차량이라는 특수한 장소에 적용되는 산소 발생 장치는 소형/경량화 및 소음, 충격, 발열에 대한 문제점을 무시할 수 없다. 이러한 문제점을 해결할 방법으로 BLDC를 이용하여 모터의 발열을 줄이고 합성 제올라이트 NaX형을 사용한 베드로 소형에서도 고농도의 산소를 발생시킬 수 있게 하였다. 또한, 합성 제올라이트 NaX형의 특성으로 인한 질소의 강제 탈착을 진공펌프 한 대로 사용하기 위하여 Two Head 진공펌프 Pump Type을 개발하여 소비 전력을 줄이고 소형/경량화 및 저소음, 충격/발열 문제를 해결할 수 있었다.
차량이라는 특수한 장소에 적용되는 산소 발생 장치는 소형/경량화 및 소음, 충격, 발열에 대한 문제점을 무시할 수 없다. 이러한 문제점을 해결할 방법으로 BLDC를 이용하여 모터의 발열을 줄이고 합성 제올라이트 NaX형을 사용한 베드로 소형에서도 고농도의 산소를 발생시킬 수 있게 하였다. 또한, 합성 제올라이트 NaX형의 특성으로 인한 질소의 강제 탈착을 진공펌프 한 대로 사용하기 위하여 Two Head 진공펌프 Pump Type을 개발하여 소비 전력을 줄이고 소형/경량화 및 저소음, 충격/발열 문제를 해결할 수 있었다.
An oxyge generator, which is applied to a particular space such as automobile, must consider compactness and lightweight as well as problems caused by noise, vibration and heat dissipation. For these matters, a BLDC motor was adopted to reduce heat while a bed using synthetic zeolite NaX made it pos...
An oxyge generator, which is applied to a particular space such as automobile, must consider compactness and lightweight as well as problems caused by noise, vibration and heat dissipation. For these matters, a BLDC motor was adopted to reduce heat while a bed using synthetic zeolite NaX made it possible to generate high-density oxygen with relatively small size. Moreover, owing to the characteristic of synthetic zeolite Nax, a two-head vacuum pump was designed to desorb nitrogen without additional pump unit.
An oxyge generator, which is applied to a particular space such as automobile, must consider compactness and lightweight as well as problems caused by noise, vibration and heat dissipation. For these matters, a BLDC motor was adopted to reduce heat while a bed using synthetic zeolite NaX made it possible to generate high-density oxygen with relatively small size. Moreover, owing to the characteristic of synthetic zeolite Nax, a two-head vacuum pump was designed to desorb nitrogen without additional pump unit.
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문제 정의
본 논문에서는 합성 제올라이트 NaX형을 사용한 VSA방법의 차량용 산소 발생기에 Two Head Type 의 진공펌프를 사용하였고, 차량용 산소 발생기에 있어서 중요한 요소인 소음, 열 및 소비 전력에 대한 BLDC 진공펌프의 신뢰도에 대해 실험 하였다.
제안 방법
본 연구에서 개발한 차량용 산소 발생기의 구성으로 BLDC를 이용한 진공펌프를 사용하여 기존의 단상 유도 전동기에서 생겨났던 소음, 수명, 열 손실의 문제를 개선하였고, 기존의 PSA 방식의 모듈은 저압 진공펌프의 사용 및 높은 산소 농도에 대한 장점을 가지고 있었으나, 베드 내 제올라이트에서 자연 탈착한 질소가 외부의 흡입 없이 배출되었기 때문에 베드의 재생 시간이 필요하여 다수의 베드가 필요하였고 이를 보완한 합성제올라이트 NaX형의 베드를 사용하여 적은양의 베드로도 고농도의 산소를 배출할 수 있게 하였다.
원운동의 모터에서 수직 운동으로의 변환으로 원운동의 모터에서 수직 운동으로의 변환으로 오는 모터 베어링의 스트레스에 의한 소음문제가 대두되어 복렬의 베어링을 채택함으로써 베어링 스트레스를 감소시켜 소음 문제를 해결하였다.
이 실험은 같은 장소에서 동시에 운전을 시키고 온도 특성을 측정하였다.
비용 부담이 증가된다. 이런 문제점을 해결하고 차량 내부 한정된 공간에서의 설치 면적의 최소화를 위한 방편으로 BLDC 전동기를 이용하여 진공펌프로 사용함으로써 소음 및 손실을 줄이고, 90% 이상의 높은 산소 농도를 가질 수 있는 NaX형의 합성 제올라이트를 사용하였고 그에 따르는 질소 탈착 문제를 해결하기 위하여 기존의 방법인 One Head Type 의 진공펌프에서 Two Ifead Type으로의 전환으로 공간 사용의 최적화를 꽤하였다{3L
차량용 산소 발생기용 진공 펌프로 사용될 방법은 구조가 간단하고 중, 소형 마력의 기종에 유리한 피 入톤 방식을 사용하였다.
제어가 불가피하다. 최적의 산소 농도를 얻기 위한 베드 사용 시간은 5초이기 때문에 솔레노이드밸브 제어 회로는 5초를 기점으로 베드의 이용 시간을 설정하였다.
대상 데이터
그러므로 차량용 산소 발생기를 위한 진공펌프로 단상 유도 전동기에 비해 온도 특성 및 소음 특성이 우수한 BLDC 전동기의 사용이 적합함을 알 수 있어 Vacuum Punp용 모터로 BLDC 사용하였고 냉각팬이 불필요함으로 샤프트 양축을 모두 이용하여 전동기의 이용률을 높일 뿐만 아니라 최소의 면적으로 차량에 장착 할 수 있도록 Two Head Type의 진공펌프를 사용하였다.
성능/효과
단상 유도 전동기의 2시간이후 78도에서 안정화되어 차량에서 장시간 사용 시 위험함을 알 수 있었고, BLDC 전동기의 경우 36.5도에서 안정화 되어 폐쇄된 공간에서도 전동기의 온도에 의한 부작용을 방지할 수 있음을 알 수 있다
BLDC Mta.의 입력 전류인 1.104 비해 Two 压ad Typm의 BLDC MM의 입력 전류는 L64[A] 로 높았으나 본 산소 발생기의 특성은 강제 질소 탈착을 위한 진공펌프의 사용에 의한 합산 입력 전류 2.20&A] 에비하여 현저히 낮아 그 효율성면에서 뛰어남을 알 수 있었을 뿐만 아니라 온도 특성 개선 및 소비 전력 저감은 물론 소형 경량화를 이룰 수 있었다.
처음 측정한 값은 단상 유도 전동기와 BLDC 전동기와의 초기 소음 측정 시험 이였고 여기서 단상 유도 전동기의 소음은 46[dB]로 BLDC 전동기의 소음인 40[dB]에 비하여 현저히 높음을 알 수 있다.
초기 소음뿐만 아니라 진공펌프 신뢰도를 위하여 100동안 연속 동작 실험에서도 Two Jfead BL DC를 사용한 Vacuum Puirp의 경우 초기 소음이 One Ifead BLDC를 사용한 Vacuum Pump 보다 높았으나 캠의 상하 수직 부하에 의한편 부하 충격이 One Head에 비해 완화가 되어 소음 변동이 적음을 알 수 있었고 온도 또한 36.5도로 진공펌프의 연속 운전에도 처음과 같은 출력을 낼 수 있어 효율 면에서 우수함을 알 수 있었다.
참고문헌 (6)
JACEK F. GIRAS 'PERMANENT MAGNET MOTOR TECHNOL0GY' pp. 227-276
P.C SEN 'PRINCIPLES OF ELEECTRIC MACHINES AND POWER ELECTRONICS' pp. 337-387
안진수, 서중석, 이용래, 전관식, 박현수 '제올라이트(A, 13X, Y MORDENITE, CHABAZITE)의 이온 교환 특성 연구'공업화학 제 5권 1994 pp. 949-956
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