JPS62500669A

JPS62500669A - 単極電気化学槽、槽ユニットおよび単極槽系列中で電解を行う方法

Info

Publication number: JPS62500669A
Application number: JP86500314A
Authority: JP
Inventors: ビーバー，リチヤード　ニール; モーリス，グレゴリー　ジエン　エルドン; ノリー，ギユセツペ
Original assignee: ザ　ダウ　ケミカル　カンパニ−; オロンジオ　デ　ノラ　インピアンテイ　エレクトロキミチ　エスピーエイ
Priority date: 1984-12-17
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1987-03-19
Also published as: CA1272694A; BR8507124A; NO863292L; US4602984A; DK389486D0; KR870700105A; IN166506B; EP0185271B1; AR242997A1; AU5125585A; DD250556A5; FI863313A0; WO1986003786A1; FI863313A; MX160811A; KR890002061B1; NO863292D0; DK389486A; CN85109756A; ZA859614B

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】単極電気化学槽、槽ユニットおよび単極横系列中で電解を行　う方法本発明は改良された単極電気化学槽設計に関し、更に詳しくは槽ユニットの電極構成要素に電流を供給するための安価で簡単な効率のよい電流伝送要素をもつ単極電解槽に関する。

塩素および苛性アルカリは多くの化学製品の製造に必要な基礎化学薬品として必須の大量必需品である。これらはほとんどすべてがアルカリ金属塩化物水溶液から電気化学的に製造され、そしてそのような製造の大部分は隔膜型電解槽から来る。隔膜電解槽においては、塩水（塩化す）　ＩＪウム溶液）が絶えず陽極室に供給され、そして通常は陰極で裏打ちされているアスベストから作られている隔膜を通って流れる。水酸化物イオンの逆移動を最小にするために、流量は常に転化流量よシも過剰に保って生成陰極液が未使用アルカリ金属塩化物を存在させているようにする。水素イオンは陰極において水素ガスの形体で該浴液から放出される。苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）、未反応塩化ナトリウムおよびその他の不純物を含む陰極液は次いで濃縮および精製して市販に供しうろ水酸化ナトリウム製品および塩化ナトリウムを得なければならない。この塩化ナトリウムは更に水酸化ナトリウムを製造するために塩素および苛性アルカリ電解槽中で再使用することができる。

寸法安定性陽極および電極間の間隙をずっと狭くする陽極用の種々の被覆組成物のような技術的進歩の出現により、電解槽はｔ流動率がこれらの電極の使用によって非常に増強されるという点で一層効率的になった。また水不浸透性膜の出現は、膜を横切る檀々のイオンの選択的移動という点で１１解槽の使用に多大の貢献をなし、生成物からの夾雑物の排除を可能にし、それによってや＼高価な精製および濃縮の処理工程をなくした。

寸法安定性陽極は今日では多数の塩素および苛性アルカリｍ造業者によって使用されつつあるが、水不浸透性膜の広範囲な商業的使用は依然として実現させなければならなかった。これは少なくとも部分的には、三次元隔膜に対して平面膜について使用するための良好で経済的な電解槽ユニットが依然として与えられなければオらなかったという事実に起因する。隔膜を使用する電解槽ユニットの幾何学的構造は電極間に平面の膜を使用することを困難にする。従って、フィルタプレス型電解槽ユニットが塩素、アルカリ金属水酸化物および水素の製造に膜を使用するための別の槽ユニットとして提案された。

塩水溶液を電解して塩素および苛性アルカリを製造するためにふつうに使用する２種の基本的な型の電解槽がある。すなわち単極電解槽および二極電解槽である。二極電解槽は本発明の主題ではないけれども、従来技術を十分に理解するためには二極電解槽の操作を理解することが役に立つ。

二極フィルタプレス型電解槽はフィルタプレスのように直列の数個の電気化学ユニットから成る槽である。そこでは２つの末端ユニットを除く６槽が一面で陽極として働き他面で陰極として働く。そしてこれら二極ユニット間の空間は膜によって陽極室と陰極室に分割されている。代表的操作において、アルカリ金属ハロゲン化物溶液が陽極室に供給され、そこでハロゲン・ガスが陽極で発生する。アルカリ金属イオンは膜を通って選択的に陰極室にはこばれ、陰極で水酸化イオンと結合してアルカリ金属水酸化物となシ、その際に水素が発生する。この型の電解槽において、生成アルカリ金属水酸化物は著るしく純粋であり、濃厚であることができ、従って爾後の蒸発および塩分離の工程が最小になる。二極電極および膜がフィルタプレス型構造物中にサンドイッチ状に配置される電解槽は、直列に電気的に接続され、１つの陽極はある梅の共通の構造部材を介して隣接電解槽の陰極に接続される。

単極フィルタプレス型電解槽は米国特許第４３４Ｌ６０４号によって一般に知られておシ、末端電解槽ユニットおよびこれらの末端電解槽ユニット間に配置した複数個の中間電解槽ユニットから成る。

セパレータ（隔膜またはイオン交換膜でありうる）がそれぞれの隣接する陽極と陰極との間に配置されて電解槽系列を複数の陽極および陰極の電解槽ユニットに分割している。陽極槽ユニットのそれぞれには入口および出口が設けられていて、電解液がこの入口を介して該ユニットに供給されそして液体およびガスがこの出口を介して該ユニットから除かれる。それぞれの陰極槽ユニットには同様に出口が設けられておシ、また必要ならば入口も設けられる。液体たとえば水をこの入口を介して該ユニットに供給することができる６１ｔｔ解槽ユニツト中の陽極のそれぞれには該ユニットにｔＩＬ流を供給する接続子を設けることができ、また陰極のそれぞれには該ユニットから１１Ｌ流を流出させる接続子を設けることができる。単極電解槽においては、電流は１つの槽ユニットに供給され、そして隣接する反対の電荷の槽ユニットから除かれる。この場合の電流は、二極１１ｔ解槽系列におけるような槽系列の一端から槽系列の他端へと一連の電極中を流れることはない。

単極電解槽中の電極の実質的全表面の有効利用を確実にするためには、電流を電極に比較的均一に且つ過度の抵抗損失なしに与えることが望ましい。これを達成するために、従来技術における作業者は電流を効率よく電極に伝送させる櫨々の機構および設計を考案した。

単極電極に１！流を与えるための第１の且つ自明の手段は、１１！線、ケーブル、ロンド等を使用して電力供給源を電極に直接に接続することである。この設計は電気分布系の抵抗損失を最小にするけれども、若干の電極は電極体全体に比較的均一に電流を分布するに十分に電気伝導性ではないのでうまく働かない。これは塩素−アルカリ電解槽にしばしば使用されるチタン電極について特に真実である。従って、複数の接続子を電極に与えて適正な電流分布を確保することがしばしば必要でおる。種々の電気接続子はたとえば米国特許第４４６４２４２号、同第４４６４２４３号および同第４０５ａ４５８号に記載されている。

本発明の特定の目的は最少の数の部品、最少の数の電気接続子をもう、安価で容易に入手しうる材料を使用し、そして実質的に任意の合理的長さと幅の電極の使用を可能にする単極電気化学槽用電気分布装置を提供することにある。

具体的にいえば、本発明は２つの末端電解槽ユニットとこれらの末端ユニット間に配置した少なくとも１つの中間電解槽ユニットをもち、これらの槽ユニットが実質的に水不浸透性のイオン交換膜および水不浸透性隔膜からえらばれたセパレータによって分離されている型の単極電解槽であって；該中間電解槽ユニットが相互に間隔をおいた２つの実質的に平行で実質的に平らな電極要素と、これら電極要素の間の間隔に配置した実質的に剛性の電流伝送要素とを備えて成シ；該伝送要素が１対の向き合ったはソ平らな面とこれらの面の両面の上に分布させた且つ伝送要素から該伝送要素に隣接する電極液室中に外側に予め定めた距離で突出している複数の突起を備え、これらの突起の少なくとも１部が電極要素に直接または間接に機械的および電気的に接続されておシ、そして該伝送要素には少なくとも１つの電気接続部材が取付けられていて電流を該伝送要素中に又は該伝送要素から導いて電気エネルギーを該電極要素のそれぞれに分布させるようになっている単極電解槽にある。

