KR101395763B1 - 수평 구조로 이루어진 질소 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평 구조로 이루어진 질소 발생기에 관한 것으로, 질소를 생산하는 복수의 탱크를 가로로 놓인 수평구조로 구성하여 제조비용이 저렴하고 고순도의 질소제품(N2)을 얻을 수 있는 수평 구조로 이루어진 질소 발생기에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 수평 구조로 이루어진 질소 발생기는, 대기중에 흡입된 공기를 질소발생기에 압축공기를 공급하는 콤프레셔; 상기 콤프레셔로부터 압축 공기를 공급받아 질소를 분리하는 제1 탱크; 및 상기 콤프레셔의 압축공기가 제1 탱크의 하단으로 공급되도록 연결된 공급관; 상기 제1 탱크와 수평하게 위치하며, 제1 탱크로부터 공급받은 질소에서 산소를 재분리하는 제2 탱크; 상기 제1 탱크의 질소가 제2 탱크의 하단으로 공급되도록 하는 연결된 연결관; 상기 제1 탱크와 제2 탱크의 내부에 배치되어 유입공기 중에 포함된 산소를 흡착하기 위한 흡착제; 를 포함하는 구조로 이루어진다.

Description

수평 구조로 이루어진 질소 발생기{Horizontal structure consisting of nitrogen gas generation device}

본 발명은 수평 구조로 이루어진 질소 발생기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 질소를 생산하는 복수의 탱크를 가로로 놓인 수평구조로 구성하여 제조비용이 저렴하고 고순도의 질소제품(N2)을 얻을 수 있는 수평 구조로 이루어진 질소 발생기에 관한 것이다.

일반적으로 질소가스는 각종 금속의 열처리와 화학플랜트, 배관, 탱크와 설비나 용기 내부의 함유물과 화학적ㆍ물리적 반응을 일으키지 않는 불활성가스로서, 철강 및 금속, 석유화학, 반도체, 의약품, 식품 등의 제조공정에 널리 이용되고 있다.

고순도의 질소는 여러 화학공정과 제강, 제련 및 기타 산업용도로 사용되며, 공기를 분리하여 질소를 생산하는 방법에도 다양한 기술이 알려져 있으나, 비교적 적은 양의 질소를 생산하는 경우 저온 공기분리 플랜트 보다는 압력진동흡착(PSA) 방식을 이용하는 것이 경제성이 높다.

기체분리를 위한 통상의 압력진동흡착(PSA) 공정에서는 공급공기를 용이하게 흡착할 수 있는 성분으로 이루어진 흡착베드를 높은 흡착압력으로 통과시켜 질소나 산소를 선택적으로 흡착하고, 그 후에 흡착베드를 낮은 탈착압력으로 감압하여 질소 또는 산소를 흡착베드로부터 탈착시켜 제거하고, 공기를 다시 공급하여 흡착베드 내에서 흡착 및 탈착과정이 반복적으로 이루어지도록 한다.

그리고, 99.5% 이상의 순도를 가지는 질소를 생산하기 위해서는 압력진동흡착 공정에서 빠른 순환공정 중 속도에 선택성이 있는 탄소분자체(CMS)를 흡착제로 사용하며, 이 탄소분자체(CMS)는 용이하게 흡착할 수 있는 성분으로서 산소를 선택적으로 흡착하여, 흡착압력에서 비교적 낮은 이슬점을 갖는 질소를 생산하게 된다.

상술한 질소 발생기에 대한 선행기술들을 살펴보면 다음과 같다.

종래 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-0753207에는 "질소 발생장치의 흡착탑 구조"가 개시되어 있는데, 도 1을 참조하여 설명한다.

상기 종래기술은 세로로 수직한 형태를 가지면서 내부에 미세공의 크기가 다른 다층의 활성탄(CMS)을 충진하여 콤프레셔를 이용한 고순도의 질소(N2)제품을 얻을 수 있는 질소 발생장치의 흡착탑 구조에 관한 것이다.

그러나, 종래의 질소 발생장치의 흡착탑 구조는 수직구조를 가져 공급되는 압축공기가 상승하여 이동해야하는 방식으로 다층의 활성탄과 접촉이 상승에 따른 이동이 원활하지 않아 흡착률이 떨어진다.

또한, 종래의 질소 발생장치의 흡착탑 구조는 전체적인 설치공간을 크게 차지하여 공간적인 면과 비용적인 면에서 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.

또, 수직구조로 제작된 질소 발생기는 기계장치의 내부에 수직하게 장착되어야 하기 때문에 구조상 공간 제약이 따르는 문제점이 발생한다.

