KR101555273B1

KR101555273B1 - 반응기의 자동 온도 조절장치

Info

Publication number: KR101555273B1
Application number: KR1020150035829A
Authority: KR
Inventors: 김중현
Original assignee: 주식회사 모두이엔씨
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2015-09-25

Abstract

본 발명은 자동 온도 조절장치에 관한 것으로서, 상세하게는 화학적 또는 생화학적 반응 등을 수행하여 하나 또는 그 이상의 반응물로부터 적어도 하나의 반응 생성물을 취득하도록 제공하는 반응기의 내부온도를 화학 반응에 적합한 최적의 온도로 유지하도록 반응 온도를 정밀하게 제어하는 반응기의 자동 온도 조절장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 냉매가스 공급수단을 통해 대략 -50℃의 온도를 갖는 냉매가스를 제2 열교환기로 직접 공급하여 열교환 매체를 급냉각시킴으로써 종래기술에서 염수를 이용하여 열교환 매체를 냉각시키는 방식에 비해 열교환매체를 급속 냉각시켜 반응기의 내부온도를 화학 반응에 적합한 최적의 온도로 유지할 수 있고, 이를 통해 균일한 생성물을 생산하고, 생산효율을 증대시키는 한편, 열교환 매체를 냉각시키는 제2 열교환기가 냉매가스 공급수단의 팽창밸브와 직접 연결되어 증발기로 기능함으로써 종래기술과 같이 냉동기가 독립적으로 설치된 구조에 비해 별도의 증발기를 설치할 필요가 없어 자동 온도 조절장치의 설비 구조를 단순화시킬 수 있다.

Description

반응기의 자동 온도 조절장치{AUTOMATIC TEMPERATURE CONTROL SYSTEM FOR REACTOR}

본 발명은 자동 온도 조절장치에 관한 것으로서, 상세하게는 화학적 또는 생화학적 반응 등을 수행하여 하나 또는 그 이상의 반응물로부터 적어도 하나의 반응 생성물을 취득하도록 제공하는 반응기의 내부온도를 화학 반응에 적합한 최적의 온도로 유지하도록 반응 온도를 정밀하게 제어하는 반응기의 자동 온도 조절장치에 관한 것이다.

반응기는 화학적 또는 생화학적 반응 등을 수행하여 하나 또는 그 이상의 반응물로부터 적어도 하나의 반응 생성물을 취득하도록 제공하는 장치이다. 이러한 반응기는 내부에서 반응이 수행되는 동안 반응물 및 반응 생성물 간의 에너지 차이에 따라 반응물 및 반응 생성물이 이루는 반응계(反應系)로부터 외부로의 발열(發熱) 또는 흡열(吸熱) 과정이 함께 나타나 내부 온도가 변화하게 된다. 이에 따라 균일한 생성물을 생산하고, 생산효율을 증대시키며, 품질의 안정을 위해서는 반응 수행시 반응계의 반응 온도를 적절하게 유지시켜 주기 위한 온도 조절장치가 필요하였다.

이러한 온도 조절장치의 일례가 대한민국 등록특허 10-0550470호(등록일: 2006. 02. 02.)(이하, 종래기술이라 함)에 제안된 바 있었다. 도 1은 종래기술에 따른 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도 조절장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 온도 조절장치는 반응기(100)의 표면에 설치되는 자켓(1)으로 오일을 공급하는 확장용기(2)와, 자켓(1)에서 배출된 오일이 순환하여 자켓(1)으로 재유입되도록 순환 경로를 제공하는 오일 순환라인(3)과, 오일 순환라인(3)에 설치되어 확장용기(2)에서 공급된 오일을 송출하기 위한 모터펌프(4)와, 오일을 가열하여 자켓(1)에 공급하는 전기히터(5)와, 각각 오일을 냉각시켜 자켓(1)에 공급하는 제1 및 제2 열교환기(6, 7)와, 전기히터(5), 제1 및 제2 열교환기(6,7)를 거친 오일의 이동경로를 선택적으로 제어하는 메인 3방향밸브(8)와, 오일순환라인(3)의 유입측 라인과 배출측 라인 상에 각각 설치되어 순환하는 오일의 온도를 감지하는 제1 및 제2 오일 온도센서(9, 10)와, 제1 및 제2 오일 온도센서(9, 10)로부터 감지된 감지신호를 입력받아 전기히터(5)의 가동과 메인 3방향 밸브(8)의 개폐를 제어하는 온도 콘트롤 유니트(11)를 포함하여 구성하였다.

