【技术问题】
本发明着眼于解决已有技术中的前述问题。本发明的一个目的是提供一种提高 生产率的气体浓缩器，通过简化用于VSA程序的阀装置、将阀装置与吸附床简单组 合和集成，以增加阀装置和吸附床组成的简化装置的产率，使得通过VSA程序设备 的模组化来让组装小型气体浓缩器的简单化成为可能，同时，确保设备的可靠性和经 济效率的提高，这来自于通过彻底隔离和保护吸附剂来实现低成本和设备小型化，其 中吸附剂在设备使用之后系与空气隔绝地保管。
【技术解决方案】
为了达到上述之目的，本发明提供一种气体浓缩器，其通过向从混合气体中对 特定气体，以具有选择性吸附特性的吸附剂施加压力差并分离该特定气体，来生产浓 缩气体。该气体浓缩器包括用来从混合气体中过滤出杂质的过滤器；多个吸附床，其 含有用来从经过过滤器供应的混合气体中分离特定气体的吸附剂，这些吸附床并包括 在可流出分离气体的通道上形成的防回流装置；用来将吸附床生产阶段的通道相互连 接的小导管，以进行清洁吸附床和将真空压力施加到其上的程序；连接到向吸附床供 应混合气体的通道，并生成来自真空压力和混合气体压力之间的压力差的真空泵装 置；阀装置，包括一单机身的一通道基座与多个电磁线圈驱动器，其中通道基座形成 有分别连接到吸附床的通道、供应混合气体的通道、真空泵装置的通道，而这些电磁 线圈驱动器安装在通道基座上，用来开、关形成在通道基座上的通道，以交替向吸附 床供应真空压力和混合气体压力的电磁线圈驱动器；以及气体供应装置，用来可控地 供应来自过滤器的混合气体而由吸附床分离和生产气体，并随后向目标空间供应气 体，其气体流量和浓度均可控制。
此外，根据本发明，在形成有通道的单体中之通道基座可形成有安装电磁线圈 驱动器的安装部分，连接吸附床的连接部分，和连接供应混合气体的通道连接部分。 因而，通道基座可通过帽连接方式插入和接合到吸附床。
此外，根据本发明，电磁线圈驱动器可包括支撑整个驱动器的框架；安装在框 架中通过电流供应来提供动力的线圈；靠线圈的动力通过往复运动来开、关通道的活 塞；引导活塞的导管；和延伸到导管上的泵装置连接部分。
此外，根据本发明，形成在自吸附床排出分离气体的各通道上的防回流装置包 括止回阀或具有流动阻力的小流量减流管，而每个止回阀可包括形成在通道上的外导 管；插入外导管且其本体部形成有通道的止回塞；连接在止回塞上的密封气阀，以便 与气体流入部分的外导管入口紧密接触；以及位于排出气体部分的外导管出口的支撑 弹簧，以支撑止回阀。
再者，根据本发明，可将防止从吸附床分离和排出的排出气体回流和同时阻隔 外部空气的密封装置安装在真空泵装置的吸气通道或排气通道上。
还有，根据本发明，气体供应装置可将流量和浓度由流量控制装置控制的气体 输送至目标空间。一个流量控制装置安装在一通道上，用来控制气体通过吸附床排出 的，另一个流量控制装置安装在另一通道上，用来供应不通过吸附床的混合气体。
【有益效果】
如上所述，在根据VSA程序在真空压力下运行的设备中，由于通过简化和缩小 阀装置的连接部分来缩减尺寸，本发明能够有效提高经济和机械效率，并且可应用于 小型家电设备中，其中的阀装置是根据本发明来开关通道且其中含有吸附剂的吸附床 的装置。
此外，由于阀驱动器和吸附床容器被整合成单一结构，因此本发明提高了设备 硬度，通过整合吸附床和阀减少了设备尺寸，并通过使仅需要连接泵装置和其它控制 装置的设备模组化降低了生成成本，从而具有经济效益。
本发明的优点还在于由于甚至气体浓缩器不使用时吸附剂也被完全密封，因而 可以长时间将吸附剂保管在吸附床中。
