健康飲水的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種健康飲水機，該飲水機設(shè)有落水座，所述落水座的底部設(shè)有盛水容器，所述盛水容器設(shè)有進水口和出水口，所述進水口與落水座的底部水孔連接，所述出水口與飲水機的出水孔連接；所述盛水容器內(nèi)設(shè)有殺菌裝置，所述殺菌裝置包括至少一對陰電極和陽電極以及用于給所述陰電極和陽電極供電的電解電源；成對的陰電極和陽電極之間設(shè)有透水性隔膜，所述透水性隔膜覆蓋在陽電極上，所述透水性隔膜與陰電極的間距δ范圍是0≤δ≤10mm，所述透水性隔膜的透水孔徑小于等于2毫米且大于等于1納米。該飲水機可在水中生成用于殺滅水中細(xì)菌的氧化因子，且可有效控制氧化因子的類型及數(shù)量，同時降低水的氧化還原電位，確保飲水水質(zhì)的安全與健康。
【專利說明】健康飲水機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種健康飲水機，屬于水電解設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 水為生命之源。伴隨著社會進步以及環(huán)境污染的加劇，人們對日常用水(包括居民 生活用水，醫(yī)療用水、美容用水和食品制作等工業(yè)用水，等等）尤其是生活用水的水質(zhì)，不僅 對安全性提出更高要求，而且希望水的氧化還原電位低至負(fù)值，以能清除體內(nèi)所謂"萬病之 源"的氧自由基。
[0003] 由市政提供的民眾日常生活用水，即使自來水廠出廠水質(zhì)安全指標(biāo)基本達(dá)標(biāo)，輸 送到民眾用水終端的"龍頭水"，由于輸水管網(wǎng)二次污染等原因，也己經(jīng)成為微污染水。為飲 水安保障全，人們越來越多采用各種水質(zhì)凈化裝置，或直接飲用市售瓶裝、桶裝水。然而， 由于種種原因，凈水器出水端或?qū)嶋H到達(dá)飲水終端的水，仍然難以避免細(xì)菌超標(biāo)。例如，飲 水機上的桶裝水出水后產(chǎn)生的負(fù)壓要靠未經(jīng)消毒處理的空氣來補充，空氣夾帶著細(xì)菌和塵 埃進入飲水機，造成"二次污染"，同時還會在飲水機內(nèi)形成一層滑膩的細(xì)菌膜，水中甚至?xí)?出現(xiàn)異味，危及飲水安全。
[0004] 為解決飲水機的細(xì)菌污染，而發(fā)展了各種滅菌方法，其中比較有效的是電解或電 場殺菌、臭氧殺菌等。然而，現(xiàn)有電解或電場殺菌、臭氧等殺菌方式存在的共性問題是，水中 所產(chǎn)生的氧化因子往往是無選擇的，強度難于控制，容易產(chǎn)生毒副作用（例如臭氧消毒不當(dāng) 極易生成強致癌物--溴酸鹽)。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型解決的技術(shù)問題是：提出一種可在水中生成用于殺滅水中細(xì)菌的氧化 因子并可有效控制氧化因子的類型及數(shù)量的飲水機，該飲水機能夠生產(chǎn)低氧化還原電位的 水，從而可以確保飲水水質(zhì)安全與健康。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出的技術(shù)方案是：一種健康飲水機，所述飲 水機設(shè)有落水座，所述落水座的底部設(shè)有盛水容器，所述盛水容器設(shè)有進水口和出水口，所 述進水口與落水座的底部水孔連接，所述出水口與飲水機的出水孔連接；所述盛水容器內(nèi) 設(shè)有殺菌裝置，所述殺菌裝置包括至少一對陰電極和陽電極以及用于給所述陰電極和陽電 極供電的電解電源；成對的陰電極和陽電極之間設(shè)有透水性隔膜，所述透水性隔膜覆蓋在 陽電極上，所述透水性隔膜與陰電極的間距s范圍是0彡δ彡10mm，所述透水性隔膜的透 水孔徑小于等于2毫米且大于等于1納米。
[0007] 上述技術(shù)方案中所述透水性隔膜也叫透水膜，是指透水孔徑從毫米級到納米級， 包括日常水處理使用的各種過濾膜，如：超濾膜（UF)、納濾膜（NF)和微濾膜（MF)，等。
[0008] 上述技術(shù)方案中所述透水性隔膜覆蓋在陽電極上，是指透水性隔膜與陽電極之間 基本是零間距。
