CN1530468A - 电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法，其中是以实验数据换算出电解电流、电解时间、电解质种类与电解水氧化还原电位的关系式与坐标参数，贮存于微电脑数据库中，并利用检测元件所检测的实际数据，由微电脑演算，将液晶显示屏的显示值与实际电解液的氧化还原电位对比，并加以校正，再根据实际显示值，取其氧化还原电位的理想区段，再根据该理想区段的相对电流密度，作分段控制，从而取得氧化还原电位的段位选择，同时利用检测电路检测电解槽内阻的变化，经比较电路调变电压，精确控制电解槽的电流密度，并使其恒定输出，达到本发明的目的。

Description

电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法

技术领域

本发明属于电解水领域，特别是一种电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法。

背景技术

通常检验电解水所产生的碱性还原水，以饮用水为例，如果还原电位介于-200mv(毫伏)至-400mv(毫伏)时，具有较佳的抗气化效果；以工业用洗净设备为例，选择还原电位介于-800mv(毫伏)至-1000mv(毫伏)时，具有较佳的分解油污及抗氧化防锈效果；如果氧化电位于+750mv(毫伏)左右的微酸性水，则适用于一般美容用水；如果氧化电位上升至+960mv(毫伏)至+1200mv(毫伏)时，则称为强酸性水，可适用于一般医疗用或农业用的杀菌水。

在电解槽结构固定条件下(如：电极材料、隔膜种类、总相对阴、阳电极面积或电极距离)，影响电解水氧化还原电位的主要因素，包括：

一、电解时间(进水流速)。

二、电解电流(电流密度)。

三、电解质种类(阴阳离子分布比例及浓度)。

目前市面上所出售的电解水生成器，均没有设定及显示电解水氧化还原电位的功能，只能靠定期检测，来得知电解水的氧化还原电位，但是这些检测仪器价格昂贵，一般使用者并不会购买，厂商也不会随机附送，只能在厂商定期维修保养时一并检测，如此一来使用者每天所使用的电解水，根本就无从得知其氧化还原电位是否符合标准。同时，又因检测仪器保养不当，常因检测水中的杂质或积钙影响，造成感应器的阻塞，或因检测液(氯化钾KCl)长期使用失效，而导致检测结果出错。这是目前检验电解水需要克服解决的问题。

发明内容

本发明目的是提供一种电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法，所要解决的技术问题是：当水被电解时，阴极管的管壁内部会因为吸收阳离子(如钙离子)，使用一段时间之后，阴极管的管壁内部即会有积钙的情形产生，因而造成电解槽内部的阻抗增加，使得电解时的电流密度逐渐减少，进而导致电解水的氧化还原电位也逐渐相对减少(即氧化还原电位均趋近于原水的原始电位)。根据实验显示，氧化还原电位除了与电流密度有关之外，还与电解时间(进水流速)、电解质种类(水中阴阳离子分布比例及浓度)有关。

本发明的技术方案如下：

一种电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法，该系统是由微电脑、检测元件、主控电路、操控系统所组成，其中微电脑具有输入实验数据、演算、对比和信号输出功能，检测元件可以检测出电流密度、进水流速及电解槽阻抗变化，主控电路受微电脑控制可以由比较电路自动升降电压，操控系统可以根据水中阴阳离子分布比例及浓度，设定及校正液晶显示屏的氧化还原电位数值。本方法将电解水氧化还原电位与电解时间(进水流速)、电解电流(电流密度)、电解质种类(阴阳离子分布比例及浓度)的实验数据、坐标参数与演算式，贮存于微电脑数据库中，并利用检测元件所检测的实际数据，由微电脑演算，将液晶显示屏的显示值与实际电解液的氧化还原电位对比，并加以校正，再根据实际显示值，取其氧化还原电位的理想区段，再根据该理想区段的相对电流密度，作分段控制，从而取得氧化还原电位的段位选择，同时利用检测电路检测电解槽内阻的变化，经比较电路调变电压，精确控制电解槽的电流密度，并使其恒定输出，从而达到氧化还原电位恒定于有效理想区段。

