CN1255107A - 为在水中溶解发生的氧提供延长停留时间的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一台能在水中增加溶解氧的设备(12)。该设备(12)包括接受未处理水的入口(14)。一个有电解槽的槽室(12)联接到入口(14)。一个透明的停留时间管室(22)联接到槽室(12)以便接收含有氧气和氢气的水。停留时间管室(22)是垂直放置的,在槽室(12)的上方选择的垂直长度上该停留管室(22)纵向延伸。这样在静止区能提供足够的水停留时间使其在到达停留时间管室(22)顶部之前能将发生的氧气转变成溶解状态。在停留时间管室(22)的顶部安装有一个出口(28)以便发送含溶解氧高的水。在出口(28)上装有一个排气管道(32)以便把没有溶解的氧气或其他气体排出。最好在电解槽之前有一冷却装置(40)降低水温。冷却水让人乐于饮用,同时也能增加吸收溶解氧的能力。此外,为使人乐于观察,在邻近或在停留时间管室可以安装一照明灯(38)或其他艺术显示装置。

Description

为在水中溶解发生的氧 提供延长停留时间的设备和方法

技术领域

本发明涉及把氧溶解到水中，尤其是涉及把新发生的氧溶解到水中而提供延长停留时间的设备和方法。

发明的背景

使用含有大量溶解氧的水有许多好处。例如，某些研究表明动物，包括小鸡和火鸡，如果它们饮用富氧的水，在消耗相同饲料的情况下，生长体重会更大些。增加水中氧含量并且水也同时进行了净化处理，去除和中和各种生物和化学污染。此外，还指出，通过饮用溶解氧的水，人类能获得很大的健康效益。

众所周知，通过电解可以增加水中氧含量。按照已知技术，在水溶液中安放的阳极和阴极被供给电流，一个直流电压DC连到水中的电极上。当通电时，电荷通过水中，某些水分子分解成其构成成份，形成氢气和氧气。

当前用电解槽生产氧化水的系统不可能达到所期望的富氧水平，其作用也达不到所期望的效率。因此，必须改进工艺系统以便按照改进的效率增加水中溶解的氧含量。

发明概述

按照本发明的原理，提供在水中增加溶解氧含量的设备。该设备包括一个接收未处理水的入口。一个电解槽室联接到该入口。在该电解槽室内是一个电解槽。当给电解槽通电时，电荷在水中通过，使某些水分子分解为氢气和氧气两个组成部分。在电解槽出口，氢气和氧气二者出现在水中。一个垂直放置，纵向延伸的管室联接到电解槽室上。管室的垂直长度可以选择以便使管室中的水有长的停留时间。管室要选择足够的长度使大多数气态氧转变为水中溶解氧。

为停留时间而设置的管室有一开放的沟槽，该沟槽是无限制的，内部无阻碍。此外，在一优选实施例中，室体完全为单一横截面，光滑室壁以便形成层流。无限制的层流区的使用能提供一个平静时间使氧气从气态转变成溶解状态。

附图简要说明

图1是根据本发明一台设备的第一实施例的示意图。

图2是根据本发明原理的另外一种实施例的示意图。

图3是根据本发明原理的一种电解槽的第一实施例。

图4是根据本发明原理的一种电解槽的变换实施例。

本发明详细描述

图1表示在水中增加溶解氧含量的设备10。设备10包括一个电解槽室12，该槽室有一入口14安装在电解槽室12之前。一个入口管道16连接到入口14以便接收沿箭头29流动的水。

一个电源18接在电解槽室12上以便给电解槽提供直流电，在以后将更详细描述。

一个停留时间管室22连接到电解槽室12的出口。停留时间管室22垂直安放，以便提供一个长的通道，通过这个长的通道，水在垂直方向流动。停留时间管室22在电解槽室12上方纵向延伸以便获得选择的垂直长度。

