CN108004561A - 用于控制产氢设备内压力的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于控制产氢设备内压力的装置和方法，具体地，该装置包括产气组件，产气组件包括产气模块、阳极室和阴极室；控压组件，控压模块包括隔膜、推杆、弹簧和弹簧盖板，隔膜用于隔断阴极室和控压组件，推杆包括推杆头和推杆尾，推杆头与隔膜相接触，且推杆头设有沿推杆的径向向外突出的外缘，弹簧套在推杆上，一端与外缘相抵，另一端和弹簧盖板相抵，弹簧盖板设有一孔，推杆尾贯穿该孔；以及电控组件，电控组件包括开关和电控板，推杆尾触发开关，电控板和开关信号连接，电控板根据来自开关的信号控制产气模块的工作状态。本发明方便携带且安全可靠，可根据需要自由调控阴极室内压力的大小，用户体验更好。
Description
技术领域
本发明涉及生活和生产领域，更具体地涉及一种用于控制产氢设备内压力的装置和方法。
背景技术
便携式产氢设备是目前市场上最常见的制备氢水和产生氢气的装置，其具有低价、便携的特点。以氢水杯为例，目前市场上的氢水杯可分为两大类：(1)钛基镀铂电极，氢氧不分离型；(2)隔膜电解产氢，氢氧分离型。这两种类型的氢水杯都可以支持直接在矿泉水瓶中产生氢气，制备氢水。无论哪种类型的氢水杯，由于在氢水杯制备氢水过程中，氢气在不断的产生，而杯体通常都是密闭状态，都存在一个因气体增加导致杯体内压力越来越大的问题，过大的杯体压力可能会导致杯体破裂或者产氢部件损坏等问题。
目前解决氢水杯杯内压力的方法通常是在杯盖中增加单向阀的结构，当压力到达一定值后杯体单向阀打开排出氢气。但这种解决方法结构比较复杂排气时杯体不密闭，杯内水会泄露出杯外，而且无法解决使用矿泉水作为杯体时的压力控制问题。
因此，本领域尚缺乏一种可有效解决上述问题的能够很好控制产氢设备内压力的装置及其方法。
发明内容
本发明涉及产氢设备的压力控制技术，本发明的目的在于提供一种使用隔膜和弹簧来感知压力、配合开关来控制产氢设备及调控压力的装置和方法，该装置安全、可靠，可根据需要自由调整控制压力的大小，提高便携式产氢设备的安全性和客户体验。
在本发明的第一方面，提供了一种用于控制产氢设备内压力的装置，具体地，该装置包括产气组件，所述产气组件包括用于生产氢气的产气模块、用于存储氧气的阳极室和用于存储氢气的阴极室；控压组件，所述控压组件包括隔膜、推杆、弹簧和弹簧盖板，其中，所述隔膜用于隔断所述阴极室和所述控压组件，以防止氢气和/或需加氢液体从所述阴极室进入所述控压组件，所述推杆包括推杆头和推杆尾，所述推杆头与所述隔膜相接触，以传递施加到所述薄膜上的力，且所述推杆头设有沿所述推杆的径向向外突出的外缘，所述弹簧套在所述推杆上，且其一端与所述外缘相抵，所述弹簧的另一端和所述弹簧盖板相抵，所述弹簧盖板靠近所述推杆尾设置，且设有一孔，所述推杆尾贯穿所述孔；以及电控组件，所述电控组件包括开关和电控板，所述推杆尾在外力作用下触发所述开关，所述电控板和所述开关信号连接，所述电控板根据来自所述开关的信号控制所述产气模块的工作状态。
需要说明的是，所述推杆头为靠近所述隔膜的段，所述推杆尾为靠近所述开关的段。
在另一优选例中，所述阴极室通过气道与所述隔膜相连通。
需要说明的是，所述气道的形状和尺寸不限，其作用是将阴极室的压力实时传递到隔膜上。
在另一优选例中，所述隔膜由柔性的可变形材料制作而成，使得所述隔膜在受到压力后能产生形变。
在另一优选例中，所述推杆为圆柱形杆件。
在另一优选例中，所述推杆由刚性较强的不易变形材料制作而成。
需要说明的是，所述推杆的形状和尺寸不限，其作用是将所述隔膜承受的压力传递到所述开关。
