KR20180098067A - 산소 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PSA(Pressure Swing Adsorption, 압력 순환 흡착) 타입의 산소 발생기의 구조를 개선하여 양식장이나 선박의 발라스트 워터 트리트먼트(ballast water treatment) 장치에 주로 사용되는 산소 발생기를 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 제올라이트가 충진된 베드(2) 내부로 공급관(5)을 통해 압축공기 중의 질소를 흡착하고 고순도의 산소를 상부 SM필터(14)가 설치된 배출관(13)을 통해 배출할 수 있도록 한 산소 발생기(1)에 있어서, 베드(2) 상부에 형성되는 플랜지(2a)와, 상기 플랜지(2a)에 대응하여 조립되는 플랜지(4a)를 하부에 가진 덮개(4)를 복수개의 볼트로 조립, 분해할 수 있도록 하며, 상기 베드(2)와 덮개(4) 사이에 상하로 플랜지(3a)를 갖는 확장베드피스(3)를 복수개의 볼트로 조립토록 하고, 상기 베드(2) 하부의 공급관(5)에는 알루미나(11)가 충진된 하부 SM필터(7)를 설치한 것을 특징으로 한다.

Description

산소 발생기{Oxygen generator}

본 발명은 산소 발생기에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 PSA(Pressure Swing Adsorption, 압력 순환 흡착) 타입의 산소 발생기의 구조를 개선하여 양식장이나 선박평형수처리(ballast water treatment) 시스템에 주로 사용되는 산소 발생기를 제공코자 하는 것이다.

PSA방식의 산소 발생기는 한 개 또는 다수개의 압력용기 안에 흡착제를 충진하고 혼합가스를 이용해 가압, 감압 과정의 반복을 통해 흡착제의 선택적 흡착력에 따라 질소 이산화탄소 등과 같은 가스를 흡착, 탈착하여 고순도의 산소를 정제하는 설비이다.

흡착제로 사용되는 제올라이트(Zeolite)는 직경이 1mm의 구슬형태이며, 흡착제로 충진된 베드 내부로 유입된 압축공기는 제올라이트의 선택적 흡착에 따라 대기중 약 78%에 해당하는 질소와 미량의 이산화탄소와 같은 가스가 흡착되고, 흡착되지 않고 제올라이트를 통과한 고순도의 산소는 배출된다.

관련 선행기술로 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0019022호에서는 산소발생기용 다중흡착탑 장치 및 그 운전방법에 관한 기술이 개시되어 있긴 하나, 이와 같은 기존 PSA 타입 산소 발생기는 베드 안에 제올라이트를 보충하는 등의 이유로 유지보수가 필요한 경우 베드 상부를 절단해야 하므로 베드를 새로 교체하여야 하고, 또한 베드 교체시 배출된 제올라이트도 재사용이 불가하여 교체비용이 앙등하는 문제점과 함께 종래 산소 발생기는 수요처에서 필요로 하는 산소 유량이 제각각이라 용량을 표준화한 산소 발생기의 제작이 곤란한 점이 있었다.

산소 발생량은 베드의 용적, 크기에 비례하는데, 예를 들어 종래에는 12m³/hr의 산소용량이 필요한 경우에도 해당 유량이 적용가능한 모델이 없어 20m³/hr 용량의 산소 발생기를 적용할 수밖에 없어서 불필요한 비용이 지출될 수밖에 없었고, 또한 설치공간에 제약이 많은 선박에 사용할 경우 부피문제로 설치가 어려운 문제도 있었다.

KR 공개특허 10-2011-0019022 KR 공개특허 10-2013-0091831

이에 본 발명에서 제공하는 산소 발생기는 베드의 구조를 개선하여 베드를 손상시키지 않으면서도 장치의 유지보수에 따른 비용소모가 최소화토록 하며, 필요로 하는 용량 변경이 용이한 산소 발생기를 제공코자 하는 것이다.

또한, 제올라이트의 성능을 저하시키는 공기 중의 수분 및 유분을 보다 완벽하게 차단할 수 있도록 한 산소 발생기를 제공코자 하는 것이다.

이와 함께 별도로 기술하지는 않았으나 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 청구범위를 감안하여 유추할 수 있는 범위 내의 또 다른 목적들도 본 발명의 전체 과제에 포함되도록 한다.

