KR20040096228A - 차량용 산소공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 산소공급장치에 관한 것으로 특히 질소와 산소에 대하여 선택적인 흡착성을 가진 흡착제에 압력차이를 가하여 공기중으로부터 산소를 분리하여 자동차 실내로 공급하는 장치에 관한 것이다.

본 발명은 종래의 화학공정에 사용하는 진공압력스윙방식을 자동차용 산소공급장치에 적용함으로써, 저전력 및 고효율의 장치를 구성할 수 있다. 특히, 자동차가 고유하게 지니고 있는 동력원을 사용하여 결합함으로써 소형 및 경량화가 가능하다.

Description

차량용 산소공급장치{Apparatus for supplying oxygen}

본 발명은 자동차용 산소공급장치에 관한 것으로 특히 질소와 산소에 대하여 선택적인 흡착성을 가진 흡착제에 압력차이를 가하여 공기중으로부터 산소를 분리하여 자동차 실내로 공급하는 장치에 관한 것이다.

대기오염이 가속화 됨에 따라 차량 내에 공기청정기를 사용하거나, 최근에는 신차 발매시에 각종 공기필터가 차량에 장착되어 차량 실내의 깨끗한 공기공급을 하고 있다. 그러나, 이들은 모두 차량 내의 먼지, 세균 및 기타 오염물들을 걸러주는 것으로서, 차량 실내의 공기성분 자체의 변경은 하지 못한다. 최근에 소형 산소공급장치 기술이 발달함에 따라 공기 중에서 질소 및 기타 오염물질을 분리하여 청정 산소부화공기를 차량 내에도 공급하려는 시도가 행해지고 있다.

산소분리방법은 소형의 경우에 크게 두가지로 구분되는데, 그 하나는 기체들 간의 확산속도 차이를 이용하는 기체분리막을 사용하는 방법과, 특정 기체에 대하여 선택적인 흡착성능을 보이는 합성 제올라이트 등의 흡착제를 사용하는 방법이그것이다. 기체분리막의 경우에는 아직 그 재료개발이 미비하여 크게 쓰이고 있지는 않지만 시스템의 간단성으로 인하여 그 사용범위가 크게 확대되고 있다. 흡착제를 사용하는 방법은 보편적으로 흡착제에 압력차이를 가함으로써 산소를 분리하는데, 압력차이를 만드는 방법에 의하여 압력스윙(Pressure Swing) 이나 진공스윙(Vacuum Swing) 방법이 사용되거나 이들을 조합한 형태가 사용된다.

차량에 상기의 장치들을 구성하여 차량용 산소공급장치를 구성하는 경우에는 우선 차량의 전력소비문제가 대두된다. 대부분의 소형 산소공급장치는 100W 정도의 소비전력을 사용하는데, 이 기기를 직접 차량에 부착하여 사용하는 것은 차량에 매우 부담을 주는 것이다. 또한, 소음의 경우에도 압력을 만들어 내는 데에 필수적으로 사용되는 컴프레서나 진공펌프를 차량에 장착하기도 어려우며 장착되어도 특별한 케이싱이 되어있지 않으면 실내에 사용하기는 거의 불가능하다. 사이즈의 면에서도 특별히 장착하기가 어렵다. 따라서, 이러한 차량용 산소공급장치의 경우에는 소음과 소비전력 그리고 크기 문제의 발생원인인 메인 컴프레서나 진공펌프를 사용하지 않는 것이 매우 효과적이라 할 수 있다.

차량이 가지고 있는 고유한 동력은 엔진에서부터 파생되는 흡입력에 의한 진공압과, 배기가스 출력, 상용차등에 장착되어 있는 다른 용도를 위한 진공펌프나 컴프레서 등이 있다. 이러한 동력을 산소공급장치에 사용한다면 상기의 문제점이 상당히 완화될 수 있다.

