KR101006888B1 - 가스혼합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스혼합장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 물리적 및 화학적 특성이 다른 가스의 용기를 각각 두고 사용자가 용도에 맞게 서로 다른 가스를 혼합하고자 하는 가스의 조성비율을 자유롭게 맞춰 용도별로 적정하게 사용하여 혼합가스의 제조상의 효율성을 높이고, 종래에는 여러 가지 가스 종류와 그 혼합비율이 서로 다른 가스용기를 각각 두지 않고 생산현장에서 용도나 특성에 맞춰 가스를 혼합할 수 있어 생산제품의 질적 향상을 통한 생산성 증대와 여러 가지의 조성비율로 만들어진 각각의 혼합가스용기를 두지 않아 가스의 안전사고예방은 물론 최소의 가스용기를 두어 그 제반 비용이 절감되는 특징이 있다.

가스혼합장치, 레귤레이터, 온도조절기, 유량밸브, 교반기

Description

가스혼합장치{Gas mixing contrivance}

본 발명은 가스혼합장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 물리적 및 화학적 특성이 다른 가스의 용기를 각각 두고 사용자가 용도에 맞게 서로 다른 가스를 혼합하고자 하는 가스의 조성비율을 자유롭게 맞춰 용도별로 적정하게 사용하여 혼합가스의 제조상의 효율성을 높이고, 종래에는 여러 가지 가스 종류와 그 혼합비율이 서로 다른 가스용기를 각각 두지 않고 생산현장에서 용도나 특성에 맞춰 가스를 혼합할 수 있어 생산제품의 질적 향상을 통한 생산성 증대와 여러 가지의 조성비율로 만들어진 각각의 혼합가스용기를 두지 않아 가스의 안전사고예방은 물론 최소의 가스용기를 두어 그 제반 비용이 절감되는 가스혼합장치에 관한 것이다.

가스혼합장치는 두 가지 이상의 가스를 혼합 비율대비로 조성하여 사용할 수 있는 장치로써, 여러 산업체에서 생산공정 설비에 사용된다.

예를 들어 자동차부품 및 기계부품등의 산업용 용접가스(아르곤+탄산, 아르곤+수소, 아르곤+산소 등)로 용접모재의 특성에 따라 혼합하는 가스의 종류와 성분비율을 다르게 사용되고, 축산물 육가공품에 인체에 무해한 혼합가스(탄산+질소)를 사용함으로 유가공의 살균(탄산)과 용기보관의 안정제(질소)로 활용할 수 있는 점과 식음료품(인스턴트 푸드) 및 화장품 제조 생산공정에서의 산화되어 탈색하는 것을 방지하는 불활성 혼합가스(질소+아르곤+탄산)를 활용하여 조송비율에 따라 여러 가지로 활용할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 일반적인 가스 충전시설에서 제조되는 혼합가스는 주문자방식으로 두 가지 이상의 가스를 단순히 압력비율로 혼합하여 제조ㆍ생산하여 납품을 하는 데 있어 그 조성비율의 정확성이 떨어지는 면이 있으며, 혼합되는 가스의 종류가 다양하고 각각의 혼합되는 가스의 조성비율이 달라 혼합가스를 충전하는 가스용기의 종류의 다양화로 인한 그 수가 많아져 가스용기를 많이 필요로 하여 제고의 부담과 이에 따른 가스안전사고의 문제점은 물론, 그 여러 가지 가스를 단순 압력에 의한 혼합으로 인한 조성비율에 문제점으로 발생할 수 있어 생산공정에서 제품 질적 저하로 인한 생산성과 이에 따른 여러 가지 비용증가에 따른 여러 가지 문제점이 발생한다.

또한, 혼합되는 가스의 조성비율이 다른 만큼 두 가지 이상의 가스를 충전하는 횟수가 많아지고, 그 가스 용기 수만큼 많이 필요하며, 그 혼합되는 가스용기는 그 조성되는 비율의 제조 생산되는 용기로 밖에 사용할 수 없는 단점이 있어 실용성이 떨어지는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

서로 물리적 및 화학적 특성이 다른 가스의 용기를 각각 두고 사용자가 용도에 맞게 서로 다른 가스를 혼합하고자 하는 가스의 조성비율을 자유롭게 맞춰 용도별로 적정하게 사용하여 혼합가스의 제조상의 효율성을 높이고, 종래에는 여러 가지 가스 종류와 그 혼합비율이 서로 다른 가스용기를 각각 두지 않고 생산현장에서 용도나 특성에 맞춰 가스를 혼합할 수 있어 생산제품의 질적 향상을 통한 생산성 증대와 여러 가지의 조성비율로 만들어진 각각의 혼합가스용기를 두지 않아 가스의 안전사고예방은 물론 최소의 가스용기를 두어 그 제반 비용이 절감되는 가스혼합장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 두 개 이상의 가스(A,B)를 각각의 과정을 통해 혼합비율에 따라 조성하여 하나의 혼합가스로 생성하는 가스혼합장치에 있어서,

상기 A가스와 B가스가 각각 저장된 가스저장장치와;

상기 가스저장장치와 관으로 연결되되, 관을 통해 내부에 유입된 A가스와 B가스의 압력(P1,P2)을 동일하게 조절하고, A,B가스의 이물질을 제거하는 필터 및 압력조절장치와;

상기 필터 및 압력조절장치와 관으로 연결되되, 관을 통해 내부에 각각 유입된 A가스와 B가스의 온도(T1,T2)를 동일하게 조절하는 온도보정장치와;

상기 온도보정장치와 관으로 연결되되, 관을 통해 내부에 각각 유입된 A가스와 B가스를 사용자가 원하는 가스로 혼합하기 위해 유량을 조정하는 유량조정장치와;

상기 각각의 유량조정장치와 관으로 연결되어 내부에 유입된 A가스와 B가스를 혼합해 주는 교반기와;

상기 필터 및 압력조절장치와 온도보정장치와 유량조정장치를 설정된 압력과 온도와 유량 내에 유지되도록 전기적인 신호에 의해 제어하는 제어장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가스혼합장치에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 가스혼합장치는 서로 물리적 및 화학적 특성이 다른 가스의 용기를 각각 두고 사용자가 용도에 맞게 서로 다른 가스를 혼합하고자 하는 가스의 조성비율을 자유롭게 맞춰 용도별로 적정하게 사용하여 혼합가스의 제조상의 효율성을 높이고, 종래에는 여러 가지 가스 종류와 그 혼합비율이 서로 다른 가스용기를 각각 두지 않고 생산현장에서 용도나 특성에 맞춰 가스를 혼합할 수 있어 생산제품의 질적 향상을 통한 생산성 증대와 여러 가지의 조성비율로 만들어진 각각의 혼합가스용기를 두지 않아 가스의 안전사고예방은 물론 최소의 가스용기를 두어 그 제반 비용이 절감되는 효과가 있다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.

본 발명은 두 개 이상의 가스(A,B)를 각각의 과정을 통해 혼합비율에 따라 조성하여 하나의 혼합가스로 생성하는 가스혼합장치에 있어서,

상기 A가스와 B가스가 각각 저장된 가스저장장치와;

상기 가스저장장치와 관으로 연결되되, 관을 통해 내부에 유입된 A가스와 B가스의 압력(P1,P2)을 동일하게 조절하고, A,B가스의 이물질을 제거하는 필터 및 압력조절장치와;

상기 필터 및 압력조절장치와 관으로 연결되되, 관을 통해 내부에 각각 유입된 A가스와 B가스의 온도(T1,T2)를 동일하게 조절하는 온도보정장치와;

상기 온도보정장치와 관으로 연결되되, 관을 통해 내부에 각각 유입된 A가스와 B가스를 사용자가 원하는 가스로 혼합하기 위해 유량을 조정하는 유량조정장치와;

상기 각각의 유량조정장치와 관으로 연결되어 내부에 유입된 A가스와 B가스를 혼합해 주는 교반기와;

상기 필터 및 압력조절장치와 온도보정장치와 유량조정장치를 설정된 압력과 온도와 유량 내에 유지되도록 전기적인 신호에 의해 제어하는 제어장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스혼합장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온도보정장치를 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 교반기를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3의 A-A부분을 나타낸 측면도이고, 도 5는 도 3의 B-B부분을 나타낸 측면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 가스혼합장치(100)는 두 가지 이상의 가스(여기서는 A가스, B가스로 구분하여 명시한다.)를 혼합비율에 따라 자유로이 조성하도록 과정을 통해 혼합하여 사용할 수 있는 장치로써, 가스저장장치(10)와, 필터 및 압력조절장치(20)와, 온도보정장치(30)와, 유량조정장치(40)와, 교반기(50)와, 제어장치(60)로 구성된다. 이때, 본 발명의 가스혼합장치(100)는 한 종류의 가스당 한 과정(필터 및 압력조절장치(20) → 온도보정장치(30) → 유량조정장치(40) 순)을 거치는 것으로 이 과정을 거친 가스가 교반기(50)의 내부에 유입되어 또 다른 과정을 거쳐 상기 교반기(50)의 내부에 유입된 다른 가스와 혼합하는 것이다. 여기서, 다수개의 가스에 따라 각각 하나씩의 과정을 통해 하나의 교반기(50) 내부에 유입되어 혼합하는 것이다.

상기 가스저장장치(10)는 다양한 가스를 각각 저장할 수 있는 저장통으로 형성되어 현장에서 사용시, 운반 및 설치가 용이하도록 형성되고, 상기 가스저장장치(10)의 내부에 저장된 가스가 외부로 배출되도록 배출구(미도시)가 일측에 형성되며, 상기 배출구에는 필터 및 압력조절장치(20)와 연통되는 관이 설치된다. 이때, 상기 관이 설치된 배출구에는 가스를 개폐하는 밸브(미도시)가 더 설치된다.

여기서, 상기 가스는 아르콘, 이산화탄소, 산소, 질소, 일산화탄소 등 현장 및 사용자가 필요로 하는 가스를 가스저장장치(10)에 충진하여 저장하는 것이다.

상기 필터 및 압력조절장치(20)는 관을 통해 이송된 A가스와 B가스의 이물질을 제거하도록 관의 일단부에 필터(21)가 연통 설치되고, 상기 필터(21)를 통해 이물질이 제거되어 내부에 유입된 A가스와 B가스의 각각의 압력(P1,P2)을 동일하게(P1=P2) 조절하도록 레귤레이터(22)가 관의 일단부에 연통 설치된다.

여기서, 상기 레귤레이터(22)를 거친 가스의 압력을 측정하도록 관의 일단부에 압력계(23)가 추가적으로 설치된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 온도보정장치(30)는 필터 및 압력조절장치(20)와 관으로 연결되어 상기 관을 통해 내부에 각각 유입된 A가스와 B가스의 온도(T1,T2)를 동일하게(T1=T2) 조절하도록 온도조절기(31)가 외부에 형성된다. 이때, 상기 A가스와 B가스의 온도(T1,T2)를 조절하기 위해 상기 온도조절기(31)는 전기를 발생시키고, 상기 온도조절기(31)의 일단부에 연결된 전기열선(32)이 A가스와 B가스가 이송되는 관의 외주연에 감겨 온도조절기의 전기가 전기열선(32)에 관통되면서 열이 발생되어 온도(T1,T2)를 조정한다.

여기서, 상기 전기열선(32)을 통과한 A가스와 B가스의 온도를 측정하도록 관의 출구 측에 온도센서(33)가 설치되고, 상기 온도센서(33)에서 측정된 데이터가 신호로 변환되어 제어장치(60)에 전달되고, 상기 제어장치(60)는 전달된 데이터 신호와 사용자가 입력한 데이터를 비교/분석하여 온도조절기(31)에 전기적 신호를 전달하여 제어한다.

상기 유량조정장치(40)는 온도보정장치(30)와 관으로 연결되어 상기 관을 통해 내부에 각각 유입된 A가스와 B가스를 사용자가 원하는 가스로 혼합하기 위한 유량으로 조정하도록 유량밸브(41)가 관의 일단부에 설치되고, 상기 유량밸브(41)는 관을 통해 이송되는 A가스와 B가스의 유량을 조정하도록 관의 내부를 개폐한다.

여기서, 상기 유량밸브(41)를 통해 개폐(ON/OFF)된 A가스와 B가스의 유량을 측정하도록 관의 일단부(유량밸브를 지난 관 부분)에 유량계가 연통 설치된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 교반기(50)는 다수개의 유량조정장치(40)에서 각각 관으로 연결되어 내부에 A가스와 B가스가 유입되어 혼합되도록 몸통(51)과, 상기 몸통(51)의 내부를 다수개의 공간으로 구획하기 위해 몸통(51)의 내부에 수직으로 다수개 설치되는 가스혼합막(52)으로 구성된다.

여기서, 상기 몸통(51)은 일측에 A가스와 B가스가 내부에 유입되도록 유량조정장치(40)와 연통된 관이 각각 연결되고, 타측에는 A가스와 B가스를 몸통의 내부 에서 혼합시켜 외부로 배출하도록 하나의 관이 연결된다. 이때, 상기 다수개의 관 출/입구에는 관 내부를 개폐할 수 있도록 밸브가 각각 설치된다.

그리고, 도 4와 도 5를 참고하여, 상기 가스혼합막(52)은 몸통(51)의 내부에서 A가스와 B가스가 가스혼합막(52)을 관통하면서 흐름에 의해 혼합되도록 가스혼합막(52)의 수평을 중심으로 상,하로 나누어 하나의 관통홀(53)과 다수개의 분사홀(54)이 형성된다.

또한, 상기 가스혼합막(52)은 관통홀(53)과 분사홀(54)이 수평을 중심으로 지그재그로 배치되도록 가스혼합막(52)을 설치한다. 그래야만, 도 3을 참고하여, 상기 다수개의 분사홀(54)을 관통한 가스는 흐름에 와류가 발생하여 상호 A가스와 B가스가 혼합되는 것이다.

상기 제어장치(60)는 압력조절장치(20)와 온도보정장치(30)와 유량조정장치(40)를 설정된 압력과 온도와 유량 내에 유지되도록 전기적인 신호에 의해 제어하고, 외부에 형성되며, 상기 제어장치(60)의 원리 및 작동방법은 일반적으로 사용되고 있는 제어장치와 유사하기에 별도의 기술은 하지 않는다.

상기에서 기술한 가스혼합장치의 작동방법에 대해 이하에서 기술한다.

서로 혼합하고자 하는 상대가스(A가스,B가스, 이하에서는 상대가스로 기술한다.)를 용기의 가스정제기에서 1차로 압력을 일정하게 감압한 후, 일정한 공간 안에서 상대 가스의 온도(T1,T2)도 균일하게 한 후 유량계를 통해서 조성하고자 하는 혼합비율로 자유롭게 사용할 수 있다.

상기 혼합하고자 하는 상대가스의 용기에 충전된 압력이 12MPa(충전시설에서 제조ㆍ생산되는 압축가스의 경우, 다른 액화가스의 경우는 4~7MPa)이므로, 적정한 압력으로 혼합하고자 하는 상대가스의 압력을 압력조절장치(20)에서 각각 일정한 압력(P1,P2)으로 감압(감압되는 압력은 0.3MPa)한 후, 감압된 가스는 온도보정장치(30)를 거친다.

상기 온도보정장치(30)를 거치는 이유는 가스의 종류와 물성에 따라 차이가 나지만 상대가스의 절대온도의 값을 보정해야 이상기체방정식에서의 정립된 것으로 일정부피(V)를 조정할 수 있는 유량계로 혼합비율을 자유롭게 조성하여 사용할 수 있다.

상기에서 기술한 과정을 수학식으로 표현하면,

[P : 압력, V : 부피, n : 몰수, R : 상수, T : 온도]

다시 상세하게 설명하면 혼합하는 상대가스를 압력이 큰 상태에서 혼합하면 좋지만 안전성이 뒤떨어지므로, 압력을 적당한 압력으로 감압한 후 압력의 힘을 이용하여 서로 섞이게 하는 이유다. 여기서, 상기 온도보정장치(30)를 통해 온도가 일정하게(T1=T2) 유지하여 표준상태에서의 부피(V)로 만드는 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스혼합장치를 나타낸 개략도이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온도보정장치를 나타낸 개략도이고,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 교반기를 나타낸 단면도이고,

도 4는 도 3의 A-A부분을 나타낸 측면도이고,

도 5는 도 3의 B-B부분을 나타낸 측면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 가스저장장치 20 : 필터 및 압력조절장치

21 : 필터 22 : 레귤레이터

23 : 압력계 30 : 온도보정장치

31 : 온도조절기 32 : 전기열선

33 : 온도센서 40 : 유량조정장치

41 : 유량밸브 42 : 유량계

50 : 교반기 51 : 몸통

52 : 가스혼합막 53 : 관통홀

54 : 분사홀 60 : 제어장치

100 : 가스혼합장치

Claims (6)

1. 두 개의 가스(A,B)를 각각의 과정을 통해 혼합비율에 따라 조성하여 하나의 혼합가스로 생성하는 가스혼합장치(100)에 있어서,

   상기 A가스와 B가스가 각각 저장된 가스저장장치(10)와;

   상기 가스저장장치(10)와 관으로 연결되되, 관을 통해 내부에 유입된 A가스와 B가스의 압력(P1,P2)을 동일하게 조절하고, A,B가스의 이물질을 제거하는 필터 및 압력조절장치(20)와;

   상기 필터 및 압력조절장치(20)와 관으로 연결되되, 관을 통해 내부에 각각 유입된 A가스와 B가스의 온도(T1,T2)를 동일하게 조절하는 온도보정장치(30)와;

   상기 온도보정장치(30)와 관으로 연결되되, 관을 통해 내부에 각각 유입된 A가스와 B가스를 사용자가 원하는 가스로 혼합하기 위해 유량을 조정하는 유량조정장치(40)와;

   상기 각각의 유량조정장치(40)와 관으로 연결되어 내부에 유입된 A가스와 B가스를 혼합해 주는 교반기(50)와;

   상기 필터 및 압력조절장치(20)와 온도보정장치(30)와 유량조정장치(40)를 설정된 압력과 온도와 유량 내에 유지되도록 전기적인 신호에 의해 제어하는 제어장치(60);를 포함하여 구성되고,

   상기 온도보정장치(30)는, 외부에 형성되어 전기를 발생시키는 온도조절기(31)와;

   상기 온도조절기(31)의 일단부에 연결되어 A가스와 B가스가 이송되는 관의 외주연에 감겨 온도조절기(31)의 전기가 관통되면서 열을 발생시키는 전기열선(32)과;

   상기 A가스와 B가스가 이송되는 관의 출구 측에 설치되어 전기열선(32)을 통과한 A가스와 B가스의 온도를 측정하는 온도센서(33);

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가스혼합장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 필터 및 압력조절장치(20)는,

   관을 통해 이송된 A가스와 B가스의 이물질을 제거하도록 관의 일단부에 연통 설치되는 필터(21)와;

   상기 필터(21)를 통해 이물질이 제거된 A가스와 B가스의 압력(P1,P2)을 동일하게 조절하도록 관의 일단부에 연통 설치되는 레귤레이터(22);로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스혼합장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 유량조정장치(40)는 관을 통해 이송되는 A가스와 B가스의 유량을 조정할 수 있도록 관의 내부를 개폐하는 유량밸브(41)와, 상기 유량밸브(41)를 통해 개폐된 A가스와 B가스의 유량을 측정하도록 관의 일단부에 연통 설치되는 유량계(42),로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스혼합장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 교반기(50)는,

   일측에 A가스와 B가스가 내부에 유입되도록 관이 각각 연결되고, 타측에 A가스와 B가스를 내부에서 혼합시켜 외부로 배출하도록 하나의 관이 연결되는 몸통(51)과;

   상기 몸통(51)의 내부를 다수개의 공간으로 구획하기 위해 몸통(51)의 내부에 수직으로 다수개 설치되는 가스혼합막(52);으로 구성되는 것을 특징으로 가스혼합장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 가스혼합막(52)에는 A가스와 B가스가 가스혼합막(52)을 관통하면서 흐름에 의해 혼합되도록 수평을 중심으로 상,하에 하나의 관통홀(53)과 다수개의 분사홀(54)이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스혼합장치.
6. 삭제

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