JPS587713B2 - アルカリキンゾクエンソサンエンヨウデンカイセル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電解セル（容器）、さらに詳しくいうと、ア
ルカリ金属塩素酸塩例えば塩素酸ナトリウムの製造に特
に適合せる隔膜なしの電解セルに関する。

近年、電解セルの動作のため攻良された電極の開発に多
くの努力が向けられて来た。

使用とともに消費される従来のグラファイトアノードは
、現今では、被覆金属アノード、通常は、白金群金属ま
たは金属酸化物で被覆されたチタンのごときバルブ用金
属にとって代わられつゝある。

この種の金属アノードは、長寿命であり電圧特性が改善
され、電力および保守の原価にかなりの節約をもたらし
た。

本発明は、製造に容易性をもたらす非常に簡単な幾何的
構成を有する隔膜なし単極セル（モノポラーセル）を構
成すべく、これらの「寸法的に安定な」被覆金属アノー
ドを利用するのが好都合である。

本装置は、特定の製造負荷に合わせて設計できるように
、寸法に大なる変幻性を与えるべく本質的にモジュラ形
式である。

本電解セルに使用されるカソードは、有孔構造で、これ
により電流効率を改善する。

カソードの有孔構造は、結果として酸素の発生の減少を
もたらす安定な形態を提供する。

セルは氾濫状態で動作し、発生したガスは液体電解液と
ともにヘッドボードの単一の開口を介して抜き出され、
セル自体内におけるガスの体積を減じ、それによりスパ
ーク乃至短絡回路と関連せる爆発および危険の可能性を
減じている。

セル壁は電気回路の一部を形成しており、そして電極母
線部材は、比較的薄い部片より成り、伸展表面が、セル
タンクおよびヘッドボードの外部壁と親密な接触状態に
あり、セル中にポンプ送入される電解液による冷却を可
能ならしめる。

それゆえ、本発明の目的は、動作特性を著しく改善した
電解セルを提供することである。

本発明の他の目的は、容易かつ経済的に製造でき、構造
が頑丈であり、動作が効率的であるこの種の改善された
装置を提供することである。

本発明は、図面を参照してなせる以下の説明からより完
全に明らかになろう。

図面において同じ参照番号は類似の部品を指しているが
、これら図面には、アルカリ金属塩化物ブラインからア
ルカリ金属塩素酸塩例えば塩素酸ナトリウムを電気的に
製造する電解セルが示されている。

