CN108624903A - 电解水装置 - Google Patents

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Abstract

一种电解水装置，包含一离子膜电解槽，所述离子膜电解槽包含一离子交换膜、一阴极室、一阳极室、一氢气输出管与一氧气输出管，阳极室中设置一阳极电极且阴极室中设置一阴极电极，离子交换膜设置于阴极室以及阳极室之间，氢气输出管连通阴极室，氧气输出管连通阳极室。离子膜电解槽电解水时阳极电极产生氧气并由氧气输出管输出，阴极电极产生氢气并由氧气输出管输出，氢气与氧气皆输出于离子膜电解槽的同一侧，本发明结构简单，操作方便，能有效运用空间，小体积又低噪音，适用更加广泛。

Description

电解水装置
技术领域
本发明系关于一种电解水装置，更明确地说，是关于一种氢气与氧气于电解槽同一侧输出的电解水装置。
背景技术
一直以来，人类对于生命是十分地重视，许多医疗的技术的开发，都是用来对抗疾病，以延续人类的生命。过去的医疗方式大部分都是属于被动，也就是当疾病发生时，再对症进行医疗，比如手术、给药、甚至癌症的化学治疗、放射性治疗、或者慢性病的调养、复健、矫正等。但是近年来，许多医学专家逐渐朝向预防性的医学方法进行研究，比如保健食品的研究，遗传性疾病筛检与提早预防等，更是主动的针对未来性可能之发病进行预防。另外，为了延长人类寿命，许多抗老化、抗氧化的技术逐渐被开发，且广泛地被大众采用，包含涂抹的保养品及抗氧化食物/药物等。
经研究发现：人体因各种原因，(比如疾病，饮食，所处环境或生活习惯)引生的不安定氧(O+)，亦称自由基(有害自由基)，可以与吸入的氢混合成部份的水，而排出体外。间接减少人体自由基的数量，达到酸性体质还原至健康的碱性体质，可以抗氧化、抗老化，进而也达到消除慢性疾病和美容保健效果。甚至有临床实验显示，对于一些久卧病床的病人，因为长期呼吸高浓度氧，造成的肺损伤，可以透过吸入氢气以缓解肺损伤的症状。
而为了提升吸入氢气的功效，增加吸入氢气的时间为一有效提升功效的方法。然而习知的电解水装置体积较为庞大，在人进行日常活动的期间里，不容易排出足够的时间待在习知的电解水装置旁边吸食氢气。故利用睡眠时间吸食氢气应为一有效的时间运用方式，然而如前所述，习知的电解水装置体积较为庞大，如何缩小电解水装置体积且保有足够的产氢量即为一必须解决之课题。
另外，氢气的用途除上述保健外，亦可用于产生氢氧焰进行加热或燃烧，另外也可以清除引擎积碳等用途。而一般氢气是经由电解槽电解液态水而产生，然而电解液态水过程中很容易产生高温，为避免气气爆传统之氢氧气电解槽多是利用气冷式，也就是使用风扇进行降温，但是如果风扇故障将会导致氢氧气电解槽温度升高而导致气爆之危险。此外，经由电解装置电解水后所产生之氢氧混合气体通常夹带有电解质，其并不适合人体直接吸入。同时，在电解过程中会有电解质消耗的问题产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电解水装置，其结构简单，操作方便，能有效运用空间，小体积又低噪音，适用更加广泛。
为实现上述目的，本发明公开了一种电解水装置，其特征在于包含：
一壳体，该壳体包含一底座与一侧壁；以及
一离子膜电解槽，设置于该壳体内的一非中心处，该离子膜电解槽包含一第一侧边、一第二侧边、一离子交换膜、一阴极电极、一阳极电极、一氧气输出管及一氢气输出管，该离子交换膜设置于该阳极电极与该阴极电极之间；
当该离子膜电解槽电解水时，该阴极电极产生氢气并由该氢气输出管输出该氢气，该阳极电极产生氧气并由该氧气输出管输出该氧气；
其中该第一侧边靠近该侧壁，该氧气与该氢气自该离子膜电解槽的该第二侧边输出。
其中，该阳极电极介于该离子交换膜与该第二侧边之间，该阴极电极介于该离子交换膜与该第一侧边之间，该氧气输出管自该离子交换膜与该第二侧边之间向该第二侧边延伸并贯穿该第二侧边，该氢气输出管自该离子交换膜与该第一侧边之间向该第二侧边延伸并贯穿该第二侧边。
其中，该阳极电极介于该离子交换膜与该第一侧边之间，该阴极电极介于该离子交换膜与该第二侧边之间，该氢气输出管自该离子交换膜与该第二侧边之间向该第二侧边延伸并贯穿该第二侧边，该氧气输出管自该离子交换膜与该第一侧边之间向该第二侧边延伸并贯穿该第二侧边。
其中，该离子膜电解槽包含一阳极室，该阳极室内包含该阳极电极、一阳极密封板、一阳极导电板及一阳极外压板，该离子膜电解槽更包含一阴极室，该阴极室内包含该阴极电极、一阴极密封板、一阴极导电板及一阴极外压板。
其中，该离子膜电解槽进一步包含一补水管，设置并贯穿于该阳极外压板、该阳极导电板及该阳极密封板，以连通该阳极室与一水槽，来自该水槽的水经由该补水管流入该阳极室内，以补充该阳极室内的水。
其中，进一步包含一水位检测装置，用以检测该水槽内的水量。
