JPH06316783A - 電解槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄板を成形した隔壁板で構成した電解槽の気
液分離室に生じる脈動による電解室内の圧力変動を防止
する。 【構成】 竪型の電解槽ユニットの陽極側の隔壁（２）
と陰極側の隔壁（３）に互いに嵌合する凹凸を形成し、
両隔壁を重ね併せて一体化した隔壁板の凸部に電極板を
結合した電解槽の上部に設けた気液分離室の断面積を排
出口に遠い部分よりも近い部分を大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フィルタープレス型の
電解槽に関し、特に隣接する電極室間の電解液を分離す
る隔壁に特徴を有する電解槽に関する。

【０００２】

【従来の技術】フィルタープレス型電解槽は食塩の電気
分解による塩素と苛性ソーダの製造をはじめとして、有
機物の電解製造、海水の電解等に広く用いられている。

【０００３】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電解槽
には隣接する陽極室と陰極室とを隔壁を介して電気的お
よび機械的に結合した複極式電解槽ユニットを陽イオン
交換膜を介在させて多数積層し、両端には陽極あるいは
陰極のいずれかを片面に有する端部電極室ユニットを積
層して油圧式のプレス等で固定した複極式フィルタープ
レス型電解槽と、額縁状の電極室枠の両面に同一の電極
を有する陽極室ユニットおよび陰極室ユニットを陽イオ
ン交換膜を介して多数積層し、両端部には陽極または陰
極を片面に有する電極室ユニットを積層した単極式フィ
ルタープレス型電解槽がある。単極式の電解槽の電極室
ユニットは額縁状の電極室枠を補強するとともに電解液
の循環を促進する作用をするダウンカマーやリブ等を設
けこれらのリブ等に電極を取り付けており、通常は電解
液を分離する隔壁は有していない。

【０００４】一方、複極式の電解槽のユニットには、陽
極室と陰極室とを分離するとともに電解電流の伝達の作
用をする隔壁が設けられており、陽極室と陰極室とを分
離する隔壁にはそれぞれ陽極および陰極が取り付けられ
ている。陽極室と陰極室は対象となる電解反応によっ
て、一方は酸化性の環境にあり他方が還元性の環境とな
る。とくに代表的なイオン交換膜を利用した電解方法で
ある食塩電解においては陽極では塩素が発生し、陰極で
は高濃度の水酸化ナトリウムと水素が生成し、陽極室に
は塩素などに耐食性の大きなチタン、タンタル、ジルコ
ニウムなどの薄膜形成性金属あるいはその合金を使用し
ている。また、陰極室の雰囲気ではチタンは水素を吸収
して脆化するので耐食性が大きなチタンも陰極室には使
用できない。

【０００５】このため、陰極室には鉄、ニッケル、ステ
ンレス等の鉄系の金属あるいはその合金を使用してい
る。各々の電極室を金属材料の隔壁で形成し両者を接合
することにより電気的接合を形成することができるが、
陽極室側のチタンと陰極室側の鉄、ニッケル、ステンレ
スなどを直接に溶接によって接合しようとするとチタン
と陰極室側の鉄系の金属が金属間化合物を形成するため
に実用的な強度を有する接合体を得ることはできなかっ
た。

【０００６】そこで、複極式の電解槽では、多くの提案
が行われている。例えば、特公昭５３−５８８０号公報
には合成樹脂材料の隔壁を貫通するボルトで陽極室側の
部材と陰極室側の部材とを結合することを記載してい
る。また、特公昭５２−３２８６６号公報では鉄系の金
属とチタンとを爆着により接合した板状体を隔壁とし、
各々の面にリブを溶接し、リブに陽極および陰極を溶接
している。特公昭５６−３６２３１号公報にはチタンと
鉄を銅を挟んで三者を接合した複合材料を使用し、複合
材料のチタンと複極式電解槽ユニットの陽極側隔壁のチ
タンとを溶接し、同様に該複合材料の鉄と陰極側の鉄系
の金属の隔壁とを溶接によって結合している。

【０００７】以上のように、複極式電解槽の隔壁には各
種のものがあるが、いずれの電解槽においてもリブを隔
壁に結合し、リブに電極を溶接などの方法によって取り
付けることが行われているが、リブによる電圧の降下が
避けられない。また、陰極側の金属と陽極側の金属とを
接合するためには特殊な方法を用いる必要があった。

