JPS629674B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、分離板を有する電気分解装置に関
し、とくに、バイポーラ型分離板を有する電気分
解装置に関する。 モノポーラ型（分離板の両側が同じ極性を有す
る）あるいはバイポーラ型（分離板の両側が反対
の極性を有する）構造のどちらにせよ、複数のセ
ルを有する電気分解装置は公知でありかつ広範に
用いられている。このような構成では、構成がコ
ンパクトであることにより多数の利点が生じるも
のであり、とくにバイポーラ型装置ではセルを直
列に接続することにより電気分解装置への電力供
給が容易となる。このような電気分解装置の個々
の電気分解セルは、電解液および反応生成物に対
して、不浸透性の壁により隣接しているセルから
離隔されている。バイポーラ型セル構成の場合に
は、分離板によりひとつのセルの陽極から隣接セ
ルの陰極への内部電気接続が行われる。既存の分
離板あるいはバイポーラ型要素は別々の材料で作
成されている。例えば、陰極側面には鋼がしばし
ば用いられている一方で、供給原料および陽極生
成物に対して耐性を有しかつ触媒陽極としても作
用し得る材料で陽極側面が被覆される。これらの
先行技術バイポーラ型セル分離板の表面で電気分
解が起こるので、分離板表面でのガス発生、とく
に水素ガスの発生と云う難しい問題が生ずる。水
素は、バイポーラ型分離板を形成する金属基板へ
拡散し、金属をもろくする。水素拡散による金属
のもろさにより、バイポーラ型要素の陽極側面上
に付着した電気的触媒材料が損失する。このバイ
ポーラ型分離板構造がもろくなるのを回避するた
めに、多くの技法および構造が開発されて来た。
これらの解決法の全てが高価であり、その多くが
単に部分的に効果を挙げるにすぎないものであ
る。 電気分解プロセス、およびこのプロセスが行わ
れるものであり、かつ塩化水素酸水溶液および塩
化ナトリウム水溶液のような電気分解塩化物水溶
液を含む電気分解セルが発見された。これらの水
溶液は、セル内で電気分解される。またこのセル
内において、陽極および陰極電極は、イオン交換
膜の両対向面と密に物理的に接触している。この
密接接触は、両電極を膜に結合することにより行
われ、好ましくは、両電極を膜表面に埋設するこ
とにより行われる。この密接接触により、陽極
液／陰極液電圧降下がほぼガス混合／質量伝搬損
失であるように減少される。結局、塩化物水溶液
はセル電圧において極めて効率的に電気分解され
る。そして、このセル電圧は、既存の市販機器に
比べて0.5ないし0.7ボルトだけ改良されたことを
示す。 陽極および陰極電極がイオン交換膜に結合され
ておりかつ堅固な支持構造上に別々に支持されて
いないので、結合された電極の表面と複数の離隔
した接点を形成する集電分離器要素が、電力源と
電極との間の導電を行いかつセル装置を分離する
ための最も有効な方法であることが判つた。加え
て本出願人は、分離板を、流体が電極と最大限に
接触するような良好な流体伝搬および分配を可能
とするように形成できることを見出した。上述の
タイプのセルにおいて、膜が極めて薄い（７ない
し10ミルのオーダー）から両側面上にこの膜を機
械的に支持しかつ保持することが望ましい。本発
明による分離板は、さらに、複数個所に最大限の
膜支持体を備えている。この際、膜の変形は避け
るが、膜の両対向面上への支持要素を慎重に空間
配置する必要はない。 本発明者は、上述のタイプの電気分解装置がバ
イポーラ型構成にとくに適用される独創的な分離
板を用いることでより効果的になし得ることが判
つた。この分離板は次のとおりである。 (1) むき出しのイオン透過膜に対してシール面を
備えており、内部あるいは外部漏洩を防止す
る。このシール面は、供給原料（塩化水素電気
分解における塩化水素酸および塩水電気分解に
