JPS5831891Y2 - 電解槽 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電解槽の構造に係る。

詳しくは、アルカ）金属塩水溶液の電解等に用いられる
主として金属で構成された電解槽であって、特にメツシ
ュ板を電極とするタイプに関する。

更に本考案の電解槽は、イオン交換膜を隔膜として用い
る陰極室、陽極室分割型の電解槽、特に締付型の電解槽
に適用し得るものである。

即ち本考案の対象となる電解槽は、概念的に第１図に示
す構造である。

第１図において、１は陽極室枠、２は陰極室枠、３は陽
極室背面板、４は陰極室背面板、５は陽極、６は陰極、
７はイオン交換膜である。

また８は、電極へ給電するための伝導リブであり、例え
ば食塩水の電解にあっては、塩水供給口２０より食塩水
を導入し、陽極室９内で塩素を生威し、排塩水は排出口
２１より出る。

またこの場合陰極室１０内で苛性ソーダ及び水素を生成
して、これらは出口２３より排出する。

場合によって、２２の供給口より、水又は稲葉性アルカ
リ等を供給することもある。

以下本明細書の図面において用いる記号は各図共に共通
の意味を有する。

このように陽極室と陰極室とが分割されるタイプの電解
槽の一態様として、陽極室及び陰極室が夫々相隣る別の
陰極室及び陽極室と接合され、各電極が夫々背面板を通
して別の電極室の陰極及び陽極に電気的に接続されたタ
イプ、即ちバイポーラ−型電解槽も本考案の対象となる
。

この場合陽極室枠及び陰極室枠は各々背面板を鏡として
相隣る陰極室枠及び陽極室枠と夫々一体になっている。

本明細書において、電極室枠とは、陽極室枠、陰極室枠
及び、これらが一体となっているものの総称である。

本考案の対象となる電解槽の特色は、電極室枠。

背面板電極及びリブが一体に構成されている点にある。

このような電解槽の一断面を第２図に示す。本図は便宜
的に陽極室として示すが、勿論陰極室であってもよい。

従来電極は、第２図に示す如く、背面板に固定された複
数個のリブ８１及び８゜によって、その平面性を確保さ
れていた。

更に電極周辺は通常電極室枠に溶接その他の手段で固定
することによって、周辺部での平面性を保証していたの
である。

このような電解槽は、形状の安定性があり、好ましい電
解槽のタイプではあるが、本考案は、最近−辺の長さが
１００ ｃｍを越える大型の電解槽を製作使用するに至
り、かかるタイプの電解槽は電極周辺部が破損しやすい
という欠点のあることを知った。

このような現象の生ずる理由を検討したところ、大型の
電解槽においては、通常電極周辺は、適当な間隔で電極
室枠に点状に溶接される。

この場合電極は部分的に熱その他による歪を生ずること
、電極と電極室枠の材料の違いや形状の違いによる熱変
形状態の相違、電槽締付は時の電極室枠の変形等に起因
する電極と電極室枠との間の拘束応力が、全て該溶接点
に加わる。

更に大型電解槽においては、電解槽内圧（電極面単位面
積当り）は比較的小さい場合であっても電極周辺の点溶
接部分にこれが集中するため、点溶接部分に加わる応力
に極めて大きくなる。

これらの諸条件により、電解槽運転中、特に運転の条件
の変更を繰り返すことにより、電極周辺部が破損するこ
とがある。

このように−個所が破損した場合、それに隣接する溶接
部分には益々大きな応力が加わり更に破損しやすい。

かくしてついには電極の一部が電極室内側に陥没するに
至る。

電極落ち込みにより、更に隔膜の破損をまねき、例えば
、食塩水の電解等にあっては、陽、陰各電極室内に存在
するガスの混合を来たし、爆発の危険さえ生ずる。

また、電極の周辺全体を溶接することも考えられるであ
ろうが、この場合は、例えば１００ ｃｍ Ｘ ２００
ｃｍの電解槽においても１槽当り６００ｃｍもの長さ
に互って溶接を行うという莫大な労力を必要とする上に
、溶接に伴う歪は益々増大するのでやはり好ましくはな
い。

更にチタン材等にあっては、溶接時の加熱により、強度
を減するとか形状の変形を来たすおそれがある。

逆に電極周辺を単に自由端とすることは、電解槽内の圧
力変動による端部の反りかえりや、電極室内への落ち込
み等によって、やはり隔膜の破損を生じたり、電極の短
絡の危険等を生ずる。

そこで本考案は、電極室枠、背面板、メツシュ板電極及
び複数個のリブが一体となった金属製電解槽であって、
該電極はリブによって背面板に固定されており、電極周
辺は基本的に自由端であり、且つ内側に陥没止めストッ
パーを有すると共に電極室枠に最も近接したリブと電極
室枠との間隔ｌは次式を満足する範囲である電解槽であ
る。

但し、Ｅは電極材料のヤリグ率、■は電極断面二次モー
メント、ｄは電極間距離、Ｗは電極の単位幅にかかる荷
重（電極面に加わる単位面積当りの荷重に等しい）を各
々表す。

本考案の特徴の一つは、電極の周辺を固定しない自由端
とする点にある。

このようにすることによって、電極と電極室枠との間の
種々の変形により応力の生ずることを防止するにある。

第２特徴は、電極室内側に陥没止めストッパーを設ける
ことにより、電極周辺が内側に落ち込むことを防止する
。

即ち、の不等式を満足することにより電極の自由端の振
動に起因する電極間の接触や隔膜の破損等のトヤブルは
防止し得るが、この不等式を満足するだけでは、電極周
辺が内側に落ち込むことを防止するには十分でない。