其中，进一步包含一补气管、一风扇与一补气泵，该补气管连接该氢气输出管以接收氢气，该风扇从该电解水装置的外界环境吸入空气至该电解水装置之内，该补气泵将该空气吸入并导入该补气管中，以将该空气与该氢气混合来稀释该补气管的氢气体积浓度。
其中，进一步包含一雾化/挥发气体混合槽，连接该补气管并接收稀释后的该氢气，该雾化/挥发气体混合槽选择性地产生一雾化气体与该氢气混合，以形成一保健气体，其中该雾化气体选自于由水蒸汽、雾化药水以及挥发精油所组成的族群中的一种或其组合。
其中，该补气泵与该补气管之间以一补气接口连接，该补气接口与该补气管之间的一衔接位置夹有一导角，该导角的角度小于90度，以使该导管内的该空气被导入该补气管内。
其中，该导角较佳的是介于25度至45度之间，且夹有该导角的该衔接位置有一圆弧导角。
其中，该电解水装置进一步包含：
一氢气浓度侦测器，连接该补气管并侦测该补气管内的该氢气体积浓度是否介于一范围内，该范围由一第一预定值与一第二预定值组成，当所侦测到的该氢气体积浓度高于该第一预定值时，产生一第一警示讯号；以及
一控制器，耦接该氢气浓度侦测器、该补气泵以及该离子膜电解槽，当该控制器接收到该第一警示讯号时，产生一启动指令以让该补气泵开始运作。
其中，该氢气浓度侦测器侦测到的该氢气体积浓度高于一第二预定值时，产生一第二警示讯号；而当该控制器接收到该第二警示讯号时，产生一停止指令以让该离子膜电解槽停止运作。
其中，该第一预定值为4％，该第二预定值为6％，该范围为4％～6％。
其中，该离子交换膜包含一离子交换膜本体、一阳极催化层以及一阴极催化层，该阳极催化层以及该阴极催化层分别位于该离子交换膜本体的两侧并分别位于该阳极室与该阴极室中，该阳极催化层选自于由Pt、Ir、Pd、Pt合金粉末以及碳黑所组成的族群中的一种或其组合，该阴极催化层选自于由Pt、Ir、Pd以及Pt合金粉末所组成的族群中的一种或其组合，该离子交换膜本体为一Nafion膜。
其中，进一步包含一电源供应器；该电源供应器包含一高功率输出端与一低功率输出端，其中该低功率输出端输出的电功率为该高功率输出端输出的电功率的一半以下，其中该高功率输出端输出一第一电压与一第一电流，该低功率输出端输出一第二电压与一第二电流，该第一电压小于该第二电压，该第一电流大于该第二电流。
其中，该电解水装置进一步包含一操作面板，该电解水装置的体积小于8.5公升，藉由该操作面板调整该电解水装置的氢气产生速率可介于120ml/min至600ml/min之间。
还公开了一种电解水装置，其特征在于包含：
一水槽，容纳有一电解水；
一离子膜电解槽，从该水槽接收该电解水，包含一离子交换膜、一阴极电极、一阳极电极、一氧气输出管及一氢气输出管，当该离子膜电解槽该电解水时，该阴极电极产生该氢气，该阳极电极产生氧气，该氧气输出管用以输出该氧气与残留的该电解水，该氢气输出管用以输出该氢气；以及
一预热水槽，包含一预热水槽补水口、一电解槽注水口及一氧气接收管，该预热水槽补水口与该水槽连接，以接收该电解水，该电解水再经由该电解槽注水口被输出至该离子膜电解槽，该氧气接收管与该氧气输出管连接，电解后残留的高温该电解水与该氧气经由该氧气接收管输出至该预热水槽；
其中，该氧气与该氢气于该离子膜电解槽的同一侧输出，而从该氧气接收管输出的残留高温该电解水，将对该预热水槽内的该电解水预先加热。
其中，该预热水槽内的该电解水被预先加热到55至65℃之间。
其中，该预热水槽进一步包含多片散热鳍片以及一第二风扇，该多片散热鳍片以辐射状的型式设置于该预热水槽的外槽壁上，而该第二风扇设置于该预热水槽的一端，以对该预热水槽进行散热。
其中，该预热水槽的体积小于该水槽。
通过上述内容，本发明提供氢气与氧气的有效输出，能避免槽体腐蚀、环境污染、过滤不完全而有吸入含有电解质气体的问题产生，还能避免因氢气浓度过高而造成气爆，进而可提高整体安全性，而且，藉由氢气与氧气同侧输出的离子膜电解槽、以及水槽、气水分离槽以及补气管等设备设置在限定体积内的壳体内，本发明在保持足够的产氢量时也尽可能使用壳体内的容置空间，且在风扇与补气泵的采用上也以低噪音为诉求，故本发明实际上提供了一种有效运用空间、小体积又低噪音的电解水装置。适于放置在使用者身边使用。
附图说明
图1A：绘示了根据本发明一具体实施例的电解水装置外观视图。
图1B：绘示了根据本发明一具体实施例的电解水装置除去壳体的外观视图。
图1C：绘示了根据本发明一具体实施例的功能方块图。
图2A：绘示了根据本发明一具体实施例的离子膜电解槽的剖面简易示意图。
图2B：绘示了根据本发明另一具体实施例的离子膜电解槽的剖面简易示意图。
图2C：绘示了根据本发明图2A的具体实施例的离子膜电解槽剖面示意图。
图3：绘示了根据本发明一具体实施例的离子膜电解槽的分解图。
图4：绘示了根据本发明一具体实施例的不同于图3视角的离子膜电解槽分解图。
图5A与图5B：绘示了图3所示的离子膜电解槽于不同视角的组合图。
图6：绘示了根据本发明一具体实施例的电解水装置的分解图。
