JP2023062408A - 電解槽 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性弾性体を好適に保持可能な電解槽を提供すること。【解決手段】一実施形態では、陽極１００と、陰極２００と、該陽極と該陰極との間に配置される隔膜３００と、前記陽極および前記陰極の一方の電極の背面側に設けられた導電性弾性体４００と、前記導電性弾性体の背面側に設けられかつ複数の開口部分を有して成る電極基部５００と、前記導電性弾性体を前記電極基部に取り付け可能な取付け部材とを備え、前記取付け部材は、前記導電性弾性体の正面側に設けられたプレート状の本体部分７１０と、該プレート状の本体部分の所定箇所から連続する第１の屈曲部分７２１および該第１の屈曲部分と離隔対向する第２の屈曲部分７２２とを有して成り、ならびに、断面視で、少なくとも、前記プレート状の本体部分と前記導電性弾性体とが直接対向し、前記屈曲部分と前記電極基部とが直接対向可能となっている、電解槽が供される。【選択図】図４

Description

本発明は、電解槽に関する。特に、陽極、陰極、および隔膜を有して成る電解槽に関する。

現在、各種工業において電解が利用されている。電解、すなわち電気分解を行うには電解槽が用いられる。電解槽は、少なくとも陽極と陰極とを備えている。例えば塩化ナトリウム水溶液の電気分解が行われる電解槽は、塩素、水素および水酸化ナトリウム（いわゆる苛性ソーダ）を取り出すことができ、化学工業の基盤となる原料の生産に用いられている。また、水素製造に用いられるアルカリ水溶液の電解にも用いられている。

電解槽では、陽極で生成した物質と陰極で生成した物質との混合を避けるべく隔膜が更に設けられていることが多い。隔膜としてイオン交換膜を用いて塩化ナトリウム水溶液の電気分解を行うプロセスは、“イオン交換膜法食塩電解”等とも称される。

イオン交換膜法食塩電解の分野において、電解槽のタイプは様々なものがあるが、なかでもゼロギャップ式が主流になりつつある。ゼロギャップ式の電解槽では、陽極と隔膜と陰極とを互いに密着させて電極間距離を近づけ、電解液抵抗を減じている。それゆえ、このような電解槽の使用は、電力消費の低減につながる。

国際公開２０２０／００９２４１号公報 国際公開２０２０／０２２４４０号公報 特許第３６８６２７０号公報 特許第５４９３７８７号公報

本願発明者は、ゼロギャップ式の電解槽には依然として改善し得る点があることを見出した。ゼロギャップ式の電解槽は、上記の陽極、陰極、および隔膜に加え、陽極および陰極の一方の電極（例えば陰極）の背面側に設けられた導電性弾性体と、導電性弾性体の背面側に設けられた電極基部としての集電板とを更に備える。この点につき、導電性弾性体を保持するための態様として、固定ピンを利用する態様および溶接を利用する態様が存在する。

しかしながら、前者の固定ピンを利用する態様では、固定ピンは、そのメイン軸部分が互いに対向配置される電極側から集電体側へと一方向に延在する構成を採るにすぎないため、固定ピンの抜けが生じ、隔膜等を損傷させる虞がある。又、後者の溶接を利用する態様では、溶接用に、メッキが表面に通常施されている電極基部から当該メッキを除去する必要があるため、メッキの無い電極基部の表面が電解槽内の高濃度アルカリに晒され得る。そのため、当該電極基部の表面が溶解し、電解特性低下の問題が生じる虞がある。

本発明はかかる事情に鑑みて為されたものである。即ち、本発明の主目的は、導電性弾性体を好適に保持可能な電解槽を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態では、
陽極と、陰極と、該陽極と該陰極との間に配置される隔膜と、前記陽極および前記陰極の一方の電極の背面側に設けられた導電性弾性体と、前記導電性弾性体の背面側に設けられかつ複数の開口部分を有して成る電極基部と、前記導電性弾性体を前記電極基部に取り付け可能な取付け部材とを備え、
前記取付け部材は、前記導電性弾性体の正面側に設けられたプレート状の本体部分と、該プレート状の本体部分の所定箇所から連続する第１の屈曲部分および該第１の屈曲部分と離隔対向する第２の屈曲部分とを有して成り、ならびに、断面視で、少なくとも、前記プレート状の本体部分と前記導電性弾性体とが直接対向し、前記屈曲部分と前記電極基部とが直接対向可能となっている、電解槽が供される。

本発明の一実施形態にかかる電解槽によれば、その構成要素である導電性弾性体を好適に保持可能である。

本発明の一実施形態に係る電解槽を模式的に示す分解斜視図 一実施形態に係る電極基部に取り付けられた導電性弾性体を模式的に示す部分拡大平面図 本発明の一実施形態に係る電解槽の構成要素である陰極側支持体を模式的に示す平面図 図３Ａの線分ＩＩ－ＩＩ’における陰極側支持体を模式的に示す断面図 図３Ａの線分Ｉ－Ｉ’における陰極側支持体を模式的に示す断面図 取付け部材を介して電極基部に取り付けられた導電性弾性体を備える本発明の一実施形態に係る電解槽を模式的に示す部分拡大断面図 本発明の一実施形態に係る電解槽の構成要素である取付け前段階の取付け準備部材を模式的に示す平面図 図５Ａの線分ＩＩＩ－ＩＩＩ’における取付け前段階の取付け準備部材を模式的に示す側面図 本発明の一実施形態に係る電解槽の構成要素である取付け途中段階の取付け準備部材を模式的に示す側面図 本発明の一実施形態に係る電解槽の構成要素である取付け完了段階の取付け部材を模式的に示す断面図 一実施形態に係る取付け前段階の取付け準備部材を模式的に示す平面図 別の実施形態に係る取付け前段階の取付け準備部材を模式的に示す平面図 別の実施形態に係る取付け前段階の取付け準備部材を模式的に示す平面図 別の実施形態に係る電極基部に取り付けられた導電性弾性体を模式的に示す部分拡大平面図 本発明の別の実施形態に係る電解槽の構成要素である取付け前段階の取付け準備部材を模式的に示す平面図 本発明の別の実施形態に係る電解槽の構成要素である取付け途中段階（折り曲げ段階）の取付け準備部材を模式的に示す平面図 本発明の別の実施形態に係る電解槽の構成要素である取付け途中段階（電極基部の開口部分への差し込み段階）の取付け準備部材を模式的に示す断面図 本発明の別の実施形態に係る電解槽の構成要素である取付け完了段階の取付け部材を模式的に示す断面図