本発明はまた、対向両面からのびる複数の突起をもつ実質的に平らな体部の形状の電流伝送賛索；複数の隆起部と上記体部に実質的に一致する輪郭とをもつ、そして耐食性金属で作られていて上記体部の対向両面上に配置４されている面内張シ；上記の隆起部分と接触の関係で上記の内張りに対して配置されている多孔質電極要素；とを備えこれらの電極要素と面内張りと体部とが上記の複数の突起の少なくとも若干の位置において電気的に接続されており；そして更に上記の体部の縁の少なくとも１つに電流電力源の正または負の極を接続して該電極要素のそれぞれに電気エネルギーを分布させるための電気接続部材を備えて成る電解槽用単極ユニットにある。

本発明は更に、下記の単極電気化学槽系列すなわち、２つの末端槽ユニットとこれらの末端ユニット間に配置した少なくとも１つの中間槽ユニットをもち、該中間層ユニットが相互に間隔をおいた少なくとも２つの実質的に平行で実質的に平らな電極要素とこれらの電極要素のそれぞれに電気エネルギーを分布するための部材を備え、該分布部材が上記電極要素間の間隔に配置した電気伝導性の実質的に剛性で平らな電流伝送要素から成り、該伝送要素には電流を該伝送要素中に又は該伝送要素から導くための電気接続部材が備えてあり、該伝送要素は上記電極要素のそれぞれの全表面にわたって間隔をおいた複数の点において該電極要素のそれぞれに電気的および機械的に接続されておシ、そして該伝送要素はその対向両面の上に分布し伝送要素から該伝送要素の対向両面上の１！極液室中に予め定めた距離で外側に突出してｂる複数の実質的に固体の突起を備えている型の単極電気化学槽系列、において電解を行なうための方法であって、（ａ）　電力供給源から中間槽ユニットの伝送要素に電流を流し、（ｂ）　上記伝送要素からその対向両面上の伝送要素に電気的に接続されている電極要素に電流を流し、（Ｃ）　それぞれの電極要素から′ｌｔ解液およびセパレータを介して末端槽ユニットに、該電解液の電解を起こさせるのに十分な電圧の電流を流し、（ｄ）　槽系列から電解生成物を除き、そして（ｅ）　枯渇した電解液を槽から除く、諸工程から成ることを特徴とする方法にある。

本発明は添付の図面を参照しての以下の記述によって更に良く理解することができる。これらの図面において同じ符号は同じ部品を現わす。

第１図は本発明の単極電解槽ユニット中で使用される際の￥ｌＬｌ伝流要素（ｇｃＴＥ）の開裂した部分破断透視図である。

第２図は単極電解槽の開裂した断面側面図である。

第３図は面内張りのない単極電解槽および面内張りを用いる単極電解槽の横断側面図であり、これらの単極槽ユニットを電解槽系列中でみられる状態で示すものである。

本発明は単極電解槽の電極要素に電流を効率的に且つ均一に与える電流伝送要素（以後ＥＣＴｇと呼ぶ）を備える、単極電気化学槽の組立体または系列である。

本発明は塩素−アルカリ電気化学槽として使用するのに特に好適である。それはそれ自体が簡単で安価な且つ製作の容易な電解槽である。

抵抗率の概念および抵抗率が電気エネルギーをはこぶ物質の能力に如何に影響を及ばすかを理解するために、「抵抗率」なる用語が単位長さおよび単一断面の金属の一部分の向きあった平行面間の直流（ｄ、　ｃ、　）抵抗であることを知るのが有用である。金属の抵抗率は該金属によって提供される電気抵抗を決定する。

抵抗は次式によって計算される。

ここに　Ｒ＝低抵抗マイクロ・オーム）ρ＝抵抗率Ｃマイクロ・オーム−センチメートル）Ｌ＝長さくセンナメートル）Ａ＝断面積（−）Ｍａｒｋ：　５ｔａｎｄａｒｄ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ　ｏｆ　ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓ、第７版（セオドル・バウメイスター編集；米国ニューヨーク州マグロ−ヒル・ブック・カンパニー１９６７年刊行）には種々の金属の抵抗率が記載されている。

金　属　抵抗率ｃマイクロオーム−ｃＭ）アルミニウム　ｚ６５５鋼　１．６７３電解鉄　１０．１鋳造鉄　７５−９８鉛　２０．６５マグネシウム　４．４６ニツケル　６．８４＠　１ｌ−４５Ｊｏｈｎ　Ｈ−Ｐｅｒｒｙ’ｓ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ’ｓ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ第４版（アール・エッチ・ベリイ、シー・エッチ・チャイルトン、およびニス俸ディ・カークパトリック編集；米国ニューヨーク州マグロ−ヒル・ブック・カンパニー１９７４年刊行）には種々の物質の抵抗率が記載されている。

物　質　抵抗率（マイクロオーム−信）炭素鋼　１０鋳造灰色鉄　６７展性鉄　６０鋳造モネルメタル　５３２０１ステンレス鋼・　６９３０１ステンレス鋼　７３アルミニウム１１００　３鉛　２１マグネシウム合金ＡＺ９１Ｂ　１４鋳造ニツケル　２０．８更に、種々の鋳造鉄合金は上記刊行物に記載の範囲より高い又は低い抵抗率をもつことができる。他の鉄質金属または合金はある範囲の固有抵抗を示す。

電流伝送要素中の電圧低下は次式を用いて計算するとここに　ｉ＝電流密度（アンペア／ｍ２）Ｌ＝長さＣα）ｔ＝厚さくα）ｐ＝抵抗率（マイクロオーム・センナメートル）■＝電圧低下Ｃミリボルト）鋳造鋼が約１５マイクロオーム・センチメートルの抵抗率、０．３１アンペア／ −（２アンペア／平方インチ）の電ａ　密Ｌ、１ｍ（１００ｍ）の長さ、およびＺ２２０（３／ｓインチ）の厚さ又は１．２７　ｃＩＭ（Ｈインチ）の厚さをもつと仮定すると、下記の数値が計算される。

アルミニウム　３．７　６．５銅　１３　４．１鋼　１３．９　２４鋳造鉄　１２０　２１０展性鉄　８３　１４６マグネシウム　６．２　１０．９ニツケル　９．６　１６．９チタン　６６　１１７鋳造鉄　２０．９　３７特定の物質の抵抗率は使用する特定の刊行物によりやや変化しているが、それらの数値は非常に類似している。

上記から理解されるように、電流伝送要素中の電圧低下はえらばれた物質に応じて非常に変化する。

本発明は、非常に低い電圧降下をもつＥＣＴＥ用に高い抵抗率の金属を使用することを可能にし、抵抗率は低いが比較的高価な金属の使用を必要としない。

抵抗率が高い金属はど抵抗率の低い金属よシも大きい電気抵抗を生ずる。たとえば、銅は１．６７３マイクロオーム−センチメートルの抵抗率をもち、鋳造鉄は約８６マイクロオーム・センナメートルの平均抵抗率をもつ。

従って鋳造鉄は等しい大きさの銅片よシも約５０倍も大きい電気抵抗を与える。

電極に電流を送るために従来技術が何故に銅のような抵抗率の低い金属の使用を一般に教示していたかが容易に理解できる。

たとえば米国特許第４４６４２４２号のような従来技術が抵抗率の高い金属を使用して電解槽中に電流を分布させることを教示する場合には、電解槽は大きさに制限を受けた。電流分布金属の高い抵抗率から生じる高い抵抗損失のためである。米国特許第４４６４２４２号にはやっかいな電流伝送装置を必要とする必然性を避けるために、電解槽の寸法を１５〜６０αの長さに制限することが記載されている。

理解されるように、物体の電気抵抗は（１）電流通路の長さを減少させるか、または（２）電流が通る断面積全増大させることによって最少にすることができる。本発明は、従来技術が前者の方法に集中したのに対して後者の方法の利点をとるものである。

本発明のＥＣＴＥを用いると、抵抗率の高い安価な金属を全く満足に使用して、寸法の小さな電解槽に制限されることなしに且つやっかいな電流伝送装置に頼ることなしに、電流を分布させることができる。

