KR102573860B1 - 스마트 제어 산소 발생 장치 및 방법 - Google Patents

스마트 제어 산소 발생 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합적인 조건의 상황에서도 균일한 품질의 산소를 공급할 수 있는 스마트 제어 산소 발생 장치에 관한 것으로, 외부 환경의 조건에 따라 산소 발생 장치 내부에서 생성되는 산소의 품질에 영향을 미치는 조건들을 제어하여 생성되는 산소의 품질이 떨어질 수 있는 상황에도 균일한 품질의 산소를 제공할 수 있는 스마트 산소 발생 장치에 관한 것으로, 외부로부터 공기를 흡입하는 흡입부; 상기 흡입부에서 흡입된 공기를 압축하여 압축공기를 생성하는 압축부; 상기 압축공기의 습도를 감지하고 습도를 조절하는 제습부; 상기 압축공기의 온도를 감지하고 온도를 조절하는 온도조절부; 상기 제습부 및 상기 온도조절부를 통해 가공된 상기 압축공기에서 산소를 분리하는 산소분리부; 상기 산소분리부에서 분리된 산소를 저장하는 산소탱크; 상기 산소분리부에서 분리된 산소 이외의 기체를 배출하는 기체배출부; 및 상기 제습부 및 온도조절부에서 감지된 습도 및 온도에 따라 상기 압축공기의 습도 및 온도를 조절하기 위해 상기 제습부 및 온도조절부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 구성을 개시한다.

Description

스마트 제어 산소 발생 장치 및 방법{SMART CONTROL OXYGEN GENERATOR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 복합적인 조건의 상황에서도 균일한 품질의 산소를 공급할 수 있는 스마트 제어 산소 발생 장치에 관한 것으로, 외부 환경의 조건에 따라 산소 발생 장치 내부에서 생성되는 산소의 품질에 영향을 미치는 조건들을 제어하여 생성되는 산소의 품질이 떨어질 수 있는 상황에도 균일한 품질의 산소를 제공할 수 있는 스마트 산소 발생 장치에 관한 것이다.
산소는 인간이 호흡함에 있어 가장 중요한 기체이다. 인간의 호흡에 필수적인 만큼 일정 농도 이상의 산소는 호흡시에 공급되어야 하고, 어느 정도의 농도 까지는 높은 농도의 산소 공급이 환자의 회복 등에 도움이 되기도 한다.
병원에서는 환자 스스로 호흡이 힘들거나, 환자의 회복에 산소 공급이 필요한 경우 산소 발생 장치를 통해 고농도의 산소를 발생시켜 순도 높은 산소를 환자에게 공급해 호흡을 돕기도 한다.
최근에는 병원 뿐만 아니라 개인들도 필요에 따라 산소 발생 장치를 개인적으로 구비하여 사용하기도 하고, 병원 이외의 업종에서도 산소 발생 장치를 이용해 고농도의 산소를 공급해 서비스를 제공하는 업종들이 증가하고 있다.
산소 발생 장치는 일반적으로 대기중의 공기를 흡입하여 다른 기체들과 산소를 분리시키고, 분리된 산소만을 따로 공급하는 구조로 고농도의 산소를 공급한다. 하지만 이러한 방법으로 산소를 발생시킴에 있어서 대기 중의 습도나 온도에 따라 생성되는 산소의 품질에 편차가 발생하고 때에 따라 필요한 만큼의 산소 농도를 공급하지 못하는 일이 발생할 수 있다.
공급되는 산소의 품질이 떨어지거나 일정하지 못하면 병원에서는 신체 상태가 좋지 않은 환자들에게 악영향을 끼칠 수 있고, 심한 경우는 환자의 생명을 좌우하는 사태까지 발생할 수도 있어 심각한 문제가 발생할 수 있는 가능성을 내포하고 있다.
따라서, 생성되는 산소의 품질의 편차를 줄이고 일정하게 고품질의 산소를 공급할 수 있는 산소 발생 장치가 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대기의 상태에 따라서도 발생되는 산소의 품질을 일정하게 유지할 수 있는 스마트 제어 산소 발생 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 발생되는 산소의 품질을 최대한 유지하면서도 에너지 효율 및 필요 공급량에 따라 대기 상태에 따른 최적 효율로 고품질의 산소를 공급하는 스마트 제어 산소 발생 장치를 제공하고자 한다.
