KR102529060B1 - 혼합가스 분리 공급 장치 및 이를 포함하는 가스 공급 시스템 - Google Patents

혼합가스 분리 공급 장치 및 이를 포함하는 가스 공급 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 혼합가스 분리 공급 장치에 관한 것으로, 혼합가스 분리 공급 장치는 외부로부터 공급된 혼합가스를 압축하는 제1 압축기, 상기 제1 압축기와 연결되고, 상기 제1 압축기로부터 공급된 상기 혼합가스에 포함된 불순물을 제거하는 적어도 하나의 필터, 상기 적어도 하나의 필터에 연결되고, 상기 필터를 통과한 혼합가스의 온도를 높이는 히팅 모듈, 일 단이 상기 히팅 모듈과 연결되고, 케이스, 상기 케이스 내부에 배치되며 원통형 형상으로 구현된 기체 분리막 및 상기 기체 분리막의 내부 통로인 가스 유로를 포함하는 적어도 하나의 멤브레인 모듈, 상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈의 일 측면과 연결된 제1 토출구 및 상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈의 타 단과 연결된 제2 토출구를 포함한다.

Description

혼합가스 분리 공급 장치 및 이를 포함하는 가스 공급 시스템{MIXED GAS SEPARATION SUPPLY DEVICE AND GAS SUPPLY SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 혼합가스 분리 공급 장치 및 이를 포함하는 가스 공급 시스템에 관한 것이다.
혼합가스는 두 가지 종류 이상의 가스 성분이 혼합되어 있는 가스로서, 그 예로 공기는 21%의 산소 가스, 78%의 질소 가스, 및 나머지 미량의 기타 가스 성분이 혼합되어 있다.
스쿠버 다이빙(Scuba diving)에 사용되는 공기통은 압력 용기로서, 용기 내부에 압축 공기를 충전한 상태로 혼합가스가 저장되며, 상기 공기통은 다이빙 도중 저장된 압축 공기를 서서히 배출시켜 다이버가 호흡하는데 사용된다.
다만, 상기 압축 공기는 대기중의 공기를 고압으로 충전한 것으로, 상기 압축 공기를 이용하여 장시간 다이빙을 하는 경우, 감압병, 질소 마취와 같은 문제점이 발생할 수 있다.
이에 따라, 상술한 문제점을 개선하기 위하여 압축 공기 내에 함유되어 있는 질소의 비율을 낮추는 대신, 산소 가스의 함량을 높이는 나이트록스 다이빙(Nitrox diving)이 개발되기에 이르렀다.
또한, 일상 생활 중 실내의 공기의 질을 제어하거나 피로 회복, 두뇌 활동 증진, 면역력 강화, 신진대사 증진 등을 위해 공기보다 높은 농도의 산소가 공급되는 실내를 조성하는 추세이다. 이와 같이, 산소의 농도를 높이는 경우 많은 장점이 있지만, 불규칙한 농도가 공급되는 경우에는 오히려 건강에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라, 균일한 농도와 유량의 산소를 공급하기 위한 기술이 필요한 실정이다.
KR 10-0928589 B1
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 혼합가스를 두 가지의 가스로 분리함에 있어서, 분리 배출되는 가스 성분의 농도를 균일하게 제어하며, 보다 많은 양의 배출 가스를 생산 가능한 혼합가스 분리 공급 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치는, 외부로부터 공급된 혼합가스를 압축하는 제1 압축기, 상기 제1 압축기와 연결되고, 상기 제1 압축기로부터 공급된 상기 혼합가스에 포함된 불순물을 제거하는 적어도 하나의 필터, 상기 적어도 하나의 필터에 연결되고, 상기 필터를 통과한 혼합가스의 온도를 높이는 히팅 모듈, 일 단이 상기 히팅 모듈과 연결되고, 케이스, 상기 케이스 내부에 배치되며 원통형 형상으로 구현된 기체 분리막 및 상기 기체 분리막의 내부 통로인 가스 유로를 포함하는 적어도 하나의 멤브레인 모듈, 상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈의 일 측면과 연결된 제1 토출구 및 상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈의 타 단과 연결된 제2 토출구를 포함한다.
상기 제1 압축기와 상기 적어도 하나의 필터 사이에 배치된 수분제거기를 더 포함하되, 상기 수분제거기는 상기 제1 압축기로부터 공급된 상기 혼합가스에 포함된 수분을 제거하고, 상기 제1 압축기와 상기 적어도 하나의 필터 간의 온도 차이를 줄일 수 있다.
상기 히팅 모듈과 상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈 사이에 배치된 멤브레인 건조기를 더 포함하되, 상기 멤브레인 건조기는 상기 히팅 모듈로부터 공급된 혼합가스에 포함된 미세 수분을 제거할 수 있다.
상기 혼합가스는 산소와 질소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈은 상기 기체 분리막을 통해 상기 산소와 상기 질소를 분리하고, 상기 산소는 상기 기체 분리막을 통과하여 상기 제1 토출구로 배출되고, 상기 질소는 상기 가스 유로를 통해 상기 제2 토출구로 배출될 수 있다.
상기 제1 토출구와 인접 배치된 산소 농도 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 혼합가스 분리 공급 장치가 복수의 필터 및 복수의 멤브레인 모듈을 포함하는 경우, 상기 복수의 필터는 병렬로 배치되어 각각 상기 제1 압축기와 연결되고, 상기 복수의 멤브레인 모듈은 병렬로 배치되어 각각 상기 히팅 모듈과 연결될 수 있다.
상기 복수의 필터와 상기 제1 압축기를 연결하는 제1 연결관;을 더 포함하되, 상기 복수의 필터 각각은 상기 제1 연결관과 연결될 수 있다.
상기 복수의 멤브레인 모듈과 상기 히팅 모듈을 연결하는 제2 연결관, 상기 복수의 멤브레인 모듈과 상기 제1 토출구를 연결하는 제3 연결관 및 상기 복수의 멤브레인 모듈과 상기 제2 토출구를 연결하는 제4 연결관을 더 포함하되, 상기 복수의 멤브레인 모듈 각각의 일 단은 상기 제2 연결관과 연결되고, 타 단은 상기 제4 연결관과 연결되며, 일 측면은 상기 제4 연결관과 연결될 수 있다.
