水体自发电电解还原模块的制作方法

专利名称：水体自发电电解还原模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电解还原模块，特别是一种具有自发电能力的水体电解还原模 块。
背景技术：
在一般工业用水或民生用水的水体的输送或贮存过程中，会受到输送或贮存环境 中的无机物质或有机物质的污染，而存在大量的细菌、病毒或其他造成水质劣化的微生物 等对人体有害的物质。如以自来水、山泉水、地下水或井水等一般常见的民生用水为例，这 些民生用水先由水源处经输送管路输送并贮存于储水槽内，然后再由储水槽所衔接的输水 管路输出至用水端。为了使民生用水在输出至用水端时能达到适于使用的标准，通常会定期添加化学 药品(杀菌剂或除垢剂)于储水槽的水体内，例如在水体中投入次氯酸钠或通入氯气，并通 过次氯酸钠或氯气于水体内产生氧化作用，使水体中能存在自由余氯(H0C1+0C1_)等氧化 性物质，以确保水体在用水端使用前没有细菌滋生及后续危害。虽然自由余氯在水体中能 产生杀菌、消毒作用，但是当水体中所含有的自由余氯浓度达到约2 3ppm (mg/L，毫克/公 升)时，即会使水体的水质劣化，并且让使用者感受到自由余氯所具有的特殊刺激气味。因 此，世界卫生组织(world health organization, WHO)在考量多数人的感觉以及确保自由 余氯残余剂量的消毒效力的情况下，推荐以自由余氯浓度为0. Ippm以下做为适饮性考虑 所订定的基准，并建议各国依国情状况不同自行调整。然而在某些国家中所订定的自由余氯标准仍然高于此一订定基准，更有甚者，在 部份地区或受到大雨发生的区域，由于水源污染的关系，使水体中所含有的自由余氯平均 浓度增加10倍左右，如此虽可确保水体为无菌的水质，但对于人体接触与饮用而言，也是 生活中另一高风险来源。此外，根据科学研究证明，具有高氧化性的自由余氯除了可经由食 物的摄取外，也可经由皮肤吸收而对人体产生影响，轻微程度而言，自由余氯会酸化并破坏 头发和肌肤的蛋白质，使头发与肌肤受到损害；严重者则使人体产生心脏疾病、动脉硬化、 高血压等慢性疾病和过敏等症状。有鉴于此，虽然在水体中的确需要存在适量的自由余氯，以达到对水体产生杀菌 与消毒的作用，但在水体经由输水管线输送至用水端时，则需尽可能的使水体中所含的自 由余氯及其他氧化性物质的浓度降至最低或自水体中去除，以避免对人体产生危害。目前对于水体中自由余氯或其他氧化性物质的去除方法上，通常会在储水槽及用 水端之间装设一过滤(或净水)装置，使含有氧化性物质(如自由余氯)的水体先流通至 过滤装置，以通过过滤装置内所填充的吸附剂吸附氧化性物质，例如以多孔性陶瓷球、活性 碳或其他化学药剂等吸附氧化性物质或与氧化性物质进行理化反应，进而使氧化性物质自 水体内去除。然而，在现有过滤装置的使用上，由于过滤装置的组成结构复杂并占有一定的体 积，使过滤装置仅能装设于某些特定的区域使用，例如在一般家庭中大多安装于水槽下的容置空间内，用以对饮用水进行过滤，因此使过滤装置受限于本身所具有的体积，而无法广 泛的应用于其他输水设备上。此外，过滤装置中所填充的吸附剂在长期与水体接触后，存在有污染水体的水质 的疑虑，而需定期的更换吸附剂，并且在过滤装置的操作上需额外的提供操作电源才能顺 利运转，进而使过滤装置的使用成本大幅上升，并造成能源的过度损耗。

发明内容
鉴于以上的问题，本发明提供一种水体自发电电解还原模块，从而改进现有用于 过滤(或去除)水体中的氧化性物质的水体净化装置，改善现有装置的组成结构复杂、体积 庞大，并且需额外提供电源才能进行操作的现况，并解决现有的水体净化设备无论在制造 生产或使用上都存在有的成本过高、组装不易以及能源过度损耗的问题。同时去除现有的 水体净化装置需使用吸附剂及/或添加化学药剂来去除水体中的氧化性物质，而存在有吸 附剂及/或化学药剂污染水质的疑虑。本发明揭露一种水体自发电电解还原模块，应用于含有氧化性物质的水体，此水 体自发电电解还原模块包括一中空管、一自发电单元及一电解单元，自发电单元及电解单 元分别配置于中空管内，且自发电单元耦接于电解单元，自发电单元具有至少一叶片，当水 体流通于中空管时，水体带动叶片或涡轮等水力承受设备转动，使自发电单元产生一电力 传送至电解单元，电解单元于接收电力后，对流通至电解单元的水体进行电解作用，从而让 存在于水体内的氧化性物质产生一还原反应。本发明还揭露一种水体自发电电解还原模块，应用于一输水管路，此输水管路内 流通有含有氧化性物质的水体。水体自发电电解还原模块包括有一自发电单元及一电解单 元。自发电单元具有一叶片，并且于叶片转动时会产生一电力。自发电单元及电解单元分 别配置于输水管路，且电解单元耦接于自发电单元。当水体流通于输水管路时，水体带动自 发电单元的叶片转动并产生电力，电解单元于接收电力后，对流通至电解单元的水体进行 电解作用，从而让存在于水体内的氧化性物质产生一还原反应。本发明所揭露的水体自发电电解还原模块，将自发电单元及电解单元配置于中空 管形式容器或输水管路内，通过所欲处理的含有氧化性物质的水体在中空管或轮水管路的 流动来驱动自发电单元产生电力，再由此电力致动电解单元，进而由电解单元将水体中的 氧化性物质去除或使氧化性物质的浓度降低。本发明的水体自发电电解还原模块由于可在不需提供额外电力以及添加其他吸 附剂及/或化学药剂的情形下，即可完成去除(或降低)水体中氧化性物质的操作，因此可 有效节省外加电源的损耗，以及避免因使用吸附剂及化学药剂所产生污染水质的问题。并 由于水体自发电电解还原模块所具有的自发电特性以及简易的结构组成，使水体自发电电 解还原模块可广泛的装设(应用)于各种缺乏电源的环境，进而使水体自发电电解还原模 块的应用性与使用上的便利性获得提升。以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明是用以示范与解释本发 明的原理，并且提供本发明的权利保护范围更进一步的解释。


