CN113149173A - 富氢水饱和溶氢装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富氢水饱和溶氢装置，一种基于物理原理、以优化结构设计来提供几个有效的技术方案，使得基于该技术方案的富氢水饮料容器，能有效增加氢气与饮用水的接触表面积并充分延长相互接触时间以延长氢气溶解于饮用水的过程，从而实现长久而稳定地向用户随时提供饱和溶解氢气的高品质富氢水饮料。这一解决方案也适用于其它难溶气体高效溶解于水的场合。本专利发明披露了三种设计方案：①多层伞结构富氢水饱和溶氢装置；②多层廊檐结构富氢水饱和溶氢装；③多层旋升式廊檐结构的富氢水饱和溶氢装置。这些方案各有所长，共同点在于，它们的实施无须特殊的材料和加工设备，在制造和使用过程中，对环境无污染，无需额外耗电，可安心长期使用。

Description

富氢水饱和溶氢装置

【技术领域】

本发明涉及一种饮用富氢水提高溶解氢气浓度的装置，具体涉及氢气在水中实现饱和溶 解的过程及其作用，故涉及物理、化学及医疗、养生，也涉及材料和制造等领域。

【背景技术】

在与疾病和衰老抗争的长期实践中，人们逐渐认识到人体内过剩氧自由基是祸害健康的 致病根源之一。如何有效抑制和消除过剩氧自由基，成为医疗和养生领域重要课题之一。

近几十年来医学实践证明，氢气对某些疾病具有一定疗效，方法包括吸入一定浓度氢气 的混合气体，或饮用溶解度超过1.0ppm的清洁溶氢水——富氢水，尤其是适量饮用溶氢浓度 达到饱和的“饱和氢水”则疗效更加明显。

医学实践成果诱发嗅觉灵敏的保健养生市场推出基于氢气概念的各种商品，简列有：

“富氢水机/杯”——氢气发生器+筒状或杯状纯净饮用水容器的有机组合产品；

“氢水棒”——棒型镁合金插入饮用水中产生泡沫氢气溶入饮用水制成“氢水饮料”；

“富氢水”——瓶装或袋装的高浓度溶氢饮用水；……等。

后两列不予讨论，仅讨论销售数量较多的“富氢水机”和“富氢水杯”等氢概念类产品， 其大量无序涌入市场，分析其绝大多数产品的饮用水中溶氢浓度远达不到医疗保健效果基本 标准，致使此类产品广遭诟病，甚至造成许多消费者怀疑“富氢水”的保健养生功用。

实践证明：溶氢浓度达到或超过1.0ppm的“富氢水”有较明显的医疗/保健效果，浓度 低于0.8ppm则效果不明显。市场上多数“富氢水机/杯”远低于0.8ppm，口碑低劣不言而喻。

为什么难以达到并超过1.0ppm？本专利发明正是要解决这个问题。

【发明内容】

一些富氢水机或富氢水杯“现场制造”的“富氢水”，其“实时溶氢浓度”远低于0.8ppm， 甚至低于0.1ppm，用户使用后没有明显疗效。为何难以达标，观察其制氢、溶氢过程则不言 自明：当用户启动制氢程序后电源接通，内置氢气发生器制成的氢气经管路从饮用水容器底 部徐徐送出，这些氢气在饮用水中形成气泡立即上浮并径直漂至水面溢出，部分聚集于容器 顶部。众所周知氢气难溶于水，氢气泡在短短不到1秒的上浮穿行过程中，只能有极少量氢 气溶解于水，再说容器顶部空间狭小，提供氢气接触水的总面积很狭小，不论顶部是否密封 氢气是否逃逸，溶于水的氢气非常有限，“实时溶氢浓度”非常低就缘起于此。

氢气难溶于水，但并非不溶于水。在0℃常规大气压条件下，氢气在纯净水中的饱和溶 解度约1.6ppm，温度升高其溶解度也有所升高：20℃时可达1.8ppm。因此要使氢气溶解度达 到或超过1.0ppm并非难事，关键在采用的技术方案是否合理有效。解决富氢水“实时溶氢值” 不达标的难题，应从设计行之有效提高氢气溶解度的技术方案入手。

加大氢气供给、提高“氢气发生器”氢气产量，按说氢气供应多则溶于水的部分增多， 溶氢指标就能提升…；但由于氢气难溶于水，氢气泡在水中迅速上漂，没等溶解入水，早就 漂出水面逃逸了！氢气泡冒出水的现象说明氢气供应量并不算少，而产氢量与耗电量成正比， 欲加大产氢量，必须增加耗电，这样做除造成电能浪费外别无它用。故此方案不可取。

显然问题不在供氢，而在如何有效提高“氢气溶解度”。

根据物理原理：一方面增大氢气与水的接触面积，同时设法延长氢气与水的接触时间， 从而增加氢气溶解于水的机会。只需提供这两种途径，则“溶氢”问题可以迎刃而解。

基本实施方案：

一种富氢水饱和溶氢装置，其特征是：由N层凹面向下气密薄层穹顶形组件叠摞构成， 1≤N≤99；该装置安置于饮用水容器中，输入的氢气以气泡状自下部上浮，各凹面向下气密 薄层穹顶形组件将氢气泡俘获聚集，增大氢气与饮用水接触表面积，延长氢气在水中溶解时 间，达到充分溶解氢气于饮用水中的效果。

具体实施方案之一：多层伞装置

所述的一种富氢水饱和溶氢装置，其特征是多层伞结构：由N个“伞”于中轴处对插叠 摞构成，形如微缩宝塔，1≤N≤99，“伞”为薄层穹顶凹面向下气密构件，伞面一侧边缘有“溢气孔”，孔数及形状不限，提供集聚过量氢气溢出上浮通路；伞中心装配轴设有定位结构： 装配轴在伞面上下部分互为公母，接插旋转角度为φ，1°≤φ≤359°，常规φ＝±180°。

将上述“多层伞”机构置于饮用水容器中，令氢气从最底层“伞”中心部位徐徐送出。 氢气成气泡上浮，被该层“伞面”拦截而逐渐集聚于向下凹型伞面下侧空间顶部，集聚氢气 逐渐向下排开水体，增大与水接触面积。当氢气聚集空间扩大到伞面的“溢气孔”时，氢气 开始有序溢出而上浮，又被上层旋转错位插接的伞面拦截捕获再集聚。这一过程将自动周而 复始N-1次，至所有伞面都集聚满上浮的氢气而达到动态平衡。由于多层伞机构能提供足够 的氢气与水接触面积，又静置于水中，可提供足够的氢气溶解于水的时间，故多层伞装置可 确保稳定提供“实时饱和富氢水”。图2给出N＝3的多层伞装置相关结构的参考图。

关于中间接插定位轴部分的结构设计细节，既可以是空心结构，也可以是实心结构。空 心结构便于在换新水后，用中部空心形成的管路快速排空无用的空气；实心结构在换新水后， 伞面穹顶部位会集聚一些无用的空气而非氢气，但只要有氢气输入，就可轻易排走空气，因 为空气比氢气重14倍多，氢气挤占伞面穹顶逐渐排走空气。这里涉及氢气发生器产氢气量问 题：计算可知，按富氢水容器容积V，产生氢气体积v至少0.02V，最好超过0.05V，如下式：

0.02V≤v≤0.05V

由于氢气发生器制氢很简便，一般可以大大超过0.05V，但绝不能少于0.02V。

具体实施方案之二：多层廊檐装置

原理同方案一，结构有变化：多层伞结构适用于安置在富氢水容器中心部位，但有的饮 用水容器中部被饮用水净化装置占用，而只能安置在紧靠容器周边筒壁的位置，因此本方案 “多层廊檐装置”为适应此类应用设计。与方案一对应：单个“伞面”变成“闭环形廊檐” 或“非闭环形廊檐”，图2给出多层闭环形廊檐装置相关结构的示意图。

所述的一种富氢水饱和溶氢装置，其特征是多层廊檐结构：由N个“闭环形廊檐”或“非 闭环形廊檐”插接叠摞构成，1≤N≤99，“廊檐”为薄层穹顶凹面向下气密构件，廊檐面一 侧边缘有“溢气孔”，孔数及形状不限，提供过量氢气溢出上浮通路；装配轴在廊檐面上下部 分互为公母，接插旋转角度φ，1°≤φ≤359°，常规φ＝±180°。

具体实施方案之三：多层旋升式廊檐装置

方案三为“多层旋升式廊檐装置”，类似方案二为多层环形结构，可留出容器中心部位； 不同之处在于：此处的“廊檐”非水平分层，而是一个整体，形似旋转上升的楼梯。旋升坡 度平缓，氢气泡从最底部起始端输入，集聚于廊檐的下凹形穹顶处的氢气，沿穹顶纵轴线自 然缓慢向上漂移，经N圈环绕才能到达出口而溢出，此时氢气已大部溶入水中，未溶部分从 最高端口溢出，因此多层旋升式廊檐无需“溢气孔”，制造更简单；附带效益是：用透明材料 如玻璃或塑料制造的该装置，用户可直观地观察到氢气泡的移动和逐渐被溶解的过程，形象 直观又方便。尤其是缓慢运动中的氢气泡，既加大了氢气泡与水接触的比表面积，又动态地 提供氢气分子在水中均匀扩散的能量，更有效地提升了氢气在水中的溶解速度与溶解度。

所述的一种富氢水饱和溶氢装置，其特征是多层旋升式廊檐结构：廊檐为薄层穹顶凹面 向下气密构件，如同旋转楼梯环绕上升形成N层，1≤N≤99；多层旋升式廊檐装置安置于富 氢水容器中，氢气从其最下层端口输入最合理，氢气沿穹顶纵轴线自然缓慢地向上侧漂浮移 动，经N圈环绕到最上层时，相当部分已被溶解入水中，未溶解部分从端口溢出；该装置的 穹顶轴线形状不限，可圆形、超圆形甚至矩形、多边形、不规则形等。

所述的一种富氢水饱和溶氢装置，其特征是：这一解决方案也适用于其它难溶气体高效 溶解于水的场合。

【附图说明】

图1是单个伞状薄层穹顶凹面向下的气密构件；1是该伞面；2是伞面一侧边缘的“溢气孔”； 3是伞中心所设装配结构的伞面上半“公”的部分，伞面下还有“母”的部分；4是装 配轴中心部位预留的空气排出管道。

图2是具体实施方案之一的多层伞结构富氢水饱和溶氢装置示意图，展示层数N＝3；用一套 模具注塑N个所需“伞面”，接插组合时，相邻“伞面”旋转±180°使溢气孔错开。

图3是具体实施方案之二的多层廊檐结构富氢水饱和溶氢装置示意图，左侧A是层数N＝3的 “闭环园形廊檐”富氢水饱和溶氢装置示意图，右侧B是单个闭环园形廊檐组件示意图。

【具体实施方式】

实施例一、多层伞结构的富氢水饱和溶氢装置，可安装在有效内直径R＝20cm、内高H＝60cm 筒型富氢水容器中；置于其内的多层伞结构富氢水饱和溶氢装置结构相关参数如下：

(1)薄层穹顶气密伞形构件围成半个扁椭球空间：内壁长轴a＝短轴b＝150mm。高c＝12mm (有效8mm)，薄层厚(即抽壳厚)＝2mm；3个溢气孔位于与伞面同心半径＝142.5mm的圆周上，孔径＝5mm，各孔中心间距12mm，可算出伞形穹顶集聚氢气体积x＝0.657L；

(2)筒型富氢水容器有效容积＝75.4L，其2％容积＝1.5L；

(3)层数N＝5，实心轴接插，可获5.657L，满滞氢后有效体积比＝3.77，高于2，合格。

(4)注意：组装时相邻“伞面”旋转±180°使溢气孔错开，确保每层都能集聚氢气。

实施例二、多层闭环形廊檐结构的富氢水饱和溶氢装置，安装在某品牌净水机的饮用水容器 中，该容器横截面为超圆形，边长＝25cm，有效高＝15cm，净水器直径＝10cm，计算出饮 用水容器有效容积＝8.197L，其2％容积＝0.164L；设计闭环形廊檐中轴线也是超圆形，狼 烟宽度＝5cm，薄壳壁厚2mm，基本紧贴净水机饮用水容器内壁，反转插接安装7层，每 层有效集聚氢气容积约0.005L即8ml，7层共0.04L，有效体积比＝4.1，高于2，合格。

实施例三、多层旋升式廊檐结构的富氢水饱和溶氢装置，安装在某品牌净水机的饮用水容器 中，该容器为圆柱型-桶状容器，内径＝30cm，高＝20cm，中心的净水器直径＝10cm，计 算出饮用水容器有效容积＝12.57L，其2％容积＝0.251L；设计圆环形旋升廊檐宽度6cm， 薄壳壁厚2mm，紧贴净水机饮用水容器内壁旋升式环绕9层，每层有效集聚氢气容积约 0.007L即7ml，9层供0.063L，有效体积比＝3.99，高于2，合格。

Claims (5)

1.一种富氢水饱和溶氢装置，其特征是：由N层凹面向下气密薄层穹顶形组件叠摞构成，1≤N≤99；该装置安置于饮用水容器中，输入的氢气以气泡状自下部上浮，各凹面向下气密薄层穹顶形组件将氢气泡俘获聚集，增大氢气与饮用水接触表面积，延长氢气在水中溶解时间，达到充分溶解氢气于饮用水中的效果。

2.根据权利要求1所述一种富氢水饱和溶氢装置，其特征是多层伞结构：由N个“伞”于中轴处对插叠摞构成，形如微缩宝塔，1≤N≤99，“伞”为薄层穹顶凹面向下气密构件，伞面一侧边缘有“溢气孔”，孔数及形状不限，提供集聚过量氢气溢出上浮通路；伞中心装配轴设有定位结构：装配轴在伞面上下部分互为公母，接插旋转角度为φ，1°≤φ≤359°，常规φ＝±180°。

3.根据权利要求1所述的一种富氢水饱和溶氢装置，其特征是多层廊檐结构：由N个“闭环形廊檐”或“非闭环形廊檐”插接叠摞构成，1≤N≤99，“廊檐”为薄层穹顶凹面向下气密构件，廊檐面一侧边缘有“溢气孔”，孔数及形状不限，提供过量氢气溢出上浮通路；装配轴在廊檐面上下部分互为公母，接插旋转角度φ，1°≤φ≤359°，常规φ＝±180°。

4.根据权利要求1所述的一种富氢水饱和溶氢装置，其特征是多层旋升式廊檐结构：廊檐为薄层穹顶凹面向下气密构件，如同旋转楼梯环绕上升形成N层，1≤N≤99；多层旋升式廊檐装置安置于富氢水容器中，氢气从其最下层端口输入最合理，氢气沿穹顶纵轴线自然缓慢地向上侧漂浮移动，经N圈环绕到最上层时，相当部分已被溶解入水中，未溶解部分从端口溢出；该装置的穹顶轴线形状不限，可圆形、超圆形甚至矩形、多边形、不规则形等。

5.根据权利要求1所述的一种富氢水饱和溶氢装置，其特征是：这一解决方案也适用于其它难溶气体高效溶解于水的场合。

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