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KR20230166457A - 산소발생기 - Google Patents

산소발생기 Download PDF

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KR20230166457A
KR20230166457A KR1020220066463A KR20220066463A KR20230166457A KR 20230166457 A KR20230166457 A KR 20230166457A KR 1020220066463 A KR1020220066463 A KR 1020220066463A KR 20220066463 A KR20220066463 A KR 20220066463A KR 20230166457 A KR20230166457 A KR 20230166457A
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KR
South Korea
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adsorption bed
air pump
valve
flow path
bed
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Application number
KR1020220066463A
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English (en)
Inventor
박지용
Original Assignee
한온시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 한온시스템 주식회사 filed Critical 한온시스템 주식회사
Priority to KR1020220066463A priority Critical patent/KR20230166457A/ko
Priority to PCT/KR2023/004084 priority patent/WO2023234531A1/ko
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    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
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    • C01B13/0259—Physical processing only by adsorption on solids
    • C01B13/0262—Physical processing only by adsorption on solids characterised by the adsorbent
    • C01B13/0274—Other molecular sieve materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

본 발명은 상대적으로 많은 양의 농축된 산소를 발생시킬 수 있으면서도 소음 및 진동이 적은 산소발생기에 관한 것으로, 분자체를 포함하는 제1흡착베드, 상기 제1흡착베드와 병렬로 연결되고, 분자체를 포함하는 제2흡착베드, 상기 제1흡착베드 및 상기 제2흡착베드 중 어느 하나의 공급단에 연결되어 공기를 공급하는 제1에어펌프, 상기 제1흡착베드 및 상기 제2흡착베드 중 상기 제1에어펌프와 연결된 흡착베드의 배출단에 연결되어 공기를 흡수하는 제2에어펌프, 상기 제1흡착베드 및 상기 제2흡착베드의 공급단에 설치되어 상기 제1에어펌프와 연결되는 흡착베드를 결정하도록 유로를 구성하는 공급 밸브부 및 상기 제1흡착베드 및 상기 제2흡착베드의 배출단에 설치되어 상기 제2에어펌프와 연결되는 흡착베드를 결정하도록 유로를 구성하는 배출 밸브부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

산소발생기{Oxygen Generator}
본 발명은 산소발생기에 관한 것으로, 보다 상세히는 압력 동기화 스윙 흡착 방식의 산소발생기에 관한 것이다.
산소발생기는 명칭 그대로 산소를 발생시키는 장치로, 주로 의료현장에서 환자에게 산소를 공급하기 위한 용도로 사용되고 있었으나, 최근에는 다양한 분야에 적용되고 있다.
산소발생기는 다양한 원리로 산소를 농축하여 발생시키며, 그 중 한 원리의 산소발생기는 흡착제로 압축공기를 공급하여, 흡착제 중에 이산화탄소를 제거해 농축된 산소를 생성하는 방식을 사용하며, 이러한 흡착제를 이용한 산소발생기는 PSA(Pressure Swing Absorption) 방식과 RVSA(Rapid Vacuum Swing Absorption) 방식이 있다.
도 1은 종래 PSA 방식의 산소발생기와 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, PSA 방식의 산소발생기는, 제1에어펌프(11), 제2에어펌프(12), 제1흡착베드(21), 제2흡착베드(22), 공급 밸브부(B1) 및 배출 밸브부(B2)를 포함할 수 있다.
제1에어펌프(11)와 제2에어펌프(12)는 직렬로 연결되어 압축된 공기를 제1흡착베드(21) 또는 제2흡착베드(22)측으로 공급한다. 에어펌프에서 공급된 공기는 제1흡착베드(21)와 제2흡착베드(22) 중 어느 하나로 공급되며, 흡착베드를 통과하는 공기는, 산소와 이산화탄소의 입자 크기의 차이로 인해 산소는 공급되고, 이산화탄소는 흡착베드 상에 흡착되어, 농축된 산소가 최종적으로 생성된다. 단, 흡착베드에 흡착되는 이산화탄소의 양은 한계가 있으므로, 일정 시간동안 이산화탄소가 흡착된 흡착베드는 재생이 필요하다. 이를 위해 제1흡착베드(21)와 제2흡착베드(22)의 배출단은 연결되어 있다. 도 1a에서는 제1흡착베드(21)에서는 산소의 농축이, 제2흡착베드(22)에서는 재생이 이루어지는데, 제1흡착베드(21)의 배출되는 산소 중 일부가 제2흡착베드(22)측으로 공급되어, 제2흡착베드(22)에서 흡착된 이산화탄소가 산소와 반응해, 최종적으로 만들어진 공기가 외부로 배출된다. 이러한 과정은 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1흡착베드(21)와 제2흡착베드(22)가 일정 주기로 서로의 역할이 변경되며, 공급 밸브부(B1)와 배출 밸브부(B2)는 흡착베드의 역할이 변경될 때, 공기의 유로를 변경시키는 역할을 한다.
