JPS62161974A - 溶液電解装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多数の電槽を端末カバー間に取シつけ、各電
槽には一対の電極と、各種の前後槽と仕切り、万一に備
え陰陽両極室とを仕切る特徴の水溶液電解装置に関する
ものである。電解槽組立体には直流電源、電解質導入装
置、および一組以上の生成物受器とが取りつけられてい
る。

第１Ａ断面図で示す、従来式電槽Ｃは、原則として２組
の金属電極１０１と１０２とから成り、通常表面を拡張
させ、これを電解質１０３に浸漬し、電極間に一定電場
を得るごとく分極させるのが常道である。この電場によ
り、電解質中の各イオンは反対符号の分極電極に移動し
、上記電極面で相互反応し、この結果、物質の電気分解
が行われる。

この系列装置を、反応容器１０４に入れ、場合によりセ
パレーター１０５を組込み、電極面に沿い化学反応で生
成するガス物質を分離捕集している。化ツヤレータ−１
０５は電解質中の電荷キャリヤーを完全に透過するもの
でなければならない。

単位時間当りの分解物質址は、電極間の直流電流量、ひ
いては電極面積の大きさに左右される。

このため、生成量を増加したい時、しかも電極面積の増
大がのぞめない場合は、ある数量の電槽を直列、または
並列に設けるのが慣例であった。組立体の構造は、通常
技術的には生成量に応じて比較的低Ｄ．Ｃ電流とするの
がのぞましいが、周知のごとく第１Ｂ図で示す二極複極
電解槽形式を取っている。この装置系列では、Ｃ，、Ｃ
，、・・・Ｃ１，・・・Ｃｎ槽は相互に導体機素Ｅ１．
Ｅ、・・・Ｅｌ・・・Ｅｎによシ区切られ、二組の対向
面上、つま’）Ｆｌ−Ｆ＊画面上二組の連続電槽と接し
て反対極性を持たすわけである。第１Ｂ図はＣ０，・・
・Ｃｎ槽を含むある電解槽で、そのそれぞれ一槽に電極
隔室のセパレーター８１を備えた特殊例を示す。このタ
イプのｉａｖ＋はカセイソーダ−塩素、および水電解の
ごとき周知の工業プロセスで採用されている。

エネルギーロスという特殊性を考慮した場合、電解操作
のため消費される電力量は、必要な熱力学酌量よシも一
般に高い。その理由は、非可逆反応によるエネルギー損
にあり、たとえば、電解質供給−排出配管中での電流の
発散、場合によっては電解装置の局部腐食による影響、
電解質とセパレーター内での電圧低下、電極間でのガス
泡の発生、電槽自身の構造内での電流による抵抗損、等
がエネルギーロスの大きな原因であり、とくに電槽の構
造が本質的に影響を及ぼしている。これに対し別のエネ
ルギー損失で′を種形状にはよらず、特殊の電解工程に
関係した電極面に支配される要因がある。そのロス量は
、いわゆる電極過電圧により４１１１定される。その低
減にあたシきわめて大切な要因は、電槽を比較的高温で
操作しなければならぬ事実である。現在のところ、流通
している電槽は、比較的高温では耐久性のない材料が影
響し、温度条件にも制約がある。さらに高温操作には大
気圧以上の圧力で操作する可能性が重なってくる。

これは液の電解で沸騰を防止した９、少くとも蒸発を抑
制する必要があるからである。今までの電槽は圧力下で
の操作がきわめて限定されている。

外部回路と液接続部を通じての電流損失は液分配ダクト
の断面をできるだけ小さくして防いでいる。これはすべ
ての電槽に対しては適用できぬ圧力低下を高める必要の
あるためで、この場合熱サイホン方式で電解質を循環さ
せている。がスダクトの断面を少くすることは、ガス相
の比容積の低減を必要とし、これは上記制限のもとで圧
力操作することを意味している。

電解質を流れるＤ．Ｃｉ損失は、可能な限り、電極間距
離を低めて防止できる。はとんどの採用の電槽では、電
極距離を数四から数ｍまで相互に保持させている。電極
は相対してとシつけるため、たとえば電極面が大きい場
合、解決の厄介な平行度の問題が生じる。平行度に欠陥
があると、電極間距離が短かくなり、局部的に電流密度
が増し過′成圧とオーム低下が過大となる結果、余分の
エネＮイロスが生じ、電流が多く流れる。電極をセパレ
ーターに近づけると、電解反応で生じたガスが、電極と
セン−１’レータ−間に捕集され、電解電流の中断を来
す。

市場の電解槽の上記した制約すべてに対し一般に設計の
単純性の欠けていることを認めなくてはならない。この
ことは経費増と、各部材への接近、組立、分解が面倒と
なり、セパレーターまたは゛成極の消耗した部分をとり
かえ触媒的に回収状態としなければならず、大気圧操作
に対し周辺ガス、液の漏れ防止電槽とする必要性を意味
する。

