УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВОССТАНАВЛИВАЮЩЕЙ ВОДЫ Российский патент 2015 года по МПК C02F1/46 

Область техники, к которой относится изобретение

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к устройству для производства восстанавливающей воды. Более конкретно, варианты осуществления настоящего изобретения относятся к устройству для производства восстанавливающей воды с исключительной восстановительной способностью.

Уровень техники

В соответствии с расширением рынка, отражающим экономический рост, воду получают множеством способов. Например, обычным способом воду получают из источников или кипятят водопроводную воду; однако в последние годы используют очищенную воду, в том числе, используют бытовые щелочно-ионные водоочистители, которые применяют для усиления целебных свойств воды с целью укрепления слабого здоровья или устранения болезненности организма.

Одним из типов водоочистителей является обратноосмотический (reverse osmosis - RO) водоочиститель, который способен удалять от 70 до 90% мутности, бактерий, вирусов, органических соединений, сельскохозяйственных химикатов, тяжелых металлов, побочных продуктов дезинфекции, неорганических ионов и т.п., присутствующих в воде, и производить чистую, пригодную для питья воду с нейтральным диапазоном рН (рН от 5,8 до 8,5). С этой целью водоочиститель такого типа снабжен, обычно, 3-5 фильтрами, установленными внутри него, очищенная вода хранится в резервуаре для воды; может быть получена либо холодная, либо горячая вода - по выбору в зависимости от потребности.

Однако, вода, полученная при помощи водоочистителя, выполняет только основную функцию - утоления потребности человеческого организм в воде для поддержания жизни, и характеризуется окислительной способностью, больше или равной окислительной способности водопроводной воды, в выражении через индекс здоровья в виде окислительно-восстановительного потенциала (oxidation-reduction potential - ORP) воды.

Для преодоления недостатков водоочистителей и расширения их функциональных возможностей создан щелочно-ионный водоочиститель. Щелочно-ионный водоочиститель представляет собой медицинский прибор, предназначенный для производства воды с рН=8,5 или более, которая обеспечивает ослабление четырех желудочно-кишечных симптомов (хронической диареи, диспепсии, желудочно-кишечной гетероферментации и повышенной кислотности желудочного сока), и одобрен к применению Корейским управлением по контролю за продуктами и лекарствами. В области медицины клинические испытания показали, что щелочно-ионный водоочиститель является эффективным при лечении различных заболеваний, таких как желудочно-кишечные заболевания, сосудистые заболевания, диабет и атопический дерматит. В последнее время в академических изданиях и научных статьях сообщается, что основной эффект связан с восстановительной способностью воды.

Однако вода в щелочно-ионном водоочистителе должна содержать достаточное количество ионов, поскольку растворенные в воде ионы выполняют функцию электролитов, и в ходе обычного электролиза образуется щелочно-ионная вода. Для поддержания количества ионов фильтр должен быть не обратноосмотическим (RO), а ультрафильтрационным (ultra-filtration - UF), удовлетворяющим общим требованиям очистки воды. Кроме того, когда напряжение и силу тока, прикладываемые в ходе электролиза, увеличивают с целью повышения восстановительной способности щелочно-ионной воды, рН воды увеличивается. Производимая таким образом щелочно-ионная вода при использовании в качестве питьевой воды является неустойчивой.

Описание изобретения

Техническая задача

Таким образом, одним из аспектов настоящего изобретения является обеспечение устройства для производства восстанавливающей воды, которая сохраняет рН в нейтральном диапазоне и обладает исключительной восстановительной способностью.

Кроме того, другим аспектом настоящего изобретения является обеспечение устройства для производства восстанавливающей воды, в котором увеличен срок службы катионообменной смолы, используемой в устройстве для производства восстанавливающей воды.

Дополнительные аспекты изобретения будут изложены отчасти в последующем описании, а отчасти станут понятны из этого описания, или могут быть выявлены при практическом воплощении настоящего изобретения.

Решение поставленной задачи

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения устройство для производства восстанавливающей воды включает электролитическую ванну, в которой имеется катодная камера, снабженная катодом, анодная камера, снабженная анодом, и промежуточная камера, расположенная между катодной камерой и анодной камерой, при этом, катодная камера и промежуточная камера снабжены входным отверстием, через которое подают воду, и выходным отверстием, через которое воду отводят, катионообменная мембрана расположена между катодной камерой и промежуточной камерой, в промежуточной камере имеется катионообменная смола, от которой отделяются ионы водорода в ходе реакции катионообменной смолы с водой.

Данное устройство может дополнительно включать побудитель циркуляции, предназначенный для подачи воды в промежуточную камеру и для подачи воды, прошедшей через катионообменную смолу, снова в промежуточную камеру.

Этот побудитель циркуляции может включать: резервуар для воды, предназначенный для хранения воды, подаваемой в промежуточную камеру; канал для создания водотока, обеспечивающего циркуляцию воды, имеющейся в резервуаре для воды, между промежуточной камерой и резервуаром для воды; насос, для обеспечения циркуляции воды, имеющейся в резервуаре для воды, между промежуточной камерой и резервуаром для воды.

В резервуаре для воды может быть установлен датчик уровня воды, предназначенный для указания уровня воды в резервуаре для воды.

Резервуар для воды может быть снабжен выходным отверстием, через которое воду, хранящуюся в резервуаре для воды, выводят из него.

Данное устройство может быть снабжено устройством охлаждения с целью снижения температуры воды, подаваемой в промежуточную камеру побудителем циркуляции.

Устройство охлаждения может включать вентилятор или охладитель, основанный на использовании термоэлектрического полупроводника или хладагента.

Побудитель циркуляции может включать канал для создания водотока, обеспечивающего подачу воды, прошедшей через промежуточную камеру, снова в промежуточную камеру; насос, для обеспечения циркуляции воды, поданной в промежуточную камеру, по данному каналу; и клапан для регуляции расхода воды, подаваемой в промежуточную камеру.

Данное устройство может дополнительно включать обратноосмотический (RO) фильтр, предназначенный для очистки воды, подаваемой в электролитическую ванну или в побудитель циркуляции.

Данное устройство может дополнительно включать клапан для регуляции расхода воды так, чтобы вода, подаваемая после RO фильтра, поступала в катодную камеру или побудитель циркуляции.

Данное устройство может дополнительно включать катионообменную мембрану, расположенную между анодной камерой и промежуточной камерой.

Катод, катионообменная мембрана, расположенная между катодной камерой и промежуточной камерой, и катионообменная смола могут контактировать друг с другом; катионообменная смола, катионообменная мембрана, расположенная между промежуточной камерой и анодной камерой, и анод могут контактировать друг с другом.

Кроме того, катод и анод могут быть снабжены отверстиями, через которые проходит вода.

Кроме того, катод и анод могут иметь сетчатую структуру.

Катионообменная смола может быть регенерирована путем переключения катода и анода.

Кроме того, данное устройство может дополнительно включать источник энергии для подачи напряжения на электролитическую ванну.

Данное устройство может дополнительно включать фильтр из катионообменной смолы, через который проходит вода, подаваемая в промежуточную камеру.

Фильтр из катионообменной смолы может дополнительно включать катионообменную смолу, от которой отделяются ионы водорода в ходе реакции катионообменной смолы с водой.

Устройство может дополнительно включать RO фильтр, предназначенный для очистки воды, подаваемой на фильтр из катионообменной смолы или в катодную камеру.

