KR102285638B1 - 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치 - Google Patents

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Abstract

이온-교환 멤브레인 전해 장치는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀 및 일체로 형성된 통합 유로 채널 장치를 포함한다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀은 수소를 포함하는 가스를 생성한다. 통합 유로 장치는 제 1 세팅 구조체, 물 탱크 구조체, 가스 유로 시스템 및 물 유로 시스템을 갖는다. 물 탱크 구조체는 물을 수용한다. 제 1 세팅 구조체는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀을 통합 유로 장치에 탈착 가능하게 고정하도록 구비된다. 물 유로 시스템은 물 탱크 구조체와, 물 탱크 구조체 내의 물을 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀에 공급하기 위한 제 1 세팅 구조체를 연결한다. 가스 유로 시스템은 수소를 포함하는 가스를 수용하고 운반하기 위한 제 1 세팅 구조체에 연결된다. 따라서, 본 발명은 기능적으로 독립적인 경로들을 통합하여, 파이프 라인 연결을 감소시키며, 장치 체적을 감소시키고, 작동 안전성을 향상시킨다.

Description

이온-교환 멤브레인 전기분해 장치{ION-EXCHANGE MEMBRANE ELECTROLYSIS DEVICE}
본 발명은 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 부피를 줄이고, 튜브의 연결을 감소시키며, 안정성을 향상시키기 위해 일체로 형성된 통합 유로 장치를 포함하는 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치에 관한 것이다.
오랫동안 사람들은 인간의 삶에 많은 관심을 기울였다. 질병을 퇴치하고 인간의 생명을 연장하기 위해 많은 의료 기술이 개발되었지만 과거 대부분의 의료 조치는 수동적이다. 즉, 수술, 약물 투여, 화학 요법 및 암의 방사선 치료, 또는 보육, 재활 및 만성 질환의 교정과 같은 질환이 발생할 때 이 질환을 치료한다. 그러나, 최근에는 적극적으로 병적 상태를 예방하기 위한 건강 식품 연구, 유전병 검사, 조기 예방 등 예방 의학적인 방법에 대한 연구가 점차 많은 의료 전문가들에 의해 진행되고 있다. 또한, 인간의 생명을 연장하기 위해 많은 노화 방지 및 항산화 기술이 개발되어 스미어 케어 제품 및 항산화 식품/약물을 포함하여 대중에 의해 널리 사용된다.
연구에 따르면, 여러 가지 이유(예컨대, 질병, 식이, 환경 또는 생활 습관)로 인체가 만들어 내는 자유 라디칼(해로운 자유 라디칼)이라고도 알려진, 불안정한 산소(O+)는 흡입된 수소와 혼합되어 물의 일부를 형성한 후에 배설됨으로써, 인체의 자유 라디칼 수가 감소되어 산성 몸으로부터 건강한 알칼리성 몸을 회복하고, 산화 및 노화에 저항하며 만성 질환을 제거하고 미용 효과를 얻을 수 있다는 것이 확인되었다. 임상 시험에 따르면 장기간의 고농도 산소 호흡으로 인해 폐 손상을 입은 일부 장기간의 병상 환자는 수소를 흡입함으로써 회복될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
현재 수소 발생 장치는 의료용 장소 및 가정에서 점차적으로 사용되고 있다. 다량의 고도로 표준화된 생산은 향후 수소 발생 장치들의 중요한 목표가 될 것이다. 또한 수소 발생 장치는 파이프에 의해 서로 결합된 다수의 기능적으로 독립적인 장치들로 구비된다. 그러나, 종래 기술에서는 장치들 간 파이프 라인들을 별도로 조립해야하기 때문에 번거로운 절차, 번거로운 배선 조립, 고비용, 표준화의 어려움, 부피 축소의 어려움, 유로의 탈락 등이 발생하고 물 누수가 발생한다.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명은 통합 유로 장치에 파이프 라인들을 일체화하고, 대응하는 장치들을 구성하기 위한 수용 공간들을 갖는 통합 이온막 전기분해 장치를 제공한다. 독립적인 기능 장치들 및 유로들을 가진 장치들이 일체화됨으로써 튜브들의 추가 연결을 방지하고, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 체적을 줄이고 제조 비용을 크게 감소시키고, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 작동 안전성을 향상시킨다.
본 발명의 목적은 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀 및 통합 유로 채널 장치를 포함하는 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치를 제공하는 것이다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀은 물을 전기분해하여 수소를 포함하는 가스를 생성하도록 구비된다. 통합 유로 장치는 일체적으로 형성되며, 물 탱크 구조체, 복수의 세팅 구조체들, 물 유로 시스템 및 가스 유로 시스템을 포함한다. 물 탱크 구조체는 물을 수용하도록 구비된다. 복수의 세팅 구조체 중의 제 1 세팅 구조체는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀을 그 내부에 설치하고 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀을 통합 유로 장치에 분리 가능하게 고정하도록 구비된다. 물 유로 시스템은 물 탱크 구조물로부터 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀로 물을 공급하기 위해 제 1 세팅 구조체 및 물 탱크 구조체에 결합된다. 가스 유로 시스템은 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀에 의해 생성되는 수소를 포함하는 가스를 수용하기 위해 제 1 세팅 구조체에 연결된다.
제 1 세팅 구조체는 수소 입력 포트, 산소 입력 포트 및 물 출력 포트를 구비한다. 산소 입력 포트 및 물 출력 포트는 물 유로 시스템을 통해 물 유로 시스템 및 물 탱크 구조체에 결합된다.
일 실시예에서, 통합 유로 장치는 가스-물 분리기를 수용하기 위한 제 2 수용 구조체를 더 포함한다. 가스-물 분리기는 가스 유로 시스템을 통해 상기 제 1 세팅 구조에 결합되어 온 교환막 전기분해 셀에 의해 생성되는 수소를 포함하는 가스를 수용하고 수소를 포함하는 가스의 액체 상태의 물을 보유한 다음, 가스 유로 시스템의 제 1 유로를 통해 수소를 포함하는 가스를 배출한다.
다른 실시예에서, 통합 유로 장치는 내부에 구비된 제 2 수용 구조체를 더 포함한다. 제 2 수용 구조체는 가스 유로 시스템을 통해 제 1 세팅 구조체의 수소 입력 포트에 결합되어 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀에 의해 생성되는 수소를 포함하는 가스를 수용하고, 이 수소를 포함하는 가스의 액체 상태의 물을 보유한 다음, 가스 유로 시스템의 제 1 유로를 통해 수소를 포함하는 가스를 배출한다.
여기서, 제 2 수용 구조체에는 바버(bobber)가 구비된다. 제 2 수용 구조체에 수용된 액체 상태의 물이 수위에 도달할 경우, 이 바버는 수소를 포함하는 가스가 가스 유로 시스템의 제 1 유로를 통과하는 것을 차단한다.
또한, 제 2 수용 구조체에는 스프링 밸브가 구비된다. 제 2 수용 구조체 내의 수소를 포함하는 가스의 가스 압력이 압력 임계값과 같을 경우, 스프링 밸브가 개방되어 제 2 수용 구조체와 가스 유로 시스템을 연결한다.
일 실시예에서, 통합 유로 장치는 내부에 구비된 제 3 수용 구조체를 더 포함한다. 제 3 수용 구조체는 가스 유로 시스템을 통해 제 1 세팅 구조체에 결합된다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치는 제 3 수용 구조체에 탈착 가능하게 고정되는 필터를 더 포함한다. 필터는 가스 유로 시스템을 통해 수소를 포함하는 가스를 수용하고, 가스 유로 시스템의 제 3 유로를 통해 필터링된 수소를 포함하는 가스를 배출한다.
일 실시예에서, 통합 유로 장치는 내부에 구비된 제 4 세팅 구조체를 더 포함한다. 제 4 세팅 구조체는 가스 유로 시스템을 통해 제 1 세팅 구조체와 결합된다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치는 제 4 세팅 구조체에 탈착 가능하게 고정되는 네뷸라이저를 더 포함하여, 여기서 네뷸라이저는 물 탱크 내로 연장될 수 있다. 네뷸라이저는 가스 유로 시스템을 통해 수소를 포함하는 가스를 수용한다. 네뷸라이저는 분무 가스를 선택적으로 생성하며, 수소를 포함하는 가스와 분무 가스를 혼합하여 배출되도록 한다.
