JP3770530B2 - 次亜塩素酸塩製造用電解槽 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は次亜塩素酸塩製造用電解槽に関し、とくに高濃度の次亜塩素酸塩を製造可能な電解槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
次亜塩素酸ナトリウムに代表される次亜塩素酸塩類は、漂白剤、殺菌剤として、上下水の処理、排水の処理から家庭の台所用あるいは洗濯用等として各方面で用いられている。次亜塩素酸塩の製造は、食塩水等のアルカリ金属塩化物の水溶液の電気分解によって得られた水酸化アルカリと塩素を反応させて製造する方法あるいは、アルカリ金属塩化物を無隔膜電解槽において電気分解を行って、電解槽中で次亜塩素酸塩を直接製造する方法で行われている。
【０００３】
水酸化アルカリと塩素を反応させる方法は、高濃度の次亜塩素酸塩を得ることができるので、次亜塩素酸塩を販売する目的で製造する場合にはこの方法で行われているが、水酸化アルカリと塩素を製造する電解設備が必要となるので、大規模な食塩などの塩化アルカリの電解工場において水酸化アルカリあるいは塩素の製造に付随して行われている。
【０００４】
これに対して、食塩などの水溶液を無隔膜電解槽において電気分解する方法は、
生成する次亜塩素酸塩の濃度は比較的低いが、水の浄化や殺菌に直接利用することが可能な濃度のものを製造することができ、製造設備も水酸化アルカリと塩素を製造する電解設備に比べて簡単であるので、次亜塩素酸塩を必要とする現場において製造されている。しかも、次亜塩素酸塩の電解製造は、次亜塩素酸塩の必要量に応じて通電する電流を加減することが可能であり、殺菌などに有効な塩素分がすべて水中に溶解しているという特徴を有している。したがって、これまで液体塩素の貯蔵設備を設けて気体状の塩素を使用していた設備あるいは濃厚な次亜塩素酸塩を貯蔵して使用していた設備においても、貯蔵や運搬の必要がない現場での電気分解によって次亜塩素酸を製造が行われるようになっている。
【０００５】
次亜塩素酸塩の電気分解による製造は、食塩などの塩化アルカリの水溶液を、無隔膜電解槽を使用して製造するが、電解液として供給する塩水の濃度は２％ないし４％の濃度のものである。食塩濃度が高いほど陽極での塩素の発生効率は高いが、電解で製造した次亜塩素酸を含む塩水をそのまま水処理等に使用するために濃厚な塩水を使用すれば、高濃度の塩水が被処理水に混合するために、好ましくないので、通常は海水の食塩濃度程度のものを使用している。
【０００６】
陽極側で生じた塩素と陰極側で生じたアルカリとの反応によって次亜塩素酸塩を生じるが、次亜塩素塩は電解槽中において更に電解を続けていると塩素酸へと変化する。したがって、無隔膜電解槽において高濃度の次亜塩素酸塩を製造しようとして、電解液の滞留時間を長くしても塩素酸塩の生成量が多くなるのみで、次亜塩素酸塩の生成効率は低下する。
【０００７】
そこで、高電流効率で次亜塩素酸塩を製造するためには、単位電解槽での電気分解率を高くせずに、陽極と陰極を備えた複数の電解槽を仕切板を介して多段式に設置した電解槽が提案されている（例えば、特公昭５２−２８１０４号、特公昭６１−４４９５６号）。
ところが、従来の電解槽においては、得られる次亜塩素酸の濃度は十分なものではなく、高効率で高濃度の次亜塩素酸塩を製造する電解槽が求められていた。
【０００８】
