KR100827026B1 - Potable Oxygen Generator - Google Patents

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KR100827026B1
KR100827026B1 KR1020010058838A KR20010058838A KR100827026B1 KR 100827026 B1 KR100827026 B1 KR 100827026B1 KR 1020010058838 A KR1020010058838 A KR 1020010058838A KR 20010058838 A KR20010058838 A KR 20010058838A KR 100827026 B1 KR100827026 B1 KR 100827026B1
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portable
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이완수
김희진
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주식회사 나노포아
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2256/00Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/12Oxygen

Abstract

본 발명은 공기를 압축하는 공기펌프, 상기 압축된 공기의 온도를 저감시키는 냉각기 및 냉각기로부터 유입된 냉각 공기로부터 산소를 발생하는 산소발생모듈을 포함함을 특징으로 하는 휴대용 산소발생장치를 제공한다.The present invention provides a portable oxygen generating device comprising an air pump for compressing air, a cooler for reducing the temperature of the compressed air, and an oxygen generating module for generating oxygen from cooling air introduced from the cooler.

본 발명에 따른 산소발생모듈은 휴대하기에 알맞은 정도로 소형이면서 충분양의 산소를 제공하며 또한 산소발생모듈에 유입되는 공기는 냉각기에 의해 냉각된 상태로 유입되기 때문에 산소발생모듈에 내장된 기체분리막의 산소발생효율은 극대화되고 수명은 최대로 연장된다. 이러한 효과로부터 본 발명에 따른 산소발생장치는 휴대용으로 가능할 수 있다. The oxygen generating module according to the present invention is small enough to be portable and provides a sufficient amount of oxygen, and since the air flowing into the oxygen generating module is introduced in a cooled state by a cooler, Oxygen generation efficiency is maximized and life is extended to the maximum. From this effect, the oxygen generating device according to the present invention may be portable.

휴대용, 산소발생장치, 기체분리막, 냉각기Portable, oxygen generator, gas separator, cooler

Description

휴대용 산소발생장치{Potable Oxygen Generator} Portable Oxygen Generator {Potable Oxygen Generator}             

도 1은 축전기가 내장된 본 발명에 따른 휴대용 산소발생장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a portable oxygen generator according to the present invention with a built-in capacitor.

도 2는 축전기가 내장되지 않은 본 발명에 따른 휴대용 산소발생장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a portable oxygen generator according to the present invention without a capacitor.

도 3은 본 발명에 따른 휴대용 산소발생장치에 내장되는 기체분리막모듈에 하우징되는 분리막을 나타낸다((a) 중첩형으로 하우징 되는 분리막, (b)꼬임형으로 하우징 되는 분리막).
Figure 3 shows a separator that is housed in a gas separation membrane module embedded in a portable oxygen generator according to the present invention ((a) separator membrane housing in a superimposed type, (b) separator membrane housing in a twisted type).

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1: 단일몸체 2: 전원공급부1: single body 2: power supply

3: 공기펌프 4: 공기유입관3: air pump 4: air inlet pipe

5, 8, 10: 공기이송관 6: 공기냉각부5, 8, 10: air transfer pipe 6: air cooling unit

7: 냉각팬 9: 전처리필터7: Cooling fan 9: Pretreatment filter

11: 산소발생기(기체분리막모듈)11: Oxygen Generator (Gas Separation Module)

12: 산소배출관 13: 유량조절기12: oxygen discharge pipe 13: flow regulator

14: 호흡기 15: 배기관 14: respiratory system 15: exhaust pipe                 

16: 축전지
16: storage battery

본 발명은 휴대용 산소발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소형으로 제작된 기체분리막모듈로부터 충분한 양의 산소를 공급하는 휴대용 산소발생장치에 관한 것이다.The present invention relates to a portable oxygen generator, and more particularly, to a portable oxygen generator for supplying a sufficient amount of oxygen from the gas separation membrane module manufactured in a compact.

산소를 발생시키는 방법으로는 크게 화학반응법, 전기분해법 및 물리적분리법이 사용되고 있다. 화학반응법은 물, 과산화수소, 과탄산소다 및 알코올 등과 금속산화물을 반응시키거나 또는 화학물질(KMnO4, KClO4)을 열분해하여 산소를 발생시키는 방법이다. 전기분해법은 물 또는 전해물질을 포함하는 물을 전기를 이용하여 산소와 수소로 분리하는 방법이다. 물리적 분리법은 기체의 물질에 대한 극성의 차이와 기체분자 크기의 상이성을 이용하여 기체를 분리하는 막분리방식과 결정성 고체 물질인 제올라이트 및 실리카 같은 화합물의 흡탈착원리를 이용하여 기체를 분리하는 PSA (Pressure swing Adsorption)기술이 있다.As a method of generating oxygen, chemical reaction, electrolysis, and physical separation are widely used. The chemical reaction is a method of generating oxygen by reacting metal oxides with water, hydrogen peroxide, sodium percarbonate, alcohol, and the like or by pyrolyzing chemical substances (KMnO 4 , KClO 4 ). Electrolysis is a method of separating water or water containing an electrolytic material into oxygen and hydrogen using electricity. The physical separation method separates gas by using membrane separation method that separates gas by using difference of polarity and gas molecule size of gas material and adsorption and desorption principle of compound such as crystalline solid material, zeolite and silica. PSA (Pressure swing Adsorption) technology.

