JPS6125788B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、複極式選択透過膜電解槽におい
て、各電解槽間において直接的な電気接続及び確
実な機械的結合を確保する一方そこからの液体と
ガスの流れを阻止することのできる槽間コネクタ
ーに関する。更に詳しくはこの発明は、塩素と苛
性ソーダの製造において塩化ナトリウム水の電解
に利用できる複極式選択透過膜電解槽用の槽用の
コネクターに関する。

塩化ナトリウム水の電解は、塩素と苛性ソーダ
の製造にとつて最も重要な商業用工程である。近
時、商業的に大いに関心が寄せられているのは、
これまで使用されていたグラフアイト陽極ではな
く金属陽極を組込んだ電解槽である。これらの電
解槽では以前から一般に利用されていた透過性の
アスベストを付着させた隔膜とは異なり陽イオン
選択透過膜を使用する傾向にある。選択透過膜
は、陽極区画から陰極区画への液体の流れを生じ
させないという点で、透過性隔膜と本質的に相違
している。選択透過膜は、極く薄い板状のイオン
交換樹脂の型が代表的なものであり、イオン化可
能（ionogenic）スルホン酸基を有するパーフル
オロ有機ポリマーマトリツクスからなる。

このように、塩化ナトリウム水の電解の間に、
負荷電基は、膜を介して塩素イオンを通過させる
ことなく、電荷保持ナトリウムイオンの移動を生
じさせる。従つて、このようなイオン拘束性によ
つて陰極区画内で塩化物をほとんど含まない苛性
ソーダをそして予め決められた濃度の苛性ソーダ
を製造することが可能となる。

金属陽極と選択透過膜を組込んだシステムは、
槽を直列状に配列した複数の電解槽を有する形式
に最も多く利用されている。この形式が複極式選
択透過膜電解槽の特性を充分に発揮させるもので
あるけれども、各電解槽の間のならびに電解に使
用する電力の外部電源との直接的な電気接続及び
確実な機械的結合を効果的に得るためには、やつ
かいな問題が生じる。即ち、選択透過膜自体は各
区画間の液体の全体的な流れを生じさせないけれ
ども、各電解槽間の結合位置での区画間の液体及
び／またはガスの流れを最小にすることが実質的
に困難であつた。

良好な機械的結合及び電気接続を確実にしなが
ら、各電解槽間の漏洩に関する問題を最小にする
ために、種々の電解槽の及び槽間のコネクターが
提案されており、これらのコネクターは当然にガ
スケツト、Ｏリングまたは同様なものを含む密封
手段を有している。例えば、米国特許第3752757
号、第3788966号、第3824173号、第3902985号、
第3915833号、第3950239号、第3970539号参照。
しかしながら、槽間の液体またはガスの漏洩問題
を最小にすることを意図して、機械的結合を強化
するこれらの装置は、最適な電気接続をしばしば
犠牲にしていることがわかる。一方、電気接続を
強化する装置は、例えば腐食性の劣化
（corrosive degradation）または形式固有の問題
のために、液体及び／またはガスの漏洩を効果的
に最小にすることができない。

従つて、液体及び／またはガスの流れを実質的
に阻止し、かつ機械的結合及び電気接続の両者を
最大限に強化することのできる複極式選択透過膜
電解槽用の槽コネクター、特に槽間のコネクター
を設ける必要性がある。

これまでの槽間コネクターにおける前記の欠陥
を考慮して、この発明の主たる目的は、複数の槽
を持つ複極式選択透過膜電解槽内の槽間の電気接
続及び機械的結合を最大限に強化する槽間のコネ
クターを提供することである。

この発明の他の目的は、電解槽の隔離薄板内に
設けた電導性挿入体と電極ボスとの間の電気的界
面に適切なかつ実質的に一定の圧縮力を加えるこ
とによつて、複極式選択透過膜電解槽の隣接する
槽の陽極と陰極間との間の電気接続を最大限に強
化することである。

更にこの発明の他の目的は、複極式選択透過膜
電解槽の隣接する陽極区画と陰極間区画との間の
液体及び／またはガスの槽間コネクターを介する
流れを実質的に阻止することである。