Устройство может дополнительно включать отводной канал, предназначенный для подачи воды, очищенной на RO фильтре, на фильтр из катионообменной смолы и в катодную камеру электролитической ванны.

Фильтр из катионообменной смолы может включать входное отверстие, через которое подают воду, прошедшую через RO фильтр; и выходное отверстие, через которое отводят воду, подаваемую в промежуточную камеру.

Фильтр из катионообменной смолы может быть размещен между RO фильтром и электролитической ванной так, чтобы вода проходила через фильтр из катионообменной смолы до того, как эта вода поступит в промежуточную камеру.

Фильтр из катионообменной смолы может быть установлен с возможностью снятия в устройстве для производства восстанавливающей воды.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, устройство для производства восстанавливающей воды включает электролитическую ванну, в которой имеется катодная камера, снабженная катодом, анодная камера, снабженная анодом, и промежуточная камера, расположенная между катодной камерой и анодной камерой; фильтр из катионообменной смолы, через который пропускают воду, подаваемую в промежуточную камеру, при этом, катодная камера и промежуточная камера снабжены входным отверстием, через которое подают воду, и выходным отверстием, через которое воду отводят, катионообменная мембрана расположена между катодной камерой и промежуточной камерой.

Устройство может дополнительно включать фильтр из катионообменной смолы, через который пропускают воду, подаваемую в промежуточную камеру.

Фильтр из катионообменной смолы может дополнительно включать катионообменную смолу, от которой отделяются ионы водорода в ходе реакции катионообменной смолы с водой.

Устройство может дополнительно включать RO фильтр, предназначенный для очистки воды, подаваемой на фильтр из катионообменной смолы или в катодную камеру.

Устройство может дополнительно включать отводной канал, предназначенный для подачи воды, очищенной на RO фильтре, на фильтр из катионообменной смолы и в катодную камеру электролитической ванны.

Фильтр из катионообменной смолы может включать входное отверстие, через которое подают воду, прошедшую через RO фильтр; и выходное отверстие, через которое отводят воду, подаваемую в промежуточную камеру.

Фильтр из катионообменной смолы может быть размещен между RO фильтром и электролитической ванной так, чтобы вода проходила через фильтр из катионообменной смолы до того, как эта вода поступит в промежуточную камеру.

Фильтр из катионообменной смолы может быть установлен с возможностью снятия в устройстве для производства восстанавливающей воды.

Устройство может дополнительно включать катионообменную мембрану, расположенную между анодной камерой и промежуточной камерой.

Катод, катионообменная мембрана, расположенная между катодной камерой и промежуточной камерой, и катионообменная смола могут контактировать друг с другом; катионообменная смола, катионообменная мембрана, расположенная между промежуточной камерой и анодной камерой, и анод могут контактировать друг с другом.

Кроме того, катод и анод могут быть снабжены отверстиями, через которые проходит вода.

Кроме того, катод и анод могут иметь сетчатую структуру.

Преимущества изобретения

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, возможно производить восстанавливающую воду, которая обладает нейтральным рН и исключительной восстановительной способностью.

Кроме того, возможно предотвратить распространение бактерий в катионообменной смоле в промежуточной камере при помощи фильтра из катионообменной смолы.

Краткое описание чертежей

Эти и/или другие аспекты изобретения станут очевидны и более понятны из нижеследующего описания вариантов осуществления изобретения, рассматриваемого в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг. 1 представляет собой схему, на которой показан движущий механизм традиционного щелочно-ионного водоочистителя;

Фиг. 2 и 3 представляют собой схемы, на которых показан движущий механизм устройства для производства восстанавливающей воды в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

На фиг. 4 показан фильтр из катионообменной смолы в устройстве для производства восстанавливающей воды, показанного на фиг. 2 и 3;

Фиг. 5 представляет собой схему, на которой показан движущий механизм устройства для производства восстанавливающей воды в соответствии с модифицированным вариантом осуществления варианта, показанного на фиг. 2 и 3;

Фиг. 6а и 6b представляют собой схемы, на которых показан движущий механизм устройства для производства восстанавливающей воды в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 7 представляет собой схему, поясняющую функцию катионообменной смолы, которой заполнена промежуточная камера на фиг. 6;

На фиг. 8 представлен график рН и ORP свойств восстанавливающей воды, производимой в катодной камере в результате электролиза с использованием традиционного щелочно-ионного водоочистителя и устройства для производства восстанавливающей воды, соответствующего варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 2 или фиг. 6;

Фиг. 9 представляет собой схему, на которой показан движущий механизм устройства для производства восстанавливающей воды, включающего побудитель циркуляции, в соответствии с модифицированным вариантом осуществления варианта, показанного на фиг. 6;

Фиг. 10 представляет собой схему, на которой показан движущий механизм устройства для производства восстанавливающей воды, включающего устройство охлаждения, в соответствии с модифицированным вариантом осуществления варианта, показанного на фиг. 6;

На фиг. 11а и 11b представлены график рН и ORP свойств восстанавливающей воды, производимой в катодной камере, до и после переключения электродов в устройстве для производства восстанавливающей воды, поясняемом фиг. 6а и 6b;

На фиг. 12а и 12b показана форма электродов, используемых в устройстве для производства восстанавливающей воды; и

На фиг. 13 показана конфигурация катионообменной смолы, катионообменной мембраны и электродов в устройстве для производства восстанавливающей воды в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Лучший вариант осуществления изобретения

Далее предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Во-первых, будет описан щелочно-ионный водоочиститель.

Фиг. 1 представляет собой схему, на которой показан движущий механизм традиционного щелочно-ионного водоочистителя.

Щелочно-ионный водоочиститель включает UF фильтр 11 и электролитическую ванну 12, электролитическая ванна 12 включает катод 13, анод 14 и ионообменную мембрану 16, расположенную между катодом 13 и анодом 14.

Вода проходит сквозь UF фильтр 11. В результате из нее удаляются невидимые микроорганизмы размером от 0,01 мкм и более, такие как вирусы, бактерии в форме частиц и водорослевые споры, тогда как ионы и тонкодисперсные компоненты размером менее 0,01 мкм проходят насквозь. Полученную таким образом очищенную воду подают в электролитическую ванну 12, к которой подводят заданную электроэнергию с целью разложения воды. Электролиз воды, происходящий на обоих электродах 13 и 14, описывается следующей реакционной схемой 1.

[Реакционная схема 1]

Катод (- электрод): 2Н₂О+2е^-→Н₂+2ОН^-, Е⁰=-0,828 В

Анод (+ электрод): 4Н⁺+О₂+4е^-→2Н₂О, Е⁰=+1,229 В

В этом случае, рассматривая окислительно-восстановительный потенциал (ORP; электродвижущая сила относительно стандартного водородного электрода) воды, производимой на катоде 13, электродвижущая сила стандартного водородного электрода может быть описана нижеследующим уравнением 1 при допущении, что только ОН^- и Н₂ присутствуют в воде в избытке:

[Уравнение 1]

Математическая формула 1

Е=828-(_log(_)),

где n означает количество участвующих в реакции электронов, Н_{2-стандартный водородный электрод} и Н_2-катод означает концентрацию Н₂ (моль/л) для стандартного водородного электрода и концентрацию Н₂ (моль/л) для катода, соответственно, ОН^- означает концентрацию ОН^- (моль/л).

