KR20110068150A - Oxygen supply apparatus including oxygen separation membrane - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산소 분리막을 포함하는 산소 공급 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복합 세라믹으로 이루어진 산소 분리막을 통하여 대기 중의 산소를 보다 효과적으로 분리하여 산소가 필요한 곳에 공급할 수 있는 산소 분리막을 포함하는 산소 공급 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an oxygen supply device including an oxygen separation membrane, and more particularly, an oxygen supply device including an oxygen separation membrane capable of supplying oxygen where necessary in oxygen by separating oxygen in the air more effectively through an oxygen separation membrane made of a composite ceramic. It is about.
환자에게 있어 산소 공급은 약해진 신체 기능을 보완하여 빠른 회복을 돕는데 이용되는 것이 일반적이다. 특히, 폐기능에 문제가 있거나 기도 이상, 헤모글로빈 이상 등 다양한 병리 현상에서부터 의식 불명 상태, 노인, 유아 등의 신체 기능의 저하로 고통을 받는 환자의 생명을 유지시키고 회복을 촉진시키는 데 산소 공급은 필수적인 요소이다. Oxygen supply is commonly used in patients to compensate for weaker body functions and to help them recover faster. In particular, oxygen supply is essential for sustaining and facilitating the recovery of patients suffering from pulmonary function or suffering from various pathologies such as airway abnormalities and hemoglobin abnormalities, unconsciousness, and deterioration of physical functions of the elderly and infants. Element.
종래에는 이를 위해, 고압 산소 용기 통하여 산소를 공급하는 것이 일반적이었다. 이러한 고압 산소 용기는 주로 47ℓ의 고압 용기에 산소를 100 기압 정도로 충전하여 사용되여 환자의 병상 근처에 고압 산소 용기를 배치하고, 고압 산소 용 기의 실제적인 사용을 위해 감압용 레귤레이터, 유량계, 주변 공기 믹서, 공급 라인 등을 포함하여 이루어진다. Conventionally, for this purpose, it was common to supply oxygen through a high pressure oxygen vessel. The high pressure oxygen container is mainly used to fill a high pressure oxygen container in a 47 L high pressure container at about 100 atm, and to place the high pressure oxygen container near the patient's bed, and to reduce the pressure of the regulator, flow meter, and ambient air for practical use of the high pressure oxygen container. It includes a mixer, a supply line and the like.
그러나, 고압 산소 용기를 통한 산소의 공급은 고압 산소 용기에 저장된 산소가 전부 소모되게 되는 경우 산소 공급이 정지되기 때문에 고압 산소 용기의 주기적인 교체가 요구되는 실정이다. 따라서, 산소가 환자에게 공급되는지 여부를 환자 주변의 사람들이 수시로 확인해야 한다는 문제점이 있으며, 고압 산소 용기의 구입 비용이 지속적으로 발생한다는 문제점이 있다. However, the supply of oxygen through the high pressure oxygen vessel is required to replace the high pressure oxygen vessel periodically because the oxygen supply is stopped when all the oxygen stored in the high pressure oxygen vessel is exhausted. Therefore, there is a problem that people around the patient should check whether oxygen is supplied to the patient from time to time, and there is a problem that the purchase cost of the high pressure oxygen container is continuously generated.
더욱이, 고압 산소 용기의 교체가 차질이 생기는 경우에는 환자의 간호에 악영향을 미치게 되며, 현재 사용중인 감압용 레귤레이터, 유량계의 경우 그 정확도가 매우 부족하여 정확한 산소 공급량을 계량할 수 없으며, 각 기기의 오작동 시 산소 공급의 이상 유무를 확인할 수 없다는 문제점이 있다. In addition, if the replacement of the high pressure oxygen container is disrupted, it will adversely affect the nursing care of the patient. In the case of the pressure regulator and flow meter currently in use, the accuracy of oxygen supply cannot be measured because the accuracy of the pressure regulator is insufficient. There is a problem in that it can not confirm the abnormality of the oxygen supply in the case of malfunction.
한편, 병원과 같은 장소에서, 환자에게 산소 공급이 필요한 경우에는 고압 산소 용기를 환자의 침대 옆에 위치시키고, 감압용 레귤레이터, 유량계, 주변 공기 믹서, 공급 라인 및 마스크를 통하여 환자에게 산소를 공급하고 있다. On the other hand, in a place such as a hospital, if the patient needs oxygen, the high pressure oxygen container is placed next to the patient's bed, and oxygen is supplied to the patient through a pressure reducing regulator, a flow meter, an ambient air mixer, a supply line, and a mask. have.
