KR20100066744A - 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치. - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축공기공급장치에서 공급받는 압축공기를 진공이젝터에서 진공으로 변환된 압축공기와 공기필터장치에서 공급받는 공기로부터 흡착베드의 흡착제로 질소를 흡착하여 산소의 발생을 VSA(Vacuum Swing Adsorption)방식으로 호흡가능한 산소로 생산하는 산소분리장치와, 상기 산소분리장치에서 공급된 산소를 사용자에게 공급하는 산소공급장치와, 상기 압축공기공급장치와, 공기필터장치와, 산소분리장치와, 산소공급장치를 제어하는 제어장치로 구성하여 자동차에 설치된 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 진공으로 변환하여 흡착제로 질소는 흡착하고 산소를 저장하여 호흡가능하고 정화된 산소로 발생하여 사용자에 상기 산소를 공급하도록한 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치에 관한 것이다.

압축공기공급장치, 공기필터장치, 산소분리장치, 산소공급장치, 제어장치

Description

압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치.{Converts a compressed air with the oxygen and the oxygen concentrator.}

본 발명은 압축공기공급장치에서 공급받는 압축공기를 진공이젝터에서 진공으로 변환된 압축공기와 공기필터장치에서 공급받는 공기로부터 흡착베드의 흡착제로 질소를 흡착하여 산소의 발생을 VSA(Vacuum Swing Adsorption)방식으로 호흡가능한 산소로 생산하는 산소분리장치와, 상기 산소분리장치에서 공급된 산소를 사용자에게 공급하는 산소공급장치와, 상기 압축공기공급장치와, 공기필터장치와, 산소분리장치와, 산소공급장치를 제어하는 제어장치로 구성하여 자동차에 설치된 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 진공으로 변환하여 흡착제로 질소는 흡착하고 산소를 저장하여 호흡가능하고 정화된 산소로 발생하여 사용자에 상기 산소를 공급하도록한 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 차량에서의 산소공급방법에는 일반적으로 제올라이트 등을 사용하는 압축스윙흡착(PSA:Pressure Swing Adsorption)과 기체분리 막(Membrance)을 사용하는 방법이 사용된다.

이에 따라 일반적으로 사용되는 압축공기에 의한 방법을 사용하여 산소를 분리하는 방식에서는, 흡착베드를 보통 4기압정도의 압력으로 공기를 가압하여 산소밀도를 높이고 가압된 공기중에서 흡착제에 의하여 질소만 흡착하여 산소를 분리하는 방법을 사용한다.

따라서, 압축스윙흡착(PSA:Pressure Swing Adsorption)방식이나, 기체분리막의 경우는 압축공기에서 산소를 직접분리하므로 호흡용으로 직접 사용할 수 있는 무윤활방식의 공기압축기에서 압축된 압축공기가 있어야한다.

따라서, 압축스윙흡착(PSA:Pressure Swing Adsorption)방식과 기체분리막을 이용하는 방식을 자동차에 적용하기 위해서는 무윤활방식의 공기압축기를 별도로 부착해야하고 산소발생기용 공기압축기를 구동하기 위해서는 많은 소비전력이 필요하여 자동차에 이미 있는 발전기의 발전용량으로는 많은 제한이 따른다.

또한, 산소발생기용 공기압축기가 자동차에 추가 부착됨으로 인한 자동차의 무게증가와 진동과 소음증가되며 이는 승차감과 연비에 영향을 미치고, 자동차의 열악한 환경속에서 무윤활상태로 공기압축기를 가동하여야 하기 때문에 내구성 등의 문제도 발생할수 있어 지금까지 자동차에 적용한 산소발생기는 상용화되지 못하는 문제점이 있었다.

그리고 공기압축방식이 아닌 방식에는 진공스윙흡착(VSA:Vacuum Swing Adsorption)방식이 있다. 이 방식은 흡착베드의 내부를 일정수준의 진공압을 유지한 상태에서 공기를 흡착패드에 유입시켜 유입공기중에서 질소만을 흡착제로 흡착 하여 산소부화공기가 얻게되는 방식이다. 이방식은 오일윤활방식의 진공펌프를 사용하여도 문제가 없는 장점이 있으나, 별도의 진공펌프가 필요하여 그 크기, 소비전력, 소음, 무게 등 자동차 환경에 적용하기에는 많은 제한이 따르는 문제점이 있었다.