また、本出願人は、次亜塩素酸塩の濃度および生成効率が、電解液の液温あるいは電解において発生する水素ガスの分離効率によって大きく影響を受けることに着目し、電解液の温度を上昇させず、かつ水素ガスの離脱を良好なものとするために、複数の複極式の単位電解槽を有する次亜塩素酸塩製造用電解槽において、単位電解槽の電解液の流入部もしくは流出部の少なくともいずれか一方には電解液の冷却室を設けた次亜塩素酸塩製造用電解槽を特開平６−２００３９３号公報として提案している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、次亜塩素酸塩製造用電解槽において複極式電極および各単位電極室の区画板を改良し電解槽の構造を簡単な構造とするとともに、電解液の流路を改良することによって次亜塩素酸塩の発生効率を高めた次亜塩素酸塩製造用電解槽を提供することを課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、箱形電解槽内に少なくとも１個の複極式電極を設けた次亜塩素酸塩製造用電解槽において、複極電極の陽極側と陰極側の境界部には、内部に電極を係合する櫛状の空所を設けた第１区画板を設け、複極電極の陽極側と陰極側の境界部から間隔を設けて、内部に電極を係合する櫛状の空所を設けた第２区画板を設け、第１区画板および第２区画板のいずれかの下部は、電解槽内の底面との間で間隙を形成すると共に上部は電解液面より上に位置し、他方の区画板の下部は電解槽の底面まで達すると共に上部は電解液の液面下に存在し、両区画板によって形成される空間は隣接する一方の電極室から電解液が下降し、他方の電極室へ下方から流入する空間を形成し、区画板によって区画された各単位電解槽内に冷却手段を配置した次亜塩素酸塩製造用電解槽である。
また、複極式電極は陽極側に比べて陰極側の長さが長く、複極電極の陽極側と陰極側の境界部には、内部に電極を係合する櫛状の第１区画板が設けられており、複極電極の境界部から間隔を設けて内部に電極を係合する櫛状の第２区画板が設けられている次亜塩素酸塩製造用電解槽である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の次亜塩素酸塩製造用電解槽は、電解槽内に設ける複極式電解槽として、板状のチタン等の耐食性金属基体の一方の部分に、陽極触媒被覆を有する部分を設けて陽極とし、陽極触媒被覆を有しないチタン等の耐食性金属基体の部分を陰極とし、陽極側と陰極側の境界部に第１区画板を設け、更に第１区画板と間隔を設けて第２区画板を設け、第１区画板と第２区画板によって形成される空間を液の流路としたものであり、組立あるいは保守が容易な電解槽である。
【００１２】
以下に、本発明を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の電解槽の一実施例を示す図であり、蓋体を取り外した電解槽の平面図である。電解槽１はポリ塩化ビニール等の合成樹脂、あるいはゴムなどの耐食性材料を被覆した金属等によって構成されている。図１の電解槽では、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈの８個の単位電解槽で構成されており、２個の単極電極、６個の複極電極と１個の折り返し部の複極電極とを有している。
塩水流入口３から流入した塩水は、単位電解槽２ａにおいて、電解槽の槽壁に取り付けた陽極４ａと、対向する陰極５ａによって電気分解を受け、電解槽内で発生する水素気泡の上昇に伴って単位電解槽内において電解液の循環を生じながら電気分解が進行し、電解槽内に取り付けた冷却手段６ａによって塩水は冷却される。
【００１３】
単位電解槽２ａと単位電解槽２ｂは、第１区画板７ａおよび第２区画板８ａによって隔てられており、第１区画板７ａは、陰極５ａを櫛状の開口部に係合しており、その下部は電解槽の底部に達している。第２区画板８ａは、陰極５ａと陽極４ｂの境界部にあって、電極を櫛状の開口部に係合して取り付けている。また、第１区画板７ａの上部は電解槽の液面よりも下方にあって単位電解槽２ａの電解液が第１区画板７ａの上部から、第１区画板７ａと第２区画板８ａの間の下降流路９ａへ流入した後に、単位電解槽２ｂの下部へ流入して電気分解を受ける。
【００１４】
単位電解槽２ｂと単位電解槽２ｃの間には、同様に第１区画板７ｂが陰極５ｂを櫛状の開口部に係合しており、また第２区画板８ｂは、陰極５ｂと陽極４ｃの境界部に、櫛状の開口部に係合しており、同様に電解液が単位電解槽２ｂから下降流路９ｂへ流入した後に単位電解槽２ｃへと流入し、冷却手段６ｂによって冷却されながら電気分解を受ける。また、単位電解槽２ｃの電解液は、第１区画板７ｃの上部から第２区画板８ｃとの間に形成された下降流路９ｃを通じて単位電解槽２ｃから単位電解槽２ｄへと供給されて電気分解を受ける。
