KR200368179Y1 - 산소발생장치의 상부 매니폴드 - Google Patents

Abstract

본 고안은 흡착탑 상부에 설치되는 상부 매니폴드의 구조를 단일 바디로서 간단히 구성하면서 종래에 사용되던 부품인 체크밸브를 생략할 수 있는 구조로 개선하는 것을 목적으로 하는 산소발생장치의 상부 매니폴드를 개시한다.

본 고안의 구성은 외부에서 공급된 공기로부터 질소를 흡착하는 두 개의 흡착탑, 상기 흡착탑을 통과한 공기로부터 질소성분을 분리하여 얻은 산소를 저장하는 산소저장탱크를 구비하는 산소발생장치에 있어서, 상기 두 개의 흡착탑 각각의 상부 중앙에 산소의 배출 및 유입을 위해 오리피스를 갖는 일체형 상부 매니폴드를 형성하되, 상기 상부 매니폴드는 측면에서 관통되는 통공과, 상기 통공을 밀폐시키기 위한 밀폐캡을 구비하고, 상기 통공의 저면을 하부로 관통시켜 상기 오리피스를 형성하며, 상기 흡착탑과 상부 매니폴드의 결합부에 가스켓을 개재하여 긴밀성을 유지시킨 것을 특징으로 한다.

Description

산소발생장치의 상부 매니폴드{Upper manifold for oxygen solution apparatus}

본 고안은 공기로부터 산소를 분리하는 산소발생장치에 관련된 것으로서, 좀더 구체적으로는 산소발생장치 상부 구조를 간단한 구조로 하면서 제 기능을 발휘할 수 있게 하는 산소발생장치의 상부 매니폴드에 관한 것이다.

일반적인 산소발생장치는 도 1 에 도시된 바와같이, 유입되는 공기 중 질소를 흡착하는 흡착탑(흡착베드라고도 함)의 하부에 4개(AV-02,AV-03,AV-04,AV-05), 상부에 3개의 자동밸브(AV-6,AV-7,AV-8)를 장착하여 유입 공기로부터 산소를 얻을 수 있도록 구성되어 있다.

도 2를 참조하면, 다른 방법으로는, US PAT No. 5074893호에 개시된 산소발생장치와 같이, 흡착탑(12,14) 하부에 하나의 밸브(70)를 장착하여 상기 도 1에 설명한 4개의 밸브의 역할을 수행하도록 구성된 것이 있다.

도 3을 참조하면, 또다른 방법으로는 대한민국 실용 등록 제 268604호에 개시된 바와 같이, 흡착탑(12,14) 하부에 공기 유입구(82)가 있는 하부 매니폴드(80)와 연이어 한 개의 밸브(20)를 장착하고, 특히 흡착탑(12,14) 상부에 매니폴드(40)를 장착하여 도 1에서 설명한 3개의 밸브(AV-6,AV-7,AV-8) 역할을 수행하도록 구성된 산소발생장치가 있다.

상술한 상부 매니폴드(40)를 장착한 산소발생장치의 경우, 농축산소를 산소저장탱크로 보내기 위해 산소토출구(22)와, 흡착탑(12,14) 내부 세정을 위한 오리피스(44), 체크밸브(42)가 구비되어 있다.

이러한 구성의 산소발생장치는, 산소를 생산하여 제품으로 공급한 후 흡착된 질소를 외부로 배출하게 과정에서 흡착탑(12,14) 내부의 압력 강하 현상이 발생되면서 흡착탑 내부에서 생산되어 토출되는 산소가 역류되는 현상이 나타나게 되는데 이러한 역류현상을 방지하기 위하여 상기 체크밸브(42)가 장착되는 것이었으며, 상기 오리피스(44)는 흡착탑 내 흡착된 질소의 세정을 위해 산소를 흡착탑 내부로 유입시키는 역할을 하도록 구비된 것이었다.

종래에는 이러한 상기 체크밸브와 오리피스의 구조 및 매니폴드 자체의 공기통로 구조를 위해 상부 매니폴드는 2개의 바디(20,40)로 구성되어 있었다.

