JPS6239092Y2 - - 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。更に詳しくは水銀電解槽から転換された水平
型陽イオン交換膜電解槽の改良に関する。

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、産業政策的見地から得策とはいえず、一方
当業界側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帯設備
をスクラツプ化することなく、他の安全な電解方
法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、先に特許出願を行つた
（特願昭57−131377号）。

しかし、引き続いて研究する過程で水銀法電解
槽底板を陰極とし、陽イオン交換膜を隔膜として
用い電解するに当り、従来水銀法に用いられてい
る陽極は開口部が大きすぎ、ミクロな電流密度分
布にバラツキがあり、理論的電圧よりも高くなる
事が明らかとなつた。また、陰極室で発生した水
素ガスが陰極板若しくは陽イオン交換膜下面にい
つまでも付着してIRドロツプを大きくするのを
防止する為には陰極室内での陰極液の流速を或る
程度以上好ましくは８cm／sec以上にし、陰極で
発生した水素ガスを陰極液中に巻き込み、混相流
として陰極室中を流し、電解槽外へ排出させるこ
とが有効であるが、この場合には、膜の陰極室側
より圧力がかかり、膜を陽極開口部に食い込ま
せ、該食い込み部にガスが滞溜する等の問題があ
ることが確認された。

本考案はかかる事情に鑑み、これら問題を解決
した電解槽を提供するものである。

すなわち、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、前記陽極室は開口部の最大径が
約５mm以下若しくは最小径が２mm以下のいずれか
である陽極を有してなり、前記陰極室は水銀法電
解槽の底板からなる陰極板を有してなり、且つ該
陰極室に陰極液導入口及び陰極液と陰極ガスとの
混相流の排出口を具備してなる事を特徴とする電
解槽を内容とするものである。

本考案においては陰極は開口部の無い水銀法底
板を用いる為、陽極板自体の開口部を小さくし電
流密度分布のバラツキを小さくする事により一層
効果的に電槽電圧を下げる事が出来る。

したがつて陰極として非多孔性陰極を用いる事
は本考案をより一層効率的に実施しうるものであ
る。

又、陽極の開口部を小さくし陽イオン交換膜の
食い込みを小さくする事によつて膜の破損を防ぐ
事が出来る。したがつて、本考案は長寿命で、高
性能な且つ、経済的に水銀法電解槽より転換出来
る陽イオン交換膜電解槽を提供する所のものであ
る。以後、このように小さな開口部を有する陽極
を小開口陽極板と呼ぶ。

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な
塩化ナトリウムを、またその電解生成物として苛
性ソーダを便宜上用いるが、これらに本考案を限
定する意図ではなく。他の無機塩水溶液や水電解
等にも適用できることは勿論である。

第１図は本考案電解槽正面図、第２〜４図は本
考案に使用出来る陽極形状の具体例である。第５
図は本考案電解槽の他の実施例である。

第１図において、本考案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とその直下に位置する陰極室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
じて若干傾斜させた場合（例えば2/10程度までの
勾配を付与した場合）をも包含する。

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
ホン酸基あるいはカルボン酸基、あるいは両者を
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」として市販されている。

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１２
は蓋体に立設された陽極懸垂装置から懸垂される
場合に限られず。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の適宣
箇所に陽極ガス（塩素ガス）排出口１５を備えて
いる。もつとも陽極ガスと陽極液とを混相液とし
て排出し、外部で気液分離する場合は陽極ガス排
出口は省略して良い。

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、例えば第２〜
４図に示す形状を有するチタン、タンタルあるい
はニオブのような金属に、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。

さらに他の態様として、第５図に示すように水
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し該陽極板１２と陽イオン
交換膜との間に前記小開口陽極板１２′を介在さ
せる事も出来る。

この場合陰極室と陽極室との圧力差により、水銀
法より転換した陽極板１２に前記小開口陽極板１
２′を押しつけ接触させる事が出来るし、スポツ
ト溶接等従来技術を用いて一体化する事も出来
る。

第２図のパンチドメタルは孔径が約５mm以下が
好ましい、又、第３図のエクスパンデツドメタル
は長径が約５mm以下である事が好ましい。さらに
丸棒をスダレ状に並べた陽極の場合は棒間のすき
間が２mm以下である事が好ましい。上記条件を満
せば形状は特に制限はない。さらに上記条件であ
れば開口部に膜が食い込む等の問題もなく、電流
密度分布のバラツキも少なく高性能が得られる。

さらに本考案の電解槽は実質的に水平である
為、陽極板上からの陽極ガスの泡ぬけが従来のフ
イルタープレス型等のタテ型電解槽より良好であ
る。すなわち水平である為、陽極の背後へガス自
身の浮力で脱ける為である。したがつて、従来の
タテ型フイルタープレスより開口部を小さくする
事が出来る。

次いで陰極室２は陽イオン交換膜３の下表面と
水銀法電解槽の底板からなり、該陰極板の縁に沿
つて該極板を囲むように立設された陰極室側壁１
７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。

陰極液導入口１９及び陰極ガスと陰極液との混
相液の排出口２０は陰極室２内に陰極液と陰極ガ
スとの混相液の流れを生じせしめることが出来れ
ば良い。従つて、該混相液の流れを長さ方向、幅
方向のいずれに形成せしめても良いが、後者の方
が陰極液流の導入口・排出口間の圧力損失を減少
させ、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、その結果陰
極板や蓋体の捕強も不要で、陰極液導入口と混相
液排出口の△CV（槽電圧）を小さくすることが
できる点で望ましい。また均一な混相液の流れを
確保することが好ましく、この目的のためにスリ
ツト状の導入口は好ましい一態様である。

叙上の通り、本考案によれば水銀法電解槽を容
易に且つ高性能で膜に破損を起さない陽イオン交
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
ど全ての現存設置をスクラツプ化することなく、
そのまま転用できるので水銀法電解槽の転換を頗
る経済的に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第５図はそれぞれ本考案電解槽の実
施態様を示す正面図、第２〜４図は本考案に用い
る小開口陽極板の実施態様を示す慨要図である。 １……陽極室、２……陰極室、……陽イオン交
換膜、４……蓋体、５……陽極室側壁、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、１
１……シート、１２……陽極板、１２′……小開
口陽極板、１３……陽極液導入口、１４……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……陰極混相液
排出口、２１……分離器、２２……ポンプ、２３
……パツキング。

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、前記陽極室は開口部の最大径が５mm以下若
   しくは最小径が２mm以下のいずれかである陽極
   を有してなり、前記陰極室は水銀法電解槽の底
   板からなる陰極板を有してなり、且つ該陰極室
   に陰極液導入口及び陰極液と陰極ガスとの混相
   流の排出口を具備してなる事を特徴とする電解
   槽。 ２ 開口部の最大径が５mm以下若しくは最小径が
   ２mm以下のいずれかである陽極を、水銀法電解
   槽の陽極と陽イオン交換膜との間に介在させて
   なる実用新案登録請求の範囲第１項記載の電解
   槽。