KR200373658Y1 - 기체농축기용 펌프어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 고안은 소형 기체농축기에 사용되는 펌프에 구성되는 펌프-체크밸브 어셈블리에 관한 것으로, 특히 흡착제를 사용하는 기체농축기의 펌프에 연결되어 펌프가 가지고 있는 밀폐의 불확실성을 제거해주는 장치에 관한 것이다. 본 고안은 기체가 통과하는 라인에 설치되며, 체크밸브와 소음기가 부품을 이룬다. 특히, 하나의 몸체에 체크밸브와 소음기가 조립되면 마치 하나의 부품처럼 사용되어 밀폐의 효과와 소음기의 효과가 단일부품으로 나올 수 있는 장점이 있다.

Description

기체농축기용 펌프어셈블리{pump assembly for gas concentrator}

본 고안은 펌프-체크밸브 어셈블리에 관한 것으로 특히 기체농축기에 사용되는 펌프와 부착되어 기체농축기에 특정기능을 하는 부품으로서의 펌프어셈블리에 관한 것이다.

통상적으로 의료용이나 가전용으로 사용되는 산소농축기와 같은 소형 기체농기의 경우에 중공사막이나 평막이 아닌 제올라이트나 CMS등의 흡착제를 사용하여 특정기체를 농축하는 경우에, 이들 흡착제는 소형 펌프에 의한 압축력이나 진공압을 받아 농축기체를 생산하게 된다. 이 경우에는 장치의 동작중에는 물론 지속적인 재생이 이루어져야 장치의 성능이 보장되며, 장치가 동작을 멈춘 경우에도 흡착재가 외부로 부터 격리되어야 그 흡착재의 성능이 보장되게 된다. 도 1은 이러한 기체농축기중 압축기체를 사용하는 PSA(Pressure Swing Adsorption) 공정에 의한 장치의 도식도를 나타낸 것 이다. 도 1에서 혼합공기로부터 특정기체인 질소를 선택적으로 흡착하는 흡착제를 포함하는 흡착모듈(5)은 평상시에 외부와 격리되어야 하며, 장기간 일반공기에 노출되면 그 흡착성질이 지속적으로 저하되어 전체 시스템의 성능저하로 이루어 진다. 따라서, 통상적으로 흡착모듈(5)의 하단은 밸브수단(4)에 의하여 밀폐가되고 산소 생산측은 유량조절기(7)를 전후하여 밀폐용 솔레노이드 밸브등의 부가적인 기계요소가 장착되게 된다. 여기서, 흡착모듈(5)은 오리피스, 체크밸브등의 부가 수단을 포함하는 데에 여기에는 단순 도식화하여 표시하지 않았다.

그러나, 최근의 밸브수단(4)은 경제적인 문제로 인하여 최대한 단순화됨에 따라 흡착모듈(5)의 밀폐성을 보장해 주지 못하여 별도의 밀폐수단을 추가적으로 달아주어야 하는 문제가 있다. 또한, 펌프(2)의 경우도 그 내부에 통상적으로 스프링 타입의 밀폐형 체크밸브가 아닌 얇은 고무막이나 금속박막을 사용하여 체크밸브를 구성하므로 그 밀폐성이 보장되지 못한다. 이에 따라 밀폐와 개폐를 위하여 펌프(2)의 전후에 별도의 솔레노이드 밸브를 구성하여야 하는 데에 이 경우에는 가격문제와 별도의 제어문제가 발생하여 바람직하지 못한 경우가 많다.

도 2는 본 출원인에 의해 출원되었던 진공스윙방식에 의한 기체농축기의 도식도로서 펌프(2) 전단에 밀폐성을 갖는 스프링타입의 체크밸브(8)를 구비하여 밀폐성을 보장하는 장치구성이다. 이 경우는 소형펌프가 주로 사용되는 경우로서, 밸브수단(4)을 통하여 흡착모듈(5)에 가해지는 진공압이 상기 체크밸브(8)에 의하여 저항이 작용하여 그 효율이 떨어지는 단점이 존재하게 된다. 여기서, 질소측 펌프헤드(9)와 산소측 펌프헤드(10)는 하나의 모터에 두개의 펌프헤드를 도식적으로 도시한 것으로 산소농축기의 경우에 각 펌프헤드는 질소농축가스와 산소농축가스를 각각 배출하게 된다. 이러한 펌프헤드 내부에 존재하는 체크밸브 역시 밀폐성이 보장되지 못하여 밸브수단(4)의 밀폐성에만 의존하게 된다.

