KR20190121084A

KR20190121084A - air breathing system

Info

Publication number: KR20190121084A
Application number: KR1020180044591A
Authority: KR
Inventors: 정우석
Original assignee: 주식회사 서남
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2019-10-25

Abstract

Disclosed is an air breathing system. The system is to liquefy and manufacture air with the optimal oxygen concentration which is similar to air in a clean forest area, and allow an individual to carry and store the system and breathe for a long period of time. The system cools and liquefies air at an extremely low temperature to produce liquid clean air containing oxygen at concentrations higher than the oxygen concentration of 20.9% of normal air, and stores and evaporates the air in an insulated container that can be carried by the individual to allow the individual to breathe for a long time through a breathing mask.

Description

공기 호흡 시스템{air breathing system}Air breathing system

본 발명은 공기 호흡 시스템에 관한 것으로 극저온 냉동기를 이용하여 액화된 공기를 제공하는 공기 호흡 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an air breathing system and to an air breathing system for providing liquefied air using a cryogenic freezer.

기존의 청정 공기 캔 또는 산소 캔은 금속 용기 캔에 스위스, 캐나다 로키 산맥, 또는 우리 나라의 경우 지리산 등의 청정공기나 순도 95% 이상의 산소를 압축시켜 캔에 충진하여 판매한다. Existing clean air cans or oxygen cans are packed into cans by compressing clean air from metal cans such as Switzerland, the Canadian Rocky Mountains, or in our country, clean air such as Jiri or 95% pure oxygen.

청정 공기 캔의 경우 일반적으로 800ml의 용기에 충진 압력 10기압 정도로 압축하여 8리터 정도의 공기를 저장하고, 산소 캔의 경우에는 100mml미만의 용기에는 최대 충진 압력 180기압 정도로 압축하여 18리터 정도의 산소를 저장함. 그러나 캔 용기의 부피가 커질 수록 압력 용기의 안전을 위해 충진 압력은 줄여야만 하고 현재 시중에서 유통되는 산소 캔은 최대 20리터 이하의 산소만을 보관할 수 있다. 일반 성인의 분당 호흡량 6~10리터를 고려하면 기존 청정공기 캔이나 산소 캔은 연속 사용시 수분밖에 사용 못하는 용량의 한계를 가지고 있다.In the case of clean air cans, 800 ml of containers are generally compressed to about 10 liters of filling pressure and store about 8 liters of air. In case of oxygen cans, less than 100 mm can be compressed to about 18 liters of oxygen by compressing them to a maximum filling pressure of about 180 atmospheres. Saved. However, as the volume of the cans increases, the filling pressure must be reduced for the safety of the pressure vessels, and oxygen cans currently on the market can only hold up to 20 liters of oxygen. Considering the adult's breathing volume of 6-10 liters per minute, existing clean air cans or oxygen cans have a limit of capacity that can only be used for continuous use.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 청정 삼림지대의 공기와 산소농도가 유사한 최적 산소 농도의 공기를 액화 제조하고, 개인이 휴대 저장하여 장시간 호흡할 수 있도록 구성한 최적 산소 농도의 공기 호흡 시스템을 제공하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide an air breathing system of the optimum oxygen concentration configured to liquefy to manufacture the air of the optimum oxygen concentration similar to the oxygen concentration of the clean woodland air, and to be stored by the individual portable storage for a long time have.

일상적 공기 중 산소의 농도는 20.9%이며(나머지는 질소78%, 아르곤 1% 미만임) 삼림이 우거진 산악 저지대 숲에서의 산소 농도는 21.5~23% 정도로 호흡 시 매우 상쾌함을 느낄 수 있는 최적의 산소 농도이며, 일반인들이 산소 농도 60%이상에서 장시간 호흡하면 산소에 중독되어 인체에 장해를 미침. The daily concentration of oxygen in the air is 20.9% (the rest is less than 78% nitrogen and less than 1% argon) and the oxygen concentration in forested mountain lowland forests is between 21.5% and 23%. Concentration. If the general people breathe at an oxygen concentration of 60% or more for a long time, they become addicted to oxygen and harm the human body.

최근 미세 먼지와 황사 및 스모그 등 대기 오염으로 나빠진 공기 질로 인해 각종 마스크 및 일회용 산소 캔, 청정 공기 캔 등이 유통되고 있으나, 마스크는 신선한 공기를 호흡할 수 없고 일회용 산소 캔 및 청정 공기 캔 등은 압축된 산소와 공기의 충진 압력비에 따라 정도의 차이는 있으나 기껏 수분 정도 호흡할 수 있는 용량의 산소와 공기만 저장 할 수 있어 효용성이 없음. 현재 시판되고 있는 산소 캔 및 청정 공기 캔은 내용적이 수십에서 수백 밀리리터(ml)이고 압축된 기체가 상압으로 팽창되어도 평균 20리터 이하 정도여서 성인의 분당 호흡량 6~10리터를 고려하면 연속해서 수분밖에는 사용 못함.Recently, various masks, disposable oxygen cans, and clean air cans are distributed due to poor air quality due to air pollution such as fine dust, dust, and smog, but masks cannot breathe fresh air and compressed disposable oxygen cans and clean air cans are compressed. Although there is a difference in the degree depending on the filling pressure ratio of oxygen and air, it is not useful because it can store only oxygen and air that can breathe at most moisture. Commercially available oxygen cans and clean air cans range in volume from tens to hundreds of milliliters (ml) and average 20 liters or less, even when the compressed gas expands to atmospheric pressure. Not used.

본 발명은 청정 삼림지대의 공기와 산소농도가 유사한 최적 산소 농도의 공기를 액화 제조하고, 개인이 휴대 저장하여 장시간 호흡할 수 있도록 구성한 최적 산소 농도의 공기 호흡 시스템에 관한 것임.The present invention relates to an air breathing system having an optimal oxygen concentration liquefied and manufactured by the air of the clean forest of the air and the oxygen concentration of similar oxygen concentration, and configured to allow individuals to carry and store for a long time.

