KR200202728Y1 - 수조용 농축산소공급장치 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 한쌍의 흡착탑을 구성함과 아울어 일정압력과 순도를 얻기 위한 수단들을 구비함에 의하여 공급되는 산소의 생산량을 배가시키는 한편 수조의 어패류에 보다 안정된 산소를 안전하게 공급할 수 있게 한 수조용 농축산소공급장치에 관한 것이다.

이러한 본 고안의 수조용 농축산소공급장치는 활어패류 수조 및 운송시스템에서 용존산소량을 증가시킬 수 있어 어패류를 고밀도의 살아있는 상태로 안전하게 보관하거나 운송할 수 있다. 이와 같이 농축된 산소를 안정되게 공급함으로써 활어패류의 폐사를 방지하여 경제적인 손해를 미연에 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 저장탱크를 구비하여 산소를 저장함으로써 본 기기의 운전시간을 줄일 수 있으면서도 연속적인 산소공급이 가능하다.

Description

수조용 농축산소공급장치{An oxygen concentrator for an aquarium and live fish delivery tank}

본 고안은 농축산소와 압축공기를 소정비율로 혼합하여 요망하는 산소순도로 공급하는 농축산소공급장치에 관한 것으로, 특히 한쌍의 흡착탑을 구성함과 아울어 일정압력과 순도를 얻기 위한 수단들을 구비함에 의하여 공급되는 산소의 생산량을 배가시키는 한편 수조의 어패류에 보다 안정된 산소를 안전하게 공급할 수 있게 한 수조용 농축산소공급장치에 관한 것이다.

일반적으로, 산소농축기는 대기중에서 산소를 분리농축하는 장치로 현재 교류의 일반전력을 사용하여 산소를 농축하고 있다. 따라서, 통상 가정용으로 사용되고 있는 데, 이러한 산소농축기의 작동원리는 제올라이트(Zeolite)라 불리는 흡착제가 소정의 기체분자를 흡착시키는 성질을 이용한다. 대기중 약80%를 차지하는 질소는 산소보다 제올라이트에 잘 흡착되므로 공기를 흡착제가 충전된 흡착베드에 유입시키게 되면 질소성분은 흡착되고, 질소성분이 줄어든 기체는 베드상단 출구로 배출된다. 그럼으로써 이렇게 배출된 기체의 주성분으로 산소를 얻게 된다.

위의 질소흡착과정은 가압기체를 소정의 흡착제를 통과시킴으로써 질소만이 흡착되고 나머지 기체는 통과시켜 공기중의 산소를 분리하여 얻는 과정으로, 이때 흡착제인 제올라이트는 질소가 흡착되어 성능이 격감하므로 질소를 그로부터 분리(탈착)하여 원래의 성능을 회복시켜 주어야 된다. 이 과정이 탈착과정으로 흡착제에 흡착된 흡착기체를 통과하는 기체중 일부를 저압상태에서 재순환시켜 탈착함으로써 흡착제를 세정하여 흡착능을 회복시키게 된다.

종래의 알려진 산소농축장치는 그 유출량의 변화를 고려하지 않는 단순한 구조와 성능을 갖는 산소농축기였다. 이와 같은 산소농축장치로는 일본특허공보 특공평6-91927호에 게재된 기체생성장치가 있다. 이 산소농축기의 구조는 크게 네가지로 구분되는 데, 이에 대해 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

이 장치는 공기로부터 질소와 산소를 분리하는 흡착부, 공기압축, 저장, 유출에 관련하는 작동부, 밸브를 개폐하기 위한 제어부 및, 이들을 결합하기 위한 후레임부로 구성되어 있다. 이 기체생성장치의 핵심은 공보에 기재되어 있는 바와 같이 흡착제가 충전된 흡착조에 혼합기체를 공급하면 기체를 흡착하는 공정과, 이 흡착제에 흡착된 기체를 흡착제로부터 탈착하는 공정을 반복하여 필요기체(산소)를 일정한 농도로 얻게 되는 데, 이때 흡착조에서 얻은 필요기체중 일부를 탈착공정을 위해 흡착조로 환류하여 사용하고 있다.

이러한 기체생성장치에서는 산소농축만 진행되므로 생산유량에 관계없이 밸브개폐주기는 일정하게 작동한다. 따라서, 농축산소의 공급을 위하여 유출량의 변화가 있는 경우에는 산소순도가 균일하지 않을 뿐더러, 사용자의 임의작동에 따른 산소공급이 불균형적으로 유출되어 농축과정 및 산소공급의 전체시스템이 원활하게 작동하지 않는 문제점을 안고 있었다. 특히, 이 장치에서 공기중 질소를 흡착하는 흡착조(베드)는 단일의 통체로 구성되어 흡착성능이 떨어짐은 물론 이를 극복하기 위해서 그 부피를 크게 해야 하는 폐단이 있었다.

한편, 수족관에도 공기를 공급하는 장치가 사용되는 데, 기존에는 통상 수족관에 산소통을 비치하고 그 내부에 발포기를 내설하여 솔레노이드밸브를 통해 정전등의 비상시에 공기를 공급하였다. 또 한편으로는, 활어패류의 수송시에 산소발생제와 탄산가스흡수제를 수송자루내에 봉입하여 사용하기도 하였다. 하지만, 이러한 산소공급장치들은 용량에 한계가 있어 일시적으로는 사용할 수 있으나 장시간 사용이 불가능할 뿐만 아니라, 산소량에 민감한 활어패류에 안정적으로 산소를 공급하지 못해 종종 활어 및 어패류가 폐사하는 일이 발생하곤 하였다. 그러므로, 활어패류운송 및 공급상이나 수족관에 금전적으로 막대한 손해를 입히는 일이 발생하였다.

따라서, 본 고안의 목적은 상술한 제결점들을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 한쌍의 흡착탑을 구성함과 아울어 일정압력과 순도를 얻기 위한 수단들을 구비함에 의하여 공급되는 산소의 생산량을 배가시키는 한편 수조의 어패류에 보다 안정된 산소를 안전하게 공급할 수 있게 한 수조용 농축산소공급장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 고안에 따른 수조용 농축산소공급장치의 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호설명

10 : 공기압축기 11 : 흡입필터

12 : 소음기 20a,20b : 흡착탑

21 : 압력균등화오리피스 30 : 저장탱크

31 : 압력계 32 : 압력스위치

40 : 제어부 50 : 보조탱크

51 : 셔틀밸브 52 : 정압밸브

53 : 오리피스 60 : 공급밸브

70 : 압력조절기 71 : 니들밸브

80 : 수조 81 : 발포기

90 : 배출밸 브

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 수조용 농축산소공급장치는 대기중의 공기를 흡입하고 분리농축하여 공급하는 장치에 있어서, 대기중의 공기를 압축하는 공기압축기; 상기 공기압축기로부터 온 압축공기를 단속공급하는 공급밸브; 상기 압축공기로부터 질소를 흡착분리하여 농축산소를 생성하는 흡착탑; 상기 흡착탑에서 생성된 농축산소를 임시보관하는 보조탱크; 상기 보조탱크로부터 농축산소를 공급받아 일정압으로 저장하여 필요시 송출하는 저장탱크; 상기 저장탱크내의 산소압을 검출하는 압력스위치; 및 상기 압력스위치로부터 검출된 신호를 받아 상기 저장탱크내의 산소저장량이 부족한 경우 산소를 생성공급하도록 상기 공기압축기 및 밸브들을 구동제어하는 제어부를 포함한다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 수조용 농축산소공급장치를 나타낸 구성도이다. 특히, 이 도면에서는 구성요소들의 작용관계를 알기 쉽게 하기 위해서 공기흐름은 실선으로, 센서신호는 일점쇄선으로, 그리고 제어신호는 점선으로 표시하고 있다.

본 농축산소공급장치는 대분하면 대기중의 공기를 압축공기로 가공하여 공급하는 공기압축기(10)와, 내부에 흡착제를 충전하고 공기압축기(10)로부터 보내진 압축공기에서 질소를 흡착하여 산소를 분리하는 흡착탑(20a,20b)과, 흡착탑(20a,20b)에서 생산출력된 산소를 저장하고 일정한 압력으로 변환하여 필요한 대상에게 공급하는 저장탱크(30) 및, 이 모든 구성요소들을 통제하여 소망하는 출력을 얻을 수 있도록 제어하는 제어부(40)를 구비하고 있다. 또한, 흡착탑(20a,20b)의 질소탈착공정을 보다 안정적으로 수행하기 위해 본 장치는 흡착탑(20a,20b)과 저장탱크(30) 사이에 보조탱크(50)를 마련하고 있다. 이 보조탱크(50)를 구비함으로 해서 가압시간이 단축됨은 물론 생산효율도 상승하게 된다. 이상의 구성요소들에 대해 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

도시한 바와 같이, 흡입필터(11)를 통해 공기압축기(10)에 공기중의 먼지를 제거하여 공급한다. 그러면, 공급밸브(60)를 거쳐 흡착탑(20)으로 압축공기가 유입되게 된다. 이 공급밸브(60)는 제 1위치(61)에서는 공기압축기(10)의 공기를 제 1흡착탑(20a)으로 공급하고, 제 2위치(62)에서는 공기압축기(10)의 압축공기를 제 2흡착탑(20b)으로 공급하도록 절환하는 기능을 담당하며 두개로 이뤄진 흡착탑들을 교번하면서 작동시킬 수 있게 한다. 흡착탑(20a,20b)에서 질소가 흡착되어 산소가 출력되는 데, 이 출력된 산소는 보조탱크(50)로 공급되어 임시 저장되게 된다. 특히, 보조탱크(50)와 제 1,제 2흡착탑(20a,20b) 사이에는 셔틀밸브(51)가 구비되어 있는 데, 셔틀밸브(51)는 2개의 입구가 있어 고압의 기체가 유입되는 입구가 개방되어 제 1,제 2흡착탑(20a,20b)으로부터 보조탱크(50)로의 산소이동을 전환하게 하고, 보조탱크(50)내에 저장된 산소가 흡착탑으로 다시 역류하지 못하도록 단속하게 된다. 한편, 한쌍의 제 1,제 2흡착탑(20a,20b)으로부터 보조탱크(50)로 산소를 전송하는 라인들상에는 압력균등화오리피스(21)가 마련되어 있어, 보조탱크(50)로 보내지는 산소중 일부를 다른쪽의 흡착탑으로 보내 흡착제인 제올라이트를 세정활성화시키는 데 사용되게 한다.

보조탱크(50)와 저장탱크(30) 사이에는 정압밸브(52)와 오리피스(53)가 개재되어 있어, 정압밸브(52)는 보조탱크(50)의 압력을 설정치로 유지하여 흡착탑(20a,20b) 내에서 산소흡착이 가능하도록 하는 한편, 압력이 설정치를 초과하면 저장탱크(30)로 산소가 이동하도록 한다. 또한, 오리피스(53)는 정압밸브(52)를 거쳐 나온 농축산소의 압력과 유량을 조절하여 저장탱크(30)로 송출하는 기능을 한다. 이와 같이 본 시스템은 보조탱크(50)와 저장탱크(30) 사이에 정압밸브(52)를 장착시켜 흡착탑(20a,20b)의 압력을 산소발생에 적합한 상태로 유지시키는 한편, 그로부터 생산된 농축산소를 보조탱크(50)에 임시로 저장하게 한다.

위의 정압밸브(52)와 오리피스(53)를 지나 농축산소가 저장되는 저장탱크(30)가 위치하고 있으며, 이 저장탱크(30)에는 압력계(31)와 압력스위치(32)가 구비되어 있다. 압력계(31)는 저장탱크(30)내의 압력변화를 수시로 검출하여 사용자에게 알리며, 압력스위치(32)는 저장탱크(30)의 압력변화를 검출하여 제어부(40)에 통보하게 된다. 이에 따라 제어부(40)는 공기압축기(10)와 내부밸브들의 작동 및 정지를 주기적으로 반복제어함에 의하여 제 1,제 2흡착탑(20a,20b)의 공기흐름을 통제하여 농축산소를 생산하도록 한다. 한편, 저장탱크(30)에 가압저장된 산소는 압력조절기(70) 및 니들밸브(71)를 거쳐 수조(80)에 공급되게 되는 데, 이때 압력조절기(70)는 저장탱크(30)내의 고압산소를 저압으로 낮추어 일정한 배출압력을 형성하게 하며, 수조(80)에 공급되는 산소량은 니들밸브(71)를 이용하여 조절하여 공급하게 된다. 이렇게 공급되는 산소는 최종적으로 수조(80)내에 고정된 발포기(81)를 통해 수조안의 어패류에게 제공된다. 따라서, 어패류는 신선한 공기를 제공받아 안전하게 수조(80)내에서 활동할 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 장치는 흡착탑(20a,20b)에서 산소를 농축하는 과정에서 발생된 질소를 배출할 때, 주변대기와의 압력차에 의한 소음발생을 저감하기 위해서 배출부측에 소음기(12)를 장착하고 있다. 이 소음기(12)로부터 배출되는 기체성분은 대부분이 질소이므로 흡착탑(20a,20b)내로 재유입될 경우 흡착탑(20a,20b)에서 생성되는 산소농축량이 저하되게 된다. 그러므로, 소음기(12)는 공기압축기(10)의 흡입필터(11)와 분리하여 멀리 이격시켜 놓음으로써 신선한 공기가 공기압축기(10)로 흡입되도록 한다. 본 장치는 또한 흡착탑(20a,20b) 내부의 고압산소를 배출하여 흡착탑의 재가동을 원활하게 하기 위하여 배출밸브(90)를 마련하고 있다.

이제부터는 본 고안의 수조용 농축산소공급장치가 활어패류용 수조에 적용되어 산소를 생산공급하는 과정에 대해 상세히 설명하고자 한다.

본 장치를 작동시키게 되면 제어부(40)는 저장탱크(30)에 설치된 압력스위치(32)로부터 그 내부의 산소압을 읽어들여 산소를 생산할 지를 판단하게 된다. 이때, 저장탱크(30)내의 산소가 부족하다고 판단되면 제어부(40)는 공기압축기(10)에 구동신호를 보낸다. 그러면, 공기압축기(10)가 작동하여 흡입필터(11)를 거쳐 여과된 공기를 갖고 압축공기를 생성하게 된다. 이 압축공기는 제 1흡착탑(20a)으로 보내져 그 내부에서 흡착제인 제올라이트에 의해 질소가 흡착되어 산소가 분리농축되게 된다. 이때, 정압밸브(52)는 흡착이 가능하도록 제 1흡착탑(20a)의 압력을 유지하는 역할을 한다. 이로 인해, 제 1흡착탑(20a)의 내부는 유입된 공기에 의해 압력이 설정압력으로 상승하여 정압밸브(52)가 개방되고, 그에 따라 보조탱크(50)로 제 1흡착탑(20a)에서 분리농축된 농축산소가 이동하게 된다. 이때, 보조탱크(50)로 보내지는 산소중 일부분은 압력균등화오리피스(21)를 거쳐 제 2흡착탑(20b)으로 유입되어 제 2흡착탑(20b)의 제올라이트를 세정활성화시키게 된다.

이와 같이 산소가 이동하여 제 1흡착탑(20a) 내부의 압력이 떨어지면 정압밸브(52)는 다시 폐쇄되게 된다. 여기서, 정압밸브(52)의 작동주기는 흡착탑(20a,20b)의 흡착,세정주기와 동일하게 된다. 따라서, 본 장치는 정압밸브(52)의 작동주기를 늦추기 위해서 보조탱크(50)와 오리피스(53)를 구비하고 있다. 특히, 정압밸브(52)와 흡착탑(20a,20b) 사이에 보조탱크(50)가 있으므로 압력변화가 적어 정압밸브(52)의 작동주기가 길어지므로 밸브수명이 연장되게 된다.

위와 같이 정압밸브(52)에 의해 일정한 압력까지 가압되어 보조탱크(50)에 저장된 산소는 오리피스(53)를 거쳐 저장탱크(30)로 이동한다. 이렇게 저장탱크(30)에 저장된 농축산소는 압력조절기(70)를 거치면서 고압의 농축산소가 일정한 저압의 농축산소로 변환되어 출력된다. 이와 같이 가공된 저압의 농축산소는 니들밸브(71)를 경유하여 발포기(81)를 통해 수조(80)내에 공급된다. 물론, 수조(80)내의 공급되는 산소량은 니들밸브(71)를 조작하여 조절하게 된다. 제어부(40)는 이와 같은 산소공급시 계속적으로 저장탱크(30)에 설치된 압력스위치(32)로부터 신호를 받아 공급압축기(10)나 각종 밸브들을 제어구동하게 되는 데, 저장탱크(30)내의 압력이 일정치에 도달하면 작동중지신호를 보내 해당 구성요소들의 작동을 정지시키게 된다. 따라서, 저장탱크(30)내에는 항상 일정량의 농축산소가 저장되어 있게 된다. 이렇게 생산되어 저장탱크(30)에 가압저장된 산소는 필요시에 기설명한 공급라인을 통해 수조(80)를 공급되게 된다.

이상 서술한 바와 같이, 본 고안의 수조용 농축산소공급장치는 한쌍의 흡착탑을 구성함과 아울어 일정압력과 순도를 얻기 위한 수단들을 구비함에 의하여 공급되는 산소의 생산량을 배가시키는 한편 배출밸브를 장착하여 재가동을 원활하게 하므로 수조의 어패류에 보다 안정된 산소를 안전하게 공급할 수 있는 효과를 가지고 있다. 이에 따라서, 활어패류 수조 및 운송시스템에서 용존산소량을 증가시킬 수 있어, 어패류를 고밀도의 살아있는 상태로 보관하거나 운송할 수 있는 잇점이 있다. 이와 같이 농축된 산소를 안정되게 공급함으로써 활어패류의 폐사를 방지하여 경제적인 손해를 미연에 방지할 수 있다. 특히, 저장탱크를 구비하여 산소를 저장함으로써 본 기기의 운전시간을 줄일 수 있으면서도 연속적인 산소공급이 가능한 잇점을 갖는다.

Claims (7)

1. 대기중의 공기를 흡입하고 분리농축하여 공급하는 장치에 있어서,

   대기중의 공기를 압축하는 공기압축기;

   상기 공기압축기로부터 온 압축공기를 단속공급하는 공급밸브;

   상기 압축공기로부터 질소를 흡착분리하여 농축산소를 생성하는 흡착탑;

   상기 흡착탑에서 생성된 농축산소를 임시보관하는 보조탱크;

   상기 보조탱크로부터 농축산소를 공급받아 일정압으로 저장하여 필요시 송출하는 저장탱크;

   상기 저장탱크내의 산소압을 검출하는 압력스위치; 및

   상기 압력스위치로부터 검출된 신호를 받아 상기 저장탱크내의 산소저장량이 부족한 경우 상기 공기압축기 및 밸브들을 구동제어하여 산소를 생성공급하는 제어부를 포함하는 수조용 농축산소공급장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 흡착탑은 상기 공기압축기와 상기 보조탱크 사이에 병렬로 설치된 한쌍의 제 1,제 2흡착탑으로 구성된 것을 특징으로 하는 수조용 농축산소공급장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 공급밸브는 상기 제 1흡착탑에 상기 공기압축기로부터 압축된 공기를 보내는 제 1위치와, 상기 제 2흡착탑으로 상기 공기압축기로부터 압축된 공기를 보내는 제 2위치를 갖는 것을 특징으로 하는 수조용 농축산소공급장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 제 1,제 2흡착탑에는 내부의 오염된 흡착제를 세정할 수 있도록 상호 소량의 농축산소를 보낼 수 있는 압력균등화오리피스를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 수조용 농축산소공급장치.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 보조탱크의 전단에는 상기 제 1흡착탑 및 제 2흡착탑과 연결되어 고압쪽이 개방되어 생성된 농축산소를 보조탱크로 전송하는 셔틀밸브를 구비하는 한편, 그 후단에는 상기 흡착탑의 압력을 유지시키는 정압밸브와 상기 저장탱크로 농축산소를 일정하게 공급하는 오리피스를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 수조용 농축산소공급장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 저장탱크의 후단에는 고압의 농축산소를 사용하기에 적합한 일정한 저압으로 변환출력하는 압력조절기 및, 공급되는 농축산소량을 조절하기 위한 니들밸브를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 수조용 농축산소공급장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 니들밸브를 통해 출력된 농축산소를 활어패류용 수조에 공급하는 발포기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수조용 농축산소공급장치.