KR102677457B1 - Smart oxygen generating humidification device and method using twin upright stacked electrochemical catalyst module - Google Patents
Smart oxygen generating humidification device and method using twin upright stacked electrochemical catalyst module Download PDFInfo
- Publication number
- KR102677457B1 KR102677457B1 KR1020230143560A KR20230143560A KR102677457B1 KR 102677457 B1 KR102677457 B1 KR 102677457B1 KR 1020230143560 A KR1020230143560 A KR 1020230143560A KR 20230143560 A KR20230143560 A KR 20230143560A KR 102677457 B1 KR102677457 B1 KR 102677457B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- oxygen
- mesh plate
- circular mesh
- twin
- water
- Prior art date
Links
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 302
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 287
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 287
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 174
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 176
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 claims abstract description 84
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 80
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 76
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 claims description 34
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 28
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- -1 osnium Chemical compound 0.000 claims description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 4
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 3
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 2
- 239000008400 supply water Substances 0.000 claims description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 abstract description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 18
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 11
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N iron(2+);iron(3+);octadecacyanide Chemical group [Fe+2].[Fe+2].[Fe+2].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 3
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910018916 CoOOH Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- XUCJHNOBJLKZNU-UHFFFAOYSA-M dilithium;hydroxide Chemical compound [Li+].[Li+].[OH-] XUCJHNOBJLKZNU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 229960004592 isopropanol Drugs 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 229910018871 CoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020676 Co—N Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000005280 amorphization Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000007806 chemical reaction intermediate Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000349 field-emission scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F6/00—Air-humidification, e.g. cooling by humidification
- F24F6/12—Air-humidification, e.g. cooling by humidification by forming water dispersions in the air
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
- F24F13/20—Casings or covers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
- F24F8/60—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by adding oxygen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F6/00—Air-humidification, e.g. cooling by humidification
- F24F2006/008—Air-humidifier with water reservoir
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2110/00—Control inputs relating to air properties
- F24F2110/50—Air quality properties
- F24F2110/65—Concentration of specific substances or contaminants
- F24F2110/76—Oxygen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F2140/00—Control inputs relating to system states
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
본 발명에서는 종래의 전기분해 모듈을 구비한 가습기 경우에, 단순히 물을 전기분해하는 데 초점이 맞춰진 것으로, 전기분해를 통해 생성된 산소와 수소를 제대로 공기 중으로 분무시키지 못하는 문제점과, 양극판과 음극판 사이에 형성된 절연판에 의해 물 전기분해시, 시간이 오래 걸리고, 생성되는 산소가 적게 발생되는 문제점을 개선하고자, 산소발생본체(100), 물저장탱크부(200), 물흡입부(300), 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈(400), 헤드형 산소분무부(500), 산소센서부(600), 디스플레이부(700), 스마트제어부(800)가 구성됨으로서, 상단방향으로 갈수록 점점 좁아지는 상협하광의 직립형 수직구조로 형성되어, 휴대 및 이동이 쉽고, 설치가 간편하고, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트와 제1 애노드 원형메쉬플레이트 사이, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트와 제2 캐소드 원형메쉬플레이트 사이에서 전기화학적 반응을 일으키는 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 통해 산소발생을 촉진시킬 수 있어, 기존에 비해, 1.5배~3배 빠른 속도로 산소를 생성시키고, 공기중에 분무되는 산소생성율을 80% 향상시킬 수 있으며, 스마트제어부의 제어하에, 환자 상태에 따라 산소량을 제어할 수 있어, 환자의 상태에 따라 맞춤형케어를 제공할 수가 있는 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.In the present invention, in the case of a humidifier equipped with a conventional electrolysis module, the focus is on simply electrolyzing water, and the problem is that oxygen and hydrogen generated through electrolysis cannot be properly sprayed into the air, and the problem is that the oxygen and hydrogen generated through electrolysis cannot be properly sprayed into the air, and In order to improve the problems that it takes a long time and produces little oxygen during water electrolysis due to the insulating plate formed in the As the upright stacked electrochemical catalyst module (400), head-type oxygen spray unit (500), oxygen sensor unit (600), display unit (700), and smart control unit (800) are composed, the upper chamber gradually narrows toward the top. It is formed in a light upright vertical structure, easy to carry and move, and easy to install. Electricity is transmitted between the first cathode circular mesh plate and the first anode circular mesh plate, and between the second cathode circular mesh plate and the second cathode circular mesh plate. Oxygen generation can be promoted through a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure that causes a chemical reaction. Oxygen is generated at a rate of 1.5 to 3 times faster than before, and is distributed in the air. The sprayed oxygen production rate can be improved by 80%, and under the control of the smart control unit, the amount of oxygen can be controlled according to the patient's condition, through twin upright stacked electrochemical catalyst modules that can provide customized care according to the patient's condition. The purpose is to provide a smart oxygen generating humidification device and method.
Description
본 발명은 상단방향에서 물을 공급받아, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해로 이루어진 전기화학적 반응을 통해 산소발생을 촉진시켜, 발생된 산소와 함께 증발시킨 수증기를 외부방향으로 분무시키도록 제어시키는 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention receives water from the top direction, forms a twin upright stacked structure, and generates oxygen through an electrochemical reaction consisting of a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure and water electrolysis. It relates to a smart oxygen generating humidification device and method using a twin upright stacked electrochemical catalyst module that promotes and controls water vapor evaporated along with the generated oxygen to be sprayed outward.
일반적으로, 가정이나 사무실, 병원 등에는 실내 공기가 건조해지는 것을 방지하고, 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 가습기가 사용된다. 가습기는 공기 중으로 물을 분무하거나 증발시켜 실내의 습도를 높인다. Generally, humidifiers are used in homes, offices, hospitals, etc. to prevent indoor air from drying out and create a comfortable indoor environment. Humidifiers increase indoor humidity by spraying or evaporating water into the air.
초음파 가습기는 초음파로 물을 진동시켜 잘게 쪼갠 물방울을 안개형태로 분무하는 구조로, 간편하게 많은 양의 물을 분무할 수 있어 널리 사용되고 있다.Ultrasonic humidifiers have a structure that vibrates water with ultrasonic waves and sprays finely divided water droplets in the form of mist. It is widely used as it can easily spray a large amount of water.
초음파 가습기는 기화한 수증기와 달리 작은 물방울 형태의 액체 상태로 분무되므로, 가습기 내부가 오염된 경우 물속의 각종 세균이나 바이러스 등이 함께 공기 중으로 방출될 수 있다. Unlike evaporated water vapor, ultrasonic humidifiers are sprayed in liquid form in the form of small water droplets, so if the inside of the humidifier is contaminated, various bacteria or viruses in the water may be released into the air.
이에, 수시로 깨끗한 물을 갈아주거나 가습기내부를 세척해야 하므로 사용이 번거롭고 불편하다. Therefore, it is cumbersome and inconvenient to use because you have to frequently change clean water or clean the inside of the humidifier.
이러한 문제를 해결하기 위해, 전기분해 모듈을 구비한 가습기에 대한 연구가 진행되고 있다. To solve this problem, research on humidifiers equipped with electrolysis modules is in progress.
종래 등록실용신안 제20-0329839호는 전기분해를 통해산소 가스를 발생시켜 가습기의 물을 살균 처리함과 더불어 실내로 산소를 공급하는 가습기를 개시하고 있다.Previously registered utility model No. 20-0329839 discloses a humidifier that generates oxygen gas through electrolysis to sterilize water in the humidifier and supplies oxygen to the room.
그러나, 종래의 가습기들은 단순히 물을 전기분해하는 데 초점이 맞춰진 것으로, 전기분해를 통해 생성된 산소와 수소를 제대로 공기 중으로 분무시키지 못하는 문제점이 있었다. However, conventional humidifiers were focused on simply electrolyzing water, and had the problem of not properly spraying oxygen and hydrogen generated through electrolysis into the air.
또한, 특허출원 제10-2022-0104952호에서 산소 발생 가습기가 제시된 바 있으나, 양극판과 음극판 사이에 형성된 절연판에 의해 물 전기분해시, 시간이 오래 걸리고, 생성되는 산소가 적게 발생되는 문제점이 있었다.In addition, an oxygen-generating humidifier has been proposed in Patent Application No. 10-2022-0104952, but there was a problem that water electrolysis took a long time and little oxygen was generated due to the insulating plate formed between the positive and negative electrode plates.
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 물 전기분해를 개선시켜, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트와 제1 애노드 원형메쉬플레이트 사이, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트와 제2 캐소드 원형메쉬플레이트 사이에서 전기화학적 반응을 일으키는 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 통해 산소발생을 촉진시킬 수 있고, 스마트제어부의 제어하에, 환자 상태에 따라 산소량을 제어할 수 있는 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention improves water electrolysis, and electrochemical reaction occurs between the first cathode circular mesh plate and the first anode circular mesh plate, and between the second cathode circular mesh plate and the second cathode circular mesh plate. A twin-upright stacked electrochemical device that can promote oxygen generation through a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of core-shell structure, and can control the amount of oxygen according to the patient's condition under the control of the smart control unit. The purpose is to provide a smart oxygen generating humidification device and method through a catalyst module.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습장치는In order to achieve the above object, a smart oxygen generating humidification device using a twin upright stacked electrochemical catalyst module according to the present invention is
상단방향에서 물을 공급받아, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해로 이루어진 전기화학적 반응을 통해 산소발생을 촉진시켜, 발생된 산소와 함께 증발시킨 수증기를 외부방향으로 분무시키도록 제어시키도록 구성된다.Water is supplied from the top, and in a twin-upright stacked structure, oxygen generation is promoted through an electrochemical reaction consisting of a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure and water electrolysis. , It is configured to control the water vapor evaporated along with the generated oxygen to be sprayed outward.
상기 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습장치는 보다 구체적으로,More specifically, the smart oxygen generating humidification device using the twin upright stacked electrochemical catalyst module is,
상단방향으로 갈수록 점점 좁아지는 상협하광의 직립형 수직구조로 이루어져, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 산소발생본체(100)와,An oxygen generating body (100) consisting of an upright vertical structure with upper and lower beams that gradually become narrower toward the top, protecting and supporting each device from external pressure, and
산소발생본체의 내부공간 상단부위에 형성되어, 물을 저장시키는 물저장탱크부(200)와,A water storage tank portion 200 formed at the upper part of the internal space of the oxygen generating body to store water,
물저장탱크부와 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈 사이에 위치되어, 물저장탱크부에 저장된 물을 흡입하여 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈쪽으로 물을 공급시키는 물흡입부(300)와,A water suction unit 300 located between the water storage tank and the twin upright stacked electrochemical catalyst module, which sucks water stored in the water storage tank and supplies water to the twin upright stacked electrochemical catalyst module,
산소발생본체의 내부공간 중단부위에 위치되어, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 통해 산소발생을 촉진시켜, 발생된 산소를 헤드형 산소분무부쪽으로 전달시키는 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈(400)과,It is located in the middle of the internal space of the oxygen generating body and is formed in a twin upright laminated structure. Oxygen generation is promoted through a catalyst for the oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of the core-shell structure, and the generated oxygen is A twin upright stacked electrochemical catalyst module (400) delivered to the head-type oxygen spray unit,
트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 생성된 산소를 전달받아 외부로 분무시키는 헤드형 산소분무부(500)와,A head-type oxygen spray unit (500) that receives oxygen generated through a twin upright stacked electrochemical catalyst module and sprays it to the outside,
트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈 일측에 위치되어, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 생성된 산소(O2)의 분압을 센싱시키는 산소센서부(600)와,An oxygen sensor unit 600 located on one side of the twin upright stacked electrochemical catalyst module and sensing the partial pressure of oxygen (O2) generated through the twin upright stacked electrochemical catalyst module,
산소발생본체의 외부방향 중단부위 일측에 위치되어, 기기의 동작상태, 생성되는 산소량, 물 저장수위를 화면상에 표출시키는 디스플레이부(700)와,A display unit 700 located on one side of the outer middle portion of the oxygen generating body and displaying the operating state of the device, the amount of oxygen generated, and the water storage level on the screen,
물저장탱크부, 물흡입부, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈, 산소센서부, 헤드형 산소분무부, 디스플레이부가 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, 직립적층형 전기화학적 촉매모듈의 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 통해 산소발생을 촉진시키도록 제어시키는 스마트제어부(800)로 구성된다.The water storage tank unit, water intake unit, twin upright stacked electrochemical catalyst module, oxygen sensor unit, head-type oxygen spray unit, and display unit are connected to control the overall operation of each device, and the core of the upright stacked electrochemical catalyst module - It consists of a smart control unit 800 that controls to promote oxygen generation through a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of shell structure.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는As described above, in the present invention
첫째, 상단방향으로 갈수록 점점 좁아지는 상협하광의 직립형 수직구조로 형성되어, 휴대 및 이동이 쉽고, 설치가 간편하다.First, it is formed as an upright vertical structure with upper and lower beams that gradually become narrower toward the top, making it easy to carry and move, and easy to install.
둘째, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트와 제1 애노드 원형메쉬플레이트 사이, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트와 제2 캐소드 원형메쉬플레이트 사이에서 전기화학적 반응을 일으키는 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 통해 산소발생을 촉진시킬 수 있어, 기존에 비해, 1.5배~3배 빠른 속도로 산소를 생성시키고, 공기중에 분무되는 산소생성율을 80% 향상시킬 수 있다.Second, oxygen containing cobalt-nanocarbon of a core-shell structure that causes an electrochemical reaction between the first cathode circular mesh plate and the first anode circular mesh plate, and between the second cathode circular mesh plate and the second cathode circular mesh plate. Oxygen generation can be promoted through a catalyst for the generation reaction, generating oxygen at a rate 1.5 to 3 times faster than before, and improving the oxygen production rate sprayed into the air by 80%.
셋째, 스마트제어부의 제어하에, 환자 상태에 따라 산소량을 제어할 수 있어, 환자의 상태에 따라 맞춤형케어를 제공할 수가 있다.Third, under the control of the smart control unit, the amount of oxygen can be controlled according to the patient's condition, allowing customized care to be provided according to the patient's condition.
도 1은 본 발명에 따른 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습장치(1)의 구성요소를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습장치(1)의 구성요소를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 물흡입부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 5는 본 발명에 따른 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈의 구성요소를 도시한 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈의 구성요소를 도시한 분해사시도,
도 7은 본 발명에 따른 진동자의 구성요소를 도시한 일실시예도,
도 8은 본 발명에 따른 코발트, 탄소 및 질소원자를 포함하는 프러시안 블루 유사체((Prussian blue analogue; PBA)를 열분해시켜 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 형성시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 9는 본 발명에 따른 제1 캐소드 원형메쉬플레이트, 제1 애노드 원형메쉬플레이트, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트가 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해를 통해 산소발생을 촉진시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 10은 본 발명에 따른 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매가 탄소층 효과로 인해서 코발트 나노 입자의 형태가 변화되는 것을 전계 방출 주사 전자 현미경(FESEM)에서 촬영한 이미지를 도시한 일실시예도,
도 11은 본 발명에 따른 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매에 형성된 모든 코발트 나노 입자가 얇은 탄소층에 의해 잘 분산되고 균일하게 덮여있음을 촬영한 TEM이미지를 도시한 일실시예도,
도 12는 본 발명에 따른 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매가 탄소로 둘러싸인 단일 코발트 나노입자로 이루어져 있음을 확인할 수 있는 해상도 투과전자현미경(HRTEM)이미지를 도시한 일실시예도,
도 13은 본 발명에 따른 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매의 열역학적 OER 전위를 나타낸 그래프,
도 14는 본 발명에 따른 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매의 고해상도 Co2p 스펙트럼을 도시한 그래프,
도 15는 본 발명에 따른 스마트제어부의 구성요소를 도시한 회로도,
도 16은 본 발명에 따른 스마트제어부의 제어하에, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈이 구동되어, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해를 통해 산소발생을 촉진시켜, 발생된 산소와 함께 증발시킨 수증기를 헤드형 산소분무부쪽으로 전달시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 17은 본 발명에 따른 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생방법을 도시한 순서도,
도 18은 본 발명에 따른 스마트제어부의 제어하에, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈이 구동되어, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해를 통해 산소발생을 촉진시켜, 발생된 산소와 함께 증발시킨 수증기를 헤드형 산소분무부쪽으로 전달시키는 구체적인 과정을 도시한 순서도.
