JP7638933B2 - Electrolyzer - Google Patents
Electrolyzer Download PDFInfo
- Publication number
- JP7638933B2 JP7638933B2 JP2022110449A JP2022110449A JP7638933B2 JP 7638933 B2 JP7638933 B2 JP 7638933B2 JP 2022110449 A JP2022110449 A JP 2022110449A JP 2022110449 A JP2022110449 A JP 2022110449A JP 7638933 B2 JP7638933 B2 JP 7638933B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- anode
- opening
- frame
- openings
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
- C25B13/04—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material
- C25B13/08—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material based on organic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
- C25B3/01—Products
- C25B3/09—Nitrogen containing compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
- C25B9/23—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms comprising ion-exchange membranes in or on which electrode material is embedded
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
本発明は、電解槽、更に詳しくは、それに限定されるものではないが、第4級アンモニウム塩水溶液を原料として水酸化第4級アンモニウム水溶液を製造するのに好適に使用することができる電解槽に関する。 The present invention relates to an electrolytic cell, and more specifically, but not limited to, an electrolytic cell that can be suitably used to produce an aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide using an aqueous solution of a quaternary ammonium salt as a raw material.
下記特許文献1乃至4には、第4級アンモニウム塩水溶液を原料として水酸化第4級アンモニウム水溶液を製造する製造方法が開示されている。かような製造方法の実施には、陰極枠体とこの陰極枠体の内面に固定された陰極板と陽極枠体とこの陽極枠体の内面に固定された陽極板とを含む電解槽が使用される。陰極板と陽極板との間には少なくとも1個の陽イオン交換膜が配設されており、陰極枠体と陽イオン交換膜との間には陰極室が規定され、陽極枠体と陽イオン交換膜との間には陽極室が規定されている。そして、陰極室に陰極側流体を供給するための陰極側流体供給路及び陰極室から陰極側流体を排出するための陰極側流体排出路並びに陽極室に陽極側流体を供給するための陽極側流体供給路及び陽極室から陽極側流体を排出するための陽極側流体排出路が配設されている。更に詳しくは、陰極枠体には幅方向に間隔をおいて配置された複数個の上側開口から延びる複数個の上側流路及び幅方向に間隔をおいて配置された複数個の下側開口から延びる複数個の下側流路が配設されており、上側流路と下側流路との一方が上記陰極側流体排出路を構成し、上側流路と下側流路との他方が上記陰極側流体供給路を構成する。同様に陽極枠体には幅方向に間隔をおいて配置された複数個の上側開口から延びる複数個の上側流路及び幅方向に間隔をおいて配置された複数個の下側開口から延びる複数個の下側流路が配設されており、上側流路と下側流路との一方が上記陽極側流体排出路を構成し、上側流路と下側流路との他方が上記陽極側流体供給路を構成する。陰極側流体供給路、陰極室及び陰極側流体排出路を通して陰極側流体即ち水酸化第4級アンモニウム水溶液が循環され、陽極側流体供給路、陽極室及び陽極側流体排出路を通して陽極側流体即ち第4級アンモニウム塩水溶液が循環される。 The following Patent Documents 1 to 4 disclose a method for producing a quaternary ammonium hydroxide aqueous solution using a quaternary ammonium salt aqueous solution as a raw material. To carry out such a production method, an electrolytic cell is used that includes a cathode frame, a cathode plate fixed to the inner surface of the cathode frame, an anode frame, and an anode plate fixed to the inner surface of the anode frame. At least one cation exchange membrane is disposed between the cathode plate and the anode plate, a cathode chamber is defined between the cathode frame and the cation exchange membrane, and an anode chamber is defined between the anode frame and the cation exchange membrane. A cathode side fluid supply passage for supplying a cathode side fluid to the cathode chamber, a cathode side fluid discharge passage for discharging the cathode side fluid from the cathode chamber, an anode side fluid supply passage for supplying an anode side fluid to the anode chamber, and an anode side fluid discharge passage for discharging the anode side fluid from the anode chamber are disposed. More specifically, the cathode frame is provided with a plurality of upper flow paths extending from a plurality of upper openings spaced apart in the width direction and a plurality of lower flow paths extending from a plurality of lower openings spaced apart in the width direction, one of the upper flow paths and the lower flow paths configuring the cathode side fluid discharge path and the other of the upper flow paths and the lower flow paths configuring the cathode side fluid supply path. Similarly, the anode frame is provided with a plurality of upper flow paths extending from a plurality of upper openings spaced apart in the width direction and a plurality of lower flow paths extending from a plurality of lower openings spaced apart in the width direction, one of the upper flow paths and the lower flow paths configuring the anode side fluid discharge path and the other of the upper flow paths and the lower flow paths configuring the anode side fluid supply path. A cathode side fluid, i.e., a quaternary ammonium hydroxide aqueous solution, is circulated through the cathode side fluid supply channel, the cathode chamber, and the cathode side fluid discharge channel, and an anode side fluid, i.e., a quaternary ammonium salt aqueous solution, is circulated through the anode side fluid supply channel, the anode chamber, and the anode side fluid discharge channel.
而して、上記のとおりの電解槽においては、陰極側流体供給路の有効流路断面積と陰極側流体排出路の有効流路断面積とを実質上同一に設定し、そしてまた陽極側流体供給路の有効流路断面積と陽極側流体排出路の有効流路断面積とを実質上同一に設定している。そして、特に特願2022-33651において本発明者等が提案した形態の電解槽(即ち、陰極板の上端部には陰極枠体の上側開口に整合する少なくとも1個の上側貫通開口が形成されており、陰極板の下端部には陰極枠体の下側開口に整合する少なくとも1個の下側貫通開口が形成されており、陽極板の上端部には該陽極枠体の上側開口に整合する少なくとも1個の上側貫通開口が形成されており、陽極板の下端部には陽極枠体の該下側開口に整合する少なくとも1個の下側貫通開口が形成されており、陰極板に形成されている上側貫通開口及び下側貫通開口並びに陽極板に形成されている上側貫通開口及び下側貫通開口が流体流路の有効流路断面積を規定している形態の電解槽)においては、最大限の電界効率を達成するために有効流路面積を必要最小限に設定している。然るに、本発明者等は、電解槽の作動について鋭意検討及び実験を重ねた結果、陰極室及び陽極室においては電解作用に起因してガスが生成され、陰極側流体排出路及び陽極側流体排出路においては陰極側流体及び陽極側流体に加えて生成されたガスも流動されることに起因して、陰極側流体排出路及び陽極側流体排出路では陰極側流体供給路及び陽極側流体供給路に比べて流速が増大されて背圧が生成され、これに起因して電解電圧が上昇され電解槽の安定した作動が阻害される傾向があることを認識した。 Thus, in the electrolytic cell as described above, the effective flow path cross-sectional area of the cathode side fluid supply path and the effective flow path cross-sectional area of the cathode side fluid discharge path are set to be substantially the same, and the effective flow path cross-sectional area of the anode side fluid supply path and the effective flow path cross-sectional area of the anode side fluid discharge path are set to be substantially the same. In particular, in an electrolytic cell having the configuration proposed by the present inventors in Japanese Patent Application No. 2022-33651 (i.e., an electrolytic cell having an upper end portion of a cathode plate formed with at least one upper through-opening that matches with the upper opening of a cathode frame, a lower end portion of a cathode plate formed with at least one lower through-opening that matches with the lower opening of the cathode frame, an upper end portion of an anode plate formed with at least one upper through-opening that matches with the upper opening of the anode frame, and a lower end portion of an anode plate formed with at least one lower through-opening that matches with the lower opening of the anode frame, and the upper and lower through-openings formed in the cathode plate and the upper and lower through-openings formed in the anode plate define the effective flow path cross-sectional area of the fluid flow path), the effective flow path area is set to a minimum necessary to achieve maximum electric field efficiency. However, as a result of extensive research and experimentation into the operation of the electrolytic cell, the inventors have recognized that gas is generated in the cathode chamber and anode chamber due to electrolysis, and that in addition to the cathode side fluid and anode side fluid, the generated gas also flows in the cathode side fluid discharge channel and anode side fluid discharge channel, resulting in an increased flow rate in the cathode side fluid discharge channel and anode side fluid discharge channel compared to the cathode side fluid supply channel and anode side fluid supply channel, generating back pressure, which in turn increases the electrolysis voltage and tends to hinder stable operation of the electrolytic cell.
