(57)【要約】      （修正有）【課題】体積を減少させるために、及び安全を向上させるために、一体的に形成される一体型流路装置を含むイオン交換膜電解装置を提供する。【解決手段】イオン交換膜電解装置１は、イオン交換膜電解セル１２及び一体的に形成された一体型流路装置１３を含み、イオン交換膜電解セルは、水素を含むガスを発生させる。一体型流路装置は、第１取付構造体、水槽構造体、ガス流路システム１３０及び水流路システム１３１を有し、第１取付構造体は、イオン交換膜電解セルを一体型流路装置に着脱可能に固定し、水流路システムは、水槽構造体と第１取付構造体を水槽構造体の水をイオン交換膜電解セルに流入するように接続する。ガス流路システムは、水素を含むガスを受け入れ、移送するために、第１取付構造体に接続され、機能上独立した通路を一体化し、パイプライン接続を減少させ、装置の体積を減少させ、運転の安全性を向上させる。【選択図】図２
2020006173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を電解して、水素を含むガス及び酸素を含むガスを発生させるように構成されたイオン交換膜電解セル、及び、一体型流路装置を含み、
前記一体型流路装置は、
水を収容するように構成された水槽構造体、
前記イオン交換膜電解セルを前記一体型流路装置に着脱可能に固着するように構成された第１取付構造体、
前記水槽構造体及び前記第１取付構造体に結合されて、前記水を、前記水槽構造体から前記イオン交換膜電解セルに流入する水流路システム、及び、
前記第１取付構造体に結合されて、前記イオン交換膜電解セルによって発生された水素を含むガスを受け入れるガス流路システムを含む、イオン交換膜電解装置であって、
前記第１取付構造体は、水素流入口、酸素流入口及び水流出口を有し、前記水槽構造体は、前記水流路システムを通して、前記水流出口に結合され、それにより、前記水槽構造体の水は、前記イオン交換膜電解セルに流入でき、前記ガス流路システムは、前記水素流入口を通して、前記イオン交換膜電解セルによって発生された水素を含むガスを受け入れ、前記酸素流入口は、前記水流路システム及び前記水槽構造体に結合される、イオン交換膜電解装置。
【請求項２】
前記一体型流路装置は、ガス水分離器を収容するための第２収容構造体を更に含み、前記ガス水分離器は、前記ガス流路システムを通して、前記第１取付構造体に結合され、前記ガス水分離器は、前記イオン交換膜電解セルによって発生された水素を含むガスを受け入れ、前記水素を含むガスの液水を保持し、その後、前記ガス流路システムを通して、前記水素を含むガスを流出する、請求項１に記載のイオン交換膜電解装置。      
【請求項３】
前記一体型流路装置は、浮き及びばね弁を収容するための第２収容構造体を更に含み、前記第２収容構造体は、前記イオン交換膜電解セルによって発生された前記水素を含むガスを受け入れ、前記水素を含むガスの液水を保持し、前記第２収容構造体に収容された前記液水が、水位に達すると、前記浮きは、前記水素を含むガスが前記ガス流路システムに移動するのを遮断し、前記第２収容構造体内の水素を含むガスのガス圧力が、圧力閾値と等しくなると、前記ばね弁は、開弁されて、前記第２収容構造体と前記ガス流路システムを接続し、その結果、前記水素を含むガスは、前記ガス流路システムを通して流出される、請求項１に記載のイオン交換膜電解装置。
【請求項４】
前記イオン交換膜電解セルは、第１面を有し、前記水素流入口に結合される水素流出管、前記酸素流入口に結合される酸素流出管、及び前記水流出口に結合される水流入管を含み、前記酸素流出管及び前記水素流出管は、其々、前記酸素を含むガス及び前記水素を含むガスを、前記イオン交換膜電解セルの前記第１面から、前記酸素流入口及び前記水素流入口に流出し、前記水流入管は、前記水を、前記第１面で、前記水流出口を通して、前記水槽構造体から受け入れる、請求項１に記載のイオン交換膜電解装置。
【請求項５】
前記一体型流路装置は、前記水槽構造体及び前記第１取付構造体に結合される予熱シンク構造体を、更に含み、前記水槽構造体の前記水は、前記予熱シンク構造体及び前記第１取付構造体の前記水流出口を通して、前記イオン交換膜電解セルに流入でき、前記予熱シンク構造体は、前記酸素流入口に更に結合されて、前記酸素を含むガスを受け入れる、請求項１に記載のイオン交換膜電解装置。
【請求項６】
前記一体型流路装置は、前記水流路システムの前記酸素流入口上方に配設され、前記水槽構造体に結合される酸素放出管を更に含み、前記酸素を含むガスは、前記水槽構造体を通り、前記酸素放出管を通して大気に放出される、請求項１に記載のイオン交換膜電解装置。
【請求項７】
前記一体型流路装置は、第３収容構造体を更に含み、前記イオン交換膜電解装置は、前記第３収容構造体内に着脱可能に固着されるフィルタを更に含み、該フィルタは、前記ガス流路システムを通して前記水素を含むガスを受け入れ、該水素を含むガスを濾過する、請求項１に記載のイオン交換膜電解装置。
【請求項８】
前記フィルタの下端部には、フィルタ流入口を有して、前記水素を含むガスを受け入れ、前記フィルタの上端部には、フィルタ流出口を有して、前記濾過された水素を含むガスを流出させ、前記フィルタは、フィルタコアを含み、前記フィルタ流入口は、前記フィルタコアを介して前記フィルタ流出口に結合され、前記フィルタ及び前記第３収容構造体は、前記フィルタ流入口が、前記第３収容構造体を介して、前記フィルタ流出口に結合されるのを、遮断する、請求項１に記載のイオン交換膜電解装置。
【請求項９】
上部カバー及び噴霧器を更に含み、前記上部カバーは、前記一体型流路装置の前記水槽構造体に配設され、前記上部カバーは、第４取付構造体を更に含み、前記噴霧器は、前記第４取付構造体に着脱可能に固着され、前記水槽構造体に延入され、前記噴霧器は、噴霧用ガスを選択的に発生させるように構成され、前記水素を含むガスを受け入れた後に、前記噴霧器は、前記水素を含むガスを前記噴霧用ガスと混合し、その結果、前記混合されたガスを流出する、請求項１に記載のイオン交換膜電解装置。
【請求項１０】
前記噴霧器は、被噴霧液体を収容し、前記噴霧器は、綿カラム及微多孔質振動板を含み、前記綿カラムの片端部は、前記被噴霧液体を吸収するために、前記被噴霧液体に浸され、前記微多孔質振動板は、前記綿カラムの他端部を囲んで、前記綿カラムによって吸収された前記被噴霧液体を噴霧して、前記噴霧用ガスを発生させる、請求項９に記載のイオン交換膜電解装置。
【請求項１１】
前記一体型流路装置は、該一体型流路装置内に位置する第５収容構造体を更に含み、該第５収容構造体は、前記ガス流路システムに結合され、前記イオン交換膜電解装置は、前記第５収容構造体に着脱可能に固着されるガス補充ファンを更に含み、前記ガス補充ファンは、前記水素を含むガスと混合される外気を導入するように構成される、請求項１に記載のイオン交換膜電解装置。
【請求項１２】
前記水槽構造体の相対的な位置は、前記イオン交換膜電解セルの位置よりも高い、請求項１に記載のイオン交換膜電解装置。
【請求項１３】
水を電解して、水素を含むガス及び酸素を含むガスを発生させるように構成されたイオン交換膜電解セル、及び、一体型流路装置を含み、
前記一体型流路装置は、
水を収容するように構成された水槽構造体、
前記イオン交換膜電解セルを前記一体型流路装置に着脱可能に固着し、水素流入口、酸素流入口及び水流出口を含むように構成された第１取付構造体、
前記水槽構造体及び前記第１取付構造体に結合されて、前記水を、前記水槽構造体から前記イオン交換膜電解セルに流入する水流路システム、
前記第１取付構造体に結合されて、前記イオン交換膜電解セルによって発生された水素を含むガスを受け入れるガス流路システム、
第５収容構造体、及び、
