JPS6121315B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に電解液を外側にある気−液分
離装置から、電気化学セルの内部の適当な電極フ
レームへと、再循環させるために使用される装置
に関する。さらに特定的に延べると、本発明は、
再循環される流体と補給される流体との完全な混
合を促進し、且つ電解液の内部循環ループを通し
ての制御された濃度勾配が得られるようにすると
ともに、電気回路の電気の大地への漏洩を最小限
にとどめるようにして、外側にある気−液分離装
置内の適当な流体補給装置をそれぞれ個々の電極
フレームに接続する改良された再循還装置に関す
る。

電解工程での生成物である塩素および苛性アル
カリは、今日工業化された世界において多量に出
まわる商品となつた基本的な化学製品である。圧
倒的な量のこれらの化学製品は、アルカリ金属塩
化物の水溶液から電解により生成される。これら
の化学製品を伝統的に生成してきた電解槽は、ク
ロールアルカリ電解槽として知られるようになつ
た。クロールアルカリ電解槽は、今日一般的には
二つの主な型式、すなわち沈着アスベストダイヤ
フラム型電解槽または流動水銀カソード型電解槽
からなつている。比較的最近の技術的な進歩、例
えば寸法的に安定したアノードの開発および種々
のコーテイング組成物の開発が、電極間の隙間を
実質的に減少させてきた。これは、これらのエネ
ルギー消費の大きい装置での操作中のエネルギー
効率を、劇的に増大させた。

液圧不透過性膜の開発により、比較的に汚染さ
れていない苛性アルカリ生成物を生成する、フイ
ルタープレス膜クロールアルカリセルの出現が促
進されてきた。この純度がより高い苛性アルカリ
生成物は、苛性アルカリ精製および濃縮処理を行
なう必要をなくしている。液圧不透過性の平坦な
膜は、複極式フイルタープレス膜電解槽に最も普
通に使用されてきたが、単極式フイルタープレス
膜セルの開発においても、依然として進歩が続け
られている。

アノードおよびカソードの内部において消耗し
た流体の補給は、先行技術の構造においては、単
に補給される流体を電極の中に送るだけの外側の
供給管系を備えることにより実施されてきた。こ
れらの供給管系は通常、新鮮な電解液流体を適当
な電極の頂部に供給するかまたはダイヤフラム型
セルの場合には電解液貯蔵容器の頂部に供給する
ようにした外側の供給管系を備えることにより、
消耗した電解液流体に新鮮な電解液流体を補給し
ている。

また先行技術の構造では、内部供給管系を使用
することにより、消耗した流体に新鮮な流体を補
給してきた。これらの供給管系は、新鮮な電解液
を電極の底部の方に向て送入するために既存の電
極フレームのサイドチヤンネルを利用するか、ま
たは短い供給管系を介して電解液を頂部から電極
の中へ供給する方法のいずれかによつて、カソー
ドの場合には脱イオン水、またアノードの場合に
は塩ブライン、のいずれかの流体を補給する。こ
れに代る別の方法は、補給されるブラインをパイ
プに接続された斗型構造体の中に注ぎ込んで、
その後でその補給されるブラインを電解液貯蔵容
器の底部に向つて流動させ、該底部においてその
濃縮された補給ブラインを既存の電解液と混合さ
せることである。

これらの方法はすべて、新鮮な電解液を電極保
持容器の内にある個々の電極中の既存の電解液と
完全に混合させることができない。これらの先行
技術の方法では、新鮮な電解液がセル膜と接触す
る前に、新鮮な電解液と既存の電解液とを完全に
混合させることができない。これらの方法はま
た、電解が起るセルの領域を電解液が通過すると
きに、その電解液に段階的且つ漸進的な濃度変化
をさせることができない。最後に、これらの先行
技術の方法のいずれもが、大地への電流の漏洩を
充分に阻止することができない。フイルタープレ
ス膜クロールアルカリセルにおいて、電解液流体
が個々の電極に入る前に、その電解液流体を完全
に混合させることができないということは、さら
に一層問題となる。この膜は、該膜が陰極液供給
管からカソードの中に供給される脱イオン水を吸
収すると、膨脹するかまたは膨潤するような性質
を有している。これらの膜はまた、もしみ該膜を
脱水させる傾向のある塩ブラインのような電解液
が高い濃度で存在する場合には、収縮することが
ある。新鮮な電解液と消耗した既存の電解液とが
完全に混合されない場合には、電解液の濃度レベ
ルはセル全体にわたり異なる位置のところで変化
することになる。さらに濃縮された電解液には、
その電解液が膜と接触するこれらの領域中で、膜
を脱水させる傾向がある。この脱水は、この点に
おいて膜を収縮させる傾向がある。フイルタープ
レス膜にこのような差異のある膨潤および収縮を
生ずることは、セル全体の操業効率を減少させる
という操作上の問題を惹起する。

また、新鮮なブラインまたはその他の電解液の
化学薬品を、電極の中に直接に添加することによ
り生ずる問題で、フイルタープレス膜クロールア
ルカリセルに特有の別の問題がある。このような
特殊な問題は、これらの化学製品をアノードへ直
接に添加することにより該化学薬品による膜の局
部的な腐食が惹起されるような装置を用いている
セルのアノードに発生する。かかる化学薬品と膜
との反応は、膜の操業寿命期間を短縮させ且つ装
置の効率におおむね悪影響をおよぼす。

セルの流体を再循環させ且つ補給する先行技術
の方法のいずれもが、セルの効率を最適化させて
いない。使用された先行技術の方法では、屡々、
脱イオン水を添加したときに、カソード中の苛性
アルカリを過度に希釈させることがある。苛性ア
ルカリの希釈は、通常、苛性アルカリ生成物を取
り出す前に脱イオン水が装置に添加される場合に
起る。

