KR20020025478A - 압축스윙흡착 및 진공스윙흡착 방식을 조합한 산소발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산소발생기, 특히 압축스윙흡착방법(PSA) 및 진공스윙흡착방법(VSA)을 조합함으로써 기존의 압축스윙흡착방법에 의한 산소발생기에 비하여 소음이 적고 효율적이며 실내 공기를 정화시키는 역할을 할 뿐만 아니라 별도의 실외기를 필요로 하지 않는 새로운 타입의 산소발생기 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명은 근래 대형 건물 등에 설치되는 중앙집진식 진공라인을 이용함으로써, 기존 시설을 이용하여 보다 경제적이며 효율적으로 실내 공기를 정화할 수 있는 새로운 산소발생기 시스템을 제공하는 것이다.

Description

압축스윙흡착 및 진공스윙흡착 방식을 조합한 산소발생기{OXYGEN-GENERATOR USING COMBINATION OF PSA AND VSA METHOD}

본 발명은 산소발생기, 특히 실내 공간의 공기를 이용하여 농축 산소를 발생시키고 분리된 질소는 진공라인을 통하여 실외로 배출함으로써, 실내 공기 중의 산소의 농도 및 순도를 높이고 산소 농축의 효율도 높일 수 있는 새로운 타입의 산소발생기에 관한 것이다.

오늘날 산소발생기는 여러 곳에서 다양한 용도로 사용되고 있다. 가장 흔하게는, 사무실이나 일반 가정의 밀폐된 공간에 산소를 공급함으로써 현대인의 일상 생활에서 쌓인 피로의 회복 및 세포의 활성화을 돕기 위한 것이 있고, 병원의 수술실이나 구급차 등에서는 환자에게 산소를 공급하기 위한 의료용 산소발생기가 사용되고 있다. 또한, 밀폐된 자동차 내에 산소를 공급하기 위한 자동차용 산소발생기, 잠수부의 공기탱크충전용 산소발생기, 및 폐수처리장이나 양식장 등에서 사용하기 위한 산소발생기를 비롯하여, 여러 종류의 산소발생기가 사용되고 있다.

이들 소규모로 사용되는 산소발생기는, 대부분 제올라이트 흡착제로 이루어지는 흡착탑을 구비한 산소농축기와 상기 산소농축기에 압축된 공기를 공급하는 공기압축기를 포함하여 구성되며, 상기 산소농축기 내로 공급된 압축 공기로부터, 흡착력의 차이로 인하여 상대적으로 우세한 양의 질소가 상기 흡착탑 내에 흡착됨으로써 농축된 산소를 발생시킨다. 상기와 같은 방식으로 농축된 산소는 산소저장탱크를 경유하여 필요한 곳으로 공급되며, 흡착탑 내에 흡착된 질소는, 흡착탑에 가해진 공기압을 해제시키는 경우, 대기압 상태로 되면서 흡착탑으로부터 분리된다. 이와 같이, 흡착탑 내로 압축 공기를 공급하고 흡착탑 내에 흡착된 질소를 대기압 상태에서 탈착, 배출시키는 방식에 의해 농축 산소를 발생시키는 방법을 압축스윙흡착(PSA: Pressure Swing Adsorption) 방식이라 한다.

상기와 같은 종래의 압축스윙흡착을 이용한 산소발생기에서는 보통 2.5 기압 내지 3.5 기압 사이의 압력으로 공기를 압축하여 산소농축기 내로 공급하고 산소농축기에 흡착된 질소는 대기압 상태에서 탈착시켜 배출한다. 일반적으로, 공기압축기를 이용하여 상기와 같은 압력으로 공기를 압축하는 경우 소음 발생은 필수적이다. 본원 출원인은 그와 같은 소음을 피하기 위하여, 공기압축기, 산소농축기 및 산소저장탱크 등을 별도의 실외기에 내장하고, 상기 실외기에서 생성된 농축 산소는, 상기 실외기와, 산소토출구 및 전원스위치를 구비한 실내기 사이를 연결하는 라인을 통하여 실내로 공급하도록 구성된, 실외기와 실내기를 포함하는 산소발생기를 개발, 제공하였다. 그러나, 이와 같이 실외기와 실내기로 구성된 산소발생기는 그 구조가 복잡하며, 대형 건물 내 여러 장소에 설치하는 경우, 라인의 연결 및 실외기의 설치 등으로 인하여 설치가 복잡하고, 설치로 인하여 건물 외관에 좋지 않은 영향을 미치는 단점이 있었다.

