JP7250293B2 - モジュール型酸素発生器 - Google Patents

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Description

本発明は、酸素発生器に関するものであり、より詳細には、複数個の酸素捕執タンクを具備したタンクアセンブリ及びその上部と下部にそれぞれ配置される配管アセンブリで構成されるモジュール型酸素発生器に関するものである。
酸素発生器は、化学反応または空気で酸素を分離する方式などによって酸素を生成する装置として今日の産業用、医療用、家庭用など多くの分野でたくさん使われている。図１は、従来の酸素発生器の構造を概略的に示したものであり、空気で酸素を分離する圧力スイング吸着(ＰＳＡ)方式を使用する例示的構造を示す。酸素発生器は圧縮空気を供給する空気タンク１、空気タンク１から供給を受けた空気で窒素と酸素を分離する二つの酸素捕執タンク２、３、及び酸素捕執タンクで生成された酸素を貯蔵する酸素タンク４を含む。
酸素捕執タンク２、３は、ゼオライトのような吸着剤を含んでおり、圧力によって空気中の窒素が吸着剤に吸着される原理を利用して酸素を分離及び濃縮する。バルブ(Ｖ１)とバルブ(Ｖ３)を開放して空気タンク１で圧縮空気が配管(Ｐ１)を通じて第１酸素捕執タンク２に供給されるようにする。空気が第１酸素捕執タンク２を通過することによって窒素が吸着剤に吸着され、酸素が酸素タンク４に排出される。
第１酸素捕執タンク２の吸着剤に窒素が充分に吸着されるとバルブ(Ｖ２)を開放して空気が第２酸素捕執タンク３に供給されるようにする。バルブ(Ｖ３)は第２酸素捕執タンク３から酸素タンク４に酸素が排出されるように転換され、これによって第２酸素捕執タンク３で窒素が吸着剤に吸着されて酸素が酸素タンク４に排出されるようになる。この時、第１酸素捕執タンク２ではクリーニング工程が遂行される。すなわち、バルブ(Ｖ１)を切り替えて、吸着剤に吸着された窒素が第１酸素捕執タンク２外部に排出されるようにする。このために第１酸素捕執タンク２の圧力を減圧させ、バルブ(Ｖ４)を一部開放して第２酸素捕執タンク３で生成されている酸素中で一部をパージガスとして第１酸素捕執タンク２に注入することで窒素を迅速に排出するようにする。
このように従来の酸素発生器では一対の酸素捕執タンクを設けて、一つの捕執タンクで酸素を生成する間に他の一つはクリーニングをする工程を相互に繰り返すことで酸素を継続的に生成する。
ところで、このような従来の酸素発生器によれば、酸素発生器装置を作動させた後十分な高濃度酸素を供給するまでの時間、すなわち、ウオーミングアップ時間が長くかかる短所がある。装置の作動開示直後には空気中の酸素濃度、すなわち、おおよそ２０％濃度の酸素が酸素捕執タンク２、３から排出され、その後時間が経つによって排出される酸素の濃度が徐徐に増加して高濃度酸素を排出するようになる。従来の酸素発生器の場合このようなウオーミングアップ時間が数十分乃至１時間ほど必要となるので、この時間の間には必要な酸素を充分に使用することができない問題がある。
また、従来の酸素発生器の場合容量が大きくなるほど酸素発生器の装置嵩と重さが大きく増加するので、設置空間をたくさん占めて設置及び維持補修が容易でない問題点もある。
本発明の一実施例によれば、従来に比べてウオーミングアップ時間を大幅に減らすことができる酸素発生器を提供する。
本発明の一実施例によれば、クリーニング中の酸素捕執タンクにパージガスとして供給する酸素のために各酸素捕執タンクが負担しなければならない酸素生産量を減らすことで、酸素捕執タンクにかかる負荷を従来対比大きく減少することができる酸素発生器を提供する。
また、本発明の一実施例によれば酸素捕執タンクアセンブリの上部と下部にそれぞれ設置される配管をマニホールドやブロックで一体化して構成することで、配管の複雑性を解消して供給流量及び流速を安定化することができる酸素発生器を提供する。
本発明の一実施例によれば、モジュール型酸素発生器として、複数のタンクが結合されたタンクアセンブリと、前記タンクアセンブリの下部に配置されて前記タンクアセンブリに空気を供給して窒素を排出する配管を具備した下部配管アセンブリと、及び前記タンクアセンブリの上部に配置されて前記タンクアセンブリで生成される酸素を排出する配管を具備した上部配管アセンブリと、を含み、前記タンクアセンブリは、それぞれが一対の酸素捕執タンクでなされた複数個のベッドと、前記酸素捕執タンクに供給する空気を貯蔵する空気タンクと、及び前記酸素捕執タンクから酸素の供給を受けて貯蔵する酸素タンクと、を含み、前記下部配管アセンブリは、前記空気タンクから前記酸素捕執タンクのそれぞれに空気を供給する空気供給流路及び前記酸素捕執タンクのそれぞれで生成される窒素を外部に排出する窒素排出流路が内部に形成されたマニホールドと、及び前記ベッドの個数程度前記マニホールドに結合されて各ベッドの一対の酸素捕執タンクと前記空気供給流路及び窒素排出流路の間を開閉する複数個の第１バルブと、を含むことを特徴とするモジュール型酸素発生器を提供する。
