Устройство для электролиза воды
Изобретение относится к трем вариантам устройства для электролиза воды. Согласно одному из вариантов устройство содержит: корпус, содержащий боковую стенку; электролитическую ячейку с ионообменной мембраной в корпусе, выполненную с возможностью осуществления электролиза воды и выделения водорода и кислорода, причем электролитическая ячейка с ионообменной мембраной содержит первую сторону, вторую сторону, соответствующую первой стороне, ионообменную мембрану, катод, анод, трубку для вывода водорода и трубку для вывода кислорода, причем ионообменная мембрана расположена между катодом и анодом; и встроенный модуль резервуара для воды для размещения внутри корпуса и соединенный с электролитической ячейкой с ионообменной мембраной, при этом встроенный модуль резервуара для воды, содержащий резервуар для воды, выполнен с возможностью подачи воды в электролитическую ячейку с ионообменной мембраной; причем, когда электролитическая ячейка с ионообменной мембраной осуществляет электролиз воды, на катоде выделяется водород, который выводится по трубке для вывода водорода, и на аноде выделяется кислород, который выводится по трубке для вывода кислорода; при этом трубка для вывода водорода и трубка для вывода кислорода соединены со второй стороной электролитической ячейки с ионообменной мембраной, и водород и кислород выводятся со второй стороны электролитической ячейки с ионообменной мембраной; при этом встроенный модуль резервуара для воды принимает водород и кислород, выделяемые электролитической ячейкой с ионообменной мембраной через трубку для вывода водорода и трубку для вывода кислорода, соответственно. Изобретение является эффективным в отношении использования пространства и имеет низкий шум. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 18 ил.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область изобретения
В настоящем изобретении предлагается устройство для электролиза воды, более конкретно, устройство для электролиза воды, содержащее электролитическую ячейку с ионообменной мембраной, выводящую водород и кислород с одной и той же стороны.
Описание известного уровня техники
Поскольку люди всегда уделяли много внимания разработкам в области здравоохранения, много разработок в медицинской технике также направлены на лечение болезней и продление жизни людей. Большинство методов лечения в прошлом основывались на наблюдении, что означает, что болезнь лечится только при ее возникновении. Методы лечения включают операцию, лечение лекарственными средствами, лучевую терапию или даже терапевтическое лечение рака. Однако в последние годы большинство исследований от экспертов в области медицины постепенно переходят к профилактическим медицинским методам, таким как исследования здорового питания, скрининг и профилактика наследственных заболеваний, которые активно предотвращают появление заболеваний в будущем. Благодаря нацеленности на продление человеческой жизни, постепенно развиваются и становятся весьма популярными для широкой аудитории многие антивозрастные и антиоксидантные технологии, включая продукты для ухода за кожей и антиоксидантную еду/лекарства.
В ходе исследований было обнаружено, что в человеческом организме существуют нестабильные формы кислорода (O+), также известные как свободные радикалы. Свободные радикалы, которые, как правило, возникают вследствие болезней, диеты, окружающей среды или образа жизни человека, могут выделяться в виде воды путем реакции с вдыхаемым водородом. Благодаря этому методу количество свободных радикалов в организме человека может быть уменьшено, восстанавливая при этом физическое состояние от кислотообразующего состояния до щелочеобразующего состояния с достижением антиоксидантного, антивозрастного и благоприятного влияния на здоровье человека, и даже с устранением хронических заболеваний. Кроме того, существуют также клинические исследования, показывающие, что пациенты, которым необходимо вдыхать высокую концентрацию кислорода в течение продолжительного периода времени, будут страдать от поражения легких, но ситуация с поражением легких может быть улучшена при вдыхании водорода.
Для улучшения эффективности вдыхания водорода эффективным способом является увеличение времени вдыхания водорода. Однако устройство для электролиза, известное из уровня техники, является громоздким; более того, планирование достаточного количества времени днем для вдыхания водорода представляет собой непростую задачу. Таким образом, эффективным способом было бы использование времени сна для вдыхания водорода. Однако, как было упомянуто выше, традиционное устройство для электролиза является громоздким. Способ уменьшения объема устройства для электролиза и поддержания достаточного количества водорода – вот задача, которая ждет своего решения.
В дополнение к медицинскому обслуживанию, водород также может использоваться для создания водородного пламени в целях обогрева или сжигания, или для удаления нагара в двигателе. В целом, водород получается за счет электролиза электролитической воды при высокой рабочей температуре. Кроме того, температура устройства для электролиза снижается посредством вентилятора. Если с вентилятором что-то случится, возможен взрыв водорода. Помимо этого, газ, получаемый устройством для электролиза, обычно содержит электролит, который не подходит для вдыхания. В то же время, электролит будет потерян во время электролиза.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для решения вышеупомянутых задач, целью настоящего изобретения является предоставление устройства для электролиза воды.
В настоящем изобретении предлагается устройство для электролиза воды, содержащее корпус и электролитическую ячейку с ионообменной мембраной. Корпус содержит боковую стенку. Электролитическая ячейка с ионообменной мембраной расположена не по центру в корпусе. Электролитическая ячейка с ионообменной мембраной содержит первую сторону, вторую сторону, соответствующую первой стороне, ионообменную мембрану, катод, анод, трубку для вывода водорода и трубку для вывода кислорода. Ионообменная мембрана расположена между катодом и анодом. При этом, когда электролитическая ячейка с ионообменной мембраной осуществляет электролиз воды, на катоде выделяется водород, и водород выводится по трубке для вывода водорода. На аноде выделяется кислород, и кислород выводится по трубке для вывода кислорода. При этом первая сторона обращена к боковой стенке, и водород и кислород выводятся со второй стороны электролитической ячейки с ионообменной мембраной.
В одном варианте осуществления анод расположен между ионообменной мембраной и второй стороной. Катод расположен между ионообменной мембраной и первой стороной. Трубка для вывода кислорода проходит от области между ионообменной мембраной и второй стороной ко второй стороне и проходит через вторую сторону. Трубка для вывода водорода проходит от области между ионообменной мембраной и первой стороной ко второй стороне и проходит через вторую сторону.
В одном варианте осуществления анод расположен между ионообменной мембраной и первой стороной. Катод расположен между ионообменной мембраной и второй стороной. Трубка для вывода водорода проходит от области между ионообменной мембраной и второй стороной и проходит через вторую сторону. Трубка для вывода кислорода проходит от области между ионообменной мембраной и первой стороной и проходит через первую сторону.
В одном варианте осуществления электролитическая ячейка с ионообменной мембраной содержит катодную камеру и анодную камеру. Катодная камера содержит катод, уплотнительную пластину катода, проводящую пластину катода и внешнюю пластину катода. Анодная камера содержит анод, уплотнительную пластину анода, проводящую пластину анода и внешнюю пластину анода.
В одном варианте осуществления электролитическая ячейка с ионообменной мембраной дополнительно содержит трубку для воды, проходящую через внешнюю пластину катода, проводящую пластину катода и уплотнительную пластину катода для сообщения катодной камеры с резервуаром для воды. Вода из резервуара для воды поступает в катодную камеру по трубке для воды для пополнения катодной камеры.
В одном варианте осуществления устройство для электролиза дополнительно содержит трубку для газа, вентилятор и газовый насос. При этом трубка для газа соединена с трубкой для вывода водорода, чтобы принимать водород. Вентилятор втягивает воздух из внешней среды, находящейся снаружи устройства для электролиза, в устройство для электролиза, и газовый насос втягивает воздух в трубку для газа для снижения концентрации водорода внутри трубки для газа.
В одном варианте осуществления устройство для электролиза дополнительно содержит камеру для смешивания газа, соединенную с трубкой для газа, чтобы принимать разбавленный водород. При этом в камере для смешивания газа избирательно получают распыленный газ для смешивания с водородом с образованием оздоровительного газа, и причем распыленный газ представляет собой газ, выбранный из группы, состоящей из водяного пара, распыленного раствора, летучего эфирного масла и любой их комбинации.
В одном варианте осуществления газовый насос соединен с трубкой для газа посредством патрубка для впуска газа, и соединительный участок между патрубком для впуска газа и трубкой для газа расположен под углом, и при этом угол составляет менее 90 градусов. В другом варианте осуществления угол находится в диапазоне от 25 градусов до 45 градусов, и форма соединительного участка, расположенного под углом, представляет собой дугу.
