(57)【要約】【課題】運転中でも適宜、腐食の進行を確認できるとともに、粉塵、金属分の発生を皆無にでき、更に簡便かつ短時間でニップルを交換でき、作業環境の汚染防止、作業時間等の短縮に貢献できることを課題とする。【解決手段】一端が前記ノズルの先端部に位置するとともに、他の部位が前記ホースの内側に挿入されて配置され、かつ前記ホースが挿入される外周部に第１テーパー面が形成された、補助電極としての機能を備えたニップル４３と、前記ニップルの第１テーパー面の外側に前記ホースを介して配置され、内周部に前記ニップルの第１テーパー面と前記ホースを介して接する第２テーパー面が形成されたリング４６と、前記ノズルの外周部に螺合されるとともに、前記リングに接合して前記ニップルとともに前記ホースを固定する袋ナット４７とを具備することを特徴とする電解槽用ホース接続治具。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩化アルカリ水溶液を電解する電気分解装置用電解槽に液を供給又は排出する集合配管のノズルと外部とを接続するときに使用される電解槽用ホース接続治具において、
一端が前記ノズルの先端部に位置するとともに、他の部位が前記ホースの内側に挿入されて配置され、かつ前記ホースが挿入される外周部に第１テーパー面が形成された、補助電極としての機能を備えたニップルと、前記ニップルの第１テーパー面の外側に前記ホースを介して配置され、内周部に前記ニップルの第１テーパー面と前記ホースを介して接する第２テーパー面が形成されたリングと、前記ノズルの外周部に螺合されるとともに、前記リングに接合して前記ニップルとともに前記ホースを固定する袋ナットとを具備することを特徴とする電解槽用ホース接続治具。
【請求項２】
前記ノズルの先端と前記ニップル間にシール部材としてのＯリングが配置されていることを特徴とする請求項１記載の電解槽用ホース接続治具。
【請求項３】
前記ニップルが、金属チタン、金属ニッケル、もしくはそれら金属の合金のいずれかで構成されることを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載の電解槽用ホース接続治具。
【請求項４】
液を供給又は排出する集合配管のノズルを備えた電気分解装置用電解槽と、請求項１記載の電解槽用ホース接続治具と、この電解槽用ホース接続治具を用いて前記ノズルに接続される電解槽用ホースとを具備することを特徴とする電気分解装置ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩化アルカリ水溶液をイオン交換膜法により電気分解を電気分解装置用電解槽に液を供給又は排出する集合配管のノズルと外部とを接続するときに使用される電解槽用ホース接続治具、及び電気分解装置ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
塩化アルカリ水溶液を電解して水酸化アルカリ、塩素、及び水素を工業的に製造するイオン交換膜法アルカリ電解は、隔膜法、水銀法などの従来法に較べて高純度の水酸化アルカリを低いエネルギー消費量で得られるため、今日広く普及されている。
【０００３】
この方法は、図４に示すように、塩化ナトリウム水溶液が入った２つのセル１，２を陽イオン交換膜３で隔離した状態で電流を流し、陽極側で塩素、陰極側で水素がそれぞれ生成する。また、イオン交換膜はＮａ＋イオンだけ透過するので、陰極側で苛性ソーダが得られる。従って、これら生成物と接触する陽極並び陰極側の入口及び出口に取付け使用されるホースとしては、従来、耐熱性、耐薬品性、耐圧気密性及び耐屈曲性に優れた高度の信頼性を有するフッ素樹脂製ホースが使用されている。なお、図４において、符番４は陽極、符番５は陰極を示し、塩化ナトリウム水溶液はインレット６から供給されてアウトレット７から排出されるようになっている。
【０００４】