도 2는 종래 RVSA 방식의 산소발생기와 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, RVSA 방식의 산소발생기는, 앞서 PSA방식의 산소발생기와 유사하게 제1에어펌프(11), 제2에어펌프(12), 제1흡착베드(21), 제2흡착베드(22), 제1밸브부(23) 및 제2밸브부(24)를 포함할 수 있다.
RVSA 방식의 산소발생기에서 제1에어펌프(11)와 제2에어펌프(12)는 별개로 구성되며, 제1에어펌프(11)와 제2에어펌프(12)는 각각 제1흡착베드(21) 및 제2흡착베드(22) 중 어느 하나와 연결되어, 공기가 흡착베드를 통과하도록 공기를 흡수한다. 단, 제1흡착베드(21)와 제2흡착베드(22) 또한 이산화탄소가 일정 정도 이상 흡착되면 재생이 필요하므로, 제1흡착베드(21)와 제2흡착베드(22) 중 어느 하나는 산소의 농축이, 다른 하나는 재생이 이루어지도록 하며, 제1밸브부(23)와 제2밸브부(24)는 제1흡착베드(21)와 제2흡착베드(22)가 산소의 농축과 재생이 이루어지도록 공기의 유로를 변경하며, 이러한 원리는 앞서 설명한 PSA 방식의 산소발생기와 동일하다.
도 1에서 설명한 PSA방식의 경우, 두 개의 에어펌프가 직렬로 연결되어 상대적으로 고압의 압축공기를 흡착베드측으로 공급하므로 상대적으로 많은 양의 농축된 산소를 발생시킬 수 있으나, 소음 및 진동이 높은 문제점이 있으며, 도 2에서 설명한 RVSA방식의 경우, 하나의 흡착베드에 하나의 에어펌프가 연결되므로 PSA방식과 비교하여 소음 및 진동이 낮으나, 상대적으로 적은 양의 농축된 산소를 발생시키는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2021-0034891호("산소발생기 겸용 공기청정장치", 공개일 2021.03.31.)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명에 의한 압력 동기화 스윙 흡착 방식의 산소발생기의 목적은, 상대적으로 많은 양의 농축된 산소를 발생시킬 수 있으면서도 소음 및 진동이 적은 산소발생기를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다양한 실시예에 의한 압력 동기화 스윙 흡착 방식의 산소발생기는, 분자체를 포함하는 제1흡착베드, 제2흡착베드, 상기 제1흡착베드 및 상기 제2흡착베드 중 어느 하나의 공급단에 연결되어 공기를 공급하는 제1에어펌프 및 상기 제1흡착베드 및 상기 제2흡착베드 중 상기 제1에어펌프와 연결된 흡착베드의 배출단에 연결되어 공기를 흡수하는 제2에어펌프를 포함하되, 상기 제1에어펌프 및 제2에어펌프 중 하나는 압축(compression)용, 다른 하나는 흡입(suction)용으로 사용하여 산소 흡착베드의 전, 후단에서 동시에 가압을 형성시켜서 산소를 농축하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1흡착베드 및 상기 제2흡착베드의 공급단에 설치되어 상기 제1에어펌프와 연결되는 흡착베드를 결정하도록 유로를 구성하는 공급 밸브부 및 상기 제1흡착베드 및 상기 제2흡착베드의 배출단에 설치되어 상기 제2에어펌프와 연결되는 흡착베드를 결정하도록 유로를 구성하는 배출 밸브부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일단이 상기 제1에어펌프에 연결되는 제1공용유로, 상기 제1공용유로의 타단에서 분기되어 상기 제1흡착베드에 연결되는 제1-1분기유로 및 상기 제1공용유로의 타단에서 분기되어 상기 제2흡착베드에 연결되는 제1-2분기유로를 포함하며, 상기 공급 밸브부는 상기 제1-1분기유로 및 상기 제1-2분기유로에 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공급 밸브부는, 상기 제1-1분기유로에 설치되어 상기 제1-1분기유로를 개폐하는 제1-1밸브 및 상기 제1-2분기유로에 설치되어 상기 제1-2분기유로를 개폐하는 제1-2밸브를 포함하며, 상기 제1-1밸브 및 상기 제1-2밸브 중 어느 하나가 유로를 열면, 다른 하나는 유로를 닫는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제1흡착베드에 연결되면, 상기 제1-1밸브는 열리고, 상기 제1-2밸브는 닫히며, 상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제2흡착베드에 연결되면, 상기 제1-1밸브는 닫히고, 상기 제1-2밸브는 열리는 것을 특징으로 한다.
