CN104058544B - 小分子富氢水的制备方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种小分子富氢水的制备方法及其制备设备，氢气与饮用水进行初步均衡混合后形成初级气水混合液；进入离心泵中完成二次混合，使二次混合后的气水混合液通过高精度电自动冲洗过滤器及莲蓬式控制器喷口，使气水混合液形成高速有序线性运动,并互相碰撞完成第三次混合，三次混合后的气水混合液从小分子水制备器中流过，得到小分子水，将小分子水输送到反冲激气泡释放器通过反冲激气泡释放器制造出气泡直径200纳米至4微米的微纳米气泡，形成含微纳米氢气的气泡液，将微纳米氢气气泡液送入贮存容器底部,把微纳米气泡中的氢气溶解到小分子水中制备出小分子富氢水，本发明的小分子富氢水制备技术将为人类提供全新高度的健康生活。

Description

小分子富氢水的制备方法及设备

技术领域

本发明属于饮用水的制备领域，具体涉及一种小分子富氢水的制备方法及设备。

背景技术

富氢水由于其保健功能而被人们广泛应用，但现有的富氢饮用水制备方法普遍效率低，常规气泡的粒径在1--8mm以上,上升速度为450mm--1200mm/s,气泡在上升过程中仅有少量的气体溶解在水中,最终75％以上的气泡浮上水面破裂后还原到大气中。人为制造的气泡无论采用何种方法均需消耗能量或如化学物质,因此用常规气泡曝气的方法制备富氢水的效率是很低的。

发明内容

本发明旨在针对现有技术中的不足，提供一种制备效率高的小分子富氢水的制备方法及设备。

本发明的技术方案如下：一种小分子富氢水的制备方法，包括以下步骤：

1.1、由氢气与饮用水按质量比3-8％进行初步均衡混合后形成初级气水混合液；

1.2、使初级气水混合液进入离心泵中，形成0.35--0.65MPa压力的二次气水混合液；

1.3、使二次气水混合后的气水混合液通过高精度电自动冲洗过滤器及莲蓬式控制器喷口，使气水混合液形成高速有序线性运动,并互相碰撞完成第三次混合；

1.4、使三次混合后的气水混合液从小分子水制备器中流过，垂直切割磁力线，使水分子束破碎到0.5—1.5纳米，得到小分子水；

1.5、将小分子水输送到反冲激气泡释放器通过反冲激气泡释放器制造出气泡直径200纳米至4微米的微纳米气泡，形成含微纳米氢气的气泡液；

1.6、将微纳米氢气气泡液送入贮存容器底部,把微纳米气泡中的氢气溶解到小分子水中制备出小分子富氢水；

由氧气与饮用水按质量比3-8％进行初步均衡混合后形成初级氧气与水混合液,则本方法制备岀来的是小分子富氧水。

本发明采用的一种小分子富氢水的制备设备，包括饮用水容器、氢气罐和气水混合均衡器，饮用水容器出口与气水混合均衡器相连，氢气罐通过氢气减压阀与气水混合均衡器相连；

气水混合均衡器出口与离心泵相连，离心泵出口通过高精度电自动冲洗过滤器进入莲蓬式控制器与高密度气水混合罐入口相连，高密度气水混合罐出口设有小分子水输送管，小分子水输送管四周设置有小分子水制备器；

小分子水输送管出口与贮存容器相连，小分子富氢水不锈钢贮存容器下部入口内设有反冲激气泡释放器。

所述的气水混合均衡器，有一稳压筒,在稳压筒上方是稳压筒上盖,稳压筒上盖与稳压筒用连接法兰连接并密封,在稳压筒的右下方设有进水口,进水口伸入稳压筒的中心部位向上90度连通装料管,在装料管的上下端有多孔网板,装料管内装有多孔陶瓷料,在进水口的上部开通一管道与稳压筒外设有的负压自吸气装置连接,在负压自吸气装置的右端连通有高压水入口,在负压自吸气装置的上方有气体入口,在稳压筒内有气水混合液，在稳压筒的左下方设有气水混合液岀口。

所述高精度电自动冲洗过滤器包括下盖、过滤器筒体、过滤桶、筒型毛刷、过滤器进口、联轴套筒、电动机、减速器、上盖进水段和岀水口,在过滤器筒体的两端有连接法兰、底部连接下盖、上部连接上盖进水段、内部装有过滤桶和筒型毛刷,筒型毛刷的上下端分别***上盖进水段和下盖的凹槽内,用密封胶圈密封，筒型毛刷的毛刷外径大于过滤桶的内径3至5毫米,自定位筒形毛刷在过滤桶的内径内并形成刷洗按压力，在上盖进水段的上部装有电动机和减速器,电动机和减速器通过联轴套筒和万向联轴节轴销把旋转扭矩传递给筒型毛刷。

