Устройство для электролиза с ионообменной мембраной
Изобретение относится к трем вариантам устройства для электролиза с ионообменной мембраной. По одному варианту устройство содержит: электролитическую ячейку с ионообменной мембраной, выполненную с возможностью осуществления электролиза воды для производства газа, содержащего водород, и газа, содержащего кислород; и устройство с интегрированным кожухом, содержащее: кожух; узел резервуара для воды, расположенный в кожухе и выполненный с возможностью размещения воды; первый установочный узел, расположенный на кожухе и приспособленный для прикрепления с возможностью отсоединения электролитической ячейки с ионообменной мембраной к устройству с интегрированным кожухом, чтобы принимать газ, содержащий водород, и газ, содержащий кислород, из электролитической ячейки с ионообменной мембраной; систему каналов для потока воды, расположенную в кожухе и соединенную с узлом резервуара для воды и первым установочным узлом, чтобы подавать воду из узла резервуара для воды в электролитическую ячейку с ионообменной мембраной; и систему каналов для потока газа, расположенную в кожухе и соединенную с первым установочным узлом, чтобы принимать газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой с ионообменной мембраной. Настоящее изобретение интегрирует функционально независимые пути, уменьшает количество трубных соединений, уменьшает объем устройства и повышает эксплуатационную безопасность. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 15 ил.
Настоящая заявка основана на и испрашивает приоритет публикации КНР номер CN 108950588 A, поданной 10 июля 2018 г., содержание которой полностью включено в настоящее описание посредством ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область изобретения
Настоящее изобретение относится к устройству для электролиза с ионообменной мембраной, и в частности к устройству для электролиза с ионообменной мембраной, содержащему устройство с интегрированными каналами потоков, выполненное неотделимо для уменьшения объема, уменьшения соединения трубок и повышения безопасности.
Описание известного уровня техники
Люди уже давно уделяют особое внимание жизни человека. Было разработано много медицинских технологий для борьбы с болезнями и продления жизни человека, но большинство способов лечения в прошлом были пассивными. Другими словами, болезнь лечат после ее проявления, например хирургическим вмешательством, приемом медикаментов, химиотерапией и радиотерапией для лечения рака, или с помощью интенсивной терапии новорожденных, реабилитации и коррекции хронического заболевания. Однако в недавние годы много медицинских экспертов постепенно проводили исследования в направлении превентивных медицинских методов, таких как исследование здорового питания, проверка на наличие генетических заболеваний, раннее предотвращение и т. п., для активного противодействия заболеваемости в будущем. Кроме этого, для продления человеческой жизни были разработаны и активно используются людьми технологии, противодействующие старению и окислению, включая различные мази и противоокислительные пищевые продукты / лекарства.
Исследования показали, что нестабильный кислород (O+), также известный как свободные радикалы (вредные свободные радикалы), вырабатываемые человеческим телом по разным причинам (таким как болезнь, диета, окружающая среда или образ жизни), могут смешиваться с вдыхаемым водородом, образуя часть воды, и затем выводиться, так что количество свободных радикалов в теле человека можно уменьшить для восстановления здорового щелочного тела из кислотного тела, для сопротивления окислению и старению, для устранения хронических заболеваний и для достижения эффектов заботы о красоте. Клинические испытания показали, что состояние некоторых пациентов, долго прикованных к постели и страдающих от повреждения легких, вызванного длительным вдыханием высоких концентраций кислорода, можно улучшить путем вдыхания водорода.
В настоящее время генераторы водорода постепенно находят применение в медицинских учреждениях и домах. В будущем важной целью для генераторов водорода будет большое количество продукции, отвечающей высоким стандартам. Кроме этого, генератор водорода состоит из множества функционально независимых устройств, соединенных друг с другом посредством труб. Однако на известном уровне техники трубопроводы между устройствами необходимо собирать отдельно, что связано с обременительными процедурами, сложной сборкой проводки, высокой стоимостью, сложностью стандартизации, сложностью уменьшения объема и даже с отсоединением протока и утечками воды при эксплуатации.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В ответ на вышеупомянутые проблемы настоящее изобретение предоставляет интегрированное устройство для электролиза с ионообменной мембраной, которое интегрирует трубопроводы в устройство с интегрированными каналами потоков и содержит вмещающие пространства для настройки соответствующих устройств. Устройства с независимыми функциональными устройствами и каналами интегрированы для устранения потребности в дополнительных соединениях трубок, уменьшения объема устройства для электролиза с ионообменной мембраной, значительного уменьшения стоимости производства и улучшения эксплуатационной безопасности устройства для электролиза с ионообменной мембраной.
Цель настоящего изобретения заключается в предоставлении устройства для электролиза с ионообменной мембраной, содержащего электролитическую ячейку с ионообменной мембраной и устройство с интегрированными каналами потоков. Электролитическая ячейка с ионообменной мембраной выполнена с возможностью осуществления электролиза воды для получения газа, содержащего водород. Устройство с интегрированными каналами потоков выполнено неразделимо и содержит узел резервуара для воды, множество установочных узлов, систему каналов для потока воды и систему каналов для потока газа. Узел резервуара для воды выполнен с возможностью размещения воды. Первый установочный узел из множества установочных узлов выполнен с возможностью установки в нем электролитической ячейки с ионообменной мембраной и прикрепления, с возможностью отсоединения, электролитической ячейки с ионообменной мембраной к устройству с интегрированными каналами потоков. Система каналов для потока воды соединена с первым установочным узлом и узлом резервуара для воды, чтобы подавать воду из узла резервуара для воды в электролитическую ячейку с ионообменной мембраной. Система каналов для потока газа соединена с первым установочным узлом, чтобы принимать газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой с ионообменной мембраной.
Первый установочный узел имеет отверстие для впуска водорода, отверстие для впуска кислорода и отверстие для выпуска воды. Отверстие для впуска кислорода и отверстие для выпуска воды соединены с системой каналов для потока воды и узлом резервуара для воды посредством системы каналов для потока воды.
В одном варианте осуществления устройство с интегрированными каналами потоков дополнительно содержит второй вмещающий узел для размещения газоводяного сепаратора. Газоводяной сепаратор соединен с первым установочным узлом посредством системы каналов для потока газа, чтобы принимать газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой с ионообменной мембраной, и улавливать жидкую воду из газа, содержащего водород, и затем выпускать газ, содержащий водород, через первый канал для потока системы каналов для потока газа.
В другом варианте осуществления устройство с интегрированными каналами потоков дополнительно содержит второй вмещающий узел, выполненный в нем. Второй вмещающий узел соединен с отверстием для впуска водорода первого установочного узла посредством системы каналов для потока газа, чтобы принимать газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой с ионообменной мембраной, и улавливать жидкую воду из газа, содержащего водород, и затем выпускать газ, содержащий водород, через первый канал для потока системы каналов для потока газа.
При этом во втором вмещающем узле размещен поплавок. Когда жидкая вода, находящаяся во втором вмещающем узле, достигает определенного уровня воды, поплавок блокирует прохождение газа, содержащего водород, через первый канал для потока системы каналов для потока газа.
Кроме этого, во втором вмещающем узле размещен пружинный клапан. Когда давление газа, содержащего водород, во втором вмещающем узле равно пороговой величине давления, пружинный клапан открывается, соединяя второй вмещающий узел и систему каналов для потока газа.
В одном варианте осуществления устройство с интегрированными каналами потоков дополнительно содержит третий вмещающий узел, выполненный в нем. Третий вмещающий узел соединен с первым установочным узлом посредством системы каналов для потока газа. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной дополнительно содержит фильтр, с возможностью отсоединения закрепленный в третьем вмещающем узле. Фильтр получает газ, содержащий водород, посредством системы каналов для потока газа и выдает отфильтрованный газ, содержащий водород, по третьему каналу для потока системы каналов для потока газа.
В одном варианте осуществления устройство с интегрированными каналами потоков дополнительно содержит четвертый установочный узел, выполненный в нем. Четвертый установочный узел соединен с первым установочным узлом посредством системы каналов для потока газа. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной дополнительно содержит распылитель, с возможностью отсоединения закрепленный в четвертом установочном узле, при этом распылитель может проходить в резервуар для воды. Распылитель получает газ, содержащий водород, посредством системы каналов для потока газа. Распылитель выборочно производит распыляемый газ и смешивает газ, содержащий водород, с распыляемым газом, который необходимо выпускать.
