CN104692500B - 一种提高水活性的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高水活性的装置及方法，装置包括供电电路，控制电路，信号转化电路，反馈显示电路和能量耦合环；信号转化电路将输入直流电转换为一系列交流电信号，且其频率是任意的，或者随机的。产生该信号所需能耗小，信号经过能量耦合环转化后，采用非电接触的方式，将巨大的电势能作用于水体，且无论水体是否流动，均能产生水活性效果。同时由于其扫频性，可保证此装置适用于不同矿物质成分的水。该装置在使用过程中不产生化学污染，不腐蚀管道、设备，不改变管道及设备内水的物理特性，有效提高水活性。

Description

一种提高水活性的装置及方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，更具体地，涉及一种提高水活性的装置及方法。
背景技术
水是一种极性分子，相邻水分子之间存在着氢键。由此水分子能够通过氢键而缔合成水的大缔合体，因此自然界中的水多以多个水分子缔合的形态存在，而且水分子团块越大，水的活性就越低，水就越不好喝，也不易被人体及植物体吸收，这种低活性水长时间存积在胃肠和肾脏中，容易产生腹胀和浮肿的现象。反之，水分子团块越小，活性就越高，水就比较好喝，而且口感圆润、顺滑、微甘甜。具有洁净能力强、溶解力强、渗透力强、排毒能力强、表面张力强等特点。且含氧量高，可抑制微生物及细菌的繁殖。所以有必要耗费能量将这些大分子团块“粉碎”，变成更健康的高活性水。
所谓水的活性化就是指提高水分子能量的过程，若从微观来看，水的活性化是指水分子缔合程度变小的过程，即使水分子缔合体(H2O)n中n变小的过程，n是缔合体中水分子的数目。
水的缔合形态结构不是恒定的，是可变动的，一个水分子中的氢原子与其邻近的水分子中氧原子之间存在着氢键，是水分子之间的缔合键，其键较长，键能较小，容易受外力作用而断裂。因此外加能量(例如热、电、磁等)可以改变水分子的缔合程度，改变水分子的活性。
如果将一定能量传递给水分子团块，可使氢键断裂，导致较大分子团块裂变为较小的水分子团块。小水分子团块较之大水分团块具有更强的渗透力、更高的溶解力和扩散力，以及更强的活性。
常见的增强水活性的方法是磁化和添加高分子材料。
磁场法技术比较成熟，让水流过磁性装置，把磁场加载在水体上，水体经过快速、反复、多次磁力线切割，将水分团块变小。但是通常所用磁性装置为永磁体，装置体积大，传输到水体的信号弱，能量少，效率低；只有在水体流动时才能处理，并且磁场传播距离有限，对水体中的矿物质基本不起作用。
高分子材料通常含有化学成分，来使得水体碱化，活化。化学反应会产生一些意想不到的微量有害物质，有损健康，所以安全性差。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提高水活性，旨在解决现有技术效率低，安全性低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种提高水活性的装置；包括供电电路，控制电路，信号转化电路，反馈显示电路和能量耦合环；供电电路的输入端用于连接交流市电，控制电路的电源输入端连接至所述供电电路的第一输出端，信号转化电路的第一输入端连接至所述供电电路的第二输出端，信号转化电路的第二输入端连接至所述控制电路的输出端；所述反馈显示电路的输入端连接至信号转化电路的输出端，所述反馈显示电路的输出端连接至控制电路的反馈输入端；信号转化电路包括环绕于所述能量耦合环一侧的排线；使用时，所述能量耦合环装配在水体管道外侧，且水体管道与能量耦合环同轴放置；控制电路控制了信号转化电路产生交变电流的频率，供电电路提供的不同电平改变了信号转化电路输出交变电流的幅值，故信号转化电路可以产生频率与幅值随机的交变电流，且该交变电流输出到排线；将缠绕在能量耦合环一侧的排线看作多匝初级线圈，将管道和其中的介质等效为单匝次级线圈，能量耦合环视作铁芯，则可以将他们等效为变压器，当排线中通有交流电流时，能量耦合环中便产生交流磁通，使管道和其中的介质中感应出交变电压；管道内的水和各种粒子都可以导电，所以可以看作导体，故交变电压在管道内感应出跟初级线圈中交变电流同频率，同走势的交变电场；简而言之就是信号转化电路产生的电信号激励能量耦合环产生磁场，磁场作用于充满水体的管道，在管道内形成电场。管道中的交变电场，在安全、高效的情况下将能量传递给水分子团块，使其中大分子团块的氢键断裂，达到降低水分子团块缔合度，提高水活性的目的。同时该能量还可以作用于水体中的其他粒子，使他们的化学键发生变异，不易积聚结垢。