【００１５】
単位電解槽２ｄには、電解槽の壁面に設けた折り返し部の複極電極の櫛状の陰極５ｄが取り付けられている。また、他方には単位電解槽２ｅの櫛状の陽極４ｅを有し、単位電解槽２ｄの電解液は、電解槽内の仕切板１０の開口部１１から単位電解槽２ｅへと供給される。
単位電解槽２ｅの電解液は、冷却手段６ｃによって冷却されながら陽極４ｅと陰極５ｅによって電気分解を受けた後に、単位電解槽２ｅから単位電解槽２ｆへと流入する。単位電解槽２ｅと単位電解槽２ｆの間に設けた第１区画板７ｄが陰極５ｅを櫛状の開口部に係合しており、また第２区画板８ｄは、陰極５ｅと陽極４ｆの境界部に、櫛状の開口部に係合しており、単位電解槽２ｅの電解液が第１区画板７ｄの上部から下降流路９ｄへ流入した後に単位電解槽２ｆへ下部から流入して電気分解を受ける。また、同様にして単位電解槽２ｆの電解液は単位電解槽２ｇ、単位電解槽２ｈへと流入して、冷却手段６ｄによって冷却されながら電気分解を受けた後に、次亜塩素酸塩を含有した電解液は、電解液排出口１２から排出される。
【００１６】
図２は、電解槽内における電解液の流れを説明する図であり、図１におけるＡ−Ａ’線の断面を説明する図である。
単位電解槽２ａにおいて電気分解を受けた電解液は、発生した水素気泡２１の上昇に伴う上昇流２２は、液面２３において気泡を分離した後に下降流２４を形成する。さらに電気分解による発熱および冷却手段による冷却によって生じる対流による上昇流および下降流が加わり、第１区画板７ａの上部から第２区画板の間に形成された下降流路９ａを下降して隣接する単位電解槽２ｂの下部から流入して電気分解を受ける。そして、同様に順次単位電解槽間を移動しながら電気分解を受け、電解槽内で発生した水素は水素排出口２５から外部へ排出される。
【００１７】
図３は、電解槽内における電解液の流れを説明する図であり、図１におけるＢ−Ｂ’線の断面を説明する図である。
単位電解槽２ａ内においては、塩水流入口３から流入した塩水は、電解槽内において発生した水素気泡２１の上昇に伴う上昇流２２によって上昇するとともに、単位電解槽２ａ内に設けた冷却手段６ａによって冷却されて生じる下降流２４によって電解槽内を循環が行われて次亜塩素酸塩の生成が効率的に行われることとなる。また、発生した水素は水素排出口２５から外部へ排出される。また、電解槽内に設けた各冷却手段に冷却水供給管６Ａから冷却水が供給される。
【００１８】
また、図４は、第１区画板および第２区画板を説明する図であり、図４（Ａ）は、図２における第１区画板を取り付けたＣ−Ｃ’線の断面を説明する図であり、図４（Ｂ）は、図２における第２区画板を取り付けたＤ−Ｄ’線の断面を説明する図である。
【００１９】
図４（Ａ）において、第１区画板７ａは複数の板状の複極電極の陰極５ａを櫛状の開口部に係合しており、第１区画板の上部は電極の上部を覆わず、一方、下部は電解槽の底部にまで達している。電解液の液面２３は、電極が完全に没する位置にあり、電解液は第１区画板の上部を流通することはできるが、下部は第１区画板によって実質的に区画されているために下部は電解液が流通することはできない。
また、図４（Ａ）では、冷却手段６ａが電解槽内に存在しているために、第１区画板７は、電解槽の断面を完全に塞ぐものではないが、冷却手段が存在しない部分においては、第１区画板は電解槽の壁面まで達している。
図４（Ｂ）は、第２区画板８を説明する図であり、第２区画板８は、複数の板状の複極電極の陰極部と陽極部の境界部にあって、複極電極の上部を覆い櫛状の開口部において複極電極を係合し、第２区画板８の上端は、電解液の液面２３よりも上部にあり、電解液は、実質的に下部のみを流通し上部を流通することを防止している。
【００２０】
図４（Ｂ）に示す第２区画板８にあっては、冷却手段６ａが存在しているので、電解槽の壁面にまで達していないが、冷却手段６ａが存在しない部分にあっては、第２区画板は電解槽の壁面に達している。
