KR20020026233A - 공기통의 압축공기 충진장치 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 다단식 초고압공기압축기에 산소농축모듈과 보조공기압축기를 결합한 공기통의 압축공기 충진장치에 관한 것이다.

이 공기통의 압축공기 충진장치는, 흡기필터(10); 1단 압축기(20); 상기 1단 저압압축된 공기의 일부를 그대로 공급하기 위한 오리피스(32)와, 나머지 일부를 산소농축하기 위한 농축모듈(34)로 이루어진 농축부(30); 상기 농축부(30)에서 공급된 혼합공기를 2차 압축하기 위한 2단 중압압축기(40); 상기 중압 압축기에서 압축된 혼합공기를 고압압축하기 위한 3, 4단 고압압축기(50); 공기정화필터(60); 압력스위치(70); 상기 압력스위치(70)에 순도검출센서(92)와 압력감지센서(94)를 연결하여 상기 저압,중압,고압의 압축기를 제어하기 의한 제어부(90)를 구비하여서 된다.

Description

공기통의 압축공기 충진장치{Compressed air charger for oxygen bomb}

본 발명은 공기통(이하에서는 스킨스쿠버 혹은 소방관등이 사용하는 공기공급용 산소통을 총칭함)의 압축공기 충진장치에 관한 것으로 상세하게는 압축공기 충진장치에 관한 것이다.

종래에 사용되어온 압축공기 충진방식의 예를 살펴본다.

우선 선진국의 경우에는, 산소의 비율을 맞추기 위해서, 고압 산소통의 산소를 원하는 양만큼 공기통에 채운 후에 나머지는 다단식 초고압 공기압축기를 통해서 공기를 채우는 방법으로, 예를들면, 27% 6.8리터(liter)공기통을 만든다고 하면100% 산소를 26bar까지 충진한 후에 다단식 공기압축기를 사용하여 300bar까지 압력을 채우는 방식이다. 고압에서 높은 산소순도와 압축열에 의한 폭발의 위험성을 피하기 위해서 선택되어진 방법이지만, 고압 산소통에 산소를 항상 채워 넣어야 한다는 단점이 있다.

다른 방법은 공기를 고압통에 충진하였다가 멤브레인(membrane)을 통과시키면서 40% 정도의 산소를 만들어내어, 공기압축기를 통해서 충진하는 것이다. 이 방법 또한 고압통에 항상 공기를 충진시켜야 하는 단점이 있을 뿐 아니라, 고온에서 폭발의 위험성이 있다.

국내에서는 최근에 산소농축장치가 도입사용되고 있다. 즉, 다단식 초고압 공기압축기의 흡기구에 별도의 산소농축장치에서 농축된 산소를 흘려 넣어주는 방식으로 흡입 공기의 순도를 높여서 공기통을 충진하는 방법으로, 예를들면, 23%의 산소를 포함하는 공기를 충진한다면 산소농축장치에서 발생된 산소와 다단식 초고압 공기압축기의 흡입구에서 흡입하는 공기를 섞어 산소순도를 23%로 맞춘 후에 충진하는 방식이다. 이 방식 또한 고온, 고압에서 산소순도가 높은 공기를 충진하기 때문에 폭발의 위험성이 있다. 게다가 기존의 산소농축장치를 별도로 구비하여 사용하므로 2개의 기계를 작동시켜야 하는 번거로움이 있다. 이 장치의 또 다른 단점은 산소의 양이 정해져 있고, 충진시간이 정해져 있으므로 항시 정해진 산소순도로만 충진이 가능하고 산소순도의 제어가 불가능하였다.

일반적으로 공기통에의 산소순도 구분은 대부분 23%, 27%로 나뉜다. 그러나 종래와 같이 상당한 순도의 농축산소를 흡입초기부터 다단식으로 압력을 증가하면서 충진하게 되면 어느 단계에선가는 순도조정과 폭발의 위험을 피하기 위해서 농축산소의 공급을 정지하여야 한다.

따라서 공기통등에 소정의 순도를 갖는 압축공기의 주입시에 산소순도를 제어함과 동시에 고압압축에 따른 위험성을 해결할 수 있는 압축공기 충진방식이 필요로 되는 것이다.

본 발명은 산소농축장치를 구비하되 공기압축기를 별도로 갖추지 않고, 다단식 초고압 공기압축기의 1차압축기를 산소농축장치와 연결하여 산소를 발생시키도록 하면서 농축된 산소를 다시 다단식 공기압축기의 2차압축기의 흡입구에 넣어 3, 4차압축기를 거쳐 공기통에 충진하게 하는 압축공기 충진장치를 제공하려는 데에 발명의 목적이 있다.

