CN105862065A

CN105862065A - 一种大流量饱和氢水机用电解槽

Info

Publication number: CN105862065A
Application number: CN201510029348.8A
Authority: CN
Inventors: 孙树成
Original assignee: Dalian Hydrogen Water Technology Co Ltd
Current assignee: Dalian Hydrogen Water Technology Co Ltd
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2016-08-17

Abstract

本发明涉及一种大流量饱和氢水机用电解槽，其特征是：包括阳电极、绝缘支架、隔膜和阴电极，并按照一定顺序组成的一个或多个水电解槽单元，并将以上单元置于有进出水口的绝缘外壳内锁紧，构成水电解槽。由于电解槽可以采用多个水电解槽单元，所以水流量即使很大，也能被瞬间电离成氢离子和氢氧根离子，并分别在阴极和阳极生成氢气和氧气。大量的氢气溶解在水中即成为饱和氢水。电解槽的水流量最高可以达到5L/min，能够满足人较多的公共场所的使用要求。

Description

一种大流量饱和氢水机用电解槽

技术领域

本发明涉及一种大流量饱和氢水机用电解槽，属于水电解技术领域。

背景技术

2007年氢气生物学第一篇文章在Science上发表，其证明了氢气能治疗动物恶性黑色素瘤，并提出了氢气能直接中和羟基自由基的理论。此后，氢气生物学引起了世界科学家的重视，逐步形成了研究氢气生物学的热潮，富氢水是研究较多的其中一个。富氢水，顾名思义就是含有很多氢气的水。通过分析法国的卢尔德泉水、德国的诺登奥水、墨西哥的托拉克特水的结果发现它们具有如下共同的特点：其溶解氢气浓度为0.3-1ppm，与普通饮用水相比其具有高达数百倍的富含溶解氢气，所述法国的卢尔德泉因奇迹之水而有名，所述德国的诺登奥水和墨西哥的托拉克特水的效果在1990年之后才开始变得有名(取自：氢水，如今是氢水时代恩相博士著，2009，健康新闻社发行)。通过人工可以制造富氢水，但是用纯净水、蒸馏水、各种饮料加工用水所制的“富氢水”不出氢或产氢少，感观差、口味差、功效甚微，不利于人体健康。目前，韩国专利KR2011001922提出了一种制造富氢水的制造装置，其以离子交换膜为隔膜，将产生氢气的阴电极和产生氧气的阳电极进行分离，氧气扩散到储水箱中逸出，而氢气溶解在水杯中，此装置经过约30min，才能制造富氢水。专利CN103951015A发明了一种电解水杯，该水杯设有阴电极和阳电极的内胆，采用透水性隔膜将钛阴电极和碳基阳电极分隔，并将高电平窄脉冲电源施加在内胆的阴电极和阳电极上对水杯的水进行电解，制造富氢水，该方法极易造成碳材料的脱落污染水质，且制成富氢水时间较长，一般需要经过约30min，水杯中的氢含量最高能够达到625ppb，远小于水中溶解氢的饱和浓度。

本发明的阳极腔空间相对较小，所以在阳极析出的氧气无处释放，只能克服隔膜的阻力而放出，由于电解电压较高，生成的O₂受到高能电场的作用发生等离子放电，生成氧原子，氧原子与水中的易氧化物质结合而消失。但是阴极腔空间相对较大，析氢反应正常进行，生成的氢原子一部分结合生成氢气(H₂)，另一部分接受电子生成负氢离子(H^-)，进而流经阴极腔的水的含氢量急剧升高，氧化还原电位下降。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种适合于饱和氢水机用的电解槽，能够制取活性氢含量高、具有氧化还原电位较低的饮用氢水。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种大流量饱和氢水机用电解槽，其特征在于：包括阳电极、绝缘支架、隔膜和阴电极，按照一定顺序组成的一个或多个水电解槽单元，隔膜将电解槽单元分割成阳极腔和阴极腔；所述的电解槽单元置于有进出水口的绝缘外壳内；所述电解槽的阳极腔和阴极腔共用进水口和出水口，水在阴极腔流过；所述的外壳将水电解槽单元各组件夹紧密封，构成水电解槽；所述的电极的导电端子穿透外壳，并在导电端子之间施加电解电压。