結局、使用に適した電流密度が制約される結果、電極面
積の拡大を必要とＬ１経費高となり電解装置の縦・横寸
法が大きくなる。

本発明の第一の目的は、上記欠陥がなく、多くの電気化
学工業プロセスに役立ち、かつ、設計の単純性、高いエ
ネルギー効率、接液部を通じての電流ロスが最低である
こと、高電流密度での性能保持、圧力運転の保証、通常
の非冶金工程における比較的高温利用、きわめて小型化
、実施すべき特定電気化学プロセスに応じ、各種形状に
組立可能なこと、従来式ダイヤフラムのまま、ちがった
タイプのセパレーターが採用できること、イオン活性を
呈する膜または一体ポリマー電解質を搬送し得るシステ
ム、広範な構築材料を使用していること、各種濃度のア
ルカリ溶液または酸溶液を受は入れできること、オペレ
ーターが触れ得る高圧の下で部品ｔ−極度に少く使用し
ていること、等々の基本的特徴を有する電解槽を提供す
ることにある。

またこの発明の別の目的は、一般に′電解槽と名づけ得
る電解装ｆｌｔ一組立てる上で、考え得る形状をした、
分類できる任意の上記電槽の組立体にある。

この発明の最終目的は、多数槽の組立てによる電解槽お
よび上記電槽の正しい使用法を保証する最良の装置系を
以下記述する手順に従い作シ上げることにある。

この種およびその他の目標とするところは、この記述の
当初に述べた装置を使い達せられるが、その構造特徴は
クレーム１で詳述する。構造を持った複極式機素によっ
ている。この機素間にある七ノ４レータ−をクレーム２
、記載の特徴を持って装入することができ、一方、電極
構造体は複極機素とセパレーター機素間に挿入し、その
特徴としてはクレーム７〜９を満足するものとする。

本発明による電解槽の組立要素は、複極機素と七ノ９レ
ーター機素と、電極構造とから成り、各種はそれぞれ限
界構造を保持している。

ここで代表的な複極（二極）機素を図示すると第２図の
とおりである。このものはガス、液を透過させぬ板また
は膜２０１から成り、このプレートまたは膜は電気絶縁
材料およびその一体物の一つで製造した枠２０２で取り
まかれている。枠組は技術的に信頼のおけるテクノ４リ
マーまたは樹脂製材料を用い、これら材料は通常の射出
または圧縮成形またはこれに類する方法を使って成形・
形成させたものである。形態は多角形または楕円形であ
るが、のぞましくは図のごとき円形がよく、これによシ
内側の高い液圧条件でも槽を操作することができる。

２０３孔は、電解質供給ヘッダーの一部を構成し、第２
Ａ図（Ａ−Ａ断面）で示すごとく、構造上、その軸を板
材２０１に直角の枠２０２を構成する電気絶縁材料の全
厚を貫通している。この場合、電解質が供給チャンネル
２０４　ｋ流過し、チャンネル自身は円形位置上に延長
して２０２枠面に位置づけされ２０５開口部を介し空洞
部ＣＡに装入され、この空洞部では底面として板２０１
と壁面として枠２０２厚みを保持している。

上記空洞部ＣＡは、板材自身に向って測定者側に位置す
る。電解質はすべて利用できる空間を通じ分配される。

上記板材と枠組間で行われる電気化学反応生成物から成
るガスと液混合物は、引きつづき２０６中の排出用チャ
ンネル２０７に導入されるが、できれば生成物を排出す
るへ、グーの一部である孔２０８に達するごとく、２０
４と同一性状の張出部とするのがよい。電解質入液部と
ＣＡからの生成物出口２０６とは、直径方向に対向位置
とすべきである。

同じことは入口部２０３、枠組２０２からの出口２０８
についても言える。

通孔２０９と２１０とは２０３と２０８と同一性状のも
のであり、流体配分用ヘッダーの機素であるとともに、
槽空洞部ＣＡとは連結していない。その目的については
後述する。この孔は空洞中の液が到達する目的のもので
なく、ガスケット２１１と２１２トで保護されている。

第２図と類型的に示す第３図では、特定電解操作に必要
な場合、６檜の陰・陽画隔室分離の目的で設計したセパ
レーターが見られる。このセパレーターは一種の多孔性
ダイヤフラム３０１であり、その周縁部は電気絶縁枠３
０２に組込まれている。

第２図の複極枠については、その仕切枠も同じくテクノ
ポリマーまたは樹脂製でちり、電解工程操作条件での含
有液に対し耐久性を示す。

孔３０９は電解質を供給するヘッダーの一部をなす。電
解液はこの供給フィーダーチャンネル３０４を通り、ダ
イヤフラムまたは膜面３０１（空洞部の底部を構成）お
よび枠面３０２の肉厚で区切られた空洞部に達する。電
解生成物は排出用チャンネル３０７と孔３１０を介して
、同一空洞部から排出される。第２図の複極体ＥＢの場
合同様、孔とチャンネルとは、枠３０２を構成するポリ
マー材料本体に完全に組込む。孔３０３と３０８とは、
ガスケット３１１と３１２とでとシかこむ。

複極体枠２０２とセパレーター３０２との形状は適合さ
せ上記機素を固定できるものとする。たとえば図４で示
す順序により、複極体とセパレーターとを交互に連結し
て得る電槽構造を考えて見る。

この場合原理図で示すように、複極体は４０１として示
され、ここでは４０３で示す５組のセパレーターと交互
に連結させ、２組の端末カバー４０４と４０５により、
タイロッドまたは上記カバーの孔４０７を貫通する同種
装置４０６を使ってその場に定着させる。

