KR200296853Y1

KR200296853Y1 - oxygen concentrator

Info

Publication number: KR200296853Y1
Application number: KR2020020026172U
Authority: KR
Inventors: 문충훈
Original assignee: 문충훈
Priority date: 2002-09-02
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2002-12-02

Abstract

본 고안은 통상의 공기로부터 질소를 분리하여 배출함으로써 산소부화공기를 얻는 산소농축기에 관한 것으로, 특히 압력차이를 흡착제에 가하는 방법을 사용하는 산소농축기의 불순물 탈착과정을 돕기 위하여 고온의 열원을 사용하여 보다 효과적으로 탈착을 하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an oxygen concentrator which obtains oxygen-enriched air by separating and discharging nitrogen from ordinary air. In particular, a high temperature heat source is used to aid in the desorption process of an oxygen concentrator using a method of applying a pressure difference to an adsorbent. The present invention relates to a device that detaches more effectively.

본 고안은 별도의 히터에 의한 열을 이용하거나, 혹은 자동차 엔진에 의한 열이나 공기압축기나 응축기 등에서 자연적으로 발생하는 열을 흡열 과정인 탈착 과정에 사용함으로써 효과적인 탈착을 수행하여 흡착제의 내구성 및 분리성능 향상을 달성하게 된다.The present invention utilizes heat generated by a separate heater, or heat generated by an automobile engine, or naturally generated heat from an air compressor or condenser, is used for desorption, which is an endothermic process. Improvement is achieved.

Description

Oxygen Concentrator

본 고안은 공기 중의 질소와 산소에 대한 다른 흡착성능을 보이는 흡착제를 사용하여 압력차이를 가함으로써 통상의 공기보다 높은 산소농도를 가진 산소부화공기를 얻는 산소농축기에 관한 것으로, 특히 산소농축기에 있어서 불순물을 제거하는 탈착과정을 돕기 위하여 고온의 열원을 사용하여 효과적인 탈착과정을 수행하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an oxygen concentrator which obtains oxygen enriched air having an oxygen concentration higher than that of ordinary air by applying a pressure difference using an adsorbent that shows different adsorption performances to nitrogen and oxygen in the air. The present invention relates to an apparatus for performing an effective desorption process by using a high temperature heat source to assist the desorption process.

공기중에 존재하는 질소와 산소를 분리하여 통상의 산소농도보다 높은 농도의 산소부화공기를 만드는 산소농축기는 일반적으로 두 가지 방법을 많이 사용한다. 그 중 하나는 질소와 산소에 대하여 다른 흡착도를 나타내는 흡착제를 사용하여 압력차이를 가함으로써 산소부화공기를 만드는 방법과 기체 분리막을 통과시켜 얻는 방법이 그 것이다.Oxygen concentrators, which separate nitrogen and oxygen from the air and produce oxygen enriched air at concentrations higher than the normal oxygen concentration, generally use two methods. One of them is a method of making oxygen-enriched air by applying a pressure difference using an adsorbent having a different adsorption degree to nitrogen and oxygen, and a method obtained by passing a gas separation membrane.

본 고안은 흡착제를 사용하는 산소농축기에 관한 것으로, 흡착제는 주로 합성 제올라이트가 많이 사용된다. 흡착제에 압력을 가하는 방법은 공기압축기를 사용하여 흡착제를 채운 흡착베드에 압축공기를 공급하여 이루어지거나 진공펌프를 사용하여 부압을 걸어 이루어진다.The present invention relates to an oxygen concentrator using an adsorbent, and the adsorbent is mainly a synthetic zeolite. The method of applying pressure to the adsorbent is performed by supplying compressed air to the adsorption bed filled with the adsorbent using an air compressor or applying a negative pressure using a vacuum pump.

