CN107540055A - 氢氧分离的电解装置的座体结构及带该座体的电解装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氢氧分离的电解装置的座体结构及带该座体的电解装置，所述座体结构包括壳体，壳体内设置有电极槽和电解电极，电极槽内容纳有液体吸附物，液体吸附物吸附有供电解电极初步电解使用的水；电极槽的底部设置有开口，电解电极包括阴极片、阳极片以及紧贴设置在阴极片和阳极片之间的气/水隔离膜，气/水隔离膜卡设在电极槽上方的壳体内壁上，气/水隔离膜具有电解电极电解时过水不通气以及电解电极非电解时不过水不通气的特性；阳极片紧贴液体吸附物设置，壳体底部设置有用于将电解电极的阳极片侧产生的废水和废气分离后分别排至壳体外部的气水分离排出装置。该装置能够充分保证结构或者装置的气密性，并且能够自动控制装置内部气压的大小。

Description

氢氧分离的电解装置的座体结构及带该座体的电解装置

技术领域

本发明涉及富氢水杯技术领域，尤其涉及一种氢氧分离的电解装置的座体结构及带该座体的电解装置。

背景技术

电解水的过程实际是将液态物质转换为气态物质的过程，得到的产物有氢、氧、臭氧、氯气等。目前，电解水制氢主要有氢氧混合体制氢结构以及氢氧分离体制氢结构。

采用氢氧混合体制氢结构由于阳极副产物成分如臭氧、高价氯化合物、氯气等对人体有害，因此不可用于直接饮用水的设计方案；氢氧分离体制氢结构能将阴极室的产物（氢气）、阳极室的产物（高价氯化合物、臭氧、氧化产物气体、氯气）分开，因此可用于直接饮用水的设计方案中。

采用电解制氢装置必须考虑装置的气密性、防漏水和气体稳压等方面的因素。现有技术中，氢氧混合体制氢结构一般是在顶部设置气体泄压装置，能解决容器内部气压增大问题，但在泄压的同时存在密封性能降低问题，如泄压阀处漏水、溢水等。采用氢氧分离体制氢结构，必须考虑阴极室、阳极室如何同时确保气密性和防止气压激增问题，采用一般的泄压阀存在气、水混合后，在泄压的同时又排出水的问题，因此，气密性就大大降低。

经检索，公开号为CN106820863A的中国发明专利申请公开了一种“氢气发生器及富氢水杯”，具体公开了氢气发生室包括发生室上盖、发生室下盖、阴极镀铂钛板、格栅式质子膜以及阳极镀铂钛板，形成具有氢氧分离的，排气不排水的，抗压式特征的PES电解水技术方案。本技术方案采用氢、氧分离体制氢结构实现了氢氧分离，但是，真空杯体和杯盖部分并未相关的泄压阀等来解决容器内部气压增加的问题；同时，该技术方案虽然在阳极室底部设置排气不排水通道，通过在通道上设置透气膜的方式来实现排气不排水的目的，但是没有对废水和废气进行分离，阳极室的废水蓄积在电解腔内，没有对阳极室的废水进行有效的处理，久而久之将导致富氢水杯内部废水淤积发臭。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种氢氧分离的电解装置的座体结构及带该座体的电解装置，该结构及装置能够充分保证结构或者装置的气密性，并且能够自动控制装置内部气压的大小，使装置在泄压过程中气、水分离，从而确保液体在气体泄压过程中不会外溢。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

氢氧分离的电解装置的座体结构，包括壳体，壳体内设置有电极槽和电解电极，电极槽内容纳有液体吸附物，液体吸附物吸附有供电解电极初步电解使用的水；电极槽的底部设置有排出电解废水的开口，电解电极包括阴极片、阳极片以及紧贴设置在阴极片和阳极片之间的气/水隔离膜，气/水隔离膜卡设在电极槽上方的壳体内壁上，气/水隔离膜具有电解电极电解时过水不通气以及电解电极非电解时不过水不通气的特性；阳极片紧贴液体吸附物设置，壳体底部设置有用于将电解电极的阳极片侧产生的废水和废气分离后分别排至壳体外部的气水分离排出装置。

