(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換膜電解槽において、平板状の陽極室隔壁と平板状の陰極室隔壁とが接合され、少なくとも一方の隔壁に、帯状の接合部を形成して接合され、隣接する接合部の間には電極を接合した凸条部を設けた板状の電極保持部材を有し、該電極保持部材の接合部と凸条部の間がそれぞれ一つの平面で結合されて、該電極保持部材の電極面側の空間は電極室内の流体の上昇流路を形成し、その反対側の空間は、電極室の上部で気体を分離した電解液の下降流路を形成し、陽極保持部材、陰極保持部材のいずれか一方がバネ性の部材から形成され、バネ性の部材が隔壁との接合部側とは反対側へ突出した少なくとも三個の凸条部を有し、凸条部のうち押圧した際の変位量が最も大きな凸条部は、一部を切り欠くことによって形成されており、該変位量が最も大きな凸条部の最大開角度を開角度とする凸条部保護部材が変位量が最も大きな凸条部に結合されていることを特徴とするイオン交換膜電解槽。
【請求項２】
変位量が最も大きな凸条部に接合した電極を隔壁側へ押圧した場合に、接合部に隣接する凸条部によって電極の移動が制限を受ける構造を有す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】
変位量が最も大きな凸条部の最大開角度は、接合部に隣接する接合部側凸状部と電極が接触する際の角度としたことを特徴とする請求項２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、とくに複極式フィルタープレス型イオン交換膜電解槽に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複極式のフィルタープレス型イオン交換膜電解槽は、陽極室隔壁と陰極室隔壁とを機械的および電気的に接合した電解槽ユニットをイオン交換膜を介して多数積層したものが用いられている。
【０００３】
図８は、従来のイオン交換膜電解槽を説明する図である。
図８（Ａ）は、複極式イオン交換膜電解槽の電解槽ユニットの陽極室側から見た図であり、図８（Ｂ）は、断面図であり、図８（Ａ）においてＡ−Ａで切断した断面図である。
単位電解槽５１の陽極室５２および陰極室５３を形成する、陽極室隔壁５４および陰極室隔壁５５には、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５８が取り付けられている。また、陰極リブ５７には、陰極５９が取り付けられている。
【０００４】
イオン交換膜電解槽は、縦方向には１ｍ余の高さを有し、また横方向にも２ｍ余の幅を有しているので、電気分解を効率的に行なうためには、電極室内での電解液の濃度分布を小さくすることが求められている。電極室内での濃度分布を小さくするためには、電解液の循環用のポンプを外部に配置して電解液を循環する方法もあるが、電気分解によって発生する気体の浮力を利用して内部循環を行う方法は、循環用ポンプを必要としない方法である。そして、内部循環を円滑に進めるために電極室内に内部循環用の部材を配置することが提案されている。
ところが、陽極リブ、陰極リブとは別に電極室内に内部循環用の部材を配置することは電解槽の構成に必要な部材を多く必要とし、また内部循環の性能も不充分なものであった。
【０００５】
図９は、従来の他の構造のイオン交換膜電解槽を説明する図である。
図９（Ａ）は、複極型イオン交換膜電解槽の単位電解槽の陽極室側から見た図であり、図９（Ｂ）は、隔壁板の斜視図である。
図９に示す電解槽は、本出願人が特開平５−９７７４号公報等において提案した複極式イオン交換膜電解槽である。
