KR101095199B1 - 육불화황가스 회수 및 정제장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SF6 가스 회수 및 정제장치에 관한 것으로, 그 구성은 냉각시스템을 포함하는 SF6 가스 회수장치에 있어서, 상기 냉각시스템은 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 제1압축기와, 상기 제1압축기에서 고온, 고압으로 압축된 냉매를 응축하는 제1응축기와, 상기 제1응축기에서 응축된 냉매가 저압이 되도록 감압하는 제1팽창밸브와, 저장탱크 내에 내장되며 상기 제1팽창밸브에서 공급되는 냉매에 의하여 열교환을 수행하는 제1증발기와, 상기 제1압축기와 제1응축기와 제1팽창밸브 및 제1증발기를 상호 연결하며, 내부에 유통되는 냉매가 연속하여 순환되는 제1순환배관으로 구성되는 제1냉동사이클;과, 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 제2압축기와, 상기 제2압축기에서 고온, 고압으로 압축된 냉매를 응축하는 제2응축기와, 상기 제2응축기에서 응축된 냉매가 저압이 되도록 감압하는 제2팽창밸브와, 상기 제2팽창밸브에서 공급되는 냉매에 의하여 열교환을 수행하는 제2증발기와, 상기 제2압축기와 제2응축기와 제2팽창밸브 및 제2증발기를 상호 연결하며, 내부에 유통되는 냉매가 연속하여 순환되는 제2순환배관으로 구성되는 제2냉동사이클;과, 밀폐된 공간을 가지며, 내부에 상기 제2증발기가 내장되고, 상기 제1응축기와 제1팽창밸브를 연결하는 배관이 관통되어 통과되는 열교환기;로 된 것을 특징으로 하는 것으로서,
상기 냉각시스템을 통하여 GIS 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 이상인 경우에는, SF6 가스를 회수하여 재사용할 수 있으며, GIS 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 미만인 경우에는, 1차로 제1냉각시스템을 작동하여 저장탱크의 온도를 영하 20 내지 30℃를 유지하여 저장탱크 내에 충진된 SF6 가스를 액화시키고, 액화된 SF6을 저장용기로 추출하고, 2차로 제2냉각시스템을 작동하여 저장탱크의 온도를 영하 70 내지 100℃로 유지하여 저장탱크 내에 충진된 SF6 가스를 고체화시키고, 저장탱크 내에 잔존하는 불순물은 강제배출하여 SF6 가스 내에 잔존하는 불순물을 빠른 시간내에 저비용으로 정제할 수 있으므로, 경제적으로 매우 효율적이며, 또한 GIS 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 70% 이하인 경우에도 소각하지 않고 정제할 수 있어 환경오염의 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 GIS 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 이하가 되어 정제가 요구될 시에, 특정장소로의 이송 없이 정제과정을 수행할 수 있어, 정제를 위해 GIS를 이송시 발생되는 문제점을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
Figure R1020090075096
가스절연기기, 육불화황가스, 정제, 회수, 냉각시스템, 열교환기

Description

육불화황가스 회수 및 정제장치{Sulfur Hexafluoride gas turnaround and refining device}
본 발명은 SF6 가스 회수 및 정제장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 새로운 냉각시스템을 통하여 가스절연기기(이하, "GIS"라 칭함) 내에 충진된 육불화황가스(이하, "SF6 가스"라 칭함)의 순도가 97% 이상인 경우에는, SF6 가스를 회수하여 재사용할 수 있으며, GIS 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 미만인 경우에는, 1차로 제1냉각시스템을 작동하여 저장탱크의 온도를 영하 20 내지 30℃를 유지하여 저장탱크 내에 충진된 SF6 가스를 액화시키고, 액화된 SF6을 저장용기로 추출하고, 2차로 제2냉각시스템을 작동하여 저장탱크의 온도를 영하 70 내지 100℃로 유지하여 저장탱크 내에 충진된 SF6 가스를 고체화시키고, 저장탱크 내에 잔존하는 불순물은 강제배출하여 SF6 가스 내에 잔존하는 불순물을 빠른 시간내에 저비용으로 정제할 수 있으므로, 경제적으로 매우 효율적이며, 또한 GIS 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 70% 이하인 경우에도 소각하지 않고 정제할 수 있어 환경오염의 방지할 수 있는 SF6 가스 회수 및 정제장치에 관한 것이다.
일반적으로 국내에서 사용되고 있는 전력기기인 GIS의 대부분과 일부 변압기 등은 SF6 가스를 절연매질로 한 가스절연 방식의 제품이다. 특히 변전소에 설치, 운영되는 GIS의 경우 매우 많은 양의 SF6 가스를 사용하고 있다.
이러한 전력기기에 절연매질로 사용되는 SF6 가스는 주지된 바와 같이 가스의 물리 화학적 성질과 다양한 기체방전 특성 그리고 전력산업분야에서의 사용기술은 광범위하게 연구되어 왔다. SF6 가스는 정상상태에서 화학적 불활성, 무독성, 난연성, 비폭발성, 그리고 열적 안정성을 가진다. 이 가스의 상대적 불활성 및 무독성에 의한 여타 생물자원에 대해 유해한 효과를 미치지 않는다는 점에서 일반적으로는 환경적으로 안전하고 수용 가능한 물질로 간주되어 왔다. 이 가스는 실온 및 실온보다 상당히 높은 온도에서도 큰 전기부성 효과를 나타내며, 이 전기부성 효과에 의해 높은 절연내력과 우수한 아크차단, 즉 소호효과를 나타낸다. 대기압 조건에서 SF6 가스의 파괴전압은 공기의 약 3배이고, 더욱이 열전도성이 우수하고 또한 방전 및 섬락 시 고기압 조건에서 분해된 후의 자기 회복성도 우수하다.
또한 안정성을 가진 대부분의 분해 부산물은 절연내력 저하에 크게 기여하지 않을 뿐만 아니라 여과법으로 제거 가능하며, 이 SF6 가스는 섬락시에 중합반응을 일으키거나 탄소 또는 도전성 퇴적물을 생성하지 않고, 2 SF6 가스 회수 및 정제장치℃까지의 온도에서 전기설비에 사용되는 대부분의 고체 절연재료 및 도전재료와 화학적 양립성을 가진다.
이러한 우수한 절연특성 및 열전도성 외에도, 이 가스는 실온에서 압력에 의해 액화가 가능하며, 이에 의해 금속제 원통용기 내에 압축저장이 가능하다. 이에 따라 취급과 사용이 용이하다. 그 결과 전기분야 산업체에서는 SF6 가스를 전기설비에 익숙하게 이용하여 왔고 장기간에 걸친 축적된 경험을 갖고 있다.
그러나 SF6 가스는 다음과 같은 몇 가지 나쁜 특성도 있는바, 즉 방전시 고독성 고부식성 화합물이 형성되며 이 화합물로부터 공기나 CH4와 같은 비극성 오염물질, 제거 곤란성 수증기, 도전성 입자 및 도체 표면 거칠기에 대한 파괴 전압의 민감성, 저온 조건에서의 SF6 가스가 부분적으로 액화되는 경우와 같이 주위 환경에 따라 아주 낮은 온도에서 나타나는 비 이상적인 기체 거동 등이 그것이다. 또한 SF6 가스는 적외선 흡수력이 크고, 화학적 불활성 때문에 지구 대기권으로부터 신속하게 제거되지 못한다.
이 마지막 두 가지 성질 때문에 그 화학적 불활성으로 성층권 오존 파괴에 관해 영향이 없음에도 불구하고 SF6 가스는 잠재적 온실가스로 지정되어 있다.
앞에서도 언급했듯이 현재 국내에서 사용되고 있는 GIS의 대부분과 일부 변압기 등 대다수의 전력기기는 SF6 가스를 절연매질로 한 가스절연 방식의 제품이다. 특히 변전소에 설치, 운영되는 GIS의 경우 매우 많은 양의 SF6 가스를 사용하고 있다.
그러나 SF6 가스의 경우 일반상태에서는 무색, 무취, 무해하나 화기와 접속하는 순간 유해가스로 변질하는 특성이 있으며, 또한 지구 온난화를 유발하는 대표적 환경 오염물질의 하나로 2 SF6 가스 회수 및 정제장치5년 2월 발효된 교토 의정서에서도 그 사용을 규제하고 있다. 이로 인하여 전 세계적으로 대체 절연 물질을 개발, 적용하고 있는 추세이나, GIS의 경우 국내는 물론 해외에서도 아직까지는 SF6 가스를 이용한 절연방식을 적용하고 있는 국가가 대부분이다.
170kV GIS의 경우 주기적인 정밀 점검시 GIS 내부에 충진되어 있는 SF6 가스를 전부 회수 후 점검을 실시하며, 회수된 SF6 가스는 수분, 불순물 등의 혼입으로 인한 절연 성능저하를 우려하여 그대로 버린 후 새 가스를 주입하고 있는 실정이다. 이런 현상은 GIS의 증설시는 물론 GIS뿐만 아니라 개폐기 및 차단기 등의 SF6 가스 절연방식의 충전기기 점검 및 제품교체 후 폐기 시 등에서도 동일하게 나타나고 있다. 이렇게 버려지는 가스로 인하여 서두에서도 언급했듯이 환경오염이 가속화되는 것이다.
이런 실정으로 인하여 해외 선진국의 경우는 SF6 가스를 회수하여 재사용이 가능한 회수장치를 개발, 사용하고 있으며, 국내에서도 환경오염 방지를 위하여 신뢰성 있는 SF6 가스 액화회수장치의 개발이 절실하였다.
이에 국내에서 GIS의 대부분과 일부 변압기 등의 전력기기에 내부에 충진된 SF6 가스를 99%이상 회수가능 하며, 회수된 SF6 가스를 전력기기 내부로 다시 충진 하여 재사용 가능하도록 하는 SF6 가스 액화회수장치가 개발되었다.
이러한, 종래의 SF6 가스 액화회수장치는, 도 1에 도시된 바와 같이 GIS(1) 내부에 충진되어 있는 절연매체 가스인 SF6 가스가 회수되어 저장되는 저장탱크(2)와, 상기 SF6 가스를 상기 저장탱크(2)로 보내는 흡입펌프(3)와, 상기 GIS(1) 및 저장탱크(2)의 진공 및 주입을 위하여 설치된 진공펌프(4)와, 상기 GIS(1) 내의 SF6 가스를 상기 저장탱크(2)로 차압회수하는 콤프레샤(5)와, 상기 저장탱크(2)로 회수된 SF6 가스를 액화시키는 냉각시스템(6)과, 상기 냉각시스템(6)을 통해 액화된 SF6을 기화시키는 가열부(7)와, 하나 이상의 밸브를 구비하고 각 구성요소를 연결하는 유로(8)와, 상기 콤프레샤(5)와, 흡입펌프(3)와, 진공펌프(4)와, 냉각시스템(6)과, 가열부(7)의 출력을 제어하고 저장탱크(2)의 온도를 관리하는 동시에 GIS(1) 내의 잔류 SF6 가스에 대한 자동 회수와 재충전의 동작상태를 결정하는 제어부(미도시)로 구성되어 작동된다.
여기서, 상기 냉각시스템(6)은 통상적인 냉동사이클을 구성하는 압축기(6a)와 응축기(6b)와 팽창밸브(6c)와 증발기(6d)로 구성되어 있다.
일반적으로 GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 이상이 되면, 종래의 SF6 가스 액화회수장치를 통하여 재활용가능하며, GIS 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 미만이 되면, 별도의 정제장치를 통하여 SF6 가스 내에 존재하는 불순물을 제거한 후, 재활용하여 사용할 수 있다.
하지만, 종래의 SF6 가스 액화회수장치는 별도의 정제장치가 장착되지 않아 GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스의 정제 및 회수를 원활히 수행하지 못하는 문제점이 있었다. 즉, 별도의 정제장치를 사용하여 GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스의 불순물을 제거해야함으로 매우 번거로운 문제점이 있었다.
또한, 종래의 사용되던 SF6 가스의 정제방법으로는, SF6 가스 내에 잔존하는 불순물 및 수분을 흡착제를 통하여 걸러내는 Filtering 방식과, SF6 가스 내에 잔존하는 불순물(질소,산소,수소 등의 혼합가스)과 온도 및 압력차를 이용하여 SF6 가스를 액화시켜 불순물과 분리하는 Separating 방식 등이 사용되지만, 상기의 정제방법은 소요시간이 길고, 소요비용이 비싸다는 문제점이 있었다.
특히, GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 70% 이하일 경우에는, 경제성의 문제로 정제하여 사용하는 것보다는 소각처리하게 되는데, 이때 발생하는 폐수 및 질소산화물(NOx) 등의 부산물로 인해서 환경오염이 유발되는 문제점이 있었다.
또한, GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 이하가 되어 정제가 요구될 시에는, 정제장치가 설치된 특정장소로 GIS(1)를 이송해야함으로, 매우 번거로울 뿐만 아니라 이송비용과 시간이 낭비되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 새로운 냉각시스템을 통하여 GIS 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 이상인 경우에는, SF6 가스를 회수하여 재사용할 수 있으며, GIS 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 미만인 경우에는, 1차로 제1냉각시스템을 작동하여 저장탱크의 온도를 영하 20 내지 30℃를 유지하여 저장탱크 내에 충진된 SF6 가스를 액화시키고, 액화된 SF6을 저장용기로 추출하고, 2차로 제2냉각시스템을 작동하여 저장탱크의 온도를 영하 70 내지 100℃로 유지하여 저장탱크 내에 충진된 SF6 가스를 고체화시키고, 저장탱크 내에 잔존하는 불순물은 강제배출하여 SF6 가스 내에 잔존하는 불순물을 빠른 시간내에 저비용으로 정제할 수 있으므로, 경제적으로 매우 효율적이며, 또한 GIS 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 70% 이하인 경우에도 소각하지 않고 정제할 수 있어 환경오염의 방지할 수 있는 SF6 가스 회수 및 정제장치를 제공함에 있다.
또한, GIS 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 이하가 되어 정제가 요구될 시에, 특정장소로의 이송 없이 정제과정을 수행할 수 있어, 정제를 위해 GIS를 이송시 발생되는 문제점을 미연에 방지할 수 있는 SF6 가스 회수 및 정제장치를 제공 함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SF6 가스 회수 및 정제장치는 냉각시스템을 포함하는 SF6 가스 회수장치에 있어서, 상기 냉각시스템은,
냉매를 고온, 고압으로 압축하는 제1압축기와, 상기 제1압축기에서 고온, 고압으로 압축된 냉매를 응축하는 제1응축기와, 상기 제1응축기에서 응축된 냉매가 저압이 되도록 감압하는 제1팽창밸브와, 저장탱크 내에 내장되며 상기 제1팽창밸브에서 공급되는 냉매에 의하여 열교환을 수행하는 제1증발기와, 상기 제1압축기와 제1응축기와 제1팽창밸브 및 제1증발기를 상호 연결하며, 내부에 유통되는 냉매가 연속하여 순환되는 제1순환배관으로 구성되는 제1냉동사이클;과,
냉매를 고온, 고압으로 압축하는 제2압축기와, 상기 제2압축기에서 고온, 고압으로 압축된 냉매를 응축하는 제2응축기와, 상기 제2응축기에서 응축된 냉매가 저압이 되도록 감압하는 제2팽창밸브와, 상기 제2팽창밸브에서 공급되는 냉매에 의하여 열교환을 수행하는 제2증발기와, 상기 제2압축기와 제2응축기와 제2팽창밸브 및 제2증발기를 상호 연결하며, 내부에 유통되는 냉매가 연속하여 순환되는 제2순환배관으로 구성되는 제2냉동사이클; 및
밀폐된 공간을 가지며, 내부에 상기 제2증발기가 내장되고, 상기 제1응축기와 제1팽창밸브를 연결하는 배관이 관통되어 통과되는 열교환기;를 포함하여 구성되어,
가스절연기기(GIS) 내부에 충진된 SF6 가스의 순도에 따라서 회수하거나 정제하여 충진할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 SF6 가스 회수 및 정제장치에 의하면, 새로운 냉각시스템을 통하여 GIS 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 이상인 경우에는, SF6 가스를 회수하여 재사용할 수 있으며, GIS 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 미만인 경우에는, 1차로 제1냉각시스템을 작동하여 저장탱크의 온도를 영하 20 내지 30℃를 유지하여 저장탱크 내에 충진된 SF6 가스를 액화시키고, 액화된 SF6을 저장용기로 추출하고, 2차로 제2냉각시스템을 작동하여 저장탱크의 온도를 영하 70 내지 100℃로 유지하여 저장탱크 내에 충진된 SF6 가스를 고체화시키고, 저장탱크 내에 잔존하는 불순물은 강제배출하여 SF6 가스 내에 잔존하는 불순물을 빠른 시간내에 저비용으로 정제할 수 있으므로, 경제적으로 매우 효율적이며, 또한 GIS 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 70% 이하인 경우에도 소각하지 않고 정제할 수 있어 환경오염의 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 GIS 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 이하가 되어 정제가 요구될 시에, 특정장소로의 이송 없이 정제과정을 수행할 수 있어, 정제를 위해 GIS를 이송시 발생되는 문제점을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SF6 가스 회수 및 정제장치를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 SF6 가스 회수 및 정제장치를 도시한 것으로, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SF6 가스 회수 및 정제장치의 개념도를, 도 3은 도 2에 도시된 SF6 가스 회수 및 정제장치의 냉각시스템 개념도를 각각 나타낸 것이다.
상기 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 SF6 가스 회수 및 정제장치(200)는 냉각시스템을 포함하는 SF6 가스 회수장치에 있어서,
상기 냉각시스템(100)은,
도 3에 도시된 바와 같이, 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 제1압축기(111)와, 상기 제1압축기(111)에서 고온, 고압으로 압축된 냉매를 응축하는 제1응축기(112)와, 상기 제1응축기(112)에서 응축된 냉매가 저압이 되도록 감압하는 제1팽창밸브(113)와, 저장탱크(2) 내에 내장되며 상기 제1팽창밸브(113)에서 공급되는 냉매에 의하여 열교환을 수행하는 제1증발기(114)와, 상기 제1압축기(111)와 제1응축기(112)와 제1팽창밸브(113) 및 제1증발기(114)를 상호 연결하며, 내부에 유통되는 냉매가 연속하여 순환되는 제1순환배관(115)으로 구성되는 제1냉동사이클(110);과,
도 3에 도시된 바와 같이, 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 제2압축기(121)와, 상기 제2압축기(121)에서 고온, 고압으로 압축된 냉매를 응축하는 제2응축기(122)와, 상기 제2응축기(122)에서 응축된 냉매가 저압이 되도록 감압하는 제2팽창밸브(123)와, 상기 제2팽창밸브(123)에서 공급되는 냉매에 의하여 열교환을 수행하는 제2증발기(124)와, 상기 제2압축기(121)와 제2응축기(122)와 제2팽창밸브(123) 및 제2증발기(124)를 상호 연결하며, 내부에 유통되는 냉매가 연속하여 순환되는 제2순환배관(125)으로 구성되는 제2냉동사이클(125);과,
도 3에 도시된 바와 같이, 밀폐된 공간을 가지며, 내부에 상기 제2증발기(124)가 내장되고, 상기 제1응축기(112)와 제1팽창밸브(113)를 연결하는 배관이 관통되어 통과되는 열교환기(130);를 포함하여 구성되어, GIS(1) 내부에 충진된 SF6 가스의 순도에 따라서 회수하거나 정제하여 재사용할 수 있다.
일반적으로 사용되는 종래의 SF6 가스 액화회수장치의 작동현황을 살펴보면,
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 저장탱크(2) 내부를 진공펌프(4)로 진공시켜 진공상태로 만든다. 이때, 유로(8)의 내부 역시 진공상태로 만들어야 하므로 밸브(V1~V14)를 개방시키도록 하며, 진공상태가 완료되면 모든 밸브를 닫고 진공펌프(4)를 정지시킨다.
그 후, 상기 저장태크(2)와 GIS(1)의 차압을 이용한 자연회수를 시작한다.
이때, 냉각시스템(6)을 가동시켜 회수되는 SF6 가스가 액화가 되도록 하여 회수가 용이하도록 한다.
그런 후, 자연회수로 더 이상 회수가 어렵게 되면 콤프레샤(5)를 이용하여 SF6 가스를 상기 저장탱크(2)에 99%이상 회수하도록 한다.
상기 저장탱크(2)로 회수된 SF6 가스를 GIS(1)로 충진하는 방법을 설명하면, 먼저 GIS(1) 내부를 진공펌프(4)로 진공시켜 진공상태로 만든다. 이때, 유로(8)의 내부 역시 진공상태로 만들어야 하므로 밸브(V1~V14)를 개방시키도록 하며, 진공상태가 완료되면 모든 밸브를 닫고 진공펌프(4)를 정지시킨다.
그 후, 상기 GIS(1)와 저장탱크(2)의 차압을 이용한 자연충진를 한다.
이때, 가열부(7)를 가동시켜 액화된 SF6가 기화가 되어 GIS(1) 내부로 충진되도록 한다.
그런 후, 자연충진으로 더 이상 충진이 어렵게 되면 콤프레샤(10)를 이용하여 SF6 가스를 충진되도록 작동한다.
상기와 같은 종래의 SF6 가스 액화회수장치는 상기 GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스를 회수하여 다시 충진하여 재사용하는 것으로, 상기 GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 이상 시에만 사용할 수 있다는 문제점이 있으며, 이는 상기 GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 이하가 되어 SF6 가스 내에 잔존하는 불순물을 제거하는 정제가 필요시에는 별도의 정제장치를 사용해야함으로, 사용의 번거로운 문제점이 항상 존재하였다.
특히, 종래의 정제방법은 SF6 가스에 잔존하는 불순물을 제거하는데 소요되 는 시간 및 비용부담이 크고, 이로 인해 SF6 가스의 순도가 70% 이하 시에는 경제적 타산이 맞지않아 소각처리하는 것이 통상적이다. 하지만, 상기 소각처리과정에서 발생하는 유해성분은 환경오염의 주범이 되는 문제점이 있었다.
여기서, 상기의 문제점을 해결할 수 있는 본 발명에 따른 SF6 가스 회수 및 정제장치(200)의 작동현황을 아래의 실시예로 살펴본다.
[제1실시예] GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 이상인 경우
먼저, 상기 GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 이상 시에는, 상기 냉각시스템(100)의 제1냉동사이클(110)만을 작동하여 상기에서 설명한 종래의 SF6 가스의 액화회수장치와 동일한 방법으로 상기 GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스를 저장탱크로 회수하고, 회수된 SF6 가스를 다시 상기 GIS(1) 내에 충진하여 재사용할 수 있다.
여기서, 상기 제1냉동사이클(110)의 작동현황을 자세히 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1압축기(111)에서 냉매를 고온·고압의 냉매가스로 압축하고, 상기 고온·고압으로 압축된 냉매는 상기 제1응축기(112)를 통과하면서 중온·고압의 냉매가스로 응축되고, 상기 중온·고압의 응축된 냉매는 상기 제1팽창밸브(113)를 통과하면서 저온·저압의 미세입자를 갖는 냉매액체로 팽창되고, 상기 저온·저압의 미세입자 갖는 냉매는 상기 제1증발기(114)를 통과하면서 열교환하여 저온·저압의 기체로 증발된다.
이때, 상기 제1증발기(114)가 내장되는 상기 저장탱크(2)의 온도는 영하 20 내지 30℃가 유지되며, 상기 저장탱크(2) 내에 유입되는 SF6 가스는 액화되어 저장된다.
즉, 상기 GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 이상일 시에는, 간편히 상기 저장탱크(2)로 회수한 후, 다시 상기 GIS(1) 내에 충진하여 재사용할 수 있음은 물론이다.
[제2실시예] GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 미만인 경우
도 2에 도시된 바와 같이, 먼저, 상기 저장탱크(2) 내부를 진공펌프(4)로 진공시켜 진공상태로 만든다. 이때, 유로(8)의 내부 역시 진공상태로 만들어야 하므로 밸브(V1~V14)를 개방시키도록 하며, 진공상태가 완료되면 모든 밸브를 닫고 진공펌프(4)를 정지시킨다.
그 후, 상기 저장태크(2)와 GIS(1)의 차압을 이용한 자연회수를 시작한다.
이때, 상기 냉각시스템(100)의 제1냉각사이클(110)을 가동시켜 회수되는 SF6 가스가 액화가 되도록 하여 회수가 용이하도록 한다.
그런 후, 자연회수로 더 이상 회수가 어렵게 되면 콤프레샤(5)를 이용하여 SF6 가스를 상기 저장탱크(2)에 99%이상 회수하도록 한다.
여기서, 상기 SF6 가스의 전체비율을 100%로 보면, 영하 20 내지 30℃ 상태를 유지하는 상기 저장탱크(2)의 온도에 의해서 대략적으로 60% 내외가 액체상태로 저장되며, 나머지 40% 내외는 불순물과 혼합되어 기체상태로 저장되는데, 이와 같이 상기 SF6 가스가 액화되는 비율은 상기 저장탱크 내의 온도와 압력에 의해서 결정되는 것이며, 상기 저장탱크(2) 내에 더욱 낮은 온도와 고압을 유지하면 액화되는 비율이 높아지는 것은 물론이나, 별도의 장치를 통하여 고압을 형성하는 것은 소요되는 시간 및 비용에 대하여 비경제적인 문제가 있다.
그러므로, 상기 저장탱크(2) 내에 액화상태로 유지되는 고순도의 SF6를 저장용기(9)에 추출하여 저장하게 된다.
그런 후, 액화된 SF6의 추출이 완료되면, 상기 제2냉각사이클(120)을 작동하여 상기 저장탱크(2) 내의 온도를 영하 70 내지 100℃까지 유지하여 상기 저장탱크(2) 내에 기체상태로 저장된 SF6 가스를 고체화시킨다.
여기서, 불순물은 대부분 질소, 산소, 수소의 혼합가스로 구성되며, 상기 질소, 산소, 수소의 끓는점은 각각 -196℃, -183℃, -252℃ 이므로, 상기 저장탱크(2)의 온도가 -70 내지 -100℃가 유지되어 SF6은 고체가 되더라도, 불순물은 끓는점 이하에서는 기체상태가 유지되어 상기 불순물을 분리 추출할 수 있다.
즉, 상기 저장탱크(2) 내에 불순물을 강제 추출함으로, SF6 가스의 정제가 완료되는 것이다.
마지막으로, 상기 저장탱크(2) 내에 고체상태로 저장된 SF6은 가열부(7)를 통하여 가열하여 기체화하고, 기체화된 SF6 가스는 상기 GIS(1)로 재충진하여 재사 용할 수 있으며, 상기 저장용기(9)에 저장된 SF6 역시 상기 GIS(1)에 재충진하여 재사용할 수 있다.
여기서, 상기 제2냉동사이클(120)의 작동현황을 자세히 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제2압축기(121)에서 냉매를 고온·고압의 냉매가스로 압축하고, 상기 고온·고압으로 압축된 냉매는 상기 제2응축기(122)를 통과하면서 중온·고압의 냉매가스로 응축되고, 상기 중온·고압의 응축된 냉매는 상기 제2팽창밸브(123)를 통과하면서 저온·저압의 미세입자를 갖는 냉매액체로 팽창되고, 상기 저온·저압의 미세입자 갖는 냉매는 상기 제2증발기(124)를 통과하면서 열교환하여 저온·저압의 기체로 증발된다.
이때, 상기 제2증발기(114)가 내장되는 상기 열교환기(130)의 내부는 저온으로 냉각되며, 상기와 같이 저온으로 냉각된 상기 열교환기(130)를 관통하여 통과하는 상기 제1응축기(112)를 통과한 냉매가 유통되는 제1순환배관(115)은 과냉각된다.
즉, 상기 제1응축기(112)를 통과한 제1순환배관(115)에 유통되는 냉매는 저온·고압으로 과냉각되어 상기 제1팽창밸브(113)를 통과시 플래쉬 가스 발생량을 감소시키고, 냉동성적계수를 향상시키므로 상기 저장탱크(2) 내의 온도가 영하 70 내지 100℃까지 유지될 수 있는 것이다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 열교환기(130)를 관통하여 통과하는 상기 제1순환배관(115)은 나선형의 형상(140)으로 형성되어, 상기 제1순환배관(115) 을 유통하는 냉매가 상기 열교환기(130)를 통과하면서 효율적으로 열교환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 ㅎ한다.
즉, 상기와 같은 실시예를 통해서 알아본 SF6 가스 회수 및 정제장치(200)는 GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 이상인 경우에는, SF6 가스를 회수하여 재사용할 수 있으며, GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 미만인 경우에는, 1차로 제1냉각시스템(110)을 작동하여 저장탱크(2)의 온도를 영하 20 내지 30℃를 유지하여 저장탱크(2) 내에 충진된 SF6 가스를 액화시키고, 액화된 SF6을 저장용기(9)로 추출한 후, 2차로 제2냉각시스템(120)을 작동하여 저장탱크(2)의 온도를 영하 70 내지 100℃로 유지하여 저장탱크(2) 내에 충진된 SF6 가스를 고체화시키고, 저장탱크(2) 내에 잔존하는 불순물은 강제배출하여 SF6 가스 내에 잔존하는 불순물을 빠른 시간내에 저비용으로 정제할 수 있으므로, 경제적으로 매우 효율적이며, 또한 GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 70% 이하인 경우에도 소각하지 않고 정제할 수 있어 환경오염의 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 GIS(1) 내에 충진된 SF6 가스의 순도가 97% 이하가 되어 정제가 요구될 시에, 특정장소로의 이송 없이 정제과정을 수행할 수 있어, 정제를 위해 GIS를 이송시 발생되는 문제점을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것으로 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.
도 1은 종래의 SF6 가스 액화회수장치의 개념도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SF6 가스 회수 및 정제장치의 개념도
도 3은 도 2에 도시된 SF6 가스 회수 및 정제장치의 냉각시스템 개념도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1. 가스절연기기(GIS) 2. 저장탱크
3. 흡입펌프 4. 진공펌프
5. 콤프레샤 6. 냉각시스템
7. 가열부 8. 유로
9. 저장용기
100. 냉각시스템 110. 제1냉동사이클
111. 제1압축기 112. 제1응축기
113. 제1팽창밸브 114. 제1증발기
115. 제1순환배관 120. 제2냉동사이클
121. 제2압축기 122. 제2응축기
123. 제2팽창밸브 124. 제2증발기
125. 제2순환배관 130. 열교환기
140. 나선형의 형상 200. SF6 가스 회수 및 정제장치

Claims (2)

  1. 냉각시스템을 포함하는 SF6 가스 회수장치에 있어서,
    상기 냉각시스템(100)은,
    냉매를 고온, 고압으로 압축하는 제1압축기(111)와, 상기 제1압축기(111)에서 고온, 고압으로 압축된 냉매를 응축하는 제1응축기(112)와, 상기 제1응축기(112)에서 응축된 냉매가 저압이 되도록 감압하는 제1팽창밸브(113)와, 저장탱크(2) 내에 내장되며 상기 제1팽창밸브(113)에서 공급되는 냉매에 의하여 열교환을 수행하는 제1증발기(114)와, 상기 제1압축기(111)와 제1응축기(112)와 제1팽창밸브(113) 및 제1증발기(114)를 상호 연결하며, 내부에 유통되는 냉매가 연속하여 순환되는 제1순환배관(115)으로 구성되는 제1냉동사이클(110);
    냉매를 고온, 고압으로 압축하는 제2압축기(121)와, 상기 제2압축기(121)에서 고온, 고압으로 압축된 냉매를 응축하는 제2응축기(122)와, 상기 제2응축기(122)에서 응축된 냉매가 저압이 되도록 감압하는 제2팽창밸브(123)와, 상기 제2팽창밸브(123)에서 공급되는 냉매에 의하여 열교환을 수행하는 제2증발기(124)와, 상기 제2압축기(121)와 제2응축기(122)와 제2팽창밸브(123) 및 제2증발기(124)를 상호 연결하며, 내부에 유통되는 냉매가 연속하여 순환되는 제2순환배관(125)으로 구성되는 제2냉동사이클(125); 및
    밀폐된 공간을 가지며, 내부에 상기 제2증발기(124)가 내장되고, 상기 제1응축기(112)와 제1팽창밸브(113)를 연결하는 배관이 관통되어 통과되는 열교환기(130);를 포함하여 구성되어 가스절연기기(GIS:1) 내부에 충진된 SF6 가스의 순도에 따라서 회수하거나 정제하여 충진할 수 있도록 하되,
    상기 열교환기(130)를 관통하여 통과하는 상기 제1순환배관(115)은 나선형의 형상(140)으로 형성되어, 상기 제1순환배관을 유통하는 냉매가 상기 열교환기(130)를 통과하면서 효율적으로 열교환이 이루어지도록 하는 SF6 가스 회수 및 정제장치.
  2. 삭제
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