CN104633912A - 一种可输出电解水的储水式电热水器 - Google Patents

一种可输出电解水的储水式电热水器 Download PDF

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Abstract

一种可输出电解水的储水式电热水器，包括储水容器、电热水电控系统、可控电解电源、无膜电解电极组件，其特征是：储水容器有进水口与出水口；原水从储水容器进水口进入储水容器；电热水电控系统控制储水容器中水的加热；可控电解电源给无膜电解电极组件提供电流；无膜电解电极组件对储水容器中的水进行电解；电解水从储水容器出水口输出；无膜电解电极组件采用较高效率无膜电解水技术，对于储水容器中所需温度范围储水可有效电解；无膜电解电极组件设计兼顾不同极性电极间隙的间距合理较小化、电极间隙的面积合理较大化、电解水过程水在电极间隙有适当流通性等三个方面的特性，以增加水中杂质与水分子被电解几率与数量，提高水电解效率。

Description

一种可输出电解水的储水式电热水器
技术领域
本发明涉及一种可输出电解水的储水式电热水器，属于无膜电解水技术领域。
背景技术
储水式电热水器是人们在沐浴与使用热水等方面广泛使用的器具，而负电位富含氢的电解水具有抗氧化与杀菌去污、美容洁肤的功效，作为沐浴与洗涤水应用，至少有六大益处：一是可以少用乃至不用沐浴露等洗洁用化学品，从而减少皮肤过敏瘙痒脱发等不良反应；二是还有治疗一些瘙痒症皮肤病如脚气(香港脚)等的功效；三是具有美容美肤抗氧化抗衰老等保健功效；四是洗涤器具去污能力强；五是洗涤果蔬具有清除农药化肥等污染的功能；六是有利于环保减少化学污染。可见将电解水技术与热水器结合，创造一种可输出电解水的储水式电热水器，是很有实用价值及多方面意义的。那么为什么迄今未见可输出电解水的电热水器问世呢？究其原因：一是因为流行电解水机采用低效率的有膜电解水技术，只能电解常温水，而且水温超过50-60摄氏度时电解水指标就会消失，还有必须同时输出酸碱性两种水、出水量小、耗电大等严重缺陷，显然不符合做电解水电热水器之所需；二是无膜电解水技术虽然展现了有膜电解水技术所未有的优势，例如：可以电解任意温度原水并且只输出一种电解水等独特优点，但是缺陷是电解效率还是偏低，以往尚局限在做杯壶型等电解自然静止水装置提供饮用水方面应用。申请人发现：制造出具有实用价值的储水式电热水器产品，由于储水容量较大，需要配置电解效率较高的无膜电解水技术，无膜电解水技术创新发展已经为此类发明提供了可行性，本发明正是因此应运而生。
发明内容
本发明提出一种可输出电解水的储水式电热水器，是为了人们可以方便地使用电解水沐浴而创造与设计。由于电热水器储水容量较大，为方便实用起见，宜采用较高电解效率的无膜电解水技术，以满足一定的电解水指标要求。若采用申请人发现与发明的电解水新原理与新方法，能获得较高电解水效率与电解水指标，对于提高电解水沐浴装置的实用性有很大意义。水电解效率或称电解水效率，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。换言之，某种电解方法或电解装置，电解同样水量达到同一电解水指标所耗电能越小，该装置电解水效率就越高。
申请人发现的电解水新原理及显著提高电解水效率的方法，根源于对传统电解水机电解水原理存在重大缺陷的深层研究。传统电解水原理仅局限于所谓水分子电解产生的离子化学反应平衡方程，完全忽视了电解过程中水的杂质被电解所产生的电子与杂质微粒，及其对提高电解水指标与电解效率的重要意义，因此无从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，完全忽视了阴极区水形成较高ORP负值与负氢(H-)含量需要相当数量活性电子的关键现象，因此无法解决现有电解技术效率太低、即使加大电解电流也达不到预想较高电解水指标的难题。申请人长期研究获得六个新发现：
新发现之一：电解水过程，为了提高电解水效率，首要的是电解水中的杂质。杂质被电解产生自由电子及有利于提高电解水指标的杂质微粒，本文简称“杂质电解效应”，杂质电解效应形成一定电解电流，令水分子解体成为氢、氧离子或氢氧离子根，本文简称为“水分子电解效应”。电解水效率与指标是“杂质电解效应”与“水分子电解效应”共同作用的结果；新发现之二：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。故欲提高电解效率，电解工艺应尽可能强化“杂质电解效应”，以产生较多活性电子；新发现之三：是不同极性电极小间隙(尤其小于1mm的小间隙)对于强化“杂质电解效应”具有显著效果，尽管此前的无隔离膜电解水技术也曾提及不同极性电极间距小于3mm的设计考虑，但是并未了解小间距的实际意义，与之相配的工艺举措更无从谈起，不能达到显著提高电解水效率的效果；新发现之四：电解电极间隙小间距设计的另一重要意义，是可以创造活性电子与活性氢H结合为负氢的较多机会与较好条件，从而显著提高电解制作还原水的效率；新发现之五：不同极性电极小间隙小到某值，电解效率不升反降，这是什么原因呢？研究证实：要强化“杂质电解效应”，还需要在电解过程中保证水在不同极性电极间隙有一定流通性，这可促使较多水分子及杂质较多次反复被电解，从而强化“杂质电解效应”，提高水电解效率与电解水还原指标；对电解水过程中流通性的深入研究，解释了为什么电解电流增加到一定值后，电解水效率不升反降。重要原因在于：若电极间隙中水的流通性不好，会使得电极间隙中离子浓度过高，从而影响电解效率；新发现之六：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，采取合理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，在电解流速过快的流水情况下，对安装电解电极组件的通道，采取出水通道(出水口)比进水通道(进水口)适当狭窄的设计，可以降低水经过电解电极组件的流速，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。
