CN104609513A - 一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法 - Google Patents

Abstract

一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：电解水的方法着重于使得水中杂质较多被电解以产生较多电子及导电离子，在形成电解电流使电能较多转变为水分子分解能量的同时，创造较好条件提高电解水效率；实现本电解水方法的电解电极组件特征是：阴阳电极之间所留间隙的间距按合理较小化原则设计，间距在小于5mm、大于0mm之间，以利于强化水中杂质与水分子的电解；在电解电极组件所占一定空间内，阴阳电极之间间隙的面积按合理较大化原则设计，使得水中较多杂质及水分子能在电极间隙中较多次反复被电解；在电解水过程中，水在阴阳电极间隙中能较顺利流动，增加杂质与水分子被阴阳电极电解的几率与数量，从而提高水的电解效率。

Description

一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法

技术领域

本发明涉及一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，属于无隔离膜电解水技术领域。

背景技术

80多年前，日本发明电解水机，人类开始了饮用电解水治病保健的实践，上世纪60年代电解水被日本厚生省(日本国家卫生部)确认为对人体健康具有实际功效的水，批准电解水机作为医疗器械生产销售。中国卫生部也早在上世纪90年代已经正式批准电解水机作为医疗器械生产销售。今天中国与日本成为了世界产销电解水机的主要国家，各种各样的电解水机风靡世界，已有亿万人的身体健康受益于饮用电解水。电解水技术在不断更新发展，本发明属于电解水技术领域较高效率的电解水创新方法。

水电解效率一般可以定义为：在电解一定量的水以及电解一定时间情况下，所制成的电解水某种代表性指标(例如电解还原水的ORP负值或含氢量数值)与所耗电量之比。目前，市面上常见的电解水方法与装置主要分为有隔离膜与无隔离膜两种，现有电解水机采用隔离膜技术，尽管技术不断更新换代，但电解水机仍然未能真正克服下列缺陷：水的电解效率很低；必须接驳于自来水，不能携带；必须分别从隔离膜隔离的两个区域输出常温的电解酸性水与碱性水，容易造成水的浪费；水温常常不适饮用；电解水加热升温偏高时，主要功能指标均会显著下降乃至消失；等。2008年中国肖志邦发明无隔离膜电解水方法与装置，为解决上述有隔离膜电解水技术的不足开创了新的途径。申请人在研究无隔离膜电解水技术过程中发现：电解水技术最大的共同问题是电解效率太低，例如：电解水机耗费近千瓦功率，通常仅获得氢含量仅数百ppb或零点几ppm(1ppm＝1000ppb)的小流量电解直饮还原水；现有无隔离膜电解水技术比有隔离膜电解水技术消耗的功率要小许多，仅数瓦功率，但是效率仍然不高，无隔离膜技术电解水氢含量通常比采用有隔离膜技术的电解水机要低。对于纯净水、蒸馏水等电导率特别低的水，无论是有隔离膜与无隔离膜电解技术，电解效率更低，可以近似认为未能有效电解。这些问题严重制约电解水技术的实际推广应用。申请人为解决此难题，进行了长期研究探索，终于从理论与实践两个方面取得了关键性的突破。

发明内容

本发明提出一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，属于无隔离膜电解水技术 领域。

本发明一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，是基于申请人对传统电解水机电解水原理存在重大缺陷的深层认识，以及申请人随之发现的电解水新原理。传统电解水机电解水原理认为：靠阴极区水域中的H⁺离子与来自阳极水区域的电子结合为H,再结合成H₂，从水中释出，这样碱水区的H⁺就会减少，OH^-相对多，阴极水域因此而呈碱性，碱性水氧化还原电位ORP为负值，是有益人体健康的特殊饮用水。反之，阳极水域因失去电子而有更多H⁺，呈酸性，可作杀菌消毒用。这一广为流传至今的原理存在两大缺陷：第一大缺陷，是误解了阴极区形成碱性水过程所需大量电子的真正来源。该原理所述电子源源不断从阳极区向阴极区移动的方向，是逆电解电极电场作用力方向的，受到电场力阻碍，能穿过隔离膜漂移或扩散到阴极区的电子有限，不可能是阴极区形成大量氢气所需电子的真正来源，这一原理性缺陷近百年来妨碍了人们发现真正的电子来源；该原理第二大缺陷，是不能解释阴极区碱性水具有较高还原水关键指标即较高氧化还原电位(ORP)负值与较高含氢(H、H₂、H^-)量的现象，完全疏忽了阴极区形成较高ORP负值与H₂尤其是负氢H^-或活性氢要相当数量活性电子的关键情况。由上述可见，阴极区所需大量自由电子不可能如该原理所述是来自阳极区水分子的电解，而是必定另有来源。申请人深入研究了现有电解水机与无隔离膜电解装置均不能有效电解纯净水蒸馏水的现象，获得了关键性启示：水中的杂质是较多数量电子的真正来源。电解过程的电解电流、形成ORP负值与负氢H^-等还原水关键指标所需的较多数量电子，主要是来源于水中杂质的电解。纯净水中杂质极少，以现有电解水方法所能产生的活性电子相应很少，所以在一定电解电压下不仅电解电流较小，加上电解电极结构性原因制约了电解水指标(如ORP负值与含氢量指标)，故电解效率低。用于电解流动的自来水的电解水机，采用数百瓦功率逾十安培大电流仍然不能达到较高电解水指标，即使在最高档运行时，PH已经达9.5碱性以上，ORP负值仍然不高，含氢量指标仍然小于1000ppb；另外，无隔离膜电解水技术则因为电解效率不够高，其电解水指标水平远未达到实用性基本需求，因而尚未见出现一次性电解流动水制作电解水的实用产品问世。申请人通过研究认识到：电解水技术要突破现有技术瓶颈，应确立电解水的新原理，并根据电解水新原理创建电解水新方法新工艺。

