CN102464302B - 氧气制造机及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种氧气制造机及其制造方法，该氧气制造机的本体包括：2m条玻璃封条，贴附于本体；n行×m列贯通通道，每一列贯通通道两端部开口具有一导电网片，并以玻璃封条密封，作为同一列通道的电连接，奇数列通道、偶数列通道分别电连接电压源阳极、阴极；奇数列两相邻通道的墙面设有多个第一通道连通口，偶数列两相邻通道的墙面设有多个第二通道连通口，本体通道的侧壁设有多个空气通入口贯通于每一奇数列通道的第1行、多个空气排出口贯通于每一奇数列通道的第n行及多个氧气收集口贯通于每一偶数列通道的第1行。空气自第一通道通入后，在第一通道之间迂回流通，最后自空气排出口排出，增加了空气停留于本体内的时间，提高氧气制造机制造氧气的效率。

Description

氧气制造机及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种氧气制造机，特别是一种具有蜂巢状结构的氧气制造机及其制造方法。

背景技术

目前市面上较广为人知的氧气传感器，是以部分安定氧化锆(PSZ)作为传导氧离子的固态电解质的电位式氧气传感器。在氧化锆或者是其它的氧离子导体两端分别通入不同的氧分压，氧气将自高浓度区通过氧离子导体向低浓度的氧气扩散。氧气分子进入氧化锆时，在氧离子导体表面得到电子，形成氧离子，这些氧离子扩散至氧离子导体另一侧表面后，会失去电子形成氧气分子，再离开氧离子导体。此种机制在氧离子导体两侧表面会产生电势差。

氧气传感器即是在氧离子导体一侧通入参考空气，并量测氧离子导体两面的电势差，根据涅斯特方程式(Nernst equation)来计算出未知空气的氧分压。氧气制造机的原理正好和氧气传感器相反，是对固态电解质施加一电位差，提供氧离子自阴极往阳极移动的驱动力，造成阳极端的氧气浓度大于阴极端。

现有氧气制造机请参照Lawless所获得的美国专利第5961929号。如图1所示的氧气制造机是一种蜂巢结构。氧气制造机100包括一蜂巢结构本体102，由氧离子导电材料所组成，具有多个第一通道114’及多个第二通道116’，贯通于本体102的前侧面118及后侧面120。其中，每列第一通道114’及第二通道116’交替排列。一电压源122，分别通过电极124(正端)及126(负端)，分别连接于通道114’及116’的电极。换言之，第一通道114’及第二通道116’分别为氧气制造机100的阴极及阳极，且各自都是并联的，以使得阴极及阳极具有相同电压差。另外，在本体102右侧面136则有第三通道137贯通第二通道116’，以使氧气由第三通道137集中流出。

前述Lawless的氧气制造机100，其实已对其先前的产品做了一些改良。例如在本体102前侧面118及后侧面120的第二通道116’开口都封住了，以确保氧气的纯净。此外，美国专利第5961929号也对第三通道137的对准孔154(对准第二通道116)做了改良，使对准孔154之间更容易对准。

请参考图2的局部透视图。图2是将第二通道116’彼此间隔的墙面152开了一个半圆形开口154，而且开口154位于本体102的前侧面118，亦即开口紧贴着前面板142。这样的好处是开口154可以先开好，然后，再把前面板142粘贴上去封住，彻底改善了Lawless更先前的专利(例如美国专利公告号第5205990号)中第三通道与开口之间对准的问题。

然而，先前的技术第一通道114’空气从入口到出口的路径是直的，空气进入后即使有电压差作为驱动力使空气中的部分氧自氧离子导体扩散到第二通道116’，但仍可想象氧气制造的效率具有极大的改善空间。

有鉴于现有技术针对第二通道(阳极)和第三通道的对准问题作改善，并且，因第二通道有了栓塞塞住出口而使得氧气的质量获得进一步保障，但，一如前述，氧气制造机的制造效率仍有改善的空间。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种氧气制造机，提高氧气制造机的效率。

本发明的技术解决方案是：

一种氧气制造机，包括一具有蜂巢结构的本体，本体为一氧离子导电材料，本体并连接至一电压源，本体包括2m条玻璃封条，m为≥2的偶数，所述玻璃封条贴附于该本体。

本体更具有n行×m列贯通通道，每一列贯通通道两端部开口横跨一导电网片，作为同一列通道的电连接，并以玻璃封条密封，且奇数列通道及偶数列通道的所有墙面分别具有一第一多孔隙导电层及一第二多孔隙导电层，奇数列的通道电连接电压源负端以作为阴极，偶数列的通道电连接电压源正端以作为阳极；且所述奇数列的通道及所述偶数列的通道的所有墙面分别具有一第一多孔隙导电层及一第二多孔隙导电层；多个第一连通口，开设于该奇数列的两相邻通道的第1面至第n-1面墙面；多个第二连通口，设于偶数列的两相邻通道的第1面至第n-1面墙面。

除此之外，m/2个空气通入口，开设于本体的侧壁，并贯通于每一奇数列通道的第1行，以通入空气；m/2个空气排出口，开设于本体的侧壁，并贯通于每一奇数列通道的第n行，使空气自第一通道通入后，在第一通道之间迂回流通，最后自空气排出口排出；m/2个氧气收集口，开设于本体的侧壁，贯通于每一偶数列通道的第1行，以收集制造的氧气。

本发明还提供一种氧气制造机的制造方法，包括下列步骤：形成一氧离子导体本体，该本体设有n行×m列个贯通通道，其中，所述贯通通道的偶数列的两相邻通道的第1面至第n-1面墙面两端设有凸字形开口，其奇数列两相邻通道的第2k-1面墙面设有凸字形开口于第一端部，所述第2k-1面墙面的第二端部设有ㄩ字形开口，其奇数列两相邻通道的第2k面墙面设有凸字形开口于第二端部，所述第2k面墙面的第一端部设有ㄩ字形开口，其中k为正整数；分别形成第一多孔隙导电层及第二多孔隙导电层于所述奇数列通道及该偶数列通道的所有墙面；将2m个导电网片一一跨设于每一列通道的两端部的ㄩ字形底部；以2m个玻璃封条一一嵌入每一列通道的两端部的ㄩ字形底部，以封住所有上述通道的开口，具有凸字形开口的墙面留有口字形开口，而具有ㄩ字形开口的墙面形成密封口；

所述奇数列通道的第一多孔隙导电层连接一负电压，而成为阴极，所述偶数列的通道的第二多孔隙导电层连接一正电压，而成为阳极；该本体通道的侧壁形成有空气通入口，并贯通于每列阴极的第1行，该本体通道的侧壁形成有空气排出口，且贯通于每列阴极的第n行；及该本体通道的侧壁形成有氧气收集口，贯通于每列阳极的第1行。

由以上说明得知，本发明确实具有如下的优点：

本发明的氧气制造机相较于前案而言，针对连接电压源阴极的通道结构做了改良，增加了空气停留于本体内的时间，使空气中大部分的氧气经由氧离子导电材料被收集至连接电压源阳极的通道的机会增加，提高氧气制造机制造氧气的效率。

附图说明

图1为现有的氧气制造机；

图2为现有的氧气制造机的立体爆炸图；

图3为本发明实施例氧气制造机的立体图；

图4A及4B分别为本发明氧气制造机的右侧视图及左侧视图；

图5为沿图3的A-A’线所绘制的横截面图；

图6A为本发明实施例氧气制造机空气流通道的透视图；

图6B为本发明另一实施例氧气制造机空气流通道的透视图；

图7为本发明实施例氧气制造机第一通道的剖面示意图。

主要元件标号说明：

100：氧气制造机            102：本体                  118：前侧面

120：后侧面                134：左侧面                136：右侧面

114’、114：第一通道       116’、116：第二通道       122：电压源

124：阴极(正端)            126：阳极(负端)            154：对准孔

152：第二通道间隔墙面      131：空气进入口            137：氧气收集口

134：空气排出口            142：玻璃封条(前面板)      144：玻璃封条(后面板)

1141：第一通道墙面         1161：第二通道墙面         117：银丝絮

1141a：第一通道墙面的第一端部            1141b：第一通道墙面的第二端部

1140：第一通道连通口       1160：第二通道连通口       1142：ㄩ字形开口

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文的本发明的氧气制造机，将以较佳实施例，配合所附相关附图，作详细说明。其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明。

请参考图3所示，依据本发明第一实施例的氧气制造机100外观结构的示意图。氧气制造机100包括一蜂巢结构本体102，具有至少一空气流通道及一氧气流通道。其中，空气流通道及氧气流通道分别由多个贯穿本体前侧面118及后侧面120的第一通道114及第二通道116所组成。本体102由氧离子导电材料所组成，在一较佳实施例中，它的材料是由掺杂以钇(Yttrium)及锆(Zircon)双重安定化的氧化铋(Bi_xO_y)所组成，例如三氧化二铋(Bi₂O₃)。

本发明实施例中，多个第一通道114及第二通道116排成n行×m列，每列第一通道114形成空气流通道，每列第二通道116形成氧气流通道，并且，空气流通道及氧气流通道交替排列。前侧面118隶属相同一列的通道开口被一玻璃封条(前面板)142所封住，后侧面120的通道开口则是由后面玻璃封条144封住。

在玻璃封条(前面板)142及(后面板)144封住通道口前，第一通道114及第二通道116的通道所有墙面1141及1161，分别形成一第一多孔隙导电层及一第二多孔隙导电层。每一列通道端部横跨一导电网片113，以作为同一列通道的电连接。本发明实施例中，所述的导电网片113为银网片113。

第一及第二多孔隙导电层首先以浸渍法(dip-coating method)涂布一层金浆料(gold slurry)于第一通道114及第二通道116的内墙面(inner sidewall)。金浆料同时作为触媒，促进氧气转换，来增加反应效率。在更佳实施例中，涂布于第二通道116的第二多孔隙导电层是进一步于将银(Ag)/钯(Pd)胶(paste)涂布在金浆料上，而涂布于第一通道114的第一多孔隙导电层是将Ag(银)胶(paste)涂布在金浆料上。值得特别留意的是金浆料及Ag(银)/Pd(钯)胶对氧而言必须是多孔性的。

本发明的氧气制造机100更具有一电压源122，分别通过电极124(正端)及126(负端)，分别连接于通道116及114的银网片113。换言之，第一通道114及第二通道116分别为氧气制造机100的阴极及阳极，并各自以并联方式电连接。

请参照图4A，为本发明氧气制造机的右侧视图。一行空气通入口131垂直于第一通道114的长轴方向开设于本体102的右侧壁136，每一空气通入口131与每一排中最靠近右侧面136的第一通道114相连通。

仍请参照图4A，本体102还包括另一行氧气收集孔137，垂直于第二通道116的长轴方向，与每一排中最靠近右侧面136的第二通道116相连通，以收集所产生的氧气。另外，请参照图4B，为本发明氧气制造机的左侧视图。显示本体102左侧面134包括一行空气排出口132，一一与最靠近左侧面134的第一通道114相连通，以排出剩余的空气。

其中，空气通入口131、氧气收集口137及空气排出口132开设的位置，也可以同时位于右侧壁136或左侧壁134，并不仅限于本发明的实施例。然而，在较佳的实施例中，氧气收集口137与空气通入口131最好开设于同一侧壁(右侧壁136或左侧壁134)，可以具有较好的氧气收集率。

