(57)【要約】電気化学半槽は、アノードまたはカソードとして働き、かつ電極空間をガス空間（２）から分離するガス拡散電極（２２）を含む。加えて、ガス拡散電極（２２）および後壁（５）によって形成される多数のガスポケット（２）が設けられる。二つのガスポケットを相互に接続するガス接続路（１）が設けられ、ガスはそこを通してガス供給接続部（３）を介して、その上に配置されたガスポケット内に流入する。接続部を容易に着脱できるようにするために、ガス供給接続部（３）はガス拡散電極（２２）の側からアクセス可能である。
2005506460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液供給部および電解液排出部を有する、電解液を受容するための電極空間と、
ガスを受容するための複数のガスポケット（２）から形成されるガス空間であって、各ガスポケットが後壁（５）およびカソードまたはアノードとしてのガス拡散電極（２２）を有し、前記ガス拡散電極が前記ガス空間を前記電極空間から分離するように構成されたガス空間と、
二つのガスポケットを相互に接続する接続通路（１）であって、そこを通して下方のガスポケット（２）から出口開口（３０；３０’）を介して出てくるガスが、ガス供給接続部（３）を介して上のガスポケット（２）内に流入するように構成された接続通路と、
を少なくとも備えた、特にアルカリ金属塩化物の水溶液の電解液用の電気化学半要素において、
前記ガス供給接続部（３）を前記ガス拡散電極（２２）の側から着脱することができることを特徴とする電気化学半要素。
【請求項２】
前記ガス供給接続部（３）が、前記接続通路（１）、特に前記接続通路（１）の前壁（４）に接続された固定部（６）と、前記ガスポケット（２）、特に前記ガスポケット（２）の後壁（５）に接続された嵌合片（７）とを有し、前記固定部（６）および前記嵌合片（７）が相互に解放自在に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電気化学半要素。
【請求項３】
前記嵌合片（７）が前記後壁（５）から前記ガス拡散電極（２２）まで伸長する貫通穴（１９）を有することを特徴とする、請求項２に記載の電気化学半要素。
【請求項４】
前記貫通穴（１９）が、前記固定部に接続される固定ピン（１５）を受容するように働くことを特徴とする、請求項３に記載の電気化学半要素。
【請求項５】
前記固定部（６）および前記嵌合片（７）が相互に連通するガス通路（８、１０）を有することを特徴とする、請求項２ないし４の一項に記載の電気化学半要素。
【請求項６】
前記固定部（６）および／または前記嵌合片（７）が前記ガス通路（８、１０）間のずれを補償するための補償通路（９）を有することを特徴とする、請求項５に記載の電気化学半要素。
【請求項７】
前記嵌合片（７）に設けられた前記ガス通路（１０）と前記ガス拡散電極（２２）間に邪魔板（２０）を配置することを特徴とする、請求項２ないし６の一項に記載の電気化学半要素。
【請求項８】
前記ガス供給接続部（３）を前記ガスポケット（２）の２つの長手面（３７、３８）の間の中心に配置し、かつ配置に応じて開放または閉鎖することのできる出口開口（３０；３０’）を前記長手面（３７、３８）上にその都度設けることを特徴とする、請求項１ないし７の一項に記載の電気化学半要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス拡散電極を有する、特にアルカリ金属塩化物の水溶液の電解用の電気化学半要素に関する。
【０００２】
アルカリ金属塩化物の電解における消耗酸素カソードとしてのガス拡散電極の使用は、例えばＥＰ−Ａ−０７１７１３０に示されるようなガスポケットの形で、ガス拡散電極の正面における水酸化ナトリウム溶液の高さ依存圧力とガス拡散電極の背後における酸素の一定圧力との間の圧力補償を含み、好都合である。この文脈で、米国特許第６，１６５，３３２Ａ号に記載されるように、ガスポケットの活発な排気が確保されるようにガスを送通することが有利であることが立証されている。
【０００３】
ガスポケットによる圧力補償のさらなる開発は、ＥＰ−Ａ−０９４６７９１に記載されており、着脱可能なガスポケットに関係する。しかし技術試験から、特に次の点に関して、多数の欠点が明らかになった。
【０００４】
可撓性のある管をガスポケットの後ろ側の接続スタブ（Ｓｔｕｔｚｅｎ）上にフランジすることによって、酸素供給部を後部に取り付けるのは極めて面倒であり難しい。操作は、酸素供給部をガス拡散電極から離してガスポケットの後ろ側に取り付けることを含む。さらに、実際には２メートルを越える長さおよび約３０ｃｍ幅であるガスポケットにおける突出した接続スタブの存在は邪魔であり、場合によっては機械的損傷を導いてきた。さらなる欠点は、設計上の理由から二種類のガスポケット、すなわちガス入口開口がガスポケットの右側に配置され、かつガス出口開口がガスポケットの左側に配置されて成るガスポケット、および逆にガス入口開口が左側に配置され、かつガス出口開口が右側に配置されて成るガスポケットの在庫品を維持する必要性である。上述したやり方でガスポケットにねじ止めすることも面倒であり、改善が必要である。
【０００５】
本発明の目的は、交換が簡単なガスポケットを提供することである。
【０００６】
本発明に従って、該目的は請求項１の特徴によって達成される。
【０００７】
本発明は、着脱自在のガスポケットが全ての取外しおよび取付け操作中に、それらをガス拡散電極の側から操作することができるように設計され、かつガスポケットを支持する半シェルのフレーム状支持構造体等へのガスポケットの機械的および電気的接続が容易に解放自在の接続によって好ましくは同様に達成されるような様式で、ガスポケットを介して圧力補償されるガス供給部を備えたガス拡散電極をカソードまたはアノードとして持つ電気化学半槽に関する。
【０００８】
本発明の文脈で、用語「半シェル」とは、電解液を受容するための電極空間と、ガスポケットから形成されたガスを受容するためのガス空間と、二つのガスポケットをその都度相互に接続する接続通路とを受容する空間であって、ガス拡散電極との電気的接触を行なうことができる空間を意味するものと理解すべきである。フレーム状支持構造体等は、ガスポケットを取り付けることを目的として、半シェルに設けられる。
【０００９】
本発明では、電気化学半槽は、ガスポケットと二つのガスポケットを相互に接続するガス接続通路との間に配置され、ガス拡散電極の側から取り外すことのできるガス供給接続部を有する。この目的のために、固定部またはねじ山および密封システム付き分配板をガス接続通路に、特にガス接続通路の前壁に、ガス供給接続の要素として配置することが好ましい。固定部は、ガスポケット、特にガスポケットの後壁に接続された嵌合片に解放自在に接続することができる。嵌合片はガスポケットに通じるガス入口開口を持つことが好ましく、ガス拡散電極はガスポケットに関して気密の孔を持つ。これは、ガスポケットの後壁からガス拡散電極まで伸長する貫通穴を形成する。固定部および嵌合片は、一方または両方の部品の接続要素にガス拡散電極から、すなわち正面からアクセスできるように設計される。これは、接続の簡単な解放によって、ガスポケットを交換および／または取り外すことを可能にする。また、半要素の支持構造体等に接続されたガスポケットの境界領域の接続要素も、この目的のために解放しなければならないかもしれない。
【００１０】
本発明に係る半槽の一つの利点は、ガスポケットが接続スタブを持たないことである。代わりに、ガスポケットは平坦で、取扱いが容易なユニットである。
【００１１】
ガス供給部は、ガスポケットの一端に中途まで取り付けられることが好ましい。ガス出口開口はガスポケットの他端に、底部および頂部の両方に設けられる。これは、ガスポケット内へのガス供給が左側または右側のどちらに行なわれるかによって、頂部のガス出口開口が閉鎖され、底部のそれが開放されあるいは取り付けられるので、一型だけのガスポケットを構築すればよいという利点を持つ。したがって、ガスポケットからのガス出口は、ガスポケットがどのように取り付けられるかに関係なく、常に底部にある。この場合、ガス接続通路は、ガスポケットから独立した固定ユニットとして半シェルに設置することができる。
【００１２】
ガスポケットを半槽に取り付けるために、すなわちガスポケットを支持構造体に接続するために、ガスポケットの後壁は全ての面上で突起する寸法を備え、この突起を支持構造体に接続することが有利であることが立証されており、ＥＰ−Ａ−０９４６７９１ではそれがねじ接続またはクランプ条片によって解放自在に成し遂げられる。ガスポケットの長手面の突起をこの目的に使用することが好ましく、幅狭面の突起は半シェルの封止面の高さまで上に折り曲げられ、シールの下に押し込まれる。
【００１３】
ＤＥ−Ａ  １００２７３３９に従って寸法的に安定なガス拡散電極として知られているものを使用する場合、触媒材料で被覆されていない剛性縁領域をガスポケットの後壁の高さまでＺ形に下方に折り曲げることができ、この高さでガスポケットの後壁に接続することができる。したがって、この場合、ガスポケットを半槽に固定する目的で、ガス拡散電極の剛性縁領域をそこに載置して後壁の突起を支持構造体に接続することができる。
【００１４】
ガスポケットはその都度、専用のオートセンタリングねじを使用するか、または伸長のリベットを使用して、半シェルの支持構造体に接続することができる。この場合、隣接ガスポケットの突起は相互に重なり合う。流れがそこを通して後部空間に押し込まれるように構成された電解液ギャップからのバイパス流を回避するために必要な、ガスポケットの背後の電解液に対する密封は、どちらも嵌合穴を持つ弾性シールおよび予め圧縮応力を掛けられた金属部分を導入することによって達成することができる。この事前の圧縮応力は、保持構造体との連続的線状電気接触を可能にする。さらに、抵抗損失はここでは、接触領域を貴金属、例えば銀または金の塗着により被覆することによって、最小化することができる。
【００１５】
代替的に、ガスポケットはまた、溶接またははんだ付けによって半シェルに固定することもできる。しかし、個々のガスポケットを現場で、すなわち塩素工場で直接取付けおよび取外しを行なう選択肢を提供する、解放自在の接続を選択することが好ましい。個別に取り扱うことのできるガスポケットは、例えばガス拡散電極を摩耗または損傷のために交換するときに、あるいはガス拡散電極内のガスの不適正な浸透が無いか品質保証検査を行なう場合に、ガス拡散電極を取り付けるのがかなり容易になるという利点を有する。
【００１６】
ガスポケットおよびガス接続通路を構成するための材料として、ニッケルを選択することが好ましい。代替的に、例えばハスタロイのような耐アルカリ無溶出特殊鋼化合物を使用することもできる。ガス拡散電極は実質的に、導電性支持体、例えば金網、不織布、または織布の上の、触媒金属および／または触媒を形成する金属の非金属化合物、例えば酸化銀（Ｉ）、および結合材、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなポリマを含む電気化学的に活性なコーティングである。さらに、支持体は炭素網、炭素不織布、または炭素織布、もしくは他の導電性材料から作られた対応するメッシュ等とすることができる。
【００１７】
本発明を以下で、好ましい実施形態に基づき、添付の図面を参照しながら、さらに詳しく説明する。
【００１８】
以下に記載する本発明に係るガスポケットは、アルカリ金属塩化物の水溶液の電解中にカソード半要素で使用される。ガス拡散電極はこの場合、酸素消費カソードとして動作する。
【００１９】
ガスポケット２は、ガスポケットの一面上に、左右対称にまたは長手面３７、３８の間の中心に配置された着脱自在のガス供給接続部３を備える（図１）。出口開口３０および３０’のうち、底部に位置する方だけが開く。したがって、ガス供給接続部が左側に配置されるガスポケットは、ガス供給接続部が右側に配置されるものと同一設計である。したがって、一つの基本型のガスポケットがあるだけであり、それはガス供給接続部を交互に左または右にして相互に積重ねて配置される。
【００２０】
ガス供給接続部３は、ガス接続通路１の前壁４に接続された固定部６（図２および４）、および着脱可能なガスポケット２の一部である嵌合片７を含む。ガス接続通路１は、相互に重ね合わせて配置される二つのガスポケット２を接続するために使用される。下方のガスポケットから出てくるガスは、ガス接続通路を通して、上のガスポケットに流入する。ガス供給のために、底部ガスポケットはガス供給接続スタブを有し、ガス排出のためにさらなる接続部が設けられ、ガスは電解液と一緒にガス排出接続スタブを介して排出することができる。ガスポケット２は、例えばねじ付きピン１５およびナット１６と座金１７などの固定ピンにより、嵌合片７の貫通穴１９を通して固定部６と嵌合片７との間のねじ接続によって、ガス接続通路１に接続される。貫通穴１９は後壁５からガス拡散電極２２まで伸長し、したがって正面から、すなわちガス拡散電極２２が配置されている側からアクセス可能である。ナット１６を単純に緩めることにより、ガス供給接続部３を解放することができ、ガスポケット２は、図示した例示的実施形態でリベット接続３４（図２）として構成されている支持体３３への接続を解放した後で、取り外すことができる。ガスはこの場合、固定部６および嵌合片７のそれぞれの嵌合通路またはガス通路８および１０を介して搬送され、補償通路９は、ガス通路８、１０の整列が劣る、すなわち位置がずれている場合に、ガスの搬送を改善するように働く。貫通穴の外側および内側の対応するシール座１１および１２内のシール１３および１４は、ねじ止めされた状態で、電解液に対する密封を達成し、したがってガスの非制御損失を回避するのに寄与する。
【００２１】
ガスポケット２に関連付けられる嵌合片７の縁１８に取り付けられた邪魔板、特に金属邪魔薄板２０は、入りガスをガス拡散電極２２に平行な流動方向にそらせ、それによってガス拡散電極２２の後ろ側の許容し難い高いガス速度を防止する。
【００２２】
ガス拡散電極２２の縁１８への接続は、適切な溶接（超音波またはレーザ溶接）によって、またははんだ付けによって行なうことができる。代替的に、一方では嵌合片７および固定部６、他方ではガス拡散電極２２および縁１８が相互に固定状態に、すなわち気密に接続されるように設計されたシール２５付きねじ接続１６’（図５）を選択することが可能である。
【００２３】
ガスポケット２自体はリム２１を備え、その高さは後壁５とガス拡散電極２２との間の距離を画定する。後壁５、リム２１、およびガス拡散電極２２は超音波またはレーザ溶接によって接続することが好ましく、溶接は縁部保護具として設計されたアングル板２４を用いて実施するのが有利である。これはガスポケット電極ユニットを構成する。
【００２４】
代替的に、ガスポケットは寸法的に安定なガス拡散電極３６（図３）から形成することもでき、縁領域で触媒材料により被覆されない領域３５は、ガスポケットの後壁５の高さまで下にＺ形に折り曲げられ、この高さで例えば溶接またははんだ付けによってガスポケット２の後壁５に接続される。Ｚのフランクを９０°未満となるように選択する場合、底部の出口開口３０はいかなる場合も、ガス拡散電極の活性領域の底縁より低い高さになり、それにより活性領域を濡らすことなく復水をうまく除去することが確保される。どちらの場合も、解放自在のガス供給接続部３をガスポケット電極ユニットに取り付ける方法は同一である。
【００２５】
ガスポケットは同様に、ねじ接続またはリベット接続３４によって、カソード半槽（図２）に属する固定レール３３に解放自在に固定される。二つの構成部品間の特に優れた電気接触を達成し、かつ同時にガスポケットの正面側と背面側との間の電解液の漏れ流れを防止するために、ガスポケットおよび固定レールの穿孔と合致するように穿孔されて成る、予め圧縮応力を掛けられた金属異形帯片３１、およびその下の永久弾性シール３２が、ねじ接続／リベット接続を介して押し付けられ、それによってガスポケット電極ユニットの固定点間に線状接触が生成される。
【００２６】
全てのこれらの変形の利点は、耐漏液性について試験済みの構成部品を使用してガスポケット電極ユニットを交換することができ、ガスポケット電極ユニットは突起部の無い平坦な構造を形成し、したがって取り扱いが容易であるということである。ガスポケット電極ユニットも解放自在な接続を選択した場合、それらは施設内で現場交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明に係るガスポケットの図式的縦断面図を示す。
【図２】図２は、図１の線Ａ−Ａ’におけるガスポケットの図式的横断面図からの抜粋を示す。
【図３】図３は、ガスポケットのさらなる実施形態の図式的横断面図からの抜粋を示す。
【図４】図４は、図２に示されたガス供給接続部の拡大図を示す。
【図５】図５は、ガス供給接続部のさらなる実施形態における図４に対応する図式的横断面図を示す。
【国際公開パンフレット】
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2005506460.tif 000018
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005506460.tif 000019
2005506460.tif 000020
【国際調査報告】
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2005506460.tif 000022
2005506460.tif 000023
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