CN104007146B - 电解程度分析方法、控制方法及制取弱碱性水的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解程度分析方法，其包括：控制电解槽的直流电源输出一系列呈均匀递增变化的电压值；获取相对应的一系列电流值；计算得出由电解槽所等效的阻抗元件的一系列电阻值；按照顺序将每个电阻值减去后一电阻值而得到一系列电阻差值；当连续N次出现电阻差值小于预设值P时，将第一次出现电阻差值小于预设值P时所对应的电阻值及其前一个电阻值分别定义为第二电阻值和第一电阻值，获取其所对应的电压值分别作为第一电压值和第二电压值，在所述第一电压值和第二电压值之间则可获取临界电压值。利用本发明的分析方法可根据水质设置多个档位的电压值以制备出所需安全弱碱性水，具有良好经济效益。

Description

电解程度分析方法、控制方法及制取弱碱性水的设备

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，更具体地涉及一种电解程度分析方法、控制方法及制取弱碱性水的设备。

背景技术

人体的体液正常酸碱度pH值应为7.35～7.45，如果偏离这个值，身体细胞内的化学反应速度会发生显著变化。酸碱平衡是体内环境调节的重要因素，也是维持正常生理活动的重要条件。而由于大部分人群为酸性体质，处于亚健康状态。而饮用弱碱性水则可以极大地改善酸性体质，使人们的身体健康得到有力保障。因此，安全弱碱性水具有极大的市场需求，而如何制备弱碱性水则成为了目前饮用水行业极为关注的问题之一。

普通的水一般PH性为中性(PH＝7)，根据电气分解原理，电解制水机把水分离成氧化水和还原水，分别是酸性水(PH<7)和碱性水(ph>7)。目前，通常是采用电解槽施加低压直流电源的微电解方式来实现上述电解过程。如图1所示，电解槽10一般由槽体1、阳极2和阴极3组成，用隔膜4将阳极2和阴极3隔开而使槽体1内形成阳极室和阴极室。阳极2和阴极3分别连接到直流电源20的正极和负极，当直流电源20对阴阳极通电时，在阳极2与溶液界面处发生氧化反应，在阴极3与溶液界面处发生还原反应，从而可制取所需碱性水和酸性水，碱性水和酸性水可分别从阴极室和阳极室内的出水口6和5流出。

然而，目前所制取的碱性水，根据水质的不同，很难控制它的电解强度，所制取出来的水的碱度，高的甚至达到PH值为10以上，甚至11以上的水。

如何在不同的水质的情况下，分析并控制电解程度以制取所需碱度的安全食用水成为目前急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种电解程度分析方法以便寻找以微电解方式电解水时电解程度变化的临界点。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种电解程度控制方法以便通过控制水的电解程度来制备出不同碱性程度的安全碱性水。

本发明所要解决的再一个技术问题是提供一种制取弱碱性水的设备以制备出多种不同碱性的安全弱碱性水。

为了解决上述问题，本发明提供一种电解程度分析方法，用于寻找以微电解方式电解水时电解程度变化的临界点。所述微电解为采用电解槽施加低压直流电源的电解方式，所述电解槽和直流电源组成一回路。所述电解程度分析方法包括以下步骤：(a)、在电解槽通水的状态下，控制所述直流电源输出一系列不同的电压值V1，每次改变所述电压值V1的时间间隔为T，该一系列不同的电压值V1呈均匀递增变化；(b)、获取回路中与所述一系列不同的电压值V1相对应的一系列电流值I1；(c)、根据电路计算公式电阻＝电压/电流，计算得出由电解槽所等效的阻抗元件的一系列电阻值R1；(d)、在所述一系列电阻值R1中，按照顺序将每个电阻值减去后一电阻值而得到一系列电阻差值D；(e)、依次判断所述一系列电阻差值D中每个电阻差值D是否小于预设值P，当连续N次出现电阻差值D小于预设值P时，将第一次出现电阻差值D小于预设值P时所对应的电阻值及其前一个电阻值分别定义为第二电阻值和第一电阻值，获取该第一电阻值和第二电阻值所对应的电压值分别作为第一电压值和第二电压值，在所述第一电压值和第二电压值之间则可获取临界电压值V0。