おける塩化ナトリウム）に対して不活性である
ように設けられており、好ましくは非導電性で
あつて触媒作用を受けていない膜領域における
望ましくない寄生反応を防止するものである。 (2) イオン透過膜に取付けられている触媒電極と
良好な導電性接触を形成している。 (3) 膜変形の危険なしに、複数個所において結合
型電極／膜構造に対する機械的支持を提供す
る。 (4) 良好な質量伝搬を促進して塩化物イオンを結
合された電極へ到達させかつ塩素などのような
電気分解生成物を電極表面から急速に移動させ
る。 (5) 電極触媒側のマスキングを最小にしつつ複数
個所における最大限の導電性接触を提供し、寄
生的な酸素発生反応を最小限にしている。 本発明の利点は、以下の記載から明らかになる
であろう。 本発明によれば、塩化水素および塩水のような
塩化物の電気分解が、１以上の窪んだ黒鉛分離板
を含むセルあるいはセルスタツク中で行われる。
陽極および陰極室を形成するこの窪みは、複数の
突出部を有している。そしてこの突出部は、複数
個所において、イオン透過膜に結合している触媒
電極と接触している。突出部はまた、複数の流体
分配路を限定する。各セル膜は、２つのこのよう
な分離板の間に支持されている。分離板の両対向
面上の突出部は、互いに角度をなして配置されて
いる。各膜は角度をなして配置されている突出部
により膜の両対向面上において支持されており、
この突出部はその交叉部で複数の圧力領域を形成
し、突出部の正確な配置を要することなく膜支持
を行う支持体を提供している。この構成により、
突出部を有する黒鉛分離板は、膜および電極表面
に沿う複数個所で優れた膜の機械的支持体を提供
する。この結果、電極へのおよび電極からの良好
な導電体を提供すると共に供給原料および電気分
解生成物に対する良好な流体流の分配を行う。 本発明の特性であるところの新規な特徴点は、
特許請求の範囲に特定して述べられている。しか
しながら、本願の目的および利点ならびに構成お
よび操作方法は、添付図面を参照しての以下の記
載によつて最も良く理解されるであろう。 以下、図面を参照して、本発明を実施例に基い
て説明する。 第１図は、単一セル装置１０を示しており、こ
れは陽イオンのようなイオンを透過するが、液体
に関してはほとんど不浸透性である膜１１を有し
ており、膜１１の両側の間での陽極液および陰極
液の透過を防いでいる。膜１１は、その一側面に
接合された陽極電極１２を有し、また他側面に接
合された陰極電極１３を有している。この陽極電
極および陰極電極は、上述したとおり、貴金属電
気触媒粒子と、デユポン社からテフロン
（Teflon）と云う商標で市販されているフツ化炭
素のような樹脂性材料との混合物である。膜１１
と、結合された電極１２，１３は、黒鉛製で電流
を集電し、流体を分配しかつ膜を支持する陽極端
部板１６と、黒鉛製の集電、流体分配および膜支
持用陰極端部板１７との間に保持されている。膜
１１は、シール面すなわちフランジ１９と２０と
の間にある電極の上に延びる膜のうち未だ触媒作
用を受けていない表面部分に圧力を加えることに
より端部板１６と１７との間にしつかりと支持さ
れている。シール面は、酸、塩水、塩素、水素お
よび腐食剤に対して不活性であるべきであり、好
ましくは非導電性が良い。これにより、触媒作用
を受けてない膜領域において、この膜に悪影響を
及ぼし得る好ましくない寄生反応の発生を防止す
ることができる。この目的のために、シール面を
テフロン、カイナー（Kynar）などのような材料
から成る不活性層で覆うことが好ましい。 陽極端部板１６には窪みがつけられており、組
立状態において陽極１２に接触する複数突出部２
２を含む陽極室２１を限定している。突出部２２
は複数のチャンネル２３を限定しており、塩素流
はこのチヤンネル２３内に生ずる。陰極端部板１
７にも窪みが設けられており、陰極室２５を限定