前記水槽構造体及び前記第１取付構造体に結合される予熱シンク構造体であって、前記水槽構造体の前記水は、前記予熱シンク構造体及び前記第１取付構造体の前記水流出口を通して、前記イオン交換膜電解セルに流入される、予熱シンク構造体を含む、イオン交換膜電解装置であって、
前記水槽構造体は、前記水流路システム及び前記予熱シンク構造体を通して、前記水流出口に結合され、前記ガス流路システムは、前記水素流入口を通して、前記イオン交換膜電解セルによって発生された水素を含むガスを受け入れ、
前記イオン交換膜電解装置は、前記第５収容構造体に着脱可能に固着されるガス補充ファンを更に含み、該ガス補充ファンは、前記水素を含むガスと混合されて第１混合ガスを発生する外気を導入するように構成され、
前記イオン交換膜電解装置は、前記水槽構造体に延入する噴霧器を更に含み、該噴霧器は、噴霧用ガスを選択的に発生させ、前記第１混合ガスを受け入れた後に、前記第１混合ガスを前記噴霧用ガスと混合して、前記水素を含む噴霧用ガスを流出するように構成される、イオン交換膜電解装置。
【請求項１４】
前記イオン交換膜電解セルは、第１面を有し、前記水素流入口に結合される水素流出管、前記酸素流入口に結合される酸素流出管、及び前記水流出口に結合される水流入管を含み、前記水素流出管、前記酸素流出管、及び前記水流入管は、前記第１面に配設される、請求項１３に記載のイオン交換膜電解装置。
【請求項１５】
操作パネルを更に含むイオン交換膜電解装置であって、前記操作パネルは、前記イオン交換膜電解装置によって流出される前記水素を含む噴霧用ガスの流速を、２Ｌ／分〜６Ｌ／分の範囲に調整するように構成される、請求項１３に記載のイオン交換膜電解装置。
【請求項１６】
前記水素を含む噴霧用ガスの濃度は、４％未満であり、前記イオン交換膜電解装置の体積は、１５リットル未満であり、前記イオン交換膜電解装置の最大使用電力は、２４０Ｗ未満である、請求項１３に記載のイオン交換膜電解装置。
【請求項１７】
水を電解して、水素を含むガス及び酸素を含むガスを発生させるように構成されたイオン交換膜電解セル、及び、一体型流路装置を含み、
前記一体型流路装置は、
水を収容するように構成された水槽構造体、
前記イオン交換膜電解セルを前記一体型流路装置に着脱可能に固着するように構成された第１取付構造体、
前記水槽構造体及び前記第１取付構造体に結合されて、前記水を、前記水槽構造体から前記イオン交換膜電解セルに流入する水流路システム、及び
前記第１取付構造体に結合されて、前記イオン交換膜電解セルによって発生された水素を含むガスを受け入れるガス流路システムを含む、イオン交換膜電解装置であって、
前記第１取付構造体は、水素流入口、酸素流入口及び水流出口を有し、前記水槽構造体は、前記水流路システムを通して、前記水流出口に結合され、前記ガス流路システムは、前記水素流入口を通して、前記イオン交換膜電解セルによって発生された前記水素を含むガスを受け入れ、
前記イオン交換膜電解装置は、上部カバー及び噴霧器を更に含み、前記上部カバーは、前記水槽構造体に配設され、第４取付構造体を更に含み、前記噴霧器は、前記第４取付構造体に着脱可能に固着され、前記水槽構造体に延入され、前記噴霧器は、噴霧用ガスを選択的に発生させ、前記水素を含むガスを受け入れた後に、前記水素を含むガスを前記噴霧用ガスと混合して、その結果、水素を含む噴霧用ガスを流出するように構成される、イオン交換膜電解装置。
【請求項１８】
操作パネルを更に含むイオン交換膜電解装置であって、前記操作パネルは、前記イオン交換膜電解装置によって流出される前記水素を含む噴霧用ガスの流速を、４００ｍＬ／分〜６００ｍＬ／分の範囲に調整するように構成される、請求項１７に記載のイオン交換膜電解装置。
【請求項１９】
前記水素を含む流出される噴霧用ガスの濃度は、９９％超であり、前記イオン交換膜電解装置の体積は、１３リットル未満であり、前記イオン交換膜電解装置の最大使用電力は、４００Ｗ未満である、請求項１７に記載のイオン交換膜電解装置。            
【請求項２０】
前記酸素流入口は、前記水流路システムに結合され、前記水槽構造体と結合され、前記一体型流路装置は、前記水流路システムの前記酸素流入口上方に配設され、前記水槽構造体に結合される酸素放出管を更に含み、前記酸素を含むガスは、前記水槽構造体を通り、前記酸素放出管を通して大気に放出される、請求項１７に記載のイオン交換膜電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願との相互参照）
本願は、２０１８年７月１０日付で出願された、中国特許出願公開第１０８９５０５８８Ａ号明細書に基づくと共に、該特許出願から優先権を主張する。該特許出願の開示は、全体として、参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、イオン交換膜電解装置を提供し、特に、体積を減少させるために、管の接続を減少させるために、及び安全を向上させるために、一体的に形成される一体型流路装置を含むイオン交換膜電解装置を提供する。
【背景技術】
【０００３】
長い間、人々は、人間の寿命について相当注目してきた。病気と戦い、人間の寿命を延ばすために多くの医療技術が開発されてきたが、これまでの殆どの医療は、受動的なものであった。即ち、病気は、病気が発生した際に、手術、投薬、癌の化学療法や放射線療法、又は新生児室、リハビリテーション、及び慢性病の矯正等で、治療される。しかしながら、近年、多くの医療関係者は、将来の罹病を積極的に予防するために、健康食品の研究、遺伝子性疾患検査、早期予防等の、予防医学の方法に対する研究を、徐々に行ってきた。また、人間の寿命を延ばすために、しみケア製品及び抗酸化食品／剤を含む、多くのアンチエイジング及び抗酸化技術が、開発され、国民によって広く使用されている。
【０００４】
様々な理由（病気、ダイエット、環境又はライフスタイル等）で人体によって生成される、遊離基（有害な遊離基）としても知られる不安定な酸素（Ｏ＋）は、吸入水素と混合されて、水の一部を形成でき、その結果、人体の遊離基の数を減少させて、酸性の身体から健康的なアルカリ性の身体を回復するように、酸化や老化に対抗するように、慢性病を取除くように、及び美容効果を得るように、排泄できることが、研究によって分かっている。臨床試験では、高濃度の酸素を長期間呼吸したことが原因の肺障害を持つ何人かの長期間寝たきりの患者は、水素吸入によって楽になることが示された。
【０００５】
現在、水素発生器は、医療現場や家庭で徐々に使用されてきている。大量の高度に規格化された生産は、将来、水素発生器にとって重要な目標になるだろう。また、水素発生器は、パイプによって互いに結合された複数の機能上独立した装置で構成される。しかしながら、従来技術では、装置間のパイプラインは、別々に組付けられる必要があり、それが原因で、厄介な手順、厄介な配線組付け、高い費用、規格化の困難、体積縮小の困難、及び流路の落下、及び使用中の水漏れが生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の課題に対応して、本発明は、パイプラインを一体型流路装置に一体化し、対応する装置を構成するための収容空間を有する、一体型イオン膜電解装置を提供する。独立した機能を有する装置と経路を有する装置は、一体化されて、更なる管の接続を回避し、イオン交換膜電界装置の体積を減少し、製造費用を大幅に低減し、イオン交換膜電界装置の運転安全性を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、イオン交換膜電解セル及び一体型流路装置を含む、イオン交換膜電解装置を提供することである。イオン交換膜電解セルは、水を電解して、水素を含むガスを発生するように構成される。一体型流路装置は、一体的に形成され、水槽構造体、複数の取付構造体、水流路システム及びガス流路システムを含む。水槽構造体は、水を収容するように構成される。複数の取付構造体の第１取付構造体は、該構造体内にイオン交換膜電解セルを取付け、一体型流路装置にイオン交換膜電解セルを着脱可能に固着するように構成される。水流路システムシステムは、水を水槽構造体からイオン交換膜電解セルに流入するために、第１取付構造体及び水槽構造体に結合される。ガス流路システムは、イオン交換膜電解セルによって発生された水素を含むガスを受け入れるために、第１取付構造体に結合される。