以下にて、図面を参照して本発明の一実施形態に係る電解槽を具体的に説明する。図面における各種の要素は、本発明の理解のために模式的かつ例示的に示したにすぎず、概観や寸法比などは実部と異なり得る。

本明細書において「電解槽」とは、広義には、電気分解を行うための装置のことを指しており、狭義には、陽極、陰極およびそれら電極間に設けられる隔膜を少なくとも備えた装置のことを指している。本明細書において「電解用電極」とは、広義には、電気分解を行うための装置に用いられる電極であって、狭義には、かかる装置に用いられる陽極および／または陰極のことを指している。

本明細書でいう「平面視」とは、電解槽を構成する隔膜及び電極等の延在方向に基づく厚み方向に沿って対象物を上側または下側から捉えた場合の形態に基づいている。また、本明細書でいう「断面視」とは、電解槽を構成する支持体及び電極等の厚み方向に対して略垂直な方向からみたときの状態のことである。本明細書で直接的または間接的に用いる“上下方向”および“左右方向”は、それぞれ図中における上下方向および左右方向に相当する。特記しない限り、同じ符号または記号は、同じ部材・部位または同じ意味内容を示すものとする。ある好適な態様では、鉛直方向下向き（すなわち、重力が働く方向）が「下方向」に相当し、その逆向きが「上方向」に相当すると捉えることができる。

本明細書で言及する各種の数値範囲は、下限および上限の数値そのものも含むことを意図している。つまり、例えば１～１０といった数値範囲を例にとれば、下限値の“１”を含むと共に、上限値の“１０”をも含むものとして解釈される。

まず、本発明の前提となる電解槽の基本的な構成について説明し、その後、本発明の特徴について説明を行う。なお、下記説明においては、電解槽のための電極、すなわち、電解用電極のことを単に「電極」とも称する、または、より具体的に「陽極」もしくは「陰極」とも称する。

［電解槽の基本的構成］
以下、本発明の一実施形態に係る電解槽の基本的構成について図１を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電解槽を模式的に示す分解斜視図である。図１に示すように、本発明の一実施形態に係る電解槽１０００は、陽極１００と、陰極２００と、陽極１００と陰極２００との間に配置される隔膜３００とを少なくとも備える。

陽極１００および陰極２００は、電解質溶液に外部から電気エネルギーを与えるための電極である。典型的には、陽極１００は、外部電源の正極に接続される電極であり、電解槽の運転時には酸化反応がもたらされ得る電極である。一方、陰極２００は、典型的には外部電極の負極に接続される電極であり、電解槽の運転時には還元反応がもたらされ得る電極である。

隔膜３００は、典型的には陽極室と陰極室とを隔てる部材である。好ましくは、陽極で生成した物質と陰極で生成した物質との混合を避けるべく隔膜３００が設けられる。本発明において、隔膜３００は電気分解に常套的に用いられるものであってよい。例えば、隔膜３００はイオン交換膜である。あくまでも１つの例示にすぎないが、ソーダ工業に用いられる電解槽では、隔膜３００として陽イオン交換膜を用いてよい。

本発明の一実施形態に係る電解槽１０００は、陽極１００および陰極２００の一方の電極の背面側に設けられた導電性弾性体４００と、導電性弾性体４００の背面側に設けられた電極基部５００と、外装体６００を更に備え得る。

電極基部５００は、導電性と耐食性を有する金属板であり得る。例えば、ニッケル、ステンレス等の板を用いることができる。また、銅等の金属板の表面にニッケル被覆を施したものを用いることができる。又、電極基部５００は、電解槽１０００内の各電極室内にて電解液および発生ガス等が円滑に流通可能とするために、開口付きの金属板であり得る。

外装体６００は、電解槽１０００の外装を構成し、１組で２つの支持体（陽極側支持体６１０と陰極側支持体６２０）から構成される。陽極側支持体６１０は、縁部に位置する支持体フレーム６１０Ａ、支持体フレーム６１０Ａに連続しかつ内部空間（具体的には凹部空間）を形作る底部（図示せず）、および電極基部５００を設置するための支持部（リブに相当）（図示せず）を有して成る（図１参照）。同様に、陰極側支持体６２０は、縁部に位置する支持体フレーム６２０Ａ、支持体フレーム６２０Ａに連続しかつ内部空間（具体的には凹部空間）を形作る底部６２０Ｂ、および電極基部５００を設置するための支持部６２０Ｃ（リブに相当）を有して成る（図１、図３Ｂおよび図３Ｃ参照）。即ち、支持体６１０、６２０では、支持体フレームが内部空間（具体的には凹部空間）を取り囲むように構成される。又、各支持体フレーム６１０Ａ、６２０Ａの上面（封止面に相当）にガスケットが位置づけられることが好ましい。具体的には、ガスケットは電極室内の電解液又は発生したガスを外部への漏れを防ぐために、支持体フレームの封止面間を塞ぐように配置される。ガスケットには弾性があり圧縮による弾性変形を利用することで、支持体フレームの封止面同士間に隙間が生じることが好適に防止されている。

上記のガスケットは電気分解に常套的に用いられるものであってよい。例えば、ガスケットは、アルカリ性に対し耐性があり、シール性が高い弾力性のある材料であることが好ましい。例えば天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭゴム）、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭゴム）、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、多孔質ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等から選択される群から成る少なくとも１種の樹脂材料から構成されていればよい。

図２は、電極基部に取り付けられた導電性弾性体を模式的に示す部分拡大平面図である。図２に示すように、導電性弾性体４００は、その導電性に起因して電極間における通電に寄与しつつ、その弾性に起因して電極に対して押圧力を与えることができる。つまり、導電性弾性体４００は、電解槽において反力を供することが可能な導電性の部品に相当し、かかる反力を供するために弾性変形が可能な構造を含む。導電性弾性体４００は、電解槽１０００においてバネ特性を発現させるために弾性変形に付された状態で使用される。具体的には、例えば弾性部４３０の波状湾曲が減じられるように変形に付された状態で導電性弾性体４００が電解槽１０００に設けられる。