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、電解電圧の上昇が回避され電解槽の安定した作動が確保される新規且つ改良された電解槽を提供することである。 The present invention was made in consideration of the above facts, and its main technical objective is to provide a new and improved electrolytic cell that avoids an increase in electrolysis voltage and ensures stable operation of the electrolytic cell.
本発明者等は、本発明者等が認識した上記のとおりの事実を踏まえ、陰極側流体排出路の有効流路断面積CDを陰極側流体供給路の有効流路断面積CSよりも大きくし、そしてまた陽極側流体排出路の有効流路断面積ADを陽極側流体供給路の有効流路断面積ASよりも大きくすることによって、上記主たる技術的課題を達成することができることを見出した。 In light of the above facts recognized by the inventors, the inventors have found that the above main technical object can be achieved by making the effective flow path cross-sectional area CD of the cathode side fluid discharge channel larger than the effective flow path cross-sectional area CS of the cathode side fluid supply channel, and by making the effective flow path cross-sectional area AD of the anode side fluid discharge channel larger than the effective flow path cross-sectional area AS of the anode side fluid supply channel.
即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を達成する電解槽として、
内面に陰極板が固定された陰極枠体と、内面に陽極板が固定された陽極枠体と、該陰極枠体と該陽極枠体との間に配設されたイオン交換膜と、該陰極枠体と該イオン交換膜との間に規定された陰極室に陰極側流体を供給するための陰極側流体供給路と、該陰極室から陰極側流体を排出するための陰極側流体排出路と、該陽極枠体と該イオン交換膜との間に規定された陽極室に陽極側流体を供給するための陽極側流体供給路と、該陽極室から陽極側流体を排出するための陽極側流体排出路とを含む電解槽において、
該陰極側流体排出路の有効流路断面積CDは該陰極側流体供給路の有効流路断面積CSよりも大きく、該陽極側流体排出路の有効流路断面積ADは該陽極側流体供給路の有効流路断面積ASよりも大きい、
ことを特徴とする電解槽が提供される。
That is, according to the present invention, an electrolytic cell that achieves the above-mentioned main technical object is
an anode frame having an anode plate fixed to its inner surface; an ion exchange membrane disposed between the cathode frame and the anode frame; a cathode side fluid supply passage for supplying a cathode side fluid to a cathode chamber defined between the cathode frame and the ion exchange membrane; a cathode side fluid discharge passage for discharging the cathode side fluid from the cathode chamber; an anode side fluid supply passage for supplying an anode side fluid to an anode chamber defined between the anode frame and the ion exchange membrane; and an anode side fluid discharge passage for discharging the anode side fluid from the anode chamber,
an effective flow path cross-sectional area CD of the cathode side fluid discharge path is larger than an effective flow path cross-sectional area CS of the cathode side fluid supply path, and an effective flow path cross-sectional area AD of the anode side fluid discharge path is larger than an effective flow path cross-sectional area AS of the anode side fluid supply path;
An electrolytic cell is provided.
該有効流路断面積CDは該有効流路断面積CSの1.1乃至3.0倍(CD=1.1乃至3.0CS)であり、該有効流路断面積ADは該有効流路断面積ASの1.1乃至3.0倍(AD=1.1乃至3.0AS)である、特に該有効流路断面積CDは該有効流路断面積CSの1.5乃至2.5倍(CD=1.5乃至2.5CS)であり、該有効流路断面積ADは該有効流路断面積ASの1.5乃至2.5倍(AD=1.5乃至2.5AS)である、のが好ましい。 The effective flow path cross-sectional area CD is 1.1 to 3.0 times the effective flow path cross-sectional area CS (CD = 1.1 to 3.0CS), and the effective flow path cross-sectional area AD is 1.1 to 3.0 times the effective flow path cross-sectional area AS (AD = 1.1 to 3.0AS). In particular, it is preferable that the effective flow path cross-sectional area CD is 1.5 to 2.5 times the effective flow path cross-sectional area CS (CD = 1.5 to 2.5CS), and the effective flow path cross-sectional area AD is 1.5 to 2.5 times the effective flow path cross-sectional area AS (AD = 1.5 to 2.5AS).
好適実施形態においては、
該陰極枠体には、該内面の上端部に位置する上側開口から延びる少なくとも1個の上側流路及び該内面の下端部に位置する下側開口から延びる少なくとも1個の下側流路が配設されており、
該陽極枠体には、該内面の上端部に位置する上側開口から延びる少なくとも1個の上側流路及び該内面の下端部に位置する下側開口から延びる少なくとも1個の下側流路が配設されており、
該陰極板は該陰極枠体の該上側開口よりも上方から該陰極枠体の該下側開口よりも下方まで連続して延在し、
該陰極板の上端部には該陰極枠体の該上側開口に整合する少なくとも1個の上側貫通開口が形成されており、該陰極板の下端部には該陰極枠体の該下側開口に整合する少なくとも1個の下側貫通開口が形成されており、
該陽極板は該陽極枠体の該上側開口よりも上方から該陽極枠体の該下側開口よりも下方まで連続して延在し、
該陽極板の上端部には該陽極枠体の該上側開口に整合する少なくとも1個の上側貫通開口が形成されており、該陽極板の下端部には該陽極枠体の該下側開口に整合する少なくとも1個の下側貫通開口が形成されており、
該陰極板の該上側貫通開口及び該陰極枠体の該上側流路が該陰極側流体排出路と該陰極側流体供給路との一方を構成し、該陰極板の該下側貫通開口及び該陰極枠体の該下側流路が該陰極側流体排出路と該陰極側流体供給路との他方を構成し、
該陽極板の該上側貫通開口及び該陽極枠体の該上側流路が該陽極側流体排出路と該陽極側流体供給路との一方を構成し、該陽極板の該下側貫通開口及び該陽極枠体の該下側流路が該陽極側流体排出路と該陽極側流体供給路との他方を構成する。
In a preferred embodiment,
the cathode frame is provided with at least one upper flow passage extending from an upper opening located at an upper end of the inner surface and at least one lower flow passage extending from a lower opening located at a lower end of the inner surface;
the anode frame is provided with at least one upper flow passage extending from an upper opening located at an upper end of the inner surface and at least one lower flow passage extending from a lower opening located at a lower end of the inner surface;
the cathode plate extends continuously from above the upper opening of the cathode frame to below the lower opening of the cathode frame,
At least one upper through-opening is formed in an upper end of the cathode plate, the upper through-opening being aligned with the upper opening of the cathode frame, and at least one lower through-opening is formed in a lower end of the cathode plate, the lower through-opening being aligned with the lower opening of the cathode frame;
the anode plate extends continuously from above the upper opening of the anode frame to below the lower opening of the anode frame,
At least one upper through-opening is formed in an upper end of the anode plate, the upper through-opening being aligned with the upper opening of the anode frame, and at least one lower through-opening is formed in a lower end of the anode plate, the lower through-opening being aligned with the lower opening of the anode frame;
the upper through-opening of the cathode plate and the upper flow path of the cathode frame constitute one of the cathode side fluid discharge path and the cathode side fluid supply path, and the lower through-opening of the cathode plate and the lower flow path of the cathode frame constitute the other of the cathode side fluid discharge path and the cathode side fluid supply path,
The upper through opening of the anode plate and the upper flow path of the anode frame constitute one of the anode side fluid discharge path and the anode side fluid supply path, and the lower through opening of the anode plate and the lower flow path of the anode frame constitute the other of the anode side fluid discharge path and the anode side fluid supply path.
