KR20040021138A - 산소 발생기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산소 발생기에 관한 것으로, 질소의 탈착이 이루어지는 베드에 제올라이트 재생에 필요한 충분한 양의 산소가 공급되었을 때 비로소 유로 전환 수단의 유로를 전환함으로써 베드의 제올라이트가 충분히 재생된 상태에서 흡착 공정과 재생 공정의 상호 전환이 이루어져 산소 발생 효율이 매우 높다.

Description

산소 발생기{OXYGEN GENERATOR}
본 발명은 산소 발생기에 관한 것으로, 특히 두 개 이상의 베드를 구비하여 질소의 흡착과 탈착이 교번하여 이루어지는 산소 발생기에 관한 것이다.
대기(大氣)는 대부분 산소로 구성되며, 여기에 약간의 질소와 기타 성분이 포함된다. 따라서 대기에 함유된 기타 성분을 걸러내고 질소를 제거하면 순도가 매우높은 산소를 얻을 수 있다. 이와 같은 원리로 산소를 발생시키는 것이 산소 발생기이다.
도 1A와 도 1B는 종래의 산소 발생기를 나타낸 도면이다. 먼저 도 1A는 종래의 산소 발생기의 반주기 동안의 5웨이 솔레노이드 밸브의 개폐 상태 및 베드(108a, 108b)의 상태를 나타낸 도면이다. 도 1A에 나타낸 바와 같이, 압축기(102)에 의해 압축된 외부 공기는 수분 제거기(104)를 통과하면서 수분이 제거된다. 수분이 제거된 공기는 5웨이 솔레노이드 밸브(106)의 제 1 유로(106a)를 통해 제올라이트(Zeolite)로 이루어진 베드1(108a)에 유입된다. 베드1(108a)에서는 공기에 함유된 질소의 흡착이 이루어져 순도 높은 산소가 발생한다. 이와 같이 발생한 산소는 등화 밸브(Equalization Valve, 112)를 통해 실내에 공급된다. 베드2(108b)는 이전 단계에서 이미 질소를 흡착한 상태이며, 베드1(108a)에서 질소의 탈착이 이루어지는 동안 베드2(108b)에서는 흡착한 질소의 탈착 및 제올라이트의 재생이 이루어진다. 베드2(108b)에서 탈착되는 질소는 5웨이 솔레노이드 밸브(106)의 제 2 유로(106b)를 통해 외부로 배출된다. 이로써 종래의 산소 발생기의 반주기 동안의 동작이 완료된다.
도 1B는 종래의 솔레노이드 밸브의 나머지 반주기 동안의 5웨이 솔레노이드 밸브의 개폐 상태 및 베드(108a, 108b)의 상태를 나타낸 도면이다. 도 1B에 나타낸 바와 같이, 처음 반주기 동안 질소의 흡착이 이루어졌던 베드1(108a)에서는 이번에는 반대로 질소의 탈착 및 제올라이트의 재생이 이루어진다. 또 베드2(108b)에서도 처음 반주기와는 반대로 질소의 흡착이 이루어진다. 이와 같이 두 개의 베드(108a,108b)에서 질소의 흡착과 탈착(재생)이 동시에 수행됨으로써 연속적으로 산소를 발생시킬 수 있다. 이 경우 5웨이 솔레노이드 밸브(106)에는 제 3 유로(106c)가 형성되어 외부 공기가 베드2(108b)로 유입되고, 제 4 유로(106d)가 형성되어 외부로 질소가 배출된다.
베드1(108a)에서 질소의 흡착이 이루어지는 동안 발생한 산소의 대부분은 등화 밸브(112)를 통해 실내에 공급되지만, 그 가운데 일부는 오리피스(110)를 통해 베드2(108b)에 공급된다. 베드2(108b)를 형성하는 제올라이트의 재생에는 약간의 산소가 필요하기 때문이다. 베드2(108b)에서 산소가 발생하는 경우도 마찬가지로 베드1(108a)에 소량의 산소가 공급되어 제올라이트의 재생이 이루어지도록 한다.
