KR101452263B1 - 원심 분리를 이용한 용존공기 추출장치 및 이를 구비한 수중호흡장비 - Google Patents

원심 분리를 이용한 용존공기 추출장치 및 이를 구비한 수중호흡장비 Download PDF

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Abstract

원심력을 이용한 용존공기 추출장치 및 이를 구비한 수중호흡장비가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 수중의 유체가 공급되는 유입구; 유입구와 연통되어 길이방향으로 연장 형성되되, 공급된 유체가 선회류를 형성하며 후방으로 유동되어, 선회 중심부에 기포 기둥을 생성하는 내부 챔버; 내부 챔버의 후방에 연통되어 유동된 유체가 배출되는 배출구; 및 기포 기둥 내의 공기가 내부 챔버 밖으로 추출되기 위한 유동통로를 제공하는 공기 취출구;를 포함하는 원심력을 이용한 용존공기 추출장치가 제공된다. 본 발명의 다른 측면에 따르면, 용존공기 추출장치; 외부의 유체를 흡입하여 용존공기 추출장치로 유체를 공급하는 유체공급라인; 용존공기 추출장치에서 배출되는 유체를 외부로 배출시키는 유체배출라인; 용존공기 추출장치의 공기 취출구와 연결되어 추출된 공기가 유동되는 공기포집라인; 및 공기포집라인에 연결되어 추출된 공기가 저장되며, 공기공급라인을 통해 사용자에게 호흡에 필요한 공기를 제공하는 저장탱크;를 포함하는 수중호흡장비가 제공된다.

Description

원심 분리를 이용한 용존공기 추출장치 및 이를 구비한 수중호흡장비 {DEVICE FOR SEPERATING AND COLLECTING OF DISSOLVED AIR USING CENTRIFUGATION AND APPARATUS FOR UNDERWATER BREATHING HAVING THE SAME}
본 발명은 해수 등 수중 환경에서 용존공기를 추출하기 위한 용존공기 추출장치 및 이를 구비한 수중호흡장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 원심 분리를 이용하여 해수 등에 함유된 용존공기를 추출하고, 이를 수중 호흡에 사용할 수 있도록 한 용존공기 추출장치 및 수중호흡장비에 관한 것이다.
수중 환경에서 작업이 요구되는 잠수부 등은 잠수장비 등을 통해 호흡에 필요한 공기를 제공받게 되며, 통상적으로, 상기와 같은 잠수장비는 공기가 저장되는 공기통과 저장된 공기를 사용자에게 공급하기 위한 마스크 등으로 구성되게 된다. 그러나, 상기와 같은 종래의 잠수장비는 호흡에 필요한 만큼의 공기를 미리 공기통 등에 저장하여 휴대하는 방식으로, 공기통의 저장 용량에 따라 작업 시간이 제한될 수 밖에 없다. 또한, 호흡에 필요한 충분한 양의 공기를 확보하기 위하여는, 필연적으로 공기가 저장되는 공기통의 용량 증대를 가져오기 때문에, 휴대나 이동성에 제약이 있게 마련이다.
상기와 같은 이유로, 수중 환경 하에서 직접 공기를 충당하여 호흡에 사용하는 방안이 연구되고 있으며, 일 예로, 등록특허공보 제10-1044390호에서는 중공섬유를 이용한 호흡장치를 제안한 바 있다. 상기 호흡장치는 종래 공기통의 휴대로 인한 기술적 한계를 극복하고자, 중공섬유의 기체여과 작용을 통해 수중에서 직접 공기를 추출하고 이를 사용자의 호흡을 위해 제공하도록 하고 있다.
