KR100619290B1 - 중·저순도의 기체농축장치 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 압력순환흡착방식의 기체농축장치의 하방 균등화단계에서 감압/세정시 버려지는 기체와 압축기의 일시적 압축기체를 고순도의 기체와 혼합하여 중·저순도 기체를 얻는 중·저순도 기체발생장치에 관한 것이다.

그 장치는,

대기중의 공기를 압축기(110)를 통하여 소정압력의 고압공기로 제 1솔레노이드밸브(120)를 통하여 한쌍의 흡착탑(130)에 교호로 제어/공급되고, 흡착탑(130)에서 얻어진 농축기체는 체크밸브(140)를 통하여 저장탱크(150)에서 저장시켜 유출밸브(170)를 통하여 조절/유출시킴과 아울러 농축기체 일부를 오리피스(160)를 통하여 세정단계의 흡착탑(130)으로 궤환시켜 대기중에 배기토록하는 압력순환흡착방식의 기체농축부(100); 및 상기 기체농축부(100)의 하방균등화단계의 감압/세정후 방출되는 유출기체를 절환/회수하기 위한 제 2솔레노이드밸브(230)와, 상기 기체농축부(100)의 하방 균등화 단계시 압축기(110)의 압축기체를 절환/회수하기 위한 제 3솔레노이드밸브(330)와, 상기 제 2솔레노이드밸브(230)를 통하여 유출기체를 회수/저장함과 동시에 상기 제 3솔레노이드밸브(330)를 통한 압축기체를 저장하기 위한 보조저장탱크(240,340)와, 보조저장탱크(240,340)에서 유출되는 기체를 조절/유출하기위한 개폐조절수단(220,320)으로 이루어진 회수부(200,300)를 포함하여 상기 기체농축부의 유출밸브(170)측에 상기 회수부의 유출라인(210,310)을 결합하여 기체농축부의 하방균등화단계후 감압/세정으로 방출되는 방출기체와, 압축기체를 기 체농축부의 농축기체와 혼합하여 중·저순도의 기체를 얻는 중·저순도 기체농축장치를 제공한다.

기체농축장치.

Description

중·저순도의 기체농축장치{Gas concentration apparatus for middle and low grade oxygen}

도 1은 종래 기체농축방법을 실시하기 위한 장치예를 나타내는 전체구성도이고,

도 2는 본 발명 중·저순도의 기체농축장치를 개략적으로 나타내는 전체 도면이며,

도 3은 본 발명 중·저순도의 기체농축장치의 전체 구성도이고,

도 4는 본 발명 중·저순도의 기체농축장치의 압력변동을 나타내는 그래프이며,

도5a, 도5b, 도5c, 도5d 도5e, 도5f는 본 발명 중·저순도의 기체농축장치의 기체농축과정을 단계별로 나타내는 작용설명의 개략도이다.

도 6은 본 발명 중·저순도의 기체농축장치가 적용된 IRS 기체농축장치의 예를 나타내는 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100:기체농축부, 110: 압축기, 120:제1솔레노이드밸브, 130a,130b:흡착탑,

140:체크밸브, 150:저장탱크, 160:오리피스, 170:유출밸브, 180:

200,300:회수부, 210,310:유출라인, 220,320:개폐조절수단,

230,330:제 2솔레노이드밸브, 240,340:보조저장탱크,

본 발명은 압력순환흡착(Pressure Swing Adsorption, 이하 PSA라 약함)을 이용한 기체농축방법에 관한 것으로, 특히, 두개의 흡착베드(이하 흡착탑이라고 함) 서로 교대로 반복하여 약흡착질의 농축과 강흡착질의 세정을 반복하는 방식(두개의 흡착베드타입을 말하며, 이하에서는 복탑방식이라고 함)에서 고압기체농축이 끝난 뒤 두개의 흡착탑을 하부에서 솔레노이드밸브를 통하여 일시 연통시킴으로써 일측의 고압원료기체가 저압의 타측 흡착탑으로 이동하여 두개의 흡착탑이 일시 압력균등화과정중 컴프레셔를 통해 공급되는 공기 및 감압단계시 초기의 고압 공기를 보조저장탱크에 저장하여 고순도의 기체와 혼합하여 혼합된 중기체의 대량 혼합가스를 생산하는 중·저순도의 기체농축장치이다.

압력순환흡착(PSA)이라함은 압력에 따라 흡착제에 흡착되는 기체들의 흡착량의 차이를 이용하여 기체를 분리,농축하는 공정이다. 압축공기와 흡착제만을 이용하기 때문에 공해물질의 유출이 없고 사용이 쉬워 오래 전부터 의료용 기체농축기 등에 널리 사용되어 왔다.

