Abstract
It's possible for a human to breathe under water, but the amount of dissolved oxygen in the water is small and a large amount of water is necessary to obtain sufficient dissolved oxygen from water. So, large separation system with large water pumps, having large surface areas, and large battery sources are needed. Exhalation gases are used to solve this problem. Theses gases contain some oxygen, nitrogen, and carbon dioxide; they contain less oxygen and more carbon dioxide compared to air. Therefore, reduction of the amount of carbon dioxide is necessary. If exhalation gases are employed appropriately, the separation device can be made more compact. Inlet water mixed with exhalation gases is supplied into the separation device, and dissolved gases are separated from the mixed water as it passes through the device. The inlet part of a typical separation system with a water delivery pump before the membrane module has more than one atmosphere. Hence, a compressor is used to mix the exhalation gases. In this study, the pressure at the inlet due to the use of a suction pump after the membrane module was less than one atmosphere; hence, compressors were not required. Separation characteristics were studied using a separation device without a compressor. The use of exhalation gases led to an increase in the amount of dissolved gases being separated. As the amount of inlet exhalation gases was increased, the separation of dissolved gases was increased as well.
물속의 용존산소를 이용하면 물고기가 아가미를 이용하여 호흡하듯이 사람이 수중에서 호흡이 가능하지만, 물속에 포함된 용존산소의 양이 적기 때문에 필요한 산소량을 확보하는 문제가 해결되어야 한다. 우선 물의 유량을 증가시켜 분리되는 산소량을 증가하는 것이 가능하지만, 필요한 펌프와 멤브레인 그리고 주변기기의 용량 증가로 분리장치의 부피와 무게 그리고 소요비용도 함께 증가하게 된다. 이러한 문제를 효과적으로 해결하기 위해 많은 양의 산소를 포함하는 날숨의 특성을 이용하면 필요한 산소량을 효과적으로 확보할 수 있다. 일반적으로 날숨에 포함된 산소량은 공기보다 낮고, 이산화탄소 량은 공기보다 많은 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 용존기체 분리장치의 입력 단에 날숨을 혼합한 후, 용존기체 분리장치에서 산소를 포함하는 용존기체를 재분리하는 과정을 거치며, 이때, 입력단에 설치된 수중펌프의 동작으로 수압이 증가하므로, 이러한 수압을 갖는 물에 날숨을 혼합하기 위해서는 압축기가 요구되므로 분리장치의 무게와 부피 그리고 소비 전력이 증가하게 된다. 본 연구에서는 입력단의 압력을 감소시킴으로써 압축기를 사용하지 않고도 날숨을 물에 혼합하는 구조를 갖는 것이 특징이다. 실험을 통해 압축기를 사용하지 않고 날숨이 입력단의 물에 혼합되는 것이 가능함을 제시하였으며, 날숨이 입력단에 공급된 후 분리장치를 통해 분리된 기체의 분리특성을 제시하였다. 날숨을 사용함으로써 용존기체의 분리량이 크게 증가하였으며, 공급되는 날숨의 유량이 증가하면 분리되는 용존 기체의 양도 증가하였다.
