CN2448850Y - 改良结构的电解反应槽 - Google Patents

Abstract

一种具有电凝效果、在密闭系统下可连续操作且采用双极式接电的改良结构的电解反应槽,其在两槽壁间设有复数具电极接点的电极板,两电极板间设有导电隔板;电极板及导电隔板呈平行前后交错排列,流道成W形多层流道;电极板及导电隔板以固定架导沟槽固定,可避免槽体内表层绝缘材料磨损短路;以螺栓螺母、O－环及L型导电片组成简易电极接点,可避免电化学腐蚀,拆装方便,降低维修成本;亦可将数个电解反应单元串联组合容设于一大型电解反应槽中,可节省空间。

Description

改良结构的电解反应槽

本实用新型涉及一种冶金领域表面化学处理装置中的电解反应槽，特别是涉及一种在密闭系统下可连续进行处理的改良结构的电解反应槽。

电解反应槽一般应用于化学品的合成、金属电镀以及水质净化等方面，以下分述如后。

在化学品合成方面，利用电解反应槽内阴极、阳极所产生的电化学氧化及还原作用，替代一般化学反应的氧化及还原作用。换言之，即藉外加电压，克服一般化学反应所须的活化能，亦可藉精确控制电子的产生速率及产生量，而制成化学品。

在金属电镀方面，利用电解反应槽内的阴极还原作用，将槽内金属离子移动到阴极，同时阳极亦可解离金属，补充金属离子的不足。

在水质净化方面，利用阳极氧化作用将阳极的金属解离与四周氢氧离子结合形成金属氢氧化物，藉杂质的电泳作用与其结合成为胶羽，而可进一步去除杂质；在阴极进行水的还原作用产生氢气，协助胶羽去除，此即为一般所称的电凝法。

电解反应槽的功能显现在阳极的氧化反应及阴极的还原反应，而阴阳电极的特性掌控了這些反应。

电极的接法，可分为单极式(monopolar)及双极式(bipolar)；在槽内所置放的每片可导电的板子统称导电板，导电板又分为两种：即外接电源者称为电极板，而不外接电源者称为导电隔板。若为单极式接电方式，每片导电板均接直流电(一般为50V以下)，且以正、负、正、负依序交错平行排列，此为传统的接法，适用于低电压高电流操作。若为双极式接电方式，在两槽壁间置放复数片电极板外接正、负直流电源(一般为500V以下)，两片电极板间置放一片或复数片不接电源的导电隔板，电极板及导电隔板采用平行排列，藉正、负电极板间所施加的电压形成足够的电场强度，诱导在电场中的导电隔板，本身产生电核分配，即较靠近正电极的导电隔板表面产生相对应的负电核，该导电隔板的另一面则产生平衡的正电核；反之，较靠近负电极的导电隔板表面产生相对应的正电核，该导电隔板的另一面则产生平衡的负电核；如此类推，所有介于电极板中的导电隔板，都产生相同的特性，在电极板外加正、负电源时，所有导电隔板的表面逐渐充满正、负电核，当上述外加正、负电源中断，导电隔板表面的正、负电核亦将逐渐中和消失，此即为不接电的导电隔板亦能产生类似电极板所具有的氧化还原功能的原因，此种接法适用于高电压低电流操作。

现有传统的电解反应槽有两种结构，其一为开放式，另一为密闭式：开放式电解反应槽的导电板间距离较窄，以期降低电能消耗，其缺点是流速慢，处理量低，以致造成导电板间杂质容易堵塞，影响操作。密闭式电解反应槽可提高流速，处理量加大，但其缺点是杂质仍容易堆积，清理不易，又因槽体必须加压，经常造成泄漏。

至于电极接点的设计，现有传统上有些以电极板直接置靠于导电片(框)，其接触面有限，经使用一段时间后，杂质容易渗入接触面，致使电阻增加，容易产生局部高热，对槽体造成损伤；有些则在电极板上钻孔与导电棒以螺丝锁固在一起，并将导电棒穿过槽体与外界直流电源接通，但由于槽内电化学的腐蚀以及尖端放电的影响，经常造成螺丝损耗变形，不容易拆卸，增加维修的困难。