1. 청정공기를 장시간 공급:1. Supplying clean air for a long time:

공기를 액화하는 과정 중에 미세먼지 등을 제거하고 공기 중 산소와 질소의 농도차를 조절하여 숲이 우거진 곳에서의 공기와 같이 자연스러우면서도 상쾌한 최적 산소 농도의 청정공기를 호흡할 수 있도록 공급하고, During the process of liquefying air, it removes fine dust and adjusts the concentration difference between oxygen and nitrogen in the air so as to breathe clean air with natural and refreshing optimum oxygen concentration like the air in a forested place.

공기를 액화시킴으로써 상온 기체 상태에서의 공기 부피 대비 약 728분의 1로 부피를 줄일 수 있게 되어 기존 압축 공기 캔 또는 산소 캔에 비해 저장량을 수십 배 늘려 연속으로 사용이 가능.By liquefying air, the volume can be reduced to about one-728th of the volume of air at room temperature, and can be used continuously by increasing the storage volume by several orders of magnitude compared to conventional compressed air or oxygen cans.

예로 1리터 용량의 액체공기는 약 728리터의 기체공기가 되므로 분당 10리터 호흡 시 72.8분 사용이 가능함. For example, 1 liter of liquid air is about 728 liters of gas, allowing 72.8 minutes of breathing at 10 liters per minute.

발명의 방법 4 와 방법 5 에서와 같이 미세먼지 제거 마스크에 추가로 산소 또는 청정공기를 공급할 경우에는 호흡에 필요한 전체 공기를 액화된 청정공기로부터 공급하는 경우보다 더욱 적은 액체 저장량으로 더 장시간 청정공기 호흡이 가능함. 예로 액체산소 0.35리터를 초당 3.5cc의 기체산소로 증발시켜 미세먼지 제거마스크에 공급시 계산상으로는 산소농도 22.65%의 공기를 24시간 공급 가능함.When oxygen or clean air is additionally supplied to the fine dust removal mask as in the methods 4 and 5 of the present invention, breathing clean air for a longer time with less liquid storage than supplying the entire air for breathing from the liquefied clean air. This is possible. For example, when 0.35 liters of liquid oxygen is evaporated to 3.5cc of gas oxygen per second and supplied to the fine dust removal mask, it is possible to supply air with an oxygen concentration of 22.65% for 24 hours.

2. 공기 질 조절 가능2. Air quality adjustable

공기 액화 후 산소와 질소의 농도를 조절하여 다양한 산소 농도의 액체 공기를 제조하여 공급 가능하며 필요에 따라 피톤치드 등을 첨가하여 숲 공기와 같은 효과를 구현할 수 있음.After liquefaction of air, it is possible to manufacture and supply liquid air of various oxygen concentrations by adjusting the concentration of oxygen and nitrogen, and if necessary, phytoncide can be added to achieve the same effect as forest air.

일반인의 경우 공기 중 산소의 농도가 60%이상에서 장시간 호흡하면 산소 중독의 위험이 생겨 산소 60% 이상 고농도의 공기를 장시간 흡입하면 안되지만 만성페쇄성페질환(COPD) 환자의 경우에는 90% 정도 고농도의 산소를 공급해주어야 하며 이들 환자를 위한 호흡 시스템으로도 활용이 가능함 In the general public, if the oxygen concentration in the air is more than 60% for a long time, there is a danger of oxygen poisoning, and high-intake air of more than 60% oxygen should not be inhaled for a long time, but 90% of patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) Oxygen must be supplied and used as a respiratory system for these patients

도 1은 극저온 냉동기를 이용한 액체 공기 제조를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 공기 호흡 시스템 실시 (방법 1 및 방법 2) 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 발명 공기 호흡 시스템의 다른 실시(방법 3) 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명 공기 호흡 시스템의 다른 실시 예(방법 4)를 보여주는 도면이다.1 is a view showing the production of liquid air using a cryogenic freezer.
2 is a diagram showing an example (method 1 and method 2) implementation of an air breathing system of the present invention.
3 is a view showing another embodiment (method 3) of the invention air breathing system of the present invention.
4 is a view showing another embodiment (method 4) of the present invention air breathing system.

본 발명에서는 일상적 공기의 산소 농도인 20.9%보다 더 높은 농도의 산소가 포함된 청정 공기를 제조하고, 극저온으로 냉각 액화하여 개인이 휴대할 수 있는 보관 용기에 저장하여 장시간 호흡할 수 있도록 구성하는 모든 내용을 포함한다.In the present invention, all of the clean air containing a concentration of oxygen higher than the oxygen concentration of 20.9% of the daily air, the cryogenic liquefaction is stored in a storage container that can be carried by the individual to be able to breathe for a long time Include the content.

[청정 공기 제조 및 공급 방법][Clean air production and supply method]

산소 농도가 20.9%보다 높은 청정공기는 다음의 4가지 방법에 의해 제조되고 호흡할 수 있도록 공급할 수 있음.Clean air with an oxygen concentration above 20.9% can be produced and supplied for breathing by four methods:

① 방법1: 공기를 극저온으로 냉각하여 액화시키는 과정 중 액체 공기와 액체 산소의 비등점 차이를 이용해 액체 산소를 좀 더 생성시켜 액체 산소의 농도가 20.9%보다 더 높게 액체 공기와 액체 산소의 혼합액(=산소 농도 높아진 액체 공기) 을 만들어 단열용기에 저장하고 증발장치를 통해 증발시켜 호흡용 마스크에 청정 공기를 공급① Method 1: During the process of cooling the liquid to cryogenic temperature and liquefying the liquid, the liquid oxygen and the liquid oxygen have a higher boiling point than 20.9% to generate more liquid oxygen. Liquid air with increased oxygen concentration) is created and stored in a thermal insulation container and evaporated through the evaporator to supply clean air to the breathing mask.

