KR100741307B1 - 산소농축 장치 - Google Patents

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KR100741307B1
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이태수
최윤순
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주식회사 옥서스
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Abstract

본 발명은 압축공기 중에 포함된 질소를 흡착하여 농축 산소를 생산하기 위한 산소농축 장치에 관한 것으로서, 단일 흡착베드에 구비된 제 1,2흡착탑이 산소 농축을 실시하고, 발생된 농축 산소를 별도의 저장탱크 없이 상기 흡착베드 내부의 산소 저장부에 저장하여 사용 가능하며, 상기 제 1,2흡착탑의 압력차가 최대로 되었을 때 상기한 제 1,2흡착탑의 상부를 연통시켜 고압측의 흡착탑 상부에 있는 기체의 일부를 저압측으로 이동시키는 상부균등화작동과, 상기 제 1,2흡착탑의 하부를 연통시켜 고압측의 흡착탑 기체가 저압측의 흡착탑을 가압하는 하부균등화작동과 함께 상기 상,하부균등화 작동이 동시에 실시 가능하여 농축 산소의 순도가 고순도의 상태로 향상되고 공기 압축기의 작동에 따른 소비전력이 감소 가능하며, 솔레노이드 밸브의 설치가 용이하도록 커버 조립체를 구비한 산소농축 장치에 관한 것이다.
산소, 농축, 흡착베드, 제 1,2흡착탑, 챔버부

Description

산소농축 장치{The Apparatus Of Oxygen Concentration System}
도 1은 본 발명에 의한 산소농축 장치를 도시한 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 산소농축 장치의 결합 사시도.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명에 의한 산소농축 장치의 작동 상태도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 제1솔레노이드 밸브 20 : 흡착베드
22,24 : 제 1,2흡착탑 26 : 산소 저장부
100 : 제 1커버 조립체 112,114 : 제 1,2홈부
116 : 공급홀 120,130 : 제 1,2체크밸브
140, 150 : 제 1,2오리피스 162,164 : 제 1,2연통홀
170 : 제 2솔레노이드 밸브 200 : 챔버부
300 : 챔버 커버 312,314 : 제 1,2챔버
320 : 씰링부재
본 발명은 압축공기 중에 포함된 질소를 흡착하여 농축 산소를 생산하기 위 한 산소농축 장치에 관한 것으로서, 단일 흡착베드에 구비된 제 1,2흡착탑이 산소 농축을 실시하고, 발생된 농축 산소를 별도의 저장탱크 없이 상기 흡착베드 내부의 산소 저장부에 저장하여 사용 가능하며, 공기 압축기의 작동에 따른 소비전력이 감소가능하며, 솔레노이드 밸브의 설치가 용이하도록 커버 조립체를 구비한 산소농축 장치에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 산소농축장치는 제올라이트(Zeolite)라 불리는 흡착재가 기체분자를 흡착하는 성질을 이용한다. 대기 공기 중의 약 80%를 차지하는 질소는 제올라이트에 잘 흡착되므로 일반공기를 압축시켜 흡착재가 설치된 흡착베드에 유입시키게 되면 질소성분은 흡착되고, 질소성분이 줄어든 기체는 흡착베드 상단 출구로 배출되며 이렇게 배출된 산소를 필요로 하는 곳에 공급하여 사용한다.
상기한 산소농축 장치의 산소농축과정은 가압기체를 흡착제에 통과시킴으로써 질소를 흡착시키는 흡착과정과, 흡착제 세정과정으로 구분된다.
상기한 흡착과정은 가압기체를 흡착제에 통과시킴으로써 질소만이 흡착되고 나머지 기체는 통과시켜 공기 중의 산소를 분리하여 얻는 과정이며, 이때 흡착제인 제올라이트는 질소가 흡착되어 성능이 격감 되기 때문에 상기한 흡착제에 흡착된 질소를 탈착하여 원래의 성능을 회복시켜야 한다. 상기한 흡착제에 질소를 흡착시켜 얻어진 산소는 소정압력이 되면 저장부로 이동되어 상당한 고압으로 저장상태를 유지하고 있으며, 이중 일부를 흡착제에 역류시킴으로써 질소 세정으로 흡착능력이 회복된다.
상기와 같은 일반적인 산소농축 장치는 고순도의 농축 산소를 얻기 위한 내 외부 구조가 복잡해져서 제조비 상승과 함께 생산성 저하 및 고장이 발생 될 수 있는 문제점을 안고 있었다.