이 경우, 고압 산소 용기 부근에서 화재가 발생하게 되면, 고압 산소 용기의 폭발로 인한 1차적인 위험과 폭발시 발생된 산소의 강력한 산화 작용에 의한 2차 화재의 위험이 있다는 문제점도 있다. In this case, when a fire occurs in the vicinity of the high pressure oxygen container, there is a problem that there is a first risk due to the explosion of the high pressure oxygen container and a second fire due to the strong oxidizing action of oxygen generated at the time of explosion.
또한, 고압 산소 용기의 무거운 무게로 인하여 고압 산소 용기의 이동 및 전도시 물리적인 사고의 발생률이 높으며 고압 산소 용기를 안전하게 거치해야하는 거치대의 설치가 부수적으로 필요하다는 문제점이 있다. 그로 인해 고압 산소 용 기의 안전한 교체를 위하여 고압 산소 용기의 운반 루트가 확보되어야 하는 등의 관련 시설의 설치 및 유지 비용이 발생하게 된다는 문제점이 있다. In addition, due to the heavy weight of the high-pressure oxygen container has a high incidence of physical accidents and movement of the high-pressure oxygen container, there is a problem that the installation of the cradle to securely mount the high-pressure oxygen container is incidentally required. As a result, there is a problem in that installation and maintenance costs of related facilities, such as a transport route of the high pressure oxygen container, should be secured for the safe replacement of the high pressure oxygen container.
관련 종래 기술에 대해서 살펴보면, 공개 실용신안 공보(등록실용 제20-0334971호)는 산소분리막이 형성된 산소 발생기를 개시한다. 상기 공보에 개시된 고안은 비다공질분리막, 다공질지지막 및 연통발포체로 이루어진 산소분리막 유니트를 통과하면서 상기 비다공질분리막의 양면에 압력차를 일으킴으로서 산소와 질소가 막표면에 용해된 후, 막의 안으로 확산 이동하고 막의 반대면에서는 이탈하며, 이러한 용해와 확산의 속도차에 의하여 질소 보다 빠른 산소로부터 산소부화공기를 얻을 수 있는 산소 발생기에 관한 것이다. 그러나, 상기 고안은 압력차를 이용하여 산소를 분리하는 방법으로서 본 발명과는 그 작용원리가 상이하며, 분리 효율이 매우 낮으며 조절도 매우 어렵다는 문제점을 가진다. Looking at the related prior art, Published Utility Model Publication (Registration No. 20-0334971) discloses an oxygen generator in which an oxygen separation membrane is formed. The invention disclosed in the above publication makes a pressure difference between both sides of the non-porous separator while passing through an oxygen separator membrane unit consisting of a non-porous separator, a porous support membrane, and a communication foam, so that oxygen and nitrogen are dissolved on the membrane surface and then diffused into the membrane. It moves and escapes on the opposite side of the membrane, and it relates to an oxygen generator that can obtain oxygen enriched air from oxygen faster than nitrogen by this rate of dissolution and diffusion. However, the above invention has a problem in that the operation principle is different from the present invention as a method of separating oxygen using a pressure difference, and the separation efficiency is very low and the adjustment is very difficult.
또한, 공개 특허 공보(등록특허 제10-0827026호)는 휴대용 산소 발생 장치를 개시한다. 상기 공보에 개시된 발명은 공기를 압축하는 공기 펌프, 압축된 공기의 온도를 저감시키는 냉각기 및 냉각기로부터 유입된 냉각 공기로부터 산소를 발생하는 산소 발생 모듈을 포함하는 휴대용 산소 발생 장치에 관한 것이다. 그러나, 상기 발명은 공기 펌프에 의해 공기를 압축시키고 압축된 공기를 냉각시켜 산소 발생 모듈로 유입시켜 산소를 발생시키는 방법으로서 본 발명과는 그 작용원리가 상이하며, 압축기 및 냉각기 등의 구성품의 증대로 인하여 장치의 크기가 대형화된다는 문제점을 가진다. In addition, Patent Publication No. 10-0827026 discloses a portable oxygen generator. The invention disclosed in the above publication relates to 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. However, the present invention is a method of generating oxygen by compressing air by an air pump, cooling the compressed air, and introducing the oxygen into the oxygen generating module, and its operation principle is different from that of the present invention. Due to this problem, the size of the device is increased.
또한, 공개 특허 공보(출원번호 제10-2002-0053390호)는 실내형 산소발생기 를 개시한다. 상기 공보에 개시된 발명은 흡입구와 토출구를 가지는 하우징, 하우징 내부에 장착되어 대기중으로부터 흡입된 공기에서 압력차를 이용하여 산소를 선택적으로 분리시키는 산소 투과막, 산소 투과막의 일측에 산소 유입관으로 연결되어 분리된 산소를 채집하여 일정 방향으로 토출시키는 진공 펌프와, 진공 펌프의 타측에 설치되어 토출된 산소를 일정지점으로 운반하는 산소 공급관을 포함하는 실내형 산소발생기에 관한 것이다. 그러나, 상기 발명은 단순히 압력차에 의해 산소를 분리하는 방법으로서 고온에서 산소를 분리시키는 본 발명과는 그 작용원리가 상이하며 분리 효율이 매우 낮으며 조절도 매우 어렵다는 문제점을 가진다. In addition, the published patent publication (Application No. 10-2002-0053390) discloses an indoor oxygen generator. The invention disclosed in the above publication is a housing having an inlet and an outlet, an oxygen permeable membrane which is mounted inside the housing and selectively separates oxygen using a pressure difference from air sucked from the atmosphere, and is connected to an oxygen inlet tube on one side of the oxygen permeable membrane. And a vacuum pump for collecting separated oxygen and discharging it in a predetermined direction, and an oxygen supply pipe installed at the other side of the vacuum pump to deliver the discharged oxygen to a predetermined point. However, the present invention is a method of separating oxygen simply by a pressure difference, which is different from the present invention in which oxygen is separated at a high temperature, and has a problem in that separation efficiency is very low and adjustment is very difficult.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 복합 세라믹으로 이루어진 산소 분리막을 통하여 대기 중의 산소를 보다 효과적으로 분리하여 산소가 필요한 곳에 공급할 수 있는 산소 분리막을 포함하는 산소 공급 장치를 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide an oxygen supply device including an oxygen separation membrane that can be supplied to the place where oxygen is needed to effectively separate the oxygen in the atmosphere through the oxygen separation membrane made of a composite ceramic To provide.
또한 본 발명의 목적은, 고압 산소 용기를 사용하는 방식이 아닌 대기로부터 산소를 분리하여 산소가 필요한 곳에 공급하는 방식을 사용함으로써, 고압 산소 용기를 주기적으로 교체할 필요가 없으며 반영구적으로 사용될 수 있는 산소 분리막을 포함하는 산소 공급 장치를 제공하는 것이다. In addition, the object of the present invention, by using a method of separating the oxygen from the atmosphere and supplying the oxygen where necessary, rather than using a high pressure oxygen vessel, there is no need to periodically replace the high pressure oxygen vessel, oxygen that can be used semi-permanently It is to provide an oxygen supply device including a separator.
더욱이 본 발명의 목적은, 산소 농도 측정기, 유량 측정 장치, 및 제어 장치를 포함함으로써, 공급되는 가스 중의 산소 농도 및 전체 유량을 실시간으로 파악할 수 있고 상기 산소 농도 및 상기 전체 유량을 제어할 수 있는 산소 분리막을 포함하는 산소 공급 장치를 제공하는 것이다. Furthermore, an object of the present invention is to include an oxygen concentration meter, a flow rate measuring device, and a control device, so that the oxygen concentration and the total flow rate in the supplied gas can be grasped in real time and the oxygen concentration and the total flow rate can be controlled. It is to provide an oxygen supply device including a separator.
또한 본 발명의 목적은, 고압 산소 용기를 사용하지 않음으로 인해 폭발 및 화재의 위험이 없는 산소 분리막을 포함하는 산소 공급 장치를 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide an oxygen supply device comprising an oxygen separation membrane that does not have a risk of explosion and fire due to not using a high pressure oxygen vessel.
또한 본 발명의 목적은, 무겁고 부피가 큰 고온 산소 용기를 사용하지 않음으로써 산소 공급 장치의 보관, 설치, 운반 및 관리가 용이하고 그로 인해 전체적으로 비용이 절감될 수 있는 산소 분리막을 포함하는 산소 공급 장치를 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention, oxygen supply device comprising an oxygen separation membrane that can be easily stored, installed, transported and managed by the oxygen supply device by not using a heavy, bulky high temperature oxygen vessel, thereby reducing the overall cost To provide.