第１Ｂ図と直接比較した場合、この発明による第４図の
装置は、セパレーター付％Ｌ槽保有の二極電解槽構造で
ある。第４図の装置を実際に組立てる場合、タイロッド
４０６はこれが金属製の場合少くとも二組のカバーのう
ち一つは電気的に絶縁されていなければならない。これ
には第４図のごとく、カッ々−とタイロッド間に４０８
で示す絶縁ブツシュを挿入するか、絶縁ライニングを用
いればよい。この場合、Ｄ−Ｃ供給用コネクターと、た
とえば、４０９と４１０で示すねじ孔にねじをと９つけ
、端末カバーと接触とククけする。こうすれば、複極体
４０１とセノＪ？レータ−４０３の数に比例した電圧を
カバーに加えることができる。タイロッドの電気絶縁に
より端末カバー間での短絡は防止され、槽全体にＤＣ＠
流が一様に流れることとなる。

好ましい発明実施態様としては、力ｉｚ　　４０４に対
してタイロッド４０６が電気的絶縁されていることであ
り、このカバーをＤ．Ｃノエネレーターの正極に連結す
る。その結果、このカバーは陽極分極され、つまり電解
装置系から電子を取り込むこととなる。この逆にカバー
４０５はマイナスまたは陰極的に分極さＪｌ、、系に電
子を供給する役をする。

このカバーは接地して、対応する接地電位に見合うよう
にする。

電気化学反応による電槽にある液およびガスへの周縁不
透過性を得るには、機素４０１と４０３間、および端子
機素とカバー４０４　、４０５間にそれぞれガスケット
を装入する。この不透過性は、０−リング４１１を適当
なシートにとりつけ周縁機素の形態で保証する。

第４図でカバー４０４はプラス分極さ才して卦り、この
カバーと第一セｉＪ？　ｌ／−ター４０３間の空隙部は
一種の電解用陽極半電槽を構成する。このため図４では
これをＡ文字で識別する。セ・９レータ−４０３と複極
４０２間にある第二の半電槽は陰極的に分極される。こ
の二組半電槽が合体すると、電解装置Ｅに和尚する第一
電槽が構成される。図４の半電槽を交互に組み合わせる
と、ｍ　１８図の′ａ！極形態が得られ、最後の陰極半
電槽Ｃがマイナス分極したカバー４０５と接触するまで
組合せることができる。

記載の電槽内液の分布については、セ／’Ｐレータ−４
０３とセ・４′Ｖ−ター４０３とを交互組合わせ、それ
らの形状を一致適合させると、その枠組合わせ体２０２
　、２０３においてヘッダー系ができ上る。とくに、第
２図２０９の孔と第３図３０９の孔とを整合させて得る
ヘッダーによシミ解質はＡ半電槽に供給される。つぎに
電解質を端末カバー内に設けた、すなわち発明の好まし
い態様では陰極カバーに設けた二組のノズ／Ｉ／または
孔を用い電解装置（電解槽）Ｅに導入する。同様に電解
生成物を、第３図３１０孔と第２図２１０孔とを整合さ
せて得たヘッダーにより、半電槽Ａから取シ出す。同様
に、第２図２０８孔と第３図３０８孔とを整合させて得
たヘッダーによりＣからもとシ出す。つぎに生成物を端
末カバー、好ましくは陰極カバーに設けた二組の別種ノ
ズルまたは孔を通じ、Ｅから脱液する。

このように、多数槽から成る電解槽には同一符号の分極
中電槽に電解質分配用のヘッダー一組が設けられ、一組
のヘッダーは反対符号の分極中電槽に電解質を供給し、
二組のへツタ−は別々に同価の分極中電槽から出る生成
物を取除く方式となっている。上記四組のへ、ターは、
端末カバーの一組、好ましくは上述したできれば接地し
た、かつ陰極分極したカッ々−上に設けた四組のノズル
または孔で終るのがよい。

これに代る構造として、電解装置を若干組の複極体と組
合わせて構成できる。この場合はとくにモノ４レータ−
のない一連の複極体が得られる。この構造のものは、従
来の電気化学反応を行わすに好適のものであり、これに
ついては後述する。とくにこの例では、第２図２０８孔
の整合により、電解質入口用へツタ−のみを枠内側に形
成させる。

この電槽がきわめて融通性の高いことは、特殊反応例で
も分かるように、たとえ性格のちがった反応であっても
、単一セパレーターより多数の複極体から成る組立体に
よりさらに明確に証明される。この場合、枠組には第２
図、第３図で示す以上の多数の孔と供給−排出用チャン
ネルを必要とする。

この詳細は上記した所から明らかに推定できる。

セパレーターの有無による複極電解装置の記載構造に関
しては、暗黙提示したごとく、第２図の複極板は、との
複極体の唯一の電導体を構成するが、系列内では任意の
複極槽の実質上の電極でなけれはならない。事実、電気
化学反応に含まれる流体の分配、集積用に選定した特殊
方法と複極体およびセパレーターの特殊構造例れであっ
ても、きわめて電極空隙をせばめて電槽をとりつけるこ
とができる。