도 1A와 도 1B에 나타낸 바와 같이, 5웨이 솔레노이드 밸브(106)에서는 베드1(108a) 및 베드2(108b)의 동작 상태에 따라 제 1 내지 제 4 유로(106a~106d)가 형성된다. 도 1A에서와 같이, 베드1(108a)에서 질소의 흡착이 이루어지는 경우, 즉 산소가 발생하는 경우에는 베드1(108a)로 공기가 공급되도록 5웨이 솔레노이드 밸브(106)에 제 1 유로(106a)가 형성되고, 이와 동시에 베드2(108b)에서 탈착되는 질소가 외부로 배출되도록 제 2 유로(106b)가 형성된다. 또한, 도 1B에서와 같이, 베드2(108b)에서 질소의 흡착이 이루어지는 경우, 즉 산소가 발생하는 경우에는 베드2(108b)로 공기가 공급되도록 5웨이 솔레노이드 밸브(106)에 제 3 유로(106c)가 형성되고, 이와 동시에 베드1(108a)에서 탈착되는 질소가 외부로 배출되도록 제 4 유로(106d)가 형성된다.
이처럼 제 1 및 제 2 유로(106a, 106b)의 형성과 제 3 및 제 4 유로(106c,106d)의 형성이 번갈아 이루어지며, 5웨이 솔레노이드 밸브(106)에서 이루어지는 유로 전환은 타이밍 릴레이를 통해 일정한 간격으로 자동적으로 이루어진다. 즉, 베드1(108a)과 베드2(108b)에서의 질소 흡착 및 탈착 정도와는 무관하게 유로의 전환이 이루어지는 것이다. 이와 같은 종래 기술에서 질소를 흡착한 베드가 질소를 탈착하여 제올라이트가 재생되도록 하기 위해서는 소량의 산소가 필요하다. 비록 소량이기는 하나 베드를 형성하는 제올라이트가 질소 탈착 과정에서 충분히 재생되지 못하면 이후 질소 흡착 단계에서 질소를 충분히 흡착하지 못하기 때문에 산소 발생 능력이 크게 저하된다.
본 발명에 따른 산소 발생기는 질소의 탈착이 이루어지는 베드에 제올라이트 재생에 필요한 충분한 양의 산소가 공급되었을 때 비로소 유로 전환 수단의 유로를 전환함으로써 베드의 제올라이트가 충분히 재생된 상태에서 흡착 공정과 재생 공정의 상호 전환이 이루어지도록 하는데 그 목적이 있다.
도 1A와 도 1B는 종래의 산소 발생기를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 산소 발생기의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 산소 발생기의 동작을 나타낸 순서도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
106, 206 : 5웨이 솔레노이드 밸브
110, 210 : 오리피스
112, 212 : 등화 밸브
214a, 214b : 산소 유량 검출부
216 : 제어부
이와 같은 목적의 본 발명에 따른 산소 발생기는 공기 중에 함유된 질소를 흡착하여 산소를 발생시키는 흡착 공정과 산소에 의해 질소가 탈착되어 재생되는 재생 공정이 교대로 이루어지는 두 개 이상의 베드를 구비한다. 이 두 개 이상의 베드 가운데 재생 공정의 베드를 통과하는 산소의 유량이 기준 값 이상일 때 상기 베드들의 흡착 공정 및 재생 공정이 상호 전환되어 흡착 공정과 재생 공정을 바꾸어 수행한다.
이와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 산소 발생기의 바람직한 실시예를 도 2 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 2는 본 발명에 따른 산소 발생기의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 압축기(202)에 의해 압축된 외부 공기는 수분 제거기(204)를 통과하면서 수분이 제거된다. 수분이 제거된 공기는 5웨이 솔레노이드 밸브(206)를 통해 제올라이트(Zeolite)로 이루어진 베드1(208a)에 유입된다.