산소발생장치와 관련하여 대한민국특허 등록번호 제 271526호에는 의료용 에어탱크 충전용 산소발생장치가 개시되어 있고 대한민국 실용실안 공개번호 제 94-2829호에는 산소발생 기능을 갖는 공기정화기가 개시되어 있다. 이들은 모두 에어필터, 전기 집진기와 같은 일련의 공기정화장치를 통해 정화된 공기를 제올라이트 와 같은 흡착제를 사용하여 질소를 제거함으로써 산소를 얻는 방식을 취하고 있다. 그런데, PSA법에 의해 산소가 발생되는 원리는 그 구조가 복잡하며, 규모가 크고 가격이 고가인 단점이 있다.In relation to the oxygen generating device, Korean Patent Registration No. 271526 discloses an oxygen generating device for filling a medical air tank, and Korean Utility Model Publication No. 94-2829 discloses an air purifier having an oxygen generating function. They all take the form of oxygen obtained by removing nitrogen by using adsorbents such as zeolites through a series of air purifiers such as air filters and electrostatic precipitators. However, the principle of generating oxygen by the PSA method has a disadvantage that the structure is complicated, the scale is large and the price is expensive.

한편, 휴대가 가능한 산소발생장치로는 대한민국 실용신안 등록번호 제 1013호에 구급용 휴대형 산소발생장치 및 실용신안 등록번호 제 3665호가 개시되어 있다. 상기 구급용 휴대형 산소발생장치는 산소발생약제, 촉매 및 소정량의 물이 내장되는 케이스를 소정크기의 용기 내에 내설하여 산소발생약제, 촉매 및 소정량의 물의 화학적 반응을 통해 산소가 발생되도록 고안된 장치이다. 상기 산소발생장치는 산소발생약제, 촉매 및 소정량의 물을 소비하고 난 후 반복적으로 교환하여야 하는 번거로움이 있다.On the other hand, as a portable oxygen generating device is disclosed in Korean Utility Model Registration No. 1013 first aid portable oxygen generator and Utility Model Registration No. 3665. The first-generation portable oxygen generator is designed to generate oxygen through a chemical reaction of an oxygen generating agent, a catalyst, and a predetermined amount of water by incorporating a case containing an oxygen generating agent, a catalyst, and a predetermined amount of water into a container of a predetermined size. to be. The oxygen generator is troublesome to replace it repeatedly after consuming the oxygen generating agent, the catalyst and a predetermined amount of water.

한편, 대한민국특허 제 2000-63883호에는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 기체분리막을 이용한 산소발생장치가 개시되어 있다. 그러나, 상기 장치는 공기 중에 존재하는 수분을 제거하기 위하여 히터 및 드라이어를 구비하고 있으며, 이는 상기 히터 및 드라이어를 열원으로 하여 수분을 제거하기 때문에 장치내부의 공기 온도를 상승시키고, 이로 인해 중공사막 기체분리막의 산소발생효율을 저감시키는 문제점이 있어 이러한 장치를 소형화하여 휴대용으로 하기에는 불가능해 보인다.On the other hand, Korean Patent No. 2000-63883 discloses an oxygen generating device using a gas separation membrane to solve the above problems. However, the apparatus is provided with a heater and a dryer to remove the moisture present in the air, which raises the air temperature inside the apparatus because the heater and the dryer as a heat source to remove the moisture, thereby causing the hollow fiber membrane gas Since there is a problem of reducing the oxygen generating efficiency of the separator, it seems impossible to miniaturize such a device and make it portable.

본 발명은 산소발생장치를 휴대용으로 하는데 그 목적이 있으며 이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명자들은 산소발생기로서 기체분리막모듈의 크기가 휴대하기에 적당한 정도로 소형이면서 충분한 양의 고순도 산소를 장기간 제공하는 기 체분리막모듈을 제조하고 또한 제조된 기체분리막모듈이 소비자가 만족스러울 정도로 장기간 수명을 유지하면서 계속적으로 고순도 산소를 제공할 수 있도록 안출된 산소발생장치를 개발하였다. The present invention has an object of making the oxygen generating device portable and to achieve the above object, the present inventors have provided a gas generator which provides a sufficient amount of high-purity oxygen for a long time as a small enough to carry a gas separation membrane module as an oxygen generator. In addition, we have developed an oxygen generator designed to manufacture membrane modules and to provide high-purity oxygen continuously while maintaining the long-life life of the manufactured gas separation membrane modules.

본 발명은 휴대용으로 적당한 크기의 소형 케이스에 전원공급단자, 공기를 압축하는 공기펌프, 상기 압축된 공기의 온도를 저감시키는 냉각기 및 냉각기로부터 유입된 냉각 공기로부터 산소를 발생하는 기체분리막모듈을 포함함을 특징으로 하는 휴대용 산소발생장치를 제공한다. The present invention includes a power supply terminal, an air pump for compressing air, a cooler for reducing the temperature of the compressed air, and a gas separation membrane module for generating oxygen from cooling air introduced from the cooler in a small sized portable case. It provides a portable oxygen generating device characterized in that.

바람직한 양태로서, 본 발명은 휴대용으로 적당한 크기의 소형 케이스에 전원공급단자, 공기를 압축하는 공기펌프, 공기펌프로부터 압축 유입된 공기의 온도를 저감시키는 냉각기와 냉각된 공기로부터 불순물을 여과하는 프리필터, 프리필터로부터 정화된 공기로부터 산소를 발생하는 기체분리막모듈을 포함함을 특징으로 하는 휴대용 산소발생장치를 제공한다. In a preferred embodiment, the present invention is a portable, pre-filter for filtering impurities from a power supply terminal, an air pump for compressing air, a cooler for reducing the temperature of the compressed air introduced from the air pump, and a cooled air in a small case of a suitable size. It provides a portable oxygen generating device comprising a gas separation membrane module for generating oxygen from the air purified from the pre-filter.

