KR20190138431A - 공기청정기능을 구비한 산소 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기청정기능을 구비한 산소 발생장치에 관한 것으로, 외부로부터 공기를 흡입하여 인체에 유해한 세균, 바이러스, 곰팡이, 미세 먼지, 유해 기체, 악취를 풍기는 냄새 성분을 포함하는 각종 오염물질을 여과 또는 살균하는 공기 청정 필터 모듈, 공기 청정 필터 모듈의 출력단에 연결되어 공기 청정 필터 모듈로부터의 공기를 사전에 정해진 압력으로 압축하여 배출하는 공기 압축기, 공기 압축기의 출력단에 연결되어 공기 압축기로부터 배출되는 공기 중에 포함되어 있는 수분을 제거하는 에어 필터, 에어 필터의 출력단에 연결되어 공기 압축기에서 가열된 공기를 열교환에 의해 냉각시켜 주는 열 교환기, 열 교환기의 출력단에 연결되고 제올라이트를 포함하여 구성되어 열 교환기에서 냉각된 공기로부터 질소를 선택적으로 흡착하여 산소를 분리하고 분리된 산소를 배출하는 산소 배출구를 가지는 하나 이상의 제올라이트 모듈 및 세라믹 필터, 메탈 필터, 헤파 필터, 울파 필터 및 멤브레인 필터를 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상의 필터로 구성되어, 제올라이트 모듈의 산소 배출구에 연결되어 제올라이트 모듈에서 공기로부터 산소와 질소를 흡착 분리하는 과정에서 발생된 산소중의 미세 먼지를 여과하는 인라인 여과 필터를 포함하여 구성된다.

Description

공기청정기능을 구비한 산소 발생장치{oxygen generator with clean air}
본 발명은 공기청정기능을 구비한 산소 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부로부터 유입되는 공기로부터 건강에 해로운 세균이나 바이러스, 곰팡이, 미세 먼지, 유해 기체, 악취를 풍기는 냄새 성분 등을 제거할 수 있는 공기청정기능을 구비한 산소 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 공기를 분리하여 산소를 생산하는 방법으로는 심냉법, 흡착법, 막분리법 등이 주로 사용되고 있다. 여기서, 심냉법은 공기를 압축하고 정제한 후 열교환기를 이용하여 저온으로 냉각한 후 증류과정을 통하여 순수한 가스로 분리하는 공정으로서 대규모의 분리에 유리한 공정이다. 한편, 산소 생산 방법으로서 중소규모로는 흡착법이 주로 이용되고 있으며, 막 분리법은 소규모 용량이면서 40% 이하의 산소 생산이나 90~99%의 질소생산에 이용되고 있다. 이외에도 공기분리를 위한 흡수법과 무기막을 사용하는 ITM법은 개발 중에 있다.
상기 방법들 중에서 흡착법은 공기 중 특정 원소에 대응하는 미세 공극이 형성된 물질을 사용하여 원소를 분리하는 방법으로서, 상기 물질의 대표적인 예로는 제올라이트(Zeolite)를 들 수 있다. 제올라이트는 공기 중 질소에 대해서는 강한 흡착 성능을 나타내고, 산소에 대해서는 약한 흡착 성능을 나타낸다. 이에 따라 제올라이트에 공기를 공급하면, 질소는 흡착되고 산소는 투과 배출되어 질소가 배제된 산소를 생산할 수 있다.
위와 같은 제올라이트를 이용한 흡착법의 산소 생산 시스템은 특허문헌 1 내지 특허문헌 4와 같이, 제올라이트가 충전된 탑 등과 같은 형태로 구성되는데, 산소의 순도를 높이기 위하여 2개 이상의 제올라이트 탑으로 구성되기도 한다.
위와 같은 특허문헌 1 내지 특허문헌 4의 선행기술과 같은 종래의 산소 생산 시스템은 외부공기가 별도의 살균 과정 없이 그대로 제올라이트 탑(모듈)에 유입되기 때문에 건강에 해로운 세균이나 바이러스, 곰팡이, 유해 기체, 악취를 풍기는 냄새 성분 등과 같은 각종 오염 물질들이 공기로부터 질소의 흡착으로 분리된 산소와 함께 농축됨으로써, 농축된 산소를 이용하는 환자에게 치명적인 악영향을 주는 등의 문제점이 있다.