농축원리는 흡착제가 채워져 있는 흡착탑(Sieve Bed)에 압축공기를 유입시켜 가압함으로써 강흡착질은 흡착되고 약흡착질은 농축되면서 기체상태로 남게 되고 이 기체를 제품기체(제품가스라고도 함)로 별도 저장하게 되고, 제품가스를 얻은 후에 흡착제에 흡착된 강흡착질은 내부기체로서 탈착시켜 외부로 유출하여 감압하는 것이다.

일반적으로 이것을 기체농축에 사용함에 따라 기체농축기로 알려져 있으나, 다른 기체의 분리,농축에도 적용가능하다. 이를 기체농축기에 의거 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

기체를 분리하는 원리는 위와 같은 공정을 2개의 흡착탑이 교번으로 수행하는 4단계공정으로 이루어지며, 흡착제인 제올라이트(Zeolite)가 포함된 흡착베드내에서 강흡착질인 다량의 질소중에서 약흡착질인 기체를 분리함으로써 이루어진다.

대기중 약 80%인 질소는 기체보다 제올라이트에 잘 흡착되므로 공기를 흡착제가 충진된 흡착탑에 유입시키게 되면 질소성분은 흡착되고, 질소성분이 줄어든 기체기체는 흡착탑 상단 유출밸브측으로 상승하게 되고 이것의 주성분은 약흡착질인 농축기체이다.

이와같은 기체기체를 분리하기 위한 수단으로는 상술한 기체농축기와 같은 구조의 두개의 복탑방식 기체분리장치가 사용된다. 즉, 공기로부터 질소와 기체기체를 분리하는 흡착부와, 공기압축, 저장, 유출에 관련하는 작동부와, 밸브를 개폐하기 위한 제어부 및, 이들을 결합하기 위한 후레임부로 구성되어 있다.

이 장치의 기체분리방식은 흡착제가 충진된 흡착조에 혼합기체를 공급하여 기체를 흡착하는 공정과, 이 흡착제에 흡착된 기체를 흡착제로부터 탈착하는 공정을 반복하여 필요기체를 일정한 농도로 얻게 되는 데, 이때 흡착조에서 얻은 필요기체중 일부를 탈착공정을 위해 흡착조로 환류하여 사용하고 있다.

위의 흡착과정은 가압공기를 소정의 흡착제에 통과시킴으로써 강흡착질인 질소를 흡착시켜 공기중의 기체기체를 분리하여 얻는 방법으로 한번의 흡착이 이루어지면 반드시 흡착제인 제올라이트에 흡착된 질소를 분리(탈착)시켜 원래의 성능을 회복시켜 주어야 된다. 이 과정이 세정과정으로 흡착제에 흡착된 기체기체중 일부를 저압상태에서 재순환시켜 탈착함으로써 흡착제를 세정하여 흡착능을 회복시키며,기체농축과 질소의 세정을 반복하면서 소정순도의 농축 기체기체를 얻게 된다.

이러한 압력순환흡착방식의 기체농축장치는 대기중의 공기가 흡입되는 입구측에 설치되어 흡입공기를 여과하기 위한 흡기필터와, 흡입시의 소음을 방지하는 흡기소음기와, 흡입된 공기를 소정압력으로 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 공기를 교대로 분배하기 위하여 두개의 분기라인으로 연결되고 내부에 소정의 질소 흡착수단을 내설하여 질소를 흡착하기 위한 복수의 흡착탑과, 토출되는 기체의 압력을 저압으로 유지시켜주는 레귤레이터와, 일정량의 농축기체를 공급하기 위한 니들 밸브, 내부의 질소 세정시 발생하는 소음을 방지하는 배기소음기와, 상기 복수의 흡착탑 하부에 설치한 5/3솔레노이드 밸브와,상기의 솔레노이드밸브들과 공기 압축기등의 개폐작동을 제어하기 위한 제어장치로 이루어진다.

종래의 중.저순도의 혼합가스를 생산하는 방법중 공기압축기에서 일부의 공기의 분리하여 고순도의 기체와 혼합하는 방식(이하. 바이패스방식)은 항상 공기압축기의 공기중 일부를 사용하므로 발생 유량과 순도는 바이패스한 유량만큼 떨어지게 된다.

따라서. 혼합된 기체의 순도는 기체농축장치의 출력기체에 비해 기체 회수율 이 떨어지게 된다.

일반적으로 기체 발생기에 이용되는 에너지는 대부분 공기 압축기의 압축기 작동에너지이다. 반면에 공기의 가압에 이용된 기계적 에너지는 흡착탑 내부에서 기체를 공기로부터 분리하는데 에너지가 사용되고, 일부는 세정단계에서 대기를 통해 버려지게 된다.