여기서, 네뷸라이저는 분무될 액체를 수용하며, 네뷸라이저는 코튼 컬럼과 미세 다공성 진동판을 포함한다. 코튼 컬럼의 일 단부가 분무될 액체 내에 침지되어 분무될 액체를 흡수하고, 미세 다공성 진동판은 코튼 컬럼의 타 단부를 둘러싸서 코튼 컬럼에 흡수된 분무될 액체를 분무하여 분무 가스를 생성한다.
또한, 네뷸라이저의 최대 분무량은 20 mL/hr 이상이다.
일 실시예에서, 통합 유로 장치는 통합 유로 장치 내에 위치되는 제 5 수용 구조체를 더 포함한다. 제 5 수용 구조체는 가스 유로 시스템을 통해 제 1 세팅 구조체에 결합된다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치는 제 5 수용 구조물에 탈착 가능하게 고정되는 가스 보충 팬을 더 포함한다.
가스 보충 팬은 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 외부로부터 외부 공기를 도입하도록 구비된다. 가스 유로 시스템은 외부 공기를 수용하고 이것을 수소를 포함하는 가스와 혼합하여 수소를 포함하는 희석된 가스를 형성한다.
여기서, 상기 세팅 구조체들은 각각 피팅 개구(fitting opening), 피팅 구멍(fitting holes), 피팅 튜브(fitting tube), 피팅 카세트(fitting cassette) 또는 피팅 클립(fitting clip)을 포함하는 피팅 구조체(fitting structure)를 갖는다.
이온-교환 멤브레인 전기분해 셀은 제 1 측면을 가지며, 수소 유입 포트에 결합된 수소 출력 튜브, 산소 유입 포트에 결합된 산소 출력 튜브 및 물 출력 포트에 결합된 물 입력 튜브를 포함한다. 산소 출력 튜브 및 수소 출력 튜브는 각각 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 제 1 측면으로부터 산소를 포함하는 가스 산소 입력 포트로 및 수소를 포함하는 가스를 수소 입력 포트로 배출하며, 물 입력 튜브는 제 1 측면으로부터 물 출력 포트를 통해 물을 수용한다.
이온-교환 멤브레인 전기분해 셀은 또한 물이 전기분해될 때 열에너지를 갖는 산소를 포함하는 가스를 발생시킨다. 통합 유로 장치는 물 유로 시스템에 결합되고 물 유로 시스템을 통해 물 탱크 구조체 및 제 1 세팅 구조체에 결합되는 예열 싱크 구조체를 더 포함한다. 예열 싱크 구조체는 물 탱크 구조에 물을 수용하고, 물 출력 포트를 통해 물을 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀로 보충한다. 예열 싱크 구조체는 열에너지를 갖는 산소를 포함하는 가스를 산소 입력 포트를 통해 수용한다.
또한, 물 탱크 구조체, 예열 싱크 구조체, 세팅 구조체, 가스 유로 시스템 및 물 유로 시스템은 일체적으로 형성되며, 이에 따라 통합 유로 장치를 형성한다.
또한, 물 탱크 구조체의 위치는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀의 위치보다 높다.
일 실시예에서, 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀은 조작 패널을 더 포함한다. 조작 패널은 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치에 의해 배출되는 수소를 포함하는 가스의 유량을 2 L/min 내지 6 L/min의 범위에서 조절하도록 구비되며, 여기서 배출될 수소를 포함하는 가스의 농도는 4% 미만이고, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 체적은 15 리터 미만이며, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 최대 사용 전력은 240W 미만이다.
또 다른 실시예에서, 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀은 조작 패널을 더 포함한다. 조작 패널은 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치로부터 배출되는 수소를 포함하는 가스의 유량을 400 mL/min 내지 600 mL/min의 범위로 조절하도록 구비되며, 여기서 배출될 수소를 포함하는 가스의 농도는 99%보다 높고, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 체적은 13 리터 미만이며, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 최대 사용 전력은 400W 미만이다.
본 명세서에서 사용되는 "결합된" 또는 "연결된"은 직접 또는 간접 연통을 포함할 수 있다.
요약하면, 본 발명의 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치는 통합 유로 장치를 포함한다. 통합 유로 장치는 가스 유로 시스템, 물 유로 시스템 및 복수의 세팅 구조체를 갖는다. 가스 유로 시스템은 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치로부터 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀, 필터, 네뷸라이저 및 가스 보충 팬과 같은 각각의 세팅 구조체에서 각 장치로 수소를 운반하도록 구비된다. 물 유로 시스템은 물 탱크 구조체를 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀과 결합하도록 구비된다. 가스 유로 시스템과 물 유로 시스템의 설계는 추가 배관을 대체하여 생산 공정에서 배관을 단순화하고 파이프 소모품 및 인건비를 줄인다. 예비된 공간의 배치는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀, 필터, 네뷸라이저 및 가스 보충 팬과 같은 다른 장치들을 통합 유로 장치에 부착하는 것을 용이하게 하며, 이에 따라 이 장치들이 안정적으로 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치에 배치될 수 있다. 더 중요한 것은, 통합 유로 장치는 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 복잡한 파이프 라인을 통합하고, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치에 필요한 파이프의 예비 공간을 줄이고, 공간 활용을 최적화하며, 누수 및 가스 누출 가능성을 감소시킴으로써 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 작동 안전성을 향상시킨다.
실시예들 중 일부는 유사한 도면 부호가 유사한 부재를 나타내는 다음의 도면들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다:
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치를 도시한 외관도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 케이싱(outer casing)을 제거하는 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 통합 유로 장치들을 도시하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(ion-exchange membrane electrolytic cell)을 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀을 도시하는 단면도이다.
도 6은 도 2에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치를 도시하는 단면도이다.
도 7은 도 6에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 다른 뷰를 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 네뷸라이저를 도시하는 개략도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 통합 유로 장치들을 도시하는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터의 다른 뷰를 도시하는 개략도이다.
도 11은 도 6에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 다른 단면 깊이를 도시하는 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 보충 팬을 도시하는 개략도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 팬을 도시하는 개략도이다.
도 14a는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 유로 장치를 도시하는 배치 구조 개략도이다.
도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치를 도시하는 장치 관계 개략도이다.
도 14c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치를 도시하는 장치 관계 개략도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치를 도시하는 단면도이다.
본 발명의 이점, 사상 및 특징은 다음과 같은 실시예들 및 도면으로 설명되고 논의될 것이다.
개시된 장치 및 방법의 하기에 설명된 실시예들에대한 상세한 설명은 본 명세서에서 도면을 참조하여 예시로서 제시되며, 이에 제한되지 않는다. 특정 실시예들이 도시되고 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구 범위의 범주를 벗어나지 않고 다양한 변경들 및 수정들이 이루어 질 수 있음을 이해해야한다. 본 발명의 범위는 구성 요소의 수, 그 재료, 그 형상 및 이들의 상대적 배치 등에 결코 제한되지 않으며, 본 발명의 실시예로서 간단하게 개시된다.
본 명세서의 설명에서, 용어 "일 실시예에서", "다른 실시예에서" 또는 "일부 실시예에서"는 본 실시예의 특정한 특징, 구조, 재료 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서의 설명에서, 언급된 용어의 개략적인 표현은 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 설명된 특정한 특징, 구조, 재료 또는 특성은 임의의 하나 이상의 실시예에 적절한 방식으로 포함될 수 있다.
본 명세서의 실시예들에서, 용어 "또는"은 열거된 구성 요소들의 일부의 조합 및 열거된 모든 구성 요소들의 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"라는 기재는 A 단독, B 단독, A와 B 모두를 포함한다. 또한, 본 발명의 요소 또는 구성 요소 앞의 용어 "일" 및 "그"는 요소 또는 구성 요소의 수를 제한하지 않는다. 그러므로, 용어 "일" 및 "그"는 적어도 하나를 포함하는 것으로 독해되어야 한다. 또한, 단수 형태의 요소 또는 구성 요소는 그 숫자가 단수 형태를 명확히 나타내지 않는 한, 복수 형태를 포함한다.