또한, 일단이 상기 제2에어펌프에 연결되는 제2공용유로, 상기 제2공용유로의 타단에서 분기되어 상기 제1흡착베드에 연결되는 제2-1분기유로 및 상기 제2공용유로의 타단에서 분기되어 상기 제2흡착베드에 연결되는 제2-2분기유로를 더 포함하며, 상기 배출 밸브부는 상기 제2-1분기유로 및 상기 제2-2분기유로에 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배출 밸브부는, 상기 제2-1분기유로에 설치되어 상기 제2-1분기유로를 개폐하는 제2-1밸브 및 상기 제2-2분기유로에 설치되어 상기 제2-2분기유로를 개폐하는 제2-2밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제1흡착베드에 연결되면, 상기 제2-1밸브는 열리고, 상기 제2-2밸브는 닫히며, 상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제2흡착베드에 연결되면, 상기 제2-1밸브는 닫히고, 상기 제2-2밸브는 열리는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2-1분기유로와 상기 제2-2분기유로를 연결하는 연결유로를 더 포함하고, 상기 배출 밸브부는, 상기 연결유로상에 설치되어, 동작에 따라 산소가 상기 제1흡착베드의 배출단에서 상기 제2흡착베드의 배출단 측으로만 유입되게 하거나, 상기 제2흡착베드의 배출단에서 상기 제1흡착베드의 배출단 측으로만 유입되게 하는 역류 방지 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제1흡착베드에 연결되면, 상기 역류 방지 밸브는 상기 제1흡착베드의 배출단에서 상기 제2흡착베드의 배출단측으로 산소가 유입되도록 동작하고, 상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제2흡착베드에 연결되면, 상기 역류 방지 밸브는 상기 제2흡착베드의 배출단에서 상기 제1흡착베드의 배출단측으로 산소가 유입되도록 동작하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1흡착베드와 외부가 연결되는 제1배기유로 및 상기 제2흡착베드와 외부가 연결되는 제2배기유로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1배기유로 및 상기 제2배기유로 중 적어도 하나는, 상기 제1흡착베드 및 상기 제2흡착베드 각각의 공급단측에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1배기유로에 설치되어 상기 제1배기유로를 개폐하는 제1배기밸브와, 상기 제2배기유로에 설치되어 상기 제2배기유로를 개폐하는 제2배기밸브를 포함하는 배기 밸브부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제1흡착베드에 연결되면, 상기 제1배기밸브는 닫히고, 상기 제2배기밸브는 열리며, 상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제2흡착베드에 연결되면, 상기 제1배기밸브는 열리고, 상기 제2배기밸브는 닫히는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1흡착베드와 상기 제2흡착베드는 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 압력 동기화 스윙 흡착 방식의 산소발생기는, 제1에어펌프에서는 공기를 압축하여 공급하고, 제2에어펌프에서는 공기를 흡입하므로, 두 개의 에어펌프가 동일한 방향으로 공기를 이동시키기 때문에 종래 PSA방식의 산소발생기와 유사한 양의 산소를 발생시키면서도, 제1에어펌프와 제2에어펌프가 독립적으로 가동하므로, 종래 PSA방식의 산소발생기보다 소음 및 진동이 감소하는 효과가 있다.
도 1은 종래 PSA 방식의 산소발생기와 동작을 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 종래 RVSA 방식의 산소발생기와 동작을 개략적으로 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 압력 동기화 스윙 흡착 방식의 산소발생기가 제1모드로 동작할 때를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 압력 동기화 스윙 흡착 방식의 산소발생기가 제2모드로 동작할 때를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 의한 압력 동기화 스윙 흡착 방식의 산소발생기에 관하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 압력 동기화 스윙 흡착 방식의 산소발생기가 제1모드로 동작할 때를 도시한 것이다.