所述减速器与筒型毛刷是通过万向联轴节传动的。

所述过滤器筒体的过滤器进口处设置有进口压力传感器。

所述过滤桶的目数通过更换可提高过滤精度或提高过滤流量。

所述过滤器筒体的岀水口处设置有岀口压力传感器。

所述过滤器筒体底部与下盖、上部与上盖进水段均用密封胶圈密封,用螺栓螺母紧固。

所述的高密度气水混合罐，包括直立设置的封闭筒体，封闭筒体的下部设置有混合液出水口，在所述封闭筒体的上部设置有伸入其内部输送压力水的进水管和输送压力气体的进气管；所述进水管的出水端固定连接出口向上的莲蓬式控制器喷口，所述进气管的出气端连通进水管；于所述封闭筒体内、莲蓬式控制器喷口的上方设置有弧面形的罩体，所述莲蓬式控制器喷口喷出的水撞击罩体后下落至封闭筒体中。

所述罩体与莲蓬式控制器喷口相对的面为粗糙表面。

所述罩体为半球形。

所述罩体由陶瓷制成。

所述封闭筒体上设置有液位计。

所述反冲激气泡释放器，包括管体、设置于管体内与管体密封配合的导流锥以及与导流锥固定连接的反向导流锥，所述导流锥具有加速口，所述反向导流锥具有一激发腔，所述激发腔的下部为V形，上部平滑收缩过渡形成一横截面积较小的开口，该开口的横截面积大于导流锥的加速口；所述反向导流锥的开口处沿管体径向向外延伸形成一具有第一锯齿状凸起的导流面，所述导流锥上与导流面相对的端面上设置有第二锯齿状凸起，所述第一锯齿状凸起和第二锯齿状凸起构成锯齿形剪切通道。

所述第一锯齿状凸起与第二锯齿状凸起交错设置。

所述管体与导流锥的配合面用滚压形式紧固。

所述管体与导流锥的配合面之间设置有O型密封圈。

所述反向导流锥通过连接臂与导流锥固定连接。

本发明仅使用一台电动机，完成：提高液体压力、吸气、送气、三次压缩、四次提速、四次搅拌、一次过滤、强磁场制备小分子团水、富氢水制备等十七项工作，制成简约的机电一体机，本发明采用高速运动的水柱通过近距离的固定孔环,促使两者之间的气体产生负压,使用压差原理把气体吸入并送进一个负压容器中,在该容器中把气体与水进行均衡混合而形成均衡的气水混合液,为泵不易产生气蚀奠定基础，本发明的小分子富氢水制备技术将为人类提供全新高度的健康生活。

附图说明

图1是本发明的制备方法工艺流程方框图；

图2是本发明的制备设备示意图；

图3是本发明的气水混合均衡器的结构示意图；

图4是本发明的高精度电自动冲洗过滤器的结构示意图；

图5是本发明的高密度气水混合罐的结构示意图；

图6是本发明的反冲激气泡释放器的结构示意图；

图中：1、饮用水容器，2、洁净水输送管，3、氢气输送管，4、洁净水流量计，5、气水混合均衡器，6、不锈钢离心泵，7、高精度电自动冲洗过滤器，8、莲蓬式控制器,9、高密度气水混合罐，10、小分子水制备器，11、小分子水输送管,12、反冲激气泡释放器，13、贮存容器，14、氢气减压阀，15、食品级带压氢气罐，16、氢气流量计，17、至装灌机或用户小分子富氢水输送管，18、进水口,19、高压水入口,20、负压自吸气装置,21、气体入口,22,稳压筒,23、装料管,24、多孔陶瓷料,25、多孔网板,连接法兰,26、稳压筒上盖,27、气水混合液,28、气水混合液岀口，29、下盖,30、过滤器筒体,31、过滤桶,32、筒型毛刷,33、过水排孔,34、万向联轴节轴销,35、过滤器进口,36、密封胶圈,37、联轴套筒,38、电动机,39、减速器,40、进口压力传感器,41、上盖进水段,42、螺栓螺母,43、连接法兰,44、岀水口,45、岀口压力传感器，46、筒体，47、混合液成品，48、混合液出水口，49、液位计，50、进气管，51、莲蓬式控制器喷口，52、罩体，53、进水管，54、管体、55、导流锥，56、加速口，57、反向导流锥，58、锯齿形剪切通道，59、激发腔。

