(57)【要約】【課題】電解槽のための電気回路及び電解槽の付近の電磁界を減じるための方法を提供する。【解決手段】電解槽の付近の電磁界を減じるための電気回路は、電解槽と、電解槽を通って流れる電流を戻すための少なくとも一つの母線を含む電気帰線と、波形が互いに関して位相のずれている電流を送るための少なくとも二つの整流器による電源と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽（１、２、３）の付近の電磁界を減じるための電気回路であって、
電解槽と、電解槽を通って流れる電流の戻りのための少なくとも一つの母線を含む電気回線（７）と、波形が互いに関して位相のずれている電流を送るための少なくとも二つの整流器（５ａ、５ｂ）による電源と、を含む、ことを特徴とする電気回路。
【請求項２】
上記電流は、２９°乃至３１°の間で位相がずれている、請求項１に記載の電気回路。
【請求項３】
少なくとも二つの整流器の出力を結合する少なくとも一つの排流コイル（１９）を更に含む、請求項１又は２に記載の電気回路。
【請求項４】
母線（９、１０、１４）は、電解槽（３）の下及び又は上に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電気回路。
【請求項５】
母線（１４）は、電解槽（３）の壁（１１）に取り付けられることを特徴とする請求項４に記載の電気回路。
【請求項６】
上記壁は、電解槽の底壁（１１）であることを特徴とする請求項５に記載の電気回路。
【請求項７】
母線は、平坦な金属プレート（１４）であり、該金属プレートの大きな面の一方が壁（１１）に取り付けられることを特徴とする請求項４又は５に記載の電気回路。
【請求項８】
電気回線（７）は、電解槽（３）の二つの各々の側壁（１３）に取り付けられる二つの追加の母線（１５、１６）を更に含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の電気回路。
【請求項９】
電気回線（７）は、上記電解槽の垂直中間平面（Ｘ-Ｘ）に関して概ね対称である電磁界を発生するように配置されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電気回路。
【請求項１０】
上記電解槽は、水性電解液の連続取り入れのための導管と、水性電解液の連続排出のための導管と、を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の電気回路。
【請求項１１】
上記電解槽は、上記二極電極間に介在された陽イオンを選択的に透過させる膜を含む請求項１０に記載の電気回路。
【請求項１２】
第２の電気回路を、上記電解槽を流れている電流と反対方向に電流が流れるように上記電解槽（１、２、３）の付近及び電気帰線（７）の付近に配置することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の電気回路。
【請求項１３】
電解槽（１、２、３）と、電流を戻すための電気帰線（７）と、を含む電気回路の付近の電磁界を減じる方法であって、上記電気回路は、波形が互い関して位相のずれている電流を送るための少なくとも二つの整流器（５ａ、５ｂ）により給電され、上記整流器は、並列に接続されることを特徴とする上記方法。
【請求項１４】
上記電気回路は、少なくとも二つの整流器（５ａ、５ｂ）の出力を結合する少なくとも一つの排流コイル（１９）を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解槽に関し、特に係る電解槽の電源供給に関する。
本発明は、より詳細には、整流された電流を、二極電極を有する電解槽に供給するための電気回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に直流が供給される、二極電極を有する電解槽を使用することは、電気化学産業でよく行われている。係る電解槽は、塩素、水酸化ナトリウムの水溶液、或いは塩素酸ナトリウムの水溶液を生成する目的で塩化ナトリウムの水溶液を電解するために広く用いられている。
【０００３】
二極電極を有する電解槽で採用される高電流密度のために、一般的には、ＤＣ（直流）電流の代わりに、整流されたＡＣ（交流）電流が用いられている。整流されたＡＣ電流は、通常は、パルスを有し、前記パルスは、周波数及び振幅が使用される整流器に依存する。その結果、整流されたＡＣ電流によって生じた電磁界は、生物に誘導電流を発生させる傾向があり、誘導電流の強さは、特定の工業的応用、特に塩素及び水酸化ナトリウム水溶液の連続生産のための二極電解槽で比較的高い。
