KR20090116328A - 산소정제장치 - Google Patents

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KR20090116328A KR1020080042201A KR20080042201A KR20090116328A KR 20090116328 A KR20090116328 A KR 20090116328A KR 1020080042201 A KR1020080042201 A KR 1020080042201A KR 20080042201 A KR20080042201 A KR 20080042201A KR 20090116328 A KR20090116328 A KR 20090116328A
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Abstract

본 발명은 공기 중의 산소와 질소를 분리하기 위한 것으로 장치의 전단에는 중공사막의 미세기공으로 공기 중의 산소를 회수하여 산소의 농도를 높인 후 제올라이트 탑으로 산소를 회수하여 효율적으로 신속하게 높은 농도의 산소를 제조할 수 있는 산소정제장치에 관한 것이다.
본 발명은 외부의 공기 중의 산소 및 질소를 분리 정제하기 위한 공기주입펌프를 구비하며, 공기주입펌프를 통해서 주입된 공기는 공기 저장탱크를 거쳐서 고분자중공사막을 일정 압력으로 통과시켜 일차로 산소를 회수하고, 회수한 산소를 보다 높은 농도의 산소로 제조하기 위하여 공기 주입펌프로 제올라이트가 충진된 흡착탑을 통과시킨 후 산소저장탱크에 저장할 수 있도록 구성되어 있다.
본 발명은 산소와 질소를 분리하기 위하여 고분자중공사막, 제올라이트 및 진공펌프를 동시에 사용하므로 높은 효율로 신속하게 공기 중의 산소를 분리 정제할 수 있는 작용효과가 있다.
질소와 산소분리기, 공기주입펌프, 고분자중공사막, 제올라이트 흡착탑

Description

산소정제장치{An Oxygen Purification Apparatus}
본 발명은 양식장, 어류운반컨테이너 및 용기, 병원 등 일정 농도 이상의 산소공급이 필요한 용기 및 장소에 사용하기 위하여 외부의 공기를 흡입하기 위한 공기주입펌프를 구비하며, 공기주입펌프를 통해서 주입된 공기를 저장하는 공기 저장탱크를 구비하고, 일정 압력을 가진 공기를 미세기공이 형성된 고분자중공사막을 통과시켜 산소를 회수하고 고분자중공사막을 통과하지 못한 질소 및 기타 이물질을 배출하는 배출구를 구비하며, 고분자중공사막에 형성된 미세기공을 통과시켜 회수한 산소를 고농도의 산소로 만들기 위하여 주입펌프를 사용하여 제올라이트가 충진된 흡착탑을 일정압력으로 통과시켜서 제올라이트에 형성된 미세기공을 잘 투과하지 못하는 질소 및 기타 물질은 흡착되고, 제올라이트에 형성된 미세기공의 투과율이 높은 산소는 통과하여 정제된 산소가 산소저장탱크에 저장되며, 상기 제올라이트가 충진된 흡착탑이 산소의 정제효율이 떨어질 경우에 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 제올라이트로부터 분리하기 위하여 흡입펌프 또는 진공탱크를 이용하여 흡입하여 질소 및 이물질을 분리한 후 다시 산소를 정제할 수 있도록 구성된 산소정제장치에 관한 것이다.
