WO1992015725A1 - Electrolytic vessel for producing hypochlorite - Google Patents

Description

明 細 書 次亜塩素酸塩製造用電解槽 技 術 分 野 本発明は次亜塩素酸塩製造用電解槽に関 し、 と く に高澳度 の次亜塩素酸塩が製造可能な電解槽に関す る。 背 景 技 術 次亜塩素酸ナ ト リ ウ ム に代表 さ れる次亜塩素酸塩類は、 漂 白剤、 殺菌剤 と して、 上下水の処理、 排水の処理をはじ め と して家庭の台所用あ る い は洗濯用等 と して各方面で用い られ てい る。 次亜塩素酸塩の製造は、 食塩水等のア ル カ リ 金属塩 化物の水溶液の電気分解に よ っ て得られた水酸化ア ル 力 リ と 塩素を反応させて製造す る方法、 あ る いは ア ル カ リ 金属塩化 物を無隔膜電解槽において電気分解を行っ て、 電解槽中で次 亜塩素酸塩を直接得る方法に よ っ て行われてい る。

水酸化ア ル カ リ と塩素を反応さ せる方法は、 高濃度の次亜 塩素酸塩を得る こ と がで き る ので、 次亜塩素酸塩を販売する 目的で製造する場合には こ の方法で行われてい る が、 水酸化 ア ル カ リ と塩素を製造する電解設備が必要 と な る ので、 大規 模な食塩な どの塩化ア ル カ リ の電解工場に おいて水酸化ァ ル 力 リ あ る いは塩素の製造に付随 し て行われてい る。 これに対して、 食塩な どの水溶液を無隔膜電解槽において 電気分解する方法は、 生成する次亜塩素酸塩の濃度は比較的 低いが、 水の浄化や殺菌に直接利用する こ とが可能な濃度の も のを製造する こ と がで き、 製造設備も水酸化ア ル カ リ と塩 素を製造する電解設備に比べて簡単である ので、 次亜塩素酸 塩を必要とする現場において利用 されてい る。 しかも、 無隔 膜電解槽による次亜塩素酸塩の電解製造装置では、 次亜塩素 酸塩の必要量に応じて通電する電流を加減する こ とが可能で あ り、 殺菌などに有効な塩素分がすべて水中に溶解してい る と い う特徴を有している。 したがって、 これまで液体塩素の 貯蔵設備を設けて気体状の塩素を使用していた設備、 あるい は瀵厚な次亜塩素酸塩を貯蔵して使用 していた設備において も、 貯蔵や運搬の必要がない現場での電気分解によ っ て直接 次亜塩素酸を製造する こ とが行われる よ う になっ ている。

次亜塩素酸塩を電気分解によっ て直接に製造する方法は、 食塩な どの塩化アルカ リ の水溶液を、 無隔膜電解槽を使用 し て製造する。 電解槽へ電解液と して供給する塩水の瀵度は 2 〜 4 %の濃度のものであ る。 食塩濃度が高いほど陽極での塩 素の発生効率は高いが、 電解で製造した次亜塩素酸を含む塩 水をそのまま水処理等に使用する ために瀵厚な塩水を使用す れば、 高濃度の塩水が被処理水に混合するために、 好ま し く ないので、 通常は海水の食塩濃度程度のも のを使用 している。 陽極側で生じた塩素と陰極側で生じたア ル カ リ と の反応に よって次亜塩素酸塩を生じ るが、 電解槽中において更に電解 を続けている と次亜塩素塩は塩素酸へと変化する。 したがつ て、 無隔膜電解槽において高澳度の次亜塩素酸塩を製造 し よ う と し て、 電解液の滞留時間を長 く して も塩素酸塩の生成量 が多 く な る のみで、 次亜塩素酸塩の生成効率は低下する。

