JP5797621B2 - 電解装置及び逆電流の抑制方法 - Google Patents

Description

本発明は、電解装置及び逆電流の抑制方法に関する。

食塩水等のアルカリ金属塩化物水溶液の電気分解（以下、電解）では、イオン交換膜を備えた電解槽を用いたイオン交換膜法が主に利用されている。この電解槽は、電解セルが直列に複数接続されている構造を有し、各電解セルの間にイオン交換膜を介在させて電解を行っている。電解セルは、陰極を取り付けた陰極室枠と、陽極を取り付けた陽極室枠とが、隔壁（背面板）を介して、背中合わせに配置された構造を有している。電解槽としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。

国際公開第ＷＯ２００４／０４８６４３号パンフレット

ところで、電解槽では、運転の停止時に逆電流が発生する。逆電流は、電解が停止されたときに、電解セルと液供給管や液回収管との電位差により、電解液が供給・回収される管（ホース）を介して液供給管や液回収管に流れる電流であり、電解時の電流の向きとは逆の方向に流れる電流である。近年では、電解セルが直列に１００〜２００対接続されてるなど、電解槽の設備の大型化に伴い、逆電流も大きくなる傾向にある。この逆電流は、陰極の酸化による劣化を引き起こし易くするため、低減する対策が求められている。

この問題について、電解槽において電解を停止する前に、微弱な防食電流を流し、逆電流を抑制する対策が採用されている。しかしながら、防食電流を流す構成では、運転操作が煩雑となると共に、防食電流を供給する設備が必要となるためコストの増大が避けられない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電解停止時の逆電流を低減し、陰極の劣化を防止できる電解装置及び逆電流の抑制方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る電解装置は、陽極及び陰極を有する電解セルがイオン交換膜を介して複数直列に接続された電解槽を備え、複数の電解槽が直列に接続された電解装置であって、複数の電解槽の間に少なくとも一つ設けられ、電解槽間の電路を遮断する電路遮断装置を備え、電路遮断装置は、電解槽間に直列に接続される第１電路遮断部と、第１電路遮断部と並列に接続される第２電路遮断部とを有し、第２電路遮断部は、第１電路遮断部が電路を遮断した後に、電路を遮断することを特徴とする。

この電解装置では、電解槽間の電路を遮断する電路遮断装置を備えている。電路遮断装置は、電解槽間に直列に接続される第１電路遮断部と、第１電路遮断部と並列に接続される第２電路遮断部とを有している。このような構成により、電解を停止するときに、電路遮断装置により電解槽間の電路を遮断するため、電解停止時の逆電流を低減できる。したがって、陰極の劣化を防止できる。

また、電路遮断装置では、第２電路遮断部は、第１電路遮断部が電路を遮断した後に、電路を遮断する。電路遮断装置では、電解槽に直列に接続される第１電路遮断部がメインスイッチ、第１電路遮断部に並列に接続される第２電路遮断部がサブスイッチとして機能しており、段階的に電路が遮断される。このような構成により、電路遮断装置が機械的に電路を遮断する構成では、電路の遮断時にサブスイッチである第２電路遮断部のみで火花を発生させることできる。したがって、大電流が流れる第１電路遮断部において火花が発生することが防止できる。

一実施形態においては、第１電路遮断部は、互いに対向する一対の電導体を有し、一対の電導体を接触させることにより電路を導通させると共に、一対の電導体を離間させることにより電路を遮断する構成を有し、第２電路遮断部は、互いに対向する一対の電導体を有し、一対の電導体を接触させることにより電路を導通させると共に、一対の電導体を離間させることにより電路を遮断する構成を有し、第１電路遮断部の一対の電導体が離間する動作と、第２電路遮断部の一対の電導体が離間する動作とが連動するように、第１電路遮断部と第２電路遮断部とを駆動する駆動機構を備える。このような構成よれば、第１電路遮断部が電路を遮断した後に第２電路遮断部が電路を遮断する構成を実現できる。

一実施形態においては、電路遮断装置は、第２電路遮断部を収容する収容容器を備える。これにより、第２電路遮断部において電路を遮断したときに火花が発生した場合であっても、収容容器内で火花を抑えることができる。アルカリ金属塩化物水溶液の電気分解では、電解により水素が発生する。そのため、火花により水素に引火することを防止しなければならない。収容容器を備える構成では、水素への引火を防止できる。

一実施形態においては、電路遮断装置は、収容容器内に気体を供給する気体供給部を備える。収納容器内は、気体が供給されることにより陽圧となる。これにより、例えばアルカリ金属塩化物水溶液の電気分解により発生した水素等が収容容器内に入り込むことを防止できる。したがって、第２電路遮断部において電路の遮断時に発生する火花により水素に引火することをより一層防止できる。

