JPS5935995B2 - 複極電解槽 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は改良された例えばハロゲン酸塩の複極電解槽
に関する。

この発明で元素周期表■族の白金族の金属は、ルテニウ
ム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、
オスミウム（Ｏｓ）、イリジウＡ（工に）、白金（ｐｔ
）を示す。

従来の複極式電解槽においては、書籍「電気化学の理論
及び応用 中巻 水溶液の電気分解：亀。

山直人著、丸善株式会社、昭和３５年３月工０日第３版
発行、 ６〜７Ｐ」に示すように、一部の電流は中間電
極を一つずつ順順に通過しないで電解液を陽極から陰極
に通つて短絡し、電極反応をしないショートバス電流（
この分野では迂回電流と呼ばれている。）があるから電
流効率を悪くしている。そこで、迂回電流を防止するた
めに電極板の両端に電解電極板とほぼ同じ厚みの絶縁板
（合成樹脂製）を取付けること、または絶縁板に電解電
極板の端部を嵌装することなどが、もつぱら採用されて
いる。しかしながら、上記何れの絶縁方式においても、
その絶縁は完全に行なうことは困難であり、電極板の先
端は電流集中の程度が激しく高電流密度による陰極部へ
のスケールの付着が多く極間距離を３ｕｔ以内にするこ
とが不可能である。従つて、電力源単位も制限され、更
に迂回電流にもとづくその部分の電解液の液抵抗によつ
て発熱も無視することが出来ず、極間距離を小さくする
ための絶縁加工材質として上記発熱に耐えるものを得る
ことが困難であつた。この発明は、電解反応を行なう電
解領域面と非電解領域面とを一体化した電極板を用いた
複極電・ハー解槽を提供することにある。

この発明の目的は、極間距離を小さくして電解液の液抵
抗による電解降下電圧の減少を図つて高電奄密度電解を
可能とし、かつ陰極に析出するスケールを陰極と陽極の
両極圃を交互に切替えて剥離させて極間のスケール閉塞
を防止して電解を行なうことを可能とした複極電解槽を
提供しようとするものである。

この発明の複極電解槽に用いられる電極板は、陽極とし
ても、また陰極としても液抵抗による発熱に十分耐え得
るものでなければならない。

その好ましい構造は、チタン、タンタルもしくはそれら
の合金基板９面部のうち電極反応を行なう領域面（電解
領賊面と呼ぶ）は、金、銀、元素周期表族の白金族（Ｒ
ｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，工Ｒ，ｐｔ）の金属又はこれら
の化合物（以下、これらを総称して被覆金属物質と呼ぶ
）で密着被覆され、この密着被覆部を形成しない残クの
上記基板の両側面部は、前記被覆金属物質の密着被覆を
施さない非電解面（非電解領域面と呼ぶ》に形成される
。上記のような電極反応に寄与する電解領域面と電極反
応に寄与しない非電解領域面を一体化した電極板の構造
は次の第１図乃至第２図の図面及びその説明で容易に理
解されるであろう。電極板の形状は、第１図に見られる
ように長方−形状の金属板であつて、この金属板はチタ
ン、タンタルもしくはそれらの合金板であり、この板を
基板（以下、金属基板と呼ぶ）となし、この基板の両側
端より所定の距離ｔをおいて占められる面積の板面（表
裏両而）に、被覆金属物質が密着被．覆されて電解領域
面ｘを形成し、前記基板端と距離ｔとで占められる面積
の板面は、被覆金属物質を施さない非電解領域面ｙを形
成する。

このように構成された電極板は複極電解槽を構成する際
に中間電極板又は側面電極板として用いられる。こ ．
の電極板の寸法は、目的とする電解槽の容量などによつ
て決められるが、実用的な電極板としての一例を第２図
に示す符号に対応させて説明する。０．０５〜１０Ｒｉ
１１，被覆金属物質（ｘ）の厚味０．１〜 ２０ミクロ
ンである。

また、第１図及び第２図に見られるように、金属基板の
両側面の角部を両面から外方に斜めに切欠して鋭角に形
成させることにより、電解液の流速低下によるスケール
生成を防止するので好ましい。

また、この鋭角の先部に、テフロン、ポリエーボネート
、アクリルなどの樹脂を設けると高電流密度電解（例え
ば、ＤＡ２ＯＡ／ Ｄｍ２以上）が可能となる。金属基
板面に被覆金属物質を密着被覆させる方法は、蒸気沈着
（プラズマジェット噴霧を含有する。