종래에 공기 중의 산소를 분리하는 방법 및 장치는 공기 중의 산소, 질소 및 기타 물질 중에서 투과성이 우수한 산소를 미세기공이 형성된 제올라이트가 충진된 흡착탑으로 공기를 통과시켜 공기 중의 산소를 정제함으로써 쉽게 제올라이트에 질소가 흡착되어 정제효율이 크게 떨어지고, 고농도의 산소를 효율적으로 얻을 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 산소를 정제할 때 제올라이트 흡착탑 내부에 충진된 제올라이트에 흡착된 질소를 효율적으로 제올라이트로부터 신속하게 탈착시키는 수단을 구비하지 못해서 산소의 정제효율이 크게 떨어지고, 생산성이 크게 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 양식장, 어류운반컨테이너 및 용기, 병원 등 산소공급이 필요한 용기 및 장소에 사용하기 위하여 공기 중의 산소정제의 효율을 높이기 위하여 일차로 고분자중공사막을 통과시켜 투과성이 높은 산소를 모아서 일차로 정제된 공기로 만들고, 일차로 정제된 공기를 높은 산소의 농도로 제조하기 위하여 미세기공이 형성된 제올라이트가 충진된 탑을 통과시키므로 투과성이 나쁜 질소가 제올라이트에 흡착되는 확률을 줄여서 산소정제의 효율을 높이고, 정제 후의 순도를 높이는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 공기 중의 산소정제의 효율 및 생산성을 높이기 위하여 외부공기를 고분자중공사막으로 주입하기 전에 필터로 정화시킨 후 공기주입펌프를 통과하면서 더워진 공기를 방열기로 식혀서 제습기로 제습한 후 공기저장탱크에 주입하여 정제의 효율을 높이고, 정제 후의 순도를 높이는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 공기 중의 산소정제의 효율 및 생산성을 높이기 위하여 제올라이트에 흡착된 질소를 효율적으로 제거하기 위하여 탑 내부에 질소의 농도가 높아지면 역으로 흡입펌프 또는 진공펌프를 통해서 탑 내부의 질소를 신속하게 흡입하여 외부로 배출하도록 하여 효율을 높이는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 제올라이트에 흡착된 질소를 효율적으로 제거하기 위하여 탑 상부에 히터와 외부공기 주입구를 구비하고, 흡착탑 내부의 질소농도가 높아지면 히터로 공기를 가열시켜 흡착탑 내부에 주입하여 효율적으로 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 활성화시켜 분리하여 신속하고 효율적으로 외부로 배출하도록 하여 산소정제효율을 높이는데 있다.
본 발명 과제의 해결수단은 양식장, 어류운반컨테이너 및 용기, 병원 등 산소공급이 필요한 용기 및 장소에 사용하기 위하여 외부의 공기를 흡입하기 위한 공기주입펌프를 구비하며, 공기주입펌프를 통해서 주입된 공기를 저장하는 공기저장탱크를 구비하고, 주입된 공기를 미세기공이 형성된 고분자중공사막을 일정 압력으로 통과시켜 산소를 회수하고 질소 및 이물질을 배출하는 배출구를 구비하며, 고분자중공사막에 형성된 미세기공을 통과하여 회수된 산소를 보다 높은 농도의 산소로 만들기 위하여 공기주입펌프를 사용하여 제올라이트가 충진된 질소 및 이물질 흡착탑을 일정압력으로 통과시켜서 제올라이트에 형성된 미세기공에 투과성이 좋지 않는 질소는 흡착되고, 제올라이트에 형성된 미세기공을 통과하여 정제된 산소를 산소저장탱크를 구비하며, 상기 제올라이트가 충진된 흡착탑이 산소의 정제효율이 떨어질 경우에 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 분리 제거하기 위한 흡입펌프 또는 진공탱크를 이용하여 흡입하여 질소 및 이물질을 제올라이트로부터 분리 제거한 후 다시 산소를 정제할 수 있도록 구성된 산소정제장치를 구현하는데 있다.
본 발명 과제의 또 다른 해결수단은 공기 중의 산소정제의 효율 및 생산성을 높이기 위하여 외부공기를 고분자중공사막으로 주입하기 전에 공기정화필터로 정화시킨 후 공기주입펌프를 통과하면서 더워진 공기를 방열기로 냉각시켜서 제습기로 제습한 후 공기저장탱크에 주입하여 산소를 신속하게 정제하여 효율을 높이고, 정제 후의 순도를 높일 수 있는 산소정제장치를 구현하는데 있다.
본 발명 과제의 또 다른 해결수단은 제올라이트가 내장된 흡착탑을 병렬로 2개 이상 연결하여 교대로 운전하도록 설계 제작하여 공기 중의 산소정제의 효율 및 생산성을 높이기 위하여 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질에 산소정제의 효율이 떨어지거나 탑 내부에 질소의 농도가 높아지면 제올라이트가 충진된 흡착 탑과 산소저장탱크사이에 연결된 배관에 설치된 밸브와 주입펌프와 흡착 탑사이에 설치된 밸브를 닫고, 흡착 탑 내부의 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 주입펌프 또는 진공탱크로 흡입하여 탑 내부의 질소를 신속하게 흡입하여 외부로 배출하여 효율이 높은 산소정제장치를 구현하는데 있다.