電解槽ユニット５１の陽極室５２および陰極室を形成する陽極室隔壁５４および陰極室隔壁に同様の形状の凹凸部を形成して、凹凸部によって陽極室隔壁５４と陰極室隔壁が互いにかみ合って一体化され、凹部６０に沿って電極で発生した気体と電解液との気液混相流体が上昇するとともに、電極室内に設けた電解液循環路形成部材６１と陽極室隔壁５４との間を電解液が下降することによって電解槽内での内部循環を行ったものである。この電解槽においては、電解液循環路が電解液循環路形成部材と、凹凸状の隔壁との間に形成される空間であるために、電解液の循環の面において改良の余地があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、イオン交換膜電解槽において、陽極室および陰極室内での発生気体の上昇および気体を分離した後に下降流を利用した電解液の内部循環が良好で、電気分解効率が良好で、剛性が大きなイオン交換膜電解槽を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【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、平板状の陽極室隔壁と平板状の陰極室隔壁とが接合され、少なくとも一方の隔壁に、帯状の接合部を形成して接合され、隣接する接合部の間には電極を接合した凸条部を設けた板状の電極保持部材を有し、該電極保持部材の接合部と凸条部の間がそれぞれ一つの平面で結合されて、該電極保持部材の電極面側の空間は電極室内の流体の上昇流路を形成し、その反対側の空間は、電極室の上部で気体を分離した電解液の下降流路を形成し、陽極保持部材、陰極保持部材のいずれか一方がバネ性の部材から形成され、バネ性の部材が隔壁との接合部側とは反対側へ突出した少なくとも三個の凸条部を有し、凸条部のうち押圧した際の変位量が最も大きな凸条部は、一部を切り欠くことによって形成されており、該変位量が最も大きな凸条部の最大開角度を開角度とする凸条部保護部材が変位量が最も大きな凸条部に結合されているイオン交換膜電解槽によって解決することができる。
【０００９】
凸条部のうち押圧した際に変位量が最も大きな凸条部に電極を接合した前記のイオン交換膜電解槽である。
変位量が最も大きな凸条部は、凸条部の一部を切り欠くことによって形成した前記のイオン交換膜電解槽である。
接合部に近接する凸条部に電極が接触する際に、変位量が最も大きな凸条部の開角度を最大開角度とする凸条部保護部材が変位量の最も大きな凸条部に結合されている前記のイオン交換膜電解槽である。
変位量が最も大きな凸条部に接合した電極を隔壁側へ押圧した場合に、接合部に隣接する凸条部によって電極の移動が制限を受ける前記のイオン交換膜電解槽である。
【００１０】
このように、凸条部に電極を接合すると共に、凸条部に開角度を制限する部材を設けることによって対向する電極との間の電極間距離を所定の大きさに設定することを可能とすると共に、圧力変動によって対極室側から押圧した場合にも、凸条部の開角度が制限されて、大きく変形することを防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のイオン交換膜電解槽は、陽極室と陰極室とを区画する隔壁をそれぞれ平板状とし、平板状の各隔壁に隔壁との間に帯状の接合部を形成して接合され、隣接する接合部の間には電極を接合した凸条部を設けた板状の電極保持部材を設けたので、電極保持部材は電極を保持する単位電解槽の構造部材としての作用を果たして電解槽の剛性を高めるとともに、電解液の循環路が電極室の全面にわたり配置されるので、電極室内での電解液の循環をより十分なものとして電解効率を高めたものである。
【００１２】
以下に、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明のイオン交換膜電解槽の一実施例を説明する図である。
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、陽極室側から電解槽ユニットを見た図である。また、図１（Ｂ）において、Ａ−Ａ線で切断した断面図を図１（Ｃ）に示す。
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のフランジ面３にガスケット４を配置し、イオン交換膜５を介して積層して組み立てられており、一方の端部には陰極室側のみを有する陰極室ユニット２Ａを有し、他方の端部には陽極室側のみを有する陽極室ユニット２Ｂを有している。
電解槽ユニット２の陽極室６には、陽極室隔壁８から間隔を設けて陽極１５が配置されている。陰極室７には、陰極室隔壁９から間隔を設けて陰極２０が配置されており、陰極室側隔壁９とイオン交換膜５の間に陰極室７が形成されている。
