专利名称：水压力渗透膜电解水装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水压力渗透膜电解水装置，其主要是一种不需设置透析板分隔容器即可进行电解水的装置。
由于工业发达，使得环境污染日益严重，在台湾主要的二十条河川中游以下均已有极度严重的污染，其污染源除了家庭废水及工厂废水的直接排放之外，还包括上游果园中所施放的农药、肥料，养猪场的有机废水……等，此等严重污染的水源实非目前自来水厂的设备所能完善处理。
有关厂商为了让消费者能够拥有安全的饮用水，故而自开发出多种不同的水净化装置，而让消费者能够将自来水再次进行过滤，惟相关的装置在使用时，主要是采用过滤消毒的方式，包括吸附，蒸馏乃至于离子交换，膜分离法等，吸附法(活性碳等)在家用净化中现已被广泛采用，而膜分离法则是特殊加工法，花费颇大，不能普及家用，而且这些方法均无法把水制成极化的电解水。
在较先进的技术中，已经发展出了将水经过电解后加以净化的技术，虽然各个生产厂商所采用的结构不同，但由于其是源自于相同的理论，故而其装置在结构上均大同小异，其主要是于一绝缘容器中设置一透析板，而将绝缘容器分隔成两个容置槽，同时在两个容置槽中分别设置阴极及阳极，同时在两容置槽中分设有入水口及出水口，当通电后各种杂质会发生电离，或成为极性分子，且和电解质溶液一样可以通过离子迁移，即正离子向负极迁移，负离子向正极迁移，结果使中间透析板周围的离子愈来愈少，为了使电流不断通过，必然要发生电极反应。
前述的电解水净化原理如下一、由于水溶液中只有离子存在时才可导电，水中离子减少则导电性能愈来愈少，因此必然会产生水的电离来导电，水的电离是电极反应的结果其中阳极反应为氧化反应去电子e-
如此即使得阳极容置槽内H+愈来愈多，而OH-则生成O2↑逸出，倘自来水中因氯气消毒而带氯，则在电压较高时可有Cl2↑逸出，使阳极容置槽内Cl-浓度降低(因为，同理氟(F)、氰(CN-)化物均能因此而清除。阳极容置槽内H+浓度增加，pH值下降，使阳极容置槽内的水成为酸性，也就是酸性电解水。
其中阴极容置槽阴极反应为还原反应加电子e-
如此即使得阴极容置槽内OH-愈来愈多，而H+则生成H2↑逸出，因此阴极容置槽内OH-增加，pH值上升，阴极容置槽内的水成为碱性，也就是碱性电解水。
二、由于重金属离子(多数有毒)均为阳离子，例如汞和铅，因此均向负极移动，阳极容置槽内金属离子愈来愈少，以至消失殆尽。此外，PH值在阳极容置槽中逐渐降低，在酸性环境中，加上在大的电场中，细菌，病菌等这些由蛋白质构成的微生物，因细胞膜通透性改变及蛋白质的变性均纷纷裂解。其余的残存蛋白质在酸性环境中都带正电荷，因此均向负极移动(电泳)，但此时，阴极容置槽内PH愈来愈高(OH-增加)我们知道所有氢氧化物除了NaOH和KOH外，都会产生沉淀反应，包括Ca，Mg，Al，Zn，Fe，Pb，Cu，Hg，Ag，Au，Cr，Se，As等氢氧化物产生沉淀反应，可被普通过滤而加以消除。这些金属离子不仅与OH-结合而沉淀析出，而且还与极性胶体颗粒、极性高分子化合物(成为凝集物支架)一起结合沉淀析出。事实上，现有自来水中似有不少胶体颗粒，高分子化合物及各种蛋白质，胶体微粒在电场中遇到极性分子可产生脱稳作用(凝聚作用)这就是所谓电化学混凝作用。这类胶体微粒与电解质之间的作用是纯静电性质的(叔尔采尼法则)所以电解质离子价数对凝聚效果有明显影响，离子价数愈多，凝聚效果愈好，在操作过程中可看到阴极容置槽内大量絮状沉淀凝块物，和大量气体逸出(H2，O2，Cl2等)就是上述反应的结果。而阳极容置槽内酸性水则完全澄清，可直接饮用，而阴极容置槽内碱性水则需加以过滤处理才可饮用。
