水體自發電電解還原模塊的製作方法

2023-12-04 16:02:01 2

專利名稱：水體自發電電解還原模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電解還原模塊，特別是一種具有自發電能力的水體電解還原模 塊。
背景技術：
在一般工業用水或民生用水的水體的輸送或貯存過程中，會受到輸送或貯存環境 中的無機物質或有機物質的汙染，而存在大量的細菌、病毒或其他造成水質劣化的微生物 等對人體有害的物質。如以自來水、山泉水、地下水或井水等一般常見的民生用水為例，這 些民生用水先由水源處經輸送管路輸送並貯存於儲水槽內，然後再由儲水槽所銜接的輸水 管路輸出至用水端。為了使民生用水在輸出至用水端時能達到適於使用的標準，通常會定期添加化學 藥品(殺菌劑或除垢劑)於儲水槽的水體內，例如在水體中投入次氯酸鈉或通入氯氣，並通 過次氯酸鈉或氯氣於水體內產生氧化作用，使水體中能存在自由余氯(H0C1+0C1_)等氧化 性物質，以確保水體在用水端使用前沒有細菌滋生及後續危害。雖然自由余氯在水體中能 產生殺菌、消毒作用，但是當水體中所含有的自由余氯濃度達到約2 3ppm (mg/L，毫克/公 升)時，即會使水體的水質劣化，並且讓使用者感受到自由余氯所具有的特殊刺激氣味。因 此，世界衛生組織(world health organization, WHO)在考量多數人的感覺以及確保自由 餘氯殘餘劑量的消毒效力的情況下，推薦以自由余氯濃度為0. Ippm以下做為適飲性考慮 所訂定的基準，並建議各國依國情狀況不同自行調整。然而在某些國家中所訂定的自由余氯標準仍然高於此一訂定基準，更有甚者，在 部份地區或受到大雨發生的區域，由於水源汙染的關係，使水體中所含有的自由余氯平均 濃度增加10倍左右，如此雖可確保水體為無菌的水質，但對於人體接觸與飲用而言，也是 生活中另一高風險來源。此外，根據科學研究證明，具有高氧化性的自由余氯除了可經由食 物的攝取外，也可經由皮膚吸收而對人體產生影響，輕微程度而言，自由余氯會酸化並破壞 頭髮和肌膚的蛋白質，使頭髮與肌膚受到損害；嚴重者則使人體產生心臟疾病、動脈硬化、 高血壓等慢性疾病和過敏等症狀。有鑑於此，雖然在水體中的確需要存在適量的自由余氯，以達到對水體產生殺菌 與消毒的作用，但在水體經由輸水管線輸送至用水端時，則需儘可能的使水體中所含的自 由余氯及其他氧化性物質的濃度降至最低或自水體中去除，以避免對人體產生危害。目前對於水體中自由余氯或其他氧化性物質的去除方法上，通常會在儲水槽及用 水端之間裝設一過濾(或淨水)裝置，使含有氧化性物質(如自由余氯)的水體先流通至 過濾裝置，以通過過濾裝置內所填充的吸附劑吸附氧化性物質，例如以多孔性陶瓷球、活性 碳或其他化學藥劑等吸附氧化性物質或與氧化性物質進行理化反應，進而使氧化性物質自 水體內去除。然而，在現有過濾裝置的使用上，由於過濾裝置的組成結構複雜並佔有一定的體 積，使過濾裝置僅能裝設於某些特定的區域使用，例如在一般家庭中大多安裝於水槽下的容置空間內，用以對飲用水進行過濾，因此使過濾裝置受限於本身所具有的體積，而無法廣 泛的應用於其他輸水設備上。此外，過濾裝置中所填充的吸附劑在長期與水體接觸後，存在有汙染水體的水質 的疑慮，而需定期的更換吸附劑，並且在過濾裝置的操作上需額外的提供操作電源才能順 利運轉，進而使過濾裝置的使用成本大幅上升，並造成能源的過度損耗。

發明內容
鑑於以上的問題，本發明提供一種水體自發電電解還原模塊，從而改進現有用於 過濾(或去除)水體中的氧化性物質的水體淨化裝置，改善現有裝置的組成結構複雜、體積 龐大，並且需額外提供電源才能進行操作的現況，並解決現有的水體淨化設備無論在製造 生產或使用上都存在有的成本過高、組裝不易以及能源過度損耗的問題。同時去除現有的 水體淨化裝置需使用吸附劑及/或添加化學藥劑來去除水體中的氧化性物質，而存在有吸 附劑及/或化學藥劑汙染水質的疑慮。本發明揭露一種水體自發電電解還原模塊，應用於含有氧化性物質的水體，此水 體自發電電解還原模塊包括一中空管、一自發電單元及一電解單元，自發電單元及電解單 元分別配置於中空管內，且自發電單元耦接於電解單元，自發電單元具有至少一葉片，當水 體流通於中空管時，水體帶動葉片或渦輪等水力承受設備轉動，使自發電單元產生一電力 傳送至電解單元，電解單元於接收電力後，對流通至電解單元的水體進行電解作用，從而讓 存在於水體內的氧化性物質產生一還原反應。本發明還揭露一種水體自發電電解還原模塊，應用於一輸水管路，此輸水管路內 流通有含有氧化性物質的水體。水體自發電電解還原模塊包括有一自發電單元及一電解單 元。自發電單元具有一葉片，並且於葉片轉動時會產生一電力。自發電單元及電解單元分 別配置於輸水管路，且電解單元耦接於自發電單元。當水體流通於輸水管路時，水體帶動自 發電單元的葉片轉動並產生電力，電解單元於接收電力後，對流通至電解單元的水體進行 電解作用，從而讓存在於水體內的氧化性物質產生一還原反應。本發明所揭露的水體自發電電解還原模塊，將自發電單元及電解單元配置於中空 管形式容器或輸水管路內，通過所欲處理的含有氧化性物質的水體在中空管或輪水管路的 流動來驅動自發電單元產生電力，再由此電力致動電解單元，進而由電解單元將水體中的 氧化性物質去除或使氧化性物質的濃度降低。本發明的水體自發電電解還原模塊由於可在不需提供額外電力以及添加其他吸 附劑及/或化學藥劑的情形下，即可完成去除(或降低)水體中氧化性物質的操作，因此可 有效節省外加電源的損耗，以及避免因使用吸附劑及化學藥劑所產生汙染水質的問題。並 由於水體自發電電解還原模塊所具有的自發電特性以及簡易的結構組成，使水體自發電電 解還原模塊可廣泛的裝設(應用)於各種缺乏電源的環境，進而使水體自發電電解還原模 塊的應用性與使用上的便利性獲得提升。以上的關於本發明內容的說明及以下的實施方式的說明是用以示範與解釋本發 明的原理，並且提供本發明的權利保護範圍更進一步的解釋。


