KR101767640B1

KR101767640B1 - 산소발생장치

Info

Publication number: KR101767640B1
Application number: KR1020160155156A
Authority: KR
Inventors: 문동철
Original assignee: 주식회사 기원솔루텍
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2017-08-17

Abstract

내구성과 구동신뢰성이 개선되도록, 본 발명은 실외로부터 흡입된 공기를 압축하여 압축공기를 공급하는 압축공기공급부; 상기 압축공기공급부와 연결되며 내부에 압축되는 공기의 압력을 검출하는 압력센서; 상기 압축공기공급부와 연결되며 상기 압력센서로부터 검출된 압력측정치에 따라 상기 압축공기가 감압되도록 공기가 실외로 배출되는 공기배출밸브; 유입단이 상기 압축공기공급부의 토출단과 연결되며 상기 압축공기의 질소가 흡착되는 흡착제가 충진된 복수개의 흡착배드가 구비되어 분리농축된 산소가 배출되는 질소흡착부; 및 상기 압력측정치가 입력되며, 전원을 인가받아 상기 압축공기공급부, 상기 압력센서 및 상기 공기배출밸브의 구동을 제어하는 메인제어부를 포함하는 산소발생장치를 제공한다.

Description

산소발생장치{apparatus for generating oxygen}

본 발명은 산소발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내구성과 구동신뢰성이 개선된 산소발생장치에 관한 것이다.

일반적으로, 산소발생장치는 대기 중에서 산소를 분리 및 농축하는 장치로서 가정용, 산업용, 의료용 등에 널리 이용되고 있다.

여기서, 상기 산소발생장치에는 제올라이트(Zeolite)라 불리는 흡착제를 이용한 압력순환흡착(Pressure Swing Adsorption, 이하 PSA) 방식이 널리 사용되고 있다. 이때, 상기 PSA 방식은 대기 공기 중의 약 80%를 차지하는 질소가 상대적으로 높은 압력에서 산소보다 상기 흡착제에 잘 흡착되는 특성을 이용하여 공기 중의 질소를 제거하여 산소의 농도를 높이는 방식이다.

한편, 상기 PSA 방식을 사용하는 종래의 산소발생장치에는 유입되는 공기를 압축하는 압축공기공급부와 상기 흡착제가 충진된 흡착배드가 구비되었다. 이때, 종래의 산소발생장치는 상기 압축공기공급부를 통해 압축된 공기가 상기 흡착배드로 유입되며 압축된 공기는 상기 흡착배드로부터 질소가 흡착되고 산소가 농축된 후 상기 흡착배드의 출구로 배출되어 산소를 공급하였다.

여기서, 종래의 산소발생장치는 상기 PSA 방식의 공정 도중 외부환경 등에 의해 공기가 상기 압축공기공급부의 수용량을 초과하여 공급됨에 따라 기설정된 압력보다 높은 고압공기가 발생되는 문제점이 있었다. 더욱이, 상기 흡착배드는 상기 고압공기가 유입됨에 따라 압력변화에 의해 파손 내지 손상되어 사용수명이 단축되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 상기 압축공기공급부에 릴리프밸브를 연결하여 공기가 외부로 배출되도록 하였다.

그러나, 상기 릴리프밸브는 기준치 이상의 압력 발생시 시트부재가 탄성적으로 가압되어 유로가 개방되는 구조로 외부조건 및 설치환경에 따라 기준치 이상의 압력 발생이 드물게 발생하는 경우 내부에 흡착되는 이물질들이 고온 고압에 의해 고착됨에 따라 상기 시트부재가 걸림되어 유로가 개방되지 않는 문제점이 있었다.

더욱이, 외부조건 내지 설치환경 등에 따라 상기 고압공기가 드물게 발생하는 경우라도 상기 릴리프밸브가 작동되지 않으면 상기 흡착배드가 파손 내지 손상되어 교체가 요구됨에 따라 많은 유지관리 비용이 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 압축공기공급부로부터 공기가 압축되는 과정에서 발생되는 수분이 상기 흡착배드의 표면에 부착됨에 따라 상기 흡착배드의 질소 흡착성능이 저하되는 문제점이 있었다.