フイルタープレス膜クロールアルカリ電解槽に
関して、依然として発生している問題は、大地へ
の電気の漏洩に起因する電流の損失であつた。こ
れは明らかに個々のセルの綜合的な効率を低下さ
せる。

それに加えて、セルの内部の金属製の供給ノズ
ルの過度の腐食は、また各々の装置のエネルギー
の有効性を低下させる。しかしながら、さらに重
要なことは、セルの内部の金属部分の腐食によ
り、その流路に沿つての流体の漏洩、構造上の損
傷または電解液の閉塞が惹起されることがあるこ
とである。この腐食は、影響を受けた構成部分に
特徴的にみられる高い電位によつて促進されて、
出費をもたらす操業休止や修理の原因となりう
る。

大地への電流の漏洩量を減少させようと試みた
結果、塩ブラインがセルの中に送られる前に塩ブ
ラインの導電性のある流れを小滴に破砕するため
に、ブライン供給管系にオリフイスおよびその他
の装置を使用するようになつた。これらの塩ブラ
インの小滴は、電流がその電解液を通して流れ
て、ブライン供給装置を経てセルから外部に流出
することを阻止する。このブラインの小滴化は、
「ブレーカー効果（breaker eff−ect）」と呼ばれ
てきた。このような装置は、より少量の電解液の
流れに対しては有効であることが判明している。
しかしながら、今日使用されている大規模の商業
用生産設備においては、この目的のために使用す
るように提案されたこれらの装置およびその他の
装置は満足なものとはいえず、屡々取扱いが厄介
であり且セルの効果的な操業を妨害することが判
明している。このブレーカー効果を発生させる際
に遭遇する問題のうちの代表的なものは、オリフ
イスおよびその他のこのような装置が、フラツデ
イングを起したり、またより大きい寸法の機器を
使用する必要上保守管理の増大をきたすために、
効果的でなくなる傾向を生ずることである。ま
た、今日使用されている大規模の商業用設備にお
いては、大きい容積容量を有する機器を必要とす
ることから、このような装置の効果的な操作の可
能性を超えるものとなつてきている。

前記の問題は本発明を組み入れた装置の設計に
より解決される。

本発明の主な一つの目的は、フイルタープレス
膜電解槽において、ブラインおよび脱イオン水を
電解液の再循環乱流の中に供給して、ブラインお
よび脱イオン水をそれらが膜に接触するようにな
る前に完全に混合させて、それにより膜に差異あ
る膨潤および収縮を生じないようにする改良され
た再循環装置を、電解槽の内部に設けることであ
る。

本発明の別の一つの目的は、電解液中にわずか
な濃度勾配を許容せしめてそれにより電圧および
電流効率を増大させるように、濃縮された塩ブラ
インを各々のアノードの中に添加する。改良され
た再循環装置を提供することである。

本発明の別の一つの目的は、電解液流体中にわ
ずかな濃度勾配を許容せしめてそれにより電圧お
よび電流効率を増大させるように、脱イオン水を
各々のカソードの中に添加する、改良された再循
環装置を提供することである。

本発明の別の一つの目的は、各々の電極の内部
の流体の濃度をさらに良好に均質化させる改良さ
れた再循環装置を、各電極区画室の内部に設ける
ことである。

本発明のさらに一つの目的は、操作中に大地に
逃出することによる電流の損失量を減少させ、従
つて電食に起因する損傷を減少させる、改良され
た再循環装置を提供することである。

本発明の一つの特徴は、改良された再循環装置
では、アノードおよびカソードを分離し且つそれ
らのそれぞれの電解区画室の境界を形成している
膜に新鮮な供給流体を接触させる前に、新鮮な供
給ブラインおよび脱イオン水を再循環乱流の中に
注入するために、適当な気−液分離装置の内部に
複数個の小さい供給管系を使用していることであ
る。

本発明の別の一つの特徴は、適当な気−液分離
装置と対応する個々の電極とを接続していて該気
−液分離装置から個々の電極へと電解液流体を再
循環せしめるより大きい導管の内部に、それぞれ
の小さい供給管が挿入されていることである。

本発明のさらに一つの特徴は、各々の供給管
が、適当な気−液分離装置と電極とを接続してい
てその内部に該供給管が挿入されている導管の横
断面積よりも、実質的に小さい横断面積を有して
いることである。

本発明の一つの利点は、改良された再循環装置
が、供給ブラインおよび供給水と流出液との混合
を防止し、且つ大地への電流の漏洩に対する抵抗
を増大させることである。

本発明の別の一つの利点は、供給ブラインおよ
び脱イオン水を適当な電極の中に注入するために
使用される小さい供給管が、それに対応する導管
の中にずつと中まで延びていて、それにより再循
環装置の入口および出口における電位をセルの入
口および出口に用いられている金属に電食が起る
電位よりも低いレベルの電位にまで減少させるこ
とである。

改良された再循環装置のさらに一つの利点は、
各電極への個々の供給管が流体のさらに均一な混
合を促進するので、それによりすべての電極の内
部の流体の濃度がより一層均一になることであ
る。

