JP4209848B2 - ハロゲン化化合物に電気分解を実施するための装置 - Google Patents

Description

本発明はハロゲン化化合物に電気分解を実施するための装置に関するものであり、いくつかの電解槽が電気的に直列に接続され、各電解槽は、電解液を供給するための下に位置する供給管、及び、その上側近くに配置されて、電解液及び電気分解中に生じるガスを排出するための集合排出管と、陰極を含む陰極区画及び陽極を含む陽極区画と、隔膜または半透膜が設けられた槽構成部品を含み、電解槽が、ある一定のバイアスで２つの端板間において圧縮されると、各陽極区画及び各陰極区画が、供給管及び集合排出管と共に１つのユニットとして構成されるようになっている装置に関するものである。

米国特許第５，０６４，５１４号明細書によって、ただ１つの単槽構造だけしか含まない、次亜塩素酸から塩素酸を調製するための装置が知られている。前記文献から知られている装置には、従って、双極極板または中板が含まれていない。前記装置に用いられる冷却システムは陽極及び陰極背板に隣接して配置された２つの冷却板から構成されており、これらの冷却板は、陽極及び陰極に隣接した側が開放されているが、冷却板表面の背板に隣接した側は閉じていて、中実である、くりぬかれた領域または溝状領域を備えている。この溝状領域は、冷却液を循環させることによって、電気分解中に発生する熱の制御を可能にする。それに用いられる構造の結果として、冷却液は電極に直接電気的に接触することになる。

米国特許第５，０８２，５４３号明細書によって、ペルオキシ及び過ハロゲン化化合物を生産するためのフィルタ・プレス・タイプの電解槽が知られている。前記文献によって知られている電解槽は、各槽が個別に電気的に接続されているので、セミ・フィルタ・プレス・タイプである。従って、双極極板または中板は利用されない。利用される、完全に金属製の電極は、二重壁であり、その平行な壁の間に、冷却液がポンプで送り込まれる。実際には、この電解槽を冷却液中に完全に沈めるのは、多数の電気接続のため、当然のことながら不可能である。二重壁電極構造の結果として、それに通される冷却液には、電極電圧がかかることになる。

独国特許第１９９１０６３９号明細書によって、オゾンを発生するための反応器が知られているが、前記文献では、用いられる電解槽に関する情報が得られない。

序文で言及した装置は、オランダ特許出願公開第８３０３２１０号明細書によって知られているが、この場合、スイミング・プール用の水、飲料水、または、排水といった、水の塩素化を目的とする塩素ガスが、電気分解によって調製される。前記オランダの出願公開明細書には、交互に配置された２つの陽極区画と２つの陰極区画から構成された電解槽が示されている。第１の陽極区画と第１の陰極区画の間には、この目的に適した材料から造られた、陽イオンに対して透過性で、陰イオンに対して不透過性の膜が配置されている。同様のモジュール式槽ユニットが、第１の陽極区画、第２の陰極区画、及び、それらの間に配置された陽イオン透過性膜によって形成されている。モジュール式槽ユニットは、互いに隣接して配置され、液体不透過性ガスケットまたは絶縁体が挿入されている。槽ユニット構造の両端に端板が配置され、端板には、タイロッドまたは他の適合する固定手段が通され、タイロッドは、さらに、槽ユニットを貫いて伸び、構造全体をこうして互いに保持するようになっている。各槽構成部品は、電気分解中に生じるガスが電解液から分離される、デガッサーとも呼ばれる集合管が設けられている。

上述した装置の欠点の１つは、直列に接続された電解槽の温度が望ましくないレベルまで上昇する可能性があるという事実である。従って、化学的及び機械的理由から、実際には、温度を操作できることが望ましい。実際には、いわゆる熱交換器が、このために利用され、この熱交換器は、槽ブロックの外側に取り付けられるが、これは、温度が外部から操作されることを表わしている。しかし、こうした外部からの操作では、電解槽が、とりわけ、槽パッケージの中心において許容できない熱偏差を示すのを阻止することはできない。従って、主として熱偏差が最大になる位置に、熱操作を実施することが可能な装置を設けることが望ましい。

本発明の目的は、熱偏差が生じる位置において内部熱操作を施すことによって、内部熱安定性の確保を可能にする、ハロゲン化化合物に電気分解を実施するための装置を提供することにある。

