CN1379737A

CN1379737A - 生产高浓度电解水的装置

Info

Publication number: CN1379737A
Application number: CN00814271A
Authority: CN
Inventors: 文在德
Original assignee: Ed Ecco Co
Current assignee: Ed Ecco Co
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 2000-01-06
Publication date: 2002-11-13
Also published as: WO2001027037A1; AU3078900A; KR100346824B1; KR20010037187A; JP2003516216A; EP1235751A1

Abstract

本发明提供一种制备高浓度电解水的装置。使用含有钯(Pd)的铂合金制成一对相互面对的电极延长了该电极的寿命。在相互面对的电极上形成狭缝以使得该装置极其有效,由此产生了高浓度电解水,降低了水流速和空间电荷效应。施加矩形波脉冲电源电压能够促进电物化反应和电解。所施加的脉冲电源电压的极性是交替地以抑制电极由于杂质而结垢。通过添加盐至家用水中可得到强碱性水和强酸性水。另外,通过除去隔离膜,可得到中性水和可控制氢离子浓度(pH)。

Description

生产高浓度电解水的装置

技术领域

本发明涉及一种生产强电解水的装置，其是通过安装在水中的隔离膜的相反两侧安装一对相互面对的电极以防止该电极在水中沉积，且通过制成含有钯(Pd)的铂合金(Pt)的相互面对电极，由此大大延长了电极寿命。而且，本发明涉及一种制备强电解水的装置，其是通过在相互面对的电极上形成狭缝或在先已安装的相互面对的电极的内部或外部再安装另外一对相互面对的电极，由此制得具有低电能消耗的高效率的装置，而且降低了水流速和空间电荷效应。而且，本发明涉及一种制备强电解水和功能中性水的装置，其是通过施加预定电压至相互面对电极以有效引起高电压放电和在水中的电解，由此使得高浓度离子和强氧化剂包含在水中。

背景技术

通常地，为了制备电解水，一对相互面对且是由涂布有铂(Pt)的钛(Ti)板制成的在水中电极或平板型铁氧体电极，是平行地安装在安装于中间的隔离膜的相反两侧。然后将一直流(DC)电压加在相互面对的电极之间以在出口通道处制得酸性水和碱性水。然而，在这种情况下，电极寿命是短的且是难于施加十分之几的高电压至电极。那就是说，因为效率是差的，所以难于实现制备含有氧化剂的强酸性水和强碱性水。

以方式制备功能水和电解水是有效的和经济的，因为在水中有效地制得富离子和强氧化剂。即，通过这种方式，在水中分离和制得正离子例如包括Ca⁺⁺，Fe⁺⁺，Mg⁺⁺和Cu⁺⁺的金属矿物离子，或者包括Cl^-、SiO₂ ^-和SiO₃ ^-的负离子，和强氧化剂例如O、O₃、H₂O₂和HclO。而且，通过强氧化作用，包括消毒、去味、脱色等等作用，上述制备电解水方式可广泛地用于各种领域：饮用水处理、食品加工、食品保存和消毒、农产品或生鱼的杀菌处理、工业废水的处理、除去异味的或挥发性有机化合物、替代农用化学药品、在食品制备和加工药品的过程中的消毒、或在医疗领域中净洗和消毒，例如医生的手的消毒和医疗仪器和工具例如手术刀、剪刀、和胃或***、肠内窥镜。

然而，为了用通常装置得到臭氧化水(其中使用电子放电产生臭氧)，将臭氧气体浸没至水中以满足这些各种实际用途，且必须使用扩散器和通风机。由此，它们碰到一些技术问题例如扩散效率极差、臭氧泄漏至生活空间、阻塞***或使***产生噪音、和更高的成本问题。

图1显示了用于制备具有较低浓度的电解水的通常的电解水制备装置。参照图1，提供一水入口通道4、和电解水出口通道6和8。而且，一对相互面对的平板电极1和3是在绝缘壳9中与隔离膜2间隔一定距离。通过水入口通道4供应的自来水当其通过平板电极1和3之间时是通过施加的直流(DC)电压V_dc电解，由此制得酸性水和碱性水而然后通过出口通道6和8排放出。

在上述通常电解水制备装置(I)中，自来水是在施加了如图2中所示的直流电压V_dc的电极板1和3上电解以致于然后产生弱酸性水和弱碱性水。而且，为了在尽可能低的直流电压V_dc下有效地操作电极板1和3，电极之间的距离是设定为极窄的，即为0.01-2毫米。