본 발명은 제올라이트가 충진된 베드 내부로 공급관을 통해 압축공기 중의 질소를 흡착하고 고순도의 산소를 상부 SM필터가 설치된 배출관을 통해 배출할 수 있도록 한 산소 발생기에 있어서;

상기 베드 상부에 형성되는 플랜지와, 상기 베드 플랜지에 대응하여 조립되는 플랜지를 하부에 가진 덮개를 복수개의 볼트로 조립, 분해할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베드와 덮개 사이에 상하로 플랜지를 갖는 확장베드피스를 복수개의 볼트로 조립토록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베드 하부의 공급관에 설치되는 하부 SM필터를 설치하되, 상기 하부 SM필터는 원통형 프레임 외측에 연접설치된 원통형의 내부망 외측에 직경이 보다 큰 원통형 외부망을 설치하고,

상기 내부망과 외부망 사이에 알루미나를 충진시켜 압축공기 중의 수분 및 유분을 포집할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제공하는 산소 발생기는 수요처의 요구에 맞는 다양한 용량의 산소 발생기를 단일 용량의 베드를 사용하면서 확장베드피스의 추가 조립 등으로 주문 용량에 맞는 베드를 공급할 수 있고, 상부 SM필터를 교환작업 시 베드 상부에 조립된 덮개만 분리하여 간단, 신속하게 비용소모를 최소화하면서 교환이 가능하고, 베드 하부에 배관되는 압축공기 공급관 중도에 알루미나가 충진된 하부 SM필터를 설치하여 압축공기 중의 수분과 유분을 보다 확실하게 제거할 수 있는 등 다수의 효과를 제공받을 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 산소 발생기의 바람직한 일 실시예를 보인 정면 구성도
도 2는 본 발명에서 제공하는 산소 발생기의 바람직한 일 실시예를 보인 측면 구성도
도 3은 본 발명에서 제공하는 산소 발생기에 있어서, 베드의 분리사시도
도 4는 본 발명에서 제공하는 산소 발생기에 있어서, 베드의 내부 구성을 보인 단면 구성도
도 5는 본 발명에서 제공하는 산소 발생기에 있어서, 하부 SM필터를 발췌한 단면 구성도

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자들에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 약, 실질적으로 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 발명에서 제공하는 산소 발생기는 SM필터를 교체하기 위해 베드 상하부를 플랜지 타입으로 구성하여 복수개의 볼트를 풀어 덮개를 분리시킨 후 충진되는 흡착제를 보충하거나 SM필터를 교체할 수 있도록 하여 유지보수가 매우 용이하면서도 경제적으로 이루어질 수 있는 점이 특징이다.

또한, 베드의 상부 플랜지에 확장베드피스를 추가로 연결할 수 있도록 하여 필요로 하는 용량의 산소 발생기를 손쉽게 조립, 공급할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 베드의 내측 하부와 상부에 SM필터를 추가로 설치하되, 베드 하부의 압축공기 공급관 중도에 설치되는 SM필터에는 망과 망 사이에 활성알루미나(수분흡착제)를 충진시켜 압축공기 중의 수분과 유분을 보다 확실하게 차단할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 산소 발생기의 바람직한 일 실시예를 보인 전체 정면 구성도이며, 도 2는 측면 구성도이다.

도시한 바와 같이 본 발명의 PSA방식의 산소 발생기(1)는 공기압축기로부터 토출된 압축공기를 공급관(5)을 통해 베드의 하부를 통해 내부로 유입시킴으로서 압축공기중에 포함된 질소성분은 흡착탑에 충진된 흡착제인 제올라이트(zeolite)에 흡착되도록 하고, 흡착제에 흡착되지 아니하는 산소성분을 고농도로 분리 및 생산하는 장치이다.

상기와 같은 PAS방식의 산소발생기는 2개의 베드(2)를 1조로 하여 2개조 또는 3개조를 이루게 되며, 본 발명의 도면에서는 2개의 베드가 1조로 구성된 것을 도시하고 있다.

이렇게 2개의 베드를 한조로 사용하는 것은, 제1베드 안으로 압축공기를 유입시켜 산소를 생산하는 과정에서 해당 베드가 질소로 포화될 경우, 제2베드로 압축공기를 유입시켜 산소를 지속적으로 생산토록 하는 동시에, 질소로 포화된 제1베드는 그 입구를 개방시켜 질소를 탈착시키고 감압 처리를 하기 위함이다.

도 3은 본 발명에서 제공하는 산소 발생기에 있어서, 베드의 분리사시도이고 도 4는 베드의 내부 구성을 보인 단면 구성도이다.

상기 베드(2)의 상부 또는 상하부에 각각 플랜지(2a)를 형성하고, 상하로 플랜지(3a)를 가진 원통형의 확장베드피스(3)를 복수개의 볼트(미도시)를 사용하여 베드(2) 상부 플랜지(2a)에 선택 고정토록 하며, 상기 확장베드피스(3) 상부에는 테두리에 플랜지(4a)가 형성된 덮개(4)를 역시 복수개의 볼트를 사용하여 고정한다.

상기 확장베드피스(3)를 사용하지 않을 경우에는 베드(2) 상부에 덮개(4)가 바로 안치되어 복수개의 볼트를 플랜지(2a,4a)를 통해 고정시켜 베드(2)를 구성하게 되는 것으로, 이러한 결합방식과 확장베드피스(3)의 구성은 필요한 산소용량에 최적화 된 산소발생장치를 제공 가능토록 한다.

상기 베드(2)의 하부를 통해 공급되는 압축공기 공급관(5)에는 분진과 미스트를 필터링할 수 있는 포집필터(6)가 설치되고, 상기 포집필터(6)를 경유한 압축공기 중에 남아 있는 유분이나 수분을 알루미나(수분흡착제)를 사용하여 제거할 수 있도록 베드 내측 하부에 관통되는 공급관(5)의 단부와 상기 베드(2)의 내부 상측의 배출관(13)에는 SM필터(7)를 설치한다.

상기 SM필터(7)는 베드 내부에 충진된 제올라이트가 공급관(5)이나 배출관(13)을 타고 유실되는 것을 방지하기 위해 외면은 제올라이트 입자보다 공극이 작은 메쉬망으로 감싸진 형태로 구성된다.

도 5는 본 발명에서 제공하는 산소 발생기에 있어서, 하부 SM필터를 발췌한 단면 구성도이다.

제올라이트는 수분에 매우 민감하여 질소를 선택적으로 흡착하는 기능성을 유지하기 위해서는 습도가 많은 곳은 피해야 한다.

에어 컴프레셔(air compressor)를 사용하여 산소 발생기 베드 내부로 압축공기를 공급할 시 유분이나 수분이 같이 공급되는 경우가 발생하게 되며, 베드 하부에 압축공기가 베드 내부로 유입되기 직전에 분진/미스트 포집용 필터가 설치되어 있긴 하지만, 베드 내부로 들어오는 수분을 완벽히 차단하지는 못하고 있는 실정이다.

도면을 참조하면 본 발명의 SM필터(7)는 형상을 유지하고 공기가 내통할 수 있도록 다공을 갖는 원통형 프레임(8)을 형성하고 그 외측에 연접설치된 원통형의 내부망(9) 및 내부방(9) 외측으로 이격 형성된 직경이 보다 큰 원통형 외부망(10)을 설치하여 구성한다.

이러한 구성의 SM필터에서는 내부망(9)과 외부망(10) 사이에 공간부가 형성되며, 이 공간부에 알루미나(11)를 충진시켜 압축공기 중의 수분 및 유분을 포집함으로써 제올라이트의 기능성을 장구히 할 수 있는 것이다.

한편, 상기 압축공기 공급관(5)의 유입부에는 수분을 보다 확실하게 제거 후 베드(2) 내부로 압축공기를 공급할 수 있도록 수분흡착전용필터(12)를 추가로 설치토록 한다.

이상과 같이 구성될 수 있는 본 발명의 PSA 타입 산소 발생기(1)는 양식장이나 선박의 발라스트 워터 트리트먼트 장치 등에 주로 사용되는 것으로서,

에어 컴프레셔(미도시) 등을 통해 공급되는 압축공기는 공급관(5)을 통해 복수개로 설치되는 각각의 베드(2) 내부로 공급되어 공기 중의 질소가 제올라이트에 의해 흡착되고 고순도의 산소만 배출관(13)을 통해 배출되는 것으로서,

본 발명의 산소 발생기(1)는 베드(2) 상부에 덮개(4)를 상호 대응하는 플랜지(2a,4a)를 연접시켜 복수개의 볼트를 사용하여 조립, 고정토록 함으로서, 상부 SM필터(14)가 막히거나 파손될 경우, 또는 제올라이트 입자가 필터에 마찰, 마모되면서 서서히 가루가 되어 유실되므로 사용 중 제올라이트를 보충해야 할 때, 덮개(4)만 볼트를 분리하여 제거한 후 SM필터 교환하거나 제올라이트 보충이 가능하여 유지보수가 매우 용이하고 비용소모도 최소화 할 수 있는 것이다.

그리고 수요처에서 필요로 하는 처리 용량에 맞게 베드(2) 상부에 확장베드피스(3)를 플랜지(2a,3a)를 사용하여 조립하고 확장베드피스(3) 상부에 덮개(4)를 플랜지(3a,4a)를 사용하여 볼트로 조립하거나, 또는 베드(2)와 상부 덮개(4)만 플랜지(2a,4a)를 사용하여 볼트로 조립, 제작하여 납품이 가능한 이점이 주어진다.

더불어, 압축공기 공급관(5)을 통해 베드(2) 내부로 공급되는 압축공기 중의 수분이나 유분이 포집필터(6)를 통과하기 전 수분흡착전용필터(12)를 통과하도록 하고, 포집필터(6)를 통과 후에는 하부 SM필터(7)를 경유토록 하여 내부망(9)과 외부망(10) 사이에 충진된 수분흡착제인 알루미나(11)에 의한 보다 확실한 수분, 유분 등의 제거가 가능한 것이다.

이상과 같이 본 발명의 산소 발생기(1)는 수요처의 요구에 맞는 다양한 용량의 산소 발생기(1)를 단일 베드(2)를 사용하면서 확장베드피스(3)의 추가 등으로 주문 용량에 맞는 베드(2)를 공급할 수 있고, 상부 SM필터(14)를 교환작업 시 덮개(4)를 분리하여 간단, 신속하게 비용소모를 최소화하면서 교환이 가능하고, 베드(2) 하부에 배관되는 압축공기 공급관(5) 중도에 알루미나(11)가 충진된 하부 SM필터(7)를 설치하여 압축공기 중의 수분과 유분을 보다 확실하게 제거할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형실시도 가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정하여 정하여 질 것이 아니라 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 보호범위가 인정되어야 할 것이다.

1: 산소 발생기 2: 베드 2a: 플랜지 3: 확장베드피스 3a: 플랜지
4: 덮개 4a: 플랜지 5: (압축공기)공급관 6: 포집필터
7: (하부)SM필터 8: 스크린 9: 내부망 10: 외부망 11: 알루미나
12: 수분흡착전용필터 13: 배출관 14: (상부)SM필터

Claims (3)

1. 제올라이트가 충진된 베드(2) 내부로 공급관(5)을 통해 압축공기 중의 질소를 흡착하고 고순도의 산소를 배출관(13)을 통해 배출할 수 있도록 한 산소 발생기(1)에 있어서;
   상기 베드(2)의 내부 상측의 배출관(13)에 설치되는 상부 SM필터(14)와,
   상기 베드(2) 상부에 형성되는 플랜지(2a)와,
   상기 플랜지(2a)에 대응하여 조립되는 플랜지(4a)가 하부에 형성된 덮개(4)를 복수개의 볼트로 조립, 분해할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 산소 발생기.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 베드(2)와 덮개(4) 사이에 상하로 플랜지(3a)를 갖는 확장베드피스(3)를 복수개의 볼트로 조립토록 한 것을 특징으로 하는 산소 발생기.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 베드(2) 내측 하부에서 공급관(5)에는 하부 SM필터(7)를 연결 구성하고,
   상기 하부 SM필터(7)는 원통형 프레임(8) 외측에 연접설치된 원통형의 내부망(9)과, 상기 내부망(9) 외측으로 이격 형성된 직경이 보다 큰 원통형 외부망(10)을 설치하고,
   상기 내부망(9)과 외부망(10) 사이의 공간부에는 알루미나(11)를 충진시켜 압축공기 중의 수분 및 유분을 포집할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 산소 발생기.

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