）、化学的あるいは電解的による沈着方法が採られ、メ
ツキすることも包含する。また、ロジウム、ルテニウム
、イリジウム、オスミウム等の化合物もしくは白金、金
、銀を含有するロジウム、イリジウム、ルテニウム、オ
スミウム等の化合物は焼成被覆される。また化学的沈着
被覆を焼成することも包含される。上述のように構成さ
れた電極板では、金属基板の両側面部及びエツジ部に被
覆金属物質の被覆加工処理を施さない非電解領域面は、
通電した時、陽極面では陽極酸化によつて酸化チタン、
酸化タンタルの被膜を生成して電流を遮断し、一方、陰
極面ではチタン、タン′タルの水素過電圧が高いことを
活用して被覆金属物質の被覆面部のみ電流が流れ、この
表面から水素ガスが発生する。

この発明の電解槽は、上記電解電極板を用いて組立てら
れる。

次に述ぺる図面及びその説明でそ９構成が明白となるで
あろう。第３図はその正面図、第４図は第３図のＡ−Ａ
’線における平面図、第５図はその右側断面図を示す。

夫々の図面において、，，１’はチタン、タンタルもし
くはそれらの合金の母板よりなる槽側板であり、この槽
側板（図示は上下側を示す）内面に当接させてチタン、
タンタルもしくはそれらの合金よりなる金属基板面に被
覆金属物質を密着被覆して電解領域面ｘを形成させ、こ
の領域面の両側面部に被覆金属物質を密着被覆しない非
電解領域而ｙとなした側面電極板２，２’が設けられる
。

この電極間に上記側面電極板と同様な構造を有する中間
電極板３・・・が所定の極間距離（例えば２ｎ）をおい
て合成樹脂（例えばアクリル、ポリカーボネート、テフ
ロン）の保持体４，４’，４″ で保持されて複極に構
成される。各中間電極板３の夫々の非電解領域面ｙは側
面電極板２，２’の非電解領域面ｙと合致するように配
設される。これらの非電解領域面は既述のような作用に
よつて、迂回電流防止面としての没割を果すと共に、そ
の領域のエツジコーナー部を鋭角に形成することにより
電解液の流速低下によつてスケール生成を防止すること
ができる。側面電極板２，２’はその金属基板と同質か
らなる電極導体５がパツキングＰ（シリコンゴムパツキ
ング）を介して設けられ、この導体の他端は銅製ターミ
ナル６，６’に夫々所定の間隔をおいて接続される。

槽側体１，１’と電極保持体４，４″の各接面はシリコ
ンゴムパツキング？ Ａ，・・・Ｉｄを介して締付杆８
によつて締付けられる。このシリコンゴムパツキングを
介在させることにより、応力によつて電極保持体が破損
するのを防止している。側面電極２，２’と電極導体５
との接続は、第６図及び第１図に示すように、電極導体
５の接続部位の側面電極板は円筒辺を斜めに外方に向け
て断面Ｖ字状に切欠した凹窩部９を穿ち、この凹窩部の
斜面角度と合致させて電極導体の一側端部を皿ビス状１
０に形成させ、この電極導体の他側端部を銅製ターミナ
ル６，６’にナツトを介して締付けることにより、それ
らのなる斜面は密に当接されて互いに接続することがで
きる。

第６図に示す態様は、凹窩部の斜面が急角度となるため
凹窩部径が小さくなるのでこの部分に集中的に電流が流
れるために異状高電流密度の電解になると同時にこの部
分での急激な液の流速の低下によるスケールが生じ易く
なるのでこれを防止できる様な極間が比較的大きい場合
（例えば４ 〜 ５７ｎＷＬ）に適用される。第１図の
態様は極間が比較的小さい（例えば２ 〜 ３ｍｍ）場
合で、かつ金属基板の厚みが小さい場合に適用される。
この例では槽側体１，１’をゆるやかな斜面をもつて凹
窩部９’を形成させ、この凹窩面に沿つて側面電極板を
設け、その凹窩部の底部に電極導体５の皿ビス部を当接
させ、それらの斜面で互に密に接続するようにしている
。第１図に見られるよウに凹窩部の斜面をゆるやかにす
ると、凹窩部の径が大きくなるので、この部分に集中的
に電流が流れ難くなるために異状高電流密度の電解にな
らず、またこの部分の急激な液の流速低下がないのでス
ケールは生じ難くなるので極間が比較的小さい場合に適
用されるが、電流密度ＤＡｌ５〜２０Ａ／Ｄｍ２となる
と液の流速不足によるスケールが生じ易＜なるので、側
面電極板との極間は３〜４ｎ程度を限度とすることが好
ましい。上記のような皿ビス接続を採用することにより
、熱膨脹等による接続部の応力破損を防止することがで
きる。

