(57)【要約】【課題】電極間間隔を所定の大きさに保持することが可能なイオン交換膜電解槽を提供する。【解決手段】イオン交換膜電解槽において、少なくとも一方の電極は、電極室内に設けた電極隔壁上に配置した平板ばね状体保持部材から傾斜して延びる複数対の櫛状の平板ばね状体と接触して通電されており、各対の櫛状の平板ばね状体は、隣接する平板ばね状体が相互に対向して差し込まれて構成されたイオン交換膜電解槽。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換膜電解槽において、少なくとも一方の電極は、電極室内に設けた電極隔壁上に配置した平板ばね状体保持部材から傾斜して延びる複数対の櫛状の平板ばね状体と接触して通電されており、各対の櫛状の平板ばね状体は、隣接する平板ばね状体が相互に対向して差し込まれて構成されたことを特徴とするイオン交換膜電解槽。
【請求項２】
各対の櫛状の平板ばね状体の相互に差し込まれた長さが同一の長さであることを特徴とする請求項１記載のイオン交換膜電解槽。
【請求項３】
平板ばね状体は、先端部に平板ばね状体保持部材側に折り曲げられた接触部を有し、平板ばね状体の接触部と電極が接触したことを特徴とする請求項１または２記載のイオン交換膜電解槽。
【請求項４】
櫛状の平板ばね状体の平板ばね状体保持部材への投影面には、開口部が存在し、隣接する平板ばね状体の間の投影面には平板ばね状体保持部材が存在することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のイオン交換膜電解槽。
【請求項５】
櫛状の平板ばね状体の平板ばね状体保持部材への投影面には、開口部が存在し、隣接する複数個の平板ばね状体の外側の投影面に平板ばね状体保持部材が存在することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のイオン交換膜電解槽。
【請求項６】
平板ばね状体保持部材は、平板状の電極室隔壁に帯状の接合部によって接合された、電極室隔壁との間に空間を形成した電極室隔壁と平行部に形成されたものであり、電極室隔壁との間に形成した空間を電解液の下降流路とし、電極側には電解液の上昇流路を形成したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のイオン交換膜電解槽。
【請求項７】
平板ばね状体が結合された平板ばね状体保持部材は、平板状ばね状体が接触する電極よりも開口部の径が大きな多孔性の部材に接合されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のイオン交換膜電解槽。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン交換膜電解槽に関するものであり、電極間の間隔を所定の大きさに保持することが可能なイオン交換膜電解槽に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水溶液の電気分解に用いる電解槽においては、電気分解に要する電圧は各種の要因によって左右される。なかでも陽極と陰極との間の間隔が電解槽電圧に大きく影響を及ぼす。そこで、電極間の間隔を小さくし、電解槽電圧を低下させて電気分解に要するエネルギー消費量を低下させることが行なわれている。
食塩水の電気分解に使用するイオン交換膜電解槽等においては、陽極、イオン交換膜、陰極の三者を密着状態に配置して電解槽電圧を低下させているが、電極面積が数平方メートルにも達する大型の電解槽では、陽極、陰極を剛性の部材によって電極室に結合した場合には、両電極をイオン交換膜に密着させて電極間隔を小さくして所定の値に保持することは困難であった。
【０００３】
そこで、陽極または陰極の少なくともいずれか一方に可撓性の部材を使用して電極間の間隔を調整可能とした電解槽が提案されている。
可撓性の部材を電極間の間隔を小さくする手段として使用した各種の電解槽が提案されており、金属の細線の織布、不織布、網等からなる可撓性の部材を多孔性の電極基体上に配置した電極が提案されている。
これらの電極は、可撓性の部材が金属細線から構成されているので、対極からの逆圧によって過度に押圧された場合には、部分的に変形して電極間の間隔が不均一なものとなったり、細線が、イオン交換膜が突き刺さる等の問題点があった。
また、多数の平板状のばね材によって電極室隔壁側と電極との間に導電接続を形成した電解槽が提案されている（例えば、特許文献１又は特許文献２）。
【０００４】
図１０は、従来の平板ばね状体を設けた電解槽を説明する図である。
