JPS6239091Y2

JPS6239091Y2 -

Info

Publication number: JPS6239091Y2
Application number: JP1983061325U
Authority: JP
Priority date: 1983-04-22
Filing date: 1983-04-22
Publication date: 1987-10-05
Also published as: JPS59169356U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は主としてアルカリ金属ハロゲン化物水
溶液、特に塩化アルカリ塩水溶液の電解槽に関す
る。更に詳しくは、電解隔膜として陽イオン交換
膜を用いた水平型電解槽において、陽極及び陰極
を屈曲させ電解面積を増大せしめてなる新規構造
の電解槽に関するものである。

水平型電解槽は、水平に張設された隔膜によつ
て上部の陽極室と下部の陰極室とに区画されてい
る。水平型電解槽の最も典型的な水銀法電解槽
は、比較的高濃度の水酸化ナトリウム溶液が得ら
れるのでこれまで広く利用されてきた。しかし乍
ら、陰極に用いる水銀が環境汚染物質であるた
め、近い将来休止されるべき運命にある。ところ
で従来広く活用されてきた水銀法電解槽及び附帯
装置を悉くスクラツプ化することは経済的、産業
政策的にも決して好ましいことではなく、一方、
当業界にとつて極めて深刻な問題である。かかる
状況下において、水銀法電解槽及び附帯設備をス
クラツプ化することなく、他の安全な電解槽に転
換することは極めて望ましいことである。

かかる見地から、本出願人は鋭意研究を進め水
銀法電解槽を有利に陽イオン交換膜法電解槽に転
換し得る技術を開発し、先に特許出願を行なつた
（特願昭57−131377等）。

しかし乍ら、水銀法電解槽を陽イオン交換膜法
電解槽に改造転換した場合、単位電解槽当りの生
産量が大巾に低下するという問題を内包する。即
ち、水銀法電解槽においては電流密度は100A／
ｄm²前後が一般的であるのに対し、陽イオン交換
法電解槽では膜抵抗のため余り電流密度を上げる
と電圧が高くなり、従つて一般に50A／ｄm²程度
が上限である。それゆえ、単に膜を水平に張設し
ただけでは単位電解槽当りの生産量は半減するこ
とになる。

本考案はかかる実情に鑑み、陽極板及び陰極板
を屈曲させて形状とすることにより、単位電解槽
当りの生産量を２〜３倍に増大させた水平型電解
槽を提供するものである。

即ち、本考案は実質的に水平に張設された陽イ
オン交換膜により上部の陽極室と下部の陰極室と
に区画され、前記陽極室は波形状の陽極板を有
し、蓋体と該陽極板を囲むように周設された陽極
室側壁と該陽イオン交換膜の上面とにより包囲形
成され、且つ陽極液の導入口及び排出口並に陽極
ガス排出口とを具備してなり、前記陰極室はガ
ス・液非透過性の波形状もしくは平板状の陰極板
と該陰極板を囲むように周設された陰極室側壁と
該陽イオン交換膜の下面とにより包囲形成され、
且つ陰極液の導入口及び陰極ガスと陰極液との混
相液の排出口を具備してなり、前記陽イオン交換
膜が前記波形状の陽極板と陰極板との間に介装さ
れた構造の水平型電解槽を内容とする。

以下、本考案の実施態様を示す図面に基づいて
本考案を説明する。以下の説明において、アルカ
リ金属ハロゲン化物の代表例としても最も一般的
である塩化ナトリウムを、またその電解生成物と
して苛性ソーダをそれぞれ便宜上用いるが、これ
らによつて本考案を限定する意図を表わしたもの
ではなく、他の塩化カリウム等の無機塩水溶液や
水電解等にも直ちに適用できることは勿論であ
る。

第１図は波形状陰極板を用いた本考案の電解槽
の一部切欠き正面図、第２図は同側面断面図であ
る。尚、第１図において、陰極液導入口及び排出
口はいずれも省略されている。