도 1a 내지 도 3b를 참조하면, 도 1a 및 도 1b는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치를 도시하는 외관도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 케이싱(outer casing)을 제거한 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치를 도시하는 개략도이다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 통합 유로 장치들을 도시하는 개략도이다. 도 1a 내지 도 3b에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12) 및 통합 유로 장치(13)를 포함하는 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)를 제공한다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)은 물을 전기분해하여 수소를 포함하는 가스를 생성하도록 구비된다. 통합 유로 장치(13)는 일체적으로 형성되고, 물 탱크 구조체(139), 복수의 세팅 구조체들, 가스 유로 시스템(130) 및 물 유로 시스템(131)을 포함한다. 물 탱크 구조체(139)는 물을 수용하도록 구비된다. 복수의 세팅 구조체들 중 제 1 세팅 구조체(132)는 내부에 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)을 탈착 가능하게 고정하도록 구비된다. 물 유로 시스템(131)은 물 탱크 구조체(139)와 결합하여 물 탱크 구조체(139)로부터 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)로 물을 유입시키는 복수의 유로들을 포함한다. 가스 유로 시스템(130)은 복수의 세팅 구조체들에 각각 결합되는 복수의 유로들을 포함하며, 유로들을 통해 수소를 포함하는 가스를 수용하고, 수소를 포함하는 가스를 복수의 세팅 구조체들로 각각 운반한다. 제 1 세팅 구조체(132)는 수소 입력 포트(1322), 산소 입력 포트(1324) 및 물 출력 포트(1326)를 갖는다. 물 탱크 구조체(139)는 물 유로 시스템(131)에 의해 물 출력 포트(1326)에 결합되어 물 탱크 구조체(139)의 물을 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)로 유입시키고, 가스 유로 시스템(130)은 수소 입력 포트(1322)를 통해 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 의해 생성된 수소를 포함하는 가스를 수용한다.
본 발명의 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)는 통합 유로 장치(13)의 사전 배치된 세팅 구조체들에 의해 그 내부에 장치들 각각을 고정하기 때문에, 조립 시 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)의 공간적 구조가 보다 명확해진다. 동시에, 가스 및 액체가 두 장치 사이의 추가적인 배관없이, 세팅 구조체들 사이의 복수의 사전 배치된 유로들을 통해 운반된다. 또한, 복수의 유로들이 기능적으로 독립적이거나 또는 관련된 파이프 라인들을 통합하기 위해 물 유로 시스템 및 가스 유로 시스템으로 합쳐지며, 이에 따라 호스 또는 와이어 형상 파이프 라인들이 축소되어 파이프 라인들의 얽힘 또는 연결 불량을 방지하게 된다. 또한, 배관 비용이 절감될 수 있고, 종래 기술에 있어서의 숨겨진 파이프 라인들이 헐거워질 위험이 회피될 수 있어, 누수 또는 공기 누설 가능성을 감소시킬 수 있다. 보다 중요하게는, 각각의 기능적으로 독립적인 장치가 통합 유동 채널 장치(13)를 통해 통합되어, 공간 활용을 최적화한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)을 도시하는 개략도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)을 도시하는 단면도이다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)은 제 1 측면(S1), 수소 출력 튜브(122), 산소 출력 튜브(124) 및 물 입력 튜브(126)를 가지며, 여기서 수소 출력 튜브(122), 산소 출력 튜브(124) 및 물 입력 튜브(126)는 제 1 측면(S1)에 위치하고, 제 1 세팅 구조체(132)의 산소 입력 포트, 수소 입력 포트 및 물 출력 포트에 각각 결합된다. 산소 출력 튜브(124) 및 수소 출력 튜브(122)는, 산소를 포함하는 가스 및 수소를 포함하는 가스를, 제 1 측면(S1)의 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)로부터 산소 입력 포트 및 수소 입력 포트로 각각 출력하고, 그 다음, 산소를 포함하는 가스 및 수소를 포함하는 가스는 산소 입력 포트 및 수소 입력 포트를 통해 가스 유로 시스템(130) 및 물 유로 시스템(131)으로 각각 유입되며, 여기서 산소 입력 포트는 물 탱크 구조체(139)와 결합된다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)의 물 입력 튜브(126)는 제 1 측면(S1)으로부터 물 탱크 구조체(139)의 물 출력 포트와 결합되어 물을 공급한다. 산소 출력 튜브(124), 수소 출력 튜브(122) 및 물 입력 튜브(126)의 방향들은 (본 실시예의 애노드 방향에서와 같이) 제 1 측면(S1)에 한정되지 않고, 동시에 (실시예의 캐소드의 방향에서와 같이) 제 2 측면(S2)으로부터 출력될 수도 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)은 이온-교환 멤브레인(120), 캐소드 챔버(cathode chamber)(121) 및 애노드 챔버(anode chamber)(123)를 포함한다. 캐소드 챔버(121)는 캐소드 전극(1210)을 포함하고, 애노드 챔버(123)는 애노드 전극(1230)을 포함하며, 이온-교환 멤브레인(120)은 캐소드 챔버(121)와 애노드 챔버(123) 사이에 배치된다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)이 물을 전기분해하는 경우, 캐소드 전극(1210)은 수소 가스를 생성하고, 애노드 전극(1230)은 산소 가스를 생성한다. 일 실시예에서, 애노드 챔버(123)는 물을 수용하고, 애노드 챔버(123)의 물은 이온-교환 멤브레인(120)을 더 통과하여 캐소드 챔버(121)로 유입될 수 있다. 또한, 도 5는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)의 내부 구조를 단지 설명하기 위한 단면 개략도이며, 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)의 실제 내부 구조도가 아니다. 제 2 측면(S2) 및 캐소드 전극(1210)이 위치하는 영역을 캐소드 챔버(121)라 하고, 제 1 측면(S1) 및 애노드 전극(1230)이 위치하는 영역을 애노드 챔버(123)라 칭한다. 캐소드 챔버(121) 및 애노드 챔버(123)의 대응 위치들을 보다 명확하게 나타내기 위해, 그 위치가 도면에서 점선으로 표시되어 있다.
도 6, 도 7, 도 9a, 도 9b 및 도 11을 참조하면, 도 6은 도 2에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)를 도시하는 단면도이다. 도 7은 도 6에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)의 다른 뷰를 도시하는 단면도이다. 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 통합 유로 장치들(13)의 다른 실시예들을 도시하는 단면도이다. 도 11은 도 6에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)의 다른 단면 깊이를 도시하는 부분 단면도이다. 일 실시예에서, 통합 유로 장치(13)는 그 내부에 위치된 제 2 수용 구조체(134)를 더 갖는다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 의해 생성된 수소를 포함하는 가스를 수용하고 수소를 포함하는 가스의 액체 상태의 물을 유지한 이후에 가스 유로 시스템(130)의 제 1 유로(1346)을 통해 수소를 포함하는 가스를 출력하기 위해, 제 2 수용 구조체(134)는 가스 유로 시스템(130)을 통해 제 1 세팅 구조(132)에 결합된다.
제 2 수용 구조체(134)는 가스 유로 시스템(130)의 수소 입력 포트(1322)를 통해 수소 출력 튜브(122)와 연통하여 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 의해 생성된 수소를 포함하는 가스를 수용한다. 제 2 수용 구조체(134)의 온도가 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)의 온도보다 낮기 때문에, 수소를 포함하는 가스 내의 수분은 제 2 수용 구조체(134)에서 액체 상태의 물로 쉽게 응축된다. 액체 상태의 물이 아래로 미끄러져 제 2 수용 구조체(134)의 하부 공간에 남게 되며, 수소를 포함하는 분리된 가스가 가스 유로 시스템(130)의 제 1 유로(1346)을 통해 제 3 수용 구조체(136)로 출력된다. 액체 상태의 물이 제 1 유로(1346) 내로 흐르는 것을 방지하기 위해 제 1 유로(1346)는 제 2 수용 구조체(134)의 상단에 배치될 수 있다. 따라서, 제 2 수용 구조체(134)는 가스와 액체를 분리할 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 수용 구조체(134)는 바버(bobber)(144)를 수용한다. 바버(144)는 액체 상태의 물이 제 2 수용 구조체(134)에 수용될 때 상승한다. 제 2 수용 구조체(134)에 수용된 액체 상태의 물이 수위에 도달하면, 바버(144)는 제 2 수용 구조체 (134)가 제 1 유로(1346)의 출력 포트(1344)와 연통하는 것을 차단하여 수소를 포함하는 가스가 제 1 유로(1346)을 통과하는 것을 차단한다. 실제 응용들에서, 바버(144)는 물에 의해 상승되는 플라스틱 중공 칼럼일 수 있다. 또한, 제 2 수용 구조체(134)는 제 2 수용 구조체(134)의 바닥에 유로 포트를 갖는다. 유로 포트는 제 2 수용 구조체(134)에 의해 수용된 액체 상태의 물이 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)의 외부로 유동하는 것을 허용하도록 구비된다. 제 2 수용 구조체(134) 내의 수위가 낮을 때, 바버(144)는 부유하지 않고 유로 포트를 차단하여 외부 공기가 유로 포트를 통해 제 2 수용 구조체(134) 내로 유동하는 것을 방지하고, 수소를 포함하는 가스가 유로 포트를 통해 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)로부터 출력하는 것을 방지한다.
