JPS6041717B2 - 隔膜型電解槽用陽極−膜装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は隔膜型電解槽用の陽極−膜装置に関する。

「隔膜（ｄｉａｐｈｒａｇｍ）型」電解槽でハロゲンガ
スおよびアルカリ金属水酸化物たとえば苛性ソーダを製
造する際、選択的イオン交換特性を有する物質が、現在
主に使用されているアスベスト繊維隔膜型電解槽に比較
して比較的高濃度のアルカリ金属水酸化物を有する溶液
を生じ得る陽極液−陰極液隔離膜部材（今後「隔膜」ま
たは単に「膜」と呼ぶことにする）として利用されるよ
うになつてきた。

しかしながら、これらの濃厚溶液を、現在入手出来る商
業的「隔膜型」電解槽で製造するには、高い摺電圧を必
要とし、電解槽の操作電力コストを増大する結果になつ
ている。「隔膜型」電解槽とは、電解液を透過性または
半透過性隔離物により陽極液と陰極液に分離し、少なく
ともアルカリ金属水酸化物生成物流中のハロゲン量を低
下させるようにした電解槽を意味する。隔膜は好ましく
はカチオン透過性組成物たとえばデュポン社（Ｄｕｐｏ
ｎＣｏｒｐ、）より商標名ナフイオン・（Ｎａｆｉｏｎ
）として販売されているような側鎖スルホン酸基を有す
るパーフルオロカーボン重合体により電解液を陽極液と
陰極液に分離した電解槽を意味する。膜と陰極間にほと
んどあるいは全く空間がないように膜を陰極に置くこと
は、この配置によつて陰極で生成する水素気泡の放出が
阻止されるが、現在慣習的に用いられてる。陰極を取巻
く膜を使用するというこの歴史的傾向は、主としてアス
ベスト繊維隔膜を陰極につけるために伝統的に真空蒸着
法が用いられていること、および通常電解液は陽極液か
ら陰極液へ流れることに起因する。

陽極上につけておくためには、隔膜が通常の流れにより
引き起される引張りまたは膨張力に耐えられることが必
要である。繊維状膜およびより凝集性のある隔膜の出現
と共に、陰極よりは陽極を包囲することが可能であるこ
とが見い出された。Ｅ．Ｊ．ピータース（Ｐｅｔｅｒｓ
）及びＪ．Ｅ．レフラー（田Ｅｆｆｌｅｒ）Ｊｒ．によ
る米国特許第３，９８４，３０３号明細書には、中空円
筒形陰極を中空円筒形陽極の周囲に同心的に配置した一
連の個々の装置を有する電解槽が開示されている。

陽極はその外面をお）う管状イオン透過膜を有する。陰
極から膜を除くことはできるが、同心電極は寸法が制限
さ，れ、製造費が高く、電解槽操作には高いエネルギー
コストを伴う。さらに、そのような設計は、各陽極を一
対の陰極の間に入れ、それらと平行に且つ各陰極から実
質的に等距離の所に配置するように、間に挿入された平
らな陽極および平らな陰極二に比較して大きな空間を使
う。何となれば、とじ込み型の平らな電極配列では陽極
および陰極の両側が利用されるのに対して、それらの一
方の側のみしか利用されないからである。両設計の有利
な面の利用を可能にする電解槽設計が要求されてい３る
。しかし、平らな設計はあらかじめ真空蒸着隔膜を利用
する電解槽構造に大いに適用することが出来るが、複雑
なグローブ状構造を有する膜を必要とするように思われ
る。したがつて、本発明の目的は、改良された水素３放
出能力を有する隔膜型電解槽用の陽極一膜装置を提供す
ることである。

本発明の他の目的は、濃厚アルカリ金属水酸化物溶液を
生成する一方、エネルギーコストの低い隔膜型電解槽用
の陽極一膜装置を提供することで４ある。

本発明の他の目的は、摺電圧を低下させながら、陰極と
膜との間の拡大された空間を可能にする隔膜型電解槽用
の陽極一膜装置を提供することである。

本発明の他の目的は、陽極の電気化学的に活性な部分と
膜との間の接触を防止する離隔手段により、陽極を膜と
離隔させた、隔膜型電解槽用の陽極一膜装置を提供する
ことである。

本発明の他の目的は、通常の隔膜型槽部品を使用した隔
膜型電解槽用の陽極一膜装置を与えることである。

本発明の他の目的は、膜をより容易に修復出来るように
し、かつ電解槽から膜全体を取り外す必要なく修復出来
るようにした、隔膜型電解槽用の陽極一膜装置を与える
ことである。

これらおよび他の問題は、電解液および何枚も交互に挿
入された平らな電極を有する電解槽で使用するための陽
極一膜装置を提供する本発明によつて解決され、この装
置は下記の構成部材からなる：ａ陽極室を画成する多数
の孔のあいた金属板からなる少なくとも１つの陽極部材
、ｂ上記陽極部材を外側から包み、陽極液と陰極液とが
混り合わないための少なくとも１つの膜、ｃ外部電源か
ら上記陽極部材に電流を導くための、上記陽極部材と接
触する少なくとも１つの導電体部材、ｄ陽極室へ陽極液
を入れるための陽極液供給管、及びｅ陽極室から陽極液
を取り出すための陽極液排出管からなる陽極一膜装置本
体とｆ陽極一膜装置本体を槽容器の内部に支持するよう
に槽容器の陽極後板に固定するための取り付け用部材。

交互に挿入される平行で平らな陰極および陽極を有する
電解槽で使用するための本発明の陽極一膜装置本体を組
立てる方法は下記の工程からなる：ａ陽極部材を、隣り
合つた縁の所か密封された一対の膜で包み、上記膜内に
陽極室をつくる工程、およびｂ導電体部材、陽極液供給
管および陽極液排出管を上記膜を通して上記陽極室へ通
過させる工程。

更に詳しくは、本発明の電解槽用の陽極一膜装置本体を
組立てる方法は下記の工程からなる：ａ膜を、陽極部材
を取り巻くのに十分な大きさに切断する工程、ｂ上記膜
の所定の位置に穴を開ける工程、ｃ導電体部材、陽極液
供給および陽極液排出管の各々を上記膜の上記穴のうち
所定の穴に挿入する工程、ｄ上記膜を上記陽極部材の上
に折り重ねて２つのパネルをつくり、上記パネルを上記
陽極の両側におく工程、およびｅ上記パネルを、上記パ
ネルの各々の３固所の隣り合つた端縁に沿つて互いに密
封して上記陽極を内側に有する密閉した膜による包囲体
を形成する工程。

更に本発明は、複数の平行に挿入した平らな陽極部材、
陽極液供給管および陽極液排出管、および上記陽極部材
に通じる導電体部材、および上記導電体部材および上記
管の各々に伴う密封部材を有する、隔膜型電解槽で使用
するための陽極一膜装置を提供するためのものであり、
この膜は一対の平行で平らな膜シートからなり、その隣
り合つた第一の縁は膜のＵ字型となるように結合されて
おり、残りの隣り合つた３つの縁は熱封着部分により結
合されており、上記Ｕ字型部分は少なくとも３つの別々
の所定の位置に穴を有し、上記穴の各々は上記管および
導電体部材の１つを受け入れる。

本発明の陽極一膜装置を有する隔膜型電解槽の膜の欠陥
部分は取換えることができる。

その方法は下記の工程からなる：ａ陽極部材および上記
膜の健全な部分はすべてそのま）にし、上記欠陥部分を
有する膜により包囲された陽極部材を上記電解槽から取
り出す工程、およびｂ上記陽極部材とその欠陥を有する
包囲する膜を一つの単位として、欠陥のない膜で包まれ
た陽極部材の一単位により取換える工程。

第１図〜第１４図は本発明を例示している。

すべての図面において対応する部分は同じ数字で示され
ている。第１図を参照するに、電解槽１０は支持部材１
１、槽容器１２、陽極液入口１４、陰極液入口１６、陽
極液出口１８、陰極液出口２０、陰極室ガス出口２２、
陽極組立体、即ち陽極一膜装置２４および陰極組立体２
６を有することが分る。

槽容器１２は槽容器の本体部分２８、陽極後板３０、陽
極後板ガスケット３１、陰極後板３２および陰極後板ガ
スケット３３を有する。・本体部分２８はその各端部に
取り付けられたフランジ３４および３５を有する管状金
属部材であつてもよく、フランジ３４および３５は各陰
極後板３２および陽極後板３０を受けるのに用いられる
。後板３０および３２はボルト３６または他の取外し可
能な取付け部材により各々フランジ３５および３４に取
付けられた金属円板であつてもよい。ガスケット３１お
よび３３は、容器１２内に電解液室を定め、それを密封
的に囲むために各々後板３０と本体部分２８の間、およ
び後板３２と本体部分２８の間に配置されている。容器
１２には下記に示すように容器内に定められた電解液室
に原料を入れかつそこから生成物を取り出すために適当
な開口が設けられている。陽極液入口１４は下記に示す
目的のために塩水即ち陽極液供給ヘッダー３８および陽
極液供給連結器４０を有する。

陰極液出口２０は、下記に示すように陰極液を除去する
ために本体部分２８の底部に連結される。陽極液出口１
８は下記に詳述される塩素ガスおよび使用済陽極液ヘッ
ダー４２および使用済陽極液出口連結器４４を有する。
陰極液入口１６は陰極液を電解槽１０の内部に供給する
ために本体部分２８の上部に連結される。この構造によ
り陰極液は電解槽１０を通つて陰極液出口２０へ下方へ
流れる。また、本体部分２８の頂部には水素取り出し管
４６に通じる陰極室ガス”出口２２が設けられている。
出口２２は下記に示すように電解槽１０内の陰極の近傍
からガスを除去する。陽極一膜装置２４および陰極（図
示せす）からの導電体部材４８および４９は各々通常の
方法で外部ＤＣ電源（図示せず）に連結され、．電解槽
１０を通る電流が与えられる。陽極後板３０および陰極
後板３２には、電解槽１０を上げまたは他の方法で動か
しかつ後板３０および３２を本体部分２８から取外すの
を容易にするため突起３７が設けられている。

また、後板′３０および３２には、電解槽１０を支持す
るために土台１１ｃの上に据えられた絶縁体１１ｂの上
に乗せられた支持フランジ１１ａが取り付けられている
。フランジ１１ａ１絶縁体１１ｂおよび土台１１ｃは共
に支持部材１１を構成する。陽極組立体即ち陽極一膜装
置２４の構造および形状は、第２図および第３図に最も
良く示されており、組立体は導電体部材４８、網状陽極
部材５０、膜５２、陽極液供給管５４および陽極液排出
管５６を有する。

任意に、網状陽極部材５０を膜５２から分離するスペー
サー５１を設けることが出来る。網状陽極部材５０は導
電体部材４８に、それらの間に電流を流すような通常の
方法で連結された導電性物質である。網状陽極部材５０
は陽極室７２を取り巻くＵ字型の平らな有孔構造体であ
ることが好ましく、または任意の他の適当な設計たとえ
ばよろい張りした電極であつてもよく、かつ内部ガス邪
魔板をもつていても、或はもつていなくもよい。網状陽
極部材５０は導電体部材４８により支持され、この導体
はまた導電体部材４８にねじ止めされた薄ナット５８に
より陽極後板３０に結合されている。管５６は網状陽極
部材５０の上端から水平に突出していてもよく、或は室
７２から出るガスおよび液体流をヘッダー４２に向ける
ために他の方法で方向づけることが出来る。管５６は網
状陽極部材５０に溶接されるかまたは他の方法で取り付
けられ、下記に示すように膜５２中の適当な開口を通つ
ている。膜５２は網状陽極部材５０を包囲しており（そ
の構造は下記に示す）、膜５２は電解槽１０の陰極部分
にナトリウムの如き陽イオンを通過させる一方、陰イオ
ンたとえは塩素イオンを室７２内に含ませる働きをする
。ヘッダー４２は、側壁７８、側壁ライニング７９、端
壁８０、端壁ライニング８１、頂壁８２、頂壁ライニン
グ８５、底壁ライニング８３および底壁８４を有する。
ヘッダ４２は一般に水平に横たわり、陽極液排出管５６
の各々を使用済陽極液出口連結器４４（第２図には示さ
れていない）に連結させる働きをする。ライニング７９
，８１，８３および８５は壁７８，８０，８２およ５び
８４を管５６から出る塩素または他の生成物により引き
起される腐食から保護する働きをする。ヘッダー４２の
特定の構造は、それが各管５６を出口連結器４４へ連結
させる働きをする限り変化させることが出来る。同様に
、陽極液供給ヘッダ４一３８が陽極液供給連結器４０を
室７２に通じる各陽極液供給管５４に連結させるために
設けられている。ヘッダー３８は耐食性を与えるために
ヘッダー４２と同様にしてライニングすることが出来る
。陽極液供給管５４は網状陽極部材５０に取り付けられ
、そこから外方に突出し、陽極後板３０を貫通し、管５
４の外端部上の適当なねじ山および薄ナット５９により
陽極後板３０に取り付けられている。膜５２は端縁１０
６，１０８および１１０に沿つて適当な密封手段たとえ
ば熱封着により密封されてＵ字型密封部８６が与えられ
、かつ後述するように導電体部材４８、管５４および管
５６が膜７５２を通過する点で密封手段６１により密封
される。

密封手段６１および密封部８６は網状陽極部材５０の周
りおよび網状陽極部材５０内に存在する室７２の周囲で
膜５２を閉じる働きをする。膜５２は網状陽極部材５０
の相対する側にゆるくか・つ付着せずに横たわり、かつ
後述するように網状陽極部材５０を隣接する陰極から分
離する働きをする２つの部分８８および９０を有する。
第１１図を参照して、密封手段６１を詳細に述べる。

密封手段６１は夫々膜５２の中央部分７０の内側および
外側に横たわる内側ガスケット６６、外側ガスケット６
７、および取り巻く管５６を含み、管５６、中央部分７
０および陽極後板３０の間を密封する。ガスケット６６
および６７は薄ナット６０の締めつけに対応して、管５
６を陽極後板３０へ締めつけることにより管状フランジ
６８により管５６へ圧縮し押え付けることが出来る。第
７および１０図に示すように、内側ガスケット６２およ
び外側ガスケット６３が、導電体部材４８、膜５２と陽
極後板３０との間を密封するために、各導電体部材４８
に対して設けられている。薄ナット５８の締め付けに応
じてガスケット６２および６３を圧縮するために、各導
電体部材４８に管状フランジを設けることが出来る。同
様に、第３図に示すように、膜５２の内側および外側で
、管５４が膜５２を通過する点に内側ガスケット６４お
よび外側ガスケット６５を設けることが出来る。薄ナッ
ト５９の締め付けに応じてガスケット６４および６５を
圧縮するために、管５４に管状フランジを設けることが
出来る。したがつて、陽極一膜装置２４を陽極後板３０
に取り付け、薄ナット５８，５９および６０を締め付け
ると、導電体部材４８、管５４および管６６が膜５２を
通過する穴は網状陽極部材５０を包囲するかまたはカプ
セル状に包むようにして密封される。後板３０は第２お
よび１１図に示すように、耐食性用の内部ライニング７
４を有する電解槽の部分７６を含むことが出来、あるい
は陽イオン交換膜が膜５２として使用され、かつ導電体
部材４８が絶縁スリーブ（図示せず）または他の絶縁手
段により後板３０と分離される場合はライニングを施さ
なくても良い。第１２図は陽極後板３０の側面から支持
された複数の陽極一膜装置２４を示す側面斜視図である
。

これら装置２４の１つの内部のある部分を示す切断図が
与えられている。特に、スペーサー５１は膜５２のすぐ
内側に横たわつていることが分る。網状陽極部材５０の
外部上に被覆されたスペーサー５１内には、電気化学的
に活性な物質たとえば１白金族ョ金属、すなわちルテニ
ウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム
および白金からなる群の元素でもよい任意の触媒被覆１
１２が存在している。網状陽極部材５０は、第２，３，
１３および１４図から最も良く分るように、好ましくは
２つの平行平らな表面を有する平らな有孔金属陽極構造
体である。装置２４は平らであり、第１３図に示したよ
うに上記陽極一膜装置間に、複数の一致する平らな陰極
を平行に間をあけて挿入するように平行に間をあけて配
置する。第１３図は、平らな陰極１１４と装置２４とを
平行にとじ込んだ状態を示す第１図の線１３−１３に沿
つた水平断面図である。

後板３０および３２は、それらにより夫々支持された装
置２４および陰極１１４と間を離して平行に配置されて
いることが分る。装置２４は、導電体部材４８は槽容器
への取り付け用部材も兼ねそのねじ付き端部にねじ込ま
れた取り付け用部材即ち薄ナット５８により取り付けら
れる。第２および第３図で前に示したように、装置２４
は取り付け用部材即ち薄ナット５９および６０により保
持することも好ましい。薄ナット５８，５９および６０
が示されているけれども、密封手段６１の圧縮を与え得
る他の通常の締め付け装置を設けることは本発明の範囲
内である。薄ナット５８，５９および６０の利点は、迅
速な解体が可能なことである。管５４および５６も端部
にねじを付けて槽容器への取り付け用部材を兼ねさせら
れるが、薄ナット５９および６０は任意であり、管５４
および５６が膜５２を通過する点で通常の動的密封手段
（図示せす）を使用することにより省くことが出来、さ
もなければナット５９および６０を操作するためにヘッ
ダー３８および４２を取り外す必要が起きるのを回避す
ることにより装置２４の取り外しをより容易にすること
ができることも分るであろう。また、第１３図において
、密封手段６１による膜５２の穴の密封および導電体部
材４８の後板３０からの絶縁により、内張りされていな
い陽極後板を使用することができることが示されている
。密封手段６１はこの目的のためにガスケット６７の代
りにより大きいガスケット１１８を用いることにより修
正することが出来る。通常の隔膜型電解槽は、同様に個
々に包囲された陽極一膜装置２４の概念を利用するよう
に修正することが出来、この概念を陽極ではなく陰極に
適用することが出来る。すなわち、陰極を第１図〜第１
４図の陽極の包囲と同様に膜５２により包囲することが
出来る。事実、包囲された電極の概念は、もしそれが望
ましければ３つの隔室槽をつくるために陽極と陰極の両
方に利用することが出来る。適当な陰極ヘッダー（図示
せず）が、いずれの場合にも個々の陰極一膜装置を連結
するために必要となるであろう。第１３図の装置２４は
また多孔質スペーサー５１を有するが、これは任意の特
徴である。したがつて、膜５２はガスを膜５２により不
当に制限することなく電解槽１０中を上方に流すために
陽極と陰極の両方から離隔される。このガス流れは、電
解ガス生成物の捕集を助けかつ管５６へ向けてノ運ぶた
めに陽極一膜装置２４内のガス捕集装置たとえば邪魔板
、捕集器、または傾斜したまたは弓状の導体成形物（図
示せず）を付加することにより助けることが出来る。導
電体部材４８、管５４および管５６の周囲に適当なスペ
ーサー環状体お７よび特別のガスケット（図示せず）を
使用することにより、後板３０に最も近い装置２４の端
部に間隙を設けることが出来る。第１３図および１４図
において中の詰つた陰極１１４が描かれているが、必要
に応じて触媒被覆または過電圧低下用メッキを有する陽
極部材５０と同じ設計の有孔網状陰極（図示せす）を使
用することが出来る。

さらに、陽極または陰極または両方を、網状陽極部材５
０の２つの平らな面または同様な陰極網表面の隔離を強
制的に行う片寄せ機構を使用することにより圧縮可能に
することが出来、このような伸縮可能であることの利点
は、電極が組立中は小さくなつていて、その後大きくす
ることが出来るということである。このような機構は、
米国特許出願第７８２，６４３号明細書（１９７７年３
月３０日出願）に示されており、その記載は参考として
簡単にここに引用する、この特許出願には、可撓性電極
を用いる真空式組立法が記載されており、この電極は、
その電極に圧縮力を及ぼしてそれを組立てる間収縮させ
ることができるように、圧力勾配を維持することが出来
る膜により包囲されている。第１３図に示された網状陽
極部材５０は、外側触媒被覆１１２を有することが示さ
れているが、第１４図では網状陽極部材５０は内側触媒
被覆１１６を有するように示されている。

外側被覆１１２が設けられる場合、ガス生成物は外側被
覆１１２て出成する傾向があり、したがつてガスを電解
槽から取り出すために上方に流し、過電圧を最小限にす
るための空間を与えるように、多孔質スペーサー５１を
設けるのが望ましい。そのようなスペーサーはたとえば
非導電性物質から適当に構成されたスクリーンまたは網
であつてもよい。スペーサー５１を使用することにより
、有孔金属陽極構造体の電気触媒的に被覆された部分が
、隔離部材により膜５２に付着しないようにすることが
出来る。膜と電気触媒的に被覆された部分との間の直接
接触は、電流効率の損失をもたらし、白金族被覆を用い
た場合、電極表面から白金族成分が失われ或は除去され
る速度を増大する結果に！なる。第１３図の具体例にお
いて、隔離部材はたとえは非導電性多孔質耐塩素性物質
から適当に構成されたスクリーンまたは網である。

典型的例として、ガラス繊維、アスベストフィラメント
、可塑３性物質たとえばポリフルオロオレフィン、ポリ
塩化ビニル、ポリプロピレンおよびポリ塩化ビニリデン
ならびにポリフルオロオレフィンたとえばポリテトラフ
ルオロエチレンで被覆したガラス繊維が挙げられる。
４陽極部材表面と膜と
の間隔を望ましい大きさにするために、適当な厚さの隔
離部材を用いることが出来る。たとえば約０．０７６〜
３．２７１７０（約０．００３〜約０．１２５インチ）
の厚さを有する隔離部材を使用することが適当であり、
約０．２５〜２．抽（約０．０１０〜約０．０８０イン
チ）の厚さが好ましい。陽極部材と膜との間に塩水即ち
陽極液を流すのに適当な開口を与える網目のものを使用
することか出来る。使用出来る隔離部材の典型的な網目
の大きさには、１ｃｍ（１インチ）当り約０．２〜約８
（約０．５〜約２０）、好ましくは約１．６〜４．７（
約４〜約１２）本の線（Ｓｔｒａｎｄ）をもつ大きさが
含まれる。隔離部材は織布または不織布から製造するこ
とが出来、たとえばスリツトシーテイング（Ｓｌｌｔｓ
ｈｅｅｔｊｎｇ）または押出しにより製造することが出
来る。必要ではないが、所望なら隔離部材はたとえば留
め金、コード、ワイヤー、接着剤等により陽極部材の表
面に結合させることが出来る。

他の具体例としては、隔離部材は有孔金属陽極構造体自
身でもよい。

第１４図に示されているように、電気触媒物質で被覆さ
れた有孔金属構造体の表面は、それが膜５２から離れて
相対するように配置される。すなわち、被覆１１２より
はむし”ろ内側被覆１１６が設けられる。膜は有孔金属
構造体の未被覆面と接触する。有孔金属陽極の被覆部分
は、有孔金属構造体の厚さに等しい距離だけ膜から離隔
される。この距離は前述したように、約０．７６〜２．
５Ｔ！ｒ！ｎ（約０．０３〜約０．１０インチ）、好ま
しくは約１．３〜２．０？（約０．０５〜約０．０８イ
ンチ）である。陽イオン交換特性を有し、かつ電解液の
水力による流れおよび塩素ガスおよび塩素イオンの移動
に対して不透過性である不活性可撓性物質から構成され
る膜５２が有孔金属陽極構造体および隔離部材を包囲し
ている。

第一の好ましい膜物質は、ポリフルオロオレフィンとス
ルホン化パーフルオビニルエーテルの共重合体から構成
されるパーフルオロスルホン酸樹脂膜である。パーフル
オロスルホン酸樹脂の当量（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｗｅ
ｉｇｈｔ）は約９００〜約１６００、好ましくは約１１
００〜約１５００である。パーフルオロスルホン酸樹脂
は、ポリフルオロオレフィン布で支持することが出来る
。デュポン社（Ｅ．Ｉ．ＤｕｐＯｎｔｄｅＮｅｍＯｗｓ
ａｎｄＣＯｍｐａｎｙ）から商品名１ナフイオン（Ｎａ
ｆｉＯｎ）ョとして市販されている複合膜は、好ましい
膜の適当な例である。

第二の好ましい膜は、イオン交換基としてカルボキシル
基をもち、乾燥樹脂１ｙ当り０．５〜２．０ｎ１Ｅｑの
イオン交換容量を有する陽イオン交換膜である。

このような膜は上記１ナフイオンョ膜のスルホン酸基を
カルボキシル基で化学的に置換してポリフルオロオレフ
ィン布により支持されたパーフルオロカルボン酸樹脂を
製造することによりつくることが出来る。イオン交換基
としてカルボキシル基を有する上記陽イオン交換膜を製
造する第二の方法は、１９７岬１１月４日公告の旭硝子
（株）の特公昭５１−１２６３９８号公報に記載されて
いる方法である。この方法は、弗素化オレフィン単量体
と、カルボキシル基またはカルボキシル基に変換出来る
他の重合可能な基を有する単量体とを直接共重合させる
ことを含んている。本発明の電解槽の陽極一膜装置で、
膜は管またはシート状て得られ、適当な端縁１０６，１
０８および１１０に沿つてたとえば熱密封により密封さ
れ、密閉されたケース即ち１包囲体ョが形成される。

この包囲体はその中に複数の陽極室７２を定める。第２
および第３図に示したように、陽極および陰極は商業的
隔膜型電解槽で周知の指型をしている。好ましい型の電
解槽は、Ｍ．Ｓ．カーチヤー（Ｋｉｒｃｈｅｒ）及びＥ
．Ｎ．マツケン（Ｍａｃｋｅｎ）による米国特許第３，
８９８，１４吟明細書（１９７奔８月５日公告）に例示
されているように指状電極が、垂直に配置された電極板
に結合された型の槽で、ヘッダー３８および４２を有す
るように修正されたものである。本発明の陽極一膜装置
において、有孔金属陽極部材表面と膜との間の間隙は、
約０．０７６〜約３．１８Ｔ０Ｌ（約０．００３〜約０
．１２５インチ）であるのが好ましい。

第１３図に例示してあるように、陰極が隣接した陽極の
間に挿入されるように配置された陰極は、陽極一膜装置
から離隔されている。

陰極は鋼、ニッケルまたは銅のような金属の有孔金属構
造体である。この構造体は陰極液からの水素ガスの放出
を容易にするように製造するのが好ましい。陰極は少な
くとも約１０％、好ましくは約３０〜約７０％、より好
ましくは約４５〜約６５％の開口面積を有する。第１３
図に例示されているように、陰極１１４と膜５２との間
の空間は、陽極部材表面と膜との間の空間より大きいの
が好ましい。

さらに、この陰極と膜との間隔は、水素ガスの放出を最
大にするためにスペーサーのような妨害材料を含まない
。陰極は膜から約１．０〜約１９．１ｗｎ（約０．０４
０〜約０．７５０インチ）、好ましくは約１．５〜約１
３Ｔ０ｆ１（約０．０６０〜約０．５００インチ）の距
離だけ隔離されている。少なくとも約３呼量％のアルカ
リ金属水酸化物を含有するアルカリ金属水酸化物溶液を
製造する際に、陰極と膜との間隔の増大は摺電圧の減少
をもたらすことは驚くべきことである。陰極は、第１３
図に示すように膜で包囲した陽極間に陰極が挿入される
ように配置された陰極板に結合される。陰極室は陽極一
膜装置により占有されていない槽容器内の領域であり、
アルカリ金属水酸化物からの水素ガス放出に対して大き
な領域を与える。本発明の隔膜型電解槽で使用される陰
極構造体は、陽極部材に使用されるものと類似の電気触
媒的に活性な被覆を有することが出来る。

それらはまた金属たとえばニッケルまたはモリブデンま
たはそれらの合金で被覆するこが出来る。第４図〜第１
０図は第１図〜３図および第１１図〜第１４図の陽極一
膜装置２４を組立てるための製造方法を示す。

第４図に見られるように、膜材料の長方形シート９２た
とえばパーフルオロスルホン酸樹脂の陽イオン交換膜ま
たは他の熱密封性不透過性膜または透過性膜のシートが
出発点である。シート９２は中央部分７０および２つの
側方部分８８および９０を有すると考えることが出来る
。中央部分７０は、第５図に示してあるように、組立ま
たは電解槽操作中の損傷に対する強化を計るため、そし
て次に穴９５，９６および９７（第６図）を、後て導電
体部材４８および管５４，５６を受け入れられるように
中央部分７０の所定の位置に予かじめ定められた大きさ
であけるため、膜または他の材料の追加層９４を中央部
分７０に付加して補強し、補強されたシート９３をつく
つてもよい。穴９５，９６および９７をあけたら、穴の
開いた膜シート９８を、陽極１００を受けるのに用いる
。陽極１００は網状陽極部材５０、導電体部材４８、管
５４および５６および２夫々導電体部材４８および管５
４および５６のまわりに置かれたガスケット６２，６４
，６６を有する。好ましくは、導電体部材４８および管
５４および５６は、導電体部材４８および管５４および
５６上でガスケット６２，６４および６６が内方に移動
するのを制限し、かつ前述したようにガスケット６２，
６４および６６を圧縮するために、管状フランジ（たと
えば管５６に対して第１１図に見られるフランジ６８）
を有する。ガスケット６２，６４および６６を所定の位
置に置いた後、導電体部材４８および管５４および５６
を、穴の開いた膜シートの夫々の穴９５，９６および９
７に挿入して、未だ折りたたんでない組立体１０２をつ
くる。次に、側方パネル８８および９０を網状陽極部材
５０の両側にゆるく折りたたんで隣接端縁１０６，１０
８および１１０を有する未だ密封されていないが折りた
）んだ組立体１０４を形成する。次に、端縁１０６，１
０８および１１０を適当な手段たとえば熱密封により密
封して網状陽極部材５０および室７２を包み込み、第１
０図に示すように３つの縁を形成するＵ字型密封端縁８
６および第４の縁を形成する孔あき中央部分７０を有す
るゆるく嵌合する陽極一膜装置２４を形成する。次に陽
極一膜装置２４は中央部分７０の外側に夫々導電体部材
４８および管５４および５６のまわりに追加のガスケッ
ト６３，６５および６７を付加することにより槽１０の
一部とすることが出来る。

後板３０に完全なライニングを使用した場合（第２図）
、ガスケット６２，６４および６６はライニング７４に
対して密封されて穴９５，９６および９７を密封するこ
とが出来るので、ガスケット６３，６６および６７は省
くことが出来る。また、膜５２の修理は通常のグローブ
状膜装置一に比較して簡単化される。

電解槽を電気的に遮断し、出口２０および入口１４から
排水し、突起３７にリフトフックを取り付け、後板３０
のボルトを外し、次に後板３０を除去し、単一の装置２
４の薄ナット５８，５９および６０を外し、導電体．部
材４８および管５４，５６を後板３０から引き出す。次
に新しい装置を挿入し、薄ナット５８，５９および６０
を、後板３０に通した後、導電体部材４８および管５４
，５６に締め付ける。次に、電解槽を、後板３０をボル
ト５６で再び取り・付けて再ひ組み立て、電解槽を再充
填し、そして電気的に再結合する。例１第１図に示す型
の電解槽に、電気活性成分として二酸化ルテニウムを有
する被覆によりお）われた部分を有する複数のチタン網
状陽極を取り付ける。

ポリテトラフルオロエチレンを被覆した厚さ０．８抽（
イ）．０３５インチ）の繊維ガラス開放織物を網状陽極
の上に置く。陽極およびそれを取り巻く織物を、１２０
０の当量を有するパーフルオロスルホン酸樹脂膜で包む
。膜には穴が開いており、熱封着して複数の個々のケー
スを形成し、これらのケースを個々の陽極構造体上に置
き、陽極板ライニ）ングに対して密封して複数の独立の
隔室をつくつた。陽極の網の間に開口面積約４５％の鋼
スクリーン陰極を挿入した。陰極は膜から約１２．７？
（約０．５０インチ）離れて配置し、邪魔されない水素
放出領域を形成する。ＮａＣｌ濃度約３００ｙ／ｅで温
度・８６℃の塩化ナトリウム塩水を陽極室の各々に供給
した。２ＫＡ／ｄの電流密度を与えるのに十分な電気エ
ネルギーを電解槽に供給して、３．５ボルトの摺電圧で
約４００ｙ／′のＮａＯＨを含有する水酸化ナトリウム
液を陰極室に形成した。

ＮａＯ壊夜か・らの水素放出は、陽極一膜装置における
ＮａＣｌ塩水からの塩素ガスの放出と同様に優れていた
。例２例１に記載の型の電解槽を例１と同様に操作した
が、ただし例１のパーフルオロスルホン酸樹脂の代りに
当量が１２００のパーフルオロカルボン酸樹脂膜で、網
状陽極とそれを取巻く織物とを包囲した。

ＮａＯＨ液からの水素放出は陽極一膜装置におけるＮａ
Ｃｌ塩水からの塩素ガスの放出と同様に優れていた。例
３ 例１に記載の型の電解槽を例１のパラメータで操作した
が、ただし例１の塩化ナトリウム塩水溶液の代りに濃度
４００ｙＫＣ１／′の塩化カリウム塩水を陽極室の各々
に供給し、例１のＮａＯＨ液の代りに約５００ｙＫ０Ｈ
／ｅの水酸化カリウム液が陰極室で生じた。

ＫＯＨ液からの水素ガス放出およびＫＣｌ塩水からの塩
素ガス放出は両方共優れていた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化した電解槽の側面正面図、第２
図は第１図の線２−２に沿つて取つた陽極一膜装置の水
平断面部分図、第３図は本発明の陽極一膜装置を示す第
２図の線３−３に沿つて取つた垂直断面図、第４図〜第
６図は本発明の膜を組立てる際の種々の段階での頂部平
面図、第７図〜第１０図は第６図の膜を使用した陽極一
膜装置の組立てを示す側面図、第１１図は本発明の１つ
の好ましい密封部材を示す第２図の部分１１の拡大断面
図、第１２図は陽極後板に取り付けられた複数の陽極一
膜装置を示す側面斜視図、第１３図は第１図の電解槽内
の陰極と陽極の好ましい関係を示す第１図の線１３−１
３に沿つて取つた水平断面図、第１４図は第１図の線１
３−１３に沿つて取つた本発明の陽極一膜装置の他の実
施態様の部分水平断面図てある。 １０・・・・・・電解槽、１２・・・・・・槽容器、１
４・・・・・・陽極液入口、１６・・・・・・陰極液入
口、１８・・・・・・陽極液出口、２０・・・・・陰極
液出口、２２・・・・・・陰極室ガス出口、２４・・・
・・・陽極一膜装置、３０・・・・・・陽極後板、３１
・・・・・・陽極後板ガスケット、４６・・・・・水素
取り出し管、４８・・・・・導電体部材兼取付用部材、
５０・・・・・・陽極部材、５２・・・・・・膜、５４
・・・・・・陽極液供給管兼取付用部材、５６・・・・
・・陽極液排出管兼取付用部材、５８，５９，６０・・
・・・・取付用部材、７２・・・・・・陽極室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 槽容器１２内でそれぞれ複数個の陽極と陰極とが相
   対して互い違いに一方が他方の間に挿入されている形式
   の隔膜型電解槽１０に使用するための陽極−膜装置２４
   において、ａ 陽極室７２を画成する多数の孔のあいた
   金属板からなる少なくとも１つの陽極部材５０、ｂ 上
   記陽極部材を外側から包み、陽極液と陰極液とが混り合
   わないための少なくとも１つの膜５２、ｃ 外部電源か
   ら上記陽極部材に電流を導くための、上記陽極部材と接
   触する少なくとも１つの導電体部材４８、ｄ 陽極室へ
   陽極液を入れるための陽極液供給管５４、及びｅ 陽極
   室から陽極液を取り出すための陽極液排出管５６からな
   る陽極−膜装置本体と、 ｆ 陽極−膜装置本体を槽容器の内部に支持するように
   槽容器の陽極後板３０に固定するための取り付け用部材
   ５８とからなることを特徴とする、陽極−膜装置。