KR101033262B1 - 산소수 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산소수 제조장치로서, 동력발생부(1)와, 고정조립부(2)와, 제1버블링작동부(3)와, 수개의 고정부재(42), 이 고정부재(42)의 내부에서 회전하도록 회전축(29)에 축고정되는 회전부재(41)로 이루어진 제2버블링작동부(4)로 이루어진 마이크로 버블부(가); 및 제 1커버 조립체, 제 1,2흡착탑, 체크밸브, 오리피스로 이루어진 장착부와, 제 2솔레노이드 밸브, 상기 제 1커버 플레이트의 외측면상에 구비되어 상기 체크밸브와 오리피스로 구획되는 챔버부로 이루어진 산소발생부(나)를 포함하며,
전기분해를 위한 물을 공급받아 저장 가능하며 상부에 전기분해시에 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 물 저장수단과, 상기 물 저장수단에 결합되어 공급되는 물을 전기분해하여 산소가스 및 수소가스를 생성하며 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 전기분해수단으로 이루어진 산소발생부(나)를 포함하는 산소수 제조장치를 제공한다.

Description

산소수 제조장치{oxygen water manufacturing device}

본 발명은 용존산소량이 풍부한 산소수를 제조하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히, 다단계의 물리적수단으로 가압된 물을 미세기포(micro buble)로 형성하는 과정에 공기를 용해시킴에 있어 고농도로 농축된 산소를 혼합시켜 고농축 산소가 용해되는 산소수 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 대량의 물에 많은 양의 산소를 신속하고 효과적으로 용해하는 것이 필요한 응용분야가 많이 있다.

예컨대, 호기성생물의 생장을 촉진하도록 산소를 물에 용해시키는 기법은 화학공장이나 제지공장 및 이와 유사한 다른 종류의 공장등 수처리 분야에 활용된다. 즉, 물에 산소량을 증가시키는 경우 박테리아가 오염을 야기하는 유기물질의 생분해를 촉진시켜 수처리효율을 증대시키게 되는 것이다. 그 밖에도, 산소수는 양어장과 활어 수송차량은 물론이고, 농업용 수경재배에도 널리 활용되고 있다.

아울러, 용존산소가 풍부한 물을 마시는 것은 인체에도 유익한 것으로 알려져 있다. 즉, 산소수를 섭취하게 되면, 인체의 혈중산소농도가 증가되어 섭취자의 신진대사가 개선되는 등 여러 유익한 결과를 얻는 다고 한다. 운동선수는 폐기능 바이패스로 인해 맥박수를 증가시킴이 없이 운동능력을 향상시킬 수 있고 근력과 지구력, 그리고 심계기능이 향상되고 피로회복이 촉진된다. 또한, 혈액에 보강된 산소중 일부는 대뇌에 공급되어 사고력 및 집중력을 향상시키고 스트레스를 완화시켜 주는 것으로 알려져 있다.

물에 산소를 용해시키는 가장 일반적인 방법은 산소가 풍부한 기체를 산기 등의 방법으로 물에 유입시켜 산소와 물사이의 접촉면적을 증가시키는 것이다. 그러나 이 방법은 용해효율이 낮아서 포화농도 가까이 산소를 용해시킬 수는 있지만 과포화가 요구되는 응용분야에는 적용될 수가 없다. 더욱이, 물에 용해된 산소가 쉽게 탈기된다는 단점을 가지고 있기 때문에 고농도 용존 산소수를 제조하고자 하는 응용분야에는 현실적으로 적용이 불가능하다. 또, 물속의 용존산소량을 증대시키기 위한 종래의 다른 방법 중 하나는 밀폐된 용기에 물과 산소를 충전하고 가압된 상태에서 장시간 체류시켜 용해하는 것이다. 이 방법을 구현하기 위해서는 견고한 탱크, 고양정 펌프 및 고압산소 탱크를 필요로 하기 때문에, 시스템의 부피가 크고 중량이 무거우며 산소수의 단위생산비용이 높은 단점이 있다. 따라서 이 방식 역시 부피와 중량, 생산단가, 소음 등의 문제로 인해 적용이 쉽지 않았다.

한편, 한국등록특허 제0638799호, 및 한국등록특허 제10-0942531호등에는 위와 같은 일반적인 산소수 제조방법들의 문제점을 해결하기 위한 과포화 산소수 제조장치가 개시되어 있다. 그러나 이 기술은 단순히 순환되는 물에 산소를 주입한 후, 물/산소 혼합물을 다단으로 설치된 복수의 트레이들에 오버플로우 방식으로 순차적으로 낙수시켜 양자의 접촉면적을 증대시킴으로써 산소수를 제조하는 것이어서 높은 용존율을 기대하기 곤란할 뿐 아니라 생성된 산소수에서 산소가 쉽게 이탈한다.

첨부 도면중 도 1a는 등록특허 10-0942531호의 수조에 담긴 물에 산소를 용해시키기 위한 장치로서, 파이프라인을 통해 물을 순환시키는 순환펌프 : 물에 산소를 공급하는 산소공급원 ; 산소가 혼합된 물/산소 혼합물의 접촉 표면적을 증가시켜 산소의 용해도를 증대시키는 산소용해기를 개시하되, 산소용해기는, 내부가 기밀하게 유지되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 상하방향으로 이격 설치되는 복수의 월류팬과, 상기 파이프라인의 상기 유출라인에 연결되고 다수의 미세 분출구멍을 구비하여 상기 최상층 월류팬의 상부에서 물/산소 혼합물을 방사상으로 분출하는 분사노즐과, 상기 최하층 월류팬의 하부에 위치하여 상기 파이프라인의 상기 유입라인에 연결되고 상기 분산노즐의 분출구멍보다 작은 크기의 다수의 미세한 기공을 갖는 여과노즐과,상기 하우징의 둘레에 설치되어 자기장을 발생하는 마그네트를 구비한 산소수 제조장치이지만, 충분한 미세기포의 형성이 의심스럽고, 단지 공기중의 산소를 혼합하는 것이어서 보다 고농축의 산소가 용해된 고농축 산소수를 기대할 수 없었다.

첨부 도면중 도 1b는 공개특허 10-2007-0089102호는 산소수 및 산소얼음을 제조하기 위한 정수장치로서 정수 처리된 물에 산소를 용해시켜 산소수를 제조하기 위한 것(산소수를 제빙하여 산소가 함유된 얼음을 제조할 수 있는 정수장치에 관한 것임)으로, 외부로부터 유입된 물을 정수하는 정수 유닛과, 상기 정수 유닛에 의해 정수된 물을 저장하는 저수 유닛과, 상기 저수 유닛에 저장된 물을 외부로 배출하는 배출수단을 포함하는 정수장치로서, 고농도의 산소를 발생시키는 산소 발생장치와, 상기 산소 발생장치로부터 고농도의 산소를 공급받아 상기 저수 유닛에 저장된 후 순환 펌프에 의해 순환하는 물에 용해시킴으로써 산소수를 만들어 내는 접촉막 모듈을 포함하여 이루어지는 산소수를 제조하기 위한 정수장치이다.

이 장치는 접촉막 모듈이 별도 구성되는 것에 비하여 물리적인 고속 회전 마찰과정이 없어 충분한 미세기포 형성이 어렵고, 아무리 고농도 산소가 혼합되더라도 미세기포가 만들어지지 않아 산소의 용존율이 높지 않은 문제점이 상존하였다.