По уравнению 1 самопроизвольная реакции идет до тех пор, пока Е=Е⁺-Е^- не снижается до 0 мВ с положительной величины мВ. Окислительно-восстановительный потенциал имеет отрицательную (-) величину, когда электроны перемещаются от рабочего электрода к стандартному водородному электроду. В этом случае вода, в которой находится рабочий электрод, обладает восстановительной способностью. Когда электроны перемещаются от стандартного водородного электрода к рабочему электроду, величина окислительно-восстановительного потенциала положительна (+), и рабочий раствор обладает окислительной способностью.

Как видно из Реакционной схемы 1, когда напряжение Е=Е⁺-Е^-=1,229-(-0,828)=2,058 В приложено к обоим электродам, из подаваемой воды на катоде образуется газообразный водород (Н₂) и гидроксил-ионы (ОН^-), и вода становится щелочной. В соответствии с Уравнением 1, величина ORP уменьшается, и может иметь отрицательную (-) величину. На аноде из воды образуется газообразный кислород (О₂) и ионы водорода (Н⁺), и вода становится кислой. В соответствии с Уравнением 1, ORP имеет положительную (+) величину.

В обычных щелочно-ионных водоочистителях, по мере увеличения прикладываемого напряжения, щелочность растет, также увеличивается рН и восстановительная способность восстанавливающей воды. Например, щелочно-ионный водоочиститель, одобренный к применению Корейским управлением по контролю за продуктами и лекарствами, ограничен 2 классом медицинских приборов с диапазоном рН от 8,5 до 10. По этой причине ORP при рН=10 равен -85 мВ. Когда прикладываемое напряжение дополнительно увеличивают с целью повышения восстановительной способности, увеличивается количество образующихся ОН^- и пропорционально - количество образующегося газообразного Н₂, что отражено Реакционной схемой 1. По этой причине увеличивается рН и, в результате, производимая вода становится непригодной для питья. Следовательно, восстановительная способность восстанавливающей воды, которая может быть произведена при помощи щелочно-ионного водоочистителя, имеет ограничение по увеличению рН, таким образом, ограничено достижение ее максимальной величины.

Кроме того, выпускаемые серийно водоочистители с RO фильтром выполняют основную водоочистительную функцию - удаление свободного остаточного хлора, хроматичности, мутности, хлороформа, микроорганизмов и бактерий, присутствующих в воде, а также особую водоочистительную функцию - удаление органических соединений, сельскохозяйственных химикатов, тяжелых металлов и неорганических ионов с целью получения чистой воды, не содержащей этих компонентов. Очищенная вода характеризуется средней электропроводностью от 5 до 15 мкСм/см, что составляет от 1/15 до 1/40 средней электропроводности обычной водопроводной воды (от, примерно, 200 до, примерно, 220 мкСм/см).

Для осуществления электролиза воды с той же степенью чистоты, что и содержащая ионы вода, прошедшая сквозь UF фильтр, необходимо приложить энергию от 400 до 500 В. То есть, конфигурация электролитической системы для чистой воды, прошедшей сквозь RO фильтр, в значительной мере практически нецелесообразна, поскольку эффективность электролиза резко снижается.

Устройство для производства восстанавливающей воды, соответствующее одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, позволяет решить проблемы, свойственные водоочистителю и щелочно-водному водоочистителю, и, тем самым, обеспечивает производство воды, обладающей непревзойденной восстановительной способностью и рН в нейтральном диапазоне.

Фиг. 2 и 3 представляют собой схемы, на которых показан движущий механизм устройства для производства восстанавливающей воды в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, на фиг. 4 показан фильтр 40 из катионообменной смолы устройства для производства восстанавливающей воды, показанного на фиг. 2 и 3.

Согласно фиг. 2 устройство для производства восстанавливающей воды, соответствующее одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, включает электролитическую ванну 22, в которой имеется катодная камера 41, снабженная катодом 23, анодная камера 42, снабженная анодом 24, и промежуточная камера 43, находящаяся между катодной камерой 41 и анодной камерой 42, RO фильтр 21, предназначенный для очистки воды, подаваемой в электролитическую ванну 22, и фильтр 40 из катионообменной смолы, через который воду подают в промежуточную камеру 43 электролитической ванны 22.

Устройство для производства восстанавливающей воды, соответствующее одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, заимствовало из преимуществ и недостатков только преимущества водоочистителя, обеспечивающего чистую воду, из которой удалены тяжелые металлы, органические соединения, а также неорганические ионы, и щелочно-ионного водоочистителя, обеспечивающего воду, обладающую восстановительной способностью и, одновременно, щелочностью с рН 8,5 или более, удовлетворяющую основным требованиям к уровню очистки, из которой удален свободный остаточный хлор, хроматичность, мутность и хлороформ, и, таким образом, обеспечивает получение чистой стабильной воды, обладающей рН в нейтральном диапазоне (рН от 5,8 до 8,5), а также непревзойденной восстановительной способностью, из которой удалены, микроорганизмы, бактерии, остаточный хлор, тяжелые металлы, органические соединения, сельскохозяйственные химикаты и т.п.

Электролитическая ванна 22 включает катодную камеру 41, снабженную катодом 23 для электролиза воды, анодную камеру 42, снабженную анодом 24, и промежуточную камеру 43, заполненную катионообменной смолой 26 и расположенную между катодной камерой 41 и анодной камерой 42.

Кроме того, между катодом 23 и катионообменной смолой 26 и между катионообменной смолой 26 и анодом 24 установлены катионообменные мембраны 25 и 25', соответственно; катод 23, катионообменная мембрана 25 и катионообменная смола 26 контактируют друг с другом, катионообменная смола 26, катионообменная мембрана 25' и анод 24 также могут контактировать друг с другом.

Когда между катионообменными мембранами 25 и 25' и электродами 23 и 24 имеется заданное расстояние, эффективность перемещения образовавшихся на аноде 24 ионов Н⁺ через катионообменную мембрану 25 в катионообменную смолу 26 может ухудшиться, в результате, может снизиться эффективность нейтрализации рН восстанавливающей воды, образовавшейся на катоде 23. Следовательно, является предпочтительным, чтобы катионообменная смола 26, катионообменные мембраны 25 и 25' и электроды 23 и 24 контактировали друг с другом.

Между тем, вода, прошедшая через RO фильтр 21, поступает в электролитическую ванну 22. Воду, прошедшую через RO фильтр 21, подают непосредственно в катодную камеру 41, при этом, в промежуточную камеру 43, заполненную катионообменной смолой 26, воду, прошедшую через RO фильтр 21, непосредственно не подают, ее направляют в промежуточную камеру 43 после прохождения через фильтр 40 из катионообменной смолы еще один раз. Поскольку через катионообменные мембраны 25 и 25' проходят только катионы, вода, поданная в катодную камеру 41, не проходит через катионообменную мембрану 25 в промежуточную камеру 43. Точно так же, вода, поданная в промежуточную камеру 43, не проходит через катионообменную мембрану 25 в катодную камеру 41.

На входе RO фильтра 21 могут быть дополнительно установлены фильтр для осадка и угольный фильтр.

Как показано на Реакционной схеме 1, приведенной выше, когда приложено напряжение 2,057 В или выше, ионы Н⁺, образовавшиеся между анодом 24 и расположенной рядом с ним смоченной катионообменной мембраной 25' в результате электролиза, перемещаются к катоду 23 под действием катионообменной смолы 26 в качестве катализатора, перемещенные ионы Н⁺ вступают в реакцию нейтрализации с ОН^-, как показано на Реакционной схеме 2 далее, таким образом предотвращается увеличение рН восстанавливающей воды, образовавшейся на катоде 23.