또한, VSA방식은 PSA방식이나 기체분리막방식처럼 공기를 압축하지 않고 대기압상태에서 산소를 분리하므로 흡착베드의 체적이상의 공기를 넣을 수 없으므로 산소분리 효율이 떨어지고 흡착베드가 커야하므로 시스템의 크기가 커지는 문제점이 있었다.

또한, 진공펌프는 공기압축기와 달리 흡착베드내의 진공도가 높아짐에 따라 진공펌프의 흡입저항도 동시에 높아져 진공펌프의 효율의 저하가 발생되고, 탈착중인 흡착베드에 역으로 고농도의 산소를 유입(바이패스)을 시켜야 하므로 질소탈착에 필요한 적정한 진공도에 도달하기까지의 시간이 길어지는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 압축공기공급장치에서 공급받는 압축공기를 진공이젝터에서 진공으로 변환된 압축공기와 공기필터장치에서 공급받는 공기로부터 흡착베드의 흡착제로 질소를 흡착하여 산소의 발생을 VSA(Vacuum Swing Adsorption)방식으로 호흡가능한 산소로 생산하는 산소분리장치와, 상기 산소분리장치에서 공급된 산소를 사용자에게 공급하는 산소공급장치와, 상기 압축공기공급장치와, 공기필터장치와, 산소분리장치와, 산소공급장치를 제어 하는 제어장치로 구성하여 자동차에 설치된 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 진공으로 변환하여 흡착제로 질소는 흡착하고 산소를 저장하여 호흡가능하고 정화된 산소로 발생하여 사용자에 상기 산소를 공급하도록한 새로운 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 공기가 압축되어 저장되는 압축공기탱크와 상기 압축공기탱크에서 공급받은 공기압을 평활하게 설정된 공기압으로 변환시키는 공기압력조정탱크로 구성된 압축공기공급장치와;

실내 공기를 흡입하여 그 공기를 필터링하여 불순물을 제거하는 공기필터장치와; 상기 압축공기탱크에서 압축공기를 진공으로 변환하는 진공이젝터와, 상기 진공이젝터에서 진공으로 변환된 압축공기와 상기 공기필터장치에서 공급받는 공기로부터 질소를 흡착하는 흡착제를 구비하여 상기 압축공기 및 공기로부터 산소를 분리하는 흡착베드와, 상기 흡착베드의 질소의 흡탈을 전환하는 스윙밸브와, 상기 흡착베드의 진공도에 따라 바이패스량을 가변할 수 있게 하는 바이패스가변밸브와 상기 흡착베드로부터 산소를 공급받는 산소탱크로 구성된 산소분리장치와; 상기 산소탱크에서 산소를 공급받아 사용자에게 산소를 공급하는 산소펌프로 구성된 산소공급장치와; 상기 압축공기공급장치와, 상기 공기필터장치와, 상기 산소분리장치(30)와, 상기 산소공급장치를 제어하는 제어장치로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압축공기공급장치는 상기 압축공기탱크내의 공기압축상태를 감지 하는 공기압력센서와, 상기 압축공기탱크가 정지시 공기를 차단하기 위한 차단밸브와 상기 압축공기탱크와, 상기 차단밸브를 통과한 공기압을 가변하기 위한 압력조정밸브가 더 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 산소분리장치는 상기 흡착베드의 진공상태를 감지하는 진공센서와, 상기 진공이젝터를 통하여 공기가 상기 흡착베드로 역유입되는 것을 방지하기 위한 제 1체크밸브와, 상기 공기압력조정탱크와 상기 진공이젝터와 상기 스윙밸브를 제어하기 위한 이젝터제어밸브와, 질소흡탈되는 상기 흡착베드와 상기 산소탱크를 분리하기 위한 제 2체크밸브와, 상기 바이패스가변밸브를 통해 질소흡탈중에 있는 상기 흡착베드로 세정용 바이패스산소를 공급하기 위한 제 3체크밸브와, 상기 산소펌프를 통해 산소가 상기 흡착베드로 역류되는 것을 방지하도록 제 4체크밸브와, 상기 제 4체크밸브와 상기 산소공급장치와 연결된 산소제어밸브가 더 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 산소공급장치는 상기 산소펌프에 발생된 산소농도를 일정하게 유지하는 산소농도제어밸브와, 상기 산소농도를 감지하고 상기 제어장치와 연결된 산소센서를 더 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 산소농도제어밸브와 상기 산소농도제어밸브가 연결되는 제1확장포트와, 상기 공기압력조정탱크와 상기 이젝터제어밸브가 연결되는 제2확장포트와, 상기 공기필터장치와 상기 스윙밸브가 연결되는 제3확장포트로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진공이젝터 및 상기 흡착베드가 복수개로 구성되는 것을 특징으 로 한다.

