JPS6120635B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電解槽の改良に関するもので、特
に、電解槽内に垂直に配置されて例えば、水また
はアルカリハロゲン金属または塩酸の水溶液のよ
うな電解液を電解してガスを発生させるための導
電性の極板を具え、電解槽内に水平方向に延びる
給電導体が前記極板の水平方向部分に接続され、
前記極板の水平方向部分以外の部分に多数の貫通
孔が設けられた電解槽に関するものである。

垂直電極を備えた膜型電解槽の設計および使用
上の主な困難さは電解液内で極板に発生したガス
（例えば塩素、酸素または水素）の規則的な排出
を保証する必要性にある。極板間の電解液中にガ
スが存在すると、実際には電解液の導電率が相当
低下し、その結果電解のエネルギ生産が低下する
ことになる。

さらに、電解液中のガスの上昇運動によつて電
角槽内の電解液の流れが乱される。電解液の乱流
は、膜が強烈な機械的応力を受けるという欠点を
もつている。膜の急な劣化を避けるため、一般に
は極の高さを制限し、電解槽の陽極と陰極との間
隔を広くし、そして電流密度を制限する必要があ
るが、これは電解槽のエネルギ生産および生産性
にとつて不都合である。

垂直電極を備えた膜型電解槽の上記の欠点を軽
減するため日本ソーダ株式会社所有のフランス国
特許第2070757号には、極板を金属板で構成し、
貫通孔を設け、そしてガスを極板の後方へ導くよ
うに孔の上方に下向きに傾斜した水平ガス偏向部
材を設設けた中空の陽極を用いることが提案され
ている。

しかしながら、これらの周知の有孔陽極板は、
電気抵抗が非常に高いという欠点をもつている。
このため、膜型電解槽における電解液を通しての
ジユール効果による損失の相当な軽減を認めたと
しても、この点はこれらの周知の有孔陽極板の過
度の電気抵抗に固有の欠点でほとんど相殺されて
しまう。さらに、電気抵抗が非常に高いため、陽
極板の高さを下げて過度の電位勾配を避ける必要
がある。

さらに、この型式の周知の有孔陽極板を備えた
膜型電解槽では、膜は急速でしかも一様でない劣
化を受けやすく、局部的に孔のあくことが実際に
見い出された。

この発明は周知の電極の上記した全ての欠点を
解決することを目的とするものである。

従つて、この発明は、電解槽内に垂直に配置さ
れて電解液を電解してガスを発生させるための導
電性の極板を具え、電解槽内に水平方向に延びる
給電導体が前記極板の水平方向部分に接続され、
前記極板の水平方向部分以外の部分に多数の貫通
孔が設けられた電解槽において、前記貫通孔を垂
直方向に延びる細長い垂直スロツトで形成し、各
垂直スロツトと平行に垂直方向に延びる細長い羽
根を各スロツトに隣接して設け、各羽根を極板面
から傾斜して突出させて各スロツトの前方に対向
して位置させていることを特徴とする。

極板の給電導体に接続される水平方向部分と
は、例えば、極板の上端縁部または下端縁部にお
いて水平方向に連続して延びる部分あるいは、極
板の高さの中央部を水平方向に延びる水平方向部
分で給電導体に接続される部分を意味し、図示の
例では、極板１，２の下端縁部３に接合された金
属結合条片４で示されている。

この発明の電極における垂直スロツトは、垂直
方向にのびる細幅の貫通孔であつて、その高さは
幅の少なくとも２倍である。垂直スロツトの高さ
は有利にはその幅の少なくとも５倍、好ましくは
少なくとも７倍に等しい。好ましくは、垂直なス
ロツトは極板の全幅にわたつてほぼ一様に分布さ
れる。

極板または垂直スロツトの幅は極板の上記水平
方向部分に平行な方向におけるこれらの寸法を意
味する。

この発明によれば、極板の垂直方向に延びる垂
直スロツトはそれらの間に、極板のほぼ全高にわ
たつてのびる金属の垂直な帯状条片部を有してい
る。これらの垂直な帯状条片部の幅は有利には垂
直スロツトの幅の１〜４倍である。