도 1에서 흡착모듈(5) 내의 상승된 압력에 의해 불순물이 밸브수단(4)을 통하여 외부로 배출되는데, 이때에 일시에 많은 가스가 분출되므로 배출소음이 크게 나므로 소음기의 부착이 필수적이 된다. 또한, 도 2에서 질소측 펌프헤드(9)에서 배출되는 배출소음을 줄이기 위하여는 별도의 소음기 장착이 필요하게 된다. 이러한 밀폐와 소음기의 부가적인 부착은 소형 기체농축기에 있어서 공간제약의 문제가 발생한다.

본 고안은 상기와 같은 단점을 보완하기 위하여 고안된 장치로서, 펌프의 성능에 거의 영향을 미치지 않고 흡착모듈을 외부로 격리할 수 있는 펌프-체크밸브 어셈블리를 구성하는 데에 그 목적이 있다.

본 고안은 흡착모듈을 보호하기 위한 체크밸브와 소음를 일체로 구성하여, 흡착모듈을 보호함은 물론 컴팩트한 체크밸브 내장 소음를 구성하는 데에 그 목적이 있다.

도 1 은 종래기술에 의한 통상적인 PSA방식의 기체농축기의 도식도 이다.

도 2 는 종래기술에 의한 VSA방식의 기체농축기의 도식도이다.

도 3 은 본 고안에 의한 펌프-체크밸브 어셈블리의 실시예이다.

도 4 는 본 고안에 의한 체크밸브 어셈블리의 실시예이다.

도 5 는 통상적인 소음기의 실시예이다.

도 6 은 본 고안에 의한 체크밸브-소음기 일체형 어셈블리의 실시예이다.

-- 도면부호의 간단한 설명 --

1..필터 2..펌프 3..냉각기

4..밸브수단 5..흡착모듈 6..농축기체탱크

7..유량조절기 8..체크밸브 9..질소측펌프헤드

10..산소측펌프헤드 11..펌프배출단 12,12'..연결장치

13..체크밸브 14..소음기 15..스프링

16..플런져 17..실링부 18..구멍

19..케이스 20..실링몸체 21..케이스

22..흡음재 23,24,25..케이스

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 기체농축기에 연결되는 펌프 그리고 상기 펌프와 연결되는, 유로구멍을 갖는 플런져와 스프링과 실링부 및 케이스로 구성되는 체크밸브와, 상기 체크밸브와 호스로 연결되거나 일체형으로 형성되는 소음기로 구성된다.

도 3은 본 고안에 의한 펌프-체크밸브 어셈블리의 단순화된 도식 실시예를 나타낸 것이다. 펌프(2)의 배출단(11)에 연결수단(12)을 통하여 스프링을 구비한 밀폐형 체크밸브(13)이 직렬로 연결되어 있으며, 상기 체크밸브(13)와 연결수단(12')에 의하여 소음기(14)가 직렬로 연결되어 있다. 상기에 간단히 기술한 바와 같이 도 2에서 펌프(2)의 구성요소인 질소측 헤드부(9)는 그 내부에 일반적으로 체크밸브 구조를 구비하나, 통상적으로 상기 체크밸브 구조는 완전 밀폐형이 아닌 경우가 많다. 이것은 펌프의 효율 문제로 인하여 대부분 고무막이나 금속막 형태의 체크밸브를 사용하기 때문이다. 따라서, 도 3에 구비된 체크밸브(13)는 스프링을 구비한 밀폐형 체크밸브이다. 이러한 체크밸브(13)의 실시예는 도 4에 도시하였다. 도 4의 좌측은 스프링(15)과 실링몸체(20) 그리고 케이스(19)로 구성된 통상적인 간단한 체크밸브를 도시한 것이다. 상기와 같은 단순 실링몸체(20)로 구성된 체크밸브는 케이스(19), 스프링(15) 그리고 실링몸체(20)로 단순화하여 구성할 수 있으나, 실링몸체(20)가 밀폐성을 보장하는 고무등으로 제작되어야 하고, 기체의 유동이 실링몸체(20) 아래로 부터 둘레로 진행되므로 실링몸체(20)가 운동중에도 스프링(15)이 이탈되거나 실링몸체(20)가 정확히 안착할 수 있도록 세심한 설계와 조립이 필요하다. 이것은 펌프(2)에서 배출되는 기체가 본질적으로 펄스파와 같이 배출됨에 따라 실링몸체(20)가 지속적인 진동을 일으키기 때문이다. 따라서, 이러한 구조는 대량 양산에 문제점이 있을 수도 있다.

펌프(2)는 통상적으로 사용하는 피스톤타입이나 다이아프램 타입이며, 당업자 사이에서 자명하므로 도면에 상세히 도시하지 않았으나 도 3에 간략히 그 외형이 도시되어 있고, 모터에 의하여 구동되며, 기체를 흡입하는 흡입구와 상기 흡입기체를 배출하는 배출구를 가진다. 상기 흡입 및 배출구는 모터에 부착된 펌프헤드에 구비된다. 이러한 펌프헤드는 단일 모터에 한개 혹은 두개가 구비될 수 있다. 한개가 구비되는 경우는 도 1과 같이 압축공기만을 공급하는 경우에 주로 사용되며, 두개가 구비되는 경우는 서로 연결하여 사용하거나 도 2와 같이 각각의 펌핑역할이 분리된 경우에 사용할 수 있다.

도 4의 우측에 도시한 체크밸브는 보다 안정적인 체크밸브 구조를 나타낸 것으로, 스프링(15)은 플런져(16)를 압축력에 의하여 밀고 있으며, 플런져(16) 앞단에 구비된 고무등으로 구성된 별도의 실링부(17)가 존재하여 유로를 차단하게 된다. 펌프(2)가 동작 중에는 펌프(2)의 배출단에서 나오는 퍼지된 기체가 체크밸브(13)의 입구로 들어오게 되고 압력에 의하여 플런져(16)가 밀려 들어올려지며 유입된 공기는 플런져(16)에 형성된 구멍(18)를 통하여 출구로 배출되게 된다. 여기서, 플런져(16)의 운동은 케이스(19)에 의하여 형성된 가이드를 따라 운동하므로 이탈의 염려가 전혀없다. 여기서, 스프링(15)은 기체가 플런져(16)를 밀어 밀폐성을 보장하나, 유입되는 기체의 입장에서 보면 일종의 저항이므로, 밀폐성을 보장할 수 있으면서 되도록이면 낮은 탄성계수를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.도 3에서 펌프(2)의 배출단에 체크밸브(13)를 구성한 것은, 일반적으로 사용되는 소형펌프는 흡입단에 부하가 작용하는 경우와 배출단에 부하가 작용하는 각각의 경우에 있어서, 흡착모듈(5)에 걸리는 진공압이 최대로 되기 위하여는 배출단에 부하가 걸리는 것이 유리하다. 이것은 통상의 소형펌프가 압축력이 2~3kgf 이상이 되도록 설계되기 때문이며, 동일 부하에서 흡입과 압축특성곡선을 비교하면 후단 배출부에 연결하는 것이 더욱 효율적이기 때문이다.

펌프(2)가 흡착모듈(5)로부터 뽑아내는 불순물은 체크밸브(13) 스프링(15)을 거쳐 배출단인 출구를 통해 배출되는데, 이때 펌프(2) 내의 공기유동에 의한 소음과 펌프(2) 내의 체크밸브에 의한 소음, 그리고 체크밸브(13)내의 플런져(16)의 움직에 의한 소음이 배출구를 타고 방출되게 된다. 따라서, 매우 긴 호스를 사용하여 실외로 연결하지 않는 한, 소음기의 부착이 필수로 된다. 따라서, 도 3과 같이 체크밸브(13)와 직렬로 바로 소음기(14)가 부착된다.

상기 소음기(14)는 공지된 대로 흡음재를 내부에 포함하는 형이나 유로를 길게하여 주는 형태등이 사용될 수 있다. 소형 가전제품용 산소농축기와 같이 저소음을 요구하는 기기에 본 장치가 사용될 때에는 효율이 좋은 내부에 흡음재를 가지는 소음기를 사용하는 것이 바람직하다. 도 5는 이러한 소음기를 간단히 도시한 것이다. 여기에서 단순히 소음기 케이스(21) 내부에 흡음재(22)를 가지는 구조를 나타낸다.

