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KR102249404B1 - 전자기장을 이용한 산소분리장치 - Google Patents

전자기장을 이용한 산소분리장치 Download PDF

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KR102249404B1
KR102249404B1 KR1020190072653A KR20190072653A KR102249404B1 KR 102249404 B1 KR102249404 B1 KR 102249404B1 KR 1020190072653 A KR1020190072653 A KR 1020190072653A KR 20190072653 A KR20190072653 A KR 20190072653A KR 102249404 B1 KR102249404 B1 KR 102249404B1
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discharge
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선문대학교 산학협력단
홍승훈
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Abstract

본 발명은 전자기장을 이용한 산소분리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기 중의 산소를 분리하기 위하여 강한 자기장의 수직방향에 강한 전기장을 형성시킴으로써, 홀 효과(Hall Effect)로 공기 중의 산소가 온도 등의 외부의 영향 없이 로렌츠 힘의 방향으로 강하게 쏠려 산소가 공기 중에서 효율적으로 분리되도록 하는 전자기장을 이용한 산소분리장치 및 산소분리방법에 관한 것이다.

Description

전자기장을 이용한 산소분리장치{Apparatus and Method For Separating Oxygen Using Electromagnetic field}
본 발명은 전자기장을 이용한 산소분리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기 중의 산소를 분리하기 위하여 전자기장을 이용하고, 이로부터 산소 및 질소의 동시 분리가 이루어지도록 하는 산소분리장치에 관한 것이다.
근래 들어 초전도와 저온 발생기술이 크게 진보하여 경제성과 조작성이 우수한 초전도 마그넷이 실용화되고 있다. 이러한 초전도 마그넷을 자기분리 장치에 응용하면 현탁 미립자를 대량으로 고속 처리할 수 있으며, 에너지가 절약되고 적은 면적에서 소형장치로 처리할 수 있는 장점이 있다.
일반적으로 초전도 자기분리 장치는 초전도 자석을 이용하여 공장이나, 가정에서 발생하는 폐수나 오염된 공기를 정화시키기 위한 장치의 일종으로써, 폐수나 공기 중에 포함된 분리를 원하는 물질을 자화시킨 후, 초전도 자석 사이에 삽입된 자기 필터에 처리하고자 하는 대상물을 통과시키면 분리시키고자 하는 물질이 필터에 흡착되어 분리되게 되는 것이다.
본 발명은 공기 중의 산소를 분리하고자 하는 것으로서, 공기는 약 78 %의 질소(N2)와 약 21 %의 산소(O2)로 이루어져 있으며, 공기를 질소와 산소로 분리하는 방법은 여러 가지가 있다.
특히 질소와 산소 분자의 크기 차이를 이용하여 활성 탄소 또는 제올라이트를 사용하여 분리하는 방법이 상용화되어 있다. 그러나 이는 고압으로의 압축과 팽창을 반복하면서 순도를 높여 나가는데, 분리되는 가스의 양에 비해 사용하는 공기의 양이 많고 공정에 시간이 많이 소요되는 등 생산성이 낮은 문제점이 있었다.
한편, 질소는 아주 약한 반자성(-0.43 × 10-6 cm3/mol)을 띄며, 산소는 상자성 물질 중에는 큰 자화율(108 × 10-6 cm3/mol)을 가지고 있다. 따라서 높은 자장 하에서 질소는 거의 영향을 받지 않으나, 산소는 강한 자장 방향으로 끌려가게 된다. 물론 산소는 Fe, Ni, Co와 같은 강한 자성체에 비해서는 자화율인 훨씬 작기 때문에 초전도 자석이 발생시키는 고 자기장에서 효과적일 것으로 기대된다.