본 발명은 종래 기체농축기의 기체농축 방법에서 질소를 세정하기 위한 감압 단계시 대기로 버려지는 고압의 공기와 하방균등화 과정중 공기압축기에 의해 공급되는 공기를 독립된 저자탱크에 충진하여 흡착탑으로부터 생산되는 고순도의 기체와 혼합하여 중.저순도의 혼합가스를 생산하는 기체농축장치에 관한 것이다.

본 발명은 종래의 중.저순도의 혼합가스를 생산하는 바이패스 방식에 비해 감압 및 압력 균등화 단계중 손실되는 기계적 에너지를 회수할 수 있으며, 중.저순도의 혼합가스를 생산하는데 가장 적합한 방법이라 할 수 있으며, 기체 회수율 또한 높다고 할 수있다.

본 발명은 종래 기체농축장치 <도1>에서 공기압축기의 유출밸브단과 흡착탑의 유출밸브단에 밸브를 각각 연결하여 감압단계와 하방압력균등화 과정에서 각각의 밸브를 전환하여 짧은 시간동안 고압의 공기를 회수하여 에너지 손실을 최소화 할 수 있는 기체농축장치이며, 방법이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중·저순도 기체농축장치는,

대기중의 공기를 압축기를 통하여 소정압력의 고압공기로 제 1솔레노이드밸브를 통하여 한쌍의 흡착탑에 교호로 제어/공급되고, 흡착탑에서 얻어진 농축기체는 체크밸브를 통하여 저장탱크에서 저장시킴과 아울러 농축기체 일부를 오리피스를 통하여 세정단계의 흡착탑으로 궤환시켜 대기중에 유출토록하는 압력순환흡착방식의 기체농축부; 및 상기 기체농축부의 감압/세정 단계에서 대기중에 유출되는 세정기체중에서 농축기체를 회수하기 위하여 상기 대기중에 유출되는 유출기체와, 상기 기체농축부의 농축기체 유출밸브사이에 소정의 개폐조절수단을 갖춘 유출라인을 형성한 회수부를 포함하여 상기 기체농축부의 유출밸브와 상기 회수부의 유출라인을 결합하여 농축기체와 유출기체를 혼합하여 중·저순도의 기체를 얻는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중·저순도 기체농축장치의 회수부는, 상기 기체농축부의 감압/세정 단계에서 유출되는 유출기체를 개폐/제어하기 위한 제 2솔레노이드밸브와, 이 제 2솔레노이드밸브를 통한 유출기체를 회수/저장하기 위한 보조저장탱크로 이루어짐이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중·저순도 기체농축장치는,

대기중의 공기를 압축기를 통하여 소정압력의 고압공기로 제 1솔레노이드밸브를 통하여 한쌍의 흡착탑에 교호로 제어/공급되고, 흡착탑에서 얻어진 농축기체 는 체크밸브를 통하여 저장탱크에서 저장시킴과 아울러 농축기체 일부를 오리피스를 통하여 세정단계의 흡착탑으로 궤환시켜 대기중에 유출토록하는 압력순환흡착방식의 기체농축부; 및 상기 기체농축부의 하방 균등화단계에서 압축기의 압축기체를 상기 기체농축부의 유출밸브 사이에 소정의 개폐조절수단을 통하여 유출되도록 유출라인을 형성한 회수부를 포함하여 상기 기체농축부의 유출밸브측에서 상기 회수부의 유출라인을 결합하여 농축기체와 하방균등화시의 압축기체를 혼합하여 중·저순도의 기체를 얻는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중·저순도 기체농축장치의 상기 회수부는,

압축기의 압축공기가 기체농축부의 압력 균등화 단계상태에서 절환공급되도록 하는 제 3솔레노이드밸브와, 절환된 압축공기를 저장하는 보조 저장탱크를 더 구비함이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중·저순도 기체농축장치의 상기 기체농축부의 제 1솔레노이드와, 상기 회수부의 제 2,3솔레노이드를 제어하기 위한 제어부를 더 포함함이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중·저순도 기체농축장치는,

대기중의 공기를 압축기를 통하여 소정압력의 고압공기로 제 1솔레노이드밸브를 통하여 한쌍의 흡착탑에 교호로 제어/공급되고, 흡착탑에서 얻어진 농축기체는 체크밸브를 통하여 저장탱크에서 저장시킴과 아울러 농축기체 일부를 오리피스를 통하여 세정단계의 흡착탑으로 궤환시켜 대기중에 유출토록하는 압력순환흡착방 식의 기체농축부; 및 상기 기체농축부의 감압/세정 단계에서 유출되는 유출기체를 절환/회수하기 위한 제 2솔레노이드밸브와, 상기 기체농축부의 하방 균등화 단계상태에서 압축기의 압축기체를 절환/회수하기 위한 제 3솔레노이드밸브와, 상기 제 2솔레노이드밸브를 통하여 유출기체를 회수/저장함과 동시에 상기 제 3솔레노이드밸브를 통한 압축기체를 저장하기 위한 보조저장탱크와, 보조저장탱크에서 유출되는 기체를 조절/유출하기위한 개폐조절수단으로 이루어진 회수부를 포함하여 상기 기체농축부의 유유출밸브측에 상기 회수부의 유출라인을 결합하여 기체농축부의 감압/세정단계의 유출기체와, 하방균등화 단계의 압축기체를 기체농축부의 농축기체와 혼합하여 중·저순도의 기체를 얻는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중·저순도 기체농축장치는,