본 발명의 산소발생장치는 휴대하면서 산소를 용이하게 흡입할 수 있을 정도로 크기가 적당하면 되고 그 형태나 위치는 제작자의 의도에 따라 얼마든지 변형이 가능할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 본 발명의 산소발생장치에 사용되는 구성 요소는 모두 휴대용으로 하기에 적합한 크기의 소형으로서 기체분리막모듈을 제외한 모든 구성 요소는 이 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 제조하거나 시판되고 있는 것을 입수하여 적용할 수 있을 것이다.Oxygen generator of the present invention may be appropriately sized to easily inhale oxygen while carrying the shape and position may be modified as much as the intention of the manufacturer. In this regard, the components used in the oxygen generating device of the present invention are all small in size suitable to be portable, and all components except the gas separation membrane module are easily manufactured or marketed by those skilled in the art. You can get what you are doing and apply it.

기체분리막모듈은 중형이나 대형의 것으로 잘 알려져 있다. 그러나, 본 발명 의 산소발생장치는 휴대용이므로 휴대하기에 편리할 정도로 작은 것이면서도 충분한 양의 산소를 발생할 수 있는 수단이 마련되는 것이 필수적이다. Gas separation membrane modules are well known to be medium or large in size. However, since the oxygen generator of the present invention is portable, it is essential that a means capable of generating a sufficient amount of oxygen is small enough to be convenient to carry.

기체분리막(11)은 모장치를 소형화하기 위해서 단위체적내 최대의 평막 또는 중공사가 도입되어야 하며, 이와 동시에 기체분리막의 분리능을 향상시키기 위해서는 기체분리막내의 평막 또는 중공사의 단위길이를 최소화하면서 공기가 투과할 수 있는 투과길이를 최대화하여야 한다. 따라서, 기체분리막은 바람직하게는 중첩형(fold-type) 또는 꼬임형(twist type) 모듈로 제작한다(도 3). 중첩형은 다수개의 평막 또는 중공사를 서로 중첩되도록 형성함으로써 투과길이가 최대화 되도록 하였다. 꼬임형은 다수개의 평막 또는 중공사를 서로 꼬아서 형성함으로써 투과길이를 최대화되도록 하였다. 고농도의 산소를 발생하기 위해 기체분리막의 공기가 투과되는 길이는 10 내지 30cm가 되도록 하는 것이 바람직하다.In order to reduce the size of the parent device, the gas separation membrane 11 should have the largest flat membrane or hollow yarn in the unit volume, and at the same time, in order to improve the resolution of the gas separation membrane, air may be minimized while minimizing the unit length of the flat membrane or hollow yarn in the gas separation membrane. The length of penetration that can penetrate should be maximized. Therefore, the gas separation membrane is preferably made of a fold-type or twist type module (FIG. 3). The superposition type allows the permeation length to be maximized by forming a plurality of flat membranes or hollow fibers overlapping each other. The twisted type is formed by twisting a plurality of flat membranes or hollow fibers with each other to maximize the transmission length. In order to generate a high concentration of oxygen, the air permeation length of the gas separation membrane is preferably 10 to 30 cm.

본 발명의 기체분리막모듈에 하우징되는 기체분리막은 산소를 발생할 수 있는 것이면 어떠한 기체분리막도 사용가능한데 이들의 제법은 잘 알려져 있으며 또한 용이하게 입수할 수 있다. The gas separation membrane housed in the gas separation membrane module of the present invention can use any gas separation membrane as long as it can generate oxygen. The preparation thereof is well known and can be easily obtained.

특정한 바람직한 양태로서, 본 발명의 기체분리막모듈에 사용될 수 있는 기체분리막은 실리콘, 폴리이미드, 폴리아미드, 셀룰로즈아세테이트, 폴리설폰, 폴리비닐알코올, 폴리페닐옥사이드, 폴리부틸아크릴레이트 및 이들의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 고분자를 용매중에 용해시키고, 생성된 용해물에 니켈, 코발트, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 티탄, 철, 구리 및 크롬의 탄산염, 질산염, 아세트산염, 할로겐화물 및 아세틸아세토네이트로 이루어진 그룹중에서 선택된 유 기금속화합물을 첨가하며, 형성된 혼합물을 캐스팅하거나 노즐을 통해 방사시켜 막을 형성하고, 형성된 막을 응고시키며, 응고된 막을 세척하고 건조시키고, 임의로 건조된 막을 열처리하거나 코팅하여 제조된 기체분리막을 포함한다.In certain preferred embodiments, the gas separation membranes that can be used in the gas separation membrane module of the present invention are silicone, polyimide, polyamide, cellulose acetate, polysulfone, polyvinyl alcohol, polyphenyloxide, polybutyl acrylate and mixtures of two or more thereof. A polymer selected from the group consisting of A gas separation membrane prepared by adding an organic metal compound selected from the group, casting the formed mixture or spinning through a nozzle to form a membrane, solidifying the formed membrane, washing and drying the solidified membrane, and optionally heat treating or coating the dried membrane. It includes.

본 발명에 따른 기체분리막은 어떠한 형태로도 가능하다. 즉, 본 발명의 분리막은 단일막(균질막), 복합막 또는 비대칭막 등으로 제조할 수 있다. The gas separation membrane according to the present invention may be in any form. That is, the separation membrane of the present invention can be prepared as a single membrane (homogeneous membrane), a composite membrane or an asymmetric membrane.

본 발명에 따른 기체분리막을 제조하는데 사용되는 고분자는 용매에 대하여 10 내지 40중량%, 바람직하게는 15 내지 25중량%를 사용할 수 있고, 유기금속화합물은 용매에 대하여 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5중량%을 사용할 수 있다.The polymer used to prepare the gas separation membrane according to the present invention may be used 10 to 40% by weight, preferably 15 to 25% by weight with respect to the solvent, the organometallic compound is 0.1 to 10% by weight with respect to the solvent, preferably 0.5 to 5% by weight may be used.

