KR101987968B1 - 가스 농축 장치 - Google Patents

Abstract

가스 농축 장치는 압축 공기를 공급하는 공기 공급기, 압력 순환 흡착 방식에 의해 상기 공기 공급기에 의해 공급된 압축 공기를 제품 가스와 퍼지 가스로 분리하여 각각 배출하는 복수의 흡착 베드, 상기 공기 공급기로부터 상기 흡착 베드로 상기 압축 공기가 공급되도록 하고 상기 흡착 베드를 감압하여 질소 흡착 공정 및 질소 탈착 공정이 교대로 수행되도록 유로를 조절하는 유로 조절 밸브 유닛, 그리고 상기 흡착 베드에서 배출된 상기 퍼지 가스와 상기 제품 가스를 각각 공급받고 배출할 수 있도록 형성되며 상기 퍼지 가스와 상기 제품 가스의 압력을 차례로 이용하여 상기 제품 가스를 다단으로 압축하도록 구성되는 압력 부스팅 유닛을 포함한다.

Description

가스 농축 장치{Gas concentration device}

본 발명은 압력 순환 흡착 방식의 가스 농축 장치에 관한 것이다.

가스 농축 장치는 대기 중에서 산소 또는 질소를 분리 및 농축하는 장치로서 가정용, 공업용, 의료용 등으로 널리 이용되고 있다.

다양한 방식의 가스 농축 장치에 사용되고 있으며, 그 중 압력 순환 흡착(또는 압력 변동 흡착, Pressure Swing Adsorption, 이하 PSA) 방식의 산소 농축 장치는 흡착제를 이용하여 압축 공기에서 산소를 분리하여 농축시키는 원리에 기반하며 공기 중의 질소를 흡착제에 의해 흡수하여 산소의 농도를 높이는 방법을 이용한다. 압력 순환 흡착(PSA) 방식은 압축공기와 흡착제만을 이용하기 때문에 공해물질의 배출이 없고 사용이 쉬워 널리 사용되고 있는 방식이다.

이러한 압력 순환 흡착 공정에서 공급되는 압축 공기의 압력을 가능한 낮추는 것이 에너지 소모, 소음, 장치의 크기 및 수명 등의 관점에서 유리하다. 그런데 압축 공기의 압력이 낮아지면, 다른 한편으로는 제품으로 도출되는 가스(예를 들어 산소)의 압력도 역시 낮아지는 단점이 있다. 의료용, 산업용 등으로 사용되는 가스는 필요한 압력 수준에 도달해야 하는데, 압축 공기의 압력이 낮아지면 최종적인 제품 가스의 압력도 낮아지는 것이다. 따라서 압축 공기의 압력을 높이지 않으면서도 최종 제품 가스의 압력을 높일 수 있는 방안이 필요하다.

미국 등록특허 US7,771,511 (등록일: 2010년 08월 10일)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 압축 공기의 압력을 높이지 않으면서도 최종 제품 가스의 압력을 높일 수 있는 가스 농축 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치는 압축 공기를 공급하는 공기 공급기, 압력 순환 흡착 방식에 의해 상기 공기 공급기에 의해 공급된 압축 공기를 제품 가스와 퍼지 가스로 분리하여 각각 배출하는 복수의 흡착 베드, 상기 공기 공급기로부터 상기 흡착 베드로 상기 압축 공기가 공급되도록 하고 상기 흡착 베드를 감압하여 질소 흡착 공정 및 질소 탈착 공정이 교대로 수행되도록 유로를 조절하는 유로 조절 밸브 유닛, 그리고 상기 흡착 베드에서 배출된 상기 퍼지 가스와 상기 제품 가스를 각각 공급받고 배출할 수 있도록 형성되며 상기 퍼지 가스와 상기 제품 가스의 압력을 차례로 이용하여 상기 제품 가스를 다단으로 압축하도록 구성되는 압력 부스팅 유닛을 포함한다.

상기 압력 부스팅 유닛은 차례로 배열되는 제1, 제2, 제3 실린더 보어를 각각 형성하는 제1, 제2, 제3 실린더, 그리고 상기 제1 내지 제3 실린더 보어에 각각 이동 가능하게 배치되며 함께 이동하도록 서로 연결되는 제1, 제2, 제3 피스톤을 포함할 수 있다. 상기 제1 실린더 보어는 상기 제1 피스톤의 양측 공간에 상기 제품 가스와 상기 퍼지 가스가 각각 공급될 수 있도록 구성될 수 있으며, 상기 제2 실린더 보어는 상기 제2 피스톤의 양측 공간 중 어느 하나에 상기 퍼지 가스가 공급될 수 있도록 구성될 수 있고, 상기 제3 실린더 보어는 상기 제1 실린더 보어에서 압축되어 이송되는 상기 제품 가스를 공급받고 배출할 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 제1 피스톤은 상기 제1 실린더 보어를 분할하여 상기 제품 가스가 공급되는 제1 제품 가스 챔버와 상기 퍼지 가스가 공급되는 제1 퍼지 가스 챔버가 형성되도록 할 수 있으며, 상기 제2 피스톤은 상기 제2 실린더 보어를 분할하여 상기 퍼지 가스가 공급되는 제2 퍼지 가스 챔버가 형성되도록 할 수 있고, 상기 제3 피스톤은 상기 제3 실린더 보어를 분할하여 상기 제1 제품 가스 챔버에서 이송된 상기 제품 가스가 공급되는 제2 제품 가스 챔버가 형성되도록 할 수 있다.