상술한 바와같이, 종래의 여러 방식의 산소발생장치는 복잡한 상부 매니폴드 구조를 형성함에 있어서 두 개의 바디(20,40)가 필요하여 금형이 복잡해지고 체크밸브(42) 등의 부품으로 인해 부품단가가 상승하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 체크밸브(42)가 금속판 구조로 이루어지기 때문에 역압에 대해 긴밀성을 온전히 유지하지 못하고 역류현상이 발생하여 세정량 제어가 정밀하게 이루어지지 못하는 문제를 갖고 있었다.

상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 고안은 흡착탑 상부에 설치되는 상부 매니폴드의 구조를 단일 바디로서 간단히 구성하면서 종래에 사용되던 부품인 체크밸브를 생략할 수 있는 구조로 개선하는 것을 목적으로 한다.

도 1 내지 도 3 은 각기 다른 종래의 산소발생장치의 구성도,

도 4 는 본 고안이 적용된 산소발생장치의 구성 단면도,

도 5a 및 도 5b는 본 고안의 제1 실시예에 의한 상부 매니폴드의 구성개념을 보인 사시도 및 단면도,

도 6a 및 도 6b 는 본 고안의 제2 실시예에 의한 상부 매니폴드의 구성개념을 보인 사시도 및 단면도,

도 7 은 본 고안의 제3 실시예에 의한 상부 매니폴드의 구성개념을 보인 사시도,

도 8은 산소저장탱크를 별체로 한 경우의 본 고안의 사용상태를 보인 산소발생장치의 구성 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

12,14 - 흡착탑 16 - 산소저장탱크

100 - 상부 매니폴드 101 - 통공

102,103,104 - 오리피스 111 - 밀폐캡

121 - 가스켓

상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안은

외부에서 공급된 공기로부터 질소를 흡착하는 두 개의 흡착탑, 상기 흡착탑을 통과한 공기로부터 질소성분이 제거된 공기를 저장하는 산소저장탱크를 구비하는 산소발생장치에 있어서, 상기 두 개의 흡착탑 각각의 상부 중앙에 산소의 배출 및 유입을 위해 오리피스를 갖는 일체형 상부 매니폴드를 형성하되, 상기 상부 매니폴드는 측면에서 관통되는 통공과, 상기 통공을 밀폐시키기 위한 밀폐캡을 구비하고, 상기 통공의 저면을 하부로 관통시켜 상기 오리피스를 형성한 것을 특징으로 하는 산소발생장치의 상부 매니폴드를 제공한다.

즉, 종래에는 두 개의 바디로 구성되었던 상부 매니폴드를 하나의 바디로 간단하게 구성하고 산소토출구와 세정을 위한 오리피스 하나로 종전의 오리피스와 체크밸브 기능인 산소토출과 세정작업 두 가지를 행할 수 있게 하되, 이는 흡착탑으로 공기압을 제공하는 펌프 및 흡착탑에 구유된 내부 용적 및 필터링 량 등을 오리피스 배출압과 함께 실험치에 의해서 상기 산소토출과 세정작업의 두가지의 복합적 기능을 수행하기 위한 최적화한 오리피스 내경을 설정할 수 있다.

또, 상기 통공은 일측만 관통되어 밀폐캡으로 관통 개구가 밀폐되는 것일 수도 있으나, 다르게는 상기 상부 매니폴드의 양측에서 관통되고 상기 양측 통공 입구에 밀폐캡으로 밀폐시키는 구조일 수도 있다.

이와 같은 구조에 의해서 상부 매니폴드를 간단한 공정에 의해 제작할 수 있게 되는 것이다.

상술한 구성에서, 상기 산소발생장치는 상기 두 개의 흡착탑과 상기 산소저장탱크가 일체로 일렬 형성된 구조이고, 상기 오리피스도 상기 산소저장탱크 상부 중앙에 대응하여 한 개가 더 구비된 구조임이 바람직하다.

즉, 본 고안은 산소저장탱크가 별체로 구성된 것 뿐 아니라 일체로 구성된 경우에도 적용될 수 있는 것이다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 4 는 본 고안이 적용된 산소발생장치의 구성 단면도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 고안의 제1 실시예에 의한 상부 매니폴드의 구성개념을 보인 사시도 및 단면도이고, 도 6a 및 도 6b 는 본 고안의 제2 실시예에 의한 상부 매니폴드의 구성개념을 보인 사시도 및 단면도이고, 도 7 은 본 고안의 제3 실시예에 의한 상부 매니폴드의 구성개념을 보인 사시도이며, 도 8은 산소저장탱크를 별체로 한 경우의 본 고안의 사용상태를 보인 산소발생장치의 구성 단면도이다. 참고로 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일 부호를 부여하기로 한다.

