KR200338487Y1

KR200338487Y1 - 중공사막을 이용한 산소발생 공기청정기

Info

Publication number: KR200338487Y1
Application number: KR20-2003-0031865U
Authority: KR
Inventors: 이재덕
Original assignee: 이재덕
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2004-01-16

Abstract

본 고안은 중공사막을 이용한 산소발생 공기청정기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 외부의 공기를 흡입하여 필터로 정화한 후 중공사막을 이용해서 산소와 질소를 분리하여 깨끗한 산소를 외부로 배출하는 장치에 관한 것이다.

본 고안에 따른 산소발생 공기청정기는 외부의 공기를 흡입하여 필터에 의해 정화하고 외부로 배출하는 공기정화기와, 상기 공기정화기 후단에 연결되어 공기정화기에 의해 정화된 공기를 소음기를 통해 공급받아 내부에 구비된 중공사막에 의해 기체 분자의 속도와 크기를 이용해 산소와 질소를 분리하여 각각 배출하되, 내부의 수분을 열에 의해 증발시켜 상기 산소와 함께 배출하는 산소/질소 분리부와, 상기 산소/질소 분리부로부터 공급받은 산소를, 결로현상을 이용해 수분을 집진하는 수분집진실을 통해 공급받아 호흡이 용이하도록 형성된 호흡기로 이루어진다.

상기한 구성에 의하면 별도의 가습장치와 같은 습기 부여수단을 구비하지 않아도 사용자가 안전하게 호흡할 수 있고, 보다 깨끗하고 순수한 산소를 공급할 수 있다.

Description

중공사막을 이용한 산소발생 공기청정기{Oxygen generating air purifier using membrane}

일반적으로 산소를 발생시키는 방법으로는 화학반응법, 전기분해법 또는 물리적 분리법 등이 알려져 있는 바, 화학반응법은 물과 과산화수소와 과탄산소다 및 알코올과 같은 금속산화물을 반응시키거나 화학물질인 KMn₄및 KCl0₄등을 열분해하여 산소를 발생시키는 방법이고, 전기분해법은 물 또는 전해물질이 함유된 물을 전기를 이용하여 산소와 수소로 분리시키는 방법이다.

물리적 분리법으로는 기체의 물질에 대한 극성의 차이를 이용하거나 기체분자의 크기를 이용하여 기체를 분리시키는 막분리법과, 결정성 고체물질인 분자 체(Molecular Sieve) 및 구리 분자 체(Carbon Molecular Sieve)와 같은 화합물의 흡착탈 원리를 이용하여 기체를 분리시키도록 하는 PSA(Pressure Swing Adsorption)법과 상압과 진공을 이용하여 분리하는 VSA(Vaccum Swing Adsorption)법 등이 있다.

이렇게 발생된 산소는 실내에 공급되거나 헤드셋 등의 호흡기를 통해 사용자가 호흡하게 된다.

산소발생 공기청정기에 발생한 산소를 호흡기를 통해 사용자가 호흡하게 하는 구성에 대해 등록 실용신안 20-322885호(산소발생장치)와 등록 실용신안 20-3228838(분리형 산소발생장치)호에 개시되어 있다.

상기 전자(산소발생장치)에 대한 고안은 상술한 PSA법으로 산소를 발생하여 생기는 문제점인 장치의 수명을 연장하기 위하여 건조기와 분기관을 이용한 것이다.

질소를 흡착시키는 제올라이트가 내장된 베드에 투입되는 공기의 절대수증기량을 최대한 줄이고, 분기관을 통해 배출구를 통해 배출되는 공기의 산소농도를 낮추어 베드가 접촉하는 공기량을 줄임으로써, 베드 내부의 제올라이트가 접촉하는 습기와의 접촉을 줄여 산소발생장치의 수명을 연장시키는 것에 관한 기술로서, 상기 배출구를 통해 나온 산소농도가 높은 공기를 헤드셋 등의 호흡기를 통해 사용자가 호흡하게 되는 것에 대해 개시되어 있다.

상기 후자(분리형 산소발생장치)에 대한 고안은 산소발생 공기청정기와 분배기를 분비하여 이동 및 사용이 간편하게 한 것으로, 상기 산소를 분배하는 분배기의 배출관을 통해 나온 산소농도가 높은 공기를 헤드셋 등의 호흡기를 통해 사용자가 호흡하게 하는 것에 대해 개시되어 있다.