更にこの接続によれば電極導体５の接続間隔を大きくと
ることが可能となる。即ち皿ピス状部の極間を大きくす
ることにより電流分布の均一化が図られ、皿ビス状部と
その近くに集中的に電流が流れる事を防止出来るのでそ
の部分での異常な高電流密度の電解にはならないのでス
ケール析出を少な＜することができる効果をもたらす。
上記において、側面電極板と中間電極板は同様に構成し
て複極電解槽となした例を示したが、側面電極板の被覆
金属物質を密着被覆しない非電解領域面ｙをカツトして
電解領域面Ｘのみとした短い側面電極板間に中間電極板
を配設して複極電解槽とすることが考えられるが、この
場合の側面電極板ではエツジカレントとそのコーナー部
の流速低下によりコーナー部にスケール付着が生じ易く
、これを防止するためには流速を高速にする必要があり
、送液動力費と電極の消耗が増大する不利があるので好
ましくない。第８図は耐熱を要する場合の複極電解槽の
実施態様を例示するものであつて、中間の金属基板の電
解面と対称面に被覆金属物質の密着被覆を施した金属基
板の槽側板１，１’間に保持体４，４’，４”（例えば
テフロン）を挾持させ、この保持体で中間電極板３・・
・を所定の極間で保持し、両側の保持体４，４″及び槽
側板に、鍔付合成樹脂管８ａ（例えばナイロン樹脂）を
挿通した締付杆８（ボルト）を嵌入し、夫々の合成樹脂
管８ａのフランジ部上面に例えば、ポリカーボネートパ
ツキン８ｂを介在させてナツト８ｃで締付けして組立て
られ、被覆金属物質の密着被覆を施した両槽側板１，１
’面に電極導体５を接続し、この電極導体の他側端は銅
製ターミナル６，６’に接続されている。

この例の複極電解槽においては、被覆金属物質の密着被
覆を施した両槽側板１，１’が側面電極板となるので側
面電極板２，２’を必要としていない。しかしながら、
中間電極板の営む作用・効果は何んら変わるところがな
い。以下に実施例を挙げてこの発明の効果を明確にする
。

実験例 海水電解による次亜塩素酸の電解について行なつた。

〔１〕使用電解槽の仕様 ＾ 電極：チタン幕板（厚み２ｎ，長さ２３５ｎ，幅２
４難）の両面に白金−酸化ルテニウム焼成被覆傭み約１
ミクロン）加工処理した側面電極板。

中間電極板のチタン基板は長さ２５５１，幅２４１１］
１，板厚２騙であり、両端部から１０Ｅ１１．，両側部
から一の占める両面の面積（２３５ｎ×２０ｎ）には白
金−酸化ルテニウム焼成被覆加工処理源み約１μ）を施
した。（自）電槽：槽は透明アクリル樹脂板（厚み１０
鴎）を用い、側面電極板間に、極間距離２ｎで中間電極
板を三枚配設した。

従つてセル数は４室となる。なお、側面電極板と電極導
体の接続は皿ビス面接続であつて夫々の側面電極に三箇
所設けた。（Ｃ）電極液：海水ＮａＣｔ３Ｏｆｌ／Ｔ，
Ｍｇ”＋１２６０ｐＦｎ，〔２〕実験装置の概要 第９図に示す。

同図において、Ａ’は整流器（電源ＤＣ：１５Ａ×２０
Ｖ）、ｙほ切換スイツチ、びは〔１〕項で述べた電解槽
、Ｃ廿電解液循環ポンプ（ Ｍａｘ３Ｏｔ／Ｍｉｎ）、
Ｐは電解液留槽を示す。〔３〕 次亜塩素酸電解試験結
果 電解液：海水ＮａＣｔ３Ｏ９μ，２０〜２５℃〔４〕
電極の陰、陽極切換え通電電解実験結果条件：ＤＡ＝Ｄ
Ｋ２ＯＡ／Ｄｍ２，極間２罵凰，原液海水ＮａＣｔ２９
９／ｔ〜３０９／Ｔ，２Ｏ〜２５℃，電解完了液ＣｔＯ
濃度０．０５〜０．１０９／ ＴＯ実験結果を図表化し
て第１０図に示す。