电凝法的基本原理，即为法拉第电解定律，将一定量的电流通过电极板，则电极板析出金属量与电流有如下的关系：

         W=I×T×M÷F÷Z其中，W：电解金属析出重量，单位克/平方厘米(g/cm²)

  I：电流密度，单位安培/平方厘米(A/cm²)

  T：时间，单位秒(sec)

  M：金属原子量，单位克(g)

  Z：发生氧化还原的电荷数

  F：法拉第常数，96500

电解反应发生时，在阳极、阴极产生下列反应：

极氧化反应：

      (其中，M代表金属)

     

阴极还原反应：

酸性溶液中：

中性或碱性溶液中：

阳极产生的M⁺与阴极产生的OH-，结合成金属氢氧化物M(OH)，在水质净化的应用时可与废(污)水中的杂质结合，形成胶羽(floc)，再配合助凝剂的添加及藉电极所产生的气体上浮，经由浮除设备即可达到废(污)水杂质去除的目的。

本实用新型的主要目的在于，克服现有的电凝法所使用的电解反应槽存在的不足，而提供一种改良结构的电解反应槽，使其成为一可适合电凝法，且处理量大的密闭式电解反应槽。

本实用新型的次一目的在于，提供一种改良结构的电解反应槽，使其成为一具有往复弯曲的连续“W”形多层流道结构的密闭式电解反应槽。

本实用新型的另一目的在于，提供一种改良结构的电解反应槽，使其成为一具有双极式接电结构方式的密闭式电解反应槽。

本实用新型的再一目的在于，提供一种改良结构的电解反应槽，使其具有电极接点拆装快速，耐压抗蚀，内部导电板置放简便，且清洗容易的功效。

本实用新型的还一目的在于，提供一种改良结构的电解反应槽，使其可经由多重组合构成一整体，而具有能达到满足不同需求的功效。

本实用新型的目的是由以下技术方案实现的。依据本实用新型提出的一种以双极式接电具有电凝处理效果且可连续操作的改良结构的电解反应槽，其包括密闭槽体，两槽壁间置放有复数片具有电极接点的电极板，两片电极板间置放有一片或复数片不具有电极接点的导电隔板，槽体两端设有进水口及出水口，流体由进水口进入，流经电极板及导电隔板后，再由出水口流出，其特征在于：该电解反应槽，设有螺栓、O-环及螺母组成特殊结构的电极接点，该电极板及导电隔板均置放设置在固定架上，流体呈扰流形态流入该电解反应槽后经往复弯曲连续“W”形多层流道流出。

本实用新型的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

前述的改良结构的电解反应槽，其中所述的槽体的材料使用耐压性高的不导电材料如PVC、PP、PE、FRP工程塑胶，或以金属基材内部表层披覆绝缘材料如橡胶、PVC、PP、PE、铁氟龙、FRP。

前述的改良结构的电解反应槽，其中所述的导电隔板的材料为导电材料，如铁、铝、镁、铜、锌、铅。

前述的改良结构的电解反应槽，其中所述的电极板的材料为导电材料，如铁、铝、镁、铜、锌、铅、石墨、不锈钢、钛合金、铂合金。

前述的改良结构的电解反应槽，其中所述的流体的扰流形态(turbulent flow)，为调整进口压力、流速、流道截面积使其雷诺数(Reynolds number)控制在2,000～200,000之间。

前述的改良结构的电解反应槽，其中所述的电极板及导电隔板的排列方式，为平行交错排列且与地面水平，板与板之间形成往复弯曲的连续“W”形多层流道，流体流向可由下到上或由上到下。

前述的改良结构的电解反应槽，其中所述的电极板及导电隔板的排列方式，为平行交错排列且与地面垂直，板与板之间形成往复弯曲的连续“W”形多层流道，流体流向可由左到右或由右到左。

前述的改良结构的电解反应槽，其中所述的电极接点是以螺栓为导电棒，以焊接结构方式与电极板相连，焊接处表面涂覆有防止电化学腐蚀的绝缘材料，该导电棒穿过槽壁，并设有O-环及螺母形成密封防止泄漏结构，并与外界直流电源相接。

