JPS5828355B2 - ソウキヨクガタデンカイフイルタ−プレスセル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電解セル（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ ｃｅ
ｌｌ）に関するもので、特に、流体密な状態でセル内の
双極極板のアノード素子からカソード素子に電気エネル
ギーが伝達されるようになっている双極型の極板を含む
電解セルに関するものである。

電離可能の化合物例えばアルカリ金属のハロゲン化物を
電解して有用な生成物例えばアルカリ金属水酸化物、水
素および元素ハロゲンを生ずる電気分解は昔から商業的
に実施されている。

この電解は多孔性のダイアフラムによって隔離された２
個の隔室をもつダイアフラムセル内で実施されていた。

１つの隔室は、カソードを含み、他方の隔室はアノード
を含み、電解液はアノード隔室から多孔性ダイアフラム
を通ってカソード隔室に流れて電気回路を閉成する。

このような２隔室型のセルの変型すなわちフィルタープ
レス型の構造においては、多数のセルが共通ハウジング
内に直列に接続される。

このような変型においては１つのセルのアーノルドが隣
接セルのカソードと電気的に接続され、これらのセルは
隣接セル間の電解液の通過を阻止する働きをするバリヤ
によって隔離される。

このような形態は「双極極板Ｊ （ｂｉｐｏｌａｒｅｌ
ｅｃｔｒｏｄｅ） と称され、セルの列は「双極型フ
ィルタープレスセルｊ （ｂｉｐｏｌａｒ ｔｙｐｅ
ｆｉｌｔｅｒｐｒｅｓｓ ｃｅｌｌ）と称される。

両方ともコンパクトで液密且つ気密の隣接セルユニット
のアノードおよびカソード素子間に有効な電気的接続を
設けることは、双極型フィルタープレスセルの設計およ
び製作上、重要で且つしばしば厄介な問題である。

成るセルにおいては、電気的接続は、外部配線によって
行なわれるが、外部配線は必要とされる金属の量の点で
高価となるのみならず、漏洩防止状態に維持困難である
。

例えば米国特許第３，２４２，０５９号に開示されたよ
うな他の装置においては、個々のセル分割体および電気
的接続体の両方に高価なチタンが使用される。

米国特許第３，７５２，７５７号においては、隣設する
セルユニットを隔離するプラスチックのバリヤーシート
を含む双極極板ユニットが提供される。

アノードおよびカソードユニットは、電極にとりつけら
れたボスを通して接続され、これらのボスを通ってのび
るボルトによって軸方向整合状態に維持される。

セルの密封は、各ボス内に切られた室内にセットされた
０ １Ｊングによって遠戚される。

このように、異種の金属が相互に接触する状態に配置さ
れているデザインは、注意深く製作することを必要とし
、膨張係数の差のために、長期間の使用にわたって流体
密な状態を維持することが困難である。

従って、現在入手できる双極極板のための入手可能の電
気的接続体には、未だに何等か望まれる点が残っている
ことがわかる。

本発明によって提供される、電離可能の化合物の電気分
解のための双極型電解フィルタープレスセルは、双極ア
ノード素子を含むアノード隔室と双極カソード素子を含
むカソード隔室とをそれぞれ有している複数のセルユニ
ットを含むセルハウジングを備え、各アノード隔室は、
１つのセルユニットから隣接するセルユニットへの電解
液およびガスの流れを阻止する電気的に不活性のセルセ
パレータによって、隣接のセルユニットのカソード隔室
から間隔を隔てた関係に保持され、且つアノード素子か
ら隣接のセルユニットのカソード素子に電気的エネルギ
ーを伝達する装置を備え、この電気的エネルギーを伝達
する装置は、 （１） 一端にキャップを有し、このキャップのつい
た端で上記のアノード素子に固定的にとりつけられ、該
アノード素子から上記のセルセパレータまで、好ましく
は、その中までのびている導電性の中空シリンダ部材と
、 （２）上記のカソード素子から上記のセルセパレータを
通って上記のシリンダ部材中にのび上記のアノード素子
と電気的に接触している導電性ロッドと、 （３）該導電性ロッドが該セルセパレータ中に入すこれ
を通過する点において電解液およびガスが該セルセパレ
ータを通るのを阻止する装置、例えば、ガスケットない
しワッシャと、 を備えたものである。