Заявляемое устройство для электролиза может дополнительно содержать определитель концентрации водорода и контроллер. Определитель концентрации водорода соединен с трубкой для газа и предназначен для определения того, находится ли концентрация водорода в трубке для газа в диапазоне между первым пороговым значением и вторым пороговым значением. При этом определитель концентрации водорода выдает первый предупредительный сигнал, когда определенная концентрация водорода превышает первое пороговое значение. Контроллер соединен с определителем концентрации водорода, газовым насосом и электролитической ячейкой с ионообменной мембраной. При этом контроллер выдает команду запуска для включения газового насоса при приеме первого предупредительного сигнала.
В одном варианте осуществления определитель концентрации водорода выдает второй предупредительный сигнал, когда определенная концентрация водорода превышает второе пороговое значение. Контроллер выдает команду остановки для выключения электролитической ячейки с ионообменной мембраной при приеме второго предупредительного сигнала. Первое пороговое значение составляет 4%, второе пороговое значение составляет 6%, и диапазон составляет от 4% до 6%.
В одном варианте осуществления ионообменная мембрана содержит тело мембраны, катодный каталитический слой и анодный каталитический слой, катодный каталитический слой. Анодные каталитические слои соответственно расположены на двух сторонах тела мембраны, причем катодный каталитический слой расположен в катодной камере, а анодный каталитический слой расположен в анодной камере. Анодный каталитический слой представляет собой материал, выбранный из группы, состоящей из Pt, Ir, Pd, легированного порошка Pt, углерода и их комбинаций; катодный каталитический слой представляет собой материал, выбранный из группы, состоящей из Pt, Ir, Pd, легированного порошка Pt и их комбинаций, и тело мембраны представляет собой нафионовую мембрану.
В одном варианте осуществления устройство для электролиза дополнительно содержит указатель уровня воды для определения уровня воды в резервуаре для воды.
Устройство для электролиза может дополнительно содержать блок питания. При этом блок питания содержит порт электропитания высокой мощности и порт электропитания низкой мощности. Электрическая мощность на выходе из порта электропитания низкой мощности составляет менее 50% от электрической мощности на выходе из порта электропитания высокой мощности. Порт электропитания высокой мощности выдает первое напряжение и первую величину тока, а порт электропитания низкой мощности выдает второе напряжение и вторую величину тока. Первое напряжение ниже второго напряжения, а первая величина тока больше второй величины тока.
В одном варианте осуществления устройство для электролиза может дополнительно содержать панель управления; при этом объем устройства для электролиза составляет менее 8,5 литра, и производительность по водороду устройства для электролиза, регулируемая посредством панели управления, находится в диапазоне от 120 мл/мин до 600 мл/мин.
В настоящем изобретении также предлагается другое устройство для электролиза, содержащее резервуар для воды, электролитическую ячейку с ионообменной мембраной и резервуар для предварительного нагрева. В резервуаре для воды находится вода. Электролитическая ячейка с ионообменной мембраной принимает воду из резервуара для воды. При этом электролитическая ячейка с ионообменной мембраной содержит ионообменную мембрану, катод, анод, трубку для вывода водорода и трубку для вывода кислорода. Когда электролитическая ячейка с ионообменной мембраной осуществляет электролиз воды, на катоде выделяется водород, а на аноде выделяется кислород, трубка для вывода водорода используется для вывода водорода, а трубка для вывода кислорода используется для вывода кислорода и оставшейся воды.
Резервуар для предварительного нагрева содержит патрубок для впуска воды, патрубок для выпуска воды и трубку для впуска кислорода. Патрубок для впуска воды соединен с резервуаром для воды, чтобы принимать воду. Вода выводится в электролитическую ячейку с ионообменной мембраной из патрубка для выпуска воды. Трубка для впуска кислорода соединена с трубкой для вывода кислорода, и вода с высокой температурой, оставшаяся после электролиза, и кислород выводятся в резервуар для предварительного нагрева по трубке для впуска кислорода. При этом кислород и водород выводятся с одной и той же стороны электролитической ячейки с ионообменной мембраной. Вода с высокой температурой, выводимая из трубки для впуска кислорода, предварительно нагревает воду в резервуаре для предварительного нагрева.
Вода в резервуаре для предварительного нагрева предварительно нагревается до температуры от 55°C до 65°C, и объем резервуара для предварительного нагрева меньше объема резервуара для воды.
В одном варианте осуществления резервуар для предварительного нагрева дополнительно содержит множество охлаждающих ребер и второй вентилятор; охлаждающие ребра радиально расположены на наружной стенке резервуара для предварительного нагрева, и второй вентилятор расположен на конце резервуара для предварительного нагрева для охлаждения резервуара для предварительного нагрева.
В настоящем изобретении дополнительно предлагается другое устройство для электролиза, содержащее электролитическую ячейку с ионообменной мембраной и встроенный пропускной модуль. Электролитическая ячейка с ионообменной мембраной выполнена с возможностью электролиза воды. Электролитическая ячейка с ионообменной мембраной содержит вторую сторону, ионообменную мембрану, катод, анод, трубку для вывода водорода и трубку для вывода кислорода. При этом ионообменная мембрана расположена между катодом и анодом. При этом, когда электролитическая ячейка с ионообменной мембраной осуществляет электролиз воды, на катоде выделяется водород, и водород выводится по трубке для вывода водорода, на аноде выделяется кислород, и кислород выводится по трубке для вывода кислорода. Встроенный пропускной модуль содержит резервуар для воды и проход для газа. Резервуар для воды соединен с электролитической ячейкой с ионообменной мембраной для пополнения водой электролитической ячейки с ионообменной мембраной. При этом верхняя часть резервуара для воды находится выше верхней части электролитической ячейки с ионообменной мембраной. Проход для газа соединен с электролитической ячейкой с ионообменной мембраной для перемещения водорода. При этом вторая сторона электролитической ячейки с ионообменной мембраной обращена к встроенному пропускному модулю. Кислород и водород выводятся в проход для газа со второй стороны. Вода вводится в электролитическую ячейку с ионообменной мембраной со второй стороны.
По сравнению с решениями из уровня техники, электролитическая ячейка с ионообменной мембраной выводит водород и кислород с одной и той же стороны. Кроме того, электролитическая ячейка с ионообменной мембраной, резервуар для воды, трубка для газа, вентилятор, газовый насос, панель управления, камера для смешивания газа и другие устройства расположены в корпусе в пределах ограниченного объема. Таким образом, настоящее изобретение поддерживает получение водорода на достаточном уровне и также обеспечивает максимально возможное пространство для размещения внутри корпуса. В настоящем изобретении предлагается устройство для электролиза воды, которое является эффективным в отношении использования пространства, имеет небольшой размер и низкий уровень шума, поэтому устройство для электролиза может использоваться пользователем удобным образом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИЛАГАЕМЫХ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Некоторые варианты осуществления будут описаны подробно со ссылкой на следующие фигуры, при этом одинаковые обозначения обозначают одинаковые элементы, где:
на фиг. 1A показан внешний вид одного варианта осуществления устройства для электролиза согласно настоящему изобретению;
на фиг. 1B показан внешний вид устройства для электролиза без кожуха, показанного на фиг. 1A, согласно настоящему изобретению;
на фиг. 1C показана структурная схема одного варианта осуществления устройства для электролиза согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2A показан схематический вид в разрезе одного варианта осуществления электролитической ячейки с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2B показан схематический вид в разрезе другого варианта осуществления электролитической ячейки с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению;
на фиг. 2C показан схематический вид в разрезе одного варианта осуществления, показанного на фиг. 2A, согласно настоящему изобретению;
на фиг. 3 показан вид в разобранном состоянии одного варианта осуществления электролитической ячейки с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению;
на фиг. 4 показан вид в разобранном состоянии, отличающийся от фиг. 3, электролитической ячейки с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению;
на фиг. 5A и фиг. 5B показаны виды в собранном состоянии под разными углами наблюдения электролитической ячейки с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению;
на фиг. 6 показан вид в разобранном состоянии одного варианта осуществления устройства для электролиза согласно настоящему изобретению;
на фиг. 7A и фиг. 7B показаны вид в разобранном состоянии и вид в собранном состоянии под другим углом наблюдения устройства для электролиза согласно настоящему изобретению;
на фиг. 8A показан вид сверху одного варианта осуществления устройства для электролиза согласно настоящему изобретению;
на фиг. 8B показан схематический вид в разрезе по линии D–D на фиг. 8A согласно настоящему изобретению;
на фиг. 9 показан схематический вид в разрезе по линии Q–Q на фиг. 8A согласно настоящему изобретению;
на фиг. 10 показано схематическое изображение одного варианта осуществления устройства для электролиза согласно настоящему изобретению;
на фиг. 11 показано схематическое изображение одного варианта осуществления встроенного пропускного модуля согласно настоящему изобретению.