本発明の一実施例によれば、前記マニホールドが、前記マニホールド内部で互いに並んで配置された第１乃至第３流路と、前記マニホールドの上部面に形成されて各ベッドの一対の酸素捕執タンクのそれぞれと連通するように形成された第１及び第２上部開口部と、及び前記マニホールドの下部面に前記ベッドの個数程度形成されて複数の開口部でなされた下部開口部領域と、を含み、前記下部開口部領域のそれぞれは、前記第１乃至第３流路のそれぞれと連通する第１乃至第３下部開口部と、及び前記第１及び第２上部開口部とそれぞれ連通する第４及び第５下部開口部と、を含むことを特徴とするモジュール型酸素発生器を提供する。
本発明の一実施例によれば、前記上部配管アセンブリが、前記タンクアセンブリの上部に前記ベッドの個数程度設置される配管ブロックを含み、それぞれの前記配管ブロックは、前記ベッドの一対の酸素捕執タンクのそれぞれと連通する第１貫通口、それぞれの第１貫通口に設置された逆止弁、及び第１貫通口を連結する第１連結流路を含む下部ブロックと、前記下部ブロックの上部に配置され、前記第１貫通口を連結する第２連結流路を含む上部ブロックと、及び前記第１連結流路を開閉するように動作する第２バルブと、を含み、前記各配管ブロックの上部ブロックらどうしお互いに連通されていることを特徴とするモジュール型酸素発生器を提供する。
本発明の一実施例によれば、酸素捕執タンクの体積を減らすことで従来に比べてウオーミングアップ時間を大幅に減らすことができる利点がある。
本発明の一実施例によれば、酸素捕執タンクアセンブリの上部と下部にそれぞれ設置される配管をマニホールドやブロックで一体化して構成することで、配管の複雑性を解消して供給流量及び流速を安定化することができる。
本発明の一実施例によれば、生成しなければならない酸素量が多くなっても従来対比小さな容量の酸素捕執タンクを使用することができるので、酸素捕執タンクの全体体積を減少させる利点がある。また、酸素生産容量を増加させる場合本発明のモジュール型酸素発生器を複数個並列で引き続き付けて設置すれば良いので設置が簡単で維持補修も簡便な利点がある。
図１は従来の酸素発生器を説明するための図面である。 図２は本発明の一実施例によるモジュール型酸素発生器を説明するための図面である。 図３は本発明のモジュール型酸素発生器の下部構造を説明するための図面である。 図４は一実施例によるモジュール型酸素発生器の斜視図である。 図５は一実施例によるモジュール型酸素発生器の正面図である。 図６は一実施例によるモジュール型酸素発生器の背面図である。 図７は一実施例によるモジュール型酸素発生器の上面図である。 図８は一実施例によるモジュール型酸素発生器の底面図である。 図９は一実施例によるモジュール型酸素発生器の分解斜視図である。 図１０は一実施例によるモジュール型酸素発生器の下部配管アセンブリのマニホールドの斜視図である。 図１１は一実施例によるマニホールドの他の観点から見た斜視図である。 図１２は図１０のＡ－Ａ’線に沿って切断した断面図である。 図１３は図１０のＢ－Ｂ’線に沿って切断した断面図である。 図１４は一実施例による下部配管アセンブリの動作を説明するための図面である。 図１５は一実施例によるモジュール型酸素発生器の上部配管アセンブリの斜視図である。 図１６は図１５のＣ－Ｃ’線に沿って切断した断面図である。 図１７は一実施例によるモジュール型酸素発生器の効果を説明するための図面である。
以上の本発明の目的ら、他の目的ら、特徴ら及びこの点らは添付された図面と関連される以下の望ましい実施例らを通じて易しく理解されるであろう。しかし、本発明はここで説明される実施例らに限定されないで他の形態で具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介される実施例らは開示された内容が徹底で完全になることができるように、そして当業者に本発明の思想が充分に伝達されるようにするために提供されるものである。
本明細書で、ある構成要素が異なる構成要素の“上”(または、“下”、“右側”、または“左側”)にあると言及される場合にそれは、他の構成要素の上(または下、右側、または左側)に直接位置されることができるか、またはそれらの間に第３の構成要素が介されることもできるということを意味する。また、図面らにおいて、構成要素らの厚さは技術的内容の効果的な説明のために誇張されたものである。
また、本明細書で構成要素間の位置関係を説明するために使われる‘上部(上)’、‘下部(下)’、‘左側’、‘右側’、‘前面’、‘後面’などの表現は絶対的期準としての方向や位置を意味しないし、各図面を参照して本発明を説明する時に該当図面を基準で説明の便宜のために使われる相対的表現であることがある。
本明細書で第１、第２などの用語が構成要素らを記述するために使われた場合、これら構成要素らがこのような用語によって限定されてはいけない。これら用語らは単に構成要素を他の構成要素と区別させるために使われただけである。ここに説明されて例示される実施例らはそれの相補的な実施例らも含む。
本明細書で、単数型は文具で特別に言及しない限り複数形も含む。明細書で使われる‘含む(comprise)'及び/または‘含む(comprising)'は言及された構成要素は一つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除しない。
以下、図面を参照して本発明を詳しく説明するようにする。下の特定実施例らを記述するにおいて、さまざまの特定的な内容らは発明をさらに具体的に説明して理解を助けるために作成された。しかし、本発明を理解することができる程度にこの分野の知識を有している読者は、このようなさまざまの特定的な内容がなくても使われることができるということを認知することができる。ある場合には、発明を記述するにおいて、よく知られた発明と大きく関係ない部分らは本発明を説明するにおいて混沌を阻むために記述しないことをあらかじめ言及しておく。
図２は、本発明の一実施例によるモジュール型酸素発生器を説明するための図面であり、説明の便宜のために、酸素発生器の中で酸素捕執タンク、空気タンク、及び酸素タンクとこれらの間を連結する配管とバルブのみを図式で示した。
図面を参照すれば、一実施例によるモジュール型酸素発生器は、一対の酸素捕執タンクでなされたベッド(Ｂ)を複数個連結して具現されることができる。図示した実施例で最も左側の一対の酸素捕執タンク(Τ１、Τ２)が一番目のベッド(Ｂ１)を構成する。図面に表記しなかったが、その横の一対の酸素捕執タンク(Τ３、Τ４)が二番目のベッドを構成し、また、その横の一対の酸素捕執タンク(Τ５、Τ６)が三番目のベッドを構成する。すなわち、図示した実施例の酸素発生器は５個のベッドで構成されていることを理解するであろう。図示した実施例で酸素発生器が５個のベッド（Ｂ）で構成されるものの、これは例示的な実施例であり実際の実施形態によってベッドの個数が変わることができることは勿論である。
図示したモジュール型酸素発生器の一番目のベッド(Ｂ１)を基準で説明すると、ベッド(Ｂ１)は第１酸素捕執タンク(Ｔ１)、第２酸素捕執タンク(Ｔ２)で構成され、ベッド(Ｂ１)と空気タンク(ＴＡ)及び酸素タンク(Ｔ０)の間を連結する複数の配管とバルブと、を含む。
空気タンク(ＴＡ)は酸素捕執タンク(Τ１、Τ２)に供給する空気を貯蔵して必要によって空気を酸素捕執タンク(Τ１、Τ２)に供給する。第１及び第２酸素捕執タンク(Τ１、Τ２)は空気タンク(ＴＡ)から空気をそれぞれ相互に供給を受けて空気で酸素を分離することで酸素を生成する。一実施例で各酸素捕執タンク(Τ１、Τ２)はゼオライトのような窒素吸着剤で充填され、空気が酸素捕執タンク(Τ１、Τ２)を通過する時に窒素成分が吸着されることで酸素が分離されて酸素を生成することができる。
空気タンク(ＴＡ)から酸素捕執タンク(Τ１、Τ２)への空気供給のために配管がそれぞれ連結されていて流体流れを制御するバルブ(Ｖ１１、Ｖ１２)が配置される。第１供給バルブ(Ｖ１１)は空気タンク(ＴＡ)と第１酸素捕執タンク(Ｔ１)との間の配管の開閉を制御して第２供給バルブ(Ｖ１２)は空気タンク(ＴＡ)と第２酸素捕執タンク(Ｔ２)との間の配管の開閉を制御する。
空気タンク(ＴＡ)からの空気供給が中断された状態で酸素捕執タンク(Τ１、Τ２)は、タンク内部の窒素を外部に排出することができる。例えば、第１酸素捕執タンク(Ｔ１)をクリーニングする場合第１酸素捕執タンク(Ｔ１)で外部に窒素を排出するようにバルブ(Ｖ１１)が転換され、これと同時に第２酸素捕執タンク(Ｔ２)に空気が流入されるようにバルブ(Ｖ１２)が転換されることができる。
それぞれの酸素捕執タンク(Τ１、Τ２)で生成される酸素は、酸素タンク(Ｔ０)に排出される。例えば、第１酸素捕執タンク(Ｔ１)で酸素を捕執して第２酸素捕執タンク(Ｔ２)をクリーニングする場合第１排出バルブ(Ｖ１３)を開放して第２排出バルブ(Ｖ１４)を閉鎖する。これによって、第１酸素捕執タンク(Ｔ１)で生成される酸素が第１排出バルブ(Ｖ１３)を通過して酸素タンク(Ｔ０)に供給されることができ、この時第２酸素捕執タンク(Ｔ２)の窒素は第１供給バルブ(Ｖ１２)を通じて外部に排出される。
また、この時二つの酸素捕執タンク(Τ１、Τ２)を連結するバイパス経路に設置されたバルブ(Ｖ１５)を一部開放し、第１酸素捕執タンク(Ｔ１)の一部酸素を第２酸素捕執タンク(Ｔ２)に供給しパージガスとして機能するようにできる。
