KR101215554B1 - 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치 - Google Patents

공기 중 산소 초전도 자기분리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초전도 자기분리 장치에 관한 것으로서, 초전도 자석을 이용한 초전도 자기분리 장치에 있어서, 초전도 자석의 보아에 축방향으로 비자성 파이프가 설치되어 공기의 유출입이 이루어지며, 상기 비자성 파이프는 통공이 형성된 축방향 격막에 의해 분리되어 서로 연통되는 두개의 이송라인을 형성하며, 상기 이송라인 중 하나에는 내부에 자기필터 와이어를 포함하여 공기 중에서 산소를 분리흡착하여 배출하고, 다른 이송라인은 질소를 분리하여 배출하는 것을 특징으로 하는 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 초전도 자기분리 장치 및 자기필터 와이어가 포함된 비자성 파이프를 이용하여 기존 장치에 비해 고속으로 공기를 자연 상태에 비해 질소의 농도가 높은 기체와 산소의 농도가 높은 기체로 동시에 분리시킬 수 있어 대량으로 산소를 필요로 하는 연소장치에 산소 농도가 높은 기체를 보낼 수 있으며, 산소를 필요로 하는 다양한 분야에 적용될 것으로 기대된다.

Description

공기 중 산소 초전도 자기분리 장치{oxygen magnetic separator in air}
본 발명은 초전도 자기분리 장치에 관한 것으로서, 공기 중의 산소를 분리하기 위하여 초전도 자기분리 장치를 이용하고, 이로부터 산소 및 질소의 동시분리가 이루어지도록 하는 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치에 관한 것이다.
근래 들어 초전도와 저온 발생기술이 크게 진보하여 경제성과 조작성이 우수한 초전도 마그넷이 실용화되고 있다. 이러한 초전도 마그넷을 자기분리 장치에 응용하면 현탁 미립자를 대량으로 고속 처리할 수 있으며, 에너지가 절약되고 적은 면적에서 소형장치로 처리할 수 있는 장점이 있다.
일반적으로 초전도 자기분리 장치는 초전도 자석을 이용하여 공장이나 가정에서 발생하는 폐수나 오염된 공기를 정화시키기 위한 장치의 일종으로써, 폐수나 공기 중에 포함된 분리를 원하는 물질을 자화시킨 후, 초전도 자석 사이에 삽입된 자기 필터에 처리하고자 하는 대상물을 통과시키면 분리시키고자 하는 물질이 필터에 흡착되어 분리되게 되는 것이다.
본 발명은 공기 중의 산소를 분리하고자 하는 것으로서, 공기는 약 78%의 질소(N2)와 약 21%의 산소(O2)로 이루어져 있으며, 공기를 질소와 산소로 분리하는 방법은 여러 가지가 있다.
특히 질소와 산소 분자의 크기 차이를 이용하여 활성탄소 또는 제오라이트를 사용하여 분리하는 방법이 상용화되어 있다. 그러나 이는 고압으로의 압축과 팽창을 반복하면서 순도를 높여 나가는데, 분리되는 가스의 양에 비해 사용하는 공기의 양이 많고 공정에 시간이 많이 소요되는 등 생산성이 낮은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기의 초전도 자기분리 장치의 원리를 이용하고자 하는 것이다.
질소는 아주 약한 반자성(-0.43x10-6cm3/mol)을 띄며, 산소는 상자성 물질 중에는 큰 자화율(108x10-6cm3/mol)을 가지고 있다. 따라서 고자장 하에서 질소는 거의 영향을 받지 않으나, 산소는 강한 자장 방향으로 끌려가게 된다. 물론 산소는 Fe, Ni, Co와 같은 강한 자성체에 비해서는 자화율인 훨씬 작기 때문에 초전도 자석이 발생시키는 고자기장에서 효과적일 것으로 기대된다.
즉, 상자성체는 강자성체에 비해 인가자장에 따른 자화율값이 작지만 초전도 자석을 이용하여 인가자장의 값을 높여주면 상자성체도 충분한 값으로 자화되어 자기필터에 흡착시켜 제거할 수 있게 된다.
