CN104080741A - 将水饮料矿化的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种将水饮料尤其是饮用水矿化的设备和方法。

Description

将水饮料矿化的设备和方法

技术领域

本发明总体涉及一种将水饮料特别是饮用水矿化的设备和方法。

目标领域首先是被设置用于制备水饮料的家电设备领域，并且更具体地涉及水饮料的矿化，其中水饮料包括饮用水。

在本发明中，饮料的矿化指的是使饮料富含矿物盐和/或微量元素。

在本发明中，饮用水指的是人类能够饮用的任何水。

背景技术

目前，大部分被使用用于饮用水的矿化的方法使用相同的矿物盐的被动溶解的原理(例如诸如白云石的可溶岩石的形式)，该方法具有的缺点是慢且不允许在矿物水的最终组分中有大的选择。

因此，为了克服这些问题，本申请人调整了设备，从而允许通过几乎瞬间地电解水饮料的方法实现矿化，同时控制矿物质的最终量。

对于本领域技术人员来说，已知使用电解方法来处理水。因此，美国专利US7,306,725描述了包括能够释放Mg²⁺或Ca²⁺离子的电极的水处理设备。然而，该专利涉及用于去除氯化物的设备，但是在US7,306,725中没有提及任何涉及水中富含Mg²⁺或Ca²⁺阳离子的内容。

同样，美国专利US6,860,990也描述了一种水处理装置。该装置包括贡献镁的电极。然而，通过电解方法从该电极上产生的Mg²⁺离子用作中和氯离子而不是使水中富含Mg²⁺离子。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于将例如饮用水的水饮料矿化的设备，该设备包括：

·将水或饮料过滤的过滤装置，

·将经过滤的饮料矿化的矿化装置，该装置包括容器，在所述容器中设置有至少一种化合物，所述化合物包括至少一种在金属或金属盐形式下的矿物元素，和

·在所述设备中的循环系统，所述系统能够将来自所述过滤装置的经过滤的饮料带向所述矿化装置。

根据本发明，所述矿化装置包括：

-用于矿化的阳极反应器，其包括：

·待矿化的饮料的导入系统，所述导入系统与所述循环系统连通，

·所述化合物，该化合物构成可溶阳极，所述可溶阳极与电流发生器的正极连接，包含在所述化合物中的的矿物元素能够在电流的作用下形成金属阳离子，

·排出系统，一旦饮料被矿化就被所述排出系统排出到所述阳极反应器之外，

-阴极反应器，该阴极反应器包括例如不锈钢制成的阴极，所述阴极浸入到饱和盐溶液中，所述饱和盐溶液能够确保在介质中的导电，同时避免由于(例如NaCl类型的盐的)还原作用而使金属重新沉积在所述阴极上，所述阴极与所述发生器的负极连接，

-膜，所述膜对于所述矿物元素的金属阳离子是不可渗透的，所述矿物元素的金属阳离子在电流的作用下来自可溶阳极，在所述矿化装置内部，所述膜将所述阳极反应器和所述阴极反应器分开。

在本发明中，矿物盐指的是大量或足够大量地存在于人体机构中的金属盐，用于起到成形(plastique)作用或结构作用(例如用于建立新细胞、修复组织、制造消化所必须的酶、制造激素等等)或者同时起到成形和功能作用(尤其良好地使用能量营养素(nutriments energetiques)、保护和调节机体的良好工作)。因此这种矿物盐被当做大量营养素(macronutriments)。作为矿物盐(大量营养素)的示例，在本发明的范围内优选地使用碱金属和碱土金属(诸如钠、钾、镁和钙)和铁。

在本发明中，微量元素指的是在机体中少量或微量存在的金属矿物盐，尽管它们是小剂量的，但是它们是机体的良好工作所不可缺少的，并且它们的缺少可导致结构和生理的异常。作为微量元素的示例，在本发明的范围内优选地使用锌、铜、锰、硒、钴、铬、锗、铷和钒。

包含在阳极中的矿物元素必须是金属元素，因为如果不是金属元素将不可能借助根据本发明的设备通过电解途径实现饮料或水的矿化。

根据本发明的优选的第一实施方式，可溶阳极的化合物可基本上是金属的，并且由纯金属形式的或与其他一种或多种化学元素结合的金属形式的矿物元素构成。

在本发明中，基本上是金属的化合物指的是具有金属特性的化合物和具有两种或多种元素的化合物，其中至少一种元素是金属。

有利地，在该第一实施方式中，优选使用全部由镁或由钙/镁合金构成的阳极。

根据本发明的优选的第二实施方式，可溶阳极的化合物可由多孔材料构成，多孔材料的孔由至少一种矿物盐填充。

例如，可使用泡沫金属，例如镁泡沫金属，其孔由碳酸钙和氯化钙填充。

在工作中，当在阳极和阴极之间施加电势差时，在阳极形成所述矿物元素的金属阳离子。反应速度通过由此产生的电流的强度来控制。

例如，在阳极仅由镁构成的情况下，在阳极上进行的主要的反应如下：

(1)Mg→Mg²⁺+2e^-

以同样的方式，在阳极由钙构成的情况下，在阳极上进行的主要的反应如下：

(2)Ca→Ca²⁺+2e^-

在阳极主要包括例如镁或钙的金属、而且也包括非常少量的其他化学元素的情况下，(根据主要金属是镁或钙)正是阳极反应(1)或(2)的速度控制构成阳极的化合物的溶解速度。

