JPS6127473B2 - - 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、槽との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端部槽コネクターに関す
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、
負荷電極は、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
ソーダをそして予じ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解接続及び
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／またはガスの流れと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、電解槽からのまたは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性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の電極突起との間の電気的界
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
薄板の孔に配置された電導性挿入体を含み、該挿
入体は陽極突起と陰極突起にそれぞれ平面的に接
触する位置に陽極界面と陰極界面を形成し、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、陽極突起はバルブ金
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。陰極突起も
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。固定部材は陰極突起と鋼製
挿入体の各々の孔を通して配置され、陽極突起内
の盲ねじ孔に係合して、挿入体と共に陽極界面及
び陰極界面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突起との間に配置され、
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界面及び陰
極界面の円周面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。

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、この実施の態様な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、
電解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。

第１番目の発明は複数の１対の陽極と陰極およ
びその１対の陽極と陰極と隣接した１対の陽極と
陰極との間に非電導性槽薄板を設け、および任意
に端部の陽極に隣接しておよび端部の陰極に隣接
して非電導性槽薄板を設けてなる複極式選択透過
膜電解槽において、直接的な電気接続ならびに機
械的結合を確実にし、液体とガスの漏れを阻止す
ることのできる端部槽コネクターにおいて、 (a) 前記薄板の孔内に配置され、貫通孔を持つ電
導性挿入体と； (b) 一面が陽極と接触し、他面が前記挿入体に隣
接するように配置され、かつねじ孔を含む陽極
突起と； (c) 前記導電性挿入体に隣接し、かつ係止孔を有
する陰極ブスバー； (d) 前記貫通孔を通して配置されて前記ねじ孔お
よび係止孔に挿入されており、かつ前記陽極突
起、前記挿入体および陰極ブスバーに圧縮力を
付加する電導性固定部材と； (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スプリングとから
なることを特徴とする端部槽コネクターに関す
る。

第２番目の発明は複数の１対の陽極と陰極およ
びその１対の陽極と陰極と隣接した１対の陽極と
陰極との間に非電導性槽薄板を設け、および任意
に端部の陽極に隣接しておよび端部の陰極に隣接
して非電導性槽薄板を設けてなる複極式選択透過
膜電解槽において、直接的な電気接続ならびに機
械的結合を確実にし、液体とガスの漏れを阻止す
ることのできる端部槽コネクターにおいて、 (a) 前記薄板の孔内に配置され、貫通孔を持つ電
導性挿入体と； (b) 一面が陰極と接触し、他面が前記挿入体に隣
接するように配置され、かつ係止孔を含む陰極
突起と； (c) 前記貫通孔を通して配置されて前記陰極突起
の係止孔、前記陽極ブスバーの係止孔および係
止孔に挿入されており、かつ前記陰極突起、前
記挿入体および陽極ブスバーに圧縮力を付加す
る電導性固定部材と； (d) 前記圧縮力と反対方向の力を加えずべく前記
固定部材と作動的に係合するスプリングとから
なることを特徴とする端部槽コネクターに関す
る。

本発明の端部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
式以上であつてもよい。，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
正極に接続されらる。，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および薄板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２
０とを接続させる。槽間コネクターＢは以下の第
４図に詳述されている。第４図において陽極１
０，陰極２０および薄板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
び薄板３２を除いた部分がコネクターを形成す
る。本発明は槽コネクターＡ，ＢおよびＣに関
し、そのコネクターは陰極ブスバーと陰極，陽極
と陰極および陽極と陽極ブスバーの各間において
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―の陰極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
れる陽極薄板１２を有する陽極を概略的に１０と
して図示する。陽極１０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・電気触媒性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、活性の電極被覆がルテニウ
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）材料は関係
なく、陽極薄板１２は電解槽内の陽極を機械的に
連結するための直立した陽極突起１４を具備し、
第１図には４個の陽極突起が図示されている。突
起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つて行なわれる。陽極
薄板１２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の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で示す陰極構造は陰
極薄板２２から構成される。陰極薄板２２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
に突起２４を具備し、第２図には４個の突起が図
示されており、その位置は第１図の陽極突起１４
の位置に相対応している。陰極薄板２２は網状の
陽極薄板１２に比べて実質的に堅固であり、より
大きな電流保有容器（electriccunent canying
ability）を有しているので、この陰極薄板２２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、陰極薄板２２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ド金属から形
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、薄板３２はポリプロピレン、ポリエチ
レレン、ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、ポリ
エテレン等で製作され、特にポリプロピレンが最
適である。