이하 본 발명의 명칭인 동기화 스윙 흡착 방식의 산소발생기를 SPSA 산소발생기라 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 SPSA 산소발생기는, 제1흡착베드(21), 제2흡착베드(22), 제1에어펌프(11), 제2에어펌프(12), 공급 밸브부(B1) 및 배출 밸브부(B2)를 포함한다.
제1흡착베드(21)와 제2흡착베드(22)는 서로 일정거리 이격되어 설치되며, 서로 병렬로 연결된다. 제1흡착베드(21)와 제2흡착베드(22) 각각은 분자체(Molecular sieve)와 분자체(Molecular sieve)가 수용된 케이스를 포함하는데, 이 분자체(Molecular sieve)는 공기 중에 포함된 이산화탄소를 흡착하여, 통과하는 공기 중의 산소를 농축하여 배출한다. 분자체(Molecular sieve)는 다수개의 기공을 포함하는 형태이다. 이산화탄소 입자와 산소 입자는 미세하게 크기의 차이가 나는데, 이산화탄소의 입자가 조금 더 크다. 분자체(Molecular sieve)는 기공의 크기가 산소 입자는 통과하되, 이산화탄소의 입자는 통과하지 못하도록 하여 이산화탄소를 흡착시킨다. 분자체(Molecular sieve)는 다양한 물질이 사용될 수 있는데, 분자체(Molecular sieve)로 사용될 수 있는 물질의 몇몇 예로는, 제올라이트 및 활성탄(Activated carbon)이 있을 수 있다.
제1흡착베드(21)와 제2흡착베드(22) 각각에 포함되는 케이스에는 공급단과 배출단이 형성된다. 도면을 기준으로 공급단은 상측 단부, 배출단은 하측 단부이다.
제1에어펌프(11)는 공기를 압축하여 공급한다. 제1에어펌프(11)는 제1공용유로(31)와 연결되며, 제1공용유로(31)는 연장된 단부에서 제1-1분기유로(41) 및 제1-2분기유로(42)로 분기되어, 제1-1분기유로(41) 및 제1-2분기유로(42) 각각은 순서대로 제1흡착베드(21)의 공급단과 제2흡착베드(22)의 공급단에 연결된다.
제2에어펌프(12)는 공기를 흡입(suction)한다. 제2에어펌프(12)는 제2공용유로(32)와 연결되며, 제2공용유로(32)는 연장된 단부에서 제2-1분기유로(43) 및 제2-2분기유로(44)로 분기되어, 제2-1분기유로(43) 및 제2-2분기유로(44) 각각은 순서대로 제1흡착베드(21)의 배출단과 제2흡착베드(22)의 배출단에 연결된다.
공급 밸브부(B1)는 제1-1분기유로(41) 및 제1-2분기유로(42)에 설치되며, 도 3에 도시된 바와 같이, 공급 밸브부(B1)는 제1-1밸브(B11) 및 제1-2밸브(B12)를 포함한다.
제1-1밸브(B11)는 제1-1분기유로(41)에 설치되어 제1-1분기유로(41)를 개폐하고, 제1-2밸브(B12)는 제1-2분기유로(42)에 설치되어 제1-2분기유로(42)를 개폐한다.
배출 밸브부(B2)는 제2-1분기유로(43) 및 제2-2분기유로(44)에 설치되며, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2-1밸브(B21) 및 제2-2밸브(B22)를 포함함한다.
제2-1밸브(B21)는 제2-1분기유로(43)에 설치되어 제2-1분기유로(43)를 개폐하고, 제2-2밸브(B22)는 제2-2분기유로(44)에 설치되어 제2-2분기유로(44)를 개폐한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 SPSA 산소발생기는, 연결유로(47)를 더 포함할 수 있고, 배출 밸브부(B2)는 연결유로(47)상에 설치되는 역류 방지 밸브(B23)를 더 포함할 수 있다.
연결유로(47)는 제2-1분기유로(43)와 제2-2분기유로(44)를 연결하며, 역류 방지 밸브(B23)는 연결유로(47)상에 설치되어 동작에 따라 산소가 제1흡착베드(21)의 배출단에서 제2흡착베드(22)의 배출단으로만 유입되게 하거나, 제2흡착베드(22)의 배출단에서 제1흡착베드(21)의 배출단으로만 유입되게 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 SPSA 산소발생기는, 제1배기유로(45), 제2배기유로(46)를 및 배기 밸브부(B3)를 더 포함한다.
