TW202144619A - 具有儲存及提升陰極水中氫分子濃度之裝置 - Google Patents

Abstract

一種具有儲存及提升陰極水中氫分子濃度之裝置，尤特指氫分子生成器陰極側的蓋體中心設有一陰極水出水口，該陰極水出水口設有一逆止閥，該蓋體上設有一儲水容器，該儲水容器內部同軸心配置設有一細化套件與一導流套件，由該導流套件在該細化套件與該儲水容器之間分隔出內環的溶氫水槽與外環的出水通道，電解時陰極水先向上經過細化之後，再向下導入該溶氫水槽中，未溶合之氫分子滯留於該溶氫水槽，利用氫氣上昇與陰極水下降所產生的相互交溶現象，使得更多氫分子溶入陰極水，再向上由該出水通道導出，待機時，該儲水容器持續增壓至設定壓力，迫使該溶氫水槽之氫分子再溶合於陰極水，具有儲存及提升陰極水中的氫分子濃度功能，為其特徵者。

Description

具有儲存及提升陰極水中氫分子濃度之裝置

本發明具有儲存及提升陰極水中氫分子濃度之裝置，主要是在電解時藉由封閉的儲水容器滯留未溶入陰極水中之氫氣，待機時利用逆止閥增加儲水容器的壓力，迫使氫分子再溶合，達到儲存及提升陰極水中氫分子至飽合濃度的功效。

氫分子醫學近年來如雨後春筍蓬勃發展，由於氫氣無臭、無色、無任何毒性是宇宙間最小的抗氧化劑，具有消炎性因此對於保健美容及人類各器官損傷具有修復能力，引起各界及醫學專家紛紛投入臨床研究，預期未來將引發氫分子醫學革命。

氫分子的應用目前分為三種方式，一、氫氣吸入方式。二、氫氣生理食鹽水注射方式。三、含氫水飲用方式。上述含氫飲用水主要採用SPE(Solid polymer electrolyte固體聚合物電解質)電解技術及其相關組件構成流水型電解槽，在陰極側生成氫氣(H₂)部分溶入陰極水中，並由陰極腔室導出成為氫分子飲用水。在陽極側生成氧氣(O₂)部分溶入陽極水中，並藉由排放裝置或直接與廢水管銜接排放。因上述排放裝置使得流水型電解槽陰、陽極腔室呈洩壓狀態，因此陰極腔室所蓄存之含氫水，經過一段時間存放後，氫濃度即散逸歸零，故流水型電解槽之 設計應減少陰極腔室之殘水，若殘水過量會造成流水型電解槽重新啟動電解時，該前段陰極水中的氫分子濃度無法達到標準。

針對上述習用流水型電解槽而言，該陰極所生成之氫氣(H₂)因壓力與時間不足，實際上所生成之氫分子並未完全溶入水中，若為提升氫分子水中濃度，則必須增設管路、溶解濾心、增壓馬達及其它相關控制組件…等，惟上述管路及組件之增設，除了會造成空間設計不便及成本增加之外，若管路過度延伸也會遞減氫分子濃度，此現象會造成氫分子生成器隔天使用時第一杯水(約200CC左右殘水)氫分子含量不足而失去應用價值，若將第一杯水拋棄又會造成使用者不便及水資源浪費。上述狀況對氫分子生成器而言為一重大缺失，乃業界急需克服之問題。

關於氫氣的製造生成技術已臻成熟，惟氫氣具有難溶於水及保存不易之特性，為了提升氫氣溶解度及延長保存時間，須藉由封閉容器並增加壓力(需大於大氣壓力1atm=1kg/cm²以上)配合氣體與液體溶解時間，迫使氫氣溶入水中，根據亨利定律：在定溫下將低溶解度(難溶性)的氣體與液體同時置入於封閉容器中，該溶液中的氣體含量與液面上氣體的分壓呈正比，如第一圖所示，其中：體積莫爾濃度：CM，亨利定律常數：K，該氣體分壓：P，亨利定律公式：CM(體積莫耳濃度)=K(比例常數)x P(該氣體的分壓)。