第１図及び第２図において、本考案電解槽は幅
に対し長さの大なる、好ましくは数倍の長さを有
する長方形の陽極室１とその直下に位置する陰極
室２とにより構成され、陽極室１と陰極室２とは
実質的に水平に張設された陽イオン交換膜３によ
つて区画されている。ここで「実質的に水平」と
は必要に応じて若干傾斜（2/10程度まで）させた
場合をも包含する。

陽極室１は蓋体４と、波形状の陽極板１２を囲
むように延設された陽極室側壁５と、陽イオン交
換膜３の上表面とにより画成されており、陽極導
電棒６は蓋体４に立設された陽極懸垂装置７で懸
垂され、各陽極導電棒６は陽極ブスバー８で互い
に電気的に連結されている。蓋体４は陽極導電棒
カバー９を挿通する孔１０を有し、該孔１０はシ
ート１１により気密にシールされている。陽極導
電棒６の下端には波形状陽極板１２が取付けられ
ており、かくして波形状陽極板１２は陽極懸垂装
置７に連結されているため、陽極懸垂装置７を操
作することにより上下に昇降調節可能で、陽イオ
ン交換膜３に接触するよう配置することができ
る。もつとも波形状陽極板１２は蓋体に立設され
た陽極懸垂装置から懸垂される場合に限られず、
他の方法により懸垂あるいは支持されていても差
し支えない。さらに陽極室は少なくとも１個の陽
極液導入口１３を有しており、これらは該蓋体４
または陽極室側壁５に設けることができる。一
方、陽極液排出口１４は少なくとも１個設けら
れ、これらは該側壁５に設けることができる。ま
た、該蓋体４または該側壁５の適宜箇処に陽極ガ
ス（塩素ガス）排出口１５を備えている。

上記の陽極室１を構成する蓋体４および陽極室
側壁５としては、水銀法電解槽を構成する蓋体及
び陽極室側壁を転用すれば良いが、このほか塩素
に耐える材質であれば特に制限はなく好適に使用
することができる。例えばチタン及びチタン合金
等の耐塩素金属あるいは、弗素系ポリマー、硬質
ゴム等を使用することができる。さらに上記金
属、弗素系ポリマーまたは硬質ゴム等をライニン
グした鉄を用いることもできる。

陽極反応を行なう波形状陽極板１２はグラフア
イト陽極を用いることもできるが、チタンあるい
はタンタルのような金属に、例えば白金族金属あ
るいは酸化白金族金属又はそれらの混合物を有す
る被覆を施した不溶性陽極が好ましい。

次いで陰極室２は陽イオン交換膜３の下表面と
底板２４上に取り付けられた波形状の陰極室板１
６と、該陰極板の縁に沿つて該陰極板を囲むよう
に立設された陰極室側壁１７とにより画成され
る。陰極室側壁１７は剛性を有する枠縁のごとき
もので構成することができるし、弾性を有するゴ
ム、プラスチツク等のパツキング状弾性体の如き
もので構成することも可能である。

陰極室側壁１７の構成材料としては、上記した
材料の他に苛性ソーダ等の苛性アルカリに耐える
材料であれば特に制限はなく、鉄、ステンレスス
チール、ニツケル、ニツケル合金等を使用でき
る。また、鉄基材上に耐アルカリ性材料をライニ
ングした材料も好適に使用できる。さらにまたゴ
ム、プラスチツク等の材料も使用することができ
る。かかる材料としては、たとえば天然ゴム、ブ
チルゴム、エチレンプロピレンゴム（EPR）な
どのゴム系材料、四フツ化エチレン重合体、四フ
ツ化エチレン−六フツ化プロピレン共重合体、エ
チレン−四フツ化エチレン共重合体などのフツ素
系ポリマー材料、ポリ塩化ビニル、強化プラスチ
ツク（FRP）などが例示される。