復極板は、特殊ケースに合った材料を用い、実施すべき
電気化学操作に応じて組立て、さらに電解触媒活性を付
与するため、既知の技術を用いて表面処理にかけること
ができる。この発明によれば、限界電解構造を採用して
最良の効果が得られる。

第４図で明らかなように、スペーサ４０３を備えた複極
体に直列したカプリングが、電解装置内で電解質を充填
すべき空隙、すなわち、上述のＡおよびＣ半組槽で示し
た空隙を保留しているかが分かる。本発明の電極構造は
完全に上記空隙部または半組槽を満足する形状をしてお
り、実際上、各構造は従来の二組空隙張出し型電極とは
ちがった三次元電極の考方を採用している。第５図の左
方にその方式を示すが、この場合、二組の複極体５０１
は正しい位置でセパレーター５０２を連結保持している
。５０３は二電極構造であり、これを複極板５０４とセ
・９レータ−５０５の間に装入し、単一電解槽を構成す
る連結式半型槽を補助している。第５図の右方に同型の
二組の電極体５０６とセパレーター５０７、複極体５０
８それぞれ一組を示し、単一電解槽構造の各部分を切り
離し説明している。

上記電極構造の基本的設計条件は、複極板からセパレー
ター近くまで電流を導き、構造体本体中で生じる電解生
成物をその発生場所から容易に移動させ、電解質を上記
場所に導入できることにある。まず第一に必要なことは
各複極板と親電極構造間の電通をよくすることであり、
好ましい発明態様では、ねじ、または溶接、または複極
板に単に電極構造体の圧力をかける等の方法でこの条件
をみたすことができる。第二の条件として織物、メリヤ
ス地メツシュ、ストリップ、またはネット状のワイヤー
、種々のタイプの薄層板、粒状その他特殊物質等につい
てりま、内部空隙率の高い、単位容積当シ大きな表面積
の電導体もしくは金属物質を原料とした一体構造が有効
だということである。さらに詳細説明のため、第６図に
この発明で得られる装置につき、“発泡シート”という
用語を参考までかかげる。すなわち、メタルシートＬＡ
をカットＴＡで全厚にカットし、第６Ａ図の要領で示す
ように、つぎにこれをカットに垂直方向に引のばしｖＪ
６Ｂ図で示す同型の最終、アイレット形状にストレッチ
して変形を与える。ここでＰはカットのクロスピッチを
、Ｓはシートの厚みと、ＡＬ”（Ｌｔ　−Ｌｔ　）　１
００／Ｌ、は引張りによるシートの伸び単バーセントを
あられす。

発泡シートを電槽にとりつける場合、カット面を水平に
しき、０孔の配列方向でセパレーターからガスを逃散し
やすいようにする。その状況を第６Ｃ図の断面図で示す
が、矢印は０孔からのガス流方向を指す。

別の構造としては、電極体ｔ−Ｕい発泡シートとしこれ
を薄いワイヤーメツシーではさむ。さらに別の型式とし
てばらワイヤーをブレスして、塊状物に充填する半組槽
相当の形状とする方式もある。

結局、電極構造体は心気化学特性を種々想定した場合、
その表面を活性処理する従来の方式を利用できる便利さ
を有している。

本発明による複極体とセパレーターとを組合わせた電解
装置に、この型式の電極体を採用すると電解系列の電圧
効率またはエネルギー効率を低めることなく、高い電流
密度を利用することができる。

この発明による電解装置はすべて、大気圧以上の圧力で
操作するのにとくに適しており、多種電解質沸点以上の
温度を含め、広い温度範囲で電解操作を行うことができ
る。ガス状生成物の比容積を減することにより、圧力下
操作ができるため、最近の技術によるものより小型かつ
薄厚の電槽を使用できる。さらに圧縮ずみのガス状生成
物を得ることも可能で、利用面も多い。結局は、電解質
供給チャンネル、生成物排出チャンネルの断面も最小と
なり、この結果、上記チャンネルが不導体壁であり、か
つその径路長も比較的長いため、発散電流も無視できる
。さらに水電解のごとく、二次電気化学反応のない場合
でも、１００％に近い電流効率が得られる。

この発明の各種電解装置用組立材料については、代表的
なある化学工程を対象として、複極体、七ノ９レーター
枠組成形に使用できるポリマー材料表を一例としてかか
げる。ただしこれのみに限定されることはない。明らか
に、以下に示すポリマー材料は、可能な場合ま九専門家
の指示に従い化学的に不活性な物質で強化し、たとえば
アスベスト繊維、ガラスファイバーまたは粉末、無機充
填材等のごとく機械強度を増すことができる。

電導体、たとえばカバー、複極板、電極構造体について
は、分極条件で、このものは電解装置内部にある流体の
侵食に耐えねばならない。第４図の八−タイプ半電槽は
、１陽極性”と表示する材料から、Ｃ−タイグ半電池は
“陰極性”と表示する材料から作シ上げる。この発明に
よる電解装置の大きな利点は、そのおどろくべき単純設
計にあり、容易に機械加工できない場合でも、多種の導
電材料を採用できることである。その代表的な電解工程
に使用される材料表をかかげる。ただしこれが全部を代
表するものでない。

