TWI616405B - Electrochemical reaction method and electrochemical cell - Google Patents

Abstract

本發明首先提供一電化學槽，其電化學槽係由複數電極管構築成數個由內而外逐層串聯配置的流道，分別於相鄰的流道之間設有一引流孔，另設有一供水液自最內圈之流道進入電化學槽的進水孔，另設有一供水液自最外圈之流道離開電化學槽的排水孔，以及於最內圈之流道中穿設一中心電極桿；將水液自進入孔注入電化學槽最內圈之流道，同時將電流導入全數電極管及中心電極桿，即可令依序流經各流道之水液產生電解或電化學合成等電化學反應。俾可有效提升水液之電化學反應效能及產能，以及有效掌控各電極管之耗損狀態。

Description

電化學反應方法及電化學槽

本發明係與電化學反應有關，旨在提供一種可以有效引導水液流向，讓水液在穩定的輸送過程中完成至少一項電化學反應的電化學反應方法，以及與其相關的電化學槽。

按，電化學在工業上的應用面廣，電化學工業可泛指利用電化學的基本原理用於化學工業、冶金工業、電池工業和其他工業中，解決物質的分離、化合、精製、濃縮、鍍製、塗裝及提供電源等系列化工生產有關的問題；其中，電解和電合成反應因為不需要很多化學藥品，後續處理相對簡單，且設備占地面積小、管理方便，因此被廣泛應用於水處理或廢水處理。

例如，可利用電解回收將溶液中的金屬離子逐步除去，讓一些可以重新利用的金屬再生出來；以及，利用電化學氧化處理印染水、製藥廢水、製革廢水和造紙黑液等製程排放的廢液；當然，亦可利用電化學合成反應使液體之濃度增加，使經過處理後的液體可於加工過程中不斷的重複再利用。

傳統水液之電化學反應，多係在一開放式的方型槽體中置入數量不等的電極板，在電流導入電極板時，與所接觸的水液產生離子交換或電解等電化學反應；由於，開放式的槽體占用的地坪空間較多，因此亦出現一種圓筒狀的密閉式槽體，且於槽體內部放置數量不等的圓弧狀電極板，藉以達到節省空間之目 的。

然而，不論是開放式的方型槽體或是密閉式的圓筒狀槽體，其對於水液流向之導引效果亦較有限，必須將水液留置於槽內一段時間，才可讓所槽體內的水液完成預期的電化學反應，再者不但容易導致各電極板之耗損程度不一，且相對較不容易掌控電極板之效能。

本發明即在提供一種可以有效引導水液流向，讓水液在穩定的輸送過程中完成至少一項電化學反應的電化學反應方法，以及與其相關的電化學槽。

本發明之電化學反應方法，基本上包括下列步驟：(a)提供一電化學槽，該電化學槽係由複數電極管構築成數個由內而外逐層串聯配置的流道，分別於相鄰的流道之間設有一引流孔，另設有一供水液自最內圈之流道進入電化學槽的進水孔，另設有一供水液自最外圈之流道離開電化學槽的排水孔，以及於最內圈之流道中穿設一中心電極桿；(b)以預先設定之流速，將水液自進入孔注入電化學槽最內圈之流道，令水液通過最內圈之流道後，再依序向外逐一通過每一個流道，最後再讓水液自最外圈之流道離開電化學槽；(c)將電流導入全數電極管及中心電極桿，即可令依序流經各流道之水液產生電解或電化學合成等電化學反應。

據以，可以有效引導水液通過最內圈之流道後，再依序向外逐一通過每一個流道，最後再讓水液自最外圈之流道離開，讓水液可以在穩定的輸送過程中完成至少一項電化學反應，不但可以有效提升水液之電化學反應效能及產能，更可以有效掌 控各電極管之耗損狀態，甚至可透過不同特性之電極管配置使用，讓水液在穩定的輸送過程中完成多項電化學反應。

本發明之電化學槽，基本上包括：複數不同管徑的電極管、一中心電極桿，以及兩個套接體；其中：全數電極管係以同一圓心相互穿套配置，且相鄰的電極管之間係保持預先設定的間距，由全數電極管構築成數個由內而外逐層串聯配置的流道；該中心電極桿係相對伸入最內圈之流道中，與該位於最內圈之電極管保持預先設定之間距，且與各電極管之間保持絕緣；各套接體係分別連接於全數電極管及該中心電極桿兩端，各套接體分別設有供與各電極管及該中心電極桿相套接的凹槽；以及，該電化學槽，係分別於相鄰的流道之間設有一引流孔，另設有一供水液自最內圈之流道進入電化學槽的進水孔，另設有一供水液自最外圈之流道離開電化學槽的排水孔。

