專利名稱：還原水無隔膜電解裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種制取還原水的電解裝置，尤其是一種可以制取寬PH范圍(各 種酸性、堿性和中性)還原水的電解裝置，屬于電解功能水技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水的氧化還原電位值(0RP值)表征水的還原能力，通常將水的氧化還原電位值 (0RP值)低于+200mV的水稱作還原水。經(jīng)國(guó)內(nèi)外眾多專家公認(rèn)，飲用氧化還原電位(ORP) 低的水，尤其是負(fù)氧化還原電位的水，有助于降低活性氧等氧化性物質(zhì)含量及其活性，從而 可以提高人體的免疫能力和自然治愈能力，延緩衰老。對(duì)水電解是目前制取還原水的基本途徑，當(dāng)電解槽內(nèi)的陰、陽電極加電后，水中的 陽離子移向陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，水中的陰離子移向陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰 極側(cè)的氫離子在形成分子的過程中會(huì)與陰極提供的電子耦合成單原子氫，吸收了電子的單 原子態(tài)氫就是活性氫或叫還原氫，具有很強(qiáng)的還原能力，水中含有的還原氫越多則水的ORP 值越低，水的還原性越強(qiáng)。水電解后不僅會(huì)具有還原性，還會(huì)由于氫離子濃度的變化產(chǎn)生酸性、中性和堿性， 其中，中性和弱堿性(PH值在7. 0至8. 5之間)還原水適宜人飲用，可以清除體內(nèi)酸性代謝 廢物、過氧化物；強(qiáng)堿性還原水可以分解毒素，用于蔬菜瓜果的消毒或用于衣物洗滌；中性 和弱酸性還原水可以保護(hù)皮膚表面的PH值不受破壞，增加皮膚的彈性，防止皮膚干燥，起 到美容護(hù)膚的作用；強(qiáng)酸性還原水可以作為醫(yī)用消毒殺菌。因此，各種PH值的還原水在很 多場(chǎng)合有著廣泛需求。目前市面上常見的電解水裝置主要分為有隔膜和無隔膜兩種，其中無隔膜電解水 裝置是日用化還原水電解裝置的發(fā)展方向。經(jīng)相關(guān)檢索，國(guó)內(nèi)外公開的采用無隔膜電解制 取還原水的方法與裝置有一、向電解水溶液中添加特定物質(zhì)來制取一定pH值范圍的還原水。例如，1)申請(qǐng) 號(hào)200880012095. 1的中國(guó)專利公開的電解水、沐浴用熱水及脂肪塊的抑制方法，通過添加 物增加氫濃度電解得到溶解的氫濃度在0. 20ppm以上、氧化還原電位為-150毫伏 -500 毫伏的堿性離子水，并試驗(yàn)證明所制的電解還原水能防止皮膚中脂肪的氧化變質(zhì)，使肌膚 活化，防止氧化變質(zhì)，抑制皮下脂肪塊；2)申請(qǐng)?zhí)?0126980. 1中國(guó)專利公開的電解還原水、 抗癌藥及其制備方法和設(shè)備，通過對(duì)添加NaOH的水進(jìn)行電解，提供能有效地治療癌癥的不 含鹽酸和氯氣的電解還原水；3)申請(qǐng)?zhí)?7191460. 5中國(guó)專利公開的還原性電解水及其生 成方法，通過電解添加維生素C等還原劑的水，生成酸堿度(pH)為3 12、氧化還原電位 在-200毫伏以下的還原性電解水，作為水飲料、農(nóng)用肥料、點(diǎn)滴液、其它的注射液、透析液、 化妝水使用；4)申請(qǐng)?zhí)?004800051M. 3的中國(guó)專利公開的混合電解水的制造方法，通過向 間距限定2mm范圍內(nèi)的惰性電極-惰性電極對(duì)的無隔膜電解槽內(nèi)添加水溶性無機(jī)鹽、有機(jī) 電解質(zhì)形成的混合水溶液并進(jìn)行電解，再添加氫氧化鈉調(diào)節(jié)水的酸堿度，從而獲得超氧化 物自由基歧化能力高的混合電解水。上述制取還原水的裝置或方法存在的缺陷是需依賴對(duì)原水加入特定添加劑進(jìn)行電解，但特定添加劑在日常應(yīng)用場(chǎng)合并非容易得到，且添加劑 不易做到定量控制，也難以實(shí)現(xiàn)酸堿度(PH值)寬范圍可調(diào)。因此，這些制取還原水的裝置 或方法無法日用商品化，即不能使普通家庭能夠隨意得到寬范圍PH值的還原水。