圖1為本發明的第一實施例的分解示意圖；圖2為本發明的第一實施例的組合示意圖；圖3為本發明的第一實施例的自發電單元的感應線圈設置於中空外的外表面的 組合示意圖；圖4為本發明的電解單元可產生電解反應的區域的剖面示意圖；圖5為本發明的第一實施例的中空管內壁面具有螺紋的剖面示意圖；圖6為本發明的第一實施例的中空管外表面具有螺紋的剖面示意圖；圖7為本發明的第一實施例的自由余氯去除率示意圖；圖8為本發明的第一實施例的輸出功率示意圖；圖9為本發明的第一實施例的中空管具有不同管徑的剖面示意圖；圖10為本發明的第一實施例的陰極部具有篩網結構的剖面示意圖；圖11為本發明的第二實施例的分解示意圖；圖12為本發明的第二實施例的組合示意圖；圖13為本發明的第二實施例僅配置一限位件的組合示意圖；圖14為本發明的第二實施例配置有多個電解單元的剖面示意圖；圖15為本發明的第二實施例的電解單元具有多個陰極部及陽極部的剖面示意圖；圖16為本發明的第三實施例的剖面示意圖；圖17為本發明的第三實施例的電解單元具有兩個限位件的剖面示意圖；圖18為本發明的第四實施例的分解示意圖；圖19為本發明的第四實施例的組合示意圖；以及圖20為本發明的第四實施例包含有連接管的分解示意圖。主要元件符號說明10中空管
110笛一總 弟 漸
120Λ-Λ- ~·上山 弟一兄而
130內壁面
131結合部
132抵靠面
140外表面
150容置空間
160結合孔
170螺紋
20自發電單元
210框架
220本體
221旋轉軸
222負極導線
223正極導線
224永久磁鐵
225感應線圈
226整流電路模塊
230葉片
240第一殼體
241進水口
242出水口
243螺紋
244卡扣件
30電解單元
310陰極部
311通孔
312導電片
313網目
314陰極部的有效反應面積
320陽極部
321陽極部的有效反應面積
330夾套
331固定孔
340第二殼體
341進水口
342出水口
343結合孔
344結合部
345抵靠面
346螺紋
347扣合槽
348電性接點
350固定件
360限位件
361穿孔
362定位孔
363流量孔
370可產生電解反應的區域
40固定件
50限位件
510穿孔
520定位孔
530流量孔
60連接管
610電連接孔
620電連接頭
630電連接線
70整流器
d間距
具體實施例方式本發明所揭露的水體自發電電解還原模塊可配置於家庭、工業用的輸水管路或 任何輸送水體的管路上，用以降低或去除輸水管路所輸送的水體內所含有的氧化性物質 的含量，此氧化性物質可以是但不限於過氯酸(perchloric acid, HClO4)、氯酸(chloric acid，HClO3)、亞氯酸(chlorous acid，HClO2)、次氯酸(hypochlorous acid，HC10)，雙氧水 (hydrogen dioxide)、過醋酸(peracetic acid)、亞硫酸鈉(sodium sulfite,Pfe2SO3)、亞硫 酸氫鈉(sodium bisulphite，NaHSO3)、硫化鈉(sodiumsulfide，Na2S)、硫代硫酸鈉(sodium hyposulfaite, Na2S2O3)或其他於水體中容易形成氧化物的雜質，或是過氯酸、氯酸、亞氯酸 及次氯酸解離後所產生的酸根與複合鹽類等。如「圖1」和「圖2」所示，本發明第一實施例所揭露的水體自發電電解還原模塊包 含一中空管10、一自發電單元20、一電解單元30及多個固定件40。中空管10具有一第一 端110、一第二端120、一內壁面130、一外表面140及一容置空間150，內壁面130及外表面 140位於中空管10的相對兩側，並分別自第一端110沿伸至第二端120，並且於中空管10 上具有多個貫通於內壁面130及外表面140的結合孔160。自發電單元20及電解單元30配置於容置空間150內，自發電單元20配置於相鄰 於第一端110的位置，而電解單元30則配置於相鄰於第二端120的位置，其中自發電單元 20及電解單元30在容置空間150內的配置位置，亦可使自發電單元20相鄰於第二端120， 而電解單元30相鄰於第一端110的配置方式。在第一實施例中，是以自發電單元20相鄰 於第一端110，電解單元30相鄰於第二端120的配置方式做為舉例說明，但並不以此為限。自發電單元20具有一框架210、一本體220及一葉片230，框架210的外徑匹配於 中空管10的內徑，使框架210配置於中空管10內的容置空間150時，可迫緊於中空管10 的內壁面130，而固定於容置空間150內。此外，可在框架210的外表面設置多個凸肋(或 凸塊)，並於內壁面130上設置相對應的溝槽(或凹槽)(圖中未示)，使框架210可通過凸 肋嵌合於溝槽內而固定於容置空間150內。本體220內具有一定子、一轉子及一整流電路模塊(圖中未示)，定子與整流電 路模塊相連接，且定子具有一感應線圈，轉子具有一永久磁鐵，且轉子活動穿設於感應線圈 內。本體220並具有一旋轉軸221、一負極導線222及一正極導線223。旋轉軸221的一端 活動穿設於本體220內並與轉子相連接，旋轉軸221的另一端凸設於本體220外並與葉片 230相連接，葉片230的結構形態可為螺旋式葉片或渦輪式葉片，負極導線222及正極導線 223的一端與本體220的整流電路模塊相連接，另一端分別連接於電解單元30。自發電單元20是通過葉片230帶動旋轉軸221轉動，使轉子相對定子旋轉而以磁 生電的方式產生電力，並以整流電路模塊轉換成直流電後，經由負極導線222及正極導線223將電力輸出至電解單元30。