8a、48a、58a 先端部
10、20、30、40、50、60、70 耐食性フレーム
11 金属製コイル体
12 補強杆
20a、30a、40a、50a 貫通孔
40b、50b 固定部
60a 凸部
70a 長尺状の金属薄板
101 ピン
102 陰極集電板
102a 陰極集電板の孔
103 金属製コイル体
104 可撓性陰極
104a 変形部
105 イオン交換膜
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記弾性クッション材が、略U字状のピンにより前記耐食性フレームが挟まれた状態で前記多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするイオン交換膜電解槽。 In an ion exchange membrane electrolytic cell in which an elastic cushion material formed by winding a metal elastic body around a corrosion-resistant frame is disposed between a flexible electrode and a porous current collector plate,
The ion-exchange membrane electrolytic cell, wherein the elastic cushion material is fixed to the porous current collector plate with the corrosion-resistant frame sandwiched between substantially U-shaped pins.
前記耐食性フレームが、固定部材が貫通可能な貫通孔を有する耐食性金属薄板からなり、前記固定部材が前記貫通孔を貫通して、前記多孔性集電板の孔に係合することにより、前記弾性クッション材が前記多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするイオン交換膜電解槽。 In an ion exchange membrane electrolytic cell in which an elastic cushion material formed by winding a metal elastic body around a corrosion-resistant frame is disposed between a flexible electrode and a porous current collector plate,
The corrosion-resistant frame is made of a corrosion-resistant metal thin plate having a through-hole through which a fixing member can penetrate, and the fixing member penetrates the through-hole and engages with a hole of the porous current collector plate, thereby An ion exchange membrane electrolytic cell characterized in that a cushion material is fixed to the porous current collector plate.
前記耐食性フレームが、固定部材が貫通可能な貫通孔を有する固定部を有し、前記固定部材が前記貫通孔を貫通して、前記多孔性集電板の孔に係合することにより、前記弾性クッション材が前記多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするイオン交換膜電解槽。 In an ion exchange membrane electrolytic cell in which an elastic cushion material formed by winding a metal elastic body around a corrosion-resistant frame is disposed between a flexible electrode and a porous current collector plate,
The corrosion-resistant frame has a fixing portion having a through-hole through which the fixing member can penetrate, and the fixing member penetrates the through-hole and engages with the hole of the porous current collector plate, thereby An ion exchange membrane electrolytic cell characterized in that a cushion material is fixed to the porous current collector plate.
前記弾性クッション材を構成する耐食性フレームが、前記多孔性集電板と係合する固定部を有し、該固定部により前記多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするイオン交換膜電解槽。 In an ion exchange membrane electrolytic cell in which an elastic cushion material formed by winding a metal elastic body around a corrosion-resistant frame is disposed between a flexible electrode and a porous current collector plate,
An ion exchange membrane characterized in that a corrosion-resistant frame constituting the elastic cushion material has a fixing portion that engages with the porous current collector plate, and is fixed to the porous current collector plate by the fixing portion. Electrolytic tank.
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WO2016067389A1 (en) * | 2014-10-29 | 2016-05-06 | ティッセンクルップ・ウーデ・クロリンエンジニアズ株式会社 | Ion-exchange membrane electrolytic cell |
JP7472252B1 (en) | 2022-12-12 | 2024-04-22 | 株式会社トクヤマ | Cathode chamber assembly in electrolytic cell unit and electrolysis device |
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- 2013-05-13 JP JP2013101041A patent/JP2014221930A/en active Pending
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