其中，所述气水分离排出装置包括下气压安全阀和废水塞，下气压安全阀设置在壳体底部一向上凸起的凸部的下通道中，下通道连通壳体内部和壳体外部，下气压安全阀依靠座体自身的重力与放置面的支撑力的相互作用处于打开的状态，废水塞设置在壳体底部一连通壳体内部和壳体外部的废水口上。

其中，所述下气压安全阀包括带下密封头的下密封件，下密封件穿过下通道与设置在壳体外部的下限位件固定连接，下密封头位于壳体内的凸部的上方，下密封件上在壳体底部与下限位件之间套设有下弹性件。

其中，所述液体吸附物为带有蓄水防臭功能的海绵。

其中，所述壳体内部通过隔离装置分隔成上部的电解腔和下部的废水废气腔，电极槽和电解电极设置在电解腔内，电极槽的底部设置有气水管，气水管上端连接电极槽底部的开口，下端穿过隔离装置连通废水废气腔。

一种电解装置，具有上述的座体结构，还包括主体和盖体，所述座体、主体和盖体依次连接。

其中，所述盖体上设置有使主体内气压始终处于预设值以内的上气压安全阀。

其中，所述上气压安全阀包括带上密封头的上密封件，上密封件穿过盖体与设置在盖体内部的上限位件固定连接，上密封头位于盖体外部，上密封件上在上限位件与盖体之间设置有上弹性件。

一种上述的电解装置的使用方法，包括以下步骤：

往座体的电极槽中加水，液体吸附物吸附加入的水，拧紧座体与主体；

往主体内加水，拧紧盖体与主体，将该电解装置放置在平稳处，下气压安全阀受到挤压打开；

启动电解电极开始电解，电解电极的阴极片侧生成氢气，氢气一部分溶解在水中形成富氢水，另一部分聚集在装置内；当装置内部的气压达到盖体设定的排气气压值时，上气压安全阀受到挤压上顶打开，气体排出；随后，上气压安全阀复位关闭；

电解电极的阳极片侧利用液体吸附物事先添加的水进行电解产生氧化产物气体；主体内的水从阴极片侧通过气/水隔离膜渗透至阳极片侧，并被液体吸附物吸附供电解电极的阳极片继续电解水时使用；

阳极片侧的氧化产物气体和电极槽内的电解废水排入壳体中，氧化产物气体通过下气压安全阀排出，电解废水蓄积在废水废气腔的底部，拔开废水塞排出电解废水。

其中，所述电解电极每隔60s±10s的时间后再次启动开始电解制氢10s±5s。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明在电解制氢的过程中即能保证气密性，使得液体不外溢，又能确保装置内部气压可控，从而确保了装置的实用性和稳定性。

2、本发明在制氢原理上采用氢、氧分离体结构设计，可以有效的防止使用者在饮用还原性的液体时，氧化性的液体被隔离而不会对人体造成危害；并且，在使用者需制备强氧化性液体时，还原性液体也能被完全隔离，确保氧化性液体的浓度及有效性。

3、本发明采用氢、氧分离体制氢结构设计，阳极位于装置底部，在其表面增加了液体吸附物，能有效的锁住阳极在电解时所需的水量，并且能实现气、水分离之目的。

4、本发明的盖体在顶部自动气压控制过程中采用新型压力控制机制，使设备在泄压过程中气、水分离，从而确保液体在气体泄压过程中不会外溢；在座体底部自动气压控制过程中利用设备自身所受重力，将底部泄压阀开启，从而保证阳极气体压力与使用环境的大气压保持一致，并且采用气、水分离设计方案，确保在排气过程中不会导致液体外溢。

5、本发明的座体结构通过个性化生产，能够装配在不同的杯体、壶体等主体下面来实现制氢获得富氢水，同时将阳极产物实现有效的隔离，用一个座体，就能够实现氢氧分离装置的批量化生产。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的座体的结构示意图；

图3为本发明的下气压安全阀的结构示意图；

图4为本发明的盖体的结构示意图。

附图标记说明：

1、座体；10、隔离装置；11、电解腔；111、电极底座；112、电极槽；113、液体吸附物；114、气水管；12、废水废气腔；121、凸部；1211、下通道；13、下气压安全阀；131、下密封件；1311、下密封头；132、下限位件；133、下弹性件；14、废水塞；2、主体；3、盖体；31、上气压安全阀；311、上密封件；3111、上密封头；312、上限位件；313、上弹性件；32、上通道；33、保护座；4、电解电极；41、电极驱动装置；42、阴极片；43、阳极片；44、气/水隔离膜。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