상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 공기에서 질소를 추출하여 배출하는 질소발생기를 포함하여 이루어지되 질소를 생산하는 탱크가 가로 방향으로 길게 형성된 복수의 제1 탱크 및 제2 탱크로 수평하게 나란히 배치하고, 상기 제1 탱크와 제2 탱크를 연결하는 관 또한 수평하게 연결하여 고순도의 질소 생성률을 높이는 수평 구조로 이루어진 질소 발생기에 관한 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 수평 구조로 이루어진 질소 발생기는, 대기중에 흡입된 공기를 질소발생기에 압축공기를 공급하는 콤프레셔; 상기 콤프레셔로부터 압축 공기를 공급받아 질소를 분리하는 제1 탱크; 및 상기 콤프레셔의 압축공기가 제1 탱크의 하단으로 공급되도록 연결된 공급관; 상기 제1 탱크와 수평하게 위치하며, 제1 탱크로부터 공급받은 질소에서 산소를 재분리하는 제2 탱크; 상기 제1 탱크의 질소가 제2 탱크의 하단으로 공급되도록 하는 연결된 연결관; 상기 제1 탱크와 제2 탱크의 내부에 배치되어 유입공기 중에 포함된 산소를 흡착하기 위한 흡착제; 를 포함한다.

바람직하게, 상기 제1 탱크와 제2 탱크는 가로방향으로 길게 형성된 것을 포함한다.

바람직하게, 상기 제1 탱크와 제2 탱크 및 공급관과 연결관은 수평선상으로 놓이는 것을 포함한다.

바람직하게, 상기 공급관과 연결관은 제1 탱크와 제2 탱크에 각각 일면의 1/4 지점 하단에 연설되는 것을 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 질소를 생산하는 흡착제를 포함한 탱크의 구조를 수평하게 구성하고, 압축공기의 이동로를 탱크의 1/4 지점 하단에 구성하여 자중 또는 압축공기의 마찰에 의한 흡착제의 처짐을 방지하고, 압축공기로부터의 질소 회수율과 고순도의 질소 생산율을 높이는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 수평 구조로 이루어진 질소 발생기는 제1 탱크와 제2 탱크 수평하게 배치됨에 따라 차지하는 공간이 적어 사용상 공간제약을 받지 않고, 기계장치 내부 하단에 설치가 용이하다.

도 1은 종래의 질소 발생기를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 수평 구조로 이루어진 질소 발생기를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 수평 구조로 이루어진 질소 발생기의 일측 단면을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 수평 구조로 이루어진 질소 발생기가 내장된 기계장치를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 다수의 탱크를 구성한 수평 구조로 이루어진 질소 발생기를 도시한 도면.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 수평 구조로 이루어진 질소 발생기는 공기에서 질소를 추출하여 배출하는 질소발생기를 포함하여 이루어지되 질소를 생산하는 탱크가 가로 방향으로 길게 형성된 복수의 제1 탱크 및 제2 탱크로 수평하게 나란히 배치하고, 상기 제1 탱크와 제2 탱크를 연결하는 관 또한 수평하게 연결하여 고순도의 질소 생성률을 높일 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 질소 발생기는 콤프레셔(110), 제1 탱크(120), 공급관(130), 제2 탱크(140), 연결관(150), 흡착제(160)를 포함한다.

먼저 상기 콤프레셔(110)는 대기중에 흡입된 공기를 질소발생기(100)에 압축공기를 공급하도록 마련된다.

상기 콤프레셔(110)에 의해 압축된 공기를 상기 질소발생기(100)에 공급하는 공급관(130)이 제1 탱크(120)와 연결된다.

이때, 상기 콤프레셔(110)는 압축공기를 제1 탱크(120)에 공급관(130)을 통해 공급한다.

상기 공급관(130)은 콤프레셔(110)의 압축공기가 제1 탱크(120)의 하단으로 공급되도록 연결된다.

상기 제1 탱크(120)는 압축공기를 제공받아 1차로 질소를 분리한다.

상기 제1 탱크(120) 내부에는 유입공기 중에 포함된 산소를 흡착하기 위한 흡착제(160)가 구성된다.

그리고, 상기 제1 탱크(120)와 수평하게 제2 탱크(140)가 위치한다.

상기 제2 탱크(140)는 제1 탱크(120)로부터 공급받은 질소에서 산소를 2차로 재분리한다.

상기 제2 탱크(140) 내부에는 유입공기 중에 포함된 산소를 흡착하기 위한 흡착제(160)가 구성된다.

