TW201912843A - 電解水裝置 - Google Patents

Abstract

一種電解水裝置，包含一離子膜電解槽。離子膜電解槽包含一離子交換膜、一陰極室、一陽極室、一氫氣輸出管與一氧氣輸出管，陽極室中設置一陽極電極且陰極室中設置一陰極電極，離子交換膜設置於陰極室以及陽極室之間，氫氣輸出管連通陰極室，氧氣輸出管連通陽極室。離子膜電解槽電解水時陽極電極產生氧氣並由氧氣輸出管輸出，陰極電極產生氫氣並由氧氣輸出管輸出，氫氣與氧氣皆輸出於離子膜電解槽的同一側。

Description

電解水裝置

本發明係關於一種電解水裝置，更明確地說，是關於一種氫氣與氧氣於電解槽同一側輸出的電解水裝置。

一直以來，人類對於生命是十分地重視，許多醫療的技術的開發，都是用來對抗疾病，以延續人類的生命。過去的醫療方式大部分都是屬於被動，也就是當疾病發生時，再對症進行醫療，比如手術、給藥、甚至癌症的化學治療、放射性治療、或者慢性病的調養、復健、矯正等。但是近年來，許多醫學專家逐漸朝向預防性的醫學方法進行研究，比如保健食品的研究，遺傳性疾病篩檢與提早預防等，更是主動的針對未來性可能之發病進行預防。另外，為了延長人類壽命，許多抗老化、抗氧化的技術逐漸被開發，且廣泛地被大眾採用，包含塗抹的保養品及抗氧化食物/藥物等。

經研究發現：人體因各種原因，(比如疾病，飲食，所處環境或生活習慣)引生的不安定氧(O+)，亦稱自由基(有害自由基)，可以與吸入的氫混合成部份的水，而排出體外。間接減少人體自由基的數量，達到酸性體質還原至健康的鹼性體質，可以抗氧化、抗老化，進而也達到消除慢性疾病和美容保健效果。甚至有臨床實驗顯示，對於一些久臥病床的病人，因為長期呼吸高濃度氧，造成的肺損傷，可以透過吸入氫氣以緩解肺 損傷的症狀。

而為了提升吸入氫氣的功效，增加吸入氫氣的時間為一有效提升功效的方法。然而習知的電解水裝置體積較為龐大，在人進行日常活動的期間裡，不容易排出足夠的時間待在習知的電解水裝置旁邊吸食氫氣。故利用睡眠時間吸食氫氣應為一有效的時間運用方式，然而如前所述，習知的電解水裝置體積較為龐大，如何縮小電解水裝置體積且保有足夠的產氫量即為一必須解決之課題。

另外，氫氣的用途除上述保健外，亦可用於產生氫氧焰進行加熱或燃燒，另外也可以清除引擎積碳等用途。而一般氫氣是經由電解槽電解液態水而產生，然而電解液態水過程中很容易產生高溫，為避免氣氣爆傳統之氫氧氣電解槽多是利用氣冷式，也就是使用風扇進行降溫，但是如果風扇故障將會導致氫氧氣電解槽溫度升高而導致氣爆之危險。此外，經由電解裝置電解水後所產生之氫氧混合氣體通常夾帶有電解質，其並不適合人體直接吸入。同時，在電解過程中會有電解質消耗的問題產生。

本發明提供一種電解水裝置，其包含一殼體與一離子膜電解槽。殼體包含一底座與一側壁，離子膜電解槽設置於殼體內之一非中心處，且包含一第一側邊、一第二側邊、一離子交換膜、一陰極電極、一陽極電極、一氧氣輸出管及一氫氣輸出管。離子交換膜設置於陽極電極與陰極電極之間，且當離子膜電解槽電解水時，陰極電極產生氫氣並由氫氣輸出管輸出氫氣，陽極電極產生氧氣並由氧氣輸出管輸出氧氣。其中第一側邊靠近側壁，氧氣與氫氣皆於離子膜電解槽的第二側邊輸出。

本發明之一實施例中，其中陽極電極介於離子交換膜與第二側邊之間，陰極電極介於離子交換膜與第一側邊之間，氧氣輸出管自離子交換膜與第二側邊之間向第二側邊延伸並貫穿第二側邊，氫氣輸出管自離子交換膜與第一側邊之間向第二側邊延伸並貫穿第二側邊。

本發明之一實施例中，其中陽極電極介於離子交換膜與第一側邊之間，陰極電極介於離子交換膜與第二側邊之間，氧氣輸出管自離子交換膜與第一側邊之間向第二側邊延伸並貫穿第二側邊，氫氣輸出管自離子交換膜與第二側邊之間向第二側邊延伸並貫穿第二側邊。

本發明之一實施例中，其中離子膜電解槽包含一陽極室，陽極室內包含陽極電極、一陽極密封板、一陽極導電板及一陽極外壓板，離子膜電解槽更包含一陰極室，陰極室內包含陰極電極、一陰極密封板、一陰極導電板及一陰極外壓板。

本發明之一實施例中，離子膜電解槽進一步包含一補水管，設置並貫穿於陽極外壓板、陽極導電板及陽極密封板，以連通陽極室與一水槽，來自水槽的水經由補水管流入陽極室內，以補充陽極室內的電解水。

本發明之一實施例中，電解水裝置進一步包含一補氣管、一風扇與一補氣泵，補氣管連接氫氣輸出管以接收氫氣，風扇從電解水裝置之外界環境吸入空氣至電解水裝置之內，補氣泵將空氣吸入並導入補氣管中，以將空氣與氫氣混合來稀釋補氣管的氫氣體積濃度。

本發明之一實施例中，電解水裝置進一步包含一霧化/揮發氣體混合槽，連接補氣管並接收稀釋後的氫氣，霧化/揮發氣體混合槽選擇性地產生一霧化氣體與氫氣混合，以形成一保健氣體，其中霧化氣體選自 於由水蒸汽、霧化藥水以及揮發精油所組成的族群中之一種或其組合。