상기 제1 토출구와 연결되어 상기 제1 토출구로부터 배출되는 제1 가스를 압축하는 제2 압축기, 상기 제3 연결관과 제5 연결관을 통해 연결된 트립 방지 모듈을 더 포함하되, 상기 트립 방지 모듈은 상기 제1 토출구로 배출되는 상기 제1 가스가 역류하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제3 연결관에 배치되며, 상기 제1 토출구와 인접 배치된 제1 밸브, 상기 제4 연결관에 배치되며, 상기 제2 토출구와 인접 배치된 제2 밸브를 더 포함하되, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브는 각각 상기 제1 토출구와 상기 제2 토출구로부터 배출되는 제1 가스 또는 제2 가스의 유량을 제어할 수 있다.
상기 제2 내지 제4 연결관은 각각 스테인리스(Stainless steel)로 이루어지며, 락 커플링(Lock coupling) 방식에 의해 고정 결합될 수 있다.
상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈과 상기 히팅 모듈 사이에 배치되어 상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈에 공급되는 혼합가스의 유량을 제어하는 가스 레귤레이터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 가스 공급 시스템은, 어느 하나의 건물에 포함된 적어도 어느 하나의 세대에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템으로서, 혼합가스 분리 공급 장치; 및 상기 혼합 가스 분리 공급 장치와 연결되며 상기 적어도 어느 하나의 세대에 가스를 공급하는 세대별 분배 장치;를 포함하되, 상기 혼합가스 분리 공급 장치는, 외부로부터 공급된 혼합가스를 압축하는 제1 압축기, 상기 제1 압축기와 연결되고, 상기 제1 압축기로부터 공급된 상기 혼합가스에 포함된 불순물을 제거하는 적어도 하나의 필터, 상기 적어도 하나의 필터에 연결되고, 상기 필터를 통과한 혼합가스의 온도를 높이는 히팅 모듈, 일 단이 상기 히팅 모듈과 연결되고, 케이스, 상기 케이스 내부에 배치되며 원통형 형상으로 구현된 기체 분리막 및 상기 기체 분리막의 내부 통로인 가스 유로를 포함하는 적어도 하나의 멤브레인 모듈, 상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈의 일 측면과 연결된 제1 토출구 및 상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈의 타 단과 연결된 제2 토출구를 포함한다.
상기 세대별 분배 장치는, 상기 제1 토출구와 연결되는 가스 분배 모듈, 상기 적어도 어느 하나의 세대에 포함된 적어도 어느 하나의 방에 배치된 적어도 어느 하나의 가스 공급 모듈, 및 상기 가스 분배 모듈을 제어하여 상기 적어도 어느 하나의 가스 공급 모듈의 가스 공급 여부, 공급량을 조절하는 컨트롤 모듈을 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
실시예들에 따른 혼합가스 분리 장치에 의하는 경우, 혼합가스 분리 공급 장치는, 에어탱크를 포함함으로써, 순간적으로 분리하고자 하는 기체 수요량이 증가하거나 또는 공급가스보다 생산가스 양이 많아지는 경우에도 혼합가스의 유량을 균일하게 유지하는 데에 유리할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치는 병렬로 연결된 복수의 필터를 포함하여 보다 많은 유량의 혼합가스의 불순물과 냄새를 제거할 수 있고, 병렬로 연결된 복수의 멤브레인 모듈을 포함함으로써 많은 유량의 혼합가스를 분리할 수 있다. 이에 따라, 분리 대상 기체(예컨대, 산소 가스)를 생산하여 공급하는 양을 늘리는 데에 유리할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치는 복수의 필터와 복수의 멤브레인 모듈 사이에 히팅 모듈을 배치함으로써, 복수의 멤브레인 모듈에 공급되는 혼합가스의 온도를 높여 혼합가스의 유량을 증대시키는 데에 유리할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치의 정면 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치의 배면 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치의 정면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치의 배면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치의 평면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치의 우측면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 멤브레인 모듈의 부분 단면 사시도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치가 구동하는 경우 혼합가스의 흐름을 보여주는 정면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치가 구동하는 경우 혼합가스의 흐름을 보여주는 배면도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 멤브레인 모듈이 구동하는 경우 혼합가스의 흐름을 보여주는 단면도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치의 정면 사시도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치의 정면도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 가스 공급 시스템의 개략도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(element) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 실시예들을 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 구체적인 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치의 정면 사시도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치의 배면 사시도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치의 정면도이다. 도 4는 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치의 배면도이다. 도 5는 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치의 평면도이다. 도 6은 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치의 우측면도이다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10)에 대하여 상세하게 설명한다.
본 명세서에서는 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10)가 산소 가스를 공급하기 위한 산소 발생 장치인 것을 예로 하여 설명하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 이하에서 설명될 혼합가스 분리 공급 장치(10)는 산소를 포함하는 두 종류의 혼합가스로부터 산소를 분리하는 것이므로, 두 종류 이상의 혼합가스로부터 특정 가스 성분을 분리하여 활용하는 것이라면 본원 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10)는 제1 압축기(100), 에어탱크 (200), 수분제거기(300), 지지구조체(400), 복수의 필터(500), 히팅 모듈(600), 멤브레인 건조기(700), 복수의 멤브레인 모듈(800), 및 산소 농도 센서(S1)를 포함할 수 있다.
제1 압축기(100)는 기체의 부피를 줄여 기체의 압력을 증가시키는 기계식 장치로, 콤프레서(Compressor)일 수 있다. 제1 압축기(100)는 혼합가스를 1차적으로 압축하는 구성요소이며, 제1 토출구(O1)와 연결되어 분리된 기체를 압축하는 제2 압축기(도 11의 910)와 대비하여 저압 콤프레서일 수 있다. 1차 압축된 혼합가스는 복수의 멤브레인 모듈(800)에 이해 각각의 가스 성분으로 분리되는데, 제1 압축기(100)는 혼합가스를 압축함으로써, 멤브레인 모듈(800) 내측으로 유입되는 혼합가스의 흐름을 원활하게 할 수 있다.
제1 압축기(100)는 컨트롤러(110)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(110)는 혼합가스 분리 공급 장치(10)의 각 구성요소의 구동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(110)는 제1 압축기(100), 수분제거기(300), 히팅 모듈(600), 멤브레인 건조기(700), 트립 방지 모듈(T1), 및 산소 농도 센서(S1) 각각의 구동을 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러(110)는 혼합가스 분리 공급 장치(10)에 포함된 복수의 밸브(V1, V2)를 제어할 수도 있다.
