KR20060094926A - 산소농축장치 및 컴프레서 - Google Patents

Abstract

(목적) 산소농축장치에 사용되는 컴프레서에 있어서의 모터의 회전축의 진동회전 내지 진동을 방지하여 고도의 정숙성 및 저소비 전력화를 꾀한다.

(구성) 컴프레서에 의해서 압축공기를 공급하여 고(高)산소농도가스를 얻는 가압공정과 질소흡착용기 내의 압력을 줄여서 흡착된 질소를 외부로 배기함으로써 흡착제를 재생하는 감압공정을 번갈아 반복함에 의해서 고산소농도가스를 얻는 방식의 압력변동 흡착형의 산소농축장치에 있어서, 컴프레서(21)로서 구동용 모터(23)의 회전축(23a)의 측부에 실린더(24,25)를 배치한 왕복식의 것을 사용한다. 각 실린더(24,25) 내의 피스톤(26,27)을 회전축(23a)의 회전에 의해서 커넥팅 로드(26b,27b)를 구동하여 왕복운동시키는 것에 있어서, 모터(23)의 회전축(23a)의 선단 또는 선단 근방 부위를 축받이(19)에 의해서 지지하였다. 회전축(23a)의 선단이 자유단부가 되지 않기 때문에, 회전축의 진동회전 내지 진동이 방지된다.

Description

산소농축장치 및 컴프레서{OXYGEN CONCENTRATOR AND COMPRESSOR}

도 1은 본 발명의 산소농축장치를 이루는 케이스 내의 개략구성을 나타낸 정면 종단면도

도 2는 도 1의 평면 단면도

도 3은 도 1의 측면 단면도

도 4는 본 발명의 산소농축장치를 설명하는 배관 블록선도(회로도)

도 5는 도 1의 산소농축장치에 사용되는 컴프레서를 설명하는 일부 파단 정면도

도 6은 도 5의 일부 파단 평면도(상면도)

도 7은 도 6에서 좌우 커넥팅 로드를 떼어내어 나타낸 설명용 평면도

도 8은 도 5의 A부분을 확대하여 나타낸 부분 확대 일부 파단면도

도 9는 도 8의 B-B선 단면도

도 10은 축받이에 의해서 회전축의 선단을 지지하는 다른 형태의 부분 확대 일부 파단면도

* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

19 - 축받이(베어링) 21 - 컴프레서

23 - 모터 23a - 회전축

24,25 - 실린더 26,27 - 피스톤

26b,27b - 커넥팅 로드 28 - 상자형 하우징

28b - 덮개 101 - 산소농축장치

(특허문헌 1) 일본국 공개특허 2003-246607호

(특허문헌 2) 일본국 공개특허 2001-280234호

(특허문헌 3) 일본국 공개특허 2004-211708호

본 발명은 산소농축장치 및 컴프레서에 관한 것으로서, 상세하게는 만성 기관지염 등의 호흡기계 기관 질환의 치료법으로서 유효한 산소흡입요법에 사용되는 산소농축장치 및 컴프레서에 관한 것이다.

이러한 종류의 산소농축장치('산소농축기'라고도 한다)에 있어서, 공기 중의 산소를 분리ㆍ농축하는 산소농축법으로서는 산소를 투과하여 질소를 선택적(우선 적)으로 흡착하는 흡착제(예, 제오라이트)를 사용한 이른바 흡착형 산소농축장치가 널리 사용되고 있다.

이 산소농축장치는 통상 산소보다도 질소를 우선적으로 흡착할 수 있는 흡착제를 충전한 질소흡착용기(흡착통) 내로 컴프레서에 의해서 압축된 공기를 공급하여 그 내부에 가압상태에서 질소를 흡착시킴으로써 고(高)산소농도가스를 얻는 가압공정(흡착공정)과 상기 질소흡착용기 내의 압력을 줄여서 흡착된 질소를 외부로 배기(방출)함으로써 흡착제를 재생하는 감압공정(재생공정)을 번갈아(순차적으로) 반복함에 의해서 고산소농도가스가 연속해서 생성(제조)되도록 구성되어 있다. 그리고, 이와 같이 하여 생성된 고압의 고산소농도가스는 이것을 일시적으로 저장하는 탱크{레저부아(reservoir)}로 보내지고, 레귤레이터 및 유량설정기에 의해서 압력 및 유량이 조정되고, 가습 등의 처리를 한 후 환자에게 공급된다.

이러한 산소농축장치에 있어서, 질소흡착용기 내로 압축공기를 공급하기 위해서는 컴프레서(전동모터가 장착된 공기가압펌프)가 사용되는 것이 보통이고(특허문헌 1), 이 컴프레서로서는 종래부터 왕복식의 가압 컴프레서가 널리 채용되고 있다. 이러한 컴프레서에 있어서의 실린더는 수평으로 배치되는 것(특허문헌 2)과 종형으로 배치되는 것으로 대별된다. 수평으로 배치되는 컴프레서('수평 대향 배치식 컴프레서'라고도 한다)는 편축(片軸)을 가지는 모터를 사용하며, 이 모터의 회전축과 직교하는 축선방향(슬라이드 방향)으로 수평을 이루면서 서로 대향되게 실린더를 배치하고, 상기 1개의 회전축에 2개의 커넥팅 로드를 부착하고, 그 각각의 선단에 부착한 각 피스톤을 각 실린더 내에서 왕복운동시키도록 구성되어 있다. 이러한 컴프레서에서는 수평으로 배치된 서로 대향하는 1쌍의 실린더에 있어서의 각 피스톤이 180도의 위상차로 압축공정(또는 흡기공정)을 하는 것(즉, 일측의 피스톤이 압축공정에 있을 때에는 타측의 피스톤이 흡기공정에 있는 것)과, 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이 서로 대향하는 실린더에 있어서 동시에 압축공정(또는 흡기공정)을 하는 것이 있다. 또, 실린더가 세로로 배치되는 것은 통상 양축(兩軸)을 가지는 모터가 사용되며, 이 모터의 각 회전축의 선단측에 각각 커넥팅 로드를 통해서 피스톤을 연결하고, 각 피스톤을 축선이 상하를 향하는 실린더 내에 배치하여 왕복운동시키는 구성의 것으로 되어 있다.

