JPH0243987A - 複極式電解槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、市水や有機水溶液のような液抵抗の高い電解
液の電解に使用する複極式電解槽に関する。

（従来技術とその問題点） 電解槽を複数個設置して同時に電解を行う場合、その電
気的接続法により複極式と単極式の２種類に分類される
。

複極式は、複数の電解槽を電気的に直列につまり陰−陽
一陰一陽一陰と接続する方法であり、整流器の電圧は大
きくなるが電流が小さいため電気接続が容易になると共
に各電解槽に均等に電流が分配されるという特徴がある
。しかしながら該複極式電解槽において、各電解槽の電
解室が繋がっている場合、電解液をバイパスして電流が
流れる漏洩電流の問題があり、該漏洩電流は効率の低下
を来したり、バルブや配管等を腐食させる原因となって
いる。

一方単極式は、各電解槽を並列に接続し、電流を並列に
供給するようにしているため、電圧は小さいが大電流を
要し、電源の２次側が大型となる問題点並びに各電解槽
に必ずしも均等に電流が分配されないという問題点を有
する。

従って工業的には前記複極式及び単極式のタイプの長所
及び短所を認識した上で、いずれかの方式を採用し、か
つ前記問題点を解消するため種々の工夫がなされている
。

複極式では前記した電気的漏洩の問題から同じ陽極（陰
極）液であっても隣接する陽極（陰極）液間も厳密に分
離して漏洩を防止しているが、該分離は筒車な構造を存
し小型化が可能であるという複極式の特徴を減殺してい
ることになる。特に液抵抗が大きい場合にも前記分離が
行われ、必要以上に電流の漏洩が考慮され複雑になって
いるという問題点がある。

（発明の目的） 本発明は、軟土の問題点を解決するためになされたもの
で、液抵抗の大きい電解液を電解する電解槽として、構
造が簡単な複極式電解槽を提供することを目的とする。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明は、電解槽の側壁に固設された片側のみに電極体
を有する電極構造体から成る左右１対の極室間に、両側
に１対の同種の電極体を存する少なくとも１個の電極構
造体から成る極室を隔膜を介しかつ該隔膜の両側に異種
の電極体が位置するように積層して成る電解槽において
、前記１対の同種の電極体間の距離を、該両電極体を陽
極及び陰極とする電解が実質的に生じないように十分に
大きくすると共に、前記電極体を前記隔膜を介して隣接
する異種の電極体の相対しない側の電極体に電気的に接
続したことを特徴とする液抵抗の大きい電解液用の複極
式電解槽である。

以下本発明の詳細な説明する。

従来の複極式電解槽は、１個の極室には１個の電極が設
置されるのみであり、つまり両側に１対の同種の電極体
を存する電極構造体の前記１対の電極体を隔膜や隔壁で
分離している。例えば５台の電解槽を直列に接続する場
合には５個の陽極室と５個の陰極室の計１０個の極室を
必要とししかも該極室の数が多いことから配管が複雑に
なり構造が簡単であるという複極式電解槽の特徴が活か
されていなかったのである。

しかしながら本発明では、従来の複極式電解槽の前記１
対の電極体を分離する隔膜又は隔壁を取り去り、１個の
極室に２個の電極を設置することにより極室数を半減さ
せると共にそれに伴う配線等の耐相設備を簡略化して、
該耐相設備を含む電解槽全体を小型化し、複極式電解槽
の特徴を十分に活かすようにしている。

しかし前記隔膜又は隔壁を取り去った複極式電解槽では
、前記両側に１対の同種の電極体を存する電極構造体の
該ｌ対の電極体には、電解槽１個分の摺電圧に相当する
電位差が生じ、従って該１対の電極体のうち高電位を有
する電極体が陽極として機能し他方が陰極として機能し
、両電極体間で通常の電解反応が生じてしまう恐れがあ
る。これを防止するには該両電極体間の液抵抗を大きく
する必要があり、従って本発明に係わる電解槽は液抵抗
の大きい市水や有機水溶液を電解液として使用する電解
槽に限定される。

