JPS63100190A - ガス発生用電解装置 - Google Patents

ガス発生用電解装置

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JPS63100190A
JPS63100190A JP61246578A JP24657886A JPS63100190A JP S63100190 A JPS63100190 A JP S63100190A JP 61246578 A JP61246578 A JP 61246578A JP 24657886 A JP24657886 A JP 24657886A JP S63100190 A JPS63100190 A JP S63100190A
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JP
Japan
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anode
anolyte
gas
electrolytic device
collector electrode
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JP61246578A
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English (en)
Inventor
Junji Mizutani
淳二 水谷
Kuniaki Tanaka
田中 国昭
Eiichi Torikai
鳥養 榮一
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Sasakura Engineering Co Ltd
Original Assignee
Sasakura Engineering Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は酸素、オゾン、塩素等のガスを陽極で発生さ
せるためのオンサイト型のガス発生用電解装置に関する
ものである。
(従来の技術) 水電解法で酸素またはオゾン含有酸素を、また塩酸電解
法で塩素を発生させる方法は公知技術に属する。従来技
術におけるガス発生用電解装置は一般に行なわれるシス
テムを踏襲しているものが多く、例えば、水電解による
オゾン含有酸素発生の場合には第4図のようにヨーロッ
パ公開特許第82200493号明細書に開示されてい
るが、電解液を溜め、別個に設けられた電解槽にポンプ
で強制的に電解液を送給するなど、複雑な構成となって
おり、コンパクト、省人力、高安全性で、かつ安価な装
置が望まれている。このような要求に合致したガス発生
用電解装置は従来の電解槽構造では達成困難であり、こ
れまでに知られていない。
(発明が解決しようとする問題点) オンサイト型のガス発生装置が、従来からのガスボンベ
による酸素・塩素等の輸送、保管上の問題点(遠隔地ま
での輸送上の、また高圧ガス取締法、劇毒物取締法によ
る保管上の問題点)に代えて有効な手段となるためには
、コンパクトであること、運転・保守が容易で人力を必
要とせず、安全でかつ経済的なものとしなければならな
い。このためには前記した従来技術のごときポンプを利
用した強制循環機構を有するものでは、構成が複雑とな
るため必ずしも好適ではなく、一方自然循環型のもので
は、作動中に部分的に液切れを起す危険性があるため電
流密度を高くすることができず、どうしても大型の装置
となり、かつ安全上の問題がある。発明者らはこれらの
問題点を解決すべく、従来の工業電解システムとは全く
異なる電解槽構造を考案した。
(問題点を解決するための手段) コンパクトな即ち高電流密度電解槽を作製するためには
、電極面における電流密度分布が均一であることが好ま
しい。また、電極反応面に陽極液の供給が常に一定に保
たれ、枯渇する部分を作らないようにすることが必要で
ある。もし、枯渇する部分が発生すると、電気抵抗が上
昇し、発熱によって電極を破損し、事故の原因となる。
高電流密度電解槽で好ましい槽の構成は、固体高分子電
解質膜とこれに給電するための接触点を多くもつ多孔質
集電極を一組として、両側より1陽・陰極で締付けて組
立てる。
本発明は発生ガスの円滑な取り出しと、電極反応面への
陽極液の供給が中断することなく、常に陽極液に接触で
きるように配慮したものであり、上部主陽極とこれに接
する上部多孔質集電極、固体高分子電解質膜、下部多孔
質集電極と、下部主陰極とが積層して形成されたガス発
生用電解装置において、該上部電極側に陽極液溜容器を
直結して陽極を陽極液面下に保つガス発生用電解装置、
上部主陽極にガスリフト管を備え、離れた位置に複数個
の給液用孔を設けた陽極液循環機構を有するガス発生用
電解装置、及び電解室側に溝を加工し、溝深さを中心部
に向けて円錐状の傾斜をもたせた主陽極による発生ガス
集合手段とを備えたガス発生用電解装置を要旨とするも
のである。
(作用効果) このように本発明におけるガス発生用電解装置は、上部
主陽極と、これに接する上部多孔質集電極、固体高分子
電解質膜、下部多孔質集電極と、下部主陰極とが積層し
て形成され、しかも該上部電極側に電解液溜容器を直結
して陽極を電解液面下に位置させたから、該電極の陽極
側には陽極液が常に存在して電解は中断することなく続
行でき、しかも陽極液中に設けたガスリフト管等による
陽極液循環機構は、陽極液枯渇による電極の損傷を防止
できるとともに、発生ガスの上昇が駆動源となって、陽
極液循環がよく行われ、電極への陽極液の供給は確実と
なり、従来のように陽極液を強制的に送るポンプは不要
で、故障がなく装置はコンパクトにまとまり、高電流密
度、たとえば60A/drn”  〜150A/di 
 の運転が可能となる。因みに従来の自然循環タイプの
ものでは30〜60A/drrl’が限度であった。
更に主陽極には電解室側に傾斜溝による発生ガス集合手
段を設けたから、ガスは傾斜に沿って上昇集合し、電極
面に滞留することがなくなり電解効率の向上に役立つ。
上記のような構造は、従来の電解方式に見られる電解液
貯槽、送液機、大型の電解槽、気液分離器といったシス
テムを無くし、極めて簡略化した装置を実用化でき、こ
の結果、コンパクトになり、かつ運転・保守装置が簡略
化される効果がある。
(実用例) 以下本発明の一実施例として、水の電解によるオゾン含
有酸素発生用電解装置を説明する。第1図、第2図にお
いて、ガス発生用電解装置1は、上部主陽極2とこれに
接する上部多孔質集電極3、固体高分子電解質膜4、下
部多孔質集電極5と下部主陰極6とが積層し、Oリング
22を介し絶縁スリーブで被覆したボルト7で緊締され
ている。
上部主陽極2は、通常陽極側の酸化性ガスに耐える金属
としてチタン、タンタル、ニオブ等が使用される。上部
多孔質集電極3の材料には、上記金属の多孔体を機械加
工、電解加工、溶出法あるいは焼結法によって作製した
ものをそのまま、もしくはさらにその表面に白金族金属
または酸化物、二酸化鉛等の触媒金属もしくは酸化物を
被覆したものが使用される。
下部主陰極6はチタン、ステンレス鋼(陽極液が塩酸以
外の場合)または炭素が使用される。下部多孔質集電極
5の材料は、発生水素および同伴水または同伴電解液に
耐蝕性のある多孔性炭素板が多く使用され、この多孔性
炭素板は主に焼結法で作製される。
陰陽極室を分離する隔膜には、固体高分子電解質膜を使
用する。但し実用的には、陽極で発生するオゾン含有酸
素に十分の耐性をもつフッ素系イオン交換膜が使用され
る。この型の膜の代表的な商品にはデュポン社のNAF
ION膜がある。このイオン交換膜は原膜のまま陰陽電
極を押付けて使用するか、またはあらかじめ触媒電極層
を膜面に接合させた膜−電極接合体を作製し、これに両
面から多孔質集電極を押付けて使用する。
上部主陽極2は中心に陽極液出口孔8と、周辺に複数個
の陽極液取入孔9が穿設されており、例えば上部取出口
10と側方に陽極液人口11のある陽極液溜容器、例え
ばガラスペルジャー12で覆われ、植込ボルト13で上
部主陽極2に固着されており、陽極液は水位14を保ち
、これによって上部多孔質集電極3が常に液面下にあっ
て上部多孔質集電極3への陽極液の供給は円滑に行われ
、この多孔質集電極3は電力を供給し、発生オゾン含有
酸素を拡散する。しかも、内部には基部15が前記陽極
液出口孔8に連絡し、上端16がガラスペルジャー12
内に開口するガスリフト管17が設けられており、これ
らの陽極液取入孔9、上部多孔質集電極3、電解液出口
孔8及びガスリフト管17によって陽極液循環機構18
が形成されていて、ガラスペルジャー12内に導入され
た陽極液は、ガスリフト管17を発生オゾン含有酸素の
上昇によって、従来のようにポンプで強制することなく
循環でき、発生オゾン含有酸素の上部多孔質集電極3面
への停滞を防止する。図示の陽極液循環機構18はガラ
スペルジャー12の中心にガスリフト管17を、周辺に
取入口9を設けたが、逆の配置も採用できることは勿論
である。
上部主陽極2下面には中心はど深く刻んだ傾斜溝19を
同心状に設け、かつ各溝19は第3図に示すように中心
方向の連絡溝20で連通した発生オゾン含有酸素集合手
段21が形成されている。従って上部多孔質集電極3で
発生したオゾン含有酸素は傾斜溝19を中心に向って流
れ、陽極液出口孔8に達し、ガスリフト管17を陽極液
とともに上昇し、液は循環し、オゾン含有酸素は取出口
10より外部に取出される。
上記の実施例は水電解によるオゾン含有酸素の発生につ
