JPH0995792A - 複極式電解槽ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複極式電解槽ユニットにおいて、製作が簡単で
安価であり、隔壁の接合部の電気抵抗が低く十分な接合
強度有する複極式電解槽ユニットを提供する。 【解決手段】陽極側の隔壁と陰極側の隔壁が局部的に互
いに凹凸を形成しており、局部的凹凸が、凸型のポンチ
及び凹型ダイの間に陽極側隔壁及び陰極側隔壁を挟み、
圧力をかける事により凹凸を形成すると同時にかしめら
れて接合されている複極式電解槽ユニット。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルカリ金属塩化
物水溶液を電解し塩素とアルカリ金属水酸化物を生産す
るための、イオン交換膜法塩化アルカリ電解用複極式フ
ィルタープレス型電解槽に関する。

【０００２】

【従来の技術】フィルタープレス型電解槽はクロルアル
カリ電解をはじめ種々の電解に用いられている。このよ
うな電解槽には、複極式イオン交換膜電解槽と単極式イ
オン交換膜電解槽の２種類がある。単極式電解槽は、陽
極室と陰極室とがそれぞれ別々のユニットセルとして分
離しており、電解槽を形成する際に、イオン交換膜をは
さんで陰極ユニットセルと陽極ユニットセルを交互に並
べ、各々の陽極ユニットどうしと陰極ユニットどうしは
電気的には並列になっている。それに対して複極式イオ
ン交換膜電解槽は、陽極室隔壁と陰極室隔壁が背中合わ
せに電気的に接続され、一体となった電解槽ユニットを
基本構成としており、そしてこれらの電解槽ユニットを
多数組み合わせることにより電解槽を形成している。即
ち各々の電解槽ユニットは電気的に直列に配置され電流
も各々のセルを直列に流れている。

【０００３】このような複極式電解槽の電圧ロスをでき
るだけ小さくするためには、複極式電解槽ユニットの陽
極室と陰極室の隔壁を電気的に接続する際、その接続部
の電気抵抗をできる限り小さくする必要がある。通常電
気抵抗が小さな接続方法としては、溶接により一体化す
ることが最も一般的である。しかし、クロルアルカリ電
解槽においては、陽極側隔壁としてチタンを用い陰極側
隔壁には、ニッケルや鉄、又はそれらの合金が用いられ
るので、陽極側隔壁と陰極側隔壁を溶接で直接接合する
ことは困難である。そのため従来よりこの接続のため様
々な工夫がなされている。

【０００４】例えば陽極側隔壁と陰極側隔壁を接続する
ための方法としては、隣接セルの電気接続をチタン−鉄
爆発圧着板によりなされている特開昭５１−４３３７７
号、隣接セルの電気接続をバネ性を有するコネクターで
行っている特開昭５３−１４９１７４号、電解槽材料に
プラスチックを用いて隣接セルの電気接続をボルトとナ
ットで行っている特開昭５１−７２９７３号、隣接セル
の接続がチタン−銅−ステンレスを超音波溶接等で接合
されている特開昭５４−９００７９号等がある。その他
に、特開昭６１−１６６９９０号では２個のハーフシェ
ルを平面平行な接触片によって導電的に結合されている
もの、公表特許公報昭６２−５００６６９号には、電流
伝送要素として支持体を有しているもの、特開平５−９
７７４号には陽極側隔壁と陰極側隔壁が互いにはまり合
う凹凸を形成しているもの等がある。

【０００５】これらの技術は、いずれもイオン交換膜法
塩化アルカリ電解槽として、適するよう工夫されてはい
る。しかし、陽極側隔壁と陰極側隔壁の電気接続を低い
抵抗ででき且つ隔壁の接合強度も十分なものにしようと
すると、電解槽の製作コストが高くなりがちであり、又
製作コストを低くしようとすると、隔壁の接合が不十分
で電気接続の抵抗が高くなると言った不都合があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、複極式電解
槽ユニットにおいて、製作が簡単で安価であり、隔壁の
接合部の電気抵抗が低く十分な接合強度有する複極式電
解槽ユニットを提供することを課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、陽極側の隔壁
と陰極側の隔壁が局部的に互いにはまり合うように凹凸
を形成し、その凹凸がかしめ構造により接合されている
ことを特徴とする複極式電解槽ユニットに関する。以
下、本発明を図面を参照にしつつ詳細に説明するが、本
発明はこれらに限定されるものではない。

【０００８】図１は、本発明の複極式電解槽ユニットの
隔壁の接合部断面を示した図である。図１において、
１、２はそれぞれ陰極側隔壁、陽極側隔壁である。ａは
隔壁２の凹部３の上端の内径であり、ｂは凹部下端の内
径である。通常ｂはａよりも大きくカシメ構造になって
おり、この結果十分な接合強度が得られる。またＳはポ
ンチ径に相当しＬはダイス径に相当する。ＳとＬに相当
する径のポンチとダイスを用い、ある一定の圧力で隔壁
を局部的に変形させ、陽極側と陰極側の隔壁の合計厚み
Ｃのものに凹凸を形成し、凹部の下端の隔壁の厚みをＤ
まで圧縮して同時にカシメ構造とする。従って接合が非
常に簡単で確実にできる。

【０００９】この凹部の最大長さＳは、隔壁の板厚みに
もよるが通常は２ｍｍから３０ｍｍが好ましい。この範
囲より小さすぎると隔壁に欠陥が生じて、その部分から
電解液が漏れたりする場合がある。またこの範囲より大
きいと十分な接合強度が得られない場合がある。従って
最も好ましくは、３ｍｍから１０ｍｍの範囲が良い。凸
部４の径Ｌの場合も隔壁の板厚みにもよるが、３．５ｍ
ｍから３０．５ｍｍがこのましく、３．５ｍｍから１
０．５ｍｍが更に好ましい。

【００１０】このような凹凸の形状は、円形又、楕円
形、正方形、長方形から任意に選ぶことができるが、材
料に欠陥を生じないようにするためには、通常円形が最
も好ましい。隔壁の接合部の厚みＤは、陽極側と陰極側
の合計厚みの２０％から７０％が好ましい。２０％より
小さくすると、材料の腐食を考えると薄すぎる場合があ
り、材料の欠陥を引き起こす場合もある。また７０％よ
り大きいとカシメが十分になされず接合強度が不足する
場合がある。最も好ましくは３０％から６０％の範囲で
ある。

【００１１】接合するために必要な接合部１点当たりの
圧力は特に限定されず、必要とする接合部の厚みが得ら
れるように任意に設定できる。このようにして形成され
た接合部の１点当たりの接合強度は、１０ｋｇ・ｆ以上
から材料の破断強度までが好ましく、更に好ましくは３
０ｋｇ・ｆ以上から材料の破断強度までである。１０ｋ
ｇ・ｆ以下の接合強度であると接合部が電解槽ユニット
製作過程ではずれたり、電気抵抗が高まると言った不都
合が生じる。

【００１２】接合部の電気抵抗は、材料にもよるが接合
部１点当たり５ミリオーム以下が好ましく、更に好まし
くは１ミリオーム以下である。抵抗値の下限は、理想的
には接合部が材料の抵抗のみまで低下できることが望ま
しいが、通常はそれ以上になる。接合部の抵抗が５ミリ
オーム以上にもなると、電解電圧が高くなるので、それ
を防ぐためにある一定面積当たり非常に多くの接合点を
設ける必要があり、電解槽ユニットを製作する上で不都
合が生じる。

【００１３】電解槽ユニットに設ける接合点の数は、要
求される隔壁の接合強度や接合部の電気抵抗に応じて変
わってくるが、通常は１ｍ² 当たり１００点以上必要で
ある。電解電圧にあまり影響を与えず、強度的にも問題
のないようにするには２００点以上にすることが好まし
い。接合点の数は、加工が可能な限り増やすことができ
るが通常は２０００点／ｍ² 以下で十分である。

【００１４】図２は、本発明の複極式電解槽ユニットの
一例を示す断面図である。図２において５は隔壁の接合
部である。このような接合部が陰極側リブ６及び陽極側
リブ７に沿って多数設けられている。接合部間の間隔ｅ
は、１０ｍｍから２００ｍｍの範囲で接合強度や電気抵
抗、製作上の都合により任意に選択できる。接合部の間
隔があまりに広すぎると電解槽ユニットを形成した時の
陽極側隔壁と陰極側隔壁の接合が弱すぎたり、電気抵抗
が高くなると言った不都合が生じる場合がある。８と
８’は陽極と陰極、９と１０は陽極側と陰極側の電解液
供給ノズル、１１と１２は陽極側と陰極側の電解液及び
ガス排出ノズル、１３は複極式電解槽ユニットを補強す
るための棒状フレームである。

【００１５】図３は、本発明の複極式電解槽ユニットの
一例を示す平面図である。図３においても５は隔壁の接
合部を示す。接合部５のリブに最も近い列とリブ７との
間隔ｆは、電気抵抗の面からできるだけリブに近いこと
が望ましい。その理由は、複極式電解槽ユニットにおい
て、電流の大部分はリブに最も近い接合部を流れ、リブ
を通して電極へと供給されるため、接合部とリブの間隔
ｆが大きい場合には電気抵抗が大きくなるためである。
従ってこのｆの値としては０ｍｍから３０ｍｍの範囲が
好ましく、０ｍｍ以上２０ｍｍ以下が更に好ましい。リ
ブ間にはどのような配置で接合部を設けてもよく、この
図の配置に限定されるものではない。

【００１６】以上述べたような接合をする隔壁の材質と
しては、陽極側隔壁は通常チタン及び又はチタンを含む
合金を用いることができ、陰極側隔壁としてはニッケル
及び又はニッケルを含む合金、又は鉄を用いることがで
きる。陽極側隔壁及び陰極側隔壁の板厚みは、このよう
な接合ができる範囲であれば特に限定されないが、通常
０．５ｍｍから２．０ｍｍの範囲のものが使用できる。

【００１７】本発明の複極式電解槽ユニットによって電
解できるアルカリ金属塩化物としては、例えば食塩、塩
化カリウム、塩化リチウム等がある。本発明は以上のよ
うに、複極式電解槽ユニットにおいて、製作が簡単で安
価であり、隔壁の接合部の電気抵抗が低く十分な接合強
度有する複極式電解槽ユニットを提供できる。

【００１８】次に本発明の実施例を示す。

【００１９】

【実施例】

【００２０】

【実施例１】陽極側隔壁用として１ｍｍのチタン板、陰
極側隔壁用として１ｍｍのニッケル板を準備し、各々の
板の周囲を折り曲げ横幅２．４ｍ、縦幅１．２ｍ、深さ
３０ｍｍの箱形に加工した。このチタン製の箱形のもの
とニッケル製の箱形のものをそれぞれ陽極室と陰極室と
して背中合わせに接合するために、ポンチとして直径が
１０ｍｍの丸形、ダイとして内径が１４ｍｍのものを準
備した。

【００２１】箱形の陽極側隔壁と陰極側隔壁を背中合わ
せにして、ポンチとダイの間に置いて、ニッケル側から
ポンチでチタン側のダイに向かって一点当たり３００ｋ
ｇ・ｆの力でプレスし接合した。このような接合点を６
００点設けて陽極側隔壁と陰極側隔壁を接合し一体化し
た。接合は溶接が不要なので簡単であった。接合後、陽
極室側に鉄製の蓋をかぶせて１ｋｇ／ｃｍ² ・Ｇの空気
圧をかけて漏れテストを実施したがもれはなかった。陰
極室側についても同様に漏れテストを行ったが全く漏れ
はなかった。