している。陰極室２５は、第１図に示すとおり、
水平方向に配置されている複数の突出部２６を有
している。この突出部は、スクリーン２７のよう
な導電性材料、あるいは、好ましくはグラフアイ
ト紙のような導電性材料製のシートで覆われてい
る。こうして、陽極室内の突出部２２と陰極室内
の突出部２６とは互いに角度をなして配置され、
この側では直角をなしている。 これらの突出部は、膜１１の両側面上の複数の
個所で圧力領域あるいは支持領域を形成するため
にも互いに角度をなして配置されており、圧力領
域では突出部が交叉する。このようにして、膜の
変形を回避あるいは最小化を企る一方で、突出部
の正確な重合わせを必要とせずに、膜がしつかり
と支持される。 第１図に図示されている突出部はほぼ室全体に
わたつて延びている。そのような突出部は、膜を
支持するための複数の個別圧力領域を形成すると
共に複数の集電点を形成するための好適手段であ
る。しかしながら、このリブの代わりに他の構成
を用いても良い。 例えば、円筒形や楕円形のような種々の断面の
窪みあるいは突出部の形式をとるのが好ましく、
この構成により端部板と膜に接合する電極との間
の接触が可能となる。 第２図は、黒鉛製の集電、流体分配、および膜
支持用の端部板を有する単一セル装置を示してい
る。ここで、線あるいは拡げられた金属スクリー
ンが、突出部を有する端部板と、膜に接合してい
る陽極および陰極電極との間に配置される。この
ようにして、膜３０は、これに接合するかこの中
に埋設されるテフロンあるいは他のフツ化炭素に
よつて結合する電気触媒粒子の形の陽極３１およ
び陰極３２を有する。黒鉛陰極端部板３３も窪み
を有しており、これにより複数の突出部３４を有
する陰極室が提供される。突出部３４は、突出部
と陰極３２との間に配置されている拡げられた金
属スクリーン３５と接触している。同様に、拡げ
られた金属スクリーン３６は、黒鉛陽極端部板３
８にある陽極室の一部を形成する突出部３７と陽
極３１との間に配置されている。 拡がりを有する金属スクリーンが、端部板の突
出部と膜に接合された電極との間に置かれている
場合に、突出部は陽極および陰極に接触しないか
ら、突出部の高さは陽極室および陰極室の深さよ
りも小さい。しかしながら突出部は、電極へ押付
けられているスクリーンには接触している。勿
論、スクリーンは、導電性でかつ耐腐食性の材料
で作成されなければならない。したがつて、陽極
室内のスクリーンは、そこに生ずる塩素ガスなら
びに塩化水素、塩化ナトリウムのような供給原料
に対する耐性を有していなければならない。ニオ
ブあるいは、類似の材料が、陽極スクリーンとし
ての使用に好適である。陰極スクリーンは、塩化
水素酸の電気分解の場合にはステンレス鋼あるい
は他の材料が良く、塩水の電気分解にはニツケル
あるいは他の材料が好ましい。 塩化水素の電気分解において、塩化水素酸溶液
は陽極で電気分解されて、塩素ガスを発生し、こ
れに伴つて水素イオン（H⁺）を発生する。H⁺イ
オンは陽イオンであつて、膜を横切つて膜の反対
側に接合されている陰極へ伝搬する。このH⁺イ
オンは陰極で放出されて水素ガスを発生する。 塩水の電気分解では、塩化ナトリウム溶液が陽
極室へ運ばれ、水が陰極室へ運ばれる。そして塩
化ナトリウムは陽極で電気分解されて塩素ガスお
よびナトリウムイオン（Na⁺）を発生する。この
ナトリウムイオンは、膜を横切つて膜に接合され
ている陰極へ運ばれる。陰極で水が電気分解され
て水酸基イオン（（OH^-）および水素ガスを発生
する。この水酸基イオンは、Na⁺イオンと結合し
て腐食剤（NaOH）を生ずる。陰極液水は陰極表
面を横切つて運び去られ、陰極に形成された腐食
剤を希釈して、膜を横切る水酸化ナトリウムの逆
方向への移動を最小限に留めている。水酸化ナト
リウムの陽極への移動の結果、寄生反応を生じ