図１０（Ａ）は、従来の平板ばね状体を用いたイオン交換膜電解槽の一部の断面図であり、図１０（Ｂ）は、平板ばね状体の平面図であり、図１０（Ｃ）は、平板ばね状体の断面図である。
電解槽５１の陽極室５２および陰極室５３には、陽極室隔壁５４および陰極室隔壁５５に、それぞれ所定の間隔で陽極リブ５６、および陰極リブ５７が接合され、陽極リブ５６には陽極取付基材５８が取り付けられており、陽極取付基材５８には、陽極５９が取り付けられている。
【０００５】
また、陰極リブ５７には平板ばね状体６０を多数設けた陰極保持部材６１が取り付けられ、平板ばね状体６０によって陰極６２が保持されているので、電極間の間隔を小さくした場合にも陽極５９と陰極６２との間に配置されたイオン交換膜６３は大きな力で押圧されることはないというものであった。
平板ばね状体を用いた可撓性の電極にあっては、細線からなる部材等を用いたものに比べると押圧の際の部分的な変形に対する挙動は優れているものの、これらの電解槽では、平板ばね状体は、可撓性の陰極保持部材からすべて同一の方向へと斜めに延びるものである。
【０００６】
したがって、電極面側から力が作用すると、電極面には平板ばね状体の変位によってばね材が変形する一方向へと移動する力が作用することとなり、その結果、平板ばね状体と接触する電極の位置ずれが生じたり、イオン交換膜に電極が接している場合には、電極の位置ずれの際にイオン交換膜に傷が生じるおそれがあった。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５７−１０８２７８号公報
【特許文献２】
特開昭５８−３７１８３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、可撓性の通電手段を用いて電極と集電体とを結合した電解槽に関するものであり、大面積の電極であっても電極面を平滑に保持し、可撓性の通電手段によって電極がいずれかの方向へ移動したり、あるいはイオン交換膜電解槽に使用した場合にはイオン交換膜面に対して過度の圧力が加わることがない電解槽を提供することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、イオン交換膜電解槽において、少なくとも一方の電極は、電極室内に設けた電極隔壁上に配置した平板ばね状体保持部材から傾斜して延びる複数対の櫛状の平板ばね状体と接触して通電されており、各対の櫛状の平板ばね状体は、隣接する平板ばね状体が相互に対向して差し込まれて構成されたイオン交換膜電解槽によって解決することができる。
このように、本発明のイオン交換膜電解槽では、電極隔壁上に配置した部材から伸びた複数対の櫛状の平板ばね状体によって電極が通電されており、各対が相互に差し込まれているので、電極は平板ばね状体と接触して通電した状態で隔壁面と平行に移動することができるので、電極面からイオン交換膜が不均一に押圧されることがなく、安定した電極間隔を保持したイオン交換膜電解槽とすることができる。
【００１０】
また、各対の櫛状の平板ばね状体の相互に差し込まれた長さが同一の長さである前記のイオン交換膜電解槽である。
このように、各対の櫛状の平板ばね状体の相互に差し込まれた長さを同一の長さとすることによって、平板ばね状体と接触した電極の動きをより均一なものとすることができる。
【００１１】
また、平板ばね状体は、先端部に平板ばね状体保持部材側に折り曲げられた接触部を有し、平板ばね状体の接触部と電極が接触した前記のイオン交換膜電解槽である。
このように平板ばね状体の先端部が折り曲げられた形状とすることによって、エキスパンデッドメタル、網状部材等を基体とした電極の表面に凹凸が形成された場合であっても、平板ばね状体と電極とは円滑に接触するので、電極の動きを円滑なものとすることができる。
【００１２】
櫛状の平板ばね状体の平板ばね状体保持部材への投影面には、開口部が存在し、隣接する平板ばね状体の間の投影面には平板ばね状体保持部材が存在する前記のイオン交換膜電解槽である。
櫛状の平板ばね状体の平板ばね状体保持部材への投影面には、開口部が存在し、隣接する複数個の平板ばね状体の外側の投影面に平板ばね状体保持部材が存在する前記のイオン交換膜電解槽である。
このように、平板ばね状体保持部材への投影面の間、あるいは外側に平板ばね状体保持部材が存在することによって、平板ばね状体保持部材の剛性を高めることができ、各平板ばね状体の動きを均一化することができる。
【００１３】
平板ばね状体保持部材は、平板状の電極室隔壁に帯状の接合部によって接合された、電極室隔壁との間に空間を形成した電極室隔壁と平行部に形成されたものであり、電極室隔壁との間に形成した空間を電解液の下降流路とし、電極側には電解液の上昇流路を形成した前記のイオン交換膜電解槽である。