제1배기유로(45)는 제1흡착베드(21)가 외부와 연결되도록 구성된 유로이며, 제2배기유로(46)는 제2흡착베드(22)가 외부와 연결되도록 구성된 유로이다. 제1배기유로(45)와 제2배기유로(46) 각각은 제1흡착베드(21)와 제2흡착베드(22) 각각의 공급단측에 형성되는데, 이는 제1흡착베드(21)와 제2흡착베드(22) 각각에서 재생이 이루어질 때, 흡착베드 내부를 통과하는 가스의 이동경로를 연장시키기 위함이다. 단, 본 발명은 제1배기유로(45)와 제2배기유로(46)를 흡착베드의 공급단측에 형성하는 것으로만 한정하는 것은 아니며, 흡착베드의 다양한 위치에 제1배기유로(45)와 제2배기유로(46)가 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배기 밸브부(B3)는 제1배기밸브(B31)와 제2배기밸브(B32)를 포함한다.
제1배기밸브(B31)는 제1배기유로(45)에 설치되어 제1배기유로(45)를 개폐하며, 제2배기밸브(B32)는 제2배기유로(46)에 설치되어 제2배기유로(46)를 개폐한다.
본 발명에 의한 SPSA 산소발생기는, 제1에어펌프(11) 및 제2에어펌프(12)가 제1흡착베드(21)와 제2흡착베드(22) 중 어느 하나와 연결되어, 연결된 흡착베드에서는 산소의 농축이, 연결되지 않은 흡착베드에서는 재생이 이루어진다. 이때, 제1에어펌프(11) 및 제2에어펌프(12)에 연결되는 흡착베드는 변경될 수 있으며, 제1에어펌프(11) 및 제2에어펌프(12)가 제1흡착베드(21)에 연결되는 경우를 제1모드로, 제1에어펌프(11) 및 제2에어펌프(12)가 제2흡착베드(22)에 연결되는 경우를 제2모드라고 한다. 제1모드와 제2모드가 지속되는 시간과 변환주기는 본 발명에 의한 SPSA 산소발생기의 사양에 따라 다를 수 있지만, 일반적으로 수초 간격을 가질 수 있다. 제1모드와 제2모드로 동작모드를 변경하기 위해서는 공급 밸브부(B1), 배출 밸브부(B2) 및 배기 밸브부(B3)가 주기적으로 동작해야하며, 이에 관하여 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 SPSA 산소발생기가 제1모드로 동작할 경우, 제1-1밸브(B11)는 열리고, 제1-2밸브(B12)는 닫히며, 제2-1밸브(B21)는 열리고, 제2-2밸브(B22)는 닫히며, 역류 방지 밸브(B23)는 상기 제1흡착베드의 배출단에서 상기 제2흡착베드의 배출단측으로 산소가 유입되도록 동작하고, 제1배기밸브(B31)는 닫히고, 상기 제2배기밸브(B32)는 열린다. 이와 같이 밸브들이 동작하면, 제1에어펌프(11)와 제2에어펌프(12) 각각에서 발생하는 압력을 통해 공기가 제1흡착베드(21)의 공급단측으로 공급되어, 제1흡착베드(21)를 통과하면서 산소가 농축된다. 제1흡착베드(21)의 배출단을 통해 배출되는 산소 중 일부는, 연결유로(47)측으로 이동하여 제2흡착베드(22)측으로 유입된다. 제2흡착베드(22)에 포함되는 분자체(Molecular sieve)에는 이산화탄소가 흡착되어 있는데, 제2흡착베드(22)로 공급된 산소는 흡착된 이산화탄소와 함께 제2배기유로(46)측으로 배기되며, 이에 따라 제2흡착베드(22)가 재생된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 압력 동기화 스윙 흡착 방식의 산소발생기가 제2모드로 동작할 때를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 SPSA 산소발생기가 제2모드로 동작할 때, 제1-1밸브(B11)는 닫히고, 제1-2밸브(B12)는 열리며, 제2-1밸브(B21)는 닫히고, 제2-2밸브(B22)는 열리며, 역류 방지 밸브(B23)는 제2흡착베드(22)의 배출단에서 제1흡착베드(21)의 배출단측으로 산소가 유입되도록 동작하고, 제1배기밸브(B31)는 열리고, 제2배기밸브(B32)는 닫히도록 동작한다. 이와 같이 밸브들이 동작하면, 제1에어펌프(11)와 제2에어펌프(12) 각각에서 발생하는 압력을 통해 공기가 제2흡착베드(22)의 공급단측으로 공급되어, 제2흡착베드(22)를 통과하면서 산소가 농축된다. 제2흡착베드(22)의 배출단을 통해 배출되는 산소 중 일부는, 연결유로(47)측으로 이동하여 제1흡착베드(21)측으로 유입된다. 제1흡착베드(21)에 포함되는 분자체(Molecular sieve)에는 이산화탄소가 흡착되어 있는데, 제1흡착베드(21)로 공급된 산소는 흡착된 이산화탄소와 함께 제1배기유로(45)측으로 배기되며, 이에 따라 제1흡착베드(21)가 재생된다.