도 4 에 도시된 바와같이, 본 고안은 외부에서 공급된 공기로부터 질소를 흡착하는 두 개의 흡착탑(12,14), 상기 흡착탑(12,14)을 통과한 공기로부터 질소성분이 제거된 산소를 저장하는 산소저장탱크(16)를 구비하는 통상적인 산소발생장치에 적용되는 것이다. 흡착탑(12,14)의 내부 구조에 관하여는 종래의 것과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 고안은 구성은 상술한 구성의 산소발생장치에 있어서, 상기 두 개의 흡착탑(12,14) 각각의 상부 중앙에 산소의 배출 및 유입을 위해 실험치로 얻은 적정한 직경의 오리피스(102,103)(104)를 갖는 일체형 상부 매니폴드(100)가 형성되어진다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 상부 매니폴드(100)는 측면에서 관통되는 통공(101)과, 상기 통공(101)을 밀폐시키기 위한 밀폐캡(111)을 구비하고, 상기 통공(101)의 저면을 하부로 관통시켜 상기 오리피스(102,103,104)를 형성한 것이다.

즉, 도 5a 및 도 5b와 같이 매니폴드(100) 몸체의 일측에 통공이 관통되어 밀폐캡(111)으로 관통 개구부를 밀폐한 구조가 될 수 있고, 도 6a 및 도 6b 에 도시된 바와같이 매니폴드(100) 몸체의 양측이 개구된 통공(101)으로 형성하고 상기 통공(101)의 양측 개구부에 밀폐캡(111)으로 밀폐한 구조가 될 수도 있다. 이러한 구조는 매니폴드에 통공(101) 천공하는 작업에 의해 상부 매니폴드를 제조할 수 있으므로 별다른 금형이 불필요하여 제조코스트를 낮출 수 있는 한편, 매니폴드를 금형으로 형성하는 경우 도 7에 도시된 바와같이 통공(101)을 공동 형태로 형성하여 준 후 오리피스(102,103,104)를 천공하는 작업을 행한 후 개구부에 밀폐캡(111)을접합하여 주는 과정을 통해 본 고안의 상부 매니폴드를 제조할 수 있다.

한편, 본 고안에 따르면, 산소발생장치가 도 4 에 도시된 바와같이 두 개의 흡착탑(12,14)과 하나의 산소저장탱크(16)가 일체로 일렬 형성된 구조일 경우, 상기 오리피스도 상기 산소저장탱크(16) 상부 중앙에 대응하여 한 개(104)가 더 구비된 구조가 되나, 만일 산소저장탱크(16)가 도 8 에 도시된 바와같이 별체로 구성된 것일 경우, 별도의 오리피스 형태에 준하는 토출구(104')를 적정한 외부 노출방향으로 구비시켜 주면 될 것이다.

상기 흡착탑(12,14) 및 산소저장탱크(16)와, 상부 매니폴드(100) 간의 긴밀한 결합을 위해 도시된 바와같은 오리피스에 대응하는 구멍이 천공된 판상의 가스켓(121)이 개재됨이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 고안은 펌프(P)로부터 공기필터(FL)를 통해 여과된 공기압이 제공되어 하부 매니폴드(80)의 유입구(82a)를 통해 제1 흡착탑(12)으로 공기가 공급되면, 공기중에 포함된 질소가 흡착탑(12) 내부의 질소흡착물질인 ZMS(Zeolite Molecular Sieve)에 흡착됨에 따라 질소가 제거된 공기, 즉 산소가 상부 매니폴드(100)의 산소 토출구인 오리피스(102)를 통해 통공(101)으로 배출된 후 산소 유입구인 오리피스(104)를 통해 산소저장탱크(16)로 유입되어 저장되는 한편, 일부의 산소는 제2 흡착탑(14)으로 통하는 오리피스(103)을 통해 유입되어 제2 흡착탑(14)을 경유하여 배출되면서 제2 흡착탑(14) 내의 질소를 제거하게 되고, 이렇게 일정시간 농축 산소를 얻은 다음에는 콘트롤밸브(20)를 제어하여 반대로 제2 흡착탑(14)으로 공기를 공급하여 질소를 흡착시킨 다음 얻어진 산소를 오리피스(103)을 통해 배출하여 산소저장탱크(16)를 산소를 보내고 일부는 오리피스(101)를 통해 제1 흡착탑(12)을 경유하여 배출되면서 제1 흡착탑(12) 내부에 흡착된 질소를 제거하게 되며, 이러한 과정을 절환 반복하면서 고농축 산소를 얻게 되는 것이고, 필요할 경우 밸브(V)를 통해 산소를 배출시켜 사용하면 된다.