本發明之一實施例中，其中補氣泵與補氣管之間以一補氣接口連接，補氣接口與補氣管之間的一銜接位置夾有一導角，導角的角度小於90度，以使導管內的空氣被導入補氣管內，導角較佳的是介於25度至45度之間，且夾有導角的該銜接位置之外形製作成有一圓弧導角。。

本發明之一實施例中，電解水裝置進一步包含一氫氣濃度偵測器，連接至補氣管並藉以偵測補氣管內之氫氣體積濃度是否介於一範圍內，前述範圍由一第一預定值與一第二預定值組成，當所偵測到之氫氣體積濃度高於第一預定值時，產生一第一警示訊號；以及一控制器，耦接至氫氣濃度偵測器以及離子膜電解槽，當氫氣濃度偵測器接收到第一警示訊號時，將產生一啟動指令以讓該補氣泵開始運作。

本發明之一實施例中，氫氣濃度偵測器偵測到之氫氣體積濃度高於一第二預定值時，產生一第二警示訊號；而當控制器接收到第二警示訊號時，產生一停止指令以讓離子膜電解槽停止運作，而第一預定值為4%，該第二預定值為6%，該範圍為4%~6%。

本發明之一實施例中，離子交換膜包含一離子交換膜本體、一陽極催化層以及一陰極催化層，陽極催化層以及陰極催化層分別位於離子交換膜本體之兩側並分別位於陽極室與陰極室中，陽極催化層選自於由Pt、Ir、Pd、Pt合金粉末以及碳黑所組成的族群中之一種或其組合，陰極催化層選自於由Pt、Ir、Pd以及Pt合金粉末所組成的族群中之一種或其組合，離子交換膜本體為一Nafion膜。

本發明之一實施例中，電解水裝置進一步包含一水位檢測裝 置，用以檢測水槽內的水量。

本發明之一實施例中，電解水裝置進一步包含一電源供應器，電源供應器包含一高功率輸出端與一低功率輸出端，其中低功率輸出端輸出的電功率為高功率輸出端輸出的電功率之一半以下，高功率輸出端輸出一第一電壓與一第一電流，低功率輸出端輸出一第二電壓與一第二電流，第一電壓小於第二電壓，第一電流大於第二電流。

本發明之一實施例中，電解水裝置之體積小於8.5公升，電解水裝置之氫氣產生速率可介於120ml/min至600ml/min之間。

本發明進一步提供一種電解水裝置，包含一水槽、一離子膜電解槽以及一預熱水槽。水槽容納有一電解水，離子膜電解槽從水槽接收電解水，包含一離子交換膜、一陰極電極、一陽極電極、一氧氣輸出管及一氫氣輸出管，當離子膜電解槽電解水時，陰極電極產生該氫氣，陽極電極產生氧氣，氧氣輸出管用以輸出氧氣與殘留的電解水，氫氣輸出管用以輸出氫氣。

預熱水槽包含一預熱水槽補水口、一電解槽注水口及一氧氣接收管，預熱水槽補水口與水槽連接，以接收電解水，電解水再經由電解槽注水口被輸出至離子膜電解槽，氧氣接收管與氧氣輸出管連接，電解後殘留的高溫電解水與氧氣經由氧氣接收管輸出至預熱水槽。其中，氧氣與氫氣於離子膜電解槽的同一側輸出，從氧氣接收管輸出的殘留高溫電解水，將對預熱水槽內的電解水預先加熱，預熱水槽的體積小於水槽。

本發明之一實施例中，預熱水槽將進入離子膜電解槽的電解水預先加熱到55至65℃之間。

本發明之一實施例中，預熱水槽進一步包含複數片散熱鰭片以及一第二風扇，複數片散熱鰭片以輻射狀的型式設置於預熱水槽的外槽壁上，而第二風扇設置於預熱水槽之一端，以對預熱水槽進行散熱。

藉由氫氣與氧氣同側輸出的離子膜電解槽、以及水槽、氣水分離槽以及補氣管等設備設置在限定體積內的殼體內，本發明在保持足夠的產氫量時也盡可能使用殼體內的容置空間，且在風扇與補氣泵的採用上也以低噪音為訴求，故本發明實際上提供了一種有效運用空間、小體積又低噪音的電解水裝置。適於放置在使用者身邊使用。