등록특허공보 제10-1044390호 (2011년 06월 20일 등록)
본 발명의 실시예들은 해수 등 수중 환경에서 용존공기를 추출하고, 이를 사용자의 호흡을 위한 공기 등으로 제공함으로써, 수중 환경 하에서 직접 호흡 공기를 충당할 수 있는 용존공기 추출장치 및 이를 구비한 수중호흡장비를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수중의 유체가 공급되는 유입구; 상기 유입구와 연통되어 길이방향으로 연장 형성되되, 상기 공급된 유체가 선회류를 형성하며 후방으로 유동되어, 선회 중심부에 기포 기둥을 생성하는 내부 챔버; 상기 내부 챔버의 후방에 연통되어 상기 유동된 유체가 배출되는 배출구; 및 상기 기포 기둥 내의 공기가 상기 내부 챔버 밖으로 추출되기 위한 유동통로를 제공하는 공기 취출구;를 포함하는 원심 분리를 이용한 용존공기 추출장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 수중의 유체가 공급되는 유입구와, 내측에 상기 공급된 유체가 유동되기 위한 선회류 생성 챔버를 구비하되, 상기 선회류 생성 챔버에는 가이드 베인이 마련되어 상기 공급된 유체에 선회류를 발생시키며, 상기 선회류 생성 챔버의 전단부는 기포 기둥으로부터 공기를 추출하기 위한 공기 취출구가 연통된 선회 생성부; 상기 선회 생성부의 후단에 연속 배치되며, 내측에 상기 선회류 생성 챔버와 연통되는 경사 챔버를 구비하되, 상기 경사 챔버는 후방을 향해 테이퍼지게 형성된 압력 조절부; 및 상기 압력 조절부의 후단에 연속 배치되며, 내측에 상기 경사 챔버와 연통되는 기포 형성 챔버를 구비하되, 상기 기포 형성 챔버는 길이 방향으로 연장 형성되어 후단부가 상기 공급된 유체를 배출시키기 위한 배출구와 연통되는 기포 형성부;를 포함하는 원심 분리를 이용한 용존공기 추출장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기의 용존공기 추출장치; 외부의 유체를 흡입하여 상기 용존공기 추출장치로 유체를 공급하는 유체공급라인; 상기 용존공기 추출장치에서 배출되는 유체를 외부로 배출시키는 유체배출라인; 상기 용존공기 추출장치의 공기 취출구와 연결되어 추출된 공기가 유동되는 공기포집라인; 및 상기 공기포집라인에 연결되어 추출된 공기가 저장되며, 공기공급라인을 통해 사용자에게 호흡에 필요한 공기를 제공하는 저장탱크;를 포함하는 수중호흡장비가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 용존공기 추출장치는 수중에 존재하는 유체로부터 용존공기를 추출하여 호흡에 필요한 공기를 제공할 수 있다. 특히, 수중의 해수 등으로부터 지속적으로 용존공기를 추출하여 이를 호흡에 필요한 공기로 제공할 수 있으므로, 장시간 수중 활동 등의 경우에도 필요한 공기를 지속적으로 공급할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 수중호흡장비는 케이싱 등에 모듈화되어 잠수부 등이 휴대 가능하도록 형성될 수 있으며, 지속적인 유체의 용존공기 추출을 통해 호흡에 필요한 공기를 제공하게 된다. 또한, 본 측면에 따른 수중호흡장비는 수중 작업 중에 유체를 통해 지속적으로 공기를 추출 및 제공하게 되는바, 저장탱크의 용량을 대폭 감소시킬 수 있으면서도, 장시간동안 지속적으로 공기를 제공할 수 있게 된다는 점에서, 대용량의 저장탱크를 구비하고 저장된 양의 공기만을 제공 가능한 종래의 잠수장비 등에 비해 기술적 이점을 가지게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용존공기 추출장치를 보여주는 측단면 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 용존공기 추출장치의 분해사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 용존공기 추출장치의 측단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 선회생성부의 정면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 선회생성부의 변형예를 보여주는 정면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 용존공기 추출장치의 작동상태도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중호흡장비를 보여주는 개략도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일 측면에 따른 용존공기 추출장치에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용존공기 추출장치를 보여주는 측단면 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 용존공기 추출장치의 분해사시도이다. 도 3은 도 1에 도시된 용존공기 추출장치의 측단면도이다.
설명의 편의를 위하여, 도 1 내지 3의 용존공기 추출장치는 길이 방향 축을 중심으로 단면 처리하여 도시하였음을 알려둔다. 여기서, 길이 방향은 도 1에 도시된 x축 방향을 지칭하며, y축 방향은 폭 방향, z축 방향은 높이 방향으로 지칭하기로 한다. 또한, 장치 내 유체(해수)가 유입 및 유출되는 방향을 기준으로, 유입되는 측을 전방으로 지칭하고, 유출되는 측을 후방으로 지칭하기로 한다.