에어탱크(200)는 제1 압축기(100)에 의해 압축된 혼합가스를 보관하거나, 혼합가스의 진동(또는 맥동)을 흡수하는 구성요소로, 압축공기 탱크 또는 에어 리시버(Air receiver)일 수 있다. 에어탱크(200)는 제1 압축기(100)와 제1 연결관(P1)을 통해 연결되어 제1 압축기(100)에 의해 압축된 혼합가스를 공급받을 수 있다.
에어탱크(200)는 제1 압축기(100)로부터 공급된 압축 혼합가스를 보관함으로써, 제1 압축기(100)가 공급하는 혼합가스보다 분리하고자 하는 목표 가스(예컨대, 산소 가스)의 생산량이 많은 경우 또는 순간적인 혼합가스 사용량이 많아 부하 변동(또는, 맥동 변동)이 심한 경우 버퍼 메커니즘(Buffer mechanism) 역할을 할 수 있다.
수분제거기(300)는 에어탱크(200)로부터 공급된 혼합가스의 수분을 제거하기 위한 구성요소일 수 있다. 수분제거기(300)는 제2 연결관(P2)에 의해 에어탱크(200)와 연결될 수 있다. 수분제거기(300)는 제1 압축기(100)로 공급되는 혼합가스(예컨대, 대기 중의 공기)에 포함된 수분을 제거할 수 있다.
또한, 수분제거기(300)는 혼합가스 분리 공급 장치(10)의 각 구성요소 사이의 온도 편차를 최소화하여 수분 발생량을 최소화하거나, 이미 발생된 수분을 제거하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 수분제거기(300)는 제1 압축기(100) 및/또는 에어탱크(200)와 복수의 필터(500) 간의 온도 편차를 최소화하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 수분제거기(300)는 냉각기(일명, 쿨러라고 함) 및 건조기(일명, 드라이어라고 함)를 포함할 수 있다.
지지구조체(400)는 복수의 필터(500), 히팅 모듈(600), 멤브레인 건조기(700), 복수의 멤브레인 모듈(800), 트립 방지 모듈(T1) 및 산소 농도 센서(S1)를 각각 고정하여 지지하기 위한 구조물일 수 있다.
예를 들어, 지지구조체(400)는 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 사다리 형상의 본체와 상기 본체에 연결되어 수평을 지지하는 삼각형 형상의 지지대를 포함할 수 있으나, 지지구조체(400)의 형상이 이에 제한되는 것은 아니다.
지지구조체(400)는 복수의 지지 부재(미부호)를 포함하며, 복수의 지지 부재를 이용하여 복수의 필터(500), 히팅 모듈(600), 멤브레인 건조기(700), 복수의 멤브레인 모듈(800), 트립 방지 모듈(T1) 및 산소 농도 센서(S1)를 상기 본체에 고정할 수 있다.
복수의 필터(500)는, 일반적으로 다량의 기체 또는 액체 따위로부터 순수한 것 만을 분리하기 위해 불순물을 걸러내는 구성요소로서, 제1 압축기(100)로 유입되는 혼합가스에 포함된 불순물을 제거하는 역할을 할 수 있다. 복수의 필터(500) 각각은 제3 연결관(P3)을 통해 수분제거기(300)와 연결될 수 있다.
예를 들어, 복수의 필터(500)는 병렬로 배치되어 제3 연결관(P3)과 각각 연결될 수 있다. 복수의 필터(500) 각각은 수분제거기(300)로부터 공급된 혼합가스에 포함된 불순물 및 냄새를 제거할 수 있다.
일 실시예에 따른 제1 압축기(100)는 윤활유를 이용할 수 있는데, 윤활유를 이용하는 제1 압축기(100)가 혼합가스를 압축하는 경우, 압축된 혼합가스는 오일(Oil) 성분을 포함할 수 있다.
이와 같이, 혼합가스에 오일 성분이 포함된 경우, 제1 토출구(O1)를 통해 토출된 가스에도 다량의 오일이 포함될 수 있다. 이에 따라, 제1 토출구(O1)를 통해 토출된 가스가 실내에 공급되어 사람 또는 반려동물이 흡입하거나 또는 다이버가 사용하는 공기 탱크에 주입되어 다이빙 중 장시간 흡입하는 경우 다량의 오일이 폐에 점진적으로 축적되어 건강에 치명적일 수 있다. 따라서, 복수의 필터(500)는 이와 같은 문제점을 해소하기 위해 윤활유를 포함하는 오일 성분 및 기타 불순물을 제거하는 역할을 할 수 있다.
즉, 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10)는 혼합가스 내에 잔류하는 기름 성분을 걸러내기 위하여 복수의 필터(500)를 사용하는데, 오일은 벌크 오일(Bulk oil), 오일 에어로졸(Oil aerosol) 따위의 형태로 존재하며, 상기 벌크 오일 및 오일 에어로졸은 코울레싱 필터(coalescing filter)를 사용하는 경우
Figure 112022036765308-pat00001
까지 줄일 수 있다.
본 명세서에서는, 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10)가 세 개의 필터(500_1, 500_2, 500_3)을 포함하는 것을 예시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 필터(500)의 개수는 제1 압축기(100)로부터 에어탱크(200) 및 수분제거기(300)를 통해 공급되는 혼합가스의 유량에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10)에 포함된 필터(500)의 개수는 두 개 이하 또는 네 개 이상일 수도 있다.
히팅 모듈(600)은 혼합가스의 온도를 증가시켜 멤브레인 모듈(800)에 공급되는 혼합가스의 유량을 증대시키는 역할을 할 수 있다. 히팅 모듈(600)은 복수의 필터(500)와 복수의 멤브레인 모듈(800) 사이에 배치될 수 있다.
