(57)【要約】【課題】簡便かつ強固に弾性クッション材が集電板に固定されたイオン交換膜電解槽を提供する。【解決手段】耐食性フレーム１０に金属製弾性体１１が巻回されてなる弾性クッション材４が可撓性電極５と多孔性集電板６との間に配置されてなるイオン交換膜電解槽である。弾性クッション材４は、略Ｕ字状のピン８により耐食性フレーム９が挟まれた状態で多孔性集電板６に固定されてなる。【選択図】図３
2014221930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるイオン交換膜電解槽において、
前記弾性クッション材が、略Ｕ字状のピンにより前記耐食性フレームが挟まれた状態で前記多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするイオン交換膜電解槽。
【請求項２】
耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるイオン交換膜電解槽において、
前記耐食性フレームが、固定部材が貫通可能な貫通孔を有する耐食性金属薄板からなり、前記固定部材が前記貫通孔を貫通して、前記多孔性集電板の孔に係合することにより、前記弾性クッション材が前記多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするイオン交換膜電解槽。
【請求項３】
耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるイオン交換膜電解槽において、
前記耐食性フレームが、固定部材が貫通可能な貫通孔を有する固定部を有し、前記固定部材が前記貫通孔を貫通して、前記多孔性集電板の孔に係合することにより、前記弾性クッション材が前記多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするイオン交換膜電解槽。
【請求項４】
耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるイオン交換膜電解槽において、
前記弾性クッション材を構成する耐食性フレームが、前記多孔性集電板と係合する固定部を有し、該固定部により前記多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするイオン交換膜電解槽。
【請求項５】
前記固定部が、前記多孔性集電板の孔に貫通可能なピン状の凸部であり、該凸部を前記多孔性集電板の孔に貫通させた後に前記凸部の先端部をかしめることで、前記弾性クッション材が前記多孔性集電板に固定されてなる請求項４記載のイオン交換膜電解槽。
【請求項６】
前記固定部が、前記多孔性集電板の孔に貫通可能な長尺状の金属薄板であり、該金属薄板を前記多孔性集電板の孔に貫通させた後に折り曲げることで、前記弾性クッション材が前記多孔性集電板に固定されてなる請求項４記載のイオン交換膜電解槽。
【請求項７】
前記金属製弾性体が金属製コイル体である請求項１〜６のうちいずれか一項記載のイオン交換膜電解槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン交換膜電解槽（以下、単に「電解槽」とも称する）に関し、詳しくは、簡便かつ強固に弾性クッション材が集電板に固定されたイオン交換膜電解槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
クロルアルカリ電解に使用するイオン交換膜電解槽では、通常、陽極、イオン交換膜および水素発生陰極の三者を密着状態で配置して電解電圧の低下を図っている。しかしながら、電解面積が数平方メートルにも達する大型の電解槽においては、剛性部材の陽極および陰極を電極室に収容した場合、両電極をイオン交換膜に密着させて電極間隔を所定値に保持することは困難であった。
【０００３】
電極間距離または電極と電極集電板間の距離を小さくするため、またはほぼ一定値に維持するための手段として、これらに材料として弾性材料を使用する電解槽が知られている。このような電解槽は、電極をイオン交換膜に均一に密着させてイオン交換膜の破損をさけるため、および陽−陰両電極間距離を最小に保つため、少なくとも一方の電極の極間距離方向への移動が自由な構造とし、電極を弾力性部材で押し狭持圧を調節している。この弾性材料としては、金属の細線の織布、不織布、網等の非剛性材料、および板バネ等の剛性材料が知られている。
【０００４】
しかしながら、これまでの非剛性材料は、電解槽への装着後に、陽極側から過度に押圧された場合に、部分的に変形して電極間距離が不均一になったり、細線がイオン交換膜に突き刺さったり、といった欠点を有していた。また、板バネ等の剛性材料は、イオン交換膜を傷つけたり、剛性材料自身が塑性変形したりしてしまい、再使用が不可能になるといった欠点を有していた。このような中、食塩電解槽のようなイオン交換膜電解においては、陽極や陰極をイオン交換膜に密着させて低電圧での継続運転を可能とすべく、電極をイオン交換膜方向に押圧するための種々の方法が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、従来用いられていた板バネや金属網状体に代わり、金属製コイル体を可撓性陰極と陰極集電板の間に装着して陰極を隔膜方向に均一に押圧して各部材を密着させた電解槽が提案されている。しかしながら、金属製コイル体は変形率が高いため、取扱い難く、作業員の意図通りに電解槽の所定箇所に設置することが困難になることが多い。また、容易に変形する（強度が不十分である）ため、一旦電解槽の所定箇所に設置しても電解槽内の電解液や生成ガスにより偏位して各部材の均一密着が困難になることがある。
【０００６】
かかる問題に対して、特許文献２では、長方形の耐食性フレームに対して密度がほぼ均一になるように金属性コイル体を耐食性フレームに巻回して弾性クッション材を作製し、この弾性クッション材を金属製コイル体に代えて可撓性陰極と陰極集電板との間に装着して可撓性陰極をイオン交換膜に均一に押圧させたイオン交換電解槽が提案されている。また、特許文献３には、可撓性電極および弾性マット材が、可撓性電極および弾性マットを貫通し、弾性マットの裏面に設置された多孔性集電板の孔に係合するピンで固定された電解槽が提案されている。
【０００７】
特許文献３に記載の固定方法においては、図１１に示すように、ピン１０１を陰極集電板１０２側に向けて押し込む際、金属製コイル体１０３を圧縮しながらピン１０１を陰極集電板１０２側に向けて押し込むことになる。しかしながら、ピン１０１を陰極集電板１０２の孔１０２ａに嵌め込む際、ピン１０１に過度の力が加わるとピン１０１が変形したり、可撓性陰極１０４が過度に変形したり、または破損したりするおそれがある。
【０００８】
また、ゼロギャップ電解槽を組み立てる場合、可撓性陰極１０４がイオン交換膜１０５に接触し、陽極側に押される。この際、陽極は剛性のためイオン交換膜１０５は移動せず、可撓性陰極１０４と集電板との距離が縮まり、金属製コイル体１０３が圧縮されることになる。その結果、金属製コイル体１０３の弾性反発で可撓性陰極１０４がイオン交換膜１０５に密着し、陽極と可撓性陰極１０４との距離が可及的に短くなる。特許文献３に記載の弾性クッションの固定方法においては、ピン１０１を陰極集電板の孔１０２ａに嵌め込む際、可撓性陰極１０４のピン１０１と接触している部分にくぼみが生じてしまう。そのため、電解槽組み立て時にイオン交換膜１０５で押された可撓性陰極１０４が陰極集電板１０２に移動する際に、ピン１０１近傍の可撓性陰極１０４は移動しないため、ピン１０１近傍の可撓性陰極が変形し、可撓性陰極の変形部１０４ａがイオン交換膜１０３に局部的に突出してしまうという事態が生じてしまう。その結果、電解槽の運転中に可撓性陰極の変形部１０４ａと、イオン交換膜１０５と接触してイオン交換膜１０５を破損しやすくなるおそれがある。
【０００９】
このような課題を解決するために、特許文献４、５では、製作が容易であり、かつ、イオン交換膜を傷つけずに長期間安定的に運転が可能な電解槽が提案されている。特許文献４では、耐食性フレームに金属製コイル体が巻回された弾性クッション材が溶接等で集電板に固定され、可撓性電極がピンで固定された電解槽が提案されている。この電解槽は、ピンは可撓性電極と集電板とを貫通するが、金属製コイル体は貫通しない構造となっている。また、特許文献５では、耐食性フレームに金属製コイル体が巻回された弾性クッション材と可撓性電極とがピンにより集電板に固定された電解槽が提案されている。特許文献５で提案されている電解槽も、弾性クッション材の金属製コイル体をピンで貫通させない構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公昭６３−５３２７２号公報
【特許文献２】特開２００４−３００５４７号公報
【特許文献３】特開２０００−１７８７８１号公報
【特許文献４】特開２０１１−１１７０４７号公報
【特許文献５】特開２０１２−１４０６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献４で提案されている電解槽は、耐食性フレーム自体は溶接により集電体に取り付けられているが、集電体には鉄や銅からなるフレームにニッケルコーティングを施したものもあり、特許文献４で提案されている電解槽のように、耐食性フレームを集電板に溶接すると、電解槽の起用時や運転停止時、また保管中に基材の銅や鉄が電解液中に溶出してしまい、電解性能の低下につながる場合がある。これに対して、特許文献５に記載の電解槽では、弾性クッション材は溶接ではなくピンで集電板に固定されているため、基材の銅や鉄が電解液中に溶出することはない。しかしながら、弾性クッション材を集電板にピンで固定するには熟練を要し、必ずしも作業性が良いというものではなかった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、簡便かつ強固に弾性クッション材が集電板に固定されたイオン交換膜電解槽を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ピンや弾性クッション材の耐食性フレームを所定の形状することで、上記課題を解消することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明のイオン交換膜電解槽は、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるイオン交換膜電解槽において、
前記弾性クッション材を構成する耐食性フレームが、略Ｕ字状のピンにより前記耐食性フレームが挟まれた状態で前記多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の他のイオン交換膜電解槽は、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるイオン交換膜電解槽において、
前記耐食性フレームが、固定部材が貫通可能な貫通孔を有する耐食性金属薄板からなり、前記固定部材が前記貫通孔を貫通して、前記多孔性集電板の孔に係合することにより、前記弾性クッション材が前記多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、本発明のさらに他のイオン交換膜電解槽は、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるイオン交換膜電解槽において、
前記耐食性フレームが、固定部材が貫通可能な貫通孔を有する固定部を有し、前記固定部材が前記貫通孔を貫通して、前記多孔性集電板の孔に係合することにより、前記弾性クッション材が前記多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするものである。
【００１７】
さらにまた、本発明のさらに他のイオン交換膜電解槽は、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるイオン交換膜電解槽において、
前記弾性クッション材を構成する耐食性フレームが、前記多孔性集電板と係合する固定部を有し、該固定部により多孔性集電板に固定されてなることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明のさらに他のイオン交換膜電解槽においては、前記固定部は、前記多孔性集電板の孔に貫通可能なピン状の凸部であり、該凸部を前記多孔性集電板の孔に貫通させた後に前記凸部の先端部をかしめることで、前記弾性クッション材が前記多孔性集電板に固定されてなるものでもよく、前記固定部が、前記多孔性集電板の孔に貫通可能な長尺状の金属薄板であり、該金属薄板を前記多孔性集電板の孔に貫通させた後に折り曲げることで、前記弾性クッション材が前記多孔性集電板に固定されてなるものでもよい。
【００１９】
本発明のイオン交換膜電解槽においては、前記金属製弾性体は、金属製コイル体であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡便かつ強固に弾性クッション材が集電板に固定されたイオン交換膜電解槽を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一好適な実施の形態に係るイオン交換膜電解槽の概略断面図である。
【図２】本発明に係る弾性クッション材の一好適例を示す平面図である。
【図３】第１の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽における弾性クッション材の多孔性集電板に対する固定方法を説明する説明図である。
【図４】本発明に係る略Ｕ字形状のピンの例を示す正面図であり、（ａ）は両先端部が直線状のものであり、（ｂ）は両先端が折り返された形状のものである。
【図５】（ａ）は、耐食性金属薄板で作製した耐食性フレームを直線状のピンで固定する場合の固定部近傍の部分斜視図であり、（ｂ）は、耐食性金属薄板で作製した耐食性フレームを略Ｕ字状のピンで固定する場合の固定部近傍の部分斜視図である。
【図６】（ａ）は、耐食性金属丸棒に平板状の固定部を設け、固定部に直線状のピンを貫通させて固定する場合の固定部近傍の部分斜視図であり、（ｂ）は、耐食性金属丸棒に平板状の固定部を設け、固定部に略Ｕ字状のピンを貫通させて固定する場合の固定部近傍の部分斜視図である。
【図７】本発明に係るピンの一好適例を示す斜視図である。
【図８】本発明に係るピンの他の好適例を示す斜視図である。
【図９】（ａ）は、固定前におけるピンの先端部と陰極集電板の孔との関係を示す図であり、（ｂ）は、固定後におけるピンの先端部と陰極集電板の孔との関係を示す図である。
【図１０】第４および第５の実施の形態のイオン交換膜電解槽に係る弾性クッション材を構成する耐食性フレームの部分斜視図である。
【図１１】従来の電解槽の陰極の固定用ピンの近傍の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明のイオン交換膜電解槽は、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるものである。図１は、本発明の一好適な実施の形態に係るイオン交換膜電解槽の概略断面図である。図示例においては、陽極室１と陰極室２とがイオン交換膜３により区画されており、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材４が可撓性陰極５と陰極集電板６の間に配置され、この弾性クッション材４の弾性反発力により、可撓性陰極５とイオン交換膜３と剛性陽極７とが密着させられてなる。図１においては、電極として可撓性陰極５および剛性陽極７を例として挙げており、以下、これに基づいて説明するが、本発明の電解槽においては、電極の極性を逆にしてもよく、可撓性陽極および剛性陰極であってもよい。本発明においては、可撓性陰極および可撓性陽極両者を合わせて可撓性電極と呼ぶ。
【００２３】
図２は、本発明に係る弾性クッション材４の一好適例を示す平面図である。図示するように、弾性クッション材４は、通常、長方形状の耐食性フレーム１０の４本の枠杆のうち対向する一対の耐食性フレーム１０間に、ほぼ均一密度になるように１本のまたは複数本の金属製弾性体（図示例では金属製コイル体１１）が巻回されてなる。図２においては、耐食性フレーム１０は耐食性の金属丸棒からなっており、図示例においては、長方形の枠の長手方向の１対の丸棒間に補強杆１２が架け渡された構造であるが、本発明のイオン交換膜電解槽においては、金属丸棒に代えて耐食性の金属角材や金属薄板を用いてもよい。耐食性フレーム１０の材質としては、ニッケルやステンレス、銅等の導電性に優れた金属の表面にニッケルを被覆して耐食性を向上させたもの等を用いることができる。
【００２４】
図３は、第１の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽における、弾性クッション材の多孔性集電板に対する固定方法を説明する説明図である。第１の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽においては、可撓性電極（図示例においては可撓性陰極５）と弾性クッション材４を構成する耐食性フレーム１０とが、略Ｕ字状のピン８により多孔性集電板（図示例においては陰極集電板６）に固定されてなる。図３に示す例では、可撓性陰極５の上から弾性クッション材４を構成する耐食性フレーム１０を挟み、略Ｕ字状のピン８の先端を多孔性の陰極集電板６の孔に嵌通させることで、可撓性陰極５および弾性クッション材４を陰極集電板６に固定している。従来提案されている、弾性クッション材のピンでの固定は直線状のピンで行われているのに対して、本実施の形態に係るピンは略Ｕ字状であるため、略Ｕ字状のピンの脚部８ａ２本が陰極集電板６の孔と係合するため、より強固に弾性クッション材を固定することができる。
【００２５】
図４は、本発明に係る略Ｕ字形状のピンの例を示す正面図であり、その略Ｕ字ピンの形状としては、図４（ａ）に示すように、両先端部が直線状であってもよいし、図４（ｂ）に示すように、両先端部が折り返された形状であってもよい。図４（ａ）に示すタイプの略Ｕ字状のピン８を用いれば、ピン８の先端を多孔性集電板の孔に嵌通させることで弾性クッション材を固定することは可能であるが、より確実に弾性クッション材を多孔性集電板に固定するために、ピン８の先端を多孔性集電板の孔に嵌通させた後、ピン８の両先端部を内側または外側に折り曲げて固定してもよい。なお、図４（ｂ）に示す略Ｕ字の先端部が折り返された形状のピン１８を用いれば、ピン１８の両先端部の折り返し部分が多孔性集電板の孔に引っかかり、ピン１８が抜け難くなる。
【００２６】
次に、第２の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽について説明する。
第２の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽は、弾性クッション材４を構成する耐食性フレームが、固定部材が貫通可能な貫通孔を有する耐食性金属薄板からなる。図５（ａ）は、耐食性金属薄板で作製した耐食性フレームを直線状のピンで固定する場合の固定部近傍の部分斜視図であり、（ｂ）は、耐食性金属薄板で作製した耐食性フレームを略Ｕ字状のピンで固定する場合の固定部近傍の部分斜視図である。図５（ａ）および（ｂ）に示す例のように、第２の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽は、耐食性金属薄板で作製した耐食性フレーム２０、３０に固定部材であるピン２８、３８が貫通する貫通孔２０ａ、３０ａを設け、この貫通孔２０ａ、３０ａにピン２８、３８を貫通させ、ピンの先端を多孔性集電板の孔に嵌通させることで、弾性クッション材４を陰極集電板６に固定する。
【００２７】
次に、第３の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽について説明する。
第３の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽は、弾性クッション材４を構成する耐食性フレームが、固定部材が貫通可能な貫通孔を有する固定部を有する。図６（ａ）は、耐食性金属丸棒に平板状の固定部を設け、固定部に直線状のピンを貫通させて固定する場合の固定部近傍の部分斜視図であり、（ｂ）は、耐食性金属丸棒に平板状の固定部を設け、固定部に略Ｕ字状のピンを貫通させて固定する場合の固定部近傍の部分斜視図である。図６（ａ）および（ｂ）に示す例では、第３の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽においては、耐食性フレーム４０、５０にピン４８、５８を貫通させる貫通孔４０ａ、５０ａを有する平板状の固定部４０ｂ、５０ｂを設け、貫通孔４０ａ、５０ａにピン４８、５８を貫通させ、ピンの先端を多孔性集電板に嵌通させることで、弾性クッション材４を陰極集電板６に固定する。
【００２８】
本発明の第２、第３の実施に係る形態のイオン交換膜電解槽において、固定部材として直線状のピンを用いる場合、図７に示すような先端部８８ａに切り込みを有するピン８８を好適に用いることができる。図示するピンは、外部から力が加わらない状態では先端部８８ａの切り込みは開いた状態であり、この状態における先端部８８ａの大きさを多孔性集電板の孔の内径よりを大きくし、外部から力が加えられて切り込みがすぼまった状態における先端部８８ａの大きさを、多孔性集電板の孔の内径よりも小さく設計する。このようなピンであれば、その先端部８８ａを多孔性集電板の孔に容易に挿入することができ、ピンを多孔性集電板の孔に挿入した後、外部からの力を取り除くと、再び切り込みが広がり、ピンが孔から抜け落ちることを防止することができる。
【００２９】
また、図８に示すような、先端部９８ａが角柱状の形状のピン９８を用いてもよい。図９（ａ）および（ｂ）は、多孔性集電板の孔とピンの先端部の関係を示す平面図である。図９（ａ）および（ｂ）に示すように陰極集電板６は通常、略菱型形状の多数の孔６ａを有する多孔板で構成されているため、ピンの先端部９８ａと陰極集電板６の孔６ａを、図９（ａ）に示す関係に位置させることで、先端部９８ａを陰極集電板６の孔６ａに容易に挿入または抜き取ることができる。一方、ピンの先端部５８ａを陰極集電板６の孔６ａに挿入した後、ピンを約９０°回転させて図９（ｂ）に示す関係に位置されることで、容易にピンが脱落することを防止することができる。なお、ピンの先端部の形状は図示する角柱状に限定されるものではない。また、第２、第３の実施の形態の電解槽においても、図４（ｂ）に示すような両先端が折り返された略Ｕ字状のピンを用いてもよい。
【００３０】
本発明のイオン交換膜電解槽においては、固定部材としてのピンの材質は、耐食性があり、かつ、弾性クッション材４を陰極集電板６に固定することができるものであれば、特に制限はない。例えば、ニッケル、ステンレス、フッ素樹脂等の耐食性の材質を挙げることができる。特に、可撓性陰極を傷つける可能性が低いフッ素樹脂製のピンが好ましい。
【００３１】
次に、本発明の第４および第５の実施の形態のイオン交換膜電解槽について説明する。本発明の第４および第５の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽は、上記本発明の第１〜３の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽と同様に、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と多孔性集電板との間に配置されてなるものである。
【００３２】
図１０（ａ）は、第４の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽の弾性クッション材を構成する耐食性フレームの部分斜視図である。図１０（ａ）に示す耐食性フレーム６０は、固定部として多孔性集電板の孔に嵌通可能なピン状の凸部６０ａを有する。第４の実施の形態に係る電解槽は、この凸部６０ａを多孔性集電板の孔に嵌通させた後に、凸部６０ａの先端をかしめることで弾性クッション材が多孔性集電板に固定されてなるものである。このような構成とすることで、簡便かつ強固に弾性クッション材を集電板に固定することができる。
【００３３】
図１０（ｂ）は、第５の実施の形態に係るイオン交換膜電解槽に係る弾性クッション材を構成する耐食性フレームの部分斜視図である。図１０（ｂ）に示す耐食性フレーム７０は、固定部として長尺状の金属薄板７０ａを有する。第５の実施の形態に係る電解槽は、この長尺状の金属薄板７０ａを多孔性集電板の孔を貫通させた後に長尺状の金属薄板７０ａを折り曲げることにより、耐食性フレーム７０を多孔性集電板に固定してなるものである。このような構成とすることで、簡便かつ強固に弾性クッション材を集電板に固定することができる。
【００３４】
次に、本発明のイオン交換膜電解槽に係る弾性クッション材について説明する。
前述のとおり、本発明のイオン交換膜電解槽に係る弾性クッション材の一好適例としては、図２に示すような、長方形状の耐食性フレーム１０の４本の枠杆のうち対向する一対の耐食性フレーム１０間に、ほぼ均一密度になるように１本または複数本の金属製弾性体としての金属製コイル体１１が巻回されてなるものを挙げることができる。
【００３５】
本発明のイオン交換膜電解槽に係る弾性クッション材４においては、金属製弾性体が導電性材料からなり、かつ、弾性的性質を有するものであって、柔軟な可撓性電極をイオン交換膜に押し付けて給電することができるものであれば、特に制限はないが、金属製弾性体としては、金属製コイル体１１を好適に用いることができる。その他、金属製コイル体１１以外にも、例えば、金属細線に波形型付けしたものを用いてもよく、また、金属製の不織布、金属ワイヤーからなる編物、織物およびこれらの積層体、または三次元的に編んであるか、三次元的に編んだ後これにうねり加工等を施した形状のものを用いてもよい。
【００３６】
金属製弾性体として金属製コイル体１１を用いる場合は、例えば、良好な耐食性を示すニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼、または銅等の固有抵抗の小さい金属に良好な耐食性を示すニッケル等をめっき等で被覆して製造した線材をロール加工により螺旋コイルに加工することにより得られる。得られた線材の断面形状は、イオン交換膜の損傷を防止するという観点から、円、楕円、角部が丸い矩形等であることが好ましい。具体的には、直径０．１７ｍｍのニッケル線（ＮＷ２２０１）をロール加工すると、断面形状が約０．０５ｍｍ×０．５ｍｍの角部が丸い矩形となり、巻き径が約６ｍｍであるコイル線を得ることができる。
【００３７】
なお、金属製弾性体を使用する弾性クッション材４の組立は、電解槽外の作業であるため、容易に行うことができ、得られた弾性クッション材４は、電解槽組立時に、電解槽内の対象電極と装着の集電板を電気的に接続するように装着するようにすればよい。
【００３８】
本発明の電解槽に係る弾性クッション材４においては、金属製弾性体として金属製コイル体１１を用いた場合、金属製コイル体１１の径（コイルの見掛け上の直径）は電解槽内に装着されることにより通常１０〜７０％まで縮んで弾性が生じ、この弾性により可撓性陰極５と陰極集電板６を弾性的に接続して電極への給電が容易になる。なお、電解槽に装着された後の弾性クッション材４は、形状が保持されるため、塑性変形を受けることがほとんどなく、電解槽の解体−再組立時にもほとんどの場合再使用できる。
【００３９】
図１に示すタイプの本発明のイオン交換膜電解槽を組み立てに際しては、図３に示すように、陰極集電板６の上に弾性クッション材４および可撓性陰極５を順次配置し、その上から、ピン等の固定部材で可撓性陰極５と弾性クッション材４とを同時に陰極集電板６に固定してもよいが、これ以外にも、弾性クッション材４をピン等の固定部材で陰極集電板６に固定した後、弾性クッション材４の上に可撓性陰極５を配置して、可撓性陰極５を既知の手法、例えば、ピン等で固定してもよい。その後は通常通りに組立てれば所定の位置に弾性クッション材４が保持されたイオン交換膜電解槽を得ることができる。
【００４０】
本発明のイオン交換膜電解槽は、耐食性フレームに金属製弾性体が巻回されてなる弾性クッション材が可撓性電極と集電板との間に配置されてなり、弾性クッション材を構成する耐食性フレームが、ピン等の固定部材により多孔性集電板に固定されてなることのみが重要であって、これら以外の構造については、公知のものを適宜採用することができる。また、ここまで、図１に基づき電極として可撓性陰極および剛性陽極からなる電解槽について説明してきたが、これに限られるものではなく、電極として可撓性陽極および剛性陰極を採用したイオン交換膜電解槽にも適用することができる。
【００４１】
本発明のイオン交換膜電解槽において、図１に示すように電極として剛性陽極を用いる場合、従来用いられてきた、チタンからなる多孔性の基材にイリジウム酸化物および／またはルテニウム酸化物等の塩素発生電極触媒を担持してなる塩素発生電極を用いることができる。
【００４２】
また、イオン交換膜についても特に制限はなく、従来用いられてきたものを用いることができる。例えば、スルホン酸基やカルボン酸基等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を用いることができる。
【００４３】
さらに、可撓性陰極についても従来用いられてきたものを用いることができる。例えば、食塩電解用の可撓性陰極としては、電解時に水素を発生する水素発生陰極や酸素ガス拡散電極が広く知られており、本発明のイオン交換膜電解槽においても、これらを用いることができる。特に、電解時に水素を発生する水素発生陰極が好ましい。水素発生陰極は、ニッケル基材に水素発生電極触媒を担持した、いわゆる、活性陰極であることが好ましい。現在、種々の活性陰極が開発、実用化されており、本発明においてはこれらの活性陰極のいずれをも用いることができる。
【００４４】
さらにまた、活性陰極に用いられるニッケル基材には特に制限はないが、ニッケル製のエキスパンデッドメタルなどの多孔板が一般的である。ニッケル基材の厚みは、好ましくは１ｍｍ以下であり、より好ましくは０．３ｍｍ以下である。ニッケル基材が厚すぎると可撓性が不足し、均一なゼロギャップを確保することが困難になる。そのため、省エネルギー効果が得られない場合があり、場合によっては、イオン交換膜が過度に押されて破損の原因となる。一方、ニッケル基材の厚みの下限については、ニッケル基材がハンドリング可能であれば、特に制限はないが、耐久性等を考慮すると、通常０．０１ｍｍ以上である。
【００４５】
また、活性陰極のニッケル基材に担持する水素発生触媒についても特に制限はないが、白金、白金合金、ルテニウム酸化物等の貴金属触媒が好ましい。貴金属触媒を用いることで、少量触媒担持量で、長期にわたり水素過電圧を低く抑えることができるため、電解槽の安定した運転時間を延長することができる。
【００４６】
さらに、集電板についても特に制限はなく、導電性で耐食性に優れた金属板であって、固定用の固定部材を嵌通ことができる孔を有していればよい。例えば、エキスパンデッドメタルのような、菱型形状の孔を有する多孔板を好適に用いることができる。
【００４７】
本発明のイオン交換膜電解槽を使用して食塩電解を行うには、陽極室に食塩水溶液等の電解液を、陰極室に希釈苛性ソーダ水溶液を供給しながら、両極間に通電する。弾性クッション材等が給電材として機能する電解槽では、弾性クッション材等の高強度および強靭性によりこの状態が長期間維持されるため、イオン交換膜等が機械的に損傷したりすることなく、また過度に変形して給電が不十分になることがなく、苛性ソーダ等を高効率で製造できる。
【符号の説明】
【００４８】
１  陽極室
２  陰極室
３  イオン交換膜
４  弾性クッション材
５  可撓性陰極
６  陰極集電板
６ａ  陰極集電板の孔
７  剛性陽極
８、１８、２８、３８、４８、５８、８８、９８  ピン
８ａ、４８ａ、５８ａ  先端部
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０  耐食性フレーム
１１  金属製コイル体
１２  補強杆
２０ａ、３０ａ、４０ａ、５０ａ  貫通孔
４０ｂ、５０ｂ  固定部
６０ａ  凸部
７０ａ  長尺状の金属薄板
１０１  ピン
１０２  陰極集電板
１０２ａ  陰極集電板の孔
１０３  金属製コイル体
１０４  可撓性陰極
１０４ａ  変形部
１０５  イオン交換膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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