본 발명 과제의 또 다른 해결수단은 흡착탑상부에 히터와 외부공기 주입구를 설치하고, 제올라이트에 흡착된 질소를 효율적으로 제거하기 위하여 제올라이트가 충진된 흡착탑과 산소저장탱크사이에 연결된 배관에 설치된 밸브와 주입펌프와 흡착탑사이에 설치된 밸브를 닫고, 흡착탑 내부의 질소농도가 높아져 산소정제의 효율이 떨어지면, 히터로 공기를 가열시켜 흡착탑으로 주입하여 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 활성화시켜 제올라이트로부터 질소 및 이물질을 분리하여 신속하고 효율적으로 외부로 배출하도록 하여 산소정제효율을 높이는데 있다.
본 발명은 양식장, 어류운반컨테이너 및 용기, 병원 등 산소공급이 필요한 용기 및 장소에 사용하기 위하여 공기 중의 산소정제의 효율을 높이기 위하여 일차 로 고분자중공사막을 통과시켜 투과성이 높은 산소를 모아서 일차로 산소농도가 높은 정제된 공기로 만들고, 일차로 정제된 공기를 높은 산소의 농도로 제조하기 위하여 미세기공이 형성된 제올라이트가 충진된 탑을 통과시키므로 투과성이 나쁜 질소가 제올라이트에 흡착되는 확률을 줄여서 산소정제의 효율을 높이고, 정제 후의 순도를 높이는 작용효과가 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 공기 중의 산소정제의 효율 및 생산성을 높이기 위하여 외부공기를 고분자중공사막으로 주입하기 전에 필터로 정화시킨 후 제습기로 제습한 후 공기주입펌프를 통과하면서 더워진 공기를 방열기로 식혀서 제습기로 제습한 후 공기저장탱크에 주입하여 정제의 효율을 높이고, 정제 후의 순도를 높이는데 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 공기 중의 산소정제의 효율 및 생산성을 높이기 위하여 제올라이트에 흡착된 질소를 효율적으로 제거하기 위하여 탑 내부에 질소의 농도가 높아지면 역으로 흡입펌프 또는 진공펌프를 통해서 탑 내부의 질소를 신속하게 흡입하여 외부로 배출하도록 하여 효율을 높이는데 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 제올라이트에 흡착된 질소를 효율적으로 제거하기 위하여 탑 상부에 히터와 외부공기 주입구를 구비하고, 흡착탑내부의 질소농도가 높아지면 히터로 공기를 가열시켜 흡착탑내부에 주입하여 효율적으로 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 활성화시켜 분리하여 신속하고 효율적으로 외부로 배출하도록 하여 산소정제효율을 높이는데 있다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에 대하여 살펴본다. 본 발명은 공기 중의 산소를 분리 정제하여 양식장, 어류운반컨테이너 및 용기, 병원 등에 산소를 공급함은 물론이고, 통상의 90%이상의 산소농도를 요구하는 다양한 곳에서 쉽게 사용할 수 있는 산소정제장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 공기 중의 산소 및 질소를 분리하여 산소를 정제하기 위하여 외부의 공기를 흡입하기 위한 공기주입펌프를 구비하며, 공기주입펌프를 통해서 주입된 공기를 저장하는 공기 저장탱크를 구비하고, 저장탱크의 공기를 미세기공이 형성된 고분자중공사막을 일정 압력으로 통과시켜 산소를 회수하고, 질소 및 이물질을 배출하는 배출구를 구비하며, 고분자중공사막에 형성된 미세기공을 통과시켜 회수한 산소를 고농도의 산소로 만들기 위하여 고분자중공사막을 통과하여 산소농도가 높아진 공기를 주입펌프를 사용하여 제올라이트가 충진된 탑을 일정압력으로 통과시켜서 투과성이 나쁜 질소 및 이물질은 미세기공이 형성된 제올라이트에 흡착되고, 투과성이 우수한 산소는 미세기공을 통과하여 정제된 후 산소저장탱크에 저장되며, 상기 제올라이트가 충진된 탑이 산소의 정제효율이 떨어질 경우에 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 분리 제거하기 위한 흡입펌프 또는 진공탱크 및 흡입펌프를 이용하여 흡입하여 질소 및 이물질을 분리 제거한 후 다시 산소를 정제하는데 사용할 수 있도록 구성되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나 이상의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구 성 및 작용이 제한되지는 않는다.
본 발명의 이해를 용이하게 하는 도면을 살펴본다. 도1은 본 발명에 따라 설계 제작된 공기 중에서 산소를 정제하기 위한 산소정제장치의 개략도를 도시한 것이며, 도2는 본 발명에 따라 설계 제작된 또 다른 공기 중에서 산소를 정제하기 위한 산소정제장치의 개략도를 도시한 것이다. 도3은 본 발명에 따른 고분자중공사막으로 설계 제작된 산소정제 탑을 도시한 것이다.
본 발명은 공기 중의 산소정제의 효율 및 생산성을 높이기 위하여 외부공기를 고분자중공사막으로 주입하기 전에 공기정화필터로 정화시킨 후 공기주입펌프를 통과하면서 더워진 공기를 방열기로 식혀서 제습기로 제습한 후 공기저장탱크에 주입하여 산소의 정제효율을 높이고, 정제 후의 순도를 높일 수 있는 산소정제장치를 구현하는데 있다.
본 발명은 흡착탑을 병렬로 연결하여 질소 및 이물질이 제올라이트에 흡착되어 산소의 정제효율이 떨어지면 교대로 운전하여 정제효율이 우수하도록 설계 제작하여 공기 중의 산소정제의 효율 및 생산성을 높이기 위하여 흡착탑 내부에 질소의 농도가 높아지면 제올라이트가 충진된 흡착 탑과 산소저장탱크사이에 연결된 배관에 설치된 밸브와 공기주입펌프와 흡착탑사이에 설치된 밸브를 닫고, 흡착탑 내부의 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 흡입펌프 또는 진공탱크와 흡입펌프로 흡입하여 탑 내부의 질소 및 이물질을 신속하게 흡입하여 외부로 배출시키도록 구성되어 있다. 본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 살펴본다.
[실시 예]
본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다. 도1은 본 발명에 따라 설계 제작된 공기 중에서 산소를 정제하기 위한 산소정제장치의 개략도를 도시한 것이다.
본 발명은 공기 중의 산소를 정제하여 양식장, 어류운반컨테이너 및 용기, 병원 등에 산소를 공급할 수 있음은 물론이고, 통상의 90%이상의 산소농도를 요구하는 다양한 곳에서 쉽게 설치하여 사용할 수 있는 산소정제장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 공기 중의 산소가 약20%이고, 질소가 약80%로 이루어져 있으며, 이를 일정 압력으로 미세기공이 형성되어 있는 고분자중공사막을 통과시킬 경우에 산소의 농도가 약 40%내지 65%까지 높일 수 있고, 이를 고압으로 일정 크기의 미세기공이 형성된 제올라이트가 충진된 흡착탑을 통과시킬 경우에 85%내지 95%까지 산소의 농도를 얻을 수 있으며, 이를 효율적으로 생산할 수 있도록 구성하는데 있다.
본 발명에 따른 구성요소를 구체적으로 살펴본다. 본 발명은 공기로부터 산소를 정제하기 위하여 외부의 공기를 흡입하기 위한 공기주입펌프(17, 18)를 구비하며, 주입펌프의 전단에는 공기를 정화하기 위한 통상의 공기정화필터(11, 12)를 필요에 따라 설치할 수 있다.
산소를 신속하게 정제하고 생산성을 높이기 위하여 본 발명은 공기정화필터(11, 12)를 거쳐서 공기주입펌프(17, 18)를 통과하면서 더워진 공기를 방열기(13, 14)로 식혀서 제습기(22, 23)로 제습한 후 공기저장탱크(30)로 주입되고, 공기저장탱크(30)에는 일정압력으로 공기가 저장되어 고분자중공사막을 통과하도록 구성되어 있으며, 제습기(22, 23)와 방열기(13, 14)는 외부공기의 상태 및 산소정제장치의 용도 등에 따라 설치하거나 설치하지 않을 수도 있다.
상기 공기주입펌프(17, 18)와 공기저장탱크(30)사이에는 공기저장탱크(30)에 저장된 공기가 역으로 흐르는 것을 방지하도록 체크밸브가 설치되어 있다.
일정압력으로 저장된 공기저장탱크(30)의 공기는 고분자중공사막이 내장된 산소정제 탑(31, 32)으로 주입되고, 고분자중공사막이 내장된 산소정제 탑(31, 32)으로 주입된 공기는 고분자중공사막에 투과성이 우수한 산소와 고분자중공사막에 대한 투과성이 떨어지는 질소 및 이물질과 분리 제거되어 고분자중공사막을 통과한 공기의 산소농도는 40%내지 65%정도로 높아진다.