При этом распылитель вмещает распыляемую жидкость, и распылитель содержит хлопковый столбик и микропористую вибрирующую пластину. Один конец хлопкового столбика погружен в распыляемую жидкость, чтобы впитывать распыляемую жидкости, и микропористая вибрирующая пластина окружает другой конец хлопкового столбика, чтобы распылять распыляемую жидкость, впитанную хлопковым столбиком, для производства распыляемого газа.
Также максимальная производительность распыления распылителя больше или равна 20 мл/ч.
В одном варианте осуществления устройство с интегрированными каналами потоков дополнительно содержит пятый вмещающий узел, расположенный в устройстве с интегрированными каналами потоков. Пятый вмещающий узел соединен с первым установочным узлом посредством системы каналов для потока газа. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной дополнительно содержит вентилятор для подачи газа, с возможностью отсоединения прикрепленный к пятому вмещающему узлу. Вентилятор для подачи газа выполнен с возможностью введения внешнего воздуха извне устройства для электролиза с ионообменной мембраной. Система каналов для потока газа принимает внешний воздух и смешивает его с газом, содержащим водород, для образования разбавленного газа, содержащего водород.
При этом вышеупомянутый установочный узел соответственно имеет монтажную конструкцию, содержащую монтажное пространство, монтажное отверстие, монтажную трубку, монтажную кассету или монтажную скобу.
При этом электролитическая ячейка с ионообменной мембраной имеет первую сторону и содержит трубку для выпуска водорода, соединенную с отверстием для впуска водорода, трубку для выпуска кислорода, соединенную с отверстием для впуска кислорода, и трубку для впуска воды, соединенную с отверстием для выпуска воды. Трубка для выпуска кислорода и трубка для выпуска водорода соответственно выпускают газ, содержащий кислород, в отверстие для впуска кислорода и газ, содержащий водород, в отверстие для впуска водорода с первой стороны устройства для электролиза с ионообменной мембраной, и трубка для впуска воды принимает воду через отверстие для выпуска воды с первой стороны.
Электролитическая ячейка с ионообменной мембраной также производит газ, содержащий кислород, с тепловой энергией, когда осуществляется электролиз воды. Устройство с интегрированными каналами потоков дополнительно содержит узел приемника для подогрева, соединенный с системой каналов для потока воды и соединенный с узлом резервуара для воды и первым установочным узлом посредством системы каналов для потока воды. Узел приемника для подогрева принимает воду из узла резервуара для воды и пополняет воду в электролитической ячейке с ионообменной мембраной через отверстие для выпуска воды. Узел приемника для подогрева принимает газ, содержащий кислород, с тепловой энергией через отверстие для впуска кислорода.
Кроме этого, узел резервуара для воды, узел приемника для подогрева, установочный узел, система каналов для потока газа и система каналов для потока воды выполнены неразделимо, образуя устройство с интегрированными каналами потоков.
Более того, положение узла резервуара для воды выше положения электролитической ячейки с ионообменной мембраной.
В одном варианте осуществления электролитическая ячейка с ионообменной мембраной дополнительно содержит панель управления. Панель управления выполнена с возможностью регулирования скорости потока газа, содержащего водород, предназначенного для выпуска устройством для электролиза с ионообменной мембраной, в диапазоне от 2 л/мин до 6 л/мин, причем концентрация газа, содержащего водород, предназначенного для выпуска, составляет менее 4%, объем устройства для электролиза с ионообменной мембраной составляет менее 15 литров и максимальная рабочая мощность устройства для электролиза с ионообменной мембраной составляет менее 240 Вт.
В другом варианте осуществления электролитическая ячейка с ионообменной мембраной дополнительно содержит панель управления. Панель управления выполнена с возможностью регулирования скорости потока газа, содержащего водород, предназначенного для выпуска устройством для электролиза с ионообменной мембраной, в диапазоне от 400 мл/мин до 600 мл/мин, причем концентрация газа, содержащего водород, предназначенного для выпуска, составляет более 99%, объем устройства для электролиза с ионообменной мембраной составляет менее 13 литров и максимальная рабочая мощность устройства для электролиза с ионообменной мембраной составляет менее 400 Вт.
В контексте настоящего документа термин «соединенный» или «присоединенный» может обозначать прямую или непрямую связь.
Таким образом, устройство для электролиза с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению содержит устройство с интегрированными каналами потоков. Устройство с интегрированными каналами потоков содержит систему каналов для потока газа, систему каналов для потока воды и множество установочных узлов. Система каналов для потока газа выполнена с возможностью транспортировки водорода из устройства для электролиза с ионообменной мембраной к каждому устройству в каждом установочном узле, такому как электролитическая ячейка с ионообменной мембраной, фильтр, распылитель и вентилятор для подачи газа. Система каналов для потока воды выполнена с возможностью соединения узла резервуара для воды с электролитической ячейкой с ионообменной мембраной. Конструкция системы каналов для потока газа и системы каналов для потока воды заменяет дополнительный трубопровод, упрощая прокладку труб в процессе изготовления и уменьшая расход труб и трудовые затраты. Устройство выделенного пространства облегчает присоединение других устройств к устройству с интегрированными каналами потоков, таких как электролитическая ячейка с ионообменной мембраной, фильтр, распылитель и вентилятор для подачи газа, так что устройства могут быть стабильно расположены в устройстве для электролиза с ионообменной мембраной. Что более важно, устройство с интегрированными каналами потоков интегрирует сложные трубопроводы устройства для электролиза с ионообменной мембраной, уменьшает выделенное пространство для труб, требующихся в устройстве электролиза с ионообменной мембраной, оптимизирует использование пространства и уменьшает возможность утечки воды и газа, повышая эксплуатационную безопасность устройства для электролиза с ионообменной мембраной.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИЛАГАЕМЫХ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Некоторые варианты осуществления будут описаны подробно со ссылкой на следующие фигуры, на которых одинаковые обозначения обозначают одинаковые элементы, при этом:
На фиг. 1A и фиг. 1B показан внешний вид устройств для электролиза с ионообменной мембраной согласно разным вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 показано схематическое изображение устройства для электролиза с ионообменной мембраной со снятым внешним кожухом согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3A и фиг. 3B показаны схематические изображения устройств с интегрированными каналами потоков согласно разным вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 4 показано схематическое изображение электролитической ячейки с ионообменной мембраной согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5 показан вид в поперечном разрезе, изображающий электролитическую ячейку с ионообменной мембраной согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6 показан вид в поперечном разрезе, изображающий устройство для электролиза с ионообменной мембраной согласно фиг. 2.
На фиг. 7 показан вид в поперечном разрезе, изображающий другое представление устройства для электролиза с ионообменной мембраной согласно фиг. 6.
На фиг. 8 показано схематическое изображение, изображающее распылитель согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 9A и фиг. 9B показаны схематические виды в поперечном разрезе, изображающие устройства с интегрированными каналами потоков согласно разным вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 10 показано схематическое изображение другого вида фильтра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 11 показан частичный вид в поперечном разрезе, изображающий другую глубину разреза устройства для электролиза с ионообменной мембраной согласно фиг. 6.
На фиг. 12 показано схематическое изображение вентилятора для подачи газа согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 13 показано схематическое изображение охлаждающего вентилятора согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 14A показана структурная схема, изображающая устройство с интегрированными каналами потоков согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 14B показана схема взаимодействия между устройствами, изображающая устройство для электролиза с ионообменной мембраной согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 14C показана схема взаимодействия между устройствами, изображающая устройство для электролиза с ионообменной мембраной согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 15 показан вид в поперечном разрезе, изображающий устройство для электролиза с ионообменной мембраной согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Далее преимущества, сущность и признаки настоящего изобретения будут объясняться и описываться в сочетании с вариантами осуществления и фигурами.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Подробное описание описанных далее в данном документе вариантов осуществления раскрытых устройства и способа представлены в данном документе посредством примера и без ограничения со ссылкой на фигуры. Несмотря на то, что определенные варианты осуществления показаны и описаны подробно, следует понимать, что различные изменения и модификации могут быть выполнены, не выходя за рамки объема прилагаемой формулы изобретения. Объем настоящего изобретения никоим образом не будет ограничен количеством составляющих компонентов, их материалами, их формами, их соответственным расположением и т. д., и все это представлено просто качестве примера вариантов осуществления настоящего изобретения.
В описании настоящего изобретения термины «в одном варианте осуществления», «в другом варианте осуществления» или «в некоторых вариантах осуществления» означают, что конкретный признак, конструкция, материал или характеристика настоящего варианта осуществления предусматриваются по меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения. В описании настоящего изобретения схематические изображения вышеупомянутых терминов не обязательно относятся к одному варианту осуществления. Кроме того, описанные конкретные признак, конструкция, материал или характеристика могут предусматриваться в любом одном или более вариантах осуществления надлежащим образом.
В вариантах осуществления настоящего изобретения термин «или» включает комбинацию части перечисленных компонентов и комбинацию всех перечисленных компонентов. Например, описанное выражение «A или B» включает только A, только B и как A, так и B. Более того, формы единственного числа перед элементом или компонентом настоящего изобретения не ограничивают количество элементов или компонентов. Таким образом, формы единственного числа следует рассматривать как включающие один или по меньше мере один компонент. Помимо этого, форма единственного числа элемента или компонента также включает форму множественного числа, если количество явно не относится к форме единственного числа.
Рассмотрим фиг. 1A - фиг. 3B. На фиг. 1A и фиг. 1B показан внешний вид устройств для электролиза с ионообменной мембраной согласно разным вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг. 2 показано схематическое изображение устройства для электролиза с ионообменной мембраной со снятым внешним кожухом согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 3A и фиг. 3B показаны схематические изображения устройств с интегрированными каналами потоков согласно разным вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1A - фиг. 3B, настоящее изобретение предоставляет устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной, содержащее электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной и устройство 13 с интегрированными каналами потоков. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной выполнена с возможностью осуществления электролиза воды для получения газа, содержащего водород. Устройство 13 с интегрированными каналами потоков выполнено неразделимо и содержит узел 139 резервуара для воды, множество установочных узлов, систему 130 каналов для потока газа и систему 131 каналов для потока воды. Узел 139 резервуара для воды выполнен с возможностью размещения воды. Первый установочный узел 132 из множества установочных узлов выполнен с возможностью разъемного закрепления на нем электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. Система 131 каналов для потока воды содержит множество каналов для потока, соединяющихся с узлом 139 резервуара для воды для подачи воды из узла 139 резервуара для воды в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной. Система 130 каналов для потока газа содержит множество каналов для потока, соответственно соединенных с множеством установочных узлов, и получает газ, содержащий водород, по каналам для потока и соответственно транспортирует газ, содержащий водород, во множество установочных узлов. Первый установочный узел 132 содержит отверстие 1322 для впуска водорода, отверстие 1324 для впуска кислорода и отверстие 1326 для выпуска воды. Узел 139 резервуара для воды соединен с отверстием 1326 для выпуска воды посредством системы 131 каналов для потока воды для подачи воды из узла 139 резервуара для воды в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной, и система 130 каналов для потока газа получает газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной, через отверстие 1322 для впуска водорода.
Каждое из устройств закреплено внутри устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению посредством предварительно размещенных установочных узлов устройства 13 с интегрированными каналами потоков, так что пространственная структура устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной является более понятной во время сборки. В то же время, газ и жидкость транспортируются через множество предварительно расположенных каналов для потока среди установочных узлов, без дополнительных трубопроводов между двумя устройствами. Более того, множество каналов для потока объединены в систему каналов для потока воды и систему каналов для потока газа для интегрирования в функционально независимые или связанные трубопроводы, тем самым уменьшая количество шлангов или проводных трубопроводов для предотвращения запутывания или неправильного соединения трубопроводов. Дополнительно можно сэкономить затраты на трубопровод и можно избежать опасности выпадения скрытых трубопроводов, встречающееся в известном уровне техники, тем самым уменьшая вероятность утечки воды или утечки воздуха. Что более важно, каждое функционально независимое устройство интегрировано посредством устройства 13 с интегрированными каналами потоков для оптимизации использования пространства.
Рассмотрим фиг. 4 и фиг. 5. На фиг. 4 показано схематическое изображение электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 5 показан вид в поперечном разрезе, изображающий электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной содержит первую сторону S1, трубку 122 для выпуска водорода, трубку 124 для выпуска кислорода и трубку 126 для впуска воды, причем трубка 122 для выпуска водорода, трубка 124 для выпуска кислорода и трубка 126 для впуска воды находятся на первой стороне S1 и соответственно соединены с отверстием для впуска кислорода, отверстием для впуска водорода и отверстием для выпуска воды первого установочного узла 132. Трубка 124 для выпуска кислорода и трубка 122 для выпуска водорода соответственно выпускают газ, содержащий кислород, и газ, содержащий водород, из электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной первой стороны S1 в отверстие для впуска кислорода и отверстие для впуска водорода, и затем газ, содержащий кислород, и газ, содержащий водород, соответственно поступают в систему 130 каналов для потока газа и систему 131 каналов для потока воды через отверстие для впуска кислорода и отверстие для впуска водорода, причем отверстие для впуска кислорода соединено с узлом 139 резервуара для воды. Трубка 126 для впуска воды электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной соединена с отверстием для выпуска воды узла 139 резервуара для воды с первой стороны S1 для впуска воды. Направления трубки 124 для выпуска кислорода, трубки 122 для выпуска водорода и трубки 126 для впуска воды не ограничены первой стороной S1 (как в направлении анода согласно одному варианту осуществления) и одновременно могут также выходить из второй стороны S2 (как в направлении катода согласно одному варианту осуществления).
Как показано на фиг. 5, электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной содержит ионообменную мембрану 120, катодную камеру 121 и анодную камеру 123. Катодная камера 121 содержит катодный электрод 1210, анодная камера 123 содержит анодный электрод 1230, и ионообменная мембрана 120 расположена между катодной камерой 121 и анодной камерой 123. Когда электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной осуществляет электролиз воды, катодный электрод 1210 производит газообразный водород и анодный электрод 1230 производит газообразный кислород. В одном варианте осуществления анодная камера 123 вмещает воду, и вода в анодной камере 123 может дополнительно проходить сквозь ионообменную мембрану 120 и поступать в катодную камеру 121. В дополнение, на фиг. 5 показано схематическое изображение в поперечном разрезе, предназначенное лишь для объяснения внутренней структуры электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной, но не для изображения фактической внутренней структуры электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. Область, где находятся вторая сторона S2 и катодный электрод 1210, называется катодной камерой 121, и область, где расположены первая сторона S1 и анодный электрод 1230, называется анодной камерой 123. Для более четкого указания соответствующих положений катодной камеры 121 и анодной камеры 123 их положение обозначено на фигурах пунктирными линиями.
Рассмотрим фиг. 6, фиг. 7, фиг. 9A, фиг. 9B и фиг. 11. На фиг. 6 показан вид в поперечном разрезе, изображающий устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной согласно фиг. 2. На фиг. 7 показано изображение в поперечном разрезе, демонстрирующее другой вид устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной согласно фиг. 6. На фиг. 9A и фиг. 9B показаны виды в поперечном разрезе, изображающие разные варианты осуществления устройств 13 с интегрированными каналами потоков согласно разным вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг. 11 показано схематическое изображение в поперечном разрезе, демонстрирующее другую глубину разреза устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной согласно фиг. 6. В одном варианте осуществления устройство 13 с интегрированными каналами потоков дополнительно содержит второй вмещающий узел 134, расположенный в нем. Второй вмещающий узел 134 соединен с первым установочным узлом 132 посредством системы 130 каналов для потока газа с целью получения газа, содержащего водород, произведенного электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной, улавливания жидкой воды из газа, содержащего водород, и последующего выпуска газа, содержащего водород, через первый канал 1346 для потока системы 130 каналов для потока газа.
Второй вмещающий узел 134 сообщается с трубкой 122 для выпуска водорода через отверстие 1322 для впуска водорода системы 130 каналов для потока газа с целью получения газа, содержащего водород, произведенного электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной. Поскольку температура во втором вмещающем узле 134 ниже температуры в электролитической ячейке 12 с ионообменной мембраной, влага в газе, содержащем водород, легко конденсируется в жидкую воду во втором вмещающем узле 134. Жидкая вода стекает вниз и остается в нижнем пространстве второго вмещающего узла 134, и отделенный газ, содержащий водород, выпускается в третий вмещающий узел 136 по первому каналу 1346 для потока системы 130 каналов для потока газа. Первый канал 1346 для потока может быть расположен в верхнем конце второго вмещающего узла 134, чтобы предотвращать вытекание жидкой воды в первый канал 1346 для потока. Следовательно, второй вмещающий узел 134 может разделять газ и жидкость.
