CN107319877B - 具有气水分离结构的水素水杯底座 - Google Patents

Abstract

一种具有气水分离结构的水素水杯底座，是一种具有固体聚合物电解质电解水制氢装置，它包括电解槽膜电极结构、气水分离结构和密封结构。它利用了气水分离结构种浮阀自身的重力和水及氧气的比重关系进行自动调节，能快速将阳极板上产生的氧气排出，避免了氧气聚集在阳极板附近，能保持阳极板始终与水体接触。阳极腔进水阀设置有进水阀压片，进水阀压片单向打开，只允许水杯里的水进入阳极腔内，阳极腔内的富氧水不会回流到水杯内，因此能保证水杯内的水富含氢气，减少氧含量，有利于人体健康。

Description

具有气水分离结构的水素水杯底座

技术领域

本发明专利及一种水素水的发生装置，尤其是一种具有气水分离结构的水素水杯底座。

背景技术

水素水也叫富氢水，它不仅洁净，而且水中富含氢气，水都是呈现小分子活水团，负离子深度吸收80%，净化血液，使血液畅通，代谢旺盛，预防多种疾病，增进人体健康。氢水的氢离子可以中和体内多余的活性氧（H2+O=H2O）结合成水，随尿排出体外，帮助细胞新陈代谢，安全、绿色环保对人体没有任何毒副作用，没有明确的禁忌症与禁忌人群。富氢水的产业化符合我国食品工业“营养、卫生、方便”的发展趋势。

2007年日本太田成男教授在《Nature Medicine》上首次发表了氢分子可选择性清除人体恶性自由基的论文，奠定了氢分子生物医学的研究基础。随后，国际生物医学领域掀起了氢气生物医学研究的热潮，截止2016年来自中国、日本、韩国、欧美等多国医学科研人员发表氢气医学论文已达900余篇，国内外几十家医院和科研机构开展了近几百项氢气生物医学研究，大量动物实验和临床研究证明，氢气对治疗脑缺血、代谢综合征、糖尿病、动脉硬化、老年痴呆、脂肪肝、肝硬化、类风湿关节炎、哮喘、尿毒症、噪声性耳聋、急性胰腺炎、肿瘤放化疗副作用等60余种人类重要疾病具有明确或潜在的治疗效果，取得了令人兴奋不已的成果。

因此，给身体补充氢气，利用氢分子的医学特性进行治疗和调养身体成为一种新的健康管理方式，富氢水（水素水）应运而生，富氢水是一种让水中含有一定浓度的氢气，通过其抗氧化还原力，清除体内活性特别强的活性氧（自由基）的一种饮用水。实践证明，富氢水既具有生理调节功能，又具有治疗疾病的功能。

目前，富氢水产生有多种方法和途径，同时也存在有不同的问题。目前应用最广泛的是电解水的方法产生氢气，优点是电解制氢技术成熟，氢气含量高，通过电解，还能有效地起到抑菌作用，产品生产制造及应用成本适合大多数人群，已经被广泛应用，市场已经有台式电解富氢水机和便携式富氢水杯等多种产品。但目前市场上的富氢水机本身产品质量和产富氢水质量相差巨大，劣质的电解富氢水机，在生产富氢水过程中无法隔离或清除有害物质，电解水中含有大量的重金属、臭氧、过氧化氢、氯酸根等氧化因子物质，长期喝这种具有消毒、杀菌、降解农药功能的水对人体健康会产生严重危害，这种富氢水机就是毒水机。尤其是便携电解式富氢水杯，因为空间狭小，其电解槽中阳极与阴极的集水区都是完全或部分相通，因此氧极腔集水区所产生的活性氧、过氧化氢及余氯等几乎不易被完全分离出去，都会有部分甚至全部逆流入阴极的氢水集水区，降低了氢的生成功效，使阴极所产生的氢气水含量与品质标准降低。

SPE电解水制氢技术，其全称为固体聚合物电解质电解水制氢技术，SPE即固体聚合物电解质（Solid Polymer Electrolyte）英文缩写，其核心是电催化剂直接附于膜上形成“金属+SPE”复合膜电极结构，以离子膜固体电解质取代液体电解质，具有产物容易分离，能抑制副反应，气相反应物直接与电极相接触而大大加速反应物的传质速度等优点，70年代初，开始将其应用于电解水制氢方面，目前为世界各国制氢行业所应用。