図７は、上記塩化アルカリ水溶液の電解を行うための電解槽の外観図を示す。図中の符番１１は電解槽本体を示す。この電解槽本体１１の一方の側部には、ルーズヘッド１２を移動させる為の油圧シリンダー１３やリアヘッド１４が設けられている。カソード液を供給するためのカソード液入口サブヘッダー１４等が設けられている。前記ルーズヘッド１２の内側には、陽極として機能する末端セル１５が隣接して配置されている。この末端セル１５は、アーム１６により側板１７に固定されている。前記電解槽本体１１の他方の側部には固定ヘッド１８が配置され、その固定ヘッド１８に隣接して陰極として機能する末端セル１９が配置されている。この末端セル１９は、側板１６にアーム１７により固定されている。
【０００５】
前記電解槽本体１１には、セルハンガー２０により吊るされたバイポーラセル２１がセットされるようになっている。前記電解槽本体１１の近くには、電解槽本体１１にカソード液を供給するためのカソード液入口サブヘッダー２２、アノード液を供給する為のアノード液入口サブヘッダー２３、カソード液出口サブヘッダー２４、及びアノード液出口サブヘッダー（図示せず）が配置されている。前記カソード液入口サブヘッダー２２等の各サブヘッダーのノズル（図示せず）と電解槽本体１１とは、フッ素樹脂ホース２５により接続されている。ここで、フッ素樹脂ホースとしては、塩素ガス、水素ガス、苛性ソーダ等の生成物と接触することから、従来、耐熱性、耐薬品性、耐圧気密性及び耐屈曲性に優れた高度の信頼性を有するものが用いられている。なお、図中の符番２６は締結用ナットを示す。
【０００６】
ところで、電解槽本体とサブヘッダーのノズルとを接続する接続方式としては、ホース端部にトランスファー成形、高周波溶接、スピン溶接、熱風溶接、高周波誘導加熱、バッドウェルド等でフランジ部を形成させ、そのフランジ部を袋ナットで電解槽とサブヘッダーを締め付けてシールする方式（特許文献１）（図３参照）が提案され、採用されている。図３において、符番３１はサブヘッダー３２に溶接されたノズルを示す。このノズル３２の一端には、ホース３３がＯリング３４を介して取り付けられている。前記ノズル３１には、該ノズル３１の電解腐食を防止するため補助電極３５が溶接により取り付けれている。前記ホース３３は、ノズル３２に螺合する袋ナット３６によりノズル３１の先端に固定されている。
【０００７】
また、特許文献２のように、継手本体の突出部にチューブの拡径部を嵌め、その状態で継手本体にナットをねじ込み締め付けることで、チューブの引き抜き抵抗を増すとともに突出部にホースを密着させるチユープ継手方式が知られている。更に、特許文献３のように、高いシール性が確保され、管締付用部材の螺合をスムーズに行うことができ、増し締めを必要とすることなく、チューブ抜け及び液漏れを防止できる樹脂製管継手も提案されている。
【特許文献１】特開２０００−１２７１９０
【特許文献２】特開２００３−２６９６７３
【特許文献３】特開２００１−３１７６７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のように、ホース端部にトランスファー成形等でフランジ部を形成させ、そのフランジ部を袋ナットで電解槽やサブヘッダーのノズルにＯリングを締め付けてシールする方式の場合、ホース端部にフランジを形成させるために専用の設備、金型等を要し、且つ製造工数も多大のものとなる。また、成形されたフランジ部は、当然のことながら、ホースと同材質のフッ素樹脂であることから、繰り返し使用した場合、クリープ・応力緩和等により形状変化が生じ、ホース使用寿命を左右する可能性がある。
【０００９】
また、上述したように、ノズルの電解腐食を防止するために補助電極がノズルに取り付けられている。しかし、補助電極は、ノズルに取り付けた後、フランジ付ホースを取り付けるために、補助電極の腐食進行の確認が困難であった。
