KR20220117811A

KR20220117811A - 2중 저장형 기액 분리기

Info

Publication number: KR20220117811A
Application number: KR1020220013938A
Authority: KR
Inventors: 고화진; 고한빈
Original assignee: 주식회사 씨브이에스
Priority date: 2021-02-17
Filing date: 2022-02-03
Publication date: 2022-08-24
Also published as: KR102622038B1

Abstract

본 발명은 알루미늄 압출금형 압출에 사용하는 2중 저장형 기액 분리기, 예로, 알루미늄 압출 금형에서 알루미늄 압출시 발생하는 마찰열을 효과적으로 냉각시키기 위해 하우징 내부에 상부에는 기액 분리 탱크 하부에는 액체질소 저장 탱크를 수직 설치하여 그사이를 진공 상태로 이룬 2중 저장형 기액 분리기에 관한 것이다.

Description

2중 저장형 기액 분리기{DOUBLE STORAGE TYPE GAS-LIQUID SEPARATOR}

본 발명은 액체질소를 진공 배관으로 이송시 발생되는 기체와 액체를 분리하여 외부로 방출하는 기액 분리기와 기체가 분리된 액체를 저장하는 원통형의 수직 구조로 상하로 2개의 탱크를 설치하여 상부 탱크는 기체를 외부로 방출되어 액체를 일정량 저장하며, 하부 탱크는 순수한 액체 질소를 저장하는 기체, 액체 분리와 액체 질소를 저장하는 2가지 기능의 기액 분리기로서, 영하 196도 상태의 액체 질소는 이송시 기화로 기체가 발생하며 이러한 기체를 분리하기 위해서는 용기에 기체와 액체가 분리되어 기체는 상부로 모으고, 액체는 하부에 저장되어 기체, 액체를 분리하는 방법으로 사용하는 기액 분리기이다. 본 발명의 기술은 기액 분리기에 2개의 탱크를 분리 설치하여, 상부 탱크는 기액 분리 기능으로 사용되고, 하부 탱크는 액체 질소를 저장하여 주입기나 압출 금형 냉각기의 쿨링 유닛에 액체 질소를 공급하는 2중 저장형 기액 분리기에 관한 것이다.

특허 제1584584호는 액체와 기체가 혼합된 용액을 내부가 상하로 구획되어 설치공간을 최소화하고 분리 효율을 높이는 기액 분리기가 개시되어 있다. 그러나 상기 특허에는 1차 분리된 기체 분리기를 탱크로 이동하면서 액체 성분을 저장하여 상부로 기체를 배출하도록 구성되어 있으므로 설치 공간을 많이 차지하고 2차 저장된 액체 수위가 높아지면 기체 배출시 함께 배출되므로 이를 막기 위해 수위 측정 장치와 개폐장치를 구비해야 하므로 구성이 복잡해지고 제조단가가 올라간다.

또한, 실용신안 출원 공개 2000-7998호에는 내부에서 액상과 기상을 완전하게 분리하여 입구 측과 출구 측에서 액상 냉매가 비산 되어 토출하는 것을 방지할 수 있도록 구성한 기액 분리기가 개시되어 있다. 그러나 이러한 기액 분리기는 용기의 유입구로 유입되는 이상 냉매의 압력이 높고 불안정한 경우, 액상 냉매가 그 상부의 기상 냉매 측으로 튀어 오르기 쉬우므로 기상 냉매와 함께 튀어 오르면 출구를 통해 배출될 수 있으므로 최적 효율을 얻을 수 없다는 단점이 있었다.

따라서 이러한 종래 기액 분리기의 문제점을 해결하는 기액 분리기를 필요하게 되었다.

본 발명의 2중 저장 기액 분리기는 하나의 큰 저장 탱크인 하우징 탱크 공간에 2개의 탱크를 상하로 분리 설치하고, 내부의 2개의 탱크와 외부 하우징 탱크 사이를 진공 상태로 구성하여, 탱크 내부의 탱크의 액체 질소의 레벨을 감지하도록 하여 액체 질소를 이용하는 것이다.

일반적으로 예로, 알루미늄 압출에 사용되는 기액 분리기는 통상 알루미늄 압출의 생산 속도와 품질에 많은 영향을 미치는데, 알루미늄 압출의 생산 속도와 품질에 미치는 가장 중요한 인자는 마찰열과 냉각 속도이다. 따라서 이를 해결하면, 즉, 마찰열을 최소화하고 냉각 속도를 높인다면 생산성을 상당히 높일 수 있는 것으로 기대된다. 이를 위해서 기액 분리기를 이용하는 액체 질소의 온도를 이용한 냉각 방식이 많이 이용되고 있는데, 통상 냉각 속도를 높이기 위해서 탱크에 액체 질소를 공급하여 저장 후 이용한다. 그러나 공장이나 건축물의 공간 및 구조상 탱크와 압출 금형 시스템에 근접하여 설치하여 사용하는 경우는 문제가 없으나, 구조상 탱크를 옥외에 설치하여 사용하는 경우가 생긴다. 이런 경우, 옥외의 탱크로부터 압출 금형 시스템까지 상당한 거리를 배관을 이용하여 공급해야 하는데, 긴 배관으로 인해 공급되는 액체 질소가 도중에 기체로 바뀌기도 하고 적정량이 제대로 공급하지 못해 냉각 효율이 좋지 못해 알루미늄 압출이 효과적이지 못했는데, 이를 2중 저장형 기액 분리기로 구성하면 상당한 효과가 있을 것으로 기대된다. 상기 2중 저장형 기액 분리기는 외부 탱크 하우징 내부에 상부에는 기액 분리기, 하부에는 액체 질소 저장 탱크를 설치한다.