る。ここでは、水酸化ナトリウムが酸化されて、
極めて望ましくない酸素ガスと水とを発生する。 第３図は、マルチ・セル装置を示しており、そ
れは、端部板、突出部を有する分離板、およびこ
の分離板間あるいは分離板と端部板との間に配置
されておりかつ表面に結合された触媒電極を有す
る複数のイオン透過膜とを有している。第３図に
示すとおり、この構成は、とくに、複数のセルが
電気的に直列接続されており、かつ分離板がバイ
ポーラ型である、バイポーラ型電気分解装置の場
合に有用である。両側面上の突出部は片側側面が
ひとつのセルに対する陽極側集電、流体分配器で
ある一方で反対側面上の突出部が陰極側集電、流
体分配器であるように構成される。第３図に示し
たバイポーラ型マルチセル装置は、塩化水素酸の
電気分解に好適であつて、窪んだ陽極室４２の全
長に沿つて延びる複数の垂直突出部４１を有す
る、グラフアイト製の陽極であり、集電し流れを
分配する端部板４０を有している。前述のとお
り、突出部４１は、複数の流体分配用チヤンネル
すなわち塩化水素酸のような供給原料の分配なら
びに陽極で生ずる塩素の除去を容易にするための
複数のチヤンネルを形成している。またこの装置
は陰極端部板４３を備えており、この端部板４３
には窪みが形成されており陰極室となつている。
複数の水平突出部は、陰極で生じた水素が移動す
る流通経路列を限定している。 複数のイオン透過膜４６，４７および４８が端
部板４０と４３との間に配置されており、バイポ
ーラ型分離板４９と５０とで離隔されている。膜
４６〜４８はイオン透過可能であり、その両側面
に接合する触媒粒子層を備えている。膜４６は陰
極５１を有しており、この陰極５１は、典型的に
は、白金黒のような貴金属触媒と疎水性のフツ化
炭素粒子との結合混合物が好ましい。膜４６の反
対側面は、図示しないが、膜に結合した電気的触
媒粒子層より成る陽極電極を有している。陽極５
２が、膜４７および４８へ結合しているのが示さ
れている。 上述のとおり、塩化水素酸電気分解の場合に
は、陽極触媒は好ましくは、貴金属触媒粒子とフ
ツ化炭素粒子との結合混合物で活性化されたテフ
ロン結合型黒鉛の混合物である。この貴金属触媒
は、イリジウム、タンタルあるいはチタニウムで
安定されたルテニウムの酸化物あるいは還元され
た酸化物である。塩水の電気分解に対しては、電
極はイリジウム、ルテニウム−チタニウムあるい
はタンタルの還元された酸化物で安定化されたル
テニウムのような貴金属触媒粒子の還元された酸
化物の結合混合物で良い。陰極電極は、同様に電
気的触媒より成るものでも良く、あるいはフツ化
炭素と白金黒との結合混合物でも良い。 膜は、むき出しの未だ触媒作用を受けていない
部分に開口部を有しており、これらの開口部は、
分離板および端部板にある対応する通路に並べら
れており、供給原料を室内へ運搬し、また排出さ
れた供給原料および電気分解生成物を除くもので
ある。このように、膜のそれぞれは、通路５９お
よび複数の通路５６と連通している開口部５５を
有している。通路５６は陽極排出導管６６と、通
路５７は陰極排出導管６７と連通している。 分離板４９および５０は、その両面に窪みがあ
り、陽極室および陰極室を提供する。片側にある
陽極室は、垂直方向に延びる突出部を有してお
り、（分離板５０において最も容易に判る）また
反対側の陰極室（分離板４９において最も容易に
判る）は水平の突出部を有している。 第３図に示したような塩化水素酸の電気分解セ
ルの場合には、塩化水素酸水溶液供給原料は、通
路５９を介して端部板４０内の陽極室４２へ運ば
れる。この通路５９は、端部板の底部および分離
板４９，５０を通つて延びている。端部板４０お
よび分離板４９，５０内の陽極通路５９は、分離
板陽極面の全幅にわたつて延びる室６０と連通し
ている。陽極側面上の複数の垂直路６１は、室６
０から陽極室の底部端部全体にわたつて延びる開
