无线直供电的水素水杯的制作方法

本发明涉及水素水杯技术领域，特别涉及一种无线直供电的水素水杯。

背景技术：

水素水(Hydrogen Water)就是富含氢离子的水，即氢水，国内又叫富氢水。氢在日语中被翻译“水素”，“水素水”是直接使用了日语原名。现代医学认为物质的腐化是酸化(氧化)的过程，呼吸氧气、吸烟饮酒及环境内污染源等都会使人体内产生大量过氧自由基，它会肆意破坏细胞组织，造成基因疾病和机体衰老。活性氢可以有效去除体内自由基，富氢水具有超过维生素C、胡萝卜、卵磷脂等所有人类已知抗氧化物的抗氧化性，对过敏性皮炎、便秘、高血压、糖尿病、癌症等由自由基引起的各类症状都有强大的防治作用。经常饮用富氢水，能够很好的促进新陈代谢，使每个细胞都能自动保持健康的状态，去除体锈，延缓衰老。简单的来说，水素水即为氢还原水，就是一种让水中含有强还原力的氢，与普通的水不同的，通过其抗氧化还原力、清除体内过剩活性氧(氧自由基)的一种饮用水。

鉴于富含氢离子的水素水在国际市场上受到越来越广泛的关注，能够便捷地生成水素水的水素水杯也逐渐流行起来。水素水杯，又名富氢水杯、水素发生器、小型氢气发生器等，是一种生成富含氢水的装置，其基本原理是通过电解技术将水转化为电解还原水，产生氢气，由于它具有保健养生、便携的特点，目前市场使用量不断地扩大。

目前市场上的制造技术总的包括电解制氢和化学反应制氢两种。而电解制氢又分为强电解制氢和弱电解制氢两种，两者都是采用直流电解的技术，该技术是采用铂(或钌铱涂层)等贵金属作为电极材料，通入直流电对水进行强电解制造氢气。强电解制氢技术在19世纪就已经出现，直到20世纪60年代，日本利用该技术开发成电解水机并推向市场取得了成功。该技目前主要应用于电解水机产品。由于采用贵金属电极和电路板控制，所以制造成本相对较高，导致产品售价也较高。但是，强电解水过程中易产生臭氧、过氧化氢、余氯等副产物，因此有异味产生。弱电制氢技术是目前市场水素水杯普遍采用的技术，该技术采用高频振荡技术，使用不超过一定电压的锂电池供电，制氢量相对较小，但该技术也要求芯片的性能和稳定性高，如果电路不稳定，水体也会有异味产生。

现有技术中的水素水杯大多是通过电源插头进行供电充电，容易导致水通过插头处浸入电子元件内部，造成损坏，导致水素水杯使用寿命变短，并且通过插头电线接通电源进行充电、供电，比较不方便，反复插拔电源线也势必会损坏接口，同样缩短水素水杯的使用寿命；此外，现有技术中的水素水杯一般都包含蓄电池(或称为供电电池)，通过插头电线接通电源为该蓄电池进行充电后，再依靠充完电的该蓄电池供电制备水素水，如此生成水素水的速度相对较慢，而且水中的氢浓度也不够高。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是现有技术中的水素水杯通过插头电线接通电源进行充电、供电，既存在使用不便的问题，又可能缩短水素水杯的使用寿命，而且单纯依靠水素水杯中的蓄电池供电生成水素水的速度相对较慢且氢浓度不够高。

为解决上述问题，本发明技术方案提供一种无线直供电的水素水杯，包括：杯体、杯盖和水素发生装置；所述杯盖与所述杯体的第一开口相连，所述水素发生装置与所述杯体的第二开口相连；所述水素发生装置包括电解单元、电解控制单元、供电电池、无线供电接收线圈和供电切换单元；所述无线供电接收线圈适于接收无线供电发射线圈发出的无线电磁波以获取电能；所述供电电池适于存储所述无线供电接收线圈所获取的电能，并为所述电解单元在所述电解控制单元的控制下执行电解水制氢的过程进行供电；所述供电切换单元分别与所述无线供电接收线圈、所述电解单元和所述供电电池相连，适于在所述无线供电接收线圈获取电能时，能够将所述无线供电接收线圈与所述电解单元导通，使所述无线供电接收线圈获取的电能为所述电解单元直驱供电以执行电解水制氢的过程。