그런데, 산소농축장치는 재택 요법 환자가 수면시간도 포함하여 주야에 걸쳐서 항시 계속해서 사용하는 것이기 때문에, 소음이 발생하는 일 없이 운전되는 것이 매우 강력하게 요청되고 있다.

한편, 산소농축장치에서 소음의 요인이 되는 것으로서는 컴프레서의 구동시에 있어서의 작동음(作動音)이나 진동이 있다. 그래서, 종래의 산소농축장치에서는 이와 같은 작동음이나 진동이 외부로 누출되는 것을 억제하기 위해서, 산소농축장치 내의 내벽면에 흡음재가 부착된 방음실(금속제 소음박스) 내에 컴프레서를 배치하는 등의 대책이 강구되고 있다. 또, 컴프레서 자체에 대해서도 피스톤이나 크랭크 기구의 피스톤 구동수단에서의 저마찰화가 강구되고 있으며, 운전시에 발생하는 슬라이드 작동음(및 마찰음) 등의 소음을 외부로 누출시키지 않기 위한 각종의 대책이 강구되고 있다.

상기한 특허문헌 2에 기재된 컴프레서에서는 서로 대향하는 2개의 실린더의 내부를 왕복운동하는 2개의 피스톤이 동시에 압축공정(또는 흡기공정)을 하는 것으로 하고, 또한 양 피스톤을 동일한 형상으로 함과 아울러 이 양 피스톤에 결합되는 커넥팅 로드를 동일한 형상으로 함으로써, 양 피스톤의 왕복운동의 관성력을 서로 없애도록 하여 진동을 저감하도록 하고 있다. 또, 별도의 대책으로서는, 커넥팅 로드(피스톤 로드) 등의 크랭크 기구를 이루는 피스톤 구동수단(구동기구)이 컴프레서의 외부로 노출되지 않도록 이것을 케이스로 커버한 것도 있다(특허문헌 3).

그러나, 상기한 산소농축장치에 사용되고 있는 컴프레서의 모터는, 그 구동축인 회전축(드라이브 샤프트)이 편축(片軸)인 것과 양축(兩軸)인 것에 관계없이, 그 회전축의 선단이 자유단부로 되어 있다. 따라서, 산소농축장치의 운전시인 상기 모터의 회전시에는, 이 모터의 회전축이 그 선단(자유단부) 근방 부위에서 커넥팅 로드 등의 왕복운동이나 요동 및 이것에 의한 원심력 내지 관성에 의해서 휠링(whirling)을 일으킴으로써 회전축의 진동회전을 발생시키는 일이 있었다.

이와 같은 회전축의 진동회전은 회전축 자체의 진동과 함께 실린더 내를 슬라이드하는 피스톤의 원활한 왕복운동을 방해하는 원인도 된다. 또, 커넥팅 로드 등의 구동기구 자체에도 진동을 미치게 하는 원인이 되고, 이것이 마찰음이나 슬라이드 작동음을 증대시킴으로써 컴프레서의 발생소음을 증대시키는 원인으로 되어 왔다. 게다가, 이와 같은 회전축의 진동회전 내지 진동의 발생은 모터의 회전효율을 떨어뜨리기 때문에 그 구동에 요하는 소비전력의 증대를 초래하는 원인도 된다.

특히, 특허문헌 2 및 3에 기재되어 있는 컴프레서와 같이 실린더가 서로 대향되게 배치되어 있는 것에서는 1개의 회전축에 그 축방향으로 복수의 커넥팅 로드를 부착하는 구조로 되어 있기 때문에, 필연적으로 그 회전축의 돌출길이가 긴 것으로 되는 결과, 회전축의 진동회전이 커지게 되어 상기한 바와 같은 문제가 현저하게 나타나게 된다.

상기한 바와 같이 산소농축장치는 재택 요법 환자가 밤낮을 불문하고 매일 장시간에 걸쳐서 사용하는 것이고, 환자에게 있어서는 아주 작은 소음도 매우 큰 심리적 불안 내지 압박을 주게 된다. 따라서, 이와 같은 산소농축장치에 사용되는 컴프레서에는 각별한 정숙성이 요구되고 있고, 모터의 회전축의 진동회전 내지 진동에 기인하는 약간의 음이라 하더라도 소음임에는 변함이 없고, 이것을 해소해야 하는 것이 강하게 요구되고 있다. 게다가, 이와 같은 문제가 소비전력의 증대에 의한 재택 요법 환자의 경제적 부담을 강요하는 것으로 이어지는 것도 그 개선이 요망되고 있다.