그런데 전자인 산소발생장치의 배출구에서 나오는 산소나 후자인 분리형 산소발생장치의 배출관에서 나오는 산소에는 수분(습기)이 포함되어 있지 않고 건조하여 이 산소를 호흡기를 통해 사용자가 계속 호흡하게 되면 목이 건조해져 각종 호흡기 질환에 걸리기 쉽다.

따라서 전자인 산소발생장치에서는 배출구와 호흡기 사이에 가습장치 등을 구비하였고, 후자인 분리형 산소발생장치에서는 산소를 공급하는 공급관은 물에 잠기도록 설치하였고 배출관은 물의 표면 위로 설치하였다.

즉, 종래에는 호흡기에 산소를 공급할 경우 산소에 수분을 포함되게 하기 위해 가습장치나 물을 통과하도록 하는 장치와 같은 습기 부여수단을 필히 구비하여야 하는 문제점이 있었다.

또한 종래에는 산소발생장치 내부로 외부의 공기를 바로 유입시켜 산소를 발생시키므로 깨끗하고 순수한 산소를 공급하지 못하는 문제점이 있었다.

본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 공기정화기에서 제공하는 깨끗한 공기를 가압펌프에 의해 중공사막이 구비된 멤브레인 타워에 공급하여 중공사막에 의해 질소와 산소가 분리되는 경우 산소에 약간의 수분이 포함되는 바, 이 수분을 증발시켜 산소와 함께 헤드셋 등의 호흡기에 직접 공급함으로써, 별도의 가습장치와 같은 습기 부여수단을 구비하지 않아도 사용자가 안전하게 호흡할 수 있고 보다 깨끗하고 순수한 산소를 공급할 수 있으며 멤브레인 내부에 존재하는 습기를 제거하는 것에 의해 중공사막의 분리능이나 수명을 향상시킬 수 있는 중공사막을 이용한 산소발생 공기청정기를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 해결하기 위하여, 본 고안은 외부의 공기를 흡입하여 필터에의해 정화하고 외부로 배출하는 공기정화기와, 상기 공기정화기 후단에 연결되어 공기정화기에 의해 정화된 공기를 소음기를 통해 공급받아 내부에 구비된 중공사막에 의해 기체 분자의 속도와 크기를 이용해 산소와 질소를 분리하여 각각 배출하되, 내부의 수분을 열에 의해 증발시켜 상기 산소와 함께 배출하는 산소/질소 분리부와, 상기 산소/질소 분리부로부터 공급받은 산소를, 결로현상을 이용해 수분을 집진하는 수분집진실을 통해 공급받아 호흡이 용이하도록 형성된 호흡기로 구비됨을 특징으로 하는 중공사막을 이용한 산소발생 공기청정기를 제공하고자 한다.

도 1은 본 고안에 따른 산소발생 공기청정기의 구조도이다.

도 2는 도 1의 멤브레인 타워의 내부구조를 나타내는 도면이다.

도 3은 도 1에 나타낸 호흡기의 실시예를 나타내는 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 공기정화기 11 : 에어블로워

12 : 공기필터 13 : 촉매필터

20 : 감압펌프 30 : 멤브레인 타워

31 : 중공사막 32 : 외벽

33 : 발열수단 40 : 가압펌프

51 : 유량조절밸브 60 : 호흡기

62 : 연결관 64 : 호흡구

66 : 고정부 70 : 소음기

80 : 수분집진실 90 : 산소/질소 분리부

100 : 공기청정기 101 : 공기흡입관

102,103 : 공기공급관 105 : 질소배출관

106 : 결합구 107 : 연결관

108 : 산소배출관

이하 본 고안의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

본 고안은 종래의 기술에서 설명한 산소를 발생시키는 방법 중에서 물리적 분리법의 하나인 막분리법에 의해 산소를 발생하는 장치로서, 기체의 물질에 대한 극성의 차이를 이용하거나 기체(산소와 질소) 분자의 크기 등을 이용하여 기체(산소와 질소)를 분리시킨다.

도 1은 본 고안에 따른 산소발생 공기청정기의 구조도이다.