한편, 대규모의 상업용 산소발생기는, 상기한 바와 같은 압축스윙흡착 방식이 아닌, 진공스윙흡착(VSA: Vaccum Swing Adsorption) 방식을 이용하여 대기 중의 질소로부터 산소를 분리한다. 여기서는, 대기 중의 공기가 그대로, 즉 대기압 상태에서 산소농축기를 통과하면서 상대적으로 많은 양의 질소가 흡착탑에 흡착되어 산소가 농축되고, 흡착탑에 흡착된 질소는, 이후 산소농축기 내를 진공으로 유지함에 따라 탈착, 분리된다. 이와 같은 진공스윙흡착 방식을 이용한 산소 농축 방법은 압축스윙흡착에서와 같은 소음이 발생할 염려가 적지만, 진공을 적용하여 산소를 분리하는 방법은 상기한 바와 같은 대규모의 상업용 산소 발생의 경우에만 효율적이다. 따라서, 진공스윙흡착에 의한 산소 농축 방법은 의료용이나 차량용, 또는 소규모의 실내 시설 등에서 사용하기 위한 산소발생기에 적용하기에는 적절하지 않다.

본 발명은 종래의 PSA 및 VSA 방식을 조합, 상호 보완, 개량함으로써, 상기 두 방식에 의한 산소 농축 방법에서의 단점들을 개선할 수 있고, 나아가 상기 두 종류의 산소발생기에 비하여 훨씬 효율적이며 에너지 절약적이고 또한 소음 발생을 현저히 감소시킬 수 있는 개선된 형태의 산소발생기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 공기의 흡착 및 탈착을 위한 초기와 후기의 상대적인 압력차는 종래의 산소발생기에서와 유사하게 유지하되, 공기의 압축을 위한 가압 압력 및 질소의 배출을 위한 탈착 압력을 더욱 낮춤으로써 흡착과 탈착시의 압력비를 더욱 증가시키고, 따라서 산소 농축 효율은 높이고 에너지 및 소음 발생은 감소시킬 수 있는 새로운 산소발생기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 상기와 같이 소음을 현저히 감소시킬 수 있음으로 인하여공기압축기와 산소농축기 등을 모두 실내에 배치할 수 있어 별도의 실외기를 필요로 하지 않고, 따라서 그 구조가 간단하며 설치가 용이하고 설치로 인하여 건물 외관에 나쁜 영향을 주지 않는 새로운 형태의 산소발생기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 공기압축기를 실내에 설치하여 실내 공기로부터 농축 산소를 발생시키고, 또한 그로부터 분리되는 질소는 실외로 배출함으로써, 실내 공기 중의 산소의 농도 및 순도를 증가시키고, 부가적으로 실내 공기의 정화 효과도 갖는 산소발생기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 특히, 대형 건물 등에 설치된 중앙집진식 진공라인을 이용함으로써, 기존 시설을 이용하여 에너지 절약적이며 효율적인 산소발생기 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 중앙집진식 진공라인이 설치된 건물 내 다수의 공간에 다수의 산소발생기들이 설치된 전체 산소발생기 시스템의 개략적인 설치 형태를 나타내는 도면이고,

도 2는 도 1의 각 공간에 설치된 각각의 산소발생기의 작용을 개념적으로 설명하는 도면이고,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진공라인과 연결되는 산소발생기의 한 유니트의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명*

10: 산소발생기 11: 제 1 흡착탑

12: 제 2 흡착탑 13: 공기압축기

14: 흡기필터 15: 산소저장탱크

16: 유량계 17: 제 1 솔레노이드 밸브

19: 제 2 솔레노이드 밸브 20: 진공라인

21: 제 1 오리피스 22: 제 2 오리피스

23: 체크 밸브 24: 압력제어기

30: 진공펌프

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 본 발명의 목적들은,

흡착탑을 구비하는 산소농축기와,

상기 산소농축기에 압축 공기를 공급하는 공기압축기와,

상기 산소농축기에 흡착된 질소의 배출을 위한 진공라인을 포함하여 구성되는 산소발생기에 의하여 달성될 수 있다.