如上所述的电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法，其中检测元件是在电解槽设置分流电阻，由电流检测比较电路及电压补偿比较电路，驱使主控电路的电压调谐升降电路与定电流控制的栅极驱动器调变电压，使电流恒定输出。

如上所述的电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法，其中检测元件是在电解槽的进水管设置流量计与手动或自动定水量控制，进水流速的变化信号可以传递至微电脑的数据库中，作进水流速与电解时间的恒定控制。

如上所述的电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法，其中检测元件为PH值及TDS测试，其数值可以输入微电脑的数据库中，作对比、设定及校正。

如上所述的电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法，其中操控系统包括段位选择与ORP显示。

如上所述的电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法，其中该理想区段的相对电流密度，也可作无段控制，以取得相对的氧化还原电位。

本发明的有益效果如下：

一、可以由定水量控制器控制进水流速，使其得到恒定的电解时间。

二、使用者也可以依照各区域的水质(电解质种类)不同，由PH值检测器与TDS检测出水中的酸碱值与总固体含量，重新输入微电脑(CPU)中，再根据实际电解液的氧化还原电位对比液晶显示屏的氧化还原电位，作上、下限的校正。

三、根据液晶显示屏的氧化还原电位(ORP)数值，取其氧化还原电位的理想区段，再根据该理想区段的相对电流密度，作分段控制，作为取得氧化还原电位的段位选择。

四、使用者可以依照液晶显示屏所显示的氧化还原电位(ORP)数值，作理想区段选择，该电路控制系统可根据区段选择的相对电流密度，利用比较电路调变电压，使其电流恒定输出，其目的在于使氧化还原电位恒定于理想区段。

五、当电解槽内阻增加至上限，致使调变电压也上升至极限时，可由液晶显示屏指示其氧化还原电位(或由警示系统例如：蜂呜器或指示灯告之)，当氧化还原电位不在理想区间时，使用者即应进行电解槽清洗工作，使电解槽内阻恢复正常状态。

