KR20060111572A - 산소발생 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

산소를 생성하는 장치 및 방법이 제공된다. 수용성 화학물질이 물과 혼합되고 이에 의해서 발생 되는 산소는 의학적으로 순수한 것이다. 상기 수용성 화학물질들은 유효기간이 길고, 독성이 없으며, 환경에 해가 되는 않으며, 발화위험이 없으며 그리고 폭발위험이 없다. 반응이 완료되면, 나머지 폐용액들은 악영향 없이 통상의 폐기물 처리 시스템에서 처리된다. 따라서, 안전하고, 콤팩트하며 그리고 쉽게 이용할 수 있는 산소발생시스템이 실현된다.
산소, 발생, 촉매제, 용기, 가습기, 수용성

Description

산소발생 방법 및 장치{Method and apparatus for generating oxygen}
본 발명은 산소발생 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 고체 또는 액체로부터 양호한 산소를 생성하는 것에 관한 것이다.
고순도 산소가스는 많은 응용분야에서 이용되고 있다. 특히 환자를 치료하기 위하여 의료기기들은 고순도 산소를 이용하고 있다. 그러나, 산소를 생산 또는 발생시키는 것, 이송하는 것, 분배하는 것, 이용하는 것 그리고 저장하는 것에 있어서 많은 번거로움과 위험이 따른다.
오늘날 통상의 장치들은 산소를 저장 및 생성하기 위해 다양한 수단을 이용하고 있다. 가장 널리 쓰이는 장치는 압축 가스 탱크이다. 그렇지만, 상기 압축 가스 탱크는 무거우며, 별도의 레규레이터(regulator)를 필요로 하며 그리고 상당히 위험할 수 있다. 산소는 반응성이 좋은 물질로서 폭발성이 있다. 순수산소가스의 압축탱크는 실질적으로 발화가능성이 매우 높으며 또한 폭발 위험성이 있다.
화학반응을 이용하는 다양한 다른 산소 발생 장치들이 있다. 예를 들면, 산소발생 캐니스터(canister)들이 여객용 비행기에서 비행기 내의 기압이 떨어졌을 때 탑승자들에게 산소를 공급하기 위하여 이용되고 있다. 그러나, 이들 캐니스터들은 매우 불안정한 장치로서, 이들의 수명보다 오래 사용될 경우, 특히 불안정하 다. 또한, 이 캐니스터들은 화학반응을 일으키기 위해서는 불꽃이 필요하다.
게다가, 압축가스 및 화학 발생장치의 경우, 각각 금속용기 및 안전장치를 필요로 한다. 이 금속용기들은 부식이 되기 쉬우며 그로 인해 사용할 수 없게 된다. 또한, 금속 용기들은 지속적인 유지보수가 필요하며 유동 부품들을 가지고 있다. 또한, 금속 용기들은 매우 무겁다. 그 결과, 금속용기들은 그 적용범위가 한정 되 있으며 광범위한 응용분야에 적절히 사용되지 못한다.
따라서, 보다 견고하고 위험성이 적으며 그리고 산소를 생성하거나 발생하는, 이송하는, 이용하는, 분배하는 또는 저장하는 종래의 방법 및 장치와 관련된 문제점들의 적어도 일부를 해소할 수 있는 산소발생 방법 및 장치가 필요하다.
본 발명은 산소발생장치를 제공한다. 이 산소발생장치는 용기를 포함한다. 또한, 이 산소발생장치는 상기 용기 내에 저장되는 수성(aqueous)의 산소 생성용액을 포함하는데, 사용하고난 폐용액은 무독성의 특징이 있으며 그리고 환경오염에 영향을 미치지 않도록 되어 있다.
본 발명의 보다 완전한 이해와 장점을 설명하기 위하여, 다음의 첨부한 도면과 함께 상세한 설명을 참조하기로 한다.
도 1 은 산소발생장치를 나타내는 블록도 이며;
도 2 는 제 1 산소생성방법을 나타내는 흐름도이며;
도 3 은 제 2 산소생성방법을 나타내는 흐름도이며; 그리고
도 4 는 제 3 산소생성방법을 나타내는 흐름도이다.