또한 산소농축 장치와 연결 설치되는 공기 압축기가 작동시에 과다하게 기계적인 에너지가 소모되어 산소농축 장치의 전반적인 운영 측면에서 불리한 측면이 발생 되었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제 1,2흡착탑이 구비된 단일 흡착베드를 이용하여 고순도의 농축 산소가 발생 가능하도록 구조를 변경하고, 솔레노이드 밸브의 탈부착이 용이한 산소농축 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 산소농축 장치는 압축공기의 공급과 배출을 실시하는 제 1솔레노이드 밸브가 외측에 설치되고, 제 1솔레노이드 밸브를 통해 공급된 압축공기 중의 질소와 산소를 분리하는 제 1,2흡착탑이 내부에 배치되며 농축산소가 저장되는 산소 저장부가 구비된 흡착베드와, 상기 흡착베드의 상하부에 각각 밀착 설치되는 제 1,2커버 조립체가 설치된다. 상기 제 1솔레노이드 밸브는 5포트 3웨이 타입을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제 1커버 조립체는 제 1커버 플레이트의 내측면상에 제 1,2흡착탑과 각각 대응되게 위치하도록 이격 형성된 제 1,2홈부가 구비되되 상기 제 1,2홈부의 동일 위치에 관통 형성되어 농축 산소가 흡착베드의 산소 저장부와 연통된 공급홀을 통해 이동 가능하도록 제 1,2체크밸브가 설치된다. 상기 공급홀의 상측에는 산소 토출공이 형성되어 별도로 구비된 튜브와 연결 설치되도록 구성된다.
상기 제 1,2체크밸브는 제 1커버 플레이트에 형성된 고정공상에 밀착 설치되되 상기 고정공의 양측으로 각각 이격 되어 기체 소통 가능하도록 형성된 밸브공과, 상기 밸브공을 통해 이동되는 기체의 압력에 의해 플렉시블하게 작동 가능하도록 연성 재질로 이루어진 밸브바디를 포함하여 구성된다.
상기 제 1,2체크밸브의 일측 하단부에 관통 형성되며 상기 제 1,2흡착탑중 어느 하나의 압력이 높아지고 다른 하나의 압력이 낮아질 때 상기 제 1,2흡착탑의 어느 하나에 부착된 질소가 세정 가능하도록 상기 제 1,2흡착탑과 연통 형성되어 농축산소의 일부가 역류 되도록 제 1,2오리피스가 구비된다.
일단이 상기 제 1,2홈부의 내측과 각각 연통 형성되고 타단이 제 1커버 조립체의 외측까지 연장된 제 1,2연통홀이 내부에 형성되며 상기 제 1커버 플레이트의 외측 상부에 일체로 장착부가 구비된다.
상기 제 1,2연통홀과 기체소통 가능하도록 결합 되어 장착부에 고정 설치되며 제 1,2흡착탑 내부의 압력이 균등해 지도록 작동되는 제 2솔레노이드 밸브가 구비된다. 상기 제 2솔레노이드 밸브는 2포트 2웨이 타입을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제 1커버 플레이트의 외측면상에 구비되되 상기 제 1,2체크밸브와 제 1,2오리피스가 별도로 구획 가능하도록 설치되는 챔버부를 포함하여 구성된다.
상기 제 1,2체크밸브와 공급홀은 챔버부의 영역에 배치되되 동일 선상에 각 각 배치되고, 상기 제 1,2체크밸브와 공급홀의 하측으로 이격된 곳에 위치한 제 1,2오리피스는 챔버부의 영역에 배치되되 동일 선상에 각각 배치되도록 구성된다.
상기 제 1커버 조립체의 챔버부에는 상기 제 1체크밸브 또는 제 2체크밸브를 통해 공급된 기체가 공급홀로 유동 가능하도록 외부와 밀폐된 별도의 영역으로 구획되어 챔버 커버 바디의 내측에 형성되는 제 1챔버와, 상기 제 1챔버의 하측에 일체로 형성되며 상기 제 1오리피스 또는 제 2오리피스를 통해 공급된 기체가 유동가능하도록 외부와 밀폐되어 별도의 영역으로 구획된 제 2챔버와, 상기 챔버 커버 바디에 형성된 제 1,2챔버의 외측 가장자리를 따라 삽입 설치되어 상기 챔버부의 외주면에 밀착된 상태로 위치하는 씰링부재를 포함하는 챔버 커버를 포함하여 구성된다.
