Abstract
A theoretical study on oxygen flow is fundamental to comprehend the practical production of an oxygen respirator and its stability. In this study, an orifice-type pressure-reducing component was designed for the newly developed oxygen respirator, using the commercial CFD tool, COMSOL Multiphysics, which increases its operational time compared to the existing component. The orifice was optimized by changing the length by 3, 6, and 9 mm within the entire computational domain of the oxygen respirator. Based on an oxygen flow rate of 0.028 kg/s, the oxygen respirator equipped with the newly developed orifice satisfied the flow rate within 33% for a respirator inlet pressure of 300 bar, and within 32.7% for 50, 75, and 100 bar. In terms of component manufacturing, the orifice length was selected as 3 mm, which removes additional changes to the existing component.
산소호흡기의 실질적인 개발 제작 및 안정성 파악을 위해서는 산소유동의 이론적인 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 상용 해석 툴인 COMSOL 멀티피직스를 이용하여 산소호흡기의 사용시간 연장을 위한 고압용 감압기 설계를 진행하였다. 기존 감압기의 오리피스 내 핀 형태의 실린더 삽입 방법을 제안했으며, 새로 제시한 오리피스에 대해 3 mm, 6 mm 그리고 9 mm의 길이에서 유동 특성 분석 및 최적 길이를 도출하였다. 기존 감압기에서 토출되는 질량유량 0.028 kg/s 을 기준으로, 최대 감압기 입구 압력인 300 bar 경우 약 33%, 감압기 입구 압력조건인 50 bar, 75 bar 그리고 100 bar에서는 평균 32.71% 내외로 기존 질량조건을 만족하였다. 가공 용이성을 고려할 때 기존의 감압기와 길이가 동일하여 별도의 가공이 필요 없는 3 mm가 가장 적합하다고 판단된다.
