KR100188313B1 - 슬러시 수소 제조장치 - Google Patents
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Abstract
[목적]
고체입자경을 구비한 슬러시 수소를 효율높게 제조할 수 있는 제조장치를 제공한다.
[구성]
단열밀폐용기(1)의 하부에 액체수소 급배로(2)를 접속함과 아울러, 단일밀폐용기(1)의 상부에 배기로(4)와 헬륨가스 공급로를 접속한다.
배기로(4)에 열교환기(7)와 진공펌프(9)를 단열밀폐용기(1)측으로부터 차례로 배치한다.
단열밀폐용기(1)내에 교반장치(16)를 배치하고, 이 교반장치(15)를 단열밀폐용기(1)의 외부에서 구동한다.
Description
제1도는 본 발명장치의 개략구성도.
제2도는 단열밀폐용기의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 단열밀폐용기 2 : 액체수소급배로
4 : 배기로 5 : 헬륨가수공급로
7 : 열교환기 9 : 진공펌프
16 : 교반장치
본 발명은, 고체수소와 액체수소가 공존하고 있는 슬러시(slush)수소를 제조하는 장치에 관한 것이다.
종래, 슬러시 수소를 제조하는 원리로서는, 자켓트내에 액체 헬륨을 흐르게 하여 내벽에 고체수소를 빙결시켜서, 스크류에 의하여 벽면의 고체수소를 긁어 탈락시키는 간접냉각법, 저온의 가스상태인 헬륨을 액체수소내로 불어넣어 헬륨도입관의 선단에 고체수소를 생성하는 직접냉각법, 밀폐용기내로 액체수소를 넣고, 밀폐용기내를 3중점 이하의 압력으로 감압하여 액표면부분에 고체층을 방생시키는 연속감압법, 밀폐용기내를 3중점 이하의 압력으로 감압하여 액표면에 고체층을 발생시킨후, 밀폐용기의 내압을 3중점 이상의 압력으로 하므로써, 표면고체층의 용기벽면과의 접촉부분을 용해시켜서 액내로 침강시키는 단속감압법 등이 공되어 있지만, 효율이 양호한 슬러시 수소를 제조하는 장치는 아직 개발되어 있지 않다.
간접냉각법에 의한 슬러시 수소의 제조에서는, 고체수소를 생성하는 내벽과 스크류와의 클리어런스 설정이 미묘하여, 고체 입자경의 균일화가 곤란하다고 하는 문제가 있었다.
또, 직접쟁각법에 의한 슬러시 수소의 제조에서는, 헬륨도입관의 선단에 형성되는 고체수소가 가스상태인 헬륨의 흐름에 따라 통형상으로 성장하므로서, 교반에 의하여 고체수소를 분쇄할 필요가 있으며, 이 경우에도 고체입차경의 균일화가 곤란하다고 하는 문제가 있다.
연속감압법에 의한 슬러시 수소의 제조에서는, 액층의 표면 및 용기 내주벽과 접촉하고 잇는 부분에서 빙결하므로서, 교반을 실시해도 고체층이 파쇄되기 어렵고 내부를 슬러시 상태로 형성하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있다.
한편, 단속감압법에서는, 감압에 의하여 인단 빙결한 고체를 진공도를 낮추어, 용기주벽부분에서 융해하고, 액표면에 형성된 고체층을 액체속에 침강시키고, 일정시간(수초 내지 십수초) 마다 액체표면을 기상(氣相)에 노출시켜서 고체층의 발생을 성장촉진할 수 있지만, 이 경우에, 고체입자경을 균일화 하는 것이 곤한한 데 다가, 대형화가 곤란하다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 이와같은 점에 착안하여 이루어진 것으로, 고체입자경이 균일한 슬러시 수소를 효율높게 제조할 수 있는 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 단속감압법에서의 슬러시 수소제조장치에 있어서, 단일밀폐용기의 하부에 액체수소 급배로를 접속함과 아울려, 단열밀폐용기의 상부에 배기로와, 헬륨가스공급로를 접속하고, 배기로에 열교환기와 진공펌프를 단열밀폐용기측으로부터 순차적으로 배치하여, 단열밀폐용기내에 교반장치를 배치하고, 이 교반장치를 단열밀폐용기 밖에서 구동가능하게 구성하는 것을 특징으로 하고 있다.
본발명에서는, 단속감압볍에 의한 슬러시수소제조장치에 있어서, 단열밀폐용기의 하부에 액체수소 급배로를 접속함과 아울러, 단일밀폐용기의 상부에 배기로와 헬륨가스 공급로를 접속하고, 배기로에 열교환기와 진공펌프를 단열밀폐 용기측으로부터 차례로 비치하며, 단열밀폐용기속에 교반장치를 배치하고, 이 교반장치를 단열밀폐용기 밖에서 구동가능하도록 구성하고 있으므로, 진공도를 낮춰서 고체층을 침강시켰을 때에, 교반장치애 의한 교반으로 교체를 파쇄하여 고체의 입자경을 균일화하여 액체에 혼합시키게 된다.
이결과, 유동성이 뛰어난 슬러시 수소를 형성할 수 있다.
또, 교반장치로 고체와 액체의 혼합을 행하므로서, 큰 내경의 단열밀폐용기내에서 확실하게 빙결시킬 수 있으므로, 슬러시 수소의 제조효율을 높이고, 단시간에 대량의 슬러시 수소를 형성할 수 있게 된다.
제1도는 본 발명장치의 개략구성도를 표시하며, 제2도는 단열밀폐용기의 단면도이다.도면에 있어서, 부호1은 단열밀폐용기이고, 이 단열밀폐용기(1)에 액체수소를 수용하고, 단열밀폐용기(1)내의 압력을 수소의 3중점압력(7kPa)부근에서 높이거나 낮추므로써 단열밀폐용기(1)내에 슬러시 수소를 제조하도록 되어 있다.
단열밀폐용기(1)의 하부에는 액체수소를 단열밀폐용기(1)내로 공급함과 아울러, 형성된 슬러시 수소를 배출하는 액체수소 급배로 (2)가 접속 하고 있고, 이 액체수소급배로 (3)에 액체수소 충전방출밸브(9)가 배치되어 있다.
또, 단열밀폐용기(1)의 상부에는 단열밀폐용기(1)내의 가스를 배출하는 배기도(4)와 단열밀폐용기(1)내에 가압용 헬륨가스를 공금하는 헬륨가스 공급로(5)가 접속하고 있다.
배기로(4)에는 단열밀폐용기(1)측으로부터 개폐 전환 밸브(6), 열교환기(7), 유량조정밸브(8) 진공펌프(9)가 배치되어 있고, 헬륨가스 공급로(5)에는 유량조정밸브(10)와 유로개폐밸브(11)가 헬륨가스공급원(도시생략)측으로부터 차례로 배치되어 있다.
단열밀폐용기(1)는 제2도에 표시하듯이, 2중조로 형성되어 있고, 내조(12)와 외조(13)사이는 진공단열함과 아울러, 내외조사이의 온도차를 작게 하기 위하여 내외조 사이의 공간에 외조 냉각용의 액체질소저장조(14)가 배치되어 있다.
그리고, 내외 각 조(12)(13)에는 투시창(15)이 각각 형성되어 있고 이 투시창(15)을 통해 판다할 수 있게 되어 있다.
또, 내조(12)의 내부에 교반장치(16)를 배치하고, 이 교반장치(16)의 회전축(17)을 단열밀폐용기(1)의 상부개구(18)밖으로 배치한 구동모우터(19)로 회전구동 시키도록 구성되어 있다.
그리고, 이 교반장치(16)의 회전축(17)과 구동모우터(19)의 출력축은 자성체를 사용한 커플링 장치(20)에 의하여 비접촉상태에서 회전전동이 가능하게 구성되어 있다.
2중조로 구성한 단열밀폐용기(1)의 내조(12)내에는, 수용 있는 액체수소내로 돌입하는 상태로 열전대에서 형성한 온도검출부재(21)와 밀도측정부재(22)가 배치되어 있다.
또한, 도면중 부호23은 온도검출부재(21)나 밀도측정부재(22)의 출력신호를 처리하는 제어장치, 24는 투시창(15)에 대응시켜서 배치한 비디오카메라이고, 이어 비디오카메라(24)에 의하여, 액체수소의 상태를 감시할 수 있게 되어 있다.
또, 단열밀폐용기(1)의 하부에 배관되어 있는 액체수소의 급배로(2)는 단일처리가 실시되어 있다.
다음에, 본 슬러시 수소제조장치를 사용한 슬러시 수소의 제조수 순을 설명한다.
충분히 예냉한 단열밀폐용기(1)내에, 액체수소급배로(2)에서 액체수소를 공급한다.이 경우, 단열밀폐용기(1)안은 대기압으로 액체수소온도 20.3k, 단열밀폐용기내의 압력은 101.4kpa, 액체수소의 밀도는 70.81kg/m3이다.
그리고, 배기로(4)를 개통시켜서 진공펌프(9)를 작동시켜, 단열밀폐용기(1)내의 수소가스를 배출하므로써. 단열밀폐용기(1)내를 수소의 3중점 압력인 7.3kpa까지 감압한다.
이것에 의하여, 액체수소의 액표면부분 및 내조(12)의 기벽(器壁)과 접촉하고 있는 부분에서 빙결을 개시한다.
이때, 액체수소의 온도는 13.8k, 밀도는 77.06kg/m3, 고체수소의 온도는 13.8k, 밀도는 86.67kg/m3이다.
그리고, 감압후 일정시간(10초전후)이 경과하면, 배기로(4)의 개폐절환밸브(6)를 폐변하고, 단일밀폐용기(1)내의 내압을 약간 높히므로써, 용기내의 압력은 3중점 압력보다도 높게되어 빙결된 수소는 기벽에서의 입열(入熱)의 영향을 받아서 그 기벽과 접촉하고 있는 부분에서 용해 박리되고, 액표면부분에서 빙결되어 있는 고체수소는 그대로 액체수소중에 침강한다.
이때, 단열밀폐용기(1)안은 교반장치(16)로 교반되어 있으므로, 빙결되어 있는 고체수소가 파쇄되고, 작은 고체수소로서 액체수소중에 혼합된다.
진공도를 낯춘 다음 일정시간(10초전후)이 경과하면, 재차 배기로(4)의 개폐전환밸브(6)를 개방하고, 단일밀폐용기(1)로부터 배기하여 단열밀폐용기(1)(1)내를 3중점 압력까지 감압하여, 액체수소의 표면부분에 고체수소를 형성한다.
이와같은 조작을 반복하여, 투시창(15)에서의 목측 혹은, 단열밀폐용기(1)내에서 액체수소중에 돌입배치한 밀도측정부재(22)로 검출한 액체수소밀도가 3중점 온도에서의 액체수소밀도(77.06kg/m3)와 3중점온도에서의 고체수소밀도(86.67kg/m3)와의 중간치(예컨대, 81.54kg/m3)로 되면, 단열밀폐용기(1)내의 압력을 3중점압력으로 유지한 상태에서 수시간 방치한다.
여기서 수시간 방치하는 것은, 생성직후의 고체수소 입자는 예각부가 돌출한 형상으로 유동성을 저해하지만, 생성후 수시간 경과된 고체수소 입자는 예각부가 제거된 형상으로 되어 유동성을 저해하지 않도록 변화하기 때문이다.
일정한 방치시간 경과후, 헬륨가스 공급로(5)의 유량조정 밸브(10)를 개방함과 아울러, 액체수소 급배로(5)의 액체수소충전방출밸브(3)를 개방하여, 밀폐단열용기(1)내에 가압용 헬륨가스 주입하고, 밀폐단열용기내(1)에서 샤베트 형상의 소위 슬러시 수소를 꺼낸다.
본발명에서는, 단속감압법에서의 슬러시 수소제조장치에 있어서, 단열밀폐용기의 하부에 액체수소 급배로를 접촉함과 아울러, 단열밀폐용기의 상부에 배기로와 헬륨가스 공급로를 접속하고, 배기로에 열교환기와 진공펌프를 단열밀폐용기축으로부터 차례로 배치하며, 단열밀폐용기내로 교반장치를 배치하고, 이 교반장치를 단열밀폐용기 밖에서 구동가능하게 구성하고 있으므로, 진공도를 낮춰서 고체층을 침강시킬때에, 교반장치에 의한 교반으로 고체를 파쇄하여 고체의 입자경을 균일화하여 액체에 혼합시킬 수 잇고, 유동성이 뛰어난 슬러시 수소를 형성할 수 있다.
또, 교반장치로 고체혼합을 실시하므로써, 큰 내경의 단열밀폐용기내에서의 혼합을 균일화하여 빙결시의 핵을 형성할 수 있고, 고체입자의 생성속도를 촉진하여 슬러시 수소의 제조효율을 높혀, 단시간에 대량의 슬러시 수소를 형성할 수 있게 된다.
Claims (1)
- 단열밀폐용기(1)네애 수용한 액체수소를 동결 및 융해를 반복하므로써 슬러시 수소를 제조하는 장치로서, 단열밀폐용기(1)의 하부에 액체수소 급배로(2)를 접속함과 아울러, 단열밀폐용기(1)의 상부에 배기로(4)와 헬륨가스 공급로(5)를 접속하고, 배기로(4)에 열교환기(7)와 진공펌프(9)를 단열밀폐용기(1)축으로부터 차례로 배치하며, 단열밀폐용기(1)내에 교반장치(16)을 배치하고, 이 교반장치(14)를 단열밀폐용기(1)밖에서 구동가능하게 구성한 것을 특징으로 하는 슬러시 수소 제조장치.
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