口水平チヤンネル６２へ延びている。チヤンネル
６２は、陽極端部板室４２および分離板４９，５
０の陽極側面室にある垂直突出部により形成され
るチヤンネルに対して開口している。陽極液は、
圧力で室６０へ運ばれる。室６０から通路６１を
介して水平チヤンネル６２へ陽極液が運ばれ、さ
らに垂直突出部で形成された陽極流体分配チヤン
ネルへ運ばれる。陽極液体分配チヤンネルは、陽
極非出通路５６と連通する上方水平チヤンネル６
３内へ開口している。 分離板４９および端部板４３の陰極室にある水
平流チヤンネルは、垂直チヤンネル６４へ開口し
ている。チヤンネル６４は、通路を介して陰極排
出通路５７へ接続されている水平チヤンネル６５
へ開口している。これにより消費された供給原料
および陽極での塩素ならびに陰極での水素の除去
が行える。 供給導管および排出導管が個々の陽極室および
陰極室と連通する方法は、第３図の装置の水平断
面図である第４図との関連で最も良く判るであろ
う。第４図での断面は、第３図の装置の排出通路
のレベルより下方にとられている。ここで、排出
通路は一点鎖線で示されている。陽極室へ連通す
る供給路は点線で示されている。 このように、供給導管６５は、分離器および端
部板にある通路５９ならびに膜に設けた開口部５
５に連通している。前述のとおり、通路５９は室
６０と連通しており、さらに陽極室に連通して、
陽極液が個々の陽極室へ運ばれるようになつてい
る。一対の陽極排出導管６６は、路５６を介して
個々の陽極室へ連通して、消費された陽極液およ
び塩素ガスを除去するものである。セル装置の反
対側面上の一対の陰極排出導管６７は、陰極室と
通路５７へ連通しており、塩化水素酸の電気分解
の間、陰極で生ずる水素を除去する。 第４図の線AAに沿う垂直断面図である第５図
は、これらの接続を更に詳細に示している。陽極
供給導管６５は、通路５９を介して室６０へ接続
されている。垂直通路６１は、室６０へ接続され
ている。垂直通路６１は、室６０をチヤンネル６
２へ接続し、さらに垂直突出部４１で形成された
流体分配チヤンネルへ接続する。したがつて、陽
極液は、膜に結合されている陽極室にある上方水
平チヤンネル６３は通路６８を介して陽極排出導
管６６と連通している。陰極室において、一般的
に６９で示される水平突出部は、通路７０および
通路５７を介して陰極排出導管６７と連通してい
る。 前述のとおり、第３図、第４図および第５図に
図示された構成は、その内部で塩化水素酸が電気
分解されかつセルの陰極側の電気分解生成物が水
素であるセルを示している。水平突出部で形成さ
れた流体分配通路を介してこの水素が流れる。陰
極液を導入するために、陰極室への供給導管を設
ける必要はない。しかしながら、そのようなセル
を塩水電気分解用に使用するならば、陰極液
（H₂O）が陰極室へ導入される。この場合には、
陽極供給導管６５に類似の室が設けられて、陰極
液を陰極室へ運ぶ。これについては、図面を簡単
化するために第３図ないし第５図には示していな
い。しかしながら、そのような供給導管を設ける
べきであると云うことは当業者には明らかであろ
う。 さらに塩水電気分解では、水および希釈陽イオ
ンを陰極室から除去しなければならないが、陰極
室突出部は水平であつてはならない。つまり突出
部を水平とすると、陰極液および排ガス状の電気
分解生成物の除去がより困難になる。リブは角度
をなして設けるべきであつて、電気分解生成物の
除去を容易にする垂直成分を持たせる必要があ
る。前述のとおり、分離器の両対向面上の突出部
は、互いに角度をなして配置されねばならない。
もしそうでない場合には、膜の両対向面上の突出
部を極めて正確に並べる必要があるであろう。も
しこの配設が正確でないならば、不正確に配置さ
れた突出部の間に把えられた膜は変形されるであ
ろう。互いに角度をなす突出部を設けることによ