흡착제에 압력차이를 가하는 경우에 컴프레서의 압축공기를 사용하는 방법(PSA)은 승용차의 경우에 압축공기원이 없으므로 사용할 수 없으므로, 승용차의 경우에는 진공압을 가하는 진공스윙흡착(VSA)이 바람직하다. 진공스윙흡착 방식을 승용차에 적용하는 경우 차량 실내로 산소부화공기를 공급해야 하므로 별도의 소형 컴프레서나 진공펌프가 사용되어야 하지만, 이들은 매우 소형으로 가능하므로 매우 적은 소비전력으로 구동하는 것이 가능하다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 차량용 산소공급장치의 저전력화, 저소음화 및 소형화를 이루는 데에 그 목적이 있다. 또한, 이러한 산소공급장치를 사용하여 차량 실내로 공급함으로써 실내를 쾌적하게 만들어 졸음운전방지 및 청정공기 유지를 이루는 데에 다른 목적이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 제거하기 위하여, 차량이 가지고 있는 고유의 진공압과 별도의 소형 컴프레서를 이용하는 진공압축스윙방식(VPSA)을 차량용 산소공급장치에 적용하는 데에 그 목적이 있다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 메인 진공펌프는 차량이 가지는 고유의 엔진에 의한 흡입력을 사용하며, 생성된 산소부화공기를 실내로 공급하기 위해서는 별도의 소형 컴프레서를 사용한다. 메인 진공펌프를 대치하는 엔진에 의한 진공압은 흡착제를 포함하는 흡착베드 내에 진공상태를 만들어주며, 대기압과의 차이에 의하여 다량의 공기가 흡착베드 내로 유입되어 질소가 주로 흡착되고 여분의 산소는 그대로 존재하게 된다. 생성된 산소부화공기를 목적공간으로 분사하기 위하여는 약간의 압력이 필요하므로, 상기의 소형 컴프레서를 사용하여 압력의 흡착베드에 가함으로써 흡착베드 내의 산소부화공기는 외부로 배출되게 된다.

이러한 진공압과 대기압보다 약간 높은 압력에서 운전되는 진공압력스윙방식은 대형 산업용에서 사용되나, 소형 산소발생장치에서는 거의 사용되지 않는다. 본 발명은 이러한 방식을 차량의 동력원과 결합하여 적용함으로써 높은 효율로 산소부화 공기를 생산하여 목적공간으로 배출하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 장치를 간략화한 도식도이다.

도 1 은 본 발명에 의한 장치를 나타내는 도식도로서, 상기에 언급한 진공압력스윙방식을 차량에 적용시킨 장치이다. 기본 개념은 종래의 방식과 동일하므로 스탠다드 공정이고, 흡착제는 일반적으로 사용되는 합성제올라이트를 사용한다.

본 발명에 의한 장치는 다음과 같이 구성되어 작동한다. 우선, 외부로부터 장치로 들어오는 공기는 공기필터(1)를 거쳐 여러 가지 불순물이 걸러지게 되며, 도시되지는 않았지만 적절한 밸브수단을 거쳐 제올라이트 등의 흡착제를 포함하는 흡착베드(2)를 통과하여 목적공간으로 분사되게 된다. 산소농축기에 사용되는 기타의 압력평형밸브나 미세관등의 사용은 당업자 사이에서 자명하므로 도시하지 않았다. 여기서, 외부의 공기가 흡착베드 내로 들어가는 원동력은 자동차의 엔진 동력에 의하여 발생한 진공압을 사용하는 진공펌프수단(3)에 의하여 발생하게 된다. 진공펌프수단(3)은 한쪽 흡착베드(2)가 산소부화공기를 생성하고 있는 동안에, 다른 한쪽의 흡착베드(2)에 진공압을 가하여 질소 및 오염물을 외부로 배출시키는 재생과정을 수행하게 된다. 여기서 대기압과 진공펌프수단(3)에 의하여 만들어진 진공압과의 차이에 의하여 흡입된 공기는 흡착베드(2)로 흡입되게 된다. 흡착베드(2)의 개수는 생산량과 비용을 고려하여 결정되며, 보통 연속생산을 위하여 2개 이상의 베드를 사용한다. 질소 및 오염물이 흡착베드(2) 내에 흡착되고 남은 산소부화공기를 목적공간으로 분사되기 위해서는 약간의 압력이 필요하게 되는데, 이때 별도의 소형 컴프레서(4)를 사용하여 흡착베드(2)에 압력을 가함으로써 산소부화공기가 외부로 배출되게 된다. 체크밸브(5)는 컴프레서(4)에 의한 공기압력에 의해 압축공기가 대기로 배출되는 것을 방지하기 위하여 흡착베드(2)의 흡입전단에 배치하게 된다.