具体实施方式

下面结合附图1-2及具体实施方式对本发明所述的小分子富氢水的制备***按工艺流程进一步说明：

先从不锈钢饮用水容器1中抽取合格的饮用水,进入***中的气水混合均衡器5中。

同时食品级带压氢气罐15中的高压氢气经过氢气减压阀14,再经过氢气流量计16把合格的食品级氢气送入***中的气水混合均衡器5中。

饮用水与氢气在气水混合均衡器5中,由于气的质量小于液体、气的磨擦系数也小于液体,因此在多孔陶瓷料中气的运动速度快于液体,这一物理差别促使气与液在进入多孔陶瓷中的初期运动会形成互相磨擦、搓揉运动并溶合生成初级均衡混合液。

均衡混合后的气水混合液进入不锈钢离心泵6中。使气水混合液在高速旋转的泵叶轮中产生离心力,再由渐开线式泵体收集转化为压力,压力从负压逐渐提高到制备***所需的0.35--0.65MPa的压力。并完成二次混合。

带有压力能的气水混合液通过高精度电自动冲洗过滤器7过滤后,从顶部输送进入莲蓬式控制器8中,使气水混合液形成高速有序线性向上交叉运动,并互相碰撞完成第三次混合。在高密度气水混合罐9的筒体46内贮存。

在高密度气水混合罐9出口，小分子水输送管11外设置有小分子水制备器10，气水混合液从小分子水制备器10中高速从强磁场中垂直切割磁力线，使水分子束破碎到0.5-1.5纳米，得到小分子水,且为负电位，弱碱性。同时具有杀菌、灭藻、除毒，可直接生饮。小分子水制备器10选择现有的金科沃特高磁化自来水器或紫光吉美的津源高磁化小分子水器。

经过三次混合和制成小分子水的气水混合液,由小分子水输送管11输送进入装置在小分子富氢水不锈钢贮存容器13的底部的反冲激气泡释放器12中，气水混合液在反冲激气泡释放器12中的初速达到35-45米/秒,逐渐提高至60-75米/秒,当进入到释放器的环状剪切窄缝中时流速达到120-150米/秒,形成高速动能，并且混合液在环形剪切窄缝中受到剪切，到达出口部位时空间突然扩大,窄缝出口喷出时的高速动能被突然释放,产生***的效果,从而制造出气泡直径200纳米至4微米的微纳米气泡,形成含微纳米氢气的气泡液。

当装在小分子富氢水不锈钢贮存容器13底部的反冲激气泡释放器12中产生岀微纳米氢气的气泡液后，微纳米氢气的气泡液便在贮存容器中把微纳米气泡中的氢气溶解到小分子水中,制备出小分子富氢水。

最后，至装灌机或用户小分子富氢水输送管。

当氢气微纳米气泡形成并释放在水体中时，微纳米气泡不再受简单的浮力支配，气液界面变得粘稠，使微纳米气泡的上升和移动如同在浆糊中缓慢，其上升速度是毫米级气泡的1/100-1/200。由于微纳米气泡自身具有高内压、高表面能、高界面活性等特性，约90％的微纳米气泡在上升过程中覆灭，会在纳米气泡周围极微小空间范围产生1900—5200K的高温和大于50Mpa的局部高压，在分子级层面产生的高温和高压对于氢气分子的溶解性将成倍提高，与大多数气体不同的是，氢气的溶解度随温度增加而增大，并且溶解度与压力成正比。根据气体扩散定律，气体在液体中的扩散速度和该气体相对分子质量的平方根成反比，氢气在液体和人体组织中的扩散速度是氮气的3.74倍，氦气的1.41倍。

本发明的小分子富氢水制备技术创造发明了近年来先进的节能环保技术和小分子富氢水制备技术的完美结合产品，将为人类提供全新高度的健康生活。

在本***中：

1、小分子水(H₂O)n的分子值，n值为3-6，其运动速度快，具有极强的渗透力、扩散力、溶解力、代谢力，更容易通过细胞内外水的交换，清除自由基、有害酸性代谢物和各种废物，促进细胞的生长发育，保持细胞的生命活力。小分子束￠<1nm，且为负电位，弱碱性，其半幅宽度＜90赫兹，¹⁷O核磁共振(NMR)半高度比普通水降低一半以上，其波动率为299000高斯/秒，波动率与肌体细胞相近。其制备方法包括：利用气水混合流体快速穿过永磁强磁场，使流体垂直切割磁力线，得到小分子团水。

2、富氢水

2-1、比热大，传热性能好，由于氢气在相同的压力条件下导热率是空气的7倍，氮气的13.6倍，氦气的2.72倍，因此富氢水的导热率是所有气体溶液中最大的，即在相同条件下传音速度大于不含氢气的水。