상기 기체농축부의 제 1솔레노이드와, 상기 기체농축부의 감압/세정단계에서 유출기체를 개폐/제어하기 위한 제 2솔레노이드와, 상기 기체농축부의 하방균등화단계에서 압축기의 압축기체를 개폐/제어하기 위한 제 3솔레노이드를 제어하기 위한 제어부를 더 포함함이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중·저순도 기체농축장치의 상기 회수부의 개폐조절수단은 니들밸브가 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 솔레노이드밸브들은 각각 압력의 하방균등화 단계시 기계적 에너지를 회수하기 위하여 공기압축기의 토출단에 연결한 5/2솔레노이드밸브이고, 흡착탑을 교호 흡착과 함께 감압/세정단계에서 토출되는 에너지를 회수하기 위해 5/3솔레노이드 밸브의 질소 토출부에 연결된 5/2솔레노이드밸브이 바람직 하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명한다.

첨부 도면중 도 3은 본 발명의 기체농축장치의 전체를 나타내는 개략도면이다. 이 도면에 따르는 본 발명 중·저순도 기체농축장치는 크게 기체농축부(100)와, 회수부(200)(300)와 제어부(400)로 이루어진다.

먼저 기체농축부(100)는,

대기중의 공기를 압축기(110)를 통하여 소정압력의 고압공기로 제 1솔레노이드밸브(120)를 통하여 한쌍의 흡착탑(130)에 교호로 제어/공급되고, 한쌍의 흡착탑(130a,b)에서 얻어진 농축기체는 체크밸브(140)를 통하여 저장탱크(150)에서 저장되었다가(레귤레이터(180)을 거쳐) 유출밸브(170)를 통하여 조절/유출시킴과 아울러 농축기체 일부를 오리피스(160)를 통하여 세정단계의 흡착탑(130)으로 궤환시켜 대기중에 배기토록하는 압력순환흡착방식으로 이루어진다.

이와같은 상기 기체농축부(100)의 감압/세정 단계에서 대기중에 배기되는 세정기체중에서 농축기체를 회수하기 위한 회수부(200)는,

상기 대기중에 배기되는 세정기체의 배기구(212)와, 상기 기체농축부(100)의 농축기체 유출밸브(170)사이에 소정의 개폐조절수단(220)을 갖춘 유출라인(210)을 이루되, 상기 기체농축부(100)의 감압/세정 단계에서 유출되는 유출기체를 개폐/제어하기 위한 제 2솔레노이드밸브(230)와, 이 제 2솔레노이드밸브(230)를 통한 유출기체를 회수/저장하기 위한 보조저장탱크(240)를 구성하여서 된다.

이와같은 본 발명 중·저순도 기체농축장치는 상기 기체농축부의 유출밸브 (170)와 상기 회수부(200)의 유출라인(210)을 결합하여 감압/세정 단계에서 대기중에 배기되는 세정기체중에서 농축기체를 회수하여 혼합하므로서 중·저순도의 기체를 얻게된다.

한편, 본 발명 중·저순도 기체농축장치는 상기와 동일하게 대기중의 공기를 압축기(110)를 통하여 소정압력의 고압공기로 제 1솔레노이드밸브(120)를 통하여 한쌍의 흡착탑(130)에 교호로 제어/공급되고, 흡착탑(130)에서 얻어진 농축기체는 체크밸브(140)를 통하여 저장탱크(150)에서 저장시켜 유출밸브(170)를 통하여 조절/유출시킴과 아울러 농축기체 일부를 오리피스(160)를 통하여 세정단계의 흡착탑(130)으로 궤환시켜 대기중에 배기토록하는 압력순환흡착방식의 기체농축부(100)를 이루되, 여기에 상기 기체농축부(100)의 하방 균등화단계에서 압축기(110)의 압축기체를 상기 기체농축부(100)의 배기구(170) 사이에 소정의 개폐조절수단(320)을 통하여 유출되도록 유출라인(310)을 형성한 회수부(300)를 결합하여 상기 기체농축부(100)의 농축기체와 동 기체농축부의 하방 균등화시의 압축기체를 혼합하여 중·저순도의 기체를 얻게 된다.

