BR102018067369A2

BR102018067369A2 - Dispositivo de eletrólise de água

Info

Publication number: BR102018067369A2
Application number: BR102018067369-6A
Authority: BR
Inventors: Hsin-Yung Lin
Original assignee: Hsin-Yung Lin
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2019-03-26
Also published as: MY198076A; US11186914B2; KR20190022410A; CN208008909U; RU2719595C2; AU2018217292A1; RU2018130503A3; SG10201807060VA; PH12018000231B1; KR102362566B1; CA3015215A1; EP3447169A3; EP3447169A2; CA3015215C; EP3865606A1; US20190062932A1; JP2019039069A; SG10202000541XA; PH12018000231A1; AU2018217292B2

Abstract

dispositivo de eletrólise de água. um dispositivo de eletrólise de água (1) para geração de gás hidrogênio inclui um alojamento (100), uma unidade de fornecimento de energia (70) e um eletrolisador de membrana de troca iônica (120). o alojamento (100) tem um espaço contendo um espaço no fundo e um espaço no topo. o espaço inferior é maior que o espaço superior. a unidade de fornecimento de energia (70) é configurada no espaço inferior para fornecer energia para operar o dispositivo de eletrólise de água. o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) inclui uma membrana de troca iônica (120) e um cátodo (123), sendo que dito cátodo (123) gera gás de hidrogênio durante o qual o eletrolisador de membrana de troca iônica eletrolisa a água.

Description

DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA

Setor tecnológico da invenção [0001] A presente invenção se refere a um dispositivo de eletrólise de água e, mais especificamente, a um dispositivo de eletrólise de água que produz gás hidrogênio e gás oxigênio no mesmo lado do eletrolisador.

Estado da técnica conhecido [0002] Como as pessoas sempre prestaram muita atenção nos desenvolvimentos da saúde, muitos desenvolvimentos na tecnologia médica são frequentemente direcionados ao tratamento de doenças e ao prolongamento da vida humana. A maioria dos tratamentos do passado são passivos, o que significa que a doença é tratada apenas quando ocorre. Os tratamentos incluem operações, tratamentos com medicação, terapias de radiação ou até mesmo tratamentos médicos para o câncer. No entanto, nos últimos anos, a maioria das pesquisas de especialistas médicos está se movendo gradualmente em direção a métodos médicos preventivos, como pesquisas sobre alimentação saudável, triagem e prevenção de doenças hereditárias, o que impede ativamente que doenças ocorram no futuro. Devido ao foco do prolongamento da vida humana, muitas tecnologias antienvelhecimento e antioxidação, incluindo produtos de cuidados da pele e alimentos / medicamentos antioxidação, estão sendo gradualmente desenvolvidos e estão se tornando cada vez mais populares para o público em geral.

[0003] Estudos descobriram que existem espécies de oxigênio instáveis (O +), também conhecidas como radicais livres, no corpo humano. Os radicais livres que geralmente são gerados devido a doenças, dieta, meio ambiente e estilo de vida podem ser excretados na forma de água, reagindo com o hidrogênio inalado. Com este método, a quantidade de radicais livres no corpo humano pode ser reduzida, restaurando assim a condição do corpo de um estado ácido para um estado alcalino, alcançando um efeito antioxidante, antienvelhecimento e de beleza, e até mesmo eliminando doenças crônicas. Além disso, há também experimentos clínicos mostrando que os pacientes que precisam inalar uma alta concentração de oxigênio por um longo período de

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 5/51

2/26 tempo sofreriam danos nos pulmões, mas poderiam ser melhorados pela inalação de hidrogênio.

[0004] A fim de melhorar o efeito da inalação de gás hidrogênio, aumentar o tempo de inalação de gás hidrogênio é uma maneira eficaz de melhorar a eficiência. Em geral, o dispositivo de eletrólise de água convencional é relativamente volumoso, e é difícil para uma pessoa ter tempo suficiente para inalar o gás hidrogênio ficando ao lado do dispositivo de eletrólise de água convencional durante as atividades diárias. Portanto, a inalação de gás hidrogênio durante o período de sono pode ser um meio eficaz. Contudo, como mencionado acima, o dispositivo de eletrólise de água convencional é relativamente volumoso, como reduzir o volume do dispositivo de eletrólise de água e manter suficiente produção de hidrogênio gasoso são os problemas que têm de ser resolvidos.

[0005] Além dos cuidados de saúde mencionados acima, o uso de gás hidrogênio também pode ser usado para gerar uma chama oxi-hidrogênio para aquecimento ou combustão, e para remover tanques de carbono do motor e similares. Em geral, o gás hidrogênio é gerado pela água eletrolisada no eletrolisador, no entanto, é fácil causar alta temperatura durante o processo de eletrólise da água. Para evitar a explosão de gás, o eletrolisador de hidrogêniooxigênio tradicional é principalmente resfriado a ar, ou seja, usando um ventilador para esfriar. No entanto, se ocorrer um problema no ventilador, a temperatura do eletrolisador de hidrogênio-oxigênio aumentará e resultará em perigo de explosão de gás. Além disso, o gás a mistura de hidrogênio-oxigênio gerada após a eletrólise da água através do dispositivo de eletrólise geralmente inclui eletrólito, que não é adequado para os seres humanos inalarem diretamente. Ao mesmo tempo, há um problema de consumo de eletrólitos durante o processo de eletrólise.

Resumo da invenção [0006] O presente invento consiste em proporcionar um dispositivo de eletrólise de água incluindo um alojamento, uma unidade de fornecimento de energia e um eletrolisador de membrana de troca de íons. O alojamento inclui uma base e uma parede lateral. Um espaço de contenção é formado na base e na parede lateral. O espaço de contenção inclui um espaço

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 6/51

3/26 inferior e um espaço superior, e o espaço inferior é maior que o espaço superior. A unidade de fornecimento de energia é configurada no espaço inferior da caixa para fornecer energia ao dispositivo de eletrólise de água. O eletrolisador de membrana de troca iônica é configurado em uma posição não central do alojamento e inclui um cátodo. O cátodo gera gás hidrogênio durante o qual o eletrolisador de membrana de troca iônica eletrolisa a água.

[0007] Numa forma de realização da presente invenção, o eletrolisador de membrana de troca iônica inclui um primeiro lado, um segundo lado, uma membrana de troca iônica, um ânodo, um tubo de saída de oxigênio e um tubo de saída de hidrogênio. A membrana de troca iônica é configurada entre a câmara anódica e a câmara catódica. Quando o eletrolisador de membrana de troca iônica eletrolisa a água, o ânodo gera oxigênio gasoso. O tubo de saída de oxigênio é usado para a saída de gás oxigênio, e o tubo de saída do cátodo é usado para a saída de gás hidrogênio. O primeiro lado está próximo da parede lateral, e tanto o gás oxigênio como o gás hidrogênio são emitidos do segundo lado do eletrolisador de membrana de troca iônica.

[0008] Numa forma de realização da presente invenção, o ânodo é configurado entre a membrana de troca iônica e o segundo lado e o cátodo é configurado entre a membrana de troca iônica e o primeiro lado. O tubo de saída de oxigênio estende-se desde a posição entre a membrana de troca iônica e o segundo lado para o segundo lado e passa através do segundo lado. O tubo de saída de hidrogênio estende-se desde a posição entre a membrana de troca iônica e o primeiro lado para o segundo lado e passa através do segundo lado.

[0009] Numa forma de realização da presente invenção, o ânodo é configurado entre a membrana de troca iônica e o primeiro lado, e o cátodo é configurado entre a membrana de troca iônica e o segundo lado. O tubo de saída de oxigênio se estende da posição entre a membrana de troca iônica e o primeiro lado para o segundo lado e passa pelo segundo lado. O tubo de saída de hidrogênio se estende da posição entre a membrana de troca iônica e o segundo lado para o segundo lado e passa através do segundo lado.

[0010] Numa forma de realização da presente invenção, a câmara anódica inclui uma placa de vedação do ânodo, uma placa condutora do ânodo e

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 7/51

4/26 uma placa externa do ânodo. O tubo de saída de oxigênio passa através da placa externa do anodo, da placa condutora do ânodo e da placa de vedação do ânodo. A câmara catódica inclui uma placa de vedação do cátodo e uma placa condutora do cátodo. O tubo de saída de hidrogênio passa através da placa externa do anodo, da placa condutora do ânodo, da placa vedante do ânodo e da placa vedante do cátodo, em que o gás oxigênio e o gás hidrogênio são liberados no mesmo lado do eletrolisador da membrana de troca iônica.

[0011] Numa forma de realização da presente invenção, o eletrolisador de membrana de troca iônica inclui ainda um tubo de fornecimento de água que é configurado e passa através da placa externa do ânodo, a placa condutora do ânodo e a placa de vedação do ânodo para ligar a câmara de ânodo e um tanque de água. A água do tanque de água flui para a câmara anódica através do tubo de fornecimento de água para reabastecer a água na câmara anódica.

