KR200341017Y1 - 결로 제거 기능을 갖는 산소 농축기 - Google Patents

Abstract

농축된 고농도 산소를 외부로 배출하는 유로 상에 맺힌 결로를 자동으로 제거하는 산소 농축기가 개시된다. 상기 산소 농축기는 기체 분자의 투과 특성에 의하여 외부로부터 공급되는 공기중의 산소만을 선택적으로 분리 포집하여 고농도의 산소를 발생하는 기체 분리막 모듈과, 외부로부터 공급되는 공기의 수분을 제거하여 배출하는 제습필터와, 제어신호의 입력에 의해 진공압을 발생시켜 일정한 압력으로 기체 흡입구의 기체를 흡입하여 기체 배출구로 송출하는 진공펌프와, 밸브 제어신호의 입력에 따라 상기 제습필터의 제습공기 배출구와 상기 기체 분리막 모듈의 산소배출구를 상기 진공펌프의 흡입구에 선택적으로 연결하는 솔레노이드 밸브를 구비하여 상기 솔레노이드 밸브의 작동에 따라 상기 기체 분리막 모듈로부터 발생된 고농도의 산소와 상기 제습된 공기를 선택적으로 배출유로로 송출하여 상기 진공펌프의 기체 배출구에 연결된 배출유로상의 결로를 제거하도록 동작함을 특징으로 한다.

Description

결로 제거 기능을 갖는 산소 농축기{OXYGEN THICKENER HAVING DEW CONDENSATION REMOVAL}

본 고안은 기체 분리막 모듈을 이용하여 공기중의 산소만을 선택적으로 투과시켜 농축된 산소를 배출하는 산소 농축기에 관한 것으로, 특히 농축된 고농도의산소를 배출시 습기에 따라 기체 배출 유로 상에 맺히는 결로(dew condensation)를 자동으로 제거하는 산소 농축기에 관한 것이다.

최근 들어, 자동차 매연 등의 대기환경 오염의 증가와 도심 속 공기중의 산소 농도 감소로 인한 현대병 등의 증가로 인하여 실내에 산소 농도가 높은 신선한 공기를 공급하는 산소 발생 장치 또는 산소 농축기의 필요성이 증가되고 있다. 이와 같은 산소 발생 장치 또는 산소 농축기는 가정용 정수기, 에어컨, 차량용 산소발생장치, 실내 환기용 산소발생장치 등으로 그 응용분야가 확대되어가고 있다.

중소형 용량의 산소를 발생하는 방법으로는 흡착제를 이용하는 압축 스위칭 흡착(Pressure Swing Adsorption: PSA) 방법과, 기체의 확산, 투과속도 차이를 이용하는 기체 분리막 방법 등이 있다. 이중 기체 분리막 방법은 막(membrane)에 대한 선택적인 기체 투과 원리를 이용하는 것으로서, 기체 혼합물이 막 표면에 접촉할 경우 기체성분이 막 속으로 용해 및 확산하게 되는 속도 차이를 이용하여 기체의 성분별 분리가 가능하도록 되어 있다. 이러한 기체 분리막을 이용한 방법은 장치의 구성을 간단하게 할 수 있어 널리 이용되고 있다.

상기와 같은 원리에 의해 농축된 산소를 발생하는 산소 발생기 혹은 산소 농축에 있어서, 시스템의 성능 및 내구성을 저하시키는 요인으로 가장 문제시되는 것은 수분이라 할 수 있다. 산소 농축기에서 수분이 발생되는 원인은 진공펌프에서 압축된 산소가 산소 배출 유로를 따라 유동하는 도중에 냉각되어 수분이 응결하는 것으로 대형 산소 발생(PSA) 시스템에서는 공기중의 수분을 제거하기 위한 전처리 장치(냉각기, 드라이어 등의 구성으로 공기중의 절대 습도를 낮추는 장치)가 필수적인 요소로 되어 있으나, 소형에서는 공간상의 이유로 전처리 장치를 사용하지 못하고 제올라이트 베드의 압축공기 입구에 알루미나의 층을 두어 수분의 영향을 적게 하는 소극적인 방법을 취하였다.

