JPH03191854A - 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】 〔発明の技術分野〕 電解槽は、最も簡単に説明すれば、陽極（酸化電極）と
、陰極（還元電極）と、電解溶液とで構成されている。

電気化学または電解槽を機能させるためには、電解溶液
は電極での酸化及び還元の機構に適合できるものでなけ
ればならない。同様に、電極間にイオン成分の搬送を行
う導通路を形成できるものでなければならない。

〔従来の技術〕

電解槽の概念は、工業的及び科学的工程に幅広く応用さ
れている。ガルバーニ電池（蓄電池及び燃料電池）がエ
ネルギの蓄積及び発生を行う一般的な手段であるのに対
して、電解槽は電気メツキ、水の精製、及び高純度ガス
及び金属の生成に使用されている。

また、それらの感度が非常に高いことから、電解槽は様
々な分析工程における測定に用いられ、多くの実験室や
プロセス制御装置では電解槽を感知部材として機能させ
ている。

電解槽の設計では、電解溶液の選択が重要である。様々
な電解槽装置及びそれの用途において最良の結果を生む
ことができる電解溶液の組成及び濃度を決める九め、か
なりの研究が行われている。

分析装置において感知部材として電解槽を利用する場合
、電解溶液の組成を一定に維持することが測定の正確度
を確保する之めに一般的に必要である。例えば、電解方
法によって流体内の酸素を測定する場合がこれに当ては
まることがわかっている。さらに、低温苛性電解装置で
は、電解槽に導入されたサンプル流が分析すべき成分以
外の成分を含有しているのが一般的である。酸素分析用
の流体流の成分として含有されている、例えば二酸化炭
素等のこれらの他の成分により、中和生成物を形成する
中和反応が止じる。これが電解溶液内でのイオンの移動
を低下させるので、分析の測定値にずれが生じる。電解
溶液中に中和生成物が形成される問題は、米国％杵第３
，９２９，５８７号に開示されている発明によって解決
されている。

この発明によシ、酸性ガスの存在下で酸素レベルの測定
を行なうことができるようになった。

用途によっては、酸素のレベルをＰＰｂの範囲で正確に
長期間に渡って測定できることが望ましい。

電解溶液は本来的に溶存酸素を含有している。ｐｐｍ範
囲での測定ではこれは問題にならない。しかし、低いＰ
Ｉ）ｂ範囲で、例えば１〜１０　ＰＰｂで測定する時、
電解溶液中の溶存酸素がガスサンプルから酸素を測定す
る際に大きく影響する。

〔発明の目的・構成〕

本発明は、電解溶液から溶存酸素を除去するための方法
及び装置に関するものである。この溶存酸素を除去すれ
ば、ガスサンプル中の酸素濃度の正確表値を読み取るこ
とができる。

本電解槽には、分析しようとする流体流内の成分を感知
する電極が設けられている。一般的に１（陰極として機
能する）この感知電極は、触媒的に酸素に特異な半透過
性の電極である。陰極での酸素の還元が電解槽に入る酸
素に比例していれば、非特異性の陰極を用いることもで
きる。

プラチナワイヤメツシュ等のバリヤ陰極が、感知電極と
電解槽空洞部内の電解溶液との間に配置されている。懸
架されたプラチナ棒等の陽極である電極が電解溶液タン
ク内に配置されている。電解路が共通・の電解溶液を介
して第１及び第２電極間に形成されている。陰極及び陽
極は電源に接続している。（ＩＭｏｘｏａに対して）１
．７ＶＤＣ以下の、好ましくは１．５ＶＤＣの電位がそ
の間に印加される。この印加電圧は、水を２価の水素及
び酸素ガス生成物に完全く電気分解するために必要な電
圧よりもわずかに低い。１．５ＶＤＣでは、水素及び酸
素は完全な気体状態では生成されず、非常に反応性が高
く不安定な「発生期」状態で発生する。

電解槽内に入っている陰極で発生する「発生期」水素が
電解溶液内の溶存酸素と反応して、水を形成する。陽極
に生成され九酸累は夕／りから泡立って放出される。測
定しようとする流体流内の酸素が感知電極と水素発生陰
極が配置されている側の反対側で接触する。この九め、
測定しようとする酸素を運搬している流体流と電解溶液
との間はまだ流体連通しているが、活性水素の膜が付着
している陰極が介在している九め、電解溶液内の溶存酸
素が感知電極と接触して感知機構に悪影響を与えゐこと
は防止される。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の詳細な説明す
る。