とくに端末カバーについては、電解質に触れる部分にだ
け、陰陽何れかの材料で裏打ちした炭素鋼を用いるとよ
い。複極板は交互に、それが陰・陽極何れの条件にも耐
える場合、単一材料を使用してよい。他の場合、ライニ
ングまたはメッキ材料を用いると、何れの条件にも適合
できる。

アスベスト紙、？−ド、フェルトまたは布、ＰｖＣ布、
イオン交換膜については、単に現状のセパレーター利用
でよい。この方式によれば、モノ２レータ−の位置に両
面を電気触媒材料で被板した、ソリッドポリマー電解質
利用の現技術要求によるイオン交換膜を電解装置中利用
可能である。

この発明は補助装置を併用して完全なものとするが記載
の電解装置からは電解操作条件で最良の性能が得られる
。第７図の、もつとも一般的な利用方式の場合、陰極端
末カバーを注意して接地し、電解装置　７０１に直流を
通す。このようにすれば、装置すべてと上、記カバーに
連結の金属配管は等電位（Ｃあり接地される。陽極と陰
極半、電槽からそれぞれ導入される電解生成物抽出用の
配管７０２と７０３は、同一生成物をそれぞれのクーラ
ー７０４．７０５に供給する。このクーラーの役割りは
、希望温度のもとで、系列内の電解質の循環を維持する
にある。電解生成物はつづいて容器７０６と７０７に達
し、ここでがス状生成物が電解質から分離し、順次配管
７０８と７０９　ｆｔ経てサクションポンプ７１０と７
１１に送られる。

このポンプで電解質は電解装置に逆送される。

ガス状電解生成物は、配管７１４　、７１５により、ま
た液状生成物は配管７１６　、７１７を経て系外にとシ
出される。電解用供給原液は、ノズル７１８　、７１９
を経て系内に導入される。

なお特殊工程管理用として、コントロールおよび測定装
置を取９つけることができるが、これはケースバイケー
スで後述する。

以下の実施例ですべてではないが本発明の実際用途を説
明するが、これによりその有用性、新規性、ならびにす
ぐれた効果が分かるであろう。

実施例１ 交互直列に端末ステンレススチールカバー間にとりつけ
保持した、２０組セパレーターと１９組複極体とを使っ
て２０組隔膜槽から成る電解装置を組立てる。電解槽の
形状は第４図で示すものとした。材料は射出成形・βリ
プロピレンのアスベストファイバー強化とし、セパレー
ターは２■厚さのアスベスト布、複極板の厚みは０．２
　ｔｗｍの純ニッケル製とする。陽極カバーは電解質に
接する面を２０ミクロン厚さの二、ケルメッキとする。

断面８０ｃｒｎの電極体の厚さは３ｍとし、Ｓ　＝　０
．２　ｙａの純ニツケルシートを充填させて作り、ピッ
チＰ＝２咽、伸びＡ＝６０％、ニッケル編みメツシュ４
層、ワイヤー径０．０６＋ｍのエキスフ９ンデツトメタ
ル仕上とする。装置の組立は、エキスパンデッドシート
とアスベスト隔膜が相接するようにし、複極板と電極体
との電通が、相互圧で保証されるようにする。電極体は
電気蝕媒的には活性化されていない。

この電解装置は水電解工程実施用のものであり、第７図
記載の一般フローチャートに似たプラント内に取りつけ
るが、この特定利用の場合は単一の電解質が循環するよ
うに単純化されており、事実この場合、循環ポンプは一
基だけでおる。

電解質は２５チＫＯＨ水溶液を用いた。電解各種の性能
を各種温度および圧力０゜５バール（約０．５　ｋｖｃ
ｎ２）のもとで調査した。ここに４０．６０．８０℃で
の測ここで強調したいことは、８０℃での熱力学的可逆
電圧（ｉ、４ｓｖ）と槽電圧以上との間で計算した電槽
効率は（０，４Ａ／ｃｒｎ時）で７７俤、（０，’ｌ　
５　Ａ／ｍ　）で８７．５　％の範囲内にあることであ
る。同一条件での技術資料によれば、市販電槽で（最新
型、非活性化型）の効率は６２〜７０チ程度を示してい
る。本発明による改良効果の高いことは明らかである。

実施例２ １２４組の複極体で交互に組立てた１２５槽を収容する
電解装を全準備し、水電解によシ水素と酸素とを製造す
る。複極機素の外径は３２８鴫であり、このエレメント
をニッケルメッキ、炭素鋼ディスクｒ）１＋ｍｓ＋厚の
２４ｗ幅×７四厚の枠で巻き構成さす。枠は電解質供給
用ま友は電解生成物排液用１２＋ｍ直径の孔を備えたポ
リフェニレンオキサイド（ｐｐｏ）の射出成型により製
作する。

セックレータ−は２咽厚のアスベスト板であり、複極体
向けの同一材質、直径の枠をこれに巻きつける。その厚
みは、つまシ４閤だけ小さい。電解質供給チャンネルと
電解生成物排出チャンネルの断面は３Ｘ１．５鵡矩形状
、長さはそれぞれ２００ｍである。

各電解半電槽は６００ｃｍ　円形断面の電極構造体を収
納し、交互に０．３　ｍ厚さのシートを詰め込み組立て
、２゜５閣ピツチ、伸び６０％、金属ワイヤー編みメツ
シュによりエキスノＪ？ンデットメタル仕上げとする。

