KR20010106255A - 다중-비율의 충전 특성을 가지는 가스 생성 시스템 - Google Patents

다중-비율의 충전 특성을 가지는 가스 생성 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제 1 압력 및 제 2 압력으로 가스를 공급하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 가스 생성 시스템 출구를 가지는 가스 생성 시스템을 포함한다. 유체 스위치는 가스 생성 시스템 출구와 연결되고 제 1 압력에서 가스 출구를 형성하는 그것의 출구를 갖는다. 압력 조절기는 제 1 압력에서 가스 출구로의 가스 유동을 조절하기 위해 가스 생성 시스템 출구와 연결된다. 솔레노이드 밸브(solenoid valve)는 유체 스위치에 의해 전기 제어되고 가스 생성 시스템 출구와 연결되며 솔레노이드 밸브 출구를 갖는다. 압력 증강 장치는 제 2 압력에서 출구로의 유출력을 위해 가스 생성 시스템에 의해 생성되는 가스의 압력을 상승시키도록 솔레노이드 밸브와 연결된다.

Description

다중-비율의 충전 특성을 가지는 가스 생성 시스템{GAS GENERATING SYSTEMS WITH MULTI-RATE CHARGING FEATURE}
본 발명은 통상적으로 가스 생성 시스템에 관한 것이고, 좀더 자세하게는, 2가지 다른 압력에서, 산소 또는 질소와 같은, 제품 가스를 제조할 수 있는 가스 생성 시스템에 관한 것이다.
본 명세서에 전체가 참조로 도입되고 본 양수인에게 양도된, 미국 특허 제 5,858,062 호는, 제 2 압력이 제 1 압력보다 더 큰, 제 1 압력 및 제 2 압력으로 산소-농축 공기(oxygen-enriched air)를 공급하기 위한 장치를 기술한다. '062호 특허에 기술된 바와 같이, 상기 장치는 압력 스윙 흡착 시스템(pressure swing adsorption system) 및 압력 증강 장치를 포함한다. 압력 스윙 흡착 시스템은 제 1 압력으로 제 1 출구에 산소-농축 공기를 공급하고 제 1 압력으로 압력 증강 장치에 산소-농축 공기를 공급하도록 적용된다. 압력 증강 장치는 산소-농축 공기를가압하고 제 2 압력으로 제 2 출구에 산소-농축 공기를 공급한다. 불리하게도, '062호 특허에 기술된 시스템은 저압 유출 포트(port)에 유동의 존재에 관계없이 일정 비율로 고압 용기를 충전하거나 채운다. 이것은 용기를 충전하는데 장시간(즉, 분당 0.5 리터(0.5 lpm)의 일정 비율로 240 리터를 충전하는데 8시간)을 요구한다. 따라서, 시스템을 위한 기술에서는, 고압 충전율이 저압 출구로부터 요구되는 유동에 따라 변화될 수 있도록, 고압 출구 및 저압 출구로 제품 가스를 동시에 공급해야 할 필요성이 있다.
그러므로, 선행 기술의 시스템보다 더 신속하게 가스 실린더를 충전할 수 있는 가스 생성 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 이러한 그리고 기타 목적은 제 1 압력 및 제 2 압력으로 가스를 공급하기 위한 장치에 의해 달성된다. 상기 장치는 가스 생성 시스템 출구를 가지는 가스 생성 시스템을 포함한다. 유체 스위치는 가스 생성 시스템 출구와 연결되고 제 1 압력에서 가스 유출을 형성하는 그것의 출구를 가진다. 압력 조절기는 제 1 압력에서 가스 출구로의 가스 유동을 조절하기 위해 가스 생성 시스템 출구와 연결된다. 솔레노이드 밸브는 유체 스위치에 의해 전기 제어되고 가스 생성 시스템 출구와 연결되며 솔레노이드 밸브 출구를 갖는다. 압력 증강 장치는 제 2 압력으로 출구로의 유출력을 위해 가스 생성 시스템에 의해 생성되는 가스의 압력을 상승시키도록 솔레노이드 밸브와 연결된다.
본 발명의 상기 및 기타 목적은 변화하는 비율로 제품 가스를 고압 저장기에충전하는 방법에 의해 달성된다. 상기 방법은 산소 농축 가스를 저압 출구 및 압력 증강 장치로 공급한다. 산소 농축 가스의 유동비는 저압 출구로의 유동에서 탐지된다. 압력 증강 장치로의 유동비는 저압 출구로의 탐지된 유동을 기초로 제어된다.