在管室22的顶部有一个带排气管32的出口28。一个输出管道34连接到出口28以流出处理过的水。

在操作过程中，在槽室12中的电解槽由直流电源供电，因而有电流在水30中流过。电流通过引起某些水分子分解为组成水的氢气和氧气。在电解槽出口氢气由大气泡24表示，而氧气由小气泡26表示，它们从电解槽逸出。在此时的氢气24和氧气26主要呈气体状态。氢气泡24一般较大并且更容易从水中分离出来。氧气泡数量很多并且立即在电解槽12的出口建立云雾效应。在这一阶段的氢气和氧气皆呈气体状态，开始在水中上升。此外，如箭头30所示，水通常通过管道在运动。在某些实施例中，水可能是静止不动的，甚至在某些实施例中，气体通过管道上升很慢，气体比水轻些。

由于氧气26通过停留时间管室22上升，氧气将从气体状态转变为溶解状态，这样就大大减少分离的氧气分子。长度l要选择足够长使得多数氧分子在水中变成溶解氧。另一方面，在整个管子长度上氢气分子更容易保持在气体状态并且如气泡24所表示的一直保持在气体状态。

根据本发明的原理，停留时间管室22是一个直的纵向延伸的管子，横截面积不受限制。这样使水通过时形成层流而无障碍。这就提供了一个平静区使氧分子更容易溶解到水中。如果停留时间管室22太短，在大多数氧气溶解到水中之前管室就到头了并且暴露在表面空气里以气体状态逸出而没有变成溶解氧。此外，假如在水中引发涡流，例如有一急转弯90°弯管，或在电解槽之后和足够平静时间之前立刻有其他障碍，之后，氧气倾向于保持在气体状态并且不转变为溶解氧。现有技术装置的缺点在于存在这种障碍，包括在管子、过滤器或其他装置在电解槽12之后的急剧转弯处，发生障碍作用，防止氧气26快速在水中转变为溶解状态。

根据本发明的一个实施例，距离l选择在范围3到6英尺，最好在4英尺。在一个实施例中停留时间管室22的直径在3-4英寸范围内。在另一个实施例中，使用小直径的管。使用这样的管长和直径可以达到每分钟2到6加伦的流量范围，这时可以得到高的溶解氧值。因此，即使在很大流量时，如每分钟6加伦，在停留管室22内部水的停留时间足够长，在这一平静期间所发生的大部分气态氧转变成溶解状态的氧，所以在管室上部排出的水具有相当高的溶解氧百分含量。

正如即将作出的评价，长度l是最佳值，这涉及所期待的流量，也涉及所期待的管直径和其他参数。对很低流率，较短长度l是可以接受的，因为水将有足够的停留时间使得大部分氧气可以转变为溶解氧。另一方面，对于较大流率。将希望长度l长些。本发明所期望的性能是在流动遇到90°弯曲之前或在其他旋涡产生元件之前保持水的一定停留时间，使气态氧能快速溶解变为溶解氧。

出口28有一排气管32能使氢气逸到出口28的顶部。在出口28中维持气体状态的其他气体也将通过排气管32逸出。然而，由于大部分氧气已经转变成溶解状态，它们将保留在水中，将不会经排气管32逸出。这样处理过的水进入输出管道34，从这里向用户提供用水。正如所希望的，一流量传感器36可以监测给用户提供的处理过的水流率。假如水以极高速率流动，流量传感器可以向电源提供反馈以便增加电流，或者相反，假如流量太低或为零，可以减小电流或者如同所希望的那样关掉电源。流量传感器36可以安置在任何所希望的位置，包括在入口16之前，或者其他用户所希望的位置，为了说明能够传感流量和必要时提供反馈而仅仅示意表示。