二、通過對(duì)電極組施加特定電解電壓和電流來制取一定pH值范圍的還原水。例 如1)日本專利(特開2000-84560號(hào)公報(bào))公開的一種還原水生成裝置，采用對(duì)電極施加 高頻交流電壓進(jìn)行電解；2)中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?00510093514. 7)公開的一種還原水生成裝 置，該裝置采用一對(duì)碳電極，將交流電源對(duì)各碳電極施加負(fù)(_)電壓的時(shí)間設(shè)定為在該碳 電極的表面可形成不影響電極與水的導(dǎo)電性的氧化皮膜的程度，將交流電源對(duì)各碳電極施 加正(+)電壓的時(shí)間設(shè)定為在溶解已形成的氧化皮膜，且碳粒子從電極表面溶出到水中之 前就結(jié)束的程度，以此減少碳粒子的溶出，以氯離子、次氯酸離子和氯分子殘留量少的狀態(tài) 為目的，生成中性或弱堿性還原水。上述制取還原水的裝置存在的缺陷是只用應(yīng)于特定原 水(例如自來水)，只能制取中性或弱堿性的還原水且不易保持穩(wěn)定。三、通過對(duì)電解水溶液在電解前或電解過程中輔之以磁化、超聲振動(dòng)等其他能量 來制取某一PH值的還原水，例如申請(qǐng)?zhí)?00580(^9188. 1中國(guó)專利公開的中性電解水、中性 電解水的制造方法及中性電解水的制造裝置。該裝置和方法只能制取中性電解水，且裝置 結(jié)構(gòu)和電路控制復(fù)雜、功率消耗大。在研究分析上述已有無隔離膜制取還原水的方法和裝置之后，本實(shí)用新型的發(fā)明 人企望從新的方向來探求更簡(jiǎn)捷易行的無隔離膜制取還原水的方法和裝置。為此，經(jīng)發(fā)明 人持續(xù)而遞進(jìn)地實(shí)驗(yàn)，先后申請(qǐng)了如下代表性的中國(guó)專利1、申請(qǐng)?zhí)?00820183101. 7的一種具有殺菌功能的飲水機(jī)、申請(qǐng)?zhí)?200820184175. 2的一種電解功能水杯、申請(qǐng)?zhí)?00820184176. 7 一種便攜式電解功能水制 備器；2、申請(qǐng)?zhí)?01010105001. 4的一種弱堿性負(fù)電位電解水制取裝置及電解飲水機(jī)；3、申 請(qǐng)?zhí)?010101206M.X的堿性還原水無隔膜電解裝置，特別是打破了迄今電解電極組均為 相同材質(zhì)的常規(guī)，利用不同材質(zhì)的兩電極在水電解氧化還原反應(yīng)中的特性差異和活性碳的 巨大比表面積的超強(qiáng)吸附作用，與金屬電極形成巨大反差，使之得到總體平衡而局部強(qiáng)烈 且穩(wěn)定的氧化還原反應(yīng)失衡，從而得到弱堿性乃至強(qiáng)堿性還原水。上述發(fā)明人申請(qǐng)的中國(guó)專利存在只能制取堿性(即窄PH范圍)還原水的不足。 此外，現(xiàn)有的各種還原水無隔膜電解裝置和方法(包括上述各專利)的共同不足是1)對(duì) 不同水質(zhì)(電導(dǎo)率)的適應(yīng)性差(例如5攝氏度左右的市售瓶裝純凈水或蒸餾水與我國(guó)北 方某些水硬度極高地區(qū)自來水燒開時(shí)的電導(dǎo)率相差近千倍)；幻不同原水在相同電解工況 下制取的還原水，氧化還原負(fù)電位(0RP值)與酸堿度(pH值)參數(shù)一致性不好；3)由于對(duì) 不同水質(zhì)的適應(yīng)性差，導(dǎo)致對(duì)電解電源和控制系統(tǒng)的要求非常高，電功率消耗大、制造成本 高?？傊F(xiàn)有各種還原水無隔膜電解裝置和方法要么是依賴對(duì)原水加入特定添加劑；要么 是制取的電解還原水PH值范圍窄(只能單一堿性或酸性)，要么是制取的電解還原水ORP 值難以長(zhǎng)時(shí)間保持；要么是只適應(yīng)于特定原水(例如自來水)；要么是電功率消耗大、制造 成本高；從而最終導(dǎo)致缺乏實(shí)用性而難以商品化普及。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，提出一種適應(yīng)各種原水、電解功率小、無需添加