附图说明

图1为电解时间(M)与氧化还原电位的实验数据坐标图；

图2为进水流速(L/M)与氧化还原电位的实验数据坐标图；

图3为电流密度与氧化还原电位的实验数据坐标图；

图4为阴阳离子分布比例与氧化还原电位的实验数据坐标图；

图5为阴阳离子浓度与氧化还原电位的实验数据坐标图；

图6为电解时间与电解质种类条件固定条件下，电解电流(电流密度)与电解水氧化还原电位的实验数据坐标图；

图7为实际电解液的氧化还原电位作上、下限校正的实验数据坐标图。

图8为本发明的控制方块示意图；

图9为本发明的控制电路示意图；

图10为本发明的分流电阻电路示意图。

附图符号说明：

(10)微电脑CPU1                         (41)酸碱控制

(20)微电脑CPU2                         (42)段位控制

(30)检测元件                           (43)电解控制

(31)流量计                             (44)电流检测

(311)定水量控制                        (45)电压补偿

(32)TDS测试(总固体含量)                (46)定电流控制

(33)PH值测试                           (50)操控系统

(34)分流电阻                           (51)段位选择

(40)主控电路                           (52)ORP显示

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明主要是以实验数据换算出关系式与坐标参数：

如图1所示是电解时间(M)与氧化还原电位的实验数据坐标图。

如图2所示是进水流速(L/M)与氧化还原电位的实验数据坐标图。随着电解时间增加，亦即进水流速变慢：

其阳极取得的氧化水氧化还原电位递增，如：氧化水的氧化电位以正值表示，可由+200mv(毫伏)上升至+1200mv(毫伏)；

其阴极取得的还原水氧化还原电位逐渐下降，如：还原水的还原电位以负值表示，可由+200mv(毫伏)逐渐下降至-800mv(毫伏)。

上述氧化水电位递增，表示氧化力愈强，还原水电位逐渐下降，表示还原力愈强。

如图3所示是电流密度与氧化还原电位的实验数据坐标图。即随着电流密度增加：

其阳极取得的氧化水氧化还原电位递增，如：氧化水的氧化电位以正值表示，可由+200mv(毫伏)上升至+1200mv(毫伏)。

其阴极取得的还原水氧化还原电位逐渐下降，如：还原水的还原电位以负值表示，可由+200mv(毫伏)逐渐下降至-800mv(毫伏)。

上述氧化水电位递增，表示氧化力愈强，还原水电位逐渐下降，表示还原力愈强。

如图4所示是阴阳离子分布比例与氧化还原电位的实验数据坐标图。即：当电解质的阳离子(如：钙、镁、钾、钠等)分布比例增加时，阴极取得的还原水电位逐渐下降，表示还原力愈强。

当电解质的阴离子(如：草酸、碳酸、磷酸、氯等)分布比例增加时，阳极取得的氧化水电位递增，表示氧化力愈强。

如图5所示是阴阳离子浓度与氧化还原电位的实验数据坐标图。即：当电解质的阴阳离子浓度增加时，阴极取得的还原水电位逐渐下降，表示还原力愈强；当电解质的阴阳离子浓度增加时，阳极取得的氧化电位递增，表示氧化力愈强。

根据上述电解时间(进水流速)、电解电流(电流密度)、电解质种类(阴阳离子分布比例及浓度)与电解水氧化还原电位的关系，经实验取得相关的数据，制作成坐标参数，同时在电解时间(进水流速)与电解质种类(阴阳离子分布比例及浓度)条件固定之下，即：

电解时间(进水流速)为：

每分钟四公升进水流速。

电解质种类(阴阳离子分布比例)为：

阴离子分布比例50％

阳离子分布比例50％

电解质种类(阴阳离子浓度)为：

阴阳离子浓度150PPM

如图6所示是电解时间与电解质种类条件固定条件下，电解电流(电流密度)与电解水氧化还原电位的实验数据坐标图。其中：依据电流密度大小与氧化还原电位(ORP)数值的实际关系，取其氧化还原电位的理想区段，例如：

还原水氧化还原电位可设定于-200mv(毫伏)至-400mv(毫伏)之间；

氧化水氧化还原电位可设定于+960mv(毫伏)至+1200mv(毫伏)之间。

再根据该理想区段的相对电流密度，作分段控制(例如：该理想区段电解电流从2A(安培)至8A(安培)，则可从2A(安培)至8A(安培)分成五段或多段控制)，作为取得氧化还原电位的段位选择，即可获得下列演算式：

ORP(显示值)＝ORP(L)+[A(X)-A(L)]×

[ORP(H)-ORP(L)/A(H)-A(L)]

其中：

ORP(显示值)：为液晶显示屏实际显示值。

ORP(L)：为所测得第一段的氧化还原定位数值。

ORP(H)：为所测得最后一段的氧化还原定位数值。

A(L)：为所测得第一段的最低电流。

A(H)：为所测得最后一段的最高电流。

A(X)：为实际区段选择的电流。

举例说明：

当ORP(H)＝-400mV(毫伏)时，需8A(安培)电流密度

ORP(L)＝-200mv(毫伏)时，需2A(安培)电流密度

若选择第三段6A(安培)电流密度时，

A(X)：为实际区段选择的电流，为6A(安培)。

ORP(显示值)为何？将上述数值代入演算式中：

ORP(显示值)＝ORP(L)+[A(X)-A(L)]×

[ORP(H)-ORP(L)/A(H)-A(L)]

由下列演算，得知：

ORP(显示值)＝

-200mv+(6A-2A)×[(-400mV)-(-200mv)]/8A-2A)

＝-200mv+4A×(-200mv/6A)

＝-200mv+4A×(-33.3mv/A)

＝-200mv+(-133.3mv)

＝-333.3mv

即氧化还原电位ORP(显示值以负值表示)为：-333.3mv

将上述实验数据、演算式贮存于微电脑(CPU)数据库中，并利用检测元件即流量计、分流电阻检测电路、TDS测试(总固体含量)、PH值测试等，利用微电脑演算、对比结果，再根据液晶显示屏显示的氧化还原电位(ORP)数值与实际电解液的氧化还原电位(ORP)数值对比，并加以上、下限校正。