Преимущества, сущность и признаки настоящего изобретения будут объясняться и описываться в сочетании со следующими вариантами осуществления и фигурами.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Подробное описание описанных далее в данном документе вариантов осуществления раскрытых устройства и способа представлены в данном документе посредством примера и без ограничения со ссылкой на фигуры. Несмотря на то, что определенные варианты осуществления показаны и описаны подробно, следует понимать, что различные изменения и модификации могут быть выполнены, не выходя за рамки объема прилагаемой формулы изобретения. Объем настоящего изобретения никоим образом не будет ограничен количеством составляющих компонентов, их материалами, их формами, их соответственным расположением и т. д., и все это представлено просто качестве примера вариантов осуществления настоящего изобретения.
В описании настоящего изобретения термины «в одном варианте осуществления», «в другом варианте осуществления» или «в некоторых вариантах осуществления» означают, что конкретный признак, конструкция, материал или характеристика настоящего варианта осуществления предусматриваются по меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения. В описании настоящего изобретения схематические изображения вышеупомянутых терминов не обязательно относятся к одному варианту осуществления. Кроме того, описанные конкретные признак, конструкция, материал или характеристика могут предусматриваться в любом одном или более вариантах осуществления надлежащим образом.
В вариантах осуществления настоящего изобретения термин «или» включает комбинацию части перечисленных компонентов и комбинацию всех перечисленных компонентов. Например, описанное выражение «A или B» включает только A, только B и как A, так и B. Более того, формы единственного числа перед элементом или компонентом настоящего изобретения не ограничивают количество элементов или компонентов. Таким образом, формы единственного числа следует рассматривать, как включающие один или по меньше мере один компонент. Помимо этого, единственная форма элемента или компонента также включает множественную форму, если количество явно не обозначает единственную форму.
Обратимся к фиг. 1A–1C. На фиг. 1A показан внешний вид одного варианта осуществления устройства для электролиза согласно настоящему изобретению. На фиг. 1B показан внешний вид устройства для электролиза без кожуха, показанного на фиг. 1A, согласно настоящему изобретению. На фиг. 1C показана структурная схема одного варианта осуществления устройства для электролиза согласно настоящему изобретению. Устройство для электролиза согласно настоящему изобретению содержит корпус 100 и панель 102 управления. Корпус 100 содержит боковую стенку и основание. Резервуар 10 для воды и электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной расположены в корпусе 100. Резервуар 10 для воды расположен на стороне, противоположной панели 102 управления. Резервуар 10 для воды выполнен с возможностью снабжения водой электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной расположена между панелью 102 управления и резервуаром 10 для воды, и электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной расположена не по центру в корпусе. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной осуществляет электролиз воды для получения водорода. В одном варианте осуществления вода представляет собой деионизованную воду для получения водорода высокой чистоты. Однако она не ограничена деионизированной водой.
Обратимся к фиг. 2A и фиг. 2B. На фиг. 2A показан схематический вид в разрезе одного варианта осуществления электролитической ячейки с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению. На фиг. 2B показан схематический вид в разрезе другого варианта осуществления электролитической ячейки с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению. Фиг. 2A и фиг. 2B будут использованы для сжатого пояснения основных признаков настоящего изобретения в этом разделе. Обратимся к фиг. 2A. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной содержит первую сторону S1, вторую сторону S2, соответствующую первой стороне S1, ионообменную мембрану 120, катод 123, анод 124, трубку 21 для вывода водорода и трубку 22 для вывода кислорода. Ионообменная мембрана 120 расположена между первой стороной S1 и второй стороной S2. Катод 123 расположен между первой стороной S1 и ионообменной мембраной 120. Анод 124 расположен между второй стороной S2 и ионообменной мембраной 120. При этом область, имеющая первую сторону S1 и катод 123, называется катодной камерой 1201. Область, имеющая вторую сторону S2 и анод 124, называется анодной камерой 1202. Однако для более четкого указания соответствующих положений катодной камеры 1201 и анодной камеры 1202, положение катодной камеры 1201 и анодной камеры 1202 указано пунктирной линией на фиг. 2A. Трубка 21 для вывода водорода проходит от области между ионообменной мембраной 120 и первой стороной S1 ко второй стороне S2 и проходит через вторую сторону S2. Трубка 22 для вывода кислорода проходит от области между ионообменной мембраной 120 и второй стороной S2 ко второй стороне S2 и проходит через вторую сторону S2. Когда электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной осуществляет электролиз воды, на катоде 123 выделяется водород, а на аноде 124 выделяется кислород. Основными признаками настоящего изобретения является то, что водород и кислород соответственно выводятся по трубке 21 для вывода водорода и трубке 22 для вывода кислорода со второй стороны S2 электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. В настоящем варианте осуществления трубка 21 для вывода водорода и трубка 22 для вывода кислорода выводят водород и кислород со стороны возле анодной камеры 1202 электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной.
Однако положения трубки 21 для вывода водорода и трубки 22 для вывода кислорода согласно настоящему изобретению не ограничиваются описанным вариантом осуществления. Обратимся к фиг. 2B. Компоненты электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной, показанные на фиг. 2B, аналогичны показанным на фиг. 2A. Отличие в том, что положения первой стороны S1 и второй стороны S2 на фиг. 2B противоположны показанным на фиг. 2A. Таким образом, на фиг. 2B анод 124 расположен между первой стороной S1 и ионообменной мембраной 120. Катод 123 расположен между второй стороной S2 и ионообменной мембраной 120. Анодная камера 1202 содержит первую сторону S1 и анод 124. Катодная камера 1201 содержит вторую сторону S2 и катод 123. Трубка 21 для вывода водорода проходит от области между ионообменной мембраной 120 и второй стороной S2 ко второй стороне S2 и проходит через вторую сторону S2. Трубка 22 для вывода кислорода проходит от области между ионообменной мембраной 120 и первой стороной S1 ко второй стороне S2 и проходит через вторую сторону S2. Когда электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной осуществляет электролиз воды, на катоде 123 выделяется водород, а на аноде 124 выделяется кислород. Основными признаками настоящего изобретения является то, что водород и кислород соответственно выводятся по трубке 21 для вывода водорода и трубке 22 для вывода кислорода со второй стороны S2 электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. В настоящем варианте осуществления трубка 21 для вывода водорода и трубка 22 для вывода кислорода выводят водород и кислород со стороны возле катодной камеры 1201 электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. Это также означает, что трубка 21 для вывода водорода и трубка 22 для вывода кислорода могут быть расположены на любой стороне электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной в соответствии с проектом или требованиями пользователей.
Обратимся к фиг. 2C. На фиг. 2C показан схематический вид в разрезе одного варианта осуществления, показанного на фиг. 2A, согласно настоящему изобретению. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной содержит ионообменную мембрану 120, катодную камеру 1201 и анодную камеру 1202, как показано на фиг. 2C. В катодной камере 1201 размещен катод 123, а в анодной камере 1202 размещен анод 124. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной расположена между катодной камерой 1201 и анодной камерой 1202. Когда электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной осуществляет электролиз воды, на катоде 123 выделяется водород, а на аноде 124 выделяется кислород. В одном варианте осуществления в анодной камере 1202 находится вода. Вода в анодной камере 1202 может дополнительно проникать в катодную камеру 1201 через ионообменную мембрану 120. Помимо того, фиг. 2A, фиг. 2B и фиг. 2C представляют собой схематические виды в разрезе для демонстрации конструкции внутри электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной, но не описания самой электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. Пустой областью на фиг. 2C показан корпус электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной.