本發明主要應用亨利定律，於圓碟型電解槽的陰極側裝設 一封閉的儲水容器，當圓碟型電解槽關閉待機時，該儲水容器自然構成一收納、滯留與儲存氫氣與陰極水的空間，同時配合在陰極水出水口設置逆止閥，讓該儲水容器持續增壓至設定壓力(該壓力大於大氣壓力以上)，藉此壓縮並迫使氫分子重新溶合，達到儲存及提升陰極水中的氫分子至飽合濃度的目的。

本發明人目前從事相關產品的製造、設計，累積多年的實務經驗與心得，並針對上述習用流水型電解槽之氫分子生成器所存在尚待克服解決的問題與缺失，積極投入創新與改良，將不必要之管路組件化繁為簡，採模組化設計所完成的本發明，旨在提供一種具有儲存及提升陰極水中氫分子濃度之裝置，使得氫分子生成系統結構更臻完美。

本發明在氫分子生成器的陰極側所裝設圓柱型的儲水容器，對整體空間設計而言，圓柱型空間可以得到較大容積及氣體與液體接觸面積，又該儲水容器內部設有呈同心圓配置的細化套件與導流套件，該細化套件內部設有中空絲膜，並由該導流套件在該細化套件與該儲水容器之間分隔出內環的溶氫水槽與外環的出水通道，讓陰極水向上導入中空絲膜，經過中空絲膜細化之後，再由該細化套件的圓周處向下導入該溶氫水槽中，採用圓柱體作為陰極水的進水口主要目的，是可以分散並取得緩慢流速，藉此增加陰極水與氫氣溶合的時間，又該水流係由上而下導入該溶氫水槽中，可與該溶氫水槽上方之氫氣產生相互交溶作用。該溶氫水槽中壓力係根據設計需求控制出水閥門大小，使得氫分子水連續製造生成時，該溶氫水槽承受一定壓力，當該氣體飽合時會被 重新擠壓通過該中空絲膜，使得氫氣重新溶入水中。又當出水閥門關閉待機時，該儲水容器的進水壓力持續增加至設定上限，此時該溶氫水槽(包含該中空絲膜)中的氫氣被壓縮形成更高濃度之氫分子。

敬請參閱第二圖所示：係根據亨利定律，壓力平衡加倍時，液體中之氣體濃度也相對加倍之比較對照示意圖。其中：第二圖之A所示，低壓平衡時液體中之氣體為低濃度狀態，第二圖之B所示，根據亨利定律壓力平衡加倍則液體中之氣體濃度也相對加倍狀態，亦即該高濃度之氣體經一段時間會重新溶入液體中，使得溶氫水槽中之殘留的陰極水得到更高濃度之氫分子。

本發明解決習用流水型電解槽氫分子水生成器前段水(約100~200CC左右殘水)因氫分子濃度不足必須拋棄之問題，所應用的技術手段以及對照先前技術的功效係在於：該陰極水出水口設有逆止閥，當出水閥門關閉時，該溶氫水槽形成一封閉空間，並儲存一定壓力(該壓力大於大氣壓力以上)，同時在圓碟型電解槽待機時，迫使氫氣重新再度溶入水中。使得氫分子生成器，當隔天或經過一定時間(約10天左右)使用時，該前段(100CC~200CC)氫分子水，仍然保持高濃度之氫分子含量。

本發明解決習用流水型電解槽氫分子水生成器氫分子濃度遞減問題所應用的技術手段以及對照先前技術的功效係在於：首先針對陰極水中尚未完全溶入氫分子水之氫氣(H₂)，藉由該儲水容器滯留收納更多氫氣(該空間為溶氫水槽)，當氫氣達到飽和時，重新擠壓通過該 中空絲膜達到再一次溶氫之目的，藉以提升陰極水中氫分子之濃度。