优选地，所述电解槽与直流电源所形成的回路中串联有一电阻元件，步骤(b)包括：(b1)、在直流电源输出一系列不同的电压值V1的同时检测所述电阻元件两端的电压变化而得到一系列电压值V2；(b2)、根据所述电阻元件的一系列电压值V2及电路计算公式电流＝电压/电阻，计算得出所述电阻元件的一系列电流值I2，该一系列电流值I2则为回路中与所述一系列不同的电压值V1相对应的一系列电流值I1。

优选地，所述一系列电压值V1的取值范围为3V-24V，每次变化以1V的电压值递增。

优选地，所述预设值P的取值为0.3～9欧姆中的某一电阻值，次数N的取值为大于2的整数值。

优选地，每次改变所述电压值V1的时间间隔T的取值范围为0.5秒至1秒。

为了解决上述问题，本发明还提供一种电解程度控制方法，其包括以下步骤：(a)、在电解槽通水的状态下，控制所述直流电源输出一系列不同的电压值V1，每次改变所述电压值V1的时间间隔为T，该一系列不同的电压值V1呈均匀递增变化；(b)、获取回路中与所述一系列不同的电压值V1相对应的一系列电流值I1；(c)、根据电路计算公式电阻＝电压/电流，计算得出由电解槽所等效的阻抗元件的一系列电阻值R1；(d)、在所述一系列电阻值R1中，按照顺序将每个电阻值减去后一电阻值而得到一系列电阻差值D；(e)、依次判断所述一系列电阻差值D中每个电阻差值D是否小于预设值P，当连续N次出现电阻差值D小于预设值P时，将第一次出现电阻差值D小于预设值P时所对应的电阻值的前一个电阻值定义为第一电阻值，获取该第一电阻值所对应的电压值作为第一电压值；(f)、根据已确定的第一电压值依顺序获取之后的连续M个电压值，其中，M≤6；(g)、将所述第一电压值设置为第一档位，之后的M个电压值依次设置为相应的M个档位；(h)、当某一个档位被选中时，控制直流电源输出与该档位相对应的电压值V1以使电解槽内的水被电解而获得与该档位相应的碱性水。

优选地，所述电解槽与直流电源所形成的回路中串联有一电阻元件，步骤(b)包括：(b1)、在直流电源输出一系列不同的电压值V1的同时检测所述电阻元件两端的电压变化而得到一系列电压值V2；(b2)、根据所述电阻元件的一系列电压值V2及电路计算公式电流＝电压/电阻，计算得出所述电阻元件的一系列电流值I2，该一系列电流值I2则为回路中与所述一系列不同的电压值V1相对应的一系列电流值I1。

优选地，所述一系列电压值V1的取值范围为3V-24V，每次变化以1V的电压值递增。

优选地，所述预设值P的取值为0.3～9欧姆中的某一电阻值，次数N的取值为大于2的整数值。

为了解决上述问题，本发明还提供一种制取弱碱性水的设备，其包括：一电解槽，用于对水的进行电解；一直流电源，用于为所述电解槽施加电压；一控制装置，用于根据上述饮用水电解程度控制方法来设置M+1个档位以控制所述电解槽制备不同碱性程度的弱碱性水；一输入装置，设置有M+1个开关，每个开关用于对应地控制一个档位。

与现有技术相比，本发明所提供的电解程度分析方法利用水的电阻值与电解程度的关系来寻找饮用水电解程度变化的临界点，从而可将临界点确定在很小的电压范围内，基于此可通过设置多个档位来实现对自来水电解程度的控制以制备出不同碱性程度的安全弱碱性水。该电解程度控制方法应用于饮用水制取设备中可针对于不同的水质自动检测而设置好多个档位的电压值以制备出所需安全弱碱性水，应用范围广泛，可带来良好经济效益。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为现有电解槽与直流电源连接的结构示意图。