대한민국 특허 제10-1209554호(2012. 12. 07. 등록공고) 대한민국 특허 제10-0605549호(2006. 07. 31. 등록공고) 대한민국 특허 제10-1403693호(2014. 06. 09. 등록공고) 대한민국 등록실용신안 제20-0435487호(2007. 01. 25. 등록공고)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 외부로부터 유입되는 공기로부터 건강에 해로운 세균이나 바이러스, 곰팡이, 미세 먼지, 유해 기체, 악취를 풍기는 냄새 성분 등을 제거하여 고품질의 산소를 농축할 수 있도록 하는 공기청정기능을 구비한 산소 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적은, 외부로부터 공기를 흡입하여 인체에 유해한 세균, 바이러스, 곰팡이, 미세 먼지, 유해 기체, 악취를 풍기는 냄새 성분을 포함하는 각종 오염물질을 여과 또는 살균하는 공기 청정 필터 모듈; 상기 공기 청정 필터 모듈의 출력단에 연결되어 상기 공기 청정 필터 모듈로부터의 공기를 사전에 정해진 압력으로 압축하여 배출하는 공기 압축기; 상기 공기 압축기의 출력단에 연결되어 상기 공기 압축기로부터 배출되는 공기 중에 포함되어 있는 수분을 제거하는 에어 필터; 상기 에어 필터의 출력단에 연결되어 상기 공기 압축기에서 가열된 공기를 열교환에 의해 냉각시켜 주는 열 교환기; 상기 열 교환기의 출력단에 연결되고 제올라이트를 포함하여 구성되어 상기 열 교환기에서 냉각된 공기로부터 질소를 선택적으로 흡착하여 산소를 분리하고 분리된 산소를 배출하는 산소 배출구를 가지는 하나 이상의 제올라이트 모듈; 및 세라믹 필터, 메탈 필터, 헤파 필터, 울파 필터 및 멤브레인 필터를 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상의 필터로 구성되어, 상기 제올라이트 모듈의 산소 배출구에 연결되어 상기 제올라이트 모듈에서 공기로부터 산소와 질소를 흡착 분리하는 과정에서 발생된 산소중의 미세 먼지를 여과하는 인라인 여과 필터를 포함하여 구성되는, 공기청정기능을 구비한 산소 발생장치에 의해 달성된다.
본 발명의 하나의 측면에 의하면, 상기 공기 청정 필터 모듈은, 프리 필터와 헤파 필터를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 공기 청정 필터 모듈은, 울파 필터와 카본 필터를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 공기 청정 필터 모듈은, 플라즈마 이온 발생기를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 외부로부터 공기가 유입되는 제올라이트 모듈의 전단에 프리 필터와 헤파 필터, 울파 필터와 카본 필터 또는 플라즈마 이온 발생기와 같은 공기 청정 필터 모듈을 배치함으로써, 외부로부터 유입되는 공기로부터 건강에 해로운 세균이나 바이러스, 곰팡이, 미세 먼지, 유해 기체, 악취를 풍기는 냄새 성분 등을 제거하여 고품질의 산소를 농축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 공기청정기능을 구비한 산소 발생장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 공기청정기능을 구비한 산소 발생장치의 구성도이다.
도 1에 의하면, 본 발명의 실시예에 의한 공기청정기능을 구비한 산소 발생장치는, 외부로부터 공기를 흡입하여 인체에 유해한 세균, 바이러스, 곰팡이, 미세 먼지, 유해 기체, 악취를 풍기는 냄새 성분을 포함하는 각종 오염물질을 여과 또는 살균하는 공기 청정 필터 모듈(110), 공기 청정 필터 모듈(110)의 출력단에 연결되어 공기 청정 필터 모듈(110)로부터의 인체에 유해한 세균, 바이러스, 곰팡이, 미세 먼지, 유해 기체, 악취를 풍기는 냄새 성분을 포함하는 각종 오염물질이 제거된 공기를 사전에 정해진 압력으로 압축하여 배출하는 공기 압축기(120), 공기 압축기(120)의 출력단에 연결되어 공기 압축기(120)로부터 배출되는 공기 중에 포함되어 있는 수분을 제거하는 에어 필터(130), 에어 필터(130)의 출력단에 연결되어 공기 압축기(120)에서 가열된 공기를 열 교환에 의해 냉각시켜 주는 열 교환기(140), 열 교환기(140)의 출력단에 배치되어, 공기 압축기(120)에서 제올라이트 모듈(160)로 공급되는 공기의 압력을 일정하게 유지시켜 주는 레귤레이터(150), 레귤레이터(150)의 출력단에 연결되고 제올라이트를 포함하여 구성되어 열 교환기(140)에서 냉각된 공기로부터 질소를 선택적으로 흡착하여 산소를 분리하고 분리된 산소를 배출하는 산소 배출구를 가지는 하나 이상의 제올라이트 모듈(160), 제올라이트 모듈(160)의 산소 배출구에 연결되어 제올라이트 모듈(160)로부터 배출되는 산소량을 표시하는 플로우 미터(170), 세라믹 필터, 메탈 필터, 헤파 필터, 울파 필터 및 멤브레인 필터를 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상의 필터로 구성되어, 제올라이트 모듈(160)의 산소 배출구에 연결되어 제올라이트 모듈(160)에서 공기로부터 산소와 질소를 흡착 분리하는 과정에서 발생된 산소중의 미세 먼지를 여과하는 인라인 여과 필터(180) 및 인라인 여과 필터(180)의 출력단에 연결되어 고순도 산소를 배출하는 토출기(190)로 구성된다.
위의 실시예에서, 공기 청정 필터 모듈(110)은 프리 필터와 헤파 필터를 포함하여 구성될 수 있다. 위의 실시예와 달리, 공기 청정 필터 모듈(110)은 울파 필터와 카본 필터를 포함하여 구성될 수 있다. 위의 실시예들과 달리, 공기 청정 필터 모듈(110)은 플라즈마 이온 발생기를 포함하여 구성될 수 있다.
위의 공기 청정 필터 모듈(110)을 구성하는 프리 필터는 유입되는 공기 중의 큰 입자의 먼지를 여과하는 필터이고, 헤타 필터는 또는 울파 필터는 0.3㎛ 또는 0.12㎛의 미세 먼지까지 여과할 수 있는 필터로서 초미세 먼지, 꽃가루, 박테리아를 여과할 수 있으며, 카본 필터는 냄새나 담배 연기, 휘발성 유기화합물(VOC, Volatile Organic Compounds)를 여과하는 필터이다.
위의 실시예에서, 공기 압축기(120)는 얻고자 하는 산소량의 8 내지 12배의 용량을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 얻고자 하는 산소량이 10리터인 경우, 공기 압축기(120)는 100 내지 120 LPM의 용량을 가지는 것이 바람직하다.
위의 실시예에서, 레귤레이터(150)와 제올라이트 모듈(160) 사이에 제1 솔레노이드 밸브(SV1)가 배치되는데, 이는 공기 압축기(140)가 구동되어 외부로부터 공기를 빨아들일 때에는 질소가 외부로 배출될 수 있도록 구동되고, 공기 압축기(140)에서 압축된 공기를 레귤레이터(150)를 통해 제올라이트 모듈(160) 내로 이송할 때에는 외부공기가 제올라이트 모듈(160)로 유입될 수 있도록 구동된다.
위의 실시예에서, 레귤레이터(150)는 이송되는 공기를 일정한 압력으로 조절하는 것으로서, 공기 압축기(120)의 특성상 압축 공기를 배출할 때 공기압의 파동이 발생하므로 이를 제거하기 위한 것이다. 이러한 레귤레이터(150)로는 수동 또는 자동 레귤레이터가 이용될 수 있다.
위의 실시예에서, 제올라이드 모듈(160)의 출력단에 제2 솔레노이드 밸브(SV2)가 배치되는데, 이는 제올라이트 모듈(160)에서 배출되는 산소가 정상적으로 배출되도록 하면서, 외부공기가 제올라이트 모듈(160)로 유입되는 것을 차단하는 역할을 한다.
위의 실시예에서, 인라인 여과 필터(180)는 세라믹 필터, 메탈 필터, 헤파 필터, 울파 필터 및 멤브레인 필터를 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상의 필터로 구성되는데, 이러한 인라인 여과 필터(180)는 입자크기가 0.001∼0.5㎛의 초미세 먼지까지 99.9999999%까지 여과할 수 있다.
위에서, 세라믹 필터는 pore size가 0.1∼10㎛의 다공성 구조로 만들어진 필터로서 입자크기가 0.01∼0.5㎛의 미세먼지까지 99.9999% 이상 여과할 수 있어 수분 제거에 탁월한 능력을 갖는다. 메탈 필터는 pore size가 0.05∼1.7㎛의 금속 파우더로 만들어진 다공성 구조로 만들어진 필터로서 입자크기가 0.001∼0.003㎛의 미세먼지까지 99.9999999% 이상 여과할 수 있다. 헤파 필터는 0.3㎛의 미세 먼지까지 99.97% 이상 여과할 수 있고, 울파 필터는 0.12㎛의 미세 먼지까지 99.999% 이상 여과할 수 있으며, 멤브레인 필터 또는 테프론 필터는 멤브레인 또는 테프론 소재로 만들어진 필터, 즉 pore size가 2∼10㎛의 다공성 구조로 만들어진 필터로서 입자크기가 0.01㎛의 미세먼지까지 99.999% 이상 여과할 수 있다.
위의 실시예에서, 제올라이트 모듈(160)의 질소 배출구에 체크 밸브(CV)가 배치되는데, 외부공기가 질소 배출구를 통해 제올라이트 모듈(160) 내로 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다.
위의 실시예에서는 인라인 여과필터(180)의 후단에 설치용의 토출기(190)가 배치되어 토출기를 통해 산소를 공급하는 본 발명이 설치용으로 사용되는 것을 예로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 의료용으로 사용되는 경우 토출기 대신에 인라인 여과 필터(180)의 후단에 흡입기가 배치되어 흡입기를 통해 산소를 보낼 수 있다.
위와 같이 구성된 본 발명에 의해 청정한 공기로부터 산소를 얻는 과정을 설명한다.
먼저, 외부로부터 흡입되는 공기가 프리 필터와 헤파 필터, 울파 필터와 카본 필터 또는 플라즈마 이온 발생기를 포함하는 공기 청정 필터 모듈(110)을 통과하면서 각종 미세 먼지는 물론이고 꽃가루, 박테리아, 악취, 담배 연기, 휘발성유기화합물(VOC, Volatile Organic Compounds) 등과 같이 인체한 유해한 성분들이 여과된 청정한 상태로 공기 압축기(120) 내로 흡입되게 된다. 공기 압축기(120)가 미세 먼지를 포함하는 각종 인체에 유해한 성분들이 여과된 공기를 사전에 정해진 압력으로 압축 배출하면, 에어 필터(130)는 사전에 정해진 압력으로 압축된 공기 중에 포함되어 있는 수분을 제거하게 된다. 에어 필터(130)로부터 수분이 제거된 공기가 입력되는 열 교환기(140)는 공기 압축기(120)에서 공기를 사전에 정해진 압력으로 압축하는 과정에서 발생하는 열을 냉각시켜 준다.
위와 같이 공기를 여과, 압축 및 냉각하는 과정에서 공기가 지속적으로 압축되어 배출되지 않고 압축과 배출을 반복하는데, 공기 압축기(120)의 구동상태에 따라 열 교환기(140)의 후단의 제1 솔레노이드 밸브(SV1)가 선택적으로 개폐된다. 즉, 공기 압축기(140)가 구동되어 외부로부터 공기를 빨아들일 때에는 제1 솔레노이드 밸브(SV1)가 닫힌 상태, 즉 질소를 배출할 수 있는 상태를 유지하고, 공기 압축기(140)에서 압축된 공기를 레귤레이터(150)를 통해 제올라이트 모듈(160)로 이송할 때에는 제1 솔레노이드 밸브(SV1)가 열린 상태, 즉 외부공기를 제올라이트 모듈(160)에 공급할 수 있는 상태를 유지하게 된다.
위와 같이 공기 압축기(120)의 압축과 배출의 반복과 이에 대응한 제1 솔레노이드 밸브(SV1)의 개폐로 열 교환기(140)로부터 배출되는 압축된 공기는 파동으로, 즉 시간에 따라 서로 압력으로 레귤레이터(150)를 통해 제올라이트 모듈(160)에 공급되는데, 이때 레귤레이터(150)는 위와 같이 공기를 압축 및 배출하는 과정에서 생성되는 파동이 제거된 일정한 압력의 공기로 이송되도록 한다.
위와 같이 일정한 압력의 공기가 입력되면, 공지의 제올라이트 모듈(160)(특허문헌 1 내지 특허문헌 4 참조)은 공기로부터 질소를 흡착하여 산소를 분리하여 각각 산소 배출구와 질소 배출구로 배출하게 된다. 이때 산소와 질소의 배출은 제올라이트 모듈(160)의 산소 배출구와 질소 배출구에 배치된 제1 솔레노이드 밸브(SV1) 및 제2 솔레노이드 밸브(SV2)의 구동에 따라 산소와 질소가 선택적으로 배출되게 된다.
이때 질소 배출구에 설치된 체크 밸브(CV)는 외부공기가 질소 배출구를 통해 제올라이트 모듈(160) 내로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제올라이트 모듈(160)의 산소 배출구에 설치된 플로우 미터(170)는 제올라이트 모듈(160)로부터 배출되는 산소량을 표시하고, 인라인 여과필터(180)는 세라믹 필터, 메탈 필터, 헤파 필터, 울파 필터 및 멤브레인 필터를 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상의 필터로 구성되어, 입자크기가 0.001∼0.5㎛의 미세 먼지까지 여과하여 배출함으로써, 토출기(190)를 통해 고품질의 산소가 배출되게 된다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구의 범위뿐 아니라 이 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 : 공기 청정 필터 모듈 120 : 공기 압축기
130 : 에어 필터 140 : 열 교환기
150 : 레귤레이터 160 : 제올라이트 모듈
170 : 플로우 미터 180 : 인라인 여과 필터
190 : 토출기 SV1, SV2 : 솔레노이드 밸브
CV : 체크 밸브

Claims (4)

  1. 외부로부터 공기를 흡입하여 인체에 유해한 세균, 바이러스, 곰팡이, 미세 먼지, 유해 기체, 악취를 풍기는 냄새 성분을 포함하는 각종 오염물질을 여과 또는 살균하는 공기 청정 필터 모듈(110);
    상기 공기 청정 필터 모듈(110)의 출력단에 연결되어 상기 공기 청정 필터 모듈(110)로부터의 공기를 사전에 정해진 압력으로 압축하여 배출하는 공기 압축기(120);
    상기 공기 압축기(120)의 출력단에 연결되어 상기 공기 압축기(120)로부터 배출되는 공기 중에 포함되어 있는 수분을 제거하는 에어 필터(130);
    상기 에어 필터(130)의 출력단에 연결되어 상기 공기 압축기(120)에서 가열된 공기를 열교환에 의해 냉각시켜 주는 열 교환기(140);
    상기 열 교환기(140)의 출력단에 연결되고 제올라이트를 포함하여 구성되어 상기 열 교환기(140)에서 냉각된 공기로부터 질소를 선택적으로 흡착하여 산소를 분리하고 분리된 산소를 배출하는 산소 배출구를 가지는 하나 이상의 제올라이트 모듈(160); 및
    세라믹 필터, 메탈 필터, 헤파 필터, 울파 필터 및 멤브레인 필터를 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상의 필터로 구성되어, 상기 제올라이트 모듈(160)의 산소 배출구에 연결되어 상기 제올라이트 모듈(160)에서 공기로부터 산소와 질소를 흡착 분리하는 과정에서 발생된 산소중의 미세 먼지를 여과하는 인라인 여과 필터(180)
    를 포함하여 구성되는, 공기청정기능을 구비한 산소 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기 청정 필터 모듈(110)은, 프리 필터와 헤파 필터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 공기청정기능을 구비한 산소 발생장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공기 청정 필터 모듈(110)은, 울파 필터와 카본 필터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 공기청정기능을 구비한 산소 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공기 청정 필터 모듈(110)은, 플라즈마 이온 발생기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 공기청정기능을 구비한 산소 발생장치.
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