JPS6239090Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は主としてアルカリ金属ハロゲン化物水
溶液、特に塩化アルカリ塩水溶液の電解槽に関す
る。更に詳しくは、電解隔膜として陽イオン交換
膜を用いた水平型電解槽において、陰極室内で発
生する陰極ガスと陰極液とからなる気液混相液の
気液分離を陰極室内及び／又は陰極液排出ヘツダ
ー内で行なう構造であることを特徴とする電解槽
に関する。

水平型電解槽は、水平に張設された隔膜によつ
て上部の陽極室と下部の陰極室とに区画されてい
る。水平型電解槽の最も典型的な水銀法電解槽
は、比較的高濃度の水酸化ナトリウム溶液が得ら
れるのでこれまで広く利用されてきた。しかし乍
ら、陰極に用いる水銀が環境汚染物質であるた
め、近い将来休止されるべき運命にある。ところ
で従来広く活用されてきた水銀法電解槽及び附帯
装置を悉くスクラツプ化することは経済的、産業
政策的にも決して好ましいことではなく、一方、
当業界にとつても極めて深刻な問題である。かか
る状況下において、水銀法電解槽及び附属設備を
スクラツプ化することなく、他の安全な電解槽に
転換することは極めて望ましいことである。

かかる見地から、本出願人は鋭意研究を進め、
水銀法電解槽を有利に陽イオン交換膜法電解槽に
転換し得る技術を開発し、先に特許出願を行なつ
た（特願昭57−131377等）。

ところで、水平型電解槽を用いて電解を行なう
には、陰極室内で発生する陰極ガスを陰極液流に
巻き込ませて電解槽外に排出させ、外部に設けた
気液分離装置により気液分離するという方法が考
えられる。しかるに気液分離装置により気液分離
を行なうには数分間以上の滞溜時間が必要であ
り、また電解槽１槽当り数十ｌ〜数m³の容量を有
する気液分離槽を設置しなくてはならない。該気
液分離装置を電解槽毎に設けると、設備コストが
増大するのみならず設備が煩雑化し、他方、多数
の電解槽の該混相液の気液分離を１つの気液分離
槽で行なおうとすれば、途方もなく大容量の分離
槽を必要とする。

本考案はかかる実情に鑑み、該混相液の気液分
離を陰極室内及び／又は陰極液排出ヘツダー内で
行なうことにより、装置の小容量化、装置コスト
の低下及び運転作業の容易化を図らんとするもの
である。

即ち、本考案は実質的に水平に張設された陽イ
オン交換膜により上部の陽極室と下部の陰極室と
に区画され、前記陰極室内で発生する陰極ガスと
陰極液とからなる気液混相液を陰極室内及び／又
は陰極液排出ヘツダー内で気液分離する構造であ
ることを特徴とする水平型電解槽を内容とする。

以下、本考案の実施態様を示す図面に基づいて
本考案を説明する。以下の説明において、アルカ
リ金属ハロゲン化物の代表例として最も一般的で
ある塩化ナトリウムを、またその電解生成物とし
て苛性ソーダをそれぞれ便宜上用いるが、これら
によつて本考案を限定する意図を表わしたもので
はなく、塩化カリウム等他の無機塩水溶液や水電
解等にも直ちに適用できることは勿論である。

第１図は陰極室内で気液分離する電解槽の一部
切欠き正面図、第２図は陰極液排出ヘツダー内で
気液分離する場合を示す概略図である。

第１図及び第２図において、本考案に用いられ
る電解槽は幅に対し長さの大なる、好ましくは数
倍の長さを有する長方形の陽極室１とその下部に
位置する陰極室２とより構成され、陽極室１と陰
極室２とは実質的に水平に張設された陽イオン交
換膜３によつて区画されている。ここで「実質的
に水平」とは必要に応じて若干傾斜（2/10程度ま
で）させた場合をも包含する。