一実施形態においては、気体供給部は、第２電路遮断部が電路を遮断するときに、気体の供給量を増量させる。このように、電路を遮断するときに気体の供給量を増量することにより、収納容器内の気体に対流が生じる。これにより、電路が遮断されるときに発生する火花を引き伸ばし、火花の発生をより一層抑制できる。

一実施形態においては、気体供給部は、少なくとも２つの気体供給源を有している。これにより、例えば一方の気体供給源に不具合が生じた場合であっても、他方の気体供給源により気体を供給できる。

一実施形態においては、少なくとも２つの気体供給源のうちの少なくとも一つは、空間の体積を変化させることにより気体を供給する体積変化型の気体供給源である。このように、機械的に気体を供給する気体供給源を備えることにより、例えば電源が確保できない状況であっても、収容容器内に気体を供給できる。

一実施形態においては、第２電路遮断部と並列に接続される電子部品を備え、電子部品がヒューズ、リレー回路、コンデンサのいずれかである。第２電路遮断部に並列に電子部品を接続することにより、第２電路遮断部において火花が発生することを抑制できる。

一実施形態においては、第１電路遮断部の一対の電導体の離間距離が、空気層における電解槽の逆電流電圧に対する絶縁破壊距離以上に達した後に、第２電路遮断部が電路を遮断する。これにより、第２電路遮断部が電路を遮断した後に、第１電路遮断部において火花が発生することを防止できる。

本発明に係る逆電流の抑制方法は、陽極及び陰極を有する電解セルがイオン交換膜を介して複数直列に接続された電解槽を備え、複数の電解槽が直列に接続された電解装置において、電解槽間を流れる逆電流の抑制方法であって、電解装置は、複数の電解槽の間に少なくとも一つ設けられ、電解槽間の電路を遮断する電路遮断装置を備え、電路遮断装置は、電解槽の間に直列に接続される第１電路遮断部と、第１電路遮断部と並列に接続される第２電路遮断部とを有し、該逆電流の抑制方法は、電解槽において電解を停止する際に、第１電路遮断部において電路を遮断した後に、第２電路遮断部において電路を遮断することを特徴とする。

この逆電流の抑制方法では、電解槽間の電路を遮断する電路遮断装置において、電解を停止するときに、電解槽間の電路を遮断する。これにより、電解停止時の逆電流を低減できる。したがって、陰極の劣化を防止できる。

一実施形態においては、電路遮断装置は、第２電路遮断部を収容する収容容器と、収容容器内に気体を供給する気体供給部を備え、第２電路遮断部において電路を遮断するときに、収容容器内に気体供給部により気体を供給し、収容容器内を陽圧とする。

一実施形態においては、第１電路遮断部の一対の電導体の離間距離が、空気層における電解槽の逆電流電圧に対する絶縁破壊距離以上に達した後に、第２電路遮断部において電路を遮断する。

一実施形態においては、第２電路遮断部において電路を遮断するときに、収容容器内の気体に対流が生じるように、気体供給部から供給する気体を増量する。

本発明によれば、電解停止時の逆電流を抑制し、陰極の劣化を防止できる。

一実施形態に係る電解装置の電解槽を構成する電解セルの断面構成を示す図である。 電解装置を模式的に示す図である。 電路遮断装置を示す斜視図である。 電路遮断装置を示す斜視図である。 電路遮断装置を示す側面図である。 電路遮断装置を示す側面図である。 電路遮断装置を後ろから見た図である。 電路遮断装置を示す上面図である。 （ａ）は第１電路遮断部の接触部の構成を示す図であり、（ｂ）は第２電路遮断部の接触部の構成を示す図である。 電路遮断装置の回路図である。 電解装置を模式的に示す図である。 他の形態に係る電解装置の電路遮断装置のスイッチ部を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、一実施形態に係る電解装置の電解槽を構成する電解セルの断面構成を示す図である。図２は、電解装置を模式的に示す図である。

図１に示すように、電解セル１は、陽極２と、陰極３とを有している。電解セル１は、陽極２が設けられる陽極室４と、陰極３が設けられる陰極室５とを有し、陽極室４と陰極室５とが隔壁６により隔てられている。陽極室４及び陰極室５のそれぞれの上部には、生成される気体と液体とを分離する気液分離室７，８が設けられている。陽極室４の枠体には、ガスケット９が設けられており、陰極室５の枠体には、ガスケット１０が設けられている。