具体的には、導電性弾性体４００の反力は、陽極、陰極およびそれら電極間のイオン交換膜を含む電極組合せ体の押圧に利用される。導電性弾性体４００は電極組合せ体の背面側において弾性変形に付された状態で使用され、かかる導電性弾性体４００から供される弾性力（すなわち、反力）によって、電極組合せ体に押圧力がもたらされる。特に、弾性変形に付された導電性弾性体４００は、一方の電極から他方の電極に向かって押圧力を与えるように働き、それによって電極組合せ体の密着化を促進する。つまり、導電性弾性体４００の存在によって、陽極１００と隔膜３００と陰極２００との間に緊密な接触がもたらされ、いわゆるゼロギャップ式として電解槽が好適に機能可能となる。

電解槽１０００に用いられる導電性弾性体４００は、弾性反発力が生じるのであれば、いずれの形態を有してもよい。例えば、導電性弾性体４００は、弾性クッション、弾性マット（例えば金属製コイル体から成る部材、金属製の不織布、金属ワイヤーから成る編物・織物など）、板バネなど種々の形態を有し得る。

一例としては、導電性弾性体４００は、所定の間隔をおいて複数形成された開口部分４２０を備えた固定部４１０と、当該固定部４１０から延在する複数の波状湾曲の弾性部４３０とを備え得る（図２参照）。なお、大型の電解槽においては、導電性弾性体４００は単数で用いられるよりも複数設けられ得る（図１参照）。本明細書でいう「固定部」とは、部品の軸または土台となるような主骨格部分のことを意味する。本明細書でいう「弾性部」とは、その軸または土台となる部分から延びる又は分岐するように設けられた副骨格部分のことを意味している。

一例では、複数の弾性部４３０は、波状湾曲が交互に互い違いに配置された形態を有する。固定部４１０は、好ましくは長尺状の部材である。また、固定部４１０は、好ましくは平面的に延在している。弾性部４３０は、非平面的に延在しており、湾曲した形態を有している。

複数の弾性部４３０は、固定部４１０の長手方向沿いの複数の箇所、特に固定部４１０の側部から延びるように設けられている。複数の弾性部４３０は、固定部４１０の片側のみから延在していてよく、または、固定部４１０の両側からそれぞれ延在してもよい。導電性弾性体４００では、固定部４１０と弾性部４３０とは互いに一体化していることが好ましい。かかる一体化物では、固定部４１０が非湾曲な形態を有する一方、弾性部４３０が湾曲した形態を有する。例えば、湾曲形態の弾性部４３０は、非湾曲形態の固定部４１０の長手方向に対して直交する方向に延在している。

かかる形態によれば、導電性弾性体４００は、固定部４１０と複数の弾性部４３０とを骨格構造とする板バネ形態を成すため、元の形状を取ろうとする応力が働くのでバネ特性として反力が供されると共に、電解槽の使用時に破断が生じにくい。また、導電性弾性体４００は、複数の弾性部４３０の各々が波状に湾曲しており、固定部４１０の長手方向に沿ってこの波状が非整列な配置状態となり得る。これにより、導電性弾性体４００と電極との接点が電解運転時の電流分布にとって好適なものとなる。特に、導電性弾性体４００と電極との接点が、いわゆる千鳥格子状の接点となり易い。これにより、電流の流れに偏りが発生しにくく、全体として均一な電流分布となることにつながり得る。その結果、電解運転時の電解電圧が全体として低下し、電解槽１０００の運転が効率的となり得る。また、陰極２００の構造体抵抗による電圧降下を低減することもできる。

又、導電性弾性体４００は、弾性変形可能な構造および導電性の双方の観点から金属製となっている。例えば、導電性弾性体４００は、チタン、ニッケル、ステンレス、鉄、および銅、ならびにそれらの合金から成る群から選択される少なくとも１種から成る基材から構成されていてよい。なお、導電性弾性体４００の材質は、金属に限らずカーボンであってもよく、それゆえ、金属に加えて又はそれに代えてカーボンから導電性弾性体４００が構成されていてもよい。また、そのような基材に対して電解反応触媒が付加されていてもよい。例えば、電解槽１０００が食塩電解電解槽となる場合、当該基材に対して白金族金属被覆などが施されてもよく、導電性弾性体４００に水素発生触媒機能などを担わせてもよい。

又、電解槽１０００において、電極（陽極１００および陰極２００の少なくとも一方）は、通液性を有する導電性多孔基材であり得る。換言すれば、陽極１００および陰極２００の少なくとも一方がメッシュ開口を有する電極であることが好ましい。あくまでも例示にすぎないが、例えばエキスパンドメタル、金網（平織メッシュ、綾織メッシュ）またはパンチングメタルなどから電極が構成されていてよい。

耐食性の観点から、陽極１００および陰極２００の各々は、チタン、ニッケル、ステンレス鋼、タンタル、ジルコニウムおよびニオブ等から成る群から選択される少なくとも１種を含んで成り得る。また、そのような陽極１００および陰極２００の各々には適当な触媒が担持されていてよい。導電性の多孔基材における開口率は、特に制限されるわけではないが、２０％～９０％程度、例えば３０％～８０％、４０％～７５％または５０％～７５％などであってよい。

電解槽は、好ましくはゼロギャップ式であるところ、かかるゼロギャップ式に適した特徴を有している。そのような特徴の１つとして、電極材の剛性および可撓性といった所謂硬さや柔らかさの点で陽極１００および陰極２００が特徴を有している。具体的には、陽極１００および陰極２００の一方が、他方に対して相対的に可撓性を有しており、逆に当該他方が一方に対して相対的に剛性を有していることが好ましい。これにより、相対的に可撓性を有する電極が、導電性弾性体の反力を受けて撓むことができる一方、相対的に剛性を有する電極が、隔膜３００を介してその撓みを受け止めることができる。

かかる観点から、陽極とイオン交換膜と陰極との間の互いの密着がより好適になり、電解槽が“ゼロギャップ式”としてより好適に機能できる。このようなことは、電解槽が大型の場合に特に当てはまる。つまり、ゼロギャップ式食塩電解の場合などに代表されるように、ゼロギャップのための押圧を必要とする電極主面が大きい場合に特に当てはまる。

