(57)【要約】      （修正有）【課題】水電解装置の体積を低減させ、かつ十分な水素気体生成を維持する水電解装置を提供する。【解決手段】水電解装置は、膜型電解器１２、空気供給管１１、及び空気ポンプ１３を含む。電解器１２は、イオン交換膜及び陰極室を含む。陰極電極は陰極室中に構成される。陰極は、電解器１２による水の電気分解中に水素気体を発生させる。空気ポンプ１３は、空気を吸入すると共に導管により空気供給管１１に接続される。前進角が導管と空気供給管１１との間に形成され、導管から空気供給管中に空気を案内して空気供給管中で水素濃度を希釈させる。水電解装置の体積は８.５リットルであり、水電解装置の水素気体発生率は１２０ｍｌ／分〜６００ｍｌ／分の範囲である。【選択図】図６
2019039071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水電解装置であって:
水の電気分解中に水素気体を発生させる陰極を備えた電解器;
前記電解器により発生された水素気体を受容する、空気供給インターフェースを備えた空気供給管;
導管を備えた空気を吸引する空気ポンプであって、前記導管は前記空気供給管の前記空気供給インターフェースに結合されて空気を受容して水素気体を希釈させ、前記空気供給インターフェースと前記空気供給管との間の前進角は９０度未満である、空気ポンプ;及び
前記空気供給管に結合されて希釈済み水素気体を受容する霧状／揮発性気体混合槽であって、霧状気体を選択的に発生させてそれを希釈済み水素気体と混合させることにより健康に有益な気体を形成し、霧状気体は水蒸気、霧状化薬または揮発性芳香油である、霧状／揮発性気体混合槽を備える水電解装置。
【請求項２】
前記空気供給管は第１の流動方向を有し、前記空気供給インターフェースは第２の流動方向を有し、前記第１の流動方向は前記水電解装置の上側部分に向き、前記第２の流動方向は前記空気供給管に向き、前記前進角は前記第１の流動方向と前記第２の流動方向との間に形成される、請求項１に記載の水電解装置。
【請求項３】
前記前進角の範囲は２５〜４５度であり、前記前進角を成す前記接続位置の形状は円弧状前進角とされる、請求項２に記載の水電解装置。
【請求項４】
前記電解器は陽極室及び酸素出力管を更に備え、前記陽極室は陽極、陽極封止板、陽極導電板及び陽極外板を備え;前記電解器が水を電気分解すると、前記陽極室は酸素気体を発生させ;前記酸素出力管は酸素気体を出力させるように構成され;前記酸素出力管は前記陽極外板、前記陽極導電板及び前記陽極封止板を貫通する、請求項１に記載の水電解装置。
【請求項５】
前記電解器は陰極室及び水素出力管を更に備え;前記水素出力管は水素気体を出力させるように構成され;前記陰極室は陰極、陰極封止板及び陰極導電板を備え;前記水素出力管は前記陽極外板、前記陽極導電板、前記陽極封止板及び前記陰極封止板を貫通し、酸素気体及び水素気体は電解器の同一側で出力される、請求項４に記載の水電解装置。
【請求項６】
前記電解器は水供給配管を更に備え;該水供給配管は前記陽極外板、前記陽極導電板及び前記陽極封止板上に構成されてこれらを貫通して前記陽極室及び水槽を接続し;前記水槽からの水は前記水供給配管を通って前記陽極室に流入して前記陽極室中の水を補給する、請求項４に記載の水電解装置。
【請求項７】
水位検出装置を更に備え;該水位検出装置は前記水槽の外側に構成されて前記水槽中の水量を検出する、請求項６に記載の水電解装置。
【請求項８】
前記空気ポンプが前記空気供給管中に空気を案内するように前記水電解装置の外部環境から空気を吸引するファンを更に備える、請求項１に記載の水電解装置。
【請求項９】
前記空気供給管に接続されて前記空気供給管中の水素気体体積濃度が第１の所定値〜第２の所定値の範囲内にあるかどうかを検出する水素濃度検出器であって;検出した水素気体体積濃度が前記第１の所定値よりも高いとき第１の警告信号を発生する、水素濃度検出器;及び
前記水素濃度検出器、前記空気ポンプ及び前記電解器に結合された制御器であって、前記第１の警告信号を受信すると起動指令を発生して前記空気ポンプを始動させる、制御器を更に備える、請求項１に記載の水電解装置。
【請求項１０】
前記水素濃度検出器は検出した水素体積濃度が前記第２の所定値よりも高いとき第２の警告信号を発生し;前記制御器は前記第２の警告信号を受信すると停止指令を発生して前記イオン交換膜型電解器を停止させる、請求項９に記載の水電解装置。
【請求項１１】
前記第１の所定値は４％であり、前記第２の所定値は６％であり、その範囲は４％〜６％である、請求項１０に記載の水電解装置。
【請求項１２】
電源を更に備え;該電源は高電力出力部部及び低電力出力部を備え、該低電力出力部により出力される電力は前記高電力出力部により出力される電力の半分以下である、請求項１に記載の水電解装置。
【請求項１３】
前記高電力出力部は第１の電圧及び第１の電流を出力し、前記低電力出力部は第２の電圧及び第２の電流を出力し、前記第１の電圧は前記第２の電圧未満であり、前記第１の電流は前記第２の電流よりも大きい、請求項１２に記載の水電解装置。
【請求項１４】
水電解装置であって:
操作盤;
水の電気分解中に水素気体を発生させる陰極を備えた電解器;
前記電解器により発生された水素気体を受容する空気供給管;及び
空気を吸引する空気ポンプであって、前記空気供給管の前記空気供給インターフェースに結合されて水素気体を希釈させる、空気ポンプ;
を備え、
水電解装置の体積は８.５Ｌ未満であり、前記操作盤は前記水電解装置の水素発生率を選択的に調節するように構成される水電解装置。
【請求項１５】
ケースを更に備え、該ケースは基部及び側壁を備え、前記電解器は前記ケースの非中央位置に構成され、前記水電解装置の水素発生率は１２０ｍｌ／分〜６００ｍｌ／分である、請求項１４に記載の水電解装置
【請求項１６】
前記電解器は第１の側部、第２の側部、イオン交換膜、陽極、酸素出力管及び水素出力管を更に備え、前記イオン交換膜は前記陽極と前記陰極との間に構成され、前記電解器が水を電気分解すると前記水素出力管は水素気体を出力させ;前記陽極は酸素気体を発生させて前記酸素出力管が酸素気体を出力させ、前記第１の側部は前記側壁の近傍にあり、酸素気体及び水素気体は前記電解器の前記第２の側部から出力される、請求項１５に記載の水電解装置。
【請求項１７】
前記陽極は前記イオン交換膜と前記第２の側部との間に構成され、前記陰極は前記イオン交換膜と前記第１の側部との間に構成され、前記酸素出力管は前記イオン交換膜と前記第２の側部との間の位置から前記第２の側部に延在して前記第２の側部を貫通し、前記水素出力管は前記イオン交換膜と前記第１の側部との間の位置から前記第２の側部に延在して前記第２の側部を貫通する、請求項１６に記載の水電解装置。
