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1、(10)申请公布号 CN 103124696 A(43)申请公布日 2013.05.29CN103124696A*CN103124696A*(21)申请号 201080060361.5(22)申请日 2010.12.2912/649,612 2009.12.30 USC02F 1/467(2006.01)(71)申请人塞尔希奥加布里埃尔卡佩迪尼地址西班牙马德里市阿尔科文达斯区工业大道6-8号17仓库(72)发明人塞尔希奥加布里埃尔卡佩迪尼(74)专利代理机构北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙) 11350代理人汤东凤(54) 发明名称用于借助水分子水解产生羟基离子的水消毒方法和装置(57) 。
2、摘要本发明涉及用于对水消毒的方法和装置，其使用用于从水分子的水解产生羟基离子以便氧化水中的污染物的装置，其中自动地调整电极处的输电电压以在所述电极之间产生所需恒定电流，且以此方式，不同于其它发明而提供自动高效的消毒。所述装置包括水隔室或电极腔室，所述水隔室或电极腔室包含入口水通路和出口水通路以在所述隔室中产生电流。根据本发明，所述水隔室中的电极施加电压电位，所述电压电位以有效地氧化例如病毒、细菌、藻类、有机和无机物质等污染物的方式使电流行进穿过所述水且在其中产生羟基离子，而不管有待处理的水的类型和导电性如何。(30)优先权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2012.07.02(86)PCT申。
3、请的申请数据PCT/ES2010/000531 2010.12.29(87)PCT申请的公布数据WO2011/080366 ES 2011.07.07(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书5页 附图5页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图5页(10)申请公布号 CN 103124696 ACN 103124696 A1/2页21.一种用于通过水分子的水解产生羟基离子以氧化水中的污染物的设备，所述设备的特征在于：一个或一个以上腔室，其具有根据将要用进水口和出水口处理的应用和/或体积的多个电极以允许水越过安装在所述腔室内的所述电极。安装在所。
4、述电极腔室内的电极，其用于接收穿过所述水并进入所述电极腔室中的可调整电流。以及电子控制单元，其经配置以将所述电流转换为低电压电流和连续电流（DCV）中的交变输入电力（ACV），电子控制单元5经配置而以如下方式自动地调整施加到所述水中的所述电极的所述电压以建立所需的电流，而不管将要处理的水的导电性如何：注入到所述电极的电压量是用于在被处理的所述水中产生最大量的羟基离子的理想电压，而不管增加所述水的所述导电性的所述电压的导电性较低且在水的所述导电性增加或变化的情况下减小所述电压，进而解决了在水解过程中呈现出的技术限制，迄今为止在所述电极之间产生的所述电流与所产生的5羟基离子的量之间存在一直接关系，。
5、所述电极之间的更高的电流（安培增加了羟基离子的产生。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述污染物包含有机和无机物质、细菌、病毒、原生动物和/或水网中的藻类、核、废物、饮料、淤血、鱼池、微咸水或将要进行处理的任何类型的水，以进行消毒且/或氧化有机物质和/或无机物质，因为适当的导电性不限制羟基离子产生的有效性且根据权利要求1所述的设备在任何类型的水中操作。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述电流输入（ACV）是12（DCV）、24(CSD)和/或100到240伏，50到60Hz。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制单元经配置以将1和24伏DC的电压施加到所述电极。5.根据权利要求1所述的设。
6、备，其中所述电极腔室是由多个个别隔室构成，其中相应电极处于所述个别隔室中的每一者上。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述电极是被贵金属覆盖物涂覆的钛电极，以保护所述电极避免氧化所产生的羟基离子，且还允许羟基离子的适当产生。7.根据权利要求1所述的设备，其包含流量传感器，所述流量传感器在水流过所述电极腔室时检测水流量，且自动激活所述电子控制单元以检测所述水导电性，且在水移动穿过所述电极腔室时以与所述流量传感器关闭到所述电极的电源相同的方式发送合适的电压，且系统保持在“待机”中或在使水循环通过所述电极腔室时就绪。8.根据权利要求1所述的设备，其与过滤系统相结合，所述过滤系统泵送且过滤来自储水池的。
7、水，或打开，所述系统提供消毒设备。9.一种水消毒方法，其包括以下步骤：提供电极隔室或腔室以供水进入和退出所述电极隔室或腔室，所述水在安装在所述腔室或隔室内的所述电极的表面的内部并越过所述表面进行循环；位于所述电极隔室或腔室中以用于接收电流的电极放置可使所述水通过，且将电能转换为所需连续电流的电流，且以如下方式自动调整施加于所述水中的电极的电压以建立所需的电流密度，而不管水的导电性如何：在被处理的所述水中产生最大量的羟基离子，无论水是略微导电还是非常导电。10.根据权利要求9所述的方法，其包含将范围在1与24（DCV）之间的电压施加到所权 利 要 求 书CN 103124696 A2/2页3述电。
8、极5。11.根据权利要求9所述的方法，其包含依据将要处理的水的应用、电力、流量或类型，提供呈多个个别隔室形式的所述电极隔室或腔室，相应电极提供于所述个别腔室中的每一者中。12.根据权利要求9所述的方法，其包含自动检测通过所述电极的所述水的所述导电性，以发送适当的电压和电流，从而获得电子控制单元中编程的电力，以确保适当的操作和最大所需量的羟基离子。13.根据权利要求9所述的方法，其包含经由水过滤系统和泵送过滤水消毒设备提供水的流动速率。14.根据权利要求9所述的方法，其包含以下可能性：通过根据水温增加或减小所述设备的操作时间来自动地编程所述电子控制单元，且由此在较高温度、较长操作时间下，尤其在封。
9、闭的水处理系统中，可使对水消毒的过程自动化而不必根据所述水温不断地手动地重新编程所述装置。权 利 要 求 书CN 103124696 A1/5页4用于借助水分子水解产生羟基离子的水消毒方法和装置 技术领域0001 本发明涉及水净化方法，所述方法特别依赖于对受污染水中所存在的污染物（病毒、细菌、藻类、有机物质，等等）的基于水解的氧化。 背景技术0002 当前，在水净化过程中，通过氧化来摧毁上述污染物越来越得到接受，因为对用氯、雀麦草、过氧化氢等进行的常规净化处理越来越抵制。对于“军团菌”以及其它细菌也是这种情况。污染水平和控制那些水平的对应程序两者都要遵守欧盟的法规和西班牙国内每个自治区的法律。。
10、世界范围内的趋势是要寻找当前净化化学系统和/或产品的替代品；因此，旨在寻找尽可能环保的方法。这意味着要限制或取代那些可能对环境有害的化学产品。 0003 因为水导电性迥然不同，所以常规技术在其自身的适当发展和对于多种多样的水的实施方面表现出一些限制。即使可以获得关于发现新的水解替代品的研究和努力的信息，但本发明尚未发现已揭示的技术或其对应过程与本发明一致来解决所述技术限制，本发明已识别并解决了所述技术限制。 0004 根据本发明的水净化方法依赖于通过水分子的水解以产生羟基离子，羟基离子是一种具有强氧化性的物质，从而“氧化”存在于受污染水体中的污染物和/或有机物质，而不管所处理的给定水的具体水导。