상기 제1 탱크(120)와 제2 탱크(140)는 질소가 제2 탱크(140)의 하단으로 공급되도록 연결관(150)이 연결된다.

여기서, 상기 제1 탱크(120)와 제2 탱크(140)는 가로방향으로 길게 형성된 탱크 구조를 가진다.

즉, 상기 가로로 긴 형태의 제1 탱크(120)와 제2 탱크(140)가 나란히 배치되는 구조이다.

그리고, 상기 제1 탱크(120)와 제2 탱크(140) 및 공급관(130)과 연결관(150)은 수평선상으로 놓인다.

이때, 상기 공급관(130)과 연결관(150)은 제1 탱크(120)와 제2 탱크(140)에 각각 일면의 1/4 지점 하단에 연설된다.

여기서, 상기 제1 탱크(120)와 제2 탱크(140) 내부에 흡착제(160)가 채워지게 되는데 상기 흡착제(160)의 자중에 의해 제1탱크(120)와 제2 탱크(140) 상부에는 빈공간을 형성하게 된다.

이에, 압축공기의 산소 흡착을 효율적으로 하기 위해 제1 탱크(120)에 연결되는 콤프레셔(110)의 공급관(130)과 제1 탱크(120)와 제2 탱크(140)를 연결하는 연결관(150)을 일면의 1/4 지점 하단에 연설함에 따라 제1 탱크(120)와 제2 탱크(140)를 하부로 이동하는 압축공기의 산소 흡착율을 높일 수 있다.

예를 들어, 콤프레셔(110)에서 공급되는 관이 제1 탱크(120)의 중앙으로 공급되면 압축공기가 상부로 지나가면서 빈공간으로 이동함에 흡착률이 떨어지고 압축공기의 마찰에 의해 처짐이 발생하게 되어 산소 흡착률이 떨어져 질소 생산이 적어진다.

따라서, 콤프레셔(110)의 공급관(130)과 제1 탱크(120) 및 제2 탱크(140)를 연결하는 연결관(150)을 일면의 1/4 지점 하단에 연설함에 따라 압축공기가 하부로 이동하는 경로를 보여 흡착제(160)와 산소의 접촉률이 높아져 산소 흡착률이 높아지고, 질소 회수율이 높아진다.

아울러, 생산된 고순도의 질소는 질소 저장부(170) 또는 외부기기에 공급할 수 있다.

또한, 본 발명의 수평 구조로 이루어진 질소 발생기가 가지는 또 하나의 특징은 도 4에 도시한 바와 같이 상기 제1 탱크(120)와 제2 탱크(140)가 수평하게 나란히 배치됨에 따라 기계장치 내부 하단에 설치가 용이하다.

한편, 본 발명의 수평 구조로 이루어진 질소 발생기는 도 5에 도시한 바와 같이 탱크를 다수개로 구성하고, 각 탱크와 연결하는 배관을 일면의 1/4 지점 하단에 연설함에 따라 많은 양의 질소와 고순도 질소를 생산할 수 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 간주되어야 할 것이다.

100:질소발생기 110:콤프레셔
120:제1 탱크 130:공급관
140:제2 탱크 150:연결관
160:흡착제 170:질소 저장부

Claims (4)

1. 대기중에 흡입된 공기를 질소발생기에 압축공기를 공급하는 콤프레셔;
   상기 콤프레셔로부터 압축 공기를 공급받아 질소를 분리하는 제1 탱크; 및
   상기 콤프레셔의 압축공기가 제1 탱크의 하단으로 공급되도록 상기 제1 탱크의 일면의 4/1 지점 하단에 연설된 공급관;
   상기 제1 탱크와 수평하게 위치하며, 제1 탱크로부터 공급받은 질소에서 산소를 재분리하는 제2 탱크;
   상기 제1 탱크의 질소가 제2 탱크의 하단으로 공급되도록 상기 제2 탱크의 일면의 4/1 지점 하단에 연설된 연결관; 및
   상기 제1 탱크와 제2 탱크의 내부에 배치되어 유입공기 중에 포함된 산소를 흡착하기 위한 흡착제; 를 포함하는 수평 구조로 이루어진 질소 발생기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 탱크와 제2 탱크는 가로방향으로 길게 형성된 것을 포함하는 수평 구조로 이루어진 질소 발생기.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 탱크와 제2 탱크 및 공급관과 연결관은 수평선상으로 놓이는 것을 포함하는 수평 구조로 이루어진 질소 발생기.
   
4. 삭제

Images