본 발명은 종래의 산소농축장치 및 이것에 사용되는 컴프레서에 있어서의 상기한 바와 같은 문제점에 감안하여 이루어진 것으로서, 고도의 정숙성이 유지되는 산소농축장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적 달성을 위해서 청구항 1에 기재된 본 발명은, 산소보다도 질소를 우선적으로 흡착할 수 있는 흡착제를 충전한 질소흡착용기 내로 컴프레서에 의 해서 압축공기를 공급함으로써 고(高)산소농도가스를 얻는 가압공정과 상기 질소흡착용기 내의 압력을 줄임에 의해서 흡착된 질소를 외부로 배기함으로써 흡착제를 재생하는 감압공정을 번갈아 반복함에 의해서 고산소농도가스를 얻는 방식의 압력변동 흡착형의 산소농축장치로서, 구동용 모터의 회전축의 적어도 일측에 실린더를 배치함과 아울러 상기 실린더 내에 피스톤을 왕복운동 가능하게 설치하고, 상기 회전축의 회전에 의해서 상기 피스톤을 왕복운동시키는 피스톤 구동수단을 상기 회전축에 설치하여 이루어지는 왕복식의 컴프레서를 사용하여 이루어지는 것에 있어서, 상기 회전축은 그 선단 또는 선단 근방 부위가 축받이에 의해서 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 2에 기재된 본 발명은, 산소보다도 질소를 우선적으로 흡착할 수 있는 흡착제를 충전한 질소흡착용기 내로 컴프레서에 의해서 압축공기를 공급함으로써 고산소농도가스를 얻는 가압공정과 상기 질소흡착용기 내의 압력을 줄임에 의해서 흡착된 질소를 외부로 배기함으로써 흡착제를 재생하는 감압공정을 번갈아 반복함에 의해서 고산소농도가스를 얻는 방식의 압력변동흡착형의 산소농축장치로서, 구동용 모터의 회전축을 사이에 둔 양측에 서로 대향되게 실린더를 배치함과 아울러 상기 각 실린더 내에 피스톤을 왕복운동 가능하게 설치하고, 상기 회전축의 회전에 의해서 상기 피스톤을 왕복운동시키는 피스톤 구동수단을 상기 회전축에 설치하여 이루어지는 왕복식의 컴프레서를 사용하여 이루어지는 것에 있어서, 상기 회전축은 그 선단 또는 선단 근방 부위가 축받이에 의해서 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 기재된 본 발명은, 청구항 2에 기재된 산소농축장치에 있어서, 상기 회전축의 일측에 배치된 실린더가 압축공정에 있을 때에는 상기 회전축의 타측에 배치된 실린더가 흡기공정에 있도록 상기 피스톤 구동수단을 구성한 것을 특징으로 한다.

청구항 4에 기재된 본 발명은, 구동용 모터의 회전축의 적어도 일측에 실린더를 배치함과 아울러 상기 실린더 내에 피스톤을 왕복운동 가능하게 설치하고, 상기 회전축의 회전에 의해서 상기 피스톤을 왕복운동시키는 피스톤 구동수단을 상기 회전축에 설치하여 이루어지는 왕복식의 컴프레서에 있어서, 상기 회전축은 그 선단 또는 선단 근방 부위가 축받이에 의해서 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 5에 기재된 본 발명은, 구동용 모터의 회전축을 사이에 둔 양측에 서로 대향되게 실린더를 배치함과 아울러 상기 각 실린더 내에 피스톤을 왕복운동 가능하게 설치하고, 상기 회전축의 회전에 의해서 상기 피스톤을 왕복운동시키는 피스톤 구동수단을 상기 회전축에 설치하여 이루어지는 왕복식의 컴프레서에 있어서, 상기 회전축은 그 선단 또는 선단 근방 부위가 축받이에 의해서 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 6에 기재된 본 발명은, 청구항 5에 기재된 컴프레서에 있어서, 상기 회전축의 일측에 배치된 실린더가 압축공정에 있을 때에는 상기 회전축의 타측에 배치된 실린더가 흡기공정에 있도록 상기 피스톤 구동수단을 구성한 것을 특징으로 한다.

청구항 7에 기재된 본 발명은, 상기 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항 에 기재된 컴프레서가, 산소보다도 질소를 우선적으로 흡착할 수 있는 흡착제를 충전한 질소흡착용기 내로 압축공기를 공급함으로써 고산소농도가스를 얻는 가압공정과 상기 질소흡착용기 내의 압력을 줄임에 의해서 흡착된 질소를 외부로 배기함으로써 흡착제를 재생하는 감압공정을 번갈아 반복함에 의해서 고산소농도가스를 얻는 방식의 압력변동 흡착형의 산소농축장치에 있어서, 상기 압축공기를 공급하는데 사용되는 것을 특징으로 한다.

(발명의 실시형태)

본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대해서 도 1 내지 도 8에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 관한 산소농축장치(101) 및 그 케이스(외부 케이스)(100)의 개략구성을 나타낸 도면이다. 상기 케이스(100)의 내부에는 산소보다도 질소를 우선적으로 흡착할 수 있는 흡착제(예, 제오라이트)를 충전한 질소흡착용기(도시생략)가 2개 설치되어 있으며, 각 질소흡착용기는 케이스(100)의 하측 근방 부위에 설치된 컴프레서(21)에 의해서 압축공기를 공급함으로써 고(高)산소농도가스를 얻는 가압공정과 질소흡착용기 내의 압력을 줄임에 의해서 흡착된 질소를 외부로 배기함으로써 흡착제를 재생하는 감압공정을 번갈아 반복함에 의해서 고산소농도가스가 연속해서 생성되도록 형성되어 있다.

상기 산소농축장치(101)에는 도 4의 블록선도(회로도)에 나타낸 바와 같이 2개의 질소흡착용기(31,32)가 설치되어 있다. 그리고, 각 질소흡착용기(31,32)는 케이스(100)의 상측 근방 부위에 형성된 도시하지 않은 공기 도입구에서 도입된 공기 를 컴프레서(21)에 의해서 압축하고 각 질소흡착용기(31,32)의 가압공정 또는 감압공정을 위한 각 전환밸브(41,42,51,52)를 전환 제어함에 의해서 각 질소흡착용기(31,32)에서의 질소의 흡착에 의한 고농도산소가스의 생성과 흡착제의 재생을 위한 가압ㆍ감압을 일정한 사이클로 번갈아 반복함에 의해서 고산소농도가스를 연속해서 생성 공급하도록 구성되어 있다. 또한, 이와 같이 번갈아 생성된 고산소농도가스는 2개의 질소흡착용기(31,32)의 2차측(도 4의 상측)에서 배관을 통해서 제품탱크(71)로 보내지고, 이 제품탱크(71)의 2차측과 산소출구와의 사이에 설치된 각종 기기, 즉 도시하지 않은 레귤레이터(유량조정밸브), 박테리아 필터, 유량설정기, 산소센서, 압력센서 및 가습기 등을 통해서 산소출구에서 환자에게 공급되도록 구성되어 있다.