【００１３】
また、陽極室６、陰極室７の上部には、それぞれ陽極室側気液分離室３０、陰極室側気液分離室３７が設けられている。
イオン交換膜電解槽の複極式の電解槽ユニット２は、陽極室６と陰極室７とから構成されており、陽極室６および陰極室７は、それぞれ平板状の陽極室隔壁８と陰極室隔壁９が電気的および機械的に接合一体化されている。
【００１４】
陽極室隔壁８には、陽極保持部材１０が帯状の接合部１１を形成して接合されており、帯状の接合部１１において陽極室隔壁８と陽極保持部材１０が密着して接合されている。両者は、連続的な溶接部によって接合されていなくても、両者を密着した状態で多数のスポット溶接部１２によって接合することによって陽極保持部材１０と陽極室隔壁８とが密着し、両者の導電接続と陽極保持部材１０と陽極室隔壁８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よい。
陽極保持部材１０の隣接する帯状の接合部１１の間には凸条部１３が形成され、凸条部１３と帯状の接合部１１の間は平面部１４で結合されている。また、凸状部１３には、陽極１５が複数の個所において接合されており、陽極１５の保持と陽極１５への電気分解電流の通電が行なわれている。
【００１５】
凸条部１３は、頂部に電極を接合することができる幅を有していれば十分であり、金属板に角を設けて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であっても良い。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。
また、接合部１１と凸状部１３とが平面部１４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。
【００１６】
陽極保持部材１０、陽極室隔壁８および隣接する帯状の接合部１１によって形成される空間には、陽極液循環通路１６が形成され、陽極保持部材１０の陽極１５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口１９から流出する。また、その他の部分は陽極液循環通路１６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、電解槽ユニットに設けた陽極液供給管１７から供給されて陽極液噴出口１８から陽極室内へ噴出する陽極液とともに混合されて陽極１５において電気分解を受ける。
【００１７】
一方、陰極室７には、図１（Ｃ）に示すように、陰極２０が陰極室隔壁９に接合された陰極保持部材２１に取り付けられ、陰極室隔壁９と陰極保持部材２１との間に陰極液循環通路２２が形成されている。
陰極室隔壁９に接合した陰極保持部材２１はバネ性の部材であり、陰極保持部材２１は、陰極液循環通路２２の流通方向に直角の面で切断した断面図は、左右対称であって、陰極２０を取り付けた凸条部２３の両側の帯状の接合部２４において陰極室隔壁９と接合されているとともに、接合部２４に隣接して接合部側凸条部２５が設けられており、陰極２０を取り付けた凸条部２３が両側の接合部側凸条部２５に比べて対極面側に突出している。また、バネ性の部材であるので陰極２０とイオン交換膜面との間隔を所定の大きさに保持することができる。
【００１８】
本発明のイオン交換膜電解槽は、陽極室と陰極室とを区画する隔壁をそれぞれ平板状とし、平板状の各隔壁に隔壁との間に帯状の接合部を形成し、隣接する接合部の間には電極を接合した凸条部を設けた板状の電極保持部材を設けたので、電解液の循環路を隔壁の全面にわたり配置することができるので電極室内での電解液の循環が十分に行われる剛性の大きな電解槽とすることができる。
また、図１（Ｃ）に示したように、陽極室隔壁８と陽極保持部材１０との接合部１１の背面側の陰極室隔壁９に陰極保持部材２１との接合部２４を設けることが好ましい。これによって陽極側から陰極側への電流の通電経路を短くすることができるので好ましい。
【００１９】
図２は、本発明のイオン交換膜電解槽の電解液循環機構の一例を説明する図である。
図２（Ａ）は、図１（Ａ）において、Ｂ−Ｂ線での断面を説明する図であり、電解槽の上部に設けた気液分離室を説明する図である。