本發明解決習用流水型電解槽氫分子水生成器增設管路及組件，所造成空間設計不便、增加成本，及管路過度延伸所導致氫分子濃度遞減問題所應用的技術手段以及對照先前技術的功效係在於：由於本裝置無須延伸管路及其它配件即可生成高濃度氫分子水，因此解決習用電解槽外設管路組件衍生空間設計及成本問題。

10:氫分子水生成器

11:座體

12:蓋體

121:陰極水出水口

122:凸緣

123:外螺紋

124:溝槽

125:套設凹槽

126:階緣

13:下集氣導水盤

14:上集氣導水盤

15:陽極電極板

16:陰極電極板

17:離子膜

18:進出水接頭

181:原水進水接頭

182:陽極水出水接頭

183:水流啟動器

19:逆止閥

20:儲水容器

21:內螺紋

22:氫分子水出水接頭

23:凹陷部

24:定位凸部

25:出水流路

30:導流套件

31:下缺口

32:出水通道

33:定位突肋

34:上缺口

35:隔肋

36:流通空間

37:溶氫水槽

40:細化套件

41:魚眼孔

42:中空套件

43:結合凸緣

44:溝槽

45:定位階緣

46:中空絲膜

47:封裝材料

48:溝槽

A:間隙

Q:止水墊圈

Q1:第一止水墊圈

Q2:第二止水墊圈

Q3:第三止水墊圈

Q4:第四止水墊圈

第一圖：係根據亨利定律，在定溫下，溶於某溶劑之某氣體的體積莫耳濃度(CM)會與此氣體分壓(P)成正比之關係示意圖。

第二圖：係根據亨利定律，壓力平衡加倍時，液體中之氣體濃度也相對加倍之比較對照示意圖。

第三圖：係本發明之立體組合局部剖面示意圖。

第四圖：係本發明之正視立體分解與D部、F部放大示意圖。

第五圖：係本發明之底視立體分解與E部放大示意圖。

第六圖：係本發明之斷面組合示意圖。

第七圖：係本發明電解連續生成時陰極水與氫氣再溶合之斷面組合示意圖。

第八圖：係第七圖之B-B剖面示意圖。

第九圖：係第七圖之E-E剖面示意圖。

第十圖：係本發明另一實施例之正視立體分解與R部、N部放大示 意圖。

第十一圖：係本發明另一實施例之底視立體分解與K部放大示意圖。

第十二圖：係本發明另一實施例之斷面組合示意圖。

為使專精熟悉此項技藝之人仕業者易於深入瞭解本發明的構造內容以及所能達成的功能效益，茲列舉一具體實施例，並配合圖式詳細介紹說明如下：

一種具有儲存及提升陰極水中氫分子濃度之裝置，敬請參閱第三圖所示：係本發明之立體組合局部剖面示意圖。與第四、五圖所示：係本發明之正視、底視立體分解與D部、F部、E部放大示意圖。以及第六圖所示：係本發明之斷面組合示意圖。主要在於：

氫分子水生成器10係在呈圓盤狀的座體11與蓋體12內部組裝一下集氣導水盤13與一上集氣導水盤14、該下集氣導水盤13與該上集氣導水盤14設有一陽極電極板15與一陰極電極板16，該陽極電極板15與該陰極電極板16之間設有一離子膜17，該座體11外部設有一進出水接頭18，該進出水接頭18設有一原水進水接頭181與一陽極水出水接頭182，該蓋體12的中心處向上延伸設有一陰極水出水口121，上述該等構件之間係由複數個止水墊圈Q止水。

電解時，原水從該陽極電極板15與該陰極電極板16導入該陽極腔室與該陰極腔室，電解後所產生的氧分子與氫分子，藉由陽 極水與陰極水帶離，且分別匯入該下集氣導水盤13與該上集氣導水盤14，讓氫分子與陰極水由該陰極水出水口121導出，氧分子與陽極水由該陽極水出水接頭182導出；其特徵在於：

