KR101876870B1 - 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치 및 이의 작동방법 - Google Patents

고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치 및 이의 작동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치 및 이의 작동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열분해 장치에 사용되는 유동관이 고온의 액체금속에 의해 부식이 되는 것을 방지하며, 경제적인 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치 및 이의 작동방법에 관한 것이다. 본 발명의 구성은 열분해장치에 적용되는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치에 있어서, 하나 이상으로 마련되며, 고온의 액체금속이 통과하도록 중공된 유동관; 및 상기 유동관에 결합되며, 상기 유동관을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 제어하는 열교환부를 포함하며, 상기 열교환부는 상기 액체금속을, 녹는점 이상으로 가열하여 유동시키거나, 녹는점 미만으로 급냉하여 유동을 정지시켜 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치를 제공한다.

Description

고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치 및 이의 작동방법{FLOW DEVICE FOR LUQUID METAL TO PREVENTING HIGH-TEMPERATURE CORROSION AND ITS OPERATION METHOD}
본 발명은 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치 및 이의 작동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열분해 장치 등 고온 액체금속의 유동제어에 기존 밸브를 사용했을 때 발생되는 고온 부식 및 손상에 의한 누출을 방지하며, 효과적인 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치 및 이의 작동방법에 관한 것이다.
일반적으로, 열분해장치를 포함하는 액체금속 반응기는 고온의 액체 금속을 이동시키기 위하여 유동관과, 유동관에 결합되며, 유량을 제어하기 위한 밸브를 갖는다.
그러나, 고무와 같이 고온에서 사용할 수 없는 재질을 사용하는 밸브의 경우 적용이 불가능하거나 일부 액체금속의 경우 고온에서 금속재질과 반응 하여 부식을 유발하기 때문에 이를 제어하기 위한 방안이 필요하다(액체 주석의 경우 700℃ 이상에서 철, 크롬, 니켈 등의 금속과 반응하여 부식을 유발한다). 이처럼 부식된 유동관과 밸브는 기밀성이 저하되어 누수를 발생시켜 정밀한 유량제어가 어렵도록 하며, 종국에는 반응기의 구동을 불가능하게 하는 문제점이 있다.
따라서, 종래에는 상기 문제를 방지하기 위해 부식된 유동관과 밸브를 주기적으로 계속 교체해야만 했으며, 이러한 문제는 열분해장치의 가동 중지에 따른 생산성 저하와, 부품의 교체에 따른 유지비 증가의 원인이 되었다.
또한, 유동관의 부식을 방지하기 위해서 세라믹 등의 부식을 방지할 수 있는 소재를 이용하거나 세라믹 코팅을 활용할 수 있으나, 밸브는 구조가 복잡하기 때문에, 위 방법을 활용하기 어렵다. 따라서, 부식이 발생하지 않는 소재로 밸브를 제조하기 위해서는 텅스텐이나 몰리브덴을 사용하여야 했는데, 텅스텐 및 몰리브덴은 고가이기 때문에 이러한 소재를 이용해 밸브를 제조하는 것은 경제적이지 못하다는 문제가 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 700℃ 이상의 고온에서도 부식이 발생하지 않도록 함과 동시에, 경제적인 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치 및 이의 작동방법이 필요하다.
