KR100429608B1 - 산소발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산소발생장치에 관련되며, 좀 더 상세하게는 회전밸브를 이용하여 보다 간단하게 구성할 수 있으며 내구성을 높일 수 있는 흡착식 산소발생장치에 관련된다.

본 발명은 흡착식 산소발생장치에 있어서, 흡입되는 공기로부터 산소를 추출하는 다수개의 흡착관과; 대기중의 공기를 압축하여 상기 흡착관으로 공급하는 컴프레서와; 상기 다수개의 흡착관의 압력에 따라 산소를 저장탱크로 배출하는 다수개의 오리피스와; 상기 컴프레서로부터 공급되는 압축 공기를 상기 다수개의 흡착관으로 분배하고 상기 다수개의 흡착관으로부터 배출되는 가스를 외부로 방출하는 회전밸브와; 상기 회전밸브를 회전시키는 모터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 구성부품의 수가 적으므로 구조가 간단하고 크기가 소형이므로 가정에서 사용하기 적합한 장점이 있다. 그리고, 본 발명은 별도의 전자적인 제어장치나 압력조절밸브가 불필요하며 낮은 가격으로 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

산소발생장치{Apparatus for fractionating oxygen}

본 발명은 산소발생장치에 관련되며, 좀 더 상세하게는 회전밸브를 이용하여 보다 간단하게 구성할 수 있으며 내구성을 높일 수 있는 흡착식 산소발생장치에 관련된다.

흡착식 산소발생장치는 공기 중에 포함되어 있는 산소를 분리하는 것으로 인조 결정체인 지오라이트 몰리큘라 시브(Zeolite Molecular Sieve)를 이용하는 것이 일반적이다. 공기 중에서 산소를 분리하는 원리는 공기를 구성하는 다수의 공기분자들이 몰리큘라 시브에 대한 흡착력이 다른것에 기인한다.

공기가 몰리큘라 시브가 채워진 흡착관으로 흡입되면 몰리큘라 시브에 대한 친화력의 차이에 따라 층을 이루어 흡착된다. 질소 분자가 산소 분자보다 몰리큘라 시브에 대한 흡착도가 높으므로 이를 이용하여 산소를 분리할 수 있다.

도 3 은 종래 흡착식 산소발생장치의 일 예를 개략적으로 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 종래 흡착식 산소발생장치는 컴프레서(20), 두 개의 흡착관(11,12), 흡입밸브(60), 배출밸브(61), 압력조절밸브(62), 오리피스(Orifice)(40)를 포함한다.

컴프레서(20)는 대기중의 공기를 흡입하여 압축하는 수단이다. 컴프레서(20)에 의해 압축된 공기는 흡착관(11,12)으로 보내어진다. 이 때 흡착관(11,12)의 흡입밸브(60)가 열리게 되며 흡입이 종료되면 밸브가 닫힌다. 전술한 다수의 밸브(60,61,62)는 솔레노이드 밸브로 구성되는 것이 일반적이며 도면에는 미 도시된 별도의 전기제어장치에 의한 전기적인 신호에 의해 제어된다.

흡착관(11,12)에는 전술한 바와 같은 지오라이트 몰리큘라 시브가 채워져 있다. 일정한 시간동안 흡착관(11,12)에서 산소를 제외한 기체, 예를 들면 질소, 이산화탄소, 일산화탄소, 수분 등이 흡착되면 분리된 산소가 오리피스(40)를 통하여도면에는 미 도시된 산소저장탱크로 이동된다.

흡착관(11,12)에 채워진 지오라이트 몰리큘라 시브는 흡착된 기체분자를 외부로 배출하여 정화하여야만 계속하여 사용할 수 있다. 제1흡착관(11)에서 오리피스(40)를 통하여 산소가 배출될 때 배출되는 산소의 일정량이 압력조절밸브(62)가 열리면서 제2흡착관(12)으로 이동된다.

제2흡착관(12)에서는 유입된 산소에 의해 흡착되어 있던 기체성분이 지오라이트 몰리큘라 시브로부터 분리되는 정화과정이 진행된다. 제2흡착관(12)의 배출밸브(61)가 열리고 제2흡착관(12)의 기체가 배출된다.

이러한 종래 흡착식 산소발생장치는 제1흡착관(11)과 제2흡착관(12)이 교대로 산소의 분리와 정화를 반복하는 것이므로 다수개의 밸브(60,61,62)가 반복하여 개폐되어야만 한다. 따라서, 수 초에서 수십 초 간격으로 개폐가 반복됨에 따라 구동의 신뢰도가 떨어지며 밸브의 기계적인 마모에 의한 수명단축의 문제점이 있었다.

