KR102291765B1 - 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치를 개시한다.
본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치는 대기로부터 공기를 흡입하기 위한 입구인 흡입부를 구비한 본체와, 이 흡입부에 연결되어 공기를 압축하는 컴프레서와, 압축 공기를 공급받아 제습 작용을 하는 제습부와, 이 제습부를 경유한 공기를 공급받아 공기 중의 질소와 산소를 분리하는 복수의 제올라이트 베드 및 이에 연결되어 분리된 산소를 공급받아 저장하는 산소탱크 및 분리된 질소를 외부로 배기하는 질소배출기로 이루어진 산소분리부와, 상기 컴프레서의 동작을 제어하는 제어부로 구성된 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치에 있어서, 상기 제습부는 흡입부를 경유한 온도를 측정하여 설정치 범위에서 벗어나는 경우 온도조절기를 제어하여 온도를 조절하는 항온모듈 및 상기 흡입부를 경유한 공기중의 습도를 측정하여 설정치를 초과하는 경우 열교환기를 제어하여 습도를 조절하는 제습모듈 및 이 제습모듈을 경유한 공기 중에 포함된 수분을 제거하도록 충전된 흡습제를 가열하는 히터를 구비한 흡습모듈로 구성되고;
상기 산소분리부는 상기 산소탱크와 관로로 연결되어 산소 중에 포함된 이물질 제거를 위한 공기필터 및 이 청정필터를 경유한 산소에 자외선을 조사하여 살균을 행하는 살균램프로 이루어진 청정모듈로 구성된다.
이와 같은 구성의 본 발명은, 공기중의 이물질을 여과하고 온도와 습도를 균질화한 흡입 공기를 공급함으로써 기기의 설치장소나 날씨 등 주변환경 변화로부터의 영향을 최소화하여 결과적으로 균질한 온도와 습도 및 살균된 흡입 공기의 조성을 통해 고순도의 산소를 안정적으로 추출 및 생성할 수 있으므로 제품에 대한 신뢰도와 만족도를 높일 수 있는 유용한 효과가 기대된다.
또한, 본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치는, 불순물이 제거된 여과된 공기를 연속 가압하여 고순도의 산소를 얻으므로 효율성이 우수하여 제품에 대한 경쟁력을 높일 수 있는 유용한 효과가 기대된다.
또한, 본 발명은 구조가 간소하고 유지관리의 편의성이 양호하여 경제적인 생산과 공급이 가능하며, 특히 소형화가 가능함에 따라 가정용, 의료용 뿐만 아니라 공기청정기나 에어컨 등과 같은 다양한 전자제품에 적용하여 개발이 가능한 이점이 있다.

Description

균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치{High Purity Oxygen Generator}
본 발명은 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기 중의 이물질을 여과함과 아울러 온도와 습도를 균질화시킨 흡입용 공기를 조성하여 산소 추출의 효율성과 안정적인 추출성능을 보장할 수 있는 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치에 관한 것이다.
급격한 산업화와 도시화에 따른 여러 환경문제 등으로 인해 공기질이 심각하게 악화되었을 뿐만 아니라 미세 먼지 등으로 인해 공기질에 대한 관심이 높아지고 있으며, 대표적으로 공기중의 오염물질을 여과시키기 위한 공기청정기와 함께 최근에는 산소를 발생시키는 산소발생장치와 관련한 제품이 널리 주목을 받고 있다.
이러한 산소발생장치는 크게 물을 전기 분해하는 방식과, 화학물질의 반응에 의한 방식 그리고 산소농축방식 등으로 구분되고 있으나, 물전기 분해하는 방식과 화학물질의 반응에 의한 방식은 설비의 대형화와 함께 취급과 관리의 어려움이 있을 뿐만 아니라 무엇보다 소형화가 곤란하여 가정이나 사무공간 또는 병원 등에서 사용하기에는 부적합할 뿐만 아니라 산소를 연속적으로 생산할 수 없는 폐단이 있으며, 이에 반해 산소농축방식은 구조가 간소하여 경제적이고 컴팩트하면서 연속적인 산소 생산이 발생이 가능함에 따라 가정용, 의료용, 차량용, 에어컨 등 다양한 실내 공간이나 기기에 접목하여 이용되고 있다.
한편, 산소 농축 방법은 대표적으로 압력순환흡착기술이 적용되는데, 이러한 압력순환흡착기술은 압력 변동을 통해 이종 기체의 혼합물에 목표 기체를 추출 및 농축하는 기술로 물리적인 흡착과 탈착 성질을 이용하므로 오염물질을 발생시키기 않고 안전하게 산소를 생산한다.