好ましくは、該陰極枠体には、該内面の上端部に幅方向に間隔をおいて配置された複数個の上側開口から延びる複数個の上側流路及び該内面の下端部に幅方向に間隔をおいて配置された複数個の下側開口から延びる複数個の下側流路が配設されており、
該陽極枠体には、該内面の上端部に幅方向に間隔をおいて配置された複数個の上側開口から延びる複数個の上側流路及び該内面の下端部に幅方向に間隔をおいて配置された複数個の下側開口から延びる複数個の下側流路が配設されており、
該陰極板の上端部には該陰極枠体の該複数個の上側開口の各々に夫々整合する複数個の上側貫通開口が形成されており、該陰極板の下端部には該陰極枠体の該複数個の下側開口の各々に夫々整合する複数個の下側貫通開口が形成されており、
該陽極板の上端部には該陽極枠体の該複数個の上側開口の各々に夫々整合する複数個の上側貫通開口が形成されており、該陽極板の下端部には該陽極枠体の該複数個の下側開口の各々に夫々整合する複数個の下側貫通開口が形成されており、
該陰極側流体排出路を構成する該陰極板の該上側貫通開口及び該陰極枠体の該上側流路又は該陰極板の該下側貫通開口及び該陰極枠体の該下側流路の数は、該陰極側流体供給路を構成する該陰極板の該下側貫通開口及び該陰極枠体の該下側流路又は該陰極板の該上側貫通開口及び該陰極枠体の該上側流路の数よりも多く、
該陽極側流体排出路を構成する該陽極板の該上側貫通開口及び該陽極枠体の該上側流路又は該陽極板の該下側貫通開口及び該陽極枠体の該下側流路の数は、該陽極側流体供給路を構成する該陽極板の該下側貫通開口及び該陽極枠体の該下側流路又は該陽極板の該上側貫通開口及び該陽極枠体の該上側流路の数よりも多い。
Preferably, the cathode frame is provided with a plurality of upper flow paths extending from a plurality of upper openings arranged at an upper end of the inner surface at intervals in the width direction, and a plurality of lower flow paths extending from a plurality of lower openings arranged at a lower end of the inner surface at intervals in the width direction,
the anode frame is provided with a plurality of upper flow paths extending from a plurality of upper openings arranged at an upper end of the inner surface at intervals in the width direction, and a plurality of lower flow paths extending from a plurality of lower openings arranged at a lower end of the inner surface at intervals in the width direction,
a plurality of upper through-openings are formed at an upper end of the cathode plate, each of which is aligned with one of the plurality of upper openings of the cathode frame; and a plurality of lower through-openings are formed at a lower end of the cathode plate, each of which is aligned with one of the plurality of lower openings of the cathode frame;
a plurality of upper through-openings are formed at an upper end of the anode plate, each of which is aligned with one of the plurality of upper openings of the anode frame; and a plurality of lower through-openings are formed at a lower end of the anode plate, each of which is aligned with one of the plurality of lower openings of the anode frame;
the number of the upper through openings of the cathode plate and the upper flow paths of the cathode frame or the lower through openings of the cathode plate and the lower flow paths of the cathode frame constituting the cathode side fluid discharge path is greater than the number of the lower through openings of the cathode plate and the lower flow paths of the cathode frame or the upper through openings of the cathode plate and the upper flow paths of the cathode frame constituting the cathode side fluid supply path,
The number of the upper through openings of the anode plate and the upper flow paths of the anode frame, or the lower through openings of the anode plate and the lower flow paths of the anode frame, which constitute the anode side fluid discharge path, is greater than the number of the lower through openings of the anode plate and the lower flow paths of the anode frame, or the upper through openings of the anode plate and the upper flow paths of the anode frame, which constitute the anode side fluid supply path.
該陰極枠体の該上側開口及び該下側開口並びに該陰極板の該上側貫通開口及び該下側貫通開口は円形断面形状を有し、該陽極枠体の該上側開口及び該下側開口並びに該陽極板の該上側貫通開口及び該下側貫通開口は円形断面形状を有するのが好都合である。該陰極板及び該陽極板は矩形板から構成されているのが望ましい。 Advantageously, the upper and lower openings of the cathode frame and the upper and lower openings of the cathode plate have a circular cross-sectional shape, and the upper and lower openings of the anode frame and the upper and lower openings of the anode plate have a circular cross-sectional shape. The cathode plate and the anode plate are preferably constructed from rectangular plates.
本発明の好適形態においては、上述したとおりの電解槽において該陰極板と該陽極板との間に少なくとも1個の陽イオン交換膜を配置し、かかる電解槽を使用して第4級アンモニウム塩水溶液を原料として水酸化第4級アンモニウム水溶液を製造する。 In a preferred embodiment of the present invention, at least one cation exchange membrane is disposed between the cathode plate and the anode plate in the electrolytic cell as described above, and an aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide is produced using an aqueous solution of a quaternary ammonium salt as a raw material using such an electrolytic cell.
本発明の電解槽においては、陰極側流体排出路の有効流路断面積CDは陰極側流体供給路の有効流路断面積CSよりも大きく、陽極側流体排出路の有効流路断面積ADは陽極側流体供給路の有効流路断面積ASよりも大きい故に、後述する実施例からも明確に理解されるとおり、電解電圧の上昇が回避され電解槽の安定した作動が確保される。 In the electrolytic cell of the present invention, the effective flow path cross-sectional area CD of the cathode side fluid discharge channel is larger than the effective flow path cross-sectional area CS of the cathode side fluid supply channel, and the effective flow path cross-sectional area AD of the anode side fluid discharge channel is larger than the effective flow path cross-sectional area AS of the anode side fluid supply channel. Therefore, as will be clearly understood from the examples described later, an increase in electrolysis voltage is avoided and stable operation of the electrolytic cell is ensured.
