JPH07243079A - 電極間電圧測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 陽極室と陰極室とがイオン交換膜等で仕切ら
れた電解装置の電極間電圧を安全かつ容易に測定するこ
とができ、ひいてイオン交換膜等でのピンホールの発生
を早期に検出することができる手段を提供する。 【構成】 食塩水電解装置の電極間電圧測定装置Ｐにお
いては、電圧検出端子４５を介して各電槽部１の電極に
接続されたデータ伝送部Ｓによって各電槽部１の電極間
電圧が検出され、この電圧データが光信号に変換されて
データ処理部Ｒに伝送される。そして、データ処理部Ｒ
では電極間電圧の経時変化等が把握され、これに基づい
て各電槽部１のイオン交換膜でのピンホールの発生が早
期に容易に検出できるようになっている。また、この電
極間電圧測定装置に用いる電圧検出端子４５には、抵抗
器とヒューズとが介設され、短絡あるいは地絡が生じた
ときにも、回路の損傷が発生せず、かつ電解及び電圧デ
ータの伝送に支障が生じないようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、陽極室と陰極室とがイ
オン交換膜等の隔膜で仕切られた電解装置の、陽極と陰
極との間の電圧を測定する電極間電圧測定装置に関する
ものである。更に詳細には、特定構造の電圧検出端子を
用いてなる電極間電圧測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】食塩水を電気分解して水酸化ナトリウム
と塩素と水素とを生成する電解手法としては従来より水
銀法が広く用いられているが、近年水銀による環境汚染
を防止するためにイオン交換膜法が普及しつつある。か
かるイオン交換膜法では、普通、陽極室と陰極室とをナ
トリウムイオンのみを通過させる液不浸透性の陽イオン
交換膜で仕切り、陽極と陰極との間に所定の直流電圧を
印加して陽極室で塩素を生成する一方、陰極室で水素と
水酸化ナトリウムとを生成するようにしている。

【０００３】そして、かかるイオン交換膜法による食塩
水の電解装置においてはイオン交換膜にピンホールが発
生することがあるが、これを放置するとピンホールが拡
大し、ついにはイオン交換膜が破壊されて両電極が電気
的短絡状態となり、操業を停止せざるをえない事態に陥
るおそれがある。したがって、イオン交換膜法ではかか
るピンホールの発生をできるだけ早期に検出する必要が
ある。

【０００４】ところで、一般にイオン交換膜法による電
解装置において、イオン交換膜にピンホールが発生する
と、該イオン交換膜をはさんで配置される陽極と陰極と
の間の電圧すなわち電極間電圧が若干低下するといった
現象が生じる。そこで、従来のイオン交換膜法による電
解装置では、適宜電極間電圧を測定し、その測定結果に
基づいてピンホールの発生の有無を判定するようにして
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、イオン
交換膜法による食塩水の電解では通常多数の電極が設け
られので、すべての電極間電圧を頻繁に測定するのは非
常に手間がかかり、このため電極間電圧を常時監視する
のは困難であるといった問題がある。また、従来の電極
間電圧の測定作業においては、測定作業中に電解槽の陽
極と陰極とを短絡させたりあるいは電極を地絡させるこ
とがあり、このような場合には電解装置あるいは電圧測
定回路に損傷を生じさせるおそれがあるといった問題が
ある。さらに、電解槽まわりの電圧測定回路で電気火花
が発生するおそれがあるといった問題がある。この場合
には電解槽で副生される水素が大気中に存在すると爆発
原因となる恐れがあるため、好ましくない。

【０００６】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、陽極室と陰極室とがイオン
交換膜等の隔膜で仕切られた電解装置の陽極と陰極との
間の電圧を安全かつ容易に測定することができ、ひいて
隔膜でのピンホールの発生を早期に検出することができ
る手段を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、第１の発明は、陽極室と陰極室とが隔膜によって仕
切られた電解装置の、陽極と陰極との間の電圧を測定す
る電極間電圧測定装置であって、上記各電極に対して夫
々個別的に接続される複数の電圧検出端子と、上記各電
圧検出端子に接続され上記陽極と上記陰極との間の電圧
を検出するとともに該電圧データを所定の信号に変換し
て伝送するデータ伝送部と、該データ伝送部から伝送さ
れてくる電圧データを所定の手順で処理して表示すると
ともに、該電圧データを蓄積するデータ処理部とが設け
られている電極間電圧測定装置に於いて、上記各電圧検
出端子として、導電経路に所定の電気抵抗を有する抵抗
器と過電流が流れたときに溶断するヒューズとが直列に
介設され、かつ上記抵抗器と上記ヒューズとが絶縁材で
被覆・密閉されて構成された電圧検出端子を用いること
を特徴とする電極間電圧測定装置を提供する。

【０００８】第２の発明は、第１の発明にかかる電極間
電圧測定装置において、データ伝送部が、電圧データを
光信号に変換してデータ処理部に伝送するようになって
いることを特徴とする電極間電圧測定装置を提供する。

【０００９】第３の発明は、第２の発明にかかる電極間
電圧測定装置において、データ処理部が、所定の時間間
隔で電圧データの経時変化を表示することができるよう
になっていることを特徴とする電極間電圧測定装置を提
供する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図２に示すように、イオン交換膜法による食塩水電解装
置ＥＡには、夫々食塩水の電気分解を行う多数の電槽部
１（図２では１つだけ図示している）を備えた電解槽Ｔ
と、陰極液を保持する陰極液タンク２と、陽極液を保持
する陽極液タンク３と、陽極液タンク３内の陽極液を一
部取り出してこれに食塩（ＮaＣl）を溶解させる溶解槽
４とが設けられている。詳しくは図示していないが、電
解槽Ｔは複数設けられている。なお、陰極液は水素イオ
ン（Ｈ⁺）、水酸化物イオン（ＯＨ^-）、ナトリウムイオ
ン（Ｎa⁺）、水素ガス（Ｈ₂）等を含む水溶液である。
また、陽極液は塩化物イオン（Ｃl^-）、ナトリウムイオ
ン、塩素ガス（Ｃl₂）等を含む水溶液である。

【００１１】電解槽Ｔの各電槽部１には、ナトリウムイ
オンのみを通過させる液不浸透性の陽イオン交換膜５に
よって互いに仕切られた陰極室６と陽極室７とが設けら
れている。ここで、陰極室６内には陰極板８が配置さ
れ、陽極室７内には陽極板９が配置されている。そし
て、陰極板８と陽極板９との間には、直流電源１０（図
４参照）によって、導線１１を介して、陰極板８側がマ
イナスとなり陽極板９側がプラスとなる所定の電圧がか
けられるようになっている。

【００１２】陰極室６内には陰極液が満たされ、陰極板
８まわりでは陰極液中の水素イオンが陰極板８から電子
を付与されて水素ガスとなる。また、水素イオンの水素
ガスへの転化に伴って陰極液中には水酸化物イオンが生
成される。他方、陽極室７内には陽極液が満たされ、陽
極板９まわりでは陽極液中の塩化物イオンが陽極板９に
よって電子を奪われて塩素ガスとなる。なお、陽極液中
のナトリウムイオンは陽イオン交換膜５を通過すること
ができるので陰極側に向かって電気泳動し、陰極液中に
は水酸化物イオンとほぼ同数のナトリウムイオンが保持
される。したがって、陰極室６内には水酸化ナトリウム
（ＮaＯＨ）が生成されることになる。

【００１３】陰極液は、陰極室６と陰極液タンク２との
間を循環するようになっている。すなわち、陰極液タン
ク２内の陰極液は、陰極液循環ポンプ１３によって陰極
液輸送通路１４を通して陰極室６に輸送され、さらに陰
極液戻り通路１５を通して陰極液タンク２に戻される。
そして、陰極液タンク２へは、純水供給通路１６を通し
て純水（Ｈ₂Ｏ）が原料として供給される。また、陰極
液タンク２内の陰極液の一部は、取り出しポンプ１７に
よって水酸化ナトリウム水溶液輸送通路１８を通して、
図示していない水酸化ナトリウム水溶液貯槽に輸送され
る。さらに、陰極液タンク２内の陰極液中の水素ガスは
水素ガス輸送通路１９を通して図示していない水素ガス
貯槽に輸送される。

【００１４】陽極液は、陽極室７と陽極液タンク３との
間を循環するようになっている。すなわち、陽極液タン
ク３内の陽極液は、陽極液循環ポンプ２０によって陽極
液輸送通路２１を通して陽極室７に輸送され、さらに陽
極液戻り通路２２を通して陽極液タンク３に戻される。
ここで、陽極液タンク３内の陽極液中の塩素ガスは塩素
ガス輸送通路２３を通して図示していない塩素ガス貯槽
に輸送される。

【００１５】また、陽極液タンク３内の陽極液の一部
は、陽極液取り出しポンプ２４によって陽極液取り出し
通路２５を通して溶解槽４に輸送され、溶解槽４内で食
塩を添加された後、陽極液リターン通路２６を通して陽
極液タンク３に戻されるようになっている。なお、溶解
槽４へは食塩供給通路２７を通して食塩が原料として供
給される。

【００１６】つまり、食塩水電解装置ＥＡにおいては、
純水と食塩とが原料として夫々陰極液タンク２と溶解槽
４とに供給され、電解槽Ｔ（電槽部１）に電気エネルギ
が加えられて電気分解が行われ、陰極液タンク２から水
酸化ナトリウム水溶液と水素ガスとが製品として取り出
される一方、陽極液タンク３から塩素ガスが製品として
取り出されることになる。

【００１７】以下、電解槽Ｔの具体的な構造を説明す
る。図３に示すように、電解槽Ｔのケーシング３０内に
は、夫々外形が偏平な略直方体をなす電槽部１が多数積
層配置されている。なお、これらの電槽部１の中で、一
方の端部に位置する電槽部１' はプラス側ターミナルと
して機能し、もう一方の端部に位置する電槽部１" はマ
イナス側ターミナルとして機能する。ここで、ケーシン
グ３０は、左右のサイドバー３１、ボトムプレート３
２、ファーストヘッド３３、リヤヘッド３４等で構成さ
れ、上方に開かれた箱状体をなしている。そして、ケー
シング３０には、ルースヘッド３５と、該ルースヘッド
３５をＡ₁方向又はＡ₂方向に移動させることができるプ
レスシリンダ３６とが付設されている。また、各電槽部
１には、夫々、ブラケット４０と、電圧検出端子取付部
４１とが設けられている。

【００１８】なお、各電槽部１をケーシング３０に取り
付ける際には、まず吊り金具３７で所定の数の電槽部１
をファーストヘッド３３とルースヘッド３５との間に積
層配置し、次にプレスシリンダ３６でルースヘッド３５
をＡ₁方向に移動させて電槽部１の積層体を押圧し、各
電槽部１のロックピン３８を隣接する電槽部１の固定穴
部と係合させた上で、ロックナット３９で各電槽部１を
固定すればよい。

【００１９】ところで、本発明に於いては食塩水電解装
置ＥＡには、電解槽Ｔの運転状態を監視するために、あ
るいは各電槽部１の陽イオン交換膜５でのピンホールの
発生をできるだけ早期に検出するために、陰極板８と陽
極板９との間にかけられている直流電圧すなわち電極間
電圧を常時自動的に測定ないしは監視し、かつこの測定
データを所定の手順で処理しあるいは表示する電極間電
圧測定装置が設けられるが、以下この電極間電圧測定装
置について説明する。

【００２０】図１に示すように、電極間電圧測定装置Ｐ
は、実質的に、電解槽Ｔの各電槽部１の陽極側あるいは
陰極側の導線１１に個別的に接続される多数の電圧検出
端子４５と、これらの各電圧検出端子４５の他端に接続
され各電槽部１の陽極と陰極との間の電圧すなわち電極
間電圧を検出するとともに該電圧データを光信号に変換
して伝送するデータ伝送部Ｓと、該データ伝送部Ｓから
伝送されてくる電圧データを所定の手順で処理して表示
するとともに該電圧データを蓄積し、蓄積された電圧デ
ータを所定の手順で処理・解析しあるいは表示するデー
タ処理部Ｒとで構成されている。

【００２１】図４に示すように、１つの電解槽Ｔの各電
槽部１の電極は直流電源１０に対して直列に接続されて
いる。すなわち、プラス側ターミナルである電槽部１'
の陽極板９が導線１１を介して直流電源１０のプラス端
子に接続され、該電槽部１'の陰極板８がこれと隣接す
る電槽部１の陽極板９に導線１１を介して接続され、隣
接する電槽部１同士のこのような接続関係が繰り返さ
れ、最後にマイナス側ターミナルである電槽部１" の陰
極板８が導線１１を介して直流電源１０のマイナス端子
に接続されている。

【００２２】そして、プラス側ターミナルである電槽部
１' の陽極板９に接続された導線１１と、マイナス側タ
ーミナルである電槽部１" の陰極板８に接続された導線
１１と、隣接する電槽部１の電極同士を接続する導線１
１とには夫々個別的に電圧検出端子４５の一部をなす電
圧検出用導線４２の一端が接続され、この電圧検出用導
線４２の他端に抵抗器４３とヒューズ４４とが直列に接
続されている。なお、かかる電圧検出端子４５は、各電
槽部１のブラケット４０（図３参照）に取り付けられ
る。

【００２３】以下、この電圧検出端子４５の具体的な構
造を説明する。図５(a),(b),(c) に示すように、電圧検
出端子４５には絶縁材料（例えば、プラスチック）で形
成された基盤４７が設けられ、この基盤４７の一方の広
がり面に導電材料（例えば、銅）がコーティングされて
なる第１，第２，第３導電部４８，４９，５０が形成さ
れている。各導電部４８〜５０は基本的には互いに電気
的に孤立しており、第１導電部４８に電圧検出用導線５
４が接続されている。そして、第１導電部５４と第２導
電部４９とは、夫々所定の電気抵抗を有し（例えば、１
ＫΩ）互いに並列に配置された第１，第２抵抗器４３a
，４３b を介して電気的に接続されている。この場合
電気抵抗器４３は保修頻度の低減を目的として２個設置
の例を示したが、何れか１個の配置であってもよい。

【００２４】さらに、第２導電部４９と第３導電部５０
とは、過電流が流れたときには溶断するヒューズ４４を
介して電気的に接続されている。そして、詳しくは図示
していないが、第１導電部４８には、該電圧検出端子４
５をデータ伝送部Ｓに接続するための接続導線５４（図
１参照）の一端が接続されている。なお、基盤４７の第
３導電部５０が形成された部分には、該電圧検出端子４
５をブラケット４０（図３参照）に取り付けるためのボ
ルト穴５１が設けられている。

【００２５】このように、電圧検出端子４５には第１，
第２抵抗器４３a,４３b とヒューズ４４とが設けられて
いるので、該電圧検出端子４５とデータ伝送部Ｓとの間
の接続導線５４等で短絡あるいは地絡が生じたときに
は、該短絡あるいは地絡によって流れる電流が抵抗器４
３a,４３b によって制限され、かつ該電流が限界値以上
となったときにはヒューズ４４が溶断する。このため、
かかる短絡あるいは地絡が生じた場合でも、接続導線５
４等には破損が発生せず、かつ電解槽Ｔでの電解あるい
はデータ伝送部Ｓによるデータ伝送等にも何ら不具合が
生じない。

【００２６】そして、第１導電部４８と、第１，第２抵
抗器４３a,４３b と、第２導電部４９と、ヒューズ４４
と、第３導電部５０の一部とは所定の絶縁材５２（例え
ば、塩化ビニール）で被覆・密閉されている。このよう
に、第１導電部４８から第３導電部５０までの一連の導
電系統が絶縁材５２によって外界とは完全に遮断されて
いるので、ヒューズ４４の溶断時等に該導電経路で電気
火花が発生したような場合でも、この電気火花は外界に
対して何ら影響を及ぼさない。したがって、万一電解槽
Ｔまわりに可燃性のガスが存在しているような場合で
も、何ら危険が発生しない。

【００２７】再び図１に示すように、データ伝送部Ｓ
は、実質的に、複数のリモートスキャナと、複数のイン
タフェース回路５７と、光エクステンダ５８と、バス５
９とで構成され、これらは磁界の影響を排除するために
磁気遮蔽盤５５内に配置されている。

【００２８】ここで、リモートスキャナ５６は、接続導
線５４を介して各電圧検出端子４５に接続されている。
なお、図１中では詳しくは図示していないが、接続導線
５４は各電圧検出端子４５毎に個別的に設けられてい
る。このリモートスキャナ５６は、よく知られた普通の
多チャンネルデータ収録装置である。

【００２９】光エクステンダ５８は、リモートスキャナ
５６によって収集（検出）された電圧データを光信号に
変換し、この光信号を光ファイバ６０を介してデータ処
理部Ｒに伝送するようになっている。なお、インタフェ
ース回路５７は、リモートスキャナ５６と光エクステン
ダ５８とを接続するインタフェースとして機能する。

【００３０】データ処理部Ｒは、実質的に、データ伝送
部Ｓから伝送されてくる光信号を電圧信号に再変換する
光エクステンダ６２と、データ収集用パーソナルコンピ
ュータ６３と、データ解析用パーソナルコンピュータ６
４と、プリンタ６５と、通信用ネットワーク６６とで構
成されている。なお、データ処理部Ｒは食塩水電解装置
ＥＡ等を監視するための計器室６１内に配置されるが、
かかる計器室６１は食塩水電解装置ＥＡからかなり遠い
位置に配置されることがある。しかしながら、本実施例
では、データ伝送部Ｓからデータ処理部Ｒへは電圧デー
タが光信号に変換されて伝送されるので、計器室６１が
食塩水電解装置ＥＡからかなり離れた位置に配置された
場合でも、電圧データをデータ処理部Ｒへ的確に伝送す
ることができる。なお、データ処理部Ｒが配置される計
器室６１内の環境はおよそ次のとおりである。

【００３１】データ収集用パーソナルコンピュータ６３
は任意の周期で電圧データを収集することができ、かつ
収集された電圧データを処理して種々の様式でＣＲＴ画
面上に表示することができるようになっている。また、
一定時間毎の電圧データを数年分だけＨＤＤ（ハードデ
ィスク）に蓄積するようになっている。具体的には、こ
のデータ収集用パーソナルコンピュータ６３は、各電槽
部１の運転状況をＣＲＴ画面上に表示する運転状況監視
機能、現在収集されているデータをＣＲＴ画面上に表示
する収集データ表示機能、現在から特定ポイント前まで
のデータをＣＲＴ画面上にトレンド表示する短期トレン
ド表示機能等の各種機能を備えている。

【００３２】データ解析用パーソナルコンピュータ６４
は、データ収集用パーソナルコンピュータ６３によって
収集・蓄積された電圧データを読み込んだ上で、該電圧
データをＣＲＴ画面上に表示しあるいは種々のデータ処
理及び解析を行うようになっている。具体的には、この
データ解析用パーソナルコンピュータ６４は、例えば収
集された電圧データを特定時間間隔でＣＲＴ画面上にト
レンド表示するトレンド解析機能、あるいは蓄積された
電圧データを市販されている統計解析ソフトウェアで解
析できる様式に変更するデータ変更処理機能等の各種機
能を備えている。

【００３３】したがって、データ処理部Ｒでは、すべて
の電槽部１の電極間電圧を常時把握することができ、か
つかかる電極間電圧のトレンド等を的確に把握すること
ができるので、食塩水電解装置ＥＡの多数の電槽部１の
電極間電圧をすべて自動的に測定ないしは監視すること
ができ、かかる電極間電圧の測定結果に基づいて、各電
槽部１の陽イオン交換膜５でのピンホールの発生を早期
に容易に検出することができる。