陽極室の電気分解領域よりも上部には陽極側気液分離室３０を有しており、陽極側気液分離室３０の陽極室隔壁８側には、電気分解領域と陽極側気液分離室３０とを連通する隔壁側通路３１を有している。陽極側気液分離室３０内を部分的に上下に分離する断面がＬ字状の第一区画部材３２が配置され、また第１区画部材とは、陽極側気液分離室内での高さが異なる位置から隔壁側から延びて陽極側気液分離室３０内を部分的に上下に分離する断面がＬ字状の第二区画部材３３が配置されており、第一区画部材３２と第二区画部材３３の間には上下に連通路３４が形成されている。
【００２０】
電気分解によって発生した気泡を含有した気液混相流体は、陽極保持部材１０と陽極１５との間に形成された空間を上昇し、隔壁側通路３１および連通路３４から陽極側気液分離室３０へと流入し、発生気体を分離した電解液は陽極保持部材の上端部を越えて陽極室隔壁と陽極保持部材によって形成された陽極液循環通路１６を陽極室の下方へと下降する。
【００２１】
陽極側気液分離室３０に設ける第一区画部材３２および第二区画部材３３は、陽極室の構造体を構成する陽極室枠体の一部を兼ねたものとしても良く、また陽極側気液分離室３０内部に仕切り板３５を設けるとともに、仕切り板３５を陽極室枠体を兼ねた第一区画部材３２および第二区画部材３３に接合することにより、単位電解槽を積層して電解槽を組み立てる際に単位電解槽の荷重による変形を防止し、剛性の大きな電解槽とすることができる。
【００２２】
また、陰極室の電気分解領域の上部には、陰極側気液分離室３７が設けられており、陰極２０と陰極保持部材２１によって形成された空間を上昇した気液混相流体は、気体を分離した後に、陰極保持部材２１と陰極室隔壁９とによって形成された、陰極液循環通路２０を陰極室の下方へ下降する。
陰極側気液分離室３７の内部にも、陰極室の構造体を構成する陰極室枠体３８の一部を設け、陰極室枠体３８に仕切り板３９を所定の間隔で設けることによって、陰極室枠体３８の電解槽を積層した際の荷重による変形を防止し、剛性の大きな電解槽とすることができる。
【００２３】
図２（Ｂ）は、図１（Ａ）において、Ｃ−Ｃ線での断面を説明する図であり、電解槽の下部の電解液の循環機構を説明する図である。
また、電解槽の下部の陽極保持部材１０には下降液噴出口４０が設けられており、気液分離室で気体を分離して陽極保持部材１０と陽極室隔壁８とによって形成された陽極液循環通路１２を下降した陽極液が下降液噴出口４０から電極室内へ噴出し、陽極液供給管に連結された陽極室の下部に設けた陽極液供給通路４１を通じて陽極液噴出口１８から陽極室内へ噴出する陽極液をとともに混合されて陽極１１面において電気分解を受ける。
【００２４】
同様に、陰極室の下部には、陰極保持部材２１の下部の開口部から下降した陰極液が噴出するとともに、陰極液供給管に連結した陰極液供給通路４２を通じて陰極液噴出口４３から陰極室内へ噴出する陰極液とともに、陰極２０において電気分解を受ける。
また、電解槽ユニット２の下部には、電解槽の機械的な構造を保持し、電解槽の剛性を保つ電解槽枠体４４を有している。
【００２５】
なお、以上の説明では、電極室内での気泡の影響、および電解液の濃度分布の影響を受けやすい陽極室において、より気液分離性能と電解液の循環性能に優れた気液分離室を設ける例について説明をしたが、陰極側気液分離室においても陽極側気液分離室と同様の構造の気液分離室を設けても良い。
【００２６】
図３は、本発明のイオン交換膜電解槽の他の実施例を説明する図である。
図３（Ａ）は、陽極室側から電解槽ユニットを見た図である。また、図３（Ａ）において、Ａ−Ａ線で切断した断面図を図３（Ｂ）に示す。
電解槽ユニット２は、陽極室６と陰極室７とから構成されており、陽極室６および陰極室７は、それぞれ平板状の陽極室隔壁８と陰極室隔壁９が電気的、および機械的に接合一体化されている。
陽極室隔壁８には、陽極保持部材１０が帯状の接合部１１を形成して接合されている。帯状の接合部１１において陽極室隔壁８と陽極保持部材１０が密着して接合されている。陽極保持部材１０は、接合部１１に接続された縦方向部１０Ａと、縦方向部に直角に交わる陽極室隔壁８に平行な横方向部１０Ｂとから構成されており、横方向部１０Ｂには凸条部１３が形成され、凸条部１３には陽極１５が複数の個所において接合されており、陽極保持部材１０を通じた陽極１５の保持と陽極１５への電気分解電流の通電が行なわれる。
【００２７】
凸条部１３は、頂部に電極を接合することができる幅を有しておれば十分であり、図３（Ｂ）に示すように金属板を山型に加工する際に形成された頂部であっても、あるいは頂部が平坦な形状を有しているものであっても良い。陽極室隔壁８と陽極保持部材１０は、帯状の接合部によって陽極液循環通路１６を形成している。
図３で示す形状の陽極保持部材１０は、接合部に連なる縦方向部１０Ａの高さ、あるいは角度を変化させることによって、陽極液循環通路１６の断面積を調整することが容易であり、陽極室の断面積に占める陽極液循環通路１６の断面積を任意の割合とすることができる。
【００２８】
また、平板状の陽極室隔壁８の全幅に均一に陽極保持部材１０に接合し、陽極保持部材１０の凸状部１３に陽極１５を接合することにより陽極室内での循環を均一なものとするとともに、強度が大きな電解槽とすることができる。
陽極保持部材１０の陽極１５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が、陽極液循環通路１６を下降し、電極室の下部において電極面側の空間へ流出し、電解槽に設けた陽極液供給管１７から供給されて、陽極液噴出口１８から電極室内へ噴出する陽極液とともに陽極１５において電気分解を受ける。
【００２９】
陰極室７には、図１（Ｂ）で示したものと同様に、陰極２０が陰極室隔壁９に接合された陰極保持部材２１に取り付けられ、陰極室隔壁９と陰極保持部材２１との間に陰極液循環通路２２が形成されている。
陰極室隔壁９に接合した陰極保持部材２１はバネ状の部材であり、陰極保持部材２１は、陰極液循環通路２２の流通方向に直角の面で切断した断面図は、左右対称であって、陰極２０を取り付けた凸条部２３の両側の帯状の接合部２４において陰極室隔壁９と接合されているとともに、接合部２４に隣接して接合部側凸条部２５が設けられており、陰極２０を取り付けた凸条部２３が両側の凸条部２５に比べて大きく対極面側に突出しており、陰極２０とイオン交換膜面との距離を小さく保持する作用を果たしている。
【００３０】
図４は、本発明のイオン交換膜電解槽の電解液循環機構の他の例を説明する図である。
図４（Ａ）は、図３（Ａ）において、Ｂ−Ｂ線での断面を説明する図であり、電解槽の上部に設けた気液分離室の他の例を説明する図である。
陽極室の電気分解領域よりも上部には陽極側気液分離室３０を有しており、陽極側気液分離室３０の陽極室隔壁８側には、電気分解領域と陽極側気液分離室３０とを連通する隔壁側通路３１を有し、陽極面側から延びて隔壁側通路３１の壁面を形成する部材と接合された陽極側気液分離室３０内を上下に分離する区画部材３６を有している。
【００３１】
電気分解によって発生した気泡を含有した気液混相流体は、陽極保持部材１０と陽極１５との間に形成された空間を上昇し、隔壁側通路３１から陽極側気液分離室３０へと流入し、発生気体を分離した電解液は陽極保持部材の上端部を越えて陽極室隔壁と陽極保持部材によって形成された陽極液循環通路１６を陽極室の下方へと下降する。
【００３２】
陽極側気液分離室３０に設ける区画部材３６は、陽極室の構造体を構成する陽極室枠体の一部を兼ねたものとしても良く、また陽極側気液分離室３０内部に仕切り板３５を設けるとともに、仕切り板３５を陽極室枠体を兼ねた区画部材３６に接合することにより、単位電解槽を積層して電解槽を組み立てる際に単位電解槽の荷重による変形を防止し、剛性の大きな電解槽とすることができる。
【００３３】
また、陰極室の電気分解領域の上部には、陰極側気液分離室３７が設けられており、陰極２０と陰極保持部材２１によって形成された空間を上昇した気液混相流体は、気体を分離した後に陰極保持部材２１と陰極室隔壁９とによって形成された陰極液循環通路２２を陰極室の下方へ下降する。
陰極側気液分離室３７の内部にも、陰極室の構造体を構成する陰極室枠体３８の一部を設け、陰極室枠体３８に仕切り板３９を所定の間隔で設けることによって、陰極室枠体３８の電解槽を積層した際の荷重による変形を防止し、剛性の大きな電解槽とすることができる。