본 발명에 따른 기체분리막을 제조하는데 사용되는 용매로는 테트라하이드로푸란, 알코올(예, 1,2-부탄올, 1,2-펜탄올, 1,3-펜탄올) 또는 이의 유도체, 알킬 아세테이트(예, 에틸 아세테이트, 메틸 아세테이트) 또는 이의 유도체, 트리클로로에탄, 아세테이트 등이 포함된다. Examples of the solvent used to prepare the gas separation membrane according to the present invention include tetrahydrofuran, alcohols (eg, 1,2-butanol, 1,2-pentanol, 1,3-pentanol) or derivatives thereof, alkyl acetates (eg , Ethyl acetate, methyl acetate) or derivatives thereof, trichloroethane, acetate, and the like.

본 발명에 따른 기체분리막을 제조할 때 막의 분리능을 향상시키기 위해 첨가제로서 계면활성제가 추가로 사용될 수 있다. 계면활성제로는 예를 들면 폴리옥시에틸렌과 폴리옥시프로필렌의 공중합체, 폴리옥시에틸렌 알킬 페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 등 포함된다. 이의 사용량은 약 0.1 내지 10 중량%이다.In preparing the gas separation membrane according to the present invention, a surfactant may be further used as an additive to improve the separation performance of the membrane. Surfactants include, for example, copolymers of polyoxyethylene and polyoxypropylene, polyoxyethylene alkyl phenyl ethers, polyoxyethylene alkyl ethers, and the like. Its use amount is about 0.1 to 10% by weight.

추가의 관점으로서, 본 발명의 휴대용 산소발생장치에 사용되는 기체분리막모듈은 충분한 양의 산소를 발생하고 또한 그 수명을 극대화하기 위해서는 기체분리막모듈내로 유입되는 공기를 유입되기 전에 냉각기를 통해 냉각시키는 것이 필수 적이다. 만일 공기가 냉각되지 않고 공기펌프로부터 직접 유입되는 경우에는 공기가 뜨거운 상태이면서 수분의 함량이 높아 이러한 공기가 기체분리막모듈내로 유입되면 기체분리막의 기공이 막히거나 확장되어 수명이 현저히 떨어지게 된다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 본 발명의 휴대용 산소발생장치에는 공기펌프로부터 유입된 공기를 기체분리막모듈내로 유입하기 전에 온도를 저감시켜 주는 냉각기가 필수적이다. As a further aspect, in order to generate a sufficient amount of oxygen and maximize the life of the gas separation membrane module used in the portable oxygen generator of the present invention, the gas separation membrane module is cooled by a cooler before the air is introduced into the gas separation membrane module. It is essential. If the air is not directly cooled and flows directly from the air pump, the air is hot and the moisture content is high. If such air is introduced into the gas separation membrane module, the pores of the gas separation membrane are blocked or expanded, and the life is significantly reduced. In order to solve this problem, the portable oxygen generator of the present invention is required a cooler for reducing the temperature before the air introduced from the air pump into the gas separation membrane module.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 휴대용 산소발생장치를 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a portable oxygen generator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 휴대용 산소발생장치의 구성도이다. 본 발명에 따른 산소발생장치는 다음과 같이 구성되어 있다.1 is a block diagram of a portable oxygen generator according to the present invention. Oxygen generator according to the present invention is configured as follows.

단일몸체(1);Single body (1);

전원을 공급하는 전원공급부(2); A power supply unit 2 for supplying power;

외부공기를 흡입하기 위한 공기펌프(3); An air pump 3 for sucking outside air;

공기펌프(3)에 연결되어 외부공기가 유입되는 공기유입관(4);An air inlet pipe 4 connected to the air pump 3 to introduce external air;

공기펌프에 의해 공급된 공기를 이송하기 위한 공기이송관(5);An air transport pipe 5 for transporting air supplied by the air pump;

이송된 공기의 냉각을 위한 공기냉각부(6);An air cooling unit 6 for cooling the conveyed air;

상기 공기펌프(3)와 공기냉각부(6)에서 발생되는 열을 냉각하기 위한 냉각팬(7);Cooling fan (7) for cooling the heat generated in the air pump (3) and the air cooling unit (6);

공기냉각부(6)에 의해 냉각된 공기를 전처리필터로 이송하기 위한 공기이송관(8); An air transfer pipe 8 for transferring the air cooled by the air cooling unit 6 to the pretreatment filter;                     

공기이송관(8)을 통해 공급된 공기를 정화하기 위한 전처리필터(9);A pretreatment filter 9 for purifying the air supplied through the air transfer pipe 8;

전처리필터(9)에 의해 정화된 공기를 기체분리막모듈(11)에 공급하기 위한 공기이송관(10);An air transfer pipe 10 for supplying the air purified by the pretreatment filter 9 to the gas separation membrane module 11;

공기이송관(10)을 통해 공급된 정화된 공기중에서 산소만을 분리하기 위한 기체분리막모듈(11);A gas separation membrane module 11 for separating only oxygen from the purified air supplied through the air transfer pipe 10;

기체분리막모듈(11)을 통해 분리된 산소의 배출을 위한 산소배출관(12);An oxygen discharge pipe 12 for discharging oxygen separated through the gas separation membrane module 11;

배출되는 산소의 양을 조절하기 위한 유량조절기(13);A flow regulator 13 for adjusting the amount of oxygen discharged;

상기 산소배출관(12)에 연결되어 부화된 산소공기를 흡입할 수 있도록 하기 위한 호흡기(14); 및A respirator (14) connected to the oxygen discharge pipe (12) to inhale the enriched oxygen air; And

상기 기체분리막모듈(11)에 의해 산소가 분리되고 남은 질소가 부화된 공기를 배출하기 위한 배기관(15)으로 구성되어 있다.The gas separation membrane module 11 is composed of an exhaust pipe 15 for discharging air from which oxygen is separated and the remaining nitrogen is enriched.

