JPS6112995B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフイルタープレス型電解槽に使用する
ために好適なスペーサ部材に関する。さらに特定
的に述べると、本発明は電解槽中の隣接した電極
フレームの間に所定の隙間を維持するために使用
されるスペーサ部材に関する。

塩素およびアルカリ金属水酸化物を生成するた
めの商業用電解槽は、少くとも1892年にまで遡及
する期間にわたつて、引続いて開発されかつ改良
されてきた。一般的にクロールアルカリセルに
は、沈着アスベストダイヤフラム型式かまたは流
動水銀カソード型式のものがある。過去数年間の
間、ダイヤフラムセルまたは水銀セルの両方にま
さる利点を提供するイオン交換性を有するセパレ
ータを使用したセルの開発がなされてきた。特に
ダイヤフラムセルにおいては、既存の技術を利用
することは望ましいことではあるが、しかしこれ
らのさらに新しいセパレータ材料の要求条件に応
じたセルデザインを提供することもまた必要とさ
れる。デユポン社により「Nafion」という商標
名で市販されかつ旭ガラス株式会社により
「Flemion」という商標名で市販されているよ
うな好適なセパレータ材料は、主としてシートの
形で入手されるので、このようなセパレータを使
用するための最も一般的に用いられるセルは、
「フイルタープレス」型式のものである。フイル
タープレスセルでは、単極式かまたは複極式であ
る電極構造を使用することができる。

フイルタープレスセルにおいては、シート形態
のセパレータがフレーム部材の側部の間に挾握さ
れている。通常、弾性体状ガスケツトである使用
されるシール部材は、フレーム部材とセパレータ
との間でセパレータを損傷させることなく流体密
封シールを効果的に形成しなければならない。流
体密封シールを得る際の困難の一部は、電極フレ
ーム部材を分離するために使用されるガスケツト
が、製造公差が大きいために広範囲に変化する厚
さで入手される、という事実にあることが判明し
た。

フイルタープレス膜電解槽の組立てにおいて、
隣接した電極フレーム上に用いられるガスケツト
の厚さに差異があるために、フレームを流体密封
セルにして締め付けようと試みるときに、問題が
起ることが判明した。電極フレームおよび該フレ
ーム分離用ガスケツトを一緒に締め付けるために
は、屡々液圧ラムまたはその他の型式の加圧装置
が使用される。ガスケツトの厚さに差異がある場
合には、各々のガスケツトが等しいレベルの圧縮
を受けないことが判明している。より厚いガスケ
ツトは当然により薄いガスケツトよりも大きい圧
縮を受ける。厚さの差異が過大である場合には、
セルおよびその構成要素である電極フレームに加
えられる所定の圧縮力では、より薄いガスケツト
とそれに隣接したフレームとの間には空間を生ず
ることがあり、その結果流体の漏洩が起る。これ
を修正するために、電極フレームに付加的な圧力
を加えて、流体密封シールを形成する分離用ガス
ケツトにおける所定のレベルの圧縮を達成するよ
うにしなければならない。屡々、この付加的な圧
縮適用工程中に、フレームを変形または湾曲させ
る過大な力が加えられることがある。それに加え
て、もしも電極フレームの表面が完全に平坦でな
いかまたは丸く形成されていれば、フレームの輪
郭ならびにガスケツトに加えられる圧力のため
に、ガスケツトが電極フレームの間から飛び出す
ことが判明した。この状態のために、フレームを
個別的に組み立てかつ漏洩を阻止するように注意
深く整合させることが必要であつた。

流体の漏洩を起しているガスケツトとそれに隣
接したフレームとの間の例えば0.254mm（0.010イ
ンチ）の隙間を修正するためには、ガスケツトの
すべてを0.254mm（0.010インチ）締めつけて漏洩
を止めることが必要であると判明した。

セパレータとしてイオン交換膜を使用するセル
のためのガスケツトおよびその他の適当な装置を
含むシール装置は、米国特許第4026782号および
同第4207165号各明細書に記載の装置を含んでい
た。米国特許第4026782号明細書は、シール部材
が嵌合する複数の凹部を備えたフレームを有する
複極式セルを教示している。これらの凹部の一つ
には、ダイヤフラムが、パテまたは隙間をかしめ
られたガスケツトにより、フレームにシールされ
ている。このシール構造は電極フレームの一部分
であるスペーサ部材を使用する複雑なフレーム構
造を必要とする。このシール構造には、電極フレ
ームの間で異なる隙間を保つことが必要である場
合に、シール部材を取り替えることにより簡単に
電極フレームの間の隙間を変更することができな
いという不利な点がある。

