JP2000192276A

JP2000192276A - 複極型イオン交換膜電解槽

Info

Publication number: JP2000192276A
Application number: JP10376482A
Authority: JP
Inventors: Tatsuto Kimura; 達人木村; Hajime Ishizaka; 肇石坂; Kiyoyuki Hachitani; 潔之蜂谷
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2000-07-11
Also published as: CN1292043A; DE69916595D1; ATE264929T1; CN1166819C; US6495006B1; EP1067216A1; WO2000039365A1; EP1067216A4; DE69916595T2; EP1067216B1; ID25785A

Abstract

(57)【要約】【課題】イオン交換膜を損傷させることなく電
極板と膜との間隔を小さくし、低電解電圧かつ高電解電
流密度で運転可能な複極型イオン交換膜電解槽を提供す
る。【解決手段】陰極支持部材を、給電リブ基体部と、
これに支持されている可撓体から構成し、可撓体は突出
部を接合部として陰極板に電気的・機械的に接続され、
陰極板を変位可能に支持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水酸化アルカリ水
溶液等の製造に好適に使用できる複極型イオン交換膜電
解槽に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水酸化アルカリ水溶液の製造用等
に用いられるイオン交換膜電解槽には、フィルタープレ
ス型の電解槽が多く用いられている。これは、陽極室枠
と陰極室枠からなる室枠体とイオン交換膜とを交互に多
数配置して、両側から油圧プレス等で締め付けてなるも
のである。電解槽の形式は、電気的な接続方法の相違に
より、並列接続形式の単極型電解槽( モノポーラーセル
)と直列接続形式の複極型電解槽( バイポーラーセル )
とに大別される。

【０００３】複極型電解槽用の室枠体( 陽極室枠と陰極
室枠との総称 )は、図１および図２に示したように、陽
極室１５と陰極室２５とを背中あわせに配置してなり、
陽極室１５を構成する陽極室枠１０は、陽極板３０と、
これと間隔をおいてほぼ平行に配置された陽極背板４０
とからなる。通常、陽極板としては、メッシュ状または
多孔性のものが用いられる。例えば、チタン、ジルコニ
ウム、タンタル等の導電性メツシュ状板を基板とし、こ
れに酸化チタンや酸化ルテニウムもしくは酸化イリジウ
ム等の貴金属の酸化物をコーティングするものである。

【０００４】陽極板３０と陽極背板４０の間には、両者
を電気的に接続し、かつ、その間隔を保持するために、
チタンもしくはチタン合金などの耐蝕性のある導電性の
陽極支持部材( リブとも呼ばれる )５０a が所定の間隔
で配置されている。陽極支持部材５０a は、例えば板状
の部材からなり、図１および図２の左右方向に電解液が
流通できるように複数の孔( 図示せず )が設けられてい
る。

【０００５】陰極室２５を形成する陰極室枠２０の構造
も陽極室枠１０と同じで、通常メッシュ状または多孔性
の陰極板６０、陰極背板７０および陰極支持部材８０a
からなっている。

【０００６】同様にして、陰極板６０と陰極背板７０の
間には、例えば図１に示すように、両者を電気的に接続
し、かつ、その間隔を保持するために、鉄、ニッケル、
ニッケル合金、ステンレスなどの耐蝕性のある導電性の
陰極支持部材８０a が所定の間隔で配置されている。

【０００７】なお、陽極背板４０と陰極背板７０は一体
に結合されて隔壁９を構成している。隔壁９を構成する
陽極背板４０と陰極背板７０との間には導電性を高める
ためにクラッド材等の導電性の中間部材( 図示せず )を
挟んでもよい。隔壁を構成する陽極背板４０と陰極背板
７０の周辺部は折り曲げられて、筒状体７に溶接等によ
り固定されている。なお、１１はイオン交換膜、１２は
ガスケットである。陰極板は耐アルカリ性の材質、例え
ば、ニッケル、ステンレス等の導電性のメッシュ状板等
を基板とし、これにラネーニッケルや白金族系などの陰
極活物質をコーティングしたものが好ましい。

【０００８】このような複極型電解槽をハロゲン化アル
カリ、例えば食塩の電気分解に用いて水酸化アルカリを
製造する場合には、陽極液としてほとんど飽和した食塩
水溶液を、通常陽極室の下部近くに設けられた陽極電解
液供給口３から陽極室に供給する。陽極室内部では、電
気分解により、陽極板上で塩素ガスが発生し、電解液た
る食塩水溶液とともに、通常陽極室の上部近くに設けら
れた陽極電解液排出口４から陽極室枠の外へ排出され
る。

【０００９】一方、陰極室には、一般に陰極室の下辺部
に設置された陰極電解液供給口５から、陰極液として、
水または希釈苛性ソーダ水溶液を陰極室に供給する。陰
極室内では、水素ガスおよび苛性ソーダが生成し、陰極
室の上部近くに設けられた陰極電解液排出口６から陰極
室の外へ排出される。

【００１０】この食塩電気分解に用いられるイオン交換
膜の役目は、陽極室側からナトリウムイオンを陰極室側
へ通過せしめ、かつ、陰極側で発生した水酸イオンの陽
極室側への移動を遮断することである。

【００１１】通常陽極板３０は、陽極室内の陽極支持部
材５０ａ等に溶接等により固定されている。同様に陰極
板６０も、陰極室内の陰極支持部材８０ａ等に溶接等に
より固定され、イオン交換膜を介して陽極板３０と陰極
板６０が所定の距離になるようにガスケット１２を介し
て締め付けられている。一般的に、陽極板と陰極板との
間の距離（極間距離）は電解槽の電解電圧に大きく影響
を及ぼす因子である。当然のことながら、極間距離を短
くするほど電解電圧は低下し、電力を節約できるが、一
方、陽極と陰極を、あまり接近させすぎると、膜自体が
柔軟なものであり、液中でその位置が完全に固定されて
いるものではないから、極板と膜とが時として接触する
に到る。この場合、極板の表面には多数の微少な凹凸や
突起が存在しているので、これら凹凸や突起が膜に強く
押しつけられた状態で膜が極板表面を擦るように動く
と、膜が押し切られる可能性がある。

【００１２】このようにして、膜のかなりの部分が破損
され損傷を受けると、ついには電解槽の正常な運転がで
きなくなる事態に陥ってしまう。従って、従来は、多少
電解電圧を犠牲にしても、膜に損傷を与える恐れがない
程度まで極間距離を広げて安全サイドで運転せざるを得
なかったのである。

【００１３】このような微小な凹凸や突起を持っている
陽極板や陰極板を、イオン交換膜に出来るだけ接近させ
ても膜に損傷を与えないようにする試みは過去にいくつ
か提案されている。例えば、特開昭５７−１０８２７８
号では、陽極側および／または陰極側の隔壁板と極板の
間に、導電性のバネ材を多数取り付けて、極板を可動な
らしめる技術が開示されている。また、特開昭６４−５
５３９２号では、隔壁板と極板とをクランプバネの機構
により電気的接合をはかるとともに、該クランプバネ機
構の弾性により極板を可動に構成する技術が開示されて
いる。

【００１４】これらは、極板と膜が接触しても、その押
し圧を低減できる技術であるが、いずれもバネによる可
動機構を採用しているため、バネ材部分の電気抵抗が
増加したり、あるいはそのバネ機構の構造の複雑さ故
に製作費用の増加を招くという問題があった。そして
更に大きな問題は、電極と隔壁との間隙を、弾性を有す
るバネ材のみで保持する可動機構を採用しているため、
極板を可動とすることは可能であっても、その機構上必
然的に、電解面全体にわたり均一に保持しなければなら
ない極間距離を、維持できないことである。このために
可動機構により一見極間距離を小さくすることが可能で
あっても、実際には、定常運転時における極間距離の均
一性を保持できないため、総合的にみれば、効果的に電
解電圧を低減できるものではなかった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
を解決し、電気抵抗が低く簡単でかつ安価な可動機構に
より極間距離をできるだけ小さくして電解電圧を大幅に
低減できる複極型イオン交換電解槽を提供することを目
的としている。

【００１６】また、本発明は極板とイオン交換膜との間
隔が０．１〜１．０ｍｍとしても膜の損傷の危険性のな
い複極型イオン交換電解槽を提供することを目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に従えば、以下の
発明が提供される。

【００１８】(１) 陽極板と陽極背板とを間隔をおいて
ほぼ平行に配置し、該陽極板と該陽極背板との間に、導
電性の陽極支持部材を所定の間隔で配置してなる陽極室
枠と、陰極板と陰極背板とを間隔をおいてほぼ平行に配
置し、該陰極板と該陰極背板との間に、導電性の陰極支
持部材を所定の間隔で配置してなる陰極室枠とを、その
背板どうしを背中合わせに結合して室枠体とし、これを
陽イオン交換膜を挟んで複数個配置してなる複極型イオ
ン交換膜電解槽において、（ａ）少なくとも前記陰極支
持部材は、前記陰極背板に固定され前記陰極板に向かっ
て立ち上がる給電リブ基体部と、それに隣り合う給電リ
ブ基体部とにより支持され、前記陰極板に達するまで延
伸する可撓体からなり、（ｂ) 前記可撓体と前記陰極板
とは可撓体の接合部を介して電気的に接続されており、
（ｃ) 前記接合部を通じて前記陰極板から給電リブ基体
部への給電が行われるとともに、前記可撓体の作用によ
り前記陰極板を変位可能に支持するようにしたことを特
徴とする複極型イオン交換膜電解槽。

【００１９】(２) 陽極板と陽極背板とを間隔をおいて
ほぼ平行に配置し、該陽極板と該陽極背板との間に、導
電性の陽極支持部材を所定の間隔で配置してなる陽極室
枠と、陰極板と陰極背板とを間隔をおいてほぼ平行に配
置し、該陰極板と該陰極背板との間に、導電性の陰極支
持部材を所定の間隔で配置してなる陰極室枠とを、その
背板どうしを背中合わせに結合して室枠体とし、これを
陽イオン交換膜を挟んで複数個配置してなる複極型イオ
ン交換膜電解槽において、（ａ）少なくとも前記陽極支
持部材は、前記陽極背板に固定され前記陽極板に向かっ
て立ち上がる給電リブ基体部と、それに隣り合う給電リ
ブ基体部とにより支持され、前記陽極板に達するまで延
伸する可撓体からなり、（ｂ) 前記可撓体と前記陽極板
とは可撓体の接合部を介して電気的に接続されており、
（ｃ) 前記接合部を通じて前記給電リブ基体部から陽極
板への給電が行われるとともに、前記可撓体の作用によ
り前記陽極板を変位可能に支持するようにしたことを特
徴とする複極型イオン交換膜電解槽。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
について詳細に説明する。

【００２１】本発明が適用できる電解槽は単極型でも複
極型でもよいが、好ましくは複極型イオン交換膜電解槽
であって、基本的には図２に示したのと同様に、陽極板
と陽極背板とを間隔をおいてほぼ平行に配置し、該陽極
板と該陽極背板との間に、導電性の陽極支持部材を所定
の間隔で配置してなる陽極室枠と、陰極板と陰極背板と
を間隔をおいてほぼ平行に配置し、該陰極板と該陰極背
板との間に、導電性の陰極支持部材を所定の間隔で配置
してなる陰極室枠とを、その背板どうしを背中合わせに
結合して室枠体とし、これを陽イオン交換膜を挟んで複
数個配置してなる複極型イオン交換膜電解槽である。そ
して、基本的な実施の形態は、図３に示したように、
（ａ）少なくとも上記陰極支持部材が、陰極背板９０に
固定され前記陰極板９５に向かって立ち上がる給電リブ
基体部１０１と、それに隣り合う給電リブ基体部１０１
とにより支持され、前記陰極板に達するまで延伸する可
撓体１０３からなるものである。また、１０２は、給電
リブ基体部と可撓体の溶接等による接合部であって、こ
れは、可撓体の給電リブ基体部による支持が行われる支
持部でもある。

【００２２】そして、（ｂ) 陰極板まで延伸した前記可
撓体と陰極板とは、可撓体の接合部１０５を介して電気
的に接続されている。（ｃ) この接合部１０５を通して
前記陰極板９５から前記給電リブ基体部１０１へ電流が
流れ、また、上記接合部は力が伝えられる機械的な接続
点でもあるため、陰極室内のガスの発生などにより、前
記陰極板に外力が印加された場合、接合部１０５を起点
として、前記可撓体１０３が、例えば陰極板に対して垂
直方向に動いて前記陰極板を変位させ、陽イオン交換膜
を損傷から保護するものである。なお、可撓体１０３が
動く場合、支持部１０２、１０２が変位の支点となる。

【００２３】本発明においてはこのように、陰極支持部
材を、陰極背板に固定され陰極板に向かって立ち上がる
給電リブ基体部と、それに隣り合う基体部とにより支持
され、陰極板に達するまで延伸する可撓体とから構成し
たことを特徴とする。

【００２４】すなわちこの構成によれば、固定された給
電リブ基体部の基体部高さ（Ａ３）は一定であるため、
これにより極間距離を基本的に一定値に保持しつつ、こ
の基体部に支持された可撓体( 陰極板９５と固定された
給電リブ基体部１０１との間隔Ａ５ )のみを、外力の変
動に応じて僅かに変位させることにより、極間距離を膜
を損傷させない必要最小限の範囲で変化させ、陽イオン
交換膜を損傷から保護しうる。

【００２５】可撓体はその上下方向とも電解面の上下端
近くまで伸びているが、その上下端においては開口や切
り欠き等の適当な隙間が設けられていることが好まし
い。

【００２６】本発明のより具体的な可撓体の実施の形態
としては、図３に示したように、可撓体１０３が、その
ほぼ中央に少なくとも一つの突出部１０９を形成した、
可撓性板状金属１０３からなり、この突出部の頂点ｐを
前記接合部１０５とするものである。

【００２７】可撓性板状金属１０３は、好ましくは０．
１〜１．０ｍｍの板厚を有し、その幅Ａ１が４〜２５ｃ
ｍのものであり、板状金属の突出部１０９以外の部分と
陰極板との間隔( 言い換えれば突出部の高さ )Ａ２が３
〜３０ｍｍのものである。可撓性板状金属としては、例
えば板状の軟鋼、ステンレス鋼、ニッケルおよびニッケ
ル合金、銅および銅合金等から選択され、これを上記形
状になるように加工して使用する。

【００２８】このような可撓体としての可撓性板状金属
が、複極型イオン交換膜電解槽の室枠を陰極室枠からみ
た正面図を示す図１の陰極室内に装着されている状況を
みるに、本発明においては、図の陰極支持部材８０ａ
が、給電リブ基体部１０１に相当し、可撓性板状金属
が、隣り合う給電リブ基体部にそれぞれ支持されてなる
ものであるから、８０ａ１と８０ａ２、８０ａ２と８０
ａ３、８０ａ３と８０ａ４、・・・・・の間のそれぞれ
に装着されている。すなわち実質的に陰極室内全体のほ
ぼ全体にわたり、可撓性板状金属が装着されていること
になる。図の陰極板６０は、この可撓性板状金属と電気
的・機械的に接続されており、陰極板は、図の電解面全
体にわたり、ほぼ均一に陽極板の方向( 紙面の裏側 )に
可動できるようになっている。すなわち、紙面手前に存
在する陽イオン交換膜に陰極板が接触した場合は、その
押圧により、可撓性板状金属が( 紙面の裏側の )陽極板
の方向に動いて陰極板を変位させて該押圧を緩和させ、
膜は損傷を受けることがない。また、可撓性金属に、充
分弾力性を持たせることにより、陰極板と、陽イオン交
換膜を介して対向している従来の固定化されている陽極
板との間で膜を強く挟み付けて、膜を損傷させることも
なくなる。

【００２９】このようにして、本発明の電解槽において
は、陰極板全面を、陽イオン交換膜に均一に接近させる
ことが可能となるので、極間距離を短縮でき、電解電圧
を大幅に低減することができる。

【００３０】本発明の好ましい実施の態様においては、
以上のごとくして、陰極板と陽イオン交換膜との間隔を
０．１〜２．０ｍｍ、好ましくは０．１〜１．０ｍｍと
いう極めて小さな範囲においてさえも設定することが可
能となる。

【００３１】本発明において陰極板と陽イオン交換膜と
の間隔は、室枠周縁郡に装着されているガスケット１２
の厚みを変更することにより調節することも可能である
し、また、板状金属の突出部１０９の高さＡ２を変更す
ることによっても調節可能である。

【００３２】本発明において使用する可撓性板状金属の
材質は、式 (１) により選択することが可能である。

【００３３】 δ( ｍｍ )＝Ｋ×Ｐ( Ｋｇ／ｃｍ²） (１) 〔式中δ：可撓性板状金属の変位量( ｍｍ ) Ｋ：金属材質および形状によって定まる定数Ｐ：可撓性板状金属の突出部にかかる圧力( Ｋｇ／ｃｍ
²）〕ここでδは、突出部が押圧等の圧力Ｐを受けたときの変
位量、より正確には弾性限界内での変形量であって、所
定の金属材料および一定の形状の可撓性金属であれば、
想定圧力を規定して、それに対する変位量が算出できる
ことになる。当然のことながら定数Ｋの値が大きいもの
ほど、例えばより柔軟で可撓性の高いものほど、僅かの
圧力Ｐを受けただけで容易に変位する。

【００３４】本発明においては、陰極板の変位量は１０
ｍｍ以下であることが好ましいので、可撓性板状金属の
変位量が０〜１０ｍｍになるように、金属材料の種類
の選択、板厚、幅Ａ１および突出部の高さＡ２等の形
状の選択、突出部へ印加される圧力の想定値( すなわ
ち許容圧力 )等の因子をいろいろ変えて式 (１) によっ
てシュミレーションし、最適な値を決定することができ
る。

【００３５】本発明において、Ｋの値は０．２〜２００
の範囲にあることが好ましく、４〜４０の範囲にあるこ
とがさらに好ましい。

【００３６】本発明においては、陰極板と陽イオン交換
膜との間に非導電性のスペーサを配置し、陰極板と膜と
の間隔が非常に小さい場合であっても、両者が直接接触
しないようにすることができる。図４は、この状態を示
したものであって、２０１は非導電性の材料で形成され
たスペーサを示す。

【００３７】スペーサとしては、非導電性のものであれ
ば基本的に使用することができるが、好ましくは非導電
性の樹脂やゴム( すなわち弾性体またはエラストマー )
である。このような樹脂としては特に限定するものでは
ないが、例えばポリプロピレン、ポリテトラフルオロエ
チレン( ＰＴＦＥ )等が挙げられ、また、ゴムとして
は、ブチルゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(
ＥＰＤＭ )等が挙げられる。樹脂やゴムは多孔体や発泡
体であってもよい。これらは板状、シート状、フィルム
状、繊維状、球形等の適当な形態で用いられる。これら
の形態のスペーサ２０１は、基本的には陰極板と陽イオ
ン交換膜との間に配置するものであり、より詳細には、
可撓性板状金属の突出部頂点( 先端 )ｐの上方にそれぞ
れ配置するのが最も好ましいが、突出部と突出部の間に
それぞれ配置してもよい。いずれの場合も、このように
して配置されたスペーサは図１においては、給電リブ基
体部に相当する陰極支持板８０ａ１、８０ａ２、８０ａ
３、・・・のそれぞれの上方か、またはその間に設けら
れることになる。なお、スペーサは、室枠の上下方向に
適当な間隔をもって配置し、線状に設けるのが望まし
い。

【００３８】スペーサは、その硬度が、硬度Ｄ４０〜Ｄ
８０( ＡＳＴＭＤ２２４０のＤスケール試験方法 )を
有する樹脂等で形成されたものであってもよいし、ある
いは膜の硬度よりも柔らかいゴム等で形成されていても
よい。

【００３９】ここで特にゴム等のスペーサを用いるのは
膜のクリープによる変形の防止のためである。すなわ
ち、たとえば非導電性のスペーサを介して陰極板を陽イ
オン交換膜に押しつける場合、両者はスペーサの存在に
より直接接触しないものの、その押しつけ圧があまり強
い状態で長期間運転が行われると、膜そのものが該押し
つけ圧のためにクリープ変形を起こし、該変形部分で膜
内部のポリマーが化学的な劣化を生じ、ついには膜にピ
ンホールが形成されてしまうことがありうる。

【００４０】この場合、膜の硬度より柔らかい非導電性
のゴムやエラストマーのスペーサを用いると、たとえ上
記のごとき押しつけ圧が生じても、スペーサ自身がクッ
ション材として作用し、適宜変形するために、押しつけ
圧が容易に緩和され、膜のクリープ変形が効果的に防止
できるのである。

【００４１】スペーサの厚みは０．１〜１．０ｍｍであ
ることが望ましい。なお、硬度Ｄ４０〜Ｄ８０のスペー
サを装着した場合、その厚み分だけ運転中もイオン交換
膜と陰極板の間隔が維持されるのに対して、膜の硬度よ
り柔らかい弾性体からなるスペーサであれば運転中は、
スペーサの厚みよりも若干薄い間隔で膜と陰極板との距
離が維持されることになる。

【００４２】また、本発明においては、好ましくは、突
出部頂点ｐの接合部１０５と陰極板９５との接続が、両
者間に挿入・固着すなわち挿着された板状金属チップ２
０５を介して行われるものである。

【００４３】この板状金属チップ２０５は、軟質ステン
レス鋼、ニッケル、銅等からなり突出部頂点の接合部お
よび陰極板に溶接等の手段で固着され、その接合部を保
護しているのである。

【００４４】すなわち、電解槽を長期間運転すると陰極
性能が低下するので、数年毎に、陰極板を電解槽から取
り外し、新しい陰極板を取り付ける必要性が生じる。も
し、陰極板と可撓性板状金属の突出部頂点が直接溶接等
により接合されていると、陰極板を可撓性板状金属から
切り離す作業の際、板状金属の頂点( 先端部 )は、形状
的にも特に機械的な強度が弱い部分であるから、少しの
力であっても容易にこの部分から折れたり割れたりする
等の機械的な損傷を受けやすい。その場合は、可撓性板
状金属そのものを取り替えなければならない事態が生じ
る。板状金属チップを突出部頂点の接合部と陰極板との
間に挿着することにより、陰極板を可撓性板状金属から
切り離す際に加える力は、直接板状金属チップに集中
し、板状金属の頂点には加わらないことになるので、可
撓性板状金属の突出部頂点が損傷を受けることは殆ど無
くなるのである。

【００４５】板状金属チップの厚みは０．５〜３．０ｍ
ｍが好ましい。また、幅については、３〜１５ｍｍのも
のを室枠上下方向に配置し、かつ、陰極板上の電流分布
を考慮すると、室枠上下方向の高さの１／２以上の長さ
であることが好ましい。

【００４６】図５は本発明の別の実施の形態を示してい
る。すなわち、給電リブ基体部１０１’と可撓体１０
３’が、成形加工等で一体に形成されている場合であ
る。

【００４７】より具体的には、給電リブ基体部１０１’
と可撓性板状金属１０３’が断面凸字状に成形加工等で
一体に形成されており、かつ、この可撓性板状金属１０
３’は陰極背板( 隔壁板 )９０との問で閉空間を形成す
るように、これに溶接等で電気的に接合されている。

【００４８】この可撓性板状金属１０３’は、ほぼ中央
の突出部１０９’の頂点ｐ’を接合部１０５’として陰
極板９５に電気的・機械的に接続されており、図３に示
した板状金属１０３と同様の可動性を有し、突出部１０
９’において陰極板９５を、陽イオン交換膜を損傷させ
ることなく、これに充分近接させることができる。

【００４９】このように一体に形成する場合は、好まし
くは、給電リブ基体部に相当する部分は、より剛性を高
くするため、より厚い断面積を有するように形成して固
定機能を確保し、可撓性板状金属に相当する部分はその
板厚みを薄くし、可撓性を保持しうるようにすることが
好ましい。

【００５０】この可撓性板状金属の厚み、幅Ａ１’、陰
極板と板状金属との間隔( 突出部の高さ )Ａ２’は、図
３の可撓性板状金属１０３の厚み、幅Ａ１、陰極板と板
状金属との間隔Ａ２の数値と同様にして扱うことが可能
である。

【００５１】この実施の形態においては、板状金属１０
３’は室枠内の電解液の循環を促進させるためのダウン
カマーの機能を同時に持たせることができる。すなわち
板状金属１０３’の室枠上部と下部にそれぞれ電解液の
流通用の開口部や切り欠きを設けて、板状金属１０３’
と隔壁板９０との間に形成される閉空間Ｖｄは液の下降
流が生じる下降流路とし、一方、板状金属１０３’と陰
極板９５との間の空間Ｖｕは液とガスの上昇流路となっ
ており、両者は上記開口や切り欠き部を通って連通し、
連続的な循環流路を形成するのである。

【００５２】一方、ここで対応する陽極側の陽極支持部
材（給電リブ）１１０’は、断面Ｍ型の形状であって、
該Ｍ型給電リブ１１０’は、陽極背板( 隔壁板 )９９と
の間で閉空間を形成するように、これに溶接等で電気的
に固着されている。なお、Ｍ型給電リブ１１０’は、そ
の両側の肩部１１３’において陽極９７に溶接等で固定
され、陽極室を構成している。

【００５３】図６は本発明のさらに別の実施の形態を示
している。陰極側の給電リブ１２０は断面Ｍ型の形状の
ものを用い、このＭ型給電リブは隔壁板９０との間で閉
空間を形成するように、これに溶接等で電気的に固着さ
れている。

【００５４】可撓性板状金属１０３は、隣り合う給電リ
ブに支持されるのであるが、この場合は、隣り合うＭ型
給電リブの対向する肩部１２３において溶接等で固定さ
れている。なお可撓性板状金属１０３が、そのほぼ中央
部の突出部１０９の頂点ｐを接合部１０５とし、これを
介して陰極板９５に電気的・機械的に接続されている態
様は、図３〜４について述べたところと同様である。

【００５５】さらに、この板状金属の厚み、幅Ａ１、陰
極板と板状金属との間隔( 突出部の高さ )Ａ２は、図３
の可撓性板状金属１０３の厚み、幅Ａ１、陰極板と板状
金属との間隔Ａ２の数値と同様に扱うことが可能であ
る。なお、Ｍ型給電リブの幅Ａ４は、５０〜７０ｍｍ程
度であることが好ましい。

【００５６】一方、陽極側は、同じくＭ型の給電リブ１
３０が、陽イオン交換膜１００を介して、陰極側の給電
リブ１２０と対向するように配設されており、すでに図
５について述べたと同様に、該Ｍ型給電リブ１３０は、
陽極背板( 隔壁板 )９９との間で閉空間を形成するよう
に、これに溶接等で電気的に固着されており、また、Ｍ
型給電リブ１３０は、その両側の肩部１３３において、
陽極９７に溶接等で固定され、陽極室を構成している。

【００５７】以上の説明は、すべて、陰極支持部材が、
陰極背板に固定され陰極板に向かって立ち上がる給電リ
ブ基体部と、それに隣り合う給電リブ基体部とにより支
持され、陰極板に達するまで延伸する可撓体からなる場
合について述べたが、容易に理解されるように、陽極支
持部材が、陽極背板に固定され陽極板に向かって立ち上
がる給電リブ基体部と、それに隣り合う給電リブ基体部
とにより支持され、陽極板に達するまで延伸する可撓体
からなるようにしてもよいことは勿論である。その場合
は、以上の説明において、可撓体を形成すべき陰極支持
部材を陽極支持部材と、可撓体が接合すべき陰極板を陽
極板と読替えて理解すればよいので、詳しい説明は省略
する。

【００５８】

【発明の効果】本発明は、陰極室内の陰極支持部材を、
給電リブ基体部と、これに支持された可撓性板状金属等
により構成することにより、安全で簡便な方法により、
陽極と陰極との極間距離の短縮を実現したものであり、
膜の損傷の危険性を回避しつつ、電解電圧の大幅な低減
を可能としたものである。

【００５９】本発明によれば、４ＫＡ／ｍ²以上という
高い電解電流密度でも安定した運転ができ、水酸化アル
カリ水溶液の製造等に効果的に適用できる、高い電流効
率と低い電解電圧を達成した複極型イオン交換膜電解槽
を提供される。

【００６０】

【実施例】以下、実施例をあげて本発明を具体的に説明
するが、本発明の技術的範囲がこれに限定されるもので
はない。〔実施例１〕陽極および陰極は、それぞれの高さが１２
００ｍｍ、横幅が２４００ｍｍ、有効電解面積が２．８
８ｍ²の大きさを持っており、陽極にはペルメレック電
極（株）製のＤＳＥ（板厚み１．５ｍｍのエキスパンド
メッシュ）を用い、陰極には板厚み１．２ｍｍのニッケ
ル製エキスパンドメッシュを基板とし、これに活性化さ
れたラネーニッケル合金をコーティングしたものを用い
た。陽極背板にはチタン製のプレートを使用して、陰極
背板にはニッケル製のプレートを使用した。これらの背
板どうしを溶接で取り付け隔壁板を構成した。

【００６１】陽極側の給電リブには、厚み２．０ｍｍ、
幅３５ｍｍのチタン板を用い、給電リブは室枠の高さ方
向に、等間隔で１８本を、背板および陽極に溶接で固定
し、陽極室を構成した。また陰極例の給電リブには、厚
み１．０ｍｍ、幅３０ｍｍのニッケル板を用い、給電リ
ブは室枠の高さ方向に等間隔で１８本を背板に溶接で固
定した。

【００６２】そして図３に示したように、中央部に突出
部を持つ可撓性板状金属１０３として板厚み０．５ｍｍ
で幅Ａ１が１４０ｍｍ、突出部１０９の高さＡ２が１０
ｍｍ、陰極板９５と固定された給電リブ基体部１０１と
の間隔Ａ５が４ｍｍになるように加工したニッケル板を
用いた。この板状金属の両端を、陰極給電リブに溶接で
取り付け、また突出部の頂点ｐを接合部１０５として陰
極板に同じく溶接で取り付けて陰極室枠を構成した。

【００６３】このような陽極室および陰極室からなる室
枠体と陽イオン交換膜を図２に示すようにガスケット１
２を挟んで交互に並べ、両側から鉄製の縮め具で、膜と
陰極板との距離が１ｍｍ、可撓性板状金属の変位量が最
大２ｍｍになるように締め付けて複極型イオン交換膜電
解槽を組み立てた。なお、イオン交換膜には、フレミオ
ン膜Ｆ８９３（旭硝子株式会社登録商標）を使用した。

【００６４】陽極室には出口の食塩濃度が２１０ｇ／ｌ
になるように３００ｇ／ｌの食塩水が室枠下部から供給
され、陰極室には出口の苛性ソーダ水溶液濃度が３２重
量％になるように希釈苛性ソーダ水溶液を室枠下部から
供給した。

【００６５】電解温度９０℃、電流密度６ＫＡ／ｍ²で
電解試験を実施した。その結果電解電圧は３．２５Ｖを
示した。

【００６６】〔実施例２〕陽極および陰極は、それぞれ
の高さが１２００ｍｍ、横幅が２４００ｍｍ、有効電解
面積が２．８８ｍ²の大きさを持っており、陽極にはぺ
ルメレック電極（株）製のＤＳＥ（板厚み１．５ｍｍの
エキスパンドメッシュ）を用い、陰極には板厚み１．２
ｍｍのニッケル製エキスパンドメッシュに、活性化され
たラネーニッケル合金をコーティングしたものを用い
た。陽極背板にはチタン製のプレートを使用し、陰極背
板にはニッケル製のプレートを使用した。これらの背板
どうしを溶接で取り付け隔壁板を構成した。

【００６７】図５に示されるように、陰極室側には、中
央部に突出部をもつニッケル製の可撓性板状金属１０
３’を室枠高さ方向に陰極背板９０に溶接で取り付け
た。板状金属１０３’の板厚みは０．５ｍｍ、幅Ａ１’
は１６０ｍｍ、陰極板９５と板状金属１０３’との間隔
Ａ２’が１０ｍｍ、背板９０から突出部の頂点ｐ’まで
の高さが４０ｍｍのものを等間隔で電解面に１２本配置
した。陰極板は、板状金属１０３’の突出部１０９’の
頂点を接合部１０５’としてこれに溶接で取り付けて固
定した。

【００６８】陽イオン交換膜１００と陰極板９５との間
で、この突出部の頂点ｐ’( すなわち接合部１０５’ )
に相当する位置に、ＰＴＦＥ樹脂で成形された厚み０．
５ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ１１５０ｍｍのスペーサ２０
１’を配置した。

【００６９】一方、陽極室側には図５に示されるよう
に、Ｍ型状に成形加工されたチタン製の給電リブ１１
０’を陽極背板９９に溶接で取り付けた。このＭ型給電
リブ１１０’は板厚み２．０ｍｍ、幅１６０ｍｍ、陽極
背板９９からＭ型給電リブの肩部１１３’の先端までの
高さが３５ｍｍのものを用い、この肩部の先端で陽極板
９７を溶接・固定した。

【００７０】このような陽極室および陰極室からなる室
枠体と陽イオン交換膜をガスケット１２を挟んで交互に
並べ、両側から鉄製の締め具で、可撓性板状金属の変位
量が最大２ｍｍになるように締め付けて複極型イオン交
換膜電解槽を組み立てた。なお、膜と陰極板の間隔はＰ
ＴＦＥ製スペーサにより０．５ｍｍに維持されるように
した。陽イオン交換膜にはフレミオン膜Ｆ８９３（旭硝
子株式会社登録商標）を使用した。

【００７１】陽極室には出口の食塩濃度が２１０ｇ／ｌ
になるように３００ｇ／ｌの食塩水が室枠下部から供給
され、陰極室には出口の苛性ソーダ水溶液濃度が３２重
量％になるように希薄苛性ソーダ水溶液を室枠下部から
供給した。

【００７２】電解温度９０℃、電流密度６ＫＡ／ｍ²で
電解試験を実施した。その結果、電解電圧は３．１６
Ｖ、電流効率９６．３％を示した。１５０日間運転を行
い、電解槽を解体したところ、異常は認められなかっ
た。

【００７３】〔実施例３〕陽極板、陰極板および隔壁構
造は実施例１と同様のものを用いた。陰極室内には図６
に示されるように、成形加工されたニッケル製のＭ型給
電リブ１２０を室枠高さ方向に溶接で背板に取り付け
た。Ｍ型給電リブ１２０は板厚み１．０ｍｍ、幅Ａ４が
６０ｍｍ、背板から肩部１２３の先端までの距離Ａ３が
３０ｍｍのものを使用し、電解面に等間隔で１２本配置
した。一方可撓性板状金属１０３の両端を、隣り合うＭ
型給電リブの、対向する肩部１２３の先端とそれぞれ溶
接で固定した。可撓性板状金属１０３としては実施例１
で使用したものと同様のものを使用し、突出部１０９の
頂点ｐを接合部１０５として、陰極板に溶接により固定
・接続した。また実施例２と同様にして、膜と陰極板の
間に、スペーサ２０１を配置した。用いたスペーサは実
施例２で使用したものと同様のものである。

【００７４】また陽極室内には、成形加工されたチタン
製のＭ型給電リブ１３０を陰極の給電リブ１２０と対向
するように室枠高さ方向に溶接で背板９９に固定した。
Ｍ型給電リブ１３０は板厚み２．０ｍｍ、幅が６０ｍ
ｍ、背板から肩部１３３の先端までの距離が３５ｍｍの
ものを使用し、この肩部１３３の先端で陽極板９７を溶
接・固定した。

【００７５】このような陽極室および陰極室からなる室
枠体と陽イオン交換膜をガスケット１２を挟んで交互に
並べ、両側から鉄製の締め具で、可撓性板状金属の変位
量が最大３ｍｍになるように締め付けて複極型イオン交
換膜電解槽を組み立てた。なお、膜と陰極板の間隔は、
実施例２と同様に、ＰＴＦＥ製スペーサにより０．５ｍ
ｍに維持されるようにした。

【００７６】陽極室には出口の食塩濃度が２１０ｇ／ｌ
になるように、３００ｇ／ｌの食塩水が室枠下部から供
給され、陰極室には出口の苛性ソーダ水溶液濃度が３２
重量％になるように希薄苛性ソーダ水溶液を室枠下部か
ら供給した。

【００７７】電解温度９０℃、電流密度６ＫＡ／ｍ² で
電解試験を実施した。その結果電解電圧は３．１６Ｖ、
電流効率は９６．３％を示した。１５０日間運転を行
い、電解槽を解体したところ、異常は認められなかっ
た。

【００７８】〔比較例１〕可撓性板状金属を使用せず、
陰極リブに直接陰極板を溶接で取り付け、膜と陰極板の
間隔を２．５ｍｍにした以外は実施例１と同様にして電
解槽を構成した。この電解槽を使用して実施例１と同様
の条件で食塩電解を実施した結果、電解電圧は３．３９
Ｖ、電流効率は９６．２％であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための複極型イオン交換膜電
解槽の室枠を陰極室枠から見た正面図

【図２】図１のＡ−Ａ腺による室枠体の横断面をイオン
交換膜およびガスケットと共に示す図で、陰極室内に可
動機構を有さない従来の例である。

【図３】本発明の代表的な実施の形態を示す室枠体の部
分横断面の模式図

【図４】導電性の板状金属チップと非導電性のスペーサ
を取り付けた場合を示す室枠体の部分横断面の模式図

【図５】本発明の他の実施の形態を示す室枠体の部分横
断面の模式図

【図６】本発明の他の実施の形態を示す室枠体の部分横
断面の模式図

【符号の説明】

１室枠下部２室枠上部３陽極電解液供給口４陽極電解液排出口５陰極電解液供給口６陰極電解液排出口７筒状体９複極電解槽用隔壁１０陽極室枠１１イオン交換膜１２ガスケット１５陽極室２０陰極室枠２５陰極室３０陽極板４０陽極背板５０a 陽極支持部材( リブ ) ６０陰極板７０陰極背板８０a 陰極支持部材( リブ ) ９０陰極背板または隔壁板９５陰極板９７陽極９９陽極背板または隔壁板１００陽イオン交換膜１０１、１０１’給電リブ基体部１０２給電リブ基体部と可撓体の接合部( 支持部 ) １０３、１０３’可撓体または可撓性板状金属１０５、１０５’可撓体上の接合部１０９、１０９’可撓性板状金属の突出部１１０’陽極側の陽極支持部材（Ｍ型給電リブ）１１３’Ｍ型給電リブの肩部１２０陰極側のＭ型給電リブ１２３陰極側のＭ型給電リブの肩部１３０陽極側のＭ型給電リブ１３３陽極側のＭ型リブの肩部２０１非導電性の材料で形成されたスペーサ２０５板状金属チップｐ、ｐ’突出部の頂点Ａ１、Ａ１’可撓性板状金属の幅Ａ２、Ａ２’板状金属の突出部以外の部分と陰極板の間
隔( 突出部の高さ ) Ａ３、Ａ３’給電リブ基体部の高さＡ４Ｍ型リブの幅Ａ５陰極板と固定された給電リブ基体部との間隔Ｖｄ板状金属と隔壁板との間に形成される閉空間Ｖｕ板状金属と陰極板との間の空間

フロントページの続き (72)発明者蜂谷潔之千葉県市原市五井海岸10番地旭硝子株式会社内Ｆターム(参考） 4K011 CA04 CA06 DA02 DA03 4K021 AA03 AB01 BA03 BB03 CA01 DB31 DB38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極板と陽極背板とを間隔をおいてほぼ
平行に配置し、該陽極板と該陽極背板との間に、導電性
の陽極支持部材を所定の間隔で配置してなる陽極室枠
と、陰極板と陰極背板とを間隔をおいてほぼ平行に配置
し、該陰極板と該陰極背板との間に、導電性の陰極支持
部材を所定の間隔で配置してなる陰極室枠とを、その背
板どうしを背中合わせに結合して室枠体とし、これを陽
イオン交換膜を挟んで複数個配置してなる複極型イオン
交換膜電解槽において、（ａ）少なくとも前記陰極支持
部材は、前記陰極背板に固定され前記陰極板に向かって
立ち上がる給電リブ基体部と、それに隣り合う給電リブ
基体部とにより支持され、前記陰極板に達するまで延伸
する可撓体からなり、（ｂ) 前記可撓体と前記陰極板と
は可撓体の接合部を介して電気的に接続されており、
（ｃ) 前記接合部を通じて前記陰極板から給電リブ基体
部への給電が行われるとともに、前記可撓体の作用によ
り前記陰極板を変位可能に支持するようにしたことを特
徴とする複極型イオン交換膜電解槽。
【請求項２】可撓体が可撓性板状金属からなり、その
ほぼ中央に少なくとも一つの突出部を形成し、この突出
部の頂点を前記接合部とする請求項１記載の複極型イオ
ン交換膜電解槽。
【請求項３】可撓性板状金属が厚み０．１〜１．０ｍ
ｍ、幅が４〜２５ｃｍのものであり、板状金属の突出部
以外の部分と陰極板との間隔が３〜３０ｍｍである請求
項２記載の複極型イオン交換膜電解槽。
【請求項４】突出部頂点の接合部と陰極板との接続
が、両者間に挿着された板状金属チップを介して行われ
る請求項２または３記載の複極型イオン交換膜電解槽。
【請求項５】陰極板の変位量が１０ｍｍ以下である請
求項２〜４の何れかに記載の複極型イオン交換膜電解
槽。
【請求項６】可撓性板状金属の弾性力が式 (１) δ( ｍｍ )＝Ｋ×Ｐ( Ｋｇ／ｃｍ²） (１) 〔式中δ：可撓性板状金属の変位量( ｍｍ ) Ｋ：金属材質および形状によって定まる定数Ｐ：可撓性板状金属の突出部にかかる圧力( Ｋｇ／ｃｍ
²）〕で表され、Ｋが０．２〜２００の範囲にある請求項２〜
５の何れかに記載の複極型イオン交換膜電解槽。
【請求項７】陰極板と陽イオン交換膜との間に非導電
性のスペーサを配置し、前記陰極板と陽イオン交換膜が
直接接触しないようにした請求項２〜６のいずれかに記
載の複極型イオン交換膜電解槽。
【請求項８】スペーサが硬度Ｄ４０〜Ｄ８０( ＡＳＴ
ＭＤ２２４０のＤスケール試験方法 )を有する請求項
７記載の複極型イオン交換膜電解槽。
【請求項９】給電リブ基体部と可撓体が一体である請
求項１〜８の何れかに記載の複極型イオン交換膜電解
槽。
【請求項１０】陰極板と陽イオン交換膜との間隔が
０．１〜１．０ｍｍである請求項１〜９の何れかに記載
の複極型イオン交換膜電解槽。
【請求項１１】陽極板と陽極背板とを間隔をおいてほ
ぼ平行に配置し、該陽極板と該陽極背板との間に、導電
性の陽極支持部材を所定の間隔で配置してなる陽極室枠
と、陰極板と陰極背板とを間隔をおいてほぼ平行に配置
し、該陰極板と該陰極背板との間に、導電性の陰極支持
部材を所定の間隔で配置してなる陰極室枠とを、その背
板どうしを背中合わせに結合して室枠体とし、これを陽
イオン交換膜を挟んで複数個配置してなる複極型イオン
交換膜電解槽において、（ａ）少なくとも前記陽極支持
部材は、前記陽極背板に固定され前記陽極板に向かって
立ち上がる給電リブ基体部と、それに隣り合う給電リブ
基体部とにより支持され、前記陽極板に達するまで延伸
する可撓体からなり、（ｂ) 前記可撓体と前記陽極板と
は可撓体の接合部を介して電気的に接続されており、
（ｃ) 前記接合部を通じて前記給電リブ基体部から陽極
板への給電が行われるとともに、前記可撓体の作用によ
り前記陽極板を変位可能に支持するようにしたことを特
徴とする複極型イオン交換膜電解槽。