在本发明实施例中，信号转化电路还包括第一开关管Q1，第二开关管Q2和电容C；所述电容C并联在所述排线的两端，所述第一开关管Q1的控制端和所述第二开关管Q2的控制端均连接至所述控制电路的输出端；所述第一开关管Q1的输入端和所述第二开关管Q2的输入端连接至所述供电电路的第二输出端；所述第一开关管Q1的输出端和所述第二开关管Q2的输出端连接至所述排线的输入端；所述排线的输出端接地。
在本发明实施例中，所述控制电路包括第一MCU，随机数发生器和控制信号发生器；所述第一MCU的反馈输入端作为所述信号转化电路的第二输入端与所述反馈显示电路的输出端连接，所述随机数发生器的输出端连接至所述第一MCU的信号输入端，所述第一MCU的输出端连接至所述控制信号发生器的输入端，所述控制信号发生器的输出端作为所述控制电路的输出端与所述信号转化电路的第二输入端连接。
在本发明实施例中，所述反馈显示电路包括信号采样电路，温度检测电路，显示电路和第二MCU；所述信号采样电路输入端连接至所述信号转化电路反馈输出端，所述信号采样电路的输出端连接至所述第二MCU的第一输入端，所述温度检测电路的输入端与所述信号转化电路连接，所述温度检测电路的输出端与所述第二MCU的第二输入端连接，所述第二MCU的第一输出端连接所述显示电路，所述第二MCU的第二输出端连接所述控制电路的第二输入端。
本发明还提供了一种基于上述的装置提高水活性的方法，包括下述步骤：
(1)通过控制电路调节信号转化电路输出信号的频率，并通过供电电路调节信号转化电路输出信号的幅值；使得信号转化电路输出频率随机、幅值大小可调的交变电流；
(2)所述交变电流流经缠绕在能量耦合环上的排线，通过能量耦合环在管道中感应出交变电场；所述交变电场的频率与所述交变电流的频率相同；
(3)所述交变电场的能量作用于所述管道中的水分子团块，使其中大分子团块的氢键断裂，降低了水分子团块缔合度，提高水活性；同时该能量还作用于水体中的其他粒子，使他们的化学键发生变异，不易积聚结垢。
其中，通过反馈显示电路实时监控所述信号转化电路的工作状态，将信号转化电路输出的频率反馈给所述控制电路，调节控制电路的输出信号的频率。
其中，当工作一小时后，水分子缔合体(H2O)n中n数目明显变小，由初始的93降为76，工作数小时后，n维持在40左右；n是缔合体中水分子的数目。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于电场能高效安全地将能量传递给水体，降低水分子团块缔合度，能够取得明显提高水体活性的有益效果。
本发明提供的提高水活性装置将交变电场加载到管道中的水体中，在安全、高效的情况下完成能量传递，使水体中大分子团块的氢键断裂，达到降低水分子团块缔合度，提高水活性的目的。同时该能量还可以作用于水体中的其他粒子，使他们的化学键发生变异，不易积聚结垢。信号转化电路产生一系列频率幅值随机的交变电流信号，从而实现扫频。产生该信号所需能耗小，且信号通过能量耦合环后可激励生成巨大的电势能，作用于任何状态的水体。同时由于其扫频性，可保证此装置适用于不同矿物质成分的水。该装置在使用过程中不产生化学污染，不腐蚀管道、设备，不改变管道及设备内水的物理特性，有效提高水活性，且安全性好、效率高。
附图说明
图1为本发明提供的提高水活性装置的模块结构示意图。
图2为本发明提供的提高水活性装置中信号转化电路的结构示意图。
图3为本发明提供的提高水活性的装置中控制电路的原理框图。
图4为本发明提供的提高水活性的装置中反馈显示电路的原理框图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1为供电电路；2为控制电路；2-1为第一MCU；2-2为随机数发生器；2-3为控制信号发生器；3为信号转化电路；3-1为排线；4为反馈显示电路；4-1为信号采样电路；4-2为温度检测电路；4-3为显示电路；4-4为第二MCU；5为能量耦合环；6为水体管道。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。此外，下面所描述的本发明实施例各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种提高水活性装置。电场调制就是模拟电场处理的外部条件，对比有电场和无电场下水的近区拉曼光谱变化，直接得出电场处理后的效果。电场处理后的水没有水溶物析出，水溶液的化学成分没有改变，电场处理仅改变了水分子间的缔合度。电场处理后水分子间缔合度的细微变化，引起了处理水的溶解度、表面张力、折射率、电导率、粘度等性质的间接细微变化，明显提高了水的活性。
