水壓力滲透膜電解水裝置的製作方法

2023-04-23 23:51:01

專利名稱：水壓力滲透膜電解水裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種水壓力滲透膜電解水裝置，其主要是一種不需設置透析板分隔容器即可進行電解水的裝置。
由於工業發達，使得環境汙染日益嚴重，在臺灣主要的二十條河川中遊以下均已有極度嚴重的汙染，其汙染源除了家庭廢水及工廠廢水的直接排放之外，還包括上遊果園中所施放的農藥、肥料，養豬場的有機廢水……等，此等嚴重汙染的水源實非目前自來水廠的設備所能完善處理。
有關廠商為了讓消費者能夠擁有安全的飲用水，故而自開發出多種不同的水淨化裝置，而讓消費者能夠將自來水再次進行過濾，惟相關的裝置在使用時，主要是採用過濾消毒的方式，包括吸附，蒸餾乃至於離子交換，膜分離法等，吸附法(活性碳等)在家用淨化中現已被廣泛採用，而膜分離法則是特殊加工法，花費頗大，不能普及家用，而且這些方法均無法把水製成極化的電解水。
在較先進的技術中，已經發展出了將水經過電解後加以淨化的技術，雖然各個生產廠商所採用的結構不同，但由於其是源自於相同的理論，故而其裝置在結構上均大同小異，其主要是於一絕緣容器中設置一透析板，而將絕緣容器分隔成兩個容置槽，同時在兩個容置槽中分別設置陰極及陽極，同時在兩容置槽中分設有入水口及出水口，當通電後各種雜質會發生電離，或成為極性分子，且和電解質溶液一樣可以通過離子遷移，即正離子向負極遷移，負離子向正極遷移，結果使中間透析板周圍的離子愈來愈少，為了使電流不斷通過，必然要發生電極反應。
前述的電解水淨化原理如下一、由於水溶液中只有離子存在時才可導電，水中離子減少則導電性能愈來愈少，因此必然會產生水的電離來導電，水的電離是電極反應的結果其中陽極反應為氧化反應去電子e-
如此即使得陽極容置槽內H+愈來愈多，而OH-則生成O2↑逸出，倘自來水中因氯氣消毒而帶氯，則在電壓較高時可有Cl2↑逸出，使陽極容置槽內Cl-濃度降低(因為，同理氟(F)、氰(CN-)化物均能因此而清除。陽極容置槽內H+濃度增加，pH值下降，使陽極容置槽內的水成為酸性，也就是酸性電解水。
其中陰極容置槽陰極反應為還原反應加電子e-
如此即使得陰極容置槽內OH-愈來愈多，而H+則生成H2↑逸出，因此陰極容置槽內OH-增加，pH值上升，陰極容置槽內的水成為鹼性，也就是鹼性電解水。
二、由於重金屬離子(多數有毒)均為陽離子，例如汞和鉛，因此均向負極移動，陽極容置槽內金屬離子愈來愈少，以至消失殆盡。此外，PH值在陽極容置槽中逐漸降低，在酸性環境中，加上在大的電場中，細菌，病菌等這些由蛋白質構成的微生物，因細胞膜通透性改變及蛋白質的變性均紛紛裂解。其餘的殘存蛋白質在酸性環境中都帶正電荷，因此均向負極移動(電泳)，但此時，陰極容置槽內PH愈來愈高(OH-增加)我們知道所有氫氧化物除了NaOH和KOH外，都會產生沉澱反應，包括Ca，Mg，Al，Zn，Fe，Pb，Cu，Hg，Ag，Au，Cr，Se，As等氫氧化物產生沉澱反應，可被普通過濾而加以消除。這些金屬離子不僅與OH-結合而沉澱析出，而且還與極性膠體顆粒、極性高分子化合物(成為凝集物支架)一起結合沉澱析出。事實上，現有自來水中似有不少膠體顆粒，高分子化合物及各種蛋白質，膠體微粒在電場中遇到極性分子可產生脫穩作用(凝聚作用)這就是所謂電化學混凝作用。這類膠體微粒與電解質之間的作用是純靜電性質的(叔爾採尼法則)所以電解質離子價數對凝聚效果有明顯影響，離子價數愈多，凝聚效果愈好，在操作過程中可看到陰極容置槽內大量絮狀沉澱凝塊物，和大量氣體逸出(H2，O2，Cl2等)就是上述反應的結果。而陽極容置槽內酸性水則完全澄清，可直接飲用，而陰極容置槽內鹼性水則需加以過濾處理才可飲用。