以下、本発明に従って構成された電解槽の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細する。 The present invention will now be described in further detail with reference to the accompanying drawings, which show a preferred embodiment of an electrolytic cell constructed in accordance with the present invention.
図1及び図2を参照して説明すると、本発明に従って構成された図示の電解槽は、陰極枠体4(図1)、陽極枠体6(図1)、陰極側上壁部材8、陽極側上壁部材10、陰極側下壁部材12、陽極側下壁部材14、陰極側前壁部材16(図2)、陽極側前壁部材(図示していない)、陰極側後壁部材18(図2)及び陽極側後壁部材(図示していない)によって構成された、中空直方体形状のハウジング2を含んでいる。陰極枠体4、陽極枠体6、陰極側前壁部材16、陽極側前壁部材、陰極側後壁部材18及び陽極側後壁部材は実質上垂直に延在し、陰極側上壁部材8、陽極側上壁部材10、陰極側下壁部材12及び陽極側下壁部材14は実質上水平に延在している。陰極側上壁部材8の基端面(図1において右端面)は、締結ねじ或いは接着剤の如き適宜の連結手段によって陰極枠体4の内面上端縁部に連結され、陰極側下壁部材12の基端面(図1において右端面)は適宜の連結手段によって陰極枠体4の内面下端縁部に連結されている。同様に、陽極側上壁部材10の基端面(図1において左端面)は、適宜の連結手段によって陽極枠体6の内面上端縁部に連結され、陽極側下壁部材14の基端面(図1において左端面)は適宜の連結手段によって陽極枠体6の内面下端縁部に連結されている。陰極側前壁部材16は陰極枠体4の前面に、陽極側前壁部材は陽極枠体6の前面に、適宜の連結手段によって連結され、陰極側後壁部材18は陰極枠体4の後面に、陽極側後壁部材は陽極枠体6の後面に、適宜の連結手段によって連結されている。陰極側及び陽極側の各々の上壁部材8及び10、下壁部材12及び14、並びに前壁部材16及び後壁部材18は、上記のとおり陰極枠体4又は陽極枠体6に連結することに代えて、これら壁部材をあらかじめ一体に形成して、陰極枠体4又は陽極枠体6に連結することもできる。また、陰極枠体4又は陽極枠体6に壁部を一体に形成することもできる。更に、上壁部材8及び10、下壁部材12及び14、並びに前壁部材16及び後壁部材18を一体に形成した場合は、陰極枠体4又は陽極枠体6にシール部材を介在させて固定することもできる。シール部材としては、後述するガスケット38を陰極板32又は陽極板56に対応するサイズから陰極枠体4又は陽極枠体6に対応するサイズまで延在させて、延長部を利用することもできる。陰極枠体4、陽極枠体6、陰極側上壁部材8、陽極側上壁部材10、陰極側下壁部材12、陽極側下壁部材14、陰極側前壁部材16、陽極側前壁部材、陰極側後壁部材18及び陽極側後壁部材は、後述する開口及び流路を除いて中実ブロック乃至板形態でよく、ポリプロピレン及びポリエチレンの如きオレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂並びにフッソ系樹脂の如き適宜の合成樹脂から形成することができる。陰極枠体4、陽極枠体6、陰極側上壁部材8、陽極側上壁部材10、陰極側下壁部材12、陽極側下壁部材14、陰極側前壁部材16、陽極側前壁部材、陰極側後壁部材18及び陽極側後壁部材の相互連結部位間にはガスケットの如き適宜の密封部材(図示していない)を介在させることができる。
1 and 2, the illustrated electrolytic cell constructed according to the present invention includes a hollow rectangular
図1及び図2と共に図3を参照して説明を続けると、上記陰極枠体4の内面(図1において左側面)の上端部には幅方向(図1において紙面に垂直な方向、図2において左右方向)に等間隔をおいて複数個(図示の場合は6個)の上側開口20(図1及び図3にそのうちの1個を夫々破線及び実線で図示している)が形成され、そして陰極枠体4には上側開口20の各々から実質上水平に陰極枠体4を貫通して延びる複数個(図示の場合は6個)の上側流路22(図1及び図3にそのうちの1個を夫々破線及び実線で図示している)が形成されている。同様に、上記陰極枠体4の内面(図1において左側面)の下端部には幅方向(図1において紙面に垂直な方向、図2において左右方向)に等間隔をおいて複数個(図示の場合は3個)の下側開口24(図1にそのうちの1個を破線で図示している)が形成され、そして陰極枠体4には下側開口24の各々から実質上水平に陰極枠体4を貫通して延びる複数個(図示の場合は3個)の下側流路26(図1にそのうちの1個を破線で図示している)が形成されている。上側開口20及び下側開口24は円形でよく、上側流路22の横断面形状及び下側流路26の横断面形状は上側開口20及び下側開口24の円形に合致した円形でよい。上流流路22と下流流路26とは、ハウジング2の外側に配設されている外側流路(図示していない)によって接続されており、外側流路31(図2にその一部を図示している)には循環用ポンプ、製品貯蔵用タンク及び流動制御のための複数個の弁部材等も配設されている(外側流路及びこれに配設された上記のとおりの構成要素は当業者には周知であるので、これらについての詳細な説明は本明細書においては省略する)。
Continuing the explanation with reference to Figure 3 along with Figures 1 and 2, a plurality of (six in the illustrated case) upper openings 20 (one of which is shown by a dashed line and one of which is shown by a solid line in Figures 1 and 3, respectively) are formed at equal intervals in the width direction (the direction perpendicular to the paper surface in Figure 1, and the left-right direction in Figure 2) at the upper end of the inner surface (the left side surface in Figure 1) of the
陰極枠体4の内面には陰極板32が固定されている。図示の実施形態においては、陰極板32は陰極枠体4に形成されている上記上側開口20よりも上方から陰極枠体4に形成されている上記下側開口24よりも下方まで連続して延在している。陰極板32はニッケルの如き適宜の導電性金属から形成された矩形板から構成されており、その上端面は上記陰極側上壁部材8の内面(即ち下面)に当接乃至近接し、その下端面は上記陰極側下壁部材12の内面(即ち上面)に当接乃至近接し、その前側面は前壁部材16の内面(即ち後面)に当接乃至近接し、その後側面は上記後壁部材18の内面(即ち前面)に当接乃至近接している。陰極枠体4に対する陰極板32の固定は、例えば陰極板32の4角部において陰極板32を通して締結ねじ(図示していない)を陰極枠体4に螺着することによって好都合に実施することができる。陰極板32の上端部には幅方向(図1において紙面に垂直な方向、図2において左右方向)に等間隔をおいて複数個(図示の場合は6個)の上側貫通開口34が形成され、陰極板32の下端部には幅方向(図1において紙面に垂直な方向、図2において左右方向)に等間隔をおいて複数個(図示の場合は3個)の下側貫通開口36が形成されている(上側貫通開口34及び下側貫通開口36については後に更に言及する)。陰極板32に形成されている上側貫通開口34の各々は陰極枠体4の上端部に形成されている上記上側開口20の各々に夫々整合して位置している。図示の実施形態においては、上側貫通開口34の各々は上記上側開口20の各々と同一形状(従って円形)で且つ同一寸法である。同様に、陰極板32に形成されている下側貫通開口36の各々は陰極枠体4の下端部に形成されている上記下側開口24の各々に夫々整合して位置していることが重要である。図示の実施形態においては、下側貫通開口36の各々は上記下側開口24の各々と同一形状(従って円形)で且つ同一寸法である。上側貫通開口34(及び上側開口20)は陰極板32の上端に近接して位置し、下側貫通開口36(及び下側開口24)は陰極板32の下端に近接して位置するのが好ましい。
A
図1と共に図3を参照して説明を続けると、陰極枠体4と陰極板32との間にはガスケット38が介在されているのが好適である。ガスケット38によって陰極板32を陰極枠体4に安定して固定することができ、そしてまた陰極枠体4と陰極板32との界面への液体の浸透による腐食等を防止することができる。このガスケット38は陰極板32と実質上同一寸法の矩形板でよく(前述した如くガスケット38を陰極枠体4に対応した大きさにすることもできる)、適宜のエラストマ、例えばシリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、軟質塩化ビニル、ブチルゴム、ブタジエンゴム又はフッ素ゴムから形成することができる。陰極枠体4と陰極板32との間にガスケット38を介在させる場合には、陰極板32の4角部において陰極板32と共にガスケット38を通して締結ねじ(図示していない)を陰極枠体4に螺着することができる。ガスケット38の上端部には、陰極板32に形成されている上側貫通開口34の各々と陰極枠体4に形成されている上側開口20の各々とを連通する複数個(図示の場合は6個の上側連通開口40が形成され、ガスケット38の下端部には、陰極板32に形成されている下側貫通開口36の各々と陰極枠体4に形成されている下側開口24の各々とを連通する複数個(図示の場合は3個)の下側連通開口42が形成されている。図3を参照することによって明確に理解される如く、ガスケット38に形成される上側連通開口40及び下側連通開口42は、上側貫通開口34及び上側開口20並びに下側貫通開口36及び下側開口24よりも大きいことが望ましい。ガスケット38に形成される上側連通開口40及び下側連通開口42が上側貫通開口34及び上側開口20並びに下側貫通開口36及び下側開口24と実質上同一寸法である場合には、電解槽を連続して作動させると、ガスケット38が幾分膨張されて上側連通開口40及び下側連通開口42が縮小及び変位され、これに起因して上側貫通開口34と上側開口20との連通並びに下側貫通開口36と下側開口24との連通が不充分になる或いは毀損されてしまう傾向がある。上側連通開口40及び下側連通開口42は、上側貫通開口34及び上側開口20並びに下側貫通開口36及び下側開口24の直径よりも所定長さ大きい直径を有する円形でよい。上側連通開口40及び下側連通開口42の各々は、必ずしも上側貫通開口34及び上側開口20並びに下側貫通開口36及び下側開口24の各々と同心である必要はなく偏心させることもできる。上側連通開口40及び下側連通開口42の直径並びに上側貫通開口34及び上側開口20並びに下側貫通開口36及び下側開口24に対する偏心度合いは、電解槽の連続的作動によるガスケット38の膨張及び変位に基いて実験的に設定することができる。ガスケット38に形成される上側連通開口40及び下側連通開口42を大きくする程、連通が不充分になる或いは毀損される可能性は低くなるが、後述する如く陰極板32の裏面に液が触れる面積が増大することで、電食乃至腐食が発生し、液中に混入する電極金属が増加してしまう。このため、ガスケット38に形成される上側連通開口40及び下側連通開口42としての好ましいサイズは、上側貫通開口34及び上側開口20並びに下側貫通開口36及び下側開口24のサイズの+30mm以下、好ましくは+20mm以下、より好ましくは+10mm以下である。また、ガスケット38に膨張しにくい材質を用いれば、上側連通開口40及び下側連通開口42のサイズが上側貫通開口34及び上側開口20並びに下側貫通開口36及び下側開口24のサイズに近い場合でも連通が不充分になる或いは毀損される可能性は低くなる。そのため、ガスケット38に使用する材質としては、線膨張係数が好ましくは3×10-4(1/℃)以下、より好ましくは1.5×10-4(1/℃)以下、最も好ましくは1×10-4(1/℃)以下である。
