一种氢氧分离电解装置控制系统、氢氧分离电解系统和富氢设备

摘要

本发明公开了一种氢氧分离电解装置控制系统，包括微处理器、存储器、自动调压模块和开关电路，所述微处理器分别连接存储器、自动调压模块和开关电路，所述自动调压模块电源输入端外接电源，所述自动调压模块电源输出端正极外接氢氧分离电解装置的阳极，所述自动调压模块电源输出端负极外接氢氧分离电解装置的阴极。本发明还提供一种氢氧分离电解系统。本发明提供氢氧分离电解系统能缓慢升压升流。缓慢升压可以有效增加氢氧分离电解系统使用寿命，同时有效的避免臭氧的产生。

说明书

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控制系统、氢氧分离电解系统和利用氢氧分离电解系统制作的富氢杯、富氢饮水机。

背景技术

科学研究证明，人体几乎所有慢性疾病均与自由基氧化损伤有密切关系。自2007年日本太田成男教授发表权威论文，证实氢气具有选择性中和羟自由基以及亚硝酸阴离子等有毒有害自由基，从而发挥选择性抗氧化作用以来，氢医学在健康产业中迅速发展。随着生活质量的提供，人们对自身的健康更加关注。具有保健功能的富氢设备如富氢水杯，得到了极大的推广。

富氢水杯主要是通过氢氧分离电解装置将水电解分离出氢气和氧气。但目前的氢氧分离电解装置在电解开始时会有瞬间的高变化电压，由于瞬间高电压差会产生一定量的臭氧。而臭氧会影响人体健康。

发明内容

针对现有氢氧分离电解装置在电解时遇到的问题，本发明实施例提供一种氢氧分离电解装置控制系统、氢氧分离电解系统和利用氢氧分离电解系统制作的富氢杯、富氢饮水机。

本发明实施例提供的一种氢氧分离电解装置控制系统，包括微处理器、存储器、自动调压模块和开关电路，微处理器分别连接存储器、自动调压模块和开关电路，自动调压模块电源输入端外接电源，自动调压模块电源输出端正极外接氢氧分离电解装置的阳极，自动调压模块电源输出端负极外接氢氧分离电解装置的阴极；

存储器存储有根据氢氧分离电解装置工作电压预设的开机电压检测值，控制电压步进值和计算机可执行程序，微处理器读取存储器中的计算机可执行程序并实现以下控制方法：

开机电压检测步骤：检测外接电源的电源电压，若电源电压低于开机电压检测值，停止工作并提示电压不足，否则，执行下一步骤；

自动升压步骤：控制自动调压模块以预设的控制电压步进值逐步提高输入至氢氧分离电解装置阴极和阳极的电压，直到氢氧分离电解装置阴极和阳极的实际工作电压达到开机电压检测值。

本发明实施例提供的一种氢氧分离电解装置控制系统，通过在开机时检测电源电压，在启动氢氧分离电解装置时逐步将电压提升到额定工作电压，避免了氢氧分离电解装置在电解开始时输入瞬间的高变化电压，从而避免产生臭氧。

优选地，还包括取样比较电路，取样比较电路输入端分别连接自动调压模块电源输出端正极和负极，取样比较电路输出端连接微处理器，取样比较电路获取氢氧分离电解装置的实际工作电压，并输入至微处理器，微处理器执行计算机可执行程序实现以下控制方法：

自动调压步骤：比较实际工作电压与开机电压检测值的大小，如果实际工作电压大于开机电压检测值，控制自动调压模块降低输出至氢氧分离电解装置的电压，直至实际工作电压等于开机电压检测值，如果实际工作电压小于开机电压检测值，控制自动调压模块升高输出至氢氧分离电解装置的电压，直至实际工作电压等于开机电压检测值。

优选地，还包括充放电管理模块和蓄电池，自动调压模块通过充放电管理模块外接电源，蓄电池通过充放电管理模块分别连接外接电源和自动调压模块，充放电管理模块在外接电源时，用于根据蓄电池的电容调节充电电压和充电电流；充放电管理模块在蓄电池供电时，用于对蓄电池进行过流或过载保护。

优选地，还包括灯光显示装置，灯光显示装置与微处理器连接，灯光显示装置用于接收微处理器的信号，并显示工作状态，工作状态包括开机检测、自动升压、自动调压或者电源电压。

本发明实施例还提供一种氢氧分离电解系统，包括氢氧分离电解装置和上述的氢氧分离电解装置控制系统，氢氧分离电解装置包括阴极片、阳极片，阴极片设置阴极接线端，阴极接线端连接自动调压模块的负极，阳极片设置阳极接线端，阳极接线端连接自动调压模块的正极。

其中，阴极片、阳极片均设置为大小匹配的圆形，阴极片和阳极片按从上到下的顺序设置，氢氧分离电解装置控制系统设置在氢氧分离电解装置的下端并密封连接，氢氧分离电解装置控制系统还包括倾斜感应装置，倾斜感应装置与微处理器连接，倾斜感应装置用于检测氢氧分离电解装置倾斜的角度，并发送检测值给微处理器，微处理器用于在倾斜角度达到预设值时，控制自动调压模块断开输送至氢氧分离电解装置的电压。

优选地，氢氧分离电解装置还包括选择性质子透过膜，选择性质子透过膜设置在阴极片和阳极片之间，所述选择性质子透过膜与阴极片间形成氢气生成区，所述选择性质子透过膜与阳极片间形成氧气生成区。

优选地，氢氧分离电解装置还包括调节旋盖、上固定板和下固定板，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，下固定板与上固定板可拆卸连接，下固定板将阴极片、选择性质子透过膜、阳极片从上到下的顺序固定在上固定板和下固定板之间，下固定板对应阳极片区域设置通孔，所述调节旋盖设置在通孔内，所述调节旋盖可沿所述通孔上下移动。

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

本发明实施例还提供一种饮水机，其特征在于，还包括饮水桶，在饮水桶的桶底设置上述的氢氧分离电解系统。

附图说明

图1为本发明实施例中一种氢氧分离电解装置控制系统结构示意图；

图2为本发明实施例中一种氢氧分离电解装置控制系统优选实施方案结构示意图；

图3为本发明实施例中氢氧分离电解装置分解图结构示意图；

图4为本发明实施例中氢氧分离电解装置组装结构示意图。

附图中：100、氢氧分离电解装置；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；200、氢氧分离电解装置控制系统；210、微处理器；220、自动调压模块；230、存储器；240、开关电路；250、取样比较电路；260、充放电管理模块；270、蓄电池；280、灯光显示装置；290、倾斜感应装置；400、外接电源。

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控制系统，用于氢氧分离电解系统。氢氧分离电解系统包括氢氧分离电解装置，以及控制氢氧分离电解装置工作的氢氧分离电解装置控制系统。氢氧分离电解系统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系统，可以制成富氢杯、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系统安装在杯体底部。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系统，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。

实施例1：

如图1、图2所示，本发明实施例提供的一种氢氧分离电解装置控制系统200，包括微处理器210、存储器230、自动调压模块220和开关电路240，微处理器210分别连接存储器230、自动调压模块220和开关电路240，自动调压模块220电源输入端外接电源400，自动调压模块220电源输出端正极外接氢氧分离电解装置100的阳极，自动调压模块220电源输出端负极外接氢氧分离电解装置100的阴极；

存储器230存储有根据氢氧分离电解装置100工作电压预设的开机电压检测值，控制电压步进值和计算机可执行程序，微处理器210读取存储器230中的计算机可执行程序并实现以下控制方法：

开机电压检测步骤：检测外接电源400的电源电压，若电源电压低于开机电压检测值，停止工作并提示电压不足，否则，执行下一步骤；

自动升压步骤：控制自动调压模块220以预设的控制电压步进值逐步提高输入至氢氧分离电解装置100阴极和阳极的电压，直到氢氧分离电解装置100阴极和阳极的实际工作电压达到开机电压检测值。

其中一种优选实施方式中，，存储器230中预设的开机电压检测值设为氢氧分离电解装置的额定工作电压。自动调压模块220在以预设的控制电压步进值逐步提高输入至氢氧分离电解装置100阴极和阳极的电压，如可以设置控制电压步进值为每秒增加0.5V，输出合理电压电流到氢氧分离电解装置100。合理电压指电极加载电压要求缓慢升压。

开关电路240控制氢氧分离电解系统的电源通断，在关机时，开关电路240同时以不同信号给微处理器210，微处理器210处理不同信号运算计时，当计时结束时，微处理器210将关机信号给自动调压模块220，完成停机。

本发明实施例提供的一种氢氧分离电解装置控制系统200，通过在开机时检测电源电压，在启动氢氧分离电解装置100时逐步将电压提升到工作电压，避免了氢氧分离电解装置100在电解开始时输入瞬间的高变化电压，从而避免产生臭氧。

本实施例提供的氢氧分离电解装置控制系统200可以通过适配器直接连接家用配电。但这样限制了设备的使用。由于氢氧分离电解装置100在工作时不需要很高的电压和电流，一种优选的实施方式中，本发明实施例提供的氢氧分离电解装置控制系统200还包括充放电管理模块260和蓄电池270，自动调压模块220通过充放电管理模块260同时外接电源400和蓄电池270。在使用外接电源400供电时，通过充电器提供稳压的5V电压输出，充放电管理模块260可以根据蓄电池270的电容调节充电电压和充电电流；在不接入外接电源400，并通过蓄电池270供电时，充放电管理模块260提供对蓄电池270进行过流或过载保护。充放电管理模块260通过对蓄电池270充电和放电进行保护，可以快速充电同时不损坏电池，延迟电池的使用寿命。

本实施例的一种优选实施方案中，还包括取样比较电路250，取样比较电路250输入端分别连接自动调压模块220电源输出端正极和负极，取样比较电路250输出端连接微处理器210，取样比较电路250获取氢氧分离电解装置100的实际工作电压，并输入至微处理器210，微处理器210执行计算机可执行程序实现以下控制方法：

自动调压步骤：比较实际工作电源与开机电压检测值的大小，如果实际工作电压大于开机电压检测值，控制自动调压模块220降低输出至氢氧分离电解装置100的电压，直至实际工作电压等于开机电压检测值，如果实际工作电压小于开机电压检测值，控制自动调压模块220升高输出至氢氧分离电解装置100的电压，直至实际工作电压等于开机电压检测值。

通过设置取样比较电路250，实时检测氢氧分离电解装置100的工作电压，并及时将其工作电压调节到额定工作电压，可以保持氢氧分离电解装置100保持稳定的工作电压和工作电流。特别是在使用蓄电池270供电的时候，由于随着电池的电量变化，容易导致输出到氢氧分离电解装置100的工作电压发生变换。通过提供稳定的工作电压和工作电流可以保证生成氢气的稳定性，同时保证水中氢气的溶解量，保证氢水浓度。同时稳定的工作电压和工作电流也有利于延长设备的使用寿命。

取样比较电路250可以通过微处理器210执行计算机程序实现，也可以通过电路实现。在取样比较电路250中预设氢氧分离电解装置100额定工作电压。取样比较电路250设置取样电路和比较电路，取样电路获取氢氧分离电解装置100的实际工作电压，并输入比较电路，比较电路将获取的实际工作电压和额定工作电压值比较并判断大小，并输出比较结果给微处理器210。

本实施例的一种优选实施方案中，还包括灯光显示装置280，灯光显示装置280与微处理器210连接。开关电路240以不同信号给微处理器210，微处理器210处理不同信号，将灯光信号输出给灯光显示装置280，灯光显示装置280用于接收微处理器210的信号，根据不同信号点亮不同灯光。如开机检测、自动升压、自动调压或者电源电压不足，不同定时制氢时间，也可以通过灯光显示装置280进行显示。灯光显示装置280可以通过不同的光显示不同的工作状态，以提醒操作人员采取适当的措施。

实施例2：

本发明实施例2提供一种氢氧分离电解系统。包括氢氧分离电解装置100和如实施例1的氢氧分离电解装置控制系统200，氢氧分离电解装置控制系统200设置在所述氢氧分离电解装置100的下端并密封连接。

如图3、图4所示，氢氧分离电解装置100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113膜、上固定板131和下固定板121，阴极片111设置阴极接线端1112，阴极接线端1112外接电源400负极，具体地，阴极接线端1112连接自动调压模块220电源输出端负极；阳极片112设置阳极接线端1122，阳极接线端1122外接电源400正极，具体地，阳极接线端1122连接自动调压模块220电源输出端正极极；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134内，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。本实施例如图1所述采用螺钉连接，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100，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100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121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112和阴极片111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控制系2100的进一步优选实施方式中，还包括倾斜感应装置290，倾斜感应装置290和微处理器210连接，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所述阴极片111和阳极片112的电压。通过设置倾斜感应装置290来检测氢氧分离电解装置100的倾斜程度，在氢氧分离电解装置100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100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。