在通常的电解水制备装置(I)中，超过十分之几的高直流电压是难于施加至电极上，因为缩短了电极寿命，这是从法拉第法则公知的，所以制备电解水的效率较低。而且，即使供应的自来水的量相对降低和施加较高的直流电压，也不沉淀和产生大量离子和氧化剂。另外，沿着电极板1和3之间的狭窄空间流动的大量电流，产生了正比于电流平方的大量热，即，焦耳热由电流引起，由此促进了所产生的强氧化剂的热解，如通式1所示。换句话说，所产生的电解水的氧化剂的浓度不能明显地增长。[通式1]

2O₃→3O₂ ……(1)

……(2)

……(3)

而且，因为铁氧体、纯铂(Pt)或Pt涂布的Ti电极是用作电解水生产装置的电解材料，所以当电极是用在必须施加高直流电流的中等尺寸或大尺寸的电解水生产装置中时，电极寿命是短的。结果，根据上述的电解水生产装置(I)，是难于生产强电解水。

发明的公开

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种通过改进电极的结构和配置、所施加电压和电极材料的类型、负荷和振幅而制备含有大量的离子和强氧化剂的电解水、和功能性中性水的新型装置。

为了达到上述目的，产生强氧化剂的电极，即阳极，是由Pt和Pd的合金制得，其是较少地沉积在水中，由此大大延长了电极寿命。另外，可在具有类似热膨胀系数的金属例如代用白金或铝上形成铁电薄层以延长产生强氧化剂的电极的寿命。而且，可得到用低耗电量操作的所述新型装置而不降低在内电极和电极间距之间所添加的自来水流动。为此，外电极是由平板型电极制成，而内电极是由具有许多狭缝(通过该狭缝漏出水)的平板型电极、或薄条、细丝或网孔型平板型制成。程序控制的矩形脉冲高电压或任何其它相似类型的脉冲高电压是以适宜的负荷施加在电极之间，由此促进了在自来水中氧气放电和电极表面上的电解。另外，脉冲电压是交替地施加至电极上，由此不会由溶解在自来水中的固体杂质引起在电极上结垢，通过这些方法，可在自来水中制得有效的和强的电解水以用于许多应用领域。另外，具有高浓度氧化剂溶解于其中的强酸性水、强碱性水和功能性中性水也可通过添加一含氯的添加剂例如NaCl或KCl等而得到，该种添加剂对于制备强氧化剂HClO是必需的。

为了增长所制得的电解水的量，可并联安装多个本发明的装置。或者，为了增长电解水的动力，可串联安装多个本发明的装置。然而，将略去对它们的详细实施例的说明。

附图的简要说明

图1是通常的电解水生产装置的示意图；

图2是施加至图1中所示的通常的电解水生产装置上的电源的波形图；

图3是根据本发明的一个实施方案的电解水生产装置的示意图；

图4是施加至图3中所示的电解水生产装置上的矩形脉冲电源的波形图；

图5是施加至图3中所示的电解水生产装置上的半波脉冲电源的波形图；

图6是根据本发明的另一个实施方案的电解水生产装置的示意图；

图7是图3中所示的电解水生产装置的脉冲电源产生电路的电路图；

图8是施加至如图6中所示的电解水生产装置上的三脉冲电源的波形；

图9是施加至如图6中所示的电解水生产装置上的程序控制的三脉冲电源的波形；

图10是施加至如图6中所示的电解水生产装置上的程序控制的三脉冲电源的另一个波形；

图11是如图6中所示的电解水生产装置上的程序控制的三脉冲电源产生电路的电路图；

图12是根据本发明的另一个实施方案的电解水生产装置的示意图；

图13是显示从正常的自来水生产的电解水的臭氧浓度的示意图；

图14是显示从溶解有少量盐的自来水生产的电解水的氧化剂浓度的图；

图15是显示从正常的自来水生产的电解水的PH水平的图；

图16是显示从溶解有少量盐的自来水生产的电解水的PH水平的图；

实施本发明的模式

现在将参考附图对本发明的优选实施方案进行描述。

为了解决通常的电解水生产装置(I)的问题，即制备略强的电解水的问题，必须施加高电压至所述相互面对的电极上，通过该电极制得更强的电解水以使大量的电流在它们之间流动。