ここで使用する「電解槽」なる用語は少なくとも２つの反対電荷の電極とセパレータたとえば膜とから成る要素の組合せを意味する。

ここに使用する「単極電解槽ユニット」なる用語は、同じ電荷（すなわち正または負の電荷）をもつ少なくとも２つの電極とＥＣＴｇとから成る要素の組合せを意味する。

「電極要素」とは電極、または電極に付属する要素たとえば電流分布格子もしくは電流コレクターを意味する。

この要素はワイヤ・メツシュ、織ったワイヤ、孔あき板、金属スポンジ、膨張金属、多孔または非孔金属シート、平らなまたは波壓の格子細工品、間隔をおいたス）　ＩＪツブまたは棒、あるいは当業者に知られているその他の形体のものでありうる。

本発明のＥＣＴＥは（１）電流を電解槽ユニットの電極要素に導く部材および（２）電極要素を所望の位置に保持する支持部材の両者の働きをする。

ＥＣＴＥは種々の電解槽設計および構成で使用することができる。然し説明のために、いくつかの好ましい設計および構成を以下に述べる。

本発明はＥＣＴＥを介して単極電解槽ユニットの電極要素に電流を導く金属製のＥＣＴＥを使用する。本発明のＥＣＴＥは従来技術の電極要素に比べて大きな質量をもち、低い抵抗をもち、そして電極要素のすべての部分に実質的に均一に電気エネルギーを分布させるための通路を与える。その大きな質量と低い抵抗のために、本発明のＥＣＴＥを使用する単極電解槽ユニットの寸法は従来技術のもののように寸法の制限を受けることはない。

従来技術においては電極それ自体が多くの場合に実質的に主要な電導性部材であったが、本発明においてはＥＣＴＥが主要な電導性部材である。それ故、電極要素の全表面積を横切る主要な電流の伝導と分布は、電極要素と同じ広がりの且つ電極要素材料と異なる材料で好都合に作りうる低い抵抗のＥＣＴＥ体部を介して行なわれる。

ＥＣＴＥは実質的に剛性である。ここに使用する「実質的に剛性」なる用語はそれが自己支持性であって通常の環境のもとでそれ自身の重量下では曲がらないことを意味する。その上それはそれに付随する電極要素よシも実質的に剛性であシ重い。

好ましくはＥＣＴＥの金属は鉄質金属たとえば鉄、鋼、ステンレス鋼；他の金輌たとえばニッケル、アルミニウム、銅、マグネシウム、鉛；それぞれの合金；およびそれらの合金からえらばれる。更に好ましくはｇｃ’ｒｇの金属は主たる成分が鉄特に展性鉄である鉄質金属からえらばれる。

本発明のＥＣＴＥは１！導性の平らな支持体部分およびこの支持体部分の周縁にそってのびる窓枠状フランジから成る。このフランジ部分は複数の単極電解槽ユニットが相互に隣接して組立てられるとき電極を包む６槽の周辺シール面を形成する。このクランプ部分は電解槽内部からの洩れの可能性のある場所を最少にする。任意に、このフランジ部分はフランジ自体としてよりもガスケットとしてより大きく働く。

フランジ部分はｇｃＴＥの平らな支持体部分と同時に成形される単一体でありうる。任意に、クランプ部分の一部がＥＣＴＥの支持体部分と同時に成形される単一体であり、フランジ部分の別の部分が後に取付けられてクランプ部分を完成していてもよい。任意に、クランプ部分は複数片から組立てられて支持体部分に取付けられてもよい。クランプ部分は金？４マたはプラスチック材料から作ることができる。たとえば、弾性的に圧縮可能な材料または実質的に非圧縮性の材料から作った分離したクランプ部分をＫＣＴＥの支持体部分の周縁部の上に好都合に置くことができる。枠部分は支持体部分に固定させることができ、あるいはフィルタプレス組立体を閉じる際に所定位置に単にクランプで留めることもできる。

クランプ部分に実質的に非圧縮性の材料を使用するときは、適当な弾性ガスケットを使用して通常の慣習により水圧シールを確保することができる。更に好ましくは、クランプ部分は支持体部分の一体部分である。すなわちクランプ部分はその薄い支持体部分と同じ材料で作られ、ＥＣＴＥを形成する金属中に不連続性なしに単一の電気伝導体を形成する。

７２７９部分が全体としてフランジ部分の一体部分として形成されるときでさえ、クランプ部分のごく一部は電解槽ユニットの内部領域と外部領域との間に流体、電気またはその他の通続が行なわれるように省略するか又は除くことができる。省略された部分の大きさに応じてガスケットまたは呈内張シの代シに支持体を用いることができる。

また、クランプ部分は所望ならば電流を通す大きな物体を提供する。好ましくは、クランプ部分の厚さは支持体部分の厚さより少なくとも約２〜３倍大きい。更に好ましくは支持体部分の厚さが２０〜２５ｍであるのに対してクランプ部分の厚さは６０〜７０ｍである。

ＥＣＴＥは好ましくはその電気抵抗を最小にするために十分に大きな横１Ｉｆｒ面積をもつ。ＥＣＴＥが大きな横断面積をもつという事実は、従来技術の構成で使用しうるものよシも高い抵抗率をもつ金属の使用を可能にする。

従って、鉄、鋼、展性鉄のような金属が本発明での使用に好適である。更に詳しくは、銅と同程度の又はこれよりも抵抗率の高い材料を経済的に使用してＥＣＴＥを作ることができる。更に経済的には約１０マイクロオーム・センナメートルよりも大きい抵抗率をもつ金属が使用される。最も経済的には、５０マイクロオーム・αと同程度の又はこれよりも高い抵抗率をもつ金属が使用される。

ＥＣＴ′ＦＪの全体の大きさは従来技術の単極電解槽よりも犬きくありうる。本発明のＥＣＴＥによって提供される独特の電気分布装置のためである。また、従来技術がチタン被覆の銅の棒のような高価な金属の使用を必要としていた場所に、本発明は鉄または鋼のような安価な材料を使用することができる。従って、本発明の電解槽の全体の大きさは実質的に制限がない。然し実用上のこととして、０．２５〜４ｍ”の範囲の寸法が好ましく使用される。

本発明のＥＣＴＥはその対向面を接続する１つ又はそれ以上の通路をもつことができる。この通路は電解液またはガスをＥＣＴＥの一面から他面に通過させる。

この通路はＥＣＴＥの全表面積の約６０容量チまでを占めること・Ｓでき、金属の使用量を少なくして電解槽を更に経済的にすることができる。また、この通路は予め定めた間隔を置いて電流を電解槽の若干の部分に向けることができる。

ｇｃＴＥは好ましくは、電解液を収容しながら隣接電解液室を物理的に支持し且つ電極要素を支持するのに必要な構造上の一体性を与える。

ＥＣＴＥは支持体部分からこのＥＣＴＥに隣接する電解液室に向って外側に予め定めた距離で突出する多数の突起をもつ。これらの突起は電極要素に直接に又は電極要素とそれぞれの突起との間に介在させたクーポンもしくはウェファ−のような少なくとも１種の相溶性金属中間層を介して電極要素に間接的に機械的および電気的に接続しうる。好ましくは、これらの突起は同じ幾何学的面に存在し、且つ実質的に固体である。然しこれらは鋳造の結果として内部空隙を含んでいてもよい。電極要素は好ましくはこれらの突起に溶接される。

両者の場合に、電極要素と支持体部分から突出する固体突起との間の多重電流路の長さは実用上無視できる。

従って電極要素がこれらの突起に間接に接続されるときでさえ、抵抗は低い。

突起は支持体部分と共に一体成形され、セしてＥＣＴＥが鋳造されるときに作られる。従ってそれらは支持体部分と同じ材料から成る。ある種の金属は溶接が困難なので、これらの突起は支持体部分とは異なる金属から構成されていてもよい。ＥＣＴＦ）、を作るために、突起を配位させようとする鋳型中の場所に棒を置いて鋳造材料をこれらの棒のまわりに注入することができる。

突起は好ましくは電極要素を剛的に支持するように間隔を置いて配置される。突起と組合せられる平らな電極要素の単位面積当りの突起の頻度または間隔、丸い横断面であるか細長いもしくはリブ型の横断面であるか、は広い限定範囲内で変化しうる。隣接する突起同土間の分離は一般に、使用する特定の電極要素の抵抗率に依存する。電極要素が薄いほど及び／又はその抵抗率が高いほど、突起同土間の間隔は小さく、従って密な多重点もしくは電気接触を与えるが：電極要素が厚いほど及び／又はその抵抗率が低いほど、突起同土間の間隔は大きくすることができる。通常は突起同土間の間隔は５〜３０ｍの範囲内にあるが、全体としての設計の考慮に従ってこれより小さい間隔または大きい間隔を使用することもできる。

