KR20050096438A

KR20050096438A - 산소발생모듈

Info

Publication number: KR20050096438A
Application number: KR1020040021641A
Authority: KR
Inventors: 이태수; 김민정
Original assignee: 주식회사 옥서스
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-06
Also published as: KR100615673B1

Abstract

개시된 내용은 소형화한 밀폐형 산소 발생 모듈에 관한 것이다.

이 산소발생모듈은,

밀폐된 탱크(101)의 내부에 흡착제(110)를 충진하되 양단을 부직포(120)와 다공판(130)으로 감싸고,여기에 스프링(140)을 탄지시켜 탄압되게 하고, 탱크외부로 오리피스(150)와 체크밸브(160)를 연통한 흡착유닛(100)을, 산소토출구(15)를 구비한 덮개(12)와, 산소저장챔버(11)를 형성하고 일측으로 관공(13)을 형성한 본체(14)로 이루어진 외함내에 내장하되 그 외측에 질소배출구(21)와 압축공기유입구(22) 및 유로전환밸브(24)를 형성하여 상기 흡배기관(102)에 연결되어 소정의 압축공기 공급,질소배출작동을 제어하기 위한 제어수단(20)을 구비한 산소발생모듈이다.

이로써 저장탱크가 개폐되고, 흡착베드, 유로전환밸브, 체크밸브, 오리피스, 저장탱크 등의 부품들이 외부에 노출되지 않게 되고, 부피가 작아지고,조립이 용이해지며, 산업용의 경우 설치환경상 오존 및 오염 물질이 존재하더리도 산소발생모듈을 격리하기 위한 케이스 및 부품이 생략된다.

Description

산소발생모듈{Air tight type oxygen producing module}

본 발명은 산소발생모듈에 관한 것으로 특히,외부와 차단된 공간내에 산소저장공간과, 흡착유닛을 형성한 산소발생모듈에 관한 것이다.

일반적으로 산소발생기는 연속적으로 산소를 생산 공급하는 장치로 산업 및 의료 분야에서 널리 사용되고 있다. 산소발생기는 산소를 생산하기 위하여 일반적으로 PSA(Presssure Swing Adsorption:압력순환흡착,이하 PSA라고 약함) 기술을 이용한다. PSA 기술은 대기 중의 질소와 산소 중 산소만을 선택적으로 분리하여 농축하는 기술로 고순도의 산소 생산이 가능하고 에너지 효율이 높은 장점이 있다.

PSA 방식 산소발생기에서 산소를 생산하기 위해서는 흡착탑, 솔레노이드밸브, 산소저장탱크, 공기압축기 등 많은 부품이 사용되고, 부품간 연결을 위하여 튜브 및 니플 등도 사용 된다.

산소발생기는 대기중의 산소만을 선택적으로 분리 농축하는 장치이다. 일반적으로 PSA 방식을 이용하는데, 화학 반응에 의해서 산소를 생산하는 것이 아니기 때문에 안전하고 사용이 쉬운 장점이 있다. PSA는 흡착제를 이용하여 기체 및 액체를 분리하는 기술이며, 산소발생기는 제올라이트라는 질소 흡착제를 이용한다. 흡착제(제올라이트)는 대기 중의 질소를 산소에 비해 다량 흡착하는 성질을 가지고 있다.

제올라이트를 이용하는 PSA 산소발생기는 매우 잘 알려진 기술이다. PSA 공정은 기계적인 구조와 압축 공기의 흐름을 제어하는 공정에 따라 그 성능이 좌우된다. 따라서 이러한 구조 설계가 제품 성능과 품질을 좌우한다.

종래에는 산소발생기를 만들기 위하여 수 십가지의 부품과 튜브, 니플 등이 사용되었고, 현재도 일부를 제외하고는 유사한 방식으로 제조되고 있다. 본 출원인이 선출원 제안한 "산소발생기용 농축조"기술은 복잡한 부품들을 축소하려는 시도이며 좋은 성과를 거두고 있다. 하지만 흡착제 교환이 어렵고 별도의 케이스를 구비해야하는 단점이 지적되고 있다.

따라서 보다 간단하면서도 밀폐형 구조를 가진 산소발생모듈의 개발이 필요하다.

본 발명은 산소발생 부품들을 저장 탱크 내로 삽입하여 일체화하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 모든 부품은 산소에 대한 내부식성을 갖추어야하며, 산소 저장탱크의 작동 압력에 견뎌야 한다.

무엇보다 압력 용기인 흡착유닛이 저장탱크 내부에 장착되므로 2중 압력 용기의 구조가 되는데 공기 및 산소의 누설이 없도록 설계해야 한다.

또 흡착유닛을 쉽게 분리하여 사후 관리가 용이하도록 저장탱크 부위가 손쉽게 개폐될 수 있는 방식을 도입하여야 하며 흡착유닛 또한 제작하여야한다.

본 발명의 산소발생모듈은 외부로 노출된 부품들을 저장탱크 내로 삽입하여 부피 및 부품 수를 줄이고 구조를 간단히 하게 되며, 외부충격, 오염환경으로부터 부품을 보호하면서도 흡착제 교환을 손쉽게 할 수 있으며, 종래 제품들이 흡착제 교환이 어려운 단점을 극복하고 부품 수를 줄여야 하는 데에도 그 목적이 있다.

본 발명은 이러한 여러 부품들 중 산소발생과 관련된 부품들을 흡착유닛으로 통합하고 다른 부품들은 저장구조로 통합하여 저장구조내에 흡착유닛을 내장한 산소발생모듈을 제공하므로서 여기에 공기압축기만 잇으면 산소 발생기를 구성할 수 있는 산소발생모듈을 제공하는 데에 궁극적인 목적이 있다.

본 발명의 이와 같은 목적을 달성하기 위한 산소발생모듈은,

산소토출구를 구비한 덮개와,산소저장챔버를 형성하고 일측으로 관공을 형성한 본체로 이루어진 외함과; 상기 관공에 관설되어 외부로 부터 압축공기를 공급받음과 동시에 질소를 배출하는 흡배기관을 형성하여 상기 외함의 내부에 안착되는 흡착유닛; 및 질소배출구와 압축공기유입구 및 유로전환밸브를 형성하여 상기 흡배기관에 연결되어 소정의 압축공기 공급,질소배출작동을 제어하기 위한 제어수단을 포함하여서 된다.

본 발명 산소발생유닛의 상기 흡착유닛은 밀폐된 탱크 내부는 흡착제 양단을 부직포와 다공판으로 감싸고,여기에 스프링을 탄지시켜 탄압되게 하고, 탱크외부로 통하는 오리피스와,체크밸브를 형성함이 바람직하다.

본 발명 산소발생모듈의 상기 흡착유닛은 적어도 한개 이상 설치함이 바람직하다.

본 발명 산소발생모듈의 상기 외함은 O링을 더 구비함이 바람직하며, 상기 외함의 산소토출구는 조절수단을 구비함이 바람직하다.

본 발명 산소발생모듈의 상기 제어수단은 전자제어회로를 더 구비함이 바람직하며, 상기 제어수단의 유로전환밸브는 솔레노이드밸브가 가장 적당하다.

이러한 본 발명 산소발생모듈은 저장탱크 내부에 모든 부품을 삽입하여 크기가 작아지고 배관을 없애 부품 수를 줄이고 고장 원인을 제거하였다. 또한 별도의 케이스가 없어도 외부와 차단되기 때문에 여러 분야에 적용이 수월하다.

다른 부품에 비해 부피가 크면서 형상 변경이 자유로운 저장탱크를 케이스로 이용하는 것이다.

본 발명은 이러한 여러 부품들 중 산소발생과 관련된 부품들을 흡착유닛으로 통합하고 다른 부품들은 저장구조로 통합하여 저장구조내에 흡착유닛을 내장한 산소발생모듈을 제공하므로서 여기에 공기압축기만 잇으면 산소 발생기를 구성할 수 있는 산소발생모듈을 제공하게 되는 것이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 구체적으로 설명한다.

첨부도면 중 도 1은 본 발명 산소발생모듈의 실시예를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명 산소발생모듈의 분해단면도이다.

상기 도면에 따르는 본 발명은 크게 외함(10)과,이 외함(10)내에 안치되는 흡착유닛(100)과, 흡착유닛(100)의 공기압축 및 질소탈착을 제어하기 위한 제어수단(20)으로 이루어진다.

