JP2987585B1 - ガス拡散電極のガス室 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 厚さの薄いガス室を形成できるようにし、か
つそのガス室に酸素が電極に十分拡散するに必要な線速
で流れ得るような構造のガス拡散電極のガス室を提供す
る。 【解決手段】 ニッケル薄板８をプレス成形して、その
中央部にガス拡散電極と同じ寸法の凹部９を設け、その
凹部とガス拡散電極とで形成されるガス室４内に、酸素
の通路を確保するためのスペーサーとしてニッケル製メ
ッシュ体７を挿嵌内設して構成したことを特徴とするガ
ス拡散電極のガス室。前記ニッケル製メッシュ体が、酸
素の流れと直交する方向に、多数の細かい波形形状に形
成され、その波形形状部において酸素が攪拌され、均等
にガス拡散電極に酸素が接触できる構造に構成したもの
が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオン交換膜食塩
電解の酸素陰極、亡硝電解の電極等に用いるガス拡散電
極のガス室の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガス拡散電極の機能と構造の概要を、イ
オン交換膜法で食塩水溶液を電解する場合に陰極にガス
拡散電極を使用した酸素陰極の場合を例として説明す
る。通常イオン交換膜法食塩電解は、陽イオン交換膜で
電解槽を陽極室と陰極室とに区画し、陽極を有する陽極
室には塩化ナトリウム水溶液を入れて電解している。こ
のイオン交換膜法食塩電解槽の１形式として、陰極に酸
素含有ガスを供給するガス拡散電極、すなわち酸素陰極
を用いるものが提案されており、この種の電解槽におい
ては、その陰極室は、ガス室を備え、そこから酸素含有
ガスを供給するように構成されたガス拡散電極と苛性ソ
−ダ水溶液を入れた電解液室（「苛性室」ともいう）と
からなっている。

【０００３】このような従来の電解槽の陰極室において
は、図４に示すように、シート状ガス拡散電極１を陰極
室枠（図示省略）に取り付けた陰極金網２の上に乗せ、
苛性室３側より圧力を掛け、ガス拡散電極１を陰極金網
２に押し付けることで接触させ、排電しており、且つ、
酸素は、陰極室枠とガス拡散電極１の間に形成されたガ
ス室４に直接供給され、ガス拡散電極１の背面から電極
内部に取り込まれていた。なお、図４中、５はイオン交
換膜であり、６は陽極を示す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のガス拡散電極のガス室構造においては、この
ガス拡散電極を実機サイズの電解槽に応用する場合、経
済性を出すために、出来るだけ既存のエレメントを用い
ることが望まれる。ガス拡散電極を既存エレメントの陰
極金網に装着した場合、既存カソードエレメント内部空
間（ガス室）が全て酸素室となる。一方、酸素ガス拡散
電極と接触する時の酸素の線速は、速ければ速いほど、
酸素の電極内への拡散速度が速くなるといった関係があ
る。しかして、既存エレメントの厚みは４０〜５０ｍｍ
であり、内容積が大きくなり、酸素がガス拡散電極に十
分拡散するに必要な酸素ガスの線速を与えるためには、
理論量より遙かに多い酸素を供給する必要があり経済的
ではないという問題点があった。また、仮に十分な酸素
を供給しても、既存エレメントの中で、酸素が均一に流
れ、均一にガス拡散電極面に接触する構造にするために
は、更なる改造が必要となるという問題点があった。

【０００５】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、既存エレメントをガス室とせず、
専用のガス室を設け、そのガス室には酸素が電極に十分
拡散するに必要な線速を生じる隙間を設け、更に、酸素
がガス拡散電極に均一に接触できるような構造のガス拡
散電極のガス室を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、プレス成形して凹部を形
成したニッケル薄板製の陰極枠とガス拡散電極との間に
形設された凹部状のガス室内に、酸素の通路を確保する
ためのスペーサーとしてニッケル製のメッシュ体を配設
することにより上記課題を解決できることを見い出して
本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、次の
構成からなるものである。 （１）ニッケル薄板をプレス成形して、その中央部にガ
ス拡散電極と同じ寸法の凹部を設け、その凹部とガス拡
散電極とで形成されるガス室内に、酸素の通路を確保す
るためのスペーサーとしてニッケル製メッシュ体を挿嵌
内設して構成したことを特徴とするガス拡散電極のガス
室。 （２）前記ニッケル製メッシュ体が、酸素の流れと直交
する方向に、多数の細かい波形形状に形成され、その波
形形状部において酸素が攪拌され、均等にガス拡散電極
に酸素が接触できる構造に構成したことを特徴とする前
記（１）記載のガス拡散電極のガス室。 （３）酸素流路の厚さを決める前記スペーサーとしての
ニッケル製メッシュ体の厚さが０．１〜５ｍｍであるこ
とを特徴とする前記（１）又は（２）記載のガス拡散電
極のガス室。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施態様を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明に係るガス拡散電極
のガス室構造の全体を示す縦断面略図であり、図２は、
その要部縦断面図であり、図３は、図２のコルゲートメ
ッシュ体の構造を説明する斜視図である。なお、従来の
ガス拡散電極を表した図４に示した部分と同一部分は同
一符号を用いて示す。

【０００８】本発明にかかるイオン交換膜法で食塩水を
電解する場合に陰極に使用する酸素陰極１０は、図１お
よび図２に示すように、ガス拡散電極１と同じ寸法の凹
部９をプレス成形したニッケル薄板８によってガス拡散
電極１との間にガス室４が形成されている。このガス室
４の中には、酸素の通路を確保するためのスペーサーと
して、ニッケル製メッシュ体７が挿嵌内接されている。
このメッシュ体７は、金網や金網を重ねた構造のもので
も良いが、酸素が良く攪拌され、均等にガス拡散電極１
に酸素が接触できるようにするために、酸素の流れと直
交する方向に、多数の細かい波形形状に形成されたコル
ゲートメッシュ体であることが好ましい。また、その厚
さが０．１〜５ｍｍであることは、酸素の流速の確保と
抵抗の低減のために必要である。本発明で用いている用
語「メッシュ体」は、一般的な用語ではないが、通常使
用されている「金網」では、その構造が限定されたもの
を意味し、「コルゲートメッシュ体」などを包含させる
ことが難しいので、この用語を用いている。なお、先に
図４について説明した従来の電解槽の陰極室と同一機能
を有する部材には同一の符号を付けておいたので、その
繰り返しの説明は省略する。

【０００９】本発明のガス拡散電極のガス室構造は、上
記のように構成したので、本発明のガス拡散電極を用い
た電解槽で食塩水を電解した場合、前記メッシュ体がガ
ス室内に挿嵌内設されているため、必然的にガス室の内
容積が小さくなり、メッシュ体内を通る酸素ガスの線速
が速くなると共に、酸素ガスがコルゲートメッシュ体で
十分攪拌されて、酸素がガス拡散電極に均等に接触でき
るようになり、ガス拡散電極上で十分満足できる酸素還
元反応が起こり、陰極電位が低下するため、電解電圧が
著しく低減する。特にコルゲートメッシュ体を用いた場
合には、そこを通る酸素ガスの線速が一層速くなると共
に、酸素ガスがコルゲートメッシュ体で十分攪拌され
て、均等にガス拡散電極に酸素が接触できるようにな
る。

【００１０】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。ただし本発明は、これらの実施例のみに限定される
ものではない。

【００１１】実施例１ 本発明のガス拡散電極を用い、下記の電解槽仕様および
運転条件にて試験を行った結果、電解電圧は２．０１Ｖ
という著しく低い値ですんだ。 反応面寸法 ： １００×６００ｍｍ（反応面積：７５
ｄｍ² ） 陽極 ： ペルメレック電極社製ＤＳＥ 陰極 ： ガス拡散電極 イオン交換膜： フレミオン８９３（旭硝子社製） 電解電流密度： ３０Ａ／ｄｍ² 運転温度 ： ９０℃ 苛性濃度 ： ３２ｗｔ％ ＮａＯＨ 塩水濃度 ： ２１０ｇ／リットル・ＮａＣｌ

【００１２】

【発明の効果】本発明のガス拡散電極のガス室構造は、
プレス成形して凹部を形成したニッケル薄板製の陰極枠
とガス拡散電極との間に形設された極薄偏平箱状のガス
室内に、酸素の通路を確保するためのスペーサーとして
ニッケル製メッシュ体を配設しているので、これをイオ
ン交換膜食塩電解に用いた場合、ガス室の内容積が小さ
くなり、メッシュ内を通る酸素ガスの線速が速くなると
共に、酸素ガスがメッシュ体によって十分攪拌されるた
め、酸素がガス拡散電極に均等に接触することになり、
ガス拡散電極上で極めて良好な酸素還元反応が起こり、
陰極電位が低下するから、電解電圧が著しく低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス拡散電極のガス室構造の全体の一
例を示す断面説明図である。

【図２】本発明のガス拡散電極のガス室構造の要部を示
す断面説明図である。

【図３】図２に示したニッケル製メッシュ体のコルゲー
トメッシュ構造を説明する斜視図である。

【図４】従来のガス拡散電極のガス室の構造の一例を示
す断面説明図である。

【符号の説明】

１ ガス拡散電極 ２ 陰極金網 ３ 苛性室 ４ ガス室 ５ イオン交換膜 ６ 陽極 ７ ニッケル製メッシュ体 ８ ニッケル薄板 ９ 凹部 １０ 酸素陰極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂田 昭博 東京都港区西新橋一丁目14番１号 東亞 合成株式会社内 (72)発明者 斎木 幸治 大阪府大阪市北区中之島三丁目２番４号 鐘淵化学工業株式会社内 (72)発明者 相川 洋明 東京都千代田区霞が関三丁目２番５号 三井化学株式会社内 (72)発明者 片山 真二 岡山県玉野市東高崎24丁目６号 クロリ ンエンジニアズ株式会社内 (72)発明者 山口 健三 東京都中央区築地５丁目６番４号 コン セプトエンジニアズ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−194273（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−27584（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ニッケル薄板をプレス成形して、その中
   央部にガス拡散電極と同じ寸法の凹部を設け、その凹部
   とガス拡散電極とで形成されるガス室内に、酸素の通路
   を確保するためのスペーサーとしてニッケル製メッシュ
   体を挿嵌内設して構成したことを特徴とするガス拡散電
   極のガス室。
2. 【請求項２】 前記ニッケル製メッシュ体が、酸素の流
   れと直交する方向に、多数の細かい波形形状に形成さ
   れ、その波形形状部において酸素が攪拌され、均等にガ
   ス拡散電極に酸素が接触できる構造に構成したことを特
   徴とする請求項１記載のガス拡散電極のガス室。
3. 【請求項３】 酸素流路の厚さを決める前記スペーサー
   としてのニッケル製メッシュ体の厚さが０．１〜５ｍｍ
   であることを特徴とする請求項１または２記載のガス拡
   散電極のガス室。