CN103193296B - 负离子水发生器 - Google Patents

Abstract

负离子水发生器是一种能使普通水转变成负离子水的装置。它是由高压直流电源、发生管和防护罩等三部分组成。当电路闭合时，把普通水通过发生管，便可制得负离子水。它具有极简单的结构，造价低廉。而所得到的水质，不会像现在市场上正在销售的电解水机制取的负离子水那样，不可避免地重金属离子要增多，而是反而减少。负离子水也称碱性离子水，是当今已被世界饮用水专业人士和广大医学家，一致公认为能大大促进人类健康长寿的最理想的饮用水。

Description

负离子水发生器

所属技术领域

本发明涉及一种高压直流电源与发生管，而发生管是安装有分别与高压直流电源整流器的正极和负极相连的两个同轴相互套叠的半径不同的金属管，其中与整流器正极相连的金属内管——阳极，为绝缘物质所包裹；另一个与整流器负极相连的金属外管——阴极，其表面为裸露，并接地。当电路闭合后，普通水流经两管之间时，水中的负离子不会减少，而水中的正离子，在电场力的作用下，移向与整流器负极相连的金属外管——阴极上，并获得电子，发生还原反应，于是随着这一还原反应的持续进行，水中的正离子数不断减少，相对负离子数逐渐增多，普通水就变成为PH值逐渐增高的负离子水。

背景技术

负离子水富含电子，活性强，已被世界饮用水专业人士和医学家一致公认为是当今最理想的饮用水，他的主要功能是：能抵消致病致癌的自由基、降低血压、增高血液的PH值(呈偏碱性)、降低血糖、增强支气管纤毛运动、镇静、催眠、镇痛、镇咳、止汗、增进食欲、……等等。

上世纪末，日本率先研制成功电解水机，用来制取负离子水。紧接着韩国、台湾也开始研制电解水机，于2005年该产品进入中国市场。

今把用电解水机制取负离子水与所发明之负离子水发生器进行制取作一比较：

发明内容

所发明的负离子水发生器的结构十分简单，即由高压直流电源、发生管和防护罩三部分组成。

高压直流电源是引用220伏特市电，经变压器升压后，再经桥式整流而获得。所述发生管，即是把两个同轴套叠的半径不等的金属管，分别与电源的正、负极相联，其中一个金属内管的外表面为绝缘物质所包裹，作为阳极；另一个金属外管的表面裸露，作为阴极，并接地。水就在其两管间的夹层中通过。所述防护罩，是用来防止高压电与人接触或接近，保护人身安全。

当电路闭合后，两个金属管之间，便形成强电场。由于水是极性分子，是弱电解质，在强电场作用下，通过两个金属管之间的水，便产生更多的氢离子(H⁺)和氢氧根离子(OH^-)，即水的电离度增大，电导率也增大。

在水中带负电荷的氢氧根离子(OH^-)和其他负离子，在强电场力的作用下，移向作为阳极的金属内管，但由于受绝缘物质阻挡，不能到达作为阳极的金属内管表面发生氧化反应，因而其数量不会改变；而带正电荷的氢离子(H⁺)和其他金属离子，在强电场力的作用下移向作为阴极的金属外管，这时作为阴极的金属外管的电势就高于大地，由于阴极金属外管接地，这些氢离子(H⁺)到达阴极金属外管后，便立即获得从大地传导上来的电子，发生还原反应，生成氢气。与此同时，重金属离子获得电子后，就在金属外管的内表面上析出，水中的正离子就减少。

在普通水中，原来正、负离子数相等，。而经负离子水发生器后，负离子数大于正离子数，于是就转变成了负离子水。

负离子水发生器运作过程的物理原理与电化原理如下：

为了说明应用电场力对正、负离子的作用，来制取负离子水。得从两平行板之间形成的电场说起。在物理学基本静电现象的章节中告诉我们，金属平行板两板间的电场强度E与电势差U及两板间的距离d之间，有如下关系：

E＝U/d ——(1)

又从静电学电场强度的定义式得知，静电场中某一点静电场强度E，是作用于放在该点的正电荷所受的力F与该电荷的大小q之比，即

E＝F/q

改写成F＝qE ——(2)

由(1)、(2)式得F＝q(U/d)——(3)

由(3)式得出，欲使在分别与电源正、负极相连的两板中间的正、负离子，受到更大的电场力的作用，尽快地使他们分别移向两板，只要增大两板间的电势差U或减小两板间的距离d。或同时增大电势差U，又减小两板间的距离d。

如今为操作安全和使用方便起见，把两极板做成同轴套叠的内、外金属管，其中金属内管的外表面为绝缘物质所包裹，作为阳极；金属外管为裸露，作为阴极，并接地。在两管之间加上电势差后，在两金属管之间所形成的电场，与平形板间所形成的电场是不同的，前者是非匀强电场，后者是匀强电场，但有其相似的地方。从物理学电介质中静电现象的章节里的一个关系式得知，两个同轴相互套叠的半径不同的园筒之间某点的电场强度，与单位长园筒上的电荷成正比，与两园筒之间的电介质的介电常数成反比，以及与该点距园筒轴线的距离成反比。又从另一个两园筒间的电势差与单位长园筒上的电荷的关系式得知，两园筒间的电势差与单位长园筒上的电荷成正比。由此就导出两园筒间某点的电场强度也与加在两园筒上的电势差成正比关系。