도 1 내지 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 용존공기 추출장치(100)는 수중의 유체가 공급되는 유입구(111), 공급된 유체가 유동되는 내부 챔버, 내부 챔버에 생성된 기포 기둥으로부터 공기를 추출하기 위한 공기 취출구(112)를 포함할 수 있다.
유입구(111)는 용존공기 추출장치(100)의 전방부에 마련될 수 있다. 또는, 유입구(111)는 내부 챔버의 전방부에 연통될 수 있다. 유입구(111)로는 수중의 유체가 공급될 수 있다. 공급되는 유체는 용존공기 추출장치(100)의 사용 환경에 따라 가변될 수 있다. 예를 들면, 해저의 수중 환경에서 사용될 경우, 유입구(111)로 해수가 공급될 수 있으며, 하천 등의 수중 환경에서 사용될 경우, 유입구(111)로는 하천수 등이 공급될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 유입구(111)로 공급되는 유체가 해수인 경우를 중심으로 설명하도록 한다.
내부 챔버는 유입구(111)와 연통되어 공급된 해수가 유동되며, 길이 방향으로 연장 형성될 수 있다. 이때, 본 실시예에 따른 용존공기 추출장치(100)는 내부 챔버 내에서 해수의 선회 유동을 형성하여 기포 기둥을 생성하게 된다. 다시 말하면, 공급된 해수는 내부 챔버 내에서 선회류를 형성하며 후방으로 유동하게 되며, 선회류로 인해 해수 중에 함유된 기포가 취출되어 내부 챔버 내에 일종의 기포 기둥을 형성하게 된다. 기포 기둥의 형성에 대하여는 후술할 바에서 부연 설명키로 한다.
상기와 같은 내부 챔버는 선회류 생성 챔버(113), 경사 챔버(131) 및 기포 형성 챔버(141)를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 선회류 생성 챔버(113), 경사 챔버(131) 및 기포 형성 챔버(141)가 길이 방향을 따라 순차적으로 연속 배치되어, 상기와 같은 내부 챔버를 형성할 수 있다.
선회류 생성 챔버(113)는 해수가 유입되는 유입구(111)와 연통되어 공급된 해수가 유동될 수 있다. 이때, 선회류 생성 챔버(113)는 가이드 베인(114)을 통해 해수에 선회 유동을 발생시킨다. 즉, 선회류 생성 챔버(113)는 가이드 베인(114)을 통해 해수의 유동을 간섭하여, 해수가 길이 방향 축을 중심으로 소정정도 회전 유동되도록 한다. 가이드 베인(114)에 대하여는 후술하기로 한다.
경사 챔버(131)는 선회류 생성 챔버(113)의 후단에 연속되며, 후방으로 갈수록 횡단면적이 점차 작아지도록 형성될 수 있다. 다시 말하면, 경사 챔버(131)는 후방을 향해 테이퍼지도록 형성될 수 있다. 경사 챔버(131)는 후방으로 갈수록 유로 면적이 좁아져 선회류 생성 챔버(113)에서 생성된 선회류를 보다 발전시키게 된다. 즉, 선회류 생성 챔버(113)에서 시작된 해수의 선회 유동은 해수가 경사 챔버(131)를 지나면서 유동이 빨라짐에 따라 보다 빠르고 뚜렷하게 성장하게 된다.
기포 형성 챔버(141)는 경사 챔버(131)의 후단에 연속되며, 길이 방향으로 길게 연장 형성될 수 있다. 기포 형성 챔버(141) 내에는 선회류 생성 챔버(113) 및 경사 챔버(131)를 거치면서 뚜렷해진 해수의 선회 유동으로 인해 일종의 기포 기둥이 형성되게 된다. 즉, 해수가 선회류를 형성하며 후방으로 유동하게 되면, 원심력에 의해 해수 중에 함유된 용존공기가 분리되게 된다. 비교적 가벼운 성분인 용존공기는 선회 중심부 측에 모이게 되며, 해수의 유동 방향을 따라 가늘고 길게 형성된 기둥 형태를 이루게 된다. 설명의 편의를 위하여, 상기와 같이 해수 중의 용존공기가 원심력에 의해 분리되어 기둥 형태로 모인 것을 '기포 기둥'으로 지칭하기로 한다.
