JPS6051556B2 - 隔膜式電解槽 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は隔膜電解槽に関する。

更に詳しくは隔膜、特に陽イオン交換膜の装脱を容易に
行なうことがてき、又、陽極、陰極の組立て、解体を極
めて簡便に為し得る、製造コストの低い且つ大容量に適
したフィンガー型電解槽に関するものである。アルカリ
金属ハロゲン化物水溶液、就中、塩化アルカリ金属水溶
液を電解して苛性アルカリを製造する方法としてイオン
交換膜等の隔膜を使用することは従来から提案され実用
に供せられ、近時、水銀法による公害問題が叫ばれるに
至り、益々多用化の傾向にある。

この方法を実施する為に用いられる電解槽は、例えば陰
極室枠と陽極室枠との間にイオン交換膜、マイクロポー
ラス膜等の隔膜を配設し、それらを１組として数組乃至
数十組をフィルターブレス型として構成した型式のもの
が殆んどであつた。かような型式の電解槽は、各室枠の
大きさに自ら制限があり、又室毎に隔膜をセットする必
要がある為、余り多くの室枠を組合わせることができず
、更に各室枠にそれぞれ電解液の供給口、電解物質の取
り出し口を配置しなければならない。これら供給口及び
取り出し口の数が多い場合は、槽組立時に接続する作業
量も厖大なものとなり繁雑であるばかりか、接続部から
の電解生成物漏洩の危険も増大する。更にはフィルター
ブレス型の致命的な欠点とされている室枠と室枠との間
からの漏洩も室枠の数も多くすると必然的に多くなるを
免れない。これを防止する為には室枠の設計製作上厳密
な機械的公差が要求され、従つて加工費の増大を招く結
果となる。更に又、室枠を多くすると、フィルターブレ
スのブレス圧を増大させる必要が生じ、その為室枠の損
傷の危険が増え、コストアップの要因ともなる。上述の
理由により、製造コストの低い、大容量のフィルターブ
レス型電解槽を製作することは頗る至難である。

一方、陽イオン交換膜は、その性能を最大限に発揮させ
るため、更には製造上の経済性の面か一ら、厚さ数百ミ
クロンの薄いシート状で且つ有限の一定長を以つて生産
されるのが通常である。この事も陽イオン交換膜利用の
電解槽としてフィルターブレス型が一般化している理由
の１つと云えよう。上述の欠点を解消する試みとして、
実開昭５２一５１３３３号公報には、連続的に蛇行した
凹凸形状の電極を有する陰・陽極室を、該陰・陽極室の
電極の凹部が、夫々対向する陰・陽極室の電極の凸部に
、連続したフィルム状の隔膜を介して嵌合する−ように
構成した電解槽が提案されている。

しかしながら、かような構造の電解槽では、隔膜の損傷
を防ぐ為にガスケット又はスペーサーを用いて陰・陽極
間に一定のクリアランスを保たしめ、両者が直接接触す
ることを防止せねばならず、その故に印加する電圧が増
大して、大容量化の目的を充分に達成できない憾みがあ
る。

従つて、薄いシート状の長尺陽イオン交換膜又はマイク
ロポーラス膜をそのまま使用し、しかも大容量化が可能
な電解槽の開発が渇望されている。

本発明者等は叙上の問題点と現状とに鑑み、シート状の
陽イオン交換膜等の隔膜を長尺のまま使用する大容量の
電解槽を開発することを目的として鋭意研究を重ね、底
板上に列設された複数個の陽極板と、陽極板の各列の間
に介挿されるフィンガーを有する陰極ボックスとよりな
り、フィンガーの上下両面に設けられた隔膜固定装置に
よつてシート状隔膜をフィンガー側面上に固定してなる
型式の新規な隔膜電解槽を嚢に提案した。

本発明はこれらの既に提案された電解槽に更に改良を加
え、より分解組立が容易にしてシール確実な隔膜式電解
槽を提供することを目的としてなされたものである。

即ち、本発明は、アルカリ金属ハロゲン化物水溶液の電
解によりアルカリ金属水酸化物水溶液を製造する箱型隔
膜式電解槽において、該電解槽は、その着脱可能な１つ
の壁板により槽内壁に固定された枠板の対向する内辺縁
よりそれぞれ槽内へ向かつて並行に延びた２個の掌状支
持部材とそれらの間に張設固定された隔膜とよりなる套
状フィンガーによつて、前記壁板を含む第一の電極室と
残余の槽壁を含む第二の電極室とに区画され、第一の電
極室内においては陰陽何れか一方の電極が前記壁板上に
植設されると共に各フィンガー内部に挿入されており、
第二の電極室内においては他方の電極がフィンガーの外
側面に沿つて並設されていることを特徴とする隔膜式電
解槽てある。

