专利名称：还原水无隔膜电解装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种制取还原水的电解装置，尤其是一种可以制取宽PH范围(各 种酸性、碱性和中性)还原水的电解装置，属于电解功能水技术领域。
背景技术：
水的氧化还原电位值(0RP值)表征水的还原能力，通常将水的氧化还原电位值 (0RP值)低于+200mV的水称作还原水。经国内外众多专家公认，饮用氧化还原电位(ORP) 低的水，尤其是负氧化还原电位的水，有助于降低活性氧等氧化性物质含量及其活性，从而 可以提高人体的免疫能力和自然治愈能力，延缓衰老。对水电解是目前制取还原水的基本途径，当电解槽内的阴、阳电极加电后，水中的 阳离子移向阴极得电子发生还原反应，水中的阴离子移向阳极失去电子发生氧化反应，阴 极侧的氢离子在形成分子的过程中会与阴极提供的电子耦合成单原子氢，吸收了电子的单 原子态氢就是活性氢或叫还原氢，具有很强的还原能力，水中含有的还原氢越多则水的ORP 值越低，水的还原性越强。水电解后不仅会具有还原性，还会由于氢离子浓度的变化产生酸性、中性和碱性， 其中，中性和弱碱性(PH值在7. 0至8. 5之间)还原水适宜人饮用，可以清除体内酸性代谢 废物、过氧化物；强碱性还原水可以分解毒素，用于蔬菜瓜果的消毒或用于衣物洗涤；中性 和弱酸性还原水可以保护皮肤表面的PH值不受破坏，增加皮肤的弹性，防止皮肤干燥，起 到美容护肤的作用；强酸性还原水可以作为医用消毒杀菌。因此，各种PH值的还原水在很 多场合有着广泛需求。目前市面上常见的电解水装置主要分为有隔膜和无隔膜两种，其中无隔膜电解水 装置是日用化还原水电解装置的发展方向。经相关检索，国内外公开的采用无隔膜电解制 取还原水的方法与装置有一、向电解水溶液中添加特定物质来制取一定pH值范围的还原水。例如，1)申请 号200880012095. 1的中国专利公开的电解水、沐浴用热水及脂肪块的抑制方法，通过添加 物增加氢浓度电解得到溶解的氢浓度在0. 20ppm以上、氧化还原电位为-150毫伏 -500 毫伏的碱性离子水，并试验证明所制的电解还原水能防止皮肤中脂肪的氧化变质，使肌肤 活化，防止氧化变质，抑制皮下脂肪块；2)申请号00126980. 1中国专利公开的电解还原水、 抗癌药及其制备方法和设备，通过对添加NaOH的水进行电解，提供能有效地治疗癌症的不 含盐酸和氯气的电解还原水；3)申请号97191460. 5中国专利公开的还原性电解水及其生 成方法，通过电解添加维生素C等还原剂的水，生成酸碱度(pH)为3 12、氧化还原电位 在-200毫伏以下的还原性电解水，作为水饮料、农用肥料、点滴液、其它的注射液、透析液、 化妆水使用；4)申请号2004800051M. 3的中国专利公开的混合电解水的制造方法，通过向 间距限定2mm范围内的惰性电极-惰性电极对的无隔膜电解槽内添加水溶性无机盐、有机 电解质形成的混合水溶液并进行电解，再添加氢氧化钠调节水的酸碱度，从而获得超氧化 物自由基歧化能力高的混合电解水。上述制取还原水的装置或方法存在的缺陷是需依赖对原水加入特定添加剂进行电解，但特定添加剂在日常应用场合并非容易得到，且添加剂 不易做到定量控制，也难以实现酸碱度(PH值)宽范围可调。因此，这些制取还原水的装置 或方法无法日用商品化，即不能使普通家庭能够随意得到宽范围PH值的还原水。二、通过对电极组施加特定电解电压和电流来制取一定pH值范围的还原水。例 如1)日本专利(特开2000-84560号公报)公开的一种还原水生成装置，采用对电极施加 高频交流电压进行电解；2)中国专利(申请号200510093514. 