采用SPE电解水制氢技术的富氢水杯，以专利号CN201520563912.X为例，它包含一个电解器，杯体内设置有水槽，水槽一侧连接有进水管，而电解器设置于水槽内，且电解器具有座体，座体盖合于水槽，且座体下方连接有正电极（阳极）与负电极负电机提供电子。

水的电化学反应在电解器的膜电极中进行，膜电极起到隔膜和电极的作用，当去离子水被供到膜电极组件上，在阳极侧反应析出氧气、氢离子和电子，电子通过外电路传递到阴极 ，氢离子以水合的形式(H+•XH20)通过膜到阴极，在阴极氢离子和电子重新结合形成氢气，该技术中阳极腔和阴极腔都存有独立供水和产气集气系统，从根本上避免了氢氧通过隔膜混合，安全性好、气体纯度非常高(氢气纯度>99.99％），是电解制富氢水的首选技术。

当SPE电解技术应用于便携式富氢水杯和桌上式富氢水壶时，存在阳极腔供水和阳极腔生成物的排出问题，因为空间狭小和便携性要求，以往产品都是采用阴极水向阳极区渗透的方式向阳极供水，不可避免部分氧气和臭氧会逆流进入阴极的氢水集水区，因此存在下列问题：第一、如何将电解槽中阳极腔与阴极腔的集水区完全隔离，不让阳极所产生的活性氧、过氧化氢及余氯等逆流入阴极腔的氢水区，同时却又能让阳极腔单向从阴极腔中获得可电解的水；第二、封闭的电解槽阳极腔中既需要水被提供到膜电极上，同时产生的氧气和臭氧等与腔体内的水分开并被及时排出。

现有的SPE电解水技术，都没有对氧气进行单独的分离装置，只是通过压力将富氧的水排出杯外。众所周知，氧气的密度比水要低许多，氧水区产生的氧气和水混合体中，会有一部分氧气以气态形式出现，并且在封闭空间内位于水体上方。电解槽内的产生氧气后，氧气会阻挡水进入电解水槽，使得电解槽暴露在氧气中，水不能充分接触到电解器，电能浪费较大，还会导致电解器发热，影响其使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种横向安装电解器的具有具有气水分离结构的水素水杯底座，它能快速有效将阳极板产生的氧气收集，并且通过气液分离器的方式快速排出，使电解器始终与水体接触。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种具有气水分离结构的水素水杯底座，安装于水杯底部，它包括电解槽，电解槽内安装有由阳极板和阴极板组成的膜电极结构电解器，阳极板和阴极板之间设置有阻隔氧气通过的质子膜，所述质子膜将电解槽分成阴极腔和阳极腔，阴极腔位于质子膜上方，阳极腔位于质子膜下方，所述阳极腔设置有进水阀，杯体内的水通过阳极腔进水阀进入阳极腔内，其特征在于：所述水素水杯底座的阳极腔还包含有一套气水分离结构，阳极腔内设置有气水分通管，并且气水分通管的高度高于阳极腔；气水分通管中的液体管与阳极腔相通，液体管顶部设置有浮阀套管，浮阀套管内设置有浮阀和气水分离阀；所述浮阀在液体的浮力下，可上升至液体管的顶部，并封闭气水分离阀的阀口底部；所述气水分离阀的阀口顶部与气体管相通，气体管延伸至收集装置或排出到空气中；所述阳极板腔下方设置有阳极腔废液排放管，所述阳极腔废液排放管的端部设置有废水塞。

所述浮阀为锥阀，其顶部为锥体或半球体。

所述浮阀设置在浮阀套管中，浮阀套管上设置有导轨，限制浮阀只能上下运动。

所述液体管内设置有浮阀封盖，浮阀封盖位于浮阀下方。

所述气水分离阀上设置有气水分离罩，气水分离罩为密封结构，气水分通管、浮阀和气水分离阀与杯体内的水发生接触。

所述气水分离罩为透明材质制作，浮阀为不透明材料制作。

所述气水分离阀顶部可以用透气阻水膜替代浮阀，达到阻水透气之功能。

所述阳极腔进水阀设置有进水阀压片，进水阀压片单向打开。

所述阳极腔底部设置有下密封罩和密封垫圈，所述下密封罩将电解槽和电路板腔隔开。

所述具有气水分离结构的水素水杯包括电路板腔，腔内设置有电路板及供电设备或蓄电池。

所述电路板上设置有控制端和或通讯端口，所述通讯端口通过蓝牙或WIFI、红外设备，与相关控制设备进行无线连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：水体经过电解器电离后，阴极板所产生的氢气，直接溶于水体内，阳极板产生的氧气，会顺着气水分离管的液体管上行，填充至液体管顶端，导致液体管内的液面降低，浮阀下移，气水分离阀打开，氧气就从气体管直接泄露到空气中。之后液面在水压的作用下重新上升，再次将气水分离阀的阀孔堵住，避免水漏出。

