특허 개요
본 특허는 공기 유입구에는 양압을, 산소 또는 질소 유출구에는 음압을 동시에 인가해 가스 분리 효율을 높이는 가스 제공 장치입니다. 가스 분리부는 중공사 다발 또는 나권형 분리막으로 구현될 수 있고, 제1 컴프레셔와 제2 컴프레셔가 각각 유입측·유출측 압력을 조절하며, 재순환 여부에 따라 제어부가 압력을 낮추는 방식으로 동작합니다.
- 핵심 기능
먼저 제1 컴프레셔로 공기 유입구에 양압을 주고, 동시에 제2 컴프레셔로 유출구에 음압을 주어 가스 분리부의 압력차와 압력비를 높입니다. 그 결과 산소 농축가스 또는 질소 농축가스의 유량과 순도를 높이고, 재유입이 확인되면 압력을 조정해 분리 조건을 안정화합니다.
- 차별 강점
기존 방식은 높은 유량과 높은 순도를 함께 얻기 위해 큰 컴프레셔 용량이 필요하거나 소음과 소형화에서 제약이 있었습니다. 본 특허는 유입측 양압과 유출측 음압을 함께 쓰는 구조로 이러한 부담을 줄이면서 분리 성능을 높이도록 설계된 점이 차별적입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 가스 분리막, 압력 제어, 재순환 제어가 필요한 식품 저장, 호흡 가스 공급, 공기 정화, 실내 공조 분야에 활용 가능하며, 압력비 제어형 분리 시스템 연구로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 식품 저장고 질소 보존 장치, 산소 공급 장치, 공기정화기, 에어컨, 침대, 안마기기, 헬멧, 자전거 등 농축가스가 필요한 제품군으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
15cm 중공사 40가닥 가스 분리부를 대상으로, 제1 컴프레셔만 사용하는 비교예와 제1·제2 컴프레셔를 함께 쓰는 실험예를 비교해 공기 유량, 질소 유량, 질소 농도, 산소 농도, 유량 효율을 측정했습니다. 다만 실제 제품 수준의 소음, 내구성, 에너지 소비, 시스템 통합 성능은 아직 별도 검증이 필요합니다.
- 시료: 15cm 중공사 40가닥 가스 분리부
- 비교군: 제1 컴프레셔만 적용한 비교예
- 구동 조건: 공기 압력 2～10barg, 투과 압력 0 또는 -0.5barg
현재 성과
공기 유입구에 양압을, 유출구에 음압을 동시에 인가하면 분리부의 압력차가 커져 질소 농도와 유량 효율이 함께 개선됩니다. 실험 조건에서는 5barg, 투과 압력 -0.5barg에서 질소 농도 97.1%가 확인되었고, 7barg 조건에서는 질소 농도 > 99.9%도 확인되었습니다.
15cm 중공사 40가닥 분리부를 사용해 비교예와 실험예를 나누고, 공기 압력과 투과 압력을 달리하며 성능을 측정했습니다. 또한 30L 식품 저장고 가정에서 질소 농도 달성 시간을 비교해 재순환 및 압력 제어의 효과를 확인했습니다.
기존 기술은 분리막 성능 향상과 소형화, 소음 저감을 동시에 달성하기 어려웠지만, 본 특허는 유입측과 유출측을 함께 제어하는 구조를 통해 이를 개선합니다. 특히 재유입 여부에 따라 압력을 낮추는 제어부까지 포함해 운전 조건을 동적으로 조절하는 점이 독창적입니다.
상용화까지 남은 부분
실제 제품 수준의 소음, 내구성, 에너지 소비에 대한 실측 검증
상용 분리막 모듈과의 조합 최적화 및 시스템 통합 검증
식품 저장고용과 의료용 산소 공급용에 필요한 인증 요건과 적용 사양 정리
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
가스 제공 장치 및 그 동작방법 (산소/질소 분리 장치)
Apparatus for Providing Gas and the Operating Method thereof
10-2019-0038644 (2019.01.01)
10-2229346
이영무 (한양대학교 산학협력단), 이원희 (한양대학교 산학협력단), 성종근 (한양대학교 산학협력단), 김주성 (한양대학교 산학협력단)
한양대학교 산학협력단