JPH03271385A - 水電解用複極式電解槽 - 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、水電解用特にオゾン発生電解用の複極式電解
槽に関し、より詳細にはｉｌｌ類又は２種類の実質的に
同一構造の単位電解槽を利用して電解ユニットを構成し
各電解ユニットごとにそれぞれ１個の電解液入口及び出
口を形成した複極式電解槽に関する。

（従来技術とその問題点） オゾンは強力でクリーンな酸化剤として注目されつつあ
り、特にその分解生成物が酸素であり従来から使用され
ている塩素系のものと比較して残留物が被処理物中に残
留しないこと、分解速度が速くオゾンがそれ自身残留せ
ず二次公害の問題も全くないこと等の理由から水処理用
としての使用が増加している。

このように酸化剤として有用なオゾンを発生させるため
に従来から主として放電法及び電解法が採用されている
が、生成物の純度や操作の容易性から現在では電解法が
特に半導体工業用等で主流となってきている。

電解法で使用される電解槽は、その槽構造や使用する電
極触媒を含めて種々の検討が続けられているが、特に電
解槽は設置面積を減少させかつ製造や保守作業を容易に
するためにも小型で構造が簡単であることが望ましい。

しかしながら従来のオゾン製造用電解槽は、通常はその
両面に電極物質が被覆された固体電解質電極である隔膜
１枚で電解槽を陽極室と陰極室とに区画した単極式電解
槽であるか、隔壁で陽極室と陰極室に区画されたそれぞ
れに電解液入口及び電解液出口を有する単位電解槽を隔
膜を介して横方向に接続し各単位電解槽ごとに電解液の
循環を行うようにした複極式電解槽である。

前記単極式電解槽では電極面積の増大を図ることが出来
ないため大量の水電解には不向きであり、又後者の複極
式電解槽では単位電解槽の数を増減させることにより処
理水量を調節することが出来るが各単位電解槽ごとに電
解液入口及び出口を必要とするため電解槽の構造自体が
複雑になるだけでなく電解作業中の循環等の電解液の管
理が非常に煩雑になるという欠点を有している。

複数の単位電解槽を隔膜を介して横方向に接続して電解
ユニットを構成し各電解ユニットごとにそれぞれ１個の
電解液入口及び出口を形成する試みはこれまでも行われ
ているが、該複極式電解槽では前記電解液入口及び出口
を有するか有しないかによって槽構造に大きな変化が生
じ、該複極式電解槽で電解液入口及び出口を各１個に制
限出来るという利点が各単位電解槽の構造上の相違によ
り相殺されるため、実用的な価値を有するものではなか
った。

（発明の目的） 本発明は、水電解槽特にオゾン発生用電解槽の構造の簡
略化のために１種類又は２種類の実質的に同一構造の単
位電解槽を利用して構造の簡単な前記水電解用複極式電
解槽を捉供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、隔壁を介して一方面に陽極室が又他方面に陰
極室が形成された複数の単位電解槽を隔膜を介して横方
向に電気的に接続して成る水電解用電解槽において、両
端が実質的に同一構造である２個以上の隣接する前記単
位電解槽により電解ユニットを構成し、該電解ユニット
の一端の単位電解槽に電解液入口を他端の単位電解槽に
対応する電解液出口をそれぞれ形成し、前記電解液入口
を対応する各電極室及び前記電解ユニットの単位電解槽
間の隔膜に形成された流通孔を通して前記電解液出口に
連通させたことを特徴とする水電解用複極式電解槽であ
る。

以下本発明の詳細な説明する。

上述した通り、本発明に係わる水電解用複極式電解槽は
、■又は２種類の実質的に同一構造の単位電解槽を使用
することにより該単位電解槽の製造コストを低減し、保
守を容易にし、かつ必要に応じて行われる処理水量の増
減に起因するレイアウトの変更等に容易に対応出来ると
いう特徴を有している。

本発明の電解ユニットは複数の単位電解槽で構成され、
構成単位電解槽数が２個である場合には実質的に同一構
造のＩｌｌ類の単位電解槽のみを、又３個以上である場
合には２種類の実質的に同一構造の単位電解槽を使用す
る。