먼저, 외함(10)은 산소토출구(15)를 구비한 덮개(12)와,산소저장챔버(11)를 형성하고 일측으로 관공(13)을 형성한 본체(14)로 이루어지며, O링(16)이 상기 덮개(12)와 본체(14)사이에 개재되어 복착시 밀폐기능을 갖게 한다. 또한, 상기 외함(10)의 산소토출구(15)에는 기히 알려진 토출량조절수단(특허제0359274호)을 구비하여 압력과 유량을 제어하도록 한다. 본 실시예에서는 이미 알려진 토출량조절수단에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

대략, 산소토출구(15)는 압력 조절기와 유량 조절기로 구성된다. 압력조절기는 고압의 챔버 내부 산소를 토출할 때 일정 압력으로 유지하여 주는 역할을 하는 부품이 통용되고 있고, 유량조절기 역시 유량을 조절하는 통용 부품이 사용됨이 바람직하다.

한편, 흡착유닛(100) 역시 본 출원인이 선출원하여 실용등록제0268604호로 등로받은 산소농축조와 같다.

즉, 밀폐된 탱크(101)의 내부에 흡착제(110)를 충진하되 알갱이 형태의 흡착제 이탈을 방지하기 위하여 양단을 부직포(120)와 다공판(130)으로 감싸고,여기에 스프링(140)을 탄지시켜 탄압/내장시키고, 탱크외부로 오리피스(150)와,체크밸브(160)를 연통하게 하며, 상기 외함(10)의 관공(13)에 관설되어 외부로 부터 압축공기를 공급받음과 동시에 질소를 배출하는 흡배기관(102)을 형성하여 상기 외함(10)의 내부에 안착된다.

이와같은 흡착유닛(100)은 그 내부 안착시 이동을 방지하여 안정적으로 유지되도록 나사형태의 조임수단 혹은 지지수단(103)을 내측에 더 구비할 수 있다.

상기 외함(10)의 덮개(12)는 본체(14)로 부터 열고 닫을 때 체결수단등이 강구될 수 있으며, 흡착유닛(100)의 교환시에 용이하게 열고 닫도록 여러가지 개폐구조가 가능하다.

또한, 상기한 제어수단(20)은 질소배출구(21)와 압축공기유입구(22) 및 유로전환밸브(24)를 형성하여 상기 흡배기관(102)에 연결되어 소정의 압축공기 공급,질소배출작동을 제어하도록 상기 외함(10)의 일측에 설치된다.

아울러 이 제어수단(20)에는 유로전환밸브(24)를 개폐작동하기 위한 전자제어회로(23)가 갖추어지며, 유로전환밸브(24)는 솔레노이드밸브가 바람직하다.

즉,유로전환밸브(24)는 3/2 솔레노이드 밸브와 전자제어회로로 이루어져 전기 신호에 의해 유로가 전환된다. 전자제어회로(23)는 일정한 주기로 유로전환밸브(24)에 전환 신호를 주어 흡착, 세정 과정을 제어하도록 알려진 타이머 및 그 제어회로등이 설치된다.

특히, 산소저장챔버(11) 내부에 흡착유닛(100)을 2개 이상 장착할 경우에는 산소 생산량이 많고 질소 배기 과정 중에 다른 흡착유닛으로 산소를 생산하게 함으로써 연속적인 산소 생산도 가능해질 수 있으므로 흡착유닛의 내장갯수에 따라 다양한 규격의 산소발생기를 제공하게 된다.

이와같은 본 발명 산소발생모듈의 산소발생 과정을 설명하면 다음과 같다.

공기압축기에 의해 압축된 공기가 공기유입구(22)으로 유입되면 유로전환밸브(24)는 공기를 흡착유닛(100)의 공기유입구(102)으로 보낸다. 유입된 공기는 다공판(130)과 부직포(120)를 통과하여 흡착제(110)에 접촉하게 된다. 이 때 체크밸브(160)는 닫혀있기 때문에 압력이 서서히 증가하고 흡착제(110)에 질소는 흡착되고 산소는 기체 상태로 남게 된다. 흡착유닛(100)의 압력이 저장챔버(11) 내부압력보다 높아지면 체크밸브(160)이 열리면서 기체 상태의 산소가 체크밸브(160)를 지나 저장챔버(11)로 유입된다. 이렇게 산소가 제품으로 얻어지는 것이다.

산소를 얻은 후 흡착제(110)를 재생하기 위해서는 유로전환밸브(24)를 전환하여 공기유입구(22)를 차단하고 질소 배출구(21)를 열어야 한다. 이렇게 전환밸브(24)의 전환은 타이머를 내장한 전자제어회로(23)에 의해 이루어진다. 이때 흡착유닛(100) 내부가 외부와 연결되면서 압력이 낮아지고 흡착제(110)에 흡착되었던 질소가 탈착되면서 질소배출구(21)을 통해 외부로 배출된다. 그리고 산소저장챔버(11) 내부에 있던 산소의 일부가 오리피스(150)를 통해 흡착유닛(100)내부로 유입되어 질소의 배출을 돕게 된다. 이렇게 흡착제(110)의 질소가 탈착되고 다시 질소를 흡착할 수 있도록 재생된 것이다.

흡착제(110)가 역류된 산소된 산소에 의해 충분히 재생된 후에 다시 유료전환밸브(24)가 작동하여 유로를 바꾸게 되고 흡착 과정이 반복 진행된다. 이와 같은 흡착과 재생 과정을 반복하면서 산소를 생산하게 된다.

생산된 산소는 산소저장챔버(11) 내부에 머물고 있으며 산소토출구(15)를 통과하면서 상기한 바와같은 조절수단을 통하여 소정의 압력과 유량으로 조절된 후 산소토출구(15)로 배출된다.

위의 전 과정은 본 발명 산소발생모듈의 간략한 작동예이며, 실용적으로는 공기 필터, 질소배기소음기 등의 부품이 추가로 설치되어 응용가능하게 된다.

이상 설명한 바와같은 본 발명의 밀폐형 산소발생모듈은 종래 알려진 산소발생 농축조를 응용하여 그 내측에 농축조를 내장하고, 이 농축조의 외측으로 노출/설비되는 일부구조를 외함의 내부에 내장시키게 되어 콤팩트한 산소발생장치의 제공이 가능하여 소형화는 물론 이를 응용한 다양한 모델의 개발이 가능하게 되어 소형 저가의 각종 산소발생기의 생산이 이루어지게 되고, 매출의 증대도 기하게 되었다.

이러한 본 발명 산소발생모듈은 외부와 차단된 밀폐 구조이기 때문에 오염 환경에서 특히, 유용한 효과를 갖는다.

또한, 본 발명 산소발생모듈은 흡착유닛의 조립식 탈부착이 가능하기 때문에 흡착제 교환 및 그 조립이 손쉬워 생산 및 사후 관리가 편한 효과도 있다.

도 1은 본 발명 산소발생모듈의 실시예를 나타내는 단면도이고,

도 2는 본 발명 산소발생모듈의 분해단면도이다.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10:외함, 11:산소저장챔버, 12:덮개, 13: 관공, 14:본체,15:산소토출구,

16:O링, 20:제어수단, 21:질소배출구, 22:압축공기유입구, 23:전자제어회로,

24:유로전환밸브, 100:흡착유닛, 101: 탱크, 102:흡배기관, 103:지지수단,

110:흡착제,120:부직포,130:다공판,140: 스프링,150:오리피스,160:체크밸브,

Claims

산소발생모듈에 있어서,

산소토출구(15)를 구비한 덮개(12)와,산소저장챔버(11)를 형성하고 일측으로 관공(13)을 형성한 본체(14)로 이루어진 외함(10);

상기 관공(13)에 관설되어 외부로 부터 압축공기를 공급받음과 동시에 질소를 배출하는 흡배기관(102)을 형성하여 상기 외함(10)의 내부에 안착되는 흡착유닛(100); 및

질소배출구(21)와 압축공기유입구(22) 및 유로전환밸브(24)를 형성하여 상기 흡배기관(102)에 연결되어 소정의 압축공기 공급,질소배출작동을 제어하기 위한 제어수단(20)을 포함하는 산소발생모듈.
제1항에 있어서,

상기 외함(10)내 흡착유닛(100)이 적어도 1개 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 산소발생모듈.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 흡착유닛(100)은,

밀폐된 탱크(101)의 내부에 흡착제(110)를 충진하되 양단을 부직포(120)와 다공판(130)으로 감싸고,여기에 스프링(140)을 탄지시켜 탄압되게 하고, 탱크외부로 오리피스(150)와,체크밸브(160)를 연통하게 하여서 되는 것을 특징으로 하는 산소발생모듈.
제3항에 있어서,

상기 외함(10)은 O링(16)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 산소발생모듈.
제3항에 있어서,

상기 외함(10)의 산소토출구(15)는 조절수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 산소발생모듈.
제 3항에 있어서,

상기 제어수단(20)은 전자제어회로(23)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 산소발생모듈.
제6항에 있어서,

상기 제어수단(20)의 유로전환밸브(24)는 솔레노이드밸브인 것을 특징으로 하는 산소발생모듈.