7)公开的一种还原水生成装 置，该装置采用一对碳电极，将交流电源对各碳电极施加负(_)电压的时间设定为在该碳 电极的表面可形成不影响电极与水的导电性的氧化皮膜的程度，将交流电源对各碳电极施 加正(+)电压的时间设定为在溶解已形成的氧化皮膜，且碳粒子从电极表面溶出到水中之 前就结束的程度，以此减少碳粒子的溶出，以氯离子、次氯酸离子和氯分子残留量少的状态 为目的，生成中性或弱碱性还原水。上述制取还原水的装置存在的缺陷是只用应于特定原 水(例如自来水)，只能制取中性或弱碱性的还原水且不易保持稳定。三、通过对电解水溶液在电解前或电解过程中辅之以磁化、超声振动等其他能量 来制取某一PH值的还原水，例如申请号200580(^9188. 1中国专利公开的中性电解水、中性 电解水的制造方法及中性电解水的制造装置。该装置和方法只能制取中性电解水，且装置 结构和电路控制复杂、功率消耗大。在研究分析上述已有无隔离膜制取还原水的方法和装置之后，本实用新型的发明 人企望从新的方向来探求更简捷易行的无隔离膜制取还原水的方法和装置。为此，经发明 人持续而递进地实验，先后申请了如下代表性的中国专利1、申请号200820183101. 7的一种具有杀菌功能的饮水机、申请号 200820184175. 2的一种电解功能水杯、申请号200820184176. 7 一种便携式电解功能水制 备器；2、申请号201010105001. 4的一种弱碱性负电位电解水制取装置及电解饮水机；3、申 请号2010101206M.X的碱性还原水无隔膜电解装置，特别是打破了迄今电解电极组均为 相同材质的常规，利用不同材质的两电极在水电解氧化还原反应中的特性差异和活性碳的 巨大比表面积的超强吸附作用，与金属电极形成巨大反差，使之得到总体平衡而局部强烈 且稳定的氧化还原反应失衡，从而得到弱碱性乃至强碱性还原水。上述发明人申请的中国专利存在只能制取碱性(即窄PH范围)还原水的不足。 此外，现有的各种还原水无隔膜电解装置和方法(包括上述各专利)的共同不足是1)对 不同水质(电导率)的适应性差(例如5摄氏度左右的市售瓶装纯净水或蒸馏水与我国北 方某些水硬度极高地区自来水烧开时的电导率相差近千倍)；幻不同原水在相同电解工况 下制取的还原水，氧化还原负电位(0RP值)与酸碱度(pH值)参数一致性不好；3)由于对 不同水质的适应性差，导致对电解电源和控制系统的要求非常高，电功率消耗大、制造成本 高。总之，现有各种还原水无隔膜电解装置和方法要么是依赖对原水加入特定添加剂；要么 是制取的电解还原水PH值范围窄(只能单一碱性或酸性)，要么是制取的电解还原水ORP 值难以长时间保持；要么是只适应于特定原水(例如自来水)；要么是电功率消耗大、制造 成本高；从而最终导致缺乏实用性而难以商品化普及。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是，提出一种适应各种原水、电解功率小、无需添加
4任何物质直接通电即可制取酸碱性(PH值)宽范围和稳定态还原水的无隔膜电解装置。本实用新型为解决上述技术问题提出的技术方案是一种还原水无隔膜电解装 置，包括电解槽和置放在电解槽内的一对阴、阳电极，以及与所述阴、阳电极电连接的电源； 所述阴、阳电极之一是主要由活性炭制成的活性炭电极，另一电极是主要由金属制成的金 属电极；所述阴、阳两电极之间距离δ的范围是5mm > δ >0。本实用新型还原水无隔膜电解装置的有益效果是可以适应各种原水、无需添加 任何物质直接通电即可制取宽PH范围和稳定态的还原水，而且该装置相比现有各种水电 解装置具有更低的电耗和制造成本，从而可以实现该无隔膜电解装置的商品化普及。上述技术方案的改进是所述阴、阳两电极之间距离δ的范围是3mm > δ > 0。 这样，电解效果更理想。本实用新型在解决上述技术问题之后要解决的进一步技术问题是使上述无隔膜 电解装置能够对对PH值进行精确调整，从而制取在酸碱性(ρΗ值)宽范围内的任何所需ρΗ 小范围或所需PH值的稳定态还原水，进而使上述无隔膜电解装置进一步商品化。