この発明に従つて、隣接する電解槽を隔離する
非電導性分離板の孔に配置された電導性挿入体を
含み、該挿入体は陽極ボスと陰極ボスにそれぞれ
平面的に接触しており、これらの界面は一定のか
つ予じめ設定された圧縮力を受けた状態に維持さ
れる形式により、前記目的が達成される。電導性
挿入体は好ましくは内部に孔を有する銅製円筒で
あり、陽極ボスはバルブ金属、好ましくはチタニ
ウム、で形成され、挿入体内の孔と相対応する盲
ねじ孔を持つ。陰極ボスもまたその厚さを貫通し
て相対応する孔を持ち、陰極からくぼんでいる。
固定部材は陰極ボスと鋼製挿入体の各々の孔を通
して配置され、陽極ボス内の盲ねじ孔に係合し
て、挿入体と共に軸方向の圧縮力を加える。軸方
向の圧縮力と反対方向の力を形成するために、締
めつけ部材が固定部材と陰極ボスとの間に配置さ
れ、これらの界面への一定の圧縮力を確実にす
る。

種々の密封部材がコネクターの液体とガスの保
持を確実にするために構成される。これらの密封
部材は好ましくは電導性挿入体と陽極ボス及び陰
極ボスとの間に位置するエラストマーのガスケツ
トと、締めつけ部材に隣接して配置されたエラス
トマーのＯリングとからなる。

本発明は、 各々陽極および陰極を有する複数の電解槽、お
よび各電解槽間の非電導性分離板からなる複極式
選択性イオン交換膜タイプ電解槽において使用さ
れ、そして各電解膜槽を電気的および機械的接続
を確実にするための槽間コネクターにおいて、 (a) 貫通孔を有する電導性挿入体、その挿入体は
前記分離板の孔内に配置され、 (b) 片面が第１の電極と接触し、そして他面が前
記挿入体に隣接して配置されている第１の電極
ボス、 (c) より内きな周辺部を有し、その周辺部で第２
の電極と接触している第２の電極ボス、その第
２の電極ボスは他の面で前記挿入体に隣接して
いる、 (d) 前記挿入体の貫通孔を通して配置され、前記
第１の電極ボスの孔内に係合しており、前記の
第２の電極ボスの貫通孔を通つて配置されてい
る電導性固定部材、その固定部材は前記第１の
電極ボス、前記挿入体および前記第２の電極ボ
スに圧縮力を付加し、そして (e) 前記圧縮力と反対方向の力を加えるべく前記
固定部材と作動的に係合する偏倚部材 からなることを特徴とする槽間コネクターに関
する。

本発明において、第１の電極及び第１の電極ボ
スはそれぞれ、陽極及び陽極ボスであり、かつ第
２の電極及び第２の電極ボスは、それぞれ陰極お
よび陰極ボスであつても良く、又別法として第１
の電極、第１の電極ボス、第２の電極および第２
の電極ボスはそれぞれ陰極、陰極ボス、陽極及び
陽極ボスであつても良い。本発明は以下の図面に
おいて第１の電極、第１の電極ボス、第２の電極
及び第２の電極ボスはそれぞれ陽極、陽極ボス、
陰極及び陰極ボスである態様について説明する
が、本発明はその図面の記載に限定されないこと
は容易に理解されるであろう。

この発明の種々の目的ならびに利点を更に充分
に説明するために、添付図面を参照してこの発明
の好ましい実施の態様を以下に詳細に説明する。
しかし、この実施の態様は単に例示するのみであ
つて決してこの発明を限定するものではない。

この発明の槽間コネクターは、複数の槽をもつ
複極式選択透過膜電解槽とともに使用することが
できるように特に構成されたものであつて、これ
らの槽間コネクターは塩化ナトリウム水を供給し
て塩素と苛性ソーダを生成するための電解槽内で
の使用に適するものである。従つて、種々の構成
要素は、この高度の腐食性雰囲気を考慮して形式
と材料の観点から適宜選択される。更にこの形式
は、電極槽内の隣接する陽極区画と陰極区画との
間の液体またはガスの流れを阻止しようとするも
のである。

