KR20000019894A

KR20000019894A - 의료용 산소공급장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR20000019894A
Application number: KR1019980038227A
Authority: KR
Inventors: 이태수
Original assignee: 이태수
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1998-09-16
Publication date: 2000-04-15
Also published as: KR100359274B1

Abstract

개시된 내용은 농축산소공급시의 유출량 변화를 농축 초기부터 제어하도록 하여 사용자가 요구하는 농축산소량에 따라 밸브개폐시간을 제어하여 균일한 순도의 산소를 공급함과 동시에 소음을 줄이며, 산소농축 효율을 높이며, 소요동력을 줄인 의료용 산소공급장치와, 그 제어방법을 제공하고자 한다.

이를 위하여 기체를 소정의 압력으로 가압시킨 압축공기중 질소를 흡착제로 흡착함과 동시에 흡착되지 않은 산소는 별도로 농축토록 하는 산소농축수단(100); 및 상기 산소농축수단(100)을 통하여 산소를 농축함과 동시에 이 농축산소를 필요한 량으로 유출가능하게 하도록 유량조절수단(200)을 포함하는 의료용 산소공급장치를 제공하며, 기체를 가압시켜 소정의 가압된 공기를 출력시키는 단계와, 상기 압축 기체를 소정의 개폐신호로서 밸브들을 개방하는 밸브제어단계와, 상기 제어된 밸브를 통하여 상기 가압공기가 흡착베드로 공급되는 흡착단계와, 흡착후 평형밸브 온(ON)시에만 세정베드로 가압공기를 공급하고, 평형밸브가 오프(OFF)일때는 저장탱크로 공급하는 단계와, 전원 공급과 동시에 유출 산소량을 제어부(CPU)에서 읽어드려 소정의 가압신호와 밸브구동신호를 제어하는 단계로 이루어지는 의료용 산소공급장치의 제어방법을 제공한다.

Description

의료용 산소공급장치 및 그 제어방법

본 발명은 의료용 산소공급장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 산소농축장치의 유출량 변화를 압축 초기부터 제어하도록 하여 사용자가 요구하는 농축산소량에 따라 밸브개폐시간을 제어하여 균일한 순도의 산소를 공급함과 동시에 소요 동력을 줄여 산소농축 효율을 높인 의료용 산소공급장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

산소농축기의 작동원리는 제오라이트라 불리는 흡착제가 소정의 기체분자를 흡착시키는 성질을 이용한다. 대기중 약 80%를 차지하는 질소는 산소보다 제오라이트에 잘 흡착하므로 공기를 흡착제가 충전된 흡착베드에 유입시키면 질소 성분은 흡착제에 흡착되고, 질소성분이 줄어든 기체는 베드상단 출구로 배출된다. 이 기체의 주성분은 산소이다.

또한, 질소흡착이란 가압기체를 소정의 흡착제를 통과하므로서 질소만이 흡착되고 나머지 기체는 통과함을 의미하고, 탈착이란 흡착제에 흡착된 흡착기체를 상기 통과기체중 일부로서 저압상태에서 재순환토록 하므로서 흡착능이 떨어진 흡착제를 세정시켜 흡착능을 회복함을 의미한다.

종래에 알려진 산소농축장치는 단순한 산소농축장치로서 그 유출량의 변화를 감안하지 않는다. 이와같은 단순 산소농축 혹은 기체생성장치는 많이 알려져 있다.

산소농축만을 예를들면 일본특허공보 특공평6-91927호로 알려진 기체생성장치가 있다. 이와같은 산소농축기의 구성은 크게 네가지로 구분된다.

대략 공기로부터 질소와 산소를 분리하는 흡착부, 공기압축,저장,유출에 관련하는 작동부, 밸브를 개폐하기 위한 제어부 및 이들을 결합하기 위한 후레임부로 이루어진다.

이 기체생성장치의 핵심은 동 공보에 기재하는 바와같이 흡착제가 충전된 흡착조에 혼합기체를 공급하여 소정 기체를 흡착하는 공정과, 상기 흡착제에 흡착된 하나의 기체를 상기 흡착제로부터 탈착하는 공정을 반복하므로서 소정의 기체를 일정한 농도로 얻게되는 기체생성장치에 있어서, 흡착조에서 얻은 기체중 일부를 상기 탈착공정시 상기 흡착조에 환류하는 것을 특징으로 하는 기체생성장치이다.

그러나, 이와같은 생성기체를 농축 생성함과 동시에 이를 공급하는 과정에서 나타나는 제반 문제점에 대한 대책은 없다.

