KR200191120Y1 - 산소순도가변공급장치 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 산소농축기에서 생산된 고순도의 산소와 압축공기공급부로부터 얻은 압축공기를 가변형의 해당 유동량조절밸브들을 자동으로 단속제어하여 소망하는 비율로 혼합함에 의하여 원하는 순도의 산소를 연속적으로 자동공급할 수 있는 산소순도가변공급장치에 관한 것이다.

이러한 본 고안의 산소순도가변공급장치는 피드백방식을 채용할 경우 출력된 산소순도값을 검출하여 가공을 위한 데이터값으로 연속적으로 피드백하여 해당 조절밸브들을 연속적으로 제어보정함으로써 보다 정확히 소망하는 산소순도를 맞출 수 있음은 물론, 지속적인 순도의 유지가 가능하다. 특히, 본 고안은 어느 환경에서나 사용자가 소망하는 순도로 출력값의 변경이 용이하여, 즉각적으로 변정된 순도의 산소를 얻을 수 있다. 이상과 같은 잇점들로 인해, 본 장치는 높은 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있으며, 자동으로 산정 및 제어구동되므로 사용의 편리성을 증진할 수 있다. 그러므로, 배양실, 잠수부의 산소탱크, 위급을 요하는 구급차, 소방차 및, 폐수처리장등 일정순도의 산소공급을 요하는 곳에는 어디든지 적용이 가능하며, 특히 산소순도의 변화가 잦은 곳에서 보다 유용하게 사용될 수 있다.

Description

산소순도가변공급장치{An apparatus for controlling the oxygen purity}

본 고안은 의료용, 실험용이나 산업용으로 두루 사용되고 있는 범용 산소농축기에서 발생된 산소를 소망하는 산소순도로 조절하여 공급하는 산소공급장치에 관한 것으로, 특히 산소농축기에서 생산된 고순도의 산소와 압축공기공급부로부터 얻은 압축공기를 가변형의 해당 유동량조절밸브들을 자동으로 단속제어하여 소망하는 비율로 혼합함에 의하여 원하는 순도의 산소를 연속적으로 자동공급할 수 있는 산소순도가변공급장치에 관한 것이다.

일반적으로, 산소농축기는 대기중에서 산소를 분리농축하는 장치로, 이러한 산소농축기의 작동원리는 제올라이트(Zeolite)라 불리는 흡착제가 소정의 기체분자를 흡착시키는 성질을 이용한다. 대기중 약 80%를 차지하는 질소는 산소보다 제올라이트에 잘 흡착되므로 공기를 흡착제가 충전된 흡착베드에 유입시키게 되면 질소성분은 흡착되고, 질소성분이 줄어든 기체는 베드상단 출구로 배출된다. 그럼으로써 이렇게 배출된 기체의 주성분으로 산소를 얻게 되는 것이다.

위의 질소흡착과정은 가압기체를 소정의 흡착제를 통과시킴으로써 질소만이 흡착되고 나머지 기체는 통과시켜 공기중의 산소를 분리하여 얻는 과정으로, 이때 흡착제인 제올라이트는 질소가 흡착되어 성능이 격감하므로 질소를 그로부터 분리(탈착)하여 원래의 성능을 회복시켜 주어야 된다. 이 과정이 탈착과정으로 흡착제에 흡착된 흡착기체를 통과하는 기체중 일부를 저압상태에서 재순환시켜 탈착함으로써 흡착제를 세정하여 흡착능을 회복시키게 된다.

이렇게 산소농축기를 통해 얻은 고순도의 산소는 통상 사용하고자 하는 순도로 가공하여 사용하게 되는 데, 이를 위해 기존에는 산소농축기에 생산된 고순도의 산소기체를 압축공기와 특정용기에서 적정비율로 혼합하여 원하는 산소순도를 얻었다. 물론, 이것은 특정용기에 유입되는 혼합기체들의 유량을 수동으로 제어하여 얻었다. 특히, 사용자가 원하는 산소순도로 변경할 필요가 있을 경우에는 다시 계산을 하고, 그것을 토대로 유량을 수동으로 변경하여 기체를 혼합하여야 했다. 그러므로, 원하는 산소순도가 산출되지 않거나 산소순도의 변경이 필요할 때마다 다시 수동으로 조작을 하여야 하는 번거로움과 불편함이 있었으며, 얻고자 하는 정확한 순도의 산소를 얻기 어려운 문제점도 있었다.