【請求項１８】
前記陽極は前記イオン交換膜と前記第１の側部との間に構成され、前記陰極は前記イオン交換膜と前記第２の側部との間に構成され、前記水素出力管は前記イオン交換膜と前記第２の側部との間の位置から前記第２の側部に延在して前記第２の側部を貫通し、前記酸素出力管は前記イオン交換膜と前記第１の側部との間の位置から前記第２の側部に延在して前記第２の側部を貫通する、請求項１６に記載の水電解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水電解装置に関し、より具体的には、導管により空気供給管に接続された空気ポンプ及び導管と空気供給管との間に形成され前進角を有する水電解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人々がより多くの関心を健康状態に向けるようになっている中で、医療技術の開発の多くは人間寿命の長寿化に向けた病気の治及を目標とすることが多い。これまでの治療の大部分は受動的であり；すなわち、病気は、起きてから初めて治療され、治療には、手術、投薬治療、放射線療法、または場合によっては癌に対する医療措置が含まれ得る。しかし、近年では、医療専門家による研究の大部分は、健康食品、検診及び遺伝病の防止等の、予防医療法に徐々に向けられつつあり、これにより将来の疾病の発生は積極的に防止されることになる。更に、長寿化への関心から、スキンケア製品及び酸化防止食品／薬剤等の、多くの抗老化及び酸化防止技術が徐々に開発され、一般の人々に採用されつつある。
【０００３】
研究により、人体中には遊離基としても公知である不安定酸素種（Ｏ＋）が存在することが見出されている。通常、疾病、食餌療法、環境及び個人の生活様式に起因して生成される遊離基は、吸入水素との反応により水の形態で排泄され得る。この方法により人体中の遊離基の量は低減可能であり、それにより身体状態は酸性からアルカリ性に回復され、酸化防止、抗老化及び美容健康効果の達成及び、慢性疾患の除去さえも可能となる。更に、高濃度の酸素を長期間に亘って吸入する必要のある患者は肺障害を経験することになり得ることを示す臨床実験も存在するが、こうした状態は水素の吸入によって回復する可能性もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水素の吸入効率を高めるために水素吸入時間を増大させるのは効率を向上させる上で有効な方法である。一般に、従来型水電解装置は比較的嵩高であるため、日常の活動中に従来型水電解装置の傍らで水素気体吸入に十分な時間を確保するのは難しい。したがって、睡眠時間中に水素気体を吸入することは有効な方法であろう。しかし、上述のように、従来型水電解装置は比較的嵩高であり、水電解装置の体積を如何に低減させて十分な水素気体生成を維持するかが解決されるべき課題である。
【０００５】
上述の健康管理に加えて、水素気体の利用は加熱または焼成用に酸素炎を発生させるために、または機関の炭素付着物等を除去するためにも使用され得る。一般に、水素気体は電解器中で水を電気分解することにより発生される;しかし、水の電解工程中には高温が容易に発生する。気体の爆発を回避するために、既存の水素酸素電解器はほとんどが空冷式であり;すなわち、冷却にファンが使用される。しかし、ファンに不具合が起きた場合には、水素酸素電解器の温度が上昇して気体爆発の危険に至る。更に、電気分解装置による水の電気分解後に発生した水素酸素混合気体には電解質が通常含まれており、人間による直接の吸入には適さない。同時に、電解工程中の電解質消費の問題も存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は電解器、空気供給管及び空気ポンプを含む水電解装置を提供する。電解器は陰極を含む。陰極は、電解器による水の電気分解中に水素気体を発生させる。空気供給管は、電解器により発生された水素気体を受容するように構成される。空気ポンプは、空気を吸引すると共に空気供給インターフェースを介して空気供給管と接続され、空気供給管中で水素濃度を希釈する。空気供給管は空気供給インターフェースを含む。空気ポンプは導管を含む。前進角が空気供給インターフェースと空気供給管との間の接続位置に形成され、導管から空気供給管中に空気を案内する。
【０００７】
本発明の一実施形態では、空気供給管は第１の流動方向を有し、空気供給インターフェースは第２の流動方向を有する。第１の流動方向は水電解装置の上側部分に向いている。第２の流動方向は空気供給管に向いている。前進角が第１の流動方向と第２の流動方向との間に形成される。前進角の範囲は好ましくは２５〜４５度である。前進角を成す接続位置の形状は円弧状前進角とされる。
【０００８】
本発明の一実施形態では、電解器は陽極室及び酸素出力管を更に含む。陽極室は陽極、陽極封止板、陽極導電板及び陽極外板を含む。電解器による水の電気分解中に、陽極室は酸素気体を発生させる。酸素出力管は酸素気体を出力させるように構成される。酸素出力管は陽極外板、陽極導電板及び陽極封止板を貫通する。
【０００９】
本発明の一実施形態では、電解器は陰極室及び水素出力管を更に含む。水素出力管は水素気体を出力させるように構成される。陰極室は陰極、陰極封止板及び陰極導電板を含む。水素出力管は、陽極外板、陽極導電板、陽極封止板及び陰極封止板を貫通する。酸素気体及び水素気体はイオン交換膜型電解器の同一の側から出力される。
【００１０】
本発明の一実施形態では、電解器は水供給配管を更に含む。水供給配管は、陽極外板、陽極導電板及び陽極封止板を貫通して陽極室及び水槽を接続するように構成される。水槽からの水は、水供給配管を通って陽極室に流入して陽極室中の電解に係る水を補給する。
【００１１】
本発明の一実施形態では、水電解装置は水位検出装置を更に含む。水位検出装置は水槽の外側に構成されて水槽中の水量を検出する。
【００１２】
本発明の一実施形態では、水電解装置はファンを更に含む。ファンは水電解装置の外部環境から水電解装置中に空気を吸引し、空気ポンプがこの空気を吸引してそれを空気供給管中に案内する。
【００１３】
本発明の一実施形態では、水電解装置は水素濃度検出器を更に含み、この水素濃度検出器が空気供給管に接続されて空気供給管中の水素気体体積濃度が第１の所定値〜第２の所定値の範囲内にあるかどうかを検出する。水素濃度検出器は、検出した水素気体体積濃度が第１の所定値よりも高いと第１の警告信号を発生する。水電解装置は制御器を更に含み、この制御器が水素濃度検出器、空気ポンプ及び電解器に結合される。制御器は、第１の警告信号を受信すると起動指令を発生して空気ポンプを始動させる。
