KR102447522B1

KR102447522B1 - 산소 발생 장치

Info

Publication number: KR102447522B1
Application number: KR1020220019501A
Authority: KR
Inventors: 조원배
Original assignee: 주식회사 오투센터
Priority date: 2022-02-15
Filing date: 2022-02-15
Publication date: 2022-09-26
Anticipated expiration: 2042-02-15

Abstract

산소 발생 장치는, 압축 공기로부터 질소를 흡착하여 산소를 배출하는 흡착 공정 및 흡착된 질소를 배출하는 탈착 공정을 수행하는 흡착 베드와, 상기 흡착 공정을 위해 상기 흡착 베드로 상기 압축 공기가 공급되거나, 상기 탈착 공정을 위해 상기 흡착 베드로부터 상기 흡착된 질소가 배출되도록 유로를 선택적으로 개폐하는 밸브 유닛과, 상기 흡착 베드로부터 배출되는 산소의 농도를 측정하는 산소 농도 감지부 및 상기 흡착 베드에서 배출되는 산소의 농도를 일정하게 유지하기 위해 상기 산소 농도 감지부에서 측정되는 산소의 농도가 기 설정된 기준 산소 농도로 감소하면 상기 흡착 베드에서 상기 흡착 공정이 상기 탈착 공정으로 전환되도록 상기 밸브 유닛을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

산소 발생 장치{Oxygen generator}

본 발명은 산소 발생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제올라이트의 질소 흡착력을 이용하여 산소를 발생하는 산소 발생 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 산소 발생 장치는, 공기에서 산소를 분리하는 장치로, 제올라이트(Zeolite)라 불리는 흡착제가 소정의 기체분자를 흡착시키는 성질을 이용한다. 공기 중 약 80%를 차지하는 질소는 산소보다 상기 흡착제에 잘 흡착되므로 공기를 흡착제가 충전된 흡착 베드에 공급하면 상기 공기의 질소는 흡착되고, 산소가 상기 흡착 베드로부터 배출된다.

상기 흡착제가 질소를 흡착하면 상기 흡착제의 흡착 성능이 저하되므로, 상기 질소를 제거하여 상기 흡착제의 성능을 회복시켜 주어야 한다. 상기 흡착 베드를 저기압 상태로 하여 상기 흡착제에서 상기 질소를 제거하여 상기 흡착 베드로부터 배출한다.

상기 산소 발생 장치는 한 쌍의 흡착 베드들을 구비하고, 상기 각 흡착 베드들에서 상기 질소를 흡착하는 흡착 공정과 상기 흡착된 질소를 탈착하는 탈착 공정을 교대로 반복하여 산소를 발생한다. 따라서, 상기 흡착 베드들에서 지속적으로 산소를 발생할 수 있다.

상기 흡착 베드들은 일정 주기에 따라 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정을 반복한다. 따라서, 상기 흡착 베드들의 상기 흡착 공정 시간과 상기 탈착 공정 시간이 동일하다.

그러나, 상기 흡착 베드들로 공급되는 공기의 압력이나 온도, 상기 흡착 베드들의 온도에 따라 상기 흡착 베드들이 상기 질소를 포화 되도록 흡착하는데 소요되는 시간이 달라질 수 있고, 상기 흡착 베드들의 상기 흡착 공정 시간과 상기 탈착 공정 시간이 서로 다를 수 있다.

상기 흡착 베드들이 일정 주기에 따라 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정을 반복하는 경우, 상기 질소가 포화되도록 흡착되지 않은 상태나 상기 질소가 충분히 탈착되지 않은 상태에서 상기 흡착 공정이나 상기 탈착 공정으로 전환되거나, 상기 질소가 포화되도록 흡착된 상태나 상기 질소가 완전히 탈착된 상태에서 상기 흡착 공정이나 상기 탈착 공정으로 바로 전환되지 않을 수 있다. 따라서, 상기 산소 발생 장치의 효율이 저하될 수 있다.

본 발명은 산소 발생 효율을 높일 수 있는 산소 발생 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 산소 발생 장치는, 압축 공기로부터 질소를 흡착하여 산소를 배출하는 흡착 공정 및 흡착된 질소를 배출하는 탈착 공정을 수행하는 흡착 베드와, 상기 흡착 공정을 위해 상기 흡착 베드로 상기 압축 공기가 공급되거나, 상기 탈착 공정을 위해 상기 흡착 베드로부터 상기 흡착된 질소가 배출되도록 유로를 선택적으로 개폐하는 밸브 유닛과, 상기 흡착 베드로부터 배출되는 산소의 농도를 측정하는 산소 농도 감지부 및 상기 흡착 베드에서 배출되는 산소의 농도를 일정하게 유지하기 위해 상기 산소 농도 감지부에서 측정되는 산소의 농도가 기 설정된 기준 산소 농도로 감소하면 상기 흡착 베드에서 상기 흡착 공정이 상기 탈착 공정으로 전환되도록 상기 밸브 유닛을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 산소 발생 장치는, 상기 흡착 베드로부터 배출되는 질소의 농도를 측정하는 질소 농도 감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 흡착 베드의 질소 흡착 효율을 높이기 위해 상기 질소 농도 감지부에서 측정되는 질소의 농도가 기 설정된 기준 질소 농도로 감소하면 상기 흡착 베드에서 상기 탈착 공정이 상기 흡착 공정으로 전환되도록 상기 밸브 유닛을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 산소 발생 장치는, 상기 흡착 베드에서 상기 흡착 공정이 수행되는 동안 상기 질소의 흡착 효율을 높이기 위해 상기 흡착 베드를 냉각하고, 상기 흡착 베드에서 상기 탈착 공정이 수행되는 동안 상기 질소의 탈착 효율을 높이기 위해 상기 흡착 베드를 가열하는 흡착 베드 온도 조절부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 산소 발생 장치는, 상기 흡착 베드에 상기 압축공기를 공급하는 압축공기 공급부와, 상기 압축 공기의 온도를 일정하게 유지하기 위한 공기 온도 조절부 및 상기 압축 공기의 수분을 제거하기 위한 제습부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 산소 발생 장치는, 압축 공기로부터 질소를 흡착하여 산소를 배출하는 흡착 공정 및 흡착된 질소를 배출하는 탈착 공정을 수행하는 한 쌍의 흡착 베드들과, 상기 흡착 베드들에서 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정이 교대로 수행되도록 하나의 흡착 베드로 상기 압축 공기가 공급되고 나머지 하나의 흡착 베드로부터 상기 흡착된 질소가 배출되도록 유로를 선택적으로 개폐하는 밸브 유닛과, 상기 흡착 공정시 상기 흡착 베드들로부터 배출되는 산소의 농도를 측정하는 산소 농도 감지부 및 상기 흡착 베드들에서 배출되는 산소의 농도를 일정 농도 이상으로 유지하기 위해 상기 산소 농도 감지부에서 측정되는 산소의 농도가 기 설정된 기준 산소 농도로 감소하면 상기 흡착 베드들이 수행하는 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정이 서로 전환되도록 상기 밸브 유닛을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 산소 발생 장치는, 상기 탈착 공정시 상기 흡착 베드들로부터 배출되는 질소의 농도를 측정하는 질소 농도 감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 흡착 베드들에서 질소 흡착 효율을 높이기 위해 상기 질소 농도 감지부에서 측정되는 질소의 농도가 기 설정된 기준 질소 농도로 감소하면 상기 흡착 베드들이 수행하는 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정이 서로 전환되도록 상기 밸브 유닛을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 산소 농도 감지부에서 측정되는 산소의 농도가 상기 기준 산소 농도로 감소하거나, 상기 질소 농도 감지부에서 측정되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소하면 상기 제어부는 상기 흡착 베드들이 수행하는 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정이 서로 전환되도록 상기 밸브 유닛을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 산소 농도 감지부에서 측정되는 산소의 농도가 상기 기준 산소 농도로 감소하고, 상기 질소 농도 감지부에서 측정되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소하면 상기 제어부는 상기 흡착 베드들이 수행하는 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정이 서로 전환되도록 상기 밸브 유닛을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 산소 발생 장치는, 상기 흡착 베드들을 서로 연결하도록 구비되며, 상기 탈착 공정시 상기 질소의 배출을 돕기 위해 하나의 흡착 베드에서 배출된 산소의 일부를 나머지 하나의 흡착 베드로 공급하는 오리피스를 더 포함하고, 상기 산소 농도 감지부에서 측정되는 산소의 농도가 상기 기준 산소 농도로 감소하는데 소요되는 시간과 상기 질소 농도 감지부에서 측정되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소하는데 소요되는 시간이 동일하도록 상기 제어부는 상기 오리피스의 개방 정도를 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 산소 발생 장치는, 상기 흡착 베드들을 서로 연결하도록 구비되며, 상기 흡착 베드들에서 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정이 서로 전환될 때 개방되어 상기 흡착 베드들 사이의 압력을 균일하게 하는 균압 밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 산소 발생 장치는, 상기 흡착 베드들에서 상기 흡착 공정이 수행되는 동안 상기 질소의 흡착 효율을 높이기 위해 상기 흡착 베드들을 냉각하고, 상기 흡착 베드들에서 상기 탈착 공정이 수행되는 동안 상기 질소의 탈착 효율을 높이기 위해 상기 흡착 베드들을 가열하는 흡착 베드 온도 조절부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 흡착 베드들에서 배출되는 산소의 농도 및 상기 흡착 베드들에서 배출되는 질소의 농도에 따라 상기 흡착 베드들에서 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정의 전환이 이루어지므로, 상기 산소 발생 장치의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 흡착 베드들에서 배출되는 산소의 농도를 상기 기준 산소 농도 이상으로 유지할 수 있으므로, 상기 흡착 베드들에서 배출되는 산소의 농도를 일정 농도 이상으로 유지할 수 있다.

그리고, 상기 흡착 베드들에서 배출되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소한 후에 상기 흡착 베드들에서 상기 흡착 공정을 수행하므로, 상기 흡착 베드들의 질소 흡착 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소 발생 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 공기 온도 조절부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제습부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산소 발생 장치를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산소 발생 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 공기 온도 조절부를 설명하기 위한 블록도이고, 도 3은 도 1에 도시된 제습부를 설명하기 위한 블록도이다

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 산소 발생 장치(100)는 압축 공기 공급부(110), 공기 온도 조절부(120), 제습부(130), 흡착 베드(140), 흡착 베드 온도 조절부(150), 밸브 유닛(160), 산소 저장부(170), 산소 농도 감지부(180), 질소 농도 감지부(181) 및 제어부(190)를 포함할 수 있다.

상기 압축 공기 공급부(110)는 공기를 압축하여 상기 흡착 베드(140)로 공급한다.

상기 압축 공기 공급부(110)는 상기 공기를 압축하기 위한 컴프레셔를 포함할 수 있다.

또한, 상기 압축 공기 공급부(110)는 상기 공기에 포함된 이물질을 제거하기 위한 공기 필터를 더 포함할 수 있다.

상기 공기 온도 조절부(120)는 상기 압축 공기 공급부(110)에서 압축된 압축 공기의 온도를 측정하여 기준 온도 범위에서 벗어나는 경우 상기 압축 공기의 온도를 높이거나 낮추도록 하여 일정한 온도로 유지되도록 한다.

상기 공기 온도 조절부(120)는 상기 압축 공기가 이동하는 유로 상에 설치된 온도 감지기(121)와. 상기 온도 감지기(121)에서 측정된 온도값을 전달받아 상기 기준 온도 범위와 비교 판단하여 제어신호를 발생하는 온도 컨트롤러(123)와, 상기 온도 컨트롤러(123)의 제어신호를 받아 상기 유로 상에 구비되어 가열 또는 냉각 작용을 하는 온도 조절기(122)를 포함할 수 있다.

상기 온도 조절기(122)는 가열 또는 냉각이 가능한 열전 소자 등으로 구성할 수 있다.

상기 압축 공기의 온도가 과도하게 높거나 낮은 경우에는 상기 흡착 베드(140)의 산소 발생 효율이 현저하게 떨어지기 때문에 상기 온도 조절기(122)는 상기 압축 공기를 상기 기준 온도 범위 내에서 적정한 온도로 유지할 수 있다. 일 예로, 상기 공기 온도 조절기(122)는 상기 압축 공기의 온도를 약 15℃~40℃로 유지할 수 있다.

또한, 상기 압축 공기의 온도가 낮을수록 상기 흡착 베드(140)가 질소를 흡착하는 효과가 상승하므로, 상기 공기 온도 조절부(120)는 상기 압축 공기의 온도를 낮출 수 있다. 일 예로, 상기 공기 온도 조절부(120)는 상기 압축 공기의 온도를 상기 기준 온도 범위에서 가장 낮은 온도로 조절할 수 있다.

상기 제습부(130)는 상기 압축 공기의 수분을 제거하기 위한 것으로, 제1 제습 모듈(131)을 포함할 수 있다.

상기 제1 제습 모듈(131)은 상기 압축 공기의 습도를 측정하는 습도 감지기(132)와, 상기 습도 감지기(132)에서 감지된 습도값을 기준 습도값과 비교 판단하여 제어신호를 발생하는 습도 컨트롤러(134) 및 상기 압축 공기가 지나는 유로 상에 구비되어 상기 습도 컨트롤러(134)로부터 제어신호를 전달받아 동작하는 열교환기(133)를 포함할 수 있다.

상기 제1 제습 모듈(131)은 상기 압축 공기 중의 수분을 증발식으로 제거한다. 상기 제1 제습 모듈(131)이 상기 압축 공기의 수분을 제거할 수 있으므로, 상기 흡착 베드(140)의 산소 발생 효율을 높일 수 있으며, 상기 수분으로 인해 상기 흡착 베드(140)의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 제습부(130)는 제2 제습 모듈(135)을 더 포함할 수 잇다.

상기 제2 제습 모듈(135)은 상기 제1 제습 모듈(131)을 경유한 상기 압축 공기 중에 잔류하는 수분을 추가로 제거한다.

상기 제2 제습 모듈(135)은 상기 압축 공기가 지나는 유로 상에 구비되는 상기 압축 공기 중의 습기를 흡착하는 실리카겔 등의 화학적 제습제(136), 상기 제습제(136)에 구비되어 소정 온도로 발열을 하여 상기 제습제(136)에 대한 가열 작용을 행하는 히터(137) 및 설정된 시간 간격과 설정된 시간 동안에만 상기 히터(137)가 동작하도록 제어신호를 발생하는 히터 컨트롤러(138)를 포함할 수 있다.

한편, 상기 제2 제습 모듈(135)은 상기 히터(137)의 동작시에는 상기 제습제(136)가 흡착한 습기가 외부로 배출되도록 상기 유로를 전환하고, 상기 히터(137)의 미동작시에는 상기 압축 공기가 상기 흡착 베드(130)로 공급되도록 상기 유로를 전환하는 전환 밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 제습 모듈(135)은 상기 압축 공기 중의 수분을 화학적 처리 방식으로 제거하므로, 상기 흡착 베드(140)의 산소 발생 효율을 높일 수 있으며, 상기 수분으로 인해 상기 흡착 베드(140)의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 제2 제습 모듈(135)은 상기 히터(137)를 사용하여 상기 제습제(136)를 가열시킴으로써 상기 제습제(136)가 흡착한 수분을 외부로 증발 배출시킬 수 있다. 따라서, 상기 제습제(136)의 사용 수명을 연장시킬 수 있다.

상기 흡착 베드(140)는 압축 공기로부터 질소를 흡착하여 산소를 배출하는 흡착 공정 및 흡착된 질소를 배출하는 탈착 공정을 수행한다.

구체적으로, 상기 흡착 베드(140)는 내부에 제올라이트로 이루어지는 흡착제가 충전된다. 상기 압축 공기가 공급되어 상기 흡착 베드(400)가 고압 상태가 되면, 상기 흡착제가 상기 압축 공기에서 질소를 흡착하고, 상기 흡착제에 흡착되지 않은 산소가 상기 흡착 베드(140)로부터 배출된다.

상기 흡착 베드(140)의 압력이 낮아지면, 상기 흡착제에 흡착된 질소가 떨어지면서 상기 흡착 베드(140)로부터 배출된다.

상기 흡착 베드 온도 조절부(150)는 상기 흡착 베드(140)의 온도를 조절한다.

상기 흡착 베드 온도 조절부(150)는 상기 흡착 베드(140)의 내부에 구비되는 온도 감지기 및 상기 흡착 베드(140)의 내부 또는 상기 흡착 베드(140)를 감싸도록 구비되며 상기 온도 감지기에서 측정된 온도값에 따라 가열 또는 냉각 작용을 하는 온도 조절기를 포함할 수 있다.

상기 온도 조절기는 가열 또는 냉각이 가능한 열전 소자 등으로 구성할 수 있다.

구체적으로, 상기 흡착 베드 온도 조절부(150)는 상기 흡착 베드(140)에서 상기 흡착 공정이 수행되는 동안 상기 질소의 흡착 효율을 높이기 위해 상기 흡착 베드(140)를 냉각하고, 상기 흡착 베드(140)에서 상기 탈착 공정이 수행되는 동안 상기 질소의 탈착 효율을 높이기 위해 상기 흡착 베드(140)를 가열할 수 있다.

상기 밸브 유닛(160)은 상기 흡착 공정을 위해 상기 흡착 베드(140)로 상기 압축 공기가 공급되거나, 상기 탈착 공정을 위해 상기 흡착 베드(140)로부터 상기 흡착된 질소가 배출되도록 유로를 선택적으로 개폐할 수 있다.

상기 밸브 유닛(160)에서 공급 밸브(161)가 개방되면 상기 압축 공기가 상기 흡착 베드(140)로 공급될 수 있다. 상기 압축 공기가 상기 흡착 베드(140)로 공급되면, 상기 흡착 베드(140)에서 상기 흡착 공정이 수행된다.

상기 밸브 유닛(160)에서 배출 밸브(162)가 개방되면 상기 흡착 베드(140)에서 상기 탈착 공정이 수행된다. 따라서, 상기 흡착 베드(140)로부터 상기 질소가 외부로 배출될 수 있다.

상기 산소 저장부(170)는 상기 흡착 베드(140)로부터 배출되는 산소를 저장한다.

상기 흡착 베드(140)와 상기 산소 저장부(170) 사이의 유로에는 체크 밸브(171)가 구비된다. 상기 체크 밸브(171)는 상기 산소 저장부(170)의 산소가 상기 흡착 베드(140)로 역류하는 것을 방지할 수 있다.

상기 산소 농도 감지부(180)는 상기 흡착 베드(140)와 상기 산소 저장부(170) 사이의 유로에 구비되며, 상기 흡착 베드(140)로부터 배출되는 산소의 농도를 측정한다.

상기 질소 농도 감지부(181)는 상기 흡착 베드(140)로부터 상기 질소가 배출되는 유로 상에 구비되며, 상기 흡착 베드(140)로부터 배출되는 질소의 농도를 측정한다.

상기 제어부(190)는 상기 산소 농도 감지부(180)에서 측정되는 산소의 농도가 기 설정된 기준 산소 농도로 감소하면 상기 흡착 베드(140)에서 상기 흡착 공정이 상기 탈착 공정으로 전환되도록 상기 밸브 유닛(160)을 제어한다. 즉, 상기 제어부(190)는 상기 공급 밸브(161)를 차단하고, 상기 배출 밸브(162)를 개방하도록 상기 밸브 유닛(160)을 제어한다. 이때, 상기 기준 산소 농도는 상기 흡착 베드(140)의 흡착제에 질소가 포화되도록 흡착될 때 상기 산소 농도 감지부(180)에서 감지되는 산소의 농도이거나, 사용자가 요구하는 산소의 농도일 수 있다.

상기 흡착 베드(140)에서 배출되는 산소의 농도를 상기 기준 산소 농도 이상으로 유지할 수 있으므로, 상기 흡착 베드(140)에서 배출되는 산소의 농도를 일정 농도 이상으로 유지할 수 있다.

또한, 상기 제어부(190)는, 상기 질소 농도 감지부(181)에서 측정되는 질소의 농도가 기 설정된 기준 질소 농도로 감소하면 상기 흡착 베드(140)에서 상기 탈착 공정이 상기 흡착 공정으로 전환되도록 상기 밸브 유닛(160)을 제어한다. 즉, 상기 제어부(190)는 상기 공급 밸브(161)를 개방하고, 상기 배출 밸브(162)를 차단하도록 상기 밸브 유닛(160)을 제어한다. 이때, 상기 기준 질소 농도는 상기 흡착 베드(140)의 상기 흡착제로부터 질소가 완전히 탈착된 후 상기 질소 농도 감지부(181)에서 감지되는 질소의 농도이거나, 사용자가 요구하는 질소의 농도일 수 있다.

상기 흡착 베드(140)에서 배출되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소한 후에 상기 흡착 베드(140)에서 상기 흡착 공정을 수행하므로, 상기 흡착 베드(140)의 질소 흡착 효율을 높일 수 있다.

상기 흡착 베드(140)에서 배출되는 산소의 농도 및 상기 흡착 베드(140)에서 배출되는 질소의 농도에 따라 상기 흡착 베드(140)에서 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정의 전환이 이루어지므로, 상기 흡착 베드(140)에서 질소가 포화되도록 흡착되지 않은 상태나 상기 질소가 충분히 탈착되지 않은 상태에서 상기 흡착 공정이나 상기 탈착 공정으로 전환되는 것을 방지할 수 있고, 상기 질소가 포화되도록 흡착된 상태나 상기 질소가 완전히 탈착된 상태에서 상기 흡착 공정이나 상기 탈착 공정으로 바로 전환되지 않는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 산소 발생 장치(100)의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산소 발생 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 상기 산소 발생 장치(200)는 압축 공기 공급부(210), 공기 온도 조절부(220), 제습부(230), 흡착 베드들(240a, 240b), 흡착 베드 온도 조절부(250), 밸브 유닛(260), 산소 저장부(270), 오리피스(272), 균압 밸브(273), 산소 농도 감지부(280), 질소 농도 감지부(281) 및 제어부(290)를 포함할 수 있다.

상기 압축 공기 공급부(210), 상기 공기 온도 조절부(220), 상기 제습부(230)에 대한 구체적인 설명은 도 1 내지 도 3을 참조한 압축 공기 공급부(110), 공기 온도 조절부(120) 및 제습부(130)에 대한 설명과 실질적으로 동일하다.

상기 흡착 베드들(240a, 240b)은 한 쌍이 구비되고, 압축 공기로부터 질소를 흡착하여 산소를 배출하는 흡착 공정 및 흡착된 질소를 배출하는 탈착 공정을 수행한다.

상기 흡착 베드들(240a, 240b)은 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정을 교대로 수행할 수 있다. 즉 하나의 흡착 베드(240a)가 상기 흡착 공정을 수행하면, 다른 흡착 베드(240b)는 상기 탈착 공정을 수행하고, 하나의 흡착 베드(240a)가 상기 탈착 공정을 수행하면, 다른 흡착 베드(240b)는 상기 흡착 공정을 수행한다.

상기 흡착 베드 온도 조절부(250)는 상기 흡착 베드들(240a, 240b)에 각각 구비되며, 상기 흡착 베드들(240a, 240b)의 온도를 조절한다.

상기 흡착 베드 온도 조절부(250)에 대한 구체적인 설명은 도 1 내지 도 3을 참조한 흡착 베드 온도 조절부(150)에 대한 설명과 실질적으로 동일하다.

상기 밸브 유닛(260)은 상기 흡착 베드들(240a, 240b)에서 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정을 서로 전환하기 위해 하나의 흡착 베드(240a)로 상기 압축 공기가 공급되고 나머지 하나의 흡착 베드(240b)부터 상기 흡착된 질소가 배출되도록 유로를 선택적으로 개폐할 수 있다.

상기 밸브 유닛(260)에서 제1 공급 밸브(261) 및 제2 배출 밸브(264)가 개방되고, 제2 공급 밸브(262) 및 제1 배출 밸브(263)가 차단되면, 상기 제1 공급 밸브(261)를 통해 첫 번째 흡착 베드(240a)로 압축 공기가 공급되고, 두 번째 흡착 베드(240b)에서 탈착된 질소가 상기 제2 배출 밸브(264)를 통해 배출된다. 따라서, 첫 번째 흡착 베드(240a)에서 상기 흡착 공정이 수행되고, 두 번째 흡착 베드(240b)에서 상기 탈착 공정이 수행된다.

이후, 상기 밸브 유닛(260)에서 제1 공급 밸브(261) 및 제2 배출 밸브(264)가 차단되고, 제2 공급 밸브(262) 및 제1 배출 밸브(263)가 개방되면, 상기 제2 공급 밸브(262)를 통해 두 번째 흡착 베드(240b)로 압축 공기가 공급되고, 첫 번째 흡착 베드(240a)에서 탈착된 질소가 상기 제1 배출 밸브(263)를 통해 배출된다. 따라서, 첫 번째 흡착 베드(240a)에서 상기 탈착 공정이 수행되고, 두 번째 흡착 베드(240b)에서 상기 흡착 공정이 수행된다.

상기 산소 저장부(270)는 상기 흡착 베드들(240a, 240b)로부터 교대로 배출되는 산소를 저장한다.

상기 흡착 베드들(240a, 240b)과 상기 산소 저장부(270) 사이의 유로에는 체크 밸브들(271)이 각각 구비된다. 상기 체크 밸브들(271)은 상기 산소 저장부(170)의 산소가 상기 흡착 베드들(240a, 240b)로 역류하는 것을 방지할 수 있다.

상기 오리피스(272)는 상기 흡착 베드들(240a, 240b)을 서로 연결하도록 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 오리피스(272)는 상기 흡착 베드들(240a, 240b)과 상기 산소 저장부(270)를 연결하는 유로들을 연결하도록 구비될 수 있다. 상기 오리피스(272)는 상기 흡착 공정 중인 첫 번째 흡착 베드(240a)에서 배출된 산소의 일부를 상기 탈착 공정 중인 두 번째 흡착 베드(240b)로 공급하거나, 상기 흡착 공정 중인 두 번째 흡착 베드(240b)에서 배출된 산소의 일부를 상기 탈착 공정 중인 첫 번째 흡착 베드(240a)로 공급할 수 있다. 상기 탈착 공정 중인 흡착 베드들(240a, 240b)로 공급된 상기 산소가 상기 흡착제로부터 상기 질소를 탈착시킬 수 있으므로, 상기 탈착 공정시 상기 질소의 배출을 도울 수 있다.

상기 균압 밸브(273)는 상기 흡착 베드들(240a, 240b)을 서로 연결하도록 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 균압 밸브(273)는 상기 흡착 베드들(240a, 240b)과 상기 산소 저장부(270)를 연결하는 유로들을 연결하도록 구비될 수 있다.

상기 흡착 베드들(240a, 240b)의 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정이 변경될 때 상기 균압 밸브(273)가 개방되어 상기 흡착 베드들(240a, 240b) 사이의 압력을 균일하게 할 수 있다.

상기 산소 농도 감지부(280)는 상기 흡착 베드들(240a, 240b)과 상기 산소 저장부(270) 사이의 유로에 구비되며, 상기 흡착 베드들(240a, 240b)로부터 배출되는 산소의 농도를 측정한다.

상기 산소 농도 감지부(280)는 두 개가 구비되어 상기 흡착 베드들(240a, 240b)로부터 배출되는 산소의 농도를 각각 측정하거나, 하나가 구비되어 상기 흡착 베드들(240a, 240b)로부터 배출되는 산소의 농도를 교대로 측정할 수 있다.

상기 질소 농도 감지부(281)는 상기 흡착 베드들(240a, 240b)로부터 상기 질소가 배출되는 유로 상에 구비되며, 상기 흡착 베드들(240a, 240b)로부터 배출되는 질소의 농도를 측정한다.

상기 질소 농도 감지부(281)는 두 개가 구비되어 상기 흡착 베드들(240a, 240b)로부터 배출되는 질소의 농도를 각각 측정하거나, 하나가 구비되어 상기 흡착 베드들(240a, 240b)로부터 배출되는 질소의 농도를 교대로 측정할 수 있다.

상기 제어부(290)는 상기 밸브 유닛(260)을 제어하여 상기 흡착 베드들(240a, 240b)에서 수행되는 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정을 서로 전환할 수 있다. 이때, 상기 제어부(290)는 상기 산소 농도 감지부(280)의 측정 결과만을 이용하거나, 상기 질소 농도 감지부(281)의 측정 결과만을 이용하거나, 상기 산소 농도 감지부(280)의 측정 결과 및 상기 질소 농도 감지부(281)의 측정 결과를 같이 이용할 수 있다.

상기 제어부(290)가 상기 산소 농도 감지부(280)의 측정 결과만을 이용하는 경우, 상기 제어부(290)는 상기 산소 농도 감지부(280)에서 측정되는 산소의 농도가 기 설정된 기준 산소 농도로 감소하면 상기 흡착 베드들(240a, 240b)에서 수행되는 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정이 서로 전환되도록 상기 밸브 유닛(260)을 제어할 수 있다. 즉, 상기 제어부(290)는 상기 제1 공급 밸브(261) 및 상기 제2 배출 밸브(264)를 개방하고 상기 제2 공급 밸브(262) 및 상기 제1 배출 밸브(263)를 차단하거나, 상기 제1 공급 밸브(261) 및 상기 제2 배출 밸브(264)를 차단하고 상기 제2 공급 밸브(262) 및 상기 제1 배출 밸브(263)를 개방하도록 상기 밸브 유닛(260)을 제어한다. 이때, 상기 기준 산소 농도는 상기 흡착 베드들(240a, 240b)의 흡착제에 질소가 포화되도록 흡착될 때 상기 산소 농도 감지부(280)에서 감지되는 산소의 농도이거나, 사용자가 요구하는 산소의 농도일 수 있다.

상기 흡착 베드들(240a, 240b)에서 배출되는 산소의 농도를 상기 기준 산소 농도 이상으로 유지할 수 있으므로, 상기 흡착 베드들(240a, 240b)에서 배출되는 산소의 농도를 일정 농도 이상으로 유지할 수 있다.

상기 제어부(290)가 상기 질소 농도 감지부(281)의 측정 결과만을 이용하는 경우, 상기 제어부(290)는, 상기 질소 농도 감지부(281)에서 측정되는 질소의 농도가 기 설정된 기준 질소 농도로 감소하면 상기 흡착 베드들(240a, 240b)에서 수행되는 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정이 서로 전환되도록 상기 밸브 유닛(260)을 제어한다. 이때, 상기 기준 질소 농도는 상기 흡착 베드들(240a, 240b)의 상기 흡착제로부터 질소가 완전히 탈착된 후 상기 질소 농도 감지부(281)에서 감지되는 질소의 농도이거나, 사용자가 요구하는 질소의 농도일 수 있다.

상기 흡착 베드들(240a, 240b)에서 배출되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소한 후에 상기 흡착 베드들(240a, 240b)에서 상기 흡착 공정을 수행하므로, 상기 흡착 베드들(240a, 240b)의 질소 흡착 효율을 높일 수 있다.

상기 제어부(290)는 상기 산소 농도 감지부(280)의 측정 결과 및 상기 질소 농도 감지부(281)의 측정 결과를 같이 이용하는 경우, 상기 산소 농도 감지부(280)에서 측정되는 산소의 농도가 상기 기준 산소 농도로 감소하는 제1 조건과, 상기 질소 농도 감지부(281)에서 측정되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소하는 제2 조건 중 어느 하나만 만족하면 상기 제어부(290)는 상기 흡착 베드들(240a, 240b)에서 수행되는 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정이 서로 전환되도록 상기 밸브 유닛(260)을 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부(290)는 상기 산소 농도 감지부(280)의 측정 결과 및 상기 질소 농도 감지부(281)의 측정 결과를 같이 이용하는 경우, 상기 산소 농도 감지부(280)에서 측정되는 산소의 농도가 상기 기준 산소 농도로 감소하는 제1 조건과, 상기 질소 농도 감지부(281)에서 측정되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소하는 제2 조건을 모두 만족하면 상기 제어부(290)는 상기 흡착 베드들(240a, 240b)에서 수행되는 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정이 서로 전환되도록 상기 밸브 유닛(260)을 제어할 수 있다.

한편, 상기 제어부(290)는 상기 오리피스(272)의 개방 정도를 조절할 수 있다. 상기 오리피스(272)의 개방 정도를 조절함으로써 탈착 공정 중인 상기 흡착 베드들(240a, 240b)로 공급되는 산소의 양을 조절할 수 있다. 따라서, 상기 흡착 베드들(240a, 240b)의 탈착 공정에 소요되는 시간을 조절할 수 있으며, 상기 질소 농도 감지부(281)에서 측정되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소하는데 소요되는 시간을 조절할 수 있다.

상기 질소 농도 감지부(281)에서 측정되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소하는데 소요되는 시간을 조절함으로써 상기 산소 농도 감지부(280)에서 측정되는 산소의 농도가 상기 기준 산소 농도로 감소하는데 소요되는 시간과 상기 질소 농도 감지부(281)에서 측정되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소하는데 소요되는 시간을 동일하게 할 수 있다.

상기 산소 농도 감지부(280)에서 측정되는 산소의 농도가 상기 기준 산소 농도로 감소하는데 소요되는 시간과 상기 질소 농도 감지부(281)에서 측정되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소하는데 소요되는 시간이 동일하면, 상기 산소 농도 감지부(280)에서 측정되는 산소의 농도가 상기 기준 산소 농도로 감소하는 제1 조건과, 상기 질소 농도 감지부(281)에서 측정되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소하는 제2 조건을 동시에 만족될 수 있다.

상기 흡착 베드들(240a, 240b)에서 배출되는 산소의 농도 및 상기 흡착 베드들(240a, 240b)에서 배출되는 질소의 농도에 따라 상기 흡착 베드들(240a, 240b)에서 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정의 전환이 이루어지므로, 상기 흡착 베드(140)에서 배출되는 산소의 농도 및 상기 흡착 베드(140)에서 배출되는 질소의 농도에 따라 상기 흡착 베드(140)에서 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정의 전환이 이루어지므로, 상기 흡착 베드들(240a, 240b)에서 질소가 포화되도록 흡착되지 않은 상태나 상기 질소가 충분히 탈착되지 않은 상태에서 상기 흡착 공정이나 상기 탈착 공정으로 전환되는 것을 방지할 수 있고, 상기 질소가 포화되도록 흡착된 상태나 상기 질소가 완전히 탈착된 상태에서 상기 흡착 공정이나 상기 탈착 공정으로 바로 전환되지 않는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 산소 발생 장치(200)의 효율을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 산소 발생 장치 110 : 압축 공기 공급부
120 : 공기 온도 조절부 130 : 제습부
140 : 흡착 베드 150 : 흡착 베드 온도 조절부
160 : 밸브 유닛 161 : 공급 밸브
162 : 배출 밸브 170 : 산소 저장부
171 : 체크 밸브 180 : 산소 농도 감지부
181 : 질소 농도 감지부 190 : 제어부

Claims

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압축 공기로부터 질소를 흡착하여 산소를 배출하는 흡착 공정 및 흡착된 질소를 배출하는 탈착 공정을 수행하는 한 쌍의 흡착 베드들;
상기 흡착 베드들에서 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정이 교대로 수행되도록 하나의 흡착 베드로 상기 압축 공기가 공급되고 나머지 하나의 흡착 베드로부터 상기 흡착된 질소가 배출되도록 유로를 선택적으로 개폐하는 밸브 유닛;
상기 흡착 베드들에 상기 압축 공기를 공급하는 압축공기 공급부;
상기 흡착 베드들로부터 배출되는 산소를 저장하는 산소 저장부;
상기 흡착 베드들과 상기 산소 저장부 사이의 유로에 구비되고, 상기 흡착 공정시 상기 흡착 베드들로부터 배출되는 산소의 농도를 측정하는 산소 농도 감지부;
상기 흡착 베드와 상기 압축공기 공급부 사이의 유로에 구비되고, 상기 탈착 공정시 상기 흡착 베드들로부터 배출되는 질소의 농도를 측정하는 질소 농도 감지부;
상기 흡착 베드들을 서로 연결하도록 구비되며, 상기 탈착 공정시 상기 질소의 배출을 돕기 위해 하나의 흡착 베드에서 배출된 산소의 일부를 나머지 하나의 흡착 베드로 공급하는 오리피스; 및
상기 흡착 베드들에서 배출되는 산소의 농도를 일정 농도 이상으로 유지하기 위해 상기 산소 농도 감지부에서 측정되는 산소의 농도가 기 설정된 기준 산소 농도로 감소하면 상기 흡착 베드들이 수행하는 상기 흡착 공정이 상기 탈착 공정으로 전환되도록 상기 밸브 유닛을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 흡착 베드들에서 질소 흡착 효율을 높이기 위해 상기 질소 농도 감지부에서 측정되는 질소의 농도가 기 설정된 기준 질소 농도로 감소하면 상기 흡착 베드들이 수행하는 상기 탈착 공정이 상기 흡착 공정으로 전환되도록 상기 밸브 유닛을 제어하고,
상기 산소 농도 감지부에서 측정되는 산소의 농도가 상기 기준 산소 농도로 감소하는데 소요되는 시간과 상기 질소 농도 감지부에서 측정되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소하는데 소요되는 시간이 동일하도록 상기 제어부는 상기 오리피스의 개방 정도를 조절하는 것을 특징으로 하는 산소 발생 장치.
삭제
제5항에 있어서,
상기 산소 농도 감지부에서 측정되는 산소의 농도가 상기 기준 산소 농도로 감소하거나, 상기 질소 농도 감지부에서 측정되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소하면 상기 제어부는 상기 흡착 베드들이 수행하는 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정이 서로 전환되도록 상기 밸브 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 산소 발생 장치.
제5항에 있어서,
상기 산소 농도 감지부에서 측정되는 산소의 농도가 상기 기준 산소 농도로 감소하고, 상기 질소 농도 감지부에서 측정되는 질소의 농도가 상기 기준 질소 농도로 감소하면 상기 제어부는 상기 흡착 베드들이 수행하는 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정이 서로 전환되도록 상기 밸브 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 산소 발생 장치.
삭제
제5항에 있어서,
상기 흡착 베드들을 서로 연결하도록 구비되며, 상기 흡착 베드들에서 상기 흡착 공정과 상기 탈착 공정이 서로 전환될 때 개방되어 상기 흡착 베드들 사이의 압력을 균일하게 하는 균압 밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 발생 장치.
제5항에 있어서,
상기 흡착 베드들에서 상기 흡착 공정이 수행되는 동안 상기 질소의 흡착 효율을 높이기 위해 상기 흡착 베드들을 냉각하고, 상기 흡착 베드들에서 상기 탈착 공정이 수행되는 동안 상기 질소의 탈착 효율을 높이기 위해 상기 흡착 베드들을 가열하는 흡착 베드 온도 조절부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 발생 장치.