本発明のこれらの目的およびその他の目的、特
徴ならびに利点は、塩ブラインおよび脱イオン水
の補給装置が複数個の供給管であつて外側にある
それぞれの気−液分離装置と適切な電極とを接続
している導管装置の内部に個別的に挿入された供
給管に接続され、それによつて各々の供給管に
個々の電極へと塩ブラインまたは脱イオン水を補
給させるようにし、さらに各々の供給管は該導管
の中に所定距離延び且つ該導管の横断面積よりも
実質的に小さい所定の横断面積を有し、それによ
り補給される流体の流れの導出口が導管装置内部
の再循環流体の流れの中にあつて、個々の電極区
画室に入る前の流体を最大限に混合させ、且つ大
地への電流の漏洩を減少させるようにした、改良
された電解液再循環装置をフイルタープレス膜ク
ロールアルカリ電解槽に設けることにより、達成
される。

本発明の利点は特に添付図面に関する以下の詳
細な開示を読めば明らかになろう。

第１図には全体を符号１０で示したフイルター
プレス膜セルの側面斜視図を示してある。カソー
ド１１およびアノード１２が交互に配置され且つ
おおむね垂直方向に向けられていることが理解さ
れよう。カソード１１およびアノード１２は、垂
直サイドフレーム部材１４、水平サイドフレーム
部材１５および中間の垂直サイドフレーム部材１
６（その１個のみを図示してある）により支持さ
れている。カソード１１およびアノード１２は、
一緒に合わせて抱き締められ且つ一連の控えボル
ト１７により固定される。控えボルト１７は垂直
サイドフレーム部材１４に固定された適当な取付
け部材を通して挿入されている。電解工程中にお
ける電極間の短絡を防止するために、控えボルト
１７は控えボルト絶縁材１８を有している。控え
ボルト１７は絶縁材１８を介してカソード１１お
よびアノード１２の領域内を貫通する。

電流が例えば外部電源からアノード母線２７を
通り、且つアノード母線ナツト３３を経てアノー
ド導体桿１３に通される。導体桿１３は電流をそ
の点からアノード面４２（第３図の略図参照）に
通す。電流は膜２２を通し、対向したカソード面
（図示せず）、カソード導体桿２１およびカソード
母線ナツト２０を通してカソード母線１９まで流
れ続け、カソード母線１９においてセル外部の電
路に繋つている。今述べたカソード導電装置から
フイルタープレス膜セルの反対側にアノード導電
装置が設けてあり、このアノード導電装置は第２
図に最も明瞭に示してある。第１図には、各々の
アノード１２およびカソード１１が膜によりいか
に分離されているかを例示するために、イオン選
択性透過膜２２を図解的に示してある。

一連の流体を流す導管がアノードおよびカソー
ドの頂部から突出している。第１図および第２図
には、各アノード１２の頂部から突出するアノー
ド上昇管２３およびアノード下降管すなわち陽極
液戻り管２４が示されている。同様に、各カソー
ド１１の頂部から突出するカソード上昇管２５お
よびカソード下降管すなわち陰極液戻り管系２６
が示されている。上昇管２３，２５は一般にガス
を随伴した適当な電解液流体、すなわち塩素ガス
を伴なう陽極液または水素ガスを伴なう陰極液の
いずれかを、フイルタープレス膜セル１０の頂部
に装着された適当な気−液分離装置に送るために
用いられている。陽極液気−液分離装置は全体を
符号２８で示してあり、一方陰極液気−液分離装
置は全体を符号２９で示してある。各々の気−液
分離装置はセル１０の頂部に気−液分離装置サポ
ート３０により支持されている。これらの気−液
分離装置の各々の中では、随伴したガスが陽極液
流体または陰極液流体液体から適宜分離可能にな
つており、且つ特定の陰極液気−液分離装置カバ
ー３１または陽極液気−液分離装置カバー３２に
固定された陰極液ガス放出管３４または陽極液ガ
ス放出管３５のいずれかを経て特定の気−液分離
装置から放出せしめられる。

また、第１図および第２図には陰極液補給導管
３６の一部分を例示してある。この導管３６は陰
極液気−液分離装置２９の中に脱イオン水を送入
する。脱イオン水は陰極液気−液分離装置２９を
介してセル１０の中の各々のカソード１１に適宜
送られる。陰極液導出管３７もまた部分的に例示
してあり、且つ苛性アルカリをその適切な処理装
置に除去することにより陰極液気−液分離装置３
７の中の液面を制御する役目をする。

陽極液補給導管３８は新鮮なブラインを陽極液
気−液分離装置２８の中に送る役目をなし且つ第
１図および第２図に最も明瞭に示してある。新鮮
なブラインは、その後陽極液気−液分離装置２８
から下降管２４を経て各アノード１２の中に再循
環せしめられる既存の陽極液流体とともに、各ア
ノード１２の中に適宜送入される。陽極液導出管
３９はまた図示されていて、且つそれから消費さ
れたブラインを再生のために除去することによ
り、陽極液気−液分離装置２８の内部の陽極液流
体の液面が制御されるという役目をする。

また第１図および第２図には、適切な電極から
電解液を排出するために用いるカソード底部マニ
ホールド４０およびアノード底部マニホールド４
１を示してある。

フイルタープレス膜セル１０については、その
主要構成部分の構造および機能は当業者によく知
られているので、全般的にのみ記載した。フイル
タープレス膜セル１０のさらに詳細な且つ充分な
説明は、米国特許第4451346号明細書に記載され
ている。ここで本明細書には、この開示内容と一
致する関連部分を参考のために特に記載してあ
る。