Continuing the explanation with reference to FIG. 1 and FIG. 3, it is preferable that a
図示の実施形態においては、陽極枠体6は上述した陰極枠体4と実質上同一である。更に詳しくは、陰極枠体4と陽極枠体6とは両者間を図1において紙面に垂直に延びる仮想面を対称面とする面対称をなす。従って、陽極枠体6には、上側開口44、上側流路46、下側開口48及び下側流路50が配設されている。説明の重複を避けるため、上側開口44、上側流路46、下側開口48及び下側流路50の詳細な説明は省略する。上側流路46と下側流路50とはハウジング2の外側に配設されている外側流路(図示していない)によって接続されており、外側流路には循環用ポンプ、原料貯蔵用タンク及び流動制御のための複数個の弁部材等も配設されている(外側流路及びこれに配設された上記のとおりの構成要素は当業者には周知であるので、これらについての詳細な説明は本明細書においては省略する)。
In the illustrated embodiment, the
陽極枠体6の内面には陽極板56が固定されている。図示の実施形態において、陽極板56は、陽極に適した適宜の導電性金属、例えば表面に酸化インジウムをメッキしたチタン、から形成されている点を除き、上述した陰極板32と実質上同一である。更に詳しくは、陰極板32と陽極板56とは両者間を図1において紙面に垂直に延びる仮想面を対称面とする面対称をなす。従って、陽極板56は陽極枠体6に形成されている上記上側開口44よりも上方から陽極枠体6に形成されている上記下側開口48よりも下方まで連続して延在する矩形状である。そして、陽極板56には、陽極枠体6に形成されている上側開口44及び下側開口48に夫々に整合して位置する上側貫通開口58及び下側貫通開口60が形成されている。説明の重複を避けるために、陽極板56の詳細な説明は省略する。
An
図示の実施形態においては、陽極枠体6と陽極板56との間にもガスケット62が介在されている。このガスケット62も、陰極枠体4と陰極板32との間に介在されているガスケット38と実質上同一である。更に詳しくは、ガスケット38とガスケット62とは両者間を図1において紙面に垂直に延びる仮想面を対称面とする面対称をなす。従って、ガスケット62には、陽極枠体6に形成されている上側開口44と陽極板56に形成されている上側貫通開口58を連通する上側連通開口64と共に陽極枠体6に形成されている下側開口48と陽極板56に形成されている下側貫通開口60を連通する下側連通開口66が形成されている。説明の重複を避けるために、ガスケット62並びに上側連通開口64及び下側連通開口66の詳細については説明を省略する。
In the illustrated embodiment, a
図1を参照することによって明確に理解されるとおり、図示の実施形態においては、陰極板32と陽極板56との間にはカチオン交換膜68が配設されている。それ自体は周知の形態でよいカチオン交換膜68は矩形板形状であり、その上端縁部は陰極側上壁部材8と陽極側上壁部材10の間に把持され、その下端縁部は陰極側下壁部材12と陽極側下壁部材14との間に把持され、陰極枠体4及び陽極枠体6の前面側縁部は陰極側前壁部材16と陽極側前壁部材の間に把持され、陰極枠体4及び陽極枠体6の後面側縁部は陰極側後壁部材18と陽極側後壁部材との間に把持されている。カチオン交換膜68と陰極側上壁部材8及び陽極側上壁部材10、陰極側下壁部材12及び陽極側下壁部材14、陰極側前壁部材16と陽極側前壁部材、並びに陰極側後壁部材18と陽極側後壁部材の各々との間には適宜のシール部材(図示していない)を介在させることができる。
1, in the illustrated embodiment, a
上述したとおりの電解槽においては、陰極板32とカチオン交換膜68との間に陰極室乃至製品室70が規定され、陽極板56とカチオン交換膜68との間に陽極室即ち原料室72が規定されている。そして、当初は希釈化された水酸化第4級アンモニウム水溶液(又は純水)が製品室70を通して循環され、更に詳しくは陰極枠体4に形成されている下側流路26と上側流路22との一方を通して製品室70に流入され他方を通して製品室70から流出される。同時に、4級アンモニウム塩水溶液が原料室72を通して循環され、更に詳しくは陽極枠体6に形成されている下側流路50と上側流路46との一方を通して原料室72に流入され他方を通して流出される。陰極板32と陽極板56との間には電解電圧が印加される。かくして、製品室70を循環する水酸化第4級アンモニウム水溶液の濃度が漸次増大される。かような電解作用は当業者には周知であるので、その詳細な説明は本明細書においては省略する。而して、本発明に従って構成された電解槽の図示の実施形態においては、陰極板32及び陽極板56の各々は陰極枠体4及び陽極枠体6に形成されている上側開口20及び44よりも上方から下側開口24及び48よりも下方まで連続して延びる形態であり、陰極板32及び陽極板56の各々に上側開口20及び44並びに下側開口24及び48に整合する上側貫通開口34及び58並びに下側貫通開口36及び60が形成されている故に、陰極板32及び陽極板56は夫々陰極枠体4及び陽極枠体6の内面の略全体に渡って延在し、従って電解槽の大きさに対する陰極板32及び陽極板56の相対的通電面積が大きく、かくして向上された電解効率によって電解が遂行される。
In the electrolytic cell as described above, a cathode chamber or
本発明に従って構成された電解槽においては、陰極側流体排出路の有効流路断面積CDは陰極側流体供給路の有効流路断面積CSよりも大きく、同様に陽極側流体排出路の有効流路断面積ADは陽極側流体供給路の有効流路断面積ASよりも大きいことが重要である。語句「有効流路断面積」は流路中の最小横断面積を意味する。図示の実施形態においては、陰極側流体排出路の有効流路断面積CDは、陰極板32の形成されている6個の上側貫通開口34と共に上側貫通開口34に続く上側連通開口40、上側開口20、上側流路22及び外側流路31の一部によって規定されており、上側連通開口34、上側開口20、上側流路22及び外側流路31の一部の横断面積は上側貫通開口34の横断面積と同一或いはこれよりも大きく、従って陰極側流体排出路の有効流路断面積CDは6個の上側貫通開口34の合計横断面積によって規定される。また、陰極側流体供給路の有効流路断面積CSは、陰極板32に形成されている3個の下側貫通開口36と共に下側貫通開口36に続く下側連通開口42、下側開口24、下側流路26及び外側流路31の一部によって規定されており、下側連通開口42、下側開口24、下側流路26及び外側流路31の一部の横断面積は下側貫通開口36の横断面積と同一或いはこれよりも大きく、従って陰極側流体供給路の有効流路断面積CSは3個の下側貫通開口36の合計横断面積によって規定される。特に排出される流体による背圧上昇の抑制の観点から、外側流路31の一部の横断面積は、上側貫通開口34乃至下側貫通開口36の横断面積よりも大きいことが好ましい。具体的には、外側流路31の一部の横断面積は、上側貫通開口34乃至下側貫通開口36の横断面積の1.0倍以上が好ましく、1.5倍以上がより好ましい。上側貫通開口34乃至下側貫通開口36に対する外側流路31の一部の横断面積は、有効流路断面積と流体の供給量を勘案して適宜決定される。
In an electrolytic cell constructed according to the present invention, it is important that the effective flow cross-sectional area CD of the cathode-side fluid discharge channel is larger than the effective flow cross-sectional area CS of the cathode-side fluid supply channel, and similarly, the effective flow cross-sectional area AD of the anode-side fluid discharge channel is larger than the effective flow cross-sectional area AS of the anode-side fluid supply channel. The term "effective flow cross-sectional area" means the minimum cross-sectional area in the channel. In the illustrated embodiment, the effective flow cross-sectional area CD of the cathode-side fluid discharge channel is determined by the six upper through-
図示の実施形態においては、上述したとおり上側貫通開口34は幅方向(図1において紙面に垂直な方向、図2において左右方向)に等間隔をおいて6個形成されているのに対して、下側貫通開口36は幅方向(図1において紙面に垂直な方向、図2において左右方向)に等間隔をおいて3個形成されており、6個の上側貫通開口34の各々の横断面積と3個の下側貫通開口36の各々の横断面積は全て同一である。従って、陰極側流体排出路の有効流路断面積CDは陰極側流体供給路の有効流路断面積CSの2倍である。後述する実施例からも理解される如く、陰極側流体排出路の有効流路断面積CDは陰極側流体供給路の有効流路断面積CSの1.1乃至3.0倍(CD=1.1乃至3.0CS)、特に1.5乃至2.5倍(CD=1.5乃至2.5CS)であるのが好ましい。