同时，电场不仅可以作用于水分子团块粒子，改变了水分子间的缔合度，还可以作用于水中的矿物质粒子，且无论这些粒子是否运动，其化学键均受到交变电场的洛仑兹力，改变其极性。因而无论水体状态如何，电场都会对其产生作用，改变水体中矿物质粒子化学键，水分子间的缔合度，但是不会改变管道及设备内水的物理特性，提高水的活性的同时安全可靠。
为实现上述目的，按照本发明实施例的一个方面，提供了一种提高水活性装置，包括供电电路，控制电路，信号转化电路，反馈显示电路和能量耦合环；供电电路的输入端用于连接交流市电，控制电路的输入端连接至所述供电电路的第一输出端，信号转化电路的第一输入端连接至所述供电电路的第二输出端，信号转化电路的第二输入端连接至所述控制电路的输出端；信号转化电路包括环绕于所述能量耦合环一侧的排线；使用时，能量耦合环装配在水体管道外侧，水体管道与能量耦合环同轴放置。
本发明提供的装置通过供电电路，向控制电路和信号转化电路以及反馈显示电路提供不同电平，使它们正常运作，其中控制电路控制了信号转化电路产生交变电流的频率，供电电路提供的不同电平改变了信号转化电路交变电流的幅值，故信号转化电路可以产生频率与幅值随机的交变电流。反馈显示电路不但可以实时显示装置工作情况，还可以监控信号转化电路是否工作正常，从而自动调节控制电路输出控制信号的幅值与频率，进而保证***的正常运转。能量耦合环可以采用变压器铁芯材料，例如常见的铁氧体环。将缠绕在能量耦合环一侧的排线看作多匝初级线圈，将管道和其中的介质等效为单匝次级线圈，能量耦合环视作铁芯，则可以将他们等效为变压器，根据变压器原理，当初级线圈(排线)中通有交流电流时，铁芯(能量耦合环)中便产生交流磁通，使次级线圈(管道和其中的介质)中感应出跟初级线圈中交变电流同频率，同走势的交变电压。管道内的水和各种粒子都可以导电，所以可以看作导体，故交变电压在管道内感应出交变电场。简而言之就是信号转化电路产生的电信号激励能量耦合环产生磁场，磁场作用于充满水体的管道，在管道内形成电场。
本发明通过提供了一种交变电场；由于电场能改变粒子化学键，能够取得降低粒子结垢；从而可以降低水体中粒子积聚产生的水垢。
本发明实施例提供的装置通过能量耦合环向水体传递电能，不仅可以作用于水分子团块粒子，还可以作用于水中的矿物质粒子，这些粒子无论是否运动，其化学键均受到交变电场的洛仑兹力。因而无论水体是否流动，电场都会对其产生作用，使水体中粒子化学键发生变异，化学键随加载能量的大小发生或大、或小的弯曲，导致外层电子位移；更可使氢键断裂，导致较大分子团块裂变为较小的水分子团块。小水分子团块较之大水分团块具有更强的渗透力、更高的溶解力和扩散力，以及更强的极性和活性。同理，水中的矿物质粒子的化学键发生也会发生变异，使其不易结合在一起，形成水垢，有助于动植物吸收水体中微量元素。
图1示出了本发明实施例提供的提高水活性装置的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
提高水活性装置包括供电电路1，控制电路2，信号转化电路3，反馈显示电路4和能量耦合环5；供电电路1的输入端用于连接交流市电，控制电路2的第一输入端连接至所述供电电路1的第一输出端，信号转化电路3的第一输入端连接至所述供电电路1的第二输出端，信号转化电路3的第二输入端连接至所述控制电路2的输出端，排线3-1的输入端连接至所述信号转化电路3的第一输出端，排线3-1缠绕在能量耦合环5一侧，反馈显示电路4的输入端连接至所述信号转化电路3的第二输出端，反馈显示电路4的输出端连接至所述控制电路2的第二输入端，能量耦合环5装配在水体管道6外侧，所述水体管道6与能量耦合环5同轴放置；能量耦合环5可根据管径大小，由多个能量耦合条装配而成；电信号激励能量耦合环产生磁场，磁场作用于充满水体的管道，在管道内形成电场，电场作用于水体中各种粒子，使较大分子团块裂变为较小的分子团块，达到提高水体活性的目的。
控制电路2的主要功能为调节信号转化电路3输出信号的频率，保证输出信号频率是随机的，或者在某些特定情况下，使信号转化电路3的输出信号频率在某个范围内随机。起到扫频的作用，让装置适用于各种水体。作为本发明的一个实施例，控制电路2可以采用MCU控制器实现，具体实现过程是本领域普通技术人员根据已有的知识很容易实现的。
