KR200308388Y1 - Oxygen Pump - Google Patents
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Abstract
본 고안은 산소이온전도체 산화물의 격막 양단의 전압 차에 의한 산소이온 전도현상을 이용해 순수한 산소를 생성할 수 있도록 하는 산소펌프에 관한 것이다. 본 산소펌프는 내부에 공간부(12)를 형성하고 일측에 배출구(14)를 가지는 산소이온전도체(10)와, 상기 산소이온전도체(10)의 내외면을 백금층(22)(24)으로 피복하고 내측 백금층(22)에는 양극(26)이 연결되고 외측 백금층(24)에는 음극(28)이 연결되는 음양전극부(20)와, 상기 음극전극부(20)의 외측에 소정거리를 두고 배치된 단열층(30)과, 상기 단열층(30)과 음극전극부(20) 사이에 배치되어 소정의 온도로 가열되는 히터(40)를 포함한다. 이에 따라, 간단한 구조로 순산소의 추출을 용이하게 하여 순산소를 경제적이도도 실용적으로 사용할 수 있도록 한다. 또한 질소 내에 함유된 산소를 100% 분리하여 순질소만을 정제할 수 있으며, 고순도의 특성을 이용해 산소발생정수기나 가정용에어콘에 적용할 수 있고, 대량 고순도 산소발생장치로서 화학공업 분야에도 응용할 수 있다.The present invention relates to an oxygen pump capable of generating pure oxygen by using oxygen ion conduction phenomenon caused by the voltage difference across the diaphragm of the oxygen ion conductor oxide. The oxygen pump has an oxygen ion conductor 10 having a space portion 12 therein and an outlet 14 at one side thereof, and the inner and outer surfaces of the oxygen ion conductor 10 as platinum layers 22 and 24. A negative electrode portion 20 which is coated and has an anode 26 connected to the inner platinum layer 22 and a cathode 28 connected to the outer platinum layer 24 and a predetermined distance outside the cathode electrode portion 20. And a heater 40 disposed between the heat insulation layer 30 and the cathode electrode part 20 and heated to a predetermined temperature. Accordingly, it is easy to extract pure oxygen with a simple structure so that the pure oxygen can be used economically and practically. In addition, pure oxygen can be purified by separating 100% of oxygen contained in nitrogen, and can be applied to an oxygen generating water purifier or a home air conditioner using high purity characteristics, and can be applied to the chemical industry as a high purity oxygen generating device in a large quantity.
Description
본 고안은 산소를 생성하는 산소펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산소이온전도체 산화물의 격막 양단의 전압 차에 의한 산소이온전도현상을 이용해 순수한 산소를 농축할 수 있도록 하는 산소펌프에 관한 것이다.The present invention relates to an oxygen pump for generating oxygen, and more particularly, to an oxygen pump for concentrating pure oxygen using an oxygen ion conduction phenomenon caused by a voltage difference across the diaphragm of an oxygen ion conductor oxide.
종래의 산소발생방법은 공기를 그대로 압축시키는 방법과, 탄산소다 과산화수소 부가 화합물을 물에 혼합한 용액에 선형, 코일형, 판상 등의 연속되고 일체화된 이산화망간 같은 촉매를 투입함으로서 일반식과 같은 과산화수소용액을 물과 산소로 분해하는 화학반응을 통해 얻는 방법, 그리고 공기압축기를 이용하여 공기를 가압 또는 진공펌프와 함께 가·감압하여,과탄산소다(2Na2CO3·3H2O2)를 Ca-CmC로 결합하여 정제한 산소발생제에 O2가 흡착되도록 하는 방법이 있었다.Conventional oxygen generation method is a method of compressing the air as it is, and by adding a continuous, integrated manganese dioxide, such as linear, coil-like, plate-like in a solution mixed with a sodium carbonate hydrogen peroxide addition compound in water to produce a hydrogen peroxide solution as shown in the general formula Oxygen purified by combining Ca 2 -CmC with sodium percarbonate (2Na2CO3, 3H2O2) by pressurizing or decompressing air with a pressurized or vacuum pump using a chemical reaction to decompose water and oxygen, and using an air compressor. There was a method of adsorbing O 2 to the generator.
그러나, 위와 같은 종래의 산소발생방법에 의하여 얻어진 산소는 오염된 대기 중의 일반 공기(CO2 0.050% 이상)를 그대로 압축하여 산소를 추출한 후에 부분적으로 정화시키거나 과산화수소용액 또는 과탄산소다를 산소발생원으로 하는 것이었기 때문에 청정지역에 준 하는 정도의 순도 높은 풍부한 산소를 얻지 못하였다.However, the oxygen obtained by the conventional oxygen generation method as described above is partially compressed after extracting oxygen by compressing general air (CO2 0.050% or more) in the polluted atmosphere as it is, or using hydrogen peroxide solution or sodium percarbonate as an oxygen source. As a result, they did not obtain abundant high-purity oxygen equivalent to that of clean areas.
또한 구조가 복잡하고 설치면적이 크기 때문에 소형제작에 어려움이 많았으며, 부품교체에 따른 비용지출이 많은 결점이 있다.In addition, due to the complex structure and large installation area, it was difficult to manufacture small products.
본 고안은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기체의 압력을 이용해 산소를 발생시키던 방식을 배제하고 산소이온전도체격막 양단의 전압차에 의한 산소이온전도현상을 이용해 순산소 발생을 유도하여 순산소를 농축할 수 있고, 간단한 구조로 이루어지면서 부품의 교체 없이 편리하고도 경제적인 산소펌프를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve such a conventional problem, and excludes the method of generating oxygen using the pressure of the gas, and induces the generation of pure oxygen using the oxygen ion conduction phenomenon caused by the voltage difference across the oxygen ion conducting diaphragm. The purpose is to provide a convenient and economical oxygen pump without the replacement of parts can be made to concentrate the pure oxygen, simple structure.
상기 목적은, 본 고안에 따라, 내부에 공간부를 형성하고 일측에 배출구를가지는 산소이온전도체와, 상기 산소이온전도체의 내외면을 백금층으로 피복하고 내측 백금층은 양극에 연결되고 외측 백금층에는 음극이 연결되는 음양전극부와, 상기 음극전극부의 외측에 소정거리를 두고 배치된 단열층과, 상기 단열층과 음극전극부 사이에 배치되어 소정의 온도로 가열되는 히터를 포함하여 이루어지고 있다.According to the present invention, the oxygen ion conductor having a space portion therein and having an outlet on one side, and the inner and outer surfaces of the oxygen ion conductor with a platinum layer and the inner platinum layer is connected to the anode and the outer platinum layer is The negative electrode is connected to the negative electrode portion, a heat insulation layer disposed at a predetermined distance outside the cathode electrode portion, and the heater is disposed between the heat insulation layer and the cathode electrode portion is heated to a predetermined temperature.
상기 산소이온전도체는 이트리아안정화지르코니아, 세리아(CeO2) 또는 이트리아안정화비스무트산화물등 높은 산소이온전도도를 가지는 산화물이다.The oxygen ion conductor is an oxide having high oxygen ion conductivity such as yttria stabilized zirconia, ceria (CeO 2 ) or yttria stabilized bismuth oxide.
또한 상기 음양전극부는 백금(Pt), YBa2Cu3O6+X(YBCO), La1-XSrxMnO3(LSM) 등의 전자 혹은 전자/산소이온혼합전도체로 이루어진다.In addition, the negative electrode portion is made of an electron or an electron / oxygen ion mixed conductor such as platinum (Pt), YBa 2 Cu 3 O 6 + X (YBCO), La 1-X Sr x MnO 3 (LSM).
그리고 상기 음양전극부는 최대 400mA/㎠까지 직류전류를 흘릴 수 있으며, 상기 히터는 600℃이상으로 유지된다.And the negative electrode portion can flow a direct current up to 400mA / ㎠, the heater is maintained at 600 ℃ or more.
도 1은 본 고안에 의한 산소펌프의 종단면도이고,1 is a longitudinal sectional view of an oxygen pump according to the present invention,
도 2는 본 고안에 의한 산소펌프의 개략적인 원리설명도이고,Figure 2 is a schematic diagram illustrating the principle of the oxygen pump according to the present invention,
도 3은 본 고안에 의한 음양전극의 설치상태 정면도이고,Figure 3 is a front view of the installation state of the negative electrode according to the present invention,
도 4는 본 고안에 의한 산소펌프의 다른 실시예의 종단면도이다.Figure 4 is a longitudinal sectional view of another embodiment of the oxygen pump according to the present invention.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10 : 산소이온전도체 12 : 공간부10: oxygen ion conductor 12: space part
14 : 배출부 20 : 음양전극부14: discharge portion 20: yin and yang electrode
22,24 : 백금층 26 : 양극22,24 platinum layer 26 anode
28 : 음극 30 : 단열층28: cathode 30: heat insulation layer
40 : 히터40: heater
이하, 본 고안을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 고안에 의한 산소펌프를 종단면도로 도시하고, 도 2는 본 고안에 의한 산소펌프의 원리를 원리설명도로 도시하고, 도 3은 본 고안에 의한 음양전극를 정면도로 도시하고 있다.Figure 1 shows an oxygen pump according to the present invention in a longitudinal cross-sectional view, Figure 2 shows the principle of the oxygen pump according to the present invention in principle, and Figure 3 shows a negative electrode according to the present invention in front view.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 고안의 산소펌프는, 산소이온의 이동을 유도하기 위한 산소이온전도체(10), 산소이온전도체(10)에 소정의 직류전압을 인하는 음양전극부(20)로 이루어져 있으며, 음양전극부(20)의 외부에는 단열층(30)이 소정의 온도로 가열되는 히터(40)에 의해 생성된 열기를 보온하도록 구성되어 있다.As shown in FIGS. 1 to 3, the oxygen pump according to the present invention includes a negative ion electrode unit for reducing a predetermined DC voltage to an oxygen ion conductor 10 and an oxygen ion conductor 10 to induce the movement of oxygen ions ( 20), the outer surface of the yin-yang electrode unit 20 is configured to heat the heat generated by the heater 40 is heated to a predetermined temperature.
산소이온전도체(10)는 내부에 공간부(12)가 형성되어 있으며, 일측에는 배출구(14)가 형성되어 있다. 또한 이트리아안정화지르코니아(YSZ), 세리아(CeO2), 이트리아안정화 비스무트산화물등 산소이온전도도가 높은 소재이다.The oxygen ion conductor 10 has a space 12 formed therein, and an outlet 14 is formed at one side thereof. In addition, it has high oxygen ion conductivity such as yttria stabilized zirconia (YSZ), ceria (CeO 2 ) and yttria stabilized bismuth oxide.
음양전극부(20)는 상기 산소이온전도체(10)의 내외면을 백금으로 도포하여 백금층(22)(24)을 형성하고 그 내측 백금층(22)에는 양극(26)을 연결하고, 외측 백금층(24)에는 음극(28)을 연결하여 이루어진다.Negative electrode portion 20 is applied to the inner and outer surfaces of the oxygen ion conductor 10 by platinum to form platinum layers 22, 24, the inner platinum layer 22 to connect the anode 26, the outside The cathode layer 28 is connected to the platinum layer 24.
여기서 음양전극부(20)는 백금(Pt), 이트륨바륨구리산화물(YBa2Cu3O6+X), 라탄스트룐튬망간산화물(La1-XSrxMnO3)등의 전자 혹은 전자/산소 이온혼합전도체 소재로 이루어지고 있다.Herein, the negative electrode unit 20 is electrons or electrons / oxygens such as platinum (Pt), yttrium barium copper oxide (YBa 2 Cu 3 O 6 + X ), and lattansium manganese oxide (La 1-X Sr x MnO 3) . It is made of ion mixed conductor material.
또한 음양전극부(20)는 최대 약 400mA/㎠의 직류를 흘리며, 상기 히터(40)는 이 전극부를 600℃ 이상으로 유지하도록 되어 있다.In addition, the negative electrode portion 20 flows a direct current of up to about 400 mA / cm 2, and the heater 40 is configured to hold the electrode portion at 600 ° C. or higher.
단열층(30)은 상기 음양전극부(20)에 부착된 산소이온전도체(10)의 외부에 배치되어 있고, 내면의 근접부위에는 히터(40)가 배치되어 전원에 의한 발열을 하도록 되어 있다.The heat insulation layer 30 is disposed outside the oxygen ion conductor 10 attached to the negative electrode portion 20, and a heater 40 is disposed near the inner surface to generate heat by a power source.
그리고 상기 산소이온전도체(10)와 연결되는 음양전극부(20)는 상기 단열층(30) 내에 복수개 설치되는 형태로 구성될 수 있다.And the negative electrode portion 20 is connected to the oxygen ion conductor 10 may be configured in the form of a plurality installed in the heat insulating layer (30).
이와 같은 구성으로 이루어지는 본 고안은 도 2에서와 같이산소이온전도체(10)의 양단(내외면)에 백금층(22)(24)으로 양음극(26)(28)을 형성하고 직류전압을 인가하면 격막을 통하여 산소이온에 의한 전류가 발행한다. 따라서 외부 직류전원에 의하여 양전극에 전자를 공급함으로서 음극에서 양극으로 산소를 이동할 수 있게 된다.The present invention having such a configuration forms positive electrodes 26 and 28 with platinum layers 22 and 24 at both ends (inside and outside surfaces) of the oxygen ion conductor 10, as shown in FIG. Underneath, current is generated by oxygen ions through the diaphragm. Therefore, by supplying electrons to the positive electrode by an external DC power supply, it is possible to move oxygen from the negative electrode to the positive electrode.
여기서 외부는가 되고, 내부는를 이루고 있다.Where outside Becomes the inside To achieve.