따라서, 본 고안의 목적은 상기에서와 같은 종래의 결점들을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 산소농축기에서 생산된 고순도의 산소와 압축공기공급부로부터 얻은 압축공기를 가변형의 해당 유동량조절밸브들을 자동으로 단속제어하여 소망하는 비율로 혼합함에 의하여 원하는 순도의 산소를 연속적으로 자동공급할 수 있는 산소순도가변공급장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 고안에 따른 산소순도가변공급장치의 핵심부분의 일실시예를 나타낸 도면,

도 2는 본 고안에 따른 산소순도가변공급장치의 핵심부분의 다른 실시예를 나타낸 도면,

도 3은 도 2가 적용된 본 고안에 따른 산소순도가변공급장치의 전체구성을 나타낸 블럭도.

*도면의 주요부분에 대한 부호설명

10 : 산소유동관 20 : 산소유동량조절밸브

21 : 제 1구동모터 30 : 공기유동관

40 : 공기유동량조절밸브 41 : 제 2구동모터

50 : 산소순도제어회로 60 : 출력관

70 : 산소순도센서 80 : 산소농축기

90 : 압축공기공급부 100,101 : 압력레귤레이터

110 : 가압기 111 : 체크밸브

120 : 산소공급탱크 121 : 압력스위치

130 : 메인콘트롤러

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 산소순도가변공급장치는 산소농축기로부터 출력된 농축산소와 압축공기공급부로 출력된 압축공기를 소정비율로 혼합하여 소망하는 순도의 산소를 제조하는 장치에 있어서, 상기 산소농축기로부터 출력된 농축산소를 개폐정도에 따라 산소유동량을 통제하여 출력하는 산소유동량조절밸브; 상기 압축공기의 유동량을 통제하여 상기 산소유동량조절밸브를 통해 출력되는 산소와 혼합되는 공기량을 제어하는 공기유동량조절밸브; 상기 산소유동량조절밸브의 개폐정도를 제어하는 제 1구동모터; 상기 공기유동량조절밸브의 개폐정도를 제어하는 제 2구동모터; 및 설정된 산소순도에 따라 상기 제 1,제 2구동모터를 제어하는 산소순도제어회로를 포함한다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 산소순도가변공급장치의 핵심부분의 일실시예를 나타낸 것으로, 본 실시예는 개방형에 적용되는 구성요소를 도시하고 있다.

산소농축기(미도시)로부터 산출된 농축산소는 산소유동관(10)으로 유입된다. 이 산소유동관(10)에는 가변형의 산소유동량조절밸브(20)가 설치되어 있다. 산소유동량조절밸브(20)는 제 1구동모터(21)에 의해 구동제어되어 산소유동관(10)을 통과하는 농축산소의 유량을 조절할 수 있게 된다.

한편, 압축공기공급부(미도시)로부터 출력된 압축공기는 공기유동관(30)으로 유입되며, 이 공기유동관(30)에는 공기유동량조절밸브(40)가 구비되어 그 개폐정도를 가변시킴에 의해 통과하는 유동량을 조절하게 된다. 물론, 이 공기유동량조절밸브(40)도 제 2구동모터(41)에 의해 그 개폐정도가 조절제어된다. 이상의 제 1,제 2구동모터(21,41)를 제어하기 위해서 본 장치는 산소순도제어회로(50)를 구비하고 있다. 이 산소순도제어회로(50)에서 산출된 값에 따라 제 1,제 2구동모터(21,41)를 각각 제어함에 의하여 산소유동관(10)과 공기유동관(30)으로 흐르는 산소 및 공기의 양을 조절하여 혼합되게 함으로써 산소의 순도를 목표값으로 조정하게 된다. 그러므로, 산소유동관(10)과 공기유동관(30)은 산소유동량조절밸브(20)와 공기유동량조절밸브(40)의 후단에서 만나 하나의 출력관(60)을 이룸으로써 각각의 해당 조절밸브들(20,40)을 통해 소정비율로 각각의 유동관들(10,30)을 통과한 산소와 공기는 혼합되어 목표하는 순도값을 갖게 되는 것이다. 이렇게 혼합되어 원하는 순도를 갖는 산소는 필요한 곳으로 공급되게 된다. 위의 압축공기공급부는 공기압축기일 수도 압축된 공기를 저장하고 있는 압축공기저장탱크일 수도 있다.