如图3所示，控制电路2包括第一MCU2-1，随机数发生器2-2，控制信号发生器2-3。第一MCU2-1的反馈输入端即为信号转化电路3的第二输入端，连接至所述反馈显示电路4的输出端，随机数发生器2-2输出端连接至所述第一MCU2-1信号输入端，第一MCU2-1输出端连接至所述控制信号发生器2-3输入端，控制信号发生器2-3输出端即为控制电路2的输出端，连接至所述信号转化电路3的第二输入端。
反馈显示电路4的主要功能为测试信号转化电路3输出信号，以及监控信号转化电路3的工作状态，保证输出信号符合设计要求，***能够正常运作。同时，反馈显示电路4能够将***的工作状态实时显示在液晶屏上，便于工作人员操作。
如图4所示，反馈显示电路4包括信号采样电路4-1，温度检测电路4-2，显示电路4-3，第二MCU4-4。信号采样电路4-1输入端连接至所述信号转化电路3反馈输出端，信号采样电路4-1输出端连接至所述第二MCU4-4第一输入端，温度检测电路4-2输入端连接至所述信号转化电路3开关管Q1，Q2上，温度检测电路4-2输出端连接至所述第二MCU4-4第二输入端，第二MCU4-4第一输出端连接至所述显示电路4-3输入端，第二MCU4-4第二输出端即为反馈显示电路4的输出端，连接至所述控制电路2的第二输入端。
具体的电路优选实施方案如图2所示，信号转化电路3包括第一开关管Q1，第二开关管Q2和电容C和排线3-1；电容C并联到排线3-1两端，Q1和Q2的控制端，连接至所述控制电路2的输出端；Q1和Q2的输入端连接至所述供电电路1的第二输出端；Q1和Q2的输出端，连接至排线3-1的输入端。供电电路1将不同的电平输入Q1和Q2的输入端，控制电路2输出的信号控制Q1，Q2开断，Q1和Q2输出电压作用于电容C和排线3-1，电容C和排线3-1进行阻尼震荡放电，在排线3-1内产生交变电流。
作为本发明的一个实施例，第一开关管可以为P-IGBT管Q1，第二开关管可以为N-IGBT管Q2；Q1和Q2的栅极作为所述开关管的控制端，连接至所述控制电路2的输出端；Q1和Q2的源极连接至所述供电电路1的第二输出端；Q1和Q2的漏极作为输出端，连接至排线3-1的输入端。
作为本发明的另一个实施例，第一开关管还可以为P-MOS管Q1，第二开关管可以为N-MOS管Q2；Q1和Q2的基极作为所述开关管的控制端，连接至所述控制电路2的输出端；Q1和Q2的发射极连接至所述供电电路1的第二输出端；Q1和Q2的集电极作为输出端，连接至排线3-1的输入端。
本发明有以下优点：信号转化电路3将直流电转化为频率及幅值随机的高频交流电，经由能量耦合环5产生交变的磁场，磁场经过水体及管道，转化为交变的电场，作用于水体，使水分子化学键异变，氢键断裂，从而导致水体中较大的分子团块裂变为较小的分子团块，防止水体产生沉淀物和水垢，提高水体活性。频率及强度随机的电场覆盖了不同水质处理的需求，所以适用于各种水体，满足不同用户需求。本装置带有反馈显示电路4，可以实时显示并监控***工作状态，还可以自适应调节工作模式，保证***的正常工作。本装置耗能少，无污染，节能环保。且不论水体是否流动，都可以工作，无间断活化水体。本装置结构简单，易于操作，各模块可分开控制，易于检修。
将本装置安装到室内饮水机出水口，饮水机内为饮用天然矿泉水，可以测得以下数据：
温度：20℃
装置工作一小时后，饮水机内的水分子缔合体(H2O)n中n数目明显变小，由初始的93降为76，工作超过4小时后，n维持在40左右。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高水活性的装置，其特征在于，包括供电电路(1)，控制电路(2)，信号转化电路(3)，反馈显示电路(4)和能量耦合环(5)；
供电电路(1)的输入端用于连接交流市电，控制电路(2)的电源输入端连接至所述供电电路(1)的第一输出端，信号转化电路(3)的第一输入端连接至所述供电电路(1)的第二输出端，信号转化电路(3)的第二输入端连接至所述控制电路(2)的输出端；所述反馈显示电路(4)的输入端连接至信号转化电路(3)的输出端，所述反馈显示电路(4)的输出端连接至控制电路(2)的反馈输入端；
信号转化电路(3)包括环绕于所述能量耦合环(5)一侧的排线(3-1)；
使用时，所述能量耦合环(5)装配在水体管道(6)外侧，且水体管道与能量耦合环(5)同轴放置；
