KR20160098389A - 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템 - Google Patents

탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20160098389A
KR20160098389A KR1020167018840A KR20167018840A KR20160098389A KR 20160098389 A KR20160098389 A KR 20160098389A KR 1020167018840 A KR1020167018840 A KR 1020167018840A KR 20167018840 A KR20167018840 A KR 20167018840A KR 20160098389 A KR20160098389 A KR 20160098389A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
air
bypass valve
unit
open state
obogs
Prior art date
Application number
KR1020167018840A
Other languages
English (en)
Inventor
스티븐 씨 피크
티모시 티. 롤리
Original Assignee
칼튼 라이프 서포트 시스템즈, 아이엔씨.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 칼튼 라이프 서포트 시스템즈, 아이엔씨. filed Critical 칼튼 라이프 서포트 시스템즈, 아이엔씨.
Publication of KR20160098389A publication Critical patent/KR20160098389A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D53/229—Integrated processes (Diffusion and at least one other process, e.g. adsorption, absorption)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/268—Drying gases or vapours by diffusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D2053/221—Devices
    • B01D2053/223—Devices with hollow tubes
    • B01D2053/224—Devices with hollow tubes with hollow fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/12—Oxygen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/102—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/80—Water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/402—Further details for adsorption processes and devices using two beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/45—Gas separation or purification devices adapted for specific applications
    • B01D2259/4566—Gas separation or purification devices adapted for specific applications for use in transportation means
    • B01D2259/4575—Gas separation or purification devices adapted for specific applications for use in transportation means in aeroplanes or space ships
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Drying Of Gases (AREA)
  • Respiratory Apparatuses And Protective Means (AREA)

Abstract

본 발명에 의하여 제공되는 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템은: 개방 상태 및 폐쇄 상태를 갖는 바이패스 밸브로서, 가압 공기를 제공하는 공기 유입부와 유체 소통되는, 바이패스 밸브; 상기 바이패스 밸브가 폐쇄 상태에 있는 때에 건조 공기를 생성하도록 구성된 건조기 유닛; 산소 농후 공기를 발생시키는 OBOGS 유닛; 및 개방 상태 및 폐쇄 상태를 갖는 퍼지 밸브;를 포함한다. 상기 바이패스 밸브가 폐쇄 상태에 있는 때에 상기 퍼지 밸브가 개방 상태에 있음으로 인하여 건조 공기의 일부분이 산소 발생 시스템 유닛(oxygen generating system unit)으로 보내지고 건조 공기의 일부분이 건조기 유닛으로 보내진다. 상기 바이패스 밸브가 개방 상태에 있는 때에 상기 가압 공기가 직접 OBOGS 유닛으로 진행하게 된다.

Description

탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템{AIR DRYING SYSTEM FOR OBOGS}
[관련 출원의 상호 참조]
본 출원은 2013.12.18.자로 출원된 미국 출원 61/917,778호에 대한 우선권 주장을 수반한다.
[기술 분야]
본 발명은 군용 전투기와 같은 항공기의 탑재형 산소 발생 시스템(onboard oxygen generating system; OBOGS)에 사용될 수 있는 공기 건조 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 압력 순환 흡착(PSA)식 OBOGS 시스템에서 사용되는 중공사막 필터를 구비한 공기 건조 시스템에 관한 것이다.
공기 건조 시스템은 압축 공기를 흡입하여 산소 농후 공기(oxygen enriched air; OEA)를 발생시키며, 이 때 폐기 가스로서 질소 농후 공기(nitrogen enriched air; NEA)가 발생된다. 압축 공기의 소스(source)는 항공기 엔진 또는 보조 동력 유닛(auxiliary power unit; APU)으로부터의 추출 공기(bleed air)이거나 또는 공급 공기 압축기를 이용하여 가압되는 대기 공기 또는 항공기 객실 공기로부터 얻어진 것일 수 있다. 모든 경우들에서, 압축 공기는 소정량의 수증기/습기를 함유한다.
본 발명의 일 실시예에서는, PSA 몰레큘러 시브(PSA molecular sieve)들에 의한 가스 분리 이전에 공기로부터 수증기를 추출하기 위하여 공기가 중공사막(hollow fiber membrane; HFM) 필터를 통과한다. 상기 HFM 필터는 수집된 수증기를 대기로 배출시키기 위하여 PSA-이전 건조 공기(pre-PSA dried air) 또는 PSA-이후 질소 농후 공기(post-PSA NEA)에 의하여 씻겨지며, 이로써 HFM 필터 유닛 안에서 물의 추출이 지속적으로 이루어질 수 있게 된다.