본 발명에 따른 산소 분리막을 포함하는 산소 공급 장치는, 대기 중의 산소를 선택적으로 분리할 수 있고 그 내부에 공간을 형성하도록 구성되는 산소 분리막; 상기 산소 분리막을 수용할 수 있는 하우징; 상기 산소 분리막에 열을 공급할 수 있는 열 공급 수단; 및 상기 하우징의 일측과 연통하도록 배치되며, 상기 하우징 내부를 진공으로 유지시킬 수 있는 진공 펌프;를 포함하고, 상기 산소 분리막 내부로 대기가 유입되고, 유입된 상기 대기 중의 산소는 상기 산소 분리막과 상기 하우징 사이로 분리되어 상기 진공 펌프를 통해 포집 및 배출되는 것을 특징으로 한다. Oxygen supply device comprising an oxygen separation membrane according to the present invention, the oxygen separation membrane is configured to selectively separate the oxygen in the atmosphere and to form a space therein; A housing that can accommodate the oxygen separation membrane; Heat supply means capable of supplying heat to the oxygen separation membrane; And a vacuum pump disposed to communicate with one side of the housing, wherein the vacuum pump may maintain the inside of the housing in a vacuum, and an atmosphere is introduced into the oxygen separator, and the oxygen in the atmosphere is introduced into the oxygen separator and the oxygen separator. It is separated between the housing is characterized in that it is collected and discharged through the vacuum pump.
바람직하게는, 상기 산소 분리막은 약 850℃ 내지 1000℃로 유지되고, 상기 산소 분리막에 의해 선택적으로 분리되는 상기 산소의 투과도는 1.2cc/cm2·min 내지 5cc/cm2·min 범위인 것을 특징으로 한다. Preferably, the oxygen separation membrane is maintained at about 850 ℃ to 1000 ℃, the permeability of the oxygen selectively separated by the oxygen separation membrane is characterized in that the range of 1.2cc / cm 2 · min to 5cc / cm 2 · min It is done.
바람직하게는, 상기 산소 분리막은 복합 세라믹으로 이루어지며, 상기 산소 분리막의 온도가 증가함에 따라 상기 투과도는 증가하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the oxygen separator is made of a composite ceramic, characterized in that the permeability increases as the temperature of the oxygen separator increases.
바람직하게는, 상기 산소 분리막은 복합 세라믹으로 이루어지며, 상기 산소 분리막의 두께가 감소함에 따라 상기 투과도는 증가하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the oxygen separator is made of a composite ceramic, characterized in that the permeability increases as the thickness of the oxygen separator decreases.
바람직하게는, 상기 산소 분리막은 외부로부터 대기가 유입될 수 있도록 외부와 연통하는 유입 포트; 및 상기 산소가 선택적으로 분리된 상태의 대기가 외부 로 배출될 수 있도록 외부와 연통하는 배출 포트를 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the oxygen separation membrane is an inlet port communicating with the outside so that the atmosphere can be introduced from the outside; And a discharge port communicating with the outside so that the atmosphere in the state where the oxygen is selectively separated can be discharged to the outside.
바람직하게는, 상기 열 공급 수단은 전기 히터이며, 상기 전기 히터는 상기 산소 분리막 내부에 제공되어, 상기 산소 분리막에 열을 공급하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the heat supply means is an electric heater, characterized in that the electric heater is provided inside the oxygen separation membrane, to supply heat to the oxygen separation membrane.
바람직하게는, 상기 하우징은 상기 열 공급 수단에 의해 발생하는 열을 외부와 단열하기 위해 단열재를 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the housing is characterized in that it comprises a heat insulator to insulate the heat generated by the heat supply means from the outside.
바람직하게는, 상기 진공 펌프와 연통되며, 상기 진공 펌프를 통해 배출되는 산소 및 외부로부터 유입되는 대기를 혼합할 수 있는 혼합부;를 더 포함하고, 상기 혼합부는 상기 외부로부터 유입되는 상기 대기의 양을 조절할 수 있는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, further comprising a mixing unit in communication with the vacuum pump, the mixing unit for mixing the oxygen discharged through the vacuum pump and the air introduced from the outside, wherein the mixing unit is the amount of the air introduced from the outside It characterized in that it comprises a valve that can adjust.
바람직하게는, 상기 혼합부의 산소 농도를 측정하는 산소 농도 측정기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the method further comprises an oxygen concentration meter for measuring the oxygen concentration of the mixing unit.
바람직하게는, 상기 혼합부에서 혼합되어 외부로 배출되는 산소와 대기의 전체 유량을 측정할 수 있는 유량 측정 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the method may further include a flow rate measuring device capable of measuring the total flow rate of oxygen and the atmosphere mixed with the mixing part and discharged to the outside.
바람직하게는, 상기 혼합부로부터 외부로 배출되는 산소와 대기 중의 불순물을 여과할 수 있는 여과 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the method may further include a filtration device for filtering oxygen and impurities discharged to the outside from the mixing unit.
바람직하게는, 상기 산소 농도 측정기로부터 측정되는 산소 농도에 근거하여, 상기 밸브의 개폐 정도를 조절하여 상기 혼합부에 유입되는 대기의 양을 제어할 수 있는 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the control unit may further include a control device capable of controlling the amount of air flowing into the mixing unit by adjusting the opening and closing degree of the valve based on the oxygen concentration measured from the oxygen concentration meter.
본 발명에 따르면, 복합 세라믹으로 이루어진 산소 분리막을 통하여 대기 중의 산소를 보다 효과적으로 분리하여 산소가 필요한 곳에 공급할 수 있다는 효과가 있다. According to the present invention, there is an effect that the oxygen in the air can be more effectively separated through the oxygen separation membrane made of a composite ceramic and supplied to the place where oxygen is needed.
또한 본 발명에 따르면, 고압 산소 용기를 사용하는 방식이 아닌 대기로부터 산소를 분리하여 산소가 필요한 곳에 공급하는 방식을 사용함으로써, 고압 산소 용기를 주기적으로 교체할 필요가 없으며 산소 공급 장치를 반영구적으로 사용할 수 있다는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, by using a method of separating the oxygen from the atmosphere and supplying the oxygen where necessary, rather than using a high pressure oxygen vessel, it is not necessary to periodically replace the high pressure oxygen vessel and use the oxygen supply device semi-permanently It can be effective.
더욱이 본 발명에 따르면, 산소 농도 측정기, 유량 측정 장치, 및 제어 장치를 포함함으로써, 공급되는 가스 중의 산소 농도 및 전체 유량을 실시간으로 파악할 수 있고 상기 산소 농도 및 상기 전체 유량을 사용자의 의도에 따라 적절하게 제어할 수 있다는 효과가 있다.Furthermore, according to the present invention, by including an oxygen concentration meter, a flow rate measuring device, and a control device, the oxygen concentration and the total flow rate in the supplied gas can be grasped in real time, and the oxygen concentration and the total flow rate are appropriately determined according to the user's intention. This can be controlled.
또한 본 발명에 따르면, 고압 산소 용기를 사용하지 않음으로 인해 폭발 및 화재의 위험을 감소시킬 수 있다는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, there is an effect that can reduce the risk of explosion and fire by not using the high-pressure oxygen container.
한 본 발명에 따르면, 무겁고 부피가 큰 고온 산소 용기를 사용하지 않음으로써 산소 공급 장치의 보관, 설치, 운반 및 관리가 용이하고 그로 인해 전체적으로 비용을 절감시킬 수 있다는 효과가 있다. According to one embodiment of the present invention, by not using a heavy, bulky high temperature oxygen vessel, there is an effect that it is easy to store, install, transport and manage the oxygen supply device, thereby reducing the overall cost.
이하, 본 발명에 따른 산소 분리막을 포함하는 산소 공급 장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Hereinafter, a preferred embodiment of an oxygen supply apparatus including an oxygen separation membrane according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.
<실시예><Examples>
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 산소 공급 장치(100)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 산소 공급 장치(100)는 산소 분리막(110), 하우징(120), 열 공급 수단(130) 및 진공 펌프(140)를 포함할 수 있다. 1 is a view schematically showing the configuration of an
산소 분리막(110)은 후술되는 하우징(120) 내부에 수용되며 대기 중의 산소를 선택적으로 분리하는 역할을 한다. 산소 분리막(110)은 다양한 조성을 가지는 복합 세라믹으로 이루어지며, 산소 분리막(110)의 재질은 BSCF산화물(Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ)로 이루어지는 것이 특히 바람직하다. 이러한 이유는 BSCF산화물의 경우 산소를 선택적으로 분리하는 성능이 현저하게 우수하기 때문이다. 한편, 산소 분리막(110)의 세부적인 조성은 사용자의 의도에 따라 변경될 수 있으며, 대기중의 산소를 선택적으로 분리할 수 있는 한 그 조성은 특별히 제한되지 않 는다. The
산소 분리막(110)은 후술되는 열 공급 수단(130)에 의해 약 850℃ 내지 1000℃의 온도 범위로 유지됨으로써, 보다 효과적으로 대기중의 산소를 선택적으로 분리할 수 있다. The
또한, 산소 분리막(110)은 상기 온도 범위에서 2.11mm 내지 0.37mm의 두께를 가짐으로써, 보다 효과적으로 대기중의 산소를 선택적으로 분리할 수 있다. 이러한 이유는 산소 분리막(110)의 두께가 0.37mm 미만인 경우에는 물리적인 충격에 의해 산소 분리막(110)이 파손될 우려가 있으며, 산소 분리막(110)의 두께가 2.11mm를 초과하는 경우에는 원하는 정도의 산소 투과도를 얻기 위해서는 더 높은 정도의 고온을 필요로 하기 때문에 효율성의 저하를 가져오기 때문이다. 즉, 이러한 온도 범위 및 두께 범위에서 산소 분리막(151)은 1.2cc/cm2·min 내지 5cc/cm2·min 범위로 대기중의 산소를 선택적으로 분리할 수 있다. In addition, the
표 1은 이러한 산소 분리막(110)의 온도 및 두께에 따라 산소를 선택적으로 분리할 수 있는 정도(본 발명에서는 이를 "산소 투과도"라 지칭함)를 나타낸다.Table 1 shows the extent to which oxygen can be selectively separated according to the temperature and thickness of the oxygen separation membrane 110 (in the present invention, this is referred to as "oxygen permeability").
표 1에 도시된 바와 같이, 산소 분리막(110)은 약 850℃ 내지 1000℃의 온도 범위 및 2.11mm 내지 0.37mm의 막 두께 범위에서 1.2cc/cm2·min 내지 5cc/cm2·min 범위의 산소투과도를 가짐을 알 수 있다. As shown in Table 1, an oxygen separator (110) is from about 850 ℃ to a temperature range of 1000 ℃ and 1.2cc in the thickness range of 2.11mm to 0.37mm / cm 2 · min to about 5cc / cm 2 · min range It can be seen that it has an oxygen permeability.
즉, 상기 표 1에 도시된 바와 같이, 산소 분리막(110)은 온도가 증가함에 따라 산소 투과도가 증가하며, 산소 분리막(110)의 두께가 감소함에 따라 산소 투과도가 증가하는 특징을 가짐을 알 수 있다. 또한, 표 1에는 도시되지 않았지만, 산소 분리막(151) 양단의 O2 농도 구배가 증가함에 따라 산소 투과도가 증가하는 특징을 가진다. That is, as shown in Table 1, the
산소 분리막(110)은 그 내부에 공간을 형성하도록 후술되는 하우징(120) 내부에 배치된다. 또한, 산소 분리막(110) 외부로부터 대기가 유입될 수 있도록 외부와 연통하는 유입 포트(111) 및 상기 산소가 선택적으로 분리된 상태의 대기가 외부로 배출될 수 있도록 외부와 연통하는 배출 포트(112)를 포함한다. The
이러한 구성으로 인하여, 외부의 대기는 산소 분리막(110)에 의해 형성되는 공간으로 유입될 수 있고, 대기중의 산소는 후술될 하우징(120)과 산소 분리막(110) 사이로 선택적으로 분리될 수 있게 된다. Due to this configuration, the outside atmosphere can be introduced into the space formed by the
하우징(120)은 산소 분리막(110)을 수용하는 역할을 한다. 하우징(120)의 형상은 그 내부에 산소 분리막(110)을 수용할 수 있는 한 특별히 제한되지 않음을 유의한다. The
한편, 하우징(120)은 후술될 열 공급 수단(130)에 의해 발생되는 열을 외부와 단열하기 위해 단열재(121)를 포함할 수 있다. 이때 단열재(121)는 복합 세라믹으로 이루어질 수 있다. 또한, 하우징(120)은 그 외벽에 에어쿨링재킷(air cooling jacket), 워터쿨링재킷(water cooling jacket), 열전 소자 등을 포함함으로써, 열 공급 수단(130)에 의해 발생되는 열을 외부와 단열할 수도 있다. On the other hand, the
열 공급 수단(130)은 산소 분리막(110)에 열을 공급하는 역할을 한다. 본 발명의 일실시예에서는 열 공급 수단(130)은 전기 히터로 이루어지며, 상기 전기 히터는 산소 분리막(110) 내부에 제공되어 산소 분리막(110)에 열을 공급한다. 또한, 전기 히터에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(131)가 제공되어 유선으로 전기 히터에 전원을 공급할 수 있다. The heat supply means 130 serves to supply heat to the
한편, 열 공급 수단(130)은 산소 분리막(110)에 열을 공급할 수 있는 한 반드시 전기 히터로 제한되지 않으며 다양한 종류의 열 공급 장치가 사용될 수 있음을 유의한다. On the other hand, the heat supply means 130 is not necessarily limited to the electric heater as long as it can supply heat to the
진공 펌프(140)는 하우징(120)의 일측과 연통하도록 배치되며, 하우징(120)과 산소 분리막(110) 사이를 진공으로 유지시키는 역할을 한다. The
진공 펌프(140)에 의해 하우징(120)과 산소 분리막(110) 사이가 진공에 가까워지게 됨에 따라, 산소 분리막(110) 내부와 외부의 산소 농도의 차이가 발생하게 되며, 그로 인해 산소 분리막(110)의 산소투과도는 보다 향상되게 된다. 또한 산소 공급 장치(100)의 효율 역시 보다 향상된다는 효과가 발생한다. As the
또한, 진공 펌프(140)는 산소 분리막(110)에 의해 선택적으로 분리되어 하우징(120)과 산소 분리막(110) 사이에 위치하는 산소를 포집하여 외부로 배출하는 역할을 한다. 본 발명의 실시예에서는 진공 펌프(140)에 의해 포집된 산소는 진공 펌프(140)를 통과하여 산소 공급 유로(141)로 유입되게 된다. In addition, the
이러한 산소 공급 유로(141)를 통과하는 산소는 고농도의 산소로서, 고농도의 산소가 필요한 경우에는 산소 공급 유로(141)에 기타 다른 장치를 조합하지 않고 직접 고농도의 산소를 사용자에게 공급할 수 있다. 한편, 산소 공급 유로(141)에 기타 다른 기계 및 전자 부품들을 조합함으로써 원하는 농도의 산소를 구비하는 공기를 사용자에게 공급할 수도 있음을 유의한다. The oxygen passing through the
본 발명의 일실시예에 따른 산소 공급 장치(100)의 작용원리를 다시 한번 살펴보면, 외부의 대기는 유입 포트(111)를 통하여 산소 분리막(110)에 의해 형성되는 공간으로 유입되고, 산소 분리막(110)의 내부 공간으로 유입된 대기중의 산소는 산소 분리막(110)에 의해 선택적으로 분리되어 하우징(120)과 산소 분리막(110) 사이로 위치하게 된다. 이러한 산소는 진공 펌프(140)에 의해 포집되어 산소 공급 유로(141)를 통하여 외부로 배출되게 된다. 이때, 산소가 선택적으로 분리된 상태의 대기는 배출 포트(112)를 통하여 외부로 배출된다. Looking back at the principle of operation of the
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 산소 공급 장치(200)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 산소 공급 장치(200)는 산소 분리막(210), 하우징(220), 열 공급 수단(230), 진공 펌프(240), 혼합부(250), 산소 농도 측정기(260), 유량 측정 장치(270), 여과 장치(280), 및 제어 장치(290)를 포함할 수 있다. 2 is a view schematically showing the configuration of the
도 2에 도시된 산소 공급 장치(200)는 도 1에 도시된 산소 공급 장치(100)와 비교했을 때, 혼합부(250), 산소 농도 측정기(260), 유량 측정 장치(270), 여과 장치(280), 및 제어 장치(290)를 더 포함한다는 점을 제외하고는 동일한 구성요소를 가지므로, 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다. Compared with the
혼합부(250)는 산소 공급 유로(241)를 통하여 진공 펌프(240)와 연통되며, 진공 펌프(240)를 통해 배출되는 산소 및 외부로부터 유입되는 대기를 혼합하여 공급하는 역할을 한다. The
혼합부(250)는 대기 공급 유로(242)를 포함하는데, 대기 공급 유로(242)는 외부로부터 대기를 받아들여 혼합부(250)로 대기를 유입하는 역할을 한다. 대기 공급 유로(242)에는 밸브(243)가 제공되어 외부로부터 유입되는 대기의 양을 조절할 수 있다. 또한, 밸브(243)는 후술되는 제어 장치(290)에 의해 개폐 정도가 제어될 수 있도록 구성된다. 한편, 이러한 밸브(243)는 일반적으로 공지된 구성요소를 채용하는 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. The
혼합부(250)에서 혼합된 산소 및 외부 대기(이하, "혼합 공기"로 지칭됨)는 혼합 공기 공급 유로(244)를 통하여 사용자에게 공급될 수 있으며, 혼합 공기 공급 유로(244)에는 산소 농도 측정기(260), 유량 측정 장치(270) 및 여과 장치(280)가 더 제공될 수 있다. The oxygen mixed with the
산소 농도 측정기(260)는 혼합부(250)로부터 배출되는 혼합 공기 중의 산소 농도를 측정함으로써, 혼합부(250) 내의 산소 농도를 측정하는 역할을 한다. The oxygen
유량 측정 장치(270)는 혼합부(250)로부터 배출되는 혼합 공기의 전체 유량을 측정하는 역할을 한다. The flow
여과 장치(280)는 혼합부(250)로부터 배출되는 혼합 공기에 포함되어 있는 불순물 등을 여과하는 역할을 한다. 이러한 여과 장치(280)는 반드시 특정한 종류로 제한되는 것이 아니며 혼합 공기에 포함되는 각종 불순물 등을 여과할 수 있는 구성이면 충분하다.The
이들 산소 농도 측정기(260), 유량 측정 장치(270) 및 여과 장치(280)는 일반적으로 공지된 구성 요소를 채용하는 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Since the
한편, 산소 농도 측정기(260)에서 측정된 혼합 공기 중의 산소 농도에 관한 정보 및 유량 측정 장치(270)에서 측정된 혼합 공기의 전체 유량에 관한 정보는 후술되는 제어 장치(290)로 송신되게 된다. Meanwhile, the information on the oxygen concentration in the mixed air measured by the
제어 장치(290)는 산소 농도 측정기(260)에서 측정되는 혼합 공기 중의 산소 농도에 관한 정보 및 유량 측정 장치(270)에서 측정된 혼합 공기의 전체 유량에 관한 정보를 수신하고, 상기 정보들 중 어느 하나 이상을 근거로 하여 밸브(243)의 개폐 정도를 조절하는 역할을 한다. The
예를 들어, 제어 장치(290)는 산소 농도 측정기(260)에서 측정되는 혼합 공기 중의 산소 농도에 관한 정보에 근거하여 밸브(243)의 개폐 정도를 조절할 수 있다. 혼합 공기 중의 산소 농도가 기설정된 값보다 높다고 판단되는 경우에는, 제어 장치(290)는 밸브(243)의 개방하여 혼합부(250)에 유입되는 대기의 양을 증가시켜 산소 농도를 기설정된 값으로 유지시킨다. 반면에, 혼합 공기 중의 산소 농도가 기설정된 값보다 낮다고 판단되는 경우에는, 제어 장치(290)는 밸브(243)의 폐쇄하여 혼합부(250)에 유입되는 대기의 양을 감소시켜 산소 농도를 기설정된 값으로 유지시킨다. For example, the
이러한 구성으로 인해, 사용자는 혼합 공기 중의 산소 농도를 원하는 농도로 조절할 수 있을 뿐만 아니라 혼합 공기의 전체 유량을 제어할 수 있게 된다. 그로 인해 산소 공급 장치(200)가 병원에서 사용되는 경우 환자의 회복에 필요한 산소량을 시간 및 치료 정도에 따라 능동적으로 조절할 수 있게 된다. This configuration allows the user not only to adjust the oxygen concentration in the mixed air to the desired concentration, but also to control the total flow rate of the mixed air. Therefore, when the
또한 본 발명에 따른 산소 공급 장치(200)는 산소 농도 측정기(260)에서 측정된 혼합 공기 중의 산소 농도에 관한 정보 및 유량 측정 장치(270)에서 측정된 혼합 공기의 전체 유량에 관한 정보를 표시할 수 있는 표시 장치(도시 안됨)를 더 포함할 수 있다. 이 경우 사용자는 상기 표시 장치에 표시되는 혼합 공기 중의 산소 농도에 관한 정보 및 혼합 공기의 전체 유량에 관한 정보를 실시간으로 모니터링함으로써 보다 효과적으로 혼합 공기의 산소 농도 및 전체 유량을 파악할 수 있게 된다. In addition, the
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다. As mentioned above, although the present invention has been illustrated and described with reference to specific embodiments, the present invention is not limited thereto, and the following claims are not limited to the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. It can be easily understood by those skilled in the art that can be modified and modified.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 산소 공급 장치(100)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이며, 1 is a view schematically showing the configuration of the
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 산소 공급 장치(200)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 2 is a view schematically showing the configuration of the
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