JPS60125386A - フイルタ−プレス型電解槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電極、および電解液の導入口と導出口とを有し
前記電極に隣接配置されて電解室を形成する室枠とを有
するフィルタープレス型亀層積に関する。

電極、室枠、また必要に応じて隔膜を互いに平行にかつ
交互に積層して構成されるフィルタープレス！［層積は
従来周知であり、かかる電解槽の一部が第１図に示され
ている。

図において、（１）は電極で例えば陽極、（２１、＋３
１は電極（１）の両側に隣接して配置される室枠であっ
てそれぞれ陽極液供給通液口（４１、陽極液排出通液口
（５）、陰極液供給通液口（６）、陰極液排出通液口（
７）を有する。また、室枠（２１、（３１はそれぞれ陽
極液導入口（８）、陽極液導出口（９）を有し、陽極液
導入口（８１から導入した陽極液は電極（１１の表面と
接触して電解を生じ陽極液導出口＋９１を通って陽極液
排出通液口（５１へと排出される。陰極も向様な構造で
このようなものを隔膜（図示せず）をはさんであるいは
はさまずして交互に積層してフィルタープレス型電解槽
が構成される。

ところでかかるフィルタープレス型電解槽には摺電圧が
低いこと、発生ガスが速やかに電解室から抜けること等
の他に電流効率の高いことが要求される。電流効率を高
めるには電極に沿って電解液をできるだけ均等に分布し
て流し、被電解質の電極面への物質移動速度を電極全域
にわたって均一化させる必要かある。そのために従来は
液分渡板、スペーサー、乱流促進体等を電解室に挿入し
たり、電極面に凹凸加工を施したりしている。ところが
、これらの手段はいずれも食塩電解に代表されるような
大規模な生産には適しても比較的小規模なもの、例えば
有機電解などには装置か複雑化し、製作費が高い等の理
由で必ずしも適してしりるとは言い難く、しかもこれら
の手段を講じても第１図に見て室枠ｆ２１　、　＋３１
での物質移動速度は′電解液の流速の大きい、電解液の
導入口（８）付近および導出口（９；付近において高く
、中間部では低く、またこれら導入口（８）および導出
口（９）の付近では横方向における物質移動速度の分布
にも大きなばらつきがある。

本発明は従来のもののかかる欠点を除去するためになさ
れたもので、極めて簡単なかつ安価な構造で電極全域に
わたって電解液の流速をほぼ均一に分布させることがで
き、従ってまた電流効率の高いフィルタープレス型電解
槽を提供することを目的とするものである。

以下、本発明の一実施例を第２図について説明する。第
２図において（２１〜（９１は第１図のものと同じであ
るのでその説明は省略する。（１ａ）は陽極、（１ｂ）
は陰極であり、本発明によれば各電極（ｌａ）、（ｌｂ
）を嵌装保持する電極保持枠（１０ａ）、（１０ｂ）が
設けられる。

各電極保持枠（１０ｇ）、（１０ｂ）は対応する電極（
ｌａ）、（ｌｂ）と同一厚さ、同一形状（同一大きさ）
の開口部（１０１ｍ＞　、（１０１ｂ）を有する。（ｌ
ｌａ）、（ｌｌｂ）は各電極（Ｉｌｍ）、（ｌｂ）の給
電端子、（１２）、（１３）は陰極（１ｂ）の両側に配
置される室枠である。

陽極（１ａ）、その保持枠（１０ａ）および室枠（２＋
　、　（３１の組立て状態が第３図に示されているが、
第３図に明示されている如く、陽極液導入口（８）（正
確にはその出口（８１）　）および陽極１ｒｌ導出口（
９１（正確にはその入口（９１））は陽極（１ａ）の対
応する端縁（１２ａ　）　、（１３’ａ）に対してそれ
より外方に位置し、陽極液導入口１Ｂ＋と陽極（１ａ）
の対応する端縁（１２Ｍ）、！：の間に、導入した電解
ｔｉ（この場合陽極液）を、前記端縁（１２ａ）に沿っ
て分散させる整流部域（１４）を形成し、同様に陽極液
導出口（９）と　。

陽極（１ａ）の対応する端縁（１３ａ）との間に同様な
整流部域（１５）を形成している。整流部域（１５）は
導出すべき電解液が端縁（１３ａ）を通る時には未だ端
縁（１３５ｋ）に沿ってほぼ均一に分散した状態に維持
するためのものである。このように電極端縁（１２ａ）
。

（１３ａ）に沿って電解液が分散されて均一な流速で流
れることにより、電極（１ａ）の幅方向および高さ方向
について電極（１ｍ）の全域にわたって電解液の流速が
均一になり、従って電極全域にわたって電極（１ａ）へ
の物質移動速度が均一化され、電流効率が改善されるこ
とになる。陰極（ｌｂ）、その保持枠（１０ｂ）、その
両側の室枠（１２）、（１３）も上述の陽極（１ｇ）の
場合と全く同様に組立てられ、整流部域が形成される。

電極保持枠、室枠はいずれも簡単な形状であって、例え
ば樹脂シートを切断したり、切抜いたり、打抜いたりし
て簡単に作ることができる。

なお、第２図において、（１４）、（１５）。

（１６）、（１７）はそれぞれイオン交換膜などの隔膜
、（１８）、（１９）、（２０）、（２１）はそれぞれ
隔膜（１４）、（１５）、（１６）。

（１７）と電極（ｌａ）、（ｌｂ）との間の間隔を維持
するスペーサー、（２２）は電極（１８）　。

（１ｂ）を押圧保持する電極支持棒で室枠（２）。

＋３１　、　（１２）　、　（１３）と同一厚さを有し
、組立の簡便さのためにスペーサー（１Ｂ　）　、（１
９）。

（２０）、（２１）と接合しである。（２３）は室枠（
１２）、（１３）に設けられて陰極液供給通液口（６）
と連通した陰極液導入口、（２４）は陰極液排出通液口
（７）と連通した陰極液導出口である。本実施例では電
解液の導入口（８）。

（２３）および導出口１９＋　、　（２４）はいずれも
室枠の隔膜と接触する面とは反対側の面に、電解液を室
枠内に分散させるような角度で刻設された複数の溝とし
て形成されている。かかる溝を形成した扇状部分は別体
に形成して室枠本体に着脱自在に装着するようにするこ
ともできる、電極保持枠（１０＆）、（１０ｂ）、室枠
（２１゜（３１，（１２）、（１３）、隔膜（１４）　
、（１５）。

（１６）、（１７）等の間には相互間をシールするため
にパツキン等のシール部材を配置することができる。電
極（ｌａ）、（ｌｂ）の給電端子（ｌ１Ｍ）、（ｌｌｂ
）と対応する電極保持枠（１０Ｍ）、（１０ｂ）との間
のシールもパツキンあるいはグリース等でシールするこ
とができる。一般にけ第２図に示した構成が多数積層さ
れて電解槽が形成される。

本発明の他の実施例か第４図に示されている。

この実施例は第２図の実施例では電極保持枠（１０ａ）
と室枠（２１、＋３１とが別体になっているのを、電極
保持枠（１０ａ）に室枠（２１を接着剤で接着、または
融着により固着することでパッケージ化を計ったもので
ある。これと同様な構成は電極保持枠（１０ｂ）と室枠
（１２）または（１３）についても採用しうること言う
に及ばない。

本発明の更に他の実施例が＠５図に示されている。この
実施例は第４図のパッケージ化を更に一歩進めたもので
ある。即ち、この実施例では電極保持枠（１０８月ζ室
枠＋２１　、１３１を両方共固着している。そして電極
（１ａ）を着脱自在にするために、一方の室枠（３）の
開口部（３１）を電極（１ａ）をその面に対して垂直方
向、即ち矢印（２５）方向に通しうる形状ならびに大き
さとし、この開口部（３１）の給電端子（ｌｌａ）を突
出させる部分（３２）を閉塞片（３３）で閉じるように
したものである。閉塞片（３３）およびこれによって閉
塞される部分（３２）は閉塞片（３３）の脱落を防止す
るために図示の如く互いに係止する形状の係止部（３３
１）。

（３３２）：（３２１）、（３２２）を設けるのが好ま
しい。

なお、上記実施例では整流帯域を電極の電解液導入口側
および導出口側の両方に設けてし）るが、いずれか一方
の側に設けるだけでもかなりの効果か得られるものであ
る。また、電解槽端部では一般に電極の片側（内側）に
のみ室枠が設けられるか、そこでも本発明を同様に採用
しつるものである。更に、上記実施例では単極式フィル
タープレス型隔膜電解槽について述べたが、本発明は複
極式フィルタープレス型隔膜電解槽にも、また無隔膜型
フィルタープレス型電解槽にも容易に適用できる。例え
ば、複極型フィルタープレス型電層積を形成するには第
２図において、例えは室枠（３１、（１２）をそのまま
上下に１８０°回転して配置し、電極保持枠（１０ａ）
、（１０ｂ）の開口部（１０１ａ）。

（１０１ｂ）の内縁にゴムシートノスツキン等を貼伺け
、電極（ｌａ）、（ｌｂ）の外縁をコ゛ムシートパッキ
ンでシール状に保持するようにすれは良い。この場合に
は、電解槽両端の電極を除いては給電端子は不要であり
、またその電極保持枠の給電端子突出部も不要で、簡単
な四角の開口部を有していれは良いことになる。

電極保持枠（−１０Ｍ）、（１０ｂ）、室枠（２）。

Ｔ３＋　、　（１２）　、　（１３）は電気絶縁性の材
料、例えば硬質塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチ
レン、含弗素樹脂、天然ゴム、合成ゴム等で電解液に対
して耐蝕性のものを使用することができる。電極として
はチタン基板に白金コーティングしたもの、炭素、黒鉛
、ステンレス鋼、鉛、ニッケル等のうちから反応糸に適
したものを選択することができる。またスペーサーを使
用する場合には、電気透析槽などで使用する網状プラス
チック等の電解液に乱流を与える所謂乱流促進体として
有効なものを選択するのが良い。

以上の如く、本発明によれば、電極の電解液導入口側お
よび電解液導出口側の少なくともいずれか一方に電解液
のための整流部域を設けてかかる整流部域に対向する電
極端縁に沿って電解液を均一に分散させるようにしたの
で電極の全域にわたって電解液の流速かほぼ均一になり
、従って電極面への物質移動速度も電極全域にわたって
ほぼ均一となり、電流効率が改善される効果が得られる
。更に重要な効果は、本発明では電極保持枠と室枠とを
別体として形成して組立てるようにしたので構造が極め
て簡単でしかも樹脂シートなどを個々に切断するなどし
て容易に製造することかでき、かかる構造の簡単なそし
て容易に製造しうる枠構造により上述した電流効率の改
善が極めて簡単に実現できる点にある。

以下に本発明によるフィルタープレス型電解槽を試作実
験した結果を参考例として以下に示す。

（参考例　１） 本参考例はしゆう酸からグリオキシル酸への電解還元を
行なったものである。

使用したため、片面の有効電極面積１０（７）×５０画
＝５血２×両面）、陽極として横１２ｃ１ｎ、高さ５０
口、厚さ５鱈の黒鉛２枚（片面の有効面積は陰極と同じ
理由で１０ｃｒｎｘ５０ｔＭ＝５Ｍ×２枚）を使用した
。また陰極保持枠（厚さ３１ｎ）、陽極保持枠（厚さ５
鱈ン、室枠（厚さ３ｗ＋）としていずれも外寸横１６３
、高さ７８ｃｒｎの硬質塩化ビニル板、スペーサとして
網状プラスチック（東京特殊金網株式会社製、商品番号
Ｚ−１３）、隔膜として陽イオン交換膜（旭硝子株式会
社製商品名セレミオンＣＭＶ）、隔膜と隣接する室枠と
の間のガスケットとして厚さ１ｆｌの軟質塩化ビニル板
をそれぞれ使用して第２図に示す如き単極式フィルタプ
レス型隔膜電解槽を組立てた。

各電極の上縁と下縁は室枠の電解液導入口、導出口から
それぞれ７，５画離した。硬質塩化ビニルからなる厚さ
１０ｍのエンドプレートを介して両端から鉄板を当て１
０本のボルトで締め付けた。

陰極液として０．９７　Ｍ　Ｌゆう酸水溶液、陽極液と
して４Ｎ−塩酸を使用し、それぞれ５１ずつガラス製循
環タンクに仕込み、ポンプによって両液を独立に電解槽
内を強制循環させ、回分法で定電圧電解した。操作条件
は液循環流速７００１／時（各基縁速度２５副／秒）、
液温２０℃、開始電流１００Ａ　（電流密度１０Ａ／ｌ
）、電圧３．７Ｖであった。

しゆう酸からグリオキシル酸への電解反応は理論電気量
の通電で、グリオキシル酸濃度０８２Ｍ（液体クロマト
グラフによる定量値）、電流効率８４％が偏られた。こ
の間、電流は１００Ａから７３Ａへ、電圧は３．７ｖか
ら４．４　Ｖ　ヘソれぞれ変化した。

（参考例　２） この参考例は銅イオンの電着を行なったものである。

陰極としてステンレス鋼（ｓｕｓ　３０４厚さ３鮎）、
陽極として黒鉛（厚さ５闘）を用いて無隔膜−室の電解
槽を組立てた。陰極、陽極、電極保持枠、室枠の形状と
寸法は参考例１と同一である。スペーサーも参考例１と
同じものを使用した。

電解液は１．５Ｗ／Ｖ％硫酸水溶液に硫酸銅を銅濃度が
６　ｆ／ｌ　（６０００１Ｆ）Ｒ：ナルヨウＩＣ溶解し
たものを使用した。この電解液５１をガラス製循環タン
クに仕込み、７２０Ｊ／時（線速度５０ｃｒｎ／秒）で
槽内を強制循環させながら、液温４０℃、電ｉ　２　Ｏ
Ａ　（ｔａ密Ｊｌｆ　４　Ａ　／ｄａ”　）で、回分法
で定電流電解した。

理論電気量の通電で電流効率９６．７％が得られた。こ
の間の電圧は２．５ｖから２．９ｖに変化した。さらに
電解を続け、理膚電気量の１．５倍を通電したところ、
電解液中の銅イオン濃度はＩＦＦｍにまで減少した。

電解終了後陰極上に析出した銅を分画して剥がしとり、
この重量を測定して電着分布を調べた。この結果を第６
図に示す。第６図に示されているように銅は陰極板上に
測定誤差内で均一に電着していた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフィルタープレス型電解槽の一部分の分
解斜視図、第２図は本発明の一実施例の分解斜視図、第
３図は第２図の実施例の一部分の組立て状態を示す図で
（イ１は正面図、（口１は（イ；の右側面図、第４図は
本発明の他の実施例を示す斜視図、第５図は本発明の更
に他の実施例の斜視図、第６図は本発明による電解槽を
使用して銅イオンを電着させた結果を示す図であり、図
中同一符号は同一部または相当部を示す。なお、図中（
１ｍ）、（ｌｂ）は電極、（１０Ｍ）。 （１０ｂ）は電極保持枠、＋２１．＋３１．（１２）。 （１３ンは室枠、＋８１　、　（２３）は電解液導入口
、＋９１　、　（２４）は電解液導出口、（１４）、（
１５ンは整流部域である。 特許出願人　田辺値桑株式会社 第３図 （イ）　ｃＯ） 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電極、および電解液の導入口と導出口とを有し前記
   電極に隣接配置されて電解室を形成する室枠を有するフ
   ィルタープレス型電解槽において、前記電極と同一厚さ
   同一形状の開口部を中央に有しこの開口部に前記電極を
   嵌装保持する電極保持枠を設け、前記室枠を前記電極保
   持枠に隣接配置すると共−に前記室枠の導入口および導
   出口の少なくともいずれか一方を前記電極の対応する端
   縁に対してそれより外方に位置させてこれらの間に前記
   端縁に沿って電解液の流れを分散させる整流部域を形成
   したことを特徴とするフィルタープレス型電解槽。 ２、室枠の導入口および導出口を電極の対応する端縁に
   対してそれより外方に位置させて前記導入口および導出
   口と電極の対応する端縁との間に前記の各端縁に沿って
   電解液の流れを分散させる整流部域を形成した特許請求
   の範囲第１項記載のフィルタープレス型電解槽。 ３、　室枠を電極保持枠に固着した特許請求の範囲第１
   項記載のフィルタープレス型電解槽。 ４、を極かその電極保持枠の外部に突出する給電端子を
   有する場合において、電極保持枠の両側に配置される室
   枠をいずれも前記電極保持枠に固着し、前記室枠の一方
   に前記電極をその面に対して垂直方向に通しうる形状お
   よび大きさの開口部を形成し、この開口部の前記給電端
   子に対応する部分を閉塞片で閉じるようにした特許請求
   の範囲第１項記載のフィルタープレス型電解槽。 ５　閉塞片およびこれに係合する一方の室枠の部分とに
   互いに係止する形状の係止部を設けた特許請求の範囲第
   ４項記載のフィルタープレス型電解槽。