在本发明的电解水生产装置(II)中，如图3A所示，可使用矩形波脉冲电压V_p(图4)或半波脉冲电压V_pac(图5)。

这样，然而，由于在自来水中包含的大量杂质引起相互面对的电极11和13可严重结垢，以致于电流在几十小时内急剧下降直至后来停止进一步产生电解水。为了解决这个问题，必须交替变更相互面对的电极11和13的施加电压的极性。

换言之，一负电压是施加至阳极13上和一正电压是施加至阴极11上且然后相互交换。此处，必须安装一种装置以一定时间期间(即在几十秒和几十分钟之间)交替变换在两个电极11和13之间施加的电压的极性。同时，电解水排放通道的构造也相互变换。由此，适合于变换的电解水排放通道的装置例如使用电磁阀的自动转换器也是必须的。

在本发明的电解水生产装置(II)中，如图3所示，网孔型的阳极13和阴极11是相对配置在隔离膜12的相反两侧并相互间隔开。此处，两个电极11和13的板面积是制成尽可能的宽，且两个电极11和13之间的间距d是制成尽可能的窄，以致于以尽可能低的电压导致有效的电解。

然而，因为两个电极11和13之间的间距d是短的，它们之间的水流是涡流。由此，围绕两个电极11和13垂直流动的电流是形成涡流流动，这引起所产生的强氧化剂降解，由此降低了电解效率。而且，具有相反极性、且向电极11和13的相反侧移动的离子起着空间电荷的作用且经历空间电荷限制作用，这进一步降低了电解效率。

这些问题可通过下列方法解决：降低在电极之间的水流速和涡流水流，以致于电极11和13之间产生的电解水是如图3所示，利用网孔型或具有狭缝的电极11和13增长水流宽度D及降低电极间距d而经由狭缝排放至更宽的外部。在这种情况下，因为电极间距d可进一步降低，所述装置可被驱动至较高电压和电流状态，由此在水中以更低的耗电量有效地进行氧气放电和电解作用。结果，可大大提高电解效率。

根据针对各种用途所需电解水的浓度和量，可通过降低或扩大离薄膜12的电极间距d而任意地确定电极间距d。

如图3所示，已描述了本发明的电解水生产装置(II)，其是由具有狭缝的平板型电极构成。然而，电解水生产装置的结构可被改进以使得细丝、细丝型或薄条型的圆柱形电极形成阳极13，和网孔、条型或细丝型的同心圆柱形电极形成阴极11。然而，将省略对它们的详细实施方案的解释。

在如图3所示的制备本发明的电解水生产装置(II)中，相比于通常的电解水生产装置(I)的情况，可得到更高浓度的电解水。

然而，如果电极间距d是大大降低，那么电场(V_p/d)是同时增长，其使电流密度即离子浓度增长，所以电极间距起着在电解区域中的空间电荷限制的作用。由此不能实现电解水的有效生产。

换言之，在本发明的电解水生产装置(II)中，如果矩形波脉冲电压V_p是施加至电极11和13上时，通过静电力即库仑力汇集的具有相反极性的电荷、包括通过放电或电解产生的离子或在水中存在的离子的电荷，是聚集在电极11和13周围的空间中。在电极11和13周围的空间中聚集的空间电荷排斥具有相同极性的电荷向在下一个阶段移动，以致于进一步阻碍了电荷的移动，其被称作为空间电荷限制作用，由此降低了电流量。由此，沉淀离子和生产强氧化剂的效率是明显地降低。

为了解决上述问题，根据本发明的一个优选实施方案的电解水生产装置(II)的改进之处是显示在图6中。具体地，在阴极11的外侧再安装一个外阴极21和在阳极13的外侧再安装一个外阳极23。这使得阳极13和隔离膜12之间、阴极11和隔离膜12之间的集中电荷通过静电力(库仑力)是快速地移动至阳极水区域B_ρ和阴极水区域A_ρ(即区域B和A)之外侧。由B侧脉冲电压V_PB和A侧脉冲电压V_PA引起产生静电力，从而大大降低了两电极11和13之间的电荷，这明显降低了所述空间电荷限制作用。由此，利用相同的矩形波脉冲电压V_p，可得到较大的电场(E＝V_p/d)，由此大大改进了沉淀离子和生产强氧化剂的能力和效率。由此，在电极11和13之间的聚集电荷和具有丰富离子和强氧化剂溶解于其中的电解水是容易地朝外阴极21和外阳极23(阴极水区域A和阳极水区域B)之外移动。因此，在通式(1)中定义的热解以及涡流和空间电荷限制作用是明显地缓和，由此更有效地生产了具有大量离子和强氧化剂溶解于其中的电解水。电解水11和13是由网孔、细丝或狭缝型制成和电极间距d狭窄的原因是在电极11和13上有效地发生了氧气放电。换言之，释放容易在尖顶和细丝或狭缝上发生，例如甚至在较低电场下发生。具体地说，如果施加高电压脉冲，则在水中阳极13上通过通式(2)所定义的电解产生氧气分子(O₂)：[通式2]

