專利名稱：弱堿性負電位電解水制取裝置及電解飲水機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于制取電解功能水的裝置，屬于電解水裝置技術領域。
背景技術：
功能水是通過適當的手段，在特定的條件下，將外部的能量，例如機械能、磁能、電 能、遠紅外熱能等作用于普通水，改變水的分子團結構使之具有有益功能的一類水的統稱。 目前得到普遍公認而且唯一有標準可執行的是電解功能水，俗稱電解水或離子水。電解水 是指在電解槽中通入直流電后，在陽極與陰極所產生的電解氧化水和電解還原水；電解氧 化水含有較多的酸根離子or離子)，具有氧化性，又稱酸性水，電解還原水含有較多的氫氧 根離子(0H_)，具有還原性，又稱堿性水。國內外大量研究與數十年應用實踐證明，飲用電解 還原水(弱堿或中堿)有益于養生，尤其是具有負氧化還原電位的弱堿性電解還原水更是 被稱為“長壽水”。現有知識中有關于電解水的大量報道可資參考。市面上常見的現有電解水機，一般采用有隔膜電解槽結構，不僅結構復雜，而且膜 容易被污染。這方面的技術現有很多，本發明也無需多作介紹。本申請人在先申請了采用無隔膜電解槽結構的電解水裝置，如已公開的中國專利 ZL200820183101. 7 一種具有殺菌功能的飲水機、ZL200820184175. 2 一種電解功能水杯、 ZL200820184176.7 —種便攜式電解功能水制備器。這些已公開無隔膜電解槽結構的電解水 裝置由于采用了直流脈沖電源產生的微電流對水進行電解，開創了無隔膜電解槽制取電解 水的新方法和裝置。這些已公開的電解水裝置雖然可以實現無隔膜電解水，但是，一是受到 微電流范圍的限制對直流脈沖電源提出很高要求，控制電路過于復雜，成本高；二是制取電 解水時間過長，無法快速有效地制取適宜人飲用的弱堿性負氧化還原電位的電解水。

發明內容
本發明解決的技術問題是提出一種結構簡單并能快速有效制取適宜人飲用的弱 堿性負氧化還原電位電解水的無隔膜電解水裝置。為了解決上述技術問題，本發明提出的技術方案是一種弱堿性負電位電解水制 取裝置，包括無隔膜的電解槽，置于所述電解槽內的陰、陽電極，以及與陰陽電極電連接的 直流脈沖電源，所述陰電極的表面積大于陽電極的表面積。本發明的弱堿性負電位電解水制取裝置的有益效果可以用本文后面實施例的實 驗數據來證實，同時可以用本發明人經深入研究后得出的以下理論分析來加以說明1、弱堿性的形成水通電后產生電解反應，反應式是=H2O = Η++0Η_，電解反應產生的氫根和氫氧根 分別在陰極和陽極發生還原反應和氧化反應，生成的氧氣和氫氣會分別附著在正極和負 極。由于氫鍵比氫氧鍵更容易打開而形成氫氣，這樣當陰極面積大于陽極時，就更有利于析 氫反應的發生，而陽極相對陰極面積小則會導致陽極的電解反應不夠充分；最終導致水中 氫氧根的生成大于氫根的生成而使電解后的水整體顯示弱堿性。即使對于含有電解質的水(如自來水或含礦物質的純水)來說，在電解時，水中的陰離子如(cr)移向陽極發生氧化 反應，而陽離子(Ca2+、Mg2+、Na+)移向陰極發生還原反應，由于陰極面積大于陽極，陰離子在 陽極產生的副反應更容易影響氫氧根的氧化反應程度，而陽離子在陰極產生的副反應對氫 根影響相對要小，因此同樣可以得到弱堿性的水。2、負氧化還原電位的形成電解時能量的轉移實際上是電子的轉移，如高電壓負離子發生器即是利用能量電 子轉移的原理來利用單電極向空氣中發射負離子。在水電解時，電能主要轉化為使水溫度 升高的熱能和使水發生電化學反應的化學能。當用脈沖電流電解時，電極電壓也隨之發生 波狀變化，提高了單位時間瞬間電壓，可以提高化學能產生而降低熱能消耗。高化學能則會 使水中電子聚集，此時水中的氫原子在高電壓高能量情況下容易奪得電子形成相對穩定的 氫負離子態。