此外，如「圖3」所示，在本發明的其他實施例中，自發電單 元20以永久磁鐵2M與感應線圈225產生電力的設置方式，頁可以將感應線圈225包覆於 中空管10的外表面140以及將永久磁鐵2M設置於旋轉軸221上並貼近於中空管10的內 壁面130，同時使永久磁鐵2M對應於感應線圈225。並且，將整流電路模塊2 設置於中 空管10的外表面140，感應線圈225耦接於整流電路模塊226，並通過整流電路模塊2 耦 接於電解單元30。因此，當旋轉軸221轉動時，可帶動永久磁鐵2M相對感應線圈225轉 動，而產生電力輸出至整流電路模塊226，並經由整流電路模塊2 傳遞至電解單元30。由於自發電單元通過永久磁鐵與感應線圈交互作用而產生電力的磁生電原理及 結構設置已屬現有的技術，因此其詳細結構及作動原理便不在此加以贅述。請繼續參閱「圖1」和「圖2」，電解單元30具有一陰極部310、一陽極部320及一夾 套330。陰極部310耦接於自發電單元20的負極導線222，且陽極部320耦接於自發電單 元的正極導線223。陰極部310的組成材質可以是但不局限於國際編號316或316以上的 不鏽鋼材質、石墨或其他易產生還原反應的材料，而陽極部320的組成材質可以是但不僅 限於白金、鍍鉬金屬或其他易產生氧化反應的材料所構成，如銥、釕、鈀等，且陰極部310與 陽極部320之間具有一間距d。陰極部310及陽極部320的結構形態可分別為一板狀結構 及一柱狀結構，或兩者皆為板狀結構，又或者陰極部及/或陽極部為一長條狀、螺旋形狀、 多圈形狀、多重片狀、波浪形或網狀的結構形態，並且使陰極部310的總表面積極大化以及 陽極部320的總表面積極小化。其中，陰極部310及陽極部320分別具有一有效反應面積314、321，陰極部310的 有效反應面積314與陽極部320的有效反應面積321，分別為陰極部310與陽極部320之間 可產生電解反應的區域370內，所涵蓋的陰極部310以及陽極部320的表面積(如「圖4」 所示)。此外，陰極部310的有效反應面積314與陽極部320的有效反應面積321的比值介 於4. 5比1(4. 5 1)至10比1(10 1)之間，尤其是小於8比1，以增加電解單元30的電 解效能。於本實施例中以陰極部310為一板狀結構的陰極板，而陽極部320為一柱狀結構 的陽極柱做為舉例說明，但並不以此為限。陰極部310沿著中空管10的內壁面130環設於 容置空間150，並介於陽極部320與中空管10的內壁面130之間，且陰極部310具有多個通 孔311，多個通孔311分別與中空管10的多個結合孔160相對應。陽極部320穿設並固定 於夾套330上，夾套330上並具有多個固定孔331。在電解單元30的配置上，通過固定件40依序穿設過中空管10的結合孔160及陰 極部310的通孔311，然後穿設並固定於夾套330的固定孔331內，使電解單元30被固定於 容置空間150，並使陽極部320受到固定件40的夾制而懸置於容置空間150內。雖然在本 實施例中，是以兩個固定件40將電解單元30固定於中空管10的容置空間150內做為舉例 說明。然而在本發明的其他實施例中，可僅使用單一固定件40依序穿設過中空管10的結 合孔160及陰極部310的通孔311，然後穿設並固定於夾套330的固定孔331內，同樣可使 電解單元30固定於容置空間150內。此僅為電解單元30配置於中空管10的固定方式的 不同，並非用以限定本發明。其中，陽極部320的位置可通過使用不同長度的固定件40進行調整，使陽極部320 位於陰極部310所環繞形成的圓心位置上(即陽極部320與陰極部310之間維持相等間距d)，或使陽極部320偏離於陰極部310所環繞形成的圓心位置。並且，固定件40可為螺絲、 螺栓或螺柱等形式，用以夾制並固定電解單元30於中空管10內，同時可選擇的在固定件40 上套設一墊圈或0形環(0-ring)(圖中未示)，以增加固定件40與中空管10的外表面140 之間的密合度。如「圖2」所示，在水體自發電電解還原模塊的應用上，直接將水體自發電電解還原 模塊串接於一輸水管路上(圖中未示)，例如以橡膠軟管套設於中空管10的第一端110(或 第二端120)，使水體自發電電解還原模塊串接於水龍頭的出水口 ；或是如「圖5」和「圖6」 所示，在中空管10相鄰於第一端110及/或第二端120的內壁面130或外表面140設置多 個螺紋170，以通過多個螺紋170螺合塑膠或金屬等硬質材料所構成的輸水管路的螺牙，而 串接於輸水管路上(圖中未示)。此外，亦可先將內壁面130具有螺紋170的中空管10，螺 合於外表面140具有螺紋170的中空管10，然後再串接於輸水管路上，此僅水體自發電電解 還原模塊與輸水管路之間接合方式的不同，並非用以限定本發明。其中，水體自發電電解還 原模塊的結構尺寸還可配合所欲連接的輸水管路的管徑尺寸對應調整，而製作成各種不同 尺寸大小的水體自發電電解還原模塊。在本實施例中以水體自發電電解還原模塊應用於一般家庭用的四分管(圖中未 示)，並用以去除水體中所含有的自由余氯(H0C1+0C1_)做為舉例說明。水體自發電電解還 原模塊的中空管10長度約為14釐米(cm)，且中空管10的直徑相等於四分管的直徑(大約 為1. 6釐米)，而其中電解單元30的陰極部310及陽極部320的長度約為10釐米，且陰極 部310的直徑約為1. 2釐米。如「圖2」所示，在操作上，當含有自由余氯的水體(圖中未示)經中空管10的輸 送，而自中空管10的第一端110流入於容置空間150時，將同時讓含有自由余氯的水體衝 擊於自發電單元20的葉片230上，並帶動葉片230轉動，進而驅動自發電單元20產生電力， 且隨著含有自由余氯的水體的流速增加，自發電單元20的輸出功率亦隨著增加。