附图说明
图1为根据现有技术的PSA程序的气体浓缩器示意图；
图2为根据现有技术的VSA程序的气体浓缩器示意图；
图3为根据本发明的VSA程序气体浓缩器的第一实施方案示意图；
图4为应用于根据本发明的VSA程序气体浓缩器的阀装置的前视图；
图5为应用于根据本发明的VSA程序气体浓缩器的电磁线圈驱动器的前视剖视 图；
图6为应用于根据本发明的VSA程序气体浓缩器的阀装置的前视剖视图；
图7为应用于根据本发明的VSA程序具有整合到阀装置的吸附床的气体浓缩器 的阀装置的透视图；
图8为根据本发明用于VSA程序的气体浓缩器的第二实施方案示意图；
图9为应用于根据本发明的VSA程序气体浓缩器的止回阀的前视截面图。

以下，将参照附图详细说明本发明。
图3为根据本发明的VSA程序气体浓缩器的第一实施方案示意图；图4为应用 于根据本发明的VSA程序气体浓缩器的阀装置的前视图；图5为应用于根据本发明 的VSA程序气体浓缩器的电磁线圈驱动器的前视剖视图；图6为应用于根据本发明 的VSA程序气体浓缩器的阀装置的前视剖视图；图7为应用于根据本发明的VSA程 序具有整合到阀装置的吸附床的气体浓缩器的阀装置的透视图。
本发明应用于如上述各图所示的具体实施方案中。本发明不限于该具体实施方 案，在不偏离本发明的技术实质的范围内可以进行各种修改。
先看示于图3的本发明气体浓缩器的基本操作，首先，真空泵装置4在吸附床 1中形成真空压力，并且混合气体在混合气体和真空压力之间的压力差的作用下流过 过滤器3之后，经过阀装置2流入吸附床1。
吸附床1中的吸附剂吸附特定组分的气体，然后，较少或不被吸附的其它组分 气体由气体供应装置7经过止回阀6和流量控制装置10吸入和喷至目标空间(target space)。通常，当吸附床1处于生产阶段时，其它吸附床1’可进行再循环程序。在该 再循环程序中，一部分生成气体通过床连接小管(bed connecting small pipe)5移动至吸 附床1’，从而进行清洁吸附床和施加真空压力的程序。吸附床连接小管5在工业领域 中用作平衡阀(equilibrium valve)，或设计形成简单连接吸附床1和1’之间的通道。
流量控制装置9和10决定供应气的流量和浓度。根据需要可将流过过滤器3的 混合气体与流过流量控制装置9的气体适当混合，如同在应用于如空气清新器设备的 氧气浓缩器中一样。具有三或多个吸附床1和1’的多床系统用于工业领域，而具有两 个吸附床的系统主要用于小型场合。
此外，安装在吸附床1和1’的气体排出通道上的一对止回阀6和6’的功能为通 过真空泵装置4使吸附床1和1’内容物脱附。当形成真空压力时，与吸附床1和1’ 数量相同的止回阀用作防止从气体供应装置7回流的装置。
如图4所示，简化吸附床1和1’的组装、可以通过VSA程序设备模组化来实现 小型气体浓缩器组装简化的阀装置2’应用于如上所述运行的本发明气体浓缩器中。
阀装置2’包括单体之通道基座(channel base)14，其形成有用于吸附床1、1’的连 接部分21、21’和作为混合气体供应通道的过滤器连接部分20；一对电磁线圈驱动器 (solenoid drivers)12和13，其安装在通道基座14中用来开关形成在通道基座14中的 通道，以交替供应真空压力和混合气体压力到吸附床1和1’上。
