CN113354055A - 一种水素水生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的水素水生产系统，包括制氢模块和饮水箱，制氢模块上设置有用于氢气流道，饮水箱连接有饮用水管，氢气流道连通至饮用水管以制得水素水，制氢模块包括可相互导热的电解池和热交换系统，热交换系统包括热交换装置本体，热交换装置本体内设置有热交换腔和相变腔，热交换腔和相变腔可直接相互导热，热交换装置本体上还设置有导热介质进口和导热介质出口，导热介质进口和导热介质出口皆与热交换腔相连通；相变腔内设置有相变材料。本水素水生产系统，通过相变材料相变时吸热和放热的原理进行热交换，从而达到调节制氢模块温度的作用，能保证制氢模块在适宜的温度范围内，保证了制氢的效率，且安全可靠。

Description

一种水素水生产系统

技术领域

本发明涉及生产水设备领域，特别涉及一种水素水生产系统。

背景技术

“水质决定体质”，但真正能领悟到水对生命、健康的重要性的人并不多，因此，有人称水是“被遗忘了的营养素”。世界卫生组织(WHO)机构统计，发展中国家80％的疾病和人类1/3的死亡归根于水，好水决定了寿命。

富氢水，在日本又叫水素水，可消除人体内的恶性氧自由基，预防多种疾病，增进人体健康。

水素水的功效有：

1、活化人体细胞，延缓衰老，去除细胞膜或血管内的有害物。

2、增强人体免疫力，提高细胞活性。

3、促进消化排泄功能，软化血管，活化粘膜细胞，促进肠蠕动，利于排泄，预防并改善便秘。

4、渗透力强，可深入血管内皮间隙等组织，清除沉淀物，活化细胞组织，打通血脉，改善血液循环功能。

5、改善肠胃功能，促进血液循环和新陈代谢，保持内分泌的均衡，促进脂肪分解。

此外水素水对糖尿病，心脑血管，风湿，脑肿瘤，皮肤病，头痛，眩晕，血液循环障碍，肾脏病，妇女更年期综合症，幼儿湿疹，支气管，甲状腺，失眠，癫痫，过敏症具有预防和治疗作用，同时又具有美容、减肥和抗衰老的作用。

现有水素水生产方法主要有：(1)将氢棒或者氢瓷放入水中与水反应，直接形成水素水，但是此种方法不仅形成的水素水浓度不高且易消耗，而且氢棒或氢瓷主要由化学物质如镁、铝等物质组成，人体大量摄入微量元素对身体有害；(2)直接通过高压氢罐将氢气注入到水中形成水素水，但是此种方法不仅危险系数高，而且不易操作；(3)将氢气灌装到袋子或者瓶子内，此种方法虽然利于饮用，但不利于长期储存；(4)电解水产生氢气，再将氢气注入到水中，此种方法存在的不足是无热交换系统，不能保证电解池的稳定性、可靠性和使用寿命。现有水素水生产方法已经不能满足生产需求，因此有必要提供一种新型的水素水生产方法。

发明内容

基于此，有必要提供一种带热交换系统的水素水生产系统，可以调节制氢模块温度，安全可靠且效率高。

本发明提供一种水素水生产系统，包括制氢模块和饮水箱，所述制氢模块上设置有用于排出制得气体的气体流道，所述气体流道包括氢气流道，所述饮水箱连接有饮用水管，所述氢气流道连通至所述饮用水管以制得水素水，所述制氢模块包括可相互导热的电解池和热交换系统，所述热交换系统包括热交换装置本体，所述热交换装置本体内设置有热交换腔和相变腔，所述热交换腔和所述相变腔可直接相互导热，所述热交换装置本体上还设置有导热介质进口和导热介质出口，所述导热介质进口和所述导热介质出口皆与所述热交换腔相连通；所述相变腔内设置有相变材料。

优选的，所述水素水生产系统还包括可测定水素水浓度的浓度检测装置和回流管路，所述回流管路连通至所述氢气流道与所述饮用水管的连通处。

优选的，所述水素水系统还包括气液混合装置和瞬时加热模块，水素水经所述气液混合装置和所述瞬时加热模块流至水素水出口。

优选的，所述水素水生产系统还包括给水箱，所述给水箱通过给水管路与所述制氢模块连通，所述给水管路上设置有过滤装置和瞬时加热模块，所述给水管路上还设置有给水泵或者单向阀。

优选的，所述给水箱内还设置有水质检测装置和液位检测装置。

优选的，所述相变腔包括第一相变腔和第二相变腔，所述第一相变腔位于所述热交换腔和所述第二相变腔之间，所述第一相变腔与所述热交换腔可直接相互导热，所述第一相变腔和所述第二相变腔也可直接相互导热，所述第一相变腔和第二相变腔内分别设置有相变温度不同的相变材料。

