JP4056030B2

JP4056030B2 - 電解槽

Info

Publication number: JP4056030B2
Application number: JP06790999A
Authority: JP
Inventors: 眞二片山
Original assignee: Chlorine Engineers Corp Ltd; Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp; ThyssenKrupp Uhde Chlorine Engineers Japan Ltd
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2019-03-15
Also published as: JP2000265291A; US6312572B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解槽に関し、特に電極間距離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電解槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
陽極と陰極を対向して配置した電解槽は、フィルタープレス型電解槽等においてひろく用いられている。
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複極式電解槽の単位電解槽には、陽極側の隔壁にはチタン、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薄板を鍋状に成形加工し、陰極側の隔壁は鉄、ニッケル、ステンレス等の薄板を同様に加工したものから製造されている。そして、それぞれの隔壁は電解槽枠体に取り付けられており、両隔壁には、互いに嵌合する凹凸部を形成したり、あるいは両隔壁をクラッド材等を用いて接合して一体化している。
隔壁の陽極側および陰極側にはそれぞれ陽極活性被覆を形成した陽極、およびニッケル、白金族の金属等を含む陰極活性被覆を形成した陰極が溶接等によって結合されている。
【０００３】
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。したがって、電気分解に要する電圧の減少は極めて重要である。
電解電圧に影響を及ぼす各種の要因のうち、特に電極間距離の減少は電解電圧の低下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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、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。
とくに、陰極には、電解電圧を低下させるために、電極触媒を形成した活性陰極が用いられている。活性陰極では、電極の表面積を大きくするために多数の微細な凹凸が形成されており、活性陰極の表面に陽イオン交換膜が接触した状態で振動等を受けると陽イオン交換膜にピンホールが生じ易いという問題点があった。
【０００５】
また、活性陰極が陽イオン交換膜と接触していると、電極触媒層に使用されているニッケル等の金属が陽イオン交換膜とイオン交換反応を起こし、陽イオン交換膜中に金属化合物が析出して、活性陰極が失活を起こしたり、あるいは陽イオン交換膜が劣化して電気分解電圧の上昇等が生じることがあった。
【０００６】
本発明は、陽イオン交換膜と陰極との接触による陽イオン交換膜の劣化を生じさせたり、陽イオン交換膜との接触による電極の失活を防止するとともに、低い電気分解電圧で電気分解が可能な電解槽を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電解槽において、可動性の陰極の陰極面に形成された複数の開口部に、ボタン状の形状をした間隔保持部と取り付け部を有するスペーサの取り付け部を挿入してスペーサが取り付けられており、間隔保持部を開口部に挿入した取り付け部を中心に回転させた際に、いずれのスペーサの間隔保持部が描く軌跡も互いに交ることがない形状および大きさを有するスペーサが取り付けられた電解槽である。
取り付け部と陰極面に水平な面との交点に形成される図形の最大径の長さが、開口部の長径よりも短くて短径よりも長いものであり、開口部に挿入後に回転によって開口部に固着した前記の電解槽である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の電解槽は、電極間の距離を小さくしたイオン交換膜電解槽であっても、イオン交換膜と電極との接触によるイオン交換膜、あるいは電極の劣化を防止することが可能な電解槽である。