三、胶体颗粒即直径在1nm到1000nm(1μm)之间的微粒均为胶体范围，是因该微粒都具有胶体性质，这些微粒可以是粘土粒子蛋白质，也可以是溶质分子的集合体，还可以是高分子化合物。因不溶于水而成为水中的微多相分散体系。在直流电场中，固相胶体微粒与水相之间产生相对运动，胶体颗粒向某个电极方向移动沉集，水分子向另一电极方向移动，前者称为电泳现象，后者称为电渗透现象。实验证明，细菌及蛋白质一类的高分子有机物在酸性环境中带正电，因此其向负极移动(电泳)。在碱性液中带负电。如下式
因蛋白质含胺基(-NH2)羧基(COOH)，具有两性性质。蛋白质在碱性水中遇到阳离子则形成絮状沉淀，这些阳离子有部份是从阳极容置槽中迁移进来的。这种絮凝沉淀一是离子性基团的电性中和引起凝聚，二是利用高分子物质的键状结构，借助吸附架桥支架作用，引起凝聚，这些凝聚与水的pH值，温度，水中离子的组成，电流密度都有关。
四、在电渗透过程中除了上述电极反应，阴、阳离子迁移，胶体微粒，蛋白质，细菌等高分子物质的电泳，电凝聚外，尚有一些次要的电化学过程。
a.同名离子迁移因为透析板可以透过离子、高分子化合物、蛋白质，它的通透选择性不可能是百分之百，这种少量正负离子可能迁移至同名电极容置槽中。
b.电解时间稍长随着离子迁移，两容置槽中的渗透压可以不同，水可从低渗透压渗到高渗透压去，同时由于离子均呈水合离子状态，所以各种离子基团迁移过程中会携带一部份水分子迁移，一般电解水是从阳极容置槽向阴极容置槽迁移，说明水中多数杂质离子向阴极容置槽内迁移，并带入水分入内，使阴极容置槽水面逐渐上升，而阳极容置槽水面逐渐下降，同时也说明多数离子由阳极容置槽向阴极容置槽迁移，阴极容置槽的渗透压较高，阴极容置槽的离子浓度较高。
用1∶1比例混合带酸性水和碱性水便得到所谓的中性生命活力水。经合格科学家认定，证明其完全符合世界卫生组织(WHO)的法定饮用标准。它清除了日常自来水对人体不利的物质，指氰化物，硝酸盐，四氧化碳及各种有毒的重金属离子完全清除。使硬度明显降低，有利于各种结石、胃肠功能疾病的防治，清除了各种挥发性酚，阴离子合成洗涤剂等杂质，溶解性总固体大大减少，使水在感官、性状以及口味方面大大优于自来水，与矿泉水完全可以媲美。此中性生命活力水尚保存人体有益的元素，如铁，钙，镁，锰，锌，但含量稍低，这是中性生命活力水与矿泉水相比稍为逊色之处，但如果我们稍加一些稀有元素，除有机锗以外用天然中药(某些中药含有大量宝贵的稀有微量元素)，则其品味可与天然矿泉水并驾齐驱，甚至更超过之。当然，这些元素在我们日常饮食中已可足量吸取，由饮水提供的有益元素在总摄入量中仅占很小一部份。
由以上的说明可知，对人体健康有益的电解水在现有装置中的生产方式，惟在此必须指明的是在现有的电解水生产装置中，为了减缓阴极与阳极所产生酸性水与碱性水间的对流，以避免产生中和而失去了电解的功效，故而在阴极容置槽和阳极容置槽之间设置一透析板，以便将两容置槽之间加以分隔，确保其间互异的水性。
然而该透析板即成为现有装置在生产上、使用上最大的问题症结所在，因为该透析板一般是由硅酸盐材料烧制而成，其在生产时即不易控制其毛细管网路状的孔径大小，亦即此类透析板的品质不易控制，其即直接影响到现有装置的使用效率；另就是现有的此类透析板在实验中可以了解到，其在实际使用中经常会发生两种现象一、较细的孔洞在使用初期即遭颗粒较大的沉淀物阻塞，因而影响到透析板的透析效率。
二、一般的孔洞在长期使用后，大多会遭到各种离子的侵蚀及撞击而发生破裂，虽然其破裂的程度不见得能够以肉眼直接观察，但其必然会直接影响到应有的阻隔透析作用，而令两容置槽中的水分子直接相通。
以上两种状况在实际使用中均非使用者所能容易发觉，因为在此类装置的设计中，当有部份孔洞被阻塞而影响到透析板的透析效率时，所产生的结果是透析率降低，使得装置对水的净化效果打折扣，同时其产生的电解水所含离子的浓度降低，而降低了应有的功效，由于其并不会影响到装置的正常操作，故此等问题非一般使用者所能够轻易察觉的；另就是透析板发生破洞时，其立即破坏了透析板的透析功效，而使得两容置槽中的水能够直接互通，此即使得原本分隔成两个容置槽的装置变成单一的电解槽，此更丧失了应有的功效，故可确知，现有的装置在透析板设计上显然未尽完善，而有加以改进的必要。
本发明的目的是提供一种水压力渗透膜电解水装置，其通过适当的结构安排，能够在不需设置透析板的该装置中提供洁净的电解水。
本发明的另一目的是提供一种水压力渗透膜电解水装置，其以适当的结构安排，能够将单一容器中的空间通过水压力来产生一层渗透膜，而将容器中的空间分隔成两个部份，而有利于酸性水与碱性水的生产。
本发明的技术方案在于提供一种水压力渗透膜电解水装置，其特征在于其主要是于一绝缘容器的两端中心处分别穿设一枢轴，并分别于两枢轴内端设置有与绝缘容器同轴的筒状阴极及阳极，并在阴极与阳极上分别密布有可供水自由进出的小孔，在枢轴上可提供直流电使阴、阳极带电，另在两枢轴外端分别可以马达带动转动，而可带动筒状阴极及阳极在绝缘容器中转动，同时阴极与阳极在绝缘容器中旋转时有一转速差，由于阴极与阳极在绝缘容器中的转速不同，故而会在阴极与阳极之间形成一层水压力渗透膜，另绝缘容器底部靠外侧设有碱性水出水口与过滤器相连，于连接阴极的枢轴中设有通孔，而与枢轴侧的酸性水出水管连通，又于绝缘容器上设有入水口。
本发明与已有技术相比优点和积极效果非常明显。由以上的技术方案可知，本发明所配置的装置可在绝缘容器10中产生一水压力渗透膜50，而无需透析板的设置即可将酸性水与碱性水作适当的隔离，而可将现有透析板所存在的问题完全解决。
以下结合附图进一步说明本实用新型的具体结构特征及目的。
附图简要说明
图1是本发明的较佳实施例立体结构配置示意图。
图2是本发明的较佳实施例绝缘容器轴向剖视结构示意图。
图3是本发明的较佳实施例绝缘容器径向剖视示意图。
图4是本发明的一变化实施例绝缘容器径向剖视示意图。
请参阅图1所示，其是本发明的水压力渗透膜电解水装置较佳实施例立体结构配置示意图，图中可以见到本发明主要是于一圆柱状绝缘容器10的两端中心处分别穿设一枢轴20、30，并分别于两枢轴30、20内端设置有与绝缘容器10同轴的筒状阴极31及阳极21，且阴极31设置于阳极21外侧，在两枢轴20、30外端设有铜环23、33及电刷24、34，而可提供直流电，使阳、阴极21、31带电，另在绝缘容器外侧的两枢轴上分别设置有一皮带轮22、32，而可由设置在一侧的马达40经枢轴20、30带动筒状阳极21及阴极31在绝缘容器10中转动。
配合图2的本发明较佳实施例绝缘容器10轴向剖视结构示意图观之，当可见到在本发明的绝缘容器10两端分别设有一轴孔11，在该二轴孔11中配合轴承12及密封圈13分别穿设组装有上枢轴20与下枢轴30，又在绝缘容器10的一端表面上设有入水口14，而另一端则设有出水口15；在上枢轴20穿入绝缘容器10内的端部连接设置有一筒状的阳极21，该阳极21上设有密布的小孔，而可供水自由进出，在该上枢轴20中央为一通孔25，又在上枢轴20位于绝缘容器10外侧适当位置处钻设有穿孔26，在该穿孔26位置的上枢轴20外侧套设组装有一排水室27，并于排水室27一侧连接有排水管28；在下枢轴30穿入绝缘容器10内的端部连接设置有一筒状的阴极31，该阴极31套设在阳极21的外侧，同时在该阴极31上亦设有密布的小孔，而可供水自由进出。
配合图3的剖视图观之，当本发明的马达40被启动，即会由传动轴41及皮带42带动上、下枢轴20、30转动，如此即可令设置在绝缘容器10中的筒状阳极21及阴极31转动，由于阳极21与阴极31在绝缘容器10中的转速不同，故而会因为二者的转速差而在阳极21与阴极31之间形成一层水压力渗透膜50、(如同一层静止的压力薄膜)，而可让与阳极21转速相同且位于绝缘容器10中央部份的水，与绝缘容器10靠外侧与阴极31转速相同的水互相分隔，而不会轻易的混淆，故能够在无需设置透析板的状况下确保电解的功效；当阳极21与阴极31将水分别电解之后，即可让碱性水经绝缘容器10底部靠外侧的出水口15导入过滤器(图中未示)中过滤，而获取品质极佳的碱性水；在阴极31周围形成的酸性水则经上枢轴20中的通孔25、穿孔26、排水室27由出水管28排出(其排出的力量可采用虹吸管或其他的方式，均可达到所需的功效)。