如图7所示是实际电解液的氧化还原电位作上、下限校正的实验数据坐标图。一般水中的阴、阳离子比例均衡，各占约50％，呈中性反应，PH值为7，但是当实际电解液PH值为弱碱性时，其阳离子比例为54％(阴离子比例为46％)时，浓度为150PPM时，其还原电位的斜率变化较大，表示该阴极取得的还原电位比图6中的还原电位较大，即：

A’(H)：所测得最后一段的最高电流，为8A(安培)。

A’(L)：所测得第一段的最低电流，为2A(安培)。

ORP’(H)：所测得最后一段的氧化还原定位数值，为-480mv(毫伏)。

ORP’(L)：所测得第一段的氧化还原定位数值，为-220mv(毫伏)。

若选择第三段6A(安培)电流密度时，

A(X)：为实际区段选择的电流，为6A(安培)。

ORP(显示值)为何？将上述数值代人演算式中：

ORP(显示值)＝ORP(L)+[A(X)-A(L)]×[ORP(H)-ORP(L)

/A(H)-A(L)]

由下列演算，得知：

ORP(显示值)＝

-220mv+(6A-2A)×[(-480mv)-(-220mv)]/8A-2A)

＝-220mv+4A×(-260mv/6A)

＝-220mv+4A×(-43.3mv/A)

＝-220mv+(-173.2mv)

＝-393.2mv

即实际氧化还原电位ORP(显示值以负值表示)为：-393.2mv

此时再利用液晶显示屏得知电流密度大小与氧化还原电位(ORP)数值的实际关系，再根据实际显示的氧化还原电位(ORP)数值，取其电流密度或相对氧化还原电位的理想区段，当该区段氧化还原电位的相对电流密度设定时，本发明同时利用检测电路检测电解槽内阻的变化，经对比电路调变电压，由电压(V)＝电流(I)乘以电阻(R)的关系式，根据选择区段精确控制电解槽的电流密度，如电解槽内阻增加，则调升工作电压，使电流恒定输出。

如图8所示是本发明的控制方块示意图。主要是在于：该电路是由微电脑CPU₁(10)、CPU₂(20)、检测元件(30)、主控电路(40)、操控系统(50)所组成，其中：

微电脑CPU₁(10)，可以输入实验数据[如图1、2、3、4、5、6、图7所示：是电解时间、进水流速、电流密度、电解质种类(阴阳离子分布比例及浓度)与氧化还原电位的实验数据坐标图]以及演算式，该微电脑CPU₁(10)并具有演算、对比与信号输入、输出功能；该演算式为：

ORP(显示值)＝ORP(L)+[A(X)-A(L)]×[ORP(H)-ORP(L)/A(H)-A(L)]

微电脑CPU₂(20)，作是主控电路(40)[内包含酸碱控制(41)、段位控制(42)、电解控制(43)、电流检测(44)、电压补偿(45)]的处理；

检测元件(30)，包括流量计(31)、TDS测试(总固体含量)(32)、PH值测试(33)、分流电阻(34)等；其中：

流量计(31)主要是检测电解槽的进水流速，流速的大小信号也会传递至微电脑CPU₁(10)的数据库中，由手动或自动定水量控制(311)作进水流速与电解时间的恒定控制；

TDS测试(总固体含量)(32)主要是检测未电解前原水中阴、阳离子的总固体含量，其信号会传递至微电脑CPU₁(10)的数据库中，作为原水的氧化还原电位的依据；

PH值测试(33)主要是检测未电解前原水的PH酸碱值，其信号会传递至微电脑CPU₁(10)的数据库中，作为原水的氧化还原电位的依据；

将已电解的电解液，由ORP检测仪器测知其氧化还原电位，并输入微电脑CPU₁(10)的数据库中，作上、下限校正；

如图9所示是本发明的控制电路示意图。主要是在电解槽设置分流电阻(34)，再经由电流检测比较电路(44)及电压补偿比较电路(45)，驱使主控电路(40)的电压调谐升降电路与定电流控制(46)的栅极驱动器调变电压，使电流达到恒定输出的目的。