图2为本发明电解程度分析方法的等效电路示意图。

图3为用于说明本发明电解程度分析方法的曲线图。

图4为本发明电解程度分析方法的流程图。

图5为本发明电解程度控制方法的流程图。

图6为本发明制取弱碱性水的设备一实施例的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明是基于在电解槽外加低压直流电源的微电解方式，来实现电解程度的分析和控制，并可最终产生安全的的弱碱性水。其中，凡对地电压在250V及以下则为低压，而在本发明中只选用0-40V的直流电压；一般对于PH值在7～10以内的水都称为弱碱性水。为了说明本发明技术方案的原理，在此引进一个全电解和半电解概念。

当水质中的离子在直流电源的驱动下，所有离子能被驱动到电解槽的两个电极附近，其中阳离子到负极而阴离子到正极，这样的电解程度称为全电解；当直流电源不足以把所有的离子分别驱动到两个极板附近时，这样的电解程度称为半电解。若能获得刚好能驱动所有离子为全电解的临界状态的电压值，那么这个电压值前面的电压为半电解电压，后面则为全电解电压。

通过大量的试验发现，在半电解电压下，随着电压的增加，通过所加电压和回路电流之比所得出的水的电阻值会逐渐减小，直到临界全电解电压；在全电解电压下，所有的离子能被驱动，通过直流电源对电解槽所加电压和其回路电流之比所得出的水的电阻值较为恒定。

基于此，本发明提供了一种电解程度分析方法，用于寻找以微电解方式电解时电解程度变化的临界点。如图2所示，在本实施例中，实现上述方法的基本硬件配置包括有电解槽10、直流电源20及小阻值的电阻元件30，其中，电阻元件串联在电解槽10与直流电源20所形成的回路中，该电阻元件30可选用阻值很小例如0.22欧姆的精密电阻来实现，由于电阻的阻值足够小，其分压效果可忽略不计。具体地，参照图4，本实施例的电解程度分析方法包括以下步骤：

步骤S101：在电解槽10通水的状态下，控制直流电源20输出一系列不同的电压值V1，该一系列电压值V1呈均匀递增变化。优选地，所述一系列电压值V1的取值范围为3V-24V，每次变化以1V的电压值递增，每次改变所述电压值V1的时间间隔T的取值范围为0.5秒至1秒，在某些实施例中，该时间间隔T可选择0.5秒。上述电压值的改变可通过以下方式来实现：在电路回路中设置一开关管，通过单片机编程来实现对开关管输出PWM控制信号以控制开关管的快速通断，从而改变T时间内的平均电压。

步骤S102：获取回路中与所述一系列不同的电压值V1相对应的一系列电流值I1。该一系列电流值I1可通过以下方式来取得：首先，在直流电源20输出一系列不同的电压值V1的同时检测所述电阻元件30两端的电压变化而得到一系列电压值V2；然后，根据所述电阻元件30的一系列电压值V2及电路计算公式电流＝电压/电阻，计算得出所述电阻元件30的一系列电流值I2，该一系列电流值I2则为回路中与所述一系列不同的电压值V1相对应的一系列电流值I1。

步骤S103：根据电路计算公式电阻＝电压/电流，计算得出由电解槽10所等效的阻抗元件的一系列电阻值R1。

步骤S104：在所述一系列电阻值R1中，按照顺序将每个电阻值减去后一电阻值而得到一系列电阻差值D。

步骤S105：依次判断所述一系列电阻差值D中每个电阻差值D是否小于预设值P，当连续N次出现电阻差值D小于预设值P时，将第一次出现电阻差值D小于预设值P时所对应的电阻值及其前一个电阻值分别定义为第二电阻值和第一电阻值，获取该第一电阻值和第二电阻值所对应的电压值分别作为第一电压值和第二电压值，在所述第一电压值和第二电压值之间可获取临界电压值V0，其中，预设值P和次数N的具体取值可根据实际电解水质的特点和测试精度的不同需求来选择，优选地，预设值P的取值为0.3～9欧姆中的某一电阻值，次数N的取值为大于2的整数值。

下面参照表1以具体的实验例子进行说明，以下所列举的数据为原水的TDS值等于300，PH值为7.6，温度为22℃所测定的数据。

电压(V)	电流(mA)	电阻(Ω)	电阻差值(Ω)
				3	56	54	9

4	89	45	10
				5	142	35	5
6	200	30	4
				7	270	26	1
8	320	25	1
				9	380	24	0
10	420	24	0
				11	460	24	1
12	530	23	2
				13	610	21	0
14	680	21	1
				15	762	20	0
16	820	20	2
				17	960	18	2
18	1140	16	/

表1

参照上述表格可得知，当电压值V1选取以下一系列电压值：3V、4V……18V时，可测得回路中的电流依次为56mA、89mA……1140mA，则相应地得出电解槽10所等效的阻抗元件的一系列电阻值为54Ω、45Ω……16Ω，进而可得出电阻差值D的一系列值。若预设值P取值为3欧姆，N取值为5，由上述表格可得知，电阻值为26Ω时第一次出现电阻差值D小于3Ω，且接下来的四个电阻差值D都是小于3Ω，因此，该电阻值26Ω及其前一电阻值30Ω分别为第二和第一电阻值，则其相应的电压值6V和7V分别为第一电压值和第二电压值，临界电压值出现在6V和7V之间。如图3所示，若根据表1的数据，以电压值变化为横轴，以电阻值变化为纵轴可构建出电阻值的变化曲线，由图中曲线可明显看出，在大概6V或7V的之前和之后的直线斜率明显不同，也即在电压值6V和7V之间出现了半电解和全电解的转折点，在实际应用中，可选择第一电压值6V或第二电压值7V作为临界电压值。若预设值P取值为2欧姆，N取值为3、4或5，则依据上述方式同样可以得出临界电压值出现在6V和7V之间。

基于上述电解程度分析方法，本发明还提供了一种电解程度控制方法。参照图5，该电解程度控制方法包括以下步骤：

步骤S201：在电解槽10通水的状态下，控制直流电源20输出一系列不同的电压值V1，该一系列电压值V1呈均匀递增变化。优选地，所述一系列电压值V1的取值范围为3V-24V，每次变化以1V的电压值递增，每次改变所述电压值V1的时间间隔T的取值范围为0.5秒至1秒，在某些实施例中，该时间间隔T可选择0.5秒。上述电压值的改变可通过以下方式来实现：在电路回路中设置一开关管，通过单片机编程来实现对开关管输出PWM控制信号以控制开关管的快速通断，从而改变T时间内的平均电压。

步骤S202：获取回路中与所述一系列不同的电压值V1相对应的一系列电流值I1。该一系列电流值I1可通过以下方式来取得：首先，在直流电源20输出一系列不同的电压值V1的同时检测所述电阻元件30两端的电压变化而得到一系列电压值V2；然后，根据所述电阻元件30的一系列电压值V2及电路计算公式电流＝电压/电阻，计算得出所述电阻元件30的一系列电流值I2，该一系列电流值I2则为回路中与所述一系列不同的电压值V1相对应的一系列电流值I1。

步骤S203：根据电路计算公式电阻＝电压/电流，计算得出由电解槽10所等效的阻抗元件的一系列电阻值R1。

步骤S204：在所述一系列电阻值R1中，按照顺序将每个电阻值减去后一电阻值而得到一系列电阻差值D。

步骤S205：依次判断所述一系列电阻差值D中每个电阻差值D是否小于预设值P，当连续N次出现电阻差值D小于预设值P时，将第一次出现电阻差值D小于预设值P时所对应的电阻值的前一个电阻值定义为第一电阻值，获取该第一电阻值所对应的电压值作为第一电压值。其中，预设值P和次数N的具体取值可根据实际电解水质的特点和测试精度的不同需求来选择，优选地，预设值P的取值为0.3～9欧姆中的某一电阻值，次数N的取值为大于2的整数值。

步骤S206：根据已确定的第一电压值依顺序获取之后的连续M个电压值，其中，M≤6。

步骤S207：将所述第一电压值设置为第一档位，之后的M个电压值依次设置为相应的M个档位。

步骤S208：当某一个档位被选中时，控制直流电源20输出与该档位相对应的电压值V1以使电解槽10内的电解而获得与该档位相应的碱性水。

根据实验分析可得，第一电压值之后的第六个电压值所电解出来的碱性水的碱性程度依次增强。由于电解出来的水的碱度跟电解槽有关，根据楞斯特方程对电解槽预先进行设计，然后控制电解槽的电压可达到控制电解水碱度小于9.5的目的。基于上述设计，最高电解强度的第七档位可电解出来的水仍为碱度不高于9.5的弱碱性水。因此，为了使得电解出来的碱性水可供日常使用，将M的取值范围设定为M≤6。在某些优选实施例中，将M的取值选择为6，也即所需的电压值(档位)选择七个，则可使得在满足碱度不高于9.5的前提下有尽可能多的档位可供选择，以满足用户的多样化需求。而最强档位第七档位所电解的碱性水仍为以便日常使用。

以表格1为例，根据上述方法可得出七个档位分别对应的电压值为6V、7V……12V这七个电压值。例如，当第一档位被选中时，直流电源20对电解槽10输出的电压为6V，此时，电解槽10内可电解得到接近临界点的弱碱性水。

此外，参照图6，本发明还提供了一种制取弱碱性水的设备100，该设备100包括电解槽10、直流电源20、控制装置40及输入装置50。其中，电解槽10用于对水进行电解，直流电源20用于为所述电解槽10施加电压，控制装置40用于根据上述电解程度控制方法来控制电解槽10制备不同碱性程度的碱性水，而输入装置50设置有多个开关，每个开关对应地控制一个档位。该设备100可自动寻找电解时电解程度变化的临界点，并且以此确定可制备出弱碱性水的多个档位。

如上所述，本发明所提供的电解程度分析方法利用水的电阻值与电解程度的关系来寻找自来水电解程度变化的临界点，从而可将临界点确定在很小的电压范围内，基于此可通过设置多个档位来实现对自来水电解程度的控制以制备出不同碱性程度的安全碱性水。该电解程度控制方法应用于饮用水处理设备中可针对于不同的水质自动检测而设置好多个档位的电压值以制备出所需安全弱碱性水，应用范围广泛，可带来良好经济效益。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (10)

1.一种电解程度分析方法，用于寻找以微电解方式电解水时电解程度变化的临界点，所述微电解为采用电解槽施加低压直流电源的电解方式，所述电解槽和直流电源组成一回路，其特征在于，所述电解程度分析方法包括以下步骤：

(a)、在电解槽通水的状态下，控制所述直流电源输出一系列不同的电压值V1，每次改变所述电压值V1的时间间隔为T，该一系列不同的电压值V1呈均匀递增变化；

(b)、获取回路中与所述一系列不同的电压值V1相对应的一系列电流值I1；

(c)、根据电路计算公式电阻＝电压/电流，计算得出由电解槽所等效的阻抗元件的一系列电阻值R1；

(d)、在所述一系列电阻值R1中，按照顺序将每个电阻值减去后一电阻值而得到一系列电阻差值D；

(e)、依次判断所述一系列电阻差值D中每个电阻差值D是否小于预设值P，当连续N次出现电阻差值D小于预设值P时，将第一次出现电阻差值D小于预设值P时所对应的电阻值及其前一个电阻值分别定义为第二电阻值和第一电阻值，获取该第一电阻值和第二电阻值所对应的电压值分别作为第一电压值和第二电压值，在所述第一电压值和第二电压值之间则可获取临界电压值V0。