② 방법2: 공기를 극저온으로 냉각하여 액화시켜 액체 질소와 액체 산소로 분리시킨 후 두 액체를 다시 섞으면서 액체 질소를 원래의 비율보다 줄여 액체 산소의 농도가 20.9%보다 더 높게 액체 질소와 액체 산소의 혼합액(=산소 농도 높아진 액체 공기)을 만들어 단열용기에 저장하고 증발장치를 통해 증발시켜 호흡용 마스크에 청정 공기를 공급② Method 2: Cool the air to cryogenic temperature to liquefy and separate into liquid nitrogen and liquid oxygen, then mix the two liquids again and reduce the liquid nitrogen to the original ratio so that the concentration of liquid oxygen is higher than 20.9%. Mixed liquid (= liquid air with increased oxygen concentration), stored in a thermal insulation container and evaporated through an evaporator to supply clean air to the breathing mask

③ 방법3: 공기를 극저온으로 냉각하여 액화시켜 액체 질소와 액체 산소로 분리시킨 후 2개의 단열 용기에 각각 분리 저장하고 각각의 증발장치를 통해 일정한 비율로 증발시켜 공급되어지는 공기중의 산소 농도가 20.9%보다 더 높게 호흡용 마스크에 청정 공기를 공급③ Method 3: The air is cooled to cryogenic temperature to be liquefied, separated into liquid nitrogen and liquid oxygen, and then stored separately in two adiabatic containers and evaporated at a constant rate through each evaporator to provide oxygen concentration in the supplied air. Supplying clean air to the respiratory mask higher than 20.9%

④ 방법4: 공기를 극저온으로 냉각하여 액화시켜 액체 질소와 액체 산소로 분리시킨 후 액체 산소만을 단열 용기에 저장하거나 또는 순수한 액체 질소와 액체 산소를 제로베이스에서 다시 섞어 액체산소의 농도가 21%이상이 되도록 성분비를 조정한 액체 공기를 만들어 방법 1에서와 같이 단열용기에 저장하고 증발 장치를 통해 증발시켜 미세 먼지를 제거하는 마스크에 순수한 산소 또는 산소농도가 높은 청정공기를 추가로 공급하여 마스크를 통해 흡입하는 공기중의 산소 농도가 20.9%보다 더 높게 청정 공기를 공급④ Method 4: Cool the air to cryogenic temperature to liquefy and separate it into liquid nitrogen and liquid oxygen, and then store only liquid oxygen in an adiabatic container or mix pure liquid nitrogen and liquid oxygen again in zero base and the concentration of liquid oxygen is over 21%. To make a liquid air with the component ratio adjusted so that it is stored in an insulated container and evaporated through the evaporator as in Method 1, additional pure air or clean air having a high oxygen concentration is supplied to the mask to remove fine dust. Supply clean air with oxygen concentration in the inhaled air higher than 20.9%

위의 방법 ②, ③, ④ 에서 공기를 극저온으로 냉각하여 액화시켜 액체 질소와 액체 산소로 분리시키는 방법은 저온 공기 분리법 으로서 공지의 기술이며, 본 발명에서는 산소의 농도를 일상적 공기의 산소농도 20.9%보다 높게 만들어 저장하고 호흡할 수 있도록 공급하는 시스템에 대한 것이다. In the above methods ②, ③, and ④, air is cooled to cryogenic temperature and liquefied to separate liquid nitrogen and liquid oxygen, which is a known technique as a low temperature air separation method, and in the present invention, the concentration of oxygen is 20.9% of the daily air oxygen concentration. It's about a system that makes it higher and supplies it for storage and respiration.

방법1: 공기를 극저온으로 냉각하여 액화시키는 과정 중 액체 공기와 액체 산소의 비등점 차이를 이용해 액체 산소를 좀 더 생성시켜 액체 산소의 농도가 20.9%보다 더 높게 액체 공기와 액체 산소의 혼합액(=산소 농도 높아진 액체 공기) 을 만들어 단열용기에 저장하고 증발기구를 통해 증발시켜 청정 공기를 공급공기를 극저온으로 냉각하여 액화시키기 위해서는 먼지를 제거한 공기로부터 흡착재나 예냉(pre-cooling)을 통해 수분과 이산화탄소를 제거하고 극저온 냉동기의 저온부인 콜드헤드의 열교환기부에서 공기의 비등점(78.9K= -194.25℃) 이하로 온도를 낮춤으로써 액체공기를 제조할 수 있다.Method 1: During the process of cooling the liquid to a cryogenic temperature and liquefying the liquid oxygen by using the difference between the boiling point of the liquid air and the liquid oxygen, the liquid oxygen concentration is higher than 20.9%. In order to liquefy clean air by liquefying the supply air to cryogenic temperature by liquefying the liquid air with high concentration and making it into a heat insulation container and evaporating it through the evaporation mechanism, water and carbon dioxide are removed from the air from which the dust is removed by adsorbent or pre-cooling. Liquid air can be prepared by removing and lowering the temperature below the boiling point of air (78.9 K = -194.25 ° C.) in the heat exchanger section of the cold head, which is the cold section of the cryogenic freezer.

이러한 액체 공기는 질소 78%, 산소20.9%, 이르곤 1%의 성분비로 구성되어 최적의 산소 농도인 21.5~23%에 미치지 못한다.This liquid air is composed of 78% nitrogen, 20.9% oxygen, and 1% Irgon, which is less than the optimal oxygen concentration of 21.5 ~ 23%.