优选的，所述第一相变腔内设置有第一相变材料，所述第二相变腔内设置有第二相变材料，所述第一相变材料的相变温度小于所述第二相变材料的相变温度；所述第一相变材料的相变温度与所述第二相变材料的相变温度之比为：1:1.5-3.5。

优选的，所述第一相变材料为气液相变材料，所述第二相变材料为固液相变材料；或者；

所述第一相变材料为水、乙醇或者氟利昂中的一种或者多种的混合物；所述第二相变材料为相变金属材料、石蜡或者无机水合盐中的一种或者多种的混合物。

优选的，所述第一相变腔内的第一相变材料占所述第一相变腔容积的10％-100％，所述第二相变腔内的第二相变材料占所述第二相变腔容积的70％-100％；

所述第一相变腔为真空腔；

所述第二相变腔为真空腔或普通密封腔体。

优选的，所述制氢模块还包括调温设备，所述导热介质进口和所述导热介质出口通过热交换管路与所述调温设备相连通。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的水素水生产系统，其设置有热交换系统，通过相变材料相变时吸热和放热的原理进行热交换，从而达到调节制氢模块温度的作用，能保证制氢模块在适宜的温度范围内，保证了制氢的效率，且安全可靠。

附图说明

通过附图中所示的本发明优选实施例更具体说明，本发明上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本的主旨。

图1为本发明优选实施例的水素水生产系统示意图

图2为本发明优选实施例的制氢模块的系统示意图；

图3为本发明另一优选实施例的制氢模块的系统示意图；

图4为本发明的热交换系统的结构示意图；

图5为本发明的电解池的整体结构图；

图6为本发明的电解池的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明所属的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参考图1-6，本发明提供一种水素水生产系统，生产富含氢气的饮用水，其包括制氢模块1-1和饮水箱2-1，制氢模块1-1采用电解或者化学反应等方法制得氢气，所述制氢模块1-1上设置有用于排出制得气体的气体流道，所述气体流道包括氢气流道1-11。所述饮水箱2-1连接有饮用水管2-11，饮水箱2-1中存放饮用水，饮用水管2-11中流动有饮用水，所述氢气流道1-11连通至所述饮用水管2-11以制得水素水即富氢水。即氢气流道1-11和饮用水管2-11在一处位置连通，在此连通处实现氢气溶入饮用水形成水素水，为便于方便说明，此连通处称之为溶氢连通2-12，溶氢连通2-12可以为普通的三通阀，也可以为射流器等装置，可以实现氢气和饮用水更好的混合。所述制氢模块1-1包括可相互导热的电解池10和热交换系统，电解池10为电解池10或者气体化学反应设备，如电解池10、合成容器或者分解反应容器等，即本专利中的电解池10不单单是电解方法的电解池10，还包括化学反应等其它方法的制氢装置。电解池10在工作中会产生热量或者吸收热量，但是电解池10其中的制氢过程需要保持一定温度范围，才能达到较高的效率，热交换系统的作用就是可以调节电解池10的温度，以满足最佳的温度范围。所述热交换系统包括热交换装置本体20，所述热交换装置本体20内设置有热交换腔1和相变腔，所述热交换腔1和所述相变腔可直接相互导热，所述热交换装置本体20上还设置有导热介质进口11和导热介质出口12，所述导热介质进口11和所述导热介质出口12皆与所述热交换腔1相连通；所述相变腔内设置有相变材料。

参考图2-4，以下以电解方法的电解池10为例对热交换系统加以说明，电解方法的电解池10通过电解水可以在阳极生成氧气，在阴极生成氢气。电解池10有其最佳工作温度范围，一般在35℃-85℃之间，超过最佳温度范围，会影响效率、稳定性、寿命。当温度低于最佳温度会导致电解池10在短时间内无法正常启动，也会降低电解池10的效率。另外，电解池10在工作过程中，会伴随有热产生，热在短时间内无法快速散去，因此会造成电解池10内部温度升高，高温不仅会影响电解池10的工作效率、稳定性和可靠性，而且还会缩短电解池10的使用寿命。制氢模块1-1包括可以调节电解池10温度的热交换系统，电解池10可以设置成多组，热交换系统靠近相邻电解池10，可以与电解池10通过热传导直接进行热交换。电解池10和热交换系统之间可以实现热传导，电解池10的端板和热交换系统的壳体可以采用热传导系数高的金属材料，然后电解池10和热交换系统贴合在一起就可以实现热传导。在电解池10温度低于最佳工作温度范围时，通过热交换系统实现对电解池10的加热；当电解池10温度超过最佳工作温度时，其温度可以通过热交换系统实现快速降低。

热交换系统包括热交换装置本体20，所述热交换装置本体20内设置有热交换腔1和相变腔，所述热交换腔1和所述相变腔可直接相互导热，即热交换腔1的壳体和相变腔的壳体之间可以相互接触，比如一个面相接触或者共用一个面，从而实现直接热传导。所述热交换装置本体20上还设置有导热介质进口11和导热介质出口12，所述导热介质进口11和所述导热介质出口12皆与所述热交换腔1相连通。导热介质可以为液体或者气体等，通过将温度高的或者冷的导热介质输入到热交换腔1，实现对热交换腔1的加热和冷却，热交换腔1又进一步的加热或者冷却相变腔。所述相变腔内设置有相变材料，相变材料在受热或者受冷时可以发生相变，由于相变时会吸热或者放热，从而实现高效率的热传导。另一方面，在相变腔受热或者受冷时，相变材料发生相变，相变腔会实现对热交换腔1的加热或者冷却，实现反向的热传导。本发明提供的水素水生产系统，其制氢模块1-1设置的热交换系统，包括热交换腔1和相变腔，其中相变腔内设置有相变材料，通过相变材料相变时吸热和放热的原理进行热交换，热交换效率高，从而提高制氢模块1-1的制氢效率、稳定性和可靠性，延长制氢模块1-1的使用寿命，提高水素水的生产效率。

在优选实施例中，所述水素水生产系统还包括可测定水素水浓度的浓度检测装置5-4和回流管路4-1，所述回流管路4-1连通至所述氢气流道1-11与所述饮用水管2-11的连通处即溶氢连通2-12处。当检测装置检测到水素水浓度低于设定值时(机器上设置有不同浓度按钮可以预设相应的设定值，比如1500ppb，2000ppb，2500ppb，3000ppb)，水素水可以经过回流管路4-1去到溶氢连通2-12处进行二次或者多次混合，富氢水可以经过回流管路4-1去到溶氢连通2-12处进行二次或者多次混合，管路上可以设置一个三通电磁阀，在浓度达到标准时富氢水从出口流出供饮用，如果浓度不够，则会从回流管路4-1回流重新溶氢，直到浓度达到设定值为止。当然，在回流管路4-1上可以设置一循环水泵5-9，用以将浓度低于设定值的水素水泵至溶氢连通2-12，当浓度符合要求时，循环水泵5-9不启动。

在优选实施例中，所述水素水系统还包括气液混合装置5-1和瞬时加热模块5-2，水素水经所述气液混合装置5-1和所述瞬时加热模块5-2流至水素水出口2-13。在溶氢连通2-12混合好的水素水再经过气液混合装置5-1泵至水素水出口2-13，气液混合装置5-1可以采用气液混合泵，可对水素水进行二次混合，进一步提高水素水中氢气的浓度，由于经过气液混合装置5-1出来的水素水带压力，会导致开启饮水龙头的时候水喷射出来，所以在气液混合装置5-1出口可以设置泄压阀5-8，用于对水素水进行减压。瞬时加热模块5-2能方便制取不同温度的富氢水，如40-50摄氏度的水，80-100摄氏度的水。

在优选实施例中，所述水素水生产系统还包括给水箱3-1，所述给水箱3-1通过给水管路3-2与所述制氢模块1-1连通，给水箱3-1用于向制氢模块1-1提供电解水，另外制氢模块1-1还会产生氧气，气体流道还包括氧气流道1-12，氧气可以通过氧气流道1-12回流至给水箱3-1。电解池10对水源有要求，水源需为纯水或去离子水或二次蒸馏水。所述给水箱3-1内还设置有水质检测装置5-5和液位检测装置5-6。水质检测装置5-5用于检测给水箱3-1内的水质，如果使用者加入的水，水质不达标，水质检测装置5-5可以将信号传输到相应的控制电路，机器不启动且报警要求更换水源。液位检测装置5-6可以测定给水箱3-1内的水位，液位检测装置5-6也可以和相应的控制电路连接，控制相应的补水泵给给水箱3-1补水，当然也可以通过设置加水口人工补水。一般给水箱3-1保持在2/3以上的水位。