用于本发明的电磁线圈驱动器12和13，其常用于真空压力下的机械操作，包 括仅由电力驱动的直接作用型。如图5所示，与普通电磁线圈一样，每个电磁线圈驱 动器12和13包括支撑整个驱动器的框架15，电流流过时提供驱动力的线圈16，通 过往复运动具有开关功能的活塞17，和引导活塞17的导管18。未示出的弹簧在正常 状态下向活塞17施加力，从而保持阀装置2’处于开启或关闭状态。
此外，形成在电磁线圈驱动器12和13上的泵连接部分19通过图4所示的连接 到本发明气体浓缩器真空泵装置4的通道连接部分11互相连接。通道基座14的过滤 器连接部分20连接到过滤和供应混合气体的过滤器3上。床连接部分21和21’分别 连接到吸附床1和1’的一端。
然后，连接到床连接部分21和21’的吸附床1和1’有选择地容纳真空泵装置引 起的真空压力和通过示于图5的活塞17的开关功能施加于过滤器连接部分20的混合 气体压力。
如上所述，活塞17通过电流流过时提供驱动力的线圈16来行使开启和关闭功 能。如图6所示，当图左侧的活塞17向下移动使床连接部分21和通道连接部分11 相互连接时，右侧活塞17’向上移动并使床连接部分21’和管过滤器连接部分20相互 连接。
如上所述设计为单体的阀装置2’可通过床连接部分21和21’连接到吸附床1和 1’。然而，为了简化配置，优选(preferred)将阀装置2’与吸附床1和1’之元件一体成 型(formed integrally)，并通过将电磁线圈驱动器12和13直接插入其中来组装。
即，本发明每一吸附床1和1’配置有圆筒容器，其内部充有吸附剂并且其两端 通过形成连接部分的帽而封闭。因而，通道基座14可以整合为连接吸附床两端的吸 附床帽(adsorption bed cap)的形式，其中所述的通道基座14形成有用于安装电磁线圈 驱动器12和13与作为混合气体供应通道的过滤器连接部分20的安装部分。
亦即，如图7所示，由于床连接部分21和21’的延伸使之插入到吸附床1和1’ 中，因此吸附床1和1’通过帽连接(cap attaching)方式与阀装置2’的通道基座14相连 接。此外，由于通道基座14形成有在其上可安装电磁线圈驱动器12和13的安装部 分(mounting portion)，因此通道基座14直接连接到电磁线圈驱动器12和13。另外， 由于供应混合气体的过滤器连接部分20也形成在用帽连接方式的通道基座14的一 侧，所以通道基座14直接连接到过滤器3。
在图6中示出本发明的阀装置2’的运作关系，其中用于开、关通道的接触部分 处所使用的橡胶密封件和弹簧省略。相对于高压下运作的电磁阀，真空压力下运作的 电磁阀可以低成本制造，这是因为开关部分可有效地由橡胶做成，因而不需要精密加 工。因此，与使用多床式系统和转阀的情况相比，其组装和经济效率可进一步地提高。
另外，对于本领域的技术人员而言显而易见的是：将本发明的电磁线圈驱动器 12和13安装到通道基座14的安装部分的方法，以及本实施方案，可以将电磁线圈 驱动器12和13以各个不同方向接合到通道基座14的各个不同部分。此外，虽然在 本实施方案中使用了两个泵连接部分19，但是泵连接部分19可以通过使用软管或独 立的注射模型制件如通道连接部分11来结合到一起。
同时，当本发明的气体浓缩器不工作并且处于闲置状态时，吸附床1和1’中的 吸附剂应该完全与外部空气隔离以防止其性能劣化。然而，在图1和2所示的习知技 术中，吸附剂经过止回阀6、6’和气体供应装置7与外部相通，经过阀装置2与吸滤 器相通，通过真空泵装置4经过阀装置2与外部相通。