또한, 상기 진공이젝터는 호흡용으로 직접사용할 수 없는 자동차에서 발생되는 압축공기공급장치와 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스윙밸브는 상기 진공이젝터와 동기되어 공기압으로 작동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스윙밸브는 전자식 솔레노이드로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바이패스가변밸브(34)와 상기 산소농도제어밸브(43)와 압력조정밸브(15)는 각기 다른 오리피스 구경을 가진 노즐로 구성되며, 상기 노즐을 솔레노이드로 제어되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흡착베드와 상기 스윙밸브사이에 구성되는 상기 진공센서는 복수개로 구성되어 센서의 고장, 오차를 비교검출가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진공이젝터에서 상기 흡착베드로 공기가 역류되는 것을 솔레노이드밸브를 통해서 제어되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 산소펌프는 모터 또는 압축펌프로 구동되고 소형으로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 압축공기공급장치에서 공급받는 압축공기를 진공이젝터에서 진공으로 변환된 압축공기와 공기필터장치에서 공급받는 공기로부터 흡착베드의 흡착제로 질소를 흡착하여 산소의 발생을 VSA(Vacuum Swing Adsorption)방식으로 호흡가능한 산소로 생산하는 산소분리장치와, 상기 산소분리장치에서 공급된 산소를 사용 자에게 공급하는 산소공급장치와, 상기 압축공기공급장치와, 공기필터장치와, 산소분리장치와, 산소공급장치를 제어하는 제어장치로 구성하여 자동차에 설치된 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 진공으로 변환하여 흡착제로 질소는 흡착하고 산소를 저장하여 호흡가능하고 정화된 산소로 발생하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 자동차에 이미 장착된 압축공기탱크에서 발생되는 호흡용으로 부적합한 압축공기에서 진공이젝터와 흡착베드로 산소를 분리하므로서, 종래의 산소발생기에서 공기압축기 또는 진공펌프를 생략하여 종래의 자동차와 같이 공기압축기와 진공펌프로 인한 무게, 소비전력, 소음, 진동문제로 인하여 기존의 자동차에 부착할 수 없었던 문제점을 해결하는 효과가 있다.

또한, 복수개의 진공원을 만드는 진공이젝터와 흡착베드를 이용하여 VSA(Vacuum Swing Adsorption)방식으로 호흡이 가능한 산소발생의 효율을 높일수 있는 효과가 있다.

또한, 기존의 자동차에 복수개의 진공원을 만들수 있는 복수개의 진공이젝터를 제시하여 고속운전할 수 있도록 하고 진공이젝터를 통해 진공변환된 압축공기에서 흡착베드로 고유량의 산소를 분리할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 확장포트를 산소제어밸브와 이젝터밸브와 스윙밸브와 같은 장치를 두어 산소분리 유량의 증감에 따라 확장 사용할 수 있고, 효율적인 압축공기사용을 제공하는 효과가 있다.

또한, 복수개의 진공원을 만드는 복수개의 진공이젝터로 다수의 흡착베드를 독립적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 흡착베드의 진공상태에 따라 바이패스량과 공기압축상태를 조정할 수 있는 바이패스가변밸브를 구성하여 흡탈착사이클을 빠르게하고 압축공기사용의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 오버랩제어가 가능하도록 산소탱크를 별도로 구성하여 진공손실을 줄이고 고농도 산소유입(바이패스)을 원할히 유지할 수 있도록 하여 산소분리 효율을 높이는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 제1,2,3확장포트를 구성하여 프로그램이나 하드웨어의 변경없이도 각각의 상기 흡착베드는 독립진공되는 각각 상기 진공이젝터에 의해 동작하므로써 같은 체적의 베드모듈을 상기 제1,2,3확장포트를 통하여 증감하여 전체적으로 질소의 흡탈착의 사이클 타임을 변하지 않도록하여 산소소유량을 증감할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 계통도이고, 도 2는 본 발명에 따른 산소분리장치를 나타낸 계통도이고, 도 3은 본 발명에 따른 흡착패드들의 질소흡탈착공정의 주기의 오버랩상태를 나타낸 개략도이다.