申请人发现与发明的电解水新原理及其创新电解水工艺方法，基于上述六个新发现，现以电解制作还原水为例综述如下：

申请人第一个新发现：电解水过程，为了提高电解水效率，首要的任务是要电解水中的杂质(可称之为“水中杂质电解效应”，简称“杂质电解效应”)，产生自由电子及有利于提高电解水指标的杂质微粒，形成一定电解电流，将电能量传递给水分子的氢、氧原子或其复合离子根，使之产生活性性，可称之为“活性能”或“活性”，当其活性足够大时，就会各奔前程令水分子解体成为氢、氧离子或氢氧离子根，这一过程可称之为“水分子电解效应”，简称为“水电解效应”；传统电解水技术重视了水的导电性对于电解电 流的维持作用，但是仅仅关注到了其中电流对于水分子电解作用，故其原理亦局限于水分子被电解后整个电解过程的化学平衡方程，完全疏忽了电解过程“杂质电解效应”所产生的电子与杂质微粒参与电解水过程，完全忽视了其对于提高电解水指标与电解效率的重要意义，故传统电解水机设计方案是单一围绕电解水分子而完全不考虑电解杂质的设计方案，结果导致：即便电解电流大功率大，电解还原水指标仍欠高，电解效率偏低。

申请人第二个新发现：揭示了“杂质电解效应”产生的活性电子对于提高电解效率的双重意义，活性电子不仅可增加电解电流，并且对于电解制作还原水还具有另一重要意义，就是满足一定电解水指标例如电解还原水的ORP(负氧化还原电位)负值及其相应的氢含量(负氢含量)对电子之所需。因为ORP负值及其相应的氢含量的产生均需一定数量的活性电子参与，充足的活性电子有利于提高电解还原水指标，反之若活性电子不足则会显著影响电解还原水指标数值，从而降低水的电解效率，实际上ORP负值的高低正是水中活性电子或充足或匮乏的反映及其度量。又如：杂质电解效应对于电解水制作氢气等指标有着相当重要的意义。可见，应该尽可能强化“杂质电解效应”以产生较多活性电子，而创造较多杂质被电解以及杂质较多次反复被电解的机会，是强化“杂质电解效应”以产生较多活性电子的有效方法。

申请人第三个新发现，是阴阳电极小间隙(尤其小于1mm的小间隙)对于强化“杂质电解效应”具有特别显著的效果，尽管在此前的无隔离膜电解水技术也曾提及阴阳电极间距大于零与小于3mm的设计考虑，但是并未了解也未能清楚解释小间距的实际意义，更未与“杂质电解效应”相联系，因而，未能采取相应配套工艺过程设计，并未显著提高电解水效率。

申请人第四个尤为重要的新发现是：创造活性电子与活性氢H结合为负氢的更多机会与条件，可以显著提高电解制作还原水的效率，申请人通过实验验证：在一定结构的阴阳电极较小间隙中，较高含量的活性电子与较高含量的活性氢容易结合成为负氢离子H^-，H^-是电解过程形成的具有微弱正电(为微观量级)的H吸引一个电子而产生的。日本著名电解水专家白畑曾作出这样的解释：金属微粒在电解过程有助于活性电子与H结合而呈现出具有负电位的氢的物理特性。白畑称之为“活性氢”。申请人认为：“活性氢”可以理解为带有活性电子的氢或负氢H^-。申请人研究验证：水中负氢含量增加具有提高负电位与氢含量的双重意义，故对于提高电解水还原指标意义至关重要。

但是，申请人经深入探讨又有第五个新发现，实验表明在一定电解电极结构及其安装工艺条件下，阴阳电极小间隙小到某值，电解效率不高反降，对此研究发现：要强化“杂质电解效应”，还需要电解过程中保证水在阴阳电极间隙中有一定流通性，若电解间隙中的水流动性差，杂质与水分子被电解产生的电子与离子不能扩散出去，间隙外的水及杂质不能顺畅流进间隙，会显著降低电解效果及效率，使得水的电解还原指标偏低；若电解间隙中水流动性好，则水与杂质会源源不断流进间隙，持续换水电解，使间隙中的水与杂质保持较好电解效果与较高电解效率，而且使得较多杂质与水分子被较多次电 解，从而提高电解水指标，这对于提高自然静止状态水的电解效率至关重要，因为水被电极间隙电解会产生氢气氧气，气体上升会带动间隙中水流动，气泡顺畅上升与水流顺畅流动，能够促使较多杂质与水分子较多次反复被电解，从而强化“杂质电解效应”，提高水电解效率与水的电解水还原指标；

申请人第六个新发现为：对于电解外力驱动的流水例如自来水而言，在电极组件所占一定空间内合理地增加电解间隙面积的设计方案，有利于水中较多杂质与水分子较多次反复电解，可以提高水电解效率与电解指标。另外，对于安装电解电极组件的通道而言，采取出水通道(出水口)比进水通道(进水口)适当狭窄的设计，可以使得水经过电解电极组件时流速降低，从而增加杂质与水分子被电解的时间与机会，提高电解水的指标。

申请人通过上述六个新发现的综合分析，提出下述电解水新原理：电解水过程，首先是电解水中杂质产生活性电子形成电流将电能量转换为水分子的分解能量的过程，使得较多水分子获得较大电能而分解是取得较高电解效率的基础，但获得较高电解效率还需要具备另外的重要条件；因为，电解过程同时还是：杂质被电解所释放的各种离子(尤其活性电子)与水分子分解产生的各种氢氧离子、离子根发生理化作用的过程，第一，若较多杂质被电解，其释放的电子、离子较多，其与氢氧离子组合的几率就较高，电解水指标可能较高，电解效率也就较高；第二，若创造条件使得杂质被电解释放的电子离子与氢氧离子组合的几率较高，电解水指标可能较高，电解效率也就较高。例如电解还原水的较高ORP负值与含氢量(申请人将两指标简要合称为“负氢”指标)，需要较多的活性电子参与，因此，水中杂质被电解而释放较多电子及其与氢离子组合的几率较高，是提高负氢指标以及电解效率的两个重要条件。