再び第２図を参照すると、陰極液補給導管３６
および陽極液補給導管３８が複数個の陰極液供給
管４５および陽極液供給管４４（それらの各々の
１個のみを第２図に示してある）にそれぞれ接続
されていることが理解できよう。陽極液供給管４
４および陰極液供給管４５は、それらのそれぞれ
の補給導管３８および３６から、適当なアノード
下降管すなわち導管装置２４またはカソード下降
管すなわち導管装置２６の中を下方に向けて延び
ている。アノード下降管２４およびカソード下降
管２６が、それらの適切な電極の内部から陽極液
気−液分離装置２８または陰極液気−液分離装置
２９の中へと適宜上方に延びている。これは、ア
ノード上昇管２３またはカソード上昇管２５によ
り適切な気−液分離装置の中に上方に送られてく
る適切な流体を、適切な気−液分離装置を通して
循環させ且つ適切な電極の中へと下方に向けて再
循環させることを可能ならしめる。しかしなが
ら、カソードに用いられる脱イオン水は補給しな
ければならないし、またアノードの中のブライン
もまた補給しなければならないので、陰極液補給
導管３６および陽極液補給導管３８はセル１０の
内部に設けられている。従つて、脱イオン水は陰
極液補給導管３６から陰極液供給管４５を介し、
カソード下降管２６を経て各々のカソードの中に
流入する。同様に、新鮮なブラインは陽極液補給
導管３８から陽極液供給管４４を介し、アノード
下降管２４を経て各々のアノードの中に流入す
る。

第３図および第４図はさらに適切な気−液分離
装置の内部での供給管の代表的な使用状態を例示
している。第３図はアノード１２および陽極液気
−液分離装置２８とともに使用される陽極液供給
管４４を示している。第４図にはさらに、陽極液
補給導管３８が複数個の陽極液供給管４４を介し
て陽極液下降管２４と接続されていて、補給され
るブラインを各アノード１２に供給してゆく態様
が例示されている。陽極液補給導管３８は陽極液
補給導管支持フランジ４６を有している。このフ
ランジ４６は陽極液気−液分離装置２８および陽
極液補給導管３８に留められて付加的な支持を与
えている。また第３図および第４図にはさらに、
補給されるブラインすなわち濃縮されたブライン
の流れを、陽極液気−液分離装置２８から各各ア
ノード１２の中へと下方に向けて移動する再循環
電解液の中に放出させるために、陽極液供給管４
４がアノード下降管２４の中を所定距離だけ下方
に延びている態様が例示されている。

このように再循環装置の内部のこの点で再循環
電解液中へ濃縮されたブラインの流れを放出する
ことが、液体を個々のアノード１２に入れる前
に、補給されるブラインと電解液とを完全に混合
させる作用をする。この完全な混合はアノード１
２に入る前に起るので、これらの液体は各アノー
ド１２および各カソード１１を分離する膜２２に
何等かの接触をする前に完全に混合されていて、
それにより各アノード１２の内部のブラインの濃
度レベルの変化に起因する膜の膨潤および収縮の
差異の発生を回避している。さらに第３図には、
アノード１２に適切に固定されたアノードの両対
向面４２のうちの一方の面が示されている。各ア
ノード１２でのこれらアノードの両対向面４２
は、液圧不透過性膜２２と組み合わされて、選択
されたイオンのみが通る電解区画室を形成してい
る。

中間にあるセルカソード１１もまた、カソード
に適切に固定された両対向面（図示せず）を有し
ているが、両端のカソード１１（図示せず）は単
極面のみしか備えていない。アノード両対向面４
２およびカソード両対向面（図示せず）の両方共
に多数の孔が設けられている。しかしながら、液
圧不透過性膜２２はアノード１２およびカソード
１１の各々を分離していて、且つこの不透過性に
よつて、電極とそれに隣接した電解区画室との間
にある陽極液および陰極液の純粋性を維持する役
目をする。

陰極液供給管４５および陰極液気−液分離装置
２９とともに個々のカソード１１も特に詳細に示
していないが、それらの構造が陽極液供給管４
４、陽極液気−液分離装置２８およびアノード１
２を例示した第３図および第４図に示した構造と
実質的に同一であることを理解すべきである。

陰極液補給導管３６および陽極液補給導管３８
は、代表的には5.1cm（２インチ）の直径を有し
ており、且つそれらのそれぞれの供給管がこれら
の導管から下方に延びている。供給管は、代表的
には1.3cm（1/2インチ）の直径を有し、且つアノ
ード下降管２４またはカソード下降管２６の中に
適宜約10.2cm（４インチ）ないし22.9cm（９イン
チ）下方に延びている。しかしながら、好ましい
寸法としては、アノード下降管２４またはカソー
ド下降管２６の中に適宜約22.9cm（９インチ）な
いし約182.9cm（６フイート）下方に延びる6.4mm
（1/4インチ）の直径の供給管を使用することであ
ろう。陽極液補給管３８および供給管４４は代表
的にはポリビニリデンクロライド（PVDC）、塩
素化されたポリビニルクロライド（CPVC）、ポ
リフルオロテトラエチレン（テフロン）、また
はその他の耐食性材料で構成され、一方陰極液補
給導管３６および陰極液供給管４５はCPVCまた
はその他の適切な材料で構成されている。供給管
を構成するためには、非金属材料が通常好まし
い。しかしながら、回路電圧が問題にならない場
合には、好適な金属例えば陰極液補給導管３６お
よび陰極液供給管４５にはニツケル、また陽極液
補給導管３８および陽極液供給管４４にはチタン
を使用することができる。