隨著水中氫負離子的不斷積聚，使水的氧化還原電位持續降低，最終成為穩定 態的負電位水。此外，水電解時，附著在陰極的氫在形成分子的過程中會先形成原始狀態的氫，也 就是帶電子的活性氫00。對于含有電解質的水來說，會因電解而在陰極周圍浮游很多納 米級金屬微粒。這些懸浮的金屬微粒具有吸附活性氫的性能，活性氫就會附著在金屬微粒 上形成相對穩定的存儲狀態。活性氫與這些金屬微粒只是相互附著并無發生反應連接。因 此仍保持其的原始狀態(即H—)。當陰極面積大于陽極時，可以使附著在陰極的還原氫能 更充分地與金屬微粒接觸并發生吸附反應，從而使水中存在更多的活性氫穩定態。當活性 氫(H—)在水中運動遇到氫離子(H+)，部分活性氫就會與氫離子發生反應而使水中的氫離子 (H+)數量減少。綜合以上理論分析，可以得出本發明的弱堿性負電位電解水制取裝置作為一種 無隔膜電解水裝置相比現有無隔膜電解水裝置，不僅結構簡單，而且能夠快速有效制取適 宜人飲用的弱堿性負氧化還原電位電解水。值得一提的是以上理論分析從現有理論是無法得到任何有關啟示的；恰恰相 反，現有的普遍認識是對于無隔膜的電解水裝置來說，陰、陽兩電極面積大小不等是根本 制不出有用的弱堿性負氧化還原電位電解水的。在本發明之前的電解水領域尚缺乏足夠的 理論指導情況下，為了突破現有無隔膜的電解水裝置無法簡單、快速、有效制取弱堿性負氧 化還原電位電解水的瓶頸，本發明人進行了長期的反復實驗，最終找到陰、陽兩電極面積大 小不等這一事后看似容易，但事前卻難以想象并需經歷艱辛實驗過程方能得到的認識和靈 感。這就足以證明本發明的弱堿性負電位電解水制取裝置不是顯而易見就能得到的。上述技術方案的改進是所述陽電極在與所述陰、陽電極的幾何中心連線相垂直 的平面內的正投影位于所述陰電極在所述平面內的正投影的范圍之內。本發明人在找到上述陰、陽兩電極面積大小不等這一關鍵技術后，在進一步實驗 中發現，對于無隔膜的電解水裝置來說，當陽電極和陰電極在與其幾何中心連線相垂直的 平面內的正投影彼此包圍重合的情況下(即陽電極在該平面內的正投影位于陰電極在該 平面內的正投影的范圍之內的情況下)，制取電解水的弱堿性和負氧化還原電位指標更為 理想。在此需要強調說明的是電極的有效反應面積和電極的幾何面積是有區別的。這是 因為電解反應會因陰、陽兩極的相對位置不同而不同。如圖1所示，當面積大小不同的陰、 陽兩電極之間只是平行錯開放置時，電解反應主要是在兩電極在與其幾何中心連線相垂直
4的平面內相互重合的部分之間發生(電流只沿阻抗最小路徑流通)，這樣陰、陽兩電極的有 效反應面積仍然趨于1 :1。上述技術方案的進一步改進是所述陽電極與陰電極的表面積之比是1 1.5 1 8 ；所述陽電極與陰電極的間距的范圍是4mm-1000mm。本發明人又從無數實驗中總結出對于無隔膜的電解水裝置來說，陽電極與陰電 極的表面積之比和陽電極與陰電極的間距同時滿足上述條件范圍時，能夠制取滿足弱堿性 和負氧化還原電位指標的電解水。需要強調說明的是如圖2所示，當表面積大小不同的 陰、陽兩電極之間的間距超出上述條件范圍時，兩極板邊緣出現傾角，仍然會出現陰、陽兩 電極的有效反應面積不等同于其幾何面積比的情況；對于電導率較高的源水(例如北方城 市自來水)來說，保持合適的陽、陰電極表面積之比和陽、陰電極的間距尤為重要。上述技術方案的完善之一是所述陰、陽電極在與其幾何中心連線相垂直的平面 內的投影面積基本相同，所述陽電極上制有均勻密布通孔。上述技術方案的完善之二是所述陰、陽電極傾斜放置在電解槽內并與電解槽內 側壁形成一夾角。上述技術方案的完善之三是所述陽電極是球體，所述陰電極是平板。上述技術方案的完善之四是所述陽電極是不規則的近似球體，所述陰電極是不 規則的曲面板。上述技術方案的完善之五是所述陽電極是帶有通孔的不規則平板，所述陰電極 是大于陽電極的四邊帶倒角的平板。上述技術方案的完善之六是所述陽電極是位于電解槽中央處的圓柱體；所述電 解槽采用導電材料制作，其內壁作為陰電極。本發明在上述技術方案的基礎上所衍生的另一種技術方案是一種電解飲水機， 包括弱堿性負電位電解水制取裝置，還包括進水口、出水口和串接于出水口的加熱裝置；所 述電解槽是金屬桶，其內壁作為陰電極；所述陽電極安置在所述金屬桶內部正中央。