請配合「圖8」，當含有自由余氯的水體以每分鐘0公升的初始流速增加至每分鐘 12. 5公升時，自發電單元20所產生的電力的輸出功率從0毫瓦(mW)增加至將近1100毫 瓦。若以多項式回歸運算，可獲得水體流速(χ)與自發電單元輸出功率(y)之間的關係式， 如以下方程式I所示y = 12. 323x2-80. 906x+135. 39 方程式 I據此，當水體流速超過每分鐘6. 6公升時，即可供應電解單元進行電解還原自由 餘氯所需的139毫瓦的電量。其中，由於自發電單元20所產生的電力與含有自由余氯的水體的流速成正比， 因此除了可通過改變自發電單元20內定子的感應線圈的線圈密度來增加自發電單元20 所產生的電力外，亦可如「圖9」所示，將中空管10的第一端110的管徑加大，或以文氏管 (venture tube)的形式設置，使含有自由余氯的水體流通至自發電單元20的流速加快，進 而提升自發電單元20所產生的電力。之後，經由負極導線222及正極導線223將此電力輸出至電解單元30上，並且於 電解單元30的陰極部310與陽極部320接收電力後產生電解作用，使含有自由余氯的水體 在流通至電解單元30時，水體中所含有的自由余氯於陰極部310產生還原反應，而形成穩 定且不易危害人體的氯離子形態，進而降低自由余氯在水體中的含量。其中，含有自由余氯的水體為酸性水質時，其氧化還原反應方程式如下所示陽極反應2H20— 02+4H++4e"陰極反應2H0Cl+2H++2e- — C12+H20
4HOC1 — O2+Cl2+ H2O總反應個 Cl2 + H2O — HOCl + HCl而當含有自由余氯的水體為鹼性水質時，其氧化還原反應方程式如下所示陽極反應40F— 02+2H20+4e"陰極反應0Cr+H20+2f— 0Γ+20Γ總反應20C1_— 02+2Cr若進一步的對自由余氯的去除率進行測試，請配合「圖7」，當電解單元30於接收 自發電單元20的電力後，以1. 5伏特(volt，V)至6伏特的電壓電解含有自由余氯的水體， 可使水體中的自由余氯的濃度從約0. 36ppm下降至低於0. lppm，意即，當含有自由余氯的 水體流通過水體自發電電解還原模塊後，水體中自由余氯的去除率約可達到40%至80% 的水準，尤其在電解單元30的電壓達到4伏特或4伏特以上時，其自由余氯的去除率更能 維持在80%左右，因此證實了水體自發電電解還原模塊對於水體中的氧化性物質具有良好 的去除效率。此外，由於自由余氯的電解還原作用是在電解單元30的陰極部310完成，可進一 步的將陰極部310的結構形態設置為具有多個網目(mesh) 313的篩網結構(如「圖10」所 示)，或是在陰極部310上開設多個孔洞(圖中未示)。因此，當含有自由余氯的水體在與 自發電單元20接觸後，含有自由余氯的水體在中空管10內的流動路線可為經由電解單元 30內部與電解單元30及中空管10之間的間隔空間流動、全部通過電解單元30內部空間 流動以及全部通過電解單元30內部空間，再經陰極部310上的多個網目或孔洞流出至電解 單元30與中空管10之間的間隔空間等流動方式。藉以使陰極部310與含有自由余氯的水 體之間的接觸面積增加，而提升自由余氯的去除效率。據此，當含有自由余氯的水體從中空 管10的第二端120流出時，水體所含有的自由余氯的濃度將受到電解單元30的電解作用 而大幅的減少，使存在於水體中的自由余氯對人體的危害程度降至最低。請參閱「圖11」和「圖12」所示，為本發明所揭露的第二實施例的分解及組合示意 圖。本發明所揭露的第二實施例及第一實施例在結構及作動原理上大致相同，以下僅就兩 者間的差異加以說明。本發明第二實施例所揭露的水體自發電還原模塊包括一中空管10、一自發電單元 20、一電解單元30及兩個限位件50。中空管10相鄰於第一端110及第二端120的外表面 140設置多個螺紋170，以通過多個螺紋170螺合塑膠或金屬等硬質材料所構成的輸水管路 的螺牙，而串接於輸水管路上(圖中未示)。中空管10的內壁面130相鄰於第一端110及第 二端120的位置，分別具有一結合部131。並且，在中空管10中，兩個結合部131的直徑大 於其他區域的直徑，從而使結合部131與其他區域之間相連接的位置形成一抵靠面132(如 「圖11」所示)。自發電單元20、電解單元30及兩個限位件50配置於容置空間150內。自發電單元20配置於相鄰於第一端110的結合部131，且自發電單元20的框架210外徑匹配於結 合部131的直徑，使自發電單元20可通過框架210迫緊並固定於結合部131。電解單元30 則配置於相鄰於第二端120的位置。在本實施例中，電解單元30的陰極部310為一具有多 個網目的陰極板，而陽極部320為一柱狀結構的陽極柱。並且於陰極板310相對自發電單 元20的一端具有一導電片312，用以耦接於自發電單元20的負極導線222。而自發電單元 20的正極導線223則耦接於電解單元30的陽極部320。兩個限位件50為一扁圓形的支撐環結構，且兩個限位件50的外徑匹配於中空管 10的結合部131的直徑。當兩個限位件50分別設置於兩個結合部131時，兩個限位件50 抵靠於抵靠面132上。且兩個限位件50的外側面迫緊於結合部131而固定於中空管10內。 另外，亦可通過粘著劑(圖中未示)將兩個限位件50粘固於結合部131，或是分別於限位件 50與結合部131上設置相匹配的構槽和凸肋(圖中未示)，以通過凸肋嵌合於溝槽內而使 限位件50固定於結合部131上。此僅為限位件50固定於結合部131的結合方式不同，並 非用以限定本發明。當兩個限位件50配置於中空管10時，其中一限位件50位於自發電單元20與電 解單元30之間，另一限位件50則位於電解單元30相對自發電單元20的另一側。