Ионообменная мембрана 120 содержит тело 1203 ионообменной мембраны, анодный каталитический слой 128 и катодный каталитический слой 127, как показано на фиг. 2C. Тело 1203 ионообменной мембраны может представлять собой протонообменную мембрану. В предпочтительном варианте осуществления тело ионообменной мембраны представляет собой нафионовую мембрану. Анодный каталитический слой 128 может быть выбран из группы, состоящей из Pt, Ir, Pd, легированного порошка Pt, углерода или любой их комбинации. Катодный каталитический слой 127 может быть выбран из группы, состоящей из Pt, Ir, Pd, легированного порошка Pt или любой их комбинации. В одном варианте осуществления материал анодного каталитического слоя 128 или катодного каталитического слоя 127 может представлять собой суспензию, которая расположена на двух сторонах ионообменной мембраны для образования анодного каталитического слоя 128 и катодного каталитического слоя 127. На практике, водород может выделяться на каталитическом слое, вместо этого водород может выделяться на катоде 123; водород также может выделяться между телом 1203 ионообменной мембраны и катодом 123. Таким образом, по сравнению с решениями из уровня техники, в электролитической ячейке 12 с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению могут быть предотвращены некоторые проблемы, такие как коррозия ячейки, загрязнение окружающей среды или вдыхание газа с электролитом из-за неполной фильтрации.
Обратимся к фиг. 2A–2C. Внутри катодная камера 1201 содержит пластину 121 катода, катод 123, уплотнительную пластину 125 катода и катодный каталитический слой 127. Внутри анодная камера 1202 содержит пластину 122 анода, анод 124, уплотнительную пластину 126 анода и анодный каталитический слой 128. При этом первая сторона S1 и вторая сторона S2 на фиг. 2A соответственно соответствуют пластине 121 катода и пластине 122 анода на фиг. 2C. С другой стороны, первая сторона S1 и вторая сторона S2 на фиг. 2B соответствуют пластине 122 анода и пластине 121 катода на фиг. 2C соответственно. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной содержит трубку 21 для вывода водорода, трубку 22 для вывода кислорода и трубку 24 для воды. Трубка 22 для вывода кислорода выполнена с возможностью вывода кислорода, и трубка 21 для вывода водорода выполнена с возможностью вывода водорода, выделившегося в катодной камере 1201. Трубка 21 для вывода водорода проходит через уплотнительную пластину 125 катода, уплотнительную пластину 126 анода, анод 124 и пластину 122 анода, как показано на фиг. 2C. Таким образом, катодная камера 1201 может сообщаться с окружающей средой снаружи электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной и выводить водород. Трубка 22 для вывода кислорода выполнена с возможностью вывода кислорода, выделившегося в анодной камере 1202. Трубка 22 для вывода кислорода проходит через анод 124 и пластину 122 анода, вследствие чего анодная камера 1202 может сообщаться с окружающей средой снаружи электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной и выводить кислород. Трубка 24 для воды проходит через анод 124 и пластину 122 анода. Трубка 24 для воды соединена с резервуаром 10 для воды для подачи воды в резервуаре 10 для воды в анодную камеру 1202. Таким образом пополняют водой для электролиза электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной. При этом, поскольку трубка 21 для вывода водорода и трубка 22 для вывода кислорода расположены на одной и той же стороне электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной, кислород и водород выводятся с одной и той же стороны электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. В настоящем варианте осуществления все из трубки 21 для вывода водорода, трубки 22 для вывода кислорода и трубки 24 для воды проходят через пластину 122 анода и расположены на пластине 122 анода. Настоящее изобретение не ограничено описанным вариантом осуществления. При аналогичной конструкции трубка 21 для вывода водорода, трубка 22 для вывода кислорода и трубка 24 для воды также могут проходить через пластину 121 катода и быть расположены на ней, как показано в виде второй стороны S2 на фиг. 2B.
В уровне техники, поскольку газ и вода выводятся с двух, даже с трех сторон электролитической ячейки с ионообменной мембраной, должно быть предусмотрено большое пространство для размещения электролитической ячейки с ионообменной мембраной, и соединительной линии, и соединительной трубки. Согласно настоящему изобретению, поскольку кислород и водород выводятся с одной и той же стороны электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной, пространство вокруг электролитической ячейки с ионообменной мембраной может быть использовано эффективно.
Обратимся к фиг. 3 и фиг. 4. На фиг. 3 показан вид в разобранном состоянии одного варианта осуществления электролитической ячейки с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению. На фиг. 4 показан вид в разобранном состоянии, отличающийся от фиг. 3, электролитической ячейки с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению. Ионообменная мембрана 120 дополнительно содержит периферийную пластину 1204 ионообменной мембраны для фиксации относительного положения тела 1203 ионообменной мембраны, катодного каталитического слоя 127 и анодного каталитического слоя 128 в электролитической ячейке 12 с ионообменной мембраной. На фиг. 3 и фиг. 4 показаны относительные положения каждого компонента электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. Затем каждый компонент, входящий в состав электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной, может быть собран в соответствии с последовательностью укладки, как показано на фиг. 3 и фиг. 4.
Обратимся к фиг. 3 и фиг. 4. В одном варианте осуществления периферийная пластина 1204 ионообменной мембраны, уплотнительная пластина 125 катода и уплотнительная пластина 126 анода могут быть расположены вокруг электродной пластины для достижения таких эффектов, как изоляция и герметичность. При этом материал периферийной пластины 1204 ионообменной мембраны может представлять собой силикагель. Однако материал и способ установки периферийной пластины 1204 ионообменной мембраны не ограничены упомянутым выше. На практике, материал и способ установки периферийной пластины 1204 ионообменной мембраны могут представлять собой любые виды материала или способы установки, которые могут обеспечить достижение таких эффектов, как изоляция и герметичность.
Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, трубка 21 для вывода водорода проходит через уплотнительную пластину 125 катода, периферийную пластину 1204 ионообменной мембраны, уплотнительную пластину 126 анода, анод 124 и пластину 122 анода, вследствие чего водород, выделившийся в катодной камере 1201, может быть выведен по трубке 21 для вывода водорода и периферийной пластине 1204 ионообменной мембраны со стороны пластины 122 анода; и трубка 22 для вывода кислорода проходит через анод 124 и пластину 122 анода, вследствие чего кислород, выделившийся в анодной камере 1202, может быть выведен по трубке 22 для вывода кислорода со стороны пластины 122 анода. Трубка 24 для воды проходит через анод 124 и пластину 122 анода. Трубка 24 для воды соединена с резервуаром 10 для воды для подачи воды в резервуаре 10 для воды в анодную камеру 1202. Таким образом пополняют водой для электролиза электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной. Прокладка 25 расположена между трубкой 21 для вывода водорода, трубкой 22 для вывода кислорода, трубкой 24 для воды и пластиной 122 анода. Прокладка 25 выполнена с возможностью уплотнения пространства между трубкой 21 для вывода водорода, трубкой 22 для вывода кислорода, трубкой 24 для воды и пластиной 122 анода.
Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, катод 123 содержит проводящую пластину 123-1 катода и проводящую пластину 123-2 катода; анод 124 содержит проводящую пластину 124-1 анода и проводящую пластину 124-2 анода. В одном варианте осуществления каждая проводящая пластина может представлять собой титановую деталь, полученную в результате порошкового литья, и материалом каждой проводящей пластины может быть титан. Однако на практике он не ограничен вышеприведенными материалами или способами литья. Как показано на фиг. 3, в одном варианте осуществления проводящая пластина 123-2 катода может быть расположена между ионообменной мембраной 120 / телом 1203 ионообменной мембраны и проводящей пластиной 123-1 катода; а проводящая пластина 124-2 анода может быть расположена между ионообменной мембраной 120 / телом 1203 ионообменной мембраны и проводящей пластиной 124-1 анода. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной может быть соединена с блоком питания посредством проводящей пластины 123-1 катода и проводящей пластины 124-1 анода. В одном варианте осуществления имеются проходы, предусмотренные в проводящей пластине 124-1 анода, показанные на фиг. 3, и в проводящей пластине 123-1 катода, показанные на фиг. 4, соответственно. Когда проводящая пластина 123-1 катода и проводящая пластина 123-2 катода уложены друг на друга, множество катодных полостей 123-3 образуются в катодной камере 1201. Когда проводящая пластина 124-1 анода и проводящая пластина 124-2 анода уложены друг на друга, множество анодных полостей 124-3 образуются в анодной камере 1202. Катодные полости 123-3 и анодные полости 124-3 могут использоваться для обеспечения циркуляции воздуха и воды в них. При этом анодные полости 124-3 соединены с трубкой 22 для вывода кислорода, а катодные полости 123-3 соединены с трубкой 21 для вывода водорода.