이에, 한국등록특허 제1215554호에서는 초전도 자기분리 장치 및 자기필터 와이어가 포함된 비자성 파이프를 이용하여 기존 장치에 비해 고속으로 공기를 자연 상태에 비해 질소의 농도가 높은 기체와 산소의 농도가 높은 기체로 동시에 분리시킬 수 있는 산소 초전도 자기분리 장치를 제시한 바 있고, 한국등록실용신안 제0355913호에서는 대기중의 산소를 분리 농축하는 산소발생부와 상기 산소발생부를 통과한 산소분자를 강력한 반응성 산소분자로 변환시켜 외부로 공급하는 자화발생부로 구성된 산소발생기를 제시한 바 있다.
그러나 상기 문헌들은 자기필터 와이어 또는 자화발생부에 자화된 산소를 흡착시켜 분리하는 방식으로, 온도에 따라 운동 에너지가 급격하게 변화되는 산소를 실질적으로 자기력만으로 필터에 흡착시켜 공기 중에서 효율적으로 분리하기 어려운 문제점이 있었다.
한국등록특허 제1215554호(공개일 : 2012.06.26) 한국등록실용신안 제0355913호(공고일 : 2004.07.09)
본 발명의 주된 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공기 중의 산소를 효율적으로 분리하기 위하여 강한 자기장의 수직방향에 강한 전기장을 형성시킴으로써, 홀 효과(Hall Effect)로 공기 중의 산소가 온도 등의 외부의 영향 없이 로렌츠 힘의 방향으로 강하게 쏠려 산소가 공기 중에서 분리되도록 하는 전자기장을 이용한 산소분리장치 및 산소분리방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예는 유입구 및 토출구가 형성되고, 상기 토출구 부위에 축 방향으로 구비된 격벽에 의해 하나의 몸체에서 두 개의 몸체로 분리되어 서로 연통되는 본체; 상기 격벽에 의해 두 개의 몸체로 분리되기 전의 본체 외주면 상부 및 외주면 하부에 영구자석이 구비되어 본체 내부에 자기장을 형성시키는 자화 발생부; 상기 본체 내부에 장착되고, 음극으로 대전된 제1 방전부와 상기 제1 방전부에 소정 간격으로 이격되어 평행하게 배치되며 양극으로 대전된 제2 방전부가 구비되어 상기 자화 발생부에서 형성된 자기장의 수직방향으로 전기장을 형성시키는 방전모듈; 및 상기 방전모듈에 전압을 공급하는 전원 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 제2 방전부는 다수의 구멍이 형성된 다공판이고, 제1 방전부는 상기 제2 방전부 구멍의 중심부를 향하는 뾰족한 침부가 다수 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 제2 방전부와 제1 방전부의 이격된 거리는 0.1 cm ~ 1 cm인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 제1 방전부 및 제2 방전부는 알루미늄, 구리, 철 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택되는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 본체 및 격벽은 비자성체인 것을 특징으로 할수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 전원 공급부는 방전모듈에 6 V 이상의 전압을 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 영구자석은 자력이 1,500 G 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 본체는 격벽으로 분리되는 두 개의 몸체 중 하나의 내부에 자기필터, 흡착제 및 분리막으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 자화 발생부 및 방전모듈은 본체에 일정 간격으로 두개 이상 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는, 상기 산소분리장치를 이용하여 공기 중의 산소를 분리하는 산소분리방법을 제공한다.
본 발명에 따른 산소분리장치는 산소의 이동을 통한 자연 대류 현상으로 공기가 장치 내부로 유입되므로 공기를 주입하는 컴프레서(compressor)나 팬(Fan)이 필요 없으며, 주변 온도 등의 외부의 영향 없이 전자기장을 이용하여 산소의 분리가 가능함으로써, 기존 산소분리 장치의 단점을 보완하고 부피와 비용을 줄일 수 있어 협소한 공간에서 사용 가능하여 산소를 필요로 하는 분야에 다양하게 적용될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소분리장치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선을 따라 절단한 산소분리장치의 종단면도이다.
