JPS5920757B2 - 複極式電解槽 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフイルタープレス型複極式隔膜法電解槽に関す
る。

更に詳しくはフイルタープレス型複極式隔膜法電解槽で
隔膜に陽極及び陰極を可能な限リ接近させるか，又は実
質的に接触させて電解させることにより電解摺電圧を低
減し、電力効率を向上させると共に．電解槽の製作費を
大巾に低減できる電解槽を提供することにある。

従来から６電解槽は塩化アルカリ塩水溶液を電解して塩
素ガスと苛性アルカリ及び水素を製造するために使用さ
れ．また水を電解して酸素及び水素を製造するために使
用されている。

塩化アルカリ塩水溶液の電解方法には陰極に水銀を用い
る水銀電解槽と水銀を用いない隔膜法電解槽とがある。

水銀法電解槽においては、陰極に水銀を使用するために
製品苛性ソーダ及び水銀に接触した排水中に水銀が含有
されるため．環境汚染の問題で世界的に非水銀法のプロ
セスが採用される傾向にある。

また６水銀法は電解電力原単囲が平均３２００ＫＷ１｛
／ｔ・苛性ソーダと電力効率が悪い。アスベスト隔膜法
電解槽においては、水銀を使用しないので水銀による環
境汚染の問題は起らないが．アスベストによる環境汚染
の問題は残つている。また，電解電力原単位は平均２５
００ＫＷ１１／ｔ・苛性ソーダで電力効率は高いが，生
成される苛性ソーダの濃度が１０〜１２％と低濃度であ
るために６５０％まで濃縮するのに約２．５ｔ／ｔ・苛
性ソーダの蒸気が必要とされ．総合エネルギー効率で見
た場合水銀法より悪い。一方．近年開発され企業化され
つつある陽イオン交換膜を隔膜としたイオン交換膜法電
解槽においては．水銀もアスベストも使用しないので環
境汚染の問題は全くなく．生成される苛性ソーダの濃度
も２０〜４０％と高く６電解電力原単位は平均２５００
ＫＷＨ／ｔ・苛性ソーダで．５０％まで濃縮するのに約
０．４ｔ／Ｔ゜苛性ソーダの蒸気が必要とされるが．総
合エネルギー効率は一番良い。

隔膜法電解槽には、特開昭５１−６３３７１に記載され
ているような箱状の単極槽式電解槽と６特開昭５２−６
８０７５に記載されているような複極式電解槽とがあｌ
）６小中規模の苛性ンーダ製造工場には単極式電解槽が
主に採用され、大規模工場には主に複極式電解槽が採用
されている。

その理由は複極式電解槽は単極式電解槽に比べて電流容
量を大きくすることにより経済性が出てくるためと思わ
れる。またイオン交換膜電解槽にも，特開昭５３−２８
５７３に記載されているような単極式電解槽と特開昭５
１−４３３７７に記載されているような複極式電解槽が
有り６夫々６フイルタープレス型が採用されている。

単極式電解槽と複極式電解槽には夫々長所・短所が有り
２フイルタープレス型単極式電解槽は生産規模に合せて
電流容量を自由に選定でき６水銀法又はアスベスト隔膜
法からの転換の際には変電設備をそのまま転用すること
ができる。また電解槽のメンテナンスのために電解槽を
停止又は起動する際の生産量の変動が小さく安定した運
転ができる等の利点を有する。一方６フイルタープレス
型複極式電解槽は単位電解槽間の金属導体の電気抵抗を
小さくすることができ、金属導体の電力損失を小さくで
きる利点を有するが．電解槽のメンテナンスのために電
解槽を停止又は起動する際の生産量の変動が大きくなる
欠点を持つている。また、電解槽の製作費が単極式電解
槽に比べて割高であるという欠点を持つている。本発明
者等は，かかる電解槽に訃いて６省エネルギー及び低価
格の電解槽を開発すべく種々検討・実験した結果、隔膜
を陽極と陰極との間に介在させたフイルタープレス型複
極式電解槽において．陽極側に突出部を有する陽極電解
条件に耐え得る陽極側導電性金属板と陰極側に突出部を
有する陰極電解条件に耐え得る陰極側導電性金属板とを
．電気的、機械的に張り合せた隔離板を採用することに
より６単位電解槽間の電気抵抗を大きくすることなく，
製作費の安い電解槽を見い出した。また６適度に柔軟性
を持つた金網状又はメツシユ状の陽極及ひ／又は陰極を
採用することにより隔膜と陽極及ひ／又は陰極とが実質
的に接触させることができ、電解摺電圧を低減させるこ
とができることを見い出した。即ち．隔膜で陽極室と陰
極室に区画され，各陽陰極室には隔離板と電気的に接続
された各陽陰極が存在する複極式電解槽において、該隔
離板は陽極電解条件に耐性の突出部を有する陽極側導電
性金属板とこれに電気的．機械的に接続された陰極電解
条件に耐性の突出部を有する陰極側導電性金属板から成
つて訃り６各陽陰極は各々６陽極側導電性金属板の突出
部ならひに陰極側導電性金属板の突出部に電気的に接続
されてなることを特徴とする複極式電解槽を要旨とする
ものである。

本発明の電解槽にふ・いて、陽極側導電性金属板及ひ陰
極側導電性金属板の各突出部は対応する同じ位置に設け
られてもよいし、異る位置に設けられてもよい。また６
該突出部の一方又は両方に補強部材を設けることができ
る。また、この補強部材を導電性のものとすることによ
り．陽極側導電性金属板と陰極側導電性金属板との機械
的．電気的接続のために利用することもできる。一般に
は、陽極側導電性金属板と陰極側導電性金属板との電気
的接続を確保するために導電性接続部材を用いるのが好
ましい。

この導電性接続部材は上記両金属板の平板部分の間に設
けることも可能であるが．該金属板の突出部に設けて．
これを補強部材としても用いることが可能である。かよ
うな電解槽の陽極室枠及ひ／又は陰極室枠は隔離板と別
個に自由な型状に製作され、製作費は従来のフイルター
プレス型複極式電解に比べて１／２〜２／３となる。ま
た６導電性接続部材にはチタン（又はチタン合金）一銅
一鉄（又はステンレス）製のクラツド板が採用される。
電極には柔軟性を有する６金網又はメツシユ状体を使用
することができ．極間距離（隔膜を狭んだ陽極と陰極と
の間隔）を実質的に隔膜の厚さまで小さくすることがで
き、電解摺電圧を大巾に低減することができる。

本発明の理解を更に深めるために添付図により説明する
が、本発明は本図面に限定されるものではない。

第１図は本発明の隔離板の平面図であり６第２図は本発
明の電解槽の部分組立図である。

第３図は本発明の隔離板の断面図であり、第４図は導電
部材の取付断面図である。第５図及び第６図は本発明の
隔離板で、補強部材を省略して導電性接続部材が補強部
材の役目を兼ねているときの図面である。第７図及ひ第
８図は陽極側導電性金属板の突出部と陰極側導電性金属
板の突出部との位置を異るように配置したときの本発明
隔離板の断面図である。以下の図面をもとにした本発明
の説明に｝いては．好ましい態様として陽極側導電性金
属板と陰極側導電性金属板の間に導電性接続部材が介在
される場合を示したが，導電性接続部材を介在せしめず
に陽極側導電性金属板と陰極側導電性金属板とを公知の
爆発圧着法等で直接接続する場合をも本願が含むのは勿
論である。

第１図に訃いて６１は隔離板であり６陽極電極液に耐え
得る陽極側導電性金属板と陰極側導電性金属板とより構
成されている。

４又は５は陽極又は陰極である。

８又は９は陽極側導電性金属板の突出部又は陰極側導電
性金属板の突出部である。

１０は導電性接続部材で電解面（陽極及び陰極の大きさ
）と電流密度から決定される個数設けられる。

１１は補強部材で陽極側導電性金属板の突出部の数また
は陽極側導電性金属板の突出部の数と陰極側導電性金属
板の突出部の数の合計の数設けられる。

第２図において６４は陽極．５は陰極であり．１５は隔
膜である。

電解槽の組み立ては６電解槽陽極側端板（記載なし）／
ガスケツト（記載なし）／陽極室枠１６／ガスケツト（
記載なし）／隔膜１５／ガスケツト（記載なし）／陰極
室枠１７／ガスケツト（記載なし）／隔離板１／ガスケ
ツト（記載なし）／陽極室枠１６／ガスケツト（記載な
し）／隔膜１５／・・・・・・・・・／陰極室枠１７／
ガスケツト（記載なし）／隔離板１／ガスケツト（記載
なし）／陽極室枠１６／ガスケツト（記載なし）／隔膜
１５／ガスケツト（記載なし）／陰極室枠１７／ガスケ
ツト（記載なし）／電解槽陰極側端板（記載なし）の順
に組み立てられる。陽極室枠１６は金属．又は合成樹脂
で製作され，陽極電解液供給ノズル１８及び陽極電極液
・ガスの排出ノズル１９を備えている。