Обратимся к фиг. 5A и фиг. 5B. На фиг. 5A и фиг. 5B показаны виды в собранном состоянии под разными углами наблюдения электролитической ячейки с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению. Пластина 121 катода и пластина 122 анода соответственно расположены на двух внешних сторонах электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной для фиксации, изоляции и защиты всей электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. Материал пластины 121 катода и пластины 122 анода может представлять собой нержавеющую сталь. В одном варианте осуществления после сборки электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной может быть зафиксирована посредством фиксирующего элемента, показанного на фиг. 6. Однако количество, тип и способ фиксации не ограничены этой фигурой. Как показано на фиг. 6, объем собранной электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной относительно мал. Таким образом, объем устройства для электролиза согласно настоящему изобретению является небольшим.
Обратимся к фиг. 1C, фиг. 6, фиг. 7A и фиг. 7B. На фиг. 6 показан вид в разобранном состоянии одного варианта осуществления устройства для электролиза согласно настоящему изобретению. На фиг. 7A и фиг. 7B показан вид в разобранном состоянии и вид в собранном состоянии под другим углом наблюдения устройства для электролиза согласно настоящему изобретению. Чтобы не затруднять понимание показаны только необходимые компоненты. Устройство 1 для электролиза согласно настоящему изобретению содержит резервуар 10 для воды и электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной, упомянутую выше; помимо этого, устройство 1 для электролиза также содержит трубку 11 для газа, газовый насос 13, вентилятор 15, камеру 16 для смешивания газа, определитель 18 концентрации водорода, контроллер 14, резервуар 30 для разделения и указатель 40 уровня воды. Резервуар 30 для разделения расположен в изолированном месте в резервуаре 10 для воды. В одном варианте осуществления указатель 40 уровня воды предназначен для определения уровня воды в резервуаре 10 для воды. Указатель 40 уровня воды расположен на внешней поверхности резервуара 10 для воды и используется для измерения объема воды в резервуаре 10 для воды за счет измерения разницы в емкости между областью с водой и областью без воды в резервуаре 10 для воды.
Обратимся к фиг. 6, фиг. 8A и фиг. 8B. На фиг. 8A показан вид сверху одного варианта осуществления устройства для электролиза согласно настоящему изобретению. На фиг. 8B показан схематический вид в разрезе по линии D–D на фиг. 8A согласно настоящему изобретению. Трубка 21 для вывода водорода электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной сообщается и соединяется с резервуаром 30 для разделения посредством патрубка 211 для водорода. Трубка 22 для вывода кислорода электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной сообщается и соединяется с резервуаром 10 для воды посредством патрубка 222 для кислорода. При этом стерилизатор 50 находится в резервуаре 10 для воды. В настоящем варианте осуществления стерилизатор 50 представляет собой прямой УФ-стерилизатор. Стерилизатор 50 расположен на стороне в резервуаре 10 для воды вдали от резервуара 30 для разделения. Трубка 24 для воды соединена непосредственно со стороной в резервуаре 10 для воды возле стерилизатора 50 посредством патрубка 242 для воды, вследствие чего стерилизованная вода в резервуаре 10 для воды пополняет электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной для электролиза.
Резервуар 30 для разделения содержит пружинный клапан 32, поплавок 34 и трубку 36 для выпуска водорода, расположенные в нем. Водород, полученный посредством электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной, перемещается в резервуар 30 для разделения через трубку 21 для вывода водорода и патрубок 211 для водорода. Когда водород в резервуаре 30 для разделения накапливается до достижения порогового значения, пружинный клапан 32 открывается под действием давления водорода. Таким образом, водород может выводиться через трубку 36 для выпуска водорода в фильтр 60. Фильтр 60 будет отфильтровывать примеси в водороде. Помимо этого, когда водород выводится из электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной, водород может содержать небольшое количество остаточной электролитической воды. Остаточная электролитическая вода скапливается в резервуаре 30 для разделения, вследствие чего поплавок 34 всплывает вверх при повышении уровня воды. Затем патрубок для выпуска воды, закрытый поплавком 34, открывается, и скопившаяся остаточная электролитическая вода выпускается через патрубок для выпуска воды в резервуар 10 для воды для повторного использования.
Кислород, полученный в результате электролиза, выпускается непосредственно в резервуар 10 для воды через патрубок 222 для кислорода и трубку 22 для вывода кислорода. Кислород непосредственно рассеивается из верхней части резервуара 10 для воды в окружающую среду. Кислород, выведенный из электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной, может содержать небольшое количество остаточной электролитической воды. Остаточная электролитическая вода будет выпускаться в резервуар 10 для воды для повторного использования.
Обратимся к фиг. 7A, фиг. 7B, фиг. 8A и фиг. 9. На фиг. 9 показан схематический вид в разрезе по линии Q–Q на фиг. 8A согласно настоящему изобретению. Как упомянуто в предыдущем абзаце, водород выводится в фильтр 60 через трубку 36 для выпуска водорода, затем картридж 602 фильтра, находящийся в фильтре 60, используется для того, чтобы отфильтровать примеси в водороде. Отфильтрованный водород перемещается в трубку 11 для газа и разбавляется для входа в камеру 16 для смешивания газа. Трубка 11 для газа соединена с фильтром 60, чтобы принимать отфильтрованный водород. Трубка 11 для газа также соединена с газовым насосом 13. Вентилятор 15 втягивает воздух из внешней среды, находящейся снаружи устройства 1 для электролиза, в устройство 1 для электролиза, и газовый насос 13 втягивает воздух в трубку 11 для газа для снижения концентрации водорода внутри трубки 11 для газа. При этом все из компонентов, упомянутых выше, заключены в корпус 100. Корпус 100 содержит множество пор. Вентилятор 15 втягивает окружающий воздух в устройство 1 для электролиза через поры в корпусе 100, а затем втянутый воздух втягивается в трубку 11 для газа посредством газового насоса 13. Согласно настоящему изобретению газовый насос 13 может представлять собой вихревой вентилятор. Воздух, втянутый вентилятором 15, втягивается в газовый насос 13 через всасывающее отверстие 134 газового насоса 13, вследствие чего воздух может перемещаться в трубку 11 для газа. Как показано на фиг. 7B и фиг. 9, трубка 132 газового насоса 13 соединена с трубкой 11 для газа посредством патрубка 112 для впуска газа. Трубка 11 для газа имеет первое направление D1 протекания, а патрубок 112 для впуска газа имеет второе направление D2 протекания. Газ в трубке 11 для газа протекает в камеру 16 для смешивания газа в первом направлении D1 протекания, показанном указывающей стрелкой. Газ в патрубке 112 для впуска газа протекает в трубку 11 для газа во втором направлении D2 протекания, показанном указывающей стрелкой. Таким образом газ из трубки 132 газового насоса вводится в трубку 11 для газа через патрубок 112 для впуска газа. Соединительный участок между патрубком 112 для впуска газа и трубкой 11 для газа, который представляет собой пересечение первого направления D1 протекания и второго направления D2 протекания, расположен под углом A. Угол A составляет менее 90 градусов. Предпочтительный угол A находится в диапазоне от 25 градусов до 45 градусов. Форма соединительного участка, расположенного под углом A, представляет собой дугу. За счет исполнения угла A, воздух в трубке 132 газового насоса может перемещаться в трубку 11 для газа для разбавления водорода в трубке 11 для газа.
Обратимся к фиг. 9. Камера 16 для смешивания газа соединена с трубкой 11 для газа и принимает отфильтрованный и разбавленный водород. В камере 16 для смешивания газа избирательно получают распыленный газ для смешивания с водородом с образованием оздоровительного газа, и причем распыленный газ представляет собой газ, выбранный из группы, состоящей из водяного пара, распыленного раствора, летучего эфирного масла и любой их комбинации. Камера 16 для смешивания газа содержит генератор 162 вибраций. Генератор 162 вибраций распыляет водяной пар, распыленный раствор или летучее эфирное масло в камере 16 для смешивания газа за счет создания вибраций с получением распыленного газа. Затем распыленный газ смешивается с водородом в камере 16 для смешивания газа с образованием оздоровительного газа для вдыхания. Камера 16 для смешивания газа может избирательно включаться или выключаться в соответствии с требованиями. Это также означает, что камера 16 для смешивания газа и генератор 162 вибраций могут быть включены для предоставления водорода с распыленным газом для вдыхания; в ином случае, камера 16 для смешивания газа и генератор 162 вибраций могут быть выключены для предоставления водорода только для вдыхания. Пользователь может вдыхать водород или оздоровительный газ путем высвобождения водорода или оздоровительного газа в окружающую среду. Кроме того, пользователь может вдыхать водород или оздоровительный газ через трубку или маску.
