KR102207797B1 - Nitrogen generation system for laser equipment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 장비에 소모되는 고순도 질소를 제공하는 질소 생성 시스템과 관련된다.The present invention relates to a nitrogen generation system that provides high purity nitrogen for consumption in laser equipment.
레이저 가공 등에서 산소를 차단하여 발열 부위를 보호하거나 절단 부위의 화학적 변성에 따른 절단면 색변화를 예방하는 어시스트 가스로써, 안정적인 물성을 지닌 질소 가스가 사용된다.Nitrogen gas with stable physical properties is used as an assist gas that blocks oxygen in laser processing to protect the heating area or prevents color change of the cut surface due to chemical degeneration of the cut area.
고순도의 질소 가스를 공급하는 중 하나는 대기를 액화한 후 정제하여 액화산소와 액화질소를 분리, 포집하였다가, 액화질소를 압력탱크로 제공하는 것이다. 이러한 방식은 양질의 고순도 질소를 제공할 수 있는 장점이 있지만, 냉각 조건을 유지하기 위한 장비를 구비하고, 이를 운용하여야 하는 점에서 비경제적인 단점이 있다.One of supplying high-purity nitrogen gas is to liquefy and purify the atmosphere to separate and collect liquefied oxygen and liquefied nitrogen, and then provide liquefied nitrogen to a pressure tank. This method has the advantage of providing high-quality, high-purity nitrogen, but has an uneconomic disadvantage in that it has equipment for maintaining cooling conditions and must operate it.
또 다른 방식으로 멤브레인을 통해 대기 중의 질소를 포집하는 방식이 있으나, 질소 발생량이 제한적이고 순도가 낮은 관계로, 고순도를 요구하는 금속 가공 분야와는 적합하지 않다.As another method, there is a method of trapping nitrogen in the atmosphere through a membrane, but since the amount of nitrogen generated is limited and the purity is low, it is not suitable for metal processing fields that require high purity.
PSA 장치는 의도한 기체를 흡착하는 흡착제(CMS 등)를 채운 가압 탱크를 복수로 설치하고, 가압, 감압, 정화 등 단계를 순차적으로 반복하여 목적한 기체를 포집하는 방법으로, 공기 중에서 산소, 수분 등을 흡착하여 제거하고, 흡착하지 않는 질소는 순도가 높아진다.The PSA device is a method of collecting a target gas by installing a plurality of pressurized tanks filled with an adsorbent (CMS, etc.) that adsorbs the intended gas, and sequentially repeating steps such as pressurization, decompression, and purification. Nitrogen that is removed by adsorption and the like, and does not adsorb, increases the purity.
종래의 기술에 따른 PSA 방식은 멤브레인 방식보다는 고순도 질소를 생성하지만, 고출력 레이저 장비에 사용하기에는 다소 부족한 수준에 머무는 것이다. 특히 레이저 장비에 사용될 때에 적은 수분에도 민감한 품질 차이가 발생하는데, 종래의 기술에 따른 PSA 방식은 충분히 낮은 수준으로 수분 관리를 하지 못하는 단점이 있다.The PSA method according to the prior art generates higher purity nitrogen than the membrane method, but remains at a level that is somewhat insufficient for use in high power laser equipment. Particularly, when used in laser equipment, there is a difference in quality that is sensitive even to a small amount of moisture, but the PSA method according to the prior art has a disadvantage in that the moisture management is not sufficiently low.
본 발명은 고순도 저수분의 질소를 연속적으로 레이저 장비에 공급할 수 있는 질소 생성 시스템을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a nitrogen generation system capable of continuously supplying high-purity, low-moisture nitrogen to laser equipment.
그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다. In addition, detailed objects of the present invention will be clearly understood and understood by experts or researchers in this technical field through specific contents described below.
위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 공급된 공기를 흡착식 에어드라이어에서 수분 흡착, 제거함으로써 노점이 섭씨 - 40도 이하의 건조 공기를 생성하는 수분 흡착부, 상기 건조 공기를 PSA 모듈에 적용하여 질소 가스를 생성하는 질소 발생부, 반응기에서 상기 질소 가스에 고압 수소를 투입하고 잔여 산소와 반응시켜 물을 생성하고, 상기 물을 수분흡착기로 제거하는 고순도 처리부, 고순도 처리된 질소 가스를 사용처에 요구하는 압력 수준으로 승압하는 압축부, 승압된 질소 가스를 스토리지 탱크에 저장하고, 저장된 질소 가스에서 측정된 순도가 순도기준치보다 미만이거나, 측정된 노점이 노점기준치를 초과하는 경우에는, 상기 반응기로 되돌려 보내 재처리를 수행하는 저장 및 평가부 및 상기 수분 흡착부 내지 상기 저장 및 평가부와 연결되어 공기 처리 과정을 모니터링하고, 작동 요소를 제어하는 제어부를 포함하는 레이저 장비용 고순도 질소 생성 시스템을 제시한다.In order to solve the above problems, the present invention is an embodiment, a moisture adsorption unit that generates dry air with a dew point of -40 degrees Celsius or less by absorbing and removing moisture from the supplied air in an adsorption type air dryer, and transferring the dry air to the PSA module. A nitrogen generator that generates nitrogen gas by applying it, a high-purity treatment part that injects high-pressure hydrogen into the nitrogen gas in a reactor and reacts with residual oxygen to generate water, and removes the water with a moisture adsorber, and a high-purity treated nitrogen gas is used. A compression unit that pressurizes to a pressure level required for the reactor, and stores the elevated nitrogen gas in a storage tank, and when the purity measured in the stored nitrogen gas is less than the purity reference value or the measured dew point exceeds the dew point reference value, the reactor A high-purity nitrogen generation system for laser equipment comprising a storage and evaluation unit returning to and performing reprocessing, and a control unit connected to the moisture adsorption unit or the storage and evaluation unit to monitor the air treatment process and control operating elements. present.