즉, 상기한 기체생성장치에서는 산소농축만 진행되므로 생산유량에 관계없이 밸브개폐주기가 일정하게 작동한다.

따라서 농축산소의 공급을 위하여 유출량에 변화가 있는 경우에는 산소순도가 균일하지 않을 뿐만 아니라 사용자의 임의 작동에 따른 산소의 공급이 불균형적으로 유출되어 농축과정 및 산소공급의 전체시스템이 원활하게 작동하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 기체중 산소를 농축함과 동시에 공급함에 있어서, 사용자가 요구하는 농축산소 유출량에 따라 밸브개폐시간을 제어하는 산소공급장치를 제공하며, 이와같은 산소공급장치를 제어하기 위한 제어방법을 제공하고자 하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명은 궁극적으로 유출량 제어에 따라 원활한 농축 및 공급작동이 이루어져 소요 동력을 적절하게 줄이고, 균일한 순도의 산소를 공급함과 아울러 농축효율을 극대화한 산소농축 및 공급장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명은 또한, 상기와 같은 농축과정에서 발생되는 소음의 발생을 줄인 산소농축 및 공급장치를 제공하고자 하는 데에도 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명 의료용 산소공급장치의 외부 정면도

도 2는 본 발명 의료용 산소공급장치의 외부 측면도

도 3은 본 발명 의료용 산소공급장치의 전체 구성도

도 4a는 본 발명 의료용 산소공급장치가 설치된 내부측면도

도 4b는 본 발명 의료용 산소공급장치가 설치된 내부 정면도

도 5a는 본 발명 의료용 산소공급장치의 유량조절수단의 정면도

도 5b는 본 발명 의료용 산소공급장치의 유량조절수단의 측면도

도 6은 본 발명 의료용 산소공급장치의 제어과정을 나타내는 계통도

도 7은 본 발명 의료용 산송공급장치의 제어과정을 나타내는 훌로우차트도

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100:산소농축수단..............................200:유량조절수단

110:제 1흡착베드..............................111:흡착제

112:뚜껑......................................113:오링

114:공급판체..................................115:스프링

116:부직포....................................120:제 2흡착베드

130:공기압축기................................131:방진부재

132:소음차단용 흡음스폰지.....................133:냉각용 팬

141,143:가압밸브..............................142,144:세정밸브

145:평형밸브..................................146:오리피스

150:저장탱크..................................152:압력센서,

160,162:체크밸브..............................170:흡입휠터

172:출구휠터..................................180:소음기

181:연결부....................................182:공간

183:미세금속입자..............................190:투명호스

200:유량조절수단..............................210:압력조절기

220:체크밸브..................................230:가변저항기

231:기어......................................232:저항축

233:전압입력부................................234:전압출력부

240:유량표시계................................250:조절손잡이

260:항균휠터..................................300:후레임

310:외부케이싱................................320:가습기

330:전원스위치................................340:바퀴

이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 목적은 의료용 산소공급장치에 있어서, 가압 기체중 질소를 흡착제로 흡착함과 동시에 흡착되지 않은 산소는 농축토록하는 산소농축수단 및 농축산소를 필요에 따라 유출하고, 유출되는 농축산소의 유출량은 소정 신호로 궤환시켜 산소농축 초기부터 유출량에 비례한 제어가 이루어지게 하는 유량조절수단을 포함하는 의료용 산소공급장치로서 달성한다.

본 발명은 이와같은 유출량에 따라 산소농축이 제어되는 상기 산소공급장치에 나선을 형성한 연결부와, 이 연결부로부터 소정의 막힌 공간으로 이루어지며, 이 공간을 둘러싸는 미세 금속입자들의 응결체로 이루어진 다공성 외주를 형성한 소음장치를 포함하므로서 배출소음을 개선할 수 있다.

