可清除自由基和抗氧化的智能制氫裝置的製作方法
2023-10-31 22:01:12 2
本發明涉及一種可清除自由基和抗氧化的智能制氫裝置。
背景技術：
氫的生物抗氧化作用有非常鮮明的優點。首先，氫的還原性比較弱，只與活性強和毒性強的活性氧反應，不與具有重要信號作用的活性氧反應，這是氫選擇性抗氧化的基礎。其次，潛水醫學的長期研究表明，人即使呼吸高壓氫也無明顯不良影響。再次，氫本身結構簡單，與自由基反應的產物也簡單，例如與羥自由基反應生成水，多餘的氫可通過呼吸排出體外，不會有任何殘留，這明顯不同於其他抗氧化物質，如維生素c與自由基反應後生成對機體不利的代謝產物(氧化型維生素c)，這些產物仍需要機體繼續代謝清除。並且，氫的製備容易，價格低廉，作為一種抗氧化物質，氫具有選擇性強、無毒、無殘留、價格便宜等諸多優點，具有很強的應用前景。
目前市場上的制氫裝置，電極網的基材多採用鈦材料，導電率、耐腐性差。容易受水中的硫、漂白劑、氯影響。時間久，穩定型差，容易腐鏽。而且目前的設備一次只能處理500ml以內的水，制氫的效率低，時間長，飽和度低，存放時間長。一個成年人的正常飲水量是1500ml～2000ml/天，若滿足正常的需水量，需要3～4次，不利於出行灌裝使用。而且長期使用，在電極片上形成大量的鈣鎂離子等物資，導致電導率嚴重下降，不利於氫離子的轉化，從而使水中難以達到飽和濃度的氫氣水。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：為了克服現有技術中的不足，本發明提供一種可清除自由基和抗氧化的智能制氫裝置。
本發明解決其技術問題所要採用的技術方案是：一種可清除自由基和抗氧化的智能制氫裝置，包括箱體、儲水桶、水泵、按鍵、顯示器和設置在所述箱體內的控制系統，所述箱體上設有出水口，所述出水口與所述儲水桶分別位於所述箱體的兩端，所述出水口通過輸水管路經過水泵連接至儲水桶，所述出水口與所述水泵之間的輸水管路上設有控制水流向的單向閥，所述水泵和儲水桶之間還設有用於制氫的制氫組件，所述按鍵和顯示器設置在所述箱體上表面，且所述按鍵、顯示器和制氫組件與所述控制系統線路連接。通過制氫組件使水中富含氫，能夠清除水中的自由基和提高抗氧化的能力，該制氫裝置類似於一飲水裝置，當儲水桶中為飲用水時，出水口的水可以直接用來飲用；或者將出水口的水用於其他需要提供富含氫水的場合。
整個制氫裝置包括機械部分和控制部分，控制部分主要包括控制系統，控制系統電路板安裝在主體內部的上方。
具體的，所述控制系統包括主控單元mcu、電源電路、過流檢測電路、電極控制電路、出水控制電路、按鍵電路和顯示電路，所述電源電路為主控單元mcu、過流檢測電路、電極控制電路、出水控制電路、按鍵電路和顯示電路提供工作電源；主控單元mcu採用單片機晶片stc15w404as。
電源電路包括開關電源和直流電源模塊lm7805，開關電源將外部交流電源轉化為dc12v直流電源vc+12v作為輸入，直流電源模塊lm7805將dc12v電源vc+12v轉化為控制系統各個晶片需要的dc5v電源vcc。
所述過流檢測電路連接在所述電源電路的一輸入端上，並輸出檢測到的電流值到主控單元mcu，用於檢測電極之間的電流值；過流檢測電路主要用於檢測鈦電極之間的電流值，防止儲水桶中有異物引起短路，或者tds(水中溶解的總固體含量如鈣鎂、膠體懸浮顆粒物等)過高引發開關電源過載。過流檢測電路主要採用acs712電流傳感器u6連接在開關電源輸出端與直流電源模塊lm7805之間，檢測時，電流從電流傳感器的第1和2腳流入，從第3和4腳流出，電流傳感器的引腳7輸出電壓信號adc1並與主控單元mcu的輸入引腳4連接，進行ad轉換，通過軟體設定閾值，將檢測到的電流值與閾值進行比較，當超過設定值時，mcu發出信號，通過報警電路進行報警。
現有技術制氫裝置的制氫和清洗是獨立的，電機的控制只實現制氫的功能，而清洗一般採用拆卸的方式或添加試劑的方式進行清洗，操作複雜，時間長。而本發明的電極控制電路主要包括兩個方面的作用，一方面是實現制氫的控制，另一方面是實現電極的自動清洗控制。具體的，所述電極控制電路包括制氫信號連接端和清洗信號連接端，所述制氫信號連接端與所述主控單元mcu的一信號輸出端連接，當所述主控單元mcu通過所述按鍵電路接收到所述按鍵上的制氫鍵按下時，輸出開始制氫的信號到制氫信號連接端，以啟動制氫功能，所述清洗信號連接端與所述主控單元mcu的一信號輸出端連接，所述主控單元mcu控制所述清洗信號連接端的電平實現電極的陽極與陰極的切換；所述電極控制電路通過所述主控單元mcu控制所述清洗信號連接端的電平實現制氫和清洗功能的切換；通過改變電極上的電源方向即可實現清洗和制氫的切換，電路結構簡單，控制方便。
主控單元mcu根據裝置整體的情況，控制水泵啟動或停止，所述出水控制電路包括一出水信號控制端，所述出水信號控制端與所述主控單元mcu的一信號輸出端連接，所述主控單元mcu通過所述按鍵電路接收所述按鍵上的出水鍵信號以控制所述出水控制電路；
所述按鍵電路和顯示電路均與所述主控單元mcu連接。按鍵電路主要用於實現電源鍵、出水鍵、清洗鍵、定時鍵和制氫鍵等五個按鍵與主控單元mcu的連接，從而實現信號的傳遞，主控單元mcu接收對應信號控制相應電路實現對應的功能。
具體的，所述電極控制電路包括繼電器rly3和rly5、光耦op2和op3、三極體q5和q9、二極體d3和d5、電阻r14、r15、r16、r25、r26和r27，以及電極連接端，所述繼電器rly3的線圈一端接電源vc+12v，另一端接三極體q5的集電極，且所述二極體d3反向並聯在所述繼電器rly3的線圈兩端(即所述二極體d3的陰極與所述線圈連接電源vc+12v的一端連接，所述二極體d3的陽極與所述線圈的另一端連接)；所述三極體q5的發射極接地gnd，所述三極體q5的基極串聯電阻r14後連接至光耦op3的副邊輸出端，所述三極體q5的基極與發射極之間並聯電阻r15，所述光耦op3的原邊輸入端作為所述清洗信號連接端經電阻r16連接至所述主控單元mcu的一輸出引腳5；
所述繼電器rly5的線圈一端接電源vc+12v，另一端接三極體q9的集電極，且所述二極體d5反向並聯在所述繼電器rly5的線圈兩端(即所述二極體d5的陰極與所述線圈連接電源vc+12v的一端連接，所述二極體d5的陽極與所述線圈的另一端連接)；所述三極體q9的發射極接地gnd，所述三極體q9的基極串聯電阻r25後連接至光耦op2的副邊輸出端，所述三極體q9的基極與發射極之間並聯電阻r26，所述光耦op2的原邊輸入端作為所述制氫信號連接端經過電阻r27連接至所述主控單元mcu的一輸出引腳9。
當制氫時，按下「制氫鍵」，主控單元mcu接收到信號，通過引腳9輸出低電平信號使三極體q9導通，促使繼電器rly5動作，繼電器rly5的3、5腳斷開，3、4腳接通，開始制氫。此時，電極連接端j10的引腳1接電源vc+12v正極，引腳2接電源vc+12v的地，電極連接端j10連接鈦電極；清洗時，當長時間制氫後，鈦網電極的陰極會吸附大量的鈣鎂等離子物質，長期附著在鈦網表面，隨著時間和使用頻次的增加，陰極鈦網表面的鈣鎂等離子物質會增厚，導致電導率下降，嚴重影響制氫效果。當啟動清洗功能時，按下「清洗鍵」，主控單元mcu接收到信號，通過引腳5輸出低電平信號使三極體q5導通，繼電器rly3動作，常開腳7、8閉合，電極連接端j10兩端的電壓與制氫時相反，電流從電極連接端j10的引腳2流向引腳1，從而使鈦網電極上的電流方向相反，原來的陰極成為陽極，原來的陽極成為陰極，與制氫時相比，電子反向移動，由於電子的定向移動，使吸附在鈦網電極上的鈣鎂等離子脫落，達到自動清洗的效果。
進一步，所述制氫組件包括鈦電極、電極固定架和分隔膜，所述鈦電極為兩個，且上下平行固定在所述電極固定架上，所述分隔膜位於所述兩鈦電極之間。鈦電極採用鈦網電極，制氫組件位於儲水桶底部的出水管接口上方，使從儲水桶流出的水能夠富含氫。