[0012] Numa forma de realização da presente invenção, o dispositivo de eletrólise de água inclui ainda um tubo de fornecimento de ar, um ventilador e uma bomba de ar. O tubo de fornecimento de ar é conectado ao tubo de saída de hidrogênio para receber gás hidrogênio. O ventilador retira o ar do ambiente externo ao dispositivo de eletrólise da água para o dispositivo de eletrólise da água. A bomba de ar guia o ar para dentro do tubo de fornecimento de ar para misturar o ar com gás hidrogênio para diluir a concentração de volume de gás hidrogênio no tubo de fornecimento de ar.

[0013] Numa forma de realização da presente invenção, a bomba de ar está ligada ao tubo de fornecimento de ar por uma interface de fornecimento de ar. O tubo de fornecimento de ar tem uma primeira direção de fluxo. A interface de fornecimento de ar tem uma segunda direção de fluxo. A primeira direção de fluxo aponta para a porção superior do dispositivo de eletrólise de água, e a segunda direção de fluxo aponta para o tubo de fornecimento de ar. Um ângulo de ligação é formado entre a primeira direção de fluxo e a segunda direção de fluxo, em que o ângulo de ligação está preferencialmente entre 25 e 45 graus. A forma da posição de ligação com o ângulo de ligação é feita como um arco do

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 8/51

5/26 ângulo de ligação, de modo a guiar o ar para dentro do tubo de fornecimento de ar a partir da interface de fornecimento de ar.

[0014] Numa forma de realização da presente invenção, o dispositivo de eletrólise de água inclui ainda um tanque de mistura de gás atomizado / volátil que está ligado ao tubo de fornecimento de ar e recebe o gás de hidrogênio diluído. O tanque de mistura de gás atomizado / volátil gera seletivamente um gás atomizado e o mistura com gás de hidrogênio para formar um gás saudável, em que o gás atomizado é um ou uma combinação selecionada de um grupo consistindo de vapor de água, poções atomizado e óleo essencial volátil.

[0015] Numa forma de realização da presente invenção, o dispositivo de eletrólise de água inclui ainda um detector de concentração de hidrogênio que é acoplado ao tubo de fornecimento de ar para detectar se a concentração de volume de gás hidrogênio no tubo de fornecimento de ar está dentro de um intervalo de um primeiro valor predeterminado a um segundo valor predeterminado. O detector de concentração de hidrogênio gera um primeiro sinal de aviso quando a concentração de volume de gás hidrogênio detectada é superior ao primeiro valor predeterminado. O dispositivo de eletrólise de água inclui ainda um controlador que é acoplado ao detector de concentração de hidrogênio e ao eletrolisador de membrana de troca iônica. O controlador gera um comando de partida para iniciar a bomba de ar ao receber o primeiro sinal de aviso.

[0016] Numa forma de realização da presente invenção, o detector de concentração de hidrogênio gera um segundo sinal de aviso quando a concentração de volume detectado do gás hidrogênio é superior ao segundo valor predeterminado, sendo que o controlador gera um comando de parada para parar o eletrolisador de membrana de troca iônica ao receber o segundo sinal de advertência. O primeiro valor predeterminado é de 4%, o segundo valor predeterminado é de 6% e o intervalo é de 4% a 6%.

[0017] Numa forma de realização da presente invenção, o dispositivo de eletrólise de água inclui ainda um dispositivo de detecção do nível de água para detectar a quantidade de água no tanque de água.

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 9/51

6/26 [0018] Numa forma realização da presente invenção, o volume do dispositivo de eletrólise de água é inferior a 8,5 l e uma taxa de geração de hidrogênio gasoso do dispositivo de eletrólise de água localiza-se num intervalo entre 120 ml /min. e 600 ml / min.

[0019] Numa forma de realização da presente invenção, a unidade de fornecimento de energia do dispositivo de eletrólise de água inclui uma saída de alta potência e uma saída de baixa potência, em que a potência elétrica emitida pela saída de baixa potência é igual ou inferior a metade da potência da saída de alta potência. A saída de alta potência gera uma primeira tensão e uma primeira corrente. A saída de baixa potência gera uma segunda tensão e uma segunda corrente. A primeira tensão é menor que a segunda tensão. A primeira corrente é maior que a segunda corrente.

[0020] A presente invenção proporciona ainda outro dispositivo de eletrólise de água, incluindo um alojamento e um eletrolisador de membrana de troca iônica. O alojamento inclui uma base e uma parede lateral. O eletrolisador de membrana de troca iônica inclui um primeiro lado, um segundo lado, uma membrana de troca iônica, um cátodo, um ânodo, um tubo de saída de oxigênio e um tubo de saída de hidrogênio. A membrana de troca iônica é configurada entre o ânodo e o cátodo. Quando o eletrolisador de membrana de troca iônica eletrolisa a água, o cátodo gera gás hidrogênio e o ânodo gera gás oxigênio. O tubo de saída de oxigênio é configurado para saída de gás oxigênio. O tubo de saída de hidrogênio é configurado para saída de gás hidrogênio. O primeiro lado está próximo da parede lateral, e ambos os gases oxigênio e hidrogênio são emitidos do segundo lado do eletrolisador de membrana de troca iônica.

[0021] Noutra forma de realização da presente invenção, o ânodo é configurado entre a membrana de troca iônica e o segundo lado, e o cátodo é configurado entre a membrana de troca iônica e o primeiro lado. O tubo de saída de oxigênio estende-se desde a posição entre a membrana de troca iônica e o segundo lado para o segundo lado e passa através do segundo lado. O tubo de saída de hidrogênio estende-se desde a posição entre a membrana de troca iônica e o primeiro lado para o segundo lado e passa através do segundo lado.

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 10/51

7/26 [0022] Através do eletrolisador de membrana de troca iônica com gás hidrogênio e oxigênio gasoso emitidos do mesmo lado, o tanque de água, o tanque de separação gás-água e o tubo de fornecimento de ar e semelhantes são configurados num alojamento com um volume limitado, a presente invenção usa o espaço de contenção no alojamento o máximo possível enquanto mantém a produção suficiente de gás hidrogênio, e o uso do ventilador e da bomba de ar também são baseados em baixo ruído. Por conseguinte, o presente invento proporciona efetivamente um dispositivo de eletrólise de água com uma disposição espacial eficaz, pequeno volume, baixo ruído e adequado para colocação em redor do utilizador.

Breve descrição dos desenhos anexos [0023] FIG. 1A é um desenho de blocos funcional ilustrando um dispositivo de eletrólise de água de acordo com uma concretização da presente invenção.

[0023] FIG. 1B é um desenho de aparência que ilustra o dispositivo de eletrólise de água de acordo com uma forma de realização da presente invenção.

[0024] FIG. 1C é um desenho esquemático da estrutura interna do dispositivo de eletrólise de água na FIG.1B.

[0025] FIG. 2A é um desenho esquemático em corte simples que ilustra um eletrolisador de membrana de troca iônica de acordo com uma forma de realização da presente invenção.

[0026] FIG. 2B é um desenho esquemático em corte simples ilustrando um eletrolisador de membrana de troca iônica de acordo com outra concretização da invenção.

[0027] FIG. 2C é um desenho esquemático em corte ilustrando o eletrolisador de membrana de troca iônica de acordo com a concretização da FIG. 2A.

[0028] FIG. 3 é um desenho explodido ilustrando um eletrolisador de membrana de troca iônica de acordo com uma forma de realização da presente invenção.

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 11/51

8/26 [0029] FIG. 4 é um desenho explodido que ilustra o eletrolisador de membrana de troca iônica na FIG. 3 a partir de outra perspectiva de acordo com uma concretização da presente invenção.

[0030] FIG. 5A e FIG. 5B são desenhos de montagem que ilustram os eletrolisadores de membrana de troca iônica na Fig. 3 de diferentes perspectivas.

[0031] FIG. 6 é um desenho explodido que ilustra o dispositivo de eletrólise de água de acordo com uma concretização da presente invenção.

[0032] FIG. 7A e FIG. 7B são respectivamente um desenho explodido e um desenho de montagem que ilustram o dispositivo de eletrólise de água na FIG. 6 de outra perspectiva.

[0033] FIG. 8A é um desenho de vista superior que ilustra um dispositivo de eletrólise de água de acordo com uma concretização da presente invenção.

[0034] FIG. 8B é uma vista em corte ilustrando o dispositivo de eletrólise de água ao longo da linha D-D na FIG. 8A.

[0035] FIG. 9 é uma vista esquemática em corte ilustrando o dispositivo de eletrólise de água ao longo da linha D-D na FIG. 8A.

[0036] FIG. 10 é um desenho esquemático ilustrando o dispositivo de eletrólise de água de acordo com outra concretização da presente invenção.

[0037] As vantagens, princípios e características da presente invenção serão explicados e discutidos em detalhe por meio das formas de realização e com referência aos desenhos.

Descrição detalhada da invenção [0038] Em prol das vantagens, princípios e características da presente invenção poder ser entendidos mais facilmente e claramente, as descrições detalhadas e discussões serão feitas mais tarde por meio das formas de realização e com referência aos desenhos. Vale a pena notar que estas formas de realização são apenas formas de realização representativas da presente invenção, em que os métodos, dispositivos, condições, materiais específicos não estão limitados às formas de realização da presente invenção ou formas de realização correspondentes.

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 12/51

9/26 [0039] Referindo-se as FIG. 1A a FIG. 1C. A FIG. 1A é um desenho de blocos funcional que ilustra um dispositivo de eletrolise de água (1) de acordo com uma forma de realização da presente invenção. FIG. 1B é um desenho em perspectiva ilustrando o dispositivo de eletrólise de água (1) numa concretização do presente invento. FIG. 1C é um desenho esquemático da estrutura interna do dispositivo de eletrólise de água (1) na FIG. 1B. Nesta forma de realização, o dispositivo de eletrólise de água (1) inclui um alojamento (100) e um painel de operação (102). O alojamento (100) inclui uma parede lateral (110) e uma base (112). O alojamento (100) inclui um tanque de água (10) e um eletrolisador de membrana de troca iônica (12). O tanque de água (10) está configurado para fornecer a água para eletrólise do eletrolisador de membrana de troca iônica (12) e está configurado num lado do alojamento (100) oposto ao painel de operação (102). O eletrolisador de membrana de troca iônica (12) está configurado entre o painel de operação (102) e o tanque de água (10), em numa posição não central do alojamento (100) para eletrolisar a água para gerar hidrogênio gasoso. Numa forma de realização, a água pode ser, mas não é limitada a, água deionizada, e pode ser preparado gás hidrogênio de alta pureza. Em aplicações práticas, qualquer tipo de água disponível pode ser adotado. Além disso, o presente invento não está limitado ao eletrolisador de membrana de troca iônica, outros tipos de eletrolisadores também podem ser adotados na presente invenção.

[0040] Cada um dos componentes divulgados na FIG. 1A está contido num espaço contido do alojamento (100), tal como o tanque de água (10), o eletrolisador de membrana de troca iônica (12), uma bomba de ar (13), um ventilador (15), um tanque de mistura de gás atomizado / volátil (16) e uma unidade de fornecimento de energia (70), em que o ventilador (15) e o tanque de água (10) estão configurados num lado oposto ao painel de operação (102) e o ventilador 15 está configurado abaixo do tanque de água (10) a partir da perspectiva da FIG. 1C. Uma parte da bomba de ar (13) é coberta pelo painel de operação (102). Como mostrado na FIG. 1B, um espaço de contenção formado pelo alojamento (100), ou pela parede lateral (110) e a base (112), inclui um espaço inferior e um espaço superior, e o espaço inferior é maior do que o espaço

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 13/51

10/26 superior. Por exemplo, quando o desenho principal do dispositivo de eletrólise (1) da presente invenção é circular, como mostrado na FIG. 1B, o comprimento de seção mais longo da base circular (112), isto é, o diâmetro, é maior do que o maior comprimento de seção do topo do alojamento circular (100), de modo que o espaço de fundo é maior do que o espaço de topo. O alojamento (100) apresenta um desenho de afunilamento de baixo para cima. Contudo, o desenho da presente invenção não está limitado à forma circular. A forma do dispositivo de eletrólise de água (1) pode ser de outras formas. Por exemplo, a forma do dispositivo de eletrólise de água pode ser elipse, quadrado ou polígono, desde que a parte inferior ou o maior comprimento de seção da base (112) seja maior que o maior comprimento de seção da parte superior para se adequar ao projeto de redução gradual de baixo para cima. A fim de organizar o espaço de contenção, o inventor coloca a unidade de fornecimento de energia (70) no fundo do alojamento (100) e abaixo do tanque de água (10), do eletrolisador de membrana de troca iônica (12) e da bomba de ar (13).

[0041] Referindo-se agora as FIG. 2A e FIG. 2B. A FIG. 2A é um desenho esquemático em corte simples que ilustra o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) de acordo com uma forma de realização da presente invenção. A FIG. 2B é um desenho esquemático em corte simples que ilustra o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) noutra forma de realização da presente invenção. Este parágrafo cooperará com a FIG. 2A e FIG. 2B para explicar brevemente a característica principal da presente invenção. Como mostrado na FIG. 2A, o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) inclui substancialmente uma membrana de troca iônica (120), um cátodo (123), um ânodo (124), um primeiro lado S1, um segundo lado S2, um tubo de saída de hidrogênio (21) e um tubo de saída de oxigênio (22). A membrana de troca iônica (120) é configurada entre o primeiro lado S1 e o segundo lado S2. O cátodo (123) está configurado entre a membrana de troca iônica (120) e o primeiro lado S1. O ânodo (124) é configurado entre a membrana de troca iônica (120) e o segundo lado S2. A área onde o primeiro lado S1 e o cátodo (123) estão localizados é referida como uma câmara catódica (1201), e a área onde o segundo lado S2 e o ânodo (124) estão localizados é referida como uma câmara anódica (1202). Para

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 14/51

11/26 expressar as posições correspondentes da câmara catódica (1201) e da câmara anódica (1202) mais claramente, as posições são indicadas por linhas tracejadas na FIG. 2A. O tubo de saída de hidrogênio (21) prolonga-se da posição entre a membrana de troca iônica (120) e o primeiro lado S1 para o segundo lado S2 e passa através do segundo lado S2. O tubo de saída de oxigênio (22) prolonga-se da posição entre a membrana de troca iônica (120) e o segundo lado S2 para o segundo lado S2 e passa através do segundo lado S2. Quando o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) eletrolisa água, o cátodo (123) gera gás hidrogênio e o ânodo (124) gera oxigênio gasoso. A principal característica da presente invenção é que o gás hidrogênio e oxigênio gerado pela eletrólise da água são emitidos juntos do segundo lado S2 do eletrolisador de membrana de troca iônica (12), respectivamente, através do tubo de saída de hidrogênio (21) e do tubo de saída de oxigênio (22). Nesta forma de realização, o tubo de saída de hidrogênio (21) sai em conjunto com o tubo de saída de oxigênio (22) de um lado da câmara anódica (1202) do eletrolisador de membrana de troca iônica (12).

[0042] Contudo, as posições do tubo de saída de hidrogênio (21) e do tubo de saída de oxigênio (22) da presente invenção não estão limitadas às formas de realização anteriores. Veja a FIG. 2B. O eletrolisador de membrana de troca iônica (12) mostrado na FIG. 2B tem os mesmos componentes mostrados pela FIG. 2A. A diferença é que as posições configuradas do primeiro lado S1 e do segundo lado S2 na FIG. 2B são opostas as da FIG. 2A, de modo que na FIG. 2B, o ânodo (124) é configurado entre a membrana de troca iônica (120) e o primeiro lado SI, e o cátodo (123) é configurado entre a membrana de troca iônica (120) e o segundo lado S2. A câmara catódica (1201) inclui o segundo lado S2 e o cátodo (123). A câmara anódica (1202) inclui o primeiro lado S1 e o ânodo (124). O tubo de saída de hidrogênio (21) estende-se desde a posição entre a membrana de troca iônica (120) e o segundo lado S2 para o segundo lado S2 e passa pelo segundo lado S2. O tubo de saída de oxigênio (22) prolonga-se da posição entre a membrana de troca iônica (120) e o primeiro lado S1 para o segundo lado S2 e passa através do segundo lado S2. Quando o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) eletrolisa a água, o cátodo (123) gera gás hidrogênio e o ânodo (124) gera oxigênio gasoso. A principal característica da

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 15/51

12/26 presente invenção é que o gás hidrogênio e gás oxigênio gerados pela eletrólise da água são enviados juntos para o segundo lado S2 do eletrolisador de membrana de troca iônica (12), respectivamente, através do tubo de saída de hidrogênio (21) e do tubo de saída de oxigênio (22). Nesta forma de realização o tubo de saída de hidrogênio (21) sai em conjunto com o tubo de saída de oxigênio (22) de um lado da câmara catódica (1201) do eletrolisador de membrana de troca iônica (12). Isto significa que o tubo de saída de hidrogênio (21) e o tubo de saída de oxigênio (22) na presente invenção podem ser configurados em ambos os lados do eletrolisador de membrana de troca iônica (12) de acordo com o requisito prático do utilizador.

[0043] Veja a FIG. 2C. A FIG. 2C é um desenho em corte esquemático que ilustra o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) de acordo com a forma de realização da FIG. 2A. Como mostrado na FIG. 2C, o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) inclui uma membrana de troca iônica (120), uma câmara catódica (1201) e uma câmara anódica (1202). A câmara catódica (1201) inclui um cátodo (123). A câmara anódica (1202) inclui um ânodo (124). A membrana de troca iônica (120) está configurada entre a câmara anódica (1202) e a câmara catódica (1201), em que quando o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) eletrolisa água, o cátodo (123) gera hidrogênio gasoso e o ânodo (124) gera oxigênio gasoso. Numa forma de realização, a câmara anódica (1202) é preenchida com água, e a água na câmara anódica (1202) pode ainda penetrar através da membrana de troca iônica para dentro da câmara catódica (1201). Adicionalmente, a FIG. 2A a FIG. 2C são apenas desenhos esquemáticos seccionais para explicar a estrutura interna do eletrolisador de membrana de troca iônica, mas não a estrutura interna real do eletrolisador de membrana de troca iônica. O bloco branco na FIG. 2C indica o alojamento externo do eletrolisador de membrana de troca iônica.

[0044] Como mostrado na FIG. 2C, a membrana de troca iônica (120) inclui um corpo de membrana de troca iônica (1203), uma camada catalítica catódica (127) e uma camada catalítica anódica (128). O corpo de membrana de troca catódica (1203) pode ser uma membrana de troca de prótons e de preferência uma membrana Nafion. A camada catalítica catódica (127) pode ser

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 16/51

13/26 selecionada de um ou uma combinação de um grupo consistindo em pó de liga de Pt, Ir, Pd e Pt. A camada catalítica anódica (128) pode ser selecionada de um ou uma combinação de um grupo consistindo em pó de liga de Pt, Ir, Pd, Pt e Carbono. Numa forma de realização, os materiais da camada catalítica catódica (127) ou da camada catalítica anódica (128) podem ser respectivamente configurados como revestimentos em pasta em ambos os lados da membrana de troca iônica para formar a camada catalítica catódica (127) e a camada catalítica anódica (128). Em aplicações práticas, o gás hidrogênio pode ser gerado na camada catalítica, mas não limitado a ela. O gás hidrogênio também pode ser gerado na placa do eletrodo, ou mesmo entre a membrana de troca iônica e a placa do eletrodo. Por conseguinte, em comparação com o eletrolisador do tipo alcalino convencional, o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) utilizado na presente invenção pode evitar os problemas de corrosão do corpo do tanque, poluição ambiental, filtração incompleta e inalação do gás contendo eletrólito.

[0045] Referindo-nos as FIG. 2A a FIG. 2C. A câmara catódica (1201) inclui uma placa externa catódica (121), um cátodo (123), uma placa catódica de vedação (125) e uma camada catalítica catódica (127). A câmara anódica (1202) inclui uma placa externa anódica (122), um ânodo (124), uma placa anódica vedante (126) e uma camada catalítica anódica (128). Como mostrado na FIG. 2A, o primeiro lado S1 e o segundo lado S2, respectivamente, correspondem a placa externa do cátodo (121) e a placa externa do ânodo (122) na FIG. 2C. Por outro lado, como mostrado na FIG. 2B, o primeiro lado S1 e o segundo lado S2 da FIG. 2B correspondem respectivamente à placa externa de ânodo (122) e a placa externa de cátodo (121) da FIG. 2C. O eletrolisador de membrana de troca iônica (12) inclui um tubo de saída de hidrogênio (21), um tubo de saída de oxigênio (22) e um tubo (24) de abastecimento de água. O tubo (22) de saída de oxigênio é utilizado para liberar oxigênio gasoso e o tubo (21) de saída do cátodo para liberar hidrogênio que é gerado na câmara catódica (1201). Como mostrado na FIG. 2C, o tubo de saída de hidrogênio (21) passa através da placa de vedação de cátodo (125), da placa de vedação de ânodo (126), do ânodo (124) e da placa externa de ânodo (122) (o segundo lado S2 na FIG. 2A) para ligar a câmara de cátodo (1201) e o ambiente externo fora do eletrolisador

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 17/51

14/26 de membrana de troca iônica (12) e liberar gás hidrogênio. O tubo de saída de oxigênio (22) é utilizado para liberar oxigênio gasoso que é gerado na câmara anódica (1202). O tubo de saída de oxigênio (22) passa através do ânodo (124) e da placa externa de ânodo (122) para ligar a câmara anódica (1202) e o ambiente externo fora d eletrolisador de membrana de troca iônica (12) e emitir oxigênio gasoso. O tubo (24) de alimentação de água passa através do ânodo (124) e da placa externa do ânodo (122), e é conectado ao tanque de água (10) para levar a água do tanque (10) para a câmara do ânodo (1202) para reabastecer a água da eletrólise do eletrolisador de membrana de troca iônica (12). O tubo de saída de oxigênio (21) e o tubo de saída de hidrogênio (22) estão ambos configurados no mesmo lado do eletrolisador de membrana de troca iônica (12). Nesta concretização, todo o tubo de saída de oxigênio (21), o tubo de saída de hidrogênio (22) e o tubo de fornecimento de água (24) atravessam e estão configurados na placa externa de ânodo (122). No entanto, a presente invenção não está limitada à característica acima mencionada. Por exemplo, o tubo de saída de oxigênio (21), o tubo de saída de hidrogênio (22) e o tubo de alimentação de água (24) também podem passar através e ser configurados na placa externa de cátodo (121) na estrutura semelhante, como mostrado no segundo lado S2 da FIG. 2B.

[0046] Referindo-nos as FIG. 3 a FIG. 4. A Fig. 3 é um desenho explodido que ilustra o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) de acordo com uma forma de realização da presente invenção. A FIG. 4 é um desenho explodido do eletrolisador de membrana de troca iônica (12) diferente de outra perspectiva de acordo com uma forma de realização da presente invenção. A membrana de troca iônica (120) inclui ainda uma placa externa de membrana de troca iônica (1204) para fixar as posições relativas do corpo de membrana de troca iônica (1203), a camada catalítica de cátodo (127) e a camada catalítica de ânodo (128) no eletrolisador de membrana de troca iônica. As FIG. 3 e FIG. 4 mostram a relação das posições dos componentes no eletrolisador de membrana de troca iônica (12) mais claramente. O eletrolisador de membrana de troca iônica (12) inclui vários componentes que podem ser montados na sequência de empilhamento, como mostrado nas FIG. 3 e FIG. 4.

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 18/51

15/26 [0047] Referindo-nos as FIG. 3 a FIG. 4. Numa concretização, a placa externa de membrana de troca iônica (1204), a placa de vedação de cátodo (125) e a placa de vedação de ânodo (126) podem ser dispostas à volta da placa de eletrodo para obter isolamento e estanqueidade, em que o material da placa externa de membrana de troca iônica (1204), a placa de vedação do cátodo (125) e a placa de vedação do ânodo (126) podem ser de silicone. Contudo, a configuração e o material da placa de vedação do cátodo (125) e da placa de vedação do ânodo (126) não estão limitados à forma de realização acima. Na prática, qualquer configuração e material com isolamento e efeito de estanqueidade podem ser adotados para a placa de vedação do catodo e a placa de vedação do ânodo.

[0048] Como mostrado nas FIG. 3 e FIG. 4, o tubo de saída de hidrogênio (21) passa através da placa de vedação do cátodo (125), da placa externa de membrana de troca iônica (1204), da placa de vedação do ânodo (126) , do ânodo (124) e da placa externa de ânodo (122), de modo que o hidrogênio gasoso gerado na câmara catódica (1201) pode sair do lado da placa externa de ânodo (122) através do tubo de saída de hidrogênio (21) e da placa externa de membrana de troca iônica (1204). O tubo de saída de oxigênio (22) passa através do ânodo (124) e da placa externa de ânodo (122), de modo que o oxigênio gerado na câmara anódica (1202) pode ser emitido do lado da placa externa de ânodo (122) através do tubo de saída de oxigênio (22). O tubo de fornecimento de água (24) passa através do ânodo (124) e da placa externa de ânodo (122) e liga-se ao tanque de água (10) para guiar a água do tanque de água (10) para a câmara de ânodo (1202) para reabastecer a água de eletrólise do eletrolisador de membrana de troca iônica (12). O anel o-ring (25) é configurado entre o tubo de saída de hidrogênio (21) o tubo de saída de oxigênio (22) e tubo de alimentação de água (24) com a placa externa de ânodo (122) para selar o espaço entre o tubo de saída de hidrogênio (21), o tubo de saída de oxigênio (22) e o tubo de abastecimento de água (24) com a placa externa de ânodo (122).

[0049] Como mostrado nas FIG. 3 e FIG. 4, o cátodo (123) inclui uma placa condutora do cátodo (123-1) e uma placa do eletrodo do cátodo (123Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 19/51

16/26

2), e o ânodo (124) inclui uma placa condutora do ânodo (124-1) e uma placa do eletrodo do anodo (124-2). Numa forma de realização, cada placa de eletrodo pode ser, mas não está limitada a, uma folha de fundição de pó de titânio, e o material de cada placa condutora pode ser, mas não está limitado a, titânio. Como mostrado na FIG. 3, numa concretização, a placa de eletrodo de cátodo (123-2) pode ser configurada entre a membrana de troca iônica (120) ou o corpo de membrana de troca iônica (1203) e a placa condutora de cátodo (123-1). A placa de eletrodo anódico (124-2) pode ser configurada entre a membrana de troca iônica (120) ou o corpo de membrana de troca iônica (1203) e a placa condutora do ânodo (124-1). O eletrolisador de membrana de troca iônica (12) pode ser ligado a uma fonte elétrica exterior através da placa condutora do cátodo (123-1) e da placa condutora do ânodo (124-1). Numa forma de realização, a placa condutora do anodo (124-1) (como mostrado na FIG. 3) e a placa condutora do cátodo (123-1) (como mostrado na FIG. 4) têm canais de fluxo respectivamente. Quando a placa condutora do cátodo (123-1) e a placa do eletrodo do cátodo (123-2) estão empilhadas uma sobre a outra, pode formar-se uma pluralidade de câmaras do cátodo (123-3) na câmara do cátodo (1201). Quando a placa condutora do ânodo (124-1) e a placa de eletrodo do ânodo (124-2) são empilhadas uma sobre a outra, uma pluralidade de câmaras de anodo (124-3) pode ser formada na câmara de ânodo (1202). A câmara de cátodo (123-3) e a câmara de ânodo (124-3) podem ser usadas para circular gás e água internamente, em que a câmara do ânodo (124-3) está ligada ao tubo de saída de oxigênio (22) e a câmara do cátodo (123-3) está ligada ao tubo de saída de hidrogênio (21).

[0050] Referindo-se as FIG. 5A e FIG. 5B. A FIG. 5A e a FIG. 5B são desenhos de montagem que ilustram o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) na Fig. 3, de diferentes perspectivas. A placa externa de cátodo (121) e a placa externa de ânodo (122) estão configuradas respectivamente em ambos os lados exteriores do eletrolisador de membrana de troca iônica (12) para fixar e isolar o eletrolisador de membrana de troca iônica (12), em que os materiais da placa externa de cátodo (121) e da placa externa de ânodo (122) podem ser de aço inoxidável. Numa forma de realização, após o eletrolisador de membrana de

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 20/51

17/26 troca iônica (12) ser montado, pode ser bloqueado com um componente de bloqueio (como mostrado na FIG. 6), mas o número, tipo e forma de bloqueio dos componentes de bloqueio não se limitam aos mostrados na figura (FIG. 6). Como mostrado na figura, o volume do eletrolisador de membrana de troca iônica (12) é relativamente pequeno. Portanto, o dispositivo de eletrólise de água também é compacto na presente invenção.

[0051] Referindo-se as FIG. 1A, FIG. 6 e FIG. 7A a FIG. 7B. FIG. 6 é um desenho explodido que ilustra o dispositivo de eletrólise de água de acordo com uma forma de realização da presente invenção. As FIG. 7A e FIG. 7B são os desenhos explodidos e desenhos de montagem que ilustram o dispositivo de eletrólise de água na FIG. 6 de outra perspectiva. Para ilustração, apenas os elementos necessários são mostrados nas FIG. 6, FIG. 7A e FIG. 7B. O dispositivo de eletrólise de água (1) da presente invenção também inclui um tubo de fornecimento de ar (11), uma bomba de ar (13), um ventilador (15), um tanque de mistura de gás atomizante / volátil (16), um detector de concentração de hidrogênio (18), um controlador (14), um tanque de separação gás-água (30) e um dispositivo de detecção do nível da água (40) além do referido tanque de água (10) e eletrolisador de membrana de troca iônica (12). Como mostrado na FIG. 6, o tanque de separação de gás-água (30) está contido no espaço isolado do tanque de água (10), e a sua estrutura detalhada será descrita mais tarde. O dispositivo de detecção do nível de água (40) está configurado para detectar a quantidade de água no tanque de água (10). Numa forma de realização, o dispositivo de detecção do nível de água (40) é um dispositivo de detecção do nível de água capacitivo e está configurado na superfície externa do tanque de água (10). A quantidade de água no tanque de água (10) é medida medindo a diferença de capacitância entre a água e a área livre de água no tanque de água (10).

[0052] Referindo-se as FIG. 6, a FIG. 8A e FIG. 8B. A FIG. 8A é um desenho de vista superior que ilustra o dispositivo de eletrólise de água de acordo com a forma de realização da presente invenção. FIG. 8B é um desenho de vista em corte ilustrando o dispositivo de eletrólise de água ao longo da linha D-D da FIG. 8A. O tubo de saída de hidrogênio (21) do eletrolisador de membrana

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 21/51

18/26 de troca iônica (12) é conectado e comunicado com o tanque de separação de gás-água (30) através de uma interface de hidrogênio (211). O tubo de saída de oxigênio (22) é conectado e comunicado com o tanque de água (10) através da interface de oxigênio (222). O tanque de água (10) inclui um esterilizador (50). Nesta forma de realização, o esterilizador (50) é um esterilizador ultravioleta de tubo longo que está configurado no tanque de água (10) longe do lado onde o tanque de separação de gás/ água (30) está localizado. O tubo de abastecimento de água (24) comunica diretamente com o lado do tanque de água (10) perto do esterilizador (50) através da interface de água (242) para receber a água esterilizada do tanque de água (10) para reabastecer a água de eletrólise do eletrolisador de membrana de troca iônica (12).

[0053] O tanque de separação gás-água (30) inclui uma válvula de mola (32), um flutuador (34) e um tubo de descarga de hidrogênio (36). O hidrogênio gasoso gerado pela eletrólise do eletrolisador de membrana de troca iônica (12) é guiado para o tanque de separação gás-água (30) através do tubo de saída de hidrogênio (21) e a interface de hidrogênio (211). Quando o hidrogênio gasoso no tanque de separação de gás-água (30) se acumula até certo ponto, a válvula de mola (32) seria aberta devido a pressão do hidrogênio e permitiria que o hidrogênio fosse descarregado no filtro (60) através do tubo de descarga de hidrogênio (36) para filtrar as impurezas no hidrogênio gasoso. Além disso, quando o gás hidrogênio é emitido a partir do eletrolisador de membrana de troca iônica (12), uma pequena quantidade de água eletrolisada residual pode estar contida no hidrogênio gasoso e a água eletrolisada residual pode acumularse no tanque de separação gás-água (30) para formar água líquida, de modo a fazer com que o flutuador (34) flutue devido à água líquida acumulada. Neste momento, uma porta de drenagem (não mostrada) coberta pelo flutuador (34) será aberta, e a água líquida acumulada será descarregada no tanque de água (10) através da porta de drenagem para reciclagem.

[0054] O oxigênio gasoso gerado pela eletrólise é descarregado diretamente para o tanque de água (10) através do tubo de saída de oxigênio (22) e da interface de oxigênio (222). O oxigênio gasoso será descarregado para o ambiente atmosférico a partir da porção superior do tanque de água (10). Quando

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 22/51

19/26 o oxigênio emitido pelo eletrolisador de membrana de troca iônica (12), uma pequena quantidade de água eletrolisada residual pode estar contida no oxigênio gasoso e a água eletrolisada residual será diretamente descarregada para o tanque de água (10) para reciclagem.

[0055] Referindo-se as FIG. 7A, FIG. 7B, FIG. 8A e FIG. 9. A FIG. 9 é um desenho de vista em corte ilustrando o dispositivo de eletrólise de água ao longo da linha D-D da FIG. 8A. Como mencionado no parágrafo anterior, o gás hidrogênio é descarregado para o filtro (60) através do tubo de descarga de hidrogênio (36), e depois um núcleo de filtro (602) do filtro (60) filtra as impurezas no gás hidrogênio. O gás hidrogênio filtrado é ainda guiado para o tubo de fornecimento de ar (11) para diluição e depois guiado para o tanque de mistura de gás atomizante / volátil (16). O tubo de fornecimento de ar (11) é ligado ao filtro (60) para receber o gás hidrogênio filtrado e o tubo de ar (11) está ligado a bomba de ar (13). O ventilador (15) retira ar do ambiente externo para o dispositivo de eletrólise de água (1) para diluir o hidrogênio gasoso no tubo de fornecimento de ar (11). O alojamento (100) é configurado com uma pluralidade de pequenos orifícios. O ventilador (15) extrai ar do ambiente externo para o dispositivo de eletrólise de água (1) através dos pequenos orifícios no alojamento (100). O ar aspirado é guiado para dentro do tubo de fornecimento de ar (11) pela bomba de ar (13). Nesta forma de realização, a bomba de ar (13) é um ventilador de vortex e o ar aspirado pelo ventilador (15) é arrastado para a bomba de ar (13) através de uma porta (134) da bomba de ar (13), de modo a guiar o ar para o tubo de fornecimento de ar (11). Como mostrado nas FIG. 7B e FIG. 9, um duto (132) da bomba de ar (13) está conectado a uma interface de alimentação de ar (112) do tubo de alimentação de ar (11). O tubo de alimentação de ar (11) tem uma primeira direção de fluxo D1 e a interface de fornecimento de ar (112) tem uma segunda direção de fluxo D2. A primeira direção de fluxo D1 aponta para o tanque de mistura de gás atomizado / volátil (16), como indicado pela seta na linha de indicação representando a primeira direção de fluxo Dl, e a seta na linha de indicação também aponta para a posição acima do dispositivo de eletrólise de água. A segunda direção de fluxo D2 aponta para o tubo de fornecimento de ar (11), como indicado por uma seta na linha de indicação representando a segunda

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 23/51

20/26 direção de fluxo D2, de modo que o ar do duto (132) através da interface de fornecimento de ar (112) é conduzido para o tubo de fornecimento de ar. (11). Um ângulo de ataque A é formado entre a primeira direção de fluxo D1 e a segunda direção de fluxo D2. O ângulo de ataque A é um ângulo agudo de menos de 90 graus e, de preferência, entre 25 a 45 graus. Na posição de ligação do tubo de fornecimento de ar (11) e da interface de fornecimento de ar (112), onde está localizado o ângulo de ataque A, a forma da posição de ligação pode ser feita como um arco do ângulo de ataque. O ar no duto (132) e na interface de fornecimento de ar (112) pode ser guiado para dentro do tubo de alimentação de ar (11) pelo desenho do ângulo de condução A para diluir o gás hidrogênio no tanque de mistura de gás atomizado / volátil (16).

[0056] Referindo-se agora a FIG. 9. O tanque de mistura de gás atomizante / volátil (16) é conectado com o tubo de fornecimento de ar (11), e recebe o gás de hidrogênio filtrado e diluído para gerar um gás atomizado e misturar com o gás de hidrogênio para formar um gás saudável, onde o gás atomizado é um ou uma combinação selecionada de um grupo consistindo em vapor de água, poções atomizado e óleo essencial volátil. O tanque de mistura de gás atomizante / volátil (16) inclui um oscilador (162). O oscilador (162) atomiza água, poções atomizado ou óleo essencial volátil adicionado ao tanque de mistura de gás atomizado / volátil (16) por oscilação para gerar o gás atomizado e, então, mistura o gás de hidrogênio com o gás atomizado para formar um gás saudável. O tanque de mistura de gás atomizante / volátil (16) pode ser seletivamente aberto ou fechado de acordo com os requisitos do utilizador. Isto é, o tanque de mistura de gás atomizante / volátil (16) pode ser ativado acionando o oscilador para fornecer o gás hidrogênio misturado com o gás atomizado para o usuário, ou o tanque de mistura de gás atomizante / volátil (16) pode ser fechado parando o oscilador para fornecer o hidrogênio filtrado e diluído sem misturar com o gás atomizado para o usuário. Os meios para o utilizador inalar o hidrogênio filtrado e diluído ou o gás natural incluem que o tanque de mistura de gás atomizante / volátil (16) liberta diretamente o hidrogênio ou gás saudável para a atmosfera, ou proporciona a inalação pelo utilizador através de um duto e uma máscara.

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 24/51

21/26 [0057] O detector de concentração de hidrogênio (18) está ligado ao tanque de mistura de gás atomizado / volátil (16) para detectar a concentração de hidrogênio no tanque de mistura de gás atomizador / volátil (16). O controlador (14) está ligado ao detector de concentração de hidrogênio (18), à bomba de ar (13) e ao eletrolisador de membrana de troca iônica (12). Em uma modalidade, o detector de concentração de hidrogênio (18) pode ser conectado ao tubo de saída de hidrogênio (21) ou à interface de hidrogênio (211) para detectar a concentração de volume do gás de hidrogênio que é emitido do eletrolisador de membrana de troca iônica (12) para o tanque de mistura de gás atomizado / volátil (16). O detector de concentração de hidrogênio (18) detecta se a concentração de volume de hidrogênio está dentro de um intervalo desde um primeiro valor predeterminado até um segundo valor predeterminado. Por exemplo, o primeiro valor predeterminado é de 4%, o segundo valor predeterminado é de 6% e a concentração de hidrogênio detectada pelo detector de concentração de hidrogênio (18) varia entre 4% e 6%. O primeiro valor predeterminado e o segundo valor predeterminado podem ser ajustados através do painel de operação (102) de acordo com o requisito do usuário. Nesta forma de realização, quando o detector de concentração de hidrogênio (18) detecta que o volume de hidrogênio gasoso no tubo de saída de hidrogênio (21) ou na interface de hidrogênio (211) é superior ao primeiro valor predeterminado em 4%, é gerado um primeiro sinal de aviso ao controlador (14). Quando o controlador (14) recebe o primeiro sinal de aviso, é gerado um comando de arranque para a bomba de ar (13) para iniciar a bomba de ar (13) para aspirar ar para dentro do tubo de fornecimento de ar (11) para diluir o gás hidrogênio no tubo de fornecimento de ar (11). Quando o detector de concentração de hidrogênio (18) detecta que o volume de hidrogênio gasoso no tubo de saída de hidrogênio (21) ou a interface de hidrogênio (211) é maior do que o segundo valor predeterminado em 6%, um segundo sinal de aviso é gerado para o controlador (14). Quando o controlador (14) recebe o segundo sinal de aviso, um comando de parada é gerado para parar o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) por meios como o corte da entrada de energia para o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) e então

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 25/51

22/26 a explosão de gás devido à concentração excessiva de hidrogênio pode ser evitada, melhorando assim a segurança geral.

[0058] Em relação a FIG. 10. A FIG. 10 é um desenho de vista em corte que ilustra o dispositivo de eletrólise de água (1) de acordo com outra forma de realização da presente invenção. Noutra forma de realização da presente invenção, um tanque de água pré-aquecida (17) está ainda ligado entre o tanque de água (10) e o eletrolisador de membrana de troca iônica (12). O tanque de água pré-aquecida (17) é substancialmente cilíndrico ou circular. Embora o tanque de água pré-aquecida (17) seja maior do que o tanque de água (10) na FIG. 10, noutras formas de realização, o volume do tanque de água pré-aquecida (17) pode ser menor do que o do tanque de água (10). O tanque de água préaquecida (17) inclui uma porta de enchimento de água do tanque de água préaquecida (172) que está ligada à porta inferior (10-2) do tanque de água (10), uma entrada de água eletrolisada (174) que está ligada ao tubo (24) de abastecimento de água do eletrolisador de membrana de troca iônica (12), um tubo de recepção de oxigênio (176) que está ligado ao tubo (22) de saída de oxigênio e um tubo (178) de descarga de oxigênio ligado ao orifício superior (10-1) do reservatório de água (10). O reservatório de pré-aquecimento de água (17) está configurado entre o reservatório de água (10) e o eletrolisador de membrana de troca iônica (12). A água eletrolisada no reservatório de água (10) flui para o reservatório de préaquecimento de água (17) através da porta inferior (10-2) primeiro, e depois flui para o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) através da entrada de água eletrolisada (174) para eletrólise. O gás de oxigênio gerado durante o processo de eletrólise da água e uma porção da água eletrolisada residual são descarregados no tanque de água pré-aquecida (17) através do tubo de recepção de oxigênio (176), em que a parte da água eletrolisada residual permanecerá no tanque de água pré-aquecida(17). O oxigênio gasoso gerado pela eletrólise será descarregado para o tanque de água (10) através do orifício superior (10-1) através do tubo de descarga de oxigênio (178), e depois descarregado para o exterior do dispositivo de eletrólise de água.