2-2、扩散速度快，根据气体扩散定律，气体在液体中的扩散速度和该气体相对分子质量的平方根成反比。氢气是分子质量最小的元素，氢在液体和人体组织中扩散速度为氮气的3.74倍，氦气的1.41倍，因此富氢水的扩散速度比不含氢气的水能够更快地渗入人体组织，进入细胞离子通道；

2-3、在标准状态下，空气的传音速度是331米/秒，氦气的传音速度是972米/秒，氢气的传音速度是1286米/秒，因此富氢水在相同条件下传音速度大于不含氢气的水。

3、在标准环境下氢溶解浓度＞2.5ppm以上。

4、标准状态下，溶解氧浓度＜2.0ppm以下。

5、标准状态下，氧化还原电位ORP值为-500—-800mv之间。

6、标准状态下，其高稳定性表现在保存方式仅需比较成熟的铝制易拉罐包装或内衬铝箔的利乐枕包装，可在常温常压下长期保存等特点，在产品的标注质保期内氧化还原电位ORP值上升幅度＜5％。

7、标准状态下需要获得规模化的具有高活性、高渗透性、高溶解度、高稳定性、高还原性的“小分子富氢水”。其应用范围不论是作为一种健康饮料还是其他生物、工业用途均能满足。

8、本发明技术方案所述的小分子富氢水的制造方法，采用电能、机械能、磁力能转化为气和水的压力、剪切力，从而实现能量的转化，诱导气液双相相互融合、能量传动并逐级提升，最终实现分子层面的物理学改变，带来如下预料不到的技术效果：

8-1、氢气罐中的氢气减压后进入气水均衡器,同时高位容器中的水在自然压力下自流进入混合均衡器,在均衡器内使气水均衡混合,克服泵产生气蚀的难题；

8-2、气水混合均衡器中的气水混合液在负压下进入离心泵,由于液体和气体在叶轮中作高速旋转,气与水被强有力地进行二次搅拌混合；

8-3、气水混合液被带压送入气水混合罐的内置喷咀中,形成高速线状水并相互交错、碰撞、强制液体和气体进行三次混合；

8-4、在释放器的激发腔中气与水得到第四次高速搅拌激发出更高密度的气水混合液,再进入释放器的环状剪切窄缝中,在窄缝中的流速达到120-150米/秒形成高速动能，形成第五次高速搅拌；

8-5、高速动能到达窄缝出口部位时空间突然扩大,能量被突然释放产生***,创造出气泡直径200纳米至4微米的微纳米氢气微纳米气泡，使用微纳米气泡曝气,在水中把84-90％的氢气气体溶入水中,达到往水中高效率曝气把氢气溶入水中的目的；

8-6、由于氢气纳米气泡在水中上升速度极慢4-12mm/秒，因此上升过程中84-90％的氢气微纳米气泡溶解于水中，由于微纳米气泡的溃灭式溶解，同时伴有高温和高压的产生，因此在氢气微纳米气泡溶解于水这一过程中溶解氧被驱赶并最终以气态方式散逸，氧溶解度DO值持续减低，从水体与氢气混流形成微纳米气泡至乳白色气泡消失整个过程约10分钟，氢溶解度由0上升至2.5ppm以上，氧溶解度由5-7ppm迅速下降至2.5ppm以下，氧化还原电位(ORP值)由+500mv至+700mv之间迅速下降至-500mv至-800mv之间；

8-7、气水混合液从强磁场中以60至65米/秒的流速快速、垂直穿过切割磁力线,使水分子束被破碎到0.5—1.5纳米,获得小分子水。由于小分子水具有超强的活性和溶解性，对于已经成微纳米态的氢气分子具有更强的包容性，在分子层面形成非常稳定的互溶性和相互渗透性。制造富氢水的效率是常规曝气方法的几百倍以上。有突出的节能环保性和高效性，此发明实现了以下突破：

众所周知，人体是由细胞所组成的，人的疾病最终都可以归结为细胞受损，人的衰老也是由于细胞老化或坏死所造成的；造成细胞病态或者老化的主要元凶就是过剩的“氧自由基”。

氧自由基是怎么产生的呢？氧气通过人的呼吸进入到体内，由血液中的红血球运输到各个细胞中。其中有2％会成为燃烧残留物，就是“活性氧”。因为食品添加剂、含氯气的饮料水等原因，肠内微生物菌群失调，引起肠胃内异常发酵，此时，活性氧会大量产生。

氢气是一种无色，无味，无毒，和无嗅的气体。氢气的独特性质，决定了氢气在生物上具有许多优点。一个比较明显的特点就是强大的穿透性，可以非常容易地进入细胞内的任何部位。这奠定了氢气可以用于治疗疾病的一个重要特征。

