JPH10110287A - ガスリフトポンプ部を有するガス拡散電極 - Google Patents
ガスリフトポンプ部を有するガス拡散電極Info
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- JPH10110287A JPH10110287A JP8264598A JP26459896A JPH10110287A JP H10110287 A JPH10110287 A JP H10110287A JP 8264598 A JP8264598 A JP 8264598A JP 26459896 A JP26459896 A JP 26459896A JP H10110287 A JPH10110287 A JP H10110287A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガス拡散電極の面が接する陰極液室内に陰極
液が高速で循環できるようにし、かつ反応ガスを有効に
利用できるガス拡散電極を提供すること。 【解決手段】 一面が電解液室に面し他面がガス室に接
するガス拡散電極において、前記ガス室に隣接して前記
電解液室の上端及び下端に連通し、かつ前記ガス室の下
端に連通する電解液の循環通路を設け、前記電解液室の
上方から電解液を供給して下降流として通して前記電解
液の循環通路に導き、かつ前記ガス室に反応ガスを上方
から供給して下降流として通し、前記電解液の循環通路
中に気泡として放出させ、該放出ガスの上昇作用によっ
て前記液の循環通路中の電解液を上昇せしめ、循環せし
めるガスリフトポンプ部を有するガス拡散電極。
液が高速で循環できるようにし、かつ反応ガスを有効に
利用できるガス拡散電極を提供すること。 【解決手段】 一面が電解液室に面し他面がガス室に接
するガス拡散電極において、前記ガス室に隣接して前記
電解液室の上端及び下端に連通し、かつ前記ガス室の下
端に連通する電解液の循環通路を設け、前記電解液室の
上方から電解液を供給して下降流として通して前記電解
液の循環通路に導き、かつ前記ガス室に反応ガスを上方
から供給して下降流として通し、前記電解液の循環通路
中に気泡として放出させ、該放出ガスの上昇作用によっ
て前記液の循環通路中の電解液を上昇せしめ、循環せし
めるガスリフトポンプ部を有するガス拡散電極。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として電解槽に
用いられるガス拡散電極に関し、特に塩化アルカリ金属
電解槽等の電解槽に用いて電解電圧を低減することがで
きる気泡放出型のガス拡散電極に関する。
用いられるガス拡散電極に関し、特に塩化アルカリ金属
電解槽等の電解槽に用いて電解電圧を低減することがで
きる気泡放出型のガス拡散電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガス拡散電極を用いる塩化アルカリ金属
電解槽は、例えば、ガス拡散電極を陰極として使用し
て、塩化ナトリウム水溶液（以下「塩水」という。）を
イオン交換膜法で電解し苛性ソーダを製造するのに使用
する形式の食塩電解槽として良く知られているものであ
る。ガス拡散電極は、反応ガスとして酸素または酸素を
含むガスを使用する場合、「酸素陰極」とも呼ばれてい
る。酸素陰極は、素材が多孔質体からなり、該多孔質陰
極の一方の面は陰極液に接しており、他方の面は酸素陰
極に付属するガス室に供給される酸素含有ガスに接して
いるという構成を有している。ガス拡散電極を用いる塩
化アルカリ金属電解槽の従来の典型的電解槽の大要を図
７を用いて説明する。
電解槽は、例えば、ガス拡散電極を陰極として使用し
て、塩化ナトリウム水溶液（以下「塩水」という。）を
イオン交換膜法で電解し苛性ソーダを製造するのに使用
する形式の食塩電解槽として良く知られているものであ
る。ガス拡散電極は、反応ガスとして酸素または酸素を
含むガスを使用する場合、「酸素陰極」とも呼ばれてい
る。酸素陰極は、素材が多孔質体からなり、該多孔質陰
極の一方の面は陰極液に接しており、他方の面は酸素陰
極に付属するガス室に供給される酸素含有ガスに接して
いるという構成を有している。ガス拡散電極を用いる塩
化アルカリ金属電解槽の従来の典型的電解槽の大要を図
７を用いて説明する。
【０００３】図７に示すように、ガス拡散電極３０を用
いる食塩電解槽２１は、陽極２２を有し塩水を入れた陽
極室２３と、陰極であるガス拡散電極３０を有し陰極液
（水又は苛性ソーダ水溶液である。）を入れた陰極液室
２７とを、一般に陽イオン膜であるイオン交換膜２６に
より区画した構成を有しており、両電極間に通電して電
解することにより、陰極液室２４に濃厚化した苛性ソー
ダ水溶液を得るものである。なお、前記の陽極２４は、