상기 고분자중공사막에 대한 투과성이 떨어지는 질소와 기타 이물질들은 배출구(33, 34)를 통해서 외부로 배출되도록 구성되어 있고, 일정압력으로 저장된 공기저장탱크(30)와 고분자중공사막이 내장된 산소정제 탑(31, 32)사이의 배관에는 산소정제 탑(31, 32)의 내부 압력을 일정하게 유지하기 위하여 공기의 흐름을 제어할 수 있는 체크밸브 또는 솔레노이드 밸브(35, 36)가 설치되어 있다.
도1에서와 같이 상기 다수의 고분자중공사막이 내장된 산소정제 탑(31, 32)으로 동일한 압력으로 공기를 주입하여 효율적으로 신속하게 산소를 정제할 수 있도록 공기주입펌프와 고분자중공사막사이에 공기저장탱크(30)를 설치할 수 있다.
상기 고분자중공사막이 내장된 산소정제 탑(31, 32) 내부로 주입되는 공기의 압력은 20psi내지 70psi 정도를 유지할 수 있도록 주입하여 산소와 질소를 비롯한 이물질을 분리하도록 구성되어 있다.
고분자중공사막이 내장된 산소정제 탑(31, 32)과 공기주입펌프(19, 20)를 통과하면서 온도가 상승한 공기 중에 포함된 습기를 효율적으로 제거하기 위하여 설치된 방열기(13, 14)와 제습기(22, 23)를 거쳐서 제올라이트가 충진된 흡착탑(37, 38)로 주입되고, 제올라이트가 충진된 흡착탑(37, 38)으로 일정압력으로 공기를 주입하기 위하여 방열기(13, 14)와 제습기(22, 23)의 전단에 공기주입펌프((19, 20)가 설치되어 있다. 상기 방열기(13, 14)와 제습기(22, 23)는 외부공기의 상태 및 산소정제장치의 용도 등에 따라 설치하거나 설치하지 않을 수도 있다.
상기 산소정제 탑(31, 32)과 공기주입펌프(19, 20)사이에는 일차로 정제되어 산소농도가 높아진 공기를 제올라이트가 충진된 흡착탑(37, 38)으로 균일한 압력으로 공급하여 효율적으로 정제하기 위하여 공기저장탱크(60)를 설치할 수 있다.
공기주입펌프((19, 20)는 30psi내지 80psi 정도로 제올라이트가 충진된 흡착탑(37, 38) 내부로 고분자중공사막이 내장된 산소정제 탑(31, 32)에서 정제되어 40%내지 65%로 산소농도가 높아진 공기를 주입하여 투과성이 나쁜 질소 및 이물질을 제올라이트에 흡착시키고, 투과성이 우수한 산소가 제올라이트가 충진된 흡착탑(37, 38)을 통과하여 산소의 농도가 85%내지 95% 정도가 되도록 구성되어 있다.
도3은 본 발명에 따른 고분자중공사막으로 설계 제작된 산소정제 탑을 도시한 것이며, 공기주입펌프(17, 18)에 의하여 주입된 공기가 탑 내부에 설치된 멤브레인 헤드(61)를 통해서 다수의 중공사막(62)을 통과하여 정제된 산소가 정제된 산소 배출관(64)으로 배출되고, 다수의 중공사막(62)을 통과하지 못하고 배출되는 질소 및 기타 이물질들은 산소정제 탑(31, 32)의 하부에 설치된 멤브레인 헤드(63)에 모여서 질소 및 이물질 배출관(65)로 배출되도록 구성되어 있으며, 질소 및 이물질 배출관(65)의 일측에는 중공사막으로 주입되는 공기의 압력은 20psi내지 70psi가 유지되도록 압력을 제어할 수 있는 압력 제어용 체크밸브 또는 솔레노이드 밸브(66)가 설치되어 있고, 질소 및 이물질 배출관(65) 측에 설치된 밸브(66)와 공기주입펌프(17, 18)가 서로 연동하여 산소정제 탑(31, 32)의 내부의 압력을 일정하게 유지되도록 구성되어 있다.
상기 제올라이트가 충진된 흡착탑(37, 38)은 하나를 설치할 수도 있으나, 둘 이상을 병렬로 설치하여 하나의 흡착탑이 산소정제효율이 떨어지면 다른 하나를 사용하고 산소정제효율이 떨어진 흡착탑(37, 38)에 탑재된 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 교대로 분리 제거하도록 구성되어 있다.
상기 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 제거하는 구성에 대하여 구체적으로 살펴본다. 제올라이트가 충진된 흡착탑(37, 38) 중에서 좌측의 흡착탑(37)에서는 산소를 정제하는 동작하고 우측의 흡착탑(38)에서는 내부에 충진된 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 제거하는 구성에 대하여 살펴보면, 도1에서 흡착탑(37)의 상부에 설치된 44번 밸브를 열고, 45번 밸브를 닫으며, 흡착탑(37)의 하부에 설치된 42번 밸브를 열고, 40번 밸브 및 43번 밸브를 차단하며 41번 밸브를 열어서 고분자 중공사막에서 정제된 공기를 제올라이트가 충진된 흡착탑(37)에서 한 번 더 산소를 정제하여 산소저장탱크(39)로 이송하고, 제올라이트가 충진된 흡착탑(38) 내부의 질소 및 이물질을 흡입펌프 또는 진공펌프(21)로 배출하는 동작을 동시 수행하도록 구성되어 공기 중의 산소를 효율적으로 정제할 수 있도록 구성되 어 있다.
도2에서와 같이 상부에 히터(54), 공기주입밸브(52) 및 공기주입관(53)을 설치하고, 공기주입밸브(52)를 열고 히터(54)에 의하여 가열된 공기를 주입하여 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 활성화시킨 후 흡입펌프 또는 진공펌프(21)로 신속하게 제거할 수 있도록 구성할 수도 있으며, 이때에는 외부에 유입되는 공기 중에 포함된 질소 및 이물질을 제거한 후 산소를 제거할 수 있도록 히터로 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 활성화시켜 제거한 후 52번 밸브를 먼저 닫고 내부에 있는 질소 및 이물질을 제거하여 진공을 만든 후에 산소정제작업을 수행하도록 구성하여 산소의 순도를 높일 수 있도록 구성되어 있다.
도1에서 제올라이트가 충진된 흡착탑(37, 38) 중에서 우측의 흡착탑(38)에서는 산소를 정제하는 동작하고 좌측의 흡착탑(37)에서는 내부에 충진된 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 제거하는 구성에 대하여 살펴보면, 도1에서 흡착탑(38)의 상부에 설치된 45번 밸브를 열고, 44번 밸브를 닫으며, 흡착탑(38)의 하부에 설치된 43번 밸브를 열고, 41번 밸브 및 42번 밸브를 차단하며 40번 밸브를 열어서 고분자 중공사막에서 정제된 공기를 제올라이트가 충진된 흡착탑(38)에서 한 번 더 산소를 정제하여 산소저장탱크(39)로 이송하고, 제올라이트가 충진된 흡착탑(37) 내부의 질소 및 이물질을 흡입펌프 또는 진공펌프(21)로 배출하여 제거하는 동작을 동시에 수행하도록 구성되어 공기 중의 산소를 효율적으로 신속하게 정제할 수 있도록 구성되어 있다.
도2에서와 같이 상부에 히터(51), 공기주입밸브(49) 및 공기주입관(50)을 설 치하고, 공기주입밸브(49)를 열고 히터(51)에 의하여 가열된 공기를 주입하여 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 활성화시킨 후 흡입펌프 또는 진공펌프(21)로 신속하게 제거할 수 있도록 구성할 수도 있으며, 이 때에는 외부에 유입되는 공기 중에 포함된 질소를 제거한 후 산소를 제거할 수 있도록 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 활성화시켜 제거한 후 49번 밸브를 먼저 닫고 내부에 있는 질소 및 이물질을 제거하여 진공을 만든 후에 산소정제작업을 수행하도록 구성하여 산소의 순도를 높일 수 있도록 구성되어 있다.
상기 제올라이트가 충진된 흡착탑(37, 38) 내부에는 질소농도를 측정하기 위한 질소농도를 감지하는 센서를 설치하고, 질소 농도가 통합제어부(10)의 메모리에 설정된 농도 이상이 되면 자동으로 제올라이트가 충진된 흡착탑(37, 38)이 스위칭되어 정제하도록 구성하여 산소의 정제효율을 높일 수 있도록 구성하거나 주기적으로 스위칭하면서 정제하도록 구성할 수 있다.
상기 도1 및 도2에서 40내지 45, 49 및 52는 통합제어 부(10)에 탑재된 제어 프로그램에 의하여 자동제어가 가능한 솔레노이드 밸브로 구성하는 것이 바람직하며, 나머지 밸브는 일정 압력 이상이 걸리면 자동으로 밸브가 열리도록 구성하되, 하나의 방향으로 흐르도록 체크 밸브로 구성되어 있다.
상기 흡입펌프 또는 진공펌프(21)의 위치에 진공탱크(55)를 설치하고 진공탱크(55)의 일측에는 진공펌프(21)를 설치하여 보다 신속하게 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 신속하게 흡착 제거할 수 있도록 구성할 수 있다. 상기 제올라이트가 충진된 흡착탑(37, 38)의 상부 및 하부에는 제올라이트의 알갱이가 압력에 의 하여 배관으로 흘러들어가는 것을 방지하기 위하여 금속재질의 망사 형상으로 다수의 겹으로 형성하거나 합성수지재로 미세구멍을 형성하여 설치할 수 있다.
상기 제올라이트가 충진된 흡착탑(37, 38)을 통과하여 공기 중의 산소의 농도가 85%내지 95% 정도로 정제된 산소는 배관을 통해서 이송되어 산소저장탱크(39)에 보관되도록 구성되어 있다.
상기 제올라이트가 충진된 흡착탑(37, 38)을 통과하여 나온 공기 중의 산소 농도를 더 높이기 위하여 제올라이트가 충진된 흡착탑을 통과시켜 산소를 정제하도록 구성할 수도 있다.
산소저장탱크(39)에 저장된 산소는 양식장, 어류운반컨테이너 및 용기, 병원 등 산소공급이 필요한 용기 및 장소에 사용할 수 있도록 산소저장탱크(39) 일측에 필요시에 사용할 수 있도록 밸브가 설치되어 있다.
본 발명은 양식장, 어류운반컨테이너 및 용기, 병원 등 산소공급이 필요한 용기 및 장소에 사용하기 위하여 외부의 공기를 흡입하기 위한 공기주입펌프를 구비하며, 주입펌프를 통해서 주입된 공기를 저장하는 공기 저장탱크를 구비하고, 공기를 미세기공이 형성된 고분자중공사막을 일정 압력으로 통과시켜 산소를 회수하고 질소 및 이물질을 배출하는 배출구를 구비하며, 고분자중공사막에 형성된 미세기공을 통과시켜 회수한 산소를 고농도의 산소로 만들기 위하여 주입펌프를 사용하여 제올라이트가 충진된 충전탑을 일정압력으로 통과시켜서 미세기공을 통과하여 정제된 산소를 산소저장탱크를 구비하며, 상기 제올라이트가 충진된 탑이 산소의 정제효율이 떨어질 경우에 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 분리 제거하기 위한 흡입펌프 또는 진공탱크와 흡입펌프를 이용하여 흡입하여 질소를 분리한 후 다시 산소를 정제할 수 있도록 구성된 산소정제장치를 제공할 수 있음으로써 산업상 이용가능성이 매우 높다.
도1 : 본 발명에 따라 설계 제작된 공기 중에서 산소를 정제하기 위한 산소정제장치의 개략도
도2 : 본 발명에 따라 설계 제작된 또 다른 공기 중에서 산소를 정제하기 위한 산소정제장치의 개략도
도3 : 본 발명에 따른 고분자중공사막으로 설계 제작된 산소정제 탑
<도면부호의 간단한 설명>
10; 통합제어부 11, 12; 공기정화필터
13내지 16; 방열기 17내지 20; 펌프
21; 흡입펌프 또는 진공펌프 22내지 25; 제습기
26내지 29, 46내지 48, 56; 체크밸브 30; 공기저장탱크
31, 32; 고분자중공사막이 내장된 탑
33, 34; 질소 및 이물질 배출구 35, 36; 솔레노이드 밸브
37, 38; 제올라이트 흡착탑 39; 산소저장탱크
40내지 43; 밸브 44내지 47, 48; 밸브
49, 52; 밸브 50, 53; 공기주입구
51, 54; 히터 55; 진공탱크
60; 정제된 공기저장탱크
61; 멤브레인 헤드(상부) 62; 고분자중공사막
63; 멤브레인 헤드(하부) 64; 정제된 산소배출관
65; 질소 및 이물질 배출관 66; 밸브

Claims (8)

  1. 공기 중의 산소정제장치에 있어서,
    공기를 주입하는 공기주입펌프;
    상기 공기주입펌프로 주입된 공기 중에서 고분자중공사막의 투과성이 우수한 산소를 분리 정제하기 위하여 고분자중공사막이 내장된 산소정제 탑;
    상기 산소정제 탑에 내장된 고분자 중공사막을 통과하여 정제되어 산소농도가 높아진 공기의 산소 농도를 더 높이기 위하여 통과시키기 위한 제올라이트가 충진된 질소 및 이물질을 흡착하는 흡착탑; 및
    상기 제올라이트가 충진된 질소 및 이물질을 흡착하는 흡착탑의 전단에 설치되어 상기 흡착탑 내부로 높은 압력으로 정제된 공기를 주입하기 위한 공기주입펌프로 이루어진 공기 중의 산소정제장치.
  2. 청구항1에 있어서,
    상기 제올라이트가 충진된 질소 및 이물질을 흡착하는 흡착탑은 질소 및 이물질이 제올라이트에 형성된 미세기공에 흡착되어 산소정제 효율이 떨어질 때 교대로 동작시켜 신속하게 산소를 정제하기 위하여 병렬로 2개 이상을 설치함을 특징으로 하는 공기 중의 산소정제장치.
  3. 청구항1 또는 청구항2에 있어서,
    상기 고분자중공사막이 내장된 산소정제 탑은 공기 중의 산소가 고분자중공사막을 통과하여 정제되도록 내부의 압력을 높게 유지하기 위하여 흡착탑 하부에 설치된 질소 및 이물질 배출관 일측에 밸브를 더 구비한 공기 중의 산소정제장치.
  4. 청구항1 또는 청구항2에 있어서,
    상기 제올라이트가 충진된 질소 및 이물질을 흡착하는 흡착탑은 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 신속하게 분리 제거하기 위하여 탑의 하부에 배관을 설치하고, 배관 일측에 진공탱크를 설치하며,
    상기 진공탱크와 연결되어 진공탱크가 항상 진공을 유지하도록 진공펌프를 더 설치함을 특징으로 하는 공기 중의 산소정제장치.
  5. 청구항4에 있어서,
    상기 제올라이트가 충진된 질소 및 이물질을 흡착하는 흡착탑은 제올라이트에 흡착된 질소 및 이물질을 활성화시켜 신속하게 분리 제거하기 위하여 공기를 가열하여 주입하기 위하여 흡착탑의 상부 일측에 배관을 설치하고, 배관 일측에 히터 및 밸브를 설치하며,
    상기 흡착탑의 하부에 질소 및 이물질을 분리 제거하기 위한 배관을 설치하고, 배관 일측에 흡입펌프 또는 진공탱크와 진공펌프를 더 설치함을 특징으로 하는 공기 중의 산소정제장치.
  6. 청구항3에 있어서,
    상기 다수의 고분자중공사막이 내장된 산소정제 탑으로 균일한 압력으로 공기를 주입할 수 있도록 공기주입펌프와 고분자중공사막사이에 공기저장탱크를 더 설치함을 특징으로 하는 공기 중의 산소정제장치.
  7. 청구항3에 있어서,
    상기 산소정제장치는 깨끗한 산소를 얻기 위하여 공기정화필터를 외부의 공기를 주입하는 공기주입펌프의 전단에 설치하고,
    상기 공기주입펌프를 거쳐서 나온 더운 공기를 고분자 중공사막으로 이루어진 산소정제 탑에서 신속하게 정제하기 위하여 공기를 식혀주기 위한 방열기와 냉각된 공기 중의 습기를 제거하기 위한 제습기를 더 구비함을 특징으로 하는 공기 중의 산소정제장치.
  8. 청구항3에 있어서,
    상기 산소정제 탑과 공기주입펌프사이에는 일차로 정제되어 산소농도가 높아진 공기를 제올라이트가 충진된 흡착탑으로 균일한 압력으로 공급하기 위하여 정제된 공기저장탱크를 더 구비함을 특징으로 하는 공기 중의 산소정제장치.
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