상기 산소발생기를 구성하는 산소농축기는, 바람직하게 제올라이트 흡착제로 이루어진 흡착탑을 포함하여 구성된다. 공기압축기에 의해 압축된 공기가 상기 산소농축기 내로 공급되면, 압축공기가 산소농축기 내의 흡착탑을 통과하면서 질소가산소에 비해 훨씬 큰 비율로 흡착제에 흡착된다. 이와 같이 압축공기가 흡착탑을 통과하면, 배출되는 공기 중의 산소의 농도는 일반적으로 약 50% 이상, 바람직하게 약 60% 이상의 비율로 증가하게 된다.

바람직하게 제 1 및 제 2 의 두 개의 흡착탑으로 구성되는 산소농축기를 사용하는 경우, 제 1 흡착탑을 통과하여 1 차로 농축된 산소를 제 2 흡착탑을 통해 2 차 농축하면, 최종적으로 배출되는 공기 중의 산소의 농도를 약 90% 이상으로 높일 수 있다. 따라서, 본 발명의 산소발생기의 경우에도, 두 개 이상의 흡착탑으로 구성된 산소농축기를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 산소발생기 내에 장착되어 사용될 산소농축기의 개수 및 형태는 반드시 이에 제한되지 않고, 산소발생기를 설치할 공간의 크기 및 산소발생기의 용도 등을 고려하여, 종래 압축스윙흡착(PSA) 방식을 이용한 산소발생기에서 사용할 수 있는 어떠한 타입의 산소농축기로부터도 적절히 선택하여 사용할 수 있다.

종래 압축스윙흡착 방식의 산소발생기에서 사용할 수 있는 산소농축기의 예로서, 본원 출원인의 선행 기술인 한국 특허출원 제 98-38227 호, 제 99-57484 호, 제 99-59818 호, 및 제 2000-8797 호에 기재된 것과, 실용신안등록출원 제 99-28137 호, 제 99-28997 호 및 제 2000-4957 호(상기 특허출원 제 2000-8797 호에 대한 실용신안이중등록출원) 등에 개시된 것들이 있다. 이들 선출원의 명세서에 기재된 내용은 참고를 위하여 본 발명의 일부로서 포함된다.

종래 압축스윙흡착에 의한 산소 농축의 경우, 공기압축기는 대기 중의 공기를 약 2.5 기압 내지 3.5 기압, 바람직하게 약 3 기압 정도의 압력으로 압축하여공급한다. 본 발명의 경우, 공기압축기는 종래의 압축스윙흡착 방식의 경우와 비교하여 낮은 압력으로 공기를 압축하여 공급할 수 있다. 본 발명에 따른 산소발생기에서는, 예컨대 약 1.5 기압 내지 2.5 기압 사이의 압력, 바람직하게 약 2 기압 정도의 낮은 압력으로 공기를 압축하여 산소농축기 내로 공급할 수 있다. 본 발명에 따른 산소발생기는 보다 낮은 압력의 압축공기를 사용할 수 있음으로 인하여 보다 낮은 출력 범위의 공기압축기를 포함하여 구성될 수 있고, 그에 따라 공기압축기의 소음을 현저히 감소시킬 수 있다. 소음이 현저히 감소함에 따라, 공기압축기를 실외가 아닌 실내에 설치할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소발생기는 공기압축기와 산소농축기 및 산소저장탱크 모두를 실내에 배치하여 구성될 수 있다.