【０００９】
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説明する図であり、イオン交換膜電解槽の電極面上に点状に多数のスペーサを取り付けた単位電解槽を電極面側から見た平面図である。
【００１０】
単位電解槽１は、複極式電解槽の単位電解槽であり、単位電解槽を陰極２側から見た図である。単位電解槽の陰極室側隔壁３は、ステンレス鋼、ニッケル等から選ばれる薄板を鍋状に成形加工し、同様に成形加工した陽極側の隔壁（図示しない）と嵌合して電解槽枠体４に取り付けられている。電極室５内の両隔壁には、互いに嵌合する凹凸部を形成しており、陰極室側隔壁３には凹部と凸部を設けており、陽極室側の隔壁にも陽極側の凹凸と嵌合する位置に同様に溝状の凹部と凸部を設けている。
【００１１】
凹凸は隔壁を上部から第１領域６、第２領域７、第３領域８、および第４領域９の４つの領域に分割しており、それぞれの領域の凹部および凸部は電解槽ユニットの上下方向に延びる凹条部１０および凸条部１１として形成されており、隣接する凹条を連絡するとともに上下の領域間の凹条部を連絡する液絡部１２を各領域間に形成している。電解槽ユニットの上下方向の領域は、第１ないし第４の領域の４個の領域に限らず、３個の領域あるいは５個以上の多数の領域に分割したものであっても良い。
【００１２】
また、陰極側の隔壁には内部循環部材１３を設けており、隔壁と内部循環部材の間には、電極で発生した気泡が流入しない領域を形成しており、電解槽上部において気泡を分離した電解液が隔壁と内部循環部材によって形成された領域を下降して、電解液の循環を促進し、電解液を均一にする作用を果たしている。
電解液は電解液供給口１４から、電解槽枠体４内部に設けた電解液供給管を通じて、電極室下部の電解液吹き出し口から電極室５内部に導入される。電解液は、電解槽内で発生する気体とともに電極室の凹条部を上昇し、液絡部から左右の凹条部へと流路を変えられながら上昇し、上昇する過程で電解液の混合が進み、電解液の濃度が均一化される。
【００１３】
以上のように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、両隔壁を重ね合わせて一体化した隔壁板の凸部に電極板を結合するとともに、凹凸は電解槽ユニットの上下方向に延びる凹条部、凸条部として形成されており、凹凸は高さ方向を複数の領域に分割して形成し、各領域の凹条部は他の領域の凸条部と同一の直線上にあり、隣接する領域の結合部分において同一の領域の隣接する凹条部を結合するとともに隣接する領域の凹条部を結合する液絡部を有し、隔壁の凹状部の斜面もしくは隔壁の凹状部の斜面に設けた平行な部材を少なくとも一つの区画壁とした隔壁と電極面との間に設けた内部循環部材によって電解液が下降する内部循環路を形成することによって電解槽内部での電解液の循環を充分なものとすることができる。
【００１４】
陰極２は、内部循環部材に直接あるいはスペーサ（図示しない）を介して溶接等の方法によって接合されている。また、陰極は、位置の調整が可能な、ばね状の部材によって取り付けられていても良い。
陰極は、エキスパンデッド金属、多孔性板等にニッケル、白金族の金属等を含有する陰極活性被覆を形成したものが用いられる。
陰極面には陰極に形成した開口部にボタン状のスペーサ１５が取り付けられており、陽極面側からイオン交換膜が陰極面に近づいても、陰極とイオン交換膜の間の間隔が保持されてイオン交換膜が陰極面に接触することが防止される。
【００１５】
図２は、単位電解槽をイオン交換膜を介して積層した電解槽の断面を示す図であり、部分断面図である。
陰極２には、スペーサ１５が取り付けられており、イオン交換膜１６を介して対向する陽極１７が取り付けられている。また、陰極は可撓性を有するばね部材１８に取り付けられている。可撓性を有するばね部材としては、櫛状の櫛の刃部分に電極を取り付けて櫛の刃部分を屈曲させてばね状としたものを用いることができ、可撓性を有するばね部材に取り付けることによって、陰極面上に取り付けたスペーサの間隔保持部をばねの作用によってイオン交換膜に密着し、電極面とイオン交換膜の間の間隔を保持することができる。
【００１６】
また、図３は、スペーサとその取り付け方法の一実施例を説明する図である。図３（Ａ）は、スペーサ１５の斜視図であり、電極面上において対極あるいはイオン交換膜との間隔を保持するスペーサの間隔保持部２０と、取り付け部２１から構成されている。取り付け部２１には、電極に設けた孔への取り付けが容易となるように、円錐台状部２２の側面の一部を削り取り、電極の孔へ差し込み可能としたものを用いることができる。
【００１７】