本発明のもう１つの目的は、腐食性流体、及び、漏出物によって生じた可能性のあるガスを収集する、ハロゲン化化合物に電気分解を実施するための装置を提供することにある。

本発明によれば、序文において言及した本発明は、端板と電解槽のアセンブリが、液体熱伝達媒体を含む容器内に納められていることと、陰極と陽極の間に非導電性槽隔壁が設けられていることと、槽隔壁には、槽構成部品に相当する供給管及び集合排出管以外に、容器内に含まれる熱伝達媒体を通す１つ以上のスルー・チャネルが含まれることと、チャネルが、チャネル内にある熱伝達媒体に電圧がかからないようなやり方で、かつ、電解槽内にある電解液と容器内にある熱伝達媒体との間の液体接触が、電解槽外において生じないようなやり方で、槽隔壁に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、２つの端板を含む、完全な電解槽パッケージが、例えば、水のような熱伝達媒体内に配置されるが、熱伝達媒体は、実際には、２つの機能、すなわち、内部における槽隔壁に設けられたスルー・チャネル内と、外部における電解槽外の容器内の両方の冷却媒体の機能と、漏出物を捕獲する媒体の機能を実施する。電気分解のために供給される電気エネルギのかなりの部分は、本発明において実施される冷却作用の結果として、熱伝達媒体に収集されるので、エネルギ回収が可能になり、その結果、省エネルギが実現される。

原則的に、本発明において用いられるスルー・チャネルは、例えば、円形、矩形、台形等のような任意の考えられる断面形状を備えることが可能である。本発明は、とりわけ、例えば、スイミング・プールまたは飲料水用の消毒剤としての利用といった、ガス状ハロゲン化物が所望される環境において利用される。

望ましい実施態様の１つでは、陰極と陽極の各組合せは、本槽隔壁によって分離されているので、熱が発生している場所において、常に冷却機能が実施されることになる。好ましくは、二極電極が用いられる。

ある特別な実施態様の場合、容器内にある熱伝達媒体を強制的にスルー・チャネルに通すことが望ましいが、これは、例えば、１つ以上のポンプを配置することによって実施可能である。

容器内に入っている熱伝達媒体は、例えば、１つ以上のポンプを用いた、強制循環により、例えば、媒体温度及び／または循環速度を変えることによって、電解槽パッケージ内の温度調節、従って、電気分解の温度調節にも利用可能である。電解ユニット全体が熱伝達媒体内に沈められるので、ガスまたは電解液漏出の恐れも回避される。

本発明のある特別な実施態様は、電解槽パッケージに隣接して、逆流部品が配置されていることと、この逆流部品には、隣接する電解槽パッケージに電解液を供給するための下に位置する供給管と、さらに、隣接する電解槽パッケージにおける電解液と電気分解中に生じるガスを排出する、供給管の上側近くに配置された集合排出管が設けられていて、集合排出管から供給管に電解液を戻すようになっていることと、この逆流部品は、熱伝達媒体を通すための１つ以上のスルー・チャネルが設けられていることと、チャネルが、電解槽内にある電解液と容器内にある熱伝達媒体との間の液体接触が、電解槽外において生じないように構成されていることを特徴とする。

ある特別な実施態様では、非導電性槽隔壁には、さまざまな隣接電極の電気的相互接続によって、２つの電解槽間における電解液の交換が行われないように、あるいは、さまざまな電極金属間における電食が生じないように、前記接続を行うための手段が設けられている。

それ以外に、電気分解後、減損電解液が容器内にある熱伝達媒体によって管を介して排出され、電解液に含まれる熱エネルギが熱伝達媒体に伝達されるようにすることが可能である。

本発明については、今後、本発明の制限をなすものとみなしてはならない、いくつかの図面に関連して解説することにする。

図１によれば、電気的に直列に接続された、フィルタ・プレス・タイプの２つの電解槽が、例えば、水のような熱伝達媒体２を含む容器１内に納められており、簡略化のため、図には、例えば、ＨＣｌのような電解液を供給するための構成要素は示されていない。理解しておくべきは、本発明は、決してこうした数に制限されるものではないという点である。陽極１４は、半透膜６によって陰極１５から分離されている。陰極１５は、槽隔壁９によって陽極１６から分離され、陽極１６は、さらに、半透膜６によって陰極１７から分離されている。集合排出管１３、１９、及び、電解液を供給する供給管７及び２２を介して、電解槽を通る電解液は、陽極において電気分解を施され、電気分解中に、例えば、塩素ガスが生じ、塩素ガスは、陽極区画を介して集合排出管１９内に行き着き、その後、ガス排出管１２を介して装置を出ることになる。電気分解の結果として、陰極１５、１７に水素ガスが生じ、水素ガスは、陰極区画から上昇して、集合排出管１３に集められ、集合排出管１３内において、電解液と水素ガスの分離が行われる。集合排出管１３からのまだ高温の電解液は、その後、管２４を介して装置から排出することが可能であり、管２４は、エネルギの伝達が行われるように、熱伝達媒体に通されている。最後に、電解装置において生じた水素ガスは、管１１を介して排出される。本装置において電解溶液の適正な流れを生じさせるため、隣接する電解槽パッケージに電解液を供給する、下に位置する供給管が設けられ、さらに、隣接する電解槽パッケージにおける電解液と電気分解中に生じたガスを排出する、供給管の上側近くに配置された集合排出管が設けられていて、集合排出管から供給管に電解液を戻すようになっている、逆流部品４を利用するのが望ましい。逆流部品内にある電解液の温度を制御するため、逆流部品には、熱伝達媒体２を通すための１つ以上のスルー・チャネル（不図示）が設けられており、チャネルは、電解槽内にある電解液と容器内にある熱伝達媒体との液体接触が、電解槽外において生じないように構成されている。