本発明が任意に含みうる更なる要素は金属シー１であってＥＣＴＥの表面の上に装着させる面内張シである。

この内張りがないとｇｃＴＥＦｉ電解液室中の電解液の腐食環境にさらされる。

好ましくは、この内張りは電解液の腐食に対して実質的に耐性のある電気伝導性の金属であって、突起の上に適合し且つ突起に接触するように、そして更に好ましくは支持体部分から突出する突起の平らな端部に接触するように形成される。

更に好ましくは、この内張シは支持体部分に向って突起同土間の間隔中にこれらの間隔のまわりに十分に沈下していて、内張シと膜もしくは隣接電極液室との間の電極液の自由循環を可能にするものである。付加的にこの内張りは流体指向の目的で凹凸の形状をもつことができる。これらの付加的な凹凸形状は任意に支持体部分に接続させることができる。

内張シを間隔をおいた突起のまわりに沈下させて支持体部分の平らな面と接触させることは必須ではない。好ましくは内張シは突起の頂面およびＥＣＴＥの７ランク部分の表面にのみ留まる。

面内張シがＥＣＴＦ：の金属と溶接的に相溶性でない場合には、内張シをＥＣＴＥに溶接しうるようにする丸めに、金属中間層を突起と内張シとの間に接触させて配置することができる。それぞれの突起に接触する中間層の金属は突起を作っている金属と溶接的に相溶性があシ、従って突起に溶接される。内張りに接触する中度層の面は内張シを作っている金属と溶接的に相溶性があり、従つて中間層を介して突起に溶接される。はとんどの場合、単一の金属もしくは合金で作った中間層が中間層クーポンまたはウェファ−として非常によく役立つ。ある場合にはクーポンは突起と内張りとの間の相溶性溶接を達成するために２層である必要がありうる。

内張りがチタンで作られており、突起が鉄質金属で作られている場合には、バナジウムを突起と隣接内張シとの間に介在させる溶接的に相溶性の金属として役立たせて、チタン内張りをこのバナジウム・クーポンを介して鉄質金属の突起に溶接できるようにすることが好ましい。

バナジウムおよびニッケルはチタンと鉄質金属の双方に溶接的に相溶性のある金属の例である。

内張シをＥＣＴＥに接続させる第２の方法は２つの単一金属クーポンを使用することによって達成できる。たとえば、バナジウム・クーポンを鉄質金属の突起の次に配置し、そしてチタンのような第２のクーポンをバナジウム・ウェファ−とチタン内張シとの間に配置する。

溶接的に相溶性でない場合に内張りをＥＣＴＥに接続させる別の方法は爆発結合の使用による。このような技術は画業技術において周知である。たとえば米国特許第４１１１．７７９号参照。

多くの場合に、内張シがＥＣＴＥの横方向の面の上にのびて、電解槽ユニットが一緒に締付けられて電気化学槽を形成する際のセパレータ用シール面を形成するのが非常に望ましい。

塩素−アルカリ区′Ｓ槽において、内張シは陽極の単極ユニット中で最もふつうに使用され、陰極のユニット中で使用されることは少ない。然し、約２２型ｉ− チ苛性アルカリ溶液よりも高濃度の苛性アルカリを製造するために電気化学槽を使用するときは、陰極液内張シを望ましく使用することができる。陰極液内張りは陰極液室の環境による腐食に実質的に耐性のある電気伝導性物質から作られる。プラスチックを通して陰極を陰極突起に電気的に接続させるための準備がなされているある種の場合にはプラスチック内張りを使用することもできる。また、プラスチック内張りと金属内張りの組合せを使用することもできる。同じことは陽極内張りについてもいえる。

陰極液ユニット用の内張りは好ましくは鉄質金属、ニッケル、ステンレス鋼、クロム、モネルメタル、およびそれらの合金からえらばれる。

陽極ユニット用の内張りは好ましくはチタン、バナジウム、タンタル、コロンビュウ、ハフニウム、ジルコニウム、およびそれらの合金からえらばれる。

塩水溶液の電解によって塩素および苛性アルカリを製造するために本発明を使用する場合には、陽極液単極ユニットにチタンまたはチタン合金の内張りを施し、そしてＥＣＴＥは鉄質材料製であるのが最も好ましい。

本発明はまた末端部材の使用を含む。末端部材は陰極の中槽または陽極の中槽のいづれかでありうる。「中槽」とはＥＣＴＥと唯一個の電極をもつ種部材を意味する。

全体の槽構造の設計に依存して、電極は陰極または陽極のいづれかでありうる。

陽極または陰極のいづれかである末端槽は１つの活性区域（すなわち生成物が製造される区域）と１つの不活性区域（すなわち生成物が製造されない区域）から成る。陽極であれ陰極であれ、活性区域の定義は前記と同じである。不活性区域は単極電解槽組立体の定義を完成させる。電・群槽のこの部分は水圧締付は機におけるように組立体を一緒に保持するのに使用することができる。

然し、末端部材は好ましくは陰極である。末端部材は中間の電極ユニットに使用するものと同様のＥＣＴＥをもつことができるが、その外面は平らであるか強化リプを備えたものであシうる。陰極液側に内張シを使用するときは、末端部材もその内面の上に配置した且つ突起のまわりに輪郭をえかく同様の内張シをもつ。

それぞれの末端部材およびそれぞれの単極ユニットは外部電源をＥＣＴＥに接続する電気接続部材をもつ。これらの接続部材はフランジ部材であるか又はこれに取付けることができ、あるいはまたフランジ部分の開口を通って支持体部分に接続することができる。この電気接続部材はフランジ部分のまわりの複数の場所に備えてｇｃＴＥへの１１Ｌ流伝送を改良することもできる。この電気接続部材は枠部分中の又はＥＣＴＥ中の開口であってもよく、この開口に電力供給ケーブルを取付ける。

更に好ましくは、電気接続部材はＥＣＴＥの一体部分である。すなわちこの電気接続部材はＥＣＴＥと同じ材料から作られ、ＥＣＴＥ形成材形成材年中続性なしに単一体を形成する。実用上の観点から、接続部材はＥＣＴＥの支持体部分の延長部であって、その少なくとも一面にそってフランジ部分の周囲の外側に、母線への接続を容易にするに十分な長さで突出している。

フランジ部分がＥＣＴＥそれ自体の一体部分である場合には、電気接続部材はフランジ部分それ自体の縁によって与えられる。すなわち、柔軟性の銅ケーブルまたは曲線をフランジ部分の縁面に直接にボルト留めすることができる。電気接触面にはたとえば銀または銅のような電気接触に特に適する物質を被覆することができる。

特に第１図および第２図を参照して、単極電解槽ユニット（１０）は電流伝送要素（ＥＣＴＥ　）　（１４）を含み、このＥＣＴＥ（１４）は支持体部分（１７）およびこの支持体部分（エフ）から外側に突出する複数個の突起（１８）をもつ。この支持体部分（１７）は支持体部分よシ大きな厚さをもつフランジ部分（工６）によってその周縁上を囲まれている。開口（５０，５２，５６，５８）がフランジ部分（１６）を通過して槽ユニツト中への反応試剤の導入のための及び槽ユニットからの生成物および涸渇電解液の除去のための通路を提供している。

電極（３６）が突起（１８）に面して配置されておシ、それはフランジ部分（１６）の表面（１６Ｂ）と実質的に共平面にある。電極（３６Ａ）が同様にｇｃＴＥ（１４）の反対側の面に面して配置されている。

゛α電気接続部材２１）がフランジ部分（１６）の外側に配置されており、フランジ部分（１６）と一体の部分を形成している。接続部材（２１）は好適には該接続部材（２１）中に備えた孔（２０）を介して電力供給源（図示していない）に接続される。電流は接続部材（２１）からフランジ部分（１６）を通シ次いで支持体部分（１７）を通って突起（１８）に流れる。その後に電流は突起（１８）から内張り（存在する場合）ｔ−通って電極（３６）または（３６Ａ）に流れる。