氢的主要功效为：抗氧化,选择性地中和羟基自由基，亚硝酸阴离子等。“氢离子与活性氧结合还原成水”排出体外。简单地说“富氢水”就是一种让水中有强还原力的含氢的水，通过其选择性抗氧化还原力“清除体内过剩的活性氧”是一种高效、自然地功能性饮用水。

富氢水的安全性:人体大肠内细菌会产生氢气,说明氢气属于内源性气体,是人体细胞的正常环境。因此氢气具有安全的前提。但是氢很难溶解于水，如果按照摩尔浓度计算，20℃时水溶解101.325kPa纯氢气的浓度为0.92mmoI/L。

如何提升氢气水的浓度及稳定性，才是氢气医学应用上的科研难题。本发明提出的“微纳米气液混合技术”攻克了氢气难溶于水的科学瓶颈和工业化规模性生产的难题。

采用物理的方法制备小分子水并让小分子水均匀包裹氢分子，氢气在形成微纳米级氢气气泡情况下与小分子水在分子级状态下达成非常稳定结合态，这样制备的小分子富氢水具有氢气浓度高，稳定性能好等特点。

负压的产生及自吸气与气水混合均衡器的作用:当高速运动的物体通过近距离的固定物体时,两者之间的空气压力将产生负压,负压自吸气装置充分使用这一物理现象,把气体吸入并送入一个负压容器,在该容器中气体与水进行均衡混合而设计成为气水混合均衡器,混合均衡的液体为防止泵产生气蚀奠定了良好的基础。

常规离心泵的气蚀现象：当液体中有气体混入常规的离心泵进口时,常规泵必然出现气蚀现象,气蚀现象会破坏常规离心泵的正常运行,严重时导致泵形不成离心力或压力,是一般用户常见的难题。

抗气蚀不锈钢离心泵:采用一定比例的气与液并充分混合,用设置低于常规泵的流速进入叶轮入口,保持泵叶轮入口负压的稳定性,从而保持泵叶轮吸入液体的稳定性,克服气蚀现象,叶轮选用耐气蚀不锈钢材质。

泵叶轮高速旋转保持不断产生离心力,泵叶轮中的流速由慢均匀变快,促使气水混合液的压力由负压在泵叶轮中逐渐提高到***所需的压力。

由于泵叶轮的高速旋转,液体在离心力的作用下,向外撞击在泵体上设置的螺旋体渐开线上,在流速与压力快速变化的过程中,气与水被进一步搅拌混合。

蓄能管:当被二次混合的气水混合液以低速进入蓄能管时,在蓄能管中以压力的形式积蓄能量,在本***中蓄能管不但积蓄能量并有缓冲作用,保证***运行稳定。

高密度气水混合罐:当积蓄的压力水从蓄能管的端部再从莲蓬式控制器的喷口喷出时能量被释放,液体以25至35米/秒的流速冲击到罐内壁,形成小粒径的水珠,小粒径的水珠与水柱相比小粒径的水珠与气体接触的比表面积扩大了几千倍,因此第三次混合后取得高密度的气水混合液；

微纳米气泡释放器:当被三次混合的气水混合液以低速进入二次蓄能管时,此能量和压力从蓄能管进入微纳米气泡释放器,在释放器内气水混合液以35至45米/秒的流速冲入激发腔内；

在窄小的激发腔内混合液受到V形壁的阻挡形成混流体,在高速高压的混流体中氢气与水得到第四次高速搅拌激发出更高密度的气水混合液,因为高速高压和混流产生强磨擦作用,在激发腔内的混合液温度增高，第一次温度升高,气体产生彭胀现象，由于气体的急速彭胀促进内压进一步提高。

当第四次高速高压搅拌的更高密度的气水混合液形成后,便以高速高压的形式,以60至75米/秒的流速冲入微纳米气泡释放器的环状剪切窄缝中,在窄缝中的流速达到120～150米/秒,形成高速动能；

高速动能到达出口部位时空间突然扩大,窄缝喷口喷出时的能量被突然释放，为二次释放产生***效果并释放热量，即第二次温度升高,从而创造出气泡直径200纳米至4微米的微纳米气泡。

微纳米气泡释放器工作原理:流体动能定律的应用，气泡是经过水对目标气体切割作用产生的，切割后产生水气混合液体，气泡伴随着切割水溶液在微纳米气泡释放器中加速运动，由于加速***的特点是“进水总量与喷射出水总量相等”，而进水口管径的截面积远远大于出水口径的截面积，所以出水口的水溶液流速将大幅度提高；