図２は、図１の電解装置の略側面図である。図２において、電解槽パッケージ内における電解液の流れが、矢印を用いて示されており、それから明らかなように、逆流部品４は、集合排出管１３、１９からの液体が、問題となる電解槽に電解液を供給するための供給管７及び２２に戻されるように構成されている。

図３は、本槽隔壁９の実施態様の１つに関する切欠き図であり、スルー・チャネル２０の概略が示されている。スルー・チャネル２０は、とりわけ、熱伝達媒体をチャネル２０に通すことによって、発熱が生じる場所、すなわち、電極表面において、温度調節が実施されるように構成されている。図３に示す槽隔壁９は、２つの対称性片側部分から形成することが可能であり、その一方（またはそのそれぞれ）に、スルー・チャネル２０をフライス加工しておいて、その後、２つの片側部分を組み合わせて、スルー・チャネル２０を構成する１つのユニットが形成される。こうして、わずかに角度をつけてチャネルを配置することによって、端板及び電解槽の全体を熱伝達媒体内に沈めると、前記チャネルに熱伝達媒体が容易に充填されることになる。

図４には、陽極１５がその一方の側に配置され、陰極１６がもう一方の側に配置された、槽隔壁９が示されている。陽極１５及び陰極１６は、２つの異なる金属から構成された接続２１、２３を介して電気的に相互接続されており、この接続２１、２３は、前記接続２１、２３によって、２つの電解槽間における電解液の交換を生じさせることができないように設計されている。図４から明らかなように、所望される可能性のある冷却が、とりわけ、１つ以上のスルー・チャネル２０を介して、槽隔壁９に熱伝達媒体２を通すことによって、発熱の生じる場所、すなわち、陽極１５及び陰極１６に近い場所で行われることになる。

本装置の透視図である。 図１の装置の略断面図である。 本槽隔壁の概略図である。 図３の槽隔壁の概略図である。

Claims (4)

1. 複数の電解槽が電気的に直列に接続され、前記複数の電解槽の各々は、電解液を供給するための下に位置する供給管、その上側近傍に配置されて、電解液及び電気分解中に生じるガスを排出するための集合排出管と、陰極を含む陰極区画及び陽極を含む陽極区画と、隔膜または半透膜が設けられた槽構成部品を含み、前記電解槽が、ある一定のバイアスで２つの端板間において圧縮されると、各陽極区画及び各陰極区画が、前記供給管及び前記集合排出管と共に１つのユニットとして構成されるようになっている、ハロゲン化化合物に電気分解を実施するための装置であって、端板と電解槽のアセンブリが、液体熱伝達媒体を含む容器内に納められ、前記陰極と前記陽極の間に非導電性槽隔壁が設けられており、前記非導電性槽隔壁には、前記槽構成部品に相当する供給管及び集合排出管以外に、前記容器内に含まれる前記熱伝達媒体を通す１つ以上のスルー・チャネルが含まれており、前記スルー・チャネルには前記スルー・チャネル内にある前記熱伝達媒体に電圧がかからないように前記槽隔壁に形成され、かつ、前記電解槽内にある前記電解液と前記容器内にある前記熱伝達媒体との間の液体接触が前記電解槽外において生じないように前記槽隔壁が形成されていることを特徴とする電気分解を実施するための装置。
2. 前記電解槽パッケージに隣接して、逆流部品が配置されてており、前記逆流部品には隣接する前記電解槽パッケージに電解液を供給するための下側に位置する供給管と、前記隣接する電解槽パッケージにおける電解液と電気分解中に生じるガスを排出する前記供給管の上側近傍に配置された集合排出管が設けられていて、前記集合排出管から前記供給管に電解液を戻すことができ、前記逆流部品に熱伝達媒体を通すための１つ以上のスルー・チャネルが設けられており、前記スルー・チャネルが前記電解槽内にある前記電解液と前記容器内にある前記熱伝達媒体との間の液体接触が前記電解槽外において生じないように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気分解を実施するための装置。
3. 前記非導電性槽隔壁に、種々の隣接電極の電気的相互接続によって、２つの電解槽間における電解液の交換が行われないように、また、前記種々の電極金属間における電食が生じないようにし、前記電気的相互接続を行う手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気分解を実施するための装置。
4. 前記電解液が、前記容器内の前記熱伝達媒体内に配置された管を介して排出され、前記電解液に含まれる熱エネルギが前記熱伝達媒体に伝達可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気分解を実施するための装置。

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