이상의 구조를 갖는 본 산소공급장치는 설정된 값에 따라 산소순도제어회로(50)가 제 1,제 2구동모터(21,41)를 제어하여 해당 조절밸브(20,40)의 개폐정도를 조절함에 의하여 일방적으로 설정된 산소순도를 얻게 된다. 그러므로, 동일한 순도를 갖는 산소가 계속해서 출력되며, 약간의 순도차이가 발생해도 이를 보정할 수 있는 장치가 본 실시예에는 마련되어 있지 않다. 따라서, 출력되는 순도값을 검출하여 목표값과 비교하여 오차를 보정할 수 있는 장치를 갖추는 것이 바람직하며, 이와 같은 실시예가 도 2에 개시되어 있다.

도 2는 본 고안에 따른 산소순도가변공급장치의 핵심부분의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 본 실시예에서는 피드백(Feed-back)형에 적용되는 구성요소를 도시하고 있다.

본 실시예에서는 도 1과 같은 구성요소에다 출력된 산소순도를 검출하여, 다시 목표치와 비교하여 보정함에 의하여 원하는 바대로 정확한 순도를 맞출 수 있는 시스템을 구축하고 있다. 즉, 산소유동관(10)과 공기유동관(30)이 만나는 후단부의 출력관(60)상에 산소순도센서(70)를 설치하여 출력되는 산소순도를 검출하고, 이 값을 산소순도제어회로(50)에 보내 목표값과 비교하여 다시 제 1,제 2구동모터(21,41)를 제어구동함에 의하여 산소유동량조절밸브(20)와 공기유동량조절밸브(40)의 개폐상태를 조절하여 출력되는 산소를 목표값으로 재조정하게 된다. 이와 같이 본 실시예에서는 산소순도센서(70)로 출력되는 산소순도값을 검출하여 제어값으로 피드백함으로써 자체적으로 목표치(순도)로 출력되는 산소순도를 정확하게 일치시킬 수 있게 된다.

도 3은 도 2가 적용된 본 고안에 따른 산소순도가변공급장치의 전체구성을 나타낸 블럭도이다. 이 도면에서는 구성요소들의 작용관계를 알기 쉽게 공기흐름은 실선 화살표로, 제어신호는 일점쇄선 화살표로 표시하고 있다.

도시한 바와 같이, 산소농축기(80)와 압축공기공급부(90)를 통해 공급되는 농축산소와 압축공기는 각각 제 1,제 2압력레귤레이터(100,101)에 의해 일정한 압력으로 가공되어 공급되게 된다. 이와 같이 공급된 농축산소와 압축공기는 그 해당유동관들에 설치된 산소유동량조절밸브(20)와 공기유동량조절밸브(40)에 의해 설정된 유량이 출력되도록 제어된다. 이때, 산소/공기유동량조절밸브(20,40)는 각각에 설치된 제 1,제 2구동모터(21,41)에 의해서 구동되어 개폐정도가 제어되는 데, 특히 제 1,제 2구동모터(21,41)는 산소순도제어회로(50)의 제어신호에 의해 설정된 산소순도를 맞추기 위해서 해당 유동량조절밸브들(20,40)을 개폐제어하게 된다.

이와 같이 산소/공기유동량조절밸브(20,40)를 거쳐 설정비율로 출력된 농축산소 및 압축공기는 출력관에서 혼합되어 원하는 산소순도를 형성하게 된다. 이 출력되는 출력관에는 산소순도센서(70)가 장착되어 있어 산소순도를 수시로 측정하게 된다. 이렇게 측정된 산소순도값은 산소순도제어회로(50)에 입력되고, 산소순도제어회로(50)는 입력되어진 순도값을 처리하여 설정치의 순도값과 다를 경우 제 1,제 2모터(21,41)를 보정구동하여 설정순도값을 얻도록 연속적으로 제어하게 된다. 이와 같이 계속적으로 산소순도센서(70)에서 순도측정값을 얻어 그 값을 피드백하며 정확한 순도의 산소를 제조하도록 제어하게 된다.

그리고, 출력관으로부터 출력되는 원하는 순도의 산소는 가압기(110)를 경유하며 소정압력으로 가압가공되어 산소공급탱크(120)에 저장되게 된다. 이때, 가압기(110)와 산소공급탱크(120) 사이에는 체크밸브(111)가 개재되어 산소공급탱크(120)로부터 저장된 산소가 역류하는 것을 방지하게 된다. 그러므로, 가압기(110)에서는 체크밸브(111)의 허용압력이상으로 산소를 가압하여 보내게 된다.

