KR20090008384A - 유체 저장 및 분배 장치 - Google Patents

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KR20090008384A
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compensation
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KR1020087028369A
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데이비드 러셀 루프레치트
션 리차드 맥콜
스티븐 제임스 데마이오
애스호크 나레인 마사
Original Assignee
에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
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Abstract

유체 저장 및 분배 장치는 가동 격벽 부재가 내부를 제1 가변 용적과 제2 가변 용적으로 분할하는 압력 베셀을 포함한다. 제1 가변 용적은 생성물 유체를 유입 및 유출하도록 된 제1 통로를 갖고, 제2 가변 용적은 보상 가스를 유입 및 유출하도록 된 제2 통로를 갖는다. 유체 저장 및 분배 장치는 (1) 보상 가스를 제공하기 위한 보상 가스 라인, (2) 보상 가스 라인에 설치되고 상류측과 하류측을 갖는 제1 오리피스, (3) 제2 통로와 제1 오리피스의 하류측 사이의 보상 가스 라인에 연결되는 보상 가스 배기 라인, 및 (4) 보상 가스 배기 라인에 설치되는 제2 오리피스를 포함하며, 제2 오리피스의 흐름 단면적은 제1 오리피스의 흐름 단면적보다 작다.

Description

유체 저장 및 분배 장치{FLUID STORAGE AND DISPENSING SYSTEM}
본 발명은 유체 저장 및 분배 장치에 관한 것이다.
유체 생성물에 대한 흐름 요구가 변동할 수 있거나 간헐적인 상업 및 산업 어플리케이션에서는 통합 생산 장치에 의한 유체 또는 가스상 생성물의 생성 및 분배가 널리 이용된다. 가변적 흐름 요구를 충족시키기 위해서, 통합 생산 장치는 통상적으로 유체 또는 가스 생성 장비의 용량을 초과하는 피크 생성물 흐름 요구를 충족시키는 생성물 유체 저장 탱크 또는 서지 탱크를 포함한다. 그러한 어플리케이션의 예는, 퍼지화, 비활성화, 타이어 팽창 및 관련 어플리케이션을 위해 질소가 사용되는 압력 변동 흡착(pressure swing adsoprtion) 장치 또는 멤브레인 장치에 의해 공기로부터 질소를 분리하는 것이다. 생성된 질소 가스는 통상적으로 압력 변동 흡착 장치 또는 멤브레인 장치의 용량을 초과하는 피크 생성물 흐름 요구를 충족시키기에 적절한 압력의 서지 탱크에 저장된다.
이들 많은 용례에서, 피크 생성물 흐름 요구는 대형 서지 탱크를 필요로 하는데, 이 대형 서지 탱크는 매우 큰 플로어 공간을 차지하고 생성 및 분배 장치의 이동성을 제한한다. 종종 장치의 플로어 공간 요건을 최소화하고 작동 영역 주위에서 장치를 이동시키는 것이 필요하기 때문에, 용이한 장치 이동성을 허용하는 보 다 작은 저장 탱크를 지닌 개선된 유체 생성 및 분배 장치가 필요하다. 이러한 필요성은 이하에서 설명하고 후속하는 청구 범위에 의해 규정되는 본 발명의 실시예에 의해 해결된다.
본 발명의 실시예는
(a) 내면, 내부, 외부 및 이들 내부와 외부 사이의 강성벽을 갖는 압력 베셀;
(b) 압력 베셀의 내부에 배치되는 가동 격벽 부재로서, 내부를 제1 가변 용적과 제2 가변 용적으로 분할하고, 상기 제1 가변 용적은 제2 가변 용적과 흐름 연통하지 않는 것인 가동 격벽 부재;
(c) 압력 베셀의 강성벽을 관통하여 제1 가변 용적으로 통하는 제1 통로로서, 생성물 유체를 제1 가변 용적으로 유입하고 제1 가변 용적으로부터 생성물 유체를 취출하도록 되어 있는 제1 통로; 및
(d) 압력 베셀의 강성벽을 관통하여 제2 가변 용적으로 통하는 제2 통로로서, 보상 가스를 제2 가변 용적으로 유입하고 제2 가변 용적으로부터 보상 가스를 취출하도록 되어 있는 제2 통로
를 포함하는 유체 저장 및 분배 장치에 관한 것이다.
이러한 유체 저장 및 분배 장치는
(1) 제2 통로를 보상 가스 소스와 흐름 연통하게 하는 보상 가스 라인;
(2) 보상 가스 라인에 설치되고 상류측과 하류측을 갖는 제1 오리피스;
(3) 제2 통로와 제1 오리피스의 하류측 사이의 부위에서 보상 가스 라인과 흐름 연통하는 보상 가스 배기 라인으로서, 보상 가스를 보상 가스 라인으로부터 대기로 배출하도록 되어 있는 보상 가스 배기 라인; 및
(4) 보상 가스 배기 라인에 설치되는 제2 오리피스로서, 이 제2 오리피스의 흐름 단면적이 제1 오리피스의 흐름 단면적보다 작은 것인 제2 오리피스
를 포함하는 보상 가스 공급 장치를 포함한다.
다른 실시예는
(a) 내면, 내부, 외부 및 이들 내부와 외부 사이의 강성벽을 갖는 압력 베셀;
(b) 압력 베셀의 내부에 배치되는 가요성 유체 컨테이너로서, 내부, 외면, 및 이 컨테이너의 내부와 압력 베셀의 강성벽을 관통하는 제1 통로를 연결하는 개구를 갖는 가요성 유체 컨테이너;
(c) 가요성 유체 컨테이너의 내부에 의해 형성되는 제1 가변 용적으로서, 제1 통로가 생성물 유체 공급 라인 및 생성물 유체 분배 라인과 흐름 연통하고, 제1 흐름 통로가 생성물 유체를 제1 가변 용적으로 유입하고 제1 가변 용적으로부터 생성물 유체를 취출하도록 되어 있는 것인 제1 가변 용적;
(d) 압력 베셀의 내면과 가요성 유체 컨테이너의 외면에 의해 형성되는 제2 가변 용적으로서, 보상 가스를 제2 가변 용적으로 유입하고 제2 가변 용적으로부터 보상 가스를 취출하도록 된 제2 통로와 흐름 연통하는 제2 가변 용적; 및
(e) 보상 가스 공급 장치
를 포함하고, 상기 보상 가스 공급 장치는
(1) 제2 통로를 보상 가스 소스와 흐름 연통하게 하는 보상 가스 라인;
(2) 보상 가스 라인에 설치되고 상류측과 하류측을 갖는 제1 오리피스;
(3) 제2 통로와 제1 오리피스의 하류측 사이의 부위에서 보상 가스 라인과 흐름 연통하는 보상 가스 배기 라인으로서, 보상 가스를 보상 가스 라인으로부터 대기로 배출하도록 되어 있는 보상 가스 배기 라인; 및
(4) 보상 가스 배기 라인에 설치되는 제2 오리피스로서, 이 제2 오리피스의 흐름 단면적이 제1 오리피스의 흐름 단면적보다 작은 것인 제2 오리피스
를 포함하는 것인 유체 생성 및 분배 장치를 포함한다.
관련 실시예는
(a) 유체 저장 및 분배 장치를 제공하는 단계로서, 상기 유체 저장 및 분배 장치는
(1) 내면, 내부, 외부 및 이들 내부와 외부 사이의 강성벽을 갖는 압력 베셀;
(2) 압력 베셀의 내부에 배치되는 가요성 유체 컨테이너로서, 내부, 외면, 및 이 컨테이너의 내부와 압력 베셀의 강성벽을 관통하는 제1 통로를 연결하는 개구를 갖는 가요성 유체 컨테이너;
(3) 가요성 유체 컨테이너의 내부에 의해 형성되는 제1 가변 용적으로서, 제1 통로가 생성물 유체 공급 라인 및 생성물 유체 분배 라인과 흐름 연통하고, 제1 통로가 생성물 유체를 제1 가변 용적으로 유입하고 제1 가변 용적으로부터 생성물 유체를 취출하도록 되어 있는 것인 제1 가변 용적;
(4) 압력 베셀의 내면과 가요성 유체 컨테이너의 외면에 의해 형성되는 제2 가변 용적으로서, 보상 가스를 제2 가변 용적으로 유입하고 제2 가변 용적으로부터 보상 가스를 취출하도록 된 제2 통로와 흐름 연통하는 제2 가변 용적; 및
(5) 보상 가스 공급 장치
를 포함하고, 상기 보상 가스 공급 장치는
(i) 제2 통로를 보상 가스 소스와 흐름 연통하게 하는 보상 가스 라인;
(ii) 보상 가스 라인에 설치되고 상류측과 하류측을 갖는 제1 오리피스;
(iii) 제2 통로와 제1 오리피스의 하류측 사이의 부위에서 보상 가스 라인과 흐름 연통하는 보상 가스 배기 라인으로서, 보상 가스를 보상 가스 라인으로부터 대기로 배출하도록 되어 있는 보상 가스 배기 라인; 및
(iv) 보상 가스 배기 라인에 설치되는 제2 오리피스로서, 이 제2 오리피스의 흐름 단면적이 제1 오리피스의 흐름 단면적보다 작은 것인 제2 오리피스
를 포함하는 것인 유체 생성 및 분배 장치 제공 단계;
(b) 제1 시간 기간 동안, 제1 가변 용적으로부터 생성물 유체를 취출하고, 이 생성물 유체를 생성물 유체 공급 라인에서 나온 생성물 유체와 결합하여 결합된 생성물 유체를 제공하며, 결합된 생성물 유체를 생성물 유체 분배 라인으로 유입하고, 보상 가스를 제1 오리피스와 보상 가스 라인을 통해 제2 가변 용적으로 유입하는 단계; 및
(c) 제2 시간 기간 동안, 생성물 유체 공급 라인에서 나온 생성물 유체의 제1 부분을 생성물 유체 분배 라인으로 유입하고, 생성물 유체 공급 라인에서 나온 생성물 유체의 제2 부분을 제1 가변 용적으로 유입하며, 보상 가스를 제2 오리피스와 보상 가스 배기 라인을 통해 제2 가변 용적으로부터 취출하는 단계
를 포함하는 유체 저장 및 분배 방법을 포함한다.
