KR100710288B1 - 산소발생기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산소발생기에 관한 것으로서, 산소발생기에서 가압단계시에 진공상태에서 설정압력상태까지 도달하는 시간을 줄이기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명은 외부공기로부터 질소를 흡착하여 산소를 분리 생성하는 흡착제(Z)가 내부에 구비되는 흡착탑(130)과; 상기 흡착탑과 병렬 형태로 배관 연결되며, 일측 배관으로는 외부공기를 상기 흡착탑(130)으로 유동시키고, 타측 배관으로는 상기 흡착탑(130)의 내부공기를 유출시키는 공기펌프(110)와; 상기 흡착탑(130)과 상기 공기펌프(110)를 연결하는 일측 배관상에 설치되어, 상기 공기펌프(110)에서 상기 흡착탑(130)으로 유입되는 외부공기가 저장되어 일정압력을 유지하는 압력탱크(160)와; 상기 흡착탑(130)과 상기 공기펌프(110)를 연결하는 타측 배관상에 설치되는 흡입측밸브(121)와; 상기 공기펌프(110)와 상기 압력탱크(160)를 사이에 설치되는 토출측밸브(122)와; 상기 압력탱크(160)와 상기 흡착탑(130) 사이에 구비되는 개폐밸브(123)를 포함하여 구성되는 산소발생기가 제공된다.
산소발생기
Description
도 1 은 종래 산소발생기의 개략적인 구성도
도 2 는 종래 산소발생기에서 가압단계 및 진공단계의 주기에 따른 흡착탑 내부의 압력 변화를 나타내는 도면
도 3a,3b 는 본 발명에 따른 산소발생기의 작동상태를 나타내는 상태도
도 4 는 본 발명에 따른 산소발생기의 흡착탑 내 압력변화를 가압단계 및 진공단계의 주기에 따라 나타내는 도면
도 5 는 본 발명에 따른 산소발생기의 흡착탑 내 압력변화와 종래 산소발생기의 흡착탑 내 압력변화를 나타내는 실험결과를 나타내는 도면
* 도면의 주요부분의 참조부호에 대한 설명 *
110. 공기펌프 121. 흡입측밸브
122. 토출측밸브 123. 개폐밸브
130. 흡착탑 140. 산소배출부
150. 체크밸브 160. 압력탱크
Z. 흡착제
본 발명은 산소발생기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공상태에서 설정압력상태까지의 가압시간을 단축하기 위한 산소발생기에 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 1은 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 흡착 하고 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 반대의 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.
한편, 도 2 는 종래 산소발생기에서 가압단계 및 진공단계의 주기에 따른 흡착탑 내부의 압력 변화를 나타내는 도면으로써, 도시한 바와 같이 종래 산소발생기에서는 가압단계시에 흡착탑(30)을 진공상태에서 설정압력상태까지의 가압하는 시간이 길다.
따라서, 이와 같은 종래의 산소발생기에서는 흡착탑(30)의 내부 압력과 비례 관계에 있는 산소의 출력유량 및 산소의 농도를 증가하는데 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 산소발생기에서 가압단계시에 진공상태에서 설정압력상태까지 도달하는 시간을 줄이기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 형태에 따르면, 외부공기로부터 질소를 흡착하여 산소를 분리 생성하는 흡착제가 내부에 구비되는 흡착탑과; 상기 흡착탑과 병렬 형태로 배관 연결되며, 일측 배관으로는 외부공기를 상기 흡착탑으로 유동시키고, 타측 배관으로는 상기 흡착탑의 내부공기를 유출시키는 공기펌프와; 상기 흡착탑과 상기 공기펌프를 연결하는 일측 배관상에 설치되어, 상기 공기펌프에서 상기 흡착탑으로 유입되는 외부공기가 저장되어 일정압력을 유지하는 압력탱크와; 상기 흡착탑과 상기 공기펌프를 연결하는 타측 배관상에 설치되는 흡입측밸브와; 상기 공기펌프와 상기 압력탱크를 사이에 설치되는 토출측밸브와; 상기 압력탱크와 상기 흡착탑 사이에 구비되는 개폐밸브를 포함하여 구성되는 산소발생기가 제공된다.
특히, 상기 흡입측밸브는 외부와 연결되며, 흡착탑측과 공기펌프측, 외부측과 공기펌프측을 선택적으로 연결하는 방향절환밸브임과 함께, 상기 토출측밸브는 외부와 연결되며, 공기펌프측과 압력탱크측, 공기펌프측과 외부측을 선택적으로 연결하는 방향절환밸브이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 3a,3b 내지 도 5 를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3a 는 본 발명에 따른 산소발생기의 진공상태를 나타내는 상태도이고, 도 3b 는 본 발명에 따른 산소발생기의 가압상태를 나타내는 상태도이다.