当使用完全密封类型的止回阀6和6’时，吸附床1和1’的生产平台侧(producing stage side)与外部隔离，并且当使用由一般橡胶膜制造的、会泄露的止回阀6和6’的 情况下，吸附床1和1’的生产平台侧可通过气体供应装置7来与外部隔离。通常，一 真空泵或一鼓风机(blower)可用作气体供应装置7，其提供有一简单的止回阀(check valve)。
然而，当该简单止回阀也不是完全密封型时，吸附床1和1’中的吸附剂会受影 响，因此应该使用完全密封型止回阀。
此外，在传统气体浓缩器的情况下，可将单个4通道阀或两个3通道阀用作阀 装置2。吸附床1和1’可分别连接到过滤器3和4通道阀之真空泵装置4，且吸附床 1和1’亦可有选择地连接到过滤器3和3通道阀之真空泵装置4。
因此，当过滤和供应混合气体的过滤器3和吸附床1和1’互相连接并彼此相通 时，在过滤器3中应包括吸潮剂(moisture adsorbent)等，以保护吸附床1和1’的吸收 剂(adsorbent)。然而，吸潮剂的功能有限。另外，虽然如同在气体供应装置7中一样， 在真空泵装置4中装有止回阀使其也具有密封效果，但是如果密封效果不佳而出现泄 露时，还需要替代方法。
图8为根据本发明用于VSA程序的气体浓缩器的第二实施方案示意图。
如图3和8所示，本发明的气体浓缩器具有密封装置23、24和24’。即使一般 电磁阀可用作密封装置23、24和24’，也可优选(preferred)简单和便宜的止回阀。亦 即，在吸附床1和1’排放气体的通道的所有止回阀6和6’以及真空泵装置4的止回 阀发生泄露的假设下可使用密封装置23、24和24’。这样，如果本发明设备中的止回 阀6和6’的密封没有问题，或真空泵装置4中的止回阀运作正常，那么可有选择地拆 除密封装置23、24和24’。
亦即，在本发明的实施方案中，过滤和供应混合气体的过滤器3可使用阀装置 2’隔离。通常，当组装设备时，可将止回阀6和6’密封地组装。然而，在真空泵装 置4的情况中，由于该设备是根据泵特性来配置，其可能导致发生泄露，因此可将密 封装置24和24’安装在真空泵装置4的吸入通道和排出通道上，并且还可将密封装置 23安装到气体排出通道上，该气体经过止回阀6和6’从吸附床1和1’排至流量控制 装置10。
密封装置23、24和24’的运作描述如下。首先，选择使用真空泵装置6和6’的 密封装置24和24’中的一个。在图3的第一实施方案中，当吸附床1处于生产阶段时， 如果再循环阶段期间其它吸附床1’的运作停止并受到真空压力，则停止气体供应装置 7和真空泵装置4的运作。此时，吸附床1和1’通过床连接小管5立刻成为压力平衡 状态，然后达到其内部处于真空压力的状态。
这里，各密封装置23、24和24’在吸附床1和1’压力保持真空压力的状态下运 作，其功能为将吸附床1和1’与外部空气隔离。当使用普通电磁阀时，运作一停止就 应该立刻进行隔离。这样，由于在经济成本上不利，故优选使用普通止回阀，在本发 明的实施方案中其运作于非常小的压力下。亦即，作为密封装置24的止回阀应该设 计为：当真空泵装置4在设备运作期间于吸附床1和1’中形成真空压力时，止回阀使 摩擦尽可能减小，并且在运作停止后通过施加于吸附床1和1’的真空压力而平滑地 (smoothly)关闭。当由于密封装置24产生真空压力损失时，可进一步将密封装置24’ 紧靠排气端安装，以克服真空压力损失。原因在于真空压力损失会极大地影响本发明 的气体浓缩器。因此，可优选在排气端安装密封装置，从而使由压力损失造成的影响 较小。