【００１０】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、ニップルを補助電極として使用できるため、運転中でも適宜、腐食の進行を確認することができるとともに、化学プラント等で問題になる、粉塵、金属分の発生を皆無とすることができ、更に簡便かつ短時間でニップルを交換でき、作業環境の汚染防止、作業時間等の短縮に貢献できる電解槽用ホース接続治具及び電気分解装置ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る電解槽用ホース接続治具は、塩化アルカリ水溶液を電解する電気分解装置用電解槽に液を供給又は排出する集合配管のノズルと外部とを接続するときに使用される電解槽用ホース接続治具において、一端が前記ノズルの先端部に位置するとともに、他の部位が前記ホースの内側に挿入されて配置され、かつ前記ホースが挿入される外周部に第１テーパー面が形成された、補助電極としての機能を備えたニップルと、前記ニップルの第１テーパー面の外側に前記ホースを介して配置され、内周部に前記ニップルの第１テーパー面と前記ホースを介して接する第２テーパー面が形成されたリングと、前記ノズルの外周部に螺合されるとともに、前記リングに接合して前記ニップルとともに前記ホースを固定する袋ナットとを具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る電気分解装置ユニットは、液を供給又は排出する集合配管のノズルを備えた電気分解装置用電解槽と、請求項１記載の電解槽用ホース接続治具と、この電解槽用ホース接続治具を用いて前記ノズルに接続される電解槽用ホースとを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ニップルを補助電極として使用できるため、運転中でも適宜、腐食の進行を確認することができるとともに、化学プラント等で問題になる、粉塵、金属粉の発生を皆無とすることができる。また、従来、補助電極が腐食退化した場合は、溶接等の接続部分を取り除き、再度溶接を行う等の作業が必要であったが、本発明の場合は補助電極として機能するニップルがホース接続治具の一構成であるため、簡便かつ短時間でニップルを交換でき、作業環境の汚染防止、作業時間等の短縮に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明について更に詳しく説明する。  
本発明に使用されるフッ素樹脂製ホースとしては、限定するものではないが、例えば、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、変性四フッ化エチレン樹脂、四フッ化工チレンーパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂（ＰＦＥＰ）製ホースが挙げられる。なお、前記ホースは、塩水の電解槽の生成物である、塩素ガス、水素ガス、苛性ソーダ等に対する耐薬品性や、それら薬品の温度である約９０℃の耐熱性に耐えうるものでなければならない。  
本発明に使用される袋ナットの材質としては、これも限定するものではないが、通常、例えばチタン、ステンレスが挙げられる。
【００１５】
本発明に使用するニップルの材質としては、ホース接続用の役割と併せて補助電極としての機能を備えるために、陽極側では例えばチタンの無垢やチタン表面にチタンやルテニウム，イリジウムなどの酸化物を被覆したもの、陰極側では例えばニッケルやステンレスなどが望ましい。ここで、陽極側のチタン表面には、チタン素材の腐食を防止して耐久性を確保する目的で酸化物を形成させる。この酸化物は、犠牲電極として作用する際に、図7のフッ素樹脂ホース２５の両端で生じる微小な電解の電圧を低下させる目的も併せて有する。
【００１６】
本発明に使用するリング材質としては、限定するものではないが、例えばチタン、ステンレスが挙げられる。また、リングの形状としては、図２に示すように、リングが、ニップルに挿入されたホース部を広い領域で覆うような形状にすることが、安全性、チューブの耐クリープ性の点で有利であり、採用可能である。