한국 등록특허 제10-0614848호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 내구성과 구동신뢰성이 개선된 산소발생장치를 제공하는 것을 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 실외로부터 흡입된 공기를 압축하여 압축공기를 공급하는 압축공기공급부; 상기 압축공기공급부와 연결되며 내부에 압축되는 공기의 압력을 검출하는 압력센서; 상기 압축공기공급부와 연결되며 실외와 연통된 공기배출유로에 구비되되, 상기 압력센서로부터 검출된 압력측정치에 따라 상기 압축공기가 감압되도록 공기가 실외로 배출되는 공기배출밸브; 유입단이 상기 압축공기공급부의 토출단과 연결되며 상기 압축공기에 포함된 질소가 흡착되는 복수개의 흡착배드가 구비되어 분리농축된 산소가 배출되는 질소흡착부; 상기 질소흡착부의 유입단측에 연결되어 구비되되, 상기 압축공기에 함유된 수분을 확산 및 투과속도에 따라 분리하는 수분분리부와, 상기 수분분리부의 하부에 구비되되 상기 분리된 수분이 저수되는 저수부를 포함하는 멤브레인부; 상기 멤브레인부의 유입단측에 구비되어 수분이 응축되도록 상기 압축공기를 냉각하되, 냉각 과정에서 응축된 수분이 분리되도록 상기 저수부로 연결된 저수연결유로가 구비된 공기냉각부; 상기 멤브레인부의 하부에 구비되어 기설정된 시간 간격으로 분리된 수분을 외부로 배출하도록 제어되는 수분배출밸브장치; 상기 압력센서의 압력측정치가 입력되며, 전원을 인가받아 상기 압축공기공급부 및 상기 공기배출밸브의 구동을 제어하되, 상기 압력측정치가 기설정된 압력기준치를 초과할 경우 상기 공기배출밸브를 개방하여 상기 공기배출유로를 통해 압축공기공급부 내부의 공기가 실외로 배출함으로써 상기 압력기준치 이하로 감압된 압축공기가 상기 질소흡착부로 공급되도록 제어하는 메인제어부; 상기 메인제어부에 입력된 상기 압력측정치가 시각적으로 표시되는 디스플레이부; 및 상기 압력측정치가 상기 압력기준치를 기설정된 시간 이상 초과할 경우 경고 표시되도록 제어되는 경고표시장치를 포함하는 산소발생장치를 제공한다.

삭제

본 발명은 상기의 해결 수단을 통하여 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 상기 공기배출밸브는 압력측정치가 기설정된 압력기준치를 초과시 개방됨에 따라 상기 압축공기공급부 내부의 공기가 배출되어 감압되므로 압력변화에 의한 상기 질소흡착부의 파손이 방지되어 내구성이 현저히 개선될 수 있다.

둘째, 상기 공기배출밸브는 이물질의 흡착여부와 관계없이 전기적으로 구동되는 솔레노이드밸브로 구비됨에 따라 상기 질소흡착부의 파손이 방지되도록 상기 메인제어부의 제어에 의해 상시로 작동될 수 있는 상태가 유지되므로 제품의 구동신뢰성이 더욱 개선될 수 있다.

셋째, 상기 수분배출밸브는 기설정된 시간 간격으로 개방되어 상기 멤브레인부에 의해 분리된 수분이 일정하게 외부로 배출되므로 상기 질소흡착부의 표면에 수분이 흡착되어 질소의 흡착률이 감소되는 현상이 미연에 방지될 수 있다.

넷째, 사용자는 상기 압력측정치가 시각적으로 표시되는 상기 디스플레이부와, 상기 압력측정치가 기설정된 시간 이상 상기 압력기준치를 초과하는 경우 경고 표시되는 경고표시장치에 의해 상기 압축공기의 압력 상태를 즉각적으로 인지할 수 있으므로 관리의 효율성이 더욱 개선될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 산소발생장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 산소발생장치가 대상구역에 산소를 공급하는 과정을 나타낸 흐름도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산소발생장치의 블록도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산소발생장치에서 멤브레인부 및 수분배출밸브장치가 외부로 수분을 배출하는 과정을 나타낸 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소발생장치를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 산소발생장치의 블록도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 산소발생장치(100)는 압축공기공급부(10), 압력센서(20), 공기배출밸브(30), 질소흡착부(40) 및 메인제어부(50)를 포함하여 구비된다.

여기서, 상기 산소발생장치(100)는 하우징(1) 내부에 각 구성 부품이 장착되며 실외(T)로부터 공기를 흡입하여 압력순환흡착(Pressure Swing Adsorption, 이하 PSA) 방식을 통해 상기 산소발생장치(100)가 배치된 실내 등과 같은 대상구역(S)에 산소를 공급한다.

한편, 상기 압축공기공급부(10)는 유입단이 실외(T)로부터 공기가 흡입되어 공급되는 공급유로(c)와 연결되어 구비됨이 바람직하다. 상세히, 상기 압축공기공급부(10)는 공기를 가압 압축하는 컴프레서(compressor)로 구비될 수 있으며 흡입된 실외공기는 가압되어 압축된 후 토출단을 통해 압축공기로 공급될 수 있다.

이때, 상기 압축공기공급부(10)의 유입단 방향에는 공기필터부(2)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 공기필터부(2)는 상기 공급유로(c)와 연결되어 상기 흡입된 실외공기가 여과되며, 여과된 공기가 상기 압축공기공급부(10)의 유입단을 통해 공급될 수 있다. 따라서, 상기 흡입된 실외공기는 상기 공기필터부(2)에 여과됨에 따라 이물질이 제거될 수 있다.

또한, 상기 공기필터부(2)는 헤파필터(High Efficiency Particulate Air Filter)로 구비될 수 있다. 상기 헤파필터는 먼지를 포집하는데 널리 사용되는 필터로서 반도체, 초 VSI제조공장, 전자광학관련 사업, 병원, 의약품, 식품산업 및 버섯재배 등에 많이 사용된다.