다른 실시예에서, 제 2 수용 구조체(134)는 통합 유로 장치(13)의 출력 포트(1344) 상에 배치된 스프링 밸브(146)를 수용한다. 제 2 수용 구조체(134)는 출력 포트(1344)를 통해 제 1 유로(1346)에 연결된다. 가스 압력이 압력 임계값에 도달하지 않을 경우, 스프링 밸브(146)는 제 2 수용 구조체(134) 내의 가스가 출력 포트(1344)를 통과하여 제 1 유로(1346) 내로 들어가는 것을 차단한다. 제 2 수용 구조체(134)에서 수소를 포함하는 가스의 가스 압력이 압력 임계값에 도달할 경우, 스프링 밸브(146)는 수소를 포함하는 가스에 의해 개방된다. 이로써 스프링 밸브(146)가 개방되어 제 2 수용 구조체(134)와 제 1 유로(1346)가 연결되어 수소를 포함하는 가스가 제 1 유로(1346)로 유입될 수 있게 된다. 여기서, 압력 임계값은 주변 가스 압력보다 크고, 제 1 유로(1346) 내의 가스 압력보다 크다. 스프링 밸브(146)의 구성에 의해, 수소를 포함하는 가스가 가스-물 분리기(gas-water separator)(14) 내에 잔류하는 시간이 연장될 수 있고, 가스와 물의 분리 효율이 증가될 수 있다. 또한, 가스 보충 팬(15)에 의해 통합 유로 장치(13) 내로 흡인된 이후, 외부 공기가 제 1 유로(1346)와 함께 제 2 수용 구조체(134) 내로 역 유입되는 것을 방지할 수 있다.
상기 실시예에서, 가스와 물을 분리하는 기능은 바버(123) 및 스프링 밸브(146)를 수용하기 위한 제 2 수용 구조체(134)의 설계에 의해 달성된다. 그러나, 제 2 수용 구조체(134)는 가스와 물을 분리시키는 기능을 갖는 장치를 직접 수용할 수 있다. 다른 실시예에서, 통합 유로 장치(13)는 가스-물 분리기(14)를 수용하기 위한 제 2 수용 구조체(134)를 더 포함한다. 가스-물 분리기(14)는 가스 유로 시스템(130)을 통해 제 1 세팅 구조체(132)와 연통되어 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 의해 생성된 수소를 포함하는 가스를 수용하고, 수소를 포함하는 가스의 액체 상태의 물을 보유한 후, 가스 유로 시스템(130)의 제 1 유로(1346)을 통해 수소를 포함하는 가스를 출력한다. 가스-물 분리기(14)의 기능은 제 2 수용 구조체(134)의 기능과 동일하다. 즉, 본 발명의 가스-물 분리기(14)는 또한 제 2 수용 구조체(134)에 설치되어 상기 실시예에서 제 2 수용 구조체(134)의 가스와 물을 분리하는 기능을 수행할 수도 있다. 본 발명의 명세서에서, 가스-물 분리기(14) 및 제 2 수용 구조체(134)의 사용은 합리적인 방식으로 용이하게 교환될 수 있다. 한편, 수소 입력 포트(1322), 출력 홀(1344), 제 1 유로(1346), 물 탱크 구조체(139) 및 복수의 세팅 구조들을 포함하는 통합 유로 장치(13)를 통합함으로써, 장치는 추가적인 파이프 라인들없이 서로 연결될 수 있다.
도 7, 도 9a, 도 9b 및 도 10을 참조하면, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 필터(16)의 다른 뷰를 도시하는 개략도이다. 일 실시예에서, 통합 유로 장치(13)는 제 3 수용 구조체(136)를 더 포함한다. 제 3 수용 구조체(136)는 가스 유로 시스템(130)을 통해 제 1 세팅 구조체(132) 및 제 2 수용 구조체(134)에 결합된다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)는 제 3 수용 구조체(136)에 탈착 가능하게 고정된 필터(16)를 더 포함한다. 필터(16)는 가스 유로 시스템(130)을 통해 수소를 포함하는 가스를 수용하고, 수소를 포함하는 필터링된 가스를 가스 유로 시스템(130)을 통해 출력한다. 필터(16)의 하부에 구성된 필터 입력 포트(162)는 수소를 포함하는 가스를 통합 유로 장치(13)의 제 1 유로(1346)로부터 수용한다. 수소를 포함하는 가스는 필터(16)의 필터 코어를 통해 단방향으로 통과하여 필터링되고, 이어서 수소를 포함하는 필터링된 가스는 필터 출력 포트(164)의 상부로부터 네뷸라이저(18)로 운반된다.
수소를 포함하는 필터링된 가스는 가스 유로 시스템(130)의 제 3 유로(1368)와 연통됨으로써 네뷸라이저(18)로 운반된다. 일 실시예에서, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)의 통합 유로 장치(13)는 그 위에 배치된 상부 커버(133)를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 제 3 유로(1368)는 또한 상부 커버(133)의 일부일 수 있다.
도 2, 도 9a 및 도 12를 참조하면, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 보충 팬(15)을 도시하는 개략도이다. 일 실시예에서, 통합 유로 장치(13)는 통합 유로 장치(13) 내에 위치된 제 5 수용 구조체(135)를 더 포함한다. 제 5 수용 구조체(135)는 가스 유로 시스템(130)을 통해 제 1 세팅 구조체(132), 제 2 수용 구조체(134) 및 제 3 수용 구조체(136)에 연결된다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)는 제 5 수용 구조체(135)에 탈착 가능하게 고정되는 가스 보충 팬(15)을 더 포함한다. 가스 보충 팬(15)은 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)의 외부로부터 외부 공기를 도입하고, 가스 보충 팬(15)의 가스 보충 팬 포트로부터 제 2 유로(1352)로 외부 공기를 공급하도록 구비된다. 일 실시예에서, 제 2 유로(1352)는 제 3 수용 구조체(136)로 이어져, 제 3 수용 구조체(136)가 외부 공기를 수용하고, 외부 공기는 수소를 포함하는 가스와 혼합된 이후에 필터(16) 내로 유입되어, 필터링 후 수소를 포함하는 희석된 가스를 배출한다. 다른 실시예에서, 제 2 유로(1352)는 제 3 유로(1368)로 이어지고, 외부 공기는 수소를 포함하는 가스와 혼합되어 필터링 후에 수소를 포함하는 희석된 가스를 형성한다. 상기 두 실시예에서, 수소를 포함하는 희석 가스의 수소 농도는 인간이 흡입 시작하기에 적합한 4%로 조절될 수 있다.
제 1 유로(1346) 및 제 2 유로(1352)을 포함하는 통합 유로 장치(13)를 통합함으로써, 제 3 수용 구조체(136), 제 2 수용 구조체(134), 필터(16) 및 가스 보충 팬(15)은 추가적인 파이프 라인없이 서로 연결된다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 도 7은 도 6에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 다른 뷰를 도시하는 단면도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 네뷸라이저를 도시하는 개략도이다. 일 실시예에서, 복수의 세팅 구조체들은 제 4 세팅 구조체(138)를 더 포함한다. 제 4 세팅 구조체(138)는 가스 유로 시스템(130)을 통해 제 3 수용 구조체(136), 제 1 세팅 구조체(132) 및 제 2 수용 구조체(135)와 결합된다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)는 제 4 세팅 구조체(138)에서 탈착 가능하게 고정되는 네뷸라이저(18)를 더 포함한다. 네뷸라이저(18)는 가스 유로 시스템(130)의 제 3 유로(1368)를 통해 필터(16)로부터 수소를 포함하는 가스를 수용한다. 네뷸라이저(18)는 분무 가스를 선택적으로 발생시키고, 네뷸라이저(18)의 출력 포트(188)를 통해 수소 및 분무 가스를 포함하는 희석 가스를 배출한다.