In the illustrated embodiment, as described above, six upper through-
陰極板32に形成されている上側貫通開口34及び下側貫通開口36の横断面積は、最大限の電界効率を達成するために必要最小限に設定することが望まれる。然るに、本発明者等は、電解槽の作動について鋭意検討及び実験を重ねた結果、陰極室乃至製品室70においては電解作用に起因してガスが生成され、陰極側流体排出路においては陰極側流体に加えて生成されたガスも流動される。それ故に、陰極側流体排出路の有効流路断面積CDを陰極側流体供給路の有効流路断面積CSと同一に設定すると、陰極側流体排出路では陰極側流体供給路に比べて流速が増大されて背圧が生成され、これに起因して電解電圧が上昇され電解槽の安定した作動が阻害される傾向がある。然るに、本発明に従って構成された電解槽においては、陰極側流体排出路の有効流路断面積CDは陰極側流体供給路の有効流路断面積CSよりも大きく設定されている故に、後述する実施例からも明確に理解されるとおり、電解電圧の上昇が回避され電解槽の安定した作動が確保される。
The cross-sectional areas of the upper through-
図1乃至図3に図示する上述したとおりの形態においては、上側貫通開口34の個数(6個)を下側貫通開口36の個数(3個)よりも多くして、陰極側流体排出路の有効流路断面積CDを陰極側流体供給路の有効流路断面積CSよりも大きくしているが、所望ならば、上側貫通開口34の個数と下側貫通開口36の個数とを同一にして、上側貫通開口34の各々の横断面積を下側貫通開口36の各々の横断面積よりも大きく設定して、陰極側流体排出路の有効流路断面積CDを陰極側流体供給路の有効流路断面積CSよりも大きくすることもできる。図4に図示する変形例においては、陰極板32の上端部には幅方向(図4において左右方向)に等間隔をおいて3個の上側貫通開口34が形成され(従って、上側連通開口40、上側開口20及び上側流路22も夫々3個形成されている)、陰極板32の下端部には幅方向(図4において左右方向)に等間隔をおいて3個の下側貫通開口36が形成されており、上側貫通開口34の各々の横断面積は下側貫通開口36の各々の横断面積の2倍に設定されている。然るに、本発明者等の経験によれば、上側貫通開口34の各々の横断面積を下側貫通開口36の各々の横断面積よりも大きく設定するよりも、上側貫通開口34の個数を下側貫通開口36の個数よりも多くする方が、排出流がより一層円滑になる傾向がある。
In the embodiment illustrated in FIGS. 1 to 3 as described above, the number of the upper through openings 34 (six) is made greater than the number of the lower through openings 36 (three) to make the effective flow path cross-sectional area CD of the cathode-side fluid discharge channel greater than the effective flow path cross-sectional area CS of the cathode-side fluid supply channel; however, if desired, the numbers of the upper through
上述した実施形態及び変形例においては、陰極板32に幅方向に等間隔をおいて複数個の上側貫通開口34及び下側貫通開口36を形成しているが、所望ならば陰極板32に幅方向に細長く延在する1個の上側貫通開口及び下側貫通開口を形成し、上側貫通開口34の横断面積を下側貫通開口36の横断面積よりも大きくすることもできる。
In the above-described embodiment and modified example, a plurality of upper through
更に、上述した実施形態及び変形例においては、陰極板32は陰極枠体4に形成されている上側開口20よりも上方から陰極枠体4に形成されている下側開口24よりも下方まで連続して延在する形態であり、陰極板32の上端部には幅方向(図1において紙面に垂直な方向、図2及び図4において左右方向)に等間隔をおいて複数個の上側貫通開口34が形成され、陰極板32の下端部に幅方向(図1において紙面に垂直な方向、図2及び図4において左右方向)に等間隔をおいて複数個の下側貫通開口36が形成されているが、所望ならば、例えば陰極板32を陰極枠体4に形成されている上側開口20よりも下方から陰極枠体4に形成されている下側開口24よりも上方までの間を延在する形態にして、陰極板32には上側貫通開口34及び下側貫通開口36を形成することなく、陰極側流体排出路の上流端は陰極枠体4に形成された上側開口20によって規定し、陰極側流体供給路の下流側は陰極枠体4に形成された下側開口24によって規定することもできる。かかる場合には、陰極側流体排出路の有効流路断面積は上側開口20の合計横断面積によって規定され、陰極側流体供給路の有効流路断面積は下側開口24の合計横断面積によって規定される。
Furthermore, in the above-described embodiment and modified example, the
陰極側流体排出路の有効流路断面積CDと陰極側流体供給路の有効流路断面積CSとの関係について具体的に説明したが、陽極側流体排出路の有効流路断面積ADと陽極側流体供給路の有効流路断面積ASとの関係も全く同様であり、説明の重複をさせるために、陽極側流体排出路の有効流路断面積ADと陽極側流体供給路の有効流路断面積ASとの関係についての具体的な説明は省略する。 The relationship between the effective flow cross-sectional area CD of the cathode side fluid discharge path and the effective flow cross-sectional area CS of the cathode side fluid supply path has been specifically explained, but the relationship between the effective flow cross-sectional area AD of the anode side fluid discharge path and the effective flow cross-sectional area AS of the anode side fluid supply path is exactly the same, and in order to avoid duplication of explanation, a specific explanation of the relationship between the effective flow cross-sectional area AD of the anode side fluid discharge path and the effective flow cross-sectional area AS of the anode side fluid supply path will be omitted.
実施例1乃至3及び比較例1
図1乃至図3或いは図4に図示するとおりの形態の電解槽を作成し、定電流制御様式で作動させ、作動時間中のセル電圧(陽極板と陰極板との間の電圧)の平均値を検出した。実施例1乃至3においては、陰極側流体排出路の有効流路断面積CDは陰極側流体供給路の有効流路断面積CSよりも大きく、同様に陽極側流体排出路の有効流路断面積ADは陽極側流体供給路の有効流路断面積ASよりも大きかった。一方、比較例1においては、陰極側流体排出路の有効流路断面積CDと陰極側流体供給路の有効流路断面積CSとは同一であり、同様に陽極側流体排出路の有効流路断面積ADと陽極側流体供給路の有効流路断面積ASとは同一であった。セル電圧の平均値は表1に示すとおりであった。
Examples 1 to 3 and Comparative Example 1
An electrolytic cell having the configuration shown in Figures 1 to 3 or 4 was prepared and operated in a constant current control mode, and the average value of the cell voltage (the voltage between the anode plate and the cathode plate) during operation was detected. In Examples 1 to 3, the effective flow cross-sectional area CD of the cathode side fluid discharge channel was larger than the effective flow cross-sectional area CS of the cathode side fluid supply channel, and similarly, the effective flow cross-sectional area AD of the anode side fluid discharge channel was larger than the effective flow cross-sectional area AS of the anode side fluid supply channel. On the other hand, in Comparative Example 1, the effective flow cross-sectional area CD of the cathode side fluid discharge channel and the effective flow cross-sectional area CS of the cathode side fluid supply channel were the same, and similarly, the effective flow cross-sectional area AD of the anode side fluid discharge channel and the effective flow cross-sectional area AS of the anode side fluid supply channel were the same. The average value of the cell voltage was as shown in Table 1.