每一限位件50相對於自發電單元(或電解單元)的一側面上具有一穿孔510、多 個定位孔520及多個流量孔530。穿孔510、多個定位孔520及多個流量孔530皆貫穿限位 件50。穿孔510設置在限位件50的中心位置，而多個定位孔520及多個流量孔530則環繞 於穿孔510周圍。當水體(圖中未示)自中空管10的第一端110朝第二端120流動時，水 體經由多個定位孔520及多個流量孔530流通於中空管10。並且，當電解單元30固定於 兩個限位件50時，電解單元30的陽極部320兩端分別穿設並固定於兩個限位件50的穿孔 510，而陰極部310兩端則分別穿設並固定於兩個限位件50的定位孔520。此外，如「圖13」所示，在本發明所揭露的第二實施例中，亦可採用單一限位件50 的配置方式，使電解單元30的陽極部320及陰極部310分別穿設過限位件50的穿孔510 及定位孔520，並通過限位件50固定於中空管10內。並且，可選擇性的增加限位件50的 穿孔510及定位孔520的數量，用以在中空管10內配置多個電解單元30，如「圖14」所示； 或是如「圖15」所示，用以增加電解單元30的陰極部310及陽極部320的配置數量，將陽極 部320及陰極部310以間隔排列方式，從限位件50的中心位置朝中空管10方向依序排列
有陽極部320、陰極部310、陽極部320、陰極部310、陽極部320、陰極部310......等，藉以
增加陰極部310的總表面積，進而提升電解單元30的電解效能。同樣地，在第二實施例所揭露的水體自發電電解還原模塊組裝完成後，對水體自 發電電解還原模塊的發電功率進行測試。含有自由余氯的水體經由四分管的輸送(圖中未 示)，而自中空管10的第一端110流入於容置空間150時，將同時讓含有自由余氯的水體 衝擊於自發電單元20的葉片230上，並帶動葉片230轉動，進而驅動自發電單元20產生電 力，且隨著含有自由余氯的水體的流速增加，自發電單元20的輸出功率亦隨著增加。當含有自由余氯的水體以每分鐘0公升的初始流速增加至每分鐘12. 5公升時，自 發電單元20所產生的電力的輸出功率亦可從0毫瓦(mW)增加至將近1100毫瓦。並且，當 水體流速超過每分鐘6. 6公升時，同樣可供應電解單元進行電解還原自由余氯所需的139 毫瓦的電量。因此，在本發明所揭露的水體自發電電解還原模塊中，亦可通過改變電解單元30於中空管10內的固定方式，即能使自發電單元20的發電功率大幅的增加，並由於低水體 流速即能達到電解還原操作所需的電量，進而節省水體的消耗量。如「圖16」所示，本發明第三實施例所揭露的水體自發電電解還原模塊是用以配置 於一輸水管路(圖中未示)。水體自發電電解還原模塊包括有一自發電單元20及一電解單 元30。自發電單元20具有一第一殼體M0、一本體220及一葉片230。第一殼體240為一 中空管體，第一殼體MO的相對兩個側面分別具有一進水口 241及一出水口 M2，並且於第 一殼體MO內設置有一框架210。本體220配置於框架210上，並懸置於第一殼體MO內。本體220內具有一定子、 一轉子及一整流電路模塊(圖中未示)，定子與整流電路模塊相連接，且定子具有一感應線 圈，轉子具有一永久磁鐵，且轉子活動穿設於感應線圈內。本體220並具有一旋轉軸221、一 負極導線222及一正極導線223。旋轉軸221的一端活動穿設於本體220內並與轉子相連 接，旋轉軸221的另一端凸設於本體220外並與葉片230相連接，葉片230的結構形態可為 螺旋式葉片或渦輪式葉片，負極導線222及正極導線223的一端與本體220的整流電路模 塊相連接，另一端分別連接於電解單元30。自發電單元20通過葉片230帶動旋轉軸221轉動，使轉子相對定子旋轉而以磁生 電的方式產生電力，並以整流電路模塊轉換成直流電後，經由負極導線222及正極導線223 將電力輸出至電解單元30。由於自發電單元20通過永久磁鐵與感應線圈交互作用而產生 電力的磁生電原理及結構設置已屬現有的技術，因此其詳細結構及作動原理便不在此加以 贅述。電解單元30具有一第二殼體340、一陰極部310、一陽極部320、一夾套330及一固 定件350。第二殼體340為另一中空管體，第二殼體340還具有一進水口 341及一出水口 342，並且在第二殼體340的一側面上設置有一結合孔343。陰極部310、陽極部320及夾套 330設置於第二殼體340內。陰極部310及陽極部320分別耦接於自發電單元20的負極 導線222及正極導線223。陰極部310的組成材質為易產生還原反應的金屬(如不鏽鋼) 或石墨等，而陽極部320的組成材質則為易產生氧化反應的金屬(如銥、釕、鈀等)。其中， 陰極部310為一波浪形板狀結構的陰極板，而陽極部320為一柱狀結構的陽極柱。陰極部 310環設於第二殼體340內，並介於陽極部320與第二殼體340之間。此外，陰極部310具有多個通孔311，多個通孔311分別與第二殼體340的多個結 合孔343相對應。陽極部320穿設並固定於夾套330上，夾套330上並具有多個固定孔331。 固定件350依序穿設過第二殼體340的結合孔343及陰極部310的通孔311後，穿設並固 定於夾套330的固定孔331內，使電解單元30被固定於第二殼體340內。請繼續參閱「圖16」，在水體自發電電解還原模塊的應用上，可將自發電單元20及 電解單元30分別配置於輸水管路中(圖中未示)，例如將自發電單元20配置於輸水管路的 進水端，並將電解單元30配置於輸水管路的出水端；或是將自發電單元20及電解單元30 分別配置於出水端及進水端等，此僅為自發電單元20及電解單元30於輸水管路中配置位 置的不同，但並非用以限定本發明。在本發明所揭露的第三實施例中，以自發電單元20及 電解單元30分別配置於輸水管路的進水端及出水端做為舉例說明。