[Реакционная схема 2]

ОН^-(образовавшийся на катоде)+Н⁺(перемещенный от анода через катионообменную смолу)→Н₂О (нейтральная вода)

Таким образом, вода характеризуется отрицательной величиной ORP при рН в нейтральном диапазоне (5,8-8,5) благодаря Н₂, образовавшемуся на катоде 23, и, следовательно, обладает восстановительной способностью.

Более конкретно, как показано на фиг. 7 далее, воду, прошедшую через RO фильтр 21, подают в катодную камеру 41 электролитической ванны 22, воду, прошедшую через фильтр 40 из катионообменной смолы, подают в промежуточную камеру 43, вода, поданная в катионообменную смолу 26 промежуточной камеры 43, пропитывает катионообменную мембрану 25', контактирующую с анодом 24.

Когда для создания заданного электрического тока в электролитической ванне 22 к ней прикладывают напряжение, происходит электролиз воды между поверхностью катионообменной мембраны 25' и поверхностью анода 24 с образованием Н⁺ и О₂.

Поскольку молекулы О₂, образующиеся на аноде 24, имеют размер около 3,4Å, вода не перемещается через катионообменную мембрану 25 к катоду 23, а выходит наружу вместе с водой, подаваемой в катионообменную смолу 26.

Если вода, подаваемая в катионообменную смолу 26, остается без движения, концентрация растворенного в воде О₂ увеличивается, из-за чего окисляется катионообменная смола 26. В результате срок службы катионообменной смолы 26 сокращается. Кроме того, тепло (Q∝W=I²R), выделяющееся в ходе электролиза, не отводится, из-за чего сокращается срок службы катионообменных мембран 25 и 25' и катионообменной смолы 26.

Кроме этого, Н⁺, образовавшийся на аноде 24, связывается с образовавшимся на катоде 23 ОН^-, предотвращая увеличение рН, вызываемое ростом концентрации ОН^-, хотя восстановительная способность восстанавливающей воды, выходящей из катодной камеры 41, увеличивается благодаря увеличению концентрации Н₂.

Электролитическая ванна 22 может дополнительно включать источник энергии (не показан) для приложения напряжения.

Катионообменная смола 26, которой заполнена промежуточная камера 43, может принадлежать к Н⁺-типу катионообменных смол. Например, катионообменная смола 26 представляет собой смолу, в которой обменная группа SO₃H связана с поверхностью полимерной матрицы. В этом случае, когда смола пропитана водой, ионы Н⁺ диссоциируют с поверхности смолы до тех пор, пока не устанавливается равновесие с ионами Н⁺ в воде.

Как описано выше, катионообменной смолой 26 заполнена промежуточная камера 43, изготовленная из материала в форме «□» и находящаяся между катодной камерой 41 и анодной камерой 42. Исходя из энергии, сообщаемой чистой воде разностью потенциалов, ионы Н⁺, образовавшиеся на аноде 24, не могут перемещаться к катоду 23, однако возможен перенос ионов Н⁺ от анода 24 к катоду 23 за счет ионов Н⁺, диссоциировавших из катионообменной смолы 26. Следовательно, образуется замкнутый контур, в котором ток протекает даже при малом напряжении в пределах срока службы катионообменной смолы 26.

Вообще, бактерий в воде, прошедшей через RO фильтр, не наблюдается. Однако, бактерии могут распространяться по разным причинам, таким как внесение материи извне, с течением времени, поскольку внутри RO фильтр всегда пропитан водой.

Однако, хотя бактерии могут распространяться, количество бактерий, присутствующих в воде, прошедшей через RO фильтр, находится на уровне, безвредном для человеческого организма, и восстанавливающая вода, производимая в катодной камере 41 и отводимая из нее, не представляет проблем при ее использовании в качестве питьевой воды.

Проблема заключается в том, что когда бактерии присутствую в воде, прошедшей через RO фильтр и подаваемой в промежуточную камеру 43, заполненную катионообменной смолой 26, бактерии легко адсорбируются на катионообменной смоле 26, так как катионообменная смола 26 изготовлена из полимера, имеющего мелкопористую структуру, такого как полистирол.

Бактерии, адсорбировавшиеся на катионообменной смоле 26, с трудом отделяются от катионообменной смолы 26, их количество увеличивается вследствие размножения с течением времени. В результате, катионообменная смола 26 меняет цвет.

Когда количество бактерий увеличивается вследствие их размножения, функционирование катионообменной смолы 26 ухудшается, срок ее службы сокращается, в результате, функционирование устройства для производства восстанавливающей воды нежелательно ухудшается.

Для решения этой проблемы устройство для производства восстанавливающей воды, соответствующее одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, включает фильтр 40 из катионообменной смолы, установленный между RO фильтром 21 и промежуточной камерой 43.

До того, как воду, прошедшую через RO фильтр 21, подают в промежуточную камеру 43, заполненную катионообменной смолой 26, эту воду пропускают через фильтр 40 из катионообменной смолы, в котором катионообменная смола 49 аналогична катионообменной смоле 26, которой заполнена промежуточная камера 43, чтобы заранее адсорбировать бактерии, присутствующее в воде, прошедшей через RO фильтр 21, на фильтре 40 из катионообменной смолы.

В результате, вода, из которой при прохождении через фильтр 40 из катионообменной смолы удалены бактерии, поступает в промежуточную камеру 43 с целью предотвращения ухудшения функционирования или сокращения срока службы катионообменной смолы 26 промежуточной камеры 43, вызываемого адсорбцией бактерий.

Как показано на фиг. 2, фильтр 40 из катионообменной смолы принимает воду, отфильтрованную через RO фильтр 21, и подает отфильтрованную воду в промежуточную камеру 43.

Как показано на фиг. 4, фильтр 40 из катионообменной смолы включает корпус 48 с пустым пространством, которое заполнено катионообменной смолой 49.

Кроме этого, на обоих концах корпуса 48 имеется входное отверстие 46, через которое подают воду, поступающую из RO фильтра 21, и выходное отверстие 47, через которое отводят воду, подаваемую в промежуточную камеру 43.

Катионообменная смола 49, которой заполнено пустое пространство, принадлежит к Н⁺-типу катионообменных смол, т.е. к тому же типу, что и катионообменная смола 26, которой заполнена промежуточная камера 43 электролитической ванны 22.

Например, когда в воде имеется смола, в которой обменная группа SO₃H связана с поверхностью полимерной матрицы, имеющей мелкопористую структуру, такой как полистирол, ионы Н⁺ диссоциируют с поверхности смолы до тех пор, пока не устанавливается равновесие с ионами Н⁺ в воде.

Вода, поступающая в фильтр 40 из катионообменной смолы, представляет собой воду, прошедшую через RO фильтр 21 и характеризующуюся рН от 6,2 до 6,5. Вода, прошедшая через фильтр 40 из катионообменной смолы, содержит ионы Н⁺, диссоциировавшие с поверхности катионообменной смолы 49, и, таким образом, характеризуется уменьшенным рН от 4,2 до 4,5.