또한, 종래 흡착식 산소발생장치는 밸브의 종류와 수가 많으며 이를 제어하는 전자제어장치가 필요하므로 구성이 복잡하고 가격이 비싼 단점이 있었다. 그리고, 밸브의 이물질에 의한 불량이 문제시 되고 있으며 구성이 복잡한 만큼 고장의 빈도수가 많고 고장에 따른 수리가 불편한 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 종래 흡착식 산소발생기는 압축공기의 공급시 압력변화가 심하므로 컴프레서의 고장이 잦은 문제점이 있었으며, 두 흡착관 사이의 산소 이동을 제어하고 압력을 제어하는 압력조절밸브가 필요한 불편함이 있었다.

그리고, 종래 흡착식 산소발생기는 구성부품의 수가 많고 크기가 크기때문에 가정용으로는 부적합한 단점이 있었으며, 컴프레서로부터 공급되는 압축공기의 압력변화가 심하여 소음이 심한 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 간단한 구성을 가지고 생산비용을 줄일 수 있으며 내구성이 뛰어난 산소발생장치의 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 압축공기의 공급에 따른 압력변화가 완만하여 소음을 줄일 수 있고 내구성을 강화할 수 있으며, 간단한 구성에 따라 구동의 신뢰도를 높일 수 있는 산소발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

더 나아가 본 발명은 구조를 간단하게 하여 크기를 작게 하고 가격을 낮추어 가정에서 사용하기 적합한 산소발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소발생장치를 개략적으로 도시한 것.

도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 회전밸브를 통하여 압축공기가 다수개의 흡착관으로 분배되는 과정을 설명하기 위한 회전밸브의 개략적인 단면도.

도 3 은 종래 흡착식 산소발생장치의 일 예를 개략적으로 도시한 것.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

10 : 흡착관 20 : 컴프레서

30 : 회전밸브 31 : 하우징

34 : 작동체 35 : 압축공기 분배홈

36 : 기체 배출홈 40 : 오리피스

50 : 모터

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 양상에 따르면, 본 발명은 흡착식 산소발생장치에 있어서,

흡입되는 공기로부터 산소를 추출하는 다수개의 흡착관과; 대기중의 공기를 압축하여 상기 흡착관으로 공급하는 컴프레서와; 상기 다수개의 흡착관의 압력에 따라 산소를 저장탱크로 배출하는 다수개의 오리피스와; 상기 컴프레서 그리고 상기 흡착관과 연결되어 기체의 이동을 연결하는 하우징과 상기 하우징과 밀착되어 기체의 분배를 제어하는 작동체를 포함하는 회전밸브와; 상기 작동체를 회전시키는모터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 하우징이,

중앙에 형성되며 상기 컴프레서와 연결되는 압축공기 공급구와; 상기 압축공기 공급구의 일측에 일정한 회전간격으로 형성되며 상기 다수개의 흡착관과 연결되는 다수개의 기체 출입구;를 포함하고,

전술한 작동체가, 상기 압축공기 공급구와 적어도 하나의 상기 기체 출입구가 오픈될 수 있도록 형성되는 압축공기 분배홈과; 적어도 하나의 상기 기체 출입구가 오픈될 수 있으며 외부와 연통되도록 형성된 기체 배출홈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 하우징이 120 도의 회전각 간격으로 형성되는 세 개의 기체 출입구로 구성되고; 전술한 작동체가 120 도의 회전각으로 형성되는 상기 압축공기 분배홈으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 산소발생장치가 세 개의 흡착관으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 당업자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소발생장치를 개략적으로 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 본 실시예는 세 개의 흡착관(10), 세 개의 오리피스(40), 컴프레서(20), 모터(50) 및 회전밸브(30)를 포함한다. 다양한 장치가 추가될 수 있으나 본 실시예와는 직접적인 관련이 없으므로 그에 대한 설명은생략하기로 한다.

흡착관(10)에는 전술한 종래 기술과 동일하게 지오라이트 몰리큘라 시브가 채워져 있다. 본 실시예에서는 세 개의 흡착관(10)을 상정하였으나 회전밸브(30)의 구성에 따라 세 개 이상의 흡착관(10)을 포함하는 것도 가능하다.

압축공기가 흡착관(10)으로 유입되면 공기중에서 산소를 제외한 기체 성분, 예를들면 질소, 이산화탄소, 일산화탄소, 수분 등이 지오라이트 몰리큘라 시브에 의하여 흡착된다. 산소는 상대적으로 흡착력이 낮으므로 흡착되지 않고 기체상태로 존재하고 그에 따라 산소만을 분리할 수 있다.

오리피스(40)는 전술한 종래 기술과 동일하게 흡착관(10)으로부터 배출되는 산소의 양을 조절하여 흡착관(10)의 압력을 일정하게 유지하는 수단이다. 컴프레서(20)는 전술한 종래 기술과 동일하게 대기중의 공기를 압축하여 공급하는 수단이다.

모터(50)는 회전밸브(30)를 회전시키기 위한 수단이다. 본 발명의 바람직한 양상에 따르면, 모터(50)는 흡착관(10)에 유입된 압축공기가 충분히 흡착될 수 있도록 저속으로 일정하게 회전하는 것이 바람직하다.

회전밸브(30)는 전술한 컴프레서(20)로부터 공급되는 압축공기를 전술한 세 개의 흡착관(10)으로 분배하고 흡착관(10)으로부터 배출되는 가스를 외부로 배출하는 수단이다. 회전밸브(30)는 하우징(31)과 작동체(34)를 포함할 수 있다.

하우징(31)은 중앙부에 전술한 컴프레서(20)와 연결되어 압축공기가 유입되는 압축공기 공급구(32)와 압축공기 공급구(32)의 주위에 전술한 세 개의흡착관(10)과 각각 연결되는 세 개의 기체 출입구(33)를 구비한다. 기체 출입구(33)는 세 개 이상 형성될 수도 있으며 전술한 흡착관(10)과 동일한 개수로 형성되는 것이 바람직하다.

기체 출입구(33)는 전술한 압축공기 공급구(32)의 주위로 일정한 회전각 간격으로 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 세 개의 기체 출입구(33)를 상정하였으므로 120도의 회전각으로 형성될 수 있다.

작동체(34)는 전술한 압축공기 공급구(32)로 유입된 압축공기를 각각의 흡착관(10)으로 분배하기 위한 압축공기 분배홈(35)과 전술한 흡착관(10)으로부터 배출되는 가스를 외부로 배출하기 위한 기체 배출홈(36)을 포함한다.

압축공기 분배홈(35)은 본 실시예에서 120도 이상의 회전각을 가지는 호의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 전술한 하우징(31)에 형성된 세 개의 기체 출입구(33)가 적어도 하나 이상 오픈될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 압축공기 분배홈(35)은 전술한 하우징의 압축공기 공급구(32)가 작동체(34)의 회전과 상관없이 항상 오픈될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.

기체 배출홈(36)은 작동체(34)의 회전시 흡착관(10)으로부터 배출되는 가스를 외부로 배출하기 위하여 외부와 연통된 구조를 가지는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 전술한 압축공기 분배홈(35)과 대칭되도록 120도의 회전각을 갖는다.

기체 배출홈(36)은 흡착관(10)으로부터 배출되는 가스가 외부로 수월하게 배출되도록 충분한 깊이로 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 유리한 양상에 따르면, 기체 배출홈(36)의 크기, 즉 회전각은 가장 적합한 실험치를 바탕으로 증감이 가능하다.

본 발명의 바람직한 양상에 따르면, 전술한 작동체(34)와 하우징(31)은 공기의 유출이 없도록 밀착되는 것이 바람직하다. 따라서, 작동체(34)와 하우징(31)이 서로 접하는 면은 완전 평탄한 경면으로 연마되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 양상에 따르면, 전술한 작동체(34)가 하우징(31)에 밀착됨과 동시에 원활하게 회전하기 위하여 작동체(34)는 탄성이 강한 스프링(37)에 의하여 상기 하우징(31)에 밀착되는 것이 바람직하다.

도 2 는 회전밸브(30)를 통하여 압축공기가 다수개의 흡착관(10)으로 분배되는 과정을 설명하기 위한 회전밸브(30)의 개략적인 단면도이다. 도 3 을 참조하면 하우징(31)에 밀착된 작동체(34)는 일정한 방향으로 회전한다. 회전에 상관없이 압축공기 공급구(32)는 압축공기 분배홈(35)에 항상 오픈되어 있으며 회전에 따라 세 개의 기체 출입구(33)가 압축공기 분배홈(35)에 순차적으로 오픈되어 압축공기가 공급된다.

본 발명의 유리한 양상에 따르면, 전술한 모터(50)가 저속으로 회전함으로써 각 흡착관(10) 간의 압력조절이 자연스럽게 수행될 수 있다. 좀 더 상세히 설명하면, 압축공기 분배홈(35)의 회전각이 120도 이고 기체 출입구(33)가 120도의 회전각으로 형성된다.

따라서, 작동체(34)의 회전에 따라 닫히는 기체 출입구(33a)가 반 정도 오픈된 상태에서는 오픈되는 인접한 기체 출입구(33b)도 반 정도 오픈된다. 그러므로, 각 흡착관(10) 간의 압력차이를 줄일 수 있으며 컴프레서(20)의 압력변화를 줄일수 있다.

한편, 작동체(34)가 회전함에 따라 압축공기 분배홈(35)과 대칭되어 형성된 기체 배출홈(36)을 통하여 세 개의 기체 출입구(33)가 순차적으로 오픈된다. 즉, 압축공기가 유입된 후 일정시간이 경과되면 기체 배출홈(36)을 통하여 흡착관(10)에 흡착되어 있던 기체가 외부로 배출되어 전술한 바와 같은 정화단계가 진행된다.

좀 더 상세하게 설명하면, 외부와 연통된 기체 배출홈(36)을 통하여 기체 배출홈(36)에 위치하는 기체 출입구(33c)로 외부의 산소가 흡착관(10)에 유입된다. 따라서, 유입되는 산소에 의해 흡착관(10)의 지오라이트 몰리큘라 시브에 흡착되어 있던 질소분자, 이산화탄소, 일산화탄소, 수분 등이 탈착되어 정화가 이루어질 수 있다.

전술한 구성에 따라 본 발명은 구성부품의 수가 적으므로 구조가 간단하고 크기가 소형인 장점이 있다. 그리고, 본 발명은 별도의 전자적인 제어장치나 압력조절밸브가 불필요하며 낮은 가격으로 제공할 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 본 발명은 다수의 밸브가 불필요하므로 장치의 내구성이 뛰어난 장점이 있다.

또한, 본 발명은 기계적인 구동에 따라 신뢰도가 높은 장점이 있으며, 컴프레서에 가해지는 압력변화가 완만하므로 장치의 내구성이 향상될 수 있고 소음을 획기적으로 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 성능 실험결과 분리 발생되는 산소의 순도가 90% 이상으로 측정되었다. 따라서, 간단한 구조와 저렴한 가격의 산소발생장치로서 상당히 우수한 성능을 나타내며, 크기가 소형이므로 일반 가정이나 의료업계 등에서 용이하게 사용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서, 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해 해석되어져야 한다.

Claims (4)

1. 흡착식 산소발생장치에 있어서,

   흡입되는 공기로부터 산소를 추출하는 다수개의 흡착관(10)과;

   대기중의 공기를 압축하여 상기 흡착관(10)으로 공급하는 컴프레서(20)와;

   상기 다수개의 흡착관(10)의 압력에 따라 산소를 저장탱크로 배출하는 다수개의 오리피스(40)와;

   상기 컴프레서(20) 그리고 상기 흡착관(10)과 연결되어 기체의 이동을 연결하는 하우징(31)과 상기 하우징(31)과 밀착되어 기체의 분배를 제어하는 작동체(34)를 포함하는 회전밸브(30)와;

   상기 작동체(34)를 회전시키는 모터(50);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소발생장치.
2. 청구항 1 에 있어서,

   상기 하우징(31)이,

   중앙에 형성되며 상기 컴프레서(20)와 연결되는 압축공기 공급구(32)와;

   상기 압축공기 공급구(32)의 일측에 일정한 회전간격으로 형성되며 상기 다수개의 흡착관(10)과 연결되는 다수개의 기체 출입구(33);

   를 포함하고,

   상기 작동체(34)가,

   상기 압축공기 공급구(32)와 적어도 하나의 상기 기체 출입구(33)가 오픈될 수 있도록 형성되는 압축공기 분배홈(35)과;

   적어도 하나의 상기 기체 출입구(33)가 오픈될 수 있으며 외부와 연통되도록 형성된 기체 배출홈(36);

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소발생장치.
3. 청구항 1 또는 2 에 있어서,

   상기 하우징(31)이,

   120 도의 회전각 간격으로 형성되는 세 개의 기체 출입구(33)로 구성되고;

   상기 작동체(34)가,

   120 도의 회전각으로 형성되는 상기 압축공기 분배홈(32)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 산소발생장치.
4. 청구항 3 에 있어서, 상기 산소발생장치가,

   세 개의 흡착관(10)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 산소발생장치.