由此就可知道，为了提高发生管制取负离子水的效能，所要采用的高压直流电源除有较高的电压外，还应具有一定的电流强度，使单位长园筒上有足够的电荷，并且两园筒的间距不宜过大，才能使外金属园筒的内表面也有相当大的电场强度。

电路闭合后，当普通水经过发生管时，氢氧根离子(OH^-)和其他负离子，在电场力作用下移向与电源正极相连的作为阳极的金属内管，但因被绝缘物质阻隔，不能与阳极金属园筒接近，就不能发生氧化反应。而氢离子(H⁺)与重金属离子，在电场力的作用下移向与电源负极相连的作为阴极的金属外管，氢离子(H⁺)便获得从大地传导上来的电子，在作为阴极金属外管的内表面上发生还原反应，放出氢气(H₂)，即

2H⁺+2e＝H₂↑

同时，带正电荷的重金属离子，在强电场力的作用下，也移向作为阴极的金属外管，也在阴极金属外管的内表面上获得电子，发生还原反应，并析出重金属。

显然，随着阴极金属外管上还原反应持续进行，水中的正离子数逐渐减少，而负离子数丝毫不减，于是水的PH值就不断上升，负离子水的浓度越来越大。

从氯碱工业的资料中得知，在电解食盐(NaCl)溶液制取氯气(Cl₂)和烧碱(Na OH)的生产实践中，其电解槽两极板的电势差仅只3.5伏特左右，两极板间距约为3.5厘米，这时其电场强度E＝3.5伏特/3.5×10^-2米，已经能使溶液中的正、负离子分别不断移向阴极板和阳极板。如今把发生管的内、外金属管间的电势差加大到5000伏特，甚至上万伏特，若两管间的距离控制在5厘米左右，经计算，这时金属内、外管间的正、负离子所受到电场力的作用，也必将增大到氯碱工业生产中正、负离子所受力的成千上万倍。可以断定，这时候氢离子(H⁺)和重金属离子必然会快速移向作为阴极的金属外管的内表面，并发生还原反应，而使水的PH值增大。

2011年3月20日，本人在宁波慈湖中学实验室，在邬炳祺老师和实验室管理老师协助下，已经验证了负离子水发生器线路设计的正确性。本人在一系列的对水电解的实验中看到，如果在电解时，使其电流强度恒定不变，则随着电解的持续进行，加在两极板上的电势差会愈来愈小。这说明水的电离度增大了，亦即正、负离子增多了，电导率增大了。据资料所知，这时一般由13～16个水分子组成的水分子团，变成了少于5～6个水分子组成的水分子团。经联合国世界卫生组织(WHO)调研后认定，这种小分子团的水易于通过人体的细胞膜，能把更多营养物质供给细胞，也使更多废弃物质从细胞排出，这就可以大大促进人体健康长寿。

附图说明

图1，负离子水发生器外形图；

图2，高压直流电源与发生管的结构及相互间线路联接的示意图。

图1-2中，1-防护罩；2-高压直流电源；3-橡皮管进水口；4-橡皮管；5-发生管；6-塑料管；7-出水阀门；8-电阻器；9-电键；10-插头；11-升压器；12-整流器；13-正极引出线；14-负极引出线；15-金属外管；16-绝缘物质；17-金属内管；18-地线；19-大地。

所述负离子水发生器，是由防护罩(1)、高压直流电源(2)和发生管(5)组成，其外形如图1所示。

所述高压直流电源(2)与发生管(5)的结构及相互间线路联接如图2所示。

为保证人身安全，高压直流电源(2)与发生管(5)都安装在防护罩(I)中。防护罩(1)必须采用绝缘性能好，且坚固的塑料制成。橡皮管(4)、塑料管(6)与出水阀门(7)也必须有绝缘性能好又坚固的材料制成。升压器(11)内的材料，主要是能承受高电压的漆包线，如今市场上能耐万伏以上高压的漆包线可大量供应。

金属外管(15)和金属内管(17)都用不锈钢制成。绝缘物质(16)可采用聚乙烯塑料，它的相对介电常数为2.3，绝缘性能好，又价格便宜。

关于整流器(12)的主要元件是能耐高电压的用于整流的二极管，如今市场上也容易采购得到，今从《新型二极管手册》中查得部分二极管的型号、用途和参数，列表如下：

器件型号	用途	参数
			NSL40/15	整流	40KV 15A
NSL30/15	整流	30KV 15A
			NSL20/6	整流	20KV 6A
NSL20/15	整流	20KV 15A
			NSL15/6	整流	15KV 6A
3QG8/10	整流	11KV 8A
			ZP10	整流	3KV 10A
ZX16A	整流	1.6KV 16A
			ZX25A	整流	1.6KV 25A