この発明によれば、極板上の羽根の最適傾斜は
一般に垂直スロツトの寸法および極板の厚さに関
係する。この傾斜角度は有利には、羽根が極板の
面に対してほぼ10゜〜80゜、好ましくは30゜〜70
゜の角度をなすように設定される。

以下に本発明の効果を列記する。

他の全ての条件が同じなら、この発明による電
極は、電気抵抗が上記した周知の有孔電極より相
当低く、電解槽のエネルギ生産に有利であるとい
う利点をもつている。このことによつてまた電極
の高さを比較的高くできる可能性も生じてくる。

さらに、この発明による電極はその表面に発生
されたガスの容易でしかも急速な排出を保証し、
この特徴は膜型電解槽の陽極と陰極との間隔を相
当減少できかつまた他の全ての条件が同じなら電
解槽内の電解液の電気抵抗を減少できるという付
加的効果をもたらす。

従つてこの発明によれば、上述の構成の電極を
具えることにより、膜型電解槽のエネルギ生産を
増加しそしてこれらの電解槽において電流密度の
増加と陽極−陰極間隔の減少と電極の高さの増加
を一度に同時に可能にするというに効果をもたら
す。これらの効果によつて床のスペースが同じで
ある場合膜型電解槽の生産能力を相当に増大する
という有利な結果が得られる。

さらに本発明による膜型電解槽は、上述した構
成の電極を具えることによつて膜特に石綿隔壁の
寿命を多少のばすという有益な効果が得られるこ
とが観察された。

この発明による電極は、水、塩酸の水溶液また
はアルカリ金属塩化物の水溶液を電解する膜型電
解槽の陽極として好適である。応用例では、陽極
は有利には、チタン、タルタル、タングステン、
ニオブ、ジルコニウムおよびこれらの金属の合金
からなる群から選んだ材料で作つた金属板を用い
て周知の方法で構成され、極板は羽根に対向した
表面上に、白金、イリジウム、オスミウム、パラ
ジウム、ロジウム、ルテニウムこれらの金属の合
金およびこれらの金属の化合物例えば配化物から
成る群から選んだ材料で作つた導電性被覆を備え
ている。例として、この発明による極板の導電性
被覆は有利にはベルギー国特許第769677号、同第
769680号、同第784255号および同第785605号（こ
れら四つとも本出願人の所有）に記載された被覆
の一つから成る。

変更例としては、この発明による電極は水、塩
酸の水溶液またはアルカリハロゲン金属の溶液を
電解する膜型電解槽の陰極としても適し、そして
このこの場合は、極板は例えば鋼、ニツケルまた
はこれらの金属の合金で作られる。

この発明による極板を備えた膜型電解槽におい
て、“膜”は不活性物質から成る電解質浸透性の
隔膜又は選択透過性膜を意味する。

周知の隔膜の例としては、米国特許第1855495
号およびベルギー国特許第773918号に記載された
もののような石綿の隔膜、ベルギー国特許第
800949号および同第814510号に記載されたものの
ような石綿とポリフツ化ビニリデンの小繊維との
混合物で作つた多孔性板およびベルギー国特許第
794889号、同第817675号、同第817676号および同
第817677号に記載されたもののようなポリテトラ
フルオロエチレンの多孔性板がある。

“選択透過性膜”とはイオン交換物質から成る
薄い非有孔性膜を意味している。塩水の電解槽に
適したイオン交換膜の例としては、SO₃ ^-族を含
みテトラフルオロエチレンとスルホン化パーフル
オロビニルエーテルとを共重合化して作つた例え
ば“NAFION”（EI du Pont de Nemours and
Co）の名称で知られた膜のような陽性膜があ
る。

この発明の一実施例では、電極はエキスパンド
メタル板から成る。この実施例における電極で
は、羽根の傾斜角は、垂直スロツトの幅を決定す
るエキスパンドメタル板の引伸し条件によつて決
定される。垂直スロツトの深さは、少くとも電極
の厚さ好ましくはこの厚さの1.2倍に等しくなる
ように上記傾斜角を調整するのが有利である。

