JP2019039033A - Electrolytic cell and electrode plate for electrolytic cell - Google Patents
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Abstract
【課題】表面の膜の消耗度にバラツキが生じず、さらに電極の裏面も有効に使われることで電極の費用対効果も高く、また、溶液の流れが均一であるためスルーパスなどによる電解効率の低下を防止でき、さらにまた、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の分解防止のために希釈した場合の電流密度が低下にも対応できる電解セルを提供する。【解決手段】複数の、略円形の電極部3を有する電極板2と、電極板2を支持する複数の電極板支持体3とを有する電解セル1であって、電極板支持体5に、電極部3と略同形の断面を有する円筒形状で、水平方向に中心軸を有する貫通孔6が設けられており、電極板2と電極板支持体5が互い違いに、電極板2が電極板支持体5に挟着されるように横置されることで、電極板支持体5の貫通孔6と、それを両側から挟む電極板2とで電解室7が構成され、貫通孔6の側壁下部に原料供給孔9を、貫通孔6の側壁上部に製品排出孔10を有する。【選択図】図1There is no variation in the degree of wear of the film on the surface, and the back surface of the electrode is used effectively, so that the cost effectiveness of the electrode is high, and since the solution flow is uniform, the electrolytic efficiency due to the through-pass etc. It is possible to provide an electrolysis cell that can prevent a decrease, and can cope with a decrease in current density when diluted to prevent decomposition of a sodium hypochlorite aqueous solution. An electrolysis cell (1) having a plurality of electrode plates (2) having a substantially circular electrode portion (3) and a plurality of electrode plate supports (3) supporting the electrode plate (2), A through-hole 6 having a central shape in the horizontal direction is provided in a cylindrical shape having a substantially the same cross section as the electrode portion 3, the electrode plate 2 and the electrode plate support 5 are alternately arranged, and the electrode plate 2 is supported by the electrode plate By being placed so as to be sandwiched between the body 5, an electrolytic chamber 7 is formed by the through hole 6 of the electrode plate support 5 and the electrode plate 2 sandwiching the electrode plate support 5 from both sides. The raw material supply hole 9 is provided, and the product discharge hole 10 is provided on the upper side wall of the through hole 6. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、電解セルおよび電解セル用電極板に関する。 The present invention relates to an electrolytic cell and an electrode plate for an electrolytic cell.
近年、電解水生成装置の電解セルとして、様々なものが開発されている。特許文献1には、陰極と、陰極に対して所定距離を置いて対向配置された陽極と、陰極と陽極の間に設けられた隔膜と、陰極と隔膜との間に設けられ、原水を入口から出口へと流通させる陰極流路とを備え、陰極と陽極間に電圧を印加して電解水を生成する電解水生成装置が開示されている。この装置では、陽極と隔膜の間にそれぞれ接するように原水を通過させる通水性部材を設け、陰極流路を流れる原水の一部を、隔膜を通過させ、さらに通水性部材を通過させて、陽極表面で生成された水素イオンと共に前記原水の一部を系外へと排水させることで、電解電圧を低く抑えると共に排水量を少なくしても所望のpH値とした電解水を効率良く提供することができるとされている。
In recent years, various electrolysis cells for electrolyzed water generators have been developed.
また、特許文献2には、イオン透過性の隔膜を介して対向配置された1対の電解室と、隔膜を挟んで電解室に設けられた1対の電極とを備え、さらに、電極が隔膜に密着して形成された膜−電極構造体と、電解室の内壁面に設けられ、先端部で膜−電極構造体に圧接する突出部と、電解室の内壁に沿って形成された集電体とを備える電解水生成装置の電解槽が開示されている。この装置では、集電体は蒸着またはメッキにより形成された導電性金属部材層からなり、電解室と隔膜との間に、接続部材として導電性の金属パッキンを備え、さらに、電解室は、膜−電極構造体の両側の互いに対向する位置に突出部を備え、電極は、導電性粉体を含む多孔質体からなることで、膜−電極構造体の電極に対して確実に十分な電力を供給できるとされている。
Further,
また、特許文献3には、イオン透過性の隔膜を介して対向配置された1対の電解室と、原水供給手段と、隔膜を挟んで各電解室に設けられた1対の電極と、電解水を取り出す電解水取出手段とを備え、隔膜は陰イオン透過膜であり、電極は陰イオン透過膜の両表面に密着して陰イオン透過膜と一体に、かつ陰イオン透過膜の一部を露出させて形成されている電解槽と電解水生成装置が開示されている。この装置では、陰極側の電解室に供給される原水のみが電解質を含み、さらに、電極は、導電性の粉体から形成された多孔質体であるか、メッシュ状または櫛形状に形成されており、電極は、導電性の粉体を含む導電性ペーストを陰イオン透過膜の表面に塗布し、加熱または加圧することにより形成されることで、小型で電解効率に優れ、酸性電解水中の陰イオン濃度を低減できるとされている。
しかし、従来のいずれの電解セルでも、水素ガスの排出がスムーズではない場合、電極板表面が露出し電流密度が低下するという問題点があった。気泡となって電極表面に生成する水素ガスの排出を促すためには、スターラー等による撹拌が有効であるが、それを用いた場合でも水流を平面である電極表面に均一に当てることは難しく、置換率が一定とはならないため電極部位により表面の膜の消耗度にバラツキの生じる可能性が高い。表面の膜は一部でも欠損した場合には、電極ごとの取り換えが余儀なくされる、つまり、部位によっては十分な膜厚があっても使用不可となるため、電極寿命のロスが大きく、電極の費用対効果が低いという問題点があった。 However, in any of the conventional electrolysis cells, when the discharge of hydrogen gas is not smooth, there is a problem that the surface of the electrode plate is exposed and the current density is lowered. Stirring with a stirrer is effective to promote the discharge of hydrogen gas generated on the electrode surface as bubbles, but even when it is used, it is difficult to uniformly apply the water flow to the flat electrode surface, Since the substitution rate is not constant, there is a high possibility that the degree of wear of the surface film varies depending on the electrode site. If even a part of the surface film is missing, it is necessary to replace each electrode.In other words, depending on the part, even if there is a sufficient film thickness, the electrode cannot be used. There was a problem of low cost effectiveness.
また、電極の裏面は電流密度が小さく、ほとんど有効に使われないにも関わらず、耐食性を維持するため、コーティングが必要となる。このため、電極の単位面積当たりの電流密度が低くなり、やはり、電極の費用対効果が低くなるという問題点もあった。 In addition, the back surface of the electrode has a small current density and is hardly used effectively. However, the coating is necessary to maintain the corrosion resistance. For this reason, the current density per unit area of the electrode is lowered, and the cost effectiveness of the electrode is also lowered.
また、従来の電解セルでは、連続的に送液して電解する場合、溶液の流れが均一になり難く、スルーパスなどの要因により電解効率、すなわち変換効率が低下する場合があるという問題点もあった。 In addition, in the conventional electrolytic cell, when electrolyzing by continuously feeding the solution, the flow of the solution is difficult to be uniform, and there is a problem that the electrolytic efficiency, that is, the conversion efficiency may be lowered due to factors such as a through path. It was.
さらにまた、生成した次亜塩素酸ナトリウム水溶液の室温における分解速度が大きく(24時間で10%)、実用上保存不可であるため、直ちに分解しない濃度(1000ppm以下)まで希釈するかもしくは5℃以下の低温保存が必要となるが、直ちに分解しない濃度まで希釈した場合には電流密度が低下するという問題点もあった。 Furthermore, since the aqueous sodium hypochlorite aqueous solution produced has a high decomposition rate at room temperature (10% in 24 hours) and cannot be stored practically, it is diluted to a concentration that does not immediately decompose (1000 ppm or less), or 5 ° C. or less. However, there is a problem that the current density decreases when diluted to a concentration that does not immediately decompose.
そこで本発明の目的は、水素ガスの排出がスムーズで、かつ、水流が平面である電極表面に均一に当たるため表面の膜の消耗度にバラツキが生じず、さらに電極の裏面も有効に使われるため電極の費用対効果も高く、また、溶液の流れが均一であるためスルーパスなどによる電解効率の低下を防止でき、さらにまた、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の分解防止のために希釈した場合の電流密度の低下にも対応できる電解セルおよびそれに用いられる電解セル用電極板を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is that the discharge of hydrogen gas is smooth and the water flow is uniformly applied to the flat electrode surface, so that the degree of wear of the surface film does not vary, and the back surface of the electrode is also used effectively. The electrode is highly cost-effective, and since the solution flow is uniform, it is possible to prevent a decrease in electrolytic efficiency due to a through-pass, etc. Furthermore, the current density when diluted to prevent decomposition of the sodium hypochlorite aqueous solution It is an object of the present invention to provide an electrolytic cell that can cope with a decrease in the resistance and an electrode plate for an electrolytic cell used therefor.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、電解セルおよび電解セル用電極板を特定の構造とすることにより、上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の電解セルは、複数の、略円形の電極部を有する電極板と、該電極板を支持する複数の電極板支持体とを有する電解セルであって、前記電極板支持体に、前記電極部と略同形の断面を有する円筒形状で、水平方向に中心軸を有する貫通孔が設けられており、前記電極板と前記電極板支持体が互い違いに、前記電極板が前記電極板支持体に挟着されるように横置されることで、前記電極板支持体の前記貫通孔と、それを両側から挟む前記電極板とで電解室が構成され、前記貫通孔の側壁下部に原料供給孔を、前記貫通孔の側壁上部に製品排出孔を有することを特徴とするものである。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by making the electrolytic cell and the electrode plate for an electrolytic cell have a specific structure, thereby completing the present invention. It came.
That is, the electrolysis cell of the present invention is an electrolysis cell having a plurality of electrode plates having a substantially circular electrode portion and a plurality of electrode plate supports that support the electrode plates. A through hole having a central axis in the horizontal direction, the electrode plate and the electrode plate support being staggered, and the electrode plate being the electrode plate By being horizontally placed so as to be sandwiched between the support bodies, an electrolysis chamber is formed by the through holes of the electrode plate support bodies and the electrode plates sandwiching the electrode holes from both sides, and the bottom of the side walls of the through holes. The material supply hole is provided with a product discharge hole in the upper part of the side wall of the through hole.
また、本発明の電解セルは、製品排出孔が、前記貫通孔の前記側壁上部に少なくとも2つ備えられていることが好ましく、次亜塩素酸生成に用いられることが好ましい。 In the electrolysis cell of the present invention, it is preferable that at least two product discharge holes are provided in the upper part of the side wall of the through hole, and it is preferable to be used for hypochlorous acid generation.
また、本発明の電解セル用電極板は、本発明の電解セルに使用される電解セル用電極板であって略円板形状であることを特徴とするものである。 Moreover, the electrode plate for electrolytic cells of this invention is an electrode plate for electrolytic cells used for the electrolytic cell of this invention, Comprising: It is a substantially disc shape, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の電解セルおよびそれに用いられる電解セル用電極板によれば、水素ガスの排出がスムーズで、かつ、水流が平面である電極表面に均一に当たるため表面の膜の消耗度にバラツキが生じず、さらに電極の裏面も有効に使われるため電極の費用対効果を高くすることができる。また、溶液の流れが均一であるためスルーパスなどによる電解効率の低下を防止でき、さらにまた、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の分解防止のために希釈した場合の電流密度が低下にも対応できる。 According to the electrolysis cell of the present invention and the electrode plate for an electrolysis cell used therefor, the discharge of hydrogen gas is smooth and the water flow is uniformly applied to the flat electrode surface, so that there is no variation in the degree of film consumption on the surface. Furthermore, since the back surface of the electrode is also used effectively, the cost effectiveness of the electrode can be increased. Moreover, since the flow of the solution is uniform, it is possible to prevent a decrease in electrolytic efficiency due to a through-pass or the like, and it is also possible to cope with a decrease in current density when diluted to prevent the decomposition of the sodium hypochlorite aqueous solution.
以下、本発明の具体的実施形態について詳細に説明する。
図1に示す、本発明の一実施形態に係る電解セル1は、複数の、略円形の電極部3を有する電極板2と、電極板2を支持する複数の電極板支持体5とを有する。電極板支持体5には、電極部3と略同形の断面を有する円筒形状で、水平方向に対称軸を有する貫通孔6が奥行方向に設けられており、電極板2と電極板支持体5が互い違いに、電極板2が電極板支持体5に挟着されるように横置されている。電極板支持体5の貫通孔6と、それを両側から挟む電極板2とで電解室が構成される。貫通孔6の側壁下部には原料供給孔8が、貫通孔6の側壁上部には製品排出孔9が設けられている。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail.
An
電極板2および電極板支持体5を互い違いに横置する個数は、電解セル1に要求される電解能力や、設置エリアの面積等に応じ任意に選択することができる。
The number of the
電極板2は、電極部3と端子部4からなり、陽極電極板2aと陰極電極板2bが交互に、かつ、陽極電極板2aの端子部4の向きと陰極電極板2bの端子部4の向きが逆方向となるように設置される。電極板2には、電解セルの電極板に通常使用される材質、例えば表面に膜処理がされたチタンやカーボンを使用することができる。また、電極部3と端子部4を一体成型することで、電極板2の接触抵抗をなくすことができる。
The
電極支持体5は、耐薬品性の材質であることが好ましい。特に、透明であり、運転状態のモニターが容易な樹脂であるアクリル樹脂であることが好ましい。
The
本発明の電解セル1は、電解室の基本的な構成要素である電極板2および電極支持板5に特殊な材料を用いず、かつ構造も複雑ではないため、製作やメンテナンスにかかるコストを低く抑えることができる。
The
本発明の電解セル1においては、図3に示すように、電解液は原料供給ヘッダー8から、貫通孔6の側壁下部に連通する原料供給孔9経由で円筒形の電解室7内に導入される。原料供給孔9の径を電解室7の幅(電極板支持体5の奥行方向の幅)に対して小さくし、かつ、原料供給孔9と電解室7の接続点を、図3および4に示すように、電解室7の幅方向における中央部に位置させることで、電極部3表面付近の流速の上昇が抑えられつつ、電解室7の幅方向中央に、電解室7の内壁に沿って流速を有す縦方向の旋回流が発生する。このとき、流速は電解室内に乱流を生じない範囲にとどめる。これにより、本発明の電解セル1においては、局所的に電流密度が上昇または低下することなく、均一な電流密度が得られ、電極部3の消耗の均一化と長寿命化が可能となる。なお、電解室7内における縦方向の旋回流の発生をより促進するため、原料供給孔9は、貫通孔6の側壁下部に少なくとも2つ備えられていることが望ましい。
In the
また、水素ガスを含む生成物は、貫通孔6の側壁上部に接続する製品排出孔10経由で弊品ヘッダー11に排出される。水素ガスは電解室7に発生する縦方向の旋回流に同伴されながら排出されるため、電解室7内で生成する水素ガスが電解質7内に滞留することはなく、電極部3表面の露出や、それに伴う電流密度低下を防止することができる。なお、電解室7内で生成する水素ガスの排出をより促進するため、製品排出孔10は、貫通孔6の側壁上部に少なくとも2つ備えられていることが望ましい。また、同じ理由から、製品排出孔10は、排出の方向に向かって上向きに設置されていることが好ましい。
The product containing hydrogen gas is discharged to the
以上のように、本発明の電解セル1によれば、電解室7内で生成する水素ガスによる電極部3表面の露出や、それに伴う電流密度低下を防止しつつ、局所的に電流密度が上昇または低下することなく均一な電流密度が得られる。このため、電極部3の消耗が均一になり、長寿命化が可能となり、電極板2の費用対効果が高くなる。さらに、電極板2を電極板支持体5に挟着する際にOリング12を使用することで、製作やメンテナンスにかかるコストを低く抑えることができるだけでなく、最も欠損しやすい電極部3端部の表面の膜を、メッキすることなく保護することができ、電極板2の費用対効果をより一層高くすることができる。
As described above, according to the
また、本発明の電解セル1においては、1枚の電極板2が、隣り合った電解室7同士で共有されることから、電極部3の裏面も有効に活用されることとなる。これにより電極部3の単位面積当たりの電流密度が高くなり、電極板2の費用対効果がさらに高くなる。1枚の電極板2が、隣り合った電解室7同士で共有されることは、電極板2の集積化による電解セル1の小型化にも寄与する。
In the
また、前述の通り、電解室7の幅方向中央に縦方向の旋回流が発生することで、電解液のスルーパスもしくは滞留も防止される。このため、溶液の流れが均一になり、電解質7内の電解効率、すなわち変換効率が、安定、上昇することはもとより、過度の電解並びにそれに起因する温度上昇が防止され、生成した次亜塩素酸ナトリウム水溶液の分解、塩素酸化の防止にもつながることとなる。
In addition, as described above, a vertical swirling flow is generated at the center in the width direction of the
前述の通り、生成した次亜塩素酸ナトリウム水溶液の分解を防止するためには、直ちに分解しない濃度まで希釈することも有効であるが、本発明の電解セル1によれば、電極板2同士の距離を最小にすることができることから、この場合の電流密度の低下にも対応することができる。
As described above, in order to prevent decomposition of the generated sodium hypochlorite aqueous solution, it is effective to dilute to a concentration that does not immediately decompose, but according to the
図5に、本発明の一実施形態に係る電解セルの運転状態を示す説明用模式図を示す。前述の通り、電解液は、原料供給ヘッダー8から、貫通孔6の側壁に連通する原料供給孔9経由で円筒形の電解室7内に導入されて電解に供され、水素ガスを含む生成物は、貫通孔6の側壁に接続する製品排出孔10経由で製品ヘッダー11に排出される。また、1枚の陽極電極板2aは、その両隣の陰極電極板2b1および2b2それぞれと電気回路を形成するため、電解室7aと7bとで共有されることになる。
In FIG. 5, the schematic diagram for description which shows the driving | running state of the electrolytic cell which concerns on one Embodiment of this invention is shown. As described above, the electrolytic solution is introduced from the raw