본 발명의 상기 및 기타 목적은 제 1 압력 및 제 2 압력으로 가스를 공급하기 위한 장치에 의해 달성된다. 상기 장치는 저압 출구 및 고압 출구와 연결되는 가스 생성 시스템 출구를 가지는 가스 생성 시스템을 포함한다. 유체 스위치 및 탐지기는 가스 생성 시스템 출구와 연결되고 저압까지 가스 유동비를 탐지한다. 제어기는 유체 스위치에 의해 제공되는 신호를 기초로 고압까지 가스 유동을 제어한다. 압력 증강 장치는 고압 저장기로의 유출력을 위해 가스 생성 시스템으로 생성되는 가스의 압력을 상승시키도록 고압 출구와 연결된다.
본 발명에 따른 다중-비율 충전 특성을 가지는 가스 생성 시스템은 저압 출구에 유동이 없는 경우에 선행 기술의 충전 시스템과 비교된 바와 같이 충전율이 용이하게 2배 그리고 4배까지 될 수 있다. 이것은 충전 시간을 절반으로 감소시킨다.
본 발명의 또 다른 목적과 장점은 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 용이하게 명백해질 것이며, 여기에서 본 발명의 바람직한 실시예는, 단순히 본 발명의 실행이 고려된 최상의 형태를 예증하는 방식으로, 도시되고 게시된다. 실행되는 바와 같이, 본 발명은 기타 그리고 다른 실시예가 가능하고, 그것의 몇가지 상세한 사항은, 모든것이 본 발명으로부터 벗어남이 없이, 다양하고 명백한 내용안에서 변형이 가능하다. 따라서, 그것의 도면과 설명은 본질적으로 예증으로서 고려되고, 한정하는 것으로 고려되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 다중-비율의 충전 특성을 가지는 가스 생성 시스템의 블럭 개략도.
본 발명은, 동일한 참조 번호 표시를 가지는 요소가 전체적으로 유사한 요소들을 나타내는, 첨부된 도면에서, 실시예로 도시되고, 한정되도록 도시되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따라 다중-비율로 충전하는 가스 생성 시스템(10)을 묘사한다. 도 1에서, 공압 연결을 가지는 함수 블럭은 화살표를 가지는 실선으로 도시되고 제어 신호는 점선으로 도시된다. 압력 스윙 흡착(PSA) 시스템(20)은 시스템(10)의 가스 생성부이다. 본 발명은 바람직하게 기타 가스 생성 시스템 대신에 PSA 시스템을 사용한다. 그러나, 상기 개념은 다른 유형의 가스 생성 시스템(고체, 선택적 필터링(filtering), 전해, 등)과 작용한다. PSA 시스템(20)에 의해 생성되는 가스는 압력 조절기(38)에 의해 조절되고 저압 출구(30)에서 유효하게 된다. 저압 출구 유동을 탐지하기 위해, 유체 스위치(35)가 PSA 시스템(20)과 출구(30) 사이에 삽입된다. 유체 스위치(35)는 (임계값 이상 또는 이하의) 유동을 탐지하고 기계적 스위치 접촉이나 고체 스위치에 의해 논리 신호를 출력하는 장치이다. 그것은 통상적으로 열린 또는 통상적으로 닫힌 스위치 접촉(제어기에 따라, 통상적으로 높은 또는 낮은 논리)을 선택할 수 있다. 유체 스위치(35)는 압력 조절기(25)를 바이패스(bypass)하도록 솔레노이드(70)를 구동시키기 위해 사용될 수 있다.
PSA 시스템(20)에 의해 압력 증강 장치(40)로 공급되는 가스는 압력 조절기(25)에 의해 조절될 수 있다. 그 결과로 고압 출구(50)에서 더 큰 충전율이 발생한다. 또한 유체 스위치(35) 논리 신호는 시스템 주기 시간을 변화시키기 위해 주기 시간 제어기(60)로 입력된다. 유동이 없는 경우에, 제어기(60)는 고압 출구(50)에서 충전율을 증가시키도록 주기 시간을 감소시킬 수 있다. 압력 조절기(25) 바이패스 및 감소된 주기 시간의 조합은 바람직한 충전율을 얻도록 이용될 수 있다. 전형적인 저압 출구 압력은 6 psig이다. 고압 출구(50)는 저장기를 충전하도록 저장기 충전실(용기)에 통상적으로 연결된다. 고압 출구(50)에서 최대 압력은 2000 psig이다.
압력 증강 장치(40)는 고압 출구(50)에서 유효한 고압을 발생시키도록 PSA 시스템(20)으로부터 입력을 수용한다. 공압으로 구동되는 압축기를 가지는 공압 구동 압력 스윙 흡착 시스템의 실시예가 1994년 10월 11일에 공고된 미국 특허 제 5,354,361 호에 기술됨으로써 본 명세서에 그것의 전체가 참조로 도입된다.
동시에 저압 출구에서 분당 5리터(5 LPM)의 유동과 (선행 기술에 대해 전형적인) 0.75 LPM의 충전율이 설명되었다. 주기 시간은 19초이다. 저압 출구 유동이 임계값(즉, 2.5 LPM) 미만인 경우에 주기 시간을 변화시키거나 압력 조절기(25)를 바이패스시킴으로써, 충전율은 (11초의 주기 시간 및 80 psig의 입구 압력과 함께) 3 LPM까지 변화될 수 있다. 증강 장치(40)의 유동비(충전율)은 증강 장치(40) 입구의 압력 및 작동 주기에 좌우된다. 증강 장치(40) 입구 압력은 PSA 시스템(20)과 증강 장치(40) 사이에 (상기된) 압력 조절기(25)를 부가함으로써 제어될 수 있다.
작동 주기는 주기 시간 제어기(60, 통상적으로 고정 시스템 제어기)에 의해 제어된다. 충전율을 제어하기 위해, 유체 스위치(35)는 최대 PSA 출구압이나 부분적(조절된) PSA(20) 유출압으로 증강 장치(40)를 작동시키도록 솔레노이드 밸브(70)를 제어할 수 있다. 추가적으로, 유체 스위치(35) 입력은 충전율을 변화시키기 위해 증강 장치(40)에 대한 주기 시간을 결정하도록 사용될 수 있다. 상기된 바와 같이, 유체 스위치는 최소 유동을 탐지하고 나서 유동이 임계값을 지나는 경우에 전기 스위치 또는 기계적 접촉의 on 과 off를 변화시킨다.
O2센서(32)는 충전을 제어하는 주 제어기(도시 안됨)에 연결된다. 산소 농도가 임계값(즉, 90%) 미만이면, 주기 제어기(60)는 증강 장치(40)가 고압 출구(50)로 충전하는 것을 정지시킨다. 산소 가스 농도 모니터의 실시예가 1995년 4월 4일에 공고된 미국 특허 제 5,402,665 호에 기술된다. PSA(20) 유출로부터의 소량, 예를 들면, 전형적으로 분당 250 cc 미만의 가스는 확실하게 산소 순도가 예정치, 예를 들어 90% 이상이 되도록 산소 센서(32)에 의해 연속적으로 모니터링(monitoring)된다. 순도가 예정치 또는 임계치 미만이면, 마이크로프로세서는 장비 고장 발생을 경고하고 압력 증강 장치(40)의 순환 작용을 정지시키도록 경고등을 작동시킬 수 있다. 압력 증강 장치(40)는 구동 공기 실린더 및 제 1, 2 단계 제품 가스 실린더를 가지는 표준 2-단계 장치가 가능하다. 기타 방법 및 장치가 (조절기 및 솔레노이드 밸브 등을 대체하는 전기 제어 압력 조절기를 사용하여) 압력 및 주기 시간 제어를 실행하도록 상기 설명 이외에 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제 1 압력은 0-80 psi의 범위이고 제 2 압력은 3000 psi까지의 범위이다.
산소-농축 공기의 산소 함량은 광범위하게 변화될 수 있으나 바람직하게는 적어도 85 부피%이다. 바람직한 실시예에서는, 산소 함량이 적어도 90 부피%이고, 특히 92-94 부피%의 범위이다.
본문에 게시된 산소 농축기는 보행 가능한 환자에 의해 사용되도록, 압력 용기, 예를 들면 실린더에 저장하기 위한 적정 압력, 예를 들어 2000 psig까지 산소-농축 공기 일부의 압력을 상승시키도록 압력 증강 장치(40)를 사용한다. 실린더가 빈 경우에, 압력 증강 장치(40)는 상대적으로 저압, 예를 들어, 대략 저장기 충전실의 압력, 예를 들면 30 psig로 산소-농축 공기를 공급하지만, 이 압력은 실린더가 충전됨에 따라, 예를 들어 상기된 2000 psig까지 상승하는 것이 인지될 것이다.