[0009] 上述本實用新型申請公開的技術(shù)方案工作機理陳述如下：
[0010] 本實用新型中所述透水性隔膜并非常規(guī)采用的離子膜，而是在水電解領(lǐng)域中從未 用過的一種隔離膜，本發(fā)明人創(chuàng)新地將該透水性隔膜引入水電解裝置中作為陰、陽電極間 的隔離膜。
[0011] 對水電解的正常反應(yīng)是，陰極析氫(氣)、陽極析氧(氣)，H+離子趨向陰極區(qū)域，而 0Γ離子則趨向陽極區(qū)域。本實用新型中，陰、陽電極之間設(shè)置有透水性隔膜，將電解池分割 為陰極室和陽極室兩個反應(yīng)空間。
[0012] 由于透水性隔膜覆蓋在陽電極上，相當(dāng)于陽極室容積=0,陽極析氧反應(yīng)因隔膜對 陽極的覆蓋受到干擾。在陽極脫附轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成的4〇以及在陽極析出的氧氣，由于無處 釋放，只能在克服了透水性隔離膜的透水水阻后，穿過隔膜中無數(shù)微孔通道向陰極室遷移。
[0013] 本實用新型中，隔膜的無數(shù)微孔蓄水空間，等效于陰、陽電極電解電流通路中相互 并聯(lián)的一個個微小水電阻。因陰電極與膜之間間距S很小，陰極室水電阻壓降可以忽略不 計，外加電解電壓主要作用在透水性隔膜上，每個微孔中單位電壓強度極高。再加上透水性 隔離膜的透水孔徑很小(微米級乃至納米級)，從陰極釋放的高能電子在微孔中密集，相當(dāng) 于將一個大的放電電極（陰極）分解為無數(shù)個小曲率半徑電極。因此，不僅在透水性隔膜微 孔中對水電解氧化還原反應(yīng)可充分進行，從陽極遷移到膜孔內(nèi)的〇 2受高能電子的轟擊及強 電場作用生成氧氣泡，并激發(fā)連鎖反應(yīng)，誘發(fā)水體自身氣化，在微孔內(nèi)形成連續(xù)穩(wěn)定的等離 子放電，生成大量氧化因子，最終通過陰極區(qū)域擴散到容器水中。
[0014] 綜合上述反應(yīng)過程可知，本實用新型通過創(chuàng)新的在陰、陽電極之間設(shè)設(shè)置透水性 隔膜，并將該透水性隔膜覆蓋陽極以及控制透水性隔膜與陰電極的間距，帶來的直接效果 是：
[0015] 1)本實用新型僅可制取得到氧化還原電位低富含氫的有益健康水，同時在水中還 生成相當(dāng)多的強氧化因子，較之其它現(xiàn)有富氫水制取技術(shù)，殺菌凈化能力大大提升；
[0016] 2)透水性隔離膜通常可以很薄(例如超濾膜的厚度可做到0· 1mm?0· 5mm)，在陰 陽極之間加入隔離膜后，可以將陰陽電極之間間距穩(wěn)定保持在基本等于隔離膜的厚度范 圍，同等工況下的電解電壓可以很低，甚至僅僅以一塊3. 7V鋰電池供電，可以形成2安培以 上的工作電流，現(xiàn)有技術(shù)是無法做到的；加上膜中發(fā)生的等離子放電高效反應(yīng)因素等，使得 本實用新型的實際功耗較之同類飲水機大大降低。當(dāng)覆蓋碳材質(zhì)陽極時，還可有效防止碳 顆粒剝落造成短路。
[0017] 3)通過對隔離膜與電極性狀等的適當(dāng)選擇及調(diào)整，可以控制水中氧化因子的生 成，以適應(yīng)不同場合的飲水需求。
[0018] 本實用新型中，透水性隔膜的透水孔徑大小進一步影響本實用新型處理水的效 果。透水孔徑小，則對陽極析氧氣化反應(yīng)的抑制效果好，而且透水孔徑減小相當(dāng)于放電電極 的曲率半徑減小，也有利于等離子放電的進行；但是透水孔徑過小，對陽極析氧氣化反應(yīng)抑 制過度，相當(dāng)于大幅度提高了陽極析氧電位，在外加電解電壓不變的情況下，陰陽極之間的 電解電流大大下降，反而導(dǎo)致本實用新型中所期望的各種反應(yīng)不能進行。此外，膜的透水孔 徑選擇還關(guān)聯(lián)到膜的機械強度等多種因素。經(jīng)實踐中反復(fù)試驗，根據(jù)不同的用水需求綜合 考慮，本實用新型選擇透水膜的孔徑范圍從2毫米到1納米之間，涵蓋日常生活水處理常用 的超濾膜、納濾膜和微濾膜。