前述的改良结构的电解反应槽，其中所述的电极接点，是以螺栓为导电棒，并设有导电片与电极板密接，将导电片会与槽内流体直接接触的表面及槽内螺栓头的表面涂覆设有防止电化学腐蚀的绝缘材料，该导电棒穿过槽壁，并设有O-环及螺母形成密封防止泄漏的结构，并与外界直流电源相接。

前述的改良结构的电解反应槽，其中所述的电极接点，是以螺栓为导电棒，用直接锁固结构方式与电极板相连，该导电棒穿过橡胶垫片及槽壁，并设有O-环及螺母形成密封防止泄漏结构，并与外界直流电源相接。

前述的改良结构的电解反应槽，其中所述的电极接点为可依需要成正、负极性定时交换的结构。

前述的改良结构的电解反应槽，其中所述的固定架为以工程塑胶为材料，内设凹型导沟槽，该导沟槽内设有电极板或导电隔板插入，形成电极板及导电隔板抽换时无须直接与槽体绝缘材料接触摩擦的结构，而可避免绝缘材料磨损。

前述的改良结构的电解反应槽，其中所述的电极板及导电隔板插入固定架，并还设有短棒固定，构成避免电极板及导电隔板滑动的结构。

前述的改良结构的电解反应槽，其中所述的槽体为一可容纳设置数个电解反应单元的大型槽体，其内部设有分隔层板分隔成数个空间，每一空间置放设有一电解反应单元，相邻的电解反应单元的分隔层板之间皆留设有流道空间，该等电解反应单元形成串联组合的结构。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和积极效果。由以上技术方案可知，本实用新型是针对目前现有电凝法所使用的电解反应槽的缺点逐项改进而设计，首先采用密闭式可连续操作的槽体，以期加快流体速度。为了兼顾流体在槽内有足够的滞留时间，电极板及导电隔板均采平行交错置放，以形成往复弯曲的连续“W”形多层流道，其层数约在2～160层之间，通过调整进口压力、流速、流道截面积，使流体经过流道时造成扰流(turbulent flow)，其雷诺数(Reynolds number)控制在2,000～200,000之间，使导电板析出的金属离子快速进入流体与氢氧离子结合形成金属氢氧化物；在水质净化的应用时更可藉扰流使此金属氢氧化物与流体内的污染物有较多的碰撞机会，而加速胶羽的产生，可提升处理的效果，同时因流速加快，杂质堵塞机会将相对减低。

本实用新型的槽体以矩形或圆柱形为主，在流速快的情况下，为了维持足够的滞留时间，槽体内流道须要相对增长，将使槽内进出口压差相对增加，为了克服此压差，流体进口压力必须相对提高。本实用新型为克服高压下的材料强度问题，槽体使用耐压性高的工程塑胶(如玻璃纤维补强塑胶FRP等)或以金属基材内部表层披覆绝缘材料如橡胶、PVC、PP、PE、铁氟龙、FRP等，并在其中一面以可拆卸的盖板密封，以利于槽体内部组件的拆装。

本实用新型不论使用工程塑胶材料或是金属基材内部表层披覆绝缘材料，在槽体内部均采用可支撑及固定导电板的配套固定架，该固定架上设置有凹形导沟槽，可在水平或垂直方向固定导电板，其材料为工程塑胶如PVC、PP、PE、铁氟龙、FRP等，使导电隔板及电极板在抽换时无需直接与槽体接触摩擦，可避免槽体绝缘材料破损或工程塑胶破裂而造成电解反应槽短路。

本实用新型采用双极式接电方式，使电极接点数目减少，可以将电极板数目控制在2至20片之间，同时又将电极接点特别设计为如下三种结构方式：

结构方式一：将螺栓头水平部分刻成凹槽直接密合焊接在电极板上，以螺栓做为电极接点的导电棒，螺栓头及焊接处表面涂上绝缘材料，如矽胶、橡胶、环氧树脂(Epoxy Resin)、FRP等以防止电化学腐蚀。导电棒直接穿过槽体与外界直流电源相接，槽体外以螺母及O-环密封锁住导电棒，以防止槽内流体泄漏。维修时仅需将槽外螺母、O-环卸下即可取出电极板，简单方便；同时在槽内不存在螺母等零件，不会发生电化学腐蚀及拆修困难的问题。