도 3은 도 2의 B-B'선을 따라 절단한 산소분리장치의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산소분리장치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 C-C'선을 따라 절단한 산소분리장치의 종단면도이다.
도 6은 도 4의 D-D'선을 따라 절단한 산소분리장치의 횡단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 내지 6에서 제작한 산소분리장치 사진으로, (a)는 방전모듈 및 자화 발생부가 1개인 산소분리장치이고, (b)는 방전모듈 및 자화 발생부가 2개인 산소분리장치이며, (c)는 방전모듈 및 자화 발생부가 3개인 산소분리장치며, (d)는 방전모듈 및 자화 발생부가 4개인 산소분리장치이다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 일 관점에서, 유입구 및 토출구가 형성되고, 상기 토출구 부위에 축 방향으로 구비된 격벽에 의해 하나의 몸체에서 두 개의 몸체로 분리되어 서로 연통되는 본체; 상기 격벽에 의해 두 개의 몸체로 분리되기 전의 본체 외주면 상부 및 외주면 하부에 영구자석이 구비되어 본체 내부에 자기장을 형성시키는 자화 발생부; 상기 본체 내부에 장착되고, 음극으로 대전된 제1 방전부와 상기 제1 방전부에 소정 간격으로 이격되어 평행하게 배치되며 양극으로 대전된 제2 방전부가 구비되어 상기 자화 발생부에서 형성된 자기장의 수직방향으로 전기장을 형성시키는 방전모듈; 및 상기 방전모듈에 전압을 공급하는 전원 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리장치에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 산소분리장치는 본체 외부와 내부에 각각 자화 발생부와 방전모듈을 구비하고, 상기 구비된 자화 발생부를 통해 강한 자기장을 형성시키며, 형성된 자기장에 수직방향에 방전모듈을 이용하여 강한 전기장을 형성시킴으로써, 홀 효과(Hall Effect)로 공기 중의 산소가 온도 등의 외부 영향 없이 로렌츠 힘(Lorentz Force)의 방향으로 강하게 끌려가게 되어 공기 중에서 산소를 효율적으로 분리할 수 있다.
이하 본 발명의 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소분리장치를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선을 따라 절단한 산소분리장치의 종단면도이며, 도 3은 도 2의 B-B'선을 따라 절단한 산소분리장치의 횡단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산소분리장치를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 5는 도 4의 C-C'선을 따라 절단한 산소분리장치의 종단면도이며, 도 6은 도 4의 D-D'선을 따라 절단한 산소분리장치의 횡단면도이고, 도 7은 본 발명의 실시예 1 내지 6에서 제작한 산소분리장치 사진으로, (a)는 방전모듈이 1개인 산소분리장치이고, (b)는 방전모듈이 2개인 산소분리장치이며, (c)는 방전모듈이 3개인 산소분리장치며, (d)는 방전모듈이 4개인 산소분리장치이다.
본 발명에 있어서, 본체(110)는 공기(실선)가 유입될 수 있는 유입구(111) 및 후술되는 자화 발생부(120)와 방전모듈(130)을 통해 분리된 산소(짧은 점선)와 산소가 분리된 공기(굵은 점선)가 배출되는 토출구(112)가 형성되어 있고, 상기 본체는 토출구(112) 전까지는 하나의 몸체(115)로 형성되며, 토출구(112) 중, 자화 발생부(120)가 끝나는 부분, 바람직하게는 자화 발생부(120)의 영구자석(121,122) 말단부에서는 본체가 격벽(113)으로 분리되어 두 개의 몸체로 연장 형성된다. 이에 상기 본체에서는 하나의 몸체의 유입구(111)를 통해 공기가 유입되고, 자화 발생부와 방전모듈을 통해 분리 처리된 산소는 두 개의 몸체 중 산소 토출부(O2 rich, 112a)로 배출되며, 산소가 분리된 공기는 질소 토출부(N2 rich, 112b)로 배출된다.