【０００８】
第１取付構造体は、水素流入口、酸素流入口及び水流出口を有する。酸素流入口と水流出口は、水流路システムを通して、水流路システムと水槽構造体に結合される。
【０００９】
一実施形態では、一体型流路装置は、ガス水分離器を収容するための第２収容構造体を更に含む。ガス水分離器は、ガス流路システムを通して、第１取付構造体に結合されて、イオン交換膜電解セルによって発生された水素を含むガスを受け入れ、水素を含むガスの液水を保持し、その後、ガス流路システムの第１流路を通して、水素を含むガスを流出する。
【００１０】
別の実施形態では、一体型流路装置は、該装置内に構成される第２収容構造体を更に含む。第２収容構造体は、ガス流路システムを通して第１取付構造体の水素流入口に結合されて、イオン交換膜電解セルによって発生された水素を含むガスを受け入れ、水素を含むガスの液水を保持し、その後ガス流路システムの第１流路を通して水素を含むガスを流出する。
【００１１】
その際、浮きは、第２収容構造体内に構成される。第２収容構造体に収容された液水が、水位に達すると、浮きは、水素を含むガスがガス流路システムの第１流路を通過するのを遮断する。  
【００１２】
また、ばね弁は、第２収容構造体内に構成される。第２収容構造体内の水素を含むガスのガス圧力が、圧力閾値と等しくなると、ばね弁は、開弁されて、第２収容構造体とガス流路システムを接続する。
【００１３】
一実施形態では、一体型流路装置は、該装置内に構成される第３収容構造体を更に含む。第３収容構造体は、ガス流路システムを通して、第１取付構造体に結合される。イオン交換膜電解装置は、第３収容構造体内に着脱可能に固着されるフィルタを更に含む。フィルタは、ガス流路システムを通して水素を含むガスを受け入れ、ガス流路システムの第３流路を通して濾過された水素を含むガスを流出する。
【００１４】
一実施形態では、一体型流路装置は、該装置内に構成される第４取付構造体を更に含む。第４取付構造体は、ガス流路システムを通して、第１取付構造体と結合される。イオン交換膜電解装置は、第４取付構造体内に着脱可能に固着される噴霧器を更に含み、噴霧器は、水槽に延入できる。噴霧器は、ガス流路システムを通して、水素を含むガスを受け入れる。噴霧器は、噴霧用ガスを選択的に発生させ、水素を含むガスを噴霧用ガスと混合して、流出させる。      
【００１５】
その際、噴霧器は、被噴霧液体を収容し、噴霧器は、綿カラム及微多孔質振動板を含む。綿カラムの片端部は、被噴霧液体１８２を吸収するために、被噴霧液体に浸され、微多孔質振動板は、綿カラムの他端部を囲んで、綿カラムによって吸収された被噴霧液体を噴霧して、噴霧用ガスを発生させる。
【００１６】
また、噴霧器の最大噴霧量は、２０ｍＬ／時間以上である。
【００１７】
一実施形態では、一体型流路装置は、一体型流路装置内に位置する第５収容構造体を更に含む。第５収容構造体は、ガス流路システムを通して、第１取付構造体に結合される。イオン交換膜電解装置は、第５収容構造体に着脱可能に固着されるガス補充ファンを更に含む。ガス補充ファンは、外気を、イオン交換膜電解装置の外部から導入するように構成される。ガス流路システムは、外気を受け入れ、その外気を、水素を含むガスと混合して、希釈された水素を含むガスを生成する。
【００１８】
その際、上記の取付構造体は、嵌着用開口部、嵌着用穴、嵌着用管部、嵌着用カセット又は嵌着用クリップを其々有する。
【００１９】
その際、イオン交換膜電解セルは、第１面を有し、水素流入口に結合される水素流出管、酸素流入口に結合される酸素流出管、及び水流出口に結合される水流入管を含む。酸素流出管及び水素流出管は、其々、酸素を含むガスを酸素流入口に、及び水素を含むガスを水素流入口に、イオン交換膜電解セルの第１面から其々流入し、水流入管は、水を、水流出口を通して、第１面から受け入れる。
【００２０】
また、イオン交換膜電解セルは、水が電解される際に、熱エネルギを有する酸素を含むガスも発生させる。一体型流路装置は、水流路システムに結合されると共に水槽構造体及び第１取付構造体に、水流路システムを通して結合される予熱シンク構造体を更に含む。予熱シンク構造体は、水槽構造体内の水を受け入れ、該水を、水流出口を通して、イオン交換膜電解セルに補給する。予熱シンク構造体は、酸素流入口を通して熱エネルギを有する酸素を含むガスを受け入れる。
【００２１】
更に、水槽構造体、予熱シンク構造体、取付構造体、ガス流路システム及び水流路システムは、一体的に形成されて、一体型流路装置を形成する。
【００２２】
また、水槽構造体の位置は、イオン交換膜電解セルの位置よりも高くする。
【００２３】
一実施形態では、イオン交換膜電解セルは、操作パネルを更に含む。操作パネルは、イオン交換膜電解装置によって流出される水素を含むガスの流速を、２Ｌ／分〜６Ｌ／分の範囲に調整するように構成され、流出される水素を含むガスの濃度は、４％未満であり、イオン交換膜電解装置の体積は、１５リットル未満であり、イオン交換膜電解装置の最大使用電力は、２４０Ｗ未満である、
【００２４】
一実施形態では、イオン交換膜電解セルは、操作パネルを更に含む。
操作パネルは、イオン交換膜電解装置によって流出される水素を含むガスの流速を、４００ｍＬ／分〜６００ｍＬ／分の範囲に調整するように構成され、流出される水素を含むガスの濃度は、９９％超であり、イオン交換膜電解装置の体積は、１３リットル未満であり、イオン交換膜電解装置の最大使用電力は、４００Ｗ未満である。
【００２５】
本明細書で使用されように、「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」又は「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」は、直接的な又は間接的な連通を含み得る。
【００２６】
要約すると、本発明のイオン交換膜電解装置は、一体型流路装置を含む。一体型流路装置は、ガス流路システム、水流路システム及び複数の取付構造体を有する。ガス流路システムは、水素を、一体型流路装置から、イオン交換膜電解セル、フィルタ、噴霧器及びガス補充ファン等の各取付構造体内にある各装置に、移送するように構成される。水流路システムは、水槽構造体をイオン交換膜電解セルと結合するように構成される。ガス流路システム及び水流路システムの設計は、更なるパイプラインに取って代わり、生産プロセスでの配管を簡素化し、パイプの消耗品や労働コストを低減する。予約空間（ｒｅｓｅｒｖｅｄ  ｓｐａｃｅ）の配置により、イオン交換膜電解セル、フィルタ、噴霧器及びガス補充ファン等の、一体型流路装置に対する他の装置の取着をし易くし、それにより該装置は、イオン交換膜電解装置において安定して配設できる。更に重要なことには、一体型流路装置は、イオン交換膜電解装置の複雑なパイプラインを一体化して、イオン交換膜電解装置において必要とされるパイプのための予約空間を減少させ、空間利用を最適化し、水漏れやガス漏れの可能性を低減して、イオン交換膜電解装置の運転安全性を向上する。
【００２７】