三、膠體顆粒即直徑在1nm到1000nm(1μm)之間的微粒均為膠體範圍，是因該微粒都具有膠體性質，這些微粒可以是粘土粒子蛋白質，也可以是溶質分子的集合體，還可以是高分子化合物。因不溶於水而成為水中的微多相分散體系。在直流電場中，固相膠體微粒與水相之間產生相對運動，膠體顆粒向某個電極方向移動沉集，水分子向另一電極方向移動，前者稱為電泳現象，後者稱為電滲透現象。實驗證明，細菌及蛋白質一類的高分子有機物在酸性環境中帶正電，因此其向負極移動(電泳)。在鹼性液中帶負電。如下式
因蛋白質含胺基(-NH2)羧基(COOH)，具有兩性性質。蛋白質在鹼性水中遇到陽離子則形成絮狀沉澱，這些陽離子有部份是從陽極容置槽中遷移進來的。這種絮凝沉澱一是離子性基團的電性中和引起凝聚，二是利用高分子物質的鍵狀結構，藉助吸附架橋支架作用，引起凝聚，這些凝聚與水的pH值，溫度，水中離子的組成，電流密度都有關。
四、在電滲透過程中除了上述電極反應，陰、陽離子遷移，膠體微粒，蛋白質，細菌等高分子物質的電泳，電凝聚外，尚有一些次要的電化學過程。
a.同名離子遷移因為透析板可以透過離子、高分子化合物、蛋白質，它的通透選擇性不可能是百分之百，這種少量正負離子可能遷移至同名電極容置槽中。
b.電解時間稍長隨著離子遷移，兩容置槽中的滲透壓可以不同，水可從低滲透壓滲到高滲透壓去，同時由於離子均呈水合離子狀態，所以各種離子基團遷移過程中會攜帶一部份水分子遷移，一般電解水是從陽極容置槽向陰極容置槽遷移，說明水中多數雜質離子向陰極容置槽內遷移，並帶入水分入內，使陰極容置槽水面逐漸上升，而陽極容置槽水面逐漸下降，同時也說明多數離子由陽極容置槽向陰極容置槽遷移，陰極容置槽的滲透壓較高，陰極容置槽的離子濃度較高。
用1∶1比例混合帶酸性水和鹼性水便得到所謂的中性生命活力水。經合格科學家認定，證明其完全符合世界衛生組織(WHO)的法定飲用標準。它清除了日常自來水對人體不利的物質，指氰化物，硝酸鹽，四氧化碳及各種有毒的重金屬離子完全清除。使硬度明顯降低，有利於各種結石、胃腸功能疾病的防治，清除了各種揮發性酚，陰離子合成洗滌劑等雜質，溶解性總固體大大減少，使水在感官、性狀以及口味方面大大優於自來水，與礦泉水完全可以媲美。此中性生命活力水尚保存人體有益的元素，如鐵，鈣，鎂，錳，鋅，但含量稍低，這是中性生命活力水與礦泉水相比稍為遜色之處，但如果我們稍加一些稀有元素，除有機鍺以外用天然中藥(某些中藥含有大量寶貴的稀有微量元素)，則其品味可與天然礦泉水並駕齊驅，甚至更超過之。當然，這些元素在我們日常飲食中已可足量吸取，由飲水提供的有益元素在總攝入量中僅佔很小一部份。
由以上的說明可知，對人體健康有益的電解水在現有裝置中的生產方式，惟在此必須指明的是在現有的電解水生產裝置中，為了減緩陰極與陽極所產生酸性水與鹼性水間的對流，以避免產生中和而失去了電解的功效，故而在陰極容置槽和陽極容置槽之間設置一透析板，以便將兩容置槽之間加以分隔，確保其間互異的水性。
然而該透析板即成為現有裝置在生產上、使用上最大的問題癥結所在，因為該透析板一般是由矽酸鹽材料燒制而成，其在生產時即不易控制其毛細管網路狀的孔徑大小，亦即此類透析板的品質不易控制，其即直接影響到現有裝置的使用效率；另就是現有的此類透析板在實驗中可以了解到，其在實際使用中經常會發生兩種現象一、較細的孔洞在使用初期即遭顆粒較大的沉澱物阻塞，因而影響到透析板的透析效率。
二、一般的孔洞在長期使用後，大多會遭到各種離子的侵蝕及撞擊而發生破裂，雖然其破裂的程度不見得能夠以肉眼直接觀察，但其必然會直接影響到應有的阻隔透析作用，而令兩容置槽中的水分子直接相通。
以上兩種狀況在實際使用中均非使用者所能容易發覺，因為在此類裝置的設計中，當有部份孔洞被阻塞而影響到透析板的透析效率時，所產生的結果是透析率降低，使得裝置對水的淨化效果打折扣，同時其產生的電解水所含離子的濃度降低，而降低了應有的功效，由於其並不會影響到裝置的正常操作，故此等問題非一般使用者所能夠輕易察覺的；另就是透析板發生破洞時，其立即破壞了透析板的透析功效，而使得兩容置槽中的水能夠直接互通，此即使得原本分隔成兩個容置槽的裝置變成單一的電解槽，此更喪失了應有的功效，故可確知，現有的裝置在透析板設計上顯然未盡完善，而有加以改進的必要。