図３（Ｂ）は、電極面へのスペーサの取り付けを説明する図であり、スペーサを挿入した状態を示す図であり、電極面側とは反対側から見た図である。また、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）をＡ−Ａ線で切断した断面を説明する図である。
電極のエキスパンデッドメタル２２の菱形状の開口部２３の長手方向に、円錐台状部２１の切り取り面を平行にして容易に挿入することができる。
【００１８】
図３（Ｄ）は、電極面へのスペーサの取り付けを説明する図であり、スペーサを固定した状態を示す図である。また、図３（Ｅ）は、図３（Ｄ）をＢ−Ｂ線で切断した断面を説明する図である。
【００１９】
図３（Ｄ）は、図３（Ｂ）で挿入したスペーサを矢印方向に９０度回転することによって、エキスパンデッドメタルの開口部２３の短い部分にスペーサの円錐台状部の最も長い部分によって固定したものである。
【００２０】
このように、電極面の開口部の形状に合わせてスペーサの取り付け部を作製することによって取り付けが容易であるとともに、落下等をすることもないスペーサを得ることができる。スペーサの間隔保持部と取り付け部は、別個に作製したもの、一体に成形したもののいずれであっても良い。
スペーサの材質としては、フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等を挙げることができる。
電極面に設けるスペーサの間隔保持部は、電極面からの高さが０．２ｍｍないし３ｍｍとすることが好ましく、０．５ｍｍないし１．０ｍｍとすることがより好ましい。
また、スペーサの大きさは直径５ｍｍないし１５ｍｍとすることが好ましく、スペーサの間隔保持部の形状は円形に限らず、正方形等の形状であっても良く、隣接するスペーサ同士が開口部に取り付け部を挿入して回転した際に相互に接触することがないものであれば任意の形状のものを用いることができる。
スペーサの取り付け間隔は、５０ｍｍないし１００ｍｍとすることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の電解槽においては、いずれの電極にスペーサを装着しても良いが、スペーサを装着する電極、あるいはスペーサを装着する電極に対向する電極には、ばね等の手段によって位置を変化させることが可能な可動性電極を用いることが好ましい。
【００２２】
本発明のスペーサは、電極面全体に所望の位置に確実に取り付けることが可能であり、しかも点状に配置されているので、網状、棒状のスペーサのように、電解液の流動、あるいは電解電流の流れを阻害することはなく、イオン交換膜と電極との間隔を保持することが可能となる。
しかも、多数のスペーサを配置することができるので、電解液の流動を妨げずにイオン交換膜と電極との保持間隔の精度を高めることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の電解槽は、電極面に設けた開口部に点状にスペーサを取り付けたので、電解液の流動や電解電流の流れを阻害することなくイオン交換膜と電極との距離を確実に保持することができ、イオン交換膜への電極との接触によるイオン交換反応によるイオン交換膜中での金属化合物の析出、あるいはイオン交換膜と電極とが繰り返し接触することによるピンホールの形成等のイオン交換膜の損傷等を防止することができ、安定した電気分解を行うことができる。
【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説明する図である。
【図２】図２は、単位電解槽をイオン交換膜を介して積層した電解槽の断面を示す図である。
【図３】図３は、スペーサとその取り付け方法の一実施例を説明する図である。
【符号の説明】
１…単位電解槽、２…陰極、３…隔壁、４…電解槽枠体、５…電極室、６…第１領域、７…第２領域、８…第３領域、９…第４領域、１０…凹条部、１１…凸条部、１２…液絡部、１３…内部循環部材、１４…電解液供給、１５…スペーサ、１６…イオン交換膜、１７…陽極、１８…陽極室側隔壁、１９…ばね部材、２０…間隔保持部、２１…取り付け部、２２…円錐体状部、２３…エキスパンデッドメタル、２４…開口部

Claims

電解槽において、可動性の陰極の陰極面に形成された複数の開口部に、ボタン状の形状をした間隔保持部と取り付け部を有するスペーサの取り付け部を挿入してスペーサが取り付けられており、間隔保持部を開口部に挿入した取り付け部を中心に回転させた際に、いずれのスペーサの間隔保持部が描く軌跡も互いに交ることがない形状および大きさを有するスペーサが取り付けられたことを特徴とする電解槽。
取り付け部と陰極面に水平な面との交点に形成される図形の最大径の長さが、開口部の長径よりも短くて短径よりも長いものであり、開口部に挿入後に回転によって開口部に固着したことを特徴とする請求項１記載の電解槽。