ここで、同一の陽極電極板2aと電気回路を形成する陰極電極板2b1および2b2と、直流電源13とを結ぶ各の電気回路上の電流確認個所14にて電流値を確認することで、運転状態や、各電極板2の電極部3の消耗度合をモニターすることができる。
Here, the current value is confirmed at the current confirmation points 14 on each electric circuit connecting the same
なお、1枚の電極板2が、隣り合った電解室7同士で共有される本発明の電解セル1においても、電解セル1の両端に設置された陽極電極板2cと陰極電極板2dについては運転中に裏面を有効活用することは難しい。しかし、陽極電極板2cと陰極電極板2dの表面が消耗した際には、裏返して裏面を使用することで各電極板2の費用対効果を高くすることができる。
In the
本発明の電解セル1は、あらゆる電気分解に使用することができるが、電解水の製造に用いられることが好ましく、次亜塩素酸の製造に用いられることが特に好ましい。
The
以上のとおり、本発明の電解セル1によれば、スムーズな水素ガスの排出と均一な電流密度による電極部3の長寿命化と、電極部3の裏面の有効活用化により、電極板2の費用対効果の向上と電極板2の集積化による小型化が可能になる。また、本発明の電解セル1によれば、電解液のスルーパスや滞留も防止できることから電解効率、すなわち変換効率の、安定、上昇はもとより、生成した次亜塩素酸ナトリウム水溶液の品質の安定化も図ることができる。
As described above, according to the
本発明の電解セル1は、電極板2と電極板支持体5が互い違いに、電極板2が電極板支持体5に挟着されるように横置されることで、電極板支持体5の貫通孔6と、それを両側から挟む電極板2とで電解室7が構成されるが、同じように電極板2と電極板支持体5を使用しながら、図1において、2bの電極の位置に例えばセラミックス製の隔膜や、イオン交換膜を設置し、これを挟む2aの電極の位置に陽極電極板2aと陰極電極板2bを設置し、これを繰り返し横置する構成とすることにより、隔膜法や、イオン交換膜法の電解セルに応用することもできる。ただし、この場合、原料および製品が、陽極電解室、陰極電解室で異なってくるため、例えば、原料供給ヘッダー8および製品排出ヘッダー11それぞれを、陽極電解室用、陰極電解室用に区分けして設ける構造に変更する必要がある。
In the
1 電解セル
2 電極板
2a、2c 陽極電極板
2b、2b1、2b2、2d 陰極電極板
3 電極部
4 端子部
5 電極板支持体
6 貫通孔
7、7a、7b 電解室
8 原料供給ヘッダー
9 原料供給孔
10 製品排出孔
11 製品排出ヘッダー
12 Oリング
13 直流電源
14 電流確認個所
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電極板支持体に、前記電極部と略同形の断面を有する円筒形状で、水平方向に中心軸を有する貫通孔が設けられており、
前記電極板と前記電極板支持体が互い違いに、前記電極板が前記電極板支持体に挟着されるように横置されることで、前記電極板支持体の前記貫通孔と、それを両側から挟む前記電極板とで電解室が構成され、
前記貫通孔の側壁下部に原料供給孔を、前記貫通孔の側壁上部に製品排出孔を有することを特徴とする電解セル。 An electrolysis cell having a plurality of electrode plates having a substantially circular electrode portion and a plurality of electrode plate supports for supporting the electrode plates,
The electrode plate support is provided with a through hole having a central axis in the horizontal direction in a cylindrical shape having a cross section substantially the same shape as the electrode portion,
The electrode plate and the electrode plate support are alternately placed side by side so that the electrode plate is sandwiched between the electrode plate support, and the through holes of the electrode plate support are arranged on both sides. An electrolysis chamber is configured with the electrode plate sandwiched between
An electrolytic cell having a material supply hole at a lower portion of a side wall of the through hole and a product discharge hole at an upper portion of the side wall of the through hole.
It is an electrode plate for electrolytic cells used for the electrolytic cell as described in any one of Claims 1-3, Comprising: It is a substantially disc shape, The electrode plate for electrolytic cells characterized by the above-mentioned.
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