申请人的电解水新原理揭示：提高电解制作还原水效率要采取协调兼顾的系统工艺方法，既要强化水中杂质的电解，又要提高杂质电解释放的电子与氢结合为负氢的几率。申请人研究发现：一是适当减小阴阳电极电解间隙之间的距离，二是适当扩大阴阳电极电解间隙的面积，三是适当保持在电解水过程阴阳电极间隙中水进出的流动性，这三个工艺技术条件的兼顾协调实现，可以较好地兼顾强化杂质电解并提高还原指标的功效，从而显著提高电解水效率。本发明一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：电解水的方法着重于使得水中杂质较多地被电解以产生较多电子及导电离子，在形成电解电流使电能较多转变为水分子分解能量的同时，创造较好条件提高电解水效率；实现本电解水方法的电解电极组件特征是：阴阳电极之间所留间隙的间距按合理较小化原则设计，间隙距离在小于5mm、大于0mm之间，以利于强化水中杂质与水分子的电解；在电解电极组件所占一定空间内，阴阳电极之间间隙的面积按合理较大化原则设计，使得水中较多杂质及水分子能在电极间隙中较多次反复被电解；电解电极组件及其安装工艺条件的特征是：在电解水过程中，水在阴阳电极间隙中能较顺利流动，使阴阳电极间隙中被电解的水得以更换，并使较多杂质与水分子被阴阳电极较多次反复电解，增加杂 质与水分子被阴阳电极电解的几率与数量，从而提高水的电解效率。

申请人发现的电解水新原理新方法揭示了现有电解水机与电解水装置不能电解纯净水的真正原因，并且提出了前所未见的显著提高电解水效率的创新方法：传统电解水原理完全忽视了水中杂质被电解对提高电解效率所起到的基础性关键性作用，据此设计的电解水机及装置，未能注重水中杂质被电解对于电解水指标所起到的基础性作用，不可避免产生电解效率低、电导率低的水不能电解等等缺陷。而电解水机(装置)这种原理性缺陷又误导了解决上述低效率问题的设计方向：一方面，应用有隔离膜技术的许多品牌电解水机，出于安全性需要将自来水纯净化，为了能够有效电解，普遍采用在水中添加所谓“电解促进剂”将纯净水又改变为非纯净水，使得水具有一定电导率，维持一定电解电流以求达到电解水的指标要求，而水的电解效率却仍然受制于传统电解电极结构及工艺，未能获得显著改善；另一方面，应用无隔离膜技术的某些电解水装置则采用在纯净水添加某些物质以产生一定电解电流，以求达到一定电解水指标，或者采取调整电解电极结构的某些措施改善电解效果，例如有文献提及阴阳电极之间间隙在0-3mm的小间隙。但是这种小间隙认识仅仅局限于公知知识(欧姆定律等)层面，即：在一定电解电压下，阴阳电极间较小间隙与较大电极面积可以降低电解电路等效阻抗而增加电解电流，得以提高电解效率。使用这一公知知识无法解释如下现象：传统电解水机已经使用数百瓦乃至千瓦量级功率与十安培量级电流，电解还原水指标也难以达到1000ppb以上氢含量与负800mv以上ORP值，即使再增加电流也见效不大。申请人反复实验证明：对于一个一定的电解电极结构而言，在电流增加的某个范围内，电解指标有随之增加的趋势，但是超出这个范围，电流增加电解指标不明显增加，还可能会出现指标不增反而下降的情况。这是为什么呢？是因为电解原理不明所以解决效率低问题的方向不对所造成。申请人长期深入研究发现：在并不了解阴阳电极之间小间隙对于提高电解效率的真正意义因而缺乏相应工艺配套设计情况下，即便采用较小电极间隙设计方案的产品，也并不能显著提高水的电解效率，实现不了对纯净水等电导率低的水作较高效率的电解，更不能有效电解一次性流经阴阳电极间的流水。而申请人发明的上述电解水新原理及其产生的新方法从根本上解决了提高电解水效率的问题。

按照申请人上述电解水新原理与新方法设计的电解水装置获得了超高效的电解水效率。在盛水器具方面作电解制作还原水应用的实验表明：电解水效率获得大幅度提高。表1列出了有关测试数据：

表1：本无膜电解水新方法电解盛水容器中自然静态水的实验检测数据

注：电解电压12V，时间1分钟，常温，原水：ORP＝+347mv，氢含量＝0

由表1可见：本发明方法能使得电解水氢含量接近于业界公认的水饱和氢含量1.2～1.6ppm的高水平，这是此前无隔离膜电解水技术未见企及的极高电解效率；另外从表1两列对比数据可知：电解时电极间隙中水的流通性对电解水指标有显著影响。本发明可以大幅提高产品的性价比、实用性与便利性，采用一般无隔离膜电解方法电解一杯约350毫升的直饮水，ORP达到约-600mv，含氢量达到约600ppb，需要电解工作8-10分钟，而采用本发明提高电解水效率的新方法，仅需要10秒钟就可以达到同样指标，换算为可比功率比较，电解水效率提高了40～60倍以上。

本发明显著提高水电解效率的电解新方法，应用于一次性电解外力驱动的流水电解制作还原水实验表明：电解水效率获得特别显著提高，电解水指标能够达到以至超过现有名牌隔离膜电解水机。表2列出了有关测试数据：