다른 관련 실시예는
(a) 내면, 내부, 외부 및 이들 내부와 외부 사이의 강성벽을 갖는 압력 베셀;
(b) 압력 베셀의 내부에 배치되는 가요성 가스 컨테이너로서, 내부, 외면, 및 이 컨테이너의 내부와 압력 베셀의 강성벽을 관통하는 제1 통로를 연결하는 개구를 갖는 가요성 가스 컨테이너;
(c) 가요성 가스 컨테이너의 내부에 의해 형성되는 제1 가변 용적으로서, 제1 통로가 생성물 가스 공급 라인 및 생성물 가스 분배 라인과 직접 흐름 연통하고, 제1 통로가 생성물 가스를 제1 가변 용적으로 유입하고 제1 가변 용적으로부터 생성물 가스를 취출하도록 되어 있는 것인 제1 가변 용적;
(d) 압력 베셀의 내면과 가요성 가스 컨테이너의 외면에 의해 형성되는 제2 가변 용적으로서, 보상 가스를 제2 가변 용적으로 유입하고 제2 가변 용적으로부터 보상 가스를 취출하도록 된 제2 통로와 흐름 연통하는 제2 가변 용적; 및
(e) 보다 덜 강력하게 흡착 가능한 성분이 농후한 배출물 가스를 제공하도록, 보다 강력하게 흡착 가능한 성분과 보다 덜 강력하게 흡착 가능한 성분을 포함하는 가스 혼합물로부터 보다 강력하게 흡착 가능한 성분을 선택적으로 흡착하도록 되어 있는 흡착재를 함유하는 적어도 하나의 베셀을 포함하는 압력 변동 흡착 장치로서, 생성물 가스 공급 라인과 제1 통로를 통해 제1 가변 용적에 배출물 가스를 직접 제공하도록 되어 있는 유출관을 포함하는 압력 변동 흡착 장치
를 포함하는 가스 생성, 저장 및 분배 장치에 관한 것이다.
다른 실시예는
(a) 가스 저장 및 분배 장치를 제공하는 단계로서, 상기 가스 저장 및 분배 장치는
(1) 내면, 내부, 외부 및 이들 내부와 외부 사이의 강성벽을 갖는 압력 베셀;
(2) 압력 베셀의 내부에 배치되는 가요성 가스 컨테이너로서, 내부, 외면, 및 이 컨테이너의 내부와 압력 베셀의 강성벽을 관통하는 제1 통로를 연결하는 개구를 갖는 가요성 가스 컨테이너;
(3) 가요성 가스 컨테이너의 내부에 의해 형성되는 제1 가변 용적으로서, 제1 통로가 생성물 가스 공급 라인 및 생성물 가스 분배 라인과 직접 흐름 연통하고, 제1 통로가 생성물 가스를 제1 가변 용적으로 유입하고 제1 가변 용적으로부터 생성물 가스를 취출하도록 되어 있는 것인 제1 가변 용적;
(4) 압력 베셀의 내면과 가요성 가스 컨테이너의 외면에 의해 형성되는 제2 가변 용적으로서, 보상 가스를 보상 가스 라인을 통해 제2 가변 용적으로 유입하고 보상 가스를 보상 가스 라인을 통해 제2 가변 용적으로부터 취출하도록 된 제2 통로와 흐름 연통하는 제2 가변 용적
을 포함하는 것인 가스 저장 및 분배 장치 제공 단계; 및
(b) 보다 강력하게 흡착 가능한 성분과 보다 덜 강력하게 흡착 가능한 성분을 포함하는 공급 가스 혼합물을 흡착재를 함유하는 흡착기 베셀로 유입하고, 보다 강력하게 흡착 가능한 성분의 일부를 흡착재 상에 선택적으로 흡착하며, 흡착기 베셀로부터 보다 덜 강력하게 흡착 가능한 성분이 농후한 배출물 가스를 취출하여 생성물 가스를 제공하고, 생성물 가스를 생성물 가스 공급 라인으로 직접 유입하는 단계
를 포함하는 가스 생성, 저장 및 분배 방법을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일반적인 실시예의 개략적인 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 사용되는 블래더형 저장 탱크의 단면도이다.
도 3은 블래더형 저장 탱크와 통합된 압력 변동 흡착 장치를 이용하는 본 발명의 특정 실시예의 관 및 기구의 개략적인 다이어그램이다.
이들 도면은 도시한 구성 요소의 정확한 관계와 크기로 구성되지 않고 본 발명의 실시예를 예시하며, 축척이 맞을 필요가 없고, 이러한 실시예를 도면에 도시한 임의의 특징으로 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명의 실시예는 압축 유체에 대한 흐름 요구가 변동 가능하거나 및/또는 간헐적인 어플리케이션에서 압축 유체를 공급하는 장치 및 방법을 제공한다. 실시예는 내면, 내부, 외부 및 이들 내부와 외부 사이에 강성벽을 갖는 압력 베셀을 포 함하는 유체 또는 가스 저장 장치를 사용한다. 압력 베셀의 내부에 가동 격벽 부재가 배치되며, 이 가동 격벽 부재는 내부를 제1 가변 용적과 제2 가변 용적으로 분할한다. 제1 가변 용적은 제2 가변 용적과 흐름 연통하지 않으며, 가동 격벽 부재는 제1 가변 용적으로부터 제2 가변 용적을 분리한다. 통상적으로, 제1 가변 용적과 제2 가변 용적의 총 부피는 기본적으로 일정할 수 있다. 압력 베셀의 강성벽을 관통하는 제1 통로는 제1 가변 용적으로 통하고, 제1 통로는 생성물 유체를 제1 가변 용적으로 유입하고, 제1 가변 용적으로부터 생성물 유체를 취출하도록 되어 있다. 압력 베셀의 강성벽을 관통하는 제2 통로는 제2 가변 용적으로 통하고, 제2 통로는 보상 가스를 제2 가변 용적으로 유입하고, 제2 가변 용적으로부터 보상 가스를 취출하도록 되어 있다. 보상 가스는 생성물 유체가, 요구되는 생성물 유체의 공급 압력과 동일한 기본적으로 일정한 압력으로 가요성 유체 컨테이너 내외로 유입 또는 취출되게 한다.
상기 장치는
(1) 제2 통로를 보상 가스 소스와 흐름 연통하게 하는 보상 가스 라인;
(2) 보상 가스 라인에 설치되고 상류측과 하류측을 갖는 제1 오리피스;
(3) 제2 통로와 제1 오리피스의 하류측 사이의 부위에서 보상 가스 라인과 흐름 연통하는 보상 가스 배기 라인으로서, 보상 가스를 보상 가스 라인으로부터 대기로 배출하도록 되어 있는 보상 가스 배기 라인; 및
(4) 보상 가스 배기 라인에 설치되는 제2 오리피스로서, 이 제2 오리피스의 흐름 단면적이 제1 오리피스의 흐름 단면적보다 작은 것인 제2 오리피스
를 포함하는 보상 가스 공급 장치를 사용한다.
보상 가스는 제1 가변 용적이 각각 수축 또는 팽창할 때 제2 가변 용적 내외로 유입 또는 취출되는 가스로서 규정된다. 보상 가스는 기본적으로 제1 가변 용적의 압력과 동일한 제2 가변 용적의 압력을 유지한다.
압력 베셀 내부 내의 제1 가변 용적과 제2 가변 용적은 복수 타입의 가동 격벽 부재에 의해 형성될 수 있다. 일실시예에서, 블래더 백이 사용될 수 있는데, 이 블래더 백의 벽이 가동 격벽 부재이며, 제1 가변 용적은 블래더 백의 내부에 의해 형성되고, 제2 가변 용적은 압력 베셀의 내면과 블래더 백의 외면에 의해 형성된다. 다른 실시예에서, 벨로우즈 조립체(bellows assembly)가 사용될 수 있는데, 벨로우즈 벽이 가동 격벽 부재이며, 제1 가변 용적이 벨로우즈의 내부에 의해 형성되고, 제2 가변 용적이 압력 베셀의 내면과 벨로우즈의 외면에 의해 형성된다.
변형예에서, 가요성 다이어프램 조립체가 사용될 수 있는데, 다이어프램의 외주부가 압력 베셀의 내벽에 대해 시일되며, 다이어프램이 가동 격벽 부재이다. 다이어프램은 굴곡 가능한 및/또는 연신 가능한 재료로 형성된다. 제1 가변 용적은 다이어프램의 일측부와 이 다이어프램의 일측부 상의 압력 베셀의 내면에 의해 형성되고, 제2 가변 용적은 다이어프램의 타측부와 이 다이어프램의 타측부 상의 압력 베셀의 내면에 의해 형성된다.
다른 변형예에서, 피스톤이 압력 베셀의 내면에 대해 활주 가능한 시일을 형성하는 가동 격벽 부재로서 사용될 수 있다. 제1 가변 용적은 피스톤의 일측부와 이 피스톤의 일측부 상의 압력 베셀의 내면에 의해 형성되고, 제2 가변 용적은 피 스톤의 타측부와 이 피스톤의 타측부 상의 압력 베셀의 내면에 의해 형성된다.
필요하다면, 전술한 바와 같은 제1 가변 용적 및 제2 가변 용적의 기능을 제공하는 임의의 다른 타입의 가동 격벽 부재와 압력 베셀을 사용할 수 있다.
본 발명의 어떤 실시예는 가요성 유체 컨테이너의 외면과 압력 베셀의 내면 사이의 용적의 압력을 제어하는 보상 가스를 지닌, 압력 베셀의 내부에 배치되는 가요성 유체 컨테이너를 포함하는 유체 또는 가스 저장 장치를 이용한다. 가요성 유체 컨테이너는, 예컨대 전술한 바와 같은 블래더 백 또는 벨로우즈 조립체일 수 있다. 보상 가스는 요구되는 생성물 유체 또는 가스의 공급 압력과 동일한 기본적으로 일정한 압력으로 가요성 유체 컨테이너의 내부 내외로 생성물 유체 또는 가스가 유입 또는 취출되게 한다. 가요성 유체 컨테이너는 생성물 가스를 생성하는 분리 유닛과 통합되며, 통합된 가요성 유체 컨테이너와 분리 유닛은 요구되는 피크 생성물 유량을 제공하는 한편, 통합형 장치의 크기를 최소화한다.