이때, 상기 본체의 몸체(115) 및 격벽(113)은 자화 발생부에 영향을 미치지 않도록 자화되지 않는 비자성체일 수 있고, 그 일 예로, 플라스틱, 세라믹, 유리 등일 수 있으며, 본체의 형상은 육면체, 관형 등의 다양한 형상으로 제작될 수 있으나, 본체 내부 및 상하부에 자화 발생부와 방전모듈을 설치하는 측면에서는 육면체 형상이 바람직하다.
또한, 상기 본체(110)는 격벽(113)으로 분리되는 두 개의 몸체 중 산소가 토출되는 산소 토출부(112a)에 페라이트계 스테인레스 재질의 자기필터(114), 흡착제, 분리막 등을 추가로 포함하여 공기 중에서 산소를 분리 흡착하여 배출할 수 있고, 바람직하게는 산소가 산소 토출부(112a)를 통해 안정적으로 배출되도록 산소에 자화를 유지시킬 수 있는 페라이트계 스테인레스 재질의 자기필터(114)일 수 있다.
본 발명에 있어서, 자화 발생부(120)는 전술된 본체(110) 외주면 상부 및 외주면 하부에 각각 영구자석(121,122)이 구비되어, 본체 내부로 유입되는 공기 중의 산소를 자화시키고, 후술되는 방전모듈(130)에서 발생되는 전류에 자기장을 형성시켜 자기장 내 움직이는 전하가 움직이는 방향에 수직한 힘(로렌츠 힘)의 방향으로 산소를 이동시키는 역할을 수행한다. 이때, 공기 중의 질소는 거의 영향을 받지 않아 공기 중으로부터 산소를 분리시킬 수 있다.
상기 자화 발생부(120)의 영구자석(121,122)은 본체 외주면 상부 및 하부에 N극 영구자석(121)과 S극 영구자석(122)을 각각 평행하게 위치시켜 상기 영구자석 N극과 S극 사이의 본체 내부로 공기가 통과되도록 한다. 이때, N극 영구자석(121)과 S극 영구자석(122)의 배치 방법은 본체 외주면 상부에 N극 영구자석을 위치시키거나, 또는 S극 영구자석을 위치시킬 수 있고, 본체 외주면 하부에 N극 영구자석을 위치시키거나, 또는 S극 영구자석을 위치시킬 수도 있다.
상기 영구자석(121,122)은 본체 내부로 통과되는 산소를 자화시킬 수 있는 자력의 영구자석이면 제한 없이 사용 가능하고, 본체 크기에 맞게 조절하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 자력이 1,500 G 이상, 더욱 바람직하게는 2,000 G ~ 15,000 G일 수 있다. 만일 자력이 1,500 G 미만인 경우에는 산소의 자화성이 미비하여 전자장 방향으로 끌러갈 수 없는 문제점이 발생될 수 있다.
본 발명에 있어서, 방전모듈(130)은 본체 내부에 장착되고, 음극으로 대전된 제1 방전부(131) 및 상기 제1 방전부(131)와 소정 간격으로 이격되어 평행하게 배치되며 양극으로 대전된 제2 방전부(135)가 구비된다.
상기 제1 방전부(131)는 알루미늄, 구리, 철, 이들의 합금 등과 같이 전기 전도성이 좋은 금속성의 물질로 이루어져 있으며, 그 모양은 공기의 흐름이 방해받지 않고 통과될 수 있도록 개방형 형태이고, 후술되는 제2 방전판 구멍(136)의 중심부를 향하도록 뾰족한 침부(132)가 다수 형성되어 있어, 비교적 낮은 전압에서도 제2 방전판으로 전하를 효율적으로 이동시킬 수 있다.