Figure 1 is a configuration diagram showing the components of a smart oxygen generating humidification device (1) using a twin upright stacked electrochemical catalyst module according to the present invention;
Figure 2 is a perspective view showing the components of a smart oxygen generating humidification device (1) using a twin upright stacked electrochemical catalyst module according to the present invention;
Figure 3 is a perspective view showing the components of a smart oxygen generating humidification device (1) using a twin upright stacked electrochemical catalyst module according to the present invention;
Figure 4 is a block diagram showing the components of the water intake unit according to the present invention;
Figure 5 is a configuration diagram showing the components of the twin upright stacked electrochemical catalyst module according to the present invention;
Figure 6 is an exploded perspective view showing the components of the twin upright stacked electrochemical catalyst module according to the present invention;
Figure 7 is an embodiment showing the components of a vibrator according to the present invention;
Figure 8 shows the thermal decomposition of Prussian blue analogue (PBA) containing cobalt, carbon and nitrogen atoms according to the present invention to form a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of core-shell structure. An example showing what to do is also,
Figure 9 shows a cobalt core-shell structure in which the first cathode circular mesh plate, the first anode circular mesh plate, the second cathode circular mesh plate, and the second cathode circular mesh plate according to the present invention are formed in a twin upright stacked structure. -An embodiment showing promoting oxygen generation through a catalyst for an oxygen generation reaction containing nanocarbon and water electrolysis,
Figure 10 is a field emission scanning electron microscope (FESEM) photograph showing that the catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of the core-shell structure according to the present invention changes the shape of cobalt nanoparticles due to the carbon layer effect. An example showing an image,
Figure 11 shows a TEM image showing that all cobalt nanoparticles formed in the catalyst for oxygen evolution reaction containing cobalt-nanocarbon of the core-shell structure according to the present invention are well dispersed and uniformly covered by a thin carbon layer. In one embodiment,
Figure 12 shows a high-resolution transmission electron microscope (HRTEM) image confirming that the catalyst for oxygen evolution reaction containing cobalt-nanocarbon of the core-shell structure according to the present invention is composed of a single cobalt nanoparticle surrounded by carbon. In one embodiment,
Figure 13 is a graph showing the thermodynamic OER potential of the catalyst for oxygen evolution reaction containing cobalt-nanocarbon of the core-shell structure according to the present invention;
Figure 14 is a graph showing a high-resolution Co2p spectrum of a catalyst for oxygen evolution reaction containing cobalt-nanocarbon of a core-shell structure according to the present invention;
15 is a circuit diagram showing the components of the smart control unit according to the present invention;
Figure 16 shows a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of a core-shell structure in a state where the twin upright stacked electrochemical catalyst module is driven under the control of the smart control unit according to the present invention and formed into a twin upright stacked structure. An embodiment showing that oxygen generation is promoted through water electrolysis and evaporated water vapor along with the generated oxygen is delivered to the head-type oxygen spray unit,
Figure 17 is a flow chart showing a smart oxygen generation method through a twin upright stacked electrochemical catalyst module according to the present invention;
Figure 18 shows a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of a core-shell structure in a state where the twin upright stacked electrochemical catalyst module is driven under the control of the smart control unit according to the present invention and formed into a twin upright stacked structure. A flowchart showing the specific process of promoting oxygen generation through water electrolysis and delivering the evaporated water vapor along with the generated oxygen to the head-type oxygen spray unit.
먼저, 본 발명인 "김윤영"은 기존 특허로, 특허출원 제10-2022-0104952호 "산소 발생 가습기"를 발명한 바 있으나, 양극판과 음극판 사이에 형성된 절연판에 의해 물 전기분해시, 시간이 오래 걸리고, 생성되는 산소가 적게 발생되는 문제점을 개선하고자, 수많은 연구과 실험을 통해 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습장치를 발명한 것이다.First, the inventor "Kim Yun-young" has invented an "oxygen generating humidifier" with an existing patent, Patent Application No. 10-2022-0104952, but it takes a long time to electrolyze water due to the insulating plate formed between the positive and negative plates. In order to improve the problem of low oxygen generation, a smart oxygen generating humidification device using a vertically stacked electrochemical catalyst module was invented through numerous research and experiments.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described with accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습장치(1)의 구성요소를 도시한 사시도에 관한 것으로, 이는 상단방향에서 물을 공급받아, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해로 이루어진 전기화학적 반응을 통해 산소발생을 촉진시켜, 발생된 산소와 함께 증발시킨 수증기를 외부방향으로 분무시키도록 제어시키도록 구성된다.Figure 1 relates to a configuration diagram showing the components of a smart oxygen generating humidification device (1) using a twin upright stacked electrochemical catalyst module according to the present invention, and Figure 2 shows a twin upright stacked electrochemical catalyst module according to the present invention. This is a perspective view showing the components of a smart oxygen generating humidification device (1), which receives water from the top, is formed in a twin upright laminated structure, and contains cobalt-nanocarbon in a core-shell structure. It is configured to promote oxygen generation through an electrochemical reaction consisting of a catalyst for oxygen generation reaction and water electrolysis, and to control the water vapor evaporated along with the generated oxygen to be sprayed outward.
여기서, 산소발생을 촉진시킨다는 것은 1차로, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트와 제1 애노드 원형메쉬플레이트 사이에서, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해로 이루어진 전기화학적 반응을 통해 산소를 발생시키고, 2차로, 1차로 발생시킨 산소에다가, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트와 제2 애노드 원형메쉬플레이트 사이에서, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해로 이루어진 전기화학적 반응을 통해 산소를 발생시켜, 공기중에 분무되는 산소생성율을 증가시키는 것을 말한다.Here, promoting oxygen generation primarily means generating oxygen containing cobalt-nanocarbon of a core-shell structure in a twin upright laminated structure between the first cathode circular mesh plate and the first anode circular mesh plate. Oxygen is generated through an electrochemical reaction consisting of a reaction catalyst and water electrolysis, and in addition to the secondary and primary oxygen generated, between the second cathode circular mesh plate and the second anode circular mesh plate, a twin upright stacked structure is formed. In the formed state, oxygen is generated through an electrochemical reaction consisting of a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure and water electrolysis, thereby increasing the oxygen production rate sprayed into the air.
보다 구체적으로, 상기 스마트 산소발생가습장치(1)는 산소발생본체(100), 물저장탱크부(200), 물흡입부(300), 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈(400), 헤드형 산소분무부(500), 산소센서부(600), 디스플레이부(700), 스마트제어부(800)로 구성된다.More specifically, the smart oxygen generating humidification device (1) includes an oxygen generating body (100), a water storage tank portion (200), a water intake portion (300), a twin upright stacked electrochemical catalyst module (400), and a head-type oxygen It consists of a spray unit 500, an oxygen sensor unit 600, a display unit 700, and a smart control unit 800.
먼저, 본 발명에 따른 산소발생본체(100)에 관해 설명한다.First, the oxygen generating body 100 according to the present invention will be described.
상기 산소발생본체(100)는 상단방향으로 갈수록 점점 좁아지는 상협하광의 직립형 수직구조로 이루어져, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.The oxygen generating body 100 is composed of an upright vertical structure with upper and lower beams that gradually become narrower toward the top, and serves to protect and support each device from external pressure.
이는 내부공간 하단부위에 물저장탱크부가 형성되고, 물저장탱크부와 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈 사이에 물흡입부가 형성되며, 내부공간 중단부위에 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈이 형성되고, 그 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈 일측에 산소센서부가 형성되며, 헤드상에 헤드형 산소분무부가 형성되고, 외부방향 중단부위 일측에 디스플레이부가 형성되며, 그 디스플레이부 일측에 스마트제어부가 형성되어 구성된다.This means that a water storage tank is formed at the bottom of the internal space, a water intake part is formed between the water storage tank and the twin upright stacked electrochemical catalyst modules, a twin upright stacked electrochemical catalyst module is formed at the middle part of the internal space, and the twin upright stacked electrochemical catalyst modules are formed in the middle part of the internal space. An oxygen sensor part is formed on one side of the upright stacked electrochemical catalyst module, a head-type oxygen spray part is formed on the head, a display part is formed on one side of the outer middle part, and a smart control part is formed on one side of the display part.
상기 산소발생본체는 바닥부 일측에 전원부가 포함되어 구성된다.The oxygen generating main body is configured to include a power source on one side of the bottom.
상기 전원부는 배터리식 독립전원 또는 220V 상용전원을 인가받아, 각 기기에 전원을 공급시키는 역할을 한다.The power unit receives battery-type independent power or 220V commercial power and serves to supply power to each device.
또한, 디스플레이부 일측에 선택하거나, 입력시키는 키패드가 포함되어 구성된다.In addition, a keypad for making selections or inputting information is included on one side of the display unit.
다음으로, 본 발명에 따른 물저장탱크부(200)에 관해 설명한다.Next, the water storage tank unit 200 according to the present invention will be described.
상기 물저장탱크부(200)는 산소발생본체의 내부공간 상단부위에 형성되어, 물을 저장시키는 역할을 한다.The water storage tank portion 200 is formed at the upper part of the internal space of the oxygen generating body and serves to store water.
이는 도 3에 도시한 바와 같이, 저장된 물의 수위를 센싱시키는 물수위센서(210)가 포함되어 구성된다.As shown in FIG. 3, it includes a water level sensor 210 that senses the level of stored water.
여기서, 물은 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈에 공급되어, 전기화학적인 반응을 통해, 산소를 생성시키기 위한 것으로, 순수 물은 전기 화학적인 반응이 잘 일어나지 않기 때문에, 소금이 첨가된 물, 또는 약재가 포함된 pH 7.2~8.5 약알칼리수로 이루어진다.Here, water is supplied to the twin upright stacked electrochemical catalyst module to generate oxygen through an electrochemical reaction. Since electrochemical reactions do not occur well in pure water, water with added salt or medicine is used. It consists of slightly alkaline water containing pH 7.2~8.5.
다음으로, 본 발명에 따른 물흡입부(300)에 관해 설명한다.Next, the water intake unit 300 according to the present invention will be described.
상기 물흡입부(300)는 물저장탱크부와 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈 사이에 위치되어, 물저장탱크부에 저장된 물을 흡입하여 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈쪽으로 물을 공급시키는 역할을 한다.The water suction unit 300 is located between the water storage tank and the twin upright stacked electrochemical catalyst module, and serves to suck in water stored in the water storage tank and supply water to the twin upright stacked electrochemical catalyst module. .
이는 도 4에 도시한 바와 같이, 길이방향으로 형성된 물흡입파이프(310)와, 물흡입파이프에 흡입의 힘을 생성시키는 물흡입용 소형펌프(320)가 구성된다. As shown in Figure 4, it consists of a water suction pipe 310 formed in the longitudinal direction and a small pump 320 for water suction that generates suction force in the water suction pipe.
다음으로, 본 발명에 따른 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈(400)에 관해 설명한다.Next, the twin upright stacked electrochemical catalyst module 400 according to the present invention will be described.
상기 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈(400)은 산소발생본체의 내부공간 중단부위에 위치되어, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해를 통해 산소발생을 촉진시켜, 발생된 산소를 헤드형 산소분무부쪽으로 전달시키는 역할을 한다.The twin upright stacked electrochemical catalyst module 400 is located in the middle of the internal space of the oxygen generating main body and is formed in a twin upright stacked structure, and is a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of a core-shell structure. It promotes oxygen generation through water electrolysis and delivers the generated oxygen to the head-type oxygen spray unit.
이는 도 5에 도시한 바와 같이, 촉매모듈 거치부(410), 직립형 트윈전극단자부(420), 진동자(430), 산소상승유도형 보호가이드부(440), 바닥형 링지지틀부(450), 제1 캐소드 원형메쉬플레이트(460), 제1 애노드 원형메쉬플레이트(470), 미들형 링지지틀부(480), 제2 캐소드 원형메쉬플레이트(490), 제2 애노드 원형메쉬플레이트(490a)로 구성된다.As shown in FIG. 5, it includes a catalyst module mounting portion 410, an upright twin electrode terminal portion 420, a vibrator 430, an oxygen rise-inducing protection guide portion 440, a floor-type ring support frame portion 450, It consists of a first cathode circular mesh plate 460, a first anode circular mesh plate 470, a middle-type ring support frame part 480, a second cathode circular mesh plate 490, and a second anode circular mesh plate (490a). .
첫째, 본 발명에 따른 촉매모듈 거치부(410)에 관해 설명한다.First, the catalyst module mounting portion 410 according to the present invention will be described.
상기 촉매모듈 거치부(410)는 산소발생본체의 내부공간 중앙부위에 위치되어, 직립형 트윈전극단자부, 산소상승유도형 보호가이드부, 바닥형 링지지틀부, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트, 제1 애노드 원형메쉬플레이트, 미들형 링지지틀부, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트가 외압에 의해 흔들리지 않고, 정위치되도록 지지해주면서 거치시키는 역할을 한다.The catalyst module mounting portion 410 is located in the center of the internal space of the oxygen generating body, and includes an upright twin electrode terminal portion, an oxygen rise-inducing protection guide portion, a floor-type ring support frame portion, a first cathode circular mesh plate, and a first anode. It serves to support and hold the circular mesh plate, the middle-type ring support frame, the second cathode circular mesh plate, and the second cathode circular mesh plate in the correct position without being shaken by external pressure.
이는 직립형 트윈전극단자부, 산소상승유도형 보호가이드부, 바닥형 링지지틀부, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트, 제1 애노드 원형메쉬플레이트, 미들형 링지지틀부, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트의 형상과 크기에 맞게, 거치시키도록 하기 위해, 원형플레이트상에 복수개의 요홈 및 돌출부가 형성되어 구성된다.This includes an upright twin electrode terminal part, an oxygen rise-inducing protection guide part, a floor-type ring support frame part, a first cathode circular mesh plate, a first anode circular mesh plate, a middle-type ring support frame part, a second cathode circular mesh plate, and a second cathode circular part. In order to fit the shape and size of the mesh plate and mount it, a plurality of grooves and protrusions are formed on the circular plate.
둘째, 본 발명에 따른 직립형 트윈전극단자부(420)에 관해 설명한다.Second, the upright twin electrode terminal unit 420 according to the present invention will be described.
상기 직립형 트윈전극단자부(420)는 촉매모듈 거치부의 표면상에 직립형 트윈구조로 돌출되면서 형성되어, 산소상승유도형 보호가이드부에 삽입된 후, 적층되는 제1 캐소드 원형메쉬플레이트와 제2 캐소드 원형메쉬플레이트쪽에 (-)전극을 인가시키고, 적층되는 제1 애노드 원형메쉬플레이트와 제2 캐소드 원형메쉬플레이트쪽에 (+)전극을 인가시키는 역할을 한다.The upright twin electrode terminal portion 420 is formed by protruding in an upright twin structure on the surface of the catalyst module holder, and is inserted into the oxygen-inducing protection guide part, and then the first cathode circular mesh plate and the second cathode circular mesh plate are stacked. It serves to apply a (-) electrode to the mesh plate side, and to apply a (+) electrode to the stacked first anode circular mesh plate and the second cathode circular mesh plate.