電解槽の構成要素の詳細及び作動状態は、次のとおりである。
作動時間:30日間
陰極:ニッケル板(厚さ2mm、表面寸法1m×1m)
陽極:表面に酸化インジウムをメッキしたチタン板(厚さ2mm、
表面寸法1m×1m)
カチオン交換膜:ケマーズ社(Chemours Company)から製品名
「N324」として販売されている交換膜(厚さ1mm)
ガスケット:EPDM(上側連通開口及び下側連通開口の直径は対応する上
側貫通開口及び下側貫通開口の直径より夫々2mm大きい)
原料(陽極側流体):塩化メチルアンモニウム水溶液
製品(陰極側流体):水酸化メチルアンモニウム水溶液
電流:1000A(10A/dm2)
作動温度:70℃
電解槽組み立て時温度:20℃
原料(陽極側流体)流量:20L/min
製品(陰極側流体)流量:20L/min
The details of the components of the electrolytic cell and their operating conditions are as follows:
Operating time: 30 days
Cathode: Nickel plate (
Anode: Titanium plate with indium oxide plating on the surface (
Surface dimensions: 1m x 1m)
Cation exchange membrane: product name from Chemours Company
Replacement membrane (1mm thick) sold as "N324"
Gasket: EPDM (The diameter of the upper and lower communication openings is the corresponding upper
2 mm larger than the diameter of the side through-hole and the lower through-hole, respectively)
Raw material (anode side fluid): Methylammonium chloride aqueous solution Product (cathode side fluid): Methylammonium hydroxide aqueous solution
Current: 1000A (10A/dm 2 )
Operating temperature: 70°C
Electrolytic cell assembly temperature: 20°C
Raw material (anode side fluid) flow rate: 20L/min
Product (cathode side fluid) flow rate: 20L/min
本発明の好適実施形態を図示している添付図面を参照して詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能であることは多言を要しない。例えば、図示の実施形態においては、陰極板32と陽極板56との間に1個のカチオン交換膜68が配設されているが、陰極板32と陽極板56との間に複数個の交換膜(カチオン交換膜及びアニオン交換膜)が配設されている電解槽にも本発明を適用することができる。
Although the present invention has been described in detail with reference to the attached drawings illustrating preferred embodiments thereof, it goes without saying that the present invention is not limited to such embodiments, and various modifications and alterations are possible without departing from the technical scope of the present invention. For example, in the illustrated embodiment, one
2:電解槽のハウジング
4:陰極枠体
6:陽極枠体
8:陰極側上壁部材
10:陽極側上壁部材
12:陰極側下壁部材
14:陽極側下壁部材
16:陰極側前壁部材
18:陰極側後壁部材
20:上側開口
22:上側流路
24:下側開口
26:下側流路
31:外側流路
32:陰極板
34:上側貫通開口
36:下側貫通開口
38:ガスケット
40:上側連通開口
42:下側連通開口
44:上側開口
46:上側流路
48:下側開口
50:下側流路
56:陽極板
58:上側貫通開口
60:下側貫通開口
62:ガスケット
64:上側連通開口
66:下側連通開口
68:カチオン交換膜
70:製品室(陰極室)
72:原料室(陽極室)
Description of the embodiment 2: Housing of electrolytic cell 4: Cathode frame 6: Anode frame 8: Cathode side upper wall member 10: Anode side upper wall member 12: Cathode side lower wall member 14: Anode side lower wall member 16: Cathode side front wall member 18: Cathode side rear wall member 20: Upper opening 22: Upper flow path 24: Lower opening 26: Lower flow path 31: Outer flow path 32: Cathode plate 34: Upper through opening 36: Lower through opening 38: Gasket 40: Upper communication opening 42: Lower communication opening 44: Upper opening 46: Upper flow path 48: Lower opening 50: Lower flow path 56: Anode plate 58: Upper through opening 60: Lower through opening 62: Gasket 64: Upper communication opening 66: Lower communication opening 68: Cation exchange membrane 70: Product room (cathode room)
72: Raw material room (anode room)
Claims (7)
内面に陰極板が固定された陰極枠体と、内面に陽極板が固定された陽極枠体と、該陰極枠体と該陽極枠体との間に配設されたイオン交換膜と、該陰極枠体と該イオン交換膜との間に規定された陰極室に陰極側流体を供給するための陰極側流体供給路と、該陰極室から陰極側流体を排出するための陰極側流体排出路と、該陽極枠体と該イオン交換膜との間に規定された陽極室に陽極側流体を供給するための陽極側流体供給路と、該陽極室から陽極側流体を排出するための陽極側流体排出路とを含み、
該陰極側流体排出路の有効流路断面積CDは該陰極側流体供給路の有効流路断面積CSよりも大きく、該陽極側流体排出路の有効流路断面積ADは該陽極側流体供給路の有効流路断面積ASよりも大きく、
該陰極枠体には、該内面の上端部に位置する上側開口から延びる少なくとも1個の上側流路及び該内面の下端部に位置する下側開口から延びる少なくとも1個の下側流路が配設されており、
該陽極枠体には、該内面の上端部に位置する上側開口から延びる少なくとも1個の上側流路及び該内面の下端部に位置する下側開口から延びる少なくとも1個の下側流路が配設されており、
該陰極板は該陰極室内において該陰極枠体の該上側開口よりも上方から該陰極枠体の該下側開口よりも下方まで連続して延在し、
該陰極板の上端部には該陰極枠体の該上側開口に整合する少なくとも1個の上側貫通開口が形成されており、該陰極板の下端部には該陰極枠体の該下側開口に整合する少なくとも1個の下側貫通開口が形成されており、
該陽極板は該陽極室内において該陽極枠体の該上側開口よりも上方から該陽極枠体の該下側開口よりも下方まで連続して延在し、
該陽極板の上端部には該陽極枠体の該上側開口に整合する少なくとも1個の上側貫通開口が形成されており、該陽極板の下端部には該陽極枠体の該下側開口に整合する少なくとも1個の下側貫通開口が形成されており、
該陰極板の該上側貫通開口及び該陰極枠体の該上側流路が該陰極側流体排出路と該陰極側流体供給路との一方を構成し、該陰極板の該下側貫通開口及び該陰極枠体の該下側流路が該陰極側流体排出路と該陰極側流体供給路との他方を構成し、
該陽極板の該上側貫通開口及び該陽極枠体の該上側流路が該陽極側流体排出路と該陽極側流体供給路との一方を構成し、該陽極板の該下側貫通開口及び該陽極枠体の該下側流路が該陽極側流体排出路と該陽極側流体供給路との他方を構成する、
ことを特徴とする電解槽。 An electrolytic cell for producing an aqueous solution of quaternary ammonium hydroxide from an aqueous solution of a quaternary ammonium salt, comprising:
the cathode frame having a cathode plate fixed to its inner surface, an anode frame having an anode plate fixed to its inner surface, an ion exchange membrane disposed between the cathode frame and the anode frame, a cathode side fluid supply channel for supplying a cathode side fluid to a cathode chamber defined between the cathode frame and the ion exchange membrane, a cathode side fluid discharge channel for discharging the cathode side fluid from the cathode chamber, an anode side fluid supply channel for supplying an anode side fluid to an anode chamber defined between the anode frame and the ion exchange membrane, and an anode side fluid discharge channel for discharging the anode side fluid from the anode chamber,
an effective flow path cross-sectional area CD of the cathode side fluid discharge path is larger than an effective flow path cross-sectional area CS of the cathode side fluid supply path, and an effective flow path cross-sectional area AD of the anode side fluid discharge path is larger than an effective flow path cross-sectional area AS of the anode side fluid supply path,
the cathode frame is provided with at least one upper flow passage extending from an upper opening located at an upper end of the inner surface and at least one lower flow passage extending from a lower opening located at a lower end of the inner surface;
the anode frame is provided with at least one upper flow passage extending from an upper opening located at an upper end of the inner surface and at least one lower flow passage extending from a lower opening located at a lower end of the inner surface;
the cathode plate extends continuously within the cathode chamber from above the upper opening of the cathode frame to below the lower opening of the cathode frame,
At least one upper through-opening is formed in an upper end of the cathode plate, the upper through-opening being aligned with the upper opening of the cathode frame, and at least one lower through-opening is formed in a lower end of the cathode plate, the lower through-opening being aligned with the lower opening of the cathode frame;
the anode plate extends continuously within the anode chamber from above the upper opening of the anode frame to below the lower opening of the anode frame,
At least one upper through-opening is formed in an upper end of the anode plate, the upper through-opening being aligned with the upper opening of the anode frame, and at least one lower through-opening is formed in a lower end of the anode plate, the lower through-opening being aligned with the lower opening of the anode frame;
the upper through-opening of the cathode plate and the upper flow path of the cathode frame constitute one of the cathode side fluid discharge path and the cathode side fluid supply path, and the lower through-opening of the cathode plate and the lower flow path of the cathode frame constitute the other of the cathode side fluid discharge path and the cathode side fluid supply path,
the upper through-opening of the anode plate and the upper flow path of the anode frame constitute one of the anode-side fluid discharge path and the anode-side fluid supply path, and the lower through-opening of the anode plate and the lower flow path of the anode frame constitute the other of the anode-side fluid discharge path and the anode-side fluid supply path.
