JP5653209B2 - イオン交換膜法電解槽 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載のゼロギャップ電解槽においては、陽極(4)及び/又は陰極(5)を適度な圧力で均一にイオン交換膜(3)に押し当てることが可能となり、数平方メートルの電解面積を有する工業サイズのゼロギャップ電解槽であっても製作可能となった。
その結果、運転中にピン(8)近傍の陰極変形部(11)がイオン交換膜(3)と擦れて、イオン交換膜が破損し易くなるなど、電解槽組立て時や運転中にイオン交換膜が破損し易いという課題を有している。
本発明の目的は、製作が簡便で、かつ、イオン交換膜の破損原因となる陰極変形部分が生じないゼロギャップ電解槽を提供することにある。
以下の記載においては、剛性陽極(4)及び可撓性陰極(5)について説明するが、電極の極性を逆にして使用する態様、即ち、剛性陰極(4)及び可撓性陽極(5)として使用する態様も本願発明の範囲とし、特許請求の範囲では、両方の態様を含めて可撓性電極として表現する。
また、本発明のイオン交換膜法電解槽の応用例として食塩電解に用いる場合を説明するが、食塩電解以外の、例えば、塩化カリウム水溶液電解やアルカリ水電解などにも好適に利用できる。
イオン交換膜(3)は特に限定はなく、従来知られているものを適時用いればよい。例えば、スルホン酸基やカルボン酸基などの陽イオン交換基を有するフッ素樹脂フィルムからなるイオン交換膜が広く知られている。
水素発生電極は、通常、ニッケル基材に水素発生電極触媒を担持した、所謂、活性陰極が適用される。現在、種々の活性陰極が開発・実用化されており、本発明はこれらの活性陰極の何れもが使用可能である。
集電板(7)の厚みは特に限定はないが、1〜3mmが好ましい。1mm未満であると剛性が不足し、本発明の効果が得られない場合がある。また、厚すぎると材料コストが悪化する。
本発明で用いる電極支持部材(6)の形態は、例えば、図5、並びに、図5のa−a線断面図を示した図6に例示される。耐食性フレーム(A)(9)の一部に金属性コイル体(10)が巻回されて弾性マットが形成されている。電極支持部材(6)の表面の少なくとも一部は弾性マットにより被覆されている。
金属コイル体(10)のコイル厚みは特に限定はないが、通常、0.005〜1mm、好ましくは0.01〜0.1mmとすればよい。コイルが1mmより厚いと圧縮時の弾性反発力が異常に強くなり本発明の効果が得られない場合がある。逆に、0.005mmより薄いとハンドリング時にコイルが破損する場合がある。
耐食性フレーム(A)(9)に巻回する金属コイル体(10)の量は、弾性マットの弾性反発力が所望の値となるように適宜調整する。巻回する量は、コイルの巻き径、厚み並びに材質で異なる。弾性反発力は、通常、非圧縮時の厚みに対し60〜80%まで弾性マットを圧縮した時の弾性反発力が平方センチメートル当たり10〜150gとすればよい。
フレーム連結材(12)と耐食性フレーム(A)(9)及び/又は耐食性フレーム(B)(13)を連結する方法は特に制限はなく、溶接やネジ留めで連結すればよい。
耐食性フレーム(A)(9)と耐食性フレーム(B)(13)が形成する空間の少なくとも一部には弾性マットが存在せず、弾性マットを有さない空間が形成されている。従って、図5で示される電極支持部材(6)は、弾性マットを有する空間と、弾性マットを有さない空間を併せ持つ、本発明の好ましい実施形態の1つである。
以上の通り、複数の耐食性フレーム(A)(9)を連結部材(12)で連結したり、さらに、その周囲の一部に耐食性フレーム(B)(13)を連結部材(12)で連結したりすることにより、本発明の弾性マットを有する空間と、弾性マットを有さない空間を併せ持つ電極支持部材(6)を構成することが可能である。
本発明のイオン交換膜法電解槽では、集電板(7)は、溶接などにより電解槽に固定されている。可撓性陰極(5)と電極支持部材(6)とを集電板(7)に固定することで、可撓性陰極(5)及び電極支持部材(6)をイオン交換膜法電解槽に固定する。例えば、可撓性陰極(5)と電極支持部材(6)と集電板(7)とを貫通するピン(8)で可撓性陰極(5)と電極支持部材(6)が集電板(7)に固定される。ピン(8)は可撓性陰極(5)は貫通するが、電極支持部材(6)の弾性マットを有する空間は貫通しないように構成される。
例えば、図7に示されている様に、電極支持部材(6)は、耐食性フレーム(B)(13)と連結部材(12)との間の弾性マットを有しない空間部分、及び、耐食性フレーム(B)(13)と耐食性フレーム(A)(9)との間の弾性マットを有しない空間部分に、ピン(8)で貫通させ、可撓性陰極(5)と集電板(7)に固定されている。
なお、水素発生型の陰極に代えて、酸素ガス拡散電極を陰極に用いることも可能であることは無論である。
上記の特長を活かして、本発明のイオン交換膜法電解槽は、食塩電解などクロルアルカリ電解に代表される電解工業で有利に採用される。塩化カリウム水溶液電解やアルカリ水電解などにも適用できる。
2 陰極室
3 イオン交換膜
4 剛性陽極又は陽極
5 可撓性陰極又は陰極
6 電極支持部材
7 集電板
8 ピン
9 耐食性フレーム(A)
10 金属製コイル体
11 陰極変形部
12 フレーム連結材
13 耐食性フレーム(B)
14 頭部
15 先端部
16 棒状部材
17 切れ込み
18 集電板の孔
Claims (5)
- 電極支持部材が可撓性電極と集電板との間に挟持されて収容されている構成を有するイオン交換膜法電解槽であって、該電極支持部材は、少なくとも一部が弾性マットで覆われている耐食性フレーム(A)と、全く弾性マットで覆われていない耐食性フレーム(B)とから構成されることを特徴とするイオン交換膜法電解槽。
- 可撓性電極と電極支持部材とがピンで集電板に固定されており、該ピンは、可撓性陰極は貫通するが、電極支持部材の弾性マットを有する空間部分は貫通しない構造を有することを特徴とする請求項1に記載のイオン交換膜法電解槽。
- 弾性マットが金属製コイル体であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のイオン交換膜法電解槽。
- 可撓性電極及び集電板に孔が設けられ、これらの孔及び電極支持部材の弾性マットを有していない空間を貫通するピンによって、可撓性電極と電極支持部材とが集電板に固定されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のイオン交換膜法電解槽。
- 可撓性電極が水素発生陰極であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のイオン交換膜法電解槽。
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