상기한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 제어 산소 발생 장치는 외부로부터 공기를 흡입하는 흡입부; 상기 흡입부에서 흡입된 공기를 압축하여 압축공기를 생성하는 압축부; 상기 압축공기의 습도를 감지하고 습도를 조절하는 제습부; 상기 압축공기의 온도를 감지하고 온도를 조절하는 온도조절부; 상기 제습부 및 상기 온도조절부를 통해 가공된 상기 압축공기에서 산소를 분리하는 산소분리부; 상기 산소분리부에서 분리된 산소를 저장하는 산소탱크; 상기 산소분리부에서 분리된 산소 이외의 기체를 배출하는 기체배출부; 및 상기 제습부 및 온도조절부에서 감지된 습도 및 온도에 따라 상기 압축공기의 습도 및 온도를 조절하기 위해 상기 제습부 및 온도조절부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 온도조절부에서 감지한 상기 압축공기의 온도, 상기 제습부에서 감지한 상기 압축공기의 습도에 기반해 상기 분리된 산소의 품질을 예측하고, 상기 분리된 산소의 품질 저하가 예측되는 경우 상기 산소탱크에 저장된 상기 분리된 산소를 상기 산소분리부로 투입할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 목표 품질에 기반해 상기 목표 품질에 도달할 때까지 상기 산소탱크에 저장된 상기 분리된 산소를 상기 산소분리부로 투입할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 산소탱크에 저장된 상기 분리된 산소를 상기 산소분리부로 투입하는 횟수(n)가 하기 수학식 1을 만족하는 n에 의해 연산될 수 있다.
[수학식 1]
(여기서, 은 n번째 상기 흡입부로 반복 투입된 압축공기에서 분리된 산소의 품질, R은 목표 품질이다.)
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제어부는 상기 목표 품질에 도달하기 위한 n이 임계 값 이상인 경우 상기 목표 품질을 하향할 수 있다.
본 발명에 따르면, 대기 상태의 변화에도 불구하고 산소 발생 장치가 공급하는 산소의 품질을 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 발생되는 산소의 품질을 최대한 유지하면서도 에너지 효율 및 필요 공급량에 따라 대기 상태에 따른 최적 효율로 고품질의 산소를 공급할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 제어 산소 발생 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 제어 산소 발생 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '스마트 제어 산소 발생 장치 및 시스템'을 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
한편, 이하에서 표현되는 각구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다.
또한, 각구성부는 순전히 하드웨어 또는 소프트웨어의 구성만으로 구현될 수도 있지만, 동일 기능을 수행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 둘 이상의 구성부들이 함께 구현될 수도 있다.
또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 제어 산소 발생 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 제어 산소 발생 장치(100)는 흡입부(110), 압축부(120), 제습부(130), 온도조절부(140), 산소분리부(150), 산소탱크(160), 기체배출부(170) 및 제어부(180)를 포함할 수 있다.
상기 흡입부(110)는 외부로부터 공기를 흡입할 수 있다. 상기 흡입부(110)는 상기 스마트 제어 산소 발생 장치(100)의 내부로 외부의 공기 또는 대기를 흡입해 공급할 수 있다. 상기 흡입부(110)는 외부의 공기 또는 대기를 흡입할 때, 불순물을 제거하는 필터를 포함할 수 있다. 상기 흡입부(110)는 외부의 공기 또는 대기를 흡입할 때, 먼지를 제거하는 물리적 필터, 화학물질을 제거하는 화학적 필터 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 흡입부(110)는 적어도 하나 이상의 흡입구를 통해 공기 또는 대기를 흡입할 수 있다. 상기 흡입부(110)는 적어도 하나 이상의 흡입구에서 흡입된 공기 또는 대기를 1개의 경로로 취합하여 상기 스마트 제어 산소 발생 장치(100)의 내부로 공급할 수 있다.
상기 압축부(120)는 상기 흡입부(110)에서 흡입된 공기를 압축하여 압축공기를 생성할 수 있다. 상기 압축부(120)는 상기 흡입부(110)에서 공급하는 외부의 공기 또는 대기를 압축해 압축공기를 생성할 수 있다. 상기 압축부(120)는 상기 산소탱크(160)로부터 공기 또는 산소를 공급받아 압축공기를 생성할 수 있다. 상기 압축부(120)는 상기 흡입부(110) 또는 상기 산소탱크(160) 중 적어도 어느 하나에서 공기 또는 산소를 공급받아 압축공기를 생성할 수 있다. 상기 압축부(120)는 상기 제어부(180)의 제어에 따라 상기 흡입부(110) 및 상기 산소탱크(160)에서 혼합하여 공기를 공급받아 압축공기를 생성할 수 있다.