所述的隔膜与阳电极的距离在0-4mm的范围内,隔膜与阴电极的距离在0-5mm的范围内。

所述的绝缘外壳共有两个水口，其中一个是进水口，一个是出水口；所述电解槽的阴电极和阳电极共用进水口和出水口，水在阴极腔流过，经过电离后，氢气溶解在水中流出。

所述的阳电极和阴电极是钛基材表面涂覆铂族元素涂层或铂族元素氧化物涂层，或是铂族元素和铂族元素氧化物中的一种或二种以上与钛、钴、锡、锑或钽中的一种或二种以上氧化物组合的涂层；

所述的隔膜是透水性隔膜或离子交换膜，所述隔膜厚度范围是10μm-0.5mm。

所述的隔膜可以是无纺布、纳滤膜、微滤膜、反渗透膜、超滤膜，或全氟磺酸膜的Nafion膜、Dow膜、Flemion、膜，部分氟化的质子交换膜类的BAM3G膜，非氟化的质子交换膜类为DaiS公司的磺化苯乙烯/乙烯基丁烯/苯乙烯三嵌段共聚物膜(SEBS)，以及聚四氟乙烯(PTFE)多孔膜为基底的多孔聚物基复合质子交换膜复合膜的一种或二种以上组合。

所述水电解槽单元还包括有一个或二个以上的环状的绝缘支架上，所述阳电极和阴电极分别叠放在环状的绝缘支架上；隔膜处于二个绝缘支架之间，隔膜被二个相邻的绝缘支架夹持；所述的外壳将水电解槽单元的各组件(包括阳电极、阴电极、隔膜、绝缘支架)夹紧密封，构成水电解槽；

所述环状的绝缘支架中部带有通孔，水在阴极腔流过时，水流方向平行于阴电极。

所述的阳电极或阴电极靠近外壳时，靠近外壳侧的绝缘支架省略；

于所述绝缘支架的一侧或二侧表面设有一组或二组以上导流槽，导流槽可将绝缘支架外部的水导入绝缘支架内部的中空区域，导流槽也可将绝缘支架内部的中空区域的水导出至绝缘支架外部；每组导流槽包括1条或二条以上的导流沟槽，导流沟槽的二端分别与绝缘支架内部的中空区域和绝缘支架外部相连通；一组或二组以上导流槽靠近外壳进出口位置设置；使水能够经导流槽接触到阴电极和/或阳电极；导流槽深度为0.5-4mm；

或者，于所述绝缘支架上设有1个或者2个以上的通孔，于所述绝缘支架的一侧或二侧表面设有一组或二组以上导流槽，导流槽可将通孔中的水导入绝缘支架内部的中空区域，导流槽也可将绝缘支架内部的中空区域的水导出至通孔中；每组导流槽包括1条或二条以上的导流沟槽，导流沟槽的二端分别与绝缘支架内部的中空区域和通孔相连通；1个或者2个以上的通孔靠近外壳进出口位置设置；使水能够经导流槽接触到阴电极和/或阳电极；导流槽深度为0.5-4mm。