도 1에는 공기로부터 질소를 회수하고, 회수된 질소를 소망하는 압력과 생성물 유량 범위로 소비자에게 분배하는 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 이 도면에서, 대기는 라인(1)을 통해 약 110 내지 약 160 psig의 압력으로 제공되며, 대기의 제1 부분은 라인(3)을 통해 공기 분리 장치(5)로 흐른다. 공기 분리는, 예컨대 압력 변동 흡착 또는 멤브레인 분리와 같은 임의의 공지된 방법에 의해 실시할 수 있다. 공기 분리 장치는 생성물 유체 공급 라인(7)을 통해 장치의 설계 유량까지의 유량으로 지정된 순도 이상의 압축 질소 생성물 가스를 제공한다. 생성물 가스는 통상적으로 설계 생성물 유량 이하이고, 압력이 라인(1)의 공급 가스 압력보다 약간 낮고 주위 온도가 약 50 °F 내지 900 °F인 적어도 95 체적%의 질소를 함유한다. 질소가 고갈된 폐가스는 배기 라인(9)을 통해 배출된다. 공기 분리 장치가 설계 생성물 유량을 초과하여 작동하는 경우, 생성물 순도는 95 체적% 질소 미만일 것이다.
질소 생성물 가스는 시변(時變) 유량으로 생성물 유체 분배 라인(11)을 통해 최종 사용자에게 이송되며, 시간 변동 유량 중 몇몇은 공기 분리 장치(5)의 생산 용량을 초과할 수 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 최종 사용자에 의한 질소에 대한 요구는 간헐적일 수 있다. 라인(1)에 있는 공급 공기는 생성물 유체 분배 라인(11)에 있어서의 가스의 압력 요건을 만족시키기에 충분한 압력으로 제공된다. 변동 가능한 및/또는 간헐적인 생성물 가스 요구를 충족시키기 위해, 생성된 질소의 일부는 라인(13)을 통해, 강성벽형 압력 베셀(19)의 내부에 배치된 가요성 유체 또는 가스 컨테이너(17)를 포함하는 가변 용적 가스 저장 장치(15)로 안내될 수 있다. 가변 용적 가스 저장 장치는 가요성 컨테이너(17)의 내부(21)에 의해 형성되는 제1 가변 용적과, 가요성 컨테이너(17)의 외면과 압력 베셀(19)의 내면 사이에 형성되는 제2 가변 용적(23)을 형성한다.
가요성 컨테이너(17)는 컨테이너 내부(21)를, 라인(13)을 통해 생성물 유체 공급 라인(7) 및 생성물 유체 분배 라인(11)과 흐름 연통하는 통로(27)에 연결하는 개구(25)를 갖는다. 가요성 컨테이너(17)는 폴리머 재료로 제조된 블래더 백 또는 금속이나 폴리머 재료로 제조된 벨로우즈와 같은, 가요성 벽, 팽창 가능한 벽 및/또는 연신 가능한 벽을 갖는 임의의 타입의 가변 용적 기구에 의해 형성될 수 있 다. 본 실시예에서, 가요성 컨테이너(17)는, 예컨대 부틸 고무와 같은 폴리머 재료로 제조된 블래더 백이다. 폴리머 재료는 블래더 백에 수용되는 유체와 양립성이 있어야 한다. 통로(27)는 압력 베셀(19)의 상부벽 또는 헤드를 관통하는 개구를 통과하고, 이 개구에 시일 가능하게 유지된다. 제2 가변 용적(23)은 필요하다면 밸브(29)와 배기 라인(31)을 통해 배기될 수 있다.
압력 베셀(19)은 보상 가스 라인(35)을 통해 보상 가스를 유입 및 취출하기 위한 개구(33)를 갖는다. 본 실시예에서는, 보상 가스가 공기이지만, 가요성 컨테이너(17)의 재료와 양립성이 있는 임의의 적절한 가스를 사용할 수도 있다. 보상 가스는 라인(1)에서 나온 공급 공기의 제2 부분으로서 제공되며, 라인(37), 3 방향 2 위치 밸브(39) 및 라인(41)을 경유하여 오리피스(43)로 흐른다. 라인(45)은 오리피스(43)가 보상 가스 라인(35) 및 보상 가스 배기 라인(47)과 흐름 연통하게 한다. 오리피스(49)는 이 오리피스(49)를 통한 대기로의 보상 가스의 흐름을 제어하도록 배기 라인(47)에 설치된다. 3 방향 2 위치 밸브(39)에 배기 라인(51)이 연결되며, 아래에서 설명하겠지만 추가의 보상 가스의 배기를 허용하도록 이 배기 라인(51)에 오리피스(53)가 설치된다. 변형예에서는, 3 방향 밸브(39)와 흐름 오리피스(53)가 포함되지 않으며, 배기되는 모든 보상 가스는 오리피스(49)를 통해 흐른다.
보상 가스 회로는 생성물 가스가 가요성 컨테이너(17) 밖으로 흘러나올 경우에는 제2 가변 용적(23)에 보정 공기를 제공하고, 생성물 가스가 가요성 컨테이너(17) 내로 흘러들어갈 경우에는 제2 가변 용적(23)으로부터 보정 공기를 취출하 도록 구성된다. 각각의 오리피스는 통상적으로 유체 흐름 업계에 공지되어 있는 바와 같이 오리피스판에 드릴 가공된 원형 개구를 포함한다. 오리피스(43, 49)의 흐름 단면적과 직경은 생성물 가스가 가요성 컨테이너(17)로부터 취출될 때 보정 공기를 요구되는 압력과 유량으로 제2 가변 용적(23)에 제공하도록 선택된다. 오리피스(43)는 가요성 컨테이너(17)로부터 취출된 생성물 가스의 몰 유량과 거의 동일한 몰 유량으로 보상 가스를 제공하도록 크기가 정해진다. 오리피스(49)는 가요성 컨테이너(17)로부터 어떠한 생성물 가스도 배출되지 않을 때, 요구되는 생성물 가스 공급 압력과 거의 동일한, 라인(35, 45)의 역압(backpressure)을 형성하도록 크기가 정해진다. 3 방향 밸브(39)와 흐름 오리피스(53)가 포함되는 경우, 가요성 컨테이너(17)가 질소 생성물 가스로 가득 찼을 때 보상 가스는 오리피스(49)뿐만 아니라 오리피스(53)를 통해 배기된다. 3 방향 밸브(39)는 라인(37)을 통과하는 보상 가스를 차단하고, 이에 따라 가요성 컨테이너(17)로부터 어떠한 생성물 가스도 배출되지 않을 때 보상 가스를 보존한다.
제1 부분과 제2 부분에 적용되는 "흐름 소통하는"이라는 용어는 유체가 연결관 또는 중간 부분을 통해 제1 부분에서 제2 부분으로 및/또는 제2 부분에서 제1 부분으로 흐를 수 있다는 것을 의미한다. 제1 부분과 제2 부분에 적용되는 "연결된"이라는 용어는 유체가 직접 제1 부분에서 제2 부분으로 또는 연결관을 통해 제1 부분에서 제2 부분으로 흐를 수 있다는 것을 의미한다. 흐르는 유체에 적용되는 "직접 흐름 소통"이라는 용어와 "직접" 또는 "직접적"이라는 용어는 유체가 제1 부분에서 제2 부분으로 및/또는 제2 부분에서 제1 부분으로 흐를 수 있다는 것을 의 미하며, 이들 제1 부분과 제2 부분 사이의 유로가 관 및/또는 오리피스와 밸브로부터 선택된 하나 이상의 흐름 제어 기구를 포함할 수 있다는 점을 제외하고는, 유로는 임의의 베셀, 저장 탱크 또는 처리 장비와 흐름 소통하지 않는다. "농후한"이라는 용어는 분리 과정에서 취출된 유체 또는 가스 생성물 또는 부산물 스트림에 있는 성분의 농도가 분리 과정에 공급되는 공급물에 있는 해당 성분의 농도보다 큰 분리 과정에서 취출된 유체 또는 가스 생성물 또는 부산물 스트림을 칭한다.
본 명세서에서 사용되는 "압력 변동 흡착(PSA)"라는 포괄적인 용어는 최대 압력과 최소 압력 사이에서 작동하는 모든 흡착성 분리 장치에 적용된다. 최대 압력은 통상적으로 대기압 초과 압력이며, 최소 압력은 대기압 초과 압력(super-atmospheric pressure), 대기압 또는 대기압 미만 압력(sub-atmospheric pressure)일 수 있다.
"임의의"라는 형용사는, 하나, 복수 또는 양이 얼마든지 간에 무조건적으로 전부를 의미한다. 제1 개체와 제2 개체 사이에 위치되는 "및/또는"이라는 용어는 (1) 제1 개체, (2) 제2 개체, 및 (3) 제1 개체와 제2 개체 중 하나를 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 유체는 액체, 가스 또는 초임계(超臨界) 유체일 수 있고, 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다.
도 1을 다시 참고하면, 보상 가스 회로는 가변 용적 가스 저장 장치(15)를 통해 공기 분리 장치(5) 상에 최소 역압을 제공하고, 이에 따라 공기 분리 장치를 통한 최대 압력 강하를 설정한다. 예컨대, 보상 가스 회로는 가요성 컨테이너(17)의 내부(21)의 압력을 약 130 psig로 유지하도록 구성될 수 있고, 이에 따라 생성 물 유체 공급 라인(7)의 압력을 약 130 psig로 유지한다. 공급 공기는 약 140 psig의 전형적인 압력의 라인(1)을 통해 제공될 수 있고, 이에 따라 공기 분리 장치(5)를 통한 압력 강하를 제한하여, 공기 분리 장치를 통한 유량을 제한한다. 이것은 최소 질소 생성물 순도, 예컨대 95 체적% 질소를 유지하도록 작용한다. 공기 분리 장치(5)는 당업계에 공지되어 있는 임의의 압력 변동 흡착(PSA) 장치 또는 멤브레인 투과 장치일 수 있다. 현재 이용 가능한 PSA 및 멤브레인 질소 발생기의 작동에 있어서, 최종 사용자로부터의 높은 흐름 요구는 질소 발생기로부터의 배출 압력에 있어서의 감소를 초래할 수 있고, 이에 따라 질소 발생기를 통한 압력 강하를 증가시킬 수 있어, 질소 분리기에서의 체류 시간을 줄이고, 낮은 질소 생성물 순도를 초래한다.
도 1의 장치는 타이밍, 지속 기간 및 최종 사용자에 의해 요구되는 라인(11)을 통과하는 유량에 따라 아래에서 설명하는 5개의 모드 중 임의의 모드로 작동하도록 되어 있다.
1) 제1 또는 대기 모드에서, 사용자에 의한 요구가 없으며, 가요성 컨테이너(17)는 가득 차서 압력 베셀(19)의 내부 전체를 차지하며, 가변 용적 가스 저장 장치(15)의 제2 가변 용적(23)에 있는 보상 가스의 부피는 실질적으로 0이다. 공기 분리 장치(5)는 대기 상태이다. 이 모드에서는, 보상 가스가 제2 가변 용적(23)으로 흘러들어가지 않고, 오리피스(43)를 통해 제공된 보상 가스가 오리피스(49)를 통해 배기되면서 라인(35)에서의 적절한 역압이 유지된다. 선택적인 3 방향 2 위치 밸브(39)와 오리피스(53)가 사용되는 경우, 3 방향 2 위치 밸브는 라 인(37)에 대하여 폐쇄되며 라인(41, 51) 사이에서 개방되고, 이에 따라 보상 가스 회로가 오리피스(53)를 통해 대기로 개방된 상태로 된다. 이 옵션에서는 라인들 중 어떠한 라인에서도 가스가 흐르지 않는다.
2) 제2 작동 모드에서, 생성물 유체 분배 라인(11)을 통한 생성물 가스에 대한 요구는 생성물 유체 공급 라인(7)에 있어서의 이용 가능한 생성물 가스 흐름을 초과하고, 가요성 컨테이너(17)는 저장된 생성물 가스를 수용한다. 이것은 (a) 장치가 대기 모드 상태인 이후에 처음으로 사용자에 의해 가스가 요구되고 공기 분리 장치가 정상 상태(steady state) 작동에 도달하기 위해 짧은 시간 기간을 필요로 하는 경우 및/또는 (b) 사용자의 요구가 설계 순도에서의 공기 분리 장치 용량보다 큰 경우에 일어날 수 있다. 이 작동 모드에서 이들 상황중에, 라인(13)을 통한 가요성 컨테이너(17)로부터의 가스 유출에 의해 생성물 부족이 일어난다. 생성물 가스가 가요성 컨테이너(17) 밖으로 흐를 때, 보상 가스는 대략 생성물 가스와 동일한 몰 질량 유랑 및 압력으로 라인(35)을 통해 제2 가변 용적(23)으로 흐른다.
3) 제3 작동 모드에서, 생성물 유체 분배 라인(11)을 통한 생성물 가스에 대한 요구는 생성물 유체 공급 라인(7)에서의 생성물 가스의 흐름보다 적고, 가요성 컨테이너(17)는 생성물 가스로 채워지지 않는다. 이러한 상황 동안, 생성물 가스는 라인(13)을 통해 가요성 컨테이너(17)로 흘러들어가고, 생성물 유체 분배 라인(11)을 통해 사용자에게로 흐른다. 생성물 가스가 가요성 컨테이너(17)로 흘러들어갈 때, 제2 가변 용적(23)에서 나온 보상 가스는 가요성 컨테이너(17)로 흘러들어가는 생성물 가스과 거의 동일한 몰 유량 및 압력으로 라인(35)을 통해 흐른 다. 과량의 보상 가스는 라인(47)과 오리피스(49)를 통해 배기된다. 선택적인 3 방향 밸브(39)와 오리피스(53)가 사용되는 경우, 추가의 보상 가스가 라인(51)과 오리피스(53)를 통해 배기되고, 라인(37)에서 흐르는 보상 가스는 차단된다.
4) 제4 작동 모드에서, 가요성 컨테이너(17)는 생성물 가스로 가득 차고, 사용자의 생성물 가스 요구는 설계 순도에서의 공기 분리 장치의 용량 이하이다. 이 모드에서는, 제2 가변 용적(23)으로 보상 가스가 흘러들어가지 않고, 오리피스(43)를 통해 제공되는 보상 가스는 오리피스(49)를 통해 배기되면서, 라인(35)에서의 적절한 역압이 유지된다. 선택적인 3 방향 밸브(39)와 오리피스(53)가 사용되고, 라인(11)에서 흐르는 생성물 가스가 소정값(예컨대, 1.2 SCFM) 미만인 경우, 추가의 보상 가스가 라인(51)과 오리피스(53)를 통해 배기되고, 라인(37)에서 흐르는 보상 가스는 차단되며, 라인(35)에서의 압력은 대기압이 된다. 라인(11)에서 흐르는 생성물이 소정값(예컨대, 1.2 SCFM) 이상인 경우, 선택적인 3 방향 밸브(39)가 작동하여 보상 가스가 33으로 이송되게 할 것이다.
5) 제5 작동 모드에서, 생성물 유체 분배 라인(11)을 통한 생성물 가스에 대한 요구는 설계 순도에서의 공기 분리 장치(5)의 용량을 초과하며, 가요성 컨테이너(17)는 비어 있다. 이 모드는 좀처럼 실시되지 않겠지만, 이 모드가 실시되는 경우에는 공기 분리 장치(5)에 의해 보다 많은 생성물 흐름이 감소된 생성물 순도로 제공될 것이다. 이 모드에서는, 제2 가변 용적(23)이 가득 찬 상태이기 때문에 보상 가스가 제2 가변 용적으로 흐르지 않는다. 오리피스(43)를 통해 제공되는 보상 가스는 오리피스(49)를 통해 배기되면서, 라인(35)과 제2 가변 용적(23)에서의 적절한 역압을 유지한다.
상기 설명에서 사용된 보상 가스는 정의상으로는 가요성 컨테이너(17)의 역압과 실질적으로 동일한 제2 가변 용적(23)의 압력을 유지하는 역할을 한다. "실질적으로 동일한"의 의미는 제2 가변 용적(23)에 있는 가스와 제1 가변 용적(21) 간의 압력차가 통상 무시할만하거나 0이지만, 전술한 어떠한 작동 모드의 개시 또는 종료시에 약간 변할 수 있다는 것을 뜻한다.
제2 가변 용적(23)으로 흘러들어가는 보상 가스는 가요성 컨테이너(17)로부터 취출된 생성물 가스의 체적을 대신한다. 제2 가변 용적(23)과 가요성 컨테이너(17) 간에는 가스를 가요성 컨테이너(17) 밖으로 강제하는 실질적인 압력차가 존재하지 않으며, 제2 가변 용적(23)은 가요성 컨테이너(17)에서 나온 생성물 가스를 최종 사용자에게로 보내는 가스 압축기로서 기능하지 않는다. 이와 반대로, 대응하는 체적의 생성물 가스가 가요성 컨테이너(17)로 흘러들어갈 때, 보상 가스는 제2 가변 용적(23) 밖으로 흘러나온다. 가요성 컨테이너(17)와 제2 가변 용적(23) 간에는 가스를 가요성 컨테이너(17)로 취출하는 실질적인 압력차가 존재하지 않는다. 가요성 컨테이너(17)에 있는 생성물 가스의 압력은 공기 분리 장치(5)에서 나온 생성물 가스의 압력에 의해 유지되고, 생성물 유체 분배 라인(11)을 통한 최종 사용자에 이르는 생성물 가스의 압력은 공기 분리 장치(5)에서 나온 생성물 가스의 압력에 의해 제공된다.
가변 용적 가스 저장 장치(15)의 예시적인 실시예가 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 도 1의 가변 용적(21)은, 예컨대 부틸 고무와 같은 폴 리머 재료로 제조된 블래더 백이다. 폴리머 재료는 블래더 백에 수용된 유체와 양립성이 있어야 한다. 도 2a에서, 블래더 백(17)은 이 블래더 백이 실질적으로 생성물 가스의 압력으로 가득 찰 때 블래더 백의 벽이 압력 베셀의 내벽과 접촉하도록 압력 베셀(203) 내에 설치된다. 가변 용적 가스 저장 장치(15)는 유리하게는 이 모드에서 압력 베셀(203)의 내면의 형상에 일치하거나 맞춰지고, 제2 가변 용적(219)이 실질적으로 0이 되도록 구성될 수 있다. 이 모드에서 블래더 백의 폴리머 재료는 이 폴리머 재료에 있어서의 블래더 백의 외면과 거의 평행한 방향으로의 인장 변형율이 무시할만하거나 실질적으로 0이 되는 비연신 상태일 수 있다. 대안으로서, 이 모드에서 블래더 백의 폴리머 재료는 이 폴리머 재료에 있어서의 블래더 백의 외면과 거의 평행한 방향으로의 인장 변형율이 양의 값이 되는 연신 상태일 수 있다.
블래더 백(17)의 유입/유출 통로(205)는 유사한 형상의 압력 베셀(203)의 네크부(207)를 통과하고, 압력 베셀의 플랜지(211) 면과 접촉하는 플랜지 섹션(209)에 의해 개구의 유출구에서 밀봉식으로 유지된다. 정합 플랜지(도시하지 않음)가 압력 베셀의 플랜지(211)의 면에 대해 플랜지 섹션(209)을 시일한다. 블래더 백의 벽의 바람직하지 않은 연신 가능성을 최소화하거나 제거하는, 압력 베셀(203)의 유출구에 블래더 백(17)의 유출구를 시일하는 다른 방법을 계획할 수 있다. 압력 베셀(203)은 실질적으로 강성인 벽을 가지며, 작동 압력 범위 전반에 걸쳐 충분히 강성인 임의의 재료로 제조될 수 있다. 이 재료는 통상적으로 탄소강 또는 다른 합금강이지만, 압력 베셀 업계에 공지되어 있는 섬유 강화 폴리머 재료 또는 다른 비 금속 재료일 수도 있다. 압력 베셀(203)은 보상 가스 유입구/유출구(213)와 선택적인 배기 연결부(215)를 포함한다.
도 2b에는 가변 용적 가스 저장 장치(15)가, 가스가 블래더 백(17)의 내부로부터 취출되어 공기 분리 장치(5)의 질소 생산 용량보다 큰 소정 유량의 생성물 가스를 최종 사용자에게 제공하는 모드일 때의 블래더 백(201)의 형상이 도시되어 있다. 이 모드에서, 백은 도시한 바와 같이 내부 용적(21)이 감소하고 제2 가변 용적(219)이 증가할 때 수축하여 주름진다. 블래더 백이 수축할 때, 블래더 벽의 벽은 최소 굴곡 응력에 의해 굴곡되는데, 그 이유는 블래더 백이 압력 베셀(203)의 내부 구조 구성품에 의해 구속되지 않기 때문이다. 보상 가스가 개구(205)를 통해 취출되는 생성물 가스와 실질적으로 동일한 몰 유량 및 압력으로 유입구/유출구(213)로 흘러들어갈 때, 내부 용적(21)의 감소는 제2 가변 용적(219)의 증가에 상응한다.