본 발명에서는 액체 공기중 액체 산소의 농도를 높이기 위해서 콜드헤드 열교환부의 온도를 액체산소의 비등점인 90.18K(= -182.97℃)보다는 낮고 액체공기의 비등점인 78.9K(= -194.25℃)보다는 높게 유지하며 일정 시간 운전하여 액체 산소만을 생산하고 이 후 액체 공기의 비등점 78.9K 이하로 운전하여 일반 액체 공기를 생산하여 혼합함으로써 전체 생산된 액체 공기중의 산소 농도가 최적 산소 농도 21.5~23%가 되도록 고안하였다. 그림1.에서 보는 바와 같이 콜드헤드 열교환부의 온도를 측정하여 액체산소의 비등점인 90.18K보다는 낮고 액체공기의 비등점인 78.9K보다는 높은 온도인 85~87K를 일정시간 유지하도록 극저온 냉동기의 온도를 제어함으로써 공급되어지는 공기 중 주로 산소만을 액화시키고 이 후 액체 공기의 비등점인 78.9K보다 낮은 온도인 75~77K로 제어함으로써 공급되어지는 기체 공기가 그대로 액화되도록 한다, 최종 액체 공기의 산소 농도를 21.5~23%가 되도록 하기 위해서는 액화된 액체 공기량 100에 대해 액체 산소량을 0.6369~2.5974의 비율로 혼합하면 되므로 극저온냉동기에서의 단위 시간당 액체 산소의 생산량과 액체 공기의 생산량을 고려하여 액체 산소 생산을 위한 운전시간을 정하여 극저온 냉동기를 운영한다. In the present invention, in order to increase the concentration of liquid oxygen in the liquid air, the temperature of the cold head heat exchanger is lower than the boiling point of liquid oxygen of 90.18K (= -182.97 ° C) and higher than the boiling point of liquid air of 78.9K (= -194.25 ° C). It is designed to produce only liquid oxygen by operating for a certain period of time, and then to produce normal liquid air by mixing below the boiling point of liquid air at 78.9K or less, so that the oxygen concentration in the produced liquid air becomes the optimal oxygen concentration of 21.5 ~ 23% It was. As shown in Fig. 1, the temperature of the cold head heat exchanger is measured to control the temperature of the cryogenic freezer to maintain a temperature of 85 to 87 K, which is lower than the boiling point of liquid oxygen of 90.18 K and higher than the boiling point of liquid air of 78.9 K. By liquefying mainly oxygen in the supplied air, and then controlling it to 75 ~ 77K, which is lower than the boiling point of liquid air, 78.9K, the supplied gas air is liquefied as it is. The oxygen concentration of the final liquid air is 21.5 ~ 23. In order to achieve%, the liquid oxygen amount is mixed in the ratio of 0.6369 to 2.5974 with respect to the amount of liquefied liquid air, so that the operating time for the production of liquid oxygen is considered in consideration of the production of liquid oxygen and liquid air per unit time in the cryogenic freezer. Operate a cryogenic freezer.

상기 극저온 냉동기의 저온 열교환기 온도를 조절하여 산소 농도가 21.5~23%로 높아진 액체 공기는 도 2에서와 같이 개인용 단열 용기에 저장되고 증발 기구를 통해 증발되어져 호흡용 마스크로 공급되어진다.The liquid air whose oxygen concentration is increased to 21.5 to 23% by adjusting the low temperature heat exchanger temperature of the cryogenic freezer is stored in a personal insulated container as shown in FIG. 2 and is evaporated through an evaporation mechanism to be supplied to a breathing mask.

도 2는 단열용기내의 액체공기가 증발기구를 통해 증발되어 호흡용 마스크까지 공급되는 과정을 보여준다. Figure 2 shows a process in which the liquid air in the insulating container is evaporated through the evaporation mechanism is supplied to the breathing mask.

액체 공기는 비등점이 78.9K인 매우 낮은 온도이므로 외부로부터의 열을 차단시키는 저온단열용기(Cryostat)에 보관하지 않으면 빠른 시간 동안 모두 증발하게 된다. 일반적으로 진공 단열 용기에 보관하게 되더라도 단열용기를 통한 열전달로 액체공기는 증발하게 되며 증발된 공기는 용기내의 압력을 높여 액체 공기를 가압하게 되고 가압된 액체공기는 외부와 연결된 액체 토출관을 통해 나오면서 증발장치를 지나며 증발하게 된다. 증발장치는 증발장치 내부를 흐르는 액체공기가 외부의 공기와 열교환 할 수 있는 열교환기이며 일반적으로 모세관(capillary tube)과 같은 가는 구리 튜브를 코일 형태로 감아 놓은 형상이다. 증발장치를 통과하는 액체공기는 증발장치 내에서 모두 증발되어지고 상온까지 온도가 올라간 후 사용자에게 공급되어져야 하며 여기에 필요한 열교환량을 고려하여 증발장치를 설계한다. 1분당 산소농도 22%의 공기를 10리터 공급하기 위해 필요한 증발장치에서의 열교환량은 83.5W이며 증발장치를 통과하여 상온의 기체가 된 공기는 그림2에서 보는 바와 같이 청량감 및 건강기능 강화를 위해 피톤치드 첨가장치를 통과하여 호흡용 마스크로 공급될 수 있다. Since liquid air has a very low temperature with a boiling point of 78.9K, all liquids will evaporate for a short time unless stored in a cryostat, which blocks heat from the outside. Generally, even if stored in a vacuum insulated container, the liquid air is evaporated by heat transfer through the insulated container, and the evaporated air pressurizes the liquid air by increasing the pressure in the container, and the pressurized liquid air comes out through the liquid discharge pipe connected to the outside. It evaporates through the evaporator. The evaporator is a heat exchanger that allows the liquid air flowing inside the evaporator to exchange heat with the outside air, and is generally a shape in which a thin copper tube, such as a capillary tube, is wound in the form of a coil. The liquid air passing through the evaporator must be all evaporated in the evaporator and supplied to the user after the temperature rises to room temperature, and the evaporator is designed in consideration of the required heat exchange amount. The heat exchange amount in the evaporator required to supply 10 liters of air with 22% oxygen concentration per minute is 83.5W, and the air which has passed through the evaporator to become a gas at room temperature is used to enhance the refreshing feeling and health function as shown in Figure 2. It can be fed through a phytoncide addition device to a breathing mask.