下面結合附圖對本發明弱堿性負電位電解水制取裝置及電解飲水機作進一步說 明。圖1是說明不同于本發明的弱堿性負電位電解水制取裝置的第一種陰陽電極放 置情況的結構示意圖。圖2是說明不同于本發明弱堿性負電位電解水制取裝置的第二種陰陽電極放置 情況的結構示意圖。圖3是本發明實施例一弱堿性負電位電解水制取裝置的結構示意圖。圖4是圖3的A-A向截面圖。圖5是本發明實施例二弱堿性負電位電解水制取裝置的結構示意圖。圖6是圖5的B-B向截面圖。圖7是本發明實施例三弱堿性負電位電解水制取裝置的截面結構示意圖。圖8是本發明實施例四弱堿性負電位電解水制取裝置的結構示意圖。圖9是本發明實施例五弱堿性負電位電解水制取裝置的結構示意圖。
圖10是本發明實施例六弱堿性負電位電解水制取裝置的結構示意圖。圖11是本發明實施例七弱堿性負電位電解水制取裝置的截面結構示意圖。圖12是本發明實施例八弱堿性負電位電解水制取裝置的結構示意圖。圖13是本發明實施例九電解飲水機的結構示意圖。
具體實施例方式實施例一 本實施例的弱堿性負電位電解水制取裝置，如圖3和圖4所示，包括無隔膜的電解 槽1、置于電解槽1內的陰、陽電極2、3和連接陰、陽電極2、3的直流脈沖電源4。電解槽1 采用非導電材質制成，陰、陽電極2、3均呈平板狀并均是由鈦基表面鍍鉬、銥或釕等惰性材 料制成的惰性電極，陰、陽電極2、3與電解槽1的側壁平行放置在電解槽1內。陰電極2的 表面積大于陽電極3的表面積，其中，陽電極3與陰電極2彼此的表面積之比是1 1.5，陽 電極3在與陰、陽電極2、3的幾何中心連線相垂直的平面內的正投影位于陰電極2在該平 面內的正投影的范圍之內。此時根據實驗測算，陽電極3與陰電極2的間距的理想范圍是 80mm-300mm。直流脈沖電源4是輸出直流脈沖電壓的波形、幅值、占空比、功率均可調節的 掃頻脈沖發生器。實施例二本實施例的弱堿性負電位電解水制取裝置是在實施例一基礎上的改進，如圖5和 圖6所示，除與實施例一相同以外所不同的是陰、陽電極2、3在與其幾何中心連線相垂直 的平面內的投影面積基本相同，但陽電極3上制有均勻密布通孔5，陽電極3與陰電極2的 表面積之比是1 5 (本實施例陽電極表面積是指去除通孔5后所余的表面積)。此時實驗 測算，陽電極3與陰電極2的間距的理想范圍是10mm-450mm。實施例三本實施例是在實施例二基礎上的改進，如圖7所示，除與實施例二相同以外所不 同的是陽電極3上的通孔5更大更密集，從而使陽電極與陰電極的表面積之比為1 8(本 實施例陽電極的表面積是指去除通孔5后所余的表面積)。此時根據實驗測算，陽電極3與 陰電極2的間距的理想范圍是4mm-600mm。將上述三個實施例中的弱堿性負電位電解水制取裝置與采用陰、陽電極表面積相 同的無隔膜電解水裝置分別進行制取電解水實驗，主要實驗條件是1)選用市售娃哈哈瓶裝純凈水、瓶裝農夫山泉礦泉水和南京市供自來水三種水 源；2)三個實施例中無隔膜的電解槽1均為方形塑料容器180mmX 130mmX 130mm,約 3升，實際注水容積=2200ml,陰、陽兩電極2、3分別放置在電解槽1兩側內壁附近，陽電極 3的表面積 150cm2，并保持陰、陽兩電極2、3的間距 180mm ；3)直流脈沖電源采用可變脈寬的直流脈沖電源，輸出峰值電壓范圍0-220V，輸 出峰值直流電流范圍0-500毫安，其中A.