그러나 이러한 초전도 자기분리 장치를 이용하더라도 산소로부터 질소의 효율적인 분리처리가 문제가 된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공기 중의 산소를 분리하기 위하여 초전도 자기분리 장치를 이용하고, 이로부터 산소 및 질소의 동시분리가 이루어지도록 하는 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 초전도 자석을 이용한 초전도 자기분리 장치에 있어서, 초전도 자석의 보아에 축방향으로 비자성 파이프가 설치되어 공기의 유출입이 이루어지며, 상기 비자성 파이프는 통공이 형성된 축방향 격막에 의해 분리되어 서로 연통되는 두개의 이송라인을 형성하며, 상기 이송라인 중 하나에는 내부에 자기필터 와이어를 포함하여 공기 중에서 산소를 분리흡착하여 배출하고, 다른 이송라인은 질소를 분리하여 배출하는 것을 특징으로 하는 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치를 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 비자성 파이프는, 상기 초전도 자석의 보아 부위까지는 하나의 몸체로 형성되며, 초전도 자석의 보아가 끝나는 부분에서는 상기 이송라인이 분리되어 두개의 몸체로 연장형성되어 질소와 산소가 각각 이송되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 격막은 두개의 몸체로 분리가 시작되는 부분까지 형성되고, 상기 격막에 형성된 통공은 상기 초전도 자석의 보아 부위까지만 형성되는 것이 바람직하며, 상기 자기필터 와이어는 두개의 몸체로 분리되어 연장된 부분까지 형성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은, 초전도 자석을 이용한 초전도 자기분리 장치에 있어서, 상기 초전도 자석의 축방향으로 비자성 파이프가 설치되어 공기의 유출입이 이루어지며, 상기 비자성 파이프는 상기 초전도 자석의 전단부에서 통공이 형성된 축방향 격막에 의해 분리되어 서로 연통되는 두개의 이송라인을 형성하고, 상기 이송라인 중 하나에는 내부에 자기필터 와이어를 포함하여 공기 중 산소를 분리하며, 상기 초전도 자석의 보아 시작 부위에서는 상기 이송라인이 분리되어 두개의 몸체로 연장형성되되, 자기필터 와이어가 포함된 몸체는 초전도 자석의 보아에 축방향으로 삽입형성되어 분리된 산소를 흡착배출시키고, 다른 몸체는 초전도 자석 바깥 쪽으로 형성되어 질소를 배출하는 것을 특징으로 하는 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치를 또 다른 기술적 요지로 한다.
여기에서, 상기 격막은 상기 비자성 파이프가 두개의 몸체로 분리되기 전까지만 형성되는 것이 바람직하다.
상기 과제 해결 수단에 의해, 초전도 자기분리 장치 및 자기필터 와이어가 포함된 비자성 파이프를 이용하여 기존 장치에 비해 고속으로 공기를 자연 상태에 비해 질소의 농도가 높은 기체와 산소의 농도가 높은 기체로 동시에 분리시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 대량으로 산소를 필요로 하는 연소장치에 산소 농도가 높은 기체를 보낼 수 있어 효율을 향상시킬 수 있으며, 산소를 필요로 하는 다양한 분야에 적용될 것으로 기대된다.
도 1 - 본 발명의 제1실시예에 따른 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치에 대한 모식도.
도 2 - 본 발명의 제1실시예에 따른 비자성 파이프의 단면도.
도 3 - 본 발명의 제1실시예에 따른 비자성 파이프의 측면투시도.
도 4 - 본 발명의 제2실시예에 따른 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치에 대한 모식도.
본 발명은 공기 중의 산소를 분리하기 위하여 초전도 자기분리 장치를 이용하고, 이로부터 산소 및 질소의 효율적인 분리가 이루어지도록 하는 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치에 관한 것이다.
특히 초전도 자석의 보아에 축방향으로 비자성 파이프 및 그 내부에 자기필터 와이어를 설치하여 공기 중의 산소를 흡착 배출하는 것으로서, 기존 장치에 비해 고속으로 공기를 자연 상태에 비해 질소의 농도가 높은 기체와 산소의 농도가 높은 기체로 동시에 분리배출시킬 수 있어, 대량의 산소를 필요로 하는 연소장치 등에 산소 농도가 높은 기체를 공급할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하고자 한다.
<제1실시예>
도 1은 본 발명의 제1실시예에 대한 모식도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 비자성 파이프의 단면도를 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 비자성 파이프의 측면투시도를 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예는 초전도 자석(10)을 이용한 초전도 자기분리 장치에 있어서, 초전도 자석(10)의 보아에 축방향으로 비자성 파이프(100)가 설치되어 공기의 유출입이 이루어지도록 하며, 상기 비자성 파이프(100) 내부에 포함된 자기필터 와이어(130)에 의해 고구배 고자장을 발생시켜 공기 중 산소를 흡착하고 질소와는 분리배출되도록 하는 것이다.