대한민국 공개특허공보 특2000-0063883호(기체 분리막을 이용한 산소공급장치)에는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 기체 분리막을 이용한 산소 발생장치를 개시하고 있다. 그러나, 상기 선행기술에 개시된 산소발생장치는 공기 중에 존재하는 수분을 제거하기 위하여 히터 및 드라이어를 구비하고 있으며, 이는 상기 히터 및 드라이어를 열원으로 하여 수분을 제거하기 때문에 장치 내부의 공기 온도를 상승시킨다. 상기와 같이 장치 내부 공기가 상승되면 중공사형 기체 분리막 모듈의 산소 발생 효율을 저감시키는 문제점으로 대두되기 때문에 앞서 기술한 바와 같이 소형화하여 휴대용으로 제작하기가 불가능하다.

또한, 중공사형 기체 분리막 방법을 이용한 산소 발생장치는 다음과 같은 결점을 가지고 있다. 기체 분리막 모듈로 유입되는 공기가 수분필터를 거치더라고, 수분필터에서 걸러지지 못한 작은 입자의 수분이 유입 공기에 다량 함유되게 되어 있다. 그런데, 기체 분리막 모듈은 수분에 약하므로, 이러한 다량의 수분을 효율적으로 제거하지 못하면 기체 분리막 모듈의 공기 유입구와 기체 분리막 모듈의 에폭시 코팅층 사이의 공간에 수분이 누적되고, 이러한 수분의 누적은 점차적으로 중공사막의 내부 표면이 수분에 의해 오염되게 된다. 이로 인해 기체 분리막 모듈이 활성을 잃게 되어 그 고유의 성능을 발휘하지 못해 궁극적으로는 산소 토출구를 통해 나오는 산소의 순도가 낮아지며 산소 발생량도 적어지는 문제점을 갖게된다. 따라서, 장마철 등과 같은 습도가 높은 환경에서 사용하는 경우, 수분의 영향으로 성능이 미비하고 산소발생장치의 보호가 미흡하게 됨과 동시에 성능과 내구성이 저하되는 문제가 있었다.

끝으로 상기 선행 기술에 개시된 산소 발생 장치는 진공펌프 혹은 압축기의 동작에 의한 열을 냉각시키기 위하여 열교환기와 별도의 냉각팬을 사용함으로써 구성이 복잡하였다.

따라서 본 고안의 목적은 산소 배출 유로에 맺히는 결로를 제거하여 기체 분리막 모듈의 성능 저하를 방지함과 동시에 산소 배출량이 저감되지 않도록 하는 결로 제거 기능을 갖는 산소 농축기를 제공함에 있다.

본 고안의 다른 목적은 공기중의 산소만을 선택적으로 분리 포집하여 고농도의 산호를 발생케하는 동작을 종료한 후, 산소 배출 유로에 맺힌 결로를 자동적으로 제거하는 구조를 갖는 산소 농축기를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은 공기 흡입구 및 공기 배출구가 형성된 제1컨테이너(container) 및 그 하부에 위치된 제2컨테이너가 일체화되며, 동작 전압의 입력에 의해 상기 공기 흡입구측의 공기를 상기 제1컨테이너의 내부로 공급함과 동시에 상기 제2컨테이너의 내부 공기를 상기 공기 배출구로 배출하는 공기배출 팬이 일측에 부착된 펌프케이스와; 상기 제1컨테이너에 내장되어 상기 공기 흡입구를 통해 제공되는 공기 중의 산소를 선택적으로 투과시켜 고농도의 산소를 배출하는 기체 분리막 모듈과; 상기 펌프 케이스의 일측면에 고정 결합되어 공기에 포함된 습기를 제거하는 제습 필터와; 상기 제2컨테이너에 내장되며 제어신호의 입력에 의해 진공압을 발생시켜 일정한 압력으로 기체 흡입구측의 기체를 흡입하여 기체 배출구로 송출하는 진공펌프와; 밸브 제어신호의 입력에 따라 상기 제습필터의 제습공기 배출구와 상기 기체 분리막 모듈의 산소배출구를 상기 진공펌프의 흡입구에 선택적으로 연결하는 솔레노이드 밸브와; 상기 펌프 케이스의 타측에 고정 결합되며 상기 진공펌프의 기체배출구로부터 배출되는 농축 산소의 배출 소음을 제거하는 소음기(silencer)를 포함하여 구성함을 특징으로 한다.