更に前記隔膜の両側に位置する異種電極体間に生ずる正
規の電極反応の液抵抗に対して、前記１対の同種電極体
間の液抵抗をかなり太き（好ましくは１０倍程度とする
ために極室厚さ（両回種電極体間の距離）を前記異種電
極体間の距離（隔膜の厚さ十隔膜と両異種電極体間の距
Ｍ）より大きく、例えば前記異種電極体間の距離が２１
１Ｉ１１である場合には、２０１ＩＩ１１程度とするこ
とが好ましい。

前記異種電極体間の距離を大きくしてその間の液抵抗を
大きくしても副反応が生じ、正規の生成物に反対極で生
ずるガスが混入してしまう。例えば本発明に係わる電解
槽を使用して水電解によるオゾン製造を行うと、１対の
電極体を含む陽極室内では通常オゾンを含む酸素ガスの
みが生成するが、本発明の電解槽では前記陽極体のうち
の電位が低い方が陰極として機能して該陰極から僅少量
の水素ガスが発注して前記主生成物であるオゾンを含む
酸素ガス中に混入する。しかし本発明では、該混入ガス
の割合を５％以下に抑えることができ、実際には極室が
正規の生成ガスで満たされており気泡率を８．５％とす
るとガスを含む液の導電率は見かけ上１／２０と低くな
り混入率は２．５％以下となる。例えば水電解の場合、
水素の酸素への混入の爆発限界は４％であるため爆発の
危険はなく、該水素のガスの混入以外でも反応生成物の
混入は５％以下であれば事実上問題にならない。しかし
より以上の分離を必要とするのであれば、前記異種電極
体間の液抵抗に対して前記同種電極体間の液抵抗が大き
くなるように極室の厚さを厚くすればよい。

なお、前記極室の電解液は再循環させて外部冷却し、電
解槽自体の温度上昇を防止するようにすることができる
。

本発明に係わる複極式電解槽の極室は、該電解槽の両側
壁に固設された片側のみに電極体を有する電極構造体か
ら成る左右１対の極室と、該両極室間に隔膜を介して積
層された両側に１対の同種の電極体を存する少なくとも
１個のｔｉ構造体から成る極室とから成り、これらの各
部材は、前記両側に１対の同種の電極体を有する電極構
造体の該両電極体が分離されていないことを除いて従来
のものをそのまま使用することができる。

又各種室の電極構造体間の電気的接続は、前記した側壁
に固設された片側のみに電極体を有する電極構造体及び
該電極構造体に隔膜を介して隣接する電極構造体を除い
て、各電極構造体の電極体を前記隔膜を介して隣接する
異種の電極体の相対しない側の電極体に接続するように
している。該接続により同一の電８ｉ構造体中の１対の
電極体間には１槽分の摺電圧に相当する電位差が生ずる
が、前述した通り両電極体間の距離及び液抵抗により該
電位差による電解を抑制することができる。

次に本発明を添付図面に示す実施例に基づいてより詳細
に説明するが、該実施例は本発明を限定するものではな
い。

第１図は、本発明に係わる複極式電解槽の第１実施例を
示す部分縦断面図である。

電解槽ｌの両側の側壁２には、片側にのみ額縁状フレー
ム３を形成して該フレーム３の内側にメツシュ状の電極
体４を嵌合し、かつ上下両端にそれぞれ電解液取出口５
と電解液供給口６が設置されて成る電極構造体７が固設
され、画電極構造体７はそれぞれ陰極室を構成している
。

画電極構造体７間には、左右１対の隔膜８を介して両側
に額縁状フレーム３を形成して該フレーム３の内側にメ
ツシュ状の電極体４を嵌合し、かつ上下両端にそれぞれ
電解液取出口５と電解液供給口６が設置されて成る電極
構造体７“が積層され、該電極構造体７′は陽極室を構
成している。

前記中央の電極構造体７“の左方の電極体４には下方か
ら陽極集電体９が接続され、かつ右方の電極構造体７の
電極体４には上方から陰極集電体ｌＯが接続されている
。又左方の電極構造体７の電極体４の上部と中央の電極
構造体７°の右方の電極体の上部は電気結線１１により
接続されている。