특히, 상기 회수부(300)의 유출라인(310)에는 압축기(110)의 압축공기가 기체농축부(100)의 압력 균등화 단계상태에서 절환공급되도록 하는 제 3솔레노이드밸브(330)와, 절환된 압축공기를 저장하는 보조 저장탱크(340)를 더 구비하며, 상기 기체농축부(100)의 제 1솔레노이드(120)와, 상기 회수부(200)의 제 2,3솔레노이드(230)(330)를 제어하기 위한 제어부(400)를 더 포함하여서 된다.

본 발명 중·저순도 기체농축장치는 궁극적으로 첨부 도면 도 3에서 도시하 고 아래에서 설명되는 장치로 이루어진다.

즉, 본 발명 중·저순도 기체농축장치는,

대기중의 공기를 압축기(110)를 통하여 소정압력의 고압공기로 제 1솔레노이드밸브(120)를 통하여 한쌍의 흡착탑(130)에 교호로 제어/공급되고, 흡착탑(130)에서 얻어진 농축기체는 체크밸브(140)를 통하여 저장탱크(150)에서 저장시켜 유출밸브(170)를 통하여 조절/유출시킴과 아울러 농축기체 일부를 오리피스(160)를 통하여 세정단계의 흡착탑(130)으로 궤환시켜 대기중에 배기토록하는 압력순환흡착방식의 기체농축부(100)를 이루되 여기에 이 기체농축부(100)의 감압/세정 단계에서 배기되는 유출기체를 절환/회수하기 위한 제 2솔레노이드밸브(230)와, 상기 기체농축부(100)의 하방 균등화 단계상태에서 압축기(110)의 압축기체를 절환/회수하기 위한 제 3솔레노이드밸브(330)와, 상기 제 2솔레노이드밸브(230)를 통하여 유출기체를 회수/저장함과 동시에 상기 제 3솔레노이드밸브(330)를 통한 압축기체를 저장하기 위한 보조저장탱크(240,340)와, 보조저장탱크(240,340)에서 유출되는 기체를 조절/유출하기위한 개폐조절수단(220,320)으로 이루어진 회수부(200,300)를 결합하여서 된다,

따라서 상기 기체농축부의 유출밸브(170)측에 상기 회수부의 유출라인(210)을 결합하여 기체농축부의 감압/세정단계의 유출기체와, 하방균등화 단계의 압축기체를 기체농축부의 농축기체와 혼합하여 중·저순도의 기체를 얻게 된다.

한편, 상기 기체농축부(100)의 제 1솔레노이드(120)와, 상기 기체농축부(100)의 감압/세정단계에서 유출기체를 개폐/제어하기 위한 제 2솔레노이드(230) 와, 상기 기체농축부의 하방균등화단계에서 압축기의 압축기체를 개폐/제어하기 위한 제 3솔레노이드(330)를 제어하기 위한 제어부(400)를 더 갖추어서된다.

상기 회수부(200,300)의 개폐조절수단(220,320)은 니들밸브가 바람직하며,상기 기체농축부(100)의 유출밸브(170) 역시 니들밸브가 바람직하며, 상기 회수부(200)의 배기구(212)는 배기소음기를 더 구비함이 바람직하다.

첨부 도면중 도 4는 본 발명 기체농축장치의 흡착탑과 저장탱크 및 보조저장탱크의 압력 변동 그래프이고,도 5a 내지 도 5f는 본 발명 중·저순도 기체농축장치의 기체농축과정을 나타낸다.

첨부 도면 도 5a 내지 도 5f에 의거 공정별로 설명하면 다음과 같다.

< 제 1 공정 >

도 5a에서 도시하는 바와같이 제 1흡착탑(130a)에는 흡기필터(112),흡기소음기(114),공기압축기(110),제 3솔레노이드밸브(330)를 거쳐 압축공기가 공급된다. 공급된 압축공기는 제 1솔레노이드 밸브(120)를 거쳐 제 1흡착탑(130a)에서 가압이 진행된다.

이때 제 2흡착탑(130b)은 도 4에서 도시하는 바와 같이 감압단계시 제 2솔레노이드밸브(230)를 통해 흡착탑(130b) 내부의 세정후 질소를 함유한 압축기체를 짧은 시간동안 보조저장탱크(230)로 보낸다(이때 기체의 역류를 방지하기 위하여 체크밸브를 설치하나 도면중에서 부호는 생략함).

상기의 압축기체는 제 2공정시 생성되는 고순도의 기체와 혼합되게 된다.