4任何物質(zhì)直接通電即可制取酸堿性(PH值)寬范圍和穩(wěn)定態(tài)還原水的無隔膜電解裝置。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是一種還原水無隔膜電解裝 置，包括電解槽和置放在電解槽內(nèi)的一對(duì)陰、陽電極，以及與所述陰、陽電極電連接的電源； 所述陰、陽電極之一是主要由活性炭制成的活性炭電極，另一電極是主要由金屬制成的金 屬電極；所述陰、陽兩電極之間距離δ的范圍是5mm > δ >0。本實(shí)用新型還原水無隔膜電解裝置的有益效果是可以適應(yīng)各種原水、無需添加 任何物質(zhì)直接通電即可制取寬PH范圍和穩(wěn)定態(tài)的還原水，而且該裝置相比現(xiàn)有各種水電 解裝置具有更低的電耗和制造成本，從而可以實(shí)現(xiàn)該無隔膜電解裝置的商品化普及。上述技術(shù)方案的改進(jìn)是所述陰、陽兩電極之間距離δ的范圍是3mm > δ > 0。 這樣，電解效果更理想。本實(shí)用新型在解決上述技術(shù)問題之后要解決的進(jìn)一步技術(shù)問題是使上述無隔膜 電解裝置能夠?qū)?duì)PH值進(jìn)行精確調(diào)整，從而制取在酸堿性(ρΗ值)寬范圍內(nèi)的任何所需ρΗ 小范圍或所需PH值的穩(wěn)定態(tài)還原水，進(jìn)而使上述無隔膜電解裝置進(jìn)一步商品化。為了解決上述進(jìn)一步技術(shù)問題，本實(shí)用新型對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)是所 述電源是輸出正向電能和反向電能獨(dú)立可調(diào)的交變電源。本發(fā)明人在持續(xù)而遞進(jìn)地實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn)是，當(dāng)電源是輸出正向電能和反向 電能獨(dú)立可調(diào)的交變電源時(shí)，不僅可以制取堿性還原水或酸性還原水，可對(duì)還原水在寬范 圍酸堿度內(nèi)(3 12)進(jìn)行調(diào)整。首先要說明的是，所謂“正向”、“反向”，只是為了分析方便而引用的一個(gè)相對(duì)概 念。例如，不妨假設(shè)以施加在活性碳-金屬電極組的電壓以活性碳電極極性為⑴而金屬 電極極性為(_)，作為提供電解電能的正向方向；以施加在活性碳-金屬電極組的電壓活 性碳電極極性為㈠而金屬電極極性為(+)，作為提供電解電能的反向方向。若按照以上相對(duì)方向的約定，則當(dāng)電解電源輸出正向電能大于反向電能時(shí)，可制 取得到堿性還原水；當(dāng)電解電源輸出正向電能小于反向電能時(shí)，可制取得到酸性還原水； 當(dāng)電解電源輸出正向電能等于反向電能時(shí)，可制取得到PH 7的中性還原水；一般地，當(dāng)控制電解電源輸出正向電能與反向電能的比值(絕對(duì)值)固定于0 — 無窮大區(qū)間某一值時(shí)，根據(jù)本發(fā)明人的試驗(yàn)結(jié)果，所制取的還原水其酸堿度(PH)可以是 3 12范圍內(nèi)的某一局部區(qū)段。更進(jìn)而，若以ρΗ值為監(jiān)控參數(shù)，借助對(duì)電解電源的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制(現(xiàn)有技術(shù))，實(shí) 時(shí)調(diào)整正向或反向輸出電解電壓的參數(shù)(持續(xù)時(shí)間、幅值、頻率、占空比)，由后面的實(shí)施表 例可見，完全可以將所制取還原水的PH值精確控制在某一所需點(diǎn)。極端地，若當(dāng)輸出正向電能(反向電能)為某一值而輸出反向電能(正向電能) 為零，此時(shí)可調(diào)交變電源等同于直流電解電源；或者，當(dāng)電解交變電源輸出為正向與反向幅 值相等、相位差180°、頻率為50赫茲的正選波時(shí)，可調(diào)交變電源等同于普通工頻電源。這樣，通過對(duì)電源輸出正向電能和反向電能的單向獨(dú)立調(diào)整，即可獲得在寬范圍 酸堿度內(nèi)任意所需PH值(乃至精確ρΗ值)的還原水。至于實(shí)現(xiàn)電解電源正向或反向輸出電能不相等的方法則可由現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。