陰極室枠１７は金属又は合成樹脂で製作され６陰極電解
液又は水の供給ノズル２０及び陰極電解液・ガスの排出
ノズル２１を備えている。第３図にお・いて６隔離板１
は陽極側に突出した突出部８を有する陽極側導電性金属
板２及び陰極側に突出した突出部９を有する陰極側導電
性金属板３より構成されている。

陽極側導電性金属板２の平面部６と陰極側導電性金属板
３の平面部７との間に導電性接続部材１０が抵抗溶接に
より電気的６機械的に取り付けられる。また，陽極側導
電性金属板２の突出部８と陰極側導電性金属板３の突出
部９との間に６陽極４及び陰極５が抵抗溶接によつて取
り付ける際に．夫々の突出部８及び９が変形する｝それ
がある場合には補強部材１１が取り付けられる。陽極側
導電性金属板２の材質はチタン６タンタル，ニオプ等の
金属及びチタンパラジウム合金等の合金板を使用するこ
とができる。

該金属板の厚みは０．１１１１！ｌ〜５ｊｍのものを使
用することができるが，好ましくは０．１朋〜２朋であ
る。また該金属板の突出部の高さは１！Ｉｔ７！Ｌ〜５
０ｍ７１Ｌとすることが．製作上及び陽極電解液・ガス
の上昇を円滑にするためには，好ましくは５１Ｅｍ〜３
０ｍｍである。陰極側導電性金属板３の材質は鉄、ステ
ンレス等の金属又は金属板を使用することができる。該
金属板の厚みは１ｍｍ〜１０龍のものを使用することが
できるが，好ましくは１龍〜５肱である。また該金属板
の突出部の高さは１！Ｉｔｍ〜５０ｍｍとすることがで
きるが６製作上及び陰極電解液・ガスの上昇を円滑にす
るために好ましくは５ｍ７ｎ〜３０龍である。補強部材
１１の材質は鉄，ステンレス製の剛性をもつた金属板が
使用され．厚みは１ｍｍ〜５ｍ７１Ｌのものが使用され
る。導電性接続部材１０は第４図に示されるようなチタ
ン（又はチタン合金）１２一銅１３一鉄（又はステンレ
ス）１４製のクラツド板が使用され、陽極側導電性金属
板２の平面部６と陰極側導電性金属板３の平面部７との
間に配置され電気抵抗溶接器にて電気的，機械的に接続
される。

導電性接続部材１０の厚さはこの部分の電気抵抗を小さ
くするために薄いほうが好ましく６１ｍ７！Ｌ〜５龍の
ものが採用され、大きさについては該接続部材に流れる
電流の大きさによるが．１ｃｒ！ｉ〜２５ｃｄのものが
使用される。陽極４にはチタン又はチタン合金の金網又
はエキスパンデツトメタル製のバルブメタルの上に酸化
ルテニウム６酸化パラジウムの酸化物をコーテイングし
たもの，又は白金一イリジウムの合金をコーテイングし
たもの等公知のものが使用される。

また陽極４のバヶブメタルに柔軟性を有する金網又はエ
キスバンデツトメタルを使用して．隔膜側に１關〜５ｊ
１張り出すように取リ付けることにより，隔膜と陽極と
の距離を小さくするか又は実質的に隔膜と陽極とを接触
するようにでき６電解摺電圧を低減することが可能にな
る。陰極５には，鉄又はステンレス製の金網又はエキス
パンデツトメタルを使用することができ．更に鉄又はス
テンレス製の金網又はエキスパンデツトメタルの表面に
ニツケルメツキ等を施した陰極を採用することもできる
。

また陰極５に柔軟性を有する金網又はエキスパンデツト
メ々ルを使用して，隔膜側に１ｊ１〜５ｍ７！ｌ張り出
すように取り付けることにより．隔膜と陰極との距離を
小さくするか又は６実質的に隔膜と陰極とを接触するよ
うにできる。第５図は、第３図における補強部材１１を
省略して．導電性接続部材１０を補強部材を兼ねるよう
にしたものである。

補強部材を兼ねた導電性接続部材は第６図に示すように
、陰極側導電性金属板２の突出部８と陰極側導電性金属
板３の突出部９との間に配置され、電気抵抗溶接により
電気的．機械的に接続される。かようにすることにより
電流の流れる通路の長さが短かくなるので，電気抵抗が
小さくなる。第７図，第８図は陽極側導電性金属板２の
突出部８と陰極側導電性金属板３の突出部９との位置を
異るように配置したときの態様で、陽極４及び／又は陰
極５に柔軟性を有する金網又はエキスパンデツトメぷル
を採用して．陽極側導電性金属板２の突出部８及び／又
は陰極側導電性金属板３の突出部９の頂部が０龍〜５ｍ
７ＩＬ．好ましくは０．５１１ｔｍ〜３ｍｍ隔膜を狭ん
で相手側電極に食い込むように組み立てることにより６
陽極と隔膜及び陰極と隔膜とが完全に接触するようにす
ることができ．電解摺電圧を大巾に低減することができ
る。