상기와 같은 기포 기둥은 선회 유동이 시작되는 선회류 생성 챔버(113)의 전단부에서 경사 챔버(131)를 거쳐 기포 형성 챔버(141)까지 연장 형성될 수 있으며, 경사 챔버(131)를 통해 해수의 선회 유동이 뚜렷해짐에 따라, 기포 형성 챔버(141) 내에서는 보다 가늘고 긴 형태로 형성되게 된다(도 6 참고). 본 실시예에 따른 용존공기 추출장치(100)는 상기와 같은 기포 기둥에서 공기를 추출하여 해저 등 수중 환경에서 필요한 공기(산소)를 제공하게 된다.
한편, 공기 취출구(112)는 기포 기둥 내의 공기가 상기와 같은 내부 챔버 밖으로 추출되기 위한 유동통로를 제공한다. 공기 취출구(112)는 기포 기둥에 접근될 수 있는 위치이면 다양한 위치에 형성될 수 있다. 예를 들면, 도시되지 않았으나, 공기 취출구(112)는 기포 형성 챔버(141)에 폭 방향으로 연통되도록 형성되거나, 복수개가 길이 방향 또는 방사형으로 배치되도록 형성될 수 있다. 보다 바람직하게는, 공기 취출구(112)는 도시된 바와 같이 선회류 생성 챔버(113)의 전단부에 연통되도록 형성될 수 있다. 이때, 전술한 바와 같이 기포 기둥은 선회 중심부에 길이 방향을 따라 길게 형성되므로, 공기 취출구(112)는 기포 기둥의 위치를 고려하여 선회 중심축 부근(즉, 선회 유동의 중심축 부근)에 배치될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 용존공기 추출장치(100)는 상기와 같은 유입구(111), 내부 챔버, 배출구(142) 및 공기 취출구(112)가 일체화된 형태로 형성될 수도 있으나, 필요에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이 복수개의 유닛으로 분할 형성될 수도 있다. 즉, 용존공기 추출장치(100)는 선회 생성부(110), 압력 조절부(130) 및 기포 형성부(140)를 포함할 수 있으며, 상기와 같은 선회 생성부(110), 압력 조절부(130) 및 기포 형성부(140)가 결합되어 기포 기둥 생성을 위한 내부 챔버 등을 형성할 수 있다.
다만, 본 실시예에 따른 용존공기 추출장치(100)는, 선회 생성부(110), 압력 조절부(130) 및 기포 형성부(140)와 같은 외부 케이스 내지 바디 프레임이 반드시 요구되는 것은 아니며, 선회류가 생성될 수 있도록 소정길이의 내부 챔버를 형성하는 것이면, 다양한 형태로 구현될 수 있음을 알려둔다. 예컨대, 휴대성이나 경량화 등을 고려하여, 내부 챔버는 외부 지지체가 없는 형태로도 구현될 수 있으며, 튜브나 호스와 같은 형태로도 형성될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부 챔버가 선회 생성부(110), 압력 조절부(130) 및 기포 형성부(140)로 이루어진 경우를 예시하여 설명하도록 한다.
선회 생성부(110)는 해수가 유입되는 전단부에 배치되는 것으로, 해수가 공급되는 유입구(111)와, 공급된 해수가 유동되는 선회류 생성 챔버(113)를 구비할 수 있다. 선회류 생성 챔버(113)는 공급된 해수에 선회 유동을 발생시키기 위한 것으로, 전술한 바 있다. 이때, 선회류 생성 챔버(113)에는 해수의 유동을 간섭하여 선회류를 생성하도록 가이드 베인(114)이 마련될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 선회생성부를 보여주는 정면도이다.
