專利名稱：為在水中溶解發(fā)生的氧提供延長停留時間的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把氧溶解到水中，尤其是涉及把新發(fā)生的氧溶解到水中而提供延長停留時間的設(shè)備和方法。
發(fā)明的背景使用含有大量溶解氧的水有許多好處。例如，某些研究表明動物，包括小雞和火雞，如果它們飲用富氧的水，在消耗相同飼料的情況下，生長體重會更大些。增加水中氧含量并且水也同時進行了凈化處理，去除和中和各種生物和化學污染。此外，還指出，通過飲用溶解氧的水，人類能獲得很大的健康效益。
眾所周知，通過電解可以增加水中氧含量。按照已知技術(shù)，在水溶液中安放的陽極和陰極被供給電流，一個直流電壓DC連到水中的電極上。當通電時，電荷通過水中，某些水分子分解成其構(gòu)成成份，形成氫氣和氧氣。
當前用電解槽生產(chǎn)氧化水的系統(tǒng)不可能達到所期望的富氧水平，其作用也達不到所期望的效率。因此，必須改進工藝系統(tǒng)以便按照改進的效率增加水中溶解的氧含量。
發(fā)明概述按照本發(fā)明的原理，提供在水中增加溶解氧含量的設(shè)備。該設(shè)備包括一個接收未處理水的入口。一個電解槽室聯(lián)接到該入口。在該電解槽室內(nèi)是一個電解槽。當給電解槽通電時，電荷在水中通過，使某些水分子分解為氫氣和氧氣兩個組成部分。在電解槽出口，氫氣和氧氣二者出現(xiàn)在水中。一個垂直放置，縱向延伸的管室聯(lián)接到電解槽室上。管室的垂直長度可以選擇以便使管室中的水有長的停留時間。管室要選擇足夠的長度使大多數(shù)氣態(tài)氧轉(zhuǎn)變?yōu)樗腥芙庋酢?br> 為停留時間而設(shè)置的管室有一開放的溝槽，該溝槽是無限制的，內(nèi)部無阻礙。此外，在一優(yōu)選實施例中，室體完全為單一橫截面，光滑室壁以便形成層流。無限制的層流區(qū)的使用能提供一個平靜時間使氧氣從氣態(tài)轉(zhuǎn)變成溶解狀態(tài)。
附圖簡要說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明一臺設(shè)備的第一實施例的示意圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明原理的另外一種實施例的示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明原理的一種電解槽的第一實施例。
圖4是根據(jù)本發(fā)明原理的一種電解槽的變換實施例。
本發(fā)明詳細描述圖1表示在水中增加溶解氧含量的設(shè)備10。設(shè)備10包括一個電解槽室12，該槽室有一入口14安裝在電解槽室12之前。一個入口管道16連接到入口14以便接收沿箭頭29流動的水。
一個電源18接在電解槽室12上以便給電解槽提供直流電，在以后將更詳細描述。
一個停留時間管室22連接到電解槽室12的出口。停留時間管室22垂直安放，以便提供一個長的通道，通過這個長的通道，水在垂直方向流動。停留時間管室22在電解槽室12上方縱向延伸以便獲得選擇的垂直長度。
在管室22的頂部有一個帶排氣管32的出口28。一個輸出管道34連接到出口28以流出處理過的水。
在操作過程中，在槽室12中的電解槽由直流電源供電，因而有電流在水30中流過。電流通過引起某些水分子分解為組成水的氫氣和氧氣。在電解槽出口氫氣由大氣泡24表示，而氧氣由小氣泡26表示，它們從電解槽逸出。在此時的氫氣24和氧氣26主要呈氣體狀態(tài)。氫氣泡24一般較大并且更容易從水中分離出來。氧氣泡數(shù)量很多并且立即在電解槽12的出口建立云霧效應(yīng)。在這一階段的氫氣和氧氣皆呈氣體狀態(tài)，開始在水中上升。此外，如箭頭30所示，水通常通過管道在運動。在某些實施例中，水可能是靜止不動的，甚至在某些實施例中，氣體通過管道上升很慢，氣體比水輕些。
由于氧氣26通過停留時間管室22上升，氧氣將從氣體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鉅顟B(tài)，這樣就大大減少分離的氧氣分子。長度l要選擇足夠長使得多數(shù)氧分子在水中變成溶解氧。另一方面，在整個管子長度上氫氣分子更容易保持在氣體狀態(tài)并且如氣泡24所表示的一直保持在氣體狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的原理，停留時間管室22是一個直的縱向延伸的管子，橫截面積不受限制。這樣使水通過時形成層流而無障礙。這就提供了一個平靜區(qū)使氧分子更容易溶解到水中。如果停留時間管室22太短，在大多數(shù)氧氣溶解到水中之前管室就到頭了并且暴露在表面空氣里以氣體狀態(tài)逸出而沒有變成溶解氧。