【００３４】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、電解装置の
各電槽部の電極間電圧がすべて自動的に常時検出される
ので、該電極間電圧の測定結果に基づいて、各電槽部の
隔膜でのピンホールの発生を早期に検出することができ
る。加えて、電圧検出端子の導電経路に、所定の電気抵
抗を有する抵抗器とヒューズとが直列に介設されている
ので、該電圧検出端子とデータ伝送部との間の導電系統
等で短絡あるいは地絡が生じたときには、該短絡あるい
は地絡によって流れる電流が抵抗器によって制限され、
かつ該電流が限界値以上となったときにはヒューズが溶
断する。このため、かかる短絡あるいは地絡が生じた場
合でも、導電系統等に破損が発生せず、かつ電解装置で
の電解あるいはデータ伝送部によるデータ伝送等に何ら
支障が生じない。さらに、抵抗器とヒューズとが絶縁材
によって被覆・密閉されているので、ヒューズの溶断時
等において導電経路で電気火花が発生したような場合で
も、この電気火花は外界に対して何ら影響を及ぼさな
い。したがって、万一電解装置まわりに可燃性のガスが
存在しているような場合でも、何ら危険が発生しない。

【００３５】第２の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、データ伝送
部が、電圧データを光信号に変換してデータ処理部に伝
送するようになっているので、大量の電圧データを高速
で比較的遠くまで伝送することができる。

【００３６】第３の発明によれば、基本的には第２の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、データ処理
部が、所定の時間間隔で電圧データの経時変化を表示す
ることができるようになっているので、電極間電圧の経
時変化を的確に把握することができ、隔膜でのピンホー
ルの発生を一層的確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる電極間電圧測定装置のシステ
ム構成図である。

【図２】 食塩水電解装置のシステム構成図である。

【図３】 電解槽の斜視説明図である。

【図４】 電解槽及び電圧検出端子の導電系統を示す図
である。

【図５】 (a) は電圧検出端子の正面図であり、(b) は
電圧検出端子の側面図であり、(c) 電圧検出端子の下面
平面図である。

【符号の説明】

ＥＡ…食塩水電解装置 Ｐ…電極間電圧測定装置 Ｓ…データ伝送部 Ｒ…データ処理部 Ｔ…電解槽 １…電槽部 ５…陽イオン交換膜 ６…陰極室 ７…陽極室 ８…陰極板 ９…陽極板 ４５…電圧検出端子 ４３, ４３a,４３b …抵抗器 ４４…ヒューズ ５２…絶縁材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極室と陰極室とが隔膜によって仕切ら
   れた電解装置の、陽極と陰極との間の電圧を測定する電
   極間電圧測定装置であって、 上記各電極に対して夫々個別的に接続される複数の電圧
   検出端子と、 上記各電圧検出端子に接続され上記陽極と上記陰極との
   間の電圧を検出するとともに該電圧データを所定の信号
   に変換して伝送するデータ伝送部と、 該データ伝送部から伝送されてくる電圧データを所定の
   手順で処理して表示するとともに、該電圧データを蓄積
   するデータ処理部とが設けられている電極間電圧測定装
   置に於いて、上記各電圧検出端子として、導電経路に所
   定の電気抵抗を有する抵抗器と過電流が流れたときに溶
   断するヒューズとが直列に介設され、かつ上記抵抗器と
   上記ヒューズとが絶縁材で被覆・密閉されて構成された
   電圧検出端子を用いることを特徴とする電極間電圧測定
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された電極間電圧測定装
   置において、 データ伝送部が、電圧データを光信号に変換してデータ
   処理部に伝送するようになっていることを特徴とする電
   極間電圧測定装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載された電
   極間電圧測定装置において、 データ処理部が、所定の時間間隔で電圧データの経時変
   化を表示することができるようになっていることを特徴
   とする電極間電圧測定装置。