該構成から成る本実施例の電解槽に前記陽極集電体９か
ら通電すると、電気が中央の電極構造体７゛の左方の電
極体４−隔膜８−左方の電極構造体７の電極体４−結線
１１−中央の電極構造体７゛の右方の電極体４−隔膜８
−右方の電極構造体７の電極体４の順に流れて前記陰極
集電体１ｏがら取り出される。このとき電解液として前
記電解液供給口６から水道水を供給すると、陽極室であ
る中央の電極構造体７°では陽極反応によりオゾンを含
む酸素ガスが発生して前記電解液取出口５から取出され
る。一方陰極室である両側の電極構造体７では陰極反応
により水素ガス発生して前記電解液取出口５から取出さ
れる。

この場合、電流が前記した通りの経路で流れるため、中
央の電極構造体７°の両側の電極体４間には電位差が生
し、左側の電極体４の電位が高く右側の電極体４の電位
が低くなっている。従って両電極体４間に存在する液抵
抗自体が小さくあるいは両電極体４間の極間距離が小さ
いと左側の電極体４が陽極として又右側の電極体４が陰
極として機能して両電極体４間で水の電解反応による酸
素ガス（及びオゾン）と水素ガスの発生が見られ、中央
の電極構造体７′内では水素ガスが混入したオゾンを含
む酸素ガスが得られることになる。しかしながら本実施
例では、電解液の液抵抗を十分高くし、かつ前記電極体
４間の距離を十分大きくしてあり、両電極体４間の液抵
抗が前記隔膜８を介して隣接する異種電極体４間の液抵
抗より遥かに大きいため、前記電極構造体７“内の同種
の電極体４間には殆ど電解反応は起こらない。

第２図は、本発明に係わる複極式電解槽の第２実施例を
示す部分縦断面図であり、本実施例は第１実施例の改良
に係わるもので前記第１実施例と同一個所には同一符号
を付して説明を省略する。

電解槽１の両側の側壁２には、実施例１と同様な電極構
造体７が固設され、左方の電極構造体７は陽極室を又右
方の電極構造体７は陰極室を構成している。

画電極構造体７間には、３枚の隔膜８を介して実施例１
と同様の構成から成る２個の電極構造体７゛が積層され
、該２個の電極構造体７′のうち左方が陰極室を又右方
が陽極室を構成している。

前記左方の電極構造体７の電極体４には上方から陽極集
電体９が接続され、かつ右方の電極構造体７の電極体４
には上方から陰極集電体１０が接続されている。又左方
の電極構造体７“の左方の電極体４の上部と右方の電極
構造体７１の左方の電極体の上部は電気結線１１により
接続されている。

更に左方の電極構造体７“の右方の電極体４の上部と右
方の電極構造体７°の右方の電極体の上部は電気結線１
１”により接続されている。

該構成から成る本実施例の電解槽に前記陽極集電体９か
ら通電すると、実施例１の場合に類似して、電気が左方
の電極構造体７の電極体４−隔膜８−左方の電極構造体
７°の左方の電極体４−結線１１−右方の電極構造体７
′の左方の電極体４−隔膜８−左方の電極構造体７゛の
右方の電極体４−結線１１°−右方の電極構造体７“の
右方の電極体４−隔膜８−・右方の電極構造体７の電極
体４の順に流れて前記陰極集電体１０から取り出される
。

この場合に実施例１と同様に陽極室にオゾンを含む酸素
ガスが又陰極室に水素ガスが発生する。

右方の電極構造体７９では、その液抵抗が大きく又極間
距離も十分であるため、はぼ選択的に正規の反応が起こ
り、水素ガスを殆ど含有しない酸素ガスを酸素ガスを殆
ど含有しない水素ガスを得ることができる。

実施例１ 第１図に示す構造を有する市水電解用の電解槽を作製し
た。隔膜として５μｍの目開きのフッ素樹脂製のメンブ
レンフィルタを使用し、陰極としてニッケルメソシュを
又陽極として白金メ・ノキチタンメフシュをそれぞれ使
用し中央の電極構造体の極室幅は２０ｍｍとした。なお
陽極と陰極は前記隔膜を挟んで押しつけた。

