CN107032453A - 一种富氢水杯 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种富氢水杯，包括杯盖、杯身和杯底三个主要部分。该发明的主要原理在于利用温差发电片将杯内饮用水与外部环境的温度差直接转化为电能，并利用该电能直接电解部分饮用水以产生氢气，增加饮用水中氢气含量。杯底设置有温差发电片、散热模块、储能电池、电解模块、电路系统以及膜系统。温差发电片产生的电能既可用于直接电解水，也可被存储在储能电池内或为外部电路供电。本发明结构简单，使用便利，可大大增加富氢水杯的使用灵活性，同时提高能源的利用率。

Description

一种富氢水杯

技术领域

本发明涉及水杯技术领域，尤其涉及一种富氢水杯。

背景技术

水是生命之源，是健康的基础。同时水又是万能溶剂，可以溶解大量的无机离子(比如矿物质)和气体。这些水中溶解物对人和其他生物的机能有重要的影响。最近医学研究表明，水中溶解的氢气可被人体直接吸收，且这类氢分子具有一定的还原作用，可以与人体内的氧自由基结合，降低人体氧自由基含量，延缓机体衰老。

正常水中溶解的氢气含量很低，难以满足需求。而通过电解水产生氢气并直接溶解在水中是增大水中氢气含量的一种有效方式。因此，目前已经有大量的包含电解水模块结构的饮水机或水杯被设计和发明。但是目前的富氢水杯均采用外部电源供电以实现饮用水的直接电解制氢。在使用时，必须为该水杯提供额外的电源。这在一定程度上限制了富氢水杯的使用。降低了该类水杯使用的便利性也带来了一定的能耗。故设计和发展自供电的富氢水杯具有重要意义。

发明内容

为解决富氢水杯电解水产氢的能耗问题，本发明给出了一种采用温差发电的富氢水杯。该水杯可以将热的饮用水与外部环境的温度差直接转化为电能，该电能可用于直接电解水产生氢气或被存储于储能电池内。

本发明所述的基于温差发电的富氢水杯，其技术方案如下：

一种富氢水杯，主要包括杯盖、杯身和杯底结构。杯盖与杯身间通过螺纹可直接连接和密封。同时杯盖设计有泄压阀结构，可以将杯内过量的未溶解气体排出以保证杯体的安全。杯身与杯底也通过螺纹进行连接和密封。杯底为独立的结构，便于拆卸和耗材更换。杯底结构主要包括单向导通膜、离子交换膜、温差发电片、导热块以及相变储能材料、储能电池、电解水阴极和阳极、排气装置、电接口、控制开关以及电路。单向导通膜的主要作用在于允许水进入杯底与阳极接触，而阻止氧气的通过。离子交换膜的作用在于允许氢离子或氢氧根离子通过，以保持杯底水的电中性。温差发电片的作用在于将杯内热水与外界环境的温度差直接转化为电能。导热块与温差发电片的冷端直接接触，为其降温。相变储能材料填充在导热块内，其吸收热量发生相变，可以达到快速降温的效果，使导热块保持相对稳定的较低温度以保证温差发电片的持续工作。储能电池可以存储温差发电片产生的电能。电解水阴极和阳极与温差发电片或储能电池的负极和正极连接，起到直接电解水的作用。排气装置允许氧气通过，将电解产生的氧气直接排到杯外。

可选地，温差发电片也可置于杯壁结构中，从而与杯内热水获得更大面积的物理接触以更高效地发电。

可选地，温差发电片产生的电能也可直接存储到储能电池内，用于对外部供电或电解常温水。

可选地，储能电池可包括锂离子电池和镍氢电池等商品化可充电电池。

可选地，本富氢水杯设计有电接口，可引入外部电源直接电解水或对储能电池充电。

可选地，电解水电极为栅状或蜂窝状，以增加与水的接触面积，提高电解水的速率。

特别地，杯底设计有特定的电路，以实现电解水与否的控制。同时实现不同电路元件的连接。

特别地，温差发电片设计有保护电路(比如串联单向导通的二极管)，以避免外部电源或储能电池对其充电。

本发明将温差发电片引入到富氢水杯中，可以将杯内饮用水与外部环境的温度差直接转化为电能，用于直接电解饮用水以获得富氢水。同时温差产生的电能也可存储于储能电池内或直接为外部供电。另一方面，本发明也可采用外部电源电解水。故本发明具有多样化的电能来源，能够最大程度的提高能源的利用率，同时保证使用的便利性。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

图1本发明所述的富氢水杯的整体结构示意图；

图2富氢水杯杯底结构(温差发电片置于杯底)；

图3杯底电路结构示意图；

图4温差发电片置于杯壁的水杯结构示意图。

具体实施方式

图1给出了本发明的一种富氢水杯的整体结构示意图，主要包括杯盖3、杯身2和杯底1三大部分。根据一般使用习惯，该水杯为圆柱形，便于抓握和携带。其中杯盖设置有泄压阀6，杯内气压超过一定值时，该泄压阀可自动打开，排出杯内未溶解的气体。杯盖与杯身通过螺纹连接和密封。杯身与杯底间也通过螺纹进行连接和密封。杯底表面设置有控制开关4和电接口5。控制开关的主要作用在于开启和关闭电解水过程。电接口可以与外部电缆连接，可为电解水提供外部电源，也可为外部提供该水杯自行产生和储存的电能。电解水产生氢气的主要模块均设置于杯底结构中，如图2所示。杯底结构主要包括电解水阴极1.1，电解水阳极1.2，离子交换膜1.3，单向导通膜1.4，排气阀1.5，温差发电片1.6，导热块1.9以及导热块内填充的相变储能材料1.8，温差发电片和导热块通过隔离层1.7与杯体隔离，杯底两侧安装有储能电池1.11，储能电池也通过隔离层与杯体隔离。除了这些直接安装的部件和耗材，杯底还设置有连接各电路元件的电路，其示意图如图3所示。电解水电极1.1和1.2、温差发电片1.6、储能电池1.11和电接口5之间采用并联连接方式。为了实现电解水与否的可控性，电解电极与其它电路元件间安装有控制开关4。为了避免储能电池或外部电源对温差发电片充电，温差发电片回路串联有一个单向导通的二极管1.13。

在上述结构的基础上，下面将详细讲述本发明的工作过程。为了获得富氢水，首先将热水倒入杯体内，拧合杯盖。由于热传导效应，温差发电片上表面温度升高，从而引起上下表面的温度差。温差发电片可将该温度差直接转化为电能。闭合控制开关，温差发电片产生的电压将直接施加在电解水电极上。在电的作用下，部分饮用水将被直接电解，在阴极产生氢气，在阳极产生氧气。产生的氢气直接进入饮用水中并被部分溶解，可增加水中氢含量。产生的氧气由于单向导通膜和离子交换膜的阻挡，只能通过排气阀1.5排出杯外。另一方面，阴极区域产生的氢氧根离子或阳极区域产生的氢离子将通过离子交换膜1.3扩散进入另一区域，以保持水的电中性和电解和可持续进行。由于温度较高时，水中氢溶解度较低，会有大量氢气富集在水与杯盖之间。当达到一定气压时，杯盖内的泄压阀会自动打开，排出部分氢气，以保障杯体的安全。随着时间的推移，杯内热水的温度逐渐降低，温差发电片供电性能下降，此时可打开开关4，停止电解水。随着温度的进一步下降，饮用水中的氢气溶解度逐渐上升，之前未被溶解的密闭于杯盖的氢气会进一步被溶解，从而提升水中氢含量。一定时间后，可打开杯盖，直接饮用水。

本发明还有另一种工作方式。当倒入热水后，开关4依然处于打开状态。温差发电片产生的电能直接存入储能电池1.11内。待水温下降，温差发电片停止供电后，再闭合开关4，储能电池直接供电电解水。此时水温较低，氢气溶解度较高，可最大限度的提高水中的氢含量。一定时间后，打开开关4，停止电解水。可打开杯盖，直接饮用水。

当然本发明也引入与外部电源或电路元件连接的电接口5。通过该接口，外部电源也可被直接用于电解水产氢或为储能电池充电。使得该发明有更大的使用便利性，可在多种场合使用。另一方面，温差发电片产生的电能或储能电池内的电能也可通过该接口对外供电，比如可用于手机充电等。值得指出的是，储能电池一般自带保护电路，当充满电后其会自动停止充电过程，故无需担心储能电池的过充问题。

除了将温差发电片设置于杯底，还可将其置于杯壁机构中，如图4所示。杯壁与水和外部环境有更大的接触面积，既可增大温差发电片的面积，有可提高温差发电片的散热面积，可以减少散热块和相变储能材料的使用。与图3电路结构类似，这种杯壁中温差发电片产生的电能既可直接电解水，也可对储能电池充电或对外供电。在此杯结构下，杯底主要为电解电极和隔离膜结构。如图4所示，电解阴极和阳极分上下安置于杯底。采用隔离膜结构1.10将阴极和阳极进行隔离。隔离膜结构如图4右侧所示。在圆形结构上间隔排列单向导通膜1.4和离子交换膜1.3。可保证水的进入和离子的顺利交换，以保证电解的正常进行，并阻止氧气进入水体。氧气最终通过排气阀1.5排出杯外。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (6)

1.一种富氢水杯，其主要结构包括杯底、杯身和杯盖三个部分，主要作用在于通过杯底的电解模块将杯内的部分饮用水电解，产生氢气并溶于水，以提升饮用水中氢气含量，其特征在于杯底的电解模块可以利用温差发电，提供电解水所需的电能，对于热水电解无需外接电源。

2.根据权利要求1所述的富氢水杯，其杯底主要结构包括单向导通膜、离子交换膜、温差发电片、导热块以及相变储能材料、储能电池、电解水阴极和阳极、排气装置、电接口、控制开关以及电路，单向导通膜的主要作用在于允许水进入杯底与阳极接触，而阻止氧气的通过，离子交换膜的作用在于允许氢离子或氢氧根离子通过，以保持杯底水的电中性，温差发电片的作用在于将杯内热水与外界环境的温度差直接转化为电能，导热块与温差发电片的冷端直接接触，为其降温，相变储能材料填充在导热块内，其吸收热量发生相变，可以达到快速降温的效果，使导热块保持相对稳定的较低温度以保证温差发电片的持续工作，储能电池可以存储温差发电片产生的电能，电解水阴极和阳极与温差发电片或储能电池的负极和正极连接，起到直接电解水的作用，排气装置允许氧气通过，将电解产生的氧气直接排到杯外。

3.根据权利要求2所述的富氢水杯，温差发电片、导热块以及相变储能材料、储能电池、电接口、控制开关以及电路均与饮用水隔离，避免电路失效和水体污染。

4.根据权利要求1所述的富氢水杯，其特征在于温差发电片既可以位于杯底也可以位于杯壁中。

5.根据权利要求1所述的富氢水杯，其特征在于除了可以利用温差发电，还可以通过电接口与外部电源连接，接受外部供电，同时温差产生的电能也可直接或通过储能电池通过同一个电接口对外部供电。

6.根据权利要求2所述的富氢水杯，其特征在于开关控制电路是否对电解水电极供电，以直接控制电解水的发生与否，电路的作用主要在于连接温差发电片、储能电池、电接口以及电解水电极。