请参考图5，其是沿图3的A-A’线所绘制的横截面图，两相邻第一通道墙面1141中，则仅是在第一端部1141a或第二端部1141b其中一端设有一第一通道连通口1140。两相邻第二通道墙面1161的前后两端各有一个第二通道连通口1160，使收集到的氧气可以任意在第二通道116中流通，并经由任一氧气收集口137流出。

请再参照图6A，为图3其中一列第一通道114其中一实施例的局部透视图。在本实施例中，在第一通道114两相邻通道的第2k-1面墙面1141设有第一通道连通口1140于第一端部1141a，ㄩ字形开口1142于第二端部1141b；在第一通道114两相邻通道的第2k面墙面1141则将第一通道连通口1140设于第二端部1141b，ㄩ字形开口1142于第一端部1141a，其中k为正整数。

也就是说，若两相邻的第一通道114之间的墙面1141在第一端部1141a设有第一通道连通口1140，在第二端部1141b设有一ㄩ字形开口1142，则与其相邻的另一墙面1141则会在第二端部1141b具有凸字形开口1140，在第一端部1141a形成一ㄩ字形开口1142，使空气由空气通入口131通入第一通道114后，是依循迂回曲折的路径流通，图6中的箭号a及代表空气的流动方向。

不论ㄩ字形开口或凸字形开口，在银网片113作为连接电压源122的电极后，玻璃封条142或144一一嵌入每一列通道的两端部的ㄩ字形底部，上述第一及第二通道连通口1140、1160的大底即可提供玻璃封条142或144的容置空间，玻璃封条142、144的宽度恰好足以嵌入凸字形大底。因此，凡有凸字形开口的一端将留有口字形开口作为气流通道，而ㄩ字形开口的一端将被玻璃封条142、144所封住。之后，将玻璃封条加热至大约700～780℃，持温40至60分钟，使玻璃封条软化后，可完全密封通道开口。

换言之，本实施例中，空气自第一通道114的一开口131流入后将沿第一通道114至第二端部1140b后，穿过开口1140至相邻的下一个第一通道114，再沿第一通道114流动至第一端部1140a自开口1140通往再一相邻的第一通道114，空气因此将在第一通道114迂回穿梭，无形中制造了许多逗留的时间，亦即增加了空气中的氧气穿越氧离子导体墙的机会。

当然，相较于现有技术而言，只要让空气进入第一通道114后停留的时间能够增加，第一通道连通口1140不一定限于开在端部。在另一实施例中，如图6B所示，第一通道连通口1140开在第一通道墙面的中段也同样可以达到相同的效果。并且，为了制程上的方便，各第一通道连通口1140的位置相互对准。

现有技术中，空气从第一通道的入口进入，于第一通道114的出口流出，路径是笔直的，并且空气停留的时间短。相较之下，本发明可达到促使进入的空气中所含的氧气被驱动导入第二通道116的机会大大提高。

如图7所示，为了使空气停留于第一通道114内的时间更长，第一通道114内可以放置银丝絮117，以达到空气扰流的作用。

综上所述，本发明的氧气制造机在阳极的结构做了很大的改良，延长了空气停留于本体内的时间，增加了空气中的氧气穿越氧离子导体墙的机会。本发明不仅是将氧气制造机的结构做改善，在氧离子导体的材料上也做了一些变更，而使得氧气制造机的制造效率达到前所未有的提升。

本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神与发明实体仅止于上述实施例。凡熟悉此项技术者，当可轻易了解并利用其它元件或方式来产生相同的功效。是以，在不脱离本发明的原则和构思内所作的修改，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种氧气制造机，包括一具有蜂巢结构的本体，该本体为氧离子导电材料，该本体连接至一电压源，其特征在于，该本体包括：

2m条玻璃封条，m为≥2的偶数；

n行×m列贯通通道，每一列所述贯通通道两端部开口具有一导电网片，并以该玻璃封条密封，作为同一列通道的电连接，其中奇数列通道电连接该电压源负端以作为阴极，偶数列的所述通道电连接该电压源正端以作为阳极，且所述奇数列的通道及所述偶数列的通道的所有墙面分别具有一第一多孔隙导电层及一第二多孔隙导电层；