水道水（抵抗率５０００Ω・ｃｎ＋）を電解液として電
解を行い、陽極室内での電解の状況をチエツクした。

陽極室における発生ガスである酸素ガス中の水素ガス量
をガスクロマトグラフィにより分析したところ０．２容
量％であり、陽極室内での電極同士による電解は事実上
無視できることが分かった。

なお、本電解により陽極室からはｐＨ＝３〜６の酸性水
が又陰極室からはカルシウムを含むアルカリイオン水が
得られた。

実施例２ 隔膜として陽イオン交換膜（商品名ナフィオン＃１１７
）を使用し、又陽極として厚さ１ｍｍの表面にβ−二酸
化鉛を被覆した孔開きチタン板を、又陰極として厚さ１
■の孔開きニッケル板をそれぞれ使用し、第２図に示す
結線を有する電解槽を作製し、電解を行った。なお陽極
と陰極は前記隔膜を挟んで押しつけ極間距離をほぼ零と
した。

電解液は陽極液及び陰極液とも５ｇ／ｌの硫酸と２ｇ／
ｌのフッ化水素酸の混酸とし、電解槽冷却のため陰極液
を電解槽内の液が１分間に５回循環する速度で循環させ
ながら、電流密度１００Ａ　／　ｄｍｚで電解したとこ
ろ、−槽当りの摺電圧は約５Ｖであり、槽温度は３０℃
に維持された。

実施例１と同様にして陽極室内のガスを分析したところ
、１０容遣％のオゾンを含む酸素ガスであり、該酸素ガ
ス中に含まれる水素ガスは０．２容量％で、事実上無視
できることが分かった。

（発明の効果） 本発明は、中央の電極構造体として極間距離の離れた１
対の同種の電極体を有する電極構造体を使用しかつ電解
液とし液抵抗の大きい市水や有機水溶液を使用すること
により、従来の電解槽と比較してその極室数をほぼ半減
させることのできる複極式電解槽である。

通常の電解反応では、単一の極室内に電位差のある２個
以上の電極体を位置させると、いずれか一方が陽極とし
て他方が陰極として機能し、該単一極室内に陽極生成物
と陰極生成物が生じるという欠点があるが、本発明では
、前記した通り液抵抗の大きい電解液を使用しかつ単一
極室内に存在する電位の異なる電極体の極間距離を大き
くすることにより、該同種の電極体間の液抵抗を、隔膜
を介して隣接する異種の電極体間の液抵抗と比較して這
かに大きくする、好ましくは少なくとも１０倍とするこ
とにより、前記異種電橋体間の正規の電極反応のみをほ
ぼ選択的に行わせるようにしである。

従って陽極生成物及び陰極生成物として純度の高い物質
が得られ、仮に対極で得られるべき生成物が混入しても
その量は僅かであり、前記液抵抗や極間距離の調節によ
りその量を更に少なくすることも可能であり、所定の生
成物に悪影響を与えることが殆どない。