즉, 압력 순환흡착 방식은 공기중에 포함되어 있는 산소를 분리하는 것으로 인조 결정체인 지오라이트 몰리큘라 시브(Zeolite Molecular Sieve)의 화학적 특성을 이용한 것으로, 공기 중에서 산소를 분리하는 원리는 공기를 구성하는 여러 공기 분자들이 지오라이트 몰리큘라 시브에 대한 흡착력이 다른 것에 기인하며, 공기가 지오라이트 몰리큘라 시브가 채워진 흡착관을 경유하면서 질소 분자가 산소 분자보다 몰리큘라 시브에 대한 흡착도가 높으므로 결과적으로 공기 중의 질소가 지오라이트 몰리큘라 시브에 흡착되고, 산소는 흡착되지 않고 통과하게 되므로 공기로부터 산소가 분리된다.
종래 기술에 따른 압력 순환흡착 방식에 의한 산소발생기는 대한민국 등록실용신안공보 제20-0435487호의 산소 발생기는 그 청구항 1에 ‘공기흡입구와 공기배출구가 형성되어 있고 상기 공기흡입구를 통해 주입되는 공기를 압축하여 상기 공기배출구를 통해 배출하는 공기압축기와, 질소분리부와 상기 질소분리부와 상기 공기배출구사이의 유로를 제공하는 압축공기관과 상기 압축 공기관을 통해 유입되는 압축공기로부터 질소를 제거하여 산소를 응축하고 응축된 산소를 배출하는 산소응축부와, 상기 산소응축부의 산소배출 측에 연결된 산소배출관을 갖는 산소발생기에 있어서, 산소흡입구와 산소배출구가 형성되어 있고 상기 산소흡입구를 통해 상기 산소응축부의 산소배출 측에 연결되며 상기 산소흡입구를 통해 상기 산소응축부로부터 유입되는 산소의 압력을 증가시켜 배출하는 산소가압기를 포함하고, 상기 산소배출관은 상기 산소배출구에 연결되는 것을 특징으로 하는 산소발생기.’가 개시되어 있다.
그러나 상기 종래기술에 따른 산소발생기는 별도의 산소가압기를 구성함에 따라 구조가 복잡할 뿐만 아니라 순도를 높이는데 한계가 있는 단점이 있었다.
도 1은 종래 기술에 따른 흡착식 산소발생장치를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 종래 기술에 따른 흡착식 산소발생기는 압축기(100)와, 좌,우 한 쌍으로 구비되는 제1,2흡착관(110,120)과, 이들 제1,2흡착관(110,120)과 압축기(100)를 연결하는 흡입밸브(200) 및 배출밸브(210) 그리고 압력조절밸브(220) 끝으로 오리피스(300)로 구성된다.
상기 압축기(100)는 대기 중의 공기를 흡입하여 압축하는 것으로, 콤프레서가 사용되며, 이러한 압축기(100)에 의해 압축된 공기는 제1,2흡착관들(110,120) 중 한쪽으로 선택적으로 보내지며, 이 때, 흡착관들(110,120)의 흡입밸브(200)가 열리게 되며 흡입이 종료되면 밸브가 닫힌다.
한편, 흡입밸브(200)와 배출밸브(210) 압력조절밸브(220)는 컨트롤러의 제어신호를 받아 개폐 단속되는 솔레노이드 밸브가 사용된다.
상기 흡착관(110,120)의 내부에는 공기중의 질소를 흡착하기 위한 지오라이트 몰리큘라 시브가 충전되어 있으며, 일정한 시간동안 흡착관들(110,120)에서 산소를 제외한 기체, 예를 들면 질소, 이산화탄소, 일산화탄소, 수분 등이 흡착되면 분리된 산소는 오리피스(300)를 통하여 산소저장탱크(400)로 이동되며, 상기 흡착관들(110,120)에 채워진 지오라이트 몰리큘라 시브는 흡착된 기체분자를 외부로 배출하여 정화하여야만 계속하여 사용할 수 있다.
또한, 제 1흡착관들(110)에서 오리피스(300)를 통하여 산소가 배출될 때 배출되는 산소중 일부가 압력조절밸브(220)가 열리면서 제 2흡착관(120)으로 이동되며, 상기 제2흡착관(120)에서는 유입된 산소에 의해 흡착되어 있던 기체성분이 지오라이트 몰리큘라 시브로부터 분리되고, 지오라이트 몰리큘라 시브로부터 분리된 기체는 배출밸브(210)의 개방에 의해 외부로 배출된다.
이와 같이 구성되는 종래기술에 따른 산소발생기는 그 구조가 복잡한데 반해 각 부품간의 유기적인 동작이 정확하게 이루어져야 하므로 동작의 신뢰성을 보장하기 어려운 문제점이 있으며, 압축공기의 압력변화가 심하여 소음이 큰 문제점이 있었다.