본 발명에서 압축공기의 압력 범위를 종래 PSA 법에 비하여 낮은 범위로 적용할 수 있는 것은 상기 구성에 나타난 바와 같은 진공라인에 의한 것이다. 일정량의 압축공기가 산소농축기를 통과한 후에는, 흡착탑의 흡착제에 질소 및 산소가 흡착, 포화되어 더 이상의 흡착 효과를 나타내지 못한다. 따라서, 산소발생기를 계속하여 사용하기 위해서는 흡착된 질소 및 산소를 배출해야 하는데, 종래 PSA 방식에서는 고압의 압축공기를 공급한 후 대기압 (1 기압) 하에서 흡착된 질소를 탈착, 분리시켰다. 본 발명의 경우, 흡착된 질소를 탈착, 분리시키기 위하여, 산소농축기 내를 산소발생기에 연결된 진공라인에 의해 대기압 이하의 압력으로 유지하는 것을 특징으로 한다.

PSA 나 VSA 법에 의한 산소 농축 방법이 모두, 결국은 질소의 흡착과 탈착에있어서의 압력차 및 그들 사이의 압력비를 이용하는 것이다. 본원 출원인은 이와 같은 사실에 착안하여, 질소의 흡착과 탈착 사이의 상대적인 압력차는 유지하되 압축공기의 공급 압력과 질소의 배출을 위한 압력을 모두 낮추어 탈착시 압력(P_low)에 대한 흡착시 압력(P_high)의 비, 즉 P_high/P_low를 높임으로써, 공기 압축에 따른 소음과 에너지를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 보다 효율적으로 산소를 농축할 수 있는 새로운 산소발생기를 제공하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소발생기는 종래 압력스윙흡착 방식에 의한 산소발생기에 비하여 보다 낮은 압력, 바람직하게 약 1.5 기압 내지 2.5 기압 정도의 압력으로 공기를 압축하여 산소농축기 내로 공급하고, 흡착된 질소를 분리함에 있어서는 진공라인을 이용하여 산소농축기 내를 대기압 이하의 압력으로 유지함으로써, 산소의 농축을 위한 공기의 흡착 및 탈착 사이의 상대적인 압력차는 종래 PSA 방식에 따른 산소발생기에서와 유사하게 유지하되 그들 사이의 압력비(P_high/P_low)를 증가시켜 보다 효율적으로 산소를 농축, 공급하는 것을 특징으로 한다.

상기 진공라인은 본 발명에 따른 산소발생기 본체에 설치되는 별도의 진공발생장치로 구성될 수 있다. 즉, 상기 별도의 진공발생장치는 본 발명의 산소발생기 내에 설치되는 진공펌프일 수 있다. 다르게는, 상기 진공라인은 본 발명의 산소발생기 내에 내장되는 공기압축기의 반대쪽에 연결될 수 있다. 즉, 본 발명의 산소발생기에서, 공기압축기를 한쪽에서는 압축기로 작동시켜 사용하고, 다른 한쪽에서는 이를 진공발생장치로서 사용할 수 있다. 이와 같이 하는 경우, 별도의 진공펌프를 설치할 필요 없이, 하나의 공기압축기를 동시에 압축기 및 진공펌프로서 사용할 수 있음으로 인하여, 장치의 부피를 줄일 수 있고 장치의 구조가 간단해진다는 장점이 있다. 상기 공기압축기를 압축기로서 사용할 것인지 진공발생장치로서 사용할 것인지는 공기압축기의 양 끝단과 산소농축기 사이를 연결하는 밸브를 조절함으로써 결정할 수 있다.

가장 바람직한 경우로서, 본 발명의 산소발생기에 적용될 수 있는 진공라인은 건물에 설치된 중앙집진식 진공펌프와 연결된다. 즉, 근래 대형 건물 등에 중앙집진식 진공펌프가 설치되는 경우, 그로부터 실내의 각 공간으로 진공라인이 연장되므로, 본 발명에 따라 필요한 실내의 장소에 배치되는 각각의 산소발생기는 그와 같은 중앙집진식 진공펌프에 연결되는 진공라인과 적절히 연결될 수 있다. 중앙집진식 진공라인은 본 발명에 따른 산소발생기와 연결되어, 산소농축기 내 흡착탑에 흡착된 질소를 탈착, 분리하여 외부로 배출시킨다. 중앙집진식 진공라인과 연결하는 경우, 실내의 필요한 공간에 설치되는 산소발생기는 실내의 각 공간마다 미리 설치된 진공라인과 실내에서 직접 연결할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 중앙집진식 진공라인과 연결되는 산소발생기는, 상기 진공라인과 연결하기 위한 별도의 라인을 설치할 필요가 없거나, 또는 필요한 경우에도 최소한 길이의 라인에 의하여 용이하게 상기 진공라인과 산소발생기를 연결할 수 있어 설치가 매우 간편하다.