이하의 설명에서, 본 발명을 완전히 이해할 수 있도록 여러 가지 특정한 세부내용들이 설명된다. 그러나, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진자 라면, 그러한 특정한 세부 내용 없이도 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 불필요하게 세부적으로 설명함으로써, 본 발명의 본질을 흐리게 하는 것을 방지하기 위하여, 당해 분야에서 잘 알려진 요소들은 개략도 또는 블록도 형태로 도시하였다. 또한, 대부분의 경우, 기구적인 연결, 단순한 무기화학 등에 관해서는, 본 발명을 완전히 이해하는데 필요한 것으로 생각되지 않는 만큼 그리고 관련 기술분야에서 통상의 지식을 가진자는 충분히 이해할 수 있을 것으로 생각되는 만큼, 그 상세한 설명을 생략하였다.
도 1을 참조하면, 참조번호 100은 산소발생장치를 나타낸다. 산소발생장치(100)는 용기(102)와, 가습기와(104), 출력라인(106)과, 그리고 처리장치(108)를 포함한다.
용기는 산소를 생성하는 화학반응이 일어나는 공간을 가진다. 상기 용기(102)는 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 용기(102)는 폴리에틸렌으로 이루어질 수 있다. 그러나, 본 발명의 산소발생장치(100)에서는, 상기 용기는 화학반응 동안에 용기(102) 내에서 발생 되는 열에 견딜 수 있거나 또는 견딜 수 있는 전도성을 가지는 물질로 이루어지기만 하면 된다. 통상적으로, 용기 벽의 두께는 가변적일 수 있다. 그러나, 본 발명의 산소발생장치(100)에서는, 그 벽의 두께는 수성 용액에 의해 발생하는 내부압력과 가스압력을 견딜 수 있을 정도이면 된다.
용기(102) 내에서 산소의 발생은 화학반응에 의해서 일어난다. 상기 화학반응은 수성환경에서 발생하여 제한적인 반응물의 완전한 고갈 후 바로 통상의 폐기물 처리 시스템 내로 나머지 폐용액이 버려질 수 있다. 상기 폐용액은, 예를 들면, 환경보호청(Environmental protection agency (EPA))의 위험 감시 환경 지시 모델(risk screening environmental indicators model)과 같은 물질특성을 측정하는 허용된 시스템에 의해서 정의되는 바와 같은 환경위험물질이 아니다. 예를 들면, 폐용액은 물에 용해된 소다재(soda ash)가 될 수 있다.
환경적으로 허용이 가능하며 바람직한 산소발생을 이루기 위하여, 몇몇 화학 물질들이 이용된다. 제한적인 반응물은 독성이 없으며, 환경 해가 되지 않으며, 폭발성이 없으며, 발화의 위험성이 없으며, 그리고 유효기간이 긴, 물에 용해될 수 있는 파우더 또는 유체이어야 한다. 독성이 없는 것, 발화 위험이 없는 것, 그리고 폭발성이 없는 것은, 예를 들면, 위험물질 정보시스템(hazardous materials information system (HMIS))과 같은 물질특성을 측정하는 허용된 시스템에 의해서 각각 독성이 없고, 발화 위험성이 없고, 폭발성이 없는 것으로 인정되는 화합물로서 정의된다. 또한, 유효기간이 길다는 것은 섭씨(F) 86도의 기준온도 이하에서 저장되었을 때 무한 기간 동안 저장될 수 있는 물질로서 정의된다. 예를 들면, 소디움 페르카보네이트 (sodium percarbonate(2Na2CO3·3H2O2)) 파우더가 물에 용해될 수 있는 허용가능한 물질이 될 수 있다. 산소발생 반응을 위하여 소디움 페르카보네이트(2Na2CO3·3H2O2)를 이용함으로써 발생 되는 폐용액은 소다재의 수성용액이다. 소디움 페르로레이트 (sodium perborate (NaBHO3))와 같은 다른 다양한 화학물질들도 상기 제한적인 반응물로서 이용될 수 있다.