도 1은 이러한 통상적인 압력스윙방식(PSA,Pressure Swing Adsorption)을 사용하는 산소농축기의 간략화된 도식도이다. 통상적으로 부압을 사용하는 진공스윙방식(VSA)도 넓은 의미에서 이에 속한다. 이러한 PSA를 사용하는 산소농축기는 흡착제에 질소 및 불순물을 흡착시키는 흡착단계와 흡착제에 흡착된 물질을 제거하여 흡착제를 원상태로 회복시키는 탈착과정을 그 기본으로 한다. 이러한 흡착과정은 발열과정이며, 탈착과정은 흡열과정으로 탈착과정시의 흡착베드(1)에 대한 가열은 보다 효과적인 탈착과정을 도와주게 된다. 그러나, 이러한 효과를 위하여 흡착베드(1)를 직접 가열하는 방식은 열용량을 고려하면 비현실적인 방법이 된다. 산소농축기에서 흡입공기의 유로를 전화시켜주는 밸브(3) 외에 중요한 부재인 흡착베드(1) 내에 충진된 흡착제가 불완전한 탈착과정으로 인하여 흡착제 내부에 질소나 수분 기타 불순물이 쌓이게 되면 흡착능력이 급격하게 떨어져 결국은 제 기능을 다하지 못하게 된다. 대형의 산업용 산소생산장치나 건조공기 생산장치들은 이러한 탈착과정을 위하여 별도의 대형 히터를 사용하여 공기펌프로 고온의 공기를 흡착베드로 역류시켜 탈착과정을 돕기도 한다. 그러나, 이러한 장치는 소형의 산소농축기에는 전력, 비용 및 크기 등의 문제로 사용할 수 없게 된다. 따라서, 소형의 산소농축기에는 별도의 큰 소비전력 및 비용의 사용 없이 저가의 대체적인 장치나, 상황에 따라 기존에 존재하는 열원을 사용하여 탈착과정을 돕는 것이 바람직하다.1 is a simplified schematic diagram of an oxygen concentrator using this conventional pressure swing adsorption (PSA). The vacuum swing method (VSA), which typically uses negative pressure, also belongs to this in a broad sense. The oxygen concentrator using the PSA is based on the adsorption step of adsorbing nitrogen and impurities to the adsorbent and the desorption process of restoring the adsorbent to its original state by removing the adsorbed material from the adsorbent. This adsorption process is an exothermic process, the desorption process is an endothermic process, heating the adsorption bed (1) during the desorption process helps more effective desorption process. However, the method of directly heating the adsorption bed 1 for this effect is an impractical method considering the heat capacity. In addition to the valve (3) for converting the inlet air flow path from the oxygen concentrator, the adsorbent filled in the adsorption bed (1), which is an important member, is rapidly desorbed when nitrogen, moisture or other impurities accumulate inside the adsorbent. You will eventually fall out of service. Large-scale industrial oxygen production equipment or dry air production equipment may assist with the desorption process by using a separate large heater to return the hot air back to the adsorption bed using an air pump. However, such a device cannot be used in a small oxygen concentrator due to power, cost and size problems. Therefore, it is desirable to use a small oxygen concentrator to assist the desorption process by using a low-cost alternative device or an existing heat source depending on the situation without using a large amount of power consumption and cost.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 고안으로서, 탈착과정 중에 흡착베드 내로 고온의 건조공기를 간단히 효과적으로 주입하기 위한 것이다. 흡착과정은 통상의 온도를 가진 공기가 들어오며, 탈착과정은 별도의 열원에 의해 가열된 공기를 사용해 수행함으로써 질소, 수분 및 기타 불순물을 탈착시키는 데에 있다. 즉, 이는 기존의 산소 농축기에 있어서 한 흡착베드(1)가 생산하는 건조한 산소부화공기를 타 흡착베드(1')로 보내기 위해 사용하는 미세관(2)에 열원을 가함으로써 이루어진다.The present invention is designed to solve the above problems, is to simply and effectively inject high temperature dry air into the adsorption bed during the desorption process. The adsorption process involves the air having a normal temperature, and the desorption process is performed by desorbing nitrogen, water and other impurities by using air heated by a separate heat source. That is, this is accomplished by applying a heat source to the microtube 2 used to send dry oxygen enriched air produced by one adsorption bed 1 to another adsorption bed 1 'in the conventional oxygen concentrator.

이러한 열원은 후술하는 별도의 간단한 소형 히터를 사용하여 미세관(2) 경로에 설치하거나, 혹은 미세관 자체를 열교환기 형태로 만들어 이미 존재하는 산소농축기나 설치 장소 주변의 열원과 결합하여 이루어진다. 즉, 컴프레서 자체에서 발생하는 열이나, 에어컨의 응축기 혹은 자동차 엔진에 의하여 자연적으로 발생하는 열을 이용하여 가열 공기를 생산함으로써 이루어진다.The heat source is installed in the path of the microtubule 2 using a separate small heater, which will be described later, or is made by combining the microconductor itself with a heat source around an oxygen concentrator or an installation site that already exists. That is, the heating air is produced by using heat generated by the compressor itself or heat naturally generated by a condenser of an air conditioner or an automobile engine.