Electrolytic cell characterized by:
該陽極枠体には、該内面の上端部に幅方向に間隔をおいて配置された複数個の上側開口から延びる複数個の上側流路及び該内面の下端部に幅方向に間隔をおいて配置された複数個の下側開口から延びる複数個の下側流路が配設されており、
該陰極板の上端部には該陰極枠体の該複数個の上側開口の各々に夫々整合する複数個の上側貫通開口が形成されており、該陰極板の下端部には該陰極枠体の該複数個の下側開口の各々に夫々整合する複数個の下側貫通開口が形成されており、
該陽極板の上端部には該陽極枠体の該複数個の上側開口の各々に夫々整合する複数個の上側貫通開口が形成されており、該陽極板の下端部には該陽極枠体の該複数個の下側開口の各々に夫々整合する複数個の下側貫通開口が形成されており、
該陰極側流体排出路を構成する該陰極板の該上側貫通開口及び該陰極枠体の該上側流路又は該陰極板の該下側貫通開口及び該陰極枠体の該下側流路の数は、該陰極側流体供給路を構成する該陰極板の該下側貫通開口及び該陰極枠体の該下側流路又は該陰極板の該上側貫通開口及び該陰極枠体の該上側流路の数よりも多く、
該陽極側流体排出路を構成する該陽極板の該上側貫通開口及び該陽極枠体の該上側流路又は該陽極板の該下側貫通開口及び該陽極枠体の該下側流路の数は、該陽極側流体供給路を構成する該陽極板の該下側貫通開口及び該陽極枠体の該下側流路又は該陽極板の該上側貫通開口及び該陽極枠体の該上側流路の数よりも多い、
請求項1記載の電解槽。 the cathode frame is provided with a plurality of upper flow paths extending from a plurality of upper openings arranged at an upper end of the inner surface at intervals in the width direction, and a plurality of lower flow paths extending from a plurality of lower openings arranged at a lower end of the inner surface at intervals in the width direction,
the anode frame is provided with a plurality of upper flow paths extending from a plurality of upper openings arranged at an upper end of the inner surface at intervals in the width direction, and a plurality of lower flow paths extending from a plurality of lower openings arranged at a lower end of the inner surface at intervals in the width direction,
a plurality of upper through-openings are formed at an upper end of the cathode plate, each of which is aligned with one of the plurality of upper openings of the cathode frame; and a plurality of lower through-openings are formed at a lower end of the cathode plate, each of which is aligned with one of the plurality of lower openings of the cathode frame;
a plurality of upper through-openings are formed at an upper end of the anode plate, each of which is aligned with one of the plurality of upper openings of the anode frame; and a plurality of lower through-openings are formed at a lower end of the anode plate, each of which is aligned with one of the plurality of lower openings of the anode frame;
the number of the upper through openings of the cathode plate and the upper flow paths of the cathode frame or the lower through openings of the cathode plate and the lower flow paths of the cathode frame constituting the cathode side fluid discharge path is greater than the number of the lower through openings of the cathode plate and the lower flow paths of the cathode frame or the upper through openings of the cathode plate and the upper flow paths of the cathode frame constituting the cathode side fluid supply path,
the number of the upper through openings of the anode plate and the upper flow paths of the anode frame or the lower through openings of the anode plate and the lower flow paths of the anode frame constituting the anode-side fluid discharge path is greater than the number of the lower through openings of the anode plate and the lower flow paths of the anode frame or the upper through openings of the anode plate and the upper flow paths of the anode frame constituting the anode-side fluid supply path.
2. The electrolytic cell of claim 1 .
該陽極枠体の該上側開口及び該下側開口並びに該陽極板の該上側貫通開口及び該下側貫通開口は円形断面形状を有する、
請求項4記載の電解槽。 the upper opening and the lower opening of the cathode frame and the upper through-opening and the lower through-opening of the cathode plate have a circular cross-sectional shape,
the upper opening and the lower opening of the anode frame and the upper through opening and the lower through opening of the anode plate have a circular cross-sectional shape;
5. The electrolytic cell of claim 4 .
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022110449A JP7638933B2 (en) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | Electrolyzer |
| KR1020247039046A KR20250036064A (en) | 2022-07-08 | 2023-05-08 | Electrolytic cell |
| CN202380052724.8A CN119563051A (en) | 2022-07-08 | 2023-05-08 | Electrolyzer |
| PCT/JP2023/017232 WO2024009599A1 (en) | 2022-07-08 | 2023-05-08 | Electrolysis tank |
| TW112121146A TW202403106A (en) | 2022-07-08 | 2023-06-07 | Electrolytic cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022110449A JP7638933B2 (en) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | Electrolyzer |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024008512A JP2024008512A (en) | 2024-01-19 |
| JP2024008512A5 JP2024008512A5 (en) | 2024-07-30 |
| JP7638933B2 true JP7638933B2 (en) | 2025-03-04 |
Family
ID=89453054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022110449A Active JP7638933B2 (en) | 2022-07-08 | 2022-07-08 | Electrolyzer |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7638933B2 (en) |
| KR (1) | KR20250036064A (en) |
| CN (1) | CN119563051A (en) |
| TW (1) | TW202403106A (en) |
| WO (1) | WO2024009599A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004285427A (en) | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Mitsui Chemicals Inc | Ion exchange membrane electrolytic cell with gas diffusion electrode |
| WO2009004937A1 (en) | 2007-07-05 | 2009-01-08 | Tokuyama Corporation | Method for production of quaternary ammonium hydroxide |
| US20140262759A1 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Tennant Company | Electrolytic cell having a transition duct outlet |
| JP2016194094A (en) | 2013-09-10 | 2016-11-17 | 旭硝子株式会社 | Ammonia production method |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1140891A (en) * | 1978-01-03 | 1983-02-08 | General Electric Company | Electrolytic cell with membrane and electrodes bonded to it having outward projections |
| JPS59137969U (en) * | 1983-03-02 | 1984-09-14 | 鐘淵化学工業株式会社 | electrolytic cell |
| JPS60125386A (en) * | 1983-12-09 | 1985-07-04 | Tanabe Seiyaku Co Ltd | Filter press type electrolytic cell |
| JPS62142792A (en) | 1985-12-17 | 1987-06-26 | Tokuyama Soda Co Ltd | Method for producing high purity quaternary ammonium hydroxide aqueous solution |
| JPH0816274A (en) | 1994-06-24 | 1996-01-19 | Sanyo Electric Co Ltd | Method and circuit for reducing unnecessary radiation in electronic instrument |
| JPH0819539A (en) | 1994-07-05 | 1996-01-23 | Hitachi Medical Corp | Ultrasonic diagnostic device |
-
2022
- 2022-07-08 JP JP2022110449A patent/JP7638933B2/en active Active
-
2023
- 2023-05-08 CN CN202380052724.8A patent/CN119563051A/en active Pending
- 2023-05-08 KR KR1020247039046A patent/KR20250036064A/en active Pending
- 2023-05-08 WO PCT/JP2023/017232 patent/WO2024009599A1/en not_active Ceased
- 2023-06-07 TW TW112121146A patent/TW202403106A/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004285427A (en) | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Mitsui Chemicals Inc | Ion exchange membrane electrolytic cell with gas diffusion electrode |
| WO2009004937A1 (en) | 2007-07-05 | 2009-01-08 | Tokuyama Corporation | Method for production of quaternary ammonium hydroxide |
| US20140262759A1 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Tennant Company | Electrolytic cell having a transition duct outlet |
| JP2016194094A (en) | 2013-09-10 | 2016-11-17 | 旭硝子株式会社 | Ammonia production method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2024008512A (en) | 2024-01-19 |
| CN119563051A (en) | 2025-03-04 |
| WO2024009599A1 (en) | 2024-01-11 |
| TW202403106A (en) | 2024-01-16 |
| KR20250036064A (en) | 2025-03-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR890003860B1 (en) | Multi-cell electrolyzer | |
| JP7418867B2 (en) | generator | |
| JPS6315354B2 (en) | ||
| JP6258515B2 (en) | Electrode unit, electrolyzer, and electrode used in electrolyzer | |
| KR20230039712A (en) | Combined current carrier circulation chamber and frame for use in unipolar electrochemical devices | |
| EP0120628B2 (en) | Electrolytic cell | |
| CA2168325C (en) | End casing of an electrodialysis apparatus, electrodialysis apparatus equipped with such a casing, and use thereof | |
| JPS60218490A (en) | Electrode and electrolytic cell | |
| JP7638933B2 (en) | Electrolyzer | |
| JPH08502788A (en) | Electrolyzer design and electrodes therefor | |
| KR860001501B1 (en) | Double l-shaped electrode for brine electrolysis cell | |
| US4729822A (en) | Electrolytic cell | |
| KR200285556Y1 (en) | Electrolyzer | |
| KR100533516B1 (en) | Ion exchange membrane electrolyzer | |
| JP7467519B2 (en) | Electrolyzer | |
| RU2398051C2 (en) | Electrode for electrolytic cell | |
| US4484998A (en) | Electrolytic cell | |
| US4329218A (en) | Vertical cathode pocket assembly for membrane-type electrolytic cell | |
| JPH10309581A (en) | Electrolytic cell of ionized water generator | |
| DK181954B1 (en) | Electrolyzer with minimised shunt-currents and use thereof | |
| JP2001003189A (en) | Ion exchange membrane type electrolytic cell and electrolytic method | |
| JP2024008512A5 (en) | ||
| JPS63512B2 (en) | ||
| JPH04157189A (en) | Electrolytic cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230519 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20230519 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240722 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240722 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20240722 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20241008 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20241106 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250212 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250219 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7638933 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |