CN212050773U - 水素水直饮系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供水素水直饮系统，包括用于过滤供给水的过滤单元、用于制备氢气的制氢模块和用于向制氢模块补水的给水箱，制氢模块上设置有用于排出制得氢气的氢气流道，供给水流经过滤单元后经饮用水管与氢气流道中的氢气连通以制得水素水，制氢模块包括若干个电解池，电解池包括质子交换层，质子交换层的两侧皆设置有扩散层、双极板和电极，扩散层、双极板和电极从内到外依次设置；制氢模块还包括气体流道和端板，端板位于电解池的外部，气体流道的第一端位于两个端板之间，气体流道的第二端伸出端板的外部；本水素水直饮系统可以制得干净的可以直接饮用的水素水，饮水更加方便。

Description

水素水直饮系统

技术领域

本实用新型涉及饮用水设备领域，特别涉及一种水素水直饮系统。

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，此种方法产生的氢气压力小，不利于氢气溶解与水中，且不利于散热，影响水素水生产系统的使用寿命。因此有必要提供一种新型的水素水生产方法

但是还没有一种完整的可家用的水素水生产系统，可以方便制得净化过的可直接饮用的水素水。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种可方便家用的水素水直饮系统，能够方便制得净化过的可直接饮用的水素水。

本实用新型提供水素水直饮系统，包括用于过滤供给水的过滤单元、用于制备氢气的制氢模块和用于向制氢模块补水的给水箱，所述制氢模块上设置有用于排出制得氢气的氢气流道，所述供给水流经所述过滤单元后经饮用水管与所述氢气流道中的氢气连通以制得水素水，所述制氢模块包括若干个电解池，所述电解池包括质子交换层，所述质子交换层的两侧皆设置有扩散层、双极板和电极，所述扩散层、双极板和电极从内到外依次设置；所述制氢模块还包括气体流道和端板，所述端板位于所述电解池的外部，所述气体流道的第一端位于两个所述端板之间，所述气体流道的第二端伸出所述端板的外部。

优选的，所述过滤单元包括一级过滤单元和二级过滤单元，所述二级过滤单元为反渗透过滤单元，所述饮用水管连通与一级过滤单元和二级过滤单元之间和/或二级过滤单元下游。

优选的，所述一级过滤单元包括PP棉过滤单元、活性炭过滤单元和超滤膜过滤单元，所述二级过滤单元为RO反渗透膜过滤单元。

优选的，所述供给水流经所述反渗透过滤单元后还可以通过补水管向所述给水箱补水。

优选的，所述水素水直饮系统还包括饮水箱，所述氢气流道与所述饮用水管的连通处称为溶氢连通，所述饮水箱连通与所述过滤单元与所述溶氢连通处之间的饮用水管，所述溶氢连通前的氢气流道上还设置有气液分离器。

优选的，所述水素水直饮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；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；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，位于两个所述端板之间的气体流道至少部分呈弯曲设置。

优选的，所述双极板由碳板、金属板或者复合板制成；和/或，

所述电极由不锈钢、铝合金、铜或者银制成。

优选的，所述双极板、扩散层和所述质子交换膜的阳极设置有亲水层，所述双极板、扩散层和所述质子交换膜的阴极设置有疏水层。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的水素水直饮系统，本系统可以直接接到自来水水管，作为家用的水素水直饮系统，使用方便，且带有过滤单元可以随时产生干净的可以直接饮用的水素水。在此基础上，本系统还可以根据需要，选择生成矿泉水水质的水素水或者纯净水水质的水素水。回流管路可以保证水素水的浓度。弯曲的气体流道，可以使气体在氢气模块中流动的时间更长，气体能够带走一部分制氢模块的热量，有利于散热。

附图说明

通过附图中所示的本实用新型优选实施例更具体说明，本实用新型上述及其它目的、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为本实用新型优选实施例的水素水直饮系统整体示意图

图2为本实用新型的电解池的整体结构图；

图3为本实用新型的电解池的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。

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实用新型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，不是旨在于限制本实用新型。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1-3，本实用新型提供水素水直饮系统，可以为家用、商用提供一种可以生产可以直接饮用的水素水系统。该系统包括用于过滤供给水的过滤单元 7、用于制备氢气的制氢模块1-1和用于向制氢模块1-1补水的给水箱3-1。供给水可以为自来水或者市政水等，过滤单元可以直接连接在自来水的水龙头上，供给水通过水管进入过滤单元7完成过滤和净化。所述制氢模块1-11上采用电解设置有用于排出制得氢气的氢气流道1-11，所述供给水流经所述过滤单元7 后通过饮用水管2-11与所述氢气流道1-11连通以制得水素水，即制氢模块制 1-1得氢气，然后氢气通过氢气流道1-11进入到饮用水管2-11中的水中，溶解形成水素水即富氢水。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、三通电磁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包括若干个电解池，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(靠近质子交换层106的位置为内，远离质子交换层106的位置为外)。该制氢模块1-1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。制氢模块1-1在制氢过程中，可以采用直接用风扇吹风的方式进行冷却，当然也可以使用其他更复杂的热交换系统进行冷却。

在优选实施例中，所述过滤单元7包括一级过滤单元和二级过滤单元，所述二级过滤单元为反渗透过滤单元7-4，一级过滤单元可以采用除反渗透之外的其他过滤方式，这样经过一级过滤单元后会得到含有矿物质的水即矿泉水。反渗透可以过滤掉水中的矿离子，这样经过反渗透过滤单元7-4后会得到纯净水。长期饮用村净水会导致人体缺少必须的矿物质，所以不建议长期饮用纯净水。所述饮用水管2-11连通与一级过滤单元和二级过滤单元之间和/或二级过滤单元下游，这样，如果供给水在经过反渗透过滤单元7-4后与氢气混合，这样制得的就是纯净水的水素水，如果在供给水经过一级过滤单元后就和氢气混合就可以制得矿泉水的水素水。如果两条管路都设置的话，可以设置相应的三通转换阀，这样客户可以根据自己的需要转换。

在优选实施例中，所述一级过滤单元包括PP棉过滤单元7-1、活性炭过滤单元7-2和超滤膜过滤单元7-3。PP棉过滤单元7-1能有效去除所过滤液体中的各种颗粒杂质，活性炭过滤单元7-3过滤时由于其多孔性，可吸附各种液体中的微细物质，去除有机物及重金属、去除合成洗涤剂、细菌、病毒及放射性等污染物质，具有吸味、去毒、除臭、防霉、杀菌、净化等综合功能。超滤膜因其表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对液体的净化、分离和浓缩的目的。所述二级过滤单元为RO反渗透膜过滤单元，反渗透膜可以将液体中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除，获得高质量的纯净水。采用这四级过滤可以保证良好的过滤效果，当然还可以再增加一级或多级过滤，比如可以在反渗透过滤单元之后再增加一级活性炭过滤单元7-2。

在优选实施例中，所述供给水流经所述反渗透过滤单元7-4后还可以通过补水管2-14向所述给水箱3-1补水。在电解制氢方法中，需要使用纯水或去离子水或二次蒸馏水，经过反渗透过滤单元7-4的为纯净水，所以可以满足电解的要求。这样再和相应的控制系统结合，就能实现给水箱3-1的自动补水，且水质也有了保证。

在优选实施例中，所述水素水直饮系统还包括饮水箱2-1，所述氢气流道 1-11与所述饮用水管2-11的连通处称为溶氢连通2-12，所述饮水箱2-1连通与所述过滤单元7与所述溶氢连通2-12处之间的饮用水管2-11，所述溶氢连通 2-12前的氢气流道1-11上还设置有气液分离器5-11。制得的氢气中会夹带有部分的水分，气液分离器5-11能将氢气中水分分离出去，可以设置水管，将分离出的水补进给水箱3-1，实现循环使用。

在优选实施例中，所述水素水直饮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，管路上可以设置一个三通电磁阀，在浓度达到标准时水素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，这样的话就可以实现自动控制，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，所述水素水直饮系统还包括给水箱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，有利于增加电解池内部水的循环，起到降低电解池内部温度的作用。当然，如果给水箱3-1出口与电解池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内的氧气倒流进入到电解池的入水口，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，因为电解池刚开始启动的时候可能存在电解池内的氧气没从氧气口流出，反而从电解池内部进入到电解池的入水口，但是电解池工作几分钟后氧气进入电解池入水口的现象基本消失，电解池正常工作。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，所以设置电磁阀的目的是为了保护电解池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，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，防止电解池被污染。为了防止从电解池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：电解池温度多少？电解池工作多少小时？电解池寿命还有多久？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，如电解池温度、电解池工作时间、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。

所述电解池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。

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分流出，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分流出，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分流出，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：自来水或者市政水通过管路接至过滤单元，过滤单元过滤后的干净的水和制氢模块产生的氢气在溶氢连通处混合形成水素水，然后经水素水出口供饮用。另外过滤后的形成的纯净水可以经补水管路向给水箱补水，用户还可以根据需要选择矿泉水水质的水素水或者纯净水水质的水素水。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。

本实用新型提供的水素水直饮系统，本系统可以直接接到自来水水管，作为家用的水素水直饮系统，使用方便，且带有过滤单元可以随时产生干净的可以直接饮用的水素水。在此基础上，本系统还可以根据需要，选择生成矿泉水水质的水素水或者纯净水水质的水素水。回流管路可以保证水素水的浓度。弯曲的气体流道，可以使气体在氢气模块中流动的时间更长，气体能够带走一部分制氢模块的热量，有利于散热。

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

Claims (10)

1.水素水直饮系统，其特征在于，包括用于过滤供给水的过滤单元、用于制备氢气的制氢模块和用于向制氢模块补水的给水箱，所述制氢模块上设置有用于排出制得氢气的氢气流道，所述供给水流经所述过滤单元后经饮用水管与所述氢气流道中的氢气连通以制得水素水，所述制氢模块包括若干个电解池，所述电解池包括质子交换层，所述质子交换层的两侧皆设置有扩散层、双极板和电极，所述扩散层、双极板和电极从内到外依次设置；所述制氢模块还包括气体流道和端板，所述端板位于所述电解池的外部，所述气体流道的第一端位于两个所述端板之间，所述气体流道的第二端伸出所述端板的外部。

2.如权利要求1所述的水素水直饮系统，其特征在于，所述过滤单元包括一级过滤单元和二级过滤单元，所述二级过滤单元为反渗透过滤单元，所述饮用水管连通与一级过滤单元和二级过滤单元之间和/或二级过滤单元下游。

3.如权利要求2所述的水素水直饮系统，其特征在于，所述一级过滤单元包括PP棉过滤单元、活性炭过滤单元和超滤膜过滤单元，所述二级过滤单元为RO反渗透膜过滤单元。

4.如权利要求2所述的水素水直饮系统，其特征在于，所述供给水流经所述反渗透过滤单元后还可以通过补水管向所述给水箱补水。

5.如权利要求1所述的水素水直饮系统，其特征在于，所述水素水直饮系统还包括饮水箱，所述氢气流道与所述饮用水管的连通处称为溶氢连通，所述饮水箱连通与所述过滤单元与所述溶氢连通处之间的饮用水管，所述溶氢连通前的氢气流道上还设置有气液分离器。

6.如权利要求1所述的水素水直饮系统，其特征在于，所述水素水直饮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；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。

7.如权利要求1所述的水素水直饮系统，其特征在于，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；所述给水箱内还设置有水质检测装置和液位检测装置。

8.如权利要求1所述的水素水直饮系统，其特征在于，位于两个所述端板之间的气体流道至少部分呈弯曲设置。

9.如权利要求1所述的水素水直饮系统，其特征在于，所述双极板由碳板、金属板或者复合板制成；和/或，

所述电极由不锈钢、铝合金、铜或者银制成。

10.如权利要求1所述的水素水直饮系统，其特征在于，所述双极板、扩散层和所述质子交换层的阳极设置有亲水层，阴极设置有疏水层。

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