이는 정면도방향에서 바라봤을 때, 좌측에 위치한 단자를 (-)전극단자로 설정시키고, 우측에 위치한 단자를 (+)전극단자로 설정시킨다.When viewed from the front view, the terminal located on the left is set as the (-) electrode terminal, and the terminal located on the right is set as the (+) electrode terminal.
그리고, 직립형 트윈전극단자부는 표면 일측에 제1 캐소드 원형메쉬플레이트와 제1 애노드 원형메쉬플레이트 사이를 15mm~45mm로 간격을 갖으면서 이격시키는 제1 이격형성용 돌기와, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트와 제2 애노드 원형메쉬플레이트 사이를 15mm~45mm로 간격을 갖으면서 이격시키는 제2 이격형성용 돌기가 형성되어 구성된다.In addition, the upright twin electrode terminal portion has a first spacing protrusion on one side of the surface that separates the first cathode circular mesh plate and the first anode circular mesh plate at a distance of 15 mm to 45 mm, a second cathode circular mesh plate, and a first spacer. 2 It is configured by forming a second spacing forming protrusion to space the anode circular mesh plates apart at a distance of 15 mm to 45 mm.
셋째, 본 발명에 따른 진동자(430)에 관해 설명한다.Third, the vibrator 430 according to the present invention will be described.
상기 진동자(430)는 직립형 트윈전극단자부 사이에 위치되어, 물흡입부를 통해 흡입된 물에 초음파를 가하여 물입자를 초음파 진동의 힘을 통해 제1 캐소드 원형메쉬플레이트, 제1 애노드 원형메쉬플레이트, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트, 제2 애소드 원형메쉬플레이트쪽으로 분무시키는 역할을 한다.The vibrator 430 is located between the upright twin electrode terminals, and applies ultrasonic waves to the water sucked through the water intake unit to move the water particles to the first cathode circular mesh plate, the first anode circular mesh plate, and the first cathode circular mesh plate through the force of ultrasonic vibration. 2 It serves to spray toward the cathode circular mesh plate and the second anode circular mesh plate.
이는 도 7에 도시한 바와 같이, 원형케이스(431), 압전체(432), (+)전선(433), (-)전선(434)으로 이루어져 구성된다.As shown in FIG. 7, it is composed of a circular case 431, a piezoelectric body 432, a (+) wire 433, and a (-) wire 434.
상기 압전체(432)는 압전 효과를 이용하여 초음파 진동의 힘을 생성시키는 역할을 한다. The piezoelectric body 432 serves to generate the force of ultrasonic vibration using the piezoelectric effect.
이는 자른 형태에 따라 종파(longitudinal wave) 또는 전단파(shear wave)를 발생시킨다. 압전체를 분극처리 한 다음 교류전압을 인가하면 팽창과 수축을 반복한다. 도 는 압전체의 진동 원리를 나타낸다. This creates a longitudinal wave or shear wave depending on the cut shape. After polarizing the piezoelectric material, when alternating voltage is applied, expansion and contraction repeat. Figure shows the principle of vibration of a piezoelectric material.
즉, 압전체에 교류가 인가되면, 진동자가 매우 강하게 진동하는 특성 주파수가 존재한다. 이 주파수를 공진 주파수(reasonant frequency)라고 부르며, 압전체의 탄성 진동 주파수에 의존한다. 탄성 주파수는 진동자의 형상의 함수로 주어진다. That is, when alternating current is applied to the piezoelectric material, there is a characteristic frequency at which the vibrator vibrates very strongly. This frequency is called the resonant frequency and depends on the elastic vibration frequency of the piezoelectric material. The elastic frequency is given as a function of the shape of the oscillator.
원판형 압전체는 두께가 두꺼우면 반경방향으로 진동하고, 얇으면 두께 방향으로 진동한다. If the disk-shaped piezoelectric material is thick, it vibrates in the radial direction, and if it is thin, it vibrates in the thickness direction.
본 발명에서는 원판형 압전체로 이루어진다.In the present invention, it is made of a disc-shaped piezoelectric material.
상기 진동자는 스마트제어부의 제어신호에 따라 구동된다.The vibrator is driven according to control signals from the smart controller.
넷째, 본 발명에 따른 산소상승유도형 보호가이드부(440)에 관해 설명한다.Fourth, the oxygen rise induction type protection guide unit 440 according to the present invention will be described.
상기 산소상승유도형 보호가이드부(440)는 직립형 보호가이드틀구조로 형성되어, 직립형 트윈전극단자부에 삽입되어 끼워진 후, 바닥형 링지지틀부, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트, 제1 애노드 원형메쉬플레이트, 미들형 링지지틀부, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트가 이격높이를 갖으면서 순차적으로 적층되도록 지지틀 역할을 하면서, 생성된 산소를 헤드형 산소분무부쪽으로 전달시키도록 가이드시키는 역할을 한다.The oxygen induction type protection guide part 440 is formed as an upright protection guide frame structure, is inserted into the upright twin electrode terminal part, and then is connected to the floor-type ring support frame part, the first cathode circular mesh plate, and the first anode circular mesh plate. , the middle-type ring support frame, the second cathode circular mesh plate, and the second cathode circular mesh plate serve as a support frame so that they are sequentially stacked with spaced apart heights, and guide the generated oxygen to be delivered to the head-type oxygen spray unit. It plays a role.
이는 도 6에 도시한 바와 같이, 평면상에서 바라봤을 때 ""형상으로 형성되고, 중앙부위에 적층용 개통구가 형성되며, 적층용 개통구 양측에 직립형 트윈전극단자부삽입홀이 형성되고, 몸체둘레를 따라 창살구조의 직립형 보호가이드틀이 복수개로 형성된다.As shown in Figure 6, when viewed on a plane, " It is formed in a shape, an opening for stacking is formed in the central area, upright twin electrode terminal insertion holes are formed on both sides of the opening for stacking, and a plurality of upright protection guide frames with a grate structure are formed along the circumference of the body.
그리고, 본 발명에 따른 산소상승유도형 보호가이드부 높이는 85mm~95mm 높이로 형성된다.And, the height of the oxygen-increasing-type protection guide part according to the present invention is formed at a height of 85 mm to 95 mm.
그 이유는 내부에 적층되는 바닥형 링지지틀부, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트, 제1 애노드 원형메쉬플레이트, 미들형 링지지틀부, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트가 이격높이를 갖도록 적층되도록 형성시킴으로서, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트와 제1 애노드 원형메쉬플레이트 사이, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트와 제2 캐소드 원형메쉬플레이트 사이에서 전기화학적 반응을 일으키는 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 통해 산소발생을 촉진시키도록 하기 위함이다.The reason is that the floor-type ring support frame part, the first cathode circular mesh plate, the first anode circular mesh plate, the middle-type ring support frame part, the second cathode circular mesh plate, and the second cathode circular mesh plate stacked inside have a separation height. By forming them to be stacked, cobalt-nanocarbon of a core-shell structure that causes an electrochemical reaction between the first cathode circular mesh plate and the first anode circular mesh plate, and between the second cathode circular mesh plate and the second cathode circular mesh plate. This is to promote oxygen generation through the catalyst for oxygen generation reaction included.
또한, 상기 산소상승유도형 보호가이드부(440)는 물흡입부를 통해 흡입된 물이 진동자의 높이에 맞게 유입되어, 분무분위기에서, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해로 이루어진 전기화학적 반응이 일어나도록 형성시키는 제1 타입과, 또는, 산소상승유도형 보호가이드부까지 물이 공급되어, 수중분위기에서, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해로 이루어진 전기화학적 반응이 일어나도록 형성시키는 제2 타입으로 이루어진다.In addition, the oxygen rise-inducing protection guide part 440 is formed in a twin upright laminated structure in a spray atmosphere in which water sucked through the water intake part flows in accordance with the height of the vibrator, and the core-shell structured cobalt- The first type is formed to cause an electrochemical reaction consisting of a catalyst for oxygen generation reaction containing nanocarbon and water electrolysis, or, water is supplied to the oxygen rise-inducing protection guide part, and in an underwater atmosphere, twin upright In the state where it is formed in a laminated structure, it is composed of a second type that is formed to cause an electrochemical reaction consisting of a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure and water electrolysis.
여기서, 제2 타입의 수중분위기에서, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트과 제1 애노드 원형메쉬플레이트 사이의 φ4.0~4.5크기 메쉬홀, 그리고, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트과 제2 애노드 원형메쉬플레이트 사이의 φ3.5~3.9 크기 메쉬홀을 통해, 발생되는 산소를 버블형태로 잘게 잘라져서 상승되도록 유도시킨다.Here, in the second type of underwater atmosphere, a mesh hole of size ϕ4.0 to 4.5 between the first cathode circular mesh plate and the first anode circular mesh plate, and a ϕ3 size between the second cathode circular mesh plate and the second anode circular mesh plate. Through mesh holes in sizes .5 to 3.9, the generated oxygen is cut into small bubbles and guided to rise.
다섯째, 본 발명에 따른 바닥형 링지지틀부(450)에 관해 설명한다.Fifth, the floor-type ring support frame portion 450 according to the present invention will be described.
상기 바닥형 링지지틀부(450)는 상단방향의 미들형 링지지틀부와 5mm 이격높이를 갖으면서, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트, 제1 애노드 원형메쉬플레이트가 직립형 트윈전극단자부와 전극위치에 맞게 연결되도록 지지해주는 역할을 한다.The bottom-type ring support frame portion 450 has a height of 5 mm from the middle-type ring support frame portion toward the top, and the first cathode circular mesh plate and the first anode circular mesh plate are connected to the upright twin electrode terminal portion in accordance with the electrode positions. It plays a supporting role.
이는 도 6에 도시한 바와 같이, 링형몸체에다가 양쪽에 직립형 트윈전극단자부를 관통시키는 (+)(-)관통홀이 형성된다. As shown in Figure 6, (+) (-) through holes are formed on both sides of the ring-shaped body through which the upright twin electrode terminals penetrate.
여기서, (-)관통홀은 직립형 트윈전극단자부의 (-)전극단자가 제1 캐소드 원형메쉬플레이트에 삽입연결되도록 관통시키는 역할을 한다.Here, the (-) through hole serves to penetrate the (-) electrode terminal of the upright twin electrode terminal portion to be inserted and connected to the first cathode circular mesh plate.
사익 (+)관통홀은 직립형 트윈전극단자부의 (+)전극단자가 제1 애노드 원형메쉬플레이트에 삽입연결되도록 관통시키는 역할을 한다.The (+) through hole serves to penetrate the (+) electrode terminal of the upright twin electrode terminal to be inserted and connected to the first anode circular mesh plate.
여섯째, 본 발명에 따른 제1 캐소드 원형메쉬플레이트(460)에 관해 설명한다.Sixth, the first cathode circular mesh plate 460 according to the present invention will be described.
상기 제1 캐소드 원형메쉬플레이트(460)는 바닥형 링지지틀부 상단에 위치되고, φ4.0~4.5크기를 갖는 복수개의 메쉬홀이 형성되어, 진동자를 통해 분무된 물을 메쉬홀을 통해 통과시켜 제1 애노드 원형메쉬플레이트쪽으로 전달시키는 역할을 한다.The first cathode circular mesh plate 460 is located at the top of the floor-type ring support frame and is formed with a plurality of mesh holes having a size of ϕ4.0 to 4.5, allowing water sprayed through the vibrator to pass through the mesh holes. It serves to deliver it to the first anode circular mesh plate.
이는 도 6에 도시한 바와 같이, 원형의 몸체에다가 표면상에 복수개의 메쉬홀이 형성되고, 측면 일측에 직립형 트윈전극단자부의 (-)전극단자와 접지되는 (-)접지홀이 형성된다.As shown in Figure 6, a plurality of mesh holes are formed on the surface of the circular body, and a (-) ground hole that is grounded with the (-) electrode terminal of the upright twin electrode terminal is formed on one side of the body.
여기서, 메쉬홀의 크기는 φ4.0~4.5 로 형성된다. φ4.0~4.5로 형성되는 이유는 φ4.0이하에서는 수직의 길이방향을 따라 이격거리를 갖는 제1 캐소드 원형메쉬플레이트와의 동일선상에서 메쉬홀 위치를 맞추기가 힘들고, 진동자를 통해 분무된 물의 양이 적어지는 문제점이 발생되고, φ4.5 이상에서는 유입되는 물이 메쉬홀을 바로 빠져나가기 때문에 물 전기분해와 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매로 이루어진 전기화학적 반응이 안되거나, 또는 늦어지는 문제점이 발생되기 때문에, φ4.0~4.5로 형성시키는 것이 가장 바람직하다.Here, the size of the mesh hole is formed to be ϕ4.0 to 4.5. The reason why it is formed at ϕ4.0 to 4.5 is that below ϕ4.0, it is difficult to position the mesh hole on the same line as the first cathode circular mesh plate having a separation distance along the vertical longitudinal direction, and the amount of water sprayed through the vibrator A problem arises in which this decreases, and at ϕ4.5 or higher, the incoming water immediately passes through the mesh hole, so an electrochemical reaction consisting of water electrolysis and a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of core-shell structure Since this may not be possible or may cause delays, it is most desirable to form it to ϕ4.0 to 4.5.
그리고, 상기 제1 캐소드 원형메쉬플레이트(460)는 루테늄, 로듐, 팔라듐, 금, 은, 이리듐, 구리, 니켈, 철, 오스늄, 백금 중 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 금속으로 이루어지고, 금속 원형의 몸체 표면, 복수개의 메쉬홀은 Pt/C/Ni폼 촉매가 코팅되어 이루어진다.In addition, the first cathode circular mesh plate 460 is made of any one or a mixture of two or more of ruthenium, rhodium, palladium, gold, silver, iridium, copper, nickel, iron, osium, and platinum, and the metal The circular body surface and multiple mesh holes are coated with Pt/C/Ni foam catalyst.
즉, Pt/C/Ni폼 촉매가 코팅된 제1 캐소드 원형메쉬플레이트는 물을 전달받아 전기분해시켜 H2와 OH-를 생성시키는 전극(-)의 역할을 수행한다.That is, the first cathode circular mesh plate coated with the Pt/C/Ni foam catalyst serves as an electrode (-) that receives water and electrolyzes it to generate H2 and OH-.
이는 산화이리튬(IrO2)전극보다 70mV 낮은 1.59V의 셀전압에서 10 mA cm-2를 전달한다.It delivers 10 mA cm -2 at a cell voltage of 1.59V, which is 70mV lower than the dilithium oxide (IrO 2 ) electrode.
여기서, Pt/C(Platinum on Carbon)라고 하는 탄소상의 백금은 촉매로 사용되는 백금의 한형태로, 금속은 표면적과 활성을 최대화하기 위해 활성탄에 지지된다.Here, platinum on carbon, called Pt/C (Platinum on Carbon), is a form of platinum used as a catalyst, and the metal is supported on activated carbon to maximize surface area and activity.
그리고, 400시간 연속운전시 3% 미만의 미미한 전압손실로 우수한 전극 안정성을 보였다.In addition, it showed excellent electrode stability with a slight voltage loss of less than 3% during continuous operation for 400 hours.
또한, 포스트-FESEM 이미지(350 시간 안정성 테스트 후)에서, Pt/C/Ni 폼 전극 표면이 전기화학적으로 형성된 얇은 층에 의해 전체적으로 덮여 있음을 보여주는데, 이는 Pt 나노 입자의 산화 때문일 수 있다.Additionally, post-FESEM images (after 350 h stability test) show that the Pt/C/Ni foam electrode surface is entirely covered by an electrochemically formed thin layer, which may be due to the oxidation of Pt nanoparticles.