본 발명에 따른 다중-비율 충전 특성을 가지는 가스 생성 시스템은 저압 출구에 유동이 없는 경우에 선행 기술의 충전 시스템과 비교되는 바와 같이 충전율이 용이하게 2배 그리고 4배까지 될 수 있다. 이것은 충전 시간을 절반으로 감소시킨다.
본 발명이 상기된 모든 목적을 실행하는 것이 당업자에 의해 용이하게 인지될 것이다. 상기 명세서를 이해한 후에, 당업자는 본문에 광범위하게 기술된 바와 같이 다양한 변형, 동일 사항의 대체 및 본 발명의 다양한 기타 양태를 적용할 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명에 허여되는 보호는 첨부된 청구항과 그것의 동일사항에 포함되는 내용에 의해서만 한정되는 것이 의도된다.
본 발명의 가스 생성 시스템은 선행 기술의 시스템보다 더 신속하게 가스 실린더를 충전할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (21)

  1. 가스 생성 시스템 출구를 가지는 가스 생성 시스템;
    상기 가스 생성 시스템 출구와 연결되며 제 1 압력으로 가스 유출을 형성하는 출구를 가지는 유체 스위치;
    제 1 압력에서 상기 가스 출구로의 가스 유동을 조절하기 위해 상기 가스 생성 시스템 출구와 연결되는 압력 조절기;
    상기 유체 스위치에 의해 전기 제어되고 상기 가스 생성 시스템 출구와 연결되며 솔레노이드 밸브 출구를 가지는 솔레노이드 밸브; 및
    제 2 압력에서 출구로의 유출력을 위해 상기 가스 생성 시스템으로 생성되는 가스의 압력을 상승시키도록 상기 솔레노이드 밸브와 연결되는 압력 증강 장치
    를 포함하는, 제 1 압력 및 제 2 압력으로 가스를 공급하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 증강 장치의 주기 시간을 제어하도록 작동하는 주기 시간 제어기를 더 포함하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 생성 시스템은 산소 농축기인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 주기 시간의 길이는 상기 유체 스위치가 열린 상태에 있는 시간의 길이에 반비례하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 산소 농축기는 압력 스윙 흡착(PSA)을 이용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 조절기는 제 1 압력이 변화될 수 있도록 조절가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 조절기는 전기 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 제 2 압력은 3000 psi까지인 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 제 1 압력은 0-80 psi의 범위인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 제 1 압력은 약 6 psi인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 산소 농축 가스를 저압 출구 및 압력 증강 장치로 공급하는 단계;
    상기 저압 출구로의 산소 농축 가스 유동의 유동비를 탐지하는 단계; 및
    상기 저압 출구로의 탐지된 유동을 기초로 상기 압력 증강 장치로의 유동비를 제어하는 단계
    를 포함하는, 변화하는 비율로 제품 가스를 고압 저장기에 충전하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 저압 증강 장치로의 탐지된 유동비에 따라 상기 압력 증강 장치의 주기 시간을 조절하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 압력 조절기를 사용하여 공급되는 산소 농축 가스의 압력을 조절하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 압력 증강 장치로 산소 농축 가스를 공급하도록 상기 압력 조절기를 바이패싱(bypassing)하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 산소 농축 가스는 산소 농축기에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 저압 출구 및 고압 출구와 연결되는 가스 생성 시스템 출구를 가지는 가스 생성 시스템;
    상기 가스 생성 시스템 출구와 연결되며 상기 저압까지 가스 유동비를 탐지하기 위한 유체 스위치 및 탐지기;
    상기 유체 스위치에 의해 제공되는 신호를 기초로 고압까지 가스 유동을 제어하기 위한 제어기; 및
    고압 저장기로의 유출력을 위해 상기 가스 생성 시스템에 의해 생성되는 가스의 압력을 상승시키도록 상기 고압 출구와 연결되는 압력 증강 장치
    를 포함하는, 제 1 압력 및 제 2 압력으로 가스를 공급하기 위한 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 압력 증강 장치의 주기 시간을 제어하도록 작동하는 주기 시간 제어기를 더 포함하는 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 가스 생성 시스템은 산소 농축기인 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 주기 시간의 길이는 상기 유체 스위치가 열린 상태에 있는 시간의 길이에 반비례하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 가스 생성 시스템의 출구 압력을 제어하기 위한 압력 조절기를 더 포함하는 장치.
  21. 제 16 항에 있어서, 상기 유체 스위치에 의해 전기 제어되고 상기 가스 생성 시스템 출구와 연결되며 솔레노이드 밸브 출구를 가지는 솔레노이드 밸브를 더 포함하는 장치.
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