そ こ で、 高電流効率で次亜塩素酸塩を製造する ためには、 単位電解槽での電気分解率を高 く せずに、 陽極と 陰極を備え た複数の電解槽を仕切板を介 して多段式に設置 し た電解槽が 提案 されてい る （例えば、 特公昭 5 2— 2 8 1 0 4号、 特公 昭 6 1 — 4 4 9 5 6号） 。

と こ ろが、 従来の電解槽においては、 得られる次亜塩素酸 の濃度は十分な も のではな く、 高効率で高瀵度の次亜塩素酸 塩を製造する電解槽が求め られていた。 発明の開示 本発明 ら は、 次亜塩素酸塩の濃度および生成効率が、 電解 液の液温あ る い は電解に おいて発生する水素ガス の分離効率 に よ っ て大 き く 影響を受ける こ と に着目 し、 電解液の温度を 上昇 さ せずに、 かつ水素ガス の離脱を良好なも の と する ため に、 複数の複極式の単位電解槽を有する次亜塩素酸塩製造用 電解槽において、 単位電解槽の電解液の流入部も し く は流出 部の少な く と も いずれか一方に は電解液の冷却室を設け、 単 位電解槽の出口側に は単位電解槽の上部か ら電解液が溢流す る溢流板を設け、 単位電解槽の入 り 口側に は単位電解槽の下 部に電解液が流入する電解液の通路を設け、 電解液面の上部 に は電解槽で発生する気体の気液分離空間を設けた も のであ り、 こ のよ う な構成とする こ と に よ っ て、 各単位電解槽にお いて電気分解の結果、 温度が上昇した電解液を冷却し、 温度 の上昇による次亜塩素酸塩の塩素酸塩への反応を防止する こ とができ、 また本発明の電解槽は、 単位電解槽から冷却室へ 溢流板を介して電解液を移動しており、 単位電解槽の上部に は空間が設けられているので、 上部の空間において電気分解 によっ て陰極で発生する水素の気液分離が速やかに行われ、 気泡による電解電圧の上昇を最小限にする こ とができ る。

また、 複極式の単位電解槽には、 中央部から半分の部分に 陽極触媒被覆を形成したチ タ ン板からなる複極電極を設け、 陽極触媒被覆を有する部分を陽極と し、 陽極触媒被覆を有し ないチ タ ン板部分を陰極 ^ して、 電解液仕切板に櫛状に取り 付けたもので、 電解槽の組立ある いは保守が容易な電解槽で ある。 さらに、 冷却室に設ける冷却管は、 電解液の温度の高 い側から低い側へと冷却液が流れる よ う に配管したもので、 電解液の大きな冷却効果を得る こ とができ る。 図面の簡単な説明 第 1 図は、 本発明の 1 実施例の、 蓋体を取り外した電解槽 の平面図を示し、 第 2図は、 第 1 図の電解槽を A— A線で切 靳した断面図を示す。 第 3図は、 単位電解槽の複極電極の斜 視図である。 発明を実施する ため の最良の形態 箱型の電解槽内に複数の単位電解槽を水平方向に並設 し た 複極式の単位電解槽の液の流入部も し く は流出部の少な く と も いずれか一方の側面に は電解液の冷却室を設け、 単位電解 槽の出 口側には単位電解槽の上部から電解液が湓流する湓流 板を設け、 単 電解槽の入 り 口側には単位電解槽の下部から 電解液が流入す る電解液の通路を設け、 単位電解槽への液の 流入は下部から、 流出は上部から と し、 電解液面の上部に電 解槽で発生する気体の気液分離を行う 空間を設けたので、 電 解液から の気泡の難脱を速やかに行う と と も に、 電解液を充 分に冷却する こ と ができ る。

以下に、 本発明を図面を参照 し て説明す る。

第 1 図は、 本発明の電解槽の 1 実施例を示す、 蓋体を取 り- 外 した電解槽の平面図であ る。 電解槽 1 はポ リ 塩化 ビュー ル 等の合成樹脂、 あ る いはゴム な どの耐食性材料を被覆し た金 属等に よ っ て構成されてい る。 第 1 図の電解槽では、 2 a、 2 b、 2 c、 2 d、 2 e、 2 f の 6個の単位電解槽を有 して お り、 各単位電解槽には電解液仕切板 3 の一方に陽極 4 を有 し他方に陰極 5 を有する複数の複極電極 6 が取 り 付け られて い る。

