(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解槽に供給される液体、または、電解槽から排出される液体若しくは気体が通過する配管の接続部に用いられる電解槽用ガスケットであって、
リング状の中心部材と、
前記中心部材の少なくとも液体若しくは気体に接する部分に設けられた保護層と、を備え、
前記保護層の厚さは、１００μｍ〜５００μｍであり、
前記中心部材は、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭゴム）、及び、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭゴム）の硫黄（Ｓ）加硫品又はパーオキサイド（ＰＯ）架橋品の中から選択される１種で構成され、前記保護層は、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、及びフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のフッ素系樹脂の中から選択される１種で構成され、
前記中心部材は、平面状の底部と丸みを帯びた頂部とを備えていることを特徴とする電解槽用ガスケット。
【請求項２】
前記保護層は、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）からなることを特徴とする請求項１記載の電解槽用ガスケット。
【請求項３】
前記保護層は、前記中心部材の全周を包み込んで形成されている、請求項１または２記載の電解槽用ガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解槽に供給される液体、または、電解槽から排出される液体若しくは気体が通過する配管の接続部に用いられる電解槽用ガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ金属塩電気分解（以下、電解）とは、食塩水等のアルカリ金属塩化物水溶液（以下、電解液）を電気分解して、高濃度のアルカリ金属水酸化物、水素、塩素などを製造する方法である。その方法としては、水銀法や、隔膜法による電解が挙げられるが、近年では、電力効率の良いイオン交換膜法が主に用いられている。イオン交換膜法では、陽極と陰極を備えた電解セルを、イオン交換膜を介して、多数並べた電解槽を用いて電解を行う。電解セルは、陰極を取り付けた陰極室と、陽極を取り付けた陽極室が、隔壁を介して、背中合わせに配置された構造を有する。
【０００３】
電解セルに供給される電解液は、陰極室及び陽極室ごとに設けられた液入口に液供給管から供給され、電解セルから排出される電解液は、同様に陰極室及び陽極室ごとに設けられた液出口から液回収管に排出される。各液入口、各液供給管、各液出口又は各液回収管にはノズルが設けられ、これらのノズルに接続するホースを介して電解液の供給及び排出が行われる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ノズルとホースとの接続部には、リークを防ぐためにリング状のゴムからなるガスケットが設けられる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１５８７７５号公報
【特許文献２】特開２００６−３３６０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ノズルで生じる放電によって、ガスケットの電解液に接する部分が徐々に溶出するという問題があった。ガスケットの溶出が進むと、リークを引き起こす可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、溶出を抑え、リークを防ぐことができる電解槽用ガスケ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】
【０００８】
本発明に係る電解槽用ガスケットは、電解槽に供給される液体、または、電解槽から排出される液体若しくは気体が通過する配管の接続部に用いられる電解槽用ガスケットであって、リング状の中心部材と、前記中心部材の少なくとも液体若しくは気体に接する部分に設けられた保護層と、を備え、保護層の厚さは、１００μｍ〜５００μｍであり、中心部材は、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭゴム）、及び、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭゴム）の硫黄（Ｓ）加硫品又はパーオキサイド（ＰＯ）架橋品のフッ素系ゴムの中から選択される１種で構成され、保護層は、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、及びフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のフッ素系樹脂の中から選択される１種で構成されることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、中心部材の少なくとも電解液又は発生ガスに接する部分には、保護層が設けられるため、中心部材が電解液に溶出することが抑制され、リークを防ぐことができる。
【００１０】
また、保護層は、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）からなると好適である。ＰＴＦＥは耐薬品性が高いため、溶出を好適に防止する。また、保護層は、中心部材の全周を包み込んで形成されていてもよく、中心部材は、平面状の底部と丸みを帯びた頂部とを備えていてもよい。
【００１１】
また、保護層の厚さは、５０μｍ〜８００μｍであると好適である。５０μｍより薄いと、溶出を十分に抑えることができない。また、８００μｍより厚いと、保護層を設けにくくなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、溶出を抑え、リークを防ぐことができる電解槽用ガスケットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る電解槽の構成を説明する概略断面図である。
【図２】ノズルとホースとの接続構造を説明する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について、必要に応じて図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
〔電解槽概要〕
図１は、本実施形態に係る電解槽１００の構成を説明する概略断面図である。本実施形態において、電解槽とは、複数の電解セル１を直列に並べた電解槽のことであり、複極式イオン交換膜法電解槽という。図１では、複数の電解セル１のうち１つのみを取り出して記載したものである。複極式イオン交換膜法電解槽では、電解セル１の陽極室と、隣の電解セルの陰極室との間にイオン交換膜を介在させ、単位電解槽を形成させて、各単位電解槽に対して直列に給電することで、電気分解を行う。なお、図１では、陽極室及び陰極室の区画は省略している。
【００１７】
〔電解セル〕
電解槽１００を構成する電解セル１は、陰極を取り付けた陰極室枠と、陽極を取り付けた陽極室枠とが、隔壁（背面板：図示せず）を介して背中合わせに配置される。そして、陽極室枠と陰極室枠とは、電気的に接続されている。また、電解セル１は、陽極室に陽極液を供給する陽極液入口１０、陰極室に陰極液を供給する陰極液入口１１、陽極室から陽極液と陽極での発生ガスとを排出する陽極液出口１２、及び陰極室から陰極液と陰極での発生ガスとを排出する陰極液出口１３を有する。そして、陽極液入口１０、陰極液入口１１、陽極液出口１２及び陰極液出口１３にはそれぞれノズル１０ａ、１１ａ、１２ａ及び１３ａが設けられている。
【００１８】
〔電解液供給管と電解液回収管〕
本実施形態の電解槽１００は、多数直列に並んだ電解セル１のそれぞれに、電解液を供給するための電解液供給管を有し、各電解セル１からそれぞれ排出された電解液を回収するための電解液回収管を有する。具体的には、電解槽１００は、陽極液を各電解セルの陽極液入口１０に対して供給する陽極液供給管２、陰極液を各電解セルの陰極液入口１１に供給する陰極液供給管３、陽極液を各電解セルの陽極液出口１２から回収する陽極液回収管４、及び陰極液を各電解セルの陰極液出口１３から回収する陰極液回収管５を有する。そして、陽極液供給管２、陰極液供給管３、陽極液回収管４及び陰極液回収管５にはそれぞれノズル２ａ、３ａ、４ａ及び５ａが設けられている。
【００１９】
また、本実施形態の電解槽１００では、陽極液供給管２、陰極液供給管３、陽極液回収管４、及び陰極液回収管５が、各電解セルが連結される方向に沿って（略並行に）配置される。そして、陽極液供給管２は、陽極液入口１０よりも下方に位置し、陰極液供給管３は、陰極液入口１１よりも下方に位置する。また、陽極液回収管４は、陽極液出口１２より下方に位置され、陰極液回収管５は、陰極液出口１３より下方に位置する。好ましくは、陽極液回収管４と陰極液回収管５は、陽極液供給管２と陰極液供給管３より上方に位置することである。
【００２０】
つまり、電解において、陽極液は、陽極液供給管２から、各電解セルの下部に位置する陽極液入口１０を経由して、陽極室に供給され、各電解セルの上部に位置する陽極液出口１２を経由して、陽極室から陽極液回収管４に回収される。一方、陰極液は、陰極液供給管３から、各電解セルの下部に位置する陰極液入口１１を経由して、陰極室に供給され、各電解セルの上部に位置する陰極液出口１３を経由して、陰極室から陰極液回収管５に回収される。したがって、電解液は、電解セルの下方から供給され、上方から回収される。なお、電解によって生成される高濃度のアルカリ金属水酸化物、水素、塩素などは、電解液回収管である陽極液回収管４及び陰極液回収管５から回収される。
【００２１】
すなわち、図１に示す電解槽１００では、電解セル１の下方より、電解液が供給され、電解セル１の上方から、排出される液、発生ガスが回収される。本実施形態の電解槽１００では、電解セル内で発生したガスを電解セル上部より排出する構造とすることで、電解液を自然に回収することができるため、電解液回収管は電解液出口より下方に設置されている。また、作業性の観点から、電解液回収管は電解液供給管より上方に設置されていることが好ましい。
【００２２】
〔ホース〕
本実施形態の電解槽１００において、電解セル１の陽極液入口１０のノズル１０ａと、陽極液供給管２のノズル２ａとがホース６で繋がれており、電解セル１の陰極液入口１１のノズル１１ａと、陰極液供給管３のノズル３ａとがホース７で繋がれており、電解セル１の陽極液出口１２のノズル１２ａと、陽極液回収管４のノズル４ａとがホース８で繋がれており、電解セル１の陰極液出口１３のノズル１３ａと、陰極液回収管５のノズル５ａとがホース９で繋がれている。
【００２３】
上記のホース６〜９の材質としては、ホース内には塩素やアルカリ溶液が流れるため、耐腐食性の観点からフッ素樹脂が好ましい。フッ素樹脂としては、例えば、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が挙げられる。それらの中でも、耐腐食性の観点から、ＰＦＡまたはＰＴＦＥが好ましい。また、ホース内側の表面は平滑で液流れが乱されない方が良い。
【００２４】
また、ホースの肉厚は、０．４ＭＰａ以上の圧力で破裂しない肉厚であることが好ましい。０．４ＭＰａ以上で破裂しない肉厚であれば、電解セル１内で圧力が加わっても、破裂して、内容物が漏れることがなく（破裂耐圧）、安全性が向上する。より好ましくは、０．６ＭＰａ以上の圧力で破裂しない肉厚である。
【００２５】
具体的には、ホースの肉厚は０．５ｍｍ〜３ｍｍであることがより好ましい。肉厚が０．５ｍｍ以上であれば、破裂耐圧が十分であり、安全性がより向上する。肉厚が３ｍｍ以下であれば、ホースの折れ曲がり部分等に自由度が十分にある。さらに好ましくは、１ｍｍ〜２ｍｍの肉厚である。
【００２６】
〔ノズルとホースとの接続部〕
図２は、ノズル４ａとホース８との接続構造を説明する概略断面図である。ここでは、電解槽１００に供給される液体、または、電解槽１００から排出される液体が通過する配管の接続部として、陰極液回収管４のノズル４ａとホース８との接続部のみを取り出して説明するが、電解槽１００におけるこれ以外のノズルとホースとの接続部もこれと同様の構造である。
【００２７】
陰極液回収管４には、ノズル４ａの基端が溶接により取り付けられている。ノズル４ａの先端には、基端と反対方向に開口するリング状の凹部４ｂが形成されている。凹部４ｂには、リング状のガスケット２０の底部が嵌め込まれ固定されている。ノズル４ａの先端には、ガスケット２０を介してさらにホース８の端部に形成されたフランジ８ａが取り付けられている。ホース８は、ノズル４ａに螺合する袋ナット２１により、ノズル４ａの先端に締結固定されている。
【００２８】
〔ガスケット〕
図２に示されるように、ガスケット２０は、ノズル４ａとホース８との接続部に配置され、リークを防いでいる。ガスケット２０は、ノズル４ａに接する底部が平面で、ホース８と接する頂部が丸みを帯びた形状を有するリング状の中心部材２０ａに、保護層２０ｂが被覆されて構成されている。保護層２０ｂは、ガスケット２０の少なくとも電解液又は発生ガスに接する部分に設けられていればよく、必要に応じて、底部まで設けてもよい。保護層２０ｂは、中心部材２０ａを保護フィルムにより溶着包み込みして形成することができる。なお、溶着せず保護フィルムで中心部材２０ａを包み込んだ状態でセットし、保護層２０ｂとしてもよい。
【００２９】
中心部材２０ａとしては、例えば、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭゴム）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭゴム）の硫黄（Ｓ）加硫品やパーオキサイド（ＰＯ）架橋品等が用いられる。
【００３０】
保護層２０ｂの材質としては、塩素やアルカリ溶液と接するため、耐腐食性の観点からフッ素樹脂が好ましい。フッ素樹脂としては、例えば、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が挙げられる。それらの中でも、耐腐食性の観点から、ＰＴＦＥまたはＰＦＡが好ましい。保護層２０ｂの厚さは、５０μｍ〜８００μｍであることが好ましく、中心部材２０ａを保護フィルムで溶着包み込みして形成されると好適である。５０μｍより薄いと、溶出を十分に抑えることができない。また、８００μｍより厚いと、保護層２０ｂを設けにくくなる。より好ましくは、１００μｍ〜５００μｍである。
【００３１】
保護層２０ｂをこの厚さの範囲で設けることによって、中心部材２０ａの溶出を抑え、リークを防ぐだけでなく、使用時のガスケット２０の圧縮歪み量を低減すると共に、塑性変形量を小さくして、潰れを抑制し、長期間の使用を可能にすることができる。また、陽極液の供給又は回収に使用される配管の接続部、例えば、陽極液出口１２のノズル１２ａとホース８との接続部や陽極液回収管４のノズル４ａとホース８との接続部に配置されるガスケット２０では、塩素ガスが保護層２０ｂを透過して中心部材２０ａの表面を塩素化し、保護層２０ｂの内部で塩素化物が析出することがあるが、保護層２０ｂの厚さが上記範囲であれば、保護層２０ｂの破損を抑制することができる。
【００３２】
本実施形態では、電解槽１００に供給される液体、または、電解槽１００から排出される液体若しくは気体が通過する配管の接続部として、各ノズルとホースとの接続部にガスケットを適用した場合について説明したが、電解槽１００に供給される液体、または、電解槽１００から排出される液体若しくは気体が通過する配管の接続部であって、これ以外の接続部に適用することも可能である。また、ガスケット２０は、平面からなる底部及び丸みを帯びた頂部を有する形状として説明したが、これ以外の形状であってもよく、例えば、断面が丸や四角となるような形状であってもよい。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例及び比較例に基づき本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の
実施例に何ら限定されるものではない。
【００３４】
（実施例１）
中心部材として、外径４４ｍｍ、内径３１ｍｍ、厚み約７ｍｍのリング状のＥＰＤＭ製ゴムガスケットを用い、その表面に２００μｍ厚のＰＴＦＥフィルムを溶着包み込みして保護層を形成し、実施例１のガスケットとした。
【００３５】
（実施例２）
中心部材として、外径３２ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚み約７ｍｍのリング状のＥＰＤＭ製ゴムガスケットを用い、その表面に２００μｍ厚のＰＴＦＥフィルムを溶着包み込みして保護層を形成し、実施例２のガスケットとした。
【００３６】
（比較例１）
中心部材として、外径４４ｍｍ、内径３１ｍｍ、厚み約７ｍｍのリング状のＥＰＤＭ製ゴムガスケットを用い、保護層を形成せず、比較例１のガスケットとした。
【００３７】
（比較例２）
中心部材として、外径３２ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚み約７ｍｍのリング状のＥＰＤＭ製ゴムガスケットを用い、保護層を形成せず、比較例２のガスケットとした。
【００３８】
［気密試験］
実施例１のガスケットを、電解液回収管のノズルとホースとの接続部を取り付けて加圧試験装置に組み込んだ。ガスケットを面圧７．５ｋｇ／ｃｍ２で押し付けた状態で、接続部を９０℃の水中に浸漬し、窒素ガスで内圧を０．１ＭＰａとして加圧した。目視観察により、ガスリークは確認されなかった。また、面圧を４０ｋｇ／ｃｍ２とし、３日間プレスを継続したあと、ガスケットを取り出して観察したが、ガスケットの厚みはテスト前と同じであった。比較例１の保護層を有さないガスケットについて、同条件のテストを行った結果、ガスリークは確認されず、３日間プレス後のガスケットの厚み変化も確認されなかった。
【００３９】
［圧縮歪み量の測定］
実施例１のガスケット及び比較例１の保護層を有さないガスケットについて、プレス面圧を変えて、ガスケットの底部から頂部までの高さを測定した結果を表１に示す。実施例１のガスケットは、比較例１のガスケットよりも、圧縮歪み量が小さかった。
【表１】
0006312989.tif 000002
【００４０】
［電解試験］
電解セル１において、実施例１のガスケットを、陽極液回収管４のノズル４ａとホース８との接続部、陽極液出口１２のノズル１２ａとホース８との接続部、陰極液回収管５のノズル５ａとホース９との接続部及び陰極液出口１３のノズル１３ａとホース９との接続部にそれぞれ装着すると共に、実施例２のガスケットを、陽極液供給管２のノズル２ａとホース６との接続部、陽極液入口１０のノズル１０ａとホース６との接続部、陰極液供給管３のノズル３ａとホース７との接続部及び陰極液入口１１のノズル１１ａとホース７との接続部にそれぞれ装着し、電解試験を行った。
【００４１】
電解槽１００の電解面積は、１２００ｍｍ×２４００ｍｍとした。陽極には、チタン製で厚み１ｍｍのエキスパンドメタルの表面にルテニウム、イリジウム、チタンを成分とする酸化物からなる陽極活物質を被覆することにより製作したものを用いた。陰極には、ニッケル製エキスパンドメタルの表面に酸化ニッケルを主成分とした陰極活物質をプラズマ溶射して製作したものを用いた。この陽極と陰極の間に、枠ガスケットを介して陽イオン交換膜Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標）Ｆ６８０１を挟み込み、電解槽１００を組み立てた。この電解槽１００の陽極室側に、陽極液として、電解セル出口での塩水濃度が２００ｇ／リットルとなるように、３００ｇ／リットルの塩水を供給し、陰極室側には、電解セル出口での苛性ソーダ濃度が３２重量％となるように、希薄苛性ソーダを供給し、電解温度９０℃、電流密度４〜６ｋＡ／ｍ２の範囲で３０日間連続運転した。連続運転後のガスケットを取り出して観察した結果、保護層に割れは無く、実施例１および実施例２のガスケットに変化は起こっていなかった。
【００４２】
実施例１のガスケットを比較例１のガスケットとし、実施例２のガスケットを比較例２のガスケットにした以外は、同様の構造を有する電解セル１を準備し、同様の条件で連続電解試験を実施した。連続運転後のガスケットを取り出して観察した結果、陽極液の供給および回収を行う配管の接続部、即ち、陽極液回収管４のノズル４ａとホース８との接続部、陽極液出口１２のノズル１２ａとホース８との接続部、陽極液供給管２のノズル２ａとホース６との接続部及び陽極液入口１０のノズル１０ａとホース６との接続部、に使用されたガスケットの電解液又は発生ガスに接する部分には、塩素化物の析出が見られた。一方、陰極液の供給および回収を行う配管の接続部、即ち、陰極液回収管５のノズル５ａとホース９との接続部陰極液出口１３のノズル１３ａとホース９との接続部、陰極液供給管３のノズル３ａとホース７との接続部及び陰極液入口１１のノズル１１ａとホース７との接続部、に使用されたガスケットの電解液又は発生ガスに接する部分には、少々毛羽立ちが見られており、指で擦ると指に黒い粉末の付着が認められた。
【符号の説明】
【００４３】
１…電解セル、２…陽極液供給管、３…陰極液供給管、４…陽極液回収管、５…陰極液回収管、６〜９…ホース、１０…陽極液入口、１１…陰極液入口、１２…陽極液出口、１３…陰極液出口、２０…ガスケット、１００…電解槽
【図１】
0006312989.tif 000003
【図２】
0006312989.tif 000004