本考案に使用される波形状陰極波１６は鉄、ニ
ツケル、ステンレススチール等の導電性材料より
作ることができる。水銀法電解槽の底板を切削加
工して本考案の波形状陰極板１６としても良く、
また該底板の上に波形状陰極板１６を溶接しても
良い。波形状陰極板１６の表面を、ニツケル、コ
バルト、白金族金属、これらの合金又はこれらの
混合物のプラズマ溶射、メツキ等により、水素過
電圧低下処理を施すことは好ましい態様である。

陰極液導入口１９及び混相液排出口２０は陰極
室２内に該混相液の流れを生ぜせしめることがで
きれば良い。従つて、該混相液の流れを電解槽の
長さ方向、幅方向のいずれに形成せしめても良い
が、後者の方が導入口・排出口間の△Ｐ及びＧ／
Ｌ（単位陰極液中に含有される陰極ガスの比率）
を小さくすることができるのでより好ましい。こ
の目的のためにスリツト状導入口は好ましい一態
様である。水銀法電解槽の底板を転用する場合に
は、該底板に予め穿設されている組立用ボルト孔
をそのまま或は適当に加工して導入口、排出口に
利用しても良い。

本考案に好適な陽イオン交換膜としては、例え
ば、陽イオン交換膜としては、例えば、陽イオン
交換基を有するパーフルオロカーボン重合体から
なる膜を挙げることができる。スルホン酸基を交
換基とするパーフルオロカーボン重合体よりなる
膜は、米国のイー・アイ・デユポン・デ・ニモア
ス・アンド・カンパニー（E.I.Du Pont de
Nemours＆Company）より商品名「ナフイオ
ン」として市販されている。その化学構造は次に
示す通りである。

かかる陽イオン交換膜の好適な当量重量は1000
乃至2000、好ましくは1100乃至1500であり、ここ
に当量重量とは、交換基当量当りの乾燥膜の重量
ｇである。又、上記交換膜のスルホン酸基の一部
又は全部をカルボン酸基に置換した陽イオン交換
膜その他慣用されている陽イオン交換膜も本発明
に適用することができる。これらの陽イオン交換
膜は透水率が著しく小さく、水力学的流れを通さ
ずに水分子３〜４個を有するナトリウムイオンを
通すのみである。

本考案の電解槽においては、陽イオン交換膜３
が波形状陽極極１２と波形状陰極１６との間にサ
ンドイツチ状に介装される。第１図及び第２図に
示した如き構造とした場合、膜を水平に張設した
場合に比し、電解面積は概ね２倍となる。

第３図は、本考案の波形状陽極、陽イオン交換
膜及び波形状陰極の三者構造の他の実施態様を示
す部分断面図である。同図において、凹凸状の陽
極板１２と凹凸状の表面を有する陰極板１６との
間に陽イオン交換膜３が介装されている。かかる
構造により、電解面積を膜を水平に張設する場合
に比し、約３倍ないしそれ以上に増大させること
ができる。

本考案の電解槽を用いて電解を行う場合、陰極
室２を加圧状態に置き、陽イオン交換膜３を陽極
室側、即ち、波形状陽極板１２に押圧接触するよ
うにして電解を行なえば、陽イオン交換膜の振動
や破損を防止でき極めて有効である。

第４図は平板状陰極板を用いた本考案の電解槽
を示す一部切欠き正面図である。

平板状陰極板２５は水銀法電解槽の底板をその
まま使用してもよいし、該底板上に別の底板を積
層してもよい。かかる構造によつても単位電解槽
当りの生産量を増大させることができ、また通電
量が同じであれば陽イオン交換膜及び陽極を通過
する電流密度が半減し、膜抵抗及び塩素過電圧が
低下し、槽電圧を低下させることができる。

第５図は本考案の電解槽の陰極液循環系統の一
例を示す概略図である。第１図及び第５図に基づ
いて説明すると、ほぼ飽和状態の塩水は、陽極液
導入口１３より陽極室１に供給され、電気分解を
受けて発生した塩素ガスは陽極ガス排出口１５よ
り取り出し、淡塩水は陽極液排出口１４から排出
される。