所望の電解生成物をより大量に得るには、より大きな電解槽が用いられるが、電極の主面（特に、陽極１００と陰極２００とが互いに対向する主面）も、それに伴って大きくなる。大型のゼロギャップ式電解槽は、複数の電解槽ユニットから好ましくは構成され、その電解槽ユニットの各々では、対向する両側面に大きな電極主面が設けられている。あくまでも一例であるが所謂“複極式”の電解槽を例に採り説明すると、電解槽ユニットの対向する両側面の一方に陰極２００（例えば、エキスパンドメタルから成る陰極面）が設けられている一方、当該両側面の他方に陽極１００（例えば、エキスパンドメタルから成る陽極面）が設けられている。電解槽では、そのような電解槽ユニット同士が隔膜３００（特に陽イオン交換膜）を介して互いに重ね合わさるように複数連結されている。

特に、隣接する電解槽ユニットでは、一方の電解槽ユニットの陰極面と、他方の電解槽ユニットの陽極面とが向き合うようにして重ねられる。このように複数の電解槽ユニットがイオン交換膜を介して組み合わされることによって電解槽が構成されている。なお、複数の電解槽ユニットから構成される電解槽としては“複極式”に限らず、“単極式”であってもよい。つまり、電解槽を構成する電極槽ユニットとして、陽極部と陰極部とを対向する両側面に備えた複極式の電解槽ユニットであることに限らず、対向する両側面に陽極部のみ及び陰極部のみを備えた“単極式”の電解槽ユニットであってもよい。かかる場合、陽極部のみを備える電解槽ユニットと陰極部のみを備える電解槽ユニットとがイオン交換膜を介して交互に配置されるように組み合わされることで、電解槽が構成され得る。

電解槽ユニットから構成される電解槽は、電極主面サイズが比較的大きく、その大きな電極面を通じて所望の電解反応がなされるので好ましいものの、電極面の平面度を保つのが難しくなる。具体的には、電極主面は、そのサイズが大きくなればなるほど、自重に起因した撓み等の影響が無視できなくなる傾向があり、また、電極支持体への取付けなども影響し、かかる電極主面は完全な平坦面を取り難い。例えば図１で例示したような電解槽１０００でいえば、陽極面および陰極面の主面サイズは、数ｍオーダのサイズとなっている。好適な平坦面となるべく電極に剛性を持たせた場合であっても、そのような大きな電極主面では、上記理由等から例えば±０．５ｍｍ～１．０ｍｍ程度の平面度となっており、完全な平坦面（すなわち、平面度が０ｍｍ）とはなり難い。換言すれば、大型の電解槽において、剛性の電極主面は、巨視的には平坦に見えても、微視的にみれば局所的凹凸を伴った面となる傾向がある。

イオン交換膜を介して完全な平坦面となっていない電極同士を密着させると、その凹凸によって、電流分布の均一化が損なわれたりするおそれがある。そこで、好適な電解槽では、剛性電極に対して、それと対を成す電極を柔らかい可撓性電極としている。これにより、イオン交換膜を介して電極同士が強く密着させられたとしても、剛性電極面の凹凸に追随するように可撓性電極が撓むことになり、結果として電流分布の不均一化などが好適に防止され得る。

あくまでも一例であるが、陽極が相対的に硬い剛性のエキスパンドメタルから構成される一方、陰極が相対的に柔らかい可撓性のエキスパンドメタルから構成されていてよい。そして、イオン交換膜を介して陽極の剛性エキスパンドメタルと組み合わされる陰極の可撓性エキスパンドメタルの背面側に導電性弾性体４００が設けられ得る。かかる場合、導電性弾性体４００の反力によって、陰極の可撓性エキスパンドメタルが陽極の剛性エキスパンドメタルに向かって押圧されるが、その際に陰極の可撓性エキスパンドメタルが、陽極の剛性エキスパンドメタルの主面の平面度に応じて局所的に変位することができる。したがって、電解槽ユニット同士が強く締め付けられるように固定され、導電性弾性体４００の反力が大きく働くような条件にされた場合であっても、陽極１００と隔膜３００と陰極２００とが互いに好適に密着し、電流分布の不均一化などの不都合な現象は引き起こされ難い。

特に限定されないが、相対的に硬い剛性のエキスパンドメタルは、その特性故、０．２～２.０ｍｍ程度の厚みを有し、多孔すなわち開口を成すストランドの幅（刻み幅）は０．２～２.０ｍｍ程度であり得る。可撓性エキスパンドメタルはその特性故、０.１～１.０ｍｍ程度、好ましくは０.１～０.５ｍｍ程度の厚さを有し、多孔すなわち開口を成すストランドの幅は０.１～２.０ｍｍ程度、好ましくは０.１～１.５ｍｍ程度であり得る。可撓性電極として金網やパンチングメタルを使用する場合には、例えば厚みが０．１～１．０ｍｍ程度、好ましくは０．１～０．５ｍｍ程度であってよい。金網の場合には金網を構成する金属繊維の略直径を意味する線径φは０．０５～１．０ｍｍ程度、好ましくは０．１～０．５ｍｍ程度となってよい。パンチングメタルの場合には、隣接する開口部間の非開口部長さＬが０．１～２．０ｍｍ程度、好ましくは０．１～１．５ｍｍ程度となってよい。

一例としては、エキスパンドメタルの可撓性の陰極２００と、隔膜３００と、エキスパンドメタルの剛性陽極１００とがその順で重ねられた配置に対して、導電性弾性体４００が陰極２００の背面側（すなわち、隔膜３００の設置側と反対側）に設けられている。導電性弾性体４００は、エキスパンドメタルの陰極２００と陰極基部５００との間で狭窄されるように変形に付されて設けられるので、導電性弾性体４００の弾性部４３０と直接的に接するエキスパンドメタルの可撓性の陰極２００には導電性弾性体４００の弾性力が直接与えられることになる。その結果、エキスパンドメタルの可撓性の陰極２００が、エキスパンドメタルの剛性陽極１００に向かって押圧されるように付勢され、可撓性の陰極２００と隔膜３００と剛性陽極１００との互いの密着化がもたらされる。なお、剛性陽極自体は、電解槽ユニットの電極支持体などに動かないように固定されているので、導電性弾性体の弾性力を受け止めるように作用して密着化に寄与する。

