KR100698169B1 - 산소발생기의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산소발생기에 관한 것으로서, 흡착제의 흡착된 질소를 완전히 탈착하여 흡착제의 흡착성능을 유지함으로써, 산소발생기의 산소발생성능을 향상하기 위한 것이다.

이를 위해 본 발명은 질소를 흡착하는 흡착제(Z)가 구비된 흡착탑(30) 내부에 공기펌프(10)로 외부공기를 유입하여 가압함으로써, 외부공기에 포함된 질소를 흡착하여 산소를 분리 생성하는 가압단계와, 상기 공기펌프(10)로 상기 흡착탑(30)의 내부공기를 외부로 배출함으로써, 상기 흡착제(Z)에 흡착된 질소를 탈착하는 진공단계를 반복 수행함과 함께, 최초단계와 최종단계에서는 항상 진공단계가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 산소발생기의 제어방법이 제공된다.

산소발생기

Description

산소발생기의 제어방법{control mathod in oxygen generator}

도 1 은 종래 산소발생기의 개략적인 구성도

도 2 는 종래 산소발생기의 작동주기를 나타내는 도면

도 3a,3b 는 본 발명의 제1실시예에 따른 산소발생기의 작동주기를 나타내는 도면

도 4 는 본 발명의 제1실시예에 따른 산소발생기의 제어방법를 나타내는 순서도

도 5a,5b 는 본 발명의 제2실시예에 따른 산소발생기의 작동주기를 나타내는 도면

* 도면의 주요부분의 참조부호에 대한 설명 *

10. 펌프 30. 흡착탑

Z. 흡착제

본 발명은 산소발생기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡착제의 흡착성능을 유지하며, 산소배출시에 불순물이 포함되어 배출되지 않도록 하기 위한 산소발생기 의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 산소발생기는 대기중에 포함된 대략 21%의 산소를 분리하여 사용자에게 공급할 수 있도록 한 것으로, 주지된 바와 같이 물을 전기분해하는 방식, 화학물질의 반응에 의한 방식 등을 이용할 수 있으나, 이러한 방식들은 취급상의 번거로움과 안정성이 낮다는 문제점을 안고 있었다.

따라서, 근래에는 대기로부터 산소를 흡착 및 탈착시키는 과정을 수행하는 방식을 사용하여 산소를 분리 공급하는 산소발생기가 주로 이용되고 있는데, 도 1 은 이와 같은 종래 산소발생기의 개략적인 구성도이다.

도시된 바와 같이, 종래 산소발생기는 공기를 강제 순환시키는 공기펌프(10)와, 상기 공기펌프(10)에 병렬로 연결되어 공기유로를 선택적으로 생성하는 2개의 삼방변(21),(22)과, 상기 2개의 삼방변(21),(22)에 연결되고 그 내부에 공기로부터 질소를 흡착하는 흡착제(Z)가 충전된 흡착탑(30)과, 상기 흡착탑(30)에 연결되어 상기 흡착제(Z)에 의해 분리된 산소 가스를 외부로 배출하는 산소배출부(40)와, 상기 흡착탑(30)과 상기 산소배출부(40) 사이에 설치되는 체크밸브(50)로 크게 구성된다.

한편, 상기 흡착탑(30)에 충전되는 흡착제(Z)로는 일반적으로 질소 흡착성이 뛰어난 제올라이트(zeolite)가 사용된다.

상기와 같이 구성된 종래 산소발생기의 작동은 외부공기로부터 질소를 흡착하여 산소를 분리 발생시키기 위해 흡착탑(30) 내를 가압하는 가압단계와, 흡착제(Z)에 흡착된 질소를 탈착 배출하는 진공단계로 구분되며, 이러한 각 단계에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 가압단계에서는 공기펌프(10)의 작동에 의해 제1삼방변(21)을 통해서 외부공기가 유입되어 압축된 다음, 제2삼방변(22)을 통해 흡착탑(30)내에 공급됨에 따라 흡착탑(30)은 유입된 외부공기에 의해 가압된다.

이 때, 외부공기 중에 포함되어 있는 질소는 흡착제(Z)에 흡착되고 산소는 분리되며, 일정압력 이상이 되면 체크밸브(50)를 통해 산소배출부(40)로 배출된다.

한편, 진공단계에서는 상기 제1,2삼방변(21),(22)은 가압단계와는 반대로 유로가 전환되고, 공기펌프(10)의 흡입력에 의해 흡착탑(30) 내부가 진공상태로 되면서 흡착제(Z)로부터 질소 가스가 탈착되어 상기 제1삼방변(21), 공기펌프(10), 제 2삼방변(22)을 순차적으로 거쳐 외부로 배출된다.