表2：本电解水新方法应用于一次性电解外力驱动的流水实验检测数据

注：电解电压7V，常温，原水：ORP＝+345～408mv，氢含量＝0

表2数据证明：本发明显著提高水电解效率的电解新方法，能够较高效率地电解一次性流过阴阳电极间隙的任意温度与电导率(包括反渗透膜过滤水、市售纯净水、蒸馏水等)的流水，这是以往无隔离膜电解水技术从未企及的。本方法已胜任制作只排放一种电解水(如电解还原水)而完全没有酸性水的直饮电解水机，电解功率仅数瓦量级，比需要数百瓦量级功率的有隔离膜技术的电解水机，效率提高了数十倍至一百多倍，而且克服了电解水机的多种缺陷，如电解水机电解效率太低、要固定在自来水龙头使用、 不能携带、必须同时分别排放酸性水与碱性水、ORP负值与水碱性相互依赖等缺陷，因此按本电解水新原理及电解新方法，可以设计生产出各种各样便携的、家用的饮水以及用水等多样电解水装置。

由于本发明无膜电解水新方法制作的还原水ORP负值及含氢量指标可以做到与水的PH值相关也可以近乎无关，而且可以电解开水、纯净水等各种饮用水，所以适合人们广泛普及饮用，有助于全面增进人类健康；本方法不排废水，兼有显著的节能节水节材等低碳环保优势。实验证明：本显著提高水电解效率的新方法给电解水装置普及使用提供了极大的可行性便利性，可以预期将对电解水技术起到更新换代的较大推动作用。

申请人发现的电解水新原理揭示了一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：电解水的方法着重于使得水中杂质较多地被电解以产生较多电子及导电离子，在形成电解电流使电能较多转变为水分子分解能量的同时，创造较好条件提高电解水效率；实现本电解水方法的电解电极组件特征是：阴阳电极之间所留间隙的间距按合理较小化原则设计，间隙距离在小于5mm、大于0mm之间，以利于强化水中杂质与水分子的电解；在电解电极组件所占一定空间内，阴阳电极之间间隙的面积按合理较大化原则设计，使得水中较多杂质及水分子能在电极间隙中较多次反复被电解；电解电极组件及其安装工艺条件的特征是：在电解水过程中，水在阴阳电极间隙中能较顺利流动，使阴阳电极间隙中被电解的水得以更换，并使较多杂质与水分子被阴阳电极较多次反复电解，增加杂质与水分子被阴阳电极电解的几率与数量，从而提高水的电解效率。

本显著提高水电解效率的电解新方法，其特征是：所述电解电极组件，在满足水在阴阳电极间隙中具有所需一定流动性情况下，电解电极组件阴阳电极之间的间距可以小至1mm或更小，以较利于在一定电解功率与一定电解电极组件结构下，强化水中杂质与水分子的电解，提高水电解的效率。

本显著提高水电解效率的电解新方法，其特征是：所述电解电极组件，可以将日常饮水与用水制作成氧化还原电位为负值、含氢量大于零的电解还原水。

本显著提高水电解效率的电解新方法，其特征是：所述电解电极组件，在电解自然静止水情况下，阴阳电极结构设计使得：当电极间隙中水被电解而产生流动时，电极间隙中水与离子能够顺势流动，以便更多水流过阴阳电极间隙，更换间隙中被电解的水，使较多水中杂质与水分子能被阴阳电极间电流较多次反复电解，增加杂质与水分子被阴阳电极电解的几率与数量，提高水电解的效率。

本显著提高水电解效率的电解新方法，其特征是：所述电解电极组件，电极间隙两端口位置外部留有一定空间，使得水在被电解的过程中产生流动时，水能在阴阳电极间隙中较顺利流出与流进，提高水电解的效率。

本显著提高水电解效率的电解新方法，其特征是：所述电解电极组件，在电解受外力驱动的流动水情况下，在电解电极组件所占一定空间内，可合理增加电极间隙的面积，以延长流水在电极间隙中被电解的时间，使较多杂质与水分子被阴阳电极较多次反复电 解，增加杂质与水分子被阴阳电极电解的几率与数量，提高水电解的效率。

本显著提高水电解效率的电解新方法，其特征是：所述电解电极组件，在电解受外力驱动的流动水情况下，将电解电极组件的出水通道设计得比进水通道狭窄一些，使得流进电解电极间隙的水流速适当减缓，使较多杂质与水分子被阴阳电极间电流较多次反复电解，增加杂质与水分子被阴阳电极电解的几率与数量，提高水电解的效率。

本显著提高水电解效率的电解新方法，其特征是：所述电解电极组件，在包裹电解电极组件的壳体如流水管道或容器内胆壁材质与形状适合作阴阳电极的情况下，可将其适当连接作为电解电极，增加阴阳电极电解间隙面积，提高水的电解效率。

本显著提高水电解效率的电解新方法，其特征是：所述电解电极组件，由两个不同极性的电极构成，电极之一为筒孔形状，筒状电极数目为N个，N等于或大于1，筒壁可无缺口或有缺口，各筒孔电极的位置为机械固定并相互电连接；电极之二为柱状，各个柱位置为机械固定并相互电连接，柱状电极的柱数目为M个,M等于或大于1；柱为空心或实心、可无缺口或有缺口；筒状电极与柱状电极的高度不限，据所需选择；筒状电极与柱状电极对应插接，即柱状电极各柱插入各对应筒孔中，对插的柱电极表面与筒孔电极相对表面之间留有对水作电解的间隙；在电解工作过程中，电极间隙内的水可以流动；电极间隙两个端口位置的外部留有一定空间，以便水在被电解的过程中，能在电极间隙中流动。

