KR100460278B1 - Oxygen Concentrator Using Car Turbo-charger and Vacuum Source - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 공기정화기, 에어컨 등에 부착되는 산소발생기와 관한 것으로서, 엔진의 흡기장치에 공기의 밀도를 높여 공급하여 완전연소조건을 만들기 위한 장치인 터보차져 장치의 블로워에서 압축한, 오일이 함유되지 않은 압축공기를 이용하여 집진기, 활성탄과, 제올라이트 등의 흡착제로 정화하고, 공기로부터 질소를 분리하여 산소부화공기를 만들어 실내로 보내는 산소발생장치에 관한 것이다. 본 장치는 터보차져에서 발생한 압축공기를 제올라이트 등의 흡착제에 통과 시켜 분리된 산소부화공기를 실내로 공급하고, 흡착된 질소는 자동차의 배력장치에 이용되는 오일 윤활방식의 압축공기를 사용하여 진공을 만들어 탈착하거나 또는 차량에 부착된 진공펌프를 이용하여 흡착된 질소를 탈착하는 방법을 이용한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxygen generator attached to an automobile air purifier, an air conditioner, etc., and does not contain oil compressed by a blower of a turbocharger device, which is a device for increasing the density of air to supply an engine intake device to create a complete combustion condition The present invention relates to an oxygen generator which purifies with an adsorbent such as a dust collector, activated carbon, and zeolite using compressed air, and separates nitrogen from the air to produce oxygen-enriched air. This device passes the compressed air generated from the turbocharger through an adsorbent such as zeolite to supply the separated oxygen-enriched air to the room, and the adsorbed nitrogen is vacuumed using the oil-lubricated compressed air used in the power system of the automobile. It is used to remove or adsorb or desorb the adsorbed nitrogen using a vacuum pump attached to the vehicle.

본 발명은 엔진의 흡기 터보차져에서 압축된 압축공기를 이용하여 질소를 흡착하고 산소를 통과시키는 흡착제와, 자동차에 이미 있는 진공원이나 압축원을 이용하여 흡착제에 흡착된 질소를 탈착하여 실외로 배출하고 적정농도의 산소를 자동차 실내로 보내는 장치를 포함한다.The present invention desorbs nitrogen adsorbed to the adsorbent using a vacuum source or a compression source that is adsorbed and adsorbs nitrogen using compressed air compressed in an intake turbocharger of an engine, and is discharged to the outdoors And it includes a device for sending the appropriate concentration of oxygen to the car interior.

Description

자동차 터보차져와 진공원을 이용한 산소발생장치{Oxygen Concentrator Using Car Turbo-charger and Vacuum Source}Oxygen Concentrator Using Car Turbo-charger and Vacuum Source

본 발명은 자동차 흡기터보장치가 있는 자동차에서 산소공급기능을 갖는 공기정화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소발생기의 에어콤프레서를 대신해서 자동차 흡기 터보차져 장치가 압축한 오염되지 않은 흡입공기와 자동차에 이미 존재하는 진공원 또는 오일윤활방식의 공기압축기에 의한 압축공기를 사용하여 진공발생기인 진공이젝터로 진공상태를 만들어 진공펌프의 기능을 수행함으로써 공기로부터 산소를 분리하는 자동차 산소 공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to an air purifying apparatus having an oxygen supply function in an automobile having an automobile intake turbo device, and more particularly, to unpolluted intake air compressed by an automobile intake turbocharger device in place of an air compressor of an oxygen generator, and an automobile. The present invention relates to an automobile oxygen supply device that separates oxygen from air by performing a function of a vacuum pump by making a vacuum state using a vacuum ejector, which is a vacuum generator, using compressed air already existing in a vacuum source or an oil lubricated air compressor. .

차량에의 산소공급은 미국특허 제6,113,484호와 같이 차량과 유기적으로 결합하였을 때에 성능과 효율면에서 최적을 나타내나, 대부분의 차량용 산소발생장치는 종래의 가정용이나 가전용을 그대로 적용함으로써 많은 문제점을 나타내고 있다. 차량에의 산소공급 방법에는 일반적으로 제올라이트 등의 흡착제를 사용하는 압축스윙흡착(PSA, Pressure Swing Adsorption)과 기체분리막을 사용하는 방법이 사용된다. PSA 방식은 일반적으로 80% 이상의 고순도의 산소를 얻는 데에 사용되며, 기체분리막에 의한 방법은 30~40% 정도의 상대적인 저순도의 산소부화공기를 얻는데에 사용된다. 이에 따라, 일반적으로 사용되는 상기의 고압의 압축 공기에 의한 방법을 자동차에 적용하여 산소를 분리하는 상기 방식에서는, 공기 압축기에 의하여 압축된 고온 고압의 공기가 상대적으로 차가운 실내 공기와 만났을 때 발생하는 결로 현상으로 인하여, PSA 방식에서 일반적으로 사용되는 흡착제인 합성 제올라이트가 수분을 흡수하여 산소 분리 효율이 저하되는 것과, 또한 기체분리막의 경우에도 온도상승에 의한 효율저하와 수분에 의한 효율이 저하되는 것과, 상기 공기 압축기의 경우에 내구성을 고려하여 오일 윤활방식을 사용할 경우에 공기 압축기 내의 윤활유가 압축 공기 중에 섞여 제올라이트, 기체 분리막 등을 오염시키는 것과,무윤활 방식을 자동차의 엔진의 동력으로 콤프레서를 구동할 경우 종래의 공기 압축기가 가지고 있는 내구성 문제, 공기를 고압으로 압축의 했을 발생하는 고열 등의 문제, 특히 자동차 전원을 사용하는 모터형 구동형 콤프레서를 사용할 경우에도 전류 사용 한계를 해결하는 것이 어렵다.The oxygen supply to the vehicle is optimal in terms of performance and efficiency when organically combined with the vehicle as in US Pat. No. 6,113,484. However, most vehicle oxygen generators have many problems by applying conventional household or household appliances as they are. It is shown. The oxygen supply method to a vehicle generally uses a pressure swing adsorption (PSA) using an adsorbent such as zeolite and a gas separation membrane. The PSA method is generally used to obtain high purity oxygen of 80% or more, and the method using a gas separation membrane is used to obtain a relatively low purity oxygen enriched air of about 30 to 40%. Accordingly, in the above-described method of separating oxygen by applying the above-mentioned method of high pressure compressed air to a vehicle, which is generally used, it occurs when the high temperature and high pressure air compressed by the air compressor encounters relatively cool indoor air. Due to the condensation phenomenon, synthetic zeolites, which are commonly used in PSA systems, absorb moisture and thus deteriorate oxygen separation efficiency, and also in case of gas separation membranes, efficiency decrease due to temperature rise and efficiency decrease due to moisture. In case of using the oil lubrication method in consideration of durability in the case of the air compressor, the lubricant in the air compressor is mixed in the compressed air to contaminate the zeolite, gas separation membrane, etc., and the non-lubrication method drives the compressor by the power of the engine of the vehicle. The durability of conventional air compressors The problem of high temperature such as occurs when the compressed air at a high pressure, and particularly it is difficult to solve using current limit even when using a motor-type driving type compressor using an automobile power.