本発明の槽コネクターの説明の前に第３図によ
つて複極式電解槽の説明を行なう。第３図は便宜
上三極式の電解槽を示したが二極式又は四極式以
上であつても良い。，およびは各電解槽単
位を示し、，およびの電解槽でそれぞれ電
解が行なわれる。陰極ブスバー９４は電力源の負
極に接続され、陽極ブスバー９６は電力源の正極
に接続される，およびの各電解槽の間に選
択透過膜１００が設けられており、電解槽には電
解液が充填されている。端部槽コネクターＡは陰
極ブスバーとの陰極２０とを接続させる。端部
槽コネクターＡは以下の第６図に詳述されてい
る。第６図において陰極ブスバー９４、陰極２０
および非電導性分離板３２を除いた部分がコネク
ターを形成する。槽コネクターＢ，Ｂはの陽極
１０との陰極２０およびの陽極１０との陰
極２０とを接続させる。槽間コネクターＢは以下
の第４Ａ図に詳述されている。第４Ｂ図はその槽
間コネクターが電解槽の間に取付けられた状態を
示す第２図において陽極１０、陰極２０および分
離板３２を除いた部分がコネクターを構成する。
端部槽コネクターＣはの陽極１０と陽極ブスバ
ー９６とを接続させる。端部槽コネクターＣは以
下の第７図に詳述される。第７図において、陽極
１０、陰極ブスバー９６および分離板３２を除い
た部分がコネクターを形成する。本発明は槽間コ
ネクターＢに関し、そのコネクターＢは陽極と陰
極の間において電気的接続および機械的結合を確
保するが、各間の液体およびガスの漏れを完全に
防止できる。第３図に示す本発明の複極式電解槽
において、電流は正極―陽極ブスバー９６―電解
槽コネクターＣ―の陽極１０―の電解液―
の陰極２０―電解槽コネクターＢ―の陽極１０
―の電解液―の陰極―電解槽コネクターＢ―
の陽極１０―の電解液―の陰極２０―電解
槽コネクターＡ―陰極ブスバー９４―負極の順に
流れ、その間に，およびの各電解槽で電解
が行なわれる。

本明細書において槽間コネクターとは、第３図
のＢに示すような陽極と陰極との間にあるコネク
ターを意味する。本明細書において端部槽コネク
ター又は端部槽のコネクターとは第３図において
ＡおよびＣに示すような端部にあるコネクターを
意味する。本明細書において槽コネクターとは上
記２種類のコネクターを包含する。第３図は本発
明の複極式電解槽の一実施例を示すもので、陽
極、選択透過性膜、陰極が接触していても良い。
端言すれば選択透過性膜により分離されている１
対の陽極および陰極が複数個存在する電解槽にお
いて本発明の槽コネクターは適用できる。

第１図には、複極式選択透過膜電解槽に使用さ
れる陽極を概略的に１０として図示する。陽極１
０は通常のように陽極区画内で発生する生成物に
対して耐性のある金属で形成され、バルブ金属が
代表的なものである。このバルブ金属は、「被膜
形成金属」とも称され、酸性媒体にさらされると
きまたは陽分極状態のもとで、酸化被膜を形成す
るものであり、即ちバルブ金属はこのような陽分
極状態のもとで不活性になる。陽極基体は、チタ
ニウム、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウ
ム、ニオブ、タンタル、タングステンを含む金属
の群から選択することができ、経済性及び使用の
容易さを考慮するとチタニウム、タンタル及びタ
ングステン等の金属が最も利用され、チタニウム
が最適である。しかし同じように陽分極特性を示
す他のチタニウム合金も同様に利用することがで
きる。

バルブ金属基体は、塩素過電圧を低く維持する
電導性・電気触媒材料によつて被覆される。貴金
属、合金、及びその酸化物に基づいた種々の被覆
が知られているが、活性の電極被覆はルテニウ
ム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジ
ウム、白金を含むことができる。価格を安くする
ために、貴金属または貴金属酸化物は電導性希釈
液と混合することができる。例えば米国特許第
3701724号参照。

陽極を製造する純粋な（absolute）材料とは関
係なく陽極１０は電解槽内の陽極を機械的に連結
するための直立して陽極ボス１４を具備し、第１
図には４個の陽極ボスが図示されている。ボスは
陽極基体と同じ金属または合金で製造され、陽極
への取付けは溶接等によつて行なわれる。陽極１
０は、電解の間に接触に利用できる表面面積を最
大にするために一般に網状構造であるので、陽極
を更に堅固にするためにそして網全体に電流を分
配させるために電導性ロツド１６が設けられてい
る。

第２図には、電解槽に使用するに適した陰極構
造を示し、概略的に符号２０で示す。陰極２０を
製造する材料は、電導性で特に水酸イオンに対し
て耐性のものを用いる。陰極は代表的なものとし
て鉄、鋼、コバルト、ニツケル、マグネシウム及
びその類似のものからなる群から選択される金属
で形成され、特に鉄と鋼が最適である。第２図の
陰極もまた同様に電解槽内で機械的に連結するた
めにボス２４を具備し、第２図には４個のボスが
図示されており、その位置は第１図の陽極ボス１
４の位置に相対応している。陰極２０は網状の陽
極１０に比べて実質的に堅固であり、より大きな
電流保有容量（electriccunent canying、
ability）を有しているので、この陰極２０は電流
分配器又は補強材として作用するロツドを必要と
しない。図示するように、陰極２０は貫孔された
金属板であり、陰極は板状に形成され、または有
孔の或いはエキスパンデツト金属から形成され
る。

第１図および第２図において３０はフレーム部
材であり、分離板３２はポリプロピレン、ポリエ
チレン、ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、ポリ
エチレン等で製作され、特にポリプロピレンが最
適である。

第４Ｂ図には、槽間コネクターが電極間に取付
けられた詳細に示す。第４Ｂ図に示すように陽極
ボス１４は盲ねじ孔３８を、陰極ボス２４はねじ
孔に対応する貫通孔４０を、そして電導性挿入体
３６は孔４２を持つ。挿入体３６は好ましくは銅
製の円筒または軸套である。固定具４４は陰極ボ
ス、円筒状挿入体の孔に挿入され、陽極ボスのね
じ孔に係合する。固定具４４は好ましくは頭部と
肩部４８とを有する通常の鋼製又は鉄合金製のボ
ルトである。陽極ボスと陰極ボスの各々は挿入体
３６の横寸法よりも大きい横寸法を有している。
コネクターを横切る液体及びガスの流れを阻止す
るために、ガスケツト５８が電導性挿入体３６と
陽極ボス又は陰極ボスの間に設けられてもよい。
これらのガスケツトは化学的に耐性のある種々の
材料から製作される。例を挙げると、例えばアス
ベストのような充填材を有しているかまたは有し
ていない次のものである。ゴム、塩素化合成樹
脂、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ酢酸ビ
ニル、テトラフルオロエチレン、テトラクロルエ
チレン、トリフルオロクロルエチレンの重合体又
は共重合体等。適切なガスケツト材料の選択は熟
練した当業者によつて適宜にされるであろう。ボ
ルト４４がねじ孔３８にねじ込まれるとき、ガス
ケツト５８を圧縮するような軸方向の圧縮力が働
き、液体及びガスを漏洩させない密封を確実にす
る。圧縮の程度は例えばトルクレンチの使用によ
つて適当に調節することができ、あるいは盲ねじ
孔３８の深さによつて簡単に限定することも可能
である。更に適当な密封を確実にするために、挿
入体３６の軸方向の長さを分離板３２の厚さより
僅かに大きくすることが望ましい。

抵抗の少ない電流通路の維持を確実にするため
に、挿入体３６と両電極ボスに圧縮力を維持する
ことが必要である。それ故に、ボルト４４により
加えられる軸方向の力に関連して、これと反対方
向の締めつけ力が設けられる。この反対方向の力
は第４図において６０で概略的に示す締めつけ部
材手段によつて得られる。

締めつけ部材６０はボルト頭部のスカート６２
を含み、ボルト４４の肩部４８に抗して係止する
ワツシヤー６４と共に環状溝６６を形成する。こ
の環状溝６６内にはばね部材６８が配置される。
ばね部材は簡単なものでばねワツシヤーでよい。
液体及びガスを漏洩させない密封を得るために、
Ｏリング７０が環状溝６６内でばね６８の円周面
に沿つて設けられる。このＯリング７０はガスケ
ツトと同じ材料の群から選択された材料を用い
る。

陰極ボルトカバー８０は、陰極液に対する連続
した陰極表面を形成するために設けられる。陰極
ボルトカバー８０の平面図を第５図に示す。第４
図に示すように、陰極ボス２４は直立した端部リ
ング８２を具備し、その高さはボルト４４の頭部
の突出部に実質的に相当する。周辺部８２はこの
実施の態様においては円形に図示されているが、
その他のどのような幾何学的形状であつても同様
に作用することは明らかであろう。陰極２０は周
辺部８２の内方端部で終り、周辺部８２と共に凹
所８４を形成する陰極ボルトカバー８０は陰極２
０の材料と同じ材料、例えば鋼で形成され、周辺
部８２の形状に対して補完的な幾何学的形状を有
する。ボルトカバー８０の大きさは、カバーが周
辺部８２とゆるく密封的に係合するように、周辺
部８２の大きさと補完的関係にある。

ボルトカバー８０は、ボルトカバーの孔を通過
しボルト４４内の盲ねじ孔９０に係合するねじま
たはボルト８６によつてボルト４４に取り付けら
れる。ボルト８６の頭部をボルトカバー８０の表
面と同じ平面上になるように孔８８は皿穴をとり
径を広げてボルト８６の頭部を埋込んである。

第６図及び第７図には、第４図の槽間コネクタ
ーと同様の端部コネクターを図示し、同一部材に
は同一の参照符号を付して図示する。第６図の端
部電解槽のコネクターは電解槽の陰極端子用のも
のであつて、固定具またはボルト４４は係止ナツ
ト９２に係合して終る。ブスバー（bus bar）９
４は挿入体３６に係合して電気接続をなし、一方
コネクターの構造は第４図に示す槽間のコネクタ
ーの陰極部分と同一である。

第７図は、電解槽の陽極側の端部槽のコネクタ
ーを図示し、固定具４４は陽極ブスバー９６を挿
入体３６に接触するように締め付ける。第７図の
端部槽のコネクターは第４Ｂ図に示す槽間のコネ
クターの陽極部分と同一の構造を有する。

前記のように、電解槽の間（即ち槽間）のまた
は端子電解槽（即ち端部槽）においての機械的結
合及び電気接続が最大限に強化させることは明ら
かであろう。Ｏリングシールやガスケツトがなけ
れば液体またはガスがコネクターを通過するであ
ろうすべての点にＯリングシール及びエラストマ
ーのガスケツトを設けることによつて、液体とガ
スの保持が維持される。機械的結合は、電極ボス
１４，２４、更に挿入体３６と共にボルト４４の
形式によつて確実となる。コネクターを介する電
導性は、材料の選択と偏倚部材６０の作用によつ
て維持され、そのために低抵抗の電流通路が確立
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、４個の陽極ボスを有する陽極の正面
図であり、第２図は、４個の陰極ボスを有する陰
極の正面図であり、第３図は複極式電解槽の断面
図であり、第４Ａ図は槽間コネクターの断面図で
あり、第４Ｂ図は、第１図の線４―４に沿つた切
断断面図であり、この発明に基づく槽間コネクタ
ーが電極間に取り付けられた状態を示す断面図で
あり、第５図は、槽間コネクターの平面図であ
り、陰極カバーを示し、第６図は、陰極を外部電
源に接続するための端部槽コネクターの側面図で
あり、第７図は、陽極を外部電源に接続するため
端部槽コネクターの第６図と同様の側面図であ
る。 符号の説明、１０……陽極、１４……陽極ボ
ス、１６……電導性ロツド、２０……陰極、２４
……陰極ボス、３０……フレーム部材、３２……
分離板、３６……電導性挿入体、３８……盲ねじ
孔、４０……貫通孔、４４……ボルト、５８……
ガスケツト、６０……締めつけ部材、６２……ボ
ルト頭部スカート、６４……ワツシヤー、６６…
…環状溝、６８……ばね部材、７０……Ｏリン
グ、８０……陰極ボルトカバー、８２……リング
部材、８４……凹所、８６……ボルト、９０……
盲ねじ孔、９４……陰極ブスバー、９６……陽極
ブスバー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各々陽極および陰極を有する複数の電解槽、
   および各電解槽間の非電導性分離板からなる複極
   式選択性イオン交換膜タイプ電解槽において使用
   され、そして電解槽を電気的および機械的接続を
   確実にするための槽間コネクターにおいて、 (a) 貫通孔を有する電導性挿入体、その挿入体は
   前記分離板の孔内に配置され、 (b) 片面が第１の電極と接触し、そして他面が前
   記挿入体に隣接して配置されている第１電極ボ
   ス、 (c) より大きな周辺部を有し、その周辺部で第２
   の電極と接触している第２の電極ボス、その電
   極ボスは他の面で前記挿入体に隣接して配置さ
   れている、 (d) 前記挿入体の貫通孔を通して配置され、前記
   第１の電極ボスの孔内に係合しており、前記の
   第２の電極ボス内の貫通孔を通つて配置されて
   いる電導性固定部材、その固定部材は前記第１
   の電極ボス、前記挿入体および前記第２の電極
   ボスに圧縮力を付加し、そして (e) 前記圧縮力と反対方向の力を加えるべく前記
   固定部材と作動的に係合する偏倚部材 からなることを特徴とする槽間コネクター。 ２ 前記第１の電極は陽極であり、第１の電極ボ
   スは陽極ボスであり、前記第２の電極は陰極であ
   り、そして第２の電極ボスは陰極ボスである特許
   請求の範囲第１項記載の槽間コネクター。 ３ (a) 前記固定部材は肩部を有する電導性ボル
   トからなり、 (b) 前記締めつけ部材は前記肩部と前記陰極ボス
   との中間に配置されたばね部材からなることを
   特徴とする特許請求の範囲第２記載のコネクタ
   ー。 ４ 前記偏倚部材は前記肩部と前記陰極ボスとの
   中間に配置されたボルト頭部スカートによつて円
   周的に境界をつける環状溝内に保持されたばねワ
   ツシヤーからなり、前記コネクターは更に密封的
   に係合するように前記構内に配置されたエラスト
   マーのＯリングを具備することを特徴とする特許
   請求の範囲３記載のコネクター。 ５ (a) 前記陰極ボスはその円周面に直立したリ
   ング部材を含み； (b) 前記陰極は、前記固定部材を受けるための凹
   所を形成するように、前記リング部材の端面に
   接し、凹所の深さは前記陰極ボスからの前記ボ
   ルトの突出部分に実質的に相応し； 前記槽間コネクターは更に、 (c) 前記リング部材に対して補完的な幾何学的形
   状とゆるく密封的に係合するような大きさとを
   有し、かつ孔を含む陰極ボルトカバーと； (d) 前記カバー内の孔に一致した前記ボルト頭部
   内の盲ねじ孔と； (e) 実質的に連続した陰極表面を形成するよう
   に、前記カバーを前記ボルトに固定するための
   カバー固定手段を具備することを特徴とする特
   許請求の範囲４記載のコネクター。 ６ 前記陽極ボスはバルブ金属で形成されること
   を特徴とする特許請求の範囲５記載のコネクタ
   ー。 ７ 前記バルブ金属はチタニウムまたは同様の陽
   分極特性を有する合金であることを特徴とする特
   許請求の範囲６記載のコネクター。 ８ 前記挿入体の軸方向の長さは、前分離板の厚
   さより僅かに大きいことを特徴とする特許請求の
   範囲５記載のコネクター。 ９ 前記挿入体は円筒状の銅製挿入体であり、前
   記ボルトは鉄合金ボルトであることを特徴とする
   特許請求の範囲８記載のコネクター。