陰極液は陰極液導入口１９より供給され、陰極
室２で発生する水素ガスとの混相流となつて混相
液排出口２０より取り出され、水素ガスと陰極液
とは分離器２１で分離される。ガスを分離した実
質的にガスを含まない陰極液はポンプ２２により
該陰極液導入口１９から陰極室２へ循環導入され
る。分離器２１及びポンプ２２は複数の電解槽に
対して１個でもよいし各電解槽毎に設けても良
い。

電流は陽極ブスバー８より供給され、陰極室２
の底板１６を通り、陰極ブスバー１８より取り出
される。

陽極室１では式、なる反応が起こり、陽極室１のナトリウムイオン
は陽イオン交換膜３を通つて陰極室２に達する。
一方、陰極室２では式、なる反応が生起し、水素ガスを発生すると共に、
陽極室１より陽イオン交換膜３を通過して移動し
て来たナトリウムイオンを受けて苛性ソーダを生
成する。

陰極室内へ供給され、その中を貫流する陰極液
は上記水素ガスと生成した苛性ソーダを伴なつて
陰極室外へ運ばれ、分離器２１によつて水素ガス
を分離した後、再び陰極液導入口１９へ少なくと
も一部を還流せしめる循環液とすれば、苛性ソー
ダの濃度を適宜に増大することも、また途中で水
を以つて稀釈し濃度を調整することもでき有利で
ある。

叙上の通り、本考案によれば水銀法電解槽を容
易に陽イオン交換膜法電解槽に転換でき、電解槽
のみならずブスバー、整流器、淡塩水処理設備、
塩水系設備等殆ど全ての現存設備をスクラツプ化
することなく転用できる。

更に、本考案により転換された陽イオン交換膜
法電解槽は、水銀法電解槽に比し、２〜３倍ない
しはそれ以上の生産能力を有することが可能であ
り、水平型電解槽の欠点を克服したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の電解槽の一実施態様を示す一
部切欠き正面図、第２図は同側面断面図、第３図
は本考案の電解槽の他の実施態様を示す部分概要
断面図、第４図は更に別の実施態様を示す一部切
欠き正面図、第５図は本考案の電解槽の陰極液循
環系統の一例を示す概略図である。１……陽極室、２……陰極室、３……陽イオン
交換膜、４……蓋体、５……陽極室側壁、６……
陽極導電棒、７……陽極懸垂装置、８……陽極ブ
スバー、９……陽極導電棒カバー、１０……孔、
１１……シート、１２……波形状陽極板、１３…
…陽極液導入口、１４……陽極液排出口、１５…
…陽極ガス排出口、１６……波形状陰極板、１７
……陰極室側壁、１８……陰極ブスバー、１９…
…陰極液導入口、２０……陰極混相液排出口、２
１……分離器、２２……ポンプ、２３……パツキ
ン、２４……底板、２５……平板状陰極板。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】１実質的に水平に張設される陽イオン交換膜に
より上部の陽極室と下部の陰極室とに区画さ
れ、前記陽極室は波形状の陽極板を有し、蓋体
と該陽極板を囲むように周設された陽極室側壁
と該陽イオン交換膜の上面とにより包囲形成さ
れ、且つ陽極液の導入口及び排出口並に陽極ガ
ス排出口とを具備してなり、前記陰極室はガ
ス・液非透過性の陰極板と該陰極板を囲むよう
に周設された陰極室側壁と該陽イオン交換膜の
下面とにより包囲形成され、且つ陰極液の導入
口及び陰極ガスと陰極液との混相液の排出口を
具備してなり、前記陽イオン交換膜が前記波形
状の陽極板と陰極板との間に介装された構造の
水平型電解槽。２陰極板が波形状である特許請求の範囲第１項
記載の電解槽。３陰極板が平板状である特許請求の範囲第１項
記載の電解槽。