［本発明の特徴部分］
以下、本発明の一実施形態に係る電解槽１０００の特徴部分について説明する。本願発明者は、その構成要素である導電性弾性体４００を好適に保持可能な電解槽の構成について鋭意検討した。その結果、本願発明者は、下記の特徴を有する本発明の一実施形態に係る電解槽を案出するに至った。

本発明の一実施形態に係る電解槽１０００は、導電性弾性体４００を電極基部５００に取り付け可能な取付け部材７００を更に備える（図１～図４参照）。本発明の一実施形態では、かかる取付け部材７００の構成に技術的特徴がある。

取付け部材７００は、導電性弾性体４００の正面側に設けられたプレート状の本体部分７１０と、プレート状の本体部分７１０の所定箇所から連続する少なくとも２つの屈曲部分７２０とを有して成る。屈曲部分７２０はカシメ部分であり得る。具体的には、少なくとも２つの屈曲部分７２０は、第１の屈曲部分７２１および当該第１の屈曲部分７２１と離隔対向する第２の屈曲部分７２２とを有して成る。

一実施形態では、上記の屈曲部分７２０はプレート状の本体部分７１０のメイン領域７１３内から連続することができる（図２および図４参照）。この場合、取付け部材７００の本体部分７１０は導電性弾性体４００の固定部４１０の長手方向に沿って延在するように配置され得る。別の実施形態では、上記の屈曲部分７２０αはプレート状の本体部分７１０αの側部領域７１２αから連続することができる（図７および図８Ｄ参照）。この場合、取付け部材７００αの本体部分７１０αは導電性弾性体４００αの固定部４１０αの短手方向に沿って延在するように配置され得る。

以下では、上記の一実施形態を例に採り説明を行う。上記の第１の屈曲部分７２１および第２の屈曲部分７２２の各々は、断面視で、プレート状の本体部分７１０と対向する第１領域７２０Ａと、プレート状の本体部分７１０の延在方向に対して交差する方向に延在する第２領域７２０Ｂ（所定領域に相当）とを有して成る。本明細書でいう「第１領域７２０Ａがプレート状の本体部分７１０と対向する」とは、第１領域７２０Ａの主面がプレート状の本体部分７１０の主面と対向可能な位置関係を指す。

更に、断面視で、少なくとも、プレート状の本体部分７１０と導電性弾性体４００とが直接対向し、屈曲部分７２０と電極基部５００とが直接対向可能となっている。具体的には、プレート状の本体部分７１０の背面側主面７１１と導電性弾性体４００とが直接対向し、屈曲部分７２０と電極基部５００の背面側主面５１０および側面５２０とが直接対向可能となっている（図４参照）。なお、本明細書でいう「プレート状の本体部分７１０の背面側主面７１０」とは可撓性の電極（例えば可撓性の陰極）を基準として遠位側に設けられた本体部分７１０の主面を指す。又、本明細書でいう「電極基部５００の背面側主面５１０」とは導電性弾性体４００を基準として遠位側に設けられた電極基部５００の主面を指し、具体的には電極基部５００の背面側において隣り合う開口部間に形成された連続主面を指す。かかる構成によれば、断面視で、取付け部材７００の本体部分７１０が導電性弾性体４００と当接し、各屈曲部分７２０が電極基部５００と当接可能となる。具体的には、断面視で、少なくとも第１の屈曲部分７２１および第２の屈曲部分７２２が電極基部５００と当接可能となる。

又、別の観点から言えば、断面視で、取付け部材７００の本体部分７１０と、当該本体部分７１０に連続する第１の屈曲部分７２１と、第２の屈曲部分７２２とにより囲まれる領域内に、少なくとも電極基部５００の一部が位置付けられる。かかる構成によれば、断面視で、取付け部材７００の本体部分７１０は電極基部５００と直接対向可能となると共に、屈曲部分７２０が電極基部５００と当接可能となる。

一方、上記別の実施形態に基づき屈曲部分７２０αがプレート状の本体部分７１０αの側部領域７１２αから連続する場合、取付け部材７００αの本体部分７１０αと、当該本体部分７１０αに連続し、少なくとも相互に対向する２つの屈曲部分７２０α（第１の屈曲部分７２１αと第２の屈曲部分７２２α）とにより囲まれる領域内に、導電性弾性体４００αの一部と電極基部５００の一部とが相互に重なり合う重複部分８００が位置付けられ得る（図７および図８Ｄ）。

更に別の観点でいえば、屈曲部分７２０の第２領域７２０Ｂが、少なくとも、相互に対向する電極基部５００の第１の開口部分５３０と第１の開口部分５３０に離隔対向する第２の開口部分５４０とに差し込み可能となっている。これにより、断面視で、相互に対向する２つの屈曲部分７２０の第２領域７２０Ｂ間に電極基部５００が挟み込まれる。

一例では、導電性弾性体４００と電極基部５００との間にて、相互に重なり合う導電性弾性体４００の開口部分４２０と電極基部５００の第１の開口部分５３０とにより、第１の重複開口部分Ｘが形成される。又、相互に重なり合う導電性弾性体４００の開口部分４２０と電極基部５００の第２の開口部分５４０とにより、第１の重複開口部分Ｘに離隔対向する第２の重複開口部分Ｙが形成される。かかる状態において、本発明の一実施形態では、断面視で、各屈曲部分７２０の第２領域７２０Ｂが、この第１の重複開口部分Ｘと第２の重複開口部分Ｙとにそれぞれ差し込まれ得る。

なお、本明細書でいう「重複開口部分」とは、導電性弾性体４００と電極基部５００との間にて、電極基部５００の開口部分５３０、５４０と導電性弾性体４００の開口部分４２０とが相互に重なり合って形成される開口部分を指す。

以上の事から、導電性弾性体４００の延在方向（長手方向に相当）および厚み方向（短手方向に相当）にそれぞれ向かう力が作用するとしても、取付け部材７００の本体部分７１０および屈曲部分７２０が導電性弾性体４００のずれ移動を抑制することができる。その結果、本発明の一実施形態によれば、導電性弾性体４００を所定箇所に好適に保持可能となる。以上の事から、本発明の一実施形態は、従前の「固定ピンを利用する態様」および「溶接を利用する態様」を用いなくとも、導電性弾性体４００の所定箇所への好適な保持可能である点で有利である。