このように本発明に係わる複極式電解槽は、従来の電解
槽と比較して極室数をほぼ半減させることができ、小型
で耐相設備が少ないという複極的電解槽の特徴を最大限
に活かすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の複極式電解槽の第１実施例を示す部
分縦断面図、第２図は同じく第２実施例を示す部分縦断
面図である。 １・・・電解槽　２・・・側壁 ３・・・フレーム　４・・・電極体 ５・・・電解液取出口　６・・・電解液供給ロア、７′
・・・電極構造体　８・・・隔膜９・・・陽極集電体　
１０・・・陰極集電体１１．１１’・・・結線 第ブ図 手続主甫正書（自発） 第２図 ■、事件の表示 昭和６３年特許願第１１４３８９号 ２、発明の名称 複極式電解槽 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　神奈川県藤沢市石用１１５９番地名称　　ベルメ
レノク電極株式会社 ４、代理人 住所　神奈川県横浜市西区楠町４番地３７、補正の対象
　明細書の特許請求の範囲の欄及び発明の詳細な説明の
欄 ８、補正の内容 （１）特許請求の範囲の欄を別紙の通り訂正する。 （２）明細書の第４頁第６行、同頁第８行、同頁末行、
第５行第１６行、第７頁末行、第８頁第２行、同頁第４
行、同頁第７頁、同頁第９行（２語）、同頁第１０行（
２語）、同頁第１３頁、第９頁第６行（２語）、同頁第
８行、同頁第１２行、同頁第１３行、同頁第１４行、同
頁第１６行、同頁第１７行、同頁第１８行、第１Ｏ頁第
１行、同頁第２〜３行、同頁第３行、同頁第４行、同頁
第８行、同頁第１０行、同頁第１４行、第１１頁第２行
、同頁第８行、同頁第１５行、同頁第１６行、同頁第１
８行、同頁第１９行、同頁第２０行、第１２頁第２行、
同頁第３〜４行、同頁第５行、同頁第６行、同頁第８行
、同頁第９行、同頁第１３行、同頁第１４行、同頁第１
５行、同頁第１６行、同頁第１７行、同頁第１８行、第
１３頁第２行、同頁第１２行、第１５頁第３行、同頁第
４行及び第１′６頁未行の「電極構造体」を「電極室」
と訂正する。　　（以上）（別紙） 「特許請求の範囲 （１１電解槽の側壁に固設された片側のみに電極体を有
する電極量から成る左右１対の極室間に、両側に１対の
同種の電極体を有する少なくとも１個の電極量から成る
極室を隔膜を介しかつ該隔膜の両側に異種の電極体が位
置するように積層して成る電解槽において、前記１対の
同種の電極体間の距離を、該両電橿体を陽極及び陰極と
する電解が実質的に生じないように十分太き（すると共
に、前記電極体を前記隔膜を介して隣接する異種の電極
体の相対しない側の電極体に電気的に接続したことを特
徴とする液抵抗の大きい電解液用の複極式電解槽。 （２）同種の電極体間の液抵抗が、隔膜を介して隣接す
る異種電極体間の液抵抗の１０倍以上である請求項１に
記載の複極式電解槽。 （３）極室内の電解液を循環して槽温度の上昇を抑制す
るようにした請求項１又は２に記載の複極式電解槽。」 手３売ネ市正−書： （方式） ■、事件の表示 昭和６３年特許願第１１・４３８９号 ２、発明の名称 複様式電解神、権 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　神奈川県藤／Ｒ市石用１１５９番地名称　　　ベ
ルメレソク電極株式会社 ４、代理人 住所　神奈川県横浜市西区イ１）１町４番地３６、補正
の対象　平成１年３月２０日堤出の手続補正書の補正の
対象の欄 ７、補正の内容 （１）別紙の通り（「補正の対象」の欄に「図面の簡単
な説明」の欄を加入する）。 （以上） 手続主甫正書（自発） 平成元年３月２０日 特許庁長官　　　吉　１）　文　毅　　殿７゜ 補正の対象　明細書の特許請求の範囲の欄、発明の詳細
な説明の欄及び図面の簡単な説明の欄 （以上） ■、事件の表示 昭和６３年特許願第１１４３８９号 ２、発明の名称 複極式電解槽 補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　　神奈川県藤沢市石用１１５９番地名称　　　　
ベルメレソク電極株式会社４、代理人 住所　　神奈川県横浜市西区楠町４番地３６゜ 補正により増加する請求項の数　０

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解槽の側壁に固設された片側のみに電極体を有
   する電極構造体から成る左右１対の極室間に、両側に１
   対の同種の電極体を有する少なくとも１個の電極構造体
   から成る極室を隔膜を介しかつ該隔膜の両側に異種の電
   極体が位置するように積層して成る電解槽において、前
   記１対の同種の電極体間の距離を、該両電極体を陽極及
   び陰極とする電解が実質的に生じないように十分に大き
   くすると共に、前記電極体を前記隔膜を介して隣接する
   異種の電極体の相対しない側の電極体に電気的に接続し
   たことを特徴とする液抵抗の大きい電解液用の複極式電
   解槽。
2. （２）同種の電極体間の液抵抗が、隔膜を介して隣接す
   る異種電極体間の液抵抗の１０倍以上である請求項１に
   記載の複極式電解槽。
3. （３）極室内の電解液を循環して槽温度の上昇を抑制す
   るようにした請求項１又は２に記載の複極式電解槽。