Между тем, когда в промежуточной камере 43 электролитической ванны 22 вода непрерывно проходит сквозь катионообменную смолу 26, ионы Н⁺ непрерывно диссоциируют и потребляются на поверхности катионообменной смолы 26. Следовательно, ухудшение функционирования и сокращение срока службы катионообменной смолы 26 неизбежно. Поскольку вода, прошедшая сквозь фильтр 40 из катионообменной смолы, характеризуется низким рН от 4,2 до 4,5, как описано выше, концентрация ионов водорода в ней больше или равна концентрации ионов Н⁺ на поверхности катионообменной смолы 26. Следовательно, когда такую воду подают в промежуточную камеру 43, количество ионов Н⁺, диссоциирующих и потребляемых на поверхности катионообменной смолы 26, уменьшается, и срок службы катионообменной смолы 26 относительно продлевается.

Воду, прошедшую через RO фильтр 21, отдельно подают в фильтр 40 из катионообменной смолы и в катодную камеру 41 электролитической ванны 22 по отводному каналу 44. Отводной канал 44, соединенный с фильтром 40 из катионообменной смолы, соединен со входным отверстием 46 фильтра 40 из катионообменной смолы.

Вода, прошедшая фильтр 40 из катионообменной смолы, поступает в промежуточную камеру 43 по каналу, соединенному с катодной камерой 41 и другим каналом 45.

Как описано выше, катионообменную смолу периодически заменяют, поскольку на катионообменной смоле 49 фильтра 40 из катионообменной смолы адсорбируются бактерии. Следовательно, фильтр 40 из катионообменной смолы установлен в устройстве для производства восстанавливающей воды с возможностью снятия.

Вместе с фильтром 40 из катионообменной смолы, описанным выше, катионообменную смолу 26 регенерируют посредством ионов Н⁺, получаемых электролизом, тем самым, увеличивая срок службы катионообменной смолы 26.

Как показано на фиг. 2, ионы Н⁺, образовавшиеся в результате электролиза на аноде 24, перемещаются к катионообменной мембране 25' и катионообменной смоле 26, часть катионообменной смолы 26, прилегающая к аноду 24 и катионообменной мембране 25', характеризуется более высокой концентрацией Н⁺, чем в равновесном состоянии, и, таким образом, происходит ее частичная регенерация. Следовательно, как показано на фиг. 3, когда, после электролиза заданного потока, полярность анода 24 и катода 23 электролитической ванны 22, как на фиг. 2, являющейся двусторонне симметричной, при этом, в электролитическую ванну 22 подается вода, попеременно меняют, катионообменная смола 26 осуществляет функцию перемещения ионов Н⁺ в качестве катализатора и для регенерации, таким образом, непрерывно производя восстанавливающую воду. Кроме того, поскольку вода течет только в одном направлении, загрязнение ионообменной мембраны предотвращается путем изменения направления потока воды, которая может образовываться.

То есть, при переключении полярности электродов, катод 23 на фиг. 2 становится анодом 24 на фиг. 3, а анод 24 на фиг. 2 становится катодом 23 на фиг. 3.

Следовательно, как показано на фиг. 3, воду, прошедшую через RO фильтр 21, подают в измененную катодную камеру 41, расположенную справа. Поскольку эта конструкция двусторонне симметрична относительно промежуточной камеры 43, в зависимости от полярности электродов катод 23 и анод 24 могут быть переставлены местами.

Фиг. 5 представляет собой схему, на которой показан движущий механизм устройства для производства восстанавливающей воды в соответствии с модифицированным вариантом осуществления варианта изобретения, показанного на фиг. 2.

Устройство для производства восстанавливающей воды, показанное на фиг. 5, включает электролитическую ванну 22, в которой имеется катодная камера 41, снабженная катодом 23, анодная камера 42, снабженная анодом 24, и промежуточная камера 43, находящаяся между катодной камерой 41 и анодной камерой 42, RO фильтр 21, предназначенный для очистки воды, подаваемой в электролитическую ванну 22, и фильтр 40 из катионообменной смолы, через который воду подают в промежуточную камеру 43 электролитической ванны 22.

Устройство для производства восстанавливающей воды, показанное на фиг. 5, и его конструкция аналогичны устройству для производства восстанавливающей воды, соответствующему одному из вариантов осуществления настоящего изобретения и его конструкции, представленным на фиг. 2, за исключением того, что промежуточная камера 43 электролитической ванны 22 не заполнена катионообменной смолой.

Вода, прошедшая сквозь фильтр 40 из катионообменной смолы, характеризуется рН от 4,2 до 4,5 и содержит ионы Н⁺, диссоциировавшие с поверхности катионообменной смолы 49, хотя промежуточная камера 43 не заполнена катионообменной смолой. Следовательно, ионы Н⁺ перемещаются от анода 24 к катоду 23, если исходить из ионов Н⁺, содержащихся в воде, проходящей через промежуточную камеру 43, образуется замкнутый контур, в котором протекает ток, когда к нему приложено напряжение.

В этом варианте осуществления изобретения, поскольку в промежуточной камере 43 нет катионообменной смолы, может быть приложено высокое напряжение от 15 до 25 В, когда постоянный ток поддается регулированию, таким образом, может выделяться тепло. Следовательно, отдельно может быть предусмотрено наличие теплоизлучателя (не показан), предназначенного для излучения тепла электролитической ванны 22.

В данном варианте осуществления изобретения вода, подаваемая в катодную камеру 41 электролитической ванны 22, характеризуется рН от 6,2 до 6,6, ORP +300 мВ, скоростью потока 100 мл/м, восстанавливающая вода, образующаяся в электролитической ванне 22, характеризуется рН от 9 до 10 и ORP от -400 до -550 мВ, когда подведенный к электролитической ванне 22 с целью электролиза воды ток равен 3 А, а напряжение составляет от 15 до 25 В.

Когда в промежуточной камере 43 нет катионообменной смолы, эффективность перемещения ионов водорода, которые движутся в катодную камеру 41, снижается, и восстанавливающая вода, производимая в катодной камере 41, характеризуется щелочным рН от 9 до 10.

То есть, восстанавливающая вода, производимая в данном варианте осуществления изобретения, имеет такой же рН, как и вода, производимая в обычном щелочно-ионном водоочистителе, но обладает непревзойденной восстановительной способностью. Следовательно, данный вариант осуществления изобретения может быть использован в какой-либо системе, в которой требуется восстанавливающая вода.

Фиг. 6а и 6b представляют собой схемы, на которых показан движущий механизм устройства для производства восстанавливающей воды в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения; фиг. 7 представляет собой схему, поясняющую функцию катионообменной смолы, которой заполнена промежуточная камера 43.

Устройство для производства восстанавливающей воды, соответствующее данному варианту осуществления настоящего изобретения, включает: электролитическую ванну 22, в которой имеется катодная камера 41, снабженная катодом 23, анодная камера 42, снабженная анодом 24, и промежуточная камера 43, находящаяся между катодной камерой 41 и анодной камерой 42, RO фильтр 21, предназначенный для очистки воды, подаваемой в электролитическую ванну 22, и побудитель циркуляции, предназначенный для подачи воды в промежуточную камеру 43 электролитической ванны.

Для осуществления электролиза воды в электролитической ванне 22 имеется катодная камера 41, снабженная катодом 23, анодная камера 42, снабженная анодом 24, и промежуточная камера 43, заполненная катионообменной смолой 26 и расположенная между катодной камерой 41 и анодной камерой 42. Кроме этого, между катодом 23 и катионообменной смолой 26 и между катионообменной смолой 26 и анодом 24 установлены катионообменные мембраны 25 и 25', соответственно.