도 4를 참고하면, 선회 생성부(110)는 전체적으로 원형 고리 형태로 돌출 형성된 가이드 베인(114)을 구비할 수 있다. 가이드 베인(114)은 횡단 중심축(C)을 둘러싼 고리 형태로 형성될 수 있으며, 선회류 생성 챔버(113) 내를 내측의 제 1 공간부(113a)와 외측의 제 2 공간부(113b)로 구획하게 된다. 이때, 제 1, 2 공간부(113a, 113b)는 가이드 베인(114)에 마련된 적어도 하나의 유로(114a, 114b)에 의해 연통될 수 있다. 각 유로(114a, 114b)는 길이 방향 축에 직교하도록(즉, y-z 평면상에 형성된) 형성될 수 있으며, 가이드 베인(114)이 형성하는 원의 접선과 일정각도를 이루도록 배치될 수 있다.
상기와 같은 가이드 베인(114)의 작동에 대해 설명하면, 유입구(111)를 통해 선회류 생성 챔버(113)로 공급된 해수는 외측에 제 2 공간부(113b)를 원주 방향으로 유동하다 각 유로(114a, 114b)를 통해 제 1 공간부(113a)로 유동하게 된다. 이때, 전술한 바와 같이 각 유로(114a, 114b)는 길이 방향에 직교하도록 형성되는 바, 해수는 길이 방향 축을 중심으로 소정정도 회전 유동하게 되며, 이로 인해, 선회류가 생성될 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 선회생성부의 변형예를 보여주는 정면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 필요에 따라, 가이드 베인(114)의 내측에는 복수개의 보조 가이드 베인(115)이 추가 배치될 수 있다. 보조 가이드 베인(115)은 각 유로(114a, 114b)를 통해 내측의 제 1 공간부(113a)로 유동된 해수에 추가적인 간섭을 일으켜 해수의 선회 유동을 보다 증진시키게 된다.
다시 도 1 내지 3을 참고하면, 선회류 생성 챔버(113)의 전단부에는 공기 취출구(112)가 연통될 수 있다. 공기 취출구(112)는 선회 중심부에 생성되는 기포 기둥으로부터 공기를 추출하기 위한 것으로, 전술한 바와 같다.
한편, 압력 조절부(130)는 선회 생성부(110)의 후단에 연속 배치될 수 있으며, 내측에 선회류 생성 챔버(113)와 연통되는 경사 챔버(131)를 구비할 수 있다. 이때, 필요에 따라, 압력 조절부(130)는 조인트부(120)를 통해 선회 생성부(110)와 연결될 수 있다. 경사 챔버(131)는 선회류 생성 챔버(113)의 내측 제 2 공간부(113b)에 연통될 수 있으며, 전술한 바와 같이 후방을 향해 테이퍼지게 형성될 수 있다. 압력 조절부(130)는 상기와 같은 경사 챔버(131)를 통해 해수의 유속을 증가시켜 선회 생성부(110)에서 발생된 선회류를 보다 성장시키게 된다.
기포 형성부(140)는 압력 조절부(130)의 후단에 연속 배치될 수 있으며, 내측에 경사 챔버(131)와 연통되는 기포 형성 챔버(141)를 구비할 수 있다. 기포 형성 챔버(141)는 길이 방향을 따라 길게 연장 형성될 수 있으며, 후단부는 해수를 배출시키기 위한 배출구(142)와 연통되게 된다. 전술한 바와 같이, 기포 형성 챔버(141)에는 선회류 생성 챔버(113)에서 시작된 기포 기둥이 길게 연장 형성되게 된다.
도 6은 도 1에 도시된 용존공기 추출장치의 작동상태도이다.
도 6을 참고하여, 본 실시예에 따른 용존공기 추출장치(100)의 작동을 설명하면, 먼저, 유입구(111)를 통해 장치 내로 해수가 공급된다. 이때, 본 실시예에 따른 용존공기 추출장치(100)는 해저 등 수중 환경에서 사용되므로, 필요한 해수 등은 수중 환경으로부터 바로 공급받을 수 있다. 공급된 해수는 선회 생성부(110) 및 압력 조절부(130)를 거쳐 후방으로 유동하게 되며, 전술한 바와 같이, 선회류 생성 챔버(113)에 마련된 가이드 베인(114) 및 테이퍼지게 형성된 경사 챔버(131)를 통해 선회류를 형성하게 된다.
해수가 선회 유동하게 되면, 선회류 생성 챔버(113), 경사 챔버(131) 및 기포 형성 챔버(141)로 이루어진 내부 챔버 내에는 가늘고 긴 형태의 기포 기둥(B)이 생성되게 된다. 이는 원심력에 의해 해수 중의 용존공기가 분리되어, 선회 중심축 부근에 포집된 결과이다.