特に多極板を備えた膜型電解槽に適したこの発
明による極板の別の実施例では、この発明による
電極は中空箱の形状を成し、垂直スロツトと垂直
羽根とを備えた上記の垂直な導電性極板はこの目
的で、同様に垂直スロツトと垂直羽根とを備えた
同様な対称的導電性極板と相対して設定され、こ
れら二つの極板はそれらのそれぞれの羽根が極板
の外面に向つて曲がるように配列される。

この発明によるこの特殊な実施例の電極を備え
た膜型電解槽では、電極の外側に対向した二つの
極板の表面に同時に発生したガスは二つの極板間
に形成された箱内に集められ、そこから電解槽の
外部へ排出される。従つてこの発明によるこの実
施例の電極は電解槽において陽極と陰極との間を
循環する電解液内のガスの存在を避け、他の全て
の条件が同じならば、極板間の電解液の電気抵抗
を減少しそしてガスによる腐食を通じての膜にお
ける機械的作用を抑制するという効果がもたらさ
れ、さらに陽極−陰極距離を減少でき、その結果
陽極と陰極との間の電解液層の電気抵抗をさらに
減少することができる。

この発明の特徴及び詳細を、この発明による膜
型電解槽及び極板の幾つかの実施例を示す添付図
面についての説明により明らかにする。

第１，２図に示す第１の実施例では、この発明
による電極は一対の垂直金属板１，２を有し、こ
れらの金属板１，２はそれらの下端縁部３におい
て水平方向に延びる金属結合条片４によつて互い
に一体に接合されている。この金属結合条片４は
水平方向部分を構成し、その中間領域の全長に沿
つて溶着され、電解槽内に水平方向に延在して設
けられた水平給電導体に接続される。

この発明によれば、一対の垂直金属極板１，２
はこれらの金属極板１，２の全幅に沿つて一様に
分布した多数の垂直スロツト６が第１図にその一
側を破線で示すように垂直方向に延長して水平方
向に一定の間隔で離間して設けられ、これら垂直
スロツト６間に金属極板１，２のほぼ全高にわた
つてのびる幅の等しい金属の連続した垂直条片部
７が設けられている。金属極板１，２は垂直スロ
ツト６に沿つて垂直羽根２３を有し、これらの羽
根２３は垂直スロツト６の前方に対向して位置す
るような極板の前面から外側へ突出されている。
なお、第１図において、羽根２３の一部を切除し
て、垂直スロツト６を露出させて示している。各
金属極板１，２の羽根２３は好ましくは全て互い
に平行に同方向に、列えば金属極板１，２の平面
と30゜〜70゜の角度を成して曲げられる。

第１，２図の極板においては、羽根２３は例え
ば金属極板１，２に溶着して構成され得る。代り
にこれら羽根は垂直スロツト６間に位置する連続
垂直条片部７の部分を曲げて形成してもよい。

金属極板１，２および羽根２３は電解液および
電解生成物と接触して腐食しない材料で構成する
必要がある。

金属極板１，２を構成する材料はさらに、極板
の外部に向いた連続垂直条片部７の表面において
ガスを発生させる特殊な電解反応を行なうことの
できるように選択される。

従つて、第１，２図の極板が例えば隔膜または
イオン交換膜を備えた電解槽における水、塩水ま
たは塩酸溶液の電解において塩素または酸素を発
生する陽極反応を行なうようにされる場合には、
金属極板１，２、それらの連続垂直条片部７、羽
根２３、結合板４および中央の金属条片５は有利
にはチタンで構成され、陽極の外面に向いた連続
垂直条片部７の表面は陽極反応を保証する導電性
被覆例えば酸化ルテニウムと二酸化チタンとの混
合物から成る被覆で覆われる。変更例では、陽極
の外面に向う羽根２３の表面もまた陽極反応を保
証する被覆で覆われる。

第１，２図の電極を電解で水素を発生する極板
として用いる場合には、電極全体は鋼またはニツ
ケルで作られ得る。

第１，２図に示す電極では、金属極板１に設け
る垂直スロツト６は金属極板２における垂直スロ
ツト６と相対させて配列され得る。

第３図に示す第１，２図の電極の変形実施例で
は、金属極板１の垂直スロツト６は金属極板２の
垂直スロツト６と交互に配置されている。

第４図に示す第３図の電極の変形では、金属極
板１の連続垂直条片部７は横方向垂直仕切部材１
８を介して金属極板２の連続垂直条片部７に結合
され、上記仕切部材１８はそれらの条片部７と二
つの金属極板１，２との間に垂直スロツト６に通
じる垂直通路１９を形成している。

第５〜８図に示す実施例では、二つの垂直極板
１，２の各々には各極板の表面に一様に垂直スロ
ツト８の垂直列が設けられる。各列の垂直スロツ
ト８は隣接した列のスロツト８と交互に配置され
て、それらの間に金属条片部９を形成している。
これらの金属条片部９はそれらの垂直軸のまわり
で曲げられて羽根を形成し、これらの羽根は垂直
極板１，２の平面に対して斜めに配置され、そし
て極板の外面に向つて垂直スロツト８の前方へ突
出している。

第９図には第１，２図について説明した型式の
陽極を備えた塩化ナトリウムまたは塩化カリウム
塩水の電解に適した隔膜型電解槽を示す。明瞭に
するため陽極の傾斜した羽根２３は図示していな
い。

第９図の電解槽は周知のようにアルミニウム製
の一連の水平梁部材１０から成る陽極組立体をも
ち、これら水平梁部材１０間に陽極の金属条片５
が挿置され、従つて極板１，２は垂直に配列され
る。

水平梁部材１０は下端部３を介して陽極板１，
２への給電導体として働く。

水平梁部材１０および陽極は、水平梁部材１０
と陽極の中央の条片５とを通るねじ付棒１３の端
部にナツト１２をねじ込むことによつて堅固な単
一組立体に構成される。この型式の組立体は本出
願人の出願に係わるフランス国特許出願第
7513313号明細書に記載されている。

第９図の電解槽の陽極組立体はその周囲に鋼製
の陰極ケーシング１４を備えており、この陰極ケ
ーシング１４は陰極ポケツト１５を支持してお
り、陰極ポケツト１５の多孔壁は隔膜（図示して
いない）で覆われている。陰極ケーシング１４に
は電解槽を閉じるカバー１６が設けられている。

電解槽の作動中、陽極板１，２の外表面に生成
された塩素ガスは陽極内の空所１７を通り、この
空所１７を上昇してカバー１６の下を通つて電解
槽から抽出される。こうして陽極と隔膜との間を
循環する塩水の流れ中の塩素ガスの存在は避けら
れる。

第９図の電解槽の変形（図示していない）で
は、電解槽にはNAFION膜（EI Du Pont de
Nemours and Co）のようなイオン交換膜が設け
られる。この型式の膜型電解槽は塩水を陽極隔室
内へ供給し、陰極隔室内へ水を供給して塩素、水
素および実際に塩化ナトリウムを含まない水酸化
ナトリウムの水溶液を生成する。

第１０図に示す変形実施例では、電解槽の下方
部分は例えばチタン製の基板２０で閉じられてい
る。陽極の金属条片５はチタン製の円筒状ピン２
１に一定間隔で溶着され、これらの円筒状ピン２
１は基板２０を通り、基板２０の下に位置しかつ
支持体２３上にのつた金属棒２２で支持されてい
る。有利には銅またはアルミニウムから成る金属
棒２２は陽極への電流供給部材および陽極と基板
２０とに対する支持部材として働く。