此外，假如在水中引發(fā)渦流，例如有一急轉(zhuǎn)彎90°彎管，或在電解槽之后和足夠平靜時間之前立刻有其他障礙，之后，氧氣傾向于保持在氣體狀態(tài)并且不轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙庋酢，F(xiàn)有技術(shù)裝置的缺點在于存在這種障礙，包括在管子、過濾器或其他裝置在電解槽12之后的急劇轉(zhuǎn)彎處，發(fā)生障礙作用，防止氧氣26快速在水中轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鉅顟B(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，距離l選擇在范圍3到6英尺，最好在4英尺。在一個實施例中停留時間管室22的直徑在3-4英寸范圍內(nèi)。在另一個實施例中，使用小直徑的管。使用這樣的管長和直徑可以達到每分鐘2到6加倫的流量范圍，這時可以得到高的溶解氧值。因此，即使在很大流量時，如每分鐘6加倫，在停留管室22內(nèi)部水的停留時間足夠長，在這一平靜期間所發(fā)生的大部分氣態(tài)氧轉(zhuǎn)變成溶解狀態(tài)的氧，所以在管室上部排出的水具有相當高的溶解氧百分含量。
正如即將作出的評價，長度l是最佳值，這涉及所期待的流量，也涉及所期待的管直徑和其他參數(shù)。對很低流率，較短長度l是可以接受的，因為水將有足夠的停留時間使得大部分氧氣可以轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙庋?。另一方面，對于較大流率。將希望長度l長些。本發(fā)明所期望的性能是在流動遇到90°彎曲之前或在其他旋渦產(chǎn)生元件之前保持水的一定停留時間，使氣態(tài)氧能快速溶解變?yōu)槿芙庋酢?br> 出口28有一排氣管32能使氫氣逸到出口28的頂部。在出口28中維持氣體狀態(tài)的其他氣體也將通過排氣管32逸出。然而，由于大部分氧氣已經(jīng)轉(zhuǎn)變成溶解狀態(tài)，它們將保留在水中，將不會經(jīng)排氣管32逸出。這樣處理過的水進入輸出管道34，從這里向用戶提供用水。正如所希望的，一流量傳感器36可以監(jiān)測給用戶提供的處理過的水流率。假如水以極高速率流動，流量傳感器可以向電源提供反饋以便增加電流，或者相反，假如流量太低或為零，可以減小電流或者如同所希望的那樣關(guān)掉電源。流量傳感器36可以安置在任何所希望的位置，包括在入口16之前，或者其他用戶所希望的位置，為了說明能夠傳感流量和必要時提供反饋而僅僅示意表示。
這樣處理過的水30提供給任何期待的用戶，可以包括家禽，如小雞和火雞。另外也可以通過一輸出支管供人飲用。
根據(jù)一個實施例，停留時間管室22是清澈透明的，所以人可以很容易地看到管室中的各種氣體。一個照明燈38緊靠在管室后面。燈38直接通過正在處理的水30照射，所以操作者可以看到水中的氫氣24和氧氣26。這樣反饋給操作者以便確認大部分氣態(tài)氧26已在到達出口28之前轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鉅顟B(tài)。另外，照明燈38提供視覺刺激并對觀察者提供一種藝術(shù)享受。不同大小氣泡的產(chǎn)生和以不同速度在水中通過，因為水也通過管室移動，產(chǎn)生氣泡漂動效應(yīng)，用眼睛看起來樂于觀看。這些情況下提供一明顯的優(yōu)點，供人類飲用。消耗水的人能確認氧事實上是由電解槽產(chǎn)生。另外，還確認所發(fā)生的大部分氧轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鉅顟B(tài)，而同時在各種氣泡產(chǎn)生和穿過系統(tǒng)時觀賞各種氣泡產(chǎn)生的藝術(shù)效果。這種裝置的使用不僅作為氧發(fā)生器，而且可作為娛樂工藝品非常有益，這在現(xiàn)有技術(shù)中是找不到的。此外，本發(fā)明完成所希望的結(jié)果，不僅能使人得到滿足和享受而且確保高質(zhì)量產(chǎn)品發(fā)送出來，能立即反饋給使用者。這對于水的銷售具有意義重大的商品利益。在下一個實施例還將描述。
圖2表示一個實施例，它更加特別適合于提供人消費和觀賞的富氧水。如同圖1的設(shè)備，一個電解槽室12的一端聯(lián)接到入口14上，在另一端聯(lián)接到出口28上。一個排氣管道32能將氫氣排出。停留時間管室22是透明的并且在后面有一照明燈38。有氣泡24和26出現(xiàn)，然而在圖上沒有表示出來，這樣本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作可以更清楚地顯示出來。在入口14之前，一個冷卻裝置40連接在入口管道16上。冷卻裝置40的目的是把水的溫度降低到較低溫度水平以便供人們樂于飲用。它還具有大大增加水30保持的溶解氧含量的突出優(yōu)點，如同其它章節(jié)更詳細描述。