한편, 상기와 같이 기포 기둥(B)을 형성하며 선회 유동하는 해수는 기포 형성 챔버(141)를 따라 후방으로 유동되어 배출구(142)를 통해 외부 배출된다. 또한, 유입구(111)로는 계속하여 해수가 공급되며, 해수의 공급 및 배출이 지속적으로 이뤄지면서 내부 챔버 내에는 기포 기둥(B)이 유지되게 된다. 특히, 본 실시예에 따른 용존공기 추출장치(100)는 수중 환경 하에서 사용되는 바, 상기와 같은 해수의 지속적인 공급 및 배출에 특별한 어려움이 따르지 않는다.
기포 기둥(B) 내의 공기는 내부 챔버의 전단부에 연통된 공기 취출구(112)를 통해 추출된다. 이때, 추출되는 공기는 기포 기둥(B) 내의 압력에 의해 자연스럽게 공기 취출구(112)로 빠져나오거나, 필요에 따라, 흡입력을 제공하는 구동수단에 의해 추출될 수 있다. 또한, 추출된 공기는 저장탱크 등에 포집되어 수중 환경에서의 호흡을 위해 사용되게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 용존공기 추출장치(100)는 수중에 존재하는 해수(유체)로부터 용존공기를 추출하여 호흡에 필요한 공기를 제공할 수 있다. 특히, 수중의 해수 등으로부터 지속적으로 용존공기를 추출하여 이를 호흡에 필요한 공기로 제공할 수 있으므로, 장시간 수중 활동 등의 경우에도 필요한 공기를 지속적으로 공급할 수 있게 된다.
본 실시예에 따른 용존공기 추출장치(100)는 후술할 바와 같이 저장탱크 등과 함께 모듈화되어 잠수부 등에게 호흡에 필요한 공기를 제공하는 수중호흡장비로 이용될 수 있다. 다만, 본 실시예에 따른 용존공기 추출장치(100)는 잠수정 등의 수중설비에 공기를 제공하기 위한 수단으로 사용되거나, 다수개가 설치되어 유인 해저시설 등에 공기를 제공하는 수단 등으로 활용될 수도 있으며, 사용 환경 및 조건에 따라 다양한 형태로 응용될 수 있다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 다른 측면에 따른 수중호흡장비에 대해 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수중호흡장비를 보여주는 개략도이다.
본 실시예에 따르면, 전술한 용존공기 추출장치(100)를 구비하는 수중호흡장비(S)가 제공될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 전술한 실시예와 대응되는 구성에 대하여는 대응되는 도면부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 수중호흡장비(S)는, 수중의 해수(유체)로부터 용존공기를 추출하기 위한 용존공기 추출장치(100), 용존공기 추출장치(100)로 해수를 공급하기 위한 유체공급라인(200), 용존공기 추출장치(100)에서 해수를 배출시키기 위한 유체배출라인(300), 용존공기 추출장치(100)에서 추출된 공기가 유동되는 공기포집라인(400) 및 추출된 공기를 저장하기 위한 저장탱크(500)를 구비할 수 있다.
용존공기 추출장치(100)는 수중의 해수를 공급받아 원심 분리를 통해 용존공기를 추출해내는 것으로, 전술한 실시예에서 도 1 내지 6을 참고하여 설명한 바와 같다.
유체공급라인(200)은 일단이 수중에 배치되고 타단이 용존공기 추출장치(100)의 유입구(111)와 연결되며, 외부의 해수를 흡입하여 유입구(111)로 해수를 공급한다. 해수의 흡입력을 제공하기 위해 유체공급라인(200)에는 흡입펌프(210)가 마련될 수 있다. 또한, 유체공급라인(200)은 라인 내 압력측정을 위한 압력게이지(220)나, 개폐조절을 위한 개폐밸브(230), 바이패스라인(240)을 구비할 수 있으며, 튜브부재(260) 등을 매개로 유입구(111)와 연결될 수 있다.