효율적인 작동을 위하여, OBOGS 유닛은 공기 유입부에서 소정량의 압력을 필요로 한다. 본 발명에 있어서 중요한 점은, 상기 HFM 필터에 걸쳐서의 압력 강하는 상기 HFM 필터를 씻어내는데 필요한 퍼지 유동(purge flow)과 함께, 상기 시스템에 더 높은 압력의 유입 공기가 제공됨을 필요로 한다는 것이다. 그러나, 제트 전투기와 같은 항공기에서는 상기 OBOGS 유닛에 낮은 유입 압력이 가해지는 경우가 있을 수 있다. 예를 들어, 엔진의 쓰로틀 설정이 낮게 되어 있는 때에는 엔진으로부터의 추출 공기 압력이 낮을 수 있다. 또한 예를 들어 높은 고도에서 비행하는 때나 현저히 높은 지-포스(G-force)를 발생시키는 조종을 수행할 때에, 전투기 조종사에 의하여 산소 요구량이 증가할 수 있다. 이와 같은 낮은 유입 압력/높은 산소 요구 상황에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 건조 시스템에 구비된 바이패스 밸브에 의하여 상기 HFM 필터의 우회가 수행되어서, 유입부를 통과하는 공기가 PSA 유닛의 몰레큘러 시브들을 직접 통과하게 되고, 이로 인하여 조종사에게의 전달을 위한 OEA의 생성이 극대화된다. 상기 PSA 유닛의 몰레큘러 시브에 의하여 흡수되는 수분은, 일단 상기 낮은 유입 압력/높은 산소 요구 상황이 해소되고 상기 유입 공기가 건조기 유닛의 HFM 필터를 먼저 통과하게 된 이후에, HFM 필터로부터의 HFM 필터 건조 공기에 의해서 흡수된다.
본 발명의 위와 같은 과제는, 바람직하게는 중공사막 필터 유닛인 공기 건조 유닛 및 바람직하게는 압력 순환 흡착 유닛을 포함하는 탑재형 산소 발생 시스템을 하나의 시스템 안에 포함하는 탑재형 산소 발생 시스템을 위한 통합된 공기 건조 시스템을 제공함으로써 해결된다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 시스템 상황 또는 작동상 필요에 따라서 공기 유입부로부터의 공기가 상기 공기 건조 유닛을 바이패스(우회)할 수 있게 하는 바이패스 밸브가 제공된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 임의의 퍼지 가스의 유동이 상기 시스템의 공기 건조 유닛으로 향하게끔 통제하는 퍼지 밸브가 제공된다.
도 1 에는 건조기 유닛 이후 그리고 OBOGS 유닛 이전에 배치된 퍼지 밸브를 구비한 본 발명의 일 실시예의 개략도가 도시되어 있고;
도 2 에는 OBOGS 유닛 이후에 배치된 퍼지 밸브를 구비한 본 발명의 대안적인 실시예의 개략도가 도시되어 있다.
도 1 에는 항공기의 탑재형 산소 발생 시스템 유닛(OBOGS unit)에서 사용되는 본 발명에 따른 공기 건조 시스템의 제1 실시예(100)가 도시되어 있다. 일반적으로 습윤한 유입 공기는 항공기 엔진으로부터의 따뜻하고 가압된 추출 공기로서 상기 공기 건조 시스템에 제공된다. 상기 공기 유입부로 공급되는 가압 공기의 대안적인 소스에는 공급 공기 압축기에 의하여 가압되는 항공기 객실 공기 또는 대기 공기나, 보조 동력 유닛 (APU)로부터의 공기가 포함될 수 있다. 상기 유입 공기는 본 발명의 공기 건조 시스템에 도달하기 이전에 상태선행조절(precondition)될 수 있다. 예를 들어 추출 공기가 하나 이상의 입자 필터를 먼저 통과함으로써 공기 흐름 내의 비(非)-기체성 오염물들(예를 들어, 먼지, 유압장치 유체, 또는 다른 엔진 유체)이 제거되거나, 또는 본 발명의 공기 건조 시스템에 진입하기 이전에 온도 및/또는 압력이 조절될 수 있다. 특히 압력 순환 흡착(PSA) 시스템을 이용하는 때에는 상기 OBOGS 유닛의 적절한 작동을 위하여 유입 공기가 충분한 압력을 갖는 것이 중요하다.