いずれの場合でも両端に位置する単位電解槽は実質的に
同一構造とし、一方の単位電解槽には電解液入口を他方
には対応する電解液出口を形成し、つまり各電解ユニッ
トについて各１個の陽極液入口及び出口、陰極液入口及
び出口が形成される。

電解液入口から供給される電解液は他の電解液とは別個
の通路を経て電解液出口に達することが必要であるが、
例えば電解ユニットを構成する複数の単位電解槽に陽極
液の通路を予め形成し、この通路と点対称の位置関係と
なるように陰極液の通路を形成する。前記陽極液通路の
形成時には該通路と点対称に形成される陰極液通路が交
わらないよう考慮する必要がある。

更に従来の電解槽と同様に電解液と電極物質との接触時
間を増加させるためにつまり電解液の滞留時間を増加さ
せるために、電解液入口はなるべく低い位置に電解液出
口はなるべく高い位置にそれぞれ形成することが好まし
い。

３個以上の単位電解槽で電解ユニットを形成する場合の
両端部以外の単位電解槽は両端の単位電解槽の一方から
他方へ電解液が円滑に流通するように接続すればよく、
この場合の両電解液通路もそれぞれ点対称となるように
形成することが望ましい。

他の電解槽構造及び部材の材質等は従来のものをそのま
ま使用することが出来る。例えば単位電解槽間は隔膜好
ましくはイオン交換膜を介在させて陽極室及び陰極室を
区画する。電極構造としては電極構造体を単位電解槽と
隔膜のそれぞれに密着させたいわゆるゼロギャップタイ
プや隔膜の両面に電極物質を被覆したいわゆるＳＰＥ　
（固体電解質）タイプの構造を使用することが出来る。

（実施例） 次に本発明に係わる水電解用複極式電解槽の一例を添付
図面に基づいて説明するが、本発明はこの例に限定され
るものではない。

第１図は、本発明に係わる水電解用複極式電解槽の一例
を示す斜視図、第２図は、第１図のｎ−ｍ線断面図、第
３図は、第１図のｍ−ｍ線断面図であり、図示の水電解
用複極式電解槽の例では、電解ユニットは２個の単位電
解槽により構成されている。

ｌ、１°は、薄厚直方体状の例えばチタンやステンレス
で成形された単位電解槽で、該一方の単位電解槽１の両
面はそれぞれ刻み込まれて一方面には陽極室２が又他方
面には陰極室３が形成され、両極室２．３は隔壁４によ
り区画されている。該陽極室２は、縦方向に平行に刻設
された多数の流通溝５とその上下両端に連続して刻設さ
れたそれぞれ陽極液導入用凹部６と陽極液取出用凹部７
とから成り、前記隔壁４と隔膜（単位電解槽１の陽極室
２と接触する隔膜は図示を省略した）の間の空間として
形成される。一方前記陰極室３は縦方向に平行に刻設さ
れた多数の流通溝５°とその上下両端に連続して刻設さ
れたそれぞれ陰極液導入用凹部６°と陰極液取出用凹部
７°とから成り、かつ前記隔壁４と隔膜８の間の空間と
して形成され、該隔膜８の上下左右の各隅にはそれぞれ
連通孔８ａ、８ｂ、８ｃ及び８ｄが穿設されかつその陰
極室３側の面には陰極物質が又陽極室２°側の面には陽
極物質が被覆されて固体電解質型電極を構成している。

前記隔壁４の下端の左右にはそれぞれ前記陽極液導入用
凹部６と陰極液導入用凹部６°とに連通する陽極液流通
下部空間９及び陰極液流通下部空間１０が形成され、更
に前記隔壁４の上端の左右にはそれぞれ前記陽極液取出
用凹部７と陰極液取出用凹部７゛とに連通する陽極液流
通上部空間１１及び陰極液流通上部空間１２が形成され
ている。