상기 소음기 및 제습필터는 상기 펌프케이스의 양측에 형성된 소음기 고정부 및 제습필터 고정부에 결합되어 일체화시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공기 배출팬은 상기 공기 흡입구측의 공기를 상기 제1컨테이너 내의 기체 분리막 모듈로 공급함과 동시에 제2컨테이너의 내부로 공급하여 진공펌프를 냉각시키고 청정공기를 상기 공기 배출구를 통해 외부로 보낼 수 있는 풍량을 가지며, 압력 감소가 적은 시로코 팬(Siroco Fan)을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 펌프케이스 내의 제1컨테이너와 제2컨테이너 사이에 상기 공기배출 팬이 설치된 상기 제1컨테이너의 일면에는 기체 흡입 유로부 및 공기 배출 유로부를 형성하는 것이 좋다.

상기 공기 흡입구의 외측에는 공기중에 포함된 불순물을 제거할 수 있는 공기청정필터를 부착하는 것이 바람직하다.

도 1a 및 도 1b는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 산소 농축기의 정면 및 배면 외관 사시도를 나타낸 도면.

도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 산소 농축기의 분리 사시도를 나타낸 도면.

도 3a 및 도 3b는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 산소 농축기의 펌프 케이스 내부의 일부 구성의 확대도들을 나타낸 도면이다.

도 4a 및 도 4b는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 산소 농축기의 펌프 케이스를 조립하였을 때의 정면 사시도 및 배면 사시도를 나타낸 도면.

이하 본 고안의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 본 고안은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 하기 실시예는 설명을 위한 것이고 당업자에게 본 고안의 사상을 충분하게 전달하기 위한 것임에 유의하여야 한다. 또한 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명이 생략됨에 유의하여야 한다.

도 1a 및 도 1b는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 산소 농축기의 정면 및 배면 외관 사시도를 나타낸 도면이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 산소 농축기 10의 하우징 12 전면(front)에는 산소 농축기의 동작 모드를 제어하고 동작 상태를 표시하기 위한 표시부를 구비한 제어 표시부(control display party) 14 및 하우징 12 내부로부터 발생되는 공기를 배출하기 위하여 다공으로 형성된 청정공기 배출부 16이 마련되어 있다.

또한 상기 하우징 12 후면(rear)에는 외부의 공기를 하우징의 내부로 공급하기 위한 외부 공기 흡입부 28이 형성되고, 내부에서 발생된 농축 산소가 배출되는 농축산소 배출구 18이 하우징 12의 상단부의 중앙에 위치되며, 그 하측면에는 헤드셋 걸이부 26이 고정 결합되어 있다. 상기 농축산소 배출구 18에는 헤드셋 22의 산소 토출구 24에 연결되어진 연결관 20의 일측이 연결되어 그로부터 공급되는 농축산소를 상기 산소 토출구 24로 배출한다.

위와 같은 구성 중, 외부공기를 하우징 12의 내부로 제공하기 위한 다수의구멍을 갖는 외부 공기 흡입부 28의 내측에는 공기중에 포함된 이물질 등을 필터링하기 위한 공기 청정 필터가 결합된다. 이러한 공기 청정 필터는 외부 공기 중 비교적 입자가 큰 먼지 등을 1차적으로 제거하여 산소 농축기 10의 성능을 유지시키는 전처리 필터와 여과된 공기에 포함된 미세한 가스입자, 즉, 냄새 성분과 발암물질 등을 포함하는 각종 유해가스와 그 중 화학성분을 흡착시켜 제거하는 활성탄 필터, 광촉매필터 등으로 구성된 공기청정 필터를 사용할 수 있다.

상기와 같이 구성된 산소 농축기 10은 제어 표시부 12에 놓인 동작 버튼을 선택함으로써 그 내부에 위치된 진공펌프, 공기배출 팬 및 솔레노이드 밸브를 선택적으로 작동시켜 농축된 산소 혹은 습기가 제거된 공기를 농축산소 배출구 18로 배출한다. 이때, 도 1b의 외부 공기 흡입부 28로는 외부공기가 흡입되어 하우징 12의 내부로 공급되며, 도 1a의 청정공기 배출부 16으로는 깨끗한 공기가 배출된다.

상기 농축 산소 배출구 18을 통해 배출된 농축 산소는 헤드셋 연결호스 20을 통하여 그 말단에 연결된 헤드셋 22의 산소 토출구 24로 배출된다. 따라서, 헤드셋 22를 착용하고 있는 사용자의 코 주변에 농축산소가 배출됨으로써 농축산호를 흡입하는 이용자의 두뇌를 맑게 할 수 있다.