図２に示すように、電解槽１１は、複数（例えば、３００個）の電解セル１がイオン交換膜１２（図１参照）を介して直列に接続されて構成されている複極式イオン交換膜法電解槽である。電解槽１１は、複数（ここでは２槽）直列に接続されている。電解槽１１では、両端に位置する電解セル１の一方に陽極端子１４が接続されており、他方に陰極端子１５が接続されている。

電解槽１１における電解は、電解セル１の陽極室４と、隣接する電解セル１の陰極室５との間のイオン交換膜１２においてイオンが分離されることで行われる。例えばナトリウムイオンは、電解セル１の陽極室４から、イオン交換膜１２を透過して、隣接する電解セル１の陰極室５へ移動し、塩化物イオンは、イオン交換膜１２を透過しない。電解中の電流は、直列に連結した電解セル１の方向に沿って流れる。

電解槽１１では、電流は、陽極端子１４から電解セル１の陽極２及び陰極３を通過し、次いで直列に接続された電解槽１１を通過して、陰極端子１５に流れる。また、電解時には、電解液は、電解液供給管１６から電解液供給ホース１７を介して各電解セル１に供給される。また、電気液及び電解により生成される生成物（例えば塩素ガス、水素ガス）は、電解液回収管１８により回収される。

上記構成を有する電解槽１１，１１の間には、電路遮断装置２０が備えられている。電路遮断装置２０は、電解槽間の電路ＥＣ（図１０参照）を遮断する装置であり、電解装置１００において電解槽１１，１１間に少なくとも一つ設けられている。以下、電路遮断装置２０について詳細に説明する。

図３は、電路遮断装置を示す斜視図である。図４は、電路遮断装置を示す斜視図である。図５は、電路遮断装置を示す側面図である。図６は、電路遮断装置を示す側面図である。図７は、電路遮断装置を後ろから見た図である。図８は、電路遮断装置を示す上面図であり、一部の構成を省略して示している。図９（ａ）は、第１電路遮断部の接触部の構成を示す図であり、図９（ｂ）は、第２電路遮断部の接触部の構成を示す図である。図１０は、電路遮断装置の回路図である。図１１は、電解装置を模式的に示す図である。以下では、図６における「左」「右」を電路遮断装置２０の「前」「後」、図７における「左」「右」を電路遮断装置２０の「左」「右」として説明する。

各図に示すように、電路遮断装置２０は、スイッチ部２２と、駆動機構２４と、収容容器２６と、気体供給部２８とを備えている。電路遮断装置２０は、電解槽１１の上部に配設されている。図１０に示すように、スイッチ部２２は、第１電路遮断部３０と、第２電路遮断部３２と、ヒューズ３４を有している。

第１電路遮断部３０は、電解槽１１，１１の間に直列に接続されている。第１電路遮断部３０は、図９（ａ）に示すように、互いに対向する一対の接触部（電導体）３０ａ，３０ｂを有している。接触部３０ａ，３０ｂは、例えば金属等の導電体である。本実施形態では、接触部３０ａ，３０ｂは、それぞれ３つ設けられており、左右方向に沿って並設されている。

第１電路遮断部３０では、一対の接触部３０ａ，３０ｂを物理的に接触させることにより電路ＥＣを導通させると共に、一対の接触部３０ａ，３０ｂを物理的に離間させることにより電路ＥＣを遮断する。第１電路遮断部３０の接触部３０ａ，３０ｂのそれぞれは、駆動機構２４により同時に接触、離間が制御される。

接触部３０ａは、導体部３５を介して接続部３６と電気的に接続されている。導体部３５は、導電性を有する例えば銅からなる。導体部３５と接続部３６とは、例えばボルト締結により接合されている。接続部３６は、例えば銅からなる板状の部材であり、略Ｌ字形状を成している。接続部３６は、一方の電解槽１１の端子に例えばボルトで接合される。接触部３０ｂは、導体部３７を介して接続部３８と電気的に接続されている。導体部３７及び接続部３８は、導電性を有する例えば銅からなる。導体部３７と接続部３８とは、一体に形成されている。接続部３８は、他方の電解槽１１の端子に例えばボルトで接合される。

図１０に示すように、第２電路遮断部３２は、第１電路遮断部３０に並列に接続されている。図３及び図４に示すように、第２電路遮断部３２は、第１電路遮断部３０の上方に位置している。第２電路遮断部３２は、図９（ｂ）に示すように、互いに対向する一対の接触部（電導体）３２ａ，３２ｂを有している。接触部３２ａ，３２ｂは、例えば金属等の導電体である。第２電路遮断部３２では、一対の接触部３２ａ，３２ｂを物理的に接触させることにより電路ＥＣを導通させると共に、一対の接触部３２ａ，３２ｂを物理的に離間させることにより電路ＥＣを遮断する。第２電路遮断部３２の接触部３２ａ，３２ｂは、駆動機構２４により接触、離間が制御される。