エキスパンデッドシートと輛組メツシュは、陽極中電槽
については純ニッケル製、陰極半電槽についてはニッケ
ルメッキ炭素鋼製とする。電解装置組立てに先き立ち、
公知の古くから用いている水電解技術により活性化させ
るが、その原理はニッケルメッキ炭素鋼上にチオ硫酸塩
浴からの硫化ニッケルを電解析出させ、同一浴中で陽極
ニッケル構造体を表面陽極処理する方式に基づいている
。

ついで１２５複極電槽を２組のニッケルメッキ炭素鋼製
端末力・ぐ−間への挿入に必要な全機素を装入して電解
装置組立を進行させ、１２瓢径のタイロッド８組で相互
連結し、陽極分極化したカバーは電気的に絶縁させる。

陰極末端と連結したカバーは接地する。

電解装置には、陰・陽両半電槽への電解質供給用および
、同一分極符号を持つ半電槽から電解生成物を排出する
几めのノズルを設ける。電解質は、２６チ濃度のＫＯＨ
水溶液を用いた。

電解装置を操作する装置系統図を第８図で示した。この
場合、主コントロール計器が図示されているが、圧力コ
ントローラー８０１の水素流にはたらき５パール内圧を
保持させるもの、酸素流にはたらき容器８０３中液体の
レペ）ｖｆ調節するレベルコントローラー８０２、脱イ
オン水供給に作用する受器８０５用の液面コントローラ
ー８０４、電槽系列からの電解質入、出温度レコーダー
８０８等がこれに相当する。

電解質の循環をはじめ、直流を１００Ａまで徐徐に高め
たのち、電解質加熱をつづけ、一方、系列の運転要因、
つまり、圧力と液面とを定常化させる。７０　Ｃ益度で
電解生成物中で測ったＤ−Ｃ電圧は２０４Ｖであった。

つぎにＤ−Ｃ電流を１２５Ａまで高めたのち、温度を徐
々に８０℃まで上げる。電解質を冷却してこの温度を維
持し、さらに徐々に直流金高めて、つ虻のデータを得た
。

Ｄ、Ｃ電流　１２５Ａ　　Ｄ、Ｃ電圧２０３Ｖ１８０Ａ
　　　　　　　　　　　２１０Ｖ２５０Ａ　　　　　　
　　　　　　２１８Ｖ３００Ａ　　　　　　　　　　　
２２３Ｖ電流密度計算において電極構造体の断面を考慮
しつぎの値を得た。

電流密度　摺電圧　電圧効率 （Ａ／ｌ　）　　　（Ｖ）　　　　　（％）　（基準１
．４８Ｖ）２０８０　　１．６２　　　９１ ３０００　　１．６８　　　８８ ４１６０　　１．７４　　８５ ５０００　　１．７８　　　８３ 上記値から従来の槽データにくらべ明らかに高り効率が
得られる。

最後に注目すべきことは、１２５組の電解槽全長が、端
末カバーを含めて１５８０ｍに過ぎぬことであり、きわ
めて構造がコンノヤクトなことが分かる。

実施例３ この発明のさらに妙味のある点は、つぎの例で示すごと
く、導入管、排出管を通じての電流の発散が最小である
ことである。

前例までの同一電解操作を行う一組の電解装置・ト、す
でに記載形状の６３檜を用い組立てた。この場合の電極
構造体の直径は８００１であり電解質供給、電解生成物
排出チャンネル断面は何れも、２８．２＋＋ｍ（ｃｒｒ
ｌ）、長さは５６０ｍ＋で全体部分と複極体とセパレー
ター枠内に収納する。

この操作に当っての専門家であれば、不導体壁面を備え
た上記寸法の電解質供給用チャンネルは４０℃操作温度
で２２００の抵抗体に相当することが計算できる。全体
としてガス相がないとすると（極端に控え目九見積って
）、電解生成物排出用チャンネルはこの場合、９０℃温
度、１２０Ωに相当する。流体へ、グーの電気抵抗を無
視し、各種が２組の供給チャンネルと２組の排液チャン
ネルを持つことを考えると、最大電流発散量は、次式 で計算できる。

ここで、ｖｃは平均摺電圧、ｎは構成電槽数音あられす
。

この例では、゛４解装置に２００ＯＡ直流をかけること
により全電圧は１１１ｖとなり平均４ｖ’！圧１、７６
　Ｖに相当する。

両式からＩ、＝９１．５Ａが得られる。

電解操作で消費する肌Ｃ電流計は２０００（６３）＝１
２６，０ＯＯＡであり、系列の電流効果は少く見積って
９９．９３％となり、明らかに従来式電槽で得られる値
より高い。

実施例４ 実施例２と同タイプの電解装置を３０バール（約３０に
シー）操作圧力用に設計した。複極体、セパレーター枠
が何れも硫化？リフェニレン（ｐｐｓ　）材質で成形さ
れているが、この、ｔｆ　１７７−は機械抵抗が高く、
電解条件での流体への耐久性にすぐれている。装置は実
施例２と同等条件の９０℃で操作した。