상기한 산소농축수단은 밸브들이 베드에 주기적으로 가압,감압의 작동을 하여 질소의 흡착 및 탈착작용을 개시한다. 즉, 공기압축기는 항상 작동하고 있으므로 제1,2가압밸브는 교대로 개방된다. 베드가압시에는 베드하부와 가압밸브사이에 연결되어 있는 세정밸브도 이용된다. 세정밸브가 개방되고, 가압밸브가 폐쇄되면 베드내의 기체가 대기와의 압력차에 의해 세정밸브를 통해 T자연결부와 소음기를 거쳐 대기중으로 배출된다. 베드내에서 질소흡착이 발생하기 위해서는 약 3기압정도의 흡착 압력이 필요하다. 이 과정에서 가압시간이 길면 전체 공정주기가 길어지게 되므로 일정시간동안 농축할 수 있는 산소량은 적어진다. 평형밸브는 빠른 시간내에 압력을 높인다. 상기 평형밸브는 제 1베드와 제 2베드의 상부를 상호 연결하고 있으므로 평형밸브가 개방되면 고압상태의 제 2베드로부터 가압중인 제 1베드로 내부 압력차에 의해 1차 농축된 기체가 이동하여 제 2베드는 압력이 급감하고 제 1베드는 급상승하여 베드의 압력평형을 이루는 산소농축과정의 특징이 있다.

본 발명은 기체압을 가압시켜 소정의 가압된 공기를 출력시키는 단계와, 상기 압축 기체를 소정의 개폐신호로서 밸브들을 개방하는 밸브제어단계와, 상기 제어된 밸브를 통하여 상기 가압공기가 흡착베드로 공급되는 흡착단계와, 흡착후 평형밸브 온(ON)시에만 세정베드로 가압공기를 공급하고, 평형밸브가 오프(OFF)일때는 저장탱크로 공급하는 단계로 이루어져 흡착조를 통하여 기체를 흡,탈착 반복하여 산소를 농축,공급시키는 방법에 있어서, 전원 공급과 동시에 유출 산소량을 제어부(CPU)에서 읽어드려 소정의 가압신호와 밸브구동신호를 출력하는 단계에 그 특징이 있다.

이와같은 농축 산소공급장치와 그 제어방법에 의하여 본 발명은 산소 농축기를 사용함에 있어서, 사용자가 요구하는 농축산소량에 따라 밸브개폐시간을 제어하여 균일한 순도의 산소를 공급함과 동시에 소요 동력을 줄여, 농축 및 산소농축효율을 극대화하게 되는 특징을 갖는다.

이하 본 발명의 산소농축 및 공급장치의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거 상세하게 설명한다.

첨부 도면중 도 1은 본 발명 의료용 산소공급장치의 외부 정면도이고, 도 2는 본 발명 의료용 산소공급장치의 외부 측면도이며, 도 3은 본 발명 의료용 산소공급장치의 전체 구성도이고, 도 4a는 본 발명 의료용 산소공급장치가 설치된 내부측면도이며, 도 4b는 본 발명 의료용 산소공급장치가 설치된 내부 정면도이다.

상기한 도면에 따르는 본 발명은 기체중 질소를 흡,탈착하면서 산소를 농축하기 위한 산소농축수단(100)과, 농축된 산소를 적절히 사용하기 위한 유량조절수단(200)으로 구분된다.

산소농축수단(100)은 가압 기체중 질소를 흡착제로 흡착함과 동시에 흡착되지 않은 산소는 농축시키기 위하여 제 1, 제 2흡착베드(110)(120)와, 공기압축기(130)와, 밸브(141)(142)(143)(144)(145)(160)(162)들과, 저장탱크(150)와, 휠터(170)(172)들과, 호스(190)를 구비한다.

상기 제 1, 제 2흡착베드(110)(120)는 원통형 알루미늄으로 이루어지며, 대기중의 질소를 분리하여 산소를 농축하는 역할을 한다. 베드의 상,하 연결부는 흡착제(111)의 성능이 저하되었을 때 흡착제(111)를 교환할 수 있는 볼트조립구조로 된다. 본 발명에서는 상기 제 2흡착베드(120)를 구성하는 부품들에 대하여 제 1흡착베드(110)와 중복되므로 이의 설명은 생략한다.

이 흡착베드의 조립구조는 상기한 원통형의 제 1 흡착베드(110)와, 이 베드(110)의 상,하에 개폐가능하게 설치되는 뚜껑(112)과, 상기 제 1흡착베드(110)내에 충전되는 습기와 열에 민감한 흡착제(111)와, 상기 뚜껑(112)에 연결되며, 상,하 직경이 각각 다른 투명호스(190)와, 상기 뚜껑(112)의 밀폐를 위한 오링(113)과, 상기 베드(110)내부에 충전되는 흡착제(111)를 고정하기 위하여 알루미늄으로 이루어진 상,하 공급판체(114)와, 상기 흡착제(111)의 유동을 방지하기 위하여 상기 공급판체(114)와 뚜껑(112)사이에 설치되는 스프링(115)과, 상기 공급판체(114)저면에서 미세 흡착제 입자를 제거하기 위한 부직포(116)로 이루어진다.

공기압축기(130)는 상기 흡착베드(110)(120)로 소정의 공기를 압축,공급하기 위한 콤프레셔가 적용된다. 콤프레셔는 무겁고 부피가 크고 소음 및 열을 발생시키므로 장치 하부에 위치되며, 방진부재(131),소음차단용 흡음스폰지(132), 냉각용 팬(133)을 함께 구비한다.

밸브들은 4개의 2방향 직동형 밸브(141)(142)(143)(144)와, 1개의 3방향 평형밸브(145)로 이루어지며 제어회로의 신호에 의하여 솔레노이드를 작동시켜 개폐한다.

상기 밸브중 밸브(141)(143)는 개폐되면서 공기압축기(130)에서 베드(110)(120)로 유입되는 압축 공기의 유량을 조절하는 가압밸브이다.

상기 밸브중 밸브(142)(144)는 베드의 압력을 낮추기 위하여 하부로 유출되는 공기량을 조절하는 2방향 세정밸브이다.

상기 밸브중 평형밸브(145)는 한 방향의 출구를 밀폐하여 양방향 밸브의 역할을 한다. 이 평형밸브(145)는 제 1,제 2흡착베드(110)(120)의 사이에 위치한다. 평형밸브(145)가 개방될 경우 고압 베드에서 저압베드로 압력차에 의한 농축산소를 가진 기체의 이동으로 두 베드(110)(120)의 압력은 같아진다.

오리피스(146)는 일부 고순도 산소를 두 흡착베드(110)(120)의 상부를 통하여 제 2흡착베드(120)상부로 유입시켜 제 2흡착베드(120) 상부에서 제 2흡착베드(120) 하부로 이동하면서 내부의 흡착제에 흡착되어 있는 질소를 탈착시키는 경우 통로 역할을 한다.

상기 밸브들은 베드에 주기적으로 가압,감압의 작동을 하여 질소의 흡착 및 탈착작용을 한다.

흡착 및 탈착과정에서는 흡착성능이 떨어진 흡착제를 재생하기 위해 베드(110)(120)의 압력을 대기압 수준으로 낮추어 질소를 탈착시켜야 한다. 이와같은 흡,탈착에서는 밸브의 개폐시간으로 유량과 압력의 변화를 주어 산소농축기의 효율과 순도를 결정하는 역할을 한다.

저장탱크(150)는 농축 산소가 저장된다. 베드에서 농축된 산소는 베드 압력에 따라 순도가 불균일하므로 저장탱크(150)로 유입되는 산소를 혼합시켜 순도를 균일하게 유지한다. 저장탱크(150)의 출구측에는 압력센서(152)를 구비한다.

체크밸브(160)(162)는 기체가 한쪽 방향으로만 흐르게 하며, 저장탱크(150)의 압력보다 베드(110)(120)의 압력이 클 경우 작동한다.

체크밸브(160)(162)는 한쪽베드에서 농축된 산소가 다른 베드로 역류하는 것을 방지하며, 농축 산소가 투명호스(190)를 따라 저장탱크(150)로 유입되게 한다. 흡입,출구휠터(170)(172)는 흡입 및 공급기체중 이물질을 제거한다.

본 발명은 상기한 농축수단(100)에 소음(消音)장치(180)를 더 구비한다.

상기 소음수단(180)은 나사 형성의 연결부(181)와, 이 연결부(181)로부터 소정의 막힌 공간(182)으로 이루어지며, 이 공간(182)을 둘러싸는 외주는 미세 금속입자(183)들의 응결체로 이루어진 다공성의 외주면을 형성한다.

본 발명 소음장치(180)는 밸브를 통해 압축공기가 배출될 때 주변 대기와의 압력차로 인해 발생되는 소음을 방지한다. 설치위치는 세정밸브(142)(144)의 사이에 위치하며, 약 50%의 소음 감소효과를 가져온다. 소음장치(180)를 통해 배출되는 기체성분은 질소가 많으므로 흡입휠터(170)를 통해 베드내부로 재유입되는 경우 산소 농축량이 저하되므로 소음기의 위치는 공기압축기(130)의 흡입휠터(170)와 격리되는 위치로 한다.

첨부 도면중 도 5a는 본 발명 의료용 산소공급장치의 유량조절수단의 정면도이고, 도 5b는 본 발명 의료용 산소공급장치의 유량조절수단의 측면도이다.

상기한 도면들에 띠르는 본 발명 유량조절수단(200)은 상기 흡탈착되어 농축된 산소의 유출량을 조절한다.

