本實用新型涉及一種可同時產(chǎn)生氧氣、超純活性水和富氫水的多功能裝置及其制造方法，特別是涉及一種可同時產(chǎn)生氧氣、超純活性水和富氫水的多功能裝置。

背景技術(shù)：

輕便型的氧氣產(chǎn)生裝置具有十分廣泛的用途，以家用吸氧機為例，隨著人民生活水平的提高和社會老齡化的到來，家庭用吸氧機以其簡便快捷受到了越來越多的家庭的歡迎。已成為重要的健康設(shè)備。

目前制氧機的制氧技術(shù)主要包括變壓吸附（PSA）分子篩吸附分離制氧、膜分離富氧、化學藥劑制氧、電解水制氧等；由于化學藥劑制氧的成本高、產(chǎn)生廢氣污染物，膜分離富氧設(shè)備成本高、氧氣濃度不高等問題；目前家庭制氧機應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)為變壓吸附（PSA）分子篩吸附分離制氧。

變壓吸附分子篩分離制氧技術(shù)是一種物理分離富集制氧技術(shù)，利用分子篩對于氧氣和氮氣的吸附能力的差別實現(xiàn)對氧的分離及富集。優(yōu)點是無需使用純凈水等，但是存在如下缺點：（1）需要使用無油空氣壓縮機，導(dǎo)致制氧能耗高和會在家庭產(chǎn)生噪音；（2）分子篩使用一段時間后會逐漸失去活性，需要更換；（3）生產(chǎn)的氧氣不是純凈氧氣，而是含有一定量氮氣的富氧氣體；（3）系統(tǒng)較為負載，導(dǎo)致其成本高和維護難度大；

電解水制氧技術(shù)是一種十分先進的制備高純度氧氣的技術(shù)，具有無噪音、低成本、低能耗、氧氣純度高、使用壽命長等重要優(yōu)點，但是由于其同時產(chǎn)生的易燃易爆的氫氣的問題一直不能得到很好的解決，因此，電解水制氧機一直無法進入家庭作為家用吸氧機使用。

采用氫氣和氧氣直接反應(yīng)生產(chǎn)的水被證明具有很低的締合度和很高的滲透性，可以很容易穿透細胞壁對細胞補水，具有很高保健和美容價值，是一種高純度的活性水。長期以來，由于其制造的高成本，因此，活性水僅僅在少數(shù)人群中得到了使用。同時，近年來人們發(fā)現(xiàn)了富氫水對于人類健康的重要價值。

針對目前的家用制氧技術(shù)存在的這樣或者那樣的問題，本實用新型提出了一種多功能的可同時產(chǎn)生多種具有重要物質(zhì)的裝置及其制備方法；在電解制備高純氧氣的同時，利用電解產(chǎn)生的氫氣產(chǎn)生富氫水和超高純活性水，不但解決了長期以來困擾家用電解水制氧機發(fā)展的產(chǎn)生易燃易爆氫氣的問題，還同時產(chǎn)生了高價值的活性水和富氫水。更為重要的時，本設(shè)備可根據(jù)需要為用戶提高高純氧氣、高純氫氣、活性水、富氫水等的一種或者同時提供幾種，除了可用于家庭吸氧等健康用途之外，還可廣泛應(yīng)用于其它場合。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本實用新型所要解決的技術(shù)問題：通過將活性水生成器、富氫水生成器與電解水器、氧氣濕度調(diào)節(jié)器耦合在一起的方式，提供一種同時產(chǎn)生高純度氧氣、超高純活性水、富氫水、以及高純氫氣的方法。

本實用新型提供一種技術(shù)方案，在電解水產(chǎn)生高純氧氣的同時，使產(chǎn)生的具有易燃易爆傾向的氫氣經(jīng)過富氫水生成器生產(chǎn)富氫水，進一步通過超高純活性水生成器生成超高純活性水，實現(xiàn)可同時高效地產(chǎn)生多種產(chǎn)品。

本實用新型目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種可同時產(chǎn)生氧氣、超純活性水和富氫水的多功能裝置，包括純水電解池3、富氫水生成器、空氣泵、活性水生成器、氧氣濕度調(diào)節(jié)器、活性水儲罐、氫氣導(dǎo)出管、氫氣導(dǎo)入管和催化床層；

所述純水電解池的氧氣出口與氧氣濕度調(diào)節(jié)器連接；所述純水電解池的氫氣出口通過氫氣導(dǎo)入管與富氫水生成器連接；所述富氫水生成器與活性水生成器、活性水儲罐順次連接；所述活性水生成器還與空氣泵連接；所述氫氣導(dǎo)入管伸入富氫水生成器中的富氫水中，所述富氫水生成器通過氫氣導(dǎo)出管與活性水生成器連接；所述催化床層設(shè)置于活性水生成器內(nèi)部。

進一步地，還包括超聲發(fā)生器；所述超聲發(fā)生器設(shè)置于富氫水生成器內(nèi)部。

進一步地，還包括排氫口、富氫水出口、活性水出口、氧氣輸出接口和尾氣排放口；

所述排氫口和富氫水出口設(shè)置于富氫水生成器處；所述活性水儲罐上設(shè)置有活性水出口；所述氧氣濕度調(diào)節(jié)器上設(shè)置有氧氣輸出接口；所述活性水生成器上設(shè)置有尾氣排放口。

進一步地，還包括純水水箱和吸氧罩；所述純水水箱與電解池連接；所述吸氧罩與氧氣輸出接口連接。

進一步地，還包括電源及控制器；所述電源及控制器與純水水箱、純水電解池、氧氣濕度調(diào)節(jié)器分別連接。

進一步地，所述氧氣濕度調(diào)節(jié)器中包括水霧捕集器、冷卻翅片及加熱器；所述冷卻翅片設(shè)置于氧氣濕度調(diào)節(jié)器的氧氣入口處，所述水霧捕集器設(shè)置于氧氣濕度調(diào)節(jié)器內(nèi)部，與氧氣輸出接口連接；所述加熱器位于氧氣濕度調(diào)節(jié)器內(nèi)部；所述水霧捕集器為多孔材料或者具有多孔結(jié)構(gòu), 可將氧氣中多余的水霧捕集成為液體，使氣體中不會含有過多的水分；冷卻翅片主要是將從電解池出來的高溫氧氣冷卻到室溫，使得氧氣具有合適的溫度；加熱器則主要用于在寒冷天氣時給氧氣適度增濕。

進一步地，所述活性水生成器中填充有纖維狀填充催化劑、顆粒催化劑或者蜂窩陶瓷一體化催化劑材料，電解水產(chǎn)生的氫氣在催化劑的催化作用下與經(jīng)過過濾的空氣反應(yīng)，生成超純活性水；所述富氫水生成器中，通過超聲聲震動方式，使氫氣與水分子充分作用，生成含有活性氫氣1- 5%的富氫水，當使用活性水時，得到的即為富氫活性水。上述裝置中，其包含一個純水電解池，該電解池為可采用純水進行電解的固體電解質(zhì)高效電解池，其電解電壓可低至1.7V, 電解效率可達80%；其包含了一個氧氣濕度調(diào)節(jié)裝置，該裝置包含多孔材料，可使氧氣中的水蒸汽凝結(jié)分離出來；使氧氣保持合適的濕度；氧氣濕度過低時，則可以通過加熱的方式使得氧氣獲得增濕，其相對濕度可調(diào)節(jié)在1%到100%之間；包含了一個智能管理及控制系統(tǒng)，可有效低對整個系統(tǒng)實行智能化的管理。

一種可同時產(chǎn)生氧氣、超純活性水和富氫水的多功能裝置的使用方法，將純水導(dǎo)入純水電解池，通入直流電電解分解水，產(chǎn)生的氧氣導(dǎo)入氧氣濕度調(diào)節(jié)器，經(jīng)過調(diào)節(jié)濕度后，導(dǎo)出到氧氣輸出接口或者吸氧接口；電解產(chǎn)生的氫氣導(dǎo)入富氫水生成器、然后進入活性水生成器，同時通過空氣泵往活性水生成器泵入空氣，氫氣與空氣中的氧氣在催化劑的作用下生成高度活性的活性水；在有需要的情況下，直接將氫氣導(dǎo)出使用，裝置上裝有導(dǎo)出氫氣的備用接口。

上述方法，包括如下步驟：

（1）將水通入電解水器，在陰極和陽極加上電解電流，純水電解產(chǎn)生氧氣和氫氣；所述電解池為高效固體電解質(zhì)電解水器，所用固體電解質(zhì)為全氟磺酸樹脂膜，陰極由鉑沉積在固體電解質(zhì)的一面而形成，陽極是將鉑和銥的合金沉積在固體電解質(zhì)的另外一面而形成；所述鉑和銥的合金中，鉑和銥的摩爾比為0~10；

（2）從電解池導(dǎo)出的純凈氧氣進入氧氣濕度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)濕度，然后通過氧氣輸出接口d導(dǎo)出；氧氣濕度調(diào)節(jié)器包括多孔水捕集器，翅片冷卻器及加熱器；可實現(xiàn)對于氧氣的濕度的有效調(diào)節(jié)；

（3）電解池產(chǎn)生的氫氣將首先進入富氫水生成器，在超聲波的作用，氫氣與純凈水充分作用，生成含有氫氣1wt% – 5wt%的富氫水；

（4）從富氫水生成器導(dǎo)出的氫氣進入活性水生成器，與由空氣泵泵入的空氣混合，然后在催化劑作用下反應(yīng)生產(chǎn)高純活性水；活性水然后進入活性水儲罐，尾氣排出；活性水生成器中包括一個催化劑單元，該單元既為一體化的蜂窩陶瓷為載體的催化劑，也可以是顆粒狀、纖維狀載體負載的催化劑；所述催化劑的活性組分為Pt及其PtIr合金；Pt質(zhì)量載量通常為1-10%。

上述方法中，步驟（1）中，所述電解水使用的為純凈水或者去離子水，電解電壓為1.7 – 2.3V; 電解效率為50-80%；步驟（3）中，所述超聲頻率為 15 - 60KHz；所述催化劑為負載鉑催化劑， 所述載體包括堇青石蜂窩陶瓷、碳蜂窩陶瓷、氧化鋁纖維、氧化鋁顆?；蛱驾d體。

上述方法中，富氫水生成器中裝有固定頻率的超聲波發(fā)生器，超聲頻率為 10KHz?；钚运善髦械拇呋瘎樨撦d鉑催化劑，鉑的載量通常為1 – 10%， 所有載體包括堇青石蜂窩陶瓷，碳蜂窩陶瓷，氧化鋁纖維，氧化鋁顆粒，碳載體等等。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：

（1）電解效率高，能耗低，安靜無噪音；

（2）生產(chǎn)的氧氣純度高，濕度可根據(jù)需求調(diào)節(jié)；

（3）不排出具有易燃易爆傾向的氫氣，而是將氫氣轉(zhuǎn)化成為高價值的富氫水及活性水；

（4）可根據(jù)需要提供高純氧氣、高純氫氣、活性水、富氫水中的一種或者多種產(chǎn)品。

附圖說明

圖1為本實用新型一種可同時產(chǎn)生氧氣、超純活性水和富氫水的多功能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為富氫水生成器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為活性水生成器的示意圖；

圖4為濕度調(diào)節(jié)器的示意圖。

圖中各個部件如下：

純水水箱1、電源及控制器2、純水電解池3、富氫水生成器4、空氣泵5、活性水生成器6、氧氣濕度調(diào)節(jié)器7、活性水儲罐8、吸氧罩9、氫氣導(dǎo)出管10、氫氣導(dǎo)入管11、超聲發(fā)生器12、催化床層13、空氣泵14、排氫口a、富氫水出口b、活性水出口c、氧氣輸出接口d、冷卻翅片15、水霧捕集器16、加熱器17.

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作進一步地具體詳細描述，但本實用新型的實施方式不限于此，對于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進行。

本實用新型一種可同時產(chǎn)生氧氣、超純活性水和富氫水的多功能裝置，如圖1~圖4所示，包括純水電解池3、富氫水生成器4、空氣泵5、活性水生成器6、氧氣濕度調(diào)節(jié)器7、活性水儲罐8、氫氣導(dǎo)出管10、氫氣導(dǎo)入管11和催化床層13；所述純水電解池3的氧氣出口與氧氣濕度調(diào)節(jié)器7連接；所述純水電解池3的氫氣出口通過氫氣導(dǎo)入管11與富氫水生成器4連接；所述富氫水生成器4與活性水生成器6、活性水儲罐8順次連接；所述活性水生成器6還與空氣泵5連接；所述氫氣導(dǎo)入管11伸入富氫水生成器4中的富氫水中，所述富氫水生成器4通過氫氣導(dǎo)出管10與活性水生成器6連接；所述催化床層13設(shè)置于活性水生成器6內(nèi)部。還包括超聲發(fā)生器12；所述超聲發(fā)生器12設(shè)置于富氫水生成器4內(nèi)部。還包括排氫口a、富氫水出口b、活性水出口c、氧氣輸出接口d和尾氣排放口e；所述排氫口a和富氫水出口b設(shè)置于富氫水生成器4處；所述活性水儲罐8上設(shè)置有活性水出口c；所述氧氣濕度調(diào)節(jié)器7上設(shè)置有氧氣輸出接口d；所述活性水生成器6上設(shè)置有尾氣排放口e。還包括純水水箱1和吸氧罩9；所述純水水箱1與電解池3連接；所述吸氧罩9與氧氣輸出接口d連接。還包括電源及控制器2；所述電源及控制器2與純水水箱1、純水電解池3、氧氣濕度調(diào)節(jié)器7分別連接。所述氧氣濕度調(diào)節(jié)器7中包括水霧捕集器16、冷卻翅片15及加熱器17；所述冷卻翅片15設(shè)置于氧氣濕度調(diào)節(jié)器7的氧氣入口處，所述水霧捕集器16設(shè)置于氧氣濕度調(diào)節(jié)器7內(nèi)部，與氧氣輸出接口d連接；所述加熱器17位于氧氣濕度調(diào)節(jié)器7內(nèi)部；所述水霧捕集器為多孔材料或者具有多孔結(jié)構(gòu)（如pp棉）, 可將氧氣中多余的水霧捕集成為液體，使氣體中不會含有過多的水分；冷卻翅片主要是將從電解池出來的高溫氧氣冷卻到室溫，使得氧氣具有合適的溫度；加熱器則主要用于在寒冷天氣時給氧氣適度增濕。所述活性水生成器6中填充有纖維狀填充催化劑、顆粒催化劑或者蜂窩陶瓷一體化催化劑材料，電解水產(chǎn)生的氫氣在催化劑的催化作用下與經(jīng)過過濾的空氣反應(yīng)，生成超純活性水；所述富氫水生成器4中，通過超聲聲震動方式，使氫氣與水分子充分作用，生成含有活性氫氣1- 5%的富氫水，當使用活性水時，得到的即為富氫活性水。上述裝置中，其包含一個純水電解池，該電解池為可采用純水進行電解的固體電解質(zhì)高效電解池，其電解電壓可低至1.7V, 電解效率可達80%；其包含了一個氧氣濕度調(diào)節(jié)裝置，該裝置包含多孔材料，可使氧氣中的水蒸汽凝結(jié)分離出來；使氧氣保持合適的濕度；氧氣濕度過低時，則可以通過加熱的方式使得氧氣獲得增濕，其相對濕度可調(diào)節(jié)在1%到100%之間；包含了一個智能管理及控制系統(tǒng)，可有效低對整個系統(tǒng)實行智能化的管理。

實施例1

本實施例所用到的裝置連接如上，其中電極活性面積為20平方厘米、由5個電解池串聯(lián)而成的固體電解質(zhì)純水電解池，連接一可智能控制的直流電源，通入電解電流至10A，此時電解池的輸入為8.9V, 單電池的電壓1.75V, 產(chǎn)生的氧氣經(jīng)過濕度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)濕度后，輸出至吸氧面罩或者輸出接口；

電解池中所用電極按照如下方法制備：Nafion-115膜固定在模具上，加入0.1M Pt(NH3)4Cl2 溶液，離子交換30分鐘，更換溶液3次，移去二氯四氨合鉑溶液，加入硼氫化鈉溶液還原，制得膜電極的陰極；Nafion-115膜的另一側(cè)加入二氯四氨合鉑（0.1M）與三氯化銥(0.1M)的溶液，反復(fù)交換3次，移去混合溶液，然后加入硼氫化鈉溶液， 還原得到含有PtIr合金的陽極催化劑層，催化劑層中鉑和銥的摩爾比比為10：1。

電解池產(chǎn)生的氫氣被引入一個裝有飲用水富氫水生產(chǎn)裝置（圖2），在超聲波（10KHz）的作用下，氫氣與水分子充分作用，形成含有氫氣5%的富氫水，該富氫水需要飲用時，由出水口放出。

由富氫水生成裝置引出的氫氣進入活性水生成器（圖3），空氣經(jīng)過空氣凈化器凈化后由一微型空氣泵泵入活性水生成器，在催化劑作用下，空氣與氫氣作用，生產(chǎn)的活性水經(jīng)過反應(yīng)器底部流入活性水儲罐；活性水生成器中的催化劑單元為一體化的催化劑，載體為具有微通道的堇青石蜂窩陶瓷，活性組分為鉑，鉑的質(zhì)量負載量為1%；氫氣在活性水生成器中完全轉(zhuǎn)化成為活性水，排出尾氣中氫的濃度低于10ppm。

實施例2

調(diào)節(jié)超聲頻率（1kHz）使得富氫水中氫氣的體積濃度為1%；

活性水生產(chǎn)器中的催化劑電源為具有微通道的一體化催化劑，載體為蜂窩碳，活性組分為PtIr合金，Pt和Ir的原子比為95：5。

除上述不同外，其它均與實施例1相同。

實施例3

除活性水生成器中的催化劑改為氧化鋁纖維負載的Pt催化劑外（Pt的載量為10 wt%），其它均與實施例1相同。

實施例4

除活性水生成器中的催化劑改為 氧化鋁顆粒負載的鉑催化劑（Pt的負載量為1wt%）外，其它均與實施例1相同。

本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。