네뷸라이저(18)는 분무될 액체(182)를 분무 가스로 분무하기 위해 분무될 액체(182)를 수용한다. 네뷸라이저(18)는 코튼 컬럼(cotton column)(184) 및 미세 다공성 진동판(185)을 포함한다. 코튼 컬럼(184)의 일 단부는 분무될 액체(182)를 흡수하기 위해 분무될 액체(182)에 침지되어, 코튼 컬럼(184) 전체를 습윤시킨다. 미세 다공성 진동판(184)은 코튼 컬럼(184)의 타 단부를 둘러싸며, 코튼 컬럼(184)을 진동시켜 분무화 가스를 발생시킨다. 여기서, 네뷸라이저(18)의 최대 분무량은 20 mL/hr이상이다. 또한, 분무 가스는 수소를 포함하는 가스와 혼합되어 건강한 가스를 형성할 수 있다. 건강한 가스는 사용자가 흡입할 수 있도록 위해 출력 포트(188)로부터 배출된다.
제 3 유로(1368)을 포함하는 통합 유로 장치(13)를 통합함으로써, 제 3 수용 구조체(136), 필터(16) 및 네뷸라이저(18)는 추가적인 파이프 라인들없이 서로 연결된다.
도 3a, 도 3b, 도 5 및 도 6을 참조하면, 도 6은 도 2에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치를 도시하는 단면도이다. 일 실시예에서, 제 1 세팅 구조체는 가스 유로 시스템(131) 및 물 유로 시스템(130)과 각각 연결된 수소 입력 포트(1322), 산소 입력 포트(1324) 및 물 출력 포트(1326)를 갖는다. 산소 입력 포트(1324) 및 물 출력 포트(1326)는 물 유로 시스템(131)을 통해 물 탱크 구조체(139)와 연결되고, 수소 입력 포트(1322)는 가스 유로 시스템(131)을 통해 제 2 수용 구조체(134)와 연결된다.
여기서, 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)은 수소 입력 포트(1322)에 결합되는 수소 출력 튜브(122), 산소 입력 포트(1324)에 결합되는 산소 출력 튜브(124) 및 물 출력 포트(1326)에 결합되는 물 입력 튜브(125)를 포함한다. 또한, 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)은 물을 전기분해할 때 열 에너지로 산소를 포함하는 가스를 발생시킨다. 통합 유로 장치(13)는, 물 유로 시스템(131)에 연결되고 물 유로 시스템(131)을 통해 물 탱크 구조체(139) 및 제 1 세팅 구조체(132)에 연결되어 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)과 결합되는 예열 싱크 구조체(137)를 더 포함한다. 예열 싱크 구조체(137)는 물 탱크 구조체(139) 내의 물을 수용하고, 물 출력 포트(1326)를 통해 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)로 물을 보충한다. 예열 싱크 구조체(137)는 산소 입력 포트(1324)를 통해 열 에너지를 갖는 산소를 포함하는 가스를 수용한다. 산소 출력 튜브(124)는 물 유로 시스템(131)을 통해 산소 입력 포트(1324)에 결합된다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)의 물 입력 튜브(126)는 제 1 세팅 구조체(132)의 물 출력 포트를 통해 물 출력 포트(1326)에 결합된다. 통합 유로 장치(13)는 물 보충 입력 포트(1328)와 물 탱크 구조체(139) 사이에 결합된 종 방향 물 탱크 유로(1379)을 더 갖는다. 물 탱크 구조체(139)의 물은 물 탱크 유로(1379) 및 물 보충 입력 포트(1328)를 통해 순차적으로 유동하여, 예열 싱크 구조체(137)에 도달한다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)로 유입됨으로써 예열 싱크 구조체(137)에 포함된 물이 감소되는 경우, 물 탱크 구조체(139)의 물은 예열 싱크 구조체(137)로 보충된다. 산소 입력 포트(1324)는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 의해 생성된 산소 및 열 에너지를 포함하는 가스를 수용하도록 구비된다. 열 에너지는 예열 싱크 구조체(137)에서 순환하여, 예열 싱크 구조체(137) 내의 물의 온도는 단시간에 물 싱크 구조체(139) 내의 물의 온도보다 높아지게 된다. 예열 싱크 구조체(137)는 물 출력 포트(1326)를 통해 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)로 물을 배출하여, 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)이 물을 전기분해한 이후에 예열 싱크 구조체(137) 내의 고온의 물이 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 보충된다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)은 적절한 고온에서 물을 전기분해할 때 높은 전기분해 효율을 가지기 때문에, 예열 싱크 구조체(137)를 설치함으로써 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)의 전기분해 효율을 빠르게 향상시킬 수 있다. 통합 유로 장치(13), 수소 입력 포트(1322), 산소 입력 포트(1324), 물 보충 입력 포트(1328) 및 물 출력 포트(1326)로, 장치들은 추가적인 파이프 라인들없이 서로 연결된다.
도 3b 및 도 15를 참조하면, 도 15는 본 발명의 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)의 단면도를 나타낸다. 통합 유로 장치(13)는 물 유로 시스템(131)의 산소 입력 포트(1324) 상에 배치되고 물 탱크 구조체(139)에 결합되는 산소 방출 튜브(1378)를 더 포함한다. 산소 방출 튜브(1378)의 일 단부는 물 탱크 구조체(139)의 수면으로부터 돌출하고, 산소를 포함하는 가스가 물 탱크 구조체(139)를 거쳐 산소 방출 튜브(1378)를 통해 대기로 방출된다. 일 실시예에서, 물 탱크 구조체(139)는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)과 동일한 높이로 챔버를 형성하도록 연장되고, 산소 입력 포트(1324)로부터 입력된 산소를 포함하는 가스가 챔버 내로 도입된다. 챔버는 산소 방출 튜브(1378)와 연통하고, 산소 방출 튜브(1378)는 물 탱크 구조체(139) 내의 수위보다 높고 위까지 연장된다. 산소를 포함하는 가스가 챔버 내로 도입될 경우, 산소를 포함하는 가스는 산소 방출 튜브(1378)를 통해 대기로 방출된다.
또한, 물 탱크 구조체(139), 예열 싱크 구조체(137), 제 1 세팅 구조체(132), 제 2 수용 구조체(134), 제 3 수용 구조체(135), 물 유로 시스템(131) 및 가스 유로 시스템(130)은 통합 유로 장치(13)를 형성하도록 일체로 형성된다. 따라서, 통합 유로 장치(13)는 일체형으로 또는 부분적 일체로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제 5 수용 구조체(135)가 상부 커버(133) 상에 형성되며, 상부 커버(133)는 통합 유로 장치(13)의 독립적인 나머지 구성 요소들이다. 전술한 통합 유로 장치(13)의 나머지 구성 요소들 및 구조체는 주요 구조체를 형성하도록 일체로 형성되므로, 통합 유로 장치(13)는 상부 커버(133)와 주요 구조체로 약간 분리될 수 있다. 따라서, 사용자가 물 탱크 구조체(139) 내로 물을 보충하는 것이 유리하며, 물 유로 시스템(131) 및 공기 유로 시스템(130)의 구조가 덜 영향을 받는다.
여기서, 전술한 세팅 구조체는 각각 피팅 개구, 피팅 홀, 피팅 튜브, 피팅 카세트 또는 피팅 클립을 포함하는 피팅 구조를 갖는다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)에서, 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)은 피팅 방식으로 통합 유로 장치(13)의 산소 입력 포트(1324) 및 물 출력 포트(1326)에 연결된다. 가스 보충 팬(15), 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12), 필터(16) 및 가스-물 분리기(14)는 통합 유로 장치(13)의 가스 유로에 피팅된다. 간단한 카세트 또는 적합한 공간 구조는 통합 유로 장치(13) 또는 전술한 나머지 구성 요소들에서 설계되어 통합 유로 장치(13)에 나머지 구성 요소들의 피팅을 용이하게할 수 있다.
도 2 및 도 13을 참조하면, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 팬(17)을 도시하는 개략도이다. 본 발명의 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)는 통합 유로 장치(13) 상에 배치된 냉각 팬(17)을 포함하고, 냉각 팬(17)은 외부 공기를 냉각 팬 포트(172)로부터 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)을 통해 흐르게 한다. 따라서, 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)은 온도가 너무 높고 위험한 것을 방지할 수 있다. 실제로, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)는 전술한 장치 및 효과를 포함하고, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 최대 사용 전력은 여전히 240W 미만이다.
