CN110184616A - 一种基于铝空气电池的富氢水发生装置及富氢水制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械技术领域，尤其为一种基于铝空气电池的富氢水发生装置及富氢水制备方法，包括从下往上依次堆叠设置的铝空气电池盒、氢气储存盒、富氢水发生盒和电控盒，所述铝空气电池盒的四个外壁窗口表面贴合有四个空气催化极片正极，所述铝空气电池盒内部设有两个交叉设置的反应腔隔板，两个所述反应腔隔板将铝空气电池盒内部空间分隔为四个电解液反应腔，每个所述电解液反应腔内部均设有高纯铝棒负极。本发明利用铝空气电池产生的高纯度氢气，溶于纯净水中，生成富氢水，即产即用。
Description
技术领域
本发明涉及机械技术领域，具体为一种基于铝空气电池的富氢水发生装置及富氢水制备方法。
背景技术
近年来，氢分子的生物医学效果逐渐被人们所发现，溶于细胞中的氢可以选择性清除有害自由基，显示出较强的抗氧化效应，有望成为临床治疗和健康保健的新手段。目前使用氢治疗疾病的方法主要包括呼吸氢气、注射富氢溶液和饮用富氢水，饮用富氢水是目前常用的方式。当前富氢水的医学应用并不广泛，其原因在于氢气在常规条件下在水中的溶解度较小，而且随着时间推移会逃逸出去，超过24h即失去医学价值。
现有市场上常见的富氢水产品，一类是通过金属与水化学反应来产生，另一类是通过电解水来产生，这两种方式产生的富氢水都有氢浓度低，及含有重金属离子等问题，阻碍了富氢水的医学应用。另一类是通过氢气直接溶解在水中来产生富氢水，这类产品难以存贮24小时以上，产品到用户手上时已是无氢之水。
铝空气电池是通过铝电极在电解液中与空气中的氧气发生电化学反应来产生电能的一种新型电池，近年来在市场上已有所应用，铝空气电池在产生电能的同时，也会生成氢气，而一般的铝空气电池生成的氢气被直接排放到空气中，白白浪费了其利用价值。因此，如能利用铝空气电池所产生的氢气，通过高分子透气膜扩散到水中来制成富氢水，将是一种安全、有效、经济的制造富氢水的方法。鉴于此，我们提出一种基于铝空气电池的富氢水发生装置及富氢水制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于铝空气电池的富氢水发生装置及富氢水制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，一方面本发明提供如下技术方案：一种基于铝空气电池的富氢水发生装置，包括从下往上依次堆叠设置的铝空气电池盒、氢气储存盒、富氢水发生盒和电控盒，所述铝空气电池盒、氢气储存盒、富氢水发生盒以及电控盒彼此之间通过连接机构连接，所述连接机构包括三个中心套管，三个中心套管分别设于氢气储存盒、富氢水发生盒以及电控盒内部，所述连接机构还包括串心螺栓，所述串心螺栓贯穿所有的中心套管。
作为本发明的优选，所述铝空气电池盒的四个外壁窗口表面贴合有四个空气催化极片正极，所述铝空气电池盒内部设有两个交叉设置的反应腔隔板，两个交叉的反应腔隔板的十字中心设有螺纹孔，两个所述反应腔隔板将铝空气电池盒内部空间分隔为四个电解液反应腔，每个所述电解液反应腔内部均设有高纯铝棒负极，所述铝空气电池盒的顶面设有四个正极插接件。
作为本发明的优选，所述氢气储存盒的底端设有第一高分子防水透气膜底板，高纯铝棒负极通过铝电极螺丝固定于第一高分子防水透气膜底板上，所述氢气储存盒的内壁设有负极插接件。
作为本发明的优选，所述富氢水发生盒的内部设有纯净水储水腔，所述富氢水发生盒的底端设有第二高分子防水透气膜底板，所述富氢水发生盒的内部还设有进水管和出水管，所述进水管穿过电控盒并延伸至外部，所述出水管固定于富氢水发生盒外壁并延伸至外部。
作为本发明的优选，所述电控盒的底端设有电控盒底板，所述电控盒内部设有电路板，所述电控盒的顶面设有显示器，所述电控盒的内部设有氢气浓度传感器，所述氢气浓度传感器的末端伸入至富氢水发生盒内部，所述电控盒的侧面设有两个电源输出口，所述电路板上设有电源处理模块，电路板上还设有中央处理单元，氢气浓度传感器通过导线输出到电控盒内的电路板上，两个电源输出口均通过导线输出到电控盒内的电路板上。
作为本发明的优选，三个所述中心套管分别和第一高分子防水透气膜底板、第二高分子防水透气膜底板以及电控盒底板焊接固定。