由于本发明的装置是配合马达带动上、下枢轴20、30作不同转速的转动(可为不同方向)，而使其间存在一相对的转速差，如此即可在阳极21带动的旋转水流与阴极31带动的旋转水流之间形成一层水压力渗透膜50，故而可将电解所得的酸性水及碱水作适当的隔离，另由于本发明绝缘容器10中的水流在操作时是保持旋转水流，故而当水中的重金属离子带电或胶体颗粒等在直流电场中产生电化学反应时，即会因渗透压作用而移向外侧的阴极31，而当沉淀发生时，更可因为离心力的作用而迅速向外侧移动，而可令水质净化更为迅速，该等移动均不会因为水压力渗透膜50而受阻，其确为一相当杰出的设计。
再由图4观之，其是一本发明的变化实施例，其中可以见到设置在绝缘容器10中的阳极21及阴极31可视绝缘容器10的规格及实际操作的需要来增加其层次，且阳极21与阴极31是以间隔式设置，以增加与水分子的接触面积，于此图式中所示的实施例可知，本发明设置在绝缘容器10上的入水口14亦可设置在绝缘容器10的侧边，而可提供相同的功效。
权利要求
1.一种水压力渗透膜电解水装置，其特征在于其主要是于一绝缘容器的两端中心处分别穿设一枢轴，并分别于两枢轴内端设置有与绝缘容器同轴的筒状阴极及阳极，并在阴极与阳极上分别密布有可供水自由进出的小孔，在枢轴上可提供直流电使阴、阳极带电，另在两枢轴外端分别可以马达带动转动，而可带动筒状阴极及阳极在绝缘容器中转动，同时阴极与阳极在绝缘容器中旋转时有一转速差，由于阴极与阳极在绝缘容器中的转速不同，故而会在阴极与阳极之间形成一层水压力渗透膜，另绝缘容器底部靠外侧设有碱性水出水口与过滤器相连，于连接阴极的枢轴中设有通孔，而与枢轴侧的酸性水出水管连通，又于绝缘容器上设有入水口。
2.根据权利要求1所述的水压力渗透膜电解水装置，其特征在于其中设置在绝缘容器中的阳极及阴极可为多层次，且阳极与阴极是以间隔式设置，以增加与水分子的接触面积。
3.根据权利要求1或2所述的水压力渗透膜电解水装置，其特征在于其中绝缘容器可为圆柱状。
4.根据权利要求1所述的水压力渗透膜电解水装置，其特征在于其中阴极可设置于阳极外侧。
5.根据权利要求1或2所述的水压力渗透膜电解水装置，其特征在于其中在两枢轴外端设有铜环及电刷。
6.根据权利要求1或2所述的水压力渗透膜电解水装置，其特征在于其中在连接阳极的枢轴中央为一通孔，又在该枢轴位于绝缘容器外侧适当位置处钻设有穿孔，在该穿孔位置的枢轴外侧套设组装有一排水室，并于排水室一侧连接有排水管。
7.根据权利要求1或2所述的水压力渗透膜电解水装置，其特征在于其中在绝缘容器上的入水口可设置在绝缘容器的顶面。
8.根据权利要求1或2所述的水压力渗透膜电解水装置，其特征在于其中在绝缘容器上的入水口可设置在绝缘容器的侧面。
全文摘要
本发明涉及一种水压力渗透膜电解水装置,其主要是设有一圆柱状绝缘容器、与绝缘容器同轴的筒状阴极及阳极、以及铜环与电刷,当马达带动筒状阴极及阳极在绝缘容器中转动时,因二者转速不同,故而会在两极间形成一层水压力渗透膜,此外还有碱性水出水口与酸性水出水管。本装置利用电透析的膜分离技术,使各等杂质在电场中产生电离现象之后,正(负)离子向负(正)极迁移,达到过滤、分离各种杂质以及直接饮用水的目的。
文档编号C25B1/12GK1172867SQ9611091
公开日1998年2月11日 申请日期1996年8月1日 优先权日1996年8月1日
发明者刘正立 申请人:刘正立