Между тем, воду, прошедшую сквозь RO фильтр 21, подают в электролитическую ванну 22. Воду, прошедшую через RO фильтр 21, подают непосредственно в катодную камеру 41, при этом, в промежуточную камеру 43, заполненную катионообменной смолой 26, воду, прошедшую через RO фильтр 21, непосредственно не подают, ее направляют через резервуар 27 для воды, наличие которого предусмотрено в побудителе циркуляции для хранения воды, прошедшей через RO фильтр 21. Поскольку сквозь катионообменные мембраны 25 и 25' проходят только катионы, вода, поданная в катодную камеру 41, не проходит через катионообменную мембрану 25 в промежуточную камеру 43. Точно так же, вода, поданная в промежуточную камеру 43, не проходит через катионообменную мембрану 25 в катодную камеру 41.

Как показано на Реакционной схеме 1, приведенной выше, когда приложено напряжение 2,057 В или более, ионы Н⁺, образовавшиеся между анодом 24 и расположенной рядом с ним смоченной водой катионообменной мембраной 25' в результате электролиза, перемещаются к катоду 23 под действием катионообменной смолы 26 в качестве катализатора, перемещенные ионы Н⁺ вступают в реакцию нейтрализации с ОН^-, как показано на Реакционной схеме 2 далее, таким образом предотвращается увеличение рН восстанавливающей воды, производимой на катоде 23.

[Реакционная схема 2]

ОН^-(образовавшийся на катоде)+Н⁺(перемещенный от анода через катионообменную смолу)→Н₂О (нейтральная вода)

Таким образом, вода характеризуется отрицательной величиной ORP при рН в нейтральном диапазоне (5,8-8,5) благодаря Н₂, образовавшемуся на катоде 23, и, следовательно, обладает восстановительной способностью.

Более конкретно, как показано на фиг. 7 далее, воду, прошедшую через RO фильтр 21, подают в катодную камеру 41 электролитической ванны 22 и в промежуточную камеру 43, заполненную катионообменной смолой, вода, поданная в промежуточную камеру 43, пропитывает катионообменную мембрану 25', контактирующую с анодом 24.

Когда для создания заданного электрического тока в электролитической ванне 22 к ней прикладывают напряжение, происходит электролиз воды между поверхностью катионообменной мембраны 25' и поверхностью анода 24 с образованием Н⁺ и О₂.

Поскольку О₂, образующийся на аноде 24, имеет размер молекулы около 3,4Å, вода не перемещается через катионообменную мембрану 25 к катоду 23, а выходит наружу вместе с водой, подаваемой в катионообменную смолу 26.

Если вода, подаваемая в катионообменную смолу 26, остается без движения, концентрация растворенного в воде О₂ увеличивается, из-за чего окисляется катионообменная смола 26. В результате срок службы катионообменной смолы 26 сокращается. Кроме того, тепло (Q∝W=I²R), выделяющееся в ходе электролиза, не отводится, из-за чего сокращается срок службы катионообменных мембран 25 и 25' и катионообменной смолы 26.

Кроме этого, Н⁺, образовавшийся на аноде 24, связывается с образовавшимся на катоде 23 ОН^-, предотвращая увеличение рН, вызываемое ростом концентрации ОН^-, хотя восстановительная способность восстанавливающей воды, выходящей из катодной камеры 41, увеличивается благодаря увеличению концентрации Н₂.

Электролитическая ванна 22 может дополнительно включать источник энергии (не показан) для приложения напряжения.

Катионообменная смола 26, которой заполнена промежуточная камера 43, может принадлежать к Н⁺-типу катионообменных смол. Например, катионообменная смола 26 представляет собой смолу, в которой обменная группа SO₃H связана с поверхностью полимерной матрицы. В этом случае, когда смола пропитана водой, ионы Н⁺ диссоциируют с поверхности смолы до тех пор, пока не устанавливается равновесие с ионами Н⁺ в воде.

Как описано выше, катионообменной смолой 26 заполнена промежуточная камера 43, изготовленная из материала в форме «□» и находящаяся между катодной камерой 41 и анодной камерой 42. Исходя из энергии, сообщаемой чистой воде разностью потенциалов, ионы Н⁺, образовавшиеся на аноде 24, не могут перемещаться к катоду 23, однако возможен перенос ионов Н⁺ от анода 24 к катоду 23 за счет ионов Н⁺, диссоциировавших из катионообменной смолы 26. Следовательно, образуется замкнутый контур, в котором ток протекает даже при малом напряжении в пределах срока службы катионообменной смолы 26.

На фиг. 8 представлен график рН и ORP свойств восстанавливающей воды, производимой в катодной камере 41 в результате электролиза с использованием традиционного щелочно-ионного водоочистителя и устройства для производства восстанавливающей воды, соответствующего вариантам осуществления изобретения, показанным на фиг. 2, 6а и 6b. Исходной водой является вода, прошедшая через UF фильтр и RO фильтр 21, в щелочно-ионном водоочистителе наблюдается только увеличения рН от 8,5 до 9,5 в соответствии с увеличением приложенного напряжения без значительного увеличения ORP -150 мВ; тогда как в устройстве для производства восстанавливающей воды, соответствующем одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, наблюдается непрерывное увеличение ORP до -500 мВ в соответствии с увеличением напряжения, но при неизменном рН в диапазоне от 7 до 7,5.

Между тем, когда вода непрерывно перемещается сквозь катионообменную смолу 26, ионы Н⁺ непрерывно потребляются на поверхности катионообменной смолы 26. Следовательно, вода проходит без электролиза, или регенерация катионообменной смолы 26 при помощи ионов Н⁺, образующихся при малом токе, недостаточна, и ухудшение функционирования катионообменной смолы 26 неизбежно, хотя электролиз осуществляется.

В качестве способа регенерации обычной катионообменной смолы Н⁺-типа существует способ восстановления поверхности смолы до -SO₃H путем погружения смолы в раствор HCl на определенное время и путем использования избытка ионов Н⁺, присутствующих в воде.

Однако, в устройстве для производства восстанавливающей воды, соответствующем вариантам осуществления настоящего изобретения, нельзя регенерировать имеющуюся в нем катионообменную смолу химическим способом с использованием раствора HCl из-за конструкционных особенностей электролитической ванны.

Следовательно, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, в катионообменную смолу 26 подают воду, прошедшую через катионообменную смолу 26 воду собирают, срок службы катионообменной смолы 26 продлен благодаря наличию побудителя циркуляции воды, подаваемой в катионообменную смолу 26.

Как показано на фиг. 6а и 6b, побудитель циркуляции включает резервуар 27 для хранения воды, подаваемой в катионообменную смолу 26, канал 29 для создания водотока, обеспечивающего циркуляцию воды между катионообменной смолой 26 и резервуаром 27 для воды, и насос 29 для создания рабочего давления, обеспечивающего циркуляцию воды, имеющейся в канале 29 и в резервуаре 27 для воды, между катионообменной смолой 26 и резервуаром 27 для воды.

Воду, прошедшую RO фильтр 21, подают в катодную камеру 41 или резервуар 27 для воды побудителя циркуляции через регулирующие клапаны 30 и 31.

Когда вода из RO фильтра 21 подана в резервуар 27 для воды, и в резервуаре 27 для воды имеется заданное количество воды, включается насос 28, вода, хранящаяся в резервуаре 27 для воды, поступает в промежуточную камеру 43 электролитической ванны 22, вода, прошедшая через катионообменную смолу 26 промежуточной камеры 43, не теряется, ее снова собирают в резервуаре 27 для воды.

Воду, собранную в резервуаре 27 для воды, опять подают в катионообменную смолу 26.

Когда этого процесс периодически повторяют, вода циркулирует между катионообменной смолой 26 промежуточной камеры 43 и резервуаром 27 для воды. В это время воду подают в катионообменную смолу 26.

Вода, подаваемая в катионообменную смолу 26, очищена путем пропускания через RO фильтр 21 и имеет рН от 6,2 до 6,5. Вода, пропускаемая через катионообменную смолу 26, диссоциирует на поверхности катионообменной смолы 26 и содержит ионы Н⁺, исключая ионы Н⁺, используемые для регулирования рН на нейтральном уровне, что отражено в Реакционной схеме 2; таким образом, она характеризуется уменьшенным рН в диапазоне от 4,2 до 4,5.

Когда воду со сниженным рН после прохождения через катионообменную смолу 26 не сбрасывают, а собирают в резервуаре 27 для воды и подают в катионообменную смолу 26 промежуточной камеры 43, вода, поданная в катионообменную смолу 26, характеризуется рН от 4,2 до 4,5 и, таким образом, концентрацией ионов водорода, эквивалентной или подобной концентрации ионов Н⁺, диссоциировавших с поверхности катионообменной смолы 26. Следовательно, количество диссоциировавших ионов Н⁺, потребляемых на поверхности катионообменной смолы 26, уменьшено, а срок службы катионообменной смолы 26 относительно увеличен.

Количество воды, хранящейся в резервуаре 27 для воды, может со временем уменьшаться из-за испарения. Следовательно, резервуар 27 для воды снабжают датчиком 37 уровня воды, предназначенным для указания уровня воды в резервуаре 27 для воды. Когда уровень воды снижается до заданного значения, воду снова подают в резервуар 27 для воды, количество воды, хранящееся в резервуаре 27 для воды, может поддерживаться на заданном уровне или выше.

Кроме того, когда воду, хранящуюся в резервуаре 27 для воды, используют долго, она может загрязняться. Следовательно, спустя заданное время воду, имеющуюся в резервуаре 27 для воды, спускают, а резервуар 27 для воды заполняют свежей водой. Для этой цели резервуар 27 для воды может быть снабжен выходным отверстием для выведения из него воды.

Фиг. 9 представляет собой схему, на которой показан движущий механизм устройства для производства восстанавливающей воды, включающего побудитель циркуляции, в соответствии с модифицированным вариантом осуществления варианта, показанного на фиг. 6.

Как показано на фиг. 9, побудитель циркуляции включает канал 29 для создания водотока циркулирующей воды, благодаря чему вода, поданная в катионообменную смолу 26 промежуточной камеры 43, отводится из катионообменной смолы 26 и снова поступает в катионообменную смолу 26, и насос 32 для создания рабочего давления, обеспечивающего циркуляцию воды, подаваемой в катионообменную смолу 26, по каналу 29.

Воду, прошедшую RO фильтр 21, подают в катодную камеру 41 или побудитель циркуляции через регулирующие клапаны 30 и 31.

Когда воду подают из RO фильтра 21 в побудитель циркуляции, вода поступает в катионообменную смолу 26 промежуточной камеры 43 в ходе циркуляции воды по каналу 29 побудителя циркуляции.

Вода, циркулирующая по каналу побудителя циркуляции, может быть заменена свежей водой через определенный промежуток времени через регулирующий клапан 30. Когда старую воду заменяют свежей, старую воду выводят через отверстие клапана 34.

Поскольку вода, циркулирующая по каналу побудителя циркуляции, непрерывно проходит сквозь катионообменную смолу 26, она поглощает тепло, выделяющееся вследствие резистивного нагрева из-за параметров устройства электролиза, и ее температура увеличивается.

Поскольку из-за увеличения температуры воды, подаваемой в катионообменную смолу 26, может уменьшаться срок службы катионообменной смолы 26, устройство для производства восстанавливающей воды может включать устройство охлаждения с целью снижения температуры воды, циркулирующей по каналу побудителя циркуляции (см. фиг. 10). Устройство 35 охлаждения может представлять собой вентилятор или охладитель, основанный на использовании термоэлектрического полупроводника или хладагента.

Катионообменная смола 26 регенерируется благодаря ионам Н⁺, образующимся при электролизе, а также в побудителе циркуляции, тем самым, увеличивается срок службы катионообменной смолы.

Как показано на фиг. 6а, ионы Н⁺, образовавшиеся на аноде 24 вследствие электролиза, перемещаются к катионообменной мембране 25' и катионообменной смоле 26, часть катионообменной смолы 26, прилегающая к аноду 24, и катионообменная мембрана 25' характеризуются более высокой концентрацией ионов Н+, чем в равновесном состоянии, и, тем самым, регенерируются.

Следовательно, как показано на фиг. 6b, после электролиза определенного потока, полярность анода 24 и катода 23 электролитической ванны на фиг. 6а, которая является двусторонне симметричной, при этом, в электролитическую ванну 22 подается вода, меняют, катионообменная смола 26 осуществляет функцию перемещения ионов Н⁺ в качестве катализатора и для регенерации, таким образом, непрерывно производя восстанавливающую воду. Кроме того, поскольку однонаправленный поток воды меняют на обратный, загрязнение ионообменной мембраны предотвращается путем изменения направления потока воды, которая может образовываться.

Таким образом, при смене полярности, катод 23 на фиг. 6а становится анодом 53 на фиг. 6b, а анод 24 на фиг. 6a становится катодом 54 на фиг. 6b; воду, прошедшую через RO фильтр 51 на фиг. 6b, подают на катод 54 и в катионообменную смолу 56. Поскольку эта конструкция двусторонне симметрична относительно катионообменной смолы 56, в зависимости от полярности электродов катод 23 и анод 24 могут быть переставлены местами.

На фиг. 11а и 11b представлены графики рН и ORP свойств восстанавливающей воды, образующейся на катоде, до и после переключения электродов в устройстве для производства восстанавливающей воды, поясняемом фиг. 6а и 6b.

На фиг. 11а показано изменение рН восстанавливающей воды в соответствии с ухудшением функционирования катионообменной смолы, при этом, вода протекает с заданным расходом. Как видно на фиг 11а, вода, отводимая от катода, характеризуется увеличивающимся рН из-за ухудшения функционирования катионообменной смолы.

Когда полярность электродов и каналы меняют, как показано на фиг. 11b, рН возвращается в нейтральный диапазон, а ORP поддерживается равным -500 мВ или выше.

Как показано на фиг. 12а и 12b, катод и анод, используемые в электролитической ванне в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, могут иметь множество пор, через которые проходит вода, как показано на фиг. 12а и 12b, при этом, поры расположены на определенном расстоянии друг от друга (фиг. 12а) или могут представлять собой сетчатую структуру для дополнительного увеличения площади поверхности (фиг. 12b).

Благодаря такой конструкции может быть повышена эффективность электролиза. Материал для изготовления электродов может представлять собой биологически устойчивый титановый электрод, покрытый платиной, которая не претерпевает ионизации при приложении напряжения, обладает превосходной электропроводностью и является биологически устойчивой.

В устройстве для производства восстанавливающей воды, соответствующем вариантам осуществления настоящего изобретения, катод и катионообменная мембрана могут контактировать с катионообменной смолой, а катионообменная смола и катионообменная мембрана могут контактировать с анодом.

На фиг. 13 показана конфигурация катионообменной смолы, катионообменной мембраны и электродов в устройстве для производства восстанавливающей воды, соответствующем вариантами осуществления настоящего изобретения.

Когда между катионообменными мембранами 85 и 85' и электродами 83 и 84 имеется определенное расстояние, эффективность перемещения ионов Н⁺, образовавшихся на аноде 84, к катионообменной мембране 85' и катионообменной смоле 86 может снижаться, и эффективность нейтрализации рН воды на катоде 83 может падать.

Следовательно, как показано на фиг. 13, предпочтительно, катионообменная смола 86, катионообменные мембраны 85 и 85' и электроды 83 и 84 контактируют друг с другом. Кроме этого, поскольку сквозь катионообменные мембраны 85 и 85' проходят только катионы, вода не может проходить через катионообменную мембрану. Таким образом, зона, в которой находится вода, разделена катионообменными мембранами.

Устройство для производства восстанавливающей воды, соответствующее одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, пригодно для производства нейтральной (рН 5,8-8,5) восстанавливающей воды.

Кроме этого, данное устройство может быть применено в разливочных автоматах или увлажнителях внутренней установки бытовых и производственных холодильников. Кроме того, восстанавливающая вода, производимая данным устройством, является очень активной восстанавливающей водой с доведенной до максимума концентрацией растворенного Н₂ при комнатной температуре, содержит расщепленные молекулы воды и, таким образом, применима во многих областях, включая товары для здоровья, косметику и сельское хозяйство.

Хотя проиллюстрировано и описано только несколько вариантов осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области понятно, что в эти варианты осуществления изобретения могут быть внесены изменения, не выходящие за рамки принципов и существа изобретения, объем которого определяется в формуле изобретения и ее эквивалентах.

Изобретение относится к устройствам для производства восстановленной воды. Устройство для производства восстановленной воды включает электролитическую ванну, в которой имеется катодная камера, снабженная катодом, анодная камера, снабженная анодом, и промежуточная камера, расположенная между катодной камерой и анодной камерой. Катодная камера и промежуточная камера снабжены входным отверстием, через которое подают воду, и выходным отверстием, через которое воду отводят. Катионообменная мембрана расположена между катодной камерой и промежуточной камерой. В промежуточной камере имеется катионообменная смола, от которой отделяются ионы водорода в ходе реакции катионообменной смолы с водой, причем катионообменная мембрана, расположенная между катодной камерой и промежуточной камерой, и катионообменная смола контактируют друг с другом; и катионообменная смола, катионообменная мембрана, расположенная между промежуточной камерой и анодной камерой, и анод контактируют друг с другом. Технический результат - получение воды, которая сохраняет рН в нейтральном диапазоне и обладает исключительной восстановительной способностью. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Устройство для производства восстановленной воды, включающее
электролитическую ванну, в которой имеется катодная камера, снабженная катодом, анодная камера, снабженная анодом, и промежуточная камера, расположенная между катодной камерой и анодной камерой,
при этом катодная камера и промежуточная камера снабжены входным отверстием, через которое подают воду, и выходным отверстием, через которое воду отводят,
катионообменная мембрана расположена между катодной камерой и промежуточной камерой,
в промежуточной камере имеется катионообменная смола, от которой отделяются ионы водорода в ходе реакции катионообменной смолы с водой, причем катионообменная мембрана, расположенная между катодной камерой и промежуточной камерой, и катионообменная смола контактируют друг с другом; и катионообменная смола, катионообменная мембрана, расположенная между промежуточной камерой и анодной камерой, и анод контактируют друг с другом.

2. Устройство по п. 1, дополнительно включающее побудитель циркуляции, предназначенный для подачи воды в промежуточную камеру и для подачи воды, прошедшей через катионообменную смолу, снова в промежуточную камеру.

3. Устройство по п. 2, в котором побудитель циркуляции может включать: резервуар для воды, предназначенный для хранения воды, подаваемой в промежуточную камеру; канал для создания водотока, обеспечивающего циркуляцию воды, имеющейся в резервуаре для воды, между промежуточной камерой и резервуаром для воды; и насос для обеспечения циркуляции воды, имеющейся в резервуаре для воды, между промежуточной камерой и резервуаром для воды.

4. Устройство по п. 3, в котором резервуар для воды включает: датчик уровня воды, предназначенный для указания уровня воды в резервуаре для воды; и выходное отверстие, через которое воду, хранящуюся в резервуаре для воды, выводят из него.

5. Устройство по п. 2, в котором побудитель циркуляции включает
канал для создания водотока, обеспечивающего подачу воды, прошедшей через промежуточную камеру, снова в промежуточную камеру;
насос для обеспечения циркуляции воды, поданной в промежуточную камеру, по данному каналу; и
клапан для регуляции расхода воды, подаваемой в промежуточную камеру.

6. Устройство по п. 2, дополнительно включающее обратноосмотический (RO) фильтр, предназначенный для очистки
воды, подаваемой в электролитическую ванну или в побудитель циркуляции; и
клапан для регуляции расхода воды так, чтобы вода, подаваемая после RO фильтра, поступала в катодную камеру или побудитель циркуляции.

7. Устройство по п. 1, дополнительно включающее катионообменную мембрану, расположенную между анодной камерой и промежуточной камерой.

8. Устройство по п. 7, в котором катионообменная смола может быть регенерирована путем переключения катода и анода.

9. Устройство по п. 1, дополнительно включающее:
фильтр из катионообменной смолы, через который проходит вода, подаваемая в промежуточную камеру, при этом от катионообменной смолы отделяются ионы водорода в ходе реакции катионообменной смолы с водой.

10. Устройство по п. 9, дополнительно включающее: RO фильтр, предназначенный для очистки воды, подаваемой на фильтр из катионообменной смолы или в катодную камеру; и
отводной канал, предназначенный для подачи воды, очищенной на RO фильтре, на фильтр из катионообменной смолы и в катодную камеру электролитической ванны.

11. Устройство по п. 10, в котором фильтр из катионообменной смолы включает:
входное отверстие, через которое подают воду, прошедшую через RO фильтр; и
выходное отверстие, через которое отводят воду, подаваемую в промежуточную камеру.

12. Устройство по п. 10, в котором фильтр из катионообменной смолы размещен между RO фильтром и электролитической ванной так, чтобы вода проходила через фильтр из катионообменной смолы до того, как эта вода поступит в промежуточную камеру.

13. Устройство по п. 9, в котором фильтр из катионообменной смолы установлен с возможностью снятия в устройстве для производства восстановленной воды.

14. Устройство для производства восстановленной воды, включающее:
электролитическую ванну, в которой имеется катодная камера, снабженная катодом, анодная камера, снабженная анодом, и промежуточная камера, расположенная между катодной камерой и анодной камерой; и
фильтр из катионообменной смолы, через который пропускают воду, подаваемую в промежуточную камеру,
при этом катодная камера и промежуточная камера снабжены входным отверстием, через которое подают воду, и выходным отверстием, через которое воду отводят, и
катионообменная мембрана расположена между катодной камерой и промежуточной камерой, причем катионообменная мембрана, расположенная между катодной камерой и промежуточной камерой, и катионообменная смола контактируют друг с другом; и катионообменная смола, катионообменная мембрана, расположенная между промежуточной камерой и анодной камерой, и анод контактируют друг с другом.