参见图1至图4，一种电解装置，包括依次连接的座体1、主体2和盖体3；具体的，所述座体1设置在主体2的下方且座体1上部与主体2的下部通过螺纹密封连接，所述盖体3设置在主体2上方且盖体3与主体2上部通过螺纹密封连接；所述座体1、主体2和盖体3共同组成一盛水的容器。

所述座体1包括一壳体，壳体通过设置在座体1内部下部的隔离装置10分隔成上部的电解腔11和下部的废水废气腔12，本实施例中，所述隔离装置10为固定密封连接在座体1内壁上的隔离板。当然，隔离装置10可以根据不同功能的需要进行不同的设置，例如为了实现电解腔11和废水废气腔12的容量可变的功能，所述隔离装置10可设置成带有升降装置的隔离板。

所述电解腔11内设置有电极底座111、电极槽112和电解电极4，所述电极底座111固定安装在隔离装置10上，电极底座111内设置有电极驱动装置41。所述电极槽112固定安装在电极底座111上，电极槽112内容纳有液体吸附物113，液体吸附物113上吸附有供电解电极4初步电解使用的水。本实施例中，所述液体吸附物113为带有蓄水防臭功能的海绵。电极槽112的底部设置有气水管114，气水管114的上端与电极槽112底部设置的开口连通，气水管114的下端穿过隔离装置10延伸至废水废气腔12中，与废水废气腔12连通，电解电极4阳极产生的废水和废气通过气水管114排入废水废气腔12内。

所述电解电极4固定安装在电极槽112上方，电解电极4包括阴极片42、阳极片43和气/水隔离膜44，所述气/水隔离膜44卡设在电极槽112上方的座体1内壁上。所述气/水隔离膜44在非电解状态即不通电时，通过对装置的高度盛水量等的设置，使得装置内部的气/水隔离膜44在阴极片42侧所受的压力等于气/水隔离膜44在阳极片43侧所受的压力，此时气/水隔离膜44两侧所受的压力相等，因此此时气/水隔离膜44具有不过水且不通气的特性；在电解电极4通电电解时，由于阴极片42侧电解产生氢气的量为阳极片43侧电解产生氧化产物气体的量的两倍，导致装置内部的气/水隔离膜44在阴极片42侧所受的压力大于气/水隔离膜44在阳极片43侧所受的压力，因此此时气/水隔离膜44具有过水不通气的特性水装置内部的水透过气/水隔离膜44渗透至液体吸附物113上为后续阳极电解使用；所述阴极片42设置在气/水隔离膜44的上方且紧贴气/水隔离膜44上表面设置，所述阴极片42通过阴极电极柱421与电极驱动装置41电连接；所述阳极片43设置在气/水隔离膜44的下方，阳极片43的上表面紧贴气/水隔离膜44下表面设置，阳极片43的下表面紧贴液体吸附物113设置，所述阳极片43通过阳极电极柱431与电极驱动装置41电连接。

当电解电极4不通电非电解时，主体2内的水被气/水隔离膜44隔离在主体2内，不能进入气/水隔离膜44下方的座体1中。当电解电极4通电电解时，主体2内的水透过气/水隔离膜44渗入电极槽112中的液体吸附物113中，阴极片42产生氢气混合在水中形成富氢水，阴极片43产生臭氧、高价氯化合物和氯气等废气以及电解剩余的废水通过气水管114流入废水废气腔12中。

所述废水废气腔12内设置有气水分离排出装置，用于将电解电极4的阳极片43产生的废水和废气分离后将废水和废气分别排至座体1外部。本实施例中，所述废水废气腔12底部中部位置设置有向上凸起的凸部121，所述凸部121内具有一连通废水废气腔12和座体1外部的下通道1211。所述下通道1211上设置有下气压安全阀13，所述下气压安全阀13依靠装置自身重力处于压制处于常开状态，以便时时排出废水废气腔12内的废气。具体的，所述所述下气压安全阀13包括带下密封头1311的下密封件131，所述下密封件131穿过下通道1211与设置在座体1外部的下限位件132固定连接，所述下密封头1311位于废水废气腔12中，下密封头1311与凸部121的顶端之间设置有密封圈。所述下密封件131外在座体1底部与下限位件132之间设置有下弹性件133，具体的，所述下弹性件133为弹簧。所述废水废气腔12的底部设置有废水口，所述废水口上塞有废水塞14。

