JPS61153294A - イオン交換膜電解槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はイオン交換膜電解槽に係り、より詳しく述べる
と、特に、フィルタープレス式嘆極型イオン交換膜電解
槽ユニットの２以上を一体として電解槽系列から容易に
取り外し、再取り付けすることが可能な電解槽の該電解
槽相互の電気的接続構造に関する。

食塩水の電解による水酸化ナトリウム（カセイソーダ）
、塩素、水素の製造に代表されるアルカリ金属ハロゲン
化物水溶液の電解に用いられる電解法としては水銀法、
隔膜法、イオン交換膜法がある。水銀法は製品の純度が
優れているが、水銀問題に端を発して水銀法から隔膜法
あるいはイオン交換膜法への転換が行なわれ、最近では
省エネルギーの点から隔膜法からイオン交換膜法への転
換がなされつつある。

従来の技術 第５図にフィルタープレス式昨極型イオン交換膜電解槽
の構成を示す。同図中、１は陽極板、２は陰極板、３は
イオン交換膜、４は電極室枠、５はガスケット、６は端
末板、７，８は供給液用同通孔、９，１０は気液同通孔
、１１．１２は連通孔（１１は電極室枠の気液同通孔と
、また１２は電極室枠の供給液用同通孔と、電極室枠内
の室とをそれぞれ連通する孔である）である。すなわち
、陽極板ｌと陰極板２０間にイオン交換膜３があり、各
電極板１，２は同極の電極板の間に電極室枠４を挟んで
電極室を形成しており、各電極板１．２とイオン交換膜
３の間にはガスケット５が挟まれている。そして、これ
らがくり返し配置されてフィルタープレス式に締め付け
られて１個の電解槽ユニットが構成されている。

このようなフィルタープレス式イオン交換膜電解槽を実
際に運転する場合には、第６図にその一接続して電解槽
ユニットの系列をつくって運転している。

各電解槽ユニソ）２１間を電気的に接続するに当っては
、各電極板からの電流を陽極ブスバー２２および陰極ブ
スバー２３に集め、それを可視性接続部材２４．２５お
よび連結部材２６を介して接続し、かつ電解槽ユニット
間に短絡スイッチ接続用ブスバーであるイコライザーを
取り付ける為のスペースを電解槽ユニット２１間に設け
ている。

これは、イオン交換膜やガスケットの寿命（２〜４年）
が来たときに、電解槽ユニット系列から個々の電解槽ユ
ニットを独立に切り離し、残りの電解槽ユニットは連ｖ
１．運転を行ないながら、切離した電解槽ユニットのイ
オン交換膜やガスケットを交換し、そしてその電解槽ユ
ニットを再び運転中の電解槽ユニット系列に戻すことが
できるようにするためである（体活電作業）。

しかしながら、このような構成では、イコライザーは設
備費の増大を招き、電解槽ユニット間の余分なスペース
は電解槽設備の単位床面積当りの電位降下の増大および
ブスバー量の増大（ブスバーは銅が多く用いられ、その
量が多いのでコスト高になる）を招くという問題がある
。

われわれは、このような問題点を解決するために、第７
図に示す如きイオン交換膜電解槽を開示した（ｖ４和５
９年１２月３日出願の特許間「イオン交換膜電解槽」）
。第７図中、Ａは平面図、Ｂは側面図であるが、平面図
は説明のために模式的に描かれている。また、１は陽極
板、２は陰極板、３はイオン交換膜、４は電極室枠であ
る。図には示されていないが、各電極板１．２とイオン
交換膜３の間にはガスケットが挟持されている。このイ
オン交換膜電解槽は、図に見られる如く、多数の陽極板
１、陰極板２、イオン交換膜３、および電極室枠４をフ
ィルタープレス式に締め付けて多数の単位電解槽からな
る電解槽ユニットを複数個、この図では左３１、中央３
２、右３３と３つ並べて構成したものである。そして、
各電解槽ユニット３１．３２．３３は１端縁に沿って陽
極板１、反対側端縁に沿って陰極板２の突出部を有して
おり、隣接する２つの電解槽ユニット３１と３２．３２
と３３の相対向する陽極板と陰極板の各突出部に可撓性
のある長尺状板状良導電体く好ましくは波板）３４．３
５を取り付け、この可撓性長尺状板状良導電体３４．３
５の相対向する各組同士ならびにそのような組同士を連
通ポルト３６およびコマ３７で相互に電気的に接続して
いる。