본 발명에 따른 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치를 도 1 내지 도 3에 도시된 것을 참조하여 상세하게 설명하면;

본 발명에 따른 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가 능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치는 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 압축공기공급장치(10)와, 공기필터장치(20)와, 산소분리장치(30)와, 산소공급장치(40)와, 제어장치(50)로 구성된다.

상기 압축공기공급장치(10)는 공기가 압축되어 저장되는 압축공기탱크(11)와,상기 압축공기탱크(11)에서 공급받은 공기압을 평활하게 설정된 공기압으로 변환시키는 공기압력조정탱크(12)로 구성된 압축공기공급장치(10)와, 상기 압축공기공급장치(10)는 상기 압축공기탱크(11)내의 공기압축상태를 감지하는 공기압력센서(13)와, 상기 압축공기탱크(11)가 정지시 공기를 차단하기 위한 차단밸브(14)로 구성된다.

또한, 상기 압축공기탱크(11)와, 상기 차단밸브(14)를 통과한 공기압을 가변하기 위한 압력조정밸브(15)로 구성되어 진다.

상기 공기필터장치(20)는 실내공기를 흡입하여 그 공기를 필터링하여 이물질, 박테리아 냄새 등의 불순물을 제거하도록 구성된다.

상기 공기필터장치(20)는 공기필터(21)로 구성된다.

상기 산소분리장치(30)는 상기 압축공기탱크(11)에서 압축공기를 진공으로 변환하는 진공이젝터(31)로 구성된다.

상기 진공이젝터(3 1)는 독립적으로 진공만들도록 구성될 수 있으며, 복수개의 진공을 만들기위해서는 복수개의 상기 진공이젝터(31)로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 진공이젝터(31)에서 진공으로 변환된 압축공기와 상기 공기필터장 치(20)에서 공급받는 공기로부터 질소를 흡착하는 흡착제(미도시)를 구비하여 상기 압축공기 및 공기로부터 산소를 분리하는 흡착베드(32)로 구성된다.

상기 흡착베드(32)는 상기 진공이젝터(31)가 복수개로 구성시 상기 흡착베드(32)도 복수개로 구성되는 것이 바람직하다.

복수개의 상기 진공이젝터(31)와 상기 흡착베드(32)로 구성하는 것은 복수개의 진공원을 만드는 상기 진공이젝터(31)와 상기 진공이젝터(31)에서 진공변환된 압축공기를 공급받는 복수개의 흡착베드(32)를 이용하여 VSA(Vacuum Swing Adsorption)방식으로 호흡이 가능한 산소발생의 효율을 높이기 위함이다.

또한, 기존의 자동차에 복수개의 진공원을 만들수 있는 복수개의 상기 진공이젝터(31)로 구성하여 고속운전할 수 있도록 하고 복수개의 상기 진공이젝터(31)를 통해 진공변환된 압축공기를 복수개의 상기 흡착베드(32)로 공급하여 고유량의 산소를 분리할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 흡착베드(32)의 질소의 흡탈을 전환하는 스윙밸브(33)로 구성된다.

상기 스윙밸브(33)는 상기 진공이젝터(31)와 동기되어 공기압으로 작동되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스윙밸브(33)는 전자식 솔레노이드로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 스윙밸브(33)는 각각의 상기 흡착베드(32)를 제어하도록 하여 질소흡탈시 오버랩상태로 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 흡착베드(33)의 진공도에 따라 바이패스량을 가변할 수 있게 하는 바이패스가변밸브(34)로 구성된다.

상기 바이패스가변밸브(34)는 상기 흡착베드(32)의 진공상태에 따라 바이패스량과 공기압축상태를 조정할 수 있도록 하여 질소의 흡탈착사이클을 빠르게하고 압축공기사용의 효율을 높이기 위함이다.

상기 흡착베드(32)로부터 산소를 공급받는 산소탱크(35)로 구성된다.

상기 산소탱크(35)를 구성하는 것은 오버랩제어가 가능하도록 하여 진공손실을 줄이고 고농도 산소유입(바이패스)을 원할히 유지할 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 상기 흡착베드(32)의 진공상태를 감지하는 진공센서(36)로 구성된다.

상기 진공센서(36)는 상기 흡착베드(32)와 상기 스윙밸브(33)사이에 구성되고, 상기 진공센서(36)는 복수개로 구성되어 센서의 고장, 오차를 비교검출가능하도록 하기 위함이다.