この実験結果によると、陰、陽極切換え通電を行なつた
場合（切換瞬時には電圧は零となるが図中は切換後の電
圧を示している。

）は極間のスケールによる閉塞は無かつたが、陰、陽極
切換え通電をしないと局部的（コーナー部）にスケール
の発生が成長して部分的な閉塞が生じ電解電圧も上昇し
て来る。電解効率の低下は通電後２４時間程度では認め
られなかＱたが、極間の電解液の流れは各室の差は大き
くなク長期間にわたる陰、陽極切”換えなしの通電は不
利である。以上の事実から、陰、陽極切換え操作はこの
発明に係る複数電解槽に有効に活用出来ることを確認し
た。〔５〕代表的な各種不溶性の陽極と陰極を用いて海
水電解を行なつた。

電解液：海水ＮａＣι３０９／Ｔ，ＰＨ８．ｌ，液温２
０℃。

各種不溶性陽極における電流・電圧測定結果を図表化し
て第，１図に示した。

なお、図中に各種の不溶性陽極及び陰極、極間を記号に
対応させて併記した。

記号中、Ｆｅは軟鋼板電極、Ｔｉ−で表わすものはチタ
ン基板面に被覆金属物質を被覆することを意味する。Ｆ
ｅの極間５薦−ユ従来の軟鋼製陰極板において採用され
てるものである。各種不溶性の陽極と陰極を用いて海水
電解を行なつた。

その結果を次表に総括して示す。

上記各種不溶性の陽極と陰極を用いた実験結果によれば
、陽極の電解性能が良好な電極は、チタン基板一白金・
酸化ルテニウム被覆電極とチタン基板−過酸化鉛メツキ
被覆電極でチタン基板−白金メツキ電極はやゝ劣る。

但し、同一電解面を陰極と陽極に使用して陰極側に析出
するスケールを剥離することが可能な電極はチタン基板
−白金、チタン基板−酸化ルテニウム、チタン基板−白
金・酸化ルテニウム被覆電極であつて、特に電解性能比
較では陽極としてチタン基板−白金・酸化ルテニウム被
覆電極が電能及び電解電圧とも優れている。陰極性能で
は上記三つの被覆電極ともほぼ同程度の優れた性能を示
した。また、上記各実験例に示した以外の被覆金属物質
についても同様の結果が得られ、再現性のあることが確
認された。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の電解槽に用いられる電極板
の説明図、第３図は本発明の電解槽の組立断面図、第４
図は第３図のＡ−Ａ’線における平面図、第５図はその
右側断面図、第６図及び第７図は側面電極板と電極導体
の接続を示す断面図、第８図は本発明の別の実施態様を
示す断面図、第９図は本発明の実験に供した実験装置の
概要図、第１０図は陰陽電極の切替え通電の実験結果を
示す図表、第１１図は各種電極板における電圧と電流と
の関係を示す実験結果を示す図表である。 図中の符号は次のものを表わす。１，１’・・・・・・
槽側板、２，２’・・・・・・側面電極板、３・・・・
・・中間電極板、ｘ ・・・・・・電解領域面、ｙ ・
・・ ・・・非電解領域面、４，４’，４”・・・・・
・保持体、５・・・・・・電極導体、６，ｆｆ・・・・
・・ターミナル、７，Ｐ・・・・・・パツキング、８
・・・・・・締付杆、８ａ・・・・・・鍔付合成樹脂管
、８ｂ・・・・・・パツキング、８ｃ・・・・・・ナツ
ト、９，ｙ・・・・・・凹窩部、１０・・・・・・皿ビ
ス状接続部、Ｎ・・・・・・整流器、ｙ・・・・・・切
換スイツチ、Ｃ’・・・・・・循環ポンプ、Ｖ・・・・
・・複極電解槽、ｒ・・・・・・電解液留槽。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ チタン、タンタルもしくはこれらの合金から選ばれ
   た基板の面部のうち、電極反応を行なう電解領域面ｘは
   、金、銀、元素周期表VIII族の白金族金属又はそれらの
   化合物で密着被覆され、かつ該密着被覆部を形成してい
   ない残りの上記基板の両側面部は前記金属又はそれらの
   化合物の密着被覆を施さない非電解領域面ｙとなした中
   間電極板と側面電極板とから成り、該側面電極板間に前
   記中間電極板を所定の極間距離をもつて配設させて複極
   となした複極電解槽。 ２ チタン、タンタルもしくはこれらの合金から選ばれ
   た基板の両側端部は鋭角に形成された特許請求の範囲第
   １項記載の複極電解槽。 ３ 側面電極板と電極導体の接続は、断面Ｖ字状の凹窩
   部の斜面と電極導体の皿ビス面とで接続した特許請求の
   範囲第１項記載の複極電解槽。 ４ 中間電極板はチタン、タンタルもしくはそれらの合
   金から選ばれた基板からなる槽側板間に所定の極間距離
   をもつて配設させて複極となした特許請求の範囲第１項
   記載の複極電解槽。