進一步，所述儲水桶包括桶體和設置在桶體上方的桶蓋以及設置在桶體下方的水桶密封蓋，所述制氫組件設置在所述水桶密封蓋位於所述桶體的端面上。桶體為透明材質，水桶密封蓋的下方設有照明組件，照明組件一方面可以使外觀更加美觀，另一方面便於觀察水位，以便及時補水。
進一步，所述箱體包括主體、下蓋、前蓋和支撐架，所述主體為一個開口向下的長方體罩殼，安裝在所述下蓋上，且所述支撐架支撐在所述主體與所述下蓋之間，支撐架上方用於安裝顯示器、驅動板和主控板，所述按鍵和顯示器安裝在所述主體的上端面，所述前蓋豎向安裝在所述主體的前端，所述前蓋下方設有向主體內部凹進的水槽腔，所述出水口位於所述前蓋的上方。主體、下蓋和前蓋圍成的腔體用於安裝水泵、水管等輸水組件。
進一步，為了防止下蓋發生變形，所述下蓋的內表面設有多條縱橫交錯的支撐筋，且所述水泵固定安裝在所述支撐筋上。通過支撐筋增加下蓋的連接強度，提高穩定性，並且可以緩衝減震，降低噪聲。
進一步，還包括接水槽和水槽蓋子，所述水槽蓋子為網狀結構，蓋在所述接水槽上，所述接水槽插設在所述前蓋的水槽腔內，所述水槽腔和接水槽相對的側面上設有用於吸附的磁鐵，所述出水口與所述接水槽上下對正。採用磁鐵使接水槽固定在水槽腔內，一方面可以實現牢固的固定，另一方便於清洗時的拆卸。
進一步，所述出水口包括出水嘴和水嘴罩子，所述出水嘴連接在所述輸水管路的末端，且出水嘴的開口朝下，所述水嘴罩子罩設在所述出水嘴上，且固定連接在前蓋上。水嘴罩子用於防止異物進入出水嘴內，避免出水嘴堵塞。
本發明的有益效果是：本發明提供的一種可清除自由基和抗氧化的智能制氫裝置，具有結構簡單，可自動清除電極上吸附的大量鈣鎂等離子物質，反應速率快等優點，富含氫水能夠清除水中的自由基和提高抗氧化的能力。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1是本發明最佳實施例的結構示意圖；
圖2是去掉接水槽的結構示意圖；
圖3是本發明最佳實施例的內部結構示意圖；
圖4是本發明最佳實施例的剖面結構示意圖；
圖5是圖4中a的放大結構示意圖；
圖6是控制系統原理框圖；
圖7是電極控制電路的電路原理圖。
圖中：1、箱體，1-1、主體，1-2、下蓋，1-3、前蓋，1-4、支撐架，1-5、支撐筋，2、儲水桶，2-1、桶體，2-2、桶蓋，2-3、水桶密封蓋，2-4、密封圈，3、水泵，4、按鍵，6、出水口，6-1、出水嘴，6-2、水嘴罩子，7、輸水管路，8、鈦電極，9、電極固定架，10、分隔膜，11、延伸臂，12、照明組件，13、接水槽，14、水槽蓋子，15、水槽腔，16、磁鐵，17、顯示器，18、主控板，19、驅動板。
具體實施方式
現在結合附圖對本發明作詳細的說明。此圖為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
如圖1-圖7所示，本發明的一種可清除自由基和抗氧化的智能制氫裝置，主要包括機械結構部分和控制部分。
其中，如圖1-圖5所示，機械結構包括箱體1、儲水桶2、水泵3、按鍵4、顯示器17和設置在所述箱體1內的控制系統，所述箱體1上設有出水口6，所述出水口6與所述儲水桶2分別位於所述箱體1的兩端，所述出水口6通過輸水管路7經過水泵3連接至儲水桶2，所述出水口6與所述水泵3之間的輸水管路7上設有控制水流向的單向閥，所述水泵3和儲水桶2之間還設有用於制氫的制氫組件，所述按鍵4和顯示器17設置在所述箱體1上表面，且所述按鍵4、顯示器17和制氫組件與所述控制系統線路連接。按鍵4包括電源鍵、出水鍵、清洗鍵、定時鍵和制氫鍵五個觸摸式按鍵4，五個按鍵4分別通過按鍵電路連接至主控單元mcu的五個輸入引腳。
所述制氫組件包括鈦電極8、電極固定架9和分隔膜10，所述鈦電極8為兩個，且上下平行設置，鈦電極8的外側都設有一個延伸臂11，通過延伸臂11固定在所述電極固定架9上，所述分隔膜10位於所述兩鈦電極8之間用於電極之間的隔離。鈦電極8採用鈦網電極，分隔膜10採用0.2～0.5mm厚的矽膠片製成。制氫組件位於儲水桶2底部的出水管接口上方，使從儲水桶2流出的水能夠富含氫。
所述儲水桶2整體形狀為一個半圓柱體，包括桶體2-1和設置在桶體2-1上方的桶蓋2-2以及設置在桶體2-1下方的水桶密封蓋2-3，桶體2-1與水桶密封蓋2-3之間還設有唇形密封圈2-4，所述制氫組件設置在所述水桶密封蓋2-3位於所述桶體2-1的端面上。桶體2-1為透明材質，水桶密封蓋2-3的下方設有照明組件12，照明組件12一方面可以使外觀更加美觀，另一方面便於觀察水位，以便及時補水。
所述箱體1包括主體1-1、下蓋1-2、前蓋1-3和支撐架1-4，所述主體1-1為一個開口向下的長方體罩殼，安裝在所述下蓋1-2上，且所述支撐架1-4支撐在所述主體1-1與所述下蓋1-2之間，支撐架1-4上方用於安裝顯示器17、驅動板19和主控板18，所述按鍵4和顯示器17安裝在所述主體1-1的上端面，所述前蓋1-3豎向安裝在所述主體1-1的前端，所述前蓋1-3下方設有向主體1-1內部凹進的水槽腔15，所述出水口6位於所述前蓋1-3的上方。主體1-1、下蓋1-2和前蓋1-3圍成的腔體用於安裝水泵3、水管等輸水組件。
為了防止下蓋1-2發生變形，所述下蓋1-2的內表面設有多條縱橫交錯的支撐筋1-5，且所述水泵3固定安裝在所述支撐筋1-5上。通過支撐筋1-5增加下蓋1-2的連接強度，提高穩定性，並且可以緩衝減震，降低噪聲。
進一步，還包括接水槽13和水槽蓋子14，所述水槽蓋子14為網狀結構，蓋在所述接水槽13上，所述接水槽13插設在所述前蓋1-3的水槽腔15內，所述水槽腔15和接水槽13相對的側面上設有用於吸附的磁鐵16，所述出水口6與所述接水槽13上下對正。採用磁鐵16使接水槽13固定在水槽腔15內，一方面可以實現牢固的固定，另一方便於清洗時的拆卸。
進一步，所述出水口6包括出水嘴6-1和水嘴罩子6-2，所述出水嘴6-1連接在所述輸水管路7的末端，且出水嘴6-1的開口朝下，所述水嘴罩子6-2罩設在所述出水嘴6-1上，且固定連接在前蓋1-3上。水嘴罩子6-2用於防止異物進入出水嘴6-1內，避免出水嘴6-1堵塞。
如圖6-圖7所示，控制部分主要包括控制系統，控制系統電路板安裝在主體1-1內部的上方。
具體的，所述控制系統包括主控單元mcu、電源電路、過流檢測電路、電極控制電路、出水控制電路、按鍵電路和顯示電路，所述電源電路為主控單元mcu、過流檢測電路、電極控制電路、出水控制電路、按鍵電路和顯示電路提供工作電源；主控單元mcu採用單片機晶片stc15w404as。
電源電路包括開關電源和直流電源模塊lm7805，開關電源將外部交流電源轉化為dc12v直流電源vc+12v作為輸入，直流電源模塊lm7805將dc12v電源vc+12v轉化為控制系統各個晶片需要的dc5v電源vcc。
所述過流檢測電路連接在所述電源電路的一輸入端上，並輸出檢測到的電流值到主控單元mcu，用於檢測電極之間的電流值；過流檢測電路主要用於檢測鈦電極8之間的電流值，防止儲水桶2中有異物引起短路，或者tds(水中溶解的總固體含量如鈣鎂、膠體懸浮顆粒物等)過高引發開關電源過載。過流檢測電路主要採用acs712電流傳感器u6連接在開關電源輸出端與直流電源模塊lm7805之間，檢測時，電流從電流傳感器的第1和2腳流入，從第3和4腳流出，電流傳感器的引腳7輸出電壓信號adc1並與主控單元mcu的輸入引腳4連接，進行ad轉換，通過軟體設定閾值，將檢測到的電流值與閾值進行比較，當超過設定值時，mcu發出信號，通過報警電路進行報警。
現有技術制氫裝置的制氫和清洗是獨立的，電機的控制只實現制氫的功能，而清洗一般採用拆卸的方式或添加試劑的方式進行清洗，操作複雜，時間長。而本發明的電極控制電路主要包括兩個方面的作用，一方面是實現制氫的控制，另一方面是實現電極的自動清洗控制。具體的，所述電極控制電路包括制氫信號連接端和清洗信號連接端，所述制氫信號連接端與所述主控單元mcu的一信號輸出端連接，當所述主控單元mcu通過所述按鍵電路接收到所述按鍵4上的制氫鍵按下時，輸出開始制氫的信號到制氫信號連接端，以啟動制氫功能，所述清洗信號連接端與所述主控單元mcu的一信號輸出端連接，所述主控單元mcu控制所述清洗信號連接端的電平實現電極的陽極與陰極的切換；所述電極控制電路通過所述主控單元mcu控制所述清洗信號連接端的電平實現制氫和清洗功能的切換；通過改變電極上的電源方向即可實現清洗和制氫的切換，電路結構簡單，控制方便。
主控單元mcu根據裝置整體的情況，控制水泵3啟動或停止，所述出水控制電路包括一出水信號控制端，所述出水信號控制端與所述主控單元mcu的一信號輸出端連接，所述主控單元mcu通過所述按鍵電路接收所述按鍵4上的出水鍵信號以控制所述出水控制電路；
所述按鍵電路和顯示電路均與所述主控單元mcu連接。按鍵電路主要用於實現電源鍵、出水鍵、清洗鍵、定時鍵和制氫鍵等五個按鍵4與主控單元mcu的連接，從而實現信號的傳遞，主控單元mcu接收對應信號控制相應電路實現對應的功能。
具體的，所述電極控制電路包括繼電器rly3和rly5、光耦op2和op3、三極體q5和q9、二極體d3和d5、電阻r14、r15、r16、r25、r26和r27，以及電極連接端，所述繼電器rly3的線圈一端接電源vc+12v，另一端接三極體q5的集電極，且所述二極體d3反向並聯在所述繼電器rly3的線圈兩端(即所述二極體d3的陰極與所述線圈連接電源vc+12v的一端連接，所述二極體d3的陽極與所述線圈的另一端連接)；所述三極體q5的發射極接地gnd，所述三極體q5的基極串聯電阻r14後連接至光耦op3的副邊輸出端，所述三極體q5的基極與發射極之間並聯電阻r15，所述光耦op3的原邊輸入端作為所述清洗信號連接端經電阻r16連接至所述主控單元mcu的一輸出引腳5；
所述繼電器rly5的線圈一端接電源vc+12v，另一端接三極體q9的集電極，且所述二極體d5反向並聯在所述繼電器rly5的線圈兩端(即所述二極體d5的陰極與所述線圈連接電源vc+12v的一端連接，所述二極體d5的陽極與所述線圈的另一端連接)；所述三極體q9的發射極接地gnd，所述三極體q9的基極串聯電阻r25後連接至光耦op2的副邊輸出端，所述三極體q9的基極與發射極之間並聯電阻r26，所述光耦op2的原邊輸入端作為所述制氫信號連接端經過電阻r27連接至所述主控單元mcu的一輸出引腳9。
當制氫時，按下「制氫鍵」，主控單元mcu接收到信號，通過引腳9輸出低電平信號使三極體q9導通，促使繼電器rly5動作，繼電器rly5的3、5腳斷開，3、4腳接通，開始制氫。此時，電極連接端j10的引腳1接電源vc+12v正極，引腳2接電源vc+12v的地，電極連接端j10連接鈦電極8；清洗時，當長時間制氫後，鈦網電極的陰極會吸附大量的鈣鎂等離子物質，長期附著在鈦網表面，隨著時間和使用頻次的增加，陰極鈦網表面的鈣鎂等離子物質會增厚，導致電導率下降，嚴重影響制氫效果。當啟動清洗功能時，按下「清洗鍵」，主控單元mcu接收到信號，通過引腳5輸出低電平信號使三極體q5導通，繼電器rly3動作，常開腳7、8閉合，電極連接端j10兩端的電壓與制氫時相反，電流從電極連接端j10的引腳2流向引腳1，從而使鈦網電極上的電流方向相反，原來的陰極成為陽極，原來的陽極成為陰極，與制氫時相比，電子反向移動，由於電子的定向移動，使吸附在鈦網電極上的鈣鎂等離子脫落，達到自動清洗的效果。
採用該裝置一次能夠處理2l的水，時間只需要5分鐘，設備自身有清洗的功能，只需要按下對應的按鍵即可。確保在短的時間內製備出飽和濃度的氫氣水。電解槽的結構簡單，只有兩片45*45mm的鈦網組成，表面電鍍1um的鉑金，可以提高導電率，耐酸鹼性好，性能穩定。
以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關的工作人員完全可以在不偏離本發明的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。