1‧‧‧電解水裝置

10‧‧‧水槽

10-1‧‧‧上部接口

10-2‧‧‧下部接口

12‧‧‧離子膜電解槽

100‧‧‧殼體

102‧‧‧操作面板

110‧‧‧側壁

112‧‧‧底座

120‧‧‧離子交換膜

1201‧‧‧陰極室

1202‧‧‧陽極室

1203‧‧‧離子交換膜本體

1204‧‧‧離子交換膜外圍板

121‧‧‧陰極外壓板

122‧‧‧陽極外壓板

123‧‧‧陰極電極

123-1‧‧‧陰極導電板

123-2‧‧‧陰極電極板

123-3‧‧‧陰極腔室

124‧‧‧陽極電極

124-1‧‧‧陽極導電板

124-2‧‧‧陽極電極板

124-3‧‧‧陽極腔室

125‧‧‧陰極密封板

126‧‧‧陽極密封板

127‧‧‧陰極催化層

128‧‧‧陽極催化層

14‧‧‧控制器

16‧‧‧霧化/揮發氣體混合槽

162‧‧‧震盪器

18‧‧‧氫氣濃度偵測器

11‧‧‧補氣管

112‧‧‧補氣接口

13‧‧‧補氣泵

132‧‧‧導管

134‧‧‧吸入口

15‧‧‧風扇

17‧‧‧預熱水槽

172‧‧‧預熱水槽補水口

174‧‧‧電解槽注水口

176‧‧‧氧氣接收管

178‧‧‧氧氣排出管

171‧‧‧散熱鰭片

173‧‧‧第二風扇

21‧‧‧氫氣輸出管

211‧‧‧氫氣接口

22‧‧‧氧氣輸出管

222‧‧‧氧氣接口

24‧‧‧補水管

242‧‧‧補水接口

25‧‧‧墊圈

30‧‧‧氣水分離槽

32‧‧‧彈簧閥

34‧‧‧浮子

36‧‧‧氫氣排出管

40‧‧‧水位檢測裝置

50‧‧‧殺菌器

60‧‧‧過濾器

602‧‧‧濾心

80‧‧‧電源供應器

801‧‧‧高功率輸出端

A‧‧‧導角

D-D,Q-Q‧‧‧剖面線段

D1‧‧‧第一流道方向

D2‧‧‧第二流道方向

圖1A繪示了根據本發明一具體實施例之電解水裝置外觀視圖。

圖1B繪示了根據本發明一具體實施例之電解水裝置除去殼體之外觀視圖。

圖1C繪示了根據本發明一具體實施例之功能方塊圖。

圖2A繪示了根據本發明一具體實施例之離子膜電解槽之剖面簡易示意圖。

圖2B繪示了根據本發明另一具體實施例之離子膜電解槽之剖面簡易示意圖。

圖2C繪示了根據本發明圖2A之具體實施例之離子膜電解槽剖面示意圖。

圖3繪示了根據本發明一具體實施例之離子膜電解槽之爆炸圖。

圖4繪示了根據本發明一具體實施例之不同於圖3視角之離子膜電解槽爆炸圖。

圖5A與圖5B繪示了圖3所示之離子膜電解槽於不同視角之組合圖。

圖6繪示了根據本發明一具體實施例之電解水裝置之爆炸圖。

圖7A與圖7B分別繪示了不同於圖6視角之電解水裝置之爆炸圖與組合圖。

圖8A繪示了根據本發明一具體實施例之電解水裝置之上視圖，圖8B繪示了根據圖8A中線段D-D的剖視圖。圖9繪示了根據圖8A中線段Q-Q的剖視圖。

圖10繪示了根據本發明一具體實施例之電解水裝置之示意圖。

關於本發明的優點，精神與特徵，將以實施例並參照所附圖式，進行詳細說明與討論。

為了讓本發明的優點，精神與特徵可以更容易且明確地了解，後續將以實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。值得注意的是，這些實施例僅為本發明代表性的實施例，其中所舉例的特定方法、裝置、條件、材質等並非用以限定本發明或對應的實施例。

請參閱圖1A至圖1C，圖1A繪示了根據本發明一具體實施例之電解水裝置外觀視圖。圖1B繪示了根據本發明一具體實施例之電解水裝 置除去殼體之外觀視圖。圖1C繪示了根據本發明一具體實施例之功能方塊圖。本發明提供的電解水裝置1包含一殼體100以及一操作面板102。殼體100包含一側壁110與一底座112。殼體100內包含一水槽10與一離子膜電解槽12，水槽10用以提供離子膜電解槽12電解用水，設置於殼體100內相對於操作面板102的一側。離子膜電解槽12設置於操作面板102與水槽10之間，且偏離殼體100中心之一側，用以電解水以產生氫氣。於一實施例中，水可以為去離子水，而可製備高純度的氫氣，惟並不以去離子水為限，於實際應用時只要是使用者可以取得的水皆可。

請參閱圖2A與圖2B，圖2A繪示了根據本發明一具體實施例之離子膜電解槽之剖面簡易示意圖。圖2B繪示了根據本發明另一具體實施例之離子膜電解槽之剖面簡易示意圖。本段將配合圖2A與圖2B來簡易說明本案發明之主要特徵。

請先參閱圖2A，離子膜電解槽12大致包含一離子交換膜120、一陰極電極123、一陽極電極124、一第一側邊S1、一第二側邊S2、一氫氣輸出管21以及一氧氣輸出管22。離子交換膜120設置於第一側邊S1與第二側邊S2之間，陰極電極123設置於離子交換膜120與第一側邊S1之間，陽極電極124設置於離子交換膜120與第二側邊S2之間。其中第一側邊S1與陰極電極123所在的區域稱為陰極室1201，而第二側邊S2與陽極電極124所在的區域稱為陽極室1202，惟為了更清楚表達陰極室1201以及陽極室1202相對應位置，因而於圖2A中以虛線表示其位置。而氫氣輸出管21從離子交換膜120與第一側邊S1之間往第二側邊S2延伸並貫穿第二側邊S2，氧氣輸出管22從離子交換膜120與第二側邊S2之間往第二側邊S2延伸並貫穿第二側邊 S2。當離子膜電解槽12電解水時，陰極電極123產生氫氣，陽極電極124產生氧氣。本案發明之主要特徵在於，藉由電解水所產生的氫氣與氧氣分別經由氫氣輸出管21與氧氣輸出管22一併輸出於離子膜電解槽12之第二側邊S2。而於本實施例中，氫氣輸出管21與氧氣輸出管22一併輸出於離子膜電解槽12之陽極室1202之一側。

然而本發明的氫氣輸出管21與氧氣輸出管22之設置位置不以前述實施例為限。請參閱圖2B，圖2B所繪示的離子膜電解槽12組成元件與圖2A相同，惟差異在於圖2B的第一側邊S1與第二側邊S2的設置位置與圖2A相反。以至於在圖2B中，陽極電極124設置於離子交換膜120與第一側邊S1之間，陰極電極123設置於離子交換膜120與第二側邊S2之間，陰極室1201包含第二側邊S2與陰極電極123，而陽極室1202包含第一側邊S1與陽極電極124。氫氣輸出管21從離子交換膜120與第二側邊S2之間往第二側邊S2延伸並貫穿第二側邊S2，氧氣輸出管22從離子交換膜120與第一側邊S1之間往第二側邊S2延伸並貫穿第二側邊S2。當離子膜電解槽12電解水時，陰極電極123產生氫氣，陽極電極124產生氧氣。本案發明之主要特徵在於，藉由電解水所產生的氫氣與氧氣分別經由氫氣輸出管21與氧氣輸出管22一併輸出於離子膜電解槽12之第二側邊S2。而於本實施例中，氫氣輸出管21與氧氣輸出管22一併輸出於離子膜電解槽12之陰極室1201之一側。亦即本案發明的氫氣輸出管21與氧氣輸出管22得依照使用者的實際需求，一併設置於離子膜電解槽12的任一側。