상기 Pt/C/Ni폼 촉매는 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매 0.0002wt%를 IPA(Iso Propyl Alcohol) 160 μL, DIW(DeIonized Water) 30 μL, 나피온(Nafion) 10μL 혼합용액에 분산시킨 후, 잉크를 다공성 Ni 폼(0.5cm × 0.5cm)양면에 드롭 캐스트법으로 코팅하고, Ni 폼 담지촉매는 모두 0.5mg cm-2의 담지를 유지하도록 제조된다.The Pt/C/Ni foam catalyst is prepared by mixing 0.0002 wt% of a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure with 160 μL of IPA (Iso Propyl Alcohol), 30 μL of DIW (DeIonized Water), and Nafion ( After dispersing in 10 μL mixed solution (Nafion), the ink is coated on both sides of porous Ni foam (0.5 cm × 0.5 cm) by drop casting, and the Ni foam supported catalyst is manufactured to maintain support of 0.5 mg cm-2.
여기서, 나피온은 술폰화 테트라플루오로에틸렌 기반 플루오로폴리머-코폴리머의 상표명이다.Here, Nafion is the trade name for a sulfonated tetrafluoroethylene-based fluoropolymer-copolymer.
이처럼, Pt/C/Ni폼 촉매가 코팅되고, φ4.0~4.5크기를 갖는 복수개의 메쉬홀로 이루어진 제1 캐소드 원형메쉬플레이트(460)는 직립형 트윈전극단자부의 (-)전극단자로부터 전기를 인가받아, 진동자를 통해 분무된 물(H2O)을 메쉬홀을 통해 H2와 OH-로 전기분해시켜 통과시키도록 유도시킨다.In this way, the first cathode circular mesh plate 460, which is coated with Pt/C/Ni foam catalyst and consists of a plurality of mesh holes with a size of ϕ4.0 to 4.5, applies electricity from the (-) electrode terminal of the upright twin electrode terminal unit. The water (H 2 O) sprayed through the vibrator is electrolyzed into H 2 and OH - and passed through the mesh hole.
일곱째, 본 발명에 따른 제1 애노드 원형메쉬플레이트(470)에 관해 설명한다.Seventh, the first anode circular mesh plate 470 according to the present invention will be described.
상기 제1 애노드 원형메쉬플레이트(470)는 제1 캐소드 원형메쉬플레이트 상단에 위치되고, φ4.0~4.5크기를 갖는 복수개의 메쉬홀이 형성되며, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매로 이루어져, 전기화학적 반응에 의해, 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키고, 생성되는 산소(O2)만을 상부방향으로 상승안내시키는 역할을 한다.The first anode circular mesh plate 470 is located on the top of the first cathode circular mesh plate, has a plurality of mesh holes with a size of ϕ4.0 to 4.5, and contains cobalt-nanocarbon of a core-shell structure. It consists of a catalyst for oxygen generation reaction, and serves to condense OH - generated through electrochemical reaction into a core-shell structure and guide only the generated oxygen (O 2 ) upward.
이는 도 6에 도시한 바와 같이, 원형의 몸체에다가 표면상에 복수개의 메쉬홀이 형성되고, 측면 일측에 직립형 트윈전극단자부의 (-)전극단자와 접지되는 (-)접지홀이 형성된다.As shown in Figure 6, a plurality of mesh holes are formed on the surface of the circular body, and a (-) ground hole that is grounded with the (-) electrode terminal of the upright twin electrode terminal is formed on one side of the body.
여기서, 메쉬홀의 크기는 제1 캐소드 원형메쉬플레이트의 크기와 동일한 φ4.0~4.5 로 형성된다.Here, the size of the mesh hole is formed to be ϕ4.0 to 4.5, which is the same as the size of the first cathode circular mesh plate.
여기서, 메쉬홀의 크기는 φ4.0~4.5 로 형성된다. φ4.0~4.5로 형성되는 이유는 φ4.0이하에서는 수직의 길이방향을 따라 이격거리를 갖는 제1 애노드 원형메쉬플레이트와의 동일선상에서 메쉬홀 위치를 맞추기가 힘들고, 진동자를 통해 분무된 물의 양이 적어지는 문제점이 발생되고, φ4.5 이상에서는 제1 캐소드 원형메쉬플레이트를 통과한 물이 메쉬홀을 바로 빠져나가기 때문에 물 전기분해와 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매로 이루어진 전기화학적 반응이 안되거나, 또는 늦어지는 문제점이 발생되기 때문에, φ4.0~4.5로 형성시키는 것이 가장 바람직하다.Here, the size of the mesh hole is formed to be ϕ4.0 to 4.5. The reason why it is formed at ϕ4.0 to 4.5 is that below ϕ4.0, it is difficult to align the mesh hole position on the same line as the first anode circular mesh plate having a separation distance along the vertical longitudinal direction, and the amount of water sprayed through the vibrator A problem occurs in which this decreases, and at ϕ4.5 or higher, the water that has passed through the first cathode circular mesh plate immediately passes through the mesh hole, resulting in water electrolysis and an oxygen generation reaction involving cobalt-nanocarbon of the core-shell structure. Since the electrochemical reaction using the catalyst may not occur or may be delayed, it is most desirable to form it to ϕ4.0 to 4.5.
상기 제1 애노드 원형메쉬플레이트(470)는 루테늄, 로듐, 팔라듐, 금, 은, 이리듐, 구리, 니켈, 철, 오스늄, 백금 중 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 금속으로 이루어지고, 금속 원형의 몸체 표면, 복수개의 메쉬홀은 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매가 코팅되어 이루어진다.The first anode circular mesh plate 470 is made of any one or a mixture of two or more of ruthenium, rhodium, palladium, gold, silver, iridium, copper, nickel, iron, osium, and platinum, and has a circular metal shape. The body surface and the plurality of mesh holes are coated with a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure.
본 발명에서는 프러시안 블루 유사체((Prussian blue analogue; PBA)에서 파생된 질소 도핑 나노탄소(NC) 층에 트랩된 코발트가 풍부한 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 제1 애노드 원형메쉬플레이트의 전극(+)으로 형성시킨다.In the present invention, a catalyst for oxygen evolution reaction comprising cobalt-nanocarbon with a cobalt-rich core-shell structure trapped in a nitrogen-doped nanocarbon (NC) layer derived from Prussian blue analogue (PBA) is provided. The first anode is formed as the electrode (+) of the circular mesh plate.
이는 상용되는 일반적인 전극과 비교하여, 향상된 산소발생 활성과 안정성을 보여준다.This shows improved oxygen generation activity and stability compared to commonly used electrodes.
산소 전기화학은 물 전기분해장치에서, 안정적인 촉매를 필요로 한다.Oxygen electrochemistry requires a stable catalyst in water electrolysis devices.
산소 발생 반응(OER)은 물 전기분해장치에서 수소발생반응에 대한 대응물이다.The oxygen evolution reaction (OER) is the counterpart to the hydrogen evolution reaction in water electrolysis.
현재, 귀금속 산화물이 운동학적으로 부진한 산소발생반응에 대한 최첨단 촉매로 작용하고 있다.Currently, noble metal oxides are acting as cutting-edge catalysts for kinetically poor oxygen evolution reactions.
그러나, 안정성의 부족, 낮은 생산량 및 높은 비용이 요구된다.However, it requires lack of stability, low production volume, and high cost.
귀금속 촉매는 그것의 상업적 실행 가능성을 제한한다.Precious metal catalysts limit its commercial viability.
따라서, 비용 효율적인 합성 방법을 사용하여 자원이 풍부하고, 전기화학적으로 활성이며, 안정항 비귀금속 촉매를 추구하는데 집중적인 노력을 기울이고 있다.Therefore, intensive efforts are being made to pursue resource-rich, electrochemically active, and stable non-noble metal catalysts using cost-effective synthetic methods.
지금까지, 광범위한 비귀금속 촉매가 산소 진화전기촉매로서 탐구되었으나 활성 및 안정성 모두에서의 개선이 현재 필요하다.To date, a wide range of non-precious metal catalysts have been explored as oxygen evolution electrocatalysts, but improvements in both activity and stability are currently needed.
이를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 발명하기 위한 목적은 In order to solve this problem, the purpose of inventing a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of the core-shell structure according to the present invention is
i) 더 많은 활성부위의 적절한 활용 및 촉매코팅을 통한 애노드 표면 재구성 또는 비정질화, i) Anode surface reconstruction or amorphization through appropriate utilization of more active sites and catalyst coating,
ii) 산소발생반응(OER) 동안 반응 중간체의 결합에너지를 수정하기 위해 적합한 지지물질을 촉매에 통합함으로써 전자활성 사이트의 구조교란이다.ii) Structural perturbation of the electroactive site by incorporating suitable support materials into the catalyst to modify the binding energy of the reaction intermediate during the oxygen evolution reaction (OER).
본 발명에서는 물 산화 반응을 위한 효율적이고 내구성이 뛰어난 전기촉매로서, 프러시안 블루 유사체 유래, N 도핑, 나노탄소 박층 트랩, 코발트가 풍부한 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매에 관해 설명한다.In the present invention, an efficient and durable electrocatalyst for water oxidation reaction is derived from Prussian blue analogue, N-doped, nanocarbon thin layer trap, and cobalt-nanocarbon with cobalt-rich core-shell structure for oxygen generation reaction. Explain about catalysts.
코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매가 코팅된 제1 애노드 원형메쉬플레이트는 10 mA cm-2에서 330mV의 산소발생반응(OER) 과전위, 400시간 작동후 우수한 전극 안전성을 가지며,The first anode circular mesh plate coated with a catalyst for oxygen evolution reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure showed an oxygen evolution reaction (OER) overpotential of 330 mV at 10 mA cm -2 and an excellent electrode after 400 hours of operation. It is safe,
그리고, 상용 산화이리튬(IrO2) 전극(1.66V)보다 1.59V의 낮은 셀전압을 가지고, 10mA cm-2에서 350h이상의 장기적인 종래의 전기분해 안정성을 가지고 있는 특성을 지닌다.In addition, it has a lower cell voltage of 1.59V than the commercial dilithium oxide (IrO 2 ) electrode (1.66V) and has the characteristic of long-term conventional electrolysis stability of more than 350h at 10mA cm -2 .
본 발명에 따른 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매는 다음과 같은 과정을 통해 형성된다.The catalyst for oxygen evolution reaction containing cobalt-nanocarbon of core-shell structure according to the present invention is formed through the following process.
즉, 도 8에 도시한 바와 같이, 질소가 도핑된 탄소로 덮힌 코발트가 풍부한 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 형성하기 위하여, 코발트, 탄소 및 질소원자를 포함하는 프러시안 블루 유사체((Prussian blue analogue; PBA)를 열분해시킨다.That is, as shown in FIG. 8, in order to form a catalyst for the oxygen evolution reaction containing cobalt-nanocarbon of a cobalt-rich core-shell structure covered with nitrogen-doped carbon, it contains cobalt, carbon, and nitrogen atoms. The Prussian blue analogue (PBA) is thermally decomposed.
프러시안 블루 유사체((Prussian blue analogue; PBA)는 Co3[Co(CN)6]2·nH2O (CoCo-PB) 전구체 형태로 이루어지고, 그 Co3[Co(CN)6]2·nH2O (CoCo-PB) 전구체 0.005wt%를 600°C(2°C min-1)에서 3시간 동안 관형로에서 N2가스 흐름하에서 어닐링시킨다. 이때, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매가 형성된다.Prussian blue analogue (PBA) consists of the precursor Co 3 [Co(CN) 6 ] 2 ·nH 2 O (CoCo-PB), and its Co 3 [Co(CN) 6 ] 2 · At this time, 0.005 wt% of nH 2 O (CoCo-PB) precursor was annealed in a tubular furnace at 600°C (2°C min -1 ) for 3 hours under a flow of N 2 gas. A catalyst for oxygen generation reaction containing is formed.
여기서, 촉매는 반응과정에서 소모되지 않으면서 반응속도를 변환시키는 물질을 말한다.Here, a catalyst refers to a substance that changes the reaction rate without being consumed in the reaction process.
도 10은 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매가 탄소층 효과로 인해서 코발트 나노 입자의 형태가 변화되는 것을 전계 방출 주사 전자 현미경(FESEM)에서 촬영한 이미지를 나타낸 것이다.Figure 10 shows an image taken using a field emission scanning electron microscope (FESEM) to show that a catalyst for oxygen evolution reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure changes the shape of cobalt nanoparticles due to the carbon layer effect. .
그리고, 도 11에 도시한 바와 같이, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매에 형성된 모든 코발트 나노 입자가 얇은 탄소층에 의해 잘 분산되고 균일하게 덮여있음을 TEM이미지로 확인할 수가 있다.And, as shown in Figure 11, the TEM image shows that all cobalt nanoparticles formed in the catalyst for oxygen evolution reaction containing cobalt-nanocarbon of core-shell structure are well dispersed and uniformly covered by a thin carbon layer. You can check it.
분산된 코발트 나노입자의 크기는 평균 직경 25nm,에서 15 내지 50nm까지 다양하게 이루어진다.The size of the dispersed cobalt nanoparticles varies from 15 to 50 nm, with an average diameter of 25 nm.
각각의 코어-쉘 나노 입자는 탄소 쉘을 통해 여러 나노미터 크기의 공극을 가지고 상호 연결된다.Each core-shell nanoparticle is interconnected through a carbon shell with several nanometer-sized pores.
이러한 공극은 활성부와 전해질 사이의 계면을 향상시킨다.These voids improve the interface between the active part and the electrolyte.
도 12는 본 발명에 따른 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매가 탄소로 둘러싸인 단일 코발트 나노입자로 이루어져 있음을 확인할 수 있는 해상도 투과전자현미경(HRTEM)이미지에 관한 것이다.Figure 12 is a high-resolution transmission electron microscope (HRTEM) image confirming that the catalyst for oxygen evolution reaction containing cobalt-nanocarbon of the core-shell structure according to the present invention consists of a single cobalt nanoparticle surrounded by carbon. .
이렇게 탄소로 둘러싸인 코발트 나노입자는 더 적은 공극으로 응집되고, 오버랩된다.In this way, cobalt nanoparticles surrounded by carbon aggregate and overlap into fewer pores.
그리고, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매에서 X-ray 광전자 분광법(XPS)을 이용하여 화학적 조성과 탄소 및 코발트와의 N상호 작용을 조사하면, 코발트, 탄소, 질소 및 산소 원소가 존재한다.In addition, when the chemical composition and N interaction with carbon and cobalt are investigated using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) in a catalyst for oxygen evolution reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure, Nitrogen and oxygen elements are present.
분리된 고해상도 C1s 스펙트럼은 4개의 밴드를 나타냈으며, 밴드는 C-C(284.5eV), C-N(285.2eV), C=O(286.5eV) 및 O=C-O(288.8eV) 작용기와 관련이 있었다.The isolated high-resolution C1s spectrum showed four bands, which were related to the C-C (284.5 eV), C-N (285.2 eV), C=O (286.5 eV), and O=C-O (288.8 eV) functional groups.
이는 탄소가 질소 및 주변의 다른 산소기에 결합한 것을 확인하였다.This confirmed that carbon was bonded to nitrogen and other surrounding oxygen groups.
또한, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매의 경우에 열분해시, 탄소구조가 sp3에서 sp2로 전환됨에 따라 탄소매트릭스의 질소가 방출될 수 있음을 보여주었다.In addition, in the case of a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure, it was shown that nitrogen in the carbon matrix can be released as the carbon structure is converted from sp3 to sp2 during thermal decomposition.
따라서, 온도는 촉매의 질소량에 강한 영향을 미치고 있으며, 전체 촉매 중 600°C 촉매가 최적의 질소량(1.36%)을 나타내었다.Therefore, temperature has a strong effect on the amount of nitrogen in the catalyst, and among all catalysts, the 600°C catalyst showed the optimal amount of nitrogen (1.36%).