상기 제습부(130)는 상기 압축공기의 습도를 감지하고 습도를 조절할 수 있다. 상기 제습부(130)는 습도센서를 포함할 수 있다. 상기 제습부(130)는 상기 압축공기의 습도를 감지하고, 상기 압축공기의 습도가 임계값 이상인 경우 제습을 수행할 수 있다. 상기 제습부(130)는 상기 압축공기의 습도가 입계값 이하가 되도록 제습하여 습도를 조절할 수 있다. 상기 제습부(130)는 상기 제어부(180)에서 설정하는 습도에 맞게 수분을 제거하여 상기 압축공기의 습도를 조절할 수 있다. 상기 제습부(130)는 지정된 시간동안 제습을 수행할 수 있다. 상기 제습부(130)는 지정된 시간동안 제습을 상기 압축공기에 수행하여 목표로 하는 습도에 도달하지 못한 경우 반복하여 제습을 수행할 수 있다. 상기 제습부(130)는 상기 제어부(180)가 지정하는 횟수만큼 제습을 반복할 수 있다.
상기 온도조절부(140)는 상기 압축공기의 온도를 감지하고 온도를 조절할 수 있다. 상기 온도조절부(140)는 상기 압축부(120)에서 생성한 상기 압축공기의 온도가 지정된 범위를 벗어나는 경우 상기 압축공기의 온도를 조절할 수 있다. 상기 온도조절부(140)는 온도센서를 포함할 수 있다. 상기 온도조절부(140)는 상기 압축공기의 온도가 임계값 이상인 경우 냉각하여 상기 압축공기의 온도를 조절할 수 있다. 상기 온도조절부(140)는 상기 제어부(180)에서 설정하는 온도에 맞게 사기 압축공기의 온도를 조절할 수 있다. 상기 온도조절부(140)는 지정된 시간동안 온도절을 수행할 수 있다. 상기 온도조절부(140)는 지정된 시간동안 온도조절을 상기 압축공기에 수행하여 목표온도에 도달하지 못한 경우 반복하여 온도조절을 수행할 수 있다. 상기 온도조절부(140)는 상기 제어부(180)에서 지정하는 횟수만큼 온도조절을 반복할 수 있다.
상기 산소분리부(150)는 상기 제습부 및 상기 온도조절부를 통해 가공된 상기 압축공기에서 산소를 분리시킬 수 있다. 상기 산소분리부(150)는 습도 및 온도가 조절된 상기 압축공기에서 산소를 분리시킬 수 있다. 상기 산소분리부(150)는 상기 압축공기를 산소와 기타 기체로 분리할 수 있다. 상기 산소분리부(150)는 상기 압축공기에서 분리한 상기 산소를 상기 산소탱크(160)로 보낼 수 있다. 상기 산소분리부(150)는 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 오 염물질을 발생시키기 않고 안전하게 산소를 생산할 수 있다.
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 되 므로 공기로부터 산소가 분리되는 원리를 이용한다.
상기 산소탱크(160)는 상기 산소분리부(150)에서 분리된 산소를 저장할 수 있다. 상기 산소탱크(160)는 분리된 상기 산소를 상기 제어부(180)의 명령에 따라 배출구를 통해 외부로 공급할 수 있다. 상기 산소탱크(160)는 분리된 상기 산소를 상기 제어부(180)의 명령에 따라 상기 산소분리부(150)로 재투입할 수 있다. 상기 산소탱크(160)는 분리된 상기 산소를 상기 제어부(180)가 상기 산소의 품질이 임계값 이하인 경우 전달하는 재가공 명령에 따라 상기 산소분리부(150)로 재투입할 수 있다.
상기 기체배출부(170)는 상기 산소분리부에서 분리된 산소 이외의 기체를 배출할 수 있다.
상기 제어부(180)는 상기 제습부(130) 및 온도조절부(140)에서 감지된 습도 및 온도에 따라 상기 압축공기의 습도 및 온도를 조절하기 위해 상기 제습부(130) 및 온도조절부(140)의 작동을 제어할 수 있다.
상기 제어부(180)는 상기 제습부(130)의 습도센서에서 감지한 습도 값을 입력받을 수 있다. 상기 제어부(180)는 상기 온도조절부(140)의 온도센서에서 감지된 온도 값을 입력받을 수 있다.
상기 제어부(180)는 상기 온도조절부(140)에서 감지한 상기 압축공기의 온도, 상기 제습부(130)에서 감지한 상기 압축공기의 습도에 기반해 상기 분리된 산소의 품질을 예측할 수 있다. 상기 제어부(180)는 상기 압축공기의 온도 및 습도의 상관 관계에 따라 생성되는 산소의 품질을 예측할 수 있다. 상기 제어부(180)는 상기 산소의 품질이 목표 품질 R 이상인지 판단할 수 있다. 상기 제어부(180)는 상기 산소의 품질이 목표 품질 R 이하로 예상되는 경우 상기 산소를 상기 산소분리부(150)에 재투입하게 할 수 있다. 상기 제어부(180)는 상기 산소의 품질이 목표 품질 R 이하로 예상되는 경우 몇 번의 반복 투입으로 상기 목표 품질 R에 도달할 수 있는지 투입 횟수 n을 결정할 수 있다.
상기 제어부(180)는 하기 수학식 1을 연산해 상기 산소의 품질을 예측할 수 있다.
[수학식 1]
여기서, 는 기준 상태에서의 예상 산소 품질, 는 기준 상태와의 습도 차이에 따른 산소 품질의 변화 비율, 는 기준 상태와의 온도 차이에 따른 산소 품질의 변화 비율, 는 기준 상태와의 습도 및 온도 차이에 따른 변화량의 보정 가중치이다.
상기 기준 상태는 온도 25도, 습도 70%를 의미할 수 있다. 상기 는 90~95%의 산소 순도일 수 있고 수치로 0.9~0.95의 값으로 표시될 수 있다. 상기 , 는 각각 상기 기준 상태에서의 습도 차이 및 온도 차이에 따라 예상되는 상기 산소 품질의 기준 상태 산소품질 대피 비율값이다. 상기 , 는 0~1 사이의 값을 가질 수 있다. 상기 는 상기 습도 및 온도 변화의 상호작용에 따른 예측 변화량의 보정 가중치이다. 상기 는 0.8~1.2의 값을 가질 수 있다.
상기 제어부(180)는 상기 분리된 산소의 품질 저하가 예측되는 경우 상기 산소탱크(160)에 저장된 상기 분리된 산소를 상기 산소분리부(150)로 투입할 수 있다.
상기 제어부(180)는 목표 품질에 기반해 상기 목표 품질에 도달할 때까지 상기 산소탱크(160)에 저장된 상기 분리된 산소를 상기 산소분리부(150)로 투입할 수 있다.
상기 제어부(180)는 상기 산소탱크(160)에 저장된 상기 분리된 산소를 상기 산소분리부(150)로 투입하는 횟수(n)를 하기 수학식 2를 만족하는 n에 의해 연산할 수 있다.
[수학식 2]
여기서, 은 n번째 상기 흡입부로 반복 투입된 압축공기에서 분리된 산소의 품질, R은 목표 품질이다.
상기 제어부(180)는 상기 목표 품질에 도달하기 위한 n이 임계 값 이상인 경우 상기 목표 품질을 하향할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(180)는 상기 목표 품질에 도달하기 위한 n이 5보다 커지면 시스템의 효율성이 떨어진다고 판단하고 목표 품질을 하향시킬 수 있다. 상기 제어부(180)는 상기 목표 품질은 최저 80%까지 하향할 수 있다. 상기 제어부(180)는 n이 5보다 커지더라도 상기 목표 품질이 80% 이상 달성하기 위해 추가 재투입이 필요한 경우 상기 목표 품질을 하향시키지 않고 n을 더 크게 설정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 제어 산소 발생 방법의 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 제어 산소 발생 방법은 외부로부터 공기를 흡입하는 단계(S110)를 포함할 수 있다.
S110 단계에서, 상기 흡입부(110)는 외부로부터 공기를 흡입할 수 있다. 상기 흡입부(110)는 상기 스마트 제어 산소 발생 장치(100)의 내부로 외부의 공기 또는 대기를 흡입해 공급할 수 있다. 상기 흡입부(110)는 외부의 공기 또는 대기를 흡입할 때, 불순물을 제거하는 필터를 포함할 수 있다. 상기 흡입부(110)는 외부의 공기 또는 대기를 흡입할 때, 먼지를 제거하는 물리적 필터, 화학물질을 제거하는 화학적 필터 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 흡입부(110)는 적어도 하나 이상의 흡입구를 통해 공기 또는 대기를 흡입할 수 있다. 상기 흡입부(110)는 적어도 하나 이상의 흡입구에서 흡입된 공기 또는 대기를 1개의 경로로 취합하여 상기 스마트 제어 산소 발생 장치(100)의 내부로 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 제어 산소 발생 방법은 흡입된 공기를 압축하여 압축공기를 생성하는 단계(S120)를 포함할 수 있다.
S120 단계에서, 상기 압축부(120)는 상기 흡입부(110)에서 흡입된 공기를 압축하여 압축공기를 생성할 수 있다. 상기 압축부(120)는 상기 흡입부(110)에서 공급하는 외부의 공기 또는 대기를 압축해 압축공기를 생성할 수 있다. 상기 압축부(120)는 상기 산소탱크(160)로부터 공기 또는 산소를 공급받아 압축공기를 생성할 수 있다. 상기 압축부(120)는 상기 흡입부(110) 또는 상기 산소탱크(160) 중 적어도 어느 하나에서 공기 또는 산소를 공급받아 압축공기를 생성할 수 있다. 상기 압축부(120)는 상기 제어부(180)의 제어에 따라 상기 흡입부(110) 및 상기 산소탱크(160)에서 혼합하여 공기를 공급받아 압축공기를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 제어 산소 발생 방법은 상기 압축공기의 습도를 감지하고 습도를 조절하고, 상기 압축공기의 온도를 감지하고 온도를 조절하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
S130 단계에서, 상기 제습부(130)는 상기 압축공기의 습도를 감지하고 습도를 조절할 수 있다. 상기 제습부(130)는 습도센서를 포함할 수 있다. 상기 제습부(130)는 상기 압축공기의 습도를 감지하고, 상기 압축공기의 습도가 임계값 이상인 경우 제습을 수행할 수 있다. 상기 제습부(130)는 상기 압축공기의 습도가 입계값 이하가 되도록 제습하여 습도를 조절할 수 있다. 상기 제습부(130)는 상기 제어부(180)에서 설정하는 습도에 맞게 수분을 제거하여 상기 압축공기의 습도를 조절할 수 있다. 상기 제습부(130)는 지정된 시간동안 제습을 수행할 수 있다. 상기 제습부(130)는 지정된 시간동안 제습을 상기 압축공기에 수행하여 목표로 하는 습도에 도달하지 못한 경우 반복하여 제습을 수행할 수 있다. 상기 제습부(130)는 상기 제어부(180)가 지정하는 횟수만큼 제습을 반복할 수 있다.
S130 단계에서, 상기 온도조절부(140)는 상기 압축공기의 온도를 감지하고 온도를 조절할 수 있다. 상기 온도조절부(140)는 상기 압축부(120)에서 생성한 상기 압축공기의 온도가 지정된 범위를 벗어나는 경우 상기 압축공기의 온도를 조절할 수 있다. 상기 온도조절부(140)는 온도센서를 포함할 수 있다. 상기 온도조절부(140)는 상기 압축공기의 온도가 임계값 이상인 경우 냉각하여 상기 압축공기의 온도를 조절할 수 있다. 상기 온도조절부(140)는 상기 제어부(180)에서 설정하는 온도에 맞게 사기 압축공기의 온도를 조절할 수 있다. 상기 온도조절부(140)는 지정된 시간동안 온도절을 수행할 수 있다. 상기 온도조절부(140)는 지정된 시간동안 온도조절을 상기 압축공기에 수행하여 목표온도에 도달하지 못한 경우 반복하여 온도조절을 수행할 수 있다. 상기 온도조절부(140)는 상기 제어부(180)에서 지정하는 횟수만큼 온도조절을 반복할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 제어 산소 발생 방법은 가공된 상기 압축공기에서 산소를 분리하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.
S140 단계에서, 상기 산소분리부(150)는 상기 제습부 및 상기 온도조절부를 통해 가공된 상기 압축공기에서 산소를 분리시킬 수 있다. 상기 산소분리부(150)는 습도 및 온도가 조절된 상기 압축공기에서 산소를 분리시킬 수 있다. 상기 산소분리부(150)는 상기 압축공기를 산소와 기타 기체로 분리할 수 있다. 상기 산소분리부(150)는 상기 압축공기에서 분리한 상기 산소를 상기 산소탱크(160)로 보낼 수 있다. 상기 산소분리부(150)는 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 오 염물질을 발생시키기 않고 안전하게 산소를 생산할 수 있다.
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 되 므로 공기로부터 산소가 분리되는 원리를 이용한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 제어 산소 발생 방법은 상기 산소분리부에서 분리된 산소를 저장하고, 분리된 산소 이외의 기체를 배출하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.
S150 단계에서, 상기 산소탱크(160)는 상기 산소분리부(150)에서 분리된 산소를 저장할 수 있다. 상기 산소탱크(160)는 분리된 상기 산소를 상기 제어부(180)의 명령에 따라 배출구를 통해 외부로 공급할 수 있다. 상기 산소탱크(160)는 분리된 상기 산소를 상기 제어부(180)의 명령에 따라 상기 산소분리부(150)로 재투입할 수 있다. 상기 산소탱크(160)는 분리된 상기 산소를 상기 제어부(180)가 상기 산소의 품질이 임계값 이하인 경우 전달하는 재가공 명령에 따라 상기 산소분리부(150)로 재투입할 수 있다.
S150 단계에서, 상기 기체배출부(170)는 상기 산소분리부에서 분리된 산소 이외의 기체를 배출할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 제어 산소 발생 방법은 감지된 습도 및 온도에 따라 상기 압축공기의 습도 및 온도를 조절하기 위해 제습 및 온도조절의 작동을 제어하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.
S160 단계에서, 상기 제어부(180)는 상기 제습부(130) 및 온도조절부(140)에서 감지된 습도 및 온도에 따라 상기 압축공기의 습도 및 온도를 조절하기 위해 상기 제습부(130) 및 온도조절부(140)의 작동을 제어할 수 있다.
S160 단계에서, 상기 제어부(180)는 상기 제습부(130)의 습도센서에서 감지한 습도 값을 입력받을 수 있다. 상기 제어부(180)는 상기 온도조절부(140)의 온도센서에서 감지된 온도 값을 입력받을 수 있다.
S160 단계에서, 상기 제어부(180)는 상기 온도조절부(140)에서 감지한 상기 압축공기의 온도, 상기 제습부(130)에서 감지한 상기 압축공기의 습도에 기반해 상기 분리된 산소의 품질을 예측할 수 있다. 상기 제어부(180)는 상기 압축공기의 온도 및 습도의 상관 관계에 따라 생성되는 산소의 품질을 예측할 수 있다. 상기 제어부(180)는 상기 산소의 품질이 목표 품질 R 이상인지 판단할 수 있다. 상기 제어부(180)는 상기 산소의 품질이 목표 품질 R 이하로 예상되는 경우 상기 산소를 상기 산소분리부(150)에 재투입하게 할 수 있다. 상기 제어부(180)는 상기 산소의 품질이 목표 품질 R 이하로 예상되는 경우 몇 번의 반복 투입으로 상기 목표 품질 R에 도달할 수 있는지 투입 횟수 n을 결정할 수 있다.
S160 단계에서, 상기 제어부(180)는 하기 수학식 1을 연산해 상기 산소의 품질을 예측할 수 있다.
[수학식 1]
여기서, 는 기준 상태에서의 예상 산소 품질, 는 기준 상태와의 습도 차이에 따른 산소 품질의 변화 비율, 는 기준 상태와의 온도 차이에 따른 산소 품질의 변화 비율, 는 기준 상태와의 습도 및 온도 차이에 따른 변화량의 보정 가중치이다.
S160 단계에서, 상기 기준 상태는 온도 25도, 습도 70%를 의미할 수 있다. 상기 는 90~95%의 산소 순도일 수 있고 수치로 0.9~0.95의 값으로 표시될 수 있다. 상기 , 는 각각 상기 기준 상태에서의 습도 차이 및 온도 차이에 따라 예상되는 상기 산소 품질의 기준 상태 산소품질 대피 비율값이다. 상기 , 는 0~1 사이의 값을 가질 수 있다. 상기 는 상기 습도 및 온도 변화의 상호작용에 따른 예측 변화량의 보정 가중치이다. 상기 는 0.8~1.2의 값을 가질 수 있다.
S160 단계에서, 상기 제어부(180)는 상기 분리된 산소의 품질 저하가 예측되는 경우 상기 산소탱크(160)에 저장된 상기 분리된 산소를 상기 산소분리부(150)로 투입할 수 있다.