接著，請參閱圖2C，圖2C繪示了根據本發明圖2A之具體實施例之離子膜電解槽剖面示意圖。如圖2C所示，離子膜電解槽12包含離子 交換膜120、陰極室1201以及陽極室1202。陰極室1201內包含陰極電極123，陽極室1202內包含陽極電極124，離子交換膜120設置於陽極室1202與陰極室1201之間，其中當離子膜電解槽12電解水時，陰極電極123產生氫氣，陽極電極124產生氧氣。於一實施例中，陽極室1202內容置有水，而在陽極室1202中的水可進一步地在透過離子膜以滲透到陰極室1201。另外，圖2A至圖2C僅是為了方便說明離子膜電解槽內部結構的剖面示意圖，故圖2A至圖2C揭示的並非實際的離子膜電解槽內部結構，圖2C上部的留白區塊表示離子膜電解槽的外殼。

如圖2C所示，離子交換膜120包含離子交換膜本體1203、陰極催化層127以及陽極催化層128。離子交換膜本體1203可為一質子交換膜，其優選可為一Nafion膜。陰極催化層127可選自於由Pt、Ir、Pd以及Pt合金粉末所組成的族群中之一種或其組合。陽極催化層128可選自於由Pt、Ir、Pd、Pt合金粉末以及碳黑所組成的族群中之一種或其組合。於一實施例中，可分別將陰極催化層127或陽極催化層128之材料配置成漿料塗佈至離子膜兩側，以形成陰極催化層127以及陽極催化層128。於實際應用時，氫氣可以產生於催化層上，惟不以此為限，氫氣亦可以在電極板上產生，甚至是亦可在離子膜與電極板之間產生。因此，本發明所使用之離子膜電解槽12相較於習知鹼式電解槽能避免槽體腐蝕、環境汙染、過濾不完全而有吸入含有電解質氣體之問題產生。

請參閱圖2A至圖2C，陰極室1201內包含一陰極外壓板121、陰極電極123、一陰極密封板125以及陰極催化層127；而陽極室1202內包含一陽極外壓板122、陽極電極124、一陽極密封板126以及陽極催化層128。 其中，相對應於圖2A的內容，圖2A的第一側邊S1與第二側邊S2分別對應於圖2C的陰極外壓板121與陽極外壓板122；而相對應於圖2B的內容中，圖2B的第一側邊S1與第二側邊S2分別對應於圖2C的陽極外壓板122與陰極外壓板121。離子膜電解槽12包含氫氣輸出管21、氧氣輸出管22以及一補水管24，氧氣輸出管22用以輸出氧氣，氫氣輸出管21用以輸出產生於陰極室1201內的氫氣，如圖2C所示，氫氣輸出管21係貫穿於陰極密封板125、陽極密封板126、陽極電極124及陽極外壓板122(如圖2A的第二側邊S2)，以使陰極室1201能與離子膜電解槽12以外的外界環境連通並輸出氫氣；而氧氣輸出管22用以輸出產生於陽極室1202內的氧氣，氧氣輸出管22係貫穿陽極電極124與陽極外壓板122，以使陽極室1202能與離子膜電解槽12以外的外界環境連通並輸出氧氣；補水管24係貫穿陽極電極124與陽極外壓板122，且與水槽10連接，用以將水槽10內的水導入陽極室1202內，以補充離子膜電解槽12的電解用水。其中氧氣輸出管21與氫氣輸出管22皆設置於離子膜電解槽12的同一側，故氧氣與氫氣將於離子膜電解槽12的同一側被輸出。本實施例中，氧氣輸出管21、氫氣輸出管22與補水管24皆貫穿且設置於陽極外壓板122上。惟本發明並不以此為限，在類似的結構下，氧氣輸出管21、氫氣輸出管22與補水管24亦可貫穿且設置於陰極外壓板121上，如圖2B的第二側邊S2。

請參閱圖3至圖4，圖3繪示了根據本發明一具體實施例之離子膜電解槽之爆炸圖。圖4繪示了根據本發明一具體實施例之不同於圖3視角之離子膜電解槽爆炸圖，其中離子交換膜120進一步包含離子交換膜外圍板1204，用以固定離子交換膜本體1203、陰極催化層127以及陽極催化層128 的於離子膜電解槽內的相對位置。圖3與圖4更為清楚的繪示了離子膜電解槽12內各元件之間的相對位置關係，而離子膜電解槽12所包含各個元件，其可以如圖3及圖4所示之堆疊順序進行組裝。

請繼續參閱圖3至圖4，於一實施例中，離子交換膜外圍板1204、陰極密封板125與陽極密封板126可以圈設的方式圍繞於電極板四周以達到絕緣、氣密的效果，其中離子交換膜外圍板1204、陰極密封板125與陽極密封板126之材質可為矽膠，惟陰極密封板125與陽極密封板126之設置方式以及材質並不以上述為限，於實際應用時只要能達到絕緣、氣密的效果之設置方式或材質皆可。

如圖3與圖4所示，氫氣輸出管21係貫穿於陰極密封板125、離子交換膜外圍板1204、陽極密封板126、陽極電極124及陽極外壓板122，以使陰極室1201內產生的氫氣能經由氫氣輸出管21與離子交換膜外圍板1204輸出於陽極外壓板122之側；而氧氣輸出管22係貫穿陽極電極124與陽極外壓板122，以使陽極室1202內產生之氧氣能經由氧氣輸出管22輸出於陽極外壓板122之側；補水管24係貫穿陽極電極124與陽極外壓板122，且與水槽10連接，用以將水槽10內的水導入陽極室1202內，以補充離子膜電解槽12的電解用水。而氫氣輸出管21、氧氣輸出管22以及補水管24與陽極外壓板122之間得設置有一墊圈25以密封氫氣輸出管21、氧氣輸出管22以及補水管24與陽極外壓板122之間的空間。

