一种超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备发明专利

专利名称：一种超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备

专利类型：发明专利

专利申请号：CN201910401657.1

专利申请（专利权）人：深圳市贺正科技有限公司
权利人地址：广东省深圳市福田区福田街道滨河大道爱地大厦东座105-2室

专利发明（设计）人：缪钰

专利摘要：本发明公开了一种超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备，包括壳体，以及安装在壳体内腔中的氧气过滤水箱，氢气过滤水箱，过滤装置，电源模组，与电源模组连接的集成电路模组，分别与集成电路模组连接的氢燃料电池、水泵、指示灯、控制面板、音箱和风扇。本系统采用反渗透超纯水过滤的滤芯对进入氢燃料电池的水体进行持续过滤，能够保障参与电化学反应的水的纯度，复合式水箱增加了气、水汽与箱体的接触面积，提升了气、水汽的降温效率，降低了输出气体的湿度以及输出气体的波动幅度，且输出的氢气和氧气为超纯气体。

主权利要求：
1.一种超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备，其特征在于，包括壳体，以及安装在壳体内腔中的氧气过滤水箱，氢气过滤水箱，过滤装置，电源模组，与电源模组连接的集成电路模组，分别与集成电路模组连接的氢燃料电池、水泵、控制面板和风扇；
所述的氢燃料电池的电解槽内腔由质子分离膜分隔为阳极室和阴极室，且质子分离膜两侧分别依次设有催化层和扩散层；阳极室内设有能够通电的正极，且槽壁上开设有进水口、氧气与水汽出口；阴极室内设有能够通电的负极，且槽壁上开设有氢气与水汽出口；
所述的氧气过滤水箱的水箱上盖设有进水孔和出氧气孔，水箱体底面设有进氧气与水汽孔和出水孔；所述的氢气过滤水箱的水箱体底面设有进氢气与水汽孔，水箱上盖设有出氢气孔；
注水管连接氧气过滤水箱的进水孔，氧气过滤水箱的出水孔通过输送管经水泵、过滤装置连接阳极室的进水口，阴极室的氢气与水汽出口通过输送管连接氢气过滤水箱的进氢气与水汽孔，氢气过滤水箱的出氢气孔通过输气管连接氢气输出口，阳极室的氧气与水汽出口通过输送管连接氧气过滤水箱的进氧气与水汽孔，氧气过滤水箱的出氧气孔通过输气管连接氧气输出口；
所述的氧气、氢气过滤水箱的水箱体和水箱上盖分别连接为复合水箱体和复合水箱上盖，组成复合式水箱；该复合水箱体的内箱壁上设有向壁外凸出的防波柱，该复合水箱体的内底面设有连通氧气过滤水箱体、氢气过滤水箱体的水密仓，且水密仓设有排水孔；该复合水箱上盖底面设有凝水防波鳍片，出氧气孔和出氢气孔处各设有一个凸出于顶面的顶部凝水防波仓；
还包括集水盒，该集水盒包括集水盒体，集水盒上盖，安装在集水盒上盖顶面的集水盒胶盖，以及分别连通集水盒上盖两个侧面的集水盒进气管和集水盒出气管；所述的集水盒上盖内底面设有集水盒凝水栅，所述的集水盒上盖、集水盒体的内腔中分别设有能够对接的上、下增压导气仓，且集水盒进气管连通上增压导气仓，下增压导气仓侧壁开设有与集水盒体内腔连通的集水盒出气孔；所述的氢气过滤水箱的出氢气孔连接集水盒进气管，集水盒出气管连接氢气输出口。
2.根据权利要求1所述的一种超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备，其特征在于，所述的过滤装置采用净水滤芯。
3.根据权利要求1所述的一种超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备，其特征在于，还包括倾斜传感器，分别与集成电路模组和电源模组连接。
4.根据权利要求1所述的一种超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备，其特征在于，还包括燃料电池前段液位传感器，与集成电路模组连接，安装在氢燃料电池电解槽的外槽面上。