第１図は、本発明の好適な実施例の電解装置１０の機能
ブロック図でＴｏシ、電解槽１２内に感知電極１４ｍ及
び１４ｂが配置されている。タンク１６が電解槽１２と
流体連通しておシ、電極１８ｂが設けられている。電極
１８＆が電解槽１２内に配置されている。電極１４ｍ及
び１４ｂには直流回路及び電力調節器２０によって給電
される。電解槽１２内の電解溶液が電極１４ｍ及び１４
ｂと共に電解回路を形成している。電力調節器２０はさ
らに、別の直流回路で電極１８１及び１８ｂに、また電
解槽１２及びタンク１６に共通の電解溶液に電位を与え
る。図示されていないが、電力調節器には適当な抵抗器
、増幅器等が設けられて、各組の電極に加えられる電荷
を特定値に制御できるようにしている。メータ２２が電
力調節器２０を介して電極１４ｍ及び１４ｂに接続され
て、分析しようとする成分の電解酸化及び還元値を直接
的に読み取ることができるようにしている。

第２図は、電解槽１２及びタンク１６を詳細に示してい
る。分析しようとする成分を含有するガス流が供給源２
４から入口２８を通って入口グレート３０へ流入する。

入口ブレート３０には出口３２も設けられている。入口
ブレート３０には空洞状の凹部３４が形成されてお夛、
これをガス流が流れる。穿孔拡散プレート３８が、入口
ブレート３０を流れるサンプル流内の還元性のガスの拡
散を計測する。集電器４０が拡散プレート３８と穴を設
けた電極固定プレート４２との間に挾まれている。電極
１４ｍが穴に収容されている。透過性のセパレータ４４
が電極１４＆とプラチナスクリーン電極１８＆との間に
配置されている。内部に流通路を形成した電解溶液プレ
ート４６が、−刃側で電極１８ｍに当接し、他方側に０
リング５０を収容している。ハウジング５２は全体とし
て下側の電解槽１２と上側のタンク１６とを有している
。電解槽１２内に導管６０ａ及び６０ｂが形成されて、
タンク１６の底部に収容されている。タンク内のスリー
ブ６４が導管６０ｍに嵌め付けられて、その中に電極１
８ｍとなるワイヤを通すことにより、電極１８＆を１８
ｂから隔離できるようにしている。電極１８ｂも適当な
方法でタンク１６内に取シ付けられている。電解槽１２
及びタンク１６内の電解溶液は導管６０ｂだけを介して
互いに流体連通している。

ハウジング１２０反対側には、０リング６６と、内部に
流通路を形成した電解溶液プレート６８と、ステンレス
鋼スクリーン１０と、アスベストセパレータ等の透過性
のセパレータＴ２と、電極１４ｂと、電極固定プレー）
７４と、集電器Ｔ６と、ガス拡散プレート７８と、ガス
排出口８２を備えた下流側ガス空洞端部プレート８０と
が配置されている。

端部プレート８２はガス供給源等とは連通しておらず、
ガス排出口８２が設けられているだけである。電極１４
ｂは、電極１４＆とは異なつ九構造及び組成にすること
ができる。拡散プレート７８を流れるガスの拡散速度は
上流側の拡散プレートを通る拡散速度はど重要ではない
ので、この拡散プレートの孔は拡散プレート３８の孔と
は異なった形状にすることができる。

次に、本発明の詳細な説明すると、電解溶液（例えば１
モルの水酸化カリウムまたは１モルの炭酸カリウムの溶
液）をタンク及び電解空洞部に入れる。導管６０ｂがそ
の間を流体連通させている。

集電器４０及び７Ｂ、特に集電器の延出タブが適当なコ
ネクタ（図示せず）を介して電力調節器２０に接続して
いる。極性は図面に示した通シである。

これにより、感知電極１４ｍ及び１４ｂ間に第１電解路
が形成される。

電極１８＆及び１８ｂは適当なコネクタ（図示せず）を
介して電力調節器２０に接続している。中は夛、極性は
図面に示した通シである。これにより、電極ｔｅａ及び
１８ｂ間と共通の電解溶液を通る第２電解路が形成され
る。

第２電解路において、この特定の電解槽構造に生じる電
流に対する抵抗は約１０オームである。

約１．５ボルトの電位が、陰極（負の端子）として機能
するプラチナスクリーンである電極１８ｍと、陽極（正
の端子）として機能するプラチナワイヤである電極１８
ｂとの間に印加される。電極の電位状電力調節器によっ
て制御される。この電解回路によって発生する電流は、
陰極での０２のアベイ２ビリテイの平衡率に対応してい
る。