所述电解槽的阳电极和阴电极分别连接到直流电源的正极和负极；所述的电解电压在5-60V之间，电解电流在1-20A之间。

所述电解槽的水流量在0.1-5L/min之间。

所述电解槽外形不限，所述的阳电极和阴电极基材可以具有各种形状的孔，或者采用微孔钛板或拉伸钛网。

为使流出水的氢含量达到1.6ppm以上，所述电解槽可以由多对电解槽单元构成，单元数量为1-20个。

所述中空容器的绝缘外壳由两部分构成，两部分结合处有密封件，用金属螺栓紧固，或与螺母配合紧固；电极的导电端子穿透外壳处，设有密封元件。

如所述的外壳可以是二块绝缘端板，通过金属螺栓或螺杆结合螺母，并配合密封件夹紧电解槽单元，其中水进出口置于端板上，此时所述电解槽单元各部分之间设有密封件。

所述绝缘支架具有穿透分隔板的通孔，可以是单孔、双孔或多孔，通孔形状不限。

所述的水可以是经过过滤的去离子水，这样能够保证良好的口感。

所述电解槽采用多组电解槽单元，可以保证在电解槽内部通过较大流量的水，且大流量的水能够很快的电离成氢离子和氢氧根离子，并分别在阴极和阳极生成氢气和氧气。氢气在短时间内溶解在水中形成饱和氢水流出电解槽，而氧气在高能电场作用下形成氧原子，并与水中的易氧化物质结合而消失，氢气溶解在水中形成富氢水，结果富氢水具有较佳的口味、更好的功效。

所述电解槽在正常工作模式时，可以制造弱碱性饱和氢水，当电解槽在反极模式时，可以制造酸性水。

本发明具有如下优点：

1.快速、效率高。本发明的电解槽在施加电解电压瞬间，即可制造出饱和氢水。

2.氢含量可调。本发明通过调节电解电压，可以生成不同氢含量水。

3.结构简单。阴阳极腔共用进出口，方便水管理。

总之，本发明的电解槽能够高效、快速的制造大流量的饱和氢水。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不作对本发明的限定：

图1电解槽外壳结构示意图：1出水口，2进水口，3第一外壳，4第二外壳，5、6第一、第二螺栓孔，7、8第一、第二密封件，9、10导电端子孔。

图2为电解槽结构示意图之一，1出水口，2进水口，3第一外壳，4第二外壳，5、6第一、第二螺栓孔，7、8第一、第二密封件，11阴电极，12绝缘支架，13隔膜，14阳电极。

图3为电解槽结构示意图之二，1出水口，2进水口，3第一外壳，4第二外壳，5、6第一、第二螺栓孔，7、8第一、第二密封件，11阴电极，12绝缘支架，13隔膜，14阳电极。

图4绝缘支架结构示意图：15进水口，16出水口，17导流槽，18通孔，19凸台。

具体实施方式

图1给出了电解槽外壳结构示意图。可以看出，本发明的电解槽采用一对绝缘外壳，在螺丝和密封件的作用下，形成一个完整的电解槽外壳，将电解槽单元组件夹紧。

实施例1

采用带进出水口的ABS树脂外壳，外壳结构如图1所示，其中1为出水口，2为进水口，3、4为一对第一、第二外壳，5、6为第一、第二螺栓孔，7、8为第一、第二密封件，9、10为第一、第二导电端子孔。该电解槽包括两个电解槽单元，其结构如下：将镀Pt的钛阳电极放在两个尼龙支架之间，再将两张隔膜(0.25mm，PP无纺布)，分别放在尼龙支架外侧，然后在膜外侧各放一个尼龙支架，再将两个镀铂的钛阴电极分别放在尼龙支架外侧，最后，将电解槽单元放置在ABS树脂外壳内，然后通过螺丝、螺母和密封件紧固，夹紧水电解槽单元，构成水电解槽。其中，隔膜与阴电极的距离为4mm，隔膜与阳电极的距离为4mm，尼龙支架带有两个矩形通孔，支架导流槽深2.6mm。将1.5L/min的去离子水通过进出口后，施加电解电压，电压从0V调节到50V，电解电流也从0A增加到12A。从实验中发现，当恒定25V时，施加电压约2秒钟，即有氢气泡随水流出。分别取0秒和10秒钟时的水样作分析，如表1所示。可以看出，施加电压前，氧化还原电位(ORP):620mV，酸碱度(pH值)：6.9，含氢量：0；当施加电压10秒时，氧化还原电位(ORP):-860mV，酸碱度(pH值)：8.4，含氢量：1620ppb。