Определитель 18 концентрации водорода соединен с трубкой 11 для газа в целях определения концентрации водорода в трубке 11 для газа. Контроллер 14 соединен с определителем 18 концентрации водорода, газовым насосом 13 и электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной. В одном варианте осуществления определитель 18 концентрации водорода может быть соединен с трубкой 21 для вывода водорода и патрубком 211 для водорода для определения концентрации водорода в трубке 11 для газа, выводимого из электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. При этом определитель 18 концентрации водорода определяет, находится ли концентрация водорода в трубке 11 для газа в некотором диапазоне. Диапазон находится между первым пороговым значением и вторым пороговым значением. Например, первое пороговое значение составляет 4%, и второе пороговое значение составляет 6%, тогда определитель 18 концентрации водорода определяет, находится ли концентрация водорода в трубке для газа между 4% и 6%. Величина первого порогового значения и величина второго порогового значения могут быть отрегулированы посредством панели 102 управления в соответствии с требованиями. В настоящем варианте осуществления определитель 18 концентрации водорода выдает первый предупредительный сигнал, когда определенная концентрация водорода в трубке 21 для вывода водорода и патрубке 211 для водорода выше, чем первое пороговое значение, составляющее 4%. Контроллер 14 выдает команду запуска при приеме первого предупредительного сигнала. Команда запуска отправляется на газовый насос 13 для включения газового насоса 13. Определитель 18 концентрации водорода выдает второй предупредительный сигнал, когда определенная концентрация водорода в трубке 21 для вывода водорода и патрубке 211 для водорода выше, чем второе пороговое значение, составляющее 6%. Контроллер 14 выдает команду остановки при приеме второго предупредительного сигнала. Команда остановки отправляется на электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной для выключения электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. Например, подача питания на электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной прекращается для предотвращения взрыва газа из-за высокой концентрации водорода, а также для повышения общей безопасности. Упомянутое первое пороговое значение может составлять 3,5% объема водорода от общего объема газа. Первый предупредительный сигнал выдается, когда определенная концентрация водорода выше, чем 3,5%. Однако пороговое значение не ограничено этим.
Обратимся к фиг. 10. На фиг. 10 показано схематическое изображение одного варианта осуществления устройства для электролиза согласно настоящему изобретению. В одном варианте осуществления устройство 1 для электролиза содержит резервуар 17 для предварительного нагрева, расположенный между резервуаром 10 для воды и электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной. При этом резервуар 17 для предварительного нагрева представляет собой, в общих чертах, цилиндр или трубу круглого сечения. Хотя резервуар 17 для предварительного нагрева показан крупнее, чем резервуар 10 для воды на фиг. 10, объем резервуара 17 для предварительного нагрева меньше объема резервуара 10 для воды в других вариантах осуществления. Резервуар 17 для предварительного нагрева содержит патрубок 172 для впуска воды, соединенный с нижним патрубком 10-2 резервуара 10 для воды. Резервуар 17 для предварительного нагрева дополнительно содержит патрубок 174 для выпуска воды, соединенный с трубкой 24 для воды электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. Резервуар 17 для предварительного нагрева дополнительно содержит трубку 176 для впуска кислорода, соединенную с трубкой 22 для вывода кислорода. Резервуар 17 для предварительного нагрева дополнительно содержит трубку 178 для выпуска кислорода, соединенную с верхним патрубком 10-1 резервуара 10 для воды. Вода в резервуаре 10 для воды протекает сначала в резервуар 17 для предварительного нагрева через нижний патрубок 10-2, затем протекает в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной для электролиза через патрубок 174 для выпуска воды. Кислород и часть остаточной электролизованной воды, которая получена во время электролиза воды, выпускаются в резервуар 17 для предварительного нагрева через трубку 176 для впуска кислорода. Часть остаточной электролизованной воды будет оставаться в резервуаре 17 для предварительного нагрева. Кислород выпускается в резервуар 10 для воды через верхний патрубок 10-1 и трубку 178 для выпуска кислорода.
При этом температура электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной будет повышаться во время электролиза. Температура электролизованной воды связана с эффективностью электролиза. Диапазон температуры электролизованной воды от приблизительно 55 °C до 65°C повышает эффективность электролиза. Таким образом, электролизованная вода в резервуаре 17 для предварительного нагрева предварительно нагревается до надлежащей температуры путем возврата электролизованной воды с высокой температурой, выпущенной из трубки 22 для вывода кислорода электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной, в резервуар 17 для предварительного нагрева. Надлежащая температура может находиться в диапазоне от 55°C до 65°C. Для поддержания надлежащей температуры электролизованной воды в резервуаре 17 для предварительного нагрева, резервуар 17 для предварительного нагрева дополнительно содержит множество охлаждающих ребер 171 и второй вентилятор 173. Охлаждающие ребра 171 радиально расположены на наружной стенке резервуара 17 для предварительного нагрева, а второй вентилятор 173 расположен на конце резервуара 17 для предварительного нагрева. Охлаждающие ребра 171 работают совместно с вторым вентилятором 173 для обеспечения конвекции в целях охлаждения резервуара 17 для предварительного нагрева. Для простоты иллюстрации охлаждающие ребра 171 начерчены только на части внешней стенки резервуара 17 для предварительного нагрева, а в других вариантах осуществления охлаждающие ребра 171 могут быть распределены по внешней стенке резервуара 17 для предварительного нагрева.
Целью настоящего изобретения является уменьшение шума и объема устройства 1 для электролиза с сохранением достаточного объема получения водорода, вследствие чего устройство 1 для электролиза может подходить для использования во время сна. Таким образом, основной целью настоящего изобретения является уменьшение объема устройства 1 для электролиза. Например, устройство 1 для электролиза согласно настоящему изобретению является приблизительно цилиндрическим. Поскольку длина самой длинной секции в нижней части составляет 200 мм, а высота устройства составляет до 270 мм, максимальный объем составляет приблизительно 8500 см3, или 8,5 литра. Внешний вид устройства 1 для электролиза согласно настоящему изобретению не ограничен цилиндрической формой; внешний вид устройства 1 для электролиза может иметь другую форму. Например, внешний вид устройства 1 для электролиза может иметь эллиптическую, квадратную или многоугольную форму. Кроме того, пространство для размещения, образованное корпусом устройства 1 для электролиза, эффективно используется в максимально возможной степени. Предусмотрено шесть настроек вывода для регулирования производительности по водороду устройства 1 для электролиза, включая 120 мл/мин, 240 мл/мин или 360 мл/мин производительности по водороду, соответствующие 2 л/мин, 4 л/мин и 6 л/мин общего газа (оздоровительного газа) соответственно. Также, устройство 1 для электролиза может выдавать 400 мл/мин, 500 мл/мин или 600 мл/мин водорода. Пользователь может регулировать производительность по водороду и тип газа посредством панели управления. Пользователь может отрегулировать производительность по водороду для уменьшения шума во время сна, вследствие чего настоящее изобретение может быть расположено возле головы пользователя.
Обратимся к фиг. 1C снова. В одном варианте осуществления устройство 1 для электролиза содержит блок 80 питания для преобразования питания от сети для выдачи 240 ватт постоянного тока, чтобы питать устройство 1 для электролиза. Блок 80 питания содержит порт 801 электропитания высокой мощности и порт 802 электропитания низкой мощности. Порт 801 электропитания высокой мощности соединен с электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной для подачи питания на реакцию электролиза. Порт 802 электропитания низкой мощности подходит для подачи питания на устройства, отличные от устройства 1 для электролиза, такие как газовый насос 13, контроллер 14, вентилятор 15 и определитель 18 концентрации водорода. Для упрощения графических материалов показаны только блок 80 питания и порт 801 электропитания высокой мощности на фиг. 1C. Однако специалисту в данной области техники будет понятно, как спроектировать линию питания в устройстве для электролиза воды на порте 802 электропитания низкой мощности для подачи питания, необходимого для работы устройства 1 для электролиза.