[0019] 上述本實用新型技術(shù)方案完善一是：所述透水性隔膜是單層透水性隔膜或者是多 層透水性隔膜。其中，單層透水性隔膜優(yōu)選超濾膜或采用碳質(zhì)材料制成的透水性隔膜；多層 透水性隔膜是疊加復(fù)合而成的至少二層，其中靠近陽電極的一層透水性隔膜優(yōu)選采用碳質(zhì) 材料或?qū)щ娞沾芍瞥傻耐杆愿裟ぁ?br> [0020] 通過上述對本實用新型技術(shù)方案的完善一，可以在保證正常析氫反應(yīng)的同時，又 將水中有害物質(zhì)吸附到活性炭膜中進行氧化降解，而且抑制水中的氧化物質(zhì)不至于太多， 防止生物指標(biāo)變差，尤其適合對以"飲"為目的的生活水進行處理。進一步地，倘若透水性 隔膜是疊加復(fù)合而成的至少二層，且其中靠近陽電極的一層透水性隔膜具有導(dǎo)電性和微米 級孔徑(例如是由導(dǎo)電性陶瓷或活性炭纖維制成)，則將帶來進一步的下述變化：
[0021] 1)因為具有良好導(dǎo)電性，其本身產(chǎn)生的電壓降很小，因此保證了水中等離子放電 仍主要在靠向陰極一側(cè)的非導(dǎo)電的、透水孔徑更小的透水膜(一般選擇為超濾膜）中進行。
[0022] 2)由于介質(zhì)的多孔性，一方面可以強化對陽極析氧的抑制，另一方面可以將源水 中的污染物吸附在導(dǎo)電性陶瓷或活性炭纖維的孔隙里，受到陽極的直接氧化和間接氧化 作用而深度降解去除。
[0023] 3)對自來水中殘留余氯有很好吸附，并在陽極作用下轉(zhuǎn)化為無害氯離子，大大降 低了水中殘留余氯可能生成毒副產(chǎn)物的危險。
[0024] 透水性隔膜與陽電極的具體覆蓋可以是覆蓋陽電極的全部表面，也可以是覆蓋陽 電極的部分表面；當(dāng)覆蓋陽電極的部分表面時，優(yōu)選覆蓋陽電極相對陰電極一側(cè)的表面（也 是主要反應(yīng)面)。
[0025] 上述本實用新型技術(shù)方案完善二是：所述陰電極上開有第一通孔，所述第一通孔 的孔徑大于等于1毫米。通過這樣的改進，可以有利于陰極反應(yīng)更充分進行，并將陰電極與 隔離膜之間區(qū)域產(chǎn)生的氫氣泡更好導(dǎo)出。
[0026] 上述本實用新型技術(shù)方案完善三是：所述透水性隔膜上開有第二通孔，所述第二 通孔的孔徑大于2毫米。在透水性隔膜上開有第二通孔，實質(zhì)等效于產(chǎn)生一個個的無膜電 解小區(qū)域，或者說相當(dāng)于引入疊加了常規(guī)無膜電解反應(yīng)，可以適當(dāng)改變本實用新型的水處 理效果，例如調(diào)整水的pH值等。第二通孔與透水性隔膜的透水孔區(qū)別在于：透水孔是采購 的隔膜自身固有的，第二通孔則是另外單獨制作的。
[0027] 上述本實用新型技術(shù)方案完善四是：所述電解電源是高電平窄脈寬的直流脈沖電 源或交變脈沖電源。其中采用交變脈沖電源時，所述交變脈沖電源優(yōu)選正向電壓大于反向 電壓的交變脈沖電源。采用直流脈沖電源、尤其是采用高電平窄脈寬的脈沖電源更加有利 于陰陽電極間水體內(nèi)部的等離子放電，得到更好的制水效果。其次，采用正負(fù)交變脈沖電解 電源對電極組供電，有利于改善陰陽電極表面因雙電層極化電容效應(yīng)而導(dǎo)致的電流減小效 率下降。
[0028] 上述本實用新型技術(shù)方案完善五是：所述盛水容器內(nèi)還設(shè)有用于檢測水質(zhì)和水流 量的傳感器。本實用新型飲水機通過傳感器檢測水質(zhì)，在放水過程中，電解電源可以根據(jù)水 質(zhì)(純凈水或礦泉水）設(shè)定不同的電解電壓，殺菌裝置向水中釋放大量氧化因子，產(chǎn)生很強 的瞬間殺菌作用，徹底滅水中細(xì)菌；在飲水機不供水的待機時間，電解電源可以設(shè)定微小電 解電壓，殺菌裝置向水中緩慢釋放適量氧化因子，防止桶裝水桶中滋生細(xì)菌。
[0029] 上述本實用新型技術(shù)方案的改進是：所述陰電極與透水性隔膜的間距δ是〇毫 米，所述透水性隔膜是由超濾膜和活性碳纖維濾膜兩層疊加復(fù)合而成，其中活性碳纖維濾 膜層緊貼所述陽電極；所述陰電極上開有一排第一腰形通孔，所述超濾膜開有一排第二腰 形通孔，所述第一腰形通孔與第二腰形通孔相互垂直交叉。這樣，可以在水中生成強氧化因 子，該強氧化因子主要構(gòu)成為羥基，也有適量H 2o2和03等長效氧化因子，降低水的氧化還原 電位，使水呈弱堿性，并改善了飲水口感。