상기 여러 실시예에 따라 본 발명의 산소발생기에 연결되는 진공라인은, 바람직하게 산소발생기의 한 끝단으로부터 건물의 외부로 연장되어, 산소농축기의 흡착탑으로부터 탈착된 질소가 실외로 배출되도록 한다. 또한, 본 발명에 따른 산소발생기에서는 공기압축에 따른 소음을 현저히 줄일 수 있음으로 인하여, 바람직하게 공기압축기와 산소농축기 및 산소탱크를 포함하는 산소발생기 본체를 실내에 설치할 수 있다. 상기 바람직한 두 가지 양상에 따르면, 본 발명의 산소발생기는 실내에 설치된 공기압축기를 통하여 공기를 흡입, 압축하여 이로부터 산소를 농축하고, 분리된 질소는 상기한 바와 같이 건물 외부로 연장되는 진공라인을 통하여 실외로 배출되므로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소발생기는 실내의 공기를 흡입, 압축하고 이로부터 산소를 농축하는 과정에서 실내 공기를 정화하고 공급하는 산소의 순도를 증가시키는 효과도 가진다.

종래 실외기와 실내기로 구성된 PSA 방식에 따르는 산소발생기는, 실외에 장착된 공기압축기가 흡기 필터를 통하여 대기 중의 먼지나 분진을 제거한 공기를 흡입, 압축하고 이로부터 산소를 농축, 실내로 공급하도록 구성되었으므로, 실내 공기의 정화 및 산소의 순도를 증가시키는 효과를 갖지는 못하였다. 한편, PSA 방식에 따르는 산소발생기가 상기와 같이 실외기와 실내기로 분리, 구성되기 전에는, 공기압축기와 산소농축기를 포함한 산소발생기의 구성 요소들이 모두 실내에 설치되어 그로 인한 소음을 피할 수 없었고, 또한 그 때 산소를 농축한 후 분리된 질소는 실외가 아닌 실내에 그대로 다시 배출됨으로써, 농축 산소는 산소마스크를 쓴 환자와 같이 특정한 곳에만 집중하여 공급될 수 있었고 나머지 실내 공간에는 오히려 질소의 농도가 높아지는 문제점이 있었다.

본 발명에서 질소의 배출을 위하여 상기 진공라인을 통하여 산소농축기 내로 적용되는 압력은 대기압 이하의 압력으로서, 바람직하게는 질소의 배출을 위하여 상기 산소농축기 내는 진공에 가까운 압력으로 유지된다. 진공라인을 통하여 적용되는 압력은 특정한 값으로 제한되지 아니하며, 당업자는 압축공기의 공급 압력 및 산소 농축 효율을 고려하여 적절한 압력을 적용할 수 있을 것이다.

이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 건물에 설치된 중앙집진식 진공라인을 통해 실내의 각 공간에 배치된 산소발생기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 상기 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 산소발생기(10)는 실내의 필요한 장소마다 각각 설치되며 건물에 미리 설치된 중앙집진식 진공라인(20)을 통하여 중앙집진식 진공펌프(30)와 연결된다. 상기 도면에 상세히 도시하지는 않았으나, 산소발생기(10)는 그 내부에 흡착탑으로 구성되는 산소농축기와, 공기압축기, 및 산소탱크 등을 포함하여 구성되며, 공간의 크기에 따라 적절한 용량의 것을 선택하여 설치할 수 있다. 상기 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소발생기는 건물 외부에 어떠한 별도의 실외기나 라인을 설치할 필요가 없다.

도 2는 도 1에서 실내의 각 공간에 설치된 산소발생기 중 하나를 개략적으로 나타낸 도면이다. 상기 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 실내에 배치된 산소발생기(10)는 실내의 공기를 압축, 흡입하여 이로부터 농축 산소를 발생시켜 실내로 공급하고, 산소농축기 내에 흡착된 질소는, 중앙집진식 진공라인(20)을 통하여 실외로 배출된다. 상기 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 산소발생기는 실내의 공기를 이용하고 또한 흡착된 질소는 실외로 배출하므로, 실내 공기를 정화하고 산소의 순도를 높이는 효과를 갖는다.

도 3은 본 발명의 산소발생기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 상기 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소발생기는 두 개의 흡착탑(11, 12)으로 이루어진 산소농축기와, 실내의 공기를 압축하여 산소농축기로 공급하는 공기압축기(13), 공기압축기(13)에 공급되는 실내 공기 중의 먼지와 불순물을 제거하는 흡기필터(14), 산소농축기에서 발생된 농축 산소를 저장하고 실내로 공급하기 위한 산소저장탱크(15), 및 산소농축기에 흡착된 질소를 탈착, 분리시켜 실외로 배출시키는 진공라인(20)을 포함하여 구성된다. 상기 산소발생기의 각 구성 요소들 사이에는 이들을 상호 연결하며 공기, 농축 산소 또는 질소의 흐름을 제어하는 제 1, 및 제 2 솔레노이드 밸브(17, 19), 제 1 및 제 2 오리피스(21, 22), 체크밸브(23), 평형 밸브(24) 및 압력 제어기(25) 등이 배치된다.

제 1 솔레노이드 밸브(17)는 공기압축기(13)로부터 공급되는 압축공기를 흡착탑에 공급하거나 또는 흡착탑에 흡착된 질소를 외부로 배출하도록 A 및 B 위치 사이에서 절환된다. 흡기필터(14)를 통해 공급된 공기를 공기압축기(13)가 압축하여 제 1 솔레노이드 밸브(17)를 통해 제 1 흡착탑(11)에 공급한다. 압축공기가 흡착탑(11)을 통과함에 따라 흡착탑에 질소가 흡착된다. 압축공기가 제 1 흡착탑(11)을 통과하여 배출될 때에는 공기 중의 산소의 농도는 약 60% 정도로 증가되는데, 60% 정도로 농축된 산소를 제 2 흡착탑(12)으로 보내는 역할은 제 2 솔레노이드 밸브(19)에 의해 제어된다. 제 2 솔레노이드 밸브(19)는 평형 밸브로서양방향 밸브로 구성된다.

60% 정도로 농축된 산소를 포함하는 공기는 제 2 흡착탑(12)으로 공급되며, 상기 농축 산소를 포함하는 공기가 제 2 흡착탑(12)을 통과하게 되면, 이로부터 배출되는 공기 중의 산소의 농도는 약 90% 이상으로 증가하게 된다. 제 2 오리피스(22)는 제 1 및 제 2 솔레노이드 밸브(17, 19)의 유량을 제어하는 역할을 한다. 제 1 및 제 2 흡착탑(11, 12)을 통하여 농축된 산소는 산소저장탱크(15)로 보내지고, 이로부터 실내 공간에 농축산소를 공급하게 된다. 체크밸브(23)는 생산된 산소의 역류를 방지하는 역할을 한다. 제 1 오리피스(21)는 두 개의 흡착탑이 각각 가압 및 세정 과정에 있을 때, 가압 중인 흡착탑이 세정 중인 흡착탑의 세정을 돕도록 하는 역할을 한다. 압력제어기(24)는 산소저장탱크(15)의 압력을 일정하게 유지시키는 역할을 하며, 유량계(16)는 농축 산소의 토출 유량을 제어한다. 산소저장탱크(15)는 체크밸브(23)와 연관되어 흡착탑(11, 12)에서 생성되는 농축산소가 어떤 압력에서 생성될 것인지를 결정하게 된다. 산소저장탱크(15)는 산소발생기의 용량에 따라 적절한 크기를 가져야만 농축 산소의 순도 변화가 적다.

이상 설명한 바와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산소발생기는 공기압축기와 산소농축기 등이 내장되는 산소발생기의 한 끝단이 중앙집진식 진공라인(20)에 연결됨으로써, 공기압축기의 절대 압력을 종래 압축스윙흡착 방식에서 보다 감소시키는 경우에도 질소의 탈착 및 분리가 더욱 효율적으로 이루어질 수 있도록 하였다. 상기 실시예에서는 특히, 진공라인(20)이 건물에 이미 설치된 중앙집진식 진공펌프(30)와 연결됨으로써, 별도의 진공펌프를 설치할 필요가 없어 장치의 구성 및 설치가 간편하다고 하는 장점이 있다.

본 발명의 산소발생기는 질소의 배출을 위한 라인이 진공라인으로 구성된다는 점을 제외하고는, 산소발생기를 구성하는 기본 요소들은 종래 압축스윙흡착 방식의 산소발생기를 구성하는 요소들과 크게 다르지 않다. 따라서, 도 3에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예로서 산소발생기는 직렬 배치된 두 개의 흡착탑으로 구성된 산소농축기를 사용하는 것으로 설명하였으나, 산소농축기가 반드시 그와 같이 두 개의 흡착탑으로 구성된 것일 필요는 없다. 농축 산소를 공급할 실내 공간이 협소한 경우에는, 본원 출원인의 선출원 발명인 한국 특허출원 제 2000-8797 호(또는 상기 특허출원에 대한 실용신안이중등록출원 제 2000-4957 호)에 개시된 것과 같은 단탑형 산소농축기를 포함하여 구성될 수도 있고, 용량에 따라, 이들 단탑형 산소농축기를 병렬 배치한 본원 출원인의 선출원 발명인 한국 특허출원 제 2000-46210 호에 개시된 것과 같은 산소농축기를 포함하여 사용할 수도 있다. 그 외에도, 본원 출원인의 선출원인 한국 특허출원 제 98-38227 호, 제 99-57484 호, 및 제 99-59818 호와 실용신안등록출원 제 99-28137 호 및 제 99-28997 호에 개시된 임의 타입의 산소농축기를 포함하여 구성될 수도 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, 이들 선출원에 기재된 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.

여러 번 언급한 바와 같이, 본 발명의 산소발생기는 흡착탑에 흡착된 질소를 탈착, 배출시키기 위하여 진공라인을 포함하여 구성된다는 점에서 종래의 압축스윙흡착 방식의 산소발생기와 구별된다. 종래 압축스윙흡착 방식에 따른 산소발생기에서 질소의 배출 라인은 대기와 연결되었다. 즉, 고압의 압축공기를 공급하고,산소농축기 내에 흡착된 질소는 대기압 상태에서 배출하였다. 본 발명에 따른 산소발생기에서는 질소의 배출을 위한 압력을 대기압 이하의 압력으로 낮춤으로써, 공기의 흡착과 탈착 사이의 상대적인 압력차는 유지하면서 공기압축기에 의한 압축공기의 공급 압력을 낮출 수 있고, 또한 이 때 이들 사이의 압력비(P_high/P_low)는 더욱 증가시킬 수 있음으로 인하여, 소음 발생이 적고 보다 효율적인 산소발생기를 제공할 수 있다.

상기 바람직한 실시예에서는, 상술한 바와 같은 진공라인의 구성에 의하여, 본 발명에 따른 산소발생기는 압축공기의 압력을 종래 PSA 방식에 의한 산소발생기의 경우에 비하여 보다 낮은 압력으로 제공할 수 있음을 설명하였다. 그러나, 본 발명에 따른 산소발생기에서 압축공기의 압력을 반드시 종래 PSA 방식에 비하여 낮은 압력으로 유지하여야 하는 것은 아니다. 공기의 가압 범위를 감소시킴으로써 공기압축기의 소음을 감소시킬 수 있다는 효과가 있으나, 본 발명에 따른 산소발생기에서도 보다 높은 압력으로 압축공기를 공급하고, 질소의 탈착 및 배출을 위해서는 상술한 바와 같은 진공라인을 그대로 사용한다면, 산소를 보다 효율적으로 농축, 공급할 수 있다. 이 경우, 소음이 크게 문제되지 않는다면, 상술한 본 발명의 바람직한 실시예에서와 같이, 공기압축기 및 산소농축기 등을 실내에 설치한 산소발생기를 제공할 수 있을 것이다. 그러나, 소음이 문제된다면, 종래의 PSA 방식에 따른 산소발생기에서와 같이, 산소발생기를 공기압축기와 산소농축기 및 산소저장탱크 등이 내장되는 실외기와 산소토출구로 구성되는 실내기로 구성하되, 흡착탑에흡착되는 질소의 탈착 및 배출을 위한 진공라인 및/또는 진공펌프를 상기 실외기 상에 더욱 포함하는 본 발명에 따른 산소발생기를 제공할 수도 있을 것이다.

이상 설명한 것과 같은 본 발명의 구성은 바람직한 실시 양태를 설명하기 위한 예로서만 작용하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 당업자라면, 상술한 본 발명의 기본 구성과 본원 명세서에 첨부된 특허청구범위에 기재된 발명의 기본 정신을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정이나 변경이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그와 같은 변경이나 수정은 본 발명의 범위에 속한다.

상기 본원 발명의 구성에 의하면, PSA 및 VSA 방식을 조합함으로써 보다 높은 효율로 산소를 농축할 수 있는 산소발생기를 제공할 수 있다. 나아가, 종래 PSA 방식에 의한 산소발생기에 비하여 보다 낮은 압력으로 압축공기를 공급할 수 있음으로써, 공기압축기에 의한 소음 발생을 현저히 감소시킬 수 있는 산소발생기를 제공할 수 있다.

본 발명의 산소발생기는 상술한 바와 같이 소음의 발생을 현저히 감소시킬 수 있음으로 인하여, 공기압축기와 산소농축기를 실내에 배치할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 종래의 PSA 산소발생기와 비교하여 높은 효율로 산소를 농축할 수 있으면서 그 구조 또한 간단한 산소발생기를 제공할 수 있다. 이와 같이 효율적이면서도 구조가 간단한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 산소발생기는 설치가 간단하고 설치시 건물의 외관을 해칠 염려가 없다.

또한, 상기와 같이 실내에 배치될 수 있는 공기압축기를 포함하는 본 발명의바람직한 실시예에 따른 산소발생기는 실내 공기를 여과, 흡입하여 사용하고 그로부터 분리된 질소는 실외로 배출함으로써, 실내 공기를 정화하며, 이로 인해 공급되는 산소의 순도를 높이는 효과를 갖는다. 따라서, 상기 실시예에 따르면, 현저한 소음의 발생 없이, 실내에 설치되어 실내 공기를 정화하고 설치된 실내 전체의 산소의 농도를 높일 수 있는 개량된 산소발생기가 제공된다.

또한, 본 발명은 대형 건물 등에 설치된 중앙집진식 진공펌프를 질소의 배출을 위한 진공원으로서 이용할 수 있음으로써, 별도의 진공라인을 설치할 필요 없이 실내의 필요한 장소 마다 기존 시설을 이용하여 간단하게 설치할 수 있음으로 인하여 비용이 절감되며 효과적인 산소발생기를 제공할 수 있다.

Claims (6)

1. 흡착탑을 구비하는 산소농축기와,

   상기 산소농축기에 압축 공기를 공급하는 공기압축기와,

   상기 산소농축기에 흡착된 질소의 배출을 위한 진공라인을 포함하여 구성되는 산소발생기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 진공라인은 건물에 설치된 중앙집진식 진공펌프와 연결되는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 흡착탑은 제올라이트 흡착제로 구성되는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공기압축기는 PSA(압축스윙흡착) 방식에 의한 산소발생기의 공기압축기의 공기 압축 압력에 비하여 낮은 압력 범위로 공기를 압축하여 산소농축기로 공급하는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 공기압축기는 1.5 기압 내지 2.5 기압의 압력 범위로 공기를 압축하여 산소농축기로 공급하는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
6. 흡착탑을 구비하는 산소농축기와,

   상기 산소농축기에 연결된 공기압축기, 및

   상기 산소발생기의 한 끝단과 연결되며 중앙집진식 진공펌프와 연결되는 진공라인을 포함하여 구성되는 산소발생기 시스템.