结构方式二：以螺栓做为电极接点的导电棒，槽内以一端有孔的平板L型导电材质的导电片，一边贴着槽壁直接锁在螺栓头上，另一边置于固定架的导沟槽内作为导电接触面，当电极板置入导沟槽内即与导电片密接以便电流经由螺栓、导电片而流入电极板；此外，将导电片会与槽内流体直接接触的表面及槽内螺栓头表面涂上绝缘材料，如矽胶、橡胶、环氧树脂(Epoxy Resin)、FRP等以防止电化学腐蚀。导电棒直接穿过槽体与外界直流电源相接，槽体外以螺母及O-环密封锁固住导电棒，以防止槽内流体泄漏。维修时可直接取出电极板，简单方便；同时使得槽内螺栓头与导电片等零件不会与槽内流体直接接触，故不会发生电化学腐蚀及拆修困难的问题。

结构方式三：在电极板靠槽壁的面车设出一螺丝孔，直接锁固上螺栓，以螺栓做为电极接点的导电棒。导电棒直接穿过橡胶垫片及槽体与外界直流电源相接，槽体外以螺母及O-环密封锁住导电棒，以防止槽内流体泄漏。维修时仅需将槽外螺母、O-环卸下即可取出电极板，简单方便；同时在槽内不存在螺母等零件，不会发生电化学腐蚀及拆修困难的问题。

又藉电流及电压的调整，可控制电极板只产生微小气泡(在水质净化的应用时此微小气泡可协助胶羽上浮)而不会产生阻碍水流流动的大气泡；本实用新型的电极板及导电隔板采用平行交错排列，与地面水平或垂直，形成往复弯曲的连续“W”形多层流道，水流的方向可由左到右、由右到左、由下到上或由上到下，并可视情况需要设计为串联或并联的多重组合结构，亦可将数组电解反应单元同时合并设置入一槽体内以达到可以满足不同的处理需求。

综上所述，本实用新型是一种具有电凝效果的电解反应槽，特别是指在密闭系统下可连续操作且采用双极式(bipolar)接电结构方式的改良结构的电解反应槽；其在两槽壁间置放设有复数片具有电极接点的电极板，两片电极板间置放设有一片或复数片不具有电极接点的导电隔板；电极板及导电隔板一律呈平行排列前后交错，使流道形成往复弯曲的连续“W”形多层流道；槽内电极板及导电隔板，以固定架导沟槽固定，可避免槽体内部表层所披覆的绝缘材料被磨损而造成电解反应槽短路的危险；此外，以螺栓、螺母、O-环及L型导电片组成简易电极接点，除了可避免电化学腐蚀外，亦能达到拆装方便、降低维修成本的目的；反应槽的材料使用耐压性高的工程塑胶，或是以金属基材内部表层披覆绝缘材料；亦可将数个电解反应单元相串联组合，并容纳设置于一个大型电解反应槽中，而可节省空间。其不论在结构上或功能上皆有较大的改进，且在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，而确实具有增进的功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

本实用新型的具体结构由以下实施例及其附图详细给出。

图1是本实用新型改良结构的电解反应槽的立体示意图。

图2是本实用新型改良结构的电解反应槽内部的电极板、导电隔板及固定架的排列结构示意图。

图3是本实用新型改良结构的电解反应槽的电极接点示意图一。

图4是本实用新型改良结构的电解反应槽的电极接点示意图二。

图5是本实用新型改良结构的电解反应槽的电极接点示意图三。

图6是本实用新型改良结构的电解反应槽串联组合结构示意图。

图7是本实用新型改良结构的电解反应槽数组电解反应单元并入一槽体内的组合结构示意图。

以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的改良结构的电解反应槽其具体结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1所示，本实用新型改良结构的电解反应槽1，其包括电解反应槽壁11、电极板12、导电隔板13、固定架14、进水口15及出水口16，在两边电解反应槽壁11之间置放设有复数片电极板12，两片电极板12之间置放设有一片或复数片的导电隔板13，电极板12及导电隔板13均以固定架14相固定，当待处理的水体经由进水口15进入电解反应槽1内，流经电极板12、导电隔板13，形成往复弯曲的连续“W”形多层流道后，再由出水口16流出电解反应槽1之外，流体在流经电极板12及导电隔板13时，在外加正、负直流电的作用下，在阳极产生氧化反应，在阴极产生还原反应，该电解反应槽壁11可为工程塑胶或金属基材在内部表层披覆设有绝缘材料。