히팅 모듈(600)은 제4 연결관(P4)을 통해 복수의 필터(500)와 연결될 수 있다. 히팅 모듈(600)은 복수의 필터(500)로부터 오일 성분 및 기타 불순물이 제거된 혼합가스를 공급받고, 공급받은 혼합가스의 온도를 높여 혼합가스의 유량을 증대시킬 수 있다. 또한, 히팅 모듈(600)은 제1 압축기(100)에 공급되는 혼합 가스(예컨대, 외부 공기)의 온도 즉, 불규칙한 대기온도에 따라 혼합가스의 유량이 변동되거나 또는 혼합가스 분리 공급 장치(10)가 배치된 장소의 온도 변화에 따라 멤브레인 모듈(800)에 공급되는 혼합 가스의 유량이 변동되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
일 실시예에 따른 히팅 모듈(600)은 케이스 및 상기 케이스 내부 및/또는 외부에 배치된 복수의 열선 또는 열판을 포함함으로써, 케이스 내부의 온도를 증가시켜 히팅 모듈(600)을 통과하는 혼합가스의 온도를 높일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 히팅 모듈(600)이 혼합가스의 온도를 높이는 방법은 다양한 방법이 적용될 수 있을 것이다.
멤브레인 건조기(700)는 혼합가스에 포함된 미세 수분을 제거하는 역할을 할 수 있다. 멤브레인 건조기(700)는 제5 연결관(P5)을 통해 히팅 모듈(600)과 연결될 수 있다. 멤브레인 건조기(700)는 히팅 모듈(600)로부터 유량이 증폭된 혼합가스를 공급받고, 공급받은 혼합가스에 포함된 미세 수분을 제거할 수 있다.
또한, 멤브레인 건조기(700)는 히팅 모듈(600)과 복수의 멤브레인 모듈(800) 사이의 온도차를 줄임으로써, 구성간 온도 차이에 의한 수분 발생을 미연에 방지할 수 있다.
복수의 멤브레인 모듈(800)은 혼합가스에 포함된 복수의 가스를 분리할 수 있다. 예를 들어, 복수의 멤브레인 모듈(800)은 공기에 포함된 산소 가스와 질소 가스를 분리할 수 있다.
본 명세서에서는, 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10)가 세 개의 멤브레인 모듈(800_1, 800_2, 800_3)을 포함하는 것을 예시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 멤브레인 모듈(800)의 개수는 혼합가스의 유량에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10)에 포함된 멤브레인 모듈(800)의 개수는 두 개 이하 또는 네 개 이상일 수도 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 멤브레인 모듈의 부분 단면 사시도이다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해 도 7을 참조하며 제1 멤브레인 모듈(800_1)의 구조 및 기능에 대하여 상세히 설명하지만, 제2 멤브레인 모듈(800_1) 및 제3 멤브레인 모듈(800_1) 각각의 구조와 기능도 제1 멤브레인 모듈(800_1)의 구조 및 기능과 실질적으로 동일할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 멤브레인 모듈(800_1)은 멤브레인 모듈 케이스(810_1), 멤브레인 모듈 케이스(810_1) 내부에 배치된 원통형 형상의 기체 분리막(820_1) 및 기체 분리막(820_1)의 내부 통로로 정의되는 가스 유로(33)를 포함할 수 있다.
제1 멤브레인 모듈(800_1)의 일 단은 제6 연결관(P6)을 통해 멤브레인 건조기(700)와 연결되고, 상기 일 단과 반대인 타 단은 제8 연결관(P8)을 통해 제3 토출구(O3)와 연결될 수 있다. 또한, 제1 멤브레인 모듈(800_1)의 측면에는 제7 연결관(P7)이 연통되어 제1 토출구(O1)와 연결될 수 있다.
제1 멤브레인 모듈(800_1)은 제6 연결관(P6)을 통해 멤브레인 건조기(700)로부터 혼합가스를 공급받고, 혼합가스를 제1 가스와 제2 가스로 분리하여 각각 제8 연결관(P8)을 통해 제3 토출구(O3)로 배출하거나 제7 연결관(P7)을 통해 제1 토출구(O1)으로 배출할 수 있다.
예를 들어, 제1 멤브레인 모듈(800_1)에 공기가 공급되는 경우, 기체 분리막(820_1)은 상기 공기를 산소 가스와 질소 가스로 각각 분리할 수 있다. 즉, 제1 멤브레인 모듈(800_1)은 특정 기체 성분(예컨대, 산소와 질소)에 대한 분압차에 따른 각 기체간의 용해도와 투과도의 차이에 의하여, 기체 분리막(820_1)의 양 단에 가해지는 기체 혼합물 중에서 산소만이 선택적으로 투과되도록 할 수 있다. 이에 따라, 산소 농도가 높은 제1 가스(또는 산소 가스)는 제7 연결관(P7)으로 배출되고, 질소 농도가 높은 제2 가스(또는 질소 가스)는 제8 연결관(P8)으로 배출시킬 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 다른 멤브레인 모듈(800_1)을 이용하여 혼합가스의 분리 공정을 통해 산소 가스를 분리하는 경우, 상(Phase) 변화가 발생하지 않을 뿐만 아니라, 에너지 소비를 줄이고, 낮은 비용으로 장치를 유지하는 데에 유리할 수 있다.
다시 도 1 내지 도 6을 참조하면, 산소 농도 센서(S1)는 제1 토출구(O1)를 통해 배출되는 제1 가스에 포함된 산소의 농도를 측정 및 표시할 수 있다. 일 실시예에 따른 산소 농도 센서(S1)는 제1 토출구(O1)와 인접한 제7 연결관(P7) 내부에 배치된 센서 구성(미도시) 및 상기 센서 구성에 의해 측정된 산소의 농도를 표시하거나 또는 센서의 작동(온/오프, 리셋, 기준값 설정 등)을 제어하기 위한 인터페이스 구성을 포함할 수 있다.
이에 따라, 혼합가스 분리 공급 장치(10)를 구동하는 작업자 또는 관리자는 제1 토출구(O1)를 통해 배출되는 제1 가스의 산소의 농도를 확인함으로써, 목표 산소 농도에 도달하거나 또는 균일한 농도의 산소 공급을 위하여 제1 압축기(100), 수분제거기(300), 히팅 모듈(600), 복수의 밸브(V1, V2)를 조절하는 데에 유리할 수 있다.
일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10)는 제1 밸브(V1) 및 제2 밸브(V2)를 포함할 수 있다. 제1 밸브(V1)는 제7 연결관(P7)에 결합되고, 제2 밸브(V2)는 제8 연결관(P8)에 결합될 수 있다.
제1 밸브(V1)는 제1 토출구(O1)와 인접한 제7 연결관(P7)에 배치되고, 제1 토출구(O1)로 배출되는 제1 가스의 유량, 압력 등을 조절할 수 있다.
