JP5854788B2 - ゼロギャップ電解槽及びその製造方法 - Google Patents
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Description
より詳細には、陽極とイオン交換膜と可撓性陰極とが密接して配置され、可撓性陰極の背面側に外方に向かってクッションマットおよび多孔性集電体が順次設けられた構成を有するゼロギャップ電解槽であって、陰極とイオン交換膜との界面への電解液供給性に優れた新規な構造のゼロギャップ電解槽に関する。
イオン交換膜法電解工業の代表例であるイオン交換膜法食塩電解は、当初、電極とイオン交換膜との間に一定の間隔、通常、1〜3mmの間隔を有するナローギャップ電解槽によるものが主流であった。一般に、イオン交換膜法食塩電解では、陰極室の圧力を陽極室より高く制御し、イオン交換膜を陽極に押付けた状態で操業されるため、ナローギャップ電解槽ではイオン交換膜と陰極との間に一定の間隔が設けられている。
一つの改良として、可撓性陰極(5)が「0.3mm以下の厚みであり、1ヶの孔の面積が0.05〜1.0mm2である多数の孔を有し、開口率が20%以上」であって、好ましくは、クッションマット(6)が「直径0.1〜1mmのワイヤーの集合体」よりなり、多孔性集電体(7)が剛体電極(陽極)とほぼ同程度の剛性を有する多孔板よりなるゼロギャップ電解槽が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
以上述べてきた通り、従来のゼロギャップ電解槽では、依然、可撓性陰極(5)とイオン交換膜(3)との界面濃度を均一かつ適正に保つことは困難で、イオン交換膜を長期間安定に使用できないという欠点が残されていた。
クッションマット(7)は、好ましくは、複数の金属製コイル体で構成され、これら複数の金属製コイル体は互いに平行に配置される。
また、本発明が提供するゼロギャップ電解槽の製造方法によれば、既存のナローギャップ電解槽から簡便で安価に上記特長を有するゼロギャップ電解槽を製造することができる。
本発明のゼロギャップ電解槽の一例を図4に示す。
また、陰極室(2)の基本構造には何ら制限はなく、公知の構造が適用可能である。例えば、陰極室内に内部循環ダクトが存在してもよいし、存在していなくてもよい。
また、上部に気液分離室を設ける必要はないが、気液分離室を設置すると高電流密度でより安定に電解可能となるため好ましい。気液分離室は、従来提案されているものから適宜選定すればよい。
無孔板(10)の厚みに特に限定はないが、通常0.1〜2mm、好ましくは、0.5〜1mmである。薄すぎるとハンドリングが困難となり、厚すぎるとコストが増大する。
同じ理由で、金属製コイル体(8)が互いに直交していたり、コイルの伸縮方向が電解槽の水平方向に向けられた場合は、本発明の効果が十分に得られない。
金属製コイル体(8)のリング径(コイルの見掛け上の直径)は特に限定はないが、通常、3乃至10mmとすればよい。リング径が小さすぎると弾性マットの圧縮可能厚みが不足し、本発明の効果が発揮されない場合がある。逆に、リング径が大きすぎるとハンドリング性が悪化する場合があり、また、圧縮時に塑性変形を受け弾性反発力が不十分となる場合がある。
無孔板(10)と電解槽の上部フランジとの間隙(12)の大きさは、水素ガスと電解液がスムーズに流通する限り制限はない。通常、間隙(12)の大きさは5〜150mm、好ましくは30〜100mmである。この間隙(12)が狭すぎると水素ガスと電解液の流通が阻害され、広すぎると隔壁側に過剰の水素ガスが混入し、内部循環が不十分となる。
また、クッションマット(6)と多孔性集電体(7)は、無孔板(10)と同等サイズか同等以上であることが好ましい。クッションマット(6)及び/又は多孔性集電体(7)が、無孔板(10)より小さい場合、可撓性陰極(5)とイオン交換膜(3)との接触が不均一となり、本発明の効果が得られない場合がある。