상기한 바와 같은 제1모드 및 제2모드에서 밸브의 제어는 별도의 제어부에서 수행할 수 있으며, 제어부는 제1-1밸브(B11), 제1-2밸브(B12), 제2-1밸브(B21), 제2-2밸브(B22), 역류 방지 밸브(B23), 제1배기밸브(B31) 및 제2배기밸브(B32) 각각에 제어신호를 송신하기 위한 통신선이 유선 또는 무선 방식으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 SPSA 산소발생기는 상기한 바와 같이 제1모드 및 제2모드로 동작하는데, 제1에어펌프(11) 및 제2에어펌프(12) 각각에서 공기를 압축(compression)해 주입하고 흡입(suction)하여 종래 PSA방식과 유사한 압력으로 압축공기를 흡착베드측으로 이동시킬 수 있어, 발생시키는 농축산소의 양을 PSA 방식의 산소발생기와 유사하게 생성할 수 있다. 또한, 제1에어펌프(11)와 제2에어펌프(12)를 개별적으로 사용하여 제1에어펌프(11)에서는 공기를 압축하여 밀고 제2에어펌프(12)에서는 공기를 흡입하여 당기기 때문에, 진공펌프 구동시 피스톤이 실린더 벽면을 마찰하면서 발생하는 기계적인 소음 및 진동이 한 쪽에서만 압축공기를 밀어 공급하는 PSA방식의 산소발생기보다 소음/진동이 낮고, RVSA방식의 산소발생기와 유사한 정도로 구현할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
11 : 제1에어펌프 12 : 제2에어펌프
21 : 제1흡착베드 22 : 제2흡착베드
23 : 제1밸브부 24 : 제2밸브부
31 : 제1공용유로 32 : 제2공용유로
41 : 제1-1분기유로 42 : 제1-2분기유로
43 : 제2-1분기유로 44 : 제2-2분기유로
45 : 제1배기유로 46 : 제2배기유로
47 : 연결유로 B1 : 공급 밸브부
B11 : 제1-1밸브 B12 : 제1-2밸브
B2 : 배출 밸브부 B21 : 제2-1밸브
B22 : 제2-2밸브 B23 : 역류 방지 밸브
B3 : 배기 밸브부 B31 : 제1배기밸브
B32 : 제2배기밸브

Claims (16)

  1. 분자체를 포함하는 제1흡착베드; 제2흡착베드;
    상기 제1흡착베드 및 상기 제2흡착베드 중 어느 하나의 공급단에 연결되어 공기를 공급하는 제1에어펌프; 및
    상기 제1흡착베드 및 상기 제2흡착베드 중 상기 제1에어펌프와 연결된 흡착베드의 배출단에 연결되어 공기를 흡수하는 제2에어펌프;
    를 포함하되,
    상기 제1에어펌프 및 제2에어펌프 중 하나는 압축(compression)용, 다른 하나는 흡입(suction)용으로 사용하여 산소 흡착베드의 전, 후단에서 동시에 가압을 형성시켜서 산소를 농축하는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1흡착베드 및 상기 제2흡착베드의 공급단에 설치되어 상기 제1에어펌프와 연결되는 흡착베드를 결정하도록 유로를 구성하는 공급 밸브부; 및
    상기 제1흡착베드 및 상기 제2흡착베드의 배출단에 설치되어 상기 제2에어펌프와 연결되는 흡착베드를 결정하도록 유로를 구성하는 배출 밸브부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공급 밸브부와 상기 배출 밸브부는 주기적으로 동작하여 상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프에 연결되는 흡착베드를 변경해, 상기 제1흡착베드 및 상기 제2흡착베드 중 상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프에 연결된 흡착베드에는 산소의 농축이, 연결되지 않은 흡착베드에서는 재생이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
  4. 제2항에 있어서,
    일단이 상기 제1에어펌프에 연결되는 제1공용유로;
    상기 제1공용유로의 타단에서 분기되어 상기 제1흡착베드에 연결되는 제1-1분기유로; 및
    상기 제1공용유로의 타단에서 분기되어 상기 제2흡착베드에 연결되는 제1-2분기유로;
    를 포함하며,
    상기 공급 밸브부는 상기 제1-1분기유로 및 상기 제1-2분기유로에 설치되는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공급 밸브부는,
    상기 제1-1분기유로에 설치되어 상기 제1-1분기유로를 개폐하는 제1-1밸브; 및
