CN108467090A - 一种氢氧分离电解装置和富氢水杯、富氢饮水机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢氧分离电解装置，包括阴极片、阳极片、选择性质子透过膜、上固定板和下固定板，阴极片、选择性质子透过膜、阳极片固定在上固定板和下固定板之间，阴极片与选择性质子透过膜之间形成氢气生成区，阳极片和选择性质子透过膜之间形成氧气生成区，氢气生成区设置氢气排放口供氢气排出氢气生成区和水进入氢气生成区，氧气生成区设置氧气排放口供氧气排出氧气生成区。本发明还公开了一种利用上述氢氧分离电解装置制作的富氢水杯和富氢饮水机。本发明提供的氢氧分离电解装置，通过选择性质子透过膜将氢气生成区和氧气生成区分隔开来，生成的氢气注入水中形成富氢水，氧气排出杯体外，避免氢气和氧气的混合。

Description

一种氢氧分离电解装置和富氢水杯、富氢饮水机

技术领域

本发明涉及电解技术领域，尤其涉及一种氢氧分离电解装置和利用氢氧分离电解装置制作的富氢水杯、富氢饮水机。

背景技术

近年来，氢气作为一种选择性抗氧化物质用于疾病的治疗和预防受到广泛的认同和重视，目前来说，人体对氢气的获取主要是通过直接吸入或者饮用富氢水。其中，直接吸入主要是医疗时使用，日常预防和调理主要靠饮用富氢水。富氢水具有制备简单、使用方便的优点，因此富氢水相关产业在国内外已经迅速发展，形成了一个较为重要的氢应用市场。

富氢水生成器包括富氢水壶和富氢饮水机，其共同特点都是使用电解装置进行纯水电解，以制备氢气。其中应用最广泛的是富氢水杯，通过小型化电解装置电解纯水，形成氢氧混合气体或氢气，溶解到水中，从而得到富氢水。

但是，现有的用于制取富氢水的富氢水壶或者富氢饮水机，其氢氧分离电解装置制取的氢气和氧气同时排放在水杯中，使得水杯中的氢气和氧气混合在一起，容易发生危险，同时，饮用溶解过多氧气的水，不但抵消了氢气的作用，甚至引起身体的机能的过度氧化，不利于身体的健康。

发明内容

针对现有氢氧分离电解装置制取氢气过程中的问题，本发明实施例提供一种氢氧分离电解装置和使用该氢氧分离电解装置制作的富氢水杯和富氢饮水机。

本发明实施例提供的一种氢氧分离电解装置，包括电解发生器、上固定板和下固定板，电解发生器包括阴极片、阳极片、选择性质子透过膜，阴极片设置阴极接线端，阴极接线端外接电源负极，阳极片设置阳极接线端，阳极接线端外接电源正极，下固定板上设置电极孔，阳极接线端和阴极接线端穿过电极孔，上固定板的底面和/或下固定板的顶面设置与阴极片、选择性质子透过膜、阳极片形状匹配的容置空腔，下固定板与上固定板可拆卸连接，阴极片、选择性质子透过膜、阳极片固定在上固定板和下固定板之间的容置空腔内，阴极片与选择性质子透过膜之间形成氢气生成区，阳极片和选择性质子透过膜之间形成氧气生成区，氢气生成区设置氢气排放口供氢气排出氢气生成区和水进入氢气生成区，氧气生成区设置氧气排放口供氧气排出氧气生成区。

本发明提供的氢氧分离电解装置，通过选择性质子透过膜将阴极片和阳极片隔开，形成氢气生成区和氧气生成区。选择性质子透过膜是允许水合质子(H₃O+)通过的膜，水合质子同选择性质子透过膜中的基团结合，然后从一个基团传递到另一个基团，最终到达另一边。首先通电后水便立刻在阳极失去电子e-生成氢离子和氧气(2H₂O-4e-＝4H++O₂↑),氧气从氧气排放口排出。氢离子以水合质子(H₃O+)的形式通过选择性质子透过膜传递到阴极，获得电子生成氢气(4H₃O++4e-＝4H₂O+H₂↑)，氢气在氢气生成区161溶解到水中，还有一部分氢气从氢气排放口排出到杯体中，从而达到氢氧安全稳定分离，同时避免氧气或者臭氧溶解到水中。

优选地，还包括电板旋盖，下固定板对应电解发生器区域设置通孔，电板旋盖设置在通孔内，电板旋盖可沿通孔上下移动。通过电板旋盖调节阳极片和阴极片之间的距离，从而调节阳极片和阴极片的电解速度。当电板旋盖向上移动时，电板旋盖推动阳极片向阴极片移动，阳极片和阴极片之间的距离变小，他们之间的电阻更小，电流更高，分解的功率更高，电解速度更快；当电板旋盖向下移动时，阳极片和阴极片之间的距离变大，他们之间的电阻更大，电流更低，分解的功率更低，电解速度更慢。通过调节分解功率，满足实际的需要。

优选地，阴极片和阳极片上设置多个透气孔。通过设置多个透气孔，使生成的氢气形成小气泡的形式进入水中，可以使得氢气的直径小，比表面积大，气体上升逃逸慢，溶解率更高。

优选地，还包括倾斜感应器，倾斜感应器设置在下固定板板上，用于检测装置的倾斜角度，并在倾斜角超过预设值时发出警报或者切断输入至阴极片和阳极片的电压。通过设置倾斜角感应器来检测氢氧分离电解装置的倾斜程度，在氢氧分离电解装置倾斜，阳极片和/或阴极片未接触到水时，通过关闭电路，防止装置的电解系统受损。

优选地，阴极片、阳极片、选择性质子透过膜、上固定板和下固定板均设置为大小匹配的圆形，阴极片、选择性质子透过膜、阳极片按从上到下的顺序固定在上固定板和下固定板之间，氧气排放口设置在下固定板上。阳极片、选择性质子透过膜和下固定板之间密封连接。通过将阳极片设置在下方，有利于将氧气通过底部排除装置外。同时，密封设置可防止水不经过选择性质子透过膜直接进入氧气生成区，形成废水。

优选地，选择性质子透过膜为自增湿型质子透过膜。具体地，自增湿型质子透过膜为全氟磺酸离子膜。

优选地，阴极片和上固定板之间设置第一密封硅胶圈、阳极片和下固定板之间设置第二密封硅胶圈。通过设置密封硅胶圈，增加各个部件之间连接的防水性。

优选地，还包括电解系统卡槽和固定旋盖，固定旋盖与上固定板的上面可拆卸连接，通过固定旋盖将电解发生器固定在电解系统卡槽内，在固定旋盖与上固定板之间设置第三密封硅胶圈。

优选地，还包括保湿硅胶垫，保湿硅胶垫可拆卸地设置在固定旋盖上。

本发明实施例还提供一种富氢水杯，包括杯体，在杯体的杯底设置上述的氢氧分离电解装置。

本发明实施例还提供一种富氢饮水机，包括饮水桶，在饮水桶的桶底设置上述的氢氧分离电解装置。

本发明提供的富氢水杯和富氢饮水机，实现了氢气和氧气地安全稳定分离，同时避免氧气或者臭氧溶解到水中。

附图说明

图1为本发明实施例中一种氢氧分离电解装置分解结构示意图；

图2为本发明实施例中一种氢氧分离电解装置组装结构示意图。

附图中：111、阴极片；1112、阴极接线端；1113、阴极片凸台；112、阳极片；1122、阳极接线端；1123、阳极片凸台；113、选择性质子透过膜；121、下固定板；122、电极孔；131、上固定板；132、固定旋盖；133、电极卡槽；134、容置空腔；135、卡销；141、电板旋盖；142、氧气排放口；151、第一密封硅胶圈；152、第二密封硅胶圈；153、第三密封硅胶圈；161、氢气生成区；162、氧气生成区。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

本发明实施例提供的一种氢氧分离电解装置，主要用于日常生活中制取富氢水，以满足人们使用富氢水进行疾病预防和调理身体，避免体内的自由基氧化损伤的问题。使用本发明提供的氢氧分离电解装置，可以制成富氢水杯、富氢饮水机等日常制氢设备。

使用本发明提供的氢氧分离电解装置制作的富氢水杯，包括杯体，杯盖，杯体和杯盖之间可拆卸连接，包括螺纹连接、卡扣连接或者采用其他的常见配合安装方式连接，比如采用弹性部件的挤压连接。本发明的技术方案不做限制。杯体采用专用的富氢水杯杯体，即在杯体的底部设置安装机构，以便将本发明的氢氧分离电解装置安装在杯体底部。同时提供防水的控制接口连接到杯体外壁，如控制开关，电源接口等。

使用本发明提供的氢氧分离电解装置制作的富氢饮水机，可以采用现有的饮水机设计，但在饮水机的上部设置本发明提供的氢氧分离电解装置，并在氢氧分离电解装置外围设置盛装水的容器，可以是水桶，或者专用的盛水空间。并在饮水机机身上设置控制部件，如控制开关，电源接口等。

本发明提供的氢氧分离电解装置，如图1、图2所示，包括电解发生器、上固定板131和下固定板121，电解发生器包括阴极片111、阳极片112、选择性质子透过膜113，阴极片111设置阴极接线端1112，阴极接线端1112外接电源负极，阳极片112设置阳极接线端1122，阳极接线端1122外接电源正极，下固定板121上设置电极孔122，阳极接线端1122和阴极接线端1112穿过电极孔122，可以在上固定板131的底面或者下固定板121的顶面设置与阴极片111、选择性质子透过膜113、阳极片112形状匹配的容置空腔134，也可以同时在上固定板131的底面和下固定板121的顶面设置与阴极片111、选择性质子透过膜113、阳极片112形状匹配的容置空腔134，下固定板121与上固定板131可拆卸连接，阴极片111、选择性质子透过膜113、阳极片112固定在上固定板131和下固定板121之间的容置空腔内134，阴极片111与选择性质子透过膜113之间形成氢气生成区161，阳极片112和选择性质子透过膜113之间形成氧气生成区162，氢气生成区161设置氢气排放口供氢气排出氢气生成区161和水进入氢气生成区161，氧气生成区162设置氧气排放口142供氧气排出氧气生成区162。

在上固定板131的中部设有通孔，通孔一直延伸到阴极片111以及阴极片和选择性质子透过膜113之间的氢气生成区161。上固定板131中部的通孔形成了氢气排放口。电解需要的水直接从通孔进入阴极片111和选择性质子透过膜113，并充满整个选择性质子透过膜以上的容置空腔部分。氢气在氢气生成区161生成后，可以直接溶解到位于氢气生成区161的水中，也可以通过设置在上固定板131中部的通孔排出到杯体中，溶解到其他的水中。多余的氢气将从水中通过杯口排出杯体。

上固定板131的底面边缘设有连通容置空腔134和上固定板侧边外壁的电极卡槽133，在阴极片111和阳极片112的边缘分别设置阴极片凸台1113和阳极片凸台1123，阴极片凸台1113和阳极片凸台1123卡设在电极卡槽133内，以便对阴极片111和阳极片112进行固定。

其中，选择性质子透过膜113为自增湿型质子透过膜。具体地，自增湿型质子透过膜为全氟磺酸离子膜。采用自增湿型质子透过膜，氧气生成区162不需要提前注入水，氢气生成区161中的水可以透过自增湿型质子膜向氧气生成区162渗入少量水以满足电解需要，然后氧气生成区162的少量水通过水合质子(H3O+)的形式传递到氢气生成区161，从而防止氧气生成区162的水随产生的氧气流出，避免产生废液。

其中，阴极片111和阳极片112上设置多个透气孔。通过设置多个透气孔，使生成的氢气形成小气泡的形式进入水中，可以使得氢气的直径小，比表面积大，气体上升逃逸慢，溶解率更高。

阴极片111和阳极片112均采用钛电极，由三种不同粒径的钛颗粒通过转印法、模压法、电化学沉积法、浸渍还原法或真空溅射法制备而成，呈蜂窝状排列。

其中，上固定板131和下固定板121之间的连接可以采用卡扣连接、螺钉连接或者其他的可实现连接方式。本实施例采用螺钉连接，在上固定板131上设置螺纹盲孔，下固定板121相应位置设置螺纹通孔，通过螺钉将上固定板131和下固定板121紧密连接在一起。可以在上固定板131底面上设置卡销135，下固定板121相应位置设置卡孔，通过卡销135和卡孔对上固定板131和下固定板121进行定位。