[0030] 上述本實用新型技術(shù)方案的進一步改進是：所述陰電極是采用鈦基涂覆鉬簇氧化 物制成的惰性電極，所述陽電極是采用炭性材料制成的惰性電極惰性電極。
[0031] 上述本實用新型技術(shù)方案的進一步改進是：所述陰電極、陽電極和透水性隔膜設(shè) 置在絕緣的開口盒內(nèi)，所述陰電極設(shè)于開口盒的開口處。
[0032] 上述本實用新型技術(shù)方案的進一步改進是：所述陰電極經(jīng)定位螺桿同心穿過透水 性隔膜和陽電極與開口盒底面后固定，所述陽電極設(shè)有穿出所述開口盒底面的導(dǎo)電螺桿， 所述陽電極通過導(dǎo)電螺桿安裝在開口盒的底面；所述電電解電源的正負(fù)極引線分別連接到 導(dǎo)電螺桿和定位螺桿實現(xiàn)對陽電極和陰電極的供電。
[0033] 通過上述一系列改進，可以得到的有益效果是：由于陽電極為炭性材料，陽極析 氧反應(yīng)生成的氧氣主要被吸附在活性炭內(nèi)難以逃逸，進入透水性隔膜并穿過透水性隔膜溶 解到水中的氧氣量極少，因此生成臭氧（〇 3)或雙氧水（H202)的幾率很低，而在強電解電壓 作用下，透水性隔膜中發(fā)生等離子放電過程生成的氧化因子主要表現(xiàn)為暫穩(wěn)態(tài)的羥基自由 基。羥基的活性很強，可強效滅活進入盛水容器的水中細(xì)菌，又不會在飲水機出水中殘留過 多的強氧化因子，影響水的生物性指標(biāo)惡化；另一方面，透水性隔膜由超濾膜和活性碳纖維 濾膜兩層疊加復(fù)合而成，超濾膜開孔使得活性碳纖維濾膜與陰電極之間形成有陰極反應(yīng)空 間，陰極析氫反應(yīng)正常進行；陰電極開孔更有利生成的氫氣向水中溶解溢出，導(dǎo)致水的氧化 還原電位下降。另外，通過上述改進，可以使殺菌裝置結(jié)構(gòu)緊湊，還可以使殺菌裝置應(yīng)用到 其他相關(guān)設(shè)備中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034] 下面結(jié)合附圖對本實用新型健康飲水機作進一步說明。
[0035] 圖1是本實用新型實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖2是本實用新型實施例一中殺菌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 圖3是本實用新型實施例三中殺菌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038] 圖4是本實用新型實施例五中殺菌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0039] 實施例一
[0040] 本實施例的健康飲水機，如圖1和圖2所示，飲水機設(shè)有落水座10,落水座10的底 部設(shè)有盛水容器1，盛水容器1設(shè)有進水口 1-1和出水口 1-2,進水口 1-1與落水座10的底 部水孔連接，出水口 1-2與飲水機的出水孔連接；盛水容1器內(nèi)設(shè)有殺菌裝置15,殺菌裝置 15包括一對陰電極2和陽電極3以及用于給陰電極2和陽電極3供電的電解電源4。
[0041] 如圖2所示，本實施例中陰電極2和陽電極3之間設(shè)有透水性隔膜5,透水性隔膜 5緊貼陽電極3上，并覆蓋陽電極3的全部表面，即透水性隔膜5包覆電極3的全部表面，而 透水性隔膜5與陰電極2的間距δ是1毫米。
[0042] 本實施例的透水性隔膜5采用平均透水孔徑0. 03微米的單層PVDF超濾膜，厚度 為0. 1_。當(dāng)然本實施例的超濾膜也可以采用其他材質(zhì)的透水膜，平均透水孔徑在0. 01? 0. 05微米之間均可。
[0043] 本實施例的陰電極2采用鈦基覆涂鉬族氧化物(涂層厚度為0. 8毫米)制成的惰性 電極，陰電極2呈圓形片狀；陽電極3采用石墨或活性炭等碳質(zhì)材料制成，呈長方形片狀。
[0044] 本實施例的陰電極2和陽電極3在盛水容器1內(nèi)的水中平行放置時，陰電極2位 于陽電極3的上方。