このために、電極室内側に陥没止めストッパーを設ける
ものである。

更に第３の特徴は第２図において８゜で示した如き電極
室枠に最寄のリブと電極室枠との間隔ｌを、電極の構造
。

その材質及び電極間距離によって決まる特定の長さ以内
の位置に設けるという点にあり、前記第１乃至第３とし
て示した各特徴を組み合せることによって所期の目的を
達し得るのである。

本考案の構造を更に容易に理解し得るよう２〜３の構造
を例示する。

第３図乃至第６図は、締付は型電解槽のうちバイポーラ
−電極使用等、背面板を鏡として、隣り合う電極室枠と
が一体となった構造の電極室枠の例である。

第３図においては電極５（ここでは便宜的に陽極として
表現するが、陰極であってもよい）の末端部は固定され
ていない。

また電極の内側に、電極室枠に固定されたストッパー１
１が設けられている。

ストッパーの固定方法は特に限定されないが、通常溶接
される。

更にストッパーは電極室内側の全周に亙って存在させて
もよいし、適当間隔をおいて、部分的に付設してもよい
。

またリブ８゜と電極室枠の間隔ｌは特定の式によって求
められるものとする。

第４図も、第３図と同様であるが本図は食塩水電解の場
合の陽極室の如く、鉄等の汎用性金属が腐食性を示す場
合耐食性材料、例えばチタン等をライニングする態様の
電槽について説明する図である。

ライニング金属１２を電極室枠部分１２ ａと背面板部
分１２ｂとを別々とし、両者を電極室枠の内側で接続さ
せると共に、その一方（本例では１２ｂ）の端部を折り
曲げてストッパーとした態様である。

また第５図は同じくライニング板を、電極室枠と背面板
との角の部分で斜めに入れ、ライニング板をストッパー
とする態様である。

第６図は電極端部を包むような形状のストッパーの例で
ある。

以上の種々の態様が、いずれも任意に選択使用し得る。

また場合によっては、電極の端部を仮溶接しておくこと
も製作上便利なこともある。

次に本考案の特徴の−っである最も電極室枠に近いリブ
と電極室枠との間の間隔を決める式について説明する。

一般に、陥没止めストッパーを設けることにより、電極
周辺が内側に落ち込むことは防し得るが、電極の自由端
が振動することに起因するトラブルを防止することはで
きない。

このトラブルを防止するための条件として、本考案者は
、多くの実験の繰り返しにより、試行錯誤により、統計
的に、 の不等式を見出したものである。

即ち、電極室枠に最も近接したリブと電極室枠との間隔
ｌがこの不等式を満足する場合は、電解槽内の圧力の変
動に伴なう電極の自由端の振動等に起因する電極間の接
触や隔膜の破損等のトラブルを生ずるおそれがないので
ある。

またこれらの式に用いるヤング率Ｅは、材質によって決
まるものであり、電極間距離ｄ、単位電極面に加わる荷
重Ｗは共に電槽の設計値として決まるものであり、断面
二次モーメントは例えば機械工学便覧（日本機械学会出
版、昭和４３年１月１５日（第５版）発行）の４−４７
頁番号１８のたわみ■および傾斜ｉの欄における として示されている■′として求められる。

即ち電解槽と同一条件とした電極材料について、適当な
ｌのもとに水圧テストにより、たわみＶｘ−４を測定し
上記式を１′について解くことによって求めることがで
きる。

向上記式のｗ、Ｅの符号は本考案における式に用いられ
た符号と同一の意味を有することを付言する。

かくして本考案の式より、間隔ｌを求めることができる
のである。

本考案を適用することによ−・て高い効果を得る電解槽
は、すでに述べた如く、大型の電解槽であり、特にチタ
ン基材の表面に醇化ルテニウムをコーティングした所謂
寸法安定子１ミ陽極（ＤＳＡ）を用いた電解槽に有効で
ある。

即ちＤＳＡの端部を、例えば溶融溶接（ＴＩＧ溶接）等
によって電極室枠と一体化すると取りはずしに手間がか
かる上に、溶接に伴う熱のためにライニング材例えばチ
タン材料自体脆くなり、しかも熱変形により、電槽のシ
ール性を害することがある。

従って本考案の如く、電極端部を溶接しない構造は、Ｄ
ＳＡの取り付けにおいては特に推奨されるのである。

しかしながら、本考案はＤＳＡ以外の電極、例えば鉄、
ニッケルその他の電極を用いる電解槽に一ついても使用
し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は電解槽の概念図であり、第２図は、第１図の陽
極室側の横断面図であり、第３図、第４図。 第５図及び第６図は本考案の要部を例示するための電解
槽の部分図である。 図中、１は陽極室枠、２は陰極室枠（尚１，２を総称し
て電極室枠ともいう）、３．４は背面板、５は陽極、６
は陰極、１１はストッパー、１２はライニング金属板を
夫々表す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 電極室枠、背面板、メツシュ板電極及び複数個のノブが
   一体となった金属製電解槽であって、該電極はリブによ
   って、背面板に固定されており、電極周辺は基本的に自
   由端であり、且つ内側に陥没止めストッパーを有すると
   共に電極室枠に最も近接したリブと電極室枠との間隔ｌ
   は次式を満足する範囲とすることを特徴とする電解槽 但し、Ｅは電極材料のヤング率、■は電極断面二次モー
   メント、ｄは電極間距離、Ｗは電極の単位幅にかかる荷
   重を各々表す。