전원을 공급하는 전원공급부(2)는 공기펌프에 전원을 공급하기 위한 것으로 유선으로 전원을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 휴대용 산소발생장치를 보다 편리하게 사용하기 위해서 착탈식 축전지(16)를 장착하여 사용할 수 있다.The power supply unit 2 for supplying power is for supplying power to the air pump and may supply power by wire. In addition, in order to use the portable oxygen generator according to the present invention more conveniently, the removable storage battery 16 can be mounted and used.

외부공기를 흡입하기 위한 공기펌프(3)는 상기 전원공급부(2)에 의해 전원이 공급되면 작동되며, 외부공기를 흡입하는 역할을 한다. 공기펌프(3)의 일측에는 외부공기 유입관(4)이 연결되어 있으며 타측에는 유입된 공기를 이송하는 공기이송관(5)이 구비되어 있다.The air pump 3 for sucking the outside air is operated when the power is supplied by the power supply 2, and serves to suck the outside air. One side of the air pump (3) is connected to the external air inlet pipe (4) and the other side is provided with an air transfer pipe (5) for transferring the introduced air.

이송된 공기의 냉각을 위한 공기냉각부(6)는 시간의 경과에 따라 공기펌프가 과열되는 것과 공기펌프의 과열에 의해 유입된 공기의 온도가 상승되는 것을 방지 하기 위한 것이다. 공기냉각부(6)의 일측에는 공기펌프(3)와 연결된 공기이송관 (5)이 연결되어 있다. 공기냉각부(6)는 통상의 열교환기와 유사한 구조를 갖고 있으며, 바람직하게는 단위 면적당 표면적을 증가시키기 위해 ??자형태를 갖도록 하였다. The air cooling unit 6 for cooling the transferred air is for preventing the air pump from overheating and the temperature of the air introduced by the overheating of the air pump as time passes. One side of the air cooling unit 6 is connected to the air transfer pipe (5) connected to the air pump (3). The air cooling unit 6 has a structure similar to that of a conventional heat exchanger, and preferably has a ?? shape in order to increase the surface area per unit area.

상기 공기펌프(3)와 공기냉각부(6)에서 발생되는 열을 냉각하기 위한 냉각팬(7)은 공기펌프(3)의 구동력에 의해 작동하도록 되어 있다. The cooling fan 7 for cooling the heat generated by the air pump 3 and the air cooling unit 6 is operated by the driving force of the air pump 3.

전처리필터(9)는 공기이송관(8)을 통해 공급된 냉각공기 중의 먼지, 휘발성 유기화합물 및 세균과 같은 오염물질을 제거하기 위한 것이다. 전처리필터로는 먼지, 휘발성 유기화합물 및 세균과 같은 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 공지의 필터를 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 탄소섬유(섬유상 활성탄)를 사용할 수 있다. 전처리필터의 구조는 특별한 제한은 없으나 바람직하게는, 원통형 또는 육방형의 필터 카트리지내에 상술한 폴리프로필렌과 폴리에틸렌을 평막 필터로 제작하여 충진하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 원통형 또는 육방형의 필터 카트리지내에 탄소섬유로 직조된 매트필터를 충진하여 사용할 수 있다.The pretreatment filter 9 is for removing contaminants such as dust, volatile organic compounds and bacteria in the cooling air supplied through the air transfer pipe 8. As the pretreatment filter, a known filter capable of effectively removing contaminants such as dust, volatile organic compounds, and bacteria may be used. For example, polypropylene, polyethylene or carbon fiber (fibrous activated carbon) can be used. The structure of the pretreatment filter is not particularly limited, but preferably, the above-described polypropylene and polyethylene may be manufactured and filled into a flat membrane filter in a cylindrical or hexagonal filter cartridge. In addition, the cylindrical or hexagonal filter cartridge can be used by filling the mat filter woven with carbon fiber.

기체분리막모듈(11)은 전처리필터(9)와 나란하게 연결되어 있으며 기체분리막의 하부에는 전처리필터에 의해 정화된 공기의 공기이송관(10)이 연결되어 있고 그 측면에는 기체분리막모듈내의 분리막을 통과한 부화된 산소의 산소배출관(12)이 연결되어 있다. 산소배출관(12)에는 유량조절기(13)를 장착하여 산소의 공급량을 조절할 수 있다. 또한, 산소배출관(12)에 산소의 흡입위해 호흡기(14)가 장착된 다. 기체분리막모듈의 상부에는 기체분리막을 통과하지 못한 질소가 농축된 공기의 배기관(15)이 연결되어 있다. The gas separation membrane module 11 is connected to the pretreatment filter 9 side by side, and the lower part of the gas separation membrane is connected to the air transfer pipe 10 of the air purified by the pretreatment filter, and the side passes through the separation membrane in the gas separation membrane module. An oxygen outlet tube 12 of one enriched oxygen is connected. The oxygen discharge pipe 12 may be equipped with a flow regulator 13 to adjust the supply amount of oxygen. In addition, the respirator 14 is mounted on the oxygen discharge pipe 12 for suction of oxygen. The upper part of the gas separation membrane module is connected to the exhaust pipe 15 of the nitrogen concentrated air that did not pass through the gas separation membrane.

산소배출관(12)은 상기 기체분리막모듈(11)의 측면에 장착되어 있다. 기체분리막을 통과하여 부화된 산소는 산소배출관(12)을 통해 배출된다.The oxygen discharge pipe 12 is mounted on the side of the gas separation membrane module 11. Oxygen enriched through the gas separation membrane is discharged through the oxygen discharge pipe (12).

유량조절기(13)는 산소배출관(12)과 연결된 단일몸체의 상부에 장착되어 있어 배출되는 산소의 양을 조절할 수 있다.Flow controller 13 is mounted on the upper portion of the single body connected to the oxygen discharge pipe 12 can adjust the amount of oxygen discharged.