米国特許第4175025号明細書には、ガスケツト
が嵌合される少くとも一つの凹部を形成せしめた
フイルタープレスフレームが記載さている。セパ
レータすなわち膜は、再生中の膜の収縮のために
その再使用が阻止されることがないように、フレ
ームの端縁を越えて延びるようなサイズに形成さ
れている。隣接したフレームは、互いに対向して
いてしかも異なるサイズをもつ凹部を備えること
ができる。ガスケツトの間に膜をシールするため
に、異なる硬度を有するガスケツトが使用され
る。この型式のシール構造における電極フレーム
の間の隙間は、ガスケツトの高さおよび電極フレ
ームに適用される圧縮量により完全に左右され
る。従つて、使用されるガスケツトの厚さを変え
たりまたは電極フレームに機械加工される凹部を
変えたりすれば、隣接したフレームの各組の間の
隙間を変更することができる。

米国特許第4026782号および同第4175025号明細
書に開示された型式のフレーム部材に凹部を形成
するためには、機械加工のような操作を行なわな
ければならないが、これらの操作はフレームの製
造費用に望ましくない増加を加算する。

米国特許第4207165号明細書に開示された構造
は、所望の隙間を設定するために、隣接した電極
の間に固定されたスペーサ部材を使用している。
しかしながら、セパレータすなわち膜をガスケツ
ト部材の間に固定する方法は、大きくて重く高価
な電極フレームを必要とし、かつ膜すなわちセパ
レータの引裂きを促進することになろう。それに
加えて、この技術では膜を保持電極の間から完全
に滑らせてしまうことになろう。

前述した問題は、本発明を包含した装置の設計
において、フイルタープレス膜電解槽に隣接した
電極フレームの間に配置される所定の厚さの改良
されたスペーサ部材を設けて、電極フレームがク
ランプ部材によつて流体密封状態に共に押圧され
るときに、電極フレームの間の均一な隙間を規定
しかつ維持し、且つ該スペーサ部材を改良された
シール部材と組み合わせて使用して、組立中のセ
パレータ部材の望ましくない滑りを阻止すること
により解決される。

本発明の一つの目的は、簡単な構造のフレーム
を使用し、かつセパレータとフレーム部材との直
接の接触が回避されるシール部材をフイルタープ
レスセルに設けることである。

本発明の別の一つの目的は、シール部材と苛性
アルカリ溶液のような電解液で湿潤しているセパ
レータの滑り易い表面との間の望ましくない滑り
を阻止するシール部材を提供することである。

本発明のさらに一つの目的は、使用される圧縮
圧力の制御に寄与するシール部材を提供すること
である。

本発明のさらに一つの目的は、電極フレームと
各電極フレームの間に配置されるセパレータとを
分離するためのシール部材を有する、隣接した電
極フレームの間に配置しうるスペーサ部材であつ
て、シール部材の圧力やシール部材の圧縮とは関
係なく、またセルの組立中に電極フレームを共に
圧縮するために使用される、何等かのボルトトル
クや動流体圧力やまたはその他の類似の締切り装
置による力とも関係なく確保される、確実に一定
の隙間を形成するスペーサ部材を提供することで
ある。

本発明のさらに別の目的は、電極の間の均一な
隙間を保証し、かつ電解槽の組立ておよび操業中
においてシール部材と電極フレームとの間に流体
密封シールの形成を容易ならしめる、隣接した電
極の間に配置される非圧縮性でかつ絶縁性のスペ
ーサ部材を提供することである。

本発明の一つの特徴は、改良されシール部材を
スペーサ部材と共に取り付けて、電極フレームの
各組の間でセパレータをさらに確実にしかも安全
に把持するとともに、電極フレームの間に一定の
しかも全般的に均一な間隙を維持させることであ
る。

本発明の別の一つの特徴は、スペーサ部材を
各々の電極フレームに固着された張り出し台片の
間に直接取り付けうることである。

本発明のさらに一つの特徴は、スペーサ部材が
実質的に非圧縮性でありかつ絶縁性を有している
ことである。

本発明のさらに別の特徴は、スペーサ部材が組
立て中セルに加えられる全部の締切力を受けるの
ではなく、シール部材の変化する変形およびセル
の寸法の変化の程度によつて生ずる過度の力のみ
を支えることである。

本発明の一つの利点は、本発明の改良されたシ
ール部材およびスペーサ部材が、電解槽を組み立
てるとき、シール部材の中での圧縮の不均等な分
布を回避することである。

本発明のさらに一つの利点は、改良されたシー
ル部材およびスペーサ部材が、操業中の電極フレ
ームの間からのいかなる流体の漏洩をも補整する
ための容易な方法を提供することである。

本発明のさらに別の利点は、改良されたシール
部材およびスペーサ部材が、シール部材の圧力や
シール部材の圧縮またはセルを圧縮するために加
えられる締切り装置の力とは関係なく、すべての
電極フレームの間に均一な隙間を維持させること
である。