如图10所示是本发明的分流电阻电路示意图。其中：

V：为实际电解的工作电压。

I：为实际流经电解槽的总电流。

R：为电解槽的实际电阻(为可变电阻，例如：当电解槽积钙时内阻增加)。

R1、R2：为串接于电解槽的分流电阻。

由于：

I＝I₁+I₂

V₁＝I₁×R₁＝V₂＝I₂×R₂

当电阻R增加时(表示电解槽内阻增加)，总电流I减少(表示电解电流减少)；相对使分流电阻(34)中的I₁及I₂均减少。

因为R₁及R₂为固定电阻，所以当I减少时，V也相对减少，由于V₁＝I₁×R₁＝V₂＝I₂×R₂；所以可以根据V₁的变化，检测出总电流I的变化，此时再经由电流检测比较电路(44)及电压补偿比较电路(45)，驱使主控电路(40)的电压调谐升降电路与定电流控制(46)的栅极驱动器调变实际电解的工作电压，由于R₁与R₂为固定电阻，即可使I恢复原设定值，因此也可使I₁及I₂恒定，相对使V₁恒定。

由I＝I₁+I₂的关系式，当I₁及I₂恒定时，I也恒定，达到总电流I恒定输出的目的。

主控电路(40)的电压调谐升降电路可为一交换式电源变压器，或为一高低频振荡调变电路，由微电脑CPU₂(20)控制，作增加或减少电压，用以升高或降低电流，使电流I恒定输出：

操控系统(50)，至少包括段位选择(51)、ORP显示(52)。

利用上述各元件组成的本发明，提供了一种电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法，在实际应用上，使用者可以将电解水氧化还原电位设定在一定的范围内。例如：

使用者如果取用饮用的还原水时，可以将还原水的还原电位设定在介于-200m(毫伏)至-400m/毫伏)的标准范围之内。

如果使用者取用杀菌的氧化水时，可以将氧化水的氧化电位设定在介于+960mv(毫伏)至+1200mv(毫伏)的标准范围之内。

Claims (6)

1.一种电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法，其特征在于，将电解水氧化还原电位与电解时间(进水流速)、电解电流(电流密度)、电解质种类(阴阳离子分布比例及浓度)的实验数据、坐标参数与演算式，贮存于微电脑数据库中，并利用检测元件所检测的实际数据，由微电脑演算，将液晶显示屏的显示值与实际电解液的氧化还原电位对比，并加以校正，再根据实际显示值，取其氧化还原电位的理想区段，再根据该理想区段的相对电流密度，作分段控制，从而取得氧化还原电位的段位选择，同时利用检测电路检测电解槽内阻的变化，经比较电路调变电压，精确控制电解槽的电流密度，并使其恒定输出。

2.如权利要求1所述的一种电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法，其特征在于，检测元件是在电解槽设置分流电阻，由电流检测比较电路及电压补偿比较电路，驱使主控电路的电压调谐升降电路与定电流控制的栅极驱动器调变电压，使电流恒定输出。

3.如权利要求1所述的一种电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法，其特征在于，检测元件是在电解槽的进水管设置流量计与手动或自动定水量控制，进水流速的变化信号可以传递至微电脑的数据库中，作进水流速与电解时间的恒定控制。

4.如权利要求1所述的一种电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法，其特征在于，检测元件为PH值及TDS测试，其数值可以输入微电脑的数据库中，作对比、设定及校正。

5.如权利要求1所述的一种电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法，其特征在于，其中操控系统包括段位选择与ORP显示。

6.如权利要求1所述的一种电解水氧化还原电位定位系统及其校正补偿恒定输出方法，其特征在于，该理想区段的相对电流密度，也可作无段控制，以取得相对的氧化还原电位。

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