作为本发明的优选，所述铝空气电池盒和氢气储存盒的连接处、氢气储存盒和富氢水发生盒的连接处以及富氢水发生盒和电控盒的连接处均设有弹性密封圈。
一种富氢水制备方法，包括如下步骤：
步骤一、向铝空气电池盒内部的四个电解液反应腔内部注入中性电解液盐水，然后将4根高纯铝棒负极通过铝电极螺丝固定于第一高分子防水透气膜底板上，并形可靠的电气连接；
步骤二、从下往上将铝空气电池盒、氢气储存盒、富氢水发生盒和电控盒之间插接位及中心孔对准依次堆叠起来，然后将串心螺栓同时贯穿电控盒、富氢水发生盒以及氢气储存盒内部的中心套管，旋入铝空气电池盒反应腔隔板十字中心的螺丝孔中，随着串心螺栓的旋紧，完成铝空气电池盒、氢气储存盒、富氢水发生盒和电控盒这四部分之间的整体固定；
步骤三、在铝空气电池盒和氢气储存盒的连接处、氢气储存盒和富氢水发生盒的连接处以及富氢水发生盒和电控盒的连接处分别套上弹性密封圈，确保彼此之间的连接密封性；
步骤四、关闭出水管上的出水阀，通过进水管向富氢水发生盒内部注入纯净水，铝空气电池盒内部的空气催化极片正极和高纯铝棒负极在电解液的作用下发生化学反应产生氢气且伴随电能产生；
步骤五、产生的氢气透过第一高分子防水透气膜底板进入至氢气储存盒储存起来，待氢气储存盒内部压力到达一定程度时，氢气透过第二高分子防水透气膜底板进入富氢水发生盒内部，经过压力扩散到水中的氢气溶解度会达到氢气的饱和浓度1.6ppm，形成富氢水，打开出水阀放出，形成可饮用的高纯度、高溶解度的富氢水。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明利用铝空气电池产生的高纯度氢气，溶于纯净水中，即产即用。
2.本发明利用高分子透气膜使氢气扩散到纯净水中，避免有害的离子进入水中，达到安全饮用水的标准。
3.本发明利用铝空气电池产生的电能驱动电控部分，自动检测水中氢的溶解度及氢含量，保证安全有效。
4.本发明利用铝空气电池的电能实现移动电源、照明、电疗等多功能用途。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明爆炸结构示意图；
图3为本发明剖视结构示意图；
图4为本发明控制框图；
图5为本发明电路图。
图中：铝空气电池盒1、空气催化极片正极101、高纯铝棒负极102、电解液反应腔103、反应腔隔板104、正极插接件105、氢气储存盒2、负极插接件201、铝电极螺丝202、第一高分子防水透气膜底板203、富氢水发生盒3、纯净水储水腔301、第二高分子防水透气膜底板302、进水管303、出水管304、电控盒4、电路板401、显示器402、氢气浓度传感器403、电源输出口404、连接机构5、中心套管501、串心螺栓502、弹性密封圈503。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，一方面本发明提供一种技术方案：一种基于铝空气电池的富氢水发生装置及富氢水制备方法，包括从下往上依次堆叠设置的铝空气电池盒1、氢气储存盒2、富氢水发生盒3和电控盒4，铝空气电池盒1的外壁四个窗口表面贴合有四个空气催化极片正极101，铝空气电池盒1内部设有两个交叉设置的反应腔隔板104，这两个反应腔隔板104将铝空气电池盒1内部空间分隔为四个电解液反应腔103，每个电解液反应腔103内部均设有高纯铝棒负极102，且铝空气电池盒1的顶面设有四个正极插接件105。
本实施例中，电解液反应腔103内部填充有中性电解液盐水。
本实施例中，每个反应腔隔板104的两端均焊接固定在铝空气电池盒1的内壁与铝空气电池盒成为一个整体。
本实施例中，两个交叉的反应腔隔板104的十字中心位置设有螺纹孔，这个螺纹孔和串心螺栓502之间螺纹连接，用于整体装配和拆卸。
氢气储存盒2的底端设有第一高分子防水透气膜底板203，高纯铝棒负极102通过铝电极螺丝202固定于第一高分子防水透气膜底板203上，且氢气储存盒2的内壁设有负极插接件201。
本实施例中，当铝空气电池盒1和氢气储存盒2相互堆叠连接时，负极插接件201和四个正极插接件105接触，正极插接件105和负极插接件201均采用导电金属材质，且负极插接件201和高纯铝棒负极102的顶端之间通过导线连接，组成串联电压输出，电池的正、负极输出线通过中心套管内导线输出到电控盒4内的电路板401上。
富氢水发生盒3的内部设有纯净水储水腔301，富氢水发生盒3的底端设有第二高分子防水透气膜底板302，富氢水发生盒3的内部还设有进水管303和出水管304，进水管303穿过电控盒4并延伸至外部，出水管304固定于富氢水发生盒3外壁并延伸至外部。
本实施例中，进水管303和出水管304上分别设有进水阀和出水阀，进水阀和出水阀都采用电磁阀，且进水阀和出水阀均通过导线输出到电控盒4内的电路板401上。
电控盒4的底端设有电控盒底板405，电控盒4内部设有电路板401，电控盒4的顶面设有显示器402，电控盒4的内部设有氢气浓度传感器403，氢气浓度传感器403的末端伸入至富氢水发生盒3内部，电控盒4的侧面设有两个电源输出口404。
本实施例中，电路板401上设有电源处理模块，电路板401上还设有中央处理单元。
本实施例中，氢气浓度传感器403通过导线输出到电控盒4内的电路板401上，两个电源输出口404均通过导线输出到电控盒4内的电路板401上。
铝空气电池盒1、氢气储存盒2、富氢水发生盒3以及电控盒4彼此之间通过连接机构5连接，连接机构5包括三个中心套管501，三个中心套管501分别设于氢气储存盒2、富氢水发生盒3以及电控盒4内部，且三个中心套管501分别和第一高分子防水透气膜底板203、第二高分子防水透气膜底板302以及电控盒底板405焊接固定，连接机构5还包括串心螺栓502，串心螺栓502贯穿所有的中心套管501，铝空气电池盒1和氢气储存盒2的连接处、氢气储存盒2和富氢水发生盒3的连接处以及富氢水发生盒3和电控盒4的连接处均设有弹性密封圈503。
本实施例中，第一高分子防水透气膜底板203、第二高分子防水透气膜底板302以及电控盒底板405内部中心位置均设有正对中心套管501的螺纹孔。
本实施例中，串心螺栓502分别和反应腔隔板104、第一高分子防水透气膜底板203、第二高分子防水透气膜底板302以及电控盒底板405上的螺纹孔螺纹连接。
另一方面，本发明还提供一种富氢水制备方法，包括如下步骤：
步骤一、向铝空气电池盒1内部的四个电解液反应腔103内部注入中性电解液盐水，然后将4根高纯铝棒负极102通过铝电极螺丝202固定于第一高分子防水透气膜底板203上，并形可靠的电气连接；
步骤二、从下往上将铝空气电池盒1、氢气储存盒2、富氢水发生盒3和电控盒4之间插接位及中心孔对准，依次堆叠起来形成一个圆柱状容器，然后将串心螺栓502同时贯穿电控盒4、富氢水发生盒3以及氢气储存盒2内部的中心套管501，旋入铝空气电池盒1反应腔隔板104十字中心的螺丝孔中，随着串心螺栓502的旋紧，完成铝空气电池盒1、氢气储存盒2、富氢水发生盒3和电控盒4这四部分之间的整体固定；
步骤三、在铝空气电池盒1和氢气储存盒2的连接处、氢气储存盒2和富氢水发生盒3的连接处以及富氢水发生盒3和电控盒4的连接处分别套上弹性密封圈503，确保彼此之间的连接密封性；
步骤四、关闭出水管304上的出水阀，通过进水管303向富氢水发生盒3内部注入纯净水，铝空气电池盒1内部的空气催化极片正极101和高纯铝棒负极102在电解液的作用下发生化学反应产生氢气且伴随电能产生；
步骤五、产生的氢气透过第一高分子防水透气膜底板203进入至氢气储存盒2储存起来，待氢气储存盒2内部压力到达一定程度时，氢气透过第二高分子防水透气膜底板302进入富氢水发生盒3内部，经过压力扩散到水中的氢气溶解度会达到氢气的饱和浓度1.6ppm，形成富氢水，打开出水阀放出，形成可饮用的高纯度、高溶解度的富氢水。
特别说明，本装置的拆卸是通过旋松并抽掉串心螺栓502，就能实现铝空气电池盒1、氢气储存盒2、富氢水发生盒3以及电控盒4的彼此分开，从而能够实现对高纯铝棒负极102以及电解液的便捷更换。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种基于铝空气电池的富氢水发生装置，包括从下往上依次堆叠设置的铝空气电池盒(1)、氢气储存盒(2)、富氢水发生盒(3)和电控盒(4)，其特征在于：所述铝空气电池盒(1)、氢气储存盒(2)、富氢水发生盒(3)以及电控盒(4)彼此之间通过连接机构(5)连接，所述连接机构(5)包括三个中心套管(501)，三个中心套管(501)分别设于氢气储存盒(2)、富氢水发生盒(3)以及电控盒(4)内部，所述连接机构(5)还包括串心螺栓(502)，所述串心螺栓(502)贯穿所有的中心套管(501)。
2.根据权利要求1所述的基于铝空气电池的富氢水发生装置，其特征在于：所述铝空气电池盒(1)的四个外壁窗口表面贴合有四个空气催化极片正极(101)，所述铝空气电池盒(1)内部设有两个交叉设置的反应腔隔板(104)，两个交叉的反应腔隔板(104)的十字中心设有螺纹孔，两个所述反应腔隔板(104)将铝空气电池盒(1)内部空间分隔为四个电解液反应腔(103)，每个所述电解液反应腔(103)内部均设有高纯铝棒负极(102)，所述铝空气电池盒(1)的顶面设有四个正极插接件(105)。
3.根据权利要求1所述的基于铝空气电池的富氢水发生装置，其特征在于：所述氢气储存盒(2)的底端设有第一高分子防水透气膜底板(203)，高纯铝棒负极(102)通过铝电极螺丝(202)固定于第一高分子防水透气膜底板(203)上，所述氢气储存盒(2)的内壁设有负极插接件(201)。
4.根据权利要求1所述的基于铝空气电池的富氢水发生装置，其特征在于：所述富氢水发生盒(3)的内部设有纯净水储水腔(301)，所述富氢水发生盒(3)的底端设有第二高分子防水透气膜底板(302)，所述富氢水发生盒(3)的内部还设有进水管(303)和出水管(304)，所述进水管(303)穿过电控盒(4)并延伸至外部，所述出水管(304)固定于富氢水发生盒(3)外壁并延伸至外部。
5.根据权利要求1所述的基于铝空气电池的富氢水发生装置，其特征在于：所述电控盒(4)的底端设有电控盒底板(405)，所述电控盒(4)内部设有电路板(401)，所述电控盒(4)的顶面设有显示器(402)，所述电控盒(4)的内部设有氢气浓度传感器(403)，所述氢气浓度传感器(403)的末端伸入至富氢水发生盒(3)内部，所述电控盒(4)的侧面设有两个电源输出口(404)，所述电路板(401)上设有电源处理模块，电路板(401)上还设有中央处理单元，氢气浓度传感器(403)通过导线输出到电控盒(4)内的电路板(401)上，两个电源输出口(404)均通过导线输出到电控盒(4)内的电路板(401)上。
6.根据权利要求1所述的基于铝空气电池的富氢水发生装置，其特征在于：三个所述中心套管(501)分别和第一高分子防水透气膜底板(203)、第二高分子防水透气膜底板(302)以及电控盒底板(405)焊接固定。
7.根据权利要求1所述的基于铝空气电池的富氢水发生装置，其特征在于：所述铝空气电池盒(1)和氢气储存盒(2)的连接处、氢气储存盒(2)和富氢水发生盒(3)的连接处以及富氢水发生盒(3)和电控盒(4)的连接处均设有弹性密封圈(503)。
8.一种富氢水制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、向铝空气电池盒(1)内部的四个电解液反应腔(103)内部注入中性电解液盐水，然后将4根高纯铝棒负极(102)通过铝电极螺丝(202)固定于第一高分子防水透气膜底板(203)上，并形成可靠的电气连接；
步骤二、从下往上将铝空气电池盒(1)、氢气储存盒(2)、富氢水发生盒(3)和电控盒(4)之间插接位及中心孔对准依次堆叠起来，然后将串心螺栓(502)同时贯穿电控盒(4)、富氢水发生盒(3)以及氢气储存盒(2)内部的中心套管(501)，旋入铝空气电池盒(1)反应腔隔板(104)十字中心的螺丝孔中，随着串心螺栓(502)的旋紧，完成铝空气电池盒(1)、氢气储存盒(2)、富氢水发生盒(3)和电控盒(4)这四部分之间的整体固定；
步骤三、在铝空气电池盒(1)和氢气储存盒(2)的连接处、氢气储存盒(2和富氢水发生盒(3)的连接处以及富氢水发生盒(3)和电控盒(4)的连接处分别套上弹性密封圈(503)，确保彼此之间的连接密封性；
步骤四、关闭出水管(304)上的出水阀，通过进水管(303)向富氢水发生盒(3)内部注入纯净水，铝空气电池盒(1)内部的空气催化极片正极(101)和高纯铝棒负极(102)在电解液的作用下发生化学反应产生氢气且伴随电能产生；
步骤五、产生的氢气透过第一高分子防水透气膜底板(203)进入至氢气储存盒(2)储存起来，待氢气储存盒(2)内部压力到达一定程度时，氢气透过第二高分子防水透气膜底板(302)进入富氢水发生盒(3)内部，经过压力扩散到水中的氢气溶解度会达到氢气的饱和浓度1.6ppm，形成富氢水，打开出水阀放出，形成可饮用的高纯度、高溶解度的富氢水。
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