該蓋體12在該陰極水出水口121的內部設有一逆止閥19，該蓋體12的外部設有一呈圓環配置的凸緣122，該凸緣122的外壁設有一外螺紋123與一圈溝槽124，該外螺紋123可供鎖結固定一儲水容器20，該溝槽124可供套設一第一止水墊圈Q1，作為該蓋體12與該儲水容器20止水之用，該凸緣122的上方處設有一導流套件30，該蓋體12介於該陰極水出水口121與該凸緣122之間設有一套設凹槽125，作為套接設有一細化套件40之用，該陰極水出水口121的外部設有一階緣126，該階緣126可供套設一第二止水墊圈Q2，作為該陰極水出水口121與該細化套件40止水之用，其中：

該儲水容器20的外表面電鍍設有一層氧化鋁，能有效避免氫氣散逸，該儲水容器20對應於該蓋體12的該外螺紋122處設有一內螺紋21，由該儲水容器20的該內螺紋21鎖結固定於該蓋體12的該外螺紋123中，並由該第一止水墊圈Q1止水密閉於該儲水容器20的內壁，該儲水容器20頂部的中心處設有一向上延伸且貫通的氫分子水出水接頭22，讓富含活性氫的陰極水可以從該氫分子水出水接頭22導出，該儲水容器20頂面對應於該氫分子水出水接頭22的外圍處設有複數個等分的凹陷部23，藉以在該儲水容器20底面形 成複數個等分的定位凸部24，讓該儲水容器20的底面與該導流套件30的頂面之間形成一出水流路25；

該導流套件30係套設於該蓋體12的該凸緣122頂面，該導流套件30的底部對應於該凸緣122處設有複數個等分的下缺口31，作為氫分子集氣與陰極水導水之用，該導流套件30的外徑小於該儲水容器20的內徑，藉以在該儲水容器20的內壁與該導流套件30的外壁形成一出水通道32，該導流套件30頂面對應於該複數個定位凸部24的外圍處設有一圈定位突肋33，該定位突肋33的頂部設有複數個等分的上缺口34，讓陰極水從該下缺口31導入該出水通道32，再由該上缺口34導入該出水流路25，該導流套件30的內部環繞設有複數個倒L型且呈等分配置的隔肋35，作為定位該細化套件40之用，讓該導流套件30底面與該細化套件40頂面之間保持一流通空間36，並使得該導流套件30的內壁與該細化套件40的外壁之間設有一溶氫水槽37，讓陰極水可以從該流通空間36由上往下導入該溶氫水槽37中，利用氫氣上昇與陰極水下降所產生的相互交溶現象，使得更多氫分子溶入水中；

該細化套件40內部的中心對應於該陰極水出水口121處設有一魚眼孔41，並由該第二止水墊圈Q2止水密閉於該魚眼孔41的內壁，該細化套件40的內部鏤空並設有一中空套件42，該中空套件42的外部設有一結合凸緣43，作為該細化套件40與該中空套件42射出成型為一體時結合之用，該中空套件42上方的外壁設有 一圈溝槽44，該溝槽44可供套設一第三止水墊圈Q3，作為該細化套件40與該中空套件42止水之用，該中空套件42的上方處設有一定位階緣45，作為該導流套件30的該複數個隔肋35定位之用，該中空套件42的內部設有一細化材料，該細化材料為一中空絲膜46，該中空絲膜46的上方處係利用一封裝材料47黏結固定於該中空套件42，該封裝材料47係由環氧樹脂或聚氨脂樹脂選擇其中一種實施，該細化套件40下方對應於該套設凹槽125的外壁處設有一圈溝槽48，該溝槽48可供套設一第四止水墊圈Q4，作為該細化套件40與該蓋體12的該套設凹槽125內壁止水之用，該中空絲膜46係裝設於該中空管體42的下方處，該中空絲膜46與該中空套件42的底部保持一間隙A，讓陰極水均勻擴散導入該中空絲膜46，該中空絲膜46的孔徑為0.01~0.03μm，作為細化氫分子團之用，讓陰極水從該中空套件42由下往上導入該導流套件30的該流通空間36，再從該流通空間36由上往下導入該溶氫水槽37中者。