又、従前の「固定ピンを利用する態様」と比べて、本発明の一実施形態では、屈曲部分が２つ以上存在するため、取付け部材７００と電極基部５００との当接ポイントの数を増やすことが可能となる。これにより、電解運転時に、電流の流れに偏りが発生しにくくなり得るため、電解電圧を全体として低下させることができ得る。

ある好適な態様では、第１の屈曲部分と第２の屈曲部分とを有して成る屈曲部分群が、所定の間隔をおいて２つ以上設けられる。かかる態様によれば、断面視で、少なくとも、屈曲部分と電極基部とが直接対向する部分の数を増やすことが可能となる。これにより、断面視で、少なくとも屈曲部分と電極基部との当接ポイントの数を増やすことが可能となる。従って、導電性弾性体を所定箇所により好適に保持可能となる。

一実施形態では、相互に隣り合う一方の屈曲部分群７５０と他方の屈曲部分群７５０とは導電性弾性体４００の固定部４１０の延在方向に沿って直列上に配置され得る（図２および図４参照）。この場合、取付け部材７００の本体部分７１０が電極基部５００と直接対向可能であることを前提として、屈曲部分７２０と電極基部５００とが直接対向する部分の数を増やすことが可能となる。これにより、断面視で、屈曲部分７２０と電極基部５００との当接ポイントの数を増やすことが可能となる。従って、導電性弾性体４００を所定箇所により好適に保持可能となる。

一方、別の実施形態に基づき屈曲部分７２０αがプレート状の本体部分７１０αの側部領域７１２αから連続する場合、相互に隣り合う一方の屈曲部分群７５０αと他方の屈曲部分群７５０αとは導電性弾性体４００αの固定部４１０αの延在方向に対して略垂直方向に沿って直列上に配置され得る（図７および図８Ｄ参照）。かかる構成においては、取付け部材７００αの本体部分７１０αと、相互に対向する２つの屈曲部分７２０αとにより囲まれる領域内に位置付けられ得る「導電性弾性体４００αの一部と電極基部５００の一部との重複部分８００」が２組以上設けられ得る。これにより、断面視でプレート状の本体部分７１０αと導電性弾性体４００αとが直接対向する部分の数も増やすことができる。そのため、屈曲部分７２０αと電極基部５００との当接ポイントの数に加えて、プレート状の本体部分７１０αと導電性弾性体４００αとの当接ポイントの数も増やすことが可能となる。以上の事からも、本態様によれば、導電性弾性体４００αを所定箇所により好適に保持可能となる。

（本発明の一実施形態に係る電解槽１０００の製造方法）
以下、本発明の一実施形態に係る電解槽１０００の製造方法について説明する。特に、本発明の一実施形態に係る電解槽１０００の製造方法は、既述の構成を有する「取付け部材７００の形成工程」を含む。

図５Ａは、本発明の一実施形態に係る電解槽の構成要素である取付け前段階の取付け準備部材７００Ｉを模式的に示す平面図である。図５Ｂは、図５Ａの線分ＩＩＩ－ＩＩＩ’における取付け前段階の取付け準備部材を模式的に示す側面図である。

以下では、一実施形態に従い、プレート状の本体部分７１０のメイン領域７１３から連続する屈曲部分７２０（図２および図４参照）を形成する場合を例に採り、以下説明する。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、まず、取付け前段階の取付け準備部材７００Ｉを用意する。かかる取付け準備部材７００Ｉは、取付け前にて相互に離隔対向する第１のスリット部分７３０Ｉと第２のスリット部分７４０Ｉとを備えるプレート状部材である。即ち、使用前の取付け準備部材７００Ｉは、プレート状の本体部分７１０Ｉと少なくとも２つの相互に対向するスリット部分７３０Ｉ、７４０Ｉとを有して成る。

かかる第１のスリット部分７３０Ｉおよび第２のスリット部分７４０Ｉのスリット形態に起因して、各スリット部分に囲まれる内側領域７１１Ｉは可撓性を有することができる。そのため、各スリット部分に囲まれる可撓性部分を下方向へと押し出すことで、図５Ａおよび図５Ｂに示す初期状態から図５Ｃに示す中間状態にうつすことができる。

なお、各スリット部分は平面視で外側又は内側に湾曲する形態をとることができる。又、各スリット部分は、プレート状の本体部分７１０Ｉの長手方向に沿って一列上に配置され得る。特に限定されるものではないが、一例では、図５Ａおよび図６Ａに示すように、平面視で外側にＵ字状に湾曲する形態をとることができる。別例では、図６Ｂに示すように、平面視で１つの屈曲ポイントを有し、かつ外側に湾曲する形態をとることができる。更なる別例では、図６Ｃに示すように、平面視で２つの屈曲ポイントを有し、かつ外側に湾曲する形態をとることができる。

図５Ｃは、本発明の一実施形態に係る電解槽の構成要素である取付け途中段階の取付け部材を模式的に示す側面図である。図５Ｃに示す中間状態では、プレート状の本体部分７１０Ｉの延在方向に対して略垂直方向に延在する２つの延在部分７２０Ｉ（第１の延在部分７２１Ｉおよび第２の延在部分７２２Ｉ）を形成することができる。これにより、プレート状の本体部分７１０Ｉおよび２つの延在部分７２０Ｉ（第１の延在部分７２１Ｉおよび第２の延在部分７２２Ｉ）を有して成る取付け準備部材７００Ｉを供することができる。なお、第１の延在部分７２１Ｉおよび第２の延在部分７２２Ｉは、相互に離隔対向する配置関係となっている。

そして、導電性弾性体４００を設置する側の支持体の支持部（リブに相当）上にて、溶接等により縁部を支持体フレーム側に溶接して、電極基部５００を設置する。導電性弾性体４００を設置する側の支持体としては、例えば、図１および図３Ａ～図３Ｃに示す陰極側の支持体を用いることができる。この場合、電極基部５００は陰極基部となり得る。電極基部５００の設置後、電極基部５００の主面と対向するように導電性弾性体４００を設置して、支持体フレームに溶接した金属板（例えばＮｉ板）に設置した導電性弾性体４００の両端部をスポット溶接させる。