第２図はＥＣＴＥ（１４）および支持体部分の対向面からのびる複数の一体の突起ｆ１８，１８Ａ）をもつ単極ユニッ）　（１１）を更に明瞭に示している。支持体部分は支持体部分（１７）より厚いフランジ部分（１６）によってその周縁上を囲まれていて、複数の単極ユニットが相互に隣接して組立てられるときに電解液室（２２，２２Ａ）を与える。

内張り（２６，２６Ａ）はＥＣＴＥ（１４）をカバーするために与えられる。この内張シは、たとえば陽極についてはチタンの単一シートで作ることができ、その向きあった面のＥＣＴＥ表面の上に、そしてその近くに又はそれと実質的に接触して装着されるようにプレスによって熱成形される。内張り（２６，２６Ａ）は任意にシール面（１６Ａ、１６Ｃ）をカバーすることができる。これはＥＣＴＥ（１４）を電解槽の腐食環境から保護する。

ＥＣＴＥ（１４）は好ましくは、そのフランジ部分（１６）が成極液室の周囲境界として役立つのみならず隣接ユニットに向ってシールして電解液室（２２，２２Ａ）を形成するのにも役立つように構成される。

好ましくは内張シ（２６，２６Ａ）はひずみを最小にするために内部応力を最小にして製造される。内張シの応力を避けることは、４８０〜７００℃の高温で内張りをプレス中で熱成形することによって達成される。内張シを所望の形状にプレスする前に、内張り金属とプレスの双方をこの高温に加熱する。内張シを加熱プレス中に保持し、プログラムしたサイクルのもとで冷却してそれが室温に冷却される際に内部に応力が生ずるのを防ぐ。。

内張り（２６，２６Ａ）がｆタフＣあシ、ＥＣＴＥ（１４）が鉄質材料であるならば、それらは抵抗溶接またはコンデンサ族を浴接によって接合することができる。抵抗溶接またはコンデンサ放電溶接は、内張シ（２６，２６Ａ）をバナジウム・クーポン（３０）を介して突起（１８，１８Ａ）の平らな端部（２８，２８Ａ）に溶接することによって間接的に行なわれる。チタンと鉄質材料は通常は相互に溶接的に相溶性ではないが、両者はバナジウムと溶接的に相溶性がある。従って、バナジウム・クーポン（３０，３０Ａ）を鉄質金属突起（１８，１８Ａ）とチタン内張シ（２６，２６Ａ）との間の中間層金属として使用してこれらを一緒に溶接して内張り（２６，２６Ａ）とＥＣＴＥ（１４）との間に眠気的接続を作りそして内張ｂ　（２６，２６Ａ）を支持するためのＥＣＴＥ（１４）の機械的支持体を作ることを達成させることができる。

ＥＣＴＥ（１４）に対する内張り（２６，２６Ａ）の一般的装着は第２図から理解することができる。内張シ（２６゜２６Ａ）は、突起（１８，１８Ａ）の外部輪郭に容易に適合する内部輪郭をもつ刻み目のある中空キャップ（３２，３２Ａ）を備えている。これらのキャップｆ３２，３２Ａ、）は突起（１８，１８Ａ）の上およびまわりに嵌合するような大きさと間隔をもつ。キャップ（３２，３２Ａ）は沈下の深さに寸法づけられていて、クーポンが突起（１８，１８Ａ）の平らな端部（２８，２８Ａ）と接触しているとき及びこれらの要素が一緒に溶接されるときに、キャップの内部端がノ（ナジウム・クーポン（３０，３ＯＡ）に接触するようになっている。これらの突起およびキャップの形状は臨界的ではない。それらは中心部分に平行または垂直にとった断面でみたとき正方形、長方形、円錐形、円筒形、およびその他の便利な形状でありうる。これらの突起は支持体部分の表面の上に分布した一連の間隔をおいたリプを形成するように細長い形状をもつことができる。更に、これらの突起は１つの形状をもち、キャップは別の形状をもつことができる。然し、突起の端部（２８，２８Ａ）は好ましくは平らであってすべてが同じ仮想幾何学面にある。

小太、突起とキャップは所望ならば電解液とガスの循環を導くような形状と配置をとることができる。

内張り（２６，２６Ａ）は中間に介在させる溶接的に相溶性のあるバナジウム・クーポン（３０，３ＯＡ）によりキャップ（３２，３２Ａ）の内部端（３４，３４Ａ）において突起（１８，１８Ａ）の端部（２８，２８Ａ）に抵抗浴接することができる。

周縁面（４２，４２Ａ）が内張り上に設けられていてシールｆｉ（１６，１６Ｃ）に装着きれる。それらは任意にこれらの点で溶接される。

任意にガスケツ）　（４４）を内張り（２６Ａ）とイオン交換膜（２７Ａ）との間に配置して複数の単極ユニットが相互に隣接して配置されたときの最小にすることができる。

ガスケツ）　（４４）は所望ならば任意にＥＣＴＥ（１４）のそれぞれの面に配置することができる。

電気接続子（４２）が７ランク部分（１６）に接続されてＥＣＴＥ（１４）に電流を導く。接続子（１９）は種々の形体をとることができ、ユニットの種々の場所に配置することができる。１つより多い接続子を使用することもできる。

電極要素Ｃ第１図中の３６，３６Ａ；第２図中の４６゜４６Ａ）は好ましくは実質的に平らな多孔質構造体であり、膨張金桶のシート、多孔板、穿孔板、または織った金属ワイヤで作ることができる。任意に電極要素は電極に接触する電流収集器であることができ、あるいは電極であることができる。′ｉ、（４は任意にその表面上に触媒的に活性な被覆をもつことができる。第２図を参照して、電極要素（４６，４６Ａ）は内張り（２６，２６Ａ）の刻み目のあるキャップ（３２，３２Ａ）の平らな端部（３８，３８Ａ）の外側に直接に溶接することができる。これらの溶接は電気接続を形成し、電極要素（４６，４６Ａ）のための機械的支持体を提供する。

更に、他の要素、たとえばゼロ・ギャップ電解槽構造物用の特別の要素もしくは組立部品または固体ポリマー電Ｔｆｔ、　（ｓ　ｐ　Ｅ　）膜を電極要素（４６，４６Ａ）と組合せて使用することもできる。また、本発明の単極電解槽ユニットは、時として減極電極と呼ばれるガス消費電極と組合せて使用するためのガス室に適しうるものである。このガス室は液体電解液室の他に必要である。

もちろん、２つの単極ユニット間に形成させる電解槽が１つより多い膜を使用する多室電解槽、たとえば２つの膜を相互に間隔をおいて配置してそれらの間に１つの室を作りそしてそれぞれの膜とそれに隣接するフィルタプレス・ユニットとの間にそれぞれ１つづつの室を作った３室電解槽、であることも本発明の範囲内にある。

第３図は本発明の単極電解槽ユニツ）　（１０，１１）の組立体を示すものである。これらのユニットは相互に操作可能な組合せで配置される。単極ユニツ）　（１０）が内張りをもたないのに対して単極ユニツ）（１１）はその両面に内張り（２６，２６Ａ）をもつ。それぞれのユニットは隣接ユニットとは反対の電荷をもつように設計されている。

たとえば二二ツ）（１０）は電気接続子（２１）を介して電力供給源の負極に接続させて負に荷電された状態になし陰極として動くようにすることができる。同様に、ユニット（１１）は電気接続子を介して電力供給源の正極に接続させて正に荷電された状態になし陽極として働くようにすることができる。それぞれのユニットはイオン交換膜（２７）によって隣接ユニットから分離される。

相互に隣接する単極ユニットを組立てると多数の空洞が生じ、これらの空洞が電解液室として働く。陰極液室（２４）と１１　圧液室（２２）が形成される。陰極液室（２４）はこの室を電解量外部に接続する２つの通路をもつものとして示されている。これらの通路は反応試剤を、たとえば通路（５６）を介して［群槽に導入し、そして生成物を通路（５０）を介して電解槽から除く。同様に、陽極液室（２２）は入口通路（５８）および出口通路（５２）をもつ。