陽極液供給管４４および陰極液供給管４５の直
径は、数ポンド／平方インチの均一な水頭損失を
与えるように、摩擦水頭損失により決定される。
その理由は、かかる比較的に高い水頭損失により
セル１０の内部の補給液体の配分状態が改良され
るからである。この高いレベルの水頭損失は、ま
たセルの内部の電流の漏洩を最小限にとどめ、且
つ適切な供給管からその出口位置において適切な
アノード下降管すなわち導管装置２４、またはカ
ソード下降管すなわち導管装置２６の中へと流れ
込む液体に高速度を発生させることによつて、再
循環せしめられるブラインまたは苛性アルカリ
と、新鮮なブラインまたは脱イオン水との混合を
適切に改善する役目をする。陰極液補給導管３
６、陽極液補給導管３８、陰極液導出管３７およ
び陽極液導出管３９の直径寸法は、ごく僅か数イ
ンチの均一な水頭損失を与えるように、その摩擦
水頭損失に従つて決定される。

供給される液体と再循環せしめられる液体との
比率は、供給添加物および特別の目的の如何によ
り左右され、約１；10000からの範囲とすること
ができるし、また約１：0.5からの範囲とするこ
ともできる。特に、ブラインの供給に関しては、
供給されるブラインと再循環せしめられるブライ
ンとの比率を、約１：５から約１：100までの範
囲に保つことが望ましい。その好ましい範囲は約
１：５から約１：100までの範囲である。供給さ
れるブラインまたは脱イオン水と再循環せしめら
れるブラインまたは脱イオン水とのこれらの比率
は、陽極液供給管４４および陰極液供給管４５の
内部の横断面積と陽極液下降管すなわち導管装置
２４、および陰極液下降管すなわち導管装置２５
の内部の横断面積との比率を、それぞれに約１：
４から１：1000までの範囲にすることにより得ら
れる。

特に、供給されるブラインは陽極液供給管４４
によつて、長さで僅か数インチから数フイートま
で延びるにすぎない通路を通つて小さい流れ状態
で陽極液補給導管３８からアノード下降管２４の
中に注入されるので、大地への漏洩によるセル１
０からの電気エネルギーの損失を阻止するために
充分な電気抵抗が得られる。また、陽極液気−液
分離装置２８から陽極液導出管３９を介して陽極
液を除去した後で供給ブラインがアノード１２に
添加されるので、さらに一層濃縮されたブライン
が各アノード１２の中に導入される。この濃縮ブ
ラインは、電圧効率および電流効率を増大させる
か、または必要なブライン供給量を減少させる
か、またはその両方を組み合わせて生ずる傾向が
ある。陰極液気−液分離装置２９の中では、苛性
アルカリ生成物を陰極液導出管３７を経て除去し
た後に、脱イオン水が陰極液補給導管３６を経て
添加される。このようにすることにより、苛性ア
ルカリ生成物を除去する前に脱イオン水を添加す
る場合、または逆に苛性アルカリ生成物の濃度よ
りも僅かに低い濃度の電解液を各カソードの中に
導入する場合よりも、さらに一層濃縮された苛性
アルカリ生成物が生成される。

循環する電解液に対する供給液体の添加は、気
−液分離装置からの流出液の流れを除去した後に
行なわれる。陽極液循環サイクルにおいては、こ
のようにすることにより、供給点と吐出点との間
にブラインの濃度勾配を確立することが可能にな
る。ブライン供給濃度は、陽極液供給管４４から
アノード下降管２４の中へと供給液を添加した直
後では、より高くなつている。この濃度はその後
わずかに減少するが、アノード下降管２４からの
各アノード１２の中への吐出点においては、さら
に低い濃度に減ずることが重要である。この濃度
は、電解液がアノード１２の底部から該アノード
を通つて上方に上昇し、上昇管２３を経て陽極液
気−液分離装置２８の中へ上昇するにつれて、さ
らに減少する。最も希釈された電解液すなわちブ
ラインは、ブラインが気−液分離装置２８から送
り出される陽極液導出管３９においてみられる。
陰極液循環サイクルにおいては、陰極液供給管４
５からカソード下降管２６の中へと脱イオン水供
給添加直後において苛性アルカリの濃度が最も低
く、そしてそれ故にその苛性アルカリ濃度は最高
の電流効率のための最適条件である。苛性アルカ
リの濃度は、カソード下降管２６から各カソード
１１の中への吐出点においてはわずかに増大する
が、このことは重要である。苛性アルカリの濃度
は、苛性アルカリがカソード１１の内部を上方に
上昇し、且つカソード上昇管２５を通つて陰極液
気−液分離装置２９の中に流入するにつれて増大
する。最も濃縮された苛性アルカリが陰極液気−
液分離装置２９から陰極液導出管３７を経て送り
出される。

最後に、各個々のカソード１１およびアノード
１２は、それらの陽極液供給管４４および陰極液
供給管４５を介して再循環する装置での供給電解
液を受け入れているので、カソード１１とアノー
ド１２の中では非常に均一な濃度が得られる。

操作中、フイルタープレス膜セル１０には、外
部の電源からアノード母線２７、アノード母線ボ
ルト３３およびアノード導体桿１３を経て各アノ
ード１２の中に導かれる電流が流れる。同様に、
電流がカソード母線１９、カソード母線ボルト２
０およびカソード導体桿２１を経て各カソード１
１の中に流れる。電解液流体、主として塩ブライ
ンが、陽極液補給導管３８から陽極液供給管４４
を経て、各アノード１２の中に供給される。脱イ
オン水のような陰極液流体を供給するための流体
が、陰極液補給導管３６を介し陰極液供給管４５
を経て、各カソード１１を中に供給される。陰極
液流体は、混入された脱イオン水とともに、陰極
液下降管２６を通して各カソード１１の中に下方
に送られる。

セルの内部での電解工程では、塩ブラインから
は塩素を、また脱イオン水からは水素を遊離させ
る。塩素は、陽極液流体ともにガスとして、陽極
液上昇管２３を通つて陽極液気−液分離装置２８
の中に上昇する。