申请人通过对于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跃电子，形成电流，将电能量转换为水分子的分解能量的过程，因此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。这是因为电解过程同时还是：杂质被电解所释放的各种离子(尤其活跃电子)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，在此过程中，为提高水的电解效率有两个重要条件，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，若能创造条件，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)，需要较多的活跃电子参与，因此，水中杂质被电解而释放较多电子以及电子与氢离子组合为负氢的几率较高，就可以提高负氢指标与电解效率。
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三管齐下的工艺方法，既要强化水中杂质的电解，又要提高杂质电解释放的电子，还要增加电解所释放的电子与氢结合为负氢的几率。申请人研究发现了实现这三管齐下的具体电解工艺方法：一是适当减小不同极性电极电解间隙之间的距离，二是适当扩大不同极性电极电解间隙的面积，三是适当保持在电解水过程不同极性电极间隙中水进出的流动性，这三个工艺技术条件的协调实现，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。本发明一种可输出电解水的储水式电热水器，因为储水容量以及电解水时间的一定要求，使用较高效率的无膜电解水技术具有更高的实用性。采用申请人发明的电解水新方法是提高装置效率与性能及性价比的较好选择。
本发明一种可输出电解水的储水式电热水器，包括储水容器、电热水电控系统、可控电解电源、无膜电解电极组件，其特征是：储水容器有进水口与出水口；原水从储水容器进水口进入储水容器；电热水电控系统控制储水容器中水的加热；可控电解电源给无膜电解电极组件提供电流；无膜电解电极组件对储水容器中的水进行电解；电解水从储水容器出水口输出；无膜电解电极组件采用较高效率无膜电解水技术，对于储水容器中所需温度范围的储水可以有效电解。
本发明内容之二：所述无膜电解电极组件，其不同极性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，不同极性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，水在不同极性电极间隙中能较顺利流动，使不同极性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不同极性电极较多次反复电解，增加杂质与水分子被不同极性电极电解的几率与数量，从而提高水的电解效率。
本发明内容之三：所述无膜电解电极组件，必要时，电解电极组件不同极性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。
本发明内容之四：所述无膜电解电极组件，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。
本发明内容之五：所述无膜电解电极组件，不同极性电极结构设计使得：当电极间隙中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，以便更多水流过不同极性电极间隙，更换间隙中被电解的水，使较多水中杂质与水分子能被不同极性电极间电流较多次反复电解，增加杂质与水分子被不同极性电极电解的几率与数量，提高水电解的效率。
本发明内容之六：所述无膜电解电极组件，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，水能在不同极性电极间隙中较顺利流动，提高水电解的效率。
本发明内容之七：所述无膜电解电极组件，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不同极性电极较多次反复电解，增加杂质与水分子被不同极性电极电解的几率与数量，提高水电解的效率。
本发明内容之八：所述无膜电解电极组件，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，增加电解电极间隙面积，提高水的电解效率。
本发明内容之九：所述无膜电解电极组件，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。
基本技术方案：本发明一种可输出电解水的储水式电热水器，包括储水容器、电热水电控系统、可控电解电源、无膜电解电极组件，其特征是：储水容器有进水口与出水口；原水从储水容器进水口进入储水容器；电热水电控系统控制储水容器中水的加热；可控电解电源给无膜电解电极组件提供电流；无膜电解电极组件对储水容器中的水进行电解；电解水从储水容器出水口输出；无膜电解电极组件采用较高效率无膜电解水技术，对于储水容器中所需温度范围的储水可以有效电解。