그러나 이들 파우더 또는 유체들은 촉매제를 필요로 할 수 있다. 이 촉매제 역시 물에 용해될 수 있는 것이어야 하며, 독성이 없고, 환경에 해가 되지 않으며, 폭발성이 없어, 발화의 위험성이 없으며 그리고 긴 유효기간을 가져야 한다. 통상적으로, 금속을 주성분으로 하는 촉매제가 화학반응을 시작할 수 있도록 이용될 수 있으며, 반응 동안에 발생하는 열을 흡수하기 위하여 수화염(hyrated salt)과 결합할 수 있다. 예를 들면, 망간 화합물과 소디움계(sodium-based) 화합물 또는 유사한 수화염의 혼합물이 이용될 수 있다. 철, 또는 산화철, 그리고 구리 또는 산화구리를 함유하는 화합물과 같은 다른 다양한 촉매제들도 이용될 수 있다.
직관적으로, 상기 산소발생장치로부터의 유속은 가변 될 수 있다. 제한적인 반응물의 양에 따라서 그리고 촉매제의 양에 따라서, 상기 유속은 가변 된다. 산소의 발생은 상기 제한된 반응물 및 촉매제의 양에 따라서 연속하여 또는 일정시간의 주기로 일어날 수 있다.
일단 제한적인 반응물 및/또는 촉매제는 상기 용기(102) 내에 담겨있는 물에 추가되면, 가습기(104)는 상기 용기(102) 내에서 생성된 산소를 가습하거나 냉각시킨다. 통상적으로, 상기 가습기(104)는 생성되는 산소가스의 체적에 수증기를 추 가하거나 가습을 한다. 가습기의 다양한 기능은 산소 흐름에 추가될 수 있는 가습량을 가변할 수 있다. 예를 들면, 상기 가습기(104)는 산소가스의 상대적인 습도가 65%가 되도록 독립적으로 설계될 수 있다. 상기 가습기는 용기(102)로 부터 배출되는 산소의 온도를 가변할 수 다양한 기능을 가질 수 있다. 이송튜브(106)가 상기 가습기(104)에 부착된다. 상기 이송튜브(106)는 처리장치(108)로 연결된다. 상기 이송튜브(106)는 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 이송튜브(106)는 표준의료튜브가 될 수 있다. 또한, 상기 이송튜브는 실내 또는 구획에 산소를 직접 공급하기 위하여 제거될 수 있다. 상기 처리장치 또한 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 처리장치는 표준 의료 산소마스크(breathing mask)가 될 수 있다.
도 2를 참조하면, 참조번호 200은 제 1 산소발생방법을 설명하는 흐름도를 나타낸다.
단계들(202, 204, 206, 그리고 208)은 도 1의 산소발생장치를 이용하는 제 1 산소발생방법을 제공한다. 단계(202)에서, 물이 도 1의 용기(102)에 부가된다. 단계(204)에서, 제한적인 반응 파우더가 상기 물에 부가되어 용해된다. 단계(206)에서, 필요하다면, 어느 정도의 촉매제가 상기 제한적인 반응물을 함유하고 잇는 수용액에 추가된다. 단계(208)에서, 도 1의 상기 용기(102)가 봉합된다. 다음으로, 도 1의 산소발생장치로부터 발생 되는 산소는 다양한 목적으로 이용된다.
도 3을 참조하면, 참조부호 300은 제 2 산소발생방법을 설명하는 흐름도를 나타낸다.
단계들(302, 304, 306)은 도 1의 산소발생장치를 이용하는 제 2 산소발생방법을 제공한다. 단계(302)에서, 물이 도 1의 용기(102)에 부가된다. 단계(304)에서, 제한적인 반응 파우더 및 어느 정도의 촉매제가 동시에 상기 물에 추가되어 용해된다. 단계(306)에서, 도 1의 상기 용기(102)가 봉합된다. 다음으로, 도 1의 산소발생장치로부터 발생 되는 산소는 다양한 목적으로 이용된다.
도 4를 참조하면, 참조부호 400은 제 3 산소발생방법을 설명하는 흐름도를 나타낸다.