藉由上述各元件結構所組合而成之本發明，係在提供一種具有儲存及提升陰極水中氫分子濃度之裝置，在實際操作應用上：

敬請參閱第七圖所示：係本發明電解連續生成時陰極水與氫氣再溶合之斷面組合示意圖。與第八、九圖所示：係第七圖之B-B與E-E剖面示意圖。原水流入時，將原水從該進出水接頭18的該原水進水接頭181導入，小部分的水由該下集氣導水盤13導入，再經由該陽極電極板15流入呈輻射狀配置的陽極腔室，大部分的水由上集 氣導水盤14導入，再流入該陰極電極板16呈輻射狀配置的陰極腔室。

原水電解時，原水分別在該陽極電極板15的陽極腔室與該陰極電極板16的陰極腔室進行電解，藉以分別在該陽極腔室生成氧氣、臭氧與陽極水，以及在該陰極腔室生成氫氣與陰極水，由於該陽極電極板15與該陰極電極板16之間隔著一層該離子膜17，所以電解時氫分子可以穿透該離子膜17，而氧分子則無法穿透該離子膜17，能避免該陽極電極板15所生成之氧氣、臭氧混入上方陰極水中。陽極腔所生成的所氧氣、臭氧，則由陽極水迅速帶離，先由該下集氣導水盤13導入，讓氧氣及與臭氧可以快速收納於該下集氣導水盤13上方，避免該氧氣及臭氧混入上方陰極水中，利用陽極水將氧氣及臭氧從該進出水接頭18的該陽極水出水接頭182排出。同時藉由陰極水將陰極腔室所生成的初生態氫氣迅速溶合並帶離，讓氫氣與陰極水可以從該陰極水出水口121導出。

氫氣與陰極水從該陰極水出水口121導出後，由中心朝向圓周的間隙A均勻擴散，向上經過該中空絲膜46細化氫分子團與過濾細菌之後，再從上方的該流通空間36朝向圓周均勻擴散，向下導入該溶氫水槽37中，藉此分散並減緩流速，增加陰極水與氫氣溶合的時間，而且水流係由上而下導入該溶氫水槽36中，可與該溶氫水槽36上方之氫氣產生相互交溶作用，讓富含氫分子的陰極水先經過該導流套件30底部圓周處的該複數個下缺口31導入該出水通道32，再從該出水通道32由下往上經由該導流套件30上方圓周處的複數個上缺口 34導入該出水流路24，最後再從該儲水容器20中心的氫分子水出水接頭22導出。

當出水閥門關閉，處於待機未電解時，由於該陰極水出水口121設有逆止閥19，而且該儲水容器20為一封閉空間，所以可以儲存一定壓力(該壓力大於大氣壓力以上)，迫使氫氣重新再度溶入水中。使得隔天或經過一定時間(約10天左右)使用時，該前段(100CC~200CC)氫分子水，內仍然保持高濃度之氫分子含量。

本發明所提供的具有儲存及提升陰極水中氫分子濃度之裝置，敬請參閱第十、十一圖所示：係本發明另一實施例之正視、底視立體分解與R部、N部、K部放大示意圖。與第十二圖所示：係本發明另一實施例之斷面組合示意圖。其中：該進出水接頭18的該原水進水接頭181處設有一水流啟動器183，作為計算原水進水流量大小，藉以調變工作電流大小。

綜上所述，本發明所提供的具有儲存及提升陰極水中氫分子濃度之裝置，業已實際製作完成，並證實可有效提升陰極水中氫分子總溶量達百分之三十以上。又本發明將溶氫室及集氣室合而為一並徹底模組化，除了可以降低成本，同時可以快速組裝拆卸具有方便售後服務之優點，預期未來將對氫產業做出貢獻。同時又為目前坊間尚無見聞之首先創作，具有產業上的利用價值，誠然已經符合發明專利實用性與進步性之成立要義，爰依專利法之規定，向 鈞局提出發明專利之申請。