它利用了浮阀自身的重力和水及氧气的比重关系进行自动平衡调节，能快速将阳极板上产生的氧气排出，避免了氧气聚集在阳极板附近，能保持阳极板始终与水体接触。

阳极腔进水阀设置有进水阀压片，进水阀压片单向打开，只允许水杯里的水进入阳极腔内，阳极腔内的富氧水不会回流到水杯内，因此能保证水杯内的水富含氢气，减少氧含量，有利于人体健康。

它采用了透明的气水分离管设计，人们可以从杯身直接观察到水杯内的浮阀上下运动，不断排出氧气，水中溶解氢气。给人非常直观的感受。

附图说明

图1为本发明所用在水素水杯上的结构图。

图2为水素水杯底座的零件爆炸图。

图3为水素水杯底座的电解器剖视图（图1中转了90度后的剖视图）。

图4为电解器中浮阀打开，排出氧气的状态图。

图5为图4中A-A剖视图。

图6为图4中B-B剖视图。

其中，1为气水分离罩， 2为气水分离阀，3为浮阀，4为上密封罩，5为上密封垫圈，6为阴极板，7为质子膜，8为阳极板，9为下密封垫圈，10为下密封罩，11为导电柱密封圈，12为紧固螺丝，13为浮阀封盖，14为浮阀套管， 15为气水分通管，16为阳极板密封圈，17为导气管密封圈，进气阀压片，19阳极腔进水阀，20阳极腔气体排放管，21阴极腔，22阳极腔，23为阳极腔金属扣，24为废水排放管，25为杯壁，26为阳极导电柱，27为阴极导电柱，28为液体管，29为气体管，30为导气槽，31为电路控制板，32为可拆卸充电锂电池，33为电路板固定柱，34废水塞，35为底座，36为底盖，37为杯盖。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

本发明所述的水素水杯底座，是一种水素水或者富氢水的制备装置，它安装在水杯的底部，将水杯里的水不断电解，并且将氢氧分离开，氢气溶于水，形成富氢水，氧气被分离并且排出杯外。

本发明所述的水素水杯底座，所分解的水，来自于水杯内的水体一部分，不需要其他任何添加物，也是标准的饮用水。

如图1所示，该水素水杯底座，由底座、电路板、可拆卸充电锂电池、电解器、质子膜以及气水分离装置所组成。底座和杯体连接，底座内安装有电路板、可拆卸充电锂电池等电路部分，电路板上至少包括有控制器，以及阳极导电柱26和阴极导电柱27。

如图2所示，电路板的上方，是由上下密封罩和密封垫圈所组成的电解槽。电解槽内从上至下，依次安装有阴极板和阳极板，二者之间由质子膜隔开，质子膜能够阻隔氧气通过。电解槽被质子膜分割成上下两部分，上面为阴极腔，阴极腔和上方的水杯内腔直接相通，质子膜下方为阳极腔。阳极腔内的水体，取自水杯内的水体的一部分，它从阳极腔进水阀进入阳极腔内。阳极腔进水阀19上设置有一个进水阀压片18，形成单向阀结构，只允许水进入，不允许水流出。

阴极板和阳极板之间放电，阴极板产生氢气，直接进入水杯内部，阳极板产生氧气，被阻隔在质子膜下方。

与现有技术不同的是，本发明还包含一套气水分离结构，其具体结构如图3所示。在质子膜下方设置了气水分通管，气水分通管穿过质子膜和阴极板后向上延伸，进入到气水分离罩内，气水分通管中的液体管顶端设置有浮阀管套，浮阀管套内部设置有导向槽，并且安装有浮阀。浮阀的下方设置有浮阀封盖，避免浮阀下落时从浮阀管套内脱离。气水分离阀2设置在浮阀管套的内部，气水分离阀2的中心为一个阀孔，浮阀3的顶端为锥形或半球体，浮阀上移的时候，可以堵住该阀孔，避免水从阀孔中溢出。