【００２１】
次に、本発明の電極を説明する。
図５は、本発明の電極を説明する斜視図であり、図５（Ａ）は、電解槽の壁面に取り付ける陽極を示す斜視図であり、図５（Ｂ）は、複極電極を説明する図であり、図５（Ｃ）は、端部の折り返し部に設ける複極電極を説明する図である。図５（Ａ）に示す陽極６は、チタン等の耐食性金属に白金族の金属の酸化物を含有した触媒被覆を有しており、端板２６に溶接等の方法によって取り付けられており、各板状の電極には、陰極との電極間隔を保持するためにスペーサ２７が取り付けられている。スペーサは、陽極に設けた開口部にフッ素樹脂製の部材を挿入することによって形成することができるが、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の熱可塑性のフッ素樹脂を用いるならば、開口部に挿入した部材を加熱変形させるのみで取り付けることができる。
【００２２】
図５（Ｂ）は、複極電極を説明する図である。板状の複極電極２８は、陽極４と陰極５からなり、陽極４よりも陰極５が長いものである。
陰極と陽極の境界部から陰極側に入った部分に第１区画板７が取り付けられており、第１区画板の取り付け部から間隔を有した陽極と陰極の境界部に第２区画板８が取り付けられている。また、陽極には、陰極との間隔を保持するためのスペーサ２７が設けられており、電極間の間隔を正確に保持するとともに、複極電極の組立を容易にしている。
図５（Ｃ）は、仕切り板によって分割した電解槽内において、折り返し部に設ける複極電極を説明する図であり、端板２６Ａに陽極４と陰極５が取り付けられており、陽極には陰極との間隔を保持するためのスペーサ２７が取り付けられている。
【００２３】
以上の説明では、陰極側が陽極側に比べて長い例について説明したが、チタン等の耐食性金属を基体に用いる場合には、陽極側に電極触媒被覆を形成するのみで複極電極を形成することができるので、電極触媒被覆を形成する陽極側を短くした方が製造上有利であるという理由に基づくものであるが、陽極側を陰極側に比べて長くしても同様の電解槽を作製することができる。
また、箱形の電解槽内に仕切板を設けた電解槽について、電解槽の同一の側の端部に陽極と陰極を取り付ける例について示したが、箱形の電解槽の両端部に陽極と陰極とを取り付けても同様に電解槽を作製することができる。
【００２４】
本発明の電解槽の複極電極は、第１区画板および第２区画板のそれぞれに設けた開口部に複数の板状の複極電極を係合したので、組立が容易であるという特徴を有している。そして、第１区画板および第２区画板を取り付けた複極電極の任意の個数を電解槽内に取り付けることによって、任意の大きさの電解槽を作製することができる。
【００２５】
また、箱型の電解槽内に複数の単位電解槽を水平方向に併設した複極式の単位電解槽の液の流入部もしくは流出部の少なくともいずれか一方の側面には電解液の冷却室を設け、単位電解槽の出口側には単位電解槽の上部から電解液が下降する電解液の下降流路を設け、単位電解槽の下部から電解液が流入する電解液の通路を形成し、単位電解槽への液の流入は下部から、流出は上部からとし、電解液面の上部に電解槽で発生する気体の気液分離を行う空間を設けたので、電解液からの気泡の離脱を速やかに行うとともに、電解液を充分に冷却することができる。
【００２６】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明を説明する。
実施例１
縦２００ｍｍ、横３００ｍｍのチタン板の横方向の端部から１３０ｍｍを、白金族の金属酸化物を含有する陽極活性物質の被覆を形成して陽極部とし、残りの部分を陰極とした複極電極の５個を櫛状の第１区画板および第２区画板と組み合わせて、陽極と陰極が対向する部分の長さが１３０ｍｍの単位電解槽を２４個有する図１に示す電解槽を組み立てた。
塩水流入口から濃度３重量％、温度２０℃の食塩水を供給し、電流密度１２Ａ／ｄｍ² 、通電電流２５０Ａで電解した。