즉, 압축스윙흡착을 이용한 방식에서는 보통 2 기압내지 4기압 정도의 압력으로 공기를 압축하여 흡착베드로 공급하여, 베드 내의 흡착제에 의하여 흡착된 질소는 대기압 상태에서 탈착시켜 배출한다. 이러한 공기압축기를 이용한 방식에서는 공기 압축기의 소음발생문제가 심각하며, 특히 자동차에의 적용을 고려하는 경우에는 소음문제 이외에도 상기와 같은 내구성, 전력소비등의 문제가 발생한다.That is, in the method using compression swing adsorption, air is usually supplied to the adsorption bed by compressing air at a pressure of about 2 to 4 atmospheres, and nitrogen adsorbed by the adsorbent in the bed is desorbed and discharged at atmospheric pressure. In such a method using the air compressor, the noise generation problem of the air compressor is serious, especially when considering the application to a car, the problems such as durability, power consumption, etc. in addition to the noise problem occurs.

또한 자동차에 이미 존재하는 공기압축기는 내구성을 고려하여 오일 윤활방식을 사용하므로 자동차 압축공기를 사용하여 사람의 호흡용 산소를 분리하는 것은 많은 필터 장치가 필요함으로써 자동차의 조건에는 부적합하다. 실제로 대형차량에 설치된 공기압축기에 의한 압축공기를 PSA에 응용한 장치가 본 출원인에 의해 특허 2001-0073314호에 출원되었으나, 고압 및 유량의 면에서는 효율적이나 오일 냄새 등을 완전히 제거하는 것은 어려운 것으로 알려졌다.In addition, the air compressor already exists in the vehicle uses an oil lubrication method in consideration of durability, so it is not suitable for the condition of the vehicle because it requires a lot of filter devices to separate the human breathing oxygen using the compressed air of the vehicle. Actually, the device applying the compressed air to the PSA by the air compressor installed in a large vehicle has been filed by the applicant in Patent 2001-0073314, but it is known that it is efficient in terms of high pressure and flow rate, but it is difficult to completely remove the oil smell. .

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 공지된 PSA 방식의 일종이라 할 수 있는 VSA(Vacuum Swing Adsorption) 방식에 기초하여, 터보차져 엔진 차량에서 발생된 저압의 압축흡입공기와, 자동차의 엔진에 의해 구동되고 자동차 배력장치에 사용되는 진공을 사용하거나 자동차 오일 윤활방식의 압축기에서 생산된 압축공기를 진공발생기인 진공이젝터 장치에 빠르게 통과시킬 때 발생하는 흡인력을 이용하여 제올라이트 등의 흡착제에 흡착된 질소를 탈착하는 방법으로 산소를 분리한다. 분리된 부화산소는 집진기, 활성탄 등의 필터로 정화하여 실내로 보내는 산소공급기에 관한 것이다.The present invention has been made to solve such a problem, and based on the VSA (Vacuum Swing Adsorption) method, which is a kind of known PSA method, the low pressure compressed suction air generated in a turbocharged engine vehicle, Adsorption to adsorbents such as zeolites by using the vacuum driven by the engine and used in automobile power equipment or by using the suction force generated when the compressed air produced by the automobile oil lubricating compressor is rapidly passed through the vacuum ejector unit, which is a vacuum generator. Oxygen is separated by desorbing the nitrogen. The separated oxygen enrichment relates to an oxygen supply unit which is purified by a filter such as a dust collector and activated carbon and sent to a room.

본 발명은 인체에 적절한 산소농도를 가진 공기를 충분히 공급할 수 있는 장치를 제공함으로써 차량장착에 가장 적합하도록 한다.The present invention is most suitable for vehicle mounting by providing a device capable of sufficiently supplying air having an appropriate oxygen concentration to the human body.

자동차 엔진의 흡기 터보차져 장치에서 발생된 흡입공기의 압력은 일반적으로 100~120kpa의 저압이나 상당히 많은 유량을 가지고 있다. 본 발명에 의한 산소 발생장치는 상기 터보차져의 유량에 비하여 상대적으로 미량의 압축공기를 사용함으로써 자동차 엔진 출력에 영향을 미치지 않는다.The intake air pressure generated by the intake turbocharger of an automobile engine is generally low pressure of 100-120 kpa but has a considerable flow rate. Oxygen generator according to the present invention does not affect the vehicle engine output by using a relatively small amount of compressed air compared to the flow rate of the turbocharger.