한편 상기 저장 및 평가부에서, 상기 순도기준치는 99.999% 이고, 상기 노점기준치는 섭씨 - 75도로 설정할 수 있다. Meanwhile, in the storage and evaluation unit, the purity reference value may be 99.999%, and the dew point reference value may be set to -75 degrees Celsius.
한편 상기 수분 흡착부에서 생성된 건조 공기의 노점이 섭씨 -40도를 초과하는 경우에는 대기 중으로 방출시키고, 섭씨 -40도 이하의 경우에는 상기 질소 발생부로 공급시키는 1차 평가부가 포함될 수 있다.On the other hand, when the dew point of the dry air generated by the moisture adsorption unit exceeds -40 degrees Celsius, it is discharged to the atmosphere, and when it is less than -40 degrees Celsius, a primary evaluation unit that supplies to the nitrogen generator may be included.
나아가 상기 질소 발생부에서 생성된 질소 가스의 순도와 노점을 측정하여, 순도가 99.9% 미만이거나 노점이 섭씨 - 65도를 초과하는 경우에는 대기 중으로 방출시키고, 순도가 99.9% 이상이고 노점이 섭씨 - 65도 이하인 경우에는 상기 고순도 처리부로 공급시키는 2차 평가부가 포함될 수 있다.Further, the purity and dew point of the nitrogen gas generated in the nitrogen generator is measured, and when the purity is less than 99.9% or the dew point exceeds -65 degrees Celsius, it is released into the atmosphere, and the purity is 99.9% or more and the dew point is- In the case of 65 degrees or less, a secondary evaluation unit supplied to the high purity processing unit may be included.
한편, 상기 제어부는 사용처의 질소 요구량에 따라 상기 반응기에 주입되는 수소 가스량을 증감 조절하고, 질소 방출 유량이 증감되도록 상기 압축부를 작동 제어할 수 있다.On the other hand, the control unit may increase or decrease the amount of hydrogen gas injected into the reactor according to the amount of nitrogen required by the user, and control the operation of the compression unit to increase or decrease the nitrogen discharge flow rate.
본 발명의 실시예에 따르면, 스토리지 탱크에 저장된 질소 가스의 순도나 노점이 일정 수준에 미치지 못하는 경우에 고순도 처리부로 회송시켜 재처리를 수행함으로써 고품질의 질소 가스를 생성할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, when the purity or dew point of the nitrogen gas stored in the storage tank does not reach a certain level, it is returned to the high-purity processing unit to perform reprocessing, thereby generating high-quality nitrogen gas.
또한 1차 평가부와 2차 평가부는 중간 산물의 물성치를 판단하고, 일정 기준에 미달하는 경우에는 외부로 배출시킴으로써, 흡착제 등 자재의 성능 저하 현상을 방지하고, 파손을 예방한다. 또한 목적한 품질의 질소 가스가 확실히 생성되도록 하는 데에 도움을 준다.In addition, the first evaluation unit and the second evaluation unit determine the physical properties of the intermediate product and, if it does not meet a certain standard, discharge it to the outside, thereby preventing degradation of materials such as adsorbents and preventing damage. It also helps to ensure that nitrogen gas of the desired quality is produced.
그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다. Other effects of the present invention will be clearly understood and understood by experts or researchers in this technical field during the process of carrying out the present invention or through the detailed contents described below.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 장비용 고순도 질소 생성 시스템의 전반부 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 후반부 구성을 나타낸 도면.1 is a view schematically showing the configuration of the first half of a high purity nitrogen generation system for laser equipment according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the configuration of the second half of the embodiment shown in FIG.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 레이저 장비용 고순도 질소 생성 시스템의 구성, 기능 및 작용을 설명한다. 단, 도면들에 걸쳐 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 도면번호는 통일하여 사용하기로 한다. Hereinafter, the configuration, function and operation of the high purity nitrogen generation system for laser equipment according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, reference numbers for the same or similar components throughout the drawings will be used unified.