陽極室１は蓋体４と、陽極板１２を囲むように
延設された陽極室側壁５と、陽イオン交換膜３の
上表面とにより画成されており、陽極導電棒６は
蓋体４に立設された陽極懸垂装置７で懸垂され、
各陽極導電棒６は陽極ブスバー８で互いに電気的
に連結されている。蓋体４は陽極導電棒カバー９
を挿通する孔１０を有し、該孔１０はシート１１
により気密にシールされている。陽極導電棒６の
下端には陽極板１２が取り付けられており、かく
して陽極板１２は陽極懸垂装置７に連結されてい
るため、陽極懸垂装置７を操作することにより上
下に昇降調節可能で、陽イオン交換膜３に接触す
るよう配置することができる。もつとも陽極板１
２は蓋体に立設された陽極懸垂装置から懸垂され
る場合に限らず、他の方法により懸垂あるいは支
持されていても差し支えない。さらに陽極室は少
なくとも１個の陽極液導入口１３を有しており、
これらは該蓋体４または陽極室側壁５に設けるこ
とができる。一方、陽極液排出口１４は少なくと
も１個設けられ、これらは該側壁５に設けること
ができる。また、該蓋体４または該側壁５の適宜
箇処に陽極ガス（塩素ガス）排出口１５を備えて
いる。

上記の陽極室１を構成する蓋体４および陽極室
側壁５としては、水銀法電解槽を構成する蓋体及
び陽極室側壁を転用すれば良いが、このほか塩素
に耐える材質であれば特に制限はなく好適に使用
することができる。例えばチタン及びチタン合金
等の耐塩素金属あるいは、弗素系ポリマー、硬質
ゴム等を使用することができる。さらに上記金
属、弗素系ポリマーまたは硬質ゴム等をライニン
グした鉄を用いることもできる。

陽極反応を行なう陽極板１２はグラフアイト陽
極を用いることもできるが、チタンあるいはタン
タルのような金属に、例えば白金族金属あるいは
酸化白金族金属又はそれらの混合物を有する被覆
を施した不溶性陽極が好ましい。もちろん水銀法
電解槽に用いられている陽極板を同じ寸法、同じ
形状のままで使用すれば経済的である。

次いで陰極室２は陽イオン交換膜３の下表面と
陰極板１６と、該陰極板の縁に沿つて該陰極板を
囲むように立設された陰極室側壁１７とにより画
成される。陰極室側壁１７は剛性を有する枠縁の
ごときもので構成することができるし、弾性を有
するゴム、プラスチツク等のパツキング状弾性体
の如きもので構成することも可能である。

陰極室側壁１７の構成材料としては、上記した
材料の他に苛性ソーダ等の苛性アルカリに耐える
材料であれば特に制限はなく、鉄、ステンレスス
チール、ニツケル、ニツケル合金等を使用でき
る。また、鉄基材上に耐アルカリ性材料をライニ
ングした材料も好適に使用できる。さらにまたゴ
ム、プラスチツク等の材料も使用することができ
る。かかる材料としては、たとえば天然ゴム、ブ
チルゴム、エチレンプロピレンゴム（EPR）な
どのゴム系材料、四フツ化エチレン重合体、四フ
ツ化エチレン−六フツ化プロピレン共重合体、エ
チレン−四フツ化エチレン共重合体などのフツ素
系ポリマー材料、ポリ塩化ビニル、強化プラスチ
ツク（FRP）などが例示される。

本考案に使用される陰極板１６は鉄、ニツケ
ル、ステンレススチール等の導電性材料より作る
ことができる。また水銀法電解槽の底板を転用す
れば極めて経済的である。該陰極板の表面をニツ
ケル、白金族金属、これらの合金、又はこれらの
混合物のプラズマ溶射、メツキ等により、水素過
電圧低下処理を施すことは好ましい態様である。

陰極液導入口１９及び陰極液排出口２０は陰極
室２内に該混相液の流れを生じせしめることがで
きれば良い。従つて、該混相液の流れを電解槽の
長さ方向、幅方向のいずれに形成せしめても良い
が、後者の方が導入口、排出口間の圧力差及び
Ｇ／Ｌ（単位陰極液中に含有される陰極ガスの比
率）を小さくすることができるのでより好まし
い。この目的のためにスリツト状導入口は好まし
い一態様である。水銀法電解槽の底板を転用する
場合には、該底板に予め穿設されている組立用ボ
ルト孔をそのまゝ或いは適当に加工して導入口、
排出口に利用しても良い。