유체공급라인(200)에는 기포 발생을 촉진시키기 위한 기포 활성화 수단이 마련될 수 있다. 기포 활성화 수단은 유입된 해수에 기포 발생 활성화 조건을 조성하여, 후단의 용존공기 추출장치(100)에서의 기포 기둥 형성을 촉진하고, 용존공기 추출장치(100)의 공기 포집 능력을 증대시킬 수 있다. 기포 활성화 수단은 흡입펌프(210)의 전단 또는 후단에 마련될 수 있으며, 니들 밸브(needle valve) 등 개폐량의 조절이 가능한 압력조절밸브(250)를 포함할 수 있다. 압력조절밸브(250)는 흡입펌프(210)의 전단 등에 마련될 수 있으며, 개폐량 조절을 통해 유체공급라인(200)의 해수를 소정정도 감압시킬 수 있다. 즉, 압력조절밸브(250)는 유체공급라인(200)을 통해 흡입된 해수를 소정정도 감압시켜 후단의 용존공기 추출장치(100) 등으로 공급할 수 있다. 통상적으로, 유체의 압력이 감압되면 용존공기의 용해도가 감소되어 기포 발생이 증가하게 되는 바, 상기와 같은 압력조절밸브(250)는 용존공기 추출장치(100)에서의 기포 기공 형성 및 공기 포집을 촉진시킬 수 있다. 또한, 도시되지 않았으나, 상기의 기포 활성화 수단은 전기분해유닛 등 기포 발생을 촉진시킬 수 있는 다양한 수단을 포함할 수 있다. 예컨대, 전기분해유닛의 경우 흡입펌프(210)의 전단 또는 후단에 마련되어 흡입된 해수를 일부 전기 분해시킬 수 있으며, 이를 통해, 해수 내 기포 발생을 촉진시킬 수 있다.
한편, 공기포집라인(400)은 일단이 용존공기 추출장치(100)의 공기 취출구(112)와 연결되고 타단이 저장탱크(500)에 연결되어, 공기 취출구(112)를 통해 추출된 공기가 저장탱크(500)로 유동될 수 있도록 유동경로를 제공한다. 공기포집라인(400)에는 추출된 공기의 역류를 방지하기 위한 체크밸브 등이 마련될 수 있다.
또한, 저장탱크(500)는 공기포집라인(400)을 통해 공급되는 공기를 저장하게 되며, 저장된 공기를 공기공급라인(600) 등을 통해 잠수부 등의 호흡에 필요한 공기로 제공하게 된다.
상기와 같은 용존공기 추출장치(100), 유체공급라인(200), 유체배출라인(300), 공기포집라인(400) 및 저장탱크(500)는 케이싱(700) 등에 내장되어 일체화된 모듈 형태로 제공되거나, 휴대가 가능한 형태로 제공될 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 수중호흡장비(S)는 케이싱(700) 등에 모듈화되어 잠수부 등이 휴대 가능하도록 형성될 수 있으며, 지속적인 해수(유체)의 용존공기 추출을 통해 호흡에 필요한 공기를 제공할 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 수중호흡장비(S)는 수중 작업 중에 해수(유체)를 통해 지속적으로 공기를 추출 및 제공하게 되는바, 저장탱크(500)의 용량을 대폭 감소시킬 수 있으면서도, 장시간동안 지속적으로 공기를 제공할 수 있게 된다는 점에서, 대용량의 저장탱크를 구비하고 저장된 양의 공기(산소)만을 제공 가능한 종래의 수중호흡장비에 비해 기술적 이점을 가지게 된다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
S: 수중호흡장비 100: 용존공기 추출장치
110: 선회 생성부 111: 유입구
112: 공기 취출구 113: 선회류 생성 챔버
114: 가이드 베인 115: 보조 가이드 베인
120: 조인트부 130: 압력 조절부
131: 경사 챔버 140: 기포 형성 챔버
141: 기포 형성 챔버 142: 배출구
200: 유체공급라인 210: 흡입펌프
220: 압력게이지 230: 개폐밸브
240: 바이패스라인 250: 압력조절밸브
260: 튜브부재 300: 유체배출라인
400: 공기포집라인 500: 저장탱크
600: 공기공급라인

Claims (9)

  1. 수중의 유체가 공급되는 유입구;
    상기 유입구와 연통되어 길이방향으로 연장 형성되되, 상기 공급된 유체가 선회류를 형성하며 후방으로 유동되어, 선회 중심부에 기포 기둥을 생성하는 내부 챔버;