例 如，可以通過改變施加在電極組正向或反向輸出電壓的幅值不等、或調(diào)節(jié)施加在電極組正 向脈沖的頻率與反向脈沖的頻率不相等、或調(diào)節(jié)施加在電極組正向脈沖的波形形狀與反向脈沖的波形形狀不同，甚至可以通過在一個(gè)制水周期內(nèi)先對(duì)電極組正向-反向供電一段時(shí) 間然后再反向-正向供電一段時(shí)間的方法來實(shí)現(xiàn)，參見后面實(shí)施例的表9和表10。上述技術(shù)方案的更進(jìn)一步改進(jìn)是所述電解槽構(gòu)成所述電極之一。上述技術(shù)方案的再進(jìn)一步改進(jìn)之一是所述電源是輸出正向電能和反向電能不相 等的交變電源。上述技術(shù)方案的再進(jìn)一步改進(jìn)之二是所述電源是輸出正向電能和反向電能相等 的交變電源。上述技術(shù)方案的完善是所述電源是輸出正向電壓和反向電壓的幅值、頻率、波形 或供電時(shí)間不相等的交變電源。上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善是所述活性炭是燒結(jié)活性炭或壓結(jié)活性炭，所述金 屬是表面涂敷鉬族元素氧化物的鈦材。上述技術(shù)方案的更進(jìn)一步完善是所述活性炭電極是燒結(jié)活性炭或壓結(jié)活性炭采 用非粘接工藝成型而成。這樣，可排除粘接劑對(duì)活性炭電極電解性能可能存在的不良影響， 保證制水水質(zhì)的安全性。此外，采用生物質(zhì)衍生碳質(zhì)中間相非粘接工藝成型的活性碳電極 還具有極好的導(dǎo)電性、電導(dǎo)率可控、高比面積和高強(qiáng)度優(yōu)點(diǎn)，并可制成各種復(fù)雜形狀，更加 有助于商品化。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的還原水無隔膜電解裝置作進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
的還原水無隔膜電解裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是現(xiàn)有還原水電解裝置電極組之間的固液界面層離子分布圖。圖3是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
的還原水無隔膜電解裝置電極組之間的固液界 面層離子分布圖之一。圖4是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
的還原水無隔膜電解裝置電極組之間的固液界 面層離子分布圖之二。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
的還原水無隔膜電解裝置如
圖1所示，包括電解槽1和 置放在電解槽1內(nèi)的一對(duì)陰、陽電極2、3(即陰電極2、陽電極3)，以及與陰、陽電極2、3電 連接的電源4。陰、陽電極2、3之一(即陰電極2或陽電極3)主要由活性炭制成(即陰、 陽電極2、3之一是活性炭電極)，另一電極(即陽電極3或陰電極2)主要由金屬制成(即 陰、陽電極2、3之二是金屬電極)。在本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，活性炭電極是采用活性炭經(jīng) 非粘接工藝成型而成，規(guī)格是40mmX40mmX5mm，電阻率為1. 87 Ω -m,比表面積=760m2/g ； 金屬采用表面涂敷鉬族元素氧化物的鈦材，規(guī)格是40mmX40mmX0. 3mm。兩電極(即陰電極 2與陽電極3)之間的距離大于零并小于等于5mm;在本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，陰電極2與陽 電極3之間的距離分別限定有l(wèi)mm、2mm、3mm和5mm四種。1、為檢驗(yàn)本具體實(shí)施方式