5.根据权利要求1所述的一种超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备，其特征在于，还包括高点非接触式水位传感器、低点非接触式水位传感器，与集成电路模组连接，安装在复合式水箱的外箱壁上。
6.根据权利要求1所述的一种超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备，其特征在于，还包括温度传感器，与集成电路模组连接，安装在水泵与过滤装置连接的输送管内。
7.根据权利要求1所述的一种超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备，其特征在于，还包括两个TDS水质传感器，均与集成电路模组连接，分别安装在过滤装置与阳极室进水口连接的输送管内，以及水泵与氧气过滤水箱连接的输送管内。
8.根据权利要求1所述的一种超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备，其特征在于，还包括气压传感器，与集成电路模组连接，安装在氢气过滤水箱的出氢气孔与集水盒连接的输气管内。 说明书 : 一种超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备技术领域[0001] 本发明涉及一种超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备，用于通过电化学反应的方式制造超纯度氢气，属于电化学氢气制造行业。背景技术[0002] 氢气是一种天然抗氧化剂，由于富氢水中的氢分子很细微，能快速的渗透细胞，中和人体的“健康杀手”氧自由基，最后生成水排除体外，并且氢气有具有超过维生素C、胡萝卜、卵磷脂等所有人类已知抗氧化物，对过敏性皮炎、便秘、高血压、癌症等自由基引起的各类症状都有强大的防治作用，经常吸氢能促进新陈代谢，使每个细胞都能自动保持健康的状态，去除体锈，延缓衰老，故而家用吸氢机越来越受到消费者的青睐。[0003] 目前，家用吸氢机普遍采用电化学方法制造氢气，将金属正极与负极同至于水中，通过给金属电极上电来对水进行电解，从而实现氢气的制取。但是，上述设备存在以下技术问题：1、电解炼制的氢气和氧气无法完全分离，造成氢气与氧气存在一定比例的混合现象；2、正、负两个电极在电解水的过程中存在电极崩解的现象，所崩解的金属物质混合于输出的含一定湿度的氢气或氧气以及水体中；3、电解炼制的氢气、氧气以及被电解的水体内存在持续增加浓度的重金属物质；4、氢气和氧气输出的过程中夹带大量的水汽，长时间使用易出现管线积水的情况，继而出现积水通过气体输送管线进入消费者鼻腔的情况，易对消费者造成不适和甚至造成安全事故。[0004] 故而亟待研发出一种水电解制取氢气的设备，以制取超纯氢气供消费者使用。发明内容[0005] 针对上述现存的技术问题，本发明提供一种超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备，以通过电化学反应的方式制取纯度更高的氢气和氧气。[0006] 为实现上述目的，本发明提供一种超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备，包括壳体，以及安装在壳体内腔中的氧气过滤水箱，氢气过滤水箱，过滤装置，电源模组，与电源模组连接的集成电路模组，分别与集成电路模组连接的氢燃料电池、水泵、控制面板和风扇；[0007] 所述的氢燃料电池的电解槽内腔由质子分离膜分隔为阳极室和阴极室，且质子分离膜两侧分别依次设有催化层和扩散层；阳极室内设有能够通电的正极，且槽壁上开设有进水口、氧气与水汽出口；阴极室内设有能够通电的负极，且槽壁上开设有氢气与水汽出口；[0008] 所述的氧气过滤水箱的水箱上盖设有进水孔和出氧气孔，水箱体底面设有进氧气与水汽孔和出水孔；所述的氢气过滤水箱的水箱体底面设有进氢气与水汽孔，水箱上盖设有出氢气孔；[0009] 注水管连接氧气过滤水箱的进水孔，氧气过滤水箱的出水孔通过输送管经水泵、过滤装置连接阳极室的进水口，阴极室的氢气与水汽出口通过输送管连接氢气过滤水箱的进氢气与水汽孔，氢气过滤水箱的出氢气孔通过输气管连接氢气输出口，阳极室的氧气与水汽出口通过输送管连接氧气过滤水箱的进氧气与水汽孔，氧气过滤水箱的出氧气孔通过输气管连接氧气输出口。[0010] 上述技术方案中，首先，采用滤芯对进入氢燃料电池的水体进行持续过滤，能够保障参与电化学反应的水的纯度，降低了电化学反应过程中的杂质堆积量，最终为本系统的累计工作寿命长和稳定工作提供了技术保障。[0011] 其次，氢燃料电池制得的氢气和氧气先分别回流至氢气过滤水箱和氧气过滤水箱，再向外输出，一方面，利用两个过滤水箱和系统供水回路管线的物理降温能力，在不增加材料成本的情况下，快速降低了氢气和氧气的温度；另一方面，以两个过滤水箱内的水为介质，将电化学反应过程中“氢燃料电池”所释放的极微量的非气体物质滞留于水体中，使得无对人体有害的物质进入反应生成的气体中，同时提高了氢气和氧气的纯度，制得的氢气和氧气均为超纯度气体（纯度≥99.999%）。[0012] 再者，将所有部件放置在系统壳体内，实现了制取超纯氢气和氧气设备的小型化，方便了用户的操作和携带。[0013] 此外，采用电压采样、电流采样、TDS水质监测、温度监测的集成电路与控制系统设计，能够实时掌握系统重要部件的性能状态，提升了产品的维护效率，降低了售后维护成本。[0014] 进一步，所述的氧气、氢气过滤水箱的水箱体和水箱上盖分别连接为复合水箱体和复合水箱上盖，组成复合式水箱；该复合水箱体的内箱壁上设有向壁外凸出的防波柱，该复合水箱体的内底面设有连通氧气过滤水箱体、氢气过滤水箱体的水密仓，且水密仓设有排水孔；该复合水箱上盖底面设有凝水防波鳍片，出氧气孔和出氢气孔处各设有一个凸出于顶面的顶部凝水防波仓。[0015] 上述技术方案中，复合式水箱内部采用大面积褶皱和凸出部设计，提升了复合式水箱对气体内所含水分的收集，降低了输出气体的水分含量及气体送出过程中的波动性，提高了用户使用的舒适度。复合式水箱仓体底部采用连通的“水密舱”设计，实现了氢气过滤水箱和氧气过滤水箱两个箱体内水体的最大利用率，以及通过上述两个箱体内的气体的绝对阻隔。[0016] 进一步，本发明还包括集水盒，该集水盒包括集水盒体，集水盒上盖，安装在集水盒上盖顶面的集水盒胶盖，以及分别连通集水盒上盖两个侧面的集水盒进气管和集水盒出气管；所述的集水盒上盖内底面设有集水盒凝水栅，所述的集水盒上盖、集水盒体的内腔中分别设有能够对接的上、下增压导气仓，且集水盒进气管连通上增压导气仓，下增压导气仓侧壁开设有与集水盒体内腔连通的集水盒出气孔；所述的氢气过滤水箱的出氢气孔连接集水盒进气管，集水盒出气管连接氢气输出口。[0017] 上述技术方案中，在氢气过滤水箱的出氢气孔后端设置“集水盒”，提升对气体内所含水分的收集，降低了输出气体的水分含量，提高了用户使用的舒适度。而氧气不需要进行集水盒过滤，因为单位体积的水经过电化学反应后产生的氢气和氧气的体积比约为2:1，且氧气过滤水箱的容积远大于氢气过滤水箱，所输出氧气的含水量已经符合使用需要。[0018] 进一步，所述的过滤装置采用净水滤芯，如RO反渗透纯水机滤芯。[0019] 上述技术方案中，在供水回路中采用纳米级过滤能力的滤芯，将系统内的物质进行持续过滤，以持续保证进入氢燃料电池内的水的高纯度，从而降低水中矿物质对电化学反应装置长期附着所带来的工作效率及寿命方面的不良影响，且使得电化学反应装置易于维护与零部件更换。[0020] 进一步，本发明还包括倾斜传感器，分别与集成电路模组和电源模组连接，用于检测机体在使用过程中是否水平摆放，如机体出现较大角度的倾斜时就会触发倾斜传感器，系统自动进行强制下电的应急处理。[0021] 上述技术方案中，采用设备倾斜断电保护的集成控制设计，保障设备在大倾斜角度偏倒的状态下系统自动进行强制下电的应急处理，提高了对设备和用户的安全保护。[0022] 进一步，本发明还包括燃料电池前段液位传感器，与集成电路模组连接，安装在氢燃料电池电解槽的外槽面上。[0023] 上述技术方案中，采用三端式非接触式水位传感器，对氢燃料电池的进水点前端进行实时的水位监测和提示，杜绝了氢燃料电池在没有得到水输入的情况下上电工作，避免了干烧现象的发生。