CN111559814B - 一种分体式低氘水杯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水杯技术领域，具体公开了一种分体式低氘水杯，包括从上至下依次可拆卸连接的杯盖、电解杯和储水杯，杯盖底部设有搅拌器，杯盖上还设有排气孔，电解杯的内壁上固定有阳极板与阴极板，阳极板与阴极板连接有直流电源，电解杯内壁上还连接有位于阳极板与阴极板之间可拆卸的一级滤层，所述一级滤层能够吸附水中的氘离子，所述电解杯的底部固定有隔水板，隔水板上设有启闭阀门。采用本专利中的水杯能够得到氘在氢原子中含量低于100ppm的低氘水，操作简单，既可以为日常家庭和工作中的用水提供有效的健康保障，也可以为医院等公共机构提供优质水资源。

Description

一种分体式低氘水杯

技术领域

本发明涉及水杯技术领域，特别涉及一种分体式低氘水杯。

背景技术

自然界中，氢元素有两种稳定性同位素(氕(¹H)、氘(²H，即D))和一种放射性同位素(氚(³H，即T))。在自然界中，地表水体中的氘同位素含量通常大约在150ppm到155ppm之间，因此一般将氘在氢原子中含量低于150ppm的水称为低氘水(超轻水)。研究结果表明，低氘水能更有效的激活人体细胞，促进机体的生长和发育，溶解人体内多余的脂肪和胆固醇等物质，提高人体排毒代谢能力。

地球上天然的低氘水仅来源于冰川水、高山雪水等少数水源，因此目前市面上售卖的低氘水主要通过人工方法制备，包括化学置换法、电解水法和精馏法等途径。由于上述方法需要大量复杂的工业设备，同时要避免对环境的二次污染，因此只能采用工业化生产，而这样制得的低氘水价格较高，难以在人们的日常生活或工作中进行推广使用。

发明内容

本发明提供了一种分体式低氘水杯，以解决现有的低氘水采用工业化生产，价格较高，难以在人们的日常生活或工作中进行推广使用的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种分体式低氘水杯，包括从上至下依次可拆卸连接的杯盖、电解杯和储水杯，杯盖底部设有搅拌器，杯盖上还设有排气孔，电解杯的内壁上固定有阳极板与阴极板，阳极板与阴极板连接有直流电源，电解杯内壁上还连接有位于阳极板与阴极板之间可拆卸的一级滤层，所述一级滤层能够吸附水中的氘离子，所述电解杯的底部固定有隔水板，隔水板上设有启闭阀门。

本技术方案的技术原理和效果在于：

1、本方案中电解杯在工作期间，阴极板与阳极板产生的电流对原水进行电解，而电解水使阳极板周围生成·OH自由基，在阴极板周围生成并富集氕离子和氘离子，由于一级滤层位于阳极板与阴极板之间，因此在搅拌器的作用下，部分氘离子会离开阴极板并被一级滤层吸附，使得水中的氘离子浓度下降，本方案中电解杯工作约240s即可得到氘在氢原子中含量低于100ppm的低氘水。

2、本方案中电解杯在工作期间，由于电解作用，阳极板周围会生成·OH自由基的同时也会生成微量的氧气，在阴极板周围生成并富集氕离子和氘离子，会形成微量氕-氘混合气(HD、H₂、D₂)，因此在搅拌器的作用下，微量的氕-氘混合气和氧气从排气孔排出；另外由于质量更轻的氕离子有着更快的析出速率，因此在搅拌器的作用下，氕离子有更大的机会与电解水中的·OH自由基碰撞重组成水，减缓了氘离子与·OH自由基碰撞重组成水，使得氘离子能更好的被一级滤层所吸附，同时这样也减少了氕-氘混合气和氧气的产生。

3、本方案中一级滤层采用可拆卸的方式设置，是由于吸附材料通常有使用寿命，因此这样设置方便消费者更换一级滤层；本方案中杯盖、电解杯和储水杯为分体式设计，操作简单，一方面可以随时向电解杯内添加原水，一方面还可以在电解杯工作时，随时取下储水杯饮用完成过滤的低氘水，方便人们在日常生活或工作中的使用。

进一步，所述阳极板与阴极板对称设置，所述一级滤层包括一级吸附板，一级吸附板的外周固定有硅胶条，一级滤层卡在阳极板与阴极板之间。

有益效果：由于硅胶条具有良好的形变能力，因此能够很好的将一级滤层卡紧在阴极板与阳极板之间，在需要更换时也方便拆卸下来。

进一步，所述一级吸附板采用量子筛、金属-有机框架材料、共价有机框架材料或活性炭中的一种或多种的混合物制成。

有益效果：这几种材料对氘离子具有优先吸附的效果，另外这几种材料还能够通过反向电解的方式，使其上吸附的氘脱附，使得一级吸附板复活，经过消毒后可进行循环使用。

进一步，所述电解杯的底部一体成型有外螺纹筒，所述储水杯螺纹连接在外螺纹筒上，所述杯盖、电解杯与储水杯的外径相同。

有益效果：将外螺纹筒一体成型在电解杯底部，一方面方便其与储水杯之间的连接，另一方面由于水从电解杯流向储水杯，因此这样设置也能够提高其与储水杯之间的密封性。

进一步，所述杯盖、电解杯和储水杯的外部均包裹有绝缘层。

有益效果：这样提高低氘水杯的使用安全性。

进一步，所述杯盖的底部对称设有与直流电源连接的正电极接头和负电极接头，电解杯的顶部对称设有正电极接口和负电极接口，阳极板与正电极接口电连接，阴极板与负电极接口电连接。

有益效果：这样设置不仅能够使阳极板和阴极板与直流电源连通，同时也能够使得盖体可拆卸的连接在电解杯上。

进一步，所述阳极板为外涂钛基贵金属氧化物的涂层电极。

有益效果：上述电极在对水进行电离过程中具有较高的催化作用，同时又能够减少氧气的产生。

进一步，所述阴极板为钨电极、钒电极或钛电极。

有益效果：上述电极为惰性电极，其在对水进行电离过程中具有较高的催化作用，同时又能够减少氕-氘混合气的产生。

进一步，所述电解杯内壁上可拆卸连接有二级滤层，所述二级滤层位于隔水板与外螺纹筒之间。

有益效果：二级滤层的设置能够进一步减少水中的氘的含量，另外二级滤层的设置可以降低电解杯中一级滤层的工作时间，从而更快的得到低氘水，方便人们的饮用，另一方面也是延长一级滤层的使用时间。

进一步，所述二级滤层包括二级吸附板，二级吸附板呈圆盘状，且直径小于外螺纹筒的内径，二级吸附板的外周设有硅胶环，硅胶环的外径大于外螺纹筒的内径，所述二级吸附板采用量子筛、金属-有机框架材料、共价有机框架材料或活性炭中的一种或多种的混合物制成。

有益效果：这样设置，由于硅胶环具有较好的形变能力，因此能够从电解杯下方卡进外螺纹筒上方，实现了二级滤层相对于电解杯的可拆卸连接，另外由于二级吸附板采用对氘具有优先吸附效果，且为多孔结构的材料制成，因此电解杯中的水穿过二级吸附板时，由于水中的D-O的化学键键能高于H-O化学键键能，D-O与二级吸附板的结合更加稳定，使得水中的氘进一步被吸附，得到了氘浓度更低的低氘水。

附图说明

图1为本发明实施例1的拆解后的剖视图；

图2为图1中A-A向的剖视图；

图3为本发明实施例2的拆解后的剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：杯盖1、电解杯2、储水杯3、搅拌杆4、搅拌叶片5、排气孔6、外螺纹筒7、正电极接头8、负电极接头9、正电极接口10、负电极接口11、阳极板12、阴极板13、一级吸附板14、硅胶条15、隔水板16、启闭阀门17、二级吸附板18、硅胶环19。

实施例1基本如附图1和图2所示：

一种分体式低氘水杯，包括杯盖1、电解杯2和储水杯3，在杯盖1上设有搅拌器，在杯盖1内设有安装腔体，在安装腔体内设有直流电源和驱动搅拌器转动的直流电机，其中搅拌器包括搅拌杆4与多个搅拌叶片5，搅拌杆4转动连接在杯盖1上并与直流电机的输出轴固定，多个搅拌叶片5固定在搅拌杆4上，本实施例中搅拌杆4与搅拌叶片5均采用聚丙烯等食品级绝缘材料制成。

在杯盖1上开设有排气孔6，在杯盖1、电解杯2和储水杯3的外部均包裹有绝缘层，本实施例中杯盖1、电解杯2和储水杯3采用分体式设计，即杯盖1、电解杯2和储水杯3从上至下依次可拆卸连接，具体为，在电解杯2的底部一体成型有外螺纹筒7，外螺纹套筒的内径小于电解杯2的内径，而储水杯3螺纹连接在外螺纹筒7上，另外杯盖1、电解杯2与储水杯3的外径相同，电解杯2的容积为1.5～2.0L，储水杯3的容积要大于电解杯2的容积。

而杯盖1与电解杯2的连接方式为：在杯盖1底部对称设有与直流电源连接的正电极接头8和负电极接头9，在电解杯2的顶部开对称设有正电极接口10和负电极接口11，正电极接头8能够卡入正电极接口10内，而负电极接头9能卡入负电极接口11内；在电解杯2的内壁上固定有对称设置的阳极板12和阴极板13，阳极板12与正电极接口10电连接，阴极板13与负电极接口11电连接，其中阳极板12采用高催化、低析氧的材料，比如外涂钛基Pt或Pd等贵金属氧化物的涂层电极，而阴极板13采用高催化、低析氢的材料，比如钨电极、钒电极或钛电极等。

在电解杯2的内壁上还可拆卸连接有一级滤层，一级滤层卡紧在阴极板13和阳极板12之间的，一级滤层用于吸附水中的氘离子，一级滤层的具体结构为：包括一级吸附板14，其中一级吸附板14与电解杯2内壁贴合，在一级吸附板14的两个侧边上设有硅胶条15，具体为在硅胶条15的侧边上开设有卡槽，吸附板卡紧在卡槽内，由于硅胶条15具有形变能力，能够很好的使一级滤层卡紧在阴极板13与阳极板12之间，同时在需要更换时又可以拆卸下来。

本实施例中，一级吸附板14采用量子筛、金属-有机框架材料(MOF)、共价有机框架材料(COF)或活性炭材料中的一种材料或多种材料的混合物制成，这几种材料对氘离子具有优先吸附的效果，另外这几种材料还能够通过反向电解的方式，使其上吸附的氘脱附，使得一级吸附板14复活，经过消毒后可进行循环使用。

在电解杯2侧壁上靠近顶部的位置设有水位线，在电解杯2的底部设有位于外螺纹筒7上方的隔水板16，其中隔水板16的纵向截面呈向下凹陷的弧形，在隔水板16的底部设有出水口，出水口内设有启闭阀门17，由于本实施例中电解杯2工作约240s后，就能够得到氘在氢原子中含量低于100ppm的低氘水，因此启闭阀门17可选用240s后自动开启的阀门，也可以选用手动开启的阀门。

在使用时，打开杯盖1，将原水(烧开的自来水或纯净水)加入电解杯2内，开启连接直流电源的开关，使得电解杯2中的阴极板13和阳极板12通电开始工作，对原水进行电离，电离水使得阴极板13处富集氕离子与氘离子，氘离子被一级滤层吸附，本方案中电解杯2工作约240s即可得到氘在氢原子中含量低于100ppm的低氘水。

由于本方案中，质量更轻的氕离子有着更快的析出速率，因此在搅拌器的作用下，氕离子有更大的机会与电解水中的·OH自由基碰撞重组成水，减缓了氘离子与·OH自由基碰撞重组成水，使得氘离子能更好的被一级滤层所吸附。

实施例2基本如附图3所示：

与实施例1的区别在于：在电解杯2的底部还可拆卸连接有二级滤层，二级滤层包括二级吸附板18，二级吸附板18呈圆盘状，其直接小于外螺纹筒7的内径，在二级吸附板18的外周设有硅胶环19，具体设置方式为：在硅胶环19的内侧开设环槽，二级吸附板18卡在环槽内，本实施例中二级吸附板18的材质与一级吸附板14的材质相同，均为量子筛、金属-有机框架材料(MOF)、共价有机框架材料(COF)或活性炭材料中的一种材料或多种材料的混合物，由于这些材料均为多孔结构，因此制备的二级吸附板18也为多孔结构，水可以从其穿过。

本实施例中当经过一级过滤的水与二级滤层接触时，由于此时水中的D—O的化学键键能高于H—O化学键键能，D—O与二级吸附板18的结合更加稳定，使得水中的氘进一步被吸附，得到了氘浓度更低的低氘水。

本实施例中二级滤层的设置可以降低电解杯2中一级滤层的工作时间，从而更快的得到低氘水，方便人们的饮用，另一方面也是延长一级滤层的使用时间。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种分体式低氘水杯，其特征在于：包括从上至下依次可拆卸连接的杯盖、电解杯和储水杯，杯盖底部设有搅拌器，杯盖上还设有排气孔，电解杯的内壁上固定有阳极板与阴极板，阳极板与阴极板连接有直流电源，电解杯内壁上还可拆卸连接有位于阳极板与阴极板之间的一级滤层，所述一级滤层能够吸附水中的氘离子，所述电解杯的底部固定有隔水板，隔水板上设有启闭阀门；所述阳极板与阴极板对称设置，所述一级滤层包括一级吸附板，一级吸附板的外周固定有硅胶条，一级滤层卡在阳极板与阴极板之间；所述一级吸附板采用量子筛、金属-有机框架材料、共价有机框架材料或活性炭中的一种或多种的混合物制成。

2.根据权利要求1所述的一种分体式低氘水杯，其特征在于：所述电解杯的底部一体成型有外螺纹筒，所述储水杯螺纹连接在外螺纹筒上，所述杯盖、电解杯与储水杯的外径相同。

3.根据权利要求1所述的一种分体式低氘水杯，其特征在于：所述杯盖、电解杯和储水杯的外部均包裹有绝缘层。

4.根据权利要求1所述的一种分体式低氘水杯，其特征在于：所述杯盖的底部对称设有与直流电源连接的正电极接头和负电极接头，电解杯的顶部对称设有正电极接口和负电极接口，阳极板与正电极接口电连接，阴极板与负电极接口电连接。

5.根据权利要求1~4任意一项所述的一种分体式低氘水杯，其特征在于：所述阳极板为外涂钛基贵金属氧化物的涂层电极。

6.根据权利要求5所述的一种分体式低氘水杯，其特征在于：所述阴极板为钨电极、钒电极或钛电极。

7.根据权利要求2所述的一种分体式低氘水杯，其特征在于：所述电解杯内壁上可拆卸连接有二级滤层，所述二级滤层位于隔水板与外螺纹筒之间。

8.根据权利要求7所述的一种分体式低氘水杯，其特征在于：所述二级滤层包括二级吸附板，二级吸附板呈圆盘状，且直径小于外螺纹筒的内径，二级吸附板的外周设有硅胶环，硅胶环的外径大于外螺纹筒的内径，所述二级吸附板采用量子筛、金属-有机框架材料、共价有机框架材料或活性炭中的一种或多种的混合物制成。

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