セルは、熱間圧延炭素鋼板のごとき構造上適当な導電材
料から造られた実質的に方形のタンクまたは容器１０を
含む。

タンク１０は、側壁１２および１４、端壁１６および１
８、および閉鎖底部２０を有する。

これらはすべて隣接縁部で溶接きれている。

絶縁体脚柱２２は、支持脚部として働き、タンクを大地
から絶縁している。

フランジ付き取付具２４が、供給ブラインを貯蔵タンク
からセル中に送入するためパイプ系（図示せず）に結合
される。

パイプ２６は、電解液をタンク１０の下部に一様に分配
する。

セル中に発生され熱は、外部熱交換機において循環液を
冷却することによりあるいは内部コイル中（図示せず）
中に冷却水を循環することにより容易に除去できる。

カソードＣは、端部開放箱状形態を有するモジュールユ
ニットを形成すべく、セルの外側で対で製造される。

各カソードＣは、複数のスロット２８を有する熱間圧延
炭素鋼板より成る。

スロット２８は、ダイヤモンド形態に垂直に配向されて
示されている。

しかしながら、エクスパンドメタル、トツシュまたはス
クリーン、または織り交ぜられたストリップ、またはロ
ツドまたはバーの形式の他の適当な穿孔構造としうる。

電気分解中発生されるガスの除去手段として働くように
、概ね２０乃至３０％の開口面積が提供されており、こ
れにより電流効率を増大せしめる。

しかしながら、電流導通容量を維持するため、十分の断
面の金属が保持されている。

垂直に離間された分配バー３０が、電流路を短くしまた
補強乃至硬化リブとして働くように、各カソードＣの背
面に溶接される。

各カソードＣの横縁は、さねはぎつぎ鋼バー３４の突縁
の両側に継目３２に沿って溶接される。

鋼バー３４は、カソードの高さと同じ長さを有する。

バー３４は、各モジュール対のカソードを固定せる分離
位置に維持するスペーサとして働き、カソ一ド間にアノ
一ドＡの受入れを可能ならしめる。

次いで、カソードは、スペーサバー３４を継目３６に沿
って端壁１６および１８に溶接することにより、タンク
１０の内部に固定される。

縦材３８が、組み立てられたカソードのモジュールの底
縁に沿って横断方向に溶接されている。

これは、補強として働くとともに、吊り下げられたアノ
ードのどれかゞ遇然切断された場合でもそれがセル底部
２０上に落下するのを防ぐストップとして働く。

ポリフツ化ピニリデンまたはポリテトラフルオロエチレ
ンのごとき適当な電気的絶縁性で耐化学性材料より成る
Ｌ字状クリップ４０が、互に長手方向に離間された位置
にてカソードＣの上縁に沿ってねじ４１により固定され
ている。

絶縁体クリップ４０は、アノードが箱状カソードモジュ
ールに挿入されるときアノードＡに対する案内として働
き、加えてアノードの懸吊に故障が生じた場合短絡を防
ぐ。

フランジ４２がタンク１０の外周にその上縁に沿って溶
接され、そして適当な耐化学性および絶縁性ガスケット
シール４３がフランジの上面およびそれに隣接するタン
ク壁の内縁に取り付けられる。

好ましくはチタンまたはチタン合金板または合わせ構造
体より成る導電性ヘッドボード４４がついで絶縁ボルト
４６によりフランジ４２上に取り付けられ、タンクに対
するふたおよびアノードＡに対する懸吊手段を形成する
。

かゝる合せ構造は、銅およびチタンの外層間で爆発的に
結合された鋼のサンドイツチ体としうる。

アノードＡは、ほゞ矩形形状の平担な板であり、両側面
が白金群金属または金属酸化物で被覆されたチタンのご
ときバルブ用金属より造られるのが好ましい。

大断面のバー４８が、電流分布を改善するためアノード
Ａの上縁に沿って溶接されている。

フランジ付肩部を有する円形の圧力脚部５０が分配バー
４８の上部中心部に溶接されており、そしてフランジ付
肩部にＯリング５２が支持されている。

高導電性の短軸５４が、圧力脚部５０および分配バーの
整合ねじ付き孔にねじ込まれる。

分配バー４８および圧力脚部５０用の好ましい金属は、
やはりチタンまたはその合金である。

アノードＡは、短軸５４の露出端をヘッドボード４４の
孔およびねじ付ナット５６を通すことにより吊される。

Ｏリング５２は、ガス密および液密シールを形成すべく
ヘッドボード４４の内面に圧縮されることになる。

ポリ塩化ビニリデンのごとき酬化学性材料より成り、長
手方向にみぞを切った柱状絶縁体５８が、不導電性の耐
腐食性のドエルピン６０により各アノードＡの下縁に固
定される。

絶縁体５８は、第６図にもつともよく示されるごとく、
各モジュールの対のカソードの対向表面に関して滑りば
めを可能とする直径を有する。

かくして、例えば１組の三つのアノードＡが、絶縁体５
８を端部開放カソード箱状体の上縁にて離間せる案内ク
リップ４０を通すことにより各モジュールに挿入される
。

案内４０および絶縁体５８は、カソード対の対向表面に
関するアノード表面の精確な対称間隔を保証する。

上述の電極パターンは、カソードーアノード−カソード
−カソード−アノード−カソード−カソード−アノード
−カソード・・・となる。

電流は、短軸５４を介してアノードＡに向う。

アルミニウムまたは銅のごとき高導電性材料より成る伸
展表面を有する薄い金属板６０がヘッドボード４４の上
面と面と面を接触させて挾持され、アノード母線部材と
して働く。