상기 복수의 흡착 베드는 제1 흡착 베드 및 제2 흡착 베드를 포함할 수 있고, 상기 압력 부스팅 유닛은 상기 제1 및 제2 배출 가스 유로를 통해서 배출되는 상기 퍼지 가스의 배출을 선택적으로 허용하도록 작용하는 온/오프 밸브를 더 포함할 수 있다. 상기 압력 부스팅 유닛은 상기 온/오프 밸브가 폐쇄된 상태에서 상기 제2 흡착 베드에서 배출되는 상기 퍼지 가스에 의해 상기 제1 및 제2 피스톤에 작용하는 힘에 의해 상기 제1 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스가 압축되면서 상기 제2 제품 가스 챔버로 이송되는 공정, 상기 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 상기 제1 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스의 압력에 의해 상기 제2 흡착 베드로부터 공급된 상기 퍼지 가스의 일부가 배출되고 상기 제2 제품 가스 챔버의 제품 가스가 압축되면서 일부 배출되는 공정, 상기 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 상기 제1 흡착 베드에서 배출되는 상기 제품 가스에 의해 상기 제1 피스톤에 작용하는 힘에 의해 상기 제2 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스가 압축되면서 배출되고 이와 함께 상기 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버의 상기 퍼지 가스가 배출되는 공정, 상기 온/오프 밸브가 폐쇄된 상태에서 상기 제1 흡착 베드에서 배출되는 상기 퍼지 가스에 의해 상기 제1 및 제2 피스톤에 작용하는 힘에 의해 상기 제1 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스가 압축되면서 상기 제2 제품 가스 챔버로 이송되는 공정, 상기 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 상기 제1 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스의 압력에 의해 상기 제1 흡착 베드로부터 공급된 상기 퍼지 가스의 일부가 배출되고 상기 제2 제품 가스 챔버의 제품 가스가 압축되면서 일부 배출되는 공정, 그리고 상기 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 상기 제2 흡착 베드에서 배출되는 상기 제품 가스에 의해 상기 제1 피스톤에 작용하는 힘에 의해 상기 제2 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스가 압축되면서 배출되고 이와 함께 상기 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버의 상기 퍼지 가스가 배출되는 공정을 포함하는 다단 압축 공정이 반복 수행되도록 작동할 수 있다.

상기 제1, 제2, 제3 피스톤은 피스톤 로드에 의해 서로 연결될 수 있으며, 상기 피스톤 로드는 상기 제1 제품 가스 챔버에서 배출되는 상기 제품 가스가 상기 제2 제품 가스 챔버로 이동하도록 하는 제품 가스 이동 유로를 형성할 수 있다.

상기 압력 부스팅 유닛은 상기 제3 실린더의 주위에 제3 퍼지 가스 챔버가 형성되도록 상기 제3 실린더를 둘러싸는 외부 실린더, 상기 제1 퍼지 가스 챔버에 연결되는 제1 퍼지 가스 이동 통로, 상기 제2 퍼지 가스 챔버에 연결되는 제2 퍼지 가스 이동 통로, 그리고 상기 제3 퍼지 가스 챔버에서 배출된 퍼지 가스가 흐르는 퍼지 가스 배출 유로를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 퍼지 이동 통로는 하나로 합쳐질 수 있다. 상기 압력 부스팅 유닛은 상기 제1 및 제2 퍼지 가스 이동 통로를 통한 상기 퍼지 가스의 이동을 선택적으로 허용하도록 작용하는 온/오프 밸브, 그리고 상기 온/오프 밸브와 상기 제3 퍼지 가스 챔버를 연결하는 제3 퍼지 가스 이동 통로를 더 포함할 수 있다.

상기 압력 부스팅 유닛은 상기 제품 가스 이동 유로에 설치되어 상기 제품 가스가 상기 제1 제품 가스 챔버에서 상기 제2 제품 가스 챔버로 흐르는 것을 허용하고 반대 방향으로의 흐름은 차단하는 체크 밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 제3 실린더 보어의 직경은 상기 제1 실린더 보어의 직경보다 작을 수 있다.