상기 제 2커버 조립체는 제 1커버 플레이트의 내측면상에 제 1,2흡착탑과 각각 대응되게 위치하도록 이격 형성된 제 3,4홈부가 구비되고 상기 제 3,4홈부 사이에 관통 형성되어 농축 산소가 흡착베드의 산소 저장부와 연통된 연결홀을 포함하여 구성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 산소농축 장치를 도시한 분해 사시도 이고, 도 2는 본 발명에 의한 산소농축 장치의 결합 사시도 이며, 도 3a 내지 도 3h는 본 발명에 의한 산소농축 장치의 작동 상태도 이다.
첨부된 도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 산소농축 장치의 흡착베 드(20)는 단일 흡착베드로 이루어져 있으며 길이 방향의 내측에 제 1,2흡착탑(22,24)이 병렬 배치되어 설치되도록 관 타입의 하우징 형상으로 형성되고, 상기 하우징 사이의 공간에 농축 산소가 저장되는 산소 저장부(26)가 형성된다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 흡착베드(20)는 내부가 관통된 구조로 이루어져 있으며, 상기 흡착베드(20)의 외측 상부에 제 1솔레노이드 밸브(10)가 설치된다.
상기 제 1솔레노이드 밸브(10)는 5포트 3웨이 타입의 솔레노이드 밸브가 사용되며 대기압 이상의 압력으로 공기를 압축하는 공기 압축기에서 발생된 압축 공기의 공급과 배출을 실시하도록 설치된다.
상기 흡착베드(20)의 외측에는 제 1흡착탑(22) 또는 제 2흡착탑(24)에서 질소 가스 배출시에 발생 되는 소음을 방지하기 위한 배기 소음기(2)가 별도로 설치된다.
상기 흡착베드(20)의 상하부에는 각각 제 1,2커버 조립체(100,400)가 설치되며, 상기 제 1커버 조립체(100)는 제 1커버 플레이트(110)의 내측면상에 제 1,2흡착탑(22,24)과 각각 대응되게 위치하도록 이격 형성된 제 1,2홈부(112,114)가 구비된다.
상기 제 1커버 플레이트(110)에 형성된 제 1홈부(112)와 제 2홈부(114)에는 제 1흡착탑(22) 또는 제 2흡착탑(24)에서 발생된 농축 산소가 흡착베드(20)의 산소 저장부(26)와 연통된 공급홀(116)을 통해 이동 가능하도록 제 1,2체크밸브(120,130)가 설치된다. 상기 공급홀(116)의 상측에는 산소 토출공(118)이 형성되 어 별도로 구비된 튜브(미도시)와 연결 설치되도록 구성된다.
상기 제 1,2체크밸브(120,130)는 제 1커버 플레이트(110)에 형성된 고정공(121,131)상에 밀착 설치되되 상기 고정공(121,131)의 양측으로 각각 이격 되어 기체 소통 가능하도록 형성된 밸브공(122,132)이 형성된다. 상기 밸브공(122,132)의 형상은 특별히 한정하지는 않으나 상기 산소농축 장치의 작동을 방해하지 않는 범위내에서의 다양한 형상 변경은 가능함을 밝혀둔다.
상기 제 1,2체크밸브(120,130)는 밸브공(122,132)을 통해 이동되는 기체의 압력에 의해 플렉시블하게 작동 가능하도록 연성 재질로 이루어진 밸브바디(124,134)를 포함하여 구성된다.
상기 제 1커버 플레이트(110)의 제 1,2홈부(112,114)에는 1,2체크밸브(120,130)의 일측 하단부에 관통 형성되며 상기 제 1,2흡착탑(22,24)중 어느 하나의 압력이 높아지고 다른 하나의 압력이 낮아질 때 상기 제 1,2흡착탑(22,24)의 어느 하나에 부착된 질소가 세정 가능하도록 상기 제 1,2흡착탑(22,24)과 연통 형성되어 농축산소의 일부가 역류 되도록 제 1 오리피스(140)와 제 2오리피스(150)가 구비된다.
제 1커버 플레이트(110)의 외측 상부에 일체로 장착부(160)는 일단이 상기 제 1,2홈부(112,114)의 내측과 각각 연통 형성되고 타단이 제 1커버 조립체(100)의 외측까지 연장된 제 1,2연통홀(162,164)이 내부에 형성되도록 구성된다.