このように、平板ばね状体保持部材と電極室隔壁との間に空間を形成することによって電極室内での電解液の循環を高めることができ、電気分解を効率的に進めることができる。
【００１４】
また、平板ばね状体が結合された平板ばね状体保持部材は、平板状ばね状体が接触する電極よりも開口部の径が大きな多孔性の部材に接合された前記のイオン交換膜電解槽である。
このように、開口を有する部材に接合することによって、電解槽内での電解液の流動の自由度が大きな電解槽を提供することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、平板ばね状体を設けた板を平板状の電極室隔壁、集電体等に配置した電解槽において、平板ばね状体を互いに櫛状に対向させて相互に差し込んで配置したので、電極面を平板ばね状体に押圧した場合には、電極の横ずれ等は生じず対極との間隔を所定の大きさに保持した電解槽を得ることができる。
その結果、電極面に接触するイオン交換膜等に損傷を及ぼす危険はなくなるとともに、大面積の電極にあっても対極あるいはイオン交換膜との距離を所望の大きさに設定することが可能としたものである。
【００１６】
以下に図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の電解槽の一実施例を説明する図であり、図１（Ａ）は、複数個の電解槽ユニットを積層したイオン交換膜電解槽の断面を説明する図であり、図１（Ｂ）は、電解槽ユニットの陰極側から見た平面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）において、Ａ−Ａ’線で切断した断面図である。
図１（Ａ）に示すように、イオン交換膜電解槽１は複数の複極式の電解槽ユニット２をイオン交換膜３を介して積層して組み立てられている。
電解槽ユニット２には、陽極室隔壁４から間隔を設けて陽極５が配置され、陽極室６が形成されている。また、陰極室隔壁７から間隔を設けて陰極８が配置されており、陰極室隔壁７とイオン交換膜３の間に陰極室９が形成されている。
また、陽極室６、陰極室９の上部には、それぞれ陽極室側気液分離手段４０、陰極室側気液分離手段４１が設けられている。
また、電解槽ユニット２の陽極室６には、陽極液供給管１８が取り付けられ、陽極室側気液分離手段４０には、濃度が低下した陽極液と気体を排出する陽極液排出管１９が取り付けられている。
また、電解槽ユニット２の陰極室６には、陰極液供給管２２が取り付けられ、陽極室側気液分離手段４１には、濃度が低下した陽極液と気体を排出する陰極液排出管２３が取り付けられている。
なお、陽極液供給管、陽極液排出管は、図に示すように、それぞれを同一の側に配置する例を示したが、供給管と排出管を対向して配置しても良く、また陽極液供給管と陰極液供給管を同一の側に配置しても良い。
【００１７】
図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示すように、陰極室隔壁４には、平板ばね状体保持部材１２が取り付けられており、平板ばね状保持部材１２から傾斜して延びる複数対の櫛状の平板ばね状体１１の先端部に陰極８が接触して通電されており、各対の櫛状の平板ばね状体は、隣接する平板ばね状体が相互に対向して差し込まれ相互に差し込んで配置されている。また、陰極８面上にはイオン交換膜３が配置されている。
陰極８は平板ばね状体保持部材１２から相互に反対方向へ延びた平板ばね状体１１と接しているので、陰極には、陰極室隔壁と垂直方向の力のみが作用することとなる。その結果、平板ばね状体１１の反発力によって陰極室隔壁７と直角の方向へと陰極を変位させ、陰極８を陰極室隔壁７と平行に移動させることはないので、イオン交換膜面を傷つける等の問題を生じることなく所定の位置に調整することが可能となる。
【００１８】
図１（Ｂ）および図１（Ｃ）に示すように、陰極室隔壁４には、多数の平板ばね状体１１を櫛状に設け、互いに対向する一対の櫛状の平板ばね状体を相互に差し込んで配置した板状体からなる平板ばね状体保持部材１２が接合されている。また、平板ばね状体１１の先端部に接して陰極８が配置され、陰極８面上にはイオン交換膜３が配置されている。
陰極８は平板ばね状体保持部材１２から相互に反対方向へ延びた平板ばね状体１１と接しているので、陰極には、陰極室隔壁と垂直方向の力のみが作用することとなる。その結果、平板ばね状体１１の反発力によって陰極室隔壁７と直角の方向へと陰極を変位させ、陰極８を陰極室隔壁７と平行に移動させることはないので、イオン交換膜面を傷つける等の問題を生じることなく所定の位置に調整することが可能となる。
【００１９】