所述控制电路(2)用于控制信号转化电路(3)产生交变电流的频率，供电电路(1)提供的不同电平改变了信号转化电路(3)输出交变电流的幅值，故信号转化电路(3)可以产生频率与幅值随机的交变电流，且该交变电流输出到排线(3-1)；
当排线(3-1)中通有交流电流时，能量耦合环(5)中便产生交流磁通，在管道(6)和其中的介质中感应出交变电压；管道(6)内的水和各种粒子都可以导电，故交变电压在管道(6)内感应出跟排线(3-1)中交变电流同频率、同走势的交变电场；信号转化电路产生的电信号激励能量耦合环产生磁场，磁场作用于充满水体的管道(6)，在管道(6)内形成电场；
管道(6)中的交变电场将能量传递给水分子团块，使其中大分子团块的氢键断裂，降低了水分子团块缔合度，提高水活性；同时该能量还作用于水体中的其他粒子，使其化学键发生变异，不易积聚结垢。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号转化电路(3)还包括第一开关管Q1，第二开关管Q2和电容C；
所述电容C并联在所述排线(3-1)的两端，所述第一开关管Q1的控制端和所述第二开关管Q2的控制端均连接至所述控制电路(2)的输出端；所述第一开关管Q1的输入端和所述第二开关管Q2的输入端连接至所述供电电路(1)的第二输出端；所述第一开关管Q1的输出端和所述第二开关管Q2的输出端连接至所述排线(3-1)的输入端；所述排线(3-1)的输出端接地。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制电路(2)包括第一MCU(2-1)，随机数发生器(2-2)和控制信号发生器(2-3)；
所述第一MCU(2-1)的反馈输入端作为所述信号转化电路(3)的第二输入端与所述反馈显示电路(4)的输出端连接，所述随机数发生器(2-2)的输出端连接至所述第一MCU(2-1)的信号输入端，所述第一MCU(2-1)的输出端连接至所述控制信号发生器(2-3)的输入端，所述控制信号发生器(2-3)的输出端作为所述控制电路(2)的输出端与所述信号转化电路(3)的第二输入端连接。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反馈显示电路(4)包括信号采样电路(4-1)，温度检测电路(4-2)，显示电路(4-3)和第二MCU(4-4)；
所述信号采样电路(4-1)输入端连接至所述信号转化电路(3)反馈输出端，所述信号采样电路(4-1)的输出端连接至所述第二MCU(4-4)第一输入端，所述温度检测电路(4-2)的输入端与所述信号转化电路(3)连接，所述温度检测电路(4-2)的输出端与所述第二MCU(4-4)的第二输入端连接，所述第二MCU(4-4)的第一输出端连接所述显示电路(4-3)，所述第二MCU(4-4)的第二输出端连接所述控制电路(2)的第二输入端。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述的装置提高水活性的方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)通过控制电路调节信号转化电路输出信号的频率，并通过供电电路调节信号转化电路输出信号的幅值；使得信号转化电路输出频率随机、幅值大小可调的交变电流；
(2)所述交变电流流经缠绕在能量耦合环上的排线，通过能量耦合环在管道中感应出交变电场；所述交变电场的频率与所述交变电流的频率相同；
(3)所述交变电场的能量作用于所述管道中的水分子团块，使其中大分子团块的氢键断裂，降低了水分子团块缔合度，提高水活性；同时该能量还作用于水体中的其他粒子，使他们的化学键发生变异，不易积聚结垢。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，通过反馈显示电路实时监控所述信号转化电路的工作状态，将信号转化电路输出的频率反馈给所述控制电路，调节控制电路的输出信号的频率。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当工作一小时后，水分子缔合体(H2O)n中n数目明显变小，由初始的93降为76，工作数小时后，n维持在40；n是缔合体中水分子的数目。
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