또한 이하의 설명에서 '제1', '제2' 등의 용어는 기술적 의미가 동일성 범위에 있는 구성요소를 편의상 구별하기 위하여 사용된다. 즉, 어떠한 하나의 구성은 임의적으로 '제1구성' 또는 '제2구성'으로 명명될 수 있다. In addition, in the following description, terms such as'first' and'second' are used to distinguish constituent elements having the same technical meaning for convenience. That is, any one configuration may be arbitrarily named as'first configuration' or'second configuration'.
첨부된 도면은 본 발명의 적용된 실시예를 나타낸 것으로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 통하여 제한 해석해서는 아니된다. 이 기술분야에 속하는 전문가의 견지에서 도면에 도시된 일부 또는 전부가 발명의 실시를 위하여 필연적으로 요구되는 형상, 모양, 순서가 아니라고 해석될 수 있다면, 이는 청구범위에 기재된 발명을 한정하지 아니한다. The accompanying drawings show an applied embodiment of the present invention, and the technical idea of the present invention should not be limitedly interpreted through the accompanying drawings. If it can be construed that some or all of the figures are not necessarily required for the implementation of the invention from the perspective of an expert belonging to this technical field, this does not limit the invention described in the claims.
또한 발명의 내용을 설명함에 있어서, 모든 온도 표현의 단위는 섭씨이다. In addition, in describing the content of the invention, the unit of all temperature expressions is Celsius.
도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 장비용 고순도 질소 생성 시스템의 개략적인 구성과 관련된다. 1 and 2 are related to a schematic configuration of a high-purity nitrogen generation system for laser equipment according to an embodiment of the present invention.
레이저 장비의 어레스트 가스로 공급되는 질소 가스는, 레이저 장비의 파손이나 절단면 변색 등을 예방하기 위해 노점(Dew point)을 가급적 낮은 수준으로 유지하며, 순도는 높인 상태에서 충분한 량을 공급할 수 있어야 한다. The nitrogen gas supplied to the arrest gas of the laser equipment should be able to supply a sufficient amount while maintaining the dew point as low as possible to prevent damage to the laser equipment or discoloration of the cut surface.
예를 들어, 레이저 장비에 공급되는 질소 가스는 99.999% 이상의 순도에서 노점은 - 75도 이하가 되도록 할 수 있다. 또한 레이저 장비의 운영 조건에 따라 250 N㎥/h 또는 300 N㎥/h 수준으로 제공할 수 있어야 한다.For example, nitrogen gas supplied to laser equipment can have a dew point of -75 degrees or less at a purity of 99.999% or higher. In addition, it must be able to provide 250 N㎥/h or 300 N㎥/h level depending on the operating conditions of the laser equipment.
이러한 조건들을 만족시키기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 고순도 질소 생성 시스템은 수분 흡착부(10), 질소 발생부(20), 고순도 처리부(30), 압축부(40), 저장 및 평가부(50) 및 제어부(도시 생략)를 포함한다. In order to satisfy these conditions, the high purity nitrogen generation system according to the embodiment of the present invention includes a
수분 흡착부(10)는 대기 중에서 흡입하여 압축한 공기를 흡착식 에어드라이어(16)를 통해 수분을 제거함으로써, 노점이 - 40도 이하의 건조 공기를 생성하는 것이다. The
구체적으로 압축펌프(11)를 통해 대기를 흡입하여 압축하고, 이를 저장 탱크(12)에 임시 저장한다. 저장된 공기는 수분 필터수단(13), 유분 필터수단(14) 및 쿨러(15)를 거치면서 이물질을 걸러내고 압축에 의해 상승한 온도를 낮추게 된다. 여기서 저장된 공기를 전처리하는 필터 수단 등은 시스템의 설계에 따라 변경될 수 있다.Specifically, air is sucked and compressed through the
이후 압축공기는 흡착식 에어드라이어(16)를 거치면서 1차로 수분이 제거된다. After that, the compressed air is firstly removed while passing through the