등록실용신안공보 제20-0435487호(2007.01.19.) 특허등록공보 제10-2014-0020744호(2014.02.19.)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 대기 중의 공기중에 포함된 이물질을 필터링 하여 청정화된 흡입공기를 생성하고, 아울러 청정 흡입공기의 온도와 습도를 설정치를 충족하도록 균질화함으로써 균일한 산소 추출 성능의 보장과 추출 효율성을 높일 수 있도록 한 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치를 제공하는데 있다.
즉, 본 발명은 하절기의 경우 온도와 습도가 높고, 동절기의 경우 상대적으로 건조하면서 온도가 낮은 기후로 인해 산소의 추출 성능이 일정하게 유지되지 못하는 폐단을 해소하기 위한 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 응축된 산소의 농도가 설정 값에 도달할 때 까지 순환 사이클을 통해 반복하여 산소와 질소를 반복 분리시킴으로써 95% 이상의 농도를 가진 산소를 생성할 수 있도록 한 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치는,
대기로부터 공기를 흡입하기 위한 입구인 흡입부를 구비한 본체와, 이 흡입부에 연결되어 공기를 압축하는 컴프레서와, 압축 공기를 공급받아 제습 작용을 하는 제습부와, 이 제습부를 경유한 공기를 공급받아 공기 중의 질소와 산소를 분리하는 복수의 제올라이트 베드 및 이에 연결되어 분리된 산소를 공급받아 저장하는 산소탱크 및 분리된 질소를 외부로 배기하는 질소배출기로 이루어진 산소분리부와, 상기 컴프레서의 동작을 제어하는 제어부로 구성된 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치에 있어서,
상기 제습부는 흡입부를 경유한 온도를 측정하여 설정치 범위에서 벗어나는 경우 온도조절기를 제어하여 온도를 조절하는 항온모듈 및 상기 흡입부를 경유한 공기중의 습도를 측정하여 설정치를 초과하는 경우 열교환기를 제어하여 습도를 조절하는 제습모듈 및 이 제습모듈을 경유한 공기 중에 포함된 수분을 제거하도록 충전된 흡습제를 가열하는 히터를 구비한 흡습모듈로 구성되고;
상기 산소분리부는 상기 산소탱크와 관로로 연결되어 산소 중에 포함된 이물질 제거를 위한 공기필터 및 이 청정필터를 경유한 산소에 자외선을 조사하여 살균을 행하는 살균램프로 이루어진 청정모듈로 구성되는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 제습모듈은, 공기중의 습도를 측정하는 습도감지기와; 상기 습도감지기에서 감지된 습도값을 기준으로 제어신호를 인가하는 습도컨트롤러와; 상기 흡입부를 경유한 공기가 통과하는 관로상에 배치되어 상기 습도컨트롤러의 제어신호를 받아 동작하는 열교환기로 구성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 흡습모듈은, 상기 열교환기를 경유한 공기를 공급받는 유입구 및 외부로 공기를 배출하기 위한 유출구를 구비한 것으로 내부에는 흡습제가 충전된 하우징과, 상기 하우징의 외면에 구비되어 전원을 공급받아 발열을 하는 히터와, 상기 유출구와 관로로 연결되어 상기 히터 동작시에는 대기로 배출될 수 있게 외기모드로 관로를 전환하고, 상기 히터의 미동작시에는 상기 산소분리부로 공급되게 관로를 전환하는 전환밸브로 구성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 산소분리부는, 상기 제올라이트 베드와 산소탱크 사이의 관로 상에 설치되어 산소농도를 측정하는 농도측정기와; 측정된 산소농도가 설정 값 미만인 경우 상기 제올라이트 베드의 유입구에 연결된 순환관로로 저 농도의 산소를 공급하고, 설정값 이상인 경우에는 산소탱크로 공급하는 순환밸브와; 상기 순환밸브의 관로 전환동작을 제어하는 순환컨트롤러로 이루어진 산소농축모듈로 구성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 흡습모듈은 설정된 시간 간격과, 설정 시간동안 동작되도록 제어신호를 인가하는 타이머 컨트롤러에 연결되어 제어되는 것에 있다.
본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치는, 공기중의 이물질을 여과하고 온도와 습도를 균질화한 흡입 공기를 공급함으로써 기기의 설치장소나 날씨 등 주변환경 변화로부터의 영향을 최소화하여 결과적으로 균질한 온도와 습도 및 살균된 흡입 공기의 조성을 통해 고순도의 산소를 안정적으로 추출 및 생성할 수 있으므로 제품에 대한 신뢰도와 만족도를 높일 수 있는 유용한 효과가 기대된다.