도 1의 가변 용적 가스 저장 장치(15)와 보상 가스 제어기의 조합은 다음의 적어도 2가지 작동 기능을 갖는다.
(1) 상기 조합은 최종 사용자의 요구가 공기 분리 장치(5)의 용량을 초과할 때 생성물 가스를 제공하고,
(2) 상기 조합은 공기 분리 장치(5) 상의 역압을 제어하고, 이에 따라 생성물 순도를 유지한다.
가변 용적 가스 저장 장치는 공기 분리 장치(5)가, 생성물을 생성하지 않는 기간을 갖는 사이클로 작동하는 PSA 장치일 때 제3의 기능을 갖는다. 이 제3의 기 능은 버퍼 용적을 제공하여, PSA의 무생성 기간 동안 최종 사용자에게 생성물을 제공할 수 있다. 이러한 무생성 기간은, 예컨대 단일 베드 PSA 장치 또는 베드들 사이에서의 가스 이송 단계가 있는 2 베드 장치에서 일어날 수 있다.
최종 사용자에게 질소 생성물을 제공하는 블래더형 저장 탱크와 통합된 압력 변동 흡착 장치를 이용하는 본 발명의 비제한적인 실시예를 위한 관 및 장치의 개략적인 다이어그램이 도 3에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 압축 공급 공기는 110 내지 160 psig의 압력으로 라인(301)을 통해 제공되며, 필터(303)에서 선택적으로 필터링되고, 체크 밸브(305)를 통해 흐른다. 필터링하여 건조해야 하는 압축 공급 공기는 최종 사용자에 의해 또는 별도의 공기 압축 장치(도시하지 않음)에 의해 제공될 수 있다. 아래에서 설명하겠지만, 공급 공기의 제1 부분은 라인(307)을 통해 흐르고, 제2 부분은 라인(309)을 통해 흘러 밸브 작동을 위한 파일럿(pilot) 공기를 제공한다. 아래에서 설명하겠지만, 라인(307)에 있는 공기의 제1 부분은 라인(311)을 통해 흘러 2 베드 PSA 장치에 공급 가스를 제공하고, 제2 부분은 라인(313)을 통해 흘러 블래더 백에 보상 가스를 제공한다.
압력 변동 흡착 장치(315)는 탄소 분자체 재료와 같은 산소 선택 흡착제를 함유하는 2개의 흡착기 베셀(317)을 포함한다. PSA 장치는 베셀의 공급 단부에 흐름 제어 밸브(321)를, 베셀의 생성 단부에 흐름 제어 밸브(323)를, 그리고 베셀의 생성 단부들 사이에 흐름 제어 밸브(325)를 포함한다. 아래에서 설명하겠지만, 이들 흐름 제어 밸브는 PSA 공정의 사이클 단계를 실시하도록 가스를 안내하기 위해 주기적으로 작동된다. 이들 밸브는 당업계에 공지되어 있는 바와 같은 임의의 회 전 밸브, 솔레노이드 작동식 밸브 또는 임의의 공압 작동식 밸브일 수 있다. 본 실시예에서, 밸브는 솔레노이드 작동식 파일럿 공기 흐름 제어부를 구비하는 공기 작동식 스풀 앤 슬리브(spool-and-sleeve) 밸브일 수 있다. 이들 밸브로의 파일럿 공기는 라인(327, 329, 331)을 통해 제공된다.
파일럿 공기는, 신호 라인(335, 337, 339) 각각을 통해 PSA 로직 제어기(333)에 의해 제어되는 흐름 제어 밸브(321, 323, 325)에 있는 솔레노이드로 흐른다. PSA 로직 제어기(333)는 신호 라인(341)을 통해 로직 제어기(343)로부터의 제어 신호를 수신하고, PSA 장치가 작동하고 있을 때 신호 라인(335, 337, 339)을 통해 PSA 사이클의 단계를 제어한다. 아래에서 설명하겠지만, 로직 제어기(343)는 최종 사용자로의 가스 흐름, 블래더 탱크의 가스압 및 보정 공기 라인의 가스압에 기초하여 PSA 장치의 작동을 개시하거나 중단한다. 대안으로서, 로직 제어기(333, 343)는 단일 로직 제어기로 조합될 수 있다.
본 실시예에서, 2개의 흡착기 베셀(317, 319)이 공급 단부에서 라인(345, 347) 각각을 통해 흐름 제어 밸브(321)와 흐름 소통한다. 압축 공급 공기는 라인(311)을 통해 제어 밸브(321)에 제공되고, 흐름 제어 밸브(321)에서 나온 PSA 폐가스는 라인(349, 351, 352)을 통해 소음기(353)로 흐르며, 이 폐가스는 라인(355)을 통해 대기로 배기된다. 흡착기 베셀(317, 319)의 생성 단부는 라인(357, 359) 각각을 통해 제어 밸브(323)와 흐름 소통한다. 흡착기 베셀의 생성 단부는 라인(361), 오리피스(363) 및 제어 밸브(325)와 흐름 소통한다. 제어 밸브(323)는 라인(365)을 통해 오리피스(367) 및 체크 밸브(369)와 흐름 소통하고, 생성물 질소 는 생성물 유체 공급 라인(370)을 통해 제공된다.
PSA 장치는 로직 제어기(333)와 제어 밸브(321, 323, 325)에 의해 제어되는 다음의 예시적인 사이클 단계에 따라 작동할 수 있다.
(1) 압축 공급 공기는 밸브(321)와 라인(345)를 통해 흡착기 베셀(317)의 공급 단부로 흘러들어가고, 흡착기 베셀은 공급 가스에 의해 작동 압력으로 가압되며, 이 흡착기 베셀에서 산소가 선택적으로 흡착되고, 생성물 질소는 라인(357)과 밸브(323)를 통해 취출된다. 이러한 흡착기 베셀(317)의 가압/생성물 형성 단계 동안에, 흡착기 베셀(319)은, 이미 흡착된 산소가 탈착되고 공극 공간 가스(void space gas)와 함께 라인(347), 밸브(321), 라인(349), 라인(351), 라인(352)과 소음기(353)를 통해 흐르며, 폐가스가 라인(355)을 통해 대기로 배기되는 재생 또는 송출 단계로 작동한다.
(2) 흡착기 베셀(317)의 생성 단부는 송출 또는 재생 단계를 막 완료한 흡착기 베셀(319)의 생성 단부와 흐름 소통하게 되며, 재가압 가스가 흡착기 베셀(317)에서 흡착기 베셀(319)로 흐르고, 이에 따라 베셀을 중간 레벨로 가압한다. 이 단계 동안에, 장치는 어떠한 질소 생성물 가스도 생성하지 않는다.
(3) 흡착기 베셀(317)은, 이미 흡착된 산소가 탈착되고 공극 공간 가스와 함께 라인(345), 밸브(321), 라인(349), 라인(351) 및 라인(352)과 소음기(353)를 통해 흐르며, 폐가스가 라인(355)을 통해 대기로 배기되는 송출 또는 재생 단계로 작동한다. 이 기간 동안에, 공급 공기는 밸브(321)와 라인(347)을 통해 흡착기 베셀(319)의 공급 단부로 흘러들어가고, 이 흡착기 베셀에서 산소가 선택적으로 흡착 되며, 생성물 질소가 라인(359)과 밸브(323)를 통해 취출된다.
(4) 흡착기 베셀(317)의 생성 단부는, 가압/생성물 형성 단계를 막 완료한 흡착기 베셀(319)의 생성 단부와 흐름 소통하게 되며, 재가압 가스가 흡착기 베셀(319)에서 흡착기 베셀(317)로 흐르고, 이에 따라 흡착기 베셀의 압력을 중간 레벨로 증가시킨다. 이 단계 동안에, 장치는 어떠한 질소 생성물 가스도 생성하지 않는다.
단계 (1) 내지 (4)는 주기적으로 반복된다. 밸브(321, 323, 325)를 다음 위치로 변경하기 위한 시간을 허용하도록 짧은 무흐름 기간이 각 단계 사이에 삽입될 수 있다. 예시적인 일실시예에서, 단계의 지속 시간은 다음과 같다.
(1) 가압/생성물 형성 단계: 55.5 초;
(2) 베셀 간의 가스 이동에 의한 감압: 4.5 초;
(3) 송출 또는 재생의 짧은 무흐름 기간: 55.5초;
(4) 베셀 간의 가스 이동에 의한 가압: 4.5 초; 및
(5) 단계들 사이의 짧은 무흐름 기간은 각각 약 0.5 초일 수 있다.
이 예에서 하나의 사이클의 총 지속 시간은 122 초이다.
필요하다면, 상이한 개수의 흡착기 베셀과 상이한 PSA 사이클을 사용할 수 있다. 예컨대, 단일 베셀 장치를 사용할 수 있지만, 보다 대형의 가변 용적 가스 저장 장치가 요구될 것인데, 그 이유는 송출/재생 단계 동안에 어떠한 생성물 가스도 생성되지 않을 것이기 때문이다. 대안으로서, 2개보다 많은 흡착기 베셀을 사용할 수 있으며, 이것은 연속적인 생성물 이송을 가능하게 하겠지만, 필요한 관 및 밸브가 더욱 복잡할 것이다.
전술한 PSA 장치는 요구되는 생성물 가스 흐름을 최종 사용자에게 제공하도록 가변 용적 가스 저장 장치 및 보상 가스 장치와 통합될 수 있다. 도 3을 다시 참고하면, 라인(313)에 있는 압축 공급 공기의 대부분은 라인(371)을 통해 밸브(373)로 흐르며, 압축 공급 공기의 소부분은 라인(375)을 통해 밸브(373)를 작동시키는 파일럿 공기를 제공한다. 밸브(373)는 신호 라인(377)을 통해 로직 제어기(343)에서 나온 신호에 따라, 공기가 라인(379)을 통해 보상 가스를 제공하는 제1 모드와, 라인(371)으로부터의 공기 흐름이 차단되는 한편, 보상 가스 회로에 있는 잔여 보상 가스가 밸브(373), 오리피스(381), 라인(383), 배기 라인(351, 352) 및 소음기(353)를 통해 다시 흐르는 제2 모드의 2개 모드 중 어느 한 모드로 작동한다.
밸브(373)가 제1 모드로 작동할 때, 보정 공기는 라인(379), 오리피스(385), 및 라인(387)을 통해 가변 용적 가스 저장 장치(15)의 제2 가변 용적(23)으로 흐른다. 이러한 가스 흐름은 생성물 유체 분배 라인(11)을 통해 사용자에게 흐르는 생성물 가스 요구량이 PSA 장치(315)의 용량을 초과할 때 블래더 백 또는 가요성 컨테이너(17) 밖으로 흐르는 생성물 질소 가스를 보상한다. 오리피스(385)를 빠져나가는 가스의 일부분은 라인(389)을 통해 오리피스(391)로 흐르고, 이 오리피스에서 라인(392, 352), 소음기(353) 및 라인(355)을 통해 배기된다. 오리피스의 흐름 단면적은 (1) 제2 가변 용적(23)으로의 보상 가스의 몰 유량이 라인(13)을 통해 블래더 백 또는 제1 가변 용적(21)을 빠져나가는 생성물 가스의 몰 유량을 보상하기에 충분하도록, 그리고 (2) 라인(387)과 제2 가변 용적(23)의 압력이 실질적으로 블래더 백 또는 제1 가변 용적(21)의 압력과 동일하도록 선택된다.
밸브(373)가 제2 모드로 작동할 때, 라인(371)으로부터의 공기 흐름은 차단되고, 보상 가스 회로에 있는 잔여 보상 가스는 밸브(373), 오리피스(381), 라인(383), 배기 라인(351, 352) 및 소음기(353)를 통해 다시 흐른다. 추가적으로, 보상 가스는 라인(389), 오리피스(391), 및 라인(392)을 통해, 라인(352), 소음기(353) 및 배기 라인(355)으로 다시 흐른다. 배기 가스는 라인(13)을 통해 블래더 백 또는 제1 가변 용적(21)에 진입하는 생성물 가스를 보상한다. 블래더 백 또는 제1 가변 용적(21)이 가득 차는 경우, 모든 보상 가스는 배기되며, 보상 가스 라인의 압력은 대략 대기압이다.
흐름 감지 스위치(393)가 흐름을 감지하여, 생성물 유체 분배 라인(11)의 유량이 소정 유량을 초과할 때 신호를 신호 라인(394)을 통해 로직 제어기(343)로 송신한다. 흐름 감지 스위치(393)는 소정 유량 미만에서 정상 개방되며, 이 소정 유량 이상에서 폐쇄된다.
압력 감지 스위치(395)가 보상 가스 라인(387)의 압력을 감지하여, 이 라인(387)의 압력이 제1 소정 압력을 초과할 때 신호를 신호 라인(396)을 통해 로직 제어기(343)에 송신한다. 압력 감지 스위치(395)는 제1 소정 압력 미만에서 정상 개방되며, 이 제1 소정 압력 이상에서 폐쇄된다.
압력 감지 스위치(397)가 라인(13)의 압력[블래더 백 또는 제1 가변 용적(17)의 압력과 실질적으로 동일함]을 감지하여, 라인(13)의 압력이 제2 소정 압 력을 초과할 때 신호를 신호 라인(398)을 통해 로직 제어기(343)에 송신한다. 압력 감지 스위치(397)는 제2 소정 압력 미만에서 정상 폐쇄되고, 이 제2 소정 압력 이상에서 개방된다.
본 발명의 실시예를 예시하기 위해서 전형적인 작동 순서를 설명할 수 있다. 상기 작동 순서는 도 3의 장치가 대기 상태이고, 최종 사용자에 의한 생성물 유체 분배 라인(11)을 통한 흐름 요구가 없으며, 블래더 백 또는 제1 가변 용적(21)이 최종 사용자에 의해 요구되는 정상 압력으로 가득 찬 상태이고, PSA 장치(315)가 작동하지 않는 제1 모드로 개시된다. 이 제1 모드에서, 흐름 감지 스위치(393)가 개방되고, 압력 감지 스위치(395)가 개방되며, 압력 감지 스위치(397)는 폐쇄된다. 로직 제어기(343)는 밸브(373)를, 라인(371)을 통한 보상 가스 흐름이 차단되고 보상 가스 배기 라인(383)이 라인(352), 소음기(353) 및 배기 라인(355)을 통해 대기와 흐름 소통하는 제1 위치에 유지한다. 로직 제어기(343)는 또한 PSA 로직 제어기(333)에 밸브(321, 323, 325)를 작동시키지 않도록 명령한다.
제2 작동 모드는 최종 사용자가 생성물 유체 분배 라인(11)을 통한 생성물을 요구할 때 시작된다. 최종 사용자로의 가스 흐름이 블래더 백 또는 제1 가변 용적(21)으로부터 라인(13)을 통해 즉시 제공되며, 흐름 감지 스위치(393)가 신속히 폐쇄되고, 이 흐름 감지 스위치로부터의 신호가 신호 라인(394)을 통해 로직 제어기(343)에 이른다. 로직 제어기는 밸브(373)를 활성화하여 보상 가스를 라인(371)으로부터 라인(379), 오리피스(385) 및 라인(387)을 통해 제2 가변 용적(23)으로 보내는 신호를 신호 라인(377)을 통해 송신하고, 이에 따라 블래더 백, 즉 제1 가 변 용적(21)으로부터 취출된 생성물 가스를 보상한다. 일부 보상 가스는 앞서 설명한 바와 같이 블래더 백 또는 제1 가변 용적(21)의 생성물 가스 압력과 실질적으로 동일한 제2 가변 용적(23)의 요구되는 압력을 유지하기 위해 오리피스(391)를 통해 흘러 배기된다.
제3 작동 모드는 압력 감지 스위치(395)가 폐쇄되고 이 압력 감지 스위치로부터의 신호가 신호 라인(396)을 통해 로직 제어기(343)에 이른 직후에 개시된다. 로직 제어기는 신호를 신호 라인(341)을 통해 로직 제어기(333)로 송신하여, 이 로직 제어기가 PSA 장치(315)의 작동을 활성화한다. PSA 장치로부터 나온 생성물 질소는 라인(365), 흐름 제어 오리피스(367), 체크 밸브(369) 및 라인(371)을 통해 흐르기 시작한다. 최종 사용자의 생성물 요구량이 PSA 장치의 설계 출력 미만일 때, 라인(371)에서 나온 생성물 가스의 일부분은 라인(11)을 통해 최종 사용자로 흐르고, 생성물 가스의 나머지 부분은 라인(13)을 통해 흘러 블래더 백 또는 제1 가변 용적(21)을 재충전한다. 이것은 블래더 백이 가득 찰 때까지 계속된다. 최종 사용자의 생성물 요구량이 PSA 장치의 설계 출력보다 클 때, 라인(371)에서 나온 모든 생성물 가스가 라인(11)을 통해 최종 사용자로 흐르며, 나머지 생성물 가스는 블래더 백 또는 제1 가변 용적(21)으로부터 라인(13)을 통해 제공된다. 이것은 블래더 백이 빌 때까지 계속될 수 있지만, 통합형 장치는 통상적으로 PSA 장치(315)의 생산 용량과 블래더 백 또는 제1 가변 용적(21)의 부피가 최종 사용자의 최대 생성물 요구량을 만족시키기에 충분하게 구성된다.
제4 작동 모드는 최종 사용자의 생성물 요구가 종료될 때 시작된다. 흐름 감지 스위치(393)가 개방되고 이 흐름 감지 스위치로부터의 신호가 신호 라인(394)을 통해 로직 제어기(343)에 이른다. 로직 제어기는 밸브(373)를 작동시키지 않고, 라인(371)으로부터의 보상 가스를 차단하는 신호를 신호 라인(377)을 통해 송신한다. PSA 장치는 소정 시간 주기 동안 작동 상태로 유지되며, 필요하다면 이 시간 기간의 초기 부분 동안에 블래더 백 또는 제1 가변 용적(21)을 충전하도록 작동된다. 이 시간 기간의 나머지 부분 동안, PSA 장치는 라인(365)을 통한 흐름이 없을지라도 밸브(321, 323, 325)가 계속해서 작동하도록 작동 상태로 유지된다. 이러한 소정의 시간 주기- 예컨대, 약 5분일 수 있음 -의 종료시에, 장치는 전술한 바와 같이 제1 모드로 복귀하고, 밸브(321, 323, 325)는 작동을 중단한다.
생성물 가스가 블래더 백 또는 제1 가변 용적(21)으로 흘러들어가는 임의의 작동 기간에 걸쳐, 오리피스(385)를 통한 보상 가스의 몰 유량과 오리피스(391)를 통한 보상 가스의 몰 유량 간의 차의 평균 절대값은 생성물 유체 공급 라인(371)의 생성물 가스의 몰 유량과 생성물 가스 분배 라인(11)의 생성물 가스의 몰 유량 간의 차의 평균 절대값과 실질적으로 동일하다. 이와 유사하게, 생성물 가스가 블래더 백 또는 제1 가변 용적(21) 밖으로 흐르는 임의의 작동 기간에 걸쳐, 오리피스(385)를 통한 보상 가스의 몰 유량과 오리피스(391)를 통한 보상 가스의 몰 유량 간의 차의 평균 절대값은 생성물 유체 공급 라인(371)의 생성물 가스의 몰 유량과 생성물 가스 분배 라인(11)의 생성물 가스의 몰 유량 간의 차의 평균 절대값과 실질적으로 동일하다.
위에서는 질소 가스 생성물을 제공하는 유체 생성, 저장 및 분배 장치를 예 시하였지만, 이러한 장치는 임의의 가스, 초임계 유체 또는 PSA 장치, 블래더 백, 관 및 장치 구성 요소의 요소와 양립성이 있는 액체를 제공하는 데 사용될 수 있다.
예
비드 시팅(bead seating), 타이어 장착 및 타이어 팽창 단계를 위한 자동차 타이어 서비스 장치에 질소 가스 생성물을 공급하기 위해 도 3의 장치를 작동시켰다. 순도 99.5 체적%의 질소를 약 140 psig의 이송 압력과 대기 온도로 생성물 유체 분배 라인(11)을 통해 공급하였다. 유량은 주로 0 내지 8 SCFM이었지만, 경우에 따라서는 비드 시팅 단계 동안에 25 SCFM의 피크 유량에 도달하였다. 가스 생성물 요구량은 무작위적으로 변동하고, 타이어 장착 장치의 오퍼레이터의 활동에 좌우되었다.
전술한 바와 같은 PSA 장치(315)는 내경이 5.9 인치이고, 길이가 39 인치이며, 각기 26.5 lb의 탄소 분자체를 포함하는 흡착기 베셀을 사용하였다. PSA 장치는 지속 시간이 122 초인 전술한 사이클에 따라 작동하며, 최대 4 SCFM의 생산률로 적어도 99 체적%의 생성물 순도를 제공하도록 구성된다. 생성물 순도는 4 SCFM를 넘는 생성물 유량에서 크게 감소하고, 7 SCFM의 생산률에서 96 체적%로 떨어진다.
공급 공기는 150 psig의 라인(301)을 통해 최종 사용자의 설비에 의해 제공된다. 라인(371)의 PSA 생성물 압력, 블래더 백, 즉 제1 가변 용적(21)의 생성물 가스압 및 제2 가변 용적(23)의 보상 가스압의 평균은 140 psig이다. 블래더 백, 즉 제1 가변 용적(21)은 부틸 고무로 형성되고, 이 블래더 백이 가득 차서 압력 베 셀(19)의 내면과 접촉할 때 4.7 ft3의 부피를 갖는다.
흐름 감지 스위치(393)는 1.2 SCFM 미만에서 정상 개방되고, 이 유량 이상에서 폐쇄된다. 압력 감지 스위치(395)는 80 psig 미만에서 정상 개방되고, 이 압력 이상에서 폐쇄된다. 압력 감지 스위치(397)는 95 psig 미만에서 정상 폐쇄되고, 이 압력 이상에서 개방된다. 오리피스의 직경은 363이 0.100 인치, 367이 0.100 인치, 381이 0.021 인치, 385가 0.050 인치, 및 391이 0.018 인치이다.
전술한 저장 및 분배 장치의 실시예는 임의의 타입의 어플리케이션을 위한 가변적이고 간헐적인 유량으로 압축 가스를 공급하는 데 사용될 수 있다. 대표적인 몇몇 어플리케이션으로는 불활성화 탱크 및 컨테이너, 생성물 패키징, 파이프라인 퍼징 및 자동차 타이어 상점에 있는 작동 장치가 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 이 후자의 어플리케이션에서, 예컨대 가스는 타이어 장착 및 해체 기계와, 타이어 팽창, 그리고 임팩트 렌치(impact wrench) 및 가스 작동식 툴을 위해 사용될 수 있다.

Claims (25)

  1. (a) 내면, 내부, 외부 및 이들 내부와 외부 사이의 강성벽을 갖는 압력 베셀;
    (b) 압력 베셀의 내부에 배치되는 가동 격벽 부재로서, 내부를 제1 가변 용적과 제2 가변 용적으로 분할하고, 상기 제1 가변 용적은 제2 가변 용적과 흐름 연통하지 않는 것인 가동 격벽 부재;
    (c) 압력 베셀의 강성벽을 관통하여 제1 가변 용적으로 통하는 제1 통로로서, 생성물 유체를 제1 가변 용적으로 유입하고 제1 가변 용적으로부터 생성물 유체를 취출하도록 되어 있는 제1 통로;
    (d) 압력 베셀의 강성벽을 관통하여 제2 가변 용적으로 통하는 제2 통로로서, 보상 가스를 제2 가변 용적으로 유입하고 제2 가변 용적으로부터 보상 가스를 취출하도록 되어 있는 제2 통로; 및
    (e) 보상 가스 공급 장치
    를 포함하고, 상기 보상 가스 공급 장치는
    (1) 제2 통로를 보상 가스 소스와 흐름 연통하게 하는 보상 가스 라인;
    (2) 보상 가스 라인에 설치되고 상류측과 하류측을 갖는 제1 오리피스;
    (3) 제2 통로와 제1 오리피스의 하류측 사이의 부위에서 보상 가스 라인과 흐름 연통하는 보상 가스 배기 라인으로서, 보상 가스를 보상 가스 라인으로부터 대기로 배출하도록 되어 있는 보상 가스 배기 라인; 및
    (4) 보상 가스 배기 라인에 설치되는 제2 오리피스로서, 이 제2 오리피스의 흐름 단면적이 제1 오리피스의 흐름 단면적보다 작은 것인 제2 오리피스
    를 포함하는 것인 유체 저장 및 분배 장치.
  2. 제1항에 있어서, 압력 베셀 내부 내의 제1 가변 용적과 제2 가변 용적은 블래더 백(bladder bag), 벨로우즈(bellows), 가요성 다이어프램, 및 압력 베셀의 내면에 대해 활주 가능한 시일을 형성하는 피스톤으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 가동 격벽 부재에 의해 형성되는 것인 유체 저장 및 분배 장치.
  3. (a) 내면, 내부, 외부 및 이들 내부와 외부 사이의 강성벽을 갖는 압력 베셀;
    (b) 압력 베셀의 내부에 배치되는 가요성 유체 컨테이너로서, 내부, 외면, 및 컨테이너의 내부와 압력 베셀의 강성벽을 관통하는 제1 통로를 연결하는 개구를 갖는 가요성 유체 컨테이너;
    (c) 가요성 유체 컨테이너의 내부에 의해 형성되는 제1 가변 용적으로서, 제1 통로가 생성물 유체 공급 라인 및 생성물 유체 분배 라인과 흐름 연통하고, 제1 통로가 생성물 유체를 제1 가변 용적으로 유입하고 제1 가변 용적으로부터 생성물 유체를 취출하도록 되어 있는 것인 제1 가변 용적;
    (d) 압력 베셀의 내면과 가요성 유체 컨테이너의 외면에 의해 형성되는 제2 가변 용적으로서, 보상 가스를 제2 가변 용적으로 유입하고 제2 가변 용적으로부터 보상 가스를 취출하도록 된 제2 통로와 흐름 연통하는 제2 가변 용적; 및
    (e) 보상 가스 공급 장치
    를 포함하고, 상기 보상 가스 공급 장치는
    (1) 제2 통로를 보상 가스 소스와 흐름 연통하게 하는 보상 가스 라인;
    (2) 보상 가스 라인에 설치되고 상류측과 하류측을 갖는 제1 오리피스;
    (3) 제2 통로와 제1 오리피스의 하류측 사이의 부위에서 보상 가스 라인과 흐름 연통하는 보상 가스 배기 라인으로서, 보상 가스를 보상 가스 라인으로부터 대기로 배출하도록 되어 있는 보상 가스 배기 라인; 및
    (4) 보상 가스 배기 라인에 설치되는 제2 오리피스로서, 이 제2 오리피스의 흐름 단면적이 제1 오리피스의 흐름 단면적보다 작은 것인 제2 오리피스
    를 포함하는 것인 유체 저장 및 분배 장치.
  4. 제3항에 있어서, 생성물 유체는 질소 가스인 것인 유체 저장 및 분배 장치.
  5. 제3항에 있어서, 보상 가스는 공기인 것인 유체 저장 및 분배 장치.
  6. 제3항에 있어서, 가요성 유체 컨테이너는 폴리머 재료로 제조된 블래더 백인 것이 유체 저장 및 분배 장치.
  7. 제6항에 있어서, 블래더 백의 외면은 제2 가변 용적이 실질적으로 0이고 블 래더 백의 폴리머 재료가 비연신된 상태이도록 강성 압력 베셀의 내면과 접촉하는 것인 유체 저장 및 분배 장치.
  8. 제4항에 있어서, 압축 공기 공급 스트림으로부터 질소 가스를 회수하도록 되어 있는 압력 변동 흡착(pressure swing adsorption) 장치를 더 포함하는 유체 저장 및 분배 장치.
  9. 제4항에 있어서, 압축 공기 공급 스트림으로부터 질소 가스를 회수하도록 되어 있는 멤브레인(membrane) 분리 장치를 더 포함하는 유체 저장 및 분배 장치.
  10. 제3항에 있어서, 제1 포트, 제2 포트 및 제3 포트를 갖는 3 방향 밸브를 더 포함하고, 상기 제1 포트는 보상 가스의 소스에 연결되며, 상기 제2 포트는 제1 오리피스의 상류에 있는 보상 가스 라인에 연결되고, 상기 제3 포트는 추가의 배기 라인에 연결되며, 이 추가의 배기 라인에 제3 오리피스가 설치되고, 상기 3 방향 밸브는 보상 가스의 소스가 제1 오리피스의 상류에 있는 보상 가스 라인과 흐름 소통하게 하는 한편 추가의 배기 라인을 차단하는 제1 위치에서 작동하고, 제3 배기 라인을 제1 오리피스의 상류에 있는 보상 가스 라인과 흐름 소통하게 하는 한편, 보상 가스의 소스를 차단하는 제2 위치에서 작동하도록 되어 있는 것인 유체 저장 및 분배 장치.
  11. (a) 유체 저장 및 분배 장치를 제공하는 단계로서, 상기 유체 저장 및 분배 장치는
    (1) 내면, 내부, 외부 및 이들 내부와 외부 사이의 강성벽을 갖는 압력 베셀;
    (2) 압력 베셀의 내부에 배치되는 가요성 유체 컨테이너로서, 내부, 외면, 및 이 컨테이너의 내부와 압력 베셀의 강성벽을 관통하는 제1 통로를 연결하는 개구를 갖는 가요성 유체 컨테이너;
    (3) 가요성 유체 컨테이너의 내부에 의해 형성되는 제1 가변 용적으로서, 제1 통로가 생성물 유체 공급 라인 및 생성물 유체 분배 라인과 흐름 연통하고, 제1 통로가 생성물 유체를 제1 가변 용적으로 유입하고 제1 가변 용적으로부터 생성물 유체를 취출하도록 되어 있는 것인 제1 가변 용적;
    (4) 압력 베셀의 내면과 가요성 유체 컨테이너의 외면에 의해 형성되는 제2 가변 용적으로서, 보상 가스를 제2 가변 용적으로 유입하고 제2 가변 용적으로부터 보상 가스를 취출하도록 된 제2 통로와 흐름 연통하는 제2 가변 용적; 및
    (5) 보상 가스 공급 장치
    를 포함하고, 상기 보상 가스 공급 장치는
    (i) 제2 통로를 보상 가스 소스와 흐름 연통하게 하는 보상 가스 라인;
    (ii) 보상 가스 라인에 설치되고 상류측과 하류측을 갖는 제1 오리피스;
    (iii) 제2 통로와 제1 오리피스의 하류측 사이의 부위에서 보상 가스 라인과 흐름 연통하는 보상 가스 배기 라인으로서, 보상 가스를 보상 가스 라인으로부터 대기로 배출하도록 되어 있는 보상 가스 배기 라인; 및
    (iv) 보상 가스 배기 라인에 설치되는 제2 오리피스로서, 이 제2 오리피스의 흐름 단면적이 제1 오리피스의 흐름 단면적보다 작은 것인 제2 오리피스
    를 포함하는 것인 유체 생성 및 분배 장치 제공 단계;
    (b) 제1 시간 기간 동안, 제1 가변 용적으로부터 생성물 유체를 취출하고, 이 생성물 유체를 생성물 유체 공급 라인에서 나온 생성물 유체와 결합하여 결합된 생성물 유체를 제공하며, 결합된 생성물 유체를 생성물 유체 분배 라인으로 유입하고, 보상 가스를 제1 오리피스와 보상 가스 라인을 통해 제2 가변 용적으로 유입하는 단계; 및
    (c) 제2 시간 기간 동안, 생성물 유체 공급 라인에서 나온 생성물 유체의 제1 부분을 생성물 유체 분배 라인으로 유입하고, 생성물 유체 공급 라인에서 나온 생성물 유체의 제2 부분을 제1 가변 용적으로 유입하며, 보상 가스를 제2 오리피스와 보상 가스 배기 라인을 통해 제2 가변 용적으로부터 취출하는 단계
    를 포함하는 유체 저장 및 분배 방법.
  12. 제11항에 있어서, 제3 시간 기간 동안, 생성물 유체 공급 라인으로부터 나온 모든 생성물 유체가 생성물 유체 분배 라인으로 유입되고, 어떠한 보상 가스도 제2 가변 용적 내외로 유입 또는 취출되지 않는 것인 유체 저장 및 분배 방법.
  13. 제11항에 있어서, 생성물 유체는 질소 가스이고, 보상 가스는 공기인 것인 유체 저장 및 분배 방법.
  14. (a) 내면, 내부, 외부 및 이들 내부와 외부 사이의 강성벽을 갖는 압력 베셀;
    (b) 압력 베셀의 내부에 배치되는 가요성 가스 컨테이너로서, 내부, 외면, 및 이 컨테이너의 내부와 압력 베셀의 강성벽을 관통하는 제1 통로를 연결하는 개구를 갖는 가요성 가스 컨테이너;
    (c) 가요성 가스 컨테이너의 내부에 의해 형성되는 제1 가변 용적으로서, 제1 통로가 생성물 가스 공급 라인 및 생성물 가스 분배 라인과 직접 흐름 연통하고, 제1 통로가 생성물 가스를 제1 가변 용적으로 유입하고 제1 가변 용적으로부터 생성물 가스를 취출하도록 되어 있는 것인 제1 가변 용적;
    (d) 압력 베셀의 내면과 가요성 가스 컨테이너의 외면에 의해 형성되는 제2 가변 용적으로서, 보상 가스를 제2 가변 용적으로 유입하고 제2 가변 용적으로부터 보상 가스를 취출하도록 된 제2 통로와 흐름 연통하는 제2 가변 용적; 및
    (e) 보다 덜 강력하게 흡착 가능한 성분이 농후한 배출물 가스를 제공하도록, 보다 강력하게 흡착 가능한 성분과 보다 덜 강력하게 흡착 가능한 성분을 포함하는 가스 혼합물로부터 보다 강력하게 흡착 가능한 성분을 선택적으로 흡착하도록 되어 있는 흡착재를 함유하는 적어도 하나의 베셀을 포함하는 압력 변동 흡착 장치로서, 생성물 가스 공급 라인과 제1 통로를 통해 제1 가변 용적에 배출물 가스를 직접 제공하도록 되어 있는 유출관을 포함하는 압력 변동 흡착 장치
    를 포함하는 가스 생성, 저장 및 분배 장치.
  15. 제14항에 있어서, 가요성 유체 컨테이너는 폴리머 재료로 제조된 블래더 백인 것인 가스 생성, 저장 및 분배 장치.
  16. 제15항에 있어서, 블래더 백의 외면은 제2 가변 용적이 실질적으로 0이 되도록 강성 압력 베셀의 내면과 접촉할 때, 블래더 백의 폴리머 재료는 비연신 상태인 것인 가스 생성, 저장 및 분배 장치.
  17. (a) 가스 저장 및 분배 장치를 제공하는 단계로서, 상기 가스 저장 및 분배 장치는
    (1) 내면, 내부, 외부 및 이들 내부와 외부 사이의 강성벽을 갖는 압력 베셀;
    (2) 압력 베셀의 내부에 배치되는 가요성 가스 컨테이너로서, 내부, 외면, 및 이 컨테이너의 내부와 압력 베셀의 강성벽을 관통하는 제1 통로를 연결하는 개구를 갖는 가요성 가스 컨테이너;
    (3) 가요성 가스 컨테이너의 내부에 의해 형성되는 제1 가변 용적으로서, 제1 통로가 생성물 가스 공급 라인 및 생성물 가스 분배 라인과 직접 흐름 연통하고, 제1 통로가 생성물 가스를 제1 가변 용적으로 유입하고 제1 가변 용적으로부터 생성물 가스를 취출하도록 되어 있는 것인 제1 가변 용적;
    (4) 압력 베셀의 내면과 가요성 가스 컨테이너의 외면에 의해 형성되는 제2 가변 용적으로서, 보상 가스를 보상 가스 라인을 통해 제2 가변 용적으로 유입하고 보상 가스를 보상 가스 라인을 통해 제2 가변 용적으로부터 취출하도록 된 제2 통로와 흐름 연통하는 제2 가변 용적
    을 포함하는 것인 가스 저장 및 분배 장치 제공 단계; 및
    (b) 보다 강력하게 흡착 가능한 성분과 보다 덜 강력하게 흡착 가능한 성분을 포함하는 공급 가스 혼합물을 흡착재를 함유하는 흡착기 베셀로 유입하고, 보다 강력하게 흡착 가능한 성분의 일부를 흡착재 상에 선택적으로 흡착하며, 흡착기 베셀로부터 보다 덜 강력하게 흡착 가능한 성분이 농후한 배출물 가스를 취출하여 생성물 가스를 제공하고, 생성물 가스를 생성물 가스 공급 라인으로 직접 유입하는 단계
    를 포함하는 가스 생성, 저장 및 분배 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    (c) 제1 시간 기간 동안에, 제1 가변 용적으로부터 생성물 가스를 취출하고, 취출된 생성물 가스를 생성물 가스 공급 라인에서 나온 생성물 가스와 결합하여 결합된 생성물 가스를 제공하며, 결합된 생성물 가스를 생성물 가스 분배 라인으로 유입하고, 제1 오리피스와 보상 가스 라인을 통해 제2 가변 용적으로 보상 가스를 유입하며,
    (d) 제2 시간 기간 동안에, 생성물 가스 공급 라인에서 나온 생성물 가스의 제1 부분을 생성물 가스 분배 라인으로 유입하고, 생성물 가스 공급 라인에서 나온 생성물 가스의 제2 부분을 제1 가변 용적으로 유입하며, 제2 오리피스와 보상 가스 배기 라인을 통해 제2 가변 용적으로부터 보상 가스를 취출하는 것인 가스 생성, 저장 및 분배 방법.
  19. 제18항에 있어서, 제1 시간 기간 또는 제2 시간 기간 동안, 제1 오리피스를 통한 보상 가스의 몰 유량과 제2 오리피스를 통한 보상 가스의 몰 유량 간의 차의 평균 절대값은 생성물 가스 공급 라인의 생성물 가스의 몰 유량과 생성물 가스 분배 라인의 생성물 가스의 몰 유량 간의 차의 평균 절대값과 실질적으로 동일한 것인 가스 생성, 저장 및 분배 방법.
  20. 제17항에 있어서, 공급 가스 혼합물은 공기이고, 보다 덜 강력하게 흡착 가능한 성분은 질소인 것인 가스 생성, 저장 및 분배 방법.
  21. 제20항에 있어서, 보상 가스는 공기인 것인 가스 생성 저장 및 분배 방법.
  22. 제21항에 있어서, 공급 가스 혼합물과 보상 가스는 공통 압축 공기 공급 소스에 의해 제공되는 것인 가스 생성, 저장 및 분배 방법.
  23. 제17항에 있어서, 제1 가변 용적의 생성물 가스압을 감지하고, 제2 가변 용 적의 보상 가스압을 감지하며, 생성물 가스 분배 라인의 생성물 가스 유량을 감지하는 단계를 포함하는 것인 가스 생성, 저장 및 분배 방법.
  24. 제23항에 있어서, 제2 가변 용적의 보상 가스압이 제1의 소정 압력보다 클 때, 제1 가변 용적의 생성물 가스압이 제2의 소정 압력보다 작을 때, 및 생성물 가스 분배 라인의 생성물 가스 유량이 소정 유량보다 클 때, (i) 공급 가스 혼합물의 흐름을 흡착기 베셀로 유입하고, 흡착기 베셀로부터 생성물 가스의 흐름을 취출하며, 생성물 가스를 생성물 가스 공급 라인으로 직접 유입하고, (ii) 보상 가스의 흐름을 제2 가변 용적으로 유입하거나 제2 가변 용적으로부터 보상 가스의 흐름을 취출하는 것인 가스 생성, 저장 및 분배 방법.
  25. 제24항에 있어서, 제2 가변 용적의 보상 가스압이 제1의 소정 압력보다 작을 때, 제1 가변 용적의 생성물 가스압이 제2의 소정 압력보다 작을 때, 및 생성물 가스 분배 라인의 생성물 가스 유량이 소정 유량보다 작을 때, (i) 흡착기 베셀로의 공급 가스 혼합물의 흐름을 종료하고, 흡착기 베셀로부터 취출되는 생성물 가스의 흐름을 종료하며, (ii) 제2 가변 용적으로의 보상 가스의 흐름을 종료하거나 제2 가변 용적으로부터 취출되는 보상 가스의 흐름을 종료하는 것인 가스 생성, 저장 및, 분배 방법.
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