いて説明したが、塩酸電解によって塩素の発生、その他
臭素などのガス発生用電解にも広く利用できることは勿
論であり、いずれの場合でも発生ガスに十分の耐性をも
つフッ素系イオン交換膜が推奨される。
このように本発明においては陽極液は常時陽極側を浸漬
して水切れによる電極の損傷は防止でき、信頼性に富む
とともに、主陽極下面の傾斜溝が酸素、オゾン、塩素、
臭素等の発生ガスの電極からの離脱及び集合を促進して
電解効率を向上させ、かつ陽極液の循環を、ポンプ使用
等の強制装置に代えて発生ガスの上昇力を利用して陽極
液の循環を行うガスリフト管による陽極液循環機構とし
たから故障はなくなり、省エネルギとなり、かつポンプ
の据付面積も省略できるなどその効果は著しい。
実験例1 本発明による電解装置を用いて水電解による酸素の製造
実験を行った。
膜−電極接合体  白金・イリジウム合金を両面に接合
した ナフィオン117膜 (デュポン社製品) 陽極側集電極   白金メツキチタン材陰極側集電極 
  多孔質カーボン材 電極有効面積   50cシ 温       度     50〜60℃陽   極
   液     水 電      流     50A 電流密度  10QA/d+′ 電      圧      1.8  Volt酸素
発生W    9.9Q/hr 電流効率  99% 実験例2 本発明による電解装置を用いて水電解によるオゾンの製
造実験を行った。
膜−電極接合体  陰極側にのみ白金 メツキしたナフィオン 117膜 陽極側集電極   二酸化鉛メツキしたチタン材 陰極側集電極   多孔質カーボン材 電極有効面積   50cIf 温       度     30〜40℃陽   極
   液     水 電      流     50A 電流密度  100A/da’ 電       圧      3.2  Voltオ
ゾン発生量   1.7g/hr 電流効率  11.4% 実験例3 本発明による電解装置を用いて塩素電解による塩素の製
造実験を行った。
膜−電極接合体  白金・イリジウム合金を両面に接合
した ナフィオン117膜 陽極側集電極   イリジウム酸化物を被膜したチタン
材 陰極側集電極   多孔質カーボン材 温      度     30℃ 陽  極   液     7n−HCffi電   
   流     30A 電流密度  80A/da’ 電      圧      1.8  Volt塩素
発生m   37.6g/hr 電流効率  95%
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における断面図、第2図は要
部の拡大断面図、第3図は第1図の■、■線断面図であ
り、第4図は従来例のフローシートである。 l・・・発生用電解装置  2・・・上部主陽極3・・
・上部多孔質集電極 4・・・固体高分子電解質膜 5・・・下部多孔質集電極 6・・・下部主陰極7・・
・ボルト       訃・・陽極液出口孔9・・・陽
極液取入孔   lO・・・取出口11・・・電解液人
口    12・・・ガラスペルジャー13・・・植込
ボルト    14・・・水 位15・・・基 部  
    16・・・上 端17・・・ガスリフト管  
 18・・・電解液循環機構19・・・傾斜溝   2
0・・・連絡溝21・・・発生オゾン含有  22・・
・Oリング酸素集合手段

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)上部主陽極と、これに接する上部多孔質集電極、
    固体高分子電解質膜、下部多孔質集 電極、下部主陰極とが積層して形成された ガス発生用電解装置において、上部電極側 に陽極液溜容器を直結して、この陽極を陽 極液中に浸漬させることを特徴とするガス 発生用電解装置。
  2. (2)上部主陽極と、これに接する上部多孔質集電極、
    固体高分子電解質膜、下部多孔質集 電極、下部主陰極とが積層して形成された ガス発生用電解装置において、上部電極側 に陽極液溜容器を直結して、上部主陽極に ガスリフト管を備え、離れた位置に複数個 の給液用孔を備えた陽極液循環機構を有す るガス発生用電解装置。
  3. (3)上部主陽極と、これに接する上部多孔質集電極、
    固体高分子電解質膜、下部多孔質集 電極、下部主陰極とが積層して形成された ガス発生用電解装置において、上部主陽極 の電解室側に溝を加工し、溝の深さを中心 部に向って円錐状の傾斜をもたせた発生ガ ス集合手段を備えたガス発生用電解装置。
JP61246578A 1986-10-16 1986-10-16 ガス発生用電解装置 Pending JPS63100190A (ja)

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