因为氧气分子为气体状态，所以其介电常数是远小于水的介电常数，即，水与氧气分子的介电常数比是80∶1，电压大部分是施加至氧气分子上以致于氧气分子由于放电分解。由此，产生了如通式(3)中所表示的氧原子(2O)或活化物质例如OH自由基：[通式3]

…(1)

…(2)

氧原子(2O)和OH自由基是相互键联和/或与另一相邻分子键合以制成如通式(4)所定义的强氧化剂例如O₃、HClO、H₂O₂或O：[通式4]

…(1)

…(2)

…(3)

此处，相比于直流(DC)电源，交流(AC)电源或其它类型的电源或脉冲电源可有效地发生气体放电且可经济地产生强氧化剂例如O₃、HClO、H₂O₂或O，它们将在后文被更详细地介绍。

这里，如果电极11和13是由网孔、细丝或薄条型制成，则电极的尺寸例如细丝直径、网孔和薄条的厚度或宽度是由所施加的电压的类型或振幅、所产生的电解水的氧化剂浓度或需要量、电极寿命时间、目的和应用领域、装置的尺寸或价格等等决定。这是因为用作电极材料的Pt族合金例如Pt+Pd是昂贵的。然而，在小型装置的情况下，其电极寿命时间是不必太长，且可经常地替换用坏的电极，其它类型的廉价金属例如不锈钢(SUS)或它们的合金，或者用Pt合金(Pt+Pd)涂布的其它金属可用作电极材料。

而且，隔离膜12在两个区域Aρ和Bρ之间优选具有良好的离子渗透性，且与水相容性差。作为隔离膜12，可使用通常的离子交换树脂膜。也可使用其它的薄膜例如织物、树脂或陶瓷薄膜。

现在将介绍脉冲电源的类型和周期和施加该脉冲电源的装置，已经实验证实，如图4或5中所示的矩形波脉冲电源可用于通常的电解水生产装置(I)。然而，通常电解水生产装置(I)的效率是差的，因为通常的电解水生产装置(I)的相互面对的电极是平板型电极。

参照图6，显示了本发明的改进的电解水生产装置(III)，其是由电解水生产装置(II)制成，又在阴极11和阳极13的外侧分别安装一外阴极21和一外阳极23。而且，可降低对应于阳极13和隔离膜12之间的间距和阴极11和隔离膜12之间的间距之和的电极间距d。或者，电极11和13是制成尖顶型或是制成网孔、细丝或小条型。当如图4或5所示的矩形波脉冲电源是施加于其上时，在电极11和13的表面上形成极高的电场E。由此，水中放电和电解是更有效地产生且可得到大量的电流，由此大大提高了沉淀离子和生产强氧化剂的能力和效率。

换言之，在电极11和13之间的间距d是缩小变窄，且施加如图4或5中所示的矩形波脉冲电源，通过该电源可同时供应比通常的直流电压高几倍的振幅，由此增长了强的和有效的电解。因此，总耗电量平均上变得低于施加直流电源的情况，同时提高了效率。而且，电极11和13可形成尖锐状或可制成小尺寸网孔、细丝或薄条型。然后，如果施加如图4或5所示的矩形波脉冲电源，则产生如通式3和4所定义的更有效的放电和电解，由此进一步改进了电解效率。

在整流电压Pc的情况下，Pc＝V.I.t且为脉冲，且在脉冲电源P_p的情况下，如图4所示，P_p＝V_p.I_p.t_p。此处，t_p＝t_on+t_off，其中t_p是脉冲电压一周期的工作时间，t_on是脉冲电源的工作(on)时间和t_off是脉冲电源的非工作(off)时间。

在整流电压Pc的情况下，工作时间t是固定的且仅仅改变所施加的电压V以致于所施加的电流I同时依赖于该电压。然而，在整流电压P_p的情况下，脉冲电压V_p和脉冲电流I_p是最大设定为约为直流电源的V和I的两倍且脉冲电压的工作时间即t_p是恰当地改变。因此，可实现得到高瞬时电能和根据脉冲电压的工作时间即t_on而容易地改变所施加的电能。因此，可任意地控制所生产的电解水的浓度。

为了产生脉冲电压V_p的有效波形，可使用图7所示的电路。于是，交流(ac)电源是使用低压变压器(LT)转换成适当的电压、通过整流器R整流且然后通过一平滑电容C_f平滑化。直流电压是通过半导体开关电源控制元件例如绝缘子门双极性晶体管(IGBT)或通常的晶体管，经由能够触发该晶体管的触发电路(未示出)的触发在适当的时间段t_p、t_on或t_off内转换成脉冲电压，由此制得了如图4中所示的矩形波脉冲电压V_p。此处，如果除去尺寸大且价格贵的平滑电容C_f，则产生如图5所示的脉冲电压V_pac的波形。电压的这些波形可用作本发明的电解水生产装置(II)的电源。

现回到图6，根据本发明的另一个实施方案的电解水生产装置(III)要求三类脉冲电压V_G、V_PA和V_PB。脉冲电压V_G、V_PA和V_PB具有如图8中所示的波形图。然而，为了得到更有效的高电压放电和电解，是如图7所示交替地施加脉冲电压V_G、V_PA和V_PB至所述装置上。或者，如图10所示，在连续施加电压V_G的同时，通过程序控制交替地施加电压V_PA和V_PB。

图11显示了用于电压V_G、V_PA和V_PB的脉冲电源产生电路的一个实例，其按照与图7中所示的相同原理工作，例外之处是使用单个低压变压器(LT)和串联安装三个脉冲电源产生电路，由此程序控制触发电路(T)以产生如图8、9和10中所示的脉冲电压。

而且，根据本发明，电解水的电源可通过合适地控制触发电路T的信号而可容易地和有效地改变电解水的电源以调整脉冲电源电压的波形的宽度，即波形的负荷比：按照表达式t_p＝t_on+t_off中t_on与t_p的比率。

此处，根据生产电解水的量和浓度可适当地设定施加至内电极11和13的电压V_G和在外电极21和23之间施加的电压V_PA或V_PB和电极11、13、21和23的尺寸和电极距离D和间距d。电压V_G、V_PA和V_PB的振幅通常是在20-1000V的范围内，且根据具体用途可升高或降低。换言之，在高纯度去离子水的情况下，可需要更高的电压。在极小尺寸的装置的情况下，较低电压就可足够了。

虽然图8和10通过举例的方式显示了矩形波脉冲电压，但在实际的半导体电源产生电路中产生的脉冲具有表现出阻尼振荡、指数上升或下降和高于或小于额定值的波形。脉冲的负荷比可根据电极的构造和尺寸以及所生产的电解水的量而优化地变化，实验结果显示，t_on和t_off的有效范围分别是10^-2至10⁴秒和10^-4至10²秒的范围。然而，负荷比的有效范围可根据必要性和用途而变化。

现在将确定电极材料。

通常的电解水生产装置(I)使用含有Pt的铁氧体或电镀有Pt的Ti作为阳极3的材料。由此，当供应大量的电流时，电极材料可在水中沉积以至于然后按照法拉第定律消耗，这导致了阳极3的寿命时间的减少。

这个问题可通过使用Pt合金例如以合适的混合比(优选0.05-30重量％，和更优选0.5-8重量％)制得的Pt和Pd的合金而被克服。这样，相比于在通常的电解水生产装置(I)中施加电压为20V的情况下，即使施加高于100V的电压至所述电解水生产装置上，电极材料的沉积也是明显地降低。因此，可实现延长电极的寿命时间4000小时以上，这是已被实验证实。

因此，在直接产生离子和强氧化剂的阳极13以及外阳极23的情况下，Pt和Pd的合金或涂布有Pt或Pt合金的材料是适于用作电极材料。然而，在制造成本低和寿命不需太长的小型电解水生产装置中，廉价的SUS或任何其它类的金属或合金可用作阳极13和23的材料。这样，阳极13和23必须经常更换。然而，在阴极11和21的情况下，可使用诸如不锈钢之类的材料。