这样处理过的水30提供给任何期待的用户，可以包括家禽，如小鸡和火鸡。另外也可以通过一输出支管供人饮用。

根据一个实施例，停留时间管室22是清澈透明的，所以人可以很容易地看到管室中的各种气体。一个照明灯38紧靠在管室后面。灯38直接通过正在处理的水30照射，所以操作者可以看到水中的氢气24和氧气26。这样反馈给操作者以便确认大部分气态氧26已在到达出口28之前转变为溶解状态。另外，照明灯38提供视觉刺激并对观察者提供一种艺术享受。不同大小气泡的产生和以不同速度在水中通过，因为水也通过管室移动，产生气泡漂动效应，用眼睛看起来乐于观看。这些情况下提供一明显的优点，供人类饮用。消耗水的人能确认氧事实上是由电解槽产生。另外，还确认所发生的大部分氧转变为溶解状态，而同时在各种气泡产生和穿过系统时观赏各种气泡产生的艺术效果。这种装置的使用不仅作为氧发生器，而且可作为娱乐工艺品非常有益，这在现有技术中是找不到的。此外，本发明完成所希望的结果，不仅能使人得到满足和享受而且确保高质量产品发送出来，能立即反馈给使用者。这对于水的销售具有意义重大的商品利益。在下一个实施例还将描述。

图2表示一个实施例，它更加特别适合于提供人消费和观赏的富氧水。如同图1的设备，一个电解槽室12的一端联接到入口14上，在另一端联接到出口28上。一个排气管道32能将氢气排出。停留时间管室22是透明的并且在后面有一照明灯38。有气泡24和26出现，然而在图上没有表示出来，这样本发明的结构和操作可以更清楚地显示出来。在入口14之前，一个冷却装置40连接在入口管道16上。冷却装置40的目的是把水的温度降低到较低温度水平以便供人们乐于饮用。它还具有大大增加水30保持的溶解氧含量的突出优点，如同其它章节更详细描述。

未处理水如箭头29所示送到输入管道42。未处理的水通过一个过滤器44以保证所有污染成份和不希望的气体被去除掉。过滤器最好是活性炭类型或其它已知的能去除氯气及其他物质的类型。然后水从过滤器44进入传送管道46。从传送管道46再进入冷却装置40，在冷却装置把温度降到适于饮用的较低温度。

冷却装置40可以是当今市场上易于买到的任何类型，这些冷却装置大家都很熟悉。例如，在啤酒输送或其酒饮料输送过程中，在流动生产线上通常装备一冷却装置，包括由冰或其它降温材料围绕着一个热交换器。这样将能把通过的水温降低到所希望的饮用温度而无冰冻。如果需要，也可使用带电机及有一热交换器的冷冻设备。

水从冷却装置40进入输入管道16，入口14并且然后进入槽室12中的电解槽。如同已经描述过的，电解槽产生氢气和氧气。含有溶解氧的水30从出口28进入输出管道34。水从输出管道34发送给消费者供水管48。通常消费者供水管48比停留时间管室22的直径要小，如3/4英寸，1/2英寸或更小。这时大多数氧已进入溶解状态，因此此时管直径可以缩小些。然而，最好采用直径逐渐缩小的渐缩管50以便维持通常的层流并保持大部分的氧在溶解状态。也可以采用一个或更多直径渐缩管50按阶段减小直径。然后处理过的水30被送到一个水龙头52。

龙头52是由使用者手动操作的，从而从系统供出饮用水。水龙头52可以是任何常规类型。例如，可以是通常用于啤酒或其他碳酸饮料的分发的龙头，带有合适的流量阀和杠杆54，这样就能维持气体在溶解状态。这些流量阀在现有技术中是众所周知的，用作碳酸饮料，啤酒及其它液体的分发。使用者或服务人员能很容易地把富氧水灌入杯中或水瓶中。

通常水不是连续不断地从阀52流出。只是在使用者需要时才放出。所以，希望保持水不断地循环使水维持足够的冷以便饮用舒适。按照本发明的一个实施例，一台小水泵56使水再循环，通过再循环管道58进入传送管通46。此后，水进入冷却装置从而在通过电解槽和使氧含量如描述的那样增加之前降到低温。

在水进入电解槽室之前把水降到低温能大大提高水对溶解氧的性能。冷水能够大量吸收包括氧气在内的气体。此外，冷却水能够更快地吸收氧气，比温水维持更高的溶解氧含量。在进入电解槽之前对水进行冷却有如下优点：气体将会更快地吸收到水中，而且水能够比在较高温度时保持更多含量的溶解氧。因此冷却装置40能提供改进的人类饮用水，并且也提供增加溶解氧含量和比无冷却装置时有较大流量的优点。