因此，當含有自由余氯的水體(圖中未示)在輸水管路中流動，並流通過自發電單 元20及電解單元30時，含有自由余氯的水體衝擊於自發電單元20的葉片230並帶動葉片230轉動，進而驅動自發電單元20產生電力。之後，經由負極導線222及正極導線223將此 電力輸出至電解單元30上，並且於電解單元30的陰極部310與陽極部320接收電力後產 生電解作用。使含有自由余氯的水體中所含有的自由余氯於陰極部310產生還原反應，並 形成穩定且不易危害人體的氯離子形態。因此，當含有自由余氯的水體從輸水管路的出水 端流出時，可大幅降低水體中的自由余氯的含量，使存在於水體中的自由余氯對人體的危 害程度降至最低。此外，在本發明所揭露的第三實施例中，電解單元30的陰極部310及陽極部320 亦可使用其他的方式固定於第二殼體340。如「圖17」所示，電解單元30包括有一第二殼 體340、兩個限位件360、一陰極部310及一陽極部320。第二殼體340內相鄰於進水口 341 及出水口 342的位置，分別配置一結合部344。並且，在第二殼體340中，兩個結合部344的 直徑大於其他區域的直徑，藉以使結合部344與其他區域之間相連接的位置形成一抵靠面 345。兩個限位件360為扁圓形的支撐環結構，且兩個限位件360的外徑匹配於第二殼 體340的結合部344的直徑。當兩個限位件360分別配置於兩個結合部344時，兩個限位 件360抵靠於抵靠面345上。且兩個限位件360的外側面迫緊於結合部344而固定於第二 殼體；340內。其中，限位件360具有一穿孔361、多個定位孔362及多個流量孔363，穿孔 361、多個定位孔362及多個流量孔363貫穿於限位件360。穿孔361設置在限位件360的 中心位置，而多個定位孔362及多個流量孔363則環繞於穿孔361周圍。當水體(圖中未 示)自第二殼體340的進水口 341朝出水口 342流動時，水體經由多個定位孔362及多個 流量孔363流通於第二殼體340。電解單元30的陽極部320兩端分別穿設並固定於兩個限位件360的穿孔361，而 陰極部310的兩端則分別穿設並固定於兩個限位件360的定位孔362，使陰極部310及陽極 部320受到兩個限位件360的夾製作用而固定於第二殼體340內。如「圖18」和「圖19」所示，為本發明所揭露的第四實施例的分解及組合示意圖。 本發明所揭露的第四實施例與第三實施例在結構上大致相同，以下僅就兩者間的差異加以 說明。本發明第四實施例所揭露的水體自發電電解還原模塊包括一自發電單元20及一電 解單元30。其中，在自發電單元20的第一殼體240表面相鄰於進水口 241的一側配置有多 個螺紋M3，並且於第一殼體240相鄰於出水口 242的一端面上配置有兩個卡扣件M4。兩 個卡扣件244具有相對的兩端，其中連接於第一殼體240的一端的直徑小於另一端的直徑。 在本實施例中，兩個卡扣件244分別為一電性接頭，且兩個卡扣件244分別耦接於負極導線 222及正極導線223。此外，電解單元30的第二殼體340表面相鄰於出水口 342的一側設置有多個螺紋 346，並且於第二殼體340相鄰於進水口 341的一端面配置有兩個扣合槽347，兩個扣合槽 347具有相對的兩端，且其中一端的孔徑小於另一端的孔徑，並且於孔徑較小的一端配置有 一電性接點；348。兩個扣合槽347的電性接點348分別耦接於電解單元30的陰極部310及 陽極部320。因此，在水體自發電電解還原模塊的配置上，以自發電單元20的兩個卡扣件244 分別穿設於電解單元30的兩個扣合槽347中。然後將自發電單元20相對電解單元30轉 動一角度，使兩個卡扣件244分別扣合於兩個扣合槽347內並接觸於電性接點348上，進而讓自發電單元20連結於電解單元30，使自發電單元20的出水口 242連接於電解單元30的 進水口 341，並同時讓自發電單元20與電解單元30形成耦接狀態。當水體自發電電解還原模塊配置於輸水管路時(圖中未示)，分別以自發電單元 20及電解單元30的螺紋M3、346螺合於輸水管路的螺牙，而串接於輸水管路上。並在含有 自由余氯的水體流通過自發電單元20及電解單元30時，使自發電單元20產生電力，並於 電解單元30接收自發電單元20所產生的電力後，對含有自由余氯的水體進行電解作用，藉 以使水體中自由余氯的含量降低。如「圖20」所示，於本發明所揭露的第四實施例中，水體自發電電解還原模塊可進 一步包含一連接管60，從而使水體自發電電解還原模塊的長度可通過連接管60進行調整。 連接管60為一中空管體，連接管60相對自發電單元20的一端配置有兩個電連接孔610，連 接管60相對電解單元30的一端則配置有兩個電連接頭620。兩個電連接孔610分別以電 連接線630耦接於兩個電連接頭620。其中，電連接孔610的形式相同於電解單元30的扣 合槽347，而電連接頭620的形式則相同於自發電單元20的卡扣件M4。因此，在水體自發電電解還原模塊的配置上，可以連接管60的兩個電連接孔610 扣合於自發電單元20的兩個卡扣件M4，並以連接管60的兩個電連接頭620卡合於電解單 元30的兩個扣合槽347，使自發電單元20及電解單元30可通過連接管60形成相互耦接狀 態。此外，在電解單元30的第二個殼體340中另可設置一整流器70，並且於自發電單 元20中省略整流電路模塊的配置。整流器70耦接於電解單元30的兩個電性接點348，使 自發電單元20所產生的電力以交流電的形式經由連接管60傳遞至整流器70後，由整流器 70轉換為直流電後再供應至陰極部310及陽極部320。因此，可減少電力於傳送過程中所產 生的損耗，並避免自發電單元20的卡扣件M4、連接管60的電連接孔610及電連接頭620 以及電解單元30的電性接點348產生極化的情形發生，進而提供電解單元30足夠的電力， 以便於對含有自由余氯的水體進行電解作用。