상기 농축된 산소와 습기 제거된 공기가 산소 농축기 10으로부터 배출되는 동작 과정은 아래의 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 산소 농축기 10의 분리 사시도를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 하우징 12를 구성하고 있는 전면 하우징 12A 및 후면 하우징 12B의 사이에는 하우징 베이스 32의 상부에 놓여진 물체의 진동이억제되도록 방진고무로 댐핑(damping) 결합된 진공 펌프 베이스(vacuum pump base) 34가 위치된다. 또한, 상기 진공 펌프 베이스 34의 상부에는 펌프용 방진고무 38을 개재하여 댐핑 결합된 진공펌프 36 및 기체 분리막 모듈 40이 위치되며, 상기 진공펌프 36 및 기체 분리막 모듈 40을 감싸고 있는 펌프케이스 30(여기서 30은 도면의 참조부호 30A와 30B가 합체된 구성을 의미함)이 구비되어 있다.

이때, 상기 하우징 12를 구성하는 전면 하우징 12A 및 후면 하우징 12B의 내측 면에는 내부로부터 외부로 전달되는 진동소음을 흡수하여 제거하기 위한 케이스 흡음제 48이 부착되어 있다. 상기 펌프 케이스 30은 전면(front) 펌프 케이스 30A 및 후면(rear) 펌프 케이스 30B가 한 쌍으로 이루어 그 내부에 상기 하우징 베이스 32의 상부에 위치되어지는 진공펌프 36 및 기체 분리막 모듈 40을 보관하게 되는 구조를 갖는다.

위와 같은 구성요소들 중 기체 분리막 모듈 40은 상부 및 좌우측면부를 통해 흡입되는 공기중의 산소만을 선택적으로 투과시켜 포집 농축된 산소를 산소배출구 50으로 배출함과 동시에 그 하부에 놓인 공기 배출부로 나머지 공기를 배출하는 기능을 한다. 그리고, 그 하부에 놓인 진공펌프 36은 상기 기체 분리막 모듈 40에서 선택적으로 투과 배출하는 농축 산소를 펌핑하여 외부로 배출하는 기능을 한다.

그리고, 상기 전면 및 후면 펌프 케이스 30A 및 30B의 상부 좌우측에는 제습필터 및 소음기를 각각 고정하기 위한 제습 필터 고정부 42(여기서 42는 도면의 참조부호 42A 및 42B가 합체된 구성을 의미함)와 소음기 고정부 44(여기서 44는 도면의 참조부호 44A 및 44B가 합체된 구성을 의미함)가 형성되어 있으며, 상기 펌프케이스 30의 하부측 내면에는 진공펌프 36의 구동에 의한 진동 소음을 흡음하기 위한 펌프 구동실 흡음제 46이 부착된다. 이때, 상기 펌프 케이스 30의 상부측은 기체 분리막 모듈 40을 수납하여 보관하는 제1컨테이너이며, 하부측은 진공펌프 36을 수납하여 보관하는 제2컨테이너이다.

도 3a 및 도 3b는 도 2의 구성요소들 중 중앙부분에 놓인 펌프 케이스 30 내부의 일부 구성을 확대하여 나타낸 도면들이다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 기체 분리막 모듈 40에 의해 선택적으로 분리 투과되어 포집된 산소만을 펌핑하기 위한 진공 펌프 36은 하우징 베이스 32의 상부에 결합된 진공 펌프 베이스 34의 상부에 결합되어 있다. 이때, 상기 하우징 베이스 32의 하부면에는 산소 농축기 10이 지면에 세워졌을 때 지면과 댐핑 작용을 하는 하우징 방진고무 60이 스크류(screw)로 체결되어 결합된다.

상기 하우징 베이스 32의 상부에 놓이게되는 진공 펌프 베이스 36은 양측에 형성된 펌프 케이스용 방진 고무 안착 홈에 끼워진 펌프 케이스용 방진고무 62에 의해 댐핑 작용을 하도록 상기 하우징 베이스 32에 결합되어 있다. 상기 펌프 케이스용 방진 고무 62는 와셔(washer)와 스크류에 의해 하우징 베이스 32에 결합되어 있다. 그리고, 상기 진공 펌프 베이스 34의 상부에는 펌프용 방진 고무 38이 놓이게되며 그 상부에 진공펌프 36이 상기 펌프용 방진 고무 38을 개재하여 스크류로 결합되어 있다.

상기 진공 펌프 베이스 34 및 두 개의 방진고무 62, 38을 개재하여 상기 하우징 베이스 32상에 결합된 진공펌프 36은 동작 전원전압의 입력에 의해 기체 흡입구 56의 기체를 일정한 압력으로 펌핑하여 기체배출구 58로 배출한다.

한편, 펌프 케이스 30내에서 상기 진공펌프 36의 상부에 놓여질 기체 분리막 모듈 40은 상부 및 좌우측에 형성된 공기흡입부 52로 공급되는 공기 중의 산소를 선택적으로 투과시켜 고농도의 산소만을 포집하여 산소배출구 50으로 배출하며, 나머지 공기는 하부에 형성된 공기 배출부 54로 배출한다. 이때, 상기 기체 분리막 모듈 40의 산소배출구 50은 별도의 연결관을 통해 진공펌프 36의 기체 흡입구 56에 연결된다. 이러한 기술적 구성은 후술하는 도 4b에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 3a와 같은 구성 요소들 중 기체 분리막 모듈 40은 도 3b에 도시된 바와 같이 후면 펌프 케이스 30B의 상부측에 마련된 제1컨테이너 64에 안착되며, 진공펌프 36은 상기 후면 펌프 케이스 30B의 하측에 마련된 제2컨테이너 66에 안착된다.

또한, 상기 후면 펌프 케이스 30B의 제1컨테이너 64에는 도 1b의 후면 하우징 12B에 마련된 외부 공기 흡입부 28을 통하여 들어오는 외부공기를 펌프 케이스 30의 내부로 공급하기 위한 펌프케이스의 공기 흡입구 68이 형성되어 있다. 또한, 상기 후면 펌프 케이스 30B의 내부 일측에는 시로코 팬이 끼워져 결합되기 위한 공기 배출팬의 공기 흡입구 74가 형성되어 있고, 상기 공개 배출팬의 공기 흡입구 74에 수직한 방향으로는 공기 배출팬의 공기 배출 유로부 72가 형성되어 있다. 이러한 공기 배출팬의 공기 배출 유로부 72는 후면 펌프 케이스 30B 내부의 제1컨테이너 64의 내부면을 보강하는 리브 형태(lib type)로 형성되어 있다. 또한, 공기 배출 유로부 72는 상기 공개 배출팬의 공기 흡입구 74에 공기 배출팬(도 4b의 104 참조)이 끼워져 회전될 때 제1컨테이너 64내의 공기를 공기 배출팬 측으로 안내함과 동시에 하부에 놓여진 진공펌프 36의 작동에 의해 발생되는 소음을 분산시켜 저감시킨다.

상기 펌프 케이스 30의 상부에 마련된 제1컨테이너 64와 하부에 마련된 제2컨테이너 66의 사이에는 돌기 형태의 펌프 케이스 공기 흡입 유로부 76이 형성되어 있으며, 이는 제2컨테이너 66내에 놓인 진공펌프 36의 작동에 의한 더운 공기를 상기 공기 배출팬 측으로 배출하는 통로를 형성한다.

끝으로 상기 후면 펌프 케이스 30B의 일측 상부에는 공기 배출팬의 공기 배출부 70이 형성되어 있으며, 상기 공기 배출팬의 공기 배출부 70의 입구는 시로코 팬의 배출구에 연결되어 있다. 따라서, 상기 공기 배출팬이 작동될 때 공기 배출팬의 공기 흡입구 74의 공기가 흡입되어 상기 공기 배출팬의 공기배출부 70의 밖으로 공기가 배출된다. 이러한 기술적 구성에 대한 동작은 후술하는 도 4a 및 도 4b의 구성에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 4a 및 도 4b는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 산소 농축기의 전면 펌프 케이스 30A 및 후면 펌프 케이스 30B, 그리고 제습 필터 11, 소음기 13, 솔레노이드밸브 90 및 각종 연결관들을 조립하였을 때의 정면 사시도 및 배면 사시도를 나타낸 도면들이다.