另外，安装在气体从吸附床1和1’排出的管线上的密封装置23，更可包括止回 阀，该止回阀例如包括薄橡胶膜和弹簧，其在运作停止状态下通过施加于吸附床1 和1’的真空压力而平滑关闭，并且使摩擦减至最小从而在生产气体时，不在气体供应 装置7上施加负担。
因此，如果气体浓缩器的运作停止，由于密封装置23、24和24’自动运作并通 过吸附床1和1’中的残留真空压力来密封，从而使吸附床1和1’与外部空气隔离， 因而不会发生吸附剂的劣化。另外，在运作期间，真空泵装置4和气体供应装置7 在运作性能上几乎没有问题。
甚至当将普通4通道阀用作本发明气体浓缩器的阀装置2’时，如果选择性地将 吸附床1和1’与过滤器3连通，那么在过滤器3的一侧应该使用额外的密封装置来隔 离。这时，由于增加了成本，所以不优选上述阀类型。
同时，当使用密封装置23时，由于止回阀6和6’很难执行密封功能，因此优选 以小导管(small pipes)25和25’来代替止回阀6和6’。上述描述所参考的图8显示该情 况的实施方案，其中示于图3第一实施方案中的止回阀6和6’由具有一定流动阻力的 小导管25和25’所替代。这里，吸附床1和1’的真空压力通过小导管25和25’的流 动阻力而定为最大，并且由于安装了替代止回阀6和6’的小导管25和25’，所以可 以省略用来对吸附床1和1’施加真空压力和清洁床的连接小导管5。
图9示出止回阀的实施方案，其中可以通过本发明的止回阀6和6’而不单独使 用密封装置23来得到完全密封。该止回阀与传统止回阀的不同之处在于将密封气闸 (sealing damper)29安装于止回塞(check plunger)27的末端，其在止回阀的外导管26 中移动，并且还通过在正常状态下弹簧28的力来实施密封。
另外，在图中，箭头指示气流的气体通过形成在止回塞27中的洞流入止回塞 27，并且经过弹簧28流出。如此的止回阀配置改善了其密封可靠性和连续往复运动 的止回阀的耐用性。
如上所述，由于本发明使通过将阀装置2’、吸附床1和1’、床连接小导管5、 止回阀6和6’与控制装置9和10相接合来形成模组化的吸附床模组成为可能，在实 际制造中，可通过连接气体供应装置7、真空泵装置4和过滤器3来直接运作，而形 成简化而经济的设备。
同时，图2为本申请人在先前提申的韩国实用新型申请No.2003-25957中用于 VSA程序的气体浓缩器的示意图。参考图2，该气体浓缩器与使用气体分离膜的简单 设备不相上下，这归功于通过简单通道设计的吸附床1和1’之模组化以及阀装置2 和吸附床1和1’的结合。与使用气体分离膜的设备比较，其差异在于必须连接到吸 附床1和1’的阀装置2、连接吸附床1和1’的床连接小导管5、以及止回阀6和6’， 当其它阀装置则对应于各个气体分离膜时。因而，最大简化配置的阀装置2的使用、 与吸附床1和1’整合的止回阀6和6’的使用以及可以简单组装来简化配置的床连接 小导管5的配置等，是使系统最小化和降低成本的重要因素。
当如同在图2的气体浓缩器中那样使用吸附剂时，由于吸附剂应再循环并随后 用于生产中，因此基本上，细微杂质和水分的吸附会逐渐增加，因而当运作停止时会 吸附空气中的水分。为了防止这种情况，可使用吸潮剂等，然而，由于其不是根本解 决方法，故需要完全将图2的吸附床1和1’与外部空气隔离的额外装置。
因此，在本发明中，将密封装置24和24’安装在真空泵装置4的吸入通道和排 出通道上，并且将密封装置23安装到经过止回阀6和6’从吸附床1和1’排至流量控 制装置10的气体排出通道上，使得既使在运作停止时，都可将吸附床1和1’与外部 空气完全隔离，来防止吸附空气中的微小杂质和水分。