このイオン交換膜電解槽は複数個の電解槽ユニットを上
記の如く接続した全体を一体として電解槽系列に取り付
けたり、取り外したりすることが多い。従って、各電解
槽ユニット３１．３２．３３間に余分なスペースは必要
なく、電解槽ユニット間のスペースおよびブスバーなら
びにブスバーによる電位降下を低減することができる。

しかも、電解槽ユニット間の電気的接続はほぼ電解槽ユ
ニットの高さ全体を有効に使って行なうのでそこにおけ
る電気抵抗が低減する。また、フィルタープレス式に締
め付ける場合の電極板等の位置ずれを可撓性の部材３４
．３５で接続するので組立てが容易である、等の利点を
有している。

本発明は、このような複数の電解槽ユニットからなるイ
オン交換膜電解槽を電解槽系列に設置し、電解槽相互間
の電気的接続を行なうための、好ましい構造を桿供する
ことを目的とするものである。

目的を達成する手段 上記目的を達成する本発明によるイオン交換膜電解槽は
、前記の多数の単位電解槽からなる電解槽ユニットの１
以上を、該電解槽ユニットが２以上からなる場合にはそ
の電解槽ユニット相互間を電気的に接続して、実質的に
水平な板状陽極ブスバー上に絶縁物を介して載置し、該
１以上の電解槽ユニットの１方の端縁に存在する各陽極
板突出部にほぼその全長に亘って陽極側長尺状可撓性板
状良導電体をそれぞれ取り付け、該陽極側長尺状可撓性
板状良導電体にほぼその全長に亘る立上り陽極ブスバー
を接続し、該立上り陽極ブスバーと前記板状陽極ブスバ
ーの間を陽極側叫播件接続部材で電気的に接続すると共
に、該１以上の電解槽ユニットのもう１方の端縁に存在
する各陰極板突出部にほぼその全長に亘って陰極側長尺
状可撓性ブスバーを接続し、該立上り陰極ブスバーと、
該１以上の電解槽ユニットの該もう１方の端縁と平行に
存在し前記板状陽極ブスバーから電気的に絶縁された鉛
直な板状陰極ブスバーとの間を陰極側接続部材で電気的
に接続することによって電解槽を構成し、このような電
解槽の２以上を配列して相互に電気的に接続するに当っ
てはｌ電解槽の陰極ブスバーと隣の電解槽の板状陽極ブ
スバーとの間を電解槽間ブスバーで接続する。

実施例 第１図および第２図に本発明の実施例のイオン交換膜電
解槽をそれぞれ立面図および平面図として示す。この電
解槽の本体は２つのフィルタープレス式単極型電解槽ユ
ニット４１．４２からなっている。しかし、本発明では
電解槽本体が１つあるいは３つ以上の電解槽ユニットか
らなっていてもよい。２つの電解槽ユニット４１．４２
からなる電解槽本体は、第７図に示したと１１様に、２
牧の可撓性長尺状板状良導電体４３．４４および通しボ
ルト４５で相互に接続されている。

この電解槽本体を絶縁用碍子４６を介して実質的に水平
な板状陽極ブスバー４７上に配置する。

電解槽本体の１方の端縁（第１図および第２図では左端
）に存在する陽極板突出部４８に、電解槽る。イオン交
換膜電解槽ユニット４１はガスケットを使用しているた
め、電解槽ユニット４１．４２の締め付は方あるいは操
業中のガスケットの変化によって電極板の位置が変化す
るので、その変化を吸収するために長尺状板状良導電体
４９は可撓性が必要である。この可撓性板状体４９が鉛
直方向に延びる波板であれば、さらに組立が容易になる
ので好ましい。可撓性長尺状板状良導電体４９は、例え
ば、厚さ０．２〜０．５　ｍ、好ましくは厚さ０、３　
ｎの銅板からなる。