제2 방전부(135)는 제1 방전부(131)와 소정 간격으로 이격되어 평행하게 배치되며, 상기 제1 방전부(131)로부터 발생되는 전류가 잘 흐를 수 있도록 알루미늄, 구리, 철, 이들의 합금 등과 같은 금속성 물질로 구성되고, 바람직하게는 내구성 측면에서 알루미늄으로 구성될 수 있다. 도 1 내지 도 6에서는 제2 방전부(135)를 평판형으로 도시하였으나, 공기의 흐름을 방해하지 않으면서 제1 방전부(131)로부터 발생되는 전류(전하)를 전달받아 전기장을 형성할 수 있는 형태라면 어떠한 형태라도 무방하다.
또한, 상기 제2 방전부(135)는 공기의 흐름이 가능하도록 제1 방전부의 뾰족한 침부(132)의 최소 넓이에 해당하는 면적의 구멍(136)을 뚫어 장치 내의 배압 부하를 줄여 공기의 흐름을 도와 에너지 소모를 감소시킨다. 이때, 제2 방전부와 제1 방전부의 이격된 거리는 제2 방전부(135)와 제1 방전부에서 돌출된 침부(132)와의 거리로, 0.1 cm 내지 1 cm 범위일 수 있다. 만일, 제2 방전부와 제1 방전부에서 돌출된 침부(132)와의 거리가 0.1 cm 미만일 경우에는 쇼트(short-circuit)가 발생하여 방전모듈의 수명을 단축시키는 문제점이 발생되고, 1 cm를 초과할 경우에는 전기장을 형성시킬 수 없어 공기 중에서 산소분리를 효율적으로 수행할 수 없는 문제점이 발생된다.
이와 같은 제1 방전부와 제2 방전부가 구비된 방전모듈(130)은 자화 발생부(120)와 수직 방향으로 배치되어 자화 발생부로부터 형성된 자기장의 수직방향에 강한 전기장을 형성시킴으로써, 상자성체인 공기 중의 산소(짧은 점선)는 홀 효과(Hall Effect)로 강력한 전자기장의 로렌츠 힘의 방향으로 강하게 한 방향으로 쏠려 이동하게 된다.
일 예로, 도 1 내지 도 6에 나타난 바와 같이 본체(110) 내부 좌측에 제1 방전부(131)를 배치하고, 배치된 상기 제1 방전부에 대향하여 본체 우측에 제2 방전부(135)를 배치하여 전원 공급부(140)를 통해 제1 방전부(131) 및 제2 방전부(135)에 전압을 인가시키면, 제1 방전부(131)에서 제2 방전부(135)로 전류가 흐르게 되고 전기장이 형성된다. 이때, 본체(110) 외주면 하부에 N극 영구자석(121)을 위치시키고, 본체 외주면 상부에 S극 영구자석(122)을 위치시켜 방전모듈(130)에서 형성된 전류에 수직방향으로 자기장을 형성시키면 에너지변화 없이 로렌츠 힘을 최대로 받아 산소 토출부(112a) 방향으로 공기 중의 산소(짧은 점선)가 이동하게 된다.
상기 고전압 방전모듈(130)에 전원을 공급하는 전원 공급부(140)는 방전모듈의 제1 방전부(131)와 제2 방전부(135)에 전압을 6 V 이상, 바람직하게는 9 V ~ 30 V로 인가시켜 제1 방전부를 음극으로, 제2 방전부를 양극으로 대전시킨다. 만일, 상기 전원 공급부의 전압이 6 V 미만인 경우에는 방전모듈에 전압을 인가할 수 없어 본체 내부에 전기장을 형성시킬 수 없다.
본 발명에 따른 산소분리장치(100)는 산소 분리 효율을 향상시키기 위해 도 4 내지 6에 나타난 바와 같이 본체에 자화 발생부(120)의 영구자석과 방전모듈(130)의 제1 방전부와 제2 방전부를 소정 간격으로 다수개로 배치시킬 수 있다. 이때, 본체에 배치되는 자화 발생부와 방전모듈은 배치되는 공간에 따라 조절할 수 있으며, 바람직하게는 2개 이상, 10개 미만, 더욱 바람직하게는 2개 ~ 5개일 수 있다.