상기 제1 피스톤과 상기 제2 피스톤은 상기 제품 가스의 압력에 의해 상기 제1 피스톤에 작용하는 힘보다 상기 퍼지 가스의 압력에 의해 상기 제1 및 제2 피스톤에 작용하는 힘의 합이 더 크도록 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치는 압축 공기를 공급하는 공기 공급기, 압력 순환 흡착 방식에 의해 상기 공기 공급기에 의해 공급된 압축 공기를 제품 가스와 퍼지 가스로 분리하여 각각 배출하는 복수의 흡착 베드, 상기 공기 공급기로부터 상기 흡착 베드로 상기 압축 공기가 공급되도록 하고 상기 흡착 베드를 감압하여 질소 흡착 공정 및 질소 탈착 공정이 교대로 수행되도록 유로를 조절하는 유로 조절 밸브 유닛, 그리고 상기 흡착 베드에서 배출된 상기 퍼지 가스와 상기 제품 가스를 각각 공급받고 배출할 수 있도록 형성되며 상기 퍼지 가스와 상기 제품 가스의 압력을 차례로 이용하여 상기 제품 가스를 다단으로 압축하도록 구성되는 압력 부스팅 유닛을 포함한다. 상기 압력 부스팅 유닛은 차례로 배열되는 제1, 제2, 제3 실린더 보어를 각각 형성하는 제1, 제2, 제3 실린더, 그리고 상기 제1 내지 제3 실린더 보어에 각각 이동 가능하게 배치되며 함께 이동하도록 서로 연결되는 제1, 제2, 제3 피스톤을 포함한다. 상기 제1 실린더 보어는 상기 제1 피스톤의 양측 공간에 상기 제품 가스와 상기 퍼지 가스가 각각 공급될 수 있도록 구성되며, 상기 제2 실린더 보어는 상기 제2 피스톤의 양측 공간 중 어느 하나에 상기 퍼지 가스가 공급될 수 있도록 구성된다. 상기 제3 실린더 보어는 상기 제1 실린더 보어에서 압축되어 배출되는 상기 제품 가스를 공급받고 배출할 수 있도록 구성된다. 상기 제1 피스톤은 상기 제1 실린더 보어를 분할하여 상기 제품 가스가 공급되는 제1 제품 가스 챔버와 상기 퍼지 가스가 공급되는 제1 퍼지 가스 챔버가 형성되도록 한다. 상기 제2 피스톤은 상기 제2 실린더 보어를 분할하여 상기 퍼지 가스가 공급되는 제2 퍼지 가스 챔버가 형성되도록 한다. 상기 제3 피스톤은 상기 제3 실린더 보어를 분할하여 상기 제1 제품 가스 챔버에서 배출된 상기 제품 가스가 공급되는 제2 제품 가스 챔버가 형성되도록 한다. 상기 압력 부스팅 유닛은 상기 제3 실린더의 주위에 제3 퍼지 가스 챔버가 형성되도록 상기 제3 실린더를 둘러싸는 외부 실린더, 상기 제1 퍼지 가스 챔버에 연결되는 제1 퍼지 가스 이동 통로, 상기 제2 퍼지 가스 챔버에 연결되는 제2 퍼지 가스 이동 통로, 그리고 상기 제3 퍼지 가스 챔버에서 배출된 퍼지 가스가 흐르는 퍼지 가스 배출 유로. 상기 압력 부스팅 유닛은 상기 제1 및 제2 퍼지 가스 이동 통로를 통한 상기 퍼지 가스의 이동을 선택적으로 허용하도록 작용하는 온/오프 밸브, 상기 온/오프 밸브와 상기 제3 퍼지 가스 챔버를 연결하는 제3 퍼지 가스 이동 통로를 더 포함한다. 상기 복수의 흡착 베드는 제1 흡착 베드 및 제2 흡착 베드를 포함한다. 상기 압력 부스팅 유닛은 상기 온/오프 밸브가 폐쇄된 상태에서 상기 제2 흡착 베드에서 배출되는 상기 퍼지 가스에 의해 상기 제1 및 제2 피스톤에 작용하는 힘에 의해 상기 제1 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스가 압축되면서 상기 제2 제품 가스 챔버로 이송되는 공정, 상기 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 상기 제1 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스의 압력에 의해 상기 퍼지 가스의 일부가 배출되고 상기 제2 제품 가스 챔버의 제품 가스가 압축되면서 일부 배출되는 공정, 상기 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 상기 제1 흡착 베드에서 배출되는 상기 제품 가스에 의해 상기 제1 피스톤에 작용하는 힘에 의해 상기 제2 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스가 압축되면서 배출되고 이와 함께 상기 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버의 상기 퍼지 가스가 배출되는 공정, 상기 온/오프 밸브가 폐쇄된 상태에서 상기 제1 흡착 베드에서 배출되는 상기 퍼지 가스에 의해 상기 제1 및 제2 피스톤에 작용하는 힘에 의해 상기 제1 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스가 압축되면서 상기 제2 제품 가스 챔버로 이송되는 공정, 상기 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 상기 제1 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스의 압력에 의해 상기 퍼지 가스의 일부가 배출되고 상기 제2 제품 가스 챔버의 제품 가스가 압축되면서 일부 배출되는 공정, 그리고 상기 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 상기 제2 흡착 베드에서 배출되는 상기 제품 가스에 의해 상기 제1 피스톤에 작용하는 힘에 의해 상기 제2 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스가 압축되면서 배출되고 이와 함께 상기 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버의 상기 퍼지 가스가 배출되는 공정을 포함하는 다단 압축 공정이 반복 수행되도록 작동한다.

본 발명에 의하면, 퍼지 가스의 압력을 이용하여 제품 가스를 추가로 압축함으로써, 압축 가스의 압력을 높이지 않으면서도 제품 가스의 압력을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치의 압력 부스팅 유닛에서 온/오프 밸브가 폐쇄된 상태에서 제1 제품 가스 챔버의 제품 가스가 제2 흡착 베드에서 배출되는 퍼지 가스에 의해 압축되어 제2 제품 가스 챔버로 이송되는 상태를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치의 압력 부스팅 유닛에서 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 퍼지 가스가 제1 제품 가스 챔버의 제품 가스의 압력에 의해 일부 배출되는 상태를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치의 압력 부스팅 유닛에서 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 퍼지 가스와 제2 제품 가스 챔버의 제품 가스가 제1 흡착 베드에서 배출되는 제품 가스에 의해 압축되어 배출되는 상태를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치의 압력 부스팅 유닛에서 온/오프 밸브가 폐쇄된 상태에서 제1 제품 가스 챔버의 제품 가스가 제1 흡착 베드에서 배출되는 퍼지 가스에 의해 압축되어 제2 제품 가스 챔버로 이송되는 상태를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치의 압력 부스팅 유닛에서 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 퍼지 가스가 제1 제품 가스 챔버의 제품 가스의 압력에 의해 일부 배출되는 상태를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치의 압력 부스팅 유닛에서 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 퍼지 가스와 제2 제품 가스 챔버의 제품 가스가 제2 흡착 베드에서 배출되는 제품 가스에 의해 압축되어 배출되는 상태를 보여주는 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치는 공기로부터 제품 가스, 예를 들어 산소를 분리하여 저장하고 나머지 가스를 퍼지 가스, 예를 들어 질소 농축 가스를 배출하도록 구성될 수 있다. 이하에서 제품 가스는 산소 농축 가스(이하에서 설명의 편의를 위한 단순히 산소라고 함)이고 퍼지 가스는 질소 농축 가스인 경우에 대해 설명하고, 제품 가스는 산소라고 하고 퍼지 가스는 질소라고 한다.

도 1을 참조하면, 압력 순환 흡착 방식에 의해 산소에 대해 질소를 선택적으로 흡착할 수 있는 흡착제로 채워지는 복수의 흡착 베드(11, 13)가 구비된다. 도면에는 두 개의 흡착 베드, 즉 제1 및 제2 흡착 베드(11, 13)가 구비되는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나 흡착 베드의 개수는 이에 한정되지 않는다.

흡착 베드(11, 13)는 탑(tower)의 형태를 가질 수 있으며 상부 및 하부에 각각 개구가 구비되어 가스가 유입되고 배출될 수 있도록 형성되며, 예를 들어 공기가 하부의 개구로 유입된 후 내부의 흡착제를 통과하면서 상부로 이동하고 그리고 나서 상부의 개구를 통해서 배출되도록 형성될 수 있다. 흡착 베드(11, 13) 내에 구비되는 흡착제는 공기에 함유된 산소와 질소 중 질소를 보다 잘 흡착하는 성질을 가지는 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 합성 제올라이트(Zeolite)일 수 있다.

공기 공급기(20)는 흡착 베드(11, 13)로 압축 공기를 공급한다. 공기 공급기(20)는 공기를 압축하여 공급할 수 있는 컴프레셔(compressor)일 수 있다. 이때, 공기 공급기(20)의 전단에 공기 필터(21)와 소음기(22)가 배치될 수 있다.