各単位電解槽の電気分解電圧は、３．６Ｖであった。冷却水は直径２２ｍｍの冷却水供給管から表面が波板状となった冷却器に供給した。
電解液出口から流出する電解液は３０℃で、電解液中の有効塩素濃度は１２５００ｐｐｍであり、このときの電流効率は６８％であった。
【００２７】
【発明の効果】
箱型の電解槽内に複数の単位電解槽を水平方向に並設し、複極電極には、複極電極と係合する櫛状の開口部を設けた第１区画板および第２区画板を設け、単位電解槽の出口側には単位電解槽の上部から電解液が流れ出し、単位電解槽の下部へ電解液が流入する下降通路を設け、単位電解槽への液の流入は下部から、流出は上部からとし、電解液面の上部に電解槽で発生する気体の気液分離空間を設けたので、電解液からの気泡の離脱を速やかに行うとともに、電解液を十分に冷却することができるので、電解液の液温の上昇による次亜塩素酸塩の分解を低下することができ、高濃度の次亜塩素酸塩を効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の電解槽の一実施例を示す図であり、蓋体を取り外した電解槽の平面図である。
【図２】図２は、電解槽内における電解液の流れを説明する図である。
【図３】図３は、電解槽内における電解液の流れを説明する図である。
【図４】図４は、第１区画板および第２区画板を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の電極を説明する図である。
【符号の説明】
１…電解槽、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ…単位電解槽、３…塩水流入口、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ…陽極、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈ…陰極、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ…冷却手段、６Ａ…冷却水供給管、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ…第１区画板、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ…第２区画板、９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ…下降流路、１０…仕切板、１１…開口部、１２…電解液排出口、２１…水素気泡、２２…上昇流、２３…液面、２４…下降流、２５…水素排出口、２６、２６Ａ…端板、２７…スペーサ、２８…複極電極

Claims (2)

1. 箱形電解槽内に少なくとも１個の複極式電極を設けた次亜塩素酸塩製造用電解槽において、複極電極の陽極側と陰極側の境界部には、内部に電極を係合する櫛状の空所を設けた第１区画板を設け、複極電極の陽極側と陰極側の境界部から間隔を設けて、内部に電極を係合する櫛状の空所を設けた第２区画板を設け、第１区画板および第２区画板のいずれかの下部は、電解槽内の底面との間で間隙を形成すると共に上部は電解液面より上に位置し、他方の区画板の下部は電解槽の底面まで達すると共に上部は電解液の液面下に存在し、両区画板によって形成される空間は隣接する一方の電極室から電解液が下降し、他方の電極室へ下方から流入する空間を形成し、区画板によって区画された各単位電解槽内に冷却手段を配置したことを特徴とする次亜塩素酸塩製造用電解槽。
2. 複極式電極は陽極側に比べて陰極側の長さが長く、複極電極の陽極側と陰極側の境界部には、内部に電極を係合する櫛状の第１区画板が設けられており、複極電極の境界部から間隔を設けて内部に電極を係合する櫛状の第２区画板が設けられていることを特徴とする請求項１記載の次亜塩素酸塩製造用電解槽。

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