それぞれのユニットには２つの電極要素が設置される。

図示の具体例において、陽極ユニット（１１）は２つの陽極（４６，４６Ａ）をもち、それぞれの陰極ユニツ）（１０）は２つの陰極（３６，３６Ａ）をもつ。

膜（２７）および内張りＥＣＴＥに対する陽極液室（２２）内の電極（４６，４６Ａ）の配置は、支持体部分（１７）からの７ランク部分（１６）の横方向の延長部分、支持体部分からの突起（１８）の延長部分、クーポン（３０，３０Ａ）の厚さ、内張り（２６，２６Ａ）の厚さ、ガスケット、電解液差圧、などの間の関係によって決定される。電極（４６゜４６人）はこれらの関係を変えることによって、たとえば支持体部分（１７）からの突起（１８）の延長部を変化させることによって、膜（２７）に接触する位置から膜（２７）と電極（４６，４６Ａ）との間にかなりな間隙がある位置にまで移動させうろことが容易に理解できる。然し、フランジ部分（１６）が支持体部分から突起（１８）がのびているのと同じ距離だけのびているのが好ましい。これはＥＣＴＥ（１４）の構造を簡単にする。機械の金属面が突起（１８）の端部面（２８）ならびにシール面（１６Ａ、１６Ｃ）の双方を同時に平らにしてこれらの面が同じ幾何学面にあるようにすることができるからである。

膜（２７）とクール面（１６Ａ）との間の流体シールの目的のために、内張、９　（２６）をその周辺のまわシにオフセット・リップ（４２）がのびている平鍋の形状に形成させるのが好ましい。リップ（４２）はフランジ部分（１６）のシール面（１６Ｃ）にびたシと適合する。膜（２７）の周辺は内張りのリップ（４２）にぴたりと適合し、そして周辺ガスケツ）＋４４）は膜（２７）の周辺の他面にびたシと適合する。第３図に示す電解槽系列において、内張シがない場合、ガスケツ）　（４４）はフランジ部分（１６）のシール面（１６Ｃ）に及び！（２７）にぴたりと適合する。

唯１個のガスケット（４４）が示しであるけれども本発明は膜（２７）の両面にガスケットを使用することも包含するものである。また、リップ（４２）を使用しない場合も包含するものである。

１京極液室中で塩化す）　ＩＪウム水溶液を電解して苛性アルカリおよび／捷たは水素ガスを製造する場合、鋼のような鉄質材料はほとんどの電解槽操作温度および苛性アルカ９４度、たとえば約２２チ以下の苛性アルカＩＪ　ａ度および約８５℃以下の電解槽操作温度において、陰極液室金属要素として全く好適である。従ってＥ　ＣＴ　ｇ　（１４）を鋼りような鉄質材料で作シ、そして苛性アルカリを約２２％以下の０度で製造し、寛解槽を約８５℃以下で操作しようとするならば、保護内張シは必要でないが、任意に内張りを陰極ユニットにも使用してＥＣＴＥｆ１４）を騙食から保護するようにしてもよい。

平らな面をもつ電極（３６，３６Ａ　：　４６，４６Ａ）はＥＣＴＥ（１４）に向って内側に且つ膜（２７）から遠ざかって丸められた周縁をもつことが注目されるであろう。これは時としてギザギザの電極縁が膜に接触して膜を引裂くのを防ぐためになされるものである。

本発明の電気化学槽を塩素−アルカリ哨として操作する際、塩化ナトリウム塩水溶液を陽極液室（２２）に供給し、任意に水を陰極液室（２４）に供給する。電力供給源（図示していない）からの電流を陽極（４６，４６Ａ）と陰極（３６，３６Ａ）との間に通す。電流は塩水溶液中で電解反応を生せしめるに十分な電圧にある。塩素は陽極（４６，４６Ａ）で製造され、苛性アルカリと水素は陰極（３６，３６Ａ）で製造される。

任意に、酸素含有ガスを陰極の一面に供給して陰極を酸素減極陰極として操作することができる。同様に、水素を陽極の一面に供給して陽極を減極陽極と［７て使用することかできる。電体の種類およびそれらの操作法は画業技術において周知である。減極陰極へのガス状および液状の反応試剤の別々の取扱いのための通常の手段を使用することができる。

ＮａＣ１塩水の電解により塩素と苛性アルカリを製造するための電解槽系列の操作において、ある橿の操作条件が一般に使用される。陽極液室中では０．５〜５．０のｐＨが望ましくは保持されるべきである。供給塩水は好ましくはごく少量の多価カチオン（カルシウムとして表示して約０．０５ｆ／を未満）のみを含む。供給塩水のｐＨが約３．５よシも低いとき供給塩水が約７０ｐｐｍ未満の濃度の二酸化炭素を含むならば、上記よシ高い多価カチオン濃度も容認することができ、同じ有利な結果がえられる。操作温度は０〜２５０℃の範囲であシうるが、好ましくは約６０℃以上である。通常の塩水処理を行なった後にイオン交換樹脂によって多価カチオンを除いて精製した塩水は膜の寿命を長くする上で特に有用である。供給塩水中の低い鉄含量は膜の寿命を長くするのに望ましい。好ましくは塩水供給物のｐＨを塩酸添加によって４０以下のｐＩ（に保つ。

ノズル（図示していない）を本発明の電解槽中で有利に使用することができ、そしてノズルは種々の設計形体をとることができる。このようなノズルはガスまたは液体が電解槽に入る際に又は電解槽から出る際にこれらのガスまたは液体によって遭遇する圧力低下を最小にする。

ノズルを設置するための特に有用な設計と方法は次のとおりである。複数のニッケルまたはチタンのノズルをたとえば包囲鋳造によって製造する。このノズル鋳造物を次いで所望の寸法に機械加工する。短い長さく約７−）の金属管をこのノズルに溶接する。この金属管はこの金Ｘ管は電極液またはガスを電解槽に導入し、あるいは電解槽から除くための外部接続管として役立つ。多数のスロットをそれぞれのＥＣＴＥ中に複数の所望位置くおいて機械加工で設けてノズルを受入れるようにする。これらのスロットの寸法は、電解槽の諸要素が最終的に組立てられたときにシールを確保するようスロットに挿入されるべきノズルの厚さに対応する寸法である。内張りを使用するときは、内張シをカットしてノズルのまわシに適合させる。ノズルを使用するときは内張りにタック溶接するのが好ましい。

次いでこの内張シーノズル組立体を電解槽中に配置する。次いで内張りキャンプを電解槽の突起に溶接する。

好ましくは陰極液室中の圧力は陽極液室中の圧力よりもや＼高い圧力に保たれるが、約３０ｃｔｎの水柱圧以下の差圧に保たれるのが好ましい。

好ましくは電解槽の操作圧力は７気圧未満に保たれる。

電解液室の入ロダク）　（５６，５８）および出口ダクト（５０，５２＞が任意に、それぞれの室（２２，２４）に接触するフランジ部分の接触部分中に設けられる。これらの室中に内張ｆｉ　（２６，２６Ａ）があるときは、対応する開口が内張り中に設けられる。これらの開口の例は第１図に電解液室出口（５０）として示しである。

突起（１８）は支持体部分（１７）を横切って背中合せの関係で伸びているように示されているけれども、そうである必要はない。これらの突起は相互にオフセットであることができる。内張りは対応する突起をもたないキャップを備えることができる。

本発明のＥＣＴＥは電極がイオン交換膜に埋め込まれているか、これに結合しているか、またはこれに向って押圧されている固体ポリマー電解槽と組合せて使用することができる。この場合には突起と電極との間に電流収集器を使用するのが望ましい。電流収集器は電流を電極に分布させる。固体ポリマー電極は米国特許第４３４４６９０号；同第４４６ａ３１１号；同第４３４Ｑ４５２号；鳴２２夷１２１号；および同第４１９１，６１８号に記載されている。

陰極液室中の圧力は陽極液室の圧力よりや＼大きい圧力に保って、２つの室を分離する浸透選択性イオン交換膜をこの平らに配置した膜に平行に配置した「平板」多孔質陽極に向っておだやかに押すようにするのが便利である。なお、この陽極はＥＣＴＥの陽極突起に電気的および機械的に接続されている。

陰極液および陽極液は画業技術において知られているように、それぞれの室中全循環させることができる。この循環は強制循環であることができ、あるいはまた電極１８表昭６２−５００６６９　（１１）で製造され電極から上昇するガスによって生ずるガス・リフト循環であることもできる。

本発明は電気伝導性物質をイオン交換膜中に埋め込んだ又はイオン交換膜に結合させた、新しく開発された固体ポリマー電解質電極と共に使用するのに好適である。

このような電極は画業技術において周矧であり、たとえば米国特許第４４５７．８１５号および同第４４５７，８２３号に記載されている。

また、本発明は少なくとも１つの電極がイオン交換膜と物理的に接触しているゼロ拳ギャップ電解槽として使用するのに好適である。任意に、電極の双方がイオン交換膜と物理的に接触していてもよい。このような電解槽は米国特許第４４４４６３９号；同第４．４５７．８２２号；および同第４４４ａ６６２号・に記載されている。

また、他の電解Ｗ１要素を本発明の電解槽中に使用することもできる。たとえば、米国特許第４４４４６３２号に記載のマット構造体を使用してイオン交換膜を電解槽の電極の１つと物理的接触状態に保持することができる。

棟々のマットの形状が米国特許第４３４Ｑ４５２号に記載されている。米国特許第４３４Ｑ４５２号に記載のマツトラ固体ポリマー電標液槽およびゼロ・ギャップ電解槽の両者と共に使用することもできる。

実施例１４個の電流伝送要素を公称５１ｔＭＸｆ）１ｍの単極電解槽用に鋳造した。

すべての電流伝送要素をＡＳＴＭ　Ａ３３６　、ＧＲＤ６５−４５−１２展性鉄から鋳造した。これらは鋳造したま＼の寸法に関して同一であった。仕上げ鋳造品を検査して構造的に健全であシ表面欠陥がないことがわかった。主な寸法は次のとお９であった。公称６１　ｃＴｎＸ　６１ｍの外側寸法；２６Ｍの厚さの支持体部分（１７）　；支持体部分のそれぞれの面に配置した１６個づつの突起（それぞれの突起は２５０の直径をもつ）でこれらの突起は相互に直接向い合っている；λ５５ｍのフランジ−シール面と６．４備の厚さをもつ、支持体部分の周辺のまわりに伸びるフランジ部分。機械加工区域は７う／ジ部分の両面のフランジ・シール面とそれぞれの突起の頂部を包含していた（それぞれの面は単一面に且つ反対面に平行に機械加工した）。

陰極槽はＥＣＴＥの両面に０．９　ｍの厚さの保護ニッケル内張りを備えていた。同様にニッケル製の入口ノズル及び出口ノズルを、上記の内張）をＥＣＴＥＫスポット溶接する前に該内張りに予め溶接した。最終の組立体は触媒的に被覆したニッケル電極をそれぞれの突起の場所で内張りにスポット溶接したものを含んでいた。

陰極末端槽は片面に保護ニッケル内張シを必要としないことおよび付随するニッケル電極がないことを除いて上記の陰極槽と同様であった。

陽極槽はＥＣＴＥの両面に０．９　ｍの厚さの保護チタン内張りを備えていた。

同様にチタン製の入口ノズルおよび出口ノズルを、上流の内張りをＥＣＴＥにスポット溶接する前に該内張りに予め溶接した。最終の組立体は中間のバナジウムおよびチタンのクーポンを介してチタン電極をそれぞれの突起の場所で内張りにスポット溶接したものを含んでいた。陽極はルテニウムおよびチタンの混合酸化物の触媒層で被覆した。

陽極末端槽は片面に保護チタン内張りを必要としないことおよび付随するチタン電極がないことを除いて上記の陽極槽と同様であった。

実施例２実施例１のようにして製造した２つの単極ユニットと２つの末端槽を使用して１を群槽組立体を作った。

陽極端部部材、単極陰極ユニット、単極陽極ユニット、および陰極端部部材をデュポン伽ド・ヌムール・アンド会カンパニー・インコーホレーテッドから入手したＮＡＦＩＯＮ　９０１■の３枚のシートと共に組立てることによって３個の電解槽を作った。これらの膜は陰極面の上にのみガスケットを置いて電極から電極までの間隙を１．８Ｉｕとし、陰極から膜までの間隙を１．２ｕとした。陰極液の操作圧を陽極液の圧力よりも１４０ｕ水柱だけ高くして膜を陽極に向うように水圧的に保った。

上記の単極の間隙のある電気化学槽組立体を電解液の強制循環を伴なって操作した。平行して操作される３個の陽極室への合計の流れは約４．９ｔ１分であった。再循環陽極液への補給塩水は約８００ゴ／分の新鮮な塩水（２５，２重量％のＮａＣＺ　ｅ　ｐＨ１１）であった。再循環陽極液は約１９．２重量のＮａＣＬを含み約４．５のＩ）Ｈをもってい丸。陽事液ループの圧力は約１．０５〜／ｌｙｍ”であった。３つの陰極室への平行供給は合計的５．７層１分であり、この流れへの凝縮物補給は約７５−７分であった。

電気化学槽の操作温度は約９０℃であった。電解は約α３アンペア／　Ｃａｎ” で行なった。

これらの条件下で、この１Ｊｉ解槽は約３３重量％のＮａＯＨおよび約９８．１容Ｐ！ｔｓの純度の塩素ガスを生産した。平均電解ｍｔ王は約１３０ボルトであり、電流効率は約９５チであった。

操作中、電解摺電圧は安定であり、そして電極液の洩れは＠察されなかった。

実施例３６個のＥＣＴＥを公称６１ｍＸＬ２２ωの単極電解槽用に鋳造した。これらの要素は後に３個の陰極単極電解槽および３つの陽極単極電解槽を構成するために使用した。

すべての電解槽構造物けＡＳＴＭ　Ａ３３６　、ＧＲＤ６５−４５−１２展性鉄から鋳造され、鋳造時の寸法については同じであった。仕上げの鋳造品を検査して構造的に健全であシ表面欠陥がないことが見出された。主な寸法は次のとおりでおった。公称５８ｍＸ　１２８ｙ＋＋の外側寸法；２２０の厚さの支持体部分；λ５帰の）隔のフランジ部分シール面。フランジ部分は６．４ｍの厚さをもち、支持体部分の周辺のまわシにのびていた。支持体の片面に２８個の突起を配置した。それぞれの突起はｚ５ｃＷＩの直径をもつ。支持体の反対側の面に３０個の突起（それぞれの突起はＺ５ｍの直径をもつ）を配置した。これらの突起は支持体部分に対して相互にオフセットであったが、所望ならば相互に直接向い合って鋳造することもできる。

機械加工区域はフランジ・シール面（両面）およびそれぞれの突起の頂部を含んでいた（−４：れぞれの面は単一面に且つ反対側の面に平行に機械加工した）。

ノズル−ノツチ（両面の入口および出口）も仕上げ寸法に機械加工した。

陽極槽はＥＣＴｌの両面にα９ｕの厚さの保護ニッケル内張りを備えていた。同様にニッケル製の入口ノズルおよび出口ノズルを、内張りをＥＣＴＥにスポット溶接する前に、内張シに予め浴接した。最終の組立体はニッケル電極をそれぞれの突起の場所で内張シ（両面）にスポットｆｆｉ接したものを含んでいた。

陽極槽はＢＣＴＥの両面にα９ｕの厚さの保護チタン内張シを含んでいた。同様にチタン製の入口ノズルおよび出口ノズルを、上記の内張りをＥＣＴＥにスポット溶接する前に該内張シに予め溶接した。最終の組立体はチタン電極をそれぞれの突起の場所で内張シ（両面）にスポラ）Ｍ接したものを含んでいた。

多孔質チタン電極は１５ｍの厚さのチタンシートを約１５５チの伸びまで拡張してシート中にｓｘ４．のダイヤモンド型開口を生ぜしめ、ルテニウムとチタンの混合酸化物の触媒Ｉ−で被覆して成るものであった。上記のようにして、この被覆チタンシートをそれぞれの突起の場所で内張りにスポット溶接した。

もつと博いα５關の厚さのチタンシートを約１４０チの伸び筐で拡張して４層２Ｍのダイヤモンド型開口を生ぜしめ、同様にルテニウムとチタンの混合酸化物の触媒層で板積したものを上記の厚いシートの上にスポット溶接した。

多孔質ニッケル陰極は粗い２絽の厚さのニッケルシートを拡張して８×４ｕの開口を生ぜしめ、それぞれの突起の場所でニッケル内張シにスポット溶接して成るものであった。０．１５　ｍの直径のニッケル・ワイヤの波型に編んだ織物の３層で作った弾性的に圧縮性のマットを上記の粗いニッケルシートの上に置いた。

０．１５ｍの直径のニッケル・ワイヤで作シニッケルとルテニウムの混合酸化物の触媒析出物で被覆したフライ・ネット型のニッケルスクリンを上記の弾性的に圧縮性のマットの上に置いた。

イー・アイ・デエポン・ド・ヌムール・アンド−カンパニーから入手したＮＡＦＩＯＮ　９０１■　の膜を隣接する多孔質陰極要素と多孔質陽極要素との間に介在させて完成フィルタ・プレス型電解槽組立体を閉じた。

これらの膜を被覆チタンシート（陽極）及びフライ・ネット型被覆ニッケルスクリーン（陰極）の向き合った面の間で弾性的に圧縮した。

塩化す）　ＩＪウムｍ液の電解を次の操作条件下で上記の電解槽中で行なり九。

陽極液濃度　２００　ｔ／ｌのＮａＣ２陽極液ｐＨ４〜４１陰極液濃度　３５重ｉ％のＮａＯＨ陽極液温度　９０℃ 電流密度　３０００Ａ／ｍ” 観察された平均の電解摺電圧は約１６ボルトよシ低く３．２３ボルトであった。

陰極効率は約９５％であり、塩素ガス純度は約９＆６％であった。

国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．２つの末端電解槽ユニツトとこれらの末端ユニツト間に配置した少なくとも１つの中間電解槽ユニツトをもち、これらの槽ユニツトが実質的に水不浸透性のイオン交換膜および水不浸透性隔膜からえらばれたセパレータによつて分離されている型の単極電解槽であつて；該中間電解槽ユニツトが相互に間隔をおいた２つの実質的に平行で実質的に平らな電極要素と、これら電極要素の間の間隔に配置した実質的に剛性の電流伝送要素とを備えて成り；該伝送要素が１対の向き合つたほぼ平らな面とこれらの面の両面の上に分布させた且つ伝送要素から該伝送要素に隣接する電極液室中に外側に予め定めた距離で突出している複数の突起を備え、これらの突起の少なくとも１部が電極要素に直接または間接に機械的および電気的に接続されており、そして該伝送要素には少なくとも１つの電気接続部材が取付けられていて電流を該伝送要素中に又は該伝送要素から導いて電気エネルギーを該電極要素のそれぞれに分布させるようになつている単極電解槽。
２．中間電解槽ユニツトの電流伝送要素がほぼ平らな支持体部分と該支持体部分の周辺のまわりにのびるフランジ部分を備えて成り、該フランジ部分が該支持体部分の厚さより少なくとも約２倍大きい厚さをもつ請求の範囲第１項記載の単極電解槽。
３．中間電解槽ユニツトのフランジ部分が約１０ｃｍ米満の厚さをもち、該支持体部分が少なくとも約０．５ｃｍの厚さをもつ請求の範囲第２項記載の単極電解槽。
４．中間電解槽ユニツトの電流伝送要素が該伝送要素の対向両面に接続する開口をもつ請求の範囲第１項〜第３項のいづれか１項に記載の単極電解槽。
５．該開口が該伝送要素の支持体部分の全表面積の約６０％以下を占める請求の範囲第４項記載の単極電解槽。
６．中間電解槽ユニツトの該伝送要素が水不浸透性である請求の範囲第１項〜第３項のいづれか１項に記載の単極電解槽。
７．中間電解槽ユニツトの該伝送要素が鉄質金属、ニツケル、アルミニウム、銅、マグネシウム、鉛、それぞれの合金、およびそれらの合金からえらばれた鋳造性金属から作られている請求の範囲第１項〜第６項のいづれか１項に記載の単極電解槽。
８．中間電解槽ユニツトのそれぞれが該支持体部分の対向両面上の突起の少なくとも一部分の少なくとも端部表面で接触する一対の面内張りを含み、そしてこれらの内張りが電気伝導性で耐食性の材料から作られている請求の範囲第１項〜第７項のいづれか１項に記載の単極電解槽。
９．中間電解槽ユニツトの内張りが突起の上およびまわりに適合するように作られており、且つ突起間の間隔にある該伝送要素に向つてこれらの間隔をおいた突起のまわりに十分に沈下していて、内張りした伝送要素と電極要素との間での電解液の循環を可能にしている請求の範囲第８項記載の単極電解槽。
１０．中間電解槽ユニツトの内張りが突起と内張りとの間に配置した且つ突起と内張りの双方に溶接的に相溶性である金属を介しての溶接によつて突起に接続されている請求の範囲第８項または第９項に記載の単極電解槽。
１１．中間電解槽ユニツトの内張りがニツケル、ステンレス鋼、クロム、モネル合金、チタン、パナジウム、タンタル、コロンビウム、ハフニウム、ジルコニウム、およびそれらの合金からえらばれた金属から作られている請求の範囲第８項〜第１０項のいづれか１項に記載の単極電解槽。
１２．該ユニツト上の内張りが該フランジ部分と同一の広がりをもつ請求の範囲第１項記載の単極電解槽。
１３．該ユニツトのフランジ部分がガスケツトである請求の範囲第１項記載の単極電解槽。
１４．対向両面からのびる複数の突起をもつ実質的に平らな体部の形状の電流伝送要素；複数の隆起部と上記体部に実質的に一致する輪郭とをもつ、そして耐食性金属で作られていて上記体部の対向両面上に配置されている面内張り；上記の隆起部分と接触の関係で上記の内張りに対して配置されている多孔質電極要素；とを備えこれらの電極要素と面内張りと体部とが上記の複数の突起の少なくとも若干の位置において電気的に接続されており；そして更に上記の体部の縁の少なくとも１つに電流電力源の正または負の極を接続して該電極要素のそれぞれに電気エネルギーを分布させるための電気接続部材を備えて成る電解槽用単極ユニツト。
１５．電流伝送要素がほぼ平らな支持体部分と該支持体部分の周辺のまわりにのびるフランジ部分とから成る請求の範囲第１４項記載の単極ユニツト。
１６．フランジ部分の一区分が支持体部分と一体となつており、そしてフランジ部分の一区分が分離している要素である請求の範囲第１５項記載の単極ユニツト。
１７．フランジ部分が複数の組立部品から成る請求の範囲第１５項記載の単極ユニツト。
１８．下記の単極電気化学槽系列すなわち、２つの末端槽ユニツトとこれらの末端ユニツト間に配置した少なくとも１つの中間槽ユニツトをもら、該中間層ユニツトが相互に間隔をおいた少なくとも２つの実質的に平行で実質的に平らな電極要素とこれらの電極要素のそれぞれに電気エネルギーを分布するための部材を備え、該分布部材が上記電極要素間の間隔に配置した電気伝導性の実質的に剛性で平らな電流伝送要素から成り、該伝送要素には電流を該伝送要素中に又は該伝送要素から導くための電気接続部材が備えてあり、該伝送要素は上記電極要素のそれぞれの全表面にわたつて間隔をおいた複数の点において該電極要素のそれぞれに電気的および機械的に接続されており、そして該伝送要素はその対向両面の上に分布し伝送要素から該伝送要素の対向両面上の電極液室中に予め定めた距離で外側に突出している複数の実質的に固体の突起を備えている型の単極電気化学槽系列、において電解を行なうための方法であつて、（ａ）電力供給源から中間槽ユニツトの伝送要素に電流を流し、（ｂ）上記伝送要素からその対向両面上の伝送要素に電気的に接続されている電極要素に電流を流し、（ｃ）それぞれの電極要素から電解液およびセパレータを介して末端槽ユニツトに、該電解液の電解を起こさせるのに十分な電圧の電流を流し、（ｄ）槽系列から電解生成物を除き、そして（ｅ）枯渇した電解液を槽から除く、諸工程から成ることを特徴とする方法。
１９．両末端槽ユニツト間に配置した複数の中間槽ユニツトを含み、そして電極要素のそれぞれから電解液およびセパレータを通して隣接槽ユニツトに電流を流す工程を含む請求の範囲第１８項記載の方法。