여기서 흡착식 에어드라이어(16)는 PSA 방식으로 운영되는 장치로, 한 쌍의 탱크가 교호로 흡착, 재생되는 것이다. 수분을 흡착하는 흡착제로 알루미나, 실리카겔 등이 사용될 수 있다. 한 쌍의 탱크가 한 번씩 흡착과 재생을 진행하며 목적한 대상을 제거하는 작동 방식과 세부 구성은, 공지된 PSA 관련 기술 내용과 동일할 수 있다.Here, the
흡착식 에어드라이어(16)를 거치면서, 압축공기는 노점이 - 40도 이하인 건조 공기로 생성된다.Passing through the
추가 가능한 구성으로, 수분 흡착부(10)와 질소 발생부(20) 사이에는 건조 공기의 상태를 점검하여, 질소 발생부에 적합하지 아니한 경우에는 외부로 방출시키는 1차 평가부(60)가 구비된다. As an additional configuration, a
구체적으로, 1차 평가부(60)는 에어드라이어에서 나오는 건조 공기의 노점을 측정하는 측정 수단(61)을 구비하고, 제어부는 측정된 노점이 -40 도를 초과하는 경우에는 이를 대기 중으로 방출시키도록 밸브(62)를 작동시킨다. 여기서 측정 수단(61)으로는 공지된 노점 측정 센서가 사용될 수 있으며, 밸브(62)는 전자식 삼방변 밸브가 될 수 있다.Specifically, the
한편 측정된 노점이 -40 도 이하로 확인되면, 제어부가 밸브를 통해 흐름 방향을 전환하여 건조 공기를 질소 발생부(20)로 공급한다. On the other hand, when the measured dew point is confirmed to be -40 degrees or less, the control unit switches the flow direction through the valve to supply dry air to the
더욱 바람직하게는, 에어드라이어(16) 출구측에서 건조 공기의 건전성을 평가하는 노점의 기준치를 - 45도로 설정할 수 있다.More preferably, the reference value of the dew point for evaluating the integrity of the dry air at the outlet side of the
출구측 노점이 낮을수록 이후 질소 발생부(20)에서 고순도의 질소 가스를 생산할 수 있으며, 질소 발생기(20)의 사용 수명 또한 늘릴 수 있다. 다만 출구측 노점을 크게 낮추기 위한 에어드라이어(16)의 운영 조건이 까다롭고 비용이 크게 소요되어 비경제적이게 되므로, 출구측 노점의 기준치를 -45도 정도로 설정할 수 있다.The lower the outlet-side dew point, the higher purity nitrogen gas can be produced in the
한편 출구측 노점이 -40도를 초과하는 경우에는, 이후 질소 발생기에서 충분한 순도로 질소 가스를 생성하기 어렵고, 질소 가스의 생성량 역시 줄어들게 된다. 또한 처리할 수분량이 지나치게 많아서 흡착탑을 채우는 CMS 흡착제의 수명이 크게 단축되는 단점도 있게 된다.On the other hand, when the outlet side dew point exceeds -40 degrees, it is difficult to generate nitrogen gas with sufficient purity in the nitrogen generator afterwards, and the amount of nitrogen gas generated is also reduced. In addition, there is a disadvantage that the life of the CMS adsorbent filling the adsorption tower is greatly shortened because the amount of moisture to be treated is too large.
따라서 출구측 노점이 -40도를 초과하는 것으로 판정되면, 최종적으로 의도한 수준의 순도 확보가 사실상 어려운 것으로 보고, 건조 공기를 외부로 방출시켜 버리게 된다.Therefore, if it is determined that the outlet side dew point exceeds -40 degrees, it is considered that it is practically difficult to finally secure the intended level of purity, and the dry air is discharged to the outside.
도 2를 참고하면, 노점이 -40도 이하인 건조 공기는 질소 발생부(20)로 제공되고, PSA 모듈(21)에서 질소 가스로 생성된다. Referring to FIG. 2, dry air having a dew point of -40 degrees or less is provided to the
여기서 PSA 모듈(21)은 산소를 흡착하는 CMS를 구비하는 한 쌍의 흡착탑을 사용하는 것으로, 어느 한 쪽에서 압력에 의해 산소를 포집하고, 나머지에서 감압, 퍼지하여 재생하는 단계를 반복 진행하며, 질소의 순도를 높이는 것이다. 이러한 PSA 모듈의 세부 구성과 작동 방식은 공지된 바와 동일할 수 있다.Here, the
도시하지 아니하였으나, PSA 모듈의 전방에는 CMS 흡착제를 보호하면서 동시에 탱크 내 작동 압력을 최대 8.5 ㎠/㎏ 수준으로 운용하기 위하여 정압 레귤레이터 밸브가 설치될 수 있다.Although not shown, a positive pressure regulator valve may be installed in front of the PSA module in order to protect the CMS adsorbent while operating the operating pressure in the tank at a maximum level of 8.5 ㎠/kg.