【００１４】
本発明の一実施形態では、水素濃度検出器は、検出した水素気体体積濃度が第２の所定値よりも高いと第２の警告信号を発生させる。制御器は、第２の警告信号を受信すると停止指令を発生して電解器を停止させる。
【００１５】
本発明の一実施形態では、第１の所定値は４％であり、第２の所定値は６％であり、空気供給管中の検出水素気体体積濃度の範囲は４％〜６％である。
【００１６】
本発明の一実施形態では、水電解装置は霧状／揮発性気体混合槽を更に含み、この霧状／揮発性気体混合槽が空気供給管に接続されて希釈済み水素気体を受容する。霧状／揮発性気体混合槽は、霧状気体を選択的に発生させてそれを水素気体と混合させることにより健康に有益な気体を形成する。霧状気体は、水蒸気、霧状化薬及び揮発性芳香油から成る群から選択される１種または組合せである。
【００１７】
本発明の一実施形態では、水電解装置は電源を更に含む。電源は高電力出力部及び低電力出力部を含む。低電力出力部により出力される電力は、高電力出力部により出力される電力の半分以下である。高電力出力部は第１の電圧及び第１の電流を出力する。低電力出力部は第２の電圧及び第２の電流を出力する。第１の電圧は第２の電圧未満であり、第１の電流は第２の電流よりも大きい。
【００１８】
本発明は、電解器、空気供給管及び空気ポンプを含む別の水電解装置を更に提供する。電解器は陰極を含む。陰極は、電解器による水の電気分解中に水素気体を発生させる。空気供給管は、電解器により発生された水素気体を受容するように構成される。空気ポンプは、空気を吸引すると共に空気供給インターフェースにより空気供給管に接続され、空気を受容して空気供給管中の水素濃度を希釈させる。水電解装置の体積は８.５リットル未満である。水電解装置の水素発生率は１２０ｍｌ／分〜６００ｍｌ／分にの範囲にあり得る。ユーザは、水電解装置の操作盤による水電解装置の水素発生率の調節することができる。
【００１９】
本発明の一実施形態では、水電解装置はケースを更に含む。ケースは基部及び側壁を含む。電解器はケースの非中央位置に構成される。
【００２０】
本発明の一実施形態では、電解器は、第１の側部、第２の側部、イオン交換膜、陽極、酸素出力管及び水素出力管を含む。イオン交換膜は陽極と陰極との間に構成される。電解器による水の電気分解中に、陰極は水素気体を発生させ、陽極は酸素気体を発生させる。酸素出力管は酸素気体を出力させるように構成される。水素出力管は水素気体を出力させるように構成される。第１の側部は側壁の近傍に存在し、酸素気体及び水素気体の両方が電解器の第２の側部から出力される。
【００２１】
本発明の一実施形態では、陽極はイオン交換膜と第２の側部との間に構成され、陰極はイオン交換膜と第１の側部との間に構成される。酸素出力管は、イオン交換膜と第２の側部との間の位置から第２の側部に延在して第２の側部を貫通する。水素出力管は、イオン交換膜と第１の側部との間の位置から第２の側部に延在して第２の側部を貫通する。
【００２２】
本発明の一実施形態では、陽極はイオン交換膜と第１の側部との間に構成され、陰極はイオン交換膜と第２の側部との間に構成される。酸素出力管は、イオン交換膜と第１の側部との間の位置から第２の側部に延在して第２の側部を貫通する。水素出力管は、イオン交換膜と第２の側部との間の位置から第２の側部に延在して第２の側部を貫通する。
【００２３】
水素気体及び酸素気体が同一の側から出力される電解器により、水槽、気体水分離槽、空気供給管等は制限された容積のケース中に構成され、本発明は十分な水素気体生成ならびにファン及び空気ポンプの低騒音を維持しながらもケース中の収納空間を可能な限り広く利用し得る。したがって、本発明によれば有効な空間配置で小体積、低騒音でありユーザの近傍への配置に好適である水電解装置が実際に提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】図１Ａは本発明の実施形態に従った水電解装置を示す外観図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは本発明の実施形態に従ったケースを除去した水電解装置を示す外観図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは本発明の実施形態に従った水電解装置を示す機能ブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは本発明の実施形態に従ったイオン交換膜型電解器を示す簡単な断面概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは本発明の別の実施形態に従ったイオン交換膜型電解器を示す簡単な断面概略図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは図２Ａの実施形態に従ったイオン交換膜型電解器を示す断面概略図である。
【図３】図３は本発明の実施形態に従ったイオン交換膜型電解器を示す分解図である。
【図４】図４は本発明の実施形態に従った別の視点からの図３のイオン交換膜型電解器の分解図を示す。
【図５Ａ】図５Ａは別の視点からの図３のイオン交換膜型電解器を示す組立図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは別の視点からの図３のイオン交換膜型電解器を示す組立図である。
【図６】図６は本発明の実施形態に従った水電解装置を示す分解図である。
【図７Ａ】図７Ａは別の視点からの図６の水電解装置を示す分解図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは別の視点からの図６の水電解装置を示す組立図である。
【図８Ａ】図８Ａは本発明の実施形態に従った水電解装置を示す上面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは図８Ａ中の線Ｄ―Ｄに沿う水電解装置を示す断面図である。
【図９】図９は図８Ａ中の線Ｑ―Ｑに沿う水電解装置を示す断面図である。
【図１０】図１０は本発明の別の実施形態に従った水電解装置を示す概略図である。
【図１１】図１１は本発明の別の実施形態に従った水電解装置を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の利点、趣旨、及び特徴の詳細な説明及び検討を実施形態により図面を参照しながら行うこととする。
【００２６】
本発明の利点、趣旨、及び特徴をより容易にかつ明確に理解し得るように、実施形態により図面を参照しながら詳細な説明及び検討を以下に行う。これらの実施形態は本発明の単に代表的な実施形態に過ぎず、特有の方法、装置、条件、材料等は本発明の実施形態または対応する実施形態に限定されることはない。