이러한 구성을 갖는 종래기술에 따른 온도 조절장치에서는 제1 및 제2 열교환기(6, 7)를 통해 오일의 온도를 조정하도록 구성되어 있다. 이때, 제1 열교환기(6)는 냉각 매체라인(12)과 연결되어 냉각수를 공급받고, 제2 열교환기(7)는 급냉각 매체라인(13)과 연결되어 염수(brine)을 공급받는다. 이에 따라, 제1 및 제2 열교환기(6, 7)로 공급되는 냉각수 또는 브라인은 오일과 열교환하여 오일의 온도를 조정하게 된다.

그러나, 종래기술에 따른 온도 조절장치에서는 제2 열교환기(6)에서 급냉각매체로 브라인을 이용하여 오일과 열교환시켜 오일의 온도를 조정하는데, 냉동기에서 공급되는 염수의 온도가 대략 -30℃ 정도로, 이러한 염수를 이용하여 오일과 열교환시켜 오일의 온도를 조정하는 경우, 오일의 온도를 낮추는 것이 제한적일 수 밖에 없었다. 더욱이, 냉동기에서 급냉각 매체라인(13)을 통해 제2 열교환기(6)로 공급되는 과정에서 염수의 온도가 상승하게 되는데, 이처럼 염수 공급과정에서 염수의 온도가 상승하는 경우 오일의 온도를 낮추는 것이 더욱 제한될 수 밖에 없었다.

KR 10-0550470 B1, 2006. 02. 02. KR 10-1135468 B1, 2012. 04. 04. KR 10-1147926 B1, 2012. 05. 15.

따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 반응기의 반응물과 열교환하여 반응기의 내부온도를 조정하는 열교환매체를 급속 냉각시켜 대략 -50℃ 내지 200℃ 범위 내에서 반응기의 내부온도를 화학 반응에 적합한 최적의 온도로 유지함으로써 균일한 생성물을 생산하고, 생산효율을 증대시키며, 품질의 안정을 제공하는 반응기의 자동 온도 조절장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치는, 열교환 매체 순환라인과 각각 연결된 유입구 및 유출구를 가지고 반응기의 둘레에 설치된 자켓; 상기 반응기의 반응물과 열교환을 수행하는 열교환 매체가 채워진 열교환 매체 공급탱크; 상기 열교환 매체 공급탱크에 채워진 열교환 매체를 상기 열교환 매체 순환라인을 통해 순환시키는 열교환 매체 순환펌프; 상기 열교환 매체 순환라인을 통해 순환되는 열교환 매체를 목표 온도로 가열하는 히팅수단; 제1 냉각매체 순환라인을 통해 냉각매체를 공급받고, 상기 제1 냉각매체 순환라인으로부터 공급된 냉각매체와 상기 열교환 매체 순환라인을 통해 순환되는 열교환 매체를 상호 열교환시켜 상기 열교환 매체를 목표 온도로 냉각시키는 제1 열교환기; 제2 냉각매체 순환라인을 통해 냉매가스를 공급받고, 상기 제2 냉각매체 순환라인으로부터 공급된 냉매가스와 상기 열교환 매체 순환라인을 통해 순환되는 열교환 매체를 상호 열교환시켜 상기 열교환 매체를 목표 온도로 냉각시키는 제2 열교환기; 상기 냉매가스를 생성하여 상기 제2 냉각매체 순환라인으로 공급하는 냉매가스 공급수단; 및 상기 열교환 매체 순환라인을 통해 흐르는 상기 열교환 매체의 온도를 감지하여 상기 반응기의 반응물의 히팅공정 또는 냉각공정에 대응하여 상기 순환펌프, 상기 히팅수단, 상기 제1 및 제2 열교환기, 상기 냉매가스 공급수단의 동작을 제어하는 TCU(Temperature Control Unit); 를 포함하되, 상기 제2 냉각매체 순환라인을 통해 냉매가스를 공급받고, 상기 제2 냉각매체 순환라인으로부터 공급된 냉매가스와 염수(brine)를 상호 열교환시킴에 따라 상기 염수를 목표 온도로 냉각시켜 상기 반응기로부터 배출되는 증기를 응축하는 반응기 응축기로 공급하는 제4 열교환기를 더 포함하여 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 히팅수단은 상기 열교환 매체를 목표온도로 가열하는 전기히터인 것을 특징으로 할 수 있다.