도 1은 본 고안에 따른 장치의 도식도이다.1 is a schematic diagram of a device according to the present invention.

도 2는 도 1의 미세관(2)에 설치되는 별도의 소형 히터의 실시예로써 열선(4)과 이 열선(4)과 약간의 공간을 가지며 공기 흡입부(5)와 배출부(6)를 가지는 내열성 재료로 이루어진 히터케이스(7)로 이루어진다. 상기 소형히터는 가늘고 긴 모양이 바람직하며 열선(4)과 히터케이스(7)는 접촉하지는 않으나 매우 근접하도록 만들어진다. 히터에 전기를 공급하는 전원선(8)은 히터케이스(7)를 통하여 외부로 연결된다. 미세관은 소량의 유량이 흐르도록 적정 공기저항을 가져야 하므로 상기 소형히터의 공기저항 역시 이미 정해진 산소농축기의 미세관이 가지는 공기저항을 갖도록 만드는 것이 바람직하다. 이러한 소형히터를 미세관 대신에 사용함으로써 탈착과정을 효과적으로 수행할 수 있다. 즉, 도 1의 한 흡착베드(1)에서 흡착과정이 다른 흡착베드(1')에서 탈착과정이 이루어 진다면, 흡착베드(1)에서 생산되는 건조한 산소부화공기는 미세관 대신에 미세관 기능을 갖는 상기 도 2의 소형히터를 통과하면서 고온의 공기로 변하여 다른 흡착베드(1')로 역류하여 탈착시에 불순물 제거를 효과적으로 수행하게 된다. 상기 소형 히터의 구조에 있어서 열선(4) 안쪽에 공간을 두어 공기가 내부로 흐르게 하고 열선(4)의 외부는 내열재로 컴파운딩하는 것은 상기 실시예에서 자명하다.FIG. 2 shows an embodiment of a separate small heater installed in the microtube 2 of FIG. 1, which has a heating wire 4 and some space with the heating wire 4, and has an air intake part 5 and an outlet part 6. It consists of a heater case (7) made of a heat resistant material having a. The small heater is preferably thin and long, and the heating wire 4 and the heater case 7 are not in contact with each other, but are made in close proximity. Power line 8 for supplying electricity to the heater is connected to the outside through the heater case (7). Since the microtubules must have an appropriate air resistance to flow a small amount of flow, it is preferable to make the air resistance of the small heater to have air resistance of the microtubes of the oxygen concentrator already defined. By using such a small heater in place of the microtube, the desorption process can be effectively performed. That is, if the desorption process is performed in the adsorption bed 1 ′ in which the adsorption process is different in one adsorption bed 1 of FIG. 1, the dry oxygen-enriched air produced in the adsorption bed 1 has a microtubule function instead of a microtube. 2 through the small heater shown in FIG. 2 is converted into hot air to countercurrent to the other adsorption bed (1 ') to effectively remove impurities during desorption. In the structure of the small heater, it is obvious in the above embodiment that a space is provided inside the heating wire 4 so that air flows inside and the outside of the heating wire 4 is compounded with a heat resistant material.

상기와 같은 실시예는 별도의 열원이 존재하지 않을 때에 외부에서 전력을 열선(4)에 공급하여 소형 산소농축기의 탈착과정을 돕는 것으로서, 많은 경우에 있어서는 그 설치 상황이나 주변의 부품이 열원을 공급할 수 있는 경우가 있다. 즉, 대부분의 산소농축기는 고온을 발생하는 공기압축기나 진공펌프를 구비하므로 이들이 발생시키는 열을 소형 열교환장치를 만들어 사용하면 별도의 외부 에너지 공급없이 버려지는 에너지를 탈착과정에 이용할 수 있다. 도 3은 이러한 경우를 나타내는 실시예로서 산소농축기에 압축공기를 제공하는 공기압축기(9)의 고온 부위에 미세동관(10)을 사용하여 만들어진 열교환기를 부착시킨 실시예를 나타낸다. 따라서, 미세동관(10)을 지나는 건조한 산소부화공기는 공기압축기(9)의 고온 발열부에서 발생하는 열을 받아 고온의 공기로 변하여 상기와 같이 흡착베드 내의 탈착과정을 돕게 된다.The above embodiment is to help the desorption process of the small oxygen concentrator by supplying power to the heating wire (4) from the outside when there is no separate heat source, in many cases the installation situation or the surrounding components can supply the heat source There may be cases. That is, most oxygen concentrators are equipped with an air compressor or a vacuum pump to generate a high temperature, so that the heat generated by these small heat exchangers can be used for desorption without additional external energy. 3 shows an example in which a heat exchanger made by using a microcopper tube 10 is attached to a high temperature portion of an air compressor 9 that provides compressed air to an oxygen concentrator as an example showing such a case. Therefore, the dry oxygen-enriched air passing through the fine copper tube 10 receives heat generated from the high temperature heat generating portion of the air compressor 9 and converts it into high temperature air to assist the desorption process in the adsorption bed as described above.