또한 본 자동차용 산소발생장치는 100~120kpa의 압력을 가진 흡입공기를 사용하고, 흡착 및 탈착 속도와 효율을 높이기 위해 자동차의 배력장치원으로 사용되는 압력 220Torr의 이하의 진공 또는 8 kg/cm2이상의 압축공기를 사용한다.In addition, the oxygen generator for automobiles uses suction air with a pressure of 100 ~ 120kpa, and the vacuum of 8 or less kg / cm 2 under the pressure of 220 Torr is used as the vehicle's power source to increase the adsorption and desorption speed and efficiency. Use the above compressed air.

자동차에는 진공 또는 에어압력을 이용하는 장치들이 이미 존재하고 있으므로, 인테이크 메니폴드를 압력차를 이용하는 220Torr의 이하의 진공이나, 자동차 엔진으로 구동되는 220Torr의 이하의 진공을 만들 수 있는 진공펌프, 또는 8bar 이상의 오일윤활방식의 공기 압축기가 구비되어 있다. 만약 자동차에 오일 윤활방식의 공기 압축기가 부착되어 있다면, 그 압축공기를 사용하여 진공발생기인 진공 이젝터로 통과시키면 150Torr의 이하의 흡인력을 발생하는 진공상태를 간단히 얻을 수 있다.Since there is already a device using a vacuum or air pressure, the intake manifold can be used to generate a vacuum of 220 Torr or less using a pressure difference, a vacuum pump capable of producing a vacuum of 220 Torr or less, or an oil of 8 bar or more. Lubricating air compressor is provided. If an automobile is equipped with an oil-lubricated air compressor, the compressed air can be passed through a vacuum ejector, which is a vacuum generator, to easily obtain a vacuum that generates a suction force of 150 Torr or less.

본 발명에 따른 자동차용 산소발생장치는 상기와 같은 자동차의 자원을 이용하여 저압의 압축공기와 진공원을 사용하므로 고속으로 흡착 및 탈착을 할 수 있어 다량의 부화공기를 생성할 수 있으며, 자동차 흡기 에어클리너 장치를 통과한 공기를 1차 정화함으로써 필터링의 효과가 증대되어 필터링 장치의 소형화가 가능하다.The oxygen generator for automobiles according to the present invention uses low pressure compressed air and a vacuum source by using the resources of the vehicle as described above, so that adsorption and desorption can be performed at high speed, so that a large amount of hatched air can be generated, and automobile intake By primary purification of the air passing through the air cleaner device, the filtering effect is increased, and the filtering device can be miniaturized.

사람이 호흡하는 산소는 일반 도시 환경에서의 산소농도보다 수% 이상 높을 때에 쾌적함을 느끼며, 90% 이상의 고순도의 산소는 오히려 해를 끼칠 수도 있다고 보고되고 있다. 종래의 일반적인 PSA 방식의 산소분리기는 80% 이상의 고 순도를 발생하므로, 이러한 장치를 밀폐된 자동차에 직접 부착하는 것은 화재나 산소중독 등의 다른 문제를 발생시킬 수도 있다. 따라서, 본 산소발생기는 저압의 공기와 진공원 사용하여 다량의 적정산소를 공급하므로 오히려 차량용으로 적합하다고 할 수 있다.It is reported that oxygen breathed by humans is comfortable when oxygen concentration is higher than several percent in general urban environment, and high purity oxygen of 90% or more may be harmful. Since a conventional PSA type oxygen separator generates high purity of 80% or more, attaching such a device directly to a closed vehicle may cause other problems such as fire or oxygen poisoning. Therefore, the oxygen generator can be said to be suitable for a vehicle because it supplies a large amount of appropriate oxygen using low pressure air and a vacuum source.

이와 같이 압축공기와 진공원을 동시에 사용하는 VPSA 방식은 VSA 방식이 가진 저소음성, 결로문제 등의 장점에도 불구하고 효율성으로 인하여 대규모의 산업용으로만 사용되고 소형에의 적용이 어려웠던 문제점을 해결해주며, 특히 자동차의 자원을 사용하여 상기 두 방식이 가지고 있는 장점을 이용함으로써 보다 효율적이며 차량에 적합한 산소발생장치의 생산이 가능하다.In this way, the VPSA method using the compressed air and the vacuum source at the same time solves the problem of being difficult to apply to small-scale industrial use due to its efficiency, despite the low noise and condensation problems of the VSA method. By utilizing the advantages of the two methods using the resources of the vehicle it is possible to produce a more efficient and suitable oxygen generator for the vehicle.

본 발명은 실내공간 및 자동차 실내를 깨끗하게 정화된 공기와 함께 산소를 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide oxygen together with clean air for indoor spaces and automobile interiors.

본 발명의 또 다른 목적은 산소발생기의 에어콤프레서를 제거하고 자동차 흡기 터보차져 장치가 있는 자동차에서의 흡기 압력을 이용하여 압축공기를 공급함으로써 산소부화공기를 얻는 데 그 목적이 있다.It is another object of the present invention to obtain oxygen-enriched air by removing the air compressor of the oxygen generator and supplying compressed air by using the intake pressure in the automobile having the automobile intake turbocharger.

또한 저압의 압축공기를 사용할 수 사용할 수 있도록 하여 공기 압축기에서 발생하는 뜨거운 고압의 압축공기와 차가운 대기와 만날 때 발생하는 결로 현상으로, 제올라이트 등의 흡착제가 습기를 흡착하는 문제를 제거하는데 그 목적이 있다.In addition, low-pressure compressed air can be used, and condensation occurs when it meets hot and high-pressure compressed air generated in an air compressor and a cold atmosphere. The purpose of this invention is to eliminate the problem of adsorbents such as zeolite adsorbing moisture. have.