그리고, 상기 여과된 공기는 상기 압축공기공급부(10)에 의해 소정압력의 압축공기로 압축될 수 있으며, 상기 압축공기는 토출단을 통해 상기 질소흡착부(40)로 공급될 수 있다.

이때, 상기 압축공기공급부(10)는 전원(P)을 인가받는 상기 메인제어부(50)에 의해 제어될 수 있다. 또한, 상기 압축공기공급부(10)는 상기 메인제어부(50)에 의해 전원(P)이 공급되어 구동상태가 제어될 뿐만 아니라, 상기 압축공기의 공급량이 조절되도록 설정된 유량설정값에 따라 회전수가 제어될 수 있다. 예컨대, 상기 유량설정값이 공급량에 따라 5단계로 구분되어 낮은 단계로 설정되는 경우, 상기 압축공기공급부(10)의 회전수가 제한되어 상기 압축공기의 공급량이 제한될 수 있으며, 소비 전력이 저감될 수 있다.

여기서, 기설정된 회전수 미만으로 상기 압축공기공급부(10)의 회전수가 제한되면 압축 공정이 불안정해져 작동이 정지할 수 있다. 따라서, 상기 압축공기공급부(10)는 상기 유량설정값이 최소값으로 설정되어도 기설정된 회전수를 갖고 구동상태가 유지될 수 있다.

한편, 내부에 압축되는 공기의 압력을 검출하는 상기 압력센서(20)는 상기 압축공기공급부(10)와 연결됨이 바람직하다. 상세히, 상기 압력센서(20)는 상기 압축공기공급부(10) 내부에 공기가 압축되는 과정에 발생되는 상기 압축공기의 압력을 검출할 수 있다. 또한, 상기 압력센서(20)에서 검출되는 압력값, 즉 압력측정치는 상기 메인제어부(50)에 전송될 수 있다. 따라서, 상기 메인제어부(50)는 입력받은 상기 압력측정치에 따라 후술하게 되는 상기 공기배출밸브(30)의 작동상태를 제어할 수 있다. 물론, 경우에 따라 상기 압력센서(20)는 상기 압축공기공급부(10)의 토출단으로부터 연결된 상기 공급유로(c)에 구비되어 상기 압축공기의 압력값이 검출될 수도 있다.

한편, 상기 공기배출밸브(30)는 상기 압축공기가 감압되기 위해 공기가 실외(T)로 배출되도록 상기 압축공기공급부(10)와 연결됨이 바람직하다. 상세히, 상기 공기배출밸브(30)는 상기 압축공기공급부(10)와 연결되며 실외(T)와 연통되는 공기배출유로(j)에 구비될 수 있다. 이때, 상기 공기배출밸브(30)는 상기 압력측정치에 따라 상기 압축공기가 감압되도록 개방되어 상기 공기배출유로(j)를 통해 상기 압축공기공급부(10) 내부의 공기가 실외(T)로 배출될 수 있다.

여기서, 상기 공기배출밸브(30)는 솔레노이드밸브로 구비됨이 바람직하며, 상기 메인제어부(50)로부터 전원(P)을 인가받아 제어에 따라 전기적으로 작동될 수 있다. 물론, 경우에 따라 상기 공기배출밸브(30)는 전자밸브 등으로 구비될 수도 있다.

한편, 상기 질소흡착부(40)는 상기 압축공기가 공급되도록 유입단이 상기 압축공기공급부(10)의 토출단과 연결됨이 바람직하다.

상세히, 상기 질소흡착부(40)의 유입단과 상기 압축공기공급부(10)의 토출단은 각각 상기 공급유로(c)의 양단에 연결되어 상호 연통될 수 있으며, 상기 질소흡착부(40)에는 흡착제가 충진된 복수개의 흡착배드가 구비될 수 있다. 이때, 상기 흡착제는 제올라이트(Zeolite)로 구비될 수 있다. 이때, 상기 제올라이트는 미세한 다공질로 형성되어 기체분자를 흡착하는 성질이 있으며, 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속을 함유하는 함수 알루미늄 규산염 광물의 일종이다.

여기서, 상기 흡착제는 대기 공기 중의 약 77%를 차지하는 질소의 흡착률이 우수하므로 상기 압축공기가 상기 흡착제가 충진된 흡착배드에 유입되면 질소성분은 흡착됨에 따라 산소가 분리농축될 수 있다. 또한, 상기 분리농축된 산소는 상기 질소흡착부(40)의 토출단과 연결된 상기 공급유로(c)를 통해 대상구역(S)에 공급될 수 있다.

한편, 산소조절부(3)는 상기 질소흡착부(40)의 토출단 방향에 구비되며 유입단이 상기 질소흡착부(40)의 토출단으로부터 연결된 상기 공급유로(c)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 산소조절부(3)는 상기 질소흡착부(40)로부터 상기 분리농축된 산소는 대상구역(S)에 일정한 압력으로 배출되도록 감압밸브로 구비될 수 있다. 즉, 상기 산소조절부(3)가 감압밸브로 구비됨에 따라 상기 분리농축된 산소의 압력은 상기 산소조절부(3)의 설정된 압력으로 유지될 수 있다. 그리고, 상기 산소조절부(3)의 토출단으로부터 연결된 상기 공급유로(c)는 산소배출구와 연통되어 대상구역(S)에 분리농축된 산소가 배출될 수 있다. 따라서, 상기 산소발생장치(100)는 상기 압축공기공급부(10)로부터 압축되어 압력이 상승된 상기 분리농축된 산소를 감압하여 설정된 압력에 따라 안정적으로 산소를 대상구역(S)에 공급할 수 있다.

한편, 첨가제수용부는 상기 분리농축된 산소의 습도가 조절되거나 향균 효과가 제공되도록 유입단이 상기 산소조절부(3)의 토출단에 연결될 수도 있다. 여기서, 상기 첨가제수용부에는 내측에 수용공간이 있으며, 상기 수용공간에는 물 내지 피톤치드 원액 등이 수용될 수 있다. 이때, 피톤치드(phytoncide)는 해충과 병균으로부터 자신을 보호하기 위해 내뿜는 휘발성의 자연 항균 물질 물질로, 상기 피톤치드는 인체에 유익하게 작용하여 스트레스 해소, 면역강화, 심폐기능 강화, 탈취, 향균 및 살균 작용 등의 효과가 있다.

여기서, 상기 첨가제수용부의 토출단은 상기 산소배출구와 연통되며, 상기 첨가제수용부에는 상기 산소조절부(3)로부터 상기 분리농축된 산소가 공급될 수 있다. 이때, 상기 수용공간에 수용된 물 내지 피톤치드 원액이 증발되며 상기 분리농축된 산소와 혼합될 수 있으며, 상기 혼합된 산소는 습도가 조절되거나 피톤치드가 함유되어 상기 산소배출구로 배출되어 대상구역(S)에 공급될 수 있다. 따라서, 상기 혼합된 산소가 대상구역(S)에 공급됨에 따라 사용에게는 더욱 쾌적감을 제공할 수 있다. 더욱이, 피톤치드가 혼합된 산소의 경우, 쾌적감뿐만 아니라 향균 내지 탈취효과가 제공되어 대상구역(S)의 청결성이 향상될 수 있다.

한편, 상기 메인제어부(50)는 상기 하우징(1)의 내부에 장착됨이 바람직하다. 상세히, 상기 메인제어부(50)는 전원(P)을 인가받아 상기 압축공기공급부(10), 상기 압력센서(20) 및 상기 공기배출밸브(30)의 구동을 제어하도록 각각 연결될 수 있다. 또한, 상기 압력센서(20)로부터 전송되는 상기 압력측정치를 입력받아 기설정된 압력기준치와 비교할 수 있다.

이때, 상기 메인제어부(50)는 상기 압력측정치가 상기 기설정된 압력기준치를 초과할 경우 상기 공기배출밸브(30)가 개방되도록 제어함이 바람직하다. 또한, 상기 메인제어부(50)의 제어에 의해 상기 공기배출밸브(30)가 개방됨에 따라 상기 압축공기공급부(10) 내부의 공기가 실외(T)로 배출될 수 있으며 상기 압축공기가 감압될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 산소발생장치가 대상구역에 산소를 공급하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 실외(T)로부터 흡입된 공기는 상기 공기필터부(2)에 여과되어 이물질이 제거된 후 상기 압축공기공급부(10)에 유입되어 압축됨에 따라 상기 압축공기로 공급된다(s10). 또한, 상기 압축공기공급부(10)에서 압축되는 공기는 상기 압력센서(20)에 의해 상기 압력측정치가 검출되며, 상기 압력검출치는 상기 메인제어부(50)에 전송된다(s20). 그리고, 상기 메인제어부(50)에서는 입력받은 상기 압력검출치를 기설정된 압력기준치를 초과하는지 비교한다(s30).

이때, 상기 메인제어부(50)는 상기 압력측정치가 상기 압력기준치 이하인 경우, 상기 공기배출밸브(30)는 폐쇄된 상태가 유지되며, 상기 압축공기는 상기 질소흡착부(40)에 공급된다(s40). 또한, 상기 질소흡착부(40)에 공급된 상기 압축공기는 상기 흡착배드에 질소가 흡착되고 산소가 분리농축되며, 상기 분리농축된 산소는 대상구역(S)에 배출된다(s60).

여기서, 상기 압력센서(20)에서 측정된 상기 압력측정치가 상기 압력기준치를 초과하는 경우, 상기 공기배출밸브(30)는 개방된다(s50). 이때, 상기 공기배출밸브(30)가 개방됨에 따라 상기 압축공기공급부(10)에서 압축되는 공기의 일부가 실외(T)로 배출될 수 있다. 또한, 상기 공기배출밸브(30)가 개방된 후 상기 압축공기공급부(10)로부터 압축되는 공기의 압력측정치를 검출하여 상기 메인제어부(50)로 전송하는 과정(s20)이 진행되며, 상기 압력측정치가 상기 압력기준치를 초과하는지 비교한다(s30).