利用上述結構特徵，本發明之電化學槽，於使用時，係可透過進水孔連接欲進行電化學反應的水液，透過排水孔將完成電化學反應的水液排放至所連接的裝置或設備，在電流導入全數電極管及中心電極桿時，與依序流經各流道之水液產生電解或電化學合成等電化學反應；尤其，整體電化學槽可以有效引導水液通過最內圈之流道後，再依序向外逐一通過每一個流道，最後再讓水液自最外圈之流道離開，讓水液可以在穩定的輸送過程中完成至少一項電化學反應，不但可以有效提升水液之電化學反應效能及產能，更可以有效掌控各電極管之耗損狀態，甚至可透過不同特性之電極管配置使用，讓水液在穩定的輸送過程中完成多項電化學反應。

依據上述結構特徵，所述各套接體係分別在其與該中心電極桿及各電極管之間襯設有絕緣材。

依據上述結構特徵，所述各套接體係由絕緣材料加工製成。

依據上述結構特徵，所述中心電極桿之其中一端係相對伸出其所設置之套接體，且在該中心電極桿伸出套接體之區段處，套設一與套接體接合的塞蓋。

所述電化學槽，係至少在其中一套接體上設有至少一連接於相鄰流道之間的引流孔。

所述電化學槽，係在被該最外側之電極管所包圍的各電極管之管體上分別設有一引流孔。

本發明之電化學槽，除了可利用圓筒狀之結構設計，大幅縮減可能占用之地坪空間外，更可利用整體電化學槽之結構設計，讓水液可以在穩定的輸送過程中完成至少一項電化學反應，有效提升水液之電化學反應效能及產能，更可以有效掌控各電極管之耗損狀態，甚至可透過不同特性之電極管配置使用，讓水液在穩定的輸送過程中完成多項電化學反應。

10‧‧‧電極管

10A‧‧‧流道

11‧‧‧引流孔

20‧‧‧中心電極桿

30‧‧‧套接體

31‧‧‧凹槽

32‧‧‧引流孔

33‧‧‧進水孔

34‧‧‧排水孔

40‧‧‧塞蓋

第1圖係為本發明之電化學反應方法基本流程圖。

第2圖係為本發明之電化學槽外觀結構圖。

第3圖係為本發明之電化學槽結構分解圖。

第4圖係為本發明第一實施例之電化學槽結構其中一套接塊之結構示意圖。

第5圖係為本發明第一實施例之電化學槽結構剖視圖。

第6圖係為本發明第二實施例之電化學槽結構其中一套接塊 之結構示意圖。

第7圖係為本發明第二實施例之電化學槽結構剖視圖。

本發明主要提供一種可以有效引導水液流向，讓水液在穩定的輸送過程中完成至少一項電化學反應的電化學反應方法，以及與其相關的電化學槽，如第1圖及第2圖所示，本發明之電化學反應方法，基本上包括下列步驟：

(a)提供一電化學槽，該電化學槽係由複數電極管10構築成數個由內而外逐層串聯配置的流道10A，分別於相鄰的流道10A之間設有一引流孔32，另設有一供水液自最內圈之流道10A進入電化學槽的進水孔33，另設有一供水液自最外圈之流道10A離開電化學槽的排水孔34，以及於最內圈之流道10A中穿設一中心電極桿20。

(b)以預先設定之流速，將水液自進水孔33注入電化學槽最內圈之流道10A；在水液持續自進水孔33注入電化學槽最內圈之流道10A的狀態下，可令水液由內而外依序逐一流經各流道10A之後，再於最外圈之流道10A末端的排水孔34離開電化學槽。

(c)將電流導入全數電極管10及中心電極桿20，即可令依序流經各流道10A之水液產生電解或電化學合成等電化學反應；在此過程中，主要利用心電極桿20及電極管10通電後產生的電位差，對流經各流道10A之水液產生電解或電化學合成等電化學反應。

據以，可透過有效引導水液通過最內圈之流道後，再依序向外逐一通過每一個流道，最後再讓水液自最外圈之流道 離開的流向控制，讓水液可以在穩定的輸送過程中完成至少一項電化學反應，不但可以有效提升水液之電化學反應效能及產能，更可以有效掌控各電極管之耗損狀態，甚至可透過不同特性之電極管配置使用，讓水液在穩定的輸送過程中完成多項電化學反應。

請同時配合參照第2圖至第5圖所示，本發明之電化學槽，基本上包括：複數不同管徑的電極管10、一中心電極桿20，以及兩個套接體30；其中：全數電極管10係以同一圓心相互穿套配置，且相鄰的電極管10之間係保持預先設定的間距，由全數電極管10構築成數個由內而外逐層串聯配置的流道10A。

該中心電極桿20係相對伸入最內圈之流道10A中，與該位於最內圈之電極管10保持預先設定之間距，且與各電極管10之間保持絕緣。

各套接體30係分別連接於全數電極管10及該中心電極桿20兩端，各套接體30分別設有供與各電極管10及該中心電極桿20相套接的凹槽31；以及，整體電化學槽係分別於相鄰的流道10A之間設有一引流孔32，另設有一供水液自最內圈之流道10A進入電化學槽的進水孔33，另設有一供水液自最外圈之流道10A離開電化學槽的排水孔34。