【００２７】
図１Ａ〜図１Ｃを参照する。図１Ａは本発明の実施形態に従った水電解装置を示す外観図である。図１Ｂは本発明の実施形態に従ったケースを除去した水電解装置を示す外観図である。図１Ｃは本発明の実施形態に従った水電解装置を示す機能ブロック図である。実施形態では、本発明はケース１００及び操作盤１０２を含む水電解装置１を提供する。ケース１００は側壁１１０及び基部１１２を含む。ケース１００は水槽１０及びイオン交換膜型電解器１２をその中に含む。水槽１０は、イオン交換膜型電解器１２による電気分解用の水を提供するように構成され、操作盤１０２とは反対側のケース１００の一の側に構成される。イオン交換膜型電解器１２は、操作盤１０２と水槽１０との間のケース１００の非中央位置に構成される。イオン交換膜型電解器１２は水を電気分解して水素気体を発生させるように構成される。実施形態では、水は高純度水素気体を調製し得るように脱イオン水であり得るが、これに限定はされない。実際の適用には、利用可能な如何なる水も採用可能である。更に、本発明はイオン交換膜型電解器に限定されず、他の型式の電解器も本発明に採用可能である。
【００２８】
図２Ａ及び図２Ｂを参照する。図２Ａは本発明の実施形態に従ったイオン交換膜型電解器１２を示す簡単な断面概略図である。図２Ｂは本発明の別の実施形態のイオン交換膜型電解器１２を示す簡単な断面概略図である。本節では図２Ａ及び図２Ｂの両方を用いて本発明の主要特徴を簡潔に説明する。
【００２９】
図２Ａを参照する。イオン交換膜型電解器１２は、イオン交換膜１２０、陰極１２３、陽極１２４、第１の側部Ｓ１、第２の側部Ｓ２、水素出力管２１及び酸素出力管２２を実質上含む。イオン交換膜１２０は、第１の側部Ｓ１と第２の側部Ｓ２との間に構成される。陰極１２３はイオン交換膜１２０と第１の側部Ｓ１との間に構成される。陽極１２４はイオン交換膜１２０と第２の側部Ｓ２との間に構成される。第１の側部Ｓ１及び陰極１２３が位置する領域を陰極室１２０１と呼び、第２の側部Ｓ２及び陽極１２４が位置する領域を陽極室１２０２と呼ぶこととする。陰極室１２０１及び陽極室１２０２に対応する位置をより明確に表すために、これらの位置を図２Ａ中に破線で示す。水素出力管２１は、イオン交換膜１２０と第１の側部Ｓ１との間の位置から第２の側部Ｓ２に延在して第２の側部Ｓ２を貫通する。酸素出力管２２は、イオン交換膜１２０と第２の側部Ｓ２との間の位置から第２の側部Ｓ２に延在して第２の側部Ｓ２を貫通する。イオン交換膜型電解器１２が水を電気分解すると、陰極１２３は水素気体を発生させると共に陽極１２４は酸素気体を発生させる。発明の主な特徴は、水の電気分解により発生した水素気体及び酸素気体が水素出力管２１及び酸素出力管２２をそれぞれ経由してイオン交換膜型電解器１２の第２の側部Ｓ２から共に出力されることである。本実施形態では、水素出力管２１及び酸素出力管２２は、イオン交換膜型電解器１２の陽極室１２０２の一の側から共に引出される。
【００３０】
しかし、本発明の水素出力管２１及び酸素出力管２２の位置は上述の実施形態に限定されない。図２Ｂを参照する。図２Ｂに示すイオン交換膜型電解器１２は図２Ａに示すイオン交換膜型電解器と同一の部品を有する。相違は、図２Ｂ中の第１の側部Ｓ１及び第２の側部Ｓ２の構成位置が図２Ａ中のこれらの構成位置とは反対側に存在することにある。図２Ｂ中、陽極１２４はイオン交換膜１２０と第１の側部Ｓ１との間に構成され、陰極１２３はイオン交換膜１２０と第２の側部Ｓ２との間に構成されることになる。陰極室１２０１は第２の側部Ｓ２及び陰極１２３を含む。陽極室１２０２は第１の側部Ｓ１及び陽極１２４を含む。水素出力管２１は、イオン交換膜１２０と第２の側部Ｓ２との間の位置から第２の側部Ｓ２に延在して第２の側部Ｓ２を貫通する。酸素出力管２２は、イオン交換膜１２０と第１の側部Ｓ１との間の位置から第２の側部Ｓ２に延在して第２の側部Ｓ２を貫通する。イオン交換膜型電解器１２による水の電気分解中、陰極１２３は水素気体を発生させると共に陽極１２４は酸素気体を発生させる。本発明の主な特徴は、水の電気分解により発生した水素気体及び酸素気体が水素出力管２１及び酸素出力管２２をそれぞれ経由してイオン交換膜型電解器１２の第２の側部Ｓ２に共に出力されることである。本実施形態では、水素出力管２１及び酸素出力管２２は、イオン交換膜型電解器１２の陰極室１２０１の一の側から共に引出される。
【００３１】
すなわち、水素出力管２１及び酸素出力管２２は、ユーザの実際の必要性に応じて本発明のイオン交換膜型電解器１２のいずれの側面にも構成可能である。
【００３２】
図２Ｃを参照する。図２Ｃは図２Ａの実施形態に従ったイオン交換膜型電解器１２を示す断面概略図である。図２Ｃに示すように、イオン交換膜型電解器１２は、イオン交換膜１２０、陰極室１２０１及び陽極室１２０２を含む。陰極室１２０１は陰極１２３を含み、陽極室１２０２は陽極１２４を含む。イオン交換膜１２０は陽極室１２０２と陰極室１２０１との間に構成される。イオン交換膜型電解器１２による水の電気分解中、陰極１２３は水素気体を発生させると共に陽極１２４は酸素気体を発生させる。一実施形態では、陽極室１２０２は水を収容し、陽極室１２０２中の水はイオン交換膜を通って陰極室１２０１中に更に流入し得る。加えて、図２Ａ〜図２Ｃは、イオン交換膜型電解器の内部構造を説明するための断面概略図であるに過ぎず、イオン交換膜型電解器の実際の内部構造ではない。図２Ｃ中の空白ブロックはイオン交換膜型電解器の外部ケースを示す。
【００３３】
図２Ｃに示すように、イオン交換膜１２０は、イオン交換膜体１２０３、陰極触媒層１２７及び陽極触媒層１２８を含む。イオン交換膜体１２０３はプロトン交換膜、好ましくは、Ｎａｆｉｏｎ膜であり得る。陰極触媒層１２７の材料は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ及びＰｔ合金粉末から成る群から選択される1種または組合せであり得る。陽極触媒層１２８の材料は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ合金粉末及び炭素から成る群から選択される1種または組合せであり得る。一実施形態では、陰極触媒層１２７または陽極触媒層１２８の材料は、イオン交換膜の両側面上のスラリ被覆としてそれぞれ構成されて陰極触媒層１２７及び陽極触媒層１２８を形成し得る。実際の適用では、水素気体は触媒層上で発生され得るが、これに限定はされない。水素気体もまた電極板上に、場合によってはイオン交換膜と極板との間に発生させ得る。したがって、従来のアルカリ電解器と比べて、本発明で使用するイオン交換膜型電解器１２は、槽本体の腐食、環境汚染、不完全濾過及び電解質含有気体の吸入に関する問題を回避可能である。