本発明の態様を以下添付図面により詳述する。第１ａ図
は、本発明電解槽の要部をなすフィンカー枠の典型的な
１例を示す斜視図てある。第１ｂ図、第１ｃ図及び第１
ｄ図はそれぞれ第１ａ図に示したフィンガー枠の正面図
、平面図及び側面図である。第２図及び第３図は、何れ
もフィンガー枠の別の態様を示す斜視図である。

第４ａ図は、フィンガー枠への隔膜の取付状態の１例を
示す垂直断面概要図、第４ｂ図は、そのＡ−Ａ線矢視断
面概要図である。

第５図は、本発明電解槽を分解した状態を示す斜視図で
あり、又、第６図は、組立てられた本発明電解槽の垂直
断面概要図てある。

第１ａ乃至第１ｄ図においてて、枠板１の中央の方形空
間部を画する４個の内辺縁のうち相対向する辺縁２，２
″より、それぞれ枠板１に垂直に２個の掌状支持部材３
，３″が延設されており、これらの掌状支持部材３，３
″は複数の平行なフィンガー片４，４″ ・・・・を具
えた掌状形状をなし、互いに平行で且つ同一形状である
。

同図に示したフィンガー枠の典型的な例においては、２
個の掌状支持部材３，３″は、それらの対応するフィン
ガー片先端部分が板状部材５，５″ ・・・・によつて
連結されている。

更に掌状支持部材３，３″は、フィンガー片４，４″・
・ ・・・・の辺縁に沿つてフィンガー片に対し垂直に
突設されたカラー６を具えており、該カラー６は前記板
状部材５，５゛・・ ・・・・の側縁に沿つて延び、そ
れぞれ閉鎖したループ状をなす。又、最外側のフィンガ
ー片の外側カラーはフィンガー片の付根部分において連
続し閉鎖ループを形成する。第２図に例示したフィンガ
ー枠は、２個の掌状支持部材３，３″のフィンガー片４
，４″先端が連結されておらず自由端となり、フィンガ
ー片４，４″・・ ・・辺縁に沿つて蛇行延設されたカ
ラー６は最外側のフィンガー片付根部分において連結さ
れ、全体として１個の閉鎖ループを形成する。

第３図は、第１図と第２図にそれぞれ示したフィンガー
枠を折衷した構造の例であり、中間で分離した２個の閉
鎖ループ状カラー６，６″を具える。上述せるフィンガ
ー枠は耐蝕、耐熱性の合成樹脂、例えば、ポリ塩化ビニ
ル、塩素化ポリ塩化ビニル又はポリテトラフルオロエチ
レン、ポリエチレンテトラフルオロエチレン、ポリビニ
リデンフルオライド等の弗素樹脂、或いはこれらの樹脂
又はゴムをライニングした材料、更には耐蝕性金属、例
えばチタン、チタン−パラジウム合金、ステンレススチ
ール等を以つて製作することができるが、陰陽両極室液
に耐える絶縁体が好ましく、また、表裏それぞれを接触
する液に耐えるような異なる材質で構成してもよい。以
上の構成になるフィンガー枠はその閉鎖ループ状カラー
の間にそれぞれシート状隔膜７を張設し、套状のフィン
ガーを形成する。

第１ａ〜第１ｄ図のフィンガー枠の例においては両端フ
ィンガー片の外側に張設する各１枚宛の短尺隔膜と、相
隣れるフィンガー片に跨つて張設される２枚の長尺隔膜
、即ち、合計４枚のシート状隔膜が用いられる。第２図
に示したフィンガー枠の場合は１枚の長尺シート状隔膜
でよく、又、第３図の例では２枚の隔膜が用いられる。
かかるシート状隔膜としては陽イオン交換膜及びマイク
ロポーラス膜が適用可能であるが、本発明電解槽には陽
イオン交換膜が最も好ましい。

かかる隔膜は連続した１枚の長尺シートを適宜長さに切
断して用いてもよく、又、複数枚のシートを接着・融着
等の手段により繋ぎ合わせて所要長さにしたものを用い
てもよい。また、イオン交換膜シートの一方の面に多孔
性陽極を、もう一方の面に多孔性陰極を接着したものも
使用できる。この場合には、既述の陽極・陰極の代りに
前記膜面上の電極に押しつけ可能な集電体とする。本発
明装置に適用される陽イオン交換膜は弗素系の骨格を有
するポリマーが好ましく、交換基としてはスルホン酸基
、カルボン酸基、隣酸基等の単独、あるいは２種以上混
在するものが挙げられる。かかるシート状隔膜はフィン
ガー枠上のカラー６に、その辺縁を接着又は熔接して固
定することができる。次に、カラー６にシート状隔膜７
を機械的手段により固定する場合の隔膜固定装置の例を
第４ａＬ及び第４ｂ図により説明する。

第４ａ図はフィンガーの突出方向に直交する横断面の概
要図で、カラー６と抑え板８との間に隔膜７の辺縁部を
介挿せしめ、さらに隔膜７とカラー６との間にパッキン
９を介在せしめて全体をチタン等の耐蝕性材料よりなる
クリップ１０にて挟圧固定する。

第４ａ図のＡ−Ａ線矢視断面図である第４ｂ図には隔膜
７の側縁がフィンガー枠の側端１１上のカラー６及び板
状部材５上のカラー６に上記と同”様にして固定された
状態が示されている。

図示された隔膜取付方法は代表的例に過ぎず、その他、
実願昭５２−１７８７１４号、同５３−１０７１９７号
、同Ｍ−５７３４１号及び同５４−９１７５６号等に提
案された種々の手段並びに器具、即ち螺子止め、螺子付
クリップ止め、バネクリップ止め、クランプ緊締、スプ
リング利用緊締又はそれらの組合わせ等の何れもが適用
可能である。これらの取付用器具の材質としては陽極室
側に用いる場合はチタンが、又、陰極室側に用いる場合
はＳＳ及びＳＵＳ等が最適であるが、電極室液に容易に
侵蝕されないものであれば特に限定されない。又、パッ
キン９は、例えばポリテトラフルオロエチレン発泡体あ
るいはゴム等の紐状物、平面シート状物、又は有凸起シ
ート状物が好適に使用される。

抑え板８は、チタン、ＳＳ．．ＳＵＳ．．合成樹脂、ガ
ラス繊維強化樹脂等からなるものが好ましい。

以上詳述した機械的手段による隔膜固定装置はフィンガ
ー枠に沿つた隔膜の蛇行延設を容易確実にし、隔膜の損
傷・目詰まり等による交換を頗る簡単に行ない得るとい
う利便があり、接着、熔着等に比して格段に優れている
。かくして、シート状隔膜をフィンガー枠に取り付ける
ことによつて形成された套状フィンガーが電解槽内に電
極と共に組込まれる状態を第５図及び第６図によつて説
明する。

これらの図において、槽１２内の底板１３上に一方の電
極１４（例えば陽極）が並列に立設され、電極１４の列
に平行な一方の壁板１５は着脱自在となつている。

第５図はかかる壁板１５と天蓋即ちセルカバー１６とが
取り外され２方が開放された状態を示しており、開放端
はそれぞれフランジ１７及び１８を具えている。

側方開放端より套状フィンガー１９が嵌装され、相隣れ
る電極１４，１４・・・・・の間にそれぞれフ，インガ
ー２０が介挿される。

套状フィンガー１９の枠板１とフランジ１７との間には
パッキン２１を介在せしめる。次いで、他方の電極２２
（例一えば陰極）を植設した壁板１５が、電極２２，２
２・・・・・・がそれぞれフィンガー２０，２０・・・
・・・の内部に挿入されるように套状フィンガー１９に
嵌装される。壁板１５はその内側にパッキン２３を積層
されている。かように順次重合嵌装された各部材はフラ
ンジ１７と壁板１５とをパッキン２１，２３及び枠板１
を間に介在せしめた状態で螺着等の手段によつて緊締固
着することによつて一体的に結合され、更にセルカバー
１６をパッキン２８を介してパッキン１８上に載置固定
して電解槽を形成する。

かくして形成された電解槽は、着脱可能な壁板１５ど套
状フィンガー１９とによつて囲まれる第一の電極室２４
（例えば陰極室）と、残余の槽壁及びセルカバー１６と
套状フィンガー１９とによつて区画される第二の電極室
（例えば陽極室）とに区分される。また上述の説明から
既に明らかなように、第一の電極室２４内には一方の電
極２２・（例えば陰極）が、又第二の電極室２５内には
他方の電極１４（例えば陽極）が配されており、陰極は
ＳＳ，ＳＵＳ等よりなるラス又は有孔板等が好ましく、
又陽極は白金属金属又はそれらの合金若しくはそれらの
酸化物を被覆した耐食性金属陽極が好適である。又、第
６図に示す如く電極１４を植設した底板１３はパッキン
２６を介して、槽１２の底部フランジ２７に止着し着脱
自在となせば第二の電極室２５内の電極１４の交換等の
ための分解組立等を頗る容易ならしめる。

上述の例においては套状フィンガー１９と、フィンガー
２０の内部に挿入される電極２２を植設した壁板１５と
を槽１２の側方より嵌着すると共に、フィンガー２０の
外側面に沿つて並設される電極１４を底板１３に植設し
た態様を示したが、套状フィンガー１９及ひ電極２２と
、電極１４との装着方向の組合わせは多様な変形が可能
である。

即ち、両電極が互いに平行な関係配置を保持する限り、
電極１４を壁板１５に対面する壁板上又はセルカバー１
６上に植設することができ、同様に套状フィンガー１９
及び電極２２を底面より上方へ向かつて、又は上面より
下方へ向かつて装入固着することもできる。又、槽１２
の相対向する壁板をそれぞれ着脱自在とし、かかる両面
より、それぞれ套状フィンガーを突き合わせて装入し電
解容量を倍増させることも本発明の範囲を逸脱すること
なく為し得る応用である。

更に又、第一の電極室２４に陽極を配し、第二の電極室
２５内に陰極を配置することも各電解液に接触する材質
を適宜選択することによつて容易に行なうことができる
。本発明電解槽を組立てる際は、シート状隔膜７を損傷
しないように電極１４の厚みを若干縮少した状態にして
おき、電解時に拡大して陰陽極間の距離を短縮し得るよ
うにすることが好ましい。

電解中、電極１４の幅を拡大した状態と為し、陽極と陰
極とを極力接近せめ、好ましくは隔膜を介して密着せし
めることにより印加電圧を低下させることができる利点
と相俟つて、本発明電解槽はフィンガー２０の長さを大
とし、或いはフィンガー数を増やすことにより、隔膜の
装着、槽組立て上の本質的な困難を付加することなく大
容量化を容易に実現することが可能である。添付図面に
は図示されていないが本発明電解槽は従来公知の隔膜式
電解槽と同様に、水又は稀薄苛性アルカリ水溶液注入口
、塩水供給口、電解生成液、即ちアルカリ金属水酸化物
水溶液取り出し口、電解生成ガス即ち水素ガス及びハロ
ゲンガス放出口、淡塩水取り出し口等を備えていること
は云う迄もない。

但し、套状フィンガー１９を底面より上方へ向かつて嵌
装する構造となした場合は、第一の電極室内で発生した
電解生成ガスの放出の為にフィンガー先端部分に特別の
工夫を施す必要があり、全体の徒らな構造複雑化を招く
憾みがある。以上本発明の態様を添付図面により説明し
たが、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく
本発明の範囲を逸脱することなく数多くの変更と応用が
可能であることは勿論である。

本発明にかかる隔膜式電解槽は叙上の構成になるもので
あるから、シート状隔膜には何等特別な加工、例えは接
着、融着等の手段によつて筒状又は袋状等に成型する要
なく、平面状のシートをそのまま使用して套状フィンガ
ーとなすことができ、従来の隔膜式電解槽の如きフィン
ガータイプの電解槽を極めて容易に作ることができる。

又、平面のシート状隔膜を利用する場合の一般的な形式
であるフィルターブレス型に比し同一床面積で大容量の
セルを作ることができる。即ち、電流密．度（ＣＤ）が
２０Ａ／Ｄｍｌ程度の場合１５０ＫＡのフィルターブレ
ス型が８〜１０ｄの床面積を必要とするのに対し、同容
量の本発明電解槽は４〜６ｄの床面積で事足りる。更に
、本発明電解槽は従来公知又は本発明者等によつて嚢に
提案されたフィンガー式隔膜電解槽の何れのものに比べ
ても、より分解組立が容易であると共に、シールが確実
で、液洩れ等を生じないという格別の特長を具えている
。更に又、本発明電解槽は単極式セルを構成するのに適
しており、水銀法転換、隔膜法をイオン交換法に転換す
る際に既存の変流機を有効利用し得るという利点もある
。上記の説明から明らかな通り、本発明電解槽は、フィ
ルターブレス型のような多数の継目を有することなく、
単位据付面積当りの生産量が大きく、又、単位電解槽容
積当りの効率が大であり、更に陰極・陽極を含め各部材
に特に高価な材料を゛用いる必要がないこと、厳密な機
械的公差を要しないこと等、数々の利点により、製作費
が頗る低廉であるという長所がある。

又、シート状隔膜を用いながらも、分解・組立が簡単容
易であり、シーリングの容易性も含めて労力の節減を図
ることができ、又、陽極と陰極の密着構造をとり、又両
極間距離を短縮することによつて印加する電圧を低く抑
えることが可能な上に、陰極液、陽極液共、濃度を均一
に保持し電流効率を良好に保つことができる等、維持並
びに運転経費を著しく節減することができると共に、大
容量化を達成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図乃至第１ｄ図は、本発明にかかる電解槽の要部
をなすフィンガー枠の典型的な１例を示すそれぞれ斜視
図、正面図、平面図及ひ側面図てある。 第２図及び第３図は、何れもフィンガー枠の別の態様を
示す斜視図であり、第４ａ図は、フィンガー枠への隔膜
の取付状態の１例を示す垂直断面概要図、第４ｂ図は、
そのＡ−Ａ線矢視断面概要図である。第５図は、本発明
にかかる電解槽の分解図てあり、又、第６図は、組立て
られた本発明電解槽の垂直断面概要図である。１・・・
・・・枠板、２，２″・・・・辺縁、３，３″・・・・
掌状支持部材、４，４″・・・・フィンガー片、５，５
″・・・・・・板状部材、６・・・・・・カラー、７・
・・・・・シート状隔膜、８・・・・・・抑え板、９・
・・・・・パッキン、１０・・・・クリップ、１１・・
・・・フィンガー枠側端、１２・・・・・槽、１３・・
・・・・底板、１４・−・・・電極、１５・・・・・・
壁板、１６・・・・・・セルカバー、１７，１８・・・
・・・フランジ、１９・・・・・・套状フィンガー、２
０・・・・フィンガー、２１・・・・・パッキン、２２
・・・・・電極、２３・・パッキン、２４，２５・・・
・・電極室、２６・・・・・・パッキン、２７・・・・
・・フランジ、２８・・・・・・パッキン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルカリ金属ハロゲン化物水溶液の電解によりアル
   カリ金属水酸化物水溶液を製造する箱型隔膜式電解槽に
   おいて、該電解槽は、その着脱可能な１つの隔板により
   槽内壁に固定された枠板の対向する内辺縁よりそれぞれ
   槽内へ向かつて並行に延びた２個の掌状支持部材とそれ
   らの間に張設固定された隔膜とよりなる套状フィンガー
   によつて前記壁板を含む第一の電極室と残余の槽壁を含
   む第二の電極室とに区画され、第一の電極室内において
   は陰陽何れか一方の電極が前記壁板上に植設されると共
   に各フィンガー内部に挿入されており、第二の電極室内
   においては他方の電極がフィンガーの外側面に沿つて並
   設されていることを特徴とする隔膜式電解槽。 ２ 着脱可能な１つの壁板が側板である前記特許請求の
   範囲第１項記載の隔膜式電解槽。 ３ 第二の電極室内の電極が槽の底板に植設された前記
   特許請求の範囲第２項記載の隔膜式電解槽。 ４ 第二の電極室内の電極が、第一の電極室に含まれる
   側板に対面する側板上に植設された前記特許請求の範囲
   第２項記載の隔膜式電解槽。 ５ 第二の電極室内の電極が槽の天蓋に植設された前記
   特許請求の範囲第２項記載の隔膜式電解槽。 ６ 着脱可能な１つの壁板が天蓋である特許請求の範囲
   第１項記載の隔膜式電解槽。 ７ 第二の電極室内の電極が槽の底板に植設された前記
   特許請求の範囲第６項記載の隔膜式電解槽。 ８ 第二の電極室内の電極が槽の側板上に植設された前
   記特許請求の範囲第６項記載の隔膜式電解槽。 ９ 着脱可能な１つの壁板が底板である前記特許請求の
   範囲第１項記載の隔膜式電解槽。 １０ 第二の電極室内の電極が槽の天蓋に植設された前
   記特許請求の範囲第９項記載の隔膜式電解槽。 １１ 第二の電極室内の電極が槽の側板上に植設された
   前記特許請求の範囲第９項記載の隔膜式電解槽。