本発明は、電離可能の化合物、特にアルカリ金属ハロゲ
ン化物ブラインおよびハロゲン化水素酸の電解に適当な
電解セルにおいて、セルボデーを具備し、このセルボデ
ーは少くとも１つの双極極板を含み、この双極極板のア
ノード素子およびカソード素子は電気的に不活性、すな
わち非導電性のセルセパレータによって隔離され、この
アノードおよびカソード素子は該セルセパレークヲ流体
密の形態で通過する内部接続体によって電気的に接続さ
れている電解セルに関する。

この接続体は、該カソード素子から該セルセパレータを
通って導電性の中空シリンダ中にのびる導電性金属ロッ
ドより成り、該中空シリンダは一端でキャップをつけら
れ、このキャップ端において該アノード素子に固定的に
とりつけられこれと電気的に接触する。

キャップのついたシリンダ部材は該セルセパレータまで
のび、好ましくは、その中までのびる。

導電性ロッドは該シリンダと電気的に接触するように位
置せしめられ、このシリンダは該アノード素子と電気的
に接触して、これより、上記のアノードおよびカソード
素子の間に電気回路を閉成する。

シリンダは、好ましくは、セルセパレータを通ってアノ
ード隔室から流体が浅部するのを防止する装置を備なえ
、ロッドがセルセパレータ中に入りこれを通過する点に
ガスケットまたはワッシャまたはその両者が設けられる
。

また、この接続体は、非常に狭いトレランス内で正確に
制御できるように、間隔を隔てた関係で電解セル内にア
ノード素子およびカソード素子を固定する手段を与える
。

本発明が容易に理解されるように、次に好ましい実施例
について本発明を説明する。

しかし、本発明において後述の等価な素子を使用できる
ので本発明は、こ＼に説明する実施例に限定されるもの
ではない。

添付の図面は本発明による接続体を含む双極型電解セル
の部分的概略図を示す。

図面には双極型電解セルの概略部分図が示されていて、
１つの双極型セルの一部分が示されている。

図において、陽イオン活性選択透過膜 （ｃａｔｉｏｎ ａｃｔｉｖｅ ｐｅｒｍｓｅｌｅｃｔ
ｉｖｅｍｅｍｂ ｒ ａ ｎ ｅ ）をもつものとして
示されている有孔アノード素子２が、本発明に係る接続
体によって、隣接するセルユニットのカソード素子３に
電気的に接続される。

この接続体は、一端にキャップ６をもつ導電性の中空シ
リンダ部材５および導電性ロッド９を有している。

キャップ６とシリンダ５の接続部は気密且つ流体密であ
る。

図示のように、キャップのついたシリンダ部材はカラー
７を備えている。

シリンダ５はキャップ６の面において例えば溶接等によ
ってアノード素子２に固定的にとりつけられ、これと電
気的に接触していて、且つこれはセルセパレータ４の中
にのびている。

シリンダ部材５はチタン被覆された銅の管で製作するの
がよい。

図示のように、セルセパレータ４はシリンダ部材５のキ
ャップのついてない端部を受入れるように凹所を設けら
れる。

シリンダ５上のカラー７は、セパレータとシリンダ部材
の間に液密の接触を得るための手段を与える。

シリンダ部材カラーとセルセパレータの間の流体密の封
を助けるためにガスケット８を設けることもできる。

カソード素子３は鋼のスクリーンによって製作するのが
適当であるが、このカソード素子に鋼または他の金属の
カップ１０（断面で示されている）がとりつけられ、こ
れは導電性金属ロッド９を受入れる孔をもつ。

図示のように、ロッド９は両端にネジを有し、シリンダ
５中にのびていて、シリンダ５はこのスタッドを受入れ
るようにネジをつけられ、キャップ６を介してアノード
素子２と電気的に接触する。

これに代えて、ロッド９をシリンダ５内に加熱接合（ｓ
ｗｅａｔ）させることもできる。

ロッド９は、このロッドを確実に所定位置に保持する働
きをする固定ナラＮ１．１２によって、カップ１０を通
してカソード３に固定される。

ガスケット１３およびワッシャ１４は、固定ナツト１２
が締めつけられた時にロッド９が通過するセルセパレー
タ４の通路を密封する働きをする。

かくして、アノードおよびカソード素子の間に有効な電
気的接続をも与える流体密の機械的シールが得られる。

また、この構造は、アノードおよびカソード部材の間の
間隔の臨界的なトレランスの調節を可能とする。

この双極極板の素子を形成する電極は、これが接触する
可能性のある種々のセルの反応物および生成物、例えば
アルカリ金属水酸化物、塩酸、塩素等の腐蝕に対して耐
性のある任意の導電性金属で形成し得る。