图1为本发明的第一实施例的分解示意图；图2为本发明的第一实施例的组合示意图；图3为本发明的第一实施例的自发电单元的感应线圈设置于中空外的外表面的 组合示意图；图4为本发明的电解单元可产生电解反应的区域的剖面示意图；图5为本发明的第一实施例的中空管内壁面具有螺纹的剖面示意图；图6为本发明的第一实施例的中空管外表面具有螺纹的剖面示意图；图7为本发明的第一实施例的自由余氯去除率示意图；图8为本发明的第一实施例的输出功率示意图；图9为本发明的第一实施例的中空管具有不同管径的剖面示意图；图10为本发明的第一实施例的阴极部具有筛网结构的剖面示意图；图11为本发明的第二实施例的分解示意图；图12为本发明的第二实施例的组合示意图；图13为本发明的第二实施例仅配置一限位件的组合示意图；图14为本发明的第二实施例配置有多个电解单元的剖面示意图；图15为本发明的第二实施例的电解单元具有多个阴极部及阳极部的剖面示意图；图16为本发明的第三实施例的剖面示意图；图17为本发明的第三实施例的电解单元具有两个限位件的剖面示意图；图18为本发明的第四实施例的分解示意图；图19为本发明的第四实施例的组合示意图；以及图20为本发明的第四实施例包含有连接管的分解示意图。主要元件符号说明10中空管
110笛一總 弟 漸
120Λ-Λ- ~·上山 弟一兄而
130内壁面
131结合部
132抵靠面
140外表面
150容置空间
160结合孔
170螺纹
20自发电单元
210框架
220本体
221旋转轴
222负极导线
223正极导线
224永久磁铁
225感应线圈
226整流电路模块
230叶片
240第一壳体
241进水口
242出水口
243螺纹
244卡扣件
30电解单元
310阴极部
311通孔
312导电片
313网目
314阴极部的有效反应面积
320阳极部
321阳极部的有效反应面积
330夹套
331固定孔
340第二壳体
341进水口
342出水口
343结合孔
344结合部
345抵靠面
346螺纹
347扣合槽
348电性接点
350固定件
360限位件
361穿孔
362定位孔
363流量孔
370可产生电解反应的区域
40固定件
50限位件
510穿孔
520定位孔
530流量孔
60连接管
610电连接孔
620电连接头
630电连接线
70整流器
d间距
具体实施例方式本发明所揭露的水体自发电电解还原模块可配置于家庭、工业用的输水管路或 任何输送水体的管路上，用以降低或去除输水管路所输送的水体内所含有的氧化性物质 的含量，此氧化性物质可以是但不限于过氯酸(perchloric acid, HClO4)、氯酸(chloric acid，HClO3)、亚氯酸(chlorous acid，HClO2)、次氯酸(hypochlorous acid，HC10)，双氧水 (hydrogen dioxide)、过醋酸(peracetic acid)、亚硫酸钠(sodium sulfite,Pfe2SO3)、亚硫 酸氢钠(sodium bisulphite，NaHSO3)、硫化钠(sodiumsulfide，Na2S)、硫代硫酸钠(sodium hyposulfaite, Na2S2O3)或其他于水体中容易形成氧化物的杂质，或是过氯酸、氯酸、亚氯酸 及次氯酸解离后所产生的酸根与复合盐类等。如“图1”和“图2”所示，本发明第一实施例所揭露的水体自发电电解还原模块包 含一中空管10、一自发电单元20、一电解单元30及多个固定件40。中空管10具有一第一 端110、一第二端120、一内壁面130、一外表面140及一容置空间150，内壁面130及外表面 140位于中空管10的相对两侧，并分别自第一端110沿伸至第二端120，并且于中空管10 上具有多个贯通于内壁面130及外表面140的结合孔160。自发电单元20及电解单元30配置于容置空间150内，自发电单元20配置于相邻 于第一端110的位置，而电解单元30则配置于相邻于第二端120的位置，其中自发电单元 20及电解单元30在容置空间150内的配置位置，亦可使自发电单元20相邻于第二端120， 而电解单元30相邻于第一端110的配置方式。在第一实施例中，是以自发电单元20相邻 于第一端110，电解单元30相邻于第二端120的配置方式做为举例说明，但并不以此为限。自发电单元20具有一框架210、一本体220及一叶片230，框架210的外径匹配于 中空管10的内径，使框架210配置于中空管10内的容置空间150时，可迫紧于中空管10 的内壁面130，而固定于容置空间150内。此外，可在框架210的外表面设置多个凸肋(或 凸块)，并于内壁面130上设置相对应的沟槽(或凹槽)(图中未示)，使框架210可通过凸 肋嵌合于沟槽内而固定于容置空间150内。本体220内具有一定子、一转子及一整流电路模块(图中未示)，定子与整流电 路模块相连接，且定子具有一感应线圈，转子具有一永久磁铁，且转子活动穿设于感应线圈 内。本体220并具有一旋转轴221、一负极导线222及一正极导线223。旋转轴221的一端 活动穿设于本体220内并与转子相连接，旋转轴221的另一端凸设于本体220外并与叶片 230相连接，叶片230的结构形态可为螺旋式叶片或涡轮式叶片，负极导线222及正极导线 223的一端与本体220的整流电路模块相连接，另一端分别连接于电解单元30。自发电单元20是通过叶片230带动旋转轴221转动，使转子相对定子旋转而以磁 生电的方式产生电力，并以整流电路模块转换成直流电后，经由负极导线222及正极导线223将电力输出至电解单元30。