ま た、 陽極および陰極を外部の電気回路 と接続す る単位電 解槽 2 a および 2 f はそれぞれ、 陽極 4 および陰極 5 を電解 槽の壁部に取 り 付けてお り、 外部の電気回路 と の接続用の陽 極端子 7 および陰極端子 8 と結合 してい る。 電解槽には塩水流入口 9が設けられてお り、 一端の単位電 解槽である単位電解槽 2 a に供給される。 単位電解槽 2 a に 流入した塩水は流入した塩水の流入圧力と電解によ っ て発生 した水素の気泡の上昇によって生じ る上昇流によ っ て、 第 1 湓流板 1 0 a を湓流し 第 1 冷却室 1 1 a に流入する。 第 1 冷却室に流入した電解液は、 第 1 冷却管 1 2 a によ って冷却 される。 冷却管には、 金属、 合成樹脂等の各種の材料を使用 する こ とができ るが、 熱伝導率の良い金属を使用する場合に は電解液中において耐食性の大きいチ タ ン またはその合金を 用いる こ とが好ま しい。

第 1 冷却室において冷却された電解液は、 冷却室の下部に 設けた通路から次の単位電解槽 2 bへと供耠される。 電気分 解を受けた電解液は単位電解槽 2 bから第 2溢流板 1 0 b を 溢流して、 第 2冷却室 1 1 bへと流入する。 次いで第 2冷却 室の下部の通路から 3番目の単位電解槽 2 c へと供給される。 このよ う に して照次冷却されながら-電気分解を受けて、 電解 槽の側面に設けた電解液流出口 1 3から取 り 出 される。

冷却室は各単位電解槽の間に設けても良いが、 電解液の液 温の上昇を考慮して第 Γ図に示すよう に冷却管を有しない連 絡室 1 4を設ける こ と もでき る。 冷却管への冷却液の供給は、 電解液の流れる方向とは逆の方向へと電解液の出口に最も近 い第 4冷却管 1 2 d の入口 1 5 d から供給されて、 出口 1 6 d から取り出され、 次いで第 3冷却管 1 2 c の入口 1 5 c 力、 ら供耠されて出口 1 6 d から取り 出 されて第 2冷却管 1 2 b さ らには第 1 冷却管 1 2 aへと送られる。 このよ う に冷却液 を流すこ と に よ っ て、 電解液と 同一の方向に冷却液を流す場 合に比べて各単位電解槽間での温度分布を均一化す る こ と が 可能 と な り 次亜塩素酸塩の製造効率を高め る こ と がで き る。

単位電解槽の個数が多い場合に は、 冷却液は全ての単位電 解槽に連続的に流すのではな く、 数個の単位電解槽毎に ダル ー ブに分けてそれぞれの グルー プにおいて電解液の流れる方 向 と逆方向に上流側の電解槽から下流側の電解槽に流す方が 各単位電解槽間での温度分布を均一化する こ と がで き る ので よ り 好ま し い。

第 2 図は、 第 1 図を A— A線で切断した断面図であ る が、 第 2冷却室 1 2 b の仕切壁 1 7 c の下部に設けた、 電解液通 路 1 8 から単位電解槽 2 c に供給 される。 電気分解に よ っ て 陰極で生じ た水素ガス の気泡は単位電解槽の陽極 と 陰極の間 を上昇 し、 電解槽上部空間 1 9 に おいて気液分離さ れて水素 排出口 2 0 から外部へ取 り 出 されて処理さ れる。 一方、 単位 電解槽 2 c の上部の第 3 湓流板 1 0 c を溢流 し た電解液は冷 却管を有 しない連絡室 1 4へ流入する。 連絡室から は次の単 位電解槽 2 へ と電解液が供給 され る が、 電解液が単位電解槽 の上部か ら流入ない よ う に電解槽の上部ま で延びる仕切壁 1 7 d が設けられてい る。 仕切壁の上部は電解槽の蓋体 2 1 と の間に気体が流通可能な空間を形成してい る ので、 発生 し た 水素ガス の排出の障害と はな ら ない。