단계들(402, 404, 406)은 도 1의 산소발생장치를 이용하는 제 2 산소발생방법을 제공한다. 단계(402)에서, 물에 용해되어 있는 액체의 제한적인 반응물이 도 1의 용기(102)에 부가된다. 단계(404)에서, 어느 정도의 촉매제가 상기 액체의 제한적인 반응물에 부가된다. 단계(406)에서, 도 1의 상기 용기(102)가 봉합된다. 다음으로, 도 1의 산소발생장치로부터 발생 되는 산소는 다양한 목적으로 이용된다.
본 발명의 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 바람직한 실시 예들을 변형 또는 변화가 이루어질 수 있음을 상기한 설명으로부터 이해될 수 있을 것이다. 상기한 설명은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서만 한정되어야 한다.
본 발명에 따르면 보다 견고하고 위험성이 적도록 산소를 생성하는 산소발생 방법 및 장치가 제공된다.

Claims (12)

  1. 용기(102)와;
    상기 용기(012) 내에 담겨있는 수성의, 산소생성용액을 포함하며, 사용된 폐용액은 적어도 독성이 없으며 그리고 적어도 환경에 해가 되지 않는 것을 특징으로 하는 산소 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수성의 산소생성용액은 물에 용해되어 있는 소디움 페르카보네이트 (sodium percarbonate(2Na2CO3·3H2O2)) 및 소디움 페르로레이트 (sodium perborate (NaBHO3)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 반응물인 것을 특징으로 하는 산소발생장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수성의 산소생성용액은 수용성 촉매제이며, 상기 수용성 촉매제는 적어도 독성이 없으며, 적어도 환경에 해가 되지 않으며, 적어도 폭발성이 없으며, 적어도 발화의 위험성이 없으며, 그리고 적어도 긴 유효기간을 가지는 것을 특징으로 하는 산소 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수성의 산소생성용액은 이산화망간(MnO2) 및 탄산나트륨(Na2CO3)로 이루어지는 촉매제인 것을 특징으로 하는 산소발생장치.
  5. 제3항에 의해서,
    상시 수용성 촉매제는 이산화망간(MnO2) 및 탄산나트륨(Na2CO3)의 혼합물인 것을 특징으로 하는 산소 발생장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수용성 산소생성용액은 산화금속의 촉매제인 것을 특징으로 하는 산소발생장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 수용성 촉매제는 금속산화물인 것을 특징으로 하는 산소 발생장치.
  8. 제1항에서 있어서,
    적어도 상기 용기(102)에 결합 되도록 형성되어 있는 가습기(104)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 발생장치.
  9. 제8항에 있어서,
    적어도 상기 가습기(104)에 부착되도록 형성되어 있는 이송튜브(106)를 더욱 포함하는 산소 발생장치.
  10. 물을 용기에 충전하는 단계(202, 302, 402)와; 그리고
    적어도 독성이 없으며, 적어도 환경에 해가 되지 않으며, 적어도 폭발성이 없으며, 적어도 발화의 위험성이 없으며, 그리고 적어도 긴 유효기간을 가지며, 적어도 산소생성반응물로 이용되는 수용성 파우더 또는 액체를 용해시키는 단계(204, 304, 402)를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소생성 발생장치를 작동하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수용성 파우더를 용해시킨 후 수용성 촉매제를 용해하는 단계(206, 304, 404)를 더 포함하며, 이 때 상기 수용성 파우더는 적어도 독성이 없으며, 적어도 환경에 해가 되지 않으며, 적어도 폭발성이 없으며, 적어도 발화의 위험성이 없으며, 그리고 적어도 긴 유효기간을 가지는 것을 특징으로 하는 산소생성 발생장치를 작동하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    적어도 독성이 없으며, 적어도 환경에 해가 되지 않으며, 적어도 폭발성이 없으며, 적어도 발화의 위험성이 없으며, 그리고 적어도 긴 유효기간을 가는 수용 성파우더와 동시에 수용성 촉매제를 용해시키는 단계(206, 304, 404)를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 산소생성 발생장치를 작동하는 방법.
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