需要说明的是，所述弹簧是一个受压后会产生形变的部件，其材质不限，金属材质或非金属材质均可；所述弹簧的类型也不限，螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧、异型弹簧等均可，可通过调整所述弹簧的材质或者类型改变所述弹簧的弹力，达到调节所述阴极室压力的目的。
在另一优选例中，设置于所述外缘和所述弹簧盖板之间的所述弹簧始终处于压缩状态。
在另一优选例中，所述产气模块包括阳极导电板和阴极导电板，所述产气模块通电后，在所述阴极导电板产生氢气，在所述阳极导电板产生氧气。
在另一优选例中，所述产气模块包括阳极导电板、阴极导电板、质子交换膜或者膜电极组成，通电后在所述阴极导电板产生氢气，在所述阳极导电板产生氧气。
在另一优选例中，所述弹簧为以下任一类型：螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧以及异型弹簧。
在另一优选例中，所述开关为微动开关。
在另一优选例中，所述阴极室包括盖子，在所述盖子闭合的状态下，所述阴极室为一密闭腔体；在所述盖子打开的状态下，所述阴极室允许需要加氢的液体进入。
在另一优选例中，所述阴极室包括外接构件，所述外界构件用于与装有需要加氢液体的容器连接，用于拓展所述阴极室，且二者在连接状态下为密闭结构。
在另一优选例中，所述弹簧是可拆卸替换的。
在另一优选例中，所述开关是可拆卸替换的。
在另一优选例中，所述电控组件包括电池，所述电池为所述开关和/或所述电控板提供电能支持。
在另一优选例中，所述装置包括上压板和下压板，所述上压板和所述下压板为所述装置内的部件提供固定支撑。
在另一优选例中，所述上压板和所述下压板用于固定所述隔膜，其中所述隔膜位于所述上压板和所述下压板之间。
在另一优选例中，所述上压板和所述下压板用于固定所述电控板。
在本发明的第二方面提供了一种用于控制产氢设备内压力的方法，具体地，该方法包括步骤：
a.提供如上所述的装置；
b.在所述阴极室中注入需要加氢的液体，且密封所述阴极室；
c.启动所述产气模块，产生氢气，且所述阴极室内的压力随着氢气的不断产生而逐渐升高；
d.压力传递到所述隔膜，所述隔膜在压力的作用下产生变形，并推进所述推杆，当所述阴极室内的压力到达设定值时，所述推杆尾被推送至触发所述开关；
e.所述电控板接收来自所述开关的触发指令，控制所述产气模块停止工作。
在另一优选例中，所述装置在0-10kg的压力范围内可调。
在另一优选例中，通过选取不用弹力的弹簧或不同压力触发的开关，将两者相搭配即可将调压值在0-10kg压力范围内任意设定。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实例中的用于控制产氢设备内压力的装置的剖视图。
各附图中，各标示如下：
1-产气模块；
2-盖子；
3-上压板；
4-下压板；
5-下盖；
6-电池；
7-气道；
8-隔膜；
9-推杆头；
10-弹簧；
11-弹簧盖板；
12-推杆尾；
13-微动开关；
14-阴极室；
15-阳极室；
16-电控板；
17-推杆。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，通过大量筛选，首次开发了一种用于控制产氢设备内压力的装置和方法，本发明使用带隔膜的推杆配合开关和电控板来调整氢水制备过程中的压力，确保整个过程安全和稳定。针对现有技术的缺点，本发明公开了一种控制产氢设备腔体压力的方法和装置，传统的控压方法结构比较复杂，排气时腔体不密闭，腔内水会泄露出腔外，且应用场景比较局限，适用面狭窄，而本发明结构简单，制作成本低，使用后可稳定控制产氢设备密闭制氢时候的压力，防止高压导致腔体或者外接容器(例如：矿泉水瓶)破裂，用户体验感好，安全可靠无污染，解决了产氢设备长时间制备或者使用外接容器制备氢水时的高压风险，在此基础上完成了本发明。