仕切壁 1 7 d の下部か ら単位電解槽 2 d へ供給 さ れた電解 液は電気分解を受けた後に、 第 4湓流板 1 0 d から第 3 冷却 室 1 2 c へ と流入 し冷却を受ける。 第 3図は、 単位電解槽の複極電極の斜視図であ る。

電解液仕切板 3 には、 一方に陽極 4 を有し他方に陰極 5 を有 する複数の複極電極 6が取り付けられてい る。 電解液仕切板 は単位電解槽を形成レた際に、 下面 2 2 および側面 2 3 を通 じて電解液の流通が起きないよ う に、 ガス ケ ヅ ト等を介して 電解槽に取り付けられる。 また、 複極電極にはチ タ ン などの 耐食性の金属板等を使用 して、 中央部から 2分の 1 には白金 族の金属あるいはその酸化物から なる陽極と しての触媒活性 に優れた被覆を形成する と、 一方を陽極に他方を陰極とする こ と がで き る の で、 電気的特性および構造的にも優れた複極 電極を得る こ と がで き る。 複極電極は電解液仕切板に設けた 電解液が漏れないよ う に取り付けるが、 各複極電極を電解液 仕切板の部分において電気的に接続し各複極電極への通電を 均一化しても良い。

本発明の電解槽に設ける単位電解槽の数は、 必要とする次 亜塩素酸塩の量に応じて任意に設定する こ とができ る。 また、 設置面積等に制約がある場合には単位電解槽を多数設ける こ とに代えて、 少数の単位電解槽を有する電解槽を多段に積層 して架台に取り付けても良い。

以下、 具体例を説明する。

具体例 1

縦 1 5 0 m m、 横 1 2 5 m mのチ タ ン板の中央から 2分の 1 には、 次亜塩素酸塩製造用の陽極と して適した白金族金属 の酸化物を含有する電極触媒物質を被覆し た複極電極板 （ぺ ル メ レ ッ ク電極 （株） 製） をボ リ 塩化ビニ ル製の電解液仕切 板に取 り 付けた。 この複極電極の 8枚を電解槽内の所定の箇 所に取 り 付けて単位 解槽を 2 0個有する電解槽を組み立て た。 塩水流入口から、 3重量％の濃度で温度が 2 0 'Cの食塩 水を供給 し、 電流密度 1 2 A/ d m² で電気分解 し た。 各単 位電解槽の電解電圧は 3. 7 Vであ っ た。

冷却管には直径 2 2 mmのチ タ ン管を使用 して、 1 5ての 水を冷却水と して供給し、 冷却水出口の液温は 2 0 であ つ o

電解液出口から流出する電解液は 3 0てで電解液中の有効 塩素濃度は 1 2 0 0 0 p p mであ り、 こ の時の電流効率は 6 5 %であ っ た。

具体例 2

電極 と して、 縦 1 5 0 mm、 横 2 7 4 m mのチ タ ン板の中 央から半分の縦 1 5 0 m m、 横 1 3 7 mmの部分について具 体例 1 と 同様に して次亜塩素酸塩の製造用の電極触媒被覆を 形成 し た電極を 8枚取 り 付けた単位電解槽を 2 0個を有する 電解槽を組立て た。

塩水流入口から、 3重量％の瀵度で温度が 1 8ての食塩水 を供給 し、 電流密度 8 AZ d m² で電気分解した。 電解槽の 全体での電解電圧は 6 7 Vであ つ た。