【００１７】
本発明のホース接続治具において、前記ニッケルの外周部、リングの内周部に形成する夫々のテーパー面の傾斜角（θ）は、チューブをニップルとノズルのテーパー面部分で挟み込んで固定するため、外れを防止する点から５°〜１５°の範囲が好ましい。ここで、傾斜角が５°未満では、ホース内部にかかる圧力の作用でホースがニップルのテーパー面部分より抜け出る恐れがある。また、ナットで締め付ける際締め込み長さが長く必要となり、ナット、サブヘッダーが大きくなる。傾斜角が１５°を超えると、ホース内径の拡管率が大きくなり、ホースの挫屈クラックなどホースの耐久性に影響を及ぼし、信頼性が低下する原因となる。
【００１８】
次に、本発明に係る電解槽用ホース接続治具の具体的な実施形態について説明する。  
（実施の形態１）  
図１を用いて説明する。図中の符番４１は、集合配管としてのサブヘッダーを示す。このサブヘッダー４１には、先端部に座グリ４２ａが形成されたノズル４２が溶接により接続されている。前記ノズルの先端部の座グリ４２ａには、フランジ部４３ａを有したニップル４３がホース端部のシールを行うためのＯリング４４を介して配置されている。ここで、ニップル４３は補助電極としての機能を備え、ホース４５が装着される外周部には軸方向に対して約１０°に傾斜した第１テーパー面４３ｂが形成されている。
【００１９】
前記ニップル４３のテーパー面部分には、前記ホース４５を介してリング４６が挿着されている。ここで、リング４６の内周部には、前記ニップル４３のテーパー面４３ｂとホース４５を介して接するように第２テーパー面４６ａが形成されている。なお、第２テーパー面４６ａの傾斜角も第１テーパー面４３ｂと同様である。前記ノズル４２の外周部には、前記リング４６に接合して前記ニップル４３とともに前記ホース４５を固定する袋ナット４７が螺合されている。
【００２０】
（実施の形態２）  
図２を参照する。但し、図１と同部材は同符番を付して説明を省略する。実施の形態１に係る電解槽用ホース接続治具は、図１の接続治具と比べ、リング４８の形状が異なる。即ち、リング４８は、図２に示すように、ニップル４３に挿入されたホース部を広い領域で覆うように長い形状になっている。図２の接続治具の場合、リング４８がより広い領域でホース部を覆うため、安全性、チューブの耐クリープ性の点で有利である。
【００２１】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。  
（実施例１）
図１を用いて説明する。なお、図１では便宜上ホースの一端部のみが図示されている。本実施例１では、外径９ｍｍ×内径６ｍｍ×長さ１２００ｍｍのＰＦＡ樹脂（ダイキン工業社製の商品名：ＡＰ−２３０）製のホース４５の両端にチタン製袋ナット４７及びステンレス製リング４６を通した後、前記ホース４５の両端を熱風発生器で加熱、軟化させ、切削加工で得たチタン本体にルテニウム，チタン，イリジウム等の塩化物を塗布し、その後大気中で熱処理したニップル４３を前記ホース４５の両端に押し込み、最後に袋ナット４７をノズル４２のネジ部に螺合させた。
【００２２】
実施例１に係る電解槽用ホース接続治具は、先端部に座グリ４２ａが形成されたノズル４２と、前記ノズル４２の先端部にＯリング４４を介して配置され，外周部に約１０°に傾斜した第１テーパー面４３ｂが形成されかつ補助電極としての機能を備えたニップル４３と、前記ニップル４３のテーパー面部分に挿着された，内周部に第２テーパー面４６ａが形成されたリング４６と、前記ノズル４２の外周部に螺合され、前記ニップル４３とともに前記ホース４５を固定する袋ナット４７とを具備した構成となっている。
【００２３】
