KR102417781B1

KR102417781B1 - 산소 농축 장치

Info

Publication number: KR102417781B1
Application number: KR1020177006854A
Authority: KR
Inventors: 마키 호조; 가츠시 후지모토
Original assignee: 데이진 화-마 가부시키가이샤
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2022-07-05
Also published as: EP3199195B1; WO2016047805A1; US20170274171A1; US10188821B2; KR20170059988A; JP6313461B2; JPWO2016047805A1; ES2741306T3; TW201618844A; CN107073238B; EP3199195A1; CN107073238A; EP3199195A4

Abstract

산소 농축 장치의 퍼지 공정이나 균압 공정시에, 균압로의 균압 밸브를 통과하여 흐르는 가스 유량차를 저감시킨 산소 농축 장치로서, 균압로를 흐르는 가스의 일방의 흐름의 압력 손실과 반대 방향의 흐름의 압력 손실이 동등해지도록, 균압 밸브의 적어도 일단측에, 흐름 방향에 의해 압력 손실의 차를 갖는 압력 제어 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 산소 농축 장치를 제공한다.

Description

산소 농축 장치{OXYGEN CONCENTRATION DEVICE}

본 발명은, 호흡기 질환 환자 등의 사용자에게 산소 농축 공기를 공급하는 의료용 산소 농축 장치에 관한 것으로, 압력 변동 흡착법에 의해 산소를 생성할 때에 특히 문제가 되는 균압로의 흐름 방향에 차이에 의한 유로 압력 손실차를 해소하는 균압 오리피스에 관한 것이다.

최근, 천식, 폐기종증, 만성 기관지염 등의 호흡기계 기관의 질환으로 고생하는 환자가 증가하는 경향이 있는데, 그 치료법으로서 가장 효과적인 것의 하나로 산소 흡입 요법이 있다. 이러한 산소 흡입 요법이란, 산소 가스 혹은 산소 부화 공기를 환자에게 흡입시키는 것이다. 그 산소 공급원으로서, 산소 농축 장치, 액체 산소, 산소 가스 봄베 등이 알려져 있는데, 사용시의 편리함이나 보수 관리의 용이함으로부터, 재택 산소 요법에는 산소 농축 장치가 주류로 사용되고 있다.

산소 농축 장치는, 공기 중에 존재하는 약 21 ％ 의 산소를 농축하여 사용자에게 공급하는 장치이며, 그것에는 산소를 선택적으로 투과하는 막을 사용한 막식 산소 농축 장치와, 질소 또는 산소를 우선적으로 흡착할 수 있는 흡착재를 사용한 압력 변동 흡착형 산소 농축 장치가 있는데, 90 ％ 이상의 고농도의 산소가 얻어지는 점에서 압력 변동 흡착형 산소 농축 장치가 주류가 되고 있다.

압력 변동 흡착형 산소 농축 장치는, 산소보다 질소를 선택적으로 흡착하는 흡착재로서 5A 형이나 13X 형, Li-X 형 등의 몰레큘러시브 제올라이트를 충전한 복수의 흡착통에, 컴프레서로 압축된 공기를 공급함으로써 가압 조건하에서 질소를 흡착시키고, 미흡착된 산소 농축 가스를 얻는 흡착 공정과, 상기 흡착통 내의 압력을 대기압 또는 그 이하로 감소시키고, 흡착재에 흡착된 질소를 탈착시켜 퍼지함으로써 흡착재의 재생을 실시하는 탈착 공정을 교대로 반복해서 실시함으로써, 고농도 산소 가스를 연속적으로 생성할 수 있다. 이들 흡착 공정, 탈착 공정에 더하여, 흡착 공정측 흡착통으로부터의 고농도의 산소를 탈착 공정측 흡착통에 도입하는 퍼지 공정이나, 흡착 공정 종료의 흡착통과 탈착 공정 종료의 흡착통을 연통시켜 흡착통 사이의 압력을 균압시키고 압력 에너지를 회수하는 균압 공정을 병용함으로써, 더욱 고농도의 산소 가스를 생성할 수 있다.