    상기 내부 챔버의 후방에 연통되어 상기 유동된 유체가 배출되는 배출구; 및
    상기 기포 기둥 내의 공기가 상기 내부 챔버 밖으로 추출되기 위한 유동통로를 제공하는 공기 취출구;를 포함하되,
    상기 내부 챔버는,
    가이드 베인을 통해 상기 공급된 유체를 선회 유동시키는 선회류 생성 챔버;
    상기 선회류 생성 챔버의 후단에 연속되며, 후방을 향해 테이퍼지도록 형성된 경사 챔버; 및
    상기 경사 챔버의 후단에 연속되며, 상기 배출구를 향해 길이방향으로 연장 형성된 기포 형성 챔버;를 포함하는, 원심 분리를 이용한 용존공기 추출장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기포 기둥은 상기 선회류 생성 챔버의 전단부에서 상기 기포 형성 챔버를 향해 길이 방향으로 연장 생성되며,
    상기 공기 취출구는 상기 선회류 생성 챔버의 전단부에 연통되어, 상기 기포 기둥 내의 공기가 상기 내부 챔버 밖으로 유동되는, 원심 분리를 이용한 용존공기 추출장치.
  4. 수중의 유체가 공급되는 유입구와, 내측에 상기 공급된 유체가 유동되기 위한 선회류 생성 챔버를 구비하되, 상기 선회류 생성 챔버에는 가이드 베인이 마련되어 상기 공급된 유체에 선회류를 발생시키며, 상기 선회류 생성 챔버의 전단부는 기포 기둥으로부터 공기를 추출하기 위한 공기 취출구가 연통된 선회 생성부;
    상기 선회 생성부의 후단에 연속 배치되며, 내측에 상기 선회류 생성 챔버와 연통되는 경사 챔버를 구비하되, 상기 경사 챔버는 후방을 향해 테이퍼지게 형성된 압력 조절부; 및
    상기 압력 조절부의 후단에 연속 배치되며, 내측에 상기 경사 챔버와 연통되는 기포 형성 챔버를 구비하되, 상기 기포 형성 챔버는 길이 방향으로 연장 형성되어 후단부가 상기 공급된 유체를 배출시키기 위한 배출구와 연통되는 기포 형성부;를 포함하는 원심 분리를 이용한 용존공기 추출장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가이드 베인은, 상기 선회류 생성 챔버 내에 원형 고리 형태로 돌출 형성되어, 상기 선회류 생성 챔버 내를 내측의 제 1 공간부와 외측의 제 2 공간부로 구획하되, 상기 제 1, 2 공간부를 연결시키는 적어도 하나의 유로를 구비하며, 상기 적어도 하나의 유로는 길이 방향 축에 직교하도록 형성된, 원심 분리를 이용한 용존공기 추출장치.
  6. 청구항 1, 3, 4 또는 5 중 어느 한 항의 용존공기 추출장치;
    외부의 유체를 흡입하여 상기 용존공기 추출장치로 유체를 공급하는 유체공급라인;
    상기 용존공기 추출장치에서 배출되는 유체를 외부로 배출시키는 유체배출라인;
    상기 용존공기 추출장치의 공기 취출구와 연결되어 추출된 공기가 유동되는 공기포집라인; 및
    상기 공기포집라인에 연결되어 추출된 공기가 저장되며, 공기공급라인을 통해 사용자에게 호흡에 필요한 공기를 제공하는 저장탱크;를 포함하는 수중호흡장비.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 용존공기 추출장치, 상기 유체공급라인, 상기 유체배출라인, 상기 공기포집라인 및 상기 저장탱크를 수용하는 케이싱을 더 포함하는 수중호흡장비.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 유체공급라인은, 흡입된 해수 내 기포 발생을 촉진시키기 위한 기포 활성화 수단을 구비하는 수중호흡장비.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 기포 활성화 수단은, 흡입된 유체를 소정정도 감압시키는 압력조절밸브와, 흡입된 유체를 일부 전기 분해시키는 전기분해유닛 중 적어도 하나를 포함하는 수중호흡장비.
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