도시된 바와 같이, 산소발생 공기청정기(100)는 공기정화기(10)와 가압과 감압을 동시에 발생시키는 한 개 이상의 산소/질소 분리부(90)와 호흡기(60)로 이루어진다.

상기 산소발생 공기청정기(100)는 공기를 정화시키는 공기정화기(10)와 산소와 질소를 분리하는 다수의 중공사막(31)이 내장되어 산소를 발생하는 멤브레인 타워(30)가 구비된 산소/질소 분리부(90)가 일체로 형성된다.

공기정화기(10)는 공기흡입관(101)을 통해 흡입된 공기를 공기필터(12)와 촉매필터(13)에 의해 필터링하고 에어블로워(11)에 의해 공기공급관(102)과 가압펌프(20)에서 발생하는 소음을 감소시키는 소음기(70)를 통해 산소/질소 분리부(90)의 가압펌프(40)에 깨끗한 공기를 공급한다.

상시 산소/질소 분리부(90)에는 가압펌프(40), 멤브레인 타워(30), 감압펌프(20)가 구비된다.

상기 가압펌프(40)는 정화된 공기를 흡입하고 가압하여, 가압된 공기를 공기공급관(103)을 통해 멤브레인 타워(30)에 공급한다.

멤브레인 타워(30)에 유입된 정화된 공기는 멤브레인 타워(30)에 내장된 다수의 중공사막(31)에 의해 산소와 질소로 분리되어 질소는 질소의 유량을 조절하는 유량조절밸브(51)를 거쳐 질소배출관(105)을 통해 배출된다.

상기 질소배출관(105)은 공기청정기(100) 외벽에 설치된 결합구(106)와 연결되어, 결국 질소는 니플과 같은 결합구(106)를 통해 공기청정기(100) 외부로 배출된다.

또한 상기 질소배출관(105)을 공기청정기(100) 외벽을 관통해서 외부로 돌출되도록 하여 질소를, 질소배출관(105)을 통해 직접 공지청정기 외부로 배출할 수도 있다.

분리된 산소는 연결관(107)을 통해 감압펌프(20)로 공급되어 감압펌프(20)에 의해 산소배출관(108)을 통해 수분집진실(80)로 배출된다.

상기 수분집진실(80)에 의해 결로현상에 의해 수분이 포집된 후 산소와 함께 도 3과 같은 호흡기(60)를 통해 사용자에게 공급된다.

고정부(66)에 의해 호흡기(60)가 머리에 고정된 상태에서 산소배출관(108)과 연결되는 연결관(62)을 통해 공급되는 산소가 호흡구(64)를 통해 사용자가 호흡할 수 있도록 형성된다.

상기 가압펌프(40)에 의해 가압된 공기를 멤브레인 타워(30)에 공급하고 감압펌프(20)를 이용하여 멤브레인 타워(30)의 산소출구측을 감압함으로써 분리효율을 높일 수 있다.

도 2는 도 1에 나타낸 멤브레인 타워의 단면도이다.

원기둥이나 사각기둥과 같은 기둥형태의 외벽(32)에 각각 공기주입구(30a), 질소배출구(30b), 산소공급구(30c)를 형성하고, 그 내부에 산소와 질소를 분리하는 중공사막(1)을 다발로 묶어 내장시킨다.

상기 멤브레인 타워(30)의 내부 양측(31a)에는 중공사막의 밀봉을 위해 우레탄이나 에폭시 등의 밀봉부재를 이용하여 차단한다.

상기 공기주입구(30a)는 가압펌프(40)와 연결된 공기공급관(102)과 연결되고, 상기 질소배출구(30c)는 질소배출관(105)과 질소배출관(105)에 설치된 유량조절밸브(51)와 연결되며, 상기 산소공급구(30c)는 연결관(107)을 통해 감압펌프(20)에 연결된다.

상기 유량조절밸브(51)는 질소의 배출되는 유량을 조절하여 상대적으로 산소의 순도와 유량을 조절한다.

상기 멤브레인 타워(30)의 외부에는 중공사막(1)의 외부측벽과 멤브레인 타워 내부에서 발생되는 수분을 열에 의해 증발시킬 수 있는 발열수단(33)이 구비된다.