상기 진공이젝터(31)를 통하여 공기가 상기 흡착베드(32)로 역유입되는 것을 방지하기 위한 제 1체크밸브(37a)로 구성된다.

상기 제 1체크밸브(37a)대신에 솔레노이드밸브로도 구성할 수 있다.

상기 공기압력조정탱크(11)와 상기 진공이젝터(31)와 상기 스윙밸브(33)를 제어하기 위한 이젝터제어밸브(38)와, 질소흡탈되는 상기 흡착베드(32)와 상기 산소탱크(35)를 분리하기 위한 제 2체크밸브(37b)로 구성된다.

상기 제 2체크밸브(37b) 대해서 알아보면, 탈착공정 중인 상기 흡착베드(32)는 상기 제 2체크밸브(37b)에 의하여 유로가 차단되어 탈착중인 상기 흡착베드(32)와 상기 산소탱크(35) 분리되어 진공은 흡착중인 상기 흡착베드(32)만 진공상태로 만든다.

상기 바이패스가변밸브(34)를 통해 질소흡탈중에 있는 상기 흡착베드(32)로 세정용 바이패스산소를 공급하기 위한 제 3체크밸브(37c)로 구성된다.

상기 제 3체크밸브(37c) 대해서 알아보면, 상기 산소탱크(35)와 상기 바이패스가변밸브(34)를 통과한 고농도의 산소는 제 3체크밸브(37c)에 의하여 탈착공정 흡착베드에만 유입하게 한다.

상기 산소펌프(35)를 통해 산소가 상기 흡착베드(32)로 역류되는 것을 방지하도록 제 4체크밸브(37d)와, 상기 제 4체크밸브(37d)와 상기 산소공급장치(40)와 연결된 산소제어밸브(39)로 구성된다.

상기 산소제어밸브(39) 대해서 알아보면, 상기 산소제어밸브(39)를 상기 제 1, 2, 3확장포트(60a,60b,60c)를 선택적으로 사용할 수 있게 한다.

상기 산소공급장치(40)는 상기 산소탱크(35)에서 산소를 공급받아 사용자에게 산소를 공급하는 산소펌프(41)로 구성된다.

상기 산소펌프(41) 대해서 알아보면, 산소펌프(41)는 흡착공정에서 공기중에서 흡착제에 의하여 질소가 흡착되고 남은 산소부화공기를 펑핑하는 역할을 한다.

또한, 상기 산소펌프(41)는 모터 또는 압축펌프로 구동되고 소형으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 산소펌프(41)는 모터 또는 압축펌프로 구동가능하지만 압축공기가 이미 있으므로 압축공기로 다이아프램을 움직여 산소를 펌핑할수 있도록 구성된다.

또한, 상기 압축공기공급장치(10)와, 상기 공기필터장치(20)와, 상기 산소분 리장치와(30), 상기 산소공급장치(40)를 제어하는 제어부(50)로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 산소펌프(41)에 발생된 산소농도를 일정하게 유지하는 산소농도제어밸브(42)와, 상기 산소농도를 감지하고 상기 제어장치(50)와 연결된 산소센서(43)로 구성되어진다.

상기 제어장치(50)는 상기 압축공기공급장치(10)와, 상기 공기필터장치(20)와, 상기 산소분리장치(30)와, 상기 산소공급장치(40)를 제어하도록 구성된다.

상기 제어장치(50)는 제어부(51)로 구성된다.

또한, 상기 산소농도제어밸브(43)가 연결되는 제1확장포트(60a)와, 상기 공기압력조정탱크(12)와 상기 이젝터제어밸브(38)가 연결되는 제2확장포트(60b)와, 상기 공기필터장치(20)와 상기 스윙밸브(33)가 연결되는 제3확장포트(60c)로 구성된다.

상기 제1, 2, 3확장포트(60a,60b,60c)에 대해서 알아보면, 상기 제3확장포트(60c)는 제 3모듈포트(60c-n)와 연결되고, 상기 제 2확장포트(60b)는 제 2모듈포트(60c-n)와 연결되며, 상기 제 1확장포트1(60a)는 제 1모듈포트(60c-n)와 연결되어 다수의 모듈포트로 확장할 수 있다. 확장모듈을 동작시키기 위해서는 상기 제어장치(50)에서 확장하고자 하는 모듈의 산소제어밸브(39)를 on 하고, 상기 스윙밸브(33)를 상기의 흡탈착공정 제어방법으로 동일하게 제어하면 된다.

본 발명에서는 각각의 진공원을 독립적으로 사용하도록 상기 진공이젝터(31)를 구성하므로 확장모듈을 동시에 운전하여도 흡탈착 주기는 변하지 않는다.

상기 제1,2,3확장포트(60a,60b,60c)를 구성하는 것은 프로그램이나 하드웨어의 변경없이도 상기 제1,2,3확장포트(60a,60b,60c)를 통하여 산소유량을 증감할 수 있다. 각각의 상기 흡착베드(31)는 독립진공되는 각각 상기 진공이젝터(31)에 의해 동작하므로써 같은 체적의 베드모듈을 상기 제1,2,3확장포트(60a,60b,60c)를 통하여 증감하여 전체적으로 질소의 흡탈착의 사이클 타임을 변하지 않도록하여 산소유량을 증감할 수 있는 것이다.

또한, 상기 진공이젝터(31)는 호흡용으로 직접사용할 수 없는 자동차에서 발생되는 압축공기공급장치와 연결되어 구성되는 것이 바람직하나, 상기 압축공기공급장치가 설치된 비행기, 기차, 병원이나 건물 등에 부착되어 구성될 수 있다.

또한, 상기 바이패스가변밸브(34)와 상기 산소농도제어밸브(43)와 압력조정밸브(15)는 각기 다른 오리피스 구경을 가진 여러개의 노즐을 병렬로 연결 구성되며, 상기 노즐을 솔레노이드로 제어되도록 구성된다.

상기 바이패스가변밸브(34)와 상기 산소농도제어밸브(43)와 압력조정밸브(15)는 스테핑모터로 제어되는 유속밸브로 밸브로 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 작용은 다음과 같다.

우선 압축공기를 진공변환하는 방법을 알아보면, 본 발명의 장치를 가동하면 상기 차단밸브(14)가 오픈이 되며, 상기 압축공기탱크(11)에 있는 압축공기는 상기 압력조정밸브(15)를 통하여 적정 압력으로 조정되어 상기 공기압력조정탱크(12)에 저장되며 적정압력으로 평활하게 한다.

상기 공기압력조정탱크(12)에 저장된 압축공기는 상기 이젝터밸브(38)가 열리 면 상기 진공이젝터(31)의 노즐을 통하여 압축공기가 공급 된다. 이때 노즐(Nozzle)로부터 분사된 고속의 공기는 적당한 거리를 두고 서로 마주보고 있는 디퓨져(Diffuser) 입구로 향하여 나가며, 노즐과 디퓨져 사이의 극간은 베르누이의 정리에서 설명된 부압(진공)이 발생하게 된다.

한편 상기 진공이젝터(31)에서 생성된 진공은 상기 스윙밸브(33)에 의하여 탈착중인 상기 흡착베드(32)를 진공상태로 하고 질소를 탈착하게 된다.

상기 진공센서(36)는 상기 흡착베드(32) 내부의 진공상태를 읽어 제어장치(50)에 전달하면 상기 제어장치(50)는 상기 흡착베드(32)의 진공상태에 따라 상기 압력조정밸브(15)와 상기 바이패스가변밸브(34)를 상기 흡착베드(32)의 진공상태에 적정한 바이패스와 공기압으로 제어하게 된다.

도 1에서 좌측 상기 흡착베드(32)가 질소탈착공정 상태라고 가정하고, 우측 상기 흡착베드(32)를 흡착공정 상태로 가정하여 설명하면, 좌측 상기 흡착베드(32)에는 우측 상기 흡착베드(32)의 내부는 이미 전 과정에서 상기 진공이젝터(31)에 의하여 일정수준의 진공상태이므로 상기 공기필터장치(20)를 통과한 깨끗한 공기는, 대기압에 의하여 공기가 우측 상기 흡착베드(32) 내의 흡착제 안으로 유입된다.

베드 내의 유입된 공기중에서 질소가 흡착제에 흡착되면 우측 상기 흡착베드(32) 내의 산소농도가 증가된 산소부화공기가 남게 되며 이 부화공기를 산소펌프(41)에 의해 실내로 배출하게된다.

이때 배출되는 산소부화공기는 상기 산소센서(43)에서 농도를 읽어 상기 제 어장치(50)로 보내면 상기 제어부(60)는 상기 산소농도제어밸브(42)로 제어하여 농도와 유량을 설정된 값으로 유지하도록 한다.

한편, 이 과정 중에 좌측 상기 흡착베드(32)는 산소의 연속 공급을 위하여 탈착공정으로 제어한다. 탈착공정은 상기 이젝터제어밸브(38)를 탈착공정 상태로 제어하면 압축공기가 상기 진공이젝터(31)를 통과하여 배출되므로 진공이 형성된다.

이 과정에서 좌측 상기 흡착베드(32)거 진공상태로 되면서 흡착제에 흡착된 질소도 탈착되어 압축공기와 함께 외부로 배출된다.

상기와 같은 구성에서 좌측 상기 흡착베드(32)와 우측 상기 흡착베드(32)가 상기 바이패스가변밸브(34)를 통해 양 흡착베드의 출구단이 서로 연결되어 있으므로, 우측 상기 흡착베드(32)를 통과한 산소부화공기는 상기 바이패스가변밸브(34)를 통과하여 탈착중인 좌측 상기 흡착베드(32)의 진공압도 받게 된다.

따라서, 우측 상기 흡착베드(32)를 통과한 고농도의 산소부화공기의 일부가 탈착공정 중인 좌측 상기 흡착베드(32)의 출구단으로부터 입구단으로 역류하여(blow down) 세정을 돕게 된다.

즉, 탈착과 세정단계가 동시에 일어나게 된다.

여기서 탈착쪽 진공도 높아지면 바이패스량도 높아지므로 상기 제어부(50)는 상기 진공센서(36)를 읽어 좌측 상기 흡착베드(32) 진공상태에 따라 상기 바이패스가변밸브(34)를 제어하여 바이패스(고농도산소유입)량을 적정하게 유지하게 된다.

오버랩제어에 대해서 알아보면, 진공을 사용하는 산소분리방식에서는 흡착공 정보다 탈착공정이 긴 시간이 필요하다.

따라서 전체적인 언발란스가 생기게 되어 산소분리 효율이 떨어지는 원인이 된다. 이를 방지하게 위하여 도 3에서와 같이 탈착중인 상태에서 다른 베드도 탈착공정에 들어가게 된다. 그러나 오버랩타임에 두 상기 흡착베드(32)가 모두 탈착공정에 들어가면 바이패스(고농도산소유입) 량이 감소될 수 있으므로 이를 보완하기 위해 산소탱크(35)를 두어 상기 산소탱크(35)에 저장되어 있던 산소를 바이패스 한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위 및 그와 균등한 것들에 의하여 정해져야 한다

도 1은 본 발명에 따른 계통도.

도 2는 본 발명에 따른 산소분리장치를 나타낸 계통도.

도 3은 본 발명에 따른 흡착패드들의 질소흡탈착공정의 주기의 오버랩상태를 나타낸 개략도.

***** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *****

10: 압축공기공급장치 11: 압축공기탱크 12: 공기압력조정탱크 13: 공기압력센서 14: 차단밸브 15: 압력조정밸브 20: 공기필터장치 30: 산소분리장치 31: 진공이젝터 32: 흡착베드 33: 스윙밸브 34: 바이패스가변밸브 35: 산소탱크 36: 진공센서 37a: 제 1체크밸브 37b: 제 2체크밸브 37c: 제 3체크밸브 37d: 제 4체크밸브 38: 이젝터밸브 39: 산소제어밸브 40: 산소공급장치 41: 산소펌프 42: 산소농도제어밸브 43: 산소센서 50: 제어부 60a: 제 1확장포트 60b: 제 2확장포트 60c: 제 3확장포트

Claims (13)

1. 공기가 압축되어 저장되는 압축공기탱크(11)와 상기 압축공기탱크(11)에서 공급받은 공기압을 평활하게 설정된 공기압으로 변환시키는 공기압력조정탱크(12)로 구성된 압축공기공급장치(10)와;

   실내 공기를 흡입하여 그 공기를 필터링하여 불순물을 제거하는 공기필터장치(20)와;

   상기 압축공기탱크(11)에서 압축공기를 진공으로 변환하는 진공이젝터(31)와, 상기 진공이젝터(31)에서 진공으로 변환된 압축공기와 상기 공기필터장치(20)에서 공급받는 공기로부터 질소를 흡착하는 흡착제를 구비하여 상기 압축공기 및 공기로부터 산소를 분리하는 흡착베드(32)와, 상기 흡착베드(32)의 질소의 흡탈을 전환하는 스윙밸브(33)와, 상기 흡착베드(33)의 진공도에 따라 바이패스량을 가변할 수 있게 하는 바이패스가변밸브(34)와 상기 흡착베드(32)로부터 산소를 공급받는 산소탱크(35)로 구성된 산소분리장치(30)와;

   상기 산소탱크(35)에서 산소를 공급받아 사용자에게 산소를 공급하는 산소펌프(41)로 구성된 산소공급장치(40)와;

   상기 압축공기공급장치(10)와, 상기 공기필터장치(20)와, 상기 산소분리장치(30)와, 상기 산소공급장치(40)를 제어하는 제어장치(50)로 구성된 것을 특징으로 하는 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 압축공기공급장치(10)는 상기 압축공기탱크(11)내의 공기압축상태를 감지하는 공기압력센서(13)와, 상기 압축공기탱크(11)가 정지시 공기를 차단하기 위한 차단밸브(14)와 상기 압축공기탱크(11)와, 상기 차단밸브(14)를 통과한 공기압을 가변하기 위한 압력조정밸브(15)가 더 구성된 것을 특징으로 하는 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 산소분리장치(30)는 상기 흡착베드(32)의 진공상태를 감지하는 진공센서(36)와, 상기 진공이젝터(31)를 통하여 공기가 상기 흡착베드(32)로 역유입되는 것을 방지하기 위한 제 1체크밸브(37a)와, 상기 공기압력조정탱크(11)와 상기 진공이젝터(31)와 상기 스윙밸브(33)를 제어하기 위한 이젝터제어밸브(38)와, 질소흡탈되는 상기 흡착베드(32)와 상기 산소탱크(35)를 분리하기 위한 제 2체크밸브(37b)와, 상기 바이패스가변밸브(34)를 통해 질소흡탈중에 있는 상기 흡착베드(32)로 세정용 바이패스산소를 공급하기 위한 제 3체크밸브(37c)와, 상기 산소펌프(35)를 통해 산소가 상기 흡착베드(32)로 역류되는 것을 방지하도록 제 4체크밸브(37d)와, 상기 제 4체크밸브(37d)와 상기 산소공급장치(40)와 연결된 산소제어밸브(39)가 더 구성된 것을 특징으로 하는 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기 를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 산소공급장치(40)는 상기 산소펌프(41)에 발생된 산소농도를 일정하게 유지하는 산소농도제어밸브(42)와, 상기 산소농도를 감지하고 상기 제어장치(50)와 연결된 산소센서(43)를 더 구성된 것을 특징으로 하는 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치.
5. 제 1항 내지 제4항중 어느한 항에 있어서,

   상기 산소농도제어밸브(38)와 상기 산소농도제어밸브(43)가 연결되는 제1확장포트(60a)와, 상기 공기압력조정탱크(12)와 상기 이젝터제어밸브(38)가 연결되는 제2확장포트(60b)와, 상기 공기필터장치(20)와 상기 스윙밸브(33)가 연결되는 제3확장포트(60c)로 구성된 것을 특징으로 하는 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 진공이젝터(31) 및 상기 흡착베드(32)가 복수개로 구성되는 것을 특징으로 하는 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 진공이젝터(31)는 호흡용으로 직접사용할 수 없는 자동차에서 발생되는 압축공기공급장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 스윙밸브(33)는 상기 진공이젝터(31)와 동기되어 공기압으로 작동되는 것을 특징으로 하는 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치.
9. 제 1항 또는 제 8항에 있어서,

   상기 스윙밸브(33)는 전자식 솔레노이드로 구성된 것을 특징으로 하는 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치.
10. 제 1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서,

    상기 바이패스가변밸브(34)와 상기 산소농도제어밸브(43)와 압력조정밸브(15)는 각기 다른 오리피스 구경을 가진 노즐로 구성되며, 상기 노즐을 솔레노이드로 제어되는 것을 특징으로 하는 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이 용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 흡착베드(32)와 상기 스윙밸브(33)사이에 구성되는 상기 진공센서(36)는 복수개로 구성되어 센서의 고장, 오차를 비교검출가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 진공이젝터(31)에서 상기 흡착베드(32)로 공기가 역류되는 것을 솔레노이드밸브를 통해서 제어되는 것을 특징으로 하는 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치.
13. 제 1항에 있어서,

    상기 산소펌프(41)는 모터 또는 압축펌프로 구동되고 소형으로 구성된 것을 특징으로 하는 압축공기공급장치에서 발생되는 압축공기를 이용하여 호흡가능한 산소로 변환하여 공급하는 산소분리공급장치.

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