接触部３２ａは、導体部３９を介して導体部３５及び接続部３６と電気的に接続されている。導体部３９は、導電性を有する例えば銅からなる。接触部３２ｂは、導体部３７を介して接続部３８と電気的に接続されている。導体部３７は、３つの導体部３７のうち中央に位置する部分が他の導体部３７よりも上方に伸びて構成されている。

図１０に示すように、ヒューズ３４は、第２電路遮断部３２に並列に接続されている。ヒューズ３４は、図示しないヒューズボックスに収容され、電解装置１００において作業者が作業し易い位置に配置される。ヒューズ３４の容量及び設置数は、第２電路遮断部３２が電路を遮断し、第２電路遮断部３２の接触部３２ａ，３２ｂの離間距離が絶縁破壊距離以上に達した後に、ヒューズ３４が溶断するよう設定することが望ましい。このように設定することで、接触部３２ａ，３２ｂの離間距離が絶縁破壊距離以上に達するまでの間、ヒューズ３４を介して電路を形成することができるため、第２電路遮断部３２での火花発生を防止することができる。

駆動機構２４は、第１電路遮断部３０及び第２電路遮断部３２でのオン・オフ、すなわち、接触部３０ａ，３０ｂ及び接触部３２ａ，３２ｂの接触、離間を制御する機構である。駆動機構２４は、枠体４０と、駆動部４２と、アクチュエータ４４とを含んで構成されている。枠体４０には、アクチュエータ４４及びターミナルボックス４５が取り付けられている。

駆動部４２は、シャフト４６と、カム４８と、第１連結部材５０と、第２連結部材５２と、第３連結部材５４と、可動部５６とを含んで構成されている。シャフト４６は、枠体４０の後部側において左右方向に延在して設けられ、枠体４０に回転自在に軸支されている。シャフト４６の一端部（右端部）は、枠体４０に設けられたアクチュエータ４４に接続されている。すなわち、シャフト４６は、アクチュエータ４４により回転が制御される。シャフト４６には、その略中央部に、カム４８が設けられている。

カム４８には、第１連結部材５０の下端部が連結されている。第１連結部材５０は、カム４８から上方に伸びている。第１連結部材５０には、第２連結部材５２と第３連結部材５４とが連結されている。第２連結部材５２は、その後端部が第１連結部材５０の下端部寄りに搖動自在に連結されている。第２連結部材５２の前端部は、可動部５６に接合されている。第３連結部材５４は、その後端部が第１連結部材５０の上端部に搖動自在に連結されている。第３連結部材５４の前端部は、第２電路遮断部３２の接触部３２ｂを固定する固定部（図示しない）に接合されている。

可動部５６は、枠体４０の左右方向に延在しており、枠体４０において前後方向に移動可能に設けられている。可動部５６は、第２連結部材５２により前方に移動されることにより、導体部３５を押圧し、この導体部３５に取り付けられた接触部３０ａと、接触部３０ｂとを接触させる。また、可動部５６は、第２連結部材５２により後方に移動されることより、導体部３５から離間し、接触部３０ａと接触部３０ｂとを離間させる。

駆動部４２では、シャフト４６が回転すると、これに同期してカム４８が回転する。これにより、駆動部４２では、カム４８に連結された第１連結部材５０が動作し、この第１連結部材５０の動きに連動して、第２連結部材５２及び第３連結部材５４が動作する。そして、駆動部４２では、第２連結部材５２が可動部５６を移動させると共に、第３連結部材５４が図示しない固定部を移動させる。

駆動部４２では、第１電路遮断部３０及び第２電路遮断部３２がオン状態、つまり接触部３０ａ，３０ｂ及び接触部３２ａ，３２ｂが接触して電路ＥＣが導通している状態において、シャフト４６を回転させてカム４８を回転させると、カム４８の構造により、第２連結部材５２が第３連結部材５４よりも先に可動部５６を移動させる。すなわち、電路遮断装置２０では、第２電路遮断部３２は、第１電路遮断部３０が電路ＥＣを遮断した後に、電路ＥＣを遮断する。具体的には、駆動部４２では、第１電路遮断部３０の接触部３０ａ，３０ｂの離間距離Ｄが、空気層における電解槽１１の逆電流電圧に対する絶縁破壊距離以上に達した後に、第２電路遮断部３２が電路ＥＣを遮断する（接触部３２ａと接触部３２ｂとが離間する）ように、カム４８が設計されている。

