JPS6239094Y2

JPS6239094Y2 -

Info

Publication number: JPS6239094Y2
Application number: JP1983063343U
Authority: JP
Priority date: 1983-04-26
Filing date: 1983-04-26
Publication date: 1987-10-05
Also published as: JPS59169362U

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。更に詳しくは水銀電解槽から転換された水平
型陽イオン交換膜電解槽の改良に関する。

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、産業政策的見地から得策とはいえず、一方
当業界側にとつても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、他の安全な電解方
法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、先に特許出願を行つた
（特願昭57−131377号）。

しかし、引き続き研究する過程で、水銀法電解
槽より転用した陰極底板に水素過電圧低下処理を
施す場合、陰極底板が大きく、かつ重量が大なる
為運搬が困難であり、又運搬中に底板のたわみに
より水素過電圧低下処理層にクラツクが発生する
等の問題がある事が判つた。又、現場で処理をす
る場合、通電をストツプする必要がある。すなわ
ち電気分解の為の大容量の電流を流したままでは
電流により発生する磁力の為、均一な施行は困難
である。

本考案はかかる事情に鑑み、これら問題を解決
した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、前記陽極室は実質的に水平な陽極を
有し、蓋体と該陽極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、前記陰極室は水銀
法電解槽の底板からなる陰極板と、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、前記陰極
板にガス・液透過性多孔板をとりつけたことを特
徴とする電解槽を内容とするものである。

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最も一般的な
塩化ナトリウムを、またその電解生成物として苛
性ソーダを便宜上用いるが、これらに本考案を限
定する意図ではなく、他の無機塩水溶液や水電解
等にも適用できることは勿論である。

第１図は本考案電解槽の一部切欠き正面図、第
２図は側面断面図である。

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させた場合（例えば2/
１０程度までの勾配を付与した場合）をも包含す
る。

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.
DuPont de Nemours ＆ Company）より商品
名「ナフイオン」として市販されており、その化
学構造は次式に示す通りである。

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。また、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。

陽極室１は蓋体４と、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
下端には陽極板１２が取付けられており、かくし
て陽極板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。もちろん水銀法
電解槽に用いられている陽極板を同じ寸法、同じ
形状のままで使用すると経済的である。

次いで陰極室２は陽イオン交換膜３の下表面と
水銀法電解槽の底板からなり、陰極液と接する面
にガス・液透過性多孔板２４を有する陰極板１６
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。さらに第３図に示
すように陽極室側壁の下部フランジ部に対峙する
陰極板の周縁部を残して、陽イオン交換膜を介し
て該陽極と向い合う部分を削り取り、残つた陰極
板の周縁部を側壁として構成することも可能であ
る。第４図に示す如く、陰極板１６の周縁に薄層
のパツキング２３を設置し、該陽極板１２を該陽
極室を構成する側壁下部のフランジ面より上方に
固定し、該陽イオン交換膜３の可撓性（フレキシ
ビリテイ）を利用して該陽イオン交換膜を陽極室
側壁内面に沿わせて張装して陰極室を形成させる
こともできる。

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陰極板１６は水銀法電解槽
の底板からなり、その表面の陰極液と接する面に
ガス・液透過性多孔板がとりつけられている。

ガス・液透過性多孔板はパンチドメタルあるい
はエクスパンデツドメタル、網、等である。これ
らは陰極底板と同じ投影面積を有するものでもよ
いが、いくつかに分割した方が、水素過電圧低下
処理が実施しやすく又性能管理が容易である利点
が多い。

更に陰極底板上に前記有孔板を取りつける事に
より陰極室に強制循環される陰極液がより小さな
線速度で乱流となる。これは、実質的に平坦な陰
極板上に多孔板を取りつける事により、無数の凹
凸が発生する為である。したがつて水素ガス気泡
の膜及び電極への付着を、より少ない陰極液循環
用動力で防止する事が出来、気泡による電圧上昇
を経済的に防止し高性能電解槽を提供する事が出
来る。

ガス・液透過性多孔板として使用しうる材料は
耐アルカリ性であれば良く、鉄、ニツケル、ステ
ンレススチール、ニツケル合金等が好ましい。

又、陰極底板への取りつけはスポツト溶接、ボ
ルト締め等従来技術を用いる事が出来る。

過電圧低下処理は公知の技術を用いることが出
来る。例えばニツケル、コバルト、クロム、モリ
ブデン、タングステン、白金族金属、銀、これら
の合金及びこれらの混合物のプラズマ溶射あるい
は、電気メツキ、化学メツキ等により目的を達成
することが出来る。

