JP3080383B2 - 電解槽およびその製造方法 - Google Patents

電解槽およびその製造方法

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JP3080383B2 JP02045855A JP4585590A JP3080383B2 JP 3080383 B2 JP3080383 B2 JP 3080383B2 JP 02045855 A JP02045855 A JP 02045855A JP 4585590 A JP4585590 A JP 4585590A JP 3080383 B2 JP3080383 B2 JP 3080383B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、フィルタープレス型の電解槽に関し、特に
隣接する電極室間で電解液を分離する隔壁に特徴を有す
る電解槽に関する。
[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。
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電解槽には隣接す
る陽極室と陰極室とを隔壁を介して電気的および機械的
に結合した複極式電解槽ユニットを陽イオン交換膜を介
して多数積層し、両端には陽極あるいは陰極のいずれか
を片面に有する端部電極室ユニットを積層して油圧式の
プレス等で固定した複極式フィルタープレス型電解槽
と、額縁状の電極室枠の両面に同一の電極を有する陽極
室ユニットおよび陰極室ユニットを陽イオン交換膜を介
して多数積層し、両端部には陽極または陰極を片面に有
する電極室ユニットを積層した単極式フィルタープレス
型電解槽がある。単極式の電解槽の電極室ユニットは額
縁状の電極室枠を補強するとともに電解液の循環を促進
する作用をするダウンカマーやリブ等を設けこれらのリ
ブ等に電極を取り付けており、通常は電解液を分離する
隔壁は有していない。
一方、複極式の電解槽のユニットには、陽極室と陰極
室とを分離するとともに電解電流の伝達の作用をする隔
壁が設けられている。陽極室と陰極室を分離する隔壁に
はそれぞれ陽極および陰極が取り付けられている。陽極
室と陰極室は対象となる電解反応によっては一方は過酷
な酸化性の環境にあり他方が還元性の環境となる。とく
に代表的なイオン交換膜法電解である食塩電解において
は陽極では塩素ガスが発生し、陰極では高濃度の水酸化
ナトリウムと水素が生成するので陽極室には耐食性の大
きなチタン、タンタル、ジルコニウムなどの薄膜形成性
金属あるいはその合金を使用している。一方、陰極室の
水素ガスの雰囲気ではチタンは水素を吸収して脆化する
ので耐食性が大きなチタンも陰極室には使用できない。
このため、陰極室には鉄、ニッケル、ステンレス等の鉄
系の金属あるいはその合金を使用している。隔壁を各々
の電極室を構成する金属材料で形成し両者を接合するこ
とにより電気的接合を形成することができるが、チタン
と鉄、ニッケル、ステンレスなどを直接に溶接によって
接合しようとするとチタンと陰極室側の金属が金属間化
合物を形成するために溶接によって実用的な強度を有す
る接合体を得ることには問題があった。
このため、複極式の電解槽では、多くの提案が行われ
ている。例えば、特公昭53−5880号には合成樹脂材料の
隔壁を貫通するボルトで陽極室側の部材と陰極室側の部
材とを結合することを記載している。
また、特公昭52−32866号では鉄系の金属とチタンと
を爆着により接合した板状体を隔壁とし、各々の面にリ
ブを溶接し、リブに陽極および陰極を溶接している。特
公昭56−36231号にはチタンと鉄を銅を挟んで三者を接
合した複合材料を使用し、複合材料のチタンと複極式電
解槽ユニットの陽極側隔壁のチタンとを溶接し、同様に
該複合材料の鉄と陰極側の鉄系の金属の隔壁とを溶接に
よって結合している。
[発明が解決しようとする課題] 複極式電解槽の隔壁には各種のものがあるが、何れの
電解槽においてもリブを隔壁に結合し、そのリブに電極
を結合することが通常であったが、リブによる電圧の降
下が避けられず、また、陽極室のチタンと陰極室の鉄系
の金属を爆着あるいはチタンと鉄とを銅を挟んで接合し
た複合部材との間で溶接した場合には十分な強度と耐食
性を有する電解槽が得られるので工業的にも単極式の電
解槽と並んで広く用いられているが、陰極側の金属と陽
極側の金属とを溶接等の方法で接合するためには特別な
手段を用いる必要があった。
[課題を解決するための手段] 本発明者は、構造が簡単で製造費用も少なくて済むと
ともに電気的な接続の特性に優れた複極式電解槽を鋭意
検討した結果本発明に至ったものである。
すなわち陽極側のチタン等の薄板および陰極側の鉄、
ニッケル、ステンレス等の薄板に各々の薄板が相互に嵌
合する波型、椀状の凹凸をプレス加工等で形成し、各々
の薄板の凸部には直接にエキスパンデッド金属、多孔性
の金属板を溶接等により結合し、両薄板の凹凸部を嵌合
させて複極式の電解槽ユニットを形成したものである。
従来のフィルタープレス型の電解槽では、鍋状の電極
室にリブ等を設けて、このリブにエキスパンデッド金属
あるいは多孔性金属板からなる電極を溶接によって接合
していたが、本発明の複極式電解槽は各電極室のユニッ
トの隔壁に凹凸を形成したもので、凹凸により充分な機
械的な強度と電解液の流路が得られるので、電極室内に
リブを設ける必要がなく、隔壁の凸部に直接に電極を接
合することができるので、こうした接続方法によりリブ
の使用による複極電極の一方の電極から他方の電極への
導電回路が長くなることによって生じる電圧降下を減少
させることも可能である。
陽極側の隔壁と陰極側の隔壁は、直接にスポット溶接
で接合しても良いし、陰極側の隔壁と陽極側の隔壁との
間に銅の薄板を介在させて溶接しても良い。また、溶接