実施例 １ 電極の高さが１０００ｍｍ．巾が５００關の第３図に示
すような隔離板を製作し電解槽を組み立てた。

陽極側導電性金属板は厚みは１ｍ７！Ｌのチｊン板で、
突出部の高さが８關で底辺が２０１！Ｔ７！ｌの三角形
の突出部が隔離板の高さ方向に２列設けられるようにし
た。

陰極側導電性金属板も厚みが１關の鉄板で，突出部の高
さが８！！Ｔｍで底辺が２０！Ｎｍの三角形の突出部が
隔離板の高さ方向に２列設けられるようにした。導電性
接続部材はチぷン一銅〜鉄のクラツド板で、チ４ンの厚
みは０．５ｍＴＩＬ．銅の厚みが１ｍ７！Ｌ．鉄の厚み
が１ｍｍで６クラツド板の厚みは２．５ｍｍであつた。

また、クラツド板の大きさは２０龍×２０Ｉ１７７！の
大きさで、高さ方向に２００ｍ７１Ｌピツチで５ケ、４
列を突出部にできるだけ近づけて配置し，電気抵抗溶接
により電気的、機械的に接続した。補強部材には厚み５
ｍｍ．高さ１８．５關の鉄板を用いた。陽極には目開き
の長手方向寸法（ＬＷ）１２．７ｒＩＬｍ．短手方向寸
法（ＳＷ）６．３ｍＴＩ１で厚さ１．５７ｍｍのチ々ン
製エキスパンデツトメツシユの表面に酸化ルテニウムを
コーテイングしたものを使用し、陽極を陽極側導電性金
属板の突出部の頂部に６陰極を陰極側導電性金属板の突
出部の頂部に電気抵抗溶接により電気的６機械的に接続
した。

かようにして製作された電極の取りつけられた隔離板を
用いて，電解槽陽極側端板（陽極側導電性金属板のみ取
り付）／ガスケツト／陽極室枠／ガスケツト／陽イオン
交換膜／ガスケツト／陰極室枠／ガスケツト／隔離板／
ガスケツト／陽極室枠／ガスケツト／陽イオン交換膜／
ガスケツト／陰極室枠／ガスケツト／電解槽陰極側端板
（陰極側導電性金属板のみ取り付）の電解槽をタイロッ
ドで締め付けて組み立てた。

ガスケツトは天然ゴム製で１ｍｍのものを使用し．陽極
室枠及ひ陰極室枠は耐熱塩化ビニール製で厚みは１０ｍ
ｍであり，極間距離（隔膜を狭んで陽極と陰極との間の
距離）はほぼ４ｍｍであつた。かような電解槽の各陽極
室に飽和食塩水を１５ｔ／ｈで供給し６各陰極室に水を
１．６ｔ／ｈで供給しながら，市流密度２０Ｖｄｍ２、
苛性ソーダ濃度３５％、運転温度９０℃で２５日間運転
を行つた結果下記のようであつた。

実施例 ２ 電極の高さが１０００ｍｍ．巾が５００ｍｍの第７図に
示すような隔離板を製作し電解槽を組み立てた。

陽極側導電性金属板及び陰極側導電性金属板は実施例１
と同様のものを使用し，各々の突出部の位置を異るよう
にした。

陽極側導電性金属板の突出部は高さ方向に３列６陰極側
導電性金属板の突出部は高さ方向に２列設けられ，導電
性接続部材も実施例１と同様のものを使用し６２００ｍ
ｍピツチで高さ方向に６列陽極側導電性金属板の突出部
と陰極側導電性金属板の突出部の中央に配置され、電気
的．機械的に電気抵抗溶接により取り付けられた。また
補強部材についても厚さ５ｍｍ６高さ１０．５ｍｍの鉄
板を各々の突出部に配置され取り付けられた。陽極には
目開きの長手方向寸法（ＬＷ）５ｍｍ，短手方向寸法（
ＳＷ）２．５ｍｍで厚さ０．５ｍｍのチタン製エキスパ
ンデツトメツシユの表面に酸化ルテニウムをコーテイン
グしたものを使用し，陰極にも陽極と同様の目開きをも
つ鉄製エキスパンデツトメツシユを使用し６陽極を陽極
側導電性金属板の突出部の頂部に６陰極を陰極側導電性
金属板の突出部の頂部に電気抵抗溶接により電気的，機
械的に接続した。