본 발명은 이와같은 점을 감안하여 별도의 산소농축장치를 구비하지 않고 다단식 공기압축기의 사이에 산소농축모듈을 적절히 결합하여 산소순도의 제어와 압력을 적절히 조절할 수 있는 압축공기 충진방식을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 압축공기 충진방식은 다단식 초고압공기압축기의 1단과 보조압축기를 사용하여 산소농축모듈에 압축공기를 공급하고, 별도 생성된 압축공기의 일부와 농축된 산소를 혼합하여 2단 입구에 넣어주는 압축공기 충진방식을 제공하는 데에도 그 목적이 있다.

본 발명 충진방식은 다단계 초고압공기압축에 있어 적어도 하나 이상의 산소농축모듈에 공기를 공급하면서 공기통을 충진하는 데도 공기를 공급하도록 하고,산소를 농축하지 않으면서도 공기통을 충진할 수 있는 공기충진방식을 제공하는 데에도 그 목적이 있다.

본 발명 다단식 초고압공기압축장치는 산소농축모듈을 순도제어가 가능해진다.

도 1은 본 발명 공기통의 압축공기 충진장치의 일실시예의 구성도이고,

도 2는 본 발명 공기통의 압축공기 충진장치의 다른 실시예의 구성도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10:흡기필터, 20:저압압축기, 30:농축부,32:오리피스, 34:농축모듈,

40:중압압축기, 50:고압압축기, 60:공기정화필터, 70:압력스위치,

80:공기통, 90:제어부, 92:순도검출센서, 94:압력감지센서.

이와같은 본 발명 공기통의 압축공기 충진장치는 흡기필터와; 1차 저압 압축기와; 상기 1차 저압압축된 공기의 일부를 그대로 공급하기 위한 오리피스와, 나머지 일부를 산소농축하기 위한 농축모듈로 이루어진 농축부와; 상기 농축부에서 공급된 혼합공기를 2차 압축하기 위한 2차 중압압축기와; 상기 중압 압축기에서 압축된 혼합공기를 고압압축하기 위한 3, 4차 고압압축기와; 공기정화필터와; 압력스위치; 및 공기통 연결구로 이루어진 공기통의 압축공기 충진장치로 달성된다.

본 발명 공기통의 압축공기 충진장치는 상기 농축부의 산소농축 모듈이 적어도 1개 이상 구비됨이 바람직하다.

본 발명 공기통의 압축공기 충진장치는 상기 산소농축 모듈중 어느 하나에 보조압축기를 더 구비함이 바람직하다.

본 발명 공기통의 압축공기 충진장치는 상기 압력스위치에 압력감지 센서를 연결하고, 이 압력감지센서의 감지압력에 의하여 상기 저압,중압,고압의 압축기를 제어하기 의한 제어부를 더 구비함이 바람직하다.

따라서 본 발명 압축공기 충진장치는 공기통등에 소정의 순도를 갖는 압축공기의 주입시에 산소순도와 고압압축에 따른 위험성을 동시에 해결할 수 있는 압축공기 충진방식을 제공하기 위하여 산소농축장치를 구비하되, 공기압축기를 별도로 갖추지 않고, 다단식 초고압 공기압축기의 1차압축기를 산소농축장치와 연결하여 산소를 발생시키게 하고, 농축된 산소를 다시 다단식 공기압축기의 2차압축기의 흡입구에 넣어 3, 4차압축기를 거쳐 공기통에 충진하게 되는 것이다. 즉, 산소농축장치가 별도의 공기압축기 없이 다단식 초고압 공기압축기의 1차 공기압축기를 사용하는 특징이 있다.

그리고 본 발명은 초고압에서의 폭발 위험성을 고려하여, 200bar까지는 산소가 대기보다 많이 포함되어 있는 공기를 충진시키고, 그 후에는 일반 공기를 300bar까지 충진하여 원하는 산소비율을 가지는 공기를 공기통에 충진하는 방식이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거 구체적으로 설명한다.

첨부 도면중 도 1은 본 발명 공기통 압축공기 충진장치의 1실시예의 구성도이다.

상기 도면에 따르는 본 발명 공기통 압축공기 충진장치는 흡기필터(10)와, 1차 저압압축기(20)와, 농축부(30)와, 2차 중압압축기(40)와, 3, 4차고압압축기(50)와, 공기정화필터(60)와, 공기통의 최종충진압력을 제어하는 압력스위치(71), 23% 충진시 산소농축모듈의 작동여부를 제어하는 압력스위치(72), 27% 충진 시 산소농축모듈의 작동여부를 제어하는 압력스위치(73)로 이루어진 압력스위치(70)와, 공기통(80)으로 이루어진다.