호흡기(14)는 상기 산소배출관(12)에 연결되어 부화된 산소공기를 흡입할 수 있도록 되어 있다.The respirator 14 is connected to the oxygen discharge pipe 12 so as to suck in the enriched oxygen air.

배기관(15)은 상기 기체분리막모듈(11)의 상부에 연결되어 있으며 기체분리막에 의해 산소가 분리되고 남은 질소가 부화된 공기를 배출하기 위한 것이다.The exhaust pipe 15 is connected to the upper portion of the gas separation membrane module 11 and is for discharging air in which oxygen is separated by the gas separation membrane and the remaining nitrogen is enriched.

본 발명에 따른 휴대용 산소발생장치의 작용을 설명하면 하기와 같다. 전원(2)을 켜면 공기펌프(3)가 가동하게 되고 외부공기를 단일몸체(1) 내로 유인하게 된다. 이때 외부공기는 공기펌프의 가동으로 인하여 공기의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위하여 장착한 공기냉각부(6)를 통과하고 냉각된 공기는 전처리필터(9)에 유입된다. 전처리필터에서는 외부의 먼지, 유기화합물 및 유해가스를 제거함으로써 정화된 공기를 생성한다. 정화된 공기는 기체분리막(10)에 공급되고 기체분리막을 통과하면서 정화된 공기중의 산소만이 분리되어 산소배출관(12)을 통해 호흡기(14)로 공급되고 사람이 산소가 부화된 공기를 마실 수 있게 된다. 기체분리막에 의해 공기 중의 질소와 산소가 분리되는 원리는 선택적인 가스투과원리에 의한 것이다. 즉, 기체혼합물(본 발명에서는 외부공기)이 기 체분리막의 표면에 접촉하였을 때 기체성분은 막속에 용해되고 확산된다. 이때, 각각의 기체성분의 용해도와 투과도는 막물질에 대하여 서로 다르게 나타난다. 예를 들면, 헬륨, 수증기 등은 쉽게 투과하는 기체성분들이고 반면에 메탄, 질소 등은 매우 느리게 투과하는 기체성분들이다. 이것이 공기중의 산소와 질소, 이산화탄소와 메탄등을 막을 이용하여 분리할 수 있는 이유가 된다. 기체분리에 대한 추진력은 막 양단에 가해지는 특정기체성분에 대한 분압차이다. 이때 산소배출관(12)에 유량조절기(13)를 장착함으로써 공급되는 산소의 양을 조절할 수 있다. 본 장치를 더욱 편리하게 사용하기 위하여 착탈이 용이한 충전기를 장착하여 충전하여 가동할 수 있도록 한다.Referring to the operation of the portable oxygen generator according to the present invention. When the power supply 2 is turned on, the air pump 3 is operated to attract external air into the single body 1. At this time, the outside air passes through the installed air cooling unit 6 to prevent the air temperature from rising due to the operation of the air pump, and the cooled air flows into the pretreatment filter 9. The pretreatment filter produces purified air by removing external dust, organic compounds and harmful gases. Purified air is supplied to the gas separation membrane 10 and passes through the gas separation membrane, only oxygen in the purified air is separated and supplied to the respirator 14 through the oxygen discharge pipe 12, and a person drinks the air enriched with oxygen. It becomes possible. The principle of separating nitrogen and oxygen from air by gas separation membrane is based on the selective gas permeation principle. That is, when the gas mixture (outside air in the present invention) comes into contact with the surface of the gas separation membrane, the gas component dissolves and diffuses in the membrane. At this time, the solubility and permeability of each gas component are different for the membrane material. For example, helium, water vapor, and the like are easily permeable gas components, while methane, nitrogen, and the like are very slowly permeable gas components. This is why oxygen and nitrogen in the air, carbon dioxide and methane can be separated using a membrane. The driving force for gas separation is the partial pressure difference for the particular gas component across the membrane. At this time, it is possible to adjust the amount of oxygen supplied by mounting the flow regulator 13 in the oxygen discharge pipe (12). In order to use this device more conveniently, it is equipped with a charger that can be easily attached and detached to be operated.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the examples.

실시예 1Example 1

본 발명에 따른 휴대용 산소발생장치에 의해 생성된 산소농도의 측정
Measurement of the oxygen concentration produced by the portable oxygen generator according to the present invention

본 발명에 따른 휴대용 산소발생장치에 의해 생성된 산소의 농도를 측정하였다. 산소농도의 측정은 4 kgf/cm2로의 운전압력하에 가스유량계 MFM Mass Flowmeter(BROOKS 제품)로 실시하였다. 공기펌프의 운전압력은 2kgf/cm2이였고 기체 분리막으로는 폴리설폰(polysulfone), 폴리실록산(Polysiloxane) 및 중공사(hollow fiber)가 혼합된 복합막을 사용하였다. 상기 혼합 분리막은 길이가 100mm인 것을 500개 사용하였고 형태는 중첩형으로 하우징되었다. 공기펌프에 의해 도입된 공기량은 실온에서 1.3L/min이였다.The concentration of oxygen produced by the portable oxygen generator according to the present invention was measured. The oxygen concentration was measured with a gas flow meter MFM Mass Flowmeter (manufactured by Brookes) under an operating pressure of 4 kgf / cm 2 . The operating pressure of the air pump was 2kgf / cm 2 and a composite membrane of polysulfone, polysiloxane, and hollow fiber was used as the gas separation membrane. The mixed membrane used 500 pieces 100mm in length and was housed in a superimposed form. The amount of air introduced by the air pump was 1.3 L / min at room temperature.

실험 결과, 기체분리막에 의해 분리된 산소량은 0.3L/min이였으며 휴대용 산소발생장치의 가동시간에 따른 토출산소농도는 표 1에 나타낸 바와 같이 약 35% 정도였으며 10분에서 180분까지 일정하게 유지되었다.
As a result, the amount of oxygen separated by the gas separation membrane was 0.3L / min, and the discharge oxygen concentration according to the operating time of the portable oxygen generator was about 35% as shown in Table 1 and kept constant from 10 minutes to 180 minutes. It became.

가동시간에 따른 토출 산소농도의 변화Changes in Discharge Oxygen Concentration with Operating Time 가동시간(min)Uptime (min) 1010 2020 3030 5050 6060 120120 180180 토출산소농도(%)Discharged oxygen concentration (%) 3535 35.135.1 35.335.3 35.235.2 35.335.3 35.335.3 35.335.3

실시예 2Example 2

본 발명에 따른 휴대용 산소발생장치에 의해 생성된 산소농도의 측정
Measurement of the oxygen concentration produced by the portable oxygen generator according to the present invention

본 발명에 따른 휴대용 산소발생장치에 의해 생성된 산소의 농도를 측정하였다. 이때 공기펌프의 운전압력 및 도입된 공기량은 실시예 1과 동일하도록 하였다. 기체분리막으로는 100mm길이의 중공사(praxair) 500개를 사용하고 형태는 꼬임형으로 하여 하우징되었다.The concentration of oxygen produced by the portable oxygen generator according to the present invention was measured. At this time, the operating pressure of the air pump and the amount of air introduced were the same as in Example 1. As a gas separation membrane, 500 hollow fibers (100 mm long) were used and the housings were twisted.

실험 결과, 기체분리막에 의해 분리된 산소량은 0.3L/min였다. 휴대용 산소 발생장치의 가동시간에 따른 토출산소농도는 표 2에 나타낸 바와 같이, 180분까지 산소농도가 38%로 일정하게 유지되었다.
As a result, the amount of oxygen separated by the gas separation membrane was 0.3 L / min. As shown in Table 2, the discharge oxygen concentration according to the operating time of the portable oxygen generator was kept constant at 38% by 180 minutes.

가동시간에 따른 토출산소 농도의 변화Variation of Discharged Oxygen Concentration with Uptime 가동시간(min)Uptime (min) 00 1010 3030 5050 6060 120120 180180 토출산소농도(%)Discharged oxygen concentration (%) 38.238.2 38.238.2 3838 3838 3838 38.238.2 3838

실시예 3Example 3

공기냉각부가 장착되지 않은 휴대용 산소발생 장치에 의해 생성된 산소농도의 측정
Determination of oxygen concentration produced by portable oxygen generators without air cooling units

본 발명에 따른 휴대용 산소발생 장치에서 공기냉각부를 제거한 후 생성된 산소농도를 측정하였다. 이때, 모든 조건은 상기 실시예 2와 동일하게 하였다.In the portable oxygen generator according to the present invention, after removing the air cooling unit, the generated oxygen concentration was measured. At this time, all the conditions were the same as in Example 2.

실험 결과, 기체분리막에 의해 분리된 산소량은 0.3L/min이였다. 휴대용 산소발생장치의 가동시간에 따른 토출산소농도는 표 3에 나타낸 바와 같이, 30분까지는 산소농도가 38%로 일정하게 발생되었으나 30분 이후부터는 산소농도가 점점 감소하는 경향을 보였다. 이는 공기펌프가 시간의 경과에 따라 가열되면서, 공기펌프에 의해 공급되는 공기도 가열되어 산소발생 효율이 감소하였기 때문이라 생각된다.
As a result, the amount of oxygen separated by the gas separation membrane was 0.3 L / min. As shown in Table 3, the discharge oxygen concentration according to the operating time of the portable oxygen generator was constant at 38% until 30 minutes, but the oxygen concentration gradually decreased after 30 minutes. This is considered to be because the air pump is heated with time, and the air supplied by the air pump is also heated to decrease the oxygen generation efficiency.

가동시간에 따른 토출산소 농도의 변화Variation of Discharged Oxygen Concentration with Uptime 가동시간(min)Uptime (min) 00 1010 2020 3030 5050 6060 120120 180180 토출산소농도(%)Discharged oxygen concentration (%) 3838 38.338.3 38.138.1 37.637.6 36.136.1 35.735.7 35.335.3 3535

실시예 4Example 4

500ml 반응조에 방사원액으로 폴리설폰(PS, AMOCO사 Udel P-3500) 25g을 용매인 테트라하이드로퓨란(THF, Aldrich) 78.7ml중에 용해시키고 용해물에 금속 화합물로서 클로로트리스트리페닐포스핀로듐(RhCl[P(C6H5)3]3, Aldrich) 5g을 첨가하였다. 혼합물을 자동 막 제조장치(IMOTO 301)을 사용하여, 드라이빙 스트로크 150 mm, 어플리케이션 속도 30 mm/sec, 55번 바(125.7 μm)의 조건 하에 캐스팅하였다. 제조된 막을 건조기 내에서 서서히 증발, 건조시킨 후, 잔류용매제거를 위하여 진공오븐에서(80℃)에서 24시간이상 건조시켰다. 건조시킨 막에 상기한 자동 막 제조장치를 이용하여(3번 바(6.86 μm)) 5중량% 실리콘 용액으로 코팅한 후, 상기 건조 과정과 동일한 조건에서 건조시켜 제조하였다. 이와 같이 얻어진 막의 두께는 약 88 μm이었다.In a 500 ml reactor, 25 g of polysulfone (PS, Udel P-3500, AMOCO Co., Ltd.) was dissolved in 78.7 ml of tetrahydrofuran (THF, Aldrich) as a solvent. 5 g of [P (C 6 H 5 ) 3 ] 3 , Aldrich) was added. The mixture was cast using an automatic membrane making machine (IMOTO 301) under conditions of driving stroke 150 mm, application speed 30 mm / sec, 55 bar (125.7 μm). The film was evaporated and dried slowly in a dryer and then dried in a vacuum oven (80 ° C.) for at least 24 hours to remove residual solvent. The dried membrane was coated with a 5 wt% silicone solution using the above automatic membrane manufacturing apparatus (3 bar (6.86 μm)), and then dried under the same conditions as the above drying process. The film thus obtained had a thickness of about 88 μm.

상기 제조된 막의 투과도 및 선택도를 기체 투과능 측정장치(밀리포아 필름 홀더 90mm, YY3009000)를 이용하여 측정하였다. 본 발명에 따라 제조된 기체분리막의 산소/질소 선택도는 3.8(GPU, x10-4 cm3/cm2.sec.cmHg)로 나타났다. Permeability and selectivity of the prepared membrane was measured using a gas permeability measuring device (Millipoa film holder 90mm, YY3009000). The oxygen / nitrogen selectivity of the gas separation membrane prepared according to the present invention was found to be 3.8 (GPU, x10 −4 cm 3 / cm 2 .sec.cmHg).

상기 제조된 분리막은 기체분리막모듈에서 길이가 100mm인 것을 500개 사용 하였고 형태는 중첩형으로 하우징되었다. 공기펌프에 의해 도입된 공기량은 실온에서 1.3L/min이였다. 실시예 1에서와 동일한 방식으로 토출 산소농도 변화를 측정하였다. 이의 결과는 하기 표 4에 기록되어 있다.
The prepared separator used 500 pieces 100mm in length in the gas separation membrane module and the shape was housed in an overlapping type. The amount of air introduced by the air pump was 1.3 L / min at room temperature. The discharge oxygen concentration change was measured in the same manner as in Example 1. The results are reported in Table 4 below.

가동시간에 따른 토출산소 농도의 변화Variation of Discharged Oxygen Concentration with Uptime 가동시간(min)Uptime (min) 토출산소농도(%)Discharged oxygen concentration (%) 0.50.5 38.138.1 1One 38.438.4 22 38.438.4 33 38.538.5 44 38.538.5 55 38.538.5 66 38.538.5 77 38.638.6 88 38.738.7 99 38.738.7 1010 38.738.7 1515 38.738.7 2020 38.838.8

본 발명에 따른 휴대용 산소발생장치는 소형이므로 휴대 및 사용이 용이하고 또한 소형이면서도 충분한 농도의 산소를 발생 공급하므로 산소의 흡입을 필요로 하는 사람, 특히 병원의 환자에게 매우 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.Since the portable oxygen generator according to the present invention is compact, it is easy to carry and use, and it is expected to be very useful for those who need oxygen inhalation, especially hospital patients, because it is small and generates oxygen and supplies sufficient concentration. do.

Claims (4)

휴대용으로 적당한 크기의 소형 케이스에 전원공급단자, 공기를 압축하는 공기펌프, 상기 압축된 공기의 온도를 저감시키는 냉각기 및 냉각기로부터 유입된 냉각 공기로부터 산소를 발생하는 기체분리막모듈을 포함함을 특징으로 하는 휴대용 산소발생장치.It is characterized in that it comprises a power supply terminal in a small size of a portable case, an air pump for compressing air, a cooler for reducing the temperature of the compressed air, and a gas separation membrane module for generating oxygen from cooling air introduced from the cooler. Portable oxygen generator. 제 1항에 있어서, 기체분리막모듈내에 기체분리막이 중첩되거나 꼬여서 하우징되는 휴대용 산소발생장치.The portable oxygen generator of claim 1, wherein the gas separation membrane is housed by overlapping or twisting the gas separation membrane in the gas separation membrane module. 제1항에 있어서, 냉각기와 기체분리막모듈사이에 전처리필터가 연결되어 있음을 특징으로 하는 휴대용 산소발생장치.The portable oxygen generator of claim 1, wherein a pretreatment filter is connected between the cooler and the gas separation membrane module. 제3항에 있어서, 상기 기체분리막모듈은 실리콘, 폴리이미드, 폴리아미드, 셀룰로즈아세테이트, 폴리설폰, 폴리비닐알코올, 폴리페닐옥사이드, 폴리부틸아크릴레이트 및 이들의 둘 이상의 혼합물로 이루어진 그룹중에서 선택된 고분자를 용매중에 용해시키고, 생성된 용해물에 니켈, 코발트, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 티탄, 철, 구리 및 크롬의 탄산염, 질산염, 아세트산염, 할로겐화물 및 아세틸아세토네이트로 이루어진 그룹중에서 선택된 유기금속화합물을 첨가하며, 형성된 혼합물을 캐스팅하거나 노즐을 통해 방사시켜 막을 형성하고, 형성된 막을 응고시키며, 응고된 막을 세척하고 건조시키고, 임의로 건조된 막을 열처리하거나 코팅하여 제조된 기체분리막을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 산소발생장치.The method of claim 3, wherein the gas separation membrane module is a polymer selected from the group consisting of silicon, polyimide, polyamide, cellulose acetate, polysulfone, polyvinyl alcohol, polyphenyloxide, polybutyl acrylate and a mixture of two or more thereof. Dissolved in a solvent, and the resultant melt contains an organometallic compound selected from the group consisting of carbonates, nitrates, acetates, halides and acetylacetonates of nickel, cobalt, ruthenium, rhodium, palladium, titanium, iron, copper and chromium; And a gas separation membrane prepared by casting the formed mixture or spinning through a nozzle to form a membrane, solidifying the formed membrane, washing and drying the solidified membrane, and optionally heat treating or coating the dried membrane. Oxygen generator.
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