未處理水如箭頭29所示送到輸入管道42。未處理的水通過一個過濾器44以保證所有污染成份和不希望的氣體被去除掉。過濾器最好是活性炭類型或其它已知的能去除氯氣及其他物質(zhì)的類型。然后水從過濾器44進入傳送管道46。從傳送管道46再進入冷卻裝置40，在冷卻裝置把溫度降到適于飲用的較低溫度。
冷卻裝置40可以是當今市場上易于買到的任何類型，這些冷卻裝置大家都很熟悉。例如，在啤酒輸送或其酒飲料輸送過程中，在流動生產(chǎn)線上通常裝備一冷卻裝置，包括由冰或其它降溫材料圍繞著一個熱交換器。這樣將能把通過的水溫降低到所希望的飲用溫度而無冰凍。如果需要，也可使用帶電機及有一熱交換器的冷凍設(shè)備。
水從冷卻裝置40進入輸入管道16，入口14并且然后進入槽室12中的電解槽。如同已經(jīng)描述過的，電解槽產(chǎn)生氫氣和氧氣。含有溶解氧的水30從出口28進入輸出管道34。水從輸出管道34發(fā)送給消費者供水管48。通常消費者供水管48比停留時間管室22的直徑要小，如3/4英寸，1/2英寸或更小。這時大多數(shù)氧已進入溶解狀態(tài)，因此此時管直徑可以縮小些。然而，最好采用直徑逐漸縮小的漸縮管50以便維持通常的層流并保持大部分的氧在溶解狀態(tài)。也可以采用一個或更多直徑漸縮管50按階段減小直徑。然后處理過的水30被送到一個水龍頭52。
龍頭52是由使用者手動操作的，從而從系統(tǒng)供出飲用水。水龍頭52可以是任何常規(guī)類型。例如，可以是通常用于啤酒或其他碳酸飲料的分發(fā)的龍頭，帶有合適的流量閥和杠桿54，這樣就能維持氣體在溶解狀態(tài)。這些流量閥在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的，用作碳酸飲料，啤酒及其它液體的分發(fā)。使用者或服務(wù)人員能很容易地把富氧水灌入杯中或水瓶中。
通常水不是連續(xù)不斷地從閥52流出。只是在使用者需要時才放出。所以，希望保持水不斷地循環(huán)使水維持足夠的冷以便飲用舒適。按照本發(fā)明的一個實施例，一臺小水泵56使水再循環(huán)，通過再循環(huán)管道58進入傳送管通46。此后，水進入冷卻裝置從而在通過電解槽和使氧含量如描述的那樣增加之前降到低溫。
在水進入電解槽室之前把水降到低溫能大大提高水對溶解氧的性能。冷水能夠大量吸收包括氧氣在內(nèi)的氣體。此外，冷卻水能夠更快地吸收氧氣，比溫水維持更高的溶解氧含量。在進入電解槽之前對水進行冷卻有如下優(yōu)點氣體將會更快地吸收到水中，而且水能夠比在較高溫度時保持更多含量的溶解氧。因此冷卻裝置40能提供改進的人類飲用水，并且也提供增加溶解氧含量和比無冷卻裝置時有較大流量的優(yōu)點。
可以理解，圖2裝置就是通常在飯店、酒吧或其它場合安設(shè)的，能提供含有大量溶解氧的高質(zhì)量水的設(shè)備。用戶經(jīng)常希望看到處理水的發(fā)生和氧氣溶解到水中。管室22因此要做成美觀悅目，燈38要選擇悅目類型。當然照明燈38可以是一單獨的有色燈。也可是不同顏色按所選擇的模式或時間順序閉合和斷開以建立一種藝術(shù)顯示效果。因此，燈38表示任何數(shù)目不同類型的燈以及不同顏色，這樣在當氧溶解到水中產(chǎn)生高質(zhì)量水的同時又提供所希望的藝術(shù)觀賞效果。
現(xiàn)在參照圖1將描述本發(fā)明的一個附加益處。如圖1所示，一個可拆卸的連接盤60安裝在電解槽12的底部。另外，一個可拆卸的連接盤62安裝在電解槽的頂部。這些可拆卸的連接盤有重大優(yōu)點，它們能提供服務(wù)和清理電解槽12和停留時間管室22。當需要對電解槽12進行服務(wù)時，如清理電極、更換或者處理任何部件時，需要停止操作，水從系統(tǒng)中排出。對連接盤60和62加以旋轉(zhuǎn)即可把電解槽12與系統(tǒng)的其他部分分離。這樣電解槽室12即可從系統(tǒng)中卸下進行更換、服務(wù)或其他希望做的其它工作。此后，更換具有新電解槽或內(nèi)部清理過的電解槽的槽室12，再把連接盤60和62重新安裝到系統(tǒng)上，從而完成全部操作。連接盤60和62可以是現(xiàn)有技術(shù)中任何可以接受的連接器，包括旋轉(zhuǎn)螺紋，不漏水的連接器或其他熟知不漏水連接裝置。
圖3和圖4表示內(nèi)部有電解槽的電解槽室12。電解槽包括電極20，電極20正確地連接到正負電源上。電極的長度23和數(shù)目要根據(jù)已知原理加以選擇，使得能提供所希望的氧發(fā)生量。在優(yōu)選實施例中，槽室12與停留時間管室22有相同的橫截面直徑，這樣能提供一個一基本平穩(wěn)的從電解槽到停留時間管室22的層流轉(zhuǎn)移。一般說來，停留時間管室22在電解槽上方立即開始，所以產(chǎn)生的氧氣能夠開始轉(zhuǎn)變到溶解狀態(tài)。在一種變換的實施例中，停留時間管室22的直徑比電解槽室12大些以便在給定流量下能提供延長的停留時間。