도 1 에 전체적으로 도시된 바와 같이, 가압된 유입 공기(105)는 바이패스 밸브(110)를 통과함으로써 공기 건조 시스템(100)에 진입한다. 평상시 작동시, 즉 가스 건조 작동 동안에는 바이패스 밸브(110)가 폐쇄되어서 유입 공기(105)가 건조기 유닛(120)으로 향하고, 상기 건조기 유닛(120)에서 액체 또는 증기 형태의 물이 공기 흐름(air stream)으로부터 제거된다. 바람직하게는 건조기 유닛(120)이 하나 이상의 중공사막(HFM) 필터들 또는 필터 어레이(filter array)들을 포함한다. 상기 HFM 필터는 물 분자들의 막 재료(membrane material) 투과를 선택적으로 허용하는바, 이로써 잔류 가스들(예를 들어, 질소, 산소, 아르곤, 이산화탄소)은 상기 막을 투과하지 못하고 건조기 유닛의 길이를 횡단하여 궁극적으로 OBOGS 유닛(140)으로 향하게 될 수 있다. 대안적인 실시예에서는, 건조기 유닛(120)이 데시칸트(desiccant) 또는 응축 및 물 포획 조립체(condenser and water trap assembly)와 같은 다른 적합한 가스 건조 시스템/매체를 포함할 수 있다.
상기 건조기 유닛(120)으로부터 나오는 건조 공기(115)는 퍼지 밸브(130)으로 향한다. 상기 건조기 유닛(120) 내에 잔류하는 임의의 물을 소제(purge)하기 위하여, 건조 공기의 일부분(115A)은 건조기 유닛(120)을 향하여 되돌려 보내지는데, 바람직하게는 들어오는 유입 공기에 대한 역류 유동으로서 보내진다. 나머지 건조 공기는 OBOGS 유닛(140)으로 진행한다. 바람직하게는 대략 5% 내지 대략 50%, 더 바람직하게는 대략 10% 내지 대략 30%, 가장 바람직하게는 대략 15% 내지 대략 25%의 건조 공기가 건조기 유닛(120)으로 되돌려 보내진다. 상기 건조기 유닛 안에서의 건조 공기(115A)의 바람직한 역류 유동은 건조기 유닛에 의하여 수집된 물을 제거하고 습기 함유 공기(135)를 주위 환경으로 배출시켜서, 들어오는 습윤한 유입 공기(105)를 상기 건조기 유닛이 지속적으로 건조시킬 수 있게 된다. 이를 위하여, 건조기 유닛(120)에는 건조기 유닛 내의 증기 함량을 측정하는 습도 센서가 구비될 수 있다. 상기 퍼지 밸브(130)의 개방 또는 폐쇄의 정도를 제어가능하게 통제할 수 있도록 상기 습도 센서가 퍼지 밸브(130)에 작동상 연결될 수 있으며, 이로써 상기 건조기 유닛으로 되돌려 보내지는 건조 공기(115A)의 양이 변화될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 건조기 유닛의 소제에 필요한 건조 공기의 양만큼만 건조기 유닛으로 되돌려 보내질 수 있고, 나머지는 OBOGS 유닛(140)으로 진행하게 된다. 따라서, 상기 OBOGS 유닛(140)에 진입하는 건조 공기의 양이 극대화되면서도, 건조기 유닛(120)의 건조 효율이 유지된다. 그러나, 건조된 유입 공기의 일부분이 OBOGS 유닛(140)을 통과하기 이전에 건조기 유닛(120)으로 되돌려 보내지기 때문에, 적절한 OBOGS 작동을 위해서는 유입 공기의 압력이 결과적인 압력 강하를 허용할 수 있도록 충분히 높아야 한다.
전술된 바와 같이, 퍼지 밸브(130)에 의하여 건조기 유닛(120)으로 되돌려 보내지지 않는 건조 공기(115)는 탑재형 산소 발생 시스템(OBOGS) 유닛(140)으로 진행한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는, OBOGS 유닛(140)이 압력 순환 흡착(PSA) 시스템을 포함한다. 바람직한 실시예에서는, 상기 PSA 시스템이 농후한 산소의 공급을 지속적으로 발생시키는 2-베드 몰레큘러 시브 유닛(two-bed molecular sieve unit)을 포함한다. 각각의 베드는 질소 흡착성 제올라이트(zeolite)를 포함하는 몰레큘러 시브를 구비한다. 작동시, 상기 베드들 중 하나에는 가압된 건조 공기(115)가 공급되어서 제올라이트 재료에서의 질소 흡착으로 인하여 그 공기로부터 질소가 선택적으로 제거(즉, 산소가 농후해짐)된다. 상기 두 개의 베드들 중 다른 하나는 가압된 건조 공기에 노출되지 않으며, 이전에 흡착되었던 질소가 감소된 압력 하에서 제올라이트로부터 분리됨으로써 질소를 흡착하는 활성 영역(nitrogen adsorbing active site)들이 재생된다. 이와 같은 방식으로, 건조 공기(115)가 PSA 시스템의 두 개의 베드들 사이에서 선택적으로 사이클링(cycling)됨으로써, 하나의 베드는 산소 농후 공기(OEA)(145)를 지속적으로 발생시키는 한편, 다른 베드는 질소 농후 공기(NEA)(147)를 분리시킨다. 그 다음, 산소 농후 공기(145)는 향후 사용시까지의 보관을 위한 산소 저장 탱크로 또는 조종사에게 즉시 보내어진다. 질소 농후 공기(147)는 외부 환경으로 배기되거나, 또는 항공기 내의 빈 공간을 불활성화(inerting)시키는 시스템으로 보내질 수 있다. OBOGS 유닛(140)이 PSA 시스템으로 도시 및 설명되어 있지만, OBOGS 유닛(140)은 대안적인 산소 농후화 시스템(oxygen enriching system)을 포함할 수 있으며, 여기에는 진공 압력 순환 흡착(vacuum pressure swing adsorption; VPSA) 시스템 또는 산소 선택 막 필터(oxygen selective membrane filter) 시스템이 포함되지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 상기 시스템들은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 고려되어야 한다.