【００３４】
図２Ａ〜図２Ｃを参照する。陰極室１２０１は、陰極外板１２１、陰極１２３、陰極封止板１２５及び陰極触媒層１２７を含む。陽極室１２０２は、陽極外板１２２、陽極１２４、陽極封止板１２６及び陽極触媒層１２８を含む。図２Ａに示すように、第１の側部Ｓ１及び第２の側部Ｓ２は、図２Ｃ中の陰極外板１２１及び陽極外板１２２にそれぞれ対応する。他方、図２Ｂに示すように、図２Ｂ中の第１の側部Ｓ１及び第２の側部Ｓ２は、図２Ｃ中の陽極外板１２２及び陰極外板１２１にそれぞれ対応する。イオン交換膜型電解器１２は、水素出力管２１、酸素出力管２２及び水供給管路２４を含む。酸素出力管２２は酸素気体を出力させるように構成され、陰極出力管２１は陰極室１２０１からを発生した水素気体を出力させるように構成される。図２Ｃに示すように、水素出力管２１は、陰極室１２０１をイオン交換膜型電解器１２の外部環境に接続して水素気体を出力させるように、陰極封止板１２５、陽極封止板１２６、陽極１２４及び陽極外板１２２（図２Ａ中の第２の側部Ｓ２）を貫通する。酸素出力管２２は、陽極室１２０２から発生した酸素気体を出力させるように構成される。酸素出力管２２は、陽極室１２０２がイオン交換膜型電解器１２の外部環境に接続されて酸素気体を出力可能なように、陽極１２４及び陽極外板１２２を貫通する。水供給管路２４は、陽極１２４及び陽極外板１２２を貫通すると共に水槽１０に接続され、水槽１０から陽極室１２０２に水を案内してイオン交換膜型電解器１２中の電気分解用の水を補給する。酸素出力管２１及び水素出力管２２の両方共、イオン交換膜型電解器１２の同一側に構成される。本実施形態では酸素出力管２１、水素出力管２２及び水供給管路２４の全てが、陽極外板１２２を貫通してこの上に構成される。しかし、本発明は上述の特徴に限定されない。例えば、酸素出力管２１、水素出力管２２及び水供給管路２４もまた、図２Ｂ中の第２の側部Ｓ２に示すように同様の構造中の陰極外板１２１を貫通してこの上に構成可能である。
【００３５】
図３〜図４を参照する。図３は本発明の実施形態に従ったイオン交換膜型電解器を示す分解図である。図４は本発明の実施形態に従った別の視点からの図３のイオン交換膜型電解器１２を示す分解図である。イオン交換膜１２０は、イオン交換膜型電解器中にイオン交換膜体１２０３、陰極触媒層１２７及び陽極触媒層１２８の相対的位置を固定させるためのイオン交換膜外板１２０４を更に含む。図３及び図４に、イオン交換膜型電解器１２中の部品の位置関係をより明確に示す。イオン交換膜型電解器１２は、図３及び図４に示す積重ね順に組立て可能な種々の部品を含む。
【００３６】
図３〜図４を引続き参照する。一実施形態では、イオン交換膜外板１２０４、陰極封止板１２５及び陽極封止板１２６を電極板周囲に配置することにより絶縁性及び気密性を達成可能である。イオン交換膜外板１２０４、陰極封止板１２５及び陽極封止板１２６の材料はシリコーンであり得る。しかし、陰極封止板１２５及び陽極封止板１２６の構成及び材料は上記の実施形態に限定されない。実際には、陰極封止板及び陽極封止板に対して、絶縁性及び気密性の効果を有する任意の構成及び材料を採用可能である。
【００３７】
図３及び図４に示すように、水素出力管２１は、陰極室１２０１中に発生した水素気体が水素出力管２１を経由して陽極外板１２２が配置された位置から出力可能なように、陰極封止板１２５、イオン交換膜外板１２０４、陽極封止板１２６、陽極１２４及び陽極外板１２２を貫通する。酸素出力管２２は、陽極室１２０２中に発生した酸素気体が酸素出力管２２及びイオン交換膜外板１２０４を経由して陽極外板１２２が配置された位置から出力可能なように、陽極１２４及び陽極外板１２２を貫通する。水供給管路２４は、陽極１２４及び陽極外板１２２を貫通して水槽１０に接続し、水槽１０から陽極室１２０２に水を案内してイオン交換膜型電解器１２による電気分解用の水を補給する。Ｏリング２５は、水素出力管２１、酸素出力管２２及び水供給管路２４と陽極外板１２２との間に構成され、水素出力管２１、酸素出力管２２及び水供給管路２４と陽極外板１２２との間の空間を封止する。
【００３８】
図３及び図４に示すように、陰極１２３は陰極導電板１２３-１及び陰極板１２３-２を含み、陽極１２４は陽極導電板１２４-１及び陽極板１２４-２を含む。一実施形態では、各極板はチタン粉末ダイキャスト薄板であり得るがこれに限定されず、各導電板の材料はチタンであり得るがこれに限定さない。図３に示すように、実施形態では、陰極板１２３-２は陰極導電板１２３-１を用いてイオン交換膜１２０とイオン交換膜体１２０３との間に構成し得る。陽極板１２４-２は陽極導電板１２４-１を用いてイオン交換膜１２０とイオン交換膜体１２０３との間に構成し得る。イオン交換膜型電解器１２は、陰極導電板１２３-１及び陽極導電板１２４-１経由で外部電源に接続し得る。実施形態では、陽極導電板１２４-１（図３）及び陰極導電板１２３-１（図４）はそれぞれ流路溝を有する。陰極導電板１２３-１及び陰極板１２３-２を相互に積重ねたとき、複数の陰極室１２３-３が陰極室１２０１中に形成され得る。陽極導電板１２４-１及び陽極板１２４-２を相互に積重ねたとき、複数の陽極室１２４-３が陽極室１２０２中に形成され得る。陰極室１２３-３及び陽極室１２４-３はその中に気体及び水を循環させるように構成可能である。陽極室１２４-３は酸素出力管２２に接続され、陰極室１２３-３は水素出力管２１に接続される。
【００３９】
図５Ａ及び図５Ｂを参照する。図５Ａ及び図５Ｂは別の視点からの図３のイオン交換膜型電解器１２を示す組立図である。陰極外板１２１及び陽極外板１２２は、イオン交換膜型電解器１２の外側二面にそれぞれ構成されてイオン交換膜型電解器１２全体を固定及び分離している。陰極外板１２１及び陽極外板１２２の材料はステンレス鋼であり得る。実施形態では、イオン交換膜型電解器１２の組立後に、係止用部品で係止可能である（図６に示す）が、係止用部品の数、型式及び係止方法は同図（図６）に示す数、型式及び係止方法に限定はされない。同図に示すように、イオン交換膜型電解器１２の体積は比較的小さい。したがって、水電解装置も本発明ではコンパクトになる。
【００４０】