母線部材とヘツドボード４４の衝合面は、相互に親密な
接触を可能ならしめるべく高度に磨かれている。

ヘッドボードのねじ切り穴内にねじ込まれた直立ねじ６
２は、アノード母線部材６０の整合孔を通過し、そして
ナット６４が母線部材をヘツドボードの表面にしっかり
と締め付けている。

導体６０は、熱の消散のため相当大きな表面を与えるか
ら、断面は相応に減ずることができる。

導体端子６６は、従来の態様で母線部材６０に固定され
ており、アノードＡを、高電流ＤＣ電源導線６７の正側
に接続するための手段として働く。

ＤＣ電源の負側はカソードＣに従来の態様で接続される
。

銅またはアルミニウム導体より成る比較的薄いＵ字状の
母線部材６８および７０が、溶接またはろう付けによる
ごとくして、壁１４，１６および１８にそれと親密に接
触するように適当に取り付けられる。

カソード母線部材６８および７０をＤＣ電源の負側の導
線７４に接続するため、ストリップ端子７２が利用され
る。

アノード母線部材６０の場合と同様に、カソード母線部
材６８および７０の表面積は、タンク壁のかなりの部分
を覆うように伸展され、そして伸展された表面の熱消散
能力のため、必要とされる全金属導体は相応に減ぜられ
、厚さの減少をもたらす。

母線部材の形態のため、電流はセル壁に沿ってよりも母
線部材中を通過せしめられ、それにより導電性の劣る金
属中における電力損失を減ずる。

したがってセル壁は、電気的配慮によるよりも機械的配
慮にしたがって設計されよう。

最後に、セル中にポンプ送入される電解液の放出は、ヘ
ッドボード４４に合体されたパイプ取付具７６を介して
行なわれる。

これは、セルを氾濫状態で動作せしめるから、電解液は
、ヘッドボード４４ならびにタンク１０の内表面をつね
にぬぐうようになり、かくしてセル自体が熱交換器とし
て機能することを可能ならしめる。

このように、１６０°乃至１６５°Ｆの温度としうるセ
ル液体はセルおよびヘッドボードの壁を冷却するように
働く。

したがって、伸展表面がセル自体と親密に接触しており
、恐らく３００°Ｆの温度で動作しているアノードおよ
びカソード母線部材６０、６８および７０は、外部の空
気冷却および外部の液体冷却により、その量を減ずるこ
とができる。

パイプ取付具７６からの放出液体は、次いで特別に設計
された外部脱ガス器７８に送られ、しかる後、塩素酸塩
が塩化物から、従来の蒸発、結晶化および遠心分離技術
により分離される。

動作のためのセルの組立に際して、アノードＡは分配バ
ー４８の肩部が案内４０上に座着するまでカソードＣ間
に挿入される。

挿入中、円筒絶縁体５８は、隣接するカソード表面と摺
動接触をなし案内４０は対抗するアノード表面と摺動的
に係合し、それにより等しくかつ精確な電極間ギャップ
を保証する。

絶縁体５８および案内４０は非金属性材料より成るから
、アノードの被覆を引っかく危険は避けられる。

明らかなように、モジュールの概念は、設計に大なる融
通性をもたらし、他方セル壁の一部を形成する電極母線
部材を伸展させた表面形態は、より高温度および高電流
密度での動作を可能ならしめるものである。