도 13에 나타난 바와 같이, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매는 10A cm-2에서 상용 IrO2(538mV) 및 Ruo(392mV) 양극 전기촉매보다 166 및 20mV 작은 열역학적 OER 전위(E0H2O/O2 = 1.229 V)로부터 372mV의 과전위를 필요로 하였다. As shown in Figure 13, the catalyst for oxygen evolution reaction containing cobalt-nanocarbon in the core-shell structure has a thermodynamic temperature that is 166 and 20 mV smaller than that of commercial IrO 2 (538 mV) and Ruo (392 mV) anode electrocatalysts at 10 A cm -2 . An overpotential of 372 mV was required from the OER potential (E 0 H 2 O/O 2 = 1.229 V).
그리고, OER에서 우수한 반응속도론을 나타내는 IrO2(76.2mV dec-1)과 비교하여 62.5mV dec-1으로 휠씬 더 작은 값을 보여주었다.And, compared to IrO 2 ( 76.2mV dec -1 ), which shows excellent reaction kinetics in OER, it showed a much smaller value of 62.5mV dec -1 .
도 14에 도시한 바와 같이, Co2+피크(780.4eV)에서 서로 다른 두개의 피크를 780.6 및 781.09eV에 장착하고, 이는 각각 Co3+와 Co4+의 더 높은 산화상태와 관련이 있다. As shown in Figure 14, two different peaks from the Co 2+ peak (780.4 eV) are located at 780.6 and 781.09 eV, which are related to the higher oxidation states of Co 3+ and Co 4+ , respectively.
따라서, 고해상도 Co2p 스펙트럼은 Co와 Co2+가 Co3+와 Co4+(CoOOH 및 CoO2)의 더 높은 산화 상태로 전환되는 실시간을 확인할수 있다.Therefore, the high-resolution Co2p spectrum can confirm the real-time conversion of Co and Co 2+ to higher oxidation states of Co 3+ and Co 4+ (CoOOH and CoO 2 ).
코발트의 대부분은 CO3+산화상태(CoOOH)이다.Most of the cobalt is in the CO 3+ oxidation state (CoOOH).
열분해온도는 탄소와 질소 화학적 조성물에 강한 영향을 미친다.Thermal decomposition temperature has a strong influence on the carbon and nitrogen chemical composition.
탄소고리에 다량의 N-도핑은 탄소의 결합에너지를 증가시키고, OER 동안 안정성을 향상시킬 수 있다.Large amounts of N-doping on the carbon ring can increase the binding energy of carbon and improve stability during OER.
더욱이 질소는 인근 탄소/금속과 화학적 상호작용을 하며, 탄소 매트릭스의 구조적 결함을 포함하여 전자상태를 변화시킨다.Furthermore, nitrogen chemically interacts with nearby carbon/metals and changes its electronic state, including structural defects in the carbon matrix.
이와 비교하여, 600°C에서 얻은 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매는 전자 공여 흑연-N(43%), 전자 인출 피리딘-N(47%) 및 Co-N 상호작용(10%)의 최적비율을 나타낸다.In comparison, the catalyst for oxygen evolution reaction containing cobalt-nanocarbon of core-shell structure obtained at 600°C consisted of electron-donating graphite-N (43%), electron-withdrawing pyridine-N (47%), and Co-N. It represents the optimal ratio of interaction (10%).
500°에서 얻은 촉매의 OER 전기촉매 활성이 좋지 않았는데, 이는 더 낮은 온도에서 CoCoPB의 불완전한 열분해 때문일 수 있다.The OER electrocatalytic activity of the catalyst obtained at 500° was poor, which may be due to the incomplete thermal decomposition of CoCoPB at lower temperatures.
더욱이, 얻어진 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매는 더 많은 코발트 활성부위, 더 큰 전기화학적 표면적, 더 적은 전하 전달 저항 및 더 작은 기공의 크기 분포를 가지고 있어, 안정성 뿐만 아니라, 우수한 OER 촉매활성의 상승효과를 제공한다.Moreover, the obtained catalyst for oxygen evolution reaction containing cobalt-nanocarbon of core-shell structure has more cobalt active sites, larger electrochemical surface area, less charge transfer resistance, and smaller pore size distribution, resulting in stability. In addition, it provides a synergistic effect of excellent OER catalytic activity.
도 9에서, 코발트원자에 의해 캐소드로부터 OH-이온이 산화됨을 보여주며, 생성된 전자는 더 많은 물 분자(H2O)의 분열을 방해하지 않고, 나노 탄소 경로를 통해, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트쪽으로 효율적으로 이동함을 알 수 있다.In Figure 9, it is shown that OH - ions are oxidized from the cathode by cobalt atoms, and the generated electrons do not interfere with the splitting of more water molecules (H 2 O), but through the nano-carbon path, the second cathode circular mesh. It can be seen that it moves efficiently towards the plate.
이는 NC(나노탄소)가 활성부위(코발트 원자)에 영향을 주지 않으면서 효율적인 산소 전자 이동에 역할을 할 수 있음을 보여준다.This shows that NC (nanocarbon) can play a role in efficient oxygen electron transfer without affecting the active site (cobalt atom).
이로 인해, 전기화학적 반응에 의해, 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키고, 생성되는 산소(O2)만을 상부방향으로 상승안내시킨다. As a result, through an electrochemical reaction, the generated OH - is condensed into a core-shell structure, and only the generated oxygen (O 2 ) is guided upward.
그리고, 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키기 때문에, 수소발생율을 낮출 수 있다.And, since the generated OH - is aggregated into a core-shell structure, the hydrogen generation rate can be lowered.
이처럼, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매가 코팅되고, φ4.0~4.5크기를 갖는 복수개의 메쉬홀로 이루어진 제1 애노드 원형메쉬플레이트(470)는 직립형 트윈전극단자부의 (+)전극단자로부터 전기를 인가받아, 제1 애노드 원형메쉬플레이트를 통해 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키고, 생성되는 산소(O2)만을 상부방향으로 상승안내시키도록 유도시킨다.In this way, the first anode circular mesh plate 470, which is coated with a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure and consists of a plurality of mesh holes with a size of ϕ4.0 to 4.5, is an upright twin electrode terminal portion. Electricity is applied from the (+) electrode terminal of the first anode, condensing the OH - generated through the circular mesh plate into a core-shell structure, and guiding only the generated oxygen (O 2 ) upward. .
즉, 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트와 제1 애노드 원형메쉬플레이트 사이에서 전기화학적 반응을 일으키는 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 통해 산소발생을 촉진시키고, 효율적인 물 전기분해를 위해 기존의 귀금속 산화 전극을 대체할 수 있는 저가의 비귀금속 전기화학적 촉매를 제공한다.That is, as shown in FIG. 9, oxygen is generated through a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of a core-shell structure that causes an electrochemical reaction between the first cathode circular mesh plate and the first anode circular mesh plate. We provide a low-cost non-precious metal electrochemical catalyst that can replace existing noble metal oxide electrodes for efficient water electrolysis.
또한, 본 발명에 따른 제1 캐소드 원형메쉬플레이트와 제1 애노드 원형메쉬플레이트는 직립형 트윈전극단자부와 결합시, 직립형 트윈전극단자부의 제1 이격형성용 돌기를 통해, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트와 제1 애노드 원형메쉬플레이트 사이가 15mm~45mm로 형성된다.In addition, when the first cathode circular mesh plate and the first anode circular mesh plate according to the present invention are combined with the upright twin electrode terminal portion, the first cathode circular mesh plate and the first separation forming protrusion of the upright twin electrode terminal portion are connected to each other. 1 The space between the anode circular mesh plates is 15mm to 45mm.
이로 인해, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트와 제1 애노드 원형메쉬플레이트 사이에서, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해로 이루어진 전기화학적 반응을 통해 산소발생을 촉진시킬 수 있다.As a result, between the first cathode circular mesh plate and the first anode circular mesh plate, a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of core-shell structure and water electrolysis are formed in a twin upright stacked structure. Oxygen generation can be promoted through the electrochemical reaction.
여덟째, 본 발명에 따른 미들형 링지지틀부(480)에 관해 설명한다.Eighth, the middle-type ring support frame portion 480 according to the present invention will be described.
상기 미들형 링지지틀부(480)는 산소상승유도형 보호가이드부의 내부공간 중앙부위에 위치되고, 제1 애노드 원형메쉬플레이트 상단에 형성되어, 하단방향의 바닥형 링지지틀부와 5mm 이격높이를 갖으면서, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트, 제2 애노드 원형메쉬플레이트가 직립형 트윈전극단자부와 전극위치에 맞게 연결되도록 지지해주는 역할을 한다.The middle-type ring support frame 480 is located in the center of the inner space of the oxygen rise-inducing protection guide part, and is formed on the top of the first anode circular mesh plate, and has a height of 5 mm from the floor-type ring support frame in the bottom direction. , the second cathode circular mesh plate, and the second anode circular mesh plate serve to support the connection between the upright twin electrode terminal and the electrode position.
이는 도 6에 도시한 바와 같이, 링형몸체에다가 양쪽에 직립형 트윈전극단자부를 관통시키는 (+)(-)관통홀이 형성된다. As shown in Figure 6, (+) (-) through holes are formed on both sides of the ring-shaped body through which the upright twin electrode terminals penetrate.
여기서, (-)관통홀은 직립형 트윈전극단자부의 (-)전극단자가 제2 캐소드 원형메쉬플레이트에 삽입연결되도록 관통시키는 역할을 한다.Here, the (-) through hole serves to penetrate the (-) electrode terminal of the upright twin electrode terminal portion to be inserted and connected to the second cathode circular mesh plate.
상기 (+)관통홀은 직립형 트윈전극단자부의 (+)전극단자가 제2 애노드 원형메쉬플레이트에 삽입연결되도록 관통시키는 역할을 한다.The (+) through hole serves to penetrate the (+) electrode terminal of the upright twin electrode terminal portion to be inserted and connected to the second anode circular mesh plate.
아홉째, 본 발명에 따른 제2 캐소드 원형메쉬플레이트(490)에 관해 설명한다.Ninth, the second cathode circular mesh plate 490 according to the present invention will be described.
상기 제2 캐소드 원형메쉬플레이트(490)는 바닥형 링지지틀부 상단에 위치되고, φ3.5~3.9 크기를 갖는 복수개의 메쉬홀이 형성되어, 진동자를 통해 분무된 물 및 제1 애노드 원형메쉬플레이트에서 생성된 산소를 메쉬홀을 통해 통과시켜 제2 애노드 원형메쉬플레이트쪽으로 전달시키는 역할을 한다.The second cathode circular mesh plate 490 is located at the top of the floor-type ring support frame, and a plurality of mesh holes having a size of ϕ3.5 to 3.9 are formed, so that water sprayed through the vibrator and the first anode circular mesh plate It serves to pass the oxygen generated in through the mesh hole and deliver it to the second anode circular mesh plate.
이는 도 6에 도시한 바와 같이, 원형의 몸체에다가 표면상에 복수개의 메쉬홀이 형성되고, 측면 일측에 직립형 트윈전극단자부의 (-)전극단자와 접지되는 (-)접지홀이 형성된다.As shown in Figure 6, a plurality of mesh holes are formed on the surface of the circular body, and a (-) ground hole that is grounded with the (-) electrode terminal of the upright twin electrode terminal is formed on one side of the body.
여기서, 메쉬홀의 크기는 φ3.5~3.9 로 형성된다. φ3.5~3.9로 형성되는 이유는 φ3.5이하에서는 수직의 길이방향을 따라 이격거리를 갖는 제2 캐소드 원형메쉬플레이트와의 동일선상에서 메쉬홀 위치를 맞추기가 힘들고, 진동자를 통해 분무된 물 및 제1 애노드 원형메쉬플레이트에서 생성된 산소의 양이 적어지는 문제점이 발생되고, φ3.9 이상에서는 유입되는 물이 메쉬홀을 바로 빠져나가기 때문에 물 전기분해와 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매로 이루어진 전기화학적 반응이 안되거나, 또는 늦어지는 문제점이 발생되고, 제1 애노드 원형메쉬플레이트에서 생성된 산소가 확산되어 퍼져버려서, 제2 애노드 원형메쉬플레이트까지 전달시키지 못하는 문제점이 발생되기 때문에, φ3.5~3.9로 형성시키는 것이 가장 바람직하다.Here, the size of the mesh hole is formed to be ϕ3.5 to 3.9. The reason why it is formed at ϕ3.5 to 3.9 is that below ϕ3.5, it is difficult to position the mesh hole on the same line as the second cathode circular mesh plate having a separation distance along the vertical longitudinal direction, and the water sprayed through the vibrator and There is a problem that the amount of oxygen generated in the first anode circular mesh plate is reduced, and at ϕ3.9 or higher, the incoming water immediately passes through the mesh hole, so water electrolysis and cobalt-nanocarbon of the core-shell structure are used. A problem arises in which the electrochemical reaction consisting of the catalyst for the oxygen generation reaction does not occur or is delayed, and the oxygen generated in the first anode circular mesh plate is diffused and cannot be delivered to the second anode circular mesh plate. Because problems arise, it is most desirable to form it to ϕ3.5 to 3.9.
그리고, 상기 제2 캐소드 원형메쉬플레이트(490)는 루테늄, 로듐, 팔라듐, 금, 은, 이리듐, 구리, 니켈, 철, 오스늄, 백금 중 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 금속으로 이루어지고, 금속 원형의 몸체 표면, 복수개의 메쉬홀은 Pt/C/Ni폼 촉매가 코팅되어 이루어진다.And, the second cathode circular mesh plate 490 is made of any one or a mixture of two or more of ruthenium, rhodium, palladium, gold, silver, iridium, copper, nickel, iron, osium, and platinum, and the metal The circular body surface and multiple mesh holes are coated with Pt/C/Ni foam catalyst.
즉, Pt/C/Ni폼 촉매가 코팅된 제2 캐소드 원형메쉬플레이트는 물을 전달받아 전기분해시켜 H2와 OH-를 생성시키는 전극(-)의 역할을 수행한다.That is, the second cathode circular mesh plate coated with the Pt/C/Ni foam catalyst serves as an electrode (-) that receives water and electrolyzes it to generate H 2 and OH − .
Pt/C/Ni폼 촉매의 구성과 원리는 제1 캐소드 원형메쉬플레이트와 동일하다.The composition and principle of the Pt/C/Ni foam catalyst are the same as those of the first cathode circular mesh plate.
이처럼, Pt/C/Ni폼 촉매가 코팅되고, φ3.5~3.9 크기를 갖는 복수개의 메쉬홀로 이루어진 제2 캐소드 원형메쉬플레이트(490)는 직립형 트윈전극단자부의 (-)전극단자로부터 전기를 인가받아, 진동자를 통해 분무된 물(H2O)을 메쉬홀을 통해 H2와 OH-로 전기분해시켜 통과시키도록 유도시킨다.In this way, the second cathode circular mesh plate 490, which is coated with Pt/C/Ni foam catalyst and consists of a plurality of mesh holes with a size of ϕ3.5 to 3.9, applies electricity from the (-) electrode terminal of the upright twin electrode terminal unit. The water (H 2 O) sprayed through the vibrator is electrolyzed into H 2 and OH - through the mesh hole and then passed through the mesh hole.
열째, 본 발명에 따른 제2 애노드 원형메쉬플레이트(490a)에 관해 설명한다.Tenth, the second anode circular mesh plate 490a according to the present invention will be described.
상기 제2 애노드 원형메쉬플레이트(490a)는 제2 캐소드 원형메쉬플레이트 상단에 위치되고, φ3.5~3.9 크기를 갖는 복수개의 메쉬홀이 형성되며, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매로 이루어져, 전기화학적 반응에 의해, 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키고, 생성되는 산소(O2)만을 상부방향으로 상승안내시키는 역할을 한다.The second anode circular mesh plate 490a is located on the top of the second cathode circular mesh plate, has a plurality of mesh holes with a size of ϕ3.5 to 3.9, and contains cobalt-nanocarbon of a core-shell structure. It is composed of a catalyst for oxygen generation reaction, and serves to condense OH - generated through electrochemical reaction into a core-shell structure and guide only the generated oxygen (O2) upward.