유로 조절 밸브 유닛(30)은 공기 공급기(20)와 흡착 베드(11, 13) 사이에 배치되어 질소 흡착 공정 및 질소 탈착 공정이 교대로 수행되도록 유로를 조절하는 역할을 한다. 예를 들어, 유로 조절 밸브 유닛(30)은 공기 공급기(20)로부터 압축 공기가 흡착 베드(11, 13) 중 어느 하나로 공급되도록 하는 유로를 형성하여 해당 흡착 베드의 흡착제에 의해 질소 흡착 공정이 이루어지도록 할 수 있으며, 또한 흡착 베드(11, 13)에서 질소(퍼지 가스)가 배출되도록 하는 유로를 형성하여 해당 흡착 베드에서 질소 탈착 공정이 이루어지도록 할 수 있다. 또한 유로 조절 밸브 유닛(30)은 흡착 베드(11, 13)의 하부를 연결하는 유로를 형성함으로써 두 개의 흡착 베드(11, 13)의 하부의 압력 균등화가 이루어지도록 할 수 있다. 이러한 유로 조절 밸브 유닛(30)의 기본적인 구성 및 기능은 종래와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 공기 공급기(20)에서 배출되는 압축 공기는 유로 조절 밸브 유닛(30)을 통해 흡착 베드(11, 13)로 공급된다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 흡착 베드(11, 13)의 상단 개구에는 제품 가스, 즉 산소를 배출하기 위한 배출 유로가 각각 연결되며, 각 배출 유로에는 산소가 배출되는 방향으로만 흐르도록 작용하는 체크 밸브(51, 52)가 각각 설치될 수 있다. 그리고 온/오프 밸브(60)가 양측 배출 유로를 연결하는 유로에 구비될 수 있으며, 또한 오리피스(62)가 양측 배출 유로를 연결하는 유로에 구비될 수 있다. 온/오프 밸브(60)와 오리피스(62)를 통해 질소 흡착 및 탈착 공정에서 두 개의 흡착 베드(11, 13)의 상단부의 압력 균등화가 이루어질 수 있다.

흡착 베드(11, 13)에서 배출된 질소, 즉 퍼지 가스와 산소, 즉 제품 가스의 압력을 이용하여 산소와 질소를 교대로 압축하는 압력 부스팅 유닛(70)이 구비된다.

압력 부스팅 유닛(70)은 흡착 베드(11, 13)에서 배출되는 질소와 산소를 공급받고 배출할 수 있도록 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 압력 부스팅 유닛(70)은 실린더-피스톤의 형태로 구현될 수 있으며, 흡착 베드(11, 13)의 전단에 구비되는 유로 조절 밸브 유닛(30)을 통해서 질소를 공급받을 수 있고 흡착 베드(11, 13)의 후단으로 배출되는 산소를 공급받을 수 있도록 형성된다. 예를 들어, 압력 부스팅 유닛(70)은 유로 조절 밸브 유닛(30)에 연결되는 질소 유입 유로(81, 82)를 통해서 질소를 공급받을 수 있고 흡착 베드(11, 13)의 배출 유로에 설치되는 체크 밸브(51, 52)에 연결되는 산소 유입 유로(83)를 통해서 산소를 공급받을 수 있도록 구성된다.

압력 부스팅 유닛(70)은 차례로 배열되는 제1, 제2, 제3 실린더 보어(71, 72, 73)를 각각 형성하는 제1, 제2, 제3 실린더(710, 720, 730)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 실린더 보어(71, 72, 73)는 위에서 아래로 차례로 배열될 수 있으며, 격벽(74, 75)에 의해 분리될 수 있다.

제1, 제2, 제3 피스톤(171, 172, 173)이 제1, 제2, 제3 실린더 보어(71, 72, 73)에 각각 이동 가능하게 배치된다. 제1 실린더 보어(71)는 제1 피스톤(171)에 의해 상하로 두 개의 공간(71a, 71b)으로 분할된다. 마찬가지로, 제2 실린더 보어(72)는 제2 피스톤(172)에 의해 상하로 두 개의 공간(72a, 72b)으로 분할되고, 제3 실린더 보어(73)는 제3 피스톤(173)에 의해 상하로 두 개의 공간(73a, 73b)으로 분할된다.

이때, 제1 내지 제3 피스톤(171, 172, 173)은 함께 이동할 수 있도록 피스톤 로드(175)에 의해 서로 연결될 수 있다. 이때, 격벽(74, 75)에는 통공(74a, 75a)이 각각 형성되고, 피스톤 로드(175)가 통공(74a, 75a)을 관통하는 상태로 이동 가능하게 설치된다. 피스톤 로드(175)의 외면은 통공(74a, 75a)을 형성하는 면에 밀착되어 밀봉이 이루어지도록 한다.

한편, 도 1을 참조하면, 제1 실린더 보어(71)는 제1 피스톤(171)에 의해 나누어지는 양측 공간(71a, 71b)에 제품 가스와 퍼지 가스가 각각 공급되고 배출될 수 있도록 구성된다. 이하에서 도면 부호 71a에 의해 지시된 공간을 제1 제품 가스 챔버로 칭하고 도면 부호 71b에 의해 지시된 공간을 제1 퍼지 가스 챔버로 칭하기로 한다. 제1 제품 가스 챔버(71a)는 산소 유입 유로(83)에 연결되어 산소를 공급받을 수 있도록 형성되고, 제1 퍼지 가스 챔버(71b)는 질소 유입 유로(81)에 연결되어 질소를 공급받을 수 있도록 구성된다. 이에 의해, 제1 피스톤(171)은 제1 제품 가스 챔버(71a)로 유입된 산소의 압력에 의해 아래 방향으로 이동하게 하는 힘을 받게 되고 제1 퍼지 가스 챔버(71b)로 유입된 질소의 압력에 의해 위 방향으로 이동하게 하는 힘을 받게 된다.

