WO2023181809A1 - 電解槽ユニットの製造方法および電解槽ユニット - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for manufacturing an electrolytic cell unit and an electrolytic cell unit.
- Patent Document 1 discloses a method for manufacturing an electrolytic cell unit that is a component of a bipolar electrolytic cell for generating chlorine and alkali metal hydroxide by electrolyzing an aqueous alkali metal chloride solution. .
- a titanium partition material is placed on the surface of a titanium first partition wall (first pan) having a flange portion formed on the periphery, and at least a portion of the partition material is placed on the surface of the first partition wall.
- a step of welding to the flange part to form a gas-liquid separation chamber is carried out.
- a nickel partition material is placed on the surface of a nickel second partition wall (second pan) with a flange formed on the periphery, and at least a portion of the partition material is welded to the flange part of the second partition wall. and forming a gas-liquid separation chamber.
- a plurality of titanium first ribs are arranged on the surface of the first partition wall. Further, a plurality of clad plates having a two-layer structure including a titanium layer and a nickel layer are arranged at positions corresponding to each of the first ribs on the back side of the first partition wall. Further, the back surface of the second partition wall is overlapped with the back surface of the first partition wall, and a plurality of second ribs made of nickel are arranged on the surface of the second partition wall at positions corresponding to the cladding plates.
- resistance welding is performed between each first rib and the surface of the first partition wall, resistance welding is performed between the back surface of the first partition wall and the titanium layer of the clad plate, resistance welding is performed between the nickel layer of the clad plate and the back surface of the second partition wall, and A step of simultaneously realizing resistance welding between the surface of the second partition and each second rib is performed. Furthermore, a step of loading a frame material into the space formed between the flange portion of the first partition wall and the flange portion of the second partition wall is performed.
- the first rib and the clad plate are positioned to face each other with the first partition in between, and the second rib and the clad plate are positioned to face each other with the second partition in between.
- the electrical resistance of nickel is lower than that of titanium, the amount of heat generated during resistance welding of titanium members (the first partition, the first rib, and the titanium layer of the clad plate) is lower than that of the nickel members (the second This is larger than the amount of heat generated during resistance welding of the partition wall, the second rib, and the nickel layer of the cladding plate.
- An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electrolytic cell unit that can improve welding quality and an electrolytic cell unit that can improve the electric power consumption.
- the following method for manufacturing an electrolytic cell unit that solves the above problems. That is, ⁇ A method for manufacturing an electrolytic cell unit, A clad plate having a first rib formed from a first material, a first partition wall formed from the first material, a layer of the first material, and a layer of a second material having lower electrical resistance than the first material; The first rib, the first partition, the clad plate, the second partition, and the second partition formed from the second material are arranged in the following order: an arranging step of arranging the second ribs; a joining step of joining the first rib, the first partition wall, the clad plate, the second partition wall, and the second rib by resistance welding, A first protrusion is formed at a joint portion of the first rib that is joined to the first partition wall, and a second protrusion is formed at a joint portion of the second rib that is joined to the second partition wall, A method for manufacturing an electrolytic cell unit in which the size of the first protrusion is different
- the diameter of the first protrusion is larger than the diameter of the second protrusion. It is desirable that the amount of protrusion of the first protrusion is smaller than the amount of protrusion of the second protrusion. Preferably, the number of the first protrusions is greater than the number of the second protrusions.
- the thickness of the first rib is greater than the thickness of the second rib.
- the depth of the first rib is greater than the depth of the second rib.
- the first material is titanium.
- the second material may be nickel.
- the diameter of the first protrusion is preferably 1.05 to 3.7 times the diameter of the second protrusion. It is preferable that the radial distance from the center of the first protrusion to the center of the second protrusion is within 15 mm. In the joining process, it is convenient to perform resistance welding at 350 to 550 locations per 1 m 2 of electrode effective area.
- the following electrolytic cell unit that solves the above problems is provided. That is, in the electrolytic cell unit manufactured by the method for manufacturing an electrolytic cell unit as described above, the area of the welding mark on the first protrusion is 1.15 times or more the area of the welding mark on the second protrusion13. An electrolytic cell unit is provided that is less than .7 times as large.
- the radial distance from the center of the welding mark of the first protrusion to the center of the welding mark of the second protrusion is within 15 mm.
- an electrolytic cell unit manufactured by the method for manufacturing an electrolytic cell unit as described above, in which the number of resistance welding points is 350 or more and 550 or less per 1 m 2 of electrode effective area. .
- the size of the first protrusion formed on the first rib made of the first material is different from the size of the second protrusion formed on the second rib made of the second material. , or because the number of first protrusions and the number of second protrusions are different, the amount of heat generated when welding a member made of the first material and the amount of heat generated when welding a member made of a second material whose electrical resistance is lower than that of the first material.
- the difference between the amount of heat generated and the amount of heat generated at This makes it easy to adjust the welding current, and while ensuring sufficient joint strength between the members made of the first material and the members made of the second material, the molten base material ruptures and scatters. ” can be reduced. Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, variations in welding quality are less likely to occur, and welding quality can be improved. Further, according to the electrolytic cell unit of the present invention, the structural resistance value can be kept low, so that the electric power consumption rate is improved.
- FIG. 1 is a plan view of an electrolytic cell unit manufactured according to the method of the present invention.
- FIG. 2 is a partially enlarged sectional view taken along line BB in FIG. 1.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which an arrangement process has been performed.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the arrangement step is performed when the number of protrusions on the first rib is greater than the number of protrusions on the second rib.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a joining process has been performed.
- an electrolytic cell unit 2 that can be manufactured by the method of the present invention includes an anode chamber member 4 made of a first material and a second material having an electrical resistance lower than that of the first material. It includes a cathode chamber member 6 (see FIG. 2) made of a material, and a cladding plate 8 (see FIG. 2) having a layer 8a of a first material and a layer 8b of a second material.
- a cathode chamber member 6 (see FIG. 2) made of a material
- a cladding plate 8 see FIG. 2) having a layer 8a of a first material and a layer 8b of a second material.
- titanium (Ti) may be employed as the first material.
- the second material may be nickel (Ni).
- the anode chamber member 4 made of a first material (for example, titanium) includes an anode plate 10, a first partition wall 12 spaced apart from the anode plate 10, and 10 and a plurality of first ribs 14 disposed between the first partition wall 12.
- a first material for example, titanium
- the rectangular anode plate 10 is provided with a large number of openings.
- the shape of the opening is arbitrary, and examples thereof include a diamond shape, a flat fan shape, and a slit shape.
- the multiple openings may be arranged in a staggered manner.
- the first partition wall 12 is arranged at a distance from the anode plate 10 in the depth direction (direction D) shown by arrow D in FIG. As shown in FIG. 2, the lower end portion of the first partition wall 12 is bent toward the lower end of the anode plate 10, thereby forming a bottom plate 18 that defines the lower end of the anode chamber 16. Although not shown, both sides of the first partition wall 12 in the width direction (in the direction indicated by the arrow W in FIG. 1) are also bent toward the anode plate 10 to form side walls that define the ends of the anode chamber 16 in the width direction. ing.
- first rib 14 As shown in FIG. 1, a plurality of first ribs 14 are provided at intervals in the width direction. Each first rib 14 extends along the vertical direction (V direction) shown by arrow V in FIG. Explaining with reference to FIGS. 2 and 3, the first rib 14 includes a main portion 20 extending from the anode plate 10 toward the first partition 12, and a widthwise direction from the end of the main portion 20 on the first partition 12 side. It has a plurality of joint pieces 22 that protrude from the top.
