KR100715499B1 - 냉각용 공기 통로를 가지는 평막형 멤브레인 모듈 및 이를구비하는 산소 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산소 발생기와 같이 밀폐된 곳에 설치되었을 때 열축적으로 인한 성능 저하가 방지될 수 있는 구조를 가지는 평막형 멤브레인 모듈과, 이러한 평막형 멤브레인 모듈로 구성되는 평막형 멤브레인 조립체를 구비한 산소 발생기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 평막형 멤브레인 모듈은, 다수의 격벽에 의해 형성되어 흡입압이 작용하는 산소 통로를 내부에 가지며, 상기 산소 통로를 커버하는 한쪽 면에 상기 산소 통로와 소통하는 다수의 공기 유입공이 형성되고, 상기 산소 통로의 하부에 냉각용 공기가 통과하는 다수의 냉각용 공기 통로가 형성되는 지지체; 상기 공기 유입공이 형성되는 상기 지지체의 한쪽 면에 부착되는 이격용 부직포; 공기중의 산소를 투과시키도록 상기 이격용 부직포 상에 부착되는 평막; 및 상기 냉각용 공기 통로들을 서로 소통시키도록 공간부를 가지며, 상기 지지체의 한쪽 단부에 설치되는 커넥터를 포함한다.

평막형 멤브레인 모듈, 냉각용 공기 통로, 산소 통로

Description

냉각용 공기 통로를 가지는 평막형 멤브레인 모듈 및 이를 구비하는 산소 발생기{Plate type of membrane module having cooling passages and oxygen generation apparatus provided with membrane assembly comprising the same}

도 1은 평막형 멤브레인 모듈 조립체가 설치된 산소 발생기의 구조를 개략적으로 도시한 측면도.

도 2는 도 1에 도시된 평막형 멤브레인 모듈 조립체가 설치되는 산소 발생기의 구조를 개략적으로 도시한 정면도.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 산소 발생기에 사용되는 종래의 평막형 멤브레인 모듈의 분해 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 냉각용 공기 통로를 가지는 평막형 멤브레인 모듈의 분해 사시도.

도 5는 도 4에 도시된 평막형 멤브레인 모듈 조립체의 일부 절개 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 냉각용 공기 통로를 가지는 평막형 멤브레인 모듈이 산소 발생기에 설치된 상태를 도시한 도면.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1 : 평막형 멤브레인 모듈 조립체 2 : 평막형 멤브레인 모듈

2a : 지지체 3 : 평막

4 : 거리 이격용 부직포 5 : 공기 유입공

6 : 산소 통로 7 : 격벽

8 : 흡입구 9 : 냉각용 공기 통로

10 : 커넥터 11 : 진공 펌프

12 : 팬 13 : 부압실

14 : 연결관 15 : 연결 튜브

16 : 냉각 시스템 17, 18 : 산소 이동관

20 : 산소 토출관 21 : 열교환기

22 : 냉각팬 23 : 하우징

24 : 이온 발생기 25 : 이온 카본 브러시

본 발명은 평막형 멤브레인 모듈 및 이러한 평막형 멤브레인 모듈로 구성되는 평막형 멤브레인 조립체를 구비한 산소 발생기에 관한 것이고, 보다 상세하게는 산소 발생기에 설치되어 이용될 때 열축적에 의한 성능 저하를 방지하기 위한 냉각용 공기 통로를 가지는 평막형 멤브레인 모듈 및 이러한 평막형 멤브레인 모듈로 구성되는 평막형 멤브레인 조립체를 구비한 산소 발생기에 관한 것이다.

일반적으로, 산소 발생기는 대기중에서 산소를 분리 농축하는 장치로서, 이러한 산소발생기는 산소 투과 필터(예를 들면, UFL필터, PSA필터 및 멤브레인 막) 또는 전기분해 등을 이용하여 대기중의 공기를 흡입하여 공기로부터 산소 성분을 분리하고, 분리된 산소를 고압의 압축기를 통해 고농도의 산소를 배출한다. 특히, 산소 발생용 멤브레인 막은 공기 중에 산소를 상대적으로 빠르게 투과시켜서 산소농도를 높이거나, 수중에서 오염물을 걸러내고 산소 농도를 높이는 등의 용도로 사용된다.