同时，在施加脉冲电压至电极上的情况下，为了降低电极材料由于其沉积而引起的消耗，可将具有极高比介电常数(ε_r)的铁电材料涂布在金属电极上。因为电流是正比于直流电流(I)的部分，所以电极材料的消耗可通过明显降低直流电流(I)的部分而降低。这种效应在其中脉冲电压的负荷比低的较高频率下变得更明显。随着铁电材料的比介电常数是远高于水的介电常数即ε_r＝80时，涂布更薄铁电层的电极和带有扩大表面的电极有效地促进了放电和电解的产生。另外，通过在内/外电极之间部分地或全部地嵌入电绝缘体例如铁电粒料或珠粒而促进电解。

下面，将介绍控制本发明的电解水生产装置的特征和添加剂。

如果本发明的电解水生产装置(III)是通过施加如图8、9或10所示的具有合适振幅的脉冲电源而被驱动。电解水是从在区域B的阳极出口通道18输出，且一些输入水是从在区域A中的阴极出口通道16输出。因此阴极11和阳极13是具有网孔型且水流宽度D是宽于狭窄的电极间距d，所以在内阳极水区域Bρ和内阴极水区域Aρ中产生强磁场(E＝V_G/d)，以致于强的局部放电和电解在阴极11和阳极13上发生。由此，发生强的电物化反应以引起电解，其可通过下列通式5和6表示，由此有效地产生了臭氧(O₃)、氧(O₂)和氧原子(O)和其次产生强氧化剂例如过氧化氢(H₂O₂)。

[通式5]

[通式6]

此处，在水中包含的负离子，例如Cl^-、SiO₂ ^-或SIO₃ ^-，由于库仑力吸引从内阴极水区域Aρ移动至内阳极水区域Bρ。同样地，在水中包含的正离子例如Ca⁺⁺、Fe⁺⁺、Mg⁺⁺和Cu⁺⁺从内阴极水区域Aρ移动至内阳极水区域Bρ。由此，也发生了离子的分离和沉积。

如果将适当电压施加至外阴极21和外阳极23，那么内阴极水区域Aρ移动至内阳极水区域Bρ的离子是分别移出至阴极水区域A至阳极水区域B，然后通过阴极出口通道16和阳极出口通道18排放出。

因此，在阳极出口通道18产生的阳极电解水是丰富含有包括大量O₃和负离子和少量O₂、O或H₂O₂的氧化剂的酸性水，且在阴极出口通道16处产生的阴极电解水是含有大量正矿物离子的碱性水。

包含在所产生电解水中的氧化剂和离子的含量和浓度可通过手工或自动改变所施加脉冲电压V_G、V_PA和V_PB的负荷和/或振幅而被容易地控制。而且，包含在所产生电解水中的离子和氧化剂的含量和浓度可通过适当地改变电极11、13、21和23的尺寸、电极间距d、和水流宽度D和/或输入水流速而被容易地改变。

另外，在含氯或能够产生Cl^-的化学品的水例如自来水、NaCl和/或KCl在输入水中存在的情况下，强氧化剂和离子的浓度可进一步增长，如下通式定义：

[通式7]

…(1)

…(2)

换言之，在水中存在的NaCl和/或KCl其离子键合力变弱，即为在水中的1/80倍。由此，甚至在低压下，NaCl和/或KCl也是容易溶解成Na⁺或K⁺和Cl⁺，以致于Na⁺或K⁺移动至阴极11和21而Cl^-离子移动至阳极13和23，由此大大增长了离子浓度的含量。这样，Cl^-离子是丰富地包含在阳极水区域B和内阳极水区域Bρ中。而且，如通式8所定义，由H₂O电解生产的OH和Cl是相互键合以生成氧化剂例如通式10定义的HClO，由此在阳极水区域B中丰富含有HClO和少量O₂、O₃、H₂O₂或O。

[通式8]

. …(1)

[通式9]

…(2)

如果诸如HClO的强氧化剂是丰富地包含在酸性或碱性水中，消毒能力持续约6小时。然而，如果诸如O₃的强氧化剂是丰富地包含在酸性或碱性水中，消毒能力仅仅持续15分钟或更少。由此，所生成的电解水可广泛地用在符合其用途的各种领域。换言之，含有大量O₃的电解水是主要用作食品的清洗或消毒溶液。而且，含有大量的HClO的电解水是主要用作农用化学品的替代物。

