KR20110048315A - 열교환형 압력변환방식 정제기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열교환형 PSA 정제기에 관한 것으로, 다수의 정제칼럼, 밸브와 배관을 포함하는 배관부 및 제어시스템으로 형성된다. 본 발명의 정제기는 일반적인 정제기와는 달리 2개 혹은 다수의 정제칼럼을 결합하여 강력한 열교환을 함으로써 정제성능을 수 십 퍼센트 이상 향상시키는 효과를 가지고 있다. PSA 방식의 정제기는 주로 상온에서 사용되면서 압력의 차이에 의해서 흡착과 탈착을 교대로 수행하면서 연속적으로 가스를 정제하여 고순도의 가스를 공급하도록 되어 있다. 그러나 일반적으로 흡착시에는 흡착열에 의해서 정제성능이 떨어지고 탈착시에는 탈착냉각효과에 의해서 재생효율이 떨어지게 되는 문제를 가지고 있다. 본 발명에서는 이러한 문제를 근본적으로 해결하고자 2개 이상의 다수의 칼럼을 결합하여 정제성능을 최적화하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 2개 이상의 칼럼으로 구성된 모든 형태의 정제기에 적용하여 정제성능을 향상시키는 효과를 가져올 수 있다.
칼럼, 열교환,정제

Description

열교환형 압력변환방식 정제기{Heat-Exchnage Type PSA Purifier}
본 발명은 PSA 정제기에 관한 것으로, 특히 흡착 및 탈착 열교환에 의해 성능이 향상된 PSA 정제기에 관한 것이다.
일반 가스관련 산업체 뿐만 아니라 첨단산업인 반도체 및 LCD 공장에서 가스의 순도관리는 매우 중요하게 여겨서 성능향상을 위하여 PSA(압력변환방식) 정제기, 온도변환방식 정제기, 촉매 및 게터 정제기 등 다양한 가스 정제설비들이 사용되고 있다. 특히 정제기의 성능향상은 반도체와 같은 첨단산업에서는 제품의 성능과 직결되고 있어서 점점 그 활용도가 많아지고 요구하는 수준이 높아지고 있다.
뿐만 아니라, 향상된 성능의 정제기는 제품의 크기를 최소화할 수 있어 설치공간에 대한 투자를 줄여주는 효과 등 직.간접적인 투자 비용 절감을 달성할 수 있다. 종래의 PSA(압력변환방식) 가스정제설비에서는 각 칼럼이 독립적으로 구성되고 동작하여 정제시에는 흡착공정을 수행하고 재생시에는 탈착공정을 수행하는 단순한 시스템으로 되어 있다.
또, 정제기에 사용되는 거의 모든 흡착제는 흡착시에는 흡착열이 발생하고 탈착시에는 탈착에 의해 열을 흡수함에 따라서 정제성능을 최대한 발휘할 수 없는 한계성을 가지고 있었다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 흡착시 발생하는 흡착열을 제거해 주어서 정제성능의 높여주고 재생시에는 탈착에서 빼앗기는 열을 보상해주어 탈착 효율을 높여주는 방법을 구현하여 정제기의 성능을 최대한 발휘할 수 있도록 하는데 있다.
이를 위하여 흡착공정에 있는 칼럼과 탈착공정에 있는 칼럼을 결합하고 효율이 높은 열교환 구조를 구현하고자 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따르면,
본 발명의 열교환형 PSA 정제기는 2개 이상의 칼럼을 결합한 흡착 및 탈착 열교환형 칼럼; 가스를 공급하는 가스 공급부; 제어밸브와 배관을 포함하는 배관부; 및 공정을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 각 칼럼이 흡착공정과 탈착공정이 교차하도록 제어 시퀀스를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 흡착 및 탈착 열교환형 PSA 정제기에 의하면, 2개 이상의 칼럼을 결합하여 최대한 열교환을 실시하여 흡착열에 의한 정제성능 감소나 탈착 냉각효과에 의한 재생능력 감소를 최소화 함으로서 기존의 PSA 정제기의 정제성능을 수십% 이상 향상시킬 뿐만 아니라 제품의 소형화 투자비용의 감 축등을 실현하여 첨단산업인 반도체 및 LCD 공정에서도 PSA 정제기의 활용을 높여주게 될 것이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 열교환형 칼럼 구조의 일실시예(수직형)를 나타낸 도면이다.
도 1에서, 본 발명의 정제기는 두 개의 칼럼(10,20)을 포함하고, 그 사이에는 분리판(40)이 설치되어 있어 두 개의 칼럼이 분리되어 있다. 한편, 두 칼럼은 수직형의 구조를 가지고 있고 그 두개의 칼럼을 열교환하는 장치(30)에 의해 두개의 칼럼은 서로 열교환되는 구조로 운행된다. 제 1 칼럼(10)에서 가스는 유입구(11)로 유입되고 배출구(13)로 배출되며, 제 2 칼럼(10)에서 가스는 유입구(21)로 유입되고 배출구(23)로 배출된다. 각 칼럼(10,20)은 충진재(12,22)로 채워져 있다. 제 1칼럼(10)에서 흡착공정이 일어나면, 제 2 칼럼(20)에는 탈착공정이 일어나고, 제 1 칼럼(10)에서 탈착공정이 일어나면, 제 2 칼럼(20)에는 흡착공정이 일어나도록 시퀀스제어기구에 의해 공정이 제어된다.