특히, 본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치는 열교환기의 증발작용을 이용한 제습모듈을 통과한 공기중에 잔류하는 습기를 최대한 제거할 수 있도록 하기 위하여 실리카겔 등의 화학적 제습제를 이용한 흡습모듈을 통과시켜 공기 중의 습도를 최소화시킬 수 있으며, 상기 흡습모듈은 히터와 전환밸브의 그리고 타이머 컨트롤러의 구성을 통해 습기를 외부로 방출하여 반복적으로 재사용할 수 있도록 함으로써 제습제의 사용 수명을 연장시킴과 아울러 유지관리의 편의성을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치는 산소분리부를 경유한 산소의 농도를 측정하여 설정치에 도달하지 못한 경우에는 산소분리부를 구성하는 제올라이트베드를 재 순환도록 하여 산소의 농도를 높일 수 있도록 함으로써 제품에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치는, 불순물이 제거된 여과된 공기를 연속 가압하여 고순도의 산소를 얻으므로 효율성이 우수하여 제품에 대한 경쟁력을 높일 수 있는 유용한 효과가 기대된다.
또한, 본 발명은 구조가 간소하고 유지관리의 편의성이 양호하여 경제적인 생산과 공급이 가능하며, 특히 소형화가 가능함에 따라 가정용, 의료용 뿐만 아니라 공기청정기나 에어컨 등과 같은 다양한 전자제품에 적용하여 개발이 가능한 이점이 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 산소발생장치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치를 나타낸 사시도,
도 3은 도 2의 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치를 다른 방향에서 바라본 것을 나타낸 사시도,
도 4 및 도 5는 도 2의 내부 구성을 설명하기 위한 사시도,
도 6은 도 4의 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치를 정면에서 바라본 도면,
도 7은 도 4의 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치를 위에서 바라본 도면,
도 8은 본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치에서 흡습모듈의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 9는 본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치에서 산소농축모듈의 구성을 설명하기 위한 블록도,
도 10은 본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치의 구성을 설명하기 위한 블록도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다.
다만, 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치를 나타낸 사시도이다.
도면에는 외부로부터 공기를 흡입하기 위한 흡입부(11)를 구비한 본체(10)와, 흡입된 공기를 압축하는 컴프레서(20)와, 압축된 공기를 공급받아 제습작용을 하는 제습부(30)와, 제습된 공기를 공급받아 산소와 질소를 분리하는 산소분리부(40) 그리고 이들의 동작을 제어하기 위한 제어부(50)로 구성된 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치(1)이 도시되어 있다.
도 3은 도 2의 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치를 다른 방향에서 바라본 것을 나타낸 사시도이다.
도면에는 사각통체 형상으로 구비되며 상부에는 공기를 흡입하기 위한 흡입부(11) 및 이 흡입부(11)에 설치되어 공기중의 이물질을 제거하기 위한 에어필터(15)가 설치된 본체(10)와, 상기 본체(10)의 측부에 설치되어 컴프레서(미도시)를 통해 압축된 공기를 공급받아 제습을 실시하는 제습부(30) 및 상기 제습부(30)를 경유한 공기 중의 산소와 질소를 분리시키는 산소분리부(40)와, 상기 산소분리부(40)와 반대되는 측면에 설치되는 것으로 공기중의 습기를 최소화하기 위한 것으로 내부에 실리카겔 등의 제습제가 충전되어 화학작용에 의한 제습을 실시하는 흡습모듈(39)과, 그 일측에 설치된 살균램프(미부호)를 포함하는 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치(1)이 도시되어 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치의 내부 구성을 설명하기 위한 사시도이고,
도면에는 사각통체 형상으로 제공되되 상면 일측에 흡입부(11)가 마련되고, 이 흡입부(11)에는 에어필터(15)가 설치되어 외부로부터 유입되는 공기중의 이물질을 여과하도록 된 본체(10)와. 상기 본체(10)의 내부에 설치되어 전원을 공급받아 공기를 압축하는 컴프레서(20)와, 상기 컴프레서(20)와 관로로 연결되어 압축공기를 공급받는 것으로 압축된 공기중의 습도를 제거하기 위하여 증발형 열교환 방식의 열교환기(37)를 통해 제습작용을 하는 제습부(30)와, 상기 제습부(30)를 경유한 제습된 공기를 공급받아 산소와 질소를 분리추출하는 산소분리부(40)로 구성되며, 상기 본체(10)의 일측에는 상기 열교환기(37)를 경유한 공기중에 잔류하는 습기를 화학적 처리 방식으로 제거할 수 있도록 실리카겔 등의 제습제를 구비한 흡습모듈(39)이 배치되고, 이 흡습모듈(39)의 일측에는 배출되는 산소 중에 포함된 바이러스나 세균 등을 살균하기 위한 살균램프(47b)가 설치된 구성을 갖는 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치(1)이 도시되어 있다.
도 6은 도 4의 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치를 정면에서 바라본 도면이다.
도면에는 일측 상부면에 흡입구(11)가 형성된 본체(10)와, 이 본체(10)의 좌측에 설치되는 산소분리부(40) 및 질소배출기(45)와, 상기 본체(10)의 우측에 설치되는 흡습모듈(39)과 살균램프(47b) 및 상기 본체(10)의 내부 중심에 배치되는 컴프레서(20)가 배치되는 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치(1)이 도시되어 있다.
도 7은 도 4의 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치를 위에서 바라본 도면이다.
도면에는 한 쌍의 제올라이트베드(41) 사이에 산소탱크(43)가 위치한 산소분리부(40)와, 상기 제올라이트베드(41)에 연결되어 질소를 외부로 배출시키기 위한 질소배출기(45) 그리고 도면을 기준으로 중앙 부분에 배치되는 제습모듈(35)을 구성하는 열교환기(37), 우측에는 외부로부터 공기를 유입하기 위한 에어필터(15)와 흡입구(11)가 배치되고, 그 일측으로는 흡습모듈(39)과 살균램프(47b)가 배치되는 구성의 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치(1)이 도시되어 있다.
도 8는 본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치에서 흡습모듈의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명에서 제습부(30)는 본체(10)의 흡입부(11)를 통해 유입된 공기의 온도를 측정하여 설정치 범위에서 벗어나는 경우 온도조절기(33)를 제어하여 온도를 조절하는 항온모듈(31)과. 상기 흡입부(11)를 경유한 공기 중의 습도를 측정하여 설정치를 초과하는 경우 증발식 열교환기(37)를 제어하여 습도를 조절하는 제습모듈(35) 그리고 이 제습모듈(35)을 경유한 공기 중에 잔류하는 수분을 화학적으로 처리 제거하도록 흡습제를 구비한 흡습모듈(39)로 구성되며, 도면에는 항온모듈(31)을 구성하는 요소로 열교환기(37)를 경유한 공기를 공급받는 유입구와 공기를 배출하기 위한 유출구가 구비되고 내부에는 실리카겔 등의 흡습제가 충전된 하우징(39a)과. 상기 하우징(39a)의 외면에 구비되어 전원을 공급받알 발열을 하는 히터(39b) 그리고 상기 유출구와 관로로 연결되어 상기 히터(39b) 동작시에는 대기로 배출될 수 있게 외기모드로 관로를 전환하고, 상기 히터(39b)의 미동작시에는 상기 산소분리부(40)로 공급되게 관로를 전환하는 전환밸브(39c) 및 상기 히터(39b)와 전환밸브(39c)는 설정된 시간간격과 설정된 시간동안만 동작되도록 제어신호를 인가하는 타이머 컨트롤러(39d)에 연결되어 제어되는 구성이 도시되어 있다.
도 9은 본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치에서 산소농축모듈의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도면에는 산소분리부(40)를 구성하는 복수의 제올라이트베드(41) 및 이들 제올라이트베드(41)에서 추출된 산소를 공급받아 저장하는 산소탱크(43)가 그리고 산소농축모듈(49)이 도시되어 있으다.
한편, 상기 산소농축모듈(49)은 상기 제올라이트베드(41)와 산소탱크(43) 사이의 관로 상에 설치되어 산소농도를 감지하는 농도측정기(49a) 및 이 농도측정기(49a)를 통해 측정된 산소농도가 설정값에 미치지 못하는 경우 농도를 높일 수 있도록 상기 제올라이트베드(41)의 유입구에 연결된 순환관로(p)로 저농도의 산소를 재공급하여 상기 제올라이트베드(41)를 재경유시킴으로써 농도를 높이도록 하고, 상기 농도측정기(49a)를 통해 측정된 산소농도가 설정값을 충족시키는 경우에는 산소탱크(43)로 공급되게 관로를 전환하는 순환밸브(49b)를 구비하며, 상기 순환밸브(49b)의 관로 전환동작은 회로 연결된 순환컨트롤러(49c)로부터 제어신호를 인가받아 동작되는 구성이 도시되어 있다.
도 10은 본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도면에는 흡입부(11)를 구비한 본체(10)와, 상기 본체(10)의 내부에 설치되어 흡입된 공기에 대한 압축을 실시하는 컴프레서(20)와, 상기 컴프레서(20)를 통해 압축된 공기의 온도와 습도를 조절하기 위한 항온모듈(31) 및 제습모듈(35) 및 흡습모듈(39)로 이루어진 제습부(30)와, 상기 제습부(30)를 경유한 공기를 공급받아 산소와 질소를 분리하기 위한 것으로 복수의 제올라이트베드(41) 및 산소탱크(43) 및 질소배출기(45) 산소농축모듈(49)로 이루어진 산소분리부(40) 끝으로 산소발생을 위한 각 구성요소에 대한 동작 제어를 위한 제어신호를 출력하는 제습부(30)로 구성된 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치(1)이 도시되어 있다.
이상의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치의 구성을 살펴보면 다음과 같다.
본 발명은 크게 본체(10), 컴프레서(20), 제습부(30), 산소분리부(40) 그리고 제어부(50)로 구성된다.
본체(10)는 각 구성품이 설치될 수 있는 공간을 제공하는 것으로 상부 일측에는 외부로부터 공기를 흡입하기 위한 흡입부(11)가 위치하고, 이 흡입부(11)에는 공기중에 포함된 이물질을 필터링 하기 위한 에어필터(15)가 설치되는 구성이다.
컴프레서(20)는 상기 흡입부(11)와 관로 연결되어 공기를 흡입하여 압축하는 요소로서, 후술할 제어부(50)로부터 제어신호를 인가받아 동작되도록 구성되며, 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.
제습부(30)는 흡입 공기를 일정한 온도로 조절하기 위한 항온모듈(31)과, 공기중의 습도를 증발처리 방식으로 낮추기 위한 열교환기(37)를 구비한 제습모듈(35) 끝으로 열교환기(37)를 경유한 공기중에 잔류하는 습기를 최소화시킬 수 있도록 화학처리 방식의 실리카겔 등의 흡습제를 이용한 흡습모듈(39)로 구성된다.
상기 항온모듈(31)은 본체(10)의 흡입부(11)를 통해 유입되는 공기의 온도를 측정하여 설정치 범위에서 벗어나는 경우 온도를 높이거나 낮추도록 하여 일정한 온도가 유지되도록 하는 것이다.
이를 위해 본 발명은 상기 흡입부(11)를 통과한 공기가 이동되는 관로 상에 설치된 온도감지기(32)와. 이 온도감지기(32)에서 측정된 온도값을 인가받아 설정온도와 비교 판단하여 제어신호를 인가하는 온도컨트롤러(34)와, 이 온도컨트롤러(34)의 제어신호를 받아 상기 흡입부(11)를 통과하여 산소분리부(40)측으로 이동되는 관로 상에 설치되어 가열 또는 냉각 작용을 하는 온도조절기(33)로 구성되며, 이때의 온도조절기(33)는 공지의 펠티어소자 등으로 구성할 수 있을 것이다.
이러한 항온모듈(31)은 공기의 온도가 과도하게 높거나 낮은 경우에는 산소추출율이 현저하게 떨어지기 때문에 적정한 온도를 유지할 수 있도록 하기 위한 것이며, 15℃~40℃로 유지되는 것이 바람직하다.
상기 제습모듈(35)은 공기중의 습도를 측정하는 습도감지기(36)와, 이 습도감지기(36)에서 감지된 습도값을 설정값과 비교판단하여 제어신호를 인가하는 습도컨트롤러(38) 그리고 상기 흡입부(11)를 경유한 공기가 통과하는 관로 상에 설치되어 상기 습도컨트롤러(38)로부터 제어신호를 인가받아 동작하는 열교환기(37)로 구성된다.
이때, 상기 열교환기(37)는 외부로부터 전원을 공급받아 공기 중의 수분에 대한 증발식 제습처리 방식으로 사용되는 것이며, 공지의 기술에 의해 실시되는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 흡습모듈(39)은 상기 제습모듈(35)을 경유한 공기 중에 잔류하는 수분을 제거하여 후술할 산소분리부(40)를 구성하는 제올라이트베드(41)의 수명 연장과 산소추출의 효율을 높이기 위한 것으로, 앞서 제습모듈(35)과는 달리 화학적 처리 방식을 특징으로 한다.
이러한 흡습모듈(39)은 상기 열교환기(37)를 경유한 공기를 공급받는 유입구및 외부로 공기를 배출하기 위한 유출구가 마련되고 내부에는 실리카겔 등의 화학적 흡습제가 충전된 하우징(39a)과, 상기 하우징(39a)의 외면에 구비되어 전원을 공급받아 소정온도로 발열을 하여 흡습제에 대한 가열 작용을 행하는 히터(39b)와, 상기 하우징(39a)의 유출구와 관로로 연결되어 상기 히터(39b) 동작시에는 대기로 배출될 수 있도록 외기모드로 관로를 전환하고, 상기 히터(39b)의 미동작시에는 후술할 산소분리부(40)로 공급되게 관로를 전환하는 전환밸브(39c)로 구성되며, 상기 히터(39b)와 전환밸브(39c)는 설정된 시간 간격과 설정된 시간 동안에만 동작될 수 있도록 제어신호를 인가하는 타이머 컨트롤러(39d)에 연결되어 제어되는 구성이다.
즉, 상기 흡습모듈(39)은 상기 제습모듈(35)이 전기적인 발열작용을 통해 증발식으로 운영됨에 따라 제습에 소요되는 시간이 오래 걸리거나 또는 제습시간 단축을 위해서는 대용량의 열교환기를 여러 개 설치해야 하는 폐단을 보완하기 위한 것으로, 화학적 흡습 처리방식 구현을 위해 실리카겔 등의 흡습제를 사용하여 공기 중의 잔류 습기를 제거하도록 하고, 또한 흡습제의 사용 수명을 연장시킬 수 있도록 히터(39b)를 사용하여 흡습제를 가열시킴으로써 흡습제가 머금고 있는 수분을 외부로 증발 배출시키는 특징을 갖는다.
산소분리부(40)는 상기 공기압축부(20)에 연결되어 압축된 공기를 공급받아 공기 중에 포함된 질소와 산소를 분리하는 요소로서, 본 발명에서는 한 쌍의 제올라이트베드(41)와, 이들 제올라이트베드(41)에서 추출 분리된 산소를 공급받는 산소탱크(43) 그리고 질소를 공급받아 배출처리하는 질소배출기(45) 끝으로 산소 농도를 높이기 위한 산소농축모듈(49)로 구성된다.
상기 제올라이트베드(41)는 케이싱의 내부에 공기 중에 포함된 질소를 흡착하는 지오라이트 몰리큘라시브가 충전된 것으로, 분리된 산소를 산소탱크(43)로 안내하도록 관로 연결되는 구성이다.
상기 산소탱크(43)는 제올라이트베드(41)와 관로로 연결되어 분리된 산소를 공급받아 저장하는 요소로, 도시하지는 않았으나 산소탱크 내의 압력을 조절하는 응축펌프와, 산소탱크 내의 산소를 외부로 배출하기 위한 노즐이 구비되는 구성이며, 이러한 산소탱크(43)는 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 산소농축모듈(49)은 상기 제올라이트베드(41)와 산소탱크(43) 사이의 관로 상에 설치되어 산소농도를 감지하는 농도측정기(49a)와, 상기 농도측정기(49a)를 통해 측정된 산소농도가 설정 값에 미치지 못하는 경우 농도를 높일 수 있도록 상기 제올라이트베드(41)의 유입구에 연결된 순환관로(p)로 저농도의 산소를 재공급하여 상기 제올라이트베드(41)를 다시 통과시킴으로써 산소의 농도를 높이도록 구성된다. 만약, 상기 농도측정기(49a)를 통해 측정된 산소농도가 설정값을 충족시키는 경우에는 상기 산소탱크(43)로 공급되게 관로를 전환하게 되는데 이러한 관로전환은 순환밸브(49b)에 의해 이루어진다. 한편, 상기 순환밸브(49b)는 통상의 전기적인 제어신호를 받아 관로를 전환하는 3방형 솔레노이드 밸브가 사용될 수 있으며, 이외에도 공지의 다양한 밸브가 사용되어도 무방하다.
한편 상기 순환밸브(49b)의 관로 전환동작은 회로 연결된 순환컨트롤러(49c)로부터 제어신호를 인가받아 동작된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치를 설명하면 다음과 같다.
먼저 컴프레서(20)의 동작에 의해 흡입부(11)를 통해 유입되는 공기는 에어필터(15)에 의해 이물질이 걸러지게 되고, 이렇게 여과된 공기는 컴프레서(20)를 경유하여 압축된 뒤 제습부(30)로 공급된다.
이어서, 상기 제습부(30)를 구성하는 항온모듈(31)과 제습모듈(35) 그리고 흡습모듈(39)에 의해 상기 압축된 공기는 일정한 온도를 갖도록 유지되고, 이후 증발식 열교환기(37)를 경유하여 공기중의 수분이 일부 제거된다. 이후 상기 열교환기(37)를 경유한 공기는 흡습모듈(39)을 통과하면서 흡습제에 의한 화학적 흡습처리가 이루어진다.
한편, 상기 흡습모듈(39)은 설정된 시간간격과 동작시간을 통해 히터(39b)의 발열작용에 의해 흡습제가 머금고 있는 수분을 외부로 배기처리하게 되므로, 흡습제의 성능을 안정되게 유지시킬 수 있으므로 균일한 흡습성능을 보장할 수 있다.
이어서, 상기 제습부(30)를 경유한 항온/항습의 공기는 산소분리부(40)를 구성하는 제올라이트베드(41)로 공급되어 산소와 질소가 각각 분리되고, 분리된 산소는 산소탱크(43)로 공급되어지고, 분리된 질소는 질소배출기(45)로 공급된다.
한편, 상기 산소분리부(40)는 산소탱크(43)로 공급되기전의 산소 농도를 측정하여, 측정된 값이 설정값 보다 낮은 경우에는 산소농축모듈(49)에 의해 다시 제올라이트베드(41)로 공급되어 반복 사이클을 수행함에 따라 산소의 농도를 높일 수 있게 된다.
이와 같은 구성의 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치는 기존의 산소발생장치에 비해 동일한 유량에서 항온과 복합적인 제습을 작용을 통해 산소 순도 효율을 향상시킬 수 있으며, 산소농축모듈(49)의 구성을 통해 고순도의 산소 생산이 가능하다.
한편, 본 발명은 기재된 실시례에 한정되는 것은 아니고, 적용 부위를 변경하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10 : 본체 11 : 흡입부
15 : 에어필터 20 : 컴프레서
30 : 제습부 31 : 항온모듈
32 : 온도감지기 33 : 온도조절기
34 : 온도 컨트롤러 35 : 제습모듈
36 : 습도감지기 37 : 열교환기
38 : 습도컨트롤러 39 : 흡습모듈
39a : 하우징 39b : 히터
39c : 전환밸브 39d : 타이머 컨트롤러
40 : 산소분리부 41 : 제올라이트베드
43 : 산소탱크 45 : 질소배출기
47 : 청정모듈 47a : 공기필터
47b : 살균램프 50 : 제어부

Claims (5)

  1. 대기로부터 공기를 흡입하기 위한 입구인 흡입부를 구비한 본체와, 이 흡입부에 연결되어 공기를 압축하는 컴프레서와, 압축 공기를 공급받아 제습 작용을 하는 제습부와, 이 제습부를 경유한 공기를 공급받아 공기 중의 질소와 산소를 분리하는 복수의 제올라이트 베드 및 이에 연결되어 분리된 산소를 공급받아 저장하는 산소탱크 및 분리된 질소를 외부로 배기하는 질소배출기로 이루어진 산소분리부와, 상기 컴프레서의 동작을 제어하는 제어부로 구성된 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치에 있어서,
    상기 제습부는 흡입부를 경유한 온도를 측정하여 설정치 범위에서 벗어나는 경우 온도조절기를 제어하여 온도를 조절하는 항온모듈 및 상기 흡입부를 경유한 공기중의 습도를 측정하여 설정치를 초과하는 경우 열교환기를 제어하여 습도를 조절하는 제습모듈 및 이 제습모듈을 경유한 공기 중에 포함된 수분을 제거하도록 충전된 흡습제를 가열하는 히터를 구비한 흡습모듈로 구성되고;
    상기 산소분리부는 상기 산소탱크와 관로로 연결되어 산소 중에 포함된 이물질 제거를 위한 공기필터 및 이 청정필터를 경유한 산소에 자외선을 조사하여 살균을 행하는 살균램프로 이루어진 청정모듈을 구비하는 것을 포함하며;,
    상기 흡습모듈은 상기 열교환기를 경유한 공기를 공급받는 유입구 및 외부로 공기를 배출하기 위한 유출구를 구비한 것으로 내부에는 흡습제가 충전된 하우징과, 상기 하우징의 외면에 구비되어 전원을 공급받아 발열을 하는 히터와, 상기 유출구와 관로로 연결되어 상기 히터 동작시에는 대기로 배출될 수 있게 외기모드로 관로를 전환하고 상기 히터 동작시에는 대기로 배출될 수 있게 외기모드로 관로를 전환하고 상기 히터의 미동작시에는 상기 산소분리부로 공급되게 관로를 전환하는 전환밸브와, 상기 히터와 전환밸브에 연결되어 설정된 시간간격과 설정된 시간동안만 동작되도록 제어신호를 인가하는 타이머 컨트롤러로 이루어진 구성을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제습모듈은,
    공기중의 습도를 측정하는 습도감지기와;
    상기 습도감지기에서 감지된 습도값을 기준으로 제어신호를 인가하는 습도컨트롤러와;
    상기 흡입부를 경유한 공기가 통과하는 관로상에 배치되어 상기 습도컨트롤러의 제어신호를 받아 동작하는 열교환기;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 산소분리부는,
    상기 제올라이트 베드와 산소탱크 사이의 관로 상에 설치되어 산소농도를 측정하는 농도측정기 및 측정된 산소농도가 설정 값 미만인 경우 상기 제올라이트 베드의 유입구에 연결된 순환관로로 저 농도의 산소를 공급하고, 설정값 이상인 경우에는 산소탱크로 공급하는 순환밸브 및 상기 순환밸브의 관로 전환동작을 제어하는 순환컨트롤러로 이루어진 산소농축모듈;로 구성된 것을 특징으로 하는 균질 흡입공기를 이용한 산소발생장치.
  5. 삭제
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