2.如权利要求1所述的电解程度分析方法，其特征在于：所述电解槽与直流电源所形成的回路中串联有一电阻元件，步骤(b)包括：

(b1)、在直流电源输出一系列不同的电压值V1的同时检测所述电阻元件两端的电压变化而得到一系列电压值V2；

(b2)、根据所述电阻元件的一系列电压值V2及电路计算公式电流＝电压/电阻，计算得出所述电阻元件的一系列电流值I2，该一系列电流值I2则为回路中与所述一系列不同的电压值V1相对应的一系列电流值I1。

3.如权利要求1所述的电解程度分析方法，其特征在于：所述预设值P的取值为0.3～9欧姆中的某一电阻值，次数N的取值为大于2的整数值。

4.如权利要求1所述的电解程度分析方法，其特征在于所述一系列电压值V1的取值范围为3V-24V，每次变化以1V的电压值递增。

5.如权利要求1所述的电解程度分析方法，其特征在于：每次改变所述电压值V1的时间间隔T的取值范围为0.5秒至1秒。

6.一种电解程度控制方法，用于控制以微电解方式电解水时的电解程度，所述微电解为采用电解槽施加低压直流电源的电解方式，所述电解槽和直流电源组成一回路，其特征在于，所述电解程度控制方法包括以下步骤：

(a)、在电解槽通水的状态下，控制所述直流电源输出一系列不同的电压值V1，每次改变所述电压值V1的时间间隔为T，该一系列不同的电压值V1呈均匀递增变化；

(b)、获取回路中与所述一系列不同的电压值V1相对应的一系列电流值I1；

(c)、根据电路计算公式电阻＝电压/电流，计算得出由电解槽所等效的阻抗元件的一系列电阻值R1；

(d)、在所述一系列电阻值R1中，按照顺序将每个电阻值减去后一电阻值而得到一系列电阻差值D；

(e)、依次判断所述一系列电阻差值D中每个电阻差值D是否小于预设值P，当连续N次出现电阻差值D小于预设值P时，将第一次出现电阻差值D小于预设值P时所对应的电阻值的前一个电阻值定义为第一电阻值，获取该第一电阻值所对应的电压值作为第一电压值；

(f)、根据已确定的第一电压值依顺序获取之后的连续M个电压值，其中，M≤6；

(g)、将所述第一电压值设置为第一档位，之后的M个电压值依次设置为相应的M个档位；

(h)、当某一个档位被选中时，控制直流电源输出与该档位相对应的电压值V1以使电解槽内的水电解而获得与该档位相应的弱碱性水。

7.如权利要求6所述的电解程度控制方法，其特征在于：所述电解槽与直流电源所形成的回路中串联有一电阻元件，步骤(b)包括：

(b1)、在直流电源输出一系列不同的电压值V1的同时检测所述电阻元件两端的电压变化而得到一系列电压值V2，

(b2)、根据所述电阻元件的一系列电压值V2及电路计算公式电流＝电压/电阻，计算得出所述电阻元件的一系列电流值I2，该一系列电流值I2则为回路中与所述一系列不同的电压值V1相对应的一系列电流值I1。

8.如权利要求6所述的电解程度控制方法，其特征在于：所述一系列电压值V1的取值范围为3V-24V，每次变化以1V的电压值递增。

9.如权利要求6所述的电解程度控制方法，其特征在于：所述预设值P的取值为0.3～9欧姆中的某一电阻值，次数N的取值为大于2的整数值。

10.一种制取弱碱性水的设备，其特征在于，包括：

一电解槽，用于对水进行电解；

一直流电源，用于为所述电解槽施加电压；

一控制装置，用于根据权利要求6-9任一项所述的方法来设置M+1个档位以控制所述电解槽制备不同碱性程度的弱碱性水；

一输入装置，设置有M+1个开关，每个开关用于对应地控制一个档位。