り、膜の両対向面上に複数のベアリングあるいは
支持圧力領域が形成され、突出部の突出平面が空
間的に作用し合う。これについては、第６図に最
も明瞭に示されており、第６図は、膜の両対向面
上の突出部あるいは溝部の一部の拡大垂直断面図
である。複数の水平方向に延びる突出部７５を有
する分離板が、膜に結合された陽極７７および陰
極７８を有する膜７６の片側側面に押し付けられ
ている。垂直方向に延びる突出部８０を有する分
離板あるいは端部板７９は、膜の反対側面に対し
て位置づけられている。２つの電極の間にある複
数の圧力印加面は、例えば８１で示す突出部７５
の平担面が分離板７９の突出部８０に対して押圧
している点において形成されている。こうして、
複数の膜支持点が膜の両対向面上に設けられる。 分離板のそれぞれにおいて、突出部が、イオン
透過膜の表面上の結合電極に押し付けられている
場合には、流体分配と共に望ましい集電機能が備
えられかつ膜支持の役割が果たされる。しかしな
がら、集電突出部は充分な接触領域を持たなけれ
ばならず、電極表面領域を余り覆うことなく、こ
れと同時に、充分な集電ならびに膜支持を行うよ
うに設けてある。第６図の８１で示すとおり、突
出部が電極と直接接触をなしており、また供給原
料が塩化水素酸水溶液あるいは塩水であるので、
塩化水素水溶液から塩素が急速に消耗され、残り
の水が突出部と電極との間でトラツプされる。こ
のように触媒側からの塩素を阻止することによ
り、塩化物というよりむしろ水が電気分解され
る。分離板が黒鉛で作成されていることから、酸
素とくに発生酸素による侵食を受け易くなつてい
る。そこで、突出部の接触領域は、良好な導電性
を与えると共に、触媒側の過度のマスキングを避
けて、過剰酸素の発生を防止しなければならな
い。 分離板の接触領域が陽極での酸素発生に与える
影響を示すために、数多くの実験がなされた。こ
の試験は、様々な断面の面を有する突出部を備え
る分離板を用いて、陽極との接触面積を変化させ
て行われた。塩化水素酸水溶液を用い、10規定の
塩化水素が400アンペア／平方フイートの電流密
度において陽極液温度が30℃であり、セル電圧が
1.8ボルトである水素塩化物電気分解装置として
セルが操作された。 第１番目の実験では、電流を分配するために、
３つの白金をかぶせた広げられたニオブ金属スク
リーンが陽極面に対して配置されている。発生し
た塩素の酸素含有量はガスクロマトグラフイによ
り、測定されたが、それによれば0.01％であつ
た。このように、金属スクリーンを使用すると、
きわめて小さな酸素発生量である。しかしなが
ら、このスクリーンは、製品製造に対してはコス
ト的に効率はけつして良好でなく、突出部を設け
た分離板に比べて作成上より困難である。 第２番目の実験では、黒鉛分離板が用いられ、
高さ0.045インチの矩形状突出部を0.060インチ間
隔で設けた。突出部の上面は平担であり、リブの
幅は0.060インチである。発生塩素ガスの酸素含
有量は、0.5％であつた。0.010インチ厚のニオブ
金属スクリーンを黒鉛分離板と陽極との間にひと
つ挿入することで酸素含有量は0.42％まで減少
し、さらに別のそのようなスクリーンを加えると
0.05％まで減少する。比較的広い突出部表面の場
合には、触媒側がマスクされ、突出部および陽極
の間で水がトラツプされるように思われ、かなり
の量の酸素が発生する。この発生酸素はスクリー
ンを挿入することにより若干減少可能である。し
かしながら、製品製造においてこれらのスクリー
ンを組立てることは大変困難である。また高価で
もある。 第３番目の実験では、上方にテーパーを施こさ
れた部分を有する突出部構成として、陽極接触面
を充分に減少させた。突出部の全高は約0.05イン
チであり、突出部は0.060インチ間隔で配置され
ている。第６図に示されたタイプの上方テーパー