此外，如“图3”所示，在本发明的其他实施例中，自发电单 元20以永久磁铁2M与感应线圈225产生电力的设置方式，页可以将感应线圈225包覆于 中空管10的外表面140以及将永久磁铁2M设置于旋转轴221上并贴近于中空管10的内 壁面130，同时使永久磁铁2M对应于感应线圈225。并且，将整流电路模块2 设置于中 空管10的外表面140，感应线圈225耦接于整流电路模块226，并通过整流电路模块2 耦 接于电解单元30。因此，当旋转轴221转动时，可带动永久磁铁2M相对感应线圈225转 动，而产生电力输出至整流电路模块226，并经由整流电路模块2 传递至电解单元30。由于自发电单元通过永久磁铁与感应线圈交互作用而产生电力的磁生电原理及 结构设置已属现有的技术，因此其详细结构及作动原理便不在此加以赘述。请继续参阅“图1”和“图2”，电解单元30具有一阴极部310、一阳极部320及一夹 套330。阴极部310耦接于自发电单元20的负极导线222，且阳极部320耦接于自发电单 元的正极导线223。阴极部310的组成材质可以是但不局限于国际编号316或316以上的 不锈钢材质、石墨或其他易产生还原反应的材料，而阳极部320的组成材质可以是但不仅 限于白金、镀钼金属或其他易产生氧化反应的材料所构成，如铱、钌、钯等，且阴极部310与 阳极部320之间具有一间距d。阴极部310及阳极部320的结构形态可分别为一板状结构 及一柱状结构，或两者皆为板状结构，又或者阴极部及/或阳极部为一长条状、螺旋形状、 多圈形状、多重片状、波浪形或网状的结构形态，并且使阴极部310的总表面积极大化以及 阳极部320的总表面积极小化。其中，阴极部310及阳极部320分别具有一有效反应面积314、321，阴极部310的 有效反应面积314与阳极部320的有效反应面积321，分别为阴极部310与阳极部320之间 可产生电解反应的区域370内，所涵盖的阴极部310以及阳极部320的表面积(如“图4” 所示)。此外，阴极部310的有效反应面积314与阳极部320的有效反应面积321的比值介 于4. 5比1(4. 5 1)至10比1(10 1)之间，尤其是小于8比1，以增加电解单元30的电 解效能。于本实施例中以阴极部310为一板状结构的阴极板，而阳极部320为一柱状结构 的阳极柱做为举例说明，但并不以此为限。阴极部310沿着中空管10的内壁面130环设于 容置空间150，并介于阳极部320与中空管10的内壁面130之间，且阴极部310具有多个通 孔311，多个通孔311分别与中空管10的多个结合孔160相对应。阳极部320穿设并固定 于夹套330上，夹套330上并具有多个固定孔331。在电解单元30的配置上，通过固定件40依序穿设过中空管10的结合孔160及阴 极部310的通孔311，然后穿设并固定于夹套330的固定孔331内，使电解单元30被固定于 容置空间150，并使阳极部320受到固定件40的夹制而悬置于容置空间150内。虽然在本 实施例中，是以两个固定件40将电解单元30固定于中空管10的容置空间150内做为举例 说明。然而在本发明的其他实施例中，可仅使用单一固定件40依序穿设过中空管10的结 合孔160及阴极部310的通孔311，然后穿设并固定于夹套330的固定孔331内，同样可使 电解单元30固定于容置空间150内。此仅为电解单元30配置于中空管10的固定方式的 不同，并非用以限定本发明。其中，阳极部320的位置可通过使用不同长度的固定件40进行调整，使阳极部320 位于阴极部310所环绕形成的圆心位置上(即阳极部320与阴极部310之间维持相等间距d)，或使阳极部320偏离于阴极部310所环绕形成的圆心位置。并且，固定件40可为螺丝、 螺栓或螺柱等形式，用以夹制并固定电解单元30于中空管10内，同时可选择的在固定件40 上套设一垫圈或0形环(0-ring)(图中未示)，以增加固定件40与中空管10的外表面140 之间的密合度。如“图2”所示，在水体自发电电解还原模块的应用上，直接将水体自发电电解还原 模块串接于一输水管路上(图中未示)，例如以橡胶软管套设于中空管10的第一端110(或 第二端120)，使水体自发电电解还原模块串接于水龙头的出水口 ；或是如“图5”和“图6” 所示，在中空管10相邻于第一端110及/或第二端120的内壁面130或外表面140设置多 个螺纹170，以通过多个螺纹170螺合塑胶或金属等硬质材料所构成的输水管路的螺牙，而 串接于输水管路上(图中未示)。此外，亦可先将内壁面130具有螺纹170的中空管10，螺 合于外表面140具有螺纹170的中空管10，然后再串接于输水管路上，此仅水体自发电电解 还原模块与输水管路之间接合方式的不同，并非用以限定本发明。其中，水体自发电电解还 原模块的结构尺寸还可配合所欲连接的输水管路的管径尺寸对应调整，而制作成各种不同 尺寸大小的水体自发电电解还原模块。在本实施例中以水体自发电电解还原模块应用于一般家庭用的四分管(图中未 示)，并用以去除水体中所含有的自由余氯(H0C1+0C1_)做为举例说明。水体自发电电解还 原模块的中空管10长度约为14厘米(cm)，且中空管10的直径相等于四分管的直径(大约 为1. 6厘米)，而其中电解单元30的阴极部310及阳极部320的长度约为10厘米，且阴极 部310的直径约为1. 2厘米。如“图2”所示，在操作上，当含有自由余氯的水体(图中未示)经中空管10的输 送，而自中空管10的第一端110流入于容置空间150时，将同时让含有自由余氯的水体冲 击于自发电单元20的叶片230上，并带动叶片230转动，进而驱动自发电单元20产生电力， 且随着含有自由余氯的水体的流速增加，自发电单元20的输出功率亦随着增加。