こうした構成のホース接続治具では、金属製ニップル４３をＰＦＡ樹脂製ホース４５に圧入もしくは、挿入し、リング４６、袋ナット４７で締め付ける操作のみでホース接続治具付きのＰＦＡ樹脂製ホース４５を組み立てることが可能であり、大幅に生産効率を向上させることができる。また、常温加工の場合は、熱履歴を受けないため、ＰＦＡ樹脂製ホース４５の性状が保たれ、強度低下等の劣化が生じない。
【００２４】
本実施例１の場合、ステンレス製リング及びニップルの切削加工に要する時間、及びホース端部の加熱とニップルの挿入に要する時間を含め、総計４０分で継手部を集合し、組み立てることが可能であった。
【００２５】
なお、ホース４５は拡管せずに補助電極の機能を備えたニップル４３を常温もしくは、ホースの材質であるフッ素樹脂の融点以下の温度に加熱後、強制的に圧入しても良い。
【００２６】
（実施例２）  
図２を用いて説明する。なお、図２では便宜上ホースの一端部のみが図示されている。ステンレス製リングとして、図２に示すようにニップルに挿入されたホース部全体を覆うような形状であるリング４８を使用する以外は、実施例１と同じ接続治具でＰＦＡ樹脂（ダイキン工業社製ＡＰ−２３０）ホースの両端を固定した。  
実施例２の電解槽用ホース接続治具の場合、リング４８がニップルに挿入されたホース部を広い領域で覆うような形状であるため、安全性、チューブの耐クリープ性の点で有利である。なお、当然のことながら、ホース接続治具を用いてホースを組み立てる時間は、実施例１と同様であった。
【００２７】
（比較例）
図３を用いて説明する。この比較例では、外径９ｍｍ×内径６ｍｍ×長さ１２００ｍｍのＰＦＡ樹脂（ダイキン工業社製の商品名：ＡＰ−２３０）ホース３３に袋ナット３６を挿入した後、片側端部にフランジ成型用金型を装着し、ＰＦＡ樹脂（ダイキン社製の商品名：ＡＰ−２３０）を金型内部に装填し、電気ヒーターにてＰＦＡ樹脂の溶融温度以上まで加熱し、金型上部にエアーシリンダーを用い圧力を付加した。その後、電気ヒーターを切り、圧縮空気で冷却し、フランジ部３３ａを形成した。次に、ＰＦＡ樹脂ホースの反対側端部に同じ方法にてフランジ部を形成し、両端にフランジ部と袋ナット１を備えた図３に示す構成のＰＦＡ樹脂ホースを得た。本比較例１の場合、ホース両側にフランジ部を形成するのに７０分間を要した。
【００２８】
比較例の場合は、フッ素樹脂ホースの両端部にフランジ部を形成するもので、フッ素樹脂が溶融するまでに高温で長時間の加熱が必要であり、生産効率的に良い方法とは言えない。また、フッ素樹脂自体が融点以上の高温に長時間さらされるため、樹脂の熱劣化による強度劣化等の物性の変化が生じることも否定できない。具体的には、本比較例の場合、ホース両側にフランジ部を形成するのに７０分間を要した。
【００２９】
次に、上記実施例１，２及び比較例で作製した電解槽用ホース接続治具を使用し、図５及び図６に示す試験装置により各継ぎ手方式による気密試験、並びに前記接続治具の取り付け・取り外し耐久試験を実施した。図５において、符番５１は水５０が収容された温水槽を示す。温水槽５１の中には、貫通穴無試験用サブヘッダー５２、貫通穴付試験用サブヘッダー５３が電解槽用ホース接続治具を用いたＰＦＡ樹脂ホース５４により連結されている。前記サブヘッダー５３には、圧力計５５を介装した配管５６が接続されている。なお、図５，６中の符番５７は電気ヒーター、図６中の符番５８は水圧ポンプを示す。下記表１は気密試験結果を示し、下記表２、３は耐久試験結果を示す。
【表１】
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【００３０】
試験方法・条件：図５に示すように各方式のＰＦＡ樹脂ホース５４の片側の端部を封止状態にし、他方の端部を圧縮空気の導入可能な状態に接続し、先ず、９０℃の温水槽５１中に前記ＰＦＡ樹脂ホース５４全体を１０分間保持した後、圧縮空気を配管５６より導入し、０．２Ｍｐａから０．６Ｍｐａまで段階的に０．２Ｍｐａ単位で増加させ、各圧力段階で５分間圧力を保持した。このサイクルを３回繰り返し、サイクル毎の気密状態を観察した。
