KR20110047617A

KR20110047617A - 고순도 산소 생성장치

Info

Publication number: KR20110047617A
Application number: KR1020090104316A
Authority: KR
Inventors: 허지석
Original assignee: (주)옥시큐
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-05-09

Abstract

본 발명은 고순도 산소 생성장치에 관한 것으로서, 이는 PSA(Pressure Swing Adsorption) 방식의 주요 산소 분리 물질인 제올라이트를 수용한 베드에서 고순도 산소의 순환을 원활하게 하고 고압으로 흡입한 공기의 온도 급상승을 방지하여 수분이 발생하는 것을 억제하기 위한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 공기를 필터링하여 모터펌프(10), 라디에이터(20), 세조기(30) 및 솔레노이드 밸브(40)를 거쳐 한 쌍의 제올라이트 베드(50, 60)에서 레귤레이터(70)를 통해 고순도 산소를 토출하도록 교대 순환시키는 산소 생성장치로서, 제1 및 제2 제올라이트 베드(50, 60)의 상부를 밀폐시키고 산소의 이동경로를 제공하는 상하부커버(100, 200)와, 상하부커버(100, 200) 내측에 설치되어 산소압에 의해 개폐되는 체크밸브(300)와, 모터펌프(10) 및 라디에이터(20) 사이에 설치되는 방열부재(400)를 포함하는 것을 특징으로 하여, 산소 순환을 원활하게 하고 제올라이트의 함수율을 감소시킬 수 있다.

제올라이트, 베드, 산소, 솔레노이드 밸브, 모터펌프, 라디에이터

Description

고순도 산소 생성장치{PURE OXYGEN GENERATOR}

본 발명은 산소 생성장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 PSA(Pressure Swing Adsorption) 방식의 주요 산소 분리 물질인 제올라이트를 수용한 베드에서 고순도 산소의 순환을 원활하게 하고 고압으로 흡입한 공기의 온도 급상승을 방지하여 수분이 발생하는 것을 억제하기 위한 고순도 산소 생성장치에 관한 것이다.

일반적으로 한 쌍의 제올라이트 베드를 구비하는 종래의 산소생성기는 흡입한 공기를 상호 압축과 배출 행정을 교대로 수행하여 산소를 배출하게 되는데, 예로써 제1 베드가 외부에서 솔레노이드 밸브에 의해 공기를 흡입하게 되면 그 제1 베드에 수용된 제올라이트가 공기 중의 산소보다 큰 입자를 갖는 것, 예로써 질소, 이산화탄소, 물 등을 흡착시켜 이동을 억제하고 산소를 상층부로 통과시키게 된다. 제1 베드에서 발생한 산소의 대부분을 산소 토출 파이프를 통하여 보내며 그 중 일부 산소를 타측의 제2 베드로 보내 세정 밸브를 통해 제2 베드의 제올라이트에 흡착되어 있는 상기된 질소 등의 물질을 하단부로 밀어내는 구조를 가지며, 제1 및 제2 베드는 이러한 과정을 교대로 반복하여 수행하게 된다.

그런데 상기와 같은 종래의 산소생성기에서는 제올라이트를 통과한 산소가 상층부의 입출구홀을 통하여 산소 토출 파이프로 이동하게 되는데, 이 때 미세한 이물질이 상층 밸브를 통과하면서 밸브의 홀에 누적되어 산소의 출입을 막게 되는 경우가 있어 산소 배출 및 질소 등의 제거가 어려워짐에 따라 주기적으로 그러한 상층 밸브를 점검해야 하는 문제점이 있다.

한편으로 종래의 산소발생기에서 외부로부터 강제로 흡입되어진 공기는 작은 구경의 노즐을 통과하게 되면서 높은 압력으로 압축되고 이에 공기의 온도가 상승하면서 수분이 발생하게 되는 이유로, 이러한 과정에서 발생된 수분은 PSA(Pressure Swing Adsorption) 산소 분리과정에서 제올라이트가 정상적인 기능을 수행하지 못하게 하므로 흡입된 공기를 상온에 근접한 온도로 급속히 냉각시기 위한 지속적인 연구가 이루어져야 한다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, PSA 산소생성기에 주로 사용되는 제올라이트를 수용한 베드에서 고순도 산소의 원활한 순환을 가능하게 하고, 수분 발생 억제를 위해 고압으로 흡입한 공기의 온도 급상승을 방지할 수 있는 고순도 산소 생성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 공기를 필터링하여 모터펌프, 라디에이터, 세조기 및 솔레노이드 밸브를 거쳐 상호간에 일정간격 이격되는 한 쌍의 제1 및 제2 제올라이트 베드에서 레귤레이터를 통해 고순도 산소를 토출하도록 교대 순환시키는 산소 생성장치로서, 상기 제1 및 제2 제올라이트 베드의 상부를 밀폐시키고, 그 제올라이트 베드 각각에 대응하는 나선홀 및 입출구홀이 형성된 하부커버와; 상기 하부커버의 상면으로부터 하면이 일정간격 이격되어 결합되고, 상기 제1 및 제2 제올라이트 베드 각각의 상부에 산소를 공급하기 위한 제1 산소토출밸브가 설치되도록 하는 제1 체결부가 양측에 구비되고, 상기 레귤레이터와 연결되는 제2 산소토출밸브가 설치되도록 하는 제2 체결부가 중앙부에 구비되며, 상기 제1 및 제2 체결부와 내측으로 연통되는 연통공이 형성된 상부커버와; 상기 나선홀에 일측이 고정되고 입출구홀보다 작은 직경을 갖는 관통공이 형성되어 압력에 의해 입출구홀에 밀착되거나 일부가 일정간격 이격되는 패널형상의 체크밸브;를 포함하는 한편, 상기 상하부커버는 하부커버 상면에 형성된 삽입홈에 배치되는 패킹부재에 의해 이격되는 것을 특징으로 한다.

추가적으로 상기 모터펌프 및 라디에이터는 동파이프와, 상기 동파이프 외주면에 고정되는 복수개의 알루미늄 방열핀으로 이루어진 방열부재로 연결되고, 상기 방열핀은 상기 동파이프를 둘러싸는 나선부와, 상기 나선부 내측면으로부터 연장되어 동파이프에 끼움되고 상호간에 이격된 틈을 갖는 복수개의 접촉부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 고순도 산소 생성장치는 PSA 산소생성기에 주로 사용되는 한 쌍의 제1 및 제2 제올라이트 베드 상하부커버 내측에 얇은 판 형상의 체크밸브를 설치하여 그 베드에서 통과되는 산소가 하부커버의 입출구홀을 통과 할 때 압력에 의하여 체크밸브가 상측으로 들어 올려져 산소와 함께 통과될 수 있는 미세한 이물질이 입출구홀에 누적되지 않고 그 체크밸브의 들어 올려진 부분으로 방출될 수 있는 한편, 제1 산소토출밸브를 통해 세정을 위한 산소를 흡입하는 경우 체크밸브가 탄성과 압력에 의해 자동으로 입출구홀이 폐쇄되어 소량의 산소만이 일측 제올라이트 베드로 흡입되는 구조를 통해 이물질이 입출구홀이나 체크밸브에 누적되는 양을 감소시킬 수 있어 결과적으로 체크밸브의 유지보수 횟수를 줄일 수 있다.

또한 모터펌프와 라디에이터 사이에 동파이프 및 방열핀으로 이루어진 방열부재를 추가로 설치함으로써 제올라이트 베드에 압축공기를 보내기 이전에 이 압축공기를 냉각시켜 제올라이트에 함유되는 수분량을 감소시킴에 따라 고순도 산소 생성률을 증가시킬 수 있다.

이하, 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 고순도 산소 생성장치를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 고순도 산소 생성장치의 동작원리를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 고순도 산소 생성장치의 순환 동작상태를 도시한 블록도이다.

본 발명에 따른 고순도 산소 생성장치는 공기를 필터링하여 모터펌프(10), 라디에이터(20), 세조기(수분제거 및 방출용)(30) 및 솔레노이드 밸브(40)를 거쳐 상호간에 일정간격 이격되는 한 쌍의 제1 및 제2 제올라이트 베드(50, 60)에서 레귤레이터(70)를 통해 고순도 산소를 토출하도록 교대 순환시키는 종래의 산소 생성장치로서, 제1 및 제2 제올라이트 베드(50, 60)의 상부를 밀폐시키고 산소의 이동경로를 제공하는 상하부커버(100, 200)와, 상하부커버(100, 200) 내측에 설치되어 산소압에 의해 개폐되는 체크밸브(300)와, 모터펌프(10) 및 라디에이터(20) 사이에 설치되는 방열부재(400)를 포함하여 이루어진다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 고순도 산소 생성장치 중 체크밸브가 설치된 하부커버를 도시한 상면도 및 배면도이다.

상기 하부커버(100)는 제1 및 제2 제올라이트 베드(50, 60)의 상부를 밀폐시키고, 그 제올라이트 베드(50, 60) 각각에 대응하는 나선홀(101) 및 입출구홀(102)이 형성된 구조를 가지며, 하면에는 제1 및 제2 제올라이트 베드(50, 60)의 상부가 끼움되는 부분이 형성되어 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 고순도 산소 생성장치 중 상부커버를 도시한 상면도 및 배면도이다.

상기 상부커버(200)는 내부에 공간을 형성하도록 하부커버(100)의 상면으로부터 하면이 일정간격 이격되고, 그 하부커버(100)의 외측면과 상부커버(200) 내측면이 1차적으로 밀착되도록 끼움결합된 상태에서 다시 2차적으로 볼팅결합된다. 또한 제1 및 제2 제올라이트 베드(50, 60) 각각의 상부로부터 산소를 배출하기 위한 제1 산소토출밸브(80)가 설치되는 제1 체결부(210)가 양측에 구비되고, 산소 배출량 및 압력을 조절하기 위한 레귤레이터(70)와 연결되는 제2 산소토출밸브(90)가 설치되는 제2 체결부(220)가 중앙부에 구비되며, 제1 및 제2 체결부(210, 220)와 내측으로 연통되는 연통공(201)이 형성된 구조를 갖는다. 추가적으로 상하부커버(200, 100)는 하부커버(100) 상면에 형성된 삽입홈에 배치되는 고무와 같은 띠 형상의 패킹부재(110)에 의해 이격될 수 있다.

참고적으로 상기 제1 및 제2 제올라이트 베드(50, 60) 각각의 상부로부터 산소를 배출하기 위한 한 쌍의 제1 산소토출밸브(80)는 연성관을 통해 종래의 EQ 밸 브(밸브 열림의 변화비율이 유량변화 비율과 같은 특성을 갖고, 압력조절에 사용됨)와 연결되어 일측 산소토출밸브가 산소압에 의해 개방될 시에 타측 산소토출밸브가 폐쇄된다.

상기 체크밸브(300)는 탄성력을 갖는 금속을 그 재질로 하고 두께 2mm정도의 패널 형상을 갖는 것으로 나선홀(101)에 일측이 볼트로 고정되고 입출구홀(102)보다 작은 직경을 갖는 관통공(301)이 그 입출구홀(102)과 연통되는 위치에 형성되어 있어 제1 또는 제2 제올라이트 베드(50, 60)로부터 발생된 산소압에 의해 입출구홀(102)에 밀착되거나 일부가 그 입출구홀(102)로부터 일정간격 이격되게 된다.

이와 같은 체크밸브(300)의 구조에 따르면, 산소가 일측, 예로써 제1 제올라이트 베드(50)로부터 인출되는 경우에 그 체크밸브(300)의 고정된 부분을 제외한 타측 부분이 들어 올려져 하부커버(100) 상면과 체크밸브(300)가 이격됨에 따라 산소가 입출구홀(102), 관통공(301) 및 체크밸브(300)의 들어 올려진 부분으로 인출되고, 그 인출된 산소가 상하부커버(200, 100)의 내측공간에서 제2 산소토출밸브(90)를 거쳐 레귤레이터(70)로 80% 정도 전달되고 제2 제올라이트 베드(50)에 대응하는 체크밸브(300)가 탄성력 및 압력에 의해 입출구홀(102)에 밀착된 상태에서 이에 형성된 관통공(301)을 통해 제2 제올라이트 베드(50) 상측으로 20% 정도 전달된다. 다시 말해서, 상기의 과정을 교대로 순환 반복하여 제1 및 제2 제올라이트 베드(50, 60) 중 어느 하나가 산소를 제1 및 제2 산소토출밸브(80, 90)를 통해 각각 연성관 및 레귤레이터(70)로 토출할 시에 다른 하나에서는 제1 및 제2 제올라이 트 베드(50, 60)에 체류하는 질소를 그 베드 하부에 설치된 솔레노이드 밸브(40) 및 소음기를 거쳐 외부로 토출하게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 고순도 산소 생성장치 중 방열부재를 도시한 도면이다.

한편으로 상기 모터펌프(10) 및 라디에이터(20)는 동파이프(410)와, 그 동파이프(410) 외주면에 고정되는 복수개의 알루미늄 방열핀(420)으로 이루어진 방열부재(400)로 연결됨으로써 전력을 사용하는 팬에 의한 공냉방식을 벗어나 열전달이 우수한 동 및 알루미늄을 소재로 한 방열부재(400)를 통해 1차적으로 급속공냉한 다음 라디에이터(20)를 통해 공기온도를 상온에 근접하게 하강시킬 수 있다.

상기의 방열부재(400) 구조에서 보다 효율적으로 승온된 상태의 공기를 냉각시킬 수 있도록 단면적이 확장되고 동파이프(410)에 설치가 용이한 구조를 갖는 방열핀(420) 구조는 동파이프(410)를 둘러싸는 나선부(421)와, 나선부(421) 내측면으로부터 연장되어 동파이프(410)에 끼움되고 상호간에 이격된 틈을 갖는 복수개의 접촉부(422)로 이루어지게 된다. 기술된 방열부재(400)의 구조에 따르면, 방열부재(400)를 동파이프(410)에 끼움에 따라 접촉부(422)가 굽어지면서 탄성력에 의해 동파이프(410)에 고정됨과 동시에 밀착된 상태를 유지하게 되고 그 접촉부(422)가 틈 사이로 방열이 이루어지는 한편, 나선부(421)측에서도 전도된 열을 외부로 방출하게 됨에 따라 급속공냉 효과를 갖게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 고순도 산소 생성장치의 동작원리를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 고순도 산소 생성장치의 순환 동작상태를 도시한 블록도.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 고순도 산소 생성장치 중 체크벨브가 설치된 하부커버를 도시한 상면도 및 배면도.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 고순도 산소 생성장치 중 상부커버를 도시한 상면도 및 배면도.

도 7은 본 발명에 따른 고순도 산소 생성장치 중 방열부재를 도시한 도면.

Claims

공기를 필터링하여 모터펌프(10), 라디에이터(20), 세조기(30) 및 솔레노이드 밸브(40)를 거쳐 상호간에 일정간격 이격되는 한 쌍의 제1 및 제2 제올라이트 베드(50, 60)에서 레귤레이터(70)를 통해 고순도 산소를 토출하도록 교대 순환시키는 산소 생성장치에 있어서,

상기 제1 및 제2 제올라이트 베드(50, 60)의 상부를 밀폐시키고, 그 제올라이트 베드(50, 60) 각각에 대응하는 나선홀(101) 및 입출구홀(102)이 형성된 하부커버(100)와;

상기 하부커버(100)의 상면으로부터 하면이 일정간격 이격되어 결합되고, 상기 제1 및 제2 제올라이트 베드(50, 60) 각각의 상부에 산소를 공급하기 위한 제1 산소토출밸브(80)가 설치되도록 하는 제1 체결부(210)가 양측에 구비되고, 상기 레귤레이터(70)와 연결되는 제2 산소토출밸브(90)가 설치되도록 하는 제2 체결부(220)가 중앙부에 구비되며, 상기 제1 및 제2 체결부(210, 220)와 내측으로 연통되는 연통공(201)이 형성된 상부커버(200)와;

상기 나선홀(101)에 일측이 고정되고 입출구홀(102)보다 작은 직경을 갖는 관통공(301)이 형성되어 압력에 의해 입출구홀(102)에 밀착되거나 일부가 일정간격 이격되는 패널형상의 체크밸브(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 산소 생성장치.
청구항 1에 있어서,

상기 상하부커버(200, 100)는 하부커버(100) 상면에 형성된 삽입홈에 배치되는 패킹부재(110)에 의해 이격되는 것을 특징으로 하는 고순도 산소 생성장치.
청구항 1에 있어서,

상기 모터펌프(10) 및 라디에이터(20)는 동파이프(410)와, 상기 동파이프(410) 외주면에 고정되는 복수개의 알루미늄 방열핀(420)으로 이루어진 방열부재(400)로 연결되는 것을 특징으로 하는 고순도 산소 생성장치.
청구항 3에 있어서,

상기 방열핀(420)은 상기 동파이프(410)를 둘러싸는 나선부(421)와, 상기 나선부(421) 내측면으로부터 연장되어 동파이프(410)에 끼움되고 상호간에 이격된 틈을 갖는 복수개의 접촉부(422)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고순도 산소 생성장치.