[0059] Devido ao processo de eletrólise da água, a temperatura do eletrolisador de membrana de troca iônica (12) aumentará, e a temperatura da

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 26/51

23/26 água eletrolisada também estará relacionada à eficiência da eletrólise. A temperatura da água eletrolisada entre 55 e 65 ° C pode melhorar a eficiência da eletrólise. Assim, o reservatório de pré-aquecimento de água (17) da presente invenção recupera a água eletrolisada residual de temperatura mais alta descarregada do tubo de saída de oxigênio (22) do eletrolisador de membrana de troca iônica (12) para pré-aquecer a água eletrolisada que entra no eletrolisador de membrana de troca iônica (12) no tanque de água pré-aquecida (17) a uma temperatura apropriada, por exemplo, entre 55 e 65 ° C. Para controlar a temperatura da água eletrolisada no tanque de água pré-aquecida (17) a ser mantida entre 55 e 65 ° C, o tanque de água pré-aquecida (17) inclui ainda uma pluralidade de aletas de arrefecimento (171) e um segundo ventilador (173). A pluralidade de aletas de arrefecimento (171) é configurada na parede externa do tanque de água pré-aquecida (17) em um padrão radial. A segunda ventoinha (173) está configurada numa extremidade do tanque de água de pré-aquecimento (17) e é combinada com a pluralidade de aletas de arrefecimento (171) para dissipar o tanque de água de pré-aquecimento (17) por convecção forçada. Por uma questão de simplicidade, as aletas de arrefecimento (171) são desenhadas apenas numa parte da parede exterior do tanque de água de pré-aquecimento (17). Noutras formas de realização, as aletas de arrefecimento (171) podem ser distribuídas em toda a parede externa do tanque de água de pré-aquecimento (17).

[0060] Um dos propósitos da presente invenção é reduzir o volume do dispositivo de eletrólise de água e o ruído enquanto mantém a produção de hidrogênio suficiente, para que o usuário possa usá-lo durante o sono. Portanto, o requerente reduziu primeiramente o volume do dispositivo de eletrólise da água como o objetivo principal. Numa forma de realização, o dispositivo de eletrólise de água do presente caso é aproximadamente cilíndrico. O comprimento de seção mais longo na parte inferior, isto é, o diâmetro, é de pelo menos 200 mm e a altura do dispositivo é de até 270 mm, portanto o volume é no máximo cerca de 8.500 centímetros cúbicos, ou 8,5 litros. Contudo, a forma do dispositivo de eletrólise de água da presente invenção não está limitada ao tipo cilíndrico, e a forma do dispositivo de eletrólise de água pode ser de outras

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 27/51

24/26 formas. Por exemplo, o dispositivo de eletrólise de água pode ser elíptico, quadrado ou poligonal, desde que o lado seccional inferior ou maior da base (112) seja mais comprido do que o lado seccional mais comprido do topo para se adaptar ao desenho de afunilamento do fundo o topo. O uso efetivo do espaço de contenção definido pelo caso do dispositivo de eletrólise de água é utilizado tanto quanto possível para manter suficiente produção de hidrogênio para o usuário. Por exemplo, o dispositivo de eletrólise de água tem um total de seis configurações de saída para as taxas de geração de hidrogênio, incluindo a taxa de geração de hidrogênio para o dispositivo de eletrólise de água que emite o gás de saúde que mistura o ar, o gás hidrogênio e o gás atomizador: 120 ml /min., 240 ml / min., 360 ml / min., respectivamente, correspondendo a três configurações correspondentes da taxa de saída de gás de saúde do dispositivo de eletrólise de água: 2 L / min., 4 L / min. e 6 L / min.; e incluindo as taxas de geração de hidrogênio para o dispositivo de eletrólise de água que emite o hidrogênio gasoso puro: 400 mL / min., 500 mL / min., 600 mL / min. O utilizador pode ajustar a taxa de geração de hidrogênio do dispositivo de eletrólise de água 1 e o tipo de gás emitido através do painel de operação. Este dispositivo também reduz o ruído, de modo que o usuário pode colocar a presente invenção perto da cabeça do usuário durante o sono.

[0061] Em referência a FIG. 1A. Numa forma de realização, o presente invento proporciona um dispositivo de eletrólise de água (1) incluindo uma unidade de fornecimento de energia (70) para converter a alimentação de alimentação para 240 watts de corrente contínua para fornecer energia ao dispositivo de eletrólise de água (1). A unidade de fornecimento de energia (70) inclui uma saída de alta potência (701) e uma saída de baixa potência. A saída de alta potência (701) é conectada ao eletrolisador de membrana de troca iônica (12) para fornecer a energia elétrica necessária para a reação de eletrólise. A saída de baixa potência é adequada para fornecer energia elétrica a outros componentes de não eletrólise no dispositivo de eletrólise de água (1), como a bomba de ar (13), o controlador (14), o ventilador (15) e o detector de concentração de hidrogênio (18). Para simplificar a conteúdo do desenho, apenas a unidade de fornecimento de energia (70) e a saída de alta potência (701) estão representadas

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 28/51

25/26 na FIG. 1A. Um técnico no assunto com competências comuns na técnica deve ser capaz de conhecer a configuração da saída de baixa potência no dispositivo de eletrólise de água para fornecer a energia necessária para o funcionamento do dispositivo de eletrólise de água.

[0062] Nos 240 watts de corrente contínua fornecidos pela unidade de fornecimento de energia (70), são emitidos 172 watts da saída de alta potência (701) para o eletrolisador de membrana de troca iônica (12). A saída de alta potência (701) produz uma primeira tensão e uma primeira corrente. A faixa da primeira tensão está entre 3 volts e 6,3 volts e a saída da primeira corrente está na faixa de 10 A a 27,3 A. A saída de baixa potência gera 60 watts de corrente contínua para fornecer a energia necessária para operar o dispositivo de eletrólise da água. A saída de baixa potência gera uma segunda voltagem e uma segunda corrente, em que a segunda voltagem é uma voltagem de 24 volts, e uma segunda corrente é de até 2,5 ampères. Numa outra forma de realização, a segunda tensão também pode ser reduzida de 24 volts para 5 volts e produzir uma segunda corrente até 0,5 A. Comparando os parâmetros de potência emitidos pela saída de alta potência com a saída de baixa potência, a primeira tensão é menor que a segunda, mas a primeira corrente é maior que a segunda. Portanto, a saída de alta potência produz energia CC de baixa voltagem de alta corrente e a saída de baixa potência gera energia CC de alta voltagem de baixa corrente.

[0063] Com os exemplos e explicações acima mencionados, o presente invento proporciona um dispositivo de eletrólise de água incluindo um eletrolisador de membrana de troca iônica com o gás hidrogênio e oxigênio gasoso proveniente do mesmo lado, um tubo de fornecimento de ar, uma bomba de ar e uma atomização / tanque de mistura de gás volátil. O eletrolisador de membrana de troca iônica eletrolisa a água para gerar gás hidrogênio. Depois que o gás hidrogênio é introduzido no tubo de fornecimento de ar, a bomba de ar puxa o ar e o ar é inserido de forma unidirecional no tubo de fornecimento de ar através de uma interface de fornecimento de ar com um ângulo de chumbo com o tubo de ar para diluir o gás hidrogênio. O tubo de fornecimento de ar e o tubo de

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 29/51

26/26 fornecimento de ar introduzem então o hidrogênio diluído no tanque de mistura de gás atomizado / volátil e mistura-se com um gás atomizado para o utilizador.

[0064] Através do eletrolisador de membrana de troca iônica com o gás de hidrogênio e o gás de oxigênio saído do mesmo lado, e o tanque de água, o tanque de separação de gás-água e o tubo de fornecimento de ar configurado em um caso dentro de um volume definido, a eletrólise de água dispositivo da presente invenção emprega o espaço de contenção no caso, tanto quanto possível, mantendo a produção de hidrogênio suficiente, e o ventilador e a bomba de ar do dispositivo de eletrólise de água também são baseados em baixo ruído. Portanto, a presente invenção fornece, de fato, um dispositivo de eletrólise de água com arranjo de espaço efetivo, pequeno volume e baixo ruído, e adequado para colocação em torno do usuário.

[0065] As características e espíritos da presente invenção são esperançosamente descritos mais claramente pela descrição detalhada acima das formas de realização preferidas, e o âmbito da presente invenção não é limitado pelas formas de realização preferidas divulgadas acima. Pelo contrário, o objetivo é cobrir uma variedade de mudanças e disposições de equivalência dentro do escopo do pedido de patente a ser aplicado pelo instituto criativo. Embora a presente invenção tenha sido divulgada nas formas de realização acima, não se pretende limitar a presente invenção, e qualquer especialista na técnica pode fazer várias alterações e refinamentos sem se afastar do espírito e âmbito da presente invenção. Por conseguinte, o âmbito de proteção da presente invenção está sujeito à definição do âmbito do pedido de patente anexado.