用于控制产氢设备内压力的装置
本发明涉及便携式产氢设备的压力控制技术，提供了一种用于控制产氢设备内压力的装置，它是一种具有特定结构的装置。
典型地，本发明的装置包括产气组件、控压组件和电控组件。产气组件包括用于生产氢气的产气模块、用于存储氧气的阳极室和用于存储氢气的阴极室。控压组件包括隔膜、推杆、弹簧和弹簧盖板，其中，隔膜用于隔断阴极室和控压组件，以防止氢气和/或需加氢液体从阴极室进入控压组件，推杆包括推杆头和推杆尾，推杆头与隔膜相接触，以传递施加到薄膜上的力，且推杆头设有沿推杆的径向向外突出的外缘，弹簧套在推杆上，且其一端与外缘相抵，弹簧的另一端和弹簧盖板相抵，弹簧盖板靠近推杆尾设置，且设有一孔，推杆尾贯穿孔。电控组件包括开关和电控板，推杆尾在外力作用下触发开关，电控板和开关信号连接，电控板根据来自开关的信号控制产气模块的工作状态。
在另一优选例中，如图1所示，本发明的装置包括产气模块(1)、盖子(2)、上压板(3)、下压板(4)、下盖(5)、电池(6)、气道(7)、隔膜(8)、弹簧(10)、弹簧盖板(11)、微动开关(13)、阴极室(14)、阳极室(15)、电控板(16)以及推杆(17)(推杆(17)包括推杆头(9)推杆尾(12))。
在另一优选例中，产气模块(1)由阳极导电板、阴极导电板组成，也可由阳极导电板、阴极导电板、质子交换膜或者膜电极组成，通电后在阴极导电板产生氢气，在阳极导电板产生氧气。
在另一优选例中，气道(7)与阴极室(14)直接连通，气道(7)的形状和尺寸不限，其作用是将阴极室的压力实时传递到隔膜(8)上。
在另一优选例中，隔膜(8)是柔性的可变形材料，在受到压力后能产生形变。
在另一优选例中，推杆头(9)和推杆尾(12)是一体的一个部件，由刚性较强的不易变形材料制成，其形状和尺寸不限，其作用是将隔膜(8)承受的压力传递到微动开关(13)。
在另一优选例中，弹簧(10)是一个受压后会产生形变的部件，材质、类型不限，螺旋弹簧、金属或非金属均可，涡卷弹簧、板弹簧、异型弹簧等均可，可通过调整弹簧的材质或者类型改变弹簧的弹力，达到调节阴极室(14)压力的目的。
在另一优选例中，微动开关(13)是具有微小接点间隔的快动机构，受外力作用后，可使动作簧片末端的动触点与定触点快速接通或断开，微动开关的种类和形式不限，在本系统中的作用是受到推杆尾(12)确定的力以后，微动开关(13)的动作簧片状态发生改变，实现开关功能。微动开关(13)的簧片开启压力与弹簧(10)的弹力配合，可调节阴极室(14)的控制压力，达到控制压力时，即可通过推杆(17)传递力到微动开关(13)，改变微动开关(13)的通断状态，电控板(16)得到通断状态改变的信息后，依据设定的软件做出相应的动作。
在另一优选例中，电控板(16)在氢水杯中是一个定制化的零部件，由硬件和软件两部分组成，电控板决定了氢水杯的加电状态、电流大小、产气量大小、工作方式、告警信息等，本案中的电控板需搭载微动开关(13)，在得到微动开关(13)的通断状态改变信息后，执行产氢设备停止制氢或者允许制氢的动作。
用于控制产氢设备内压力的方法
一种使用隔膜加弹簧及微动开关控制产氢设备密闭腔内压力的方法，该方法是基于上述的用于控制产氢设备内压力的装置进行的，具体地，包括步骤：
a.在阴极室(14)(如氢水杯杯内)注入待加氢的水，拧紧水杯盖子(2)；
b.按下氢水杯的制氢按钮，开始产生氢气，制备氢水；
c.由于产气模块(1)不断产生氢气，阴极室(14)内的压力逐渐升高；
d.当压力到达设定值时，压力通过气道(7)传递到隔膜(8)，隔膜在压力的作用下产生变形，依次将压力传递给推杆头(9)、推杆尾(12)，推杆尾(12)按下微动开关(13)；
e.微动开关(13)被按下后，电控板发出指令，产气模块(1)下电停止工作。
在另一优选例中，本装置内所需控制的压力范围在0-10KG内可调，调节的方法为采用不同弹力的弹簧(10)或不同压力触发的微动开关(13)，两者相搭配即可将调压值在0-10KG压力范围内任意设定。
在另一优选例中，电控板的硬件和软件需要支持微动开关(13)的通断信号读取，并在通断信号改变时发出断电或者不断电的指令。
需要说明的是，在使用过程中，所述装置可以进行翻转，颠倒或旋转等操作，这些操作均不会影响该装置的压力控制过程。
本发明的主要优点包括：
(a)本装置使用隔膜和弹簧来感知压力、配合微动开关来控制产氢设备，成本低，结构简单占用空间极小；
(b)本装置可以通过调节弹簧弹力、微动开关的开启压力精确的控制产氢装置腔体内的压力，控制方法简单、精确；
(c)本装置适用面广，可以用于所有需控压的产氢装置；
(d)本装置安全可靠，用户体验极佳；
(e)本装置的处理方法操作简单、环保、经济、高效、无菌，具有广阔的商业应用前景。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，附图为示意图，因此本发明装置和设备的并不受所述示意图的尺寸或比例限制。
需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例
本实施例的用于控制产氢设备内压力的装置如图1所示。该装置包括产气组件、控压组件和电控组件。
产气组件包括用于生产氢气的产气模块(1)、用于存储氧气的阳极室(15)和用于存储氢气的阴极室(14)。产气模块(1)包括阳极导电板和阴极导电板，产气模块(1)通电后，在阴极导电板产生氢气，在阳极导电板产生氧气。
控压组件包括隔膜(8)、推杆(17)、弹簧(10)和弹簧盖板(11)。其中，阴极室(14)通过气道(7)与隔膜(8)相连通，隔膜(8)用于隔断阴极室(14)和控压组件，以防止氢气和/或需加氢液体从阴极室(14)进入控压组件，隔膜(8)由柔性的可变形材料制作而成，使得隔膜(8)在受到压力后能产生形变。推杆(17)是由刚性较强的不易变形材料制作而成，其包括推杆头(9)和推杆尾(12)，推杆头(9)与隔膜(8)相接触，以传递施加到薄膜(8)上的力，且推杆头(9)设有沿推杆的径向向外突出的外缘。弹簧(10)套在推杆(17)上，且其一端与外缘相抵，弹簧(10)的另一端和弹簧盖板(11)相抵，本实施例中的弹簧为金属材质的螺旋弹簧。弹簧盖板(11)靠近推杆尾(12)设置，且设有一孔，推杆尾(12)贯穿孔。
电控组件包括微动开关(13)、电控板(16)和电池(6)，推杆尾(12)在外力作用下触发微动开关(13)，电控板(16)和微动开关(13)信号连接，电控板(16)根据来自微动开关(13)的信号控制产气模块(1)的工作状态，在操作过程中，电池(6)为微动开关(13)和电控板(16)提供电能支持。
此外，上述组件设置于一个腔体中，该腔体是由下盖(5)和盖子(2)围成的，盖子(2)可以打开或闭合，在盖子(2)闭合的状态下，阴极室(14)为一密闭腔体；在盖子(2)打开的状态下，阴极室(14)允许需要加氢的液体进入。
在上述腔体中固定有上压板(3)和下压板(4)，上压板(3)和下压板(4)为各部件提供固定支撑，特别是用于固定隔膜(8)，隔膜(8)被固定于上压板(3)和下压板(4)之间。
阴极室(14)设有外接构件，该外界构件用于与装有需要加氢液体的容器(例如：矿泉水瓶等)连接，外接构件和阴极室共同作为新的阴极室，二者在连接状态下为密闭结构，在密闭状态下进行加氢操作。
该装置的弹簧(10)和微动开关(13)均是可拆卸替换的。因此，该装置在0-10kg的压力范围内可调，调节的方法为采用不同弹力的弹簧(10)或不同压力触发的微动开关(13)，两者相搭配即可将调压值在0-10KG压力范围内任意设定。