一実施例で酸素発生器は、上述した第１ベッド(Ｂ１)と同一または類似なベッド(Ｂ)を複数個含む。望ましくは、酸素発生器は複数個のベッド(Ｂ）が並列で連結されて構成される。すなわち、各ベッド(Ｂ)の酸素捕執タンク(Ｔ１乃至Ｔ１０)が空気タンク(ＴＡ)と酸素タンク(Ｔ０)にそれぞれ連結される。
このような構成で、各ベッド(Ｂ)の第１酸素捕執タンクと第２酸素捕執タンクがそれぞれ相互に酸素捕執とクリーニング動作を遂行するが、複数個のベッド(Ｂ)の間には少しの時間差を置いて動作することがある。例えば、第１ベッド(Ｂ１)の第１及び第２酸素捕執タンク(Τ１、Τ２)間の酸素捕執とクリーニング動作が転換される時第２乃至第５ベッド(Ｂ２-Ｂ５)ではそれぞれの第１酸素捕執タンク(Τ３、Τ５、Τ７、Τ９)が酸素捕執動作を遂行し、第２ベッド(Ｂ２)の第１及び第２酸素捕執タンク(Τ３、Τ４)間の酸素捕執とクリーニング動作が転換される時第１及び第３乃至第５ベッド(Β１、Β３-Β５)でそれぞれの第１酸素捕執タンク(Τ１、Τ５、Τ７、Τ９)が酸素捕執動作を遂行し、このような方式で各ベッド内の第１及び第２酸素捕執タンク間の動作転換時に残りベッドでは第１または第２酸素捕執タンクが酸素捕執動作を遂行するように制御することができる。
このように図示した実施例のように一対の酸素捕執タンクを具備したベッドを複数個連結してモジュール型酸素発生器を構成することで、従来酸素発生器に比べて装置嵩を顕著に減らすことができる。例えば、１Nm３/h容量のベッド(Ｂ）を５個連結して５Nm３/hモジュール型酸素発生器を構成した場合、図１のように一対の酸素捕執タンクだけ有する従来の５Nm３/h容量酸素発生器に比べて装置嵩を１/１０以上減らすことができ、酸素捕執タンクの体積を減らすことで従来に比べてウォーミング業時間を大幅に減らすことができる利点がある。
また、図１の場合、第１及び第２酸素捕執タンク２、３間の動作転換をする場合例えば、第１酸素捕執タンク２への空気供給を中断して第２酸素捕執タンク３に空気供給を切り替える瞬間酸素生成が一時的に減るか、または中断されるために、酸素タンクで測定される圧力が急激に減少してから増加する。しかし、本発明の実施例によれば、各複数個のベッド(Ｂ)を具備して一つのベッドで第１及び第２酸素捕執タンク間の動作を切り替える時に残りベッドらでは第１または第２酸素捕執タンクで酸素捕執動作を遂行するため、任意の一時点で一つのベッドのみで動作転換が起きるので酸素タンクの圧力変化が大きくならず持続的で安定的な酸素供給が可能になる。
図３は、上述した図２の酸素発生器を具現した試製品の下部構造を示す。図示した製品は、５*２配列で配置された１０個の酸素捕執タンク(Ｔ１乃至Ｔ１０)を含んで酸素捕執タンクの上部と下部に複数のバルブと配管が設置されている。
図２を参照して説明したように本発明の酸素発生器構成によれば、全体装置嵩を大きく減少させて酸素を持続的で安定的に生成することができる利点があるが、酸素捕執タンク(Ｔ１乃至Ｔ１０)上部と下部に多くのバルブと配管が連結されて設置されなければならない。例えば、酸素捕執タンク下部の場合タンク一つごとに一つずつバルブ(Ｖ１１乃至Ｖ５２)が必要で各バルブごとに３個ずつ配管が連結されているので、１０個の酸素捕執タンク(Ｔ１乃至Ｔ１０)下部に少なくとも１０個のバルブと３０個の配管が連結されなければならない。
したがって、図３に見られるように、酸素捕執タンク(Ｔ１乃至Ｔ１０)が嵩が減った反面その下部に多くの数のバルブと配管が設置されていて装置が複雑で維持補修の難しさが発生する問題がある。
図４乃至図１７は、この問題を解決することができる望ましい一実施例によるモジュール型酸素発生器を示す。
図４は、望ましい一実施例によるモジュール型酸素発生器の斜視図であり、図５乃至図８はモジュール型酸素発生器の正面図、背面図、上面図及び底面図をそれぞれ示す。
図面を参照すれば、一実施例によるモジュール型酸素発生器はタンクアセンブリ１０、タンクアセンブリ１０の下部に配置される下部配管アセンブリ２０、及び上部に配置される上部配管アセンブリ３０を含む。
タンクアセンブリ１０は、複数個の酸素捕執タンク１００、一つの空気タンク(ＴＡ)、及び一つの酸素タンク(Ｔ０)を含むことができる。図示した実施例では一対の酸素捕執タンクで構成されたベッドを５個連結して総１０個の酸素捕執タンク１００が５*２配列で構成された例示だった。しかしベッドの個数は具体的実施形態によって変わることができることは勿論である。
図示した実施例では、第１ベッドは第１酸素捕執タンク(Ｔ１)と第２酸素捕執タンク(Ｔ２)を含み、第２ベッドは第３酸素捕執タンク(Ｔ３)と第４酸素捕執タンク(Ｔ４)を含み、第３ベッドは第５酸素捕執タンク(Ｔ５)と第６酸素捕執タンク(Ｔ６)を含み、第４ベッドは第７酸素捕執タンク(Ｔ７)と第８酸素捕執タンク(Ｔ８)を含み、第５ベッドは第９酸素捕執タンク(Ｔ９)と第１０酸素捕執タンク(Ｔ１０)を含む。