산소보다 질소를 선택적으로 흡착하는 흡착재를 충전한 복수의 흡착통과, 그 흡착통에 원료 공기를 공급하는 컴프레서, 그 컴프레서 및 각 흡착통 사이의 유로를 순차 전환하고, 각 흡착통에 가압 공기를 공급하여 농축 산소를 취출 (取出) 하는 흡착 공정, 각 흡착통을 감압하여 흡착재를 재생하는 탈착 공정, 각 흡착통을 연통시키는 균압 공정, 흡착 공정측 흡착통으로부터의 고농도의 산소를 탈착 공정측 흡착통에 도입하는 퍼지 공정을 소정 타이밍으로 반복하기 위한 유로 전환 수단을 구비함으로써 압력 변동 흡착형 산소 농축 장치에 있어서 그 산소 농도를 높게 할 수 있다.

일본 공개특허공보 2008-214151호

복수의 흡착통 사이를 연결하는 유로에는, 공정의 전환 타이밍을 제어하는 전자 (電磁) 밸브와 유량을 제어하기 위한 오리피스를 구비하고, 소정 타이밍으로 흡착통 사이에 가스를 흘림으로써 퍼지 및 균압 공정을 실시한다. 이 때, 복수의 흡착통 사이를 흐르는 가스의 유량은, 흐르는 방향에 상관없이 동일한 정도인 것이 요구된다. 그러나, 이러한 유로 (이하 균압로라고 한다) 에 구비되어 있는 전자 밸브에는 방향성이 있고, 가스 흐름의 방향에 따라 압력 손실의 값이 상이하기 때문에, 컴프레서로부터 흡착통에 공급되는 공기량이 복수의 흡착통 사이에서 동일하였다고 해도, 흡착통 사이를 흐르는 유량은 흐르는 방향에 따라 상이하다. 균압로에는 유량을 조절하기 위하여 오리피스를 구비하고 있지만, 그 오리피스를 구성하는 오리피스판이나 그것을 구성 요소에 포함하는 배관과의 접속부를 겸비한 오리피스 구조체 자체에도 방향성이 있으며, 균압로의 흐르는 방향에 따라 압력 손실의 값이 상이하고, 흐르는 가스 유량이 방향에 따라 상이한 구조를 갖고 있다.

본원발명은, 산소 농축 장치에 탑재하는 오리피스나 배관의 압력 손실차를 조정함으로써, 전자 밸브와 조합했을 때의 가스의 흐름 방향의 차이에 의한 압력 손실차를 저감시키고, 퍼지 공정이나 균압 공정시에 균압로를 통과하여 흡착통 사이를 흐르는 가스 유량차를 저감시키는 산소 농축 장치를 제공한다.

본 발명자들은, 이러한 문제의 해결하는 방법으로서, 이하의 발명을 알아냈다.

1. 산소보다 질소를 우선적으로 흡착하는 흡착재를 충전한 흡착통과, 그 흡착통에 가압 공기를 공급하는 컴프레서와, 그 흡착통에 가압 공기를 공급하여 가압 공기 중의 질소를 흡착하고 미흡착된 산소를 생성하는 흡착 공정과, 그 흡착통을 감압 퍼지하고 질소를 탈착하여 흡착재를 재생하는 탈착 공정, 흡착 공정 종료 후의 흡착통과 탈착 공정 종료 후의 흡착통끼리를 접속하여 양통을 균압하는 균압 공정을 일정 타이밍으로 반복하기 위하여, 그 컴프레서와 그 흡착통, 그 흡착통과 탈착 가스를 계 외로 배기하는 배기관 사이의 유로를 전환하는 유로 전환 밸브, 그 흡착통 사이를 연결하는 균압로에 구비한 균압 밸브를 구비하고, 산소 농축 가스를 생성하는 산소 농축 장치에 있어서,

그 균압로를 흐르는 가스의 일방의 흐름의 압력 손실과 반대 방향의 흐름의 압력 손실이 동등해지도록, 그 균압 밸브의 적어도 일단측에, 흐름 방향에 의해 압력 손실의 차를 갖는 압력 제어 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 산소 농축 장치.

2. 그 압력 제어 부재가, 흐름 방향에 의해 압손차를 갖는 오리피스 구조체 혹은 배관 부재인 상기 1 에 기재된 산소 농축 장치.

3. 그 균압 밸브의 양단에 균압 밸브측에 접속하는 오리피스판 및 배관 접속부를 구비한 원통 부재를 갖는 오리피스 구조체를 구비하고, 그 균압 밸브의 입측 (入側) 의 오리피스 구조체가, 오리피스판의 원통 부재측이 오리피스를 오목부로 하는 원추 형상의 테이퍼 부위를 구비하고, 균압 밸브의 출측 (出側) 의 오리피스 구조체가, 오리피스판의 원통 부재측이 평면 형상 부재인 구조체의 조합으로 이루어지는 상기 1 또는 2 중 어느 하나에 기재된 산소 농축 장치.

4. 그 균압로를 흐르는 가스의 일방의 흐름의 압력 손실과 반대 방향의 흐름의 압력 손실의 차가 5 ㎪ 이하인 상기 1 ∼ 3 중 어느 하나에 기재된 산소 농축 장치.

본 발명에 의하면, 퍼지 공정·균압 공정시에 복수의 흡착통 사이에 형성된 균압로를 흐르는 가스 유량을, 흐름 방향에 관계없이 동일한 정도로 유지할 수 있고, 고농도의 산소를 안정적으로 연속 생성하는 산소 농축기를 제공할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 실시양태예인 압력 변동 흡착형 산소 농축 장치의 개략 구성도를 나타낸다. 도 2 는 균압 밸브 단체의 압력 손실차를 나타낸다. 도 3 은 오리피스 구조체의 개형 (槪形) 을, 도 4 는 오리피스 구조체의 단면도 개형을, 도 5 는 균압 밸브 구조체의 단면도 개형을 나타낸다. 도 6 은, 동일 오리피스를 구비한 균압로의 압력 손실차를, 도 7 은, 상이한 형상의 오리피스를 구비한 균압로의 압력 손실차를 나타낸다. 도 8 은, 균압 밸브인 직동식 (直動式) 포핏 밸브의 단면 개략도를 나타낸다.

본 발명의 구성을 도면을 사용하여 설명한다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태인 압력 변동 흡착형 산소 농축 장치를 예시한 개략 장치 구성도이다. 이 도 1 에 있어서, 1 은 산소 농축 장치, 3 은 가습된 산소 부화 공기를 흡입하는 사용자 (환자) 를 나타낸다. 압력 변동 흡착형 산소 농축 장치 (1) 는, 외부 공기 도입 필터 (101), 흡기 소음기 (102), 컴프레서 (103), 유로 전환 밸브 (104), 흡착통 (105), 균압 밸브 (106), 오리피스 (107), 역지 (逆止) 밸브 (108), 제품 탱크 (109), 조압 (調壓) 밸브 (110), 유량 설정 수단 (111), 파티클 필터 (112) 를 구비한다. 이로써 외부로부터 도입한 원료 공기로부터 산소 가스를 농축한 산소 부화 공기를 제조할 수 있다. 또, 산소 농축 장치의 케이싱 내에는, 생성된 산소 부화 공기를 가습하기 위한 가습기 (201), 상기 유량 설정 수단 (111) 의 설정값과, 산소 농도 센서 (301), 유량 센서 (302), 압력 센서 (303) 의 측정값을 사용하여, 컴프레서나 유로 전환 밸브를 제어하는 제어 수단 (401), 컴프레서의 소음을 방음하기 위한 컴프레서 박스 (501), 컴프레서를 냉각시키기 위한 냉각팬 (502) 이 내장되어 있다.

먼저 외부로부터 도입되는 원료 공기는, 먼지 등의 이물질을 제거하기 위한 외부 공기 도입 필터 (101), 흡기 소음기 (102) 를 구비한 공기 도입구로부터 도입된다. 이 때, 통상적인 공기 중에는, 약 21 ％ 의 산소 가스, 약 77 ％ 의 질소 가스, 0.8 ％ 의 아르곤 가스, 수증기 외의 가스가 1.2 ％ 포함되어 있다. 이러한 장치에서는, 호흡용 가스로서 필요한 산소 가스만을 농축하여 취출한다.

이 산소 가스의 취출은, 원료 공기를 산소 분자보다 질소 분자를 선택적으로 흡착하는 제올라이트 등으로 이루어지는 흡착재가 충전된 흡착통 (105) 에 대하여, 유로 전환 밸브 (104) 에 의해 대상으로 하는 흡착통을 순차 전환하면서, 원료 공기를 컴프레서 (103) 에 의해 가압하여 공급하고, 흡착통 내에서 원료 공기 중에 포함되는 약 77 ％ 의 질소 가스를 선택적으로 흡착 제거한다.

상기 흡착통으로는, 상기 흡착재를 충전한 원통상 용기로 형성되고, 통상 1 통식이나 도 1 에 나타내는 흡착통 (A), 흡착통 (B) 을 사용한 2 통식 외에 3 통 이상의 다통식이 사용되는데, 연속적 또한 효율적으로 원료 공기로부터 산소 부화 공기를 제조하기 위해서는 2 통 이상의 흡착통을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 상기 컴프레서 (103) 로는, 요동형 공기 압축기가 사용되는 것 외에, 스크루식, 로터리식, 스크롤식 등의 회전형 공기 압축기가 사용되는 경우도 있다. 또, 이 컴프레서를 구동하는 전동기의 전원은, 교류여도 직류여도 된다.

상기 흡착통 (105) 에서 흡착되지 않은 산소 가스를 주성분으로 하는 산소 부화 공기는, 흡착통으로 역류하지 않도록 형성된 역지 밸브 (108) 를 개재하여, 제품 탱크 (109) 에 유입된다.

또, 흡착통 내에 충전된 흡착재에 흡착된 질소 가스는, 새롭게 도입되는 원료 공기로부터 다시 질소 가스를 흡착하기 위하여 흡착재로부터 탈착시킬 필요가 있다. 이 때문에, 컴프레서에 의해 실현되는 가압 상태로부터, 유로 전환 밸브에 의해 감압 상태 (예를 들어 대기압 상태 또는 부압 상태) 로 전환하고, 흡착되어 있던 질소 가스를 탈착시켜 흡착재를 재생시킨다.

가압 에너지를 회수하기 위하여, 흡착 공정 종료 직후의 흡착통과 탈착 공정 종료 직후의 흡착통의 제품단 (端) 끼리를, 균압 밸브 (106) 의 개폐에 의해 접속함으로써 양통의 압력을 균압시키고 압력 에너지를 회수한다. 또 탈착 공정에 있어서, 그 탈착 효율을 높이기 위하여, 흡착 공정 중의 흡착통의 제품단측으로부터 산소 부화 공기를 퍼지 가스로서 역류시키는 퍼지 공정을 형성해도 된다. 이 때, 균압 밸브를 개재하여 흐르는 가스의 유량을 일정해지도록 조정하기 위하여 균압 밸브 (106) 의 양단에는 오리피스 구조체 (107) 를 구비한다.

통상, 질소를 탈착시킬 때에는 큰 기류음이 발생하기 때문에, 일반적으로는 질소 배기 소음기 (503) 가 사용된다.

원료 공기로부터 생성된 산소 부화 공기는, 제품 탱크 (109) 에 저장된다. 이 제품 탱크 (109) 에 저장된 산소 부화 공기는, 예를 들어 95 ％ 와 같은 고농도의 산소 가스를 포함하고 있고, 조압 밸브 (110) 나 유량 설정 수단 (111) 등에 의해 그 공급 유량과 압력이 제어되면서 가습기 (201) 에 공급되고, 가습된 산소 부화 공기가 환자에게 공급된다. 이러한 가습기에는, 수분 투과막을 갖는 수분 투과막 모듈에 의해, 외부 공기로부터 수분을 도입하여 건조 상태의 산소 부화 공기에 공급하는 무급수식 가습기나, 물을 사용한 버블링식 가습기, 혹은 표면 증발식 가습기를 사용할 수 있다.

또, 유량 설정 수단 (111) 의 설정값을 검지하고, 제어 수단 (401) 에 의해 컴프레서의 전동기의 회전수를 제어함으로써 흡착통에 대한 공급 풍량을 제어한다. 설정 유량이 저유량인 경우에는 회전수를 떨어뜨림으로써 생성 산소량을 억제하고, 또한 소비 전력의 저감을 도모할 수 있다.

2 통식의 경우, 퍼지 공정 및 균압 공정시에는, 균압 밸브 (106) 를 여는 것에 의해 흡착통 (A) 으로부터 흡착통 (B) 으로, 또는 흡착통 (B) 으로부터 흡착통 (A) 으로 가스를 흘린다. 균압 밸브 (106) 와 흡착통 (A) 및 균압 밸브와 흡착통 (B) 사이에는 유량을 조정하기 위하여 오리피스를 구비한다.

2 통식의 산소 농축 장치의 흡착통 사이의 압력을 조정하는 균압 유로의 개폐를 제어하는 균압 밸브 (106) 에는, 도 8 에 나타내는 바와 같은 소형의 직동식 포핏 밸브가 다용된다. 도 8-2 에 나타내는 바와 같이 밸브부의 유로 구조가 가스 유로의 입측과 출측에서는 상이하며, 균압 밸브 (106) 는 입측으로부터 출측으로 흐르는 유로와, 출측으로부터 입측으로 흐르는 유로의 구조는 비대칭이 된다. 이 때문에, 균압 밸브의 입측을 흡착통 (A) 측이, 균압 밸브의 출측을 흡착통 (B) 측이 되도록 균압 밸브를 장착한 경우, 도 2 에 나타내는 바와 같이 흐르는 방향에 따라 압력 손실의 값이 상이하다. 통상, 이러한 전자 밸브는, 일방향으로 흐르는 가스 유로의 개폐 제어에 사용하는 것을 전제로 만들어져 있으며, 전자 밸브의 정역 (正逆) 양방향으로 가스를 흘린 경우에는, 압력 손실차에 차이가 발생하고, 만일 전자 밸브의 양단에 동일한 압력이 가해졌다고 해도, 균압로를 흐르는 가스 흐름 방향에 의해 가스 유량에 차이가 발생한다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 산소 농축 장치의 균압로의 최대 유속으로 균압 밸브에 가스를 흘린 경우에는, 흡착통 (A) 으로부터 흡착통 (B) 으로 흘렸을 때의 압력 손실차를 100 ％ 로 했을 때에 흡착통 (B) 으로부터 흡착통 (A) 으로 흘렸을 때의 압력 손실차는 152 ％ 나 되며, 흡착통 (A) 으로부터 흡착통 (B) 으로 흘리는 것이 압력 손실이 작다. 이 때문에, 압력 변동 흡착법에 의해 흡착통 사이의 압력을 전환하고, 산소를 연속 생성할 때에, 각각 흡착통에 대하여 컴프레서로부터 동일한 양의 원료 공기를 공급하고, 흡착통 사이에 동일한 압력차가 발생했다고 해도, 흡착통 (B) 으로부터 흡착통 (A) 의 방향보다 흡착통 (A) 으로부터 흡착통 (B) 의 방향이 가스가 흐르기 쉽고, 단위 시간에 있어서의 가스 유량이 상이한 특징을 갖고 있다. 이 때문에, 균압 밸브의 양단에 오리피스를 형성하고, 흐르는 가스 유량을 제어하는 대책이 취해지고 있다.

균압 밸브의 양단에 구비하는 오리피스 구조체는, 예를 들어 도 3 과 같은 원통상의 외관을 하고 있으며, 일단은 오리피스를 구비한 오리피스판, 타단은 배관과의 접속 부위를 구비하고, 내면이 원통상의 부재로 구성되는 오리피스 구조체를 형성한다. 오리피스 구조체는 균압 밸브와 흡착통 사이의 배관 내에 압입하는 것이 바람직하지만, 균압 밸브와 오리피스 구조체의 접속은 오리피스측의 단부 (端部) 외표면에 나사홈을 구비함으로써 접속 가능하게 하고, 배관 접속 부위는 원터치 이음매 등의 접속 부위를 구비하는 구조여도 된다.

오리피스 구조체는, 도 4 와 같은 단면 형상으로 나타내는, 원판 중앙에 원통상의 오리피스를 구비한 오리피스판 (도 4-1), 원판 중앙의 오리피스를 중심으로 하는 원추상의 오목부를 갖는 오리피스판 (도 4-2) 을 구비한 구조를 갖고 있고, 오리피스 전후에서의 배관 직경이나 형상, 오리피스 자체의 형상의 차이 등, 오리피스 구조체의 형상도 비대칭이기 때문에 가스 흐름의 방향의 차이에 의해 압력 손실차가 발생한다.

도 4-1 의 오리피스 구조체의 경우에는, 오리피스 전후의 구경차의 차이에 의해, A 로부터 B 방향의 압력 손실이 반대 방향에 비해 크기 때문에, AB 사이에 동일한 압력차가 있는 경우, B 로부터 A 로 가스를 흘리는 것이 반대로 흘리는 것보다 유량이 커진다. 도 4-2 의 오리피스 구조체도 동일하게 비대칭이기 때문에, 압력 손실차가 발생하고, D 로부터 C 의 방향으로 가스를 흘리는 것이 C 로부터 D 의 방향으로 흘리는 것보다 유량이 커진다. 양자를 비교한 경우, 도 4-2 의 오리피스 구조체에서 D 로부터 C 의 방향으로 가스를 흘리는 것이, 도 4-1 의 오리피스의 B 로부터 A 의 방향으로 흘릴 때보다, 압력 손실이 작아지고, 보다 많은 유량이 흐른다.

동일한 오리피스 구조체를 균압 밸브 양단에 붙이면, 흐름 방향에 의한 오리피스에 있어서의 압손차가 소거되고, 결과적으로 균압 밸브의 압손차를 해소할 수는 없다. 예를 들어, 도 4-2 의 오리피스 구조체를 균압 밸브 양단에 사용한 경우, 전자 밸브의 유량의 차를 소거할 수 없기 때문에, 도 1 이 나타내는 산소 농축 장치의 균압 밸브 (106) 및 오리피스 (107) 에 탑재한 경우의 압력 손실차는, 도 6 에 나타내는 바와 같이 흡착통 (A) 으로부터 흡착통 (B) 으로 흐를 때의 압력 손실 100 ％ 에 대하여, 흡착통 (B) 으로부터 흡착통 (A) 은 102.1 ％ 가 되어, 산소의 공급을 가스의 흐르는 방향에 따라 유량이 상이한 상태가 된다. 오리피스를 붙인 것에 의해 균압로를 흐르는 최대 유속을 흘렸을 때의 압력 손실은 절대적으로 높아지고, 산소 농도의 저하, 산소 농도 불안정화를 초래한다. 압손차를 제로로 가지고 가는 것이 생성 산소 농도의 상승, 공급 산소 농도의 안정화에 중요하다.

동일 형상의 오리피스보다, 상이한 형상의 오리피스를 조합하는 것이, 오리피스의 조합에 의한 압손차의 편차를 작게 제어할 수 있다. 생성하는 제품 가스의 산소 농도를 90 ％ 이상으로 제어하기 위해서는 균압 밸브 구조체의 압손차를 5 ㎪ 이내로, 93 ％ 이상을 유지하려면 1 ㎪ 이하, 가능하면 제로에 가까워지도록 제어하는 것이 바람직하다.

본원발명의 산소 농축 장치의 실시양태예에서는, 도 4-1, 도 4-2 와 같은 상이한 형상의 오리피스 구조체를 도 5 와 같이 전자 밸브의 단에 각각 구비하고, 균압 밸브가 흐르기 어려운 방향을 향해 오리피스가 흐르기 쉽도록 오리피스의 방향을 배치함으로써, 오리피스 구조체를 흐르는 가스 방향의 압력 손실차가 균압 밸브의 압력 손실차를 서로 소거하는 구성이 된다.

도 7 에 나타내는 바와 같이, 균압로를 흐르는 방향에 의한 압력 손실의 차는, 흡착통 (A) 으로부터 흡착통 (B) 으로 흐를 때의 압력 손실 100 ％ 에 대하여, 흡착통 (B) 으로부터 흡착통 (A) 은 99.4 ％ 로, 1 ％ 이하의 동등 레벨로 저감시키는 설계로 되어 있고, 흡착통 (A) 으로부터 흡착통 (B) 으로 흘릴 때와, 흡착통 (B) 으로부터 흡착통 (A) 으로 흘릴 때와 동일한 양의 유량이 흐른다.

상기 실시양태예에서는, 균압로를 흐르는 가스의 일방의 흐름의 압력 손실과 반대 방향의 흐름의 압력 손실이 동등해지도록, 그 균압 밸브의 적어도 일단측에, 흐름 방향에 의해 압력 손실의 차를 갖는 압력 제어 부재로서, 오리피스 구조체를 구비하는 산소 농축 장치를 예시했지만, 압손차를 제어할 수 있으면, 균압로 등의 배관 부재의 배관 형상의 차이에 의한 제어로도 가능하다.

[균압 밸브 구조체의 압손차와 산소 농도의 관계]

균압 밸브 (106) 의 양단에 오리피스 (107) 를 구비한 균압 밸브 구조체에 대하여, 균압로의 흐름 방향에 따라 상이한 압손차를 갖는 균압 밸브 구조체 4 수준을 준비하고, 도 1 에 기재된 산소 농축 장치의 균압로에 순방향 및 역방향으로 장착하여, 합계 8 수준의 압손차를 갖는 장치에 대하여, 제품 가스로서 생성되는 산소 농축 가스의 산소 농도를 측정하였다.

균압 밸브 구조체의 흐름 방향에 의한 압력 손실이 동일한, 즉 압손차가 0 에서 제품 가스의 산소 농도가 최대가 되고, 압손차가 5 ㎪ 보다 작아지도록 오리피스를 선택함으로써, 90 ％ 이상의 산소 농도를 유지할 수 있다.

본 발명의 산소 농축 장치에서는, 오리피스 구조체와 균압 밸브를 조합함으로써, 흡착통 사이의 압력 손실차를 없애도록 설정하고, 유량의 차를 저감시키는 균압로를 구비함으로써 안정적인 산소 생성을 실현할 수 있다.

1 : 산소 농축 장치,
3 : 사용자 (환자),
701 : 전원 플러그,
101 : HEPA 필터,
102 : 흡기 소음기,
103 : 컴프레서,
104 : 유로 전환 밸브,
105 : 흡착통,
106 : 균압 밸브,
107 : 오리피스,
108 : 역지 밸브,
109 : 제품 탱크,
110 : 조압 밸브,
111 : 유량 설정 수단,
112 : 파티클 필터,
201 : 가습기,
301 : 산소 농도 센서,
302 : 유량 센서,
303 : 압력 센서,
401 : 제어 수단,
501 : 컴프레서 박스,
502 : 냉각팬,
503 : 배기 소음기,
801 : 슬리브,
802 : 코일,
803 : 플런저,
804 : 밸브체,
805 : 밸브 시트

Claims

산소보다 질소를 우선적으로 흡착하는 흡착재를 충전한 흡착통과, 그 흡착통에 가압 공기를 공급하는 컴프레서와, 그 흡착통에 가압 공기를 공급하여 가압 공기 중의 질소를 흡착하고 미흡착된 산소를 생성하는 흡착 공정과, 그 흡착통을 감압 퍼지하고 질소를 탈착하여 흡착재를 재생하는 탈착 공정, 흡착 공정 종료 후의 흡착통과 탈착 공정 종료 후의 흡착통끼리를 접속하여 양통을 균압하는 균압 공정을 일정 타이밍으로 반복하기 위하여, 그 컴프레서와 그 흡착통, 그 흡착통과 탈착 가스를 계 외로 배기하는 배기관 사이의 유로를 전환하는 유로 전환 밸브, 그 흡착통 사이를 연결하는 균압로에 구비한 균압 밸브를 구비하고, 산소 농축 가스를 생성하는 산소 농축 장치에 있어서, 그 균압로를 흐르는 가스의 일방의 흐름의 압력 손실과 반대 방향의 흐름의 압력 손실이 동등해지도록, 그 균압 밸브의 양단에 균압 밸브측에 접속하는 오리피스판 및 배관 접속부를 구비한 원통 부재를 갖는 오리피스 구조체를 구비하고, 그 균압 밸브의 입측의 오리피스 구조체가, 오리피스판의 원통 부재측이 오리피스를 오목부로 하는 원추 형상의 테이퍼 부위를 구비하고, 균압 밸브의 출측의 오리피스 구조체가, 오리피스판의 원통 부재측이 평면 형상 부재인 구조체의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 산소 농축 장치.
제 1 항에 있어서,
그 균압로를 흐르는 가스의 일방의 흐름의 압력 손실과 반대 방향의 흐름의 압력 손실의 차가 5 ㎪ 이하인, 산소 농축 장치.
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