通过在废水废气腔12中设置向上凸起的带下通道1211的凸部121，当该氢氧分离的电解恒压装置放置在桌面等平面上，利用装置自身的重力即可使得下气压安全阀13处于常开的状态，废气通过下通道1211自然排出，使得座体1内部的气压处于恒定状态，定期拔开废水塞14，即可排出废水。

所述盖体3上设置有使主体2内气压始终处于预设值以内的上气压安全阀31。本实施例中，所述盖体3中部设置有连通盖体3外部和盖体3内部的上通道32，所述上气压安全阀31设置在上通道32上，所述上气压安全阀31包括带上密封头3111的上密封件311，所述上密封件311穿过上通道32与设置在盖体3内部的上限位件312固定连接，所述上密封头3111位于盖体3外部，上密封头3111与盖体3之间设置有密封圈。所述上密封件311外在上限位件312与盖体3之间设置有上弹性件313，具体的，所述上弹性件313为弹簧。优选的，所述盖体3内部在上密封件311的外侧设置有保护座33，所述保护座包裹上密封件311在盖体3内的部分且固定连接在盖体3上，保护座33的底端设置有若干通气孔。

主体2内部的气压超过主体2外部的气压时，上弹性件313被主体2内部的气压向上挤压，密封头1311脱离盖体3上表面，主体2内部的气体排出后，主体2内外气压一致后，弹簧回弹密封件131复位，自动时时保证主体2内部气压安全的同时保证了装置的气密性，防止漏水。

上述电解装置的使用方法，包括以下步骤：

往座体1的电极槽112中加水至电极槽112的顶部下方，液体吸附物113吸附加入的水，将座体1与主体2拧紧；

往主体2内加水至满，将盖体3与主体2拧紧，将该电解装置放置在平稳处，电解装置底部的下气压安全阀13由于电解装置自身的重力与放置面的支撑力作用下，下气压安全阀13由于下弹性件133受到挤压而打开；

启动电解电极4开始电解水，电解电极4的阴极片42侧生成氢气，氢气一部分溶解在水中形成富氢水，另一部分形成气泡上升在盖体3与主体2的液面之间聚集；

电解电极4持续电解时，阴极片42侧产生的氢气越来越多，电解装置的主体2与盖体3内部的气压持续上升，当气压达到盖体3设定的排气气压值时，上气压安全阀31由于上弹性件313挤压上顶打开，气体从上通道32排出；当内部气压降低后，上气压安全阀31在上弹性件313的弹力作用下关闭，停止排气并防止内部水流出；

电解电极4的阳极片43侧利用液体吸附物113事先添加的水进行电解产生氧化产物气体；

电解电极4电解时，由于阴极片42侧产生的氢气的量大于阳极片43侧氧化产物气体的量，导致气/水隔离膜44阴极片42侧的压力大于气/水隔离膜44阳极片43侧的压力，主体2内的水从阴极片42侧通过气/水隔离膜44渗透至阳极片43侧，并被液体吸附物113吸附供电解电极4的阳极片43继续电解水时使用；

电解电极4持续电解时，阳极片43侧的氧化产物气体越来越多，氧化产物气体和电极槽112内的电解废水通过气水管114排入废水废气腔12中，氧化产物气体通过下气压安全阀13排出，电解废水蓄积在废水废气腔12的底部，拔开废水塞14排出电解废水。

由于氢分子在低压、常温环境下极难溶于液体，并且使用者少有在极短的时间内将氢水液体喝完，所以为保证氢分子在液体的溶解浓度，就必须持续补充因停止电解后所流失的部分氢气分子。为确保液体中的氢浓度，优选的，电解电极4停止制氢后，每隔60s±10s的时间段后再次启动电解电极4制氢10s±5s，对装置中的液体补充氢气。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.氢氧分离的电解装置的座体结构，其特征在于：包括壳体，壳体内设置有电极槽（112）和电解电极（4），电极槽（112）内容纳有液体吸附物（113），液体吸附物（113）吸附有供电解电极（4）初步电解使用的水；电极槽（112）的底部设置有排出电解废水的开口，电解电极（4）包括阴极片（42）、阳极片（43）以及紧贴设置在阴极片（42）和阳极片（43）之间的气/水隔离膜（44），气/水隔离膜（44）卡设在电极槽（112）上方的壳体内壁上，气/水隔离膜（44）具有电解电极（4）电解时过水不通气以及电解电极（4）非电解时不过水不通气的特性；阳极片（43）紧贴液体吸附物（113）设置，壳体底部设置有用于将电解电极（4）的阳极片（43）侧产生的废水和废气分离后分别排至壳体外部的气水分离排出装置。

