KR20190116925A - Apparatus for Providing Gas and the Operating Method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가스 제공 장치 및 가스 제공 장치의 동작방법에 관련된 것으로 보다 구체적으로는 적은 용량의 컴프레셔로 높은 가스 유량 및 높은 순도의 가스를 제공하는 가스 제공 장치 및 가스 제공 장치의 동작방법에 관련된 것이다. The present invention relates to a gas providing device and a method of operating the gas providing device, and more particularly, to a gas providing device and a method of operating the gas providing device for providing a high gas flow rate and a high purity gas with a small capacity compressor.
최근 고 순도의 가스를 제조하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 특히 기체의 경우, 공기 중으로부터 질소와 산소를 분리하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 고 순도의 질소와 고 순도의 산소는 각각 다양한 활용분야를 가지고 있다.Recently, research on a technology for producing high purity gas has been conducted. In particular, in the case of gas, research is being conducted on a technique for separating nitrogen and oxygen from air. High purity nitrogen and high purity oxygen have various applications.
예를 들어, 고 순도의 질소의 경우 식품의 신선도를 유지하기 위하여 활용되고 있다. 즉 식품을 고 농도 질소 분위기에서 보관함으로써 산화의 진행을 방지하는 것이다.For example, high purity nitrogen is used to maintain food freshness. In other words, by keeping the food in a high concentration nitrogen atmosphere to prevent the progress of oxidation.
또한 고 순도의 산소의 경우, 호흡 환경을 개선하기 위하여 활용되고 있다.In addition, high purity oxygen is used to improve the respiratory environment.
그러나 고 순도의 가스를 제공 함에 있어서, 가스 분리 효율, 소음 문제, 가스 분리 속도를 종합적으로 고려하지 못하고 있기 때문에 기술 개발의 필요성이 크다. However, in providing high purity gas, there is a great need for technology development because it does not comprehensively consider gas separation efficiency, noise problem, and gas separation speed.
이에 본 발명자들은 가스 분리 효율, 소음 문제, 가스 분리 속도, 소형화 등의 종합적인 기술 과제를 해결한 가스 제공 장치 및 가스 제공 장치의 동작방법을 발명하게 되었다.Accordingly, the inventors of the present invention have invented a gas providing device and a method of operating the gas providing device that have solved a comprehensive technical problem such as gas separation efficiency, noise problem, gas separation speed, and miniaturization.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 높은 질소 가스 유량 및 높은 질소 순도를 가지는 가스 제공 장치 및 가스 제공 장치의 동작방법을 제공하는 데 있다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide a gas providing device and a method of operating the gas providing device having a high nitrogen gas flow rate and high nitrogen purity.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 높은 산소 가스 유량 및 높은 산소 순도를 가지는 가스 제공 장치 및 가스 제공 장치의 동작방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a gas providing device and a method of operating the gas providing device having a high oxygen gas flow rate and high oxygen purity.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 적은 용량의 컴프레셔로 구동하는 가스 제공 장치 및 가스 제공 장치의 동작방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a gas providing device and a method of operating the gas providing device driven by a low-capacity compressor.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 고 순도의 가스를 재순환시키는 가스 제공 장치 및 가스 제공 장치의 동작방법을 제공하는 데 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a gas providing device and a method of operating the gas providing device for recirculating high purity gas.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치는, 소스 공기(source air) 중 산소와 질소를 분리하는 가스 분리부; 및 상기 가스 분리부가 안착되는 하우징;을 포함하되, 상기 하우징은, 소스 공기가 유입되는 공기 유입구, 상기 가스 분리부에 의하여 분리된 산소 농축가스를 유출하는 산소 유출구 및 상기 가스 분리부에 의하여 분리된 질소 농축가스를 유출하는 질소 유출구를 포함하며, 상기 공기 유입구에는 양압(positive pressure)이 인가되고, 상기 양압 인가와 동시에, 상기 산소 유출구 또는 상기 질소 유출구 중 적어도 하나의 유출구에는 음압(negative pressure)이 인가될 수 있다.Gas providing apparatus according to an embodiment of the present invention, the gas separation unit for separating the oxygen and nitrogen in the source air (source air); And a housing in which the gas separator is seated, wherein the housing is separated by an air inlet through which source air is introduced, an oxygen outlet through which oxygen enriched gas separated by the gas separator is discharged, and the gas separator. And a nitrogen outlet through which nitrogen enriched gas is discharged, and a positive pressure is applied to the air inlet, and at the same time the negative pressure is applied to at least one outlet of the oxygen outlet or the nitrogen outlet. Can be applied.
일 실시 예에 따르면, 상기 양압을 제공하는 제1 컴프레셔와, 상기 음압을 제공하는 제2 컴프레셔를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the apparatus may further include a first compressor providing the positive pressure and a second compressor providing the sound pressure.
일 실시 예에 따르면, 상기 산소 농축가스의 산소 농도는 상기 소스 공기의 산소 농도보다 높고, 상기 질소 농축가스의 질소 농도는 상기 소스 공기의 질소 농도보다 높을 수 있다.According to one embodiment, the oxygen concentration of the oxygen enrichment gas is higher than the oxygen concentration of the source air, the nitrogen concentration of the nitrogen enrichment gas may be higher than the nitrogen concentration of the source air.
일 실시 예에 따르면, 상기 질소 유출구는 식품 저장고와 연통하며, 상기 질소 농축가스는 상기 식품 저장고로 제공될 수 있다.According to one embodiment, the nitrogen outlet is in communication with the food reservoir, the nitrogen enrichment gas may be provided to the food reservoir.
일 실시 예에 따르면, 상기 산소 유출구로부터 유출된 산소 농축가스는 호흡 기관으로 제공될 수 있다.According to one embodiment, the oxygen concentrated gas discharged from the oxygen outlet may be provided to the respiratory organ.
일 실시 예에 따르면, 상기 가스 분리부는 다수의 중공사 다발(hollow fibers) 또는 나권형 타입(Spiral-wound type)의 분리막으로 이루어질 수 있다.According to one embodiment, the gas separation unit may be formed of a plurality of hollow fibers or spiral-wound type separation membrane.
일 실시 예에 따르면, 상기 공기 유입구로 유입되는 소스 공기가 이미 상기 가스 분리부를 통과한 후 재 유입되는지 여부에 따라 상기 양압 및 상기 음압 중 적어도 하나의 크기를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the control apparatus may further include a controller configured to control at least one of the positive pressure and the negative pressure according to whether the source air introduced into the air inlet is re-introduced after passing through the gas separation unit.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 공기 유입구로 유입되는 소스 공기가 이미 상기 가스 분리부를 통과한 후 재 유입되는 것으로 판단한 경우, 상기 공기 유입구로 유입되는 소스 공기가 최초로 상기 가스 분리부로 유입되는 경우에 대비하여, 상기 양압 및 상기 음압 중 적어도 하나의 크기를 감소시키는 가스 제공 장치.According to an embodiment of the present disclosure, if it is determined that the source air flowing into the air inlet has already re-introduced after passing through the gas separating unit, the source air flowing into the air inlet is first introduced into the gas separating unit. In case, the gas providing apparatus for reducing the magnitude of at least one of the positive pressure and the negative pressure.
본 발명의 일 실시 에에 따른 가스 제공 장치의 동작방법은, 산소와 질소를 분리하는 가스 분리부의 유입 단에 위치한 공기 유입구에 양압으로 소스 공기를 제공하는 단계; 상기 양압으로 소스 공기를 제공하는 단계와 동시에, 상기 가스 분리부의 유출 단에 음압을 제공하는 단계; 및 상기 가스 분리부에 의하여 분리된 산소 농축가스 및 질소 농축가스 중 적어도 하나의 농축가스를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.Method of operation of the gas providing apparatus according to an embodiment of the present invention, providing a source air at a positive pressure to the air inlet located in the inlet end of the gas separation unit for separating oxygen and nitrogen; At the same time as providing the source air at the positive pressure, providing a negative pressure at the outlet end of the gas separator; And providing at least one concentrated gas of an oxygen concentrated gas and a nitrogen concentrated gas separated by the gas separation unit.
일 실시 예에 따르면, 상기 농축가스를 제공하는 단계는, 상기 질소 농축가스를 식품 저장고로 제공하는 단계를 포함하며, 상기 식품 저장고로 제공된 질소 농축가스를 다시 상기 가스 분리부로 재순환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the providing of the concentrated gas may include providing the nitrogen concentrated gas to a food storage, and further comprising recycling the nitrogen concentrated gas provided to the food storage back to the gas separation unit. can do.
일 실시 예에 따르면, 상기 농축가스를 제공하는 단계는, 상기 산소 농축가스를 호흡 기관으로 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the providing of the concentrated gas may provide the oxygen concentrated gas to a respiratory organ.
일 실시 예에 따르면, 상기 가스 분리부로 제공되는 소스 공기가 이미 상기 가스 분리부를 통과한 후 재 유입되는지 여부에 따라 상기 양압 및 상기 음압 중 적어도 하나의 크기를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the method may further include controlling the magnitude of at least one of the positive pressure and the negative pressure according to whether the source air provided to the gas separation part has re-introduced after passing through the gas separation part.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어하는 단계는, 상기 공기 유입구로 유입되는 소스 공기가 이미 상기 가스 분리부를 통과한 후 재 유입되는 것으로 판단된 경우, 상기 공기 유입구로 유입되는 소스 공기가 최초로 상기 가스 분리부로 유입되는 경우에 대비하여, 상기 가스 분리부의 유입 단에 가해지는 양압과 상기 가스 분리부의 유출 단에 가해지는 음압의 크기를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, if it is determined that the source air flowing into the air inlet has already passed through the gas separation unit, the source air flowing into the air inlet is separated first. In case of inflow to the negative, the positive pressure applied to the inlet end of the gas separation unit and the negative pressure applied to the outflow end of the gas separation unit may include a step.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 공기를 제공하는 단계에 의한 양압과, 상기 음압을 제공하는 단계에 의한 음압에 의하여, 상기 가스 분리부를 통과하는 소스 공기의 질소/산소 농도가 증가될 수 있다.According to one embodiment, the nitrogen / oxygen concentration of the source air passing through the gas separation unit may be increased by the positive pressure by the step of providing the source air and the negative pressure by the step of providing the negative pressure.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치는, 소스 공기(source air) 중 산소와 질소를 분리하는 가스 분리부; 및 상기 가스 분리부가 안착되는 하우징;을 포함하되, 상기 하우징은, 소스 공기가 유입되는 공기 유입구, 상기 가스 분리부에 의하여 분리된 산소 농축가스를 유출하는 산소 유출구 및 상기 가스 분리부에 의하여 분리된 질소 농축가스를 유출하는 질소 유출구를 포함하며, 상기 공기 유입구에는 양압(positive pressure)이 인가되고, 상기 양압 인가와 동시에, 상기 산소 유출구 또는 상기 질소 유출구 중 적어도 하나의 유출구에는 음압(negative pressure)이 인가될 수 있다.Gas providing apparatus according to an embodiment of the present invention, the gas separation unit for separating the oxygen and nitrogen in the source air (source air); And a housing in which the gas separator is seated, wherein the housing is separated by an air inlet through which source air is introduced, an oxygen outlet through which oxygen enriched gas separated by the gas separator is discharged, and the gas separator. And a nitrogen outlet through which nitrogen enriched gas is discharged, and a positive pressure is applied to the air inlet, and at the same time the negative pressure is applied to at least one outlet of the oxygen outlet or the nitrogen outlet. Can be applied.
이에 따라 양압 및 음압을 동시에 인가함으로써, 고 농도의 질소/산소가스를 제공할 수 있으면서도 높은 유량을 제공할 수 있다.Accordingly, by simultaneously applying the positive pressure and the negative pressure, it is possible to provide a high concentration of nitrogen / oxygen gas while providing a high flow rate.
나아가, 가스 분리의 품질을 유지하면서도 양압 및 음압의 절대 압력을 최소화할 수 있으므로, 컴프레셔의 크기를 최소화할 수 있고, 소음을 최소화할 수 있다.Furthermore, since the absolute pressure of the positive and negative pressures can be minimized while maintaining the quality of gas separation, the size of the compressor can be minimized and the noise can be minimized.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치의 동작방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 활용 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 활용 예의 제1 변형 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 활용 예의 제2 변형 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 활용 예의 제2 변형 예에 따른 가스 제공 장치의 동작방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 활용 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 활용 예의 제1 변형 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 활용 예의 제2 변형 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 활용 예의 제3 변형 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 활용 예의 제4 변형 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 활용 예의 제5 변형 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a gas providing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a gas separation module according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a method of operating the gas providing apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a first application example of the present invention.
5 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a first modified example of the first application example of the present invention.
6 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a second modified example of the first application example of the present invention.
7 is a view for explaining a method of operating a gas providing apparatus according to a second modified example of the first application example of the present invention.
8 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a second application example of the present invention.
9 is a view for explaining a gas providing device according to a first modified example of the second application example of the present invention.
10 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a second modified example of the second application example of the present invention.
11 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a third modified example of the second application example of the present invention.
12 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a fourth modified example of the second application example of the present invention.
13 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a fifth modified example of the second application example of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the exemplary embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete, and that the spirit of the present invention can be sufficiently delivered to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In the present specification, when a component is mentioned to be on another component, it means that it may be formed directly on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the shape and size are exaggerated for the effective description of the technical content.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, the term 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. In the specification, the singular encompasses the plural unless the context clearly indicates otherwise. In addition, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, element, or combination thereof described in the specification, and one or more other features or numbers, steps, configurations It should not be understood to exclude the possibility of the presence or the addition of elements or combinations thereof. In addition, the term "connection" is used herein to mean both indirectly connecting a plurality of components, and directly connecting.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 실시 예들에 따른 가스 분리 장치는 높은 가스 유량 및 높은 순도로 소스 공기(source air)로부터 산소/질소를 분리해낼 수 있다. 이에 따라 고 농도 질소가스를 요구하는 활용분야 예를 들어, 식품 저장고에 적용함으로써 음식의 보존 환경을 개선시킬 수 있다. 또한 고 농도 산소가스를 요구하는 활용분야 예를 들어, 신체 호흡 관련 제품에 적용함으로써 호흡 환경을 개선시킬 수 있다. 이하 본 발명의 일 실시 예가 설명된다.The gas separation apparatus according to embodiments of the present invention may separate oxygen / nitrogen from source air at high gas flow rate and high purity. Accordingly, it is possible to improve the food preservation environment by applying to a field of application requiring a high concentration of nitrogen gas, for example, a food storage. In addition, it is possible to improve the respiratory environment by applying to applications that require a high concentration of oxygen gas, for example, body respiratory products. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a gas providing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view for explaining a gas separation module according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치는 가스 분리 모듈(110)을 포함할 수 있다. 상기 가스 분리 모듈(110)은 소스 공기(SA) 중 질소와 산소를 선택적으로 분리하는 기능을 수행할 수 있다. 1 and 2, a gas providing apparatus according to an exemplary embodiment may include a
이를 위하여 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가스 분리 모듈(110)은 가스 분리부(118)와 상기 가스 분리부(118)가 안착되는 하우징(102)을 포함하여 이루어질 수 있다.To this end, as shown in FIG. 2, the
상기 가스 분리부(118)은 다수의 중공사(hollow fiber)가 길이방향으로 뭉쳐진 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 분리부(118)은 수십, 수백 내지 수천의 중공사가 뭉쳐진 구조를 가질 수 있다. 중공사의 수는 일 예일 뿐이며 이제 제한되는 것은 아니다. The
상기 중공사는 기체의 분압차 현상을 이용하여 질소와 산소를 분리할 수 있다. 예를 들어, 산소, 구체적으로 산소 분자는 질소, 구체적으로 질소 분자 보다 작을 수 있다. 따라서, 산소는 질소보다 높은 기체 투과율을 가질 수 있다. 이에 따라 기체 투과율이 낮은 질소는 기체 투과율이 높은 산소보다 더 많이 중공사를 길이방향으로 통과할 수 있다. 따라서, 중공사는 소스 공기(SA) 중으로부터 산소 농축가스(OA)와 질소 농축가스(NA)를 분리해낼 수 있는 것이다.The hollow yarn may separate nitrogen and oxygen using a partial pressure difference phenomenon of gas. For example, oxygen, specifically oxygen molecules, may be smaller than nitrogen, specifically nitrogen molecules. Thus, oxygen may have a higher gas permeability than nitrogen. As a result, nitrogen having a low gas permeability can pass hollow fibers in the longitudinal direction more than oxygen having a high gas permeability. Therefore, the hollow fiber can separate the oxygen enriched gas (OA) and the nitrogen concentrated gas (NA) from the source air SA.
상기 가스 분리부는 폴리술폰 계열, 폴리에테르술폰 계열, 폴리이미드 계열, 폴리아미드 계열, 셀롤로오스 아세테이트 계열, 폴리카보네이트 계열, 과불소계 고분자 계열, PEBAX 계열 및/또는 이들로부터 유도되는 고분자로부터 얻은 가스 분리부를 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 발명자의 등록번호 제10-0782959호, 제10-1025304호, 제10-0997531호, 제10-1201493호, 제10-0932765호, 또는 제10-0966176호 등에서 사용된 고분자를 이용할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 출원번호 제10-2015-0026654호 제10-2013-0139215호 또는 제10-2013-0139213호 등 등에서 사용된 고분자를 이용할 수 있다. 가스분리부는 위에서 언급된 고분자에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술분야에 속해진 통상의 기술자가 예상할 수 있는 고분자를 포함할 수 있다.The gas separation unit is a gas separation obtained from polysulfone series, polyether sulfone series, polyimide series, polyamide series, cellulose acetate series, polycarbonate series, perfluorinated polymer series, PEBAX series and / or polymers derived therefrom It may include wealth. For example, the polymer used in the inventors No. 10-0782959, 10-1025304, 10-0997531, 10-1201493, 10-0932765, 10-0966176, etc. It is available. As another example, a polymer used in Application No. 10-2015-0026654 No. 10-2013-0139215 or 10-2013-0139213 and the like can be used. The gas separation unit is not limited to the above-mentioned polymer, and may include a polymer that can be expected by those skilled in the art.
일 예에 따르면 상기 중공사는 열적으로 재배열된 폴리머(thermally rearranged polymer)로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로 상기 중공사는 Polyimides containing ortho-positioned functional groups (PIOFG)가 350 내지 450도의 온도에서 재배열된 구조를 가질 수 있다.According to one example, the hollow yarn may be made of a thermally rearranged polymer. More specifically, the hollow fiber may have a structure in which the polyimides containing ortho-positioned functional groups (PIOFG) are rearranged at a temperature of 350 to 450 degrees.
일 예에 따르면, 상기 중공사는 다공성 유기고분자, 폴리이미드로부터 유도되는 고분자를 포함하고, 상기 폴리이미드는 아민기에 대하여 오르쏘 위치에 존재하는 적어도 하나의 작용기를 포함하는 방향족 디아민 및 디안하이드라이드로부터 제조된 반복단위, 전구체인 폴리이미드-폴리(하이드록시이미드) 공중합체를 간단히 열처리하여 열전환(thermalrearrangment) 반응을 거쳐 제조되는 폴리이미드-폴리벤조옥사졸 공중합체일 수 있다.According to one example, the hollow yarn comprises a polymer derived from a porous organic polymer, polyimide, the polyimide is prepared from aromatic diamine and dianhydride containing at least one functional group present in the ortho position relative to the amine group The polyimide-poly (hydroxyimide) copolymer, which is a repeating unit and a precursor, may be a polyimide-polybenzoxazole copolymer prepared by a simple heat treatment to undergo a thermal rearrangment reaction.
이와 달리, 상기 가스 분리부(118)는 나권형(Spiral-wound) 타입의 분리막 모듈일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 가스 분리부(118)는 중공사 다발인 경우를 상정하기로 한다.Alternatively, the
상기 하우징(102)은 내부에 상기 가스 분리부(118)이 안착되는 공간을 제공할 수 있고, 상기 가스 분리부(118)로 소스 공기(SA)를 유입받는 공기 유입구(112), 소스 공기(SA)로부터 분리된 산소 농축가스(OA)를 유출하는 산소 유출구(114) 및 소스 공기(SA)로부터 분리된 질소 농축가스(NA)를 유출하는 질소 유출구(116) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
일 예에 따르면, 상기 공기 유입구(112)는 상기 가스 분리부(118)의 일 단에 위치하고, 상기 질소 유출구(116)는 상기 가스 분리부(118)의 타 단에 위치할 수 있다. 또한 상기 산소 유출구(114)는 상기 가스 분리부(118)의 일 측면에 위치할 수 있다.According to an example, the
이와 달리 도시하지는 않았으나, 상기 공기 유입구(112)가 상기 가스 분리부(118)의 일 측에 위치하고, 상기 산소 유출구(114)가 상기 가스 분리부(118)의 일 단에 위치하고, 상기 질소 유출구(116)가 상기 가스 분리부(118)의 일 측에 위치할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 하우징(102)이 도 2에 도시된 구조를 가지는 경우를 상정하기로 한다.Although not shown, the
이상 도 2를 참조하여 본 발명의 가스 분리 모듈(110)을 설명하였다. 다시 도 1을 참조하면, 상기 가스 분리 모듈(110)의 공기 유입구(112)로 소스 공기(SA)가 유입되는 소스 공기 유로(120)가 마련될 수 있다. 즉 소스 공기(SA)는 상기 소스 공기 유로(120)를 통하여 상기 공기 유입구(112)로 유입될 수 있다.The
이 때, 상기 소스 공기 유로(120) 상에는 제1 컴프레셔(122)가 마련될 수 있다. 상기 제1 컴프레셔(122)는 상기 소스 공기(SA)가 고압으로 상기 공기 유입구(112)로 유입될 수 있도록 양압(positive pressure)을 제공할 수 있다. 참고로 본 명세서에서 양압이라 함은 기준 압력 예를 들어, 대기압보다 높은 압력을 의미할 수 있다.In this case, a
소스 공기(SA)는 상기 제1 컴프레셔(122)에 의하여 압축된 상태로 상기 공기 유입구(112)로 유입될 수 있다. 따라서 상기 소스 공기(SA)가 압축된 상태로 상기 가스 분리부(118)로 제공될 수 있으므로, 질소와 산소가 원활하게 분리될 수 있다.Source air SA may be introduced into the
상기 산소 유출구(114)의 일 단에는 산소 농축가스(OA)가 유출되는 산소 유로(130)가 마련될 수 있다. 또한 질소 유출구(116)의 일 단에는 질소 농축가스(NA)가 유출되는 질소 유로(140)가 마련될 수 있다. One end of the
이 때, 산소 유출구(114) 및 질소 유출구(116) 중 적어도 어느 하나의 유출구에는 제2 컴프레셔(132)가 마련될 수 있다. 상기 제2 컴프레셔(132)는 상기 가스 분리부(118) 내의 공기를 유출시킬 수 있도록 음압(negative pressure)을 제공할 수 있다. 참고로 본 명세서에서 음압이라 함은 기준 압력 예를 들어, 대기압보다 낮은 압력을 의미할 수 있다.At this time, at least one outlet of the
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 컴프레셔(132)가 상기 산소 유출구(114)에 마련된 것을 상정하기로 한다. Hereinafter, for convenience of description, it is assumed that the
상기 공기 유입구(112) 단의 제1 컴프레셔(122)와 상기 산소 유출구(114) 단의 제2 컴프레셔(132)에 의하여 가스 유량의 향상과 가스 순도가 향상될 수 있다. 즉, 산소 유출구(114)는 보다 많은 유량의 고 순도 산소가스를 제공할 수 있고, 질소 유출구(116)는 보다 많은 유량의 고 순도 질소가스를 제공할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 실험 데이터를 참조하여 후술하기로 한다.Gas flow rate and gas purity may be improved by the
이상 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하였다. 이하 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치의 동작방법이 설명된다. The gas providing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention has been described above with reference to FIGS. 1 and 2. Hereinafter, a method of operating a gas providing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치의 동작방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하여 설명하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치의 동작방법은 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치에 의하여 구현될 수 있음은 물론이다.3 is a view for explaining a method of operating the gas providing apparatus according to an embodiment of the present invention. An operation method of a gas providing apparatus according to an exemplary embodiment of the present disclosure described with reference to FIG. 3 may be implemented by a gas providing apparatus according to an exemplary embodiment described above with reference to FIGS. 1 and 2. Of course.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치의 동작방법은, 산소와 질소를 분리하는 가스 분리부의 유입 단에 위치한 공기 유입구에 양압으로 소스 공기를 제공하는 단계(S100), 상기 양압으로 소스 공기를 제공하는 단계와 동시에, 상기 가스 분리부의 유출 단에 음압을 제공하는 단계(S110) 및 상기 가스 분리부에 의하여 분리된 산소 농축가스 및 질소 농축가스 중 적어도 하나의 농축가스를 제공하는 단계(S120) 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다. 이하 각 단계에 대하여 설명하기로 한다.3, the operation method of the gas providing apparatus according to an embodiment of the present invention, providing a source air at a positive pressure to the air inlet located at the inlet end of the gas separation unit for separating oxygen and nitrogen (S100), Simultaneously providing the source air at the positive pressure, providing a negative pressure to the outlet end of the gas separation unit (S110) and at least one concentrated gas of the oxygen concentration gas and nitrogen concentrated gas separated by the gas separation unit It may include at least one step of providing (S120). Each step will be described below.
단계 S100에서, 소스 공기(SA)가 가스 분리부(118)로 제공될 수 있다. 이 때, 상기 제1 컴프레셔(122)는 외기(external air)를 압축하여 상기 가스 분리 모듈(110)의 공기 유입구(112)로 제공할 수 있다. 이에 따라 양압의 소스 공기(SA)가 상기 가스 분리부(118)로 제공될 수 있다. 상기 소스 공기(SA)는 상기 가스 분리부(118)을 통과하면서, 산소 농축가스(OA)와 질소 농축가스(NA)로 분리될 수 있다. In step S100, source air SA may be provided to the
이 때, 단계 S110에 따라 산소 유출구(114) 쪽에 제2 컴프레셔(132)에 의하여 음압이 인가될 수 있다. 즉, 양압과 음압이 동시에 가스 분리부(118)에 제공될 수 있다. 상기 제2 컴프레셔(132)에 의하여 가스 분리부(118) 내부에 음압이 인가됨에 따라 가스 분리부(118)의 산소 유출구(114)와 가스 분리부(118)의 공기 유입구(112) 간의 압력차 및 압력비가 증가할 수 있다. 가스 분리부(118) 내부에 압력차 및 압력비가 증가함에 따라 소스 공기(SA)가 산소 농축가스(OA)와 질소 농축가스(NA)로 분리됨에 있어서의 높은 질소 가스 유량과 높은 질소 순도를 제공할 수 있다.At this time, the negative pressure may be applied to the
단계 S120에서, 가스 분리부(118)에 의하여 소스 공기(SA)로부터 분리된 질소 농축가스(NA) 및 산소 농축가스(OA)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 질소 농축가스(NA)는 식품에 신선도 유지를 위하여 제공될 수 있고, 산소 농축가스(OA)는 쾌적한 호흡 환경을 위하여 제공될 수 있다. .In step S120, the nitrogen concentrated gas NA and the oxygen concentrated gas OA separated from the source air SA by the
이상 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치의 동작방법을 설명하였다. 이하 실험 데이터를 참조하여 양압과 음압을 함께 가하는 본 발명 특유의 효과가 설명된다.The operation method of the gas providing apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention has been described above with reference to FIG. 3. Hereinafter, the effects peculiar to the present invention of applying positive pressure and negative pressure together with reference to experimental data will be described.
실험을 위하여, 15cm의 중공사 40가닥이 다발을 이루는 가스 분리부를 준비하였다. For the experiment, a gas separation part was prepared in which 40 strands of 15 cm hollow fiber were bundled.
먼저 비교를 위하여 제1 컴프레셔를 통하여 가스 분리부로 제공되는 소스 공기에 양압을 가하되, 제2 컴프레셔를 통하여 음압은 제공하지 않은 상태에서 실험을 하였다. 비교 예에 따른 실험 결과는 아래 표 1과 같다.First, a positive pressure was applied to the source air provided to the gas separation unit through the first compressor for comparison, and the experiment was performed without providing a negative pressure through the second compressor. Experimental results according to the comparative example are shown in Table 1 below.
참고로, 공기압력은 제1 컴프레셔에 의하여 제공된 양압의 크기를 의미하되, 대기압 기준 상대 값을 의미한다. 또한 투과압력은 제2 컴프레셔에 의하여 제공된 음압의 크기를 의미하되, 대기압 기준 상대 값을 의미한다.For reference, the air pressure means the magnitude of the positive pressure provided by the first compressor, but means a relative value of atmospheric pressure. In addition, the penetration pressure means the magnitude of the sound pressure provided by the second compressor, but means a relative value of atmospheric pressure.
또한 실험 예로, 제1 컴프레셔를 통하여 가스 분리부로 제공되는 소스 공기에 양압을 가하고, 제2 컴프레셔를 통하여 음압을 가하여 실험 하였다. 실험 예에 따른 실험 결과는 아래 표 2와 같다.In addition, as an experimental example, a positive pressure was applied to the source air provided to the gas separation unit through the first compressor, and a negative pressure was applied to the source air through the second compressor. Experimental results according to the experimental example are shown in Table 2 below.
이하 표 1의 비교 예와 표 2의 실험 예의 결과를 살펴보면, 먼저 표 1의 비교 예에서 제1 컴프레셔를 통하여 소스 공기를 2barg로 압축한 경우, 가스 분리부에 의하여 분리되는 질소유량이 1sccm, 질소 농도 91%, 유량 효율 2.5%에 불과함을 확인할 수 있다. 이에 반해 표 2의 실험 예에서 제1 컴프레셔를 통하여 소스 공기를 2barg로 압축하고, 제2 컴프레셔로 -0.5barg의 음압을 제공한 경우, 가스 분리부에 의하여 분리되는 질소 유량이 평균 43.4sccm, 질소 농도가 평균 95.3%, 유량 효율이 평균 31.8%로 크게 개선되는 것을 확인할 수 있다. 또한 산소 농도도 크게 개선되는 것을 확인할 수 있다.Looking at the results of the comparative example of Table 1 and the experimental example of Table 2 below, when the source air is compressed to 2barg through the first compressor in the comparative example of Table 1, the nitrogen flow rate separated by the gas separation unit 1sccm, nitrogen It can be seen that the concentration is only 91% and the flow efficiency is only 2.5%. In contrast, in the experimental example of Table 2, when the source air was compressed to 2 barg through the first compressor and a negative pressure of -0.5 barg was provided to the second compressor, the nitrogen flow rate separated by the gas separator was 43.4 sccm on average. It can be seen that the concentration is 95.3% on average and the flow efficiency is significantly improved to 31.8% on average. It can also be seen that the oxygen concentration is greatly improved.
물론 표 1의 비교 예에서 확인할 수 있듯이, 제1 컴프레셔를 통한 양압의 크기를 5, 7, 10barg로 증가시킬수록 질소 농도는 증가할 수 있다. 그러나 제1 컴프레셔의 용량을 증가시키기 위해서는 크기 이슈 및 소음 이슈를 피할 수 없다는 한계가 있다. Of course, as can be seen in the comparative example of Table 1, the nitrogen concentration may increase as the magnitude of the positive pressure through the first compressor to 5, 7, 10barg. However, there is a limit that size issues and noise issues cannot be avoided in order to increase the capacity of the first compressor.
그러나 본 발명의 가스 제공 장치에 따르면, 제1 컴프레셔의 용량을 최소화하면서도 제2 컴프레셔를 도입함으로써, 컴프레셔들이 차지하는 공간은 최소화 하면서도 유발되는 소음을 최소화할 수 있다. However, according to the gas providing apparatus of the present invention, by introducing a second compressor while minimizing the capacity of the first compressor, it is possible to minimize the noise caused while minimizing the space occupied by the compressors.
다른 관점에서 실험 예에 따라 제1 컴프레셔로 2 barg, 제2 컴프레셔로 -0.5 barg를 제공한 경우, 압력비가 크게 증가될 수 있다. 구체적으로 대기압을 고려하여 절대 압력으로 보면, 제1 컴프레셔로 3(=2+1(대기압))barg, 제2 컴프레셔로 0.5(=-0.5+1(대기압) barg가 제공되므로 압력비는 6(=3/0.5)이 될 수 있다. In another aspect, when 2 barg is provided to the first compressor and -0.5 barg to the second compressor according to the experimental example, the pressure ratio may be greatly increased. Specifically, in consideration of the atmospheric pressure, the absolute pressure ratio is 3 (= 2 + 1 (atmospheric pressure)) barg as the first compressor and 0.5 (= -0.5 + 1 (atmospheric pressure) barg as the second compressor, so the pressure ratio is 6 (= 3 / 0.5).
이에 반해 비교 예에서 제1 컴프레셔로 2barg의 양압을 인가한 경우 압력비는 3(=(2+1(대기압))/(0+1(대기압))에 불과하고 5barg의 양압을 인가하여야 압력비가 6(=(5+1)/(0+1))에 이르게 된다. In contrast, in the comparative example, when a positive pressure of 2 barg was applied to the first compressor, the pressure ratio was only 3 (= (2 + 1 (atmospheric pressure)) / (0 + 1 (atmospheric pressure)) and a positive pressure ratio of 5 barg was applied. (= (5 + 1) / (0 + 1)).
압력비가 커야 가스 분리부를 통한 질소 및 산소 분리 효율이 증가한다는 점을 고려할 때, 고 압력비는 중요한 설계 사항에 해당한다. 그러나 비교 예에 따르면, 제1 컴프레셔만 구동하므로 압력비를 크게 하는데 한계가 있고, 압력비를 높이기 하여 양압의 크기를 증가시키는 경우 컴프레셔의 크기 이슈 및 소음 이슈가 큰 문제로 다가올 수 있다. The high pressure ratio is an important design consideration, considering that the higher pressure ratio increases the efficiency of nitrogen and oxygen separation through the gas separation. However, according to the comparative example, since only the first compressor is driven, there is a limit to increasing the pressure ratio, and when the size of the positive pressure is increased by increasing the pressure ratio, the size issue and the noise issue of the compressor may approach a large problem.
이에 반해, 본 발명에서는 제2 컴프레셔를 도입함으로써, 제1 컴프레셔의 양압을 낮추어도 고 압력비를 제공할 수 있고, 제1 컴프레셔의 용량으로부터 설계 자유도가 생기므로 소형 및 저 소음의 이점을 제공할 수 있는 것이다. 이로써, 본 발명은 컴프레셔에 의한 문제는 해소하면서도 높은 가스 유량과 높은 가스 순도를 제공하는 효과를 제공할 수 있다.In contrast, in the present invention, by introducing the second compressor, it is possible to provide a high pressure ratio even when the positive pressure of the first compressor is lowered, and design freedom is generated from the capacity of the first compressor, thereby providing advantages of small size and low noise. It is. Thus, the present invention can provide the effect of providing a high gas flow rate and high gas purity while eliminating the problems caused by the compressor.
또한 표 1의 비교 예에서 제1 컴프레셔를 통하여 소스 공기를 5barg로 압축하고 공기 유량이 238sccm인 경우, 가스 분리부에 의하여 분리되는 질소 농도 93.3%에 불과함을 확인할 수 있다. 이에 반해 표 2의 실험 예에서 제1 컴프레셔를 통하여 소스 공기를 5barg로 압축하고, 제2 컴프레셔로 -0.5barg의 음압을 제공하고 공기 유량이 238sccm인 경우, 가스 분리부에 의하여 분리되는 질소 농도가 약 97.1%로 크게 개선되는 것을 확인할 수 있다.In addition, in the comparative example of Table 1, when the source air is compressed to 5 barg through the first compressor and the air flow rate is 238 sccm, it can be seen that the nitrogen concentration separated by the gas separation unit is only 93.3%. In contrast, in the experimental example of Table 2, when the source air is compressed to 5 barg through the first compressor, and the negative pressure of -0.5 barg is provided to the second compressor and the air flow rate is 238 sccm, the nitrogen concentration separated by the gas separator is It can be seen that the improvement is about 97.1%.
또한 표 1의 비교 예에서 제1 컴프레셔를 통하여 소스 공기를 7barg로 압축하고 공기 유량이 246sccm인 경우, 가스 분리부에 의하여 분리되는 질소 농도 98%에 불과함을 확인할 수 있다. 이에 반해 표 2의 실험 예에서 제1 컴프레셔를 통하여 소스 공기를 7barg로 압축하고, 제2 컴프레셔로 -0.5barg의 음압을 제공하고 공기 유량이 246sccm인 경우, 가스 분리부에 의하여 분리되는 질소 농도가 약99.9%로 크게 개선되는 것을 확인할 수 있다.In addition, in the comparative example of Table 1, when the source air is compressed to 7 barg through the first compressor and the air flow rate is 246 sccm, it can be seen that the nitrogen concentration separated by the gas separation unit is only 98%. In contrast, in the experimental example of Table 2, when the source air is compressed to 7 barg through the first compressor, and the negative pressure of -0.5 barg is supplied to the second compressor and the air flow rate is 246 sccm, the nitrogen concentration separated by the gas separator is It can be seen that the improvement is about 99.9%.
또한 표 1의 비교 예에서 제1 컴프레셔를 통하여 소스 공기를 10barg로 압축하고 공기 유량이 436sccm인 경우, 가스 분리부에 의하여 분리되는 질소 농도 96.9%에 불과함을 확인할 수 있다. 이에 반해 표 2의 실험 예에서 제1 컴프레셔를 통하여 소스 공기를 10barg로 압축하고, 제2 컴프레셔로 -0.5barg의 음압을 제공하고 공기 유량이 436sccm인 경우, 가스 분리부에 의하여 분리되는 질소 농도가 98.6%로 크게 개선되는 것을 확인할 수 있다.In addition, in the comparative example of Table 1, when the source air is compressed to 10 barg through the first compressor and the air flow rate is 436 sccm, it can be seen that the nitrogen concentration separated by the gas separation unit is only 96.9%. In contrast, in the experimental example of Table 2, when the source air is compressed to 10 barg through the first compressor, and a negative pressure of −0.5 barg is supplied to the second compressor and the air flow rate is 436 sccm, the nitrogen concentration separated by the gas separator is It can be seen that the improvement is 98.6%.
즉 본 발명의 실시 예에 따라 제2 컴프레셔로 음압을 제공하는 것이 높은 가스 유량 뿐 아니라 높은 가스 순도 면에서 특유의 효과를 제공함을 확인할 수 있다.That is, according to an embodiment of the present invention, it can be seen that providing a negative pressure to the second compressor provides a unique effect in terms of high gas purity as well as high gas flow rate.
또한, 표 1과 표 2에 따른 비교 예와 실험 예를 기초로, 15cm의 중공사 500가닥이 다발을 이루는 가스 분리부와 30L 크기의 식품 저장고를 상정하여 시뮬레이션 한 결과를 아래 표 3 및 표 4로 정리하였다. 이는 가스 제공 장치로부터 제공되는 고 순도 질소 가스를 활용하는 상황을 상정한 시뮬레이션으로 이해될 수 있다.In addition, based on the comparative example and the experimental example according to Table 1 and Table 2, the simulation results assuming a gas separation unit consisting of 500 fibers of 15cm hollow fiber bundle and a food storage of 30L size is shown in Tables 3 and 4 below. Summarized as This can be understood as a simulation assuming the situation of utilizing the high purity nitrogen gas provided from the gas providing device.
표 3으로 정리된 비교 예와 표 4에 정리된 실험 예를 대비해보면, 먼저 비교 예에 정리된 바와 같이 제1 컴프레셔로 2barg의 양압을 제공한 경우, 식품 저장고 충진율 달성 시간이 질소90% 분위기의 경우 4,324분으로 극히 오래 걸리는 것으로 예상되었다. 즉, 2barg 용량의 소형 컴프레셔로는 가스 제공 장치를 구현하기 극히 어렵다는 것을 확인할 수 있다. 이에 반해 실험 예의 제1 컴프레셔로 2barg의 양압을 제공하고 제2 컴프레셔로 -0.5barg의 음압을 제공한 경우, 식품 저장고 충진율 달성 시간이 질소 90%의 경우 대략적으로 1시간 이내로 현저히 감소하는 것을 예측되었다.In comparison with the comparative example summarized in Table 3 and the experimental example summarized in Table 4, when the positive pressure of 2 barg is provided by the first compressor as summarized in the comparative example, the filling time of achieving the food storage filling rate is 90% nitrogen. The case was expected to be extremely long at 4,324 minutes. That is, it can be seen that it is extremely difficult to implement a gas providing device with a small compressor of 2 barg capacity. In contrast, when the positive pressure of 2 barg was provided by the first compressor of the experimental example and the negative pressure of -0.5 barg by the second compressor, it was predicted that the time to achieve the food storage filling rate was significantly reduced to about 1 hour in the case of 90% of nitrogen. .
즉 앞서 설명한 바와 같이 제1 및 제2 컴프레셔를 통하여 압력비를 증가시킴에 따라 가스 분리 모듈의 질소 가스 유량 및 질소 순도 특성이 우수하여 2barg 이하 급의 소형 컴프레셔들만으로도 식품 저장고 충진이 가능한 것을 예측되었다.That is, as described above, as the pressure ratio is increased through the first and second compressors, it is predicted that the filling of the food reservoir is possible only with small compressors of 2 barg or less because of excellent nitrogen gas flow rate and nitrogen purity characteristics of the gas separation module.
또한 비교 예에 정리된 바와 같이 제1 컴프레셔로 5barg의 양압 및 공기 유량 4,110sccm을 제공한 경우, 식품 저장고 충진율 달성 시간이 질소90% 분위기의 경우 22분, 질소95% 분위기의 경우 측정이 불가능할 정도로 오래 걸리는 것으로 예상되었다. 이에 반해 실험 예의 제1 컴프레셔로 5barg의 양압을 제공하고 제2 컴프레셔로 -0.5barg의 음압을 제공하고 4,110sccm의 공기 유량을 제공한 경우, 식품 저장고 충진율 달성 시간이 질소 90%의 경우 17분, 질소95% 분위기의 경우 39분으로 현저히 감소하는 것으로 예측되었다.In addition, as shown in the comparative example, when the first compressor was provided with a positive pressure of 5 barg and an air flow rate of 4,110 sccm, the time required to achieve a food storage filling rate was 22 minutes in a 90% nitrogen atmosphere and was impossible to measure in a 95% nitrogen atmosphere. It was expected to take a long time. In contrast, if the first compressor provided in the experimental example provided a positive pressure of 5 barg, the second compressor provided a negative pressure of -0.5 barg, and provided an air flow rate of 4,110 sccm, the food storage filling time was 17 minutes at 90% nitrogen. The 95% nitrogen atmosphere was expected to decrease significantly to 39 minutes.
또한 비교 예에 정리된 바와 같이 제1 컴프레셔로 10barg의 양압 및 공기 유량 7,520sccm을 제공한 경우, 식품 저장고 충진율 달성 시간이 질소90% 분위기의 경우 10분, 질소95% 분위기의 경우 23분이 소요되는 것으로 예상되었다. 이에 반해 실험 예의 제1 컴프레셔로 5barg의 양압을 제공하고 제2 컴프레셔로 -0.5barg의 음압을 제공하고 7,520sccm의 공기 유량을 제공한 경우, 식품 저장고 충진율 달성 시간이 질소 90%의 경우 9분, 질소95% 분위기의 경우 19분으로 현저히 감소하는 것으로 예측되었다. In addition, as shown in the comparative example, when the first compressor was provided with a positive pressure of 10 barg and an air flow rate of 7,520 sccm, the time required to achieve a food storage filling rate was 10 minutes in a 90% nitrogen atmosphere and 23 minutes in a 95% nitrogen atmosphere. It was expected. On the other hand, when the positive pressure of 5 barg is provided by the first compressor of the Experimental Example, the negative pressure of -0.5 barg is provided by the second compressor, and an air flow rate of 7,520 sccm is achieved, 9 minutes is achieved when the food storage filling rate is 90% of nitrogen. A 95% nitrogen atmosphere was expected to decrease significantly to 19 minutes.
이러한 시뮬레이션 결과는 고 순도 산소 가스를 제공하는 활용 예에서도 동일하게 적용될 수 있다. This simulation result can be equally applied to the use example of providing high purity oxygen gas.
이상 표 1 내지 표 4를 참조하여 유출구 단에 음압을 제공하는 제2 컴프레셔를 적용하는 것이 단순히 추가적인 압력을 제공하는 것이 아니라, 낮은 용량의 제1 컴프레셔를 사용할 수 있도록 제1 컴프레셔의 선택 자유도가 증가될 수 있다. 즉 제1 컴프레셔가 낮은 용량을 가진다고 하더라도 제2 컴프레셔가 고 압력비를 제공할 수 있고 이에 따라 가스 유량 및 가스 순도가 향상될 수 있는 것이다. 이에 따라 고 용량 컴프레셔 사용에 따른 크기 및 소음 이슈가 해소될 수 있다.With reference to Tables 1 to 4 above, the application of the second compressor for providing a negative pressure at the outlet stage does not simply provide additional pressure, but increases the degree of freedom of selection of the first compressor so that the first compressor having a lower capacity can be used. Can be. That is, even if the first compressor has a low capacity, the second compressor can provide a high pressure ratio, thereby improving gas flow rate and gas purity. Accordingly, the size and noise issues associated with the use of high capacity compressors can be solved.
이하 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치 및 그 동작방법의 활용 예들이 설명된다. 제1 활용 예 및 그 변형 예들은 가스 제공 장치로부터 획득되는 질소 농축가스를 활용하는 예들이고, 제2 활용 예 및 그 변형 예들은 가스 제공 장치로부터 획득되는 산소 농축가스를 활용하는 예들이다. Hereinafter, application examples of a gas providing apparatus and an operating method thereof according to an exemplary embodiment will be described. The first utilization example and its modifications are examples utilizing the nitrogen enrichment gas obtained from the gas providing apparatus, and the second utilization example and its modifications are examples utilizing the oxygen enrichment gas obtained from the gas providing apparatus.
도 4는 본 발명의 제1 활용 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a first application example of the present invention.
본 발명의 제1 활용 예에 따른 가스 제공 장치는 식품 저장고(210)에 질소 농축가스(NA)를 제공함으로써, 식품의 신선도를 향상시킬 수 있다.The gas providing apparatus according to the first application example of the present invention may improve the freshness of food by providing a nitrogen concentration gas (NA) to the
도 4를 참조하면, 도 1에 도시된 가스 분리 장치의 질소 유로(140)의 타 단이 식품 저장고(210)과 연통할 수 있다. 즉, 상기 질소 유출구(116)로부터 유출된 질소 농축가스(NA)는 상기 질소 유로(140)를 통하여 상기 식품 저장고(210)로 제공될 수 있는 것이다.Referring to FIG. 4, the other end of the
상기 식품 저장고(210)는, 상기 질소 유출구(116)로부터의 질소 농축가스(NA)를 제공받아 음식물을 고 농도 질소 분위기에서 보존하는 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 식품 저장고(210)은 냉장고(200) 내에 마련될 수도 있고, 냉장고가 아닌 다른 형태의 식품 보관실 내에 마련될 수도 있다.The
도 5는 본 발명의 제1 활용 예의 제1 변형 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a first modified example of the first application example of the present invention.
본 발명의 제1 활용 예의 제1 변형 예는 식품 저장고(210) 내의 고 농도 질소 가스가 다시 가스 분리 모듈(110)에 재 공급되도록 한다는 점에서 제1 활용 예와 차이가 있다. 예를 들어, 본 발명의 제1 활용 예의 제1 변형 예는 가스 분리 모듈(110)에 의하여 분리된 질소 농축가스(NA)가 식품 저장고(210)에 제공된 후 식품 저장고(210)의 여닫음으로 인하여 식품 저장고(210)의 질소 농도가 대기 상태보다는 높지만 가스 분리 모듈(110)을 통과한 직후보다는 낮아진 경우를 고려한 것이다. 변형 예에 따르면, 질소 농도가 다소 낮아진 식품 저장고(210)의 질소 농축가스(NA)를 다시 가스 분리 모듈(110)로 재순환시킴으로써, 처음부터 질소를 분리하는 것보다 질소 분리 효율을 증가시킬 수 있다. 이하 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.The first modified example of the first use example of the present invention is different from the first use example in that the high concentration nitrogen gas in the
도 5를 참조하면, 본 발명의 변형 예에 따르면 식품 저장고(210)은 식품 저장고(210)의 공기를 유출하는 재순환 유출구(202)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 식품 저장고(210)에 상기 가스 분리 모듈(110)로부터 제공된 질소 농축가스(NA)가 상기 재순환 유출구(202)를 통하여 유출될 수 있다.Referring to FIG. 5, according to a modified example of the present invention, the
상기 재순환 유출구(202)는 재순환 유로(220)와 연통할 수 있다. 상기 재순환 유로(220)는 상기 식품 저장고(210)의 질소 농축가스(NA)를 유출하는 경로를 제공할 수 있다.The
상기 재순환 유로(220) 상에는 제균 필터(150)가 마련될 수 있다. 상기 제균 필터(150)는 상기 식품 저장고(210) 내 식품의 호흡 과정에서 발생한 유해 물질을 살균하는 기능을 수행할 수 있다.The
상기 재순환 유로(220)의 일 단에는 소스 공기 선택 밸브(160)가 마련될 수 있다. 상기 소스 공기 선택 밸브(160)는 냉장고 외부로부터 공급된 외기(EA)와 상기 제균 필터(150)를 통과한 재순환 공기(RA)를 제1 컴프레셔(122)로 제공하는 기능을 수행할 수 있다. One end of the
이로써, 식품 저장고(210)에 제공되었던 질소 농축가스(NA)는 다시 가스 분리 모듈(110)을 통과한 후 보다 높은 질소 농도를 가지고서 다시 식품 저장고(210)로 공급될 수 있다. 식품 저장고(210)의 공기를 재 활용함으로써, 대기 중의 공기로부터 질소를 분리하는 것보다 효과적으로 고 농도의 질소를 식품 저장고(210)로 제공할 수 있는 이점이 있다.As a result, the nitrogen enriched gas (NA), which was provided to the
이하 본 발명의 제1 활용 예의 제1 변형 예를 설명하였다. 이하에서는 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 제2 변형 예가 설명된다.Hereinafter, a first modified example of the first use example of the present invention has been described. Hereinafter, a second modified example of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
도 6은 본 발명의 제1 활용 예의 제2 변형 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 제1 활용 예의 제2 변형 예에 따른 가스 제공 장치의 동작방법을 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a second modified example of the first use example of the present invention, Figure 7 illustrates a method of operating the gas providing apparatus according to a second modified example of the first use example of the present invention. It is a figure for following.
본 발명의 제2 변형 예는 상술한 제1 변형 예에서 제어부가 추가된 점에서 차이가 있는 바 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.The second modified example of the present invention will be described based on the difference, in that the controller is added in the first modified example described above.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 변형 예에 따른 가스 제공 장치는 제어부(180)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부(180)는 각 구성을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(180)는 상기 공기 유입구(112)로 유입되는 공기가 이미 상기 가스 분리부(118)을 통과한 농축가스 예를 들어, 질소 농축가스인지 여부에 따라 상기 산소 유출구(114)에 음압을 인가 할지 또는 얼마나 인가할지를 판단할 수 있다. 상기 제어부(180)는 만약 상기 공기 유입구(112)로 유입되는 공기가 이미 상기 가스 분리부(118)을 통과한 질소 농축가스인 경우, 상기 산소 유출구(114)에 인가될 음압량을 제어할 수 있다.Referring to FIG. 6, the gas providing apparatus according to the second modified example of the present invention may further include a
즉, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제어부(180)는 양압으로 소스 공기를 가스 분리부로 제공함에 있어서(S200), 소스 공기의 종류를 판단할 수 있다(S210). 상기 제어부(180)는 소스 공기 선택 밸브(160)의 동작을 센싱하여, 식품 저장고(210)로부터 고 농도 질소가 재순환되어 공기 유입구(112)로 유입되는지 또는 외기가 공기 유입구(112)로 유입되는지를 판단할 수 있다. 판단 결과에 따라 상기 제어부(180)는 산소 유출구(114) 단의 제2 컴프레셔(132)의 구동을 제어할 수 있다(S220). That is, as shown in FIG. 7, the
예를 들어, 상기 제어부(180)는 외기가 공기 유입구(112)로 유입되었다고 판단한 경우 상기 제1 및 제2 컴프레셔(122, 132)를 통하여 강한 양압 및 음압을 인가하고(S220, 제1 제어), 식품 저장고(210)로부터 고 농도 질소가 재순환되어 공기 유입구(112)로 유입되었다고 판단한 경우 상기 제1 및 제2 컴프레셔(122, 132)를 통하여 약한 양압 및 음압을 인가(S222, 제2 제어)할 수 있다.For example, when the
이에 따라 상기 제1 및 제2 컴프레셔(122, 132) 구동에 따른 전력 소모 및 소음 문제를 해소할 수 있다.Accordingly, power consumption and noise problems caused by driving the first and
이상 도 4 내지 도 7을 참조하여 질소 농축가스를 활용하는 본 발명의 제1 활용 예 및 그 변형 예들을 설명하였다. The above-described first use example and modified examples of the present invention utilizing nitrogen enriched gas have been described above with reference to FIGS. 4 to 7.
이하에서는 도 8 내지 도 13을 참조하여 산소 농축가스를 활용하는 본 발명의 제2 활용 예 및 그 변형 예들에 대하여 설명하기로 한다. 제2 활용 예 및 그 변형 예들도 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치 및 그 동작방법에 기반 함은 물론이다.Hereinafter, a second application example and modifications thereof of the present invention utilizing oxygen enriched gas will be described with reference to FIGS. 8 to 13. The second use example and modified examples thereof are also based on the gas providing apparatus and the operation method thereof according to the exemplary embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3.
도 8은 본 발명의 제2 활용 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a second application example of the present invention.
본 발명의 제2 활용 예에 따른 가스 제공 장치는, 산소 농축가스를 제공하도록 공기정화기에 마련될 수 있다. The gas providing apparatus according to the second application example of the present invention may be provided in an air purifier to provide an oxygen concentrated gas.
도 8에 도시된 봐와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분리 모듈(110)은 공기정화기의 일 측 예를 들어, 내부에 마련될 수 있다. 이에 따라 가스 분리 모듈(110)은 소스 공기(SA) 중 산소 농축가스(OA)를 산소 유로(130)를 통하여 제공할 수 있다. 도 8 좌측의 공기정화기에 도시된 OA를 통하여 산소 유로(130)의 산소 농축가스가 제공될 수 있는 것이다. As shown in Figure 8, the
이 때, 공기정화기 예를 들어, 부직포 필터를 활용하는 공기정화기에 이미 탑재된 컴프레셔가 제1 또는 제2 컴프레셔(122, 132)의 역할을 수행할 수 있다. At this time, a compressor already mounted in an air purifier, for example, an air purifier using a nonwoven fabric filter, may serve as the first or
예를 들어, 공기정화기에 이미 탑재된 컴프레셔가 제2 컴프레셔(132)의 역할을 같이 하는 경우, 소스 공기(SA)는 부직포 필터를 통과한 후 이어서 가스 분리부(118)를 통과할 수 있다. For example, when the compressor already mounted in the air purifier serves as the
이에 따라 추가적인 컴프레셔와 도입을 줄이면서도 정화된 산소 농축가스를 제공할 수 있다. This can provide a purified oxygen enriched gas while reducing the additional compressor and introduction.
또한, 일 활용 예에 따른 공기정화기에는 전 처리 필터가 마련될 수 있다. 예를 들어, 전 처리 필터는 HEPA(high efficiency particulate air filter) 필터, 음이온 필터, 제균 필터, 향균 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전 처리 필터는, 소스 공기가 유입되는 제1 컴프레셔(122)의 입구 측 또는 출구 측에 마련될 수 있다. 예를 들어, 전 처리 필터가 HEPA 필터를 포함하는 경우, 공기 중에 포함된 미세먼지 (초미세먼지 포함)를 제거하는 데 도움이 될 수 있다.In addition, a pretreatment filter may be provided in the air purifier according to the utilization example. For example, the pretreatment filter may include at least one of a HEPA filter, an anion filter, an antibacterial filter, and an antibacterial filter. For example, the pretreatment filter may be provided at the inlet side or the outlet side of the
도 9는 본 발명의 제2 활용 예의 제1 변형 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.9 is a view for explaining a gas providing device according to a first modified example of the second application example of the present invention.
본 발명의 제2 활용 예의 제1 변형 예에 따른 가스 제공 장치는, 산소 농축가스를 제공하도록 에어컨에 마련될 수 있다. The gas providing device according to the first modification of the second application example of the present invention may be provided in the air conditioner to provide the oxygen enriched gas.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분리 모듈(110)은 에어컨의 일 측 예를 들어, 실외기 내부에 마련될 수 있다. 이에 따라 가스 분리 모듈(110)은 산소 농축가스(OA)를 실외기와 실내기를 연결하는 관을 통하여 실내기 냉기 배출구를 통하여 제공할 수 있다.As shown in Figure 9, the
이 때, 에어컨의 실외기에 이미 탑재된 컴프레셔가 제1 또는 제2 컴프레셔(122, 132)의 역할을 수행할 수 있음은 물론이다. 즉, 에어컨 필수적으로 탑재되는 컴프레셔를 가스 분리 모듈(110)의 컴프레셔로 활용할 수 있으므로, 하드웨어적인 추가 요소를 최소화하면서도 산소 농축가스를 제공한다는 기능적인 확장을 도모할 수 있다.At this time, the compressor already mounted on the outdoor unit of the air conditioner may serve as the first or
나아가, 가스 분리 모듈(110)이 실외기의 컴프레셔를 제1 또는 제2 컴프레셔(122, 132)로 활용하는 경우, 컴프레셔가 실외에 위치하므로 소음의 문제를 보다 근복적으로 해소할 수 있다. In addition, when the
또한 가스 분리 모듈(110)이 에어컨의 실외기에 탑재될 수도 있지만 실내기에 탑재될 수도 있다.In addition, the
또한, 일 활용 예에 따른 에어켄에는 전 처리 필터가 마련될 수 있다. 예를 들어, 전 처리 필터는 HEPA(high efficiency particulate air filter) 필터, 음이온 필터, 향균 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전 처리 필터는, 소스 공기가 유입되는 제1 컴프레셔(122)의 입구 측 또는 출구 측에 마련될 수 있다. 예를 들어, 전 처리 필터가 HEPA 필터를 포함하는 경우, 공기 중에 포함된 미세먼지 (초미세먼지 포함)를 제거하는 데 도움이 될 수 있다.In addition, the airken according to an application example may be provided with a pretreatment filter. For example, the pretreatment filter may include at least one of a HEPA filter, an anion filter, and an antibacterial filter. For example, the pretreatment filter may be provided at the inlet side or the outlet side of the
도 10은 본 발명의 제2 활용 예의 제2 변형 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.10 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a second modified example of the second application example of the present invention.
본 발명의 제2 활용 예의 제2 변형 예에 따른 가스 제공 장치는, 산소 농축가스를 제공하도록 침대에 마련될 수 있다.The gas providing device according to the second modification of the second application example of the present invention may be provided in the bed to provide the oxygen enriched gas.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분리 모듈(110)은 침대의 일 측 예를 들어, 머리장에 마련될 수 있다. 가스 분리 모듈(110)을 통하여 정화된 산소 농축가스(OA)는 사람의 두부 방향으로 제공될 수 있다.As shown in Figure 10, the
특히, 두 개의 컴프레셔가 각각 양압과 음압을 동시에 가스 분리부에 제공함으로써, 작은 양압과 작은 음압으로도 높은 유량 및 높은 순도의 산소 농축가스를 제공할 수 있다. 이에 따라 저 소음 구동이 필수적인 침대에서 높은 활용 적합성을 제공할 수 있다.In particular, the two compressors respectively provide the positive pressure and the negative pressure to the gas separation unit at the same time, thereby providing a high flow rate and high purity oxygen concentration gas even at a small positive pressure and a small negative pressure. This can provide high utilization suitability in beds where low noise driving is essential.
도 11은 본 발명의 제2 활용 예의 제3 변형 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.11 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a third modified example of the second application example of the present invention.
본 발명의 제2 활용 예의 제3 변형 예에 따른 가스 제공 장치는, 산소 농축가스를 제공하도록 안마기기에 마련될 수 있다.The gas providing device according to the third modified example of the second application example of the present invention may be provided in the massage device to provide the oxygen enriched gas.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분리 모듈(110)은 안마기기의 일 측에 마련될 수 있다. 가스 분리 모듈(110)을 통하여 정화된 산소 농축가스(OA)는 사람의 두부 방향으로 제공될 수 있다.As shown in Figure 11, the
이 경우에도, 두 개의 컴프레셔가 각각 양압과 음압을 동시에 가스 분리부에 제공함으로써, 작은 양압과 작은 음압으로도 높은 유량 및 높은 순도의 산소 농축가스를 제공할 수 있다. 이에 따라 저 소음 구동이 요구되는 안마기기에서도 높은 활용 적합성을 제공할 수 있다.Even in this case, the two compressors provide the positive and negative pressures to the gas separation unit at the same time, thereby providing a high flow rate and high purity oxygen enriched gas even at a small positive pressure and a small negative pressure. As a result, even in a massage device requiring low noise driving, it is possible to provide a high application suitability.
또한, 안마기기 외에도 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치는 사람이 휴식을 취할 수 있는 산소방에도 적용될 수 있다.In addition, the gas providing apparatus according to an embodiment of the present invention in addition to the massage device may be applied to the oxygen room where the person can take a rest.
도 12는 본 발명의 제2 활용 예의 제4 변형 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.12 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a fourth modified example of the second application example of the present invention.
본 발명의 제2 활용 예의 제4 변형 예에 따른 가스 제공 장치는, 산소 농축가스를 제공하도록 헬멧에 마련될 수 있다.The gas providing device according to the fourth modification of the second application example of the present invention may be provided in the helmet to provide the oxygen enriched gas.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분리 모듈(110)은 헬멧의 일 측에 마련될 수 있다. 가스 분리 모듈(110)을 통하여 정화된 산소 농축가스(OA)는 얼굴 방향으로 제공될 수 있다.As shown in FIG. 12, the
특히, 두 개의 컴프레셔가 각각 양압과 음압을 동시에 가스 분리부에 제공함으로써, 작은 크기들의 컴프레셔들로도 높은 유량 및 높은 순도의 산소 농축가스를 제공할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분리 모듈은 작은 설치 공간 내에도 탑재될 수 있으므로 헬멧과 같은 이동성 기기에도 높은 활용 적합성을 가질 수 있다.In particular, the two compressors respectively provide a positive pressure and a negative pressure to the gas separator at the same time, thereby providing a high flow rate and high purity oxygen enriched gas even with small size compressors. Accordingly, since the gas separation module according to an embodiment of the present invention may be mounted in a small installation space, the gas separation module may have high suitability for use in a mobile device such as a helmet.
도 13은 본 발명의 제2 활용 예의 제5 변형 예에 따른 가스 제공 장치를 설명하기 위한 도면이다.13 is a view for explaining a gas providing apparatus according to a fifth modified example of the second application example of the present invention.
본 발명의 제2 활용 예의 제5 변형 예에 따른 가스 제공 장치는, 산소 농축가스를 제공하도록 자전거에 마련될 수 있다.The gas providing apparatus according to the fifth modified example of the second utilization example of the present invention may be provided in the bicycle to provide the oxygen enriched gas.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분리 모듈(110)은 자전거의 일 측에 마련될 수 있다. 가스 분리 모듈(110)을 통하여 정화된 산소 농축가스(OA)는 얼굴 방향으로 제공될 수 있다.As shown in FIG. 13, the
이 경우에도 두 개의 컴프레셔가 각각 양압과 음압을 동시에 가스 분리부에 제공함으로써, 작은 크기들의 컴프레셔들로도 높은 유량 및 높은 순도의 산소 농축가스를 제공할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 분리 모듈은 설치 공간을 최소화할 수 있으므로, 자전거에도 높은 활용 적합성을 가질 수 있다.Even in this case, the two compressors provide the positive and negative pressures to the gas separation unit at the same time, thereby providing a high flow rate and high purity oxygen enriched gas even with small size compressors. Accordingly, the gas separation module according to the embodiment of the present invention can minimize the installation space, and thus can have a high utilization suitability for a bicycle.
또한 본 발명의 제2 활용 예의 제6 변형 예에 따르면 가스 제공 장치는, 와인의 디켄팅 용도로 활용될 수 있다. 와인을 마시기 전에 에어레이션(aeration)을 하는 경우, 공기와 와인의 접촉에 와인의 맛이 좋아질 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 제공 장치가 생성하는 산소 농축가스를 와인에 제공함으로써, 공기와 산소 농축가스의 접촉을 도모할 수 있다.In addition, according to the sixth modified example of the second use example of the present invention, the gas providing device may be used for the decanting of the wine. If aeration is performed before drinking wine, the wine may taste better in contact with air and wine. That is, by providing the oxygen enriched gas generated by the gas providing apparatus according to an embodiment of the present invention to wine, it is possible to achieve contact between the air and the oxygen enriched gas.
이상 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서, 제2 컴프레셔(132)가 산소 유출구(114)에 마련됨을 상정하였으나 이와 달리, 제2 컴프레셔(132)가 질소 유출구(116)에 마련될 수 있음은 물론이다.In the above-described embodiments of the present invention, it is assumed that the
또한 도 5를 참조하여 설명한 본 발명의 제1 활용 예의 제1 변형 예는 제2 활용 예 및 그 변형 예들에도 적용될 수 있다. In addition, the first modification of the first use example of the present invention described with reference to FIG. 5 may be applied to the second use example and the modifications thereof.
즉, 제2 활용 예 및 그 변형 예들에서도 산소 농축가스를 재 사용할 수 있도록 가스 분리부(118)를 이미 통과한 산소 농축가스를 다시 공기 유입구 쪽의 제1 컴프레셔(122)로 제공될 수 있다. 이를 위하여 앞서 설명한 바와 같이, 재순환 유출구(202), 소스 공기 선택 밸브(160)가 마련될 수 있다. That is, the oxygen concentrating gas which has already passed through the
또한 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 본 발명의 제1 활용 예의 제2 변형 예 및 그 동작방법은 제2 활용 예에도 적용될 수 있다.In addition, the second modified example and the operating method of the first use example of the present invention described with reference to FIGS. 6 and 7 may be applied to the second use example.
즉, 제2 활용 예 및 그 변형 예들에서도 제어부(180)를 더 포함하며, 제어부는 상기 가스 분리부(118)을 통과한 농축가스 예를 들어, 산소 농축가스인지 여부에 따라 제2 컴프레셔(132)를 통하여 음압을 인가 할지 또는 얼마나 인가할지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(180)는 외기가 공기 유입구(112)로 유입되었다고 판단한 경우 상기 제1 및 제2 컴프레셔(122, 132)를 통하여 강한 양압 및 음압을 인가하고(제1 제어), 고 농도 산소가 재순환되어 공기 유입구(112)로 유입되었다고 판단한 경우 상기 제1 및 제2 컴프레셔(122, 132)를 통하여 약한 양압 및 음압을 인가(제2 제어)할 수 있다.That is, the second utilization example and modifications thereof further include a
또한 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한 공기정화기 및 에어컨 외의 다른 제2 활용 예의 변형 예들도 전 처리 필터를 포함할 수 있음은 물론이다. 앞서 설명한 바와 같이, 전 처리 필터는 HEPA(high efficiency particulate air filter) 필터, 음이온 필터, 제균 필터, 향균 필터 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 예를 들어, 전 처리 필터는, 소스 공기가 유입되는 제1 컴프레셔(122)의 입구 측 또는 출구 측에 마련될 수 있다. 예를 들어, 전 처리 필터가 HEPA 필터를 포함하는 경우, 공기 중에 포함된 미세먼지 (초미세먼지 포함)를 제거하는 데 도움이 될 수 있다. 이에 따라 정화된 산소 농축가스를 제공할 수 있다는 점에서 이점이 있다. In addition, modifications of the second use example other than the air purifier and the air conditioner described with reference to FIGS. 8 and 9 may also include a pretreatment filter. As described above, the pretreatment filter may include at least one of a HEPA filter, an anion filter, an antibacterial filter, and an antibacterial filter. For example, the pretreatment filter may include a source air introduced therein. It may be provided at the inlet or outlet side of the first compressor (122). For example, if the pretreatment filter comprises a HEPA filter, it may help to remove fine dust (including ultrafine dust) contained in the air. There is an advantage in that it is possible to provide a purified oxygen enriched gas.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using the preferable embodiment, the scope of the present invention is not limited to a specific embodiment, Comprising: It should be interpreted by the attached Claim. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
Claims (14)
상기 가스 분리부가 안착되는 하우징;을 포함하되,
상기 하우징은, 소스 공기가 유입되는 공기 유입구, 상기 가스 분리부에 의하여 분리된 산소 농축가스를 유출하는 산소 유출구 및 상기 가스 분리부에 의하여 분리된 질소 농축가스를 유출하는 질소 유출구를 포함하며,
상기 공기 유입구에는 양압(positive pressure)이 인가되고, 상기 양압 인가와 동시에, 상기 산소 유출구 또는 상기 질소 유출구 중 적어도 하나의 유출구에는 음압(negative pressure)이 인가되는, 가스 제공 장치.A gas separation unit separating oxygen and nitrogen from the source air; And
Includes; the housing in which the gas separation unit is seated;
The housing includes an air inlet through which source air is introduced, an oxygen outlet through which oxygen enriched gas separated by the gas separator is discharged, and a nitrogen outlet through which nitrogen concentrated gas separated by the gas separator is discharged.
A positive pressure is applied to the air inlet, and a negative pressure is applied to at least one outlet of the oxygen outlet or the nitrogen outlet at the same time as the positive pressure is applied.
상기 양압을 제공하는 제1 컴프레셔와,
상기 음압을 제공하는 제2 컴프레셔를 더 포함하는, 가스 제공 장치.According to claim 1,
A first compressor providing the positive pressure;
And a second compressor for providing the negative pressure.
상기 산소 농축가스의 산소 농도는 상기 소스 공기의 산소 농도보다 높고, 상기 질소 농축가스의 질소 농도는 상기 소스 공기의 질소 농도보다 높은, 가스 제공 장치.According to claim 1,
And an oxygen concentration of the oxygen enriched gas is higher than an oxygen concentration of the source air, and a nitrogen concentration of the nitrogen enriched gas is higher than a nitrogen concentration of the source air.
상기 질소 유출구는 식품 저장고와 연통하며,
상기 질소 농축가스는 상기 식품 저장고로 제공되는, 가스 제공 장치.According to claim 1,
The nitrogen outlet is in communication with the food reservoir,
The nitrogen enriched gas is provided to the food storage, gas providing apparatus.
상기 산소 유출구로부터 유출된 산소 농축가스는 호흡 기관으로 제공되는, 가스 제공 장치.According to claim 1,
The oxygen concentrating gas discharged from the oxygen outlet is provided to the respiratory tract.
상기 가스 분리부는 다수의 중공사 다발(hollow fibers) 또는 나권형 타입(Spiral-wound type)의 분리막으로 이루어진 가스 제공 장치.According to claim 1,
The gas separator comprises a plurality of hollow fibers or spiral-wound type separation membrane.
상기 공기 유입구로 유입되는 소스 공기가 이미 상기 가스 분리부를 통과한 후 재 유입되는지 여부에 따라 상기 양압 및 상기 음압 중 적어도 하나의 크기를 제어하는 제어부를 더 포함하는, 가스 제공 장치.According to claim 1,
And a control unit controlling the magnitude of at least one of the positive pressure and the negative pressure according to whether the source air introduced into the air inlet has already re-introduced after passing through the gas separation unit.
상기 제어부는, 상기 공기 유입구로 유입되는 소스 공기가 이미 상기 가스 분리부를 통과한 후 재 유입되는 것으로 판단한 경우, 상기 공기 유입구로 유입되는 소스 공기가 최초로 상기 가스 분리부로 유입되는 경우에 대비하여, 상기 양압 및 상기 음압 중 적어도 하나의 크기를 감소시키는 가스 제공 장치.The method of claim 7, wherein
The control unit, if it is determined that the source air flowing into the air inlet has already passed again after passing through the gas separation unit, in preparation for the case where the source air flowing into the gas inlet first enters the gas separation unit, A gas providing device for reducing the magnitude of at least one of a positive pressure and a negative pressure.
상기 양압으로 소스 공기를 제공하는 단계와 동시에, 상기 가스 분리부의 유출 단에 음압을 제공하는 단계; 및
상기 가스 분리부에 의하여 분리된 산소 농축가스 및 질소 농축가스 중 적어도 하나의 농축가스를 제공하는 단계를 포함하는, 가스 제공 장치의 동작방법.Providing source air at a positive pressure to an air inlet located at the inlet end of the gas separator separating oxygen and nitrogen;
At the same time as providing the source air at the positive pressure, providing a negative pressure at the outlet end of the gas separator; And
And providing at least one concentrated gas of an oxygen concentrated gas and a nitrogen concentrated gas separated by the gas separation unit.
상기 농축가스를 제공하는 단계는, 상기 질소 농축가스를 식품 저장고로 제공하는 단계를 포함하며, 상기 식품 저장고로 제공된 질소 농축가스를 다시 상기 가스 분리부로 재순환시키는 단계를 더 포함하는 가스 제공 장치의 동작방법.The method of claim 9,
The providing of the concentrated gas may include providing the nitrogen concentrated gas to a food storage, and further comprising recycling the nitrogen concentrated gas provided to the food storage back to the gas separation unit. Way.
상기 농축가스를 제공하는 단계는, 상기 산소 농축가스를 호흡 기관으로 제공하는 것을 포함하는 가스 제공 장치의 동작방법.The method of claim 9,
The providing of the concentrated gas may include providing the oxygen concentrated gas to a respiratory organ.
상기 가스 분리부로 제공되는 소스 공기가 이미 상기 가스 분리부를 통과한 후 재 유입되는지 여부에 따라 상기 양압 및 상기 음압 중 적어도 하나의 크기를 제어하는 단계를 더 포함하는, 가스 제공 장치의 동작방법.The method of claim 9,
And controlling the magnitude of at least one of the positive pressure and the negative pressure according to whether or not the source air provided to the gas separation part has already been re-introduced after passing through the gas separation part.
상기 제어하는 단계는,
상기 공기 유입구로 유입되는 소스 공기가 이미 상기 가스 분리부를 통과한 후 재 유입되는 것으로 판단된 경우, 상기 공기 유입구로 유입되는 소스 공기가 최초로 상기 가스 분리부로 유입되는 경우에 대비하여, 상기 가스 분리부의 유입 단에 가해지는 양압과 상기 가스 분리부의 유출 단에 가해지는 음압의 크기를 감소시키는 단계를 포함하는, 가스 제공 장치의 동작방법.The method of claim 12,
The controlling step,
When it is determined that the source air introduced into the air inlet has already passed through the gas separator, the source air introduced into the air inlet is first introduced into the gas separator. Reducing the magnitude of the positive pressure applied to the inlet end and the negative pressure applied to the outlet end of the gas separation unit.
상기 소스 공기를 제공하는 단계에 의한 양압과, 상기 음압을 제공하는 단계에 의한 음압에 의하여, 상기 가스 분리부를 통과하는 소스 공기의 질소/산소 농도가 증가되는, 가스 제공 장치의 동작방법.The method of claim 9,
The nitrogen / oxygen concentration of the source air passing through the gas separation unit is increased by the positive pressure by providing the source air and the negative pressure by providing the negative pressure.
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