KR101338006B1

KR101338006B1 - 초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치

Info

Publication number: KR101338006B1
Application number: KR1020130122789A
Authority: KR
Inventors: 이영도
Original assignee: 동덕산업가스(주)
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2013-12-06

Abstract

본 발명은, 수평 방향으로 눕혀진 원통 형태로서 보온재에 의하여 커버되는 몸체 ; 삼기 몸체의 수평방향 중앙을 따라 위치한 가상의 중심축에 대하여 일측 가장자리와 타측 가장자리가 모두 동일 방향으로 이격되어 상기 몸체의 내부에서 상기 몸체의 내주면을 따라 나선상으로 설치되되, 타측 가장자리는 상기 몸체의 내주면에 고정되며, 일측 가장자리의 내측에는 상기 몸체의 수평방향 중앙을 따라 연속통로가 형성되는 나선유동 유도 판 ; 상기 몸체에 기체질소가 유입되도록 상기 몸체의 길이방향 일측부를 관통하면서 마련되되 상기 몸체의 내부에 위치되는 기체질소 유출공이 상기 나선유동 유도 판을 향하여 형성된 기체질소 유입관 ; 상기 기체질소 유입관에 마련되는 기체질소 유량조절 밸브 ; 상기 몸체에 액체질소가 유입되도록 상기 몸체의 길이방향 일측부를 관통하면서 마련되는 액체질소 유입관 ; 상기 액체질소 유입관에 마련되는 액체질소 유량조절 밸브 ; 상기 액체질소 유입관의 상기 몸체의 내측 단부에 마련되어 액체질소를 상기 연속통로를 향하여 분사시키는 액체질소 분사노즐 ; 상기 몸체로부터 기체질소와 액체질소가 혼합된 혼합질소가 배출되도록 상기 몸체의 길이방향 타측부를 관통하면서 마련되되, 상기 몸체 내부에 위치된 내측 배출관은 상기 몸체의 수평방향 중앙을 따라 배치되되 상기 몸체의 내측 단부가 막히며 주면에 복수의 혼합질소 유입구가 형성되는 혼합질소 배출관 ; 상기 혼합질소 배출관을 지나는 혼합질소의 온도를 감지하기 위한 온도센서 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치를 제공한다.

Description

초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치{NITROGEN TEMPERATURE CONTROLLING APPARATUS FOR CRYOGENIC TEST}

본 발명은 초저온 테스트를 위하여 질소 온도를 조절하는 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 액체질소와 기체질소를 적절히 혼합함으로써 테스트에 적합한 소정의 온도를 가진 혼합질소를 생성하는 장치에 관한 것이다.

LNG 선박, LNG용 배관, 혼은 산업체 초저온 기기들은 -162℃의 액화천연가스를 수송 및 보관하게 되며, 이 경우 초저온 기기들은 급격한 열응력의 변화에 노출된다.

따라서 이들 초저온 기기들은 미리 여러가지 온도 변화에 대응하여 충분한 강도를 가지는지를 질소를 이용하여 테스트하게 된다.

질소를 이용한 테스트의 경우 -196℃의 액체질소와 기체질소를 적절하게 혼합시켜 소정의 희망온도를 가진 혼합질소를 생성한 후 이에 의하여 초저온 기기들을 테스트하게 된다.

본 명세서에 일체화된 종래의 기술로서, 국내 등록특허 제10-0733157호 "LNG 선박 냉각시험 및 치환용 질소공급시스템"(2007. 6.21 등록) 등이 제안된 바 있다.

종래 기술의 도 2에는 액체질소와 기체질소를 혼합하여 공급하는 혼합질소공급부에 대하여 도시하고 있는데, 격벽을 통과하면서 액체질소와 기체질소가 단순 혼합되도록 하고 있다.

그러나 이와 같은 방식의 경우 액체질소분사노즐에서 분사된 액체질소 입자들이 다시 응집되면서 배출구로 배출될 수 있으며 이와 같이 응집된 액체질소 입자들은 -196℃의 냉열부하를 기기들에 인가할 수 있다.

즉 초저온 기기들은 -162℃의 액화천연가스에 대비하여 설계되어 있음에도 불구하고 액체질소의 응집 현상에 의하여 -196℃의 과냉 열부하에 노출되므로 기기의 파손 현상이 발생하거나 그 수명이 급격히 단축될 가능성이 있다.

국내 등록특허 제10-0733157호 "LNG 선박 냉각시험 및 치환용 질소공급시스템"(2007. 6.21 등록)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 액체질소와 기체질소를 혼합하되, 응집되는 액체질소는 원심력과 중력에 의하여 분리시킬 수 있도록 하여 액체질소의 응집 현상에 의한 폐해를 방지할 수 있는 초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치를 제공하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 수평 방향으로 눕혀진 원통 형태로서 보온재에 의하여 커버되는 몸체 ; 삼기 몸체의 수평방향 중앙을 따라 위치한 가상의 중심축에 대하여 일측 가장자리와 타측 가장자리가 모두 동일 방향으로 이격되어 상기 몸체의 내부에서 상기 몸체의 내주면을 따라 나선상으로 설치되되, 타측 가장자리는 상기 몸체의 내주면에 고정되며, 일측 가장자리의 내측에는 상기 몸체의 수평방향 중앙을 따라 연속통로가 형성되는 나선유동 유도 판 ; 상기 몸체에 기체질소가 유입되도록 상기 몸체의 길이방향 일측부를 관통하면서 마련되되 상기 몸체의 내부에 위치되는 기체질소 유출공이 상기 나선유동 유도 판을 향하여 형성된 기체질소 유입관 ; 상기 기체질소 유입관에 마련되는 기체질소 유량조절 밸브 ; 상기 몸체에 액체질소가 유입되도록 상기 몸체의 길이방향 일측부를 관통하면서 마련되는 액체질소 유입관 ; 상기 액체질소 유입관에 마련되는 액체질소 유량조절 밸브 ; 상기 액체질소 유입관의 상기 몸체의 내측 단부에 마련되어 액체질소를 상기 연속통로를 향하여 분사시키는 액체질소 분사노즐 ; 상기 몸체로부터 기체질소와 액체질소가 혼합된 혼합질소가 배출되도록 상기 몸체의 길이방향 타측부를 관통하면서 마련되되, 상기 몸체 내부에 위치된 내측 배출관은 상기 몸체의 수평방향 중앙을 따라 배치되되 상기 몸체의 내측 단부가 막히며 주면에 복수의 혼합질소 유입구가 형성되는 혼합질소 배출관 ; 상기 혼합질소 배출관을 지나는 혼합질소의 온도를 감지하기 위한 온도센서 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치를 제공한다.

상기에 있어서, 상기 혼합질소 배출관의 내측 배출관의 외주면은 상기 나선유동 유도 판의 일측 가장자리와 접하는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 혼합질소 배출관의 내측 배출관의 단부는 상기 몸체의 길이방향 일측부를 향하여 뾰족한 원뿔 형태를 가지는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 몸체의 길이방향 중앙부 하부에는 액체질소 집수조가 마련되며, 상기 액체질소 집수조의 수위를 감지하기 위한 레벨스위치가 마련되며, 상기 액체질소 집수조에는 상기 레벨스위치의 신호에 의하여 동작하는 드레인밸브가 마련되는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 온도센서로부터 감지되는 온도를 입력받아 표시하며 상기 기체질소 유량조절 밸브 및 상기 액체질소 유량조절 밸브의 구동을 제어하는 제어부가 마련되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명은 액체질소와 기체질소를 혼합하되, 응집되는 액체질소는 원심력과 중력에 의하여 분리시킬 수 있도록 하여 액체질소의 응집 현상에 의한 주요 기기들의 손상 및 피로 누적을 방지할 수 있는 초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치를 제공하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치의 개념 단면도.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치의 개념 단면도이다.

본 실시예의 초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치(100)는 크게 몸체(110), 나선유동 유도 판(120), 기체질소 유입관(130), 액체질소 유입관(140), 혼합질소 배출관(150) 등을 포함하여 이루어진다.

몸체(110)는 수평 방향으로 눕혀진 원통 형태이며, 보온재(미도시) 등에 의하여 커버되어 외부로의 열전달이 차단된다.

몸체(110)의 길이방향 일측과 길이방향 타측은 각각 원뿔대 형태를 가진다.

몸체(110)의 내부에 나선유동 유도 판(120)이 마련된다.

나선유동 유도 판(120)은 몸체(110)의 수평방향 중앙을 따라 위치한 가상의 중심축에 대하여 일측 가장자리와 타측 가장자리가 모두 동일 방향으로 이격되어 몸체(110)의 내부에서 몸체(110)의 내주면을 따라 나선상으로 설치된다.

따라서 나선유동 유도 판(120)의 타측 가장자리(혹은 외측 가장자리)는 몸체(110)의 내주면에 고정되며, 일측 가장자리(혹은 내측 가장자리)의 내측에는 몸체(110)의 수평방향 중앙을 따라 연속통로(111)가 형성된다.

즉 몸체(110)는 수평방향 중앙을 따라 형성되는 연속통로(111)와 연속통로(111)와 몸체(110)의 내주면 사이에 마련되는 나선유동 유도 판(120)으로 구분될 수 있다.

이와 같은 몸체(110)에 기체질소 유입관(130)에 의하여 기체질소가 유입되며, 아울러 액체질소 유입관(140)에 의하여 액체질소가 유입된다.

기체질소 유입관(130)은 몸체(110)에 기체질소가 유입되도록 몸체(110)의 길이방향 일측부를 관통하면서 마련되되 몸체(110)의 내부에 위치되는 기체질소 유출공(131)은 나선유동 유도 판(120)을 향하여 형성된다.

즉 기체질소 유입관(130)을 지나 기체질소 유출공(131)을 통하여 몸체(110) 내부로 유입되는 기체질소는 나선유동 유도 판(120)을 향하여 유동하며 아울러 나선유동 유도 판(120)에 의하여 안내되어 몸체(110) 내부에서 나선 유동을 하게 된다.

한편 기체질소 유입관(130)에는 기체질소의 유량을 조절하기 위한 기체질소 유량조절 밸브(132)가 마련된다.

액체질소 유입관(140)은 몸체(110)에 액체질소가 유입되도록 몸체(110)의 길이방향 일측부를 관통하면서 마련된다.

액체질소 유입관(140)의 몸체(110)의 내측 단부에는 액체질소를 연속통로(111)를 향하여 분사시키는 액체질소 분사노즐(141)이 마련된다.

즉 액체질소 유입관(140)을 지나 액체질소 분사노즐(141)을 통하여 몸체(110) 내부로 분사되는 액체질소는 연속통로(111)를 향하여(즉 몸체(110)의 수평방향 중앙을 따라) 분사된다.

한편 액체질소 유입관(140)에는 액체질소의 유량을 조절하기 위한 액체질소 유량조절 밸브(142)가 마련된다.

이와 같이 액체질소 유입관(140) 및 기체질소 유입관(130)을 통하여 유입된 액체질소와 기체질소는 몸체(110) 내부에서 혼합된다.

한편 몸체(110)의 길이방향 타측부에는 혼합질소 배출관(150)이 마련된다.

혼합질소 배출관(150)는 액체질소와 기체질소가 혼합된 혼합질소가 배출되기 위하여 마련되는 것으로 몸체(110)의 길이방향 타측부를 관통하면서 마련된다.

한편 혼합질소 배출관(150)의 몸체(110) 내부에 위치한 부위, 즉 내측 배출관(151)은 몸체(110)의 수평방향 중앙을 따라 마련된다.

내측 배출관(151)의 내측 단부에는 몸체(110)의 길이방향 일측부를 향하여 뾰족한 원뿔 형태를 가지면서 내측 배출관(151)을 막는 내측 배출관 단부 커버(152)가 마련되어 있다. 이와 같은 형태의 내측 배출관 단부 커버(152)는 나선 형태의 기체가스의 유동에 대한 저항을 최소화시킨다.

아울러 내측 배출관(151)의 주면에는 매우 많은 숫자의 혼합질소 유입구(151a)가 형성되어 있다.

또한 내측 배출관(151)의 외주면은 나선유동 유도 판(120)의 일측 가장자리와 접하면서 마련된다. 이는 내측 배출관 단부 커버(152)에 응집된 액체질소가 들러붙는 경우에도 응집된 액체질소가 나선유동 유도 판(120)을 따라 하부로 이동할 수 있도록 하기 위하여 설계된 것이다.

한편 혼합질소 배출관(150)에는 혼합질소 배출관(150)을 지나는 혼합질소의 온도를 감지하기 위한 온도센서(153)가 마련되어 있다.

몸체(110)의 길이방향 중앙부 하부에는 분사된 액체질소가 응집되는 경우 이를 모으기 위한 액체질소 집수조(160)가 마련된다.

액체질소 집수조(160)에는 액체질소 집수조(160)의 수위를 감지하기 위한 레벨스위치(161)가 마련되며, 아울러 레벨스위치(161)의 신호에 의하여 동작하는 드레인밸브(162)가 마련된다.

본 실시예의 스위치 및 센서 등에서 감지된 값은 제어부(170)로 전송될 수 있으며, 아울러 제어부(170)는 기체질소 유량조절 밸브(132) 및 액체질소 유량조절 밸브(142)의 구동을 제어할 수 있다.

이와 같은 초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치(100)는 희망하는 온도의 질소를 생성하여 배출하기 위하여 제어부(170)에 의하여 기체질소 유량조절 밸브(132) 및 액체질소 유량조절 밸브(142)의 구동을 제어하게 된다. 즉 액체질소 유량조절 밸브(142)의 유량을 높이고 기체질소 유량조절 밸브(132)의 유량을 낮추면 혼합질소의 온도는 낮아지고, 반대로 액체질소 유량조절 밸브(142)의 유량을 낮추고 기체질소 유량조절 밸브(132)의 유량을 높이면 혼합질소의 온도는 높아진다.

기체질소 유출공(131)을 통하여 몸체(110) 내부로 유입된 기체질소는 나선유동 유도 판(120)에 의하여 안내되어 몸체(110) 내부에서 나선 유동을 한 후 혼합질소 배출관(150)의 혼합질소 유입구(151a)로 배출된다.

한편 액체질소 분사노즐(141)을 통하여 몸체(110) 내부로 분사된 액체질소는 대부분 입자 형태로서 기체질소와 혼합된다.

한편 몸체 내부로 분사된 액체질소의 입자들이 서로 응집되는 현상이 발생할 수 있지만, 이와 같이 응집된 액체질소들은 중력과 원심력에 의하여 몸체(110) 내벽으로 유도된 후 액체질소 집수조(160)에 모이게 된다.

따라서 혼합질소 배출관(150)의 혼합질소 유입구(151a)로 배출되는 질소는 액체질소와 기체질소가 완전히 혼합된 상태를 이룬 것이며, 응집된 액체질소는 혼합질소 배출관(150)의 혼합질소 유입구(151a)로 배출되지 않는다.

또한 액체질소 집수조(160)에 모인 액체질소는 드레인밸브(162)에 의하여 외부로 배출되며, 실시예에 따라서는 다시 몸체(110) 내부로 분사되도록 구성할 수 있다.

상기와 같이 본 실시예의 질소 온도 조절 장치(100)는 액체질소가 내부에서 서로 응집되는 경우에도 이들은 모두 액체질소 집수조(160)에 모이게 되며, 혼합질소 배출관(150)을 통하여 배출되는 혼합질소에는 응집된 액체질소가 존재하지 않아, 테스트 대상인 기기들이 응집된 액체질소와 만나지 않게 되어 테스트 대상인 기기들의 손상 또는 피로를 방지할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치
110 : 몸체 111 : 연속통로
120 : 나선유동 유도 판
130 : 기체질소 유입관 131 : 기체질소 유출공
132 : 기체질소 유량조절 밸브
140 : 액체질소 유입관 141 : 액체질소 분사노즐
142 : 액체질소 유량조절 밸브
150 : 혼합질소 배출관 151 : 내측 배출관
151a : 혼합질소 유입구 152 : 내측 배출관 단부 커버
153 : 온도센서
160 : 액체질소 집수조 161 : 레벨스위치
162 : 드레인밸브
170 : 제어부

Claims

수평 방향으로 눕혀진 원통 형태로서 보온재에 의하여 커버되는 몸체 ;
삼기 몸체의 수평방향 중앙을 따라 위치한 가상의 중심축에 대하여 일측 가장자리와 타측 가장자리가 모두 동일 방향으로 이격되어 상기 몸체의 내부에서 상기 몸체의 내주면을 따라 나선상으로 설치되되, 타측 가장자리는 상기 몸체의 내주면에 고정되며, 일측 가장자리의 내측에는 상기 몸체의 수평방향 중앙을 따라 연속통로가 형성되는 나선유동 유도 판 ;
상기 몸체에 기체질소가 유입되도록 상기 몸체의 길이방향 일측부를 관통하면서 마련되되 상기 몸체의 내부에 위치되는 기체질소 유출공이 상기 나선유동 유도 판을 향하여 형성된 기체질소 유입관 ;
상기 기체질소 유입관에 마련되는 기체질소 유량조절 밸브 ;
상기 몸체에 액체질소가 유입되도록 상기 몸체의 길이방향 일측부를 관통하면서 마련되는 액체질소 유입관 ;
상기 액체질소 유입관에 마련되는 액체질소 유량조절 밸브 ;
상기 액체질소 유입관의 상기 몸체의 내측 단부에 마련되어 액체질소를 상기 연속통로를 향하여 분사시키는 액체질소 분사노즐 ;
상기 몸체로부터 기체질소와 액체질소가 혼합된 혼합질소가 배출되도록 상기 몸체의 길이방향 타측부를 관통하면서 마련되되, 상기 몸체 내부에 위치된 내측 배출관은 상기 몸체의 수평방향 중앙을 따라 배치되되 상기 몸체의 내측 단부가 막히며 주면에 복수의 혼합질소 유입구가 형성되는 혼합질소 배출관 ;
상기 혼합질소 배출관을 지나는 혼합질소의 온도를 감지하기 위한 온도센서 ;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 혼합질소 배출관의 내측 배출관의 외주면은 상기 나선유동 유도 판의 일측 가장자리와 접하는 것을 특징으로 하는 초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 혼합질소 배출관의 내측 배출관의 단부는 상기 몸체의 길이방향 일측부를 향하여 뾰족한 원뿔 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 몸체의 길이방향 중앙부 하부에는 액체질소 집수조가 마련되며, 상기 액체질소 집수조의 수위를 감지하기 위한 레벨스위치가 마련되며, 상기 액체질소 집수조에는 상기 레벨스위치의 신호에 의하여 동작하는 드레인밸브가 마련되는 것을 특징으로 하는 초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 온도센서로부터 감지되는 온도를 입력받아 표시하며 상기 기체질소 유량조절 밸브 및 상기 액체질소 유량조절 밸브의 구동을 제어하는 제어부가 마련되는 것을 특징으로 하는 초저온 테스트용 질소 온도 조절 장치.