2.根据权利要求1所述的氢氧分离的电解装置的座体结构，其特征在于：所述气水分离排出装置包括下气压安全阀（13）和废水塞（14），下气压安全阀（13）设置在壳体底部一向上凸起的凸部（121）的下通道（1211）中，下通道（1211）连通壳体内部和壳体外部，下气压安全阀（13）依靠座体自身的重力与放置面的支撑力的相互作用处于打开的状态，废水塞（14）设置在壳体底部一连通壳体内部和壳体外部的废水口上。

3.根据权利要求2所述的氢氧分离的电解装置的座体结构，其特征在于：所述下气压安全阀（13）包括带下密封头（1311）的下密封件（131），下密封件（131）穿过下通道（1211）与设置在壳体外部的下限位件（132）固定连接，下密封头（1311）位于壳体内的凸部（121）的上方，下密封件（131）上在壳体底部与下限位件（132）之间套设有下弹性件（133）。

4.根据权利要求1所述的氢氧分离的电解装置的座体结构，其特征在于：所述液体吸附物（113）为带有蓄水防臭功能的海绵。

5.根据权利要求1所述的氢氧分离的电解装置的座体结构，其特征在于：所述壳体内部通过隔离装置（10）分隔成上部的电解腔（11）和下部的废水废气腔（12），电极槽（112）和电解电极（4）设置在电解腔（11）内，电极槽（112）的底部设置有气水管（114），气水管（114）上端连接电极槽（112）底部的开口，下端穿过隔离装置（10）连通废水废气腔（12）。

6.一种电解装置，具有权利要求2至5任一权利要求所述的座体结构，其特征在于：还包括主体（2）和盖体（3），所述座体（1）、主体（2）和盖体（3）依次连接。

7.根据权利要求6所述的电解装置，其特征在于：所述盖体（3）上设置有使主体（2）内气压始终处于预设值以内的上气压安全阀（31）。

8.根据权利要求7所述的电解装置，其特征在于：所述上气压安全阀（31）包括带上密封头（3111）的上密封件（311），上密封件（311）穿过盖体（3）与设置在盖体（3）内部的上限位件（312）固定连接，上密封头（3111）位于盖体（3）外部，上密封件（311）上在上限位件（312）与盖体（3）之间设置有上弹性件（313）。

9.一种根据权利要求7所述的氢氧分离的电解装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

往座体（1）的电极槽（112）中加水，液体吸附物（113）吸附加入的水，拧紧座体（1）与主体（2）；

往主体（2）内加水，拧紧盖体（3）与主体（2），将该电解装置放置在平稳处，下气压安全阀（13）受到挤压打开；

启动电解电极（4）开始电解，电解电极（4）的阴极片（42）侧生成氢气，氢气一部分溶解在水中形成富氢水，另一部分聚集在装置内；当装置内部的气压达到盖体（3）设定的排气气压值时，上气压安全阀（31）受到挤压上顶打开，气体排出；随后，上气压安全阀（31）复位关闭；

电解电极（4）的阳极片（43）侧利用液体吸附物（113）事先添加的水进行电解产生氧化产物气体；主体（2）内的水从阴极片（42）侧通过气/水隔离膜（44）渗透至阳极片（43）侧，并被液体吸附物（113）吸附供电解电极（4）的阳极片（43）继续电解水时使用；

阳极片（43）侧的氧化产物气体和电极槽（112）内的电解废水排入壳体中，氧化产物气体通过下气压安全阀（13）排出，电解废水蓄积在废水废气腔（12）的底部，拔开废水塞（14）排出电解废水。

10.根据权利要求9所述的氢氧分离的电解装置的使用方法，其特征在于：所述电解电极（4）每隔60s±10s的时间后再次启动开始电解制氢10s±5s。