所述给水管路3-2上设置有过滤装置5-3和瞬时加热模块5-2，所述给水管路3-2上还设置有给水泵5-7或者单向阀5-10。给水泵5-7用于向电解池补水，可以通过控制电路自动控制给水泵5-7向电解池供水。随着电解池10的工作，水箱内的水越来越少，一旦缺水将导致电解池烧毁。所以，当饮水箱2-1内的水低于某个设定值比如为整个水箱的1/10时，液位检测装置5-6将信号输入到控制电路，机器停止工作并报警(设置闪光灯，闪光灯闪烁)，提醒使用者加水，使用者可以查看相应的给水泵5-7是否故障或者给水箱3-1是否缺水等问题。另外给水泵5-7还起到增压的作用，有利于增加电解池10内部水的循环，起到降低电解池10内部温度的作用。当然，如果给水箱3-1出口与电解池10的水入口之间的垂直距离足够大，具有一定的势能，能确保给水箱3-1的水能保持一定的压力流入到电解池内时，可不加给水泵5-7。若设置给水泵5-7，给水泵5-7可设置间隔启动时间，刚开始启动机器的时候给水泵5-7启动，等给水箱3-1内的水达到一定温度比如40摄氏度再启动，或者设置半小时启动一次也可以。若设置给水泵5-7，可以不设置单向阀5-10，单向阀5-10的作用是防止电解池10内的氧气倒流进入到电解池10的入水口，从而不利于水的流入。若不设置给水泵5-7，根据给水箱3-1出口与电解池10的水入口之间的垂直距离可设置单向阀5-10也可不设置单向阀5-10，因为电解池10刚开始启动的时候可能存在电解池10内的氧气没从氧气口流出，反而从电解池10内部进入到电解池10的入水口，但是电解池10工作几分钟后氧气进入电解池10入水口的现象基本消失，电解池10正常工作。所以，给水泵5-7和单向阀5-10根据机器系统的设计，可单独设置也可二者都不设置。

过滤装置5-3可以过滤进入到电解池10的水中的杂质，过滤装置5-3可以采用离子交换树脂等。在给水箱3-1的内或者给水管路3-2上可以设置温度探头，温度探头用于检测水源的温度，因为温度过低或者过高都对电解池10的工作效率和使用寿命不利，当水温很低甚至发生结冰时，温度探头将低温信号传送到相应的控制电路，机器不启动，此时瞬时加热模块5-2立即启动，将冰融化掉直到水温达到20摄氏度左右机器才启动工作，此时瞬时加热模块5-2停止加热。

另外，在给水箱3-1出口与过滤装置5-3之间也可以设置电磁阀和排水管路，目的是为了保护电解池10遭受不合格水源的污染。因为当使用者将不合格的水加入到给水箱3-1内时，虽然机器没启动工作，但是不合格的水还是会流入到电解池10，所以设置电磁阀的目的是为了保护电解池10不被不合格的水源污染。当水质检测装置5-5检测到加入的水不合格(比如为自来水)时，电磁阀关闭，防止不合格的水流入到电解池10，此时机器报警要求换水源，为了确保给水箱3-1内的不合格水能全部排除，在给水箱3-1出口与过滤装置5-3之间还设置有排水管路，用于将给水箱3-1内部不合格的水彻底排除，防止电解池10被污染。为了防止从电解池10出来的氢气还带有少量的金属杂质，在氢气出口也可以设置有过滤装置5-3。

另外整个系统还设置有智能AI芯片和物联网控制模块(未图示)，智能AI芯片可以实现人与机器的对话，比如使用者可以对机器询问：电解池10温度多少？电解池10工作多少小时？电解池10寿命还有多久？给水箱3-1内还有多少水？给水箱3-1内的水质怎么样？水素水(富氢水)浓度多少？机器可自动语音播报回答。物联网控制模块与APP相结合，可在APP上查看机器的情况，如电解池10温度、电解池10工作时间、给水箱3-1内还有多少水、给水箱3-1内的水质、水素水(富氢水)浓度等参数。

参考图2-4，在优选实施例中，所述相变腔包括第一相变腔2和第二相变腔3，所述第一相变腔2位于所述热交换腔1和所述第二相变腔3之间，所述第一相变腔2与所述热交换腔1可直接相互导热，所述第一相变腔2和所述第二相变腔3也可直接相互导热，所述第一相变腔2和第二相变腔3内分别设置有相变温度不同的相变材料。相变温度为相变材料从一种物理形态转换成另一种物理形态时的温度，比如相变材料为水时，在标准大气压下，其从液态变成气态的相变温度即为蒸发温度100℃。由于在热传导过程中，第一相变腔2和第二相变腔3的存在温度差，通过在其中设置不同的相变温度的相变材料，即可保证两个相变腔都能满足相变温度。所述第一相变腔2与所述热交换腔可导热的部分在水平面上的投影面积为面积为0.01㎡-50㎡，具体的，所述第一相变腔2与所述热交换腔可导热的部分在水平面上的投影面积为面积为0.1㎡、0.5㎡、1㎡、5㎡、8㎡或者10㎡。所述第一相变腔2的垂直高度和所述第二相变腔3垂直高度为0.5-300mm；具体的，所述第一相变腔2的垂直高度和所述第二相变腔3垂直高度为1mm、5mm、10mm、20mm、50mm、70mm或者90mm。如果所述第二相变腔3与所述热交换腔1在水平面上的投影面积过于大，就会导致相变腔的高度很低，相变材料的高温部分和低温部分区别不明显，影响换热效果；而如果所述第二相变腔3与所述热交换腔1在水平面上的投影面积过于小，就会导致导热面积过小，导热效率太低，也不利于换热的效率。在另一优选实施例中，所述相变腔包括第一相变腔2和第二相变腔3，所述第一相变腔2位于所述热交换腔1和所述第二相变腔3之间，所述第一相变腔2与所述热交换腔1可直接相互导热，所述第一相变腔2和所述第二相变腔3也可直接相互导热，所述第一相变腔2和第二相变腔3内分别设置有相变温度不同的相变材料。相变温度为相变材料从一种物理形态转换成另一种物理形态时的温度，比如相变材料为水时，在标准大气压下，其从液态变成气态的相变温度即为蒸发温度100℃。由于在热传导过程中，第一相变腔2和第二相变腔3的存在温度差，通过在其中设置不同的相变温度的相变材料，即可保证两个相变腔都能满足相变温度。所述第一相变腔2与所述热交换腔1可导热的部分在水平面上的投影面积(㎡)：所述第一相变腔2垂直水平面的高度为(mm)0.01-100：1，具体的，所述第一相变腔2与所述热交换腔1可导热的部分在水平面上的投影面积：所述第一相变腔2垂直水平面的高度为0.1:1或者1:1、或者10:1或者50:1或者90:1。申请人经过试验得出，比例值为1-10:1的范围内时使用气液相变材料导热效果更好，尤其是5:1时效果最佳。如果所述第一相变腔3与所述热交换腔1可导热的部分在水平面上的投影面积过于大，就会导致相变腔的高度很低，相变材料的高温部分和低温部分区别不明显，影响换热效果；而如果所述第一相变腔3与所述热交换腔1可导热的部分在水平面上的投影面积过于小，就会导致导热面积过小，导热效率太低，也不利于换热的效率。

在优选实施例中，所述第一相变腔2内设置有第一相变材料23，所述第二相变腔3内设置有第二相变材料33，所述第一相变材料23的相变温度小于所述第二相变材料33的相变温度。可以保证当热从第二相变腔3传导到第一相变腔2时，第一相变腔2的温度小于第二相变腔3的温度，两个相变腔中的相变材料都能实现相变，完成高效率的热传导。所述第一相变材料23的相变温度与所述第二相变材料33的相变温度之比为：1:1-5-3.5，具体的，所述第一相变材料23的相变温度与所述第二相变材料33的相变温度之比为：1:1.5或者1:2或者1:2.5或者1:3或者1:3.5。进一步具体的。如果第一相变材料23的相变温度与第二相变材料33的相变温度差别太大，那么第一相变材料23传递的温度可能无法改变第二相变材料33的状态，第二相变材料33传递给第一相变材料23的热也无法改变第一相变材料23的状态，相变材料的状态不改变就会严重影响吸热、放热，导致导热效率很低。如果第一相变材料23和第二相变材料33的相变温度差别很小，那么也就失去了设置两个相变腔的意义，无法实现快速高效的换热。通过发明人实验，第一相变材料23的相变温度与所述第二相变材料33的相变温度之比为：1:1-5-3.5时，导热效率最好。

所述第一相变材料23为气液相变材料，所述第二相变材料33为固液相变材料，即在本发明的温度范围内，第一相变材料23可以从在液态和气态之间相互转换，第二相变材料33可以在固态和液体之间相互转换。第二相变腔3受热时，第二相变材料33会吸收大量的热，部分第二相变材料33会从固态变成液态，在第二相变材料33接触到温度较低的与第一相变腔2接触的壁体时，会释放热变成固体，这样热就被传导给第一相变腔2。所述第一相变材料23为水、乙醇或者氟利昂中的一种或者多种的混合物；所述第二相变材料33为相变金属材料、石蜡或者无机水合盐中的一种或者多种的混合物。

在优选实施例中，所述第一相变腔2内的第一相变材料23占所述第一相变腔2容积的10％-100％,具体地为20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或者100％，所述第二相变腔3内的第二相变材料33占所述第二相变腔3容积的70％-100％,具体地为70％、80％、90％或者100％；所述第一相变腔2为真空腔；所述第二相变腔3为真空腔，可以降低相变材料的相变温度。

在优选实施例中，所述调温设备包括储存罐70、动力装置30和冷热机组40，所述冷热机组40将导热介质加热或者冷却，所述动力装置30将储存于储存罐70中的导热介质输送至热交换腔1进行热交换。具体的，所述调温设备包括储存罐70为储液罐，该动力装置为水泵,该冷热机组为液体冷热机组，所述冷热机组40将可以将导热液体介质加热或者冷却，所述水泵将储存于储液罐70中的导热液体介质输送至热交换进行热交换。在另一优选实施例中，所述调温设备包括动力装置30和冷热机组40，所述导热介质为气体，此时不用储存罐，该冷热机组为冷热风机组，该动力装置为鼓风装置，经冷热机组40加热或冷却的导热介质经所述鼓风机进入到热交换腔1。

所述热交换系统包括热交换腔1、第一相变腔2和第二相变腔3，所述热交换腔1、第一相变腔2和第二相变腔3之间可以实现热传导。第二相变腔3或者第一相变腔2可以与电解池10直接接触连接，即热交换系统依次为热交换腔1、第一相变腔2和第二相变腔3或者依次为热交换腔1、第二相变腔3和第一相变腔2。本实施例优选为第二相变腔3与电解池10直接热传导，并以此为例加以说明，同理可推导出另一种情况。

所述热交换腔1上设置有导热介质进口11和导热介质出口12，所述导热介质进口11和导热介质出口12分别通过热交换管路与调温设备连通。导热介质可以采用液体或者气体，调温设备可以对导热介质加热或者冷却，然后将其输送到热交换腔1内，对热交换腔1实现加热或者降温，所述热交换腔1内设置有导热件，导热件可以吸收和传导热。所述第一相变腔2内为真空设置且在其内加注有相变液体，相变液体可以为水、氟氯昂、乙醇等，在电解池10能达到的温度范围内，可以从液态变成气态的相变液态。所述第二相变腔3内加注相变材料，该相变材料可以为相变金属材料或者无机非金属相变材料。由于相变材料在相变时会吸收和释放大量热，所以有良好的蓄热能力，热交换系统和调温设备调控电解池10的温度可以实现良好的热传导作用。当需要提高电解池10温度时，调温设备加热导热介质，导热介质加热导热件将整体热交换腔1的温度提高，热交换腔1又将第一相变腔2加热，所以其中的相变液体会气化，整个第一相变腔2温度提高后，又将第二相变腔3加热，第二相变腔3内的相变材料也会产生相变，第二相变腔3又将电解池10加热。当电解一段时间后，由于电解会产生热，电解池10温度会逐渐升高，当超过第二相变腔3的温度时，电解池10实现与加热时相反的逆向导热，第二相变腔3被加热，此时第二相变腔3内的相变金属或者相变材料会吸收电解池10的温度，将第一相变腔2加热，第一相变腔2内的相变液体会气化上升，快速向热交换腔1传导热，在第一相变腔2的上壁冷凝液化后又流回第一相变腔2的底部继续被加热，依次循环，散热效果非常明显。此时加热调温设备开始对导热介质冷却，导热介质将热交换腔1降温散热，实现逐渐对电解池10降温的目的。

在优选实施例中，所述导热介质为液体，可以采用水。所述调温设备包括储液罐70、水泵和冷热液体机组，所述冷热液体机组将可以将导热液体介质加热或者冷却，所述水泵将储存于储液罐70中经冷热机组处理过的导热液体介质输送至热交换进行热交换。电解池10需要降温时，冷热液体机组将导热介质冷却后输送至储液罐70，水泵将冷却水输送至热交换腔1，吸收热交换腔1的热，从而实现对电解池10降温作用。冷却水吸热升温后又被冷热液体机组冷却，依此循环。需要加热电解池10时，冷热液体机组将液体导热介质加热，导热介质被输送至热交换腔1，将热交换腔1加热，进而实现对电解池10的加热。

在另一优选实施例中，所述导热介质为气体，所述调温设备包括冷热风机组40和鼓风机，经冷热风机组40加热或冷却的导热介质经所述鼓风机进入到热交换腔1。此时和导热介质为液体时，加热和冷却电解池10的原理与过程一样，冷热风机组40相当于冷热液体机组，鼓风机相当于水泵。具体过程这里不再详述。

在优选实施例中，所述调温装置还包括可检测电解池10温度的测温装置60及可对热交换管路的导热介质起散热作用的变频风扇50，所述变频风扇50在预设温度范围内可实现自动启停。测温装置60可以设置在导热介质的热交换管路上或者设置在热交换系统以及电解池10内，当然也可以在多个位置同时设置。测温装置60测定相应位置的温度后，就可知道此时电解池10内的温度。变频风扇50在需要降低电解池10的温度时启动，变频风扇50可以将热交换管路里的导热介质的热快速散掉，从而加快电解池10的降温。可以设置信号处理模块，通过接收测温装置60测定的温度，对变频风扇50的启停进行控制。

在优选实施例中，所述第一相变腔2内设置有连接第一相变腔2上下壁板的支撑体22结构。支撑体22可以和第一相变腔2一体成型，也可以为分体设置，支撑体22顶触到第一相变腔2的上下壁板。支撑体22为突出至第一相变腔2内部的凸起，其可以设置成半球形、圆柱形和锥形等，以增加换热面积，还有起到导流的作用，将靠近热交换腔1的液体冷凝成液体后，可以顺着支撑体22回流至第一相变腔2的底部，参与下一轮的热交换。由于向第一相变腔2内为真空设置，支撑体22可以起到支撑热交换腔1壁板的作用，防止由于大气压的作用下产生形变。另外支撑体22还可以增加导热面积，提高导热效率。相变液体在第一相变腔2内受热气化，并在第一相变腔2的顶部放热冷凝成液体，并沿第一相变腔2的壁板流回底部循环。支撑体22的设置，液体可以沿着支撑体22回流，所以缩短了液体的回流路径，减少了回流时间。在进一步的实施例中，所述支撑体22结构为蚀刻而成的锥形体结构。即支撑体22与第一相变腔2为一体，通过将板材采用蚀刻工艺，去掉相应部分材料形成支撑体22。支撑体22呈椎体形体，优选支撑体22上细下粗，下部面积大可以快速吸收下部的热，实现对产生设备本体10的快速降温，当然也可以设置成上粗下细，这样可以实现对产生设备本体10的快速加热。

在优选实施例中，所述第一相变腔2内还设置有用于相变液体回流的导流结构。导流结构位于支撑体上的槽形，液体可以沿着槽体回流。导流结构也可以为疏水的表面，可以采用阳极氧化法、水热反应法、蚀刻法和溶胶法等。在进一步优选实施例中，所述导流结构为在第一相变腔2内蚀刻而成的微纳米结构，通过蚀刻法保留具有疏水功能的微结构，实现导流的作用。

在优选实施例中，所述热交换腔1内的导热件为位于导热腔下壁上的导热柱或者导热片。导热件可以增加热交换腔1的受热面积，起到更好的蓄能作用，所以可以起到更好的热传导效果。导热件可为与热交换腔1一体的柱状或者片状结构，导热柱和导热片可以快速将热传导到热交换腔1的底壁板或者将底壁板的热传导到导热介质。

在优选实施例中，还包括温度探头，温度探头用于探测环境温度和实际冷热风(冷热水)的温度。电解池的温度在最佳工作温度范围内，冷热风机组(冷热水机组)不启动，风扇可启动，可不启动；超过一定的温度，风扇启动；随着温度的不断升高，冷热风机组(冷热水机组)启动产生冷风(冷流体)，风扇启动且转速增加；低于一定的温度，风扇停止工作；再低于一定的温度，冷凝端设置的加热模块(贴在电解池上)或者是热水机组或者是热风机组启动工作，风扇不启动。

本发明设置的热交换系统，包括热交换腔1、第一相变腔2和第二相变腔3，其中第一相变腔2内设置有相变液体，第二相变腔3内也设置有相变材料，可以实现与产生设备本体10快速的热传导，从而可以实现对电解温度的快速调节。变频风扇50可以将热交换管路里的导热介质的热快速散掉，从而进一步提高降低电解温度的效率。支撑体22可以起到支撑热交换腔1壁板的作用，其次支撑体22还可以增加导热面积，提高导热效率，另外支撑还缩短了相变液体的回流路径，减少了回流时间。

参考图5和图6，所述电解池10包括从外到内依次设置的端板101、电极102、双极板103、气体扩散层105和质子交换膜106，所述端板101、电极102、双极板103、气体扩散层105皆排列在所述质子交换膜的外部(接近表层的方向为外部)。进一步地，所述双极板103和所述气体扩散层105之间还设置有密封圈104。热交换系统包括热交换装置本体20，所述热交换装置本体20内设置有相变腔，所述调温设备和所述相变腔可直接相互导热，即调温设备和相变腔的壳体之间可以相互接触，比如一个面相接触或者共用一个面，从而实现直接热传导。所述相变腔内设置有相变材料，相变材料在受热或者受冷时可以发生相变，由于相变时会吸热或者放热，从而实现高效率的热传导。另一方面，在相变腔受热或者受冷时，相变材料发生相变，相变腔会实现对冷凝端1的加热或者冷却，实现反向的热传导。

电解池包括质子交换层106，所述质子交换层106的两侧皆设置有扩散层105、双极板103和电极102，所述扩散层105、双极板103和电极102从内到外依次设置。该电解池还包括气体流道107、108和端板101，端板101位于最外侧，所述气体流道107、108的第一端位于两个所述端板101内部，所述气体流道107、108的第二端通过在所述端板101的外部接上管道接头将气体引出，位于两个所述端板101之间的气体流道107、108至少部分呈弯曲(异形)设置。可以增加气体管道的压力，使用者能够明显感觉到气体，且还有利于降低电解模块的温度。

双极板103如果是金属板，靠近阳极端加上亲水层，具有成亲水或者超亲水的功能，起到吸水的作用，减少水的流出；靠近阴极端做上疏水层，具有疏水或者超疏水的作用，一方面可以起到加速水份流出，第二方面是起到防腐蚀作用，第三方面，水附着在阴极端，会增大电阻，不利于导电和热传递，会影响效率和寿命。

扩散层105靠近阳极端做上亲水层，具有亲水或者超亲水的作用，起到吸水的作用；靠近阴极端做上疏水层，具有疏水或者超疏水的作用，一方面可以起到加速水份流出，第二方面是起到防腐蚀作用，第三方面，水附着在阴极端，会增大电阻，不利于导电和热传递，会影响效率和寿命。

质子交换膜靠近阳极端做上亲水层，具有亲水或者超亲水的作用，起到吸水的作用；靠近阴极端做上疏水层，具有疏水或者超疏水的作用，一方面可以起到加速水份流出，第二方面是起到防腐蚀作用，第三方面，水附着在阴极端，会增大电阻，不利于导电和热传递，会影响效率和寿命。

系统工作过程：正常情况下，如果电解池温度低，热交换系统的调温设备通过加热导热介质对热交换装置本体加热，进而对电解池加热，温度合适时，当合格的水进入到电解池内部时，电源和控制系统启动，电解池将水电解成氢气和氧气，氧气与少量水份经过氧气流道流出回到给水箱，氢气和少量水份从氢气流道从溶氢连通处进入到饮用水中形成水素水(富氢水)。在电解过程中，电解池温度会升高，此时，电解池会通过热交换装置本体的相变腔将温度传到热交换腔，调温设备冷却导热介质，导热介质冷却热交换腔，进而将电解池的温度降低。如果水素水浓度达到设定值，则水素水经过气液混合装置、泄压阀、瞬时加热模块等通过水素水出口流出，被使用者饮用，若水素水浓度未达到设定值，则经过循环水泵又抽至溶氢连通处，进行二次或多次混合直到浓度达到设定值。

本发明提供的水素水生产系统，其设置有热交换系统，通过相变材料相变时吸热和放热的原理进行热交换，从而达到调节制氢模块温度的作用，能保证制氢模块在适宜的温度范围内，保证了制氢的效率，且安全可靠。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水素水生产系统，其特征在于，包括制氢模块和饮水箱，所述制氢模块上设置有用于排出制得气体的气体流道，所述气体流道包括氢气流道，所述饮水箱连接有饮用水管，所述氢气流道连通至所述饮用水管以制得水素水，所述制氢模块包括可相互导热的电解池和热交换系统，所述热交换系统包括热交换装置本体，所述热交换装置本体内设置有热交换腔和相变腔，所述热交换腔和所述相变腔可直接相互导热，所述热交换装置本体上还设置有导热介质进口和导热介质出口，所述导热介质进口和所述导热介质出口皆与所述热交换腔相连通；所述相变腔内设置有相变材料。

2.如权利要求1所述的水素水生产系统，其特征在于，所述水素水生产系统还包括可测定水素水浓度的浓度检测装置和回流管路，所述回流管路连通至所述氢气流道与所述饮用水管的连通处。

3.如权利要求1所述的水素水生产系统，其特征在于，所述水素水系统还包括气液混合装置和瞬时加热模块，水素水经所述气液混合装置和所述瞬时加热模块流至水素水出口。

4.如权利要求1所述的水素水生产系统，其特征在于，所述水素水生产系统还包括给水箱，所述给水箱通过给水管路与所述制氢模块连通，所述给水管路上设置有过滤装置和瞬时加热模块，所述给水管路上还设置有给水泵或者单向阀。

5.如权利要求4所述的水素水生产系统，其特征在于，所述给水箱内还设置有水质检测装置和液位检测装置。

6.如权利要求1所述的水素水生产系统，其特征在于，所述相变腔包括第一相变腔和第二相变腔，所述第一相变腔位于所述热交换腔和所述第二相变腔之间，所述第一相变腔与所述热交换腔可直接相互导热，所述第一相变腔和所述第二相变腔也可直接相互导热，所述第一相变腔和第二相变腔内分别设置有相变温度不同的相变材料。

7.如权利要求6所述的水素水生产系统，其特征在于，所述第一相变腔内设置有第一相变材料，所述第二相变腔内设置有第二相变材料，所述第一相变材料的相变温度小于所述第二相变材料的相变温度；所述第一相变材料的相变温度与所述第二相变材料的相变温度之比为：1:1.5-3.5。

8.如权利要求7所述的水素水生产系统，其特征在于，所述第一相变材料为气液相变材料，所述第二相变材料为固液相变材料；或者；

所述第一相变材料为水、乙醇或者氟利昂中的一种或者多种的混合物；所述第二相变材料为相变金属材料、石蜡或者无机水合盐中的一种或者多种的混合物。

9.如权利要求6所述的水素水生产系统，其特征在于，所述第一相变腔内的第一相变材料占所述第一相变腔容积的10％-100％，所述第二相变腔内的第二相变材料占所述第二相变腔容积的70％-100％；

所述第一相变腔为真空腔；

所述第二相变腔为真空腔或普通密封腔体。

10.如权利要求1所述的制氢模块，其特征在于，所述制氢模块还包括调温设备，所述导热介质进口和所述导热介质出口通过热交换管路与所述调温设备相连通。

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