图7A与图7B：分别绘示了不同于图6视角的电解水装置的分解图与组合图。
图8A：绘示了根据本发明一具体实施例的电解水装置的上视图，图8B绘示了根据图8A中线段D-D的剖视图。
图9：绘示了根据图8A中线段Q-Q的剖视图。
图10：绘示了根据本发明一具体实施例的电解水装置的示意图。
关于本发明的优点，精神与特征，将以实施例并参照所附图式，进行详细说明与讨论。
具体实施方式
为了让本发明的优点，精神与特征可以更容易且明确地了解，后续将以实施例并参照所附图式进行详述与讨论。值得注意的是，这些实施例仅为本发明代表性的实施例，其中所举例的特定方法、装置、条件、材质等并非用以限定本发明或对应的实施例。
请参阅图1A至图1C，图1A绘示了根据本发明一具体实施例的电解水装置外观视图。图1B绘示了根据本发明一具体实施例的电解水装置除去壳体的外观视图。图1C绘示了根据本发明一具体实施例的功能方块图。本发明提供的电解水装置1包含一壳体100以及一操作面板102。壳体100包含一侧壁110与一底座112。壳体100内包含一水槽10与一离子膜电解槽12，水槽10用以提供离子膜电解槽12的电解用水，其设置于壳体100内相对于操作面板102的一侧。离子膜电解槽12设置于操作面板102与水槽10之间，且偏离壳体100中心的一侧，用以电解水以产生氢气。于一实施例中，水可以为去离子水，而可制备高纯度的氢气，惟并不以去离子水为限，于实际应用时只要是使用者可以取得的水皆可。
请参阅图2A与图2B，图2A绘示了根据本发明一具体实施例的离子膜电解槽的剖面简易示意图。图2B绘示了根据本发明另一具体实施例的离子膜电解槽的剖面简易示意图。本段将配合图2A与图2B来简易说明本案发明的主要特征。
请先参阅图2A，离子膜电解槽12大致包含一离子交换膜120、一阴极电极123、一阳极电极124、一第一侧边S1、一第二侧边S2、一氢气输出管21以及一氧气输出管22。离子交换膜120设置于第一侧边S1与第二侧边S2之间，阴极电极123设置于离子交换膜120与第一侧边S1之间，阳极电极124设置于离子交换膜120与第二侧边S2之间。其中第一侧边S1与阴极电极123所在的区域称为阴极室1201，而第二侧边S2与阳极电极124所在的区域称为阳极室1202，惟为了更清楚表达阴极室1201以及阳极室1202相对应位置，因而于图2A中以虚线表示其位置。而氢气输出管21从离子交换膜120与第一侧边S1之间往第二侧边S2延伸并贯穿第二侧边S2，氧气输出管22从离子交换膜120与第二侧边S2之间往第二侧边S2延伸并贯穿第二侧边S2。当离子膜电解槽12电解水时，阴极电极123产生氢气，阳极电极124产生氧气。本案发明的主要特征在于，藉由电解水所产生的氢气与氧气分别经由氢气输出管21与氧气输出管22一并输出于离子膜电解槽12的第二侧边S2。而于本实施例中，氢气输出管21与氧气输出管22一并输出于离子膜电解槽12之阳极室1202的一侧。
然而本发明的氢气输出管21与氧气输出管22的设置位置不以前述实施例为限。请参阅图2B，图2B所绘示的离子膜电解槽12组成元件与图2A相同，惟差异在于图2B的第一侧边S1与第二侧边S2的设置位置与图2A相反。以至于在图2B中，阳极电极124设置于离子交换膜120与第一侧边S1之间，阴极电极123设置于离子交换膜120与第二侧边S2之间，阴极室1201包含第二侧边S2与阴极电极123，而阳极室1202包含第一侧边S1与阳极电极124。氢气输出管21从离子交换膜120与第二侧边S2之间往第二侧边S2延伸并贯穿第二侧边S2，氧气输出管22从离子交换膜120与第一侧边S1之间往第二侧边S2延伸并贯穿第二侧边S2。当离子膜电解槽12电解水时，阴极电极123产生氢气，阳极电极124产生氧气。本案发明的主要特征在于，藉由电解水所产生的氢气与氧气分别经由氢气输出管21与氧气输出管22一并输出于离子膜电解槽12之第二侧边S2。而于本实施例中，氢气输出管21与氧气输出管22一并输出于离子膜电解槽12的阴极室1201的一侧。亦即本案发明的氢气输出管21与氧气输出管22得依照使用者的实际需求，一并设置于离子膜电解槽12的任一侧。
接着，请参阅图2C，图2C绘示了根据本发明图2A的具体实施例的离子膜电解槽剖面示意图。如图2C所示，离子膜电解槽12包含离子交换膜120、阴极室1201以及阳极室1202。阴极室1201内包含阴极电极123，阳极室1202内包含阳极电极124，离子交换膜120设置于阳极室1202与阴极室1201之间，其中当离子膜电解槽12电解水时，阴极电极123产生氢气，阳极电极124产生氧气。于一实施例中，阳极室1202内容置有水，而在阳极室1202中的水可进一步地在透过离子膜以渗透到阴极室1201。另外，图2A至图2C仅是为了方便说明离子膜电解槽内部结构的剖面示意图，故图2A至图2C揭示的并非实际的离子膜电解槽内部结构，图2C上部的留白区块可表示离子膜电解槽的外壳。
如图2C所示，离子交换膜120包含离子交换膜本体1203、阴极催化层127以及阳极催化层128。离子交换膜本体1203可为一质子交换膜，其优选可为一Nafion膜。阴极催化层127可选自于由Pt、Ir、Pd以及Pt合金粉末所组成的族群中的一种或其组合。阳极催化层128可选自于由Pt、Ir、Pd、Pt合金粉末以及碳黑所组成的族群中的一种或其组合。于一实施例中，可分别将阴极催化层127或阳极催化层128的材料配置成浆料涂布至离子膜两侧，以形成阴极催化层127以及阳极催化层128。于实际应用时，氢气可以产生于催化层上，惟不以此为限，氢气亦可以在电极板上产生，甚至是亦可在离子膜与电极板之间产生。因此，本发明所使用之离子膜电解槽12相较于习知碱式电解槽能避免槽体腐蚀、环境污染、过滤不完全而有吸入含有电解质气体的问题产生。
请参阅图2A至图2C，阴极室1201内包含一阴极外压板121、阴极电极123、一阴极密封板125以及阴极催化层127；而阳极室1202内包含一阳极外压板122、阳极电极124、一阳极密封板126以及阳极催化层128。其中，相对应于图2A的内容，图2A的第一侧边S1与第二侧边S2分别对应于图2C的阴极外压板121与阳极外压板122；而相对应于图2B的内容中，图2B的第一侧边S1与第二侧边S2分别对应于图2C的阳极外压板122与阴极外压板121。离子膜电解槽12包含氢气输出管21、氧气输出管22以及一补水管24，氧气输出管22用以输出氧气，氢气输出管21用以输出产生于阴极室1201内的氢气，如图2C所示，氢气输出管21系贯穿于阴极密封板125、阳极密封板126、阳极电极124及阳极外压板122(如图2A的第二侧边S2)，以使阴极室1201能与离子膜电解槽12以外的外界环境连通并输出氢气；而氧气输出管22用以输出产生于阳极室1202内的氧气，氧气输出管22贯穿阳极电极124与阳极外压板122，以使阳极室1202能与离子膜电解槽12以外的外界环境连通并输出氧气；补水管24系贯穿阳极电极124与阳极外压板122，且与水槽10连接，用以将水槽10内的水导入阳极室1202内，以补充离子膜电解槽12的电解用水。其中氧气输出管22与氢气输出管21皆设置于离子膜电解槽12的同一侧，故氧气与氢气将于离子膜电解槽12的同一侧被输出。本实施例中，氧气输出管22、氢气输出管22与补水管24皆贯穿且设置于阳极外压板122上。惟本发明并不以此为限，在类似的结构下，氧气输出管22、氢气输出管21与补水管24亦可贯穿且设置于阴极外压板121上，如图2B的第二侧边S2。
请参阅图3至图4，图3绘示了根据本发明一具体实施例之离子膜电解槽之分解图。图4绘示了根据本发明一具体实施例之不同于图3视角之离子膜电解槽分解图，其中离子交换膜120进一步包含离子交换膜外围板1204，用以固定离子交换膜本体1203、阴极催化层127以及阳极催化层128的于离子膜电解槽内的相对位置。图3与图4更为清楚的绘示了离子膜电解槽12内各元件之间的相对位置关系，而离子膜电解槽12所包含各个元件，其可以如图3及图4所示之堆迭顺序进行组装。
请继续参阅图3至图4，于一实施例中，离子交换膜外围板1204、阴极密封板125与阳极密封板126可以圈设的方式围绕于电极板四周以达到绝缘、气密的效果，其中离子交换膜外围板1204、阴极密封板125与阳极密封板126之材质可为硅胶，惟阴极密封板125与阳极密封板126之设置方式以及材质并不以上述为限，于实际应用时只要能达到绝缘、气密的效果之设置方式或材质皆可。
如图3与图4所示，氢气输出管21系贯穿于阴极密封板125、离子交换膜外围板1204、阳极密封板126、阳极电极124及阳极外压板122，以使阴极室1201内产生的氢气能经由氢气输出管21与离子交换膜外围板1204输出于阳极外压板122之侧；而氧气输出管22系贯穿阳极电极124与阳极外压板122，以使阳极室1202内产生之氧气能经由氧气输出管22输出于阳极外压板122之侧；补水管24系贯穿阳极电极124与阳极外压板122，且与水槽10连接，用以将水槽10内的水导入阳极室1202内，以补充离子膜电解槽12的电解用水。而氢气输出管21、氧气输出管22以及补水管24与阳极外压板122之间得设置有一垫圈25以密封氢气输出管21、氧气输出管22以及补水管24与阳极外压板122之间的空间。
如图3与图4所示，阴极电极123包含一阴极导电板123-1与一阴极电极板123-2，而阳极电极124包含一阳极导电板124-1与阳极电极板124-2。于一实施例中，各电极板可为一钛粉末压铸片，而各导电板的材质可为钛，惟于实际应用时并不以上述材质或成型方式为限。如图3所示，于一实施例中，阴极电极板123-2可设置于离子交换膜120或离子交换膜本体1203与阴极导电板123-1之间，阳极电极板124-2可设置于离子交换膜120或离子交换膜本体1203与阳极导电板124-1之间。离子膜电解槽12可藉由阴极导电板123-1以及阳极导电板124-1以与一外部电源连接。于一实施例中，阳极导电板124-1(如图3所示)以及阴极导电板123-1(如图4所示)上分别具有流道设计，当阴极导电板123-1与阴极电极板123-2相互迭在一起时可于阴极室1201内形成多个阴极腔室123-3，当阳极导电板124-1与阳极电极板124-2相互叠在一起时可于阳极室1202内形成多个阳极腔室124-3。阴极腔室123-3与阳极腔室124-3可用以供气体以及水于其中流通，其中阳极腔室124-3连通至氧气输出管22，阴极腔室123-3连通至氢气输出管21。
请参阅图5A与图5B，图5A与图5B绘示了图3所示的离子膜电解槽于不同视角的组合图。阴极外压板121与阳极外压板122分别设置于离子膜电解槽12的两外侧，以固定与隔离保护整个离子膜电解槽12，其中阴极外压板121与阳极外压板122的材质可为不锈钢。于一实施例中，当离子膜电解槽12组装完毕后，可以将其以锁固元件(绘示于图6)进行锁固，惟锁固元件的数量、型式以及锁固方式并不以图示(图6)所绘为限。如图所示，离子膜电解槽12组合后的体积相对的小巧，故本发明的电解水装置本身的体积也得以被小巧化。
请参阅图1C，图6，以及图7A至图7B，图6绘示了根据本发明一具体实施例之电解水装置之分解图。图7A与图7B分别绘示了不同于图6视角的电解水装置之分解图与组合图，且为了说明，图6、图7A与图7B中仅绘示必要元件。本发明的电解水装置1除了前述的水槽10与离子膜电解槽12之外，亦包含一补气管11、一补气泵13、一风扇15、一雾化/挥发气体混合槽16、一氢气浓度侦测器18、一控制器14、一气水分离槽30以及一水位检测装置40。如图6所示，气水分离槽30被收纳于水槽10内的隔离空间内，其详细构造将于后段说明。水位检测装置40用以检测水槽10内的水量。于一实施例中，水位检测装置40得为一种电容式水位检测装置，并设置于水槽10的外表面，藉由量测水槽10内有水与无水区域之间的电容差值来量测水槽10内的水量。
请参照图6、图8A与图8B，其中图8A绘示了根据本发明一具体实施例的电解水装置之上视图，图8B绘示了根据图8A中线段D-D的剖视图。离子膜电解槽12的氢气输出管21经由氢气接口211与气水分离槽30连接并连通，氧气输出管22经由氧气接口222与水槽10连接并连通，其中，水槽10内包含一杀菌器50，例如于本实施例中，杀菌器50为一直筒状的紫外线杀菌器，杀菌器50设置于水槽10中远离气水分离槽30的一侧。补水管24经由补水接口242与水槽10中靠近杀菌器50的一侧直接连通，以从水槽10接收经杀菌后的水来补充离子膜电解槽12的电解用水。
其中，气水分离槽30内可包含一弹簧阀32、一浮子34以及一氢气排出管36。离子膜电解槽12经电解所产生之氢气将经由氢气输出管21、氢气接口211被导通至气水分离槽30。当气水分离槽30内的氢气累积至一定程度后，弹簧阀32将因为氢气气压而被开启，让氢气能经由氢气排出管36被排至过滤器60，以过滤氢气中的杂质。此外，从离子膜电解槽12输出氢气时，可能会混有少许的残留电解水，这些残留电解水会在气水分离槽30内累积，而浮子34会因为累积的液态水而上浮，这时被浮子34所覆盖的一排水口(未绘示)将被开启，而累积的液态水将经由排水口被排放至水槽10内回收使用。
而电解产生的氧气经由氧气输出管22与氧气接口222被直接排放至水槽10内，氧气将从水槽10的上部被直接排放至大气环境，而从离子膜电解槽12输出氧气时，可能会混有少许的残留电解水，这些残留电解水就直接排放至水槽10内回收使用。
请一并参照图7A、图7B、图8A以及图9、图10，图9绘示了根据图8A中线段Q-Q的剖视图。如前段所述，氢气经由氢气排出管36被排至过滤器60，再由过滤器60内涵含的一滤心602来过滤氢气中的杂质，过滤后的氢气再被导通至补气管11进行稀释，以进入雾化/挥发气体混合槽16。补气管11与过滤器60连接以接收过滤后的氢气，且补气管11又与补气泵13连接，藉由风扇15从电解水装置1以外的外界环境吸入空气，来稀释补气管11内的氢气。其中前述的所有元件都被壳体100所包覆。而壳体100上设有多个小孔，风扇15藉由穿设于壳体100上的穿孔从外界环境吸入空气至电解水装置1内，被吸入的空气再藉由补气泵13被吸入补气管11内。于本实施例中，补气泵13可为一涡流风扇，被风扇15吸入的空气经由补气泵13的一吸入口134被吸入补气泵13，以将空气导入补气管11中。其中如图7B与图9所示，补气泵13的一导管132与补气管11的一补气接口142连接，补气管11具有一第一流道方向D1，补气接口142具有一第二流道方向D2，第一流道方向D1内的气体流向是流向雾化/挥发气体混合槽16，如代表第一流道方向D1的指示线上的箭头所示，指示线上的箭头亦指向电解水装置的上方；第二流道方向D2内的气体流向是指向补气管11，如代表第二流道方向D2的指示线上的箭头所示，以使从导管132经过补气接口142流入的空气被导入补气管11。第一流道方向D1的指向与第二流道方向D2的指向交会处，亦即补气接口142与补气管11之间的一衔接位置夹有一导角A，导角A为一小于90度的锐角，设计上导角A较佳的角度范围介于25度至45度之间，且位于补气管11与补气接口142衔接位置上的导角A，该衔接位置的外型得制作有一圆弧导角。藉由导角A的设计可以使导管132内的空气被导入补气管11内，以稀释补气管11内的氢气。
请继续参阅图9，雾化/挥发气体混合槽16与补气管11连接，并从补气管11接收过滤且稀释后的氢气，并产生一雾化气体与氢气混合，而可形成一保健气体，其中雾化气体可选自于由水蒸汽、雾化药水以及挥发精油所组成的族群中之一种或其组合。而雾化/挥发气体混合槽16包含一震荡器162，震荡器162藉由震荡将添加至雾化/挥发气体混合槽16的水、雾化药水或挥发精油进行雾化，以产生雾化气体，再将氢气与雾化气体混合，以形成保健气体。雾化/挥发气体混合槽16可以依照使用者需求，选择性开启或关闭，也就是说雾化/挥发气体混合槽16可以藉由致动震荡器而被启动，以提供混合雾化气体的氢气给使用者吸入，或者雾化/挥发气体混合槽16可以藉由停止震荡器而被关闭仅提供过滤且稀释后的氢气供使用者吸入。而使用者吸入过滤且稀释后的氢气或保健气体的手段包含雾化/挥发气体混合槽16直接将氢气或保健气体释放至大气中，或是经由一管路与一面罩供使用者吸入。
氢气浓度侦测器18与补气管11连接，并藉以侦测补气管11内之氢气浓度，而控制器14连接氢气浓度侦测器18、补气泵13以及离子膜电解槽12。于一实施例中，氢气浓度侦测器18可连接氢气输出管21或氢气接口211，以侦测从离子膜电解槽12输出至补气管11内之氢气体积浓度。其中氢气浓度侦测器18侦测氢气体积浓度是否介于一范围内，前述范围由一第一预定值与一第二预定值所组成，例如第一预定值为4％，而第二预定值为6％，亦即，氢气浓度侦测器18所侦测氢气体积浓度可介于4％～6％之间，其中第一预定值与第二预定值可根据使用者需求透过操作面板102来进行调整前述的预定值之大小。于此实施例中，当氢气浓度侦测器18侦测到氢气输出管21或氢气接口211内之氢气体积浓度高于第一预定值4％时，产生一第一警示讯号至控制器14，当控制器14接收到第一警示讯号时，产生一启动指令至补气泵13来启动补气泵13，来将空气吸入补气管11内以稀释补气管11内之氢气。而当氢气浓度侦测器18侦测到氢气输出管21或氢气接口211内之氢气体积浓度高于第二预定值6％时，产生一第二警示讯号至控制器14，当控制器14接收到第二警示讯号时，产生一停止指令以让离子膜电解槽12停止运作，例如截断输入至离子膜电解槽12的电力，而可避免因氢气浓度过高而造成气爆，进而可提高整体安全性。
请参阅图10，图10绘示了根据本发明一具体实施例之电解水装置之示意图。于一实施例中，电解水装置1进一步包含一预热水槽17，设置于水槽10与离子膜电解槽12之间。其中预热水槽17大致成一圆柱或圆管状，虽然图10中预热水槽17画得比水槽10大，但于其他实施例中预热水槽17的体积小于水槽10。预热水槽17包含一预热水槽补水口172，连接至水槽10的下部接口10-2、一电解槽注水口174，连接至离子膜电解槽12的补水管24、一氧气接收管176，连接至氧气输出管22以及一氧气排出管178，连接至水槽10的上部接口10-1。预热水槽17设置于水槽10与离子膜电解槽12之间，水槽10内的电解水得先经由下部接口10-2流入预热水槽17内，再经由电解槽注水口174流入离子膜电解槽12内进行电解。电解水过程中产生的氧气与部分残留电解水则经由氧气接收管176被排放至预热水槽17内，其中部分残留电解水会留存于预热水槽17内，而电解产生的氧气会经由氧气排出管178透过上部接口10-1被排放至水槽10，再排放至电解水装置之外。
其中，由于电解水的过程中，离子膜电解槽12的温度会增加，而电解水本身的温度与电解效率也有关，大约在55至65℃左右的电解水水温能够提升电解效率。于是本发明的预热水槽17藉由回收从离子膜电解槽12的氧气输出管22排出的较高温的残留电解水，来对预热水槽17内将进入离子膜电解槽12的电解水预先加热至适当的温度，例如55至65℃之间。而为了控制预热水槽内电解水温度维持在55至65℃之间，预热水槽进一步包含多片散热鳍片171以及一第二风扇173。其中多片散热鳍片171以辐射状的型式设置于预热水槽的外槽壁上，而第二风扇173设置于预热水槽的一端，与多片散热鳍片171搭配以利用强制对流的方式来对预热水槽17进行散热。其中为了图式简便，仅于预热水槽17的部分外槽壁上画出散热鳍片171，而于其他实施例中，散热鳍片171可以遍布于预热水槽17的外槽壁上。
由于本发明的一目的在于保持足够的产氢量的同时，缩小电解水装置的体积，又要降低噪音产生，以适于使用者于睡眠时使用，故申请人先以电解水装置体积的缩小为主要目的。例如让本案的电解水装置大致成一圆柱型，其底部最长的剖面长度，亦即直径最小为200mm，而装置高度最高为270mm，故其体积最大约为8500立方公分，或是8.5公升，但本发明的电解水装置外型不以圆柱型为限，电解水装置外型亦可为其他形状，例如当电解水装置外型为椭圆、方型或是多边形时，只要其底部，或是底座112的最长剖面边长大于顶部的最长剖面边长即可，以符合本发明从底部往顶部渐缩的外观设计。再尽可能的有效利用电解水装置的壳体所定义的容置空间，以保持足够的产氢量供使用者吸食，例如电解水装置的氢气产生速率共有六种输出设定，包含让电解水装置输出混合空气与氢气以及雾化气体的保健气体的氢气产生速率：120ml/min,240ml/min,360ml/min，分别对应电解水装置的保健气体输出速率的三种设定：2L/min,4L/min以及6L/min。以及让电解水装置输出纯氢气的400ml/min,500ml/min,600ml/min。且可由使用者透过操作面板自行调整电解水装置1的氢气产生速率，以及输出的气体种类并降低噪音，以让使用者能在睡眠时将本发明放置在靠近使用者头部的位置使用。
请再参阅图1C。于一实施例中，本发明提供的电解水装置1包含一电源供应器80，用来转换市电以输出240瓦特的直流电来供应电解水装置1电力。电源供应器80包含一高功率输出端801与一低功率输出端。其中高功率输出端801与离子膜电解槽12连接，以供应电解反应所需的电力。而低功率输出端则适于供应电解水装置1中其他非电解槽元件，例如补气泵13、控制器14、风扇15、氢气浓度侦测器18等元件操作所需的电力，而为了简化图式内容，于图1C仅绘出电源供应器80与高功率输出端801，但通常知识者应能知晓供应电解水装置操作所需电力的低功率输出端如何在电解水装置内配置电力线路。
电源供应器80所供应的240瓦特直流电中，有172瓦特从高功率输出端801输出至离子膜电解槽12。高功率输出端801输出一第一电压与一第一电流，其中第一电压范围介于3伏特至6.3伏特之间，并输出10安培至27.3安培的第一电流。而低功率输出端输出60瓦特的直流电，来供应电解水装置操作所需的电力。低功率输出端输出一第二电压与一第二电流，其中第二电压得为24伏特的直流电压，与最大2.5安培的第二电流。于另一实施例中，第二电压亦可从24伏特降压至5伏特，并输出最大0.5安培的第二电流。比较高功率输出端与低功率输出端输出的电力参数可知，第一电压低于第二电压，但第一电流高于第二电流。故高功率输出端输出的是高电流低电压的直流电，低功率输出端输出的是低电流高电压的直流电。
综上所述，本发明提供了一种电解水装置，包含一氢气与氧气同侧输出的离子膜电解槽、一补气管、一补气泵以及一雾化/挥发气体混合槽。离子膜电解槽电解水以产生氢气，氢气被输入至补气管后，补气泵吸入空气，并透过一与补气管夹有一导角的补气接口将空气单方向地输入补气管以稀释补气管内的氢气，补气管再将稀释后的氢气导入雾化/挥发气体混合槽内与一雾化气体混合以供使用者吸食。
藉由氢气与氧气同侧输出的离子膜电解槽、以及水槽、气水分离槽以及补气管等设备设置在限定体积内的壳体内，本发明在保持足够的产氢量时也尽可能使用壳体内的容置空间，且在风扇与补气泵的采用上也以低噪音为诉求，故本发明实际上提供了一种有效运用空间、小体积又低噪音的电解水装置，适于放置在使用者身边使用。
藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims (20)

1.一种电解水装置，其特征在于包含：
一壳体，该壳体包含一底座与一侧壁；以及
一离子膜电解槽，设置于该壳体内的一非中心处，该离子膜电解槽包含一第一侧边、一第二侧边、一离子交换膜、一阴极电极、一阳极电极、一氧气输出管及一氢气输出管，该离子交换膜设置于该阳极电极与该阴极电极之间；
当该离子膜电解槽电解水时，该阴极电极产生氢气并由该氢气输出管输出该氢气，该阳极电极产生氧气并由该氧气输出管输出该氧气；
其中该第一侧边靠近该侧壁，该氧气与该氢气自该离子膜电解槽的该第二侧边输出。
2.如权利要求1所述的电解水装置，其特征在于，该阳极电极介于该离子交换膜与该第二侧边之间，该阴极电极介于该离子交换膜与该第一侧边之间，该氧气输出管自该离子交换膜与该第二侧边之间向该第二侧边延伸并贯穿该第二侧边，该氢气输出管自该离子交换膜与该第一侧边之间向该第二侧边延伸并贯穿该第二侧边。
3.如权利要求1所述的电解水装置，其特征在于，该阳极电极介于该离子交换膜与该第一侧边之间，该阴极电极介于该离子交换膜与该第二侧边之间，该氢气输出管自该离子交换膜与该第二侧边之间向该第二侧边延伸并贯穿该第二侧边，该氧气输出管自该离子交换膜与该第一侧边之间向该第二侧边延伸并贯穿该第二侧边。
4.如权利要求1所述的电解水装置，其特征在于，该离子膜电解槽包含一阳极室，该阳极室内包含该阳极电极、一阳极密封板、一阳极导电板及一阳极外压板，该离子膜电解槽更包含一阴极室，该阴极室内包含该阴极电极、一阴极密封板、一阴极导电板及一阴极外压板。
5.如权利要求2所述的电解水装置，其特征在于，该离子膜电解槽进一步包含一补水管，设置并贯穿于该阳极外压板、该阳极导电板及该阳极密封板，以连通该阳极室与一水槽，来自该水槽的水经由该补水管流入该阳极室内，以补充该阳极室内的水。
6.如权利要求5所述的电解水装置，其特征在于，进一步包含一水位检测装置，用以检测该水槽内的水量。
7.如权利要求1所述的电解水装置，其特征在于，进一步包含一补气管、一风扇与一补气泵，该补气管连接该氢气输出管以接收氢气，该风扇从该电解水装置的外界环境吸入空气至该电解水装置之内，该补气泵将该空气吸入并导入该补气管中，以将该空气与该氢气混合来稀释该补气管的氢气体积浓度。
8.如权利要求7所述的电解水装置，其特征在于，进一步包含一雾化/挥发气体混合槽，连接该补气管并接收稀释后的该氢气，该雾化/挥发气体混合槽选择性地产生一雾化气体与该氢气混合，以形成一保健气体，其中该雾化气体选自于由水蒸汽、雾化药水以及挥发精油所组成的族群中的一种或其组合。
9.如权利要求7所述的电解水装置，其特征在于，该补气泵与该补气管之间以一补气接口连接，该补气接口与该补气管之间的一衔接位置夹有一导角，该导角的角度小于90度，以使该导管内的该空气被导入该补气管内。
10.如权利要求9所述的电解水装置，其特征在于，该导角较佳的是介于25度至45度之间，且夹有该导角的该衔接位置有一圆弧导角。
11.如权利要求7所述的电解水装置，其特征在于，该电解水装置进一步包含：
一氢气浓度侦测器，连接该补气管并侦测该补气管内的该氢气体积浓度是否介于一范围内，该范围由一第一预定值与一第二预定值组成，当所侦测到的该氢气体积浓度高于该第一预定值时，产生一第一警示讯号；以及
一控制器，耦接该氢气浓度侦测器、该补气泵以及该离子膜电解槽，当该控制器接收到该第一警示讯号时，产生一启动指令以让该补气泵开始运作。
12.如权利要求11所述的电解水装置，其特征在于，该氢气浓度侦测器侦测到的该氢气体积浓度高于一第二预定值时，产生一第二警示讯号；而当该控制器接收到该第二警示讯号时，产生一停止指令以让该离子膜电解槽停止运作。
13.如权利要求12所述的电解水装置，其特征在于，该第一预定值为4％，该第二预定值为6％，该范围为4％～6％。
14.如权利要求1所述的电解水装置，其特征在于，该离子交换膜包含一离子交换膜本体、一阳极催化层以及一阴极催化层，该阳极催化层以及该阴极催化层分别位于该离子交换膜本体的两侧并分别位于该阳极室与该阴极室中，该阳极催化层选自于由Pt、Ir、Pd、Pt合金粉末以及碳黑所组成的族群中的一种或其组合，该阴极催化层选自于由Pt、Ir、Pd以及Pt合金粉末所组成的族群中的一种或其组合，该离子交换膜本体为一Nafion膜。
15.如权利要求1所述的电解水装置，其特征在于进一步包含一电源供应器；该电源供应器包含一高功率输出端与一低功率输出端，其中该低功率输出端输出的电功率为该高功率输出端输出的电功率的一半以下，其中该高功率输出端输出一第一电压与一第一电流，该低功率输出端输出一第二电压与一第二电流，该第一电压小于该第二电压，该第一电流大于该第二电流。
16.如权利要求1所述的电解水装置，其特征在于，该电解水装置进一步包含一操作面板，该电解水装置的体积小于8.5公升，藉由该操作面板调整该电解水装置的氢气产生速率可介于120ml/min至600ml/min之间。
17.一种电解水装置，其特征在于包含：
一水槽，容纳有一电解水；
一离子膜电解槽，从该水槽接收该电解水，包含一离子交换膜、一阴极电极、一阳极电极、一氧气输出管及一氢气输出管，当该离子膜电解槽该电解水时，该阴极电极产生该氢气，该阳极电极产生氧气，该氧气输出管用以输出该氧气与残留的该电解水，该氢气输出管用以输出该氢气；以及
一预热水槽，包含一预热水槽补水口、一电解槽注水口及一氧气接收管，该预热水槽补水口与该水槽连接，以接收该电解水，该电解水再经由该电解槽注水口被输出至该离子膜电解槽，该氧气接收管与该氧气输出管连接，电解后残留的高温该电解水与该氧气经由该氧气接收管输出至该预热水槽；
其中，该氧气与该氢气于该离子膜电解槽的同一侧输出，而从该氧气接收管输出的残留高温该电解水，将对该预热水槽内的该电解水预先加热。
18.如权利要求17所述的电解水装置，其特征在于，该预热水槽内的该电解水被预先加热到55至65℃之间。
19.如权利要求17所述的电解水装置，其特征在于，该预热水槽进一步包含多片散热鳍片以及一第二风扇，该多片散热鳍片以辐射状的型式设置于该预热水槽的外槽壁上，而该第二风扇设置于该预热水槽的一端，以对该预热水槽进行散热。
20.如权利要求17所述的电解水装置，其特征在于，该预热水槽的体积小于该水槽。
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