図１Ｃ、図６、及び図７Ａ〜図７Ｂを参照する。図６は本発明の実施形態に従った水電解装置を示す分解図である。図７Ａ及び図７Ｂは、別の視点からの図６の水電解装置を示す分解図及び組立図である。説明のために、図６、図７Ａ及び図７Ｂには必要な要素のみを示す。本発明の水電解装置１はまた、上述の水槽１０及びイオン交換膜型電解器１２に加えて、空気供給管１１、空気ポンプ１３、ファン１５、霧状／揮発性気体混合槽１６、水素濃度検出器１８、制御器１４、気体水分離槽３０及び水位検出装置４０を含む。図６に示すように、気体水分離槽３０は水槽１０中に収納されるが、その詳細構造については追って説明する。本発明の水電解装置１は、水槽１０中の水量を検出するように構成された水位検出装置４０を更に含む。一実施形態では、水位検出装置４０は水位容量検出装置であり、水槽１０の外面に構成される。水槽１０中の水量は、水槽１０中の水と無水領域との間の容量差を測定することにより測定される。
【００４１】
図６、図８Ａ及び図８Ｂを参照する。図８Ａは本発明の実施形態に従った水電解装置を示す上面図である。図８Ｂは図８Ａの線Ｄ―Ｄに沿う水電解装置を示す断面図である。イオン交換膜型電解器１２の水素出力管２１は、水素インターフェース２１１経由で気体水分離槽３０と接続及び連通される。酸素出力管２２は酸素インターフェース２２２経由で水槽１０と接続及び連通される。水槽１０は滅菌器５０を含む。本実施形態では、滅菌器５０は、気体水分離槽３０が位置する側から離反した水槽１０中に構成された長手管型紫外線滅菌器である。水供給管路２４は水インターフェース２４２を経由して水槽１０中の滅菌器５０近傍の側面と直接連通し、水槽１０からの滅菌済みの水を受容してイオン交換膜型電解器１２による電気分解用の水を補給する。
【００４２】
気体水分離槽３０は、ばね弁３２、浮子３４及び水素排出管３６を含む。イオン交換膜型電解器１２の電気分解により発生した水素気体は、水素出力管２１及び水素インターフェース２１１を経由して気体水分離槽３０に案内される。気体水分離槽３０中の水素気体がある程度蓄積すると、ばね弁３２が水素気体圧力によって開弁し、水素排出管３６を経由したフィルタ６０への水素の排出を許容して水素気体中の不純物を濾過させる。更に、水素気体がイオン交換膜型電解器１２から出力されたとき、少量の残存被電解水が水素気体中に含まれている可能性があるため、残存被電解水は蓄積した液体水により浮子３４を浮遊させ得るように気体水分離槽３０中に蓄積して液体水を形成する。このとき、浮子３４により覆われていたドレン口（図示せず）が開放され、蓄積した液体水はドレン口を通って水槽１０中に排出されて再利用に供される。
【００４３】
電気分解により発生した酸素気体は酸素出力管２２及び酸素インターフェース２２２を経由して水槽１０に直接排出される。酸素気体は水槽１０の上側部分から大気環境に排出されることになる。酸素気体がイオン交換膜型電解器１２から出力されたとき、少量の残存被電解水が酸素気体中に含まれている可能性があるが、この残存被電解水は水槽１０中に直接排出されて再利用に供されることになる。
【００４４】
図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、及び図９を共に参照する。図９は図８Ａの線Ｑ―Ｑに沿う水電解装置を示す断面図である。先の段落で述べたように、水素気体は水素排出管３６経由でフィルタ６０に排出されると、フィルタ６０のフィルタコア６０２が水素気体中の不純物を濾過する。濾過済み水素気体は空気供給管１１中に更に案内されて希釈された後、霧状／揮発性気体混合槽１６中に案内される。空気供給管１１はフィルタ６０に接続されて濾過済み水素気体を受容すると共に、空気供給管１１は空気ポンプ１３にも接続される。ファン１５は外部環境から水電解装置１中に空気を吸引して空気供給管１１中で水素気体を希釈させる。上述の全ての部品はケース１００により覆われる。ケース１００には複数の小穴が配設されている。ファン１５はケース１００の小穴を通して外部環境から水電解装置１中に空気を吸引する。吸引された空気は空気ポンプ１３により空気供給管１１中に案内される。本実施形態では、空気ポンプ１３は渦流ファンであり、ファン１５により吸引された空気は、空気供給管１１中に空気を案内するよう空気ポンプ１３の吸引口１３４を通って空気ポンプ１３中に吸引される。図７Ｂ及び図９に示すように、空気ポンプ１３の導管１３２は空気供給管１１の空気供給インターフェース１１２と接続される。空気供給管１１は第１の流動方向Ｄ１を有し、空気供給インターフェース１１２は第２の流動方向Ｄ２を有する。第１の流動方向Ｄ１は、第１の流動方向Ｄ１を表す指示線上の矢印により示されるように霧状／揮発性気体混合槽１６に向いているが、この指示線上の矢印は水電解装置上方の位置にも向いている。第２の流動方向Ｄ２は、第２の流動方向Ｄ２を表す指示線上の矢印により示されるように空気供給管１１に向き、空気供給インターフェース１１２を通った導管１３２からの空気は空気供給管１１中に案内される。前進角Ａが第１の流動方向Ｄ１と第２の流動方向Ｄ２との間に形成される。この前進角Ａは９０度未満の鋭角であり、好ましくは２５〜４５度である。前進角Ａが位置する空気供給管１１及び空気供給インターフェース１１２の接続位置では、接続位置の形状を円弧状前進角にし得る。導管１３２及び空気供給インターフェース１１２中の空気は、前進角Ａの設計により空気供給管１１中に案内されて空気供給管１１中で水素気体を希釈させる。
【００４５】
図９を引続き参照する。霧状／揮発性気体混合槽１６は空気供給管１１と接続され、濾過及び希釈済の水素気体を受容して霧状気体を発生させてそれを水素気体と混合させて健康上有益な気体を形成する。この霧状気体は、水蒸気、霧状化薬及び揮発性芳香油から成る群から選択される１種または組合せである。霧状／揮発性気体混合槽１６は発振器１６２を含む。発振器１６２は、霧状／揮発性気体混合槽１６中の水、霧状化薬または揮発性芳香油を振動により霧状化して霧状気体を発生させた後、水素気体を霧状気体と混合させて健康上有益な気体を形成する。霧状／揮発性気体混合槽１６はユーザの要求に応じて選択的に開閉可能である。すなわち、霧状／揮発性気体混合槽１６は、発振器を作動させることにより活動化されて霧状気体との混合水素気体をユーザに提供し得るか、または、発振器を止めることにより閉鎖され、霧状気体を混合させずに濾過及び希釈させた水素気体をユーザに提供し得る。ユーザに濾過及び希釈済みの水素または健康上有益な気体の吸入を供する手段は、霧状／揮発性気体混合槽１６が水素または健康上有益な気体を大気中に直接放出すること、または管路及びマスクを経由して吸入をユーザに提供することを含む。
【００４６】
水素濃度検出器１８は、空気供給管１１と接続されて空気供給管１１中の水素濃度を検出する。制御器１４は、水素濃度検出器１８、空気ポンプ１３及びイオン交換膜型電解器１２に接続される。実施形態では、水素濃度検出器１８は、水素出力管２１または水素インターフェース２１１に接続されて、イオン交換膜型電解器１２から空気供給管１１に出力された水素気体の体積濃度を検出し得る。水素濃度検出器１８は水素体積濃度が第１の所定値〜第２の所定値の範囲内にあるかどうかを検出する。例えば、第１の所定値は４％であり、第２の所定値は６％であり、水素濃度検出器１８により検出される水素濃度は４％〜６％の範囲である。第１の所定値及び第２の所定値は、ユーザの要求に応じて操作盤１０２を介して調節可能である。本実施形態では、水素濃度検出器１８が水素出力管２１または水素インターフェース２１１中の水素気体の体積濃度が第１の所定値４％よりも高いことを検出すると、第１の警告信号が制御器１４に対して発生される。制御器１４が第１の警告信号を受容すると、起動指令が空気ポンプ１３に発生されて空気ポンプ１３を起動し、空気供給管１１中に空気を吸引して空気供給管１１中で水素気体を希釈させる。水素濃度検出器１８が水素出力管２１または水素インターフェース２１１中の水素気体の体積濃度が第２の所定値６％よりも高いことを検出すると、第２の警告信号が制御器１４に発生され。制御器１４が第２の警告信号を受信すると、停止指令が発生され、イオン交換膜型電解器１２への電力入力の遮断等の手段によりイオン交換膜型電解器１２を停止させるため、この後の過度の水素濃度による気体爆発は回避されることにより安全性全体が改善される。
【００４７】
図１０を参照する。図１０は本発明の別の実施形態に従った水電解装置を示す断面図である。本発明の別の実施形態では、予熱水槽１７が水槽１０とイオン交換膜型電解器１２との間に更に接続される。予熱水槽１７は実質上円筒状または円形である。予熱水槽１７は図１０では水槽１０よりも大きいが、他の実施形態では、予熱水槽１７の容積は水槽１０の容積よりも小さくし得る。予熱水槽１７は、水槽１０下部口１０-２に接続された予熱水槽水充填口１７２、イオン交換膜型電解器１２の水供給管路２４に接続された被電解水用流入口１７４、酸素出力管２２に接続された酸素受容管１７６、及び水槽１０の上部口１０-１に接続された酸素排出管１７８を含む。予熱水槽１７は水槽１０とイオン交換膜型電解器１２との間に構成される。水槽１０中の被電解水は先ず予熱水槽１７に流入し、その後被電解水用入口１７４を通ってイオン交換膜型電解器１２中に流入して電気分解に供される。水の電解工程中に発生した酸素気体及び残存被電解水の一部は酸素受容管１７６経由で予熱水槽１７中に排出されるが、残存被電解水の一部は予熱水槽１７中に残留することになる。電気分解により発生した酸素気体は酸素排出管１７８経由で水槽１０に排出された後、水電解装置の外部に排出されることになる。
【００４８】
水の電解工程によりイオン交換膜型電解器１２の温度は上昇するため、被電解水の温度も電解効率と関連付けられることになる。約５５〜６５℃の被電解水の温度により電解効率を向上させ得る。このため、本発明の予熱水槽１７は、イオン交換膜型電解器１２の酸素出力管２２から排出されたより高温の残存被電解水を回収して、予熱水槽１７中でイオン交換膜型電解器１２に流入する被電解水を、例えば５５〜６５℃の適合温度に予熱する。予熱水槽１７中の被電解水の温度を５５℃〜６５℃に維持するよう制御するために、予熱水槽１７には複数の冷却フィン１７１及び第２のファン１７３を更に含む。複数の冷却フィン１７１は予熱水槽１７の外壁に半径方向パターンに構成される。第２のファン１７３は、予熱水槽１７の一端部に構成され、複数の冷却フィン１７１と整合することにより、強制対流により予熱水槽１７を放熱させる。単純化のために、冷却フィン１７１は予熱水槽１７の外壁の一部のみに示している。他の施形態では、冷却フィン１７１は予熱水槽１７の外壁全体に配列可能である。
【００４９】
図１１を参照する。図１１は本発明の別の実施形態に従った水電解装置を示す機能ブロック図である。本発明は水槽７０、イオン交換膜型電解器７２、霧状／揮発性気体混合槽７６、空気供給管７１、空気ポンプ７３、ファン７５、制御器７４及び予熱水槽７７を含む別の水電解装置２を提供する。水電解装置２と水電解装置１との相違は、水電解装置２のイオン交換膜型電解器７２、霧状／揮発性気体混合槽７６、及び空気供給管７１の間の接続関係が水電解装置１のイオン交換膜型電解器１２、霧状／揮発性気体混合槽１６、及び空気供給管１１の接続関係とは異なる点にある。水電解装置２のこれら以外の部品の機能及び接続関係は水電解装置１の部品の機能及び接続関係と同様であるため、本明細書中には説明を行わない。
【００５０】
水電解装置２の実施形態では、イオン交換膜型電解器７２は、水素出力管を経由して霧状／揮発性気体混合槽７６と接続及び連通してイオン交換膜型電解器７２により発生された水素気体を受容する。霧状／揮発性気体混合槽７６は霧状気体を発生させてそれを水素気体と混合させてことにより健康に有益な気体を形成する。この霧状気体は、水蒸気、霧状化薬及び揮発性芳香油から成る群から選択された1種または組合せである。霧状／揮発性気体混合槽７６は発振器を含む。発振器は、霧状／揮発性気体混合槽７６中の水、霧状化薬または揮発性芳香油を振動により霧状化させて霧状気体を発生させた後、水素気体をこの霧状気体と混合させることにより健康に有益な気体を形成する。霧状／揮発性気体混合槽７６はユーザの要求に応じて選択的に開放または閉鎖され得る。すなわち、霧状／揮発性気体混合槽７６は、発振器を作動させることにより作動されることにより霧状気体を混合した水素気体をユーザに提供可能であり、あるいは発振器の停止により閉鎖されて霧状気体を混合させずに濾過及び希釈済の水素気体をユーザに提供可能である。ユーザに濾過及び希釈済みの水素または健康上有益な気体の吸入を供する手段は、霧状／揮発性気体混合槽１６が水素または健康上有益な気体を大気中に直接放出すること、または管路及びマスクを経由して吸入をユーザに提供することを含む。
【００５１】
水素濃度検出器７８は霧状／揮発性気体混合槽７６に接続されて霧状／揮発性気体混合槽７６中の水素濃度を検出する。制御器７４は水素濃度検出器７８及びイオン交換膜型電解器７２に接続される。一実施形態では、水素濃度検出器７８は霧状／揮発性気体混合槽７６に接続されてイオン交換膜型電解器７２から出力された水素気体の体積濃度を検出し得る。水素濃度検出器７８は水素体積濃度が第１の所定値〜第２の所定値の範囲内にあるかどうかを検出する。例えば、第１の所定値は４％であり、第２の所定値は６％であり、水素濃度検出器７８により検出される水素濃度は４％〜６％の範囲である。第１の所定値及び第２の所定値は、ユーザの要求に応じて操作盤１０２を介して調節可能である。本実施形態では、水素濃度検出器７８が霧状／揮発性気体混合槽７６中の水素気体の体積濃度が第１の所定値４％よりも高いことを検出すると、第１の警告信号を制御器７４に発生する。制御器７４が第１の警告信号を受信すると、起動指令が空気ポンプ１３に発生されて空気ポンプ１３を始動させて、空気供給管１１中への空気の吸入により空気供給管１１中で水素気体を希釈させる。水素濃度検出器７８が水素出力管２１または水素インターフェース２１１中の水素気体の体積濃度が第２の所定値６％よりも高いことを検出すると、第２の警告信号が制御器７４に発生される。制御器７４が第２の警告信号を受信すると、停止指令が発生されてイオン交換膜型電解器７２への電力の遮断等の手段によりイオン交換膜型電解器７２が停止され、その後は過度の水素濃度による気体爆発が回避され得ることにより安全性全体が向上する。
【００５２】
空気供給管７１は霧状／揮発性気体混合槽７６に接続され、空気供給管７１はファン７５及び空気ポンプ７３に更に接続されて水電解装置２の外部環境からの空気の吸引により霧状／揮発性気体混合槽７６中で水素気体を希釈させる。本発明の水電解装置２は上述の全ての部品を覆うように構成されたケースを含む。複数の小穴がケースに構成される。ファン７５はケースの小穴を介して外部環境から水電解装置２中に空気を吸引する。吸入された空気は空気ポンプ７３により空気供給管７１中に案内される。
【００５３】
本発明の目的の一つは、睡眠中でもユーザが水電解装置を使用可能であるように、十分な水素生成を維持しながらも水電解装置の体積及び騒音を低減させることにある。したがって、本出願人は、主目的として電解装置の体積を先ず減少させた。例えば、本願の水電解装置は概ね円筒状である。底部での最大断面長、すなわち直径は少なくとも２００ｍｍであり、装置高さは最大で２７０ｍｍであるため、体積は高々約８、５００立方センチメートル、すなわち８.５リットルとなる。しかし、本発明の水電解装置の形状は円筒形に限定されず、水電解装置の形状は他の形状でもよい。例えば、水電解装置は、基部１１２の底部または最大断面側面長が頂部の最大断面側面長よりも大きく底部から頂部に向けて先細を成す設計に合致する限り、楕円形、正方形または多角形であり得る。水電解装置のケースにより画成される収容空間の有効使用は、ユーザに対して十分な水素生成を維持し得る上で可能な限り広い利用である。例えば、水電解装置は、水素発生率に対して合計で６種類の出力設定を有し、水電解装置の健康上有益な気体の出力率の３種類の対応設定:２Ｌ／分、４Ｌ／分及び６Ｌ／分にそれぞれ対応する空気、水素気体及び霧状気体の混合による健康上有益な気体を出力する水電解装置の水素発生率:１２０ｍｌ／分、２４０ｍｌ／分、３６０ｍｌ／分;及び純水素気体を出力する水電解装置の水素発生率:４００ｍｌ／分、５００ｍｌ／分、６００ｍｌ／分が含まれる。ユーザは、操作盤を介して水電解装置１の水素発生率及び出力気体の種類を調節可能である。本装置はまた騒音を低減させているため、ユーザは本発明を睡眠中ユーザの頭部近傍に配置可能である。
【００５４】
図１Ｃ及び図１１を参照する。一実施形態では、本発明は、電源本線を２４０ワットの直流電流出力に切換えて水電解装置１、２に電力を供給するための電源装置８０を含む水電解装置１、２を提供する。電源装置８０は高電力出力部８０１及び低電力出力部を含む。高電力出力部８０１は、イオン交換膜型電解器１２、７２に接続されて電気分解反応に要する電力を供給する。低電力出力は、空気ポンプ１３、制御器１４、ファン１５、及び水素濃度検出器１８等の、水電解装置１、２中の他の非電解用部品に対する電力の供給に好適である。図面内容の簡素化のために、図１Ｃ及び図１１には電源装置８０及び高電力出力部８０１のみを示す。当業者であれば、水電解装置の運転に要する電力を供給するための水電解装置中の低電力出力部の構成を認識し得るに相違ない。
【００５５】
電源装置８０により供給される２４０ワットの直流電流中、１７２ワットは高電力出力部８０１からイオン交換膜型電解器１２、７２に出力される。高電力出力部８０１は第１の電圧及び第１の電流を出力するが、第１の電圧の範囲は３ボルト〜６.３ボルトであり第１の電流の出力は１０アンペア〜２７.３アンペアの範囲である。低電力出力部は、６０ワットの直流電流を出力して水電解装置の作動に要する電力を供給する。低電力出力部は第２の電圧及び第２の電流を出力するが、第２の電圧はＤＣ電圧２４ボルトであり第２の電流は最大２.５アンペアである。別の一実施形態では、第２の電圧は２４ボルトから５ボルトに低減可能であり、最大で０.５アンペアの第２の電流を出力可能である。低電力出力部を有する高電力出力部により出力された電力パラメータと比較して、第１の電圧は第２の電圧よりも低いが、第１の電流は第２の電流よりも高い。したがって、高電力出力部は高電流低電圧のＤＣ電力を出力し、低電力出力部は低電流高電圧のＤＣ電力を出力する。
【００５６】
上述の実施例及び説明により、本発明は、水素気体及び酸素気体が同一側面から出力されるイオン交換膜型電解器、空気供給管、空気ポンプ、及び霧状／揮発性気体混合槽を含む水電解装置を提供した。イオン交換膜型電解器は、水を電気分解して水素気体を発生させる。空気供給管に入力させた後、空気ポンプは空気を吸引して、この空気を空気供給管に対して前進角を有する空気供給インターフェースを通して空気供給管中に一方向に入力して空気供給管中で水素気体を希釈させた後。空気供給管により希釈済み水素が霧状／揮発性気体混合槽中に導入されて霧状気体と混合されてユーザに供される。
【００５７】
水素気体及び酸素気体を同一側から出力させるイオン交換膜型電解器、水槽、気体水分離槽、及びケース中に規定容積内に構成された空気供給管によって、本発明の水電解装置は、十分な水素生成を維持しながらケース中に収容空間を可能な限り広く採用し、水電解装置のファン及び空気ポンプもまた低騒音を基礎に置いている。したがって、本発明によれば、効果的な空間配置で小体積かつ低騒音であってユーザ周囲での配置に好適な水電解装置が実際に提供される。
【００５８】
上述の好ましい実施形態の詳細な説明によって本発明の特徴及び趣旨がより明確に説明されたものと思料するが、本発明の適用範囲は以上に開示した好ましい実施形態に限定されない。むしろ、目的は創造的慣例により適用され得る特許出願の適用範囲内の種々の変更例及び均等な配置例も対象としている。本発明を以上の実施形態中に開示したが、本発明を限定する意図はなく、当業者であれば本発明の趣旨及び適用範囲から逸脱しない限り種々の変更及び改良を行い得る。したがって、本発明の保護範囲は添付の特許出願の適用範囲に関する定義に従うことになる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
2019039071000001.pdf