В одном варианте осуществления второй вмещающий узел 134 вмещает поплавок 144. Поплавок 144 поднимается по мере поступления жидкой воды во второй вмещающий узел 134. Когда жидкая вода, размещенная во втором вмещающем узле 134, достигает определенного уровня воды, поплавок 144 блокирует сообщение между вторым вмещающим узлом 134 и выпускным отверстием 1344 первого канала 1346 для потока, чтобы блокировать прохождение газа, содержащего водород, сквозь первый канал 1346 для потока. В практических вариантах применения поплавок 144 может представлять собой полый пластмассовый столбик, который поднимает вода. Кроме этого, второй вмещающий узел 134 содержит отверстие канала для потока в нижней части второго вмещающего узла 134. Отверстие канала для потока выполнено таким образом, чтобы позволять жидкой воде, размещенной во втором вмещающем узле 134, вытекать наружу устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной. Когда уровень воды во втором вмещающем узле 134 является низким, поплавок 144 не плавает и блокирует отверстие канала для потока, чтобы предотвращать втекание внешнего воздуха во второй вмещающий узел 134 через отверстие канала для потока и предотвращать выпуск газа, содержащего водород, из устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной через отверстие канала для потока.
В другом варианте осуществления второй вмещающий узел 134 вмещает пружинный клапан 146, расположенный на выпускном отверстии 1344 устройства 13 с интегрированными каналами потоков. Второй вмещающий узел 134 соединен с первым каналом 1346 для потока посредством выпускного отверстия 1344. Если давление газа не достигает пороговой величины давления, пружинный клапан 146 блокирует прохождение газа из второго вмещающего узла 134 сквозь выпускное отверстие 1344 в первый канал 1346 для потока. Когда давление газа, содержащего водород, во втором вмещающем узле 134 достигает пороговой величины давления, газ, содержащий водород, открывает пружинный клапан 146. Таким образом, пружинный клапан 146 открывается для соединения второго вмещающего узла 134 и первого канала 1346 для потока, так что газ, содержащий водород, может поступать в первый канал 1346 для потока. При этом пороговая величина давления больше давления газа внешней среды и больше давления газа в первом канале 1346 для потока. Благодаря конфигурации пружинного клапана 146, время, на протяжении которого газ, содержащий водород, остается в газоводяном сепараторе 14, можно продлить и можно повысить эффективность разделения газа и воды. Кроме этого, она может предотвратить поступление внешнего воздуха обратно во второй вмещающий узел 134, наряду с первым каналом 1346 для потока, после втягивания в устройство 13 с интегрированными каналами потоков с помощью вентилятора 15 для подачи газа.
В вышеописанном варианте осуществления функция разделения газа и воды достигается за счет конструкции второго вмещающего узла 134 для размещения поплавка 134 и пружинного клапана 146. Однако второй вмещающий узел 134 также может непосредственно вмещать устройство с функцией разделения газа и воды. В другом варианте осуществления устройство 13 с интегрированными каналами потоков дополнительно содержит второй вмещающий узел 134 для размещения газоводяного сепаратора 14. Газоводяной сепаратор 14 сообщается с первым установочным узлом 132 посредством системы 130 каналов для потока газа, чтобы принимать газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной, и улавливать жидкую воду из газа, содержащего водород, и затем выпускать газ, содержащий водород, через первый канал 1346 для потока системы 130 каналов для потока газа. Функция газоводяного сепаратора 14 идентична функции второго вмещающего узла 134. А именно, газоводяной сепаратор 14 согласно настоящему изобретению также может быть установлен во второй вмещающий узел 134 для выполнения функции разделения газа и воды второго вмещающего узла 134, описанной в вышеизложенном варианте осуществления. В техническом описании настоящего изобретения использование газоводяного сепаратора 14 и второго вмещающего узла 134 можно легко заменить разумным образом. С другой стороны, путем интегрирования устройства 13 с интегрированными каналами потоков, содержащего отверстие 1322 для впуска водорода, выпускное отверстие 1344, первый канал 1346 для потока, узел 139 резервуара для воды и множество установочных узлов, устройства могут быть соединены друг с другом без дополнительных трубопроводов.
Рассмотрим фиг. 7, фиг. 9A, фиг. 9B и фиг. 10. На фиг. 10 показано схематическое изображение другого вида фильтра 16 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. В одном варианте осуществления устройство 13 с интегрированными каналами потоков дополнительно содержит третий вмещающий узел 136. Третий вмещающий узел 136 соединен с первым установочным узлом 132 и вторым вмещающим узлом 134 посредством системы 130 каналов для потока газа. Устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной дополнительно содержит фильтр 16, с возможностью отсоединения закрепленный в третьем вмещающем узле 136. Фильтр 16 получает газ, содержащий водород, посредством системы 130 каналов для потока газа и выпускает отфильтрованный газ, содержащий водород, посредством системы 130 каналов для потока газа. Впускное отверстие 162 фильтра, расположенное на нижней части фильтра 16, принимает газ, содержащий водород, из первого канала 1346 для потока устройства 13 с интегрированными каналами потоков. Газ, содержащий водород, проходит в одном направлении через внутренний фильтр фильтра 16 и отфильтровывается, и затем отфильтрованный газ, содержащий водород, транспортируется в распылитель 18 из верхней части фильтра через выпускное отверстие 164.
Отфильтрованный газ, содержащий водород, транспортируется в распылитель 18 посредством сообщения с третьим каналом 1368 для потока системы 130 каналов для потока газа. В одном варианте осуществления устройство 13 с интегрированными каналами потоков устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной дополнительно содержит верхнюю крышку 133, расположенную на нем. В некоторых вариантах осуществления третий канал 1368 для потока также может представлять собой часть верхней крышки 133.
Рассмотрим фиг. 2, фиг. 9A и фиг. 12. На фиг. 12 показано схематическое изображение вентилятора 15 для подачи газа согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. В одном варианте осуществления устройство 13 с интегрированными каналами потоков дополнительно содержит пятый вмещающий узел 135, расположенный в устройстве 13 с интегрированными каналами потоков. Пятый вмещающий узел 135 соединен с первым установочным узлом 132, вторым вмещающим узлом 134 и третьим вмещающим узлом 136 посредством системы 130 каналов для потока газа. Устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной дополнительно содержит вентилятор 15 для подачи газа, с возможностью отсоединения установленный в пятом вмещающем узле 135. Вентилятор 15 для подачи газа выполнен с возможностью введения внешнего воздуха извне устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной и впуска внешнего воздуха из отверстия вентилятора 15 для подачи газа во второй канал 1352 для потока. В одном варианте осуществления второй канал 1352 для потока ведет в третий вмещающий узел 136, так что третий вмещающий узел 136 принимает внешний воздух и внешний воздух входит в фильтр 16 после смешивания с газом, содержащим водород, для того, чтобы выпускать разбавленный газ, содержащий водород, после фильтрации. В другом варианте осуществления второй канал 1352 для потока ведет в третий канал 1368 для потока, и внешний воздух смешивается с газом, содержащим водород, для образования разбавленного газа, содержащего водород, после фильтрации. В двух вышеописанных вариантах осуществления концентрация водорода в разбавленном газе, содержащем водород, может быть отрегулирована до 4%, что является подходящей концентрацией для вдыхания людьми.
Путем интегрирования устройства 13 с интегрированными каналами потоков, содержащего первый канал 1346 для потока и второй канал 1352 для потока, третий вмещающий узел 136, второй вмещающий узел 134, фильтр 16 и вентилятор 15 для подачи газа соединены друг с другом без дополнительных трубопроводов.