【０００８】このような問題を解決するために、互いに
嵌合する凹凸を形成した隔壁板をプレス加工によって製
造し、凸部に電極を接合した電解槽ユニットを有する構
造および製造方法が簡単な複極式電解槽を特開昭３−２
４９１８９号（特願平２−４５８５５号）として提案し
た。

【０００９】食塩のイオン交換膜法による電気分解のよ
うに、気体が大量に発生する電解反応では生成した気体
または液中の気泡の含有率が多い領域が電極室の上部に
形成される。気体もしくは気泡が滞留した領域は、長時
間の運転ではイオン交換膜に悪影響を及ぼことが知られ
ている。気体もしくは気泡が滞留した領域を減少するた
めに、電解液あるいは発生気体の外部への流出ノズルの
取付位置を工夫したり、電解槽ユニットの上部に気液分
離室を設けることによってイオン交換膜が気泡と接触し
ないようにすることが行われている。また、電極面積が
大きな電解槽においては、電極室内での電流分布が不均
一化すると、電極の部分的な消耗が進んだり、イオン交
換膜が部分的に劣化する等の電解槽の性能に好ましくな
い現象が起こるので、陽極−隔壁−陰極−陽極という電
流の流れる通路がほぼ等しくなるように電極と集電部材
との取り付け位置を工夫し、電極室内での電流分布を均
一とすることが行われている。

【００１０】さらに、電極室内での電解液の濃度や温度
の分布を小さくすることが行われている。電解液の濃度
や温度の分布を小さくするためには、電極室内へ外部か
ら供給されて排出される電解液の循環速度あるいは循環
量を大きくすることが行われているが、循環量を多くす
るためには大型の循環装置を必要とするとともに、電解
液の濃度あるいは温度の均一化という面では必ずしも十
分な効果が得られない。

【００１１】ところが、平板をプレス加工した電解槽ユ
ニットの場合には、電解液あるいは発生気体の流出用の
ノズルの取付位置を工夫しても電解室の上部に気体が滞
留する部分が生じることが避けられない。

【００１２】また、電解液の濃度あるいは温度を均一化
するために、電解液を均一に電極室に供給することも効
果がある方法であるが、平板をプレス成形した電解槽ユ
ニットにおいては、電解槽ユニットの下部には電解槽枠
体が設けられているために、電解液の分散手段を設ける
ことは行われられず、また電解槽ユニットの上部も同様
に電解液からの気液分離手段等を設けることはできなか
った。

【００１３】本発明者らは、さきに特願平３−１５４６
８７号、特願平３−１５４６８８号、特願平３−１６０
２６０号等において、平板をプレス成形した電解槽ユニ
ットを提案するとともに電解槽ユニットの下部に電解液
分散供給室、上部には気液分離室を設けた電解槽を提案
した。ところが、電極室から上部の気液分離室へ排出さ
れる直前の電解液および気体の量は電解槽の横方向にお
いては等しく分布しているが、気液分離室内において
は、排出口に近づくほど気体、気液混相流、液体等から
なる流体の流量が増加するとともに、室内の流体の速度
も増大し、圧力損失も同様に増大する。その結果、排出
側とその反対側では、気液分離室内部に圧力差が生じ、
その結果、気液混相流の脈動、電解室内部での圧力変動
がおこる。電解質内部の圧力変動が発生すると、陽極室
と陰極室を区画するイオン交換膜が振動し、イオン交換
膜の損傷等の問題が生じる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、平板をプレ
ス成形した電解槽ユニットの上部に気液分離手段等を設
けた電解槽において、気液分離室内部において生じる気
液混相流の脈動等によって生じる電解室内部での圧力変
動によるイオン交換膜の振動等を防止し、電解槽の運転
を安定化させるとともに、イオン交換膜を長期にわたり
安定して使用することができる電解槽を提供することを
課題とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、竪型の電解槽
ユニットの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、両隔壁を重ね併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、電解槽ユニットの
上部には隔壁と一体の部材で形成された電解液の気液分
離室を有する電解槽ユニットにおいて、気液分離室内部
の排出口への流路と垂直な断面で気液分離室を切断した
断面積を、排出口に遠い部分よりも近い部分を大きくし
た電解槽である。また、電解槽ユニットの下部には隔壁
と一体の部材で形成された電解液分散供給室を有する電
解槽である。