본 발명의 목적은 자동차 엔진 흡입 공기를 그대로 이용함으로써, 일반적으로 내구성의 문제점 극복을 위해 사용되는 오일 윤활방식의 공기압축기 사용 시 압축공기와 함께 유출되는 윤활유 혼입 문제를 제거하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to eliminate the problem of mixing the lubricating oil flowing out with the compressed air when using the air compressor of the oil lubrication method is generally used to overcome the problems of durability by using the intake air of the automobile engine as it is.

본 발명의 또 다른 목적은 자동차 엔진의 흡입 터보차져에서 발생된 공기압을 이용하여 저소음, 긴 수명, 고 유량의 압축공기를 산소분리용으로 사용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to enable the use of low noise, long life, high flow rate compressed air for oxygen separation by using the air pressure generated in the intake turbocharger of the automobile engine.

본 발명의 목적은 저압의 압축공기와 진공원을 병행 사용하여 흡착 및 탈착 사이클을 빠르게 할 수 있도록 하여 많은 유량의 신선한 산소부화공기를 얻을 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a device that can obtain a large flow rate of fresh oxygen-enriched air by using a combination of low pressure compressed air and a vacuum source to accelerate the adsorption and desorption cycle.

본 발명의 목적은 저압을 사용할 수 있도록 하여 종래 압축방식에서 부가되는 고압안전장치, 압력 조정기, 수분 분리기, 진동, 소음 등을 제거하거나 해결하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to remove or solve the high-pressure safety device, pressure regulator, water separator, vibration, noise, etc. added in the conventional compression method to enable the use of low pressure.

본 발명의 다른 목적은 산소발생기의 압축기를 모터로 구동했을 때 발생하는 내구성 및 전력소모의 제반의 문제점을 해결하는 데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to solve the problems of durability and power consumption generated when the compressor of the oxygen generator is driven by a motor.

본 발명은 자동차에 이미 부착된 장치를 이용하여 산소를 분리함으로써 소형화, 내구성, 원가절감, 제품의 무게를 해결하는 데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the miniaturization, durability, cost reduction, the weight of the product by separating the oxygen by using a device already attached to the vehicle.

도 1은 본 발명에 따른 자동차 터보차져와 진공을 이용한 산소공급기를 나타낸 계통도이다.1 is a system diagram showing an automobile turbocharger and an oxygen supplier using a vacuum according to the present invention.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols on the main parts of the drawing

1 ; 압축공기원 2 ; 실외One ; Compressed air source 2; Outdoor

3 ; 터보차져 4 ; 진공이젝터3; Turbocharger 4; Vacuum ejector

5 ; 진공탱크 6,7,8,9 ; 밸브수단5; Vacuum tanks 6,7,8,9; Valve means

10,11 ; 흡착베드 12, 13, 15 ; 체크밸브10,11; Adsorption beds 12, 13, 15; Check valve

14 ; 유속조정밸브 16 ; 음이온발생기14; Flow control valve 16; Negative ion generator

17; 향발생기 18 ; 덕트17; Fragrance generator 18; duct

19 ; 배출모듈 20 ; 컨트롤러19; Discharge module 20; controller

21; 산소센서 22 ; 공기필터21; Oxygen sensor 22; Air filter

상기 목적은, 본 발명에 따라, 자동차의 산소발생장치에 있어서, 자동차 엔진으로 공급되는 흡기공기의 밀도를 높이기 위한 차량에 설치된 터보차져와, 상기 공기 밀도를 높인 실외 공기를 사용하여 그 공기로부터 이물질, 박테리아, 냄새 등을 제거하는 공기필터와, 상기 공기필터를 통해 통과한 저압의 압축공기에 의해 공기 중의 질소를 흡착하여 산소부화공기를 얻을 수 있는 흡착제를 포함한 흡착베드와, 상기 흡착베드에 교대로 압축공기와 진공압을 가하기 위한 밸브수단과, 상기 흡착베드의 질소 탈착 효율을 높이기 위한 바이패스 유속조정관과, 상기 흡착베드 내의 흡착제에 흡착된 질소를 자동차의 압축공기를 이용하여 탈착하기 위한 진공발생기인 진공이젝터와, 상기 진공이젝터에서 발생된 흡입 압력을 유지하기 체크밸브 및 진공탱크와, 상기 흡착제를 통과한 산소를 일방향으로만 통과하도록 하는 체크 밸브와, 상기 체크 밸브를 통과한 산소를 실내에 부착되어 각자의 취향에 따라 정화된 산소와 함께 향을 발생하는 향 발생기나 보다 쾌적함을 위한 음이온 발생기와, 제어를 위한 컨트롤러와 실내의 산소량 감지를 위한 산소센서에 의해 달성된다.According to the present invention, the object of the present invention, in the oxygen generator of the automobile, the foreign matter from the air by using a turbocharger installed in the vehicle for increasing the density of intake air supplied to the automobile engine, and the outdoor air of the air density is increased And an adsorption bed including an air filter for removing bacteria and odors, an adsorbent for adsorbing nitrogen in the air by adsorption of nitrogen in the air by low pressure compressed air passed through the air filter, and an adsorption bed. Valve means for applying compressed air and vacuum pressure, a bypass flow rate adjusting pipe for increasing nitrogen desorption efficiency of the adsorption bed, and a vacuum for desorption of nitrogen adsorbed to the adsorbent in the adsorption bed by using compressed air of a vehicle. A vacuum ejector which is a generator, a check valve and a vacuum tank to maintain the suction pressure generated by the vacuum ejector; A check valve for passing oxygen passing through the adsorbent only in one direction, and an aroma generator for attaching oxygen passed through the check valve to the room to generate aroma with the purified oxygen according to each taste or for more comfort. An anion generator, a controller for control and an oxygen sensor for sensing the amount of oxygen in the room.

여기서, 상기 산소분리용 압축공기는 자동차 엔진에 내부에서 흡기 공기의 밀도를 높이기 위해 부착된 고속 회전의 블로워인 터보차져에 의해 생성되는 압축공기를 사용하는 것이 바람직하며, 흡착제에 흡착된 질소를 탈착하기 위한 진공압은 자동차에 이미 존재하는 진공펌프를 사용하거나 또는 공기압축기에 의해 발생한 압축공기를 진공발생기인 진공이젝터로 통과시켜 발생시키는 것이 바람직하며, 흡착제를 통과한 산소부화공기를 자동차 실내에 보내기 위한 방법으로 별도의 펌프를 사용할 수 있으나 터보차져에서 발생한 압력을 이용하여 토출하는 방법이 바람직하다.Here, the compressed air for oxygen separation is preferably using compressed air generated by a turbocharger, which is a high speed rotation blower attached to increase the density of intake air in an automobile engine, and desorbs nitrogen adsorbed on the adsorbent. The vacuum pressure is preferably generated by using a vacuum pump that already exists in the vehicle or by passing compressed air generated by the air compressor through a vacuum ejector, which is a vacuum generator, and sending oxygen-enriched air that has passed through the adsorbent to the vehicle interior. A separate pump may be used as the method for discharging using a pressure generated in the turbocharger.

또한, 흡착과 탈착 사이클은 베드의 크기에 결정되나 저압을 사용하므로, 최적화된 별도의 2베드의 경우 2초 이내에 고속 싸이클로 흡착과 탈착 과정을 수행할 수 있다. 실험적 데이터는 전체 사이클은 2초 이내로, 순도 25~35% 정도의 다량의 산소를 생산해 낼 수 있다. 이는 기존 압축방식에 의하여 생산되는 산소의 순도(purity)는 낮으나 생산량(productivity)은 결코 떨어지지 않는 것으로 확인된다.In addition, since the adsorption and desorption cycle is determined by the size of the bed, but uses a low pressure, it is possible to perform the adsorption and desorption process at a high speed cycle within 2 seconds in the case of an optimized separate bed. Experimental data show that the entire cycle can be produced in large amounts of oxygen with a purity of 25-35% in less than two seconds. It is confirmed that the purity of oxygen produced by the conventional compression method is low but the productivity never drops.

그리고, 선택적으로 각 흡착베드 상단에 바이패스 산소 유로를 설치하여 미량의 산소를 바이패스 시키면 2% 이상의 산소 순도를 높일 수 있다.In addition, by selectively installing a bypass oxygen flow path at the top of each adsorption bed to bypass a small amount of oxygen, oxygen purity of 2% or more can be increased.

상기 밸브수단은 3포트 2웨이 2개나 5포트 2웨이 방식 한 개의 솔레노이드 밸브를 사용할 수 있으나, 단순한 2가지 유로 변경만 반복함으로 설정된 시간마다 각 유로를 변경하는 모터 회전식 밸브를 사용하면 1개의 회전 밸브로 소음을 줄이고 내구성을 높일 수 있어 바람직하다.The valve means may use one solenoid valve of two three-port two-way or one five-port two-way method, but one rotary valve using a motor rotary valve that changes each flow at a time set by repeating only two simple flow path changes. It is desirable to reduce noise and increase durability.

한편, 본 발명의 구성요소와 함께, 컨트롤러는 모터 회전식 밸브를 사용하면 제거할 수도 있으나 자기진단 자동제어 등을 위해 컨트롤러를 내장하는 것이 바람직하다.On the other hand, together with the components of the present invention, the controller may be removed by using a motor rotary valve, but it is preferable to incorporate a controller for self-diagnostic automatic control and the like.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동차용 산소발생장치를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 따른 산소발생장치를 나타낸 계통도이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the oxygen generator for a vehicle according to the present invention. 1 is a system diagram showing an oxygen generator according to the present invention.

본 산소발생장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 터보차져(3) 장치를 갖춘 차량의 실내 또는 에어컨에 설치되며, 자동차 엔진의 에어필터를 통과하여 터보차져에서 압축한 공기의 이물질을 걸러주는 공기필터(22)와, 이미 존재하는 자동차 압축기에서 생성된 압축공기원(1)에 의한 저압축 공기를 유속을 높여 실외(2)로 배출하여 진공압 발생에 의한 흡인력을 생성하는 진공이젝터(4)와 진공 효율을 높이기 위한 체크밸브(15) 및 진공탱크(5)와, 압축공기와 진공을 유로를 전환하며 흡착 및 탈착을 제어하는 밸브수단(6~9)과, 상기 터보차져의 압축공기로부터 질소를 주로 흡착하고 산소를 통과시키는 흡착제를 내부에 가지는 흡착베드(10,11)와, 상기 흡착베드간 산소유로관인 바이패스 유속조정밸브(14)와, 상기 흡착 베드를 통과한 산소부화공기를 일방향으로만 통과시키는 체크 밸브(12,13)와, 상기 체크밸브(12,13)를 통과한 산소부화 공기를 배출시키는 배출모듈(19)로 구성된다. 선택적으로 상기 배출모듈(19)은 상기 산소탱크로부터 배출되는 산소를 음이온 발생기(16)나 향 발생기(17)를 구비하여 통과시켜 덕트(18)를 통해 자동차 실내로 배출함으로써 보다 쾌적함을 느끼도록 할 수 있다.As shown in FIG. 1, the oxygen generator is installed in an indoor or air conditioner of a vehicle equipped with a turbocharger 3, and filters the foreign substances of the air compressed by the turbocharger through the air filter of the vehicle engine. A vacuum ejector (4) for generating a suction force by generating a vacuum pressure by discharging the low-compressed air by the filter (22) and the compressed air source (1) generated by an existing automobile compressor to increase the flow rate to the outdoor (2). And a check valve 15 and a vacuum tank 5 for increasing vacuum efficiency, valve means 6 to 9 for switching between compressed air and vacuum and controlling adsorption and desorption from the compressed air of the turbocharger. Adsorption beds (10, 11) having an adsorbent for adsorbing nitrogen mainly and passing oxygen therein, a bypass flow rate adjusting valve (14) which is an oxygen flow path between the adsorption beds, and oxygen-enriched air passing through the adsorption bed. One way only The overload is composed of check valves 12 and 13 and a discharge module 19 for discharging oxygen-enriched air that has passed through the check valves 12 and 13. Optionally, the discharge module 19 is provided with an anion generator 16 or a scent generator 17 to pass oxygen discharged from the oxygen tank to be discharged to the interior of the vehicle through the duct 18 to feel more comfortable. Can be.

또한, 선택적으로 상기 자동차의 실내공간에 마련되어 실내의 산소함량을 감지하는 산소센서(21)와, 상기 산소센서(21)의 산소함량을 인지하고 이에 따라 상기 각각 제어하는 컨트롤러(20)가 구비된다. 여기서, 상기 컨트롤러(20)에는 사용자의 조작명령을 처리하기 위한 부분이 구성된다.In addition, an oxygen sensor 21 that is selectively provided in the interior space of the vehicle and detects the oxygen content of the room, and the controller 20 for recognizing the oxygen content of the oxygen sensor 21 and accordingly control the respective oxygen content 21 is provided. . Here, the controller 20 is configured to process a user's operation command.

상기 진공탱크(5)와 체크밸브(15)는 진공효율을 위한 것으로 선택적으로 제거가 가능하며, 상기 밸브수단(6~9)은 솔레노이드 밸브나, 회전밸브 어느 것도 가능하다. 또한, 상기 유속조정밸브(14)는 순도상승을 위한 것으로 제거하거나 단순한 작은 내경을 가진 관으로의 대체가 가능하다.The vacuum tank 5 and the check valve 15 are for vacuum efficiency and can be selectively removed. The valve means 6 to 9 can be either solenoid valves or rotary valves. In addition, the flow rate adjusting valve 14 is for the purity increase and can be removed or replaced with a simple small inner diameter pipe.

상술한 바와 같은 본 자동차용 산소발생장치의 동작은 다음과 같다.The operation of the oxygen generator for automobiles as described above is as follows.

먼저 베드(10)가 질소흡착 상태이고 베드(11)가 탈착 사이클일 때를 가정하여 설명하면, 상기 밸브수단(6,9)이 닫히고 밸브수단(7,8)이 열려 자동차 터보차져(3)로부터 발생한 100kpa 이상의 압력을 가진 자동차 흡입 머니폴드의 저압축 공기는 제올라이트 등의 흡착제를 내부에 가지는 흡착베드(10)를 통과함으로써 흡입공기로부터 질소를 주로 흡착하고, 100kpa 이상의 압력이 작용하므로 체크밸브(12)가 순방향이 되어 산소부화공기는 체크밸브(12)통과하여 음이온 발생기(16)와 향 발생기(17) 및 덕트(18)를 통과하여 토출부로부터 자동차 실내로 공급된다. 이때 상기 산소부화공기의 미량은 유속조정밸브(14)를 통과하여 흡착베드(11)로 공급됨으로써 흡착베드(11) 내의 질소 탈착을 도와 순도 상승의 효과를 내게 된다.First, assuming that the bed 10 is in a nitrogen adsorption state and the bed 11 is in a desorption cycle, the valve means 6 and 9 are closed and the valve means 7 and 8 are opened to open the automobile turbocharger 3. The low compressed air of a car intake manifold having a pressure of 100 kpa or more passes through an adsorption bed 10 having an adsorbent such as zeolite therein and mainly absorbs nitrogen from the intake air, and a pressure of 100 kpa or more acts as a check valve ( 12, the oxygen-enriched air passes through the check valve 12, passes through the negative ion generator 16, the scent generator 17, and the duct 18, and is supplied from the discharge portion to the vehicle interior. At this time, the trace amount of the oxygen-enriched air is supplied to the adsorption bed 11 through the flow rate adjusting valve 14 to help nitrogen desorption in the adsorption bed 11 to increase the purity.

한편 엔진 동력으로 구동되는 오일 윤활방식의 이미 존재하는 자동차 공기압축기에서 발생한 압축공기는 진공이젝터(4)를 통과하여 150Torr의 이하의 진공을 발생시켜 진공탱크(5)의 진공도를 낮추며, 흡착베드(10)가 질소흡착 사이클 일 때 흡착베드(11)는 질소 탈착 사이클로 밸브수단(8)번이 열리고 밸브수단(9)이 닫혀 흡착베드(11)는 체크밸브(13)가 역방향이 됨으로써 흡착베드(11) 내의 흡착제에 흡착된 질소를 탈착한다. 탈착된 질소는 진공탱크(5)와 진공이젝터(4)를 통과하여자동차 실외(2)로 배출됨으로써 질소 탈착 과정이 이루어 진다.On the other hand, the compressed air generated in the existing car air compressor of the oil lubrication type driven by the engine power passes through the vacuum ejector 4 to generate a vacuum of 150 Torr or less, lowering the vacuum degree of the vacuum tank 5, and adsorbing bed ( When 10) is a nitrogen adsorption cycle, the adsorption bed 11 is opened by means of a nitrogen desorption cycle, and the valve means 8 is opened and the valve means 9 is closed so that the adsorption bed 11 has a check valve 13 in a reverse direction. 11) Desorb the nitrogen adsorbed to the adsorbent in. Desorbed nitrogen passes through the vacuum tank (5) and the vacuum ejector (4) is discharged to the vehicle outdoor (2) is a nitrogen desorption process is made.

질소 흡착 탈착은 두 개의 흡착베드(10,11)가 서로 반대로 교대로 작동된다. 이와 같이 2 베드를 사용하는 것은 연속생산을 위한 것으로서 멀티 베드 시스템으로 확장이 가능하고 흡입시간을 줄일 수 있는 것은 본 분야의 당업자들 사이에서는 자명하다.Nitrogen adsorption desorption is operated by two adsorption beds (10, 11) alternately opposite each other. As such, the use of two beds is intended for continuous production, and it is obvious to those skilled in the art that it is possible to extend the multi-bed system and reduce the suction time.

이와 동일한 과정을 통하여 흡착베드(10,11)는 흡착과 탈착과정을 반복함으로써 연속적으로 산소를 생산할 수 있게 된다. 압축공기 용량과 산소부화공기의 생산유량을 고려하여 흡착베드(10,11) 각각은 다수의 베드를 병렬로 연결할 수 있다.Through the same process, the adsorption beds 10 and 11 can continuously produce oxygen by repeating the adsorption and desorption processes. In consideration of the compressed air capacity and the production flow rate of the oxygen-enriched air, each of the adsorption beds 10 and 11 may connect a plurality of beds in parallel.

산소부화공기의 토출압력이 높은 정도를 요구할 경우에는 상기 체크밸브(12,13)와 배출모듈(19) 사이에 적정 용량의 별도의 진공펌프를 사용하는 것도 가능하다.When a high discharge pressure of the oxygen-enriched air is required, it is also possible to use a separate vacuum pump having an appropriate capacity between the check valves 12 and 13 and the discharge module 19.

본 발명에 의한 장치의 안전성을 증대시키기 위하여 상기 터보차져(3)에 의한 공기압을 측정하는 센서를 별도로 부착하여 일정 공기압 이하로 떨어지는 경우에는 본 장치를 정지시키도록 할 수도 있다. 또한, 압축공기원(1)에 의한 공기의 압력의 경우에도 일정압력 이하가 되면 본 장치를 정지하도록 하여 차량의 안정성 증대를 이룰 수도 있다.In order to increase the safety of the apparatus according to the present invention, a sensor for measuring the air pressure by the turbocharger 3 may be attached separately to stop the apparatus when it falls below a predetermined air pressure. In addition, even in the case of the air pressure by the compressed air source 1, when the pressure falls below a certain pressure, the apparatus can be stopped to increase the stability of the vehicle.

본 발명에 의한 장치는 일반 공기로부터 적정 농도를 가진 산소부화 공기를 생성하고, 집진기, 흡착제, 활성탄, 음이온 발생기, 향 발생기를 통과하도록 함으로써 자동차 실내공기를 최적상태로 정화하는 효과가 있다.The apparatus according to the present invention has the effect of purifying the indoor air of an automobile optimally by generating oxygen-enriched air having an appropriate concentration from general air and passing it through a dust collector, an adsorbent, an activated carbon, an anion generator, and a scent generator.

본 발명에 의한 장치에 의하여 운전자 및 탑승자는 졸음방지 및 산소부족으로 인한 사고방지의 효과가 있다.By the device according to the present invention, the driver and the occupant have an effect of preventing drowsiness and preventing an accident due to lack of oxygen.

본 발명은 고가의 산소발생기용 공기압축기를 부착하지 않아, 경제성, 내구성의 증대 효과 및 전력소비 문제를 해결하는 효과가 있다.The present invention does not attach an expensive oxygen generator air compressor, there is an effect of improving the economic efficiency, durability and power consumption problems.

본 발명은 저압의 압축공기를 사용할 수 사용할 수 있도록 하여 공기 압축기에서 발생하는 뜨거운 압축공기와 차가운 대기와 만날 때 발생하는 결로 현상으로, 제올라이트 등의 흡착제가 습기를 흡착하는 문제를 제거하는 효과가 있다.The present invention provides the use of low pressure compressed air, which is a condensation phenomenon that occurs when hot compressed air is generated from an air compressor and a cold air, thereby eliminating the problem of adsorbents such as zeolite absorbing moisture. .

본 발명은 자동차 엔진 흡입 공기와 진공만 사용함으로써 압축공기와 함께 유출되는 윤활유 혼입 문제를 제거하는데 그 효과가 있다.The present invention is effective in eliminating the problem of lubricating oil mixed with the compressed air by using only the vehicle engine intake air and vacuum.

본 발명은 자동차 엔진의 흡입 터보차져에서 발생된 대용량의 공기압을 이용하여 통상의 산소발생기용 공기압축기를 이용할 때 보다 많은 양의 산소부화공기를 얻을 수 있는 효과가 있다.The present invention has an effect of obtaining a larger amount of oxygen-enriched air when using a conventional air compressor for oxygen generator using a large amount of air pressure generated in the intake turbocharger of the automobile engine.

본 발명은 저압과 진공을 사용함으로써 흡착 및 탈착 사이클을 빠르게 할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of speeding up the adsorption and desorption cycles by using low pressure and vacuum.

본 발명은 저압을 사용하여 종래 압축방식에서 부가되는 고압안전장치, 압력 조정기, 수분 분리기, 진동, 소음 등을 제거하거나 해결하는 효과가 있다.The present invention has the effect of removing or solving the high pressure safety device, pressure regulator, water separator, vibration, noise, etc., which are added in the conventional compression method using low pressure.

본 발명은 자동차에 이미 부착된 장치를 이용하여 산소를 분리함으로써 소형화, 내구성, 원가절감, 제품의 무게 반영구적인 내구성을 제품을 만들 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of miniaturization, durability, cost reduction, weight semi-permanent durability of the product by separating the oxygen using the device already attached to the vehicle.

Claims (8)

자동차용 산소발생장치에 있어서;In the oxygen generator for automobiles; 자동차 엔진으로 공급되는 흡기공기의 밀도를 높이기 위한 차량에 설치된 터보차져와,A turbocharger installed in a vehicle for increasing the density of intake air supplied to an automobile engine, 상기 공기 밀도를 높인 실외 공기를 사용하여 그 공기로부터 이물질, 박테리아, 냄새 등을 제거하는 공기필터와,An air filter for removing foreign substances, bacteria, odors, etc. from the air using outdoor air having increased air density; 상기 공기필터를 통해 통과한 저압의 압축공기에 의해 공기 중의 질소를 흡착하여 산소부화공기를 얻을 수 있는 흡착제를 포함한 흡착베드와,An adsorption bed including an adsorbent capable of adsorbing nitrogen in the air by low pressure compressed air passing through the air filter to obtain oxygen-enriched air; 상기 흡착베드에 교대로 압축공기와 진공압을 가하기 위한 밸브수단과,Valve means for applying compressed air and vacuum pressure alternately to the adsorption bed; 상기 흡착베드 내의 흡착제에 흡착된 질소를 자동차의 압축공기를 이용하여 탈착하기 위한 진공발생기인 진공이젝터와,A vacuum ejector, which is a vacuum generator for desorbing nitrogen adsorbed to the adsorbent in the adsorption bed using compressed air of an automobile, 상기 흡착제를 통과한 산소를 일방향으로만 통과하도록 하는 체크 밸브와,A check valve for passing oxygen passing through the adsorbent only in one direction; 상기 밸브수단의 제어를 위한 컨트롤러로 구성되어,Consists of a controller for the control of the valve means, 상기 터보차져에 의한 저압력 공기와 상기 진공이젝터에 의해 발생되는 진공압을 이용하여 압력 및 진공 스윙방식에 의하여 흡입 공기로부터 산소부화공기를 만들어 내는 것을 특징으로 하는 차량용 산소발생장치.The oxygen generating device for a vehicle, characterized in that for producing oxygen-enriched air from the intake air by the pressure and vacuum swing method by using the low pressure air by the turbocharger and the vacuum pressure generated by the vacuum ejector. 제 1 항에 있어서, 상기 진공이젝터에 의하여 발생하는 진공압을 정상화하기 위하여 부가적으로 체크밸브와 진공탱크를 상기 진공이젝터와 흡착베드 사이에 더구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 산소발생장치.The oxygen generator for a vehicle according to claim 1, further comprising a check valve and a vacuum tank between the vacuum ejector and the adsorption bed in order to normalize the vacuum pressure generated by the vacuum ejector. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유로를 전환하는 밸브수단은 모터로 구동되는 회전식 밸브임을 특징으로 하는 차량용 산소발생장치.The oxygen generator for a vehicle according to claim 1 or 2, wherein the valve means for switching the flow path is a rotary valve driven by a motor. 제 3 항에 있어서, 상기 흡착베드로부터 체크밸브를 거쳐 나온 산소부화공기의 경로에 향발생기나 음이온 발생기를 더 구비하여 실내에 산소부화공기를 공급함으로써 쾌적함을 더하는 것을 특징으로 하는 차량용 산소발생장치.4. The oxygen generator for a vehicle according to claim 3, further comprising a fragrance generator or anion generator in the path of the oxygen-enriched air that has passed through the check valve from the adsorption bed to supply oxygen-enriched air to the room. 제 3 항에 있어서, 컨트롤러와 실내에 산소센서를 더 구비하여 실내의 산소농도를 감지하고 이 신호에 따라 컨트롤러가 산소발생량을 조절하는 것을 특징으로 하는 차량용 산소발생장치.According to claim 3, Oxygen generator for a vehicle, characterized in that further comprising a controller and an oxygen sensor in the room to detect the oxygen concentration in the room and the controller adjusts the amount of oxygen generated according to this signal. 제 4 항에 있어서, 상기 산소부화공기를 보다 높은 압력으로 배출하기 위하여 흡착베드를 지나 체크밸브를 통과한 산소부화 공기를 모터로 구동되는 소형 진공펌프를 사용하여 배출하는 것을 특징으로 하는 차량용 산소발생장치.5. The vehicle oxygen generation system according to claim 4, wherein oxygen enriched air passing through the adsorption bed and passing through the check valve is discharged using a small vacuum pump driven by a motor in order to discharge the oxygen enriched air at a higher pressure. Device. 제 1 항에 있어서, 상기 터보차져 후단에 압력센서를 부가하여 터보차져로부터의 압력이 일정수준 이하이면 전체 장치를 중단시키는 것을 특징으로 하는 차량용 산소발생장치.The oxygen generator for a vehicle according to claim 1, wherein a pressure sensor is added to the rear end of the turbocharger to stop the entire apparatus when the pressure from the turbocharger is lower than a predetermined level. 제 1 항에 있어서, 상기 자동차의 압축공기원 후단에 압력센서를 부가하여 압력이 일정수준 이하이면 전체 장치를 중단시키는 것을 특징으로 하는 차량용 산소발생장치.The oxygen generator for a vehicle according to claim 1, wherein a pressure sensor is added to the rear end of the compressed air source of the vehicle to stop the entire apparatus when the pressure is lower than a predetermined level.
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