상기 설명은 평상시 작동(산소 농후화 전에 공기 건조)에 관한 것인데, 유입 공기의 압력이 HFM 필터 막에 걸친 압력 강하, 또는 건조 공기(115A)를 퍼지 밸브(130)를 통하여 되돌려 보냄에 의한 공기 압력 손실을 허용하기에 충분히 높지 않은 경우가 있다. 또한, 산소 요구량이 높아서 OBOGS 유닛에 의한 산소 발생의 최고 효율이 필요한 경우도 있다. 이와 같은 경우들 중 어느 것이든, 유입 공기 모두가, 먼저 건조기 유닛(120)을 통과하거나 또는 퍼지 밸브에서 유입 공기의 일부분이 상기 건조기 유닛의 습기를 소제하기 위하여 되돌려 보내짐 없이 OBOGS 유닛(140)으로 보내질 필요가 있을 것이다. 따라서, 이와 같은 낮은 압력/높은 요구량의 상황에서는, 바이패스 밸브(110)가 선택적으로 위치선정(개방)되고 퍼지 밸브(130)가 폐쇄되어서, 유입 공기(105) 모두가 건조기 유닛(120)을 우회하여 OBOGS 유닛(140)으로 직접 주입될 수 있다. 이를 위하여, 바이패스 밸브(110)는 기계식 또는 전자식 압력 제어식 밸브일 수 있으며, 이것은 유입 공기가 미리 정해진 유입 압력 미만인 때에 개방된다 (즉, 유입 공기를 바로 OBOGS 유닛으로 향하게 한다). 전자식으로 작동되는 밸브의 경우, 압력 변환기(pressure transducer)가 증폭기로 연결될 수 있으며, 상기 증폭기는 압력에 따라서 바이패스 밸브를 개방 또는 폐쇄시키는 비교기(comparator)로 연결된다.
바이패스 밸브가 개방된 동안에는 유입 공기가, 공기 내에 존재하는 임의의 습기와 함께, OBOGS 유닛(140)으로 직접 진행한다. 그 결과, PSA 시스템 내의 제올라이트 재료에 물이 흡착되어서 질소 흡착 효율이 저감된다. 그러나 평상시 작동이 재개되고 바이패스 밸브가 폐쇄됨으로써 유입 공기가 건조기 유닛으로 향하게 되는 때에, 건조 공기(115)가 PSA 유닛에 있는 제올라이트 재료로부터 물을 흡수하여서 최적의 질소 흡착 효율이 복원된다. 이와 같은 방식으로, 본 발명의 공기 건조/산소 발생 시스템은 낮은 압력 상황에서 가능한 최고의 효율로 작동하면서도, 가능한 최소의 건조기 유닛 사용에 의하여 최대의 건조 능력을 제공한다.
추가적인 실시예에서는, 유입 압력이 예를 들어 대략 10 psi 미만인 정도로 낮고 고도가 예를 들어 해발(해수면 기준) 10,000 피트(feet) 초과인 정도로 높을 때에만 건조기 유닛을 우회시키도록 바이패스 밸브가 작동할 수 있다. 이와 같은 방식에 의하면, 항공기가 10,000 피트보다 낮은 고도에서 낮은 쓰로틀(throttle) 상태에 있을 때에 바이패스 밸브가 폐쇄된 채로 유지됨으로써, 유입 압력에 무관하게 유입 공기가 건조기 유닛을 통과하게끔 될 수 있다. 비행기가 10,000 피트 미만의 고도에 있는 때에는 10,000 피트 초과의 고도에서 비행할 때 또는 높은 지-포스(G-force)를 발생시키는 비행 조작을 수행할 때에 비하여 산소 요구량이 훨씬 낮을 것이다. 또한, 낮은 고도에서 유입 공기의 수증기/습도는 높은 고도에서보다 높을 것이므로(낮은 고도에서의 따뜻한 공기가 높은 고도의 찬 공기에 비하여 더 많은 수분을 보유함), 유입 공기 압력이 낮거나 또는 최고의 OBOGS PSA 효율을 위하여는 불충분하더라도 공기를 탑재형 산소 발생 시스템 유닛 내의 제올라이트 재료에 노출시키기 이전에 상기 공기를 건조시킬 필요가 있다.