等の恒久的な接続手段によらなくても、凹凸部分を嵌合
させて電気的及び機械的な接合を形成することもでき
る。
陽極側及び陰極側の隔壁に設ける凹凸部は通常のプレ
ス機によって1枚ずつ形成するが、陽極側と陰極側の隔
壁を同一の形状とすることができるので1種類のプレス
用の金型を準備するのみでよい。また、陽極側の隔壁材
料と陰極側の隔壁材料とをそれぞれ1枚ずつ積層した状
態でプレスすることによって1工程で両隔壁に凹凸を形
成すると同時に両隔壁を一体化することができるので、
製造工程を単純化することが可能である。
また、両隔壁の間での溶接を行わずに単に接触するこ
とによって両者の凹凸部分を嵌合して一体化することに
より電気的および機械的接続を形成する場合には、両隔
壁の間には導電性グリース等を塗布して両者の電気的接
続を良好にすることが好ましい。
また、電解槽ユニットを積層して電解槽を組み立て電
極室内を加圧して両隔壁と外部との間に圧力差を形成し
両隔壁の接触性を高めたり、両隔壁と電極室枠体との間
で形成される空間を気密にし、この空間を減圧して電極
室内との間で圧力差を形成することによって両隔壁の接
触性を高めても良い。以下に図面を参照し本発明を説明
する。
第1図は本発明の溝状の凹凸を設けた隔壁を有する電
解槽ユニットの陽極側から陰極側をみた平面図であり、
一部を切り欠いている。第2図は第1図のA−A′で切
った断面図を示す。第3図は椀状の凹凸設けた電解槽ユ
ニットを示し、第4図は第3図のB−B′で切った断面
図を示す。
電解槽ユニット1の陽極側の隔壁2はチタン、ジルコ
ニウム、タンタルなどの薄膜形成性金属およびそれらの
合金から選ばれる材料の薄板を鍋状に加工し、陰極側の
隔壁3は鉄、ニッケル、ステンレス等の薄板を鍋状に加
工し、両隔壁を電解槽枠体4に取り付けている。陽極側
の隔壁には溝状の陽極側の凹部5と陽極側の凸部6を設
け、同様に陰極側の隔壁3にも陽極側の隔壁の凹部と凸
部に嵌合する位置に陰極側凹部7と陰極側凸部8を設け
ている。
また、各々の凹部と凸部は電極室内での電解液の循環
路が形成されるように、凹凸が溝状である場合には電極
室の高さ方向に沿って設けると共に電極室の上下の壁面
には凹凸が達しない構造として上下で流体の流通が妨げ
られない構造とする。
陽極室側の隔壁の凸部6には、エキスパンデッド金
属、多孔板等に白金族金属酸化物などの陽極活性被覆を
形成した陽極9をスポット溶接等の手段によって接合
し、陰極室側の隔壁の凸部にはエキスパンデッド金属や
多孔板等にニッケル系あるいは白金族系の物質の陰極活
性被覆を形成した陰極10をスポット溶接等の手段で接合
する。
電極室の隔壁に設ける凹凸は溝状に限らず第3図に示
すように椀状の凹凸11を設けても良い。
また、このようにして製造した電解槽ユニットを陽イ
オン交換膜12を介して積層する際には第5図で示すよう
に、陽極側の隔壁の凸部と陰極側の隔壁の凸部は陽イオ
ン交換膜を挟んで対向しないように配置することによ
り、対向する電極間の電流分布を均一化することが可能
となる。
[作用および効果] 本発明の電解槽は、陽極室の隔壁と陰極室の隔壁に形
成した凹凸を嵌合するとともに隔壁の凸部に電極を直接
に接合し電極室の隔壁と電極との間にリブを設けないで
直接に接合したので製造が簡単であるとともに一方の電
極から他方の電極への導電回路が短いので、電気的特性
の優れた電解槽が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の溝状の凹凸を設けた隔壁を有する電解
槽ユニットの陽極側から陰極側をみた平面図であり、一
部を切り欠いている。第2図は第1図のA−A′で切っ
た断面図を示す。第3図は円錐台状の凹凸設けた電解槽
ユニットを示し、第4図は第3図のB−B′で切った断
面図を示す。 第5図は電解槽ユニットを陽イオン交換膜を介して積層
する際の隣接する電解槽ユニットの配置を示す断面図で
ある。 電解槽ユニット1 陽極側の隔壁2 陰極側の隔壁3 電解槽枠体4 陽極室側の隔壁の凹部5 陽極室側の隔壁の凸部6 陰極室側の隔壁の凹部7 陰極室側の隔壁の凸部8 陽極9 陰極10 椀状の凹凸11 陽イオン交換膜12
───────────────────────────────────────────────────── 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 (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電解槽において、電解槽ユニットの鍋状に
    加工した陽極側の隔壁と陰極側の隔壁に互いに嵌合する
    凹凸を形成し、両隔壁を重ね併せて一体化して隔壁板を
    構成するとともに、両隔壁を電解槽枠体に取り付けて、
    陽極室および陰極室の内壁面を一体に構成することを特
    徴とする電解槽。
  2. 【請求項2】陽極側の隔壁と陰極側の隔壁を溶接により
    接合したことを特徴とする請求項1に記載の電解槽。
  3. 【請求項3】陽極側の隔壁と陰極側の隔壁を両隔壁の間
    の圧力と電極室内の圧力との差圧で接触したことを特徴
    とする請求項1ないし2項のいずれかに記載の電解槽。
  4. 【請求項4】隔壁の凸部に他の部材を介さずに電極板を
    直接接合したことを特徴とする請求項1ないし3項のい
    ずれか1項に記載の電解槽。
  5. 【請求項5】隣接する電解槽ユニットの陰極側の凸部と
    陽極側の凸部を対向しない位置に設けて組み立てたこと
    を特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の
    電解槽。
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