- each joint piece 22 is joined to the surface 12a of the first partition wall 12 by welding.
- a plurality of notches 24 are provided at the end of the main portion 20 on the first partition wall 12 side at intervals in the vertical direction. The notch 24 is located between adjacent joining pieces 22. The plurality of cutouts 24 ensure the flow of liquid and gas in the width direction within the anode chamber 16 .
- the cathode chamber member 6 made of a second material (for example, nickel) includes a current collector 26, a second partition 28 disposed at a distance from the current collector 26, It includes a plurality of second ribs 30 arranged between the current collector 26 and the second partition 28.
- a second material for example, nickel
- the rectangular current collector 26 is provided with a large number of openings (not shown).
- the shape of the opening is arbitrary, and for example, a diamond shape, a flat fan shape, a slit shape, etc. can be adopted.
- the multiple openings may be arranged in a staggered manner.
- the outer surface of the current collector 26 (the right side surface in FIG. 2)
- a cathode plate is attached to the electrode via a metal cushioning material.
- the second partition wall 28 is arranged at a distance from the current collector 26 in the depth direction (D direction). As shown in FIG. 2, the lower end portion of the second partition wall 28 is bent toward the lower end of the current collector 26, similar to the first partition wall 12, and a bottom plate 34 defining the lower end of the cathode chamber 32 is formed. has been done. Although not shown, both side portions of the second partition 28 in the width direction (W direction) are also bent toward the current collector 26 to form side walls that define the ends of the cathode chamber 32 in the width direction.
- the second ribs 30 are provided in a plurality at intervals in the width direction, and extend along the vertical direction (V direction). As shown in FIG. 3, the plurality of second ribs 30 are arranged at positions corresponding to the positions of the plurality of first ribs 14.
- the second rib 30 includes a main portion 36 extending from the current collector 26 toward the second partition 28 and a plurality of joining pieces 38 protruding in the width direction from the end of the main portion 36 on the second partition 28 side. .
- each joint piece 38 is joined to the surface 28a of the second partition wall 28 by welding.
- a plurality of notches 40 are provided at the end of the main portion 36 on the second partition wall 28 side at intervals in the vertical direction.
- the cutout 40 is located between adjacent joining pieces 38. The plurality of cutouts 40 ensure the flow of liquid and gas in the width direction within the cathode chamber 32 .
- the thickness T1 of the first rib 14 is larger than the thickness T2 of the second rib 30. (T1>T2). Further, it is preferable that the depth D1 of the main portion 20 of the first rib 14 is greater than the depth D2 of the main portion 36 of the second rib 30 (D1>D2).
- clad plate 8 Continuing the description with reference to FIG. 3 as well as FIG. 2, a plurality of clad plates 8 are provided at intervals in the width direction, and extend in the vertical direction.
- the clad plate 8 is located between the back surface 12b of the first partition wall 12 and the back surface 28b of the second partition wall 28 at a position corresponding to the joint piece 22 of the first rib 14 and the joint piece 38 of the second rib 30. It is located.
- the clad plate 8 of the illustrated embodiment has a layer 8a of a first material (for example, a titanium layer) and a layer 8b of a second material (for example, a nickel layer) having a lower electrical resistance than the first material, which are bonded together by explosive crimping.
- a first material for example, a titanium layer
- a layer 8b of a second material for example, a nickel layer
- it is a plate material having a two-layer structure in which a layer 8a of the first material and a layer 8b of the second material are joined by rolling.
- the layer 8a of the first material is joined by welding to the back surface 12b of the first partition wall 12 made of the first material.
- the layer 8b of the second material is joined to the back surface 28b of the second partition wall 28 made of the second material by welding.
- a hollow lower frame 42 having a rectangular cross section is provided at the lower part of the electrolytic cell unit 2.
- Lower frame 42 may be formed from any suitable metal material such as stainless steel.
- the lower frame 42 is provided with two through holes (not shown) that penetrate in the vertical direction.
- a supply nozzle 44 for supplying raw materials to the anode chamber 16 is attached to one of the through holes, and a supply nozzle 46 (see FIG. 1) for supplying raw materials to the cathode chamber 32 is attached to the other through hole. It is installed.
- side frames are provided at both ends of the electrolytic cell unit 2 in the width direction.
- Gas-liquid separation chambers 48, 50 As shown in FIG. 2, in the upper part of the electrolytic cell unit 2, a gas-liquid separation chamber 48 on the anode side and a gas-liquid separation chamber 50 on the cathode side are provided.
- the gas-liquid separation chamber 48 on the anode side includes a partition member 52 made of a first material and having an L-shaped cross section, and a rectangular top plate 54 made of the first material.
- a plurality of openings are formed in the bottom surface portion 52a of the partition member 52 at intervals in the width direction. The plurality of openings allow liquid and gas to flow vertically between the anode chamber 16 and the gas-liquid separation chamber 48.
- a discharge nozzle 56 for discharging the gas and liquid in the gas-liquid separation chamber 48 is attached to the end of the gas-liquid separation chamber 48 in the width direction.
- the discharge nozzle 56 is formed from a first material.
- the gas-liquid separation chamber 50 on the cathode side includes a partition member 58 made of a second material and having an L-shaped cross section, and a rectangular top plate 60 made of the second material.
- a plurality of openings are formed in the bottom surface portion 58a of the partition member 58 at intervals in the width direction. The plurality of openings allow liquid and gas to flow vertically between the cathode chamber 32 and the gas-liquid separation chamber 50.
- a discharge nozzle 62 is attached.
- the discharge nozzle 62 is made of a second material.
- the partition material 52, the top plate 54, and the discharge nozzle 56 are joined to the upper part of the first partition wall 12 by welding to form the gas-liquid separation chamber 48 on the anode side.
- a partition member 58, a top plate 60, and a discharge nozzle 62 are joined to the upper part of the second partition wall 28 by welding to form a gas-liquid separation chamber 50 on the cathode side. Either of the gas-liquid separation chambers 48 and 50 may be formed first.
- the first rib 14, the first partition wall 12, the clad plate 8, the second partition wall 28, and the second rib 30 are arranged in the following order: , an arrangement step of arranging the clad plate 8, the second partition wall 28, and the second rib 30 is performed.
- the first rib 14 is the first rib from the top
- the first partition 12 is the second from the top
- the clad plate 8 is the third from the top
- the second partition 28 is the fourth from the top.
- the second rib 30 can be arranged in the fifth position from the top.
- the first rib 14 is first from the bottom
- the first partition 12 is second from the bottom
- the clad plate 8 is third from the bottom
- the second partition is fourth from the bottom.
- the second rib 30 may be arranged in the fifth position from the bottom.
- the layer 8a of the first material of the clad plate 8 is directed toward the back surface 12b of the first partition wall 12 made of the first material
- the layer 8b of the second material of the clad plate 8 is directed toward the back surface 12b of the first partition wall 12 made of the first material. toward the back surface 28b of the second partition wall 28.
- the positions of the joint piece 22 of the first rib 14, the clad plate 8, and the joint piece 38 of the second rib 30 in the width direction are aligned, and the adjacent members are brought into contact with each other.
- first and second ribs 14 and 30, first and second partition walls 12 and 28, and clad plate 8 are arranged is arbitrary.