かかる状態にて、図２に示すように、例えば、導電性弾性体４００の固定部４１０上に本体部分７１０Ｉ（図５Ｃ併せて参照）が位置づけられるように、取付け準備部材７００Ｉを設ける。一実施形態では、取付け準備部材として、図５Ａに示すスリット部分を有してなるものを用いる場合、本体部分７１０Ｉが導電性弾性体４００の固定部４１０の長手方向に沿って延在するように、取付け準備部材７００Ｉを設置する。

具体的には、相互に対向する電極基部５００の第１の開口部分５３０と第２の開口部分５４０とに、図５Ｃに示す取付け準備部材７００Ｉの第１の延在部分７２１Ｉと第２の延在部分７２２Ｉとをそれぞれ差し込む。より具体的には、取付け準備部材として、図５Ａに示すスリット部分を有してなるものを用いる場合、断面視で、既述の導電性弾性体４００と電極基部５００との間にて形成される第１の重複開口部分Ｘと第２の重複開口部分Ｙとに、図５Ｃに示す取付け準備部材７００Ｉの第１の延在部分７２１Ｉと第２の延在部分７２２Ｉとをそれぞれ差し込む。

取付け準備部材７００Ｉの延在部分７２０Ｉの差込み後、図２の右下および図５Ｃに示す取付け準備部材７００Ｉに形成された開口部分７６０Ｉを介して、電極基部５００の開口部分５３０、５４０を通りぬけるように治具２０００を挿入する。治具２０００の挿入後、治具２０００を用いて、取付け準備部材７００Ｉの第１の延在部分７２１Ｉの一部と第２の延在部分７２２Ｉの一部（図２および図５Ｄ参照）がそれぞれ内側に屈曲するように、２つの延在部分７２０Ｉの一部を加締める。

一方、別の実施形態に従い、プレート状の本体部分７１０αの側部領域７１２αから連続する屈曲部分７２０αを形成する場合には、まず、プレート状の本体部分７１０αＩの側部領域７１２αＩに相互に対向する突起７２０αＩを有してなる、取付け前段階の取付け準備部材７００αＩを用いることができる（図７および図８Ａ参照）。 具体的には、相互に対向する突起７２０αＩは、導電性弾性体４００αの固定部４１０αを長軸としてその両側に位置付け可能に供され得る。かかる２つの突起７２０αＩは、固定部４１０αの長軸の両側に設置されるのであれば、プレート状の本体部分７１０αＩの側部領域７１２αＩの任意の箇所に配置し得る。

一例では、第１の突起７２１αＩと第２の突起７２２αＩが、本体部分７１０αＩの側部領域７１２αの短手側７１４αＩに供され得る。別例では、第１の突起７２１αＩと第２の突起７２２αＩが、側部領域７１２αＩの両端側に供されてよい。図面（図８Ａ～図８Ｄ）では、第１の突起７２１αＩと第２の突起７２２αＩが、側部領域７１２αＩの両端に供される場合を例に採ったものを図示している。この場合、後述するように、第１の突起７２１αＩと第２の突起７２２αＩとを有して成る突起群７５０αＩが、所定の間隔をおいて２つ以上設けられることが好ましい（図７および図８Ａ参照）。

その後、かかる突起７２０αＩを、プレート状の本体部分７１０αＩの延在方向に対して略下方垂直方向に折り曲げる（図８Ｂ参照）。次いで、上述のプレート状の本体部分７１０のメイン領域７１３から連続する屈曲部分７２０（図２および図４参照）を形成する場合と同様に、電極基部５００の設置後、電極基部５００の主面と対向するように導電性弾性体４００αを設置した状態にて、導電性弾性体４００αの固定部４１０α上に本体部分７１０αＩが位置づけられるように、取付け準備部材７００αＩを設ける。かかる別の実施形態では、取付け準備部材７００αＩとして、本体部分７１０αＩが導電性弾性体４００αの固定部４１０αの短手方向を跨ぐように、取付け準備部材７００αＩを設置する（図７参照）。

かかる状態にて、相互に対向する電極基部５００の第１の開口部分５５０と第２の開口部分５６０とに、プレート状の本体部分７１０αＩの側部７１２αＩに設けられた相互に対向する突起７２０αＩをそれぞれ差し込む（図８Ｃ参照）。かかる突起７２０αＩの差込み後、電極基部５００の第１の開口部分５５０および第２の５６０をそれぞれ通りぬけるように治具を挿入し、その後、治具を用いて、取付け準備部材７００αＩの少なくとも相互に対向する２つの突起７２０αＩがそれぞれ内側に屈曲するように当該突起７２０αＩを加締める（図８Ｄ参照）。

以上により、いずれの実施形態においても、導電性弾性体４００、４００αの正面側に設けられたプレート状の本体部分７１０、７１０αと、プレート状の本体部分７１０、７１０αの所定箇所から連続する少なくとも２つの屈曲部分７２０、７２０αとを有して成る、取付け部材７００、７００αを形成することができる（図２、図５Ｄ、図７および図８Ｄ参照）。

これにより、全体として、図５Ｄおよび図８Ｄ（取付け完了段階の取付け部材を模式的に示す断面図）に示すように、断面視で、導電性弾性体４００、４００α上に取付け部材７００、７００αの本体部分７１０、７１０αを当接させると共に、屈曲部分７２０、７２０α上に電極基部５００を当接させることが可能となる。その結果、導電性弾性体４００、４００αの延在方向（長手方向に相当）および厚み方向（短手方向に相当）にそれぞれ向かう力が作用するとしても、取付け部材７００、７００αの本体部分７１０、７１０αおよび屈曲部分７２０、７２０αが導電性弾性体４００、４００αのずれ移動を抑制することができる。その結果、導電性弾性体４００、４００αを所定箇所に好適に保持可能となる。

なお、一実施形態において、ある好適な態様では、第１のスリット部分７３０Ｉと第２のスリット部分７４０Ｉとを有して成るスリット部分群７５０Ｉが、所定の間隔をおいて２つ以上設けられる（図５Ａ参照）。又、別の実施形態において、ある好適な態様では、第１の突起７２１αＩと第２の突起７２２αＩとを有して成る突起群７５０αＩが、所定の間隔をおいて２つ以上設けられる（図７および図８Ａ参照）。かかる態様によれば、取付け準備部材７００Ｉ、７００αＩから、プレート状の本体部分７１０Ｉ、７１０αＩと屈曲部分７２０、７２０αとを有して成る取付け部材７００、７００αを最終的に形成した際において、断面視で、屈曲部分７２０、７２０αと電極基部５００とが直接対向する部分の数を増やすことが可能となる。これにより、断面視で、屈曲部分７２０、７２０αと電極基部５００との当接ポイントの数を増やすことが可能となる。これにより、導電性弾性体４００、４００αを所定箇所により好適に保持可能となる。それ故、導電性弾性体４００、４００αを電極基部５００により好適に取り付けることが可能となる。導電性弾性体４００の取付け後、当該導電性弾性体４００と対向するように可撓性の多孔性基材から構成される陰極２００を設置する。この場合、陽極側では、導電性弾性体を設置することなく、剛性を有する多孔性基材から構成される陽極１００を設ける。