これらの目的およびその他の目的、特徴ならび
に利点は、クランプ部材により共に保持される複
数個の隣接して配置される電極を有する電解槽に
おいて、少くとも１つの第１フレームおよび少な
くとも１つの第２フレームであつて、前記フレー
ムの各々には電極面が連結される対向側部を備え
ている第１および第２フレームに、取り外し可能
に連結される所定の厚さのスペーサ部材と、シー
ル部材の間に配置されるセパレータ部材であつ
て、前記第１フレームの対向側部の一方および前
記第２フレームの該側部に隣接した対向側部が、
第１平面および該第１平面に全般的に平行な第２
平面を定めていて、それにより前記電極フレーム
が流体密封状態に共に押圧されたときに、前記ス
ペーサ部材が前記第１平面および第２平面の間に
均一な隙間を規定しかつ維持するように配置され
たセパレータ部材とを備えることにより、達成さ
れかつ得られる。

本発明のこれらの利点は特に添付図面について
記載した以下の本発明の詳細な開示内容を読めば
明らかになろう。

第１図について説明すると、全体を符号１０で
示したフイルタープレス膜電解槽の側面斜視図を
示してある。カソードフレーム１１およびアノー
ドフレーム１２が交互に配置されかつ全般的に垂
直方向に向けられていることが理解されよう。カ
ソードフレーム１１およびアノードフレーム１２
は垂直サイドフレーム部材１４、水平サイドフレ
ーム部材１５および中間垂直サイドフレーム部材
１６（その１個のみを図示した）により支持され
ている。カソードフレーム１１およびアノードフ
レーム１２は、共に押圧されかつ一連の控えボル
ト１８により固定されている。控えボルト１８
は、垂直サイドフレーム部材１４および水平サイ
ドフレーム部材１５に固定された、適当な装着部
材を貫通して挿入される。電解工程中での電極間
の短絡を阻止するために、控えボルト１８はボル
ト絶縁体１７を有している。控えボルト１８はボ
ルト絶縁体１７を貫通して、カソードフレーム１
１およびアノードフレーム１２の領域中を通る。

電流が例えば外部の電源からアノード母線およ
びアノード母線ナツト（両方共図示せず）を通つ
て第３図のアノード導体桿１９の中に流れる。ア
ノード導体桿１９はその点から電流を対向アノー
ド面１３に通す（第４図ないし第７図参照）。電
流はセパレータ部材すなわち膜２０を通りかつ対
向カソード面２１を通り（第４図ないし第７図参
照）かつカソード導体桿２２およびカソード母線
ナツト２４を通つてカソード母線２５に流れ続け
る。電流はカソード母線２５において電解槽の外
部に流れ続ける。カソード母線ナツト２４は各々
のカソードフレーム１１およびカソード導体桿２
２毎に１個の対応するカソード母線ナツトを設け
てあるので、第１図には単にその一部分のみを示
してある。各々のアノードフレーム１２およびカ
ソードフレーム１１が、セパレータすなわち膜に
よりどのように分離されているかを例示するため
に、第１図にイオンの選択的透過性膜すなわちセ
パレータ２０を図解的に示してある。

アノードフレーム１２およびカソードフレーム
１１の頂部から一連の流体流れ導管が突出してい
る。第１図および第３図は各々のアノードフレー
ム１２の頂部から突出したアノード上昇管２６お
よびアノード下降管、すなわち陽極液戻り管２８
を示している。同様に、各々のカソードフレーム
１１の頂部から突出したカソード上昇管２９およ
びカソード下降管、すなわち陰極液戻り管３０を
示してある。これらのアノード上昇管２６および
カソード上昇管２９は、一般に適当な電解液をそ
れに随伴するガスとともに、すなわち陽極液を塩
素ガスとともに、または陰極液を水素ガスととも
に、フイルタープレス膜電解槽１０の頂部に装着
された適当な気−液分離装置に送るために使用さ
れる。陽極液気−液分離装置は全体を符号３１で
示してあり、一方陰極液気−液分離装置は全体を
符号３２で示してある。各々の分離装置は第１図
に示したように気−液分離装置サポート３３によ
り電解槽１０の頂部に支持されている。これらの
気−液分離装置の各々の中では、随伴したガスを
使用に応じて陽極液体または陰極液体の液体から
分離させることができ、かつそのガスは適当な陰
極液気−液分離装置カバー３６または陽極液気−
液分離装置カバー３７に固定されたカソードガス
放出管３４またはアノードガス放出管３５のいず
れかを経て、適当な気−液分離装置から放出せし
められる。

また、第１図には、脱イオン水を陰極液気−液
分離装置３２の中に送入する陰極液補給導管３８
が部分的に示されている。脱イオン水は、陰極液
気−液分離装置３２を通して、電解槽１０の中の
各々のカソードフレーム１１に適切に供給され
る。陰極液導出管３９もまた部分的に図示してあ
り、かつ該導出管は苛性アルカリをそれの適当な
処理装置に取り出すことにより、陰極液気−液分
離装置３２の中の液体のレベルを制御する役目を
する。

陽極液補給導管４０は、新鮮なブラインを陽極
液気−液分離装置３１の中に送入するものであ
り、かつ第１図に最も良く示されている。次にこ
の新鮮なブラインは、陽極液気−液分離装置３１
からアノード下降管２８を経て各々のアノードフ
レーム１２の中へと再循環せしめられる既存の陽
極液流体とともに、各々のアノードフレーム１２
の中に適切に供給される。陽極液導出管４１もま
た図示してあり、かつ該導出管は陽極液気−液分
離装置３１から消耗ブラインを再生のために取り
出すことにより、陽極液気−液分離装置３１の内
部の陽極液流体の液体のレベルを制御する役目を
する。

また、第１図には、適当な電極から電解液を排
出するために使用されるカソード底部マニホルド
４２およびアノード底部マニホルド４４を示して
ある。

フイルタープレス膜電解槽１０は、その主要な
構成部分の構造および機能が当業者によく知られ
ているので、全般的にのみ記載してある。フイル
タープレス膜電解槽１０のさらに詳細な完全な説
明は1980年３月10日付け米国特許出願第128684号
明細書に記載されている。この米国特許出願の内
容は、該内容が本発明と合致しているかぎり、以
下に関連部分を参考のために特に記載してある。

さらに第１図について説明すると、全体を符号
４５で示したスペーサ部材が、カソードフレーム
１１およびアノードフレーム１２の外面側に適当
に固着されて示されている。スペーサ部材４５
は、カソードフレーム１１およびアノードフレー
ム１２の各々の長手方向すなわち底部から頂部に
至る長手方向サイド部材に沿つて一般的に３個が
配置され、一方電極の頂部部材および底部部材に
沿つて一般的に２個が隔置されて、電解槽１０の
まわりに配置される。第２図の拡大図解図は、張
り出し台片４６を備えたスペーサ部材４５を示し
ており、而してその張り出し台片４６は、隣接し
たカソードフレーム１１およびアノードフレーム
１２のサイド部材に適当に固く固着されている。
張り出し台片４６は通常電極フレームに溶接され
ている。スペーサ片４８は、第２図に示されてい
るように、張り出し台片４６の間に部分的に引離
されて配置されている。第２図は図解用例示図で
あるので、膜すなわちセパレータ部材２０もシー
ル部材すなわちガスケツトも示されていない。こ
れらの膜２０およびシール部材は、腕接したカソ
ードフレーム１１とアノードフレーム１２との間
に配置されており、第３図ないし第７図に最も明
瞭に示されている。第４図ないし第７図は、いか
ようにスペーサ片４８が配置され、かつ隣接した
電極フレームの隣接した対向側部を通る平面に沿
つて張り出し台片４６により保持されているかを
示している。

第３図には、カソードフレーム１１およびアノ
ードフレーム１２がそれぞれ１個のみ図示され、
各フレームがアノード垂直フレーム部材４９およ
びカソード垂直フレーム部材５０をそれぞれ備え
ていることが示されている。カソード垂直フレー
ム部材５０を相互に連結する部材は、全般的に水
平方向のカソードフレーム部材５１である。同様
にアノード垂直フレーム部材４９を相互に連結す
る部材は、全般的に水平方向のアノードフレーム
部材５２であり、その１個のみを図示してある。
適当なカソードフレーム部材およびアノードフレ
ーム部材は、全般的に平坦な対向する第１側部お
よび第２側部を有するカソードフレーム１１およ
びアノードフレーム１２をそれぞれ備えている。

第４図はカソードフレーム１１と、アノードフ
レーム１２とスペーサ部材４５と、全体を符号５
４で示したシール部材すなわちガスケツトと、セ
パレータすなわち膜２０の対向する両面との間の
協働状態を示す。第４図から理解されるように、
セパレータすなわち膜２０は、カソード垂直フレ
ーム部材５０およびアノード垂直フレーム部材４
９の隣接した脚部の間に配置された、第１シール
部材すなわちガスケツト５５および第２シール部
材すなわちガスケツト５６の間に配置されてい
る。カソードフレーム１１は、第４図ないし第６
図に垂直フレーム部材５０について図示されてい
るように、第１側部５３および該側部と対向する
第２側部５８に連結されている第１端部分すなわ
ち外周縁部５７をフレーム全体の周辺に備えてい
る。同様に、アノードフレーム１２は該フレーム
の第１側部６０および該側部と対向する第２側部
（図示せず）に連結されている第２端部分すなわ
ち外周縁部６３をフレーム全体の周辺に備えてい
る。第４図には、その全体は図示されていないけ
れども、全般的に平坦な第１および第２カソード
電極面２１が両側の２個のカソード垂直フレーム
部材５０の片側の１個に固定された状態を示して
ある。カソード垂直フレーム部材５０は、水平フ
レーム部材５２と組み合わされて、全般的に平坦
な対向した第１側部および第２側部を形成してい
る。また、アノードフレーム１２には、全般的に
平坦な第３電極面１３が固定されている。第４図
から理解されるように、全般的に平坦な第３電極
面１３は、アノード垂直フレーム部材４９と全般
的に水平なアノードフレーム部材５２とによつて
形成されるアノードフレーム１２の全般的に平坦
な第１側部６０において、アノード垂直フレーム
部材４９に固定されている。ガスケツト５５は、
フレーム部材５０においてカソードフレーム１１
の第２側部５８に当接する基部と、セパレータす
なわち膜２０の第１表面と当接する、扛起部分５
９とからなつている。ガスケツト５６は、アノー
ド垂直フレーム４９において隣接したアノードフ
レーム１２の第１側部６０とセパレータすなわち
膜２０の前記第１表面と反対側の第２表面とに当
接している。ガスケツト５６が膜２０と当接する
面積は、ガスケツト５５の扛起部分５９が膜２０
と当接する面積よりも大きい。