このような構成から成る単位電解槽１に隣接する他の単
位電解槽１°は、前記単位電解槽ｌと同様に、その両面
はそれぞれ刻み込まれて一方面つまり前記隔壁８を介し
て前記単位電解槽１の陰極室３に面する側には陽極室２
１が又他方面には陰極室３°が形成され、両極室２°、
３”は隔壁４゜により区画されている。該陽極室２′は
、縦方向に平行に刻設された多数の流通溝５″とその上
下両端に連続して刻設されたそれぞれ陽極液導入用凹部
６パと陽極液取出用凹部７″とから成り、前記隔壁４°
と前記隔膜８の間の空間として形成される。一方前記陰
極室３°は縦方向に平行に刻設された多数の流通溝５゛
゛とその上下両端に連続して刻設されたそれぞれ陰極液
導入用凹部６′′′と陰極液取出用凹部７″゛とから成
り、前記隔壁４“と隔膜８“の間の空間として形成され
る。

該隔壁４°の下端の左右にはそれぞれ前記陽極液導入用
四部６″と陰極液導入用凹部６″′とに連通ずる陽極液
流通下部空間１３及び陰極液流通下部空間１４が形成さ
れ、更に前記隔壁４゛の上端の左右にはそれぞれ前記陽
極液取出用凹部７゛″と陰極液取出用凹部７″′とに連
通ずる陽極液流通上部空間１５及び陰極液流通上部空間
１６が形成されている。

前記単位電解槽１の陰極液流通下部空間１０と前記単位
電解槽１°の陰極液流通下部空間１４とは前記隔壁８の
左下隅の連通孔８ａを介して連通され、又前記単位電解
槽ｌの陽極液流通下部空間９と前記単位電解槽１”の陽
極液流通下部空間１３とは前記隔壁８の右下隅の連通孔
８ｂを介して連通されこ又前記単位電解槽１の陽極液流
通上部空間１１と前記単位電解槽１°の陽極液流通上部
空間１５とは前記隔壁８の左上隅の連通孔８Ｃを介して
連通され、又前記単位電解槽１の陰極液流通上部空間１
２と前記単位電解槽１°の陰極液流通上部空間１６とは
前記隔壁８の右下隅の連通孔８ｄを介して連通されてい
る。

符号９から１６までで示した各空間には、順に符号エフ
、１８．１９．２０．２１．２２．２３及び２４で示し
たそれぞれの空間を単位電解槽１又は１°の側壁を通し
て外部に連通させる通孔が切設され、図示の例では各通
孔のうち陰極液流通下部空間１０、陽極液流通下部空間
１３、陽極液流通上部空間１１及び陰極液流通上部空間
１６に接する通孔１８．２１．１９及び２４には、それ
ぞれ陰極液導入管２５、陽極液導入管２６、陽極液取出
管２７及び陰極液取出管２８が挿入され、残りの通孔１
７．２０．２２及び２３はそれぞれストッパ２９により
閉塞されている。

このように単位電解槽２個から成る水電解用電解槽に、
陽極液及び陰極液として若干の電解質を添加した水好ま
しくは希水酸化アルカリ水溶液を、それぞれ陰極液導入
管２５及び陽極液導入管２６を通して供給すると、陽極
液は陽極液流通下部空間、１３で二分されて一方はその
まま陽極液導入用凹部６　＋ｔに達し、他方は隔膜８の
連通孔８ｂを通って隣接する単位電解槽１の陽極液流通
下部空間９を経て陽極液導入用凹部６に達する。該陽極
液導入用凹部６゛′及び陽極液導入用凹部６内の陽極液
はそれぞれ隔壁４°、４の流通溝５ｆ′　５内を上向き
に流れ、この間に隔膜に被覆された陽極物質に十分に接
触して電解され、オゾンを含む酸素ガスを発生する。前
記流通溝５″の上端の陽極液取出用凹部７″に達した陽
極液は第３図に矢印で示すように、陽極液流通上部空間
１５及び連通孔８ｃを経て陽極液流通上部空間１１に達
する。又前記流通溝５の上端の陽極液取出用凹部７に達
した陽極液は第３図に矢印で示すように、そのまま陽極
液流通上部空間１１に達っして、連通孔８ｃを経て該空
間１１に達っした前記陽極液とともに陽極液取出管２７
から取り出される。