- the number of first ribs 14, second ribs 30, and cladding plates 8 may be one or more.
- the quantity of the first ribs 14, the quantity of the second ribs 30, and the quantity of the cladding plates 8 are set to be the same. Make it.
- first and second protrusions 64, 66 As understood by referring to FIG. 4, a first protrusion 64 is formed on the joint piece 22 of the first rib 14 (the joint portion joined to the surface 12a of the first partition wall 12). Further, a second protrusion 66 is formed on the joint piece 38 of the second rib 30 (the joint portion joined to the surface 28a of the second partition wall 28).
- the shapes of the first and second protrusions 64 and 66 may be any shape such as a circular shape or a rectangular shape.
- the size of the first protrusion 64 and the size of the second protrusion 66 are different, or that the number of the first protrusion 64 and the number of the second protrusion 66 are different.
- An example of the difference between the size of the first protrusion 64 and the size of the second protrusion 66 is that the diameter d1 of the first protrusion 64 is larger than the diameter d2 of the second protrusion 66 (d1>d2).
- Another example is that the protrusion amount S1 of the first protrusion 64 is smaller than the protrusion amount S2 of the second protrusion 66 (S1 ⁇ S2).
- the diameter of the first protrusion 64 is desirably 1.05 times or more and 3.7 times or less the diameter of the second protrusion 66; More preferably, it is 1.05 times or more and 3.0 times or less, and particularly preferably 1.15 times or more and 2.5 times or less.
- the area A1 of the welding mark on the first protrusion 64 is larger than the area A2 of the welding mark on the second protrusion 66 (see FIG. 6). 1.15 times or more and 13.7 times or less, preferably 1.15 times or more and 6.8 times or less, particularly preferably 1.15 times or more and 2.5 times or less of be able to.
- the structural resistance value when members are not welded together but only in contact with each other is greater than the structural resistance value of a continuous structure in which the members are welded together. Therefore, if the area A1 of the welding mark on the first protrusion 64 is less than 1.15 times the area A2 of the welding mark on the second protrusion 66, the welding area is small, so the first rib 14, the first partition wall 12, The structural resistance value at the mutually welded portion of the clad plate 8, the second partition wall 28, and the second rib 30 tends to increase, and as a result, the structural resistance value of the electrolytic cell unit as a whole tends to increase.
- the difference between the number of first protrusions 64 and the number of second protrusions 66 means that the number of first protrusions 64 is greater than the number of second protrusions 66, as shown in FIG. 5, for example.
- the number of first protrusions 64 referred to here is the number of protrusions formed on one joint piece 22 of the first rib 14, and the number of second protrusions 66 is the number of protrusions formed on one joint piece 22 of the first rib 14. This is the number of protrusions formed on the joint piece 38.
- each protrusion 64 is provided on one joint piece 22 of the first rib 14, and one second protrusion 66 is provided on one joint piece 38 of the second rib 30.
- the number of each protrusion is not limited to the number shown in FIG. 5, and can be set arbitrarily.
- the diameter d1 of the first protrusion 64 is larger than the diameter d2 of the second protrusion 66 (d1>d2). 2.
- the protrusion amount S1 of the first protrusion 64 is smaller than the protrusion amount S2 of the second protrusion 66 (S1 ⁇ S2). 3.
- the number of first protrusions 64 is greater than the number of second protrusions 66.
- FIG. 4 shows an example in which conditions 1 and 2 above are satisfied
- FIG. 5 shows an example in which all conditions 1 to 3 above are satisfied.
- the radial distance from the center C1 of the first protrusion 64 to the center C2 of the second protrusion (distance in the width direction W or depth direction D, not in the vertical direction V) be within 15 mm. be.
- the radial distance from the center of the welding mark of the first protrusion 64 to the center of the welding mark of the second protrusion 66 is within 15 mm, and the anode plate 10 In the current path from to the cathode plate (not shown), reactive current flows along the first and second partition walls 12 and 28 (flowing in a direction perpendicular to the thickness direction of the first and second partition walls 12 and 28). (reactive current) can be suppressed. Therefore, the electrolytic cell unit has a low resistance value between the anode plate 10 and the cathode plate.
- a joining step is performed in which the first ribs 14, first partition walls 12, clad plate 8, second partition walls 28, and second ribs 30 are joined by resistance welding.
- Resistance welding in the joining process may be spot welding.
- one electrode of a resistance welder (not shown) is brought into contact with the joining piece 22 of the first rib 14, and the other electrode of the resistance welding machine is brought into contact with the joining piece 38 of the second rib 30. Strike.
- the first and second ribs 14 and 30, the first and second partition walls 12 and 28, and the clad plate 8 are sandwiched between the pair of electrodes of the resistance welding machine, and a predetermined pressure is applied to each of the above members.
- the back surface 12b of the first partition 12 and the layer 8a of the first material of the cladding plate 8 are bonded together due to Joule heat caused by electrical resistance during energization, and the back surface 28b of the second partition 28 and the cladding The layer 8b of the second material of the plate 8 is joined.
- the effective electrode area is the area of the portion of the entire electrode plate that substantially contributes to electrolysis.
- the size of the first protrusion 64 formed on the joint piece 22 made of the first material and the size of the second protrusion 66 formed on the joint piece 38 made of the second material are determined. Either the size of the first protrusions 64 and the number of the second protrusions 66 are different. For this reason, the amount of heat generated in the members made of the first material (the first partition wall 12, the first rib 14, and the layer 8a of the first material of the clad plate 8) and the amount of heat generated in the members made of the second material, which has lower electrical resistance than the first material, are The difference with the amount of heat generated in the members (the second partition wall 28, the second rib 30, and the second material layer 8b of the cladding plate 8) becomes smaller.
- the lower frame 42 is positioned below the first and second partition walls 12 and 28, and the lower frames 42 and the lower parts of the first and second partition walls 12 and 28 are joined by welding.
- the supply nozzle 44 on the anode side and the supply nozzle 46 on the cathode side are joined to the lower frame 42 by welding.
- a side frame is positioned at each of the widthwise both ends of the first and second partition walls 12 and 28, and each of the widthwise both ends of the first and second partitions 12 and 28 and the side frame are joined by welding. do. Then, the anode plate 10 is joined to the end of the main part 20 of the first rib 14 by welding, and the current collector 26 is joined to the end of the main part 36 of the second rib 30 by welding.
- the difference between the amount of heat generated during welding of the member made of the first material and the amount of heat generated during welding of the member made of the second material is small, and inward break-up is reduced. Therefore, variations in welding quality are less likely to occur, and welding quality can be improved.
- the thickness T1 of the first rib 14 is greater than the thickness T2 of the second rib 30 made of the second material, or the first rib 14 is made of titanium. 14 is larger than the depth D2 of the second rib 30 made of the second material, it is possible to reduce the amount of nickel members while suppressing an increase in the structural resistance of the electrolytic cell unit 2. The cost of unit 2 can be reduced.
- Electrolytic cell unit 8 Clad plate 8a: First material layer 8b: Second material layer 12: First partition wall 14: First rib 28: Second partition wall 30: Second rib 64: First protrusion 66: 2nd protrusion
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Abstract
溶接品質を向上できる電解槽ユニットの製造方法を提供することである。電解槽ユニットの製造方法は、第1材料から形成された第1リブ14、第1材料から形成された第1隔壁12、第1材料の層8aおよび第1材料よりも電気抵抗が低い第2材料の層8bを有するクラッド板8、第2材料から形成された第2隔壁28、ならびに第2材料から形成された第2リブ30の順の位置関係で、第1・第2リブ14、30、第1・第2隔壁12、28およびクラッド板8を配列する工程と、第1・第2リブ14、30、第1・第2隔壁12、28およびクラッド板8を抵抗溶接によって接合する工程とを含む。第1リブ14には第1突起64が形成され、第2リブ30には第2突起66が形成されており、第1突起64の大きさと第2突起66の大きさとが異なる。
Description
本発明は、電解槽ユニットの製造方法および電解槽ユニットに関する。
下記特許文献1には、アルカリ金属塩化物水溶液を電解して、塩素とアルカリ金属水酸化物を生成するための複極式電解槽の構成要素である電解槽ユニットの製造方法が開示されている。
この製造方法においては、まず、周縁にフランジ部が形成されたチタン製の第1隔壁(第1パン)の表面にチタン製の仕切り材を配置し、仕切り材の少なくとも一部を第1隔壁のフランジ部に溶接して気液分離室を形成する工程を実施する。同じように、周縁にフランジ部が形成されたニッケル製の第2隔壁(第2パン)の表面にニッケル製の仕切り材を配置し、仕切り材の少なくとも一部を第2隔壁のフランジ部に溶接して気液分離室を形成する工程を実施する。
次いで、第1隔壁の表面に複数のチタン製の第1リブを配置する。また、チタン層とニッケル層とを有する二層構造の複数のクラッド板を、第1隔壁の背面側であって各第1リブと対応する位置に配置する。さらに、第1隔壁の背面に第2隔壁の背面を重ね合わせ、第2隔壁の表面に複数のニッケル製の第2リブをクラッド板と対応する位置に配置する。
次いで、各第1リブと第1隔壁の表面との抵抗溶接、第1隔壁の背面とクラッド板のチタン層との抵抗溶接、クラッド板のニッケル層と第2隔壁の背面との抵抗溶接、および第2隔壁の表面と各第2リブとの抵抗溶接を同時に実現する工程を実施する。さらに、第1隔壁のフランジ部と第2隔壁のフランジ部との間に形成される空間にフレーム材を装填する工程を実施する。
そして、上記製造方法によれば、第1リブとクラッド板を、第1隔壁を挟んで対向するように位置決めするとともに、第2リブとクラッド板を、第2隔壁を挟んで対向するように位置決めすることで、第1リブ-第1隔壁-クラッド板間の抵抗溶接と、第2リブ-第2隔壁-クラッド板間の抵抗溶接とを同時に実現でき、溶接工数を低減可能との旨が特許文献1に記載されている。
しかし、従来の電解槽ユニットの製造方法においては、溶接品質に関して改善の余地がある。
ニッケルの電気抵抗がチタンの電気抵抗よりも低いことから、チタン製の部材(第1隔壁、第1リブおよびクラッド板のチタン層)の抵抗溶接時における発熱量は、ニッケル製の部材(第2隔壁、第2リブおよびクラッド板のニッケル層)の抵抗溶接時における発熱量よりも大きい。
このため、チタン製の部材同士およびニッケル製の部材同士のそれぞれの充分な接合強度を確保可能な溶接電流の調整が困難である。溶接電流が小さすぎると、部材が充分に溶融せず、接合強度が不足する。一方、溶接電流が大きすぎると、溶融金属が破裂して飛散する「散り」が発生する可能性が高くなる。「散り」が発生してしまうと、溶接強度の低下および母材の損傷を招く。また、溶融母材の飛散によって母材の肉厚が減少するので、塩素等の腐食性ガスを生成する電解槽においては、運転時に電解槽が破損するリスクが増加する。さらに、溶接品質が良くないと、電解槽の運転時における構造抵抗値が大きくなり、電力原単位の悪化につながるという問題もある。
本発明の課題は、溶接品質を向上できる電解槽ユニットの製造方法および電力原単位が向上する電解槽ユニットを提供することである。
本発明によれば、上記課題を解決する以下の電解槽ユニットの製造方法が提供される。すなわち、
「電解槽ユニットの製造方法であって、
第1材料から形成された第1リブ、前記第1材料から形成された第1隔壁、前記第1材料の層および前記第1材料よりも電気抵抗が低い第2材料の層を有するクラッド板、前記第2材料から形成された第2隔壁、ならびに前記第2材料から形成された第2リブの順の位置関係で、前記第1リブ、前記第1隔壁、前記クラッド板、前記第2隔壁および前記第2リブを配列する配列工程と、
前記第1リブ、前記第1隔壁、前記クラッド板、前記第2隔壁および前記第2リブを抵抗溶接によって接合する接合工程とを含み、
前記第1リブの前記第1隔壁に接合される接合部分には第1突起が形成され、前記第2リブの前記第2隔壁に接合される接合部分には第2突起が形成され、
前記第1突起の大きさと前記第2突起の大きさとが異なるか、あるいは前記第1突起の数量と前記第2突起の数量とが異なる電解槽ユニットの製造方法」が提供される。
「電解槽ユニットの製造方法であって、
第1材料から形成された第1リブ、前記第1材料から形成された第1隔壁、前記第1材料の層および前記第1材料よりも電気抵抗が低い第2材料の層を有するクラッド板、前記第2材料から形成された第2隔壁、ならびに前記第2材料から形成された第2リブの順の位置関係で、前記第1リブ、前記第1隔壁、前記クラッド板、前記第2隔壁および前記第2リブを配列する配列工程と、
前記第1リブ、前記第1隔壁、前記クラッド板、前記第2隔壁および前記第2リブを抵抗溶接によって接合する接合工程とを含み、
前記第1リブの前記第1隔壁に接合される接合部分には第1突起が形成され、前記第2リブの前記第2隔壁に接合される接合部分には第2突起が形成され、
前記第1突起の大きさと前記第2突起の大きさとが異なるか、あるいは前記第1突起の数量と前記第2突起の数量とが異なる電解槽ユニットの製造方法」が提供される。
好ましくは、前記第1突起の直径が前記第2突起の直径よりも大きい。前記第1突起の突出量が前記第2突起の突出量よりも小さいのが望ましい。前記第1突起の数量が前記第2突起の数量よりも多いのが好適である。
前記第1リブの厚みが前記第2リブの厚みよりも大きいのが好都合である。前記第1リブの奥行が前記第2リブの奥行よりも大きいのが好ましい。前記第1材料はチタンであるのが好適である。前記第2材料はニッケルでよい。
前記第1突起の直径は、前記第2突起の直径の1.05倍以上3.7倍以下であるのが望ましい。前記第1突起の中心から前記第2突起の中心までの径方向距離を15mm以内とするのが好適である。前記接合工程において、電極有効面積1m2あたり、350以上550以下の箇所に抵抗溶接を施すのが好都合である。
本発明によれば、上記課題を解決する以下の電解槽ユニットが提供される。すなわち、上述したとおりの電解槽ユニットの製造方法によって製造された電解槽ユニットであって、前記第1突起の溶接痕の面積は、前記第2突起の溶接痕の面積の1.15倍以上13.7倍以下である電解槽ユニットが提供される。
また、上述したとおりの電解槽ユニットの製造方法によって製造された電解槽ユニットであって、前記第1突起の溶接痕の中心から前記第2突起の溶接痕の中心までの径方向距離は15mm以内である電解槽ユニットが提供される。
さらに、上述したとおりの電解槽ユニットの製造方法によって製造された電解槽ユニットであって、前記抵抗溶接の箇所は、電極有効面積1m2あたり、350以上550以下である電解槽ユニットが提供される。
本発明の製造方法においては、第1材料製の第1リブに形成されている第1突起の大きさと、第2材料製の第2リブに形成されている第2突起の大きさとが異なるか、あるいは第1突起の数量と第2突起の数量とが異なるので、第1材料製の部材の溶接時における発熱量と、第1材料よりも電気抵抗が低い第2材料製の部材の溶接時における発熱量との差が小さくなる。これによって、溶接電流の調整が容易となり、第1材料製の部材同士および第2材料製の部材同士のそれぞれの充分な接合強度を確保しつつ、溶融した母材が破裂して飛散する「散り」を低減することができる。したがって、本発明の製造方法によれば、溶接品質にばらつきが生じにくく、溶接品質を向上することができる。また、本発明の電解槽ユニットによれば、構造抵抗値を低く抑えることができるので、電力原単位が向上する。
以下、本発明の電解槽ユニットの製造方法の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(電解槽ユニット2)
図1および図2を参照して説明すると、本発明の方法によって製造され得る電解槽ユニット2は、第1材料から形成された陽極室部材4と、第1材料よりも電気抵抗が低い第2材料から形成された陰極室部材6(図2参照)と、第1材料の層8aおよび第2材料の層8bを有するクラッド板8(図2参照)とを備える。第1材料としては、たとえば、チタン(Ti)が採用され得る。第2材料はニッケル(Ni)でよい。
図1および図2を参照して説明すると、本発明の方法によって製造され得る電解槽ユニット2は、第1材料から形成された陽極室部材4と、第1材料よりも電気抵抗が低い第2材料から形成された陰極室部材6(図2参照)と、第1材料の層8aおよび第2材料の層8bを有するクラッド板8(図2参照)とを備える。第1材料としては、たとえば、チタン(Ti)が採用され得る。第2材料はニッケル(Ni)でよい。
(陽極室部材4)
図2および図3に示すとおり、第1材料製(たとえば、チタン製)の陽極室部材4は、陽極板10と、陽極板10と間隔をおいて配置された第1隔壁12と、陽極板10と第1隔壁12との間に配置された複数の第1リブ14とを含む。
図2および図3に示すとおり、第1材料製(たとえば、チタン製)の陽極室部材4は、陽極板10と、陽極板10と間隔をおいて配置された第1隔壁12と、陽極板10と第1隔壁12との間に配置された複数の第1リブ14とを含む。
(陽極板10)
矩形状の陽極板10には、図示していないが、多数の開口が設けられている。開口の形状は任意であり、たとえば、菱形状、扁平な扇形状、スリット状などが挙げられる。多数の開口は千鳥状に配置され得る。
矩形状の陽極板10には、図示していないが、多数の開口が設けられている。開口の形状は任意であり、たとえば、菱形状、扁平な扇形状、スリット状などが挙げられる。多数の開口は千鳥状に配置され得る。
(第1隔壁12)
第1隔壁12は、図2に矢印Dで示す奥行方向(D方向)において、陽極板10と間隔をおいて配置されている。図2に示すとおり、第1隔壁12の下端側部分は、陽極板10の下端に向かって折り曲げられており、これによって陽極室16の下端を規定する底板18が形成されている。図示していないが、第1隔壁12の幅方向(図1に矢印Wで示す方向)両側部分も陽極板10に向かって折り曲げられ、陽極室16の幅方向端部を規定する側壁が形成されている。
第1隔壁12は、図2に矢印Dで示す奥行方向(D方向)において、陽極板10と間隔をおいて配置されている。図2に示すとおり、第1隔壁12の下端側部分は、陽極板10の下端に向かって折り曲げられており、これによって陽極室16の下端を規定する底板18が形成されている。図示していないが、第1隔壁12の幅方向(図1に矢印Wで示す方向)両側部分も陽極板10に向かって折り曲げられ、陽極室16の幅方向端部を規定する側壁が形成されている。
(第1リブ14)
図1に示すとおり、第1リブ14は、幅方向に間隔をおいて複数個設けられている。それぞれの第1リブ14は、図1に矢印Vで示す上下方向(V方向)に沿って延びている。図2および図3を参照して説明すると、第1リブ14は、陽極板10から第1隔壁12に向かって延びる主部20と、主部20の第1隔壁12側の端部から幅方向に突出する複数の接合片22とを有する。
図1に示すとおり、第1リブ14は、幅方向に間隔をおいて複数個設けられている。それぞれの第1リブ14は、図1に矢印Vで示す上下方向(V方向)に沿って延びている。図2および図3を参照して説明すると、第1リブ14は、陽極板10から第1隔壁12に向かって延びる主部20と、主部20の第1隔壁12側の端部から幅方向に突出する複数の接合片22とを有する。
主部20の陽極板10側の端部は、陽極板10に溶接によって接合されている。一方、各接合片22は、第1隔壁12の表面12aに溶接によって接合されている。図2を参照することによって理解されるとおり、主部20の第1隔壁12側の端部には、上下方向に間隔をおいて複数の切り欠き24が設けられている。切り欠き24は、隣接する接合片22同士の間に位置している。複数の切り欠き24により、陽極室16内において、液体および気体の幅方向への流通が確保されている。
(陰極室部材6)
図2および図3に示すとおり、第2材料製(たとえば、ニッケル製)の陰極室部材6は、集電体26と、集電体26と間隔をおいて配置された第2隔壁28と、集電体26と第2隔壁28との間に配置された複数の第2リブ30とを含む。
図2および図3に示すとおり、第2材料製(たとえば、ニッケル製)の陰極室部材6は、集電体26と、集電体26と間隔をおいて配置された第2隔壁28と、集電体26と第2隔壁28との間に配置された複数の第2リブ30とを含む。
(集電体26)
矩形状の集電体26には、陽極板10と同様に、多数の開口(図示していない。)が設けられている。開口の形状は任意であり、たとえば、菱形状、扁平な扇形状、スリット状などが採用され得る。多数の開口の配置は千鳥状でよい。
矩形状の集電体26には、陽極板10と同様に、多数の開口(図示していない。)が設けられている。開口の形状は任意であり、たとえば、菱形状、扁平な扇形状、スリット状などが採用され得る。多数の開口の配置は千鳥状でよい。
なお、図示していないが、多数の電解槽ユニット2が奥行方向に並べられ、かつ奥行方向両側からプレスされる電解槽が組み立てられる際、集電体26の外面(図2における右側の面)には、金属製のクッション材を介して陰極板が装着される。
(第2隔壁28)
第2隔壁28は、奥行方向(D方向)において、集電体26と間隔をおいて配置されている。図2に示すとおり、第2隔壁28の下端側部分は、第1隔壁12と同様に、集電体26の下端に向かって折り曲げられており、陰極室32の下端を規定する底板34が形成されている。図示していないが、第2隔壁28の幅方向(W方向)の両側部分も集電体26に向かって折り曲げられ、陰極室32の幅方向端部を規定する側壁が形成されている。
第2隔壁28は、奥行方向(D方向)において、集電体26と間隔をおいて配置されている。図2に示すとおり、第2隔壁28の下端側部分は、第1隔壁12と同様に、集電体26の下端に向かって折り曲げられており、陰極室32の下端を規定する底板34が形成されている。図示していないが、第2隔壁28の幅方向(W方向)の両側部分も集電体26に向かって折り曲げられ、陰極室32の幅方向端部を規定する側壁が形成されている。
(第2リブ30)
第2リブ30は、第1リブ14と同じように、幅方向に間隔をおいて複数個設けられており、上下方向(V方向)に沿って延びている。図3に示すとおり、複数の第2リブ30は、複数の第1リブ14の位置に対応する位置に配置されている。第2リブ30は、集電体26から第2隔壁28に向かって延びる主部36と、主部36の第2隔壁28側の端部から幅方向に突出する複数の接合片38とを有する。
第2リブ30は、第1リブ14と同じように、幅方向に間隔をおいて複数個設けられており、上下方向(V方向)に沿って延びている。図3に示すとおり、複数の第2リブ30は、複数の第1リブ14の位置に対応する位置に配置されている。第2リブ30は、集電体26から第2隔壁28に向かって延びる主部36と、主部36の第2隔壁28側の端部から幅方向に突出する複数の接合片38とを有する。
主部36の集電体26側の端部は、集電体26に溶接によって接合されている。一方、各接合片38は、第2隔壁28の表面28aに溶接によって接合されている。図2を参照することによって理解されるとおり、主部36の第2隔壁28側の端部には、上下方向に間隔をおいて複数の切り欠き40が設けられている。切り欠き40は、隣接する接合片38同士の間に位置している。複数の切り欠き40により、陰極室32内において、液体および気体の幅方向への流通が確保されている。
第1リブ14の寸法と、第2リブ30の寸法との関係については、図3に示すとおり、第1リブ14の厚みT1が、第2リブ30の厚みT2よりも大きいのが好都合である(T1>T2)。また、第1リブ14の主部20の奥行D1が、第2リブ30の主部36の奥行D2よりも大きいのが好ましい(D1>D2)。
(クラッド板8)
図2とともに図3を参照して説明を続けると、クラッド板8は、幅方向に間隔をおいて複数個設けられており、上下方向に沿って延びている。クラッド板8は、第1隔壁12の裏面12bと第2隔壁28の裏面28bとの間であって、第1リブ14の接合片22と第2リブ30の接合片38とに対応する位置に配置されている。
図2とともに図3を参照して説明を続けると、クラッド板8は、幅方向に間隔をおいて複数個設けられており、上下方向に沿って延びている。クラッド板8は、第1隔壁12の裏面12bと第2隔壁28の裏面28bとの間であって、第1リブ14の接合片22と第2リブ30の接合片38とに対応する位置に配置されている。
図示の実施形態のクラッド板8は、第1材料の層8a(たとえばチタン層)と、第1材料よりも電気抵抗が低い第2材料の層8b(たとえば、ニッケル層)とが爆発圧着により接合され、あるいは、第1材料の層8aと第2材料の層8bとが圧延によって接合された二層構造の板材である。第1材料の層8aは、第1材料製の第1隔壁12の裏面12bに溶接によって接合されている。一方、第2材料の層8bは、第2材料製の第2隔壁28の裏面28bに溶接によって接合されている。
(供給ノズル44、46)
図2に示すとおり、電解槽ユニット2の下部には、中空の断面角形の下部フレーム42が設けられている。下部フレーム42は、ステンレス鋼等の適宜の金属材料から形成され得る。下部フレーム42には、上下方向に貫通する2個の貫通穴(図示していない。)が設けられている。一方の貫通穴には、陽極室16に原料を供給するための供給ノズル44が装着され、他方の貫通穴には、陰極室32に原料を供給するための供給ノズル46(図1参照)が装着されている。なお、図示していないが、電解槽ユニット2の幅方向両側端部には、サイドフレームが設けられている。
図2に示すとおり、電解槽ユニット2の下部には、中空の断面角形の下部フレーム42が設けられている。下部フレーム42は、ステンレス鋼等の適宜の金属材料から形成され得る。下部フレーム42には、上下方向に貫通する2個の貫通穴(図示していない。)が設けられている。一方の貫通穴には、陽極室16に原料を供給するための供給ノズル44が装着され、他方の貫通穴には、陰極室32に原料を供給するための供給ノズル46(図1参照)が装着されている。なお、図示していないが、電解槽ユニット2の幅方向両側端部には、サイドフレームが設けられている。
(気液分離室48、50)
電解槽ユニット2の上部には、図2に示すように、陽極側の気液分離室48と、陰極側の気液分離室50とが設けられている。
電解槽ユニット2の上部には、図2に示すように、陽極側の気液分離室48と、陰極側の気液分離室50とが設けられている。
(陽極側の気液分離室48)
陽極側の気液分離室48は、第1材料製の断面L字状の仕切り材52と、第1材料製の矩形状の天板54とを有する。仕切り材52の底面部分52aには、幅方向に間隔をおいて複数の開口(図示していない。)が形成されている。複数の開口により、陽極室16と気液分離室48との間で、液体および気体が上下方向に流れることができるようになっている。
陽極側の気液分離室48は、第1材料製の断面L字状の仕切り材52と、第1材料製の矩形状の天板54とを有する。仕切り材52の底面部分52aには、幅方向に間隔をおいて複数の開口(図示していない。)が形成されている。複数の開口により、陽極室16と気液分離室48との間で、液体および気体が上下方向に流れることができるようになっている。
図1に示すとおり、気液分離室48の幅方向の端部には、気液分離室48内の気体および液体を排出するための排出ノズル56が付設されている。排出ノズル56は、第1材料から形成されている。
(陰極側の気液分離室50)
陰極側の気液分離室50は、第2材料製の断面L字状の仕切り材58と、第2材料製の矩形状の天板60とを有する。仕切り材58の底面部分58aには、幅方向に間隔をおいて複数の開口(図示していない。)が形成されている。複数の開口により、陰極室32と気液分離室50との間で、液体および気体が上下方向に流れることができるようになっている。
陰極側の気液分離室50は、第2材料製の断面L字状の仕切り材58と、第2材料製の矩形状の天板60とを有する。仕切り材58の底面部分58aには、幅方向に間隔をおいて複数の開口(図示していない。)が形成されている。複数の開口により、陰極室32と気液分離室50との間で、液体および気体が上下方向に流れることができるようになっている。
気液分離室50の幅方向の端部(陽極側の排出ノズル56が設けられている端部とは反対側の端部)には、気液分離室50内の気体および液体を排出するための排出ノズル62が付設されている。排出ノズル62は、第2材料製である。
(電解槽ユニット2の製造方法)
次に、上述したとおりの電解槽ユニット2の製造方法について説明する。
次に、上述したとおりの電解槽ユニット2の製造方法について説明する。
まず、第1隔壁12の上部に、仕切り材52、天板54および排出ノズル56を溶接によって接合し、陽極側の気液分離室48を形成する。同様に、第2隔壁28の上部にも、仕切り材58、天板60および排出ノズル62を溶接によって接合し、陰極側の気液分離室50を形成する。気液分離室48、50は、どちらを先に形成してもよい。
(配列工程)
気液分離室48、50を形成したら、第1リブ14、第1隔壁12、クラッド板8、第2隔壁28、第2リブ30の順の位置関係で、第1リブ14、第1隔壁12、クラッド板8、第2隔壁28および第2リブ30を配列する配列工程を実施する。
気液分離室48、50を形成したら、第1リブ14、第1隔壁12、クラッド板8、第2隔壁28、第2リブ30の順の位置関係で、第1リブ14、第1隔壁12、クラッド板8、第2隔壁28および第2リブ30を配列する配列工程を実施する。
本工程においては、たとえば図4に示すとおり、上から1番目に第1リブ14、上から2番目に第1隔壁12、上から3番目にクラッド板8、上から4番目に第2隔壁28、上から5番目に第2リブ30の位置関係で配列することができる。
あるいは、図4に示す位置関係とは反対に、下から1番目に第1リブ14、下から2番目に第1隔壁12、下から3番目にクラッド板8、下から4番目に第2隔壁28、下から5番目に第2リブ30の位置関係で配列してもよい。
配列工程の際には、クラッド板8の第1材料の層8aを、第1材料製の第1隔壁12の裏面12bに向け、クラッド板8の第2材料の層8bを、第2材料製の第2隔壁28の裏面28bに向ける。また、第1リブ14の接合片22、クラッド板8および第2リブ30の接合片38のそれぞれの幅方向の位置を整合させるとともに、隣接する部材同士を接触させる。
なお、第1・第2リブ14、30、第1・第2隔壁12、28およびクラッド板8を配列する時間的な順序は任意である。第1リブ14、第2リブ30およびクラッド板8を配列する数量は、1個でも複数個でもよい。ただし、第1リブ14、第2リブ30およびクラッド板8のそれぞれを複数個配列する際には、第1リブ14の数量と、第2リブ30の数量と、クラッド板8の数量とを同一にする。
(第1・第2突起64、66)
図4を参照することによって理解されるとおり、第1リブ14の接合片22(第1隔壁12の表面12aに接合される接合部分)には、第1突起64が形成されている。また、第2リブ30の接合片38(第2隔壁28の表面28aに接合される接合部分)には、第2突起66が形成されている。第1・第2突起64、66の形状は、いずれも円形状、矩形状など任意の形状でよい。
図4を参照することによって理解されるとおり、第1リブ14の接合片22(第1隔壁12の表面12aに接合される接合部分)には、第1突起64が形成されている。また、第2リブ30の接合片38(第2隔壁28の表面28aに接合される接合部分)には、第2突起66が形成されている。第1・第2突起64、66の形状は、いずれも円形状、矩形状など任意の形状でよい。
図示の実施形態においては、第1突起64の大きさと第2突起66の大きさとが異なるか、あるいは、第1突起64の数量と第2突起66の数量とが異なるのが重要である。
第1突起64の大きさと第2突起66の大きさとが異なることの一例は、第1突起64の直径d1が、第2突起66の直径d2よりも大きい(d1>d2)ことである。他の例は、第1突起64の突出量S1が、第2突起66の突出量S2よりも小さい(S1<S2)ことである。
第1突起64の直径d1が、第2突起66の直径d2よりも大きい場合には、第1突起64の直径が第2突起66の直径の1.05倍以上3.7倍以下が望ましく、1.05倍以上3.0倍以下がより望ましく、1.15倍以上2.5倍以下であるのが特に望ましい。これにより、後述する接合工程を経て製造された電解槽ユニットにおいては、第1突起64の溶接痕の面積A1(図6参照)が、第2突起66の溶接痕の面積A2(図6参照)の1.15倍以上13.7倍以下、望ましくは1.15倍以上6.8倍以下、特に望ましくは1.15倍以上2.5倍以下相当となり、溶接部の構造抵抗値を低く抑えることができる。
一般に、部材同士が溶接されておらず接触しただけである場合の構造抵抗値は、部材同士が溶接された連続構造体の構造抵抗値よりも大きくなる。このため、第1突起64の溶接痕の面積A1が第2突起66の溶接痕の面積A2の1.15倍未満であると、溶接面積が小さいため、第1リブ14、第1隔壁12、クラッド板8、第2隔壁28および第2リブ30の相互の溶接部分における構造抵抗値が上昇する傾向にあり、その結果、電解槽ユニット全体としての構造抵抗値が増加する傾向にある。
一方、第1突起64の溶接痕の面積A1が第2突起66の溶接痕の面積A2の13.7倍を超えると、溶接に必要な熱エネルギーが増大するため、溶接による熱歪の影響によって所要の電極平坦精度が悪化し、構造抵抗値の上昇につながる。また、溶接に必要なエネルギーの増大に起因して、溶接品質の悪化を招くことになる。
第1突起64の数量と第2突起66の数量とが異なるとは、たとえば図5に示すように、第1突起64の数量が、第2突起66の数量よりも多いことである。ここでいう第1突起64の数量とは、第1リブ14の1個の接合片22に形成されている突起数量であり、第2突起66の数量とは、第2リブ30の1個の接合片38に形成されている突起数量である。
図5に示す例においては、第1リブ14の1個の接合片22に2個の第1突起64が設けられ、第2リブ30の1個の接合片38に1個の第2突起66が設けられているが、各突起の数量は図5に示す数量に限定されず、任意に設定され得る。
第1・第2突起64、66の大きさ・数量の関係について小括すると、下記1ないし3の条件のうち、少なくとも1個の条件を充足すればよい。
1 第1突起64の直径d1が第2突起66の直径d2よりも大きい(d1>d2)。
2 第1突起64の突出量S1が第2突起66の突出量S2よりも小さい(S1<S2)。
3 第1突起64の数量が第2突起66の数量よりも多い。
1 第1突起64の直径d1が第2突起66の直径d2よりも大きい(d1>d2)。
2 第1突起64の突出量S1が第2突起66の突出量S2よりも小さい(S1<S2)。
3 第1突起64の数量が第2突起66の数量よりも多い。
なお、上記1から3までの条件のうち2個の条件を充足してもよく、上記1から3までの条件のすべてを充足してもよい。図4には、上記1および2の条件を充足した例が示され、図5には、上記1から3までの条件のすべての条件を充足した例が示されている。
配列工程においては、第1突起64の中心C1から第2突起の中心C2までの径方向距離(上下方向Vではなく、幅方向Wないし奥行方向Dに関する距離)を15mm以内とするのが好適である。これにより、後述する接合工程を経て製造された電解槽ユニットにおいては、第1突起64の溶接痕の中心から第2突起66の溶接痕の中心までの径方向距離が15mm以内となり、陽極板10から陰極板(図示していない。)までの電流経路において、第1・第2隔壁12、28に沿って流れる無効電流(第1・第2隔壁12、28の厚み方向と直交する方向に流れる無効電流)を抑制できる。したがって、陽極板10と陰極板との間の抵抗値が低い電解槽ユニットとなる。
(接合工程)
配列工程を実施した後、第1リブ14、第1隔壁12、クラッド板8、第2隔壁28および第2リブ30を抵抗溶接によって接合する接合工程を実施する。接合工程における抵抗溶接は、スポット溶接でよい。
配列工程を実施した後、第1リブ14、第1隔壁12、クラッド板8、第2隔壁28および第2リブ30を抵抗溶接によって接合する接合工程を実施する。接合工程における抵抗溶接は、スポット溶接でよい。
接合工程においては、抵抗溶接機(図示していない。)の一方の電極を第1リブ14の接合片22に突き当てるとともに、抵抗溶接機の他方の電極を第2リブ30の接合片38に突き当てる。これによって、第1・第2リブ14、30、第1・第2隔壁12、28およびクラッド板8を抵抗溶接機の一対の電極によって挟み込むとともに、上記各部材に所定圧力を加える。
そして、電極から電流を流すと、電気抵抗に起因するジュール熱が発生し、第1突起64が溶融して潰れ、図6に示すように、第1リブ14の接合片22と第1隔壁12の表面12aとが接合されるとともに、第2突起66が溶融して潰れ、第2リブ30の接合片38と第2隔壁28の表面28aとが接合される。
また、通電時の電気抵抗に起因するジュール熱により、第1隔壁12の裏面12bと、クラッド板8の第1材料の層8aとが接合され、かつ、第2隔壁28の裏面28bと、クラッド板8の第2材料の層8bとが接合される。
このような接合工程においては、電極有効面積1m2あたり、350以上550以下の箇所に抵抗溶接を施すのが好都合である。抵抗溶接箇所が350個未満であると、構造抵抗値の増大につながる。一方、抵抗溶接箇所が550個を超えると、抵抗溶接箇所の増加に伴う構造抵抗値の増大を抑制する効果は低く、却って生産性の悪化を招来する。なお、電極有効面積とは、電極板全体の面積のうち、実質的に電気分解に寄与する部分の面積である。
上記のとおり、図示の実施形態においては、第1材料製の接合片22に形成されている第1突起64の大きさと、第2材料製の接合片38に形成されている第2突起66の大きさとが異なるか、あるいは、第1突起64の数量と第2突起66の数量とが異なる。このため、第1材料製の部材(第1隔壁12、第1リブ14およびクラッド板8の第1材料の層8a)における発熱量と、第1材料よりも電気抵抗が低い第2材料製の部材(第2隔壁28、第2リブ30およびクラッド板8の第2材料の層8b)における発熱量との差が小さくなる。
これによって、溶接電流の調整が容易となり、第1材料製の部材同士および第2材料製の部材同士のそれぞれの充分な接合強度を確保しつつ、溶融した母材が破裂して飛散する「散り」を低減することができる。したがって、図示の実施形態によれば、溶接品質にばらつきが生じにくく、溶接品質を向上することができる。
このようにして接合工程を実施したら、第1・第2隔壁12、28の下部に下部フレーム42を位置づけ、第1・第2隔壁12、28の下部と下部フレーム42とを溶接によって接合する。次いで、陽極側の供給ノズル44と、陰極側の供給ノズル46とを下部フレーム42に溶接によって接合する。
さらに、第1・第2隔壁12、28の幅方向両側端部のそれぞれにサイドフレームを位置づけ、第1・第2隔壁12、28の幅方向両側端部のそれぞれとサイドフレームとを溶接によって接合する。そして、第1リブ14の主部20の端部に陽極板10を溶接によって接合し、第2リブ30の主部36の端部に集電体26を溶接によって接合する。
以上のとおりであり、図示の実施形態によれば、第1材料製の部材の溶接時における発熱量と、第2材料製の部材の溶接時における発熱量との差が小さく、内散りを低減することができるので、溶接品質にばらつきが生じにくく、溶接品質を向上することができる。
ところで、第1材料の電気抵抗は第2材料の電気抵抗よりも大きいことから、図示の実施形態のように、第1リブ14の厚みT1が第2リブ30の厚みT2よりも大きい場合(T1>T2)には、第1材料製の部材における発熱量と、第2材料製の部材における発熱量との差を一層低減することができる。この点は、第1リブ14の奥行D1が第2リブ30の奥行D2よりも大きい場合(D1>D2)も同様である。
さらに、第1材料がチタンであり、第2材料がニッケルである場合には、第1リブ14の厚みT1が第2材料製の第2リブ30の厚みT2よりも大きく、あるいは、第1リブ14の奥行D1が第2材料製の第2リブ30の奥行D2よりも大きいと、電解槽ユニット2の構造抵抗値の上昇を抑えつつ、ニッケル製の部材量を減らすことができるので、電解槽ユニット2のコストを低減することができる。
2:電解槽ユニット
8:クラッド板
8a:第1材料の層
8b:第2材料の層
12:第1隔壁
14:第1リブ
28:第2隔壁
30:第2リブ
64:第1突起
66:第2突起
8:クラッド板
8a:第1材料の層
8b:第2材料の層
12:第1隔壁
14:第1リブ
28:第2隔壁
30:第2リブ
64:第1突起
66:第2突起
Claims (14)
- 電解槽ユニットの製造方法であって、
第1材料から形成された第1リブ、前記第1材料から形成された第1隔壁、前記第1材料の層および前記第1材料よりも電気抵抗が低い第2材料の層を有するクラッド板、前記第2材料から形成された第2隔壁、ならびに前記第2材料から形成された第2リブの順の位置関係で、前記第1リブ、前記第1隔壁、前記クラッド板、前記第2隔壁および前記第2リブを配列する配列工程と、
前記第1リブ、前記第1隔壁、前記クラッド板、前記第2隔壁および前記第2リブを抵抗溶接によって接合する接合工程とを含み、
前記第1リブの前記第1隔壁に接合される接合部分には第1突起が形成され、前記第2リブの前記第2隔壁に接合される接合部分には第2突起が形成され、
前記第1突起の大きさと前記第2突起の大きさとが異なるか、あるいは前記第1突起の数量と前記第2突起の数量とが異なる電解槽ユニットの製造方法。 - 前記第1突起の直径が前記第2突起の直径よりも大きい、請求項1に記載の電解槽ユニットの製造方法。
- 前記第1突起の突出量が前記第2突起の突出量よりも小さい、請求項1または2に記載の電解槽ユニットの製造方法。
- 前記第1突起の数量が前記第2突起の数量よりも多い、請求項1から3までのいずれかに記載の電解槽ユニットの製造方法。
- 前記第1リブの厚みが前記第2リブの厚みよりも大きい、請求項1から4までのいずれかに記載の電解槽ユニットの製造方法。
- 前記第1リブの奥行が前記第2リブの奥行よりも大きい、請求項1から5までのいずれかに記載の電解槽ユニットの製造方法。
- 前記第1材料はチタンである、請求項1から6までのいずれかに記載の電解槽ユニットの製造方法。
- 前記第2材料はニッケルである、請求項1から7までのいずれかに記載の電解槽ユニットの製造方法。
- 前記第1突起の直径は、前記第2突起の直径の1.05倍以上3.7倍以下である、請求項2記載の電解槽ユニットの製造方法。
- 前記第1突起の中心から前記第2突起の中心までの径方向距離を15mm以内とする、請求項1から9までのいずれかに記載の電解槽ユニットの製造方法。
- 前記接合工程において、電極有効面積1m2あたり、350以上550以下の箇所に抵抗溶接を施す、請求項1から10までのいずれかに記載の電解槽ユニットの製造方法。
- 請求項2または9に記載の電解槽ユニットの製造方法によって製造された電解槽ユニットであって、
前記第1突起の溶接痕の面積は、前記第2突起の溶接痕の面積の1.15倍以上13.7倍以下である電解槽ユニット。 - 請求項1から11までのいずれかに記載の電解槽ユニットの製造方法によって製造された電解槽ユニットであって、
前記第1突起の溶接痕の中心から前記第2突起の溶接痕の中心までの径方向距離は15mm以内である電解槽ユニット。 - 請求項1から11までのいずれかに記載の電解槽ユニットの製造方法によって製造された電解槽ユニットであって、
前記抵抗溶接の箇所は、電極有効面積1m2あたり、350以上550以下である電解槽ユニット。
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