도 1은 평막형 멤브레인 모듈 조립체가 설치된 산소 발생기의 구조를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 평막형 멤브레인 모듈 조립체가 설치되는 산소 발생기의 구조를 개략적으로 도시한 정면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 산소 발생기는 하우징(110) 내의 일측에 산소 발생 장치가 배치되고, 전처리 필터, 선택적 투과 작용에 따라 산소만을 투과하여 흡입하는 평막형 멤브레인 모듈 조립체(101)를 포함한다. 평막형 멤브레인 모듈조립체(101)로부터 나온 산소는 산소 이동관(102)을 통해 진공 펌프(103)에 흡입된다, 진공 펌프(103)를 통과한 산소는 산소 이동관(104)을 통해 냉각 시스템(105)으로 보내져 냉각된 후에, 산소 토출관(106)을 통해 토출된다.

한편, 상기된 바와 같은 산소 발생기는 하우징(110) 내의 타측에 이온 카본브러시(107)를 포함하는 이온발생기(108)배치되고, 이온발생기(108)의 작동에 의해 이온 카본브러시(107)를 통해 배출되는 음이온은 팬(100)을 통해 외부로 배출된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(110) 외부의 공기는 평막형 멤브레인 모듈 조립체(101)의 측부에 위치된 전처리 필터(109)에 의해 여과된 후 평막형 멤브레인 모듈조립체(101)를 선택적으로 투과하여, 산소 이동관(102,104)을 통해 냉각 시스템(105)으로 이동하여, 냉각 시스템(105)에 의해 냉각되어 토출관(106)을 통해 배출된다.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 산소 발생기에 사용되는 종래의 평막형 멤브레인 모듈의 분해 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 평막형 멤브레인 모듈 조립체(101) 다수의 평막형 멤브레인 모듈(111)들이 서로 적층되는 구성을 가지며, 평막형 멤브레인 모듈(111)는 서로 적층되었을 때 평막형 멤브레인 모듈(111)들 사이에 일정 크기의 공간이 형성되도록 다수의 스페이서(118)들이 가장자리에 제공된다. 각각의 평막형 멤브레인 모듈(111)은 지지체(112)의 양면에 각각 거리 이격용 부직포(113)와 평막(114)이 순차적으로 적층되는 구조로 이루어져 있다. 지지체(112)는 소정의 두께를 가지는 판상 부재로서, 내부에 산소 통로(117)가 형성되도록 복수의 격벽(115)이 수직방향으로 형성되고, 양면에는 공기가 유입될 수 있도록 다수의 공기 유입공(116)이 내부에 형성된 격벽(115) 사이에 형성된다.

거리이격용 부직포(113)는 막을 통과한 공기가 지지체(112) 내부의 산소 통로로 유입될 때 흡입 압력에 의해 지지체(112)와 평막(114)이 밀착되어 발생하는 저항을 감소시킨다. 이와 같은 거리 이격용 부직포(113)는 주로 RO 또는 NF 나권형 모듈의 스페이서로 사용되고 있다.

평막형 멤브레인 모듈 조립체(101)가 상기된 바와 같은 구조를 가지는 것에 의하여, 진공 펌프(103)에 의해 공기가 유입되면, 공기는 평막(114)을 통과하면서 여과되고, 여과된 공기는 거리이격용 부직포(113)를 통과해 지지체(112)의 공기 유입공(116)으로 유입되며, 산소 이동관(102)을 통해 진공 펌프(103)와 연결되는 흡입구(119)를 통해 진공 펌프(103)로 흡입되다.

그러나, 상기된 바와 같은 구조를 가지는 평막형 멤브레임 모듈은 모듈의 일정 부분이 공기중에 노출되어 있는 경우에 열축적으로 인한 성능 저하 현상이 적게 나타나지만, 산소 발생기에서와 같이 밀폐된 시스템 내에 장착되어 사용되는 경우에, 산소 발생기의 내부 온도가 약 60~70℃까지 가열되기 때문에, 열축적으로 인한 평막형 멤브레임 모듈에서의 고분자 특성 저하가 발생되어, 성능 저하가 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 산소 발생기와 같이 밀폐된 곳에 설치되었을 때 열축적으로 인한 성능 저하가 방지될 수 있는 구조를 가지는 평막형 멤브레인 모듈과, 이러한 평막형 멤브레인 모듈로 구성되는 평막형 멤브레인 조립체를 구비한 산소 발생기를 제공하는데 있다.

상기된 바와 같은 목적은, 다수의 격벽에 의해 형성되어 흡입압이 작용하는 산소 통로를 내부에 가지며, 상기 산소 통로를 커버하는 한쪽 면에 상기 산소 통로와 소통하는 다수의 공기 유입공이 형성되고, 상기 산소 통로의 하부에 냉각용 공기가 통과하는 다수의 냉각용 공기 통로가 형성되는 지지체; 상기 공기 유입공이 형성되는 상기 지지체의 한쪽 면에 부착되는 이격용 부직포; 공기중의 산소를 투과시키도록 상기 이격용 부직포 상에 부착되는 평막; 및 상기 냉각용 공기 통로들 을 서로 소통시키도록 공간부를 가지며, 상기 지지체의 한쪽 단부에 설치되는 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 한 양태에 따른 평막형 멤브레인 모듈에 의해 달성될 수 있다.