제2 밸브(V2)는 제3 토출구(O2)와 인접한 제8 연결관(P8)에 배치되어, 제3 토출구(O3)로 배출되는 제2 가스의 유량, 압력 등을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 압축기(100)가 대기중의 공기를 압축하여 공급하고, 복수의 멤브레인 모듈(800)이 공기를 산소와 질소로 분리하여, 제3 토출구(O3)로 배출되는 제2 가스가 대기중의 공기에 비하여 질소의 농도가 높은 경우, 혼합가스 분리 공급 장치(10)를 작동하는 작업자 또는 관리자는 제2 밸브(V2)를 이용하여 제3 토출구(O3)로 배출되는 제2 가스의 유량, 압력을 조절함으로써, 제1 토출구(O1)로 배출되는 제1 가스에 포함된 산소의 농도를 조절할 수 있다.
따라서, 제2 밸브(V2)는 산소 농도 조절 밸브라고 명명될 수 있을 것이다.
또한, 혼합가스 분리 공급 장치(10)의 각 구성을 연결하기 위한 복수의 연결관(P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8)은 서로 연결되거나 다른 구성과 연결되는 경우, 락 커플링(Lock coupling) 방식에 의해 고정 결합되는 방식을 채택함으로써, 분해 조립이 용이하기 때문에 이동 설치하는 경우에도 별도의 공구 없이 쉽게 설치할 수 있다.
나아가, 복수의 연결관(P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8)은 스테인리스(Stainless steel)를 사용함으로써, 유압 배관이나 고무 배관에 생길 수 있는 화학 물질, 녹 발생 등을 미연에 방지할 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10)에 의하는 경우, 에어탱크(200)를 포함함으로써, 순간적으로 분리하고자 하는 기체(예컨대, 산소 가스) 수요량이 증가하거나 또는 공급가스보다 생산가스 양이 많아지는 경우에도 혼합가스의 유량을 균일하게 유지하는 데에 유리할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10)는 병렬로 연결된 복수의 필터(500)를 포함하여 보다 많은 유량의 혼합가스의 불순물과 냄새를 제거할 수 있고, 병렬로 연결된 복수의 멤브레인 모듈(800)을 포함함으로써 많은 유량의 혼합가스를 분리할 수 있다. 이에 따라, 분리 대상 기체(예컨대, 산소 가스)를 생산하여 공급하는 양을 늘리는 데에 유리할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10)는 복수의 필터(500)와 복수의 멤브레인 모듈(800) 사이에 히팅 모듈(600)을 배치함으로써, 복수의 멤브레인 모듈(800)에 공급되는 혼합가스의 온도를 높여 혼합가스의 유량을 증대시키는 데에 유리할 수 있다. 다시 말해, 히팅 모듈(600)은 복수의 필터(500)가 병렬로 배치됨으로써 수분제거기(300)로부터 공급된 혼합가스의 유량이 감소하는 현상을 방지하여 병렬로 배치된 복수의 멤브레인 모듈(800)에 충분한 유량의 혼합가스가 공급하도록 하는 데에 유리할 수 있다. 또한, 히팅 모듈(600)의 온도를 조절함으로써 복수의 멤브레인 모듈(800)에 공급되는 혼합가스의 유량 또는 압력을 균일하게 유지하여 생산되는 배출되는 제1 가스의 산소의 농도를 일정하게 유지할 수 있다.
나아가, 몇몇 실시예에 다른 혼합가스 분리 공급 장치(10)는 복수의 멤브레인 모듈(800)과 멤브레인 건조기(700) 사이에 가스 레귤레이터(Gas regulator)를 구비하여 복수의 멤브레인 모듈(800)에 공급되는 혼합가스의 압력을 보다 효과적으로 제어하는 데에 유리할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치가 구동하는 경우 혼합가스의 흐름을 보여주는 정면도이다. 도 9는 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치가 구동하는 경우 혼합가스의 흐름을 보여주는 배면도이다.
이하, 도 8 및 도 9를 참조하여 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치(10)의 혼합가스 분리 과정에 대하여 설명한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 압축기(100)는 대기중의 공기를 압축하여 제1 연결관(P1)을 통해 압축된 혼합가스를 에어탱크(200)에 공급할 수 있다. 압축된 혼합가스는 에어탱크(200)에 보관되거나 에어탱크(200)를 경유하여 제2 연결관(P2)을 통해 수분제거기(300)에 공급될 수 있다.
수분제거기(300)는 압축된 혼합가스에 포함된 수분을 제거하고, 수분이 제거된 압축 혼합가스를 제3 연결관(P3)을 통해 복수의 필터(500_1, 500_2, 500_3)에 공급할 수 있다.
이후, 복수의 필터(500_1, 500_2, 500_3) 각각은 제3 연결관(P3)을 통해 공급된 혼합가스에 포함된 오일 성분 및 기타 불순물을 제거하며, 복수의 필터(500_1, 500_2, 500_3)과 멤브레인 건조기(700)와 각각 제4 연결관(P4) 및 제5 연결관(P5)으로 연통되어 그 사이에 배치된 히팅 모듈(600)은 제4 연결관(P4)로부터 공급된 혼합가스의 온도를 높여 혼합가스의 유량을 증대하거나 또는 외부 온도 변화에 따라 혼합가스의 온도가 변화하여 유량이 변동되는 것을 방지하여 균일한 유량의 혼합가스를 제5 연결관(P5)으로 공급할 수 있다.
다음으로, 멤브레인 건조기(700)는 제5 연결관(P5)을 통해 공급된 혼합가스에 잔류하는 미세 수분을 제거하여 제6 연결관(P6)으로 공급할 수 있다. 제6 연결관(P6)을 통해 공급된 혼합가스는 복수의 멤브레인 모듈(800_1, 800_2, 800_3) 각각에 의해 산소 가스와 질소 가스로 분리될 수 있다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같이 복수의 멤브레인 모듈(800_1, 800_2, 800_3) 각각에 공급된 혼합가스는 기체 분리막(820_1)에 의해 용해도와 투과도에 따라 분리되는 데, 혼합가스가 공기인 경우, 질소 가스는 기체 분리막(820_1)을 통과하지 못하고 가스 유로(33)를 통해 제8 연결관(P8)으로 배출되고, 산소 가스는 기체 분리막(820_1)을 통과하여 제7 연결관(P7)으로 배출될 수 있다.