이와 같은 산소를 얻는 일련의 과정이 본 고안의 상부 매니폴드를 통해 이루어지려면, 오리피스(102,103,104)의 직경과, 펌프(P)압력, 통공(101)의 내부 체적, 흡착탑(12,14) 내부에 구비된 필터 여과지수, 흡착탑(12,14) 자체의 내부 체적에 따른 공기 처리량 등, 변수가 많으므로, 많은 실험을 통해 산소의 배출 및 유입에 적당한 오리피스 직경을 얻어야 함은 물론이다. 즉, 종래에는 두 개의 바디로 구성되었던 상부 매니폴드를 하나의 바디(100)로 간단하게 구성하고 산소토출구와 세정을 위한 오리피스(102,103) 하나로 종전의 오리피스와 체크밸브 기능인 산소토출과 세정작업 두 가지를 행할 수 있게 하되, 이는 흡착탑(12,14)으로 공기압을 제공하는 펌프(P) 및 흡착탑(12,14)에 구유된 내부 용적 및 필터링 량 등을 오리피스 배출압과 함께 실험치에 의해서 상기 산소토출과 세정작업의 두가지의 복합적 기능을 수행하기 위한 최적화한 오리피스 내경을 설정할 수 있다.

본원인에 다수회 실험에 의해 얻게 된 적당한 직경의 오리피스를 갖는 상부 매니폴드를 사용한 결과, 상부매니폴드(100)에는 체크밸브를 사용하지 않고서도 산소를 얻는 공정 수행 능력이 저하되지 않음을 확인할 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 흡착탑 상부에 설치되는 상부 매니폴드의 구조를 단일 바디로서 간단히 구성함은 물론 본 고안의 구성요소인 오리피스 및 통공이 천공의 방법으로 형성될 수 있고 아울러 종래의 사용되던 체크밸브가 불필요하므로 별도의 금형에 의하지 않고서도 상부 매니폴드의 제조가 가능하여 제조시간 단축은 물론이고 제조코스트를 획기적으로 낮출 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 외부에서 공급된 공기로부터 질소를 흡착하는 두 개의 흡착탑, 상기 흡착탑을 통과한 공기로부터 질소성분을 분리하여 얻은 산소를 저장하는 산소저장탱크를 구비하는 산소발생장치에 있어서, 상기 두 개의 흡착탑 각각의 상부 중앙에 산소의 배출 및 유입을 위해 오리피스를 갖는 일체형 상부 매니폴드를 형성하되, 상기 상부 매니폴드는 측면에서 관통되는 통공과, 상기 통공을 밀폐시키기 위한 밀폐캡을 구비하고, 상기 통공의 저면을 하부로 관통시켜 상기 오리피스를 형성하며, 상기 흡착탑과 상부 매니폴드의 결합부에 오피리스 연결구멍을 갖는 판상의 가스켓을 개재하여 긴밀성을 유지시킨 것을 특징으로 하는 산소발생장치의 상부 매니폴드.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 통공은 상기 상부 매니폴드의 양측에서 관통되어 통공을 이루는 것이고, 상기 통공의 양측 개구부에 밀폐캡으로 밀폐시키는 구조인 것을 특징으로 하는 산소발생장치의 상부 매니폴드.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 산소발생장치는 상기 두 개의 흡착탑과 상기 산소저장탱크가 일체로 일렬 형성된 구조이고, 상기 오리피스도 상기 산소저장탱크 상부 중앙에 대응하여 한 개가 더 구비된 구조인 것을 특징으로 하는 산소발생장치의 상부 매니폴드.