단열용기의 상부에는 단열 용기내의 공기의 압력이 과도하게 올라가지 않도록 일정 압력이 되면 외부로 직접 기체 공기를 방출시키는 안전밸브와 연결된 기체 토출관이 형성되어 있으며 기체 토출관의 다른 분지에는 액체 주입구가 설치되고 이 주입구는 외부에서 액체는 주입가능하나 역방향으로의 유동은 방지하는 일방향 체크 밸브 구조의 특징을 갖고 있어 필요 시 이 주입구를 통해 액체 공기를 충진한다. The upper part of the insulated container is provided with a gas discharge pipe connected to a safety valve which directly discharges the gas air to the outside when a certain pressure is applied so that the pressure of the air in the insulating container is not excessively raised, and a liquid inlet is installed at the other branch of the gas discharge pipe. This inlet is characterized by a one-way check valve structure that can inject liquid from the outside but prevent flow in the reverse direction, so that liquid air is filled through the inlet if necessary.

[방법 2에 대한 상세 설명][Detailed Description of Method 2]

저온 공기 분리법에 의해 얻은 순수한 액체 질소와 액체 산소를 제로베이스에서 다시 섞어 액체산소의 농도가 21.5~23%가 되도록 성분비를 조정한 액체 공기를 만들어 방법 1에서와 같이 단열용기에 저장하고 증발장치를 통해 증발시켜 최적 산소 농도의 청정 공기를 호흡용 마스크에 공급하는 방법임. Pure liquid nitrogen and liquid oxygen obtained by low temperature air separation method are mixed again at zero base to make the liquid air whose component ratio is adjusted so that the concentration of liquid oxygen is 21.5 ~ 23%. It is a method of supplying clean air of optimal oxygen concentration to the breathing mask by evaporating through.

[방법 3에 대한 상세 설명][Detailed Description of Method 3]

저온 공기 분리법에 의해 얻은 순수한 액체 질소와 액체 산소를 섞지 않고 그림3에서와 같이 분리된 2개의 단열 용기에 각각 보관하고 액체질소는 액체 질소용 증발장치를 이용해 증발시키고 액체 산소는 액체 산소용 증발장치를 이용해 증발시켜 합해진 혼합기체의 산소 농도가 21.5~23%가 되도록 함으로써 최적 산소 농도의 청정 공기를 호흡용 마스크에 공급하는 방법임. 1분당 산소농도 22%의 공기를 상온으로 10리터 공급하기 위해 필요한 증발장치에서의 열교환량은 액체질소증발장치는 64W이고 액체산소증발장치는 19.5W로서 각각의 열교환량을 고려하여 증발장치를 설계하며, 단열용기가 액체산소용과 액체질소용 2개로 분리되어 있으므로 각각의 단열 용기내의 기체의 압력이 과도하게 올라가지 않도록 일정 압력이 되면 외부로 직접 질소기체와 산소기체를 방출시키는 안전밸브와 연결된 기체 토출관이 각각 형성되어 있으며 기체 토출관의 다른 분지에는 액체 주입구가 설치되고 이 주입구는 외부에서 액체는 주입가능하나 역방향으로의 유동은 방지하는 일방향 체크 밸브 구조의 특징을 갖고 있으며, 하나의 액체 주입구로 액체 산소와 액체 질소를 각각 주입할 수 있도록 삼방밸브가 산소 기체토출관 및 질소 기체토출관과 연결되어 액체 산소 주입시에는 액체 주입구와 산소 기체토출관이 통하고, 액체 질소 주입시에는 액체 주입구와 질소 기체토출관이 통하고, 호흡기 사용시에는 산소 기체토출관과 질소 기체토출관이 통하여 안전밸브와 연결되도록 한 구조를 갖는다. Without mixing pure liquid nitrogen and liquid oxygen obtained by low temperature air separation method, they are stored in two separate insulated containers as shown in Fig. 3, and liquid nitrogen is evaporated by using liquid nitrogen evaporator and liquid oxygen is evaporated by liquid oxygen. It is a method of supplying clean air of the optimal oxygen concentration to the breathing mask by making the oxygen concentration of the mixed gas by evaporation to be 21.5 ~ 23%. The heat exchange amount in the evaporator required to supply 10 liters of air at 22% oxygen / min at room temperature is 64W for the liquid nitrogen evaporator and 19.5W for the liquid oxygen evaporator. Since the thermal insulation container is separated into two parts for liquid oxygen and liquid nitrogen, the gas discharge connected to the safety valve which discharges nitrogen gas and oxygen gas directly to the outside when a certain pressure is maintained so that the pressure of the gas in each insulation container does not rise excessively. The pipes are each formed, and the liquid injection port is installed in the other branch of the gas discharge pipe, and this injection hole has a feature of the one-way check valve structure which can inject liquid from the outside but prevent the flow in the reverse direction. Three-way valves provide oxygen gas discharge lines and nitrogen gas to inject liquid oxygen and liquid nitrogen respectively. When the liquid oxygen is injected, the liquid inlet and the oxygen gas discharge pipe are connected to the outlet pipe, the liquid inlet and the nitrogen gas discharge pipe are used when the liquid nitrogen is injected, and the oxygen gas discharge pipe and the nitrogen gas discharge pipe are used when the respirator is used. It has a structure to be connected to a safety valve.