在阳极由金属合金构成的情况下，溶解的元素的比例与在合金中相同：合金的所有元素在同一时间被溶解，并且它们的溶解速度与施加的电流呈正比。

在阳极由例如镁泡沫金属的多孔材料构成且其孔由至少一种矿物盐填充的情况下，镁根据反应(1)被溶解，然而容纳在孔中的金属盐根据盐在水中的传统溶解原理进行溶解。

构成阳极的化合物的种类按照施加目标(饮料类型或水类型)被选择。相反地，针对给出的饮料或水，矿物浓度取决于如下因素：例如溶解速度(取决于施加的电流和阳极的表面)、水在阳极的表面上或在矿物盐和/或金属盐的暴露表面上的通过时间。

此外，在pH介于1和7之间的适当的水溶介质中，在阴极上进行的主要的反应如下：

(3)2H⁺+2e^-→H₂

在工作中，通过对一定数量的参数(例如阳极的尺寸、阳极的化学组成、电流的强度，或将阳极反应器和阴极反应器分开的膜的厚度)进行更改，由此可选择希望达到的浓度：在希望加入的矿物元素属于微量元素种类的情况下，目标量将非常小，而在矿物元素属于大量营养素种类的情况下，目标量将非常大。

根据本发明的设备除了矿化装置之外还包括设置在该矿化装置的上游的过滤装置。优选地，涉及逆向渗透系统，因为该逆向渗透系统允许去除绝大部分的不受欢迎的溶解的有机的和无机组分，例如重金属(Pb、Cd、和Hg)或诸如细菌或碳氢化合物的有机颗粒。考虑到逆向渗透系统此外还倾向于去除矿物盐，根据本发明的设备允许从纯净水开始，然后通过控制水中矿物的最终量来将水再矿化。

本发明的另一个目的是提供一种将饮用水或水饮料矿化的方法，该方法包括预先将水过滤的过滤步骤；然后使如此过滤的水通过在容器中的循环而矿化的矿化步骤，所述容器包含至少一种化合物，所述化合物包括至少一种在正电性金属或正电性金属盐形式下的矿物元素。

根据本发明，矿化是通过电解途径来实现的，并且包括以下步骤：

-使用电化学单元，所述电化学单元包括用于矿化的阳极反应器和阴极反应器，所述阳极反应器由容器构成，经过滤的水或饮料在所述容器中循环，所述阳极反应器包括化合物，所述化合物是与电流发生器的正极连接的可溶阳极的形式，所述阴极反应器包括(例如不锈钢制成的)阴极，所述阴极浸入到饱和盐溶液中，所述饱和盐溶液能够确保在介质中的导电，同时避免由于(例如NaCl类型的)还原作用而使金属重新沉积在所述阴极上，所述阴极与所述发生器的负极连接，在所述矿化装置的内部，通过对于所述矿物元素的金属阳离子不可渗透的膜，将所述阳极反应器和阴极反应器分开，然后，

-在所述阳极和阴极之间施加电势差，以便在所述阳极上形成所述矿物元素的金属阳离子。

如图1和2所示，当在阳极和阴极之间施加电势差时，根据本发明的设备允许实施根据本发明的方法。

如前面所述，过滤是通过逆向渗透来实现的，以便去除不受欢迎的化合物的主要部分，并且获得尽可能纯净的水。

根据本发明的、尤其是通过根据本发明的设备实施的方法的优点如下：

·在家用的范围内，不管水的来源，为使用者带来富含矿物质的矿化的水饮料或水，

·通过健康的(sain)方法制造矿化的水，因为仅具有最佳浓度的通常存在于水中的矿物质发挥作用，而没有添加剂，并且仅进行电流干预。

·控制被释放的矿物盐的量：通过控制电流的强度和在阳极的表面上的水流，这是可行的。

附图说明

参照附图1和2，通过以下以非限定性示例方式给出的描述，将了解本发明的其他优点和特征，在附图中：

-图1示出根据本发明的设备的示意剖视图,

-图2示出图1所示的根据本发明的设备的矿化装置的示意剖视图。具体实施方式

在图1和2中示出的相同的元件由相同的标号表示。

图1示出的根据本发明的矿化设备包括：

·将饮用水过滤的过滤装置2，

·将过滤的水矿化的矿化装置3，和

·在设备1中的水的循环系统4。

循环系统4允许通过泵41直接将来自过滤装置2的经过滤的饮用水带向矿化装置3。

更详细地，在图2中示出了图1所示的设备1的矿化装置3。该矿化装置3包括：

-用于矿化的阳极反应器31，其与水的循环系统4连通并且具有一旦水被过滤就将水排放的排放系统312，阳极反应器包括至少一种化合物311，该化合物包括至少一种金属或金属盐形式的矿物元素，

-阴极反应器32，其与阳极反应器在矿化装置中通过膜5被分开，膜5对于由化合物311的分解产生的金属阳离子不可渗透，

更具体地，涉及根据本发明的设备的阳极反应器31，所述化合物311与电流发生器6的正极连接，以便构成阳极。

作为示例，使用以直径为5cm且厚度为0.5cm的圆盘形式呈现的镁电极。实际上，将构成阳极的镁圆盘的四分之一浸入到阳极反应器31中。

更具体地，涉及根据本发明的设备的阴极反应器32，该阴极反应器32包括不锈钢制成的阴极321，该阴极浸入到饱和盐溶液中，该饱和盐溶液能够确保在介质中导电，同时避免由于金属的还原作用而将金属重新沉积在阴极32上，该阴极与发生器6的阴极连接。

在工作中，80V的电势差施加在阳极和阴极之间，在该阳极和阴极之间进行如下电化学反应：

在阳极：(1)Mg→Mg²⁺+2e^-

在阴极：(3)2H⁺+2e^-→H₂

在5分钟结束时，在包含待矿化的饮料或水的阳极反应器中，测量到40mg/L的Mg²⁺离子浓度。作为比较，针对白云石仅测量到3mg/L的浓度。

Claims (9)

1.一种用于将水饮料矿化的设备(1)，所述设备包括：

·将饮料过滤的过滤装置(2)，

·将经过滤的饮料矿化的矿化装置(3)，所述矿化装置包括容器，在所述容器中设置有至少一种化合物(311)，所述化合物包括至少一种在金属或金属盐形式下的矿物元素，和

·在所述设备(1)中的使饮料循环的循环系统(4)，所述循环系统能够将来自所述过滤装置(2)的经过滤的饮料带向所述矿化装置(3)，

其特征在于，所述矿化装置(3)包括：

-用于矿化的阳极反应器(31)，其包括：

·待矿化的水的导入系统(310)，所述导入系统与所述循环系统(4)连通，

·所述化合物(311)，该化合物构成可溶阳极(311)，所述可溶阳极与电流发生器(6)的正极连接，并且包含在所述可溶阳极(311)中的所述矿物元素能够在电流的作用下形成金属阳离子，

·排出系统(312)，一旦饮料被矿化就被所述排出系统排出到所述阳极反应器之外，

-阴极反应器(32)，其包括阴极(321)，所述阴极浸入到饱和盐溶液中，所述饱和盐溶液能够确保在介质中的导电，同时避免由于还原作用而使金属重新沉积在所述阴极(321)上，所述阴极(321)与所述发生器(6)的负极连接，

-膜(5)，所述膜对于所述矿物元素的金属阳离子是不可渗透的，所述金属阳离子来自在电流的作用下的所述可溶阳极(311)，在所述矿化装置(3)的内部，所述膜(5)将所述阳极反应器(31)和所述阴极反应器(32)分开。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述可溶阳极(311)的化合物主要是金属的，并且由纯金属形式的或与其他一种或多种化学元素结合的金属形式的矿物元素构成。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述可溶阳极(311)的化合物由多孔材料构成，所述多孔材料的孔由至少一种矿物盐填充。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述可溶阳极(311)的多孔材料是泡沫金属。

5.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述矿物元素在碱金属、碱土金属和铁中选择。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述矿物元素在包括镁、钙、钠和钾的组中选择。

7.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述过滤装置(2)是逆向渗透系统。

8.一种用于将饮用水类型的水饮料矿化的方法，所述方法包括以下步骤：

·预先将饮料过滤；然后

·使如此过滤的饮料通过在容器(31)中循环而矿化，所述容器包括至少一种化合物(311)，所述化合物包括至少一种在正电性金属或正电性金属盐形式下的矿物元素，并且

其特征在于，所述矿化通过电解途径而实现，并且包括以下步骤：

-使用电化学单元，所述电化学单元包括用于矿化的阳极反应器(31)和阴极反应器(32)，所述阳极反应器由所述容器(31)构成，经过滤的饮料在所述容器中循环，所述阳极反应器(31)包括所述化合物(311)，所述化合物(311)是与电流发生器(6)的正极连接的可溶阳极的形式，所述阴极反应器(32)包括不锈钢制成的阴极(321)，所述阴极浸入到饱和盐溶液中，所述饱和盐溶液能够确保在介质中的导电，同时避免由于还原作用而使金属重新沉积在所述阴极(321)上，所述阴极(321)与所述发生器(6)的负极连接，在所述矿化装置(3)的内部，通过对于所述矿物元素的金属阳离子不可渗透的膜(5)将所述阳极反应器(31)和所述阴极反应器(32)分开，然后

-在所述阳极和阴极之间施加电势差，以便在所述阳极上形成所述矿物元素的金属阳离子。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述过滤通过逆向渗透而实现。