通过水供应通道供应的水可以为自来(家用)水或地下水的形式。然而，根据使用的需要和用途，可使用各种水溶液例如蒸馏水或溶解有反应物的溶液。而且，与水溶液或水混合的诸如NaCl和/或KCl之类的添加剂可根据应用类型、所需的离子浓度或应用条件而不同。实验结果显示，以0.01-1重量％的混合比添加一种添加剂至水溶液或水中是有效的和经济的。

根据通常的电解水生成装置，PH值为4-6的酸性水和PH值为8-10的碱性水分别是在阳极出口通道和阴极出口通道制得。适度碱性法人水主要用于引用水。

最近，已开发了一种高浓度酸性电解水生产装置。根据该装置，由通过在Ti上涂布或电镀Pt而制成的平板型电极制得的阳极和相互面对的两电极是安装在隔离膜即离子交换树脂的相反两侧。而且，将10-20V的直流电压施加至两电极上，由此在高于或等于3V的电压下发生电解，如同在通常的电解水生产装置那样。此处，高于20V的电压可急剧地缩短阳极电极的寿命时间。于是，在阳极出口通道和阴极出口通道处分别产生PH值为2-4和10-12的高浓度离子水。具体地说，用于生产PH值为2-4的酸性水的装置的研究和开发正是针对消毒用途之中。然而，控制所生产的电解水的PH值和强氧化剂的质量是相当困难的。而且，因为强氧化剂主要包括HClO，在各种实际应用中受到限制。

根据本发明的另一个方面，是提供一种生产含有大量氧化剂的功能性中性水以及弱碱性水和弱酸性水的装置，这将在下面介绍。

通常地，用于生产电解水的公知电解装置不能生产PH值为6-8的中性水。换言之，通常的电解水生产装置(I)生产PH值为4-6的电解水，而本发明的电解水生产装置(III)生产PH值为6-8的电解水。

为了解决这个问题，本发明的电解水生产装置(III)可进一步提供一用于使区域A的阴极水(强碱性水)W_A和区域B的阳极水(强酸性水)W_B在阴极出口通道16和阳极出口通道18中混合和中性化的装置(M)。因此，可以实现制得弱碱性和酸性水及PH值为7的中性水，该中性水与从水入口通道4初始输入的水的PH具有相同的水平。

如上所述，在PH值为7的中性水中，仍然包含由放电和电解产生的大量的强氧化剂例如O₃和O₂和少量HClO、H₂O₂和O。虽然随着图15中所示混合进行氧化剂含量稍微有所降低，但是大量的氧化剂仍然保留在中性水中，由此使得中性水消毒能力足够强以致于以0.3ppm及以上的浓度在10秒钟内杀死99.9％的细菌和病毒。由此，功能性中性水可适宜地用在各种领域包括用于家用、商务场所例如餐厅、旅馆、理发店、医院或学校、工业机构或牲畜的消毒水。

这样，用于生产功能性中性水的装置M可仅仅通过在如图6至12中所示的本发明的电解水生产装置(III)或(IV)中安装一混合槽而可被应用。然而，根据需要和使用的目的，可以使用合适的方法和设备。另外，功能性中性水W_C通过任意地控制强碱性水W_A和强酸性水W_B的混合比或者PH值而可制成弱酸性水或弱碱性水。

由此制得的功能性中性水也可通过从本发明的电解水生产装置(II)或(III)中除去隔离膜12、将出口通道16和18结合成一个出口通道而得到。这样，不能得到富含离子的水，但可大大提高电解效率，且可大大改善与隔离膜12相关的其它更严重的问题，即由该隔离膜引起的装置寿命的缩短、膜的阻塞、由于膜的高电阻引起的耗电量增长和成本升高的问题。

因此，本发明的电解水生产装置(II)、(III)和(IV)可极适合地用在各种应用领域和各种用途。而且，考虑到所生产的电解水的特征，是可能得到含有大量矿物的更高浓度的电解水和具有高浓度强氧化剂溶解于其中的水。此处，所述水可包含大量的HClO和少量的H₂O₂、O和O₂或者可以含有大量O₃和少量HClO、H₂O₂、O和O₂。另外，生产的电解水的离子浓度可控制成在强酸性和强碱性水的PH值的范围之内的任意水平，即在2至12之间的任何PH值，甚至为PH7。