本实施例的装置在使用时，先在阴极室(14)(如氢水杯杯内)注入待加氢的水，拧紧水杯盖子(2)；按下氢水杯的制氢按钮，开始产生氢气，制备氢水；由于产气模块(1)不断产生氢气，阴极室(14)内的压力逐渐升高；当压力到达设定值时，压力通过气道(7)传递到隔膜(8)，隔膜在压力的作用下产生变形，依次将压力传递给推杆头(9)、推杆尾(12)，推杆尾(12)按下微动开关(13)；微动开关(13)被按下后，电控板发出指令，产气模块(1)下电停止工作。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种用于控制产氢设备内压力的装置，其特征在于，所述装置包括
产气组件，所述产气组件包括用于生产氢气的产气模块、用于存储氧气的阳极室和用于存储氢气的阴极室；
控压组件，所述控压组件包括隔膜、推杆、弹簧和弹簧盖板，其中，所述隔膜用于隔断所述阴极室和所述控压组件，所述推杆包括推杆头和推杆尾，所述推杆头与所述隔膜相接触，且所述推杆头设有沿所述推杆的径向向外突出的外缘，所述弹簧套在所述推杆上，且其一端与所述外缘相抵，所述弹簧的另一端和所述弹簧盖板相抵，所述弹簧盖板靠近所述推杆尾设置，且设有一孔，所述推杆尾贯穿所述孔；以及
电控组件，所述电控组件包括开关和电控板，所述推杆尾在外力作用下触发所述开关，所述电控板和所述开关信号连接，所述电控板根据来自所述开关的信号控制所述产气模块的工作状态。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阴极室通过气道与所述隔膜相连通。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述产气模块包括阳极导电板和阴极导电板。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹簧为以下任一类型：螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧以及异型弹簧。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关为微动开关。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阴极室包括盖子，在所述盖子闭合的状态下，所述阴极室为一密闭腔体；在所述盖子打开的状态下，所述阴极室允许需要加氢的液体进入。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阴极室包括外接构件，所述外界构件用于与装有需要加氢液体的容器连接，用于拓展所述阴极室，且二者在连接状态下为密闭结构。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹簧是可拆卸替换的。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电控组件包括电池，所述电池为所述开关和/或所述电控板提供电能支持。
10.一种用于控制产氢设备内压力的方法，其特征在于：所述方法包括步骤：
a.提供如权利要求1所述的装置；
b.在所述阴极室中注入需要加氢的液体，且密封所述阴极室；
c.启动所述产气模块，产生氢气，且所述阴极室内的压力随着氢气的不断产生而逐渐升高；
d.压力传递到所述隔膜，所述隔膜在压力的作用下产生变形，并推进所述推杆，当所述阴极室内的压力到达设定值时，所述推杆尾被推送至触发所述开关；
e.所述电控板接收来自所述开关的触发指令，控制所述产气模块停止工作。
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