健康饮水的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种健康饮水机，该饮水机设有落水座，所述落水座的底部设有盛水容器，所述盛水容器设有进水口和出水口，所述进水口与落水座的底部水孔连接，所述出水口与饮水机的出水孔连接；所述盛水容器内设有杀菌装置，所述杀菌装置包括至少一对阴电极和阳电极以及用于给所述阴电极和阳电极供电的电解电源；成对的阴电极和阳电极之间设有透水性隔膜，所述透水性隔膜覆盖在阳电极上，所述透水性隔膜与阴电极的间距δ范围是0≤δ≤10mm，所述透水性隔膜的透水孔径小于等于2毫米且大于等于1纳米。该饮水机可在水中生成用于杀灭水中细菌的氧化因子，且可有效控制氧化因子的类型及数量，同时降低水的氧化还原电位，确保饮水水质的安全与健康。
【专利说明】健康饮水机
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种健康饮水机，属于水电解设备【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 水为生命之源。伴随着社会进步以及环境污染的加剧，人们对日常用水(包括居民 生活用水，医疗用水、美容用水和食品制作等工业用水，等等）尤其是生活用水的水质，不仅 对安全性提出更高要求，而且希望水的氧化还原电位低至负值，以能清除体内所谓"万病之 源"的氧自由基。
[0003] 由市政提供的民众日常生活用水，即使自来水厂出厂水质安全指标基本达标，输 送到民众用水终端的"龙头水"，由于输水管网二次污染等原因，也己经成为微污染水。为饮 水安保障全，人们越来越多采用各种水质净化装置，或直接饮用市售瓶装、桶装水。然而， 由于种种原因，净水器出水端或实际到达饮水终端的水，仍然难以避免细菌超标。例如，饮 水机上的桶装水出水后产生的负压要靠未经消毒处理的空气来补充，空气夹带着细菌和尘 埃进入饮水机，造成"二次污染"，同时还会在饮水机内形成一层滑腻的细菌膜，水中甚至会 出现异味，危及饮水安全。
[0004] 为解决饮水机的细菌污染，而发展了各种灭菌方法，其中比较有效的是电解或电 场杀菌、臭氧杀菌等。然而，现有电解或电场杀菌、臭氧等杀菌方式存在的共性问题是，水中 所产生的氧化因子往往是无选择的，强度难于控制，容易产生毒副作用（例如臭氧消毒不当 极易生成强致癌物--溴酸盐)。 实用新型内容
[0005] 本实用新型解决的技术问题是：提出一种可在水中生成用于杀灭水中细菌的氧化 因子并可有效控制氧化因子的类型及数量的饮水机，该饮水机能够生产低氧化还原电位的 水，从而可以确保饮水水质安全与健康。
[0006] 为了解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案是：一种健康饮水机，所述饮 水机设有落水座，所述落水座的底部设有盛水容器，所述盛水容器设有进水口和出水口，所 述进水口与落水座的底部水孔连接，所述出水口与饮水机的出水孔连接；所述盛水容器内 设有杀菌装置，所述杀菌装置包括至少一对阴电极和阳电极以及用于给所述阴电极和阳电 极供电的电解电源；成对的阴电极和阳电极之间设有透水性隔膜，所述透水性隔膜覆盖在 阳电极上，所述透水性隔膜与阴电极的间距s范围是0彡δ彡10mm，所述透水性隔膜的透 水孔径小于等于2毫米且大于等于1纳米。
[0007] 上述技术方案中所述透水性隔膜也叫透水膜，是指透水孔径从毫米级到纳米级， 包括日常水处理使用的各种过滤膜，如：超滤膜（UF)、纳滤膜（NF)和微滤膜（MF)，等。
[0008] 上述技术方案中所述透水性隔膜覆盖在阳电极上，是指透水性隔膜与阳电极之间 基本是零间距。
[0009] 上述本实用新型申请公开的技术方案工作机理陈述如下：
[0010] 本实用新型中所述透水性隔膜并非常规采用的离子膜，而是在水电解领域中从未 用过的一种隔离膜，本发明人创新地将该透水性隔膜引入水电解装置中作为阴、阳电极间 的隔离膜。
[0011] 对水电解的正常反应是，阴极析氢(气)、阳极析氧(气)，H+离子趋向阴极区域，而 0Γ离子则趋向阳极区域。本实用新型中，阴、阳电极之间设置有透水性隔膜，将电解池分割 为阴极室和阳极室两个反应空间。
[0012] 由于透水性隔膜覆盖在阳电极上，相当于阳极室容积=0,阳极析氧反应因隔膜对 阳极的覆盖受到干扰。在阳极脱附转化反应生成的4〇以及在阳极析出的氧气，由于无处 释放，只能在克服了透水性隔离膜的透水水阻后，穿过隔膜中无数微孔通道向阴极室迁移。
[0013] 本实用新型中，隔膜的无数微孔蓄水空间，等效于阴、阳电极电解电流通路中相互 并联的一个个微小水电阻。因阴电极与膜之间间距S很小，阴极室水电阻压降可以忽略不 计，外加电解电压主要作用在透水性隔膜上，每个微孔中单位电压强度极高。再加上透水性 隔离膜的透水孔径很小(微米级乃至纳米级)，从阴极释放的高能电子在微孔中密集，相当 于将一个大的放电电极（阴极）分解为无数个小曲率半径电极。因此，不仅在透水性隔膜微 孔中对水电解氧化还原反应可充分进行，从阳极迁移到膜孔内的〇 2受高能电子的轰击及强 电场作用生成氧气泡，并激发连锁反应，诱发水体自身气化，在微孔内形成连续稳定的等离 子放电，生成大量氧化因子，最终通过阴极区域扩散到容器水中。
[0014] 综合上述反应过程可知，本实用新型通过创新的在阴、阳电极之间设设置透水性 隔膜，并将该透水性隔膜覆盖阳极以及控制透水性隔膜与阴电极的间距，带来的直接效果 是：
[0015] 1)本实用新型仅可制取得到氧化还原电位低富含氢的有益健康水，同时在水中还 生成相当多的强氧化因子，较之其它现有富氢水制取技术，杀菌净化能力大大提升；
[0016] 2)透水性隔离膜通常可以很薄(例如超滤膜的厚度可做到0· 1mm?0· 5mm)，在阴 阳极之间加入隔离膜后，可以将阴阳电极之间间距稳定保持在基本等于隔离膜的厚度范 围，同等工況下的电解电压可以很低，甚至仅仅以一块3. 7V锂电池供电，可以形成2安培以 上的工作电流，现有技术是无法做到的；加上膜中发生的等离子放电高效反应因素等，使得 本实用新型的实际功耗较之同类饮水机大大降低。当覆盖碳材质阳极时，还可有效防止碳 颗粒剥落造成短路。
[0017] 3)通过对隔离膜与电极性状等的适当选择及调整，可以控制水中氧化因子的生 成，以适应不同场合的饮水需求。
[0018] 本实用新型中，透水性隔膜的透水孔径大小进一步影响本实用新型处理水的效 果。透水孔径小，则对阳极析氧气化反应的抑制效果好，而且透水孔径减小相当于放电电极 的曲率半径减小，也有利于等离子放电的进行；但是透水孔径过小，对阳极析氧气化反应抑 制过度，相当于大幅度提高了阳极析氧电位，在外加电解电压不变的情况下，阴阳极之间的 电解电流大大下降，反而导致本实用新型中所期望的各种反应不能进行。此外，膜的透水孔 径选择还关联到膜的机械强度等多种因素。经实践中反复试验，根据不同的用水需求综合 考虑，本实用新型选择透水膜的孔径范围从2毫米到1纳米之间，涵盖日常生活水处理常用 的超滤膜、纳滤膜和微滤膜。
[0019] 上述本实用新型技术方案完善一是：所述透水性隔膜是单层透水性隔膜或者是多 层透水性隔膜。其中，单层透水性隔膜优选超滤膜或采用碳质材料制成的透水性隔膜；多层 透水性隔膜是叠加复合而成的至少二层，其中靠近阳电极的一层透水性隔膜优选采用碳质 材料或导电陶瓷制成的透水性隔膜。
[0020] 通过上述对本实用新型技术方案的完善一，可以在保证正常析氢反应的同时，又 将水中有害物质吸附到活性炭膜中进行氧化降解，而且抑制水中的氧化物质不至于太多， 防止生物指标变差，尤其适合对以"饮"为目的的生活水进行处理。进一步地，倘若透水性 隔膜是叠加复合而成的至少二层，且其中靠近阳电极的一层透水性隔膜具有导电性和微米 级孔径(例如是由导电性陶瓷或活性炭纤维制成)，则将带来进一步的下述变化：
[0021] 1)因为具有良好导电性，其本身产生的电压降很小，因此保证了水中等离子放电 仍主要在靠向阴极一侧的非导电的、透水孔径更小的透水膜(一般选择为超滤膜）中进行。
[0022] 2)由于介质的多孔性，一方面可以强化对阳极析氧的抑制，另一方面可以将源水 中的污染物吸附在导电性陶瓷或活性炭纤维的孔隙里，受到阳极的直接氧化和间接氧化 作用而深度降解去除。
[0023] 3)对自来水中残留余氯有很好吸附，并在阳极作用下转化为无害氯离子，大大降 低了水中残留余氯可能生成毒副产物的危险。
[0024] 透水性隔膜与阳电极的具体覆盖可以是覆盖阳电极的全部表面，也可以是覆盖阳 电极的部分表面；当覆盖阳电极的部分表面时，优选覆盖阳电极相对阴电极一侧的表面（也 是主要反应面)。
[0025] 上述本实用新型技术方案完善二是：所述阴电极上开有第一通孔，所述第一通孔 的孔径大于等于1毫米。通过这样的改进，可以有利于阴极反应更充分进行，并将阴电极与 隔离膜之间区域产生的氢气泡更好导出。
[0026] 上述本实用新型技术方案完善三是：所述透水性隔膜上开有第二通孔，所述第二 通孔的孔径大于2毫米。在透水性隔膜上开有第二通孔，实质等效于产生一个个的无膜电 解小区域，或者说相当于引入叠加了常规无膜电解反应，可以适当改变本实用新型的水处 理效果，例如调整水的pH值等。第二通孔与透水性隔膜的透水孔区别在于：透水孔是采购 的隔膜自身固有的，第二通孔则是另外单独制作的。
[0027] 上述本实用新型技术方案完善四是：所述电解电源是高电平窄脉宽的直流脉冲电 源或交变脉冲电源。其中采用交变脉冲电源时，所述交变脉冲电源优选正向电压大于反向 电压的交变脉冲电源。采用直流脉冲电源、尤其是采用高电平窄脉宽的脉冲电源更加有利 于阴阳电极间水体内部的等离子放电，得到更好的制水效果。其次，采用正负交变脉冲电解 电源对电极组供电，有利于改善阴阳电极表面因双电层极化电容效应而导致的电流减小效 率下降。
[0028] 上述本实用新型技术方案完善五是：所述盛水容器内还设有用于检测水质和水流 量的传感器。本实用新型饮水机通过传感器检测水质，在放水过程中，电解电源可以根据水 质(纯净水或矿泉水）设定不同的电解电压，杀菌装置向水中释放大量氧化因子，产生很强 的瞬间杀菌作用，彻底灭水中细菌；在饮水机不供水的待机时间，电解电源可以设定微小电 解电压，杀菌装置向水中缓慢释放适量氧化因子，防止桶装水桶中滋生细菌。
[0029] 上述本实用新型技术方案的改进是：所述阴电极与透水性隔膜的间距δ是〇毫 米，所述透水性隔膜是由超滤膜和活性碳纤维滤膜两层叠加复合而成，其中活性碳纤维滤 膜层紧贴所述阳电极；所述阴电极上开有一排第一腰形通孔，所述超滤膜开有一排第二腰 形通孔，所述第一腰形通孔与第二腰形通孔相互垂直交叉。这样，可以在水中生成强氧化因 子，该强氧化因子主要构成为羟基，也有适量H 2o2和03等长效氧化因子，降低水的氧化还原 电位，使水呈弱碱性，并改善了饮水口感。
[0030] 上述本实用新型技术方案的进一步改进是：所述阴电极是采用钛基涂覆钼簇氧化 物制成的惰性电极，所述阳电极是采用炭性材料制成的惰性电极惰性电极。
[0031] 上述本实用新型技术方案的进一步改进是：所述阴电极、阳电极和透水性隔膜设 置在绝缘的开口盒内，所述阴电极设于开口盒的开口处。
[0032] 上述本实用新型技术方案的进一步改进是：所述阴电极经定位螺杆同心穿过透水 性隔膜和阳电极与开口盒底面后固定，所述阳电极设有穿出所述开口盒底面的导电螺杆， 所述阳电极通过导电螺杆安装在开口盒的底面；所述电电解电源的正负极引线分别连接到 导电螺杆和定位螺杆实现对阳电极和阴电极的供电。
[0033] 通过上述一系列改进，可以得到的有益效果是：由于阳电极为炭性材料，阳极析 氧反应生成的氧气主要被吸附在活性炭内难以逃逸，进入透水性隔膜并穿过透水性隔膜溶 解到水中的氧气量极少，因此生成臭氧（〇 3)或双氧水（H202)的几率很低，而在强电解电压 作用下，透水性隔膜中发生等离子放电过程生成的氧化因子主要表现为暂稳态的羟基自由 基。羟基的活性很强，可强效灭活进入盛水容器的水中细菌，又不会在饮水机出水中残留过 多的强氧化因子，影响水的生物性指标恶化；另一方面，透水性隔膜由超滤膜和活性碳纤维 滤膜两层叠加复合而成，超滤膜开孔使得活性碳纤维滤膜与阴电极之间形成有阴极反应空 间，阴极析氢反应正常进行；阴电极开孔更有利生成的氢气向水中溶解溢出，导致水的氧化 还原电位下降。另外，通过上述改进，可以使杀菌装置结构紧凑，还可以使杀菌装置应用到 其他相关设备中。
【专利附图】
【附图说明】
[0034] 下面结合附图对本实用新型健康饮水机作进一步说明。
[0035] 图1是本实用新型实施例一的结构示意图。
[0036] 图2是本实用新型实施例一中杀菌装置的结构示意图。
[0037] 图3是本实用新型实施例三中杀菌装置的结构示意图。
[0038] 图4是本实用新型实施例五中杀菌装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0039] 实施例一
[0040] 本实施例的健康饮水机，如图1和图2所示，饮水机设有落水座10,落水座10的底 部设有盛水容器1，盛水容器1设有进水口 1-1和出水口 1-2,进水口 1-1与落水座10的底 部水孔连接，出水口 1-2与饮水机的出水孔连接；盛水容1器内设有杀菌装置15,杀菌装置 15包括一对阴电极2和阳电极3以及用于给阴电极2和阳电极3供电的电解电源4。
[0041] 如图2所示，本实施例中阴电极2和阳电极3之间设有透水性隔膜5,透水性隔膜 5紧贴阳电极3上，并覆盖阳电极3的全部表面，即透水性隔膜5包覆电极3的全部表面，而 透水性隔膜5与阴电极2的间距δ是1毫米。
[0042] 本实施例的透水性隔膜5采用平均透水孔径0. 03微米的单层PVDF超滤膜，厚度 为0. 1_。当然本实施例的超滤膜也可以采用其他材质的透水膜，平均透水孔径在0. 01? 0. 05微米之间均可。
[0043] 本实施例的阴电极2采用钛基覆涂钼族氧化物(涂层厚度为0. 8毫米)制成的惰性 电极，阴电极2呈圆形片状；阳电极3采用石墨或活性炭等碳质材料制成，呈长方形片状。
[0044] 本实施例的阴电极2和阳电极3在盛水容器1内的水中平行放置时，阴电极2位 于阳电极3的上方。
[0045] 本实施例还可以在盛水容器1内设置有用于检测水质和水流量的传感器11，这样 饮水机在放水过程中，电解电源4可以根据测得的水质(纯净水或矿泉水）设定不同的电解 电压，这样既能尽可能多的杀灭病菌，又不会产生过多的臭氧等毒副产物。
[0046] 对本实施例的饮水机进行水电解试验，水质TDS=3mg/L，电压30V得到的实验结果 如表1所示：
[0047] 表 1
[0048]
【权利要求】
1. 一种健康饮水机，所述饮水机设有落水座，其特征在于：所述落水座的底部设有盛 水容器，所述盛水容器设有进水口和出水口，所述进水口与落水座的底部水孔连接，所述出 水口与饮水机的出水孔连接；所述盛水容器内设有杀菌装置，所述杀菌装置包括至少一对 阴电极和阳电极以及用于给所述阴电极和阳电极供电的电解电源；成对的阴电极和阳电极 之间设有透水性隔膜，所述透水性隔膜覆盖在阳电极上，所述透水性隔膜与阴电极的间距 s范围是0< δ < 10mm，所述透水性隔膜的透水孔径小于等于2毫米且大于等于1纳米。
2. 根据权利要求1所述的健康饮水机，其特征在于：所述阴电极开有第一通孔，所述第 一通孔的孔径大于等于1毫米。
3. 根据权利要求1所述的健康饮水机，其特征在于：所述透水性隔膜开有第二通孔，所 述第二通孔的孔径大于2毫米。
4. 根据权利要求1-3之任一所述的健康饮水机，其特征在于：所述透水性隔膜是叠加 复合而成的至少二层，其中靠近阳电极的一层透水性隔膜是由碳质材料制成的透水性隔 膜。
5. 根据权利要求1-3之任一所述的健康饮水机，其特征在于：所述透水性隔膜是单层 透水性隔膜。
6. 根据权利要求1所述的健康饮水机，其特征在于：所述阴电极与透水性隔膜的间距 S是0毫米，所述透水性隔膜是由超滤膜和活性碳纤维滤膜两层叠加复合而成，其中活性 碳纤维滤膜紧贴所述阳电极；所述阴电极上开有一排第一腰形通孔，所述超滤膜开有一排 第二腰形通孔，所述第一腰形通孔与第二腰形通孔相互垂直交叉。
7. 根据权利要求6所述的健康饮水机，其特征在于：所述阴电极是采用钛基涂覆钼簇 氧化物制成的惰性电极，所述阳电极是采用炭性材料制成的惰性电极惰性电极。
8. 根据权利要求6或7所述的健康饮水机，其特征在于：所述阴电极、阳电极和透水性 隔膜设置在绝缘的开口盒内，所述阴电极设于开口盒的开口处。
9. 根据权利要求8所述的健康饮水机，其特征在于：所述阴电极经定位螺杆同心穿过 透水性隔膜和阳电极与开口盒底面后固定，所述阳电极设有穿出所述开口盒底面的导电螺 杆，所述阳电极通过导电螺杆安装在开口盒的底面；所述电解电源的正负极引线分别连接 到导电螺杆和定位螺杆，从而实现对阳电极和阴电极的供电。
10. 根据权利要求1、2、3或6所述的健康饮水机，其特征在于：所述盛水容器内还设有 用于检测水质和水流量的传感器。
【文档编号】C02F1/467GK203833687SQ201420176123
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年4月12日 优先权日:2014年4月12日
【发明者】肖志邦 申请人:大连双迪科技股份有限公司