可选的，所述无线直供电的水素水杯还包括与所述水素发生装置相配合的杯垫，所述无线供电发射线圈设置于所述杯垫之内。

可选的，所述供电切换单元还适于在导通所述无线供电接收线圈与所述电解单元的同时，维持所述无线供电接收线圈与所述供电电池之间的导通，以使所述供电电池存储所述无线供电接收线圈所获取的电能。

可选的，所述供电切换单元还适于在所述电解单元执行电解水制氢的过程完成之后，断开所述无线供电接收线圈与所述电解单元之间的连接，并维持所述无线供电接收线圈与所述供电电池之间的导通。

可选的，所述无线供电接收线圈为所述电解单元进行直驱供电时，向所述电解单元输出的是频率在300～900KHz的高频电流。

可选的，所述杯盖与所述杯体的第一开口之间的连接以及所述水素发生装置与所述杯体的第二开口之间的连接，均为可拆卸连接结构。

可选的，所述无线直供电的水素水杯还包括适于容纳所述水素发生装置的杯底，所述杯底与所述杯体的第二开口密闭相连；所述杯底与所述杯体的第二开口之间的连接以及所述水素发生装置与所述杯底的连接，均为可拆卸连接结构。

可选的，所述电解控制单元包括振荡电路，所述振荡电路在工作时使所述电解单元包含的电极始终处于正电位。

可选的，所述电解单元包括阳极电极、阴极电极、离子膜、电解模组上盖、电解模组下盖和电解模组固定架，所述阳极电极、阴极电极、离子膜、电解模组上盖和电解模组下盖套设在电解模组固定架上并与其固定连接，所述阳极电极和阴极电极下端分别电连接有阳极电解片和阴极电解片，所述阳极电解片和阴极电解片之间固定连接有所述离子膜。

可选的，所述阳极电极与阴极电极均为掺硼的钛电极。

与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下优点：

通过在水素发生装置中集成适于以无线供电方式获取电能的无线供电接收线圈，并在供电切换单元的切换下，将无线供电接收线圈所获取的电能提供给供电电池进行充电，和/或将无线供电接收线圈与电解单元导通，使无线供电接收线圈获取的电能为电解单元直驱供电以执行电解水制氢的过程，如此一方面依靠无线充电的方式，能解决现有技术中的水素水杯通过插头电线接通电源进行充电、供电所存在使用不便的问题，延长了水素水杯的使用寿命，另一方面依靠无线供电接收线圈以高频电流的方式对于电解单元的直驱供电来执行电解水制氢的过程，也大大加快了水素水的生成速度，且还能够有效提高氢浓度，由此解决了现有技术中单纯依靠水素水杯中的供电电池(蓄电池)供电所导致的水素水生成速度慢且氢浓度不够高的问题。

进一步地，水素发生装置既可以与杯体的第二开口连接作为“杯底”使用，也可以将其与特定的杯底相配合，再使该特定的杯底与杯体的第二开口密闭连接，还可以将水素发生装置去除后独自去充电，仅将该特定的杯底与杯体的第二开口密闭连接作为普通水杯使用，使用方式便捷、灵活，既能将水素水杯作为整体使用，也能在水素发生装置中的供电电池没电时，同时为供电电池充电以及将水素水杯的一部分作为普通水杯独立使用。

进一步地，电解控制单元包括的振荡电路能够在其工作时使电解单元包含的电极始终处于正电位，如此能够使电极表面的水与电极充分接触，由此加速水的电解过程，从而进一步提高水素水的生成速度和氢浓度。

附图说明

图1是本发明实施例一的无线直供电的水素水杯的结构示意图；

图2是本发明实施例的水素发生装置的结构示意图；

图3是本发明实施例二的无线直供电的水素水杯的结构示意图；

图4是现有技术中的振荡电路对应形成的电流波形示意图；

图5是本发明实施例三的振荡电路对应形成的电流波形示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例作详细的说明。