이에 따라, 제7 연결관(P7)으로 배출된 산소 가스 또는 산소 농도가 높은 제1 가스는 제1 토출구(O1)로 배출되고, 제8 연결관(P8)으로 배출된 질소 가스 또는 질소 농도가 높은 제2 가스는 제3 토출구(O3)로 배출될 수 있다.
상기 산소 가스 또는 제1 가스는 제1 토출구(O1)와 인접 배치된 제1 밸브(V1)에 의해 유량이 제어되고, 제8 연결관(P8)을 통해 배출된 상기 질소 가스 또는 제2 가스는 제3 토출구(O3)와 인접 배치된 제2 밸브(V1)에 의해 유량이 제어될 수 있다. 또한, 제1 토출구(O1)로 배출되는 제1 가스에 포함된 산소의 농도는 제2 밸브(V1)를 통해 조절될 수도 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10)에 의하는 경우, 에어탱크(200)를 포함함으로써, 순간적으로 분리하고자 하는 기체(예컨대, 산소 가스) 수요량이 증가하거나 또는 공급가스보다 생산가스 양이 많아지는 경우에도 혼합가스의 유량을 균일하게 유지하는 데에 유리할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10)는 병렬로 연결된 복수의 필터(500)를 포함하여 보다 많은 유량의 혼합가스의 불순물과 냄새를 제거할 수 있고, 병렬로 연결된 복수의 멤브레인 모듈(800)을 포함함으로써 많은 유량의 혼합가스를 분리할 수 있다. 이에 따라, 분리 대상 기체(예컨대, 산소 가스)를 생산하여 공급하는 양을 늘리는 데에 유리할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10)는 복수의 필터(500)와 복수의 멤브레인 모듈(800) 사이에 히팅 모듈(600)을 배치함으로써, 복수의 멤브레인 모듈(800)에 공급되는 혼합가스의 온도를 높여 혼합가스의 유량을 증대시키는 데에 유리할 수 있다. 다시 말해, 히팅 모듈(600)은 복수의 필터(500)가 병렬로 배치됨으로써 수분제거기(300)로부터 공급된 혼합가스의 유량이 감소하는 현상을 방지하여 병렬로 배치된 복수의 멤브레인 모듈(800)에 충분한 유량의 혼합가스가 공급하도록 하는 데에 유리할 수 있다. 또한, 히팅 모듈(600)의 온도를 조절함으로써 복수의 멤브레인 모듈(800)에 공급되는 혼합가스의 유량 또는 압력을 균일하게 유지하여 생산되는 배출되는 제1 가스의 산소의 농도를 일정하게 유지할 수 있다.
나아가, 몇몇 실시예에 다른 혼합가스 분리 공급 장치(10)는 복수의 멤브레인 모듈(800)과 멤브레인 건조기(700) 사이에 가스 레귤레이터(Gas regulator)를 구비하여 복수의 멤브레인 모듈(800)에 공급되는 혼합가스의 압력을 보다 효과적으로 제어하는 데에 유리할 수 있다.
도 11은 다른 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치의 정면 사시도이다. 도 12는 다른 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치의 정면도이다. 도 11 및 도 12에 따른 혼합가스 분리 장치(10')는 제2 압축기(910) 및 압축가스 분배기(920)를 더 포함하는 것에서 도 1 내지 도 7의 실시예와 차이가 있다. 도 11 및 도 12에서는 설명의 편의를 위해 도 1 내디 도 7의 실시예와 차이점을 위주로 설명한다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 다른 실시예에 따른 혼합가스 분리 장치(10')는 트립 방지 모듈(T1), 제2 압축기(910) 및 압축가스 분배기(920)를 더 포함할 수 있다. 도 11 및 도 12에서 부호가 생략된 구성은 도 1 내지 도 6을 더 참조한다.
본 실시예에 따른 혼합가스 분리 공급 장치(10')는, 나이트록스 다이빙(Nitrox Diving)에 활용하기 위하여 산소를 공급하기 위한 산소 발생 장치로 이용될 수 있다. 여기서, 나이트록스 다이빙은 압축 공기에 포함되어 있는 산소의 성분비율을 인위적으로 바꿔 산소의 함량을 높임으로써, 얕은 수심에서 보다 오랜 시간동안 다이빙하는 것을 의미할 수 있다. 또한, 산소 성분비가 높은 혼합가스가 충전된 에어탱크는, 잠수 중 다이버의 체내에 질소가 쌓이는 것을 줄여 감압병(Decompression sickness) 발생의 위험을 줄이거나 또는 체내에 쌓인 질소의 배출 속도를 증가시켜 감압 시간을 줄이기 위해 사용될 수 있다.
이와 같이, 혼합가스 분리 공급 장치(10')가 대기 중의 공기보다 높은 산소 농도의 제2 가스를 고압 탱크(CT)에 공급하기 위해서는 제2 압축기(910)를 더 포함할 수 있다. 제2 압축기(910)는 제1 토출구(O1)와 고압 탱크 사이에 배치될 수 있다. 제2 압축기(910)는 제11 연결관(P11)을 통해 제1 토출구(O1)에 연결되며, 제1 토출구(O1)에서 배출된 제1 가스를 압축하여 고압 탱크(CT)에 제공할 수 있다. 제2 압축기(910)는 제1 압축기(100)에 비해 고압 콤프레서일 수 있다.
압축가스 분배기(920)는 제2 압축기(910)에 의해 압축된 가스를 적어도 하나의 고압 탱크(CT)에 전달하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 압축가스 분배기(920)는 제2 압축기(910)에 의해 압축된 가스를 제12 연결관(P12)을 통해 공급받고, 복수의 고압 탱크(CT) 각각에 공급할 수 있다.
압축가스 분배기(920)는 복수의 고압 탱크(CT) 각각에 균등하게 압축 가스가 공급되도록 제어될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 압축가스 분배기(920)는 복수의 고압 탱크(CT) 각각에 공급되는 압축 가스의 양을 조절할 수도 있다.
트립 방지 모듈(T1)은 혼합가스 분리 공급 장치(10')가 제2 압축기(910)를 이용하여 제1 토출구(O1)에서 토출되는 제1 가스를 압축하는 경우, 그 역류를 방지하는 역할을 하는 구성요소일 수 있다.
트립 방지 모듈(T1)은 제9 연결관(P9)을 통해 제2 토출구(O2)와 연결되고, 제9 연결관(P9)의 중간은 제9 연결관(P10)을 통해 제7 연결관(P7)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 트립 방지 모듈(T1)은 제7 연결관(P7), 제9 연결관(P9) 및 제10 연결관(P10)을 통해 제1 토출구(O1)와 연통될 수 있다.
예를 들어, 트립 방지 모듈(T1)은 체크 밸브(Check valve) 또는 논 리턴 밸브(Non-return valve)일 수 있다. 트립 방지 모듈(T1)은 제2 압축기(910)가 과부하되거나 또는 오동작에 따라, 제1 토출구(O1)로 배출되는 제1 가스의 양보다 제2 압축기(910)를 통해 배출되거나 제2 압축기(910)의 수용 가능한 가스 양이 적은 경우, 제7 연결관(P7)에 흐르는 혼합가스의 일부를 외부로 배출할 수 있다. 반대로, 제1 토출구(O1)로 배출되는 제1 가스의 양보다 제2 압축기(910)를 통해 배출되거나 제2 압축기(910)의 수용 가능한 가스 양이 많은 경우, 트립 방지 모듈(T1)은 외부 공기를 제7 연결관(P7)에 공급할 수도 있다.
이와 같이, 트립 방지 모듈(T1)은 제2 압축기(910)의 과부하를 방지하고, 제1 토출구(O1)로 배출된 혼합가스의 역류에 의한 혼합가스 분리 공급 장치(10')에 포함된 각 구성이 손상되거나 기능이 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 제9 내지 제12 연결관(P9, P10, P11, P12)의 고정 결합 방식 및 구성 물질은 제1 내지 제8 연결관(P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8)과 실질적으로 동일할 수 있다.
도 11 및 도 12에서는 혼합가스 분리 공급 장치(10')에 의해 생산된 제1 가스가 공급되는 구체적인 예로 다이빙에 사용되는 고압 탱크를 예시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 고압 탱크는 치료용 고압 탱크, 소방관의 화재 진압 시 사용되는 고압 탱크 등을 포함할 수도 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 가스 공급 시스템의 개략도이다.
도 13을 참조하면, 일 실시예에 따른 가스 공급 시스템(1)은 혼합가스 분리 공급 장치(10) 및 복수의 세대별 분배 장치(20, 30)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 가스 공급 시스템(1)은 혼합가스 분리 공급 장치(10)에 의해 배출된 압축 혼합 가스를 건물의 내부 공간으로 공급하기 위한 것으로, 혼합가스 분리 공급 장치(10)는 제1 토출구(O1)로 산소 농도가 높아진 압축 공기를 배출하는 구성이며, 도 1 내지 도 7에서 설명한 혼합가스 분리 공급 장치(10)와 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 설명의 편의를 위해, 혼합가스 분리 공급 장치(10)에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 13에서는 가스 공급 시스템(1)이 하나의 건물에 포함된 두 개의 세대에 가스를 공급하는 것을 예시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 가스 공급 시스템(1)은 세 개 이상의 세대에 혼합가스 분리 공급 장치(10)에서 배출된 가스를 공급할 수 있을 것이다.
복수의 세대별 분배 장치(20, 30)는 각각 가스 분배 모듈(21, 31), 컨트롤 모듈(22, 23) 및 복수의 가스 공급 모듈(23_1, 23_2, 33_1, 33_2)을 포함할 수 있다. 복수의 세대별 분배 장치(20, 30)는 각각 혼합가스 분리 공급 장치(10)의 제1 토출구(O1)로부터 배출된 산소 농도가 높아진 압축 공기를 어느 하나의 건물에 포함된 적어도 하나의 세대에 공급하기 위한 장치일 수 있다. 여기서, 건물에 포함된 세대는 가정집뿐만 아니라, 독서실, 미용샵, 산소캡슐 카페, 애견 산소방, 잠수병 치료를 위한 고압 산소치료 챔버 등을 포함할 수 있다.
이하에서는, 제1 세대 분배 장치(20)의 구성을 위주로 설명하지만, 제2 세대 분배 장치(30)의 구성도 실질적으로 동일할 수 있다.
제1 가스 분배 모듈(21)은 제1 토출구(O1) 및 복수의 제1 가스 공급 모듈(23_1, 23_2)과 각각 가스 유로를 포함하는 관을 통해 연결될 수 있다. 제1 가스 분배 모듈(21)은 제1 컨트롤 모듈(22)에 의해 제어 하에 복수의 제1 가스 공급 모듈(23_1, 23_2) 중 적어도 어느 하나에 상기 산소 농도가 높아진 압축 공기를 공급할 수 있다.
복수의 제1 가스 공급 모듈(23_1, 23_2)는 해당 세대의 복수의 방에 각각 배치될 수 있다. 본 명세서에서는 두 개의 제1 가스 공급 모듈(23_1, 23_2)을 예로 하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 세대 분배 장치(20)는 하나의 제1 가스 공급 모듈을 포함하거나 세 개 이상의 가스 공급 모듈을 포함할 수 있다.
제1 컨트롤 모듈(22)은 제1 가스 분배 모듈(21)과 전기적으로 연결되어 하나의 세대의 복수의 방 중 적어도 어느 하나의 방에 상기 산소 농도가 높아진 압축 공기를 공급할지 여부, 공급하는 경우 공급량 및 산소 농도 등을 조절할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서 제1 컨트롤 모듈(22)은 혼합가스 분리 공급 장치(10)의 컨트롤러(110)와 전기적으로 연결될 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 실시예들은 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 비록, 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 혼합가스 분리 공급 장치 100: 제1 압축기
200: 에어탱크 300: 수분제거기
400: 지지구조체 500: 복수의 필터
600: 히팅 모듈 700: 멤브레인 건조기
800: 복수의 멤브레인 모듈 T1: 트립 방지 모듈
P1: 제1 연결관 V1: 제1 밸브
S1: 산소 농도 센서 O1: 제1 토출구

Claims (14)

  1. 외부로부터 공급된 혼합가스를 압축하는 제1 압축기;
    상기 제1 압축기와 연결되고, 상기 제1 압축기로부터 공급된 상기 혼합가스에 포함된 불순물을 제거하는 적어도 하나의 필터;
    상기 적어도 하나의 필터에 연결되고, 상기 필터를 통과한 혼합가스의 온도를 높이는 히팅 모듈;
    일 단이 상기 히팅 모듈과 연결되고, 케이스 내부에 배치되며 원통형 형상으로 구현된 기체 분리막 및 상기 기체 분리막의 내부 통로인 가스 유로를 포함하는 적어도 하나의 멤브레인 모듈;
    상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈의 일 측면과 연결된 제1 토출구;
    상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈의 타 단과 연결된 제2 토출구;
    상기 제1 압축기와 상기 적어도 하나의 필터 사이에 배치된 수분제거기; 및
    상기 히팅 모듈과 상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈 사이에 배치된 멤브레인 건조기;를 포함하되,
    상기 수분제거기는 상기 제1 압축기로부터 공급된 상기 혼합가스에 포함된 수분을 제거하고, 상기 제1 압축기와 상기 적어도 하나의 필터 간의 온도 차이를 줄이고,
    상기 멤브레인 건조기는 상기 히팅 모듈로부터 공급된 혼합가스에 포함된 미세 수분을 제거하고, 상기 히팅 모듈과 상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈 사이의 온도 차이를 줄이는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 혼합가스는 산소와 질소를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈은 상기 기체 분리막을 통해 상기 산소와 상기 질소를 분리하고,
    상기 산소는 상기 기체 분리막을 통과하여 상기 제1 토출구로 배출되고,
    상기 질소는 상기 가스 유로를 통해 상기 제2 토출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 공급 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 토출구와 인접 배치된 산소 농도 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 공급 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 혼합가스 분리 공급 장치가 복수의 필터 및 복수의 멤브레인 모듈을 포함하는 경우,
    상기 복수의 필터는 병렬로 배치되어 각각 상기 제1 압축기와 연결되고,
    상기 복수의 멤브레인 모듈은 병렬로 배치되어 각각 상기 히팅 모듈과 연결되는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 공급 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 복수의 필터와 상기 제1 압축기를 연결하는 제1 연결관;을 더 포함하되,
    상기 복수의 필터 각각은 상기 제1 연결관과 연결되는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 공급 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 복수의 멤브레인 모듈과 상기 히팅 모듈을 연결하는 제2 연결관;
    상기 복수의 멤브레인 모듈과 상기 제1 토출구를 연결하는 제3 연결관; 및
    상기 복수의 멤브레인 모듈과 상기 제2 토출구를 연결하는 제4 연결관을 더 포함하되,
    상기 복수의 멤브레인 모듈 각각의 일 단은 상기 제2 연결관과 연결되고, 타 단은 상기 제4 연결관과 연결되며, 일 측면은 상기 제3 연결관과 연결되는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 공급 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 토출구와 연결되어 상기 제1 토출구로부터 배출되는 제1 가스를 압축하는 제2 압축기;
    상기 제3 연결관과 제5 연결관을 통해 연결된 트립 방지 모듈;을 더 포함하되,
    상기 트립 방지 모듈은 상기 제1 토출구로 배출되는 상기 제1 가스가 역류하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 공급 장치.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제3 연결관에 배치되며, 상기 제1 토출구와 인접 배치된 제1 밸브;
    상기 제4 연결관에 배치되며, 상기 제2 토출구와 인접 배치된 제2 밸브;를 더 포함하되,
    상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브는 각각 상기 제1 토출구와 상기 제2 토출구로부터 배출되는 제1 가스 또는 제2 가스의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 공급 장치.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 내지 제4 연결관은 각각 스테인리스(Stainless steel)로 이루어지며, 락 커플링(Lock coupling) 방식에 의해 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 공급 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈과 상기 히팅 모듈 사이에 배치되어 상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈에 공급되는 혼합가스의 유량을 제어하는 가스 레귤레이터를 더 포함하는 혼합가스 분리 공급 장치.
  13. 어느 하나의 건물에 포함된 적어도 어느 하나의 세대에 가스를 공급하는 가스 공급 시스템으로서,
    혼합가스 분리 공급 장치; 및
    상기 혼합가스 분리 공급 장치와 연결되며 상기 적어도 어느 하나의 세대에 가스를 공급하는 세대별 분배 장치;를 포함하되,
    상기 혼합가스 분리 공급 장치는,
    외부로부터 공급된 혼합가스를 압축하는 제1 압축기,
    상기 제1 압축기와 연결되고, 상기 제1 압축기로부터 공급된 상기 혼합가스에 포함된 불순물을 제거하는 적어도 하나의 필터,
    상기 적어도 하나의 필터에 연결되고, 상기 필터를 통과한 혼합가스의 온도를 높이는 히팅 모듈,
    일 단이 상기 히팅 모듈과 연결되고, 케이스 내부에 배치되며 원통형 형상으로 구현된 기체 분리막 및 상기 기체 분리막의 내부 통로인 가스 유로를 포함하는 적어도 하나의 멤브레인 모듈,
    상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈의 일 측면과 연결된 제1 토출구,
    상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈의 타 단과 연결된 제2 토출구,
    상기 제1 압축기와 상기 적어도 하나의 필터 사이에 배치된 수분제거기 및
    상기 히팅 모듈과 상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈 사이에 배치된 멤브레인 건조기를 포함하되,
    상기 수분제거기는 상기 제1 압축기로부터 공급된 상기 혼합가스에 포함된 수분을 제거하고, 상기 제1 압축기와 상기 적어도 하나의 필터 간의 온도 차이를 줄이고,
    상기 멤브레인 건조기는 상기 히팅 모듈로부터 공급된 혼합가스에 포함된 미세 수분을 제거하고, 상기 히팅 모듈과 상기 적어도 하나의 멤브레인 모듈 사이의 온도 차이를 줄이는 것을 특징으로 하는 가스 공급 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 세대별 분배 장치는,
    상기 제1 토출구와 연결되는 가스 분배 모듈,
    상기 적어도 어느 하나의 세대에 포함된 적어도 어느 하나의 방에 배치된 적어도 어느 하나의 가스 공급 모듈, 및
    상기 가스 분배 모듈을 제어하여 상기 적어도 어느 하나의 가스 공급 모듈의 가스 공급 여부, 공급량을 조절하는 컨트롤 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 공급 시스템.
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