此处，在强氧化剂HClO是丰富包含在电解水中的情况下，消毒能力持续时间长，约6小时。然而，在强氧化剂O₃是丰富包含在电解水中的情况下，消毒能力持续时间较短仅仅约15分钟。因此，根据需要，所述电解水可用在各种用途中。工业实用性

如上述，根据本发明的改进的电解水生产装置(III)，当其被用于自来水时，表现出图13中所示的电解特征。如图14所示，如果少量的盐NaCl与所加的自来水混合时，制得氧化剂浓度极高的含氧化剂的水。在两种情况下所见，本发明的电解水生产装置(III)可生产浓度高于由通常的电解水生产装置(I)生产的电解水的浓度3和15倍的电解水。而且，如图16所示，可得到极强的电解水即PH值为2-4的强酸性水W_A和PH值为10-12的强碱性水W_B，以及功能性中性水W_C。

因为由此制得的电解水含有强氧化剂，使用强氧化作用包括消毒、去异味、脱色等等作用，上述制备电解水装置可广泛地用于各种领域：消毒水、饮用水净化、肉和鱼及食品的加工、保存和消毒、农产品的杀菌处理、工业废水的处理、有异味的或挥发性有机化学品的处理、替代农用化学药品、在制备和加工药品和食品的过程中的消毒、或在医疗领域中净洗和消毒，例如医生的手和衣服的消毒，医疗仪器和工具例如手术刀、剪刀、胃和***窥镜，牙科消毒剂和清洗液。

而且，初始引入至所加自来水中的少量添加剂例如KCl和/或NaCl是分解或电解以致于然后通过高压放电除去，可避免由添加剂引发的问题，例如由残留盐引起的损害。

另外，强酸性水W_B可用于杀灭真菌、苔藓、藻类或寄生虫以及杀菌处理。由此，强酸性水W_B可用于替代农用化学品，而不引起其它损害。而且，它可应用于多种用途的更广泛领域：良种繁育中的废水处理、除臭、医疗应用例如牙科消毒剂和清洗体系、胃或***、肠内窥镜消毒体系，或者细菌感染的医院墙壁的消毒。

同时，强碱性水W_A可用于专门的用途，即人或牲畜的饮用水，或专门植物例如水栽法的栽培用水、或灌溉水。强碱性水W_A也可用于控制PH值、用于中和不需要的酸性水、酸性土壤或酸性灌溉水。另外，强碱性水W_A可用于加速种子的发芽和植物幼苗的生长。

在本发明的电解水生产装置(II)或(III)中，如图13和14中所示，在强碱性水W_A中甚至包含少量的氧化剂例如O₃、HClO或H₂O₂，且还更多地适用于多种用途。

Claims

1、一种生产强电解水的装置，其包括：

在一具有水入口和出口通道的绝缘壳中，一对安装在隔离膜的相反两侧的相互平行面对的平板型阳极和阴极，该相互面对的每个电极具有狭缝或者是制成细丝、薄条或网孔型，阳极是由含有钯(Pd)的铂(Pt)合金制成；且

一用于在阳极和阴极之间施加直流(DC)电压或脉冲电源电压的第一装置。

2、如权利要求1所述的生产强电解水的装置，其中相互面对的电极和隔离膜是制成为圆柱形。

3、如权利要求1和2之一所述的生产强电解水的装置，其还包括：

在相互面对的电极之外侧再安装的外电极；和

一用于在该再安装的电极和相互面对的电极之间施加电压的第二装置。

4、如权利要求1、2和3之一所述的生产强电解水的装置，其中所述的第一和第二电压施加装置包括：

用于在阳极和阴极之间施加具有短的电压上升时间的脉冲电压的装置；和

用于交替地施加周期受程序控制的脉冲电压的装置，

5、如权利要求1、2和3之一所述的生产强电解水的装置，其中相互面对的电极是由Pt和Pd的合金制成，或所述相互面对的电极是涂布有该合金。

6、如权利要求1、2和3之一所述的生产强电解水的装置，其中相互面对的电极是部分地或全部地涂布有铁电材料或者铁电材料是部分地或全部地嵌入在相互面对的电极之间和外电极之间。

7、如权利要求1至6之一所述的生产强电解水的装置，其中除去安装在相互面对的电极之间的隔离膜以使得其中含有氧化剂的功能性中性水是排出至水出口通道。

8、如权利要求1至6之一所述的生产强电解水的装置，其包含用于混合排出至水出口通道的强碱性水和强酸性水以制成功能性中性水和控制PH值的装置。