[0024] 进一步，本发明还包括高点非接触式水位传感器、低点非接触式水位传感器，与集成电路模组连接，安装在复合式水箱外箱壁上。[0025] 上述技术方案中，采用三端式非接触式水位传感器，分别对复合式水箱水位的高点、低点进行实时的水位监测和提示，以对箱体内水位的高点和低点临界水位做示警。[0026] 进一步，本发明还包括温度传感器，与集成电路模组连接，安装在水泵与过滤装置连接的输送管内。[0027] 上述技术方案中，采用温度传感数字化集成控制设计，对系统试行实时的温度保护监测和提示，避免了系统在过低温度和过高温度下的强制工作，保障了系统和用户的安全。[0028] 进一步，本发明还包括两个TDS水质传感器，均与集成电路模组连接，分别安装在过滤装置与阳极室进水口相连的输送管内，以及水泵与氧气过滤水箱连接的输送管内。[0029] 上述技术方案中，采用水质监测传感数字化集成控制设计，对设备的多端水质进行实时监测和提示，增加了系统维护的直观性，降低了因长期水质不良对系统带来损害的几率。[0030] 进一步，本发明还包括气压传感器，与集成电路模组连接，安装在氢气过滤水箱的出氢气孔与集水盒连接的输气管内。[0031] 上述技术方案中，采用气压监测传感数字化集成控制设计，对设备气体输送管线进行实时的气体压力监测，在输气管异常气压情况下对系统进行实时保护，从而实现对设备和用户的安全保护。[0032] 相比现有技术，本发明的技术优势在于：[0033] 1、采用反渗透超纯水过滤的滤芯对进入氢燃料电池的水体进行持续过滤，能够保障参与电化学反应的水的纯度，降低电化学反应过程中的杂质堆积量，为本系统的累计工作寿命长和稳定工作提供了技术保障。[0034] 2、制得的氢气与氧气能够实现完全剥离，分别采用独立的氢气过滤水箱和氧气过滤水箱收集，并采用水体透过技术再次降低输出气体的金属物质残余，使得输出的氢气和氧气为超纯气体，纯度达到≥99.999%。[0035] 3、复合式水箱增加了气、水汽与箱体的接触面积，提升了气、水汽的降温效率，降低了输出气体的湿度以及输出气体的波动幅度。[0036] 4、采用集成电路与控制系统设计，能够实时掌握系统重要部件的性能状态，提升了产品的维护效率，降低了售后维护成本。[0037] 5、累计工作寿命长，可额定功率累计工作时长远大于碳、钛、铁为电极的发生装置。附图说明[0038] 图1为本发明的结构分解图一；[0039] 图2为本发明的结构分解图二；[0040] 图3为本发明的原理框图；[0041] 图4为本发明中氢燃料电池的反应原理图；[0042] 图5为本发明中氢燃料电池的结构示意图；[0043] 图6为本发明中复合水箱的结构示意图；[0044] 图7为本发明中复合水箱的结构分解图；[0045] 图8为本发明中复合水箱体的结构示意图；[0046] 图9为本发明中集水盒的结构示意图；[0047] 图10为本发明中集水盒的结构分解图一；[0048] 图11为本发明中集水盒的结构分解图二；[0049] 图中：1、注水仓盖，2、左侧外壳，3、注水槽，4、中框，5、前装饰片，6、前面板支架，7、传感器集成控制电路板，8、倾倒传感器，9、集成模块，10、气压传感器，11、数码显示管，12、集成电路模组，13、氢气输送管一，14、前面板镜片，15、副散热风扇，16、集水盒，17、指示灯集成电路，18、DC‑DC电源模块，19、音箱，20、集水盒仓门，21、后壳，22、主散热风扇，23、电源插座，24、电源开关，25、水仓盖霍尔开关磁铁，26、水仓盖霍尔传感器，27、后仓门，28、后仓门霍尔开关磁铁，29、后仓门霍尔传感器，30、复合式水箱，31、高点非接触式水位传感器，32、水箱到滤水器输水管，33、低点非接触式水位传感器，34、TDS水质传感器一，35、温度传感器，36、水泵，37、排水管，38、AC‑DC电源模块，39、右侧外壳，40、注水管，41、氢气输送管二，42、氢水气输送管，43、滤芯到电解槽的水管，44、燃料电池前段液位传感器，45、氢燃料电池，46、过滤装置，47、TDS水质传感器二，301、出氢气孔，302、进水孔，303、出氧气孔，304、顶部凝水防波仓，305、高水位液位传感器位，306、低水位液位传感器位，307、复合水箱上盖，308、凝水防波鳍片，309、复合密封圈，310、复合水箱体，311、进氢气与水汽孔，312、出水孔，313、进氧气与水汽孔，314、排水孔，315、水密仓，316、防波柱，161、集水盒胶盖，162、集水盒上盖，163、集水盒体，164、集水盒出气管，165、集水盒凝水栅，166、集水盒进气管，1671、上增压导气仓，1672、下增压导气仓，168、集水盒出气孔。具体实施方式[0050] 下面结合附图对本发明作进一步说明。[0051] 如图1‑4所示，本发明超纯氢气和超纯氧气的电化学制取设备，包括壳体，以及安装在壳体内腔中的氧气过滤水箱，氢气过滤水箱，过滤装置46，电源模组，与电源模组连接的集成电路模组12，分别与集成电路模组12连接的氢燃料电池45、水泵36、各个传感器、控制面板、风扇、音箱19和指示灯。主要部件的技术要求介绍如下。[0052] 如图5所示，本发明氢燃料电池45的电解槽内腔由质子分离膜分隔为阳极室和阴极室，且质子分离膜两侧分别依次设有催化层和扩散层；阳极室内设有能够通电的正极，且槽壁上开设有进水口、氧气与水汽出口；阴极室内设有能够通电的负极，且槽壁上开设有氢气与水汽出口。氢燃料电池45的化学方程式为： ，采以用钯、铂、钌等惰性金属的化合物为催化剂，结合质子交换膜与电极，进行水的电化学制氢气和氧气反应。并且，本氢燃料电池45电化学反应制氢法采用的催化材料的惰性特性强于普通电极电解制氢法采用的铜、不锈钢、钛、碳等类电极材料的惰性，为本系统的累计工作寿命长和稳定工作提供了技术保障。[0053] 如图3、4所示，本发明的氧气过滤水箱，氢气过滤水箱采用“低点进气、高点排气”的“烟囱效应”为设计理念。具体的，氧气过滤水箱的水箱上盖设有进水孔302和出氧气孔303，水箱体底面设有进氧气与水汽孔313和出水孔312；氢气过滤水箱的水箱体底面设有进氢气与水汽孔311，水箱上盖设有出氢气孔301。并且，注水管40经氧气过滤水箱的进水孔302和出水孔312、水泵36、过滤装置46连接阳极室的进水口；阴极室的氢气与水汽出口通过输送管连接氢气过滤水箱的进氢气与水汽孔311，出氢气孔301通过输气管经集水盒16连接氢气输出口，提升了对氢气内所含水分的收集，降低了输出气体的水分含量；阳极室的氧气与水汽出口通过输送管连接氧气过滤水箱的进氧气与水汽孔313，出氧气孔303通过输气管连接氧气输出口。[0054] 如图6‑8所示，本发明另一个实施例中，氧气过滤水箱、氢气过滤水箱两者连接为一体，即两者的水箱体、水箱上盖和密封圈分别连接为一体，组成复合式水箱30。该复合式水箱30包括复合水箱体310，复合水箱上盖307和安装在两者之间的复合密封圈309，并且该复合水箱体310内腔通过一个中间隔板分隔为两个容腔，实现氧气过滤水箱体和氢气过滤水箱体的空间和功能的独立。如图6所示，该复合水箱上盖307用作氧气过滤水箱的顶面设有一个进水孔302、一个带出氧气孔303且凸出顶面的顶部凝水防波仓304，该复合水箱上盖307用作氢气过滤水箱的顶面设有一个带出氢气孔301且凸出顶面的顶部凝水防波仓304。如图7所示，该复合水箱上盖307底面布满了凝水防波鳍片308。如图7、8所示，该复合水箱体310用作氧气过滤水箱体的底面设有进氧气与水汽孔313和出水孔312，该复合式水箱30用作氢气过滤水箱体的底面设有进氢气与水汽孔311和排水孔314。复合水箱体310的内底面设有连通氧气过滤水箱体和氢气过滤水箱体的水密仓315，且水密仓315设有排水孔314。复合水箱体310的内箱壁上，包括水箱体的四个面的内侧壁和中间隔板两侧壁上设有多个向壁外凸出的半圆柱形的防波柱316。如图6、7所示，该复合水箱体310的外箱壁上设有低水位液位传感器位306和高水位液位传感器位305。[0055] 如图4所示，本发明的过滤装置46采用的是RO滤芯，图中箭头所指示方向为水与气体的运动方向，向氧气过滤水箱注水后，通过水泵36增压推进液体自氧气过滤水箱经滤芯进入氢燃料电池45电解槽进行电化学反应，产生的气体和为反应的水回流至氧气过滤水箱，再经过水泵36的作用持续完成滤芯对系统内水的过滤。本发明采用反渗透超纯水过滤的滤芯对进入氢燃料电池45的水体进行持续过滤，具有如下作用：一方面，保障了参与电化学反应的水的纯度，使得进入电解槽的水远低于国标50TDS，纯净度远高于国家标准，且系统内的水始终保持高度纯净；另一方面，由于水质纯度的高低直接影响氢燃料电池45电化学反应制氢程中水体内杂质沉积量的大小，保障参与电化学反应的水的纯度便能够降低电化学反应过程中的杂质堆积量，进而保障了电解槽的持续稳定工作，最终为本系统的累计工作寿命长和稳定工作提供了技术保障。[0056] 如图9‑11所示，集水盒16包括集水盒体163，集水盒上盖162，安装在集水盒上盖162顶面的集水盒胶盖161，以及分别连通集水盒上盖162两个侧面的集水盒进气管166和集水盒出气管164；所述的集水盒上盖162内底面设有集水盒凝水栅165，所述的集水盒上盖、集水盒体163的内腔中分别设有能够对接的上、下增压导气仓1671、1672，且集水盒进气管166连通上增压导气仓1671，下增压导气仓1672侧壁开设有与集水盒体163内腔连通的集水盒出气孔168；所述的氢气过滤水箱的出氢气孔301连接集水盒进气管166，集水盒出气管164连接氢气输出口。[0057] 如图1‑4所示，本发明的传感器用于监测机体摆放平稳度、水位、水质、温度、气压、仓室开/闭、滤芯寿命状态、氢燃料电池45寿命状态等，包括分别连接集成电路板9的1个倾斜传感器、3个液位传感器、2个TDS传感器、1个温度传感器35、1个气压传感器、1个水仓盖霍尔传感器26、1个后仓门霍尔传感器29。其中：倾斜传感器分别与集成电路模组12和电源模组连接，保障设备在大倾斜角度偏倒的状态下系统自动进行强制下电的应急处理。复合式水箱30外箱壁上安装高点非接触式水位传感器31、低点非接触式水位传感器33，受集成电路模组12控制，分别对复合式水箱30水位的高点、低点进行实时的水位监测和提示。氢燃料电池45电解槽的外槽面上安装燃料电池前段液位传感器，受集成电路模组12控制，对氢燃料电池45的进水点前端进行实时的水位监测和提示。过滤装置46与阳极室进水口相连的输水管内以及水泵36与氧气过滤水箱连接的输水管内分别安装TDS水质传感器一、二34、47，受集成电路模组12控制，对设备的多端水质进行实时监测和提示。水泵36与过滤装置46连接的输水管内安装温度传感器35，受集成电路模组12控制，对系统试行实时的温度保护监测和提示。氢气过滤水箱的出氢气孔301与集水盒16连接的输气管内安装气压传感器，受集成电路模组12控制，对设备气体输送管线进行实时的气体压力监测。机壳内安装水仓盖霍尔传感器26、后仓门霍尔传感器29，分别用于检测机壳的水仓盖和后仓门27的开/闭。[0058] 本发明的控制面板包括数码显示管，并采用了电容式内嵌非直接接触按键设计，提升了产品的防水防尘性，避免了因使用机械式开关而带来的机械老化等使用寿命的问题，提升了用户体验感。本发明的指示灯包括指示灯集成电路17，位于控制面板之中，用于配合控制面板指示设备当前所处工作状态。控制面板具有以下功能：1、水质提示：本设备对所注入水的水质有品质要求，如所注入水的TDS值高于设计标准值，控制面板将呈现红色数值显示；2、使用时间：显示设备本次开机的累计使用时间和“定时”模式下的剩余使用时间；3、定时时间加键：设备处于“定时”模式之下对所需要使用时间的增加，每触控一次增加使用时长为30分钟；4、定时时间减键：设备处于“定时”模式之下对所需要使用时间的减少，每触控一次减少使用时长为30分钟；5、开始/停止键：触控一次设备进入氢气生成模式或设备停止制氢模式；6、定时键：触控一次设备进入或退出“定时”模式；7、滤芯提示复位键：设备对滤芯过滤效果进行异常警示后，手动取消异常警示的复位按键，设备在每次重启后再次进行异常提示。[0059] 本发明的风扇包括主散热风扇22、副散热风扇15，并形成一个主动式强排热散热风道，有利于设备的温度调节。其中：主散热风扇22的主要职能是将系统内部的所有热量排出，副散热风扇15的主要职能是对系统内部发热量较大的氢燃料电池45、DC‑DC电源模块18、AC‑DC电源，以及储热较多的复合式水箱30进行辅助扇热。并且，主、副散热风扇22、15的进气端采用内置粉尘过滤装置，有利于保持机体内部的清洁度，以及用户自行快速的清洁。[0060] 本发明的音箱19采用独立腔体作为系统音频提示的发生单元，所播放的音频内容失真小、升压大、灵敏度高、听感更好，提升了用户体验和产品科技感。[0061] 本设备装配时，如图1‑2所示，左侧外壳2、中框4、右侧外壳39和后壳21组装成设备壳体。中框4的顶面开设注水槽3，注水槽3上盖装有可开合的注水仓盖1，注水仓盖1内侧面安装有水仓盖霍尔开关磁铁25，与注水仓盖1位置对应的中框4内侧面安装有水仓盖霍尔传感器26，通过对活动的注水仓盖1采用“霍尔传感器”传感数字化集成控制设计，进行注水仓盖1开启和闭合状态的监测，以对系统进行功能的自动控制，实现对设备和用户的安全保护。中框4正面上部安装有前装饰片5，下部安装集水盒仓门20，中部安装前面板支架6，且前面板支架6内安装与集成控制电路板7连接的数码显示管11、指示灯集成电路17，其上盖装前面板镜片14。[0062] 中框4内腔安装有复合式水箱30、水泵36、过滤装置46、氢燃料电池45、集水盒16、音箱19、主散热风扇22、副散热风扇15、DC‑DC电源模块18、AC‑DC电源模块38、集成电路模组12、传感器集成控制电路板7、集成模块9，以及各个传感器。注水槽3通过注水管40连接复合式水箱30的顶面进水孔302，复合式水箱30的出水孔312经水箱到滤水器输水管32依次连接水泵36和过滤装置46，过滤装置46经滤芯到电解槽的水管43连接氢燃料电池45，氢燃料电池45经氢水气输送管42连接复合式水箱30的进氢气与水汽孔311，复合式水箱30的出氢气孔301经氢气输送管一、二13、41连接集水盒16，集水盒16连接氢气输出口，复合式水箱30的排水孔314连接排水管37，排水管37上安装排水堵头，且集水盒16与集水盒仓门20位置对应，排水管37与后仓门27位置对应，方便取放操作。[0063] 倾倒传感器8安装在传感器集成控制电路板7上，传感器集成控制电路板7安装在集成模块9的对应制定区域上。高点非接触式水位传感器31、低点非接触式水位传感器33的控制电路和软件在传感器集成控制板7上，采集端分别位于复合式水箱30的外箱壁上的高水位液位传感器位、低水位液位传感器位305、306。燃料电池前段液位传感器44的控制端电路和软件在传感器集成控制板7上，采集端安装在氢燃料电池45电解槽的外槽面上，对氢燃料电池45的进水点前端进行实时的水位监测和提示。TDS水质传感器一、二34、47的控制端电路和软件在传感器集成控制板7上，采集端分别位于滤芯的进水前端和出水后端，用于监测复合式水箱30内水的质情况以及滤芯过滤后的水质情况。温度传感器35采集端安装在水箱到滤水器输水管32内，对系统试行实时的温度保护监测和提示。气压传感器10的控制端电路和软件在传感器集成控制板7上，采集端位于氢气输送管一、二13、41之间。[0064] 后壳21上部开设有对应主散热风扇22的散热风道，安装有电源插座23和电源开关24，AC‑DC电源模块38经电源开关24连接电源插座23。后壳21下部安装有可开合的后仓门27，后仓门27的内侧面上安装有后仓门霍尔开关磁铁28，与后仓门27位置对应的后壳21的内侧面安装有后仓门霍尔传感器29，以监测后仓门27的开启和闭合状态，实现对设备和用户的安全保护。[0065] 本发明工作时，如图4所示，水经氧气过滤水箱的进水孔302和出水孔312、水泵36、过滤装置46、阳极室的进水口进入氢燃料电池45的阳极室，进行水的电化学制氢气和氧气反应。反应制得的氢气与水汽经阴极室的氢气与水汽出口、氢气过滤水箱的进氢气与水汽孔311进入氢气过滤水箱进行过滤除水，过滤所得的氢气自氢气过滤水箱的出氢气孔301进入集水盒16再次除水，最后从氢气输出口输出高纯度氢气。反应制得的氧气与水汽经阳极室的氧气与水汽出口、氧气过滤水箱的进氧气与水汽孔313进入氧气过滤水箱进行过滤除水，最后从氧气输出口输出高纯度氧气，同时氧气过滤水箱内的水持续经过水泵36、过滤装置46进入氢燃料电池45的阳极室，继续进行水的电化学制氢气和氧气的反应。并且，本发明各个输水管采用排水快接接口设计，有利于简便快速对系统内储水和输水管线进行清洁。[0066] 如图3所示，本发明采用“电压采样”、“电流采样”的集成电路与控制系统设计，集成电路板9内置有AD采样算法，并与DC‑DC电源模块18存在信号通讯，集成电路板9在获取DC‑DC电源模块18的工作电流及电压现状后，经内部算法计算得知氢燃料电池45的当前状态以对DC‑DC电源模块18进行控制，进而实现对氢燃料电池45的控制。具体来说，通过调节前端电源电流功率输出的方式实现“氢燃料电池45”电化学氢气和氧气生成量稳定可控。由于氢燃料电池45内材料已为预设，即材料内阻特性已经预设，在使用过程中，电极由于催化剂的作用会持续的老化，其物理表现为内阻增大，并且参与电化学反应的水均为经滤芯进行杂质过滤的阻抗值稳定的超纯净水，在此环境下，每消耗1A电流可产生约7.5ml氢气和约3.75ml的氧气，产生氢气和氧气的多少于系统所提供的电源电流量大小呈正比。本氢燃料电池45的供电电源采用可调节式恒流恒压电源，当氢燃料内阻增大时，电流处于恒定状态，保障了系统氢气和氧气产生量的稳定。[0067] 本发明的适用环境要求：场所：室内；电源：AC220V50Hz300Wmax；温度：5℃‑45℃；湿度：≤90%；海拔:＜1000m；注水水质：纯净水或蒸馏水，使用者实际操作步骤和注意事项如下：[0068] 1、连接电源：通过插上AC电源线接通外部电源，拔下船形开关到“1”，设备开始工作，控制面板显示、风扇转动及集水盒16蓝灯常亮，并同时伴随开机语音提示。[0069] 2、添加纯净水：推开设备的顶部注水仓盖1，往注水槽3内加注适量的纯净水或蒸馏水。注意：本设备内置复合式水箱30的总容量为1500ml，请注意注水过程中的满水提示音，并在提示音响起后停止继续加水，以免多余的水溢出。[0070] 3、查看集水盒16：集水盒16为收集使用过程中富含氢的水汽的装置，须在水位到达集水盒16最大值之前将盒内的水清除。[0071] 4、启动制氢：关上注水仓盖1和后仓门27，点按控制面板上的红色“启动/停止”键，红色灯转为蓝色呼吸灯，下面集水盒16也由蓝色常亮灯转为呼吸灯，10S后集水盒16中的水开始产生气泡，设备制氢启动工作完成。[0072] 5、定时设定：点按控制面板左下角“定时”键，亮起白灯，“启动/停止”键亮红灯暂停状态；控制面板上面显示“000200”，即2小时（初始值为2H），通过“+”、“‑”键每次30分钟加减设定，再点按“启动/停止”键启动设备，时间会随着使用时间逐渐减少；按下“定时”，白色灯灭则表示取消时间设定。[0073] 6、吸氢操作：在集水盒16的氢气输出口上插上鼻吸管，把鼻吸管的吸气口插入鼻孔即可吸氢。使用时请确保远离明火，以免发生火灾。[0074] 7、排水操作:当需要排出设备内部的水体时，打开后仓门27，然后拔出排水管37上的排水堵头，待排水完毕后请重新插回排水堵头，以免影响正常使用。[0075] 8、更换滤芯：[0076] 8.1、更换滤芯时，打开后仓门27，手握滤芯下端并向上斜抬15°。长期使用时滤芯的表面接触温度为40℃‑50℃，更换滤芯和排水时注意高温，防止烫伤。[0077] 8.2、手握滤芯下端并逆时针方向旋转半圈，将滤芯取出。注意：滤芯取出时会有大量的水排出，更换滤芯后须将溢出的水清理干净，以保证设备在正常的干燥环境下工作。长期使用时，滤芯的表面接触温度为40℃‑50℃，更换滤芯和排水时注意高温，防止烫伤；[0078] 8.3、关闭后仓门27：收回排水管37和滤芯，将后仓门27轻轻往回关闭，听到一声“咔”的轻响时为仓门栓扣合的声音。[0079] 综上，本发明能够实时掌握系统重要部件的性能状态，提升产品的维护效率，降低售后维护成本，并采用电子内容显示、灯光提示、音频提示的综合控制提示设计，提高用户对设备及设备工作状态信息的直观获取及用户体验感。

专利地区：广东

专利申请日期：2019-05-14

专利公开日期：2024-09-03

专利公告号：CN109957812B