Электрическая мощность на выходе из порта 802 электропитания низкой мощности составляет менее 50% от электрической мощности на выходе из порта 801 электропитания высокой мощности. 172 ватта из 240 ватт постоянного тока, которые подаются блоком 80 питания, выводятся с порта 801 электропитания высокой мощности на электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной. Порт 801 электропитания высокой мощности выдает первое напряжение и первую величину тока. Первое напряжение находится в диапазоне от 3 вольт до 6,3 вольт, а первая величина тока находится в диапазоне от 10 ампер до 27,3 ампера. Порт 802 электропитания низкой мощности подает 60 ватт постоянного тока для работы устройства 1 для электролиза. Порт 802 электропитания низкой мощности выдает второе напряжение и вторую величину тока. Второе напряжение может составлять 24 вольта, и вторая величина тока составляет 2,5 ампера. В другом варианте осуществления второе напряжение может составлять 5 вольт, и вторая величина тока составляет 0,5 ампера. После сравнения может быть известно, что первое напряжение ниже, чем второе напряжение, и первая величина тока больше, чем вторая величина тока. Порт 801 электропитания высокой мощности выдает постоянный ток с большой величиной тока и низким напряжением. Порт 802 электропитания низкой мощности выдает постоянный ток с малой величиной тока и высоким напряжением.
Обратимся к фиг. 1C, фиг. 2A, фиг. 2B, фиг. 10 и фиг. 11. На фиг. 11 показано схематическое изображение одного варианта осуществления встроенного пропускного модуля согласно настоящему изобретению. В другом варианте осуществления в настоящем изобретении дополнительно предлагается другое устройство 1 для электролиза, содержащее электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной и встроенный пропускной модуль 19. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной выполнена с возможностью электролиза воды. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной содержит вторую сторону S2, ионообменную мембрану 120, катод 123, анод 124, трубку 21 для вывода водорода и трубку 22 для вывода кислорода. При этом ионообменная мембрана 120 расположена между катодом 123 и анодом 124. При этом, когда электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной осуществляет электролиз воды, на катоде 123 выделяется водород, и водород выводится по трубке 21 для вывода водорода, на аноде 124 выделяется кислород, и кислород выводится по трубке 22 для вывода кислорода. Встроенный пропускной модуль 19 содержит резервуар 199 для воды и проход для газа. Резервуар 199 для воды соединен с электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной для пополнения водой электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. При этом верхняя часть резервуара 199 для воды находится выше верхней части электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. Проход для газа соединен с электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной для перемещения водорода. При этом вторая сторона S2 электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной обращена к встроенному пропускному модулю 19. Кислород и водород выпускаются в проход для газа со второй стороны S2. Вода вводится в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной со второй стороны S2.
Встроенный пропускной модуль 19 дополнительно содержит патрубок 1922 для водорода, патрубок 1924 для кислорода и патрубок 1926 для воды. Патрубок 1922 для водорода соединен с трубкой 21 для вывода водорода для ввода водорода, полученного посредством электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной, во встроенный пропускной модуль 19. Патрубок 1924 для кислорода соединен с трубкой 22 для вывода кислорода для ввода кислорода, полученного посредством электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной, во встроенный пропускной модуль 19. Патрубок 1926 для воды соединен с резервуаром 199 для воды для вывода воды из резервуара 199 для воды в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной. Помимо этого, резервуар 17 для предварительного нагрева, резервуар для разделения, а также патрубки, патрубки для впуска, патрубки для выпуска или каналы, среди прочих устройств, могут быть включены во встроенный пропускной модуль 19.
В настоящем варианте осуществления функция, конструктивное исполнение и различные изменения электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной аналогичны электролитической ячейке 12 с ионообменной мембраной в других вариантах осуществления. Функция, конструктивное исполнение и различные изменения других компонентов в устройстве для электролиза аналогичны таковым в других вариантах осуществления. Однако компоненты, принимающие и перемещающие газ и воду, встроены в конструкцию системы; более того, встроенный пропускной модуль 19 может быть выполнен как неотъемлемая часть. Таким образом, объем устройства для электролиза может быть небольшим, пространство в устройстве для электролиза может использоваться эффективно, а также может быть исключена проблема, связанная с повреждением прохода.
В заключение, в настоящем изобретении предлагается устройство для электролиза воды, содержащее электролитическую ячейку с ионообменной мембраной, выводящую водород и кислород с одной и той же стороны, вследствие чего пространство вокруг электролитической ячейки с ионообменной мембраной может использоваться эффективно. Устройство для электролиза дополнительно содержит трубку для газа, газовый насос и камеру для смешивания газа. Электролитическая ячейка с ионообменной мембраной осуществляет электролиз воды для получения водорода. Водород перемещается в трубку для газа. Газовый насос втягивает воздух в трубку для газа в одном направлении с углом для разбавления водорода в трубке для газа. Затем разбавленный водород перемещается в камеру для смешивания газа и смешивается в распыленным газом. После этого оздоровительный газ образуется и вдыхается пользователями.
По сравнению с решениями из уровня техники, электролитическая ячейка с ионообменной мембраной выводит водород и кислород с одной и той же стороны. Кроме того, электролитическая ячейка с ионообменной мембраной, резервуар для воды, трубка для газа, вентилятор, газовый насос, панель управления, камера для смешивания газа и другие устройства расположены в корпусе в пределах ограниченного объема. Таким образом, настоящее изобретение поддерживает получение водорода на достаточном уровне и также обеспечивает максимально возможное пространство для размещения внутри корпуса. В настоящем изобретении предлагается устройство для электролиза воды, которое является эффективным в отношении использования пространства, безопасности, имеет небольшой размер и низкий уровень шума, поэтому устройство для электролиза может использоваться пользователем удобным образом.
Предполагается, что с помощью примеров и объяснений, упомянутых выше, признаки и цели настоящего изобретения описаны хорошо. Гораздо важнее, что настоящее изобретение не ограничено вариантом осуществления, описанным в данном документе. Специалисты в данной области техники легко поймут, что могут быть выполнены многочисленные модификации и изменения устройства одновременно с сохранением идей настоящего изобретения. Соответственно, представленное выше описание должно пониматься как ограниченное только границами и рамками прилагаемой формулы изобретения.
1. Устройство для электролиза воды, содержащее:
корпус, содержащий боковую стенку;
электролитическую ячейку с ионообменной мембраной в корпусе, выполненную с возможностью осуществления электролиза воды и выделения водорода и кислорода, причем электролитическая ячейка с ионообменной мембраной содержит первую сторону, вторую сторону, соответствующую первой стороне, ионообменную мембрану, катод, анод, трубку для вывода водорода и трубку для вывода кислорода, причем ионообменная мембрана расположена между катодом и анодом; и
встроенный модуль резервуара для воды для размещения внутри корпуса и соединенный с электролитической ячейкой с ионообменной мембраной, при этом встроенный модуль резервуара для воды, содержащий резервуар для воды, выполнен с возможностью подачи воды в электролитическую ячейку с ионообменной мембраной;
причем, когда электролитическая ячейка с ионообменной мембраной осуществляет электролиз воды, на катоде выделяется водород, который выводится по трубке для вывода водорода, и на аноде выделяется кислород, который выводится по трубке для вывода кислорода;
при этом трубка для вывода водорода и трубка для вывода кислорода соединены со второй стороной электролитической ячейки с ионообменной мембраной, и водород и кислород выводятся со второй стороны электролитической ячейки с ионообменной мембраной;
при этом встроенный модуль резервуара для воды принимает водород и кислород, выделяемые электролитической ячейкой с ионообменной мембраной через трубку для вывода водорода и трубку для вывода кислорода, соответственно.
2. Устройство для электролиза воды по п. 1, отличающееся тем, что анод находится между ионообменной мембраной и второй стороной, и катод находится между ионообменной мембраной и первой стороной; причем трубка для вывода кислорода проходит от области между ионообменной мембраной и второй стороной ко второй стороне и проходит через вторую сторону; и трубка для вывода водорода проходит от области между ионообменной мембраной и первой стороной ко второй стороне и проходит через вторую сторону.
3. Устройство для электролиза воды по п. 1, отличающееся тем, что анод находится между ионообменной мембраной и первой стороной, и катод расположен между ионообменной мембраной и второй стороной; причем трубка для вывода водорода проходит от области между ионообменной мембраной и второй стороной и проходит через вторую сторону; и трубка для вывода кислорода проходит от области между ионообменной мембраной и первой стороной и проходит через первую сторону.
4. Устройство для электролиза воды по п. 1, отличающееся тем, что электролитическая ячейка с ионообменной мембраной содержит катодную камеру и анодную камеру, причем катодная камера содержит катод, содержащий проводящую пластину катода, уплотнительную пластину катода, и внешнюю пластину катода; причем анодная камера содержит анод, содержащий проводящую пластину анода, уплотнительную пластину анода и внешнюю пластину анода.
5. Устройство для электролиза воды по п. 4, отличающееся тем, что электролитическая ячейка с ионообменной мембраной дополнительно содержит трубку для воды, выполненную с возможностью прохождения через внешнюю пластину катода, проводящую пластину катода и уплотнительную пластину катода для сообщения катодной камеры и резервуара для воды; при этом трубка для воды выполнена с возможностью пополнения катодной камеры водой из резервуара для воды.
6. Устройство для электролиза воды по п. 5, отличающееся тем, что дополнительно содержит указатель уровня воды, выполненный с возможностью определения уровня воды в резервуаре для воды.
7. Устройство для электролиза воды по п. 1, отличающийся тем, что встроенный модуль резервуара для воды дополнительно содержит трубку для газа, при этом устройство для электролиза воды дополнительно содержит газовый насос, причем трубка для газа соединена с трубкой для вывода водорода, чтобы принимать водород, и газовый насос втягивает газ в трубку для газа для снижения водорода внутри трубки для газа.
8. Устройство для электролиза воды по п. 7, отличающееся тем, что дополнительно содержит камеру для смешивания газа, соединенную с трубкой для газа, чтобы принимать разбавленный водород, причем в камере для смешивания газа избирательно получается распыленный газ для смешивания с водородом с образованием оздоровительного газа, причем распыленный газ представляет собой водяной пар, распыленный раствор, летучее эфирное масло или любую их комбинацию.
9. Устройство для электролиза воды по п. 7, отличающееся тем, что газовый насос соединен с трубкой для газа посредством патрубка для впуска газа; угол образован между первым направлением протекания трубки для газа и вторым направлением патрубка для впуска газа, соединительный участок между патрубком для впуска газа и трубкой для газа расположен под углом, и при этом угол составляет менее 90 градусов.
10. Устройство для электролиза воды по п. 9, отличающееся тем, что угол находится в диапазоне от 25 градусов до 45 градусов, и форма соединительного участка образует форму дуги между патрубком для впуска газа и газовым насосом.
11. Устройство для электролиза воды по п. 7, отличающееся тем, что дополнительно содержит:
определитель концентрации водорода, соединенный с трубкой для газа и выполненный с возможностью определения того, находится ли концентрация водорода в трубке для газа в диапазоне от первого порогового значения до второго порогового значения, причем определитель концентрации водорода выдает первый предупредительный сигнал, когда определенная концентрация водорода превышает первое пороговое значение; и
контроллер, соединенный с определителем концентрации водорода, газовым насосом и электролитической ячейкой с ионообменной мембраной, причем контроллер выдает команду запуска для включения газового насоса при приеме первого предупредительного сигнала.
12. Устройство для электролиза воды по п. 11, отличающееся тем, что определитель концентрации водорода выдает второй предупредительный сигнал, когда определенная концентрация водорода превышает второе пороговое значение; причем контроллер выдает команду остановки для выключения электролитической ячейки с ионообменной мембраной при приеме второго предупредительного сигнала.
13. Устройство для электролиза воды по п. 12, отличающееся тем, что первое пороговое значение составляет 4 %, второе пороговое значение составляет 6 %, и диапазон составляет от 4 % до 6 %.
14. Устройство для электролиза воды по п. 1, отличающееся тем, что ионообменная мембрана содержит тело мембраны, катодный каталитический слой и анодный каталитический слой; причем катодный каталитический слой и анодный каталитический слой соответственно расположены на двух сторонах тела мембраны; катодный каталитический слой расположен в катодной камере, и анодный каталитический слой расположен в анодной камере; анодный каталитический слой представляет собой материал, выбранный из группы, состоящей из Pt, Ir, Pd, легированного порошка Pt, углерода и их комбинаций, катодный каталитический слой представляет собой материал, выбранный из группы, состоящей из Pt, Ir, Pd, легированного порошка Pt и их комбинаций, и тело мембраны представляет собой нафионовую мембрану.
15. Устройство для электролиза воды по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок питания, причем блок питания содержит порт электропитания высокой мощности и порт электропитания низкой мощности; электрическая мощность на выходе из порта электропитания низкой мощности составляет менее 50 % от электрической мощности на выходе из порта электропитания высокой мощности; порт электропитания высокой мощности выдает первое напряжение и первую величину тока, и порт электропитания низкой мощности выдает второе напряжение и вторую величину тока; и при этом первое напряжение ниже второго напряжения, а первая величина тока больше второй величины тока.
16. Устройство для электролиза воды по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит панель управления; при этом объем устройства для электролиза составляет менее 8,5 литра, и производительность по водороду устройства для электролиза, регулируемая посредством панели управления, находится в диапазоне от 120 мл/мин до 600 мл/мин.
17. Устройство для электролиза воды, содержащее:
встроенный модуль резервуара для воды, содержащий резервуар для воды, патрубок для водорода, патрубок для кислорода и патрубок для воды, при этом резервуар для воды выполнен с возможностью накопления воды;
электролитическую ячейку с ионообменной мембраной, соединенную с встроенным модулем резервуара для воды, причем электролитическая ячейка с ионообменной мембраной содержит ионообменную мембрану, катод, анод, трубку для воды, трубку для вывода водорода и трубку для вывода кислорода, при этом трубка для воды выполнена с возможностью приема воды; когда электролитическая ячейка с ионообменной мембраной осуществляет электролиз воды, на катоде выделяется водород, а на аноде выделяется кислород; трубка для вывода водорода выполнена с возможностью вывода водорода во встроенный модуль резервуара для воды по патрубку для водорода, трубка для вывода кислорода выполнена с возможностью вывода кислорода и оставшейся воды по патрубку для кислорода, при этом трубка для воды соединена с резервуаром для воды, чтобы принимать воду по патрубку для воды; и
причем электролитическая ячейка с ионообменной мембраной дополнительно содержит корпус, трубка для вывода кислорода, трубка для вывода водорода и трубка для воды проходят от корпуса электролитической ячейки с ионообменной мембраной.
18. Устройство для электролиза воды по п. 17, отличающееся тем, что встроенный модуль резервуара для воды дополнительно содержит резервуар для предварительного нагрева, который содержит патрубок для впуска воды, патрубок для выпуска воды и трубку для впуска кислорода, причем патрубок для впуска воды соединен с резервуаром для воды, чтобы принимать воду, причем вода выводится из патрубка для вывода воды, а оставшаяся вода выводится из трубки для впуска кислорода для предварительного нагрева воды резервуара для предварительного нагрева; вода в резервуаре для предварительного нагрева предварительно нагревается до температуры от 55°C до 65°C, причем объем резервуара для предварительного нагрева меньше объема резервуара для воды.
19. Устройство для электролиза воды по п. 18, отличающееся тем, что резервуар для предварительного нагрева дополнительно содержит множество охлаждающих ребер и второй вентилятор; охлаждающие ребра радиально расположены на наружной стенке резервуара для предварительного нагрева, и второй вентилятор расположен на конце резервуара для предварительного нагрева для охлаждения резервуара для предварительного нагрева.
20. Устройство для электролиза воды, содержащее:
электролитическую ячейку с ионообменной мембраной, выполненную с возможностью электролиза воды, содержащую вторую сторону, ионообменную мембрану, катод, анод, трубку для вывода водорода и трубку для вывода кислорода, причем ионообменная мембрана расположена между катодом и анодом; когда электролитическая ячейка с ионообменной мембраной осуществляет электролиз воды, на катоде выделяется водород, который выводится по трубке для вывода водорода, и на аноде выделяется кислород, который выводится по трубке для вывода кислорода; встроенный модуль резервуара для воды, содержащий:
резервуар для воды, соединенный с электролитической ячейкой с ионообменной мембраной, причем резервуар для воды выполнен с возможностью пополнения водой электролитической ячейки с ионообменной мембраной, причем верхняя часть резервуара для воды находится выше верхней части электролитической ячейки с ионообменной мембраной; и
проход для газа, соединенный с электролитической ячейкой с ионообменной мембраной, причем проход для газа выполнен с возможностью перемещения водорода; причем вторая сторона электролитической ячейки с ионообменной мембраной обращена к встроенному модулю резервуара для воды, кислород и водород выводятся в проход для газа со второй стороны, и вода вводится в электролитическую ячейку с ионообменной мембраной со второй стороны; и
камеру для смешивания газа, принимающую водород из прохода для газа, причем в камере для смешивания газа избирательно получается распыленный газ для смешивания с водородом с образованием оздоровительного газа, и распыленный газ представляет собой водяной пар, распыленный раствор, летучее эфирное масло или любую их комбинацию.