部の陽極接触面は、0.30インチ幅まで減少されて
いる。このテーパーは、突出部の基部から約
0.025インチのところから始まつている。そして
テーパー基部から平担電極接触面までの距離は
0.025インチである。この構成で電極接触面積を
減少した場合に、塩素の酸素含有量は0.25重量パ
ーセントすなわち、２倍の接触面積（0.060イン
チ）のリブによる酸素含有量の20分の１となる。
酸素含有量は、１つあるいは２つのニオブスクリ
ーンを挿入することでさらに低減することもでき
る。ひとつのスクリーンを挿入すると、酸素含有
量は0.037％までに減少でき、２つのスクリーン
では0.015％まで減少できる。 さらに別の第４番目の実験では、突出部間隔
は、第２番目の実験のものより少ないが第３番目
の実験のものより若干大きな接触領域とともに増
加される。突出部全高は0.118インチである。接
触領域は0.04インチであり、突出部の間隔は
0.098インチである。以上の構成かつ寸法の場合
には、酸素含有量は0.02％であつた。突出部幅を
減少すると共に突出部間隔を広げることにより、
比較的大きな塩素バブルは急速に除去される。そ
して、ガスバルブによりほとんど水がトラツプさ
れない。 これらの実験は、分離板の突出部における接触
点をできるだけ狭くすることが重要であると云う
ことを示している。分離板は良好な導電体を提供
するのに充分なほど広くなければならず、同時
に、水の電気分解を最小となし酸素の発生量を重
量パーセントで塩素の１％以下に維持する。チヤ
ンネルの深さは流出ガスを逃がしかつ塩化物イオ
ンが電極表面に到達させるのに充分でなければな
らない。 分離板は、空孔率が最小であるように構成され
ている。黒鉛は樹脂でシールされるのが良く、好
ましくは、樹脂バインダーで結合された成形黒鉛
であるのが良い。用いられる結合樹脂の幾つか
は、フエノール系のもの、フツ化炭素を含んでい
る。結合樹脂として好適であると判つたものは、
ペンワルト社（Penn walt Corporation）からカ
イナー（Kynar）という商標で市販されているポ
リビニル系フツ化物である。カイナーと黒鉛粉末
は、混合されて均一混合物を形成する。黒鉛粉末
と樹脂粉末との均一混合物は、10ないし25重量パ
ーセントのバインダーを加えて350ないし400〓の
温度でかつ1000ないし2700psiの圧力で成形され
る。分離板を形成するのに容易に使用可能である
黒鉛粉末の一形成として、スタツクポール社
（Stackpole Corporation）によりＡ−905グラフ
アイトという商標で販売されている黒鉛粉末があ
る。かなり有用であると判つた黒鉛粉末の別の形
式として、ユニオンカーバイド社からポコグラフ
アイト（poco graphite）という商標で販売され
ているものがある。塩化水素酸電気分解の場合に
は、分離板を通る水素あるいは塩素の透過性を制
限するために、分離板の空孔率を最小にしなけれ
ばならない。分離器の導電率は、これに反し、モ
ノポーラ型あるいはバイポーラ型装置であつても
良好な集電性を得るために非常に大きくなければ
ならない。 前述のパラメータおよび分離板の測定した抵抗
率に応じて、多数の黒鉛分離板が形成された。

【表】 上記データから判るとおり、樹脂成形された黒
鉛分離板は、オーム・インチで示した優れた固有
抵抗を有しており、優れた導電率を提供するであ
ろう。 ２つのセルを設けたバイポーラ型電気分解装置
が組立てられたが、それは、突出部を有する分離
板および突出部を有する端部板を備えたイオン透
過膜に結合された１平方フイートの陽極ならびに
陰極を備えていた。この突出部の構成および寸法
は、第４番目の実験のものと同一であつた。

【表】 40℃において10.5規定の塩化水素水溶液が、
種々の電流密度において供給流量3000c.c.／分で陽
極室に加えられた。塩素中の酸素の割合ならびに
セル電圧が測定されて、前述のタイプの分離板を
用いたセルの操作パフオーマンスを定めた。第２
表は、このテストの結果を示すものである。

【表】 上記データから判るとおりに、400アンペア／
平方フイートにおいてさえも酸素濃度が0.2％以
下であると云う点において、極めて秀れたパフオ
ーマンスが得られた。また、種々の電流密度にお
けるセル電圧が、極めて効率的なセルであること
を示しており、さらに、塩化物の電気分解に対す
る電圧効率の大変良いプロセスであることを示し
ている。 そして、８個のセルを設けたバイポーラ型電気
分解スタツク装置が構成され、それは、膜に結合
された１平方フイートの陽極ならびに陰極電極を
有していた。分離板および端部板の突出部の構造
は、第１表のセルに関して述べたものと同一であ
つた。8.5規定の塩化水素水溶液が、種々の電流
密度において40℃で4000c.c.／分の供給速度で加え
られた。第３表は、セル電圧を示している。

【表】 上記のとおり、良好な導電性ならびに低電圧降
下という大変優れたパフオーマンスが得られた。 また、ここに述べた装置においては、分離板
は、良好に働くばかりでなく、ニオブ、タンタル
等のような極めて高価な材料を用いた電気分解で
の従来のバイポーラ型分離板に比べて明らかによ
り低コストであるという別の利点がある。黒鉛は
比較的経済的であり、本願で記載しかつ特許請求
している分離板の使用により、充分な経済的な利
点が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、塩化物の電気分解工程を行う単一セ
ルの概略分解平面断面図である。第２図は、金属
スクリーンおよび端部板を用いている組立てられ
たセルの概略平面断面図である。第３図は、本発
明の分離板を用いたマルチセル装置の分解図であ
る。第４図は、第３図の装置において排出導管の
レベル以下を横切る水平断面図である。第５図
は、第４図の線Ａ−Ａに沿う拡大垂直断面図であ
る。第６図は、セル膜の反対側面上に置かれた
個々の分離板を示す部分断面図である。 １０：単一セル装置、１１，３０，４６〜４
８，７６：膜、１２，３１，５２，５３，７７：
陽極、１３，３２，５１，７８：陰極、１６，３
８：陽極端部板、１７，３３：陰極端部板、１
９，２０：フランジ、２１，４２：陽極室、２
２，２６，３４，４１，６９，８０：突出部、２
５：陰極室、２７，３５，３６：金属スクリー
ン、４０，７９：端部板、４９，５０：分離板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (i) 少なくとも一つのイオン透過膜と、 (ii) 前記膜に結合して支持された導電性触媒陽極
   電極および導電性触媒陰極電極と、 (iii) 陽極室または陰極室を形成する窪部と前記窪
   部から突出する離隔された導電性突出部とを備
   えた二つの端部板と、ここにおいて前記突出部
   が前記電極と接触しており、 (iv) 二つ以上の前記膜が設けられている場合に
   は、前記電極が結合された、互いに隣接する前
   記膜を分離するための一つまたは複数の分離板
   と、 ここにおいて前記分離板には、その両側面に
   窪部とその各窪部から突出する離隔された導電
   性突出部とがあり、その一側面の突出部が他側
   面の突出部に電気的に接続されており、かつ前
   記突出部が前記電極に接触しており、 (v) 陽極または陰極導入排出通路および陽極また
   は陰極導入排出導管と から構成される塩素の製造用の電気分解装置。 ２ 導電性部材が離隔された導電性突出部と電極
   との間に配置されている特許請求の範囲第１項記
   載の電気分解装置。 ３ 前記導電性部材が流体透過金属スクリーンで
   ある特許請求の範囲第２項に記載の電気分解装
   置。