[방법4에 대한 상세 설명][Detailed description of Method 4]

저온 공기 분리법에 의해 얻은 순수한 액체 질소와 액체 산소 중 액체 산소만을 단열 용기에 저장하거나 또는 순수한 액체 질소와 액체 산소를 제로베이스에서 다시 섞어 액체산소의 농도가 21%이상이 되도록 성분비를 조정한 청정 액체 공기를 만들어 방법 1에서와 같이 단열용기에 저장하고 증발 장치를 통해 증발시켜 미세 먼지를 제거하는 마스크에 순수한 산소 또는 산소농도가 높은 청정공기 (산소농도21%이상)를 추가로 공급하여 마스크를 통해 흡입하는 전체 공기중의 산소 농도가 20.9%보다 더 높게 청정 공기를 공급하는 방법. 이 경우 증발 장치는 증발을 위한 열부하가 크지 않을 수 있기 때문에 별도의 증발장치를 사용하지 않고 단열용기 벽면을 통해 들어오는 열량만으로 증발량을 감당할 수 있도록 단열용기의 재질 선정, 용기 벽의 두께 설계 등을 통해 구현 가능함Pure liquid nitrogen obtained by low temperature air separation and liquid oxygen in liquid oxygen are stored in a thermal insulation container, or pure liquid nitrogen and liquid oxygen are mixed again at zero base to adjust the liquid ratio so that the concentration of liquid oxygen is 21% or more. As in Method 1, air is stored in an insulated container and evaporated through the evaporator to remove fine dust, and additionally, pure oxygen or clean air with high oxygen concentration (more than 21% oxygen) is supplied through the mask. A method of supplying clean air with an oxygen concentration in the total inhaled air higher than 20.9%. In this case, the evaporation device may not have a large heat load for evaporation, so it is necessary to select the material of the insulation vessel and design the thickness of the vessel wall so that the evaporation can be handled only by the heat input through the insulation vessel wall without using a separate evaporator. Implementable

1. 청정공기를 장시간 공급:1. Supplying clean air for a long time:

공기를 액화하는 과정 중에 미세먼지 등을 제거하고 공기 중 산소와 질소의 농도차를 조절하여 숲이 우거진 곳에서의 공기와 같이 자연스러우면서도 상쾌한 최적 산소 농도의 청정공기를 호흡할 수 있도록 공급하고, 공기를 액화시킴으로써 상온 기체 상태에서의 공기 부피 대비 약 728분의 1로 부피를 줄일 수 있게 되어 기존 압축 공기 캔 또는 산소 캔에 비해 저장량을 수십 배 늘려 연속으로 사용이 가능.예로 1리터 용량의 액체공기는 약 728리터의 기체공기가 되므로 분당 10리터 호흡 시 72.8분 사용이 가능함.During the process of liquefying air, it removes fine dust and adjusts the concentration difference between oxygen and nitrogen in the air to supply clean air with natural and refreshing optimal oxygen concentration like air in a forested place. By liquefying, the volume can be reduced to about one-728th of the volume of air at room temperature, and can be used continuously by increasing the storage volume by several tens of times compared to conventional compressed air or oxygen cans. Is about 728 liters of gas air, allowing 72.8 minutes of breathing at 10 liters per minute.

2. 공기 질 조절 가능2. Air quality adjustable

Claims

공기를 극저온으로 냉각 액화하여 일상적 공기의 산소 농도인 20.9%보다 더 높은 농도의 산소가 포함된 액체 청정 공기를 제조하고, 개인이 휴대할 수 있는 단열 용기에 저장하여 증발시켜 호흡용 마스크를 통해 장시간 호흡할 수 있도록 구성한 공기 호흡 시스템 Cooling and liquefying air at low temperatures to produce liquid clean air containing oxygen at concentrations higher than the oxygen concentration of 20.9% of normal air, and storing it in an insulated container that can be carried by individuals to evaporate it for a long time through a breathing mask. Air breathing system configured to breathe

제1항에 있어서 공기를 극저온으로 냉각하여 액화시키는 과정 중 액체 공기와 액체 산소의 비등점 차이를 이용해 극저온 냉동기의 콜드헤드 열교환부의 온도를 액체산소의 비등점인 90.18K(= -182.97℃)보다는 낮고 액체공기의 비등점인 78.9K(= -194.25℃)보다는 높게 유지하며 일정 시간 운전하여 액체 산소만을 생산하고 이 후 액체 공기의 비등점 78.9K이하로 운전하여 일반 액체 공기를 생산하여 혼합함으로써 전체 생산된 액체 공기중의 산소 농도가 20.9%보다 더 높게 액체 공기와 액체 산소의 혼합액(=산소 농도 높아진 액체 공기) 을 만드는 방법 (발명의 내용 중 방법1)The temperature of the cold head heat exchanger of the cryogenic refrigerator is lower than 90.18K (= -182.97 ° C), which is the boiling point of liquid oxygen, by using a difference between boiling points of liquid air and liquid oxygen during the process of cooling the air to cryogenic temperature to liquefy. Maintain higher than 78.9K (= -194.25 ℃) of air and operate for a certain time to produce only liquid oxygen, and then operate below the boiling point of liquid air of 78.9K to produce and mix normal liquid air. To produce a mixture of liquid air and liquid oxygen (= liquid air with increased oxygen concentration) with an oxygen concentration of 20.9% or higher (method 1 of the invention)

제1항에 있어서 액체공기를 증발시키기 위해서 한 끝단은 액체 토출관과 연결되어 그 내부를 흐르는 액체공기가 외부의 열원과 열교환하여 완전히 기체공기로 증발하고 상온으로 상승할 수 있는 증발 장치(열교환기)로 구성된 공기 호흡 시스템An evaporation apparatus (heat exchanger) according to claim 1, wherein one end is used to evaporate the liquid air, and the liquid air flowing therein is exchanged with an external heat source to completely evaporate the gas and rise to room temperature. Air breathing system

제1항에 있어서 증발된 청정공기가 호흡용 마스크로 공급되기 전 피톤치드를 첨가할 수 있도록 그 한 끝단이 증발장치에 연결되어진 피톤치드 첨가장치로 구성된 공기 호흡 시스템The air breathing system according to claim 1, wherein one end of the phytoncide adding device is connected to the evaporator so that the phytoncide can be added before the evaporated clean air is supplied to the breathing mask.