下部配管アセンブリ２０はタンクアセンブリ１０の下部に配置されてタンクアセンブリ１０で空気を供給して窒素を排出する流路及びバルブを含む。一実施例で下部配管アセンブリ２０は内部に複数の流路が形成されたマニホールド２００及びマニホールド２００の下部面に付着された複数個のバルブ２５０で構成されることができる。下部配管アセンブリ２０に対しては図１０乃至図１５を参照して後述することにする。
上部配管アセンブリ３０は、タンクアセンブリ１０の上部に配置されてタンクアセンブリ１０で生成される酸素を排出する流路とバルブを含む。一実施例で上部配管アセンブリ３０はタンクアセンブリ１０の上部にベッドの個数程度設置される配管ブロック３００を含み、それぞれの配管ブロック３００は内部に一つ以上ずつの流路がそれぞれ形成された複数個の下部ブロック(３１０)、中間ブロック３２０、上部ブロック３３０、及びバルブ３４０で構成されることができる。また、複数個の配管ブロック３００は一つの連結ブロック３５０によって連結されることができる。上部配管アセンブリ３０に対しては図１６及び図１７を参照して後述することにする。
図示した実施例で外部の空気は、空気流入口４１１を通じてモジュール型酸素発生器に供給される。空気流入口４１１に供給される空気はＵ字型配管４１３を通過して空気タンク(ＴＡ)の上部に供給される。空気タンク(ＴＡ)に貯蔵された空気は下部配管アセンブリ２０のマニホールド２００内部で分岐されて各酸素捕執タンク１００に供給されることができる。
酸素捕執タンク１００で生成される酸素は、上部配管アセンブリ３０の連結ブロック３５０及びこれに連結された酸素移送管４２１を通過して酸素タンク(Ｔ０)に供給される。酸素タンク(Ｔ０)に集まった酸素は排出管４２３、４２５、４２７を通じて外部に供給されることができる。
一方、酸素捕執タンク１００のクリーニング動作によって酸素捕執タンク１００で排出される窒素は下部配管アセンブリ３０のマニホールド２００内部に集まった後排出管４３１、４３５を通じて外部に排出されることができる。
図９は、一実施例によるモジュール型酸素発生器の分解斜視図であり、タンクアセンブリ１０、下部配管アセンブリ２０、及び上部配管アセンブリ３０で分離された姿を示し、説明の便宜のために空気、酸素、及び窒素流入管と排出管４１１、４１３、４２３、４２５、４２７、４３１、４３５を略した。
前述したようにタンクアセンブリ１０は５個のベッドを含み、各ベッドは一対の酸素捕執タンク(Τ１、Τ２；Τ３、Τ４；Τ５、Τ６；Τ７、Τ８；Τ９、Τ１０)で構成される。各ベッドで一対の酸素捕執タンクは上部連結板１１０及び下部連結板１３０に締結されて一体で結合され、複数ベッドは上部連結板１１０らを連結する上部連結フレーム１２０及び下部連結板１３０らを連結する下部連結フレーム１４０に締結されることで全体ベッドが一体で結合される。
酸素捕執タンク上部に結合されたそれぞれの上部連結板１１０は、酸素捕執タンクと上部配管アセンブリ３０が連通することができるように貫通口１１１、１１２を含み、空気タンク(ＴＡ)と酸素タンク(Ｔ０)に結合された上部連結板１１０も貫通口１１５、１１６を含む。
同じく、図面に示さなかったが酸素捕執タンク下部に結合されたそれぞれの下部連結板１３０は酸素捕執タンクと下部配管アセンブリ２０が連通することができるように貫通口を含み、空気タンク(ＴＡ)と酸素タンク(Ｔ０)に結合された下部連結板１３０も貫通口を含む。
これから図１０乃至図１３を参照して下部配管アセンブリ２０のマニホールド２００の例示的構造を説明することにする。図１０と図１１は、下部配管アセンブリ２０のマニホールド２００をそれぞれ他の観点から見た斜視図であり、図１２は図１０のＡ－Ａ’線に沿って切断した断面図であり、そして、図１３は図１０のＢ－Ｂ線に沿って切断した断面図である。
図面らを参照すれば一実施例によるマニホールド２００は長いブロック形状を有する。マニホールド２００は長さ方向に沿って内部でお互いに並んで配置された３個の流路、即ち、第１乃至第３流路２１１、２１２、２１３を含む。一実施例で第１及び第２流路２１１、２１２は酸素捕執タンク１００に排出される窒素を集めて外部に排出する窒素排出流路として可能で、第３流路２１３は酸素捕執タンク１００に酸素を供給する酸素供給流路として機能することができる。
図１０及び図１１に示したようにマニホールド２００の上部面には複数の開口部２０１、２０２、２０３、２０４が形成されている。第１及び第２開口部２０１、２０２はタンクアセンブリ１０の各ベッドの一対の酸素捕執タンクのそれぞれと連通するためのものであり、各酸素捕執タンク１００と整列される位置に形成される。
図示した実施例の場合１０個の酸素捕執タンク１００を具備するのでマニホールド２００の上部面に１０個の開口部２０１、２０２が形成されている。例えば、５個の第１開口部２０１はそれぞれ第１乃至第５ベッドの一番目の酸素捕執タンク(Τ１、Τ３、Τ５、Τ７、Τ９)それぞれ連結されて５個の第２開口部２０２はそれぞれ第１乃至第５ベッドの二番目の酸素捕執タンク(Τ２、Τ４、Τ６、Τ８、Τ１０)とそれぞれ連結されることができる。
マニホールド２００の上部面に形成された第３開口部２０３は空気タンク(ＴＡ)と連通するためのものであり、空気タンク(ＴＡ)と整列される位置に形成される。一実施例で第３開口部２０３と第３流路２１３がマニホールド２００内部で連通するように構成される。
マニホールド２００の上部面に形成された第４開口部２０４は酸素タンク(Ｔ０)と連通するためのものであり、酸素タンク(Ｔ０)と整列される位置に形成される。図１０に示したように第４開口部２０４と隣接したマニホールド２００の側面に側面開口部２０５が形成されており、第４開口部２０４と側面開口部２０５がマニホールド２００内部でお互いに連通するように構成される。すなわち、酸素タンク(Ｔ０)で排出される酸素が第４開口部２０４を通じてマニホールド２００内部に流入された後側面開口部２０５を通じて直ちに外部に排出されるように構成される。
これから図１４を参照して下部配管アセンブリ２０の動作を説明することにする。図１４は一対の酸素捕執タンク(Τ１、Τ２)で構成された第１ベッドの下部とその下に結合された下部配管アセンブリ２０の断面を図式的に示した。
図面を参照すれば、一対の酸素捕執タンク(Τ１、Τ２)を連結する下部連結板１３０の下部にマニホールド２００が付着される。第１酸素捕執タンク(Ｔ１)は下部連結板１３０の第１貫通口１３１を通じてマニホールド２００上部面の第１開口部２０１と連通する。第２酸素捕執タンク(Ｔ２)は下部連結板１３０の第２貫通口１３２を通じてマニホールド２００上部面の第２開口部２０２と連通する。
マニホールド２００の下部面にはバルブ２５１が付着される。バルブは例えば、ソレノイドバルブが使われることができるが、これに限定されるものではない。また、説明の便宜のためにバルブを制御する電線など細部的構成要素を略した。バルブ２５１は第１及び第２開口部２０１、２０２と第１乃至第３流路２１１、２１２、２１３の間を連結するか、または閉鎖するように動作する。
一実施例で、第１酸素捕執タンク(Ｔ１)が酸素を生成して第２酸素捕執タンク(Ｔ２)がクリーニング動作を遂行している時、バルブ２５１の動作によって、第１開口部２０１と第３流路２１３が連通して第２開口部２０２と第２流路２１２が連通するようになる。これによって、空気タンク(ＴＡ)に貯蔵された空気が第１酸素捕執タンク(Ｔ１)に供給されて第２酸素捕執タンク(Ｔ２)で排出される窒素は排出管４３１を通じて外部に排出される。
仮に、第１酸素捕執タンク(Ｔ１)がクリーニング動作を遂行して第２酸素捕執タンク(Ｔ２)が酸素を生成している時は、バルブ２５１の動作によって、第１開口部２０１と第１流路２１１が連通して第２開口部２０２と第３流路２１３が連通するようになる。これによって、空気タンク(ＴＡ)に貯蔵された空気は第２酸素捕執タンク(Ｔ２)に供給されて第１酸素捕執タンク(Ｔ１)で排出される窒素は排出管４３１を通じて外部に排出される。
一方、上のようなバルブ２５１の動作によって第１及び第２開口部２０１、２０２と第１乃至第３流路２１１、２１２、２１３の間を連結するか、または閉鎖するためにマニホールド２００内部に追加の貫通口や開口部が形成されることができる。
図１５と図１６を参照して上部配管アセンブリ３０の例示的構造を説明することにする。図１５は一実施例による上部配管アセンブリ３０の斜視図であり、図１６は図１５のＣ－Ｃ’線に沿って切断した断面図である。図１６では説明の便宜のために一対の酸素捕執タンク(Τ１、Τ２)で構成された第１ベッドの上部一部分も図示した。
図面を参照すれば、一実施例による上部配管アセンブリ３０はタンクアセンブリ１０のベッドの個数程度の配管ブロック３００を含む。それぞれの配管ブロック３００は下部ブロック３１０、中間ブロック３２０、上部ブロック３３０、及びバルブ３４０で構成されることができ、複数個の配管ブロック３００は一つの連結ブロック３５０によって連結されることができる。
下部ブロック３１０はベッドの一対の酸素捕執タンク(Τ１、Τ２)のそれぞれと連通する貫通口３１１、３１２、それぞれの貫通口３１１、３１２に設置された逆止弁３１３、３１４、及び貫通口３１１、３１２を連結する連結流路３１５を含むことができる。
中間ブロック３２０は下部ブロック３１０と上部ブロック３３０との間に介されて配置される。一実施例で一つの下部ブロック３１０上に２個の中間ブロック３２０が設置される。各中間ブロック３２０は上下方向に貫通する貫通口３２１を含む。各中間ブロック３２０は中間ブロック３２０の貫通口３２１が下部ブロック３１０の貫通口３１１、３１２と一つずつ整列されるように配置される。