気−液分離装置２８の内部では、塩素ガスが陽
極液流体から分離せしめられ、且つ適切なガス処
理装置に接続しているアノードガス放出管３５を
経て、気−液分離装置２８から出る。カソード１
１においては、水素ガスが、適切な苛性アルカリ
を含む陰極液流体とともに、カソード上昇管２５
を通つて陰極液気−液分離装置２９の中へと、上
方に向けて移動する。この水素ガスは、陰極液流
体から分離され、且つ適切なガス処理装置に接続
されているカソードガス放出管３４を経て、気−
液分離装置２９から出る。苛性アルカリは、陰極
液導出管３７を経て、適切な処理をするために除
去される。ブラインおよび脱イオン水は、それぞ
れ前述した陰極液補給導管３６および陽極液補給
導管３８を介して、各々の電極の中に補給され
る。これらの補給流体を長い長さと薄い厚さを持
つ流れ状態にある適切な液下降管の中へ注入する
ことは、陽極液流体および陰極液流体がそれぞれ
アノード１２およびカソード１１の中に送入され
るのに先立つて、ブラインと再循環陽極液流体と
の混合ならびに脱イオン水と再循環陰極液流体と
の混合を、徹底的に促進させる。

またブラインは、陽極液気−液分離装置２８の
外側において、陽極液供給管４４によつてアノー
ド下降管２４と接続されている陽極液補給導管３
８を通して、アノード１２の中に補給できること
に留意すべきである。同様に脱イオン水は、陰極
液気−液分離装置２９の外側において、陰極液供
給管４５によつて陰極液下降管２６と接続されて
いる陰極液補給導管３６を通して、カソード１１
に添加することができる。

本発明の原理を取り入れた好ましい構造を添付
図面に示し且つ説明したが、本発明がこのように
示した特定の詳細内容に限定されるべきでなく、
しかも事実上本発明のより広い態様を実施するに
あたり大幅に異なる装置を使用しうることを理解
すべきである。例えば、この明細書に開示した本
発明は、主としてブラインおよびメークアツプ水
を供給する管系に使用されるが、同じ方法および
機器はその他の添加剤、例えば酸、再循環せしめ
られる苛性アルカリ、燐酸塩溶液、硫化物溶液等
に好適である。本発明の特許請求の範囲は、この
開示内容を読んだ際に当業者が思いつくような、
各部分の細部、材料および構成に関するすべての
明らかな変更を包含するように意図されている。