이러한 진공스윙흡착방식은 이미 알려져 있는 스탠다드 공정으로, 다만 차량용에 적용할 경우에 진공펌프수단(3)은 이미 차량에 존재하는 엔진의 흡입력을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 승용차가 아닌 RV차량이나 승합차에 적용되어 있는 진공펌프를 사용하는 것이 바람직하다. 신차의 경우에는 별도의 산소공급장치를 위한 엔진의 전용 연결단자를 마련할 수 있으나 종래의 차량은 전용단자가 없으므로 승용차의 경우에는 엔진의 진공압을 이미 사용하고 있는 브레이크 라인의 진공압을 분기하여 사용하는 것이 바람직하다. 버스와 같이 별도의 공기압축기가 설치되어 있는 경우에는 압축공기를 이용하여 진공압을 만들어 이를 탈착과정에 사용하고 압축공기로 산소부화공기를 밀어 목적공간으로 분사시키는 장치를 사용하는 것이 바람직하다.

현재의 기술로는 차량 내부의 산소농도를 충분히 상승시킬 정도의 산소공급량을 생산하는 것은 매우 어려운 일이다. 따라서, 차량 내부의 산소농도를 감지하는 센서를 장착하고 산소농도를 감지하여 산소공급장치를 제어하는 것은 가격상승으로 인하여 어려우나 차량 내부에 산소농도감지 센서를 설치하고 농도에 따라서산소공급장치를 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 장치를 차량에 적용함으로써 저전력, 저소음, 경량의 차량용 산소공급장치를 구현할 수 있다.

본 장치에 의하여 차량 실내로 청정의 산소부화공기를 공급함으로써 운전자의 피로경감, 졸음방지 및 쾌적한 환경유지의 효과가 있다.

Claims (6)

1. 공기의 성분에 대하여 선택적인 흡착력을 가지는 흡착제를 사용하여 질소와 산소를 분리하고, 분리된 산소부화공기를 차량의 실내로 공급하는 차량용 산소공급장치에 있어서,

   상기 장치는 상기 흡착제를 내부에 포함하는 흡착베드를 구비하고,

   상기 흡착베드 내에 탈착 과정을 수행함과 동시에 진공압을 만들어 내기 위한 진공펌프수단을 구비하며,

   상기 진공펌프수단에 의하여 상기 흡착베드 내에 만들어진 진공압에 의하여 대기중의 공기가 대기압과의 차이에 의하여 먼지 등의 오염물의 걸러주기 위해 구비된 공기필터를 거쳐 흡착베드 내로 들어가 상기 흡착제에 질소가 주로 흡착되며,

   상기 흡착베드 내에 흡착되고 남은 여분의 산소부화 공기는 별도로 구비된 소형 컴프레서를 사용하여 압축공기를 발생하여 상기 흡착베드 내에 주입됨으로써 생성된 산소부화공기가 목적공간으로 분사되고,

   상기 컴프레서에서 발생하는 압축공기가 흡착베드로 입력되지 않고 대기중으로 분사되는 것을 방지하기 위한 체크밸브를 구비하여,

   진공압축스윙방식에 의하여 구동되는 것을 특징으로 하는 차량용 산소공급장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 진공펌프수단은 차량의 엔진 흡기에 의해 발생하는 진공압임을 특징으로 하는 차량용 산소공급장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 엔진흡기에 의해 발생한 진공압은 배력식 브레이크의 라인과 호스를 사용하여 병렬로 연결하여 사용하는 것을 특징으로 하는 차량용 산소공급장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 진공펌프수단은 차량에 이미 설치되어 있는 진공펌프임을 특징으로 하는 차량용 산소공급장치.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 엔진에 별도의 산소공급장치용 연결부를 설치하여 산소공급장치와 연결하여 진공압을 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 산소공급장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 차량 내부에 산소농도감지 센서를 더 구비하여 실내의 산소농도를 측정하고, 측정된 산소농도에 따라서 산소공급장치를 제어함으로써 차량 내부의 산소농도를 적정 농도로 유지하는 것을 특징으로 하는 차량용 산소공급장치.