一方陰極液導入管２５から導入された陰極液も陰極液流
通下部空間１０で二分され、一方の陰極液は陰極液導入
用凹部６′−流通溝５°−陰極液取出用凹部７°−陰極
液流通上部空間１２一連通孔８ｄのように循環して陰極
液流通上部空間１６に達し、他方の陰極液は連通孔８ａ
−陰極液流通下部空間１４−陰極液導入用凹部６°°゛
−流通溝５′′′−陰極液取出用凹部７パ°のように循
環して陰極液流通上部空間１６に達し、前記一方の陰極
液とともに陰極液取出管２８から槽外へ取り出される。

図示の両単位電解槽１．１′は同一構造であり、単位電
解槽１を１８０＠回転させたものが単位電解槽１°であ
る。従って図示の水電解用複極式電解槽を組み立てるに
は同一構造の単位電解槽、流通孔が形成されあるいはさ
れていない隔膜、同一構造の電解液導入又は取出管、及
びストッパを準備すれば十分であり、従来の水電解槽よ
りも構成部品数を減少させてコスト的にも、あるいは組
み立て分解等の作業性からも有利になる。

（発明の効果） 本発明は、複数の単位電解槽を隔膜を介して横方向に電
気的に接続して水電解用複極式電解槽を構成する際に、
両端の構造を実質的に同一とした複数の単位電解槽によ
り電解ユニットを構成することを特徴とするものである
（請求項１）。

従って、前記複極式電解槽を組み立てる際に使用する単
位電解槽の種類を、電解ユニットを構成する単位電解槽
が２個の場合には１種類の、又構成単位電解槽が３個以
上の場合には２種類の単位電解槽のみで複極式電解槽を
構成することが出来るため部材数の減少によるコストダ
ウン及び作業性の向上を達成することが出来る。

特に電解ユニットを構成する単位電解槽を２個とし実質
的に同一構造の該単位電解槽を点対称の位置関係に配置
すると（請求項２）、複極式電解槽を構成する単位電解
槽の構造の全てが実質的に同一であるため、コストダウ
ン及び作業性の向上をより効果的に達成することが出来
る。

更に処理水量の増減等の場合に必要になるレイアウトの
変更も単位電解槽の種類が少ないため容易に行うことが
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電解ユニットが２個の単位電解槽により構成
されている本発明に係わる水電解用複極式電解槽の一例
を示す斜視図、第２図は、第１図のｎ−ｎ線断面図、第
３図は、第１図のｍ−ｍ線断面図である。 １１　１５・ １２．１６・ １７．１８． ２５・　・　・ ２７・　・　・ ２９・　・　・ ・・陽極液流通上部空間 ・・陰極液流通上部空間 １９．２０．２１．２２．２３．２４・・・通孔陰極液
導入管　２６・・・陽極液導入管陽極液取出管　２８・
・・陰極液取出管ストッパ １．１゛・・・単位電解槽 ２．２°・・・陽極室　３．３”・・・陰極室４．４°
・・・隔壁 ５．５°、５″、５パ′・・・流通孔 ６．６゛°・・・陽極液導入用凹部 ６°、６′°１・・・陰極液導入用凹部７．７″・・・
陽極液取出用凹部 ７“、７″′・・・陰極液取出用凹部 ８．８′・・・隔膜 ９．１３・・・陽極液流通下部空間 １０．１４・・・陰極液流通下部空間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）隔壁を介して一方面に陽極室が又他方面に陰極室
   が形成された複数の単位電解槽を隔膜を介して横方向に
   電気的に接続して成る水電解用電解槽において、両端が
   実質的に同一構造である２個以上の隣接する前記単位電
   解槽により電解ユニットを構成し、該電解ユニットの一
   端の単位電解槽に電解液入口を他端の単位電解槽に対応
   する電解液出口をそれぞれ形成し、前記電解液入口を対
   応する各電極室及び前記電解ユニットの単位電解槽間の
   隔膜に形成された流通孔を通して前記電解液出口に連通
   させたことを特徴とする水電解用複極式電解槽。
2. （２）電解ユニットを構成する単位電解槽が２個であり
   、両単位電解槽を点対称の関係に配置した請求項１に記
   載の電解槽。