한국등록특허 제1165403호 (2012.07.06)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 열분해 장치에 사용되는 유동관이 고온의 액체금속에 의해 부식이 되는 것을 방지하며, 경제적인 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치 및 이의 작동방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 열분해장치에 적용되는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치에 있어서, 하나 이상으로 마련되며, 고온의 액체금속이 통과하도록 중공된 유동관; 및 상기 유동관에 결합되며, 상기 유동관을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 제어하는 열교환부를 포함하며, 상기 열교환부는 상기 액체금속을, 녹는점 이상으로 가열하여 유동시키거나, 녹는점 미만으로 급냉하여 유동을 정지시켜 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유동관은, 일측에 결합된 크랙킹로에서 용융된 액체금속을 타측에 결합된 반응로로 이송하도록 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유동관은, 고온의 상기 액체금속에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있도록 고온 내식성을 갖는 소재로 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유동관은, 두 개 이상으로 마련되었을 때, 서로 다른 직경을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 열교환부는, 하나 이상의 상기 유동관을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 동시에 또는 개별적으로 제어하도록 하나 이상의 상기 유동관을 감싸도록 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 열교환부는, 상기 유동관의 개수와 동일하게 마련되어 각각의 상기 유동관에 결합되며, 각각의 상기 유동관을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 개별적으로 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 열교환부는, 상기 액체금속이 통과하는 유동관을가열 및 냉각할 수 있는 열전소자로 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 액체금속은 주석(Sn) 또는 용융염(Molten Salt)인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 유동관의 내부에는 전열핀이 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 열분해장치에 적용되는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법에 있어서, a) 유동관을 통과할 액체금속의 유량을 설정하는 단계; b) 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 열교환부를 제어하는 단계; 및 c) 제어된 상기 열교환부에 의해 설정된 상기 액체금속의 유량이 상기 유동관을 통해 이송되는 단계를 포함하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 a) 단계는, 상기 유동관에 의해 이송된 상기 액체금속이 수용되는 반응로가 수용할 수 있는 잔여용량에 대응하도록 실시간으로 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 b) 단계는, b1) 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 유동관을 선택하는 단계; 및 b2) 선택된 유동관을 통과하는 액체금속은 가열하고, 선택되지 않은 유동관을 통과하는 액체금속은 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 b2) 단계에서, 상기 열교환부는, 상기 선택된 유동관을 통과하는 액체금속을 녹는점 이상으로 가열하고, 선택되지 않은 유동관을 통과하는 액체금속은 녹는점 미만으로 냉각하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시에에 있어서, 상기 b2) 단계에서, 상기 열교환부는, 상기 선택된 유동관을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 조절하기 위해, 상기 액체금속의 온도를 변화시켜 점성을 제어하는 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치를 적용한 열분해장치를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법을 적용한 열분해장치를 제공한다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 열교환부를 이용하여 복수의 관을 동시에 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 유동관은 세라믹이 코팅된 금속 등의 저가의 부식 방지용 소재를 이용하여 제작하거나, 액체금속의 유동은 열교환부를 이용하여 제어하기 때문에 몰리브덴 및 텅스텐과 같이 고가의 소재를 이용하더라도 밸브를 제작할 필요가 없이 간단한 구성으로 구현이 가능하여 경제적이다.
또한, 본 발명은 서로 다른 직경을 갖는 유동관을 구비하고, 설정된 유량에 따라 선택적으로 각 유동관의 액체금속 통과여부를 제어하기 때문에 유량을 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 기밀성이 뛰어나다. 구체적으로, 종래에는 밸브와 유동관 사이에 기밀부재가 고온의 액체금속에 의해 손상되어 기밀성이 훼손되었으나, 본 발명은 유동관을 따라 이송되는 액체금속을 녹는점 미만으로 급속 냉각시켜 유동을 제어함으로써, 누수가 발생하지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동관의 내부를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법의 열교환부를 제어하는 단계의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 예시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 예시도이다.
도 1에 도시된 것처럼, 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치(100)는 유동관(110) 및 열교환부(120)를 포함한다.
상기 유동관(110)은 하나 이상으로 마련되며, 고온의 액체금속이 통과하도록 중공 형성될 수 있다.
상기 유동관(110)은, 일측에 결합된 크랙킹로(10)에서 용융된 액체금속을 타측에 결합된 반응로(20)로 이송하도록 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다. 여기서, 상기 액체금속은 주석(Sn) 또는 용융염(Molten salt)일 수 있으며, 상기 크랙킹로(10)에서 고온부식 유발온도 이상으로 가열된 상태일 수 있다. 단, 상기 액체금속을 주석(Sn)으로 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 유동관(110)은, 세라믹 코팅이 된 스테인레스 스틸(Stainless steel), 세라믹(ceramic) 또는 몰리브덴 이나 텅스텐 등으로 형성되어 고온의 상기 액체금속에 의해 부식되는 것을 방지하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, 상기 유동관(110)의 소재는 이에 한정되지 않으며, 고온의 액체금속에 의해 부식이 발생하지 않는 소재라면 모두 일실시예에 포함될 수 있다.
일실시예에 따른 상기 유동관(110)은, 두 개 이상으로 마련되었을 때, 서로 다른 직경을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 도 1에는 상기 유동관(110)이 3개로 도시되어 있으나, 상기 유동관(110)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 열교환부(120)는 상기 유동관(110)에 결합되며, 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 제어할 수 있다. 구체적으로, 일실시예에 따른 상기 열교환부(120)는, 상기 유동관(110)의 개수와 동일하게 마련되어 각각의 상기 유동관(110)에 결합될 수 있으며, 각각의 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 개별적으로 제어할 수 있다.
그리고, 상기 열교환부(120)는 상기 액체금속을, 녹는점 이상으로 가열하여 유동시키거나, 녹는점 미만으로 급냉하여 유동을 정지시켜 유량을 제어할 수 있다. 일 예로, 상기 액체금속이 주석(Sn)일 경우, 녹는점은 232℃이다. 따라서, 상기 열교환부(120)는 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속을 232℃ 이상으로 가열하여 상기 유동관(110)을 통과하도록 할 수 있고, 반대로, 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속을 232℃ 미만으로 급속 냉각하여 상기 유동관(110)을 통과하지 못하도록 할 수 있다.
그리고, 액체금속은 온도에 따라 점도가 변화하므로 이를 이용하여 유량을 제어할 수 있다.
상기 열교환부(120)는, 상기 액체금속을 가열 및 냉각할 수 있는 열전소자로 마련될 수 있다. 단, 상기 열교환부(120)가 상기 열전소자로 한정되는 것은 아니며, 상기 액체금속을 가열 및 급냉할 수 있는 구성을 모두 포함한다. 일 예로, 상기 열교환부(120)는 300℃ 고온의 열매유와 액체질소를 투입하여 급속 냉각시키는 구성으로 마련될 수도 있다.
또한, 상기 반응로(20)에는 잔여 용량을 부피 또는 무게 형태로 확인할 수 있도록 잔여량측정센서(미도시)가 마련될 수 있으며, 상기 열교환부(120)에는 제어유닛이 더 마련될 수 있다.
상기 잔여량측정센서는 상기 반응로(20)의 잔여 용량을 측정하여 상기 제어유닛에 제공하며, 상기 제어유닛은 제공받은 상기 반응로(20)의 잔여 용량을 바탕으로 상기 유동관(110)을 통과할 상기 액체금속의 유량을 설정할 수 있다. 그리고, 상기 제어유닛은 상기 열교환부(120)가 상기 유동관(110)을 통해 설정된 액체금속의 유량을 통과시키도록 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동관의 내부를 나타낸 예시도이다. 그리고, 도 2의 (a)는 제1 전열핀이 마련된 유동관을 나타낸 것이며, 도 2의 (b)는 제2 전열핀이 마련된 유동관을 나타낸 것이다.
먼저, 도 2의 (a)를 참조하면, 제1 전열핀(114)은 상기 유동관(110)의 내부에 마련되며, 상기 유동관(110)의 내측면에서 상기 유동관(110)의 중심을 향해 연장된 배플(baffle) 형태로 마련될 수 있다. 그리고, 상기 제1 전열핀(114)은 상기 유동관(110)의 내측면의 원주 방향으로 하나 이상으로 마련될 수 있다. 도 2의 (a)에서는 상기 제1 전열핀(114)의 개수를 8개로 도시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 하나 이상으로 마련되는 경우를 일실시예로 모두 포함한다.
이처럼 마련된 상기 제1 전열핀(114)은 상기 유동관(110)의 직경이 큰 경우, 상기 유동관(110)의 내부 중심측에 위치한 상기 액체금속에 온도가 더욱 잘 전달되도록 할 수 있다. 구체적으로, 상기 유동관(110)의 내부 중심측에 위치한 액체금속일수록 상기 열교환부(120)로부터 거리가 멀어지기 때문에 유동관(110)의 내측면에 인접한 액체금속에 비해 열교환이 원활하게 이루어지지 못할 수 있다. 따라서 상기 제1 전열핀(114)은 상기 유동관(110)의 중심측에 위치한 액체금속에게도 열교환이 원활하게 이루어질 수 있도록 하여 열 효율을 높일 수 있다.
다음으로, 도 2의 (b)를 참조하면, 제2 전열핀(115)은 상기 유동관(110)의 내부에 마련되며, 허니컴(honeycomb) 형태로 마련될 수 있다. 이처럼 마련된 상기 제2 전열핀(115)은 상기 유동관(110)의 직경이 큰 경우에도 상기 유동관(110)의 내부 중심측까지 원활하게 열교환이 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 상기 제2 전열핀(115)은 상기 유동관(110)의 직경이 커서 상기 제1 전열핀(114)이 휘어지거나 변형될 우려가 있을 경우, 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전열핀(115)은 상기 유동관의 직경이 클수록 길이가 길어지게 되고, 이 때, 세장비가 커지기 때문에 상기 액체금속의 유동에 따라 휘어지거나 변형될 가능성이 있다. 이러한 경우, 안정성을 높이기 위해 상기 유동관(110) 내부에 상기 제2 전열핀(115)을 마련할 수 있다.
전술한 바와 같이 구성된 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치(100)의 구체적인 작동방법을 하기 도면과 함께 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법의 순서도이다.
도 1 및 도2를 참조하면, 열분해장치에 적용되는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치(100)의 작동방법은, 상기 유동관(110)을 통과할 액체금속의 유량을 설정하는 단계(S110), 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 상기 열교환부(120)를 제어하는 단계(S120) 및 제어된 상기 열교환부(120)에 의해 설정된 상기 액체금속의 유량이 상기 유동관(110)을 통해 이송되는 단계(S130)를 포함한다.
상기 유동관(110)을 통과할 액체금속의 유량을 설정하는 단계(S110)는 상기 크래킹로(10)의 액체금속 양을 일정하게 유지시킬 필요가 있거나, 상기 유동관(110)에 의해 이송된 상기 액체금속이 수용되는 반응로(20)가 수용할 수 있는 잔여용량에 대응하도록 하기 위해 실시간으로 설정되는 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적으로, 상기 반응로(20)에 수용 가능한 용량보다 더 많은 양의 상기 액체금속이 이송될 경우, 상기 반응로(20)의 수용 불가로 기계적인 고장이 발생하거나, 액체금속이 넘치게되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 반응로(20)가 수용 가능한 잔여용량에 따라 상기 액체금속의 이송 유량을 설정함이 바람직하다.
상기 열교환부(120)에는 제어유닛이 마련되며, 상기 반응로(20)에는 잔여량측정센서가 마련될 수 있다. 그리고, 상기 잔여량측정센서는 상기 열교환부(120)의 상기 제어유닛에 상기 반응로(20)의 잔여용량을 실시간으로 전송할 수 있다. 상기 제어유닛은 상기 반응로(20)의 잔여용량 정보를 수신하고, 상기 유동관(110)을 통과할 액체금속의 유량을 연산 및 설정할 수 있다.
상기 잔여량측정센서와 함께 제어대상 액체금속의 온도 정보도 유동제어에 매우 중요하다. 액체금속의 온도를 통해 상기 유동관(110)을 통과하는 액체금속의 유량이 제어 되므로 원하는 유량을 제어하기 위해 액체금속의 온도정보가 상기 제어유닛에 제공된다. 상기 제어유닛은 상기 크래킹로(10)의 액체금속의 양과 온도 정보를 이용해 유량제어를 실시 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법의 열교환부를 제어하는 단계의 순서도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 것처럼, 상기 유동관(110)을 통과할 액체금속의 유량을 설정하는 단계(S110) 이후에는, 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 상기 열교환부(120)를 제어하는 단계(S120)를 수행할 수 있다.
그리고, 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 상기 열교환부(120)를 제어하는 단계(S120)는 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 상기 유동관(110)을 선택하는 단계(S121) 및 선택된 상기 유동관(110)을 통과하는 액체금속은 가열하고, 선택되지 않은 상기 유동관(110)을 통과하는 액체금속은 냉각하는 단계(S122)를 포함한다.
먼저, 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 상기 유동관(110)을 선택하는 단계(S121)를 설명하기에 앞서, 설명의 편의를 위해 도 1의 상기 유동관(110)은 제1 유동관(111), 제2 유동관(112), 제3 유동관(113)으로 구분하여 명명하고, 상기 열교환부(120)는 제1 열교환부(121), 제2 열교환부(122), 제3 열교환부(123)로 구분하여 명명한다.
그리고, 상기 제1 열교환부(121)는 상기 제1 유동관(111)과 결합되고, 상기 제2 열교환부(122)는 상기 제2 유동관(112)과 결합되며, 상기 제3 열교환부(123)는 상기 제3 유동관(113)과 결합되어 개별적으로 제어될 수 있으며, 상기 제1 유동관(111)의 유량은 1m3/sec, 상기 제2 유동관(112)의 유량은 2m3/sec 상기 제3 유동관(113)의 유량은 3m3/sec인 것으로 가정한다.
상기와 같이 마련된, 상기 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치(100)는 전 단계에서 설정된 유량이 6m3/sec일 경우, 제1 유동관(111), 제2 유동관(112), 제3 유동관(113)이 모두 선택되도록 할 수 있다. 또한, 전 단계에서 설정된 유량이 5 m3/sec일 경우, 제2 유동관(112), 제3 유동관(113)이 선택되도록 할 수 있다. 상술한, 상기 유동관(110)의 개수 및 유량과, 상기 열교환부(120)의 개수는 일실시예에 한정되는 것이 아니며, 이해를 돕기 위한 예시이다.
이처럼, 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 상기 유동관(110)을 선택하는 단계(S121)는 전 단계에서 설정된 유량에 따라 상기 액체금속이 통과할 유동관(110)을 선택할 수 있다.
설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 상기 유동관(110)을 선택하는 단계(S121) 이후에는, 선택된 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 가열하고, 선택되지 않은 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 냉각하는 단계(S122)를 수행할 수 있다. 선택된 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 가열하고, 선택되지 않은 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 냉각하는 단계(S122)에서, 상기 열교환부(120)는, 상기 선택된 유동관(110)을 통과하는 액체금속을 녹는점 이상으로 가열하고, 선택되지 않은 유동관(110)을 통과하는 액체금속은 녹는점 미만으로 냉각하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 예로, 설정된 유량이 3m3/sec일 경우, 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 상기 유동관(110)을 선택하는 단계(S121)는 제1 유동관(111) 및 제2 유동관(112)을 선택하게 된다. 따라서, 선택된 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 가열하고, 선택되지 않은 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 냉각하는 단계(S122)는, 선택된 상기 제1 유동관(111) 및 상기 제2 유동관(112)을 통과하는 상기 액체금속을 녹는점 이상으로 가열시켜, 상기 액체금속이 통과하도록 할 수 있다.
반대로, 선택되지 않은 상기 제3 유동관(113)을 통과하는 상기 액체금속은 녹는점 미만으로 급냉시켜 유동하지 못하도록 할 수 있다. 이처럼 제어된 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치(100)는 상기 제1 유동관(111) 및 상기 제2 유동관(112)을 통해서만 상기 액체금속이 통과하도록 하여 기설정되었던 유량인 3m3/sec가 이송되도록 할 수 있다.
또한, 상기 선택된 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 가열하고, 선택되지 않은 상기 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속은 냉각하는 단계(S122)에서, 상기 열교환부(120)는, 상기 선택된 유동관(110)을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 조절하기 위해, 상기 액체금속의 온도를 변화시켜 점성을 제어할 수도 있다.
설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 상기 열교환부(120)를 제어하는 단계(S120) 이후에는, 제어된 상기 열교환부(120)에 의해 설정된 상기 액체금속의 유량이 상기 유동관(110)을 통해 이송되는 단계(S130)를 수행할 수 있다.
전술한 열분해장치에 적용되는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치(100)의 작동방법은 실시간으로 순차 반복 수행될 수 있다.
이처럼 마련된 본 발명은, 상기 열교환부(120)를 이용하여 복수의 상기 유동관(110)을 동시에 제어할 수 있다. 구체적으로, 종래의 기술은 관이 직경이 일정 크기를 초과하면, 밸브를 이용한 유량 제어가 불가능하다. 따라서, 종래에는 관을 복수개 구비하여 각각에 밸브를 구비하고 개별적으로 유량을 제어하였다. 그러나, 이처럼 밸브를 구비할 경우, 동시에 모든 관의 밸브를 개폐할 수 없다는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명은 상기 열교환부(120)를 이용하여 복수의 상기 유동관(110)을 동시에 제어하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 상기 유동관(110)은 저가의 세라믹 코팅 금속, 세라믹 등의 저가의 부식 방지용 소재를 이용하여 제작이 가능하고, 몰리브덴 및 텅스텐 등 내식성이 강한 고가 소재를 사용할 경우에도 단순한 구조로 최소한의 재질을 사용할 수 있어 경제적이며 액체금속의 유동은 상기 열교환부(120)를 이용하여 제어하기 때문에 경제적이다..
또한, 본 발명은 서로 다른 직경을 갖는 상기 유동관(110)을 구비하고, 설정된 유량에 따라 선택적으로 각 상기 유동관(110)의 액체금속의 통과여부를 제어하기 때문에 실시간으로 유량을 정밀하게 제어할 수 있다. 그리고, 본 발명은 동일한 직경을 갖는 관의 경우에도 액체금속의 온도에 따른 점성의 변화를 이용하여 유량을 조절할 수 있기 때문에 보다 정밀하고 연속적인 유량제어가 가능하다.
또한, 본 발명은 기밀성이 뛰어나다. 구체적으로, 종래에는 밸브와 유동관 사이에 기밀부재가 고온의 액체금속에 의해 손상되어 기밀성이 훼손되었으나, 본 발명은 기밀부재가 마련되지 않으며, 상기 유동관(110)을 따라 이송되는 액체금속을 녹는점 미만으로 급속 냉각시켜 유동을 제어함으로써, 누수가 발생하지 않도록 할 수 있으며 특히 고압 반응기에 유리하다.
이처럼 마련된, 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치(100)와 이의 작동방법은 열분해장치에 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 예시도이다.
도 5에 도시된 것처럼, 다른 실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치(200)는 유동관(210) 및 열교환부(220)를 포함한다.
도 5에서, 복수의 상기 유동관(210)은 동일한 직경을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 서로 다른 직경을 갖는 것도 가능하다.
그리고, 상기 열교환부(220)는 하나 이상의 상기 유동관(210)을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 동시에 제어하도록 하나 이상의 상기 유동관(210)을 모두 감싸도록 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다. 이처럼 마련된 상기 열교환부(220)는 모든 상기 유동관(210)을 동일하게 제어하도록 할 수 있으며, 각 유동관(210)을 개별적으로 제어하여 정밀한 유량제어가 필요하지 않을 때, 적용 가능하다.
다른 실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치(200)는 일실시에에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치(100)와 상술한 열교환부(220)의 특징을 제외한 기술적 구성이 동일하다. 따라서, 이하, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
다른 실시예에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치(200)도 열분해장치에 적용될 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 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 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 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.
10: 크랙킹로 20: 반응로
100, 200: 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치
110, 210: 유동관 111: 제1 유동관
112: 제2 유동관 113: 제3 유동관
114: 제1 전열핀 115: 제2 전열핀
120, 220: 열교환부 121: 제1 열교환부
122: 제2 열교환부 123: 제3 열교환부

Claims (16)

  1. 열분해장치에 적용되는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치에 있어서,
    하나 이상으로 마련되며, 고온의 액체금속이 통과하도록 중공된 유동관; 및
    상기 유동관에 결합되며, 상기 유동관을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 제어하는 열교환부를 포함하며,
    상기 열교환부는 상기 액체금속을, 녹는점 이상으로 가열하여 유동시키거나, 녹는점 미만으로 급냉하여 유동을 정지시켜 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동관은,
    일측에 결합된 크랙킹로에서 용융된 액체금속을 타측에 결합된 반응로로 이송하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동관은,
    고온의 상기 액체금속에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있도록 고온 내식성을 갖는 금속소재로 마련되는 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동관은,
    두 개 이상으로 마련되었을 때, 서로 다른 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환부는,
    하나 이상의 상기 유동관을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 동시에 또는 개별적으로 제어하도록 하나 이상의 상기 유동관을 감싸도록 결합되는 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환부는,
    상기 유동관의 개수와 동일하게 마련되어 각각의 상기 유동관에 결합되며, 각각의 상기 유동관을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 개별적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환부는,
    상기 액체금속이 통과하는 유동관을 가열 및 냉각할 수 있는 열전소자로 마련되는 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체금속은 주석(Sn) 또는 용융염(Molten Salt)인 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동관의 내부에는 전열핀이 마련되는 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치.
  10. 열분해장치에 적용되는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법에 있어서,
    a) 유동관을 통과할 액체금속의 유량을 설정하는 단계;
    b) 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 열교환부를 제어하는 단계; 및
    c) 제어된 상기 열교환부에 의해 설정된 상기 액체금속의 유량이 상기 유동관을 통해 이송되는 단계를 포함하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    상기 유동관에 의해 이송된 상기 액체금속이 수용되는 반응로가 수용할 수 있는 잔여용량에 대응하도록 실시간으로 설정되는 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    b1) 설정된 상기 액체금속의 유량에 대응하도록 유동관을 선택하는 단계; 및
    b2) 선택된 유동관을 통과하는 액체금속은 가열하고, 선택되지 않은 유동관을 통과하는 액체금속은 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 b2) 단계에서,
    상기 열교환부는,
    상기 선택된 유동관을 통과하는 액체금속을 녹는점 이상으로 가열하고, 선택되지 않은 유동관을 통과하는 액체금속은 녹는점 미만으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 b2) 단계에서,
    상기 열교환부는, 상기 선택된 유동관을 통과하는 상기 액체금속의 유량을 조절하기 위해, 상기 액체금속의 온도를 변화시켜 점성을 제어하는 것을 특징으로 하는 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법.
  15. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치를 적용한 열분해장치.
  16. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 고온 부식 방지를 위한 액체금속의 유동장치의 작동방법을 적용한 열분해장치.
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