实施例2

图2给出了包括20个电解槽单元的水电解槽，其中1为出水口，2为进水口，3为第一外壳，4为第二外壳，5、6为第一、第二螺栓孔，7、8为第一、第二密封件，11为阴电极，12为绝缘支架，13为隔膜，14为阳电极。该电解槽结构如下：将涂覆铱钌锡的钛阳电极叠放在四氟乙烯支架上，再将一张隔膜(0.5mm，超滤膜)叠放在尼龙支架另一侧，然后在膜外侧放一个四氟乙烯支架，最后将涂铱钽的钛阴电极叠放在四氟乙烯支架上，以上结构构成一个电解槽单元，共20个单元叠加在一起，用一对带水进出口的聚甲醛外壳(端板)夹住，通过螺丝、螺母和密封件紧固，夹紧水电解槽单元，构成水电解槽。该电解槽的四氟乙烯支架带4个通孔，隔膜与阴电极的距离为2.5mm，隔膜与阳电极的距离为0.8mm，支架导流槽深1.2mm。阳电极、四氟乙烯支架、阴电极和外壳之间置有硅橡胶垫密封件，在螺杆、垫片和螺母紧固下，构成了类似于压滤机的富氢水电解槽。该电解槽的最高水流量能达到5L/min。当水进入电解槽后，施加电解电压，电压从0V调节到60V，电解电流从0A增加到18A。恒定60V约5秒钟，即取水样作分析，如表2所示。可以看出，在加电压前，氧化还原电位(ORP):620mV，酸碱度(pH值)：6.9，含氢量：0；当施加电压10秒时，氧化还原电位(ORP):-890mV，酸碱度(pH值)：9.0，含氢量：1650ppb。

实施例3

图3给出了包含4个电解槽单元的电解槽。其中1为出水口，2为进水口，3为第一外壳，4为第二外壳，5、6为第一、第二螺栓孔，7、8为第一、第二密封件，11为阴电极，12为绝缘支架，13为隔膜，14为阳电极。该电解槽结构如下：将一个涂覆铱锡锑氧化物的钛阳电极两侧分别叠放一张隔膜(0.125mm，Nafion 115)，再将两个聚丙烯(PP)支架分别叠放在隔膜外侧，再将两个涂敷铱钽的钛阴电极分别放在两个聚丙烯支架外侧，再将两个聚丙烯(PP)支架分别叠放在两个钛阴极板的外侧，然后将两个Nafion 115隔膜分别叠放在聚丙烯(PP)支架，膜的另一侧分别叠放一个钛阳极板，最后用一套尼龙外壳(端板)在螺杆、密封件和螺母紧固，构成水电解槽。

该电解槽的绝缘支架为聚丙烯(PP)材质，结构如图4所示，绝缘支架的两侧分别有整体的凸台，钛电极可以完全电极嵌入到凸台的内部，水由水进口15经过导流槽17，流经支架的通孔扩散至电极表面，最后经过出水口16流出。隔膜与阴电极的距离为5mm，隔膜与阳电极的距离为0mm，支架导流槽深2.4mm。该电解槽最高水流量能达到3L/min。当水进入电解槽后，施加电压20V，电解电流3A。恒定20V约10秒钟，即取水样作分析，如表3所示。可以看出，在加电压前水的酸碱度(pH值)为6.9，含氢量：0；当施加电压10秒时，氧化还原电位(ORP):-590mV，酸碱度(pH值)：8.6，含氢量：1380ppb,可以满足家庭饮用的要求。当施加反向电压10秒时，流出水的酸碱度(pH值)为5.6，如表4所示，可以满足清洗蔬菜、消毒等使用要求。