【表２】
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【００３１】
試験方法・条件：図６に示すように各方式のＰＦＡ樹脂ホース５４の片側の端部を封止状態にし、他方の端部を加圧水導入可能な状態に接続し、水圧ポンプ５８により０．１ＭＰａの水圧をかけ９０℃の温水槽５１中にＰＦＡ樹脂ホース５４全体を５分間保持した後、取り外し５分放置後再び０．１ＭＰａの水圧をかける試験を５０回繰り返し、各接続治具部分及びＰＦＡ樹脂ホース５４の変形度合を確認した。
【表３】
2006336041.tif 000005
【００３２】
試験方法、条件：図６に示すように各方式のＰＦＡ樹脂ホース５４の片側の端部を封止状態にし、他方の端部を圧縮空気の導入可能な状態に接続し、先ず９０℃の温水槽５１中にＰＦＡ樹脂ホース５４全体を１０分間保持した後、水圧ポンプ５８により片側より導入し、ＰＦＡ樹脂ホース５４が破壊するまで圧力を上げ、破壊後に継手部分の変形度合を確認した。
【００３３】
以上の結果より、従来の方法で製作した比較例の方法による電解槽用ホース接続治具に比べて、本発明に係る実施例１及び実施例２の電解槽用ホース接続治具の耐久性、シール性は優れており、高い信頼性を有することが実証された。また、実施例並びに比較例中に記述したごとく、本発明に係る実施例１及び実施例２の継手方式が、比較例の樹脂によりフランジ部を形成する方式に比べて大幅に製作工数を削減することができ、大幅なコストダウンが可能となる。
【００３４】
（実施例４）  
本発明に係る電解分解装置ユニットは、液を供給又は排出する集合配管のノズルを備えた電気分解装置用電解槽と、請求項１記載の電解槽用ホース接続治具と、この電解槽用ホース接続治具を用いて前記ノズルに接続される電解槽用ホースとを備えている。ここで、前記ノズルは、例えば図１や図２に示すノズル４２を示す。電気分解装置用電解槽は、例えば図７に示すような電解槽を示す。前記電解槽用ホース接続治具は、例えば図１や図２で述べた接続治具であり、ノズル４２とニップル４３とリング４６と袋ナット４７を備えている。電解層用ホースは、例えば図１や図２のＰＦＡ樹脂製のホース４５を示す。
【００３５】
こうした構成の電気分解装置ユニットによれば、運転中でも腐食の進行を確認できるとともに、化学プラント等で問題になる、粉塵、金属粉の発生を皆無とすることができ、更に簡便かつ短時間でニップルを交換でき、作業環境の汚染防止、作業時間等の短縮に貢献することができる。
【００３６】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電解槽用ホース接続治具の断面図。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る電解槽用ホース接続治具の断面図。
【図３】比較例に係る電解槽用ホース接続治具の断面図。
【図４】電気分解装置用電解槽による原理図。
【図５】気密試験装置の概略図。
【図６】耐久試験装置の概略図。
【図７】電気分解装置用電解槽の外観図。
【符号の説明】
【００３８】
４１…サブヘッダー（集合配管）、４２…ノズル、４３…ニップル、４３ａ…フランジ部、４３ｂ，４６ａ…テーパー面、４４…Ｏリング、４５…ホース、４６，４８…リング、４７…袋ナット、５１…温水槽、５２…貫通穴無試験用サブヘッダー、５３…貫通穴付試験用サブヘッダー、５４…ＰＦＡ樹脂ホース、５５…圧力計、５６…配管、５７…電気ヒーター、５８…水圧ポンプ。
【図１】
2006336041.tif 000006
【図２】
2006336041.tif 000007
【図３】
2006336041.tif 000008
【図４】
2006336041.tif 000009
【図５】
2006336041.tif 000010
【図６】
2006336041.tif 000011
【図７】
2006336041.tif 000012