그리고, 상기 비자성 파이프(100)는 통공(110)이 형성된 축방향 격막(120)에 의해 분리되어 서로 연통되는 두개의 이송라인을 형성하며, 상기 이송라인 중 하나에는 내부에 자기필터 와이어(130)를 포함하여 공기 중에서 산소를 분리흡착하여 배출하고, 다른 이송라인은 질소를 분리하여 배출하는 것이다.
상기 비자성 파이프(100)의 이송라인 중 하나에 포함된 자기필터 와이어(130)는 페라이트계 스테인레스 재질로 형성되어 상기 이송라인 내부에 적층 형성되어 있다. 이와 같은 자성체를 초전도 자석(10) 내부에 두면 자속이 자기필터 와이어(130) 내로 집속하게 되고 자기필터 와이어(130) 표면에서는 급격한 자기 기울기를 형성하게 된다. 따라서, 상기 자기필터 와이어(130)를 비자성 파이프(100)의 이송라인 중 하나에 형성하게 되면 보다 강한 자장을 발생시켜 자기필터 역할을 하여 기체 또는 액체가 이 사이를 통과할 때 자성을 띄는 물질이 흡착되게 된다. 공기 중의 산소도 자성의 띄므로 자기필터 와이어(130)에 효율적인 흡착이 이루어지게 되는 것이다.
즉, 자속이 집속된 자기필터 와이어(130)가 포함된 이송라인에서는 상자성인 산소가 흡착하게 되면서 산소의 농도가 높아지게 되어 자기필터 와이어(130)가 있는 이송라인은 공기보다 산소의 농도가 높은 부분이 되고, 자기필터 와이어(130)가 없는 다른 이송라인은 공기보다 질소의 비율이 높게 되어 흘러가는 부분이 된다.
또한, 상기 비자성 파이프(100)는 상기 초전도 자석(10)의 보아 부위까지는 하나의 몸체로 형성되며, 상기 초전도 자석(10)의 보아가 끝나는 부분에서는 격막(120)을 기준으로 상기 이송라인이 분리되어 두개의 몸체로 연장형성되어 질소와 산소가 각각 이송되도록 하는 것이다. 또한, 상기 격막(120)은 두개의 몸체로 분리가 시작되는 부분까지 형성되고, 상기 격막(120)에 형성된 통공(110)은 상기 초전도 자석(10)의 보아 부위까지만 형성되며, 상기 자기필터 와이어(130)는 두개의 몸체로 분리되어 연장형성된 부분까지 형성된다.
즉, 상기 격막(120)은 초전도 자석(10)이 있는 부분까지(두개의 몸체로 분리가 시작되는 부분)만 형성되며, 그 이후는 비자성체 파이프가 완전히 두개의 몸체로 갈라져 공기 중 산소가 자기필터 와이어(130)가 있는 부분으로만 흘러 갈 수 있도록 하는 것이다. 상기 연장형성된 몸체에 포함된 자기필터 와이어(130)는 초전도 자석(10)의 보아에서 보다는 약하지만 여전히 초전도 자석(10)의 자장 영향하에 있어 산소가 계속적으로 자기필터 와이어(130)가 포함된 몸체로 안정적으로 이송되어 배출이 이루어지도록 한다.
<제2실시예>
도 4는 본 발명의 제2실시예에 대한 모식도를 나탄내 것으로, 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예는 제1실시예와는 달리 초전도 자석(10)의 전단부에서부터 비자성 파이프(100)가 형성되어 초전도 자석(10)이 시작되는 부분에서는 Y자 형태로 두개의 몸체로 갈라지도록 형성되며, 이하에서는 이를 중심으로 설명하고자 한다.
상기 비자성 파이프(100)는 초전도 자석(10)의 축방향으로 전체적으로 형성되며, 상기 비자성 파이프(100)는 상기 초전도 자석(10)의 전단부에서 통공(110)이 형성된 축방향 격막(120)에 의해 분리되어 서로 연통되는 두개의 이송라인을 형성하고, 상기 이송라인 중 하나에는 내부에 자기필터 와이어(130)를 포함하여 초전도 자석(10)의 전단부에서부터 공기 중 산소를 분리하게 된다.
그리고, 상기 초전도 자석(10)의 보아 시작 부위에서는 상기 이송라인이 분리되어 두개의 몸체로 분리형성되되, 자기필터 와이어(130)가 포함된 몸체는 초전도 자석(10)의 보아에 축방향으로 삽입형성되어 초전도 자석(10)의 전단부에서부터 분리된 산소를 흡착 배출시키고, 다른 몸체는 초전도 자석(10) 바깥쪽으로 형성되어 질소를 배출하도록 한다. 여기에서, 상기 격막(120)은 상기 비자성 파이프(100)가 두개의 몸체로 분리되기 전까지만 형성되게 된다.
즉, 비자성 파이프(100)가 초전도 자석(10) 전단부에서부터 형성되고, 이송라인 중 하나에 자기필터 와이어(130)를 포함하고 있으므로, 산소가 비자성 파이프(100)가 두개의 몸체로 분리되기 전부터 초전도 자석(10)에 의한 자기필터 와이어(130)의 자장 영향에 의해 초전도 자석(10) 보아에 삽입형성된 몸체로 흘러가도록 유도하게 되어, 질소와 산소의 동시 분리 배출이 가능하게 된다.
이와 같이 본 발명은 초전도 자기분리 장치 및 자기필터 와이어가 포함된 비자성 파이프를 이용하여 기존 장치에 비해 고속으로 공기를 자연 상태에 비해 질소의 농도가 높은 기체와 산소의 농도가 높은 기체로 동시에 분리시킬 수 있게 된다.
이는 석탄, 석유 등 연료를 사용하여 연소에 의해 온도를 올리는 보일러를 사용하는 장치에서는 연소를 위해 공기를 흘려 보낼 때 자연 상태에 비해 산소의 비율을 높일 수 있다면 보일러의 효율을 높일 수 있게 되며, 특히 화력발전소와 같은 대량으로 산소를 필요로 하는 연소장치에 산소 농도가 높은 기체를 보낼 수 있어 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한 공기 중의 습도의 변화에 따라 연소반응 동안 발생하는 열량이 일정하지 않아 출력이 균일하지 않을 수 있는데, 공기 중 산소의 농도를 증가시키면 이러한 문제를 해결할 수 있는 등, 본 발명에 따른 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치가 다양한 분야에 적용될 것으로 기대된다.
10 : 초전도 자석 100 : 비자성 파이프
110 : 통공 120 : 격막
130 : 자기필터 와이어

Claims (6)

  1. 초전도 자석을 이용한 초전도 자기분리 장치에 있어서,
    초전도 자석(10)의 보아에 축방향으로 비자성 파이프(100)가 설치되어 공기의 유출입이 이루어지며, 상기 비자성 파이프(100)는 통공(110)이 형성된 축방향 격막(120)에 의해 분리되어 서로 연통되는 두개의 이송라인을 형성하며, 상기 이송라인 중 하나에는 내부에 자기필터 와이어(130)를 포함하여 공기 중에서 산소를 분리흡착하여 배출하고, 다른 이송라인은 질소를 분리하여 배출하되,
    상기 비자성 파이프(100)는, 상기 초전도 자석(10)의 보아 부위까지는 하나의 몸체로 형성되며, 초전도 자석(10)의 보아가 끝나는 부분에서는 상기 이송라인이 분리되어 두개의 몸체로 연장형성되어 질소와 산소가 각각 이송되도록 하는 것을 특징으로 하는 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 격막(120)은 두개의 몸체로 분리가 시작되는 부분까지 형성되고, 상기 격막(120)에 형성된 통공(110)은 상기 초전도 자석(10)의 보아 부위까지만 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 자기필터 와이어(130)는 두개의 몸체로 분리되어 연장된 부분까지 형성된 것을 특징으로 하는 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치.
  5. 초전도 자석을 이용한 초전도 자기분리 장치에 있어서,
    상기 초전도 자석(10)의 축방향으로 비자성 파이프(100)가 설치되어 공기의 유출입이 이루어지며,
    상기 비자성 파이프(100)는 상기 초전도 자석(10)의 전단부에서 통공(110)이 형성된 축방향 격막(120)에 의해 분리되어 서로 연통되는 두개의 이송라인을 형성하고, 상기 이송라인 중 하나에는 내부에 자기필터 와이어(130)를 포함하여 공기 중 산소를 분리하며,
    상기 초전도 자석(10)의 보아 시작 부위에서는 상기 이송라인이 분리되어 두개의 몸체로 연장형성되되, 자기필터 와이어(130)가 포함된 몸체는 초전도 자석(10)의 보아에 축방향으로 삽입형성되어 분리된 산소를 흡착배출시키고, 다른 몸체는 초전도 자석(10) 바깥 쪽으로 형성되어 질소를 배출하는 것을 특징으로 하는 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 격막(120)은 상기 비자성 파이프(100)가 두개의 몸체로 분리되기 전까지만 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 중 산소 초전도 자기분리 장치.
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