이러한 산소발생의 기본원리를 응용하여 도 3에서와 같이 하나의 산소이온전도체(10)에 음양전극부(20)를 연결하여 산소이온의 이동을 유도하여 순산소를 얻을 수 있다.By applying the basic principle of the generation of oxygen, as shown in FIG.
도 3과 같이 하나의 산소이온전도체(10)의 내외 백금층(22)(24)에 양극(26)과 음극(28)을 연결하여 음양전극부(20)에 전원을 인가하면, 산소이온전도체(10)의 바깥쪽에서 산소가 내부로 통과하게 되고 , 공간부(12)의 산소기체를 배출부(14)를 통하여 포집하여 순산소를 유용하게 사용할 수 있게 된다.As shown in FIG. 3, when the anode 26 and the cathode 28 are connected to the inner and outer platinum layers 22 and 24 of one oxygen ion conductor 10 and power is applied to the negative electrode portion 20, the oxygen ion conductor Oxygen is passed from the outside of the (10) to the inside, and the oxygen gas of the space portion 12 is collected through the discharge portion 14 it is possible to use the pure oxygen usefully.
여기서 산소이온의 이온은 음극(-):, 양극(+):에 의하여 이동을 이루게 된다.Where the ions of oxygen ions are negative (-): , Positive (+): By the movement.
이때에 산소이온전도체(10)는 이트리아안정화지르코니아, 세리아(CeO2) 또는 이트리아안정화비스무트산화물중 적어도 어느 하나로 이루어지고 전기 전도도 10-3S/cm이상이고, 온도가 600℃이상에서 직류전압 10V이하, 전류는 2A의 조건을 유지하는 것이 바람직하다.At this time, the oxygen ion conductor 10 is composed of at least one of yttria stabilized zirconia, ceria (CeO 2 ) or yttria stabilized bismuth oxide, and has an electrical conductivity of 10 −3 S / cm or more and a DC voltage at a temperature of 600 ° C. or higher. Below 10V, it is preferable that the current maintains the condition of 2A.
상기 산소이온전도체(10)의 외부에 설치되어 있는 단열층(30)은 산소이온전도체(10)와 단열층(30)간에 설치되는 히터(40)의 자동제어에 의하여 발열되는 열원을 보온하여 소정의 설정온도를 유지하도록 하고 있다.The heat insulation layer 30 provided on the outside of the oxygen ion conductor 10 has a predetermined setting by heating a heat source generated by automatic control of the heater 40 installed between the oxygen ion conductor 10 and the heat insulation layer 30. To keep the temperature.
여기서 상기 단열층(30)의 내부 온도는 600℃~1000℃를 이루는 것이 바람직하다.Herein, the internal temperature of the heat insulation layer 30 is preferably 600 ° C to 1000 ° C.
따라서 히터(40)를 통하여 고온을 발열하고 단열층(30)에 의하여 소정의 공간에서 그 고온을 유지한다.Therefore, the high temperature is generated through the heater 40 and the high temperature is maintained in a predetermined space by the heat insulating layer 30.
한편 본 고안에서는 도 5에서 같이 산기 산소이온전도체(10)를 복수개 단열층(30)내에 설치하여 산소이온만을 복수개의 산소이온전도체(10)에 통과하여 순수한 산소를 다량 추출하여 대량 생산용 반응기로 사용할 수 있다.Meanwhile, in the present invention, as shown in FIG. 5, the acidic oxygen ion conductor 10 is installed in the plurality of heat insulating layers 30, and only oxygen ions pass through the plurality of oxygen ion conductors 10 to extract a large amount of pure oxygen to be used as a reactor for mass production. Can be.
이상과 같이, 본 고안에 따른 산소펌프는 간단한 구조로 순산소의 추출을 용이하게 하여 순산소를 유용하게 사용할 수 있도록 한다. 또한 질소 내에 함유된 산소를 100% 분리하여 순질소만을 정제할 수 있으며,고순도의 특성을 이용해 산소발생정수기나 가정용에어컨에 적용할 수 있고, 대량 고순도 산소발생장치로서 화학, 공업 분야에서도 응용할 수 있는 효과가 있다.As described above, the oxygen pump according to the present invention to facilitate the extraction of pure oxygen with a simple structure to make it possible to use pure oxygen usefully. In addition, pure oxygen can be purified by separating 100% of oxygen contained in nitrogen, and it can be applied to oxygen generating water purifier or home air conditioner by using high purity characteristics, and can be applied to chemical and industrial fields as a high purity oxygen generating device. It works.
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2002
- 2002-11-08 KR KR20-2002-0033432U patent/KR200308388Y1/en not_active IP Right Cessation
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| CN114634164B (en) * | 2022-03-31 | 2024-04-30 | 合肥氢成科技有限公司 | Oxygen purifying device of ceramic oxygen pump and oxyhydrogen fuel cell |
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