本發明所揭露的水體自發電電解還原模塊是在中空管內配置自發電單元及電解 單元，並且中空管、自發電單元及電解單元的結構尺寸可視所欲串接的輸水管路的結構尺 寸做相對應的配置；又或者將自發電單元及電解單元直接配置於輸水管路中，而省略中空 管的設置。因此，使水體自發電電解還原模塊可廣泛的應用於各種尺寸的輸水管路上，例如 工業廢水或民生用水的輸水管路等，且由於水體自發電電解還原模塊直接串接於輸水管路 上或直接的配置於輸水管路內部，因此在串接或配置完成後並不會佔據周邊環境的使用空 間。同時，當所欲處理的含有氧化性物質的水體流通於中空管或輸水管路時，將一併 地驅動自發電單元產生電力，並使電解單元對水體中的氧化性物質進行電解還原作用，因 此在含有氧化性物質的水體的輸送過程中，即同時去除水體中的氧化性物質，由於在此過 程中無需使用其他的吸附劑或化學藥劑，可有效避免吸附劑及化學藥劑汙染水質的問題產生。此外，通過水體自發電電解還原模塊的自發電特性及簡易的結構組成，使水體自 發電電解還原模塊可廣泛的裝設(應用)於各種缺乏電源的環境，進而使水體自發電電解 還原模塊的應用性與使用上的便利性獲得提升。
1權利要求
1.一種水體自發電電解還原模組模塊，應用於一含有一氧化性物質的水體，該水體自 發電電解還原模組模塊包括有一中空管，該水體流通於該中空管內；一自發電單元，具有一葉片並於該葉片轉動時產生電力，該自發電單元配置於該中空 管，以於該水體流通於該中空管時由該水體帶動該葉片轉動；以及一電解單元，配置於該中空管以讓該水體流通於該電解單元，該電解單元耦接於該自 發電單元，該電解單元接收該電力後電解該水體，令該氧化性物質產生一還原反應。
2.如權利要求1所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該自發電單元具有一負極 導線及一正極導線，該電解單元具有至少一陰極部及至少一陽極部，該負極導線及該正極 導線分別耦接於該陰極部及該陽極部，該電解單元是通過該負極導線及該正極導線接收該 電力。
3.如權利要求2所述的水體自發電電解還原模組模塊，另包含至少一固定件，該固定 件穿設過該中空管及該陰極部，並固定於該陽極部，該電解單元以該固定件固定於該中空管內。
4.如權利要求3所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該電解單元通過該固定件 調整該陽極部在該中空管內的位置。
5.如權利要求3所述的水體自發電電解還原模組模塊，包含兩個該固定件，兩個該固 定件分別穿設過該中空管的相對兩個側壁面及該陰極部的相對兩側，並夾制固定於該陽極 部。
6.如權利要求2所述的水體自發電電解還原模組模塊，另包含至少一限位件，該限位 件配置於該中空管，該電解單元固定於該限位件上。
7.如權利要求6所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該限位件具有至少一穿孔 及至少一定位孔，該陽極部的一端穿設並固定於該穿孔，且該陰極部的一端穿設並固定於 該定位孔。
8.如權利要求7所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該穿孔位於該限位件的中 心位置，該定位孔環繞於該穿孔。
9.如權利要求6所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該限位件具有至少一流量 孔，該水體可經由該流量孔流通至該陰極部及該陽極部。
10.如權利要求6所述的水體自發電電解還原模組模塊，包含有兩個該限位件，其中一 該限位件設置於該電解單元相對該自發電單元的一端，另一該限位件設置於該電解單元相 對該自發電單元的另一端。
11.如權利要求2所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該陰極部及該陽極部之 間具有一間距。
12.如權利要求2所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該陰極部具有一篩網結構。
13.如權利要求2所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該陰極部環設於該中空 管內，且位於該中空管與該陽極部之間。
14.如權利要求2所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該陰極部與該陽極部分 別具有一有效反應面積，且該陰極部的該有效反應面積與該陽極部的該有效反應面積之比值介於4. 5比1至10比1之間。
15.如權利要求2所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該陰極部為一陰極板，該 陽極部為一陽極柱。
16.一種水體自發電電解還原模組模塊，應用於一輸水管路，該輸水管路內流通一含有 一氧化性物質的水體，該水體自發電電解還原模組模塊包括有一自發電單元，具有一葉片並於該葉片轉動時產生電力，該自發電單元配置於該輸水 管路，以於該水體流通於該輸水管路時由該水體帶動該葉片轉動；以及一電解單元，配置於該輸水管路以讓該水體流通於該電解單元，該電解單元耦接於該 自發電單元，該電解單元接收該電力後電解該水體，令該氧化性物質產生一還原反應。
17.如權利要求16所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該自發電單元具有一負 極導線及一正極導線，該電解單元具有至少一陰極部及至少一陽極部，該負極導線及該正 極導線分別耦接於該陰極部及該陽極部，該電解單元通過該負極導線及該正極導線接收該 電力。
18.如權利要求17所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該電解單元另具有一殼 體，該陰極部及該陽極部設置於該殼體內，該殼體並具有一進水口及一出水口，該殼體配置 於該輸水管路，該水體自該進水口流通至該出水口。
19.如權利要求18所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該電解單元另具有至少 一固定件，該固定件穿設過該殼體及該陰極部而固定於該陽極部。
20.如權利要求19所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該電解單元通過該固定 件調整該陽極部在該殼體內的位置。
21.如權利要求19所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該電解單元具有兩個該 固定件，兩個該固定件分別穿設過該殼體及該陰極部，並夾制固定於該陽極部的相對兩側。
22.如權利要求18所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該電解單元另包含至少 一限位件，該限位件配置於該殼體，該陰極部及該陽極部固定於該限位件上。
23.如權利要求22所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該限位件具有至少一穿 孔及至少一定位孔，該陽極部之一端穿設並固定於該穿孔，且該陰極部之一端穿設並固定 於該定位孔。
24.如權利要求23所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該穿孔位於該限位件之 中心位置，該定位孔環繞於該穿孔。
25.如權利要求22所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該限位件具有至少一流 量孔，該水體可經由該流量孔流通至該陰極部及該陽極部。
26.如權利要求22所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該電解單元包含兩個該 限位件，兩個該限位件分別設置於該殼體相鄰於該進水口及該出水口的一端，該陰極部及 該陽極部配置於兩個該限位件之間。
27.如權利要求18所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該陰極部環設於該殼體 內，且位於該殼體與該陽極部之間。
28.如權利要求17所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該自發電單元另具有兩 個卡扣件，該電解單元另具有兩個扣合槽，該自發電單元是以該兩個卡扣件可拆卸的卡合 於該兩個扣合槽，而連結於該電解單元。
29.如權利要求28所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該兩個卡扣件為電性接 頭，該兩個卡扣件分別耦接於該負極導線及該正極導線，且該兩個扣合槽內分別配置有一 電性接點，該陰極部及該陽極部分別耦接於該兩個電性接點，當該自發電單元連結於該電 解單元，該兩個卡扣件耦接於該兩個電性接點。
30.如權利要求29所述的水體自發電電解還原模組模塊，另包含一連接管，該連接管 可拆卸的連接於該自發電單元及該電解單元之間，該自發電單元通過該連接管耦接於該電 解單元。
31.如權利要求30所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該連接管的一端配置有 兩個電連接孔，該連接管的另一端配置有兩個電連接頭，該兩個電連接孔分別耦接於該兩 個電連接頭，該兩個電連接孔分別套設於該自發電單元的該兩個卡扣件，且該兩個電連接 頭分別卡合於該電解單元的該兩個扣合槽。
32.如權利要求17所述的水體自發電電解還原模組模塊，另包含一整流器，該負極導 線及該正極導線通過該整流器分別耦接於該陰極部及該陽極部。
33.如權利要求17所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該陰極部及該陽極部之 間具有一間距。
34.如權利要求17所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該陰極部具有一篩網結構。
35.如權利要求17所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該陰極部與該陽極部分 別具有一有效反應面積，且該陰極部的該有效反應面積與該陽極部的該有效反應面積的比 值介於4. 5比1至10比1之間。
36.如權利要求17所述的水體自發電電解還原模組模塊，其中該陰極部為一陰極板， 該陽極部為一陽極柱。
全文摘要
本發明公開一種水體自發電電解還原模塊，應用於含有氧化性物質的水體，此水體自發電電解還原模塊包括一中空管、一自發電單元及一電解單元，自發電單元配置於中空管內，且自發電單元耦接於電解單元。當水體流通於中空管時，一併帶動自發電單元產生電力並傳送至電解單元，電解單元於接收電力後即對流通至電解單元的水體進行電解作用，使水體中的氧化性物質產生還原反應。
文檔編號C02F1/461GK102115232SQ20101019252
公開日2011年7月6日 申請日期2010年5月27日 優先權日2010年1月4日
發明者劉振邦, 林東源, 梁德明, 胡伯瑜, 褚柏胤, 連文萍, 陳致君 申請人:財團法人工業技術研究院