즉, 후면 펌프 케이스 30B 내부의 제1컨테이너 64에 기체 분리막 모듈 40을 조립하고, 그 하부의 제2컨테이너 66에 하우징 베이스 32의 상부에 조립된 진공펌프 맴버(member)를 결합한 후 농축 산소를 효율적으로 발생시키는데 필요로 하는제습 필터 11, 농축 산소의 배출 소음을 저감시키기 위한 소음기 13, 공기 청청필터 59, 솔레노이드 밸브 90, 공기배출팬 104 및 각종 연결관들 86, 88, 92, 94와 T형 연결관 96을 조립하여 결합한 것을 나타낸 것이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 내부에 마련된 제1컨테이너 64 및 제2컨테이너 66에 각각 기체 분리막 모듈 40 및 진공펌프 36을 수납한 펌프 케이스 30의 좌우측에 형성된 제습필터 고정부 42 및 소음기 고정부 44들에는 외부의 공기에 포함된 습기를 제습하는 제습필터 11과 진공펌프 36의 기체 배출구 56으로부터 산소가 배출될 때 발생되는 배출소음을 제거하는 소음기 13이 결합된다. 그리고, 펌프 케이스 30의 제1컨테이너 64의 내부에 수납된 기체 분리막 모듈 40의 산소배출구 50에는 제4연결관 92의 일측이 연결되어 있으며, 상기 제4연결관 92의 타측은 T형 연결관 96의 일측에 연결되어 있다.

그리고, 상기 제습 필터 11의 제습공기배출구 84와 솔레노이드 밸브 90의 일측 사이는 제2연결관 88이 연결되어 있으며, 상기 솔레노이드 밸브 90의 타측은 제3연결관 94를 통해 상기 T형 연결관 96의 타측에 연결되어 있다. 여기서, 상기 솔레노이드 밸브 90은 평상 시 닫혀진 상태로 있으며, 제어부가 산소 발생 동작을 중지하여 제습(결로 제거) 모드 동작 시에 구동되어 개방된다. 상기 T형 연결관 96의 배출구는 제5연결관 98을 통해 펌프 케이스 30의 제2컨테이너 66에 수납된 진공펌프 36의 기체 흡입구 56에 연결되어 있다.

소음기 13의 공기 흡입구 100은 연결관을 통해 상기 진공펌프 36의 기체 배출구 58에 연결되어 있으며, 소음기 공기 배출구 102는 제1연결관 86을 통해 하우징 12에 결합되는 농축산소 배출구 18에 연결되어 있다. 따라서, 상기 진공펌프 36이 작동하여 기체 흡입구 56의 기체를 진공 펌핑하면 상기 기체 분리막 모듈 40의 농축산소 배출구 50으로부터 배출되는 농축된 산소가 진공 펌프 36의 기체 배출구 58에 연결된 소음기 13의 기체 유로를 통하여 외부로 배출되게 된다.

한편, 펌프 케이스 30에 형성된 공기 배출팬의 공기 흡입구 74에는 도 4b에 도시된 바와 같이 공기배출팬 모터 106과 일체화된 공기배출팬 104가 결합되어 있다. 상기 공기 배출팬 모터 106이 동작되어 공기 배출팬 104가 회전되면 후면 펌프 케이스 30B의 펌프 케이스 공기 흡입구 68을 통한 외부 공기가 내부 제1컨테이너 64의 기체 분리막 모듈 40으로 공급되며, 제1 및 제2컨테이너 64, 66의 내부로 순환되는 공기는 펌프 케이스 30에 형성된 공기 배출팬의 공기 배출부 70으로 배출되게 된다. 이때, 상기와 같은 공기 배출팬 104는 시로코 팬을 사용하는 것이 바람직하다.

상술한 산소 농축기의 구성들을 참조하여 농축된 산소가 발생되는 동작 과정 및 농축 산소의 배출에 의해 각종 연결관들에 맺힌 결로(結露)가 제거되는 과정을 보다 구체적으로 설명한다.

[농축산소의 발생 및 배출]

사용자가 농축된 산소로서 호흡하기 위하여 도 1a의 하우징 12에 형성된 제어 표시부 14에 위치된 산소 발생 버튼을 선택하면, 제어부(도시하지 않았음)의 제어에 의해 공기 배출팬 모터 106 및 펌프 케이스 30의 제2컨테이너 66에 수납된 진공펌프 36이 작동된다. 여기서, 산소 발생 버튼이라 함은 미리 설정된 시간, 예컨대, 10분, 30분, 1시간 단위로 산소 농축기를 작동시키기 위한 버튼들이다.

상기 공기 배출팬 모터 106이 작동되면, 외부공기는 하우징 12의 후면에 위치된 외부 공기 흡입부 28, 도 4a의 공기청정필터 59 및 펌프 케이스 30의 외부 공기 흡입구 68의 외부 공기 흡입 유로부 68을 통해 청정한 상태로 필터링된 후 펌프 케이스 30의 제1컨테이너 64의 내부로 공급된다.

또한, 전원전압이 입력에 의해 상기 진공펌프 36은 제5연결관 98, T형 연결관 96 및 제4연결관 92를 통해 기체 분리막 모듈 40의 산소배출구 50으로부터 배출되는 농축된 산소를 진공펌프의 기체 흡입구 58로 흡입하여 기체배출구 56측으로 배출한다.

상기 기체 분리막 모듈 40은 상기 진공펌프 36의 기체 흡입 펌핑에 의해 상측 및 좌우측에 형성된 공기 흡입부 52로 제1컨테이너 64의 내부로 공급된 청정한 공기 중에서 산소만을 선택적으로 포집 투과시켜 농축된 산소만을 산소 배출구 50으로 배출하게 된다. 상기 기체 분리막 모듈 40이 입력되는 공기 중 산소만을 분리 투과하여 고농도의 산소를 포집할 때 기체 분리막 모듈 40로부터 배출되는 산소의 온도는 급격하게 상승된다.

이때, 상기 기체 분리막 모듈 40의 하부측에 위치된 공기 배출부 54로는 소정 양의 산소가 포함된 청정한 공기가 배출되며, 이는 펌프 케이스 30내의 제1컨테이너 64의 하부에 형성된 공기 흡입 유로부 76을 통해 제2컨테이너 66측으로 공급된다. 상기 제2컨테이너 60으로 공급되는 공기는 그 내부에 내장된 진공펌프 36을냉각하게 되며, 냉각된 청정 공기는 다시 펌프 케이스 30의 공기 배출구 78, 공기 배출팬 74의 공기 흡입구 74, 공기 배출팬의 공기 배출구 70 및 하우징 12의 청정공기 배출부 16을 통해 외부로 배출된다.

한편, 상기 진공펌프 36의 기체 배출구 58로부터 배출되는 농축된 산소는 펌프 케이스 30의 일측면에 연결된 소음기 공기 흡입구 100을 통해 소음기 13으로 들어간다. 상기 소음기 13은 소음기 공기 흡입구 100을 통해 입력되는 농축된 산소의 배출 소음을 저감시켜 소음기 공기 배출구 102에 연결된 제1연결관 86으로 배출한다. 상기 제1연결관 89의 타측에는 도 4a에 도시된 바와 같이 농축산소 배출구 18이 연결되어 있다. 상기 농축산소 배출구 18에는 도 1a에 도시된 바와 같이 헤드셋 연결호스 20이 연결되어 있으며, 상기 헤드셋 연결호스 20의 말단에는 헤드셋 22에 결합된 농축산소 토출구 24가 연결되어 있다.

따라서, 사용자가 도 1a에 도시된 제어 및 표시부 14에 위치된 산소 발생 버튼을 선택하면, 기체 분리막 모듈 40 및 진공펌프 36의 동작에 의해 펌프 케이스 30의 내부로 공급된 공기 중에서 산소만을 분리된 농축산소가 하우징 12의 헤드셋 22에 연결된 헤드셋 산소 토출구 24로 토출되고, 공기 청정 필터 58에 의해 필터링 되어진 공기가 하우징 12의 청정공기 배출부 16으로 배출됨을 알 수 있다.

[농축된 고농도의 산소 배출에 따른 결로의 제거]

상기한 바와 같이 고농도의 산소 배출유로는 진공 펌프 36을 통과한 고온의 농축산소에 포함된 불포화 상태의 수분이 헤드셋 22의 산소토출구 24까지 공급되는과정에서 외기의 온도 영향을 받아 농축 산소의 온도가 급격하게 떨어지게 된다. 초기 고온에서 불포화 상태의 수분의 온도가 내려감에 따라 과포화 상태가 되어 헤드셋 연결호스 20의 내부 벽면에 결로가 발생된다. 진공펌프 36의 기체 배출구 58로부터 헤드셋 22의 산소 토출구 24까지의 호스 내벽에 생긴 결로를 효과적으로 배출하기 위해서는 건조한 공기로 빠르게 불어내는 것이 요구된다.