流体动能定律计算公式如下：

L₁S₁＝L₂S₂

L₁为进水口水溶液流速，S₁为进水口截面积

L₂为出水口水溶液流速，S₂为出水口截面积

S₁＝πd₁ ²/4 d₁为进水口直径

S₂＝πd₂ ²/4 d₂为出水口直径

则出水口水溶液流速L₂计算式如下：

L₂＝L₁d₁ ²/2d₂ ²

如微纳米气泡释放器中加速***的进水口直径d₁＝G1/2”，

微纳米气泡释放器中加速***的出水口直径d₂＝G1/16”

则L₂＝64L₁，粒子动能E＝1/2mL₂ ²，出口速度提高了64倍，粒子动能将增加4096倍，能级产生了跃迁，这种跃迁能级足以打破任何化学键连接，第一级破氢键，使大分子向小分子转变。

一般进水口流速L₁的选定范围为4—10米/秒，最高为20米/秒，因此出水口流速L₂的增速范围为256—640米/秒，最高出水口流速可以达到1280米/秒。

当气泡流速达到256米/秒以上后，气泡就具有了非常高的动能，这种动能足以在有效传输距离，一般有效传输距离为0.5—0.8米，当气泡流速达到640米/秒甚至更高时，气泡被压缩得更小，气泡拥有的动能将倍增，在水中的有效传输距离将提高到3米以上，进一步提高了气泡对水的作用。

微纳米气泡与几种典型物体运动速度的参考值:

种类	速度
		氢气分子	1768米/秒
步***	700—1000米/秒
		活性氧气泡	256—1280米/秒
喷气式飞机	278米/秒
		高速铁路	83米/秒≈298.8KM/小时

强磁场与小水分子水的制备:在本制备***中设计有高密度的气水混合液从强磁场中快速穿过并垂直切割磁力线的装置,该装置能使水分子束被破碎到0.5-1.5纳米，第二次破氢键，水分子被分解至液态水分子的最小分子态；

随着小分子水(H₂O)n的分子值达最低限，n值为3-6，具有极强的渗透力、扩散力、溶解力、代谢力，且为负电位，弱碱性。

水流动的越快，磁场越强，分子团被粉碎的越小，其运动速度越快，生物活性就越高。同时进行了杀菌、灭藻、除毒，可使合格的自来水直接生饮。

怎样区别小分子团水和普通纯净水：氧17核磁共振分析是鉴别小分子团水的科学方法，另外用户可以自己在家做些小实验，其他一些用来区别小分子团水和普通纯净水/矿泉水等大子团水所做的一些试验和测试方法。

小分子水的制备:利用了气水混合液的固有压力,提高气水混合液的流动速度,因此在不增加能源消耗的基础上获得小水分子水，更显节能环保。

富氢水的制备:在液体中生成的气泡,比重小于水因此必然向上浮,常规气泡的粒径在1--8mm以上,上升速度为450mm--1200mm/s,气泡在上升过程中仅有少量的气体溶解在水中,最终75％以上的气泡浮上水面破裂后还原到大气中。人为制造的气泡无论采用何种方法均需消耗能量或如化学物质,因此这种曝气方法的效率是很低的。

在本制备***中使用微纳米气泡曝气,微纳米气泡在水中的上升速度为4mm-8mm/s,气泡含率达到84-90％。当微纳米气泡生成后，水呈乳白色。

高气泡含率的纳米级气泡曝气与毫米级气泡曝气相比溶气效率提高百倍以上,对比如下:当溶气量一定时,气泡的总表面积与其直径的平方成反比,因此微纳米级气泡的总面积与毫米级气泡相比至少增大了几千倍,而密集度则增大了几万倍；

试验证明微气泡的直径越小,在水中的上升速度越慢,在水中释放溶解气体的能力越强,这可以用界面能理论来解释,当微气泡的总面积呈几何数增加时,则等效于水中气、水两相总届面呈几何数增加,于是在密集的气泡上升过程中,气泡直径越细小其密集度越高,促使微气泡在水中的上升速度越慢、停留时间越长,因此形成的微气泡还未上升到水面，水面呈蒸汽状态，已在水中把84-90％的气体溶入水中,达到往水中高效率曝气的目的；解决问题的方法：

根据亨利定律:在一定的温度和压强下，气体在液体里的溶解度与该气体的平衡压强成正比。也就是说气体在液体中的溶解度随着该气体的分压增大而成比例增大。在本制备***中使用纯净的氢气，在标准状态下，纯净的氢气在液体中的平衡压强达到最优化，使富氢水的制备有了质和量的保证。

