一种多功能便携式氢气生成装置的制作方法

本实用新型涉及民用氢气制备领域，尤其涉及一种多功能便携式氢气生成装置。

背景技术：

现有的电解制氢装置主要是将电解槽浸入水中，通过电解的方式生成氢气和氧气，再将氢气收集。上述结构占用空间大，不便携带。在生成氢气和氧气时，气体会在电解槽的电解片上聚集，影响电解片与水的接触面积，因而影响电解效率。在电解过程中，部分的水会穿过离子膜被产生的氢气带入后续部件，氢气带出的水在积累到一定量后，需要人工倾倒，使用繁琐。

现有方法将氢气生成装置产生的氢气导入氢气处理机构中进行处理，所述氢气处理机构包压力仓，所述压力仓为密封的箱体，其顶部设有氢气输入口和氢气输出口，底部设有与水箱连接的排水口；所述氢气输出口通过第一电磁阀控制其开闭；所述排水口通过第二电磁阀控制其开闭；在排水状态下，第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，氢气进入压力仓后无法排出，将在压力仓聚集，将压力仓中的水通过排水口排入水箱中。上述方法需要关闭第一电磁阀，因此氢气无法持续排出，影响氢气的使用。此外，若第一电磁阀或第二电磁阀失灵，则无法排出氢气或水从压力仓中溢出。进一步地，上述方法需要通过预设时间或者感知压力仓中的水位来控制正常供气状态和排水状态的切换。

现有的氢气生成装置在正常状态下，从压力仓排出的氢气压力为标准大气压，只能供使用者吸入。

技术实现要素：

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种多功能便携式氢气生成装置，结构简单，工作过程无需人工倾倒废水，体积小，便于携带。

本实用新型还要解决的技术问题在于，提供一种多功能便携式氢气生成装置，应用范围广，即可将氢气给使用者吸入，又可将氢气添加到液体饮料中。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种多功能便携式氢气生成装置，包括氢气生成装置和气水分离装置，所述氢气生成装置产生的氢气导入气水分离装置中进行气水分离处理，所述气水分离装置包括压力仓，所述压力仓为密封的箱体，其顶部设有氢气输出口和空气输入口，底部设有排水口和氢气输入口，所述氢气输出口与出氢口连接，所述排水口与水箱连接，所述排水口通过电磁阀控制其开闭，所述空气输入口与单向阀连接，外部空气通过单向阀从空气输入口进入压力仓；

所述出氢口为微孔结构，氢气从出氢口溢出的速率低于氢气生成装置供给压力仓的氢气的速率。

作为上述方案的改进，所述出氢口的直径为0.4～0.5μm。

作为上述方案的改进，所述压力仓内设有至少一个挡片，所述挡片设置在氢气输入口和氢气输出口之间，从氢气输入口进入压力仓的氢气与挡片发生碰撞，氢气中的水分沿着挡片流到压力仓的底部。

作为上述方案的改进，所述挡片与压力仓的一侧侧壁连接，与另一侧壁不连接，相邻两个挡片对称设置。

作为上述方案的改进，所述压力仓内设有与氢气输入口连通的氢气输入管，所述氢气输入管的出气口位于压力仓的上部，所述挡片的顶部设有缺口。

作为上述方案的改进，所述出氢口与吸气管连接。

作为上述方案的改进，所述出氢口与容氢器连接，所述容氢器设有多个纳米级的微孔，可将氢气添加到液体中。

作为上述方案的改进，所述氢气生成装置包括水箱和电解槽；所述电解槽包括依次设置的第一固定板、第一绝缘板、阳极电解板、第一钛纤维板、离子膜、第二钛纤维板、阴极电解板、第二绝缘板和第二固定板，所述阳极电解板设有水流槽，所述水流槽贯穿所述阳极电解板，所述水流槽由下往上呈弯曲形；所述水流槽的下部与进水口连通、上部与出水口连通；所述阴极电解板上设有出气孔，所述出气孔与第一钛纤维板连通；所述水箱通过导管连接所述进水口和出水口，连接进水口的导管与水箱的连接位置低于连接出水口的导管与水箱的连接位置。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：

本实用新型的气水分离装置包括压力仓，所述压力仓为密封的箱体，其顶部设有氢气输出口和空气输入口，底部设有排水口和氢气输入口，所述氢气输出口与出氢口连接，所述排水口与水箱连接，所述排水口通过电磁阀控制其开闭，所述空气输入口与单向阀连接，外部空气通过单向阀从空气输入口进入压力仓。本实用新型的气水分离装置通过压力仓、单向阀和电磁阀的相互配合，实现了加压和无加压两种状态的切换，使得本实用新型的装置制出的氢气即可给使用者直接吸入，也可添加到液体中供使用者饮用。

本实用新型的压力仓为密封的箱体，其顶部设有氢气输出口，底部设有氢气输入口和排水口，本实用新型将排水口与水箱连接，将氢气输出口与微孔结构的出氢口连接，保证压力仓内氢气的排出速率小于氢气的进入速率，氢气持续进入压力仓，氢气持续从出氢口排出，压力仓内的压力不断增加，当压力仓内的压力增加到预设值时，压力仓内的水自动排入到水箱中，从而防止压力仓内的水溢出。

本实用新型压力仓内设有至少一个挡片，所述挡片设置在氢气输入口和氢气输出口之间，从氢气输入口进入压力仓的氢气与挡片发生碰撞，氢气中的水分沿着挡片流到压力仓的底部，有效提高了气水分离效果。

本实用新型利用压力仓收集制氢过程带出的水气，并在一定周期内利用制备的氢气将水重新压入水箱中，无需额外的驱动元件和电子元件，使得设备更加紧凑，重量轻，便于携带；加水一次使用周期长，期间无需维护，使用便利。

本实用新型的阳极电解板通过设置通孔水流槽，保证水和离子膜充分接触，同时生成的氧气能及时排出。由于阳极电解板不用盲孔水流槽，因此阳极电解板的厚度可以小于等于1mm，有效减轻整体氢气生成装置的重量和体积。由于钛基材的成本很高，本实用新型的阳极电解板的厚度从现有的2mm减薄到1mm以下，有效降低成本。

附图说明

图1是本实用新型一种多功能便携式氢气生成装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种多功能便携式氢气生成装置的电解槽的装配状态示意图；

图3是本实用新型一种多功能便携式氢气生成装置的电解槽的爆炸图；

图4是本实用新型一种多功能便携式氢气生成装置的阳极电解板的结构示意图；

图5是本实用新型一种多功能便携式氢气生成装置的盖子的结构示意图；

图6是本实用新型一种多功能便携式氢气生成装置的压力仓的结构示意图；

图7是本实用新型一种多功能便携式氢气生成装置的压力仓的剖视图；

图8是本实用新型一种多功能便携式氢气生成装置与容氢器的连接示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。仅此声明，本实用新型在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本实用新型的附图为基准，其并不是对本实用新型的具体限定。

如图1-图7所示，本实用新型实施例提供了一种多功能便携式氢气生成装置，包括氢气生成装置和气水分离装置。所述氢气生成装置用于生成氢气，所述气水分离装置用于对生成的氢气进行加湿处理，并处理氢气生成过程中带出的水分。

氢气生成装置

参见图1，所述氢气生成装置包括水箱1和电解槽2，参见图2，所述电解槽2包括依次设置的第一固定板21、第一绝缘板22、阳极电解板23、第一钛纤维板24、离子膜25、第二钛纤维板26、阴极电解板27、第二绝缘板28和第二固定板29，所述阳极电解板23设有水流槽231，所述水流槽231贯穿所述阳极电解板23，所述水流槽231由下往上呈弯曲形，所述水流槽231的下部与进水口232连通、上部与出水口233连通；所述阴极电解板27上设有出气孔271，所述出气孔271与第一钛纤维板24连通。所述第一固定板21和第二固定板29可以由铝合金制成，所述第一绝缘板22和第二绝缘板28可以是硅胶板、橡胶板或塑料板，所述阳极电解板23需要是钛基材，所述阴极电解板27可以是一般的导电金属板，所述离子膜25表面可以涂覆或电镀贵金属催化剂，如铂催化剂。所述水箱1通过导管连接所述进水口232和出水口233，连接进水口232的导管与水箱1的连接位置低于连接出水口233的导管与水箱1的连接位置。

工作时，阴极电解板27连接直流电源的负极，阳极电解板23连接直流电源的正极。阴极电解板27将电场传递到第二钛纤维板26，阳极电解板23将电场传递到第一钛纤维板24，使离子膜25的两侧形成电势差，水中的氢离子和阳离子在电势差的作用下定向移动，在离子膜25的一侧产生氢气，另一侧产生氧气，产生的氢气经过第二钛纤维板26传回阴极电解板27，产生的氧气经过第一钛纤维板24传回阳极电解板23。

所述水箱1中可以设有水位感应器和tds感应器，所述水位感应器用于检测水箱1的水位；由于电解槽的组成部件离子膜，在催化电解过程中，如果有过多的矿物质离子在水中，会导致离子膜的空隙堵塞，导致离子膜影响催化效率并寿命缩短。因此，所述tds感应器实时监测注水仓内水的tds，如果tds过大，停止工作并指示灯报警；tds感应器的主要部分为水质检测探针，其采用纯钛螺丝针。

本实用新型通过在第一固定板21和第二固定板29的边沿设置成排的螺栓3，对第一固定板21和第二固定板29之间的多种板材施加均匀的压力。在上述压力的加持下，通过橡胶密封框20在阳极电解板23与离子膜25、阴极电解板27与离子膜25之间形成密封腔室；在所述密封腔室中设置表面平整的第一钛纤维板24和第二钛纤维板26，利用第一钛纤维板24和第二钛纤维板26的疏水性和透气性，保证离子膜25表面持续被水覆盖，并且产生的气体能够及时从第一钛纤维板24和第二钛纤维板26排出；利用第一钛纤维板24和第二钛纤维板26的导电性，使离子膜25两侧形成均匀电场，保证电解反应的稳定进行；利用第一钛纤维板24和第二钛纤维板26强度大，内孔致密，表面平整细滑的物理特性，将离子膜25各部位夹紧，防止离子膜25在电解过程中受到周期力而反复涨缩，延长离子膜25的使用寿命。

在阳极反应端，要保证水和离子膜25充分接触，同时生成的氧气能及时排出，现有的阳极电解板需要进行铣槽形成水流槽，由于阳极电解板的材料为钛，钛基材切削加工时刀具容易磨损，且刀具成本比较高，导致铣槽加工成本过高，而且生产加工的效率低。另外也有用冲拉钛网垫在阳极电解板和第一钛纤维板之间，由于钛网网眼四边高低不平，因此可通过与阳极电解板接触面形成的空隙来走水，但水路狭窄，走水不是特别理想。参见图4，本实用新型采用通孔水流槽231，即对阳极电解板23冲压形成通孔的水流槽231，这样水流和气流均通畅无阻。

由于本实用新型的水流槽231为通孔结构，因此本实用新型的阳极电解板可以直接用钣金冲孔落料模加工，加工效率高，成本低。由于阳极电解板23不用盲孔水流槽，因此阳极电解板23的厚度可以小于等于1mm，有效减轻整体氢气生成装置的重量和体积。由于钛基材的成本很高，本实用新型的阳极电解板23的厚度从现有的2mm减薄到1mm以下，有效降低成本。本实用新型水流槽231的形状不限于弯曲形，其它不同形状的水流槽231都属于本实用新型保护范围。

优选的，本实施例的阳极电解板23设有两组对称设置的水流槽231，两组水流槽231相互独立，从下部进水口232进入的水分成两路在水流槽231内流动，两路水流可以快速为第一钛纤维板24补水；此外，生成的氧气气泡分别随着两组水流槽231内的水流汇集到出水口233排出，可以保证氧气的持续排出，进而保证制氢流程的顺畅。由于发明的水流槽231是贯穿阳极电解板23，因此生成的氧气气泡不会在水流槽231内过快聚集，变成大气泡，阻碍水流的流动。在水流槽231内的小气泡向上移动，同时为水流带来向上流动的动力，使得只需要将进水口232与出水口233与水箱1直接连通，无需设置水泵等主动动力装置，水流即可自发地从进水口232进入、从出水口233流出。

优选地，所述水流槽231与进水口232和出水口233连通的位置，其宽度大于其余部位的宽度，防止由于进水或出水通道堵塞而造成整个水流槽的水流都无法流动，或者气体压力异常增大。

正如上文所说的，要使第一钛纤维板24、离子膜25和第二钛纤维板26中的水的电解反应迅速而稳定，必须保证第一钛纤维板24和第二钛纤维板26受力均匀地紧贴在离子膜25表面，并同时为它们提供水密和气密环境。为此，所述第一钛纤维板24、离子膜25和第二钛纤维板26的外围设有硅胶密封框20，当第一固定板21和第二固定板29对阳极电解板23和阴极电解板27施加压力时，所述阳极电解板23和阴极电解板27将硅胶密封框20压紧，在阳极电解板23和阴极电解板27之间形成密封空间；所述阳极电解板23与第一钛纤维板24抵接，所述阴极电解板27与第二钛纤维板26抵接，所述第一钛纤维板24和第二钛纤维板26均匀夹紧所述离子膜25。所述离子膜25从第一钛纤维板24和第二钛纤维板26的四周边沿延伸出来，并被硅胶密封框20夹持；阳极电解板23、硅胶密封框20和离子膜25之间形成密封的水流容腔，阴极电解板27、橡胶密封框20和离子膜25之间形成密封的氢气容腔。通过上述结构，第一钛纤维板24、离子膜25和第二钛纤维板26的紧贴程度不受装配精度的影响，外围的密封由具有弹性的硅胶密封框20完成，对各元件的公差精度要求降低，也更利于装配。

电解槽生成的氧气随出水口233重新进入水箱1，因此，水箱1必须具有排气功能。另外，为了提高本设备的便携性，水箱1能够排气的同时应该能防止水从里面倒出。为此，所述水箱1顶部设有盖子11，参见图5，所述盖子11设有止水通气腔111；所述止水通气腔111内设有下通气孔112、上通气孔113和容纳腔114，所述容纳腔114内设有圆珠115。具体地，所述圆珠115的直径分别大于下通气孔112和上通气孔113的直径；初始状态下，所述圆珠115堵住下通气孔112，上通气孔113和容纳腔114连通。当水箱1内的气压大于环境气压时，水箱1内的气体推动所述圆珠115向上运动，水箱1内的气体下通气孔112进入容纳腔114，再通过上通气孔113排出。当设备倾倒时，水箱1内的水通过下通气孔112流入容纳腔114，推动圆珠115堵住上通气孔113，以防止水箱1中的水流出。本方案的盖子结构简单，省去了弹簧等部件，有效提高设备的使用寿命长。优选的，所述圆珠115为钢珠。

需要说明的是，当水箱1内的气压大于环境气压时，水箱1内的气体对圆珠115产生的推力并不足够推动将圆珠将上通气孔113堵住。技术人员可以通过圆珠的大小、重量、容纳腔的大小来进行设计，本实用新型不作具体限定。

优选地，所述盖子11顶部设有高于其所在平面的手持部116，所述手持部116的顶面为山脊状；所述上通气孔113设于所述手持部116的顶面。在日常使用中，高于其所在平面的手持部116的顶面不容易堆积灰尘，山脊状的顶面也不容易被杂物完全覆盖，因此，其上设置的上通气孔113不易堵塞，保证使用可靠。

气水分离装置

参见图6，所述氢气生成装置产生的氢气导入气水分离装置中进行气水分离处理。所述气水分离装置包括压力仓4，所述压力仓4为密封的箱体，其顶部设有氢气输出口41，底部设有氢气输入口42和排水口43；所述氢气输出口42与出氢口5连接，所述排水口43与水箱1连接。

参见图7，所述压力仓4内设有至少一个挡片44，所述挡片44设置在氢气输入口42和氢气输出口41之间，从氢气输入口42进入压力仓4的氢气与挡片44发生碰撞，氢气中的水分沿着挡片44流到压力仓4的底部。具体的，所述挡片44与压力仓4的一侧侧壁连接，与另一侧壁不连接，为了增加氢气在压力仓4内的移动距离，相邻两个挡片44对称设置，即相邻的两个挡片44分别连接在压力仓4两侧的侧壁上。为了进一步提高干燥效果，避免压力仓4内分离出来的水重新润湿氢气，所述压力仓4内设有与氢气输入口42连通的氢气输入管45，所述氢气输入管45的出气口位于压力仓4的上部。优选的，所述挡片44的顶部设有缺口441，所述氢气输入管45的出气口与所述缺口441齐平，从出气口出来的氢气与挡片44碰撞，其中缺口441可以增加氢气与挡片44的碰撞机会。

所述出氢口5为微孔结构，当氢气从出氢口5溢出的速率低于氢气生成装置供给压力仓4的氢气的速率时，压力仓4内压力增加，压力仓4内的水自动排入水箱1。氢气生成装置供给与压力仓4的氢气的速率基本是恒定的，出氢口5的氢气溢出速率与出氢口5和压力仓4的大小有关。在氢气生成装置供给压力仓的氢气的速率恒定、以及压力仓大小不变的情况下，出氢口5的直径越大，氢气从出氢口5溢出的速率越快，当氢气的排出速率大于氢气的进入速率时，压力仓4内的压力不会增加；只有出氢口5的直径足够小，才可以保证氢气的排出速率小于氢气的进入速率；此外，所述氢气输入口42的直径大于氢气输出口41的直径。优选的，所述出氢口5的直径为0.4～0.5μm。若出氢口5的直径过小，小于0.4μm时，由于部分的氢气还是会含有少量的水分，出氢口5则容易被氢气堵住，氢气不能从出氢口5排出。正常的状态是氢气持续进入压力仓4，氢气持续从出氢口5排出，压力仓4内的压力不断增加，当压力仓4内的压力增加到预设值时，压力仓4内的水自动排入到水箱1中，从而防止压力仓4内的水溢出。

需要说明的是，出氢口5排出的氢气为干燥的氢气，可以直接使用。当出氢口5与吸气管连接时，可将氢气供给使用者吸入。参见图8，当氢气口5与容氢器6连接时，可将氢气添加到液体中，供使用者饮用，所述液体可以为水、果汁、茶、牛奶、奶茶等饮料。其中，应用方式不同，氢气的输出压力也不同。

具体的，当氢气供给使用者直接吸入时，氢气的输出压力为正常状态；当氢气需要容氢器6通入到液体中时，氢气为加压状态。为了能够实现两种状态的切换，所述排水口43通过电磁阀46控制其开闭。

正常状态时，电磁阀46打开，压力仓4内氢气的排出速率小于氢气的进入速率，压力仓4内压力增加，压力仓4中的水通过排水口43排入水箱1中，压力仓4内的水排走后，压力仓4内压力正常，出氢口5排出无加压氢气；

加压状态时，电磁阀关46闭，压力仓4内氢气的排出速率小于氢气的进入速率，压力仓4内压力增加，压力仓4内的水排无法排走，压力仓4内压力持续增加，出氢口5排出加压氢气。

需要说明的是，为了保证氢气能够快速添加到液体中，加压状态时，压力仓内的压力为0.3～0.8kpm。正常状态时，压力仓内的压力为标准大气压。

将氢气加入液体中的时间不会持续很长，即设备处于加压状态的时间很短，一般为几秒钟，压力仓内的水不会在几秒中内满出。

当设备从加压状态或正常状态时进行关机，电磁阀46会自动打开，使得压力仓4和水箱1连通。由于氢气生成装置产生的氢气具有一定的温度，从出氢口5排出的氢气具有同样的温度，当设备关闭后，由于出氢口5很小，位于出氢口5的氢气冷却凝结成水珠将出氢口5堵住，同时压力仓4内的氢气也发生冷却导致压力仓4内的压力小于水箱1的压力，水箱1中的水倒灌进入压力仓4，当设备重新开机时，压力仓4内的水会随着氢气从出氢口5排出。

了解决上述问题，所述压力仓4的顶部还设有空气输入口47，且所述空气输入口47与单向阀48连接。停机状态下，单向阀48和电磁阀46打开，外部空气通过单向阀48从空气输入口47进入压力仓4，使得压力仓4和水箱1的压力保持平衡，保证压力仓4内的水位处于正常状态，再次开机时，压力仓4内的水就不会随着氢气排出。

为了保证氢气能够添加到液体中，避免液体中的氢气快速溢出，所述容氢器6设有多个纳米级的微孔61，在一定的压力下，氢气从微孔61中排出形成大量的微小气泡融入液体中。

相应地，本实用新型实施例还提供了一种氢气生成方法，其使用上文所述的多功能便携式氢气生成装置，包括：

1)将水加入水箱中，接通电源，使阴极电解板连接直流电源的负极，阳极电解板连接直流电源的正极，获得氢气和氧气；

2)获得的氧气进入第一钛纤维板，在第一钛纤维板内聚集并上升进入阳极电解板的出水口，经过出水口与水箱的连接管道重新进入水箱内，带动水箱中的水从进水口进入电解槽并从出水口循环流出；

3)获得的氢气进入气水分离装置；

4)当使用者需要吸入氢气时，将吸气管连接在出氢口，打开电磁阀，压力仓内氢气的排出速率小于氢气的进入速率，压力仓内压力增加，压力仓中的水通过排水口排入水箱中，压力仓内的水排走后，压力仓内压力正常，出氢口排出无加压氢气；

当使用者需要将氢气添加到液体中时，将容氢器连接在出氢口，电磁阀关闭，压力仓内氢气的排出速率小于氢气的进入速率，压力仓内压力增加，压力仓内的水排无法排走，压力仓内压力持续增加，出氢口排出加压氢气。

为了保证氢气能够快速添加到液体中，加压状态时，压力仓内的压力为0.3～0.8kpm。正常状态时，压力仓内的压力为标准大气压。

本实用新型利用压力仓收集制氢过程带出的水气，并在一定周期内利用制备的氢气将水重新压入水箱中，无需额外的驱动元件，使得设备更加紧凑，重量轻，便于携带；加水一次使用周期长，期间无需维护，使用便利。

本实用新型的气水分离装置通过压力仓、单向阀和电磁阀的相互配合，实现了加压和无加压两种状态的切换，使得本实用新型的装置制出的氢气即可给使用者直接吸入，也可添加到液体中供使用者饮用。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。