도 14a, 도 14b 및 도 14c를 참조하면, 도 14a는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 유로 장치를 도시하는 배치 구조 개략도이다. 도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치를 도시하는 장치 관계 개략도이다. 도 14c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치를 도시하는 장치 관계 개략도이다. 일반적으로, 통합 유로 장치(13)는 서로 연통하는 복수의 세팅 구조체들 및 유로들을 포함한다. 물 탱크 구조체(139)는 물 탱크 유로(1379), 물 출력 포트(1326) 및 산소 입력 포트(1324)를 통해 제 1 세팅 구조체(132)와 연통한다. 제 1 세팅 구조체(132)는 수소 입력 포트(1322)을 통해 제 2 수용 구조체(134)와 연통한다. 제 2 수용 구조체(134)는 제 1 유로(1346)을 통해 제 3 수용 구조체(136)와 연통한다. 제 5 수용 구조체(135)는 제 2 유로(1352)을 통해 제 3 수용 구조체(136)와 연통한다. 제 3 수용 구조체(136)는 제 3 유로(1368)을 통해 제 4 세팅 구조체(138)와 연통한다.
본 발명의 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)의 프로토 타입을 형성하기 위해 다음의 다양한 장치들이 통합 유로 장치(13)에 통합된다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 의해 생성된 산소를 포함하는 가스는 산소 출력 튜브(124)로부터 통합 유로 장치(13)의 산소 입력 포트(1324)로 배출되고 그 후, 예열 싱크 구조체(137) 또는 물 탱크 구조체(139)로 진입하여 대기로 방출된다. 물 탱크 구조체(139) 내의 물은 예열 싱크 구조체(137) 내의 물의 양을 구성할 수 있다. 예열 싱크 구조체(137) 내의 물은 물 출력 포트(1326)를 통해 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)로 출력되어, 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 적절한 온도의 물을 공급한다. 한편, 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에서 생성된 수소를 포함하는 가스는 수소 출력 튜브(122)로부터 배출되고, 가스-물 분리기(14)로 유입되어 수소를 포함하는 가스에서 액체 상태의 물을 분리한다. 분리 후에 수소를 포함하는 가스는 제 1 유로(1346)을 통해 제 3 수용 구조체(136)로 진입하고, 가스 보충 팬(15)에 의해 도입된 외부 공기는 또한 제 2 유로(1352)을 통해 제 3 수용 구조체(136)에 진입한다. 2개의 가스의 혼합은 필터링될 필터(16)에 입력될 수소를 포함하는 희석 가스를 형성하는 것으로 간주될 수 있다. 필터링 후 수소를 포함하는 희석된 가스가 제 3 유로(1368)을 통해 네뷸라이저(18)에 진입하고, 네뷸라이저(18)에 의해 생성된 분무 가스와 혼합되어 건강한 가스를 형성한다. 건강한 가스는 사용자가 흡입할 수 있도록 출력 포트(188)로부터 배출된다. 가스 유동 방향은 원칙적으로 단방향 유동 방향이다.
본 발명의 다른 목적은 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12), 통합 유로 장치(13) 및 가스 보충팬(15)을 포함하는 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)를 제공하는 것이다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)은 물을 전기분해하여, 열 에너지로 수소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스를 각각 생성하도록 구비된다. 가스 보충 팬(15)은 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)의 외부로부터 외부 공기를 도입하도록 구비된다. 통합 유로 장치(13)는 물 탱크 구조체(139), 예열 싱크 구조체(137), 복수의 세팅 구조체들, 물 유로 시스템(131) 및 공기 유로 시스템(130)을 더 포함한다. 물 탱크 구조체(139)는 예열 싱크 구조체(137)를 통해 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 연결되어 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 물을 보충한다. 물 탱크 구조체(139)의 상대 위치는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)의 상대 위치보다 높기 때문에, 물 탱크 구조체(139)의 물은 중력 또는 압력차에 의해 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12) 내로 하향 공급된다. 예열 싱크 구조체(137)는 산소 입력 포트(도시하지 않음), 물 보충 입력 포트(도시하지 않음) 및 물 출력 포트(1326)를 가지며, 여기서 물 보충 입력 포트가 물 탱크 구조체(139)에 연결되어 물 탱크 구조체(139)에서 물을 수용하고, 물 출력 포트(1326)는 예열 싱크 구조체(137)에서의 물을 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)로 배출한다. 산소 입력 포트는 산소를 포함하는 가스 및 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 의해 생성된 열 에너지를 수용하도록 구비되며, 여기서 열 에너지는 예열 싱크 구조체(137)에서 물을 가열하도록 구비된다. 복수의 세팅 구조체들 중 제 1 세팅 구조체(132)는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)을 내부에 배치한다. 복수의 세팅 구조체들의 제 5 수용 구조체(135)는 가스 보충 팬(15)을 내부에 배치한다. 물 유로 시스템(131)은, 물 탱크 구조체(139) 및 예열 싱크 구조체(137)와 각각 연통되어 예열 싱크 구조체(137)로부터 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)로 물을 입력하고 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)로부터 예열 싱크 구조체(137)로 열 에너지를 이용하여 산소를 포함하는 가스를 배출하는 복수의 유로들을 포함한다. 가스 유로 시스템(130)은, 복수의 세팅 구조체들과 각각 연통하여, 수소 및 외부 공기를 포함하는 가스를 수용하고, 외부 공기와 함께 수소를 포함하는 가스를 혼합하여, 수소를 포함하는 희석 가스를 형성하도록, 복수의 유로들을 포함한다. 수소를 포함하는 희석 가스의 수소 농도는 4% 이하이다.
다른 실시예에서, 본 발명의 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12) 및 통합 유동 장치(13)를 포함한다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)은 물을 전기분해하여 수소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스를 생성하도록 구비된다. 통합 유로 장치(13)는 일체로 형성되고 물 탱크 구조체(139), 제 1 세팅 구조체(132), 물 유로 시스템(131), 가스 유로 시스템(130), 제 5 수용 구조체(135) 및 예열 싱크 구조체(137)를 더 포함한다. 물 탱크 구조체(139)는 물을 수용하도록 구비된다. 제 1 세팅 구조체(132)는 수소 입력 포트(1322), 산소 입력 포트(1324) 및 물 출력 포트(1326)를 갖는다. 제 1 세팅 구조체(132)는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)을 통합 유로 장치(13)에 탈착 가능하게 고정하도록 구비된다. 물 유로 시스템(131)은 물 탱크 구조체(139) 및 제 1 세팅 구조체(132)와 연통하여 물 탱크 구조체(139)로부터 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)로 물을 공급한다. 가스 유로 시스템(130)은 제 1 세팅 구조체(132)에 결합되어 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 의해 생성된 수소를 포함하는 가스를 수용한다. 예열 싱크 구조체(137)는 물 탱크 구조체(139) 및 제 1 세팅 구조체(132)에 결합된다. 물 탱크 구조체(139) 내의 물은 예열 싱크 구조체(137) 및 제 1 세팅 구조체(132)의 물 출력 포트(1326)를 통해 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)로 유입될 수 있다. 물 탱크 구조체(139)는 물 유로 시스템(131) 및 예열 싱크 구조체(137)에 의해 물 출력 포트(1326)에 결합된다. 가스 유로 시스템(130)은 수소 입력 포트(1322)를 통해 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 의해 생성된 수소를 포함하는 가스를 수용한다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)는 외부 공기를 도입하기 위해 제 5 수용 구조체(135)에 탈착 가능하게 고정되어 수소를 포함하는 가스와 혼합되어 제 1 혼합 가스를 생성하는 가스 보충 팬(15)을 더 포함한다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)는 물 탱크 구조체(139)내로 연장되는 네뷸라이저(18)를 더 포함한다. 네뷸라이저(18)는 분무 가스를 선택적으로 생성하고, 제 1 혼합 가스를 수용한 이후에 제 1 혼합 가스와 분무 가스를 혼합하여 수소를 포함하는 분무된 가스를 배출한다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)는 조작 패널을 포함한다. 사용자는 조작 패널에 의해 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)로부터 출력되는 수소를 포함하는 가스의 총량을 조정할 수 있다. 일 실시예에서, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)의 부피는 15 리터 미만이고, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)의 최대 사용 전력은 240 W 미만이다. 본 실시예에서 수소 출력을 포함하는 분무된 가스의 총량은 2 L/min 내지 6 L/min, 예를 들어, 2 L/min, 4 L/min 또는 6 L/min 로 설정될 수 있다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)는 조작 패널에 의해 수소를 포함하는 출력 가스의 농도가 4% 이하가 되도록 조정될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명의 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12), 통합 유로 장치(13) 및 네뷸라이저(18)를 포함한다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)은 물을 전기분해하여 수소를 포함하는 가스를 생성하도록 구비된다. 통합 유로 장치(13)는 물 탱크 구조체(139), 복수의 세팅 구조체들 및 물 유로 시스템(131)을 더 포함한다. 물 탱크 구조체(139)는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)과 연통하여 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 물을 보충한다. 복수의 세팅 구조체들 중 제 1 세팅 구조체(132)는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)을 내부에 탈착 가능하게 고정시킨다. 복수의 세팅 구조체들 중 제 4 세팅 구조체(138)는 네뷸라이저(18)를 내부에 탈착 가능하게 유지한다. 물 유로 시스템(131)은 물 탱크 구조체(139)와 각각 연통하여 물 탱크 구조체(139) 내의 물을 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12) 내로 보충하는 복수의 유로들을 포함한다. 가스 유로 시스템(130)은 수소를 포함하는 가스를 네뷸라이저(18)로 전달한다. 네뷸라이저(18)는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 결합되어 수소를 포함하는 가스를 수용한다. 네뷸라이저(18)는 분무 가스를 생성하도록 구비된다. 수소를 포함하는 가스는 분무 가스와 혼합되어, 건강한 가스를 형성한다. 건강한 가스가 네뷸라이저(18)의 출력 포트(188)를 통해 배출된다. 네뷸라이저(18)로부터 출력되는 건강 가스의 수소 농도는 99% 이상이다.
다른 실시예에서, 본 발명의 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)는 물을 전기분해하여 수소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스를 생성하도록 구비된 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)을 포함한다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)는 또한 일체로 형성된 통합 유로 장치(13), 물 탱크 구조체(139), 제 1 세팅 구조체(132), 물 유로 시스템(131) 및 가스 유로 시스템(130)을 포함한다. 물 탱크 구조체(139)는 물을 수용하도록 구비된다. 제 1 세팅 구조체(132)는 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)을 통합 유로 장치(13)에 탈착 가능하게 고정하도록 구비된다. 물 유로 시스템(131)은 물 탱크 구조체(139) 및 제 1 세팅 구조체(132)와 연통되어 물 탱크 구조체(139)로부터 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)로 물을 공급한다. 가스 유로 시스템(130)은 제 1 세팅 구조체(132)에 결합되어 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 의해 생성된 수소를 포함하는 가스를 수용한다. 제 1 세팅 구조체(132)는 수소 입력 포트(1322), 산소 입력 포트(1324) 및 물 출력 포트(1326)를 갖는다. 물 탱크 구조체(139)는 물 유로 시스템(131) 및 예열 싱크 구조체들(137)을 통해 물 출력 포트(1326)에 결합된다. 가스 유로 시스템(130)은 수소 입력 포트(1322)를 통해 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)에 의해 생성된 수소를 포함하는 가스를 수용한다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀(12)은 상부 커버(133) 및 네뷸라이저(18)를 더 포함한다. 상부 커버(133)는 물 탱크 구조체(139) 상에 배치된다. 상부 커버(133)는 제 4 세팅 구조체(138)를 더 갖는다. 네뷸라이저(18)는 제 4 세팅 구조체(138)에 탈착 가능하게 고정되고 물 탱크 구조체(139) 내로 연장된다. 네뷸라이저(18)는 분무 가스를 선택적으로 생성하고, 수소를 포함하는 가스를 수용한 이후에, 수소를 포함하는 가스가 분무 가스와 혼합되어 수소를 포함하는 분무 가스를 배출한다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)의 부피는 13 리터 미만이고, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)의 최대 사용 전력은 400 W 미만이다. 일 실시예에서 수소 출력을 포함하는 가스의 총량은 400 mL/min 내지 600 mL/min 이다. 예를 들어, 400 mL/min, 500 mL/min, 또는 600 mL/min으로 설정될 수 있다. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치(1)는 조작 패널에 의해 조정될 수 있기 때문에, 수소를 포함하는 가스의 수소 농도는 99% 이상이다.
요약하면, 가스 유로 시스템은 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치 내의 수소를 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀, 필터, 네뷸라이저 및 가스 보충 팬과 같은, 각 세팅 구조체 내의 각 장치로 운반하기 위한 제 1 유로, 제 2 유로, 제 3 유로 및 수소 입력 포트 구비한다. 물 유로 시스템은 물 탱크 구조체와 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀을 연결하기 위한 물 탱크 유로, 물 보충 입력 포트, 물 출력 포트 및 산소 입력 포트를 구비한다. 가스 유로 시스템 및 물 유로 시스템의 설계는 추가적인 파이프 라인을 대체하며, 이에 따라 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치가 이러한 유로들을 통해 각각의 세팅 구조체들과 연통될 수 있게 하여 생산 공정 시의 배관을 단순화하고 파이프 소모품 및 노동 비용을 절감시킨다. 세팅 구조체들의 예비된 공간은 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀, 필터, 네뷸라이저 및 가스 보충 팬과 같은 통합 유로 장치에 다른 장치들을 용이하게 레스큐함으로써, 장치들이 안정적으로 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치에 배치될 수 있게 된다. 더 중요한 것은, 본 통합 유로 장치는 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 복잡한 파이프 라인들을 통합하여, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 예비 공간을 줄이고, 공간 활용을 최적화하며, 누수 및 가스 누출 가능성을 줄임으로써 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 작동 안전성을 개선시킨다.
종래 기술과 비교하여, 본 통합 유로 장치는 다양한 구성 요소들 사이의 가스 경로 또는 물 경로를 수행하여 추가적인 파이프 연결을 피하고, 독립적인 장치들 및 파이프들을 기능적으로 통합함으로써 공간 활용을 최적화하여, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 제조 비용 및 그 체적을 감소시키며, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 작동 안전성 및 조립의 직관력을 향상시킬 수 있다. 또한, 예열 싱크 구조체 내의 물이 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀에 의해 생성된 열에너지를 받게 되어 고온의 물로서 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀로 보내지며, 이에 따라 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀 내의 물을 적정한 작동 온도로 유지함으로써, 전기분해 효율을 향상시킬 수 있다. 동시에, 각각의 세팅 구조체들 사이에 가스 유로 시스템 및 물 유로 시스템이 미리 설정되어 가스 및 액체를 운반한다. 따라서, 장치들 사이에 파이프 라인을 추가로 연결할 필요가 없으므로, 호스 또는 와이어 형상 파이프 라인이 감소되어 공간 점유 및 파이프 라인들의 얽힘 또는 연결 불량을 방지하게 되고, 배선 비용도 절약된다. 또한, 종래 기술에 있어서의 숨겨진 파이프 라인들의 헐거워질 위험이 방지되어, 누수 또는 공기 누설 가능성이 감소된다. 더욱 중요한 것은, 각각의 기능 독립적인 장치가 통합 유로 장치를 통해 통합됨으로써 공간 활용을 최적화하는 것이다. 따라서, 본 발명은 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치의 설계, 제조, 설치 또는 유지 보수를 용이하게 하며, 또한 추가적인 배관을 감소시킨다.
전술한 예들 및 설명들에 의해서, 본 발명의 특징들 및 사상들이 바람직하게 잘 설명된다. 더욱 중요하게는, 본 발명은 여기에 설명된 실시예에 한정되지 않는다. 당업자는 본 발명의 교시를 유지하면서 장치의 수많은 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다. 따라서, 상기한 발명은 첨부된 청구항들의 한계 및 범위에 의해서만 제한되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치로서,
    물을 전기분해하여 수소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스를 생성하도록 구비된 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀; 및
    통합 유로 장치를 포함하며,
    상기 통합 유로 장치는,
    물을 수용하도록 구비된 물 탱크 구조체;
    상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀을 상기 통합 유로 장치에 탈착 가능하게 고정하도록 구비된 제 1 세팅 구조체;
    상기 물 탱크 구조체 및 상기 제 1 세팅 구조체에 결합되어 상기 물 탱크 구조체로부터 상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀로 물을 유입시키는 물 유로 시스템; 및
    상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀에 의해 생성되는 상기 수소를 포함하는 가스를 수용하도록 상기 제 1 세팅 구조체에 결합되는 가스 유로 시스템을 포함하며,
    상기 통합 유로 장치는 일체로 형성되어 상기 통합 유로 장치 내 튜브들의 추가 연결을 방지하는,
    상기 제 1 세팅 구조체는 수소 입력 포트, 산소 입력 포트 및 물 출력 포트를 갖고, 상기 물 탱크 구조체는 상기 물 유로 시스템을 통해 상기 물 출력 포트에 결합됨으로써, 상기 물 탱크 구조체 내의 물이 상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀로 유입될 수 있고, 상기 가스 유로 시스템은 상기 수소 입력 포트를 통해 상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀에 의해 생성되는 상기 수소를 포함하는 가스를 수용하고, 상기 산소 입력 포트는 상기 물 유로 시스템 및 상기 물 탱크 구조체에 결합되는, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합 유로 장치는 가스-물 분리기를 수용하기 위한 제 2 수용 구조체를 더 포함하고, 상기 가스-물 분리기는 상기 가스 유로 시스템을 통해 상기 제 1 세팅 구조체에 결합되고, 상기 가스-물 분리기는 상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀에 의해 생성되는 상기 수소를 포함하는 가스를 수용하며, 상기 수소를 포함하는 가스로부터 액체 상태의 물을 보유한 후에, 상기 가스 유로 시스템을 통해 상기 수소를 포함하는 가스를 배출하는, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합 유로 장치는 바버(bobber) 및 스프링 밸브를 수용하기 위한 제 2 수용 구조체를 더 포함하며, 상기 제 2 수용 구조체는 상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀에 의해 생성되는 상기 수소를 포함하는 가스를 수용하여 상기 수소를 포함하는 가스로부터 액체 상태의 물을 보유하며, 상기 바버는 상기 수소를 포함하는 가스가 상기 가스 유로 시스템으로 전달되는 것을 차단하고, 상기 스프링 밸브가 개방되어 상기 제 2 수용 구조체와 상기 가스 유로 시스템을 연결한 후에, 상기 수소를 포함하는 가스가 상기 가스 유로 시스템을 통해 배출되는, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 세팅 구조체는 수소 입력 포트, 산소 입력 포트 및 물 출력 포트를 갖고, 상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀은 제 1 측면을 구비하며, 상기 수소 입력 포트에 결합되는 수소 출력 튜브, 상기 산소 입력 포트에 결합되는 산소 출력 튜브, 및 상기 물 출력 포트에 결합되는 물 입력 튜브를 포함하고; 상기 산소 출력 튜브 및 상기 수소 입력 튜브는 각각 상기 산소를 포함하는 가스 및 상기 수소를 포함하는 가스를 상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀의 상기 제 1 측면으로부터 상기 산소 입력 포트 및 수소 입력 포트로 배출하고, 상기 물 입력 튜브가 상기 물 출력 포트를 통해 상기 제 1 측면에서 상기 물 탱크 구조체로부터 물을 수용하는, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 통합 유로 장치는 상기 물 탱크 구조체 및 상기 제 1 세팅 구조체에 결합되는 예열 싱크 구조체를 더 포함하고; 상기 물 탱크 구조체 내의 물은 상기 제 1 세팅 구조체의 상기 물 출력 포트 및 상기 예열 싱크 구조체를 통해 상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀로 유입될 수 있고, 상기 예열 싱크 구조체가 상기 산소 입력 포트에 더 결합되어 상기 산소를 포함하는 가스를 수용하는, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 통합 유로 장치는 상기 물 유로 시스템의 상기 산소 입력 포트 상부에 배치되어 상기 물 탱크 구조체에 결합되는 산소 방출 튜브를 더 포함하고, 상기 산소를 포함하는 가스는 상기 물 탱크 구조체를 통해 상기 산소 방출 튜브를 거쳐 대기로 방출되는, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합 유로 장치는 제 3 수용 구조체를 더 포함하고, 상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치는 상기 제 3 수용 구조체에 탈착 가능하게 고정되는 필터를 더 포함하며, 상기 필터는 상기 가스 유로 시스템을 통해 상기 수소를 포함하는 가스를 수용하여 상기 수소를 포함하는 가스를 필터링하는, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 필터의 하단부는 상기 수소를 포함하는 가스를 수용하기 위한 필터 입력 포트를 구비하고, 상기 필터의 상단부는 필터링된 상기 수소를 포함하는 가스를 배출하기 위한 필터 출력 포트를 구비하며, 상기 필터는 필터 코어를 포함하고, 상기 필터 입력 포트는 상기 필터 코어를 통해 상기 필터 출력 포트에 결합되고, 상기 필터 및 상기 제 3 수용 구조체는 상기 필터 입력 포트가 상기 제 3 수용 구조체를 통해 상기 필터 출력 포트에 결합되는 것을 차단하는, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상부 커버 및 네뷸라이저를 더 포함하며, 상기 상부 커버는 상기 통합 유로 장치의 상기 물 탱크 구조체 상에 배치되고, 상기 상부 커버는 제 4 세팅 구조체를 더 포함하고, 상기 네뷸라이저는 상기 제 4 세팅 구조체에 탈착 가능하게 고정되어 상기 물 탱크 구조체로 연장되고, 상기 네뷸라이저는 선택적으로 분무 가스를 생성하고, 상기 수소를 포함하는 가스를 수용한 이후에 상기 수소를 포함하는 가스를 상기 분무 가스와 혼합하고, 상기 혼합된 가스를 배출하는, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 네뷸라이저는 분무될 액체를 수용하고, 상기 네뷸라이저는 코튼 컬럼(cotton column) 및 미세 다공성 진동판(microporous vibrating plate)을 포함하고, 상기 코튼 컬럼의 일 단부는 상기 분무될 액체에 침지되어 상기 분무될 액체를 흡수하고, 상기 미세 다공성 진동판은 상기 코튼 컬럼의 타 단부를 둘러싸서 상기 코튼 컬럼에 의해 흡수된 상기 분무될 액체를 분무함으로써 분무 가스를 생성하는, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합 유로 장치는 상기 통합 유로 장치 내에 위치되는 제 5 수용 구조체를 더 포함하고, 상기 제 5 수용 구조체는 상기 가스 유로 시스템에 결합되고; 상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치는 상기 제 5 수용 구조체에 탈착 가능하게 고정되는 가스 보충 팬을 더 포함하며; 상기 가스 보충 팬은 상기 수소를 포함하는 가스와 혼합될 외부 공기를 도입하도록 구비된, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 물 탱크 구조체의 상대 위치는 상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀의 상대 위치보다 높은, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제 9 항에 있어서,
    조작 패널을 더 포함하고, 상기 조작 패널은 상기 혼합된 가스의 유량을 조정하도록 구비된, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치.
  16. 삭제
  17. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치로서,
    물을 전기분해하여 수소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스를 생성하도록 구비된 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀;
    상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀에 의해 생성된 상기 수소를 포함하는 가스를 수용하는 필터; 및
    통합 유로 장치를 포함하며,
    상기 통합 유로 장치는,
    상기 필터를 탈착 가능하게 수용하기 위한 제 3 수용 구조체;
    상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀에 의해 생성되는 상기 수소를 포함하는 가스를 수용하고 상기 수소를 포함하는 가스를 상기 필터로 이송하도록 상기 제 3 수용 구조체에 결합되는 가스 유로 시스템을 포함하며,
    상기 통합 유로 장치는 일체로 형성되어 상기 통합 유로 장치 내 튜브들의 추가 연결을 방지하는, 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치.
  18. 이온-교환 멤브레인 전기분해 장치로서,
    물을 전기분해하여 수소를 포함하는 가스 및 산소를 포함하는 가스를 생성하도록 구비된 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀;
    선택적으로 분무 가스를 생성하는 네뷸라이저; 및
    통합 유로 장치를 포함하며,
    상기 통합 유로 장치는,
    상기 네뷸라이저를 탈착 가능하게 수용하기 위한 제 4 수용 구조체; 및
    상기 이온-교환 멤브레인 전기분해 셀에 의해 생성되는 상기 수소를 포함하는 가스를 수용하고 상기 수소를 포함하는 가스를 상기 네뷸라이저로 이송하도록 상기 제 4 수용 구조체에 결합되는 가스 유로 시스템을 포함하며,
    상기 통합 유로 장치는 일체로 형성되어 상기 통합 유로 장치 내 튜브들의 추가 연결을 방지하고, 상기 네뷸라이저는 상기 수소를 포함하는 가스를 수용한 이후에 상기 수소를 포함하는 가스를 상기 분무 가스와 혼합한 다음에 상기 혼합된 가스를 배출하는이온-교환 멤브레인 전기분해 장치.
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