11、电性如何。 0005 已知的是，对水中污染物的化学“氧化”涉及利用化学产品（氯、雀麦草，等等）的当前实施的常规化学过程，或例如盐电解或臭氧产生器系统等电子过程。 0006 电子氧化系统的缺点和难点之一源自以下事实：通过水分子水解产生羟基离子以氧化污染物与水导电性成正比，且此导电性确定了羟基离子的有效性和数量两者。这就限制了所述过程的功效。 0007 水导电性依据其来源而迥然不同。从固体完全溶解的河水的导电性（50-80ppm）到脱盐水的导电性（8,000ppm），测量表明差异极大的数字。因此，其中将连续电压功率施加到水中的电极（根据任何电解的基本技术）的水分子水解在电极中产生电流，所述电流与受。
12、污染水的导电性成正比。这意味着，对低导电性水的水解过程不是非常有效，因为所产生的电流将不足以获得适当地氧化水污染物（病毒、细菌、藻类，等等）所必 需的羟基离子水平。同样，高导电性水的水解遭受到羟基离子产生源方面的问题。在此特定情况下，问题出在将连续电压供应到电极中的电子控制单元，因为水的高导电性可能会因为过大的电流消耗而损坏控制单元的电子系统。 发明内容0008 为了减少对水分子水解的所述技术限制，本发明提供一种借助电子控制单元来自动调节电极中的电压的新过程，所述电子控制单元连续地测量水的导电性且精确地产生所需电压以刚好获得恰当量的电流。为此目的，本发明包括经编程的控制单元，所述经编程的说 明。
13、 书CN 103124696 A2/5页5控制单元确定所产生的羟基离子的正确数量。以此方式，保证了与所产生的羟基离子的数量有关的功效，因为水导电性将不会不利地影响用于氧化存在于水中的污染物的羟基离子的产生，进而使氧化最大化，而不管导电性如何。与先前技术相比，本发明以此技术优势而有益于水净化过程，且因此用电子系统使对水分子水解的当前限制最小化。 0009 水分子的水解是一种化学过程，其中水分子通过电力而裂开为不同片段。主要水解反应给出为： 0010 0011 水分子分解需要为1.8V的标准氧化还原电位（E0）。在纯水的情况下，分解相当弱，因此，有必要达到所溶解固体和导电分子（分别对应于定期水测试。
14、的TDS和导电性参数）两者的某一水平以实现高效的水消毒。 0012 以此方式，本发明产生最强氧化物质用来净化水，从而避免使用化学产品。在通过水分子水解产生羟基离子的特定情况下，氧化还原电位为2.05V，且其效果仅次于氟，然而，氟由于其高毒性而不可用做化学消毒剂。 0013 本发明的前述及其它目标、特征、方面和优势将从结合附图进行的本发明的以下详细描述而变得更加明显。 附图说明0014 图1展示水分子水解的主反应，其中水分子由于通过一对电极（6）向其注入电力而裂开为不同基团。 0015 图2展示水分子是高度稳定的化学物质，其既不容易裂开也不容易电离。H2O分子由两个氢原子和一个氧原子构成。 00。
15、16 图3展示在标准压力和温度下，元素氢为具有分子式H2的气体。两个氢原子共享两个电子。 0017 图4展示在标准压力和温度下，元素氧为具有分子式O2的气体，其具有8个质子、8个中子和8个电子。每一氧原子与另一原子共享4个电子。 0018 图5展示在由两个氢原子和一个氧原子构成的H2O中，每一氢原子核通过在氧原子之间共享的一对电子而键结到中央氧原子。 0019 图6展示当氢离子自由移动时，第二氢原子键结到氧原子，所述氢原子与所述氧原子共享10个电子。此导致更负的离子，因为电子的数目超过了质子的数目。因此产生带负电的氢氧化物。 0020 图7展示本发明的控制单元。 0021 图8为电极腔室的前视。
16、图。 0022 图9为侧视图，且展示电极腔室的电连接。 0023 图10为展示具有过滤器系统的水源的系统图，所述过滤器系统汲取水并将水提供到本发明的净化系统。 0024 图11为图10的净化系统的更详细方框图。 0025 图12为图11的控制器的更详细方框图。 说 明 书CN 103124696 A3/5页6具体实施方式0026 REDOX电位的最相关测量详细描述于表1中。 0027 表1：通过本发明的系统产生的氧化物质。 0028 0029 下文呈现本文中所使用的各种术语及其描述。 0030 水结构：水分子是高度稳定的化学物质。其既不容易裂开也不容易电离。H2O分子由两个氢原子和一个氧原子构。
17、成（见图2）。 0031 氢：在标准压力和温度下，元素氢为具有分子式H2的气体。两个氢原子共享两个电子（见图3）。 0032 氧：在标准压力和温度下，元素氧为具有分子式O2的气体，其具有8个质子、8个中子和8个电子。每一氧原子与另一原子共享4个电子（见图4）。 0033 水分子：在由两个氢原子和一个氧原子构成的H2O中，每一氢原子核通过在氧原子之间共享的一对电子而键结到中央氧原子（见图5，其展示正电荷和负电荷在水分子中的平衡位置）。 0034 电离：当将电施加到水时，发生电解和电离。氢离子中的一个氢离子从将其限定在水分子中的电位势垒逸出，因此产生具有单一质子且无电子的氢原子。当负电子超过电位势。
18、垒时，氢变为带有负电荷的离子。 0035 水的电离：当氢离子自由移动时，第二氢原子键结到氧原子，所述氢原子与所述氧原子共享10个电子。此导致更负的离子，因为电子的数目超过了质子的数目。因此产生带负电的氢氧化物（见图6）。 0036 离子：已获取电荷的原子称为离子。经离子化的原子具有负电荷或正电荷。经离子化的原子可具有一个或一个以上负电荷或正电荷。当原子释放或捕获一个或一个以上电子，从而改变质子与中子之间的电平衡时，发生此情况。 0037 阴离子：阴离子是电子比质子多，从而给予其负电荷的离子。 0038 阳离子：阳离子是质子比电子多，从而给予其正电荷的离子。 0039 导电性：为了获知溶解在水中。
19、的离子的数量，使用“导电性”参数来表征水。 0040 举例来说，钠离子带正电，且氯离子带负电。其组合的结果是稳定的盐，具有中性电荷（即，其不具有电荷）。当盐溶解在蒸馏水中时，钠变为带正电的离子，且氯变为带负电说 明 书CN 103124696 A4/5页7的离子，且水变得导电。原子氯的符号是Cl，且氯离子的符号是Cl-。 0041 本文描述的本发明包含以下设备部分： 0042 电子控制单元：图7展示具有内建式电子片的密封燃烧箱（7），所述电子片将标准电力（220V或110V，50或60Hz）变换为连续的低电压电流电力，所述低电压电流电力随后将被施加到位于电极（6）腔室中的电极。其具有编程键盘（。
20、1）以调整操作时间和模式。值得提出的是，所述控制单元使得基于水的导电性来相应地且永久地调整发送到电极（6）的电压，以便获得所需电流来用于产生氧化污染物所需的羟基离子，而不管水导电性如何。 0043 电极腔室：如图8和9所示制成一个或一个以上腔室，以实现对将经过进水口和出水口流到其中的类型的受污染水进行处置的所需目的。其具有一对相距至少0.5mm的 距离（取决于水导电性）而平行安装的钛电极。每一电极具有来自控制单元的电缆所连接到的电连接，且借此发送适当的连续电力以使水分子的水解发生。将电力发送到钛电极（涂有贵金属），所述钛电极充当阴极-阳极对以通过利用受污染水作为原材料来使水分子水解以用于其消毒。
21、过程（见图9）电连接（7）。水分子裂开成大量羟基离子（OH-）、单原子氧（O1）等等，因此产生最强现有氧化物质的组合来用于水净化，从而避免使用化学产品。在通过水分子水解产生羟基离子的特定情况下，氧化还原电位为2.05，仅次于氟的电位。因此，本发明的方法由于其简单性而易于实施（见图7、8和9），因为其仅需要电子控制单元和一个或一个以上钛电极腔室（取决于水的类型），其中用于氧化流过电极腔室的水中所存在的污染物的羟基离子的产生因此得以实现。 0044 在图8中，电极（6）腔室（8）可为透明的以使得可看见电极。所述图式展示腔室（8）的前视图。电极腔室的侧视图（图9）展示其组件：腔室（8）、一对电极（6。
22、）、来自控制单元（2）的电缆连接（7）、进水口（9）和出水口（10）。 0045 参看图10，净化水系统100包括水容器102，水容器102可为家用水池、家庭中的饮水槽等等，其容纳需要过滤和净化的水104。水管106将水供应到过滤器108，过滤器108将过滤后的水经过管道110供应到本发明的净化系统112。未讲明的是，过滤器108可含有各种泵以及其它水调节设备，以实现经由图10所示的封闭系统来抽出和泵送水。所述净化系统利用水解原理来净化水，且随后使其经由管道114返回到水槽102。 0046 在图11中，净化系统112展示为包括一个或一个以上净化腔室112a、112b、112c等等，所有净化腔。
23、室供应有电流以产生羟基来净化通过控制器120的操作而流过其中的水。输入歧管116和输出歧管118分别将水提供到个别腔室中的一者或一者以上。 0047 图12中所示的控制器120耦合到AC电源122，AC电源122可将电网电压供应到电压转换器和控制器，所述电压转换器和控制器既定产生在约2V的范围内且在振幅方面极为谨慎地调节的极低电压以刚好产生流过水腔室112的恰当量的电流。如前所述，作为可在例如1V开始的小量级电压的输出被施加到水腔室。电流计128感测电流以通过将其电流感测输出提供到电压调节器126来检测不超过最大电流电平。电压调节器126也响应于用户接口130。电压缓慢地逐步上升以刚好获得穿过。
24、水腔室112中的水的恰当电流。这是一个闭环系统，且正在进行的过程如前所述。 0048 图12的系统未讲明的是需要测量可在给定应用中处理的特定水104的导电性。可在腔室中提供水流量检测器以启用并触发调节器进行操作。 0049 测量水的导电性是由控制器120间接执行的过程。在示范性过程中，电子控制单说 明 书CN 103124696 A5/5页8元输出例如1V DC的初始电压到与水接触的电极。初始电流经对位而在电极之间流动且 流过水，且此电流量级传回到电压调节器126。如果电极中的电流不超过系统中所允许的最大电流，那么电压逐渐地逐步升高，直到电流达到已在电压调节器中预先设置的预定的所需“设置点”电。
25、流。在那一点处，随着过程继续进行以净化水，将电压输出维持于其电平下。此为闭环系统，只要水持续流到水腔室，其就会连续地操作且不停止。 0050 因此，如果水的导电性极低，即电阻极高，那么控制箱将增大输出到电极的电压以达到所需电流。相反，如果水导电性过高，即水对于电流具有低电阻，那么电子控制件将下调电压，以将电流维持在“设置点”电流下或刚好低于“设置点”电流。设置点电流是一旦系统处于工作模式就既定维持的值，且其也是取决于型号或特定应用而可由安装者设置或在工厂设置的参数。举例来说，在某些应用中，可能需要较大电流以便在水消毒过程中产生较大吞吐量。 0051 控制器12的闭环控制系统可在周期性速率下工作。
26、，其涉及取决于所需应用而以一秒钟一次的速率或以更大或更低速率调整电压。其可包含磁滞锁（hysteresis lock）以防止在电流在若干测量之间未改变超过预定量的情况下调整输出电压。 0052 为获得更大或更低的水净化吞吐量，其将涉及获得与水表面进行更大接触的更大电极或按需要获得多个腔室，包含制造不同大小的腔室以获得所需流动速率能力。本发明的系统可在有或没有外部过滤器的情况下操作。或者，可在净化系统的输入处提供可以是静态过滤器或不同类型过滤器的内部过滤器。 0053 优选地，电极为涂有贵金属的钛电极。 0054 尽管已相对于本发明的特定实施例描述了本发明，但所述领域的技术人员将明白许多其它变化和修改以及其它用途。因此，优选地，本发明不受本文的特定揭示内容限制。 说 明 书CN 103124696 A1/5页9图1图2图3图4图5图6说 明 书 附 图CN 103124696 A2/5页10图7图8图9说 明 书 附 图CN 103124696 A10。