上部ブロック３３０は中間ブロック３２０の上部に配置されて内部に連結流路３３１を含む。連結流路３３１の両端部はそれぞれ中間ブロック３２０の貫通口３２１と連通する。
上部ブロック３３０の一側面には連結ブロック３５０が結合される。連結ブロック３５０は複数個の上部ブロック３３０とすべて結合されている。連結ブロック３５０は内部に長さ方向に沿って形成された連結流路３５１を含み、連結管３３３を通じてそれぞれの上部ブロック３３０の連結流路３３１と連通する。したがって、すべての上部ブロック３３０は連結ブロック３５０によってお互いに連通されている。
一方、バルブ３４０は下部ブロック３１０の連結流路３１５の開閉のために設置される。一実施例でバルブ３４０が下部ブロック３１０と上部ブロック３３０との間に配置されるが、バルブ３４０の設置位置は変わることがある。
一実施例で、第１酸素捕執タンク(Ｔ１)が酸素を生成して第２酸素捕執タンク(Ｔ２)がクリーニング動作を遂行している時、第１逆止弁３１３が開放されて第２逆止弁３１４が閉鎖される。したがって、第１酸素捕執タンク(Ｔ１)で生成される酸素は貫通口３２１、連結流路３３１、及び連結管３３３を通じて連結ブロック３５０の連結流路３５１に移送され、その後酸素移送管４２１を通じて酸素タンク(Ｔ０)に供給されて貯蔵される。この時、バルブ３４０によって連結流路３１５が少なくとも部分的に開放されることができ、開放された場合第１酸素捕執タンク(Ｔ１)の酸素の一部が第２酸素捕執タンク(Ｔ２)にファジーガスとして供給されることができる。
仮に、第１酸素捕執タンク(Ｔ１)がクリーニング動作を遂行して第２酸素捕執タンク(Ｔ２)が酸素を生成している時は、第１逆止弁３１３が閉鎖されて第２逆止弁３１４が開放される。したがって、第２酸素捕執タンク(Ｔ２)で生成される酸素が貫通口３２１、連結流路３３１、及び連結管３３３を通じて連結ブロック３５０の連結流路３５１に移送され、その後酸素移送管４２１を通じて酸素タンク(Ｔ０)に供給される。この時、バルブ３４０によって連結流路３１５が少なくとも部分的に開放されることができ、開放された場合第２酸素捕執タンク(Ｔ２)の酸素の一部が第１酸素捕執タンク(Ｔ１)にパージガスとして供給されることができる。
図１７は、上述したモジュール型酸素発生器の効果を説明するための図面であり、タンクアセンブリ１０のベッドをそれぞれ１個、２個、３個、４個、及び５個を具備したそれぞれのモジュール型酸素発生器の酸素発生性能曲線を示す。
図面でＸ軸は酸素生産量であり、Ｙ軸は酸素の純度を示す。ベッドを１個だけ具備した酸素発生器の場合、最も左側グラフで示したように酸素発生量が増加すれば純度がたくさん急激に減少する。しかし、設置するベッド個数を徐徐にふやせば酸素発生量の増加にも純度が緩く落ちて、ベッドを５個設置した場合最も右側グラフで図示したようにベッドを１個乃至４個設置した酸素発生器に比べて酸素発生量が多いだけでなく、酸素発生量を増加させても酸素純度が大きく減少しないでおおよそ８５％の高い純度を示すことができる。
このように本発明が属する分野で通常の知識を有した者なら上述した明細書の記載から多様な修正及び変形が可能である。それで、本発明の範囲は説明された実施例に限って決まってはならないし、後述する特許請求範囲だけではなく、この特許請求の範囲と均等なものなどによって決まらなければならない。

Claims (8)

  1. モジュール型酸素発生器であり、
    複数のタンクが結合されたタンクアセンブリ１０と、
    前記タンクアセンブリ１０の下部に配置され、前記タンクアセンブリ１０に空気を供給して前記タンクアセンブリ１０から窒素を排出するよう構成された下部配管アセンブリ２０と、及び
    前記タンクアセンブリ１０の上部に配置され、前記タンクアセンブリ１０で生成される酸素を排出するよう構成された上部配管アセンブリ３０と、を含み、
    前記タンクアセンブリ１０は、第１タンク（Ｔ１）と第２タンク（Ｔ２）を含み前記酸素の生成と前記窒素の排出を交互に行うよう構成された一対の酸素捕執タンクでそれぞれがなされた複数個のベッド（Ｂ）と、前記下部配管アセンブリ２０を介して前記酸素捕執タンクに供給する前記空気を貯蔵する空気タンク(ＴＡ)と、及び前記上部配管アセンブリ３０を介して前記酸素捕執タンクから前記酸素の供給を受けて貯蔵する酸素タンク(Ｔ０)と、を含み、
    前記下部配管アセンブリ２０は、前記空気タンク(ＴＡ)から各ベッド（Ｂ）の前記第１タンク（Ｔ１）と前記第２タンク（Ｔ２）に前記空気を供給し、各ベッド（Ｂ）の前記第１タンク（Ｔ１）と前記第２タンク（Ｔ２）で生成される前記窒素を外部に排出するよう構成された複数の流路が内部に形成されたマニホールド２００と、及び各ベッド（Ｂ）に具備され、前記マニホールド２００に結合され、前記第１タンク（Ｔ１）と前記第２タンク（Ｔ２）を前記複数の流路に前記空気を供給するために又は前記窒素を排出するために選択的に連結するよう構成された第１バルブ２５０と、を含み、
    前記マニホールド２００は、
    各ベッド（Ｂ）の前記第１タンク（Ｔ１）から前記窒素を排出するよう構成された第１流路２１１と、
    各ベッド（Ｂ）の前記第２タンク（Ｔ２）にから前記窒素を排出するよう構成された第２流路２１２と、
    各ベッド（Ｂ）の前記第１タンク（Ｔ１）及び前記第２タンク（Ｔ２）の一つに選択的に空気を供給するよう構成された第３流路２１３と、並びに
    前記マニホールド２００の上部面に形成されて各ベッド（Ｂ）の前記第１タンク（Ｔ１）及び前記第２タンク（Ｔ２）とそれぞれ連通するように形成された第１上部開口部２０１及び第２上部開口部２０２と、を含み、
    第１乃至第３流路２１１、２１２、２１３は、互いに完全に分離して前記マニホールド２００の内部で互いに並んで配置され、
    各ベッド（Ｂ）の前記第１バルブ２５０は、
    前記第１タンク（Ｔ１）が前記酸素を生成し、前記第２タンク（Ｔ２）が前記窒素を排出するとき、各ベッド（Ｂ）の前記第１タンク（Ｔ１）が前記第３流路２１３と連通するよう各ベッドの前記第１上部開口部２０１と第３流路２１３が連結し、各ベッド（Ｂ）の前記第２タンク（Ｔ２）が前記第２流路２１２と連通するよう各ベッドの前記第２上部開口部２０２と第２流路２１２が連結し、
    前記第１タンク（Ｔ１）が前記窒素を排出し、前記第２タンク（Ｔ２）が前記酸素を生成するとき、各ベッド（Ｂ）の前記第１タンク（Ｔ１）が前記第１流路２１１と連通するよう各ベッドの前記第１上部開口部２０１と第１流路２１１が連結し、各ベッド（Ｂ）の前記第２タンク（Ｔ２）が前記第３流路２１３と連通するよう各ベッドの前記第２上部開口部２０２と第３流路２１３が連結するよう構成される、ことを特徴とするモジュール型酸素発生器。
  2. 前記第１バルブ２５０が前記マニホールドの下部面に付着されたことを特徴とする請求項１に記載のモジュール型酸素発生器。
  3. 前記マニホールドは、上部面に形成されて前記空気タンク(ＴＡ)と連通するように形成された第３上部開口部２０３をさらに含み、前記第３上部開口部２０３と前記第３流路２１３がマニホールド内部で連通するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のモジュール型酸素発生器。
  4. 前記マニホールド２００が、上部面に形成されて前記酸素タンク(Ｔ０)と連通するように形成された第４上部開口部２０４及び側面に形成された側面開口部２０５をさらに含み、
    前記第４上部開口部と前記側面開口部がマニホールド内部で連通するように構成されたことを特徴とする請求項３に記載のモジュール型酸素発生器。
  5. 前記上部配管アセンブリ３０が、前記タンクアセンブリ１０の上部に前記ベッドの個数程度設置される配管ブロック３００を含み、
    それぞれの前記配管ブロック(３００)は、
    前記ベッドの一対の酸素捕執タンクのそれぞれと連通する第１貫通口３１１、３１２、それぞれの第１貫通口３１１、３１２に設置された逆止弁３１３、３１４、及び第１貫通口３１１、３１２を連結する第１連結流路３１５を含む下部ブロック３１０と、
    前記下部ブロック３１０の上部に配置され、前記第１貫通口３１１、３１２を連結する第２連結流路３３１を含む上部ブロック３３０と、及び
    前記第１連結流路３１５を開閉するように動作する第２バルブ３４０と、を含み、
    前記各配管ブロック３００の上部ブロック３３０は互いに連通されていることを特徴とする請求項１に記載のモジュール型酸素発生器。
  6. 前記上部配管アセンブリ３０が、複数個の前記上部ブロック３３０を互いに連結する連結ブロック３５０をさらに含み、前記連結ブロック３５０は内部に長さ方向に沿って形成された第３連結流路３５１を含み、それぞれの前記上部ブロック３３０の第２連結流路３３１が前記第３連結流路３５１と連通するように構成されたことを特徴とする請求項５に記載のモジュール型酸素発生器。
  7. 前記下部ブロック３１０と前記上部ブロック３３０との間に介されて前記下部ブロックと前記上部ブロックを互いに離隔させる中間ブロック３２０をさらに含み、前記中間ブロック３２０は前記下部ブロック３１０の第１貫通口３１１、３１２と前記上部ブロック３３０の第２連結流路３３１を連結する第２貫通口３２１を含むことを特徴とする請求項６に記載のモジュール型酸素発生器。
  8. 上部配管アセンブリ３０が、前記連結ブロック３５０の第３連結流路３５１と前記タンクアセンブリ１０の酸素タンク(Ｔ０)を連結する酸素移送管４２１を含むことを特徴とする請求項６に記載のモジュール型酸素発生器。
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