도 2 에서는 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템의 대안적인 실시예가 전체적으로 참조번호 200 으로 표시되어 있다. 공기 건조 시스템(200)은 전술된 공기 건조 시스템(100)과 유사한 유닛들을 포함하지만, 그 유닛들의 유체 연결은 대안적인 배치 형태로 구성되어 있다. 공기 건조 시스템(100)과 유사하게, 처음에는 가압된 유입 공기(205)가 바이패스 밸브(210)로 향한다. 공기 건조 상황(즉, 충분한 유입 압력 및/또는 낮은 산소 요구량) 하에서, 유입 공기(205)가 폐쇄된 바이패스 밸브(210)를 통해 지나가고 건조기 유닛(220)에 진입한다. 바람직하게는 HFM 필터 또는 HFM 필터들의 어레이(array)로 이루어진 건조기 유닛(220)은 공급되는 공기로부터 물을 선택적으로 추출한다. 그러나, 공기 건조 시스템(100)과는 달리, 공기 건조 시스템(200)은 건조기 유닛(220)을 떠나서 퍼지 밸브를 먼저 통과하지 않고서 OBOGS 유닛(240)으로 직접 진행하는 건조 공기(215)를 갖는다. 이와 같은 방식에 의하면, 공기 유입부에서 공급되는 공기(수증기 제외) 모두가 OBOGS 유닛(240)에 의하여 처리된다. 따라서, 산소 농후 공기(245)의 생성이 최대화되면서 동시에 상기 시스템에 걸쳐서의 압력 강하가 최소화된다. 즉, 건조 공기는 OBOGS 유닛(240)을 먼저 통과하지 않고서는 건조기 유닛(220)으로 되돌려 보내지지 않는다. OBOGS 배기(247)(즉, 질소 농후 공기)가 퍼지 밸브(230)를 통과한다. 퍼지 밸브(230)가 개방된 때에 OBOGS 배기(247)는 건조기 유닛(220)의 씻음 구역(sweep section)으로 향하게 되고, 여기에서 OBOGS 배기는 상기 건조기 유닛으로부터 수증기를 씻어내고 습기 함유 배기(235)를 대기로 배출시킴으로써 HFM 필터에 의해 수집된 습기를 소제한다.
공기 건조 시스템(200)이 공기 건조 시스템(100)과 관련하여 전술된 바와 유사하게 낮은 압력 및/또는 높은 산소 요구량의 상황에 있는 때에는, 바이패스 밸브(210)가 개방되어 건조기 유닛(220)의 우회가 수행되고 유입 공기(205)가 직접 OBOGS 유닛(240)으로 진행하게 된다. 바람직하게는, 이와 동시에 퍼지 밸브(230)가 폐쇄되어서, OBOGS 배기(247)가 먼저 건조기 유닛(220)을 통하도록 되돌려 보내짐없이 대기로 직접 배출된다. 이와 같은 방식에 의하면, 상기 시스템의 압력 강하가 최소화되어서 OBOGS 유닛의 산소 농축 능력이 최대화된다. 다시 말하면, 일단 낮은 압력/높은 산소 요구량 상황이 해소된 다음에 상기 바이패스 밸브(210)가 폐쇄됨으로써, 유입 공기(205)가 건조기 유닛(220)으로 보내진다. 건조기 유닛(220)으로부터 나와서 OBOGS 유닛(240)으로 진입하는 건조 공기는 PSA 시스템의 제올라이트 재료에 흡착되었던 습기를 이탈시킨다. 또한 퍼지 밸브(230)가 개방됨으로써 OBOGS 배기(247)가 (바람직하게는) 역류 유동으로서 건조기 유닛(220)을 통과하여, 임의의 수집된 물을 건조기 유닛으로부터 소제시킨다. 이와 같은 방식으로, 필요한 때에는 산소 발생 효율이 극대화되는 한편, 모든 상황에서 최적의 습도 제어가 제공된다.