試運転は比較的長期間行った。すなわち、電解槽には一
定直流電流、たとえば電流密度４０００Ａ／’ｍ２をか
ける。完全に定常化状態では′ｔに摺電圧は２１０Ｖで
あり、外部回路で生じる電圧損失を考えないと、平均摺
電圧１．６８　Ｖに相当する。これは電圧効率８８チに
当る。この実施槽に前例の式をあてはめると、９９．６
％以上の電流効率が計算できる。

操作条件を選定すれば、電解装置のエネルギー効率は８
７．６％となり、比電力消費量は発生水素Ｎｍ３当ｐ　
４．０４　ｋＷＨとなる。

実施例５ 酸化性のある化学化合物中、塩素は水処理操作でもっと
もよく使われる製品である。利用化合物は通常次亜塩素
酸カルシウムおよび次亜塩素酸ナトリウムである。

これに代るきわめて重要な方法に塩化ナトリウム溶液を
使った直接塩素製造であり、この塩素は殺菌すべき水に
添加される。最終原料として大型発！ル所の大容情冷却
装置に用いる海水が挙げられるが、この場合、海水を直
接電解して活性塩素を製造する。

電気化学反応の観点から言えば、この方法は海水中のＮ
ａ０２部分を、セパレーターなしの電槽中塩化物分解に
より次亜塩素酸に転化するものである。

その目的は、数ｇ／ｌ程度の有効塩素を有する水の製造
にある。得た溶液をさらに主海水流水中で希釈し最終濃
度を１〜２１ｊｑ／ｌ程度とする。

この工程用としてきわめて単純で便利な電解装置は、チ
タン製の複極板金使用し、上記の第２図中作図した形状
の複極体を多数組合わせることにある。

その構成図を第９図で示す。ヘッドまたは端末カバーは
チタン製またはチタンライニングとする。

図の最左端にあるカバー全陽極的に分極すると、同上ヘ
ッドの内面は陽極挙動を示すか、またはこれによシ系列
から、電解装置の対向端にある陰極カバー側の同上シス
テム中に導入されｆｃ電子が差し引かれる。複極板は対
向面上陽極（→と陽極カバーに対向する面上で陰極化（
→分極を受ける。塩素発生ののぞましい陽極反応ｔ−選
択的に促進できる一種の触媒を使って抜機することは、
陽極面にとっては有効な方法である。

たとえば公知の技術では、チタンとルテニウムの混合酸
化物の使用を想定している。

水電解は陰極面で行われ、ガス状水素をさかんに放出し
、このガスと液状電解生成物とが系外から取り出され、
ヒドロキシルイオンが形成すれる。

実質上、これらのイオンは陽極面に溢りて発生する塩素
との直接反応により差し引かれ、この結果次亜塩素酸を
生ずる。

上記したチタン板とｐｖｃ枠金備えた５０組の複極体を
組み合わせ一組の電解装置を構成さす。

末端カバーは、チタン２イニングし九炭素鋼製とした。

各版の正味面積は０．０６ｍ　　であり、各版の陽極面
はチタンとルテニウム混合酸化物で核種し、このコーテ
ィングは空気を用いその塩類溶液を熱分解して蒸着させ
る。同じ活性化処理は陽極カバーのライニングにも使用
した。

陰極カバーを接地し、海水導入用と電解生成物抽出用の
ノズルを取りつける。

上記電解装置には毎時２１００Ａ！の海水を供給し約２
ｇ／Ｊ有効塩素濃度の水を抽出する。両端末方体とセパ
レーターとの全体および部分切取図を第４図、５図およ
び９図は電解装置の断面図を第６Ａ図、６Ｂ図は電極構
造体の正面図を第６Ｃ図は同上断面図を 第２Ａ、２Ｂ図は第２図のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ断面図を第７
図、８図は工程流れ図をそれぞれ示す。

２０１・・・導体板 ２０２　、３０２・・・枠（フレーム）２０３・・・導
入孔 ２０４　、３０４・・・供給チャンネル２０５・・・開
口部 ２０６・・・排出孔 ２０７　、３０７・・・排出チャンネル２０８・・・出
口 ２０９゜２１０，３０３，３０８，３１０．４０７・・
・孔２１１．２１２，３１１，３１２・・・ガスケット
３０１・・・ダイヤフラム ４０１　、５０１　、５０８　、５０３・・・複極体４
０３　、５０２　、５０５　、５０７・・・七ノ！レー
タ−４０４、４０５・・・端末カバー ４０６・・・タイロッド ４０７・・・ブツシュ ４０９．４１０・・・ねじ孔 ４１１・・・０−リング ５０４・・・複極板 ５０６・・・電極体 ７０１・・パ九解装置 ７０２．７０３・・・抽出配管 ７０４　、７０５・−クーラー ７０６　、７０７　、８０３　、８０５・・・容器７０
８．７０９，７１４，７１５，７１６．７１７・・・配
管７１０．７１１・・・サクションポンプ７１８．７１
９・・・ノズル ８０１・・・圧力コントローラー ８０２．８０４・・・レベルコントローラー８０８・・
・温度レコーダ ＣＡ・・・空胴部 ＥＢ・・・複極体 Ｅ・・・電解装置 図面の浄書（内容に変更なし） 第１Ａ図 第旧図 第２　図 ＳＥＣ，Ａ−Ａ　　　　　　　　　ＳＥＣ，日−Ｂ第３
図 第４因 ０Ｂ 手　糸光　ネ市　正　書　（方式） 昭和６２月　２Ｊ］］（