本发明采用纯物理的方法把气体溶解入水中，在本制备***中使用微纳米气泡曝气法吸入的气体为氢气时,由于微纳米气泡在上升的过程中的溃灭，约84-90％的氢气气体溶入水中，同时伴有分子层面的高温，第三次升温释放和高压的产生；

当氢气微纳米气泡形成并释放在水体中时，微纳米气泡不再受经典物理学的浮力支配，气液界面变得粘稠，使微纳米气泡的上升和移动如同在浆糊中缓慢，其上升速度是毫米级气泡的1/100-1/200。

由于微纳米气泡自身具有高内压、高表面能、高界面活性等特性，约84％-90％的微纳米气泡在上升过程中溃灭，溃灭的同时会在纳米气泡周围极微小空间范围产生1900-5200KJ的高温和大于50MPa的局部高压，在分子级层面产生的高温和高压对于氢气分子的溶解性将成数十倍提高；

与大多数气体的溶解性不同的是，氢气的溶解度随温度增高而增大，并且溶解度与压力成正比，其它气体，如氧气的溶解度随温度的上升而降低，根据气体扩散定律，气体在液体中的扩散速度和该气体相对分子质量的平方根成反比，氢气在液体和人体组织中的扩散速度是氮气的3.74倍，氦气的1.41倍。

因此在氢气微纳米气泡溶解于水这一过程中溶解氧被驱赶并最终以气态方式散逸，氧溶解度(DO值)持续减低，从水体与氢气混流形成气液混合流体至小分子水形成并最终释放入终端容器形成乳白色微纳米气泡，再到气泡消失整个过程约10分钟，氢溶解度由0上升至2.5ppm以上，氧溶解度由5-7ppm迅速下降至2.5ppm以下；

氧化还原电位ORP值，在新鲜的自来水、山泉水、纯水状态时，ORP值为+500mv至+700mv，氧含量为5至7ppm，说明水质具有良好的氧化性，当氢气微纳米气泡溶解在水中后，ORP值迅速下降至-500mv以下，并伴随溶解氧含量的快速下降，ORP值间接地反映氢气溶解度的上升，直观地表明水质还原性提高，并且氧化还原电位负值越大说明溶解氧越低，反之氧化还原电位正值越大说明氢气溶解度越小；

因此本发明的制备技术方案在生产流程中用物理的方法通过机械能和磁力能两次在水中破氢键使大分子水制备成为小分子活性水，两次用机械能转化为热能和高能物理能使氢气的物理性状达至气态化的极致，形成微纳米气泡而高效率地溶于水中，同时利用氢气与温度的正比关系加速氢的溶解，利用氧气与温度的反比关系加速氧气的去除，使最终成为高还原性富氢水，制造富氢水的效率是常规曝气方法的几百倍以上。

Claims (2)

1.一种小分子富氢水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

    1.1、氢气与饮用水按质量比3-8%通过气水混合均衡器进行初步均衡混合后形成初级气水混合液；

    1.2、使初级气水混合液进入离心泵中二次混合，形成0.35-0.65MPa压力的气水混合液；

    1.3、使二次混合后的气水混合液通过高精度电自动冲洗过滤器及莲蓬式控制器喷口，使二次气水混合液形成高速有序线性运动,并互相碰撞得到第三次气水混合液；

    1.4、使第三次混合后的气水混合液从小分子水制备器中流过，垂直切割磁力线，将水分子束破碎到0.5—1.5纳米，得到小分子水；

    1.5、将小分子水输送到反冲激气泡释放器，通过反冲激气泡释放器制造出气泡直径200纳米至4微米的微纳米气泡，形成含微纳米氢气的气泡液；

1.6、将微纳米氢气的气泡液送入贮存容器底部,把微纳米气泡中的氢气溶解到小分子水中制备出小分子富氢水；

所述反冲激气泡释放器（12），包括管体（54）、设置于管体（54）内与管体（54）密封配合的导流锥（55）以及与导流锥（55）固定连接的反向导流锥（57），所述导流锥（55）具有加速口（56），所述反向导流锥（57）具有一激发腔（59），所述激发腔（59）的下部为V形，上部平滑收缩过渡形成一横截面积较小的开口，该开口的横截面积大于导流锥（55）的加速口（56）；所述反向导流锥（57）的开口处沿管体（54）径向向外延伸形成一具有第一锯齿状凸起的导流面，所述导流锥（55）上与导流面相对的端面上设置有第二锯齿状凸起，所述第一锯齿状凸起和第二锯齿状凸起构成锯齿形剪切通道（58），所述第一锯齿状凸起与第二锯齿状凸起交错设置。

2.根据权利要求1所述的一种小分子富氢水的制备方法，其特征在于，由氧气与饮用水按质量比3-8%进行初步均衡混合后形成初级氧气与水混合液, 则本方法制备出来的是小分子富氧水。