本發明的目的是提供一種水壓力滲透膜電解水裝置，其通過適當的結構安排，能夠在不需設置透析板的該裝置中提供潔淨的電解水。
本發明的另一目的是提供一種水壓力滲透膜電解水裝置，其以適當的結構安排，能夠將單一容器中的空間通過水壓力來產生一層滲透膜，而將容器中的空間分隔成兩個部份，而有利於酸性水與鹼性水的生產。
本發明的技術方案在於提供一種水壓力滲透膜電解水裝置，其特徵在於其主要是於一絕緣容器的兩端中心處分別穿設一樞軸，並分別於兩樞軸內端設置有與絕緣容器同軸的筒狀陰極及陽極，並在陰極與陽極上分別密布有可供水自由進出的小孔，在樞軸上可提供直流電使陰、陽極帶電，另在兩樞軸外端分別可以馬達帶動轉動，而可帶動筒狀陰極及陽極在絕緣容器中轉動，同時陰極與陽極在絕緣容器中旋轉時有一轉速差，由於陰極與陽極在絕緣容器中的轉速不同，故而會在陰極與陽極之間形成一層水壓力滲透膜，另絕緣容器底部靠外側設有鹼性水出水口與過濾器相連，於連接陰極的樞軸中設有通孔，而與樞軸側的酸性水出水管連通，又於絕緣容器上設有入水口。
本發明與已有技術相比優點和積極效果非常明顯。由以上的技術方案可知，本發明所配置的裝置可在絕緣容器10中產生一水壓力滲透膜50，而無需透析板的設置即可將酸性水與鹼性水作適當的隔離，而可將現有透析板所存在的問題完全解決。
以下結合附圖進一步說明本實用新型的具體結構特徵及目的。
附圖簡要說明

圖1是本發明的較佳實施例立體結構配置示意圖。
圖2是本發明的較佳實施例絕緣容器軸向剖視結構示意圖。
圖3是本發明的較佳實施例絕緣容器徑向剖視示意圖。
圖4是本發明的一變化實施例絕緣容器徑向剖視示意圖。
請參閱圖1所示，其是本發明的水壓力滲透膜電解水裝置較佳實施例立體結構配置示意圖，圖中可以見到本發明主要是於一圓柱狀絕緣容器10的兩端中心處分別穿設一樞軸20、30，並分別於兩樞軸30、20內端設置有與絕緣容器10同軸的筒狀陰極31及陽極21，且陰極31設置於陽極21外側，在兩樞軸20、30外端設有銅環23、33及電刷24、34，而可提供直流電，使陽、陰極21、31帶電，另在絕緣容器外側的兩樞軸上分別設置有一皮帶輪22、32，而可由設置在一側的馬達40經樞軸20、30帶動筒狀陽極21及陰極31在絕緣容器10中轉動。
配合圖2的本發明較佳實施例絕緣容器10軸向剖視結構示意圖觀之，當可見到在本發明的絕緣容器10兩端分別設有一軸孔11，在該二軸孔11中配合軸承12及密封圈13分別穿設組裝有上樞軸20與下樞軸30，又在絕緣容器10的一端表面上設有入水口14，而另一端則設有出水口15；在上樞軸20穿入絕緣容器10內的端部連接設置有一筒狀的陽極21，該陽極21上設有密布的小孔，而可供水自由進出，在該上樞軸20中央為一通孔25，又在上樞軸20位於絕緣容器10外側適當位置處鑽設有穿孔26，在該穿孔26位置的上樞軸20外側套設組裝有一排水室27，並於排水室27一側連接有排水管28；在下樞軸30穿入絕緣容器10內的端部連接設置有一筒狀的陰極31，該陰極31套設在陽極21的外側，同時在該陰極31上亦設有密布的小孔，而可供水自由進出。
配合圖3的剖視圖觀之，當本發明的馬達40被啟動，即會由傳動軸41及皮帶42帶動上、下樞軸20、30轉動，如此即可令設置在絕緣容器10中的筒狀陽極21及陰極31轉動，由於陽極21與陰極31在絕緣容器10中的轉速不同，故而會因為二者的轉速差而在陽極21與陰極31之間形成一層水壓力滲透膜50、(如同一層靜止的壓力薄膜)，而可讓與陽極21轉速相同且位於絕緣容器10中央部份的水，與絕緣容器10靠外側與陰極31轉速相同的水互相分隔，而不會輕易的混淆，故能夠在無需設置透析板的狀況下確保電解的功效；當陽極21與陰極31將水分別電解之後，即可讓鹼性水經絕緣容器10底部靠外側的出水口15導入過濾器(圖中未示)中過濾，而獲取品質極佳的鹼性水；在陰極31周圍形成的酸性水則經上樞軸20中的通孔25、穿孔26、排水室27由出水管28排出(其排出的力量可採用虹吸管或其他的方式，均可達到所需的功效)。