空気の絶縁破壊電界は、３５５０［Ｖ／ｍｍ］である。そのため、第１電路遮断部３０の接触部３０ａと接触部３０ｂとが１．０ｍｍ以上離間したときに、第２電路遮断部３２が電路ＥＣを遮断する必要がある。接触部３０ａと接触部３０ｂとの離間距離Ｄが１．０ｍｍ以下のときに第２電路遮断部３２が電路ＥＣを遮断すると、第１電路遮断部３０において絶縁破壊が生じ、空気放電により通電する。本実施形態では、電解槽１１の電解停止時に、陽極側で＋４００Ｖ、陰極側で−４００Ｖの電位が生じるため、計８００Ｖの電位差が生じる。そのため、本実施形態では、安全率等を鑑み、第１電路遮断部３０の接触部３０ａと接触部３０ｂとが例えば３．０ｍｍ以上離間したときに、第２電路遮断部３２で電路ＥＣを遮断する。

一方、駆動部４２では、第１電路遮断部３０及び第２電路遮断部３２がオフ状態、つまり接触部３０ａ，３０ｂ及び接触部３２ａ，３２ｂが離間して電路ＥＣを遮断している状態において、シャフト４６を回転させてカム４８を回転させると、カム４８の構造により、第３連結部材５４が第２連結部材５２よりも先に固定部を移動させる。すなわち、電路遮断装置２０では、電路ＥＣを導通させる場合には、第２電路遮断部３２の接触部３２ａと接触部３２ｂとが接触した後に、第１電路遮断部３０の接触部３０ａと接触部３０ｂとが接触する。

収容容器２６は、第２電路遮断部３２を収容する容器である。収容容器２６は、箱状を成しており、第２電路遮断部３２の接触部３２ａ，３２ｂを収容する。収容容器２６は、耐熱性を有する例えばポリカーボネートから形成されている。

気体供給部２８は、収容容器２６内に気体（空気）を供給する。気体供給部２８は、エアコンプレッサー６０と、鞴６２とを有している。エアコンプレッサー６０及び鞴６２は、気体供給源である。本実施形態では、エアコンプレッサー６０は、チューブＴ１を介して鞴６２に気体を定常的に供給する。なお、エアコンプレッサー６０は、収容容器２６に直接に気体を供給する構成であってもよい。

鞴６２は、空間の体積を変化させることにより気体を供給する体積変化型の気体供給源である。鞴６２は、気密で体積が可変な蛇腹構造を有しており、内部空間の体積が小さくされる（縮められる）ことにより、気体を供給する。鞴６２は、導体部３７に取り付けられており、チューブＴ２を介して収容容器２６に気体を供給する。エアコンプレッサー６０は、鞴６２及びチューブＴ２を介して気体を収容容器２６に供給する。

鞴６２には、空間の体積を変化させるための体積変動機構６４が設けられている。体積変動機構６４は、鞴６２を伸縮される伸縮部６６と、第４連結部材６８とを有している。伸縮部６６は、鞴６２に取り付けられており、前後方向に移動可能に設けられている。

第４連結部材６８の前端部は、伸縮部６６に連結されており、第４連結部材６８の後端部は、第２連結部材５２の上端部に連結されている。このような構成により、鞴６２は、第２連結部材５２が接触部３２ａと接触部３２ｂとを離間させる動作（第２電路遮断部３２が電路ＥＣを遮断する動作）に連動して第４連結部材６８が伸縮部６６を後方に引っ張り、これにより、伸縮部６６により縮められて空間の体積が小さくなり気体を供給する。

鞴６２は、体積変動機構６４により、第２電路遮断部３２が電路ＥＣを遮断するときに、収容容器２６内に気体を供給する。このような構成により、電路遮断装置２０では、第２電路遮断部３２が電路ＥＣを遮断するときに、収容容器２６内に供給される気体の供給量が増量される。これにより、第２電路遮断部３２が電路ＥＣを遮断するときには、収容容器２６内の気体に対流が生じる。

図１１に示すように、電解装置１００は、制御部７０を有している。制御部７０は、電解槽１１における電解処理を統括してコントロールすると共に、電路遮断装置２０を制御する。制御部７０は、電解槽１１において電解を停止するときに、駆動部４２のアクチュエータ４４を動作させる。これにより、電路遮断装置２０は、電路ＥＣを遮断する。また、制御部７０は、エアコンプレッサー６０から供給される気体の供給量を制御する。具体的には、制御部７０は、アクチュエータ４４を駆動させて第２電路遮断部３２において電路ＥＣを遮断するときに、エアコンプレッサー６０から供給される気体の供給量を増量する。

続いて、電解装置１００の動作について説明する。電解装置１００では、電解槽１１にて電解が停止される信号を制御部７０が受け取ると、制御部７０により電路遮断装置２０の駆動部４２のアクチュエータ４４が制御され、シャフト４６が回転される。これにより、電解装置１００では、駆動部４２が動作し、第１電路遮断部３０、第２電路遮断部３２がこの順で電路ＥＣを遮断する。

続いて、電解装置１００の作用効果について説明する。電解装置１００では、電解の停止時に、電解セル１と電解液供給管１６や電解液回収管１８との電位差により、電解液供給管１６や電解液回収管１８に逆電流が流れる。逆電流は、電解時の電流の向きとは逆方向に流れる電流である。この逆電流の電流値は、電解セル１の設置個数の２乗に比例することが理論計算から推測される。したがって、逆電流は、大型の電解槽１１において電解セル１の設置数が多くなると、その値も大きくなる。

逆電流は、電解の停止時に、塩素を反応種として電池が形成される状態となることにより発生する。電解時には、陽極室４内で発生した塩素は、陽極室４内の電解液（例えば、食塩水等）に溶存している。陽極室４内で電解液に溶存している塩素は、反応性が高いため、陽極２で分解される反応が起きる。これにより、電解の停止時に、電解セル１と接地されている電解液供給管１６や電解液回収管１８との間に電位差が生じて、逆電流が流れる。

また、電解時には、陰極室５では水素ガス、陽極室４では塩素ガスが発生しており、陽極室４内の溶存塩素量は、陰極室５内の溶存水素量に比べて非常に多い。そのため、電解槽１１では、水素発生反応の逆反応だけでは逆電流（酸化電流）を消費しきれず、陰極３において逆電流を消費することになる。これにより、電解槽１１では、陰極室５内に溶存塩素が多量に含まれた状態で電解が停止した場合、逆電流により陰極３が酸化され、陰極３の触媒の溶解や酸化による劣化が生じる。

例えば、陰極３にＲｕやＳｕ等の逆電流により溶解するような触媒材料を用いた場合には、電解停止時の逆電流により、陰極触媒が溶解し、陰極３の触媒量が減少して、陰極３の寿命が極端に短くなる。一方、陰極３にＮｉやＰｔ等の逆電流により溶解し難い触媒材料を用いた場合には、電解停止時の逆電流により、陰極３側で酸素発生反応が生じ、逆電流が大きい場合には陰極室５内において水素と酸素との混合気体が生じる。更に、電解槽１１では、電解の停止による酸化、再通電による還元により、陰極触媒が脱落し易くなり、陰極３の寿命が短くなり得る。

そのため、従来では、電解の停止時に電解電流の１／１００程度の防食電流を流し、防食電流を流している間に、陽極室に塩素が含まれていない塩水を供給し、陽極室内の塩素量を少なくすることにより逆電流を低減している。しかしながら、防食電流を流す従来の方法では、電解装置の運転方法が煩雑となり、また、何らかの不具合により防食電流が流れなかった場合には、陰極触媒が溶解することが避けられない。

これに対して、本実施形態では、電解槽１１，１１間の電路ＥＣを遮断する電路遮断装置２０を備えている。電路遮断装置２０は、電解槽１１，１１間に直列に接続される第１電路遮断部３０と、第１電路遮断部３０と並列に接続される第２電路遮断部３２とを有している。このような構成により、電解槽１１において電解を停止するときに、電路遮断装置２０により電解槽１１，１１間の電路ＥＣを遮断するため、電解停止時の逆電流を低減できる。したがって、陰極の劣化を防止できる。

また、電路遮断装置２０では、第２電路遮断部３２は、第１電路遮断部３０が電路ＥＣを遮断した後に、電路ＥＣを遮断する。電路遮断装置２０では、第１電路遮断部３０がメインスイッチ（ベーススイッチ）、第２電路遮断部３２がサブスイッチ（プレコンタクト）として機能し、段階的に電路ＥＣが遮断される。これにより、電路遮断装置２０では、サブスイッチである第２電路遮断部３２においてのみ火花（スパーク）を発生させることができる。メインスイッチである第１電路遮断部３０で火花が発生すると、第１電路遮断部３０の接触部３０ａ、３０ｂの離間距離Ｄが小さい場合、逆電流が火花を介して継続して流れる恐れがある。そのため、第１電路遮断部３０での火花の発生を防止し、第２電路遮断部３２で火花を発生させることが好ましい。