为了解决上述进一步技术问题，本实用新型对上述技术方案的进一步改进是所 述电源是输出正向电能和反向电能独立可调的交变电源。本发明人在持续而递进地实验中进一步的发现是，当电源是输出正向电能和反向 电能独立可调的交变电源时，不仅可以制取碱性还原水或酸性还原水，可对还原水在宽范 围酸碱度内(3 12)进行调整。首先要说明的是，所谓“正向”、“反向”，只是为了分析方便而引用的一个相对概 念。例如，不妨假设以施加在活性碳-金属电极组的电压以活性碳电极极性为⑴而金属 电极极性为(_)，作为提供电解电能的正向方向；以施加在活性碳-金属电极组的电压活 性碳电极极性为㈠而金属电极极性为(+)，作为提供电解电能的反向方向。若按照以上相对方向的约定，则当电解电源输出正向电能大于反向电能时，可制 取得到碱性还原水；当电解电源输出正向电能小于反向电能时，可制取得到酸性还原水； 当电解电源输出正向电能等于反向电能时，可制取得到PH 7的中性还原水；一般地，当控制电解电源输出正向电能与反向电能的比值(绝对值)固定于0 — 无穷大区间某一值时，根据本发明人的试验结果，所制取的还原水其酸碱度(PH)可以是 3 12范围内的某一局部区段。更进而，若以ρΗ值为监控参数，借助对电解电源的实时闭环控制(现有技术)，实 时调整正向或反向输出电解电压的参数(持续时间、幅值、频率、占空比)，由后面的实施表 例可见，完全可以将所制取还原水的PH值精确控制在某一所需点。极端地，若当输出正向电能(反向电能)为某一值而输出反向电能(正向电能) 为零，此时可调交变电源等同于直流电解电源；或者，当电解交变电源输出为正向与反向幅 值相等、相位差180°、频率为50赫兹的正选波时，可调交变电源等同于普通工频电源。这样，通过对电源输出正向电能和反向电能的单向独立调整，即可获得在宽范围 酸碱度内任意所需PH值(乃至精确ρΗ值)的还原水。至于实现电解电源正向或反向输出电能不相等的方法则可由现有技术实现。例 如，可以通过改变施加在电极组正向或反向输出电压的幅值不等、或调节施加在电极组正 向脉冲的频率与反向脉冲的频率不相等、或调节施加在电极组正向脉冲的波形形状与反向脉冲的波形形状不同，甚至可以通过在一个制水周期内先对电极组正向-反向供电一段时 间然后再反向-正向供电一段时间的方法来实现，参见后面实施例的表9和表10。上述技术方案的更进一步改进是所述电解槽构成所述电极之一。上述技术方案的再进一步改进之一是所述电源是输出正向电能和反向电能不相 等的交变电源。上述技术方案的再进一步改进之二是所述电源是输出正向电能和反向电能相等 的交变电源。上述技术方案的完善是所述电源是输出正向电压和反向电压的幅值、频率、波形 或供电时间不相等的交变电源。上述技术方案的进一步完善是所述活性炭是烧结活性炭或压结活性炭，所述金 属是表面涂敷钼族元素氧化物的钛材。上述技术方案的更进一步完善是所述活性炭电极是烧结活性炭或压结活性炭采 用非粘接工艺成型而成。这样，可排除粘接剂对活性炭电极电解性能可能存在的不良影响， 保证制水水质的安全性。此外，采用生物质衍生碳质中间相非粘接工艺成型的活性碳电极 还具有极好的导电性、电导率可控、高比面积和高强度优点，并可制成各种复杂形状，更加 有助于商品化。
以下结合附图对本实用新型的还原水无隔膜电解装置作进一步说明。
图1是本实用新型具体实施方式
的还原水无隔膜电解装置的结构示意图。图2是现有还原水电解装置电极组之间的固液界面层离子分布图。图3是本实用新型具体实施方式
的还原水无隔膜电解装置电极组之间的固液界 面层离子分布图之一。图4是本实用新型具体实施方式
的还原水无隔膜电解装置电极组之间的固液界 面层离子分布图之二。
具体实施方式
本实用新型具体实施方式
的还原水无隔膜电解装置如