이때, 상기 압축공기가 감압되는 과정은 상기 산소발생장치(100)가 구동되는 동안 연속적으로 진행될 수 있다. 또한, 상기 압력측정치가 상기 압력기준치를 초과하는 경우 상기 압력측정치가 상기 압력기준치 이하로 감소될 때까지 상기 공기배출밸브(30)의 개방 상태가 유지될 수 있다.

이에 따라, 상기 질소흡착부(40)에는 상기 압력측정치가 상기 압력기준치를 초과하는 경우 상기 공기배출밸브(30)가 개방됨에 따라 상기 압력기준치 이하의 압력을 갖는 상기 압축공기가 안정적으로 공급되어 압력변화에 의한 파손 내지 손상이 방지되므로 제품의 내구성이 현저히 개선될 수 있다.

더욱이, 종래의 산소발생장치는 상기 압축공기가 기준치 이상의 압력 발생시 시트부재가 탄성적으로 가압되어 유로가 개방되는 릴리프밸브 등을 이용하여 상기 압축공기를 감압하였다. 이때, 상기 릴리프밸브에 흡착된 이물질들이 고온 고압에 의해 고착됨에 따라 고장 내지 작동효율이 감소되더라도 사용자가 인지하기 어려운 문제점이 있었다. 특히, 상기 질소흡착부(40)는 기설정된 압력기준치를 초과하는 상기 압축공기가 제공될 경우 압력변화에 의해 파손 내지 손상되기 쉬우므로 상기 릴리프밸브가 한번이라도 정상적으로 작동되지 않는다면 상기 질소흡착부(40)가 파손 내지 손상될 수 있었다.

이때, 상기 산소발생장치(100)에는 상기 공기배출밸브(30)가 솔레노이드밸브로 구비됨에 따라 상기 릴리프밸브와 달리 이물질들의 흡착여부와 관계없이 상기 메인제어부(50)의 제어에 의해 전기적으로 구동되므로 더욱 안정적으로 작동될 수 있다. 이에 따라, 상기 공기배출밸브(30)는 상기 메인제어부(50)에 의해 상시로 작동될 수 있는 상태가 유지되어 상기 질소흡착부(40)는 기설정된 압력기준치를 초과하는 상기 압축공기에 의한 파손이 방지되므로 제품의 구동신뢰성이 더욱 개선될 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산소발생장치의 블록도이다. 본 실시예에서는 메인제어부를 제외한 기본적인 구성은 상술한 일실시예와 동일하므로 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 3을 참조하면, 산소발생장치(200)는 멤브레인부(160) 및 수분배출밸브장치(161)를 더 포함하여 구비될 수 있다. 여기서, 상기 멤브레인부(160)는 상기 질소흡착부(40)의 유입단 방향에 구비될 수 있다. 즉, 상기 멤브레인부(160)의 유입단은 상기 압축공기공급부(10)의 토출단과 연결되며 상기 질소흡착부(40)의 유입단과 상기 멤브레인의 토출단이 연결되어 상기 압축공기공급부(10)의 토출단으로부터 상기 압축공기가 공급될 수 있다.

이때, 상기 멤브레인부(160)는 수분분리부(160a) 및 저수부(160b)를 포함하여 구비될 수 있다. 상세히, 상기 수분분리부(160a)는 원통 형상으로 내부에는 복수개의 중공사(hollow fiber)로 구비될 수 있으며, 유입단에 상기 압축공기가 공급되어 토출단을 통해 배출될 수 있다. 이때, 상기 수분분리부(160a)에는 상기 복수개의 중공사에 형성된 중공을 통해 상기 압축공기가 유동될 수 있다. 여기서, 상기 압축공기에 함유된 수분은 상기 수분분리부(160a)의 내부 및 외부 압력차에 의하여 투과속도가 상기 압축공기보다 증가함에 따라 상기 각 중공사의 외벽을 투과하여 상기 멤브레인부(160)의 하부로 유동될 수 있다.

또한, 수분이 분리된 압축공기는 상기 각 중공을 통해 상기 멤브레인부(160)의 토출단으로 배출된 후 상기 질소흡착부(40)에 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 질소흡착부(40)는 수분에 의한 상기 흡착배드의 질소 흡착성능 저하가 최소화되므로 제품의 내구성이 더욱 개선될 수 있다.

한편, 상기 저수부(160b)는 내부에 저수공간이 형성되되, 상기 멤브레인부(160)의 하부에 구비될 수 있다. 여기서, 하부는 바닥에 인접해지는 부분으로 이해함이 바람직하며, 상기 저수부(160b)는 상기 수분분리부(160a)와 연통됨에 따라 상기 멤브레인부(160)에 의해 분리된 수분이 중력에 의해 낙하됨에 따라 상기 저수공간으로 분리될 수 있다.

이때, 상기 분리된 수분은 상기 저수부(160b) 및 외부공간(E)과 연통되는 수분배출유로(k)를 통하여 배출될 수 있다. 여기서, 외부공간(E)은 실외(T), 대상구역(S) 등을 포함하는 상기 하우징(1)의 외부로 이해함이 바람직하다. 예컨대, 상기 수분배출유로(k)는 실외(T)와 연통되어 상기 분리된 수분이 배출될 수도 있으며, 상기 산소발생장치(200)가 설치된 건물의 하수시설 등에 연결되어 상기 분리된 수분이 배출될 수도 있다.

한편, 상기 멤브레인부(160) 하부에는 상기 수분배출밸브장치(161)가 구비될 수 있다. 상세히, 상기 수분배출밸브장치(161)는 수분배출밸브(161a) 및 보조제어부(161b)를 포함하여 구비될 수 있다. 이때, 상기 수분배출밸브(161a)는 상기 수분배출유로(k)에 구비될 수 있다. 여기서, 상기 보조제어부(161b)는 상기 수분배출밸브(161a)가 기설정된 시간 간격으로 상기 분리된 수분을 외부공간(E)으로 배출하도록 제어할 수 있으며, 상기 수분배출밸브(161a)는 상기 보조제어부(161b)의 제어에 따라 작동되도록 솔레노이드밸브로 구비됨이 바람직하다.

이때, 상기 보조제어부(161b)는 상기 수분배출밸브(161a)에 포함될 수 있다. 즉, 상기 수분배출밸브장치(161)는 기설정된 시간 간격으로 개방 내지 폐쇄되도록 타이머 기능을 갖는 보조제어부가 포함된 솔레노이드밸브로 구비될 수 있다. 물론, 경우에 따라 상기 수분배출밸브(161a)는 상기 메인제어부(150)와 연결되어 상기 메인제어부(150)로부터 기설정된 시간 간격으로 상기 분리된 수분이 외부공간(E)으로 배출되도록 제어될 수도 있다.

또한, 상기 보조제어부(161b)는 기설정된 시간 간격이 설정되되 개방시간이 설정될 수 있다. 예컨대, 10분의 기설정된 시간 간격과 2초의 개방시간으로 설정된다면 상기 수분배출밸브(161a)는 10분 간격마다 2초 동안 개방되도록 제어될 수 있다.

따라서, 상기 보조제어부(161b)의 제어에 의해 상기 수분배출밸브(161a)가 기설정된 시간 간격으로 개방되므로 일정하게 상기 분리된 수분이 상기 수분배출유로(k)를 통해 배출될 수 있다.

이에 따라, 상기 수분배출밸브(161a)는 기설정된 시간 간격으로 개방되어 상기 멤브레인부(160)에 의해 분리된 수분이 일정하게 외부로 배출되므로 상기 질소흡착부(40)의 표면에 수분이 흡착되어 질소의 흡착률이 감소되는 현상이 미연에 방지될 수 있다.

또한, 기설정된 시간 동안 상기 수분배출밸브(161a)는 폐쇄된 상태가 유지되므로 상기 수분배출유로(k)를 통해 상기 공급된 압축공기의 일부가 외부공간(E)으로 배출되는 현상이 방지되므로 상기 질소흡착부(40)의 산소 발생 효율이 유지될 수 있다.

더욱이, 상기 산소발생장치(200)가 구동되지 않는 상태에서 외부공간(E)과 연통된 상기 수분배출유로(k)를 통해 외부공기가 상기 산소발생장치(200)의 내부로 유입되는 현상이 발생될 수 있다. 이때, 상기 수분배출밸브(161a)는 폐쇄된 상태가 유지되므로 미세먼지 내지 이물질 등이 유입이 방지되므로 제품의 내구성이 더욱 개선될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산소발생장치에서 멤브레인부 및 수분배출밸브장치가 외부로 수분을 배출하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 상기 멤브레인부(160)에는 상기 압축공기공급부(10)로부터 상기 압축공기가 공급된다(s171). 또한, 상기 멤브레인부(160)에는 상기 공급된 압축공기의 수분이 분리되어 상기 저수부(160b)에 저수되며, 상기 보조제어부(161b)는 공급경과시간을 측정한다(s172). 여기서, 상기 공급경과시간은 기설정된 시간과 비교하기 위한 시간으로 상기 멤브레인부(160)에 압축공기가 공급되는 시점으로부터 경과되는 시간으로 이해함이 바람직하다.

그리고, 상기 메인제어부(150)는 상기 측정된 공급경과시간이 기설정된 시간에 도달되었는지 확인한다(s173). 이때, 상기 측정된 공급경과시간이 기설정된 시간 미만인 경우 즉, 상기 측정된 공급경과시간이 기설정된 시간에 도달되지 않는 경우 상기 멤브레인부(160)의 상기 공급된 압축공기의 수분이 분리되며 상기 보조제어부(161b)는 상기 공급경과시간을 측정하는 과정(s172)이 반복된다. 이때, 상기 공급경과시간이 기설정된 시간에 도달되는 경우 상기 수분배출밸브(161a)가 개방되며 상기 분리된 수분이 상기 수분배출밸브(161a)를 통해 외부공간(E)으로 배출된다(s174).

그리고, 상기 공급경과시간은 초기화된다(s175). 여기서, 다시 상기 압축공기공급부(10)로부터 상기 압축공기가 공급되는 과정(s171)이 진행되며 기설정된 시간에 도달시까지 상기 공급된 압축공기에서 수분이 분리되며, 상기 공급경과시간은 초기화된 시점으로부터 측정된다(s172). 따라서, 상기 수분배출밸브장치(161)는 상기 멤브레인부(160)의 하부에 구비되어 기설정된 시간 간격으로 상기 분리된 수분을 외부공간(E)으로 배출하도록 제어될 수 있다.

이에 따라, 상기 수분배출밸브(161a)는 상기 산소발생장치(200)의 구동시 기설정된 시간 간격으로 개방되어 상기 분리된 수분을 배출하면서도 상기 수분배출유로(k)를 통한 이물질 등의 유입이 방지되도록 구동되지 않는 상태에서는 폐쇄되므로 장치의 내구성이 개선될 수 있다.

한편, 상기 공급된 압축공기는 상기 압축공기공급부(10)에서 압축됨에 따라 압력이 상승하면서 온도가 상승한다. 여기서, 상기 압축공기가 냉각되지 않은 상태로 상기 멤브레인부(160) 및 상기 질소흡착부(40)에 공급되는 경우, 상기 멤브레인부(160)는 고온에 의한 변형이 발생되어 수분 제거 효율이 감소되고 사용수명이 단축될 수 있다. 또한, 상기 질소흡착부(40)는 상기 흡착제의 질소 흡착률이 감소되어 대상구역(S)에 대한 산소의 공급이 저감될 수 있다.

따라서, 상기 멤브레인부(160)의 유입단 방향에는 공기냉각부(170)가 더 포함되어 구비될 수도 있다. 상세히, 상기 공기냉각부(170)는 상기 압축공기공급부(10)로부터 상기 압축공기가 공급되도록 유입단이 상기 압축공기공급부(10)의 토출단과 연결되며 토출단이 상기 멤브레인부(160)의 유입단과 연결될 수 있다.

이때, 상기 공기냉각부(170)는 상기 메인제어부(150)로부터 전원(P)을 인가받아 구동될 수 있으며, 상기 공기냉각부(170)에는 상기 공급된 압축공기가 냉각되도록 외부공간(E)의 공기를 흡입하여 상기 공급된 압축공기의 온도가 감소되도록 냉각팬이 구비될 수 있다.

여기서, 상기 냉각팬은 상기 공기냉각부(170)의 내부에 구비되어 상기 공급된 압축공기가 공급되는 열교환부와 이웃하도록 배치됨에 따라 상기 외부공간(E)의 공기가 상기 열교환부의 표면을 통과하며 상기 공급된 압축공기가 냉각될 수 있다.

따라서, 상기 공급된 압축공기는 상기 공기냉각부(170)에 의해 온도가 하강되므로 상기 멤브레인부(160)에 공급시 고온에 의한 변형이 방지되므로 내구성이 현저히 개선될 수 있다. 또한, 상기 공급된 압축공기가 상기 질소흡착부(40)에 공급되는 경우에도 상기 공급된 압축공기의 온도가 하강하여 상기 흡착제의 질소 흡착률이 상승하므로 제품의 산소 발생 효율이 증가될 수 있다.

물론, 경우에 따라 상기 공기냉각부(170)는 상기 하우징(1)에 설치 공간이 최소화되며 상기 공급된 압축공기를 냉각할 수 있는 장치라면 다양한 형태의 장치로 구비될 수도 있다.

한편, 상기 공기냉각부(170)에는 상기 공급된 압축공기가 냉각되는 과정에서 수증기량이 냉각 온도에서의 포화 수증기량을 초과함에 따라 응축되는 수분이 발생될 수 있다. 여기서, 상기 공기냉각부(170)는 상기 응축된 수분이 배출되도록 저수연결유로(m)가 연통될 수 있다. 이때, 상기 저수연결유로(m)는 일단이 상기 공기냉각부(170)와 연결되며 타단이 상기 저수부(160b)와 연결되어 상호 연통될 수 있다. 따라서, 상기 저수연결유로(m)는 상기 공기냉각부(170) 및 상기 저수부(160b)와 연결됨에 따라 상기 공기냉각부(170)로부터 응축된 수분과 상기 멤브레인부(160)로부터 분리되는 수분이 동시에 저수될 수 있다.

이에 따라, 상기 공기냉각부(170)로부터 응집되는 수분의 배출을 위한 장치의 추가적인 설치없이도 상기 응집된 수분을 배출할 수 있으므로 장치의 구성 부품이 간소화되어 경제성이 개선될 수 있다.

또한, 상기 공기냉각부(170)에서 상기 압축공기에 함유된 수분이 분리되고 상기 멤브레인부(160)에서 상기 압축공기에 잔존하는 수분이 분리되므로 수분 분리 효율이 증대될 수 있다.

더욱이, 상기 공기냉각부(170)에서 응축된 수분은 상기 압축공기공급부(10)로부터 새어나온 윤활유 내지 산화 생성물로 된 윤활유 등의 불순물이 혼합될 수 있다. 이때, 상기 응축된 수분이 상기 저수부(160b)로 분리됨에 따라 상기 멤브레인부(160)는 불순물의 유입에 의한 성능 저하가 방지되므로 내구성이 더욱 개선될 수 있다.

한편, 상기 산소발생장치(200)는 디스플레이부(180) 및 경고표시장치(190)를 더 포함하여 구비될 수도 있다. 상세히, 상기 디스플레이부(180)는 상기 메인제어부(150)로부터 전원(P)을 인가받아 구동될 수 있으며 사용자가 육안으로 확인이 용이하도록 상기 하우징(1)의 외면에 설치될 수 있다.

이때, 상기 메인제어부(150)는 상기 압력센서(20)로부터 입력된 상기 압력측정치를 상기 디스플레이부(180)에 전송하여 상기 압력측정치가 시각적으로 표시되도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 메인제어부(150)는 기설정된 상기 압력기준치를 상기 디스플레이부(180)에 표시되도록 제어할 수 있다. 따라서, 사용자는 실시간으로 표시되는 상기 압력측정치를 육안으로 확인하여 상기 압축공기공급부(10) 내에 압축된 공기의 압력 상태를 손쉽게 확인할 수 있다.

그리고, 상기 경고표시장치(190)는 상기 메인제어부(150)로부터 전원(P)을 인가받아 구동될 수도 있다. 이때, 상기 경고표시장치(190)는 램프부와 부저부를 포함하여 구비될 수 있으며, 사용자가 경고를 즉각적으로 인지할 수 있도록 상기 하우징(1)의 외면에 설치될 수 있다.

여기서, 상기 메인제어부(150)는 상기 압력측정치가 기설정된 시간 이상 상기 압력기준치를 초과할 경우 상기 경고표시장치(190)가 경고 표시되도록 제어할 수 있다. 예컨대, 기설정된 시간이 3초로 설정된 경우, 상기 압력측정치가 3초 이상 상기 압력기준치를 초과하는 경우 상기 램프부가 점등되며 상기 부저부를 통해 경고음이 발생될 수 있다.

따라서, 사용자는 상기 압력측정치가 기설정된 시간 이상 상기 압력기준치를 초과하는 경우 상기 압축공기가 상기 공기배출밸브(30)에 의해 정상적으로 감압되지 않는 상태 즉, 상기 공기배출밸브(30)의 작동불능 상태를 즉각적으로 인지할 수 있으므로 관리의 효율성이 더욱 개선될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형예는 본 발명의 범위에 속한다.

100,200 : 산소발생장치 10 : 압축공기공급부
20 : 압력센서 30 : 공기배출밸브
40 : 질소흡착부 50,150 : 메인제어부
160 : 멤브레인부 170 : 공기냉각부
180 : 디스플레이부 190 : 경고표시장치

Claims

실외로부터 흡입된 공기를 압축하여 압축공기를 공급하는 압축공기공급부;
상기 압축공기공급부와 연결되며 내부에 압축되는 공기의 압력을 검출하는 압력센서;
상기 압축공기공급부와 연결되며 실외와 연통된 공기배출유로에 구비되되, 상기 압력센서로부터 검출된 압력측정치에 따라 상기 압축공기가 감압되도록 공기가 실외로 배출되는 공기배출밸브;
유입단이 상기 압축공기공급부의 토출단과 연결되며 상기 압축공기에 포함된 질소가 흡착되는 복수개의 흡착배드가 구비되어 분리농축된 산소가 배출되는 질소흡착부;
상기 질소흡착부의 유입단측에 연결되어 구비되되, 상기 압축공기에 함유된 수분을 확산 및 투과속도에 따라 분리하는 수분분리부와, 상기 수분분리부의 하부에 구비되되 상기 분리된 수분이 저수되는 저수부를 포함하는 멤브레인부;
상기 멤브레인부의 유입단측에 구비되어 수분이 응축되도록 상기 압축공기를 냉각하되, 냉각 과정에서 응축된 수분이 분리되도록 상기 저수부로 연결된 저수연결유로가 구비된 공기냉각부;
상기 멤브레인부의 하부에 구비되어 기설정된 시간 간격으로 분리된 수분을 외부로 배출하도록 제어되는 수분배출밸브장치;
상기 압력센서의 압력측정치가 입력되며, 전원을 인가받아 상기 압축공기공급부 및 상기 공기배출밸브의 구동을 제어하되, 상기 압력측정치가 기설정된 압력기준치를 초과할 경우 상기 공기배출밸브를 개방하여 상기 공기배출유로를 통해 압축공기공급부 내부의 공기가 실외로 배출함으로써 상기 압력기준치 이하로 감압된 압축공기가 상기 질소흡착부로 공급되도록 제어하는 메인제어부;
상기 메인제어부에 입력된 상기 압력측정치가 시각적으로 표시되는 디스플레이부; 및
상기 압력측정치가 상기 압력기준치를 기설정된 시간 이상 초과할 경우 경고 표시되도록 제어되는 경고표시장치를 포함하는 산소발생장치.
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