由於本發明的裝置是配合馬達帶動上、下樞軸20、30作不同轉速的轉動(可為不同方向)，而使其間存在一相對的轉速差，如此即可在陽極21帶動的旋轉水流與陰極31帶動的旋轉水流之間形成一層水壓力滲透膜50，故而可將電解所得的酸性水及鹼水作適當的隔離，另由於本發明絕緣容器10中的水流在操作時是保持旋轉水流，故而當水中的重金屬離子帶電或膠體顆粒等在直流電場中產生電化學反應時，即會因滲透壓作用而移向外側的陰極31，而當沉澱發生時，更可因為離心力的作用而迅速向外側移動，而可令水質淨化更為迅速，該等移動均不會因為水壓力滲透膜50而受阻，其確為一相當傑出的設計。
再由圖4觀之，其是一本發明的變化實施例，其中可以見到設置在絕緣容器10中的陽極21及陰極31可視絕緣容器10的規格及實際操作的需要來增加其層次，且陽極21與陰極31是以間隔式設置，以增加與水分子的接觸面積，於此圖式中所示的實施例可知，本發明設置在絕緣容器10上的入水口14亦可設置在絕緣容器10的側邊，而可提供相同的功效。
權利要求
1.一種水壓力滲透膜電解水裝置，其特徵在於其主要是於一絕緣容器的兩端中心處分別穿設一樞軸，並分別於兩樞軸內端設置有與絕緣容器同軸的筒狀陰極及陽極，並在陰極與陽極上分別密布有可供水自由進出的小孔，在樞軸上可提供直流電使陰、陽極帶電，另在兩樞軸外端分別可以馬達帶動轉動，而可帶動筒狀陰極及陽極在絕緣容器中轉動，同時陰極與陽極在絕緣容器中旋轉時有一轉速差，由於陰極與陽極在絕緣容器中的轉速不同，故而會在陰極與陽極之間形成一層水壓力滲透膜，另絕緣容器底部靠外側設有鹼性水出水口與過濾器相連，於連接陰極的樞軸中設有通孔，而與樞軸側的酸性水出水管連通，又於絕緣容器上設有入水口。
2.根據權利要求1所述的水壓力滲透膜電解水裝置，其特徵在於其中設置在絕緣容器中的陽極及陰極可為多層次，且陽極與陰極是以間隔式設置，以增加與水分子的接觸面積。
3.根據權利要求1或2所述的水壓力滲透膜電解水裝置，其特徵在於其中絕緣容器可為圓柱狀。
4.根據權利要求1所述的水壓力滲透膜電解水裝置，其特徵在於其中陰極可設置於陽極外側。
5.根據權利要求1或2所述的水壓力滲透膜電解水裝置，其特徵在於其中在兩樞軸外端設有銅環及電刷。
6.根據權利要求1或2所述的水壓力滲透膜電解水裝置，其特徵在於其中在連接陽極的樞軸中央為一通孔，又在該樞軸位於絕緣容器外側適當位置處鑽設有穿孔，在該穿孔位置的樞軸外側套設組裝有一排水室，並於排水室一側連接有排水管。
7.根據權利要求1或2所述的水壓力滲透膜電解水裝置，其特徵在於其中在絕緣容器上的入水口可設置在絕緣容器的頂面。
8.根據權利要求1或2所述的水壓力滲透膜電解水裝置，其特徵在於其中在絕緣容器上的入水口可設置在絕緣容器的側面。
全文摘要
本發明涉及一種水壓力滲透膜電解水裝置,其主要是設有一圓柱狀絕緣容器、與絕緣容器同軸的筒狀陰極及陽極、以及銅環與電刷,當馬達帶動筒狀陰極及陽極在絕緣容器中轉動時,因二者轉速不同,故而會在兩極間形成一層水壓力滲透膜,此外還有鹼性水出水口與酸性水出水管。本裝置利用電透析的膜分離技術,使各等雜質在電場中產生電離現象之後,正(負)離子向負(正)極遷移,達到過濾、分離各種雜質以及直接飲用水的目的。
文檔編號C25B1/12GK1172867SQ9611091
公開日1998年2月11日 申請日期1996年8月1日 優先權日1996年8月1日
發明者劉正立 申請人:劉正立