본 발명은 바람직한 실시예들을 중심으로 하여 설명되었으나, 아래의 청구범위에 기재된 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있다는 점이 이해되어야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 개방 상태 및 폐쇄 상태를 갖는 바이패스 밸브(bypass valve)로서, 가압 공기(pressurized air)를 제공하는 공기 유입부와 유체 소통(fluid communication)되는, 바이패스 밸브;
    상기 바이패스 밸브가 폐쇄 상태에 있는 때에 건조 공기를 생성하도록 구성된 건조기 유닛(dryer unit);
    산소 농후 공기(oxygen enriched air)를 발생시키는 OBOGS 유닛; 및
    개방 상태 및 폐쇄 상태를 갖는 퍼지 밸브(purge valve);를 포함하고,
    상기 바이패스 밸브가 폐쇄 상태에 있는 때에 상기 퍼지 밸브가 개방 상태에 있음으로 인하여 건조 공기의 일부분이 산소 발생 시스템 유닛(oxygen generating system unit)으로 보내지고 건조 공기의 일부분이 건조기 유닛으로 보내지며, 상기 바이패스 밸브가 개방 상태에 있는 때에 상기 가압 공기가 직접 OBOGS 유닛으로 진행하게 되는, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 건조기 유닛은 적어도 하나의 수분-투과성 중공사막 필터(water permeable hollow fiber membrane filter)를 포함하는, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 OBOGS 유닛은 2-베드 몰레큘러 시브 압력 순환 흡착 조립체(two-bed molecular sieve pressure swing adsorption assembly)를 포함하는, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 건조기 유닛으로 보내지는 건조 공기의 일부분은 건조 공기의 총량의 대략 10% 내지 대략 30% 사이인, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바이패스 밸브는 전자식으로 작동되는 밸브인, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가압 공기의 압력이 미리 정해진 압력 한계(pressure limit) 미만인 때에는 상기 바이패스 밸브가 개방 상태에 있는, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 미리 정해진 압력 한계는 대략 10 파운드/제곱 인치(pounds per square inch)인, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가압 공기의 압력이 미리 정해진 압력 한계 미만이고 상기 공기 건조 시스템의 고도(altitude)가 미리 정해진 고도를 초과하는 때에는 상기 바이패스 밸브가 개방 상태에 있는, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 미리 정해진 압력 한계는 대략 10 파운드/제곱 인치이고, 상기 미리 정해진 고도는 대략 해발 10,000 피트(feet)인, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  10. 개방 상태 및 폐쇄 상태를 갖는 바이패스 밸브로서, 가압 공기를 제공하는 공기 유입부와 유체 소통되는, 바이패스 밸브;
    상기 바이패스 밸브가 폐쇄 상태에 있는 때에 건조 공기를 생성하도록 구성된 건조기 유닛;
    산소 농후 공기 및 배기 공기(exhaust air)를 발생시키는 OBOGS 유닛; 및
    개방 상태 및 폐쇄 상태를 갖는 퍼지 밸브;를 포함하고,
    상기 바이패스 밸브가 폐쇄 상태에 있는 때에 퍼지 밸브가 개방 상태에 있음으로 인하여 건조 공기가 건조기 유닛으로 보내지고, 상기 바이패스 밸브가 개방 상태에 있는 때에는 가압 공기가 직접 OBOGS 유닛으로 진행하게 되고 퍼지 밸브가 폐쇄 상태에 있게 되어서 상기 배기 공기가 주위 환경으로 보내지는, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 건조기 유닛은 적어도 하나의 수분-투과성 중공사막 필터를 포함하는, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 OBOGS 유닛은 2-베드 몰레큘러 시브 압력 순환 흡착 조립체를 포함하는, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 건조기 유닛으로 보내지는 건조 공기의 일부분은 건조 공기의 총량의 대략 10% 내지 대략 30% 사이인, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 바이패스 밸브는 전자식으로 작동되는 밸브인, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 가압 공기의 압력이 미리 정해진 압력 한계 미만인 때에는 상기 바이패스 밸브가 개방 상태에 있는, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 미리 정해진 압력 한계는 대략 10 파운드/제곱 인치인, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 가압 공기의 압력이 미리 정해진 압력 한계 미만이고 상기 공기 건조 시스템의 고도가 미리 정해진 고도를 초과하는 때에는 상기 바이패스 밸브가 개방 상태에 있는, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 미리 정해진 압력 한계는 대략 10 파운드/제곱 인치이고, 상기 미리 정해진 고도는 대략 해발 10,000 피트(feet)인, 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템.