이는 도 6에 도시한 바와 같이, 원형의 몸체에다가 표면상에 복수개의 메쉬홀이 형성되고, 측면 일측에 직립형 트윈전극단자부의 (-)전극단자와 접지되는 (-)접지홀이 형성된다.As shown in Figure 6, a plurality of mesh holes are formed on the surface of the circular body, and a (-) ground hole that is grounded with the (-) electrode terminal of the upright twin electrode terminal is formed on one side of the body.
여기서, 메쉬홀의 크기는 제2 캐소드 원형메쉬플레이트의 메쉬홀과 동일한 φ3.5~3.9 로 형성된다. φ3.5~3.9로 형성되는 이유는 φ3.5이하에서는 수직의 길이방향을 따라 이격거리를 갖는 제2 캐소드 원형메쉬플레이트와의 동일선상에서 메쉬홀 위치를 맞추기가 힘들고, 진동자를 통해 분무된 물 및 제1 애노드 원형메쉬플레이트에서 생성된 산소의 양이 적어지는 문제점이 발생되고, φ3.9 이상에서는 유입되는 물이 메쉬홀을 바로 빠져나가기 때문에 물 전기분해와 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매로 이루어진 전기화학적 반응이 안되거나, 또는 늦어지는 문제점이 발생되고, 제1 애노드 원형메쉬플레이트에서 생성된 산소가 확산되어 퍼져버려서, 헤드형 산소분무부까지 전달시키지 못하는 문제점이 발생되기 때문에, φ3.5~3.9로 형성시키는 것이 가장 바람직하다.Here, the size of the mesh hole is ϕ3.5 to 3.9, which is the same size as the mesh hole of the second cathode circular mesh plate. The reason why it is formed at ϕ3.5 to 3.9 is that below ϕ3.5, it is difficult to position the mesh hole on the same line as the second cathode circular mesh plate having a separation distance along the vertical longitudinal direction, and the water sprayed through the vibrator and There is a problem that the amount of oxygen generated in the first anode circular mesh plate is reduced, and at ϕ3.9 or higher, the incoming water immediately passes through the mesh hole, so water electrolysis and cobalt-nanocarbon of the core-shell structure are used. A problem occurs in which the electrochemical reaction consisting of the catalyst for the oxygen generation reaction does not occur or is delayed, and the oxygen generated in the first anode circular mesh plate diffuses and spreads, so it cannot be delivered to the head-type oxygen spray unit. Since this occurs, it is most desirable to form it to ϕ3.5 to 3.9.
그리고, 원형의 몸체, 복수개의 메쉬홀은 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매로 이루어진다.In addition, the circular body and the plurality of mesh holes are made of a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure.
그리고, 도 9에 도시한 바와 같이, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매가 코팅되고, φ3.5~3.9 크기를 갖는 복수개의 메쉬홀로 이루어진 제2 애노드 원형메쉬플레이트(490)는 직립형 트윈전극단자부의 (+)전극단자로부터 전기를 인가받아, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트를 통해 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키고, 생성되는 산소(O2)만을 헤드형 산소분무부쪽으로 상승안내시키도록 유도시킨다.And, as shown in FIG. 9, the second anode circular mesh plate is coated with a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of a core-shell structure and consists of a plurality of mesh holes with a size of ϕ3.5 to 3.9. (490) receives electricity from the (+) electrode terminal of the upright twin electrode terminal unit, condenses OH - generated through the first cathode circular mesh plate into a core-shell structure, and only generates oxygen (O 2 ) into the head. It is guided upward toward the oxygen spray section.
이로 인해, 도 9에 도시한 바와 같이, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트와 제2 캐소드 원형메쉬플레이트 사이에서 전기화학적 반응을 일으키는 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 통해 산소발생을 촉진시킨다.For this reason, as shown in FIG. 9, through a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of a core-shell structure that causes an electrochemical reaction between the second cathode circular mesh plate and the second cathode circular mesh plate. Promotes oxygen production.
또한, 본 발명에 따른 제2 캐소드 원형메쉬플레이트와 제2 애노드 원형메쉬플레이트는 직립형 트윈전극단자부와 결합시, 직립형 트윈전극단자부의 제2 이격형성용 돌기를 통해, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트와 제2 애노드 원형메쉬플레이트 사이가 15mm~45mm로 형성된다.In addition, when the second cathode circular mesh plate and the second anode circular mesh plate according to the present invention are combined with the upright twin electrode terminal portion, they are connected to the first cathode circular mesh plate and the second separation forming protrusion of the upright twin electrode terminal portion. 2 The space between the anode circular mesh plates is 15mm to 45mm.
이로 인해, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트와 제2 애노드 원형메쉬플레이트 사이에서, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해로 이루어진 전기화학적 반응을 통해 산소발생을 촉진시킬 수 있다.As a result, between the second cathode circular mesh plate and the second anode circular mesh plate, in a twin upright stacked structure, a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of core-shell structure and water electrolysis are used. Oxygen generation can be promoted through the electrochemical reaction.
다음으로, 본 발명에 따른 헤드형 산소분무부(500)에 관해 설명한다.Next, the head-type oxygen spray unit 500 according to the present invention will be described.
상기 헤드형 산소분무부(500)는 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 생성된 산소를 전달받아 외부로 분무시키는 역할을 한다.The head-type oxygen spray unit 500 serves to receive oxygen generated through the twin upright stacked electrochemical catalyst module and spray it to the outside.
이는 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 생성된 산소가 상승되는 상승력을 그대로 전달받아 외부로 분무시키도록 하기 위해, 산소발생본체의 헤드상에 복수개의 분무홈과, 회전팬이 형성되어 구성된다.This consists of a plurality of spray grooves and a rotating fan formed on the head of the oxygen generating body in order to receive the upward force of the oxygen generated through the twin upright stacked electrochemical catalyst module and spray it to the outside.
여기서, 산소가 상승되는 상승력은 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 생성된 산소가 상승되는 힘과, 회전팬에 의해 회전되는 회전 흡입의 힘에 의해 상승력이 증가된다.Here, the upward force of oxygen is increased by the upward force of oxygen generated through the twin upright stacked electrochemical catalyst module and the force of rotational suction rotated by the rotating fan.
다음으로, 본 발명에 따른 산소센서부(600)에 관해 설명한다.Next, the oxygen sensor unit 600 according to the present invention will be described.
상기 산소센서부(600)는 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈 일측에 위치되어, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 생성된 산소(O2)의 분압을 센싱시키는 역할을 한다.The oxygen sensor unit 600 is located on one side of the twin upright stacked electrochemical catalyst module and serves to sense the partial pressure of oxygen (O2) generated through the twin upright stacked electrochemical catalyst module.
다음으로, 본 발명에 따른 디스플레이부(700)에 관해 설명한다.Next, the display unit 700 according to the present invention will be described.
상기 디스플레이부(700)는 산소발생본체의 외부방향 중단부위 일측에 위치되어, 기기의 동작상태, 생성되는 산소량, 물 저장수위를 화면상에 표출시키는 역할을 한다.The display unit 700 is located on one side of the outer portion of the oxygen generating body and serves to display the operating state of the device, the amount of oxygen generated, and the water storage level on the screen.
이는 LED스크린 또는, LCD스크린으로 구성된다.It consists of an LED screen or an LCD screen.
다음으로, 본 발명에 따른 스마트제어부(800)에 관해 설명한다.Next, the smart control unit 800 according to the present invention will be described.
상기 스마트제어부(800)는 물저장탱크부, 물흡입부, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈, 산소센서부, 헤드형 산소분무부, 디스플레이부가 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, 직립적층형 전기화학적 촉매모듈의 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 통해 산소발생을 촉진시키도록 제어시키는 역할을 한다.The smart control unit 800 is connected to a water storage tank unit, a water intake unit, a twin upright stacked electrochemical catalyst module, an oxygen sensor unit, a head-type oxygen spray unit, and a display unit, and controls the overall operation of each device. It serves to control the acceleration of oxygen generation through a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon in the core-shell structure of the electrochemical catalyst module.
이는 PIC원칩마이컴, 마이크로컴퓨터, 마이크로프로세서로 구성된다.It consists of a PIC one-chip microcomputer, a microcomputer, and a microprocessor.
본 발명에서는 마이크로프로세서로 구성된다.In the present invention, it consists of a microprocessor.
즉, 도 15에 도시한 바와 같이, 입력단자 일측에 물수위센서(210)가 연결되어, 물저장탱크부에 저장된 물의 수위를 센싱시킨 센싱신호가 입력되고, 또 다른 입력단자 일측에 산소센서부(600)가 연결되어, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 생성된 산소(O2)의 분압을 센싱시키는 센싱신호가 입력되며, 출력단자 일측에 물흡입용 소형펌프(320)가 연결되어, 물흡입파이프에 흡입의 힘을 생성시키는 출력신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 직립형 트윈전극단자부(420)가 연결되어, 전원부로부터 인가된 전원을 직립형 트윈전극단자부(420)의 (+)전극단자와, (-)전극단자에 인가시키는 출력신호를 출력시키며, 또 다른 출력단자 일측에 진동자(430)가 연결되어, 물흡입부를 통해 흡입된 물에 초음파를 가하여 물입자를 제1 캐소드 원형메쉬플레이트, 제1 애노드 원형메쉬플레이트, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트, 제2 애소드 원형메쉬플레이트쪽으로 분무시키는 출력신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 제1 캐소드 원형메쉬플레이트(460)가 연결되어, 진동자를 통해 분무된 물을 메쉬홀을 통해 통과시켜 제1 애노드 원형메쉬플레이트쪽으로 전달시키는 출력신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 제1 애노드 원형메쉬플레이트(470)가 연결되어, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 통해 이루어지는 전기화학적 반응에 의해, 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키고, 생성되는 산소(O2)만을 상부방향으로 상승안내시키는 출력신호를 출력시키며, 또 다른 출력단자 일측에 제2 캐소드 원형메쉬플레이트(490)가 연결되어, 진동자를 통해 분무된 물을 메쉬홀을 통해 통과시켜 제1 애노드 원형메쉬플레이트쪽으로 전달시키는 출력신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 제2 애노드 원형메쉬플레이트(490a)가 연결되어, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 통해 이루어지는 전기화학적 반응에 의해, 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키고, 생성되는 산소(O2)만을 상부방향으로 상승안내시키는 출력신호를 출력시키며, 또 다른 출력단자 일측에 헤드형 산소분무부(500)가 연결되어, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 생성된 산소를 전달받아 외부로 분무시키는 출력신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 디스플레이부(700)가 연결되어, 기기의 동작상태, 생성되는 산소량, 물 저장수위를 화면상에 표출시키는 출력신호를 출력시키도록 구성된다That is, as shown in FIG. 15, the water level sensor 210 is connected to one side of the input terminal, a sensing signal that senses the level of water stored in the water storage tank is input, and the oxygen sensor unit is connected to one side of another input terminal. (600) is connected, and a sensing signal that senses the partial pressure of oxygen (O2) generated through the twin upright stacked electrochemical catalyst module is input, and a small pump (320) for water suction is connected to one side of the output terminal, An output signal that generates a suction force is output to the suction pipe, and an upright twin electrode terminal unit 420 is connected to one side of another output terminal, and the power applied from the power supply unit is connected to the (+) electrode of the upright twin electrode terminal unit 420. An output signal applied to the terminal and the (-) electrode terminal is output, and a vibrator 430 is connected to one side of another output terminal, so that ultrasonic waves are applied to the water sucked through the water suction unit to separate water particles into the first cathode circular mesh. An output signal for spraying is output toward the plate, the first anode circular mesh plate, the second cathode circular mesh plate, and the second anode circular mesh plate, and the first cathode circular mesh plate 460 is connected to one side of another output terminal. , the water sprayed through the vibrator is passed through the mesh hole to output an output signal that is transmitted toward the first anode circular mesh plate, and the first anode circular mesh plate 470 is connected to one side of another output terminal, so that the core- By an electrochemical reaction carried out through a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of shell structure, the generated OH- is condensed into a core-shell structure and only the generated oxygen (O2) is guided upward. An output signal is output, and a second cathode circular mesh plate 490 is connected to one side of another output terminal, and the output signal is transmitted to the first anode circular mesh plate by passing the water sprayed through the vibrator through the mesh hole. output, and a second anode circular mesh plate (490a) is connected to one side of another output terminal, and an electrochemical reaction is generated through a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of a core-shell structure. It condenses OH- into a core-shell structure, outputs an output signal that guides only the generated oxygen (O2) upward, and a head-type oxygen spray unit 500 is connected to one side of another output terminal, twin upright It receives oxygen generated through a stacked electrochemical catalyst module and outputs an output signal for spraying it to the outside, and a display unit 700 is connected to one side of another output terminal to show the operating status of the device, the amount of oxygen generated, and the water storage level. It is configured to output an output signal that displays on the screen.
이하, 본 발명에 따른 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생방법의 구체적인 과정에 관해 설명한다.Hereinafter, the specific process of the smart oxygen generation method using the twin upright stacked electrochemical catalyst module according to the present invention will be described.
도 17은 본 발명에 따른 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생방법을 도시한 순서도에 관한 것이다.Figure 17 is a flowchart showing a smart oxygen generation method through a twin upright stacked electrochemical catalyst module according to the present invention.
먼저, 전원부에 전원이 인가되면, 스마트제어부가 구동되어, 각 기기의 전반적인 상태를 체크한다(S10).First, when power is applied to the power supply unit, the smart control unit is driven and checks the overall status of each device (S10).
다음으로, 스마트제어부의 제어하에, 물흡입부가 구동되어, 물저장탱크부에 저장된 물을 흡입하여 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈쪽으로 물을 공급시킨다(S20).Next, under the control of the smart control unit, the water suction unit is driven to suck in the water stored in the water storage tank and supply the water to the twin upright stacked electrochemical catalyst module (S20).
다음으로, 도 16에 도시한 바와 같이, 스마트제어부의 제어하에, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈이 구동되어, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해를 통해 산소발생을 촉진시켜, 발생된 산소와 함께 증발시킨 수증기를 헤드형 산소분무부쪽으로 전달시킨다(S30).Next, as shown in FIG. 16, under the control of the smart control unit, the twin upright stacked electrochemical catalyst module is driven to form a twin upright stacked structure, and oxygen containing cobalt-nanocarbon of the core-shell structure is formed. Oxygen generation is promoted through a catalyst for the generation reaction and water electrolysis, and the evaporated water vapor along with the generated oxygen is delivered to the head-type oxygen spray unit (S30).
이는 도 18에 도시한 바와 같이, 스마트제어부의 제어하에, 진동자(430)가 구동되어, 물흡입부를 통해 흡입된 물에 초음파를 가하여 물입자를 제1 캐소드 원형메쉬플레이트, 제1 애노드 원형메쉬플레이트, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트, 제2 애소드 원형메쉬플레이트쪽으로 분무시킨다(S31).As shown in FIG. 18, under the control of the smart control unit, the vibrator 430 is driven, and ultrasonic waves are applied to the water sucked through the water intake unit to transfer water particles to the first cathode circular mesh plate and the first anode circular mesh plate. , Spray toward the second cathode circular mesh plate and the second anode circular mesh plate (S31).
이어서, 스마트제어부의 제어하에, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트(460)가 구동되어, 진동자를 통해 분무된 물을 메쉬홀을 통해 통과시켜 제1 애노드 원형메쉬플레이트쪽으로 전달시킨다(S32).Next, under the control of the smart controller, the first cathode circular mesh plate 460 is driven to pass the water sprayed through the vibrator through the mesh hole toward the first anode circular mesh plate (S32).