【００１６】

【作用】竪型の電解槽ユニットの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、両隔壁を重ね併
せて一体化した隔壁板の凸部に電極板を結合した電解槽
において、電極室の上部に形成した気液分離室内部の排
出口への流路と垂直な断面で気液分離室を切断した断面
積を、排出口に遠い部分よりも近い部分を大きくしたの
で、電解槽内で発生した気液混相流が排出口へ向かう際
に生じる脈動による圧力変動を小さくすることが可能と
なり、陰極室と陽極室を区画するイオン交換膜を振動等
による損傷を防止することができる。

【００１７】

【実施例】以下に図面を参照して本発明を説明する。図
１（Ａ）は、本発明の電解槽の１実施例を示す一部を切
り欠いた陽極側からみた平面図を示し、図１（Ｂ）は図
１（Ａ）をＡ−Ａ線で切断した断面図を示し、図１
（Ｃ）は縦方向の断面図を示す。電解槽ユニット１の陽
極側の隔壁２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３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である。そし
て、それぞれの隔壁は電解槽枠体４に取り付けられてい
る。両隔壁には、互いに嵌合する凹凸部を形成してお
り、陽極側の隔壁には溝状の凹部５と凸部６を設けてお
り、陰極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７と凸部８を設けている。

【００１８】それぞれの電極室内部において、電解液の
循環路が形成されるように電極室の上下および左右の壁
面に隣接する部分には凹凸部は設けないようにすること
が好ましい。また、陽極側の隔壁の凸部には、エキスパ
ンデッド金属、多孔性板等に白金族の金属の酸化物等か
らなる陽極活性被覆を形成した陽極９が溶接等によって
設けられており、陰極側の隔壁の凸部には、エキスパン
デッド金属、多孔性板等にニッケル系、白金族の金属系
の物質からなる陰極活性被覆を形成した陰極１０が溶接
等によって結合されている。

【００１９】電解槽ユニットの上部に設けた気液分離室
１１は、電解槽の枠体４を包み込みようにして垂直に伸
びた隔壁を水平な直線に沿って電極の取付面側に直角に
折り曲げ、更に気液分離室の外面が電解槽のフランジ１
２を形成するように電極室の厚みに相当する長さで直角
に折り曲げる。そして隔壁の先端部１３を電極と部分的
に結合して電極を固定しており、気液分離室と電極室の
間には気液分離の効率を高めるために、両室の間に連通
路１４を設けて区画している。

【００２０】図２には、気液分離室部分の一部を切り欠
いた斜視図を示すが、隔壁を成形して連通路１４を設け
るとともに、電解槽ユニットのフランジ１２の裏側に接
合して電解槽ユニットとしての機械的な強度を保持する
接合面１５を設ける。また、隔壁には電解槽の枠体を取
り付ける凹所１６を形成しており、気液分離室の端部に
は、電解槽内から電解液や発生気体を外部へ取り出すた
めの排出口が設けられている。

【００２１】また、図３は、気液分離室の断面図であ
る。図３（Ａ）に示すように、気液分離室を構成する壁
面１７、１８の間隔は、排出口１９に近い部分が、排出
口から遠い部分よりも大きいので、断面積は排出口に近
いほど大きくなっている。

【００２２】また、図３（Ｂ）は、陽極側気液分離室２
０と陰極側気液分離室２１を積層した断面図であり、そ
れぞれの気液分離室の傾斜面を接して、電解槽ユニット
と同一の厚みとすることにより、電解槽を組み立てる際
には、電解槽ユニットのフランジ面として機能すること
が可能となる。

【００２３】陽極側及び陰極側の隔壁に設ける凹凸部は
通常のプレス機によって１枚ずつ形成するが、陽極側と
陰極側の隔壁を同一の形状とすることができるので陽極
側、陰極側に同一のプレス用の金型を準備するのみで良
い。また、陽極側の隔壁と陰極側の隔壁のそれぞれの材
料を１枚ずつ積層した状態でプレスすることによって両
隔壁に凹凸を形成すると同時に両隔壁を一体化すること
ができるので、製造工程を単純化することが可能であ
る。

【００２４】陽極側の隔壁と陰極側の隔壁は、直接にス
ポット溶接で接合しても良いし、陰極側の隔壁と陽極側
の隔壁の間に導電性グリースを介在させて溶接等の恒久
的な接続手段によらずとも、凹凸部分を嵌合させて電気
的及び機械的な接合を形成することもできる。また、電
解槽ユニットを積層して電解槽を組み立て電極室内を加
圧し、両隔壁と外部との間に圧力差を形成して陽極側の
隔壁と陰極側の隔壁の接触性を高めたり、両隔壁と電極
室枠体とで形成される空間を気密にし、この空間を減圧
して電極室内との間で圧力差を形成して両隔壁の接触性
を高めても良い。また、図４に示すように、電解槽ユニ
ットの下部には電極室内へ均一に電解液を供給する電解
液分散供給室を形成しても良い。電解液分散供給室は気
液分離室と同様に電解槽の枠体を包み込みようにして垂
直に伸びた隔壁を水平な直線に沿って電極の取付面側に
直角に折り曲げ、更に電解液分散供給室の外面が電解槽
のフランジ１２を形成するように電極室の厚みに相当す
る長さで直角に折り曲げる。そして隔壁の先端部を電極
と部分的に結合して電極を固定している。電解液分散供
給室と電極室の間には電解液を高速で電極室内へ供給で
きるように、電解液分散供給室と電極室の間に断面積の
小さい通路を設ける。

【００２５】また、隔壁に設ける凹凸は、図５に示すよ
うに、隔壁を上部２２、中央部２３、下部２４の３つの
領域に分割してもよい。そして、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２
５および凸条２６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を連絡する液絡
部２７を各領域間に形成している。電解液は電極室の下
部から導入され、電解槽内で発生する気体とともに電極
室の凹条部を矢印で示すように上昇し、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。隔壁板に形成する凹凸部分は隔壁板全面に形成する
ことが好ましく、数多くの電解液の流路を設けるため
に、凹条部の底面あるいは凸条部の上面には電極を溶接
等によって取り付けるために必要とする小さな面積とす
ることが好ましい。

【００２６】

【発明の結果】竪型の電解槽ユニットの陽極側の隔壁と
陰極側の隔壁に互いに嵌合する凹凸を形成し、両隔壁を
重ね併せて一体化した隔壁板の凸部に電極板を結合した
電解槽において、電極室の上部に形成した気液分離室内
部の排出口への流路と垂直な断面で気液分離室を切断し
た断面積を、排出口に遠い部分よりも近い部分を大きく
し、電解槽内で発生した気液混相流が排出口へ向かう際
に生じる脈動による電解室内部での圧力変動を小さくす
る結果、陰極室と陽極室を区画するイオン交換膜の振動
等による損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示す平面図およびＡ−Ａ線
で切断した断面図である。

【図２】気液分離室部分の一部を切り欠いた斜視図であ
る。

【図３】気液分離室の断面図である。

【図４】電解槽ユニットの下部に設ける電解液分散供給
室を示す図である。

【図５】隔壁に設ける凹凸の他の実施例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…電解槽ユニット、２…陽極側の隔壁、３…陰極側の
隔壁、４…電解槽枠体、５…凹部（陽極側）、６…凸部
（陽極側）、７…凹部（陰極側）、８…凸部（陰極
側）、９…陽極、１０…陰極、１１…気液分離室、１２
…フランジ、１３…隔壁の先端部、１４…連通路、１５
…接合面、１６…凹所、１７…壁面、１８…壁面、１９
…排出口、２０…陽極側気液分離室、２１…陰極側気液
分離室、２２…上部、２３…中央部、２４…下部、２５
…凹条、２６…凸条、２７…液絡部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 竪型の電解槽ユニットの陽極側の隔壁と
   陰極側の隔壁に互いに嵌合する凹凸を形成し、両隔壁を
   重ね併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、電解槽ユニットの上部には隔壁と一体の部材
   で形成された電解液の気液分離室を有する電解槽ユニッ
   トにおいて、気液分離室内部の排出口への流路と垂直な
   断面で気液分離室を切断した断面積を、排出口に遠い部
   分よりも近い部分を大きくしたことを特徴とする電解
   槽。
2. 【請求項２】 電解槽ユニットの下部には隔壁と一体の
   部材で形成された電解液分散供給室を有することを特徴
   とする請求項１記載の電解槽。