本發(fā)明已就幾種實施例進行了描述和表示。可以理解，為了實現(xiàn)本發(fā)明的目標和目的，也可用等效結(jié)構(gòu)來代替，本發(fā)明如同附帶的權(quán)利要求那樣寬廣并且不限于本文描述的特定實施例。
權(quán)利要求
1.一臺增加在水中溶解氧含量的設(shè)備，包括一個未處理水入口；一個連接到入口，內(nèi)部安裝電解槽的電解槽室；一個連接到電解槽室的停留時間管室，停留時間管室垂直取向并縱向延伸以便在電解槽室上方有選擇的垂直長度；以及一個出口，在停留時間管室上方，以便發(fā)送處理過的水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征為，停留時間管室是一豎直管，一般橫截面與電解槽室橫截面積相同，以確保水從電解槽室流向停留時間管室呈層流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征為，上述停留時間管室是直的，縱向延伸管，其具有無阻礙、不變的橫截面積，這樣水通過時呈層流而無障礙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征為，在電解槽室上方的上述停留時間管室垂直長度的選擇要保證在電解槽室出口出現(xiàn)的大部分氣體氧在到達停留時間管室頂部出口之前轉(zhuǎn)變成溶解氧。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，另外還包括安放在電解槽室前面的一個可拆卸的第一連接盤和一個安放在電解槽室之后的可拆卸第二連接盤，以便可以把電解槽室從入口卸下和從上述停留時間管室卸下，以便對電解槽室進行維修服務(wù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，另外還包括一臺水冷卻裝置，其安置在上述入口之前，用來降低水溫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，此外還包括連接到上述出口的一條輸出管道用于送出處理過的水；連接到上述輸出管道上的一只送水閥，用于從所述輸出管道排出處理過的水和一條再循環(huán)管道，從上述輸出管道連接到上述入口，用于使上述處理過的水通過上述電解槽室和上述停留時間管室再循環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，此外還包括一臺安置在上述循環(huán)管道上的水泵，用于使上述水再循環(huán)流動。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，此外還包括安置在輸出管道中的一個橫截面逐漸縮小的部件并使橫截面從大的橫截面積逐漸地減小到輸出管道中的較小橫截面積。
10.增加水中溶解氧含量的方法，包括將未處理的水通入電解槽，在此從水中發(fā)生氫氣和氧氣；處理過的水從電解槽出來，緊靠著上述電解槽的排出方向上的上述處理過的水包含氣態(tài)氫氣和氧氣；把處理過的水傳送到上述電解槽室上方豎直取向的停留時間管室中渡過一個選擇的停留時間期，上述停留時間的選擇要使大部分氣態(tài)氧轉(zhuǎn)變?yōu)樘幚磉^的水中的溶解氧，從而增加水中溶解氧含量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，另外還包括如下階段在把未處理的水送到電解槽之前使水冷卻，降低水溫，以便提高水維持溶解氧的能力。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，在傳送階段還包括在不受限制的管道中水以層流模式流動，使氣態(tài)氧轉(zhuǎn)變成溶解氧狀態(tài)而在流動水中無障礙或無旋渦流動。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，另外還包括將處理過的水通過電解槽再循環(huán)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，另外還包括減小水流動管道橫截面直徑，這種直徑減小是漸漸減小的，沒有突然變化，以便通過的水基本維持在層流狀態(tài)。