    상기 제1-2분기유로에 설치되어 상기 제1-2분기유로를 개폐하는 제1-2밸브;
    를 포함하며,
    상기 제1-1밸브 및 상기 제1-2밸브 중 어느 하나가 유로를 열면, 다른 하나는 유로를 닫는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제1흡착베드에 연결되면, 상기 제1-1밸브는 열리고, 상기 제1-2밸브는 닫히며,
    상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제2흡착베드에 연결되면, 상기 제1-1밸브는 닫히고, 상기 제1-2밸브는 열리는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
  7. 제1항에 있어서,
    일단이 상기 제2에어펌프에 연결되는 제2공용유로;
    상기 제2공용유로의 타단에서 분기되어 상기 제1흡착베드에 연결되는 제2-1분기유로; 및
    상기 제2공용유로의 타단에서 분기되어 상기 제2흡착베드에 연결되는 제2-2분기유로;
    를 더 포함하며,
    상기 배출 밸브부는 상기 제2-1분기유로 및 상기 제2-2분기유로에 설치되는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배출 밸브부는,
    상기 제2-1분기유로에 설치되어 상기 제2-1분기유로를 개폐하는 제2-1밸브; 및
    상기 제2-2분기유로에 설치되어 상기 제2-2분기유로를 개폐하는 제2-2밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제1흡착베드에 연결되면, 상기 제2-1밸브는 열리고, 상기 제2-2밸브는 닫히며,
    상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제2흡착베드에 연결되면, 상기 제2-1밸브는 닫히고, 상기 제2-2밸브는 열리는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2-1분기유로와 상기 제2-2분기유로를 연결하는 연결유로;
    를 더 포함하고,
    상기 배출 밸브부는,
    상기 연결유로상에 설치되어, 동작에 따라 산소가 상기 제1흡착베드의 배출단에서 상기 제2흡착베드의 배출단 측으로만 유입되게 하거나, 상기 제2흡착베드의 배출단에서 상기 제1흡착베드의 배출단 측으로만 유입되게 하는 역류 방지 밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제1흡착베드에 연결되면, 상기 역류 방지 밸브는 상기 제1흡착베드의 배출단에서 상기 제2흡착베드의 배출단측으로 산소가 유입되도록 동작하고,
    상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제2흡착베드에 연결되면, 상기 역류 방지 밸브는 상기 제2흡착베드의 배출단에서 상기 제1흡착베드의 배출단측으로 산소가 유입되도록 동작하는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1흡착베드와 외부가 연결되는 제1배기유로; 및
    상기 제2흡착베드와 외부가 연결되는 제2배기유로;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1배기유로 및 상기 제2배기유로 중 적어도 하나는,
    상기 제1흡착베드 및 상기 제2흡착베드 각각의 공급단측에 형성되는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1배기유로에 설치되어 상기 제1배기유로를 개폐하는 제1배기밸브와, 상기 제2배기유로에 설치되어 상기 제2배기유로를 개폐하는 제2배기밸브를 포함하는 배기 밸브부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제1흡착베드에 연결되면, 상기 제1배기밸브는 닫히고, 상기 제2배기밸브는 열리며,
    상기 제1에어펌프 및 상기 제2에어펌프가 상기 제2흡착베드에 연결되면, 상기 제1배기밸브는 열리고, 상기 제2배기밸브는 닫히는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1흡착베드와 상기 제2흡착베드는 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 산소발생기.
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