이러한 제어에 의해 두 칼럼 사이의 열교환에 의해 흡착열에 의한 정제성능 감소나 탈착 냉각효과에 의한 재생능력 감소를 최소화 할 수 있다.
도 2 는 본 발명의 열교환형 칼럼 구조의 다른 실시예(수평형)를 나타낸 도면이다.
도 2에서, 본 발명의 정제기는 두 개의 칼럼(10,20)이 상하로 배치되어 있고, 그 사이에는 분리판(40)이 설치되어 있어 두 개의 칼럼이 분리되어 있다. 한편, 두 칼럼은 수평형의 구조를 가지고 있고 그 두 개의 칼럼을 열교환하는 장치(30)에 의해 두 개의 칼럼은 서로 열교환되는 구조로 운행된다. 제 1 칼럼(10)에서 가스는 유입구(11)로 유입되고 배출구(13)로 배출되며, 제 2 칼럼(10)에서 가스는 유입구(21)로 유입되고 배출구(23)로 배출된다. 각 칼럼(10,20)은 충진재(12,22)로 채워져 있다. 제 1칼럼(10)에서 흡착공정이 일어나면, 제 2 칼럼(20)에는 탈착공정이 일어나고, 제 1 칼럼(10)에서 탈착공정이 일어나면, 제 2 칼럼(20)에는 흡착공정이 일어나도록 시퀀스제어기구에 의해 공정이 제어된다.
이러한 제어에 의해 두 칼럼 사이의 열교환에 의해 흡착열에 의한 정제성능 감소나 탈착 냉각효과에 의한 재생능력 감소를 최소화 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열교환형 PSA 정제기의 개략적인 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 PSA 정제기는 흡착 및 탈착 칼럼(1), 압력 가스 공급부(2)와, 시퀀스 제어 기구를 포함하는 제어부(4), 그리고 가스를 제어하는 밸브와 배관을 포함하는 배관부(3)로 이루어진다. 도 3에서 칼럼은 두개의 흡착및 탈착 컬럼이 한쌍으로 된 칼럼(1)을 두 개 포함한다. 즉, 총 4개의 칼럼으로 구성되어 있으며 본 발명의 칼럼 수에는 제한이 없다. 각 쌍으로 된 칼럼 내부의 흡착과 탈착은 사로 반대로 일어나도록 제어부(4)에 의해 제어되고, 도 1 또는 도 2에 도시한 바와 같이 내부에 열교환기구가 설치되어 있어 서로 열교환이 일어나므로 두 칼럼 사이의 열교환에 의해 흡착열에 의한 정제성능 감소나 탈착 냉각효과에 의한 재 생능력 감소를 최소화 할 수 있다.
도 4는 열교환이 없는 경우와 열교환시 칼럼의 온도변화를 나타낸 그래프이다. 열교환이 없는 종래의 칼럼의 경우 온도변화가 극심하였으나, 본 발명과 같이 열교환이 일어나는 경우 칼럼 내부의 온도변화가 적음을 알 수 있다.
도 5는 열교환시 흡착 및 탈착 정제성능 향상 비교 그래프이다. 열교환시 흡착 및 탈착 정제성능이 열교환을 하지 않는 종래의 정제기에 비해 월등히 향상됨을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 열교환형 칼럼 구조의 일실시예(수직형)를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 열교환형 칼럼 구조의 다른 실시예(수평형)를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열교환형 PSA 정제기의 개략적인 도면
도 4는 열교환이 없는 경우와 열교환시 칼럼의 온도변화를 나타낸 그래프
도 5는 열교환시 흡착 및 탈착 정제성능 향상 비교 그래프
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 칼럼 2 : 가스공급부
3 : 배관부 4 : 제어부
10 : 제 1 칼럼 20 : 제 2 칼럼
30 : 열교환 구조물 40 : 분리판
11 : 제 1 칼럼 입구 13 : 제 1 칼럼 출구
21 : 제 2 칼럼 입구 23 : 제 2 칼럼 출구
12, 22 : 칼럼 충진재

Claims (3)

  1. 2개 이상의 칼럼을 결합한 흡착 및 탈착 열교환형 칼럼; 가스를 공급하는 가스 공급부; 제어밸브와 배관을 포함하는 배관부; 및 공정을 제어하는 제어부를 포함하고 ,
    상기 제어부는 각 칼럼이 흡착공정과 탈착공정이 교차하도록 제어 시퀀스를 조절하는 것을 특징으로 하는 정제기.
  2. 제 1 항에 있어서, 2개 이상의 칼럼을 결합한 흡착 및 탈착 열교환형 칼럼이 복수개 설치되는 것을 특징으로 하는 정제기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 정제기는 PSA 정제기인 것을 특징으로 하는 정제기.
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