具体技术方案之一：所述无膜电解电极组件，其不同极性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，不同极性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，水在不同极性电极间隙中能较顺利流动，使不同极性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不同极性电极较多次反复电解，增加杂质与水分子被不同极性电极电解的几率与数量，从而提高水的电解效率。
具体技术方案之二：所述无膜电解电极组件，必要时，电解电极组件不同极性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。
具体技术方案之三：所述无膜电解电极组件，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。
具体技术方案之四：所述无膜电解电极组件，不同极性电极结构设计使得：当电极间隙中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，以便更多水流过不同极性电极间隙，更换间隙中被电解的水，使较多水中杂质与水分子能被不同极性电极间电流较多次反复电解，增加杂质与水分子被不同极性电极电解的几率与数量，提高水电解的效率。
具体技术方案之五：所述无膜电解电极组件，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，水能在不同极性电极间隙中较顺利流动，提高水电解的效率。
具体技术方案之六：所述无膜电解电极组件，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不同极性电极较多次反复电解，增加杂质与水分子被不同极性电极电解的几率与数量，提高水电解的效率。
具体技术方案之七：所述无膜电解电极组件，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，增加电解电极间隙面积，提高水的电解效率。
具体技术方案之八：所述无膜电解电极组件，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。
附图说明
下面通过附图对本发明作进一步阐释。
所附图1是本发明实施例1一种可输出电解水的储水式电热水器
具体实施方式
以下结合实施例1附图1阐述实施例基本结构及基本工作原理。
实施例1
如图1，本发明一种可输出电解水的储水式电热水器，包括储水容器14、电热水电控系统5、可控电解电源9、浸泡在水中的无膜电解电极组件10，其工作过程为：储水容器14有进水口18与出水口13；原水从储水容器14进水口18进入储水容器14；图中虚线15为储水容器14中水的水位线；电热水电控系统5控制储水容器14中水的加热；可控电解电源9给无膜电解电极组件10提供电流；电解电极组件10对储水容器中的水进行电解；电解水从储水容器出水口输出；电解电极组件采用较高效率无膜电解水技术，对于储水容器中所需温度范围的储水可以有效电解；电解电极组件8的特征为：两个不同极性电极分别为筒孔状电极1(下文简称孔状电极)及与之可对应插接的齿状电极2，齿状电极2的齿插入孔状电极的对应孔中，齿表面与孔表面之间留有电解间隙3，图1中示意性画出了3个间隙3，间隙的间距可视需要在大于0至5mm的范围选择；在满足电解工作过程中水在间隙3中的一定流通性情况下，间隙3的间距可取较小值(如等于乃至小于2mm)，以强化水及其中杂质的电解效果，这对于电解纯净水蒸馏水等电导率低的水尤其有利；在间隙距离一定情况下，显然杂质与水分子被电解的几率及数量是与间隙面积成正比的，因此间隙3面积较大化(即孔隙直径与高度取较大值)可提高电解效率；11、12分别为电解电极组件8的底部、上部空间，是为了使得电极间隙中水能畅顺流动而设计的，在电解水过程中，间隙中的水分子被电解分解后，会产生氢、氧气泡沿着间隙向上飘逸，从而带动间隙3中水向上流动，流出间隙3上部端口，引起水从间隙3下开口处即空间11源源不断流入电极间隙中，水在间隙流动的过程中，水杂质与水分子会在间隙中被电解电流反复电解；显然，间隙3合理选择较小的间距与较大面积并满足间隙3中水具有良好流通性，这三个方面协调兼顾的工艺技术方案有利于强化电解效果，提高容器4中储水被电解的效率与电解水的指标(如电解还原水的ORP负值与氢含量)。若间隙3底部不留空间11或者11过于狭窄，间隙3中的水不能畅顺流动，电解效率会显著降低，同理，间隙3上部不留空间12或者12过于狭窄，电解效率也会显著降低；但还有另外一种可能的情况，即电极间隙中水流流速过快，处理办法是间隙出水端口水的流通空间12可以比进水端口水的流通空间11适当狭窄一些，以适当减缓水通过间隙的流速，从而增加间隙中水被电解的时间，强化电解效果。表1检测数据有助于理解以上描述。
表1：本发明一种可输出电解水的储水式电热水器实施例1的实测数据
注：电解电压12V，原水：ORP＝+365-402mv，氢含量＝0，常温
从A、B栏或A、C栏检测数据比较可见：电解电极间隙3面积相差一半，或者电极间隙中水流动性差异，电解水指标均显著不同，证实了申请人提出的电解水新原理以及新方法.有关检测数据证明：本发明可输出电解水的储水式电热水器具有可行性、创新性、实用性。
本发明一种可输出电解水的储水式电热水器，其电解电极组件并不限于使用实施例1所采取的具体结构，在实际产品技术方案选择方面，使用达到本发明可输出电解水的储水式电热水器产品所需(低中高)电解水指标的任何一种无膜电解电极结构，都属于本发明保护范围。