KR1020167018840A 2013-12-18 2014-12-18 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템 KR20160098389A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361917778P 2013-12-18 2013-12-18
US61/917,778 2013-12-18
PCT/US2014/071127 WO2015095506A1 (en) 2013-12-18 2014-12-18 Air drying system for obogs

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160098389A true KR20160098389A (ko) 2016-08-18

Family

ID=53367229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167018840A KR20160098389A (ko) 2013-12-18 2014-12-18 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9289717B2 (ko)
EP (1) EP3094560A1 (ko)
JP (1) JP2017502880A (ko)
KR (1) KR20160098389A (ko)
CA (1) CA2934673A1 (ko)
WO (1) WO2015095506A1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9600001B2 (en) * 2012-01-13 2017-03-21 Perkinelmer Health Sciences, Inc. Devices, systems and methods for purging and loading sorbent tubes
DE102014104386B4 (de) * 2014-03-28 2019-03-14 Beko Technologies Gmbh Gehäusekopf mit Spülluftregler
US9932234B2 (en) * 2015-07-13 2018-04-03 Hamilton Sundstrand Corporation Membrane-based air separation module
CA3021790C (en) * 2016-04-20 2023-09-05 Carleton Life Support Systems, Inc. Moisture resistant molecular sieve beds
JP6860197B2 (ja) * 2017-02-06 2021-04-14 Ｖｉｇｏ Ｍｅｄｉｃａｌ株式会社 酸素濃縮装置
US11123685B2 (en) 2017-02-27 2021-09-21 Honeywell International Inc. Hollow fiber membrane contactor scrubber/stripper for cabin carbon dioxide and humidity control
US10688435B2 (en) 2017-02-27 2020-06-23 Honeywell International Inc. Dual stripper with water sweep gas
FR3068009B1 (fr) * 2017-06-23 2023-09-15 Zodiac Aerotechnics Systeme d'inertage d'au moins un volume dans un aeronef via au moins une pile a combustible
US11517851B2 (en) * 2019-08-14 2022-12-06 New York Air Brake, LLC Air dryer with prefiltration stage bypass
US11717785B2 (en) * 2021-10-15 2023-08-08 Frito-Lay North America, Inc. Hybrid nitrogen gas generation system

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA986424A (en) * 1972-09-28 1976-03-30 Robert A. Ritter Process, system and apparatus and components thereof for the separation of gaseous components
CA1132062A (en) * 1978-12-28 1982-09-21 Robert A. Ritter Multiple vessel cascade gas enrichment system
US4329158A (en) * 1980-06-13 1982-05-11 Air Products And Chemicals, Inc. Air fractionation by pressure swing adsorption
US4651728A (en) 1984-09-28 1987-03-24 The Boeing Company Breathing system for high altitude aircraft
US4698075A (en) * 1986-06-05 1987-10-06 International Oxygen Company, Inc. Control system for fluid absorption systems and the like
CA1297298C (en) * 1986-09-22 1992-03-17 Akira Kato Oxygen enriching apparatus with means for regulating oxygen concentration of oxygen enriched gas
US4896514A (en) * 1987-10-31 1990-01-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Air-conditioning apparatus
US5137549A (en) * 1988-10-14 1992-08-11 Vbm Corporation Two stage super-enriched oxygen concentrator
US4880443A (en) * 1988-12-22 1989-11-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Molecular sieve oxygen concentrator with secondary oxygen purifier
US5154737A (en) * 1990-01-12 1992-10-13 Vbm Corporation System for eliminating air leakage and high purity oxygen of a PSA oxygen concentrator
US5169415A (en) 1990-08-31 1992-12-08 Sundstrand Corporation Method of generating oxygen from an air stream
US5263477A (en) 1992-04-27 1993-11-23 Litton Systems, Inc. Chemical and biological warfare filter injector mechanism
US5344474A (en) * 1993-04-28 1994-09-06 Air Dry Corporation Of America Gas separation device
US6866755B2 (en) * 2001-08-01 2005-03-15 Battelle Memorial Institute Photolytic artificial lung
US6063169A (en) 1996-05-10 2000-05-16 Litton Systems, Inc. Control means for molecular sieve on-board oxygen generator
US5827358A (en) * 1996-11-08 1998-10-27 Impact Mst, Incorporation Rapid cycle pressure swing adsorption oxygen concentration method and apparatus
US5858063A (en) 1997-06-03 1999-01-12 Litton Systems, Inc. Oxygen concentrator with beds' duty cycle control and self-test
US5806323A (en) * 1997-06-16 1998-09-15 Bevier; William E. Adsorbent based air conditioning system