본 발명은 다른 관점에서 전술된 산소분리장치를 이용하여 공기 중의 산소를 분리하는 산소분리방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 산소분리방법은 전술된 산소분리장치(100)의 전원 공급부(140)에서 방전모듈(130)로 전압을 인가시켜 제1 방전부(131)에 음극을 대전시키고, 제2 방전부(135)에 양극을 각각 대전시키면, 대전된 상기 제1 방전부와 제2 방전부 사이에 전류가 흐르는 동시에, 본체 외주면 상하부에 각각 장착된 자화 발생부의 영구자석(121,122)에서 자기장이 방전모듈에서 형성된 전류의 수직방향으로 형성된다. 이때, 본체 유입구(111)를 통해 유입되는 공기(실선) 중, 상자성체인 산소(짧은 점선)만이 로렌츠 힘의 영향을 받아 일측 방향으로 끌러가게 되고, 격벽(113)에 의해 두 개로 분리된 본체의 몸체 중 로렌츠 힘 방향에 위치된 산소 토출부(112a) 방향으로 배출되며, 나머지 하나의 몸체에서는 산소가 분리된 공기(굵은 점선) 즉, 질소가 질소 토출부(112b)로 분리 배출된다.
또한, 본 발명에 따른 산소분리방법은 공기 중에서 산소의 분리를 더욱 향상시키고, 분리된 산소의 순도를 높이기 위해 격벽으로 분리되는 두 개의 몸체 중 산소가 토출되는 하나의 몸체 내부에 자기필터(114), 흡착제, 분리막 등을 추가로 포함하여 공기 중에서 산소를 분리 흡착하여 배출할 수 있으며, 또한, 산소분리장치의 자화 발생부(120)와 전압 모듈(130)을 본체(110)에 소정 간격으로 다수개로 배치시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 산소분리방법은 강한 자기장의 수직방향에 강한 전기장을 형성시킴으로써, 홀 효과(Hall Effect)로 공기 중의 산소가 온도 등의 외부의 영향 없이 로렌츠 힘의 방향으로 강하게 쏠려 산소만을 공기 중에서 분리시킬 수 있고, 산소의 이동을 통한 자연 대류 현상으로 공기가 장치 내부로 유입되므로 공기를 주입하는 컴프레서(compressor)나 팬(Fan)이 필요 없으며, 온도 등의 외부의 영향 없이 산소의 분리가 가능함으로써, 산소분리장치는 기존 산소분리 장치의 단점을 보완하고 부피와 비용을 줄일 수 있어 협소한 공간에서 사용 가능하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석해서는 안 된다.
< 실시예 1 내지 6과 비교예 1 내지 3>
도 3에 나타낸 바와 같은 산소분리장치(50 cm × 25 cm × 7 cm)를 이용하여 구리 재질의 제1 방전부와 알루미늄 재질의 제2 방전부를 0.1 cm로 이격시켜 배치하고, 전원공급부(XG100-15 model)로부터 표 1의 전압을 인가하여 15분 후 토출구[산소 토출부(O2 rich) 및 질소 토출부(N2 rich)]로부터 배출되는 산소 농도를 산소측정기(oxygen meter, SPD201)로 3번 반복 측정하여 그 평균값을 표 2에 나타내었다. 이때, 자화 발생부의 영구자석은 네오디움 자석을 사용하였고, 측정시 온도 및 습도는 각각 11 ℃ 및 24 %였다.
