KR100591534B1 - 산소발생기용 통합형 베드 시스템 - Google Patents

Abstract

소형 산소발생장치에 사용되는 분자체(Molecular Sieve) 베드구조에 있어서, 구성된 베드가 분리되어 있거나 밸브와의 유기적 결합기능이 없는 기존 방식은 복잡한 외부 연결선을 필요로 할 뿐 아니라 질소와 산소의 분리과정에서 흡착 및 탈착의 성능을 저하시키는 구조였으나, "통합형 시브 베드구조"는 베드구조의 통합형 모듈화를 통해 복잡한 외부 연결선을 제거하거나 줄이고, 압력 변환 사이클(Pressure Swing Cycle)을 최적 상태로 유지시켜줌으로써 질소와 산소의 흡착 및 탈착 기능을 원활하게 하는 시스템을 제공한다.

"산소발생기용 통합형 베드시스템"은 분자체를 담는 베드(1+3)와 산소탱크(2)를 통합적으로 설계함으로써 공기 중에서 분리된 산소의 흐름을 원활하게 하여 분자체의 질소흡착 및 재생과정을 최적의 사이클을 유지하며 수행하게 되어 있다. "산소발생기용 통합형 베드시스템"에 있어서 기본베드(Integrated beds)는 일체형으로서 좌측에 제1베드, 중심측에 산소탱크, 그리고 우측에 제2베드로 설계되어 하나의 몸체를 이루고 있으며, 제1베드와 제2베드의 내부에는 분자체를 채울 수 있도록 원형 모양으로 일정한 공간을 이루고 있다.

"산소발생기용 통합형 베드시스템"에 있어서 일체형으로 구성된 기본 베드는 두 개의 연결판에 의해 개폐구조를 이루도록 설계 되어 있다 압축된 공기가 유입되고 질소가 배출되는 기능을 수행하는 앞부분의 프론트연결판(Front Purging device), 분리된 산소흐름을 제어하고 질소 탈착을 보조하는 기능을 수행하는 뒷부 분의 레어연결판(Rear Purging device)에 의해 기본 베드는 압력변환 과정을 수행하고 질소와 산소의 분리공정을 지속한다.

"산소발생기용 통합형 베드시스템"에 있어서 밸브구조를 통해 고압의 공기가 프론트연결판(Front Purging device)을 통과한 후 분자체(Molecular Sieve)로 채워져 있는 제1베드를 통과하면서 질소는 흡착되며, 산소는 통과하여 레어연결판(Rear Purging device)의 흐름 구조에 따라 산소탱크로 이동한 후 배출구에서 산소를 배출하게 되어 있다. 동시에 제1베드의 반대 편에 위치한 제2베드는 이미 분자체에 흡착되어 있는 질소를 탈착(재생)하는 과정을 수행하며 다른 사이클을 준비한다.

통합형 베드시스템은 앞부분과 뒷부분의 연결판을 통해 기본 베드를 하나의 구조를 감싸면서 불필요한 외부 연결선을 없애고, 구성부품을 최소화할 뿐 아니라 질소의 흡착 및 탈착이 원활히 진행되도록 최적의 처리 절차를 수행한다.

분자체, 베드시스템, 통합형 베드, 흡착 및 탈착과정, 산소발생기 베드

Description

산소발생기용 통합형 베드 시스템{An Integrated Beds System for Oxygen Generator}

도1은 본 발명에 의한 산소발생기용 통합형 베드시스템의 바람직한 상태를 보여주는 전체적인 도면이다.

도2는 본 발명에 의한 산소발생기용 통합형 베드시스템의 기본베드의 구조를 정면(top view)에서 보여주는 도면이다.

삭제

도3은 본 발명에 의한 산소발생기용 통합형 베드시스템의 기본베드를 앞쪽에서 덮어주는 프론트연결판(Front Purging device)의 내부 구조를 보여주는 도면이다.

도4는 본 발명에 의한 산소발생기용 통합형 베드시스템의 기본 베드를 앞쪽에서 덮어주는 프론트연결판(Front Purging device)의 외부 구조를 정면에서 보여주는 도면이다.

도5는 본 발명에 의한 산소발생기용 통합형 베드시스템의 기본 베드를 감싸는 프론트연결판(Front Purging device)을 측면에서 보여주는 도면이다.

도6는 본 발명에 의한 산소발생기용 통합형 베드시스템의 기본 베드를 뒤쪽에서 덮어주는 레어 연결판의 내부구조를 정면에서 보여주는 도면이다.

도7는 본 발명에 의한 산소발생기용 통합형 베드시스템의 기본 베드를 뒤쪽에서 덮어주는 레어 연결판(Rear Purging device)의 외부구조를 정면에서 보여주는 도면이다.

도8는 본 발명에 의한 산소발생기용 통합형 베드시스템의 기본 베드를 감싸는 레어 연결판(Rear Purging device)을 측면에서 보여주는 도면이다.

[부호의 설명]

기본베드 : 100

제1베드 : 101

제2베드 : 103

산소탱크 : 102

프론트연결판(Front Purging device) : 200

프론트연결판 공기흡입구 : 201a, 201b

프론트연결판 공기흡입통로 : 204a, 204b

프론트연결판 질소배출구 : 202a, 202b

프론트연결판 질소배출통로 : 203a, 203b

프론츠트연결판 산소배출구 : 205

레어 연결판(Rear Purging device) : 300

레어연결판 산소분리구 : 301a, 301b

레어연결판 산소흡입구 : 302a, 302b

레어연결판 압력조정구 : 305a, 305b

오리피스 고정핀 : 303

레어연결판 산소이동통로 : 306a, 306b

레어연결판 압력조정통로 : 307

본 발명은 기계응용구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소형산소발생기에 사용되는 분자체 베드구조를 모듈화하기 위한 '산소발생기용 통합형 베드시스템'에 관한 것이다.

[종래기술]

의료용이나 산업용으로 사용되던 산소발생기가 가정용,자동차용,정수기용 등 다양한 분야에서 그 시장성이 확대되고 있다. 따라서 소형산소발생기에서 중요한 기능을 하는 분자체 베드구조의 성능향상과 수명연장은 기술적 과제로서 그 중요성이 절실하다.

종래 산소발생기에 사용되는 분자체 베드구조는 구성되는 베드(1+2)와 산소탱크가 각기 독립적으로 분리되어 있거나, 이보다 개선된 일체형 베드구조라 할지라도 종래 방식의 밸브구조에 종속되기 때문에 공기분산과 질소배출이 일원구조(통로)에 의해 이루어 지는 방식을 취하고 있다. 베드구조에 있어서 종래 방식은 압축된 공기의 유입과 질소배출의 순환과정에서 좌측과 우측의 서로 다른 베드를 순차 적으로 이동하면서 종래의 밸브에 종속되어 공기분산의 과정을 반복한다.

산소발생기에 사용하는 종래의 밸브구조는 두 가지 유체 중에서 공기는 고압으로 분산시켜서 과다 허비량을 줄여야 하고, 질소배출을 원활하게 진행시켜야 한다. 그러나 종래의 밸브구조는 공기분산(유체1)과 질소배출(유체2)의 경로가 일원화되어 있으므로 공기 분산과정에서 이동경로가 바뀌면서 유입된 공기(유체1)와 배출되는 질소(유체2)가 혼합되거나 상충되는 일이 발생되어 결과적으로 질소배출에 필요한 적정한 시간을 갖지 못하는 단점이 있다. 동일한 경로에서 질소가 배출되는 순간에 고압의 공기가 유입됨으로써 질소배출이 원활하게 이루어지지 못하고, 공기와 혼합되어 다시 사용된다. 이처럼 두 가지 유체흐름의 경로가 일원화 되어 있는 밸브구조는 상대적으로 유체흐름을 원활하게 하지 못할 뿐 아니라, 공기순환을 충분히 소화하지 못함으로써 공기의 허비량을 증가시키는 한계가 있다.

종래의 베드구조는 구성되는 베드와 산소탱크가 각기 분리되어 있으므로 외부에 복잡하고 불필요한 연결선을 사용해야만 하고, 공기유입단계에서 질소배출이 상충되거나 순환기능이 상대적으로 왜곡되기도 한다. 종래의 베드구조는 압축된 공기가 외부 연결선을 통과하여 제1베드를 통과하면서 질소와 산소를 분리하고, 또 제1베드와 산소탱크를 연결하는 오리피스(Orifice)와 외부 연결선을 통과하여 산소탱크에 주입되며, 최종적으로 산소배출구를 통해 외부로 산소생산이 이루어 지는 과정을 수행한다.

이 보다 개선된 베드구조는 베드와 산소탱크를 일체형으로 설계하여 외부의 불필요한 연결선을 상대적으로 감소시켰으나 외부에서 유입되는 공기분산과 질소배 출의 통로가 일원화 되어 있는 종래의 밸브구조를 사용하기 때문에 베드구조의 연결방식이 종래의 베드구조와 별다른 차이를 갖지 못하는 한계가 있으며, 종래의 밸브에 종속되는 설계구조의 한계를 극복할 수 없다.

이로써 야기되는 문제점은 종래의 베드구조가 종래의 밸브방식에 종속됨으로써 압력의 변환 속도, 압력상태, 분자체의 재생시간, 베드구조의 크기 등에 민감하게 작용함으로써 산소와 질소의 분리공정 결과가 크게 달라질 수 있다.

이처럼 종래의 베드구는 불필요한 외부 연결선 등 구성부품이 많이 소요되고, 일체형으로 설계된 베드구조라 할지라도 종래의 밸브구조에 종속적이기 때문에 공기분산, 질소탈착 및 배출, 분자체 재생, 산소량 증가에 결정적인 영향을 미치는 베드구조의 기능적 한계를 갖는다.

이와 같은 문제점을 부분적으로나마 해소하기 위하여, 베드와 산소탱크를 일체형으로 설계하거나 외부 연결선 등 구성부품의 감소시키는 측면에서 개선 방법들이 모색되고 있으나 이러한 방법들 역시 밸브와의 상관성에 따라 혁신적인 구조개선을 이루지 못하고, 본질적인 문제를 극복하지 못하는 한계가 있기 때문에 위에서 기술한 문제점들을 충분히 해소한다고 할 수 없다. 종래의 베드구조의 개선 수준은 기본원리나 구조를 변화시키지 못하는 한계를 갖는 것으로서, 종래의 기본원리를 개선한 "산소발생기용 통합형 베드시스템"은 현재로선 없다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래 사용하던 베드구조의 설계구조와 기본원리를 개선함으로써 복잡하고 불필요한 외부의 구 성부품을 제거하거나 감소시키고, 종래의 밸브구조에 종속되지 않는 새로운 방식으로서 공기분산의 최적화와 산소-질소 분리공정의 기능개선을 이루기 위하여 "산소발생기용 통합형 베드시스템"을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 "산소발생기용 통합형 베드시스템"은 종래의 베드구조가 갖는 외부의 연결선 등 구성부품을 줄이고, 기본베드판를 감싸는 프론트연결판(Front Purging device)과 레어연결판(Rear Purging device)의 일체형으로 구성하여 가장 적합한 산소-질소 분리공정의 처리 절차를 수행한다.

"산소발생기용 통합형 베드시스템"에 있어서 공기의 과다 허비량을 줄이고, 공기순환 구조를 최적 상태로 유지함으로써 공기분산(유체흐름)의 효용성을 극대화하고, 그 성능을 향상시키기 위해 개발된 새로운 방식의 밸브구조에 상관성을 갖고 발명되었다.

"산소발생기용 통합형 베드시스템"은 두 개의 베드와 산소탱크로 구성되는 기본베드판, 기본베드를 감싸는 두 개의 연결판(Purging device)으로 구성된다.

"산소발생기용 통합형 베드시스템" 에 있어서 기본베드판이 프론트 연결판(Front Purging device)과 레어연결판(Rear Purging device)으로 덮여 있는 상태에서 압축공기 유입, 질소흡착, 산소분리, 압력감소등 베드구조의 기능을 수행한다. 프론트연결판(200)은 외부에 설치된 공기압축기로부터 압축된 공기가 유입되는 공기흡입구(201a, 201b)와 기본베드판의 분자체(제올라이트)에서 탈착된 질소를 외부로 배출하는 질소배출구(202a, 202b), 그리고 제1베드(101) 또는 제2베드(103)의 분리공정을 거쳐 산소탱크(102)를 통해 산소를 생산하는 산소배출구(205)로 구성된다.

"산소발생기용 통합형 베드시스템"에 있어서 레어연결판(Rear Purging device)(300)은 베드를 통과한 산소가 레어연결판으로 유입되는 산소분리구(301a,301b)를 통과한 후 산소이동통로(306a,306b)를 거쳐 산소흡입구(302a,302b)로 이동한다. 두 개의 베드로부터 분리된 산소가 통과하는 산소흡입구는 양쪽에 오리피스가 고정되어 산소의 역류를 방지하도록 설계되어 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 동일하거나 대응하는 부재에는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도1은 본 발명에 의한 "산소발생기용 통합형 베드시스템"의 바람직한 실시예의 전체적인 구성을 보여준다. "산소발생기용 통합형 베드시스템"은 외부의 압축기로부터 유입되는 고압의 공기를 좌측 베드(제1베드)와 우측 베드(제2베드)에 순차적으로 분산시켜 주는 설계방식을 취하고 있으며, 프론트연결판, 기본베드판, 그리고 레어연결판을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, "산소발생기용 통합형 베드시스템" 은 도2에서 보는 바와 같이 고압의 공기(유체1)를 좌측베드와 우측베드에 순차적으로 분산시켜 주도록 설계된 밸브구조의 작동에 의해 공기분산과 압력변환 사이클이 시작된다. "산소발생기용 통합형 베드시스템" 의 프론트연결판(Front Purging device)을 통과하여 좌측베드에 유입된 고압의 공기는 분자체(제올라이트)를 통과하는 과정에서 질소는 흡착되고 산소는 통과하여 레어연결판(Rear Purging device)의 기능에 따라 산소탱크로 산소가 흡입되는 처리과정을 수행한다. 이와 동시에 반대편의 우측베드(제2베드)에서는 이미 흡착되어 있던 질소가 탈착과정을 진행함으로써 분자체의 재생이 이루어 진다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 도2는 "산소발생기용 통합형 베드시스템" 의 일체형으로 설계된 기본베드판(100)의 정면을 보여주고 있다. "산소발생기용 통합형 베드시스템" 의 기본베드판(100)은 좌측에 제1베드(101), 중앙에 산소탱크(102), 그리고 우측에 제2베드(103)를 포함한다. 제1베드와 제2베드는 분자체로 채워지며, 유입된 공기 중에서 질소와 산소를 분리하는 처리절차를 수행하며, 산소탱크는 제1베드 또는 제2베드를 통과한 산소를 일시적으로 저장하고 있다가 외부로 산소를 배출하는 과정을 지속한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 도3는 "산소발생기용 통합형 베드시스템" 의 프론트연결판(Front Purging device)의 내부구조를 보여주는 것으로서 공기분산과 질소배출의 처리절차를 수행한다. 프론트연결판(200)은 좌측과 우측의 공기흡입구(201a,201b)를 통해 순차적으로 고압의 공기를 흡입하고, 한쪽의 베드에서 공기흡입 과정을 수행하는 동안 반대쪽 베드에서는 질소탈착이 진행되면서 외부로 질소배출이 이루어 진다.

도4는 공기분산과 질소배출의 처리과정을 수행하는 프론트연결판의 외부구조를 보여주며, 도5는 프론트연결판의 측면을 보여주고 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 도6은 "산소발생기용 통합형 베드시스템" 의 레어연결판(Rear Purging device)의 내부구조를 정면에서 보여주는 것으로 기본베드판을 뒤쪽에서 감싸면서 베드구조의 산소처리 과정을 수행한다. 제1베드에서 질소는 흡착되고 산소는 분리(통과)된 후에 일부의 산소는 산소분리구를 거쳐 산소흡입구로 이동하고, 나머지 산소는 압력조정구를 통해 압력상태의 균형을 유지하면서 반대편의 베드(제2베드)로 보내지면서 질소의 탈착과정을 돕는다. 프론트연결판(Front Purging device)의 산소흡입구는 오리피스 고정핀(303)에 의해 막혀져 있기 때문에 산소탱크로부터 산소가 역류하는 것을 방지해 주는 기능을 수행한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 도7은 레어연결판의 외부구조를 보여주는 것으로 산소이동통로(306a,306b)와 압력조정통로(307)를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서, 도8은 레어연결판(Rear Purging device)의 측면에서 산소이동통로와 압력조정통로의 구조를 보여주고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 종래의 베드구조와는 달리 종래의 밸브구조에 종속되지 않는 새로운 베드설계 방식을 취함으로써 공기분산(유체1)과 질소배출(유체2) 과정을 이원화하고, 이로써 베드구조의 기능 및 성능향상을 통해 생산원가를 절감시키는 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 실시의 예에서 보는 바와 같이 "산소발생기용 통합형 베드시스템"을 새로운 방식의 밸브구조에 맞게 설계함으로써 두 가지 유체의 흐름을 이원적으로 계층화하여 공기흐름과 질소배출이 혼합되거나 상충되는 일이 없게 하고, 베드구조를 일체형으로 설계함으로써 외부의 불필요한 연결선 등 구성부품을 감소시키며, 특히 종래의 밸브방식에 종속되지 않는 설계방식을 취함으로써 압력상태, 공기분산의 시간, 질소탈착, 분자체 재생 등 처리과정이 상대적으로 원활하게 수행되도록 한다.

본 발명은 종래의 분리형 베드구조가 사용하던 구성부품을 사용하지 않기 때문에 부품감소로 인해 원가절감을 이룰 수 있으며, 베드구조를 통합형으로 설계함으로써 내구성이 강화되고 베드구조의 수명을 연장시키는 효과가 있다. 특히 원가절감형 밸브구조에 맞는 설계방식을 취함으로써 유기적인 성능향상을 기할 수 있다.

결론적으로 상술한 바와 같이 본 발명은 종래의 베드구조에 비해 복잡하고 불필요한 구성부품을 제거하거나 감소시키고, 종래의 밸브구조나 원리에 종속되지 않는 새로운 방식의 베드구조로서 공기분산의 최적화와 베드수명의 연장, 생산원가 절감 등 기능향상과 효율성을 높이는 획기적인 발명이라 할 수 있다.

Claims (1)

1. 중앙에 위치한 산소탱크(102)와, 상기 산소탱크(102) 양측에 위치하며, 질소를 흡착하는 분사체가 충진되어 있는 제1 및 제2베드(101)(103)가 일체형으로 되어 있는 기본베드판(100);

   상기 기본베드판(100)의 전면에 위치하고, 상기 산소탱크(102)에 해당하는 위치에 산소배출구(205)가 형성되어 있고, 상기 제1 및 제2 베드(101)(103)에 해당하는 위치에 각각 질소배출통로(203a)(203b) 및 공기흡입통로(204a)(204b)가 형성되어 있는 프론트 연결판(200); 및

   상기 기본베드판(100)의 후면에 위치하고, 상기 산소탱크(102)에 해당하는 위치에 형성된 산소흡입구가 형성되어 있고, 상기 제1 및 제2 베드(101)(103)에 해당하는 위치에 각각 산소분리구 및 압력조정구가 형성되어 있는 레어연결판(300)을 포함하여 이루어져서

   소형 산소발생기에 사용되는 종래의 베드 분리형 베드구조를 새로운 밸브구조에 맞게 일체형으로 설계함으로써 공기분산의 최적화와 산소-질소 분리 공정의 최적화를 할수 있는 산소발생기용 통합형 베드 시스템에 있어서,

   상기 레어연결판(300)의 산소흡입구는 두개(302a)(302b)이고, 이들 중 하나(302b)는 상기 제1 베드측 산소분리구(301a)로 이동통로(306b)가 형성되어 있고, 다른 하나(302a)는 상기 제2 베드측 산소분리구(301b)로 이동통로(306b)가 형성되어 있으며,

   상기 두 산소흡입구(302a)(302b)는 오리피스 고정핀(303)에 의하여 상기 산소탱크(102)로부터 산소의 역류가 방지되며,

   상기 두 압력조정구(305a)(305b)는 상기 레어연결판 자체에 형성된 압력조정통로(307)에 의하여 압력상태의 균형 유지와 질소 탈착과정을 수행하도록 되어 있는.

   프론트연결판(Front Purging device)과 기본베드판, 그리고 레어연결판(Rear Purging device)의 유기적 연결구조에 의해 공기최적 분산, 질소흡착 및 탈착, 압력균형유지 및 산소흡입, 질소배출의 처리 절차를 포함하는 산소발생기용 통합형 베드 시스템.

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