그리고, 도 4 는 본 발명에 따른 산소발생기의 흡착탑 내 압력변화를 가압단계 및 진공단계의 주기에 따라 나타내는 도면이다.
도시한 바와 같이 본 발명은 외부공기로부터 질소를 흡착하여 산소를 분리 생성하는 흡착제(Z)가 내부에 구비되는 흡착탑(130)과, 상기 흡착탑(130)과 병렬 형태로 배관 연결되며, 일측 배관으로는 외부공기를 상기 흡착탑(130)으로 유동시키고, 타측 배관으로는 상기 흡착탑(130)의 내부공기를 유출시키는 공기펌프(110)와, 상기 흡착탑(130)과 상기 공기펌프(110)를 연결하는 일측 배관상에 설치되어, 상기 공기펌프(110)에서 상기 흡착탑(130)으로 유입되는 외부공기가 저장되어 일정압력을 유지하는 압력탱크(160)와, 체크밸브(150)에 의해 상기 흡착탑(130)과 연결되는 산소배출부(140)로 크게 구성된다.
그리고, 상기 흡착탑(130)과 상기 공기펌프(110)를 연결하는 타측 배관상에는 흡입측밸브(121)가 설치되고, 상기 공기펌프(110)와 상기 압력탱크(160)를 사이에는 토출측밸브(122)가 설치되며, 상기 압력탱크(160)와 상기 흡착탑(130) 사이에는 개폐밸브(123)가 설치된다.
상기 흡입측밸브(121)는 외부(O)와 연결되며, 흡착탑(130)측과 공기펌프(110)측, 외부측(O)과 공기펌프(110)측을 선택적으로 연결하는 삼방식 방향절환밸브임과 함께, 상기 토출측밸브(122)는 외부(O)와 연결되며, 공기펌프(110) 측과 압력탱크(160)측, 공기펌프(110)측과 외부(O)측을 선택적으로 연결하는 삼방식 방향절환밸브이다.
한편, 상기한 방향절환밸브는 솔레노이드밸브로 이루어져, 도시하지 않은 제어부에 의해 작동된다.
이와 같이 구성을 갖는 본 발명에 따른 산소발생기의 작용을 구체적으로 설명한다.
최초, 본 발명의 산소발생기는, 도 3a 와 같이 흡입측밸브(121)가 흡착탑(130)측과 공기펌프(110)측을 연결함과 동시에 토출측밸브(122)가 공기펌프(110)측과 외부(0)측을 연결한 상태에서 공기펌프(110)가 가동된다.
그리고, 상기 공기펌프(110)의 흡입력에 의해 상기 흡착탑(130)의 내부공기가 흡입되어 외부로 배출되면서 진공상태까지 감압된다.
이 때, 흡착제(Z)에 흡착되어 있던 질소가 공기펌프(110)의 흡입력에 의해 상기 흡착제(Z)에서 떨어지게 되고, 흡입측밸브(121), 공기펌프(110) 및 토출측 밸브(122)를 순차적으로 거쳐 외부로 배출되는 것이다.
그리고, 압력탱크(160)와 흡착탑(130) 사이에 구비된 개폐밸브(123)에 의해 공기펌프(110)의 흡입력이 작용하는 유로가 차단되어 상기 압력탱크(160)는 압력의 누설없이 일정압력으로 유지된다.
한편, 이와 같이 상기 흡착제(Z)에 흡착되어 있던 질소를 탈착하여, 상기 흡착제(Z)를 재생함으로써, 새롭게 질소를 흡착하여 산소를 분리 생성하는 것이 가능해 지는 것이다.
상기와 같이 흡착제(Z)의 질소를 탈착하는 진공단계가 완료되면, 도 3b 와 같이 상기 흡입측밸브(121)는 외부(O)측과 공기펌프(110)측으로 절환 연결됨과 동시에 배출측밸브(122)는 공기펌프(110)측과 압력탱크(160)측을 연결하도록 절환되고, 상기 개폐밸브(123)는 개방된다.
그리고, 상기 공기펌프(110)에 의해 압축된 외부공기는 흡입측밸브(121), 공기펌프(110), 배출측밸브(122) 및 압력탱크(160)를 순차적으로 거쳐 흡착탑(130) 내부로 유입되면서 상기 흡착탑(130)을 설정압력상태까지 가압하게 된다.
그런데, 본 발명에서는 흡착탑(130)의 직전방에 일정압력을 유지하는 압력탱크(160)를 설치함으로써, 가압 초기에 상기 압력탱크(160)에 저장되어 있던 일정압력의 공기가 상기 흡착탑(130) 내부로 신속히 유입하게 된다.
따라서, 진공상태였던 상기 흡착탑(130) 내부는 압력탱크(160)의 공기에 의해 상기 압력탱크(160)의 압력이 되고, 이러한 압력탱크(160)의 압력으로부터 가압되기 시작하는 것이다.
즉, 본 발명에서는 가압단계시에 압력탱크(160)의 압력으로부터 흡착탑(130)의 설정압력상태까지 가압되며, 이 때 외부공기에 포함되어 있던 질소가 흡착제(Z)에 흡착됨에 따라 산소가 분리 생성된다.
그리고, 상기와 같이 분리 생성된 산소는 체크밸브(150)를 통해 산소배출부(140)로 배출된다.
특히, 본 발명은 전술한 바와 같이 상기 흡착탑(130)이 상기 압력탱크(160)의 압력으로부터 가압되기 시작하기 때문에, 도 4 에 도시한 바와 같이 종래와 비 교하여 흡착탑(130)의 설정압력상태까지 도달하는 시간이 단축되는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 상기한 각 단계 즉, 진공단계-가압단계를 반복 수행하면서, 산소를 계속적으로 분리 생성한다.
요컨데, 본 발명은 가압단계시에 설정압력상태까지 도달하는 가압시간을 단출할 수 있다.
따라서, 본 발명은 가압시간을 종래와 동일한 주기를 설정할 경우에, 산소발생기의 설정압력을 높일 수 있다.
또한, 산소발생기의 산소발생량 및 산소농도는 흡착탑(130) 내부의 압력과 비례관계에 있으므로, 본 발명은 산소발생량 및 산소농도를 증가시키는 것이 가능하다.
도 5 는 본 발명에 따른 산소발생기의 흡착탑 내 압력변화와 종래 산소발생기의 흡착탑 내 압력변화를 나타내는 실험결과를 나타내는 도면으로써, 가압시간을 60초, 진공시간을 30초로 설정하여 수행한 흡착탑(130) 내의 압력변화를 나타내는 실험치이다.
도시한 바와 같이 본 발명의 압력탱크(160)를 구비한 산소발생기는 가압단계시에 흡착탑(130) 내 압력이 종래보다 약 0.2 kgf/cm2 정도 높은 상태를 유지하면서 가압되는 것을 알 수 있다.
한편, 다음 표 1 은 본 발명에 따른 산소발생기의 산소농도의 증가를 나타내는 표이다.
| 탱크크기(ℓ) | 출력농도(%) |
| 0 | 35 |
| 0.2 | 37 |
| 0.4 | 38 |
| 0.6 | 38.5 |
| 0.8 | 39 |
상기 표에서 알 수 있듯이, 일정압력을 유지하는 압력탱크(160)를 사용함으로써, 상기 압력탱크(160)의 크기가 0.2ℓ씩 커질 때마다 산소농도가 약 0.5%씩 증가한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 압력탱크를 흡착탑 직전방에 설치함으로써, 가압단계시에 설정압력상태까지 도달하는 시간이 단축되어, 가압주기를 짧게 할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 설정압력상태까지 도달하는 시간이 단축됨에 따라, 종래와 동일한 가압주기를 유지할 경우에 설정압력을 높일 수 있다.
셋째, 산소발생량과 비례하는 흡착탑 내부 압력을 높이는 것이 가능하기 때문에, 산소발생량 및 산소농도 증가시키는 것이 가능하다.
Claims (2)
- 외부공기로부터 질소를 흡착하여 산소를 분리 생성하는 흡착제가 내부에 구비되는 흡착탑과;상기 흡착탑과 병렬 형태로 배관 연결되며, 일측 배관으로는 외부공기를 상기 흡착탑으로 유동시키고, 타측 배관으로는 상기 흡착탑의 내부공기를 유출시키는 공기펌프와;상기 흡착탑과 상기 공기펌프를 연결하는 일측 배관상에 설치되어, 상기 공기펌프에서 상기 흡착탑으로 유입되는 외부공기가 저장되어 일정압력을 유지하는 압력탱크와;상기 흡착탑과 상기 공기펌프를 연결하는 타측 배관상에 설치되는 흡입측밸브와;상기 공기펌프와 상기 압력탱크를 사이에 설치되는 토출측밸브와;상기 압력탱크와 상기 흡착탑 사이에 구비되는 개폐밸브를 포함하여 구성되는 산소발생기.
- 제1항에 있어서, 상기 흡입측밸브는 외부와 연결되며, 흡착탑측과 공기펌프측, 외부측과 공기펌프측을 선택적으로 연결하는 방향절환밸브임과 함께, 상기 토출측밸브는 외부와 연결되며, 공기펌프측과 압력탱크측, 공기펌프측과 외부측을 선택적으로 연결하는 방향절환밸브임을 특징으로 하는 산소발생기.
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Legal Events
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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