本发明提供的氢氧分离电解装置，通过选择性质子透过膜113将阴极片111和阳极片112隔开，形成氢气生成区161和氧气生成区162。选择性质子透过膜113是允许水合质子(H₃O+)通过的膜，水合质子同选择性质子透过膜113中的基团结合，然后从一个基团传递到另一个基团，最终到达另一边。首先通电后水便立刻在阳极片112失去电子e-生成氢离子和氧气(2H₂O-4e-＝4H++O₂↑),氧气从氧气排放口142排出。氢离子以水合质子(H₃O+)的形式通过选择性质子透过膜113传递到阴极片111，获得电子生成氢气(4H₃O++4e-＝4H₂O+H₂↑)氢气在氢气生成区161溶解到水中，还有一部分氢气从氢气排放口排出到杯体中，从而达到氢氧安全稳定分离，同时避免氧气或者臭氧溶解到水中。

本发明提供的一种氢氧分离电解装置的一种优选实施方式中，阴极片111、阳极片112、选择性质子透过膜113、上固定板131和下固定板121均设置为大小匹配的圆形，以便更好的用于制作富氢水杯或者富氢饮水机。阴极片111、选择性质子透过膜113、阳极片112可以从上到下的顺序排列，也可以从下到上的顺序排列。本发明实施例优选阴极片111、选择性质子透过膜113、阳极片112按从上到下的顺序固定在上固定板131和下固定板121之间的容置空腔134内，阳极片112、选择性质子透过膜113和下固定板121之间密封连接。这种设置可以方便氧气排放口142设置在下固定板121上，有利于将氧气通过底部排除装置外，从而在制作富氢水杯时，直接通过杯底将氧气排出杯体外。同时，密封设置可防止水不经过选择性质子透过膜113直接进入氧气生成区162，形成废水。其中，阴极片111和上固定板131之间设置第一密封硅胶圈151、阳极片112和下固定板121之间设置第二密封硅胶圈152。通过设置密封硅胶圈，增加各个部件之间连接的气密性和防水性。

本发明实施例提供一种进一步改进的氢氧分离电解装置100，还包括电板旋盖141，电板旋盖141的顶部设置为平整平面，下固定板121对应电解发生器区域设置通孔，电板旋盖141设置在通孔内，电板旋盖141可沿通孔上下移动。一种实施方式中，在电板旋盖141上设置外螺纹，通孔内的侧壁上设置与电板旋盖141螺纹匹配的内螺纹，电板旋盖141与下固定板131之间通过螺纹连接。在电解生成器中，阴极片111、选择性质子透过膜113和阳极片112从上至下固定在上固定板131和下固定板121之间，通过电板旋盖141顶部的平整平面，可以调节阳极片112和阴极片111之间的距离，使阳极片112和阴极片111之间的距离更均衡，通过阳极片112和阴极片111之间的电流也更为均衡，从而使电解反应在整个阳极片112和阴极片111上都均衡发生，提高氢气产生的效率。同时，通过调节电板旋盖141压缩阳极片121和阴极片11的距离，使阳极片112和阴极片111隔着选择性质子透过膜贴合的更紧密，从而使他们之间的电阻更小，电流更高，分解的功率和速度都更快。本发明实施例提供的氢氧分离电解装置的进一步优选实施方式中，还包括倾斜感应器，倾斜感应器设置在下固定板121板上，用于检测装置的倾斜角度，并在倾斜角超过预设值时发出警报或者切断输入至阴极片111和阳极片112的电压。通过设置倾斜角感应器来检测氢氧分离电解装置的倾斜程度，在氢氧分离电解装置倾斜，阳极片112和/或阴极片111未接触到水时，通过关闭电路，防止装置的电解系统受损。

本发明实施例提供的氢氧分离电解装置的进一步优选实施方式中，还包括电解系统卡槽和固定旋盖132，固定旋盖132与上固定板131的上面可拆卸连接，本发明提供的技术方案中，在上固定板131顶面设置外螺纹，固定旋盖132底面设置内孔，内孔的侧壁上设置与上固定板131螺纹匹配的内螺纹，固定旋盖132与上固定板131之间通过螺纹连接。电解系统卡槽设有卡口，卡口卡接在上固定板131和固定旋盖132之间，通过固定旋盖132将电解发生器固定在电解系统卡槽内，在固定旋盖132与上固定板131之间设置第三密封硅胶圈153，以增加防水性。固定旋盖132的中间对应上固定板131中部的通孔处同时设置通孔，以供上固定板131和固定旋盖132连通形成氢气排放口。在其中一种优选的实施方式中，在固定旋盖132上还可设置保湿硅胶垫，保湿硅胶垫可以通过吸附、卡扣或者其他的连接方式与固定旋盖132连接。在氢氧分离电解装置需要比较长时间不工作时，可在选择性质子透过膜113和阴极片111之间的氢气生成区161处倒入一定的水，然后将保湿硅胶垫固定在固定旋盖132上。保湿硅胶垫可以保持氢气生成区161上的水分不会轻易蒸发掉，保持选择性质子透过膜113的湿润性，从而保证氢氧分离电解装置的良好功能和使用寿命。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种氢氧分离电解装置，其特征在于，包括电解发生器、上固定板和下固定板，所述电解发生器包括阴极片、阳极片、选择性质子透过膜，所述阴极片设置阴极接线端，所述阴极接线端外接电源负极，所述阳极片设置阳极接线端，所述阳极接线端外接电源正极，所述下固定板上设置电极孔，所述阳极接线端和阴极接线端穿过所述电极孔，所述上固定板的底面和/或所述下固定板的顶面设置与阴极片、选择性质子透过膜、阳极片形状匹配的容置空腔，所述下固定板与上固定板可拆卸连接，所述阴极片、选择性质子透过膜、阳极片固定在上固定板和下固定板之间的容置空腔内，所述阴极片与选择性质子透过膜之间形成氢气生成区，所述阳极片和选择性质子透过膜之间形成氧气生成区，所述氢气生成区设置氢气排放口供氢气排出氢气生成区和水进入氢气生成区，所述氧气生成区设置氧气排放口供氧气排出氧气生成区。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括电板旋盖，所述下固定板对应电解发生器区域设置通孔，所述电板旋盖设置在通孔内，所述电板旋盖可沿所述通孔上下移动。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阴极片和阳极片上设置多个透气孔。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括倾斜感应器，所述倾斜感应器设置在下固定板板上，用于检测装置的倾斜角度，并在所述装置的倾斜角超过预设值时发出警报或者切断输入至所述阴极片和阳极片的电压。

5.如权利要求1至4任一所述的装置，其特征在于，所述阴极片、阳极片、选择性质子透过膜、上固定板和下固定板均设置为大小匹配的圆形，所述阴极片、选择性质子透过膜、阳极片按从上到下的顺序固定在上固定板和下固定板之间，所述氧气排放口设置在下固定板上，所述阳极片、选择性质子透过膜和下固定板之间密封连接。

6.如权利要求5任一所述的装置，其特征在于，所述选择性质子透过膜为自增湿型质子透过膜，所述自增湿型质子透过膜为全氟磺酸离子膜。

7.如权利要求1至4任一所述的装置，其特征在于，在所述阴极片和上固定板之间设置第一密封硅胶圈、所述阳极片和下固定板之间设置第二密封硅胶圈。

8.如权利要求1至4任一所述的装置，其特征在于，还包括电解系统卡槽和固定旋盖，所述固定旋盖与上固定板的上面可拆卸连接，通过所述固定旋盖将所述电解发生器固定在电解系统卡槽内，在所述固定旋盖与上固定板之间设置第三密封硅胶圈。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括保湿硅胶垫，所述保湿硅胶垫可拆卸地设置在固定旋盖上。

10.一种富氢水杯，其特征在于，包括杯体，在所述杯体的杯底设置如权利要求1至8任一所述的氢氧分离电解装置。