亦即，本發明之電化學槽係可利用上述結構特徵，於最外圈之電極管10內部構築出複數由內而外依序串聯的流道10A。於使用時，係可透過進水孔33連接欲進行電化學反應的水液，透過排水孔34將完成電化學反應的水液排放至所連接的裝置或設備。

在電流導入全數電極管10及中心電極桿20時，即可與依序流經各流道10A之水液產生電解或電化學合成等電化學 反應；尤其，整體電化學槽可以有效引導水液通過最內圈之流道10A後，再依序向外逐一經過每一個流道10A，最後在讓水液自最外圈之流道10A離開。

據以，可讓水液在穩定的輸送過程中完成至少一項電化學反應，不但可以有效提升水液之電化學反應效能及產能，更可以有效掌控各電極管之耗損狀態，甚至可透過不同特性之電極管10配置使用，讓水液在穩定的輸送過程中完成多項電化學反應。

例如，可透過電解回收將水液中的金屬離子逐步除去，讓一些可以重新利用的金屬再生出來；或透過電化學氧化處理印染水、製藥廢水、製革廢水和造紙黑液等製程排放的廢液；當然，亦可透過電化學合成反應使水液之金屬濃度增加，使經過處理後的水液可於加工過程中不斷的重複再利用。

再者，本發明之電化學槽，於實施時，所述各套接體係分別在其與該中心電極桿及各電極管之間襯設有絕緣材，以達到絕緣效果；當然，所述各套接體30亦可如圖所示，由絕緣材料加工製成，以達到應有的絕緣效果。

另外，所述中心電極桿20之其中一端係可相對伸出其所設置之套接體30以方便導入電流，整體電化學槽可進一步在該中心電極桿20伸出套接體30之區段處，套設一與套接體30接合的塞蓋40，加強對中心電極桿20與套接體30之間的密封效果。

在上揭第3圖至第5圖所示之實施例中，本發明之電化學槽，係至少在其中一套接體30上設有至少一連接於相鄰流道10A之間的引流孔32，可透過將各引流孔32設在套接體30(相對於電極管10尾端)之方式，增加每一層流道10A之路徑，藉以對水液提供足夠的電化學反應時間。

再者，本發明之電化學槽，亦可如第6圖及第7圖所示，在被該最外側之電極管10所包圍的各電極管10之管體上分別設有一引流孔11；同樣的，各引流孔11係以設在偏向其所設置之電極管10尾端為佳，使可增加每一層流道10A之路徑，藉以對水液提供足夠的電化學反應時間。

與傳統習用技術相較，本發明所揭露之電化學反應方法，可透過有效引導水液通過最內圈之流道後，再依序向外逐一通過每一個流道，最後再讓水液自最外圈之流道離開的流向控制，讓水液可以在穩定的輸送過程中完成至少一項電化學反應。

同樣的，本發明所揭露之電化學槽，除了可利用圓筒狀之結構設計，大幅縮減可能占用之地坪空間外，利用整體電化學槽之結構設計，可讓水液在穩定的輸送過程中完成至少一項電化學反應，有效提升水液之電化學反應效能及產能，更可以有效掌控各電極管之耗損狀態，甚至可透過不同特性之電極管配置使用，讓水液在穩定的輸送過程中完成多項電化學反應。

綜上所述，本發明提供一較佳可行之電化學反應方法，以及與其相關的電化學槽，爰依法提呈發明專利之申請；本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之揭示而作各種不背離本案發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

Claims (5)

1. 一種電化學槽，包括：複數不同管徑的電極管，全數電極管係以同一圓心相互穿套配置，且相鄰的電極管之間係保持預先設定的間距，由全數電極管構築成數個由內而外逐層串聯配置的流道；一中心電極桿，相對伸入最內圈之流道中，與該位於最內圈之電極管保持預先設定之間距，且與各電極管之間保持絕緣；兩個套接體，分別連接於全數電極管及該中心電極桿兩端，各套接體分別設有供與各電極管及該中心電極桿相套接的凹槽，各套接體係分別在其與該中心電極桿及各電極管之間襯設有絕緣材；以及，該電化學槽，係分別於相鄰的流道之間設有一引流孔，另設有一供水液自最內圈之流道進入電化學槽的進水孔，另設有一供水液自最外圈之流道離開電化學槽的排水孔。
2. 如請求項1所述之電化學槽，其中，各套接體係由絕緣材料加工製成。
3. 如請求項1所述之電化學槽，其中，該中心電極桿之其中一端係相對伸出其所設置之套接體，且在該中心電極桿伸出套接體之區段處，套設一與套接體接合的塞蓋。
4. 如請求項1至3其中任一項所述之電化學槽，其中，該電化學槽，係至少在其中一套接體上設有至少一連接於相鄰流道之間的引流孔。
5. 如請求項1至3其中任一項所述之電化學槽，其中，該電化學槽，係在被該最外側之電極管所包圍的各電極管之管體上分別設有一引流孔。