한편, 일상생활에서 사용되는 물에 대한 세균억제 및 살균력 및 세척력을 강화하기위해 물이 오존을 함유하는 정화장치와 채소와 과일 등의 세척장치가 널리 이용되고 있으며, 이러한 물에 오존을 혼합시킨 오존수로 사용되지만 상기 오존수의 제조에는 오존과 물을 혼합시키는 기술이 매우 중요하며, 최근 기체 상태의 오존을 물에 혼합하는 방식으로 산기방식과, 가압 인젝터방식과, 벤튜리 인젝터방식 등이 적용되고 있지만 산기방식은 다공성 산기관을 통하여 물에 오존을 혼합시키는 방식이어서 미세기포발생율이 역시 낮고, 가압 인젝터방식은 물과 오존을 동시에 가압하여 혼합시키는 방식으로 초기에 혼합과 동시에 가압하는 과정에서 물과 공기의 혼합이 이루어지지않아 역시 미세기포중에 고농도 산소의 혼합이 원활하게 이루어지지 않는 단점이 있었다. 벤튜리 인젝터방식은 펌프를 사용하여 오존을 흡입해 상기 벤튜리관을 통과하는 물에 혼합시키는 방식이지만, 이러한 종래 장치들은 복잡한 구성에 의해 설치비용의 증가를 가져옴으로써 소비자의 구입비용에 큰 부담을 야기시켜 소비자가 구입을 꺼리게 됨으로써 널리 사용되지 못하는 문제점이 있다. 즉, 오존수의 제조기술은 물이 공급되는 액체유입관상에 오존가스가 유입되는 오존유입관이 연결 설치되고, 상기 액체유입관이 와류터빈펌프에 장착되어 강한 흡입력에 의해 물과 오존가스가 흡입 혼합되며, 여기서 오존가스와 물은 와류터빈펌프의 임펠러에 의해 미립자로 분산되어 혼합되고, 와류터빈펌프에서 유입관을 통해 가압용해탱크로 압송되어 완전한 오존수로 생성된 상태에서 배출관을 통해 오존수를 사용하게 되는 것이지만, 와류터빈펌프 이외에도 많은 고가의 구성들이 추가적으로 구비되어 있기 때문에 설치비용의 증가는 물론 소비자의 구입비용이 크게 가중되는 문제점이 있다.

첨부 도면중 도 1c는 등록특허 10-0638799호는 압력 저하를 막기 위한 압력유지 수단의 전단에 사용되며, 산소/물 혼합물을 받아들여 유입된 물에서의 산소 용해도를 증대시키는 산소용해장치로서,입구와, 상기 압력유지 수단에 유체적으로 접속되는 출구를 구비하는 하우징;상기 하우징 내측에서 상하방향으로 다단 설치되는 복수의 트레이;상기 입구를 통해 산소/물 혼합물을 받아들여 상기 복수의 트레이 중 최상층 트레이에 공급하는 인입관; 및 상기 하우징 하측에 고이는 물을 상기 출구로 배출하는 배출관을 구비하는 산소용해장치이다. 그러나, 흐르는 물에 용존산소를 단지 혼합시키는 것에 불과하여 그 용해능률이 높지 않은 단점이 있다.

기타 알려진 종래 기술을 살펴보면, 등록실용신안 제20-0309221호인 원심다단펌프가 설치된 산기장치가 안출된 바 있으며,이는 와류터빈펌프로 액체유입관과 오존유입관을 통해 액체와 오존가스를 함께 흡입하여 혼합시키는 기존의 산기장치에 있어서, 상기 와류터빈펌프의 토출관을 모터의 구동으로 회전하는 다수의 임펠러가 다단으로 적층 설치되어 흡입 압송과정을 반복적으로 수행하는 원심다단펌프의 흡입구에 결합하고, 상기 원심다단펌프의 토출구에 가압용해탱크로 연결되는 유입관이 장착되어 구성되어 있다. 그러나, 이러한 기술 역시 오존가스를 이용함으로써 다단펌프 이외에 별도의 구성들이 추가적으로 설치되어야하기 때문에, 설치비용의 가중은 물론 오존가스를 계속적으로 충진하여 사용함으로써 부대비용과 함께 사용에따른 추가적인 비용이 들게 되는 문제점이 있다.

한편, 산소를 발생시키는 방법 중의 하나인 압력변동흡착(PSA ; Pressure Swing Adsorption)방식은 공급되는 가스의 압력을 변화시켜 흡착과 탈착을 반복함으로써, 원하는 가스를 분리 정제하는 방법이다. 이 같은 PSA 방식과 관련된 기술로는 대한민국 특허출원 제2003-0048802호(발명의 명칭: 산소수 제조기, 출원인: 박문수)가 있다. 이 기술의 경우에는 공기 중의 산소를 분리할 수는 있지만 산소가 약 30% 순도의 저농도로 생산되기 때문에, 장치의 상대적 크기와 공기의 압력을 올릴 때 컴프레서의 소음으로 인해 실내에서 사용하는 정수기에 적용하는데 많은 문제점이 있다. 산소를 발생시킬 수 있는 다른 방법으로는 전기화학적 방법을 통해 물을 전기분해하여 산소를 발생시키는 방법이 있다. 전기화학적 산소발생 방법은 산소발생기를 가동할 때에 소음이 없는 장점이 있다. 이와 관련된 기술로는 대한민국 특허출원 제2004-0027381호(발명의 명칭: 산소수 제조기, 출원인: 배금주), 특허출원 제2004-0025213호(발명의 명칭: 산소수 정수기, 출원인: 배금주), 특허출원 제2005-0031092호(발명의 명칭: 산소의 급속 용해가 가능한 산소수 제조기, 출원인: 배금주) 등이 있다. 그런데, 이 기술들은 전해질로 KOH를 사용하기 때문에, 음용수로 사용되는 정수기에 적용하는데 현실적인 어려움이 있다. 그리고, 발생된 산소를 용해하는 구조와 관련된 선행기술들도 여러 건이 있다. 예를 들면, 대한민국 특허출원제2003-0001950호(발명의 명칭: 산소수 제조기, 출원인: 주식회사 오투플러스), 특허출원 제2005-0063057호(발명의 명칭: 산소수 제조장치 및 그 방법, 출원인: 바이오텔), 특허출원 제2005-0038073호(발명의 명칭: 산소용해장치 및 이를 이용한 과포화 산소수 제조장치, 출원인: (주)옥시라이프), 특허출원 제2005-0038071호(발명의 명칭: 과포화 산소수 제조장치, 출원인: (주)옥시라이프), 특허출원 제2005-0038072호(발명의 명칭: 과포화 산소수 제조장치, 출원인: (주)옥시라이프), 특허출원 제2005-0031092호(발명의 명칭: 산소의 급속 용해가 가능한산소수 제조기, 출원인: 배금주) 등이 있다. 그런데, 상기 기술들은 산소를 용해하기 위한 많은 구성요소를 갖고 있으며, 또한 부직포와 같은 인체에 유해한 소재를 사용하고 있어 실제 적용이 불가능하다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하고 알려진 고농축 산소발생기술을 응용한 고농축 산소수를 제조하기 위한 것으로서, 물리적으로 마이크로버블(미세기포)이 충분히 만들어짐과 동시에 고농축의 산소를 혼합,용해시켜 고농축 산소의 용존율이 개선된 산소수를 제조장치를 제공하는 데에 그 목적이 있으며, 특히, 소형이면서도 구조가 간단화하고, 효율이 좋으며, 장치 전체의 부피를 감소시킬 수 있는 동시에 용존 산소량을 증대시킬 수 있는 산소수 제조장치를 제공하고자 하는 데에 궁극적인 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 고농축 산소수 제조장치는,