제 2솔레노이드 밸브(170)는 제 1,2연통홀(162,164)과 기체소통 가능하도록 결합 되어 장착부(160)에 설치되며 제 1,2흡착탑(22,24) 내부의 압력이 일부 균등 해 지도록 구성된다. 상기 제 2솔레노이드 밸브(170)는 2포트 2웨이 타입을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 장착부(160)에는 제 2솔레노이드 밸브(170)와 결합될 수 있도록 복수개의 나사공이 형성되며, 별도로 구비된 고정나사에 의해 상기 제 2솔레노이드 밸브(170)가 고정된다.
상기 제 1커버 플레이트(110)의 외측면상에 상기 제 1,2체크밸브(120,130)와 제 1,2오리피스(140,150)가 별도로 구획 가능하도록 챔버부(200)가 구성된다.
상기 제 1,2체크밸브(120,130)와 공급홀(116)은 챔버부(200)의 영역의 동일 선상에 각각 배치되고, 상기 제 1,2체크밸브(120,130)와 공급홀(116)의 하측으로 이격된 곳에 위치한 제 1,2오리피스(140,150)는 챔버부(200)의 영역에 배치되되 동일 선상에 각각 배치되도록 구성된다.
상기 제 1커버 조립체(100)의 챔버부(200)에는 챔버 커버(300)가 설치되며 상기 제 1체크밸브(120) 또는 제 2체크밸브(130)를 통해 공급된 기체가 공급홀(116)로 유동 가능하도록 외부와 밀폐된 별도의 영역으로 구획되어 챔버 커버 바디(310)의 내측에 제 1챔버(312)가 형성된다.
상기 제 1챔버(312)의 하측에 일체로 형성되며 상기 제 1오리피스(140) 또는 제 2오리피스(150)를 통해 공급된 기체가 유동가능하도록 외부와 밀폐되어 별도의 영역으로 구획된 제 2챔버(314)가 형성된다.
그리고 상기 챔버 커버 바디(310)에 형성된 제 1,2챔버(312,314)의 외측 가장자리를 따라 삽입 설치되어 상기 챔버부(200)의 외주면에 밀착된 상태로 위치하 는 씰링부재(320)를 포함하여 구성된다.
상기 흡착베드(20)의 내부에 설치되는 제 1,2흡착탑(22,24)의 상하단부에는 다수개의 통공이 형성된 캡플레이트(4)가 설치되며 상기 캡플레이트(4)에 형성된 통공에 의해 제 1흡착부(22) 또는 제 2흡착부(24)에서 생성된 농축 산소가 이동할 때 동일 유속을 갖으면서 균일하게 이동 가능하게 된다.
상기 캡플레이트(4)와 제 1,2흡착탑(22,24) 사이에는 필터(미도시)가 설치되어 제 1,2흡착탑(22,24)내부에 구비된 제올라이트 알갱이의 유출을 방지하며 공기압축기(9)로부터 공급된 압축공기중에 포함된 이물질을 필터링 하도록 구성된다.
상기 제 1커버 조립체(100)와 제 2커버 조립체(400)의 내측에는 각각 패킹부재(6)가 설치되며, 상기 제 1커버 조립체(100)와 캡플레이트(4) 사이에는 스프링(8)이 개재되어 설치된다. 스프링(8)을 설치하는 이유는 상기 제 1,2흡착탑(22,24) 내부에 구비된 제올라이트가 차지한 공간이 시간이 지날수록 부피가 줄어들기 때문에 상기 제 1,2흡착탑(22,24)을 압축하기 위해 설치된다.
상기 제 2커버 조립체(400)는 제 1커버 플레이트(100)의 내측면상에 제 1,2흡착탑(22,24)과 각각 대응되게 위치하도록 이격 형성된 제 3,4홈부(410,420)가 구비되고 상기 제 3,4홈부(410,420) 사이에 관통 형성되어 농축 산소가 흡착베드(20)의 산소 저장부(26)와 연통된 연결홀(430)을 포함하여 구성된다.
상기 제 2커버 조립체(400)는 제 2커버 플레이트의 내측으로 제 1솔레노이드 밸브(10)를 경유하여 공급된 가압공기가 제 1흡착탑(22) 또는 제 2흡착탑(24)으로 공급 가능하도록 구성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 산소농축 장치의 작동 상태를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 산소농축 장치는 농축산소의 순도를 높이고, 공기압축기의 기계적에너지를 회수함과 동시에 소비전력을 줄일 수 있도록 가압작동, 흡착(생산)작동, 상부 균등화 작동, 상/하부 균등화 작동, 감압작동, 세정작동, 상부 균등화 작동, 상/하부 균등화 작동의 총 8단계로 반복되며 각각의 작동에 따른 산소농축 장치의 상태를 도면을 참조하여 상세히 성명한다.
첨부된 도 3a는 본 발명에 의한 산소농축 장치가 가압 작동될 때의 상태도로서, [a]는 산소농축 장치에 압축공기 유입에 따른 공기압 회로라인을 도시한 것이고, [b]는 실제 산소농축 장치에서의 기체 흐름을 도시한 도면이다.
첨부된 도 3a를 참조하면, 제 1,2체크밸브(120,130)(도 1참조)가 클로징된 상태에서 공기 압축기(9)를 통해 발생된 압축공기는 제 1솔레노이드 밸브(10)로 공급된다.
도 3a의 [b]를 보면, 제 1솔레노이드 밸브(10)의 (가)단을 통해 공기 압축기(9)에서 발생된 압축공기가 제 1흡착탑(22)을 가압하고, 제 2흡착탑(24)으로는 공기 압축기(9)에서 발생된 압축공기가 공급되지 않아 점차 감압 된다.(제 1솔레노이드 밸브(10)의 (다)단측의 솔레노이드 밸브는 오프 상태이다) 이때, 제 2솔레노이드 밸브(170)는 클로징된 상태를 유지한다.
첨부된 도 3b는 본 발명에 의한 산소농축 장치가 흡착 작동될 때의 상태도 이다.
첨부된 도 3b를 참조하면, 공기 압축기(9)를 통한 압축공기가 제 1흡착탑(22)에 계속적으로 공급되면서 압축공기에 포함된 질소성분은 제 1흡착탑(22)의 내부에 구비된 제올라이트에 의해 흡착되어 농축산소가 발생 되어 산소 토출공(118)과 연결된 별도의 튜브(미도시)를 통해 공급된다.
상기 제 1흡착탑(22)의 압력이 산소저장부(26)의 내부 압력과 같아지는 시점에서 제 1커버 플레이트(110)(도 1참조)에 구비된 제 1체크밸브(120)가 농축산소의 압력에 의해 외측으로 열리면서 고순도의 농축산소가 상기 제 1체크밸브(120)의 밸브공(122)(도 1참조)을 통해 챔버부(200)(도 1참조)의 제 1챔버(312)로 유입된다.
상기 제 1챔버(312)로 유입된 농축산소는 챔버 커버(300)에 구비된 씰링부재(320)(도 1참조)에 의해 외측으로 누출되는 현상 없이 공급홀(116)을 통해 흡착베드(20)의 산소 저장부(26)로 공급된다.
이때 제 1커버 플레이트(110)의 제 1홈부(112)(도 1참조)에 형성된 제 1오리피스(140)를 통해 상기 제 1흡착부(22)에서 발생된 농축 산소의 일부가 유입되어 챔버부(200)(도 1참조)의 제 2챔버(314)로 공급된다.
상기 제 2챔버(314)로 공급된 일부의 농축산소는 제 2오리피스(150)를 통해 상기 제 2흡착탑(24)으로 공급된다. 상기와 같이 제 2흡착탑(24)으로 공급된 농축산소는 제 2흡착탑(24)에 구비된 제올라이트에 흡착된 질소 성분을 세정하면서 제 1솔레노이드 밸브(10)와 연결된 배기 소음기(2)를 통해 질소의 배출이 이루어진다.
첨부된 도 3c는 본 발명에 의한 산소농축 장치가 상부 균등화로 작동될 때의 상태도 이다.
첨부된 도 3c를 참조하면, 공기 압축기(9)에 의해 발생된 압축공기에 의해 제 1흡착탑(22)의 가압에 따른 흡착이 일정시간 진행되어 농축산소를 생성한 뒤에 제 2솔레노이드 밸브(170)를 오픈 작동시켜 제 1흡착탑(22)과 제 2흡착탑(24)이 동시에 연통 되도록 한다.
즉 제 2솔레노이드 밸브(170)가 온(On) 작동되면서 상기 솔레노이드 밸브(170) 내부에 형성된 2포트가 오픈 되며 제 1홈부(112)에 형성된 제 1연통홀(162)(도 1참조)을 통해 제 1흡착탑(22)의 농축산소는 제 2솔레노이드 밸브(170)가 설치된 장착부(160)까지 이동하여 상기 제 2솔레노이드 밸브(170)의 일측 포트로 공급되어 타측 포트로 이동하고, 상기 제 2홈부(114)의 제 2연통홀(164)(도 1참조)로 이동된다.
상기 제 2연통홀(164)로 이동된 농축산소는 순간적으로 제 2흡착탑(24)으로 역류되어 상기 제 1,2흡착탑(22,24)의 압력이 일부 같아지면서 상부 균등화를 이루며 가압된 농축 산소를 제 2흡착탑(24)의 가압 및 흡착시 재이용하게 된다.
첨부된 도 3d는 본 발명에 의한 산소농축 장치가 상/하부 복합 균등화로 작동될 때의 상태도 이다. 상기한 상/하부 복합 균등화 작동은 상부 균등화 작동과 하부 균등화 작동이 동시에 이루어지는 것을 의미한다.
첨부된 도 3d를 참조하면, 하부 균등화 작동은 제 1솔레노이드 밸브(10)의 가)와 (다)에 구비된 솔레노이드 밸브에 전기가 인가되지 않아 오프(Off) 상태가 되면서 (가)와 (다)가 모두 클로징 되고, (나)의 위치를 통해 제 1흡착탑(22)과 제 2흡착탑(24)이 기체 소통 가능하도록 연통 되면서 압력이 고압인 상태의 제 1흡착 탑(22)의 가압 공기가 제 1솔레노이드 밸브(10)를 통해 제 2흡착탑(24)의 하부를 향해 순간적으로 이동되어 상기 제 1,2흡착탑(22,24)의 압력이 같아 지게 되어 하부 균등화를 이룬다.
이와 함께 상부 균등화 작동은 상술된 도 3c에서와 같이 하부 균등화 작동과 동시에 진행되어 상기 제 1흡착탑(22)의 압력이 빠르게 낮아지고, 제 2흡착탑(24)의 압력은 빠르게 상승 되어 최종적으로 제 1,2흡착탑(22,24)의 압력이 같아지게 된다.
상기와 같이 상/하부 균등화를 실시하는 이유는 가압된 공기를 제 1흡착탑(22) 또는 제 2흡착탑(24)으로 이동시켜 회수를 실시함과 동시에 상부 균등화 작동을 통해 농축산소를 재생산하고 공기 압축기(9)의 압축 작동 시간이 짧아져서 기계적인 손실을 줄여 효율을 증대시키기 위해서이다.
첨부된 도 3e는 본 발명에 의한 산소농축 장치가 감압 작동될 때의 상태도 이다.
첨부된 도 3e를 참조하면, 공기 압축기(9)에서 발생된 압축공기는 제 1솔레노이드 밸브(10)에 설치된 (가)단의 솔레노이드 밸브가 오프되면서 (다)를 통해 제 2흡착탑(24)의 내부로 공급되어 상기 제 2흡착탑(24)을 가압하며 상기 압축공기의 지속적인 공급에 의해 제 2체크밸브(130)(도 1 참조)가 오픈 작동되기 전까지 상기 제 2흡착탑(24)의 내부 압력을 서서히 증가시킨다.
상기 제 1흡착탑(22)으로는 공기 압축기(9)에서 발생된 압축공기가 공급되지 않아 제 1흡착탑(22)은 점차 감압 되고, 상기 제 2흡착탑(24)은 산소 저장부(26)의 압력과 같아지는 상태까지 계속해서 가압 된다.
이와 동시에 상기 제 1솔레노이드 밸브(10)의 (다)와 연결된 제 1흡착탑(22)은 배기 소음기(2)와 연통 되면서 급속히 대기압 근처의 압력으로 급격히 하강 된다.
첨부된 도 3f는 본 발명에 의한 산소농축 장치가 세정 작동될 때의 상태도 이다.
첨부된 도 3f를 참조하면, 공기 압축기(9)를 통한 압축공기가 계속적으로 제 2흡착탑(24)으로 공급되면서 압축공기에 포함된 질소성분은 제 2흡착탑(24)의 내부에 구비된 제올라이트에 의해 흡착되어 농축산소가 발생 되어 산소 토출공(118)과 연결된 별도의 튜브(미도시)를 통해 공급된다.
상기 제 2흡착탑(24)의 압력이 산소 저장부(26) 내부의 압력과 같아지는 시점에서 제 2체크밸브(130)가 농축산소의 압력에 의해 외측으로 열리면서 고순도의 농축산소가 밸브공(132)을 통해 챔버부(200)(도 1참조)의 제 1챔버(312)로 유입된다.
상기 제 1챔버(312)로 유입된 농축산소는 챔버 커버(300)에 구비된 씰링부재(320)(도 1참조)에 의해 외측으로 누출되는 현상 없이 공급홀(116)을 통해 흡착베드(20)의 산소 저장부(26)로 공급된다. 이때 제 1커버 플레이트(110)(도 1참조)의 제 2홈부(114)에 형성된 제 2오리피스(150)를 통해 상기 제 2흡착부(22)에서 발생된 농축 산소의 일부가 유입되어 챔버부(200)의 제 2챔버(314)로 공급된다.
상기 제 2챔버(314)로 공급된 일부의 농축산소는 제 1오리피스(140)를 통해 제 1흡착탑(22)으로 공급된다. 상기와 같이 제 1흡착탑(22)으로 공급된 농축산소는 제 1착탑(22)에 구비된 제올라이트에 흡착된 질소 성분을 세정하면서 제 1솔레노이드 밸브(10)와 연결된 소음기를 통해 질소의 배출이 이루어진다. 상기 제 1흡착탑(22)은 대기압 근처의 압력으로 감압된 상태에서 탈착 및 세정이 이루어진다.
첨부된 도 3g 본 발명에 의한 산소농축 장치가 상부 균등화로 작동될 때의 상태도 이다
첨부된 도 3g를 참조하면, 공기 압축기(9)에 의해 발생된 압축공기에 의해 제 2흡착탑(24)의 가압에 따른 흡착이 일정시간 진행되어 농축산소를 생성하고 제 2솔레노이드 밸브(170)를 오픈 작동시켜 제 1흡착탑(22)과 제 2흡착탑(24)이 동시에 연통 되도록 한다.
즉 장착부(160)에 설치된 제 2솔레노이드 밸브(170)에 전기 신호가 인가되어 온(On) 작동되면서 2포트가 오픈 되며 제 2홈부(114)의 제 2연통홀(164)(도 1참조)을 통해 제 2흡착탑(24)의 농축산소는 제 2솔레노이드 밸브(170)가 설치된 장착부(160)까지 이동하여 상기 제 2솔레노이드 밸브(170)의 타측 포트로 공급되어 일측 포트로 이동하고, 상기 제 1홈부(112)의 제 1연통홀(162)로 이동된다.
상기 제 1연통홀(162)로 이동된 농축산소는 순간적으로 제 1흡착탑(22)으로 역류되어 상기 제 1,2흡착탑(22,24)의 압력이 일부 같아지면서 상부 균등화를 이룬다.
첨부된 도 3h는 본 발명에 의한 산소농축 장치가 상/하부 복합 균등화로 작동될 때의 상태도 이다. 상/하부 복합 균등화 작동은 도 3d에 서술된 제 1흡착 탑(22)과 제 2흡착탑(24)의 흡착 작용이 바뀐 상태에서 상부 균등화 작동과 하부 균등화 작동이 동시에 이루어지는 것을 의미한다.
첨부된 도 3h를 참조하면, 하부 균등화 작동은 제 1솔레노이드 밸브(10)의 (가)와 (다)에 구비된 솔레노이드 밸브에 전기가 인가되지 않아 오프(Off) 상태가 되면서 (가)와 (다)가 모두 클로징 되고, (나)의 위치를 통해 제 1흡착탑(22)과 제 2흡착탑(24)이 기체 소통 가능하도록 연통 되면서, 압력이 고압인 상태의 제 2흡착탑(24)의 가압 공기가 제 1솔레노이드 밸브(10)를 통해 제 1흡착탑(22)의 하부를 향해 순간적으로 이동되어 상기 제 1,2흡착탑(22,24)의 압력이 같아 지게 되어 하부 균등화를 이룬다.
이와 함께 상부 균등화 작동도 동시에 진행되어 상기 제 2흡착탑(24)의 압력이 빠르게 낮아지고, 제 1흡착탑(22)의 압력은 빠르게 상승 되어 최종적으로 제 1,2흡착탑(22,24)의 압력이 같아지게 된다.
이와 같이 상부 균등화 작동을 통해 생성 기체의 일부를 재가압에 이용하고, 하부 균등화 작동을 통해 압축공기를 타측 흡착탑의 재가압에 이용하여 기계적 에너지를 회수할 수 있다.
한편, 본 발명은 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 산소농축 장치는 고순도의 농축 산소가 발생 가능하도록 구조를 변경하고, 솔레노이드 밸브의 탈부착이 용이한 산 소농축 장치를 제공함으로써 공기 압축기의 작동에 따른 에너지 손실을 최소화하며 고순도의 산소 발생이 가능한 효과가 있다.
또한 일체화된 산소농축 장치를 통해 공기압축기와 연계하여 산소를 발생시킬 수 있으며 기존의 연결 관계가 복잡한 산소 발생기에 비해 조립공수와 부품수가 감소되는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 압축공기의 공급과 배출을 실시하는 제 1솔레노이드 밸브가 외측에 설치되고, 제 1솔레노이드 밸브를 통해 공급된 압축공기 중의 질소와 산소를 분리하는 제 1,2흡착탑이 내부에 배치되며 농축산소가 저장되는 산소 저장부가 구비된 흡착베드, 상기 흡착베드의 상하부에 각각 밀착 설치되는 제 1,2커버 조립체를 포함하는 산소농축 장치에 있어서,
    상기 제 1커버 조립체는 제 1커버 플레이트의 내측면상에 제 1,2흡착탑과 각각 대응되게 위치하도록 이격 형성된 제 1,2홈부가 구비되되 상기 제 1,2홈부의 동일 위치에 관통 형성되어 농축 산소가 흡착베드의 산소 저장부와 연통된 공급홀을 통해 이동 가능하도록 설치되는 제 1,2체크밸브;
    상기 제 1,2체크밸브의 일측 하단부에 관통 형성되며 상기 제 1,2흡착탑중 어느 하나의 압력이 높아지고 다른 하나의 압력이 낮아질 때 상기 제 1,2흡착탑의 어느 하나에 부착된 질소가 세정 가능하도록 상기 제 1,2흡착탑과 연통 형성되어 농축산소의 일부가 역류 되도록 구비된 제 1,2오리피스;
    일단이 상기 제 1,2홈부의 내측과 각각 연통 형성되고 타단이 제 1커버 조립체의 외측까지 연장된 제 1,2연통홀이 내부에 형성되며 상기 제 1커버 플레이트의 외측 상부에 일체로 구비되는 장착부;
    상기 제 1,2연통홀과 기체소통 가능하도록 결합 되어 장착부에 고정 설치되며 제 1,2흡착탑 내부의 압력이 균등해 지도록 작동되는 제 2솔레노이드 밸브; 및
    상기 제 1커버 플레이트의 외측면상에 구비되되 상기 제 1,2체크밸브와 제 1,2오리피스가 별도로 구획 가능하도록 설치되는 챔버부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 산소농축 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1,2체크밸브와 공급홀은 챔버부의 영역에 배치되되 동일 선상에 각각 배치되고, 상기 제 1,2체크밸브와 공급홀의 하측으로 이격된 곳에 위치한 제 1,2오리피스는 챔버부의 영역에 배치되되 동일 선상에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 산소농축 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1,2체크밸브는 제 1커버 플레이트에 형성된 고정공상에 밀착 설치되되 상기 고정공의 양측으로 각각 이격 되어 기체 소통 가능하도록 형성된 밸브공, 상기 밸브공을 통해 이동되는 기체의 압력에 의해 플렉시블하게 작동 가능하도록 연성 재질로 이루어진 밸브바디를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 산소농축 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1커버 조립체의 챔버부에는 상기 제 1체크밸브 또는 제 2체크밸브를 통해 공급된 기체가 공급홀로 유동 가능하도록 외부와 밀폐된 별도의 영역으로 구 획되어 챔버 커버 바디의 내측에 형성되는 제 1챔버, 상기 제 1챔버의 하측에 일체로 형성되며 상기 제 1오리피스 또는 제 2오리피스를 통해 공급된 기체가 유동가능하도록 외부와 밀폐되어 별도의 영역으로 구획된 제 2챔버, 상기 챔버 커버 바디에 형성된 제 1,2챔버의 외측 가장자리를 따라 삽입 설치되어 상기 챔버부의 외주면에 밀착된 상태로 위치하는 씰링부재를 포함하는 챔버 커버가 설치되는 것을 특징으로 하는 산소농축 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2커버 조립체는 제 1커버 플레이트의 내측면상에 제 1,2흡착탑과 각각 대응되게 위치하도록 이격 형성된 제 3,4홈부가 구비되고 상기 제 3,4홈부 사이에 관통 형성되어 농축 산소가 흡착베드의 산소 저장부와 연통된 연결홀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 산소농축 장치.
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