实施例一

结合图1和图2，本发明实施例提供的无线直供电的水素水杯包括：杯体102、杯盖101和水素发生装置103；所述杯盖101与所述杯体102的第一开口102a相连，所述水素发生装置103与所述杯体102的第二开口102b相连；所述水素发生装置103包括电解单元103c、电解控制单元103d、供电电池103b、无线供电接收线圈103a和供电切换单元103e；所述无线供电接收线圈103a适于接收无线供电发射线圈104a发出的无线电磁波以获取电能；所述供电电池103b适于存储所述无线供电接收线圈103a所获取的电能，并为所述电解单元103c在所述电解控制单元103d的控制下执行电解水制氢的过程进行供电；所述供电切换单元103e分别与所述无线供电接收线圈103a、所述电解单元103c和所述供电电池103b相连，适于在所述无线供电接收线圈103a获取电能时，能够将所述无线供电接收线圈103a与所述电解单元103c导通，使所述无线供电接收线圈103a获取的电能为所述电解单元103c直驱供电以执行电解水制氢的过程。

需要指出的是，随着无线充电技术的日益发展，现有技术中也可能存在使用无线充电技术的水素水杯，然而，这类水素水杯一般是通过无线充电技术为水素水杯中的供电电池(蓄电池，一般为锂电池)进行无线充电，水素水的制备过程中，水素发生装置的供电仍然是通过供电电池提供的，仅仅是将普通的有线充电方式替换为无线充电方式。而本发明实施例提供的无线直供电的水素水杯，除了能够通过无线充电方式为供电电池进行充电之外，更为重要的是，还能够通过无线供电的方式为水素发生装置直驱供电以使其能够执行电解水制氢的过程，相对于传统的通过供电电池直流供电，再经过一定的振荡电路转换为高频电流至电极执行电解水制氢，无线供电接收线圈能够提供更为高效的高频电流至水素发生装置的电极，从而大大加快了水素水的生成速度，而且还能够提高氢浓度，使制备水素水的效率和质量都更佳。

由于现有技术中的惯用手段一般都是利用无线充电技术为蓄电池进行充电，例如支持无线充电的手机、电动汽车等设备，因此存在一定的技术研发思维定势，使得本领域技术人员不太容易想到去直接为水素发生装置直驱供电，更想不到采用供电切换的方式，以同时满足供电电池的充电和/或水素发生装置直驱供电制备水素水。

本实施例中，所述无线直供电的水素水杯还包括与所述水素发生装置103相配合的杯垫104，所述无线供电发射线圈104a设置于所述杯垫104之内。在实际实施时，只需要将由下至上依次连接的水素发生装置103、杯体102和杯盖101形成的整体，放置于所述杯垫104之上，接通杯垫104的电源，杯垫104内设置的无线供电发射线圈104a便会发射无线电磁波，电能通过无线传输的方式被水素发生装置103内的无线供电接收线圈103a所获取。

在其他实施例中，无线供电发射线圈也不一定需要设置在杯垫之中，可以设置在任何方便的地方(例如设置于桌子内，水素水杯放在该桌子的指定区域内便可实现充电)，通过无线供电的方式向无线供电发射线圈传输电能。因此，无线供电发射线圈并非所述无线直供电的水素水杯的必要组成部分之一。

在具体实施时，所述供电切换单元103e还适于在导通所述无线供电接收线圈103a与所述电解单元103c的同时，维持所述无线供电接收线圈103a与所述供电电池103b之间的导通，以使所述供电电池103b存储所述无线供电接收线圈所获取的电能。也就是说，在这种情况下，可以一边让电解单元103c制备水素水(即执行电解水制氢的过程)，一边让供电电池进行充电。

此外，所述供电切换单元103e还适于在所述电解单元103c执行电解水制氢的过程完成之后，断开所述无线供电接收线圈103a与所述电解单元103c之间的连接，并维持所述无线供电接收线圈103a与所述供电电池103b之间的导通。在这种情况下，电解单元103c制备水素水的工作已完毕，供电电池103b的充电过程继续维持。

当然，所述供电切换单元103e也可以不导通所述无线供电接收线圈103a与所述电解单元103c，而只是导通所述无线供电接收线圈103a与所述供电电池103b。在这种情况下，仅实现对供电电池103b的充电。