【図面の簡単な説明】

第１図はアノード、カソードならびに陽極液気
−液分離装置および陰極液気−液分離装置を例示
するために適切な部分を部分欠截して示した単極
性フイルタープレス膜クロールアルカリ電解槽の
側面斜視図、第２図は気−液分離装置を各電極に
接続する適切な導管装置とともにセル支持フレー
ムおよび陽極液気−液分離装置ならびに陰極液気
−液分離装置を示した単極式フイルタープレス膜
クロールアルカリ電解槽の側面立面図、第３図は
陽極液気−液分離装置をアノードに接続する導管
の内部の電解液供給管を示すために陽極液気−液
分離装置および電極面の一部分を部分欠截して示
した個々のアノードの側面立面図、且つ第４図は
第２図を４−４線に沿つて切断して、電解液補給
マニホールドと気−液分離装置を個々のアノード
に接続する導管の内部に挿入される前記マニホー
ルドに接続された個々の供給管とを示した陽極液
気−液分離装置の拡大側面立面図である。 １０……フイルタープレス膜電解槽、１１……
カソード、１２……アノード、１３……導体桿、
２２……イオン選択性透過膜、２３……アノード
上昇管、２４……アノード下降管、２５……カソ
ード上昇管、２６……カソード下降管、２８……
陽極液気−液分離装置、２９……陰極液気−液分
離装置、３６……陰極液補給導管、３７……陰極
液導出管、３８……陽極液補給導管、３９……陽
極液導出管、４２……アノード両対向面、４４…
…陽極液供給管、４５……陰極液供給管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部での電解反応を付勢させるために使用さ
   れる電源に接続しうる電解液流体を入れたフイル
   タープレス膜クロールアルカリ電解槽１０であ
   り、前記電解槽を支持するフレーム部材１４，１
   ５，１６と、前記フレーム部材１４，１５，１６
   により支持され且つ各々がさらに二つの対向面を
   有する複数個の平坦なカソード１１と、前記フレ
   ーム部材１４，１５，１６により支持され且つ前
   記電源に接続可能でありしかも各各が一対の前記
   カソード１１の間に挿置され且つ二つの対向面４
   ２を有している複数個の平坦なアノード１２と、
   前記各々のアノード１２およびカソード１１の間
   に配置されていてそれらを横切つて流れるイオン
   および流体を制御する複数個の平坦な液圧不透過
   イオン選択性膜２２と、少なくとも部分的に前記
   フレーム部材１４，１５，１６によつて支持され
   ていて各々のカソード１１の外側に配置された陰
   極液気−液分離装置２９であつて、該気−液分離
   装置２９の内部において陰極液流体からガスを分
   離させるためにカソード１１と前記陰極液気−液
   分離装置２９との間を接続していてガスを包含せ
   る陰極液流体をカソード１１から該気−液分離装
   置２９へと送入するためのカソード上昇管２５と
   カソード１１と前記陰極液気−液分離装置２９と
   の間を接続していてガスを除去せる陰極液流体を
   該気−液分離装置２９からカソード１１へと流下
   させるためのカソード下降管２６とを備えた陰極
   液気−液分離装置２９と、少なくとも部分的に前
   記フレーム部材１４，１５，１６によつて支持さ
   れていて各々のアノード１２の外側に配置された
   陽極液気−液分離装置２８であつて、該気−液分
   離装置２８の内部において陽極液流体からガスを
   分離させるためにアノード１２と前記陽極液気−
   液分離装置２８との間を接続していてガスを包含
   せる陽極液流体をアノード１２から該気−液分離
   装置２８へと送入するためのアノード上昇管２３
   とアノード１２と前記陽極液気−液分離装置２８
   との間を接続していてガスを除去せる陽極液流体
   を該気−液分離装置２８からアノード１２へと流
   下させるためのアノード下降管２４とを備えた陽
   極液気−液分離装置２８と、該陽極液気−液分離
   装置２８から前記アノード１２に電解液を再循環
   させるために使用される所定の横断面積すなわち
   第１の横断面積を有する前記アノード下降管２４
   と、前記陰極液気−液分離装置２９から前記カソ
   ード１１に流体を再循環させるために使用される
   所定の横断面積すなわち第２の横断面積を有する
   前記カソード下降管２６と、新鮮な電解液を前記
   電解槽に流すように電解液流体を補給するために
   陽極液気−液分離装置２８の内部に設けられた陽
   極液補給導管３８と、該陽極液補給導管３８から
   前記アノード下降管２４の中に所定距離延びてい
   て前記所定の第１横断面積よりも実質的に小さい
   所定の横断面積すなわち第３の横断面積を有する
   複数個の陽極液供給管４４であつて、該陽極液供
   給管４４からの新鮮な電解液すなわち新鮮なブラ
   インの流れ出る位置が前記アノード下降管２４の
   内部の再循環せしめられる電解液の流れの中に配
   置されていてそれによつて前記の新鮮な電解液と
   再循環される電解液とをそれらの液が各々のアノ
   ード１２に流入される前に完全に混合せしめ、且
   つ前記新鮮な電解液を前記複数個の陽極液供給管
   ４４を介して前記アノード下降管２４に流入させ
   ることによつて前記新鮮な濃厚電解液を多数の小
   さい流れにしてそれによつて該新鮮な電解液の流
   れを介してのすなわち該流れを伝わつて電気の大
   地への漏洩に起因する前記電解槽１０からの電気
   的エネルギーの損失を防止するのに十分な電気抵
   抗を生ぜしめる複数個の陽極液供給管４４とを組
   み合せて備えたことを特徴とするフイルタープレ
   ス膜クロールアルカリ電解槽。 ２ 前記アノード下降管２４が横断面において少
   くとも部分的に円形であり且つ陽極液気−液分離
   装置２８から各アノード１２の中に所定距離下方
   に延びていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載のフイルタープレス膜クロールアルカ
   リ電解槽。 ３ 前記陽極液供給管４４が横断面において円形
   であり且つ前記陽極液気−液分離装置から各アノ
   ード１２までの距離よりも短い距離だけアノード
   下降管２４の内部に延びていることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第２項に記載のフイルタープ
   レス膜クロールアルカリ電解槽。 ４ 前記所定の第３の横断面積と前記所定の第１
   の横断面積との比率が約１：４から約１：1000ま
   での範囲であることを特徴とする、特許請求の範
   囲第２項に記載のフイルタープレス膜クロールア
   ルカリ電解槽。 ５ 前記陽極液供給管４４がアノード下降管２４
   の内部に約22.9cm（９インチ）から約182.9cm
   （６フイート）までの範囲の距離延びていること
   を特徴とする、特許請求の範囲第２項に記載のフ
   イルタープレス膜クロールアルカリ電解槽。 ６ 前記陽極液補給導管３８を前記陽極液気−液
   分離装置２８の内部に配置したことを特徴とす
   る、特許請求の範囲第３項または第５項に記載の
   フイルタープレス膜クロールアルカリ電解槽。 ７ 電解槽１０がさらに陰極液流体を各カソード
   の内部に補給して各カソードに新鮮な該流体の流
   れを供給するための陰極液補給導管３６を備えて
   いることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に