カソード垂直フレーム部材５０および一部分を
例示したアノード垂直フレーム部材４９には、張
り出し台片４６が溶接されている。張り出し台片
４６は、適当な電極フレームと同一の厚さを有す
る全般的に長方形の形状として示されている。張
り出し台片４６の間には、取り外し可能なスペー
サ片４８が配置されている。スペーサ片４８は、
隣接した電極フレームの間に均一な隙間を保証す
るために、所定の厚さを有するように選択されて
いる。スペーサ片４８は良好な絶縁性を有しかつ
本質的に非圧縮性のものでなければならない。ス
ペーサ片４８はこれらの特性を有する任意の物質
で構成することができるが、マイカルタ
（micarta−あるプラスチツク材料の商標名−）が
従来好ましい物質であつた。含浸した木材または
含浸していない好適な堅木も、スペーサ片として
使用することができる。十分な強度を有するプレ
キシガラスすらも、スペーサ片として使用するこ
とができる。

第５図に示した実施態様において、使用されて
いるシール部材５４では、ガスケツト６１および
６２の一方の端部がカソード垂直フレーム部材５
０およびアノード垂直フレーム部材４９のそれぞ
れの端縁６５および６６の肩部６４に支えられて
使用されている。セパレータすなわち膜２０は、
その圧縮中、ガスケツト６１の扛起部分６８とガ
スケツト６２のはめ込み部分６９との間に密封さ
れる。カソード垂直フレーム部材５０およびそれ
に隣接したアノード垂直フレーム部材４９には、
張り出し台片４６が固く固着されている。張り出
し台片４６の間にはスペーサ片４８が配置されて
いる。スペーサ片４８は、前述した実施態様と同
様に、電解槽１０が圧縮された後で隣接した電極
フレームの間に均一な隙間を維持するために、好
適な所定の厚さを有するように選択される。

第６図には、本発明のシール部材５４の付加的
な実施態様を例示している。この実施態様では、
セパレータすなわち膜２０がガスケツト７０とガ
スケツト７１との間にシールされている。ガスケ
ツト７０および７１は、カソード垂直フレーム５
０の端縁７２およびアノード垂直フレーム部材４
９の端縁７４の範囲を越えてそれぞれ延びてい
る。セパレータすなわち膜２０は、圧縮力を受け
ると、ガスケツト７０の扛起部分７５とガスケツ
ト７１との間に効果的に密封される。前述した実
施態様と同様に、張り出し台片４６がカソード垂
直フレーム部材５０およびアノード垂直フレーム
部材４９に固く固着されている。隣接した電極フ
レームの間に所望の間隙を確保するために、好適
な所定の厚さに選択されたスペーサブロツク４８
が、これら張り出し台片の間に配置されている。

第７図には、本発明のスペーサ部材４５と協働
するように組み合わされたシール部材５４のさら
に別の実施態様が例示されている。この実施態様
においては、セパレータすなわち膜２０は挿入部
材７６の間で密封される。挿入部材７６は、膜２
０と幅の挾いガスケツト７９と幅の広いガスケツ
ト７８との間の、望ましくない摩擦の発生を防止
する。ガスケツト７８および７９は、カソードフ
レーム１１およびアノードフレーム１２のそれぞ
れの隣接した側部８０および８１の間に配置され
ている。側部８０および８１には、張り出し台片
４６が固く固着されている。電解槽１０が圧縮さ
れた後に、隣接した電極フレームの隣接した対向
側部を通る前述した平面の間に所望の隙間を確立
するために、スペーサ片４８が張り出し台片４６
の間に配置される。

シール部材５４としては、ネオプレン、ハイパ
ロン、エチレン−プロピレン−ジエン（EPDM）
ゴムまたはガム質ゴムのような弾性体からなるガ
スケツトが好適である。シール部材の硬度は重大
なものではなく、またいずれのガスケツトに対し
ても別個に任意の好適な硬度を選択することがで
きる。これらのガスケツトは、該ガスケツトがフ
レーム部材の凹凸部を充填することができ、それ
により許容寸法公差を格下げすることができて、
例えば金属製フレームの機械加工を最小限にとど
めて生産コストを低減させうるような、低い硬度
を有しているのが好ましい。

組立て中、控えボルト１８は電解槽１０の周辺
を取り巻くようにして個々に締めつけられる。こ
の控えボルト１８の締めつけにより、個々の電極
フレームが共に保持される。どの２個の隣接した
電極の間でも、その間でシール部材５４が圧縮さ
れるように、カソードフレーム１１およびアノー
ドフレーム１２が共に押圧される。カソードフレ
ーム１１およびアノードフレーム１２の各々は、
電極フレームの周辺全体をめぐつて延びる個々の
ガスケツトを有しているので、電極は個々のガス
ケツトおよび該ガスケツトの間に挿入される膜す
なわちセパレータ２０により分離される。電極の
対向面は、スペーサ片４８の厚さにより設定され
る均一な隙間だけ離隔される。電極が好適な締切
力を加えることにより共に圧縮されるので、ガス
ケツトは、隣接した電極フレームの間に流体密シ
ールを形成させるとともに、膜の両表面に沿つて
膜２０を固定していかなる望ましくない膜２０の
滑りをも回避させるように、変型する。隣接した
カソードフレーム１１およびアノードフレーム１
２の間の圧縮量は、各々の電極フレームに固く固
着された隣接した張り出し台片４６の間で押圧さ
れる、スペーサ片４８の厚さにより決定される。
一たん所望の圧縮が達成されてしまうと、控えボ
ルト１８はこの圧縮および改良されたシール部材
５４によつて達成された流体密封状態を保持する
ようにしつかり固定される。スペーサ片４８は電
極フレームの周辺のまわりに配分されているの
で、均一な電極間隙間が得られる。任意の２個の
隣接したカソードフレーム１１およびアノードフ
レーム１２の間に、一たん流体密シールが形成さ
れてしまつてスペーサ片４８が隣接した張り出し
台片４６を通して伝達される圧縮力を受けるよう
になると、それ以上の何等かの付加的な圧縮力
は、隣接したカソードフレーム１１およびアノー
ドフレーム１２の間に配置されたスペーサ片４８
により支えられる。

一方のガスケツトの扛起部分の幅は、それのセ
パレータとの接触面積を他方のガスケツトのセパ
レータとの接触面積よりも小さくなるように選択
されている。さらに、この扛起部分の幅はガスケ
ツト圧縮圧力およびガスケツトフレーム面構成力
を所望通りに制御可能となるように選択される。
これらの圧力を制御することにより、ガスケツト
材料の永久圧縮歪およびフレーム部材の曲げまた
は捩りが最小限にとどめられる。第５図に示した
新規のシール部材の実施態様は、電解槽がより高
い圧縮圧力を用いている場合に特に好適である。

ガスケツトの扛起部分の幅は、ガスケツトの圧
縮およびフレーム面構成力を所望通りに制御する
ために、特に選択されている。扛起部分の幅は、
フレーム部材の構造上の強度を超過しないように
して、十分に狭く形成されている。フレーム部材
の直線状の長さ25.4mm（１インチ）あたりの該フ
レーム部材に作用する力Fiは次式により与えら
れる。

Fi＝Ｐ×Ｗ 式中、Ｐは扛起部分のガスケツト圧力かつＷは
圧縮力を受ける扛起部分の拡がつた幅とする。

拡がつた幅Ｗは次式により与えられる。

Ｗ＝ｗ÷（１−ｃ） 式中、ｗは扛起部分の当初の幅かつｃは小数で
表わされる圧縮率である。この圧縮率ｃは、ガス
ケツト材料の如何によるシールを保証するために
十分に高く選択され、かつ0.05ないし0.55の範囲
とすることができ、また0.2ないし0.4の範囲とす
ることが好ましい。

本発明のシール部材の好ましい一実施態様は第
６図に例示た型式のものである。ガスケツトはフ
レームの幅を越えて延びているので、フレームの
外側にある圧縮されないガスケツト材料は、フレ
ームの内部のより高い圧力領域中にはスリツプし
ない。一方のガスケツトの幅の狭い扛起部分が他
方のガスケツトに狭い領域で係合されて、セパレ
ータを効果的にシールしかつ設計された力の荷重
においての最大圧縮量を吸収する。

本発明の電解槽には、動流体圧流れの透過性セ
パレータまたは動流体圧流れの不透過性セパレー
タを使用することができる。イオン交換性を有
し、かつ電解液の動流体圧流れおよび電解槽の中
で生成されるガス生成物の通過に対して不透過性
である、不活性の可撓性セパレータが使用される
ことが好ましい。複数個の懸垂スルホン酸基また
はカルボン酸基またはスルホン酸基およびカルボ
ン酸基の混合物を有しているフルオロカーボン重
合体からなつているような、陽イオン交換膜が好
適に使用されている。「スルホン酸基」および
「カルボン酸基」なる用語は、加水分解のような
過程により適宜酸基に変換されるかまたは酸基か
ら変換される、スルホン酸の塩類またはカルボン
酸の塩類をも包含することを意味している。陽イ
オン交換性を有する好適な膜材料の一例は、ポリ
フルオロオレフインとスルホン化パーフルオロビ
ニルエーテルとの共重合体からなるパーフルオロ
スルホン酸樹脂膜である。パーフルオロスルホン
酸樹脂の当量は約900から約1600までであり、ま
た約1100から約1500までであることが好ましい。
パーフルオロスルホン酸樹脂はポリフルオロオレ
フイン布により支持することができる。デユポン
社により「Nafion」という商標名で市販されて
いる合成膜はこの膜の好適な一例である。

好適な膜の第２の例は、イオン交換基としてカ
ルボン酸基を使用した陽イオン交換膜である。こ
れらの膜は例えば乾燥樹脂について0.5〜
4.0mEq／ｇのイオン交換能力を有している。こ
のような膜は、例えば米国特許第4138373号明細
書に記載されているように、弗素化オレフインを
フルオロビニルカルボン酸化合物と共重合させる
ことにより製造することができる。カルボキシル
基をそのイオン交換基として有する上記イオン交
換膜を製造する第２の方法は、旭ガラス株式会社
による特開昭51−126398号公報に記載されている
方法である。この方法は弗素化レフイン単量体と
カルボキシル基またはカルボキシル基に交換しう
るその他の重合可能な基を含む単量体とを直接に
共重合させることを含んでいる。カルボン酸型陽
イオン交換膜は、旭ガラス株式会社から
「Flemion」という商標名で販されている。

フレーム部材は長方形の棒、Ｃ字形またはＵ字
形チヤンネル、円筒形チユーブ、楕円形チユーブ
ならびにＩ字形またはＨ字形の形状に形成するこ
とができる。

フレーム部材の構成材料としては、電解液およ
び電解生成物による腐食に耐える任意の材料を使
用することができる。例えば鉄、鋼、不銹鋼、ニ
ツケル、チタまたはこれらの金属の合金のような
金属を使用することができる。また、同様にポリ
プロピレン、ポリブチレン、ポリテトラフルオロ
エチレン、FEPおよびクロレンド酸をベースと
したポリエステルのようなプラスチツク材料を使
用することができる。しかしながら、電極フレー
ム部材は、張り出し台片４６を該フレーム部材に
固く固着せしめることができるような、好適な材
料で構成しなければならない。例えば、もしもア
ノード垂直フレーム部材４９および全般的に水平
なフレーム部材５２がチタンで構成されていると
すれば、チタンンで構成された張り出し台片４６
が使用される。もしもカソード垂直フレーム部材
５０および全般的に水平なフレーム部材５１がニ
ツケルで構成されているとすれば、張り出し台片
４６はニツケルまたは鋼で構成することができ
る。また張り出し台片４６を控えボルト１８の近
くの適当な電極に取りつけるのが一般的に望まし
いことにも留意すべきである。

本発明の電解槽は(a)ガスケツト圧縮圧力の制
御、(b)ガスケツトフレーム面構成力の制御、(c)シ
ールの効果的な形成および(d)ガスケツトの滑りの
阻止という数個の利点を同時に提供する。それに
加えて、電解槽組立体の許容公差が改良されかつ
建造コストが減少せしめられる。より低い圧縮圧
力を使用してより小さい圧縮装置を使用できるよ
うにして、電解槽のコストをさらに減少させるこ
とができる。

本発明の原理を図示しかつ前述したように取り
入れた好ましい構造について説明したが、本発明
がこのように記載した特定の詳細事項に限定され
るべきではなく、しかも事実上本発明のより広い
態様の実施にあたり大幅に異なる装置を使用でき
ることを理解すべきである。本発明はこの開示し
た内容を読めば当業者にとつて自明の細部、材料
ならびに部品の構成に関するすべての明らかな変
更を包含するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はアノード、カソード、陽極液気−液分
離装置、陰極液気−液分離装置および電極フレー
ムの各組の間のスペーサ部材の配置を例示するた
めに適当部分を破断した単極式フイルタープレス
膜電解槽の側方斜視図、第２図は２個の隣接した
電極フレームの間に部分的に挿入されるように配
置されたスペーサ部材の図解用拡大例示図であり
シール部材を示していない図、第３図は本発明の
新規のシール部材およびスペーサ部材を使用した
１対の隣接した電極フレームの前側立面を斜視図
で例示した図、第４図は本発明のスペーサ部材と
協働するように組み合わされたシール部材の一実
施態様を示すために第３図の電極フレームを４−
４線に沿つて裁つた拡大部分断面図、第５図は本
発明のスペーサ部材と協働するように組み合わさ
れたシール部材の別の実施態様の部分断面図、第
６図は本発明のスペーサ部材と協働するように組
み合わされたシール部材の付加的な一実施態様の
部分断面を例示した図、かつ第７図は棒形フレー
ムとともに使用される本発明のスペーサ部材と協
働するように組み合わされたシール部材のさらに
別の一実施態様の部分断面図である。 １０……電解槽、１１……カソードフレーム、
１２……アノードフレーム、１３……アノード面
すなわち第３電極面、１４……垂直サイドフレー
ム部材、１５……水平サイドフレーム部材、１６
……中間垂直サイドフレーム部材、２０……セパ
レータ部材すなわち膜、２１……カソード面すな
わち第１および第２電極面、４５……スペーサ部
材、４６……張り出し台片、４８……スペーサ
片、４９……アノード垂直フレーム部材、５０…
…カソード垂直フレーム部材、５１……カソード
水平フレーム部材、５２……アノード水平フレー
ム部材、５３……カソードフレームの第１側部、
５４……シール部材、５５……第１シール部材す
なわちガスケツト、５６……第２シール部材すな
わちガスケツト、５７……カソードフレームの第
１端部分すなわち外周縁部、５８……カソードフ
レームの第２側部、６０……アノードフレームの
第１側部、６１，６２……ガスケツト、６３……
アノードフレームの第２端部分すなわち外周縁
部、７０，７１……ガスケツト、７６……挿入部
材、７８，７９……ガスケツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数個の隣接して配置された電極と、少なく
   とも一つの第１フレーム１１および該フレームに
   隣接した少なくとも一つの第２フレーム１２であ
   つて、前記各々のフレームは対向する側部５３，
   ５８，６０であつて該側部の各々には電極面２
   １，１３が連結されている側部５３，５８，６０
   と該側部に結合されている外周縁部５０，６３と
   を備えていて、前記第１フレーム１１の対向する
   側部の一方５８の外側面と該側部に隣接する前記
   第２フレーム１２の対向する側部６０の外側面と
   が平坦な第１平面と該第１平面に全般的に平行な
   第２平面とを備えている第１および第２フレーム
   と、前記第１フレーム１１と第２フレーム１２と
   を分離するシール部材５４と、該シール部材の間
   に配置されたセパレータ部材２０と、前記フレー
   ムを共に押圧するためのクランプ部材１８とを備
   えていて、電解液流体が収納される電解槽装置に
   おいて、(a)前記第１フレーム１１の外周縁部５７
   の外側面に取付けられた複数個の張り出し台片４
   ６および前記第１フレームの張り出し台片に対向
   して前記第２フレームの外周縁部６３の外側面に
   取付けられた対応する複数個の張り出し台片４６
   と、(b)前記第１平面と前記第２平面との間に配置
   され且つ前記対向して配置された張り出し台片４
   ６の間に配置されて該張り出し台片によつて保持
   された所定の厚さのスペーサ片４８であつて、前
   記フレームに取り外し可能に連結されそれにより
   前記フレームが前記クランプ部材１８によつて流
   体密封状態に共に押圧されるときに前記第１平面
   および第２平面の間に均一な間隙を規定しかつ維
   持するスペーサ片４８とを組合わせて備えている
   ことを特徴とする改良された電解槽装置。 ２ 前記シール部材５４がさらに第１シール部材
   ５５と第２シール部材５６とからなり、前記第１
   シール部材５５が第１電極フレーム部材５０に接
   触し且つ前記第２シール部材５６が第２電極フレ
   ーム部材４９に接触していることを特徴とする、
   特許請求範囲第１項に記載の電解槽装置。 ３ 前記セパレータ部材２０が動流体圧流れに対
   して透過性のあることを特徴とする、特許請求範
   囲第２項に記載の電解槽装置。 ４ 前記セパレータ部材２０が動流体圧流れに対
   して不透過性のあることを特徴とする、特許請求
   範囲第２項に記載の電解槽装置。 ５ 前記スペーサ片４８がさらに実質的に非圧縮
   性の絶縁性材料からなることを特徴とする、特許
   請求範囲第３項または第４項に記載の電解槽装
   置。 ６ 前記スペーサ片４８がさらにマイカルタ
   （micarta）材料からなることを特徴とする、特
   許請求範囲第５項に記載の電解槽装置。 ７ 前記スペーサ片４８がさらに木材からなるこ
   とを特徴とする、特許請求範囲第５項に記載の電
   解槽装置。 ８ 前記第１フレーム１１および第２フレーム１
   ２の外周縁部５７，６３の外側面に固く固着され
   た張り出し台片４６のそれぞれが第１平面および
   第２平面に隣接する少なくとも一つの係合面４７
   であつて前記スペーサ片４８が該面に当接して配
   置される係合面を有していることを特徴とする、
   特許請求範囲第２項に記載の電解槽装置。 ９ シール部材５４が第１シール部材５５と第２
   シール部材５６とからなり、 前記第１シール部材５５が第１フレームの第２
   側部５８と前記セパレート部材２０の第１表面に
   接触しており、 前記第２シール部材５６が第２フレームの第１
   側部６０と前記セパレート部材２０の第２表面と
   に接触しており、 前記セパレート部材２０と接触している第１シ
   ール部材５５の接触表面積は前記セパレート部材
   ２０と接触している第２シール部材５６の接触表
   面積より小さく、 スペーサ片４８はその第１端面と該端面に対向
   する第２端面とを備え、前記第１端面は前記第１
   平面に接触するが侵入しておらず、また前記第２
   端面は前記第２平面に接触するが侵入しておら
   ず、それによつて前記スペーサ片４８の所定の厚
   さに等しい均一な隙間を規定すること からなる特許請求範囲第１項記載の電解槽装置。