图1所示，包括电解槽1和 置放在电解槽1内的一对阴、阳电极2、3(即阴电极2、阳电极3)，以及与阴、阳电极2、3电 连接的电源4。阴、阳电极2、3之一(即阴电极2或阳电极3)主要由活性炭制成(即阴、 阳电极2、3之一是活性炭电极)，另一电极(即阳电极3或阴电极2)主要由金属制成(即 阴、阳电极2、3之二是金属电极)。在本发明具体实施方式
中，活性炭电极是采用活性炭经 非粘接工艺成型而成，规格是40mmX40mmX5mm，电阻率为1. 87 Ω -m,比表面积=760m2/g ； 金属采用表面涂敷钼族元素氧化物的钛材，规格是40mmX40mmX0. 3mm。两电极(即阴电极 2与阳电极3)之间的距离大于零并小于等于5mm;在本发明具体实施方式
中，阴电极2与阳 电极3之间的距离分别限定有lmm、2mm、3mm和5mm四种。1、为检验本具体实施方式
的还原水无隔膜电解装置对原水水质的敏感程度及确 定阴、阳两电极之间的最佳间距，并说明能够减小电解功率消耗，通过以下实验加以验证 (有关理论分析参见与本实用新型同日申请的发明专利一还原水无隔膜电解装置)[0039]选择市售桶装纯净水(电阻率=1897 Ω · m)和南京市供自来水(电阻率= 37. 2 Ω ·πι)作为实验原水。首先以纯净水为原水，选择阴电极2与阳电极3间距分别为 1mm、2mm、3mm、5mm进行电解实验，再选择阴电极2与阳电极3间距分别为7mm、10mm、20mm、 40mm进行对比电解实验，电解电源为常规直流稳压电源，电解过程中维持电解电流=100 毫安，每间隔1分钟记录对应电解电压值。然后再将原水换成南京市供自来水，重复上述试 验，不同是，电解电压为按上述电解纯净水试验中记录的每分钟间隔电解电压值，测量记录 相应的电解自来水电流值。实验结果见下表1和表2:表 权利要求1.一种还原水无隔膜电解装置，包括电解槽和置放在电解槽内的一对阴、阳电极，以及 与所述阴、阳电极电连接的电源；所述阴、阳电极之一是主要由活性炭制成的活性炭电极， 另一电极是主要由金属制成的金属电极；其特征在于所述阴、阳两电极之间距离δ的范 围是5mm彡δ >0。
2.根据权利要求1所述还原水无隔膜电解装置，其特征在于所述阴、阳两电极之间距 离δ的范围是3mm彡δ > 0。
3.根据权利要求1或2所述还原水无隔膜电解装置，其特征在于所述电源是输出正 向电能和反向电能单向独立可调的交变电源。
4.根据权利要求3所述还原水无隔膜电解装置，其特征在于所述电解槽构成所述电 极之一。
5.根据权利要求4所述还原水无隔膜电解装置，其特征在于所述电源是输出正向电 能和反向电能不相等的交变电源。
6.根据权利要求4所述还原水无隔膜电解装置，其特征在于所述电源是输出正向电 能和反向电能相等的交变电源。
7.根据权利要求5所述还原水无隔膜电解装置，其特征在于所述电源是输出正向电 压和反向电压的幅值、频率、波形或供电时间不相等的交变电源。
8.根据权利要求3所述还原水无隔膜电解装置，其特征在于所述活性炭是烧结活性 炭或压结活性炭，所述金属是表面涂敷钼族元素氧化物的钛材。
9.根据权利要求8所述还原水无隔膜电解装置，其特征在于所述活性炭电极是烧结 活性炭或压结活性炭采用非粘接工艺成型而成。
专利摘要本实用新型涉及一种还原水无隔膜电解装置，属于电解水技术领域。该装置包括电解槽和置放在电解槽内的一对阴、阳电极，以及与所述阴、阳电极电连接的电源；所述阴、阳电极之一是主要由活性炭制成的活性炭电极，另一电极是主要由金属制成的金属电极；所述阴、阳两电极之间距离δ的范围是5mm≥δ＞0。该装置可以适应各种原水、无需添加任何物质直接通电即可制取宽pH范围和稳定态的还原水；而且该装置相比现有各种水电解装置具有更低的电耗和制造成本，从而可以实现该无隔膜电解装置的商品化普及。
文档编号C02F1/461GK201923864SQ20102058282
公开日2011年8月10日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者肖志邦 申请人:肖志邦