Рассмотрим фиг. 7 и фиг. 8. На фиг. 7 показан вид в поперечном разрезе, изображающий другое представление устройства для электролиза с ионообменной мембраной согласно фиг. 6. На фиг. 8 показано схематическое изображение, изображающее распылитель согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. В одном варианте осуществления множество установочных узлов дополнительно включают в себя четвертый установочный узел 138. Четвертый установочный узел 138 соединен с третьим вмещающим узлом 136, первым установочным узлом 132 и вторым вмещающим узлом 135 посредством системы 130 каналов для потока газа. Устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной дополнительно содержит распылитель 18, с возможностью отсоединения закрепленный в четвертом установочном узле 138. Распылитель 18 принимает газ, содержащий водород, из фильтра 16 по третьему каналу 1368 для потока системы 130 каналов для потока газа. Распылитель 18 выборочно производит распыляемый газ и выпускает разбавленный газ, содержащий водород, и распыляемый газ через выпускное отверстие 188 распылителя 18.
В распылителе 18 размещается распыляемая жидкость 182 с целью преобразования распыляемой жидкости 182 в распыляемый газ. Распылитель 18 содержит хлопковый столбик 184 и микропористую вибрирующую пластину 185. Один конец хлопкового столбика 184 погружен в распыляемую жидкость 182 для впитывания распыляемой жидкости 182 с целью смачивания всего хлопкового столбика 184. Микропористая вибрирующая пластина 185 окружает другой конец хлопкового столбика 184, чтобы вызывать вибрацию хлопкового столбика 184 с целью производства распыляемого газа. При этом, максимальная производительность распыления распылителя 18 больше или равна 20 мл/ч. Кроме того, распыляемый газ может смешиваться с газом, содержащим водород, для формирования оздоровительного газа. Оздоровительный газ выпускается из выпускного отверстия 188 для вдыхания пользователем.
Путем интегрирования устройства 13 с интегрированными каналами потоков, содержащего третий канал 1368 для потока, третий вмещающий узел 136, фильтр 16 и распылитель 18 соединены друг с другом без дополнительных трубопроводов.
Рассмотрим фиг. 3A, фиг. 3B, фиг. 5 и фиг. 6. На фиг. 6 показан вид в поперечном разрезе, изображающий устройство для электролиза с ионообменной мембраной согласно фиг. 2. В одном варианте осуществления первый установочный узел содержит отверстие 1322 для впуска водорода, отверстие 1324 для впуска кислорода и отверстие 1326 для выпуска воды, которые соответственно соединены с системой 131 каналов для потока газа и системой 130 каналов для потока воды. Отверстие 1324 для впуска кислорода и отверстие 1326 для выпуска воды соединены с узлом 139 резервуара для воды посредством системы 131 каналов для потока воды, и отверстие 1322 для впуска водорода соединено со вторым вмещающим узлом 134 посредством системы 131 каналов для потока газа.
При этом электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной содержит трубку 122 для выпуска водорода, соединенную с отверстием 1322 для впуска водорода, трубку 124 для выпуска кислорода, соединенную с отверстием 1324 для впуска кислорода, и трубку 126 для впуска воды, соединенную с отверстием 1326 для выпуска воды. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной также производит газ, содержащий кислород, с тепловой энергией при осуществлении электролиза воды. Устройство 13 с интегрированными каналами потоков дополнительно содержит узел 137 приемника для подогрева, соединенный с системой 131 каналов для потока воды и соединенный с узлом 139 резервуара для воды и первым установочным узлом 132 посредством системы 131 каналов для потока воды с целью соединения с электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной. Узел 137 приемника для подогрева принимает воду, находящуюся в узле 139 резервуара для воды, и через отверстие 1326 для выпуска воды пополняет запас воды в электролитической ячейке 12 с ионообменной мембраной. Узел 137 приемника для подогрева получает газ, содержащий кислород, с тепловой энергией через отверстие 1324 для впуска кислорода. Трубка 124 для выпуска кислорода соединена с отверстием 1324 для впуска кислорода посредством системы 131 каналов для потока воды. Трубка 126 для впуска воды электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной соединена с отверстием 1326 для выпуска воды через отверстие для выпуска воды первого установочного узла 132. Устройство 13 с интегрированными каналами потоков дополнительно содержит продольный канал 1379 для потока резервуара для воды, присоединенный между впускным отверстием 1328 для подачи воды и узлом 139 резервуара для воды. Вода из узла 139 резервуара для воды течет последовательно через канал 1379 для потока резервуара для воды и впускное отверстие 1328 для подачи воды, достигая узла 137 приемника для подогрева. Когда количество воды, содержащейся в узле 137 приемника для подогрева, уменьшается из-за ее вытекания в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной, вода из узла 139 резервуара для воды пополняет узел 137 приемника для подогрева. Отверстие 1324 для впуска кислорода выполнено с возможностью приема газа, содержащего кислород, и тепловой энергии, произведенных электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной. Тепловая энергия будет циркулировать в узле 137 приемника для подогрева, так что температура воды в узле 137 приемника для подогрева за короткое время станет выше температуры воды в узле 139 резервуара для воды. Узел 137 приемника для подогрева выпускает воду в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной через отверстие 1326 для выпуска воды, так что вода с высокой температурой в узле 137 приемника для подогрева будет пополнять электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной после того, как электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной осуществит электролиз воды. Поскольку электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной имеет более высокую эффективность электролиза при осуществлении электролиза воды с подходящей высокой температурой, наличие узла 137 приемника для подогрева может быстро повысить эффективность электролиза электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной. С помощью устройства 13 с интегрированными каналами потоков, отверстия 1322 для впуска водорода, отверстия 1324 для впуска кислорода, впускного отверстия 1328 для подачи воды и отверстия 1326 для выпуска воды, устройства соединяются друг с другом без дополнительных трубопроводов.
Рассмотрим фиг. 3B и фиг. 15. На фиг. 15 показан вид в поперечном разрезе, изображающий устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению. Устройство 13 с интегрированными каналами потоков дополнительно содержит трубку 1378 для выпуска кислорода, расположенную над отверстием 1324 для впуска кислорода системы 131 каналов для потока воды и соединенную с узлом 139 резервуара для воды. Один конец трубки 1378 для выпуска кислорода выступает из поверхности воды в узле 139 резервуара для воды; газ, содержащий кислород, выпускается в атмосферу через трубку 1378 для выпуска кислорода через узел 139 резервуара для воды. В одном варианте осуществления узел 139 резервуара для воды проходит таким образом, что образует камеру на той же высоте, что и электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной, и газ, содержащий кислород, впускаемый из отверстия 1324 для впуска кислорода, поступает в камеру. Камера сообщается с трубкой 1378 для выпуска кислорода, и трубка 1378 для выпуска кислорода проходит вверх и выше уровня воды внутри узла 139 резервуара для воды. Когда газ, содержащий кислород, поступает в камеру, газ, содержащий кислород, высвобождается в атмосферу через трубку 1378 для выпуска кислорода.
Кроме того, узел 139 резервуара для воды, узел 137 приемника для подогрева, первый установочный узел 132, второй вмещающий узел 134, третий вмещающий узел 135, система 131 каналов для потока воды и система 130 каналов для потока газа выполнены неразделимо, образуя устройство 13 с интегрированными каналами потоков. Следовательно, устройство 13 с интегрированными каналами потоков может быть выполнено неразделимо в форме одной детали или может быть частично интегрированным. В одном варианте осуществления пятый вмещающий узел 135 сформирован на верхней крышке 133 и верхняя крышка 133 является независимой от остальных компонентов устройства 13 с интегрированными каналами потоков. Остальные компоненты и структура устройства 13 с интегрированными каналами потоков, упомянутые выше, выполнены неразделимо, образуя основной узел, так что устройство 13 с интегрированными каналами потоков можно лишь немного разделить на верхнюю крышку 133 и основной узел. Таким образом, пользователю выгодно пополнять воду в узле 139 резервуара для воды, а также оказывается меньшее воздействие на структуру системы 131 каналов для потока воды и системы 130 каналов для потока воздуха.
При этом вышеупомянутый установочный узел соответственно имеет монтажную конструкцию, содержащую монтажное пространство, монтажное отверстие, монтажную трубку, монтажную кассету или монтажную скобу. В устройстве 1 для электролиза с ионообменной мембраной электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной смонтирована и присоединена к отверстию 1324 для впуска кислорода и отверстию 1326 для выпуска воды устройства 13 с интегрированными каналами потоков. Вентилятор 15 для подачи газа, электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной, фильтр 16 и газоводяной сепаратор 14 смонтированы на канале для потока газа устройства 13 с интегрированными каналами потоков. Простая кассета или подходящая пространственная конструкция могут быть спроектированы в устройстве 13 с интегрированными каналами потоков или остальных компонентах, упомянутых выше, для облегчения монтирования остальных компонентов на устройстве 13 с интегрированными каналами потоков.