상기에서, 상기 냉각용 공기 통로는 냉각용 공기가 흡입되도록 부압이 작용한다.

상기된 바와 같은 목적은 또한, 하우징 내에 배치되고, 전처리 필터를 통과한 공기 중의 산소만을 선택적으로 투과하여 흡입하도록 진공압이 작용하는 산소 통로가 형성되는 한편 내부에 냉각용 공기 통로가 각각 형성되는 다수의 평막형 멤브레인 모듈로 구성되는 평막형 멤브레인 모듈 조립체, 공기가 상기 평막형 모듈 조립체로 흡입되도록 상기 평막형 모듈 멤브레인 조립체에 흡입력을 제공하기 위한 진공 펌프, 및 상기 평막형 멤브레인 모듈 조립체를 투과한 산소를 냉각하여 배출하기 위한 기 위한 냉각 시스템을 구비하는 산소 발생부; 상기 하우징 내에 배치되고, 이온 카본 브러시를 구비하는 이온 발생기; 및 각 평막형 멤브레인 모듈에 형성된 상기 냉각용 공기 통로에 냉각용 공기가 흡입되도록 상기 냉각용 공기 통로에 부압을 발생시키는 한편, 상기 이온 발생기에 의해 발생된 이온을 외부로 배출시키기 위한 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명의 다른 양태에 따른 산소 발생기에 의해 달성될 수 있다.

상기에서, 상기 각 평막형 멤브레인 모듈은, 다수의 격벽에 의해 형성되어 흡입압이 작용하는 산소 통로를 내부에 가지며, 상기 산소 통로를 커버하는 한쪽 면에 상기 산소 통로와 소통하는 다수의 공기 유입공이 형성되고, 상기 산소 통로 의 하부에 냉각용 공기가 통과하는 다수의 냉각용 공기 통로가 형성되는 지지체;상기 공기 유입공이 형성되는 상기 지지체의 한쪽 면에 부착되는 이격용 부직포; 공기중의 산소를 투과시키도록 상기 이격용 부직포 상에 부착되는 평막; 및 상기 냉각용 공기 통로들을 서로 소통시키도록 공간부를 가지며, 상기 지지체의 한쪽 단부에 설치되어 상기 팬에 의해 부압이 형성되는 부압실에 연결되는 커넥터를 포함한다.

상기에서, 상기 냉각 시스템은 상기 평막형 멤브레인 모듈에 형성된 냉각용 공기 통로의 입구에 인접하여 설치된다.

상기에서, 상기 부압실은 상기 팬의 후방에 형성되며 연결 튜브를 통해 상기 커넥터에 연결되는 밀폐 공간으로 형성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 냉각용 공기 통로를 가지는 평막형 멤브레인 모듈의 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 평막형 멤브레인 모듈 조립체의 일부 절개 사시도이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 평막형 멤브레인 모듈 조립체(1)는 다수의 평막형 멤브레인 모듈(2)들이 인접한 평막형 멤브레인 모듈(2)들 사이에 공기가 통과하는 일정 크기의 공간이 형성되도록 서로 배치되는 구조를 가지며, 각각의 평막형 멤브레인 모듈(2)들은 다수의 산소 통로(6)들이 격벽(7)들에 의해 구획되어 내부에 형성되는 지지체(2a), 지지체(2a)에 부착되는 거리 이격용 부직포(4), 지지체(2a)에 부착된 거리 이격용 부직포(4)에 부착되는 평막 (3)을 구비한다.

지지체(2a)는 산소 통로(6)들에 공기가 유입되도록 산소 통로(6)와 소통하는 다수의 공기 유입공(5)들이 한 쪽 면에 형성된다. 거리 이격용 부직포(4)는 평막형 멤브레인 모듈(2)의 공기 유입공(5)들이 형성된 면에 부착되고, 평막(3)은 이러한 거리 이격용 부직포(4)에 부착되어, 종래의 평막형 멤브레인 모듈과 동일한 기능을 수행한다.

평막형 멤브레인 모듈(2)들은 도면에 도시된 바와 같이 평막형 멤브레인 모듈을 완성하도록 서로로부터 소정 거리 이격된 상태로 적층된다. 평막형 멤브레인 모듈(2)들 사이의 공간을 통과하는 공기는 산소 발생기의 진공 펌프(11)로부터 발생하는 흡입력에 의하여 공기 유입공(5)들을 통해 평막형 멤브레인 모듈(2) 내로 흡입되어, 산소 통로(6)와 연결되는 흡입구(8)를 통해 진공 펌프(11)로 흡입된다.