일반적으로 외부에 위치한 액체 공급 탱크를 통과하여 배관을 통과하는 초저온의 액체 질소 가스는 이동 중에 기화로 인해 기체가 발생되어, 발생된 기체가 외부로 방출되므로 액체만 저장하는 기체 액체 분리 기능과 액체를 저장하는 저장 기능으로 구성되면 효과적일 것으로 생각된다. 일반적으로 외부에 위치한 액체 공급 탱크를 통하여 배관을 통과하여 이동 중에 기화로 인해 발생하는 초저온의 액체 질소 가스는 하나의 하우징 탱크에 기체 액체 분리와 저장 기능을 구성하다 보니, 액체가 탱크 내로 투입될 때 동압으로 액체 압력이 일정하지 않게 되는데, 이러한 일정하지 않은 액체가 탱크 내로 분출하여 투입되다 보니 동압과 분출된 액체 질소가 안정되어야 사용할 수 있는 단점이 있었다. 이를 해결하기 위해 본 발명에 따른 기액 분리기는 하나의 하우징 저장 탱크 내에 기액 분리 기능과 저장 기능을 가진 2개의 탱크를 상하 분리하여 설치하여, 하부 저장 탱크의 액체 질소를 사용할 수 있는 구조로 기액 분리기를 제공한다.

다시 말하면, 상부 기액 분리 탱크에 설치한 고 레벨에 밸브가 닫히면 벤트로 기체와 동압이 배출되고 투입된 액체 질소가 안정되면 트랙으로 보내는 밸브가 열려 하부 액체 질소 저장 탱크로 이동하게 되어 저장되어, 압력과 수위가 안정된 액체 질소를 사용하는데 매우 유용하게 사용하는 기액 분리 및 저장 개념의 시스템이다.

따라서, 본 발명의 기액 분리기는 2중 압력 용기의 상하 수직형 구조로 이루어져 하우징 내부에 2개의 저장 공간을 형성하여 상부에는 액체 질소가 진공 배관으로 공급될 시 쿨 다운(냉각)으로 발생된 기체 질소는 외부로 방출하는 기액 분리기와 하부 저장 공간에는 기액 분리된 순수한 액체 질소를 저장하는 2가지 기능을 가지는 기액 분리기이다.

상부 기액 분리 탱크 상단에는 액체질소 공급밸브, 기체방출 vent, 압력 센서, 릴리프 밸브, 레벨 센서, 압력유지 솔레노이드 밸브, 압력 트랜스미터 등 각종 유니트가 설치되며, 상부 기액 분리 탱크와, 하부의 액체질소 저장 탱크 사이에는 차단 밸브가 설치되어 하부 탱크의 액체질소 레벨과 내부 압력을 제어하고, 액체 질소가 기화하여 내압이 상승하여 설정 압력에 도달하면, 상부에 설치된 솔레노이드 밸브가 열려서 액체 질소를 외부로 방출하며, 설정 압력에 미달시에는 외부 기체 질소가 투입되어 하부 저장 탱크 내부 압력을 설정 압력으로 항상 유지되어 쿨링 유니트에 일정한 압력을 유지하도록 하는 구조이며, 불가피한 경우 내부 압력이 상승하면 기액 분리기의 릴리프 밸브가 열려서 대기로 방출되는 구조의 기액 분리기와 저장형 탱크 기능의 2중 기능을 갖춘 2중 저장형 기액 분리기이다.

통상, 기액 분리기는 옥외 저장 탱크에서 압출기 주변까지 설치될 진공 배관 길이가 대부분 30미터 이상이며, 상기 진공 배관을 통해 액체 질소가 액체 상태로 공급하기 위해서는 진공 배관의 내부 관 온도가 -196도 이하로 내려가야 기화되지 않고 액체 상태로 공급되므로 이러한 상태를 쿨 다운(냉각) 상태라 한다.

본 발명은 알루미늄 압출 냉각 시스템에 있어 장소 등의 문제로 액체 질소 저장 탱크를 옥외형으로 구성한 경우 옥외에서 압출 금형까지의 거리로 긴 진공 배관으로 인해 배관을 통과하는 초 저온의 액체 질소 가스의 이동 중에 기화로 기체가 발생되어 발생된 기체를 외부로 방출하여 냉각 효과가 떨어지므로, 냉각에 필요한 액체만 저장하는 기체 액체 분리 기능과 액체를 저장하는 2중 저장형 기액 분리기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 외부 공급관을 진공 상태로 구성할 뿐 아니라, 기액 분리 기능과 액체 저장 기능을 하나의 탱크로 활용하기 위해 하우징 저장 탱크 내부에 상하 탱크와 외부 탱크 하우징 사이를 진공 상태로 구성한 2중 저장형 기액 분리기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 외부로부터 기체 질소를 공급하는 기체질소 공급관과, 외부로부터 액체 질소를 공급하는 액체질소 공급관과, 상기 액체 질소 공급관을 통해 공급되는 액체 질소를 저장하여 기액을 분리하는 기액 분리 탱크와, 상기 기액 분리 탱크로부터 공급되는 액체 질소를 저장하는 기액 분리 탱크 하부에 위치한 액체 질소 저장 탱크와, 상기 기액 분리 탱크와 그 하부의 액체 질소 저장 탱크를 감싸는 하우징 탱크와, 상기 기액 분리 탱크 및 액체 질소 저장 탱크 내부에 각각 설치하여 고 레벨, 저 레벨의 액위를 감지하는 고 레벨 센서, 저 레벨 센서와, 상기 기액 분리 탱크에 설치한 탱크 밸브 유니트, 상기 기액 분리 탱크와 액체 질소 저장 탱크의 벤트 파이프의 용접을 최소화 하도록, 상기 각 벤트 파이프에 분기하여 설치한 압력 센서, 릴리프 밸브, 탱크 내압 유지 솔레노이드, 탱크 압력 방출 솔레노이드와, 상기 각각의 벤트 상부에 기체만 방출하도록 벤트 분기 부분 하부에 설치한 액체 질소 차단 벤트 필터와, 기액 분리 탱크, 액체 질소 저장 탱크의 압력을 측정하도록 각 탱크 입구에 설치된 압력 게이지를 포함하며, 여기서, 액체 질소 공급관과 기체 질소 공급관은 2중으로 이루어진 진공 배관이며, 기액 분리 탱크는 액체 질소가 진공 배관으로 공급될 때 쿨 다운으로 발생된 기체질소를 외부로 방출하며, 액체 질소 저장 탱크는 기액 분리된 순수 액체 질소를 저장하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예는 외부로부터 기체 질소를 공급하는 기체질소 공급관과, 외부로부터 액체 질소를 공급하는 액체질소 공급관과, 상기 액체 질소 공급관을 통해 공급되는 액체 질소를 저장하여 기액을 분리하는 기액 분리 탱크와, 상기 기액 분리 탱크로부터 공급되는 액체 질소를 저장하는 기액 분리 탱크 하부에 위치한 액체 질소 저장 탱크와, 상기 기액 분리 탱크와 그 하부의 액체 질소 저장 탱크를 감싸는 하우징 탱크와, 상기 기액 분리 탱크 및 액체 질소 저장 탱크 내부에 각각 설치하여 고 레벨, 저 레벨의 액위를 감지하는 고 레벨 센서, 저 레벨 센서와, 상기 기액 분리 탱크에 설치한 탱크 밸브 유니트, 상기 기액 분리 탱크와 액체 질소 저장 탱크의 벤트 파이프의 용접을 최소화 하도록, 상기 각 벤트 파이프에 분기하여 설치한 압력 센서, 릴리프 밸브, 탱크 내압 유지 솔레노이드, 탱크 압력 방출 솔레노이드와, 상기 각각의 벤트 상부에 기체만 방출하도록 벤트 분기 부분 하부에 설치한 액체 질소 차단 벤트 필터와, 기액 분리 탱크, 액체 질소 저장 탱크의 압력을 측정하도록 각 탱크 입구에 설치된 압력 게이지를 포함하며, 여기서, 액체 질소 공급관은 2중으로 이루어진 진공 배관이며, 기액 분리 탱크는 액체 질소가 진공 배관으로 공급될 때 쿨 다운으로 발생된 기체질소를 외부로 방출하며, 액체 질소 저장 탱크는 기액 분리된 순수 액체 질소를 저장하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하이 레벨 제어기, 로우 레벨 제어기는 하이 레벨, 로우 레벨의 액체 레밸을 감지하는 근접 스위치와, 누설을 방지하는 고정링에 연결된 내부파이프와, 진공을 형성하는 외부 파이프와, 부력을 유지하도록 내부 파이프를 감싸 형성된 스프링과, 상기 스프링에 연결되어 스프링의 장력과 센서 유니트 중량에 위치를 조정하는 레벨 위치 제어 고정링과, 상기 고정링을 고정하는 고정볼트와 내부 파이프 끝단에는 내부가 공간으로 형성된 플로트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기액 분리기와 하부 탱크에 기체 질소 공급 밸브와 방출 밸브가 각각 설치되고 압력 센서로 설정 압력으로 용이하게 내압을 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기액 분리 탱크, 액체 질소 저장 탱크 내에서 액체 질소가 채워지면 탱크 내부의 각 레벨 센서가 부력에 의해 뜨게 되어 로우, 하이 레벨까지 도달하면 밸브가 닫히는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하우징 탱크와 그 내부의 기액 분리 탱크 및 액체 질소 저장 탱크 사이는 진공 상태인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기액 분리기는 옥외 저장 탱크 설치시 액체 질소를 활용하는 장치에 연결하면 액체 질소를 효율적으로 이용하여 생산성을 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 2중형 기액 분리기 및 저장 탱크의 구조를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 2중형 기액 분리기 및 저장 탱크의 구조를 설명하는 도면이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 2중형 기액 분리기 및 탱크 내부에 설치하는 레벨 제어기의 원리를 설명하는 도면이다.

상기 저장 탱크는 외부로부터 진공 배관으로 연결되어 위로부터 도 2에 설명하는 바와 같이 외부 탱크 상단에 셧 오프 밸브(차단 밸브), 배관 유입구, 하이 레벨 제어기, 로우 레벨 제어기와 방출구로 구성되고 탱크 하우징 내에는 상부 탱크와 하부 탱크로 이루어져 있다. 상기 탱크 하우징 내의 상부 탱크 및 하부 탱크는 수직형 구조로 이루어지는데, 탱크 용기 내부를 상하로 구분되게 칸막이를 설치하여 상부에 기액 분리 탱크인 상부 탱크와 저장 탱크인 하부 탱크를 분리 설치하고 상기 2개의 탱크를 외부 탱크 하우징이 감싸도록 구성한다.

즉, 옥외에 위치한 액체질소 저장 탱크로부터 액체질소가 액체 질소 공급 연결구의 진공 배관(1)을 통과하여 탱크 하우징 내의 상부 탱크 및 하부 탱크로 유입되는데, 상기 상부 탱크 유입구에는 셧 오프(차단) 밸브가 설치되어 벤트(방출구)를 통해 이동 중에 기화로 인해 발생하는 기체 질소를 밖으로 분출한다. 상기 외부에서 유입되는 액체 질소는 상부 탱크(5) 내부로 유입되고 상부 탱크에는 2개의 레벨 제어기가 설치되어 탱크에 저장되는 액체 질소의 하이 레벨과 로우 레벨을 측정한다. 상기 상부 탱크(5)에 설치된 2개의 레벨 제어기 중 1개는 하부 탱크(7) 내부까지 연장되어 있다. 여기서 상기 탱크 내의 2개의 탱크, 즉, 상부 탱크(5) 및 하부 탱크(7)과 외부 탱크 사이는 진공 상태를 이룬다.

이하 도면을 참조로 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 2중형 기액 분리기 및 저장 탱크의 구조를 설명하는 도면으로서, 먼저, 내부 공간 제약으로 외부의 옥외 탱크로부터 기체 질소 공급 관(1)과 액체 질소 공급 관(2)이 설치되어 액체 질소와 기체 질소를 공급을 받는다. 그러나 옥외형 저장 탱크를 설치한 경우 저장 탱크로부터 압출 금형까지의 공급관 길이가 길어 액체 질소 이동 중에 일부는 기화되어 발생한 기체가 외부로 방출되므로 액체 질소를 일정하게 공급하지 못했다.

따라서, 액체만 저장하는 기체, 액체 분리 기능과 액체를 저장하는 기능이 있어야 하는데, 이와 같은 기능은 보통 15미터 이상일 때 액체 질소를 일정하게 공급하지 못한다. 따라서 이를 해결하도록 기액 분리기를 설치하여 이동 중에 발생한 기체를 액체 질소를 활용하는 장치에 연결하면 액체 질소를 효율적으로 이용하여 생산성을 높이는 효과가 있다. 여기서는 예로, 액체를 분리하여 압출 금형까지 항상 원하는 압력의 액체 질소를 공급하여 알루미늄 압출 냉각 시스템에 이용하도록 구성한 것이다. 이를 위해서는 일정량의 액체 질소를 저장하는 기능의 기액 분리 탱크와 액체 질소 저장 탱크 기능을 가진 기액 분리기를 필요로한다.

상술한 바와 같은 2중 기액 분리기는 커다란 외부 탱크 하우징(10) 내부에 수직형 구조로 상부 기액 분리 탱크(5)와 하부 액체 질소 저장 탱크(7)를 상하 구분되게 칸막이(6)로 분리하여 설치하며, 상부 탱크인 기액 분리 탱크(5)는 액체 질소 공급관(2)을 통해 외부 저장 탱크로부터 액체 질소가 공급되고, 상기 상부 기액 분리 탱크의 레벨 제어기(8)에 의해 액체 질소 공급을 자동으로 차단하는 액체 질소 셧 오프(차단) 밸브가 설치되어 액체 질소 공급 관으로 유입되는 액체 질소를 차단한다. 또한, 상부 기액 분리 탱크 내에는 액체 질소가 관내를 통과하면서 기화되는데, 상부 탱크 내부에서 액체로 전환된 질소를 하부 액체 질소 저장 탱크(7)로 공급한다. 또한, 기액 분리 탱크 내부에는 로우 레벨 제어기, 하이 레벨 제어기가 수직으로 설치되어 액체 질소의 수위를 측정하는데, 상기 탱크들을 감싸는 외부 하우징 탱크(10) 상단에는 상부 기액 분리 탱크의 설정 압력을 유지하는 릴리프 밸브(3)가 설치되어 있으며, 레벨 센서, 통풍구, 상부 탱크의 압력을 측정하는 압력 게이지가 바로 밑의 액체 질소 탱크(7)와 칸막이(6)로 분리되며, 외부 탱크(10) 하우징과의 사이는 진공 상태(11)를 이루어 구성된다. 더불어 상부 기액 분리 탱크와 같게 압력을 감지하는 탱크 압력 조절기와, 상기 압력 조절기에 의해 압력을 표시하는 압력 게이지가 설치되어 있다.

또한, 상기 기체 질소 공급관에는 기체 질소의 압력을 조절하는 압력 조절기(4)가 설치되어 기체 질소 압력을 조절한다. 상기 상부 기액 분리 탱크에는 액체 질소 수위를 측정하여 조절하는 레벨 제어기(8)가 설치되고, 하부 액체 질소 탱크에는 레벨 제어기(9)가 수위를 측정하여 조절하도록 설치되어 있다.

상기 하우징 탱크 외부에는 압력 용기 구조로 상부에 액체 질소의 액위를 조정하는 레벨 센서와 기액 분리 및 탱크의 동압과 기체를 방출하는 벤트(13,14,15), 가열 탱크, 저장 탱크로 유입되는 액체를 차단하는 shut off(셧 오프)가 설치되고 기액 분리 탱크(5)와 저장 탱크(7) 내의 압력을 일정하게 유지하기 위해 릴리프 밸브와 압력 센서, 상기 밸브와 센서의 압력을 표시하는 압력계 2개가 상하부 탱크측에 설치되어 있다.

여기서, 탱크에 투입된 액체 질소에 의해 발생된 기체는 벤트를 통하여 방출되어 내부에 설치된 릴리프 밸브가 열려 압력이 방출되며, 또한, 탱크에 투입된 액체 질소가 채워지면 플로트가 부력에 의해 뜨게 되어 로우, 하이 레벨까지 도달되면 밸브가 닫힌다. 한편, 기액 분리기에 이동된 액체 질소가 동압 이나 정압이 설정 압력 이상일 시에는 스프링식 릴리프 밸브가 오픈되어 압력을 방출한다.

상기와 같이 기체와 압력이 방출된 액체질소가 안정되면 기액 분리 탱크와 저장 탱크에 설치된 차단(shut off) 밸브(12)가 열려서 하부에 위치한 저장 탱크로 이동되어 레벨 센서에 의해 하이 근접 스위치 작동 밸브가 닫히고, 하부의 액체 질소 저장 탱크에 이동된 액체 질소는 내부 압력이 설정압력에 미달시에는 승압 기체 밸브가 열려서 설정 압력으로 유지되며, 기체에 의해 탱크 내부 압력이 상승할 시에는 벤트 내의 릴리프 밸브(3)가 오픈되어 탱크 내부 압력을 방출하며, 릴리프 밸브가 열려 설정된 압력을 유지하도록 한다.

상기 기액 분리기의 하부 액체 질소 저장 탱크에 저장된 액체 질소가 방출구(outlet)로 방출되면 탱크 내의 액체 질소 액위가 내려가게 되는데, 이때에는 로우 레벨 센서(8)에 의해 감지되어 밸브를 열어 하이 레벨까지 액체 질소를 채운다.

따라서 탱크에 저장된 액체 질소는 설정된 압력으로 유지하기 위해 기체 질소를 상부 공간에 공급하여 압력 센서의 설정 압력에 도달하게 되면, 기체 질소 투입은 정지된다.

여기서 상기와 같이 기액 분리기는 2중 탱크 구조로 상부 기액 분리기의 동압이 제거된 안정된 질소가 하부 저장 탱크로 이동되고, 다시 액체 질소가 투입되는 반복적인 동작으로 이동된 질소를 언제든지 사용하는 구조의 기액 분리 및 저장 탱크가 일체로 구성된 장치로 기액 분리와 저장 탱크로 이루어진 일체형 구조이다.

도 2는 발명에 따른 2중형 기액 분리 및 탱크 내부에 설치하는 레벨 제어기의 구조를 설명하는 도면으로, 여기서 하이 레벨 제어기(제 1제어기)와 로우 레벨 제어기(제 2제어기)는 길이만 다르고 동작 원리 및 구조는 동일하다.

상기 하이 레벨 제어기, 로우 레벨 제어기는 각각 하부에는 부력을 가지고 비중이 낮은 재질로 구성되는 플로트(21)와, 상기 플로트 상단에 연결되어 중공 파이프 형태의 레벨 봉 상단에 강재질의 스틸 봉(22)을 연결하여 이 연결된 봉 전체를 하부가 개방된 파이프 내로 삽입되어 있는데, 가장 상부에 위치한 상기 스틸봉(22) 상단은 개방된 파이프 내에서 액체 질소가 누설되는 것을 방지하도록 고무링(23)에 의해 내부를 볼 수 있는 투명 재질의 투명 표시창이 나사로 개방된 파이프에 조립되어 개방된 파이프 내부에서 연결된 레벨 봉 상단에 연결된 스틸봉(22)이 원할하게 상하로 작동되어 수위를 측정할 수 있도록 구성되어 있다. 상기 레벨 봉에는 인장 스프링(24)이 고정 위치 제어 고정 링(25)에 의해 레벨 봉 하단에 고정 볼트(26)에 의해 고정되어 있다.

한편 투명 표시창이 조립되어 개방된 파이트 상단에는 플로트(21)에 의해 액체 질소의 위치를 감지하는 하이 레벨 근접 스위치(27)와 로우 레벨 근접 스위치(28)가 설치되어 액체 질소 위치에 의해 밸브를 제어한다.

상기 레벨 제어기의 작동 과정을 살펴보면, 이는 액체 질소가 기액 분리기 저장 탱크 내부로 들어오면 동압에 의한 분출로 액체 질소 가스 수위가 불안정 하게 되는데 이를 방지하도록 액체 질소 수위를 조절해야만 한다.

즉, 액체 질소가 저장 탱크 내에서 목표 수위보다 초과 저장되면 탱크 내에서 잠겨 있던 레벨 제어기의 하부가 개방된 파이프 내에 설치된 플로트를 부력에 의해 밀어올려 상단 투명 표시창(29)에 위에 부착된 하이 레벨 근접 스위치(27)를 작동하여 탱크로 유입되는 액체질소를 차단하는 밸브를 닫아 액체 질소 투입이 정지되며, 반대로 탱크 내에서 목표 수위보다 수위가 내려가면 개방된 파이프 내에 설치된 플로트가 내려가 로우 레벨 근접 스위치(28)를 작동시켜 밸브가 열려 액체 질소 가스가 탱크로 다시 유입되어 목표 수위에 도달하게 된다. 이러한 과정을 계속적으로 반복하여, 즉, 하이 레벨 제어기, 로우 레벨 제어기가 작동하여 탱크 내의 액채 질소 수위를 목펴 수위로 일정하게 조절한다.

다시 말하면 목표 수위보다 수위가 올라가면 개방된 파이프 내부에 있는 플로트(21)가 뜨게 되어, 상기 근접 스위치를 작동하여 밸브를 닫아 액체 질소 가스 투입이 정지되고 저장 탱크 액체 수위가 내려가면 근접 스위치에 의해 밸브를 열어 액체 질소가 투입되는 것을 조절하는 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2중형 기액 분리기의 구조를 설명하는 도면으로서, 구성 및 동작은 분기된 벤트와 액체질소를 차단하기 위해 설치한 필터를 제외하면 도 1의 동작과 유사하다.

먼저, 외부의 옥외 탱크로부터 기체 질소 공급 관(1)과 액체 질소 공급 관(2)이 설치되어 액체 질소와 기체 질소를 공급을 받는다. 그러나 옥외형 저장 탱크를 설치한 경우 저장 탱크로부터 압출 금형까지의 공급관 길이가 길어 액체 질소 이동 중에 일부는 기화되어 발생한 기체가 외부로 방출되므로 액체 질소를 일정하게 공급하지 못했다.

따라서, 액체만 저장하는 기체, 액체 분리 기능과 액체를 저장하는 기능이 있어야 하는데, 이와 같은 기능은 보통 15미터 이상일 때 액체 질소를 일정하게 공급하지 못하는 것으로 알려져 있다. 따라서 이를 해결하도록 기액 분리기를 설치하여 이동 중에 발생한 기체를 액체 질소를 활용하는 장치에 연결하면 액체 질소를 효율적으로 이용하여 생산성을 높이는 효과가 있다. 여기서는 예로, 액체를 분리하여 압출 금형까지 항상 원하는 압력의 액체 질소를 공급하여 알루미늄 압출 냉각 시스템에 이용하도록 구성한 것이다. 이를 위해서는 일정량의 액체 질소를 저장하는 기능의 기액 분리 탱크와 액체 질소 저장 탱크 기능을 가진 기액 분리기를 필요로 한다.

상기 기액분리 탱크(5) 및 액체 질소 저장 탱크(7)에는 각각 압력 조절기(4)와 릴리프 밸브(3), 탱크 내압 유지, 탱크 미세 방출 파이프를 기액 분리 벤트(13', 15') 파이프에서 분기하여 용접부위를 최소화하였으며, 이러한 분기는 기액 분리기 수명을 연장할 수 있다. 또한, 각 분기 부분 하부에는 액체 질소 차단 벤트 필터(5f, 7f)를 설치하여 기액 분리기의 문제점인 하이 레벨시 액체 질소가 방출되는 것을 차단하고, 기체 질소만 방출되도록 구성한다.

상기 하우징 탱크 외부에는 압력 용기 구조로 상부에 액체 질소의 액위를 조정하는 레벨 센서와 기액 분리 및 탱크의 동압과 기체를 방출하는 벤트(13,14,15), 가열 탱크, 저장 탱크로 유입되는 액체를 차단하는 shut off(셧 오프)가 설치되고 기액 분리 탱크(5)와 저장 탱크(7) 내의 압력을 일정하게 유지하기 위해 릴리프 밸브와 압력 센서, 상기 밸브와 센서의 압력을 표시하는 압력계 2개가 상하부 탱크 측에 설치되어 있다.

또한 기액 분리기 하부에 액체 질소 저장 공간을 만들어 기액 분리기에 액체질소 공급시 탱크 밸브를 잠가서 하부 저장 탱크 내의 액체 질소를 동압 영향 없이 공급하여 항상 액체 질소를 사용하는 방법으로 보완하여 기액 분리 탱크가 하이레벨이 되면 액체 질소 공급 밸브를 닫고 동압이 방출 되면 탱크 밸브가 열려서 기액 분리된 액체 질소를 하부의 저장 탱크로 이동하여 하이레벨이 되면 탱크 밸브를 닫는구성으로 이루어진다.

한편, 상기/ 기액 분리기의 하부 액체 질소 저장 탱크에 저장된 액체 질소가 방출될 때 1개의 방출구로 방출되었으나, 본 발명은 방출 효과를 개선하기 위해 2개의 방출구를 구성하여 근접거리에 있는 장치에 액체 질소를 공급한다. 이에 따라 액체 질소가 2개의 방출구(outlet)로 방출되면 탱크 내의 액체 질소 액위가 내려가게 되는데, 이때에는 로우 레벨 센서(8)에 의해 감지되어 밸브를 열어 하이 레벨까지 액체 질소를 채운다.

이러한 과정을 거쳐 기액 분리기를 통한 액체 질소를 냉각 시스템에 이용하도록 일정한 초저온의 액체질소를 이용하여 압출 금형에서 압출시 발생하는 마찰열을 냉각하여 생산성을 높일 수 있다.

본 발명의 기액 분리기는 알루미늄 압출 제조에 사용될 수 있다.

Claims

외부로부터 기체 질소를 공급하는 기체질소 공급관과,
외부로부터 액체 질소를 공급하는 액체질소 공급관과,
상기 액체 질소 공급관을 통해 공급되는 액체 질소를 저장하여 기액을 분리하는 기액 분리 탱크와,
상기 기액 분리 탱크로부터 공급되는 액체 질소를 저장하는 기액 분리 탱크 하부에 위치한 액체 질소 저장 탱크와,
상기 기액 분리 탱크와 그 하부의 액체 질소 저장 탱크를 감싸는 하우징 탱크와,
상기 기액 분리 탱크 내부와 기액 분리 탱크를 통과하여 액체 질소 저장 탱크에 설치하여 고 레벨, 저 레벨의 액위를 감지하는 고 레벨 센서, 저 레벨 센서와,
상기 기액 분리 탱크에 설치한 탱크 밸브 유니트,
상기 기액 분리 저장 탱크와 액체 질소 저장 탱크에 설치된 각각의 압력 센서, 릴리프 밸브, 탱크 내압 유지 솔레노이드, 탱크 압력 방출 솔레노이드와,
기액 분리 탱크, 액체 질소 저장 탱크의 압력을 측정하도록 각 탱크 입구에 설치된 압력 게이지를 포함하며,
여기서, 액체 질소 공급관은 2중으로 이루어진 진공 배관이며, 기액 분리 탱크는 액체 질소가 진공 배관으로 공급될 때 쿨 다운으로 발생된 기체질소를 외부로 방출하며, 액체 질소 저장 탱크는 기액 분리된 순수 액체 질소를 저장하는 것을 특징으로 하는 2중 저장형 기액 분리기.
제 1항에 있어서,
상기 하이 레벨 제어기, 로우 레벨 제어기는 하이 레벨, 로우 레벨의 액체 레밸을 감지하는 근접 스위치와, 누설을 방지하는 고정링에 연결된 내부파이프와, 진공을 형성하는 외부 파이프와, 부력을 유지하도록 내부 파이프를 감싸 형성된 스프링과, 상기 스프링에 연결되어 스프링의 장력과 센서 유니트 중량에 위치를 조정하는 레벨 위치 제어 고정링과, 상기 고정링을 고정하는 고정볼트와 내부 파이프 끝단에는 내부가 공간으로 형성된 플로트를 포함하는 것을 특징으로 하는 2중 저장형 기액 분리기.
제 1항에 있어서,
상기 기액 분리기와 하부 탱크에 기체 질소 공급 밸브와 방출 밸브가 각각 설치되고 압력 센서로 설정 압력으로 용이하게 내압을 조절하는 것을 특징으로 하는 2중 저장형 기액 분리기.
제 1항에 있어서,
상기 기액 분리 탱크, 액체 질소 저장 탱크 내에서 액체 질소가 채워지면 탱크 내부의 각 레벨 센서가 부력에 의해 뜨게 되어 로우, 하이 레벨까지 도달하면 밸브가 닫히는 것을 특징으로 하는 2중 저장형 기액 분리기.
제 1항에 있어서,
상기 하우징 탱크와 그 내부의 기액 분리 탱크 및 액체 질소 저장 탱크 사이는 진공 상태인 것을 특징으로 하는 2중 저장형 기액 분리기.
외부로부터 기체 질소를 공급하는 기체질소 공급관과,
외부로부터 액체 질소를 공급하는 액체질소 공급관과,
상기 액체 질소 공급관을 통해 공급되는 액체 질소를 저장하여 기액을 분리하는 기액 분리 탱크와,
상기 기액 분리 탱크로부터 공급되는 액체 질소를 저장하는 기액 분리 탱크 하부에 위치한 액체 질소 저장 탱크와,
상기 기액 분리 탱크와 그 하부의 액체 질소 저장 탱크를 감싸는 하우징 탱크와,
상기 기액 분리 탱크 및 액체 질소 저장 탱크 내부에 각각 설치하여 고 레벨, 저 레벨의 액위를 감지하는 고 레벨 센서, 저 레벨 센서와,
상기 기액 분리 탱크에 설치한 탱크 밸브 유니트,
상기 기액 분리 탱크와 액체 질소 저장 탱크의 벤트 파이프의 용접을 최소화 하도록, 상기 각 벤트 파이프에 분기하여 설치한 압력 센서, 릴리프 밸브, 탱크 내압 유지 솔레노이드, 탱크 압력 방출 솔레노이드와,
상기 각각의 벤트 상부에 기체만 방출하도록 벤트 분기 부분 하부에 설치한 액체 질소 차단 벤트 필터와,
기액 분리 탱크, 액체 질소 저장 탱크의 압력을 측정하도록 각 탱크 입구에 설치된 압력 게이지를 포함하며,
여기서, 액체 질소 공급관은 2중으로 이루어진 진공 배관이며, 기액 분리 탱크는 액체 질소가 진공 배관으로 공급될 때 쿨 다운으로 발생된 기체질소를 외부로 방출하며, 액체 질소 저장 탱크는 기액 분리된 순수 액체 질소를 저장하는 것을 특징으로 하는 2중 저장형 기액 분리기.
제 6항에 있어서,
상기 하이 레벨 제어기, 로우 레벨 제어기는 하이 레벨, 로우 레벨의 액체 레밸을 감지하는 근접 스위치와, 누설을 방지하는 고정링에 연결된 내부파이프와, 진공을 형성하는 외부 파이프와, 부력을 유지하도록 내부 파이프를 감싸 형성된 스프링과, 상기 스프링에 연결되어 스프링의 장력과 센서 유니트 중량에 위치를 조정하는 레벨 위치 제어 고정링과, 상기 고정링을 고정하는 고정볼트와 내부 파이프 끝단에는 내부가 공간으로 형성된 플로트를 포함하는 것을 특징으로 하는 2중 저장형 기액 분리기.
제 6항에 있어서,
상기 기액 분리기와 하부 탱크에 기체 질소 공급 밸브와 방출 밸브가 각각 설치되고 압력 센서로 설정 압력으로 용이하게 내압을 조절하는 것을 특징으로 하는 2중 저장형 기액 분리기.
제 6항에 있어서,
상기 기액 분리 탱크, 액체 질소 저장 탱크 내에서 액체 질소가 채워지면 탱크 내부의 각 레벨 센서가 부력에 의해 뜨게 되어 로우, 하이 레벨까지 도달하면 밸브가 닫히는 것을 특징으로 하는 2중 저장형 기액 분리기.
제 6항에 있어서,
상기 하우징 탱크와 그 내부의 기액 분리 탱크 및 액체 질소 저장 탱크 사이는 진공 상태인 것을 특징으로 하는 2중 저장형 기액 분리기.