また、本実施形態では、第２電路遮断部３２の接触部３２，３２ｂが収容容器２６に収容されている。これにより、第２電路遮断部３２において接触部３２ａ，３２ｂを離間するときに発生する火花を、収容容器２６内で抑えることができる。これにより、接触部３２ａ，３２ｂの離間時に発生する火花が、電解セル１で生成される水素ガスに引火することを防止できる。

ここで、電路ＥＣを遮断する際に発生する火花が水素に引火すること防止するために、気液分離室７，８が設けられた電解槽１１の上部（防爆エリア）とは反対側の下部に電路遮断装置２０を設置することができる。しかしながら、電路遮断装置２０を電解槽１１の下部に設置すると、電解槽１１，１１間を接続する導電体を電解槽１１の上部側から下部側に配設する必要がある。このような構成では、導電体の電路が長くなるため、導電体のコストが増大するため好ましくない。本実施形態では、電路遮断装置２０を電解槽１１の上部に配置できるため、コストの増大を防止できる。

更に、本実施形態は、気体供給部２８により収容容器２６内に気体が供給されている。収容容器２６内に気体を供給することにより、収容容器２６内が陽圧となる。これにより、収容容器２６内に外部から気体が入り込むことが防止される。そのため、アルカリ金属塩化物水溶液の電解により発生した水素が収容容器２６内に入り込むことが防止され、第２電路遮断部３２が電路ＥＣを遮断する際に発生する火花が水素に引火することを防止できる。

また、本実施形態では、第２電路遮断部３２が電路ＥＣを遮断する動作に同期して、鞴６２から気体が供給される。すなわち、第２電路遮断部３２が電路ＥＣを遮断するときには、収容容器２６内に供給される気体の供給量が増量される。これにより、収容容器２６内の気体に対流が生じる。そのため、接触部３２ａと接触部３２ｂとが離間するときに発生する火花を低減することができる。もちろん、第２電路遮断部３２が電路ＥＣを遮断するときに、エアコンプレッサー６０からの気体の供給量を増量してもよい。

また、本実施形態では、気体供給部２８がエアコンプレッサー６０と鞴６２との２つの気体供給源を有している。そのため、例えばエアコンプレッサー６０に不具合が生じた場合であっても、第２電路遮断部３２が電路ＥＣを遮断するときに、この遮断の動作に同期して機械的に体積が変動されて気体を供給する鞴６２により収容容器２６内に気体を供給でき、火花の発生を低減できる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、スイッチ部２２において、第２電路遮断部３２と並列にヒューズ３４を接続しているが、第２電路遮断部３２と並列に接続される電子部品は、他のものであってもよい。図１２は、他の実施形態に係る電解装置の電路遮断部のスイッチ部を示す図である。図１２（ａ）に示すように、スイッチ部２２Ａは、第２電路遮断部３２にリレー回路Ｒが並列に接続されていてもよい。また、図１２（ｂ）に示すように、スイッチ部２２Ｂは、第２電路遮断部３２にコンデンサＣが並列に接続されていてもよい。

また、上記実施形態に加えて、アクチュエータ４４には、シャフト４６を手動で回転可能とするハンドルが設けられていてもよい。これにより、作業者が手動で電路ＥＣを遮断できる。

また、電解槽１１の構成は、上記の構成に限定されず、様々な態様とすることができる。

また、第１電路遮断部と第２電路遮断部は、上記構成のように各連結部材によって、必ずしも連動して動作する必要はなく、第１電路遮断部が電路を遮断した後に第２電路遮断部が電路を遮断する構成となっていれば足りる。例えば、第１電路遮断部が電路遮断している状態でなければ、第２電路遮断装置は電路を遮断できない構成としてもよい。

１…電解セル、２…陽極、３…陰極、１１…電解槽、１２…イオン交換膜、２０…電路遮断部、３０…第１電路遮断部、３０ａ，３０ｂ…接触部（電導体）、３２…第２電路遮断部、３２ａ，３２ｂ…接触部（導電体）、２６…収容容器、２８…気体供給部、４２…駆動機構、６０…エアコンプレッサー（気体供給部、気体供給源）、６２…鞴（気体供給部、気体供給源）、１００…電解装置、ＥＣ…電路。

Claims (10)