本显著提高水电解效率的电解新方法，其特征是：所述电解电极组件，由不同极性的两组柱状电极组成，每组有N个柱状电极，N＝1～任意值；每组各柱状电极位置相对固定，两组柱状电极可相互对插组装，每对相邻不同极性柱状电极的相对柱面留有电解水用的电解间隙。

本显著提高水电解效率的电解新方法，其特征是：所述电解电极组件，不同极性电极之一结构为E形状，电极之二结构为左右反转的E形状，E形状电极与反E形状电极按凹凸对插方式形成Z形电极间隙；可将N个E形电极叠排，与叠排的N个反E形电极凹凸对插，形成多个相连Z形电极间隙，N＝1～任意值。

本显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：所述电解电极组件，由不同极性的两组各为N片电极板所构成，N＝1～任意值；两组电极板相互对插组装，每对相邻不同极性电极板的相对板面形成电极间隙及其间隙面积。

本显著提高水电解效率的电解新方法，其特征是：所述电解电极组件，电解电极组件可采取阴阳极面积不相等设计提高电解效率，阴阳极面积不相等既可以是阳极面积大于阴极面积，也可以相反；居较高水平位置的电极板的水平投影等于或小于居较低水平位置的电极板的水平投影，提高水电解的效率。

本显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：所述电解电极组件，其电极为在电解水过程中能释出微量物质的活性炭或陶瓷或其他电极，可有助于提高电解水效率。

基本技术方案：电解水的方法着重于使得水中杂质较多地被电解以产生较多电子及导电离子，在形成电解电流使电能较多转变为水分子分解能量的同时，创造较好条件提高电解水效率；实现本电解水方法的电解电极组件特征是：阴阳电极之间所留间隙的间距按合理较小化原则设计，间隙距离在小于5mm、大于0mm之间，以利于强化水中杂质与水分子的电解；在电解电极组件所占一定空间内，阴阳电极之间间隙的面积按合理较大化原则设计，使得水中较多杂质及水分子能在电极间隙中较多次反复被电解；电解电极组件及其安装工艺条件的特征是：在电解水过程中，水在阴阳电极间隙中能较顺利流动，使阴阳电极间隙中被电解的水得以更换，并使较多杂质与水分子被阴阳电极较多次反复电解，增加杂质与水分子被阴阳电极电解的几率与数量，从而提高水的电解效率；设计方案较好地协调兼顾上述三个工艺技术要点，可以使得水中杂质与水分子被电解的效率较大化；在满足水在阴阳电极间隙中具有一定流动性情况下，电解电极组件阴阳电极之间的间距可以小至1mm或更小，以较利于在一定电解功率与一定电解电极组件结构下，强化水中杂质与水分子的电解，获得较高的电解效率，尤其是对于纯净水蒸馏水等电导率较低的原水也能够较高效地电解。

作为电解自然静止水的技术方案，阴阳电极结构及其工作条件的设计应使得：当电极间隙中水被电解产生向上飘逸的氢气泡与氧气泡时，电极间隙中水与离子能够顺势流动，以便更多水流过阴阳电极间隙，更换间隙中被电解的水，使得较多杂质与水分子能被阴阳电极间电流较多次反复电解，增加杂质与水分子被阴阳电极电解的机会与数量，提高水电解的效率；为此，在电解电极组件的电极间隙端口位置外部应留有一定空间，使得水在被电解的过程中产生流动时，水能在阴阳电极间隙中顺畅地流出与流进，这一设计方案可使电解电极组件的电解水逐步扩散至周边，同时吸收周边的水进入电极间隙进行电解，形成一轮轮提高电极组件周边水电解指标的水电解循环。实验表明：上述设计要点对于实现高效率电解与高度电解水指标至关重要。

作为在电解受外力驱动的流动水技术方案，考虑到：水的流动性较为容易满足，但是水的电解时间短容易导致电解强度不足电解水指标低，因此阴阳电极结构及其工作条件的设计应使得：为达到预期电解效率与效果，要设法增加水分子及杂质被电解的数量，并能适当延长流水在电极间隙中被电解作用的时间，在电解电极组件所占一定空间内，合理增加电极间隙的面积并适当选择较小的电极间隙是可取方案，既有助于较多杂质与水分子能被阴阳电极间电流较多次反复电解，增加杂质与水分子被阴阳电极电解的机会与数量，又增加电解强度，提高水电解的效率；另外，在满足对于水的流量的一定需求情况下，还可以考虑采取适当减缓水的流速以延长水在电极间隙电解时间的技术方案，例如将电解电极组件的出水通道设计得比进水通道适当狭窄一些，也是一种可取设计方案，这样流进电解电极间隙的水的流速会减缓，水在间隙中被电解的时间会延长，有助于较多杂质与水分子能被阴阳电极间电流较多次反复电解，增加杂质与水分子被阴阳电 极电解的机会与数量，提高水电解的效率。实验表明：上述设计可以实现较高电解水效率与较高电解水指标。

本发明的一个辅助设计方案为：所述电解电极组件，在包裹电解电极组件的壳体如流水管道或容器内胆壁的材质与形状适合作阴阳电极情况下，可将其适当连接作为电解电极，增加阴阳电极电解间隙面积，提高水的电解效率。

本发明电解电极组件及其工艺条件的技术设计方案之一：所述电解电极组件，由两个不同极性的电极构成，电极之一为筒孔形状，筒状电极数目为N个，N等于或大于1，筒壁可无缺口或有缺口，各筒孔电极的位置为机械固定并相互电连接；电极之二为柱状，各个柱位置为机械固定并相互电连接，柱状电极的柱数目为M个,M等于或大于1；柱为空心或实心、可无缺口或有缺口；筒状电极与柱状电极的高度不限，据所需选择；筒状电极与柱状电极对应插接，即柱状电极各柱插入各对应筒孔中，对插的柱电极表面与筒孔电极相对表面之间留有对水作电解的间隙；在电解工作过程中，电极间隙内的水可以流动；电极间隙两个端口位置的外部留有一定空间，以便水在被电解的过程中，能在电极间隙中流动。

本发明电解电极组件及其工艺条件的技术设计方案之二：所述电解电极组件，由不同极性的两组柱状电极组成，每组有N个柱状电极，N＝1～任意值；每组各柱状电极位置相对固定，两组柱状电极可相互对插组装，每对相邻不同极性柱状电极的相对柱面留有电解水用的电极间隙。

本发明电解电极组件及其工艺条件的技术设计方案之三：所述电解电极组件，不同极性电极之一结构为E形状，电极之二结构为左右反转的E形状，E形状电极与反E形状电极按凹凸对插方式形成Z形电极间隙；可将N个E形电极叠排，与叠排的N个反E形电极凹凸对插，形成多个相连Z形电极间隙，N＝1～任意值。

本发明电解电极组件及其工艺条件的技术设计方案之四：所述电解电极组件，由不同极性的两组各为N片电极板所构成，N＝1～任意值；两组电极板相互对插组装，每对相邻不同极性电极板的相对板面形成电极间隙及其间隙面积。

本发明电解电极组件及其工艺条件的技术设计方案之五：电解电极组件可采取阴阳极面积不相等设计提高电解效率，阴阳极面积不相等既可以是阳极面积大于阴极面积，也可以相反；居较高水平位置的电极板的水平投影等于或小于居较低水平位置的电极板的水平投影以获得较高电解效率。

本发明电解电极组件及其工艺条件的技术设计方案之六：所述电解电极组件，其电极可为在电解水过程中能释出微量物质的活性炭或陶瓷或其他电极，可有助于提高电解水效率。

附图说明

下面通过附图对本发明作进一步阐释。

图1A-B是本发明实施例1一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法的实施装置

图2是本发明实施例2一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法的实施装置

图3是本发明实施例3一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法的实施装置

图4是本发明实施例4一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法的实施装置

图5是本发明实施例5一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法的实施装置

具体实施方式

以下结合实施例1～5的附图1～5将实施例的基本结构及其基本工作原理综述如下：1、2为电解电极组中不同极性电极，3为不同极性电极之间的间隙，间隙间距0-5mm，8为电解槽壁(一般为盛水容器壳体或通水管道壁等)，亦为安装电解电极组件的壳体，10为电解槽内空间，11、12分别为电极间隙两端外部附近空间，4为电极1与电解槽壁8之间的相通间隙，间隙间距0-5mm，9为电解电源，6、7为导线，将不同极性电极1、2分别连接至电解电源9的两个电源输出端口。电解工作时，电极1与2构成的电极组浸泡在欲电解的水中，电源9通过6、7给电极1、2供电，电极1与2间隙内的水受到电流电解作用，水中的部分杂质及水分子被电解，产生电解水指标。至于各个实施例的具体特点，将分别在其说明中予以阐述。

实施例1

如图1A所示，本发明用于电解外力驱动的流水，电解电极组件由两个不同极性电极1、2构成，电极1为筒孔状，电极2为柱状，1与2可对应插接，柱状电极2的柱插入筒孔状电极的对应孔中，柱表面与筒孔相对表面之间留有电解间隙3，该间隙呈管状，图1中示意性画出了3个柱状电极与筒孔状电极构成的间隙3，间隙间距可视需要在一定范围内选择，如小于5mm至大于0mm的范围；必要时，间隙3的间距可取较小值，如等于或小于1mm，以便强化水及其中杂质的电解效果，这在装置需要电解电导率低的纯净水、蒸馏水等原水时，可以获得较高的电解水效率与指标；在电极间隙距离一定情况下，杂质与水分子被电解的几率及数量与间隙面积成正比，因此间隙3面积较大化可提高电解效率；图1中，电解槽壁8为适合做电解电极使用的材料，经由导线7连接到电解电源成为电极2的一部分，与电极1构成电解间隙4，加强装置电解效果；11、12分别为电解槽10的下部与上部空间，给空间11与12设计一定的体积，有助于电极间隙中水畅顺流动。因为在电解水过程中，间隙中的水分子被电解分解后，会产生氢气、氧气，氢、氧气泡会沿着间隙向上飘逸，从而带动间隙3中水向上流动，从间隙3上部端口流 出到空间12，这导致水从间隙3下端口外即空间11源源流入电极间隙中作补充，显然，若11、12过于狭窄，可能影响水在电极间隙的流通性，从而降低水的电解效率；综上所述，间隙3合理选择较小的间距与较大面积并满足间隙3中水具有一定流通性，这三方面协调兼顾的工艺技术方案可以显著提高电解效率；由于装置用于电解流动水，一般而言若间隙3端口外的空间11、12足够开阔，就容易满足水在间隙中的流通性；值得注意的是另一个可能会使电解水效率降低的问题：若流入电解槽的流水流速过快，水流过电极间隙的流速也会过快，可能会降低电解效率，因此，当装置应用于电解流速过快的流水时，可在满足装置流量需求基础上，采取适当减缓电解槽中水流流速的设计，较简单方案是将电解槽10的出水口设计得比进水口显著狭窄一些，例如：图1中，假定空间11为电解槽8的进水口，12为出水口，将12比11设计得适当狭窄一些，可以使得水通过电解槽的流速有所减缓，而进入电极间隙的水流流速自然会随之适当减缓，从而使得水在间隙中电解的时间有所延长，从而加强水的电解效果。当然如前所述，空间12也不能过于狭窄，否则影响到间隙3中水所需的一定流通性，也会降低电解效率与电解水指标。

如图1B所示，本发明用于电解电解槽10中的自然静止水情况，与图1A相比较，区别仅仅在于电解槽设计具有底部13，图1A的描述已说明的部分，不再赘言。空间11处于电解槽底13与电解电极组件底部之间，给空间11与12、尤其是11设计一定的体积，有助于电极间隙中水畅顺流动。因为在电解水过程中，间隙中的水分子被电解分解后，会产生氢气、氧气，氢、氧气泡会沿着间隙向上飘逸，从而带动间隙3中水向上流动，从间隙3上部端口流出到空间12，这导致水从间隙3下端口外部即空间11源源流入电极间隙中补充，而电解槽空间12与10的水又会从间隙4或3给11作补充。水在间隙流动过程中，水中杂质与水分子会在间隙中被电解电流反复电解。如此循环往复，电解槽中水会反复流入电极间隙中被反复电解，不断强化电解效果；显然，若11、12过于狭窄，可能影响水在电极间隙的流通性与水的顺畅循环电解，会降低水的电解效率；综上所述，间隙3合理选择较小的间距与较大面积并满足间隙3中水具有一定流通性，这三方面协调兼顾的工艺技术方案可以显著提高电解效率。

实验装置指标请参看表格3与表格4有关测试数据：

表3：本实施例电解盛水容器中自然静态水(直饮水)的实验检测数据

注：电解电压8V，时间1分钟，常温，原水：ORP＝+347mv，氢含量＝0

可见，本发明方法能使得电解水氢含量接近于业界公认的水饱和氢含量1.2～1.6ppm的高水平，这是此前无隔离膜电解水技术未见企及的至高电解效率与指标。采用以往一般无隔离膜电解方法电解一杯约350毫升的直饮水，ORP达到约-600mv，含氢量达到约600ppb，需要电解工作8-10分钟，而采用本发明提高电解水效率的新方法，仅需要10秒钟就可以达到同样指标，换算为可比功率比较，电解水效率提高了数十倍到一百多倍以上。

本发明显著提高水电解效率的电解新方法，应用于一次性电解外力驱动的流水电解制作还原水实验表明：电解水效率获得特别显著的提高，电解水指标能够达到以至超过现有品牌隔离膜电解水机。表2列出了有关测试数据：

表4：本电解水新方法应用于一次性电解直饮流动水实验检测数据

注：电解电压6V，常温，原水：ORP＝+368mv，氢含量＝0

检测数据表明：本电解水技术电解效率为市场现有采取隔离膜技术电解水机的数十倍。

实施例2

如图2所示，电解电极组件由不同极性的两组柱状电极1、2组成，每组有N个柱状电极，N＝1～任意值，图2所示N＝3；每组3个柱状电极位置相对固定，两组3个柱状电极相互对插组装，每对相邻不同极性柱状电极的相对柱面形成电解水用的电极间隙3及其面积，图2中电极间隙3共有7个。间隙4一般可取0mm。关于不同极性电极间隙面积适当较大化、间隙距离适当较小化设计对于提高水电解效率的意义，以及在电解流水与自然静止水两种情况下各自提高水电解效率的特殊设计方案及其说明，请参考实施例1的有关内容。

表5：图3所示本电解水新方法应用于电解容器中直饮水实验检测数据

注：电解电压9V，常温，电解时间1分钟，原水：ORP＝+481mv，氢含量＝0

实施例3

如图3所示，电解电极组件不同极性电极之一即1的结构为E形状，电极之二即2结构为左右反转的E形状，E形状电极与反E形状电极按凹凸对插方式形成弓形电极间隙3；可将N个E形电极叠排，与叠排的N个反E形电极凹凸对插，形成多个相连的弓形电极间隙及其间隙面积，N可以是1～任意值。间隙4一般可取0mm。关于不同极性电极间隙面积适当较大化、间隙距离适当较小化设计对于提高水电解效率的意义，以及在电解流水与自然静止水两种情况下各自提高水电解效率的特殊设计方案及其说明，请参考实施例1的有关内容。

表5：图3所示本电解水新方法应用于一次性电解直饮流动水实验检测数据

注：电解电压8V，常温，原水：ORP＝+412mv，氢含量＝0

实施例4

如图4所示，电解电极组件由不同极性的两组各为N片电极板1、2所构成，N＝1～任意值；1、2两组电极板相互对插组装，每对相邻不同极性电极板1、2相对板面形成电极间隙3及其间隙面积，图4示意画出5个电极间隙3。关于不同极性电极间隙面积适当较大化、间隙距离适当较小化设计对于提高水电解效率的意义，以及在电解流水与自然静止水两种情况下各自提高水电解效率的特殊设计方案及其说明，请参考实施例1的有关内容。

表6：图4所示本电解水新方法应用于一次性电解直饮流动水实验检测数据

注：电解电压9V，常温，原水：ORP＝+406mv，氢含量＝0

实施例5

如图5所示，可见居较高水平位置的电极1的水平投影面积小于居较低水平位置的电极板2的水平投影面积，从1、2电极间隙3中逸出的气泡可沿着电极边缘直接上升，促使间隙中水流动，以获得较高电解效率。反之，实验证实：若电极1面积大于电极2面积，间隙中逸出的气泡就会受到电极1超出电极电极2的面积部分遮挡，因气泡积聚而阻碍间隙中气泡与水的流动，降低水的电解效率；表7列出了上述两种电极面积不相同情况的实验装置检测数据，证明了上述分析的正确性，也证明了电解过程电极间隙中水的流通性对于电解效率与指标具有重要意义。至于阴阳电极间隙面积较大化、间隙距离较小化设计对于提高水电解效率的意义，以及在电解流水与自然静止水两种情况下提高水电解效率的各自特殊设计要求与说明，请参考实施例1的有关内容。关于不同极性电极间隙面积适当较大化、间隙距离适当较小化设计对于提高水电解效率的意义，以及在电解流水与自然静止水两种情况下各自提高水电解效率的特殊设计方案及其说明，请参考实施例1的有关内容。

表7：本方法图2A与非本方法图2B所示两种不同电极结构电解水装置实验检测数据

注：电解电压10V，常温直饮水，原水：ORP＝+381mv，氢含量＝0 。

Claims (14)

1.一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：电解水的方法着重于使得水中杂质较多地被电解以产生较多电子及导电离子，在形成电解电流使电能较多转变为水分子分解能量的同时，创造较好条件提高电解水效率；实现本电解水方法的电解电极组件特征是：阴阳电极之间所留间隙的间距按合理较小化原则设计，间隙距离在小于5mm、大于0mm之间，以利于强化水中杂质与水分子的电解；在电解电极组件所占一定空间内，阴阳电极之间间隙的面积按合理较大化原则设计，使得水中较多杂质及水分子能在电极间隙中较多次反复被电解；电解电极组件结构及其安装工艺条件的特征是：在电解水过程中，水在阴阳电极间隙中能较顺利流动，使阴阳电极间隙中被电解的水得以更换，并使较多杂质与水分子被阴阳电极较多次反复电解，增加杂质与水分子被阴阳电极电解的几率与数量，从而提高水的电解效率。

2.根据权利要求1所述的一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：所述电解电极组件，必要时，电解电极组件阴阳电极之间的间距可以小至1mm或更小，以较利于在一定电解功率与一定电解电极组件结构下，强化水中杂质与水分子的电解，提高水电解的效率。

3.根据权利要求1所述的一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：所述电解电极组件，可以将日常饮水与用水制作成氧化还原电位为负值、含氢量大于零的电解还原水。

4.根据权利要求1所述的一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：所述电解电极组件，阴阳电极结构设计使得：当电极间隙中自然静止水被电解而产生流动性时，电极间隙中水与离子能够顺势流动，以便更多水流过阴阳电极间隙，更换间隙中被电解的水，使较多水中杂质与水分子能被阴阳电极间电流较多次反复电解，增加杂质与水分子被阴阳电极电解的几率与数量，提高水电解的效率。

5.根据权利要求1所述的一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：所述电解电极组件，电极间隙两端口位置外部留有一定空间，使得水在被电解的过程中产生流动时，水能在阴阳电极间隙中较顺利流动，提高水电解的效率。

6.根据权利要求1所述的一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：所述电解电极组件，在电解电极组件所占一定空间内，通过合理增加电极间隙的面积，可延长流水在电极间隙中被电解的时间，使较多杂质与水分子被阴阳电极较多次反复电解，增加杂质与水分子被阴阳电极电解的几率与数量，提高水电解的效率。

7.根据权利要求1所述的一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：所述电解电极组件，将电解电极组件的出水通道设计得比进水通道狭窄一些，使得流进电解电极间隙的水流速适当减缓，可使较多杂质与水分子被阴阳电极间电流较多次反复电解，增加杂质与水分子被阴阳电极电解的几率与数量，提高水电解的效率。

8.根据权利要求1所述的一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：所述电解电极组件，在包裹电解电极组件的电解槽壁材质与形状适合作电极的情况下，可将其适当连接作为电解电极，增加电解1电极间隙面积，提高水的电解效率。

9.根据权利要求1所述的一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：所述电解电极组件，由两个不同极性的电极构成，电极之一为筒孔形状，筒状电极数目为N个，N等于或大于1，筒壁可无缺口或有缺口，各筒孔电极的位置为机械固定并相互电连接；电极之二为柱状，各个柱位置为机械固定并相互电连接，柱状电极的柱数目为M个,M等于或大于1；柱为空心或实心、可无缺口或有缺口；筒状电极与柱状电极的高度不限，据所需选择；筒状电极与柱状电极对应插接，即柱状电极各柱插入各对应筒孔中，对插的柱电极表面与筒孔电极相对表面之间留有对水作电解的间隙；在电解工作过程中，电极间隙内的水可以流动；电极间隙两个端口位置的外部留有一定空间，以便水在被电解的过程中，能在电极间隙中流动。

10.根据权利要求1所述的一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：所述电解电极组件，由不同极性的两组柱状电极组成，每组有N个柱状电极，N＝1～任意值；每组各柱状电极位置相对固定，两组柱状电极可相互对插组装，每对相邻不同极性柱状电极的相对柱面形成电解水用的电极间隙及其面积。

11.根据权利要求1所述的一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：所述电解电极组件，不同极性电极之一结构为E形状，电极之二结构为左右反转的E形状，E形状电极与反E形状电极按凹凸对插方式形成弓形电极间隙；可将N个E形电极叠排，与叠排的N个反E形电极凹凸对插，形成多个相连弓形电极间隙及其间隙面积，N＝1～任意值。

12.根据权利要求1所述的一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：所述电解电极组件，由不同极性的两组各为N片电极板所构成，N＝1～任意值；两组电极板相互对插组装，每对相邻不同极性电极板的相对板面形成电极间隙及其间隙面积。

13.根据权利要求1所述的一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：所述电解电极组件，电解电极组件可采取阴阳极面积不相等设计提高电解效率，阴阳极面积不相等既可以是阳极面积大于阴极面积，也可以相反；居较高水平位置的电极板的水平投影等于或小于居较低水平位置的电极板的水平投影，提高水电解的效率。

14.根据权利要求1所述的一种显著提高电解效率的无膜电解水新方法，其特征是：所述电解电极组件，其电极为在电解水过程中能释出微量物质的活性炭或陶瓷或其他电极，可有助于提高电解水效率。