请参阅图2所示，电解反应槽1内部的电极板12、导电隔板13及固定架14相排列组合，构成一个电解反应单元。该电极板12与导电隔板13，或两片导电隔板13间，呈为相邻两片一前一后依序交错平行排列，可避免杂质或沉淀物堵塞于电极板12或导电隔板13上，又可形成往复弯曲的连续“W”形多层流道，电极板12的一端设有电极接点121，导电隔板13的一端无电极接点121而仅与槽壁相靠，相邻板端呈前后前后依序留空，作为流道转折处143。电极板12、导电隔板13的上下两端插入固定架14的凹形导沟槽141内，供电极板12或导电隔板13置放，并设有一短棒142相固定，可避免电极板12或导电隔板13产生滑动。

请参阅图3所示，是本实用新型电解反应槽的电极接点结构方式一的示意图，电极板12的电极接点121的制作，是将电极接点121的螺栓头1211水平部分做成凹槽1214，将电极板12的一端与凹槽1214密合焊接，将螺栓1215另一端穿出电解反应槽壁11，并由槽体外以螺母1212，及O-环1213将其固定及密封，当电极板12需要拆卸检修时，卸下外面的螺母1212及O-环1213后，电极板12就如同其他的导电隔板13，在移走如图2中所示的短棒142后，便能将电极板12快速卸下。电极板12的电极接点121的数目，依电极板12的宽度考量，可采用设有一组接点、二组接点或多组接点。

请参阅图4所示，是本实用新型电解反应槽的电极接点结构方式二的示意图，电极板12的电极接点121的制作，是以螺栓1215作为电极接点的导电棒，槽内设有一端有孔的平板L型导电材质的L型导电片1216，一边贴着电解反应槽壁11直接锁固在螺栓头1211上，另一边置于固定架14的导沟槽141内作为导电接触面，当电极板12置入导沟槽141内即与导电片1216密接，以便电流经由螺栓1215、导电片1216而流入电极板12；此外，将导电片1216会与槽内流体直接接触的表面及槽内螺栓头1211的表面涂覆上绝缘材料，如矽胶、橡胶、环氧树脂(Epoxy Resin)、FRP等，以防止电化学腐蚀。将螺栓1215另一端穿出电解反应槽壁11，并在槽体外以螺母1212及O-环1213将其固定及密封。当电极板12需要拆卸检修时，在移走如图2中所示的短棒142后，便能快速卸下。

请参阅图5所示，是本实用新型电解反应槽的电极接点结构方式三的示意图，电极板12的电极接点121的制作，是将电极板12的一端车出一螺丝孔1217，将螺栓1215直接锁设入螺丝孔1217，另一端穿过橡胶垫片1218及电解反应槽壁11，并在槽体外以螺母1212及O-环1213将其固定及密封，当电极板12需要拆卸检修时，卸下外面的螺母1212、O-环1213后，电极板12就如同其他的导电隔板13，在移走如图2中所示的短棒142后，便能快速卸下。电极板12的电极接点121的数目，依电极板12的宽度而考量，可采用设有一组接点、二组接点或多组接点。

请参阅图6所示，是本实用新型电解反应槽1相串联的组合结构，配合流程的需要，可由一组或多组的单独电解反应槽1相串联组合，其可为垂直组合(如图6(a)所示)或水平组合(如图6(b)所示)的结构。

请参阅图7所示，是本实用新型电解反应槽由数组电解反应单元并入一槽体内的组合结构，即将一大型电解反应槽内部设有分隔层板17，以该分隔层板17分设成数个电解反应单元，例如可设为1～6个电解反应单元，该每一个电解反应单元包含电极板12、导电隔板13及固定架14等，相邻的电解反应单元的分隔层板17间皆设有流道空间18，上述结构相组合，使电解反应单元形成串联的组合结构。