如圖3與圖4所示，陰極電極123包含一陰極導電板123-1與一陰極電極板123-2，而陽極電極124包含一陽極導電板124-1與陽極電極板124-2。於一實施例中，各電極板可為一鈦粉末壓鑄片，而各導電板的材質 可為鈦，惟於實際應用時並不以上述材質或成型方式為限。如圖3所示，於一實施例中，陰極電極板123-2可設置於離子交換膜120或離子交換膜本體1203與陰極導電板123-1之間，陽極電極板124-2可設置於離子交換膜120或離子交換膜本體1203與陽極導電板124-1之間。離子膜電解槽12可藉由陰極導電板123-1以及陽極導電板124-1以與一外部電源連接。於一實施例中，陽極導電板124-1(如圖3所示)以及陰極導電板123-1(如圖4所示)上分別具有流道設計，當陰極導電板123-1與陰極電極板123-2相互疊在一起時可於陰極室1201內形成複數個陰極腔室123-3，當陽極導電板124-1與陽極電極板124-2相互疊在一起時可於陽極室1202內形成複數個陽極腔室124-3。陰極腔室123-3與陽極腔室124-3可用以供氣體以及水於其中流通，其中陽極腔室124-3連通至氧氣輸出管22，陰極腔室123-3連通至氫氣輸出管21。

請參閱圖5A與圖5B，圖5A與圖5B繪示了圖3所示之離子膜電解槽於不同視角之組合圖。陰極外壓板121與陽極外壓板122分別設置於離子膜電解槽12的兩外側，以固定與隔離保護整個離子膜電解槽12，其中陰極外壓板121與陽極外壓板122之材質可為不銹鋼。於一實施例中，當離子膜電解槽12組裝完畢後，可以將其以鎖固元件(繪示於圖6)進行鎖固，惟鎖固元件之數量、型式以及鎖固方式並不以圖示(圖6)所繪為限。如圖所示，離子膜電解槽12組合後的體積相對的小巧，故本發明的電解水裝置本身的體積也得以被小巧化。

請參閱圖1C，圖6，以及圖7A至圖7B，圖6繪示了根據本發明一具體實施例之電解水裝置之爆炸圖。圖7A與圖7B分別繪示了不同於圖6視角之電解水裝置之爆炸圖與組合圖，且為了說明，圖6、圖7A與圖7B中僅 繪示必要元件。本發明的電解水裝置1除了前述的水槽10與離子膜電解槽12之外，亦包含一補氣管11、一補氣泵13、一風扇15、一霧化/揮發氣體混合槽16、一氫氣濃度偵測器18、一控制器14、一氣水分離槽30以及一水位檢測裝置40。如圖6所示，氣水分離槽30被收納於水槽10內的隔離空間內，其詳細構造將於後段說明。水位檢測裝置40用以檢測水槽10內的水量。於一實施例中，水位檢測裝置40得為一種電容式水位檢測裝置，並設置於水槽10的外表面，藉由量測水槽10內有水與無水區域之間的電容差值來量測水槽10內的水量。

請參照圖6、圖8A與圖8B，其中圖8A繪示了根據本發明一具體實施例之電解水裝置之上視圖，圖8B繪示了根據圖8A中線段D-D的剖視圖。離子膜電解槽12的氫氣輸出管21經由氫氣接口211與氣水分離槽30連接並連通，氧氣輸出管22經由氧氣接口222與水槽10連接並連通，其中，水槽10內包含一殺菌器50，例如於本實施例中，殺菌器50為一直筒狀的紫外線殺菌器，殺菌器50設置於水槽10中遠離氣水分離槽30之一側。補水管24經由補水接口242與水槽10中靠近殺菌器50之一側直接連通，以從水槽10接收經殺菌後的水來補充離子膜電解槽12的電解用水。

氣水分離槽30內包含一彈簧閥32、一浮子34以及一氫氣排出管36。離子膜電解槽12經電解所產生之氫氣將經由氫氣輸出管21、氫氣接口211被導通至氣水分離槽30。當氣水分離槽30內的氫氣累積至一定程度後，彈簧閥32將因為氫氣氣壓而被開啟，讓氫氣能經由氫氣排出管36被排至過濾器60，以過濾氫氣中的雜質。此外，從離子膜電解槽12輸出氫氣時，可能會混有少許的殘留電解水，這些殘留電解水會在氣水分離槽30內累 積，而浮子34會因為累積的液態水而上浮，這時被浮子34所覆蓋的一排水口(未繪示)將被開啟，而累積的液態水將經由排水口被排放至水槽10內回收使用。

而電解產生的氧氣經由氧氣輸出管22與氧氣接口222被直接排放至水槽10內，氧氣將從水槽10的上部被直接排放至大氣環境，而從離子膜電解槽12輸出氧氣時，可能會混有少許的殘留電解水，這些殘留電解水就直接排放至水槽10內回收使用。