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）端末カバー間に多数の複極電解槽を設け、各槽には
   一対の電極と、一電槽を前後の電槽と仕切り、また万一
   に備え陽極室と陰極室を分離する一以上のエレメントを
   備えた複極（二極）機素を各電槽に設けた、水溶液電解
   装置。さらに電槽集成体には、直流（Ｄ．Ｃ）源と、一
   組以上の電解質供給装置と、一組以上の反応生成物受器
   と、を連結し、導体板（２０１）中にとりつけた各複極
   は、板の全周に沿い絶縁材料中に成形した枠組中に挿入
   し、その軸方向高さ（厚み）と直径とは、複極の一つよ
   り大とするが、半径方向幅長は十分制限して上記板周縁
   を包み保持し、その内側部分で電解質内容物用の空洞部
   （ＣＡ）を形成させるようにし、底面が板面となりこの
   面から張り出す枠厚が高さを構成し、上記枠組には、導
   入孔（２０３）を設け、これが電解質供給ヘッダーの一
   部となり、直接枠の両面の一つに形成した電解質供給チ
   ャンネル（２０４）と連結された、全フレーム厚を貫通
   する上記空洞部からの排出孔（２０６）と、孔（２０８
   ）に終る周辺排出用チャンネル（２０７）とを設け、こ
   のチャンネルが製品排出用ヘッダーの一部をなし、さら
   に２個の孔（２０９、２１０）を設けて上記空洞部とは
   無関係に、これを流体の分配用ヘッダーの一部とするこ
   とを特徴とする装置。 ２）各電槽の陽極室と陰極室とを仕切る機素を多孔性ダ
   イヤフラムまたは膜（３０１）中に収納しその膜の周辺
   部を電気絶縁性枠（３０２）に装入し、機素にはまた、
   電解質供給ヘッダーの一部をなし、底面として上記膜ま
   たはダイヤフラム保有の空洞部に通ずる付属導入チャン
   ネルの一部となり、また壁面としては、ダイヤフラムま
   たは膜に向け突出する上記枠の一部となる一つの孔を設
   け、さらに空洞部から反応製品をとり出すための排出用
   チャンネル（３０７）を備えた開口部の一つ（３１０）
   と、この他に、上記空洞部と無関係に流体を分配するた
   めの二組の孔（３０３、３０８）とを有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３）複極枠と仕切機素とが相適合した構造を有し重なり
   合うことにより相互に結合し得ることを特徴とした特許
   請求の範囲第１項および第２項記載の装置。 ４）複極、仕切り用機素が何れも交互に連結され、電気
   絶縁タイロッド、（または絶縁ブッシュ）を備えて整合
   保持され、このロッドを直流源電極と接続し、ノズルを
   とりつけた端末カバー間に張り出し、複極周辺部と仕切
   り用機素間および装置系列の端子機素とカバー間とにガ
   スケットを挿入することを特徴とした、特許請求の範囲
   第１項および第２項記載の装置。 ５）仕切り機素を装入することなく、複極機素のみから
   成り、（２０８）のごとき孔の整合により組み立てた一
   組のみの電解質供給ヘッダーを備える特許請求の範囲第
   １項記載の装置。 ６）多数の電槽（セル）のうち、その一つが陽極と陰極
   の半電槽から成り、これを電解質供給用および反応生成
   物排出用のノズルとＤ．Ｃコネクターを有する端末カバ
   ー間に装入し、さらに電解質を、複極と仕切機素とに取
   りつけの孔（２０３、３０３）を心合わせして得られる
   同一符号（つまりＡ＝陽極）の分極半電槽に移液するた
   めの内部ヘッダーを設け、さらに、反対符号（つまりＣ
   ＝陰極）で分極した半電槽供給用の一組の内部ヘッダー
   と、同一符号をなし、半電槽Ｃから抽出する（２１０−
   ３１０）の孔を整合して得る半電槽から出る生成物用の
   ２組の内部ヘッダーとを有し、上記ヘッダーはカバーの
   一つ、好ましくは電気的に接地した陰極カバーにとりつ
   けの対応ノズルで終わることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項から第４項記載の装置。 ７）半電槽ＡとＣとを完全に立体電極構造として組立て
   、複極板と電通させ、高い内側気孔率と、嵩容積当り大
   きな表面積とを持たせ、薄層シート、フィラメント、ス
   トリップ、またはグラニュールを使用するごとく構成す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の装置。 ８）各電槽が２組の複極機素を有し、一組の仕切り機素
   のみと、各板とセパレーター間の電極構造とを有し、こ
   のセパレーターは薄い、カットメタルシートおよびエキ
   スパンデットメタルシート製とし、のぞましくはこのシ
   ートを多数のメタル編組メッシュ生地層でセパレーター
   と接触保持させ、セパレーターと複極板間の全容積をみ
   たすことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の装置
   。 ９）メタルシートを水平にカット・エキスパンドさせ、
   セパレーターから任意にガスを除去する改善孔を形成す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の装置。