상술한 구성으로 이루어진 본 고안의 작용을 설명하면, 공기정화기(10)가 작동을 시작하면 공기흡입관(101)을 통해 흡입된 공기가 공기필터(12)와 촉매필터(13)를 통과하여 정화되고 정화된 공기가 에어블로워(11)에 의해 공기를 배출하게 된다.

이후 미도시된 제어장치에 의해 일정한 준비시간을 거친 후 가압펌프(40)와 감압펌프(20)가 작동을 하게 된다.

가압펌프(40)가 작동하면 공기정화기(10)에서 공급되는 깨끗한 공기가 흡입되어 공기공급관(103)을 통해 산소/질소 분리부(90)에 강제로 공급되며, 감압펌프(20)는 연결관(107)을 통해 멤브레인 타워(30)의 산소공급부(30c)에 연결되어 산소를 배출한다.

상기 산소/질소 분리부(90)로 공급된 공기는 멤브레인 타워(30)의 공기주입구(30a)를 통해 내부로 유입되어 내장되어 있는 중공사막(31)을 통과하면서 산소와 질소로 분리된다.

즉, 질소를 비롯한 다른 물질은 분자의 속도 및 크기에 의해 중공사막(31)의 내부를 통과하여 멤브레인 타워(30)의 측면에 형성된 질소배출구(30b)를 통해 멤브레인 타워의 외부로 배출되고, 분자의 속도가 느린 산소와 약간의 수분은 중공사막 표면의 미세한 구멍으로 스며나와 멤브레인 타워의 내부에 고이거나 하면에 형성된산소공급구(30c)를 통해 멤브레인 타워의 외부로 배출되어 연결관(107)을 통해 감압펌프(20)에 의해 인위적으로 산소배출관(108)으로 공급된다.

상기 질소배출구(30b)를 통해 배출된 질소는 유량조절밸브(51)에 의해 유량이 조절되어 질소배출관(105)과 공기청정기(100) 외벽에 설치된 결합구(106)을 통해 공기청정기(100) 외부로 배출된다.

이와 같이 상기 산소/질소 분리부(90)에서 산소와 질소로 분리시킬 때에 중공사막(31)이 내장된 멤브레인 타워(30)의 내부에는 중공사막의 특성상 습한 산소가 유입되거나 또는 가압펌프(40)에서 공급되는 고온의 공기와 멤브레인 타워(30)의 상온과의 온도편차로 인해 습기가 발생한다.

상기 습기가 처음에는 증기상태 및 액체상태로 중공사막(31)의 외부에 흡습되어 있다가 수분발생량이 많아지면 서로 응결되어 멤브레인 타워(30) 내부의 하측으로 이동하게 되는 현상을 나타내며 이러한 현상으로 중공사막(31)의 효율이 저하될 수 있다.

이 문제점을 해결하기 위해 멤브레인 타워(30)의 외주연에는 발열수단(33)이 구비되어 그 열에 의해 멤브레인 타워(30) 내부나 중공사막(31)의 외부격벽에서 발생하는 수분을 증발시켜 중공사막에 흡습되는 것을 막을 수 있고 증발되어진 산소 속의 수분은 감압펌프(20)에 의해 연결관(107)과 산소배출관(108)을 통해 수분집진실(80)로 공급된다.

중공사막(31)에서 분리되어진 산소 및 수분은, 상기 발열수단(33)의 발열에 의해 멤브레인 타워(30)의 온도가 상승하는 것에 의해, 증기상태로 변환된 후, 증기상태의 수분 및 산소가 연결관(107), 산소배출관(108)을 통과하면서 온도가 자연적으로 저하되게 되고 온도가 저하되면서 수분은 결로현상을 일으켜 증기상태에서 액체 상태로 변화되기 시작한다.

온도가 변화되어 결로가 일어나는 산소배출관(108)에 수분집진실(60)을 연결하여 수분과 함께 산소는 호흡기(60)의 연결관(62)으로 공급된다.

이때 수분집진실(80)은 감압펌프(20)에 발생하는 소음을 감소시키는 역할도 겸하게 된다.

상기 연결관(62)을 통해 공급되는 수분이 포함된 산소는 호흡구(64)를 통해 인체의 호흡기관인 코 근처에 배출되어 사용자가 호흡하게 된다.