可撓性長尺状板状良導電体４９には陽極立上りブスバー
５０をボルトで接続する。陽極立上りブスバー５０は、
例えば、銅製の板状体で、下方向にゆくほど幅が広くな
ってより多くの電流を流し易くしている。陽極立上りブ
スバー５０は、第２図に見られる如く、２枚の可撓性長
尺状板状良導電体４９に対して１個取り付けることが便
利であるが、必ずしもそれに限られない。陽極板突出部
４８と可撓性長尺状板状良導電体４９、ならびに可視性
長尺状板状良導電体４ｉと陽極立上り板５０の接続は、
取付部での電位降下を防ぐために、はぼ電解槽ユニット
の高さ全部に亘ることが好ましく、また、例えば、６ｍ
径のビスを２５鶴ピッ千部材５１を通しボルト５２で取
り付ける。この通しボルト５２は陽極立上りブスバー５
０、ひいては可撓性長尺状板状良導電体４９を相互に関
して所望の位置に固定する役割を果している。Ｌ字型の
可撓性接続部材５１は、電解槽の電気容量によっても異
なるが電極板が１００枚近くなると、そうした電解槽ユ
ニットを板状陽極ブスバー４７に取り付けるときに好ま
しく用いられる。

Ｌ字型可撓性接続部材（第２図には示さず）５１は板状
陽極ブスバー４７に接続する。この接続は溶接でもよい
が、溶接による歪が発生するので、ボルト締めが好まし
い。

電解槽本体のもう１方の端縁（第１図および第２図では
右端）に存在する陰極板突出部５３に、陽極側の４９と
同様の可撓性長尺状板状良導電体５４をボルトで取り付
ける。

可視性長尺状板状良導電体５４に陰極立上りブスバー５
５をボルトで取り付ける。陰極立上りブスバー５５は、
陽極立上りブスバー５０と同様の働きをするものである
が、鉛直方向の中央付近で陰極ブスバー５６に対して接
続するため、上下両端部から中央部に向って幅が広くな
る台形の形状である。材質は銅が好ましい。陰極板突出
部５３と可撓性長尺状板状良導電体５４ならびに可撓性
長尺状板状良導電体５４と陰極立上りブスバー５５の相
互間の接続は、陽極側の対応するもの４８と４９．４９
と５０について述べたと同様に行なう。

陰極立上りブスバー５５に可撓性接続部材５７をボルト
で取付ける。この可撓性接続部材５７は、限定するわけ
ではないが、例えば、第１図および第２図に示す如く、
それぞれ２枚の可撓性長尺状板状良導電体５４をボルト
で接続した陰極立上りブスバー５５の２個に対して１個
の割合で接続する。もちろん、陽極側の如く、通しボル
トを用いて陰極立上りブスバー相互間を所望の位置に固
定してもよい。

陰極ブスバー５６は電解槽本体の陰極側端縁が形成する
面とほぼ平行に、電解槽の中央より下の高さに存在し、
横に長い実質的に鉛直の良導電体板であり、絶縁用碍子
５８を介して板状陽極ブスバー４７から絶縁されてそれ
に取り付けられている。そして、陰極ブスバー５６に対
して陰極側可視性接続部材５７が取付けられている。こ
の取付けも溶接でもよいがボルト締めが好ましい。

こうして、電解槽本体（４１，４２他）は水平板状陽極
ブスバー４７上に設置され、電解槽本体の陽極側端縁は
板状陽極ブスバー４７に、陰極側端縁は陰極ブスバー５
６にそれぞれ電気的に接続されている。そして、こうし
て電解槽本体を載置した板状陽極ブスバー４７が絶縁用
碍子５９を介して床上に所定の配置でくり返して配列さ
れ、多数の電解槽からなる電解槽系列を形成する。

電解槽系列において、板状陽極ブスバー上に載置した電
解槽本体からなる電解槽の相互間を電気的に接続するに
当っては、第１図に示す如く、１つの電解槽の板状陽極
ブスバー４７と隣の電解槽の陰極ブスバー５６の間を電
解槽間ブスバー６１で接続する（第２図には、電解槽間
ブスバー６１を図示せず）。