かようにして製作された隔離板を用いて６実施例１と同
様に電解槽を組み立て、陽極室枠及ひ陰極室枠には耐熱
塩化ビニール製で，厚さ７ｍｍであり６陽極側導電性金
属板の突出部の陰極への食い込みがほぼ０．６ｍｍで陰
極側導電性金属板の突出部の陽極への食い込みがほぼ０
．６ｍｍであつた。

このときのガスケツトの厚みは１ｍｍで天然ゴム製のも
のが使用された。かような電解槽の各陽極室に飽和食塩
水を１５ｔ／ｈで供給し、各陰極室に水を１．６ｔ／ｈ
で供給しながら，電流密度２０Ａ／／Ｄｍ２６苛性ソー
ダ濃度３５％、運転温度９０℃で２５日間運転を行つた
結果下記のようであつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる隔離板の平面図である。 第２図は本発明電解槽の部分組立図である。第３図は本
発明に用いる隔離板の断面図である。第４図は導電部材
の取付断面図である。第５図ぱ本発明に用いる隔離板の
別の態様を示す断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 隔膜で陽極室と陰極室に区画され、各陽陰極室には
   隔離板と電気的に接続された各陽陰極が存在する複極式
   電解槽において、該隔離板は陽極電解条件に耐性の突出
   部を有する陽極側導電性金属板とこれに電気的機械的に
   接続された陰極電解条件に耐性の突出部を有する陰極側
   導電性金属板から成つており、各陽陰極は各々、陽極側
   導電性金属板の突出部ならびに陰極側導電性金属板の突
   出部に電気的に接続されてなることを特徴とする複極式
   電解槽。 ２ 陽極側導電性金属板の突出部と陰極側導電性金属板
   の突出部が同一位置に設けられた特許請求の範囲第１項
   の複極式電解槽。 ３ 陽極側導電性金属板と陰極側導電性金属板との電気
   的、機械的接続が陽極側導電性金属板と陰極側導電性金
   属板との間に設けられた導電性接続部材によつてなされ
   る特許請求の範囲第１項または第２項の複極式電解槽。 ４ 導電性接続部材が陽極側導電性金属板の突出部と陰
   極側導電性金属板の突出部の間に設けられている特許請
   求の範囲第３項の複極式電解槽。 ５ 陽極側導電性金属板の突出部と陰極側導電性金属板
   の突出部が異つた位置に設けられた特許請求の範囲第１
   項の複極式電解槽。 ６ 陽極側導電性金属板と陰極側導電性金続板との電気
   的、機械的接続が陽極側導電性金属板と陰極側導電性金
   属板との間に設けられた導電性接続部材によつてなされ
   る特許請求の範囲第１項又は第５項の複極式電解槽。 ７ 導電性接続部材が陽極側導電性金属板の突出部及び
   ／又は陰極側導電性金属板の突出部に設けられている特
   許請求の範囲第６項の複極槽。 ８ 陽極側導電性金属板の突出部及び／又は陰極側導電
   性金属板の突出部に補強部材が設けられてなる特許請求
   の範囲第２項又は第５項の複極式電解槽。 ９ 陽極側導電性金属板がチタン又はチタンとパラジウ
   ムの合金である特許請求の範囲第１〜８項いずれかの複
   極式電解槽。 １０ 陽極側導電性金属板が鉄又はステンレスである特
   許請求の範囲第１〜８項いずれかの複極式電解槽。 １１ 導電性接続部材がチタン−銅−鉄、チタンのパラ
   ジウム合金−銅−鉄、チタン−銅−ステンレスまたはチ
   タンのパラジウム合金−銅−ステンレスで構成されてい
   るクラッド板である特許請求の範囲第１項〜第１０項い
   ずれかの複極式電解槽。 １２ 隔膜がアスベスト隔膜又は合成隔膜である特許請
   求の範囲第１項〜第１１項いずれかの複極式電解槽。 １３ 合成隔膜が陽イオン交換膜である特許請求の範囲
   第１２項の複極式電解槽。 １４ 陽極電解条件が塩化アルカリ塩水溶液及び／又は
   これの電解生成物によるものであり、陰極電解条件が苛
   性アルカリ及び／又は水素によるものである特許請求の
   範囲第１項の複極式電解槽。