US6921597B2 (en) * 1998-09-14 2005-07-26 Questair Technologies Inc. Electrical current generation system
US6409807B1 (en) 2000-05-23 2002-06-25 Litton Systems, Inc. Linear gas valve cycle control, shut-off-valve and self test
CA2329475A1 (en) * 2000-12-11 2002-06-11 Andrea Gibbs Fast cycle psa with adsorbents sensitive to atmospheric humidity
FR2839263B1 (fr) * 2002-05-03 2005-01-14 Air Liquide Systeme embarque de production d'oxygene pour aeronefs, en particulier aeronefs a long rayon d'action
US6997970B2 (en) * 2002-06-25 2006-02-14 Carleton Life Support Systems, Inc. Oxygen/inert gas generator
US6669758B1 (en) 2002-06-27 2003-12-30 Carleton Life Support Systems, Inc. Variable inlet air restriction for composition control of product gas
GB0230098D0 (en) * 2002-12-24 2003-01-29 Honeywell Normalair Garrett Method of controlling a gas absorption apparatus
US7036521B2 (en) * 2003-04-27 2006-05-02 Carleton Life Support Systems, Inc. Air conserving slide valve
DE102004010366B4 (de) * 2004-03-03 2008-03-27 Liebherr-Aerospace Lindenberg Gmbh System zur Druckluftaufbereitung
US7694674B2 (en) 2004-09-21 2010-04-13 Carleton Life Support Systems, Inc. Oxygen generator with storage and conservation modes
US7402193B2 (en) * 2005-04-05 2008-07-22 Respironics Oxytec, Inc. Portable oxygen concentrator
US7445660B2 (en) 2005-04-27 2008-11-04 Carleton Life Support Systems, Inc. Method for operating gas generators in tandem
US8695598B2 (en) * 2008-08-04 2014-04-15 Zodiac Aerotechnics Cockpit oxygen breathing device
US8671940B2 (en) 2010-01-22 2014-03-18 Carleton Technologies, Inc. Life support and microclimate integrated system and process with internal and external active heating
GB201004837D0 (en) * 2010-03-23 2010-05-05 Airbus Uk Ltd Fuel system and method
WO2011127314A2 (en) * 2010-04-07 2011-10-13 Chart Sequal Technologies Inc. Portable oxygen delivery device
US8985474B2 (en) * 2011-01-17 2015-03-24 Paragon Space Development Corporation Space humidity control systems
WO2013027821A1 (ja) * 2011-08-24 2013-02-28 株式会社神鋼環境ソリューション 除湿装置、及び、除湿装置の製造方法
EP2906280B1 (en) * 2012-10-12 2018-09-26 Inova Labs, Inc. Oxygen concentrator systems and methods
GB2519959A (en) * 2013-11-01 2015-05-13 Airbus Operations Ltd Dehumidifier
EP3102489B1 (en) 2014-01-10 2022-03-09 Cobham Mission Systems Davenport LSS Inc. Reduced cognitive function detection and alleviation system for a pilot
JP6252941B2 (ja) * 2014-01-24 2017-12-27 Smc株式会社 酸素濃縮器
US9440179B2 (en) * 2014-02-14 2016-09-13 InovaLabs, LLC Oxygen concentrator pump systems and methods

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015095506A1 (en) 2015-06-25
US20150165370A1 (en) 2015-06-18
EP3094560A1 (en) 2016-11-23
US9289717B2 (en) 2016-03-22
JP2017502880A (ja) 2017-01-26
CA2934673A1 (en) 2015-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20160098389A (ko) 탑재형 산소 발생 시스템용 공기 건조 시스템
US10974191B2 (en) Aircraft environmental control and fuel tank inerting coupling system based on membrane separation method
US5004482A (en) Production of dry, high purity nitrogen
US6955713B2 (en) Device for enriching air with oxygen
US4822383A (en) Method and apparatus for removing carbon dioxide from air
CN102091500B (zh) 一种变压吸附的氧氮联合分离的方法与装置
CA2055851A1 (en) Continuous method for removing oil vapor from feed gases containing water vapor
CA2527868A1 (en) Method and device for reducing the carbon dioxide concentration in air
JPH04227021A (ja) 低温空気分離プラント用のハイブリッド予備清浄器
US10207813B1 (en) Regenerative activated carbon filtration for aircraft obiggs
JP2002274608A (ja) 庫内の湿度及び／又は酸素ガス濃度を制御可能な収納庫
EP1273515B1 (en) Aircraft air conditioner
CN112498712A (zh) 一种联合中空纤维膜和分子筛机载油箱惰化装置
US6610122B1 (en) Water recuperation for a carbon dioxide (CO2) removal system
US7442238B2 (en) Means for air fractionization
JP2003291894A (ja) 航空機用空気調和装置
CN214780752U (zh) 一种基于耦合分离技术的制氧装置
US20040166042A1 (en) Method and apparatus for producing nitrogen gas
JP4174606B2 (ja) 航空機用空気調和装置
JP2000189743A (ja) 乾燥気体供給作動方法およびシステム
JP3723083B2 (ja) 圧縮空気供給装置
JP2003081195A (ja) 航空機用空気調和装置
JP4529285B2 (ja) ガス分離膜装置および運転休止方法
KR200313568Y1 (ko) 고효율 산소발생장치
KR200293560Y1 (ko) 고효율 산소발생장치

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination