KR102171110B1 - High purity oxygen generator having air purification function - Google Patents

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KR102171110B1 KR1020200071743A KR20200071743A KR102171110B1 KR 102171110 B1 KR102171110 B1 KR 102171110B1 KR 1020200071743 A KR1020200071743 A KR 1020200071743A KR 20200071743 A KR20200071743 A KR 20200071743A KR 102171110 B1 KR102171110 B1 KR 102171110B1
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문준학
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주식회사 오투트리
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Abstract

The present invention relates to a high-purity oxygen generator with an air purification function. The high-purity oxygen generator with an air purification function according to the present invention has an air purification function that removes fine dust and ultra-fine dust from air introduced from outside and then discharges the same, and can also extract high-purity oxygen without reducing a flow rate by using the air introduced from outside.

Description

공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치{High purity oxygen generator having air purification function}High purity oxygen generator having air purification function}

본 발명은 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치에 대한 것이다.The present invention relates to a high purity oxygen generating device having an air cleaning function.

구체적으로, 본 발명은 외부유입 공기로부터 미세먼지 및 초미세먼지를 제거한 후 토출하는 공기청정 기능을 구비하고, 또한 외부유입 공기를 이용하여 고순도의 산소를 유량 저감없이 추출해내는 고순도 산소 발생 장치에 대한 것이다. Specifically, the present invention relates to a high-purity oxygen generating device that has an air cleaning function that removes and discharges fine dust and ultra-fine dust from the external inflow air, and extracts high-purity oxygen without reducing the flow rate by using the external inflow air. will be.

산소 발생 장치는 실외의 공기를 압축기를 이용하여 흡입하고, 흡입된 공기를 멤브레인이나 흡착제의 선택적 분리 흡착능을 이용하여 공기로부터 산소를 분리 및 추출해는 장치로써, 그 구현 방식에 따라 PSA, RVSA 등으로 구분된다.The oxygen generator is a device that inhales outdoor air using a compressor and separates and extracts oxygen from the air by using the selective separation and adsorption capability of a membrane or adsorbent. Depending on the implementation method, it is used as PSA, RVSA, etc. It is distinguished.

산소 발생 장치 구동의 일 방식의 일 예인 RVSA 방식의 기체 분리 및 정제 공정은 제올라이트 자체(Zeolite Molecular Sieve)의 가스에 대한 흡착력 차이를 이용하여 혼합가스부터 특정가스를 추출해 내는 기술로서, 위와 같은 RVSA 방식의 기체 분리 및 정제 공정은 제품의 크기가 콤팩트하고 유량이 많으며 저소음이고 저전력이 소요된다는 장점이 있어 가정용 혹은 차량용 산소 발생 장치에 많이 적용된다. The RVSA method gas separation and purification process, an example of one method of driving an oxygen generating device, is a technology that extracts a specific gas from the mixed gas by using the difference in the adsorption power of the gas of the zeolite itself (Zeolite Molecular Sieve). The gas separation and purification process of is widely applied to home or vehicle oxygen generators because of its compact size, high flow rate, low noise, and low power consumption.

한편, 공기청정기는 실내공기에 포함된 곰팡이, 세균, 미세먼지 등을 제거하기 위한 장치로서, 전기식 이온화 장치가 포함된 공기청정 살균기 또는 항균성 필터를 포함한 다수개의 에어필터로 구성된 공기청정기가 대부분인데, 일반 소비자는 공기청정기의 사용 시 외부 공기를 차단한 상태에서 사용하기 때문에 산소 부족으로 인한 답답한을 느끼게 되는 문제가 있어, 산소 발생 장치 기능을 동시에 구비하는 공기청정기 혹은 공기청정기능을 구비한 산소 발생 장치에 대한 니즈가 상당하다.On the other hand, air purifiers are devices for removing mold, bacteria, and fine dust contained in indoor air, and most air purifiers are composed of a plurality of air filters including an air purifying sterilizer including an electric ionizer or an antibacterial filter. Since general consumers use the air purifier in a state where the outside air is blocked, there is a problem of feeling stuffy due to lack of oxygen.Therefore, an air purifier equipped with an oxygen generating device function at the same time or an oxygen generating device equipped with an air purifying function There is a great need for

다만, 공기청정 기능을 겸하는 산소 발생 장치에서는 외부에서 유입되는 공기로부터 고순도의 산소를 유량 저감없이 토출하는 것에 대한 기술적 한계가 존재하는데, 이는 제올라이트 흡착베드의 질소 탈착을 수행하는 퍼징 공정과 연관되어 있다.However, in the oxygen generating device that serves as an air cleaning function, there is a technical limitation in discharging high-purity oxygen from the air introduced from the outside without reducing the flow rate, which is related to the purging process that performs nitrogen desorption of the zeolite adsorption bed. .

보다 구체적으로, 질소 탈착을 위한 퍼징 기체인 산소 유량을 증가시키는 경우 퍼징에 따른 질소 탈착 효율이 증가하여 산소 순도 향상은 도모되고 장기 이용성을 확보할 수 있는 이점은 있지만, 퍼징 유량의 증가에 따라 최종적으로 토출되는 산소 유량은 감소하게 되고, 따라서 설치 환경이나 사용자의 선택에 따라 산소 순도와 유량을 적절히 조절하는 방법 이외에는 산소 유량과 산소 순도를 모두 향상시키는 어려운 것이 현실이며, 이는 앞단에서 유입되는 외부유입 공기의 분리 및 그에 따른 유량 저하가 필히 수반되는 공기청정 기능을 구비하는 산소 발생 장치장치의 경우 더욱 가중된다.More specifically, when the flow rate of oxygen, which is a purging gas for nitrogen desorption, is increased, nitrogen desorption efficiency increases due to purging, thereby improving oxygen purity and securing long-term usability, but ultimately, as the purging flow rate increases. Therefore, it is difficult to improve both the oxygen flow rate and the oxygen purity except for the method of properly adjusting the oxygen purity and flow rate according to the installation environment or user's choice, and this is the reality that the oxygen flow rate discharged from the front end is reduced. In the case of an oxygen generating device device having an air cleaning function in which the separation of air and a decrease in flow rate accordingly are necessarily accompanied, the oxygen generating device is further weighted.

따라서, 외부유입 공기로부터 미세먼지나 초미세먼지를 효과적으로 제거하여 정화된 공기를 일정한 유량으로 토출함과 동시에 고순도의 산소를 유량 저감없이 추출해내는 공기청정기 겸용 혹은 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치에 대한 개발이 절실한 실정이다.Therefore, a high-purity oxygen generator equipped with an air purifier or air purifier function that effectively removes fine dust or ultra-fine dust from the inflow air and discharges purified air at a constant flow rate and extracts high-purity oxygen without reducing the flow rate. There is an urgent need for development.

KR 등록특허공보 제10-1355161호KR Registered Patent Publication No. 10-1355161

본 발명은 외부유입 공기로부터 미세먼지나 초미세먼지를 효과적으로 제거하여 정화된 공기를 일정한 유량으로 토출함과 동시에 고순도의 산소를 유량 저감없이 추출해내는 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치를 제공한다.The present invention provides a high-purity oxygen generating device having an air cleaning function that effectively removes fine dust or ultra-fine dust from external inflow air, discharges purified air at a constant flow rate, and extracts high-purity oxygen without reducing the flow rate. .

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로써, 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치에 대한 것이다.The present invention was conceived to solve the above problems, and relates to a high purity oxygen generating device having an air cleaning function.

외부유입 공기로부터 미세먼지 및 초미세먼지를 필터링하는 헤파필터; 상기 헤파필터를 통과하여 정화된 외부유입 공기를 솔레노이드 유입용 공기와 외부 토출용 공기로 분기시키는 제 1 공기유량 분기밸브; 상기 제 1 공기유량 분기밸브에 의해 분기된 외부 토출용 공기가 외부로 최종 토출되는 공기와 에어 컴프레서의 산소 토출부로 제공되는 공기로 분기시키는 제 2 공기유량 분기밸브; 상기 제 1 공기유량 분기밸브를 통과한 솔레노이드 유입용 공기의 유량을 제어하는 한 쌍의 솔레노이드 밸브; 상기 한 쌍의 솔레노이드 밸브를 통과하여 유입되는 외부유입 공기 중 질소를 선택적으로 흡착하는 제올라이트를 포함하는 한 쌍의 흡착베드로서, Si와 Al의 몰비(Si/Al)가 0.90 내지 1.10의 범위 내에 있는 LSX(Low Silica X)에 리튬 이온을 이온 교환하여 형성되고 Li와 Al의 몰비(Li/Al)가 0.65 내지 0.95의 범위 내에 있는 제 1 제올라이트가 충전된 제 1 영역; 상기 제 1 영역의 후단에 위치하고 상기 제 1 제올라이트에 칼슘 이온을 이온 교환하여 형성되고 Ca와 Al의 몰비(Ca/Al)가 0.25 내지 0.45의 범위 내에 있는 제 2 제올라이트가 충전된 제 2 영역; 및 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역을 물리적으로 구획하되 상기 제 1 영역에 위치하는 상기 제 1 제올라이트가 상기 제 2 영역으로 이동하거나 상기 제 2 영역에 위치하는 상기 제 2 제올라이트가 상기 제 1 영역으로 이동하는 것을 제어하는 제올라이트계 멤브레인을 각각 포함하는 한 쌍의 흡착베드; 상기 한 쌍의 흡착베드로부터 산소를 흡입하여 외부로 토출하는 산소 토출부 및 상기 한 쌍의 흡착베드로부터 탈착되는 질소를 흡입하여 외부로 토출하는 질소 토출부를 포함하는 에어 컴프레서; 상기 에어 컴프레서의 산소 토출부로부터 토출되는 산소를 질소탈착용 산소와 외부토출용 산소로 분기하는 산소유량 분기밸브; 상기 산소유량 분기밸브에 의해 분기된 질소탈착용 산소를 상기 한 쌍의 흡착베드의 제 2 영역 방향으로 가압 제공하는 진공펌프; 상기 진공펌프에서 상기 한 쌍의 흡착베드의 제 2 영역 방향으로 제공되는 질소탈착용 산소가 상기 한 쌍의 흡착베드 중 어느 하나에만 제공되도록 상기 질소탈착용 산소의 흐름을 제어하는 산소흐름 제어밸브; 및 상기 제 1 공기유량 분기밸브, 상기 제 2 공기유량 분기밸브, 상기 한 쌍의 솔레노이트 밸브, 상기 에어 컴프레서, 상기 산소유량 분기밸브, 상기 진공펌프 및 상기 산소흐름 제어밸브의 동작을 제어하도록 설계된 프로세서를 포함한다. 또한, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역 대비 흡착베드 내에서 적은 영역을 차지한다.HEPA filter for filtering fine dust and ultra fine dust from the external air; A first air flow branch valve branching the external inflow air purified through the HEPA filter into air for inflow of solenoid and air for external discharge; A second air flow branch valve for branching the air for external discharge branched by the first air flow branch valve into air that is finally discharged to the outside and air supplied to the oxygen discharge unit of the air compressor; A pair of solenoid valves for controlling a flow rate of air for inflow of a solenoid that has passed through the first air flow branch valve; As a pair of adsorption beds comprising zeolite that selectively adsorbs nitrogen from the external inflow air introduced through the pair of solenoid valves, the molar ratio of Si and Al (Si/Al) is in the range of 0.90 to 1.10. A first region filled with a first zeolite formed by ion-exchanging lithium ions in LSX (Low Silica X) and having a molar ratio of Li and Al (Li/Al) in the range of 0.65 to 0.95; A second region formed by ion-exchanging calcium ions to the first zeolite and filled with a second zeolite having a Ca and Al molar ratio (Ca/Al) in the range of 0.25 to 0.45; And physically partitioning the first region and the second region, and the first zeolite located in the first region moves to the second region, or the second zeolite located in the second region is the first region. A pair of adsorption beds each including a zeolite-based membrane for controlling the movement of the membrane to the air; An air compressor including an oxygen discharge part for sucking oxygen from the pair of adsorption beds and discharging it to the outside, and a nitrogen discharge part for sucking and discharging nitrogen desorbed from the pair of adsorption beds to the outside; An oxygen flow divergence valve for branching the oxygen discharged from the oxygen discharge part of the air compressor into oxygen for nitrogen desorption and oxygen for external discharge; A vacuum pump for pressurizing and providing oxygen for nitrogen desorption branched by the oxygen flow branch valve in the direction of a second region of the pair of adsorption beds; An oxygen flow control valve for controlling the flow of oxygen for nitrogen desorption so that oxygen for nitrogen desorption provided in the direction of the second region of the pair of adsorption beds from the vacuum pump is provided to only one of the pair of adsorption beds; And controlling the operation of the first air flow branch valve, the second air flow branch valve, the pair of solenoid valves, the air compressor, the oxygen flow branch valve, the vacuum pump and the oxygen flow control valve. Includes the designed processor. In addition, the first area occupies a smaller area in the adsorption bed than the second area.

상기 공기청정 기능을 구비한 산소 발생 장치는 또한, 상기 헤파필터의 앞단 혹은 뒷단에 위치하는 수분흡수용 공기필터를 더 포함할 수 있다.The oxygen generating device having the air cleaning function may further include an air filter for absorbing moisture positioned at the front or rear end of the HEPA filter.

하나의 예시에서, 상기 한 쌍의 솔레노이드 밸브는 순차 교번 개폐될 수 있다.In one example, the pair of solenoid valves may be sequentially opened and closed alternately.

하나의 예시에서, 상기 제 1 및 제 2 제올라이트는 각각 직경이 1.5 mm 내지 5.0 mm의 범위 내에 있고, 미세 기공이 3Å 내지 10 Å의 범위 내에 있을 수 있다.In one example, each of the first and second zeolites may have a diameter in a range of 1.5 mm to 5.0 mm, and micropores may be in a range of 3 Å to 10 Å.

하나의 예시에서, 상기 제 1 제올라이트는 상기 제 2 제올라이트보다 상대적으로 큰 직경과 작은 미세 기공을 가질 수 있다.In one example, the first zeolite may have a relatively larger diameter and smaller micropores than that of the second zeolite.

하나의 예시에서, 상기 제올라이트계 멤브레인은 FAU 제올라이트, MFI 제올라이트, CHA 제올라이트, DDR 제올라이트 및 MWW 제올라이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 성분을 포함하는 메조포러스 멤브레인일 수 있다.In one example, the zeolite-based membrane may be a mesoporous membrane including any one component selected from the group consisting of FAU zeolite, MFI zeolite, CHA zeolite, DDR zeolite, and MWW zeolite.

상기 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는 또한, 상기 흡착베드로부터 제공되는 산소의 유량을 조절하는 산소유량 조절부; 및 상기 제 2 공기유량 분기밸브에 의해 분기되어 에어 컴프레서의 산소 토출부로 제공되는 공기의 유량을 조절하는 공기유량 조절부를 더 포함할 수 있다.The high-purity oxygen generating device having the air cleaning function may further include an oxygen flow rate control unit for adjusting the flow rate of oxygen provided from the adsorption bed; And an air flow rate control unit that is branched by the second air flow rate branch valve and controls the flow rate of air provided to the oxygen discharge unit of the air compressor.

상기 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는 또한, 상기 한 쌍의 흡착베드 전단에 위치하여 상기 한 쌍의 솔레노이드 밸브를 통과한 외부유입 공기가 상기 한 쌍의 흡착베드로 유입될 수 있도록 상기 외부유입 공기의 흐름을 제어하고, 질소탈착 공정에 의해 상기 한 쌍의 흡착베드로부터 배출되는 질소가 상기 질소 토출부를 통해 외부로 배출될 수 있도록 상기 질소의 흐름을 제어하는 한 쌍의 제 1 제어밸브; 및 상기 한 쌍의 흡착베드 후단에 위치하여 상기 한 쌍의 흡착베드로부터 배출되는 산소가 산소 토출부를 통해 외부로 배출될 수 있도록 상기 산소의 흐름을 제어하고, 상기 진공 펌프에서 상기 한 쌍의 흡착베드의 제 2 영역 방향으로 제공되는 질소탈착용 산소가 산소 토출부로 재유입되는 것을 방지할 수 있도록 상기 질소탈착용 산소의 흐름을 제어하는 한 쌍의 제 2 제어밸브를 더 포함할 수 있다. The high-purity oxygen generating device having the air cleaning function is also provided at the front end of the pair of adsorption beds so that external inflow air that has passed through the pair of solenoid valves can be introduced into the pair of adsorption beds. A pair of first control valves for controlling the flow of air and for controlling the flow of nitrogen so that nitrogen discharged from the pair of adsorption beds through the nitrogen desorption process is discharged to the outside through the nitrogen discharge unit; And controlling the flow of oxygen so that oxygen discharged from the pair of adsorption beds can be discharged to the outside through an oxygen discharge unit, located at the rear end of the pair of adsorption beds, and the pair of adsorption beds in the vacuum pump. It may further include a pair of second control valves for controlling the flow of the nitrogen desorption oxygen so as to prevent the nitrogen desorption oxygen provided in the direction of the second region of the re-inflow to the oxygen discharge unit.

상기 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는 또한, 상기 산소흐름 제어밸브를 통해 상기 한 쌍의 흡착베드의 제 2 영역 방향으로 제공되는 질소탈착용 산소 중 일부를 분기하여 상기 한 쌍의 흡착베드의 제 1 영역 방향으로 제공하도록 설계된 바이패스부를 더 포함할 수 있다.The high-purity oxygen generating device having the air cleaning function may further branch out some of the nitrogen desorption oxygen provided in the direction of the second region of the pair of adsorption beds through the oxygen flow control valve, and the pair of adsorption beds. It may further include a bypass unit designed to provide in the direction of the first area.

하나의 예시에서, 상기 한 쌍의 흡착베드 각각은 제 2 영역 방향으로 제공되는 산소에 의해 질소 탈착이 수행되는 제 1 흡착베드 및 제 1 영역 방향으로 제공되는 산소에 의해 질소 탈착이 수행되고 상기 제 1 흡착베드의 하부에 위치하는 제 2 흡착베드로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 고순도 산소 발생 장치는 상기 제 1 흡착베드의 제 2 영역 방향으로 상기 질소탈착용 산소가 제공되는 경우 상기 제 2 흡착베드의 제 1 영역 방향으로 상기 질소탈착용 산소가 제공되도록 상기 산소흐름 제어밸브 및 상기 바이패스부로부터 제공되는 산소의 흐름을 제어하는 제 3 내지 제 8 제어밸브를 더 포함할 수 있다.In one example, in each of the pair of adsorption beds, nitrogen desorption is performed by the first adsorption bed in which nitrogen is desorbed by oxygen provided in the direction of the second region, and the nitrogen desorption is performed by oxygen provided in the first region It may be composed of a second adsorption bed positioned below the first adsorption bed. In this case, when the oxygen for nitrogen desorption is provided in the direction of the second area of the first adsorption bed, the high-purity oxygen generating device provides the oxygen for nitrogen desorption in the direction of the first area of the second adsorption bed. It may further include a flow control valve and third to eighth control valves for controlling the flow of oxygen provided from the bypass unit.

본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는 외부유입 공기로부터 미세먼지나 초미세먼지를 효과적으로 제거하여 정화된 공기를 일정한 유량으로 토출함과 동시에 질소 탈착을 위해 흡착베드로 제공되는 산소 유량을 증가시키지 아니하고도 높은 질소 탈착 효율을 달성할 수 있어, 고순도의 산소를 유량 저감없이 토출할 수 있다.The high-purity oxygen generator with an air cleaning function according to the present invention effectively removes fine dust or ultra-fine dust from the incoming air, discharges the purified air at a constant flow rate, and at the same time, the oxygen flow rate provided to the adsorption bed for nitrogen desorption. It is possible to achieve high nitrogen desorption efficiency without increasing the amount, so that high purity oxygen can be discharged without reducing the flow rate.

본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는 또한, 흡착베드 내 제올라이트의 질소 탈착 효율 증대에 따라 흡착베드 교체 주기를 연장시킬 수 있어 타 산소 발생 장치 대비 장기 사용성이 우수하다.The high-purity oxygen generator having an air cleaning function according to the present invention can also extend the period of replacement of the adsorption bed according to the increase in the nitrogen desorption efficiency of the zeolite in the adsorption bed, and thus has superior long-term usability compared to other oxygen generators.

물론, 본 발명의 효과가 상기 언급한 범위 내로 제한되는 것은 아니다. Of course, the effect of the present invention is not limited within the above-mentioned range.

도 1, 4 및 7은 본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치의 일 구성 블록도이다.
도 2는 제올라이트의 파우지사이트 구조를 설명하기 위한 일 도면이다.
도 3은 흡착베드의 길이 방향에 따른 질소 농도 구배 및 질소 흡착율 구배를 설명하기 위한 일 도면이다.
도 5 및 6은 본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치 내 외부유입 공기, 산소 및 질소의 흐름을 보다 구체적으로 설명하기 위한 일 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 바이패스부의 구조를 보다 구체적으로 설명하기 위한 일 예시도이다. 1, 4, and 7 are block diagrams of a high-purity oxygen generating device having an air cleaning function according to the present invention.
2 is a diagram for explaining the structure of a zeolite phagesite.
3 is a view for explaining a nitrogen concentration gradient and a nitrogen adsorption rate gradient along the longitudinal direction of the adsorption bed.
5 and 6 are views for explaining in more detail the flow of external air, oxygen, and nitrogen in the high-purity oxygen generating device having an air cleaning function according to the present invention.
8 is an exemplary view for explaining in more detail the structure of the bypass unit according to the present invention.

이하, 본 발명에 대하여, 도면 및 예시를 들어 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to drawings and examples.

본 명세서에서, 단수의 표현은 달리 명시하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.In this specification, expressions in the singular include plural expressions unless otherwise specified.

본 명세서에서 사용되는 용어는, 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. The terms used in the present specification have selected general terms that are currently widely used as possible while considering functions in the present invention, but this may vary according to the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.

본 발명의 실시예들은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 특정한 실시 형태에 대해 범위를 한정하려는 것이 아니며, 발명된 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 실시예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the embodiments of the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the scope of the specific embodiment, it should be understood to include all the conversions, equivalents, and substitutes included in the invented spirit and technical scope. In describing the embodiments, when it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the subject matter, the detailed description thereof will be omitted.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소는 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In the present specification, terms such as first and second may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present specification, terms such as "comprise" or "consist" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other It is to be understood that the presence or addition of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance the possibility of being excluded.

본 명세서에서, "이루어지다" 또는 "이루어지는" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합 이외의 다른 구성이 포함되어 있지 아니함을 강조하기 위한 것으로써, 상기 구성 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제한 것으로 이해되어야 한다. In the present specification, terms such as “consisting of” or “consisting of” are used to emphasize that other configurations other than features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification are not included. , In addition to the above configuration, it is to be understood that the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof are excluded.

본 명세서에서 제시하는‘밸브’ 혹은 ‘부’는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하며, 적어도 하나의 프로세서에 의해 동작이 제어될 수 있다.A'valve' or'unit' presented in the present specification performs at least one function or operation, and the operation may be controlled by at least one processor.

본 명세서에서 용어 ‘고순도’는, 산소 토출 순도와 토출 유량과의 상관관계를 고려하였을 때, 타 산소 발생 장치 대비 상대적으로 높은 토출 유량을 유지하면서 순도가 높은 산소가 토출될 수 있음을 강조하기 위한 용어이다. 따라서, 상기 ‘고순도’라는 용어의 불명확함에도 불구하고, 본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치의 한정된 구조를 통해 본 발명을 명확히 특정하고 이해할 수 있음은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 사람에게 자명하다. In this specification, the term'high purity' is used to emphasize that oxygen with high purity can be discharged while maintaining a relatively high discharge flow rate compared to other oxygen generating devices when considering the correlation between the oxygen discharge purity and the discharge flow rate. It's a term. Therefore, despite the ambiguity of the term'high purity', it is clear that the present invention can be clearly specified and understood through the limited structure of the high-purity oxygen generator with an air cleaning function according to the present invention. It is self-evident to those who have

본 발명은 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치에 대한 것이다. The present invention relates to a high purity oxygen generating device having an air cleaning function.

본 발명에 따른 고순도 산소 발생 장치는 에어 컴프레서에 의해 흡입된 외부유입 공기로부터 제올라이트 흡착베드를 매개로 산소를 추출 혹은 분리하는 RVSA 방식의 산소 발생 장치로서, 전단에 위치하는 헤파필터 및 공기유량 분기밸브의 구성을 통해 공기청정 기능을 구비한 RVSA 방식의 공기청정 기능을 구비한 산소 발생 장치이다.The high-purity oxygen generating device according to the present invention is an RVSA type oxygen generating device that extracts or separates oxygen from external inlet air sucked by an air compressor through a zeolite adsorption bed, and a HEPA filter and an air flow branch valve located at the front end. It is an oxygen generating device with an air cleaning function of the RVSA method with an air cleaning function through the configuration of.

본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는, 가정용 혹은 차량용 이동형 산소 발생 장치로서, 5L/min 내지 15L/min의 토출 유량 범위와 30% 내지 99%의 산소 토출 순도 범위를 가질 수 있다.The high-purity oxygen generator having an air cleaning function according to the present invention is a portable oxygen generator for home or vehicle, and may have a discharge flow rate range of 5L/min to 15L/min and an oxygen discharge purity range of 30% to 99%. have.

일반적으로, RVSA 방식의 산소 발생 장치에서 흡착베드 내 제올라이트에 흡착되어 있는 질소탈착을 위해 질소탈착용 산소 유량을 증대시키는 경우, 퍼징에 따른 질소 탈착 효율이 증가하여 산소 순도 향상은 도모될 수 있지만, 분기된 산소 유량의 증가에 따라 최종적으로 외부 토출되는 산소 유량은 감소하게 되고, 이러한 문제는 공기청정 기능을 겸하는 산소 발생 장치에서 더욱 두드러진다. 따라서, 설치 환경이나 사용자의 선택에 따라 산소 순도와 유량을 적절히 조절하는 방법 이외에는 산소 유량과 산소 순도를 모두 향상시키는 어려웠다.In general, in the case of increasing the oxygen flow rate for nitrogen desorption for nitrogen desorption adsorbed on the zeolite in the adsorption bed in the RVSA type oxygen generating device, the nitrogen desorption efficiency according to purging increases, thereby improving the oxygen purity. As the branched oxygen flow rate increases, the oxygen flow rate finally discharged to the outside decreases, and this problem is more pronounced in the oxygen generating device that serves as an air cleaning function. Therefore, it was difficult to improve both the oxygen flow rate and the oxygen purity except for a method of properly adjusting the oxygen purity and flow rate according to the installation environment or user's selection.

본 발명자는, 상기 문제점을 극복하고자, 흡착베드를 길이 방향에 따라 2개의 영역으로 구획한 후, 상대적으로 퍼징 기체의 압력 로드가 심한 흡착베드의 전단 영역에는 흡착 질소의 탈착이 용이한 구조를 가지는 제올라이트 성분을 충전시키고 흡착베드의 출구 영역인 흡착베드의 후단 영역에는 상대적으로 질소 흡착능이 뛰어나 흡착베드에서 토출되는 기체 내 산소 순도 향상에 기여할 수 있는 제올라이트 성분을 충전시키며 후단 영역을 상대적으로 더 넓게 설계함으로써, 적은 유량의 질소 탈착용 산소를 이용하더라도 고순도의 산소를 토출할 수 있고, 궁극적으로 목적하는 고순도의 산소를 유량 저감없이 토출할 수 있으며, 앞단에 미세먼지나 초미세먼지를 제거하는 헤파필터와 공기유량 분기밸브를 구비하여 공기청정 기능 구현이 가능한 산소 발생 장치를 완성하기에 이르렀다.In order to overcome the above problems, the present inventors have a structure in which the adsorption bed is divided into two areas along the length direction, and then the adsorbed nitrogen is easily desorbed in the shear area of the adsorption bed where the pressure load of the purging gas is relatively severe. Zeolite components are filled and the rear end of the adsorption bed, which is the outlet area of the adsorption bed, is filled with a zeolite component that can contribute to the improvement of the purity of oxygen in the gas discharged from the adsorption bed because it has relatively excellent nitrogen adsorption capacity, and the rear end area is designed to be relatively wider. By doing so, it is possible to discharge high-purity oxygen even if oxygen for nitrogen desorption with a small flow rate is used, and ultimately, high-purity oxygen can be discharged without reducing the flow rate, and a HEPA filter that removes fine dust or ultra-fine dust at the front end. It has come to complete an oxygen generating device capable of implementing an air cleaning function by having an air flow divergence valve.

본 발명자는 또한, 상기 흡착베드를 길이 방향에 따라 2개 영역으로 구획하고 각각 상대적으로 질소 탈착이 용이한 구조를 가지는 제올라이트 및 상대적으로 질소 흡착능이 우수한 제올라이트를 충전시키는 것과 더불어, 분기된 질소 탈착용 산소를 흡착베드의 입구 방향으로 우회제공할 수 있도록 설계된 바이패스 구조를 도입함으로써, 상기 효과를 더욱 증대시키고자 하였다.The present inventor also divides the adsorption bed into two regions along the length direction, and fills a zeolite having a relatively easy nitrogen desorption structure and a zeolite having a relatively excellent nitrogen adsorption ability, and for branched nitrogen desorption. By introducing a bypass structure designed to provide oxygen to the inlet direction of the adsorption bed, it was intended to further increase the effect.

도 1은 본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치에 대한 일 구성 블록도가 도시되어 있다.1 is a block diagram showing a configuration of an apparatus for generating high purity oxygen having an air cleaning function according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는 외부유입 공기로부터 미세먼지 및 초미세먼지를 필터링하는 헤파필터(100); 헤파필터(100)를 통과하여 정화된 외부유입 공기를 솔레노이드 유입용 공기와 외부 노출용 공기로 분기시키는 제 1 공기유량 분기밸브(200); 제 1 공기유량 분기밸브(200)에 의해 분기된 외부 토출용 공기를 외부로 최종 토출되는 공기와 에어 컴프레서(600)의 산소 토출부(601)로 제공되는 공기로 분기시키는 제 2 공기유량 분기밸브(300); 제 1 공기유량 분기밸브(200)를 통과한 솔레노이드 유입용 공기의 유량을 제어하는 한 쌍의 솔레노이드 밸브(400); 한 쌍의 솔레노이드 밸브(400)를 통과하여 유입되는 외부유입 공기 중 질소를 선택적으로 흡착하는 제올라이트를 포함하는 한 쌍의 흡착베드(500)로서, Si와 Al의 몰비(Si/Al)가 0.90 내지 1.10의 범위 내에 있는 LSX(Low Silica X)에 리튬 이온을 이온 교환하여 형성되고 Li와 Al의 몰비(Li/Al)가 0.65 내지 0.95의 범위 내에 있는 제 1 제올라이트가 충전된 제 1 영역(501a,502a); 제 1 영역(501a,502a)의 후단에 위치하고 상기 제 1 제올라이트에 칼슘 이온을 이온 교환하여 형성되고 Ca와 Al의 몰비(Ca/Al)가 0.25 내지 0.45의 범위 내에 있는 제 2 제올라이트가 충전된 제 2 영역(501b,502b); 및 제 1 영역(501a,502a)과 상기 제 2 영역(501b,502b)을 물리적으로 구획하되 제 1 영역(501a,502a)에 위치하는 상기 제 1 제올라이트가 제 2 영역(501b,502b)으로 이동하거나 제 2 영역(501b,502b)에 위치하는 상기 제 2 제올라이트가 제 1 영역(501a,502a)으로 이동하는 것을 제어하는 제올라이트계 멤브레인(501c,502c)을 각각 포함하는 한 쌍의 흡착베드(500); 한 쌍의 흡착베드(500)로부터 산소를 흡입하여 외부로 토출하는 산소 토출부(601) 및 한 쌍의 흡착베드(500)로부터 탈착되는 질소를 흡입하여 외부로 토출하는 질소 토출부(602)를 포함하는 에어 컴프레서(600); 에어 컴프레서(600)의 산소 토출부(601)로부터 토출되는 산소를 질소탈착용 산소와 외부토출용 산소로 분기하는 산소유량 분기밸브(700); 산소유량 분기밸브(700)에 의해 분기된 질소탈착용 산소를 한 쌍의 흡착베드(500)의 제 2 영역 방향으로 가압 제공하는 진공펌프(800); 진공펌프(800)에서 한 쌍의 흡착베드(500)의 제 2 영역 방향으로 제공되는 질소탈착용 산소가 한 쌍의 흡착베드(500) 중 어느 하나에만 제공되도록 상기 질소탈착용 산소의 흐름을 제어하는 산소흐름 제어밸브(900); 및 제 1 공기유량 분기밸브(200), 제 2 공기유량 분기밸브(300), 한 쌍의 솔레노이트 밸브(400), 에어 컴프레서(600), 산소유량 분기밸브(700), 진공펌프(800) 및 산소흐름 제어밸브(900)의 동작을 제어하도록 설계된 프로세서(1000)를 포함한다. 또한, 제 1 영역(501a,502a)은 제 2 영역(501b,502b) 대비 흡착베드(500) 내에서 적은 영역을 차지한다.As shown in FIG. 1, a high-purity oxygen generating device having an air cleaning function according to the present invention includes: a HEPA filter 100 for filtering fine dust and ultra-fine dust from external air; A first air flow divergence valve 200 for branching the external inflow air purified through the HEPA filter 100 into the solenoid inflow air and the external exposure air; A second air flow divergence valve that diverges the air for external discharge branched by the first air flow divergence valve 200 into air that is finally discharged to the outside and air provided to the oxygen discharge unit 601 of the air compressor 600 (300); A pair of solenoid valves 400 for controlling a flow rate of air for inflow of solenoids that have passed through the first air flow rate branch valve 200; As a pair of adsorption beds 500 comprising zeolite that selectively adsorbs nitrogen from the external inflow air introduced through the pair of solenoid valves 400, the molar ratio of Si and Al (Si/Al) is 0.90 to A first region 501a filled with a first zeolite formed by ion-exchanging lithium ions in LSX (Low Silica X) within the range of 1.10 and having a molar ratio of Li and Al (Li/Al) within the range of 0.65 to 0.95, 502a); A second zeolite filled with a second zeolite located at the rear end of the first regions 501a and 502a and formed by ion-exchanging calcium ions with the first zeolite and having a molar ratio of Ca and Al (Ca/Al) in the range of 0.25 to 0.45. 2 areas 501b and 502b; And physically partitioning the first regions 501a and 502a and the second regions 501b and 502b, but the first zeolite located in the first regions 501a and 502a moves to the second regions 501b and 502b. Or a pair of adsorption beds 500 each including zeolite-based membranes 501c and 502c for controlling the movement of the second zeolite located in the second regions 501b and 502b to the first regions 501a and 502a. ); An oxygen discharge part 601 that sucks oxygen from the pair of adsorption beds 500 and discharges it to the outside, and a nitrogen discharge part 602 that sucks and discharges nitrogen desorbed from the pair of adsorption beds 500 to the outside. Air compressor 600 including; An oxygen flow rate branch valve 700 for branching oxygen discharged from the oxygen discharge unit 601 of the air compressor 600 into oxygen for nitrogen desorption and oxygen for external discharge; A vacuum pump 800 for pressurizing and providing oxygen for nitrogen desorption branched by the oxygen flow branch valve 700 in the direction of the second region of the pair of adsorption beds 500; Controls the flow of oxygen for nitrogen desorption so that oxygen for nitrogen desorption provided in the direction of the second area of the pair of adsorption beds 500 from the vacuum pump 800 is provided to only one of the pair of adsorption beds 500 An oxygen flow control valve 900; And a first air flow branch valve 200, a second air flow branch valve 300, a pair of solenoid valves 400, an air compressor 600, an oxygen flow branch valve 700, a vacuum pump 800. ) And a processor 1000 designed to control the operation of the oxygen flow control valve 900. In addition, the first regions 501a and 502a occupy a smaller region in the adsorption bed 500 than the second regions 501b and 502b.

본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치에 포함되는 헤퍼필터(100)는 산소 발생 장치의 공기 흡입구(미도시)로부터 유입되는 외부유입 공기에 존재하는 미세먼지 및 초미세먼지를 필터링하는 역할을 수행한다.The heper filter 100 included in the high-purity oxygen generating device having an air cleaning function according to the present invention filters fine dust and ultra-fine dust present in the external inlet air introduced from the air inlet (not shown) of the oxygen generating device Play a role.

헤파필터(100)는, 구체적으로 1㎛ 내지 10 ㎛의 직경을 가지는 유리섬유로 이루어진 필터로서, H10 내지 H14의 등급을 가져 0.3㎛ 입자에 대한 미세먼지 차단율이 85% 이상인 필터가 채용될 수 있다.The HEPA filter 100 is specifically a filter made of glass fibers having a diameter of 1 μm to 10 μm, and a filter having a grade of H10 to H14 and having a fine dust blocking rate of 85% or more for 0.3 μm particles may be employed. .

헤파필터(100)의 전단 또는 후단에는 수분이나 기타 오염물질을 제거하기 위한 필터가 더 위치할 수 있는데, 예를 들면 수분흡수용 공기필터 등이 더 위치할 수 있다.A filter for removing moisture or other pollutants may be further positioned at the front end or the rear end of the HEPA filter 100, for example, an air filter for absorbing moisture may be further positioned.

구체적인 예시에서, 본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는 헤파필터(100)의 앞단 혹은 뒷단에 위치하는 수분흡수용 공기필터를 더 포함할 수 있다.In a specific example, the apparatus for generating high purity oxygen having an air cleaning function according to the present invention may further include an air filter for absorbing moisture located at the front or rear end of the HEPA filter 100.

헤파필터(100)를 통과하여 정화된 외부유입 공기는 제 1 공기유량 분기밸브(200)에 의해 솔레노이드 유입용 공기와 외부 토출용 공기로 분기된다.The external inflow air purified through the HEPA filter 100 is branched into the solenoid inflow air and the external discharge air by the first air flow branch valve 200.

즉, 제 1 공기유량 분기밸브(200)는 헤파필터(100)를 통과하여 정화된 외부유입 공기 중 솔레노이드로 유입되어 고순도 산소를 생성하는데 이용되는 공기의 유량 배분을 결정하는 역할을 수행하는 구성으로서, 제 1 공기유량 분기밸브(200)의 동작 및 그에 따른 공기 유량 배분은, 프로세서(1000)의 의해 구현되고 제어될 수 있다.That is, the first air flow divergence valve 200 is a configuration that determines the distribution of the flow rate of air used to generate high-purity oxygen by entering the solenoid out of the external inflow air purified through the HEPA filter 100. , The operation of the first air flow rate branch valve 200 and the air flow rate distribution accordingly may be implemented and controlled by the processor 1000.

제 1 공기유량 제어밸브(200)를 통과한 공기 중 외부 토출용 공기는 에어 컴프레서(600)의 산소 토출부(601)로 유입되거나 산소 발생 장치 밖으로 최종 토출되는데, 이들 공기의 각 유량은 제 2 공기유량 분기밸브(300)에 의해 조절된다. The air for external discharge among the air that has passed through the first air flow control valve 200 is introduced into the oxygen discharge unit 601 of the air compressor 600 or is finally discharged out of the oxygen generating device, and each flow rate of these air is the second. The air flow rate is controlled by the branch valve 300.

즉, 제 2 공기유량 분기밸브(300)는 제 1 공기유량 분기밸브(200)에서 분기된 외부 토출용 공기 중 최종 외부 토출 공기와 컴프레서(600) 유입 공기 사이의 유량 배분을 결정하는 역할을 수행하는 구성으로서, 제 2 공기유량 분기밸브(300)의 동작 및 그에 따른 공기 유량 배분은, 프로세서(1000)의 의해 구현되고 제어될 수 있다.That is, the second air flow branch valve 300 determines the distribution of the flow rate between the final external discharge air and the inlet air of the compressor 600 among the air for external discharge branched from the first air flow branch valve 200. As a configuration, the operation of the second air flow rate branch valve 300 and the air flow rate distribution accordingly may be implemented and controlled by the processor 1000.

한편, 제 2 공기유량 분기밸브(300)의 최종 외부 토출 공기 방향에는 최종적으로 토출되는 외부 공기를 가압 제공하도록 설계된 진공펌프(미도시)나 외부 토출되는 공기로 인해 야기되는 소음을 제거하는 사일런서(silencer, 미도시) 등이 위치할 수 있다.On the other hand, in the direction of the final external discharged air of the second air flow branch valve 300, a vacuum pump (not shown) designed to pressurize the finally discharged external air or a silencer that removes noise caused by external air discharged ( silencer, not shown), etc. may be located.

제 1 공기유량 분기밸브(200)를 통과한 솔레노이드 유입용 공기는 한 쌍의 솔레노이드 밸브(400)로 유입된다.Air for solenoid inlet that has passed through the first air flow branch valve 200 is introduced into the pair of solenoid valves 400.

한 쌍의 솔레노이드 밸브(400)는 제 1 공기유량 분기밸브(200)를 통과한 솔레노이드 유입용 공기의 유량을 제어하는 역할을 수행하는 구성으로서, 프로세서(1000)의 제어 하에 순차 교번 개폐되어 외부 유입공기(솔레노이드 유입용 공기)를 한 쌍의 흡착베드(500) 중 어느 하나에 선택적으로 제공할 수 있다.A pair of solenoid valves 400 are configured to control the flow rate of air for solenoid inflow that has passed through the first air flow branch valve 200, and are sequentially opened and closed under the control of the processor 1000 to allow external inflow. Air (air for inflow of solenoid) may be selectively provided to any one of the pair of adsorption beds 500.

하나의 예시에서, 한 쌍의 솔레노이드 밸브(400)는 순차 교번 개폐될 수 있다. 상기에서 ‘순차 교번 개폐된다’는 것은, 한 쌍의 솔레노이드 밸브(400) 중 어느 하나가 열린 상태가 되어 외부유입 공기를 받아들인 후 한 쌍의 흡착베드(500) 중 어느 하나에 상기 외부유입 공기를 제공하는 경우, 다른 하나의 솔레노이드 밸브는 닫힌 상태가 되어 한 쌍의 흡착베드(500) 중 다른 하나에는 외부유입 공기가 제공되지 아니하도록 동작된다는 것을 의미한다. 한편, 한 쌍의 솔레노이드 밸브(400)의 교번 개폐 동작은, 프로세서(1000)에 의해 제어된다. In one example, the pair of solenoid valves 400 may be sequentially opened and closed alternately. In the above,'sequentially alternately opened and closed' means that one of the pair of solenoid valves 400 is opened to receive the external inflow air, and then the external inflow air to any one of the pair of adsorption beds 500 In the case of providing, it means that the other solenoid valve is in a closed state so that external inflow air is not provided to the other one of the pair of adsorption beds 500. On the other hand, the alternate opening and closing operation of the pair of solenoid valves 400 is controlled by the processor 1000.

한 쌍의 솔레노이드 밸브(400)를 통과한 외부유입 공기는 한 쌍의 흡착베드(500)에 유입된다. The external inflow air that has passed through the pair of solenoid valves 400 is introduced into the pair of adsorption beds 500.

한 쌍의 흡착베드(500)는 한 쌍의 솔레노이드 밸브(400)를 통과하여 유입되는 외부유입 공기 중 질소를 선택적으로 흡착하는 제올라이트를 포함하는 것으로써, 제 1 영역(501a,501b), 제 1 영역(501a,501b)의 후단에 위치하는 제 2 영역(502a,502b) 및 제 1 영역(501a,501b)과 제 2 영역(502a,502b)을 물리적으로 구획하는 제올라이트계 멤브레인(501c,502c)를 포함한다.The pair of adsorption beds 500 includes a zeolite that selectively adsorbs nitrogen from the external inflow air introduced through the pair of solenoid valves 400, and the first regions 501a and 501b, the first Zeolite membranes 501c and 502c that physically partition the second regions 502a and 502b and the first regions 501a and 501b and the second regions 502a and 502b located at the rear ends of the regions 501a and 501b Includes.

도 3에는 흡착베드의 길이 방향에 따른 질소 농도 구배 및 질소 흡착율 구배를 설명하기 위한 일 도면이 도시되어 있는데, 일반적으로 흡착베드(500) 앞단에 위치하는 영역은 상대적으로 질소 흡착율 증가 구배가 상승하는 반면 산소 퍼징에 의한 질소 탈착 효율은 저하되는 경향이 있고, 흡착베드(500)의 뒷단에 위치하는 영역은 상대적으로 질소 흡착율 증가 구배가 감소하는 반면 산소 퍼징에 의한 질소 탈착 효율 구배는 상승하는 특징이 있으며, 이는 본 발명과 같은 공기청정 기능을 구비한 산소 발생 장치에서 더욱 두드러진다 (도 3 점선).3 is a diagram for explaining the nitrogen concentration gradient and the nitrogen adsorption rate gradient along the length direction of the adsorption bed.In general, a region located in front of the adsorption bed 500 has a relatively increased nitrogen adsorption rate gradient. On the other hand, the nitrogen desorption efficiency due to oxygen purging tends to decrease, and the nitrogen adsorption rate increase gradient decreases in the area located at the rear end of the adsorption bed 500, whereas the nitrogen desorption efficiency gradient by oxygen purging increases. And, this is more pronounced in the oxygen generating device having the air cleaning function as in the present invention (Fig. 3 dotted line).

그러나, 본 발명에 따른 흡착베드(500)는 앞단에 위치하는 제 1 영역(501a,501b)에 질소 탈착 효율이 우수한 제 1 제올라이트를 충전시키고 뒷단에 위치하는 제 2 영역(502a,502b)에 질소 흡착 효율이 우수한 제 2 제올라이트를 충전시킴으로써, 흡착베드(500) 앞단에서의 질소 탈착 효율 저하를 방지함과 동시에 흡착베드(500) 뒷단에서의 질소 흡착 구배 경사를 유지할 수 있도록 하였다 (도 3 실선).However, in the adsorption bed 500 according to the present invention, the first zeolite having excellent nitrogen desorption efficiency is filled in the first regions 501a and 501b located at the front end, and the second regions 502a and 502b located at the rear end are filled with nitrogen. By filling the second zeolite having excellent adsorption efficiency, it was possible to prevent a decrease in nitrogen desorption efficiency at the front end of the adsorption bed 500 and to maintain the nitrogen adsorption gradient slope at the rear end of the adsorption bed 500 (Fig. 3 solid line). .

구체적으로, 제 1 영역(501a,501b)은, 한 쌍의 흡착베드(500) 앞단에 위치하는 영역으로써, 후단에 위치하는 제 2 영역(502a,502b) 대비 더 많은 질소탈착용 산소 기체의 압력 부하가 걸리기 때문에 질소 탈착 효율이 후단에 위치하는 제 2 영역(502a,502b)보다 상대적으로 떨어지는데, 본 발명에서는 제 1 영역(501a,501b)에 질소탈착 효율이 우수한 제 1 제올라이트를 충전시킴으로써 이러한 문제점을 극복하고자 하였다.Specifically, the first regions 501a and 501b are regions located at the front end of the pair of adsorption beds 500, and the pressure of oxygen gas for nitrogen desorption is higher than that of the second regions 502a and 502b located at the rear end. Due to the load, the nitrogen desorption efficiency is relatively inferior to the second regions 502a and 502b located at the rear end.In the present invention, this problem is achieved by filling the first zeolite with excellent nitrogen desorption efficiency in the first regions 501a and 501b. Tried to overcome.

더 구체적으로, 제 1 영역(501a,501b)은 Si와 Al의 몰비(Si/Al)가 0.90 내지 1.10의 범위 내에 있는 LSX(Low Silica X)에 리튬 이온을 이온 교환하여 형성되고 Li와 Al의 몰비(Li/Al)가 0.65 내지 0.95의 범위 내에 있는 제 1 제올라이트가 충전된다.More specifically, the first regions 501a and 501b are formed by ion-exchanging lithium ions in LSX (Low Silica X) in which the molar ratio of Si and Al (Si/Al) is in the range of 0.90 to 1.10. The first zeolite having a molar ratio (Li/Al) in the range of 0.65 to 0.95 is charged.

상기 제 1 제올라이트는, 우수한 질소 흡착능을 가짐과 동시에, 산소에 의한 질소 탈착이 용이한 구조인 사이트 III 내 존재하는 리튬 이온을 함유하는 파우지사이트 구조를 가지는 제올라이트이다.The first zeolite is a zeolite having a paugisite structure containing lithium ions present in site III, which has an excellent nitrogen adsorption capacity and facilitates nitrogen desorption by oxygen.

도 2에는 일반적인 파우지사이트 구조가 도시되어 있는데, 본 발명에 따른 파우지사이트 구조를 가지는 제 1 제올라이트는 사이트 I, 사이트 II 및 사이트 III 중 상대적으로 기공이 큰 사이트 III에 리튬 이온이 다수 위치할 수 있도록 리튬 이온과 Al의 몰비가 0.65 내지 0.95로 조절된 것을 특징으로 한다. FIG. 2 shows a general structure of a paugisite. In the first zeolite having a paugisite structure according to the present invention, a number of lithium ions may be located at sites III having relatively large pores among sites I, II, and III. It is characterized in that the molar ratio of lithium ions and Al is adjusted to 0.65 to 0.95.

즉, 상기 제 1 제올라이트는 Li와 Al의 몰비(Li/Al)가 0.65 내지 0.95의 범위 내에 있는 파우지사이트 구조의 LiLSX 일 수 있다. That is, the first zeolite may be LiLSX having a paugisite structure in which a molar ratio of Li and Al (Li/Al) is within a range of 0.65 to 0.95.

보다 구체적인 예시에서, 상기 제 1 제올라이트는 Li와 Al의 몰비(Li/Al)가 0.70 내지 0.95 또는 0.75 내지 0.95의 범위 내에 있는 파우지사이트 구조의 LiLSX 일 수 있다. In a more specific example, the first zeolite may be LiLSX having a paugisite structure in which the molar ratio of Li and Al (Li/Al) is in the range of 0.70 to 0.95 or 0.75 to 0.95.

상기 LiLSX는 LSX(Low Silica X)에 리튬 이온을 이온 교환하여 형성되는데, 상기에서 LSX(Low Silica X)는 Si와 Al의 몰비가 1에 인접한 합성 제올라이트로서 소달라이트(Sodalite)에서 육각형 면이 겹육각형 고리를 만들어 결합한 파우지사이트 구조를 가지는 제올라이트를 의미한다.The LiLSX is formed by ion-exchanging lithium ions with LSX (Low Silica X), wherein LSX (Low Silica X) is a synthetic zeolite in which the molar ratio of Si and Al is close to 1, and the hexagonal surface is overlapped in Sodalite. It refers to a zeolite that has a phagesite structure bonded by forming a hexagonal ring.

LSX(Low Silica X)에 리튬 이온을 이온 교환하는 방법은, 예를 들면 LiCl과 같은 염 1 내지 3M을 이용하여 LSX의 이온 교환을 수행하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The method of ion-exchanging lithium ions to LSX (Low Silica X) may include, for example, performing ion exchange of LSX using 1 to 3M salts such as LiCl, but is not limited thereto.

제 2 영역(502a,502b)은, 제 1 영역(501a,502a)의 후단에 위치하는 영역으로써, 전단에 위치하는 제 1 영역(501a,502a) 대비 더 높은 질소 흡착율을 가지는 제올라이트가 위치하여 흡착베드(500) 끝단의 산소 순도를 향상시키는 역할을 수행하는 영역이다.The second regions 502a and 502b are regions located at the rear ends of the first regions 501a and 502a, and zeolites having a higher nitrogen adsorption rate compared to the first regions 501a and 502a located at the front end are located and adsorbed. It is an area that serves to improve the oxygen purity at the end of the bed 500.

구체적으로, 제 2 영역(502a,502b)은 상기 제 1 제올라이트에 칼슘 이온을 이온 교환하여 형성되고 Ca와 Al의 몰비(Ca/Al)가 0.25 내지 0.45의 범위 내에 있는 제 2 제올라이트가 충전된다.Specifically, the second regions 502a and 502b are formed by ion-exchanging calcium ions with the first zeolite, and are filled with a second zeolite having a molar ratio of Ca and Al (Ca/Al) in the range of 0.25 to 0.45.

상기 제 2 제올라이트는, 세공 크기가 상대적으로 큰 사이트 III 뿐만 아니라, 사이트 I 및 II에도 질소를 흡착할 수 있는 칼슘 양이온이 위치하는 파우지사이트 구조를 가지는 제올라이트로서, 제 1 제올라이트 대비 우수한 질소흡착능을 가지는 제올라이트이다.The second zeolite is a zeolite having a paugisite structure in which a calcium cation capable of adsorbing nitrogen is located not only at sites III with a relatively large pore size, but also at sites I and II, and has superior nitrogen adsorption capacity compared to the first zeolite. Eggplant is a zeolite.

보다 구체적으로, 제 2 제올라이트는 제 1 제올라이트인 Li와 Al의 몰비(Li/Al)가 0.65 내지 0.95, 0.70 내지 0.95 또는 0.75 내지 0.95의 범위 내에 있는 파우지사이트 구조의 LiLSX에 칼슘 이온을 이온 교환하여 형성되고, Ca와 Al의 몰비(Ca/Al)가 0.25 내지 0.45의 범위 내에 있는 LiCaLSX 일 수 있다.More specifically, in the second zeolite, the molar ratio of Li and Al (Li/Al) as the first zeolite is in the range of 0.65 to 0.95, 0.70 to 0.95, or 0.75 to 0.95. And the molar ratio of Ca and Al (Ca/Al) may be LiCaLSX in a range of 0.25 to 0.45.

더 구체적인 예시에서, 상기 제 2 제올라이트는 Ca와 Al의 몰비(Ca/Al)가 0.25 내지 0.40 또는 0.25 내지 0.35의 범위 내에 있는 파우지사이트 구조의 LiCaLSX 일 수 있다.In a more specific example, the second zeolite may be LiCaLSX having a paugisite structure in which the molar ratio of Ca and Al (Ca/Al) is in the range of 0.25 to 0.40 or 0.25 to 0.35.

제 1 영역(501a,502a) 및 제 2 영역(502a,502b)에 각각 포함되는 제 1 제올라이트 및 제 2 제올라이트는 소정 직경을 가지는 구형, 반구형, 타원형 혹은 반타원형으로 내부에 세부 기공을 포함하는 다공성 입자 일 수 있다. 따라서, 제 1 제올라이트 및 제 2 제올라이트는 소정 입자 직경 및 세공 기공 직경을 가질 수 있다.The first zeolite and the second zeolite included in the first regions 501a and 502a and the second regions 502a and 502b, respectively, are spherical, hemispherical, elliptical, or semi-elliptical having a predetermined diameter, and are porous with detailed pores therein. It can be a particle. Accordingly, the first zeolite and the second zeolite may have a predetermined particle diameter and a pore pore diameter.

하나의 예시에서, 상기 제 1 및 제 2 제올라이트는 각각 직경이 1.5 mm 내지 5.0 mm의 범위 내에 있고, 미세 기공이 3Å 내지 10Å의 범위 내에 있을 수 있다.In one example, each of the first and second zeolites may have a diameter in a range of 1.5 mm to 5.0 mm, and micropores may be in a range of 3 Å to 10 Å.

한편, 입자 직경이 작고 미세 기공이 큰 제올라이트가 다수 위치하는 흡착베드 일수록 비표면적의 상대적 증가에 따른 질소 흡착 사이트의 증가로 인해, 질소흡착능 향상이 극대화될 수 있는 바, 제 2 제올라이트는 제 1 제올라이트 대비 상대적으로 큰 비표면적을 가지는 것으로써, 상대적으로 작은 직경을 가짐과 동시에 상대적으로 큰 미세 기공을 가지는 것 일 수 있다.On the other hand, as the adsorption bed in which a large number of zeolites with small particle diameters and large pores are located increases the nitrogen adsorption site due to a relative increase in specific surface area, the nitrogen adsorption capacity can be maximized, and the second zeolite is the first zeolite. Compared to the one having a relatively large specific surface area, it may have a relatively small diameter and a relatively large micropores.

하나의 예시에서, 상기 제 1 제올라이트는 상기 제 2 제올라이트보다 큰 직경을 가지고, 상기 제 2 제올라이트보다 작은 미세 기공을 가질 수 있다.In one example, the first zeolite may have a larger diameter than the second zeolite and may have micropores smaller than that of the second zeolite.

더 구체적인 예시에서, 제 1 제올라이트는 직경이 3.0mm 내지 5.0mm의 범위 내에 있고, 미세 기공이 3Å 내지 6Å의 범위 내에 있을 수 있고, 제 2 제올라이트는 직경이 1.5 mm 내지 2.5mm의 범위 내에 있고, 미세 기공이 7Å 내지 10Å의 범위 내에 있을 수 있다. In a more specific example, the first zeolite has a diameter in the range of 3.0 mm to 5.0 mm, the micropores may be in the range of 3 Å to 6 Å, the second zeolite has a diameter in the range of 1.5 mm to 2.5 mm, The micropores may be in the range of 7 Å to 10 Å.

상기와 같이, 제 1 영역(501a,502a) 및 제 2 영역(502a,502b)에 각각 상대적으로 질소 탈착 효율이 우수한 제 1 제올라이트와 상대적으로 질소 흡착능이 우수한 제 2 제올라이트를 포함시키고, 제 1 영역(501a,502a)의 흡착베드(500) 내 부피를 상대적으로 적게 구성함으로써, 적은 유량의 질소 탈착용 산소를 이용하더라도 고순도의 산소를 토출할 수 있고, 궁극적으로 목적하는 고순도의 산소를 유량 저감없이 토출할 수 있다.As described above, the first zeolite having relatively excellent nitrogen desorption efficiency and the second zeolite having relatively excellent nitrogen adsorption capacity are included in the first regions 501a and 502a and the second regions 502a and 502b, respectively, and the first region By configuring the volume in the adsorption bed 500 of the (501a, 502a) relatively small, high-purity oxygen can be discharged even when oxygen for nitrogen desorption with a small flow rate is used, and ultimately, the desired high-purity oxygen is not reduced in flow rate. Can discharge.

즉, 제 1 영역(501a,502a)은 제 2 영역(502a,502b) 대비 흡착베드 내에서 적은 영역을 차지하는데, 이는 질소 탈착 효율의 향상에 기여하는 영역을 질소 흡착에 기여는 영역 대비 더 넓게 설계하는 경우, 고순도 산소를 유량 저감없이 발생시키고자 하는 본 발명의 목적을 달성할 수 없어 바람직하지 않기 때문이다.That is, the first areas 501a and 502a occupy a smaller area in the adsorption bed than the second areas 502a and 502b, which makes the area contributing to the improvement of nitrogen desorption efficiency wider than the area contributing to nitrogen adsorption. This is because, in the case of design, the object of the present invention to generate high-purity oxygen without reducing the flow rate cannot be achieved, and it is not preferable.

보다 구체적으로, 제 1 영역(501a,502a)은 흡착베드(500) 전체 길이 대비 20 % 내지 45% 또는 20% 내지 40%에 해당하는 영역을 차지할 수 있다.More specifically, the first areas 501a and 502a may occupy an area corresponding to 20% to 45% or 20% to 40% of the total length of the adsorption bed 500.

제 1 영역(501a,502a)과 제 2 영역(502a,502b)의 사이에는 상기 각 영역을 물리적으로 구분하는 제올라이트계 멤브레인(501c,502c)이 위치한다.Zeolitic membranes 501c and 502c that physically divide the regions are positioned between the first regions 501a and 502a and the second regions 502a and 502b.

제올라이트계 멤브레인(501c,502c)은 제 1 영역(501a,502a)과 제 2 영역(502a,502b)을 물리적으로 구획하되 제 1 영역(501a,502a)에 위치하는 상기 제 1 제올라이트가 제 2 영역(502a,502b)으로 이동하거나 제 2 영역(502a,502b)에 위치하는 상기 제 2 제올라이트가 제 1 영역(501a,502a)으로 이동하는 것을 제어하는 역할을 수행한다.The zeolite-based membranes 501c and 502c physically partition the first regions 501a and 502a and the second regions 502a and 502b, but the first zeolite located in the first regions 501a and 502a is the second region. It plays a role of controlling the movement of the second zeolite to the first regions 501a and 502a or moving to 502a and 502b or located in the second regions 502a and 502b.

제올라이트계 멤브레인(501c,502c)은 흡착베드(500)의 제 1 영역(501a,502a)과 제 2 영역(502a,502b) 각각에 존재하는 제올라이트가 상호 이동하는 것을 제어함과 동시에 공기 기체 내 산소나 질소가 자유롭게 통과할 수 있을 정도의 기공을 가지는 메조포러스(mesoporous) 멤브레인 일 수 있다.The zeolite-based membranes 501c and 502c control the movement of zeolites in each of the first regions 501a and 502a and the second regions 502a and 502b of the adsorption bed 500 and control oxygen in the air gas. It may be a mesoporous membrane having pores that allow nitrogen to pass freely.

하나의 예시에서, 제올라이트계 멤브레인(501c,502c)은 FAU 제올라이트, MFI 제올라이트, CHA 제올라이트, DDR 제올라이트 및 MWW 제올라이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 성분을 포함하는 메조포러스(mesoporous) 멤브레인 일 수 있다.In one example, the zeolite membranes 501c and 502c may be a mesoporous membrane including any one component selected from the group consisting of FAU zeolite, MFI zeolite, CHA zeolite, DDR zeolite, and MWW zeolite. .

외부유입 공기는 한 쌍의 흡착베드(500)를 통과하면 질소가 제거된 고순도 산소로 변화하는데, 이는 질소 탈착 공정에서 의해 한 쌍의 흡착베드(500)로부터 토출되는 질소와 함께 에어 컴프레서(600)로 흡입된다.When the external inflow air passes through the pair of adsorption beds 500, nitrogen is removed and changes to high-purity oxygen, which is the air compressor 600 together with nitrogen discharged from the pair of adsorption beds 500 by the nitrogen desorption process. Is inhaled.

에어 컴프레서(600)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 흡착베드(500)로부터 산소를 흡입하여 외부로 토출하는 산소 토출부(601) 및 한 쌍의 흡착베드(500)로부터 탈착되는 질소를 흡입하여 외부로 토출하는 질소 토출부(602)를 포함한다.The air compressor 600, as shown in FIG. 1, sucks oxygen from a pair of adsorption beds 500 and discharges them to the outside, and is desorbed from the pair of adsorption beds 500. It includes a nitrogen discharge unit 602 for sucking nitrogen and discharging it to the outside.

에어 컴프레서(600)는 산소 토출부(601)와 질소 토출부(602)를 포함하여, 각각 산소와 질소를 흡입한 후, 외부로 토출하는 역할을 수행하는 구성이다.The air compressor 600 includes an oxygen discharging unit 601 and a nitrogen discharging unit 602, respectively, inhaling oxygen and nitrogen, and then discharging them to the outside.

구체적으로, 산소 토출부(601)는 한 쌍의 흡착베드(500) 각각으로부터 고순도 산소를 흡입하고, 외부유입 공기와 적절히 혼합하여 소정 유량 및 소정 농도의 산소를 외부 토출한다.Specifically, the oxygen discharging unit 601 sucks high-purity oxygen from each of the pair of adsorption beds 500, mixes it properly with external inflow air, and discharges oxygen having a predetermined flow rate and a predetermined concentration to the outside.

한편, 목적 산소 유량 및 순도에 따라 외부유입 공기의 혼합 정도를 변경하기 위해 본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는 한 쌍의 흡착베드(300) 각각으로부터 제공되는 고순도 산소의 유량을 제어하는 산소유량 조절부(1100) 및 제 2 공기유량 분기밸브(300)에 의해 분기되어 에어 컴프레서(600)의 산소 토출부(601)로 제공되는 공기의 유량을 조절하는 공기유량 조절부(1200)를 더 포함할 수 있다.On the other hand, in order to change the degree of mixing of the external inflow air according to the target oxygen flow rate and purity, the high purity oxygen generating device having the air cleaning function according to the present invention is the flow rate of high purity oxygen provided from each of the pair of adsorption beds 300 An air flow rate control unit that is branched by the oxygen flow rate control unit 1100 and the second air flow rate branch valve 300 to control the air flow rate control unit to control the flow rate of air supplied to the oxygen discharge unit 601 of the air compressor 600 ( 1200) may be further included.

보다 구체적으로, 도 4 내지 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는 흡착베드(500)로부터 제공되는 산소의 유량을 조절하는 산소유량 조절부(1100); 및 제 2 공기유량 분기밸브(300)에 의해 분기되어 에어 컴프레서(600)의 산소 토출부(601)로 제공되는 공기의 유량을 조절하는 공기유량 조절부(1200)를 더 포함할 수 있다. 산소유량 조절부(1100) 및 공기유량 조절부(1200)는 프로세서(1000)의 제어 하에 각각 흡착베드(500)를 통과한 산소의 유량 및 제 2 공기유량 분기밸브(300)에 의해 분기되어 에어 컴프레서(600)의 산소 토출부(601)로 제공되는 공기의 유량을 조절할 수 있다.More specifically, as shown in FIGS. 4 to 7, the high-purity oxygen generating device having an air cleaning function according to the present invention includes an oxygen flow rate control unit 1100 for adjusting the flow rate of oxygen provided from the adsorption bed 500 ; And an air flow rate control unit 1200 that is branched by the second air flow rate branch valve 300 and adjusts the flow rate of air provided to the oxygen discharge unit 601 of the air compressor 600. The oxygen flow rate control unit 1100 and the air flow rate control unit 1200 are branched by the flow rate of oxygen passing through the adsorption bed 500 and the second air flow rate branching valve 300, respectively, under the control of the processor 1000, The flow rate of air provided to the oxygen discharge unit 601 of the compressor 600 may be adjusted.

질소 토출부(602)는 한 쌍의 흡착베드(500)로부터 탈착되는 질소를 흡입하여 외부로 토출하는데, 구체적으로 한 쌍의 흡착베드(500)의 제 1 영역으로부터 토출되는 질소를 흡입하여 외부로 토출할 수 있다.The nitrogen discharge unit 602 sucks nitrogen desorbed from the pair of adsorption beds 500 and discharges it to the outside. Specifically, nitrogen discharged from the first area of the pair of adsorption beds 500 is sucked to the outside. Can discharge.

다른 예시에서, 도 7에 도시되어 있는 것처럼, 본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치가 질소탈착용 산소를 흡착베드(500)로 유입시키기 위해 바이패스 구조를 가지는 경우, 질소 토출부(602)는 한 쌍의 흡착베드(500)의 제 1 영역(501a,502a) 및 제 2 영역(501b,502b)으로부터 토출되는 질소를 흡입하여 외부로 토출할 수 있다.In another example, as shown in FIG. 7, when the high-purity oxygen generating device having an air cleaning function according to the present invention has a bypass structure to introduce oxygen for nitrogen desorption into the adsorption bed 500, nitrogen discharge The unit 602 may suck nitrogen discharged from the first regions 501a and 502a and the second regions 501b and 502b of the pair of adsorption beds 500 and discharge them to the outside.

에어 컴프레서(600)의 질소 토출부(602) 후단에는, 예를 들면 토출되는 질소에 의해 발생하는 소음을 줄이기 위한 사일런서(sliencer, 미도시)가 위치할 수 있다.A silencer (not shown) for reducing noise generated by, for example, discharged nitrogen may be located at a rear end of the nitrogen discharge unit 602 of the air compressor 600.

또한, 에어 컴프레서(600)의 산소 토출부(601) 후단에는 에어 컴프레서(600)의 산소 토출부(601)로부터 토출되는 산소를 질소탈착용 산소와 외부토출용 산소로 분기하는 산소유량 분기밸브(700)가 위치한다.In addition, at the rear end of the oxygen discharge part 601 of the air compressor 600, an oxygen flow divergence valve that diverges the oxygen discharged from the oxygen discharge part 601 of the air compressor 600 into oxygen for nitrogen desorption and oxygen for external discharge ( 700) is located.

산소유량 분기밸브(700)는 산소 토출부(601)로부터 토출되는 산소를 질소탈착용 산소와 외부토출용 산소로 분기하는 역할을 수행하는 구성으로써, 프로세서(1000)의 제어 하에 동작되어 분기 시간 및 분기 유량 등이 조절될 수 있다.The oxygen flow divergence valve 700 is a component that serves to branch oxygen discharged from the oxygen discharge unit 601 into oxygen for nitrogen desorption and oxygen for external discharge, and is operated under the control of the processor 1000 to determine the branch time and Branch flow and the like can be adjusted.

산소유량 분기밸브(700)에서 분기된 외부토출용 산소는 산소 발생 장치 외부로 토출되고, 질소탈착용 산소는 진공펌프(800)를 매개로 흡착베드(500)에 제공된다.Oxygen for external discharge branched from the oxygen flow branch valve 700 is discharged to the outside of the oxygen generator, and oxygen for nitrogen desorption is provided to the adsorption bed 500 via the vacuum pump 800.

진공펌프(800)는 산소유량 분기밸브(700)에 의해 분기된 질소탈착용 산소를 상기 한 쌍의 흡착베드(500)의 제 2 영역 방향으로 가압 제공하는 역할을 수행하는 구성으로서, 프로세서(1000)의 제어 하에 압력 및 구동 조건이 설정될 수 있다.The vacuum pump 800 is a component that serves to pressurize and provide oxygen for nitrogen desorption branched by the oxygen flow branch valve 700 in the direction of the second region of the pair of adsorption beds 500, and the processor 1000 ) Under the control of pressure and driving conditions can be set.

진공펌프(800)를 통과하여 가압된 질소탈착용 산소는 흡착베드(500)의 제 2 영역 방향으로 제공되는데, 이 때 산소흐름 제어밸브(900)는 질소탈착용 산소가 한 쌍의 흡착베드(500) 중 어느 하나에만 제공되도록 상기 질소탈착용 산소의 흐름을 제어하는 역할을 수행한다.The oxygen for nitrogen desorption pressurized by passing through the vacuum pump 800 is provided in the direction of the second area of the adsorption bed 500, in which case the oxygen flow control valve 900 contains a pair of adsorption beds ( 500) serves to control the flow of oxygen for nitrogen desorption so that only one of them is provided.

구체적으로, 산소흐름 제어밸브(900)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 진공펌프(800)를 통과하여 가압된 질소탈착용 산소가 하단 흡착베드의 제 2 영역 방향으로만 제공되도록 상기 질소탈착용 산소의 흐름을 제어할 수 있다.Specifically, the oxygen flow control valve 900, as shown in FIG. 5, the nitrogen desorption so that oxygen for nitrogen desorption pressurized through the vacuum pump 800 is provided only in the direction of the second area of the lower adsorption bed. Wear can control the flow of oxygen.

다른 예시에서, 산소흐름 제어밸브(900)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 진공펌프(800)를 통과하여 가압된 질소탈착용 산소가 상단 흡착베드의 제 2 영역 방향으로만 제공되도록 상기 질소탈착용 산소의 흐름을 제어할 수 있다.In another example, the oxygen flow control valve 900, as shown in Figure 6, so that the nitrogen desorption oxygen pressurized through the vacuum pump 800 is provided only in the direction of the second region of the upper adsorption bed. The flow of oxygen for desorption can be controlled.

본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치의 각 구성은 프로세서(1000)의 제어 하에 동작되고 구현된다.Each configuration of the apparatus for generating high purity oxygen having an air cleaning function according to the present invention is operated and implemented under the control of the processor 1000.

구체적으로, 프로세서(1000)는 제 1 공기유량 분기밸브(200), 제 2 공기유량 분기밸브(300), 한 쌍의 솔레노이트 밸브(400), 에어 컴프레서(600), 산소유량 분기밸브(700), 진공펌프(800) 및 산소흐름 제어밸브(900)의 동작을 제어하도록 설계된다.Specifically, the processor 1000 includes a first air flow branch valve 200, a second air flow branch valve 300, a pair of solenoid valves 400, an air compressor 600, and an oxygen flow branch valve ( 700), it is designed to control the operation of the vacuum pump 800 and the oxygen flow control valve 900.

프로세서(1000)는 본 발명에 따른 산소 발생 장치의 각 구성을 제어하는 역할을 수행하는 구성으로서, 각 구성과 전기적 신호로 연결되어 각 구성의 동작 및 구동을 제어할 수 있다.The processor 1000 is a component that controls each component of the oxygen generating device according to the present invention, and is connected to each component through an electrical signal to control the operation and driving of each component.

프로세서(1000)는 또한, 한 쌍의 흡착베드(500)의 어느 일단에 위치하고 질소 탈착 효율을 측정할 수 있는 센서로부터 획득되는 질소 탈착 효율 측정 결과에 따라 사용자에게 산소 발생 장치 내 흡착베드(500)의 교체 주기 알림을 제공할 수 있도록 설계될 수 있다. 상기 교체 주기 알림은, 예를 들면 LED 램프나 음성 알림 등으로 구현될 수 있고, 각 알림 구성은 프로세서(1000)의 제어 하에 구동 및 동작될 수 있다.The processor 1000 also provides the user with the adsorption bed 500 in the oxygen generating device according to the nitrogen desorption efficiency measurement result obtained from a sensor located at one end of the pair of adsorption beds 500 and capable of measuring the nitrogen desorption efficiency. It can be designed to provide notification of replacement cycles. The notification of the replacement cycle may be implemented by, for example, an LED lamp or a voice notification, and each notification configuration may be driven and operated under the control of the processor 1000.

본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는 또한, 질소 탈착 효율의 증대 및 그에 따른 고순도 산소의 적정 유량 토출을 위해 설계된 바이패스 구조를 더 포함할 수 있다.The high-purity oxygen generating apparatus having an air cleaning function according to the present invention may further include a bypass structure designed to increase nitrogen desorption efficiency and discharge an appropriate flow rate of high-purity oxygen.

하나의 예시에서, 본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는, 도 7에 도시된 바와 같이, 산소흐름 제어밸브(900)를 통해 한 쌍의 흡착베드(500)의 제 2 영역 방향으로 제공되는 질소탈착용 산소 중 일부를 분기하여 한 쌍의 흡착베드(500)의 제 1 영역 방향으로 제공하도록 설계된 바이패스부(1300)를 더 포함할 수 있다.In one example, the high-purity oxygen generating device having an air cleaning function according to the present invention is a second area of the pair of adsorption beds 500 through the oxygen flow control valve 900, as shown in FIG. A bypass part 1300 designed to branch out some of the oxygen for nitrogen desorption provided in the direction and provide it in the direction of the first region of the pair of adsorption beds 500 may be further included.

도 8에는 본 발명에 따른 바이패스부(1300)의 상세 구조를 설명하기 위한 일 예시도가 도시되어 있는데, 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 바이패스부(1300)은 산소흐름 제어밸브(900)를 통해 한 쌍의 흡착베드(500)의 제 2 영역 방향으로 제공되는 질소탈착용 산소 중 일부를 우회하여 흡착베드(500)의 제 1 영역 방향으로 제공함으로써, 흡착베드(500) 내 질소 탈착 효율 향상을 극대화 시키고, 궁극적으로 고순도 산소를 유량 저감없이 외부로 토출할 수 있도록 도와주는 구성이다.8 is an exemplary diagram for explaining the detailed structure of the bypass unit 1300 according to the present invention. As shown in FIG. 8, the bypass unit 1300 is an oxygen flow control valve 900 ) By bypassing some of the oxygen for nitrogen desorption provided in the direction of the second area of the pair of adsorption beds 500 and providing it in the direction of the first area of the adsorption bed 500, thereby desorbing nitrogen in the adsorption bed 500 It maximizes efficiency improvement and ultimately helps to discharge high-purity oxygen to the outside without reducing the flow rate.

본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치가 바이패스부(1300)를 포함할 경우, 도 8에 도시된 것처럼, 한 쌍의 흡착베드(500) 각각은 2단 구조의 개별 흡착베드가 적층되어 있는 구조를 가지고, 각 개별 흡착베드로의 질소탈착용 산소 공급은 개별 제어밸브에 의해 제어될 수 있다. When the high-purity oxygen generating device having an air cleaning function according to the present invention includes the bypass unit 1300, as shown in FIG. 8, each of the pair of adsorption beds 500 is an individual adsorption bed having a two-stage structure. With a stacked structure, oxygen supply for nitrogen desorption to each individual adsorption bed can be controlled by individual control valves.

구체적인 예시에서, 도 8에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 고순도 산소 발생 장치가 바이패스부(1500)를 포함할 경우, 한 쌍의 흡착베드 각각은 제 2 영역 방향으로 제공되는 산소에 의해 질소 탈착이 수행되는 제 1 흡착베드(5011) 및 제 1 영역 방향으로 제공되는 산소에 의해 질소 탈착이 수행되고 제 1 흡착베드(5011)의 하부에 위치하는 제 2 흡착베드(5012)로 이루어질 수 있으며, 이 때 본 발명의 고순도 산소 발생 장치는 제 1 흡착베드(5011)의 제 2 영역 방향으로 상기 질소탈착용 산소가 제공되는 경우 상기 제 2 흡착베드(5012)의 제 1 영역 방향으로 상기 질소탈착용 산소가 제공되도록 산소흐름 제어밸브(900) 및 바이패스부(1300)로부터 제공되는 산소의 흐름을 제어하는 제 3 내지 제 8 제어밸브(미도시)를 더 포함할 수 있다. In a specific example, as shown in FIG. 8, when the high-purity oxygen generating device according to the present invention includes the bypass unit 1500, each of the pair of adsorption beds is desorbed by nitrogen by oxygen provided in the direction of the second region. Nitrogen desorption is performed by the performed first adsorption bed 5011 and oxygen provided in the direction of the first region, and may consist of a second adsorption bed 5012 located below the first adsorption bed 5011, At this time, the high-purity oxygen generating device of the present invention is used for desorption of nitrogen in the direction of the first area of the second adsorption bed 5012 when oxygen for nitrogen desorption is provided in the direction of the second area of the first adsorption bed 5011. The oxygen flow control valve 900 and third to eighth control valves (not shown) for controlling the flow of oxygen provided from the bypass unit 1300 may be further included to provide oxygen.

상기 제 3 내지 제 8 제어밸브는, 적층 구조의 흡착베드가 상호 역방향 퍼징이 이루어질 수 있도록 질소탈착용 산소의 흐름을 제어하는 역할을 수행하는 구성으로서, 예를 들면 프로세서(1000)의 제어 하에 각각 개별적으로 개폐되어 전술한 질소탈착용 산소 흐름 제어를 구현할 수 있다The third to eighth control valves are configured to control the flow of oxygen for nitrogen desorption so that the adsorption beds of the stacked structure can be purged in opposite directions, for example, under the control of the processor 1000, respectively. It can be individually opened and closed to implement the aforementioned oxygen flow control for nitrogen desorption.

보다 구체적으로, 프로세서(1000)는 제 1 흡착베드(5011)의 제 2 영역 방향으로 상기 질소탈착용 산소가 제공되는 경우 제 2 흡착베드(5012)의 제 1 영역 방향으로 상기 질소탈착용 산소가 제공되도록 상기 제 3 내지 제 8 제어밸브의 개폐를 제어할 수 있다.More specifically, when the oxygen for nitrogen desorption is provided in the direction of the second area of the first adsorption bed 5011, the processor 1000 may provide the oxygen for nitrogen desorption in the direction of the first area of the second adsorption bed 5012. Opening and closing of the third to eighth control valves may be controlled to be provided.

본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는, 전술한 구성들을 통해, 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는 외부유입 공기로부터 미세먼지나 초미세먼지를 효과적으로 제거하여 정화된 공기를 일정한 유량으로 토출함과 동시에 질소 탈착을 위해 흡착베드로 제공되는 산소 유량을 증가시키지 아니하고도 높은 질소 탈착 효율을 달성할 수 있고, 고순도의 산소를 유량 저감없이 토출할 수 있는 효과를 달성할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는 흡착베드 내 제올라이트의 질소 탈착 효율 증대에 따라 흡착베드 교체 주기를 연장시킬 수 있어 타 산소 발생 장치 대비 장기 사용성이 우수한 이점이 있다.The high-purity oxygen generating device having an air cleaning function according to the present invention, through the above-described configurations, the high-purity oxygen generating device having an air cleaning function, effectively removes fine dust or ultra-fine dust from the inflow air At the same time, high nitrogen desorption efficiency can be achieved without increasing the flow rate of oxygen provided to the adsorption bed for nitrogen desorption while discharging at a constant flow rate, and the effect of discharging high-purity oxygen without reducing the flow rate can be achieved. . In addition, the high-purity oxygen generating device having an air cleaning function according to the present invention can extend the period of replacement of the adsorption bed according to the increase in the nitrogen desorption efficiency of zeolite in the adsorption bed, and thus has an advantage of superior long-term usability compared to other oxygen generating devices.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치 내 외부유입 공기, 산소 및 질소의 흐름과 이에 필요한 추가 구성을 설명한다.Hereinafter, flows of external air, oxygen, and nitrogen in the high-purity oxygen generator having an air cleaning function according to the present invention and additional configurations required therefor will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

도 5에는 한 쌍의 흡착베드(500) 중 상단 흡착베드로부터 고순도 산소가 토출되고, 하단 흡착베드가 산소 퍼징되는 경우, 각 기체의 흐름을 설명하기 위한 일 기체 흐름도가 도시되어 있다. FIG. 5 shows a gas flow diagram for explaining the flow of each gas when high-purity oxygen is discharged from the upper adsorption bed among the pair of adsorption beds 500 and the lower adsorption bed is purged with oxygen.

도 5에 도시된 바와 같이, 외부유입 공기는 헤파필터(100)를 거쳐 제 1 공기유량 분기밸브(200)를 통해 외부 토출용 공기와 솔레노이드 유입용 공기로 분기되고, 상기 외부 토출용 공기는 제 2 공기유량 분기밸브(300)를 통해 최종 외부 토출되거나 혹은 에어 컴프레서(600)의 산소 토출부(601)로 제공되며 상기 솔레노이드 유입용 공기는 한 쌍의 솔레노이드 밸브(200) 중 상단 솔레노이브 밸브를 통해 유입된 후, 한 쌍의 흡착베드(500) 중 상단 흡착베드를 통과하게 되며, 상단 흡착베드를 통과한 솔레노이드 유입용 공기는 질소가 제거된 고순도 산소로 토출되어 제어 밸브(제 2 제어밸브)의 제어 하에 에어 컴프레서(600)로 흡입되고, 산소유량 분기밸브(700)에 의해 외부토출용 산소와 질소흡착용 산소로 분기된 후, 각각 외부 및 진공 펌프(800) 방향으로 토출된다. 이어서, 진공펌프(800) 방향으로 제공되는 질소흡착용 산소는 산소흐름 제어밸브(900)에 의해 하단 흡착베드로만 공급되어 질소 탈착 공정을 수행한다. 이어서, 질소 탈착 공정이 수행된 하단 흡착베드의 제 1 영역 방향에서는 질소가 토출되어 에어 컴프레서(600)의 질소 토출부(601)를 매개로 외부로 배출된다. As shown in FIG. 5, the external inlet air is branched into the air for external discharge and the air for inflow of the solenoid through the first air flow branch valve 200 through the HEPA filter 100, and the air for external discharge is removed. 2 Final external discharge through the air flow branch valve 300 or provided to the oxygen discharge part 601 of the air compressor 600, and the air for inflow of the solenoid is the upper solenoid valve among the pair of solenoid valves 200 After being introduced through the pair of adsorption beds 500, it passes through the upper adsorption bed, and the air for solenoid inflow that has passed through the upper adsorption bed is discharged as high-purity oxygen from which nitrogen has been removed, and a control valve (the second control valve ) Under the control of the air compressor 600, branched into oxygen for external discharge and oxygen for nitrogen adsorption by the oxygen flow branch valve 700, and then discharged to the outside and the vacuum pump 800, respectively. Subsequently, oxygen for nitrogen adsorption provided in the direction of the vacuum pump 800 is supplied only to the lower adsorption bed by the oxygen flow control valve 900 to perform a nitrogen desorption process. Subsequently, nitrogen is discharged in the direction of the first area of the lower adsorption bed in which the nitrogen desorption process is performed, and is discharged to the outside through the nitrogen discharge part 601 of the air compressor 600.

반대로, 한 쌍의 흡착베드(500) 중 하단 흡착베드로부터 고순도 산소가 토출되고, 상단 흡착베드가 산소 퍼징되는 경우, 각 기체의 흐름을 설명하기 위한 일 기체 흐름도가 도 6에 도시되어 있다. Conversely, when high-purity oxygen is discharged from the lower adsorption bed of the pair of adsorption beds 500 and the upper adsorption bed is purged with oxygen, a gas flow diagram for explaining the flow of each gas is shown in FIG. 6.

도 6에 도시된 바와 같이, 외부유입 공기는 헤파필터(100)를 거쳐 제 1 공기유량 분기밸브(200)를 통해 외부 토출용 공기와 솔레노이드 유입용 공기로 분기되고, 상기 외부 토출용 공기는 제 2 공기유량 분기밸브(300)를 통해 최종 외부 토출되거나 혹은 에어 컴프레서(600)의 산소 토출부(601)로 제공되며 상기 솔레노이드 유입용 공기는 한 쌍의 솔레노이드 밸브(200) 중 하단 솔레노이브 밸브를 통해 유입된 후, 한 쌍의 흡착베드(500) 중 하단 흡착베드를 통과하게 되며, 하단 흡착베드를 통과한 솔레노이드 유입용 공기는 질소가 제거된 고순도 산소로 토출되어 제어 밸브(제 2 제어밸브)의 제어 하에 에어 컴프레서(600)로 흡입되고, 산소유량 분기밸브(700)에 의해 외부토출용 산소와 질소흡착용 산소로 분기된 후, 각각 외부 및 진공 펌프(800) 방향으로 토출된다. 이어서, 진공펌프(800) 방향으로 제공되는 질소흡착용 산소는 산소흐름 제어밸브(900)에 의해 상단 흡착베드로만 공급되어 질소 탈착 공정을 수행한다. 이어서, 질소 탈착 공정이 수행된 상단 흡착베드의 제 1 영역 방향에서는 질소가 토출되어 에어 컴프레서(600)의 질소 토출부(601)를 매개로 외부로 배출된다. As shown in FIG. 6, the external inlet air is branched into the air for external discharge and the air for inflow of the solenoid through the first air flow branch valve 200 through the HEPA filter 100, and the air for external discharge is removed. 2 Final external discharge through the air flow branch valve 300 or provided to the oxygen discharge part 601 of the air compressor 600, and the air for inflow of the solenoid is a lower solenoid valve among the pair of solenoid valves 200 After being introduced through the pair of adsorption beds 500, it passes through the lower adsorption bed, and the air for solenoid inflow that has passed through the lower adsorption bed is discharged as high-purity oxygen from which nitrogen has been removed, and a control valve (the second control valve ) Under the control of the air compressor 600, branched into oxygen for external discharge and oxygen for nitrogen adsorption by the oxygen flow branch valve 700, and then discharged to the outside and the vacuum pump 800, respectively. Subsequently, oxygen for nitrogen adsorption provided in the direction of the vacuum pump 800 is supplied only to the upper adsorption bed by the oxygen flow control valve 900 to perform a nitrogen desorption process. Subsequently, nitrogen is discharged in the direction of the first area of the upper adsorption bed where the nitrogen desorption process is performed, and is discharged to the outside through the nitrogen discharge part 601 of the air compressor 600.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상단 및 하단에 위치하는 흡착베드의 상호 교번적 산소 및 질소 토출 공정이 수행되기 위해서는 토출되는 산소 및 질소의 흐름을 제어하는 제어밸브의 구성이 더 포함되어야 할 수 있다.5 and 6, in order to perform the mutually alternate oxygen and nitrogen discharge process of the adsorption beds located at the top and bottom, a configuration of a control valve for controlling the flow of discharged oxygen and nitrogen should be further included. can do.

하나의 예시에서, 본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치는 한 쌍의 흡착베드5300) 전단에 위치하여 한 쌍의 솔레노이드 밸브(400)를 통과한 외부유입 공기가 한 쌍의 흡착베드(500)로 유입될 수 있도록 상기 외부유입 공기의 흐름을 제어하고, 질소탈착 공정에 의해 상기 한 쌍의 흡착베드로부터 배출되는 질소가 질소 토출부(602)를 통해 외부로 배출될 수 있도록 상기 질소의 흐름을 제어하는 한 쌍의 제 1 제어밸브(1400); 및 한 쌍의 흡착베드(500) 후단에 위치하여 한 쌍의 흡착베드(500)로부터 배출되는 산소가 산소 토출부(601)를 통해 외부로 배출될 수 있도록 상기 산소의 흐름을 제어하고, 진공 펌프(800)에서 한 쌍의 흡착베드(500)의 제 2 영역 방향으로 제공되는 질소탈착용 산소가 산소 토출부(601)로 재유입되는 것을 방지할 수 있도록 상기 질소탈착용 산소의 흐름을 제어하는 한 쌍의 제 2 제어밸브(1500)를 더 포함할 수 있다.In one example, the high-purity oxygen generating device having an air cleaning function according to the present invention is located at the front end of a pair of adsorption beds 5300, so that the external inflow air passing through the pair of solenoid valves 400 is adsorbed by a pair of The flow of the external inlet air is controlled so that it can be introduced into the bed 500, and the nitrogen discharged from the pair of adsorption beds by the nitrogen desorption process can be discharged to the outside through the nitrogen discharge unit 602. A pair of first control valves 1400 for controlling the flow of nitrogen; And controlling the flow of oxygen so that the oxygen discharged from the pair of adsorption beds 500 can be discharged to the outside through the oxygen discharge unit 601 by being located at the rear end of the pair of adsorption beds 500, and a vacuum pump Controls the flow of oxygen for nitrogen desorption so that oxygen for nitrogen desorption provided in the direction of the second region of the pair of adsorption beds 500 at 800 can be prevented from being re-introduced to the oxygen discharge unit 601 A pair of second control valves 1500 may be further included.

이상에서, 본 발명에 따른 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치를 상세한 설명과 도면을 예시로 들어 구체적으로 설명하였지만, 이는 본 발명에 따른 일례에 불과할 뿐, 상기 예시들이 본 발명의 기술적 사상 내지는 권리범위를 제한하지 아니함을 물론이고, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 사람은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 위 예시들을 기초로 다양한 변화 및 변경이 가능하다.In the above, a high-purity oxygen generating device having an air cleaning function according to the present invention has been described in detail with reference to the detailed description and drawings, but this is only an example according to the present invention, and the above examples are the technical idea of the present invention. Of course, the scope of the rights is not limited, and various changes and changes are possible based on the above examples within the scope of the present invention without departing from the technical spirit of the present invention.

100 : 헤파필터
200 : 제 1 공기유량 분기밸브
300 : 제 2 공기유량 분기밸브
400 : 한 쌍의 솔레노이드 밸브
500 : 한 쌍의 흡착베드
501a,502a : 제 1 영역
501b,502b : 제 2 영역
501c,502c : 제올라이트계 멤브레인
5011 : 제 1 흡착베드
5012 : 제 2 흡착베드
600 : 에어 컴프레서
601 : 산소 토출부
602 : 질소 토출부
700 : 산소유량 분기밸브
800 : 진공펌프
900 : 산소흐름 제어밸브
1000 : 프로세서
1100 : 산소유량 조절부
1200 : 공기유량 조절부
1300 : 바이패스부
1400 : 제 1 밸브
1500 : 제 2 밸브100: HEPA filter
200: first air flow branch valve
300: second air flow branch valve
400: a pair of solenoid valves
500: a pair of adsorption beds
501a,502a: first area
501b,502b: second area
501c,502c: Zeolite membrane
5011: first adsorption bed
5012: second adsorption bed
600: air compressor
601: oxygen discharge part
602: nitrogen discharge part
700: oxygen flow branch valve
800: vacuum pump
900: oxygen flow control valve
1000: processor
1100: oxygen flow control unit
1200: air flow control unit
1300: bypass part
1400: first valve
1500: second valve

Claims (10)

외부유입 공기로부터 미세먼지 및 초미세먼지를 필터링하는 헤파필터;
상기 헤파필터를 통과하여 정화된 외부유입 공기를 솔레노이드 유입용 공기와 외부 토출용 공기로 분기시키는 제 1 공기유량 분기밸브;
상기 제 1 공기유량 분기밸브에 의해 분기된 외부 토출용 공기를 외부로 최종 토출되는 공기와 에어 컴프레서의 산소 토출부로 제공되는 공기로 분기시키는 제 2 공기유량 분기밸브;
상기 제 1 공기유량 분기밸브를 통과한 솔레노이드 유입용 공기의 유량을 제어하는 한 쌍의 솔레노이드 밸브;
상기 한 쌍의 솔레노이드 밸브를 통과하여 유입되는 외부유입 공기 중 질소를 선택적으로 흡착하는 제올라이트를 포함하는 한 쌍의 흡착베드로서, Si와 Al의 몰비(Si/Al)가 0.90 내지 1.10의 범위 내에 있는 LSX(low silica X)에 리튬 이온을 이온 교환하여 형성되고 Li와 Al의 몰비(Li/Al)가 0.65 내지 0.95의 범위 내에 있는 제 1 제올라이트가 충전된 제 1 영역; 상기 제 1 영역의 후단에 위치하고 상기 제 1 제올라이트에 칼슘 이온을 이온 교환하여 형성되고 Ca와 Al의 몰비(Ca/Al)가 0.25 내지 0.45의 범위 내에 있는 제 2 제올라이트가 충전된 제 2 영역; 및 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역을 물리적으로 구획하되 상기 제 1 영역에 위치하는 상기 제 1 제올라이트가 상기 제 2 영역으로 이동하거나 상기 제 2 영역에 위치하는 상기 제 2 제올라이트가 상기 제 1 영역으로 이동하는 것을 제어하는 제올라이트계 멤브레인을 각각 포함하는 한 쌍의 흡착베드;
상기 한 쌍의 흡착베드로부터 산소를 공급받아 외부로 토출하는 산소 토출부 및 상기 한 쌍의 흡착베드로부터 탈착되는 질소를 공급받아 외부로 토출하는 질소 토출부를 포함하는 에어 컴프레서;
상기 에어 컴프레서의 산소 토출부로부터 토출되는 산소를 질소탈착용 산소와 외부토출용 산소로 분기하도록 설계된 산소유량 분기밸브;
상기 산소유량 분기밸브에 의해 분기된 질소탈착용 산소를 상기 한 쌍의 흡착베드의 제 2 영역 방향으로 가압 제공하는 진공펌프;
상기 진공 펌프에서 상기 한 쌍의 흡착베드의 제 2 영역 방향으로 제공되는 질소탈착용 산소가 상기 한 쌍의 흡착베드 중 어느 하나에만 제공되도록 상기 질소탈착용 산소의 흐름을 제어하는 산소흐름 제어밸브; 및
상기 제 1 공기유량 분기밸브, 상기 제 2 공기유량 분기밸브, 상기 한 쌍의 솔레노이트 밸브, 상기 에어 컴프레서, 상기 산소유량 분기밸브, 상기 진공펌프 및 상기 산소흐름 제어밸브의 동작을 제어하도록 설계된 프로세서를 포함하고,
상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역 대비 흡착베드 내에서 적은 영역을 차지하는 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치.HEPA filter for filtering fine dust and ultra fine dust from the external air;
A first air flow branch valve branching the external inflow air purified through the HEPA filter into air for inflow of solenoid and air for external discharge;
A second air flow branch valve for branching the air for external discharge branched by the first air flow branch valve into air finally discharged to the outside and air supplied to the oxygen discharge unit of the air compressor;
A pair of solenoid valves for controlling a flow rate of air for inflow of a solenoid that has passed through the first air flow branch valve;
As a pair of adsorption beds comprising zeolite that selectively adsorbs nitrogen from the external inflow air introduced through the pair of solenoid valves, the molar ratio of Si and Al (Si/Al) is in the range of 0.90 to 1.10. A first region filled with a first zeolite formed by ion exchange of lithium ions in LSX (low silica X) and having a molar ratio of Li and Al (Li/Al) in the range of 0.65 to 0.95; A second region formed by ion-exchanging calcium ions to the first zeolite and filled with a second zeolite having a Ca and Al molar ratio (Ca/Al) in the range of 0.25 to 0.45; And physically partitioning the first region and the second region, and the first zeolite located in the first region moves to the second region, or the second zeolite located in the second region is the first region. A pair of adsorption beds each including a zeolite-based membrane for controlling the movement of the membrane to the air;
An air compressor including an oxygen discharge part receiving oxygen from the pair of adsorption beds and discharging it to the outside, and a nitrogen discharge part receiving and discharging nitrogen desorbed from the pair of adsorption beds to the outside;
An oxygen flow divergence valve designed to branch oxygen discharged from the oxygen discharge unit of the air compressor into oxygen for nitrogen desorption and oxygen for external discharge;
A vacuum pump for pressurizing and providing oxygen for nitrogen desorption branched by the oxygen flow branch valve in the direction of a second region of the pair of adsorption beds;
An oxygen flow control valve for controlling the flow of oxygen for nitrogen desorption so that oxygen for nitrogen desorption provided in the direction of the second region of the pair of adsorption beds from the vacuum pump is provided to only one of the pair of adsorption beds; And
Designed to control the operation of the first air flow branch valve, the second air flow branch valve, the pair of solenoid valves, the air compressor, the oxygen flow branch valve, the vacuum pump and the oxygen flow control valve Including a processor,
The first region occupies a smaller region in the adsorption bed than the second region, and has an air cleaning function. 제 1항에 있어서,
상기 헤파필터의 앞단 혹은 뒷단에 위치하는 수분흡수용 공기필터를 더 포함하는 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치.The method of claim 1,
A high-purity oxygen generator with an air cleaning function further comprising an air filter for absorbing moisture located at the front or rear end of the HEPA filter. 제 1항에 있어서,
상기 한 쌍의 솔레노이드 밸브는,
순차 교번 개폐되는 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치.The method of claim 1,
The pair of solenoid valves,
A high-purity oxygen generator with an air cleaning function that is alternately opened and closed in sequence. 제 3항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 제올라이트는 각각,
직경이 1.5 mm 내지 5.0 mm의 범위 내에 있고, 미세 기공이 3Å 내지 10 Å의 범위 내에 있는 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치.The method of claim 3,
Each of the first and second zeolites,
A high-purity oxygen generating device having an air cleaning function in which the diameter is in the range of 1.5 mm to 5.0 mm and the micropores are in the range of 3 Å to 10 Å. 제 4항에 있어서,
상기 제 1 제올라이트는,
상기 제 2 제올라이트보다 상대적으로 큰 직경과 작은 미세 기공을 가지는 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치.The method of claim 4,
The first zeolite,
A high-purity oxygen generating device having an air cleaning function having a relatively larger diameter and smaller micropores than the second zeolite. 제 1항에 있어서,
상기 제올라이트계 멤브레인은,
FAU 제올라이트, MFI 제올라이트, CHA 제올라이트, DDR 제올라이트 및 MWW 제올라이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 성분을 포함하는 메조포러스 멤브레인인 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치.The method of claim 1,
The zeolite-based membrane,
FAU zeolite, MFI zeolite, CHA zeolite, DDR zeolite, and a mesoporous membrane containing any one component selected from the group consisting of MWW zeolite, high purity oxygen generator with air cleaning function. 제 1항에 있어서,
상기 흡착베드로부터 제공되는 산소의 유량을 조절하는 산소유량 조절부; 및
상기 제 2 공기유량 분기밸브에 의해 분기되어 에어 컴프레서의 산소 토출부로 제공되는 공기의 유량을 조절하는 공기유량 조절부를 더 포함하는 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치.The method of claim 1,
An oxygen flow rate control unit for adjusting the flow rate of oxygen provided from the adsorption bed; And
A high-purity oxygen generating device having an air cleaning function further comprising an air flow rate control unit that is branched by the second air flow rate branch valve and controls the flow rate of air supplied to the oxygen discharge unit of the air compressor. 제 1항에 있어서,
상기 한 쌍의 흡착베드 전단에 위치하여 상기 한 쌍의 솔레노이드 밸브를 통과한 외부유입 공기가 상기 한 쌍의 흡착베드로 유입될 수 있도록 상기 외부유입 공기의 흐름을 제어하고, 질소탈착 공정에 의해 상기 한 쌍의 흡착베드로부터 배출되는 질소가 상기 질소 토출부를 통해 외부로 배출될 수 있도록 상기 질소의 흐름을 제어하는 한 쌍의 제 1 제어밸브; 및
상기 한 쌍의 흡착베드 후단에 위치하여 상기 한 쌍의 흡착베드로부터 배출되는 산소가 산소 토출부를 통해 외부로 배출될 수 있도록 상기 산소의 흐름을 제어하고, 상기 진공 펌프에서 상기 한 쌍의 흡착베드의 제 2 영역 방향으로 제공되는 질소탈착용 산소가 산소 토출부로 재유입되는 것을 방지할 수 있도록 상기 질소탈착용 산소의 흐름을 제어하는 한 쌍의 제 2 제어밸브를 더 포함하는 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치.The method of claim 1,
Controls the flow of the external inflow air so that external inflow air, which is located in front of the pair of adsorption beds and has passed through the pair of solenoid valves, can flow into the pair of adsorption beds, and A pair of first control valves for controlling the flow of nitrogen so that the nitrogen discharged from the pair of adsorption beds can be discharged to the outside through the nitrogen discharge unit; And
It is located at the rear end of the pair of adsorption beds and controls the flow of oxygen so that oxygen discharged from the pair of adsorption beds can be discharged to the outside through an oxygen discharge unit, and the vacuum pump controls the flow of the oxygen. It has an air cleaning function further comprising a pair of second control valves for controlling the flow of the nitrogen desorption oxygen so as to prevent the oxygen for nitrogen desorption provided in the direction of the second region from re-inflow to the oxygen discharge unit. High purity oxygen generator. 제 1항에 있어서,
상기 산소흐름 제어밸브를 통해 상기 한 쌍의 흡착베드의 제 2 영역 방향으로 제공되는 질소탈착용 산소 중 일부를 분기하여 상기 한 쌍의 흡착베드의 제 1 영역 방향으로 제공하도록 설계된 바이패스부를 더 포함하는 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치.The method of claim 1,
The oxygen flow control valve further includes a bypass part designed to branch out some of the oxygen for nitrogen desorption provided in the direction of the second region of the pair of adsorption beds and provide it to the direction of the first region of the pair of adsorption beds. A high-purity oxygen generator with an air cleaning function. 제 9항에 있어서,
상기 한 쌍의 흡착베드 각각은,
제 2 영역 방향으로 제공되는 산소에 의해 질소 탈착이 수행되는 제 1 흡착베드 및 제 1 영역 방향으로 제공되는 산소에 의해 질소 탈착이 수행되고 상기 제 1 흡착베드의 하부에 위치하는 제 2 흡착베드로 이루어져 있고,
상기 제 1 흡착베드의 제 2 영역 방향으로 상기 질소탈착용 산소가 제공되는 경우 상기 제 2 흡착베드의 제 1 영역 방향으로 상기 질소탈착용 산소가 제공되도록 상기 산소흐름 제어밸브 및 상기 바이패스부로부터 제공되는 산소의 흐름을 제어하는 제 3 내지 제 8 제어밸브를 더 포함하는 공기청정 기능을 구비한 고순도 산소 발생 장치.The method of claim 9,
Each of the pair of adsorption beds,
It consists of a first adsorption bed in which nitrogen desorption is performed by oxygen provided in the direction of the second region, and a second adsorption bed in which nitrogen desorption is performed by oxygen provided in the first region direction and located below the first adsorption bed. There,
When the oxygen for nitrogen desorption is provided in the direction of the second area of the first adsorption bed, the oxygen flow control valve and the bypass part are provided to provide the oxygen for nitrogen desorption in the direction of the first area of the second adsorption bed. A high-purity oxygen generator with an air cleaning function further comprising third to eighth control valves for controlling the flow of oxygen provided.
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