表1

表2

表3

表4

以上实例说明，本发明的电解槽能够高效的制造大流量的饱和氢水，当使用在饱和氢水机上时，能够很好的满足家庭用或者公共场所使用的要求。

Claims

1.一种大流量饱和氢水机用电解槽，其特征在于：包括密闭的中空容器，由阳电极、隔膜和阴电极依次叠合构成的水电解槽单元，所述的水电解槽单元置于中空容器内，隔膜将电解槽单元分割成阳极腔和阴极腔；于中空容器上设有阳极腔和阴极腔共用进水口和出水口，水在阴极腔流过；所述的阳电极和阴电极上均分别设有导电端子，导电端子的一端穿透中空容器的外壳处于中空容器外部。

2.按照权利要求1所述的电解槽，其特征在于：

所述置于中空容器内的水电解槽单元为一个或二个以上；

一个水电解槽单元是由一个阳电极、一个隔膜和一个阴电极依次叠合构成；

二个以上的水电解槽单元为层叠结构，包括n个阳电极与n-1个阴电极交替叠合、且于相邻的阳电极与阴电极之间设置有隔膜，n为大于等于2的整数；或者包括n个阳电极与n+1个阴电极交替叠合、且于相邻的阳电极与阴电极之间设置有隔膜，n为大于等于1的整数。

3.按照权利要求2所述的电解槽，其特征在于：所述水电解槽单元还包括有一个或二个以上的环状的绝缘支架上，所述阳电极和阴电极分别叠放在环状的绝缘支架上；隔膜处于二个绝缘支架之间，隔膜被二个相邻的绝缘支架夹持；所述的外壳将水电解槽单元的各组件(包括阳电极、阴电极、隔膜、绝缘支架)夹紧密封，构成水电解槽；

4.按照权利要求1、2或3所述的电解槽，其特征在于：所述的隔膜与阳电极的距离在0-4mm的范围内，隔膜与阴电极的距离在0-5mm的范围内。

5.按照权利要求4所述的电解槽，其特征在于：所述的隔膜与阳电极的距离为0mm时，省略阳电极和隔膜间的绝缘支架，阳极腔体积为零；和/或，所述的隔膜与阴电极的距离为0mm时，省略阴电极和隔膜间的绝缘支架，阴极腔体积为零，水在中空容器内流过时，水流方向平行于阴电极。

6.按照权利要求1或2所述的电解槽，其特征在于：所述中空容器的绝缘外壳共有两个以上水口，其中一个以上是进水口，一个以上是出水口，所述电解槽单元的数量可以是1-20个。

7.按照权利要求1、2或3所述的电解槽，其特征在于：所述的阳电极和阴电极是钛基材表面涂覆铂族元素涂层或铂族元素氧化物涂层，或是铂族元素和铂族元素氧化物中的一种或二种以上与钛、钴、锡、锑或钽中的一种或二种以上氧化物组合的涂层；

所述隔膜厚度范围是10μm-0.5mm。

8.按照权利要求3所述的电解槽，其特征在于：所述环状的绝缘支架中部带有通孔，靠近外壳进出口位置有导流槽，其深度为0.5-4mm；所述的绝缘支架的两侧分别有连续的、或间断的凸台或凹槽，所述的钛阳电极或阴电极可以完全嵌入到凸台或凹槽的内部。

9.按照权利要求1所述的电解槽，其特征在于：所述中空容器的绝缘外壳由两部分构成，两部分结合处有密封件，用金属螺栓紧固，或与螺母配合紧固；电极的导电端子穿透外壳处，设有密封元件。

10.按照权利要求1所述的电解槽，其特征在于：所述电解槽的阳电极和阴电极分别通过导电端子连接直流电源的正极和负极；所述的电解电压在5-60V之间，电解电流在1-20A之间；所述电解槽的水流量在0.1-5L/min之间。