Рассмотрим фиг. 2 и фиг. 13. На фиг. 13 показано схематическое изображение охлаждающего вентилятора 17 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению содержит охлаждающий вентилятор 17, расположенный на устройстве 13 с интегрированными каналами потоков, и при этом охлаждающий вентилятор 17 заставляет внешний воздух протекать из отверстия 172 охлаждающего вентилятора и через электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной. Таким образом можно предотвратить возрастание температуры электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной до слишком высоких и опасных значений. На практике устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной содержит вышеупомянутое устройство и эффекты и максимальная рабочая мощность устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной по-прежнему составляет менее 240 Вт.
Рассмотрим фиг. 14A, фиг. 14B и фиг. 14C. На фиг. 14A показана структурная схема, изображающая устройство с интегрированными каналами потоков согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 14B показана схема взаимодействия между устройствами, изображающая устройство для электролиза с ионообменной мембраной согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 14C показана схема взаимодействия между устройствами, изображающая устройство для электролиза с ионообменной мембраной согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. В общем устройство 13 с интегрированными каналами потоков содержит множество установочных узлов и каналов для потока, сообщающихся друг с другом. Узел 139 резервуара для воды сообщается с первым установочным узлом 132 посредством канала 1379 для потока резервуара для воды, отверстия 1326 для выпуска воды и отверстия 1324 для впуска кислорода. Первый установочный узел 132 сообщается со вторым вмещающим узлом 134 через отверстие 1322 для впуска водорода. Второй вмещающий узел 134 сообщается с третьим вмещающим узлом 136 посредством первого канала 1346 для потока. Пятый вмещающий узел 135 сообщается с третьим вмещающим узлом 136 посредством второго канала 1352 для потока. Третий вмещающий узел 136 сообщается с четвертым установочным узлом 138 посредством третьего канала 1368 для потока.
Различные устройства, указанные ниже, встроены в устройство 13 с интегрированными каналами потоков для образования прототипа устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению. Газ, содержащий кислород, произведенный электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной, выпускается из трубки 124 для выпуска кислорода в отверстие 1324 для впуска кислорода устройства 13 с интегрированными каналами потоков и затем поступает в узел 137 приемника для подогрева или узел 139 резервуара для воды с целью выпуска в атмосферу. Вода из узла 139 резервуара для воды может пополнять запас воды в узле 137 приемника для подогрева. Воду из узла 137 приемника для подогрева выпускают в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной через отверстие 1326 для выпуска воды, чтобы подавать воду с подходящей температурой в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной. С другой стороны, газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной, выпускается из трубки 122 для выпуска водорода и поступает в газоводяной сепаратор 14 для выделения жидкой воды в газе, содержащем водород. Газ, содержащий водород, после разделения поступает в третий вмещающий узел 136 через первый канал 1346 для потока, и внешний воздух, который вводится с помощью вентилятора 15 для подачи газа, также поступает в третий вмещающий узел 136 через второй канал 1352 для потока. Смешивание двух газов можно считать образованием разбавленного газа, содержащего водород, который будет вводиться в фильтр 16 с целью фильтрации. Разбавленный газ, содержащий водород, после фильтрации поступает в распылитель 18 по третьему каналу 1368 для потока и смешивается с распыляемым газом, произведенным распылителем 18, для образования оздоровительного газа. Оздоровительный газ выпускается из выпускного отверстия 188 для вдыхания пользователем. Поток газа в принципе имеет только одно направление.
Другой целью настоящего изобретения является предоставление устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной, содержащего электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной, устройство 13 с интегрированными каналами потоков и вентилятор 15 для подачи газа. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной выполнена с возможностью осуществления электролиза воды для соответствующего производства газа, содержащего водород, и газа, содержащего кислород, с тепловой энергией. Вентилятор 15 для подачи газа выполнен с возможностью введения внешнего воздуха извне устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной. Устройство 13 с интегрированными каналами потоков дополнительно содержит узел 139 резервуара для воды, узел 137 приемника для подогрева, множество установочных узлов, систему 131 каналов для потока воды и систему 130 каналов для потока воздуха. Узел 139 резервуара для воды соединен с электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной посредством узла 137 приемника для подогрева с целью пополнения воды в электролитической ячейке 12 с ионообменной мембраной. Относительное положение узла 139 резервуара для воды выше положения электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной, так что вода из узла 139 резервуара для воды подается вниз в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной посредством силы тяжести или разницы давлений. Узел 137 приемника для подогрева имеет отверстие для впуска кислорода (не показано на фигурах), впускное отверстие для подачи воды (не показано на фигурах) и отверстие 1326 для выпуска воды, причем впускное отверстие для подачи воды соединено с узлом 139 резервуара для воды для приема воды из узла 139 резервуара для воды, и отверстие 1326 для выпуска воды выпускает воду из узла 137 приемника для подогрева в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной. Отверстие для впуска кислорода выполнено с возможностью приема газа, содержащего кислород, и тепловой энергии, произведенных электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной, причем тепловая энергия предназначена для нагревания воды в узле 137 приемника для подогрева. В первом установочном узле 132 из множества установочных узлов расположена электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной. В пятом вмещающем узле 135 из множества установочных узлов расположен вентилятор 15 для подачи газа. Система 131 каналов для потока воды содержит множество каналов для потока, соответственно сообщающихся с узлом 139 резервуара для воды и узлом 137 приемника для подогрева, чтобы впускать воду из узла 137 приемника для подогрева в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной и чтобы выпускать газ, содержащий кислород, с тепловой энергией из электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной в узел 137 приемника для подогрева. Система 130 каналов для потока газа содержит множество каналов для потока, соответственно сообщающихся с множеством установочных узлов, чтобы принимать газ, содержащий водород, и внешний воздух и смешивать газ, содержащий водород, с внешним воздухом для образования разбавленного газа, содержащего водород. Концентрация водорода в разбавленном газе, содержащем водород, составляет 4% или меньше.
В другом варианте осуществления устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению содержит электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной и устройство 13 с интегрированными каналами потоков. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной выполнена с возможностью осуществления электролиза воды для производства газа, содержащего водород, и газа, содержащего кислород. Устройство 13 с интегрированными каналами потоков выполнено неразделимо и дополнительно содержит узел 139 резервуара для воды, первый установочный узел 132, систему 131 каналов для потока воды, систему 130 каналов для потока газа, пятый вмещающий узел 135 и узел 137 приемника для подогрева. Узел 139 резервуара для воды выполнен с возможностью размещения воды. Первый установочный узел 132 содержит отверстие 1322 для впуска водорода, отверстие 1324 для впуска кислорода и отверстие 1326 для выпуска воды. Первый установочный узел 132 выполнен с возможностью разъемного прикрепления электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной к устройству 13 с интегрированными каналами потоков. Система 131 каналов для потока воды сообщается с узлом 139 резервуара для воды и первым установочным узлом 132, чтобы впускать воду из узла 139 резервуара для воды в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной. Система 130 каналов для потока газа соединена с первым установочным узлом 132, чтобы принимать газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной. Узел 137 приемника для подогрева соединен с узлом 139 резервуара для воды и первым установочным узлом 132. Вода из узла 139 резервуара для воды может вводиться в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной через узел 137 приемника для подогрева и отверстие 1326 для выпуска воды первого установочного узла 132. Узел 139 резервуара для воды соединен с отверстием 1326 для выпуска воды посредством системы 131 каналов для потока воды и узла 137 приемника для подогрева. Система 130 каналов для потока газа принимает газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной, через отверстие 1322 для впуска водорода. Устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной дополнительно содержит вентилятор 15 для подачи газа, с возможностью отсоединения прикрепленный к пятому вмещающему узлу 135 для введения внешнего воздуха с целью его смешивания с газом, содержащим водород, для производства первого смешанного газа. Устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной дополнительно содержит распылитель 18, проходящий в узел 139 резервуара для воды. Распылитель 18 выборочно производит распыляемый газ и смешивает первый смешанный газ с распыляемым газом после приема первого смешанного газа, чтобы выпускать распыленный газ, содержащий водород. Устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной содержит панель управления. С помощью панели управления пользователь может регулировать общее количество газа, содержащего водород, выпускаемого из устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной. В одном варианте осуществления объем устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной составляет менее 15 литров и максимальная рабочая мощность устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной составляет менее 240 Вт. Общее количество выхода распыленного газа, содержащего водород, в этом варианте осуществления, может быть установлено в диапазоне от 2 л/мин до 6 л/мин, например 2 л/мин, 4 л/мин или 6 л/мин. Устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной можно отрегулировать с помощью панели управления для обеспечения концентрации выпускаемого газа, содержащего водород, равной 4% или менее.