以下の図面を参照して、実施形態の幾つかについて、詳述するが、その際、同じ記号は、同じ部材を指すものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】本発明の異なる実施形態によるイオン交換膜電解装置を示す外観図である。
【図１Ｂ】本発明の異なる実施形態によるイオン交換膜電解装置を示す外観図である。
【図２】本発明の一実施形態による外部ケーシングを取外したイオン交換膜電解装置を示す模式図である。
【図３Ａ】本発明の異なる実施形態による一体型流路装置を示す模式図である。
【図３Ｂ】本発明の異なる実施形態による一体型流路装置を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態によるイオン交換膜電解セルを示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態によるイオン交換膜電解セルを示す断面図である。
【図６】図２によるイオン交換膜電解装置を示す断面図である。
【図７】別の視点の、図６によるイオン交換膜電解装置を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態による噴霧器を示す模式図である。
【図９Ａ】本発明の異なる実施形態による一体型流路装置を示す断面図である。
【図９Ｂ】本発明の異なる実施形態による一体型流路装置を示す断面図である。
【図１０】別の視点の、本発明の一実施形態によるフィルタを示す模式図である。
【図１１】別の断面深さの、図６によるイオン交換膜電解装置を示す部分断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態によるガス補充ファンを示す模式図である。
【図１３】本発明の一実施形態による冷却用ファンを示す模式図である。
【図１４Ａ】本発明の一実施形態による一体型流路装置を示す配置構造の模式図である。
【図１４Ｂ】本発明の一実施形態によるイオン交換膜電解装置を示す装置関係の模式図である。
【図１４Ｃ】本発明の一実施形態によるイオン交換膜電解装置を示す装置関係の模式図である。
【図１５】本発明のイオン交換膜電解装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の効果、趣旨、及び特徴について、実施形態及び図面と共に、以下のように説明及び記述される。
【００３０】
開示された装置及び方法の後述する実施形態の詳細な記載は、限定目的ではなく、例示目的で、図面を参照して、本明細書に提示される。特定の実施形態が示され、詳述されるが、様々な変更及び変形を、付記されたクレームの範囲から逸脱しない範囲で行えると理解されるべきである。本発明の範囲は、単に本発明の実施形態の一例として開示されたに過ぎない、構成部品の数、構成部品の材料、構成部品の形状、構成部品の相対的配置等に決して限定されない。
【００３１】
本明細書の記載では、用語「一実施形態では」、「別の実施形態では」、又は「幾つかの実施形態では」は、本実施形態の特定の特徴、構造、材料又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の記載では、上記用語の図式表現は、必ずしも同じ実施形態を参照してはいない。更にまた、上記特定の特徴、構造、材料又は特性は、適切な方法で任意の１つ又は複数の実施形態に含まれることができる。
【００３２】
本明細書の実施形態では、用語「又は（ｏｒ）」は、列挙された部品の一部の組合せ、及び全ての列挙された部品の組み合わせを含む。例えば、記載された「Ａ又はＢ」は、Ａだけ、Ｂだけ、及びＡとＢ両方を含む。更に、本発明の要素又は部品の前の用語「ａ」及び「ｔｈｅ」は、要素又は部品の数を限定しない。従って、用語「ａ」及び「ｔｈｅ」は、１つ又は少なくとも１つを含むと解釈されるべきである。また、要素又は部品の単数形は、明確に単数形に言及していない限り、複数形も含む。
【００３３】
図１Ａ〜図３を参照されたい。図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の異なる実施形態によるイオン交換膜電解装置を示す外観図である。図２は、本発明の一実施形態による外部ケーシングを取外したイオン交換膜電解装置を示す模式図である。図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の異なる実施形態による一体型流路装置を示す模式図である。図１Ａ〜図３Ｂに示されたように、本発明は、イオン交換膜電解装置１を提供していおり、該装置１は、イオン交換膜電解セル１２及び一体型流路装置１３を含む。イオン交換膜電解セル１２は、水を電解して、水素を含むガスを発生させるように構成される。一体型流路装置１３は、一体的に形成され、水槽構造体１３９、複数の取付構造体、ガス流路システム１３０及び水流路システム１３１を含む。水槽構造体１３９は、水を収容するために構成される。複数の取付構造体の第１取付構造体１３２は、該構造体内にイオン交換膜電解セル１２を着脱可能に固着するように構成される。水流路システム１３１は、水を、水槽構造体１３９からイオン交換膜電解セル１２に流入させるために、水槽構造体１３９を結合する複数の流路を含む。ガス流路システム１３０は、複数の取付構造体に其々結合された複数の流路を含み、該流路を通して水素を含むガスを受け入れ、其々、複数の取付構造体に水素を含むガスを移送する。第１取付構造体１３２は、水素流入口１３２２、酸素流入口１３２４及び水流出口１３２６を有する。水槽構造体１３９は、水流路システム１３１によって水流出口１３２６に結合されて、水槽構造体１３９内の水を、イオン交換膜電解セル１２に流入し、ガス流路システム１３０は、水素流入口１３２２を通して、イオン交換膜電解セル１２によって発生された水素を含むガスを受け入れる。
【００３４】
本発明のイオン交換膜電解装置１は、一体型流路装置１３の既定の（ｐｒｅａｒｒａｎｇｅｄ）取付構造体によって、各装置を、装置１内に固定し、それによりイオン交換膜電解装置１の空間的構造が、組付け中に、一層明確になる。同時に、ガスと液体は、２装置間の更なる配管なしに、取付構造体中の複数の既定流路を通り、移送される。更に、複数の流路は、機能上独立する又は関連するパイプラインを一体化するために、水流路システム及びガス流路システムに合流され、その結果、ホース又はワイヤ状のパイプラインを減少させて、パイプラインの絡まりや誤接続を回避できる。また、配管の費用を節約でき、従来技術での隠れたパイプラインが落下する危険を回避でき、その結果、水漏れや気体漏れの可能性を低減できる。更に重要なことには、各機能上独立した装置が、一体型流路装置１３を通して一体化されて、空間利用を最適化する。
【００３５】
図４及び図５を参照されたい。図４は、本発明の一実施形態によるイオン交換膜電解セル１２を示す模式図である。図５は、本発明の一実施形態によるイオン交換膜電解セル１２を示す断面図である。イオン交換膜電解セル１２は、第１面Ｓ１、水素流出管１２２、酸素流出管１２４、及び水流入管１２６を有し、水素流出管１２２、酸素流出管１２４及び水流入管１２６は、第１面Ｓ１に位置し、第１取付構造体１３２の酸素流入口、水素流入口及び水流出口に其々結合される。酸素流出管１２４及び水素流出管１２２は、其々、酸素を含むガス及び水素を含むガスを、第１面Ｓ１のイオン交換膜電解セル１２から、酸素流入口及び水素流入口に流出し、次に、酸素を含むガス及び水素を含むガスは、其々、酸素流入口及び水素流入口を通り、ガス流路システム１３０及び水流路システム１３１に入り、酸素流入口は、水槽構造体１３９と結合される。イオン交換膜電解セル１２の水流入管１２６は、水を流入するために、第１面Ｓ１から水槽構造体１３９の水流出口と結合される。酸素流出管１２４、水素流出管１２２及び水流入管１２６の方向は、第１面Ｓ１（本実施形態の陽極の方向のような）に限定されず、また、同時に、第２面Ｓ２（本実施形態の陰極の方向のような）から流出されてもよい。
【００３６】
図５に示されたように、イオン交換膜電解セル１２は、イオン交換膜１２０、陰極室１２１及び陽極室１２３を含む。陰極室１２１は、陰極電極１２１０を含み、陽極室１２３は、陽極電極１２３０を含み、イオン交換膜１２０は、陰極室１２１と陽極室１２３との間に配設される。イオン交換膜電解セル１２が水を電解すると、陰極電極１２１０は、水素ガスを発生させ、陽極電極１２３０は、酸素ガスを発生させる。一実施形態では、陽極室１２３は、水を収容し、陽極室１２３の水は、イオン交換膜１２０を更に通過して、陰極室１２１に入り得る。また、図５は、イオン交換膜電解セル１２の内部構造について説明するためだけの断面模式図であり、イオン交換膜電解セル１２の実際の内部構造図ではない。第２面Ｓ２及び陰極電極１２１０が位置する領域は、陰極室１２１と呼ばれ、第１面Ｓ１及び陽極電極１２３０が位置する領域は、陽極室１２３と呼ばれる。陰極室１２１と陽極室１２３の対応位置をより明確に表現するために、各室の位置は、図面において点線で示される。
【００３７】
図６、図７、図９Ａ、図９Ｂ及び図１１を参照されたい。図６は、図２によるイオン交換膜電解装置１を示す断面図である。図７は、別の視点の、図６によるイオン交換膜電解装置１を示す断面図である。図９Ａ及び図９Ｂは、本発明の異なる実施形態による一体型流路装置１３の異なる実施形態を示す断面図である。図１１は、別の断面の深さの、図６によるイオン交換膜電解装置１を示す部分断面図である。一実施形態では、一体型流路装置１３は、該装置に位置する第２収容構造体１３４を更に有する。第２収容構造体１３４は、ガス流路システム１３０を通して第１取付構造体１３２に結合されて、イオン交換膜電解セル１２によって発生された水素を含むガスを受け入れ、水素を含むガスの液水を保持し、その後ガス流路システム１３０の第１流路１３４６を通して水素を含むガスを流出する。
【００３８】
第２収容構造体１３４は、ガス流路システム１３０の水素流入口１３２２を通して水素流出管１２２と連通して、イオン交換膜電解セル１２によって発生された水素を含むガスを受け入れる。第２収容構造体１３４内の温度が、イオン交換膜電解セル１２内の温度より低いため、水素を含むガスにおける湿気は、第２収容構造体１３４内の液水に容易に凝縮される。液水は、第２収容構造体１３４の下部空間へと滑り落ち、下部空間に留まり、水素を含む分離されたガスは、ガス流路システム１３０の第１流路１３４６を通して第３収容構造体１３６に流出される。第１流路１３４６は、液水が第１流路１３４６に流入するのを防止するために、第２収容構造体１３４の上端部に配設できる。従って、第２収容構造体１３４は、ガスと液体を分離できる。
【００３９】
一実施形態では、第２収容構造体１３４は、浮き１４４を収容する。浮き１４４は、液水が第２収容構造体１３４に収容されるにつれて、上昇する。第２収容構造体１３４に収容された液水が、水位に達すると、浮き１４４は、第２収容構造体１３４が、第１流路１３４６の流出口１３４４と連通するのを遮断して、水素を含むガスが、第１流路１３４６を通過するのを遮断する。実際の適用に際しては、浮き１４４は、水によって上昇されるプラスチック製中空柱とできる。また、第２収容構造体１３４は、第２収容構造体１３４の下部に、流路口を有する。該流路口は、第２収容構造体１３４によって収容された液水を、イオン交換膜電解装置１の外に流せるように構成される。第２収容構造体１３４内の水位が低いと、浮き１４４は、浮上せず、外気が流路口を通り第２収容構造体１３４に流入しないように、且つ水素を含むガスが流路口を通りイオン交換膜電解装置１から流出しないように、流路口を遮断する。
【００４０】
別の実施形態では、第２収容構造体１３４は、一体型流路装置１３の流出口１３４４上に配設されるばね弁１４６を収容する。第２収容構造体１３４は、流出口１３４４を通して第１流路１３４６に接続される。ガスの圧力が圧力閾値に到達しなければ、ばね弁１４６は、第２収容構造体１３４内のガスが、流出口１３４４を通過して第１流路１３４６に入るのを遮断する。第２収容構造体１３４内の水素を含むガスのガス圧力が、圧力閾値に到達すると、ばね弁１４６は、水素を含むガスによって開弁される。その結果、ばね弁１４６は、開弁されて、第２収容構造体１３４と第１流路１３４６を接続し、それにより水素を含むガスが、第１流路１３４６に入るようにする。その際、圧力閾値は、周囲のガス圧力より高く、第１流路１３４６内のガス圧力より高い。ばね弁１４６の構成によって、水素を含むガスが、ガス水分離器１４内に残る時間を延長でき、ガスと水を分離する効率を高められる。更にまた、ばね弁１４６は、外気が、ガス補充ファン１５によって一体型流路装置１３に引込まれた後、第１流路１３４６に沿って第２収容構造体１３４へと逆流入するのを防止できる。  
【００４１】
上記実施形態では、ガスと水を分離する機能は、浮き１４４及びばね弁１４６を収容するための第２収容構造体１３４の設計によって達成される。しかしながら、第２収容構造体１３４は、ガスと水を分離する機能を有する装置も直接収容できる。別の実施形態では、一体型流路装置１３は、ガス水分離器１４を収容するための第２収容構造体１３４を更に含む。ガス水分離器１４は、ガス流路システム１３０を通して第１取付構造体１３２と連通して、イオン交換膜電解セル１２によって発生された水素を含むガスを受け入れ、水素を含むガスの液水を保持し、その後ガス流路システム１３０の第１流路１３４６を通して水素を含むガスを流出する。ガス水分離器１４の機能は、第２収容構造体１３４の機能と同じである。つまり、本発明のガス水分離器１４は、前述した実施形態において第２収容構造体１３４のガスと水を分離する機能を実行するために、第２収容構造体１３４に設置されることもできる。本発明の明細書では、ガス水分離器１４と第２収容構造体１３４の使用は、合理的な方法で容易に交換可能である。その一方で、水素流入口１３２２、流出穴１３４４、第１流路１３４６、水槽構造体１３９、及び複数の取付構造体を含む一体型流路装置１３を一体化することによって、これらの装置は、更なるパイプライン無しに、互いに接続できる。
【００４２】
図７、図９Ａ、図９Ｂ及び図１０を参照されたい。図１０は、別の視点の、本発明の一実施形態によるフィルタ１６を示す模式図である。一実施形態では、一体型流路装置１３は、第３収容構造体１３６を更に含む。第３収容構造体１３６は、ガス流路システム１３０を通して、第１取付構造体１３２及び第２収容構造体１３４に結合される。イオン交換膜電解装置１は、第３収容構造体１３６内に着脱可能に固着されるフィルタ１６を更に含む。フィルタ１６は、ガス流路システム１３０を通して水素を含むガスを受け入れ、ガス流路システム１３０を通して水素を含むガスを流出する。フィルタ１６の下部に構成されたフィルタ流入口１６２は、一体型流路装置１３の第１流路１３４６から、水素を含むガスを受け入れる。水素を含むガスは、フィルタ１６の内側フィルタを一方向に通過して、濾過され、その後、濾過された水素を含むガスは、フィルタ流出口１６４の上部から噴霧器１８に移送される。
【００４３】
濾過された水素を含むガスは、ガス流路システム１３０の第３流路１３６８と連通  する噴霧器１８のビア（ｖｉａ）に移送される。一実施形態では、イオン交換膜電解装置１の一体型流路装置１３は、該装置の上に配設される上部カバー１３３を更に含む。幾つかの実施形態では、第３流路１３６８は、上部カバー１３３の一部とすることもできる。
【００４４】