S160 단계에서, 상기 제어부(180)는 목표 품질에 기반해 상기 목표 품질에 도달할 때까지 상기 산소탱크(160)에 저장된 상기 분리된 산소를 상기 산소분리부(150)로 투입할 수 있다.
S160 단계에서, 상기 제어부(180)는 상기 산소탱크(160)에 저장된 상기 분리된 산소를 상기 산소분리부(150)로 투입하는 횟수(n)를 하기 수학식 2를 만족하는 n에 의해 연산할 수 있다.
[수학식 2]
여기서, 은 n번째 상기 흡입부로 반복 투입된 압축공기에서 분리된 산소의 품질, R은 목표 품질이다.
S160 단계에서, 상기 제어부(180)는 상기 목표 품질에 도달하기 위한 n이 임계 값 이상인 경우 상기 목표 품질을 하향할 수 있다.
예를 들어, 상기 제어부(180)는 상기 목표 품질에 도달하기 위한 n이 5보다 커지면 시스템의 효율성이 떨어진다고 판단하고 목표 품질을 하향시킬 수 있다. 상기 제어부(180)는 상기 목표 품질은 최저 80%까지 하향할 수 있다. 상기 제어부(180)는 n이 5보다 커지더라도 상기 목표 품질이 80% 이상 달성하기 위해 추가 재투입이 필요한 경우 상기 목표 품질을 하향시키지 않고 n을 더 크게 설정할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통 상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 외부로부터 공기를 흡입하는 흡입부;
    상기 흡입부에서 흡입된 공기를 압축하여 압축공기를 생성하는 압축부;
    상기 압축공기의 습도를 감지하고 습도를 조절하는 제습부;
    상기 압축공기의 온도를 감지하고 온도를 조절하는 온도조절부;
    상기 제습부 및 상기 온도조절부를 통해 가공된 상기 압축공기에서 산소를 분리하는 산소분리부;
    상기 산소분리부에서 분리된 산소를 저장하는 산소탱크;
    상기 산소분리부에서 분리된 산소 이외의 기체를 배출하는 기체배출부; 및
    상기 제습부 및 온도조절부에서 감지된 습도 및 온도에 따라 상기 압축공기의 습도 및 온도를 조절하기 위해 상기 제습부 및 온도조절부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 흡입부는,
    먼지를 제거하는 물리적 필터, 화학물질을 제거하는 화학적 필터를 포함하고,
    상기 압축부는,
    상기 흡입부 또는 상기 산소탱크 중 적어도 어느 하나에서 공기 또는 산소를 공급받아 압축공기를 생성하고,
    상기 제습부는,
    지정된 시간동안 제습을 상기 압축공기에 수행하여 목표로 하는 습도에 도달하지 못한 경우 반복하여 제습을 수행하고,
    상기 제어부는,
    상기 온도조절부에서 감지한 상기 압축공기의 온도, 상기 제습부에서 감지한 상기 압축공기의 습도에 기반해 상기 분리된 산소의 품질을 예측하고,
    상기 분리된 산소의 품질 저하가 예측되는 경우 상기 산소탱크에 저장된 상기 분리된 산소를 상기 산소분리부로 투입하고,
    목표 품질에 기반해 상기 목표 품질에 도달할 때까지 상기 산소탱크에 저장된 상기 분리된 산소를 상기 산소분리부로 투입하고,
    하기 수학식 1을 연산해 상기 산소의 품질을 예측하고,
    상기 산소탱크에 저장된 상기 분리된 산소를 상기 산소분리부로 투입하는 횟수(n)가 하기 수학식 2를 만족하는 n에 의해 연산되고,
    상기 목표 품질에 도달하기 위한 n이 임계 값 이상인 경우 상기 목표 품질을 하향하는 스마트 제어 산소 발생 장치.
    [수학식 1]

    (여기서, 는 기준 상태에서의 예상 산소 품질, 는 기준 상태와의 습도 차이에 따른 산소 품질의 변화 비율, 는 기준 상태와의 온도 차이에 따른 산소 품질의 변화 비율, 는 기준 상태와의 습도 및 온도 차이에 따른 변화량의 보정 가중치이다.)
    [수학식 2]

    (여기서, 은 n번째 상기 흡입부로 반복 투입된 압축공기에서 분리된 산소의 품질, R은 목표 품질이다.)

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