KR101819665B1 - 아산화질소 가스 드라이어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아산화질소 가스 드라이어에 관한 것으로서, 특히 아산화질소 가스가 번갈아 유입되어 제습공정과 재생공정이 번갈아 수행되는 제1,2챔버와; 상기 제1,2챔버 내부에 저장되어 유입된 아산화질소 가스의 수분을 흡착함으로써 제습이 이루어지도록 하는 흡착제와; 상기 제1,2챔버 중 흡착제의 재생공정이 필요한 챔버에 공급되는 재생가스를 가열하기 위한 히터와; 상기 제1,2챔버 내에 설치된 센서로부터 온도와 압력값을 제공받는 컨트롤패널;을 포함하여 구성되되, 상기 히터에 의해 가열되어 제1,2챔버 내부로 공급되는 재생가스는 질소로 구성되어, 재생가스로 가격이 저렴한 질소 가스를 사용하기 때문에 운용비용을 낮출 수 있고 제습이 완료된 아산화질소 가스의 낭비를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

아산화질소 가스 드라이어{Nitrous oxide gas dryer}
본 발명은 가스 드라이어에 관한 것으로서, 특히 외과 수술시 및 반도체공정 분위기 가스로 사용되는 아산화질소에 함유된 수분이나 이물질을 제거하여 절대수분량 0.0027g/m3이하의 초고순도 아산화질소를 생산하는 가스 드라이어에 관한 것이다.
외과 수술시 마취가스 및 반도체공정 분위기 가스로 사용되는 고순도 아산화질소를 액화시키기 전에 아산화질소의 순도를 극대화하기 위하여 제습과정을 거치는데, 이러한 제습과정은 흡착제가 충진되어 병렬 설치된 한 쌍의 챔버 중 어느 하나의 챔버에 아산화질소를 공급하여 흡착제에 수분이 흡착되도록 함으로써 이루어진다.
이러한 제습과정이 지속되다 보면 흡착제가 많은 수분을 흡착하여 성능이 저하되기 때문에 흡착제를 재생하는 과정이 필요한데, 종래에 사용되는 재생방법은 이웃하는 챔버를 통해 제습 완료된 고순도의 아산화질소 20 ~ 25% 정도를 흡착제의 재생이 필요한 챔버 내에 공급하여 흡착제에서 수분이 탈리되도록 하는 방법을 취하고 있다.
그러나, 이러한 재생방법은 고가의 고순도 아산화질소를 흡착제의 재생을 위한 재생가스로 다량 사용하기 때문에 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
출원번호 : 10-2011-0133859 (발명의 명칭 : 압축열을 이용한 흡착시 드라이어의 제습제 재생 장치 및 방법)
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 운용비용을 절감하고 제습이 완료된 아산화질소 가스의 낭비를 막을 수 있는 아산화질소 가스 드라이어를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 아산화질소 가스 드라이어는 아산화질소 가스가 번갈아 유입되어 제습공정과 재생공정이 번갈아 수행되는 제1,2챔버와; 상기 제1,2챔버 내부에 저장되어 유입된 아산화질소 가스의 수분을 흡착함으로써 제습이 이루어지도록 하는 흡착제와; 상기 제1,2챔버 내부로 유입되는 아산화질소 가스를 필터링하는 전단 필터와; 제습공정 완료 후 제1,2챔버 외부로 배출되는 아산화질소 가스를 필터링하는 후단 필터와; 상기 제1,2챔버 중 흡착제의 재생공정이 필요한 챔버에 공급되는 재생가스를 가열하기 위한 히터와; 상기 제1,2챔버 내에 설치된 센서로부터 온도와 압력값을 제공받는 컨트롤패널;을 포함하여 구성되되, 상기 히터에 의해 가열되어 제1,2챔버 내부로 공급되는 재생가스는 질소이다.
여기서, 상기 흡착제는 활성 알루미나(Activated Alumina)와 상기 활성 알루미나에 비하여 상대적으로 가볍고 부피가 작은 분자체(Molecular Sieve)가 7~8 : 2~3의 중량비로 구성되되, 상기 제1,2챔버의 아래쪽에는 분자체가 배치되고, 상기 분자체의 상측에는 활성 알루미나가 적층된다.