气水分离阀上方开有导气槽30，允许氧气沿着导气槽下行，进入气水分通管中的气体管29内，并通过气体管，进入阳极腔气体排放管20，排出至杯体外。

所述气水分离阀顶部可以用透气阻水膜替代浮阀，达到阻水透气之功能。

当电解器不工作时，将水杯内灌水，在水压作用下阳极腔进水阀自动打开，水流入阳极腔内，并继续进入气液分通管的液体管内，将阳极腔内的空气从阳极腔废气排放管24挤出，水面升高，将浮阀托起。浮阀托起后，堵住气液分离阀的阀孔，水不再外泄。

当电解器开始工作时，阴极腔的氢气直接进入杯体内部的水体内，而氧气聚集在质子膜的下方，从气水分离管进入到液体管内，聚集在浮阀附近，由于氧气占据了水的位置，水面下降，浮阀下移，气水分离阀的阀孔打开，氧气从阳极腔废气排放管24排出。由于氧气持续产生，所以上述过程反复进行，浮阀上下移动，将氧气排出。

电解器工作完毕后，水杯里的水体用于饮用，阳极腔里的富氧水，可以打开废水塞，通过废水排放管排出杯体外。

所述电路板上设置有控制端和或通讯端口，所述通讯端口通过蓝牙或WIFI、红外设备，与相关控制设备进行无线连接。所述电路板设置有感温探头和或氢离子浓度检测探头。

Claims (10)

1.一种具有气水分离结构的水素水杯底座，安装于水杯底部，它包括电解槽，电解槽内安装有由阳极板和阴极板组成的膜电极结构电解器，阳极板和阴极板之间设置有阻隔氧气通过的质子膜，所述质子膜将电解槽分成阴极腔和阳极腔，阴极腔位于质子膜上方，阳极腔位于质子膜下方，所述阳极腔设置有进水阀，杯体内的水通过阳极腔进水阀进入阳极腔内，其特征在于：所述阳极腔内设置有气水分通管，并且气水分通管的高度高于阳极腔；气水分通管中的液体管与阳极腔相通，液体管顶部设置有浮阀套管，浮阀套管内设置有浮阀和气水分离阀；所述浮阀在液体的浮力下，可上升至液体管的顶部，并封闭气水分离阀的阀口底部；所述气水分离阀的阀口顶部与气体管相通，气体管延伸至收集装置或排出到空气中，所述阳极板腔下方设置有阳极腔废液排放管，所述阳极腔废液排放管的端部设置有废水塞。

2.根据权利要求1所述的具有气水分离结构的水素水杯底座，其特征在于：所述浮阀为锥阀，其顶部为锥体或半球体。

3.根据权利要求1所述的具有气水分离结构的水素水杯底座，其特征在于：所述浮阀设置在浮阀套管中，浮阀套管上设置有导轨，限制浮阀只能上下运动。

4.根据权利要求1所述的具有气水分离结构的水素水杯底座，其特征在于：所述液体管内设置有浮阀封盖，浮阀封盖位于浮阀下方。

5.根据权利要求1所述的具有气水分离结构的水素水杯底座，其特征在于：所述气水分离阀上设置有气水分离罩，气水分离罩为密封结构，气水分通管、浮阀和气水分离阀与杯体内的水发生接触。

6.根据权利要求5所述的具有气水分离结构的水素水杯底座，其特征在于：所述气水分离罩为透明材质制作，浮阀为不透明材料制作。

7.根据权利要求1所述的具有气水分离结构的水素水杯底座，其特征在于：所述气水分离阀顶部可以用透气阻水膜替代浮阀，达到阻水透气之功能。

8.根据权利要求1所述的具有气水分离结构的水素水杯底座，其特征在于：所述阳极腔进水阀设置有进水阀压片，进水阀压片单向打开。

9.根据权利要求1所述的具有气水分离结构的水素水杯底座，其特征在于：所述阳极腔底部设置有下密封罩和密封垫圈，所述下密封罩将电解槽和电路板腔隔开。

10.根据权利要求1所述的具有气水分离结构的水素水杯底座，其特征在于：所述具有气水分离结构的水素水杯底座包括电路板，电路板上设置有控制端和或通讯端口，所述通讯端口通过蓝牙或WIFI、红外设备，与相关控制设备进行无线连接。