상기와 같은 체크밸브(13)와 소음기(14)는 조립시 호스나 피팅등 중간연결장치(12')를 필요로 하게된다. 따라서, 소음기(14) 입구에 상기 체크밸브(13)를 구비하여 하나의 통합된 부품으로서 구성하는 것이 바람직하다. 도 6은 이와 같은 일체화된 체크밸브-소음기 결합부품을 도시한 것으로, 중간연결장치(12')가 생략된 일체형 모양을 가지게 된다. 통상적으로 케이스는 세부분의 분리된 케이스(23,24,25) 형태로 조립이 될 수 있으며, 상기 체크밸브부는 중간연결장치(12')가 일체화된 중간의 케이스(24)에 우선 조립되어 상단의 덮개형 케이스(23)가 조립되고, 흡음제(22)는 하단의 케이스(25)에 에 조립되고 상기 중간 케이스(24)와 결합되어 조립되어 진다. 확실한 실링을 위하여 케이스 간에는 오링이 사용될 수 있거나, 나사식 결합이 사용될 수 있으며 통상적인 내용이므로 도면에 도시하지 않았다.

상기와 같이 일체화된 체크밸브-소음기 부품은 진공스윙방식에 적용되는 펌프의 배출단에 연결되어 흡착제 밀폐와 소음저하의 효과를 매우 작은 용적을 가지고 해결할 수 있다. 압축스윙방식의 경우는 펌프(2)의 입구단에 설치된 필터와 일체형으로 구성할 수 있다. 이 경우는 상기 소음기(14)에서 흡음재(22) 대신에 필터를 사용하고, 체크밸브(14)의 방향만 바꾸면 되는 자명한 내용이므로 별도의 도면은 도시하지 않았다.

본 고안에 의한 기체농축기는 흡착제를 사용하는 기체농축기에 있어서, 별도의 복잡한 밀폐용 솔레노이드 밸브의 사용없이 간단한 밀폐성 체크밸브를 사용함으로써 흡착제를 보호할 수 있는 효과가 있다.

본 고안에 의한 컴팩스한 체크밸브-소음기 일체형 구성, 혹은 체크밸브-필터 결합형 구성은 흡착제의 보호는 물론 펌프로부터 발생하는 소음을 동시에 차단함으로써 적은 공간을 사용하여 밀폐와 소음절감의 효과가 있다.

Claims (5)

1. 용기에 흡착제를 포함하고, 상기 흡착제에 밸브수단을 사용하여 혼합기체를 공급하고, 상기 흡착제에 펌프에 의해 제공된 압력차이를 가하여 특정기체를 흡착시켜 상대적으로 흡착도가 떨어지는 기체를 농축하는 기체농축기에 사용되는 펌프 어셈블리에 있어서,

   상기 펌프어셈블리는 외부로부터 기체를 흡입하는 흡입구와 상기 흡입한 기체를 배출하는 배출구를 가지는 펌프와,

   상기 펌프의 배출구에 연결장치를 통하여 직렬로 연결된 밀폐형 체크밸브를 구비하며,

   상기 밀폐형 체크밸브는 스프링의 압축력에 의하여 실링부가 유로를 막는 형태임을 특징으로 하는 기체농축기용 펌프어셈블리.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 체크밸브는 상기 스프링에 의하여 밀리거나 기체의 압력에 의하여 운동이 가능한 플런져와, 상기 플런져 하단에 설치되어 유로를 개폐해주는 실링부와 상기 플런져의 운동시 가이드 역할을 해주는 케이스로 구성되며, 상기 플런져는 다수의 구멍을 구비하여 실링부를 통하여 유입된 기체는 상기 플런져에 구비된 구멍을 통하여 배출되는 것을 특징으로 하는 기체농축기용 펌프어셈블리.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 체크밸브의 배출단에 연결장치를 통하여 직렬로 소음기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 기체농축기용 펌프어셈블리.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 소음기는 내부에 흡음제를 포함하는 소음기임을 특징으로 하는 기체농축기용 펌프어셈블리.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 체크밸브와 소음기는 각각의 부분 케이스에 조립된 후, 연결장치없이 각 부분케이스가 동일한 몸체로 조립되어 단일한 흡입구와 배출구를 가지어 밀폐작용와 동시에 소음작용을 하는 것을특징으로 하는 기체농축기용 펌프어셈블리.