第１図において、陰極室内の陰極液排出口近傍
の陽極室側壁フランジ５ａの下部に混相液滞溜部
２２が設けられている。陰極室２内で発生した陰
極ガスは該陰極室２内を流れる陰極液の流れに巻
き込まれて混相液滞溜部２２に達し、そこで気液
分離され、陰極ガスは陰極ガス排出口２１から、
陰極液は陰極液排出口２０からそれぞれ取り出さ
れる。

一方、第２図の場合は陰極液排出口２０に接続
した陰極液排出ヘツダー２３内で気液分離され、
陰極ガス及び陰極液がそれぞれ取り出される（図
示せず）。

本考案において、陰極室内で気液分離し、且つ
陰極液排出ヘツダーで気液分離する方法も勿論好
適に採用し得る。この場合には各々の気液分離能
力は約1/2程度で良い。

本考案に好適な陽イオン交換膜としては、例え
ば、陽イオン交換基を有するパーフルオロカーボ
ン重合体からなる膜を挙げることができる。スル
ホン酸基を交換基とするパーフルオロカーボン重
合体よりなる膜は、米国のイー・アイ・デユポ
ン・デ・ニモアス・アンド・カンパニー（E.I.Du
Pont de Nemours＆Company）より商品名「ナ
フイオン」として市販されており、その化学構造
は次式に示す通りである。

かかる陽イオン交換膜の好適な当量重量は1000
乃至2000、好ましくは1100乃至1500であり、ここ
に当量重量とは、交換基当量当りの乾燥膜の重量
ｇである。また、上記交換膜のスルホン酸基の一
部又は全部をカルボン酸基に置換した陽イオン交
換膜その他慣用されている陽イオン交換膜も本考
案に適用することができる。これらの陽イオン交
換膜は透水率が著しく小さく、水力学的流れを通
さずに水分子３〜４個を有するナトリウムイオン
を通すのみである。本考案においては、上記の膜
の他に所謂SPE（Solid Polymer Electrode）も
用いることができる。

叙上の通り、本考案によれば水銀法電解槽を容
易に陽イオン交換膜法電解槽に転換でき、電解槽
のみならずブスバー、整流器、淡塩水処理設備、
塩水系設備等殆ど全ての現存設備をスクラツプ化
することなく転用することができる。

更に本考案によれば大容量の気液分離装置や複
雑な設備を必要としないから、装置が小型化され
るばかりでなく、設備の錯綜化が避けられ、それ
だけ運転作業がやり易くなり、実用的価値は頗る
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本考案の実施態様
を示す概要図である。 １……陽極室、２……陰極室、３……陽イオン
交換膜、４……蓋体、５……陽極室側壁、５ａ…
…陽極室側壁フランジ部、６……陽極導電棒、７
……陽極懸垂装置、８……陽極ブスバー、９……
陽極導電棒カバー、１０……孔、１１……シー
ト、１２……陽極板、１３……陽極液導入口、１
４……陽極液排出口、１５……陽極ガス排出口、
１６……陰極板、１７……陰極室側壁、１８……
陰極ブスバー、１９……陰極液導入口、２０……
陰極液排出口、２１……陰極ガス排出口、２２…
…混相液滞溜部、２３……陰極液排出ヘツダー。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 実質的に水平に張設された陽イオン交換膜に
   より上部の陽極室と下部の陰極室とに区画さ
   れ、前記陰極室内で発生する陰極ガスと陰極液
   とからなる気液混相液を陰極室内及び／又は陰
   極液排出ヘツダー内で気液分離する構造である
   ことを特徴とする水平型電解槽。 ２ 陰極室内の陰極液排出口近傍の陽極室側壁下
   部に混相液滞溜部を設けた実用新案登録請求の
   範囲第１項記載の電解槽。 ３ ヘツダー内に混相液滞溜部を設けた実用新案
   登録請求の範囲第１項記載の電解槽。 ４ 電解槽が水銀法電解槽より改造されたもので
   ある実用新案登録請求の範囲第１項記載の電解
   槽。