베드1(208a)에서는 공기에 함유된 질소의 흡착이 이루어진다. 공기에서 질소가 흡착되어 제거됨으로서 발생한 산소는 등화 밸브(Equalization Valve, 212)를 통해 실내에 공급된다. 베드2(208b)는 이전 단계에서 이미 질소를 흡착한 상태이며, 베드1(208a)에서 질소의 탈착이 이루어지는 동안 베드2(208b)에서는 흡착한 질소의 탈착 및 제올라이트의 재생이 이루어진다. 베드2(208b)에서 탈착되는 질소는 5웨이 솔레노이드 밸브(106)를 통해 외부로 배출된다.
반대로 베드2(208b)에서 질소의 흡착이 이루어지는 동안에는 베드1(208a)에서 질소의 탈착이 이루어지며, 이 때 5웨이 솔레노이드 밸브(206)에서는 유로의 전환이 이루어져 베드2(208b)에 공기가 유입되고 또 베드1(208a)에서 탈착되는 질소가 외부로 배출된다.
베드1(108a)에서 질소의 흡착이 이루어지는 동안 발생한 산소의 대부분은 등화 밸브(112)를 통해 실내에 공급되지만, 그 가운데 일부는 오리피스(110)를 통해 베드2(108b)에 공급된다. 베드2(108b)를 형성하는 제올라이트의 재생에는 약간의 산소가 필요하기 때문이다. 베드2(108b)에서 산소가 발생하는 경우도 마찬가지로베드1(108a)에 소량의 산소가 공급되어 제올라이트의 재생이 이루어지도록 한다.
5웨이 솔레노이드 밸브(206)와 두 개의 베드(208a, 208b) 사이에는 산소 유량 검출부(214a, 214b)가 각각 설치된다. 이 산소 유량 검출부(214a, 214b)는 질소의 탈착이 이루어지는 베드의 산소 유량을 검출하기 위한 것이며, 검출된 산소 유량 정보는 5웨이 솔레노이드 밸브(206)의 유로 전환 시점을 결정하는 데이터로 사용된다. 예를 들어 베드1(208a)에서 질소의 탈착(제올라이트 재생)이 이루어질 때 오리피스(210)를 통해 베드1(208a)에 약간의 산소가 공급되어 흐르는데, 이 때 산소 유량 검출부(214a)는 베드1(208a)을 통과하는 산소의 양을 검출하여 그 값을 제어부(216)로 출력한다. 베드2(208b)에서 질소의 탈착(제올라이트 재생)이 이루어지는 동안에는 다른 산소 유량 검출부(214b)가 베드2(208b)를 통과하는 산소의 양을 검출하여 그 값을 제어부(216)로 출력한다.
각각의 베드(208a, 208b)에서 제올라이트가 재생되기 위해서는 흡착된 질소를 밀어내기 위해 약간의 산소가 필요한데, 이 때 필요한 산소 요구량은 실험을 통해 측정할 수 있다. 제어부(216)는 이와 같은 실험을 통해 미리 얻어진 산소 요구량의 데이터를 구비하고, 질소 탈착이 이루어지는 베드를 통과하는 산소의 유량이 미리 얻어진 산소 요구량 이상이 되면 5웨이 솔레노이드 밸브(206)의 유로를 전환한다. 5웨이 솔레노이드 밸브(206)의 유로가 전환되면 질소 흡착이 이루어지던 베드에서는 질소 탈착(제올라이트 재생)이 이루어지고, 반대로 질소 탈착이 이루어지던 베드에서는 질소 흡착이 이루어져 산소가 발생한다. 질소 탈착이 이루어지던 베드에는 충분한 양의 산소가 공급됨으로써 질소가 탈착되고 수분이 제거된다. 이로써 제올라이트가 충분히 재생되어 질소 흡착 능력이 원래대로 복원된다.
도 3은 본 발명에 따른 산소 발생기의 동작을 나타낸 순서도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 압축기(202)의 운전이 시작되어 압축된 공기가 유입되면(S302) 수분 제거기(204)에서 공기에 함유되어 있는 수분이 제거된다(S304). 5웨이 솔레노이드 밸브(206)의 유로가 개방되어(S308) 베드1(208a)로 공기가 유입된다. 베드1(208a)에서 질소의 흡착이 이루어지면서 산소가 발생하고(S308), 베드2(208b)에서는 질소의 탈착이 이루어진다(S310). 베드1(208a)에서 발생한 산소는 실내로 공급된다(S312).