그리고, 상기 제1,2챔버 내부로 각각 아산화질소 가스가 공급될 때 상기 아산화질소 가스는 제1,2챔버의 상단에서 하단쪽을 향해 유동하는 다운 플로우(Down Flow) 방식으로 공급되고, 제습공정 완료 후 제1,2챔버의 하단을 통해 외부로 배출된다.
또한, 상기 제1,2챔버 중 흡착제의 재생공정이 필요한 챔버에 재생가스로 질소를 공급할 때 제1,2챔버의 하단에서 상단쪽을 향해 유동하는 업 플로우(Up Flow) 방식으로 공급된다.
또한, 제습공정 완료 후 상기 제1,2챔버 외부로 배출되는 아산화질소 가스는 노점(Dew Point)이 -100 ~ -70℃로 배출된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 아산화질소 가스 드라이어는 흡착제의 재생을 위한 재생가스로 가격이 저렴한 질소 가스를 사용하기 때문에 운용비용을 낮출 수 있고, 질소의 사용으로 제습이 완료된 아산화질소 가스의 사용량을 그만큼 줄일 수 있으므로 제습이 완료된 아산화질소 가스의 낭비를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
상대적으로 가볍고 부피가 작은 분자체를 무겁고 부피가 큰 활성 알루미나의 밑에 배치하기 때문에, 제습공정을 수행하던 제1챔버 내부의 흡착제에 대한 재생공정을 수행할 때, 제1챔버 내부가 급격하게 압력이 강하(降下)하더라도 분자체가 상측으로 솟구쳐 비산되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 공기보다 가벼운 아산화질소 가스를 다운 플로우(Down Flow) 방식으로 제1,2챔버 내부에 공급하기 때문에 업 플로우(Up Flow) 방식에 비하여 초미세 수증기의 제거 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 아산화질소 가스 드라이어의 평면도.
도 2는 본 발명에 의한 아산화질소 가스 드라이어의 정면도.
도 3은 본 발명에 의한 아산화질소 가스 드라이어의 측면도.
도 4a는 본 발명에 의한 아산화질소 가스 드라이어에서 제1챔버의 제습공정과 제2챔버의 재생공정을 간단히 보인 도.
도 4b는 본 발명에 의한 아산화질소 가스 드라이어에서 제1챔버의 재생공정과 제2챔버의 제습공정을 간단히 보인 도.
이하, 본 발명에 의한 아산화질소 가스 드라이어의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 아산화질소 가스 드라이어의 평면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 아산화질소 가스 드라이어의 정면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 아산화질소 가스 드라이어의 측면도이다.
본 발명에 의한 아산화질소 가스 드라이어는 제1챔버(10)와, 상기 제1챔버(10)와 옆에 설치된 제2챔버(20)와, 상기 제1,2챔버(10,20) 내부에 저장되는 흡착제(30)와, 상기 제1,2챔버(10,20)의 유입측에 설치되는 전단 필터(40)와, 상기 제1,2챔버(10,20)의 배출측에 설치되는 후단 필터(50)와, 상기 제1,2챔버(10,20) 내부에 공급되는 질소를 가열하는 히터(60)와, 본 발명을 전체적으로 제어하는 컨트롤패널(70)을 포함하여 구성된다.
상기 제1챔버(10)는 제2챔버(20)와 번갈아 가면서 아산화질소(N2O) 가스가 유입되어 제습공정과 재생공정이 번갈아 수행된다. 이러한 제1챔버(10)는 상단에 아산화질소 가스가 유입되는 관로가 연결되어 있고, 하단에 제습 완료된 아산화질소 가스가 배출되는 관로가 연결되어 있으며, 내부 온도와 압력을 측정하기 위한 센서(미도시)가 설치되어 있다.
이와 같이 아산화질소 가스가 유입되는 관로가 제1챔버(10)의 상단에 연결되어 있고 배출 관로가 제1챔버(10)의 하단에 연결되어 있기 때문에, 제1챔버(10) 내부로 아산화질소 가스가 공급될 때 아산화질소 가스는 제1챔버(10)의 상단에서 하단쪽을 향해 유동하는 다운 플로우(Down Flow) 방식으로 공급되고, 제습공정이 완료된 후에는 제1챔버(10)의 하단을 통해 외부로 배출된다.
상기 제2챔버(20)는 제1챔버(10)와 수평방향으로 이격되게 설치되어 제1챔버(10)와 번갈아 가면서 아산화질소(N2O) 가스가 유입되어 제습공정과 재생공정이 번갈아 수행된다. 이러한 제2챔버(20)는 제1챔버(10)와 마찬가지로 상단에 아산화질소 가스가 유입되는 관로가 연결되어 있고, 하단에 제습 완료된 아산화질소 가스가 배출되는 관로가 연결되어 있으며, 내부 온도와 압력을 측정하기 위한 센서(미도시)가 설치되어 있다.
이와 같이 아산화질소 가스가 유입되는 관로가 제2챔버(20)의 상단에 연결되어 있고 배출 관로가 제2챔버(20)의 하단에 연결되어 있기 때문에, 제2챔버(20) 내부로 아산화질소 가스가 공급될 때 아산화질소 가스는 제2챔버(20)의 상단에서 하단쪽을 향해 유동하는 다운 플로우(Down Flow) 방식으로 공급되고, 제습공정이 완료된 후에는 제2챔버(20)의 하단을 통해 외부로 배출된다.
한편, 제습공정이 완료된 후 제1챔버(10)와 제2챔버(20)의 하단을 통해 외부로 배출되는 아산화질소 가스는 그 노점(Dew Point)이 -100 ~ -70℃인 상태로 배출되는 것이 바람직하다. 왜냐하면 노점 온도가 낮아야만 바로 이후에 이루어지는 제습된 아산화질소 가스의 액화가 용이하게 때문이다.
상기 흡착제(30)는 제1,2챔버(10,20) 내부에 저장되어, 제1,2챔버(10,20) 내부로 유입된 후 상측에서 하측으로 유동하는 아산화질소 가스에 포함된 수분을 흡착함으로써 제습이 이루어지도록 한다.
이러한 흡착제(30)는 활성 알루미나(Activated Alumina,31)와 분자체(Molecular Sieve,32)로 구성된다.
상기 활성 알루미나(31)는 작은 구형의 입자들이 모여서 이루어진 것으로서, 분자체(32)의 상측에 적층되어 분자체(32)를 아래쪽으로 누른다.
상기 분자체(32)는 활성 알루미나(31)보다 더 작은 구형의 입자들이 모형서 이루어진 것으로서, 제1,2챔버(10,20)의 내부 아래쪽에 배치되고, 활성 알루미나(31)에 의해 가압된다. 이러한 분자체(32)는 활성 알루미나(31)에 비하여 상대적으로 가볍고 부피가 작게 형성된다.
상기와 같은 활성 알루미나(31)와 분자체(32)는 제1,2챔버(10,20) 내부에 배치되되, 7~8 : 2~3의 중량비로 배치된다. 즉 제1,2챔버(10,20) 아래쪽에 적은 양의 분자체(32) 분말이 배치되고, 그 위에 많은 양의 활성 알루미나(31) 분말이 배치된다.
위와 같이 가벼운 분자체(32) 위에 무거운 활성 알루미나(31)를 배치하는 이유는 분자체(32)가 위쪽으로 비산되는 것을 막기 위함이다.
부연하면, 제1챔버(10)의 흡착제(30)가 수분을 많이 흡착하여 그 기능을 발휘하지 못해 흡착제(30)에 대한 재생공정이 필요한 경우, 즉 흡착제(30)에 붙어 있는 수분을 제거하여 다시 사용이 가능한 상태의 흡착제로 만들어야 하는 경우, 제1챔버(10)에 공급되던 아산화질소 가스를 차단하고 제2챔버(20)에 공급되도록 아산화질소 가스가 유동하는 관로를 바꿔야 하는데, 이때 제1챔버(10) 내부의 압력을 20 kg/㎠에서 0(zero)으로 급격히 하강시킨다. 이때, 가볍고 부피가 작은 분자체(32)가 활성 알루미나(31) 위에 있다면 제1챔버(10) 내부의 갑작스러운 압력하강에 의해 분자체(32) 분말이 위로 솟구치면서 비산이 된다. 바로 이러한 현상을 막기 위하여 활성 알루미나(31)를 분자체(32) 위에 배치한다.
상기 전단 필터(40)는 제1챔버(10)와 제2챔버(20) 내부로 유입되는 아산화질소 가스를 필터링하는 것으로서, 제1챔버(10)와 제2챔버(20)의 상단에 연결되는 아산화질소 가스의 유동 관로상에 설치되어, 아산화질소 가스와 함께 유입되는 에어로졸 상태의 수분을 필터링한다.
상기 후단 필터(50)는 아산화질소 가스에 함유된 수분을 제거하는 제습공정이 완료된 후 제1챔버(10)와 제2챔버(20) 외부로 배출되는 아산화질소 가스를 필터링하는 것으로서, 제1챔버(10)와 제2챔버(20)의 하단에 연결되는 아산화질소 가스의 유동 관로상에 설치되어, 제습된 아산화질소 가스와 함께 배출되는 분진을 필터링한다.
상기 히터(60)는 상기 제1챔버(10)와 제2챔버(20) 중 흡착제(30)의 재생공정이 필요한 챔버에 공급되는 재생가스를 가열하기 위한 것이다.
앞서 기재한 것처럼 제1챔버(10)에서 제습공정이 진행되면 제2챔버(20)에서는 재생공정이 진행되고, 제1챔버(10)에서 재생공정이 진행되면 제2챔버(20)에서는 제습공정이 진행된다. 이렇게 제1챔버(10)와 제2챔버(20)에서 제습공정과 재생공정이 번갈아 수행되는데, 재생공정이 필요한 챔버 내에 재생가스를 공급하여 흡착제(30)에 부착된 수분을 탈리한다. 이때 재생가스의 온도가 높아야만 흡착제(30)에 부착된 수분을 더 잘 증발시킬 수 있으므로 재생가스를 가열하는 것이 필요하고, 이러한 필요에 의해 히터(60)로 재생가스를 가열하는 것이다.
한편, 본 발명에서는 재생가스로 가격이 저렴한 질소 가스를 사용한다. 그리고, 질소 가스를 흡착제(30)의 재생공정이 필요한 챔버에 공급할 때 제1,2챔버(10,20)의 하단에서 상단쪽을 향해 업 플로우(Up Flow) 방식으로 공급한다. 이렇게 챔버 내부로 유입된 질소 가스는 챔버의 하단에서 상단쪽으로 이동하면서 흡착제(30) 붙어 있던 수분을 증발시킨다.
상기 컨트롤패널(70)은 상기 제1,2챔버(10,20) 내에 설치된 센서로부터 온도와 압력값을 제공받는다. 센서는 제1,2챔버(10,20)에만 설치되는 것은 아니고 온도와 압력값의 측정이 필요한 곳이면 어디든 설치되어 컨트롤패널(70)에 그 측정값을 전송한다. 이러한 컨트롤패널(70)은 측정된 온도와 압력값에 따라 아산화질소의 주입조건을 변경하는 등 본 발명의 작동상태 등을 제어한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 아산화질소 가스 드라이어의 제습 및 재생공정을 간단히 설명하면 다음과 같다.
도 4a는 본 발명에 의한 아산화질소 가스 드라이어에서 제1챔버의 제습공정과 제2챔버의 재생공정을 간단히 보인 도이고, 도 4b는 본 발명에 의한 아산화질소 가스 드라이어에서 제1챔버의 재생공정과 제2챔버의 제습공정을 간단히 보인 도이다.
제1챔버(10)의 상단을 통하여 제1챔버(10) 내부로 아산화질소 가스를 공급한다. 제1챔버(10) 내부로 공급된 아산화질소는 제1챔버(10)의 하단쪽으로 이동하면서 활성 알루미나(31)와 분자체(32)를 통과하면서 수분이 제거된다. 이렇게 수분이 제거된 후 제1챔버(10)의 하단에 연결된 관로를 통해 외부로 배출된다.
이러한 과정을 통해 제습과정이 이루어지는 데, 활성 알루미나(31)와 분자체(32)가 너무 많은 수분을 흡수하여 제 기능을 발휘하지 못하면 재생공정이 필요하다.
따라서, 제1챔버(10)로 공급되던 아산화질소 가스를 차단하고 제2챔버(20)로 아산화질소를 공급하여 제2챔버(20) 내부에서는 제습공정이 이루어지도록 하고, 동시에 제1챔버(10)에서는 재생공정이 이루어지도록 한다.
제1챔버(10) 내부에 배치된 흡착제(30)의 재생공정을 위해서 히터(60)에 의해 130℃ 정도로 가열된 질소 가스를 제1챔버(10)의 하단을 통해 제1챔버(10) 내부로 공급한다.
제1챔버(10) 내부로 공급된 고온의 질소 가스는 제1챔버(10)의 상단쪽으로 이동하면서 활성 알루미나(31)와 분자체(32)에 흡착되어 있던 수분을 증발시키고, 이 증발된 수분을 제1챔버(10)의 상단에 연결된 관로를 통해 외부로 배출시킨다.
제1챔버(10) 내부의 활성 알루미나(31)와 분자체(32)에 흡착되어 있던 수분이 제거된 후에는, 제2챔버(20) 내에서 제습된 후 배출되는 고순도의 아산화질소 가스의 7 ~ 8% 정도를 제1챔버(10) 내부에 업 플로우 방식으로 공급한다.
제1챔버(10)의 하단을 통해 제1챔버(10) 내부로 공급된 제습 정제된 아산화질소 가스는 제1챔버(10) 내부에서 상측으로 이동하면서 질소 가스를 제1챔버(10) 바깥으로 밀어낸다. 이로써 제1챔버(10)의 흡착제(30)에 대한 재생공정이 완료된다.
10: 제1챔버 20: 제2챔버
30: 흡착제 31: 활성 알루미나
32: 분자체 40: 전단 필터
50: 후단 필터 60: 히터
70: 컨트롤패널

Claims (7)

  1. 아산화질소 가스가 번갈아 유입되어 제습공정과 재생공정이 번갈아 수행되는 제1,2챔버(10,20)와;
    상기 제1,2챔버(10,20) 내부에 저장되어 유입된 아산화질소 가스의 수분을 흡착함으로써 제습이 이루어지도록 하는 흡착제(30)와;
    상기 제1,2챔버(10,20) 중 흡착제(30)의 재생공정이 필요한 챔버에 공급되는 재생가스를 가열하기 위한 히터(60)와;
    상기 제1,2챔버(10,20) 내에 설치된 센서(미도시)로부터 온도와 압력값을 제공받는 컨트롤패널(70);을 포함하여 구성되되,
    상기 히터(60)에 의해 가열되어 제1,2챔버(10,20) 내부로 공급되는 재생가스는 질소이며,
    상기 흡착제(30)는 활성 알루미나(Activated Alumina,31)와 상기 활성 알루미나(31)에 비하여 상대적으로 가볍고 부피가 작은 분자체(Molecular Sieve,32)가 7~8 : 2~3의 중량비로 구성되되,
    상기 제1,2챔버(10,20)의 아래쪽에는 분자체(32)가 배치되고, 상기 분자체(32)의 상측에는 활성 알루미나(31)가 적층되고,
    상기 제1,2챔버(10,20) 중 흡착제(30)의 재생공정이 필요한 챔버에 재생가스로 질소를 공급할 때 제1,2챔버(10,20)의 하단에서 상단쪽을 향해 유동하는 업 플로우(Up Flow) 방식으로 공급되는 것을 특징으로 하는 아산화질소 가스 드라이어.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1,2챔버(10,20) 내부로 각각 아산화질소 가스가 공급될 때 상기 아산화질소 가스는 제1,2챔버(10,20)의 상단에서 하단쪽을 향해 유동하는 다운 플로우(Down Flow) 방식으로 공급되고, 제습공정 완료 후 제1,2챔버(10,20)의 하단을 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 아산화질소 가스 드라이어.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1,2챔버(10,20) 내부로 유입되는 아산화질소 가스를 필터링하는 전단 필터(40);를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 아산화질소 가스 드라이어.
  6. 청구항 1에 있어서,
    제습공정 완료 후 제1,2챔버(10,20) 외부로 배출되는 아산화질소 가스를 필터링하는 후단 필터(50);를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 아산화질소 가스 드라이어.
  7. 청구항 1에 있어서,
    제습공정 완료 후 상기 제1,2챔버(10,20) 외부로 배출되는 아산화질소 가스는 노점(Dew Point)이 -100 ~ -70℃로 배출되는 것을 특징으로 하는 아산화질소 가스 드라이어.
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