한편, 본 발명에 따른 평막형 멤브레인 모듈 조립체(1)에 있어서, 각각의 평막형 멤브레인 모듈(2)들은 산소 통로(6)들이 형성되는 지지체(2a)의 하부에 공기가 통과하는 다수의 냉각용 공기 통로(9)들이 형성된다. 지지체(2a)에 형성되는 냉각용 공기 통로(9)들은 대략 1㎜ 정도의 지름을 가지며, 평판형 멤브레인(2)의 한 쪽 방향으로부터 다른 쪽 방향으로 관통하도록 형성된다.

냉각용 공기 통로(9)들이 형성되는 지지체(2a)의 한 쪽 측부는 커넥터(10)에 의하여 밀폐되고, 커넥터(10)는 각각의 냉각용 공기 통로(9)들을 소통시키기 위한 공간부(10a)가 내부에 형성된다. 따라서, 각각의 냉각용 공기 통로(9)들은 커넥터(10)의 공간부(10a)에서 서로 소통할 수 있으며, 지지체(2a)들의 다른 쪽 단부는 냉각용 공기 통로(9)들이 외부로 노출된 상태로 유지된다.

지지체(2a)에 설치되는 커넥터(10)는 내부에 형성된 공간부(10a)와 소통하는 연결관(14)을 구비하며, 연결관(14)은 도 5에 도시된 바와 같이 산소 발생기에서 음이온을 외부로 배출하기 위한 팬(12)에 의하여 부압이 만들어지는 부압실(13)과 연결 튜브(15)를 통해 연결된다. 부압실(13)은 도면에 도시된 바와 같이 밀폐된 공간 형태로 만들어진다. 그러므로, 팬(12)이 음이온을 외부로 배출시키도록 작동할 때, 부압실(13)에는 팬(12)의 송풍 작동에 의하여 부압이 만들어지고, 이러한 부압실(13)에 형성된 부압에 의해, 산소 발생기 내부의 공기가 부압실(13)에 연결된 연결 튜브(15)를 통해 냉각용 공기 통로(9)들로 흡입되어, 팬(12)에 의해 외부로 배출되는 음이온과 함께 외부로 배출된다.

상기된 바와 같이, 산소 발생기의 내부의 공기가 평막형 멤브레인 모듈(2)의 지지체(2a)에 형성된 다수의 냉각용 공기 통로(9)를 통과하는 동안 평막형 멤브레인 모듈 조립체(1)의 각 평막형 멤브레인 모듈(2)들이 냉각용 공기 통로(9)를 통과하는 공기와 열교환됨으로써 냉각되어, 열축적으로 인한 평막형 멤브레인 모듈 조립체(1)의 성능 저하가 방지될 수 있다. 산소 발생기 내부의 공기가 팬(12)의 작동에 의하여 형성된 부압실(13)의 부압에 의하여 평막형 멤브레인 모듈(2)의 지지체(2a)에 형성된 다수의 냉각용 공기 통로(9)들을 통해 외부로 배출될 때, 평막형 멤브레인 모듈 조립체(1)의 하부에 냉각 시스템(16)이 설치됨으로써, 냉각용 공기 통로(9)들에 흡입되는 공기는 산소 발생기 내부의 온도와 비교하여 비교적 낮은 온도를 가지므로, 지지체(2a)의 냉각용 공기 통로(9)들을 통과하는 공기에 의한 평막형 멤브레인 모듈 조립체(1)의 냉각 효과가 증가할 수 있다.

이와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 평막형 멤브레인 모듈 조립체(1)를 구비하는 산소 발생기의 구조에 대해 도 6을 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.

평막형 멤브레인 모듈 조립체(1)로부터 나온 산소는 진공 펌프(11)의 흡입력에 의해 산소 이동관(17)을 통해 진공 펌프(11,18)를 통해 냉각 시스템(16)으로 보내져 냉각된 후에 산소 토출관(20)을 통해 토출된다. 냉각 시스템(16)은 열교환기(21)와 냉각팬(22)으로 구성되고, 냉각팬(22)이 평막형 멤브레인 모듈 조립체(1)의 하부에 설치됨으로써, 공기가 상기된 바와 같이 냉각된 상태로 평막형 멤브레인 모듈(2)에 형성된 냉각용 공기 통로(9)로 흡입된다.