的還原水無隔膜電解裝置對(duì)原水水質(zhì)的敏感程度及確 定陰、陽兩電極之間的最佳間距，并說明能夠減小電解功率消耗，通過以下實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證 (有關(guān)理論分析參見與本實(shí)用新型同日申請(qǐng)的發(fā)明專利一還原水無隔膜電解裝置)[0039]選擇市售桶裝純凈水(電阻率=1897 Ω · m)和南京市供自來水(電阻率= 37. 2 Ω ·πι)作為實(shí)驗(yàn)原水。首先以純凈水為原水，選擇陰電極2與陽電極3間距分別為 1mm、2mm、3mm、5mm進(jìn)行電解實(shí)驗(yàn)，再選擇陰電極2與陽電極3間距分別為7mm、10mm、20mm、 40mm進(jìn)行對(duì)比電解實(shí)驗(yàn)，電解電源為常規(guī)直流穩(wěn)壓電源，電解過程中維持電解電流=100 毫安，每間隔1分鐘記錄對(duì)應(yīng)電解電壓值。然后再將原水換成南京市供自來水，重復(fù)上述試 驗(yàn)，不同是，電解電壓為按上述電解純凈水試驗(yàn)中記錄的每分鐘間隔電解電壓值，測(cè)量記錄 相應(yīng)的電解自來水電流值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表1和表2:表 權(quán)利要求1.一種還原水無隔膜電解裝置，包括電解槽和置放在電解槽內(nèi)的一對(duì)陰、陽電極，以及 與所述陰、陽電極電連接的電源；所述陰、陽電極之一是主要由活性炭制成的活性炭電極， 另一電極是主要由金屬制成的金屬電極；其特征在于所述陰、陽兩電極之間距離δ的范 圍是5mm彡δ >0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述還原水無隔膜電解裝置，其特征在于所述陰、陽兩電極之間距 離δ的范圍是3mm彡δ > 0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述還原水無隔膜電解裝置，其特征在于所述電源是輸出正 向電能和反向電能單向獨(dú)立可調(diào)的交變電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述還原水無隔膜電解裝置，其特征在于所述電解槽構(gòu)成所述電 極之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述還原水無隔膜電解裝置，其特征在于所述電源是輸出正向電 能和反向電能不相等的交變電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述還原水無隔膜電解裝置，其特征在于所述電源是輸出正向電 能和反向電能相等的交變電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述還原水無隔膜電解裝置，其特征在于所述電源是輸出正向電 壓和反向電壓的幅值、頻率、波形或供電時(shí)間不相等的交變電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述還原水無隔膜電解裝置，其特征在于所述活性炭是燒結(jié)活性 炭或壓結(jié)活性炭，所述金屬是表面涂敷鉬族元素氧化物的鈦材。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述還原水無隔膜電解裝置，其特征在于所述活性炭電極是燒結(jié) 活性炭或壓結(jié)活性炭采用非粘接工藝成型而成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種還原水無隔膜電解裝置，屬于電解水技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括電解槽和置放在電解槽內(nèi)的一對(duì)陰、陽電極，以及與所述陰、陽電極電連接的電源；所述陰、陽電極之一是主要由活性炭制成的活性炭電極，另一電極是主要由金屬制成的金屬電極；所述陰、陽兩電極之間距離δ的范圍是5mm≥δ＞0。該裝置可以適應(yīng)各種原水、無需添加任何物質(zhì)直接通電即可制取寬pH范圍和穩(wěn)定態(tài)的還原水；而且該裝置相比現(xiàn)有各種水電解裝置具有更低的電耗和制造成本，從而可以實(shí)現(xiàn)該無隔膜電解裝置的商品化普及。
文檔編號(hào)C02F1/461GK201923864SQ20102058282
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者肖志邦 申請(qǐng)人:肖志邦