請一併參照圖7A、圖7B、圖8A以及圖10九，圖9繪示了根據圖8A中線段Q-Q的剖視圖。如前段所述，氫氣經由氫氣排出管36被排至過濾器60，再由過濾器60內涵含的一濾心602來過濾氫氣中的雜質，過濾後的氫氣再被導通至補氣管11進行稀釋，以進入霧化/揮發氣體混合槽16。補氣管11與過濾器60連接以接收過濾後的氫氣，且補氣管11又與補氣泵13連接，藉由風扇15從電解水裝置1以外的外界環境吸入空氣，來稀釋補氣管11內的氫氣。其中前述的所有元件都被殼體100所包覆。而殼體100上設有複數個小孔，風扇15藉由穿設於殼體100上的穿孔從外界環境吸入空氣至電解水裝置1內，被吸入的空氣再藉由補氣泵13被吸入補氣管11內。於本實施例中，補氣泵13得為一渦流風扇，被風扇15吸入的空氣經由補氣泵13的一吸入口134被吸入補氣泵13，以將空氣導入補氣管11中。其中如圖7B與圖9所示，補氣泵13的一導管132與補氣管11的一補氣接口112連接，補氣管11具有一第一流道方向D1，補氣接口112具有一第二流道方向D2，第一流道方向D1內的氣體流向是流向霧化/揮發氣體混合槽16，如代表第一流道方向D1的指示線上的箭頭所示，指示線上的箭頭亦指向電解水裝置的上方；第二 流道方向D2內的氣體流向是指向補氣管11，如代表第二流道方向D2的指示線上的箭頭所示，以使從導管132經過補氣接口112流入的空氣被導入補氣管11。第一流道方向D1的指向與第二流道方向D2的指向交會處，亦即補氣接口112與補氣管11之間的一銜接位置夾有一導角A，導角A為一小於90度的銳角，設計上導角A較佳的角度範圍介於25度至45度之間，且位於補氣管11與補氣接口112銜接位置上的導角A，該銜接位置的外型得製作有一圓弧導角。藉由導角A的設計可以使導管132內的空氣被導入補氣管11內，以稀釋補氣管11內的氫氣。

請繼續參閱圖9，霧化/揮發氣體混合槽16與補氣管11連接，並從補氣管11接收過濾且稀釋後的氫氣，並產生一霧化氣體與氫氣混合，而可形成一保健氣體，其中霧化氣體可選自於由水蒸汽、霧化藥水以及揮發精油所組成的族群中之一種或其組合。而霧化/揮發氣體混合槽16包含一震盪器162，震盪器162藉由震盪將添加至霧化/揮發氣體混合槽16的水、霧化藥水或揮發精油進行霧化，以產生霧化氣體，再將氫氣與霧化氣體混合，以形成保健氣體。霧化/揮發氣體混合槽16可以依照使用者需求，選擇性開啟或關閉，也就是說霧化/揮發氣體混合槽16可以藉由致動震盪器而被啟動，以提供混合霧化氣體的氫氣給使用者吸入，或者霧化/揮發氣體混合槽16可以藉由停止震盪器而被關閉僅提供過濾且稀釋後的氫氣供使用者吸入。而使用者吸入過濾且稀釋後的氫氣或保健氣體的手段包含霧化/揮發氣體混合槽16直接將氫氣或保健氣體釋放至大氣中，或是經由一管路與一面罩供使用者吸入。

氫氣濃度偵測器18與補氣管11連接，並藉以偵測補氣管11 內之氫氣濃度，而控制器14連接氫氣濃度偵測器18、補氣泵13以及離子膜電解槽12。於一實施例中，氫氣濃度偵測器18可連接氫氣輸出管21或氫氣接口211，以偵測從離子膜電解槽12輸出至補氣管11內之氫氣體積濃度。其中氫氣濃度偵測器18偵測氫氣體積濃度是否介於一範圍內，前述範圍由一第一預定值與一第二預定值所組成，例如第一預定值為4%，而第二預定值為6%，亦即，氫氣濃度偵測器18所偵測氫氣體積濃度可介於4%~6%之間，其中第一預定值與第二預定值可根據使用者需求透過操作面板102來進行調整前述的預定值之大小。於此實施例中，當氫氣濃度偵測器18偵測到氫氣輸出管21或氫氣接口211內之氫氣體積濃度高於第一預定值4%時，產生一第一警示訊號至控制器14，當控制器14接收到第一警示訊號時，產生一啟動指令至補氣泵13來啟動補氣泵13，來將空氣吸入補氣管11內以稀釋補氣管11內之氫氣。而當氫氣濃度偵測器18偵測到氫氣輸出管21或氫氣接口211內之氫氣體積濃度高於第二預定值6%時，產生一第二警示訊號至控制器14，當控制器14接收到第二警示訊號時，產生一停止指令以讓離子膜電解槽12停止運作，例如截斷輸入至離子膜電解槽12的電力，而可避免因氫氣濃度過高而造成氣爆，進而可提高整體安全性。

請參閱圖10，圖10繪示了根據本發明一具體實施例之電解水裝置之示意圖。於一實施例中，電解水裝置1進一步包含一預熱水槽17，設置於水槽10與離子膜電解槽12之間。其中預熱水槽17大致成一圓柱或圓管狀，雖然圖10中預熱水槽17畫得比水槽10大，但於其他實施例中預熱水槽17的體積小於水槽10。預熱水槽17包含一預熱水槽補水口172，連接至水槽10的下部接口10-2、一電解槽注水口174，連接至離子膜電解槽12的補水管 24、一氧氣接收管176，連接至氧氣輸出管22以及一氧氣排出管178，連接至水槽10的上部接口10-1。預熱水槽17設置於水槽10與離子膜電解槽12之間，水槽10內的電解水得先經由下部接口10-2流入預熱水槽17內，再經由電解槽注水口174流入離子膜電解槽12內進行電解。電解水過程中產生的氧氣與部分殘留電解水則經由氧氣接收管176被排放至預熱水槽17內，其中部分殘留電解水會留存於預熱水槽17內，而電解產生的氧氣會經由氧氣排出管178透過上部接口10-1被排放至水槽10，再排放至電解水裝置之外。

其中，由於電解水的過程中，離子膜電解槽12的溫度會增加，而電解水本身的溫度與電解效率也有關，大約在55至65℃左右的電解水水溫能夠提升電解效率。於是本發明的預熱水槽17藉由回收從離子膜電解槽12的氧氣輸出管22排出的較高溫的殘留電解水，來對預熱水槽17內將進入離子膜電解槽12的電解水預先加熱至適當的溫度，例如55至65℃之間。而為了控制預熱水槽內電解水溫度維持在55至65℃之間，預熱水槽進一步包含複數片散熱鰭片171以及一第二風扇173。其中複數片散熱鰭片171以輻射狀的型式設置於預熱水槽的外槽壁上，而第二風扇173設置於預熱水槽之一端，與複數片散熱鰭片171搭配以利用強制對流的方式來對預熱水槽17進行散熱。其中為了圖式簡便，僅於預熱水槽17的部分外槽壁上畫出散熱鰭片171，而於其他實施例中，散熱鰭片171可以遍布於預熱水槽17的外槽壁上。

