KR20210012612A - 산소 농축 장치 - Google Patents
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Abstract
산소 농축 장치는 프레임 유닛, 그리고 상기 프레임 유닛에 장착될 수 있도록 구성되는 적어도 하나의 산소 농축 유닛을 포함한다. 상기 프레임 유닛은 상기 산소 농축 유닛에 의해 생성된 산소 농축 가스가 이동하는 산소 배관을 구비한다. 프레임 유닛에 복수의 산소 농축 유닛이 선택적으로 장착될 수 있도록 구성함으로써 간단한 구조를 통해 유연한 확장성을 가지는 산소 농축 장치가 구현될 수 있으며 이에 의해 사용량 비례 제어가 가능한 산소 농축 장치가 구현될 수 있다.
Description
본 발명은 산소 농축 공기를 생성하는 산소 농축 장치에 관한 것이다.
산소 농축 장치는 대기 중에서 질소를 제거하여 산소가 농축된 공기를 생성하는 장치로서 가정용, 공업용, 의료용 등으로 널리 이용되고 있다.
다양한 방식의 산소 농축 장치가 사용되고 있으며, 그 중 압력 순환 흡착(또는 압력 변동 흡착, Pressure Swing Adsorption, 이하 PSA) 방식은 공기 중의 질소를 흡착제에 의해 흡수하여 산소의 농도를 높이는 방법을 이용한다. 압력 순환 흡착(PSA) 방식은 압축공기와 흡착제만을 이용하기 때문에 공해물질의 배출이 없고 사용이 쉬워 널리 사용되고 있는 방식이다.
산소 농축 장치는 질소 흡착제로 채워지는 흡착 베드, 그리고 흡착 베드에 의한 농축 산소의 생성이 가능하도록 압축 공기의 공급, 질소 배출, 농축 산소의 배출 등이 이루질 수 있도록 하는 유로의 형성이 필요하며 나아가 작동을 위한 압력 센서의 설치를 위한 구조가 필요하다. 기존의 산소 농축 장치는 이러한 기능의 구현을 위한 복잡한 기구적 구성을 가지는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 간단한 기구적 구조를 통해 산소 농축 장치의 유연한 확장성을 담보할 수 있을 뿐만 아니라 산소, 공기 등의 이동 통로를 안정적이고 간단하게 구현할 수 있는 산소 농축 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 산소 농축 장치는 프레임 유닛, 그리고 상기 프레임 유닛에 장착될 수 있도록 구성되는 적어도 하나의 산소 농축 유닛을 포함한다. 상기 프레임 유닛은 상기 산소 농축 유닛에 의해 생성된 산소 농축 가스가 이동하는 산소 배관을 구비한다.
산소 농축 장치는 상기 산소 배관에 설치되는 압력 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 프레임 유닛은 상기 적어도 하나의 산소 농축 유닛 중 일부가 장착된 상태에서 작동 가능하도록 구성될 수 있다.
상기 프레임 유닛은 상기 산소 농축 유닛에서 배출되는 퍼지 가스가 이동하는 퍼지 가스 배관을 더 포함할 수 있다.
상기 프레임 유닛은 상기 산소 농축 유닛으로 공급되는 공기가 이동하는 공기 배관을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 산소 농축 장치는 상기 산소 배관에 설치되는 제1 압력 센서, 그리고 상기 공기 배관에 설치되는 제2 압력 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 산소 농축 장치는 상기 퍼지 가스 배관과 상기 산소 농축 유닛의 퍼지 가스 배출 파이프를 연결하기 위한 적어도 하나의 커플러를 더 포함할 수 있고, 상기 커플러는 상기 산소 농축 유닛의 설치 시에 형태 변형이 이루어질 수 있도록 형성될 수 있다.
상기 커플러는 상기 퍼지 가스 배관을 마주하는 베이스, 그리고 상기 베이스에서 연장되는 관을 포함할 수 있으며, 상기 관은 상기 퍼지 가스 배출 파이프가 삽입되는 체결부, 그리고 상기 관의 길이방향으로 수축 가능하도록 형성되는 주름부를 포함할 수 있다.
상기 베이스는 상기 퍼지 가스 배관에 접촉하는 복수의 환형 씰링 돌기를 구비할 수 있다.
상기 커플러는 상기 산소 농축 유닛과의 체결을 위한 체결 홈을 구비할 수 있다.
본 발명에 의하면, 프레임 유닛에 복수의 산소 농축 유닛이 선택적으로 장착될 수 있도록 구성함으로써 간단한 구조를 통해 유연한 확장성을 가지는 산소 농축 장치가 구현될 수 있으며 이에 의해 사용량 비례 제어가 가능한 산소 농축 장치가 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 산소 농축 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 산소 농축 장치의 배면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산소 농축 장치의 배면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 산소 농축 장치의 산소 농축 유닛의 설치 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 산소 농축 장치의 프레임 유닛과 그에 설치된 컨트롤 유닛을 보여주는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 산소 농축 장치의 프레임 유닛과 그에 설치된 컨트롤 유닛의 평면도이다.
도 7은 도 1의 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 산소 농축 장치의 프레임 유닛의 퍼지 가스 배관과 산소 농축 유닛의 퍼지 가스 배출 파이프의 연결을 위한 커플러의 사시도이다.
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 산소 농축 장치의 배면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산소 농축 장치의 배면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 산소 농축 장치의 산소 농축 유닛의 설치 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 산소 농축 장치의 프레임 유닛과 그에 설치된 컨트롤 유닛을 보여주는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 산소 농축 장치의 프레임 유닛과 그에 설치된 컨트롤 유닛의 평면도이다.
도 7은 도 1의 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 산소 농축 장치의 프레임 유닛의 퍼지 가스 배관과 산소 농축 유닛의 퍼지 가스 배출 파이프의 연결을 위한 커플러의 사시도이다.
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 절개한 단면도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 프레임 유닛(10)은 컨트롤 유닛(20)과 적어도 하나의 산소 농축 유닛(30)이 장착되는 프레임 기능을 수행할 수 있도록 형성된다. 예를 들어, 프레임 유닛(10)은 대략 직육면체 형상을 가질 수 있으며, 프레임 유닛(10)의 상면에 컨트롤 유닛(20)과 적어도 하나의 산소 농축 유닛(30)이 장착될 수 있다.
컨트롤 유닛(20)은 캐비닛 형태의 케이스 내에 배치되는 컨트롤러, 전원 장치 등을 포함할 수 있다. 컨트롤 유닛(20)의 컨트롤러는 마이크로프로세서, 메모리 및 관현 하드웨어와 소프트웨어를 포함할 수 있으며, 산소 농축을 위한 미리 설정된 제어 로직을 수행하도록 구성될 수 있다.
산소 농축 유닛(30)은 가압 공기에서 질소를 제거하여 산소 농축 가스를 생성한다. 산소 농축 유닛(30)은 대기에서 질소를 선택적으로 흡착하여 산소 농도를 농축시키는 방식으로 작용하는 압력 순환 흡착(pressure swing adsorption) 방식의 산소 농축 장치로 구현될 수 있다. 본 기술 분야에서 알려진 바와 같이 압력 순환 흡착 방식의 산소 농축 장치는 고압 조건에서 산소보다 질소를 강하게 흡착하는 성질을 가지는 제올라이트(zeolite)와 같은 흡착제로 채워지는 한 쌍의 흡착 베드로 구성될 수 있으며, 한 쌍의 흡착 베드로 가압 공기가 교대로 공급되어 질소 흡착과 농축 산소의 생성, 그리고 흡착된 질소의 배출(퍼지)에 의해 농축 산소를 생성할 수 있다. 산소 농축 유닛은 압축 공기를 외부로부터 공급받을 수도 있고 자체에 구비되는 에어 컴프레셔에 의해 공기를 압축하여 사용할 수도 있다. 이하에서는 산소 농축 유닛이 외부로부터 가압 공기를 공급받는 경우에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 산소 농축 유닛(30)은 복수로 구비될 수 있다. 도 1 내지 도 4에는 다섯 개의 산소 농축 유닛(30)이 구비되는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 산소 농축 유닛(30)의 개수는 이에 한정되지 않는다.
산소 농축 유닛(30)은 프레임 유닛(10)에 설치되어 산소 농축 기능을 수행할 수 있다. 프레임 유닛(10)은 복수의 산소 농축 유닛(30)이 설치될 수 있는 설치 영역을 확보하며, 복수의 산소 농축 유닛(30)은 각 설치 영역에 설치되어 독립적으로 산소 농축 기능을 수행할 수 있다. 이러한 구조에 의해, 필요에 따라 산소 농축 유닛(30)의 설치 개수를 임의로 조절할 수 있으며 보다 많은 산소 농축 가스의 생성이 필요한 경우 유연하게 산소 농축 유닛(30)을 추가로 설치하여 사용할 수 있다. 또한 프레임 유닛(10)은 복수의 산소 농축 유닛(30)이 설치된 상태에서 일부의 산소 농축 유닛(30)만이 작동 가능하도록 구성됨으로써 산소 농축 가스의 사용량에 따른 비례제어의 구현이 가능하다. 이에 의해 산소 농축 가스의 사용량에 따라 농축 산소의 생성을 적절하게 조절할 수 있어 안정적인 성능의 확보 및 에너지 소모의 절감이 가능하다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 프레임 유닛(10)은 산소 농축 유닛(30)에 의해 생성된 산소 농축 가스가 이동하는 산소 배관(11)을 구비한다. 산소 농축 유닛(30)이 프레임 유닛(10)에 장착된 상태에서 산소 농축 가스의 배출을 위한 산소 농축 유닛(30)의 산소 농축 가스 배출구(31)를 프레임 유닛(10)에 구비된 연결관(111)에 연결할 수 있다. 프레임 유닛(10)에 설치되는 산소 농축 유닛(30)에 의해 생성된 산소 농축 가스가 산소 배관(11)을 통해 이동하도록 구성됨으로써, 산소 농축 유닛(30)에 별도의 배관을 연결하지 않고도 프레임 유닛(10)의 산소 배관(11)을 통해 생성된 산소 농축 가스가 사용을 위한 배출 지점까지 이동할 수 있다.
한편, 프레임 유닛(10)은 산소 농축 유닛(30)에서 배출되는 퍼지 가스, 예를 들어 질소 가스가 이동하는 퍼지 가스 배관(12)을 더 포함할 수 있다. 산소 농축 유닛(30)이 프레임 유닛(10)에 설치되면 산소 농축 유닛(30)의 퍼지 가스 배출 파이프가 퍼지 가스 배관(12)에 연결됨으로써, 산소 농축 유닛(30)에서 생성된 퍼지 가스가 프레임 유닛(10)의 퍼지 가스 배관(12)을 통해 원하는 곳으로 이동할 수 있다.
한편, 프레임 유닛(10)은 프레임 유닛(10)은 산소 농축 유닛(30)으로 공급되는 공기가 이동하는 공기 배관(13)을 더 포함할 수 있다. 산소 농축 유닛(30)이 프레임 유닛(10)에 장착된 상태에서 가압 공기의 유입을 위한 산소 농축 유닛(30)의 가압 공기 유입구(32)를 프레임 유닛(10)에 구비된 연결관(131)에 연결할 수 있다. 프레임 유닛(10)에 설치된 산소 농축 유닛(30)의 공기 공급 파이프를 공기 배관(13)에 연결함으로써, 산소 농축 가스의 생성을 위한 공기가 산소 농축 유닛(30)의 흡착 베드로 공급될 수 있다. 이때, 공기 배관(13)을 흐르는 공기는 외부에 별도로 구비된 에어 컴프레셔에 의해 가압된 공기일 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 산소 농축 유닛이 공기의 압축을 위한 에어 컴프레셔를 내장할 수 있으며, 그런 경우에는 프레임 유닛은 별도의 공기 배관을 구비할 필요가 없다.
도 3을 참조하면, 생성된 농축 산소 가스의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(14)가 산소 배관(11)에 설치될 수 있으며, 산소 농축 유닛(30)으로 공급되는 가압 공기의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(15)가 공기 배관(13)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 이들 압력 센서(14, 15)는 프레임 유닛(10)의 후면에 배치되는 산소 배관(11)과 공기 배관(13)에 각각 설치될 수 있다. 압력 센서(14, 15)에 의해 검출된 산소 농축 가스의 압력 및 가압 공기의 압력을 나타내는 신호는 컨트롤 유닛(20)의 컨트롤러로 전달될 수 있으며, 컨트롤러는 전달된 압력 신호를 이용하여 산소 농축 가스의 생성을 위한 제어를 수행할 수 있다.
커플러(17)가 퍼지 가스 배관(12)과 산소 농축 유닛(30)의 퍼지 가스 배출 파이프(33)를 연결한다. 커플러(17)는 산소 농축 유닛(30)의 설치 시에 형태 변형이 이루어질 수 있도록 형성된다. 예를 들어, 커플러(17)는 탄성 변형이 가능한 고무 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 커플러(17)는 퍼지 가스 배관(12)의 상면에 형성된 관통공(121)과 산소 농축 유닛(30)의 퍼지 가스 배출 파이프(33)을 연결할 수 있다. 산소 농축 유닛(30)에서 배출되는 퍼지 가스는 커플러(17)를 경유하여 관통공(121)으로 유입되어 퍼지 가스 배관(12)으로 배출될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 커플러(17)는 형태 변형이 가능한 재질로 형성되기 때문에, 산소 농축 유닛(30)의 설치 시 높이가 변하면서 퍼지 가스 배출 파이프(33)에 삽입되기 때문에 자연스럽고 견고한 연결이 이루어질 수 있다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 커플러(17)는 퍼지 가스 배관(12)을 마주하는 베이스(171), 그리고 베이스(171)에서 연장되는 관(172)을 포함할 수 있다. 관(172)은 베이스(171)의 중심에서 대략 수직방향으로 연장될 수 있다. 퍼지 가스의 흐름을 위해 베이스(171)와 관(172)을 관통하는 퍼지 가스 통로(173)가 형성될 수 있다. 한편, 관(172)은 퍼지 가스 배출 파이프(33)가 삽입되는 체결부(1721), 그리고 관(172)의 길이방향(도 9에서 상하방향)으로 수축 가능하도록 형성되는 주름부(1722)를 포함할 수 있다. 나아가, 베이스(171)는 가스 씰링을 위해 퍼지 가스 배관(12)에 접촉하는 복수의 환형 씰링 돌기(1711)을 구비할 수 있다. 환형 씰링 돌기(1711)는 베이스(171)의 저면에 형성될 수 있으며, 퍼지 가스 배관(12)의 상면에 밀착되어 가스 씰링이 이루어지도록 한다. 또한 커플러(17)는 산소 농축 유닛(30)과의 체결을 위한 체결 홈(174)을 구비할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 퍼지 가스 배관(12)에 구비되는 체결 플랜지(122)가 체결 홈(174)에 삽입되도록 체결될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
10: 프레임 유닛
20: 컨트롤 유닛
30: 산소 농축 유닛
11: 산소 배관
111: 연결관
12: 퍼지 가스 배관
13: 공기 배관
131: 연결관
31: 산소 농축 가스 배출구
32: 가압 공기 유입구
14, 15: 압력 센서
17: 커플러
171: 베이스
172: 관
1721: 체결부
1722: 주름부
173: 퍼지 가스 통로
1711: 환형 씰링 돌기
174: 체결 홈
20: 컨트롤 유닛
30: 산소 농축 유닛
11: 산소 배관
111: 연결관
12: 퍼지 가스 배관
13: 공기 배관
131: 연결관
31: 산소 농축 가스 배출구
32: 가압 공기 유입구
14, 15: 압력 센서
17: 커플러
171: 베이스
172: 관
1721: 체결부
1722: 주름부
173: 퍼지 가스 통로
1711: 환형 씰링 돌기
174: 체결 홈
Claims (10)
- 프레임 유닛, 그리고
상기 프레임 유닛에 장착될 수 있도록 구성되는 적어도 하나의 산소 농축 유닛
을 포함하며,
상기 프레임 유닛은 상기 산소 농축 유닛에 의해 생성된 산소 농축 가스가 이동하는 산소 배관을 구비하는
산소 농축 장치. - 제1항에서,
상기 산소 배관에 설치되는 압력 센서를 더 포함하는 산소 농축 장치. - 제1항에서,
상기 프레임 유닛은 상기 적어도 하나의 산소 농축 유닛 중 일부가 장착된 상태에서 작동 가능하도록 구성되는 산소 농축 장치. - 제1항에서,
상기 프레임 유닛은 상기 산소 농축 유닛에서 배출되는 퍼지 가스가 이동하는 퍼지 가스 배관을 더 포함하는 산소 농축 장치. - 제4항에서,
상기 프레임 유닛은 상기 산소 농축 유닛으로 공급되는 공기가 이동하는 공기 배관을 더 포함하는 산소 농축 장치. - 제4항에서,
상기 산소 배관에 설치되는 제1 압력 센서, 그리고 상기 공기 배관에 설치되는 제2 압력 센서를 더 포함하는 산소 농축 장치. - 제4항에서,
상기 퍼지 가스 배관과 상기 산소 농축 유닛의 퍼지 가스 배출 파이프를 연결하기 위한 적어도 하나의 커플러를 더 포함하고,
상기 커플러는 상기 산소 농축 유닛의 설치 시에 형태 변형이 이루어질 수 있도록 형성되는
산소 농축 장치. - 제7항에서,
상기 커플러는 상기 퍼지 가스 배관을 마주하는 베이스, 그리고 상기 베이스에서 연장되는 관을 포함하며,
상기 관은 상기 퍼지 가스 배출 파이프가 삽입되는 체결부, 그리고 상기 관의 길이방향으로 수축 가능하도록 형성되는 주름부를 포함하는
산소 농축 장치. - 제8항에서,
상기 베이스는 상기 퍼지 가스 배관에 접촉하는 복수의 환형 씰링 돌기를 구비하는 산소 농축 장치. - 제8항에서,
상기 커플러는 상기 산소 농축 유닛과의 체결을 위한 체결 홈을 구비하는 산소 농축 장치.
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---|---|---|---|
KR1020190090635A KR102251610B1 (ko) | 2019-07-26 | 2019-07-26 | 산소 농축 장치 |
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2019
- 2019-07-26 KR KR1020190090635A patent/KR102251610B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (7)
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