Claims

Reivindicações:

1- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA caracterizado por compreender: um alojamento (100) tendo um espaço de contenção, o espaço de contenção compreendendo um espaço de fundo e um espaço de topo, o espaço de fundo sendo maior do que o espaço de topo; uma unidade de fornecimento de energia (70) configurada no espaço de fundo do alojamento (100) para fornecer energia para o dispositivo de eletrólise de água (1), em que a unidade de fornecimento de energia (70) compreende uma saída de alta potência e uma saída de baixa potência; a saída da saída de baixa potência sendo igual ou menor do que metade da saída da saída de alta potência; um eletrolisador configurado no alojamento (100) e eletricamente acoplado a saída de alta potência da unidade de fornecimento de energia (70), o eletrolisador compreendendo um cátodo (123) e um ânodo (124), o cátodo (123) gerando gás hidrogênio e o ânodo (124) gerando gás oxigênio durante a eletrólise da água; um tubo de fornecimento de ar (11); e uma bomba de ar (13) eletricamente conectada a saída de baixa potência da unidade de fornecimento de energia elétrica (70), a bomba de ar (13) acoplada ao tubo fornecimento de ar por uma interface de fornecimento de ar, a bomba de ar (13) guiando ar do ambiente externo ao dispositivo de eletrólise de água para dentro do tubo de fornecimento de ar (11) para diluir o gás hidrogênio; em que um ângulo de ataque entre a interface de fornecimento de ar e o tubo de fornecimento de ar (11) é menor do que 90°.
2- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por compreender uma câmara do ânodo (1202) que compreende um ânodo (124), uma placa de vedação de ânodo (126) e uma placa externa do ânodo (122), em que o ânodo (124) ainda compreende uma placa condutiva do ânodo (128), o ânodo (124) sendo acoplado a placa de vedação do ânodo (126) e a placa externa do ânodo (122).
3- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por compreender uma câmara do cátodo (1201) que compreende um cátodo (123), uma placa de vedação de cátodo (125) e uma placa externa do cátodo (121), em que o cátodo (123) ainda compreende

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 31/51

2/5 uma placa condutiva do cátodo (123-1), o cátodo (123) sendo acoplado a placa de vedação do cátodo (125) e a placa externa do cátodo (121).
4- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 2 e ainda caracterizado por o eletrolisador compreender também um duto de fornecimento de água (24) configurado sobre e atravessando a placa externa do ânodo (122), a placa condutiva do ânodo (124-1) e a placa de vedação do ânodo (126), conectando a câmara do ânodo (1202) e o tanque de água (10); a água fluindo do tanque de água (10) para a câmara do ânodo (1202) através do duto de fornecimento de água (24) para reabastecer com água a câmara do ânodo (1202).
5- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por compreender um ventilador (15) puxando ar do ambiente externo ao dispositivo de eletrólise de água, tal que a bomba de ar (13) guia ar para dentro do duto de fornecimento de ar, sendo o duto de fornecimento de ar conectado ao duto de saída de hidrogênio (21) do eletrolisador para receber o gás hidrogênio e a bomba de ar (13) introduzir ar no duto de fornecimento de ar para misturar o ar com o gás hidrogênio.
6- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 5 e ainda caracterizado por compreender um tanque de mistura de gás volátil/ atomizado (16) conectado ao tubo de fornecimento de ar (11) e recebendo gás hidrogênio diluído, o tanque de mistura de gás volátil/ atomizado (16) seletivamente gerando um gás atomizado e o misturando com o gás hidrogênio para formar um gás saudável, em que o gás atomizado é vapor de água, poções atomizadas ou óleo essencial volátil.
7- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 5 e ainda caracterizado por o ângulo de ataque ser localizado na posição de conexão do tubo de fornecimento de ar (11) e a interface de fornecimento de ar, a forma da posição de conexão sendo um arco.
8- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 7 e ainda caracterizado por o tubo de fornecimento de ar (11) ter uma primeira direção de fluxo e a interface de fornecimento de ar ter uma segunda direção de fluxo, a primeira direção de fluxo de ar apontando para a

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 32/51

3/5 porção superior do dispositivo de eletrólise de água, a segunda direção de fluxo apontando para ao tubo de fornecimento, o ângulo de ataque sendo formado entre a primeira direção de fluxo e a segunda de direção de fluxo, o ângulo de ataque sendo preferencialmente entre 25 e 45 graus, a forma da posição de conexão com o ângulo de ataque sendo feita como um arco do ângulo de ataque.
9- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 5 e ainda caracterizado por compreender um detector de concentração de hidrogênio (18) acoplado ao tubo de fornecimento de ar (11) para detectar se a concentração do volume de hidrogênio no fornecimento de ar está dentro de um intervalo variando de um primeiro valor predeterminado até um segundo valor predeterminado, o detector de concentração de hidrogênio (18) gerando um primeiro sinal de alerta quando a concentração do volume de hidrogênio é maior do que o primeiro valor predeterminado; e um controlador (14) ligado ao detector de concentração de hidrogênio (1 8), a bomba de ar (1 3) e o eletrolisador, o controlador (14) gerando um comando para acionar a bomba de ar (13) quando recebe o primeiro sinal de alerta.
10- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 9 e ainda caracterizado por o detector de concentração de hidrogênio (18) gerar um segundo sinal de alerta quando a concentração de hidrogênio é maior que o segundo valor predeterminado; o controlador (14) gera um comando de parada para parar o eletrolisador (1) quando receber o segundo sinal de alerta em que o primeiro valor predeterminado é 4%, o segundo valor predeterminado é 6%, e o intervalor é de 4% a 6%.
11- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por o gás oxigênio e o gás hidrogênio serem liberados do mesmo lado do eletrolisador.
12- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por compreender um dispositivo detector do nível de água (40) configurado para detectar a quantidade de água no tanque de água (10).
13- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 1 e ainda caracterizado por o volume do dispositivo de eletrólise de

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 33/51

4/5 água ser menor que 8,5 l e a taxa de geração de hidrogênio do dispositivo de eletrólise de água estar em um intervalo de 120 ml/min e 600 ml/min.
14- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA caracterizado por compreender: um alojamento (100) compreendendo uma base, uma parede lateral e um espaço de contenção; uma unidade de fornecimento de energia (70) configurada no espaço de contenção do alojamento (100) eletricamente ligada ao dispositivo de eletrólise de água, em que a unidade de fornecimento de energia (70) compreende uma saída de alta potência e uma saída de baixa potência, a potência fornecida pela saída de baixa potência sendo igual ou menor que metade da potência fornecida pela saída de alta potência; um eletrolisador de membrana de troca iônica (12) configurado em uma posição descentralizada no alojamento (100) e eletricamente ligado a saída de alta potência da unidade de fornecimento de energia (70), o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) compreendendo um primeiro lado, um segundo lado, uma membrana de troca iônica (120), um cátodo (123), um ânodo (124), um tubo de saída de oxigênio (22) e um tubo de saída de hidrogênio (21), a membrana de troca iônica (120) (12) configurada entre o ânodo (124) e o cátodo (123); em que o eletrolisador de membrana de troca iônica (12) eletrolisa a água, o cátodo (123) gera gás hidrogênio que é liberado pelo tubo de saída de hidrogênio (21), o ânodo (124) gera oxigênio que é liberado pelo tubo da saída de oxigênio (22), e um tanque de mistura de gás volátil/atomizado (16) ligado a saída de baixa potência da unidade de fornecimento de energia (70), que seletivamente gera gás atomizado e mistura com o gás hidrogênio para formar um gás saudável, em que o gás atomizado é vapor de água, poções atomizadas ou óleo essencial volátil.
15- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 14 e ainda caracterizado por o ânodo (124) ser configurado entre a membrana de troca iônica (120) e o segundo lado; o cátodo (123) ser configurado entre a membrana de troca iônica (120) e o primeiro lado, o tubo de saída de oxigênio (22) se estender de uma posição entre a membrana de troca iônica (120) (12) e o segundo lado para o segundo lado e passar o segundo lado; o tubo de saída de hidrogênio (21) se estende de uma posição entre a membrana de troca

Petição 870180124433, de 31/08/2018, pág. 34/51

5/5 iônica (120) e o primeiro lado para o segundo lado e passando através do segundo lado.
16- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 14 e ainda caracterizado por o ânodo (124) ser configurado entre a membrana de troca iônica (120) e o segundo lado; o cátodo (123) ser configurado entre a membrana de troca iônica (120) e o primeiro lado, o tubo de saída de hidrogênio (21) se estender de uma posição entre a membrana de troca iônica (120) e o segundo lado para o segundo lado e passar o segundo lado; o tubo de saída de oxigênio (22) se estende de uma posição entre a membrana de troca iônica (120) e o primeiro lado para o segundo lado e passando através do segundo lado.
17- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 14 e ainda caracterizado por a saída de alta potência apresentar uma primeira voltagem e uma primeira corrente; a saída de baixa potência apresentar uma segunda voltagem e uma segunda corrente; a primeira voltagem ser menor que a segunda voltagem e a primeira corrente ser maior que a segunda corrente.
18- DISPOSITIVO DE ELETRÓLISE DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 14 e ainda caracterizado por o primeiro lado confrontar o lado lateral, o tubo de saída de hidrogênio (21) e o tubo de saída de oxigênio (22) são posicionados no segundo lado do eletrolisador de membrana de troca iônica (120).