제1항에 있어서 액체 청정 공기를 만드는 방법이 공기를 극저온으로 냉각하여 액화시켜 액체 질소와 액체 산소로 분리시킨 후 두 액체를 다시 섞으면서 액체 질소를 원래의 비율보다 줄여 액체 산소의 농도가 20.9%보다 더 높게 액체 질소와 액체 산소의 혼합액(=산소 농도 높아진 액체 공기)을 만드는 방법 (발명의 내용 중 방법2) The method of claim 1, wherein the method of making liquid clean air cools the air to cryogenic temperature to liquefy to separate the liquid nitrogen and liquid oxygen, and then mixes the two liquids again to reduce the liquid nitrogen to the original ratio so that the concentration of the liquid oxygen is 20.9%. How to make a mixture of liquid nitrogen and liquid oxygen higher (= liquid oxygen with higher oxygen concentration) (method 2 of the invention)

제1항에 있어서 청정 공기를 만드는 방법이 공기를 극저온으로 냉각하여 액화시켜 액체 질소와 액체 산소로 분리시킨 후 2개의 단열 용기에 각각 분리 보관하고 각각의 증발기구를 통해 일정한 비율로 증발시켜 공급되어지는 공기중의 산소 농도가 20.9%보다 더 높게 만드는 방법 (발명의 내용 중 방법3)According to claim 1, the method of making clean air is cooled to liquefied by cooling the air to cryogenic liquid and separated into liquid oxygen and then separately stored in two thermally insulated containers and evaporated at a constant rate through each evaporation mechanism is supplied How to make the oxygen concentration in the losing air higher than 20.9% (method 3 of the invention)

제1항에 있어서 공기를 극저온으로 냉각하여 액화시켜 액체 질소와 액체 산소로 분리시킨 후 액체 산소만을 단열 용기에 저장하거나 또는 순수한 액체 질소와 액체 산소를 제로베이스에서 다시 섞어 액체산소의 농도가 21%이상이 되도록 성분비를 조정한 청정 액체 공기를 만들어 방법 1에서와 같이 단열용기에 저장하고 증발 장치를 통해 증발시켜 미세 먼지를 제거하는 마스크 내부에 순수한 산소 또는 산소농도가 높은 청정공기(산소농도21%이상)를 추가로 공급하여 흡입하는 전체 공기중의 산소 농도가 20.9%보다 더 높게 청정 공기를 공급하는 방법 (발명의 내용 중 방법4)According to claim 1, the air is cooled to cryogenic liquefaction to separate the liquid nitrogen and liquid oxygen, and then stored only the liquid oxygen in the adiabatic container, or pure liquid nitrogen and liquid oxygen is mixed again in the zero base liquid oxygen concentration of 21% Clean air with high component ratio adjusted to an ideal ratio, stored in an insulated container as in Method 1, and evaporated through the evaporator to remove fine dust, and clean oxygen (oxygen concentration 21%) To supply clean air with higher oxygen concentration in the inhaled air than the additional 20.9% (method 4 of the invention)

제1항, 청구 7항에 있어서 공기를 극저온으로 냉각하기 전 미세먼지와 수분, 이산화탄소를 제거하여 청정 공기 또는 청정산소를 준비하는 방법 The method for preparing clean air or clean oxygen by removing fine dust, water and carbon dioxide before cooling the air to cryogenic temperature according to claim 1 or claim 7.

제1항, 제7항에 있어서 액체 공기를 저장하는 개인 휴대 저장용기는 외부로부터의 열 침입을 차단시키는 단열용기이며 내부의 액체가 단열용기 내부의 증발된 기체 압력에 의해 외부로 토출될 수 있도록 열려진 한 끝단이 단열용기의 바닥쪽에 위치하여 액체에 잠기고 다른 끝 단은 단열용기 외부로 연결되어진 액체 토출관, 단열용기내의 상부에는 단열 용기내의 기체의 압력이 과도하게 올라가지 않도록 일정 압력이 되면 외부로 직접 기체를 방출시키는 안전밸브와 연결된 기체 토출관이 형성되어 있는 구조로 구성된 공기 호흡 시스템.8. The portable storage container for storing liquid air according to claim 1 or 7, wherein the portable storage container is a heat insulating container that blocks heat intrusion from the outside, and the liquid inside can be discharged to the outside by the evaporated gas pressure inside the heat insulating container. One open end is located at the bottom of the insulated container and immersed in the liquid, and the other end is connected to the outside of the insulated container, and the upper part of the insulated container is outside when the pressure of the gas in the insulated container does not rise excessively. Air breathing system consisting of a gas discharge pipe connected to a safety valve for direct gas discharge.

제1항, 청구 7항에 있어서 액체 공기 또는 액체 산소를 저장하는 단열용기에서 증발되어 나오는 기체 공기 또는 산소를 유연한 재질의 튜브를 통하여 마스크에 공급하여 호흡할 수 있도록 구성한 공기 호흡 시스템 The air breathing system according to claim 1, wherein the gaseous air or oxygen evaporated from the insulated container for storing liquid air or liquid oxygen is supplied to the mask through a flexible tube for breathing.