10:氫分子生成器

12:蓋體

121:陰極水出水口

122:凸緣

123:外螺紋

124:溝槽

125:套設凹槽

126:階緣

181:原水進水接頭

182:陽極水出水接頭

19:逆止閥

20:儲水容器

21:內螺紋

22:氫分子水出水接頭

23:凹陷部

24:定位凸部

25:出水流路

30:導流套件

31:下缺口

33:定位突肋

34:上缺口

35:隔肋

37:溶氫水槽

40:細化套件

41:魚眼孔

42:中空套件

43:結合凸緣

44:溝槽

45:定位階緣

46:中空絲膜

48:溝槽

Q1:第一止水墊圈

Q2:第二止水墊圈

Q3:第三止水墊圈

Q4:第四止水墊圈

Claims (6)

1. 一種具有儲存及提升陰極水中氫分子濃度之裝置，主要在於：氫分子水生成器係在座體與蓋體內部組裝一陽極電極板與一陰極電極板，該陽極電極板與該陰極電極板之間設有一離子膜，該座體外部設有一進出水接頭與一陽極水出水接頭，該蓋體對應於該陰極電極板中心處設有一陰極水出水口，其中：

   該蓋體在該陰極水出水口設有一逆止閥，該蓋體設有一呈圓環配置的凸緣，該蓋體介於該陰極水出水口與該凸緣之間設有一套設凹槽，該凸緣外部鎖設有一儲水容器；

   該儲水容器頂面的中心處向外延伸設有一氫分子水出水接頭，該儲水容器內部設有一導流套件，該儲水容器底面設有複數個等分的定位凸部，讓該儲水容器底面與該導流套件頂面之間形成一出水流路；

   該導流套件外徑小於該儲水容器內徑，藉以在該儲水容器內壁與該導流套件外壁形成一出水通道，該導流套件係套設於該蓋體的該凸緣上，該導流套件底部對應於該凸緣處設有複數個等分的下缺口，該導流套件頂面對應於該複數個定位凸部外圍處環繞設有一定位突肋，該定位突肋的上方處設有複數個等分的上缺口，讓陰極水從該複數個下缺口導入該出水通道，再由該複數個上缺口導入該出水流路，該導流套件內部設有一細化套件，該導流套件內部的上方處環繞設有複數個隔肋，作為定位該細化套件之用；

   該細化套件外徑小於該導流套件內徑，藉以在該導流套件內壁與該 細化套件外壁形成一溶氫水槽，該細化套件內部設有一中空套件，該中空套件的上方處設有一定位階緣，作為該導流套件的該複數個隔肋定位之用，讓該細化套件上方與該導流套件之間保持一流通空間，該中空套件的內部設有一細化材料者。
2. 如請求項1所述之具有儲存及提升陰極水中氫分子濃度之裝置，其中：該凸緣的外壁設有一外螺紋，該儲水容器的內壁對應於該外螺紋處設有一內螺紋，作為該座體與該儲水容器互相對鎖之用者。
3. 如請求項1所述之具有儲存及提升陰極水中氫分子濃度之裝置，其中：該進出水接頭設有一原水進水接頭，該原水進水接頭處設有一水流啟動器，作為計算原水進水流量大小，藉以調變工作電流大小者。
4. 如請求項1所述之具有儲存及提升陰極水中氫分子濃度之裝置，其中：該細化材料為中空絲膜，該中空絲膜係裝設於該中空套件的內部處，該細化材料與該中空套件的底部保持一間隙，該中空絲膜的孔徑為0.01~0.03μm者。
5. 如請求項1所述之具有儲存及提升陰極水中氫分子濃度之裝置，其中：該中空套件在該細化材料的上方處設有一封裝材料，由該封裝材料將該細化材料黏結固定於該中空套件，該封裝材料係由環氧樹脂或聚氨脂樹脂選擇其中一種實施者。
6. 如請求項1所述之具有儲存及提升陰極水中氫分子濃度之裝置，其中：該中空套件的外部設有一結合凸緣，作為該細化套件與該中空套件射出成型為一體時結合之用者。

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