15.在水中增加溶解氧含量的設(shè)備，包括一個設(shè)備入口；包含一個電解槽的一個電解槽室，連接到設(shè)備入口上；和連接到電解槽室上的一個停留時間管室，停留時間管室按預(yù)定高度延伸，它有一個出口，并且停留時間管室是透明的，以便可以觀察其中的水。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，停留時間管室的高度是基于目標溶解氧含量來確定的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，此外，還包括連接到電解槽室的第一和第二連接部件。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，另外，還包括連接到設(shè)備入口的水冷卻裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，還包括連接到停留時間管室出口的一個輸出管道；連接到水龍頭的送水閥；和在輸出管道和送水閥之間的再循環(huán)管線。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，還包括安裝在再循環(huán)管線中的一臺水泵。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，所述輸出管道還包括一個縮減部件。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，還包括靠近停留時間管室安裝的多盞燈，把停留時間管室照亮，從而可以觀察到停留時間管室中的水。
23.在水中增加溶解氧含量的方法，包括如下步驟使水通過電解槽；使水從電解槽流過一個透明的豎直管室；靠近透明豎直管室安裝多個照明燈。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括確保水從電解槽進入清潔透明的豎直管室呈層流。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括降低水溫的階段。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括使水通過電解槽再循環(huán)的階段。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，還包括從透明、豎直管室中送出水的階段。
28.在水中增加溶解氧含量的設(shè)備，包括一個接收水的設(shè)備入口；一電解槽，連接到設(shè)備入口，用于從水中分解氧氣；一個停留時間管室，連接到電解槽上，用于使釋放出的氧氣變?yōu)槿芙庋跆峁┮黄届o的時期，停留時間管室要有預(yù)先確定的高度，有一個出口，并且相當透明以便能觀察到釋放的氧氣；以及靠近停留時間管室安裝的多盞燈用于照亮所釋放出來的氧氣。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，還包括連接到電解槽的第一和第二連接部件，使電解槽能夠從設(shè)備上拆卸下來。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其特征在于，停留時間管室還包括能確保從電解槽到停留時間管室的水呈層流的一橫截面積。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，還包括連接到停留時間管室的一個出口閥，用于把水從設(shè)備中送出。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，還包括一條再循環(huán)管線和一臺再循環(huán)泵，使水通過電解槽再循環(huán)。
全文摘要
一臺能在水中增加溶解氧的設(shè)備(12)。該設(shè)備(12)包括接受未處理水的入口(14)。一個有電解槽的槽室(12)聯(lián)接到入口(14)。一個透明的停留時間管室(22)聯(lián)接到槽室(12)以便接收含有氧氣和氫氣的水。停留時間管室(22)是垂直放置的,在槽室(12)的上方選擇的垂直長度上該停留管室(22)縱向延伸。這樣在靜止區(qū)能提供足夠的水停留時間使其在到達停留時間管室(22)頂部之前能將發(fā)生的氧氣轉(zhuǎn)變成溶解狀態(tài)。在停留時間管室(22)的頂部安裝有一個出口(28)以便發(fā)送含溶解氧高的水。在出口(28)上裝有一個排氣管道(32)以便把沒有溶解的氧氣或其他氣體排出。最好在電解槽之前有一冷卻裝置(40)降低水溫。冷卻水讓人樂于飲用,同時也能增加吸收溶解氧的能力。此外,為使人樂于觀察,在鄰近或在停留時間管室可以安裝一照明燈(38)或其他藝術(shù)顯示裝置。
文檔編號C02F1/467GK1255107SQ98805004
公開日2000年5月31日 申請日期1998年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月11日
發(fā)明者加里·S·霍夫 申請人:水技術(shù)有限公司