以下に、本発明の電解セルの実施例の性能、セルへの供
給物と生成物の関係、および特性および空間的条件に関
するデータを表にまとめる。

以上本発明を、かなり詳細こ説明したが、本発明に種々
に具体化できるから、この説明は制限でなく例示である
ことを意図したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用したアルカリ金属塩素酸塩用電解
セルの側立面図、第２図はその平面図、第３図はセルの
端面図、第４図はセルの内部を示すために一部を除去し
た平面図、第５図は第４図の５−５線で切断した断面図
、第６図は第５図の６−６線で切断した断面図、第７図
は本発明を採用したアノード板の斜視図、第８図は第４
図の８−８線に沿って切断した断面図である。 図面において本発明が関係する構成要素は下記の参照番
号で示される。 １０・・・・・・容器またはタンク、１２，１４・・・
・・・側壁、１６，１８・・・・・・端壁、２０・・・
・・・底部、２６・・・・・・パイプ、２８・・・・・
・カソードのスロット、３０・・・・・・分配バー、３
２，３６・・・・・・継目、３４・・・・・・鋼バー、
３８・・・・・・縦材、４０・・・・・・絶縁体クリッ
プまたは案内、４２・・・・・・フランジ、４３・・・
・・・ガスケットシール、４４・・・・・・導電性ヘッ
ドボード、４８・・・・・・分配バー、５４・・・・・
・短軸、５８・・・・・・絶縁体、６０・・・・・・金
属板、母線部材または導体、６８．７２・・・・・・Ｕ
字状母線部材、Ａ・・・・・・アノード、Ｃ・・・・・
・カソード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルカリ金属塩化物ブラインからアルカリ金属塩素
   酸塩を製造するための電解セルにおいて、タンクと、該
   タンク内に水平方向に互に離間した位置に支持された実
   質的に平担な複数の中空カソードモジュールであって、
   各々、水平に離間されたカソード板を有し、頂部および
   底部が開放されたほぼ箱状の形態より成り、前記カソー
   ド板の上縁および下縁がそれぞれ前記タンクの頂部およ
   び下部からそれぞれ垂直に離間されているカソードモジ
   ュールと、各カソードモジュール内にそのカソード板間
   の等間隔離間した位置に懸吊されるほぼ平担なアノード
   であって、各下縁が対応するカソードモジュールの下縁
   と実質的に同じ高さで終端し、隣接するカソード間の帯
   域にはアノードが存在せず、カソードーアノードーカソ
   ードーカソードーアノードーカソードーカソードーアノ
   ードーカソードの電極パターンを形成するように配置さ
   れたアノードと、前記アノードおよび前記カソードモジ
   ュールにＤＣ電源を印加する手段と、アノードおよびカ
   ソードを浸漬するようにタンク中にアルカリ金属塩化物
   ブラインを導入する手段およびブラインが電気分解を受
   けた後前記タンクからアルカリ金属塩化物一塩素酸塩液
   状体を排出する手段とを含む電解セル。 ２ 導電性タンクと、該タンク中にあって前記タンクに
   電気的に接続されたカソードと、前記タンク用のふたを
   構成する導電性ヘッドボードと、前記ヘッドボードを前
   記タンクから電気的に絶縁する手段と、前記カソードに
   対して隣接離間した位置に前記ヘッドボードから懸吊さ
   れたアノードと、電解液が前記タンクおよび前記ヘッド
   ボードのほぼ全内表面と接触するようにセルを氾濫状態
   に維持するため、前記タンク中のアノードおよびカソー
   ド間に電解液をポンプ送入するための手段と、前記アノ
   ードに電気的に接続されたアノード母線部材であって高
   導電性のストリップ材料より成り、前記ヘッドボードの
   外表面と親密に面接触状態にある伸展表面領域を有する
   アノード母線部材と、高導電性のストリップ材料より成
   り、前記タンクの外表面と親密に面接触状態にある伸展
   表面領域を有するカソード母線部材と、ＤＣ電源を前記
   アノード母線部材と前記カソード母線部材に印加する手
   段とを含み、セル中にポンプ装入される電解液が熱交換
   媒体として働き、ヘッドボードおよびタンクを介してそ
   れぞれのアノードおよびカソード母線部材を冷却し、も
   って与えられた電力負荷に対して必要とされる母線部材
   材料の量を減ずることを特徴とする電解セル。