1. 陽極及び陰極を有する電解セルがイオン交換膜を介して複数直列に接続された電解槽を備え、複数の前記電解槽が直列に接続された電解装置であって、
   複数の前記電解槽のうち隣り合う前記電解槽の間に少なくとも一つ設けられ、前記電解槽間の電路を遮断する電路遮断装置を備え、
   前記電路遮断装置は、
   前記電解槽間に直列に接続され、互いに対向する一対の電導体を有し、前記一対の電導体を接触させることにより前記電路を導通させると共に、前記一対の電導体を離間させることにより前記電路を遮断する構成を有する第１電路遮断部と、
   前記第１電路遮断部と並列に接続され、互いに対向する一対の電導体を有し、前記一対の電導体を接触させることにより前記電路を導通させると共に、前記一対の電導体を離間させることにより前記電路を遮断する構成を有する第２電路遮断部と、
   前記第２電路遮断部を収容する収容容器と、
   前記収容容器内に気体を供給する気体供給部と、
   前記第１電路遮断部の前記一対の電導体が離間する動作と、前記第２電路遮断部の前記一対の電導体が離間する動作とが連動するように、前記第１電路遮断部と前記第２電路遮断部とを駆動する駆動機構と、を有し、
   前記駆動機構は、前記第１電路遮断部の前記一対の電導体が離間した後に、前記第２電路遮断部の前記一対の電導体が離間するように前記第１電路遮断部と前記第２電路遮断部とを駆動し、
   前記気体供給部は、前記第２電路遮断部が前記電路を遮断するときに、前記気体の供給量を増量させることを特徴とする電解装置。
2. 前記気体供給部は、空間の体積を変化させることにより前記気体を供給する体積変化型の気体供給源であることを特徴とする請求項１記載の電解装置。
3. 前記気体供給部は、少なくとも２つの気体供給源を有していることを特徴とする請求項１記載の電解装置。
4. 前記少なくとも２つの気体供給源のうちの少なくとも一つは、空間の体積を変化させることにより前記気体を供給する体積変化型の気体供給源であることを特徴とする請求項３記載の電解装置。
5. 前記第２電路遮断部において前記一対の電導体が離間する動作と、前記体積変化型の気体供給源において前記体積が変化して前記気体を供給する動作とが同期することを特徴とする請求項４記載の電解装置。
6. 前記第２電路遮断部と並列に接続される電子部品を備え、
   前記電子部品がヒューズ、リレー回路、コンデンサのいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の電解装置。
7. 前記第１電路遮断部の前記一対の電導体の離間距離が、空気層における前記電解槽の逆電流電圧に対する絶縁破壊距離以上に達した後に、前記第２電路遮断部が前記電路を遮断することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の電解装置。
8. 陽極及び陰極を有する電解セルがイオン交換膜を介して複数直列に接続された電解槽を備え、複数の前記電解槽が直列に接続された電解装置において、前記電解槽間を流れる逆電流の抑制方法であって、
   前記電解装置は、
   複数の前記電解槽の間に少なくとも一つ設けられ、前記電解槽間の電路を遮断する電路遮断装置を備え、
   前記電路遮断装置は、
   前記電解槽間に直列に接続され、互いに対向する一対の電導体を有し、前記一対の電導体を接触させることにより前記電路を導通させると共に、前記一対の電導体を離間させることにより前記電路を遮断する構成を有する第１電路遮断部と、
   前記第１電路遮断部と並列に接続され、互いに対向する一対の電導体を有し、前記一対の電導体を接触させることにより前記電路を導通させると共に、前記一対の電導体を離間させることにより前記電路を遮断する構成を有する第２電路遮断部と、
   前記第２電路遮断部を収容する収容容器と、
   前記収容容器内に気体を供給する気体供給部と、を有し、
   該逆電流の抑制方法は、
   前記電解槽において電解を停止する際に、前記第１電路遮断部において前記電路を遮断した後に、前記第２電路遮断部において前記電路を遮断し、
   前記第２電路遮断部において前記電路を遮断するときに、前記収容容器内に前記気体供給部により前記気体を供給し、前記収容容器内を陽圧とすることを特徴とする逆電流の抑制方法。
9. 前記第１電路遮断部の前記一対の電導体の離間距離が、空気層における前記電解槽の逆電流電圧に対する絶縁破壊距離以上に達した後に、前記第２電路遮断部において前記電路を遮断することを特徴とする請求項８記載の逆電流の抑制方法。
10. 前記第２電路遮断部において前記電路を遮断するときに、前記収容容器内の気体に対流が生じるように、前記気体供給部から供給する前記気体を増量することを特徴とする請求項８又は９記載の逆電流の抑制方法。

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