その後、陽極１００と陰極２００との間に隔膜３００を位置付けた状態で、陽極側の支持体フレーム６１０Ａと陰極側の支持体フレーム６２０Ａとを直接対向させた上で両者を接続させる。かかる支持体フレーム同士の接続完了後に、電極室内に電解液を注入する。以上により、本発明の一実施形態に係る電解槽１０００を製造することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、あくまでも典型例を例示したに過ぎない。従って、本発明はこれに限定されず、種々の態様が考えられることを当業者は容易に理解されよう。

本発明の一実施形態に係る電解槽は、電気分解のために、例えばソーダ工業用に用いることができる。

２０００ 治具
１０００ 電解槽
１００ 陽極
２００ 陰極
３００ 隔膜
４００、４００α 導電性弾性体
４１０、４１０α 固定部
４２０、４２０α 開口部分
４３０ 弾性部
５００ 電極基部
５１０ 電極基部の背面側主面
５２０ 電極基部の側面
５３０、５５０、５７０ 電極基部の第１の開口部分
５４０、５６０、５８０ 電極基部の第２の開口部分
６００ 外装体
６１０ 陽極側支持体
６２０ 陰極側支持体
６１０Ａ 陽極側支持体の支持体フレーム
６２０Ａ 陰極側支持体の支持体フレーム
６２０Ｂ 陰極側支持体の底部
６２０Ｃ 陰極側支持体の支持部（リブに相当）
７００、７００α 取付け部材
７００Ｉ、７００αＩ 取付け準備部材
７１０Ｉ、７１０αＩ 取付け準備部材のプレート状の本体部分
７１２αＩ プレート状の本体部分の側部領域
７２０Ｉ 延在部分
７２１Ｉ 第１の延在部分
７２２Ｉ 第２の延在部分
７２０αＩ 取付け準備部材の突起
７２１αＩ 第１の突起
７２２αＩ 第２の突起
７１０、７１０α プレート状の本体部分
７１１ プレート状の本体部分の背面側主面
７１２ プレート状の本体部分の側部領域
７１３ プレート状の本体部分のメイン領域
７２０ 屈曲部分
７２０Ａ 屈曲部分の第１領域
７２０Ｂ 屈曲部分の第２領域
７２１ 第１の屈曲部分
７２２ 第２の屈曲部分
７３０Ｉ、７４０Ｉ、７３０ＩＩ、７４０ＩＩ、７３０ＩＩＩ、７４０ＩＩＩ スリット部分
７５０、７５０α 屈曲部分群
７５０Ｉ スリット部分群
７５０αＩ 取付け準備部材の突起群
８００ 重複部分（導電性弾性体の一部と電極基部の一部とが相互に重なり合う部分）

Claims (12)

1. 陽極と、陰極と、該陽極と該陰極との間に配置される隔膜と、前記陽極および前記陰極の一方の電極の背面側に設けられた導電性弾性体と、前記導電性弾性体の背面側に設けられかつ複数の開口部分を有して成る電極基部と、前記導電性弾性体を前記電極基部に取り付け可能な取付け部材とを備え、
   前記取付け部材は、前記導電性弾性体の正面側に設けられたプレート状の本体部分と、該プレート状の本体部分の所定箇所から連続する第１の屈曲部分および該第１の屈曲部分と離隔対向する第２の屈曲部分とを有して成り、ならびに、断面視で、少なくとも、前記プレート状の本体部分と前記導電性弾性体とが直接対向し、前記屈曲部分と前記電極基部とが直接対向可能となっている、電解槽。
2. 断面視で、前記取付け部材の前記本体部分が前記導電性弾性体と当接し、各屈曲部分が前記電極基部と当接可能となっている、請求項１に記載の電解槽。
3. 断面視で、前記取付け部材の前記本体部分と、該本体部分に連続する前記第１の屈曲部分と、前記第２の屈曲部分とにより囲まれる領域内に、少なくとも前記電極基部が位置付けられる、請求項１又は２に記載の電解槽。
4. 断面視で、前記第１の屈曲部分の前記本体部分の延在方向に対して交差する方向に延在する所定領域および前記第２の屈曲部分の前記所定領域が、少なくとも、相互に対向する前記電極基部の第１の開口部分と該第１の開口部分に離隔対向する第２の開口部分とにそれぞれ差し込まれる、請求項１～３のいずれかに記載の電解槽。
5. 前記導電性弾性体が複数の開口部分を有して成り、断面視で、各屈曲部分の前記所定領域が、相互に重なり合う前記導電性弾性体の前記開口部分と前記電極基部の前記開口部分とにより形成される重複開口部分に差し込まれる、請求項４に記載の電解槽。
6. 前記第１の屈曲部分と前記第２の屈曲部分とを有して成る屈曲部分群が、所定の間隔をおいて２つ以上設けられる、請求項１～５のいずれかに記載の電解槽。
7. 前記屈曲部分がカシメ部分である、請求項１～６のいずれかに記載の電解槽。
8. 前記屈曲部分が前記本体部分のメイン領域から連続する、請求項１～７のいずれかに記載の電解槽。
9. 前記屈曲部分が前記本体部分の側部領域から連続する、請求項１～８のいずれかに記載の電解槽。
10. 前記導電性弾性体が固定部および該固定部から延在する弾性部を備え、前記プレート状の本体部分が前記固定部上に配置される、請求項１～９のいずれかに記載の電解槽。
11. 前記導電性弾性体の前記複数の開口部分が前記固定部に形成されている、請求項５に従属する請求項６～１０のいずれかに記載の電解槽。
12. ゼロギャップ式の電解槽である、請求項１～１１のいずれかに記載の電解槽。

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