추가적인 구성으로, 질소 발생부(20)에는 2차 평가부(70)가 구비된다. As an additional configuration, the
2차 평가부(70)는 질소 발생부(20)에서 생성되는 질소 가스의 순도와 노점을 측정하는 측정 수단(71)과, 부적합한 것으로 판명된 때에 질소 가스를 대기 중으로 방출하기 위한 밸브(72)를 포함한다. 도면에서 측정 수단(71)을 하나의 구성으로 도시하고 있으나, 순도를 측정하는 센서와 노점을 측정하는 센서는 각기 설치될 수 있다. 또한 밸브(71)는 질소 가스의 흐름 방향을 전환하시키는 전자식 삼방변 밸브가 될 수 있다.The
2차 평가부(70)는, 질소 발생부(20)를 거친 질소 가스의 순도가 99.9% 미만이거나 노점이 - 65도를 초과하는 경우에, 질소 가스가 부적합한 것으로 판단하여, 이를 대기 중으로 방출시키는 것이다. 여기서, 순도나 노점의 측정치에 대한 평가와, 밸브의 작동에 제어부가 관여한다.When the purity of the nitrogen gas passing through the
질소 발생부(20)에서 생성된 질소 가스의 순도가 99.9% 미만인 경우에는, 이러한 순도의 질소 가스로 고순도 처리부(30) 이하를 진행하더라도, 질소 가스의 최종 순도를 99.999% 수준으로 생성하기 사실상 어려운 문제가 있다. When the purity of the nitrogen gas generated by the
또 최종 저장되는 질소 가스의 노점을 - 75도 수준으로 낮추기 위해서는, 질소 발생기(20) 라인에서의 노점이 - 65도 이하로 관리될 필요가 있다.In addition, in order to lower the dew point of the finally stored nitrogen gas to a level of -75 degrees, the dew point in the line of the
따라서 순도와 노점이 일정 기준치를 만족시키기 못하는 경우에는, 질소 가스를 대기 중으로 방출시켜, 이후 고순도 처리부로 유입되지 아니하게 조치한다.Therefore, if the purity and dew point do not satisfy a certain standard value, nitrogen gas is released into the atmosphere, and measures are taken to prevent it from flowing into the high-purity processing unit.
반면 질소 가스의 순도가 99.9% 이상이고, 노점이 - 65도 이하인 경우에는, 적합한 질소 가스가 생성된 것으로 보아, 이 질소 가스를 이후 설명하는 고순도 처리부(30)로 공급한다.On the other hand, when the purity of the nitrogen gas is 99.9% or more and the dew point is -65 degrees or less, it is assumed that a suitable nitrogen gas is generated, and the nitrogen gas is supplied to the high-
고순도 처리부(30)는 고압 수소를 정량 공급하는 수소 주입수단(32)과, 공급된 고압 수소(H2)와 질소 가스에 잔류하는 산소(O2) 가스를 반응시켜 수분(H2O)으로 변화시키는 반응기(31)와, 반응기(31)에서 생성된 수분을 포집, 제거하기 위한 수분흡착기(33)를 포함한다.The high-
여기서, 수소 가스는 질소 발생부의 출구 압력과 대등한 8.5 ㎠/㎏ 수준의 압력이며, 순도는 99.99% 이상의 것을 사용할 수 있다. Here, the hydrogen gas is a pressure of 8.5 cm2/kg level equivalent to the outlet pressure of the nitrogen generator, and the purity of 99.99% or more may be used.
수소 주입 수단(32)은 수소 저장 탱크, 유량 조절 밸브, 전자 유량계를 포함한다. 레이저 장비의 운영 조건에 따른 질소 가스 생성량에 따라, 제어부는 전자 유량계와 유량 조절 밸브를 통해 수소 가스의 주입량을 정밀 제어한다.The hydrogen injection means 32 includes a hydrogen storage tank, a flow control valve, and an electromagnetic flow meter. According to the amount of nitrogen gas generated according to the operating conditions of the laser equipment, the control unit precisely controls the injection amount of hydrogen gas through an electromagnetic flow meter and a flow control valve.
예를 들어, 레이저 장비에서 질소 가스가 시간당 250 N㎥ 로 소비되는 경우, 제어부는 분당 10 NL의 수소 가스가 반응기에 주입되도록 수소 주입 수단(32)을 작동 제어할 수 있다.For example, when nitrogen gas is consumed at 250 Nm 3 per hour in the laser equipment, the control unit may operate and control the hydrogen injection means 32 so that 10 NL of hydrogen gas per minute is injected into the reactor.
반응기(31)에는 수소와 산소의 결합 반응을 촉진하기 위한 촉매와, 결합 활성도를 향상시키기 위한 온도 조절 수단이 구비된다. 여기서 촉매와 온도 조절 수단 등 세부 구성은 공지된 바와 동일할 수 있다.The
수분흡착기(33)는 반응기를 거쳐 생성된 수분을 제거하기 위한 것으로, 전술한 수분 흡착부의 흡착식 에어드라이어(도 1의 16)와 사실상 동일한 구성으로 채택할 수 있다.The
압축부(40)는 고순도 처리된 질소 가스를 사용처에서 요구하는 압력 수준으로 승압시키는 것이다. 여기서, 사용처는 레이저 장비이고, 요구하는 압력 수준은 40 ㎠/㎏이 될 수 있다.The
압축부(40)는 다수의 피스톤 부스터를 병렬로 연결하여 구성된 압축 펌프장비(41)와, 승압된 질소 가스에 잔류하는 오일 등을 제거하는 필터들(42, 43, 44)을 포함한다.The
압축 펌프장비(41)는 사용처의 질소 가스 요구량에 맞추어, 제어부에 의해 작동 수준이 조정된다. 예를 들어, 제어부는 레이저 장비의 세팅에 따라 시간당 250 N㎥ 수준으로 40 ㎠/㎏ 압력의 질소 가스를 생성하거나, 시간당 300 N㎥ 수준으로 40 ㎠/㎏ 압력의 질소 가스를 생성하도록 압축 펌프장비의 작동을 제어한다.The operation level of the
압축 펌프장비(41)에서 승압된 질소 가스에는, 기계적 압축 과정 중에 오일, 수분, 이물질 등이 혼합되기 쉽다. 압축 펌프장비의 후단부에는 오일 분리 필터(42), 수분 분리 필터(43), 파티클 필터(44) 등을 설치하여, 이들 이물질을 제거하게 된다.In the nitrogen gas boosted by the
나아가 질소 가스의 온도를 상온 수당으로 낮추기 위한 냉각수단(45)이 더 구비될 수 있다. 냉각수단(45)은 질소 가스의 온도를 상온 수준으로 낮추기 위한 것으로, 세부 구성과 작동 방식은 공지된 바와 동일할 수 있다.Furthermore, a cooling means 45 for lowering the temperature of the nitrogen gas to room temperature allowance may be further provided. The cooling means 45 is for lowering the temperature of the nitrogen gas to the room temperature level, and the detailed configuration and operation method may be the same as known.
만일 질소 생성 시스템이 냉각에 유리한 장소에 설치되어 있거나, 압축부로부터 충분히 길게 연장된 배관 라인을 구비하여 자연 냉각이 가능한 경우에는 냉각수단(45)이 생략될 수 있다.If the nitrogen generating system is installed in a location advantageous for cooling, or if natural cooling is possible by providing a pipe line extending sufficiently long from the compression unit, the cooling means 45 may be omitted.
압축 펌프장비(41)의 각 피스톤 부스터에는 별도의 쿨러가 구비되어 있음에도 불구하고, 압축 펌프의 출력측에서 질소 가스의 온도는 60도 내지 70도에 이른다. 이후 유분 분리 필터(42), 수분 푼리 필터(43)를 거치면서도 냉각이 진행되어도 여전히 대략 30도 초중반 수준이다. 냉각수단(45)은 저장에 적합한 수준까지 질소 가스의 온도를 낮추는 적극적 수단으로 사용될 수 있다.Although each piston booster of the
한편 저장 및 평가부(50)는, 질소 가스를 저장하고, 저장된 질소 가스가 레이저 장비에 제공하기 적당한지를 최종적으로 평가하는 것이다. Meanwhile, the storage and
승압된 질소 가스는 스토리지 탱크(51)에 저장된다. 스토리지 탱크(51) 내 질소 가스의 압력은 40 ㎠/㎏이고, 온도는 15도 수준이 될 수 있다.The boosted nitrogen gas is stored in the
스토리지 탱크(51)에는 질소 가스의 순도와 노점을 측정하는 측정 수단(52)이 구비되며, 이 측정 수단은 제어부와 연결된다.The
제어부는 측정된 순도가 순도기준치보다 미만이거나, 측정된 노점이 노점기준치를 초과하는 경우에는, 질소 가스를 고순도 처리부(30)의 반응기(31)로 되돌려 보내 재처리를 수행한다.When the measured purity is less than the purity reference value or the measured dew point exceeds the dew point reference value, the control unit performs reprocessing by returning nitrogen gas to the
스토리지 탱크(51)에 저장된 질소 가스를 반응기로 회수시키는 회수라인(53)이 구비된다. 이 회수라인에는 개폐하는 밸브(531)와, 반응기에 적합한 수준으로 질소 가스의 압력을 조절하는 정압변(532)이 구비된다.A
반응기(31)로 회송된 질소 가스는 고순도 처리부(30)에서 순도와 노점이 개선되고, 이후 다시 압축부(40)를 거쳐 스토리지 탱크에 저장 및 평가된다.The nitrogen gas returned to the
여기서 스토리지 탱크 내의 질소 가스를 반응기로 회송할지 여부를 판단하기 위한 순도기준치는 99.999% 이고, 노점기준치는 섭씨 - 75도로 할 수 있다.Here, the purity reference value for determining whether to return nitrogen gas in the storage tank to the reactor is 99.999%, and the dew point reference value may be -75 degrees Celsius.
99.999% 이상의 순도기준치와 -75도 이하의 노점기준치를 만족시키는 질소 가스를 어시스트 가스로 공급함으로써 레이저 장비를 온전히 보호할 수 있으며, 절단면의 색 변화를 확실히 예방할 수 있다.By supplying the assist gas with nitrogen gas that satisfies the purity standard value of 99.999% or less and the dew point standard value of -75 degrees or less, the laser equipment can be completely protected and the color change of the cut surface can be reliably prevented.
제어부는 수분 흡착부 내지 저장 및 평가부의 각종 측정 장비, 밸브, 펌프 등과 연결되어 있어, 전체적인 공기 처리 과정을 모니터링하고, 미리 설정된 제어 알고리즘에 따라 밸브 등을 작동 제어하는 것이다. 이러한 제어부는 연산처리 장치, 기록장치, 전원 관리 모듈 등 공지된 바에 따른 전자 기기를 구비한다.The control unit is connected to various measurement equipment, valves, pumps, etc. of the moisture adsorption unit or the storage and evaluation unit to monitor the overall air treatment process and operate and control the valves according to a preset control algorithm. Such a control unit includes an electronic device as known in the art such as an operation processing device, a recording device, and a power management module.
제어부는 1, 2차 평가부의 작동에 관여하여, 각 부에서의 평가 기준치를 입력 받아 저장하고, 측정된 물성과 기준치를 대비하여 다음 단계에 따른 처리를 수행할지 대기로 방출할지를 결정하고, 그에 따라 밸브를 작동시키는 제어 신호를 발송한다.The control unit is involved in the operation of the first and second evaluation units, receives and stores the evaluation reference values from each unit, compares the measured physical properties and the reference values to determine whether to perform the treatment according to the next step or discharge to the atmosphere, and accordingly It sends out a control signal that activates the valve.
또한 제어부는 사용처의 질소 요구량에 따라 반응기에 주입되는 수소 가스량을 증감 조절하고, 질소 방출 유량이 증감되도록 압축부를 작동 제어한다. In addition, the control unit increases or decreases the amount of hydrogen gas injected into the reactor according to the nitrogen demand of the user, and controls the operation of the compression unit to increase or decrease the nitrogen discharge flow rate.
도시하지 아니하였으나 스토리지 탱크에서 레이저 장비로 이동하는 유량을 감지하고, 이 유량을 근거로 사용처의 질소 요구량을 산출할 수 있다. 그에 따라 압축부의 작동 수준을 결정하고, 그에 맞추어 반응기에 주입하는 수소 가스량을 결정하여 각 밸브를 작동 제어한다.Although not shown, it is possible to detect the flow rate moving from the storage tank to the laser equipment, and calculate the nitrogen demand of the user based on this flow rate. Accordingly, the operation level of the compression unit is determined, and the amount of hydrogen gas injected into the reactor is determined accordingly, and each valve is operated and controlled.
반면 레이저 장비는 몇몇의 작동 모드로 미리 세팅되어 있고, 각 모드마다 질소 요구량이 미리 결정될 수 있다. 한편 제어부에는 레이저 장비의 각 모드 별로 반응기에 주입되는 수소 가스량과 압축부의 작동 수준이 미리 저장되어 있다.On the other hand, laser equipment is pre-set in several operating modes, and the nitrogen requirement for each mode can be predetermined. Meanwhile, the control unit stores the amount of hydrogen gas injected into the reactor for each mode of the laser equipment and the operation level of the compression unit in advance.
이후 레이저 장비에서 모드가 전환될 때에, 제어부는 레이저 장비로부터 현재 선택된 모드에 대한 정보를 전달 받고, 각 모드 별로 미리 정해진 수준에서 수소 주입 수단과 압축 펌프를 제어하게 된다. Thereafter, when the mode is changed in the laser device, the control unit receives information on the currently selected mode from the laser device, and controls the hydrogen injection means and the compression pump at a predetermined level for each mode.
본 발명의 실시예에 따른 레이저 장비용 고순도 질소 생성 시스템은, 고순도의 질소 가스를 제공함으로써 레이저 장비의 소위 무산화 절단의 품질을 크게 향상시킬 수 있다. The high-purity nitrogen generation system for laser equipment according to an embodiment of the present invention can greatly improve the quality of so-called oxidation-free cutting of laser equipment by providing high-purity nitrogen gas.
1차 평가부와 2차 평가부에서 수준 미달인 처리 가스는 외부로 방출시켜 제거함으로써, 흡착제, 반응기 등 고가 소재의 파손을 미연에 방지할 수 있게 된다.By releasing and removing the processing gas that is below the level in the first and second evaluation units, it is possible to prevent damage to expensive materials such as adsorbents and reactors.
또한 1차 평가부와 2차 평가부는 최종 질소 가스가 목표하는 노점과 순도에 도달하기 위해 필요한 중간 산물의 물성치를 평가함으로써, 목표치에 도달하도록 시스템을 제어한다. In addition, the first evaluation unit and the second evaluation unit control the system to reach the target value by evaluating the physical properties of intermediate products required for the final nitrogen gas to reach the target dew point and purity.