청구 1항, 청구 7항에 있어서 단열 용기는 진공 단열이거나 또는 우레탄 등의 단열 재질로 용기를 감싸 단열 용기내의 액체 공기로부터 증발되는 기체 공기의 유량은 상온에서 분당 1리터에서 12리터 사이에서 조절가능하고 , 액체 산소로부터 증발되는 기체 산소의 유량은 상온에서 분당 180cc에서 2100cc 사이에서 조절 가능한 공기 호흡 시스템 According to claims 1 and 7, the insulating container is vacuum insulated or the flow rate of the gaseous air evaporated from the liquid air in the insulating container by wrapping the container with an insulating material such as urethane is adjustable between 1 liter and 12 liters per minute at room temperature. The flow rate of gaseous oxygen evaporated from liquid oxygen is adjustable between 180cc and 2100cc per minute at room temperature

청구11항에 있어서 기체 공기 또는 기체 산소 유량 조절은 단열 용기내의 기체 압력으로 토출되는 액체의 유량을 조절하는 밸브에 의한 공기 호흡 시스템 The air breathing system according to claim 11, wherein the gas air or gas oxygen flow rate regulation is a valve for regulating the flow rate of the liquid discharged to the gas pressure in the adiabatic container.

청구1항에 있어서 호흡용 마스크는 외부의 공기는 흡입되지 않고 연결된 튜브를 통해서만 청정 공기가 공급되는 구조의 마스크According to claim 1, the respiratory mask is a mask having a structure in which clean air is supplied only through a connected tube without inhaling outside air.

청구 7항에 있어서 미세 먼지 제거 마스크는 순수한 산소 또는 산소 농도 높은 공기를 공급하는 튜브의 끝단과 마스크는 분리와 결합이 가능하여 마스크가 오염된 경우 마스크를 교체할 수 있는 구조이며 튜브의 다른 한쪽 끝 단은 피톤치드 첨가장치 또는 증발장치에 연결되며 역시 분리와 결합이 가능하여 튜브가 파손된 경우 교체할 수 있는 구조의 공기 호흡 시스템 According to claim 7, the fine dust removal mask is the end of the tube to supply pure oxygen or oxygen-rich air and the mask can be separated and combined to replace the mask when the mask is contaminated, the other end of the tube The stage is connected to a phytoncide adder or evaporator and can also be separated and combined so that an air breathing system can be replaced if the tube is broken.

청구 1항, 청구 7항에 있어서 액체 공기 또는 액체 산소를 증발시키기 위한 증발장치가 모세관 형태의 긴 튜브인 구조를 갖는 공기 호흡시스템 The air breathing system according to claim 1, wherein the evaporator for evaporating liquid air or liquid oxygen is a long tube in the form of a capillary tube.

청구 7항에 있어서 액체 산소 또는 액체 공기를 증발시키기 위한 증발장치가 별도로 없고 단열용기 벽면을 통해 들어오는 열량만으로 필요한 증발량을 감당하는 공기 호흡시스템The air breathing system of claim 7, wherein there is no separate evaporator for evaporating liquid oxygen or liquid air, and the air breathing system can cover the required amount of evaporation only by the heat input through the wall of the insulation container.

청구 1항, 청구 7항에 있어서 단열 용기 내에 액체 공기 또는 액체 산소 주입은 단열 용기 상부에 설치된 기체 토출관과 연결된 액체 주입구를 통해 이루어지며 이 주입구는 외부에서 액체는 주입가능하나 역방향으로의 유동은 방지하는 일방향 체크 밸브 구조의 특징을 갖는 공기 호흡시스템 According to claim 1 and claim 7, the injection of liquid air or liquid oxygen into the insulated container is made through a liquid inlet connected to the gas discharge pipe installed in the top of the insulated container, which can inject liquid from the outside but the flow in the reverse direction Air breathing system characterized by one-way check valve construction to prevent

청구 6항에 있어서 하나의 액체 주입구로 액체 산소와 액체 질소를 각각 주입할 수 있도록 삼방밸브가 산소 기체토출관 및 질소 기체토출관과 연결되어 액체 산소 주입시에는 액체 주입구와 산소 기체토출관이 통하고, 액체 질소 주입시에는 액체 주입구와 질소 기체토출관이 통하고, 호흡기 사용시에는 산소 기체토출관과 질소 기체토출관이 통하여 안전밸브와 연결되도록 한 구조를 갖는 공기 호흡시스템 According to claim 6, the three-way valve is connected to the oxygen gas discharge pipe and nitrogen gas discharge pipe so as to inject liquid oxygen and liquid nitrogen into one liquid injection port, respectively, and the liquid injection port and the oxygen gas discharge pipe pass through the liquid oxygen injection port. When the liquid nitrogen is injected, the liquid inlet port and the nitrogen gas discharge pipe pass through, and when using the respirator, the air breathing system has a structure that is connected to the safety valve through the oxygen gas discharge pipe and the nitrogen gas discharge pipe.

청구 1항, 청구 7항에 있어서 호흡용 마스크 또는 미세먼지 제거 마스크에 공급되는 공기의 산소 농도는 20.9%이상이고 60% 미만인 공기 호흡시스템The air respiratory system according to claims 1 and 7, wherein the oxygen concentration of the air supplied to the respiratory mask or the fine dust removal mask is not less than 20.9% and less than 60%.

청구 1항, 청구 7항에 있어서 만성폐쇄성폐질환(COPD) 환자용을 위한 공기 호흡시스템은 호흡용 마스크에 공급되는 공기의 산소농도가 90% 이상인 공기 호흡시스템
The air respiratory system for patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) according to claims 1 and 7, wherein the air respiratory system has an oxygen concentration of 90% or more of the air supplied to the respiratory mask.