典型的には、カソード素子は、鉄、鋼等によってつくる
ことができるが、一般に鋼が好ましい。

同様に、アノードは金属または合金でつくることができ
る。

典型的には、アノード素子は所謂「バルブ」メタル、例
えばチタン、クンタルまたはニオビウム、並らびにバル
ブメタルが少くとも約９０％を構成しているバルブメタ
ルの合金で形成される。

バルブメタルの表面は、■またはそれ以上の貴金属、貴
金属酸化物、またはこれらの酸化物のみの混合物または
これらの酸化物と他の金属の酸化物との混合物のコーチ
ングによって、活性となし得る。

使用し得る貴金属はルテニウム、ロジウム、パラジウム
、イリジウム、白金を含む。

特に好ましい金属アノードは、米国特許第３，６３２，
４９８号に記載されているいるように表面に混合された
酸化チタンおよびルテニウムのコーチングをもつチタン
により形成されたものである。

バルブメタルの基材は、より導電性の金属のコア、例え
ばアルミニウム、鋼、銅等の上に被覆されるのがよい。

カソード素子は有孔（ｆｏｒａｍｉｐｏｕｓ）または多
孔（ｐｏｒｏｕｓ）のもの、例えばスクリーン材料でつ
くらなければならないが、中実の鋼の板を使用すること
もできる。

しかし、アノード素子は、好ましくは、有孔または多孔
の材料でつくらなければならない。

本発明の電気的接属体の構成材料は、これが接触する可
能性のある種々のセル反応物および生成物の腐蝕に対し
て抵抗性のあるようなものとしなければならない。

セル内部環境に対して露出される導電性シリンダ部材の
部分は、セルが動作する時にセル内に存在する状態によ
って実質的に影響を受けない材料で適当に構成される。

シリンダ材料はこれがとりつけられるアノード部材に使
用されるのと同様の組成のバルブメタルで構成してもよ
いし、或いは、シリンダ部材の露出表面にチタン等の非
反応性金属或いはポリテトラフルオロエチレンのような
非反応性の樹脂材料をコーチングしてもよい。

導電性ロッドは銅、鋼、アルミニウム等のような金属製
とすべきである。

特に好ましい金属は、シリンダ部材についてチタン被覆
の銅で、導電性ロッドについて銅である。

導電性ロッドを位置定めし保持するに使用される固定ナ
ツトは典型的には鋼で構成される。

接続体の素子をセルセパレータに密封するのを助けるた
めにガスケットが使用される場合、このガスケットはネ
オブレンゴムまたはアスベスト製でよく、ワッシャは典
型的に鋼または鉄製である。

数個のセルユニットを分離し且つ双極極板のアノードお
よびカソード素子を絶縁するのに使用されるセルセパレ
ークは、好ましくは、セル反応物および生成物に対して
抵抗性の合成樹脂材でつくられる。

典型的には、ポリプロピレン、ポリエチレンおよびポリ
ブチレン、ポリビニルアセテート、ポリエステル等のよ
うな樹脂が使用される。

このような樹脂はアスベストのようなフィルター材料を
適当に包含し得る。

また、バルブメタルを使用することもできるが、経済的
理由および製作の容易さの理由で、このような金属は好
ましくない。

個々のセルのアノードおよびカソード隔室はダイアフラ
ム状のバリヤー即ち膜によって相互に分離できる。

ダイアフラムは省略してもよく、この場合には電解セル
は既知のように塩化ナトリウムのブラインの電解によっ
てナトリウムクロレードを生ずる。

アルカリ金属ハロゲン化物のブライン（ｂｒｉｎｅ）を
電解してアノード隔室に塩素を生じカソード隔室にアル
カリ金属水酸化物を生ずるに使用される従来型のセルに
おいては、多孔ダイアフラムが使用される。

典型的には、このような多孔性ダイアフラムは有孔カソ
ードによって与えられたアスベストダイアフラムである
。

最近この多孔性ダイアフラムの代りに液体およびガスに
対して実質的に非浸透性の陽イオン活性選択透過膜を使
用することが提案された。

好ましくは、この膜はアノードの前面に配置される。

多孔性アノードの前面にこのような膜を備えた電解セル
は１９７３年１１月１９日出願の米国特許願第４１６，
９１６号に開示されていて、その内容を参考のため、こ
＼に説明しである。