10 : 수분 흡착부
11 : 압축펌프 12 : 저장 탱크 13 : 수분 필터수단
14 : 유분 필터수단 15 : 쿨러 16 : 에어드라이어
20 : 질소 발생부
21 : PSA 모듈
30 : 고순도 처리부
31 : 반응기 32 : 수소 주입수단 33 : 수분흡착기
40 : 압축부
41 : 압축 펌프장치 42 : 오일 분리 필터
43 : 수분 분리 필터 44 : 파티클 필터 45 : 냉각수단
50 : 저장 및 평가부
51 : 스토리지 탱크 52 : 측정 수단
53 : 회수라인 531 : 밸브 532 : 정압변
60 : 1차 평가부
61 : 측정 수단 62 : 밸브
70 : 2차 평가부
71 : 측정 수단 72 : 밸브 10: moisture adsorption unit
11: compression pump 12: storage tank 13: water filter means
14: oil filter means 15: cooler 16: air dryer
20: nitrogen generator
21: PSA module
30: high purity processing unit
31: reactor 32: hydrogen injection means 33: moisture adsorber
40: compression unit
41: compression pump device 42: oil separation filter
43: water separation filter 44: particle filter 45: cooling means
50: storage and evaluation unit
51: storage tank 52: measuring means
53: recovery line 531: valve 532: positive pressure valve
60: 1st evaluation unit
61: measuring means 62: valve
70: 2nd evaluation unit
71: measuring means 72: valve
Claims (5)
상기 건조 공기를 PSA 모듈에 적용하여 질소 가스를 생성하는 질소 발생부,
상기 수분 흡착부에서 생성된 건조 공기의 노점이 섭씨 -40도를 초과하는 경우에는 대기 중으로 방출시키고, 섭씨 -40도 이하의 경우에는 상기 질소 발생부로 공급시키는 1차 평가부,
반응기에서 상기 질소 가스에 고압 수소를 투입하고 잔여 산소와 반응시켜 물을 생성하고, 상기 물을 수분흡착기로 제거하는 고순도 처리부,
상기 질소 발생부에서 생성된 질소 가스의 순도와 노점을 측정하여, 순도가 99.9% 미만이거나 노점이 섭씨 - 65도를 초과하는 경우에는 대기 중으로 방출시키고, 순도가 99.9% 이상이고 노점이 섭씨 - 65도 이하인 경우에는 상기 고순도 처리부로 공급시키는 2차 평가부,
고순도 처리된 질소 가스를 사용처에 요구하는 압력 수준으로 승압하는 압축부,
승압된 질소 가스를 스토리지 탱크에 저장하고, 저장된 질소 가스에서 측정된 순도가 99.999% 미만이거나, 측정된 노점이 섭씨 - 75도를 초과하는 경우에는, 상기 반응기로 되돌려 보내 재처리를 수행하는 저장 및 평가부 및
상기 수분 흡착부 내지 상기 저장 및 평가부와 연결되어 공기 처리 과정을 모니터링하고, 작동 요소를 제어하는 제어부를 포함하는
레이저 장비용 고순도 질소 생성 시스템.
A moisture adsorption unit that generates dry air with a dew point of -40 degrees Celsius or less by absorbing and removing the supplied air from the adsorption-type air dryer.
A nitrogen generator for generating nitrogen gas by applying the dry air to the PSA module,
When the dew point of the dry air generated in the moisture adsorption unit exceeds -40 degrees Celsius, it is discharged to the atmosphere, and when it is less than -40 degrees Celsius, the primary evaluation unit supplies it to the nitrogen generation unit,
A high-purity treatment unit for introducing high-pressure hydrogen into the nitrogen gas in a reactor and reacting with residual oxygen to generate water, and removing the water with a moisture adsorber,
The purity and dew point of the nitrogen gas generated in the nitrogen generator is measured, and if the purity is less than 99.9% or the dew point exceeds -65 degrees Celsius, it is discharged into the atmosphere, and the purity is 99.9% or more and the dew point is -65 degrees Celsius. If the degree is less than the secondary evaluation unit to be supplied to the high purity processing unit,
A compression section that boosts high-purity treated nitrogen gas to the pressure level required by the user,
When the elevated nitrogen gas is stored in a storage tank, and the purity measured in the stored nitrogen gas is less than 99.999% or the measured dew point exceeds -75 degrees Celsius, it is returned to the reactor to perform reprocessing. Evaluation Department and
And a control unit connected to the moisture adsorption unit to the storage and evaluation unit to monitor the air treatment process and to control an operation element.
High purity nitrogen generation system for laser equipment.
상기 제어부는
사용처의 질소 요구량에 따라
상기 반응기에 주입되는 수소 가스량을 증감 조절하고,
질소 방출 유량이 증감되도록 상기 압축부를 작동 제어하는 것을 특징으로 하는
레이저 장비용 고순도 질소 생성 시스템.In claim 1,
The control unit
According to the nitrogen requirement of the application
Increasing or decreasing the amount of hydrogen gas injected into the reactor,
Characterized in that controlling the operation of the compression unit to increase or decrease the nitrogen discharge flow rate
High purity nitrogen generation system for laser equipment.
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