3.一种小分子富氢水的制备设备，其特征在于，包括饮用水容器（1）、氢气罐（15）和气水混合均衡器（5），饮用水容器（1）出口与气水混合均衡器（5）相连，氢气罐（15）通过氢气减压阀(14)与气水混合均衡器（5）相连；气水混合均衡器（5）出口与离心泵（6）相连，离心泵（6）出口通过高精度电自动冲洗过滤器（7）进入莲蓬式控制器（8）与高密度气水混合罐（9）入口相连，高密度气水混合罐（9）出口设有小分子水输送管（11），小分子水输送管（11）四周设置有小分子水制备器（10）；小分子水输送管（11）出口与贮存容器（13）相连，小分子富氢水不锈钢贮存容器（13）下部入口内设有反冲激气泡释放器（12）；

所述反冲激气泡释放器（12），包括管体（54）、设置于管体（54）内与管体（54）密封配合的导流锥（55）以及与导流锥（55）固定连接的反向导流锥（57），所述导流锥（55）具有加速口（56），所述反向导流锥（57）具有一激发腔（59），所述激发腔（59）的下部为V形，上部平滑收缩过渡形成一横截面积较小的开口，该开口的横截面积大于导流锥（55）的加速口（56）；所述反向导流锥（57）的开口处沿管体（54）径向向外延伸形成一具有第一锯齿状凸起的导流面，所述导流锥（55）上与导流面相对的端面上设置有第二锯齿状凸起，所述第一锯齿状凸起和第二锯齿状凸起构成锯齿形剪切通道（58），所述第一锯齿状凸起与第二锯齿状凸起交错设置。

4.根据权利要求3所述的一种小分子富氢水的制备设备，其特征在于，所述的气水混合均衡器（5），有一稳压筒(22),在稳压筒（22）上方是稳压筒上盖(26),稳压筒上盖（26）与稳压筒（5）用连接法兰连接并密封, 在稳压筒（22）的右下方设有进水口(18),进水口（18）伸入稳压筒（22）的中心部位向上90度连通装料管（23）,在装料管（23）的上下端有多孔网板(25),装料管（23）内装有多孔陶瓷料(24),在进水口（18）的上部开通一管道与稳压筒（22）外设有的负压自吸气装置(20)连接, 在负压自吸气装置（20）的右端连通有高压水入口(19),在负压自吸气装置（20）的上方有气体入口(21),在稳压筒（22）内有气水混合液(27)，在稳压筒（22）的左下方设有气水混合液岀口(28)。

5.根据权利要求3所述的一种小分子富氢水的制备设备，其特征在于，所述高精度电自动冲洗过滤器（7）包括下盖（29）、过滤器筒体(30)、过滤桶（31）、筒型毛刷（32）、过滤器进口（35）、联轴套筒（37）、电动机（38）、减速器（39）、上盖进水段（41）和岀水口（44）,在过滤器筒体（30）的两端有连接法兰（43）、底部连接下盖（29）、上部连接上盖进水段（41）、内部装有过滤桶（31）和筒型毛刷（32）,筒型毛刷（32）的上下端分别***上盖进水段（41）和下盖（29）的凹槽内, 用密封胶圈（36）密封，筒型毛刷（32）的毛刷外径大于过滤桶（31）的内径3至5毫米,自定位筒形毛刷（32）在过滤桶（31）的内径内并形成刷洗按压力，在上盖进水段（41）的上部装有电动机（38）和减速器（39）, 电动机（38）和减速器（39）通过联轴套筒（37）和万向联轴节轴销（34）把旋转扭矩传递给筒型毛刷（32）；过滤器筒体（30）的过滤器进口（35）处设置有进口压力传感器（40），过滤器筒体（30）的岀水口（44）处设置有岀口压力传感器（45）。

6.根据权利要求3所述的一种小分子富氢水的制备设备，其特征在于，所述的高密度气水混合罐（9），包括直立设置的封闭筒体（46），封闭筒体（46）的下部设置有混合液出水口（48），在所述封闭筒体（46）的上部设置有伸入其内部输送压力水的进水管（53）和输送压力气体的进气管（50）；所述进水管（53）的出水端固定连接出口向上的莲蓬式控制器喷口（51），所述进气管（50）的出气端连通进水管（53）；于所述封闭筒体（46）内、莲蓬式控制器喷口（51）的上方设置有弧面形的罩体（52），所述莲蓬式控制器喷口（51）喷出的水撞击罩体（52）后下落至封闭筒体（46）中，封闭筒体（46）上设置有液位计（49）。