第３図は第Ｆ図の電解種間接続の様子を示すための平面
図である。第３図および第１図に見られる如く、この場
合、電解槽間の電気的接続は、相隣る電解槽の陽極ブス
バー４７と陰極ブスバー５６の間を電解槽ユニット４１
．４２の有する幅の範囲内で電解槽間ブスバー６１を用
いて直線的に接続して行なっている。

これに対して、第４図に平面図として示す如く接続する
こともできる。すなわち、板状陽極ブスバー４７の両側
面に立上り板６２を設けると共に、陰極板ブスバー５「
の横方向の長さを電解槽ユニット４２より長くして側面
に突き出させ、そしてこのような陽極ブスバー立上り板
６２と陰極ブスバー突出部の間を第４図に示す如き電解
槽間ブスバー６３で接続するものである。この接続方法
によれば、一般的に言って、相隣る電解槽の間の間隔を
第３図（第１図）の例よりも短かくすることができる。

以上の説明に見られるように、板状陽極ブスバー（４７
，４７’）は、電解槽間の電気的接続のための接続部材
であると同時に、電解槽本体を上にｓ！冒して支持する
支持部材の役割を果している。

この２つの役割を担うために、板状陽極ブスバーは良導
電体、例えば、銅からなる一体物で構成してもよいし、
また鋼等の板状構造部材上に良導電体である銅板等を重
ねて構成してもよい。また、この板状陽極ブスバーは電
解槽の系列方向の長さ全体に亘って良導電性を有するこ
とが好ましい。

これによって、その上の電解槽を他の系列から切り離し
て部品交換等を行なう際に、その切離した電解槽の板状
陽極ブスバーとその両隣りの電解槽の間を簡単な接続部
材で単に接続するだけで、その両隣りの電解槽の間を簡
単に短絡することができるからである。

本発明のイオン交換膜電解槽では、板状陽極ブスバー上
に設置する電解槽ユニットが上記の如く２つからなる場
合に限らず、３つ以−ヒでも、さらには単に１つであっ
てもよいことは明らかである。

以上の如く、本発明により、本発明者らが先に開示した
イオン交換膜電解槽（前出の特許願参照）のために好適
の電解槽設置および電解種間接続の構成が提供される。

また、前に述べた如く、最近、電解槽が隔膜法からイオ
ン交換膜法へ転換されつつある。従来の代表的な隔膜法
電解槽の電解槽間の電気的接続法を検討したところ、陽
極底板ブスバーが実質的に電解槽の下面に平面的（実質
的に水平）に配置され、陰極ブスバーは隣接する電解槽
と実質的に平行にかつ鉛直に配置されているという共通
性を有している。従って、本発明に開示した如く、実質
的に水平の板状陽極ブスバーと、実質的に隣の電解槽と
平行に鉛直な陰極ブスバーを用いてイオン交換膜電解槽
を設置および接続すれば、従来使用してきた隔膜法電解
槽の基礎およびブスバーをそのまま使用することが可能
である。その結果、イオン交換膜電解槽設備を構築する
に当って、隔膜法電解槽設備の基礎およびブスバーをそ
のまま利用し、従って、電解槽のレイアウトを変更せず
に塩水、電解液、塩素ガス、水素ガスの配管をも利用で
き、また整流器の移設、基礎土建工事が不要である等の
利点を有する。さらに、隔膜法電解槽設備を操業しなが
ら電解槽毎に順次イオン交換膜電解槽へ転換すること（
体活電作業）ができるので、隔膜法電解槽設備と別の敷
地に新しい設備を建築したり、あるいは長期間プラント
を停止する必要がないという効果がある。

発明の効果 本発明によれば、各陽極板を１側壁外にほぼその高さ全
体に亘って突出させると共に各陰極板を該ｌ側壁と反対
側の側壁外にほぼその高さ全体に亘って突出させて多数
の陽極板、陰極板、電極室枠およびイオン交換膜をフィ
ルタープレス式に締め付けて成る、多数の単位電解槽か
らなる電解槽ユニットの１以上で、イオン交換膜電解槽
（前出の特願昭参照）を構成したものを、電解槽系列（
設備）中に設置し、電解槽相互を電気的に接続するため
に好適な構成が提供される。