삭제

바람직하게, 상기 히팅수단은 핫오일(hot oil) 또는 스팀(steam)을 공급받고 상기 핫오일 또는 스팀과 상기 열교환 매체 순환라인을 통해 순환되는 열교환 매체를 열교환시켜 상기 열교환 매체를 목표 온도로 가열하는 제3 열교환기일 수 있다.

삭제

바람직하게, 상기 냉매가스 공급수단은 상기 냉매를 고온고압 기체로 압축하는 2단 압축기; 상기 2단 압축기로부터 압축된 냉매를 응축시키는 냉매 응축기; 상기 냉매 응축기로부터 응축된 냉매를 팽창시켜 상기 제2 열교환기로 전달하는 제1 팽창밸브; 상기 냉매 응축기로부터 응축된 냉매를 팽창시켜 상기 제4 열교환기로 전달하는 제2 팽창밸브; 상기 냉매 응축기와 상기 제1 팽창밸브 사이에 설치되어 상기 냉매 응축기로부터 응축된 냉매를 상기 제1 팽창밸브로 전달하는 제1 전자밸브; 및 상기 냉매 응축기와 상기 제2 팽창밸브 사이에 설치되어 상기 냉매 응축기로부터 응축된 냉매를 상기 제2 팽창밸브로 전달하는 제2 전자밸브를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게, 상기 TCU(Temperature Control Unit)는 상기 열교환 매체의 온도와 상기 반응기 응축기의 내부온도를 감지하여 상기 제1 및 제2 전자밸브 중 어느 하나의 전자밸브를 선택적으로 동작시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 냉각 매체 순환라인을 통해 순환되는 냉각매체의 압력을 감지하여 상기 제1 냉각 매체 순환라인을 통해 공급되는 냉각매체의 압력을 목표압력으로 조정하는 냉각매체 압력 조정부를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 냉매가스 공급수단을 통해 대략 -50℃의 온도를 갖는 냉매가스를 제2 열교환기로 직접 공급하여 열교환 매체를 급냉각시킴으로써 종래기술에서 염수를 이용하여 열교환 매체를 냉각시키는 방식에 비해 열교환매체를 급속 냉각시켜 반응기의 내부온도를 화학 반응에 적합한 최적의 온도로 유지할 수 있고, 이를 통해 균일한 생성물을 생산하고, 생산효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 반응기의 내부온도를 조정하는 열교환 매체를 냉각시키는 제2 열교환기가 냉매가스 공급수단의 팽창밸브와 직접 연결되어 증발기로 기능함으로써 종래기술과 같이 냉동기가 독립적으로 설치된 구조에 비해 별도의 증발기를 설치할 필요가 없어 자동 온도 조절장치의 설비 구조를 단순화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 냉매가스와 염수(brine)를 상호 열교환시켜 상기 염수를 목표 온도로 냉각시켜 반응기로부터 배출되는 증기를 응축하는 반응기 응축기로 공급함으로써 추가로 냉동기를 구비하지 않고도 반응기 응축기의 내부온도를 안정적으로 조정할 수 있다.

따라서, 본 발명은 히팅수단과 냉각수와 냉매가스를 이용하여 반응기의 반응물과 열교환하여 반응기의 내부온도를 조정하는 열교환매체를 가열 또는 냉각시켜 대략 -50℃ 내지 200℃ 범위 내에서 반응기의 내부온도를 화학 반응에 적합한 최적의 온도로 유지함으로써 균일한 생성물을 생산하고, 생산효율을 증대시키며, 품질의 안정을 제공할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 화학공정 반응기용 단일매체를 이용한 온도 조절장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예2에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예3에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치를 도시한 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예1에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치(200)는 자켓(101), 열교환 매체 공급탱크(204), 열교환 매체 순환펌프(205), 히팅수단(206), 제1 및 제2 열교환기(207, 208), 냉매가스 공급수단(209) 및 TCU(Temperature Control Unit, 210)를 포함한다.