상기한 바와 같이 산소발생기는 산소를 분리 생성하는 가압단계 및 질소를 탈착 배출하는 진공단계를 반복 수행하며 산소를 발생시키게 되는 것이다.

도 2 는 종래 산소발생기의 작동주기를 나타내는 도면으로써, 도시한 바와 같이 종래 산소발생기는 일반적으로 가압단계로 작동이 시작되어, 설정시간 동안 가압단계와 진공단계를 반복 수행한 후에, 최종적으로는 진공단계로 종료하도록 설정된다.

또한, 종래에는 산소발생기의 작동 도중에 사용자가 작동을 종료하게 되면, 산소발생기는 바로 수행하는 단계를 멈추고 종료한다.

따라서, 어느 단계에서든 흡착제(Z)에 흡착된 질소를 탈착하는 진공단계가 완전히 수행되지 않은 상태로 산소발생기가 종료되기 때문에, 흡착제(Z)에 흡착된 질소가 충분히 탈착되지 못하게 되고, 또한 흡착탑(30) 내부에 흡착제(Z)의 부스러기 혹은 먼지와 같은 불순물이 남게 된다.

특히, 가압단계 도중에 산소발생기가 종료하게 되면, 흡착제(Z)는 질소를 흡착한 상태이기 때문에 상기 흡착제(Z)의 흡착성능은 크게 저하된 상태가 된다.

즉, 이와 같이 흡착제(Z)의 흡착성능이 저하되고, 불순물이 남아 있는 상태에서 산소발생기를 재작동하게 되면, 산소발생성능은 현저히 떨어지게 될 뿐만아니라, 또한 산소 배출시에 불순물이 포함되어 실내로 배출되는 문제가 발생한다.

한편, 최종 진공단계시에 흡착탑(30)에서 배출되지 못한 공기의 압력때문에, 산소발생기의 최초 작동시에 공기펌프를 구동하는 모터의 기동전력이 많이 소모되며, 이를 위해 설계시에 모터의 용량을 증가시켜야 하는 문제도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 다음과 같다.

첫째, 본 발명은 흡착제의 흡착된 질소를 완전히 탈착하여 흡착제의 흡착성능을 유지함으로써, 산소발생기의 산소발생성능을 향상시키기 위한 것이다.

둘째, 본 발명은 불순물이 포함되지 않은 깨끗한 산소를 실내로 배출하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 형태에 따르면, 질소를 흡착하는 흡착제가 구비된 흡착탑 내부에 공기펌프로 외부공기를 유입하여 가압함으로 써, 외부공기에 포함된 질소를 흡착하여 산소를 분리 생성하는 가압단계와; 상기 공기펌프로 상기 흡착탑의 내부공기를 외부로 배출함으로써, 상기 흡착제에 흡착된 질소를 탈착하는 진공단계를 반복 수행함과 함께, 최초단계와 최종단계에서는 항상 진공단계가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 산소발생기의 제어방법이 제공된다.

즉, 진공단계 수행 도중에 산소발생기의 종료를 명령할 경우에는 상기 진공단계를 끝까지 수행한 후에 종료되고, 가압단계 수행 도중에 산소발생기의 종료를 명령할 경우에는 진공단계로 변환되어 진공단계를 끝까지 수행한 후 종료되도록 한다.

또한, 최종 진공단계의 진공시간은 이전의 다른 진공단계의 진공시간보다 길게 설정하면, 흡착제 내부의 불순물을 보다 확실하게 제거할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 3a,3b 내지 도 5a,5b 를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a,3b 는 본 발명의 제1실시예에 따른 산소발생기의 작동주기를 나타내는 도면으로써, 도 3a 는 진공단계 수행 도중 전원 차단 명령이 입력될 경우의 작동주기를, 도 3b 가압단계 수행 도중 전원 차단 명령이 입력될 경우의 작동주기를 각각 나타내며, 도 4 는 본 발명의 제1실시예에 따른 산소발생기의 제어방법를 나타내는 순서도이다.

한편, 본 발명에 따른 산소발생기의 제어방법는 종래와 동일한 구성의 산소발생기를 포함한 다양한 형태의 산소발생기에 적용할 수 있으나, 다만 이하의 실시 예에서는 종래와 동일한 구성을 갖는 산소발생기에 적용되는 것을 일 예로 설명하며, 구체적인 구성은 종래 설명을 참조하도록 한다.

도시한 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 산소발생기는 질소를 흡착하는 흡착제(Z)가 구비된 흡착탑(30) 내부에 공기펌프(10)로 외부공기를 유입하여 가압함으로써, 외부공기에 포함된 질소를 흡착하여 산소를 분리 생성하는 가압단계와, 상기 공기펌프(10)로 상기 흡착제(Z)의 내부공기를 외부로 배출함으로써, 상기 흡착제(Z)에 흡착된 질소를 탈착하는 진공단계를 반복 수행되는 것으로, 최초단계와 최종단계에서는 항상 진공단계가 수행되도록 하는 것이다.

특히, 본 발명의 제1실시예에 따른 산소발생기는 도 3a 에 도시한 바와 같이 가압단계 수행 도중에 사용자가 산소발생기의 종료를 명령하면, 제어부(미도시)가 제1,2삼방변(21),(22)를 진공상태로 절환하여, 진공단계를 수행한 후에 종료되도록 한다.

또한, 도 3b 에 도시한 바와 같이 진공단계 수행 도중에 사용자가 산소발생기의 종료를 명령하더라도, 수행중인 진공단계를 끝까지 수행한 후에 종료되도록 한다.

따라서, 본 발명의 산소발생기는 가압단계와 진공단계 어느 단계의 수행 도중에 산소발생기의 종료를 명령하더라도, 진공단계를 반드시 수행하도록 하여, 질소를 흡착한 흡착제(Z)를 완전히 탈착함과 동시에 흡착탑(30) 내부에 불순물이 남지 않도록 하는 것이다.

상기한 본 발명의 제1실시예에 따른 산소발생기의 작용을 보다 상세히 설명 한다.

도 4 는 본 발명의 제1실시예에 따른 산소발생기의 제어방법를 나타내는 순서도이다.

최초, 본 발명의 산소발생기가 작동되면, 제1삼방변(21)이 흡착탑(30)측과 공기펌프(10)측을 연결함과 동시에 제2삼방변(22)은 공기펌프(10)측과 외부(0)측을 연결한다.

그리고, 상기 공기펌프(10)의 흡입력에 의해 상기 흡착탑(30)의 내부공기가 흡입되어 외부로 배출되면서 상기 흡착탑(30)은 진공상태까지 감압된다.

이 때, 흡착제(Z)에 흡착되어 있던 질소와 흡착탑(30) 내부의 불순물이 공기펌프(10)의 흡입력에 의해 상기 흡착제(Z)에서 떨어지게 되고, 제1삼방변(21), 공기펌프(110) 및 제2삼방변(22)을 순차적으로 거쳐 외부로 배출된다.

그리고, 상기와 같이 진공단계를 수행한 후에는, 제1삼방변(21)이 외부(O)측과 공기펌프(10)측으로 절환 연결됨과 동시에 제2삼방변(22)은 공기펌프(10)측과 흡착탑(30)측을 연결하도록 절환되어, 산소가 분리 생성되는 가압단계가 수행되며, 이후 과정은 다시 진공단계와 가압단계를 반복 수행하게 되는 것이다.

한편, 본 발명에서는 상기한 바와 같이 산소발생기의 최초단계로 진공단계를 수행함에 따라, 흡착제(Z)에 흡착되어 있는 질소를 확실히 탈착하여 흡착제(Z)의 흡착성능을 재생한 상태에서 산소를 분리 생성함으로써, 산소발생기의 산소발생성능 및 산소농도를 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 산소를 분리 생성하여 실내로 공급하기 전에, 흡착탑(30) 내부의 불순 물을 외부로 배출함으로써, 공급되는 산소에 불순물이 포함되지 않는다.

그리고, 흡착탑(30)의 내부압력이 초기에 제거되어 모터의 기동이 용이해 지는 효과도 기대할 수 있다.

한편, 상기한 가압단계와 진공단계를 반복 수행하는 도중에 사용자가 산소발생기의 종료를 명령하게 되면, 제어부는 산소발생기의 작동상태가 가압단계인지 진공단계인지를 판단하게 된다.

이 때, 산소발생기가 가압단계를 수행중 일 경우에는, 제어부에 의해 제1삼방변(21)과 제2삼방변(22)이 진공상태를 이루도록 절환되어, 진공단계를 수행한 후 산소발생기가 종료된다.

또, 산소발생기가 진공단계를 수행중 일 경우에는, 수행 중이던 진공단계를 끝까지 수행한 후에 산소발생기가 종료하게 된다.

즉, 본 발명에서는 산소발생기의 작업종료가 어느 단계에서 명령되더라도, 진공단계를 수행한 후, 산소발생기가 종료되도록 한 것이다.

따라서, 본 발명의 산소발생기는 흡착제(Z)에 흡착된 질소가 탈착되어 상기 흡착제(Z)의 흡착성능이 재생되고, 흡착탑(30) 내부의 불순물이 제거된 상태로 종료되는 것이다.

그러므로, 산소발생기를 재작동 한 경우에 흡착제(Z)의 흡착성능을 더욱 높여서 산소발생성능의 향상과, 흡착제(Z) 수명의 연장에 크게 기여하는 되는 것이다.

도 5 는 본 발명의 제2실시예에 따른 산소발생기의 작동주기를 나타내는 도 면이다.

도시한 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 산소발생기는, 최초단계와 최종단계에서 항상 진공단계가 수행되며, 진공단계 수행 도중에 산소발생기의 종료를 명령할 경우에는 상기 진공단계를 끝까지 수행한 후에 종료되고, 가압단계 수행 도중에 산소발생기의 종료를 명령할 경우에는 진공단계로 변환되어 상기 진공단계를 끝까지 수행한 후 종료되는 것은 전술한 제1실시예와 동일하다.

한편, 본 발명의 제2실시예에서는 최종 진공단계의 진공시간을 산소발생기의 작동중에 반복되는 즉, 주기적인 진공단계의 진공시간보다 길게 설정한 것이다.

즉, 상기와 같이 최종 진공단계의 진공시간을 충분히 길게 설정하여, 흡착제(Z)에 흡착되어 있는 질소를 보다 확실하게 제거함과 동시에 흡착탑(30) 내부의 흡착제(Z) 부스러기 혹은 먼지등의 불순물을 모두 제거하도록 하는 것이다.

따라서, 산소발생기의 작업을 종료했을 경우에, 흡착탑(30) 내부는 불순물이 남아 있지 않으며 질소 역시 완전히 탈착 제거된 상태이기 때문에, 산소발생기를 재작동할 경우에, 흡착제(Z)의 흡착성능이 유지되어 산소발생성능을 향상 시킬 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이 흡착탑(30) 내부가 이전의 최종 진공단계에서 압력이 제거된 상태이므로 모터의 기동이 용이해 진다.

특히, 본 발명의 제2실시예는 가압단계에서 흡착제(Z)에 흡착된 질소가 진공단계에서 완전히 탈착되지 못하고 일부 질소가 흡착제(Z)에 남게 되며, 이러한 상태에서 가압단계와 진공단계가 반복 수행됨에 따라, 흡착제(Z)의 흡착성능이 점차 적으로 떨어지게 되는 것을 감안하여, 최종 진공단계를 충분히 길게 설정하여 완전한 탈착이 이루어지도록 한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 산소를 분리 생성하는 가압단계를 수행하기 이전에 흡착탑 내부의 불순물을 제거함으로써, 깨끗한 산소를 공급할 수 있다.

둘째, 산소발생기의 최종 진공단계시에 충분한 진공시간을 설정함으로써, 흡착제에 흡착된 질소를 완전히 탈착하여 흡착제의 흡착성능을 유지함으로써, 산소발생기를 재사용할 경우에 산소농도 및 산소발생성능을 향상시킬 수 있다.

셋째, 초기에 흡착탑 내부공기를 배출하여 흡착탑 내부의 압력을 제거시켜 줌으로써 모터의 기동을 용이하게 한다.

Claims (3)

1. 질소를 흡착하는 흡착제가 구비된 흡착탑 내부에 공기펌프로 외부공기를 유입하여 가압함으로써, 외부공기에 포함된 질소를 흡착하여 산소를 분리 생성하는 가압단계와;

   상기 공기펌프로 상기 흡착탑의 내부공기를 외부로 배출함으로써, 상기 흡착제에 흡착된 질소를 탈착하는 진공단계를 반복 수행함과 함께, 최초단계와 최종단계에서는 항상 진공단계가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 산소발생기의 제어방법
2. 제1항에 있어서,

   진공단계 수행 도중에 산소발생기의 종료를 명령할 경우에는 상기 진공단계를 끝까지 수행한 후에 종료되고, 가압단계 수행 도중에 산소발생기의 종료를 명령할 경우에는 진공단계로 변환되어 상기 진공단계를 끝까지 수행한 후 종료되는 것을 특징으로 하는 산소발생기의 제어방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   최종 진공단계의 진공시간은 상기 흡착제에 흡착된 질소가 완전 탈착될 수 있도록 설정되는 것을 특징으로 하는 산소발생기의 제어방법.

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