KR101396921B1 - 극저온 정온 제어식 냉각 장치 - Google Patents

극저온 정온 제어식 냉각 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압축기, 응축기, 팽창변, 증발기로 순차 구성되는 냉각 사이클에 있어서, 상기 응축기에서 팽창변으로 전달되는 제1 파이프와 증발기에서 압축기로 전달되는 제2 파이프에 형성되는 재생기와; 상기 팽창변을 형성시키는 브레이튼 터보와; 상기 브레이튼 터보에 동축 연동결합되는 브레이튼 압축기와; 상기 응축기와 재생기 사이에서 인출되어 상기 브레이튼 압축기의 입력단에 연결되는 브레이튼 입력관과; 상기 브레이튼 입력관에 형성된 제어밸브와; 상기 브레이튼 압축기의 출력단에서 인출되어 상기 압축기와 재생기 사이의 제3 파이프 내부에서 상기 압축기를 향하도록 연결된 브레이튼 출력관을; 포함하여 구성되어 상기 제어밸브를 통하여 증발기와 브레이튼 압축기로 전달되는 냉매량을 제어하고, 상기 브레이튼 터보의 회전력으로 브레이튼 압축기 입력단으로 입력된 냉매를 출력단으로 압축 출력시켜 재생기의 냉매 배출 속도를 가속시켜 상기 증발기의 냉각 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 극저온 정온 제어식 냉각 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하여 극저온 액화질소의 경우에는 극저온 유체의 상 유지를 위해 온도 범위 65±5 K ~ 72±5 K에서 정밀한 극저온 온도 제어를 할 수 있는 극저온 정온 제어식 냉각 장치를 제공되는 이점이 있다.

Description

극저온 정온 제어식 냉각 장치{CONSTANT TEMPERATUR MAINTAINING CONTROL TYPE COOLING APPARATUS FOR CRYOGENIC ENVIRONMENT}
본 발명은 압축기, 응축기, 팽창변, 증발기로 순차 구성되는 냉각 사이클에 있어서, 상기 응축기에서 팽창변으로 전달되는 제1 파이프와 증발기에서 압축기로 전달되는 제2 파이프에 형성되는 재생기와; 상기 팽창변을 형성시키는 브레이튼 터보와; 상기 브레이튼 터보에 동축 연동결합되는 브레이튼 압축기와; 상기 응축기와 재생기 사이에서 인출되어 상기 브레이튼 압축기의 입력단에 연결되는 브레이튼 입력관과; 상기 브레이튼 입력관에 형성된 제어밸브와; 상기 브레이튼 압축기의 출력단에서 인출되어 상기 압축기와 재생기 사이의 제3 파이프 내부에서 상기 압축기를 향하도록 연결된 브레이튼 출력관을; 포함하여 구성되어 상기 제어밸브를 통하여 증발기와 브레이튼 압축기로 전달되는 냉매량을 제어하고, 상기 브레이튼 터보의 회전력으로 브레이튼 압축기 입력단으로 입력된 냉매를 출력단으로 압축 출력시켜 재생기의 냉매 배출 속도를 가속시켜 상기 증발기의 냉각 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 극저온 정온 제어식 냉각 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액화된 질소나 이산화탄소와 같은 극저온 유체는 사용 또는 이송을 위하여 극저온 유체 저장 장치의 개발이 요구되고 있다.
일반적으로 극저온 유체 장치가 요구되는 극저온 유체는, 액체와 기체의 부피 차이가 매우 크고 기화되는 순간 부피의 증가율이 매우 커서 순간적으로 팽창하는 성질을 가진다.
구체적으로, 상압을 기준으로 할 때, 완전히 기화된 극저온 유체의 부피는 액체 상태의 극저온 유체에 비해 약 600배 증가한다. 특히, 극저온 유체의 경우, 기화되는 순간 부피가 급격하게 증가하는데 이러한 급격한 부피 팽창은 안전사고의 원인이 될 수 있다.
예를 들어, 선박으로 극저온 유체를 이송하는 경우에 하역 과정에서 내부 온도가 상승되면 극저온 유체가 급격하게 기화하는 문제가 발생할 수 있다.
이외에도, 극저온 유체 저장 시스템의 경우, 극저온 유체를 이송하기 위한 다수의 선박으로 극저온 유체를 하역하는 과정에서 다량의 증기기체(BOG)가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
구체적인 예로서는 극저온의 액화 천연가스(LNG)의 경우, 통상적으로 액화상태로 원거리에 걸쳐 수송되는데, LNG가 극저온, 즉 상압 -163℃ 근처의 온도에서 액화되므로, LNG 운반시 또는 저장시에 외부의 열로 인하여 저장탱크의 LNG는 지속적으로 기화되는 문제점이 있으므로, 저장탱크의 압력이 설정된 안전 압력 이상이 되면 저장탱크에서 발생하는 증발가스(BOG, boil-off gas, 이하 BOG라 칭함)는 안전밸브를 통하여 외부로 배출되며, 이렇게 배출된 BOG는 재액화하여 다시 저장 탱크로 돌려보내거나 선박의 경우에는 연료로 사용하는 기술이 개발되고 있다.
이러한 이유로, 극저온 유체 저장 분야에서는 BOG 발생량을 줄이는 저장탱크의 단열 기술과 BOG의 재액화 처리 기술로 저장탱크의 안정성을 확보하기 위한 새로운 기술이 꾸준히 요구되고 있는데, 일반적으로 LNG의 액상 유지를 위해서는 극저온 냉각기술은 2원 냉동사이클을 사용하고 있다.
그러나, 2원 냉동사이클을 사용한다고 하더라도 냉각효율은 한정적이므로 안정적인 냉각기술의 필요성이 대두되고 있다.
이를 해결하기 위한 방편으로 선특허 등록번호 10-0310819, 선특허 등록번호 10-0740686 등과 같이 역 브레이튼 사이클을 이용하기도 한다.
그런데, 극저온 장치에서 2원 냉동 사이클을 사용하는 경우에는 과냉각에 의하여 극저온 유체가 오히려 동결되어버려 사용에 장애가 발생될 수 있다.
특히, 초전도 기술과 같이 극저온 액화질소가 순환 공급되어야 하는 분야에서는 이러한 과냉각에 의한 동결 문제는 장치의 유지와 보존에 심각한 타격을 미칠 수 있다.
상기 극저온 액화질소의 경우에는 극저온 유체의 상 유지를 위한 삼중점에서의 온도 가역범위가 저장 탱크 내의 압력이 안전 범위 이내일 때, 65±5 K ~ 72±5 K로 매우 협소하다.
따라서, 초전도 기술의 개발을 위해서는 65±5 K ~ 72±5 K의 온도 범위내에서 정밀한 온도 제어로 극저온 액화질소의 액상을 유지시키는 제어 기술이 선도 개발되어야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 극저온 액화질소의 경우에는 극저온 유체의 상 유지를 위해 온도 범위 65±5 K ~ 72±5 K에서 정밀한 극저온 온도 제어를 할 수 있는 극저온 정온 제어식 냉각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 압축기, 응축기, 팽창변, 증발기로 순차 구성되는 냉각 사이클에 있어서, 상기 응축기에서 팽창변으로 전달되는 제1 파이프와 증발기에서 압축기로 전달되는 제2 파이프에 형성되는 재생기와; 상기 팽창변을 형성시키는 브레이튼 터보와; 상기 브레이튼 터보에 동축 연동결합되는 브레이튼 압축기와; 상기 응축기와 재생기 사이에서 인출되어 상기 브레이튼 압축기의 입력단에 연결되는 브레이튼 입력관과; 상기 브레이튼 입력관에 형성된 제어밸브와; 상기 브레이튼 압축기의 출력단에서 인출되어 상기 압축기와 재생기 사이의 제3 파이프 내부에서 상기 압축기를 향하도록 연결된 브레이튼 출력관을; 포함하여 구성되어 상기 제어밸브를 통하여 증발기와 브레이튼 압축기로 전달되는 냉매량을 제어하고, 상기 브레이튼 터보의 회전력으로 브레이튼 압축기 입력단으로 입력된 냉매를 출력단으로 압축 출력시켜 재생기의 냉매 배출 속도를 가속시켜 상기 증발기의 냉각 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 극저온 정온 제어식 냉각 장치를 기술적 요지로 한다.
여기서 상기 극저온 정온 제어식 냉각 장치는 상기 응축기가 다른 냉각 사이클의 증발기에 의해 응축되는 이원 냉각 사이클로 형성되며, 상기 증발기가 LN2 탱크의 열교환기로 사용되어 극저온 질소의 액상을 유지시키는 것을 특징으로 하는 극저온 정온 제어식 냉각 장치로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어밸브는 상기 LN2 탱크의 열교환기 입력온도 72±5 K에 대하여 출력온도 65±5 K가 되도록 상기 증발기의 입력온도 65±5 K에 대하여 출력온도 72±5 K 가 되게 제어하여 상기 LN2 탱크내의 질소 액상을 유지시키는 것을 특징으로 하는 극저온 정온 제어식 냉각 장치로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 브레이튼 터보와 브레이튼 압축기는 밀폐 브레이튼 챔버에 하우징되어, 냉매의 유출을 방지시키는 것을 특징으로 하는 극저온 정온 제어식 냉각 장치로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 극저온 정온 제어식 냉각 장치는 압축기와 응축기를 제외한 냉각 사이클 부분 및 상기 증발기와 결합된 LN2 탱크의 열교환기 부분을 밀폐된 진공경판 챔버에 하우징시키는 것을 특징을 하는 극저온 정온 제어식 냉각 장치로 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 브레이튼 터보에는 입력단 측에 필터를 형성시켜 불순물의 순환을 차단시키는 것을 특징으로 하는 극저온 정온 제어식 냉각 장치로 되는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명에 의하여 극저온 액화질소의 경우에는 극저온 유체의 상 유지를 위해 온도 범위 65±5 K ~ 72±5 K에서 정밀한 극저온 온도 제어를 할 수 있는 극저온 정온 제어식 냉각 장치를 제공되는 이점이 있다.
도 1과 도 2는 본 발명의 상세 구조도
도 3은 기본 냉각 사이클 구조도
도 4는 2원 냉각 사이클 구조도
도 5는 재생기가 설치된 2원 냉각 사이클 구조도
도 6은 본 발명에 사용된 이원 파이프의 사시도
이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하의 도 1과 도 2는 본 발명의 상세 구조도이며, 도 3은 기본 냉각 사이클 구조도이며, 도 4는 2원 냉각 사이클 구조도이며, 도 5는 재생기가 설치된 2원 냉각 사이클 구조도이며, 도 6은 본 발명에 사용된 이원 파이프의 사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 압축기(100), 응축기(110), 팽창변(120), 증발기(130)로 순차 구성되는 냉각 사이클에 관한 것으로서, 재생기(140)와 브레이튼 터보(121)와 브레이튼 압축기(122)와 브레이튼 입력관(122-1)과 제어밸브(122-4)와 브레이튼 출력관(122-2)과 밀폐 브레이튼 챔버(123)와 진공경판 챔버(50)와 필터(116)로 구성된다.
또한 이하의 제1 파이프(115)와 제2 파이프(135) 및 제3 파이프(136)는 파이프의 식별을 위하여 숫자를 병기하였을 뿐 파이프의 배열 순서를 의미하는 것은 아니다.
본 발명의 기본은 도 3에 도시된 바와 같이 압축기(100), 응축기(110), 팽창변(120), 증발기(130)로 순차 구성되는 냉각 사이클로서, 도 4에 도시된 바와 같이 증발기(130)의 출력이 액화질소(LN2)의 액상을 유지시키기 위한 열교환 장치(15)에 포함되는 냉각 장치로 사용되어 액화질소(LN2)가 극저온 상태에서 온도 평형을 유지할 수 있도록 하는 장치이다.
따라서, 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 증발기의 출력이 극저온 출력이 될 수 있도록 헬륨 가스를 냉매로 사용하는 2원 냉각 사이클로 형성되는데, 이는 실험적 결과값에 의해 2원 냉각 사이클로도 충분한 극저온 출력을 얻을 수 있었기 때문이며, 1원 또는 2원 이상의 다원 결합에서도 본 발명의 기술적 요지는 유효하다.
이하, 도 4에서 각 냉각 사이클을 제1 냉각 사이클(10)과 제2 냉각사이클(30)( 압축기(300:제2 냉각사이클), 응축기(310:제2 냉각사이클), 팽창변(320:제2 냉각사이클), 증발기(330:제2 냉각사이클))로 구분하기로 한다.
도 4와 같은 냉각 사이클에는 통상 냉각 효율을 상승시키기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이 재생기(140)가 결합되는데, 상기 재생기(140)는 냉각 사이클의 열효율을 상승시키기 위하여 상기 응축기(110)에서 팽창변(120)으로 전달되는 제1 파이프 경로(115)와 증발기(130)에서 압축기(100)로 전달되는 제2 파이프 경로(135) 사이에 형성되어 진다.
열역학에서 상기 재생기(140)의 사용은 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 본 발명에서는 공간적 이익과 열효율 상승을 위하여 도 6에 도시된 바와 같은 본 출원인의 선등록 특허 기술 10-0250065(열교환관)에 개시된 이원 파이프를 사용하는 특징이 있다.
본 발명에서는 상기 이원 파이프의 일측 공간은 상기 응축기(110)에서 팽창변(120)으로 전달되는 제1 파이프 경로(115)로 사용하며 타측 공간은 증발기(130)에서 압축기(100)로 전달되는 제2 파이프 사이 경로(135)로 사용함으로써, 후술하는 진공경판 챔버(50) 내부의 좁은 공간에서도 공간적으로 효율적인 재생기(140)를 형성시킬 수 있는 이점이 있다.
도 5와 같은 구성에서 본 발명의 상기 팽창변(120)은 도 1에서 보여지는 바와 같이 브레이튼 터보(121)로 구성된다.
상기 브레이튼 터보(121)는 도 1에 도시된 바와 같이 브레이튼 압축기(122)에 동축 결합되어 연동 구동하는 장치로서, 일반적으로는 이와 같은 브레이튼 결합은 역브레이튼 사이클에 널리 사용되는 장치이다.
본 발명에서는 상기 브레이튼 터보(121)와 브레이튼 압축기(122)를 사용하여 역 브레이튼 사이클의 결합을 차용하여 사용하기는 하지만, 종래 기술방식의 역브레이튼 사이클과 달리, 사이클 결합을 형성시키는 것이 아니라 도 5와 같은 구조에서 상기 팽창변(120)의 가스 압력을 제어하는 도구로 사용하는 특징이 있다.
이에 대한 충분한 설명을 위해서 상기 브레이튼 터보(121)와 브레이튼 압축기(122)의 입출력 결합관계에 대해 살펴보기로 한다.
상기 브레이튼 터보(121)는 상기한 바와 같이 도 5의 팽창변(120)을 대체하여 사용되므로 도 1에 도시된 바와 같이 브레이튼 터보(121)의 입력단으로 인입된 가스는 출력단에서 팽창 출력되어 증발기(130)로 연결된다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 브레이튼 터보(121)는 동축 결합된 상기 브레이튼 압축기(122)와는 아무런 사이클 결합 관계를 형성하지 않는다.
본 발명에서 상기 브레이튼 압축기(122)의 입력단에는 브레이튼 입력관(122-1)이 연결되며, 출력단에는 브레이튼 출력관(122-2)이 연결되는데, 상기 브레이튼 입력관(122-1)은 상기 응축기(110)와 재생기(140) 사이에서 인출되어 상기 브레이튼 압축기(122)의 입력단에 연결되며, 중간부에 상기 브레이튼 입력관(122-1) 내부로 흐르는 가스량을 제어하는 제어밸브(122-4)가 형성된다.
상기 브레이튼 출력관(122-2)은 상기 브레이튼 압축기(122)의 출력단에서 인출되어 상기 압축기(100)와 재생기(140) 사이에 연결된다.
이때, 상기 브레이튼 출력관(122-2)의 단부는 상기 압축기(100)와 재생기(140) 사이의 제3 파이프(136) 내부에서 상기 압축기(100)를 향하도록 동축 결합 연결되어 그 연결부분에서 2중 관체가 되도록 구성된다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 팽창변(120)으로 기능하는 상기 브레이튼 터보(121)에 입력되는 고압 헬륨(He) 가스에 의하여 상기 브레이튼 압축기(122)가 연동 회전하게 되며, 이에 의해 상기 브레이튼 압축기(122)의 입력단으로 유입되는 가스는 압축되어 출력단으로 출력된다.
이때, 상기 제어밸브(122-4)는 상기 증발기(130)와 브레이튼 압축기(122)로 입력되는 가스량을 분배하는 기능을 수행하는데, 상기 제어밸브(122-4)를 통하여 상기 브레이튼 압축기(122)와 증발기(130)(또는 팽창변(브레이튼 터보(121)))로 전달되는 냉매량을 제어하여, 증발기 출력이 희망하는 정온 출력이 유지되도록 제어할 수 있다.
상기 증발기(130)의 정온 출력이 중요한 이유는, 본 발명에서 상기 증발기(130)는 LN2 탱크의 열교환기(15)로 사용되어 극저온 질소의 액상을 유지시키기 위한 장치이기 때문이다.
액화질소 순환사이클(20)에서 극저온 질소가 액상을 유지하기 위해서는, 상기 LN2 탱크의 열교환기(15)에서 LN2가 삼중 평형점에서 72±5 K(액상 유지 최대 온도)에서 65±5 K(액상 유지 최저 온도(고화방지)) 사이가 유지되어야 한다.
따라서, LN2 탱크의 열교환기(15)로 입력되는 온도는 72±5 K(액상 유지 최대 온도)일 것이므로, 출력온도는 65±5 K가 되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기 LN2 탱크의 열교환기(15) 입력온도 72±5 K에 대하여 출력온도 65±5 K가 되도록 제어밸브(122-4)를 제어하여 상기 증발기(130)가 입력온도 65±5 K에 대하여 출력온도 72±5 K 가 되게 한다.
따라서, 상기 증발기(130)의 출력 온도 가변폭이 매우 협소하게 되므로 출력 온도를 정밀하게 제어하여야 한다.
본 발명은 상기 브레이튼 터보(121)의 회전력에 의해 상기 브레이튼 압축기(122)에서 압축되어 출력되는 가스는 상기 재생기(140)의 냉매 배출 속도를 가속시켜 결과적으로 상기 증발기(130)의 냉각 출력이 제어되도록 한다.
따라서, 본 발명에서는 상기 제어밸브(122-4)의 개방 정도에 따라 상기 증발기(130)에 입력되는 냉매의 양과 배출 속도와 결정되는데, 냉매의 양이 적을수록 배출 속도는 빨라지며, 냉매의 양이 많을수록 배출 속도는 느려지게 되어, 증발기(130)에서의 온도 평형이 빨리 도달되게 있게 하며, 따라서 상기 제어밸브(122-4)의 제어에 의하여 상기 증발기(130)의 정온 출력을 유지시킬 수 있다.
본 발명에서는 상기 브레이튼 터보(121)와 브레이튼 압축기(122)가 냉각 사이클의 중간에 개입되므로, 상기 브레이튼 터보(121)와 브레이튼 압축기(122)가 개입된 부분에서 냉매 가스의 유출이 발생될 개연성이 있으므로, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 이를 미리 방지하기 위하여 상기 브레이튼 터보(121)와 브레이튼 압축기(122)를 밀폐 브레이튼 챔버(123)로 하우징시킨다.
또한, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 압축기(100)와 응축기(110)를 제외한 냉각 사이클 부분 및 상기 증발기(130)와 결합된 LN2 탱크의 열교환기(15) 부분을 밀폐된 진공경판 챔버(50)로 하우징시킨다.
이때, 상기 제어밸브(122-4)는 상기 진공경판 챔버(50)의 외부에 노출되도록 형성하여 외부에서 제어기능을 수행할 수 있도록 한다.
상기 진공경판 챔버(50)는 내부 진공압에 대한 대항력을 형성시키기 위하여 경판 구조가 채택되어 지며, 진공 상태에 의하여 극저온 상태에서 최소한의 열손실을 가지게 된다.
상기 브레이튼 터보(121)에는 입력단 측에 필터(116)를 형성시켜 불순물의 순환이 차단되게 한다.
이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.
따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
5 : 열교환장치(2원 냉각사이클) 15 : 열교환장치(액화질소 순환장치)
10 : (제1 냉각사이클) 50 : 진공경판 챔버
100 : 압축기(제1 냉각사이클) 110 : 응축기(제1 냉각사이클)
115 : 제1 파이프 116 : 필터
120 : 팽창변(제1 냉각사이클)
121 : 브레이튼 터보 122 : 브레이튼 압축기
122-1 : 브레이튼 입력관 122-2 : 브레이튼 출력관
122-4 : 제어밸브 123 : 밀폐 브레이튼 챔버
130 : 증발기(제1 냉각사이클)
135 : 제2 파이프 136 : 제3 파이프
140 : 재생기
20 : 액화질소 순환사이클
30 : 제2 냉각사이클
300 : 압축기(제2 냉각사이클) 310 : 응축기(제2 냉각사이클)
320 : 팽창변(제2 냉각사이클) 330 : 증발기(제2 냉각사이클)

Claims (6)

  1. 압축기, 응축기, 팽창변, 증발기로 순차 구성되는 냉각 사이클에 있어서,
    상기 응축기에서 팽창변으로 전달되는 제1 파이프와 증발기에서 압축기로 전달되는 제2 파이프에 형성되는 재생기와;
    상기 팽창변을 형성시키는 브레이튼 터보와;
    상기 브레이튼 터보에 동축 연동결합되는 브레이튼 압축기와;
    상기 응축기와 재생기 사이에서 인출되어 상기 브레이튼 압축기의 입력단에 연결되는 브레이튼 입력관과;
    상기 브레이튼 입력관에 형성된 제어밸브와;
    상기 브레이튼 압축기의 출력단에서 인출되어 상기 압축기와 재생기 사이의 제3 파이프 내부에서 상기 압축기를 향하도록 연결된 브레이튼 출력관을;
    포함하여 구성되어
    상기 제어밸브를 통하여 증발기와 브레이튼 압축기로 전달되는 냉매량을 제어하고, 상기 브레이튼 터보의 회전력으로 브레이튼 압축기 입력단으로 입력된 냉매를 출력단으로 압축 출력시켜 재생기의 냉매 배출 속도를 가속시켜 상기 증발기의 냉각 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 극저온 정온 제어식 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서 상기 극저온 정온 제어식 냉각 장치는
    상기 응축기가 다른 냉각 사이클의 증발기에 의해 응축되는 이원 냉각 사이클로 형성되며,
    상기 증발기가 LN2 탱크의 열교환기로 사용되어 극저온 질소의 액상을 유지시키는 것을 특징으로 하는 극저온 정온 제어식 냉각 장치.
  3. 제2항에 있어서 상기 제어밸브는
    상기 LN2 탱크의 열교환기 입력온도 72±5 K에 대하여 출력온도 65±5 K가 되도록 상기 증발기의 입력온도 65±5 K에 대하여 출력온도 72±5 K 가 되게 제어하여 상기 LN2 탱크내의 질소 액상을 유지시키는 것을 특징으로 하는 극저온 정온 제어식 냉각 장치.
  4. 제3항에 있어서 상기 브레이튼 터보와 브레이튼 압축기는
    밀폐 브레이튼 챔버에 하우징되어, 냉매의 유출을 방지시키는 것을 특징으로 하는 극저온 정온 제어식 냉각 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서 상기 극저온 정온 제어식 냉각 장치는
    압축기와 응축기를 제외한 냉각 사이클 부분 및 상기 증발기와 결합된 LN2 탱크의 열교환기 부분을 밀폐된 진공경판 챔버에 하우징시키는 되, 상기 제어밸브는 상기 진공경판 챔버의 외부로 노출시키는 것을 특징을 하는 극저온 정온 제어식 냉각 장치.
  6. 제5항에 있어서 상기 브레이튼 터보에는
    입력단 측에 필터를 형성시켜 불순물의 순환을 차단시키는 것을 특징으로 하는 극저온 정온 제어식 냉각 장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7038885B1 (ja) * 2021-10-12 2022-03-18 レール・リキード－ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 二酸化炭素ガスおよび／または液化二酸化炭素の冷却システム、冷却方法、およびその冷却システムを備える液化二酸化炭素貯蔵タンク、その液化二酸化炭素貯蔵タンクを備える船舶
FR3123715A1 (fr) * 2021-06-08 2022-12-09 Absolut System Système de refroidissement cryogénique

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008536078A (ja) * 2005-04-11 2008-09-04 テクニップ フランス 第１冷却サイクルによる冷却により得られたｌｎｇの流れを過冷却するためのプロセス、及び関連した装置
KR101037277B1 (ko) * 2010-12-02 2011-05-26 한국가스공사연구개발원 천연가스 액화공정
KR20120010334A (ko) * 2010-07-26 2012-02-03 대우조선해양 주식회사 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법 및 장치
WO2012057505A2 (ko) * 2010-10-26 2012-05-03 한국가스공사연구개발원 천연가스 액화공정

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008536078A (ja) * 2005-04-11 2008-09-04 テクニップ フランス 第１冷却サイクルによる冷却により得られたｌｎｇの流れを過冷却するためのプロセス、及び関連した装置
KR20120010334A (ko) * 2010-07-26 2012-02-03 대우조선해양 주식회사 냉열발전을 이용한 증발가스 재액화 방법 및 장치
WO2012057505A2 (ko) * 2010-10-26 2012-05-03 한국가스공사연구개발원 천연가스 액화공정
KR101037277B1 (ko) * 2010-12-02 2011-05-26 한국가스공사연구개발원 천연가스 액화공정

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3123715A1 (fr) * 2021-06-08 2022-12-09 Absolut System Système de refroidissement cryogénique
JP7038885B1 (ja) * 2021-10-12 2022-03-18 レール・リキード－ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 二酸化炭素ガスおよび／または液化二酸化炭素の冷却システム、冷却方法、およびその冷却システムを備える液化二酸化炭素貯蔵タンク、その液化二酸化炭素貯蔵タンクを備える船舶

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