Claims (14)

1．一种以双极式接电具有电凝处理效果且可连续操作的改良结构的电解反应槽，其包括密闭槽体，两槽壁间置放有复数片具有电极接点的电极板，两片电极板间置放有一片或复数片不具有电极接点的导电隔板，槽体两端设有进水口及出水口，流体由进水口进入，流经电极板及导电隔板后，再由出水口流出，其特征在于：

该电解反应槽，设有螺栓、O-环及螺母组成特殊结构的电极接点，该电极板及导电隔板均置放设置在固定架上，流体呈扰流形态流入该电解反应槽后经往复弯曲连续“W”形多层流道流出。

2．根据权利要求1所述的电解反应槽，其特征在于其中所述的槽体的材料使用耐压性高的不导电材料如PVC、PP、PE、FRP工程塑胶，或以金属基材内部表层披覆绝缘材料如橡胶、PVC、PP、PE、铁氟龙、FRP。

3．根据权利要求1所述的电解反应槽，其特征在于其中所述的导电隔板的材料为导电材料，如铁、铝、镁、铜、锌、铅。

4．根据权利要求1所述的电解反应槽，其特征在于其中所述的电极板的材料为导电材料，如铁、铝、镁、铜、锌、铅、石墨、不锈钢、钛合金、铂合金。

5．根据权利要求1所述的电解反应槽，其特征在于其中所述的流体的扰流形态(turbulent flow)，为调整进口压力、流速、流道截面积使其雷诺数(Reynolds number)控制在2,000～200,000之间。

6．根据权利要求1所述的电解反应槽，其特征在于其中所述的电极板及导电隔板的排列方式，为平行交错排列且与地面水平，板与板之间形成往复弯曲的连续“W”形多层流道，流体流向可由下到上或由上到下。

7．根据权利要求1所述的电解反应槽，其特征在于其中所述的电极板及导电隔板的排列方式，为平行交错排列且与地面垂直，板与板之间形成往复弯曲的连续“W”形多层流道，流体流向可由左到右或由右到左。

8．根据权利要求1所述的电解反应槽，其特征在于其中所述的电极接点是以螺栓为导电棒，以焊接结构方式与电极板相连，焊接处表面涂覆有防止电化学腐蚀的绝缘材料，该导电棒穿过槽壁，并设有O-环及螺母形成密封防止泄漏结构，并与外界直流电源相接。

9．根据权利要求1所述的电解反应槽，其特征在于其中所述的电极接点，是以螺栓为导电棒，并设有导电片与电极板密接，将导电片会与槽内流体直接接触的表面及槽内螺栓头的表面涂覆设有防止电化学腐蚀的绝缘材料，该导电棒穿过槽壁，并设有O-环及螺母形成密封防止泄漏的结构，并与外界直流电源相接。

10．根据权利要求1所述的电解反应槽，其特征在于其中所述的电极接点，是以螺栓为导电棒，用直接锁固结构方式与电极板相连，该导电棒穿过橡胶垫片及槽壁，并设有O-环及螺母形成密封防止泄漏结构，并与外界直流电源相接。

11．根据权利要求1所述的电解反应槽，其特征在于其中所述的电极接点为可依需要成正、负极性定时交换的结构。

12．根据权利要求1所述的电解反应槽，其特征在于其中所述的固定架为以工程塑胶为材料，内设凹型导沟槽，该导沟槽内设有电极板或导电隔板插入，形成电极板及导电隔板抽换时无须直接与槽体绝缘材料接触摩擦的结构。

13．根据权利要求9所述的电解反应槽，其特征在于其中所述的电极板及导电隔板插入固定架，并还设有短棒固定，构成避免电极板及导电隔板滑动的结构。

14．根据权利要求1所述的电解反应槽，其特征在于其中所述的槽体为一可容纳设置数个电解反应单元的大型槽体，其内部设有分隔层板分隔成数个空间，每一空间置放设有一电解反应单元，相邻的电解反应单元的分隔层板之间皆留设有流道空间，该等电解反应单元形成串联组合的结构。

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