상기와 같은 동작을 위하여 본 고안에 따른 산소 농축기는 미리 설정된 시간동안 농축 산소의 발생 동작이 완료되면, 그 내부에 탑재된 제어부가 자동으로 솔레노이드 밸브 90을 구동하여 제습필터 42의 제습공기 배출구 84와 제3연결관 94가 연결된 제습공기 유로를 개방시킨다.

이때, 기체 분리막 모듈 40에 의한 압력과 제습필터 42의 압력차이로 인하여 제습필터 42에 의해 습기가 제거된 건조한 외부 공기가 진공펌프 36의 기체 흡입구 56측으로 순간적으로 공급됨으로써 진공펌프 40의 내부의 온도 상승을 억제하고, 산소 배출 유로부에서 주위 공기로 인한 온도 하강도 적게하여 배출 공기가 불포화 상태로 되도록 하여 대량의 건조 공기로 빠르게 불어 내게 된다. 상기와 같이 제습필터 42에 의해 제습된 건조한 공기가 진공펌프 40에 의해 펌핑되면서 진공펌프 36의 기체 배출구 58로 배출되면 농축산소 배출구 18에 연결된 헤드셋 연결호스 20의 내벽에 맺힌 결로가 제거된다.

상기와 같은 제어부의 자동 제어에 의하여 제습필터 42에 의해 제습된 건조한 공기를 입력하는 솔레노이드 밸브 90이 선택적으로 구동됨으로써 자동 제습 및 자동 배출 동작이 일어나며, 이러한 동작을 통하여 산소 농축 기내의 유로와 헤드셋에 연결된 호스에 맺힌 결로를 제거함으로서 산소 수급자가 편안하게 산소를 흡입할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 고안은 외부로부터 산소 농축기의 내부로 공급되는 공기에 포함된 수분을 제거하여 건조한 공기를 배출하는 제습필터를 구비함으로써 기체 분리막 모듈의 성능과 수명을 연장시킬 수 있고, 일정한 시간동안 산소를 발생시킨 후 자동적으로 제습 및 결로 제거 동작을 자동으로 제어하는 제어부에 의해 상기 제습된 공기를 산소 배출 유로상으로 강하게 송출함으로써 상기 농축 산소 배출 유로에 맺힌 결로를 자동으로 제거할 수 있다.

Claims (3)

1. 결로 제거 기능을 갖는 산소 농축기에 있어서,

   기체 분자의 투과 특성에 의하여 외부로부터 공급되는 공기중의 산소만을 선택적으로 분리 포집하여 고농도의 산소를 발생하는 기체 분리막 모듈과,

   외부로부터 공급되는 공기의 수분을 제거하여 배출하는 제습필터와,

   제어신호의 입력에 의해 진공압을 발생시켜 일정한 압력으로 흡입구 측의 기체를 배출구에 연결된 산소 배출 유로로 배출하는 진공펌프와,

   상기 제어 신호의 입력에 응답하여 상기 기체 분리막 모듈에서 요구되는 신선한 외부 공기를 제공하며 상기 진공펌프를 냉각하는 공기 배출팬과,

   밸브 제어신호의 입력에 따라 상기 제습필터의 제습공기 배출구와 상기 기체 분리막 모듈의 산소배출구를 상기 진공펌프의 흡입구에 선택적으로 연결하는 솔레노이드 밸브로 구성함을 특징으로 하는 결로 제거 기능을 갖는 산소 농축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 기체 분리막 모듈로부터 발생된 고농도의 산소와 상기 제습된 공기를 선택적으로 상기 진공펌프에 제공하는 상기 솔레노이드 밸브는 제어부로부터 출력되는 밸브 제어 신호에 응답하여 상기 제습 필터로부터 출력되는 건조한 공기를 상기 진공펌프의 기체 흡입구측으로 연결하여 산소 배출 유로상의 결로를 제거하도록 동작함을 특징으로 하는 결로 제거 기능을 갖는 산소 농축기.
3. 1항에 있어서, 상기 공기 흡입구에는 공기중에 포함된 불순물을 제거할 수 있는 공기청정필터가 더 부착되어 있음을 특징으로 하는 결로 제거 기능을 갖는 산소 농축기.