제어부(216)는 산소 유량 검출부(214b)를 통해 검출되는 베드2(208b)의 산소 유량을 감시한다(S314). 측정된 산소 유량과 미리 설정된 값을 비교하여(S316), 만약 측정된 산소 유량이 미리 설정된 값보다 작으면 베드2(208b)의 산소 유량 감시 단계를 계속 진행한다. 반대로 측정된 산소 유량이 미리 설정된 값 이상이면 제어부(216)가 5웨이 솔레노이드 밸브(206)의 유로를 전환한다(S318). 제어부(216)에 의해 유로가 전환됨으로써 질소 흡착이 이루어지던 베드1(208a)에서는 질소의 탈착이 이루어져 5웨이 솔레노이드 밸브(206)를 통해 외부로 배출되고(S320), 또 질소의 탈착이 이루어지던 베드2(208b)에는 공기가 공급되어 질소의 흡착이 이루어진다(S322). 결론적으로, 본 발명에 따른 산소 발생기에서는 질소의 탈착이 이루어지는 베드에 제올라이트 재생에 필요한 충분한 양의 산소가 공급되었을 때 비로소 5웨이 솔레노이드 밸브(106)의 유로 전환이 이루어진다.
본 발명에 따른 산소 발생기는 질소의 탈착이 이루어지는 베드에 제올라이트 재생에 필요한 충분한 양의 산소가 공급되었을 때 비로소 유로 전환 수단의 유로를 전환함으로써 베드의 제올라이트가 충분히 재생된 상태에서 흡착 공정과 재생 공정의 상호 전환이 이루어져 산소 발생 효율이 매우 높다.

Claims (5)

  1. 산소 발생기에 있어서,
    공기 중에 함유된 질소를 흡착하여 산소를 발생시키는 흡착 공정과 산소에 의해 질소가 탈착되어 재생되는 재생 공정이 교대로 이루어지는 두 개 이상의 베드를 포함하고;
    질소 탈착을 위해 상기 재생 공정의 베드를 통과하는 산소의 유량이 기준 값 이상일 때 상기 베드들의 흡착 공정 및 재생 공정이 상호 전환되도록 이루어지는 산소 발생기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 값은 상기 베드에 흡착된 질소를 제거하는데 필요한 산소의 양을 근거로 하여 결정되는 산소 발생기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    흡착 공정의 베드에 공기를 공급하기 위한 제 1 유로와 상기 재생 공정의 베드에서 탈착되는 질소를 배출하기 위한 제 2 유로가 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 유로가 상호 전환되도록 이루어지는 유로 전환 수단과;
    상기 제 2 유로 상에 설치되어 재생 공정의 베드를 통과하는 산소의 유량을 검출하기 위한 유량 검출부를 더 포함하는 산소 발생기.
  4. 산소 발생기에 있어서,
    공기 중에 함유된 질소를 흡착하여 산소를 발생시키는 흡착 공정과 산소에 의해 질소가 탈착되어 재생되는 재생 공정이 교대로 이루어지는 두 개 이상의 베드와;
    흡착 공정의 베드에 공기를 공급하기 위한 제 1 유로와 상기 재생 공정의 베드에서 탈착되는 질소를 배출하기 위한 제 2 유로가 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 유로가 상호 전환되도록 이루어지는 유로 전환 수단과;
    상기 제 2 유로 상에 설치되어 재생 공정의 베드를 통과하는 산소의 유량을 검출하기 위한 유량 검출부와;
    상기 유량 검출부의 검출 값이 기준 값 이상일 때 상기 유로 전환 수단의 제 1 유로 및 제 2 유로를 상호 전환하는 제어부를 포함하는 산소 발생기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기준 값은 상기 베드에 흡착된 질소를 제거하는데 필요한 산소의 양을 근거로 하여 결정되는 산소 발생기.
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