この電解槽は当該電解槽の本体が休止の場合、その板状
陽極ブスバーを電解槽系列の短絡用部材として利用でき
る。また、イオン交換膜電解槽設備を、隔膜法電解槽設
備の基礎およびブスバーを共用しかつ操業を継続しなが
ら、順次にイオン交換膜電解槽設備に転換してゆくこと
ができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のイオン交換膜電解槽の立面図
、第２図は第１図のイオン交換膜電解槽の平面図、第３
図は第１図のイオン交換膜電解槽の電解槽間の接続の様
子を示す平面図、第４図は本発明の別の実施例の電解槽
間の接続の様子を示す平面図、第５図はフィルタープレ
ス式単極型イオン交換膜電解槽の構成を示す分解斜視図
、第６図は従来のイオン交換膜電解槽の接続の様子を示
す立面図、第７図ＡおよびＢは本発明のイオン交模膜電
解槽の電解槽本体を示す模式平面図および側面図である
。 １・・・陽極板、　　　　　２・・・陰極板、３・・・
イオン交換膜、　　４・・・電極室枠、５・・・ガスケ
ット、　　　　６・・・端板、３１．３２．３３・・・
電解槽ユニット、３４　、３５・・・可撓性長尺状板状
良導電体、３６・・・通しボルト、　３７・・・コマ、
４１．４２・・・電解槽ユニット、 ４３．４４・・・可撓性長尺状板状良導電体、４５・・
・通しボルト、　　４７・・・板状陽極ブスバー、４８
・・・陽極板突出部、 ４９・・・可撓性長尺状板状良導電体、５０・・・陽極
立上りブスバー、 ５１・・・Ｌ字型可撓性接続部材、５２・・・通しボル
ト、５３・・・陰極板突出部、 ５４・・・可撓性長尺状板状良導電体、５５・・・陰極
立上りブスバー、５６・・・陰極ブスバー、５７・・・
可撓性接続部材、６１・・・電解槽間ブスバー、４７′
・・・板状陽極ブスバー、５「・・・陰極ブスバー、６
２・・・陽極ブスバー立上り板、 ６３・・・電解槽間ブスバー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、各陽極板を１側壁外にほぼその高さ全体に亘って突
   出させると共に各陰極板を該１側壁と反対側の側壁外に
   ほぼその高さ全体に亘って突出させて多数の陽極板、陰
   極板、電極室枠およびイオン交換膜をフィルタープレス
   式に締め付けて成る、多数の単位電解槽からなる電解槽
   ユニットの１以上を、該電解槽ユニットが２以上からな
   る場合には該電解槽ユニット相互間を電気的に接続して
   、実質的に水平な板状陽極ブスバー上に絶縁物を介して
   載置し、該１以上の電解槽ユニットの１方の端縁に存在
   する各陽極板突出部にほぼその全長に亘って陽極側長尺
   状可撓性板状良導電体をそれぞれ取り付け、該陽極側長
   尺状可撓性板状良導電体にほぼその全長に亘る立上り陽
   極ブスバーを接続し、該立上り陽極ブスバーと前記板状
   陽極ブスバーの間を陽極側接続部材で電気的に接続する
   と共に、該１以上の電解槽ユニットのもう１方の端縁に
   存在する各陰極板突出部にほぼその全長に亘って陰極側
   長尺状可撓性板状良導電体をそれぞれ取り付け、該陰極
   側長尺状可撓性板状良導電体にほぼその全長に亘る立上
   り陰極ブスバーを接続し、該立上り陰極ブスバーと、該
   １以上の電解槽ユニットの該もう１方の端縁に平行に存
   在し前記板状陽極ブスバーから電気的に絶縁された鉛直
   な板状陰極ブスバーとの間を陰極側接続部材で電気的に
   接続することによって構成された電解槽であって、該電
   解槽の２以上を配列して相互に電気的に接続するに当っ
   ては１電解槽の陰極ブスバーと隣の電解槽の板状陽極ブ
   スバーとの間を電解槽間ブスバーで接続することを特徴
   とするイオン交換膜電解槽。