本领域技术人员能够理解，在实际实施时，所述供电切换单元103e的上述控制方式可以通过电路的方式予以实现，例如：所述供电切换单元可以包括第一电路和第二电路，所述第一电路适于实现所述无线供电接收线圈与所述电解单元之间的导通或断开，所述第二电路适于实现所述无线供电接收线圈与所述供电电池之间的导通或断开，所述第一电路和第二电路的导通或断开基于触发信号进行控制。因此，所述供电切换单元103e的不同工作方式可以用一定的控制信号进行触发，具体可以在水素发生装置103的外表面设置触摸按键，用户根据该触摸按键触发不同的控制信号。

本实施例中，所述无线供电接收线圈103a为所述电解单元103c进行直驱供电时，向所述电解单元103c输出的是频率在300～900KHz的高频电流。相对于现有技术中通过供电电池直流供电，再经过一定的振荡电路转换为高频电流，本实施例无线供电接收线圈103a向电解单元103c输出的高频电流的效率更高，能够加快水素水的生成速度以及提高氢浓度。

本实施例中，所述杯盖101与所述杯体102的第一开口102a之间的连接以及所述水素发生装置103与所述杯体102的第二开口102b之间的连接，均可以是可拆卸连接结构，如此能够便于水素水杯的清洗，也能够在所述水素发生装置发生故障时便于维修或替换。

实际实施时，所述电解单元可以包括阳极电极、阴极电极、离子膜、电解模组上盖、电解模组下盖和电解模组固定架，所述阳极电极、阴极电极、离子膜、电解模组上盖和电解模组下盖套设在电解模组固定架上并与其固定连接，所述阳极电极和阴极电极下端分别电连接有阳极电解片和阴极电解片，所述阳极电解片和阴极电解片之间固定连接有所述离子膜。此外，电解模组下盖与电解模组固定架之间还可以固定连接有杯体防水圈，通过杯体防水圈能够防止水进入到电解控制单元、供电电池和无线供电接收线圈中的电子元件内。上述结构为电解单元的常用实现方式，此处不再详细叙述。

上述结构的电解单元的水素水制备原理如下：把满足要求的水(电阻率＞1MΩ/cm，电子或分析行业用的去离子水或二次蒸馏水皆可)，送入电解槽阳极室(阳极电极隔开所形成对应的空间)，通电后水立刻在阳极分解成4个带正电荷的H，和2个带-2价的氧，分解成的负氧离子随即在阳极放出电子，形成氧气，从阳极排出，携带部分水进入水槽。氢质子以水合离子的形式，在电场力的作用下通过离子膜，到达阴极吸收电子形成氢气，从阴极室(阴极电极隔开所形成对应的空间)排出，进入水中，即可生成水素水(富氢水)。

本实施例中，所述阳极电极与阴极电极均为掺硼的钛电极。钛由于其强度高，即使在高的正超电势、强酸性和潮湿的条件下也不易发生腐蚀，是最佳基材候选材料之一。但是在使用时，钛双极板表面钝化行成氧化层，增大电极和双极板之间的接触电阻，导致功能减退，反应速度减慢。采用贵金属制的涂层，如铂和金，可以克服这个问题。由于铂对氧还原有较高的电催化活性与稳定性，所以采用铂金涂层。当然，铂也是最好的双效氢电极催化剂，即对氢还原具有良好的催化活性，又对氢的氧化有良好的催化性能、过电位低而且稳定，所以作为电催化剂的首选。

实际实施时，所述离子膜具体可采用美国杜邦膜，因具有高的质子传导性，低的气体渗透性，并且有合适的机械强度和低的温度敏感性，所以可作为高端水素水杯的首选膜。当然，有膜了也不一定就能够电解纯净水，也就是TDS为0的水，如二次RO膜过滤和蒸馏水，如怡宝，屈臣氏等。因为水中没有矿物质，所以普通电解无法电解纯净水，需要有一个媒介，增加一道膜处理工艺，就是通过特殊工艺在膜的两边处理上铂金涂层，完成导电性，也就是电流导通性，这样就可以电解纯净水了，这也叫零极距电解。

本实施例中，通过在水素发生装置中集成适于以无线供电方式获取电能的无线供电接收线圈，并在供电切换单元的切换下，将无线供电接收线圈所获取的电能提供给供电电池进行充电，和/或将无线供电接收线圈与电解单元导通，使无线供电接收线圈获取的电能为电解单元直驱供电以执行电解水制氢的过程，如此一方面依靠无线充电的方式，能解决现有技术中的水素水杯通过插头电线接通电源进行充电、供电所存在使用不便的问题，延长了水素水杯的使用寿命，另一方面依靠无线供电接收线圈以高频电流的方式对于电解单元的直驱供电来执行电解水制氢的过程，也大大加快了水素水的生成速度，且还能够有效提高氢浓度，由此解决了现有技术中单纯依靠水素水杯中的供电电池(蓄电池)供电所导致的水素水生成速度慢且氢浓度不够高的问题。

实施例二

可参阅图3，在实施例一的基础上，本实施例的无线直供电的水素水杯还包括适于容纳所述水素发生装置103的杯底105，所述杯底105与所述杯体102的第二开口102b密闭相连；所述杯底105与所述杯体102的第二开口102b之间的连接以及所述水素发生装置103与所述杯底105的连接，均为可拆卸连接结构。

实际实施时，在水素水杯中的供电电池没电情况下，需要为供电电池充电，而在充电过程中，该水素水杯暂时是无法使用的，如此对用户造成很大的不便。虽然实施例一中的无线直供电的水素水杯能够在充电过程中快速地制备出一杯水素水，但也局限于有限的使用距离，而且喝完水之后仍然需要将水素水杯放置到无线供电范围之内。

本实施例中，为无线直供电的水素水杯配置一个能够容纳所述水素发生装置103的杯底105，水素发生装置103可以设置在杯底105的空间内并固定连接，杯底105则与杯体102的第二开口102b密闭相连。既需要给水素水杯充电又需要使用杯子喝水时，可以将水素发生装置103从杯底105拆卸出来，然后放置到杯垫104上，让杯垫104内的无线供电发射线圈104a传输电能至水素发生装置103的无线供电接收线圈103a，再将杯底105与杯体102的第二开口102b密闭相连，使该水素水杯成为一个普通的水杯供用户使用，直至水素发生装置103充电完成。

本实施例中，水素发生装置既可以与杯体的第二开口连接作为“杯底”使用，也可以将其与特定的杯底相配合，再使该特定的杯底与杯体的第二开口密闭连接，还可以将水素发生装置去除后独自去充电，仅将该特定的杯底与杯体的第二开口密闭连接作为普通水杯使用，使用方式便捷、灵活，既能将水素水杯作为整体使用，也能在水素发生装置中的供电电池没电时，同时为供电电池充电以及将水素水杯的一部分作为普通水杯独立使用。

本实施例的无线直供电的水素水杯的具体实施还可以参考实施例一中无线直供电的水素水杯的实施的相关内容，此处不再赘述。

实施例三

在实施例一或实施例二的基础上，本实施例中涉及电解控制单元对于电解单元电解水制氢过程的控制进行改进优化。

在本实施例中，所述电解控制单元包括振荡电路，所述振荡电路在工作时使所述电解单元包含的电极始终处于正电位。

需要说明的是，水素水杯普遍采用弱电制氢技术，该技术一般也会应用高频振荡技术，现有技术中常规的振荡电路对应形成的电流波形如图4所示。在振荡电路的作用下，阳极电极和阴极电极的电位呈不断变化，阳极电极从0至某一正电位，再从该正电位逐渐减小为0，而阴极电极从0至某一负电位(与上述正电位数值相同，方向相反)，再从该负电位逐渐增大为0，如此围绕为0的横轴呈现正弦波形。

而本实施例中的振荡电路对应形成的电流波形如图5所示，虽仍然呈正弦波形，但无论是阳极电极还是阴极电极都始终处于正电位，经研究发现，如此能够使电极表面的水与电极充分接触，由此加速水的电解过程，从而进一步提高水素水的生成速度和氢浓度。

本实施例的无线直供电的水素水杯的具体实施还可以参考实施例一或二中无线直供电的水素水杯的实施的相关内容，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现本实施例中的无线直供电的水素水杯的全部或部分是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读存储介质中，所述存储介质可以是ROM、RAM、磁碟、光盘等。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。