이어서, 스마트제어부의 제어하에, 제1 애노드 원형메쉬플레이트(470)가 구동되어, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해를 통해 이루어지는 전기화학적 반응에 의해, 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키고, 생성되는 산소(O2)만을 제2 캐소드 원형메쉬플레이트의 상부방향으로 상승안내시킨다(S33).Subsequently, under the control of the smart control unit, the first anode circular mesh plate 470 is driven, and an electrochemical reaction occurs through water electrolysis and a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of a core-shell structure. , the generated OH - is condensed into a core-shell structure, and only the generated oxygen (O 2 ) is guided upward toward the top of the second cathode circular mesh plate (S33).
이어서, 스마트제어부의 제어하에, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트(490)가 구동되어, 진동자를 통해 분무된 물 및 제1 애노드 원형메쉬플레이트에서 생성된 산소(O2)를 메쉬홀을 통해 통과시켜 제2 애노드 원형메쉬플레이트쪽으로 전달시킨다(S34).Subsequently, under the control of the smart control unit, the second cathode circular mesh plate 490 is driven to pass water sprayed through the vibrator and oxygen (O 2 ) generated in the first anode circular mesh plate through the mesh hole to 2 Transfer it to the anode circular mesh plate (S34).
이어서, 스마트제어부의 제어하에, 제2 애노드 원형메쉬플레이트(490a)가 구동되어, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해를 통해 이루어지는 전기화학적 반응에 의해, 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키고, 생성되는 산소(O2)만을 상부방향으로 상승안내시킨다(S35).Subsequently, under the control of the smart control unit, the second anode circular mesh plate 490a is driven, and an electrochemical reaction occurs through water electrolysis and a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of a core-shell structure. , the generated OH - is condensed into a core-shell structure, and only the generated oxygen (O 2 ) is guided upward (S35).
다음으로, 산소센서부를 통해, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 생성된 산소(O2)의 분압을 센싱시킨다(S40).Next, the partial pressure of oxygen (O 2 ) generated through the twin upright stacked electrochemical catalyst module is sensed through the oxygen sensor unit (S40).
다음으로, 스마트제어부의 제어하에, 헤드형 산소분무부가 구동되어, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 발생된 산소와 함께 증발시킨 수증기를 전달받아 외부로 분무시킨다(S50).Next, under the control of the smart control unit, the head-type oxygen spray unit is driven to receive the water vapor evaporated together with the oxygen generated through the twin upright stacked electrochemical catalyst module and spray it to the outside (S50).
끝으로, 스마트제어부의 제어하에, 디스플레이부가 구동되어, 기기의 동작상태, 생성되는 산소량, 물 저장수위를 화면상에 표출시킨다(S60).Finally, under the control of the smart control unit, the display unit is driven to display the operating status of the device, the amount of oxygen generated, and the water storage level on the screen (S60).
1 : 스마트 산소발생가습장치
100 : 산소발생본체
200 : 물저장탱크부
300 : 물흡입부
400 : 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈
410 : 촉매모듈 거치부
420 : 직립형 트윈전극단자부
430 : 진동자
440 : 산소상승유도형 보호가이드부
450 : 바닥형 링지지틀부
460 : 제1 캐소드 원형메쉬플레이트
470 : 제1 애노드 원형메쉬플레이트
480 : 미들형 링지지틀부
490 : 제2 캐소드 원형메쉬플레이트
490a : 제2 캐소드 원형메쉬플레이트
500 : 헤드형 산소분무부
600 : 산소센서부
700 : 디스플레이부
800 : 스마트제어부 1: Smart oxygen generating humidification device
100: Oxygen generating body
200: Water storage tank part
300: Water intake part
400: Twin upright stacked electrochemical catalyst module
410: Catalyst module holder
420: Upright twin electrode terminal section
430: Vibrator
440: Oxygen rise induction type protection guide part
450: Floor type ring support frame part
460: First cathode circular mesh plate
470: First anode circular mesh plate
480: Middle type ring support frame part
490: Second cathode circular mesh plate
490a: Second cathode circular mesh plate
500: Head type oxygen spray unit
600: Oxygen sensor unit
700: Display unit
800: Smart control unit
Claims (10)
상기 스마트 산소발생가습장치는
상단방향으로 갈수록 점점 좁아지는 상협하광의 직립형 수직구조로 이루어져, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 산소발생본체(100)와,
산소발생본체의 내부공간 상단부위에 형성되어, 물을 저장시키는 물저장탱크부(200)와,
물저장탱크부와 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈 사이에 위치되어, 물저장탱크부에 저장된 물을 흡입하여 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈쪽으로 물을 공급시키는 물흡입부(300)와,
산소발생본체의 내부공간 중단부위에 위치되어, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해를 통해 산소발생을 촉진시켜, 발생된 산소와 함께 증발시킨 수증기를 헤드형 산소분무부쪽으로 전달시키는 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈(400)과,
트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 생성된 산소와 함께 증발시킨 수증기를 전달받아 외부로 분무시키는 헤드형 산소분무부(500)와,
트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈 일측에 위치되어, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 생성된 산소(O2)의 분압을 센싱시키는 산소센서부(600)와,
산소발생본체의 외부방향 중단부위 일측에 위치되어, 기기의 동작상태, 생성되는 산소량, 물 저장수위를 화면상에 표출시키는 디스플레이부(700)와,
물저장탱크부, 물흡입부, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈, 산소센서부, 헤드형 산소분무부, 디스플레이부가 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하면서, 직립적층형 전기화학적 촉매모듈의 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해를 통해 산소발생을 촉진시켜, 발생된 산소와 함께 증발시킨 수증기를 외부방향으로 분무시키도록 제어시키는 스마트제어부(800)로 구성되는 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습장치에 있어서,
상기 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈(400)은
산소발생본체의 내부공간 중앙부위에 위치되어, 직립형 트윈전극단자부, 산소상승유도형 보호가이드부, 바닥형 링지지틀부, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트, 제1 애노드 원형메쉬플레이트, 미들형 링지지틀부, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트가 외압에 의해 흔들리지 않고, 정위치되도록 지지해주면서 거치시키는 촉매모듈 거치부(410)와,
촉매모듈 거치부의 표면상에 직립형 트윈구조로 돌출되면서 형성되어, 산소상승유도형 보호가이드부에 삽입된 후, 적층되는 제1 캐소드 원형메쉬플레이트와 제2 캐소드 원형메쉬플레이트쪽에 (-)전극을 인가시키고, 적층되는 제1 애노드 원형메쉬플레이트와 제2 캐소드 원형메쉬플레이트쪽에 (+)전극을 인가시키는 직립형 트윈전극단자부(420)와,
직립형 트윈전극단자부 사이에 위치되어, 물흡입부를 통해 흡입된 물에 초음파를 가하여 물입자를 초음파 진동의 힘을 통해 제1 캐소드 원형메쉬플레이트, 제1 애노드 원형메쉬플레이트, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트, 제2 애소드 원형메쉬플레이트쪽으로 분무시키는 진동자(430)와,
직립형 보호가이드틀구조로 형성되어, 직립형 트윈전극단자부에 삽입되어 끼워진 후, 바닥형 링지지틀부, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트, 제1 애노드 원형메쉬플레이트, 미들형 링지지틀부, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트가 이격높이를 갖으면서 순차적으로 적층되도록 지지틀 역할을 하면서, 생성된 산소를 헤드형 산소분무부쪽으로 전달시키도록 가이드시키는 산소상승유도형 보호가이드부(440)와,
상단방향의 미들형 링지지틀부와 5mm 이격높이를 갖으면서, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트, 제1 애노드 원형메쉬플레이트가 직립형 트윈전극단자부와 전극위치에 맞게 연결되도록 지지해주는 바닥형 링지지틀부(450)와,
바닥형 링지지틀부 상단에 위치되고, φ4.0~4.5크기를 갖는 복수개의 메쉬홀이 형성되어, 진동자를 통해 분무된 물을 메쉬홀을 통해 통과시켜 제1 애노드 원형메쉬플레이트쪽으로 전달시키는 제1 캐소드 원형메쉬플레이트(460)와,
제1 캐소드 원형메쉬플레이트 상단에 위치되고, φ4.0~4.5크기를 갖는 복수개의 메쉬홀이 형성되며, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매로 이루어져, 전기화학적 반응에 의해, 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키고, 생성되는 산소(O2)만을 상부방향으로 상승안내시키는 제1 애노드 원형메쉬플레이트(470)와,
산소상승유도형 보호가이드부의 내부공간 중앙부위에 위치되고, 제1 애노드 원형메쉬플레이트 상단에 형성되어, 하단방향의 바닥형 링지지틀부와 5mm 이격높이를 갖으면서, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트, 제2 애노드 원형메쉬플레이트가 직립형 트윈전극단자부와 전극위치에 맞게 연결되도록 지지해주는 미들형 링지지틀부(480)와,
바닥형 링지지틀부 상단에 위치되고, φ3.5~3.9 크기를 갖는 복수개의 메쉬홀이 형성되어, 진동자를 통해 분무된 물 및 제1 애노드 원형메쉬플레이트에서 생성된 산소를 메쉬홀을 통해 통과시켜 제2 애노드 원형메쉬플레이트쪽으로 전달시키는 제2 캐소드 원형메쉬플레이트(490)와,
제2 캐소드 원형메쉬플레이트 상단에 위치되고, φ3.5~3.9 크기를 갖는 복수개의 메쉬홀이 형성되며, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매로 이루어져, 전기화학적 반응에 의해, 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키고, 생성되는 산소(O2)만을 상부방향으로 상승안내시키는 제2 애노드 원형메쉬플레이트(490a)로 구성되는 것을 특징으로 하는 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습장치.
Water is supplied from the top, and in a twin-upright stacked structure, oxygen generation is promoted through an electrochemical reaction consisting of a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure and water electrolysis. , It consists of a smart oxygen generating humidification device that controls the water vapor evaporated along with the generated oxygen to be sprayed to the outside.
The smart oxygen generating humidification device is
An oxygen generating body (100) consisting of an upright vertical structure with upper and lower beams that gradually become narrower toward the top, protecting and supporting each device from external pressure, and
A water storage tank 200 formed at the upper part of the internal space of the oxygen generating body to store water,
A water suction unit 300 located between the water storage tank and the twin upright stacked electrochemical catalyst module, which sucks water stored in the water storage tank and supplies water to the twin upright stacked electrochemical catalyst module,
It is located in the middle of the internal space of the oxygen generating body and is formed in a twin upright laminated structure, promoting oxygen generation through a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of core-shell structure and water electrolysis, A twin upright stacked electrochemical catalyst module (400) that delivers water vapor evaporated along with the generated oxygen to the head-type oxygen spray unit,
A head-type oxygen spray unit (500) that receives water vapor evaporated together with oxygen generated through a twin upright stacked electrochemical catalyst module and sprays it to the outside,
An oxygen sensor unit 600 located on one side of the twin upright stacked electrochemical catalyst module and sensing the partial pressure of oxygen (O2) generated through the twin upright stacked electrochemical catalyst module,
A display unit 700 located on one side of the outer middle portion of the oxygen generating body and displaying the operating state of the device, the amount of oxygen generated, and the water storage level on the screen,
The water storage tank unit, water intake unit, twin upright stacked electrochemical catalyst module, oxygen sensor unit, head-type oxygen spray unit, and display unit are connected to control the overall operation of each device, and the core of the upright stacked electrochemical catalyst module - A smart control unit (800) that promotes oxygen generation through water electrolysis and a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon in a shell structure, and controls the water vapor evaporated along with the generated oxygen to be sprayed outward. In the smart oxygen generating humidification device using twin upright stacked electrochemical catalyst modules,
The twin upright stacked electrochemical catalyst module (400) is
It is located in the center of the internal space of the oxygen generating body and includes an upright twin electrode terminal part, an oxygen rise induction type protection guide part, a floor-type ring support frame part, a first cathode circular mesh plate, a first anode circular mesh plate, a middle-type ring support frame part, A catalyst module mounting portion 410 that supports and supports the second cathode circular mesh plate and the second cathode circular mesh plate so that they are in the correct position without being shaken by external pressure,
It is formed by protruding as an upright twin structure on the surface of the catalyst module mounting portion, and after being inserted into the oxygen-inducing protection guide portion, a (-) electrode is applied to the stacked first cathode circular mesh plate and the second cathode circular mesh plate. and an upright twin electrode terminal unit 420 for applying a (+) electrode to the stacked first anode circular mesh plate and the second cathode circular mesh plate,
It is located between the upright twin electrode terminals, and applies ultrasonic waves to the water sucked through the water intake unit to separate water particles into the first cathode circular mesh plate, the first anode circular mesh plate, and the second cathode circular mesh plate through the force of ultrasonic vibration. A vibrator 430 that sprays spray toward the second anode circular mesh plate,
It is formed as an upright protection guide frame structure, and after being inserted into the upright twin electrode terminal part, a floor-type ring support frame part, a first cathode circular mesh plate, a first anode circular mesh plate, a middle-type ring support frame part, and a second cathode circular mesh plate are formed. , an oxygen rising induction type protection guide part 440 that acts as a support frame so that the second cathode circular mesh plate is sequentially stacked with a separation height, and guides the generated oxygen to be delivered to the head-type oxygen spray part,
A bottom-type ring support frame portion (450) that has a 5 mm separation height from the middle-type ring support frame portion toward the top and supports the first cathode circular mesh plate and the first anode circular mesh plate to be connected to the upright twin electrode terminal portion according to the electrode position. and,
It is located at the top of the floor-type ring support frame and is formed with a plurality of mesh holes having a size of ϕ4.0 to 4.5, so that the water sprayed through the vibrator passes through the mesh holes and is delivered toward the first anode circular mesh plate. A cathode circular mesh plate (460),
It is located on the top of the first cathode circular mesh plate, and a plurality of mesh holes with a size of ϕ4.0 to 4.5 are formed, and it is made of a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure, causing an electrochemical reaction. A first anode circular mesh plate 470 that condenses the generated OH- into a core-shell structure and guides only the generated oxygen (O2) upward,
It is located in the center of the inner space of the oxygen induction type protection guide part, is formed on the top of the first anode circular mesh plate, has a height of 5 mm from the floor-type ring support frame in the bottom direction, and has a second cathode circular mesh plate, 2 A middle-type ring support frame part 480 that supports the anode circular mesh plate to be connected to the upright twin electrode terminal part according to the electrode position,
It is located at the top of the floor-type ring support frame, and a plurality of mesh holes with sizes of ϕ3.5 to 3.9 are formed, allowing water sprayed through the vibrator and oxygen generated from the first anode circular mesh plate to pass through the mesh holes. A second cathode circular mesh plate (490) transmitted toward the second anode circular mesh plate,
It is located on the top of the second cathode circular mesh plate, and a plurality of mesh holes with a size of ϕ3.5 to 3.9 are formed, and it is made of a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon in a core-shell structure, causing an electrochemical reaction. Twin upright stacked electrochemical device, characterized in that it consists of a second anode circular mesh plate (490a) that condenses the generated OH- into a core-shell structure and guides only the generated oxygen (O2) upward. Smart oxygen generating humidification device using a catalyst module.
평면상에서 바라봤을 때 ""형상으로 형성되고, 중앙부위에 적층용 개통구가 형성되며, 적층용 개통구 양측에 직립형 트윈전극단자부삽입홀이 형성되고, 몸체둘레를 따라 창살구조의 직립형 보호가이드틀이 복수개로 형성되고, 85mm~95mm 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습장치.
The method of claim 1, wherein the oxygen rise-inducing type protection guide unit 440 is
When viewed from a flat surface " "It is formed in a shape, an opening for stacking is formed in the central area, upright twin electrode terminal insertion holes are formed on both sides of the opening for stacking, and a plurality of upright protection guide frames with a grate structure are formed along the circumference of the body, A smart oxygen generating humidification device using twin upright stacked electrochemical catalyst modules, characterized by a height of 85mm to 95mm.