농축부(30)는 다시 상기 1차 저압압축된 공기의 일부를 그대로 공급하기 위한 오리피스(32)와, 나머지 일부를 산소농축하기 위한 농축모듈(34)로 구분된다.

농축모듈(14)은 적어도 하나이상을 병열로 접속하여 1차 압축된 공기를 우회시켜 산소농축을 하게 된다. 농축산소는 1차 압축된 공기와 혼합되어 2차 중압압축기를 거쳐 고압압축기로 넘어가면서 소정의 압력을 갖게 된다.

첨부 도면중 도 2는 본 발명 공기통의 압축공기 충진장치의 다른 실시예를 도시하고 있다.

상기 도면에 따르는 본 발명 공기통 압축공기 충진장치는 흡기필터(10)와, 1차 저압압축기(20)와, 농축부(30)와, 2차 중압압축기(40)와, 3, 4차 고압압축기(50)와, 압력스위치(70)와, 공기통(80) 및 제어부(90)으로 이루어진다.

압력스위치(70)는 상기 실시예와 같이 23%와 27% 충진시 산소충진에 필요한 설정압력을 가지고 산소농축모듈의 작동여부를 결정할 압력스위치(72)(73)와, 공기정화필터(60)와 공기통의 최종충진압력을 제어하는 압력스위치(71)로 이루어진다.

제어부(90)는 압력스위치(70)에 산소순도검출센서(92) 및 압력감지센서(94)를 구비하여 이를 제어토록하게 된다.

즉, 압력스위치(70)에서 검출된 압력에 따라 저압,중압,고압측의 압력을 조절하거나 농축모듈(34)측의 농축정도를 조절하여 압축공기의 압력을 조절하게 된다. 특히 본 발명은 이때 순도검출센서(92)로서 산소순도를 검출하여 농축산소의 순도비율을 제어하게 된다.

한편, 상기 농축부(30)의 산소 농축모듈(34)은 적어도 1개 이상 구비되며, 상기 산소 농축모듈(34)은 보조압축기(36)를 더 구비할 수 있다. 이것은 저압압축설정압력을 가지고 산소농축모듈의 작동여부를 결정할 압력스위치(72)(73)와, 공기정화필터(60)와 공기통의 최종충진압력을 제어하는 압력스위치(71)로 이루어진다.

제어부(90)는 압력스위치(70)에 산소순도검출센서(92) 및 압력감지센서(94)를 구비하여 이를 제어토록한다.

즉, 압력스위치(70)에서 검출된 압력에 따라 저압,중압,고압측의 압력을 조절하거나 농축모듈(34)측의 농축정도를 조절하여 압축공기의 압력을 조절하게 된다. 특히 본 발명은 이때 순도검출센서(92)로서 산소순도를 검출하여 농축산소의 순도비율을 제어하게 된다.

이와같은 구성의 본 발명은 공기통등에 소정의 순도를 갖는 압축공기의 주입시에 산소순도와 고압압축에 따른 위험성을 동시에 해결할 수 있는 압축공기 충진방식을 제공하게 된다.

즉, 흡기필터(10)를 통하여 초기 외부산소를 흡입여과하고, 1차 저압압축기(20)를 통하여 외부산소 전체를 저압(약 3-4kg/㎠)으로 압축한다.

저압압축된 산소의 일부는 농축부(30)의 농축모듈(34)을 통하여 소정압력의 농축산소를 공급하고, 동시에 상기 저압압축된 나머지 압축공기는 오리피스(32)를 통하여 상기 농축산소와 혼합되면서 2차 중압압축기(40)로 공급된다. 여기에서 소정압력(약 13-15kgf/㎠)으로 압축된 압축공기는 3차(압력설비여건에 따라 저압압축기를 복수연결하는 경우 4차압축과정이 필요하기도 함)고압압축기(50)을 통하여 약30-50kgf/㎠의 고압으로 압축한 뒤, 공기정화필터(60)를 거쳐 공기통(80)에 채워진다.

이때 공기통(80)의 최종 충진압력을 압력스위치(71)에서 제어토록 하고, 동시에 공기통의 산소농도를 23% 혹은 27%를 할 것인지를 선택해 놓는다. 즉,23% 충진시 산소농축모듈의 작동여부는 압력스위치(72)에서, 27% 충진 시 산소농축모듈의 작동여부는 압력스위치(73)에서 각각 선택되어 제어된다.

특히 이와같은 실시예 1의 공기통 충진방식과 달리 실시예 2에서는 산소순도 검출센서(92) 및 압력감지센서(94)에서 검출된 산소순도와 압력이 제어부(90)로 궤환되어 현저히 낮거나 높은 산소순도, 혹은 잘못된 압력의 압축공기의 공급을 각각의 압축기들에 신호를 보내어 공기통 충진전에 이를 제어하게 된다.

본 발명은 산소농축장치를 구비하되, 공기압축기를 별도로 갖추지 않고, 다단식 초고압 공기압축기의 1차압축기를 산소농축장치와 연결하여 산소를 발생시키게 하고 농축된 산소를 다시 다단식 공기압축기의 2차압축기의 흡입구에 넣어 3, 4차 압축기를 거쳐 공기통에 충진하게 되므로 산소농축장치가 별도의 공기압축기 없이 다단식 초고압 공기압축기의 1차 공기압축기를 사용하는 것이다.

그리고 처음부터 끝까지 같은 비율의 산소를 가지는 공기가 충진되는 종래와 달리 본 발명은 초고압에서의 폭발 위험성을 고려하여, 200bar(공기통에 따라서 달라질 수 있음. )까지는 산소가 대기보다 많이 포함되어 있는 공기를 충진시키고, 그 후로는 일반 공기를 300bar(6.8liter 공기통에 충진)까지 충진하여 원하는 산소비율을 가지는 공기를 공기통에 충진하는 방식이다.

상술한 바와같이 본 발명은 종래 공기통등에 소정의 순도를 갖는 압축공기의주입시에 농축산소를 다시 다단계 고압압축함에 따른 폭발의 위험성을 해결할 수 있는 압축공기 충진방식을 제공한다.

본 발명은 종래와 같이 별도의 산소농축장치를 구비하지 않고 다단식 공기압축기의 사이에 산소농축모듈을 적절히 결합하여 산소순도의 제어와 압력을 적절히 조절할 수 있는 압축공기 충진방식을 제공하기도 한다.

본 발명 압축공기 충진방식은 다단식 초고압공기압축기의 1단과 보조압축기를 사용하여 산소농축모듈에 압축공기를 공급하고, 별도 생성된 압축공기의 일부와 농축된 산소를 혼합하여 2단 입구에 넣어주는 압축공기 충진방식을 제공한다.

본 발명 충진방식은 다단계 초고압공기압축에 있어 적어도 하나 이상의 산소농축모듈에 공기를 공급하면서 공기통을 충진하는 데도 공기를 공급하도록 하고, 산소를 농축하지 않으면서도 공기통을 충진할 수 있는 공기충진방식을 제공한다.

본 발명 다단식 초고압공기압축장치는 산소농축모듈을 순도제어가 가능해지는 효과를 갖는다.

Claims (4)

1. 공기통의 압축공기 충진장치에 있어서,

   흡기필터(10);

   1차 저압압축기(20);

   상기 1차 저압압축된 공기의 일부를 그대로 공급하기 위한 오리피스(32)와, 나머지 일부를 산소농축하기 위한 농축모듈(34)로 이루어진 농축부(30);

   상기 농축부(30)에서 공급된 혼합공기를 2차 압축하기 위한 2차 중압압축기(40);

   상기 중압 압축기(40)에서 압축된 혼합공기를 고압압축하기 위한 3, 4차 고압 압축기(50);

   공기정화필터(60);

   공기통의 최종충진압력을 제어하는 압력스위치(71), 23% 충진시 산소농축모듈의 작동여부를 제어하는 압력스위치(72), 27% 충진 시 산소농축모듈의 작동여부를 제어하는 압력스위치(73)로 이루어진 압력스위치(70); 및

   공기통 연결구(80)로이루어진 공기통의 압축공기 충진장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 농축부(30)의 산소농축 모듈(34)이 적어도 1개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 공기통의 압축공기 충전장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 산소농축 모듈(34)중 어느 하나에 보조압축기(36)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공기통의 압축공기 충진장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 압력스위치(70)에 산소순도검출센서(92) 및 압력감지센서(94)를 연결하고, 이 압력감지센서(94)의 감지압력에 의하여 상기 저압,중압,고압의 압축기(20)(40)(50)와 산소농축모듈(30)을 제어하기 위한 제어부(90)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공기통의 압축공기 충진장치.