KR100476155B1

KR100476155B1 - Gas concentrator

Info

Publication number: KR100476155B1
Application number: KR10-2003-0010177A
Authority: KR
Inventors: 이돈희; 조성문
Original assignee: 엘지전자 주식회사; (주)제이이제이
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2005-03-16
Also published as: KR20040074422A

Abstract

본 발명은 기체 농축기에 관한 것으로, 특히 공기 중으로부터 질소와 산소를 분리하는 농축기에 사용되는 펌프의 냉각구조와 소음감소구조에 관한 것이다. The present invention relates to a gas concentrator, and more particularly, to a cooling structure and a noise reduction structure of a pump used in a concentrator for separating nitrogen and oxygen from air.

농축기에 사용되는 펌프는 주로 오일레스 타입의 컴프레서나 진공펌프로서, 이들을 실내용으로 사용하고자 하는 경우에 상기 펌프를 밀폐하고 농축기에 사용되는 공기원료를 상기 펌프에 통과시켜 냉각시키는 구조를 갖는 기체 농축이다. The pump used in the concentrator is mainly an oilless type compressor or vacuum pump, and when it is intended to be used indoors, the gas concentrator has a structure in which the pump is sealed and the air raw material used in the concentrator is passed through the pump and cooled. to be.

본 장치는 소형 가정용 기기에 적합하며, 별도의 냉각 팬 없이 경제적으로 저소음 및 저가격의 장치를 만들 수 있다.The device is suitable for small household appliances, and economically low noise and low cost devices can be produced without a separate cooling fan.

Description

Gas concentrator

본 발명은 기체 농축기에 관한 것으로, 특히 공기 중으로부터 질소와 산소 같은 특정 성분의 기체를 분리하는 장치에 사용되는 펌프의 냉각구조와 관련된다.The present invention relates to a gas concentrator, and more particularly to a cooling structure of a pump used in a device for separating gas of a specific component such as nitrogen and oxygen from air.

공기 중으로부터 특정 성분의 기체를 분리하여 농축시키는 기체 농축기 기술은 크게 나누어 압력스윙방식(PSA, Pressure Swing Absorption)과 기체분리막을 통과시키는 방법이 사용된다. Gas concentrator technology that separates and concentrates a specific component gas from air is divided into pressure swing absorptive (PSA) and gas separation membranes.

이들은 산업용의 대용량 장치에 적용되기도 하지만, 최근에는 개인이 사용할 수 있는 가정용 기기에 많이 적용되어 그 응용범위가 매우 확대되어 있다. Although they are applied to high-capacity devices for industrial use, they have been widely applied to home appliances that can be used by individuals in recent years, and their application ranges are greatly expanded.

압력스윙방식은 특정 기체 성분에 대하여 선택적인 흡착도를 가지는 흡착제에 원료기체로 압력차이를 가함으로써 기체를 분리하는 방식으로, 분리된 기체의 농도를 자유로이 얻을 수 있는 반면에 그 구조가 기체분리막 방식에 비하여 복잡한 단점이 있다. Pressure swing method is to separate gas by applying pressure difference to raw material gas to adsorbent which has selective adsorption degree for specific gas component, and the concentration of separated gas can be freely obtained, while its structure is gas separation membrane method. It has a complicated disadvantage.

기체분리막 방식은 기체의 확산속도를 사용하며, 그 구조가 간단하지만 현재 재료개발의 미완성으로 사용상의 문제점과 농도를 50% 이상 얻기 힘든 단점이 있다.The gas separation membrane method uses a gas diffusion rate, and its structure is simple, but due to the incomplete development of the current material, there are disadvantages in using it and obtaining a concentration of more than 50%.

상기 대표적인 방법들은 기체의 압력차이나 기체의 흐름을 얻기 위하여 모두 전기구동 방식의 펌프를 사용하게 되는데, 가정용 기기에 응용되는 펌프는 모두 오일레스 형식의 컴프레서나 진공펌프이다. The typical methods all use an electric drive pump to obtain a gas pressure difference or a gas flow. The pumps applied to household appliances are all oilless compressors or vacuum pumps.

이들 펌프들은 모두 소음이 실내에 사용되기에는 크므로 특정 케이스에 밀폐 시켜야만 그 사용이 가능하게 된다. These pumps are all too loud for indoor use and must be sealed in a specific case before they can be used.

시판되는 가정산소농축기는 특수한 경우를 제외하고는 거의 실외에 별도로 펌프를 설치하고, 공급부 만을 실내에 설치하는데 이는 실내 설치시의 소음으로 인한 것이다. Commercially available home oxygen concentrators, except in special cases, install a separate pump almost outdoors, and install only the supply unit indoors, which is due to the noise of the indoor installation.

현재 냉장고에 사용되는 밀폐형 컴프레서 외에는 오픈된 상태에서 실내에 사용되는 펌프는 없으므로 이들 농축기에 사용되는 펌프를 적절히 밀폐하여 실내에서 사용 가능하도록 하는 것이 필요하다.Since there are no pumps used indoors in the open state other than the hermetic compressor used in the refrigerator, it is necessary to properly seal the pumps used in these concentrators so that they can be used indoors.

이들 펌프들을 단순히 밀폐된 케이스에 설치할 경우에는 펌프 운전중에 발생하는 고열을 처리하기가 매우 힘들어 자체 고장의 위험이 있다. If these pumps are simply installed in a sealed case, it is very difficult to deal with the high heat generated during the pump operation, and there is a risk of self failure.

또한, 밀폐 케이스에 설치 후 펌프 자체는 물론이고 케이스에 냉각팬을 부착하는 경우에는 냉각팬 자체의 소음과 그것보다도 팬이 외부로부터 공기를 흡입하기 위하여 케이스에 뚫어진 많은 공기구멍으로부터 새나오는 펌프소음을 억제할 수 없는 문제점이 있다.In addition, when the cooling fan is attached to the case as well as the pump itself after being installed in the sealed case, the noise of the cooling fan itself and, moreover, the pump noise that leaks from many air holes perforated in the case to suck air from the outside There is a problem that cannot be suppressed.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 특별히 냉각 팬을 필요로 하지 않고 농축기가 가지는 고유의 흡입압력을 이용하여 흡입되는 공기를 펌프를 통과시켜 강제대류 시킴으로써 펌프를 냉각시키는 구조를 사용하여, 종래의 펌프를 실내용 기체 농축기에 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다. 또한, 밀폐성이 높은 케이스에 상기 펌프를 설치할 수 있도록 함으로써 소음레벨을 상당히 감소시켜 실내에서도 사용할 수 있는 기체 농축기를 만들 수 있도록 하는 것이다.The present invention has been made in order to solve the above problems, a structure that cools the pump by forced convection of the air sucked through the pump using the inherent suction pressure of the concentrator without a special cooling fan required By using the conventional pump can be used for the indoor gas concentrator. In addition, by allowing the pump to be installed in a highly sealed case, it is possible to significantly reduce the noise level, thereby making a gas concentrator that can be used indoors.

기체 농축기는 본질적으로 펌프의 구동력에 의하여 원료공기를 흡입하여야 하므로 원료공기의 흡입을 바로 외부로부터 수행하는 것이 아니라, 일단 펌프를 강제 통과시킴으로써 강제 냉각시키는 것이 본 발명의 핵심이다. 또한, 밀폐 케이스는 방열이 좋은 재료를 사용함으로써 여분의 열을 외부로 효과적으로 배출 할 수 있게 하여준다.Since the gas concentrator essentially sucks the raw air by the driving force of the pump, the suction of the raw air is not directly performed from the outside, but forced cooling by passing the pump once is the core of the present invention. In addition, the sealed case allows the effective heat dissipation to the outside by using a good heat dissipation material.

본 발명은 또한 단순히 흡입공기를 통과시켜 펌프의 냉각을 수행하는 동시에 밀폐 케이스를 흡입공기의 일종의 버퍼로서 이용함으로써 흡입소음 감소효과를 가져온다. 기체 농축기는 원료공기를 흡입 시에 흡입소음이 발생하며, 특히 흡착제를 사용하는 압력스윙방식(진공스윙방식포함)의 경우에는 그 소음이 귀에 거슬리는 수준 이상인 경우가 많다. 이것은 순간적의 다량의 공기가 기체농축기로 흡입될 때 발생되는 파괴음으로써 종래에는 소음기를 부착하지만, 완전히 소음레벨을 낮추려면 고성능의 소음기를 부착하거나, 기체농축기의 성능저하를 감수하면서 흡입공기의 유량을 낮추어야 했다. 본 발명은 흡입단에 저성능의 단순한 소음기를 사용하고 흡입경로를 포함하는 밀폐케이스 자체를 흡입버퍼로서 사용함으로써 상기 흡입소음을 농축기의 성능저하 없이 감소시킬 수 있다.The present invention also results in an intake noise reduction effect by simply passing the intake air to perform cooling of the pump and simultaneously using the sealed case as a kind of buffer of the intake air. The gas concentrator generates inhalation noise when inhaling raw air, and especially in the case of a pressure swing method (including a vacuum swing method) using an adsorbent, the noise is often more than annoying. This is a destructive sound generated when a large amount of instantaneous air is sucked into the gas concentrator. In the past, a silencer is attached, but a high-performance silencer is attached to completely lower the noise level, or the flow rate of the intake air is reduced while the gas concentrator is degraded. Had to lower. The present invention can reduce the suction noise without deteriorating the concentrator by using a simple silencer of low performance in the suction stage and using the sealed case itself including the suction path as the suction buffer.

본 발명에 따른 장치의 구성은 도 1에 그 도식도를 기본으로 설명된다. The configuration of the device according to the invention is explained on the basis of its schematic diagram in FIG.

우선, 기체농축기는 흡입필터(1)와 기체농축모듈(2)로 구성되며, 상기 기체농축모듈은 펌프(3)에 의하여 구동된다. First, the gas concentrator is composed of a suction filter (1) and the gas concentrating module (2), the gas concentrating module is driven by a pump (3).

일반적으로 가정용으로 많이 사용되는 산소농축기의 예를 들면, 외부공기는 흡입필터(1)를 통과하여 산소분리모듈에 해당하는 기체농축모듈(2)로 들어가게 되어 제올라이트 등의 흡착제를 사용하거나 기체분리막을 사용하여 질소가 분리되고 원하는 산소농축기체가 얻어지게 된다. In general, for example, an oxygen concentrator that is frequently used for home use, external air passes through a suction filter (1) and enters a gas concentrating module (2) corresponding to an oxygen separation module, using an adsorbent such as zeolite or using a gas separation membrane. Nitrogen is separated and the desired oxygen concentration gas is obtained.

상기 흡입필터(1)를 통하여 흡입되는 원료공기의 구동력은 펌프(3)에 의하여 얻어지게 된다. The driving force of the raw air sucked through the suction filter 1 is obtained by the pump 3.

따라서, 상기 원료공기의 흡입경로에 펌프(3)를 배치하여 흡입공기를 펌프에 강제대류 시킴으로써 펌프(3)를 냉각시키게 된다. Therefore, the pump 3 is cooled by arranging the pump 3 in the suction path of the raw air and forcing convection of the suction air to the pump.

이때, 케이스(4) 내부에 펌프(3)가 놓여지게 된다. At this time, the pump 3 is placed inside the case 4.

상기에 설명한 바와 같이 통상의 컴프레서와 진공펌프는 실내에 사용하기에는 소음레벨이 높으므로 밀폐 케이스에 배치하여 소음을 감소시켜야 하는데, 이때 펌프로부터 발생하는 열로 인하여 케이스 내의 배치 문제가 있으므로 본 발명에 따른 구성과 같이 밀폐 케이스(4)에 두 개 이상의 공기 이동로(5)를 설치한 후 기체농축모듈(2)로 들어가는 원료공기를 통과시키게 되면 강제대류에 의한 냉각효과에 의하여 펌프(3)의 케이스 내 배치가 가능하게 된다. As described above, since the conventional compressor and the vacuum pump have a high noise level for indoor use, the compressor and the vacuum pump should be disposed in a sealed case to reduce the noise. In this case, there is a problem in the case due to the heat generated from the pump. If two or more air paths (5) are installed in the sealed case (4) and then the raw air passing through the gas concentration module (2) is passed, the cooling effect by the forced convection causes the pump 3 to be in the case. Deployment is possible.

일반적으로 기체농축모듈(2)로 흡입되는 공기의 양은 펌프(2)를 냉각시키기에는 충분한 유량을 갖는다. In general, the amount of air sucked into the gas concentration module 2 has a sufficient flow rate to cool the pump 2.

그러나, 효과적인 열발산을 위해서는 케이스(4)는 열전도율이 좋은 재료를 사용하여 흡입되는 공기의 온도를 충분히 낮추는 것이 바람직하다.However, for effective heat dissipation, it is preferable that the case 4 sufficiently lower the temperature of the sucked air by using a material having good thermal conductivity.

상기와 같은 냉각효과 이외에 본 발명에 의한 장치는 흡입소음을 현저하게 감소시키는 효과를 갖는데, 이는 케이스(4)가 흡입되는 공기의 일종의 버퍼 역할을 하기 때문이다. In addition to the cooling effect as described above, the apparatus according to the present invention has an effect of significantly reducing the suction noise, because the case 4 serves as a kind of buffer for the air to be sucked.

일반적으로 기체농축모듈(2)에 흡입되는 공기의 양은 연속하여 일정한 양이 공급되는 것이 아니라, 주기적으로 피크치와 최저치를 갖는 형태가 반복된다. In general, the amount of air sucked into the gas concentration module 2 is not continuously supplied in a constant amount, the form having a peak value and a minimum value is repeated periodically.

따라서, 공기가 순간적으로 다량 흡입될 때에는 파괴음이 발생하여 그 소음이 증가할 수밖에 없으나 본 발명에 따른 장치는 케이스(4)가 흡입공기의 버퍼 역할을 함으로써 순간적인 흡입 공기량에 대응함에 따라 상당량의 소음을 감소시킬 수 있다.Therefore, when a large amount of air is instantaneously inhaled, a destructive sound is generated and the noise is inevitably increased. However, the apparatus according to the present invention has a considerable amount as the case 4 responds to the instantaneous amount of intake air by acting as a buffer of intake air. Noise can be reduced.

도 2는 흡착제에 압력차이를 가하여 산소를 분리해 내는 산소농축기의 실시예를 나타낸 것으로, 기체농축모듈(2)은 흡착제를 가지는 흡착베드(8)와 밸브수단(9)을 구비하며, 상기 기체농축모듈(2)을 포함하는 전체 장치를 배치하는 전체케이스(6) 내부에 펌프를 배치하기 위한 케이스(4)를 구비하고, 펌프(3)의 양단 케이스(4) 부분에 공기이동로(5)를 구비한 도식도이다. Figure 2 shows an embodiment of an oxygen concentrator for separating the oxygen by applying a pressure difference to the adsorbent, the gas concentrating module (2) is provided with an adsorption bed (8) and valve means (9) having an adsorbent, the gas A case 4 for arranging the pump in the whole case 6 in which the entire apparatus including the enrichment module 2 is disposed; and an air movement path 5 at both ends of the case 4 of the pump 3; It is a schematic diagram provided with).

이 실시예에서 공기의 이동은 우선 선택적으로 설치될 수 있는 전흡입필터(7)를 통하여 흡입되고, 전체케이스(6) 내부의 펌프(3)가 배치되는 내부 케이스(4)를 통과하여 기체농축모듈(2)의 메인 필터인 흡입필터(1)를 지나 기체농축모듈(2)로 들어가 원하는 농축기체를 생산하게 된다.In this embodiment, the movement of air is first sucked through the pre-suction filter 7, which can be selectively installed, and concentrated through the inner case 4 where the pump 3 inside the whole case 6 is arranged. Pass the suction filter (1), the main filter of the module (2) to enter the gas concentration module (2) to produce the desired concentrated gas.

본 발명에 따른 장치는 상기의 압축스윙방식의 실시예뿐만 아니라, 진공스윙방식이나 기체분리막 방식의 기체농축장치의 경우에도 자명하다.The apparatus according to the present invention is obvious not only in the embodiment of the compression swing method but also in the case of the gas swing device of the vacuum swing method or the gas separation membrane method.

본 발명에 의한 장치에 의하여 기체농축장치에 사용되는 펌프의 냉각효과를 얻을 수 있어 별도의 냉각팬을 사용할 필요가 없으며, 냉각효과에 의하여 상기 펌프를 밀폐된 공간에 배치할 수 있게 됨에 따라 펌프가 가지고 있는 높은 소음레벨을 낮출 수 있다. By the device according to the present invention can obtain the cooling effect of the pump used in the gas concentrating device, there is no need to use a separate cooling fan, the pump can be arranged in a closed space by the cooling effect Lower the high noise level you have.

따라서, 가정용과 같이 실내에서 사용되는 기체농축장치의 소음을 실내용으로 낮추는 효과가 있다.Therefore, there is an effect of reducing the noise of the gas concentrator used indoors, such as home use for indoor use.

도 1 은 본 발명에 따른 장치의 도식도이다.1 is a schematic representation of a device according to the invention.

도 2 는 본 발명에 따른 실시예이다.2 is an embodiment according to the present invention.

Claims

In the gas concentration device for sucking the raw air through the suction filter to concentrate the gas of a specific component through the gas concentration module,

The gas concentrator includes pump means for supplying raw air by generating compressed air or vacuum pressure,

The pump means is disposed in a predetermined case having an air movement path for entering and exiting raw air,

The raw air sucked into the gas concentration module is sucked through the air movement path of the case to cool the pump past the surface of the pump means, and is sucked into the gas concentration module through the suction filter to concentrate a specific gas. Gas concentrator.

The gas concentrator of claim 1, wherein the gas concentrator has a section divided by a separate partition wall for disposing the pump means in the whole case in which the entire apparatus is disposed, and the raw material air sucked passes through the section to form a gas concentrating module. Gas concentrator, characterized in that the suction through the filter.

3. The gas concentration module according to claim 1 or 2, wherein the gas concentrating module has an adsorption bed including a zeolite as an adsorbent therein, and the pump means concentrates the gas by applying a pressure difference to the adsorption bed. Gas concentrator.

According to claim 1 or claim 2, wherein the gas concentration module has a gas separation membrane for separating the gas by the diffusion speed difference, the pump means is characterized in that to concentrate the gas by applying a pressure difference to the gas separation membrane Gas concentrator.