상기와 같은 실시예로부터, 공기압축기(9) 대신에 진공펌프와 같은 별도의 압력차이를 발생시키는 열원과 상기 미세동관(10)을 결합시키는 실시예는 자명하며, 가정용 에어컨과 결합형으로 설치될 경우에는 응축기와 같은 열원와 결합되는 것, 자동차에 설치될 경우는 고온을 발생시키는 엔진 발열부에 미세동관(10)의 열교환기를 부착하는 실시예는 바로 가능함을 알 수 있다.From the above embodiment, the embodiment of combining the micro copper tube 10 with a heat source that generates a separate pressure difference, such as a vacuum pump instead of the air compressor 9 is self-evident, to be installed in combination with a home air conditioner In the case of being coupled to a heat source such as a condenser, it can be seen that an embodiment of attaching a heat exchanger of the microcopper tube 10 to the engine heat generating unit that generates high temperature when installed in an automobile is immediately possible.

본 고안에 따른 효과로서, 소형 산소농축기에 있어서 흡착제의 불순물을 제거하는 탈착과정을 효과적으로 수행함으로써 흡착제의 내구성 증대 및 간단한 장치로 그 동작이 가능함으로써 비용절감과 소형화의 가능성 등의 효과가 있다. 특히, 이미 존재하는 열원과의 결합이 가능함으로써 다른 기기와 산소농축기와의 효과적인 결합이 가능하다.As an effect according to the present invention, by effectively performing the desorption process of removing impurities in the adsorbent in the compact oxygen concentrator, it is possible to increase the durability of the adsorbent and to operate it with a simple device, thereby reducing the cost and the possibility of miniaturization. In particular, it is possible to combine with an existing heat source, so that it is possible to effectively combine with other devices and oxygen concentrator.

Claims

In the small oxygen concentrating device which separates nitrogen components from air by applying pressure difference using selective adsorption performance of adsorbent,

The apparatus has two or more adsorption beds having an adsorbent therein,

The adsorptive beds are connected to each other through an air passage,

At least one of the adsorption beds performs an adsorption process and the other is a desorption process,

And a portion of the generated air generated during the adsorption process is supplied to the adsorption bed for performing the desorption process through the small heat source existing on the air flow path.

According to claim 1, wherein the small heat source is a small heater consisting of a heating wire that receives power from the outside to generate heat therein and a heater case made to form the heating wire and the air flow path at a predetermined interval with the heating wire on the outside; Small oxygen concentrator, characterized in that the small heater has a heating air supply function by heating the air passing through the air flow path.

According to claim 1, wherein the small heat source is a small heater consisting of a heating wire to generate heat by receiving power from the outside and a heat-resistant compound compounded to the heating wire, the heating wire is wound to have an air flow path therein to close the flow path Small oxygen concentrating device, characterized in that it has a heating air supply function by allowing the air to pass through is heated.

[4] The compact oxygen concentrating device according to claim 2 or 3, wherein the small heater has a function of a micro tube by having a constant air resistance.

The small oxygen concentrating device according to claim 1, wherein the small heat source is configured in the form of a heat exchanger using a fine copper tube.

The compact oxygen concentrating device according to claim 5, wherein the heat exchanger type microcopper tube is installed in a heat generating part of the air compressor existing in the compact oxygen concentrating device.

6. The compact oxygen concentrator according to claim 5, wherein the heat exchanger type microcopper tube is installed in a heat generating portion of a vacuum pump existing in the compact oxygen concentrator.

6. The compact oxygen concentrating device according to claim 5, wherein the heat exchanger-type microcopper tube is installed at a high temperature portion to receive heat by an automobile engine.