所述奇数列及偶数列通道墙面两端部皆具有一ㄩ字形开口，多个第一通道连通口设于该奇数列两相邻通道的第2k-1面墙面的第一端部，以及该奇数列两相邻通道的第2k面墙面的第二端部，其中k为正整数，所述玻璃封条贴附于该本体的该ㄩ字形开口；

多个第二通道连通口，设于该偶数列的两相邻通道的第1面至第n-1面墙面；

m/2个空气通入口，开设于该本体的侧壁，并贯通于每一所述奇数列通道的第1行，以通入空气；

m/2个空气排出口，开设于该本体的侧壁，并贯通于每一奇数列通道的第n行，使该空气自所述第一通道通入后，在所述第一通道之间迂回流通，最后自该空气排出口排出；及

m/2个氧气收集口，开设于该本体的侧壁，贯通于每一偶数列通道的第1行，以收集制造的氧气。

2.如权利要求1所述的氧气制造机，其特征在于，该本体的氧离子导电材料由掺杂以钇及锆双重安定化的氧化铋所组成。

3.如权利要求1所述的氧气制造机，其特征在于，该第一多孔隙导电层包括金浆料及银胶，该第二多孔隙导电层包括金浆料及银钯混合胶。

4.如权利要求1所述的氧气制造机，其特征在于，该导电网片为银网片。

5.如权利要求1所述的氧气制造机，其特征在于，所述第二通道连通口设于该偶数列的两相邻通道的第1面至第n-1面墙面两端部。

6.如权利要求5所述的氧气制造机，其特征在于，所述第一通道连通口及所述第二通道连通口与对应的ㄩ字形开口形成一凸字形开口。

7.如权利要求6所述的氧气制造机，其特征在于，所述贯通通道每一列以一玻璃封条封住开口，该玻璃封条一一嵌入每一列通道的两端部的ㄩ字形底，以封住所有通道的开口，具有该凸字形开口的一端留有口字形开口，而具有ㄩ字形开口的一端形成密封口。

8.如权利要求1所述的氧气制造机，其特征在于，所述第一通道内包括银丝絮，以促进空气扰流。

9.一种氧气制造机的制造方法，其特征在于，该制造方法至少包含以下步骤：

形成一氧离子导体本体，该本体设有n行×m列个贯通通道，其中，所述贯通通道的偶数列的两相邻通道的第1面至第n-1面墙面两端设有凸字形开口，其奇数列两相邻通道的第2k-1面墙面设有凸字形开口于第一端部，且设有ㄩ字形开口于第二端部，其奇数列两相邻通道的第2k面墙面设有凸字形开口于第二端部，且设有ㄩ字形开口于第一端部，其中k为正整数；

分别形成第一多孔隙导电层及第二多孔隙导电层于所述奇数列通道及该偶数列通道的所有墙面；

将2m个导电网片一一跨设于每一列通道的两端部的ㄩ字形底部；

以2m个玻璃封条一一嵌入每一列通道的两端部的ㄩ字形底部，以封住所有上述通道的开口，使得具有凸字形开口的一端留有口字形开口，而具有ㄩ字形开口的一端形成密封口；

所述奇数列通道的第一多孔隙导电层连接一负电压，而成为阴极，所述偶数列的通道的第二多孔隙导电层连接一正电压，而成为阳极；

形成空气通入口于该本体通道的侧壁，并贯通于每列阴极的第1行，空气排出口设于该本体通道的侧壁并贯通于每列阴极的第n行；及

形成氧气收集口于该本体通道的侧壁，且贯通于每列阳极的第1行。

10.如权利要求9的制造方法，其特征在于，所述玻璃封条嵌入每一列通道的两端部的ㄩ字形底部后，还包括加热该玻璃封条至700～780℃，持温40至60分钟，以将所述通道的开口封住。

Images