図２、図９Ａ及び図１２を参照されたい。図１２は、本発明の一実施形態によるガス補充ファン１５を示す模式図である。一実施形態では、一体型流路装置１３は、一体型流路装置１３内に位置する第５収容構造体１３５を更に含む。第５収容構造体１３５は、ガス流路システム１３０を通して、第１取付構造体１３２、第２収容構造体１３４及び第３収容構造体１３６に接続される。イオン交換膜電解装置１は、第５収容構造体１３５に着脱可能に固着されるガス補充ファン１５を更に含む。ガス補充ファン１５は、外気を、イオン交換膜電解装置１の外部から導入し、その外気をガス補充ファン１５のガス補充ファン口から、第２流路１３５２に流入するように構成される。一実施形態では、第２流路１３５２は、第３収容構造体１３６に繋がり、それにより第３収容構造体１３６は、外気を受け入れ、その外気を、水素を含むガスと混合した後に、濾過後に希釈された水素を含むガスを流出するために、フィルタ１６に入れる。別の実施形態では、第２流路１３５２は、第３流路１３６８に繋がり、外気は、水素を含むガスと混合して、濾過後に希釈された水素を含むガスを生成する。上記２つの実施形態では、希釈された水素を含むガスの水素の濃度は、人間が吸い込み始めるのに適する、４％に調整できる。
【００４５】
第１流路１３４６及び第２流路１３５２を含む一体型流路装置１３を一体化することによって、第３収容構造体１３６、第２収容構造体１３４、フィルタ１６及びガス補充ファン１５は、更なるパイプライン無しに、互いに接続される。
【００４６】
図７及び図８を参照されたい。図７は、別の視点の、図６によるイオン交換膜電解装置を示す断面図である。図８は、本発明の一実施形態による噴霧器を示す模式図である。一実施形態では、複数の取付構造体は、第４取付構造体１３８を更に含む。第４取付構造体１３８は、ガス流路システム１３０を通して、第３収容構造体１３６、第１取付構造体１３２及び第５収容構造体１３５と結合される。イオン交換膜電解装置１は、第４取付構造体１３８内に着脱可能に固着される噴霧器１８を更に含む。噴霧器１８は、フィルタ１６から、ガス流路システム１３０の第３流路１３６８を通して、水素を含むガスを受け入れる。噴霧器１８は、選択的に噴霧用ガスを発生させ、噴霧器１８の流出口１８８を通して、希釈された水素を含むガス及び噴霧用ガスを流出する。
【００４７】
噴霧器１８は、被噴霧液体１８２を噴霧用ガスに噴霧化するために、該被噴霧液体１８２を収容する。噴霧器１８は、綿カラム１８４及び微多孔質振動板１８５を含む。綿カラム１８４の片端部は、被噴霧液体１８２を吸収して、綿カラム１８４全体を湿潤させるために、被噴霧液体１８２に浸される。微多孔質振動板１８５は、綿カラム１８４の他端部を囲んで、綿カラム１８４を振動させて、噴霧用ガスを発生させる。その際、噴霧器１８の最大噴霧量は、２０ｍｌ／時間以上である。更に、噴霧用ガスは、水素を含むガスと混合して、健康に良いガスを生成できる。健康に良いガスは、  ユーザが吸入するために、流出口１８８から流出される。
【００４８】
第３流路１３６８を含む一体型流路装置１３を一体化することによって、第３収容構造体１３６、フィルタ１６及び噴霧器１８は、更なるパイプライン無しで互いに接続される。図３Ａ、図３Ｂ、図５及び図６を参照されたい。図６は、図２によるイオン交換膜電解装置を示す断面図である。一実施形態では、第１取付構造体は、ガス流路システム１３０及び水流路システム１３１と其々接続される水素流入口１３２２、酸素流入口１３２４及び水流出口１３２６を有する。酸素流入口１３２４及び水流出口１３２６は、水流路システム１３１を通して水槽構造体１３９と接続され、水素流入口１３２２は、ガス流路システム１３０を通して第２収容構造体１３４と接続される。
【００４９】
その際、イオン交換膜電解セル１２は、水素流入口１３２２に結合される水素流出管１２２、酸素流入口１３２４に結合される酸素流出管１２４、及び水流出口１３２６に結合される水流入管１２５を含む。また、イオン交換膜電解セル１２は、水が電解される際に、熱エネルギを有する酸素を含むガスも発生させる。一体型流路装置１３は、予熱シンク構造体１３７を、更に含み、該構造体１３７は、水流路システム１３１に接続され、水流路システム１３１を通して水槽構造体１３９及び第１取付構造体１３２に接続されて、イオン交換膜電解セル１２と結合される。予熱シンク構造体１３７は、水槽構造体１３９内の水を受け入れ、該水を、水流出口１３２６を通して、イオン交換膜電解セル１２に補給する。予熱シンク構造体１３７は、酸素流入口１３２４を通して熱エネルギを有する酸素を含むガスを受け入れる。酸素流出管１２４は、水流路システム１３１を通して酸素流入口１３２４に結合される。イオン交換膜電解セル１２の水流入管１２６は、第１取付構造体１３２の水流出口を通して、水流出口１３２６に結合される。一体型流路装置１３は、水補充流入口１３２８と水槽構造体１３９との間に結合される長尺の水槽流路１３７９を更に有する。水槽構造体１３９の水は、順次、水槽流路１３７９と水補充流入口１３２８を通り流れて、予熱シンク構造体１３７に到達する。予熱シンク構造体１３７内に含まれた水が、イオン交換膜電解セル１２に流れ込むことによって減少すると、水槽構造体１３９の水は、予熱シンク構造体１３７に補給される。酸素流入口１３２４は、イオン交換膜電解セル１２によって生成された酸素を含むガス及び熱エネルギを受け入れるように、構成される。熱エネルギは、予熱シンク構造体１３７内で循環し、それにより予熱シンク構造体１３７内の水温は、短時間で、水槽構造体１３９の水温より高くなる。予熱シンク構造体１３７は、水を、水流出口１３２６を通して、イオン交換膜電解セル１２に流出し、それによりイオン交換膜電解セル１２が水を電解した後に、予熱シンク構造体１３７内の高温の水が、イオン交換膜電解セル１２に補給される。イオン交換膜電解セル１２は、適切な高温で水を電解すると、より高い電解効率を有するため、予熱シンク構造体１３７を設けることにより、イオン交換膜電解セル１２の電解効率を急速に高められる。一体型流路装置１３、水素流入口１３２２、酸素流入口１３２４、水補充流入口１３２８及び水流出口１３２６を用いて、複数の装置は、更なるパイプライン無しに、互いに接続される。
【００５０】
図３Ｂ及び図１５を参照されたい。図１５は、本発明のイオン交換膜電解装置１の断面図を示している。一体型流路装置１３は、酸素放出管１３７８を更に含み、該酸素放出管１３７８は、水流路システム１３１の酸素流入口１３２４上方に配設され、水槽構造体１３９に結合される。酸素放出管１３７８の片端部は、水槽構造体１３９において水面から突出しており、酸素を含むガスは、水槽構造体１３９を通り、酸素放出管１３７８を通して、大気に放出される。一実施形態では、水槽構造体１３９は、イオン交換膜電解セル１２と同じ高さにチャンバを形成するように延在し、酸素流入口１３２４から流入された酸素を含むガスは、該チャンバに導入される。該チャンバは、酸素放出管１３７８と連通し、酸素放出管１３７８は、上方向に、水槽構造体１３９内の水位より上に延在する。酸素を含むガスが該チャンバに導入されると、酸素を含むガスは、酸素放出管１３７８を通して大気に放出される。
【００５１】
更に、水槽構造体１３９、予熱シンク構造体１３７、第１取付構造体１３２、第２収容構造体１３４、第５収容構造体１３５、水流路システム１３１及びガス流路システム１３０は、一体的に形成されて、一体型流路装置１３を形成する。従って、一体型流路装置１３は、一片体で一体的に形成できる、又は部分的に一体化できる。一実施形態では、第５収容構造体１３５は、上部カバー１３３上に形成され、上部カバー１３３は、一体型流路装置１３の残りの部品から独立している。上述された一体型流路装置１３の残りの部品及び構造体は、主要構造体を形成するように一体的に形成され、それにより一体型流路装置１３は、上部カバー１３３と主要構造体に僅かに分割できる。その結果、ユーザが水槽構造体１３９に水を補給するのに有利となり、水流路システム１３１及び気体流路システム１３０の構造体も、それ程影響を受けない。
【００５２】
その際、上記の取付構造体は、嵌着用開口部、嵌着用穴、嵌着用管部、嵌着用カセット又は嵌着用クリップを其々有する。イオン交換膜電解装置１では、イオン交換膜電解セル１２は、一体型流路装置１３の酸素流入口１３２４及び水流出口１３２６に、嵌着式で、接続される。ガス補充ファン１５、イオン交換膜電解セル１２、フィルタ１６及びガス水分離器１４は、一体型流路装置１３のガス流路に嵌着される。単純なカセット又は適当な立体構造体は、一体型流路装置１３又は上述した残りの部品内に、該残りの部品の一体型流路装置１３への嵌着を容易にするように、設計できる
【００５３】
図２及び図１３を参照されたい。図１３は、本発明の一実施形態による冷却用ファン１７を示す模式図である。本発明のイオン交換膜電解装置１は、一体型流路装置１３上に配設される冷却用ファン１７を含み、冷却用ファン１７は、外気を、冷却用ファン口１７２からイオン交換膜電解セル１２を通り流れるようにする。従って、イオン交換膜電解セル１２は、温度が高くなり過ぎたり、危険になったりするのを防止できる。実際には、イオン交換膜電解装置１は、上記の装置及び効果を含むが、それでもイオン交換膜電解装置１の最大使用電力は、２４０Ｗ未満である。
【００５４】
図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１４Ｃを参照されたい。図１４Ａは、本発明の一実施形態による一体型流路装置を示す配置構造の模式図である。図１４Ｂは、本発明の一実施形態によるイオン交換膜電解装置を示す装置関係の模式図である。図１４Ｃは、本発明の一実施形態によるイオン交換膜電解装置を示す装置関係の模式図である。一般に、一体型流路装置１３は、互いに連通する複数の取付構造体と流路を含む。水槽構造体１３９は、水槽流路１３７９、水流出口１３２６及び酸素流入口１３２４を通して、第１取付構造体１３２と連通する。第１取付構造体１３２は、水素流入口１３２２を通して、第２収容構造体１３４と連通する。第２収容構造体１３４は、第１流路１３４６を通して、第３収容構造体１３６と連通する。第５収容構造体１３５は、第２流路１３５２を通して、第３収容構造体１３６と連通する。第３収容構造体１３６は、第３流路１３６８を通して、第４取付構造体１３８と連通する。
【００５５】
以下の様々な装置は、一体型流路装置１３に組み込まれて、本発明のイオン交換膜電解装置１のプロトタイプを形成する。イオン交換膜電解セル１２によって発生された酸素を含むガスは、酸素流出管１２４から、一体型流路装置１３の酸素流入口１３２４に流出され、その後、予熱シンク構造体１３７又は水槽構造体１３９に入り、大気に放出される。水槽構造体１３９の水は、予熱シンク構造体１３７内の水量を補うことができる。予熱シンク構造体１３７の水は、適温の水をイオン交換膜電解セル１２に供給するために、水流出口１３２６を通して、イオン交換膜電解セル１２に流出される。その一方で、イオン交換膜電解セル１２によって発生された水素を含むガスは、水素流出管１２２から流出されて、水素を含むガス中の液水を分離するために、ガス水分離器１４に入る。分離後の水素を含むガスは、第１流路１３４６を通して、第３収容構造体１３６に入り、ガス補充ファン１５によって導入される外気も、第２流路１３５２を通して第３収容構造体１３６に入る。２種類のガスの混合は、希釈された水素を含むガスを生成することと見なされ、該生成されたガスは、フィルタ１６に流入されて、濾過される。希釈された水素を含むガスは、濾過後、第３流路１３６８を通して、噴霧器１８に入り、噴霧器１８によって発生された噴霧用ガスと混合して、健康なガスを生成する。健康なガスは、ユーザが吸入するための流出口１８８から、流出される。ガスの流れ方向は、原則的に一方向の流れ方向のみである。
【００５６】
本発明の別の目的は、イオン交換膜電解セル１２、一体型流路装置１３及びガス補充ファン１５を含むイオン交換膜電解装置１を提供することである。イオン交換膜電解セル１２は、水を電解して、水素を含むガスと熱エネルギを有する酸素を含むガスを其々発生させるように構成される。ガス補充ファン１５は、外気を、イオン交換膜電解装置１から導入するように構成される。一体型流路装置１３は、水槽構造体１３９、予熱シンク構造体１３７、複数の取付構造体、水流路システム１３１、及び気体流路システム１３０を更に含む。水槽構造体１３９は、水をイオン交換膜電解セル１２に補給するために、予熱シンク構造体１３７を通して、イオン交換膜電解セル１２に接続される。水槽構造体１３９の相対的な位置は、イオン交換膜電解セル１２の位置よりも高くし、それにより水槽構造体１３９の水が、重力又は圧力差によって、イオン交換膜電解セル１２へと下方に送給されるようにする。予熱シンク構造体１３７は、酸素流入口（図示せず）、水補充流入口（図示せず）、及び水流出口１３２６を有し、水補充流入口は、水槽構造体１３９に接続されて、水槽構造体１３９内の水を受け入れ、水流出口１３２６は、予熱シンク構造体１３７の水を、イオン交換膜電解セル１２に流出する。酸素流入口は、イオン交換膜電解セル１２によって発生された酸素を含むガス及び熱エネルギを受け入れるように構成され、熱エネルギは、予熱シンク構造体１３７の水を加熱するように構成される。複数の取付構造体の第１取付構造体１３２は、その中にイオン交換膜電解セル１２を配設する。複数の取付構造体の第５収容構造体１３５は、その中にガス補充ファン１５を配設する。水流路システム１３１は、水槽構造体１３９及び予熱シンク構造体１３７と其々連通する複数の流路を含み、水を、予熱シンク構造体１３７からイオン交換膜電解セル１２に流入し、熱エネルギを有する酸素を含むガスを、イオン交換膜電解セル１２から冷却用ファン１７に流出する。ガス流路システム１３０は、複数の取付構造体と其々連通する複数の流路を含み、水素を含むガス及び外気を受け入れ、水素を含むガスと外気を混合して、希釈された水素を含むガスを生成する。希釈された水素を含むガスの水素濃度は、４％以下である。
【００５７】
別の実施形態では、本発明のイオン交換膜電解装置１は、イオン交換膜電解セル１２及び一体型流路装置１３を含む。イオン交換膜電解セル１２は、水を電解して、水素を含むガスと酸素を含むガスを発生させるように構成される。一体型流路装置１３は、一体的に形成され、水槽構造体１３９、第１取付構造体１３２、水流路システム１３１、ガス流路システム１３０、第５収容構造体１３５、及び予熱シンク構造体１３７を更に含む。水槽構造体１３９は、水を収容するように構成される。第１取付構造体１３２は、水素流入口１３２２、酸素流入口１３２４、及び水流出口１３２６を有する。第１取付構造体１３２は、イオン交換膜電解セル１２を一体型流路装置１３に着脱可能に固定するように構成される。水流路システム１３１は、水槽構造体１３９及び第１取付構造体１３２と連通して、水を、水槽構造体１３９からイオン交換膜電解セル１２に流入させる。ガス流路システム１３０は、第１取付構造体１３２に結合されて、イオン交換膜電解セル１２によって発生された水素を含むガスを受け入れる。予熱シンク構造体１３７は、水槽構造体１３９及び第１取付構造体１３２に結合される。水槽構造体１３９の水は、予熱シンク構造体１３７及び第１取付構造体１３２の水流出口１３２６を通して、イオン交換膜電解セル１２に流入できる。水槽構造体１３９は、水流路システム１３１及び予熱シンク構造体１３７によって、水流出口１３２６に結合される。ガス流路システム１３０は、水素流入口１３２２を通して、イオン交換膜電解セル１２によって発生された水素を含むガスを受け入れる。イオン交換膜電解装置１は、水素を含むガスと混合されて、第１混合ガスを発生させる外気を導入するための、第５収容構造体１３５に着脱可能に固着されるガス補充ファン１５を、更に含む。イオン交換膜電解装置１は、水槽構造体１３９に延入する噴霧器１８を更に含む。噴霧器１８は、噴霧用ガスを選択的に発生させ、第１混合ガスを受け入れた後に、第１混合ガスを噴霧用ガスと混合して、水素を含む噴霧用ガスを流出する。イオン交換膜電解装置１は、操作パネルを含む。ユーザは、操作パネルによって、イオン交換膜電解装置１から流出される水素を含むガスの総量を調整できる。一実施形態では、イオン交換膜電解装置１の体積は、１５リットル未満であり、イオン交換膜電解装置１の最大使用電力は、２４０Ｗ未満である。この実施形態における水素を含む噴霧用ガスの流出総量は、２Ｌ／分〜６Ｌ／分、例えば、２Ｌ／分、４Ｌ／分又は６Ｌ／分に設定できる。イオン交換膜電解装置１は、操作パネルによって、流出される水素を含むガスの濃度を、４％以下に調整できる。