上記のような本発明のゼロギャップ電解槽が奏する作用・効果は、可撓性陰極(5)で発生した水素ガスを多孔性集電体(7)を通過させ隔壁(11)側に抜き出す、従来の技術常識からは予見不可能である。
以下に説明する本発明のゼロギャップ電解槽の製造方法、すなわち、ナローギャップ電解槽を改造して、本発明のゼロギャップ電解槽へ転換する方法を採用すれば、固定費増大が最小限に抑制され、より一層の効果が得られる。
ナローギャップ電解槽の陽極室(1)は改造する必要はない。しかし、改造前に陽極性能が劣化している場合や、フランジ面等が腐食を受けている場合は、陽極更新や腐食部を修繕する等の必要な整備を行うことは言うまでもない。
その場合も陰極の水素発生触媒を完全に除去する必要はなく、密着性が不足している部位のみが除去されればよい。例えば、10%塩酸水溶液で陰極と陰極室(2)内部を洗浄し、陰極室内部(2)を清浄化すると同時に、陰極表面の触媒を溶解除去すればよい。
クッションマット(6)の取り付け方法は、クッションマット(6)が無孔板(10)に固定できればよく、特に限定されない。例えば、図6に例示した金属製コイル体(8)を枠(9)に巻き付けたクッションマット(6)の枠(9)と無孔板(10)とをスポット溶接して取り付ければよい。
多孔性集電体(7)に無孔板(10)を重ね、さらにクッションマット(6)を重ねた状態で、これらを一括してスポット溶接してもよい。
なお、固定用ピンで可撓性陰極(5)を固定するために無孔板(10)に開けた孔には、固定用ピンが貫通しており、該孔から隔壁(11)側に漏れ込む水素ガスは極微量であり、内部循環を阻害することはない。
クッションマット(6)の弾性反発力は、クッションマット(6)の厚みと弾性反発力との関係を予め測定しておき、所望の弾性反発力が得られるように、クッションマット(6)の厚みを調整すればよい。クッションマット(6)の厚みは、例えば、ガスケットの厚みを調整することで容易に調整可能である。
2:陰極室
3:イオン交換膜
4:陽極
5:可撓性陰極
6:クッションマット
7:多孔性集電体
8:金属製コイル体
9:枠
10:無孔板
11:隔壁
12:無孔板と電解槽の上部フランジとの間隙
13:無孔板と電解槽の下部フランジとの間隙
14:コイルマット
15:固定用ピン
Claims (4)
- イオン交換膜法電解槽であって、陽極とイオン交換膜と可撓性陰極とが密接して配置され、可撓性陰極の背面側に外方に向かってクッションマットおよび多孔性集電体が順次設けられた構成を有するゼロギャップ電解槽において、多孔性集電体とクッションマットとの間に無孔板を有し、クッションマットは金属製コイル体で構成され、該コイル体の伸縮方向が電解槽の上下方向と一致するように配設され、かつ、無孔板と電解槽の上部フランジとの間、及び無孔板と電解槽の下部フランジとの間に、それぞれ、間隙を有することを特徴とするゼロギャップ電解槽。
- クッションマットが複数の金属製コイル体からなり、複数の金属製コイル体が互いに平行に配設されている請求項1に記載のゼロギャップ電解槽。
- 陰極とイオン交換膜との間に一定の間隔を有するイオン交換膜法電解槽であるナローギャップ電解槽からゼロギャップ電解槽を製造する方法において、
ナローギャップ電解槽の陰極を多孔性集電体として使用し、該多孔性集電体上に無孔板を設置し、
該無孔板と電解槽の上部フランジとの間、及び無孔板と電解槽の下部フランジとの間に、それぞれ、間隙を形成し、
該無孔板上に、金属製コイル体からなるクッションマットを、コイルの伸縮方向が電解槽の上下方向と一致するように設置し、
クッションマット上に可撓性陰極を設置し、次いで
可撓性陰極とイオン交換膜と陽極とを密接させることを特徴とするゼロギャップ電解槽の製造方法。 - 該無孔板上に、複数の金属製コイル体からなるクッションマットを、複数の金属製コイル体が互いに平行になるように設置する請求項3に記載のゼロギャップ電解槽の製造方法。
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