由於本發明之一目的在於保持足夠的產氫量之同時，縮小電解水裝置的體積，又要降低噪音產生，以適於使用者於睡眠時使用，故申請人先以電解水裝置體積的縮小為主要目的。例如讓本案的電解水裝置大 致成一圓柱型，其底部最長的剖面長度，亦即直徑最小為200mm，而裝置高度最高為270mm，故其體積最大約為8500立方公分，或是8.5公升，但本發明的電解水裝置外型不以圓柱型為限，電解水裝置外型亦可為其他形狀，例如當電解水裝置外型為橢圓、方型或是多邊形時，只要其底部，或是底座112的最長剖面邊長大於頂部的最長剖面邊長即可，以符合本發明從底部往頂部漸縮的外觀設計。再盡可能的有效利用電解水裝置的殼體所定義的容置空間，以保持足夠的產氫量供使用者吸食，例如電解水裝置的氫氣產生速率共有六種輸出設定，包含讓電解水裝置輸出混合空氣與氫氣以及霧化氣體之保健氣體的氫氣產生速率：120ml/min,240ml/min,360ml/min，分別對應電解水裝置的保健氣體輸出速率之三種設定：2L/min,4L/min以及6L/min。以及讓電解水裝置輸出純氫氣的400ml/min,500ml/min,600ml/min。且可由使用者透過操作面板自行調整電解水裝置1的氫氣產生速率，以及輸出的氣體種類並降低噪音，以讓使用者能在睡眠時將本發明放置在靠近使用者頭部的位置使用。

請再參閱圖1C。於一實施例中，本發明提供的電解水裝置1包含一電源供應器80，用來轉換市電以輸出240瓦特的直流電來供應電解水裝置1電力。電源供應器80包含一高功率輸出端801與一低功率輸出端。其中高功率輸出端801與離子膜電解槽12連接，以供應電解反應所需的電力。而低功率輸出端則適於供應電解水裝置1中其他非電解槽元件，例如補氣泵13、控制器14、風扇15、氫氣濃度偵測器18等元件操作所需的電力，而為了簡化圖式內容，於圖1C僅繪出電源供應器80與高功率輸出端801，但通常知識者應能知曉供應電解水裝置操作所需電力的低功率輸出端如何在電解 水裝置內配置電力線路。

電源供應器80所供應的240瓦特直流電中，有172瓦特從高功率輸出端801輸出至離子膜電解槽12。高功率輸出端801輸出一第一電壓與一第一電流，其中第一電壓範圍介於3伏特至6.3伏特之間，並輸出10安培至27.3安培的第一電流。而低功率輸出端輸出60瓦特的直流電，來供應電解水裝置操作所需的電力。低功率輸出端輸出一第二電壓與一第二電流，其中第二電壓得為24伏特的直流電壓，與最大2.5安培的第二電流。於另一實施例中，第二電壓亦可從24伏特降壓至5伏特，並輸出最大0.5安培的第二電流。比較高功率輸出端與低功率輸出端輸出的電力參數可知，第一電壓低於第二電壓，但第一電流高於第二電流。故高功率輸出端輸出的是高電流低電壓的直流電，低功率輸出端輸出的是低電流高電壓的直流電。

綜上所述，本發明提供了一種電解水裝置，包含一氫氣與氧氣同側輸出的離子膜電解槽、一補氣管、一補氣泵以及一霧化/揮發氣體混合槽。離子膜電解槽電解水以產生氫氣，氫氣被輸入至補氣管後，補氣泵吸入空氣，並透過一與補氣管夾有一導角的補氣接口將空氣單方向地輸入補氣管以稀釋補氣管內的氫氣，補氣管再將稀釋後的氫氣導入霧化/揮發氣體混合槽內與一霧化氣體混合以供使用者吸食。

藉由氫氣與氧氣同側輸出的離子膜電解槽、以及水槽、氣水分離槽以及補氣管等設備設置在限定體積內的殼體內，本發明在保持足夠的產氫量時也盡可能使用殼體內的容置空間，且在風扇與補氣泵的採用上也以低噪音為訴求，故本發明實際上提供了一種有效運用空間、小體積又低噪音的電解水裝置，適於放置在使用者身邊使用。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (20)

1. 一種電解水裝置，其包含：一殼體，該殼體包含一底座與一側壁；以及一離子膜電解槽設置於該殼體內之一非中心處，該離子膜電解槽包含一第一側邊、一第二側邊、一離子交換膜、一陰極電極、一陽極電極、一氧氣輸出管及一氫氣輸出管，該離子交換膜設置於該陽極電極與該陰極電極之間；當該離子膜電解槽電解水時，該陰極電極產生氫氣並由該氫氣輸出管輸出該氫氣，該陽極電極產生氧氣並由該氧氣輸出管輸出該氧氣；其中該第一側邊靠近該側壁，該氧氣與該氫氣自該離子膜電解槽的該第二側邊輸出。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電解水裝置，其中該陽極電極介於該離子交換膜與該第二側邊之間，該陰極電極介於該離子交換膜與該第一側邊之間，該氧氣輸出管自該離子交換膜與該第二側邊之間向該第二側邊延伸並貫穿該第二側邊，該氫氣輸出管自該離子交換膜與該第一側邊之間向該第二側邊延伸並貫穿該第二側邊。
3. 如申請專利範圍第1項所述的電解水裝置，其中該陽極電極介於該離子交換膜與該第一側邊之間，該陰極電極介於該離子交換膜與該第二側邊之間，該氫氣輸出管自該離子交換膜與該第二側邊之間向該第二側邊延伸並貫穿該第二側邊，該氧氣輸出管自該離子交換膜與該第一側邊之間向該第二側邊延伸並貫穿該第二側邊。
4. 如申請專利範圍第1項所述的電解水裝置，其中該離子膜電解槽包含一陽極室，該陽極室內包含該陽極電極、一陽極密封板、一陽極導電板及一陽極外壓板，該離子膜電解槽更包含一陰極室，該陰極室內包含該陰極電極、一陰極密封板、一陰極導電板及一陰極外壓板。
5. 如申請專利範圍第2項所述的電解水裝置，其中該離子膜電解槽進一步包含一補水管，設置並貫穿於該陽極外壓板、該陽極導電板及該陽極密封板，以連通該陽極室與一水槽，來自該水槽的水經由該補水管流入該陽極室內，以補充該陽極室內的水。
6. 如申請專利範圍第5項所述的電解水裝置，進一步包含一水位檢測裝置，用以檢測該水槽內的水量。
7. 如申請專利範圍第1項所述的電解水裝置，進一步包含一補氣管、一風扇與一補氣泵，該補氣管連接該氫氣輸出管以接收氫氣，該風扇從該電解水裝置之外界環境吸入空氣至該電解水裝置之內，該補氣泵將該空氣吸入並導入該補氣管中，以將該空氣與該氫氣混合來稀釋該補氣管的氫氣體積濃度。
8. 如申請專利範圍第7項所述的電解水裝置，進一步包含一霧化/揮發氣體混合槽，連接該補氣管並接收稀釋後的該氫氣，該霧化/揮發氣體混合槽選擇性地產生一霧化氣體與該氫氣混合，以形成一保健氣體，其中該霧化氣體選自於由水蒸汽、霧化藥水以及揮發精油所組成的族群中之一種或其組合。
9. 如申請專利範圍第7項所述的電解水裝置，其中該補氣泵與該補氣管之間以一補氣接口連接，該補氣接口與該補氣管之間的一銜接位置夾有一 導角，該導角的角度小於90度，以使該導管內的該空氣被導入該補氣管內。
10. 如申請專利範圍第9項所述的電解水裝置，其中該導角較佳的是介於25度至45度之間，且夾有該導角的該銜接位置之外形製作成有一圓弧導角。
11. 如申請專利範圍第7項所述的電解水裝置，其中該電解水裝置進一步包含：一氫氣濃度偵測器，連接該補氣管並偵測該補氣管內之該氫氣體積濃度是否介於一範圍內，該範圍由一第一預定值與一第二預定值組成，當所偵測到之該氫氣體積濃度高於該第一預定值時，產生一第一警示訊號；以及一控制器，耦接該氫氣濃度偵測器、該補氣泵以及該離子膜電解槽，當該控制器接收到該第一警示訊號時，產生一啟動指令以讓該補氣泵開始運作。
12. 如申請專利範圍第11項所述的電解水裝置，其中該氫氣濃度偵測器偵測到之該氫氣體積濃度高於一第二預定值時，產生一第二警示訊號；而當該控制器接收到該第二警示訊號時，產生一停止指令以讓該離子膜電解槽停止運作。
13. 如申請專利範圍第12項所述的電解水裝置，其中該第一預定值為4%，該第二預定值為6%，該範圍為4%~6%。
14. 如申請專利範圍第1項所述的電解水裝置，其中該離子交換膜包含一離子交換膜本體、一陽極催化層以及一陰極催化層，該陽極催化層以及該 陰極催化層分別位於該離子交換膜本體之兩側並分別位於該陽極室與該陰極室中，該陽極催化層選自於由Pt、Ir、Pd、Pt合金粉末以及碳黑所組成的族群中之一種或其組合，該陰極催化層選自於由Pt、Ir、Pd以及Pt合金粉末所組成的族群中之一種或其組合，該離子交換膜本體為一Nafion膜。
15. 如申請專利範圍第1項所述的電解水裝置，進一步包含一電源供應器；該電源供應器包含一高功率輸出端與一低功率輸出端，其中該低功率輸出端輸出的電功率為該高功率輸出端輸出的電功率之一半以下，其中該高功率輸出端輸出一第一電壓與一第一電流，該低功率輸出端輸出一第二電壓與一第二電流，該第一電壓小於該第二電壓，該第一電流大於該第二電流。
16. 如申請專利範圍第1項所述的電解水裝置，其中該電解水裝置進一步包含一操作面板，該電解水裝置之體積小於8.5公升，藉由該操作面板調整該電解水裝置之氫氣產生速率可介於120ml/min至600ml/min之間。
17. 一種電解水裝置，其包含：一水槽，容納有一電解水；一離子膜電解槽，從該水槽接收該電解水，包含一離子交換膜、一陰極電極、一陽極電極、一氧氣輸出管及一氫氣輸出管，當該離子膜電解槽該電解水時，該陰極電極產生該氫氣，該陽極電極產生氧氣，該氧氣輸出管用以輸出該氧氣與殘留的該電解水，該氫氣輸出管用以輸出該氫氣；以及一預熱水槽，包含一預熱水槽補水口、一電解槽注水口及一氧氣接 收管，該預熱水槽補水口與該水槽連接，以接收該電解水，該電解水再經由該電解槽注水口被輸出至該離子膜電解槽，該氧氣接收管與該氧氣輸出管連接，電解後殘留的高溫該電解水與該氧氣經由該氧氣接收管輸出至該預熱水槽；其中，該氧氣與該氫氣於該離子膜電解槽的同一側輸出，而從該氧氣接收管輸出的殘留高溫該電解水，將對該預熱水槽內的該電解水預先加熱。
18. 如申請專利範圍第17項所述的電解水裝置，其中該預熱水槽內的該電解水被預先加熱到55至65℃之間。
19. 如申請專利範圍第17項所述的電解水裝置，其中該預熱水槽進一步包含複數片散熱鰭片以及一第二風扇，該複數片散熱鰭片以輻射狀的型式設置於該預熱水槽的外槽壁上，而該第二風扇設置於該預熱水槽之一端，以對該預熱水槽進行散熱。
20. 如申請專利範圍第17項所述的電解水裝置，其中該預熱水槽的體積小於該水槽。