이와 같이 본 고안에 따른 중공사막(31)의 단점인 수분에 의한 중공사막의 파손 및 유량, 순도의 감소를 제거하여 멤브레인 타워(30)의 수명과 분리능을 높였을 뿐 아니라 멤브레인 타워에서 증발된 수분을 산소와 함께 호흡기(60)를 통해 사용자가 호흡할 수 있도록 하여 별도의 습기 부여수단이 필요없고 따라서 산소발생 공기청정기의 구성이 간단해진다.

이상에서와 같이 본 고안에 의하면, 공기정화기에서 제공하는 깨끗한 공기를 가압펌프에 의해 중공사막이 구비된 멤브레인 타워에 공급하여 중공사막에 의해 질소와 산소가 분리되는 경우 산소에 약간의 수분이 포함되는 바, 이 수분을 증발시켜 산소와 함께 헤드셋 등의 호흡기에 직접 공급함으로써, 별도의 가습장치와 같은 습기 부여수단을 구비하지 않아도 사용자가 안전하게 호흡할 수 있고, 보다 깨끗하고 순수한 산소를 공급할 수 있으며 멤브레인 내부에 존재하는 습기를 제거하는 것에 의해 중공사막의 분리능이나 수명을 증진시킬 수 있다.

Claims

외부의 공기를 흡입하여 필터에 의해 정화하고 외부로 배출하는 공기정화기와,

상기 공기정화기 후단에 연결되어 공기정화기에 의해 정화된 공기를 소음기를 통해 공급받아 내부에 구비된 중공사막에 의해 기체 분자의 속도와 크기를 이용해 산소와 질소를 분리하여 각각 배출하되, 내부의 수분을 열에 의해 증발시켜 상기 산소와 함께 배출하는 산소/질소 분리부와,

상기 산소/질소 분리부로부터 공급받은 산소를, 결로현상을 이용해 수분을 집진하는 수분집진실을 통해 공급받아 호흡이 용이하도록 형성된 호흡기를 구비함을 특징으로 하는 중공사막을 이용한 산소발생 공기청정기.
청구항 1에 있어서, 산소/질소 분리부는,

상기 공기정화기의 의해 정화된 공기를 흡입하고 가압시켜 가압된 공기를 공급하는 가압펌프와,

상기 가압펌프의 배출구 측에 연결되고 내부에 중공사막이 구비되어 가압펌프에 의해 공급된 공기를 기체 분자의 속도 및 크기를 이용해서 산소와 질소로 분리하되 내부의 수분을 열에 의해 증발시키는 멤브레인 타워와,

상기 멤브레인 타워의 산소배출구 측에 연결되어 감압에 의해 멤브레인 타워의 증발된 수분을 산소와 함께 외부로 배출시켜 상기 가압펌프와 함께 멤브레인 타워의 분리효율을 높이는 감압펌프로 구비됨을 특징으로 하는 중공사막을 이용한 산소발생 공기청정기.
청구항 2에 있어서, 상기 멤브레인 타워는,

산소와 질소를 분리하는 다수의 중공사막이 다발로 묶여 내장되고, 멤브레인 타워의 외부에 가열에 의해 내부의 수분을 증발시키는 발열수단이 구비됨을 특징으로 하는 중공사막을 이용한 산소발생 공기청정기.
청구항 2에 있어서, 상기 산소발생 공기청정기는,

공기를 정화시키는 공기정화기와, 산소와 질소를 분리하는 다수의 중공사막이 내장되어 산소를 발생하는 멤브레인 타워가 구비된 산소/질소 분리부가 일체로 형성된 것임을 특징으로 하는 중공사막을 이용한 산소발생 공기청정기.
청구항 1에 있어서, 상기 산소/질소 분리부에서 분리된 질소를 배출하는 배출관이, 공기청정기 외벽에 설치된 결합구에 연결되어 질소가 공기청정기 외부로 배출됨을 특징으로 하는 중공사막을 이용한 산소발생 공기청정기.
청구항 1에 있어서, 상기 산소/질소 분리부에서 분리된 질소를 배출하는 배출관이, 공기청정기 외벽을 관통하여 질소가 공기청정기 외부로 배출됨을 특징으로 하는 중공사막을 이용한 산소발생 공기청정기.