유량조절수단(200)은 압력조절기(210)와, 체크밸브(220)와, 가변저항기(230)와, 유량표시계(240)와,조절손잡이(250)와,항균휠터(260)로 이루어진다.

압력 조절기(210)는 유량표시계(240)를 통해 배출되는 산소의 압력을 지정압력으로 유지한다. 압력조절기(210)는 저장탱크(150)에서 유량표시계(240)로 유입되는 산소의 압력을 낮추며, 저장탱크(150)의 압력을 일정하게 유지한다.

체크밸브(220)는 유출되는 산소의 역류를 방지한다. 가변저항기(230)는 손잡이(250)의 조절로서 가변저하값을 결정하면 그 하부에 연결된 저항축(232)이 기어(231)회동으로 소정의 저항값을 가진다.

본 발명은 필요한 농축 산소의 유출량을 유량계 손잡이(250)에 부착된 가변저항(230)에 의하여 조절한다. 유량계 손잡이(250)의 회전수는 압력조절기에 의해 일정해지므로 사용유량은 유량계와 연결된 가변 저항의 저항값 변화로 감지할 수 있다.

가변저항(230)은 0-10kΩ의 10바퀴 회전식 가변저항으로 1회전에 따른 저항값은 1kΩ이다. 상기 가변저항은 세 개의 단자를 가진다. 두 개는 구동 전압 입력부(233)이고, 하나는 전압출력부(234)이다. 전압입력부(233)사이의 전압이 가장크고, 전압출력부(234)와 전압입력부(233) 사이의 저항은 저항축의 회전변위에 따라 0부터 증가하게 된다.

전압 입력부(233)에 5V 전압을 걸어주면 전압출력부(234)는 0V부터 회전변위가 증가함에 따른 비례전압을 출력하게 된다. 따라서 유량계 손잡이(250)와 연동되는 가변저항(230)은 유량계 손잡이(250)의 변위에 대하여 상응하는 전압변화를 가지게 된다.

본 발명은 유량변화에 따른 유량계 손잡이(250)의 회전수로부터 연동된 가변저항(230)의 전압차를 이용한다.

즉, 사용자가 유량을 설정하기 위하여 손잡이(250)를 돌리면 가변저항(230)의 저항값도 바뀌어 가변 저항의 출력 전압도 변화한다.

이와같은 출력전압의 변화는 기 설정된 값이 저장되어 있고 이를 상기 변화된 값과 비교하는 소정의 제어회로로서 제어된다. 제어된 출력은 상기 밸브들을 콘트롤하여 개폐시간을 제어한다.

본 발명의 외부는 상기한 도 1,도 2,도 4a 및 도 4b에서 도시하는 바와같이 본 발명 산소농축장치가 설치되는 소정의 후레임(300)과, 외부케이싱(310)과, 이 외부케이싱(310)의 정면에 설치되는 가습기(320)로 이루어진다.

가습기(320)는 사용자가 산소를 흡입할 때 기도가 건조해지는 것을 막으며, 외부케이싱(310)의 저부에는 바퀴(340)를 부착하여 이동가능하게 한다.

첨부 도면중 도 6은 본 발명 의료용 산소공급장치의 제어과정을 나타내는 개략적으로 나타내는 계통도이고, 도 7은 본 발명 의료용 산소공급장치의 제어과정을 나타내는 개략적인 훌로우차트도이다.

이 도면들에 의한 본 발명 산소농축 및 장치의 제어방법은 먼저 공급흡착베드(110)(120)의 가압 및 감압공정을 아래 단계별로 설명함에 따른다.

<제 1단계>

전원 공급중에는 자동제어된 상태에서 지속적으로 산소의 농축이 이루어지면서 사용자가 유량조절수단(200)의 유량표시계(240)를 개방하는 경우 산소의 유출과 동시에 유출량이 소정의 전압출력신호로서 제어수단(CPU,400)으로 읽어드려져 소정의 저장된 기준신호와 대비되어 소정의 기체가압신호와 밸브구동신호를 출력한다.

<제 2단계>

상기 읽어드린 데이터로서 대기압을 공기압축기(130)로서 가압시키면서 소정의 가압된 공기를 선택 개방된 밸브(141)측의 선택된 제 1흡착베드(110)측으로 출력시킨다.

상기 개방된 밸브(141)를 통하여 상기 가압공기가 선택된 제 1흡착베드(110)로 공급되면 1차적으로 흡착작용이 이루어지고, 소정의 흡착작용시간이 지나면 평형밸브(145)로서 초기 선택되지 않은 제 2베드(120)로 가압공기를 공급하여 흡착능이 떨어진 흡착제를 세정하면서, 저장탱크(150)로 저장한다. 물론 이 과정은 후술하는 바와같은 흡착,농축,세정작용의 반복이 이루어지므로서 완성된다.

첨부 도면중 도 3을 통하여 더욱 상세하게 설명한다.

산소농축기의 전원 스위치(330)를 작동시키면 공기 압축기(130)가 구동되면서 압축공기를 만들고 압축공기는 고압 호스(190)를 통해 제 1가압밸브(141)와 제 2가압밸브(143)사이의 T자 연결부로 보내진다.

저압상태의 제 1흡착베드(110)가압은 제 1가압밸브(141)가 개방되면서 압축공기가 T자 연결부에서 제 1흡착베드(110)로 유입되면서 시작된다.

제 1흡착베드(110)를 가압하기 위하여 제 1가압밸브(141)와 평형밸브(145)는 동시에 개방된다.

이 과정에서 압축된 공기는 제 1가압밸브(141)를 통해 제 1흡착베드(110) 하부로 유입되어 제 1흡착베드(110)를 가압한다. 이때 평형밸브(145)는 개방된 상태이므로 제 2흡착베드(120) 상부에서 고압의 기체가 제 1흡착베드(110)상부로 유입된다. 제 2흡착베드(120)의 고압기체는 제 2흡착베드(120)에서 직전 사이클을 통해 농축된 산소의 일부이다. 제 1흡착베드(110)는 공기가 제 1흡착베드(110)의 상,하부에서 동시에 유입되므로 단시간 내에 약2기압 정도로 가압된다.

이 과정에서 제 1흡착베드(110)속의 흡착제(111)에 질소가 흡착되고, 제 2흡착베드(120)속의 흡착제는 질소가 탈착되는 세정작용이 일어난다.

제 1흡착베드(110)는 흡착 압력 이상의 고압상태, 제 2흡착베드(120)는 세정이 일어나는 저압상태를 유지하게 된다.

평형밸브(145)에 의해 두 베드(110)(120)의 내부 압력이 동일하게 된후 제 1흡착베드(110)는 계속 가압되어 흡착 압력까지 상승되어야 하므로 제 2흡착베드(120)로 연결된 평형밸브(145)를 폐쇄한다.

제 1흡착베드(110)는 제 1가압밸브(141)를 통해 제 1흡착베드(110) 하부로 유입되는 고압 공기에 의해 흡착 압력까지 가압된다.

이때 제 2흡착베드(120)는 제 2세정밸브(144)가 개방되면서 내부 압력에 의해 대기중으로 제 2흡착베드(120)의 세정에 사용된 공기를 방출하면서 내부 압력이 강하된다.

제 1흡착베드(110) 하부로 유입된 고압 공기는 흡착제(111)를 통과하면서 상대적으로 흡착능이 높은 질소는 흡착제에 흡착되고,흡착능이 낮은 산소는 흡착되지 않고, 통과하게 되므로 제 1흡착베드(110) 상부에 도달하면 질소가 제거된 산소만 남는다. 이 고순도의 산소는 제 1흡착베드(110)상부와 체크밸브(160)를 통과후 저장탱크(150)로 유입된다.

이와 동시에 일부 고순도 산소는 두 흡착베드(110)(120)의 상부를 연결하고 있는 오리피스를 통해 제 2흡착베드(120)상부로 유입된다.

제 2흡착베드(120) 상부로 유입된 산소는 제 2흡착베드(120) 하부로 이동하면서 내부의 흡착제에 흡착되어 있는 질소를 탈착시킨다.

다시 제 1흡착베드(110)는 세정을 위해 감압되고 제 2흡착베드(120)는 흡착을 위해 가압되는 과정이 시작된다.

상기 과정에서 제 1흡착베드(110) 내부 흡착제(111)는 질소가 흡착되어 흡착능이 저하되었고, 제 2흡착베드(120) 내부 흡착제는 세정되어 흡착능이 회복되었다. 제 1흡착베드(110)와 제 2흡착베드(120)의 흡착 및 세정과정을 바꾸어 상기한 과정이 다시 시작된다.

평형밸브(145)가 개방되면서 제 1흡착베드(110)는 일부 고압, 고순도 산소가 제 2흡착베드(120)로 유출되어 압력이 낮아지고 제 2흡착베드(120)는 세정밸브(144)가 폐쇄되어 상부로 유입되는 산소에 의해 압력이 상승한다.

이때 제 1흡착베드(110)는 내부에 남아있는 고순도 산소를 저장탱크(150)와 제 2흡착베드(120)로 배출하기 위해 제 1가압밸브(141)를 열어 공기를 유입시킨다.

상기한 제 1, 제 2흡착베드(110)(120)는 다시 원래 과정으로 돌아가 산소를 농축하게 되며, 가압된 제 1흡착베드(110)는 흡착제 세정을 위해 감압되고, 세정된 제 2흡착베드(120)는 흡착을 위해 가압된다.

이와같은 제 1,제 2흡착베드(110)(120)의 흡착 및 탈착공정을 통해 복수 베드 내 흡착과 세정공정이 번갈아 일어나며, 유입공기에서 질소를 분리하여 산소를 농축한다. 연속적인 산소농축을 위해 흡착 및 세정되는 베드(110)(120)는 주기적으로 바뀌게 된다.

본 발명은 사용자가 유출하고 있는 유량을 감지하여 최적의 밸브 개폐시간으로 콘트롤 하므로서 산소농축 효율을 높이게 된다.

즉, 첨부 도면중 도 5a 및 도 5b는 본발명 유량조절수단(200)을 자세하게 나타낸다.

이 도면에 따르는 본 발명 농축 산소의 유량조절수단(200)은 유량계 손잡이(250)에 부착된 가변저항(230)에 의하여 개시된다.

유량계 손잡이(250)의 회전수는 압력조절기(210)에 의해 일정해지므로 사용유량은 유량계(240)와 연결된 가변 저항(230)의 저항값 변화로 감지할 수 있다.

가변저항(230)은 0-10kΩ의 10바퀴 회전식 가변저항으로 1회전에 따른 저항값은 1kΩ이다. 상기 가변저항(230)은 세 개의 단자를 가진다. 두 개는 구동 전압 입력부(233)이고, 하나는 전압출력부(234)이다. 전압입력부(233)사이의 전압이 가장크고, 전압출력부(234)와 전압입력부(233) 사이의 저항은 저항축(232)의 회전변위에 따라 0부터 증가하게 된다.

전압 입력부(233)에 5V 전압을 걸어주면 전압출력부(234)는 0V부터 회전변위가 증가함에 따른 비례전압을 출력하게 된다. 따라서 유량계 손잡이(250)와 연동되는 가변저항(230)은 유량계 손잡이(250)의 변위에 대하여 상응하는 전압변화를 가지게 된다. 본 발명은 유량변화에 따른 유량계 손잡이(250)의 회전수로부터 연동된 가변저항의 전압차를 이용한다.

즉, 사용자가 유량을 설정하기 위하여 손잡이(250)를 돌리면 가변저항(230)의 저항값도 바뀌어 가변 저항의 출력 전압도 변화한다. 이와같은 출력전압의 변화는 기 설정된 값이 저장되어 있고 이를 상기 변화된 값과 비교하는 소정의 제어회로로서 제어된다. 제어된 출력은 상기 밸브들을 콘트롤하여 개폐시간을 제어한다.

상기한 제어회로의 설정치는 일반적 사용유량인 1 lpm부터 5lpm 까지를 5단계로 나누고 각 경우에 대해 개폐시간을 바꿔가며 실험을 하였다.

베드압력과 순도를 비교하여 낮은 압력으로도 고순도의 산소를 생성하는 밸브 개폐시간을 선택하게 된다.

또한, 산소농축기 작동중에 가변저항 부착된 유량계의 손잡이를 조절하여 유량을 변화시키면서 5단계의 유량에 대한 가변저항 출력 전압값을 측정하였다.

이 실험을 통해 사용 유량 5단계에 대해 5가지 밸브 개폐시간과 가변저항의 출력전압이 소정의 설정값으로 만들어진다.

산소 농축 제어에 사용된 설정값은 사용자의 유량 설정에 대한 가변 저항의 전압 정보와 이에 대응하는 최적의 밸브 개폐시간 정보를 포함한다.

이와같이 본 발명은 그동안 기체생성장치를 통한 농축산소를 사용함에 있어 생산유량에 관계없이 밸브개폐주기가 일정할 경우 유량변화에 따라서 산소순도가 균일하지 않던 문제점을 개선하며, 사용자의 임의 작동에 따라 부하가 집중되거나 편중되어 시스템의 전체 균형이 원활하지 못한 문제점을 개선하므로서 산소 농축기를 사용함에 있어 사용자가 요구하는 농축산소량에 따라 밸브개폐시간을 제어하여 균일한 순도의 산소를 공급함과 동시에 소요 동력을 줄여 효율을 극대화한 의료용 산소공급장치를 제공하게 된다.

Claims

의료용 산소공급장치에 있어서,

기체를 소정의 압력으로 가압시킨 압축공기중 질소를 흡착제로 흡착함과 동시에 흡착되지 않은 산소는 별도로 농축토록 하는 산소농축수단; 및

상기 산소농축수단을 통하여 산소를 농축함과 동시에 이 농축산소를 필요한 량으로 유출가능하게 하도록 유량조절수단을 포함하는 의료용 산소공급장치.
제 1항에 있어서, 상기 유량조절수단은 농축산소를 사용에 따라 유출가능하게 함과 동시에 유출되는 농축산소의 유출량은 소정 신호로 제어부에 궤환시켜 산소농축 초기부터 유출량에 비례한 제어가 이루어지게 하는 유량조절수단을 포함하는 의료용 산소공급장치.
제 1항에 있어서, 상기 산소농축수단은 두 개의 제 1, 제 2흡착베드와, 이 흡착베드들에 선택적으로 소정압력으로 기체를 압축 공급하기 위한 공기압축기와, 이 흡착베드로의 가압공기를 소정의 개폐신호로 개폐시키는 복수의 가압밸브,세정밸브들과, 상기 복수의 흡착베드사이에 연결된 평형밸브와, 생성된 농축산소를 역류없이 이송하기 위한 체크밸브와 저장탱크로 이루어진 것을 특징으로 하는 의료용 산소공급장치.
제 3항에 있어서, 상기 산소농축수단의 복수의 흡착베드는, 이 베드들의 상,하에 개폐가능하게 설치되는 뚜껑과, 상기 베드들내에 충전되는 흡착제와, 상기 뚜껑의 밀폐를 위한 오링과, 상기 흡착제를 고정하기 위한 상,하 공급판체와, 상기 흡착제의 유동을 방지하기 위하여 상기 공급판체와 뚜껑사이에 설치되는 스프링과, 상기 공급판체 저면에서 미세 흡착제 입자를 제거하기 위한 부직포로 이루어지는 것을 특징으로 하는 의료용 산소공급장치.
제 1항에 있어서, 상기 산소농축수단에 소음(消音)수단을 더 포함하는 의료용 산소공급장치.
제 5항에 있어서, 상기 소음(消音)수단은 나사 형성의 연결부와, 이 연결부로부터 소정의 막힌 공간으로 이루어지며, 이 공간을 둘러싸는 외주는 미세 금속입자들의 응결체로 이루어진 다공성 외주를 형성하여 상기 복수의 세정밸브사이에 설치됨을 특징으로 하는 의료용 산소공급장치.
제 1항에 있어서, 상기 유량조절수단은 저장탱크로부터 공급되는 소정압력의 농축 산소의 압력을 조절하기 위한 압력조절기와, 농축산소의 역류방지용 체크밸브와, 조절손잡이로서 필요량을 유출하면서 이를 소정의 전압출력신호로 바꾸어주기 위한 가변저항기와, 유출되는 농축산소의 유출량을 소정의 표시기로 표시하는 유량표시계로 이루어짐을 특징으로 하는 의료용 산소공급장치.
제 1항에 있어서, 상기 복수의 베드사이에 질소가 제거된 산소를 저장탱크로 유입시킴과 동시에 두 베드의 상부를 연결하여 고순도산소 일부를 제 2베드 하부로 이동시켜 흡착제를 세정하기 위한 오리피스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 산소공급장치.
기체를 가압시켜 소정의 가압된 공기를 출력시키는 단계와, 상기 압축 기체를 소정의 개폐신호로서 밸브들을 개방하는 밸브개폐단계와, 상기 개폐된 밸브를 통하여 상기 가압공기가 제 1, 제2흡착베드로 선택공급되는 흡착단계와, 흡착후 평형밸브 온,오프로 베드세정 및 저장탱크로의 산소농축이 이루어지는 단계로 이루어져 복수의 흡착베드를 통하여 기체를 흡,탈착 반복하여 소정의 산소를 농축시키는 방법에 있어서,

전원 공급과 동시에 유출 산소량을 제어수단에서 읽어드려 소정의 가압신호와 밸브구동신호를 유출량에 따라 적절히 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 농축산소 공급장치의 제어방법.