また、各対の櫛状の平板ばね状体の相互に差し込まれた長さを同一の長さとすることによって、平板ばね状体が押圧された場合には、電極面との接触部の距離が大きくなるとともに、その距離の大きさは、いずれの対においても同一のものとなるので、電極面への通電個所の分布が均等化される。
これに対して、各対の櫛状の平板ばね状体の櫛歯の方向を対向させるのみで、相互に差し込まれたものとしない場合には、電極面と押圧すると電極面との接触部の距離が小さくなるので、電極への通電される電流分布が不均一なものとなるので好ましくない。
陰極室隔壁に装着する平板ばね状体保持部材１２は、陰極面と同等の大きさの１個の部材であっても、あるいは複数個の部材を所定の個数配置しものであっても良い。
【００２０】
一方、陽極室隔壁４には、陽極保持部材１３が帯状の接合部１４を形成して接合されており、帯状の接合部１４において陽極室隔壁４と陽極保持部材１３が密着して接合されている。両者は、連続的な溶接部に限らず、両者を密着した状態で多数のスポット溶接部等によって接合することによって陽極保持部材１３と陽極室隔壁４とが密着し、両者の導電接続と陽極保持部材１３と陽極室隔壁４の間で形成される空間が反対側の空間と分離されていれば良い。
【００２１】
陽極保持部材１３の隣接する帯状の接合部１４の間には凸条部１５が形成され、凸条部１５と帯状の接合部１４の間は平面部１６で結合されている。また、凸状部１５には、陽極５が複数の個所において接合されている。
凸条部１５は、頂部に電極を接合することができる幅を有したものであれば十分であり、金属板に角を形成するように折り曲げ加工して形成された凸条部であっても、電極保持部材が隔壁に平行な平面を有しているものであっても良い。また、陽極保持部材を別個の部材として作製しても、プレス成形によって複数個が連結した部材を作製しても良く、あるいは陽極室隔壁に配置するすべての陽極保持部材を、一枚の金属板を成形して製造したものであっても良い。
【００２２】
また、接合部１４と凸状部１５とが平面部１６で結合されている場合には、断面形状がトラス型となり、薄板で作製した陽極室の剛性を高めることができる。陽極保持部材１３、陽極室隔壁４および隣接する帯状の接合部１４によって形成される空間には、陽極液循環通路１７が形成され、陽極保持部材１３の陽極５面側の空間を上昇した気液混合流体が陽極室の上部で気液分離した電解液の一部は陽極液排出管１９から流出する。そして陽極液循環通路１７を下降し、陽極室の下部において陽極面側の空間へ流出し、電解槽に設けた陽極液供給管１８から供給されて陽極室内へ噴出する陽極液とともに、混合されて陽極において電気分解が行われる。
【００２３】
図２は、本発明の平板ばね状体を説明する図である。
図２（Ａ）は、斜視図であり、図２（Ｂ）は作製過程を説明する平面図であり、図２（Ｃ）は、作製過程を説明する断面図である。
図２（Ａ）に示すように、板状の平板ばね状体保持部材１２には、平板ばね状体１１が斜め方向に起伏した複数対の櫛状の部材が取り付けられている。図では、３対の櫛状の部材が示されている。また、各対の櫛状の部材を形成する隣接する平板ばね状体１１は、互いに反対方向へ延びて相互に差し込まれている。
平板ばね状体１１は、平板にばね状体を任意の方法によって接合することによって作製することができるが、以下に示すように板材の切断と、その後に一方向へ起こすことによって容易に作製することができる。
【００２４】
図２（Ｂ）に示すように、平板２５を平板ばね状体形成部２６の切断線２７に沿って切断するとともに、平板ばね状体形成部２６を残して打ち抜いて部材を取り除き開口部２８を形成する。次いで、図２（Ｃ）に示すように平板ばね状体形成部２６に、力Ｆを加えて平板２５から平板ばね状体形成部２６を一方向へ起こして平板ばね状体１１が形成される。
平板ばね状体形成部２６の間に形成される開口部２８の間に残存部２９が残されており、平板ばね状体を平板ばね状体保持部材に投影した場合には、隣接する平板ばね状体の間の間隙に、平板ばね状体保持部材が存在している。平板ばね状体の間に間隙に存在する平板ばね状体保持部材は、平板ばね状体保持部材１２の剛性を高める作用を果たし、平板ばね状体１１に接する陰極の動きをより円滑なものとすことができる。
また、残存部２９は、すべての開口部２８の間に設けなくても良く、部材の剛性等を考慮して決定することができる。
【００２５】
図３は、本発明の平板ばね状体の他の実施態様を説明する図である。
図３（Ａ）は、斜視図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の平板ばね状体を用いた電解槽の電極室の水平方向断面を説明する図である。
板状の平板ばね状体保持部材１２には、平板ばね状体１１が斜め方向に起伏した複数対の櫛状の部材が取り付けられている。図では、３対の櫛状の部材が示されている。また、各対の櫛状の部材を形成する隣接する平板ばね状体１１は、互いに反対方向へ延びて相互に差し込まれている。