산소 발생기는 하우징(23) 내에 장착된 이온 발생기(24)의 이온 카본브러시(25)는 도 5에 도시된 바와 같이 팬(12)의 후방에 위치되도록 부압실(13)에 배치된다. 따라서, 이온발생기(24)의 작동에 의해 이온 카본브러시(25)로부터 발생하는 음이온은 팬(12)의 작동에 의해 외부로 배출된다. 또한, 하우징(23) 외부의 공기는 전처리 필터에 의해 여과된 상태에서, 평막형 멤브레인 모듈 조립체(1)를 선택적으로 투과하여, 산소 이동관(17,18)을 통해 냉각 시스템(16)에서 냉각된 후 산소 토출관(20)을 통해 외부로 배출된다.

상기된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각용 공기 통로를 가지는 평막형 멤브레인 모듈 및 이를 구비하는 산소 발생기에 의하면, 평막형 멤브레인 모듈이 산소 발생기와 같이 밀폐된 곳에 설치되었을 때 열축적으로 인한 성능 저하가 방지될 수 있어 막은 공기 중에 산소를 상대적으로 빠르게 투과시켜서 산소농도를 높일 수 있으며, 이러한 평막형 멤브레인 모듈을 구비한 산소 발생기는 그 효과가 항상 동일한 상태로 유지될 수 있다.

Claims (6)

1. 다수의 격벽에 의해 형성되어 흡입압이 작용하는 산소 통로를 내부에 가지며, 상기 산소 통로를 커버하는 한쪽 면에 상기 산소 통로와 소통하는 다수의 공기 유입공이 형성되고, 상기 산소 통로의 하부에 냉각용 공기가 통과하는 다수의 냉각용 공기 통로가 형성되는 지지체;

   상기 공기 유입공이 형성되는 상기 지지체의 한쪽 면에 부착되는 이격용 부직포;

   공기중의 산소를 투과시키도록 상기 이격용 부직포 상에 부착되는 평막; 및

   상기 냉각용 공기 통로들을 서로 소통시키도록 공간부를 가지며, 상기 지지체의 한쪽 단부에 설치되는 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 평막형 멤브레인 모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각용 공기 통로는 냉각용 공기가 흡입되도록 부압이 작용하는 것을 특징으로 하는 평막형 멤브레인 모듈.
3. 하우징 내에 배치되고, 전처리 필터를 통과한 공기 중의 산소만을 선택적으로 투과하여 흡입하도록 진공압이 작용하는 산소 통로가 형성되는 한편 내부에 냉각용 공기 통로가 각각 형성되는 다수의 평막형 멤브레인 모듈로 구성되는 평막형 멤브레인 모듈 조립체, 공기가 상기 평막형 모듈 조립체로 흡입되도록 상기 평막형 모듈 멤브레인 조립체에 흡입력을 제공하기 위한 진공 펌프, 및 상기 평막형 멤브레인 모듈 조립체를 투과한 산소를 냉각하여 배출하기 위한 냉각 시스템을 구비하는 산소 발생부;

   상기 하우징 내에 배치되고, 이온 카본 브러시를 구비하는 이온 발생기; 및

   각 평막형 멤브레인 모듈에 형성된 상기 냉각용 공기 통로에 냉각용 공기가 흡입되도록 상기 냉각용 공기 통로에 부압을 발생시키는 한편, 상기 이온 발생기에 의해 발생된 이온을 외부로 배출시키기 위한 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 발생기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 각 평막형 멤브레인 모듈은, 다수의 격벽에 의해 형성되어 흡입압이 작용하는 산소 통로를 내부에 가지며, 상기 산소 통로를 커버하는 한쪽 면에 상기 산소 통로와 소통하는 다수의 공기 유입공이 형성되고, 상기 산소 통로의 하부에 냉각용 공기가 통과하는 다수의 냉각용 공기 통로가 형성되는 지지체;

   상기 공기 유입공이 형성되는 상기 지지체의 한쪽 면에 부착되는 이격용 부직포;

   공기중의 산소를 투과시키도록 상기 이격용 부직포 상에 부착되는 평막; 및

   상기 냉각용 공기 통로들을 서로 소통시키도록 공간부를 가지며, 상기 지지체의 한쪽 단부에 설치되어 상기 팬에 의해 부압이 형성되는 부압실에 연결되는 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 발생기.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 냉각 시스템은 상기 평막형 멤브레인 모듈에 형성된 냉각용 공기 통로의 입구에 인접하여 설치되는 것을 특징으로 하는 산소 발생기.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 부압실은 상기 팬의 후방에 형성되며 연결 튜브를 통해 상기 커넥터에 연결되는 밀폐 공간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 산소 발생기.

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