この型式の陽極組立体は本出願人の所有するベ
ルギー国特許第806280号明細書に詳しく記載され
ている。

電極及び電解槽の変形としては、以上に記載の
他に、この発明の範囲から離れることに種々の変
更を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電極の第１実施例を示す
一部破断正面図、第２図は第１図の−面断面
図、第３図は第１，２図の電極の変形実施例を示
す第１図の−面断面図、第４図は第１，２図
の電極の別の変形を示す第３図同様の図、第５図
は本発明に係る電極の第２実施例を示す第２図同
様の断面図、第６図は第５図の−面に沿つた
部分断面図、第７図は第５図の−面に沿つた
部分断面図、第８図は第５〜７図の電極の部分正
面図、第９図は本発明に係る膜型電解槽の一実施
例を示す縦断面図、第１０図は本発明に係る電解
槽の別の実施例を示す部分縦断面図である。 １，２…極板，６，８…垂直スロツト，９，２
３…羽根。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少くとも２つの電極をもち、それら電極のう
   ちの少くとも一方の電極が多数の貫通孔をもつ垂
   直に配置された極板１，２を有し、一つの間膜が
   電極間に配置され、給電導体１０，２２が、前記
   極板の水平上端縁部又は下端縁部３或いは前記の
   上端縁部又と下端縁部の中間に位置する水平条片
   部に接続されているところの電解槽において、 前記多数の貫通孔の少くとも一部が垂直方向に
   長い垂直スロツト６，８であり、 垂直方向に配置された細長い各羽根２３，９が
   前記の垂直スロツト６，８に隣接して設けられ、
   前記各羽根２３，９は前記極板１，２に縦に取付
   けられ、また前記極板１，２から斜めに突出し隣
   接する前記の垂直スロツト６，８に対向している
   ことを特徴とする構造。 ２ 前記垂直スロツトが極板の全幅にわたつてほ
   ぼ均等に分布していることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の電解槽。 ３ 前記垂直スロツトがすべての同一寸法である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項に記載の電解槽。 ４ 前記垂直スロツトが極板のほぼ全高にわたつ
   てのびていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １〜３項のいずれかに記載の電解槽。 ５ 前記垂直スロツトの高さがその幅の少なくと
   も５倍に等しいことを特徴とする特許請求の範囲
   第１〜４項のいずれかに記載の電解槽。 ６ 前記のすべての羽根が互いにほぼ平行である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜５項のい
   ずれかに記載の電解槽。 ７ 前記の各羽根が隣接垂直スロツトに対向する
   方向に傾斜突出していることを特徴とする特許請
   求の範囲第１〜６項のいずれかに記載の電解槽。 ８ 前記の各羽根が垂直スロツト間に垂直方向に
   延びる導電性条片部を曲げることによつて形成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１〜
   ７項のいずれかに記載の電解槽。 ９ 前記の羽根が板の平面とほぼ10゜〜80゜の角
   度を成すことを特徴とする特許請求の範囲第１〜
   ８項のいずれかに記載の電解槽。 １０ 前記羽根が板の平面とほぼ30゜〜70゜の角
   度を成すことを特徴とする特許請求の範囲第９項
   に記載の電解槽。 １１ 前記極板がエキスパンドメタル板で形成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第７〜
   １０項のいずれかに記載の電解槽。 １２ 前記極板および羽根が鉄、ニツケルおよび
   これらの金属の合金から成る群から選んだ材料で
   作られていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １〜１１項のいずれかに記載の電解槽。 １３ 前記極板および羽根がチタン、タルタン、
   タングステン、ニオブ、ジルコニウムおよびこれ
   らの金属の合金から成る族から選んだ材料で作ら
   れ、また極板の羽根に向けられた表面に、白金、
   イリジウム、オスミウム、パラジウム、ロジウ
   ム、ルテニウム、これらの金属の合金およびこれ
   らの金属の化合物から成る群から選んだ材料で作
   つた導電性被覆が設けられることを特徴とする特
   許請求の範囲第１〜１１項のいずれかに記載の電
   解槽。 １４ 前記垂直スロツトから離れた前記羽根の表
   面に、白金、イリジウム、オスミウム、パラジウ
   ム、ロジウム、ルテニウム、これらの金属の合金
   およびこれらの金属の化合物から成る群から選ん
   だ材料製の導電性被覆が設けられることを特徴と
   する特許請求の範囲第１３項に記載の電解槽。 １５ 垂直な極板が同様の垂直な極板に相対して
   配置され、極板の傾斜した羽根が電極の外方に向
   つて曲げられること特徴とする特許請求の範囲第
   １〜１４項のいずれかに記載の電解槽。 １６ ほぼ垂直な横断仕切り壁が二つの極板をそ
   れぞれの垂直スロツト間で互いに結合しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１５項に記載の
   電解槽。 １７ 二つの極板がそれらの上または下端縁に沿
   つて延在する導電性結合条片で電流供給源に結合
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   ５，１６項のいずれかに記載の電解槽。