입력단자 일측에 물수위센서(210)가 연결되어, 물저장탱크부에 저장된 물의 수위를 센싱시킨 센싱신호가 입력되고, 또 다른 입력단자 일측에 산소센서부(600)가 연결되어, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 생성된 산소(O2)의 분압을 센싱시키는 센싱신호가 입력되며, 출력단자 일측에 물흡입용 소형펌프(320)가 연결되어, 물흡입파이프에 흡입의 힘을 생성시키는 출력신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 직립형 트윈전극단자부(420)가 연결되어, 전원부로부터 인가된 전원을 직립형 트윈전극단자부(420)의 (+)전극단자와, (-)전극단자에 인가시키는 출력신호를 출력시키며, 또 다른 출력단자 일측에 진동자(430)가 연결되어, 물흡입부를 통해 흡입된 물에 초음파를 가하여 물입자를 제1 캐소드 원형메쉬플레이트, 제1 애노드 원형메쉬플레이트, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트, 제2 애소드 원형메쉬플레이트쪽으로 분무시키는 출력신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 제1 캐소드 원형메쉬플레이트(460)가 연결되어, 진동자를 통해 분무된 물을 메쉬홀을 통해 통과시켜 제1 애노드 원형메쉬플레이트쪽으로 전달시키는 출력신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 제1 애노드 원형메쉬플레이트(470)가 연결되어, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 통해 이루어지는 전기화학적 반응에 의해, 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키고, 생성되는 산소(O2)만을 상부방향으로 상승안내시키는 출력신호를 출력시키며, 또 다른 출력단자 일측에 제2 캐소드 원형메쉬플레이트(490)가 연결되어, 진동자를 통해 분무된 물을 메쉬홀을 통해 통과시켜 제1 애노드 원형메쉬플레이트쪽으로 전달시키는 출력신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 제2 애노드 원형메쉬플레이트(490a)가 연결되어, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 통해 이루어지는 전기화학적 반응에 의해, 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키고, 생성되는 산소(O2)만을 상부방향으로 상승안내시키는 출력신호를 출력시키며, 또 다른 출력단자 일측에 헤드형 산소분무부(500)가 연결되어, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 생성된 산소를 전달받아 외부로 분무시키는 출력신호를 출력시키고, 또 다른 출력단자 일측에 디스플레이부(700)가 연결되어, 기기의 동작상태, 생성되는 산소량, 물 저장수위를 화면상에 표출시키는 출력신호를 출력시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습장치.
The method of claim 1, wherein the smart control unit 800
The water level sensor 210 is connected to one side of the input terminal, and a sensing signal that senses the water level stored in the water storage tank is input, and the oxygen sensor unit 600 is connected to one side of the other input terminal, twin upright stacked type. A sensing signal that senses the partial pressure of oxygen (O2) generated through the electrochemical catalyst module is input, and a small pump 320 for water suction is connected to one side of the output terminal, which generates suction force in the water suction pipe. A signal is output, and the upright twin electrode terminal unit 420 is connected to one side of another output terminal, and the power applied from the power supply unit is applied to the (+) electrode terminal and the (-) electrode terminal of the upright twin electrode terminal unit 420. It outputs an output signal, and a vibrator 430 is connected to one side of another output terminal, so that ultrasonic waves are applied to the water sucked through the water intake unit to send water particles to the first cathode circular mesh plate, the first anode circular mesh plate, and the first cathode circular mesh plate. 2 An output signal for spraying is output toward the cathode circular mesh plate and the second anode circular mesh plate, and the first cathode circular mesh plate 460 is connected to one side of another output terminal, so that the water sprayed through the vibrator is directed to the mesh hole. An output signal is output that is passed through and transmitted to the first anode circular mesh plate, and the first anode circular mesh plate 470 is connected to one side of another output terminal, containing cobalt-nanocarbon of a core-shell structure. By an electrochemical reaction carried out through a catalyst for oxygen generation reaction, the generated OH- is condensed into a core-shell structure, and an output signal is output that guides only the generated oxygen (O2) upward, and another output terminal. A second cathode circular mesh plate 490 is connected to one side to output an output signal that passes the water sprayed through the vibrator through the mesh hole and transmits it to the first anode circular mesh plate, and a second cathode circular mesh plate 490 is connected to one side of the other output terminal. 2 The anode circular mesh plate 490a is connected to aggregate OH - generated by an electrochemical reaction through a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of core-shell structure into a core-shell structure. , outputs an output signal that guides only the generated oxygen (O 2 ) upward, and a head-type oxygen spray unit 500 is connected to one side of another output terminal, generating the generated oxygen through a twin upright stacked electrochemical catalyst module. It outputs an output signal that receives oxygen and sprays it to the outside, and a display unit 700 is connected to one side of another output terminal to display an output signal that displays the operating status of the device, the amount of oxygen generated, and the water storage level on the screen. A smart oxygen generating humidification device using a twin upright stacked electrochemical catalyst module, characterized in that it is configured to output.
스마트제어부의 제어하에, 물흡입부가 구동되어, 물저장탱크부에 저장된 물을 흡입하여 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈쪽으로 물을 공급시키는 단계(S20)와,
스마트제어부의 제어하에, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈이 구동되어, 트윈 직립적층구조로 형성된 상태에서, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매와 물 전기분해를 통해 산소발생을 촉진시켜, 발생된 산소와 함께 증발시킨 수증기를 헤드형 산소분무부쪽으로 전달시키는 단계(S30)와,
산소센서부를 통해, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 생성된 산소(O2)의 분압을 센싱시키는 단계(S40)와,
스마트제어부의 제어하에, 헤드형 산소분무부가 구동되어, 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통해 발생된 산소와 함께 증발시킨 수증기를 전달받아 외부로 분무시키는 단계(S50)와,
스마트제어부의 제어하에, 디스플레이부가 구동되어, 기기의 동작상태, 생성되는 산소량, 물 저장수위를 화면상에 표출시키는 단계(S60)로 이루어지는 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습방법에 있어서,
상기 단계(S30)는
스마트제어부의 제어하에, 진동자(430)가 구동되어, 물흡입부를 통해 흡입된 물에 초음파를 가하여 물입자를 제1 캐소드 원형메쉬플레이트, 제1 애노드 원형메쉬플레이트, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트, 제2 애소드 원형메쉬플레이트쪽으로 분무시키는 단계(S31)와,
스마트제어부의 제어하에, 제1 캐소드 원형메쉬플레이트(460)가 구동되어, 진동자를 통해 분무된 물을 메쉬홀을 통해 통과시켜 제1 애노드 원형메쉬플레이트쪽으로 전달시키는 단계(S32)와,
스마트제어부의 제어하에, 제1 애노드 원형메쉬플레이트(470)가 구동되어, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 통해 이루어지는 전기화학적 반응에 의해, 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키고, 생성되는 산소(O2)만을 상부방향으로 상승안내시키는 단계(S33)와,
스마트제어부의 제어하에, 제2 캐소드 원형메쉬플레이트(490)가 구동되어, 진동자를 통해 분무된 물을 메쉬홀을 통해 통과시켜 제1 애노드 원형메쉬플레이트쪽으로 전달시키는 단계(S34)와,
스마트제어부의 제어하에, 제2 애노드 원형메쉬플레이트(490a)가 구동되어, 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매를 통해 이루어지는 전기화학적 반응에 의해, 생성되는 OH-를 코어-쉘 구조로 응집시키고, 생성되는 산소(O2)만을 상부방향으로 상승안내시키는 단계(S35)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습방법.
When power is applied to the power supply unit, the smart control unit is driven to check the overall status of each device (S10),
Under the control of the smart control unit, the water suction unit is driven to suck water stored in the water storage tank and supply water to the twin upright stacked electrochemical catalyst module (S20);
Under the control of the smart control unit, the twin upright stacked electrochemical catalyst module is driven, forming a twin upright stacked structure, and oxygen is generated through a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of core-shell structure and water electrolysis. A step (S30) of promoting the generation and transferring the evaporated water vapor together with the generated oxygen to the head-type oxygen spray unit,
A step (S40) of sensing the partial pressure of oxygen (O2) generated through the twin upright stacked electrochemical catalyst module through the oxygen sensor unit,
Under the control of the smart control unit, the head-type oxygen spray unit is driven to receive water vapor evaporated together with oxygen generated through the twin upright stacked electrochemical catalyst module and spray it to the outside (S50);
Under the control of the smart control unit, the display unit is driven to display the operating status of the device, the amount of oxygen generated, and the water storage level on the screen (S60). The smart oxygen generation humidification method using twin upright stacked electrochemical catalyst modules Because,
The step (S30) is
Under the control of the smart control unit, the vibrator 430 is driven, and ultrasonic waves are applied to the water sucked through the water intake unit to separate water particles into the first cathode circular mesh plate, the first anode circular mesh plate, the second cathode circular mesh plate, and the second cathode circular mesh plate. 2 A step of spraying toward the anode circular mesh plate (S31),
Under the control of the smart control unit, the first cathode circular mesh plate 460 is driven to pass the water sprayed through the vibrator through the mesh hole and transfer it to the first anode circular mesh plate (S32),
Under the control of the smart control unit, the first anode circular mesh plate 470 is driven to generate OH- by an electrochemical reaction carried out through a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of a core-shell structure. A step (S33) of condensing into a core-shell structure and guiding only the generated oxygen (O2) upward,
Under the control of the smart control unit, the second cathode circular mesh plate 490 is driven to pass the water sprayed through the vibrator through the mesh hole and transfer it to the first anode circular mesh plate (S34);
Under the control of the smart control unit, the second anode circular mesh plate 490a is driven to generate OH- by an electrochemical reaction carried out through a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of a core-shell structure. A smart oxygen generation humidification method using a twin upright stacked electrochemical catalyst module, characterized in that it consists of the step (S35) of condensing into a core-shell structure and guiding only the generated oxygen (O2) upward.
루테늄, 로듐, 팔라듐, 금, 은, 이리듐, 구리, 니켈, 철, 오스늄, 백금 중 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 금속으로 이루어지고, 금속 원형의 몸체 표면, 복수개의 메쉬홀은 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매가 코팅되어 이루어지고,
그 코어-쉘 구조의 코발트-나노탄소를 포함하는 산소발생반응용 촉매는
Co3[Co(CN)6]2·nH2O (CoCo-PB) 전구체 0.005wt%를 600°C(2°C min-1)에서 3시간 동안 관형로에서 N2가스 흐름하에서 어닐링시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 트윈 직립적층형 전기화학적 촉매모듈을 통한 스마트 산소발생가습방법.The method of claim 8, wherein the first anode circular mesh plate and the second anode circular mesh plate are
It is made of any one or a mixture of two or more of ruthenium, rhodium, palladium, gold, silver, iridium, copper, nickel, iron, osnium, and platinum, and the circular metal body surface and the plurality of mesh holes are core-shell. It is coated with a catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon structure,
The catalyst for oxygen generation reaction containing cobalt-nanocarbon of the core-shell structure is
Co 3 [Co(CN) 6 ] 2 ·nH 2 O (CoCo-PB) formed by annealing 0.005 wt% of the precursor under N 2 gas flow in a tubular furnace at 600°C (2°C min -1 ) for 3 hours. A smart oxygen generation humidification method using a twin upright stacked electrochemical catalyst module.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230143560A KR102677457B1 (en) | 2023-10-25 | 2023-10-25 | Smart oxygen generating humidification device and method using twin upright stacked electrochemical catalyst module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230143560A KR102677457B1 (en) | 2023-10-25 | 2023-10-25 | Smart oxygen generating humidification device and method using twin upright stacked electrochemical catalyst module |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102677457B1 true KR102677457B1 (en) | 2024-06-21 |
Family
ID=91700345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230143560A KR102677457B1 (en) | 2023-10-25 | 2023-10-25 | Smart oxygen generating humidification device and method using twin upright stacked electrochemical catalyst module |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102677457B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200329839Y1 (en) | 2003-07-19 | 2003-10-10 | 바이오닉스(주) | Humidifier |
| KR20220104952A (en) | 2021-01-19 | 2022-07-26 | 현대모비스 주식회사 | System and method for sensor recognition fault diagnosis |
| KR20220107580A (en) * | 2021-01-25 | 2022-08-02 | 주식회사 수소마을 | Muti functional hydrogen humidifier |
| KR20230065901A (en) * | 2021-11-05 | 2023-05-12 | 타이완 카본 나노 테크놀로지 코퍼레이션 | Oxygen transfer device and electric refrigerator therewith |
-
2023
- 2023-10-25 KR KR1020230143560A patent/KR102677457B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200329839Y1 (en) | 2003-07-19 | 2003-10-10 | 바이오닉스(주) | Humidifier |
| KR20220104952A (en) | 2021-01-19 | 2022-07-26 | 현대모비스 주식회사 | System and method for sensor recognition fault diagnosis |
| KR20220107580A (en) * | 2021-01-25 | 2022-08-02 | 주식회사 수소마을 | Muti functional hydrogen humidifier |
| KR20230065901A (en) * | 2021-11-05 | 2023-05-12 | 타이완 카본 나노 테크놀로지 코퍼레이션 | Oxygen transfer device and electric refrigerator therewith |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1237636C (en) | Bipolar plate for fuel cells | |
| KR101326120B1 (en) | Electrolysis Module and Oxygen Generator with the Same | |
| JP2007242433A (en) | Electrode catalyst for electrochemical reaction, manufacturing method of the same, and electrochemical electrode having the same | |
| KR20190012100A (en) | Electrochemical Oxygen Generator | |
| CN111575734A (en) | Cathode oxygen reduction ozone generator and using method thereof | |
| CN102437348B (en) | Non-noble metal-catalyzed polymer fibrous membrane hydroborate fuel cell | |
| KR20230126695A (en) | Oxygen electrode comprising a dual plating catalyst, water electrolysis device, regenerative fuel cell including the same and method for preparing the oxygen electrode | |
| US7931998B2 (en) | Catalyst for fuel cell and fuel cell comprising the same | |
| KR20090091503A (en) | The oxygen generator | |
| CN100593877C (en) | Composite membrane electrode of direct borohydride fuel cell | |
| KR102677457B1 (en) | Smart oxygen generating humidification device and method using twin upright stacked electrochemical catalyst module | |
| RU2733378C1 (en) | Device for production of organic hydride | |
| JP2005353408A (en) | Fuel cell | |
| WO2004092059A1 (en) | Fuel for fuel battery, fuel battery, and power generating method using same | |
| JP4868394B2 (en) | Gas diffusion electrode and manufacturing method thereof, and fuel cell and salt electrolysis cell using the gas diffusion electrode | |
| CN108258267A (en) | A kind of acid cathode-alkali anode low temperature alcohol fuel battery | |
| JP2020122172A (en) | Water electrolysis laminate and water electrolysis apparatus using the same | |
| WO2004047204A1 (en) | Alcohol-air fuel cell | |
| JP4743696B2 (en) | Oxygen reducing gas diffusion cathode for salt electrolysis and salt electrolysis method | |
| CN109898095A (en) | A kind of the electrochemistry preparation hydrogen peroxide unit and its application method of electrode and zero spacing of diaphragm | |
| Fujita et al. | An electrochemical oxygen separator using an ion-exchange membrane as the electrolyte | |
| JP2001333983A (en) | Oxygen supply system | |
| KR20200120572A (en) | Electrochemical Oxygen Generator | |
| CN113066993A (en) | From NH3·H2Preparation of carbon-supported nano MnO by O medium2Oxygen reduction cathode and MFC | |
| KR101310781B1 (en) | Catalyst composite for alkaline medium cell, method for preparing the same, membrane-electrode assembly including the same, and fuel cell system including the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |