산소 발생기의 작동 원리는 무엇입니까?

가정에서의 의료적 요구, 임상 환경 또는 산업 응용 분야에서 안정적인 농축 산소 공급이 필요한 모든 사람에게는 이를 가능하게 하는 장치를 이해하는 것이 중요합니다. 그만큼 산소 발생기 의료 분야에서 종종 산소 농축기라고 불리는 는 겉으로 보기에는 마법 같은 위업을 수행하는 놀라운 공학 기술입니다. 즉, 우리가 숨 쉬는 공기를 가져와서 필수적이고 순도가 높은 가스로 변환하는 것입니다. 하지만 복잡한 화학 공정이나 대규모 저장 탱크 없이 이를 어떻게 달성할 수 있을까요?

이 기사에서는 산소 발생기의 내부 작동 원리를 설명합니다. 우리는 핵심 과학적 원리, 사용된 두 가지 주요 기술, 그리고 이러한 장치를 효과적이고 신뢰할 수 있게 만드는 핵심 구성 요소를 탐구할 것입니다. 우리의 목표는 산소 생성 과정에 대한 명확하고 심층적인 설명을 제공하는 것입니다.

재단: 우리가 숨쉬는 공기에는 무엇이 들어있나요?

산소 발생기가 어떻게 작동하는지 이해하기 전에 먼저 산소 발생기의 원료인 주변 공기를 살펴봐야 합니다. 일반 공기는 주로 다음으로 구성된 가스 혼합물입니다.

질소(N2): 약 78%

산소(O₂): 약 21%

아르곤 및 기타 미량 가스: ~1%

안 산소 농축기 단위 산소를 생성하지 않습니다. 이는 산소를 질소 및 기타 가스로부터 분리하여 산소를 일반적으로 90%에서 95% 사이의 순도 수준으로 효과적으로 "농축"합니다. 이 과정은 현장 산소 생산 고압 산소 탱크나 극저온 액체 산소에 의존하는 것보다 훨씬 안전하고 효율적입니다.

두 가지 주요 기술: PSA 및 멤브레인 분리

여기에는 두 가지 주요 기술이 사용됩니다. 산소 발생 시스템 : 압력 변동 흡착(PSA) 및 멤브레인 기술. PSA는 특히 의료용 산소의 경우 가장 일반적이며, 막 분리는 특정 산업 응용 분야에 자주 사용됩니다.

압력 변동 흡착(PSA): 업계 표준

그만큼 PSA 산소 발생기 가정용 의료기기부터 대형 의료기기까지 모든 분야에서 찾아볼 수 있는 업계의 주력 제품입니다. 산업용 산소 발생 시스템 . 그 작동은 특정 재료의 물리적 특성을 활용하여 가압 및 감압의 연속적인 주기입니다.

그만큼 Core Concept: Molecular Sieves

그만큼 heart of a PSA system is a synthetic zeolite, a microporous material that acts as a 분자체 제올라이트 . 이 물질은 중요한 특성을 가지고 있습니다. 결정 구조에는 질소 분자에 대한 강한 친화력을 갖는 작은 기공이 가득합니다.

압축 공기가 이 물질을 통과하면 질소 분자가 기공 내에 갇히게(흡착됩니다). 산소 분자, 아르곤 분자 및 기타 미량 가스는 너무 크거나 극성이 잘못되어 쉽게 흡착되지 않으므로 체층을 통과합니다. 그 결과 시스템에서 나오는 농축된 산소 흐름이 생성됩니다.

그러나 제올라이트 물질은 너무 많은 양의 질소만 보유할 수 있습니다. 일단 포화되면 청소하거나 재생해야 합니다. 이름의 "압력 스윙(Pressure Swing)" 부분이 여기에 포함됩니다.

PSA 산소 공정의 단계별 분석

일반적인 PSA 시스템은 Zeolite로 채워진 두 개의 타워 또는 컬럼을 사용합니다. 한 기둥이 활발하게 산소를 생산하는 동안 다른 기둥은 재생되고 있습니다. 이러한 교대는 지속적이고 중단 없는 산소 흐름을 보장합니다.

1단계: 섭취 및 압축

주변 공기는 흡기 필터를 통해 장치 안으로 유입되어 먼지와 미립자 물질을 제거합니다. 그러면 내부 공기 압축기가 필터링된 공기를 필요한 압력으로 가압합니다. 이는 흡착 공정이 효율적으로 작동하는 데 필요합니다.

2단계: 예냉 및 결로 관리

공기를 압축하면 열이 발생합니다. 뜨겁고 압축된 공기는 열교환기를 통과하여 제올라이트가 기능할 수 있는 최적의 온도로 냉각됩니다. 또한 물은 체 재료를 손상시킬 수 있으므로 분리 챔버나 워터 트랩을 통과하여 공기 중에 있던 수분(수증기)을 제거합니다. 이는 매우 중요한 단계입니다. 산소 농축기 기술 .

3단계: 흡착 과정(첫 번째 타워)

그만큼 cool, dry, compressed air is directed into the first sieve bed tower. As the air passes through the zeolite, nitrogen molecules are rapidly adsorbed onto the surface of the material. A stream of gas that is now 90-95% oxygen, with the remainder mostly argon and a tiny fraction of unadsorbed nitrogen, flows out of the top of the tower. This product gas is then delivered to the patient or application.

4단계: 재생(두 번째 타워)

동시에 두 번째 체층 타워는 재생 단계에 있습니다. 이 탑의 압력은 대기 중으로 빠르게 배출(또는 "흔들")됩니다. 이러한 급격한 압력 강하는(탈착) 제올라이트가 갇힌 질소 분자를 방출하게 하며, 이 분자는 배기 밸브를 통해 시스템 밖으로 제거됩니다.

5단계: 스윙

첫 번째 타워가 질소로 완전히 포화되기 직전에 밸브 시스템이 자동으로 공기 흐름을 전환합니다. 압축된 공기는 이제 새로 재생된 두 번째 타워로 보내져 산소를 생성하기 시작합니다. 이제 첫 번째 타워는 수집된 질소를 제거하기 위해 대기압으로 배출됩니다.

이 사이클(한 타워에서는 가압 및 생산, 다른 타워에서는 감압 및 퍼지)이 몇 초마다 반복됩니다. 지속적인 산소 흐름 버퍼 역할을 하는 제품 탱크에 의해 유지되어 스위치 사이의 압력 펄스를 완화합니다.

멤브레인 기술: 다른 접근 방식

고순도 요구 사항에는 덜 일반적이지만 막 분리는 특히 중요한 기술입니다. 산업용 산소 요구 사항 연소 공정이나 폐수 처리와 같이 낮은 순도(일반적으로 25-50%)가 허용되는 경우.

그만큼 Core Concept: Selective Permeation

막 산소 발생기는 수백 개의 작은 중공 폴리머 섬유로 구성됩니다. 이 섬유에는 특별한 특성이 있습니다. 즉, 서로 다른 가스가 서로 다른 속도로 벽을 통해 침투합니다. 산소, 이산화탄소, 수증기는 질소보다 훨씬 빠르게 투과됩니다.

그만큼 Process:

이들 중공사 다발의 한쪽 끝으로 압축공기가 공급된다. 산소와 같은 "빠른 가스"는 섬유 벽을 통해 침투하여 섬유 외부에 제품 가스로 수집됩니다. 질소가 풍부한 공기("비투과")는 섬유 끝까지 계속해서 배출됩니다. 이 방법은 압축기 외에 움직이는 부품이 필요하지 않으며 PSA와 같은 순환 프로세스가 아닌 연속 프로세스입니다.

산소 생성 시스템의 주요 구성 요소

기술에 관계없이 몇 가지 주요 구성 요소는 보편적입니다.

공기 압축기: 그만큼 engine of the device, providing the pressurized air needed for separation.

여과 시스템: 들어오는 공기에서 미립자, 오일 및 습기를 제거하여 내부 구성 요소를 보호하는 다단계 시스템입니다.

체층(PSA) 또는 멤브레인 모듈: 그만큼 core separation unit where the actual 산소 분리 공정 발생합니다.

유량계 및 조절기: 사용자가 산소 전달 속도(예: 의료 환자의 경우 분당 리터)를 제어할 수 있습니다.

제품 탱크: PSA 타워의 순환에도 불구하고 부드럽고 지속적인 흐름을 보장하는 농축된 산소를 보유하는 소형 저장 탱크입니다.

제어 시스템 및 밸브: 전자 센서와 공압 밸브는 전체 프로세스를 자동화하여 압력 스윙의 정확한 타이밍을 관리하고 안전을 보장합니다.

산소 순도 및 흐름: 출력 이해

다음 사항에 유의하는 것이 중요합니다. 산소 순도 유속은 많은 농축기 모델에서 종종 반비례 관계에 있습니다. 낮은 유량 설정(예: 분당 1리터)에서는 순도가 가장 높을 수 있습니다(예: 95%). 유속이 증가하면(예: 분당 5리터) 시스템이 수요를 따라잡기 위해 더 열심히 작동하므로 순도가 약간 감소할 수 있습니다. 이는 다음 사항에 대한 주요 고려사항입니다. 의료용 산소 요법 그리고 장비 선택.

응용 분야: 의료에서 ​​산업까지

그만큼 principle of oxygen generation is versatile, scaling to meet vastly different needs:

가정 의료 산소 요법: 소형 휴대용 PSA 장치를 사용하면 호흡기 질환이 있는 환자가 이동성과 독립성을 유지할 수 있습니다.

병원 및 진료소: 더 크고 고정되어 있음 산소 발생기 시스템 의료용 산소의 중앙 공급원을 제공하여 산소 실린더의 물류 문제와 위험을 제거합니다.

산업용 애플리케이션: 고용량 PSA 및 멤브레인 시스템이 사용됩니다. 용접 및 금속 절단 , 유리제조, 양식업(양어업), 오존발생, 수처리 시설 등을 지원합니다. 호기성 치료 과정 .

결론: 과학을 통한 효율성과 안전성

그만큼 working principle of an oxygen generator is a brilliant application of physical chemistry and mechanical engineering. By harnessing the selective adsorption properties of zeolite or the permeation properties of advanced membranes, these devices perform a critical separation process efficiently and reliably.

이 기술은 산소 요법 및 산업용 산소 사용에 혁명을 일으켰으며, 보다 안전하고 편리하며 비용 효율적인 방법을 제공합니다. 현장 산소 생산 . 뒤에 숨겨진 과학의 이해 산소 생산 메커니즘 엔지니어링에 대한 감사를 불러일으킬 뿐만 아니라 사용자와 의료 전문가가 건강과 산업을 지원하는 장비에 대해 정보를 바탕으로 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.