[0045] 本實施例還可以在盛水容器1內(nèi)設(shè)置有用于檢測水質(zhì)和水流量的傳感器11，這樣 飲水機在放水過程中，電解電源4可以根據(jù)測得的水質(zhì)(純凈水或礦泉水）設(shè)定不同的電解 電壓，這樣既能盡可能多的殺滅病菌，又不會產(chǎn)生過多的臭氧等毒副產(chǎn)物。
[0046] 對本實施例的飲水機進行水電解試驗，水質(zhì)TDS=3mg/L，電壓30V得到的實驗結(jié)果 如表1所示：
[0047] 表 1
[0048]

【權(quán)利要求】
1. 一種健康飲水機，所述飲水機設(shè)有落水座，其特征在于：所述落水座的底部設(shè)有盛 水容器，所述盛水容器設(shè)有進水口和出水口，所述進水口與落水座的底部水孔連接，所述出 水口與飲水機的出水孔連接；所述盛水容器內(nèi)設(shè)有殺菌裝置，所述殺菌裝置包括至少一對 陰電極和陽電極以及用于給所述陰電極和陽電極供電的電解電源；成對的陰電極和陽電極 之間設(shè)有透水性隔膜，所述透水性隔膜覆蓋在陽電極上，所述透水性隔膜與陰電極的間距 s范圍是0< δ < 10mm，所述透水性隔膜的透水孔徑小于等于2毫米且大于等于1納米。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的健康飲水機，其特征在于：所述陰電極開有第一通孔，所述第 一通孔的孔徑大于等于1毫米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的健康飲水機，其特征在于：所述透水性隔膜開有第二通孔，所 述第二通孔的孔徑大于2毫米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3之任一所述的健康飲水機，其特征在于：所述透水性隔膜是疊加 復(fù)合而成的至少二層，其中靠近陽電極的一層透水性隔膜是由碳質(zhì)材料制成的透水性隔 膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3之任一所述的健康飲水機，其特征在于：所述透水性隔膜是單層 透水性隔膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的健康飲水機，其特征在于：所述陰電極與透水性隔膜的間距 S是0毫米，所述透水性隔膜是由超濾膜和活性碳纖維濾膜兩層疊加復(fù)合而成，其中活性 碳纖維濾膜緊貼所述陽電極；所述陰電極上開有一排第一腰形通孔，所述超濾膜開有一排 第二腰形通孔，所述第一腰形通孔與第二腰形通孔相互垂直交叉。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的健康飲水機，其特征在于：所述陰電極是采用鈦基涂覆鉬簇 氧化物制成的惰性電極，所述陽電極是采用炭性材料制成的惰性電極惰性電極。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的健康飲水機，其特征在于：所述陰電極、陽電極和透水性 隔膜設(shè)置在絕緣的開口盒內(nèi)，所述陰電極設(shè)于開口盒的開口處。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的健康飲水機，其特征在于：所述陰電極經(jīng)定位螺桿同心穿過 透水性隔膜和陽電極與開口盒底面后固定，所述陽電極設(shè)有穿出所述開口盒底面的導(dǎo)電螺 桿，所述陽電極通過導(dǎo)電螺桿安裝在開口盒的底面；所述電解電源的正負(fù)極引線分別連接 到導(dǎo)電螺桿和定位螺桿，從而實現(xiàn)對陽電極和陰電極的供電。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或6所述的健康飲水機，其特征在于：所述盛水容器內(nèi)還設(shè)有 用于檢測水質(zhì)和水流量的傳感器。
【文檔編號】C02F1/467GK203833687SQ201420176123
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月12日
【發(fā)明者】肖志邦 申請人:大連雙迪科技股份有限公司