【００３４】
また、図４（Ｂ）に、図３（Ａ）における、Ｃ−Ｃ線での断面を説明する図を示すように、電解槽の下部の陽極保持部材１０には下降液噴出口４０が設けられており、陽極液は気液分離室で気体を分離し陽極保持部材１０と陽極室隔壁８とによって形成された陽極液循環通路１６を下降し、下降液噴出口４０から電極室内へ噴出して電解槽の下部に設けた陽極液供給通路４１から供給されて陽極液噴出口１８から陽極室内へ噴出する陽極液とともに混合されて陽極１５において電気分解を受ける。
【００３５】
同様に、陰極室７の下部には、陰極保持部材２１の下部の開口部から下降した陰極液が噴出するとともに、陰極液供給通路４２を通じて供給されて陰極液噴出口４３から陰極室内へ噴出する陰極液とともに、陰極２０において電気分解を受ける。
また、イオン交換膜電解槽１の下部には、電解槽の機械的な構造を保持し、電解槽の剛性を保つ電解槽枠体４４を有している。
【００３６】
図５は、本発明のイオン交換膜電解槽の他の実施例を説明する図である。
図５（Ａ）は、陽極室側から電解槽ユニットを見た図である。また、図５（Ａ）において、Ａ−Ａ線で切断した断面図を図５（Ｂ）に示す。
イオン交換膜電解槽の複極式の電解槽ユニット２は、陽極室６と陰極室７とから構成されており、陽極室６および陰極室７は、それぞれ平板状の陽極室隔壁８と陰極室隔壁９が電気的および機械的に接合一体化されている。
【００３７】
陽極室隔壁８には、陽極保持部材１０が帯状の接合部１１を形成して接合されており、帯状の接合部１１において陽極室隔壁８と陽極保持部材１０が密着して接合されている。両者は連続した溶接部によって溶接されて接合されていなくても良い。すなわち両者を密着した状態で多数のスポット溶接部１２によって接合することによって陽極保持部材１０と陽極室隔壁８とが密着し、両者の導電接続と陽極保持部材１０と陽極室隔壁８の間で形成される空間が反対側の空間と分離されている。
【００３８】
陽極保持部材１０の隣接する帯状の接合部１１の間には凸条部１３が形成され、凸条部１３と帯状の接合部１１の間は平面部１４で結合されている。また、凸状部１３には、陽極１５が複数の個所において接合されており、陽極１５の保持と陽極への電気分解電流の通電が行なわれている。
【００３９】
凸条部１３は、頂部に電極を接合することができる幅を有しておれば十分であり、金属板を三角形状に折り曲げ加工することによって形成された凸条部であっても、隔壁に平行な面を有する凸条部であっても良い。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、一枚の金属板のプレス成型によって製造したものであっても良い。
【００４０】
また、陰極室７の陰極保持部材２１は、隣接する接合部２４の間には少なくとも三個の、隔壁との接合部とは反対側へ突出した凸条部を形成した可撓性の電極支持部材を有し、該凸条部のうち陰極室隔壁方向への押圧時の変位量が最も大きな凸条部２３に電極が接合されており、接合部側凸条部２５が接合部２４とは９０度近傍の角度をなしている。
【００４１】
これにより、電解槽の運転時に何らかの原因で陰極室側の圧力が低くなり、イオン交換膜が陽極室側から陰極側へ押し付けられた場合にも、陰極２０は凸状部２３よりも変位量が小さな接合部側凸状部２５おいても保持されることとなり、陰極２０あるいは陰極保持部材２１が回復しがたい変形を生じることを防止することができる。
【００４２】
図６は、図５で示した押圧時の陰極の挙動を説明する図である。
電解槽の運転中の圧力異常時に陽極室側の圧力が陰極室側の圧力に比べて大きくなると、イオン交換膜によって陰極面に作用する圧力によって、陰極保持部材２１が陰極室隔壁９側へ変位するが、陰極保持部材２１の陰極室隔壁９とは反対側へ突出した凸条部のうち陰極室隔壁側への変位量が最も大きな凸条部２３に陰極２０が接合されているので、図６（Ａ）に示すように、陰極２０が陰極室隔壁９側へ押圧力Ｆで押圧された場合には、接合部の両側に位置する接合部側凸条部２５は、押圧時の変位量が小さいので、陰極を接合した凸条部の開角度θが大きくなり、陰極２０が陰極室隔壁９側へ変位する。
【００４３】
そして、図６（Ｂ）に示すように、接合部側凸条部２５の高さ、および変位量と、陰極２０を接合した凸条部２３の変位量、陰極を接合した凸条部の両側に形成した陰極室隔壁側へ向かって突出した凹条部２６の大きさを調整することによって、陰極面が接合部側凸条部２５に接した際に、同時に凹条部２６の先端が陰極室隔壁９に接触するように設定することによって陰極に加わる圧力を多数の接触点で分散するようにすることができる。
【００４４】
また、陰極保持部材に陰極を接合した凸条部の変位量は、陰極保持部材の他の部分に比べて押圧時の変形を大きくするためには、凸条部２３の一部、もしくは全部の厚みを小さくしたり、図６（Ｃ）に、陰極保持部材の斜視図を示すように、凸条方向に沿って横長の孔２７を形成する等の方法によって実現することができる。
【００４５】
その結果、押圧された場合には凸条部は比較的小さな圧力によって開角度θが大きくなり陰極隔壁方向へ変形するものとなる。
小さな押圧力によって変位する凸条部に装着した陰極は、通常の電解槽の運転時には、陰極面に近接して配置してもイオン交換膜面を大きな圧力で押圧してイオン交換膜に損傷を及ぼす等の怖れはなく、安定した運転が可能となる。
【００４６】
図７は、本発明のイオン交換膜電解槽の他の実施例を説明する図である。
図７（Ａ）は、陽極室側から電解槽ユニットを見た図である。また、図７（Ｂ）において、Ａ−Ａ線で切断した断面図を図７（Ｂ）に示す。
イオン交換膜電解槽の複極式の電解槽ユニット２は、陽極室６と陰極室７とから構成されており、陽極室６および陰極室７は、それぞれ平板状の陽極室隔壁８と陰極室隔壁９が電気的および機械的に接合一体化されている。
【００４７】
陽極室隔壁８には、陽極保持部材１０が帯状の接合部１１を形成して接合されており、帯状の接合部１１において陽極室隔壁８と陽極保持部材１０が密着して接合されている。両者は線状の溶接部によって溶接されて接合されていなくても、両者を密着した状態で多数のスポット溶接部１２において接合することによって陽極保持部材１０と陽極室隔壁８とが密着し、両者の導電接続と陽極保持部材１０と陽極室隔壁８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よい。
陽極保持部材１０の隣接する帯状の接合部１１の間には凸条部１３が形成され、凸条部１３と帯状の接合部１１の間は平面部１４で結合されている。また、凸状部１３には、陽極１５が複数の個所において接合されており、陽極１５の保持と陽極への電解電流の通電が行なわれている。
【００４８】
また、陰極室７の陰極保持部材２１は、隣接する接合部２４の間には少なくとも三個の、隔壁との接合部側とは反対側へ突出した凸条部を形成した可撓性の電極支持部材を有し、該凸条部のうち陰極室隔壁方向への押圧時の変位量が最も大きな凸条部２３には、凸条の方向に横長の開口部を間隔を設けて形成し、凸条部２３の変位を大きくするとともに、凸条部保護部材２８を配置したものである。凸条部保護部材２８を設けることによって、陰極保持部材２１の変位量を大きくするために凸条部２３の厚みを薄くしたり、凸条に沿って開口部を設けたことによって、凸条部２３への陰極２０の溶接個所が不確実となることを防止することができる。
【００４９】
また、凸条部保護部材２８の開角度θは、陰極が接合部側凸条部２５と接触する凸条部の最大開角度とすることが好ましい。この様にすることによって、押圧されて凸条部が開いた場合にも、凸条部が大きく変形することを防止する。また、凸条部保護部材は、陰極保持部材に比べて厚みが大きく、剛性が大きな材料で作製することにより、陰極に異常に大きな圧力が加わった際に凸条部が大きく変形することを制限し、陰極の変形を防止する作用をより大きなものとすることができる。
【００５０】
また、接合部２４と接合部側凸条部２５を結ぶ面が陰極室隔壁となす角度は、９０度以上、１００度以下とすることが好ましく、これによって接合部側凸条部２５は陰極が押圧された場合に陰極保持部材の変形を小さくすることができ、陰極２０あるいは陰極保持部材２１が回復しがたい変形を生じることを防止することができる。
【００５１】