제2 실린더 보어(72)는 제2 피스톤(172)이 유입되는 질소에 의해 제1 실린더(71) 내의 제품 가스가 압축되는 방향(도 1에서 위 방향)으로 이동하도록 하는 방향으로 압력을 받도록 질소가 공급되고 배출될 수 있도록 구성된다. 도 1을 참조하면, 제2 실린더 보어(72)는 제2 피스톤(172)의 아래 공간(72b)이 질소 유입 유로(82)에 연결되어 질소를 공급받을 수 있도록 구성된다. 이하에서 도면 부호 72b에 의해 지시된 공간을 제2 퍼지 가스 챔버라고 칭한다. 이에 의해, 제2 피스톤(172)은 제2 퍼지 가스 챔버(72b)로 유입된 질소의 압력에 의해 위 방향으로 이동하게 하는 힘을 받게 된다. 유로 조절 밸브 유닛(30)에 작용에 의해 질소가 질소 유입 유로(81, 82)를 통해서 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버(71b, 72b)로 유입되면, 질소의 압력에 의해 제1 피스톤(171)에 작용하는 힘과 제2 피스톤(172)에 작용하는 힘이 같은 방향을 이루게 되고, 이 두 힘의 합력이 피스톤 로드(175)에 연결된 제1 및 제2 피스톤(171, 172)에 작용하게 된다. 한편, 제2 피스톤(172)의 위 공간(72a)은 외부와 연통되어 공기의 유출입이 자유롭게 일어나도록 형성될 수 있다.

제1 제품 가스 챔버(71a)에서 배출된 산소는 제3 피스톤(173)에 의해 분할되는 제3 실린더 보어(73)의 두 개의 공간(73a, 73b) 중 제1 제품 가스 챔버(71a)에 공급된 산소에 의해 피스톤 로드(175)의 이동에 의해 부피가 작아지는 공간(73b)에 공급되도록 구성된다. 이하에서 도면 부호 73b에 의해 지시된 공간을 제2 제품 가스 챔버라고 칭한다. 예를 들어, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 제1 제품 가스 챔버(71a)와 제2 제품 가스 챔버(73b)는 피스톤 로드(175)에 형성된 제품 가스 이동 유로(175)에 의해 서로 연결된다. 한편, 제3 피스톤(173)의 위 공간(73a)은 외부와 연통되어 공기의 유출입이 자유롭게 일어나도록 형성될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제3 실린더(730)의 주위에 제3 퍼지 가스 챔버(732)가 형성되도록 제3 실린더(730)를 둘러싸는 외부 실린더(731)가 구비된다. 즉, 제3 실린더(730)와 외부 실린더(731) 사이에 제3 퍼기 가스 챔버(732)가 형성된다. 제3 퍼지 가스 챔버(732)는 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버(71b, 72b)로부터 배출되는 질소를 공급받을 수 있도록 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버(71b, 72b)에 연결된다. 이에 의해 제2 제품 가스 챔버(73b)의 주위에 질소로 채워지는 제3 퍼지 가스 챔버(732)가 구비됨으로써, 소음 저감 및 냉각 효과가 얻어질 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제1 퍼지 가스 챔버(71b) 및 제2 퍼지 가스 챔버(72b)는 제1 및 제2 퍼지 가스 이동 통로(84a, 84b)에 각각 연결되며, 제1 및 제2 퍼지 가스 이동 통로(84a, 84b)는 하나로 합쳐져 온/오프 밸브(91)에 연결된다. 그리고 온/오프 밸브(91)는 제3 퍼지 가스 이동 통로(84c)를 통해 제3 퍼지 가스 챔버(732)에 연결된다. 이에 의해 온/오프 밸브(91)가 개방되는 경우 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버(71b, 72b)의 퍼지 가스가 온/오프 밸브(91)를 경유하여 제3 퍼지 가스 챔버(732)로 이송될 수 있다.

제3 퍼지 가스 챔버(732)는 퍼지 가스 배출 유로(85)에 연결된다. 제3 퍼지 가스 챔버(732)의 퍼지 가스가 퍼지 가스 배출 유로(85)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이때 퍼지 가스 배출 유로(85)에는 소음기(92)가 설치될 수 있다.

한편, 제2 제품 가스 챔버(73b)는 산소를 배출하기 위한 제품 가스 배출 유로(87)에 연결된다.

체크 밸브(93)가 제품 가스 이동 유로(86)에 설치될 수 있으며, 체크 밸브(93)는 제1 제품 가스 챔버(71a)에서 배출된 산소가 제품 가스 이동 유로(86)를 통해 제2 제품 가스 챔버(73b)로 흐르는 것을 허용하고 그 반대 방향으로 흐르는 것을 차단하도록 작용한다.

한편, 제2 제품 가스 챔버(73b)에 연결된 제품 가스 배출 유로(87)는 산소를 저장하는 산소 탱크(95)에 연결될 수 있으며, 체크 밸브(94)가 제품 가스 배출 유로(87)에 설치될 수 있다. 체크 밸브(94)는 제3 실린더 보어(73)에서 배출된 산소가 제품 가스 배출 유로(87)를 통해 산소 탱크(95)로 흐르는 것을 허용하고 그 반대 방향으로 흐르는 것을 차단하도록 작용한다.

한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 유로 조절 밸브 유닛(30), 온/오프 밸브(60, 91) 등의 작동을 제어하기 위한 제어 유닛이 구비될 수 있으며, 제어 유닛은 산소 농축 과정을 위해 제어 로직이 실행되도록 작동할 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛은 마이크로프로세서, 메모리 등 관련 하드웨어와 소프트웨어를 포함할 수 있다. 이하에서, 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치의 작용에 대해 설명한다. 질소를 이용한 산소의 압축은 도 2 내지 도 7의 과정이 반복적으로 수행됨으로써 이루어진다. 본 발명의 실시예에 따르면, 유로 조절 밸브 유닛(30)이 흡착 베드(11, 13)에서 배출된 퍼지 가스와 제품 가스를 각각 공급받고 배출할 수 있도록 형성되며 공급되는 퍼지 가스와 제품 가스의 압력을 차례로 이용하여 제품 가스를 다단으로 압축하도록 구성된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치의 압력 부스팅 유닛에서 온/오프 밸브가 폐쇄된 상태에서 제품 가스가 제2 흡착 베드에서 배출되는 퍼지 가스에 의해 압축되어 이송되는 상태를 보여주는 도면이다. 도 2의 공정은 도 7의 공정 이후에 수행된다.

구체적으로, 도 2는 제2 흡착 베드(13)에서 배출되는 질소가 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버(71b, 72b)로 공급된 상태를 보여주며, 제1 내지 제3 피스톤(171, 172, 173)은 상사점(top dead point)에 위치한다. 즉, 도 7의 공정 이후에 퍼지 가스 유입 유로(81, 82)를 통해서 질소가 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버(71b, 72b)로 공급됨으로써, 질소의 압력에 의해 제1 내지 제3 피스톤(171, 172, 173)이 위로 이동하면서 도 2의 상태에 도달하게 된다. 이 과정에서 온/오프 밸브(91)는 오프 상태로 제어된다. 이때, 제1 흡착 베드(11)에서는 질소 흡착 공정이 진행되고 제2 흡착 베드(13)에서는 질소 탈착 공정이 진행될 수 있다.

이때, 제1 및 제2 피스톤(171, 172)은 산소의 압력에 의해 제1 피스톤(171)에 작용하는 힘보다 질소의 압력에 의해 제1 및 제2 피스톤(171, 172)에 작용하는 힘의 합이 더 크도록 형성될 수 있다. 이에 의해 질소의 압력에 의한 힘이 산소의 압력에 의한 힘보다 커져서 제1 내지 제3 피스톤(171, 172, 173)이 위로 이동할 수 있다. 예를 들어, 제1 피스톤(171)과 제2 피스톤(172)은 동일한 단면 크기를 가질 수 있으며, 도 1의 상태에서 산소의 압력은 대략 2.5bar, 질소의 압력은 1.5bar일 수 있다.

이에 의해 도 7의 상태에서 도 2의 상태로 전환되는 과정에서 제1 내지 제3 피스톤(171, 172, 173)이 위로 이동하면서 제1 제품 가스 챔버(71a)의 산소가 압축되고, 압축되는 산소는 산소 이동 유로(86)를 통해서 제2 제품 가스 챔버(73b)로 이송된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치의 압력 부스팅 유닛에서 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 제1 제품 가스 챔버의 제품 가스의 압력에 의해 퍼지 가스의 일부가 배출되는 상태를 보여주는 도면이다. 도 3의 상태는 도 2의 상태 이후에 수행되며, 도 2의 상태에서 도 3의 상태로 전환되는 공정에서 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버(71b, 72b)의 퍼지 가스의 일부가 제3 퍼지 가스 챔버(732)로 이송되고 퍼지 가스의 일부가 퍼지 가스 배출 유로(85)를 통해서 외부로 배출될 수 있다.

도 2의 상태에서 온/오프 밸브(91)가 개방되면, 제품 가스와 퍼지 가스에 의해 피스톤(171, 172, 173)에 작용하는 힘의 균형이 깨지면서 제품 가스의 압력에 의한 힘에 의해 피스톤(171, 172, 173)이 아래로 이동하고 그에 의해 퍼지 가스가 외부로 일부 배출된다. 이때, 피스톤(171, 172, 173)의 이동에 의해 제2 제품 가스 챔버(73b)의 제품 가스가 압축되면서 일부가 제품 가스 배출 유로(87)를 통해서 외부로 배출될 수 있다. 도 2의 상태에서 도 3의 상태로 전환되는 공정에서 제1 흡착 베드(11)에서는 질소 흡착 공정이 진행될 수 있고, 제2 흡착 베드(13) 내에 잔존하던 질소 가스의 일부가 압력 변화에 의해 제1 및 제2 질소 가스 챔버(71b, 72b)로 이송될 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치의 압력 부스팅 유닛에서 온/오프 밸브(91)가 개방된 상태에서 퍼지 가스와 제2 제품 가스 챔버(73b)의 제품 가스가 제1 흡착 베드에서 배출되는 제품 가스에 의해 압축되어 배출되는 상태를 보여주는 도면이다. 도 4의 상태는 도 3의 상태 이후에 수행되며, 도 3의 상태에서 도 4의 상태로 전환되는 공정에서 압력 부스팅 유닛(70)의 질소가 배출되고 압축된 산소가 산소 탱크(95)로 이동한다. 이 과정에서 온/오프 밸브(91)는 온 상태로 제어된다.

구체적으로, 도 4는 제1 흡착 베드(11)에서 배출되는 산소가 제1 제품 가스 챔버(71a)로 공급된 상태를 보여주며, 제1 내지 제3 피스톤(171, 172, 173)은 하사점(bottom dead point)에 위치한다. 도 3의 상태에서 제1 흡착 베드(11)에서 생성된 산소가 배출되면 제1 제품 가스 챔버 (71a)의 산소 압력이 증가하게 되고, 그에 따라 산소의 압력에 의한 힘이 질소의 압력에 의한 힘보다 커져서 제1 내지 제3 피스톤(171, 172, 173)이 아래로 이동하여 도 4의 상태에 도달하게 된다. 이 과정에서 온/오프 밸브(91)가 개방된 상태를 유지하여 질소가 퍼지 가스 배출 유로(85)를 통해서 배출되고 제2 제품 가스 챔버(73b)의 산소가 압축되면서 제품 가스 배출 유로(87)를 통해서 산소 탱크(95)로 배출된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치의 압력 부스팅 유닛에서 온/오프 밸브가 폐쇄된 상태에서 제품 가스가 제1 흡착 베드에서 배출되는 퍼지 가스에 의해 압축되어 이송되는 상태를 보여주는 도면이다. 도 5의 상태는 도 4의 상태 이후에 수행되며, 도 4의 상태에서 도 5의 상태로 전환되는 공정에서 압력 부스팅 유닛(70)의 산소가 다시 압축된다. 이 과정에서 온/오프 밸브(91)는 오프 상태로 제어된다.

구체적으로, 도 5는 제1 흡착 베드(11)에서 배출되는 질소가 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버(71b, 72b)로 공급된 상태를 보여주며, 제1 내지 제3 피스톤(171, 172, 173)은 상사점(top dead point)에 위치한다. 즉, 도 4의 공정 이후에 질소 유입 유로(81, 82)를 통해서 질소가 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버(71b, 72b)로 공급됨으로써, 질소의 압력에 의해 제1 내지 제3 피스톤(171, 172, 173)이 위로 이동하면서 도 5의 상태에 도달하게 된다. 이 과정에서 온/오프 밸브(91)는 오프 상태로 제어된다. 이때, 제1 흡착 베드(11)에서는 질소 탈착 공정이 진행되고 제2 흡착 베드(13)에서는 질소 흡착 공정이 진행될 수 있다.

이에 의해 도 4의 상태에서 도 5의 상태로 전환되는 과정에서 제1 내지 제3 피스톤(171, 172, 173)이 위로 이동하면서 제1 제품 가스 챔버(71a)의 산소가 압축되고, 압축되는 산소는 산소 이동 유로(86)를 통해서 제2 제품 가스 챔버(73b)로 이송된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치의 압력 부스팅 유닛에서 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 제1 제품 가스 챔버의 제품 가스의 압력에 의해 퍼지 가스의 일부가 배출되는 상태를 보여주는 도면이다. 도 6의 상태는 도 5의 상태 이후에 수행되며, 도 5의 상태에서 도 6의 상태로 전환되는 공정에서 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버(71b, 72b)의 퍼지 가스의 일부가 제3 퍼지 가스 챔버(732)로 이송되고 퍼지 가스의 일부가 퍼지 가스 배출 유로(85)를 통해서 외부로 배출될 수 있다.

도 5의 상태에서 온/오프 밸브(91)가 개방되면, 제품 가스와 퍼지 가스에 의해 피스톤(171, 172, 173)에 작용하는 힘의 균형이 깨지면서 제품 가스의 압력에 의한 힘에 의해 피스톤(171, 172, 173)이 아래로 이동하고 그에 의해 퍼지 가스가 외부로 일부 배출된다. 이때, 피스톤(171, 172, 173)의 이동에 의해 제2 제품 가스 챔버(73b)의 제품 가스가 압축되면서 일부가 제품 가스 배출 유로(87)를 통해서 외부로 배출될 수 있다. 도 5의 상태에서 도 6의 상태로 전환되는 공정에서 제1 흡착 베드(11)에서는 질소 탈착 공정이 진행될 수 있고, 제1 흡착 베드(11) 내에 잔존하던 질소 가스의 일부가 압력 변화에 의해 제1 및 제2 질소 가스 챔버(71b, 72b)로 이송될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가스 농축 장치의 압력 부스팅 유닛에서 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 퍼지 가스와 제2 제품 가스 챔버(73b)의 제품 가스가 제2 흡착 베드에서 배출되는 제품 가스에 의해 압축되어 배출되는 상태를 보여주는 도면이다. 도 7의 상태는 도 6의 상태 이후에 수행되며, 도 6의 상태에서 도 7의 상태로 전환되는 공정에서 압력 부스팅 유닛(70)의 질소가 배출되고 압축된 산소가 산소 탱크(95)로 이동한다. 이 과정에서 온/오프 밸브(91)는 온 상태로 제어된다.

구체적으로, 도 7은 제2 흡착 베드(13)에서 배출되는 산소가 제1 제품 가스 챔버(71a)로 공급된 상태를 보여주며, 제1 내지 제3 피스톤(171, 172, 173)은 하사점(bottom dead point)에 위치한다. 도 6의 상태에서 제2 흡착 베드(13)가 산소를 생성하여 배출하면 제1 제품 가스 챔버 (71a)의 산소 압력이 증가하게 되고, 그에 따라 산소의 압력에 의한 힘이 질소의 압력에 의한 힘보다 커져서 제1 내지 제3 피스톤(171, 172, 173)이 아래로 이동하여 도 7의 상태에 도달하게 된다. 이 과정에서 질소가 퍼지 가스 배출 유로(85)를 통해서 배출되고 제2 제품 가스 챔버 (73b)의 산소가 압축되면서 제품 가스 배출 유로(87)를 통해서 산소 탱크(95)로 배출된다.

이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 제3 실린더 보어(73)의 직경이 제1 실린더 보어(71)의 직경보다 작도록 형성될 수 있으며, 이에 의해 제3 피스톤(173)에 의해 산소가 보다 더 압축될 수 있다.

위에서 설명한 공정이 반복적으로 수행됨으로써 퍼지 가스(질소)의 압력에 의해 제품 가스(산소)의 압력이 증가하게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

11, 13: 흡착 베드
20: 공기 공급기
30: 유로 조절 밸브 유닛
51, 52: 체크 밸브
60: 온/오프 밸브
62: 오리피스
70: 압력 부스팅 유닛
71, 72, 73: 실린더 보어
171, 172, 173: 피스톤
175: 피스톤 로드
81, 82: 질소 유입 유로
83: 산소 유입 유로
84, 85: 질소 배출 유로
86: 산소 이동 유로
87: 산소 배출 유로
91: 온/오프 밸브
93: 체크 밸브
94: 체크 밸브
95: 산소 탱크

Claims (11)

1. 압축 공기를 공급하는 공기 공급기,
   압력 순환 흡착 방식에 의해 상기 공기 공급기에 의해 공급된 압축 공기를 제품 가스와 퍼지 가스로 분리하여 각각 배출하는 복수의 흡착 베드,
   상기 공기 공급기로부터 상기 흡착 베드로 상기 압축 공기가 공급되도록 하고 상기 흡착 베드를 감압하여 질소 흡착 공정 및 질소 탈착 공정이 교대로 수행되도록 유로를 조절하는 유로 조절 밸브 유닛, 그리고
   상기 흡착 베드에서 배출된 상기 퍼지 가스와 상기 제품 가스를 각각 공급받고 배출할 수 있도록 형성되며 상기 퍼지 가스와 상기 제품 가스의 압력을 차례로 이용하여 상기 제품 가스를 다단으로 압축하도록 구성되는 압력 부스팅 유닛을 포함하고,
   상기 압력 부스팅 유닛은
   차례로 배열되는 제1, 제2, 제3 실린더 보어를 각각 형성하는 제1, 제2, 제3 실린더,
   상기 제1 내지 제3 실린더 보어에 각각 이동 가능하게 배치되며 함께 이동하도록 서로 연결되는 제1, 제2, 제3 피스톤,
   상기 퍼지 가스를 배출하기 위한 퍼지 가스 배출 유로,
   상기 퍼지 가스 배출 유로에 설치되어 상기 퍼지 가스의 배출을 선택적으로 허용하는 온/오프 밸브, 그리고
   상기 제품 가스를 배출하기 위한 배출 가스 배출 유로를 포함하고,
   상기 제1 실린더 보어는 상기 제1 피스톤의 양측 공간에 상기 제품 가스와 상기 퍼지 가스가 각각 공급될 수 있도록 구성되며,
   상기 제2 실린더 보어는 상기 제2 피스톤의 양측 공간 중 어느 하나에 상기 퍼지 가스가 공급될 수 있도록 구성되고,
   상기 제3 실린더 보어는 상기 제1 실린더 보어에서 압축되어 이송되는 상기 제품 가스를 공급받고 배출할 수 있도록 구성되는 가스 농축 장치.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 제1 피스톤은 상기 제1 실린더 보어를 분할하여 상기 제품 가스가 공급되는 제1 제품 가스 챔버와 상기 퍼지 가스가 공급되는 제1 퍼지 가스 챔버가 형성되도록 구성되며,
   상기 제2 피스톤은 상기 제2 실린더 보어를 분할하여 상기 퍼지 가스가 공급되는 제2 퍼지 가스 챔버가 형성되도록 구성되고,
   상기 제3 피스톤은 상기 제3 실린더 보어를 분할하여 상기 제1 제품 가스 챔버에서 이송된 상기 제품 가스가 공급되는 제2 제품 가스 챔버가 형성되도록 구성되는 가스 농축 장치.
4. 제3항에서,
   상기 복수의 흡착 베드는 제1 흡착 베드 및 제2 흡착 베드를 포함하고,
   상기 압력 부스팅 유닛은
   상기 온/오프 밸브가 폐쇄된 상태에서 상기 제2 흡착 베드에서 배출되는 상기 퍼지 가스에 의해 상기 제1 및 제2 피스톤에 작용하는 힘에 의해 상기 제1 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스가 압축되면서 상기 제2 제품 가스 챔버로 이송되는 공정,
   상기 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 상기 제1 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스의 압력에 의해 상기 제2 흡착 베드로부터 공급된 상기 퍼지 가스의 일부가 배출되고 상기 제2 제품 가스 챔버의 제품 가스가 압축되면서 일부 배출되는 공정,
   상기 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 상기 제1 흡착 베드에서 배출되는 상기 제품 가스에 의해 상기 제1 피스톤에 작용하는 힘에 의해 상기 제2 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스가 압축되면서 배출되고 이와 함께 상기 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버의 상기 퍼지 가스가 배출되는 공정,
   상기 온/오프 밸브가 폐쇄된 상태에서 상기 제1 흡착 베드에서 배출되는 상기 퍼지 가스에 의해 상기 제1 및 제2 피스톤에 작용하는 힘에 의해 상기 제1 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스가 압축되면서 상기 제2 제품 가스 챔버로 이송되는 공정,
   상기 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 상기 제1 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스의 압력에 의해 상기 제1 흡착 베드로부터 공급된 상기 퍼지 가스의 일부가 배출되고 상기 제2 제품 가스 챔버의 제품 가스가 압축되면서 일부 배출되는 공정, 그리고
   상기 온/오프 밸브가 개방된 상태에서 상기 제2 흡착 베드에서 배출되는 상기 제품 가스에 의해 상기 제1 피스톤에 작용하는 힘에 의해 상기 제2 제품 가스 챔버의 상기 제품 가스가 압축되면서 배출되고 이와 함께 상기 제1 및 제2 퍼지 가스 챔버의 상기 퍼지 가스가 배출되는 공정을 포함하는 다단 압축 공정이 반복 수행되도록 작동하는 가스 농축 장치.
5. 제3항에서,
   상기 제1, 제2, 제3 피스톤은 피스톤 로드에 의해 서로 연결되며,
   상기 피스톤 로드는 상기 제1 제품 가스 챔버에서 배출되는 상기 제품 가스가 상기 제2 제품 가스 챔버로 이동하도록 하는 제품 가스 이동 유로를 형성하는 가스 농축 장치.
6. 제3항에서,
   상기 압력 부스팅 유닛은
   상기 제3 실린더의 주위에 제3 퍼지 가스 챔버가 형성되도록 상기 제3 실린더를 둘러싸는 외부 실린더,
   상기 제1 퍼지 가스 챔버에 연결되는 제1 퍼지 가스 이동 통로, 그리고
   상기 제2 퍼지 가스 챔버에 연결되는 제2 퍼지 가스 이동 통로를 더 포함하고,
   상기 퍼지 가스 배출 유로는 상기 제3 퍼지 가스 챔버에 연결되는 가스 농축 장치.
7. 제6항에서,
   상기 제1 및 제2 퍼지 이동 통로는 하나로 합쳐져서 제3 퍼지 가스 이동 통로를 형성하고,
   상기 온/오프 밸브는 상기 제3 퍼지 가스 이동 통로에 설치되는 가스 농축 장치.
8. 제5항에서,
   상기 압력 부스팅 유닛은 상기 제품 가스 이동 유로에 설치되어 상기 제품 가스가 상기 제1 제품 가스 챔버에서 상기 제2 제품 가스 챔버로 흐르는 것을 허용하고 반대 방향으로의 흐름은 차단하는 체크 밸브를 더 포함하는 가스 농축 장치.
9. 제1항에서,
   상기 제3 실린더 보어의 직경은 상기 제1 실린더 보어의 직경보다 작은 가스 농축 장치.
10. 제1항에서,
    상기 제1 피스톤과 상기 제2 피스톤은 상기 제품 가스의 압력에 의해 상기 제1 피스톤에 작용하는 힘보다 상기 퍼지 가스의 압력에 의해 상기 제1 및 제2 피스톤에 작용하는 힘의 합이 더 크도록 형성되는 가스 농축 장치.
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