请配合“图8”，当含有自由余氯的水体以每分钟0公升的初始流速增加至每分钟 12. 5公升时，自发电单元20所产生的电力的输出功率从0毫瓦(mW)增加至将近1100毫 瓦。若以多项式回归运算，可获得水体流速(χ)与自发电单元输出功率(y)之间的关系式， 如以下方程式I所示y = 12. 323x2-80. 906x+135. 39 方程式 I据此，当水体流速超过每分钟6. 6公升时，即可供应电解单元进行电解还原自由 余氯所需的139毫瓦的电量。其中，由于自发电单元20所产生的电力与含有自由余氯的水体的流速成正比， 因此除了可通过改变自发电单元20内定子的感应线圈的线圈密度来增加自发电单元20 所产生的电力外，亦可如“图9”所示，将中空管10的第一端110的管径加大，或以文氏管 (venture tube)的形式设置，使含有自由余氯的水体流通至自发电单元20的流速加快，进 而提升自发电单元20所产生的电力。之后，经由负极导线222及正极导线223将此电力输出至电解单元30上，并且于 电解单元30的阴极部310与阳极部320接收电力后产生电解作用，使含有自由余氯的水体 在流通至电解单元30时，水体中所含有的自由余氯于阴极部310产生还原反应，而形成稳 定且不易危害人体的氯离子形态，进而降低自由余氯在水体中的含量。其中，含有自由余氯的水体为酸性水质时，其氧化还原反应方程式如下所示阳极反应2H20— 02+4H++4e"阴极反应2H0Cl+2H++2e- — C12+H20
4HOC1 — O2+Cl2+ H2O总反应个 Cl2 + H2O — HOCl + HCl而当含有自由余氯的水体为碱性水质时，其氧化还原反应方程式如下所示阳极反应40F— 02+2H20+4e"阴极反应0Cr+H20+2f— 0Γ+20Γ总反应20C1_— 02+2Cr若进一步的对自由余氯的去除率进行测试，请配合“图7”，当电解单元30于接收 自发电单元20的电力后，以1. 5伏特(volt，V)至6伏特的电压电解含有自由余氯的水体， 可使水体中的自由余氯的浓度从约0. 36ppm下降至低于0. lppm，意即，当含有自由余氯的 水体流通过水体自发电电解还原模块后，水体中自由余氯的去除率约可达到40%至80% 的水准，尤其在电解单元30的电压达到4伏特或4伏特以上时，其自由余氯的去除率更能 维持在80%左右，因此证实了水体自发电电解还原模块对于水体中的氧化性物质具有良好 的去除效率。此外，由于自由余氯的电解还原作用是在电解单元30的阴极部310完成，可进一 步的将阴极部310的结构形态设置为具有多个网目(mesh) 313的筛网结构(如“图10”所 示)，或是在阴极部310上开设多个孔洞(图中未示)。因此，当含有自由余氯的水体在与 自发电单元20接触后，含有自由余氯的水体在中空管10内的流动路线可为经由电解单元 30内部与电解单元30及中空管10之间的间隔空间流动、全部通过电解单元30内部空间 流动以及全部通过电解单元30内部空间，再经阴极部310上的多个网目或孔洞流出至电解 单元30与中空管10之间的间隔空间等流动方式。借以使阴极部310与含有自由余氯的水 体之间的接触面积增加，而提升自由余氯的去除效率。据此，当含有自由余氯的水体从中空 管10的第二端120流出时，水体所含有的自由余氯的浓度将受到电解单元30的电解作用 而大幅的减少，使存在于水体中的自由余氯对人体的危害程度降至最低。请参阅“图11”和“图12”所示，为本发明所揭露的第二实施例的分解及组合示意 图。本发明所揭露的第二实施例及第一实施例在结构及作动原理上大致相同，以下仅就两 者间的差异加以说明。本发明第二实施例所揭露的水体自发电还原模块包括一中空管10、一自发电单元 20、一电解单元30及两个限位件50。中空管10相邻于第一端110及第二端120的外表面 140设置多个螺纹170，以通过多个螺纹170螺合塑胶或金属等硬质材料所构成的输水管路 的螺牙，而串接于输水管路上(图中未示)。中空管10的内壁面130相邻于第一端110及第 二端120的位置，分别具有一结合部131。并且，在中空管10中，两个结合部131的直径大 于其他区域的直径，从而使结合部131与其他区域之间相连接的位置形成一抵靠面132(如 “图11”所示)。自发电单元20、电解单元30及两个限位件50配置于容置空间150内。自发电单元20配置于相邻于第一端110的结合部131，且自发电单元20的框架210外径匹配于结 合部131的直径，使自发电单元20可通过框架210迫紧并固定于结合部131。电解单元30 则配置于相邻于第二端120的位置。在本实施例中，电解单元30的阴极部310为一具有多 个网目的阴极板，而阳极部320为一柱状结构的阳极柱。并且于阴极板310相对自发电单 元20的一端具有一导电片312，用以耦接于自发电单元20的负极导线222。而自发电单元 20的正极导线223则耦接于电解单元30的阳极部320。两个限位件50为一扁圆形的支撑环结构，且两个限位件50的外径匹配于中空管 10的结合部131的直径。当两个限位件50分别设置于两个结合部131时，两个限位件50 抵靠于抵靠面132上。且两个限位件50的外侧面迫紧于结合部131而固定于中空管10内。 另外，亦可通过粘着剂(图中未示)将两个限位件50粘固于结合部131，或是分别于限位件 50与结合部131上设置相匹配的构槽和凸肋(图中未示)，以通过凸肋嵌合于沟槽内而使 限位件50固定于结合部131上。此仅为限位件50固定于结合部131的结合方式不同，并 非用以限定本发明。当两个限位件50配置于中空管10时，其中一限位件50位于自发电单元20与电 解单元30之间，另一限位件50则位于电解单元30相对自发电单元20的另一侧。每一限位件50相对于自发电单元(或电解单元)的一侧面上具有一穿孔510、多 个定位孔520及多个流量孔530。穿孔510、多个定位孔520及多个流量孔530皆贯穿限位 件50。穿孔510设置在限位件50的中心位置，而多个定位孔520及多个流量孔530则环绕 于穿孔510周围。当水体(图中未示)自中空管10的第一端110朝第二端120流动时，水 体经由多个定位孔520及多个流量孔530流通于中空管10。并且，当电解单元30固定于 两个限位件50时，电解单元30的阳极部320两端分别穿设并固定于两个限位件50的穿孔 510，而阴极部310两端则分别穿设并固定于两个限位件50的定位孔520。此外，如“图13”所示，在本发明所揭露的第二实施例中，亦可采用单一限位件50 的配置方式，使电解单元30的阳极部320及阴极部310分别穿设过限位件50的穿孔510 及定位孔520，并通过限位件50固定于中空管10内。并且，可选择性的增加限位件50的 穿孔510及定位孔520的数量，用以在中空管10内配置多个电解单元30，如“图14”所示； 或是如“图15”所示，用以增加电解单元30的阴极部310及阳极部320的配置数量，将阳极 部320及阴极部310以间隔排列方式，从限位件50的中心位置朝中空管10方向依序排列
有阳极部320、阴极部310、阳极部320、阴极部310、阳极部320、阴极部310......等，借以
增加阴极部310的总表面积，进而提升电解单元30的电解效能。同样地，在第二实施例所揭露的水体自发电电解还原模块组装完成后，对水体自 发电电解还原模块的发电功率进行测试。含有自由余氯的水体经由四分管的输送(图中未 示)，而自中空管10的第一端110流入于容置空间150时，将同时让含有自由余氯的水体 冲击于自发电单元20的叶片230上，并带动叶片230转动，进而驱动自发电单元20产生电 力，且随着含有自由余氯的水体的流速增加，自发电单元20的输出功率亦随着增加。当含有自由余氯的水体以每分钟0公升的初始流速增加至每分钟12. 5公升时，自 发电单元20所产生的电力的输出功率亦可从0毫瓦(mW)增加至将近1100毫瓦。并且，当 水体流速超过每分钟6. 6公升时，同样可供应电解单元进行电解还原自由余氯所需的139 毫瓦的电量。因此，在本发明所揭露的水体自发电电解还原模块中，亦可通过改变电解单元30于中空管10内的固定方式，即能使自发电单元20的发电功率大幅的增加，并由于低水体 流速即能达到电解还原操作所需的电量，进而节省水体的消耗量。如“图16”所示，本发明第三实施例所揭露的水体自发电电解还原模块是用以配置 于一输水管路(图中未示)。水体自发电电解还原模块包括有一自发电单元20及一电解单 元30。自发电单元20具有一第一壳体M0、一本体220及一叶片230。第一壳体240为一 中空管体，第一壳体MO的相对两个侧面分别具有一进水口 241及一出水口 M2，并且于第 一壳体MO内设置有一框架210。本体220配置于框架210上，并悬置于第一壳体MO内。本体220内具有一定子、 一转子及一整流电路模块(图中未示)，定子与整流电路模块相连接，且定子具有一感应线 圈，转子具有一永久磁铁，且转子活动穿设于感应线圈内。本体220并具有一旋转轴221、一 负极导线222及一正极导线223。旋转轴221的一端活动穿设于本体220内并与转子相连 接，旋转轴221的另一端凸设于本体220外并与叶片230相连接，叶片230的结构形态可为 螺旋式叶片或涡轮式叶片，负极导线222及正极导线223的一端与本体220的整流电路模 块相连接，另一端分别连接于电解单元30。自发电单元20通过叶片230带动旋转轴221转动，使转子相对定子旋转而以磁生 电的方式产生电力，并以整流电路模块转换成直流电后，经由负极导线222及正极导线223 将电力输出至电解单元30。由于自发电单元20通过永久磁铁与感应线圈交互作用而产生 电力的磁生电原理及结构设置已属现有的技术，因此其详细结构及作动原理便不在此加以 赘述。电解单元30具有一第二壳体340、一阴极部310、一阳极部320、一夹套330及一固 定件350。第二壳体340为另一中空管体，第二壳体340还具有一进水口 341及一出水口 342，并且在第二壳体340的一侧面上设置有一结合孔343。阴极部310、阳极部320及夹套 330设置于第二壳体340内。阴极部310及阳极部320分别耦接于自发电单元20的负极 导线222及正极导线223。阴极部310的组成材质为易产生还原反应的金属(如不锈钢) 或石墨等，而阳极部320的组成材质则为易产生氧化反应的金属(如铱、钌、钯等)。其中， 阴极部310为一波浪形板状结构的阴极板，而阳极部320为一柱状结构的阳极柱。阴极部 310环设于第二壳体340内，并介于阳极部320与第二壳体340之间。此外，阴极部310具有多个通孔311，多个通孔311分别与第二壳体340的多个结 合孔343相对应。阳极部320穿设并固定于夹套330上，夹套330上并具有多个固定孔331。 固定件350依序穿设过第二壳体340的结合孔343及阴极部310的通孔311后，穿设并固 定于夹套330的固定孔331内，使电解单元30被固定于第二壳体340内。请继续参阅“图16”，在水体自发电电解还原模块的应用上，可将自发电单元20及 电解单元30分别配置于输水管路中(图中未示)，例如将自发电单元20配置于输水管路的 进水端，并将电解单元30配置于输水管路的出水端；或是将自发电单元20及电解单元30 分别配置于出水端及进水端等，此仅为自发电单元20及电解单元30于输水管路中配置位 置的不同，但并非用以限定本发明。在本发明所揭露的第三实施例中，以自发电单元20及 电解单元30分别配置于输水管路的进水端及出水端做为举例说明。因此，当含有自由余氯的水体(图中未示)在输水管路中流动，并流通过自发电单 元20及电解单元30时，含有自由余氯的水体冲击于自发电单元20的叶片230并带动叶片230转动，进而驱动自发电单元20产生电力。之后，经由负极导线222及正极导线223将此 电力输出至电解单元30上，并且于电解单元30的阴极部310与阳极部320接收电力后产 生电解作用。使含有自由余氯的水体中所含有的自由余氯于阴极部310产生还原反应，并 形成稳定且不易危害人体的氯离子形态。因此，当含有自由余氯的水体从输水管路的出水 端流出时，可大幅降低水体中的自由余氯的含量，使存在于水体中的自由余氯对人体的危 害程度降至最低。此外，在本发明所揭露的第三实施例中，电解单元30的阴极部310及阳极部320 亦可使用其他的方式固定于第二壳体340。如“图17”所示，电解单元30包括有一第二壳 体340、两个限位件360、一阴极部310及一阳极部320。第二壳体340内相邻于进水口 341 及出水口 342的位置，分别配置一结合部344。并且，在第二壳体340中，两个结合部344的 直径大于其他区域的直径，借以使结合部344与其他区域之间相连接的位置形成一抵靠面 345。两个限位件360为扁圆形的支撑环结构，且两个限位件360的外径匹配于第二壳 体340的结合部344的直径。当两个限位件360分别配置于两个结合部344时，两个限位 件360抵靠于抵靠面345上。且两个限位件360的外侧面迫紧于结合部344而固定于第二 壳体；340内。其中，限位件360具有一穿孔361、多个定位孔362及多个流量孔363，穿孔 361、多个定位孔362及多个流量孔363贯穿于限位件360。穿孔361设置在限位件360的 中心位置，而多个定位孔362及多个流量孔363则环绕于穿孔361周围。当水体(图中未 示)自第二壳体340的进水口 341朝出水口 342流动时，水体经由多个定位孔362及多个 流量孔363流通于第二壳体340。电解单元30的阳极部320两端分别穿设并固定于两个限位件360的穿孔361，而 阴极部310的两端则分别穿设并固定于两个限位件360的定位孔362，使阴极部310及阳极 部320受到两个限位件360的夹制作用而固定于第二壳体340内。如“图18”和“图19”所示，为本发明所揭露的第四实施例的分解及组合示意图。 本发明所揭露的第四实施例与第三实施例在结构上大致相同，以下仅就两者间的差异加以 说明。本发明第四实施例所揭露的水体自发电电解还原模块包括一自发电单元20及一电 解单元30。其中，在自发电单元20的第一壳体240表面相邻于进水口 241的一侧配置有多 个螺纹M3，并且于第一壳体240相邻于出水口 242的一端面上配置有两个卡扣件M4。两 个卡扣件244具有相对的两端，其中连接于第一壳体240的一端的直径小于另一端的直径。 在本实施例中，两个卡扣件244分别为一电性接头，且两个卡扣件244分别耦接于负极导线 222及正极导线223。此外，电解单元30的第二壳体340表面相邻于出水口 342的一侧设置有多个螺纹 346，并且于第二壳体340相邻于进水口 341的一端面配置有两个扣合槽347，两个扣合槽 347具有相对的两端，且其中一端的孔径小于另一端的孔径，并且于孔径较小的一端配置有 一电性接点；348。两个扣合槽347的电性接点348分别耦接于电解单元30的阴极部310及 阳极部320。因此，在水体自发电电解还原模块的配置上，以自发电单元20的两个卡扣件244 分别穿设于电解单元30的两个扣合槽347中。然后将自发电单元20相对电解单元30转 动一角度，使两个卡扣件244分别扣合于两个扣合槽347内并接触于电性接点348上，进而让自发电单元20连结于电解单元30，使自发电单元20的出水口 242连接于电解单元30的 进水口 341，并同时让自发电单元20与电解单元30形成耦接状态。当水体自发电电解还原模块配置于输水管路时(图中未示)，分别以自发电单元 20及电解单元30的螺纹M3、346螺合于输水管路的螺牙，而串接于输水管路上。并在含有 自由余氯的水体流通过自发电单元20及电解单元30时，使自发电单元20产生电力，并于 电解单元30接收自发电单元20所产生的电力后，对含有自由余氯的水体进行电解作用，藉 以使水体中自由余氯的含量降低。如“图20”所示，于本发明所揭露的第四实施例中，水体自发电电解还原模块可进 一步包含一连接管60，从而使水体自发电电解还原模块的长度可通过连接管60进行调整。 连接管60为一中空管体，连接管60相对自发电单元20的一端配置有两个电连接孔610，连 接管60相对电解单元30的一端则配置有两个电连接头620。两个电连接孔610分别以电 连接线630耦接于两个电连接头620。其中，电连接孔610的形式相同于电解单元30的扣 合槽347，而电连接头620的形式则相同于自发电单元20的卡扣件M4。因此，在水体自发电电解还原模块的配置上，可以连接管60的两个电连接孔610 扣合于自发电单元20的两个卡扣件M4，并以连接管60的两个电连接头620卡合于电解单 元30的两个扣合槽347，使自发电单元20及电解单元30可通过连接管60形成相互耦接状 态。此外，在电解单元30的第二个壳体340中另可设置一整流器70，并且于自发电单 元20中省略整流电路模块的配置。整流器70耦接于电解单元30的两个电性接点348，使 自发电单元20所产生的电力以交流电的形式经由连接管60传递至整流器70后，由整流器 70转换为直流电后再供应至阴极部310及阳极部320。因此，可减少电力于传送过程中所产 生的损耗，并避免自发电单元20的卡扣件M4、连接管60的电连接孔610及电连接头620 以及电解单元30的电性接点348产生极化的情形发生，进而提供电解单元30足够的电力， 以便于对含有自由余氯的水体进行电解作用。本发明所揭露的水体自发电电解还原模块是在中空管内配置自发电单元及电解 单元，并且中空管、自发电单元及电解单元的结构尺寸可视所欲串接的输水管路的结构尺 寸做相对应的配置；又或者将自发电单元及电解单元直接配置于输水管路中，而省略中空 管的设置。因此，使水体自发电电解还原模块可广泛的应用于各种尺寸的输水管路上，例如 工业废水或民生用水的输水管路等，且由于水体自发电电解还原模块直接串接于输水管路 上或直接的配置于输水管路内部，因此在串接或配置完成后并不会占据周边环境的使用空 间。同时，当所欲处理的含有氧化性物质的水体流通于中空管或输水管路时，将一并 地驱动自发电单元产生电力，并使电解单元对水体中的氧化性物质进行电解还原作用，因 此在含有氧化性物质的水体的输送过程中，即同时去除水体中的氧化性物质，由于在此过 程中无需使用其他的吸附剂或化学药剂，可有效避免吸附剂及化学药剂污染水质的问题产生。此外，通过水体自发电电解还原模块的自发电特性及简易的结构组成，使水体自 发电电解还原模块可广泛的装设(应用)于各种缺乏电源的环境，进而使水体自发电电解 还原模块的应用性与使用上的便利性获得提升。
1权利要求
1.一种水体自发电电解还原模组模块，应用于一含有一氧化性物质的水体，该水体自 发电电解还原模组模块包括有一中空管，该水体流通于该中空管内；一自发电单元，具有一叶片并于该叶片转动时产生电力，该自发电单元配置于该中空 管，以于该水体流通于该中空管时由该水体带动该叶片转动；以及一电解单元，配置于该中空管以让该水体流通于该电解单元，该电解单元耦接于该自 发电单元，该电解单元接收该电力后电解该水体，令该氧化性物质产生一还原反应。
2.如权利要求1所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该自发电单元具有一负极 导线及一正极导线，该电解单元具有至少一阴极部及至少一阳极部，该负极导线及该正极 导线分别耦接于该阴极部及该阳极部，该电解单元是通过该负极导线及该正极导线接收该 电力。
3.如权利要求2所述的水体自发电电解还原模组模块，另包含至少一固定件，该固定 件穿设过该中空管及该阴极部，并固定于该阳极部，该电解单元以该固定件固定于该中空管内。
4.如权利要求3所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该电解单元通过该固定件 调整该阳极部在该中空管内的位置。
5.如权利要求3所述的水体自发电电解还原模组模块，包含两个該固定件，两个该固 定件分别穿设过该中空管的相对两个侧壁面及该阴极部的相对两侧，并夹制固定于该阳极 部。
6.如权利要求2所述的水体自发电电解还原模组模块，另包含至少一限位件，该限位 件配置于该中空管，该电解单元固定于该限位件上。
7.如权利要求6所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该限位件具有至少一穿孔 及至少一定位孔，该阳极部的一端穿设并固定于该穿孔，且该阴极部的一端穿设并固定于 该定位孔。
8.如权利要求7所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该穿孔位于该限位件的中 心位置，该定位孔环绕于该穿孔。
9.如权利要求6所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该限位件具有至少一流量 孔，该水体可经由该流量孔流通至该阴极部及该阳极部。
10.如权利要求6所述的水体自发电电解还原模组模块，包含有两个該限位件，其中一 该限位件设置于该电解单元相对该自发电单元的一端，另一该限位件设置于该电解单元相 对该自发电单元的另一端。
11.如权利要求2所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该阴极部及该阳极部之 间具有一间距。
12.如权利要求2所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该阴极部具有一筛网结构。
13.如权利要求2所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该阴极部环设于该中空 管内，且位于该中空管与该阳极部之间。
14.如权利要求2所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该阴极部与该阳极部分 别具有一有效反应面积，且该阴极部的该有效反应面积与该阳极部的该有效反应面积之比值介于4. 5比1至10比1之间。
15.如权利要求2所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该阴极部为一阴极板，该 阳极部为一阳极柱。
16.一种水体自发电电解还原模组模块，应用于一输水管路，该输水管路内流通一含有 一氧化性物质的水体，该水体自发电电解还原模组模块包括有一自发电单元，具有一叶片并于该叶片转动时产生电力，该自发电单元配置于该输水 管路，以于该水体流通于该输水管路时由该水体带动该叶片转动；以及一电解单元，配置于该输水管路以让该水体流通于该电解单元，该电解单元耦接于该 自发电单元，该电解单元接收该电力后电解该水体，令该氧化性物质产生一还原反应。
17.如权利要求16所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该自发电单元具有一负 极导线及一正极导线，该电解单元具有至少一阴极部及至少一阳极部，该负极导线及该正 极导线分别耦接于该阴极部及该阳极部，该电解单元通过该负极导线及该正极导线接收该 电力。
18.如权利要求17所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该电解单元另具有一壳 体，该阴极部及该阳极部设置于该壳体内，该壳体并具有一进水口及一出水口，该壳体配置 于该输水管路，该水体自该进水口流通至该出水口。
19.如权利要求18所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该电解单元另具有至少 一固定件，该固定件穿设过该壳体及该阴极部而固定于该阳极部。
20.如权利要求19所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该电解单元通过该固定 件调整该阳极部在该壳体内的位置。
21.如权利要求19所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该电解单元具有两个該 固定件，两个该固定件分别穿设过该壳体及该阴极部，并夹制固定于该阳极部的相对两侧。
22.如权利要求18所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该电解单元另包含至少 一限位件，该限位件配置于该壳体，该阴极部及该阳极部固定于该限位件上。
23.如权利要求22所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该限位件具有至少一穿 孔及至少一定位孔，该阳极部之一端穿设并固定于该穿孔，且该阴极部之一端穿设并固定 于该定位孔。
24.如权利要求23所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该穿孔位于该限位件之 中心位置，该定位孔环绕于该穿孔。
25.如权利要求22所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该限位件具有至少一流 量孔，该水体可经由该流量孔流通至该阴极部及该阳极部。
26.如权利要求22所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该电解单元包含两个該 限位件，两个该限位件分别设置于该壳体相邻于该进水口及该出水口的一端，该阴极部及 该阳极部配置于两个该限位件之间。
27.如权利要求18所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该阴极部环设于该壳体 内，且位于该壳体与该阳极部之间。
28.如权利要求17所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该自发电单元另具有两 个卡扣件，该电解单元另具有两个扣合槽，该自发电单元是以该两个卡扣件可拆卸的卡合 于该两个扣合槽，而连结于该电解单元。
29.如权利要求28所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该两个卡扣件为电性接 头，该两个卡扣件分别耦接于该负极导线及该正极导线，且该两个扣合槽内分别配置有一 电性接点，该阴极部及该阳极部分别耦接于该两个电性接点，当该自发电单元连结于该电 解单元，该两个卡扣件耦接于该两个电性接点。
30.如权利要求29所述的水体自发电电解还原模组模块，另包含一连接管，该连接管 可拆卸的连接于该自发电单元及该电解单元之间，该自发电单元通过该连接管耦接于该电 解单元。
31.如权利要求30所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该连接管的一端配置有 两个电连接孔，该连接管的另一端配置有两个电连接头，该两个电连接孔分别耦接于该两 个电连接头，该两个电连接孔分别套设于该自发电单元的该两个卡扣件，且该两个电连接 头分别卡合于该电解单元的该两个扣合槽。
32.如权利要求17所述的水体自发电电解还原模组模块，另包含一整流器，该负极导 线及该正极导线通过该整流器分别耦接于该阴极部及该阳极部。
33.如权利要求17所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该阴极部及该阳极部之 间具有一间距。
34.如权利要求17所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该阴极部具有一筛网结构。
35.如权利要求17所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该阴极部与该阳极部分 别具有一有效反应面积，且该阴极部的该有效反应面积与该阳极部的该有效反应面积的比 值介于4. 5比1至10比1之间。
36.如权利要求17所述的水体自发电电解还原模组模块，其中该阴极部为一阴极板， 该阳极部为一阳极柱。
全文摘要
本发明公开一种水体自发电电解还原模块，应用于含有氧化性物质的水体，此水体自发电电解还原模块包括一中空管、一自发电单元及一电解单元，自发电单元配置于中空管内，且自发电单元耦接于电解单元。当水体流通于中空管时，一并带动自发电单元产生电力并传送至电解单元，电解单元于接收电力后即对流通至电解单元的水体进行电解作用，使水体中的氧化性物质产生还原反应。
文档编号C02F1/461GK102115232SQ20101019252
公开日2011年7月6日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年1月4日
发明者刘振邦, 林东源, 梁德明, 胡伯瑜, 褚柏胤, 连文萍, 陈致君 申请人:财团法人工业技术研究院