В другом варианте осуществления устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению содержит электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной, устройство 13 с интегрированными каналами потоков и распылитель 18. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной выполнена с возможностью осуществления электролиза воды для производства газа, содержащего водород. Устройство 13 с интегрированными каналами потоков дополнительно содержит узел 139 резервуара для воды, множество установочных узлов и систему 131 каналов для потока воды. Узел 139 резервуара для воды сообщается с электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной с целью пополнения воды в электролитической ячейке 12 с ионообменной мембраной. В первом установочном узле 132 из множества установочных узлов с возможностью отсоединения прикреплена электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной. В четвертом установочном узле 138 из множества установочных узлов с возможностью отсоединения прикреплен распылитель 18. Система 131 каналов для потока воды содержит множество каналов для потока, соответственно сообщающихся с узлом 139 резервуара для воды, чтобы подавать воду из узла 139 резервуара для воды в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной. Система 130 каналов для потока газа доставляет газ, содержащий водород, в распылитель 18. Распылитель 18 соединен с электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной, чтобы принимать газ, содержащий водород. Распылитель 18 выполнен с возможностью производства распыляемого газа. Газ, содержащий водород, смешивается с распыляемым газом, чтобы образовывать оздоровительный газ. Оздоровительный газ выпускается посредством выпускного отверстия 188 распылителя 18. Концентрация водорода в оздоровительном газе, выпускаемом из распылителя 18, составляет 99% или больше.
В другом варианте осуществления устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной согласно настоящему изобретению содержит электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной, выполненную с возможностью осуществления электролиза воды для производства газа, содержащего водород, и газа, содержащего кислород. Устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной также содержит устройство 13 с интегрированными каналами потоков, выполненное неразделимо, узел 139 резервуара для воды, первый установочный узел 132, систему 131 каналов для потока воды и систему 130 каналов для потока газа. Узел 139 резервуара для воды выполнен с возможностью размещения воды. Первый установочный узел 132 выполнен с возможностью разъемного прикрепления электролитической ячейки 12 с ионообменной мембраной к устройству 13 с интегрированными каналами потоков. Система 131 каналов для потока воды сообщается с узлом 139 резервуара для воды и первым установочным узлом 132, чтобы впускать воду из узла 139 резервуара для воды в электролитическую ячейку 12 с ионообменной мембраной. Система 130 каналов для потока газа соединена с первым установочным узлом 132, чтобы принимать газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной. Первый установочный узел 132 содержит отверстие 1322 для впуска водорода, отверстие 1324 для впуска кислорода и отверстие 1326 для выпуска воды. Узел 139 резервуара для воды соединен с отверстием 1326 для выпуска воды посредством системы 131 каналов для потока воды и узла 137 приемника для подогрева. Система 130 каналов для потока газа принимает газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой 12 с ионообменной мембраной, через отверстие 1322 для впуска водорода. Электролитическая ячейка 12 с ионообменной мембраной дополнительно содержит верхнюю крышку 133 и распылитель 18. Верхняя крышка 133 расположена на узле 139 резервуара для воды. Верхняя крышка 133 дополнительно содержит четвертый установочный узел 138. Распылитель 18 с возможностью отсоединения прикреплен к четвертому установочному узлу 138 и проходит в узел 139 резервуара для воды. Распылитель 18 выборочно производит распыляемый газ, и после приема газа, содержащего водород, газ, содержащий водород, смешивается с распыляемым газом для выпуска распыленного газа, содержащего водород. Объем устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной составляет менее 13 литров, и максимальная рабочая мощность устройства 1 для электролиза с ионообменной мембраной составляет менее 400 Вт. Общее количество выхода газа, содержащего водород, в этом варианте осуществления составляет от 400 мл/мин до 600 мл/мин. Например, оно может быть установлено в 400 мл/мин, 500 мл/мин или 600 мл/мин. Устройство 1 для электролиза с ионообменной мембраной можно отрегулировать с помощью панели управления так, чтобы концентрация водорода в газе, содержащем водород, равнялась 99% или более.
В итоге, система каналов для потока газа содержит первый канал для потока, второй канал для потока, третий канал для потока и отверстие для впуска водорода, предназначенные для транспортировки водорода в устройстве для электролиза с ионообменной мембраной к каждому устройству в каждом установочном узле, такому как электролитическая ячейка с ионообменной мембраной, фильтр, распылитель и вентилятор для подачи газа. Система каналов для потока воды содержит канал для потока резервуара для воды, впускное отверстие для подачи воды, отверстие для выпуска воды и отверстие для впуска кислорода, предназначенные для соединения узла резервуара для воды с электролитической ячейкой с ионообменной мембраной. Конструкция системы каналов для потока газа и системы каналов для потока воды заменяет дополнительные трубопроводы, позволяя устройству для электролиза с ионообменной мембраной сообщаться с каждым из установочных узлов посредством этих каналов, упрощая прокладку труб в процессе изготовления и уменьшая расход труб и трудовые затраты. Выделенное пространство установочных узлов способствует легкому присоединению других устройств к устройству с интегрированными каналами потоков, таких как электролитическая ячейка с ионообменной мембраной, фильтр, распылитель и вентилятор для подачи газа, так что устройства можно стабильно расположить в устройстве для электролиза с ионообменной мембраной. Что более важно, устройство с интегрированными каналами потоков интегрирует сложные трубопроводы устройства для электролиза с ионообменной мембраной, уменьшает выделенное пространство для устройства для электролиза с ионообменной мембраной, оптимизирует использование пространства и уменьшает возможность утечки воды и газа, повышая эксплуатационную безопасность устройства для электролиза с ионообменной мембраной.
По сравнению с известным уровнем техники устройство с интегрированными каналами потоков содержит путь для газа или путь для воды, проходящие через различные компоненты, избегая дополнительных трубных соединений, функционально интегрируя независимые устройства и трубы для оптимизации использования пространства, уменьшая затраты на производство и объем, необходимый для устройства для электролиза с ионообменной мембраной, и повышая эксплуатационную безопасность устройства для электролиза с ионообменной мембраной и легкость сборки. Кроме этого, вода в узле приемника для подогрева получает тепловую энергию, произведенную электролитической ячейкой с ионообменной мембраной, и вода с высокой температурой отправляется в электролитическую ячейку с ионообменной мембраной, так что поддерживается подходящая рабочая температура воды в электролитической ячейке с ионообменной мембраной, тем самым повышая эффективность электролиза. В то же время система каналов для потока газа и система каналов для потока воды заранее выполнены между соответствующими установочными узлами для транспортировки газа и жидкости. Поэтому нет необходимости в дополнительном присоединении трубопровода между устройствами, так что количество шлангов или проводных трубопроводов уменьшается, предотвращая занятие пространства и запутывание или неправильное соединение трубопроводов и т. д., а также экономя затраты на проводку. Кроме этого, предотвращается риск выпадения скрытых трубопроводов, имеющийся на известном уровне техники, и уменьшается вероятность утечки воды или утечки воздуха. Что более важно, каждое функционально независимое устройство интегрировано посредством устройства с интегрированными каналами потоков для оптимизации использования пространства. Следовательно, настоящее изобретение облегчает проектирование, производство, установку или техническое обслуживание устройства для электролиза с ионообменной мембраной, а также уменьшает количество дополнительных трубопроводов.