즉, 본 실시형태에서는 산소보다도 질소를 우선적으로 흡착할 수 있는 흡착제를 충전한 질소흡착용기(31,32) 내로 컴프레서(21)에 의해서 압축공기를 공급함으로써 고산소농도가스를 얻는 가압공정과 질소흡착용기(31,32) 내의 압력을 줄임에 의해서 흡착된 질소를 배기 머플러(60)를 통해서 외부로 배기함으로써 흡착제를 재생하는 감압공정을 번갈아 반복함에 의해서 고산소농도가스를 연속적으로 얻음과 아울러 이것을 제품탱크(71)로 보내고, 산소출구에서 환자에게 공급되도록 구성되어 있다. 또한, 도 4에 있어서, 질소흡착용기(31,32)의 2차측에 있어서의 좌우 배관이 개폐밸브(81)와 고정 스로트를 통해서 접속되어 있는데, 이것은 일측 질소흡착용기에서 가압공정시에 얻어진 고산소농도가스의 일부에 의해서 타측 질소흡착용기 내의 배기되어야 할 질소를 퍼지(purge)하기 위한 것이다.

이와 같은 본 실시형태의 산소농축장치(101)에 있어서, 도입된 공기를 압축하여 질소흡착용기(31,32)에 공급하는 컴프레서(21)는 도 1에 나타낸 바와 같이 산소농축장치(101)의 최하부의 소음박스(공간)(105)의 천정판(106) 위에 배치되어 있다. 또, 상기 천정판(106)의 중앙에는 개구부가 형성되어 있으며, 본 실시형태에서의 컴프레서(21)는 모터(23)의 회전축(23a)을 대략 연직방향으로 배치하되 그 선단이 상측을 향하도록 설치되어 있기 때문에, 모터(23)의 하부가 상기 개구부에 유동 가능하게 끼워지는 상태로 되어 있다. 그리고, 컴프레서(21)는 산소농축장치(101)를 이루는 케이스(100) 내의 하측의 소음박스(105)의 천정판(106) 위에, 그 하부의 4개소가 진동감쇠부재(진동흡수부재)인 고무나 코일 스프링 등의 탄성부재(107)를 통해서 지지되어 있다.

계속해서, 이와 같은 산소농축장치(101)에 사용되고 있는 본 발명의 요지를 이루는 컴프레서(21)에 대해서 도 5 내지 도 8에 의거하여 상세하게 설명한다.

본 실시형태에서의 컴프레서(21)는 모터(23)의 회전축(23a)을 사이에 둔 양측에 상기 회전축(23a)과 직교하는 축선(G)방향에서 서로 대향하도록 1쌍의 실린더(24,25)를 배치하고 있다. 또, 본 실시형태에서의 모터(23)는 그 회전축(23a)이 돌출되는 측의 축받이 브래킷(23b)을 부착면으로 하여 직육면체 상자형상을 이루는 금속제의 상자형 하우징(28)의 벽면(128)의 외측에 도시하지 않은 나사부재 등에 의해서 밀착상태로 부착되어 있다. 또, 본 실시형태에서의 상자형 하우징(28)은 벽면(128)에 대향하는 부위(도 5의 상측)를 이루는 덮개(28b)에 의해서 후술하는 피스톤 구동수단(구동기구)을 밀폐상태로 유지하며, 이것에 의해서 상기 구동기구에 서 발생하는 슬라이드 작동음 내지 마찰음이 외부로 누출되는 것을 방지한다.

실린더(24,25)는 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이 상자형 하우징(28)의 좌우 각 벽면(129,130)에 형성된 개구부의 주연면(周緣面)에 고정되어 있다. 상기 좌우 각 벽면(129,130)의 개구부의 내주면은 각 실린더(24,25)의 내주면과 같은 크기, 같은 형상의 원형구멍으로 되어 있다. 또한, 도 5에 단면으로 나타낸 모터(23)에 있어서, 부호 23c는 모터 하우징이고, 회전축(23a)은 축받이 브래킷(23b,23d) 내에 각각 고정된 축받이(bearing)(23e,23f)에 의해서 지지되어 있다. 그리고, 상자형 하우징(28)의 벽면(128)에 형성된 축구멍에서 이 상자형 하우징(28) 내로 돌출되어 있는 회전축(23a)에 후술하는 피스톤 구동수단(구동기구)이 설치되어 있다. 또한, 부호 23g는 회전축(23a)에 고정된 회전자(rotor)이다.

본 실시형태에서는, 각 실린더(24,25)는 그 축선(G)이 수평을 이루고 있으며, 각 실린더(24,25) 내에는 피스톤(26,27)이 왕복운동 가능하게 설치되어 있다. 그리고, 모터(23)의 1개의 회전축(23a)의 회전에 의해서 양 피스톤(26,27)을 왕복운동시키기 위해서 피스톤 구동기구를 다음과 같이 구성하고 있다.

즉, 본 실시형태에서는 모터(23)의 회전축(23a)의 일측(도 5의 좌측)에 배치된 실린더(24)가 압축공정에 있을 때에는 회전축(23a)의 타측(도 5의 우측)에 배치된 실린더(25)가 흡기공정에 있도록, 즉 180도의 위상각(位相角)을 이루도록 각 피스톤(26,27)에 연결된 커넥팅 로드(26b,27b) 등을 포함하는 피스톤 구동기구가 설치되어 있다.

구체적으로는, 회전축(23a)의 지름보다도 큰 지름의 원형 단면을 이루는 편 심축부(13)를 각 피스톤(26,27)의 스트로크(stroke)량의 1/2 크기(E)만큼 편심시켜서 상기 회전축(23a)의 외측에 끼워 고정하고, 각 커넥팅 로드(26b,27b)의 기단부에 형성된(또는 고정된) 링부(14,15) 내에 끼워진 축받이(16,17)를 상기 편심축부(13)의 외측에 끼움으로써, 편심축부(13)의 외주에 링부(14,15)가 회전 가능하게 부착된다.

도 7은 도 6에서 링부(14,15) 내에 축받이(16,17)가 끼워져 있는 각 커넥팅 로드(26b,27b)만을 떼어내어 나타낸 설명도이다. 본 실시형태에서의 피스톤(26,27)은 각 커넥팅 로드(26b,27b)와 일체로 된 것으로 되어 있으며, 이와 같이 일체로 되어 작동하는 이른바 피스톤 요동형 왕복식의 것으로 되어 있다.

또한, 편심축부(13)의 양단 근방 부위에는 회전 밸런스 유지용의 링형상을 이루는 밸런스 웨이트(18,18)가 양 커넥팅 로드(26b,27b)를 사이에 두는 배치로 부착되어 있다. 각 밸런스 웨이트(18)는 그 외주면 측에서 회전축(23a)의 반지름방향으로 도시하지 않은 고정나사를 끼움으로써 고정되어 있다.

이와 같은 구성에 의해서, 본 실시형태에서는 일측 피스톤(예를 들면, 도 5의 좌측)(26)이 압축공정의 상사점에 있을 때, 타측 피스톤(예를 들면, 도 5의 우측)(27)이 흡기공정의 하사점에 있도록 되어 있다.

이와 같은 본 실시형태의 컴프레서(21)를 이루는 모터(23)의 회전축(23a)은 그 선단(23a') 근방 부위가, 도 5 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 컴프레서 자신을 구성하는 상자형 하우징(28)에 있어서의 벽면(128)에 대향하는 부위를 이루는 덮개(28b)의 내면(내벽면)에 고정된 축받이(19)에 의해서 축지지되어 있다. 다만, 본 실시형태에서는 회전축(23a)의 선단(23a') 근방 부위에 있어서, 도 5 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 축받이(19)와 상기 상측 밸런스 웨이트(18)와의 사이에 스페이서 링(20)이 끼워져 있으며, 회전축(23a)의 선단(23a') 근방 부위가 상기 스페이서 링(20)을 통해서 축받이(19)에 의해서 지지되어 있다. 상기 축받이(19)는 볼 베어링이고, 덮개(28b)의 내면(내벽면)에 형성된 부착용 오목부(축받이용 하우징)(28e)에 그 아우터 레이스를 압입하여 고정되어 있다.

또한, 덮개(28b)에 있어서의 회전축(23a)의 선단(23a')에 대응하는 부위에는 개구부(28f)가 형성되어 있다. 상기 개구부(28f)는 회전축(23a)의 선단면에 형성된 슬릿홈 등을 이용하여 조립이나 조정시에 회전축(23a)을 손으로 돌리기 위한 것이다. 다만, 상기 개구부(28f)는 도 8에 나타낸 바와 같이 스페이서 링(20)과 덮개(28b)의 부착용 오목부(28e)에 고정된 축받이(19)에 의해서 폐색되어 있으며, 피스톤 구동수단(구동기구)의 밀폐가 유지되어 있다.

또, 스페이서 링(20)은 밸런스 웨이트(18,18)와 마찬가지로 도시하지 않은 고정나사에 의해서 회전축(23a)에 고정되어 있다. 또한, 상기 스페이서 링(20)은 상측 밸런스 웨이트(18) 측의 외경이 큰 지름으로 된 대경 원통부(20c)와, 회전축(23a)의 선단(23a') 측의 외경이 작은 지름으로 된 소경 원통부(20b)로 되어 있다. 그리고, 상기 소경 원통부(20b)가 회전축(23a)의 외주면과 축받이(19)의 이너 레이스의 내주면과의 사이에 끼워져 있다. 그리고, 상기 대경 원통부(20c)가 축받이(19)와 편심축부(13)와의 사이에서 이들 양 부품의 축방향으로의 간격을 유지하는 칼라(collar)를 이루고 있다. 또한, 축받이(16,17,19)는 어느 것이나 실드(shield) 타입의 것이 사용되고 있다.

또한, 컴프레서(21)의 각 실린더(24,25)에는 각각 헤드 커버(29,30)가 설치되며, 도시하지는 않았으나 그 내부가 흡기실과 공급실(공기공급실)로 분할되어 있으며, 각각의 흡기실과 공급실의 외부에는 압축할 공기의 흡기포트(29a,30a)와 압축한 공기의 공급포트(29b,30b)가 형성되어 있으며, 각각에 배관이 접속되어 있다. 또한, 흡기실의 실린더실 내측의 벽면에는 흡기공정에서 밸브를 개방하고 압축공정에서 밸브를 폐쇄하는 흡기밸브가 설치되어 있고, 공급실의 실린더실 내측의 벽면에는 흡기공정에서 밸브를 폐쇄하고 압축공정에서 밸브를 개방하는 공급밸브(공기공급밸브)가 설치되어 있다. 따라서, 압축공기는 압축공정에 있어서 공급포트(29b,30b)에서 배관을 거쳐 질소흡착용기(31,32)로 공급되도록 구성되어 있다.

이와 같은 본 실시형태에서의 컴프레서(21)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상부(상판부)가 개구된 상자형 하우징(28)의 벽면(128)에 모터(23)를, 그리고 상자형 하우징(28)의 좌우 벽면(129,130)에 각각 실린더(24,25)를 조립한 후, 이 상자형 하우징(28) 내에 각 커넥팅 로드(26b,27b) 등의 피스톤 구동기구를 상기 상부 개구부를 통해서 삽입하도록 하여 조립한다.

구체적으로는, 회전축(23a)의 외주에 편심축부(13)를 끼워 고정하고, 도 5에 나타낸 바와 같이 하측 밸런스 웨이트(18), 커넥팅 로드(27b,26b), 상측 밸런스 웨이트(18)의 순서로 이것들을 편심축부(13)의 외주에 끼워 부착한다. 그리고, 스페이서 링(20)을 회전축(23a)의 선단(23a') 측에 끼우고, 축받이(19)가 부착용 오목부(28e)에 끼워진 덮개(28b)를, 필요하다면 패킹을 개재한 상태에서 상기 축받이 (19)의 이너 레이스 내에 스페이서 링(20)의 소경 원통부(20b)가 끼워지도록 하면서 상자형 하우징(28)의 상부 개구부를 덮어서 막는다. 그 후, 도시하지 않은 나사부재에 의해서 상기 덮개(28b)를 상자형 하우징(28)에 고정한다. 또한, 상기 축받이(19)의 이너 레이스에 대한 스페이서 링(20)의 소경 원통부(20b)의 센터링(centering)은, 덮개(28b)를 상자형 하우징(28)에 고정하기 위해서 이 덮개(28b)에 형성하는 나사부재 관통용 구멍을 약간 크게 형성하여 두는 것 등으로 하면 된다. 이와 같이 모터(21)의 회전축(23a)은 그 선단(23a') 또는 선단 근방 부위에서 컴프레서(21) 자신을 이루는 상기 덮개(28b)에 고정된 축받이(19)에 의해서 지지된다.

이와 같이 구성된 본 실시형태의 산소농축장치(101)에서는, 컴프레서(21)가 구동될 때에는 모터(21)의 회전축(23a)이 그 선단(23a') 또는 선단 근방 부위에서도 축받이(19)에 의해서 지지되어 있다. 따라서, 종래와 같이 회전축의 선단이 자유단부로 되어 있는 것과 비교하면, 모터(21)의 회전시에 회전축(23a)이 진동회전하는 것을 유효하게 방지할 수 있다. 따라서, 종래에서와 같이 회전축의 진동회전에 기인하는 진동을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 커넥팅 로드 등의 구동기구 자체에 진동이 발생하는 일도 없기 때문에, 실린더(24,25) 내를 슬라이드하는 피스톤(26,27)의 원활한 왕복운동을 얻을 수 있다. 이것에 의해서, 종래와 같이 회전축(23a)의 선단이 자유단부로 되어 있는 경우에 비해서 컴프레서의 발생소음을 저감할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 회전축의 진동회전 내지 진동의 발생이 방지됨으로써 모터(21)의 회전효율을 향상시킬 수 있으며, 따라서 그 소비전력의 저감도 도모된다.

본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 적절하게 설계변경하여 구체화할 수 있다.

상기한 실시형태에서는 실린더(24,25)가 서로 대향되게 배치되는 컴프레서(21)를, 회전축(23a)의 일측에 배치된 실린더가 압축공정에 있을 때에는 타측에 배치된 실린더가 흡기공정에 있도록 피스톤 구동수단을 구성한 컴프레서(21)로 더 구체화하였으나, 본 발명에서는 사용하는 모터의 회전축의 선단 또는 선단 근방 부위에서 이것을 축받이에 의해서 지지하는 것으로, 실린더의 배치나 피스톤의 위상에 관계없이 구체화할 수 있다.

즉, 상기한 실시형태에서는 수평 대향 배치식 컴프레서를 탑재한 산소농축장치에 있어서, 상기 컴프레서(21)가 서로 대향하는 실린더(24,25)에 대해서 180도의 위상차로 피스톤(26,27)이 작동하는 것에 대해서 구체화하였으나, 서로 대향하는 실린더(24,25)에 대해서 피스톤(26,27)의 압축공정(또는 흡기공정)이 동시에 행해지는 동일 위상 타입의 것에 대해서도 상기한 바와 같이 구체화할 수 있는 것은 말할 것도 없다.

또, 편축(片軸)의 회전축을 가지는 모터를 사용한 컴프레서에 대해서 설명하였으나, 양축(兩軸)의 회전축을 가지는 모터를 사용하는 경우에 대해서도 양측에서 각각 돌출되는 회전축의 선단 또는 선단 근방 부위를 축받이에 의해서 지지하는 것으로 상기한 바와 같이 구체화할 수 있다. 따라서, 양축의 회전축을 가지는 모터를 사용한 종형 실린더식의 컴프레서에 대해서도 구체화할 수 있는 것은 말할 것도 없다. 또한, 본 발명의 컴프레서 자체는 산소농축장치 이외로도 사용할 수 있다.

그리고, 상기한 실시형태에서는 회전축(23a)의 선단 또는 선단 근방 부위를 스페이서 링(20)을 통해서 축받이(19)에 의해서 지지한 경우를 예시하였으나, 이와 같은 스페이서 링(20)을 통하지 않고, 도 10에 나타낸 바와 같이 축받이(19)에 의해서 회전축(23a)의 선단 또는 선단 근방 부위를 직접 지지하여도 되는 것은 말할 것도 없다. 도 10에서는 축받이(19)에 의해서 회전축(23a)의 선단 또는 선단 근방 부위를 직접 지지한 점만이 상기한 실시형태와 다르기 때문에, 동일한 부위에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 도 10에 있어서의 스페이서 링(20)은 축받이(19)와 편심축부(13)의 간격 유지용 칼라를 이루고 있으며, 도시하지 않은 고정나사에 의해서 회전축(23a)에 고정되어 있다.

또, 상기한 실시형태에서는 축받이(19)를 상자형 하우징(28)에 부착되는 덮개(28b)에 고정한 경우에 대해서 설명하였으나, 상기 덮개(28b)가 상자형 하우징(28)과 일체가 되도록 구성되는 경우에는 축받이(19)를 상자형 하우징(28) 자체에 고정하면 된다. 다만, 축받이의 고정부위는 상자형 하우징 또는 덮개의 각 부위에 한정되는 것은 아니다.

상기한 실시형태와 같이 상자형 하우징(28) 내에 피스톤 구동수단(구동기구)을 구비하고서 밀폐하는 구조의 것으로 한 경우에는 그 상자형 하우징 또는 덮개에 축받이를 고정하는 것이 바람직하나, 본 발명에서는 상기한 바와 같은 상자형상을 이루지 않는 하우징을 컴프레서의 구성부위로서 가지는 경우에는 그 상자형상을 이루지 않는 하우징에 축받이를 고정하면 된다.

또한, 본 발명에 있어서의 축받이는 컴프레서에 있어서의 모터의 회전축의 선단 또는 선단 근방 부위를 지지할 수만 있으면 되기 때문에, 모터 자신 또는 그 부착(고정)부위에 고정된 하우징이라고는 말할 수 없는 것 같은 축받이 전용의 브래킷(또는 이것에 설치된 축받이용 하우징 부위)에 설치되도록 하여도 되는 등, 축받이 자체의 설치부위는 적절하게 설정하면 된다.

또, 상기한 실시형태에서는 모터의 회전축의 선단 또는 선단 근방 부위를 지지하는 축받이를 이너 레이스와 아우터 레이스의 사이에 볼을 유지하는 구성의 볼 베어링으로 하고, 이것을 상자형 하우징의 덮개에 축받이 하우징으로서 형성한 부착용 오목부에 끼워 고정한 경우에 대해서 설명하였으나, 본 발명에서의 축받이는 모터의 회전축의 선단 또는 선단 근방 부위를 지지하는 축받이라면 되기 때문에, 상기한 바와 같은 축받이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 축받이는 필로형 베어링(pillow block) 등의 축받이 유닛이어도 된다. 또, 회전축의 종횡의 배치나 회전축방향의 하중(외력), 회전축의 반지름방향에서 받는 하중에 따라서 적절한 종류, 형태의 축받이를 사용하면 된다.

또한, 상기한 실시형태와 같이 상자형 하우징(28) 내에 피스톤 구동기구를 구비하고서 밀폐하는 구조의 것으로 한 경우에는 이 상자형 하우징의 벽면의 적소에 공기빼기용 개구부를 형성하여 두고, 또한 이 개구부를 통기성이 있는 흡음재(예를 들면, 스폰지)로 폐색하여 두는 것이 좋다. 이와 같이 하지 않고 단순히 밀폐하여 두면, 상자형 하우징(28) 내의 양 피스톤(26,27) 사이에 형성되는 구동기구 공간 내부에서는 피스톤(26,27)의 왕복운동이나 이것을 구동시키는 커넥팅 로드(26b,27b)의 요동 등에 기인하여 소음이 발생함과 아울러, 공기에 급격한 움직임{ 유동(流動)이나 교반(攪拌)} 및 이것에 기인하는 공기압 변동이 발생하기 때문에, 모터의 부하가 커지게 된다. 이것에 대해서, 상기한 바와 같이 공기빼기용 개구부를 형성하고 이것을 통기성이 있는 흡음재로 폐색하여 두면, 소음의 외부로의 유출이 방지됨과 아울러, 흡음재를 통해서 상자형 하우징 내외로 공기를 이동시킬 수 있다. 따라서, 구동기구 공간 내부에서의 공기압의 변동이 방지 내지 완화되기 때문에, 모터의 부하를 저감시킬 수 있다.

본 발명의 청구항 1 내지 청구항 3에 기재된 산소농축장치에 사용하고 있는 컴프레서 또는 청구항 4 내지 청구항 7에 기재된 컴프레서에서는, 구동용 모터의 회전축이 그 선단 또는 선단 근방 부위에서 축받이에 의해서 지지되어 있다. 즉, 회전축의 선단 측이 자유단부로 되지 않고 축받이에 의해서 지지되기 때문에, 컴프레서의 구동시에 회전축의 진동회전 내지 이것에 의한 진동 발생이 매우 효율적으로 방지된다. 이 결과, 이와 같은 회전축의 진동회전 내지 진동에 기인하는 컴프레서의 발생소음이 효과적으로 저감된다. 게다가, 이와 같은 회전축의 진동회전 내지 진동의 발생이 방지되는 만큼 모터의 회전효율이 향상되기 때문에 그 소비전력의 저감화도 도모된다. 따라서, 본 발명의 산소농축장치에 의하면, 사용자인 환자에게 있어서 복음(福音)이 된다. 또, 청구항 4 내지 청구항 7에 기재된 컴프레서에 의하면, 정숙성이 높고 게다가 소비전력이 낮은 산소농축장치를 얻을 수 있다.

본 발명의 산소농축장치는 그 컴프레서로서 전동식 모터의 회전에 의해서 피 스톤 구동기구를 구동하여 피스톤을 왕복운동시키는 왕복식의 컴프레서를 사용하여 이루어지는 것에 넓게 적용할 수 있다. 특히 1개의 회전축에 그 축방향으로 복수의 커넥팅 로드(피스톤 로드)를 부착하여 이루어지는 구조의 컴프레서와 같이, 회전축의 돌출길이가 길게 되는 것에 있어서는 회전축의 진동회전 내지 이것에 의한 진동의 방지효과가 크기 때문에, 소음의 저감 효과가 현저하게 된다. 즉, 컴프레서는 청구항 2, 3, 5 및 6에 기재한 발명과 같이, 구동용 모터의 회전축을 사이에 둔 양측에 서로 대향되게 실린더를 배치함과 아울러 상기 각 실린더 내에 피스톤을 왕복운동 가능하게 설치하고, 상기 회전축의 회전에 의해서 상기 피스톤을 왕복운동시키는 피스톤 구동수단을 상기 회전축에 설치하여 이루어지는 왕복식의 컴프레서에서 특히 효과적이다.