第４図には、槽間コネクターの一つを詳細に示
す。第４図に示すように陽極突起１４は盲ねじ孔
３８を、陰極突起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は陰極突起、円筒状挿入体
の孔に挿入され、陽極突起のねじ孔に係合する。
固定具４４は好ましくは頭部４６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。

陽極突起１４が挿入孔３６の端面に接合する位
置でボルト４４の円周面に沿つて陽極界面
（interface）５０が形成される。同様に陰極界面
５２は陰極突起２４が挿入体３６と係合する位置
に形成される。陽極突起と陰極突起の各々は挿入
体３６の横寸法よりも大きい横寸法を有している
ので、陽極／薄板界面５４及び陰極／薄板界面５
６も同様にそれぞれ形成される。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が電極／薄板界面５４，５６の部分に
設けられる。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ようなものである。
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を界面５４，５６に圧縮
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
の長さを中央薄板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、電球界面５０，５２上に一定の圧縮力を維持
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
対方向に締めつけ力が設けられる。この反対方向
の力は第４図おいて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、陰極突起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。リング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２２はリ
ング部材８２の内方端部で終り、リング８２と共
に凹所８４を形成する。陰極ボルトカバー８０は
陰極２２の材料と同じ材料、例えば鋼で形成さ
れ、リング部材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、カバーがリング部材８２とゆるく密封的に係
合するように、リング部材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
径を拡げてボルト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 ber）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４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（即ち電解槽）においての機械的結
合及び電気接続が最大限に強化されることは明ら
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、電気突起
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個の陽極突起を有する陽極の正面
図であり、第２図は、４個の陰極突起を有する陰
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４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
ターを示し、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
ための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、１２……陽極薄
板、１４……陽極突起、１６……電導性ロツド、
２０……陰極、２２……陰極薄板、２４……陰極
突起、３０……フレーム部材、３２……薄板、３
６……電導性挿入体、３８……盲ねじ孔、４０…
…貫通孔、４４……ボルト、５０……陽極界面、
５２……陰極界面、５４……陽極／薄板界面、５
６……陰極／薄板界面、５８……ガスケツト、６
０……締めつけ部材、６２……ボルト頭部スカー
ト、６４……ワツシヤー、６６……環状構、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 複数の１対の陽極と陰極およびその１対の陽
   極と陰極と隣接して１対の陽極と陰極との間に非
   電導性槽薄板を設け、および任意に端部の陽極に
   隣接しておよび端部の陰極に隣接して非電導性槽
   薄板を設けてなる複極式選択透過膜電解槽におい
   て、直接的な電気接続ならびに機械的結合と確実
   にし、液体とガス漏れを阻止することのできる端
   部槽コネクターにおいて、 (a) 前記薄板の孔内に配置され、貫通孔を持つ電
   導性挿入体と； (b) 一面が陽極と接触し、他面が前記挿入体に隣
   接するように配置され、かつねじ孔を含む陽極
   突起と； (c) 前記電導性挿入体に隣接し、かつ係止孔を有
   する陽極ブスバー； (d)前記貫通孔を通して配置されて、前記ねじ孔お
   よび係止孔に挿入されており、かつ前記陽極突
   起、前記挿入体および陽極ブスバーに圧縮力を
   付加する電導性固定部材と； (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スプリングと からなることを特徴とする端部槽コネクター。 ２ 複数の１対の陽極を陰極およびその１対の陽
   極と陰極と隣接して１対の陽極と陰極とのの間に
   非電導性槽薄板を設け、および任意に端部の陽極
   に隣接しておよび端部の陰極に隣接して非導電性
   槽薄板を設けてなる複極式選択透過膜電解槽にお
   いて、直接的な電気接続ならびに機械的結合と確
   実にし、液体とガスの漏れを阻止することのでき
   る端部槽コネクターにおいて、 (a) 前記薄板の孔内に配置され、貫通孔を持つ電
   導性挿入体と； (b) 一面が陽極と接触し、他面が前記挿入体に隣
   接するように配置され、かつ係合孔を含む陰極
   突起と； (c) 前記電導性挿入体に隣接し、かつ係止孔を有
   する陰極ブスバー； (d)前記貫通孔を通して配置されて前記陰極突起の
   係止孔および前記陽極ブスバーの係止孔に挿入
   されており、かつ前記陰極突起、前記挿入体お
   よび陰極ブスバーに圧縮力を付加する電導性固
   定部材と； (e) 前記圧縮力と反対本向の力を加えるべく前記
   固定部材と作動的に係合するスプリングとから
   なることを特徴とする端部槽コネクター。