具体实施方式

插头(10)接上220伏特市电后，闭合电键(9)，电流即通过电阻器(8)送入升压器(11)。升压后的电流经整流器(12)整流，就变成高压直流电。由于整流器(12)的正极引出线(13)与金属内管(17)相联，于是金属内管(17)便成了阳极；另一端，则由于整流器(12)的负极引出线(14)与金属外管(15)相接，所以金属外管(15)便成了阴极，金属外管(15)又与大地(19)通过地线(18)相连接。这时，若从橡皮管(4)的进水口(3)注入普通水，经由橡皮管(4)到达发生管(5)，就在流经金属外管(15)与金属内管(17)外的绝缘物质(16)之间时，水中的氢离子(H⁺)和重金属离子，受电场力的作用，移向作为阴极的金属外管(15)，由于敷设了地线(18)，使金属外管(15)与大地(19)相连，大地(19)就能提供电子，于是就在金属外管(15)的内表面，氢离子(H⁺)和重金属离子都能获得电子而发生还原反应，生成氢气(H₂)，即2H⁺+2e＝H₂↑和析出重金属。与此同时，水中的氢氧根离子(OH^-)和其它负离子，在电场力的作用下，移向金属内管(17)，但由于受到绝缘物质(16)的阻隔，不能到达金属内管(17)的表面，氢氧根离子(OH^-)和其它负离子，就不能在金属内管(17)的表面发生氧化反应。由于原来水中的氢离子(H⁺)与氢氧根离子(OH^-)数相等，重金属离子与其它负离子数也相等，而经过发生管(5)后，氢离子(H⁺)和重金属离子减少了，氢氧根离子(OH^-)和其它负离子数保持不变，于是，最后从塑料管(6)末端的出水阀门(7)出来的水，就是负离子水。

电阻器(8)是用来控制升压器原绕组上的电压，亦即可调节升压器(11)的输出电压，以此来控制发生管(5)的金属内管(17)与金属外管(15)之间的电场强度。使金属外管(15)内表面的还原反应速度，适应于能制造出所需要PH值的负离子水。

所发明之负离子水发生器，具有下列特点：

1.结构简单，取材方便，造价低廉。

2.属微能技术，耗电极省。

3.有去除重金属离子的作用。

4.制得的水，100％是负离子水。

5.水的缔合度明显降低，能将一般的由13～16个水分子缔合成的水分子团组成的水，变成由6个水分子以下缔合成的水分子团组成的水，其溶解性和渗透性大大增强，使人体细胞能充分获得营养物质和排出废弃物质。

据文献资料介绍，动植物的病害和与衰老，也都是由于自由基在作祟，因此负离子水对动植物同样都能起到防病抗衰老促进茁壮成长的作用。

也据文献资料介绍，应用负离子水还能培育出特殊的优良动植物品种。但不同品种所需负离子水的PH值不同，这方面尚待以后大家来探求和摸索。

最后，为操作和使用好负离子水发生器，再作以下几点说明：

一、PH值的测定，应采用玻璃电极法，以取得比较准确的数据，不要用比较粗略的试纸比色法测定。

二、对人体最适宜的PH值是7.4～7.6，如果制得的负离子水PH值＞7.6，则可用普通水进行搀兑，把PH值降至7.4～7.6。

三、要特别重视敷设好地线(18)，以保证能使金属外管(15)与大地(19)之导电性能良好。

四、利用出水阀门(7)开启的大小，控制发生管(5)内水的流速，也就改变了电场力对水中正、负离子的作用时间，可以影响最终所获得的负离子水的PH值。

五、增加发生管(5)的长度，也就增长电场力对正、负离子的作用时间，可以提高负离子水的PH值。

六、为缩小整个装置体积，发生管(5)可以做成“W“状或”盘香“状，以使发生管达到一定长度。

七、为防止高压电击穿绝缘物质(16)，金属内、外管之间的距离不宜过小。

参考资料

《电化学基础》高颖 邬冰 主编 化学工业出版社出版

《普通物理》<原苏联>福里斯和季莫列娃 著 商务印书馆出版

Claims (2)

1.一种负离子水发生器，是由连接市电220伏特的插头(10)、电键(9)、电阻器(8)、升压器(11)、整流器(12)、正极引出线(13)、负极引出线(14)、发生管(5)、地线(18)、橡皮管(4)、塑料管(6)、出水阀门(7)和防护罩(1)所组成，其中发生管(5)是由被绝缘物质(16)包裹的与整流器(12)的正极相连的金属内管(17)和与整流器(12)的负极、大地(19)相连的裸露的金属外管(15)组成，其特征在于金属外管(15)与大地(19)之间有地线(18)相连接。

2.根据权利要求1所述的负离子水发生器，其特征在于把220伏特的市电，经插头(10)、电键(9)后，在引入到升压器(11)以前，设置了用来控制高压直流电源输出电压大小的电阻器(8)。