【００５８】
別の実施形態では、本発明のイオン交換膜電解装置１は、イオン交換膜電解セル１２、一体型流路装置１３、及び噴霧器１８を含む。イオン交換膜電解セル１２は、水を電解して、水素を含むガスを発生するように、構成される。一体型流路装置１３は、水槽構造体１３９、複数の取付構造体、及び水流路システム１３１を更に含む。水槽構造体１３９は、水をイオン交換膜電解セル１２に補給するために、イオン交換膜電解セル１２と連通状態にある。複数の取付構造体の第１取付構造体１３２は、該構造体内にイオン交換膜電解セル１２を着脱可能に係止する。複数の取付構造体の第４取付構造体１３８は、該構造体内に噴霧器１８を着脱可能に保持する。水流路システム１３１は、水槽構造体１３９内の水をイオン交換膜電解セル１２に補給するために、水槽構造体１３９と其々連通する複数の流路を含む。ガス流路システム１３０は、水素を含むガスを噴霧器１８に搬送する。噴霧器１８は、イオン交換膜電解セル１２に結合されて、水素を含むガスを受け入れる。噴霧器１８は、噴霧用ガスを発生させるように構成される。水素を含むガスは、噴霧用ガスと混合されて、健康なガスを生成する。健康なガスは、噴霧器１８の流出口１８８を介して流出される。噴霧器１８から流出された健康なガスの水素濃度は、９９％以上である。
【００５９】
別の実施形態では、本発明のイオン交換膜電解装置１は、水を電解して、水素を含むガスと酸素を含むガスを発生させるように構成されるイオン交換膜電解セル１２を含む。また、イオン交換膜電解装置１は、一体的に形成された一体型流路装置１３、水槽構造体１３９、第１取付構造体１３２、水流路システム１３１、及びガス流路システム１３０も含む。水槽構造体１３９は、水を収容するように構成される。第１取付構造体１３２は、イオン交換膜電解セル１２を、一体型流路装置１３に着脱可能に固定するように構成される。水流路システム１３１は、水槽構造体１３９及び第１取付構造体１３２と連通して、水を、水槽構造体１３９からイオン交換膜電解セル１２に流入する。ガス流路システム１３０は、第１取付構造体１３２と結合されて、イオン交換膜電解セル１２によって発生された水素を含むガスを受け入れる。第１取付構造体１３２は、水素流入口１３２２、酸素流入口１３２４、及び水流出口１３２６を有する。水槽構造体１３９は、水流路システム１３１及び予熱シンク構造体１３７を通して、水流出口１３２６に結合される。ガス流路システム１３０は、イオン交換膜電解セル１２によって発生された水素を含むガスを、水素流入口１３２２を通して受け入れる。イオン交換膜電解セル１２は、上部カバー１３３及び噴霧器１８を更に含む。上部カバー１３３は、水槽構造体１３９上に配設される。上部カバー１３３は、第４取付構造体１３８を更に有する。噴霧器１８は、第４取付構造体１３８に着脱可能に固着され、水槽構造体１３９に延入する。噴霧器１８は、噴霧用ガスを選択的に発生させ、水素を含むガスを受け入れた後に、水素を含むガスは、噴霧用ガスと混合されて、水素を含む噴霧用ガスを流出する。イオン交換膜電解装置１の体積は、１３Ｌ未満であり、イオン交換膜電解装置１の最大使用電力は、４００Ｗ未満である。この実施形態における水素を含むガスの流出総量は、４００ｍＬ／分〜６００ｍＬ／分である。例えば、該総量は、４００ｍＬ／分、５００ｍＬ／分、又は６００ｍＬ／分で設定できる。イオン交換膜電解装置１は、水素を含むガスの水素濃度が９９％以上となるように、  操作パネルによって調整できる。
【００６０】
要約すれば、ガス流路システムは、イオン交換膜電解装置において水素を、イオン交換膜電解セル、フィルタ、噴霧器、及びガス補充ファン等の、各取付構造体内にある各装置に移送するための第１流路、第２流路、第３流路、及び水素流入口を有する。水流路システムは、水槽構造体をイオン交換膜電解セルと接続するための、水槽流路、水補充流入口、水流出口及び酸素流入口を有する。ガス流路システム及び水流路システムの設計が、更なるパイプラインに取って代わり、その結果、イオン交換膜電解装置がこれらの経路を通して各取付構造体と連通して、生産プロセスでの配管を簡素化でき、パイプ消耗品や労働コストを低減する。取付構造体の予約空間により、イオン交換膜電解セル、フィルタ、噴霧器、及びガス補充ファン等の、一体型流路装置に対する他の装置を、助け易くなり、それにより該装置は、イオン交換膜電解装置において安定して配設できる。更に重要なことには、一体型流路装置は、イオン交換膜電解装置の複雑なパイプラインを一体化して、イオン交換膜電解装置のための予約空間を減少させ、空間利用を最適化し、水漏れやガス漏れの可能性を低減して、イオン交換膜電解装置の運転安全性を向上する。
【００６１】
従来技術と比較すると、一体型流路装置は、様々な部品間でガス通路又は水通路を導き、更なるパイプ接続を回避し、独立した装置及びパイプを機能的に一体化して空間利用を最適化し、製造コストを低減し、イオン交換膜電解装置の運転安全性や組立の直観性を向上する。また、予熱シンク構造体の水は、イオン交換膜電解セルによって発生された熱エネルギを受け入れ、高温水は、イオン交換膜電解セルに送られ、それによりイオン交換膜電解セルの水は、適切な運転温度で維持され、その結果、電解効率を向上させる。同時に、ガス流路システム及び水流路システムは、各取付構造体間に、ガスや液体を移送するために、予め取付られる。従って、装置間にパイプラインを更に接続する必要がなく、それによりホース又はワイヤ状パイプラインが減少して、パイプラインによる空間の占領やパイプラインの絡まり又は誤接続を回避でき、配管の費用も節約される。また、従来技術での隠れたパイプラインが落下する危険は、回避され、その結果、水漏れ又は気体漏れの可能性は、低減される。更に重要なことには、各機能上独立した装置が、一体型流路装置を通して一体化されて、空間利用を最適化する。従って、本発明は、イオン交換膜電解装置の設計、製造、設置又はメンテナンスを容易にし、且つ更なる配管を抑制する。上述された実施例及び説明で、本発明の特徴及び趣旨について、願わくば上手く記述されたものとしたい。更に重要なことには、本発明は、本明細書に記載された実施形態に限定されない。当業者は、本発明の教示を心に留めながら、本装置に関して多数の変形や変更がなされ得ることに、容易に気付くであろう。よって、以上の開示は、付記されたクレームの境界及び範囲（ｍｅｔｅｓ  ａｎｄ  ｂｏｕｎｄｓ）によってのみ限定されると解釈されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【外国語明細書】
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