또한, 이들 발명에 있어서, 실린더는 모터의 회전축을 사이에 둔 양측에 상기 회전축과 직교하는 축선방향에서 서로 대향되게 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 실린더를 배치한 이른바 수평 대향 배치 왕복식의 컴프레서에서는 상기한 종형의 컴프레서에 비해서 컴프레서 자체의 소형화도 도모되기 때문이다.

또, 수평 대향 배치 왕복식의 컴프레서를 사용하는 경우에는 청구항 3 또는 청구항 6에 기재한 발명과 같이, 상기 회전축을 사이에 둔 양측에 서로 대향되게 배치된 각 실린더에 있어서, 상기 회전축의 일측에 배치된 실린더가 압축공정에 있을 때에는 상기 회전축의 타측에 배치된 실린더가 흡기공정에 있도록 상기 피스톤 구동수단(구동기구)을 구성한 것이 바람직하다. 이것은, 서로 대향하는 실린더에 있어서의 피스톤이 같은 위상에서 작동하는 것에서는 동시에 압축공정으로 되었을 때에 모터에 걸리는 부하가 커지는 것에 대해서, 상기한 바와 같이 서로 대향하는 실린더에 있어서의 피스톤이 서로 다른 위상에서 작동하도록 한 것에서는 모터의 부하를 작게 할 수 있기 때문이다.

Claims (7)

1. 산소보다도 질소를 우선적으로 흡착할 수 있는 흡착제를 충전한 질소흡착용기 내로 컴프레서에 의해서 압축공기를 공급함으로써 고(高)산소농도가스를 얻는 가압공정과 상기 질소흡착용기 내의 압력을 줄임에 의해서 흡착된 질소를 외부로 배기함으로써 흡착제를 재생하는 감압공정을 번갈아 반복함에 의해서 고산소농도가스를 얻는 방식의 압력변동 흡착형의 산소농축장치로서,

   구동용 모터의 회전축의 적어도 일측에 실린더를 배치함과 아울러 상기 실린더 내에 피스톤을 왕복운동 가능하게 설치하고, 상기 회전축의 회전에 의해서 상기 피스톤을 왕복운동시키는 피스톤 구동수단을 상기 회전축에 설치하여 이루어지는 왕복식의 컴프레서를 사용하여 이루어지는 것에 있어서,

   상기 회전축은 그 선단 또는 선단 근방 부위가 축받이에 의해서 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 산소농축장치.
2. 산소보다도 질소를 우선적으로 흡착할 수 있는 흡착제를 충전한 질소흡착용기 내로 컴프레서에 의해서 압축공기를 공급함으로써 고산소농도가스를 얻는 가압공정과 상기 질소흡착용기 내의 압력을 줄임에 의해서 흡착된 질소를 외부로 배기함으로써 흡착제를 재생하는 감압공정을 번갈아 반복함에 의해서 고산소농도가스를 얻는 방식의 압력변동흡착형의 산소농축장치로서,

   구동용 모터의 회전축을 사이에 둔 양측에 서로 대향되게 실린더를 배치함과 아울러 상기 각 실린더 내에 피스톤을 왕복운동 가능하게 설치하고, 상기 회전축의 회전에 의해서 상기 피스톤을 왕복운동시키는 피스톤 구동수단을 상기 회전축에 설치하여 이루어지는 왕복식의 컴프레서를 사용하여 이루어지는 것에 있어서,

   상기 회전축은 그 선단 또는 선단 근방 부위가 축받이에 의해서 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 산소농축장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 회전축의 일측에 배치된 실린더가 압축공정에 있을 때에는 상기 회전축의 타측에 배치된 실린더가 흡기공정에 있도록 상기 피스톤 구동수단을 구성한 것을 특징으로 하는 산소농축장치.
4. 구동용 모터의 회전축의 적어도 일측에 실린더를 배치함과 아울러 상기 실린더 내에 피스톤을 왕복운동 가능하게 설치하고, 상기 회전축의 회전에 의해서 상기 피스톤을 왕복운동시키는 피스톤 구동수단을 상기 회전축에 설치하여 이루어지는 왕복식의 컴프레서에 있어서,

   상기 회전축은 그 선단 또는 선단 근방 부위가 축받이에 의해서 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 컴프레서.
5. 구동용 모터의 회전축을 사이에 둔 양측에 서로 대향되게 실린더를 배치함과 아울러 상기 각 실린더 내에 피스톤을 왕복운동 가능하게 설치하고, 상기 회전축의 회전에 의해서 상기 피스톤을 왕복운동시키는 피스톤 구동수단을 상기 회전축에 설치하여 이루어지는 왕복식의 컴프레서에 있어서,

   상기 회전축은 그 선단 또는 선단 근방 부위가 축받이에 의해서 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 컴프레서.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 회전축의 일측에 배치된 실린더가 압축공정에 있을 때에는 상기 회전축의 타측에 배치된 실린더가 흡기공정에 있도록 상기 피스톤 구동수단을 구성한 것을 특징으로 하는 컴프레서.
7. 상기 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 컴프레서가, 산소보다도 질소를 우선적으로 흡착할 수 있는 흡착제를 충전한 질소흡착용기 내로 압축공기를 공급함으로써 고산소농도가스를 얻는 가압공정과 상기 질소흡착용기 내의 압력을 줄임에 의해서 흡착된 질소를 외부로 배기함으로써 흡착제를 재생하는 감압공 정을 번갈아 반복함에 의해서 고산소농도가스를 얻는 방식의 압력변동 흡착형의 산소농축장치에 있어서, 상기 압축공기를 공급하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 컴프레서.

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