【０００４】
また、高い電磁界、特に整流されたＡＣ電流によって生じた電磁場は、身体に発生することの危険を冒す誘導電流のために、極端な条件で有害な結果を人体に招くことがあるということも知られている。その結果、産業施設の付近の人員を保護するために、或いは産業施設の付近での電磁界の強さを減じるために測定を行うことが、重要である。更にこれに関して基準が出されており、産業構内の電磁界の強さを減じることを要求している。それらの基準の中でも、欧州基準８９／３９１／ＥＥＣが特に厳しい基準である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、産業用電解槽に高強度の電流を供給するための新規な設計の電気回路を提供することにある。
特に、本発明の目的は、上述した欧州基準に従うために電解槽の付近の電磁界を十分に低い値に減じる電気回路を提供することにある。
もっと詳細には、本発明の目的は、二極電極を有する電解槽の側壁に沿って延びている通路の電磁界の大きさを減じることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本発明は、電解槽の付近の電磁界を減じるための電気回路に関し、電解槽と、電解槽を通って流れる電流を戻すための少なくとも一つの母線を備えた電気帰線と、波形が互いに関して位相のずれている電流を送るための、好ましくは並列に接続された少なくとも二つの整流器（５ａ、５ｂ）による電源と、を含む、ことを特徴とする。本発明による電気回路には、有利には、三相ＡＣ電流が給電される。
【０００７】
三相ＡＣ電流の整流は、振動が三相電流のベース周波数よりも６倍高いベース周波数（例えば５０Ｈｚの６倍）を有する電流を送る。本発明による互い関して位相のずれている少なくとも二つの整流器の使用は、周波数を増すことを可能にする。電流の強さ及び特定の構成が電解槽に伴われる、本発明による電気回路は、電解設備の付近に放射される電磁界をほぼ減じることを可能にする。
【０００８】
本発明による電気回路の一つの有利な実施形態では、電気回路は、位相のずれが２９°乃至３１°の間で、好ましくは３０°に近い二つの整流器を含む。この実施形態では、波形が未整流の三相電流のベース周波数よりも１２倍高いベース周波数を有する電流が得られる。
【０００９】
本発明は、ほぼ垂直の二極電極を有する電解槽に特に適用する。係る電解槽は、この技術分野でよく知られており、金属ハロゲン化物、特に、塩化ナトリウムの水溶液を電解するために広く用いられる。電解槽は、一般には、各々が二極電極を含む一連の金属フレームによって形成され、これらの金属フレームは、フィルタープレスのように並置される（Modern Chlor-alkali technology, Volume 3, SCI, 1986, chapter 13 「双極ヘキスト-ウーデ膜セルで得られた作動実験」 Modern Chlor-alkai technology, Volume 4, SCI, 1990, chapter 20 「ヘキスト-ウーデ単一素子膜電解槽：概要−実験−応用」）。金属フレームは、普通、正方形或いは長方形の外形を有し、金属フレームがフィルタープレスように並置されて、電解槽の上壁、下壁或いは底壁、及び二つの側壁を形成する。
【００１０】
本発明による電気回路の好ましい実施形態では、電気回路は、少なくとも二つの整流器の出力を結合する少なくとも一つの排流コイルを更に含む。排流コイルの目的は、整流器の出力間に逆並列リアクタンスを確立するものである。排流コイルは、有利には、加熱損失を制限するように、鉄のプレート及びシートを組み合わせることによって形成される。整流器の出力は、それぞれ反対の方向にドレナージコイルを通り抜けて、一方の出力に存在する電流摂動が他方の出力からの電流に逆摂動を引き起す。二つの出力が重ね合わされるとき、かくして得られるものはあまり摂動されていない全体の電流である。
【００１１】