이상과 같은 공정을 거쳐 생산된 소망하는 순도의 산소는 산소공급탱크(120)에 저장되는 데, 이때 산소공급탱크(120)에 수용량이상의 산소가 유입되면 안된다. 그러므로, 산소공급탱크(120)에는 압력스위치(121)가 구비되어 수용량이상의 산소가 생성되면 메인콘트롤러(130)에 신호를 보내 산소농축기(80)와 압축공기공급부(90)의 작동을 정지시키게 된다. 부연설명하면, 압력스위치(121)는 사용자가 산소공급탱크(120)의 크기와 시스템의 안전성을 고려하여 설정한 압력이상이 되면 메인콘트롤러(130)에 그 검출신호를 전송하여 메인콘트롤러(130)가 산소농축기(80) 및 압축공기공급부(90)의 작동정지신호를 내보내게 한다. 특히, 다른 환경에서 본 장치를 사용함에 있어 소망하는 순도값이 다를 경우 해당하는 순도값을 메인콘트롤러(130)에 입력만 하면 자동으로 메인콘트롤러(130)는 산소순도제어회로(50)에 제어값을 출력하여 제 1,제 2구동모터(21,41)를 통해 해당밸브들(20,40)의 개폐정도를 조절함으로써 어느 곳에서나 원하는 순도의 산소를 얻을 수 있게 된다.

이상 서술한 바와 같이, 본 고안의 산소순도가변공급장치는 산소농축기에서 생산된 고순도의 산소와 압축공기공급부로부터 얻은 압축공기를 가변형의 유동량조절밸브들을 자동으로 단속제어함으로써 소망하는 비율로 혼합하여 원하는 순도의 산소를 연속적으로 자동공급할 수 있는 잇점을 가지고 있다. 더욱기, 본 고안에서 피드백방식을 채용할 경우는 출력된 산소순도값을 검출하여 보정을 위한 데이터값으로 피드백함으로써 해당 조절밸브들을 연속적으로 보정제어하여 정확하게 소망하는 산소순도를 맞출 수 있을 뿐만 아니라, 지속적인 순도의 유지가 가능한 장점을 가지고 있다. 특히, 본 고안은 어느 환경에서나 사용자가 소망하는 순도로 출력값의 변경이 용이하고, 곧바로 산소순도제어회로에 의해 유량이 제어되어 변정된 순도의 산소를 얻을 수 있는 효과가 있다.

이상과 같은 잇점들로 인해, 본 장치는 높은 안정성과 신뢰성을 확보할 수 있으며, 자동으로 산정 및 제어구동되므로 사용의 편리성을 증진할 수 있다. 그러므로, 배양실, 잠수부의 산소탱크, 위급을 요하는 구급차, 소방차 및, 폐수처리장등 일정순도의 산소공급을 필요로 하는 곳에는 어디든지 적용이 가능하며, 특히 산소순도의 변화가 잦은 곳에서 보다 유용하게 사용될 수 있다. 이것뿐만 아니라 이외에도 본 장치의 이용범위가 매우 넓을 것으로 전망된다.

Claims (4)

1. 산소농축기로부터 출력된 농축산소와 압축공기공급부로 출력된 압축공기를 소정비율로 혼합하여 소망하는 순도의 산소를 제조하는 장치에 있어서,

   상기 산소농축기로부터 출력된 농축산소를 개폐정도에 따라 산소유동량을 통제하여 출력하는 산소유동량조절밸브;

   상기 압축공기의 유동량을 통제하여 상기 산소유동량조절밸브를 통해 출력되는 산소와 혼합되는 공기량을 제어하는 공기유동량조절밸브;

   상기 산소유동량조절밸브의 개폐정도를 제어하는 제 1구동모터;

   상기 공기유동량조절밸브의 개폐정도를 제어하는 제 2구동모터; 및

   설정된 산소순도에 따라 상기 제 1,제 2구동모터를 제어하는 산소순도제어회로를 포함하는 산소순도가변공급장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 산소/공기유동량조절밸브들로부터 출력되어 혼합된 산소의 순도를 검출하는 산소순도센서를 더 구비하고, 상기 산소순도센서에서 검출된 순도값을 상기 산소순도제어회로로 연속적으로 피드백하여 상기 산소 및 공기유동량을 보정하여 정확한 목표순도를 얻게 하는 것을 특징으로 하는 산소순도가변공급장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 사용자가 원하는 산소순도값을 입력하면 그에 따라 상기 산소순도제어회로에 제어신호를 출력하며, 상기 산소농축기 및 압축공기공급부에 온/오프제어신호를 출력하는 메인콘트롤러를 더 포함하는 산소순도가변공급장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 생성출력된 소망하는 순도의 산소기체를 저장공급하는 산소공급탱크와, 상기 산소공급탱크의 수용압력을 검출하여 압력이상이면 메인콘트롤러로 시스템정지신호를 출력하는 압력스위치를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 산소순도가변공급장치.