구분 방전모듈 갯수 전압(V) 영구자석 세기(G)
실시예 1 1 6 3,800
실시예 2 1 9 3,800
실시예 3 1 12.5 3,800
실시예 4 2 12.5 3,800
실시예 5 3 12.5 3,800
실시예 6 4 12.5 3,800
비교예 1 1 - 3,800
비교예 2 1 12.5 -
비교예 3 1 3 3,800
구분 유입구 산소농도(%) 배출구 산소농도(%)
산소 토출부 질소 토출부
실시예 1 21.0 21.3 20.7
실시예 2 21.0 21.5 20.5
실시예 3 21.0 21.8 20.2
실시예 4 21.0 22.1 19.9
실시예 5 21.0 25.0 17.0
실시예 6 21.0 24.8 17.2
비교예 1 21.0 21.0 21.0
비교예 2 21.0 21.0 21.0
비교예 3 21.0 21.0 21.0
표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 1 내지 3의 장치에서는 공기 중의 산소가 분리되지 않은 반면, 실시예 1 내지 3의 장치에서는 산소가 분리됨을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 산소분리장치는 산소의 이동을 통한 자연 대류 현상으로 공기가 장치 내부로 유입되므로 공기를 주입하는 컴프레서(compressor)나 팬(Fan)이 필요 없으며, 주변 온도 등의 외부의 영향 없이 전자기장을 이용하여 산소의 분리가 가능함을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상기한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 이와 균등한 것들에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지는 않는다.
100 : 산소분리장치 110 : 본체
111 : 유입구 112 : 토출구
112a: 산소 토출부 112b: 질소 토출부
113 : 격벽 114 : 자기필터
115 : 몸체 120 : 자화 발생부
121 : N극 영구자석 122 : S극 영구자석
130 : 방전모듈 131 : 제1 방전부
132 : 침부 135 : 제2 방전부
136 : 구멍 140 : 전원 공급부

Claims (10)

  1. 유입구 및 토출구가 형성되고, 상기 토출구 부위에 축 방향으로 구비된 격벽에 의해 하나의 몸체에서 두 개의 몸체로 분리되어 연장되며, 상기 격벽에 의해 분리된 두 개의 몸체 중 로렌츠 힘 방향에 위치된 몸체는 산소를 배출하는 산소 토출부로 형성되고, 나머지 하나의 몸체는 산소가 분리된 공기를 배출하는 질소 토출부로 형성된 본체;
    상기 격벽에 의해 두 개의 몸체로 분리되기 전의 본체 외주면 상부 및 외주면 하부에 영구자석이 구비되어 본체 내부에 자기장을 형성시키는 자화 발생부;
    상기 격벽에 의해 두 개의 몸체로 분리되기 전의 본체 내부에 장착되고, 음극으로 대전된 제1 방전부와 상기 제1 방전부에 소정 간격으로 이격되어 평행하게 배치되며 양극으로 대전된 제2 방전부가 구비되어 상기 자화 발생부에서 형성된 자기장의 수직방향으로 전기장을 형성시키는 방전모듈; 및
    상기 방전모듈에 전압을 공급하는 전원 공급부;를 포함하는 산소분리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방전부는 다수의 구멍이 형성된 다공판이고, 제1 방전부는 상기 제2 방전부 구멍의 중심부를 향하는 뾰족한 침부가 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 산소분리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방전부와 제1 방전부의 이격된 거리는 0.1 cm ~ 1 cm인 것을 특징으로 하는 산소분리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방전부 및 제2 방전부는 알루미늄, 구리, 철 및 이들의 합금으로 구성된 군에서 선택되는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 산소분리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 본체의 몸체 및 격벽은 비자성체인 것을 특징으로 하는 산소분리장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전원 공급부는 방전모듈에 6 V 이상의 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 산소분리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 영구자석은 자력이 1,500 G 이상인 것을 특징으로 하는 산소분리장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 본체는 격벽으로 분리되는 두 개의 몸체 중 하나의 내부에 자기필터 및 흡착제로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 산소분리장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 자화 발생부 및 방전모듈은 본체에 일정 간격으로 두 개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 산소분리장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 산소분리장치를 이용하여 공기 중의 산소를 분리하는 산소분리방법.
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