< 제 2공정 >

도 5b에서 도시하는 바와같이 제1흡착탑(130a)에 흡기필터(112), 흡기소음기(114), 공기압축기(110)를 통해 외부공기가 가압 및 흡착이 진행된다. 이때 생산된 기체중 일부는 흡착탑(130a,b)상부의 오리피스(160)를 이용해 제 2흡착탑(130b)의 세정을 돕게 된다. 이 때 제 2흡착탑(130b)은 제 2솔레노이드밸브(230)를 전환하여 배기소음기를 구비한 배기구(212)를 통해 질소를 유출하며, 생산된 농축기체의 대부분은 저장탱크(150)에 저장된다.

< 제 3 공정 >

상기의 가압, 흡착 단계후 제 1솔레노이드밸브(120)를 중립단계롤 전환하여 하방균등화단계를 수행하며, 이와 동시에 제 3솔레노이드밸브(330)를 전환하여 압축기(110)를 통해 토출되는 공기를 보조저장탱크(340)로 보내지며, 상기 기체농축부(100)의 저장탱크(110)에서 토출되는 고순도의 기체는 토출유량을 제어하는 유출밸브(170)의 니들밸브를 통해 보조저장탱크 (340)의 공기와 혼합되어 최종적으로 혼합된 기체의 형태로 공급된다.

< 제 4공정 > < 5 공정 > < 6 공정 >

상기 제 1공정의 역으로 진행됨.

한편, 첨부 도면중 도 6은 본 발명 중·저순도의 기체농축장치가 적용된 IRS 기체농축장치의 예를 나타내는 도면이다.

이 도면에 의한 본 발명 중·저순도의 기체농축장치는 IRS(Independent rinse and storage)타입(저장탱크,체크밸브,오리피스를 흡케이스내에 포함한 타입으로 기출원되어 등록됨)의 독립식 농축장치에서도 같은 방법으로 적용가능하다.

즉, 흡기필터(112),흡기소음기(114),압축기(110)를 통해 외부공기를 가압하여 솔레노이드밸브(330,120)을 거쳐 제 1흡착탑(130a)에 공급한다.

흡기 필터와 흡기 소음기, 공기압축기를 통해 가압된 공기는 제 3,1솔레노이드 밸브(330,120)를 거쳐 제 1흡착탑(130a)에서 가압, 흡착이 진행된다.

이때 제 2흡착탑(130b)는 제1흡착탑(130a)에서 생성된 고압 농축기체로서 세정이 이루어진 후, 대기중에 방출된다(소음기설치됨). 이때 대기배출(감압)의 초기 단계에 제 2솔레노이드 밸브(230)을 통해 고압의 공기일부를 회수한다.(상기의 제 1 , 2공정)

상기의 가압, 흡착 단계후 제 1솔레노이드 밸브(120)를 중립단계로 전환하여 하방균등화단계를수행하며, 이와 동시에 제 3솔레노이드 밸브(330)를 전환하여 압축기(110)를 통해 토출되는 공기를 보조저장탱크(340)로 보내지며, 저장탱크(340)에서 토출되는 고순도의 기체는 토출유량을 제어하는 니들밸브(320)을 통해 보조저장 탱크(340)의 공기와 혼합되어 최종적으로 혼합된 기체의 형태로 공급된다.

이와 같이 하방 균등화 공정과 감압/세정단계의 2개 단계(감압,세정/감압)에서 회수되는 공기를 회수하여 고순도의 기체와 혼합하여 중.저순도의 기체를 얻게 된다.

본 발명의 중·저순도 기체농축장치의 기체농축방법은 가압과 감압을 교번으로 작동 하는 복탑방식의 흡착탑에서 한쪽 흡착탑이 감압단계를 시작할 때 밸브를 전환하여 짧은 시간동안 보조저장탱크로 고압의 공기 흐름을 유도하는 단계와 하방균등화 단계시 또 다른 밸브를 전환하여 컴프레셔를 통해 공급되는 공기를 보조저장 탱크로 보낸후 고순도의 기체와 함께 혼합하여 혼합된 기체의 형태로 공급하는 기체농축방식이다.

본 발명 압력순환흡착을 이용한 기체농축장치는 대기중의 공기를 여과하기 위한 흡기필터, 흡입소음을 절감하기 위한 흡기소음기, 공기압축기, 흡착질소를 흡착하기 위한 두대의 흡착탑과, 흡착탑의 세정을 돕고 고순도의 기체를 얻기 위한 오리피스, 생성기체의 역류를 방지하는 체크밸브, 기체의 순도를 일정하게 하고, 토출되는 유량의 변동를 줄여주기 위한 저장탱크, 회수되는 공기를 일정한 유량으로 토출시키기 위한 보조저장탱크 토출되는 기체의 압력을 저압으로 유지시켜주는 압력조절기, 일정량의 기체 기체를 공급하기 위한 유량계, 밸브와 공기압축기를 제어하는 제어부, 세정후 기체의 유출시 소음을 방지하기 위한 소음기, 흡착탑에 공기를 교번으로 공급하며. 하방균등화 공정을 수행하는 5/3 솔레노이드 밸브, 하방균등화 공정시 공기의 유로를 변동시켜주는 5/2솔레노이드 밸브, 감압 초기단계시 대기로 방출되는 공기를 보조 저장탱크로 전환시켜주는 5/2솔레노이드밸브로 이루어 진다.

상기 본 발명 압력순환흡착을 이용한 기체농축장치는 제 1 솔레노이드밸브 및 제2, 제3 솔레노이드 밸브는 각각 5포트 3웨이 및 3포트 2웨이 솔레노이드 밸브로 함이 바람직하다.

상기한 본 발명 기체농축방법은 두개의 흡착탑을 이용하여 제 1흡착탑이 농축되면 제 2흡착탑은 세정,유출시키고 다시 농축과 세정을 바꾸어 반복하는 복탑방식의 기체농축과정에서 대기로 버려지는 농축기체와 하방균등화 과정중 일시 압축기의 구동중 발생된 압축기체를 일부 회수하므로서 기계적에너지를 절약하게 됨과 아울러 중.저순도 기체농축장치의 기체회수율을 높이게 된다.

이와 같이 본 발명 압력순환흡착공정을 이용한 중.저순도 기체농축방법은 다음과 같이 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 기체가 생산되는 생산단계후 하방균등화공정에서 공기압축기와 흡착탑의 연결유로를 끊어주어 압축기를 통한 압축기체를 보조저장탱크로 보내 고순도의 기체와 혼합하여 중순도의 다량의 혼합 가스를 생산할 수 있다.

둘째, 하방균등화 과정후 고압측의 흡착탑이 감압단계의 초기에 대기로 방출되는 고압기체를 밸브 전환시켜 짧은 시간 동안 보조조장탱크에 충진하여 고순도의 기체와 혼합하므로서 중,저순도의 다량 혼합기체를 회수하여 수율을 극대화 할 수 있다.

상기의 방법중 하방균등화 과정이 없는 4단계( 가압.흡착.감압,세정)PSA 방식은 첫째번 방법은 사용할 수 없고, 둘째 방법만 사용이 가능하다.

또한, 하방 균등화 과정후 감압단계에서도 대기로 고압의 공기가 방출될 때 발생되는 흡착탑의 압력도 감압단계의 초기에 보조 저장탱크를 이용해 더 낮은 압력까지 낮아지므로, 보다 낮은 압력에서 감압 및 세정이 이루어져 소음 측면에서도 훨씬 기존 방식(Bypass)에 비해 우수하다고 할 수 있다.

Claims (11)

1. 중·저순도 기체농축장치에 있어서,

   대기중의 공기를 압축기(110)를 통하여 소정압력의 고압공기로 제 1솔레노이드밸브(120)를 통하여 한쌍의 흡착탑(130a,b)에 교호로 제어/공급되고, 흡착탑(130)에서 얻어진 농축기체는 체크밸브(140)를 통하여 저장탱크(150)에서 저장시켜 유출밸브(170)를 통하여 조절/유출시킴과 아울러 농축기체 일부를 오리피스(160)를 통하여 세정단계의 흡착탑(130)으로 궤환시켜 대기중에 배기토록하는 압력순환흡착방식의 기체농축부(100); 및

   상기 기체농축부(100)의 하방균등화단계중 감압/세정되어 대기중에 방출되는 세정기체중에서 농축기체를 회수하기 위하여 상기 대기중에 배기되는 세정기체의 배기구(212)와, 상기 기체농축부(100)의 농축기체 유출밸브(170)사이에 소정의 개폐조절수단(220)을 갖춘 유출라인(210)을 형성한 회수부(200)를 포함하여,

   상기 기체농축부의 유출밸브(170)와 상기 회수부(200)의 유출라인(210)을 결합하여 농축기체와 유출기체를 혼합하여 중순도의 기체를 얻는 것을 특징으로 하는 중·저순도 기체농축장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 회수부(200)는,

   상기 기체농축부(100)의 감압/세정 단계에서 유출되는 유출기체를 개폐/제어 하기 위한 제 2솔레노이드밸브(230)와, 이 제 2솔레노이드밸브(230)를 통한 유출기체를 회수/저장하기 위한 보조저장탱크(240)로 이루어진 것을 특징으로 하는 중·저순도 기체농축장치.
3. 중·저순도 기체농축장치에 있어서,