【００２２】この時の接合点一点当たりの接合強度を、
島津製作所オートグラフ５０００Ｂにて測定したとこ
ろ、５０ｋｇ・ｆであった。又接合点１点当たりの電圧
ロスは、１点当たり１８アンペアの電流を流した場合
で、１ｍＶであった。更に陰極室側にニッケル製の電気
伝導用リブと電解液の流入と流出用ノズルを設け、陽極
室側にはチタン製の電気伝導用リブと電解液の流入と流
出用ノズルを設けた。電導性リブの陽極としてチタン製
エクスパンドメタルに酸化ルテニウムのコーティングを
施した電極を溶接し、陰極としてニッケルに酸化ニッケ
ルをプラズマ溶射した活性陰極を溶接して複極式電解槽
ユニットを形成した。

【００２３】図４に示すように、このようにして製作し
た複極式電解槽ユニット１４を５セル並べ、各ユニット
セル間には陽極側ガスケット１７、イオン交換膜１８、
陰極側ガスケット１９を挟み、ユニットセルの両端には
陰極側ターミナルセル２０と陽極側ターミナルセル２１
を配して、リード板２２を取り付けてフィルタープレス
型電解槽を構成した。イオン交換膜は、ＡＣＩＰＬＥＸ
（登録商標）（旭化成工業株式会社製）Ｆ- ５２００を
用い、苛性ソーダ濃度３３％、９０℃、４０Ａ／ｄｍ²
で電解したが、ユニットセル間やユニットセル本体から
の電解液やガス漏れもなく、６カ月間電圧３．１５Ｖで
安定して運転できた。

【００２４】通電後、複極式ユニットセルの１つを解体
し、切断して接合点の断面や電気抵抗、接合強度を測定
したが、初期と全く変化なかった。

【００２５】

【発明の効果】陽極側の隔壁と陰極側の隔壁が局部的に
互いに凹凸を形成しており、局部的凹凸が、凸型のポン
チ及び凹型ダイの間に陽極側隔壁及び陰極側隔壁を挟
み、圧力をかける事により凹凸を形成すると同時にかし
められて接合されていることにより、陽極側隔壁と陰極
側隔壁を溶接等により接合する場合に較べて、製作が簡
単で安価であり、隔壁の接合部の電気抵抗も低く十分な
接合強度有する複極式電解槽ユニットを形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複極式電解槽ユニット隔壁接合部の断
面図。

【図２】本発明の複極式電解槽ユニットの断面図。

【図３】本発明の複極式電解槽ユニットの陽極側正面
図。

【図４】本発明の複極式電解槽ユニットを用いた電解槽
の組立図。

【符号の説明】

１．陰極側隔壁 ２．陽極側隔壁 ３．接合部の凹部 ４．接合部の凸部 ５．隔壁接合部 ６．陰極側リブ ７．陽極側リブ ８．陽極 ８’．陰極 ９．陽極側電解液供給ノズル １０．陰極側電解液供給ノズル １１．陽極側電解液及びガス排出ノズル １２．陰極側電解液及びガス排出ノズル １３．棒状フレーム １４．複極式電解槽ユニット １５．陰極室 １６．陽極室 １７．陽極側ガスケット １８．イオン交換膜 １９．陰極側ガスケット ２０．陽極側ターミナルセル ２１．陰極側ターミナルセル ２２．リード板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クロルアルカリ電解用複極式電解槽ユニ
   ットにおいて、陽極側の隔壁と陰極側の隔壁が互いには
   まり合うように局部的に凹凸を形成しており、局部的凹
   凸が、凸型のポンチ及び凹型ダイの間に陽極側隔壁及び
   陰極側隔壁を挟み、圧力をかける事により凹凸を形成す
   ると同時にかしめられて接合されている複極式電解槽ユ
   ニット。