また、平板ばね状体１１は、電極に接触する先端部が平板ばね状体保持部材１２側にほぼ平行に折り曲げられた接触部１１Ａを有しており、接触部１１Ａが電極と接触している。
【００２６】
図３（Ｂ）に示すように、陰極室９には、陰極側に本発明の平板ばね状体保持部材１２とほぼ平行な接触部１１Ａを有した平板ばね状体を設けた場合には、陰極８と平板ばね状体保持部材１２との間の間隔を小さくした場合に陰極８と平板ばね状体１１との動きが円滑なものとなり、電極間の間隔の調整が円滑に行われるとともに、電極と平板ばね状体との導電接続も確実なものとなる。
【００２７】
図４は、本発明の平板ばね状体の他の実施態様を説明する図である。
図４（Ａ）は、斜視図であり、図４（Ｂ）は製作過程の一例を説明する平面図であり、図４（Ｃ）は、平板ばね状体の断面図であり、図４（Ｄ）は他の例を平板ばね状体を説明する断面図である。
図４（Ａ）に示すように、板状の平板ばね状体保持部材１２には、平板ばね状体１１が斜め方向に起伏した複数対の櫛状の部材が取り付けられている。図では、３対の櫛状の部材が示されている。また、各対の櫛状の部材を形成する隣接する平板ばね状体１１は、互いに反対方向へ延びて相互に差し込まれている。
【００２８】
図４（Ｂ）に示すように、平板２５に平板ばね状体形成部２６を平板２５に切断線２７に沿って切断し、平板ばね状体形成部２６を残して打ち抜いて部材を取り除くことによって開口部２８が形成されたものである。また、平板ばね状体形成部２６には、平板ばね状体の先端部に接触部が形成するために折り曲げ線２６Ａが形成される。
【００２９】
図４（Ｃ）に示すように、平板ばね状体形成部２６は、力Ｆを加えて平板２５から平板ばね状体形成部２６を一方向へ起こして平板ばね状体が形成される。また、折り曲げ部２６Ｂは折り曲げ線２６Ａに沿って、平板２５に平行となるように折り曲げられる。
【００３０】
また、図４（Ｄ）に示すように、折り曲げ線２６Ａを用いて、曲面状折り曲げ部２６Ｃを形成しても良い。
また、平板ばね状体を平板ばね状体保持部材に投影した場合には、隣接する平板ばね状体の間の間隙に、平板ばね状体保持部が存在した強度保持部１２Ｃが設けられている。図４に示した例では、互いに反対方向に延びて差し込まれた５組の平板ばね状体１１毎に強度保持部１２Ｃが設けられて平板ばね状体保持部材１２の剛性が高められている。強度保持部１２Ｃを設ける間隔は、平板ばね状体保持部を形成する部材の剛性等を考慮して決定することができる。
また、このように強度保持部１２Ｃを間隔を設けて設置することによって、図３に示したものに比べて、単位面積当たりの平板ばね状体と電極との接触部を多く配置することが可能となり、通電量の増加に伴う電気的な損失を減少させることができる。
また、本発明の平板ばね状体を設けた平板ばね状体保持部材は、板状体から部材の切断、打ち抜きとともに折り曲げ加工をプレス成形機によって連続的に作製することが可能である。
【００３１】
図５は、本発明の電解槽の他の実施例を説明する図であり、図５（Ａ）は、電解槽の陰極側から見た一部を切り欠いた図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）において、Ｂ−Ｂ’線で切断した断面図である。
イオン交換膜電解槽の複極型の電解槽ユニット２は、陽極室６と陰極室９とから構成されており、平板状の陽極室隔壁４と陰極室隔壁７が電気的および機械的に接合一体化されている。
陰極室隔壁７には、多数の平板ばね状体１１を櫛状に設けて互いに対向する櫛状の平板ばね状体１１を相互に差し込んだ複数対の櫛状の平板ばね状体が設けられた平板ばね状体保持部材１２が配置されて通電されており、各対の櫛状の平板ばね状体は、隣接する平板ばね状体が相互に対向して差し込まれている。
【００３２】
また、平板ばね状体保持部材１２が、帯状の接合部２０を形成して接合され、帯状の接合部２０において陰極室隔壁７と平板ばね状体保持部材１２が密着して接合されている。平板ばね状体保持部材１２は、接合部２０に接続された縦方向部１２Ａと、縦方向部に直角に交わる陰極室隔壁に平行な横方向部１２Ｂとから構成されており、横方向部１２Ｂに平板ばね状体１１が櫛状に互いに対向する平板ばね状体１１を相互に差し込んで設けられており、平板ばね状体保持部材１２と陰極室隔壁７の間に陰極液循環通路２１が形成されている。
【００３３】
その結果、陰極８面側の空間を上昇した気液混合流体が陰極室の上部で気液分離した電解液の一部は陰極液排出管２３を通じて電解槽外へ流出するとともに、一部は陰極液循環通路２１を下降し、陰極室の下部において陰極面側の空間へ流出し、電解槽に設けた陰極液供給管２２から供給されて、陰極液供給口２４から陰極室内へ噴出する陰極液と共に混合されて陰極において電気分解を受ける。
このように、陰極室内における電解液の循環が促進されるので、陰極液の濃度分布が小さなものとなり、電気分解が効率的なものとなる。
【００３４】
一方、陽極室隔壁４には、陽極保持部材１３が帯状の接合部１４を形成して接合されており、帯状の接合部１４において陽極室隔壁４と陽極保持部材１３が密着して接合されている。
陽極保持部材１３の隣接する帯状の接合部１４の間には凸条部１５が形成され、凸条部１５と帯状の接合部１４の間は平面部１６で結合されている。また、凸状部１５には、陽極５が複数の個所において接合されている。
陽極保持部材１３、陽極室隔壁４および隣接する帯状の接合部１４によって形成される空間には、陽極液循環通路１７が形成されている。
【００３５】
そして、陽極保持部材１３の陽極５面側の空間を上昇した気液混合流体が陽極室の上部で気液分離した電解液の電解液の一部は陽極液排出管１９から流出する。そして陽極液循環通路１７を下降し、陽極電極室の下部において陽極面側の空間へ流出し、電解槽に設けた陽極液供給管１８から供給されて、陽極室内へ噴出する陽極液とともに混合されて陽極面において電気分解を受ける。
【００３６】
図６は、図５で示した平板ばね状体保持部材の説明する図である。図６（Ａ）は、斜視図であり、図６（Ｂ）および、図６（Ｃ）は、電解槽へ装着した場合の断面を説明する図である。
平板ばね状体保持部材１２は、陰極室隔壁との接合部２０を有し、接合部に接続された縦方向部１２Ａと、縦方向部に直角に交わる陰極室隔壁に平行な横方向部１２Ｂとから構成されており、横方向部１２Ｂには平板ばね状体１１を櫛状に設けて互いに対向する櫛状の平板ばね状体１１を相互に差し込んで形成された一対の部材を有しており、平板ばね状体保持部材１２は縦方向部１２Ａと横方向部１２Ｂによって、陰極室隔壁７の間に陰極液循環通路２１が形成される。
【００３７】
また、電解槽の組立前には、図６（Ｂ）に示すように、平板ばね状体１１の反発力によって、陰極８は陰極室隔壁７から離れた位置にあるが、電解槽の組立後には、対極との間隔を所定の位置に保持した電解槽を得ることができる。
平板ばね状体保持部材１１は、図２に示したものと同様に、平板ばね状体１１を形成した部材を凸状体に成形することによって製造することができ、またプレス成形して凸状体を形成した後に平板ばね状体１１を形成することによって製造することができる。
【００３８】
また、電解槽の陰極室隔壁７には、一個の凸状体からなる平板ばね状体保持部材１２の所定の個数を接合したものであっても、数個の凸状体を有する平板ばね状体保持部材の所定の個数を接合したものであっても、あるいは陰極室隔壁と同等の大きさの一個の平板ばね状体保持部材を作製して陰極室隔壁に配置したものであっても良い。
【００３９】
図７は、本発明の実施態様の他の平板ばね状体保持部材を説明する図である。図７（Ａ）は、斜視図であり、図７（Ｂ）および、図７（Ｃ）は、電解槽へ装着した場合の断面を説明する図である。
平板ばね状体保持部材１２は、陰極室隔壁との接合部２０を有し、接合部に接続された縦方向部１２Ａと、縦方向部に直角に交わる陰極室隔壁に平行な横方向部１２Ｂとから構成されており、横方向部１２Ｂには平板ばね状体１１を櫛状に設けて互いに対向する一対の櫛状の平板ばね状体１１を相互に差し込んで形成されている。また、平板ばね状体保持部材１２は縦方向部１２Ａと横方向部１２Ｂによって、陰極室隔壁７の間に陰極液循環通路２１が形成される。
【００４０】
平板ばね状体１１には、その先端部に、平板ばね状体保持部と平行に成形した接触部１１Ａが形成されており、電極面と接触部１１Ａが接触して電気的接続が形成される。
そして、平板ばね状体を平板ばね状体保持部材に投影した場合には、隣接する平板ばね状体の間の間隙に、平板ばね状体保持部材が存在した強度保持部１２Ｃが形成されている。
また、電解槽の組立前には、図７（Ｂ）に示すように、平板ばね状体１１の反発力によって、平板ばね状体１１の接触部１１Ａは陰極８に接触した状態で、陰極８は陰極室隔壁７から離れた位置に保持されているが、図７（Ｃ）に示すように、電解槽の組立後には、対極との間隔を所定の位置に保持した電解槽が形成される。
【００４１】
平板ばね状体保持部材１２は、図２に示したものと同様に、平板ばね状体をプレス成形によって凸状部を形成した後に、切断加工等を施した後に、凸状部に平板ばね状体１１を形成することができる。
また、電解槽の陰極室隔壁７には、一個の凸状体からなる平板ばね状体保持部材１２の所定の個数を接合したものであっても、数個の凸状体を有する平板ばね状体保持部材の所定の個数を接合したものであっても、あるいは陰極室隔壁と同等の大きさの一個の平板ばね状体保持部材を作製して陰極室隔壁に配置したものであっても良い。
【００４２】
図８は、本発明の他の実施例を説明する図であり、電解槽の一部を水平な面によって切断した図である。
図８（Ａ）に示した電解槽は、図１に示した電解槽とは陽極室の構造が相違した電解槽であり、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ’線の部分の断面を説明する図である。また図８（Ｂ）に示した電解槽は、図５に示した電解槽とは、陽極室側の構造が相違するものであり、図５（Ａ）におけるＢ−Ｂ’線の部分の断面を説明する図である。また、図８（Ｃ）、および図８（Ｄ）は、それぞれ図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示したものと平板ばね状体の形状が相違するものである。また、それぞれの電解槽は、図１（Ｃ）および図５（Ｂ）における陰極室と同様の構造を有するものであるので、陽極室についてのみ説明する。
【００４３】
電解槽は、陽極室隔壁４に設けた陽極保持部材１３が帯状の接合部１４を形成して接合されており、帯状の接合部１４に接続された縦方向部１３Ａと、縦方向部に直角に交わる陽極室隔壁に平行な横方向部１３Ｂとから構成されており、横方向部１３Ｂに設けた凸状部１３Ｃには、陽極５が取り付けられており、陽極保持部材１３の縦方向部１３Ａと横方向部１３Ｂによって、陽極室隔壁４の間に陽極液循環通路１７が形成され、陽極液の循環を高めたものである。
また、図８（Ｃ）および図８（Ｄ）に示した平板ばね状体１１の先端部は折り曲げられて接触部１１Ａが形成されており、平板ばね状体保持部材１２の横方向部１２Ｂとほぼ平行な接触部１１Ａが形成されている。その結果、電解槽の組立時に陰極８と平板ばね状体１１の接触が円滑なものとされる。
以上の説明では、本発明の電解槽は、複極式電解槽の隔壁に平板ばね状体保持部材を接合したものに限らず、その他の集電部体、保持部材に設置することも可能である。
【００４４】
図９は、本発明の他の実施例を説明する図であり、単極式の電解槽に平板ばね状体を設けた例を説明する図である。
図９（Ａ）は、フィルタープレス型単極式電解槽の単位電解槽の一部を切り欠いた図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）において、Ｃ−Ｃ’線で切断した断面図である。
単極式の単位電解槽３１の電解槽枠体３２に導電体３３が係合されており、単位電解槽が陰極室である場合について説明する図である。導電体３３には、内部に電解液の下降流路を形成すると共に、導電体３３と陰極側集電体３４との間に導電接続を形成するとともに、陰極側集電体３４を保持する電解液循環通電手段３５を有している。
陰極側集電体３４は、エキスパンデッドメタル等の多孔性の部材で作製されており、単位電解槽の内部を電解液が自由に流通する構造を有している。陰極集電体３４には、平板ばね状体１１を多数設けた平板ばね状体保持部材１２が接合されている。平板ばね状体１１は、陰極８が接して導電接続を形成するとともに、電極を電極面と直角方向に調整可能としている。
【００４５】
平板ばね状体保持部材１２には、平板ばね状体６を作製する際に、部材を除去して形成した開口部２８の面積を広くすることによって平板ばね状体保持部材１２を陰極側集電体３４に装着した場合に、平板ばね状体保持部材１２の開口部２８を通じた電解液の流通を実現している。
また、電解槽内においては、電極面に沿って上昇した気泡を含んだ電解液は、電解液の上部において、気体を分離した後に電解液循環通電手段３５内を下降して、陰極液供給管３６および陰極液供給ノズル３７を通じて供給された陰極液とともに電解槽内で電気分解を受け、陰極液排出口３８から排出される。
以上の説明においては、平板ばね状体および平板ばね状体保持部材は、陰極側に設ける点について述べたが、陰極側に限らず陽極側に設けても良い。
【００４６】
陰極側に設ける場合には、陰極室内部の環境において、良好な耐食性を示すニッケル、ニッケル合金、ステンレス等を用いることができ、陰極には、ニッケル、ニッケル合金の多孔体、網状体、エキスパンデッドメタル、あるいはこれらを基体として、表面に白金族金属含有層、ラネーニッケル含有層、活性炭含有ニッケル層等の電極触媒物質の被覆を形成し、水素過電圧を低下させたものを用いることができる。
【００４７】
また、陽極側に設ける場合には、チタン、タンタル、ジルコニウム等の薄膜形成性金属あるいはこれらの合金を用いることができる。陽極には、チタン、タンタル、ジルコニウム等の薄膜形成性金属あるいはこれらの合金の表面に、白金族金属、白金族金属の酸化物を含有する電極触媒物質の被覆を形成した陽極を用いることができる。
また、平板ばね状体の大きさは、電解槽の電極面積等に応じて定めることができるが、厚さ０．２ｍｍないし０．５ｍｍ、幅２ｍｍないし１０ｍｍ、長さ２０ｍｍないし５０ｍｍのものを挙げることができる。
【００４８】
本発明の電解槽をアルカリ金属ハロゲン化物の水溶液の電気分解、例えば食塩水の電気分解に用いる場合には、陽極室には、飽和食塩水を供給し、陰極室には水または希薄水酸化ナトリウム水溶液を供給し、所定の分解率で電気分解を行った後に電解槽から取り出される。
また、食塩水のイオン交換膜電解槽による電気分解においては、陰極室の圧力を陽極室の圧力よりも高く保持して電気分解が行われ、イオン交換膜は陽極に密着した状態で運転が行われるが、陰極は可撓性の平板ばね状体によって保持されているので、陰極をイオン交換膜面に所定の距離に近づけて電気分解をすることができることができる。また、異常時に陽極室側の圧力が大きくなった場合においても、平板ばね状体は復元力が大きく、圧力が取り除かれた後には所定の間隔を保持した運転が可能となる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明のイオン交換膜電解槽によれば、少なくとも一方の電極を、相互に差し込まれた平板ばね状体によって保持したので、電極を面方向への横ずれ等を生じることなく電極間の間隔を所定の大きさに保持するとともに、圧力の異常時に対極側から押圧された場合にも、圧力が取り除かれた後は元の状体へ復帰して運転することが可能な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】
【図１】図１は、本発明の電解槽の一実施例を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の平板ばね状体を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の平板ばね状体の他の実施態様を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の平板ばね状体の他の実施態様を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の電解槽の他の実施例を説明する図である。
【図６】図６は、図５で示した平板ばね状体保持部材を説明する図である。
【図７】図７は、本発明の実施態様の他の平板ばね状体保持部材を説明する図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施例を説明する図であり、電解槽の一部を水平な面によって切断した図である。
【図９】図９は、本発明の他の実施例を説明する図であり、単極式の電解槽に平板ばね状体を設けた例を説明する図である。
【図１０】図１０は、従来の平板ばね状体を設けた電解槽を説明する図である。
【符号の説明】
１…イオン交換膜電解槽、２…電解槽ユニット、３…イオン交換膜、４…陽極室隔壁、５…陽極、６…陽極室、７…陰極室隔壁、８…陰極、９…陰極室、１１…平板ばね状体、１２…平板ばね状体保持部材、１２Ａ…縦方向部、１２Ｂ…横方向部、１２Ｃ…強度保持部、１３…陽極保持部材、１４…接合部、１５…凸条部、１６…平面部、１７…陽極液循環通路、１８…陽極液供給管、１９…陽極液排出管、２０…接合部、２１…陰極液循環通路、２２…陰極液供給管、２３…陰極液排出管、２４…陰極液供給口、２５…平板、２６…平板ばね状体形成部、２６Ａ…折り曲げ線、２６Ｂ…折り曲げ部、２６Ｃ…曲面状折り曲げ部、２７…切断線、２８…開口部、２９…残存部、３１…単位電解槽、３２…電解槽枠体、３３…導電体、３４…陰極側集電体、３５…電解液循環通電手段、３６…陰極液供給管、３７…陰極液供給ノズル、３８…陰極液排出口、４０…陽極室側気液分離手段、４１…陰極室側気液分離手段、５１…電解槽、５２…陽極室、５３…陰極室、５４…陽極室隔壁、５５…陰極室隔壁、５６…陽極リブ、５７…陰極リブ、５８…陽極取付基材、５９…陽極、６０…平板ばね状体、６１…陰極保持部材、６２…陰極、６３…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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【手続補正書】
【提出日】平成15年4月11日(2003.4.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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