本発明による電気回路の別の好ましい実施形態では、電気帰線は、電解槽の下又は上に配置される少なくとも一つの母線からなる。母線を電解槽の下に配置するか上に配置するかの選択は、電解槽の構造及び二極電極のアセンブリのモードを考慮して決定される。変形例として、上述した電気帰線は、電解槽の下に配置された一方の母線と、電解槽の上に配置された他方の母線とを含むのがよい。別の変形例では、電解槽は、また、電解槽の下に複数の母線及び電解槽の上に複数の母線を含んでもよい。実際には、電解槽のアセンブリ及び保守の両方を考慮して、上述した電気帰線は、一般的には、電解槽の上に母線を含むべきではないのが好ましい。
【００１２】
他のすべての条件が同じであれば、本発明による電気回路は、主に二極電極を有する電解槽の側壁に沿って、電解槽の付近特に操作及び保守要員によって使用される通路の電磁界を実質的に減じることが分かった。
【００１３】
本発明による電気回路では、母線の材料は、本発明の定義にとって重要ではない。母線は、一般には、銅製、アルミニウム製、或いはアルミ合金製である。
【００１４】
本発明による電気回路では、母線の断面の外形は、本発明の定義にとって重要ではない。例えば、外形は、正方形、長方形、円形、或いは多角形であるのがよい。
【００１５】
本発明による電気回路の一つの特定の実施形態では、母線は、長方形の外形を有し且つその大きな面がほぼ水平であるように配向される。他のすべての条件が同じであれば、電解槽の下及び又は上に水平に配置された、長方形部分の母線を選択することによって、電解槽の付近の電磁界の大きさを最小にすることが観測された。また、母線の幅に対する厚さの割合が小さい程、電解槽の付近の電磁界の減少が大きいことも観測された。実際には、その結果、母線に平坦な金属プレートを用いることが好ましい。変形例として、電解槽の下及び又は上に並べて配置される複数の平坦な金属プレートを用いることが可能である。
【００１６】
また、他のすべての条件が同じであれば、その上、電解槽の付近の電磁界の大きさは、母線が電解槽の壁の近くに配置される場合に小さくなることが観測された。
【００１７】
その結果、本発明による電気回路の別の特定の実施形態では、母線は、電解槽の一つの壁のすぐ近くに配置される。本発明のこの実施形態では、母線が電解槽の下に配置されるか或いは上に配置されるかによって、電解槽の前記壁は、電解槽の下壁又は底壁、若しくは上壁である。本発明のこの実施形態では、「電解槽の壁のすぐ近くに」という表現は、この壁と母線との間の距離が最大でも母線の厚さの５倍（好ましくは３倍）に等しいことを意味する。この距離は、母線の厚さを超えないことが好ましい。
【００１８】
本発明の上述した実施形態の好ましい変形例では、母線が電解槽の前記壁に取り付けられる。本発明のこの好ましい実施形態の変形例では、母線は、有利には、母線を壁から分離するのに必要な電気絶縁の厚さを有し、大きな面の一方が前記壁に取り付けられた平坦な金属プレートである。平坦な金属プレートは、前記壁の表面積の一部分に取り付けられてもよい。平坦な金属プレートが前記壁の表面積のほぼ全てに取り付けられるのが好ましい。
【００１９】
本発明の更に別の特定の実施形態では、上述した電気帰線は、電解槽の二つの各々の側壁のすぐ近くに配置される二つの追加の母線を更に含む。本発明のこの実施形態では、「すぐ近くに」という表現は、この表現について上に与えた定義と一致する。
【００２０】
他のすべての条件が同じであれば、追加の母線の存在は、電解槽の付近の電磁界の大きさを減じる。
【００２１】
本発明によるこの実施形態では、追加の母線は、電解槽の構造に適合するいかなる形状を有していてもよい。例えば、追加の母線は、正方形、長方形，多角形、楕円形或いは円形の外形を有するのがよい。また、追加の母線は、同じ外形或いは異なる外形を有してもよいし、追加の母線は、同じ寸法形状或いは異なる寸法形状を有してもよい。しかしながら、実際には、追加の母線は、同じ外形及び同じ寸法形状を有するのが好ましい。また、追加の母線は、長方形の外形を有し、且つ追加の母線は、電解槽の二つの各々の側壁にその大きな面を介して取り付けられるのが好ましい。
【００２２】
説明したばかりの本発明の実施形態では、追加の母線のそれぞれの寸法形状及び電解槽の下及び又は上に配置される各母線の寸法形状は、全ての母線内で電流を分配するようにする方法により決定される。一般に、電解槽の下及び又は上に配置された母線の電流の強さは、追加の母線の各々の電流の強さよりも少なくとも５倍高いことが好ましい。
【００２３】
特に有利である、本発明の更に別の実施形態では、電気回路の電気帰線は、電解槽の垂直中間平面に関してほぼ対称である電磁界を発生するように配置される。この実施形態では、（電解槽の垂直中間平面に関してほぼ対称である電磁界を発生する）望ましい目的は、各母線を適切な方法で寸法形状決めし且つ配置することによって達成される。最適寸法形状及び最適位置の選択は、特に電解槽の形状及び寸法形状により、当業者によって決定される。実際には、この結果は、一般に、母線を電解槽の垂直中間平面に関して対称に配置することによって得られる。
【００２４】
本発明の最後の有利な実施形態では、二次電気回路が一次電気回路の付近に配置される。電流は、一次電気回路の電流の流れによって生じた磁界を少なくとも部分的に打ち消し合う磁界を生じるために二次電気回路で反対方向に流れる。従って、二次電気回路は、一次電気回路を流れている電流の強さに近い強さを有する電流を通すことができなければならない。電磁界の良好な補償を得るために、二次電気回路を一次電気回路の付近に可能な限り近付けて配置しなければならない。二つの電気回路をある地点個所で間隔を隔てることを必要でとするかもしれない構造的要件を考慮して、最適電磁界補償を得るために、二次電気回路の一部分が電解槽に取り付けられ且つ好ましくは別の部分も母線に取り付けられることが推奨される。調整抵抗器を介して、一次電気回路用の電源により二次電気回路を給電することが可能である。しかしながら、電気帰線の付近の二次電気回路の少なくとも一部が別々に給電されることが推奨される。
【００２５】
また、整流器と電解槽との間に配置された電気回路の一部分が磁界を最小にするように構成されることも推奨される。一般に、電流供給源及び電気帰線を互いにできるだけ近くに配置することが推奨される。
【００２６】
本発明による電気回路は、水、或いは、ハロゲン化アルカリ金属水溶液、特には、塩化ナトリウム水溶液のような、水溶液の連続電解のための電解槽に特に適用する。その結果、本発明の好ましい実施形態では、電解槽は、水性電解液の連続取り入れのための導管と、水性電解液の連続排出のための導管と、を含む。
【００２７】
本発明は、塩化ナトリウム水溶液の電解による塩素酸ナトリウムの製造のための電解槽に特に適用する。本発明は、塩化ナトリウム水溶液の電解によって、塩酸及び水酸化ナトリウム水溶液の製造のための電解槽に特によく適用し、これらの電解槽は、二極電極間に介在された陽イオンを選択的に透過させる膜を含む。
【００２８】
本発明による電気回路は、垂直の二極電極を有する少なくとも一つの電解槽を有するいかなる電解設備にも適用する。
【００２９】
その結果、本発明は、また、二極電極を有する少なくとも一つの電解槽を含む電解設備にも関し、電解設備が本発明による電気回路に接続される。本発明による電解設備は、単一の電解槽、或いは電気的に直列に接続される、複数の電解槽を含んでもよい。
【００３０】
本発明は、特に、塩素及び水酸化ナトリウム水溶液の生成するための、この電解設備の使用に関する。
【００３１】
本発明による電気回路は、電解槽、特には双極電極を有する電解槽の付近の電磁界を実質的に減じる。
【００３２】
その結果、また、本発明は、電解槽と、電流を戻すための電気帰線とを含む電気回路の付近の電磁界を減じる方法であって、前記電気回路は、波形が、好ましくは２９°乃至３１°だけ互いに関して位相のずれている電流を送るための少なくとも二つの整流器により給電される方法にも関する。
【００３３】
本発明による方法の好ましい変形例では、電気回路は、少なくとも二つの整流器の出力を結合する少なくとも一つの排流コイルを更に含む。
【００３４】
本発明による方法では、また、電気回路は、有利には、本発明による電気回路の他の様々な実施形態にも従う。
図面において、同じ構成要素は、同じ参照記号で示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１に概略的に示した電解設備は、塩酸化ナトリウムの水溶液の電解によって塩素、水素及び水酸化ナトリウムを生成するために設計された３つの電解槽１、２、３を含む。電解槽１、２、３は、垂直な二極電極を有する種類のものである。電解槽は、各々が垂直な二極電極（図示せず）を収容する、垂直な長方形フレーム４を並置することによって形成される。フレーム４は、フィルタープレスように並置される。陽イオンを選択的に透過させる膜が陽極チャンバ及び陰極チャンバの一つ置きの配列を画成するためにフレーム４間に介在される。電解槽１、２、３の陽極チャンバは、塩酸化ナトリウムの水溶液の連続取り入れのための導管（図示せず）と連通する。また、電解槽１、２、３の陽極チャンバは、塩素の連続排出のためのヘッダー（図示せず）とも連通する。電解槽１、２、３の陰極チャンバは、二つのヘッダー（図示せず）と連通し、ヘッダーは、一方では、水素の連続抽出の役割を、他方では、水酸化ナトリウムの水溶液の連続抽出の役割を、それぞれする。
【００３６】
電解槽１、２、３は、一方では、電解槽１、２、３間に介在された母線６、他方では、電解槽１、２、３から離れて配置された電気帰線７を含む電気回路により二つの整流器５ａ、５ｂに排流コイル１９を介して電気的直列に結合される。整流器５ａ、５ｂは、ＡＣ電流源１８によって３０°の位相のずれで給電される。
【００３７】
図１に示した電解設備では、電気帰線７は、電解槽１、２、３の一つの縦側壁に沿って延びている長い母線からなる。図１に概略的に示した電解設備では、電解槽１、２、３の各々は、例えば、３０乃至４０個の個別の電解セルを含み、電源は、例えば、８乃至２０ｋＡの範囲に亘る電流を出力することができる５２０ＶＤＣ整流器を含む。これは、電極の面積により、陽極面積の２．５乃至６ｋＡ／ｍ2の範囲に亘る陽極電流密度を生ずる。しかしながら、これらの数値は、単なる表示であり、本発明の範囲及び特許請求の範囲を限定するものではない。
【００３８】
二極スイッチが閉じられる場合、整流された電流は、電解槽１、２、３内で二極電極を通して、逐次、電気帰線７に流される。この電流は、電解設備の環境に電磁界を発生させる。
【００３９】
本発明によれば、セグメント１７ａ、１７ｂを含む二次電気回路が、電解槽の付近及び電気帰線の付近に配置される。
【００４０】
図２及び図３に概略的に示された電解設備は、本発明の一つの特定の実施形態を示し、その実施形態には、二次電気回路が示されていない。これらの図では、電解槽３だけが示されている。図２及び図３に示す電解設備では、電気帰線７は、電解槽３の下壁１１の下に配置される二つの母線９、１０を含む。母線９、１０は、電気の良導体である金属（好ましくは銅或いはアルミニウム）の角柱状の母線である。これらの母線は、電解槽３の垂直中間平面Ｘ-Ｘの両側に対象的に配置される。また、母線９、１０は、電解槽３の下壁１１付近にも配置される。図３に示された仕方で母線９、１０を配置することの効果は、電解槽３の側壁１３に沿って延びていて且つ電解槽３の操作要員用である通路１２に沿った電磁界の大きさを減じることである。
【００４１】
他のすべての条件が同じであれば、母線９、１０が垂直中間平面Ｘ-Ｘ及び下壁１１に近い場合、通路１２に沿った電磁界の強さが更に減じられることが観測された。また、通路１２に沿った電磁界の大きさが、母線９、１０の幅に対する厚さの割合を小さくすることによって減じられることも観測された。従って、母線９、１０のために水平プレート或いはシートを用いるのが好ましい。
【００４２】
二次電気回路が同様に示されていない、図４に示された実施形態では、電気帰線７は、電解槽３の下壁１１に取り付けられ且つこの壁の全ての面積をほぼ覆う平坦な金属プレート或いはシート１４を含む。
【００４３】
図５に示す電解設備では、電気帰線７は、電解槽３の下壁１１に付けられた平坦な金属プレート１４と、電解槽３の二つの側壁１３に沿ってそれぞれ延びている二つの追加の母線１５、１６とを含む。二つの追加の母線１５、１６は、側壁１３に取り付けられた平坦な金属プレート或いはシートであるのが有利である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一つの特定の実施形態の電解設備の一般的な構成を示す平面図である。
【図２】本発明による電解設備の別の特定の実施形態の長手方向概略図である。
【図３】図２の平面III-IIIの縦断面図である。
【図４】本発明による電解設備の別の実施形態の図３に類似の図である。
【図５】図４の電解設備の好ましい変形例である。
【符号の説明】
【００４５】
１、２、３  電解槽
４  垂直な長方形フレーム
５ａ、５ｂ  整流器
６  母線
７  電気帰線
１７ａ、１７ｂ  セグメント
１８  交流電源
１９  排流コイル
【図１】
2008531851.tif 000003
【図２】
2008531851.tif 000004
【図３】
2008531851.tif 000005
【図４】
2008531851.tif 000006
【図５】
2008531851.tif 000007
【国際調査報告】
2008531851.tif 000008
2008531851.tif 000009
2008531851.tif 000010