本発明のイオン交換膜電解槽は、上記した陽極室と陰極室を有する複極式の電解槽ユニットの複数個を積層し、両端部には、陰極室のみを有する陰極側端部電解槽と陽極室のみを有する陽極側端部電解槽を積層することによって作製することができる。
【００５２】
本発明のイオン交換膜電解槽の陽極室隔壁には、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。
【００５３】
また、陰極室隔壁には、ニッケル、ニッケル合金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。また、陰極液循環通路形成部材は、陰極室隔壁と同一の材料を用いることができる。
【００５４】
また、陽極保持部材、陰極保持部材は、それぞれ陽極室隔壁、陰極室隔壁と同一の材料を用いて作製することができ、個別に作製した陽極保持部材、陰極保持部材を、陽極室隔壁、陰極室隔壁に接合したものでも、あるいは複数個の陽極保持部材、陰極保持部材、あるいはすべての陽極保持部材、陰極保持部材を一体にプレス成形によって作製して、それぞれ陽極室隔壁、陰極室隔壁に接合しても良い。
【００５５】
本発明のイオン交換膜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、陰極保持部材はバネ性の部材であって変位量が大きな凸条部に陰極が接合されているので、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。
【発明の効果】
本発明のイオン交換膜電解槽によれば、平板状の陽極室隔壁と陰極室隔壁を帯状の接合部を形成して接合され、隣接する接合部の間には電極を接合した凸条部を有する板状の電極保持部材を設けたので、電極保持部材の電極面側の空間は電極室内の流体の上昇流路を形成し、隔壁側の空間は電極室内の流体の下降通路を電極室内の全面に形成したので、電解液の循環を効率的に行うことが可能であるとともに、電極保持部材を全面に配置したので、剛性の大きなイオン交換膜電解槽を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のイオン交換膜電解槽の一実施例を説明する図である。
【図２】図２は、本発明のイオン交換膜電解槽の電解液循環機構の一例を説明する図である。
【図３】図３は、本発明のイオン交換膜電解槽の他の実施例を説明する図である。
【図４】図４は、本発明のイオン交換膜電解槽の電解液循環機構の他の例を説明する図である。
【図５】図５は、本発明のイオン交換膜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で示した押圧時の陰極の挙動を説明する図である。
【図７】図７は、本発明のイオン交換膜電解槽の他の実施例を説明する図である。
【図８】図８は、従来のイオン交換膜電解槽を説明する図である。
【図９】図９は、従来の他の構造のイオン交換膜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、２Ａ…陰極室ユニット、２Ｂ…陽極室ユニット、３…フランジ面、４…ガスケット、５…イオン交換膜、６…陽極室、７…陰極室、８…陽極室隔壁、９…陰極室隔壁、１０…陽極保持部材、１０Ａ…縦方向部、１０Ｂ…横方向部、１１…接合部、１２…スポット溶接部、１３…凸条部、１４…平面部、１５…陽極、１６…陽極液循環通路、１７…陽極液供給管、１８…陽極液噴出口、１９…陽極液排出口、２０…陰極、２１…陰極保持部材、２２…陰極液循環通路、２３…凸条部、２４…接合部、２５…接合部側凸条部、２６…凹条部、２７…横長の孔、２８…凸条部保護部材、３０…陽極室側気液分離室、３１…隔壁側通路、３２…第一区画部材、３３…第二区画部材、３４…連通路、３５…仕切り板、３６…区画部材、３７…陰極室側気液分離室、３８…陰極室枠体、３９…仕切り板、４０…下降液噴出口、４１…陽極液供給通路、４２…陰極液供給通路、４３…陰極液噴出口、４４…電解槽枠体、Ｆ…押圧力、θ…開角度
【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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