Claims (9)

1.一种可输出电解水的储水式电热水器，包括储水容器、电热水电控系统、可控电解电源、无膜电解电极组件，其特征是：储水容器有进水口与出水口；原水从储水容器进水口进入储水容器；电热水电控系统控制储水容器中水的加热；可控电解电源给无膜电解电极组件提供电流；无膜电解电极组件对储水容器中的水进行电解；电解水从储水容器出水口输出；无膜电解电极组件采用较高效率无膜电解水技术，对于储水容器中所需温度范围的储水可以有效电解。
2.根据权利要求1所述的一种可输出电解水的储水式电热水器，其特征是：所述无膜电解电极组件，其不同极性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，不同极性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，水在不同极性电极间隙中能较顺利流动，使不同极性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不同极性电极较多次反复电解，增加杂质与水分子被不同极性电极电解的几率与数量，从而提高水的电解效率。
3.根据权利要求1所述的一种可输出电解水的储水式电热水器，其特征是：所述无膜电解电极组件，必要时，电解电极组件不同极性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。
4.根据权利要求1所述的一种可输出电解水的储水式电热水器，其特征是：所述无膜电解电极组件，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。
5.根据权利要求1所述的一种可输出电解水的储水式电热水器，其特征是：所述无膜电解电极组件，不同极性电极结构设计使得：当电极间隙中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，以便更多水流过不同极性电极间隙，更换间隙中被电解的水，使较多水中杂质与水分子能被不同极性电极间电流较多次反复电解，增加杂质与水分子被不同极性电极电解的几率与数量，提高水电解的效率。
6.根据权利要求1所述的一种可输出电解水的储水式电热水器，其特征是：所述无膜电解电极组件，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，水能在不同极性电极间隙中较顺利流动，提高水电解的效率。
7.根据权利要求1所述的一种可输出电解水的储水式电热水器，其特征是：所述无膜电解电极组件，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不同极性电极较多次反复电解，增加杂质与水分子被不同极性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所述的一种可输出电解水的储水式电热水器，其特征是：所述无膜电解电极组件，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，增加电解电1极间隙面积，提高水的电解效率。
9.根据权利要求1所述的一种可输出电解水的储水式电热水器，其特征是：所述无膜电解电极组件，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。
CN201510087722.XA 2015-02-26 2015-02-26 一种可输出电解水的储水式电热水器 Pending CN104633912A (zh)

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