實驗源水為純凈水時，保持最大輸出峰值電壓 220V，制水周期均為30分鐘，期間電解平均電流從I = 3ma-60ma變化不等(由于純水電導 率低，電流從開始到穩定有一波動范圍)；B.實驗源水為市售農夫山泉礦泉水時，制水周期 均為15分鐘，保持電解平均電流I = SOma ；C.實驗源水為南京市供自來水時，制水周期均為5分鐘，保持電解平均電流I = 150ma ；4)為使實驗結果準確，每一制水周期完成后將電解槽1中水全部倒出至外部容 器，充分攪拌并靜置2分鐘再測量PH及ORP值(Oxidation-ReductionPotential的縮寫， 它表示溶液的氧化還原電位)，用石蕊試劑對比檢測PH值。實驗結果如下表I-表3:表 權利要求
1.一種弱堿性負電位電解水制取裝置，包括無隔膜的電解槽，置于所述電解槽內的陰、 陽電極，以及與陰陽電極電連接的直流脈沖電源，其特征在于所述陰電極的表面積大于陽 電極的表面積。
2.根據權利要求1所述弱堿性負電位電解水制取裝置，其特征在于所述陽電極在與 所述陰、陽電極的幾何中心連線相垂直的平面內的正投影位于所述陰電極在所述平面內的 正投影的范圍之內。
3.根據權利要求2所述弱堿性負電位電解水制取裝置，其特征在于所述陽電極與陰 電極的表面積之比是1 1.5 1 8 ；所述陽電極與陰電極的間距的范圍是4mm-1000mm。
4.根據權利要求1-3之任一所述弱堿性負電位電解水制取裝置，其特征在于所述陰、 陽電極在與其幾何中心連線相垂直的平面內的投影面積基本相同，所述陽電極上制有均勻 密布通孔。
5.根據權利要求1-3之任一所述弱堿性負電位電解水制取裝置，其特征在于所述陰、 陽電極傾斜放置在所述電解槽內并與所述電解槽內側壁形成一夾角。
6.根據權利要求1-3之任一所述弱堿性負電位電解水制取裝置，其特征在于所述陽 電極是球體，所述陰電極是平板。
7.根據權利要求1-3之任一所述弱堿性負電位電解水制取裝置，其特征在于所述陽 電極是不規則的近似球體，所述陰電極是不規則的曲面板。
8.根據權利要求1-3之任一所述弱堿性負電位電解水制取裝置，其特征在于所述陽 電極是帶有通孔的不規則平板，所述陰電極是大于陽電極的四邊帶倒角的平板。
9.根據權利要求1-3之任一所述弱堿性負電位電解水制取裝置，其特征在于所述陽 電極是位于所述電解槽中央處的圓柱體；所述電解槽采用導電材料制作，其內壁作為陰電 極。
10.一種電解飲水機，其特征在于包括權利要求1-4之任一所述弱堿性負電位電解水 制取裝置，還包括進水口、出水口和串接于出水口的加熱裝置；所述電解槽是金屬桶，其內 壁作為陰電極；所述陽電極安置在所述金屬桶內部正中央。
全文摘要
本發明涉及一種用于弱堿性負電位電解水制取裝置，還涉及一種電解飲水機，屬于電解水裝置技術領域。該弱堿性負電位電解水制取裝置包括無隔膜的電解槽，置于電解槽內的陰、陽電極，以及與陰陽電極電連接的直流脈沖電源，陰電極的表面積大于陽電極的表面積。該電解飲水機除包括該弱堿性負電位電解水制取裝置以外，還包括進水口、出水口和串接于出水口的加熱裝置；電解槽是金屬桶，其內壁作為陰電極；陽電極安置在所述金屬桶內部正中央。該弱堿性負電位電解水制取裝置和電解飲水機不僅結構簡單，而且能夠快速有效制取適宜人飲用的弱堿性負氧化還原電位電解水。
文檔編號C02F1/461GK102001730SQ20101058211
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月26日 優先權日2010年1月25日
發明者肖志邦 申請人:肖志邦