JP3069370B2 - 電解槽 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電解槽に関し、特に電極間間隔を減少させて
電解電圧を低下させることができる電極を有するフィル
タープレス型電解槽に関する。

［従来技術］ フィルタープレス型電解槽は食塩の電気分解による塩
素と苛性ソーダの製造をはじめとして、有機物の電解製
造、海水の電解等に広く用いられている。

第５図は、フィルタープレス型電解槽を使用する代表
的な電解方法である食塩のフィルタープレス型の単極式
電解槽の一例を示すが、単位電解槽ユニット51の額縁状
の枠体52には、電極の取り付けと電極への電流の給電お
よび電解液の循環の促進の機能を有する電流分配部材53
が設けられており、電流分配部材の給電棒54が枠体から
取り出されて外部の電気回路に取り付けられている。単
位電解槽の両面には、エキスパンデッドメタル等の多孔
性の金属基体に電極触媒物質層を被覆した電極55が取り
付けられている。

また、電解槽ユニットには、電極室内へ供給する液の
供給管56および電極室内から液あるいは気体を取り出す
ための排出管57が設けられている。

単極式電解槽は、両面に陽極を設けたチタン、タンタ
ル、ニオブ等のバブルメタルあるいはその合金で製造し
た陽極室ユニットと両面に陰極を設けたニッケル、ステ
ンレスなどで製造した陰極室ユニットとをそれぞれ別個
に製造し、陽イオン交換膜を介して陽極室ユニットと陰
極室ユニットを多数積層して電解槽を組み立てている。

また、陽極には白金族の金属あるいはその酸化物を含
む電極触媒の被覆を有しており、陰極には水素過電圧の
低い活性なニッケル系あるいは白金族の金属系の電極触
媒物質の被覆を有している。

電解槽には通常数十キロアンペアから数百キロアンペ
アという非常に大きな電流を通電しているので電解電圧
の僅かな減少も消費電力の減少に大きな効果を発揮す
る。このような電解槽の性能は多くの要因で評価される
が、なかでも電気分解に要する電圧はきわめて重要な要
素となっている。

電気分解に要する電圧は、電極、イオン交換膜、電解
槽の構造、運転温度、電解槽の両極間の距離等に依存し
ており、このために電極、イオン交換膜、電解槽の構
造、運転条件の改良が数多く提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ 電解電圧に影響を及ぼす各種の要因のうち、特に電極
間距離を減少させることは電解電圧の減少に結び付く重
要な要因であるために、電極間距離の減少のために各種
の提案がなされている。

陽イオン交換膜を使用した食塩水のイオン交換膜法電
解においては、単に電極間の距離を小さくすることでは
なく、陽極と陽イオン交換膜との距離を小さくすれば電
解電圧の減少が可能であることが見いだされ、その結
果、陰極室内の圧力を陽極室内の圧力よりも高くして、
両電極室間に形成される圧力差によって陽イオン交換膜
を陽極に密着して電解槽の運転をすることが行われてい
る。

したがって、電極間の距離に着目して電解電圧を減少
させる場合には、陰極と陽イオン交換膜との距離を減少
させることが重要となる。

陽極と陽イオン交換膜および、陰極と陽イオン交換膜
の間の距離を実質的に無くした電解槽も提案されている
が、陽イオン交換膜の種類によっては、陰極との密着が
陽イオン交換膜あるいは電解性能に必ずしも好ましいも
のとは限らず、このような陽イオン交換膜の場合には、
陰極と陽イオン交換膜との距離を一定の距離に保持する
ことが必要となる。

陽イオン交換膜と陰極との距離を一定に確保する場合
あるいは密着する場合のいずれの場合についても、単位
電解槽の電極面には高い寸法精度を保持することが求め
られているが、電解槽の製造工程において大面積の電極
面積を有する単位電解槽において十分な精度を得ること
には困難な面もあった。

［課題を解決するための手段］ 本発明の電解槽は、電極と陽イオン交換膜との間隔を
減少させて電解電圧を減少させるとともに、高い精度で
陽イオン交換膜と電極との距離を維持するために、単位
電解槽の額縁状の枠体に固定したエキスパンデットメタ
ル等からなる電極面上に、電極自体の有する弾性力で固
定した電極面から離れようとする可動性電極の一端を取
り付け、電解槽の組立時に可動性電極が受ける力によっ
て所定の間隔に保持することを可能としたものである。

［作用］ 本発明では単位電解槽の額縁状の枠体に取り付けた主
電極の表面に一部分を固着した可動性電極を取り付けた
もので、電解槽の組立時に電極と陽イオン交換膜との間
隔が実質的に小さくなるので、単位電解槽の額縁状の枠
体に固定した電極の機械的精度が低くても可動性電極を
用いない場合と比較して電解電圧を低下させることが可
能となる。

［実施例］ 以下にフィルタープレス型の単極式の食塩電解槽の陰
極に可動性電極を使用した場合について図面を参照して
本発明を更に詳細に説明する。

第１図は本発明の単極式の電解槽を示し、第２図は第
１図の電解槽をＡ−Ａで示す水平面で切った場合の中央
の２個の電極室ユニット部分の断面図を示し、第３図は
可動性陰極を取り付けた陰極室ユニットの斜視図を示
す。

額縁状のフィルタープレス型の陰極室ユニット１はナ
フィオン（デュポン社登録商標）等のフッ素樹脂系の陽
イオン交換膜２を介して陽極室ユニット３と積層してい
る。陰極室ユニットはニッケルあるいはその合金、ステ
ンレス等から作られており、陽極室ユニットはチタン等
のバブルメタルまたはその合金で作られている。

陰極室ユニット１と陽イオン交換膜２の間にはEPDM
（エチレンプロピレンジエンモノマー）等からなる陰極
側ガスケット４が設けられており、同じく陽極室ユニッ
トと陽イオン交換膜の間には陽極ガスケット５が設けら
れている。

陰極室ユニットの両面には陰極６が設けられており、
陰極は陰極の固定と陰極への電流の供給と陰極室内の電
解液の自己循環を促進する陰極側電流分配部材７に結合
しており、陰極側電流分配部材７と結合した陰極側導電
棒８は陰極室ユニットの額縁状枠体に取り付けられてい
る。

陰極には、ニッケル系あるいは白金族系の陰極活性触
媒層の被覆を形成して、陰極の水素過電圧を低下させる
ことが好ましい。

陰極６には可動性電極９が取り付けられており、可動
性電極９の取り付けは弾性体を介して陰極面に取り付け
ても良いが、可動性電極の一端を陰極面と反対の方向に
折り曲げて陰極面に溶接等の方法により取り付けること
により、電極自体の弾性力によって可動性とすることが
できる。

陰極には、エキスパンデッドメタル、パンチドメタル
等の多孔性の基材を使用することができるが、エキスパ
ンデッドメタルを使用する場合には、形成した網目の大
きさは、長径が6mmないし14mm、短径が3mmないし7mm、
刻み巾1mmないし3mm、板厚0.8mmないし1.5mmのものを使
用することができ、可動性電極には長径が4mmないし12m
m、短径が2mmないし6mm、刻み巾0.6mmないし2mm、板厚
0.3mmないし0.6mmのものを使用することができる。

また、陰極および可動性電極の基材の材質には、高ニ
ッケルステンレス鋼（例えばSUS310S）等のステンレス
鋼やニッケルを使用することができる。

可動性電極の端部10には、陽イオン交換膜との間隔を
保持するためにスペーサ11を設けることができる。ま
た、可動性電極の端部が陽イオン交換膜に接触しても陽
イオン交換膜に損傷を与えないように端部を溶融したり
保護部材を設けることが好ましい。

また、可動性電極は第３図に図示したように、固定電
極の端部に一端を取り付けた１枚の平面状の電極に限ら
ず、複数枚の平面状の電極を固定電極上に取り付けても
良い。

一方、陽極室ユニット３についても、陽極12が、陰極
室ユニットと同様に陽極の固定と陽極への電流の供給と
陽極室内の電解液の自己循環を促進する陽極側電流分配
部材13に結合しており、陽極側電流分配部材13と結合し
た陽極側導電棒14は陽極室ユニットの額縁状枠体に取り
付けられている。

陽極12には、チタンなどのバブルメタルの基体上に酸
化ルテニウム、酸化チタン等を含む電極触媒物質の被覆
を形成している。

陰極室ユニットには陰極室への電解液の供給管15が設
けられており、反対側には生成物の排出管が設けられて
いる。一方、陽極室ユニットにも電解液の供給管と陽極
室生成物排出管16が設けられている。

以上の説明は、単極式の電解槽について述べたが、複
極式の電解槽の固定電極に可動性電極を設けることも可
能であり、また陰極に限らず陽極に可動性電極を設ける
こともできる。

実施例 電極の大きさが縦250mm、横100mm、有効電極面積2.5d
m²の電解槽にペルメレック電極（株）製のDSEを陽極と
し、陰極として厚さ1.5mmのステンレス（SUS310S）製の
エキスパンデッドメタルを固定し、更に陰極上には縦25
0mm横95mm厚さ0.5mmのステンレス（SUS310S）のエキス
パンデッド金属の一端を折り曲げて溶接により固定電極
に取り付けた。

取り付けた部分と反対の端部と固定した電極との距離
は可動性電極の弾性力によって15mmとなった。陰極およ
び可動性電極の両者にニッケル系の陰極活性物質を被覆
した。

陰極と陽イオン交換膜との距離を調節できる電解槽を
組み立てて、陽イオン交換膜としてナフィオン954（デ
ュポン社製）を使用して、陽極と陽イオン交換膜とを密
着し、陽イオン交換膜と陰極との距離を変化させて、電
解温度を90℃とし、30A/dm²の電流密度で32％の水酸化
ナトリウムを電解製造した。

可動性電極は一端が固定されており、陰極と陽イオン
交換膜との距離を近づけると開放端が陽イオン交換膜と
接触しながら陽イオン交換膜とともに陰極面に近づく
が、この場合の陰極と可動性電極の開放端との距離と電
解電圧の関係を第４図に示す。

比較例 陰極として可動性電極を接合せずに固定電極のみとし
た点以外は、実施例と同様の条件で電解し、固定電極と
陽イオン交換膜との距離を変化させた場合の、陽イオン
交換膜と電解電圧の関係を第４図に示す。

実施例および比較例の電解電圧から明らかなように可
動性電極を取り付けた本発明の電解槽は、固定電極のみ
の電解槽に比べて低い電解電圧によって電気分解するこ
とができる。

［発明の効果］ 本発明は、電解槽の枠体に固定した電極に可動性電極
を取り付けたもので、固定した電極と対極との距離が大
きい場合や固定電極の寸法精度が低い場合であっても電
解電圧を低下させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はは本発明の単極式の電解槽を示し、第２図は第
１図の電解槽をＡ−Ａで示す水平面で切った場合の中央
の２個の電極室ユニット部分の断面図を示し、第３図は
可動性陰極を取り付けた陰極室ユニットの斜視図を示
し、第４図は可動性電極を有する場合と有しない場合の
陽イオン交換膜と陰極との距離と電解電圧の関係を示
し、第５図は、単極式の電解槽ユニットの一部を切り欠
いた斜視図である。 １……陰極室ユニット、２……陽イオン交換膜、３……
陽極室ユニット、４……陰極側ガスケット、５……陽極
側ガスケット、６……陰極、７……陰極側電流分配部
材、８……陰極側導電棒、９……可動性電極、10……端
部、11……スペーサ、12……陽極、13……陽極側電流分
配部材、14……陽極側導電棒、15……供給管、16……陽
極室生成物排出管、51……単位電解槽ユニット、52……
額縁状の枠体、53……電流分配部材、54……給電棒、55
……電極、56……液の供給管、57……取り出し管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電極室内の固定電極の電解作用面上に可動
   性電極を取り付けたことを特徴とする電解槽。
2. 【請求項２】可動性電極が一端を折り曲げて固定電極面
   に取り付けたもので、固定電極面から離れる方向への弾
   性力を有することを特徴とする請求項１記載の電解槽。
3. 【請求項３】食塩のイオン交換膜電解用の電解槽である
   ことを特徴とする請求項１記載の電解槽。