자켓(101)은 반응기(100)의 표면을 둘러싸도록 밀착 설치되어 반응기(100)의 내부에 충전된 반응물과 자켓(101)의 내부를 순환하는 열교환 매체 사이에 열교환이 이루어지도록 하여 반응기(100)의 내부에 충전된 반응물의 화학 반응 온도를 조절한다.

이러한 자켓(101)은 내부에 열교환 매체가 유동할 수 있도록 공간부를 가지면서 반응기(100)의 표면을 덮을 수 있도록 얇은 물 주머니 형상으로 이루어지고, 일단에는 열교환 매체가 유입되는 유입구가 마련되어 있고, 타단에는 유출구가 마련되어 있다.

자켓(101)의 유입구와 유출구는 열교환 매체 순환라인(201)에 연결되어, 열교환 매체 순환라인(201)의 공급라인을 통해 자켓(101) 내부로 공급된 열교환 매체는 회수라인을 통해 히팅수단(206), 제1 및 제2 열교환기(207, 208)로 회수되어 가열 또는 냉각된다.

열교환 매체 공급탱크(204)는 반응기(100)의 반응물과 열교환을 수행하는 열교환 매체가 채워진다. 열교환 매체 공급탱크(204)에 채워진 열교환 매체는 열교환 매체 순환펌프(205)의 가동에 따라 열교환 매체 순환라인(201)을 통해 자켓(101)으로 공급된다. 이때, 열교환 매체로는 인체에 무해한 알킬벤젠이나 실리콘 오일 등이 사용될 수 있다.

열교환 매체 순환펌프(205)는 모터와 펌프가 결합된 구조로서, 열교환 매체 공급탱크(204)에 채워진 열교환 매체를 열교환 매체 순환라인(201)을 통해 순환시킨다.

히팅수단(206)은 일례로 전기 히터로서, 열교환 매체 순환라인(201)에 설치된다. 바람직하게 히팅수단(206)은 자켓(101)의 유출구와 제1 및 제2 열교환기(207, 208) 사이에 설치되고, 자켓(101)의 유출구로부터 배출되어 열교환 매체 순환라인(201)을 통해 제1 및 제2 열교환기(207, 208)로 순환되는 열교환 매체를 목표 온도로 가열한다.

제1 열교환기(207)는 제1 냉각매체 순환라인(202)을 통해 냉각매체를 공급받고, 제1 냉각매체 순환라인(202)을 통해 공급받은 냉각매체와 열교환 매체 순환라인(201)을 통해 순환되는 열교환 매체를 상호 열교환시켜 열교환 매체를 목표 온도로 냉각시킨다. 이때, 냉각매체는 냉각수 또는 일반 공업용수 중 어느 하나일 수 있다.

예를 들어, 반응기(100)의 반응물에 따라 내부온도를 50℃ 내지 200℃의 범위 내에서 조정하고자 하는 경우, 히팅수단(206)을 통해 열교환 매체를 1차 가열한 후 제1 열교환기(207)를 통해 냉각매체와 열교환 매체를 상호 열교환시켜 목표온도로 조정한다.

제2 열교환기(208)는 제2 냉각매체 순환라인(203)을 통해 냉매가스를 공급받고, 제2 냉각매체 순환라인(203)으로부터 공급된 냉매가스와 열교환 매체 순환라인(201)을 통해 순환되는 열교환 매체를 상호 열교환시켜 열교환 매체를 목표 온도로 냉각시킨다.

예를 들어, 반응기(100)의 반응물에 따라 내부온도를 -50℃ 내지 50℃의 범위 내에서 조정하고자 하는 경우, 히팅수단(206)을 통해 열교환 매체를 1차 가열한 후 제2 열교환기(208)를 통해 냉매가스와 열교환 매체를 상호 열교환시켜 목표온도로 조정한다.

냉매가스 공급수단(209)은 냉매가스를 생성하여 제2 냉각매체 순환라인(203)으로 공급한다. 이러한 냉매가스 공급수단(209)은 압축, 응축, 팽창 및 증발 과정을 반복적으로 실시하여 제2 열교환기(208)로 공급되는 열교환 매체를 급냉각시킨다.

이러한 냉매가스 공급수단(209)은 냉매를 고온고압 기체로 압축하는 2단 압축기(209-1)와, 2단 압축기(209-1)로부터 압축된 냉매가스를 응축시키는 냉매 응축기(209-2)와, 냉매 응축기(209-2)로부터 응축된 냉매액을 팽창시키는 제1 팽창밸브(209-3)를 포함한다. 그리고, 제2 열교환기(208)는 제1 팽창밸브(209-3)와 연결되어 제1 팽창밸브(209-3)로부터 팽창된 저압 냉매액을 증발시키는 증발기로 기능한다.

TCU(210)는 열교환 매체 순환라인(201)을 통해 흐르는 열교환 매체의 온도를 감지하고, 반응기(100)의 반응물의 히팅공정 또는 냉각공정에 대응하여 순환펌프(205), 히팅수단(206), 제1 및 제2 열교환기(207, 208), 냉매가스 공급수단(209)의 동작을 각각 제어하여 반응기(100)의 반응물에 대응하여 내부온도를 목표온도로 조절한다.

본 발명의 실시예1에서는 반응기(100)의 내부온도를 조정하는 열교환 매체를 냉각시키는 제2 열교환기(208)가 냉매가스 공급수단(29)의 팽창밸브와 직접 연결되어 증발기로 기능함으로써 종래기술과 같이 냉동기가 독립적으로 설치된 구조에 비해 별도의 증발기를 설치할 필요가 없어 자동 온도 조절장치의 설비 구조를 단순화시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예1에서는 냉매가스 공급수단(209)을 통해 대략 -50℃의 온도를 갖는 냉매가스를 제2 열교환기(208)로 직접 공급하여 열교환 매체를 급냉각시킴으로써 종래기술에서 염수를 이용하여 열교환 매체를 냉각시키는 방식에 비해 열교환 매체를 급속 냉각시켜 반응기(100)의 내부온도를 화학 반응에 적합한 최적의 온도로 유지할 수 있고, 이를 통해 균일한 생성물을 생산하고, 생산효율을 증대시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예2에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예2에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치(300)는 히팅수단(306)의 구성을 제외하고는 실시예1에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치(200)와 동일한 구성으로 이루어진다. 즉, 실시예2에 따른 자동 온도 조절장치(300)는 자켓(101), 열교환 매체 공급탱크(204), 열교환 매체 순환펌프(205), 히팅수단(306), 제1 및 제2 열교환기(207, 208), 냉매가스 공급수단(209) 및 TCU(210)를 포함한다. 이에 따라 실시예1과 동일한 구성에 대해서는 전술한 내용으로 대신하기로 한다.

본 발명의 실시예1에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치(200)는 히팅수단(206, 2참조)이 전기히터로 이루어져 있으나, 본 발명의 실시예2에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치(300)에서는 히팅수단(306)이 열교환기(이하, 제3 열교환기라 함)로 이루어진다. 즉, 히팅수단(306)은 열교환 매체 순환라인(201)에 설치된 제3 열교환기로서, 상기 제3 열교환기는 열교환 매체 순환라인(201)을 통해 순환되는 열교환 매체를 목표온도로 가열하기 위하여 가열매체 순환라인(311)을 통해 핫오일(hot oil) 또는 스팀(steam)을 공급받고 핫오일 또는 스팀과 열교환 매체 순환라인(201)을 통해 순환되는 열교환 매체를 열교환시켜 열교환 매체를 목표 온도로 가열한다.

도 4는 본 발명의 실시예3에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예3에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치(400)는 실시예1에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치(200)의 구성에 더하여 반응기 응축기(102)의 온도를 조정하기 위한 열교환기(411)(이하, 제4 열교환기라 함)을 더 포함한다. 즉, 본 발명의 실시예3에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치(400)는, 반응기(100)의 반응물 중 미반응된 반응물이 포함된 증기를 반응기 응축기(102)를 통해 응축하여 수집장치(103)를 통해 수집하는 구조에서, 반응기 응축기(102)의 온도를 목표 온도로 조정하기 위하여 추가로 제4 열교환기(411)를 더 포함한다.

제4 열교환기(411)는 순환펌프(412)에 의해 제3 냉각매체 순환라인(413)을 통해 순환되는 염수(brine)를 이용하여 반응기 응축기(102)의 온도를 목표 온도로 조정한다. 이때, 제4 열교환기(411)는 제2 열교환기(208)와 마찬가지로 제2 냉각매체 순환라인(203)을 통해 냉매가스 공급수단(409)으로부터 공급되는 냉매가스를 공급받아 제3 냉각매체 순환라인(413)을 통해 순환되는 염수와 열교환시켜 염수를 냉각한다.

냉매가스 공급수단(409)은 냉매가스를 직접 제4 열교환기(411)로 공급하여 염수를 급냉각시킨다. 이러한 냉매가스 공급수단(409)은 도 1에 도시된 실시예1에 따른 냉매가스 공급수단(209)의 2단 압축기(209-1)와, 냉매 응축기(209-2)와, 제1 팽창밸브(209-3)를 포함하고, 이에 더하여 제2 팽창밸브(409-6)를 더 포함한다. 이때, 제4 열교환기(411)는 제2 열교환기(208)와 마찬가지로 제2 팽창밸브(409-6)와 연결되어 제2 팽창밸브(409-6)로부터 팽창된 저압 냉매액을 증발시키는 증발기로 기능한다.

한편, 반응기 응축기(102)는 반응기(100)로부터 증기가 발생되는 경우에만 가동된다. 이에 따라, 제4 열교환기(410)는 반응기 응축기(102)가 가동되지 않은 미가동 상태에서는 가동이 중지됨에 따라 냉매가스 공급수단(409)으로부터 공급되는 냉매가스를 차단할 필요가 있다. 이를 위해, 냉매가스 공급수단(409)은 냉매 응축기(209-2)와 제1 팽창밸브(209-3) 사이에 설치된 제1 전자밸브(209-4)와, 냉매 응축기(209-2)와 제2 팽창밸브(409-6) 사이에 설치된 제2 전자밸브(409-5)를 더 포함한다.

제1 및 제2 전자밸브(209-4, 409-5)는 TCU(210) 또는 별도의 제어수단을 통해 제어될 수 있다. 예를 들어, 제2 전자밸브(409-5)는 반응기 응축기(102)가 미가동 상태인 경우에는 폐쇄되어 냉매 응축기(209-2)로부터 제2 팽창밸브(409-6)로 응축된 냉매액이 공급되는 것을 차단하고, 반응기 응축기(102)가 가동 상태인 경우에는 개방되어 냉매 응축기(209-2)로부터 응축된 냉매액을 제2 팽창밸브(409-6)로 공급한다.

제1 전자밸브(209-4)는 반응기(100)의 반응물에 따라 내부온도를 -50℃ 내지 50℃의 범위 내에서 조정하고자 하는 경우, 개방되어 냉매 응축기(209-2)로부터 응축된 냉매액을 제2 팽창밸브(409-6)로 공급한다. 이에 따라, 제2 열교환기(208)는 제2 냉각매체 순환라인(203)으로부터 공급된 냉매가스와 열교환 매체 순환라인(201)을 통해 순환되는 열교환 매체를 상호 열교환시켜 열교환 매체를 목표 온도로 냉각시킨다.

또한, 본 발명의 실시예3에 따른 반응기의 자동 온도 조절장치(400)는 제2 냉각매체 순환라인(202)을 통해 순환되는 냉각매체, 즉 냉각수의 압력을 감지하여, 냉각매체의 압력을 목표압력으로 조정하는 냉각매체 압력 조정부(414)를 더 포함할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 본 발명의 실시예의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 반응기
101: 자켓
102 : 반응기 응축기
103 : 수집장치
200, 300, 400 : 반응기의 자동 온도 조절장치
201 : 열교환 매체 순환라인
202 : 제2 냉각매체 순환라인
203 : 제2 냉각매체 순환라인
204 : 열교환 매체 공급탱크
205 : 열교환 매체 순환펌프
206, 306 : 히팅수단
207 : 제1 열교환기
208 : 제2 열교환기
209 : 냉매가스 공급수단
210 : TCU(Temperature Control Unit)
209-1 : 2단 압축기
209-2 : 냉매 응축기
209-3 : 제1 팽창밸브
209-4 : 제1 전자밸브
311 : 가열매체 순환라인
411 : 제4 열교환기
412 : 순환펌프
409-6 : 제2 팽창밸브
409-5 : 제2 전자밸브

Claims

열교환 매체 순환라인과 각각 연결된 유입구 및 유출구를 가지고 반응기의 둘레에 설치된 자켓;
상기 반응기의 반응물과 열교환을 수행하는 열교환 매체가 채워진 열교환 매체 공급탱크;
상기 열교환 매체 공급탱크에 채워진 열교환 매체를 상기 열교환 매체 순환라인을 통해 순환시키는 열교환 매체 순환펌프;
상기 열교환 매체 순환라인을 통해 순환되는 열교환 매체를 목표 온도로 가열하는 히팅수단;
제1 냉각매체 순환라인을 통해 냉각매체를 공급받고, 상기 제1 냉각매체 순환라인으로부터 공급된 냉각매체와 상기 열교환 매체 순환라인을 통해 순환되는 열교환 매체를 상호 열교환시켜 상기 열교환 매체를 목표 온도로 냉각시키는 제1 열교환기;
제2 냉각매체 순환라인을 통해 냉매가스를 공급받고, 상기 제2 냉각매체 순환라인으로부터 공급된 냉매가스와 상기 열교환 매체 순환라인을 통해 순환되는 열교환 매체를 상호 열교환시켜 상기 열교환 매체를 목표 온도로 냉각시키는 제2 열교환기;
상기 냉매가스를 생성하여 상기 제2 냉각매체 순환라인으로 공급하는 냉매가스 공급수단; 및
상기 열교환 매체 순환라인을 통해 흐르는 상기 열교환 매체의 온도를 감지하여 상기 반응기의 반응물의 히팅공정 또는 냉각공정에 대응하여 상기 순환펌프, 상기 히팅수단, 상기 제1 및 제2 열교환기, 상기 냉매가스 공급수단의 동작을 제어하는 TCU(Temperature Control Unit);
를 포함하되,
상기 제2 냉각매체 순환라인을 통해 냉매가스를 공급받고, 상기 제2 냉각매체 순환라인으로부터 공급된 냉매가스와 염수(brine)를 상호 열교환시킴에 따라 상기 염수를 목표 온도로 냉각시켜 상기 반응기로부터 배출되는 증기를 응축하는 반응기 응축기로 공급하는 제4 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기의 자동 온도 조절장치.
제 1 항에 있어서,
상기 히팅수단은 상기 열교환 매체를 목표온도로 가열하는 전기히터인 것을 특징으로 하는 반응기의 자동 온도 조절장치.
제 1 항에 있어서,
상기 히팅수단은 핫오일(hot oil) 또는 스팀(steam)을 공급받고 상기 핫오일 또는 스팀과 상기 열교환 매체 순환라인을 통해 순환되는 열교환 매체를 열교환시켜 상기 열교환 매체를 목표 온도로 가열하는 제3 열교환기인 것을 특징으로 하는 반응기의 자동 온도 조절장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 냉매가스 공급수단은,
상기 냉매를 고온고압 기체로 압축하는 2단 압축기;
상기 2단 압축기로부터 압축된 냉매를 응축시키는 냉매 응축기;
상기 냉매 응축기로부터 응축된 냉매를 팽창시켜 상기 제2 열교환기로 전달하는 제1 팽창밸브;
상기 냉매 응축기로부터 응축된 냉매를 팽창시켜 상기 제4 열교환기로 전달하는 제2 팽창밸브;
상기 냉매 응축기와 상기 제1 팽창밸브 사이에 설치되어 상기 냉매 응축기로부터 응축된 냉매를 상기 제1 팽창밸브로 전달하는 제1 전자밸브; 및
상기 냉매 응축기와 상기 제2 팽창밸브 사이에 설치되어 상기 냉매 응축기로부터 응축된 냉매를 상기 제2 팽창밸브로 전달하는 제2 전자밸브;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기의 자동 온도 조절장치.
제 5 항에 있어서,
상기 TCU(Temperature Control Unit)는 상기 열교환 매체의 온도와 상기 반응기 응축기의 내부온도를 감지하여 상기 제1 및 제2 전자밸브 중 어느 하나의 전자밸브를 선택적으로 동작시키는 것을 특징으로 하는 반응기의 자동 온도 조절장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 냉각 매체 순환라인을 통해 순환되는 냉각매체의 압력을 감지하여 상기 제1 냉각 매체 순환라인을 통해 공급되는 냉각매체의 압력을 목표압력으로 조정하는 냉각매체 압력 조정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기의 자동 온도 조절장치.