可以理解，图2装置就是通常在饭店、酒吧或其它场合安设的，能提供含有大量溶解氧的高质量水的设备。用户经常希望看到处理水的发生和氧气溶解到水中。管室22因此要做成美观悦目，灯38要选择悦目类型。当然照明灯38可以是一单独的有色灯。也可是不同颜色按所选择的模式或时间顺序闭合和断开以建立一种艺术显示效果。因此，灯38表示任何数目不同类型的灯以及不同颜色，这样在当氧溶解到水中产生高质量水的同时又提供所希望的艺术观赏效果。

现在参照图1将描述本发明的一个附加益处。如图1所示，一个可拆卸的连接盘60安装在电解槽12的底部。另外，一个可拆卸的连接盘62安装在电解槽的顶部。这些可拆卸的连接盘有重大优点，它们能提供服务和清理电解槽12和停留时间管室22。当需要对电解槽12进行服务时，如清理电极、更换或者处理任何部件时，需要停止操作，水从系统中排出。对连接盘60和62加以旋转即可把电解槽12与系统的其他部分分离。这样电解槽室12即可从系统中卸下进行更换、服务或其他希望做的其它工作。此后，更换具有新电解槽或内部清理过的电解槽的槽室12，再把连接盘60和62重新安装到系统上，从而完成全部操作。连接盘60和62可以是现有技术中任何可以接受的连接器，包括旋转螺纹，不漏水的连接器或其他熟知不漏水连接装置。

图3和图4表示内部有电解槽的电解槽室12。电解槽包括电极20，电极20正确地连接到正负电源上。电极的长度23和数目要根据已知原理加以选择，使得能提供所希望的氧发生量。在优选实施例中，槽室12与停留时间管室22有相同的横截面直径，这样能提供一个一基本平稳的从电解槽到停留时间管室22的层流转移。一般说来，停留时间管室22在电解槽上方立即开始，所以产生的氧气能够开始转变到溶解状态。在一种变换的实施例中，停留时间管室22的直径比电解槽室12大些以便在给定流量下能提供延长的停留时间。

本发明已就几种实施例进行了描述和表示。可以理解，为了实现本发明的目标和目的，也可用等效结构来代替，本发明如同附带的权利要求那样宽广并且不限于本文描述的特定实施例。

Claims (32)

1.一台增加在水中溶解氧含量的设备，包括：

一个未处理水入口；

一个连接到入口，内部安装电解槽的电解槽室；

一个连接到电解槽室的停留时间管室，停留时间管室垂直取向并纵向延伸以便在电解槽室上方有选择的垂直长度；以及

一个出口，在停留时间管室上方，以便发送处理过的水。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征为，停留时间管室是一竖直管，一般横截面与电解槽室横截面积相同，以确保水从电解槽室流向停留时间管室呈层流。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征为，上述停留时间管室是直的，纵向延伸管，其具有无阻碍、不变的横截面积，这样水通过时呈层流而无障碍。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征为，在电解槽室上方的上述停留时间管室垂直长度的选择要保证在电解槽室出口出现的大部分气体氧在到达停留时间管室顶部出口之前转变成溶解氧。

5.根据权利要求4所述的设备，另外还包括：

安放在电解槽室前面的一个可拆卸的第一连接盘和一个安放在电解槽室之后的可拆卸第二连接盘，以便可以把电解槽室从入口卸下和从上述停留时间管室卸下，以便对电解槽室进行维修服务。