   대기중의 공기를 압축기(110)를 통하여 소정압력의 고압공기로 제 1솔레노이드밸브(120)를 통하여 한쌍의 흡착탑(130)에 교호로 제어/공급되고, 흡착탑(130)에서 얻어진 농축기체는 체크밸브(140)를 통하여 저장탱크(150)에서 저장시켜 유출밸브(170)를 통하여 조절/유출시킴과 아울러 농축기체 일부를 오리피스(160)를 통하여 세정단계의 흡착탑(130)으로 궤환시켜 대기중에 배기토록하는 압력순환흡착방식의 기체농축부(100); 및

   상기 기체농축부(100)의 하방 균등화단계에서 압축기(110)의 일시적 멈춤상태에서 발생되는 압축기체를 상기 기체농축부(100)의 배기구(170) 사이에 소정의 개폐조절수단(320)을 통하여 유출되도록 유출라인(310)을 형성한 회수부(300)를 포함하여,

   상기 기체농축부의 유출밸브(170)측에서 상기 회수부의 유출라인(310)을 결합하여 농축기체와 하방균등화시의 압축기체를 혼합하여 중·저순도의 기체를 얻는 것을 특징으로 하는 중·저순도 기체농축장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 회수부(300)는,

   압축기(110)의 압축공기가 기체농축부(100)의 압력 균등화 단계상태에서 절환공급되도록 하는 제 3솔레노이드밸브(330)와, 절환된 압축공기를 저장하는 보조 저장탱크(340)를 더 구비하는 중·저순도 기체농축장치.
5. 제 2항 또는 제 4항에 있어서,

   상기 기체농축부(100)의 제 1솔레노이드(120)와, 상기 회수부(200)의 제 2,3솔레노이드(230)(330)를 제어하기 위한 제어부(400)를 더 포함하는 중·저순도 기체농축장치.
6. 중·저순도 기체농축장치에 있어서,

   대기중의 공기를 압축기(110)를 통하여 소정압력의 고압공기로 제 1솔레노이드밸브(120)를 통하여 한쌍의 흡착탑(130)에 교호로 제어/공급되고, 흡착탑(130)에서 얻어진 농축기체는 체크밸브(140)를 통하여 저장탱크(150)에서 저장시켜 유출밸브(170)를 통하여 조절/유출시킴과 아울러 농축기체 일부를 오리피스(160)를 통하여 세정단계의 흡착탑(130)으로 궤환시켜 대기중에 배기토록하는 압력순환흡착방식의 기체농축부(100); 및

   상기 기체농축부(100)의 하방균등화단계의 감압/세정후 방출되는 유출기체를 절환/회수하기 위한 제 2솔레노이드밸브(230)와, 상기 기체농축부(100)의 하방 균등화 단계시 압축기(110)의 압축기체를 절환/회수하기 위한 제 3솔레노이드밸브 (330)와, 상기 제 2솔레노이드밸브(230)를 통하여 유출기체를 회수/저장함과 동시에 상기 제 3솔레노이드밸브(330)를 통한 압축기체를 저장하기 위한 보조저장탱크(240,340)와, 보조저장탱크(240,340)에서 유출되는 기체를 조절/유출하기위한 개폐조절수단(220,320)으로 이루어진 회수부(200,300)를 포함하여,

   상기 기체농축부의 유출밸브(170)측에 상기 회수부의 유출라인(210,310)을 결합하여 기체농축부의 하방균등화단계후 감압/세정으로 방출되는 방출기체와, 압축기체를 기체농축부의 농축기체와 혼합하여 중·저순도의 기체를 얻는 것을 특징으로 하는 중·저순도 기체농축장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 기체농축부(100)의 제 1솔레노이드(120)와, 상기 기체농축부(100)의 감압/세정단계에서 유출기체를 개폐/제어하기 위한 제 2솔레노이드(230)와, 상기 기체농축부의 하방균등화단계에서 압축기의 압축기체를 개폐/제어하기 위한 제 3솔레노이드(330)를 제어하기 위한 제어부(400)를 더 포함하는 중·저순도 기체농축장치.
8. 제 1항 또는 제 3항 또는 제 6항에 있어서,

   상기 회수부(200,300)의 개폐조절수단(220,320)은 니들밸브인 것을 특징으로 하는 중·저순도 기체농축장치.
9. 제 1항 또는 제 3항 또는 제 6항에 있어서,

   상기 기체농축부(100)의 유출밸브(170)는 니들밸브인 것을 특징으로 하는 중·저순도 기체농축장치.
10. 제 1항 또는 제 3항 또는 제 6항에 있어서,

    회수부(200)의 배기구(212)는 배기소음기인 것을 특징으로 하는 중·저순도 기체농축장치.
11. 제 1항 또는 제 3항 또는 제 6항에 있어서,

    상기 기체농축부(100)는 IRS(Independent rinse and storage)의 독립식 기체농축장치인 것을 특징으로 하는 중·저순도 기체농축장치.

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