ガス流は供給源２４から入口２８へ約２５ｃｆｈの流速
で流入する。１．０〜３．０５ｅｆｈの流速が好ましい
。ガスは温度をθ〜１５０アに、圧力を１５．７ｐｓｌ
ａ以下にすることができる。例えば、酸素が３９Ｐｋ’
ｓ残りが窒素のガス組成物について本発明を説明する。

陰極として機能する感知電極１４ｍは、触媒的に酸素に
特異であればどのような半透過性の電極でもよい。陰極
での酸素の還元が電解槽に流入してくる酸素に比例する
ならば、非特異性の陰極を用いることもできる。３　Ｐ
ｐｂの酸素による分圧が拡散バリヤグレート３８に加わ
っているので、毎時１ｘｌＯ””ｅｅ　の酸素が感知陰
極１４１に流れる。

上記割合の酸素が感知電極１４１に接触することによっ
て、約５ナノアンペアの電流が域解檜内を流れる。集電
スクリーン４０及び７６と接続している電力調節器２０
の印加電位は１．３ＶＤＣである。

陽極として機能する感知電極１４ｂは、炭素−テフロン
電極などの触媒的に酸素に特異な同型式の半透過性の電
極として図示されている。しかし、プラチナや金等の固
体金属を使用することもできる。

本実施例では、酸素が電極１４１で還元される。印加電
位が陰イオンすなわち水酸イオンを移動させる推進力を
付与している。水酸イオンが感知電極１４ｍ及び１４ｂ
間の第１電解路管完成させている。

電解溶液には本来的に溶存酸素が存在している。

ＰＰｂ範囲での酸素の測定では、溶存酸素が大きく影響
し、読み取シ値に誤差が生じる。すなわち、溶存酸素の
影響を取シ除かなければ、電解溶液中の溶存酸素も電極
１４畠で還元されるため、誤った読み取ｐ値となる。

バリヤ電極として電極１８＆が電解溶液と感知電極１４
＆の一方側との間に配置されている。測定しようとする
ガスが陰極１４＆の他方側で（［解溶液を湿らせた）電
極と接触する。電極１Ｓａ及び１８ｂ間に印加される電
圧は約１．５ＶＤＣである。電極１８ａ付近の領域の水
が還元されて、表面に水素イオンの膜が形成される。通
常は拡散して電極１４１と接触する電解溶液中の溶存酸
素はすべてバリヤ電極１８ｍで水素と反応して、水を形
成する。陽極１８ｂに発生した酸素はタンクから泡立っ
て放出される。

本発明は、所望の成分の測定に影響を与える電解溶液中
の干渉成分、例えば０２やＨ２を気相から除去するいず
れの用途にも関連している。電解溶液中の望ましくない
成分を感知電極に接触しないようにする。これによ）、
ガスサンプルからの０２の電解還元率の関数を高めるこ
とができる状態に電解溶液を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の機能ブロック図、第２図は本
発明の実施例の展開斜視図である。 １０−・・番電解装置、１２・・拳・電解槽、１６−・
・・タンク、２０・・・１電力調節器、２２・ｅ・・メ
ータ、４０・書・・集電器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方を測定しようとする成分に特異な感知電極に
   した感知電極間に電解電流を発生させるが、電解溶液が
   その成分を含有しているために測定に悪影響が生じる電
   解槽において、 測定しようとする成分に特異な感知電極と電解溶液との
   間に配置された第１バリヤ電極と、前記電解溶液内に配
   置された第２電極と、 感知電極間の電解路から独立的に第１及び第２電極間に
   電解電流を発生する手段とを有しており、感知電極へ移
   動した望ましくない成分が感知反応へ悪影響を与えるこ
   とを電解的に防止することができるように第１電極を配
   置したことを特徴とする電解槽。
2. （２）流体流内の成分を電解測定する方法であつて、 ａ）一方を流体流内の分析しようとする成分に特異な感
   知電極にした１対の感知電極を備えた電解槽を設けて、
   感知電極が第１電解路を形成するようにする段階と、 ｂ）第１バリヤ電極及び第２電極を設けて、バリヤ電極
   は分析しようとする成分に特異な感知電極と電解溶液と
   の間に配置し、第１及び第２電極が、第１電極路の機能
   とは独立した機能を持つ第２電解路を形成するようにす
   る段階と、 ｃ）第１及び第２電極間に電圧を印加してバリヤ電極を
   励磁することにより、電解溶液中の望ましくない成分が
   感知陰極へ流れることを電解的に防止する段階とを有し
   ている方法。