かくして、好ましい実施例において、これらの隔室は、
流体および気体に対して実質的に不浸透性であって本質
的に過弗素化されたハイドロカーボンおよびフルオロス
ルフォン化パーフルオロビニル、エーテルの加水分解さ
れたコポリマーによって構成された膜によって隔離され
る。

過弗素化されたハイドロカーボンは、好ましくは、テト
ロフルオロエチレンであるが、他の過弗素化された２な
いし５炭素原子の飽和および不飽和ハイドロカーボンを
使用してもよく、その中で、モノオレフィン系ハイドロ
カーボンが好ましく、特に２ないし４炭素原子のもの、
その中でも、２ないし３炭素原子のもの、例えばテトラ
フルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンが好まし
い。

最も有用なスルフォン化されたパーフルオロビニル、エ
ーテルは、 ＦＳＯ２ＣＦ２ＣＦ２０ＣＦ（ＣＦ３）ＣＦ２０ＣＦＣ
Ｆ２の式をもつものである。

パーフルオロ（２（２−フルオロスルフォニル−エトキ
シ）−フロヒル、ビニル、エーテル〕トの名のこのよう
な材料（ＰＳＥＰＶＥと称される）は、内部のパーフル
オロスルフォニルエトキシ成分を対応するプロポキシ成
分に変形し且つプロピルをエチルまたはブチルに変え、
さらに、スルフォニルの置換位置を再配置し、それぞれ
パーフルオロ−低アルキル群の異性体を使用することに
よって、等価の七ツマ−に変形できる。

しかし、ＰＳＥＰＶＥを使用することが最も好ましい。

こ＼に、本発明を特定の実施例について説明したが、本
発明はこれに限定されるべきものではなく、本発明の技
術的範囲内で幾多の変化および変型をなし得ることを理
解しなければならない。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明に係る接続体を含む双極型電解セルの
一部の概略図である。 １・・・陽イオン活性選択造膜、２・・・アノード素子
、３・・・カソード素子、４・・・セルセパレータ、５
・・・中空シリンダ部材、６・・・キャップ、７・・・
カラー、８・・・ガスケット、９・・・ロッド、１ｏ・
・・カップ、１１゜１２・・・固定ナツト、１３山ガス
ケツト、１４・・・ワッシャ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 双極アノード素子を各々含む複数のアノード隔室及
   び双極カソード素子を各々含む複数のカソード隔室から
   なる複数のセルユニットを含むセルハウジングを備え、
   前記隔室は、前記セルハウジング内において膜部材によ
   って分離されており、各アノード隔室は、１つのセルユ
   ニットから隣接するセルユニットへの電解液およびガス
   の流れを阻止する電気的に不活性なセルセパレータによ
   って、隣接のセルユニットのカソード隔室から間隔てた
   関係に保持され、且つアノード素子から隣接のセルユニ
   ットのカソード素子に電気的エネルギーを伝達する装置
   を備えている、電離可能な化合物の電解用双極型電解フ
   ィルタープレスセルにして、前記電気的エネルギーを伝
   達する装置は、一端にキャップを有し、このキャップの
   ついた端部において前記アノード素子に固定的にとりつ
   けられこれと電気的に接触していて、こいアノード素子
   から前記セルセパレータまでのびている導電性シリンダ
   部材であって前記セルセパレータと近接する位置の周縁
   にカラーが配置されているような導電性シリンダ部材と
   、前記カラーと前記セルセパレータとの間に配置され前
   記セルセパレータを通しての電解液およびガスの洩れを
   阻止するガスケット部材と、前記セルセパレータを通し
   て延びる導電性ロッドとを備えており、前記導電性ロッ
   ドの一端は、前記シリンダ部材内に調節しうるように係
   合しそれと電気的に接触し、前記導電性ロッドの他端は
   、前記カソード素子に機械的に取り付けられ且つ電気的
   に接触させられるように、前記導電性ロッドには、ネジ
   がつけられ、前記導電性シリンダ部材には、前記導電性
   ロッドを受は入れるよう内側にネジがつけられており、
   前記セルセパレータは、前記導電性シリンダ部材を部分
   的に受入れるように凹まされており、前記導電性ロッド
   は、これにねじ係合する１つ以上のナツト部材によって
   前記カソード素子に固定され且つ電気的に接触した状態
   に保持されることを特徴とする双極型電解フィルタープ
   レスセル。