陰極のガス拡散電極３０との間隔をなるべく狭くするた
めに通液性の素材で作られ、イオン交換膜２６に接して
設けられている場合のものである。この電解槽２１で
は、陽極室２３の下部の塩水入口２４から塩水を導入
し、電解により発生した塩素ガスは薄くなった塩水と共
に塩素ガス出口２５から外にで、また前記の水又は苛性
ソーダ水溶液からなる陰極液は陰極室２７の下部の陰極
液入口２８から入って、濃厚化した苛性ソーダ水溶液と
なり上部の陰極液出口２９から外に出る。ガス拡散電極
３０の裏側に設けたガス室３１には上部のガス入口３２
から酸素含有ガスが導入され、下部のガス出口３３から
出るように構成されている。
いる食塩電解槽２１は、陽極２２を有し塩水を入れた陽
極室２３と、陰極であるガス拡散電極３０を有し陰極液
（水又は苛性ソーダ水溶液である。）を入れた陰極液室
２７とを、一般に陽イオン膜であるイオン交換膜２６に
より区画した構成を有しており、両電極間に通電して電
解することにより、陰極液室２４に濃厚化した苛性ソー
ダ水溶液を得るものである。なお、前記の陽極２４は、
陰極のガス拡散電極３０との間隔をなるべく狭くするた
めに通液性の素材で作られ、イオン交換膜２６に接して
設けられている場合のものである。この電解槽２１で
は、陽極室２３の下部の塩水入口２４から塩水を導入
し、電解により発生した塩素ガスは薄くなった塩水と共
に塩素ガス出口２５から外にで、また前記の水又は苛性
ソーダ水溶液からなる陰極液は陰極室２７の下部の陰極
液入口２８から入って、濃厚化した苛性ソーダ水溶液と
なり上部の陰極液出口２９から外に出る。ガス拡散電極
３０の裏側に設けたガス室３１には上部のガス入口３２
から酸素含有ガスが導入され、下部のガス出口３３から
出るように構成されている。
【０００４】食塩電解槽には陰極にガス拡散電極を使用
しない形式のものもあるが、この場合には陰極において
水素が発生するため、水素発生に起因する理論分解電圧
と過電圧（「水素過電圧」）が生じ、電解電圧が高くな
る。これに対し、陰極としてガス拡散電極を使用する形
式の場合には、酸素還元反応を起こさせるので、陰極で
水素ガスが発生しないため、電解電圧が著しく低減され
るという利点を有する。イオン交換膜を用いる食塩電解
などでは、陽極室においても、陰極液室においても、電
解液はイオン交換膜と電極の間を流れていることが必要
とされている。ただし、図４の場合には、陽極がイオン
交換膜に接して設けられているため、陽極の裏側を流れ
ている。従来のガス拡散電極を用いる食塩電解槽では、
陽極室においては勿論、陰極液室においても陰極液は、
系外に送液ポンプを設置して、その送液ポンプによって
強制的に流されていたが、電解電圧を低下させる関係で
陰極室などはなるべく薄くする必要があるため、この方
法では陰極液室内における陰極液の流れを均一化するこ
とも、高速化することも困難であった。また従来、前掲
の図４に示すように、反応ガスは、ガス拡散電極に付属
するガス室に、系外のガス源からガス入口３２より供給
し、ガス出口３３から直接系外に排出している。
しない形式のものもあるが、この場合には陰極において
水素が発生するため、水素発生に起因する理論分解電圧
と過電圧（「水素過電圧」）が生じ、電解電圧が高くな
る。これに対し、陰極としてガス拡散電極を使用する形
式の場合には、酸素還元反応を起こさせるので、陰極で
水素ガスが発生しないため、電解電圧が著しく低減され
るという利点を有する。イオン交換膜を用いる食塩電解
などでは、陽極室においても、陰極液室においても、電
解液はイオン交換膜と電極の間を流れていることが必要
とされている。ただし、図４の場合には、陽極がイオン
交換膜に接して設けられているため、陽極の裏側を流れ
ている。従来のガス拡散電極を用いる食塩電解槽では、
陽極室においては勿論、陰極液室においても陰極液は、
系外に送液ポンプを設置して、その送液ポンプによって
強制的に流されていたが、電解電圧を低下させる関係で
陰極室などはなるべく薄くする必要があるため、この方
法では陰極液室内における陰極液の流れを均一化するこ
とも、高速化することも困難であった。また従来、前掲
の図４に示すように、反応ガスは、ガス拡散電極に付属
するガス室に、系外のガス源からガス入口３２より供給
し、ガス出口３３から直接系外に排出している。
【０００５】ガス拡散電極は、反応層のみ、あるいは反
応層とガス拡散層とを張り合わせた構造をしており、反
応層もガス拡散層も多孔性の導体を主体とした薄層で構
成され、全体として通気性を有している。また、ガス拡
散電極の反応層にはその微細孔に白金などの貴金属系か
らなる触媒が担持されている。ガス拡散電極の反応層
は、陰極液と接触する陰極液室側は親水性で電解液が浸
透し得るが、ガスと接触するガス室側は撥水性となって
おり、ガス拡散層を有する場合は陰極液はガス室に漏洩
することはない。場合によって陰極液をガス室に漏洩し
てもかまわない。このようにガス拡散電極は、一方は陰
極液に接触し、他方はガス室と接触するために、反応層
とガス拡散層とを張り合わせた構造とすることが好まし
い。かくして、陰極液に接する反応層側から水はガス拡
散層側へ通過する、一方酸素はガス拡散層側から供給さ
れ、水と酸素が出会う界面でナトリウムイオンと触媒の
存在下で、水は酸化され水酸基となり、苛性ソーダが生
成する。
応層とガス拡散層とを張り合わせた構造をしており、反
応層もガス拡散層も多孔性の導体を主体とした薄層で構
成され、全体として通気性を有している。また、ガス拡
散電極の反応層にはその微細孔に白金などの貴金属系か
らなる触媒が担持されている。ガス拡散電極の反応層
は、陰極液と接触する陰極液室側は親水性で電解液が浸
透し得るが、ガスと接触するガス室側は撥水性となって
おり、ガス拡散層を有する場合は陰極液はガス室に漏洩
することはない。場合によって陰極液をガス室に漏洩し
てもかまわない。このようにガス拡散電極は、一方は陰
極液に接触し、他方はガス室と接触するために、反応層
とガス拡散層とを張り合わせた構造とすることが好まし
い。かくして、陰極液に接する反応層側から水はガス拡
散層側へ通過する、一方酸素はガス拡散層側から供給さ
れ、水と酸素が出会う界面でナトリウムイオンと触媒の
存在下で、水は酸化され水酸基となり、苛性ソーダが生
成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記したように従来の
ガス拡散電極を用いる典型的食塩電解槽では、ガス室に
供給した反応ガスは、ガス拡散電極に拡散する一部の反
応ガスを除いては、ガス出口から直接排出されていたの
で、反応ガスの利用効率は悪いものであった。また、陰
極液は外部より送液ポンプを用いて陰極液室に供給し、
ガス拡散電極の反応層の面に流すようにしている。しか
しながら、送液ポンプによって強制的に流す方法では、
前記したように陰極液室がかなり薄いため、陰極液室内
における陰極液の流れを均一化することも高速化するこ
とも困難であった。本発明の課題は、従来の方法の前記
欠点を改良し、ガス拡散電極の電解面側の陰極液室側に
陰極液を均一にかつ高速で流れるようにし、それにより
循環できるようにし、かつ反応ガスを有効に利用できる
改良されたガス拡散電極を提供することにある。
ガス拡散電極を用いる典型的食塩電解槽では、ガス室に
供給した反応ガスは、ガス拡散電極に拡散する一部の反
応ガスを除いては、ガス出口から直接排出されていたの
で、反応ガスの利用効率は悪いものであった。また、陰
極液は外部より送液ポンプを用いて陰極液室に供給し、
ガス拡散電極の反応層の面に流すようにしている。しか
しながら、送液ポンプによって強制的に流す方法では、
前記したように陰極液室がかなり薄いため、陰極液室内
における陰極液の流れを均一化することも高速化するこ
とも困難であった。本発明の課題は、従来の方法の前記
欠点を改良し、ガス拡散電極の電解面側の陰極液室側に
陰極液を均一にかつ高速で流れるようにし、それにより
循環できるようにし、かつ反応ガスを有効に利用できる
改良されたガス拡散電極を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記改良さ
れたガス拡散電極を用いた電解槽を開発するべく鋭意研
究を重ねた結果、ガス室に供給した反応ガスを有効に利
用することにより陰極液室側に陰極液が良く流れるよう
にできるのではないかという点に着目して、本発明を完
成するに至った。すなわち、本発明は、次の手段によっ
て前記の課題を達成することができた。 （１）一面が電解液室に面し他面がガス室に接するガス
拡散電極において、前記ガス室に隣接して前記電解液室
の上端及び下端に連通し、かつ前記ガス室の下端に連通
する電解液の循環通路を設け、前記電解液室の上方から
電解液を供給して下降流として通して前記電解液の循環
通路に導き、かつ前記ガス室に反応ガスを上方から供給
して下降流として通し、前記電解液の循環通路中に気泡
として放出させ、ガスリフトポンプを形成することで、
該放出ガスの上昇作用によって前記液の循環通路中の電
解液を上昇せしめ、循環せしめることを特徴とするガス
リフトポンプ部を有するガス拡散電極。
れたガス拡散電極を用いた電解槽を開発するべく鋭意研
究を重ねた結果、ガス室に供給した反応ガスを有効に利
用することにより陰極液室側に陰極液が良く流れるよう
にできるのではないかという点に着目して、本発明を完
成するに至った。すなわち、本発明は、次の手段によっ
て前記の課題を達成することができた。 （１）一面が電解液室に面し他面がガス室に接するガス
拡散電極において、前記ガス室に隣接して前記電解液室
の上端及び下端に連通し、かつ前記ガス室の下端に連通
する電解液の循環通路を設け、前記電解液室の上方から
電解液を供給して下降流として通して前記電解液の循環
通路に導き、かつ前記ガス室に反応ガスを上方から供給
して下降流として通し、前記電解液の循環通路中に気泡
として放出させ、ガスリフトポンプを形成することで、
該放出ガスの上昇作用によって前記液の循環通路中の電
解液を上昇せしめ、循環せしめることを特徴とするガス
リフトポンプ部を有するガス拡散電極。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の改良されたガス拡散電極
を図面により詳しく説明する。そのガス拡散電極を有す
る陰極部の断面図を図１、正面図を図２に示し、電極の
要部の拡大断面図を図３に示す。ここでは、ガス拡散電
極、ガス室などをまとめたものを陰極部として示してい
る。また、ガス拡散電極４は、反応層とガス拡散層とを
張り合わせた構造のものであるとして説明する。図１で
は、陰極部１にはパッキング１６を介してイオン交換膜
５が取り付けられており、また以下に説明する気泡を含
んだ陰極液から反応ガスを分離し、反応ガスが分離され
た陰極液を陰極液室４に供給する役割の気液分離器９を
陰極部１の上部に取り付けた状態を示している。前記気
液分離器９から供給された陰極液は、イオン交換膜５と
ガス拡散電極２の間である陰極液室４を流下する。流下
する途中、陰極液の一部は、ガス拡散電極２の反応層中
に拡散する。
を図面により詳しく説明する。そのガス拡散電極を有す
る陰極部の断面図を図１、正面図を図２に示し、電極の
要部の拡大断面図を図３に示す。ここでは、ガス拡散電
極、ガス室などをまとめたものを陰極部として示してい
る。また、ガス拡散電極４は、反応層とガス拡散層とを
張り合わせた構造のものであるとして説明する。図１で
は、陰極部１にはパッキング１６を介してイオン交換膜
５が取り付けられており、また以下に説明する気泡を含
んだ陰極液から反応ガスを分離し、反応ガスが分離され
た陰極液を陰極液室４に供給する役割の気液分離器９を
陰極部１の上部に取り付けた状態を示している。前記気
液分離器９から供給された陰極液は、イオン交換膜５と
ガス拡散電極２の間である陰極液室４を流下する。流下
する途中、陰極液の一部は、ガス拡散電極２の反応層中
に拡散する。
【０００９】一方反応ガスは、上部に設けた酸素供給管
７から陰極部１に注入され、反応ガス入口１３からガス
室３に入り、ガス拡散電極２のガス拡散層と陰極枠１０
との間のガス室３を均一に流下する。流下する途中、酸
素ガスの一部は、ガス拡散電極２のガス拡散層中に拡散
する。ガス拡散電極２内の反応層中に拡散した水（ナト
リウムイオンを含む。）とガス拡散層に拡散した酸素
（反応ガス）は、触媒の存在下に反応し苛性ソーダ水溶
液となり、該苛性ソーダ水溶液は陰極液室４で生成す
る。陰極液室４中を流下した陰極液は、陰極室室下端の
陰極液出口１２から出て、ガス拡散電極２の陰極枠１０
内に設けられている気液上昇部８（陰極液循環路であ
る）に入る。一方ガス室３を流下した酸素ガスは、下部
の反応ガス出口１４から気液上昇部８に入り、その際陰
極液があるためその中に気泡となって、気液上昇部８中
の陰極液の中に放出されることにより、ガスリフトポン
プが形成される。
７から陰極部１に注入され、反応ガス入口１３からガス
室３に入り、ガス拡散電極２のガス拡散層と陰極枠１０
との間のガス室３を均一に流下する。流下する途中、酸
素ガスの一部は、ガス拡散電極２のガス拡散層中に拡散
する。ガス拡散電極２内の反応層中に拡散した水（ナト
リウムイオンを含む。）とガス拡散層に拡散した酸素
（反応ガス）は、触媒の存在下に反応し苛性ソーダ水溶
液となり、該苛性ソーダ水溶液は陰極液室４で生成す
る。陰極液室４中を流下した陰極液は、陰極室室下端の
陰極液出口１２から出て、ガス拡散電極２の陰極枠１０
内に設けられている気液上昇部８（陰極液循環路であ
る）に入る。一方ガス室３を流下した酸素ガスは、下部
の反応ガス出口１４から気液上昇部８に入り、その際陰
極液があるためその中に気泡となって、気液上昇部８中
の陰極液の中に放出されることにより、ガスリフトポン
プが形成される。
【００１０】前記気液上昇部８中の電解液は、放出され
た気泡を含むため、気泡を含まない電解液に比べて軽い
ために気液上昇部８中を上昇する。前記陰極液室４、気
液上昇部８およびそれらを連絡する連絡管の中は陰極液
によって充満されているので、気液上昇部に生じた陰極
液を上昇させる上昇力は、前記陰極液室４、気液上昇部
８および連絡管の中の陰極液を移動させる原動力（いわ
ゆるガスリフト作用）となる。前記陰極液を移動させる
原動力を生んだ気泡は、さらに上昇して気液上昇部８の
最上部に設けられている気液出口１５から気液分離器９
に入り気液分離される。気体（反応ガス）は上部から系
外に排出され、陰極液は気液分離器９に貯蔵されつつ再
び陰極液室４に供給される。これにより陰極液の循環が
行われる。
た気泡を含むため、気泡を含まない電解液に比べて軽い
ために気液上昇部８中を上昇する。前記陰極液室４、気
液上昇部８およびそれらを連絡する連絡管の中は陰極液
によって充満されているので、気液上昇部に生じた陰極
液を上昇させる上昇力は、前記陰極液室４、気液上昇部
８および連絡管の中の陰極液を移動させる原動力（いわ
ゆるガスリフト作用）となる。前記陰極液を移動させる
原動力を生んだ気泡は、さらに上昇して気液上昇部８の
最上部に設けられている気液出口１５から気液分離器９
に入り気液分離される。気体（反応ガス）は上部から系
外に排出され、陰極液は気液分離器９に貯蔵されつつ再
び陰極液室４に供給される。これにより陰極液の循環が
行われる。
【００１１】図３は、陰極部１の下部の拡大断面説明図
であり、本発明の陰極部１の反応ガス出口１４および陰
極液出口１２付近を拡大して、イオン交換膜５、陰極液
室４、気液上昇部８、それらの連絡管、ガス拡散電極
２、ガス室の配置をわかり易く示し、それによって陰極
液中に反応ガスが気泡となって上昇しはじめる状態をわ
かり易くした図である。また、図２は、本発明の陰極部
１のガス拡散電極２とガス室３との境界面からガス室側
を見たときの正面図である。ガス室３の裏側に設けた気
液上昇部８及び気液出口１５は見えないため点線で示
す。気液上昇部８の通路の幅は、図２に示すように陰極
液室と同じ幅を持つことは必要としないし、またある程
度狭い方が反応ガスが集中して上昇速度を大きくするこ
とができ、陰極液の循環上に好ましい。ここで、気液上
昇部８の通路の幅あるいは／および厚みは、陰極液室４
内の陰極液の移動速度に及ぼす影響を考慮しつつ変動す
ることができる。また、図２は、本発明の陰極部１のイ
オン交換膜５と陰極液室４の境界面からガス拡散電極側
を見たときの正面図である。
であり、本発明の陰極部１の反応ガス出口１４および陰
極液出口１２付近を拡大して、イオン交換膜５、陰極液
室４、気液上昇部８、それらの連絡管、ガス拡散電極
２、ガス室の配置をわかり易く示し、それによって陰極
液中に反応ガスが気泡となって上昇しはじめる状態をわ
かり易くした図である。また、図２は、本発明の陰極部
１のガス拡散電極２とガス室３との境界面からガス室側
を見たときの正面図である。ガス室３の裏側に設けた気
液上昇部８及び気液出口１５は見えないため点線で示
す。気液上昇部８の通路の幅は、図２に示すように陰極
液室と同じ幅を持つことは必要としないし、またある程
度狭い方が反応ガスが集中して上昇速度を大きくするこ
とができ、陰極液の循環上に好ましい。ここで、気液上
昇部８の通路の幅あるいは／および厚みは、陰極液室４
内の陰極液の移動速度に及ぼす影響を考慮しつつ変動す
ることができる。また、図２は、本発明の陰極部１のイ
オン交換膜５と陰極液室４の境界面からガス拡散電極側
を見たときの正面図である。
【００１２】ガス放出口は電極の側面でもよく、背面で
もよく、必ずしも電極と一体である必要はない。側面と
する場合には、図４に示すような構造とすることができ
る。図４は、ガス室の側面に気泡放出口を設けた本発明
のガス拡散電極の断面説明図を示するものであって、
（ａ）は電極の正面図であり、（ｂ）は電極の側面図を
示す。（ｂ）に見るように、ガス室３の両側面に気泡放
出口１４を設け、かつそれに面して（ａ）にみるように
陰極液室の空間部を設け、気泡放出口１４から気泡１７
が放出されると、気泡１７の上昇に伴い陰極液も一緒に
気泡上昇部８を上昇して、上方で気体を分離した後、陰
極液はガス拡散電極２とイオン交換膜５との間の陰極液
室を通って電解される。なお、ガス室３は図５に示すよ
うに幾つかの小さい室に区画することにより分割して、
それぞれに反応ガス入口からガスを供給し、それぞれの
小室に気泡放出口１４を設けて、それらから気泡を放出
するようにするときには、ガス拡散電極と電解液との差
圧を小さくし、ガス拡散電極への酸素の供給が均一に行
われるので好ましい。
もよく、必ずしも電極と一体である必要はない。側面と
する場合には、図４に示すような構造とすることができ
る。図４は、ガス室の側面に気泡放出口を設けた本発明
のガス拡散電極の断面説明図を示するものであって、
（ａ）は電極の正面図であり、（ｂ）は電極の側面図を
示す。（ｂ）に見るように、ガス室３の両側面に気泡放
出口１４を設け、かつそれに面して（ａ）にみるように
陰極液室の空間部を設け、気泡放出口１４から気泡１７
が放出されると、気泡１７の上昇に伴い陰極液も一緒に
気泡上昇部８を上昇して、上方で気体を分離した後、陰
極液はガス拡散電極２とイオン交換膜５との間の陰極液
室を通って電解される。なお、ガス室３は図５に示すよ
うに幾つかの小さい室に区画することにより分割して、
それぞれに反応ガス入口からガスを供給し、それぞれの
小室に気泡放出口１４を設けて、それらから気泡を放出
するようにするときには、ガス拡散電極と電解液との差
圧を小さくし、ガス拡散電極への酸素の供給が均一に行
われるので好ましい。
【００１３】また、本発明のガス拡散電極は、モノポー
ラ型の電極として構成することもできる。この形式の電
極とする場合には、図６に示すように、後ろにガス室３
を有する板状のガス拡散電極２を背中合わせにその間を
開けて並立させ、各ガス拡散電極２の前面にはイオン交
換膜５を設けて陰極液室を形成し、イオン交換膜５の外
側には陽極１８を設けて陽極室とした構造の電解槽が構
成される。各ガス室３の裏側の間は気液上昇部８とし、
ガス室３の下端に気泡放出口１４を設けそこからガスを
気泡として放出させると、気泡が陰極液とともに気液上
昇部８内を上昇し、陰極液の循環が非常に良く行われ
る。このガス拡散電極２は板状でなく、円筒状の形状と
することもできる。なお、前記本発明の実施態様の説明
では、陰極液に移動は専ら気液上昇部８を上昇する気泡
の上昇効果によるとして説明したが、必要によっては陰
極液を系外に設置した送液ポンプによって供給すること
を併用しても構わない。
ラ型の電極として構成することもできる。この形式の電
極とする場合には、図６に示すように、後ろにガス室３
を有する板状のガス拡散電極２を背中合わせにその間を
開けて並立させ、各ガス拡散電極２の前面にはイオン交
換膜５を設けて陰極液室を形成し、イオン交換膜５の外
側には陽極１８を設けて陽極室とした構造の電解槽が構
成される。各ガス室３の裏側の間は気液上昇部８とし、
ガス室３の下端に気泡放出口１４を設けそこからガスを
気泡として放出させると、気泡が陰極液とともに気液上
昇部８内を上昇し、陰極液の循環が非常に良く行われ
る。このガス拡散電極２は板状でなく、円筒状の形状と
することもできる。なお、前記本発明の実施態様の説明
では、陰極液に移動は専ら気液上昇部８を上昇する気泡
の上昇効果によるとして説明したが、必要によっては陰
極液を系外に設置した送液ポンプによって供給すること
を併用しても構わない。
【００１４】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。ただし、本発明はこの実施例のみに限定されるもの
ではない。 実施例１ 図１〜３に示す構造の食塩電解槽を作成し、電解を行っ
た。ガス拡散電極の面積は２００ｃｍ2 で、陰極液室の
幅は１００ｍｍであり、ガス室の裏側に気液上昇部の通
路の幅は１０ｍｍで、厚さ６ｍｍであった。 陽極室の幅 １００ｍｍ 陽極の種類 ＤＳＡ（登録商標） イオン交換膜の種類 ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ） 同 大きさ １００×２５０ｍｍ 電解温度 ８０℃ 苛性ソーダ濃度 ３２％ 塩水の濃度 ３００ｇ／リットル 電解電圧 ２．２６Ｖ 電流 ３９Ａ／ｄｍ2 ガス拡散電極の種類 ０．５６ｍｇ／ｃｍ2 白金担持ガス拡散電極
る。ただし、本発明はこの実施例のみに限定されるもの
ではない。 実施例１ 図１〜３に示す構造の食塩電解槽を作成し、電解を行っ
た。ガス拡散電極の面積は２００ｃｍ2 で、陰極液室の
幅は１００ｍｍであり、ガス室の裏側に気液上昇部の通
路の幅は１０ｍｍで、厚さ６ｍｍであった。 陽極室の幅 １００ｍｍ 陽極の種類 ＤＳＡ（登録商標） イオン交換膜の種類 ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ） 同 大きさ １００×２５０ｍｍ 電解温度 ８０℃ 苛性ソーダ濃度 ３２％ 塩水の濃度 ３００ｇ／リットル 電解電圧 ２．２６Ｖ 電流 ３９Ａ／ｄｍ2 ガス拡散電極の種類 ０．５６ｍｇ／ｃｍ2 白金担持ガス拡散電極
【００１５】この電解槽により電解したときの電流効率
は９５％であった。この場合、陰極液の循環に液循環ポ
ンプを使用しなかった。また、比較実験として、気液上
昇部のガス出口１４を塞いで、気液上昇部にガスの供給
が行われない条件で電解した場合には、電流効率は９２
％であって、本発明よりも低かった。本発明の場合にお
いては、液循環ポンプを使用しないため、陰極液側の液
圧が上昇せず、ガス拡散電極の陰極液側とガス室側との
間の差圧が殆どないようにすることができた。
は９５％であった。この場合、陰極液の循環に液循環ポ
ンプを使用しなかった。また、比較実験として、気液上
昇部のガス出口１４を塞いで、気液上昇部にガスの供給
が行われない条件で電解した場合には、電流効率は９２
％であって、本発明よりも低かった。本発明の場合にお
いては、液循環ポンプを使用しないため、陰極液側の液
圧が上昇せず、ガス拡散電極の陰極液側とガス室側との
間の差圧が殆どないようにすることができた。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、陰極液室中の陰極液の
循環が良くなったので、電解における電流効率が向上
し、例えば実施例によれば９２％から９５％に上昇し
た。また、液循環ポンプを使用する必要がなくなり、装
置が簡単となり、エネルギー効率上有利である。さら
に、液循環ポンプを使用しないので、陰極液側の液圧が
上昇せず、ガス拡散電極の陰極液側とガス室側との間の
差圧が殆どないようにすることができ、ガス拡散電極の
寿命が２年以上と長くすることができる。陰極室内の陰
極液の移動は、気液上昇部および連絡管の中の陰極液の
移動と連動しているので、循環ポンプで液を供給する場
合のように脈動などがなく、均一に陰極液室中を移動さ
せることができるので、塩化アルカリ金属液の電解を均
一化することができる。また、水または陰極新液の供給
と気液上昇部の通路の幅あるいは／および厚みの調節に
よって陰極液室中の陰極液の移動を自由に行うことがで
き、ポンプで液を供給する場合より高速化することも脈
動などが不均一流動を生じさせずに行うことができる。
循環が良くなったので、電解における電流効率が向上
し、例えば実施例によれば９２％から９５％に上昇し
た。また、液循環ポンプを使用する必要がなくなり、装
置が簡単となり、エネルギー効率上有利である。さら
に、液循環ポンプを使用しないので、陰極液側の液圧が
上昇せず、ガス拡散電極の陰極液側とガス室側との間の
差圧が殆どないようにすることができ、ガス拡散電極の
寿命が２年以上と長くすることができる。陰極室内の陰
極液の移動は、気液上昇部および連絡管の中の陰極液の
移動と連動しているので、循環ポンプで液を供給する場
合のように脈動などがなく、均一に陰極液室中を移動さ
せることができるので、塩化アルカリ金属液の電解を均
一化することができる。また、水または陰極新液の供給
と気液上昇部の通路の幅あるいは／および厚みの調節に
よって陰極液室中の陰極液の移動を自由に行うことがで
き、ポンプで液を供給する場合より高速化することも脈
動などが不均一流動を生じさせずに行うことができる。
【図１】本発明のガスリフトポンプ部を有するガス拡散
電極の一例の陰極部を示す断面説明図である。
電極の一例の陰極部を示す断面説明図である。
【図２】本発明のガスリフトポンプ部を有するガス拡散
電極の一例の陰極部を示す拡大した部分断面説明図であ
る。
電極の一例の陰極部を示す拡大した部分断面説明図であ
る。
【図３】本発明のガスリフトポンプ部を有するガス拡散
電極の一例の陰極部を示す正面説明図である。
電極の一例の陰極部を示す正面説明図である。
【図４】ガス室の側面に気泡放出口を設けた本発明のガ
ス拡散電極の断面説明図を示し、（ａ）が正面説明図で
あり、（ｂ）が側面説明図である。
ス拡散電極の断面説明図を示し、（ａ）が正面説明図で
あり、（ｂ）が側面説明図である。
【図５】ガス室を小室に分割した構造を有する本発明の
ガス拡散電極のガス室の断面説明図を示す。
ガス拡散電極のガス室の断面説明図を示す。
【図６】本発明のガス拡散電極をモノポーラ型の構造と
した例の断面説明図を示す。
した例の断面説明図を示す。
【図７】ガス拡散電極を有する従来のイオン交換膜法電
解槽の典型例を示す断面説明図である。
解槽の典型例を示す断面説明図である。
１ 陰極部 ２ ガス拡散電極 ３ ガス室 ４ 陰極液室 ５ イオン交換膜 ７ 酸素ガス供給管 ８ 気液上昇部 ９ 気液分離器 １０ 陰極枠 １１ 陰極液入口 １２ 陰極液出口 １３ ガス入口 １４ ガス出口 １５ 気液出口 １６ パッキング １７ 気泡 １８ 陽極 ２１ 電解槽 ２２ 陽極 ２３ 陽極室 ２４ 塩水入口 ２５ 塩素ガス出口 ２６ イオン交換膜 ２７ 陰極液室 ２８ 陰極液出口 ２９ 陰極液入口 ３０ ガス拡散電極 ３１ ガス室 ３２ ガス（酸素）入口 ３３ 応ガス（酸素）出口 ３４ 陰極枠
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古屋 長一 山梨県甲府市中村町２−14
Claims (1)
- 【請求項１】 一面が電解液室に面し他面がガス室に接
するガス拡散電極において、前記ガス室に隣接して前記
電解液室の上端及び下端に連通し、かつ前記ガス室の下
端に連通する電解液の循環通路を設け、前記電解液室の
上方から電解液を供給して下降流として通して前記電解
液の循環通路に導き、かつ前記ガス室に反応ガスを上方
から供給して下降流として通し、前記電解液の循環通路
中に気泡として放出させ、該放出ガスの上昇作用によっ
て前記液の循環通路中の電解液を上昇せしめ、循環せし
めることを特徴とするガスリフトポンプ部を有するガス
拡散電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8264598A JP2857111B2 (ja) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | ガスリフトポンプ部を有するガス拡散電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8264598A JP2857111B2 (ja) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | ガスリフトポンプ部を有するガス拡散電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10110287A true JPH10110287A (ja) | 1998-04-28 |
| JP2857111B2 JP2857111B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=17405543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8264598A Expired - Fee Related JP2857111B2 (ja) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | ガスリフトポンプ部を有するガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2857111B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001004383A1 (fr) * | 1999-07-09 | 2001-01-18 | Toagosei Co., Ltd. | Procede d'electrolyse de chlorure alcalin |
| WO2001016398A1 (fr) * | 1999-08-27 | 2001-03-08 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Cellule unitaire destinee a une cuve electrolytique comprenant une solution aqueuse metallique de chlorure alcalin |
| US8337443B2 (en) | 2007-05-11 | 2012-12-25 | Masanori Harada | Apparatus for correcting an ingrown nail |
-
1996
- 1996-10-04 JP JP8264598A patent/JP2857111B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001004383A1 (fr) * | 1999-07-09 | 2001-01-18 | Toagosei Co., Ltd. | Procede d'electrolyse de chlorure alcalin |
| US6488833B1 (en) | 1999-07-09 | 2002-12-03 | Toagosei Co., Ltd. | Method for electrolysis of alkali chloride |
| WO2001016398A1 (fr) * | 1999-08-27 | 2001-03-08 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Cellule unitaire destinee a une cuve electrolytique comprenant une solution aqueuse metallique de chlorure alcalin |
| US6773561B1 (en) | 1999-08-27 | 2004-08-10 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Unit cell for alkali chloride metal aqueous solution electrolytic tank |
| US8337443B2 (en) | 2007-05-11 | 2012-12-25 | Masanori Harada | Apparatus for correcting an ingrown nail |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2857111B2 (ja) | 1999-02-10 |
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