6.根据权利要求1所述的设备，另外还包括一台水冷却装置，其安置在上述入口之前，用来降低水温。

7.根据权利要求1所述的设备，此外还包括：

连接到上述出口的一条输出管道用于送出处理过的水；

连接到上述输出管道上的一只送水阀，用于从所述输出管道排出处理过的水和

一条再循环管道，从上述输出管道连接到上述入口，用于使上述处理过的水通过上述电解槽室和上述停留时间管室再循环。

8.根据权利要求7所述的设备，此外还包括一台安置在上述循环管道上的水泵，用于使上述水再循环流动。

9.根据权利要求7所述的设备，此外还包括安置在输出管道中的一个横截面逐渐缩小的部件并使横截面从大的横截面积逐渐地减小到输出管道中的较小横截面积。

10.增加水中溶解氧含量的方法，包括：

将未处理的水通入电解槽，在此从水中发生氢气和氧气；

处理过的水从电解槽出来，紧靠着上述电解槽的排出方向上的上述处理过的水包含气态氢气和氧气；

把处理过的水传送到上述电解槽室上方竖直取向的停留时间管室中渡过一个选择的停留时间期，上述停留时间的选择要使大部分气态氧转变为处理过的水中的溶解氧，从而增加水中溶解氧含量。

11.根据权利要求10所述的设备，另外还包括如下阶段：

在把未处理的水送到电解槽之前使水冷却，降低水温，以便提高水维持溶解氧的能力。

12.根据权利要求10所述的设备，在传送阶段还包括：

在不受限制的管道中水以层流模式流动，使气态氧转变成溶解氧状态而在流动水中无障碍或无旋涡流动。

13.根据权利要求10所述的设备，另外还包括将处理过的水通过电解槽再循环。

14.根据权利要求10所述的设备，另外还包括减小水流动管道横截面直径，这种直径减小是渐渐减小的，没有突然变化，以便通过的水基本维持在层流状态。

15.在水中增加溶解氧含量的设备，包括：

一个设备入口；

包含一个电解槽的一个电解槽室，连接到设备入口上；和

连接到电解槽室上的一个停留时间管室，停留时间管室按预定高度延伸，它有一个出口，并且停留时间管室是透明的，以便可以观察其中的水。

16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，停留时间管室的高度是基于目标溶解氧含量来确定的。

17.根据权利要求15所述的设备，此外，还包括连接到电解槽室的第一和第二连接部件。

18.根据权利要求15所述的设备，另外，还包括连接到设备入口的水冷却装置。

19.根据权利要求15所述的设备，还包括：

连接到停留时间管室出口的一个输出管道；

连接到水龙头的送水阀；和

在输出管道和送水阀之间的再循环管线。

20.根据权利要求19所述的设备，还包括安装在再循环管线中的一台水泵。

21.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述输出管道还包括一个缩减部件。

22.根据权利要求19所述的设备，还包括靠近停留时间管室安装的多盏灯，把停留时间管室照亮，从而可以观察到停留时间管室中的水。

23.在水中增加溶解氧含量的方法，包括如下步骤：

使水通过电解槽；

使水从电解槽流过一个透明的竖直管室；

靠近透明竖直管室安装多个照明灯。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括确保水从电解槽进入清洁透明的竖直管室呈层流。

25.根据权利要求23所述的方法，还包括降低水温的阶段。

26.根据权利要求23所述的方法，还包括使水通过电解槽再循环的阶段。

27.根据权利要求23所述的方法，还包括从透明、竖直管室中送出水的阶段。

28.在水中增加溶解氧含量的设备，包括：

一个接收水的设备入口；

一电解槽，连接到设备入口，用于从水中分解氧气；

一个停留时间管室，连接到电解槽上，用于使释放出的氧气变为溶解氧提供一平静的时期，停留时间管室要有预先确定的高度，有一个出口，并且相当透明以便能观察到释放的氧气；以及

靠近停留时间管室安装的多盏灯用于照亮所释放出来的氧气。

29.根据权利要求28所述的设备，还包括连接到电解槽的第一和第二连接部件，使电解槽能够从设备上拆卸下来。

30.根据权利要求28所述的设备，其特征在于，停留时间管室还包括能确保从电解槽到停留时间管室的水呈层流的一横截面积。

31.根据权利要求28所述的设备，还包括连接到停留时间管室的一个出口阀，用于把水从设备中送出。

32.根据权利要求28所述的设备，还包括一条再循环管线和一台再循环泵，使水通过电解槽再循环。

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