   記載のフイルタープレス膜クロールアルカリ電解
   槽。 ８ 電解槽がさらに陰極液補給導管３６からカソ
   ード下降管２６の中に所定距離延びる複数個の陰
   極液供給管４５を備え、前記各々の陰極液供給管
   ４５は新鮮な陰極液流体の流れの導出口がカソー
   ド下降管２６の内部の陰極液気−液分離装置２９
   からカソード１１へ再循環せしめられる流体の流
   れの中にありそれによつて各カソードに入る前の
   流体に完全な混合を行なわしめるようにするため
   の所定の横断面積すなわち第４の横断面積を有し
   ていることを特徴とする、特許請求の範囲第７項
   に記載のフイルタープレス膜クロールアルカリ電
   解槽。 ９ 前記カソード下降管２６が横断面において少
   くとも部分的に円形であり且つ陰極液気−液分離
   装置から各カソード１１の中に所定距離下方に延
   びていることを特徴とする、特許請求の範囲第８
   項に記載のフイルタープレス膜クロールアルカリ
   電解槽。 １０ 前記陰極液供給管４５が横断面において円
   形であり、且つカソード下降管２６の内部に前記
   陰極液気−液分離装置２９から各カソード１１ま
   での距離よりも短い距離延びていることを特徴と
   する、特許請求の範囲第９項に記載のフイルター
   プレス膜クロールアルカリ電解槽。 １１ 前記所定の第４の横断面積と前記所定の第
   ２の横断面積との比率が約１：４から約１：1000
   までの範囲であることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１０項に記載のフイルタープレス膜クロー
   ルアルカリ電解槽。 １２ 前記陰極液供給管４５がカソード下降管２
   ６の内部に約22.9cm（９インチ）から約182.9cm
   （６フイート）の範囲の距離延びていることを特
   徴とする、特許請求の範囲第９項に記載のフイル
   タープレス膜クロールアルカリ電解槽。 １３ 前記陰極液補給導管３６を前記陰極液気−
   液分離装置２９の内部に配置したことを特徴とす
   る、特許請求の範囲第９項または第１２項記載の
   フイルタープレス膜クロールアルカリ電解槽。 １４ 内部での電解反応を付勢させるために使用
   される電源に接続しうる電解液流体を入れたフイ
   ルタープレス膜クロールアルカリ電解槽１０であ
   り、前記電解槽を支持するフレーム部材１４，１
   ５，１６と、該フレーム部材により支持され且つ
   各々がさらに二つの対向面を有する複数個の平坦
   なカソード１１と、前記フレーム部材により支持
   され且つ前記電源に接続可能でありしかも各々が
   一対の前記カソードの間に挿置され且つ二つの対
   向面を有する複数個の平坦なアノード１２と、前
   記各々のアノードおよびカソードの間に配置され
   ていてそれらを横切つて流れるイオンおよび流体
   を制御する複数個の平坦な液圧不透過イオン選択
   性膜２２と、少なくとも部分的に前記フレーム部
   材によつて支持されていて各々のカソードの外側
   に配置された陰極液気−液分離装置２９であつ
   て、該気−液分離装置２９の内部において陰極液
   流体からガスを分離させるためにカソード１１と
   前記陰極液気−液分離装置２９との間に接続して
   いてガスを包含せる陰極液流体をカソード１１か
   ら該気−液分離装置２９へと送入するためのカソ
   ード上昇管２５とカソード１１と前記陰極液気−
   液分離装置２９との間を接続していてガスを除去
   せる陰極液流体を該気−液分離装置２９からカソ
   ード１１へと流下させるためのカソード下降管２
   ６とを備えた陰極液気−液分離装置２９と、少な
   くとも部分的に前記フレーム部材によつて支持さ
   れていて各々のアノードの外側に配置された陽極
   液気−液分離装置２８であつて、該気−液分離装
   置２８の内部において陽極液流体からガスを分離
   させるためにアノード１２と前記陽極液気−液分
   離装置２８との間を接続していてガスを包含せる
   陽極液流体をアノード１２から該気−液分離装置
   ２８へと送入するためのアノード上昇管２３とア
   ノード１２と前記陽極液気−液分離装置２８との
   間を接続していてガスを除去せる陽極液流体を該
   気−液分離装置２８からアノード１２へと流下さ
   せるためのアノード下降管２４とを備えた陽極液
   気−液分離装置２８と、該陽極液気−液分離装置
   から前記アノードに電解液を再循環させるために
   使用される所定の横断面積すなわち第１の横断面
   積を有する前記アノード下降管２４と、前記陰極
   液気−液分離装置から前記カソードに流体を再循
   環させるために使用される所定の横断面積すなわ
   ち第２の横断面積を有する前記カソード下降管２
   ６と、新鮮な電解液を前記電解槽に流すように電
   解液流体を補給するために陽極液気−液分離装置
   ほ内部に設けられた陽極液補給導管３８とを組み
   合せて備えたフイルタープレス膜クロールアルカ
   リ電解槽の内部の電解液を再循環させる方法であ
   つて、前記陽極液補給導管３８から前記アノード
   下降管２４の中に所定距離延びていて前記所定の
   第１横断面積よりも実質的に小さい所定の横断面
   積すなわち第３の横断面積を有する複数個の陽極
   液供給管４４からの新鮮な電解液の流れ出る位置
   が前記アノード下降管２４内部の再循環せしめら
   れる電解液の流れの中に配置され、それによつて
   前記の新鮮な電解液と再循環される電解液とをそ
   れらの液が各々のアノード１２に流入される前に
   完全に混合せしめ、且つ前記新鮮な電解液を前記
   複数個の陽極液供給管４４を介して前記アノード
   下降管２４に流入させることによつて前記新鮮な
   濃厚電解液を多数の小さい流れにしてそれによつ
   て該新鮮な電解液の流れを介してのすなわち該流
   れを伝わつての電気の大地への漏洩に起因する前
   記電解槽１０からの電気的エネルギーの損失を防
   止するために十分な電気抵抗を生ぜしめるように
   して、電解液の流れを気−液分離装置から各々の
   電極の中に再循環せしめ、且つ再循環する電解液
   の流れが電極に入る前に新鮮な電解液を電解液補
   給装置から前記再循環する電解液の流れの中に注
   入してそれにより流体が各々の電極に入る前に流
   体の完全な混合を行なうことを含んでいることを
   特徴とする、フイルタープレス膜クロールアルカ
   リ電解槽の内部の電解液を再循環させる方法。 １５ さらに、電解液の流れを陽極液気−液分離
   装置２８から各アノード１２の中に再循環させる
   ことを含んでいることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１４項に記載の方法。 １６ さらに、電解液がアノード１２に入る前に
   新鮮な電解液を再循環する電解液の流れの中に注
   入することを含んでいることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１５項に記載の方法。 １７ さらに、再循環する電解液の流れがカソー
   ド１１に入る前に脱イオン水を再循環する電解液
   の流れの中に注入してそれにより流体の完全な混
   合を行なうことを含んでいることを特徴とする、
   特許請求の範囲第１４項に記載の方法。