陰極液導入口１９及び陰極ガスと陰極液との混
相液の排出口２０は陰極室２内に陰極液と陰極ガ
スとの混相液の流れを生じせしめることが出来れ
ば良い。従つて、該混相液の流れを長さ方向、幅
方向のいずれに形成せしめても良いが、後者の方
が陰極液流の導入口、排出口間の圧力損失を減少
させ、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、その結果陰
極板や蓋体の補強も不要で、陰極液導入口と混相
液排出口の△CV（槽電圧）を小さくすることが
できる点で望ましい。また均一な混相液の流れを
確保することが好ましくこの目的のためにスリツ
ト状の導入口は好ましい一態様である。また、第
３図及び第４図に示した如く、陰極板１６の端部
に夫々導入口１９、排出口２０を設けることもで
きる。

第５図は、本考案により水銀法電解槽を陽イオ
ン交換膜電解槽に転換した水平型陽イオン交換膜
電解槽の断面図及び陰極液循環系統を示す概略図
である。

第１図及び第５図に基づいて説明すると、陽極
室１は蓋体４と、該蓋体４から懸垂された複数の
陽極板１２を包囲するように立設された陽極室側
壁５と、陽極室側壁５の下部フランジと陰極室側
壁１７との間に挾持張設された陽イオン交換膜３
の上表面とにより画成されている。陽極板１２は
蓋体４に立設された陽極懸垂装置７で懸垂され、
各陽極板１２はブスバー８を介して相互に電気的
に連結されている。また陽極室１は陽極液導入口
１３、同排出口１４および陽極ガス排出口１５が
設けられている。

一方、陰極室２は水銀法電解槽の底板をその
まゝ転用し、陰極液との接触面に多孔板２４を有
する実質的に平坦な表面を有する陰極板１６と、
該陰極板の周縁上に設置された陰極室側壁１７
と、前記陽イオン交換膜３の下表面とにより画成
されている。陰極板１６は陰極ブスバー１８と連
結されている。陰極室２は陰極液導入口１９およ
び陰極液と陰極ガスとの混相液排出口２０が設け
られている。

飽和塩水は、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。

陽イオン交換膜を使用した電解方法としては、
縦型セルが一般的で、この場合、陰極で発生した
水素ガスを素早く陰極の背後（陽イオン交換膜と
反対の方向）へ抜くことによつて陰極液抵抗を減
少せしめんがため、通常、エキスパンドメタル、
パンチドメタル、メタルネツト等の多孔性陰極が
用いられる。

しかしながら横型セル即ち、水平型電解槽の場
合、比重の小さい水素ガスを陰極の背面、即ち水
平方向に延設された陰極の下へ抜くことは不可能
である。

従つて、本考案の水平型電解槽においては、陽
イオン交換膜３の下面と、実質的に水坦な表面を
有する陰極板１６表面に取りつけた多孔板とを接
近して配置して構成される陰極室内に陰極液を供
給し、陰極室内を満たして貫流する陰極液を乱流
とし陰極ガスとの混相流を形成することによつ
て、陽イオン交換膜３の下面を該流れで充分に潤
し電解反応を円滑に進行せしめると共に、陽イオ
ン交換膜３と陰極板１６との間に生成した苛性ソ
ーダと水素ガスとを、生成後直ちにこの流れに巻
き込んで膜へのガス付着を防止しながら陰極室２
の外へ排出する。

尚陰極室内へ供給され、その中を貫流する陰極
液は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、そのまゝ転用できるので水銀法電
解槽の転換を頗る経済的に行なうことができ、産
業上の有用性は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本考案電解槽の実施態様を
示す夫々一部切欠き正面図、側面断面図、第３図
及び第４図は夫々他の実施態様を示す側面断面
図、第５図は第２図に示した電解槽を用いて電解
を行う場合の陰極液循環系統を示す概略図であ
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、７……陽極懸垂装置、８……陽極ブスバ
ー、９……陽極導電棒、１０……孔、１１……シ
ート、１２……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……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、２１……分離器、２２…
…ポンプ、２３……パツキング、２４……ガス・
液透過性多孔板。

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、前記陽極室は実質的に水平な陽極を有し、
蓋体と該陽極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、前記陰極室は水
銀法電解槽の底板からなる陰極板と、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、
前記陰極板にガス・液透過性多孔板をとりつけ
たことを特徴とする電解槽。２ガス・液透過性多孔板に水素過電圧低下処理
層を設けてなる実用新案登録請求の範囲第１項
記載の電解槽。３水素過電圧低下処理層がニツケル、コバル
ト、クロム、モリブデン、タングステン、白金
族金属、銀、これらの合金及びこれらの混合物
から選ばれる実用新案登録請求の範囲第２項記
載の電解槽。４陰極板の長辺の１方側又はその上部の側壁に
陰極液導入口を、対向せる他の側又はその上部
の側壁に混相液の排出口を設けた実用新案登録
請求の範囲第１項記載の電解槽。５排出された混相液を気液分離する手段及び陰
極ガスを分離した陰極液を陰極液導入口へ循環
させる手段を備えた実用新案登録請求の範囲第
１項記載の電解槽。