KR100435450B1 - 액체산소펌프의 자동예냉 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체산소 탱크로부터 액체산소를 펌핑하여 산소 사용 공장으로 공급하는 경우 액체 산소 펌프의 예냉 및 액체 산소를 설정 압력으로 승압시키는 것을 자동으로 수행할 수 있도록 된 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치에 관한 것이다.

이에 본 발명은 산소 펌프의 입측 및 출측에 각각 마련되어 상기 액체 산소 탱크로부터 유입되는 유량 및 펌프로부터 토출되는 유량을 제어하는 펌프 입/출구 밸브와, 상기 액체 산소 펌프의 구동 개시 신호가 입력되면 액체 산소가 액체 산소 펌프에 순차적으로 공급되어 액체 산소 펌프를 예냉시키도록 펌프 입/출구 밸브의 개도량을 제어하는 자동 예냉 제어부와, 상기 액체 산소 펌프의 입구 및 출구측 온도를 검출하도록 각각 마련된 온도검출기와, 상기 온도검출기에 의해 검출된 펌프 입구측 및 출구측 온도를 입력받아 산출한 온도차에 따라 예냉 완료여부를 판단하는 예냉 완료 판단부와, 예냉이 완료됨이 판단되면 상기 액체 산소를 펌핑하여 토출하도록 상기 액체 산소 펌프를 기동시키는 펌프 기동부를 구비하여 이루어진다.

Description

액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치{CONTROL APPARATUS FOR LIQUID O2 PUMP}

본 발명은 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 액체산소 탱크로부터 액체산소를 펌핑하여 산소 사용 공장으로 공급하는 경우 액체 산소 펌프의 예냉 및 액체 산소를 설정 압력으로 승압시키는 것을 자동으로 수행할 수 있도록 된 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 산소공장은 대기의 공기를 이용하여 산소와 질소를 생산하는 설비로 산소를 생산하는 방법은 여러가지가 있지만 대량의 가스를 생산하는 설비에서는 온도 비점차를 이용한 분리방법을 사용한다. 이러한 온도비점차를 이용한 산소생산방법은 21%의 산소와 79%의 질소로 구성되는 대기의 온도를 계속 하락시키면 대기 온도가 -183℃가 되는 시점에서 산소가스가 분리되고, -195℃에서 질소가스가 분리되어 각각 산소가스와 질소가스가 생산되게 된다.

이렇게 생산된 산소가스는 제철소 전 공장에 공급되어 철강 제품을 생산하는 데 사용되며 특히 산소가스는 제강공장에서는 없어서는 안될 중요한 가스이다. 따라서, 산소 공장에서 산소를 공급하지 않으면 제철소 전공장은 가동을 중단하게 되기 때문에 비상 사태를 대비하기 위한 백업 설비로 액체 산소와 액체 질소, 액체 아르곤 탱크가 설치되어 있어 산소 생산 설비 정상 운전시 여유분을 비축하였다가비상 사태가 발생한 경우 액체 산소를 산소 사용 공장으로 압송하여 정상적으로 가동될 수 있도록 하고 있다. 이때 액체 산소 탱크의 액체 산소를 산소 사용 공장으로 압송하는 압력까지 승압하는 데 사용되는 설비가 액체 산소 펌프이다.

도 1은 이러한 종래 액체 산소 펌프의 구동 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 액체 산소 펌프의 구동 제어 장치는 액체 산소 탱크(1)의 액체 산소를 액체 산소 펌프(2)를 이용하여 산소 압송 압력까지 승압시킨 후 증발기(도면 미도시)로 공급하여 증발기에서 기화시킨 후 산소 사용 공장으로 공급한다. 이때, 액체 산소 탱크(1)의 액체 산소의 온도는 -183℃이고, 액체 산소 펌프(2)의 온도는 20~30℃정도이기 때문에 액체 산소 펌프(2)를 예냉시키는 작업이 액체 산소를 펌핑하는 작업 수행전에 반드시 선행되어야 한다. 이는 극저온의 액체 산소가 펌프에 도달하자 마자 펌프와의 온도차에 의해 기체가 되어 펌프가 불가능하게 되거나, 혹은 펌프에 저온의 액체가 다량유입됨에 따른 펌프가 파괴되는 것을 방지하기 위한 것이다.

이때, 종래의 액체 산소 펌프의 예냉 방법은 먼저 펌프 예냉을 위해 조업자가 현장에 내려가 액체 산소 펌프의 예냉 입구 밸브(6)를 미량 오픈하여 극저온의 액체 산소를 액체 산소 펌프(2)에 유입시켜 온도를 다운시키고, 예냉 출구 밸브(7)를 오픈하여 예냉 실시로 기화된 산소 가스를 대기로 배출시킨다. 이때, 액체 산소는 펌프(2)를 예냉하는 동안 기화되어 대기로 방출되기 때문에 액체 산소의 낭비가 커지고 그에 따른 금액적 손실을 초래하는 문제가 있다.

또한, 액체 산소 펌프(2)는 서서히 온도를 다운시켜야 펌프가 저온으로 급하게 냉각되는 데서 비롯되는 펌프 회전축 및 베어링 균열을 방지할 수 있기 때문에 조업자는 예냉 입구 밸브(6)를 서서히 조작해야 한다. 이러한 승압 과정에서 밸브의 급격한 조작이 이루어질 경우 모터의 회전 날개와 실링(sealing) 장치등이 파괴되게 된다. 그러나 종래에는 밸브 조작을 조업자의 운전 경력에 의한 감으로 하고 있어 정밀한 조작이 어렵기 때문에 펌프 회전축 및 베어링 균열이 발생한 위험성이 높은 문제점이 있다.

한편, 액체 산소 펌프의 예냉 완료 여부를 판단하기 위해서는 예냉 출구 밸브로 나오는 산소가 가스가 아닌 액체인 경우 그 시점을 예냉이 완료된 시점으로 판단하여 예냉을 중지하고, 펌프 입구 밸브(4) 및 펌프 출구 밸브(5)를 열어 액체 산소 탱크(1)로부터 액체 산소를 펌핑하여 일정 압력으로 승압시켜 증발기로 공급하게 된다. 이때, 토출압력조절부(10)는 펌프 출구 밸브(5)를 통해 증발기로 공급되는 액체 산소의 압력을 토출압력검출기(8)로 검출하여 산소 사용 공장에서 필요한 압송 압력 일예로 25kg/㎠이 유지될 수 있도록 토출 압력 조절밸브(9)의 개도량을 조절하게 된다. 그러나, 이러한 예냉 완료 판단에 있어서도 조업자의 육안확인에 의존하기 때문에 조업자가 잘못 판단할 경우 모터의 기계적 파손을 초래하는 문제가 있다. 또한, 이러한 종래의 예냉 판단 방법은 모든 조작을 수동으로 실시하고 육안으로 판단하고 후속 조치를 수행하기 때문에 많은 시간이 소요되고 번거롭다 따라서, 산소 가스를 공급하는 데 지연이 발생하고 이에 따라 산소 사용 공장에서는 생산 제품의 생산량이 감소되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 그 목적은 액체 산소 펌프를 예냉하는 데 있어서 액체 산소 펌프의 기계적 파괴를 유발하지 않도록 예냉을 자동으로 수행하고, 예냉 완료를 정확하게 판단할 수 있도록 한 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 액체 산소의 토출 압력을 감시하여 토출 압력이 자동으로 서서히 승압될 수 있도록 하여 펌프의 토출 압력 급상승에 의한 베어링 및 실링 장치의 파괴를 방지할 수 있도록 된 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 종래 액체 산소 펌프의 구동 제어 장치의 개략적인 구성을 보인 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치의 구성을 보인 시스템 블록도이다.

도 3은 본 발명에 따른 자동 예냉 제어부의 상세 구성을 보인 회로도이다.

도 4(a)는 본 발명에서의 펌프 온도에 따른 예냉 밸브 조작신호 그래프이고, 도 4(b)는 펌프 온도 추이를 보인 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 자동 승압 제어부의 상세한 구성을 보인 회로도이다.

도 6은 본 발명에 따른 펌프 토출 압력 제어 상태를 보인 그래프이다.

도 7은 본 발명을 구현하기 위한 승압시간 결정시 테스트 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1:액체산소탱크 2:액체산소펌프

3:펌프구동 모터 4:펌프입구밸브

5:펌프출구밸브 11,12:온도검출기

20:토출압력제어부 30:예냉완료판단부

40:펌프기동부 50:자동예냉제어부

60:자동승압제어부.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치는

이하에는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치의 구성 및 작용 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치의 구성을 보인 시스템 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치는 예냉 개시 신호가 입력되면 펌프 입구 밸브(4)의 개도량을 제어하여 순차적으로 액체 산소가 액체 산소 펌프에 공급되도록 제어하는 자동 예냉 제어부(50)와, 상기 액체 산소 펌프(2)의 입구 및 출구측 온도차에 따라 예냉 완료여부를 판단하는 예냉 완료 판단부(30)와, 예냉이 완료됨이 판단되면 액체 산소 펌프(2)를 구동시키는 펌프 구동부(40)와, 상기 펌프(2)의 구동으로 토출되는 펌프 출구측 액체 산소의 압력을 검출하고 검출된 산소 압력에 따라 액체 산소의 토출 압력을 단계적으로 승압시키도록 상기 토출 압력 조절부(20)에 제어신호를 출력하는 자동 승압 제어부(60)를 구비하여 이루어진다.

또한, 본 발명에서는 액체 산소 펌프(2)의 입구 및 출구측 산소 온도를 검출하기 위하여 각각 온도검출기(11)(12)가 마련된다. 이러한 온도 검출기(11)(12)는 일예로 써미스터등으로 구현 가능하며 이는 온도 변화에 따라 저항값이 변화되는 특성을 갖는다.

상기한 구성에 있어서, 예냉 완료 판단부(30)는 상기 입구 및 출구 온도검출기(12)(11)에 의해 검출된 온도에 상응하는 저항값을 전압신호로 변환하는 저항/전압변환기(31)와, 상기 저항/전압 변환기(31)에 의해 전압신호로 변환된 온도검출신호를 입력받아 상기 두 온도 검출값의 차를 연산하는 감산기(32)와, 상기 감산기(32)에 의해 연산된 펌프 입구 및 출구의 온도차가 예냉 완료를 판단하기 위한 일정 온도 일예로 -2℃이하인가를 비교하는 비교기(33)와, 상기 비교기(33)의 비교결과 온도차가 -2℃이하인 시간인 기설정된 일정 시간 일예로 10초이상 지속되는 가를 판단하는 타이머(34)를 구비한다. 이때 타이머(34)에 의해 액체 산소 펌프(2)의 입/출구측 온도차가 -2℃이하인 시간이 10초이상 유지됨이 판단되면 예냉이 완료된 것으로 판단하여 타이머(34)는 펌프 구동부(40)의 오어(OR)게이트(41)로 하이레벨의 동작신호를 출력한다.

한편, 펌프 기동부(40)는 운전자 조작에 따라 온되는 기동 스위치(13)와, 기동 스위치(13)의 조작으로 입력되는 펌프 예냉 신호와 상기 예냉 완료 판단부(30)로부터 예냉 완료신호를 입력받아 동작되는 오어 게이트(41)의 출력 신호를 논리곱 연산하는 앤드(AND)게이트(42)와, 상기 앤드 게이트(42)의 출력 신호를 베이스 구동 신호로 입력받아 동작되는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 컬렉터단에 접속되어 상기 액체 산소 펌프 구동용 모터(3)에 구동 신호를 출력하는 릴레이(RY)를 구비하여 이루어진다.

도 3은 본 발명에 따른 자동 예냉 제어부의 상세 구성을 보인 회로도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 예냉 제어부(50)는 액체 산소 펌프(2)의 출구측 온도변화에 따라 저항값이 변화되는 출구 온도 검출기(11)의 출력저항값을 입력받아 해당 온도에 상응하는 전압신호로 변환하여 출력하는 저항/전압변환기(51)와, 기동스위치(13)가 온되는 경우 출구 온도 검출기(11)에 의해 검출된 펌프 출구측 온도를 저항/전압변환기(51)를 통해 일입력신호로 입력받는 다수개의 비교기(52a~52e)를 구비하고, 상기 다수개의 비교기(52)는 각각 타입력단에 출구밸브의 개도량을 단계적으로 제어하기 위한 기준 온도가 설정되어 있다. 일예로, 제 1 비교기(52a)는 기준 온도로 20℃, 제 2 비교기(52b)는 -30℃, 제 3 비교기(52c)는 -105℃, 제 4 비교기(52d)는 -155℃, 제 5 비교기(52e)는 -182℃로 설정된다.

따라서, 각각의 비교기(52)는 펌프 출구측 온도가 변화됨에 따라 각 온도별로 하이 레벨의 신호를 출력하여 각 비교기(52)의 출력단에 접속된 트랜지스터(TR)를 구동시키게 된다. 이때, 각 트랜지스터의 컬렉터단에는 펌프 입구 밸브(4) 및펌프 출구 밸브(5)의 개도량을 제어하기 위하여 펌프 출구측 온도별 개도량이 설정된다. 이는 펌프 출구 밸브측 온도가 높을 수록 개도량은 작고, 펌프 출구 밸브측 온도가 낮을 수록 예냉완료시점에 가까운 것이기 때문에 밸브 개도량을 크게 하도록 각 가변 저항의 값이 설정되게 된다. 가변 저항의 저항값에 따른 각 트랜지스터(TR)의 출력 전압 신호가 하이신호 자동 선택기(53)를 통해 전압/전류변환기(54)로 입력되어 전류신호로 변환된 후 펌프 입구 밸브(4) 및 펌프 출구 밸브(5)로 출력된다.

이러한 자동 예냉 제어부(50)의 제어에 따른 펌프 출구측 온도별 밸브 개도량 변화는 도 4(a)에 도시한 그래프와 같다. 즉, 펌프 출구측 온도가 내려감에 따라서 밸브의 개도량을 조금씩 증가시켜 액체 산소 펌프(2)에 급격하게 극저온의 액체 산소가 유입되지 못하도록 한다. 또한, 도 4(b)는 예냉시간에 따른 펌프의 온도변화를 보인 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따른 자동 승압 제어부의 상세한 구성을 보인 회로도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 승압 제어부(60)는 액체 산소 펌프(2)의 구동이 개시되어 액체 산소 탱크(1)로부터 액체 산소를 펌핑하여 증발기측으로 공급하게 되는 경우 상기 토출 압력 조절부(20)에 적정 제어 신호를 출력하여 증발기측으로 공급하는 액체 산소의 압력을 일정 기준 압력 일예로 25kg/㎠까지 서서히 단계적으로 승압시킨 뒤 일정하게 유지할 수 있도록 한다.

이러한 자동 승압 제어부(60)는 기동 스위치(13)가 온되어 펌프가 구동되면 기동 스위치(13)의 온 신호를 입력받아 타이머(61)가 동작되어 일정 시간 단위, 일예로 초단위로 시간을 카운트한다. 타이머(61)에 의해 카운트되는 시간은 기준시간이 각각 다르게 설정된 다수개의 비교기(66)의 일입력신호로 출력된다. 이때 각 비교기(66a~66e)는 기설정된 기준 시간과 타이머(61)에서 출력되는 신호를 비교하여 카운트시간이 기준 시간이상이 되는 경우에 동작되어 각각 하이레벨의 신호를 출력하게 된다. 또한, 각 비교기(66)의 출력단에는 비교기(66)의 출력 신호에 따라 동작이 온/오프되는 트랜지스터(TR1~TR5)가 마련되고, 해당 각 트랜지스터(TR1~TR5)의 컬렉터단에는 각기 다른 액체 산소 압력값이 설정되어 있어 어느 하나의 트랜지스터가 온되는 경우 해당 트랜지스터의 컬렉터단에 설정된 액체 산소 압력값이 하이신호 자동 선택기(67)를 통해 선택적으로 출력된다. 이때 출력된 액체 산소 압력값은 전압/전류 변환기(68)를 통해 전류 신호로 변환된 후 토출 압력 조절부(20)의 기준 설정값으로 입력된다.

이하에는 이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치의 동작을 설명하기로 한다.

먼저, 조업자가 액체 산소 펌프(2)를 가동시킬 이유가 있다고 판단하여 기동 스위치(13)를 온시키게 되면, 펌프 입구 밸브(4) 및 펌프 출구 밸브(5)를 소량 오픈하여 액체 산소 탱크(1)에 저장된 액체 산소가 액체 산소 펌프(2)로 공급되도록 한다. 이에 액체 산소 펌프(2)의 예냉 동작이 수행되는 데 이때 펌프 출구 온도 검출기(11)에서 측정된 온도 신호는 펌프 자동 예냉 제어부(50)에 입력된다.

자동 예냉 제어부(50)는 펌프 출구 온도 검출기(11)로부터 검출된 온도 신호를 입력받아 각각의 비교기(52)를 통해 비교한다. 각각의 비교기(52a~52e)의 비반전단자에는 펌프 입구 및 출구 밸브의 개도량을 온도별로 제어하기 위한 기준 온도가 각각 설정되어 있다. 따라서, 펌프 출구 온도 검출기(11)에 의해 검출된 온도신호는 각 비교기(52a~52e)의 반전단자로 입력되어 비반전단자에 설정된 기준온도와 비교된 후 검출된 온도가 기준온도보다 더 낮은 경우에는 출력측으로 하이레벨의 신호를 출력하게 된다.

즉, 제 1 비교기(52a)는 펌프 출구측 온도가 기준 온도인 20℃보다 낮은 경우에 하이신호를 출력하여 트랜지스터(TRa)를 온시킴으로써 트랜지스터(TRa)에 설정된 개도량 10% 에 해당하는 제어신호가 하이신호 자동선택기(53)를 통해 펌프 입구 밸브(3) 및 펌프 출구 밸브(4)로 출력되도록 한다. 한편, 제 2 비교기(TRb)는 입력된 검출 온도가 기준온도인 -30℃보다 낮은 경우 하이레벨의 신호를 출력하여 펌프 입/출구 밸브의 개도량이 20%열림이 되도록 트랜지스터(TRb)를 온시킨다.

한편, 액체 산소 펌프(2)의 예냉이 진행됨에 따라 액체 산소 펌프 출구 온도가 -105℃이하가 되면 제 3 비교기(TRc) 출력도 하이(logical '1')가 되고 액체 산소 펌프(2)의 출구 온도가 -155℃이하가 되면 제 4 비교기(TRd)의 출력도 하이가 된다. 액체 산소 펌프 출구 온도가 -183℃이하가 되면 제 5 비교기(TRe) 출력도 하이가 되어 전체 비교기 출력은 하이신호를 유지하게 된다. 따라서, 액체 산소 펌프의 예냉으로 액체 산소 펌프 출구측 온도가 서서히 내려감에 따라서 각 비교기(52)의 출력단에 접속된 트랜지스터(TR)에 설정된 밸브 개도량에 따라 펌프 입구 밸브(3) 및 펌프 출구 밸브(4)의 개도량이 제어되게 된다.

제 1 비교기(52a) 내지 제 5 비교기(52e)중의 적어도 어느 한 비교기의 출력이 하이가 되는 경우 그 출력단에 접속된 트랜지스터가 오프되어 하이신호 자동선택기(53)로 하이신호를 출력하게 되는 데, 이때 하이 신호 자동 선택기(53)는 입력된 신호중 가장 큰 신호를 선택하여 밸브로 출력한다.

이러한 방법에 의하여 펌프는 예냉을 계속하고, 펌프 출구 온도가 -183℃이하가 되면 액체 산소 펌프 입구 밸브(3)와 펌프 출구 밸브(4)는 100% 열림상태를 유지하게 된다.

도 4(a)는 액체산소 펌프 출구 온도 변화에 따른 밸브 조작 신호를 그래프로 나타낸 것으로, 처음에는 밸브를 서서히 오픈하다가 펌프 출구측 온도가 떨어짐에 따라 밸브 개도량이 커지도록 제어하는 것을 알 수 있다. 또한, 액체 산소 펌프 예냉 과정을 수행하는 경우 펌프 출구 밸브(4)를 통과한 액체 산소는 종래와 같이 대기로 버려지지 않고 액체 산소 탱크(1)로 리턴되어 재사용된다.

도 4(b)는 액체 산소 펌프 예냉 온도 추이를 나타낸 것으로, 액체 산소 펌프의 예냉을 시작하여 이를 완료하는데는 약 30분이 소요되고, 예냉하는동안 액체 산소 펌프 출구측 온도가 정상적으로 서서히 떨어지고 있음을 나타낸다. 액체 산소 펌프의 예냉이 완료되면 액체 산소 펌프 입구 밸브(3)와 펌프 출구 밸브(4)는 자동으로 100% 열림상태가 되어 액체 산소 펌프의 기동에 대비하게 된다.

이러한 예냉 작업에 의해 펌프 출구측 온도가 -183℃이하로 떨어지면 예냉 완료 판단부(30)에서는 펌프 입구 온도와 펌프 출구 온도를 비교하여 감산기(32)에서 그 온도차를 산출하고, 산출된 온도차가 -2℃이하인 경우에는 즉, 펌프 출구측 온도가 -183℃ 이하임이 판단되면 타이머(34)를 구동시킨다. 타이머(34)는 펌프입/출구측 온도차가 -2℃ 이내인 시간이 일정 시간 즉, 10초 이상 경과됨을 판단하여 펌프 기동부(40)로 펌프 기동신호를 출력하여 액체산소펌프(2)를 기동시키게 된다.

액체 산소 펌프(2)가 기동되면 액체 산소 펌프(2)를 보호하기 위하여 처음에는 토출 유량이 전량 탱크(1)로 리턴되도록 하고 이후 액체 산소 펌프 토출 압력을 자동 승압 제어부(60)에 의해 서서히 상승시키는 제어를 수행하게 된다.

즉, 액체산소 펌프 예냉이 완료되어 액체산소 펌프 기동용 릴레이(RY)가 동작하면 이 신호는 펌프 토출 압력을 단계적으로 승압시키기 위한 자동 승압 제어부(60)로 입력되어 타이머(61)를 동작시키게 된다. 이때부터 타이머(61)는 초단위로 시간을 카운트하고, 카운트된 시간은 시간 비교부의 각 비교기(66)의 일입력신호로 입력된다.

제 1 및 제 5 비교기(66a)(66e)의 타입력단에는 각각 액체 산소의 압력을 승압시키기 위한 시간간격으로 각각 10초,30초,50초,70초,90초가 각각 설정되어 있다. 따라서, 각 비교기(66)는 타이머(61)에 의해 카운트된 시간과 기설정된 기준시간을 비교하여 그 비교결과에 따라 하이 또는 로우 신호를 출력한다. 다시 말해, 제 1 비교기(66a)는 타이머(61)에 의해 카운트된 시간이 10초이상이면 하이 신호를 출력하고, 제 2 비교기(66b)는 30초 이상이면 하이신호를 출력하게 된다.

또한, 각 비교기(66)의 출력단에 접속된 트랜지스터(TR1~TR5)의 컬렉터단에는 액체산소의 토출 압력을 제어하기 위한 가변 저항이 마련되어 각 가변저항의 저항설정치에 따라서 각각 10[kg/㎠], 16[kg/㎠], 20[kg/㎠], 23[kg/㎠], 25[kg/㎠]의 압력값을 하이 신호 자동 선택기(67)로 출력하게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 펌프 토출 압력 제어 상태를 보인 그래프를 도시한 것으로써, 자동 승압 제어부(60)의 타이머(61)에서 카운트된 시간이 10초 이상이면 제 1 비교기(66a)는 하이신호를 출력하여 트랜지스터(TR1)를 동작시킴으로써 토출 압력 제어부(20)로 10[kg/㎠]의 토출 압력 신호를 설정치로 입력한다. 따라서, 토출 압력 제어부(20)에서는 자동 승압 제어부(60)로부터 입력받은 설정치와 토출 압력 검출기(8)를 통해 검출된 압력을 비교하여 그 차를 보상할 수 있도록 토출 압력 조절 밸브(9)의 개도량을 조절하여 액체 산소의 토출 압력이 설정치로 유지될 수 있도록 한다. 또한, 타이머(61)에서 카운트된 시간이 30초 이상이되면, 제 2 비교기(66b)는 하이신호를 출력하여 트랜지스터(TR2)를 동작시키고, 그에 따라 토출 압력 제어부(20)에는 16[kg/㎠]가 설정치로 입력된다.

한편, 자동 승압 제어부(60)에서는 토출 압력 제어부(20)의 설정치를 시간경과에 따라 자동으로 승압시키는 것에 대하여 프로세스 이상이나 외란으로 압력이 상승되지 못하는 경우나 과도하게 상승되는 경우 타이머(61)를 일시적으로 정지시켜 홀딩(holding) 상태를 유지할 수 있도록 한다. 이는 하이신호 자동선택기(67)를 통해 토출 압력 제어부(20)로 출력되는 제어 압력값을 검출하고, 이때 검출된 제어 압력값과 토출 압력 검출기(8)를 통해 검출된 압력값의 차이가 1[kg/㎠]이하인 경우에는 하한 비교기(62)가 하이 신호를 출력하여 타이머 홀드신호를 출력한다. 또한, 토출 압력 검출기(8)를 통해 검출된 토출 압력이 적정 토출 압력으로 설정된 25[kg/㎠]이상인 경우에는 상한 비교기(63)의 출력 신호가 하이가 되어 타이머 홀드 신호로써 출력되게 된다.

펌프 토출 압력이 정상으로 상승한 뒤에는 펌프 토출 압력 조절부(20)에는 항상 25[kg/㎠]이 설정되어 있기 때문에 펌프 토출 압력 검출기(8)에서 측정되는 측정압력과 비교하면서 토출 압력 조절 밸브(9)를 제어하게 된다. 도 5는 펌프 토출 압력 승압 제어 상태 그래프로 압력이 낮은 상태에서는 빠른 시간을 압력을 상승시키고 압력이 상승됨에 따라 점차로 서서히 승압이 되는 것을 알 수 있다.

한편, 도 7은 본 발명을 구현하기 위한 승압시간 결정시 테스트 그래프로서,토출 압력을 승압시키기 위한 단위시간을 결정하기 위하여 본 발명의 일실시예에서는 10초마다 2.5[kg/㎠]씩 토출 압력을 승압시키도록 자동 승압 제어부(60)를 구성하였다. 도 6에 도시한 바와 같이, 토출 압력을 매 3초마다 2.5[kg/㎠]씩 승압시키는 경우(맨위의 그래프), 매 15초마다 2.5[kg/㎠]씩 토출 압력을 승압시키는 경우(맨아래의 그래프) 및 10초마다 2.5[kg/㎠]씩 토출압력을 승압시키는 경우(중간의 그래프)에 대해 각각 액체 산소 펌프의 진동을 테스트하였다.

테스트 결과 펌프의 진동 위험치가 1.0[mill]이고, 경계치가 0.7[mill]인 것을 고려하면 단위시간을 15초로 한 경우에는 토출 압력이 25[kg/㎠]가 된 경우에도 진동이 경계치를 초과하지 않지만 단위시간을 길게 설정함에 따라 설정 토출 압력까지 승압하는 데 시간이 많이 소요되는 문제가 있다. 또한, 단위시간을 3초로 짧게 한 경우에는 설정 토출 압력인 25[kg/㎠]까지 승압한 경우 펌프의 진동이 위험치를 넘게 되는 문제점이 있었다. 반면, 단위 시간을 10초로 설정한 경우에는 설정 토출 압력까지 단시간에 승압이 가능하고 승압이 완료된 경우에도 펌프 진동에 별영향을 미치지 않는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치는 액체 산소 펌프를 구동시켜 액체 산소 탱크로부터 액체 산소를 펌핑하여 산소 사용 공장으로 공급하는 경우 액체 산소 펌프를 자동으로 예냉시킨 후 단계적으로 액체 산소의 토출 압력을 승압시켜 토출한다. 따라서, 액체 산소 펌프의 예냉시 극저온의 액체 산소가 펌프로 유입됨에 따른 펌프의 기계적 파손 및 금액적 손실을 방지하고, 예냉 작업시 액체 산소가 낭비되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 예냉 완료시 액체 산소 펌프로부터 토출되는 액체산소의 토출 압력을 순차적으로 승압시킴으로써 액체 산소 펌프의 토출 압력이 급상승됨에 따라 발생되는 펌프 베어링 및 누수방지를 위한 실링 장치의 파손을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 액체 산소 탱크에 저장된 여분의 액체 산소를 비상시 펌프를 이용해 펌핑한 후 산소 사용 공정으로 공급하는 액체 산소 펌프의 구동 제어 장치에 있어서,

   상기 산소 펌프의 입측 및 출측에 각각 마련되어 상기 액체 산소 탱크로부터 유입되는 유량 및 펌프로부터 토출되는 유량을 제어하는 펌프 입/출구 밸브와,

   상기 액체 산소 펌프의 구동 개시 신호가 입력되면 액체 산소가 액체 산소 펌프에 순차적으로 공급되어 액체 산소 펌프를 예냉시키도록 펌프 입/출구 밸브의 개도량을 제어하는 자동 예냉 제어부와,

   상기 액체 산소 펌프의 입구 및 출구측 온도를 검출하도록 각각 마련된 온도검출기와,

   상기 온도검출기에 의해 검출된 펌프 입구측 및 출구측 온도를 입력받아 산출한 온도차에 따라 예냉 완료여부를 판단하는 예냉 완료 판단부와,

   예냉이 완료됨이 판단되면 상기 액체 산소를 펌핑하여 토출하도록 상기 액체 산소 펌프를 기동시키는 펌프 기동부를 구비하여 이루어지는 것을 특징을 하는 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 자동 예냉 제어부는

   상기 펌프 출구 온도검출기에 의해 검출된 온도 신호를 일입력단자에 입력받고, 타입력단자에 각각 상이하게 설정된 기준 온도와 비교하는 다수개의 비교기와,

   상기 비교기의 각 출력단에 접속되어 비교기의 비교결과 검출신호가 기준온도보다 낮은 경우 동작되어 펌프 출구측 온도저하에 따른 해당 밸브 개도량 값을 출력하는 다수개의 트랜지스터와,

   상기 각 트랜지스터로부터 출력되는 밸브 개도량 중 가장 큰 값을 선택하여 펌프 입/출구 밸브로 출력하는 하이신호 자동 선택기를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 예냉 완료 판단부는

   상기 펌프 입/출구측 온도 검출기에 의해 검출된 각 온도신호를 입력받아 온도차를 산출하는 감산기와,

   상기 감산기에 의해 산출된 펌프 입/출구 온도차를 예냉 완료 판단을 위해 기설정된 기준 온도와 비교하는 비교기와,

   상기 비교기의 비교결과 펌프 입/출구측 온도차가 기준온도이내인 경우 카운트 개시하여 기설정된 기준 시간이 경과된 후 상기 펌프 기동부로 예냉 완료 신호를 출력하는 타이머를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 액체 산소 펌프의 기동에 따라 출력되는 액체 산소의 토출 압력을 검출하는 토출 압력 검출기와,

   상기 펌프 구동이 개시되면 소정 시간단위로 액체 산소의 토출 압력을 기설정된 공급 압력까지 단계적으로 승압시키도록 소정의 압력 설정신호를 출력하는 자동 승압 제어부와,

   상기 토출 압력 검출기에 의해 검출된 토출 압력과 상기 자동 승압 제어부로부터 출력되는 설정 압력을 비교하여 그 차에 보상하는 제어신호를 출력하는 토출 압력 조절부와,

   상기 토출 압력 조절부로부터 출력되는 제어 신호에 따라 상기 액체 산소 펌프로부터 출력되는 액체 산소의 압력을 조절하는 토출 압력 조절 밸브를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 자동 승압 제어부는

   펌프 구동 개시신호가 입력되면 시간카운트를 개시하여 펌프 구동 시간을 카운트하여 출력하는 타이머와,

   상기 타이머에 의해 카운트된 시간을 일입력신호로 입력받아 각각 상이하게 설정된 기준시간과 비교하는 다수개의 비교기와,

   상기 비교기의 각 출력단에 접속되어 펌프 구동 시간이 각각의 기준시간이상인 경우 동작되어 펌프 구동 시간별 토출 압력 설정치를 출력하는 다수개의 트랜지스터와,

   상기 각 트랜지스터로부터 출력되는 토출 압력 설정값 중 가장 큰 값을 선택하여 펌프 토출 압력 조절부의 설정 압력값으로 출력하는 하이신호 자동 선택기를구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 액체 산소 펌프의 자동 예냉 제어 장치.