모터와 구동축으로 이루어지며, 외부를 차단하는 커버로 이루어진 동력발생부와, 제1하우징, 이 하우징의 내측 하단에 위치하며 공간을 반분하는 차단판, 제1하우징의 플랜지부로 부터 받침판의 플랜지부사이에 위치하며 외부를 차단하는 제1,제2간격유지부재, 이 제1간격유지부재의 외측에 위치하는 제2하우징, 제2간격유지부재의 외측을 차단하는 제3하우징들과, 이들을 조립 고정하기 위하여 제1하우징의 플랜지부로 부터 받침판의 플랜지부사이에 지지되는 지지봉, 지지봉의 상,하방을 잠그는 상,하 고정너트들로 이루어지는 고정조립부와, 모터의 회전샤프트에 축설된 다수의 회전펌핑부재와, 상기 회전펌핑부재의 사이사이에 적층구성되는 다수의 고정펌핑부재와, 이들을 수용하고 유체가 흡입되는 흡입구와 유체가 토출되는 토출구가 형성된 하우징으로 구성되는 다단펌프의 내부에 외부의 공기가 흡입되는 에어공급호스를 인입하여 회전펌핑부재의 회전력에 의해 외부의 공기가 자흡되고 흡입된 공기는 물에 함유되어 다단펌프의 내부를 유로하면서 회전샤프트의 외면에 위치되는 회전펌핑부재의 내주면에 압력변화판으로 이루어진 제1버블링작동부와, 수개의 고정부재와, 이 고정부재의 내부에서 회전하도록 회전축에 축고정되는 회전부재로 이루어져, 하나의 고정부재내에 회전부재가 회전가능하게 설치되며,미세간격을 통하여 물의 통과압력이 강화됨과 동시에 물분자의 버블링이 강하게 발생하도록 하되 고정부재,회전부재는 다시 수개 적층 구조로 이루어져 압력이 증대된 상태로 다른 고정부재와 회전부재사이의 접촉간격(a)을 통과하게 되고 버블링효율이 극대화되는 제2버블링작동부로 이루어진 마이크로 버블부(가); 및 산소발생부(나)를 포함하는 고농축 산소수 제조장치로서 달성된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 고농축 산소수 제조장치의 산소발생부(나)는,

전기분해를 위한 물을 공급받아 저장 가능하며 상부에 전기분해시에 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 물 저장수단과, 상기 물 저장수단에 결합되어 공급되는 물을 전기분해하여 산소가스 및 수소가스를 생성하며 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 전기분해수단을 포함하며, 상기 전기분해수단은 물을 전기분해하여 산소가스 및 수소가스를 생성하도록 수소이온 교환막과 상기 수소이온교환막의 양측에 전극 촉매층을 각각 갖는 전기분해셀과, 상기 전극분해셀의 일측면에 결합되어 어느 한쪽의 극성을 갖는 전류공급 기능을 하는 제1 전류 공급판, 및 상기 전극분해셀의 타측면에 결합되어 다른 한쪽의 극성을 갖는 전류공급 기능을 하는 제2 전류 공급판을 포함하는 전기분해에 의한 산소농축수단인 특징을 갖는다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 고농축 산소수 제조장치의 산소발생부(나)는,

제 1커버 조립체는 제 1커버 플레이트의 내측면상에 제 1,2흡착탑과 각각 대응되게 위치하도록 이격 형성된 홈부가 구비되되 상기 홈부의 동일 위치에 관통 형성되어 농축 산소가 흡착베드의 산소 저장부와 연통된 공급홀을 통해 이동 가능하도록 설치되는 체크밸브와, 상기 체크밸브의 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 오리피스와, 일단이 상기 홈부의 내측과 각각 연통 형성되고 타단이 제 1커버 조립체의 외측까지 연장된 연통홀이 내부에 형성되며 상기 제 1커버 플레이트의 외측 상부에 일체로 구비되는 장착부와, 상기 연통홀과 기체소통 가능하도록 결합 되어 장착부에 고정 설치되며 제 1,2흡착탑 내부의 압력이 균등해 지도록 작동되는 제 2솔레노이드 밸브와, 상기 제 1커버 플레이트의 외측면상에 구비되되 상기 복수의 체크밸브와 오리피스가 별도로 구획 가능하도록 설치되는 챔버부로 이루어져, 압축공기의 공급과 배출을 실시하도록 외측에 설치된 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 조립체로 이루어진다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 고농축 산소수 제조장치에 의하면,

정수 처리된 물에 산소를 용해시켜 산소수를 제조함에 있어서 소형이면서도 효율이 좋아 장치 전체의 부피를 감소시킬 수 있는 동시에 용존 산소량을 증대시킬 수 있는 산소수 제조장치가 제공된다.

본 발명에 의하면, 고농도의 산소수를 제조하는 접촉막 모듈 등 장치의 구성이 간단하여 설치가 용이하고, 운영에 특별한 기술이 요하지 않아 신규 제품뿐만 아니라, 기존 제품에도 추가 설치가 가능하며, 산소수 제조와 동시에 제조시스템의 이차 오염으로 인한 세균의 번식을 억제하고 살균할 수 있으며, 생수, 음료, 주류 등에 첨가하여 냉각과 동시에 산소를 용존시킬 수 있는 산소 얼음을 제공 함으로써 소비자의 다양한 욕구를 충족시킬 수 있다.

또한, 오염된 대용량의 저수지, 댐 등에 있어서는 경제적, 기술적인 한계로 인해 최근까지도 효과적인 수질정화 를 실현시키지 못하고 있는 실정이나, 본 발명에서 이루어진 장치 및 기술을 활용하여 고농축 산소수로서 수중의 악취원인 물질을 산화 분해하여 악취를 없애고, 수중의 오염물질과 퇴적층의 오염물질과 퇴적층의 오염물질을 효과적으로 응집, 부상 및 제거하여 깨끗한 수질을 유지하고, 수 환경을 호기성화로 유도하고 자정능력을 활성화하여 건강한 호소생태계를 복원하는데 기여할 수 있으므로, 저렴한 비용으로 대규모의 저수지, 댐의 수질 정화를 달성하여 각종 용수공급 및 수자원의 보존, 아름다운 경관의 창출 등의 효과를 거둘 수 있다.

도 1a 내지도 1c는 종래 알려진 산소수 제조장치의 예를 나타내는 도면들이고,
도 2는 본 발명 산소수 제조장치의 전체 개략도이고,
도 3은 본 발명 산소수 제조장치의 전체를 나타내는 정면도이고,
도 4a,4b는 본 발명 산소수 제조장치의 마이크로버블부(가)의 단면도와 분해사시도이고,
도 5a,5b는 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부(나)의 개략사시도와, 분해사시도이고,
도 6a 내지 6d는 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부(나)의 작용설명도이고,
도 7a,7b는 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부(나)의 다른 실시예의 요부발췌도와,개략단면도이고,
도 8은 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부(나)의 또 다른 실시예를 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거 설명하면 다음과 같다.

<실시예1>

첨부 도면중 도 2는 본 발명 산소수 제조장치의 전체 개략도이고, 도 3은 본 발명 산소수 제조장치의 전체를 나타내는 정면도이다.

상기 도면에 따르는 본 발명 산소수 제조장치는, 크게 마이크로버블부(가)와, 산소발생부(나)로 구분된다.

첨부 도면중 도 4는 본 발명 마이크로버블부의 사시도이고, 도 5는 본 발명 마이크로버블부의 분해사시도이고, 도 6은 본 발명 마이크로버블부의 결합단면도이고, 도 7a, 7b는 본 발명 제2버블링부의 작용을 설명하는 단면도 및 요부확대도이다.

상기 도면들에 따르는 마이크로 버블부(가)는 크게 동력부(1)와, 상부바디(2)와, 제1버블링작용부(3)와, 제2버블링작용부(4)와, 하부바디(5)로 구분된다.

상기 동력부(1)는 모터(11)와 모터축(11a)으로 이루어지며, 조립용 볼트공(121)을 형성한 플랜지(12)를 형성하고 상기 모터(11)의 외부를 차단하는 커버(13)로 이루어진다.

상부바디(2)는 상기 동력부(1)와 제1,제2버블링작용부(3)(4)사이의 내,외부를 동력전달이 가능하게 연결한다.

즉, 원통형 몸체(214)와, 그 상부의 상부플랜지(213)와, 하부의 하부플랜지(215)로 이루어지되 바닥부(216)를 이루는 바디(21)로서 중심부에 회전축이 통과하는 통공(216a)이 형성되어 있다. 특히, 내측으로는 커플러(23)로서 동력부(1)의 모터축(11a)과 회전축(29)를 연결하며, 하부플랜지(215)의 하단은 후술하는 버블링작용부(3)(4)의 원통체(22) 및 링형통체(31)(43)(43a)들의 상연부가 밀착되는 연부를 형성한다.

제1,제2버블링작용부(3)(4)의 구조를 설명한다.

제1버블링작용부(3)는 다수의 링형통체(31)들이 적층된 그 내측에 후술하는 고정펌핑부재(33)를 고정한 뒤 그에 대응하여 회전펌핑을 수행하는 회전펌핑부재(32)를 회전축(29)에 고정하여 회전펌핑부재(32)가 고정펌핑부재(33)사이에서 회전하면서 고압유체가 상승하면서 거품형성이 이루어지는 구조로서, 원통체(22)내에 이중관구조로 다수 링형통체(31)들이 적층되는 구조로 각 링형통체(31)들의 상연부가 재치되는 받침턱(부호생략)의 구조로 이루어진다.

고정펌핑부재(33)는 링형통체(31)내측에 고정되는 하부판체(331)와 이에 조립되는 고정날개(332)로 이루어진다. 회전펌핑부재(32)는 회전축(29)와 축부(333)사이에 축관(34)를 개재시켜 회전판체(331)을 고정하며, 회전판체(331)상에 회전날개(332)가 형성되어 있다.

이러한 구조의 고정펌핑부재(33)와 회전펌핑부재(32) 및 링형통체(31)가 수개 적층 설치되어 공기가 혼합된 가압유체를 고속회전시켜 미세기포를 형성한다.

링형통체(31)일체로 고정펌핑부재(33)로서 일종의 디퓨져(diffuser)를 형성하고 고정펌핑부재(33)의 사이에 회전축(29)에 축설된 회전펌핑부재(32,impeller)를 사이에 위치하도록 하여 회전펌핑부재(32)의 회전력에 의해 외부의 공기가 흡입되고 흡입된 공기는 물(유체)에 혼합되어 다단 제1버블링작용부(3)의 회전,고정펌핑부재(32,33)의 내부를 고속으로 좁은 유출공간(유로)을 강한 압력으로 강제이동시키므로서 혼합유체를 통하여 미세기포가 형성된다.

제2버블링작용부(4)는 가운데 고정부재(42)와, 이 고정부재(42)의 상,하층에서 회전하도록 회전축(29)에 축고정되는 회전부재(41)로 이루어진다.

도 5a와 도 5b에서 보는 바와 같이 고정부재(42)는 중심부에 원형의 개구부(423)를 형성한 원형판체(425)로서 판체의 단부 소정위치에 고정공(421)을 형성하여 링형통체(43)내벽에 고정되며, 그 상,하면에 다수의 접촉돌기(422)들과 버블공(424)을 형성하여서 된다. 버블공(424)은 상협하광(위가 좁고, 아래가 넓은 형태)의 통공이다.

이에 대응하는 회전부재(41)는 후술하는 도 5c와 도 5d에서 보는 바와 같이 사이즈는 작으면서 회전축(29)에 고정되는 중심공(413)을 형성하고, 접촉돌기(412)를 상,하면에 형성하되, 상협하광의 버블공(414)들을 형성한 회전판체(415)이다.

이러한 고정부재(42)와 회전부재(41)사이의 접촉돌기(412)(422)사이의 접촉간격(a)은 1차 미세기포를 형성한 혼합유체가 통과하는 유로를 형성한다. 이와 같은 접촉간격(a)의 형성과 고정부재(42),회전부재(41)의 조립 셋트로서 설치된다.

회전부재(41),고정부재(42)의 접촉돌기(412)(422)사이의 접촉간격(a)을 통한 1차 형성된 미세기포는 더욱 가압된 유체 흐름을 가지며, 후술하는 첨부 도면 도 6a,6b를 통하여 더욱 미세한 기포를 형성한다. 회전축(29)의 하단에는 이러한 제1버블링작용부(3)의 회전펌핑부재(32)들의 조립,해체를 위하여 그 단부(29b)에 너트로서 체결되어 있다.

본 발명 마이크로버블부(가)의 조립 구성은,

하부바디(5)의 위에 설치된다. 하부바디(5)는 받침대(7)위에 받쳐지며, 산소공급부(6)가 몸체(50)의 하부에서 공간측으로 분출가능하게 설치된다.

1차기포형성부(6)는 공급호스(도시생략)와 연결되는 연결구(62)와 하부바디(5)의 몸체(50)내에서 공기를 분출시키는 분출공(63)이 형성된 분출관(61)으로 이루어진다.

하부바디(5)는 중간에 바닥과 공간을 형성하는 몸체(50)를 중심으로 유입구(51)와 유출구(52)를 형성하며, 각 유입,유출구(51)(52)측으로 플랜지(51a)(52a)를 형성하고, 유출구(52)측의 내측으로 차단벽(53)을 형성하여 유입된 유체가 공기와 혼합되어 제1버블링작용부(3)와 제2버블링작용부(4)의 가압회전력에 의하여 상방으로 이동한 뒤 하강하여 배출된다.

또한, 하부바디(5)는 상방으로 개구부를 이루되 각 플랜지(51a)(52a)의 내측으로 제1버블링작용부(3)의 하단이 안착되도록 차단벽(53)과 링형의 받침단부(55)상에 받침턱(53a),(55a)을 형성한다.

제1버블링작용부(3)가 받침턱(53a)(55a)위에 도면상 3단이 셋트로 조립된 상태 즉, 링형통체(31)내에 고정펌핑부재(33)가 고정되고, 회전축(29)에 회전펌핑부재(32)가 축설된 상태로 회전가능하게 적층되고, 그 위에 제2버블링작용부(4)가 링형통체(43)(43a)내에 고정부재(42),회전부재(41)을 조립한 상태로 설치되며, 그 위에 제1버블링작용부(3)의 유출공(31a)를 형성한 링형통체(31)와 디퓨저를 이루는 회전,고정펌핑부재(32,33)로서 다시 조립되며, 유출공(31a)를 통하여 그 외측 위치하는 원통체(22)와의 사이에 형성된 유로(b)를 따라 미세기포를 형성한 혼합유체가 하강되게 한다.

제1,제2버블링작용부(3)(4)가 설치된 회전축(29)의 상단에는 단부(29a)측에 탄성부재(28)를 개재시켜 모터축(11a)에 커플러(23)를 통하여 연결된다.

한편, 본 발명의 산소수 제조장치에 적용되는 산소발생부(나)는 흡착제를 이용한 흡착방식이 적용된 산소수 제조장치로서 첨부된 도 5a,5b,5c 및 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명한다.

첨부 도면중 도 8a는 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부(나)의 결합사시도이고, 도 8b는 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부(나)의 분해 사시도 이다.

첨부된 도면들을 참조하여 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부를 설명하면 다음과 같다.

산소발생부(나)의 흡착베드(5)는 단일 흡착베드로 이루어져 있으며 길이 방향의 내측에 제 1,2흡착탑(51,52)이 병렬 배치되어 설치되도록 관 타입의 하우징 형상으로 형성되고, 상기 하우징 사이의 공간에 농축 산소가 저장되는 산소 저장부(83)가 형성된다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 흡착베드(5)는 내부가 관통된 구조로 이루어져 있으며, 상기 흡착베드(5)의 외측 상부에 제 1솔레노이드 밸브(6)가 설치된다. 상기 제 1솔레노이드 밸브(6)는 5포트 3웨이 타입의 솔레노이드 밸브가 사용되며 대기압 이상의 압력으로 공기를 압축하는 공기 압축기에서 발생된 압축 공기의 공급과 배출을 실시하도록 설치된다. 상기 흡착베드(5)의 외측에는 제 1흡착탑(51) 또는 제 2흡착탑(52)에서 질소 가스 배출시에 발생 되는 소음을 방지하기 위한 배기 소음기(101,10)가 별도로 설치된다.

상기 흡착베드(5)의 상하부에는 각각 제 1,2커버 조립체(8,9)가 설치되며, 상기 제 1커버 조립체(9)는 제 1커버플레이트(91)의 내측면상에 제 1,2흡착탑(51,52)과 각각 대응되게 위치하도록 이격 형성된 복수의 홈부(918)가 구비된다. 상기 제 1커버 플레이트(91)에 형성된 홈부(918)들에는 제 1흡착탑(51) 또는 제 2흡착탑(52)에서 발

생된 농축 산소가 흡착베드(5)의 산소 저장부(83)와 연통된 공급홀(913)을 통해 이동 가능하도록 체크밸브(96)가 설치된다. 상기 공급홀(913)의 상측에는 산소토출공(914)이 형성되어 별도로 구비된 튜브(미도시)와 연결 설치되도록 구성된다. 상기 체크밸브(96)는 제 1커버 플레이트(91)에 형성된 고정공(915)상에 밀착 설치되며 상기 고정공(915)의 양측으로 각각 이격 되어 기체 소통 가능하도록 형성된 밸브공(916)들이 형성된다. 상기 체크밸브(96)는 밸브공(916)을 통해 이동되는 기체의 압력에 의해 플렉시블하게 작동 가능하도록 연성 재질로 이루어진 밸브바디(961)로 이루어진다.

상기 제 1커버 플레이트(91)의 홈부(918)에는 체크밸브(96)의 일측 하단부에 관통 형성되며 상기 제 1,2흡착탑(51,52)중 어느 하나의 압력이 높아지고 다른 하나의 압력이 낮아질 때 상기 제 1,2흡착탑(51,52)의 어느 하나에 부착된 질소가 세정 가능하도록 상기 제 1,2흡착탑(51,52)과 연통 형성되어 농축산소의 일부가 역류 되도록 오리피스(912)들이 대향하여 한 쌍 구비된다.

제 1커버 플레이트(91)의 외측 상부에 일체로 장착부(911)는 일단이 상기 제 1,2홈부(918)의 내측과 각각 연통 형성되고 타단이 제 1커버 조립체(8)의 외측까지 연장된 연통홀(917)이 내부에 형성되도록 구성된다.

제 2솔레노이드 밸브(7)는 연통홀(917)과 기체소통 가능하도록 결합 되어 장착부(911)에 설치되며 제 1,2흡착탑(51,52) 내부의 압력이 일부 균등해 지도록 구성된다. 상기 제 2솔레노이드 밸브(7)는 2포트 2웨이 타입을 사용하는 것이 바람직하다.상기 장착부(911)에는 제 2솔레노이드 밸브(7)와 결합될 수 있도록 복수개의 나사공이 형성되며, 별도로 구비된 고정나사에 의해 상기 제 2솔레노이드 밸브(7)가 고정된다.

상기 제 1커버 플레이트(9)의 외측면상에 상기 제 1,2체크밸브(96)와 제 1,2오리피스(912)가 별도로 구획가능하도록 챔버부(97)가 구성된다.

상기 체크밸브(96)와 공급홀(913)은 챔버부(97)의 영역의 동일 선상에 각각 배치되고, 상기 체크밸브(96)와 공급홀(913)의 하측으로 이격된 곳에 위치한 오리피스(912)는 챔버부(97)의 영역의 동일 선상에 각각 배치된다.

상기 제 1커버 조립체(9)의 챔버부(97)에는 챔버 커버(95)가 설치되며 상기 체크밸브(96)를 통해 공급된 기체가 공급홀(913)로 유동 가능하도록 외부와 밀폐된 별도의 영역으로 구획되어 챔버 커버 바디(951)의 내측에 제 1챔버(952)가 형성된다.

상기 제 1챔버(952)의 하측에 일체로 형성되며 상기 오리피스(912)를 통해 공급된 기체가 유동가능하도록 외부와 밀폐되어 별도의 영역으로 구획된 제 2챔버(953)가 형성된다. 그리고 상기 챔버 커버 바디(951)에 형성된 제 1,2챔버(952,953)의 외측 가장자리를 따라 삽입 설치되어 상기 챔버부(97)의 외주면에 밀착된 상태로 위치하는 씰링부재(954)를 포함하여 구성된다.상기 흡착베드(5)의 내부에 설치되는 제 1,2흡착탑(51,52)의 상하단부에는 다수개의 통공이 형성된 캡플레이트(92)가 설치되며 상기 캡플레이트(92)에 형성된 통공에 의해 제 1흡착부(51) 또는 제 2흡착부(52)에서 생성된 농축 산소가 이동할 때 동일 유속을 갖으면서 균일하게 이동 가능하게 된다.상기 캡플레이트(92)와 제 1,2흡착탑(51,52) 사이에는 필터(미도시)가 설치되어 제 1,2흡착탑(51,52)내부에 구비된 제올라이트 알갱이의 유출을 방지하며 공기압축기(110)로부터 공급된 압축공기중에 포함된 이물질을 필터링 하도록 구성된다.상기 제 1커버 조립체(9)와 제 2커버 조립체(8)의 내측에는 각각 패킹부재(94)가 설치되며, 상기 제 1커버 조립체(9)와 캡플레이트(92) 사이에는 스프링(93)이 개재되어 설치된다. 스프링(93)을 설치하는 이유는 상기 제 1,2흡착탑(51,52) 내부에 구비된 제올라이트가 차지한 공간이 시간이 지날수록 부피가 줄어들기 때문에 상기 제 1,2흡착탑(51,52)을 압축하기 위해 설치된다.

상기 제 2커버 조립체(8)는 제 1커버 플레이트(9)의 내측면상에 제 1,2흡착탑(51,52)과 각각 대응되게 위치하도록 이격 형성된 홈부(85)가 구비되고 상기 홈부(85) 사이에 관통 형성되어 농축 산소가 흡착베드(5)의 산소 저장부(83)와 연통된 연결홀(86)을 포함하여 구성된다.상기 제 2커버 조립체(8)는 제 2커버 플레이트의 내측으로 제 1솔레노이드 밸브(6)를 경유하여 공급된 가압공기가 제1흡착탑(51) 또는 제 2흡착탑(52)으로 공급 가능하도록 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부의 작동 상태를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부 도면중 도 9a 내지 9d는 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부(나)의 작용설명도이다.

상기 도면에 따라 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부는 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 6a는 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부가 가압 작동될 때의 상태도로서, 산소농축 장치에 압축공기 유입에 따른 공기압 회로라인을 도시한 것으로, 체크밸브(96)가 클로징된 상태에서 공기 압축기(110)를 통해 발생된 압축공기는 제 1솔레노이드 밸브(6)로 공급된다. 제 1솔레노이드 밸브(6)의 (가)단을 통해 공기 압축기(110)에서 발생된 압축공기가 제 1흡착탑(51)을 가압하고, 제 2흡착탑(52)으로는 공기 압축기(110)에서 발생된 압축공기가 공급되지 않아 점차 감압 된다.이때, 제 2솔레노이드 밸브(170)는 클로징된 상태를 유지한다.

이어서 공기 압축기(110)를 통한 압축공기가 제 1흡착탑(51)에 계속적으로 공급되면서 압축공기에 포함된 질소성분은 제 1흡착탑(51)의 내부에 구비된 제올라이트에 의해 흡착되어 농축산소가 발생 되어 산소 토출공(914)을 통해 공급된다.

상기 제 1흡착탑(51)의 압력이 산소저장부(83)의 내부 압력과 같아지는 시점에서 제 1커버 플레이트(91)에 구비된 체크밸브(96)중 하나가 농축산소의 압력에 의해 외측으로 열리면서 고순도의 농축산소가 상기 체크밸브(96)의 밸브공(916)을 통해 챔버부(97)의 챔버(952)로 유입된다.상기 제 1챔버(952)로 유입된 농축산소는 챔버 커버(951)에 구비된 씰링부재(954)에 의해 외측으로 누출되는 현상 없이 공급홀(913)을 통해 흡착베드(5)의 산소 저장부(83)로 공급된다.이때 제 1커버 플레이트(91)의 홈부(918)에 형성된 오리피스(912)를 통해 상기 제 1흡착부(51)에서 발생된 농축 산소의 일부가 유입되어 챔버부(97)의 챔버(85)로 공급된다.

상기 챔버(85)로 공급된 일부의 농축산소는 다른 오리피스(912)를 통해 상기 제 2흡착탑(52)으로 공급된다. 상기와 같이 제 2흡착탑(52)으로 공급된 농축산소는 제 2흡착탑(52)에 구비된 제올라이트에 흡착된 질소 성분을 세정하면서 제 1솔레노이드 밸브(6)와 연결된 배기 소음기(101)를 통해 질소의 배출이 이루어진다.

첨부된 도 9b는 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부가 상부 균등화로 작동될 때의 상태도 이다.

즉, 공기 압축기(110)에 의해 발생된 압축공기에 의해 제 1흡착탑(51)의 가압에 따른 흡착이 일정시간 진행되어 농축산소를 생성한 뒤에 제 2솔레노이드 밸브(7)를 오픈 작동시켜 제 1흡착탑(51)과 제 2흡착탑(52)이 동시에 연통 되도록 한다.

즉 제 2솔레노이드 밸브(7)가 온(On) 작동되면서 상기 솔레노이드 밸브(7) 내부에 형성된 2포트가 오픈 되며 홈부(918)에 형성된 연통홀(917)을 통해 제 1흡착탑(51)의 농축산소는 제 2솔레노이드 밸브(7)가 설치된 장착부(911)까지 이동하여 상기 제 2솔레노이드 밸브(7)의 일측 포트로 공급되어 타측 포트로 이동하고, 상기 홈부(918)의 연통홀(917)로 이동된다.

상기 연통홀(917)로 이동된 농축산소는 순간적으로 제 2흡착탑(52)으로 역류되어 상기 제 1,2흡착탑(51,52)의 압력이 일부 같아지면서 상부 균등화를 이루며 가압된 농축 산소를 제 2흡착탑(52)의 가압 및 흡착시 재이용하게 된다.

첨부된 도 9b는 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부가 상/하부 복합 균등화로 작동될 때의 상태도 이다. 상기한 상/하부 복합 균등화 작동은 상부 균등화 작동과 하부 균등화 작동이 동시에 이루어지는 것을 의미한다.즉, 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(51)과 제 2흡착탑(52)이 기체 소통 가능하도록 연통 되면서 압력이 고압인 상태의 제 1흡착탑(51)의 가압 공기가 제 1솔레노이드 밸브(6)를 통해 제 2흡착탑(52)의 하부를 향해 순간적으로 이동되어 상기 제 1,2흡착탑(51,52)의 압력이 같아 지게 되어 하부 균등화를 이룬다.

이와 함께 상부 균등화 작동은 하부 균등화 작동과 동시에 진행되어 상기 제 1흡착탑(51)의 압력이 빠르게 낮아지고, 제 2흡착탑(52)의 압력은 빠르게 상승 되어 최종적으로 제 1,2흡착탑(51,52)의 압력이 같아지게 된다.

상기와 같이 상/하부 균등화를 실시하는 이유는 가압된 공기를 제 1흡착탑(51) 또는 제 2흡착탑(52)으로 이동시켜 회수함과 동시에 상부 균등화 작동을 통해 농축산소를 재생산하고 공기 압축기(110)의 압축 작동 시간이 짧아져서 기계적인 손실을 줄여 효율을 증대시키기 위해서이다.

도 9c를 참조하면, 공기 압축기(110)에서 발생된 압축공기는 제 1솔레노이드 밸브(6)에 설치된 (가)단의 솔레노이드 밸브가 오프되면서 (다)를 통해 제 2흡착탑(52)의 내부로 공급되어 상기 제 2흡착탑(52)을 가압하며 상기 압축공기의 지속적인 공급에 의해 제 2체크밸브(96)가 오픈 작동되기 전까지 상기 제 2흡착탑(52)의 내부 압력을 서서히 증가시킨다.

상기 제 1흡착탑(51)으로는 공기 압축기(110)에서 발생된 압축공기가 공급되지 않아 제 1흡착탑(51)은 점차 감압 되고, 상기 제 2흡착탑(52)은 산소 저장부(83)의 압력과 같아지는 상태까지 계속해서 가압 된다. 동시에 상기 제 1솔레노이드 밸브(6)의 (다)와 연결된 제 1흡착탑512)은 배기 소음기(101)와 연통 되면서 급속히 대기압 근처의 압력으로 급격히 하강 된다.

이어서 공기 압축기(110)를 통한 압축공기가 계속적으로 제 2흡착탑(52)으로 공급되면서 압축공기에 포함된 질소성분은 제 2흡착탑(52)의 내부에 구비된 제올라이트에 의해 흡착되어 농축산소가 발생 되어 산소 토출공(914)를 통해 공급된다.

상기 제 2흡착탑(52)의 압력이 산소 저장부(83) 내부의 압력과 같아지는 시점에서 체크밸브(96)가 농축산소의 압력에 의해 외측으로 열리면서 고순도의 농축산소가 밸브공(912)을 통해 챔버부(97)의 제 1챔버(952)로 유입된다.

상기 제 1챔버(952)로 유입된 농축산소는 공급홀(913)을 통해 흡착베드(5)의 산소 저장부(83)로 공급된다. 이때 제 1커버 플레이트(91)의 다른 홈부(918)에 형성된 다른오리피스(912)를 통해 상기 제 2흡착부(52)에서 발생된 농축 산소의 일부가 유입되어 챔버부(97)의 제 2챔버(953)로 공급된다.상기 제 2챔버(953)로 공급된 일부의 농축산소는 오리피스(912)를 통해 제 1흡착탑(51)으로 공급된다. 상기와 같이 제 1흡착탑(51)으로 공급된 농축산소는 제 1흡착탑(51)에 구비된 제올라이트에 흡착된 질소 성분을 세정하면서 제 1솔레노이드 밸브(6)와 연결된 소음기를 통해 질소의 배출이 이루어진다. 상기 제 1흡착탑(51)은 대기압 근처의 압력으로 감압된 상태에서 탈착 및 세정이 이루어진다.

도 9d는 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부가 상부 균등화로 작동될 때의 상태도 이다. 즉, 공기 압축기(9)에 의해 발생된 압축공기에 의해 제 2흡착탑(24)의 가압에 따른 흡착이 일정시간진행되어 농축산소를 생성하고 제 2솔레노이드 밸브(7)를 오픈 작동시켜 제 1흡착탑(51)과 제 2흡착탑(52)이 동시에 연통 되도록 한다.

즉 장착부(911)에 설치된 제 2솔레노이드 밸브(7)에 전기 신호가 인가되어 온(On) 작동되면서 2포트가 오픈 되며 다른 홈부(918)의 다른 연통홀(917)을 통해 제 2흡착탑(52)의 농축산소는 제 2솔레노이드 밸브(7)가 설치된 장착부(911)까지 이동하여 상기 제 2솔레노이드 밸브(7)의 타측 포트로 공급되어 일측 포트로 이동하고, 상기 홈부(918)의 연통홀(917)로 이동된다.상기 연통홀(917)로 이동된 농축산소는 순간적으로 제 1흡착탑(51)으로 역류되어 상기 제 1,2흡착탑(51,52)의 압력이 일부 같아지면서 상부 균등화를 이룬다.

이어서 상/하부 복합 균등화 작동이 이루어진다. 도 6d에 서술된 제 1흡착탑(51)과 제 2흡착탑(52)의 흡착 작용이 바뀐 상태에서 상부 균등화 작동과 하부 균등화 작동이 동시에 이루어지는 것을 의미한다.

즉, 하부 균등화 작동은 제 1솔레노이드 밸브(6)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(51)과 제 2흡착탑(52)이 기체 소통 가능하도록 연통 되면서, 압력이 고압인 상태의 제 2흡착탑(52)의 가압 공기가 제 1솔레노이드 밸브(6)를 통해 제 1흡착탑(51)의 하부를 향해 순간적으로 이동되어 상기 제 1,2흡착탑(51,52)의 압력이 같아 지게 되어 하부 균등화를 이룬다.

이와 함께 상부 균등화 작동도 동시에 진행되어 상기 제 2흡착탑(52)의 압력이 빠르게 낮아지고, 제 1흡착탑(51)의 압력은빠르게 상승 되어 최종적으로 제 1,2흡착탑(51,52)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.

<실시예2>

첨부 도면중 도 10a,10b는 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부(나)의 다른 실시예의 요부발췌도와,개략단면도이다. 이 도면에 따르는 본 발명 고농축 산소수제조장치는 크게 마이크로버블부(가)와 산소발생부(나)로 이루어진다. 마이크로버블부(가)는 전술한 실시예1,2와 같으므로 구체적인 설명은 생략한다.

산소발생부(나)는 전기분해를 위한 물을 공급받아 저장 가능하며 상부에 전기분해시에 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 물 저장수단과, 상기 물 저장수단에 결합되어 공급되는 물을 전기분해하여 산소가스 및 수소가스를 생성하며 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 전기분해수단으로 이루어진다.

상기 전기분해수단은 물을 전기분해하여 산소가스 및 수소가스를 생성하도록 수소이온 교환막과 상기 수소이온교환막의 양측에 전극 촉매층을 각각 갖는 전기분해셀과, 상기 전극분해셀의 일측면에 결합되어 어느 한쪽의 극성을 갖는 전류공급 기능을 하는 제1 전류 공급판, 및 상기 전극분해셀의 타측면에 결합되어 다른 한쪽의 극성을 갖는 전류공급 기능을 하는 제2 전류 공급판으로 이루어진다.

이를 구체적으로 설명하면 첨부 도면중 도 7a 내지 도 7b에 도시된 바와 같이, 산소발생기(700)의 내부에 냉수탱크(600)의 냉수라인(S8)을 따라 냉수가 공급되면, 산소발생기(700)에 설치된 양이온교환 수지층(715)에서 냉수 중에 존재하는 하드니스를 제거한다. 하드니스가 제거된 탈이온수는 전기분해수단(720)내의 전기분해셀(721)에서 전기화학 반응이 일어난다.

도 10a,10b에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 전기분해셀(721)은 물을 전기화학적으로 분해하여 산소 가스를 생산하는 것으로서, 전해액으로 가성카리(KOH)와 같은 독극물을 사용하지 않으며, 양극 촉매층(721a), 수소이온 교환막(721b) 및 음극 촉매층(721c)을 갖는다. 물은 양극 촉매층(721a)에서 산소, 전자, 수소이온(H+(프로톤)으로 분해되고, 수소이온은 수화되어 수소이온 교환막(721b)을 통해 음극 전극층(721c)으로 이동하며, 전자는 외부회로(721d)를 따라 양극촉매층(721a)에서 음극 촉매층(721c)으로 이동한다. 수소이온 교환막(721b)을 통해 음극 촉매층(721c)으로 이동한 수소이온(H+)은 외부회로(721d)를 따라 이동한 전자(e-)와 반응하여 수소가스(H2)가 된다.

이 실시예에 따른 전기분해셀(721)의 전극 촉매층(721a, 721c)은 촉매를 각각 가지거나, 촉매 이외에 고분자를 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 이 실시예의 전극 촉매층(721a, 721c)과 수소이온 교환막(721b)은 그 두께가 각각 한정되는 것은 아니지만, 수소이온 교환막(721b)은 그 두께가 50㎛ 이하로 지나치게 얇으면 단락(short)을 일으킬 우려가 있고, 그 두께가 200㎛ 이상이면 저항이 커져 전압이 급상승하게 되므로, 50㎛ ~ 200㎛인 것이 바람직하다.

이 실시예의 전기분해셀(721)은 산소가스 발생에 적합하도록 구성해야 하는 바, 양극 촉매층(721a), 수소이온교환막(721b) 및 음극 촉매층(721c) 간의 간격을 유지하는 방법에 따라 제로갭형(Zero-gap), 유한거리형(FiniteGap), 또는 전극과 고분자 일체형(Electrode Membrane Composite, 이하 "EMC"로 기술함)으로 제작할 수 있다.

산소발생기(700)를 운영하는 방법은 제1 전류 공급판(726)에 전류공급원의 (+)극을 연결하고 다른 일측의 제2 전류 공급판(727)에 전류공급원의 (-)극을 연결하는 방법에 따라 제1 전류 공급판(726)에 전류공급원의 (+)극을 연결하고 다른 일측의 제2 전류 공급판(727)에 전류공급원의 (-)극을 연결하여 물 저장수단(710)의 커버(712)에 형성된 배출라인(S5)을 따라 산소가 배출되고, 전기분해수단(720)의 하부 모듈(723)에 형성된 배출라인(S9)을 따라 수소와 물이 배출된다. 전기분해셀의 운전 전류밀도는 0.01 ~ 2.0 A/cm2에서 직류전압 2 ~ 5Volt의 운전이 바람직하다.

<실시예3>

첨부 도면중 도 11은 본 발명 산소수 제조장치의 산소발생부(나)의 또 다른 실시예를 나타내는 개략도이다.

상기 도면에 실시예3의 본 발명 산소수 제조장치는, 크게 마이크로버블부(가)와, 산소발생부(나)로 구분된다.

마이크로 버블부(가)는 다시 동력발생부(1)와, 고정조립부(2)와, 제1버블링작동부(3)와, 제2버블링작동부(4)로 구분되며, 전술한 실시예1,2에서 설명한 바와 같으므로 중복 설명은 생략한다.

대략, 모터(11)와 구동축(12)으로 이루어지며, 외부를 차단하는 커버(13)로 이루어진 동력발생부(1)와, 제1하우징(21), 이 하우징(21)의 내측 하단에 위치하며 공간을 반분하는 차단판(22), 제1하우징(21)의 플랜지부(213)로 부터 받침판(27)의 플랜지부(271)사이에 위치하며 외부를 차단하는 제1,제2간격유지부재(23)(26), 이 제1간격유지부재(23)의 외측에 위치하는 제2하우징(24), 제2간격유지부재(26)의 외측을 차단하는 제3하우징(25)들과, 이들을 조립 고정하기 위하여 제1하우징(21)의 플랜지부(213)로 부터 받침판(27)의 플랜지부(271)사이에 지지되는 지지봉(28), 지지봉(28)의 상,하방을 잠그는 상,하 고정너트(214)(281)들로 이루어지는 고정조립부(2)와, 모터의 회전샤프트에 축설된 다수의 회전펌핑부재(32)와, 상기 회전펌핑부재(32)의 사이사이에 적층구성되는 다수의 고정펌핑부재(33)와, 이들을 수용하고 유체가 흡입되는 흡입구와 유체가 토출되는 토출구가 형성된 하우징으로 구성되는 다단펌프의 내부에 외부의 공기가 흡입되는 에어공급호스를 인입하여 회전펌핑부재(32)의 회전력에 의해 외부의 공기가 자흡되고 흡입된 공기는 물에 함유되어 다단펌프의 내부를 유로하면서 회전샤프트의 외면에 위치되는 회전펌핑부재(32)의 내주면에 압력변화판(322)으로 이루어진 제1버블링작동부(3)와, 수개의 고정부재(42)와, 이 고정부재(42)의 내부에서 회전하도록 회전축(29)에 축고정되는 회전부재(41)로 이루어져, 하나의 고정부재(42)내에 회전부재(41)가 회전가능하게 설치되며,간격(a)을 통하여 물의 통과압력이 강화됨과 동시에 물분자의 버블링이 강하게 발생하도록 하되 고정부재(42),회전부재(41)는 다시 수개 적층 구조로 이루어져 압력이 증대된 상태로 다른 고정부재(42)와 회전부재(41)사이의 접촉간격(a)을 통과하게 되고 버블링효율이 극대화되는 제2버블링작동부(4)로 이루어진다.

산소발생부(나)는 기히 사용중인 산소탱크로 부터 압력을 조정하여 마이크로버블부(가)측에 공급하여서 된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 산소수 제조장치의 실시예들에 의하면,

정수 처리된 물에 산소를 용해시켜 산소수를 제조함에 있어서 물리적으로 마이크로버블(미세기포)이 충분히 만들어짐과 동시에 고농축의 산소를 혼합,용해시켜 고농축 산소의 용존율이 개선된 산소수를 제조장치를 제공하게 되며, 특히, 소형이면서도 구조가 간단화하고, 효율이 좋으며, 장치 전체의 부피를 감소시킬 수 있는 동시에 용존 산소량을 증대시킬 수 있는 산소수 제조장치를 제공하게 되었다.

1:구동부, 11:모터, 12:구동축, 13:커버,
2:고정조립부, 21:제1하우징, 213:플랜지부, 214:고정너트, 22:차단판,
23:제1간격유지부재, 24:제2하우징, 25:제3하우징, 26:제2간격유지부재,
27:받침판, 271:플랜지부,28: 지지봉. 281:고정노트, 29:회전축,
3:제1버블작동부, 32:회전펌핑부재, 33,34;고정펌핑부재,
4: 제2버블작동부, 41:회전부재, 42:고정부재,412,421:돌기, 422:통공,
5:흡착베드, 51,52:흡착탑, 6:제1솔레노이드밸브, 7:제2솔레노이드밸브,
8:제1커버조립체,81:제2커버플레이트, 82:캡플레이트, 83:산소저장부,
84:패킹부재, 85:홈부,86:연결홀,9:제2커버조립체,91:제1커버플레이트,
911:장착부, 912:오리피스,913:공급홀, 914:산소토출공, 915:고정공,
916:밸브공, 917:연통홀,918:홈부,92:캡플레이트, 95:챔버커버,951:챔버바디,
952,953:제1,제2챔버, 954:씰링부재, 96:체크밸브, 961:밸브바디,
97:챔버부, 10:소음부, 101:소음기, 110:압축기,

Claims (4)

1. 고농축 산소수 제조장치에 있어서,
   모터축(11a)에 연결된 회전축(29)에 회전동력을 가하는 동력부(1)와, 이 동력부(1) 하방에 원통형 몸체(214), 상부플랜지(213), 하부플랜지(215)로 이루어진 상부바디(2)와, 몸체(50)를 중심으로 유입구(51)와 유출구(52)를 형성하며, 각 유입,유출구(51)(52)측으로 플랜지(51a)(52a)를 형성하고, 유출구(52)측의 내측으로 차단벽(53)을 형성하여 유입된 유체가 상방으로 이동되는 하부바디(5)와, 상부바디(2)와 하부바디(5)사이에 설치된 원통체(22)와, 원통체(22)내측에 링형통체(31)들을 적층하여 유출구(31a)와 연통하는 유로(b)가 형성되고, 링형통체(31)내측에 고정펌핑부재(33)를 고정한 뒤 그에 대응하는 회전펌핑부재(32)를 회전축(29)에 고정하여서 되는 제1버블링작용부(3)와, 원통체(22)내측에 접촉돌기(412)를 버블공(414)을 하면에 형성하여 회전축(29)에 고정한 회전부재(41)와, 접촉돌기(412)와 미세접촉간격(a)을 두고 회전접촉하는 접촉돌기(422)들,버블공(424)들을 상,하면에 형성한 원형판체(425)를 링형통체(43)내벽에 고정하는 고정부재(42)로 이루어지는 제2버블링작용부(4)로 이루어진 마이크로 버블부(가); 및
   산소발생부(나)를 포함하는 고농축 산소수 제조장치.
2. 제1항에 있어서,
   산소발생부(나)는,
   전기분해를 위한 물을 공급받아 저장 가능하며 상부에 전기분해시에 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 물 저장수단과, 상기 물 저장수단에 결합되어 공급되는 물을 전기분해하여 산소가스 및 수소가스를 생성하며 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 전기분해수단을 포함하며,
   상기 전기분해수단은 물을 전기분해하여 산소가스 및 수소가스를 생성하도록 수소이온 교환막과 상기 수소이온교환막의 양측에 전극 촉매층을 각각 갖는 전기분해셀과, 상기 전극분해셀의 일측면에 결합되어 어느 한쪽의 극성을 갖는 전류공급 기능을 하는 제1 전류 공급판, 및 상기 전극분해셀의 타측면에 결합되어 다른 한쪽의 극성을 갖는 전류공급 기능을 하는 제2 전류 공급판을 포함하는 전기분해에 의하여 고농축 산소가 발생되는 고농축 산소수 제조장치.
3. 제1항에 있어서,
   산소발생부(나)는,
   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 설치되고, 제 1커버 플레이트의 내측면상에 제 1,2흡착탑과 각각 대응되게 위치하도록 이격 형성된 홈부가 구비되어 상기 홈부의 동일 위치에 관통 형성되어 농축 산소가 흡착베드의 산소 저장부와 연통된 공급홀을 통해 이동 가능하도록 설치되는 체크밸브와, 상기 체크밸브의 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 오리피스와, 일단이 상기 홈부의 내측과 각각 연통 형성되고 타단이 제 1커버 조립체의 외측까지 연장된 연통홀이 내부에 형성되며 상기 제 1커버 플레이트의 외측 상부에 일체로 구비되는 장착부와, 상기 연통홀과 기체소통 가능하도록 결합 되어 장착부에 고정 설치되며 제 1,2흡착탑 내부의 압력이 균등해 지도록 작동되는 제 2솔레노이드 밸브와, 상기 제 1커버 플레이트의 외측면상에 구비되되 상기 체크밸브와 오리피스가 별도로 구획 가능하도록 설치되는 챔버부로 이루어져,
   압축공기의 공급과 배출을 실시하도록 외측에 설치된 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 조립체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 산소수 제조장치.
4. 제1항에 있어서,
   산소발생부(나)는 산소탱크인 것을 특징으로 하는 산소수 제조장치.

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