Предполагается, что с помощью примеров и объяснений, упомянутых выше, признаки и сущность настоящего изобретения описаны хорошо. Что более важно, настоящее изобретение не ограничено вариантом осуществления, описанным в данном документе. Специалисты в данной области техники легко поймут, что могут быть выполнены многочисленные модификации и изменения устройства, при этом с сохранением идей настоящего изобретения. Соответственно, представленное выше описание следует понимать как ограниченное только границами и рамками прилагаемой формулы изобретения.
1. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной, содержащее:
электролитическую ячейку с ионообменной мембраной, выполненную с возможностью осуществления электролиза воды для производства газа, содержащего водород, и газа, содержащего кислород; и
устройство с интегрированным кожухом, содержащее:
кожух;
узел резервуара для воды, расположенный в кожухе и выполненный с возможностью размещения воды;
первый установочный узел, расположенный на кожухе и приспособленный для прикрепления с возможностью отсоединения электролитической ячейки с ионообменной мембраной к устройству с интегрированным кожухом, чтобы принимать газ, содержащий водород, и газ, содержащий кислород, из электролитической ячейки с ионообменной мембраной;
систему каналов для потока воды, расположенную в кожухе и соединенную с узлом резервуара для воды и первым установочным узлом, чтобы подавать воду из узла резервуара для воды в электролитическую ячейку с ионообменной мембраной; и
систему каналов для потока газа, расположенную в кожухе и соединенную с первым установочным узлом, чтобы принимать газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой с ионообменной мембраной.
2. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной по п. 1, отличающееся тем, что устройство с интегрированным кожухом дополнительно содержит второй вмещающий узел для размещения газоводяного сепаратора, при этом газоводяной сепаратор соединен с первым установочным узлом посредством системы каналов для потока газа, газоводяной сепаратор принимает газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой с ионообменной мембраной, и улавливает жидкую воду из газа, содержащего водород, и затем выпускает газ, содержащий водород, через систему каналов для потока газа.
3. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной по п. 1, отличающееся тем, что устройство с интегрированным кожухом дополнительно содержит второй вмещающий узел, выполненный с возможностью размещения поплавка и пружинного клапана; при этом второй вмещающий узел принимает газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой с ионообменной мембраной, и улавливает жидкую воду из газа, содержащего водород; при этом поплавок блокирует прохождение газа, содержащего водород, в систему каналов для потока газа; пружинный клапан открывается для соединения второго вмещающего узла и системы каналов для потока газа, и затем газ, содержащий водород, выводится через систему каналов для потока газа.
4. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной по п. 1, отличающееся тем, что первый установочный узел имеет отверстие для впуска водорода, отверстие для впуска кислорода и отверстие для выпуска воды; электролитическая ячейка с ионообменной мембраной имеет первую сторону и содержит трубку для выпуска водорода, соединенную с отверстием для впуска водорода, трубку для выпуска кислорода, соединенную с отверстием для впуска кислорода, и трубку для впуска воды, соединенную с отверстием для выпуска воды; при этом трубка для выпуска кислорода и трубка для выпуска водорода соответственно выпускают газ, содержащий кислород, и газ, содержащий водород, в отверстие для впуска кислорода и отверстие для впуска водорода с первой стороны электролитической ячейки с ионообменной мембраной, и трубка для впуска воды принимает воду из узла резервуара для воды на первой стороне через отверстие для выпуска воды.
5. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной по п. 4, отличающееся тем, что устройство с интегрированным кожухом дополнительно содержит узел приемника для подогрева, соединенный с узлом резервуара для воды и первым установочным узлом; при этом вода из узла резервуара для воды может подаваться в электролитическую ячейку с ионообменной мембраной через узел приемника для подогрева и отверстие для выпуска воды первого установочного узла, и узел приемника для подогрева дополнительно соединен с отверстием для впуска кислорода, чтобы принимать газ, содержащий кислород.
6. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной по п. 4, отличающееся тем, что устройство с интегрированным кожухом дополнительно содержит трубку для выпуска кислорода, расположенную над отверстием для впуска кислорода в системе каналов для потока воды и соединенную с узлом резервуара для воды, при этом газ, содержащий кислород, высвобождается в атмосферу через трубку для выпуска кислорода через узел резервуара для воды.
7. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной по п. 1, отличающееся тем, что устройство с интегрированным кожухом дополнительно содержит второй вмещающий узел, устройство для электролиза с ионообменной мембраной дополнительно содержит фильтр, с возможностью отсоединения закрепленный во втором вмещающем узле, при этом фильтр получает газ, содержащий водород, посредством системы каналов для потока газа и фильтрует газ, содержащий водород.
8. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной по п. 1, отличающееся тем, что нижний конец фильтра содержит впускное отверстие фильтра для приема газа, содержащего водород, и верхний конец фильтра содержит выпускное отверстие фильтра для выпуска отфильтрованного газа, содержащего водород, при этом фильтр содержит фильтрующий элемент, и впускное отверстие фильтра соединено с выпускным отверстием фильтра посредством фильтрующего элемента, причем фильтр и второй вмещающий узел блокируют возможность соединения впускного отверстия фильтра с выпускным отверстием фильтра через второй вмещающий узел.
9. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит верхнюю крышку и распылитель, при этом верхняя крышка расположена на узле резервуара для воды устройства с интегрированным кожухом, верхняя крышка дополнительно содержит второй установочный узел, распылитель с возможностью отсоединения прикреплен ко второму установочному узлу и проходит в узел резервуара для воды, при этом распылитель выполнен с возможностью выборочного производства распыляемого газа и с возможностью после приема газа, содержащего водород, смешивания газа, содержащего водород, с распыляемым газом и последующего выпуска смешанного газа.
10. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной по п. 9, отличающееся тем, что распылитель вмещает распыляемую жидкость, и при этом распылитель содержит хлопковый столбик и микропористую вибрирующую пластину, один конец хлопкового столбика погружен в распыляемую жидкость, чтобы впитывать распыляемую жидкость, и микропористая вибрирующая пластина окружает другой конец хлопкового столбика, чтобы распылять распыляемую жидкость, впитанную хлопковым столбиком, для создания распыляемого газа.
11. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной по п. 1, отличающееся тем, что устройство с интегрированным кожухом дополнительно содержит второй вмещающий узел, расположенный в устройстве с интегрированным кожухом, при этом второй вмещающий узел соединен с системой каналов для потока газа; устройство для электролиза с ионообменной мембраной дополнительно содержит вентилятор для подачи газа, с возможностью отсоединения прикрепленный ко второму вмещающему узлу; вентилятор для подачи газа выполнен с возможностью введения внешнего воздуха для смешивания с газом, содержащим водород.
12. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной по п. 1, отличающееся тем, что относительное положение узла резервуара для воды выше положения электролитической ячейки с ионообменной мембраной.
13. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной по п. 9, отличающееся тем, что дополнительно содержит панель управления, причем панель управления выполнена с возможностью регулирования скорости потока смешанного газа.
14. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной, содержащее:
электролитическую ячейку с ионообменной мембраной, выполненную с возможностью осуществления электролиза воды для производства газа, содержащего водород, и газа, содержащего кислород;
фильтр, выполненный с возможностью приема газа, содержащего водород, произведенного электролитической ячейкой с ионообменной мембраной; и
устройство с интегрированным кожухом, содержащее:
кожух;
первый вмещающий узел, расположенный на кожухе и приспособленный для размещения фильтра с возможностью отсоединения; и
систему каналов для потока газа, расположенную в кожухе и соединенную с первым вмещающим узлом, чтобы принимать газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой с ионообменной мембраной, и передавать газ, содержащий водород, в фильтр.
15. Устройство для электролиза с ионообменной мембраной, содержащее:
электролитическую ячейку с ионообменной мембраной, выполненную с возможностью осуществления электролиза воды для производства газа, содержащего водород, и газа, содержащего кислород;
распылитель, выполненный с возможностью выборочного производства распыляемого газа; и
устройство с интегрированным кожухом, содержащее:
кожух;
первый установочный узел, расположенный на кожухе и приспособленный для размещения с возможностью отсоединения распылителя; и
систему каналов для потока газа, расположенную в кожухе и соединенную с первым установочным узлом, чтобы принимать газ, содержащий водород, произведенный электролитической ячейкой с ионообменной мембраной, и передавать газ, содержащий водород, в распылитель;
при этом распылитель выполнен с возможностью после приема газа, содержащего водород, смешивания газа, содержащего водород, с распыляемым газом и последующего выпуска смешанного газа.