冷却管には直径 2 2 mmのチ タ ン管を使用 して、 単位電解 槽の 4個毎に上流側の電解槽の冷却室から下流側の電解槽へ 1 6 の水を冷却水と して供給 し た と こ ろ、 冷却水出口の液 温は 2 1 てであ っ た。

電解液出口から流出す る電解液は 2 8 'Cで電解液中の有効 塩素濃度は 1 2 1 0 0 p p mであ り、 この時の電流効率は 6 7 %であっ た。

具体例 3

冷却液を電解液を流す方向と同様に下流側の単位電解槽の 冷却室から上流側の単位電解槽の冷却室へと連続的に流した 点を除いて具体例 2 と同様の方法で電気分解を行っ た と こ ろ、 冷却液の入り 口に近い前半の電解槽での電解液の温度が低下 し、 前半の単位電解槽での電解電圧が上昇し、 さ ら に後半の 単位電解槽での電解液の温度が大き く上昇したために、 電解 槽全体での電解電圧は 7 0 V とな り、 電流効率は 6 2 %に低 下した。

具体例 4 '

冷却液を上流側の単位電解槽の冷却室から下流側の単位電 解槽の冷却室へと連耪的に供給した点を除いて具体例 2 と同 様に電気分解を行っ たと こ ろ、 冷却水の出口温度が高 く な り、 電解槽全体での電圧は 6 6 V とな り、 電流効率は 6 4 %であ つ 。 産業上の利用可能性 箱型の電解槽内に複数の単位電解槽を水平方向に並設し、 単位電解槽の液の流入部も し く は流出部の少な く と もいずれ か一方の側面には電解液の冷却室を設け、 単位電解槽の出口 側には単位電解槽の上部から電解液が湓流する溢流板を設け、 単位電解槽の下部には電解液が流入する電解液の通路を設け、 単位電解槽への液の流入は下部か ら、 流出 は上部か ら と し、 電解液面の上部に電解槽で発生す る気体の気液分離空間を設 けたので、 電解液から の気泡の離脱を速やかに行う と と も に 電解液を十分に冷却する こ と がで き る ので、 電解液の液温の 上昇に よ る次亜塩素酸塩の分解を低下する こ と がで き、 高濃 度の次亜塩素酸塩を効率的に製造する こ と がで き る。 し かも. 本発明の電解槽は、 箱型の槽本体の内部に単位電解槽および 冷却室が設けら れてい る ので、 従来の フ ィ ル タ ー ブレ ス型の 電解槽 と異な り 単位電解槽の積層部分か ら液漏れの心配がな い。

Claims

請求の範囲

( 1 ) 複数の複極式の単位電解槽を有する次亜塩素酸塩製造 用電解槽におい て、 箱型の電解槽内に複数の単位電解槽を水 平方向に並説し、 単位電解槽の電解液の流入部も し く は流出 部の少な く と も いずれか一方の側面には電解液の冷却室を設 け、 単位電解槽の出口側には単位電解槽の上部から電解液が 湓流する湓流板を設け、 単位電解槽の入り 口側には単位電解 槽の下部に電解液が流入する電解液の通路を設け、 電解液面 の上部には電解槽で発生する気体の気液分離空間を設けたこ とを特徴とする.次亜塩素酸^製造用電解槽。

( 2 ) 複極式の単位電解槽が、 中央部から半分の部分に陽極 触媒被覆を形成し他方には陽極触媒被覆を形成していないチ タ ン板からなる複極電極の陽極触媒被覆を有する部分を陽極 と し、 陽極触媒被覆を有しないチ タ ン板部分を陰極と して、 電解液仕切板に櫛状に取り付けた こ とを特徴とする請求項 1 記載の次亜塩素酸塩製造用電解槽。

( 3 ) 冷却室に設ける冷却管は、 電解液の温度の高い側から 低い側へと冷却液が流れる よう に配管した こ とを特徴とする 次亜塩素酸塩製造用電解槽。