KR102015507B1 - 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치 - Google Patents

Abstract

냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치에 따르면, 공기압축기에 의해 압축된 압축공기를 액화시킨 액체공기를 비점차를 이용하여 분리하는 정류통, 정류통을 감싸도록 마련되어 정류통을 보냉하는 단열재 및 단열재의 내부에 냉각수로를 형성하는 냉각수 냉각장치를 포함하되, 냉각수 냉각장치는 정류통의 냉각에너지와 상기 냉각수 냉각장치의 내부를 순환하는 냉각수의 열에너지를 열교환 시키는 냉각수 냉각장치다.

Description

냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치{OXYGEN AND NITROGEN GENERATOR INCLUDING COOLING DEVICE OF COOLANT}

본 발명은 산소 및 질소 제조 공정에서 공기압축시 발생하는 열을 냉각하기 위해 사용되는 냉각수의 온도를 보다 효율적으로 낮출 수 있는 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치에 관한 것이다.

산소 및 질소가스는 일반적으로 공기를 원료로 하고 이것을 압축기로 압축한 다음, 공기압축시 발생하는 열을 냉각하기 위하여 열교환기를 통해 냉각수와 열교환시킴으로써 상술한 압축공기를 냉각하고, 이어서 정류통에서 비점차를 이용해 산소 및 질소가스를 분리해내고, 이것을 열교환기를 통하여 상온에 가깝도록 온도를 상승시키는 공정을 거쳐서 산소 및 질소가 제조되고 있다.

이 때, 열에너지가 열교환됨으로써 고온의 열에너지를 함유한 냉각수는, 다시 일정한 온도 이하로 냉각되어 열교환기로 다시 보내는 순환 사이클을 가지게 된다.

이에 따라, 고온의 냉각수를 냉각시키기 위한 별도의 열교환 장치가 필요하다.

상술한 열교환 장치는 정류통 자체에서 생산된 냉각에너지와 냉각수 내 고온의 열에너지 간 열교환이 보다 효율적으로 수행될 수 있도록 하는 구조, 예컨대 나선형의 파이프 구조를 가질 것이 요구된다.

한편, 산소 및 질소 제조장치를 구성하는 정류통 설비는 각 기체의 액화온도에 따른 영향으로 인해 통상 극저온의 환경을 가지게 된다.

이 때, 정류통 주변의 영하의 극저온으로 냉각 에너지를 단열을 하지 않으면, 대기중의 수분이 응결됨으로써 설비주변에 빙결되어 설비성능을 저하시키고 설비장애를 가져오는 문제점이 존재하게 된다.

따라서, 정류통의 냉각 에너지를 보냉할 수 있도록 별도의 단열재 구성 또한 요구될 것이다.

본 발명의 실시 예는, 냉각수 냉각장치 구조를 갖는 냉각수로를 형성함으로써 냉각수의 온도를 최적의 온도로 낮출 수 있는 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는, 정류통 내 냉각 에너지를 보냉할 수 있는 특수 단열재를 구비함으로써 장치의 성능을 보호할 수 있는 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는, 독립된 구성의 냉각수로를 형성함으로써 냉각수의 유출위험을 방지할 수 있는 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는, 물의 빙점 온도 부근에서 열전도성이 우수한 재질을 갖는 냉각수 냉각장치를 포함함으로써 냉각수 내 열에너지 및 정류통 내 냉각에너지 간의 열교환이 효율적으로 수행될 수 있는 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 공기압축기에 의해 압축된 압축공기를 액화시킨 액체공기를 비점차를 이용하여 분리하는 정류통, 상기 정류통을 감싸도록 마련되어 상기 정류통을 보냉하는 단열재 및 상기 단열재의 내부에 냉각수로를 형성하여 냉각수를 냉각하는 냉각수 냉각장치를 포함하되, 상기 냉각수 냉각장치는, 상기 정류통의 냉각에너지와 상기 냉각수 냉각장치의 내부를 순환하는 상기 냉각수의 열에너지를 열교환 시키는, 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치가 제공된다.

또한, 상기 냉각수 냉각장치는 상기 단열재를 제조하는 과정에서 매입되는 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 냉각수 냉각장치는 나선형으로 감기는 형태로서 상기 냉각수가 순환될 수 있도록 입구와 출구를 포함하는 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치가 제공될 수 있다.

또한, 상기 냉각수 냉각장치는 물의 빙점 온도 부근에서 열전도성이 우수한 구리 파이프인 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치는 냉각수 냉각장치 형태를 갖는 냉각수로를 형성하여 고온의 열에너지를 함유한 냉각수를 냉각시킴으로써, 전체 설비의 전력에너지 소비를 감소시켜 플랜트 전체의 소비에너지를 절감할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치는 정류통 주변의 영하의 극저온으로 냉각 에너지를 보냉할 수 있는 단열재를 구비함으로써, 대기중의 수분이 설비주변에 빙결되어 설비성능을 저하시키거나 설비장애를 가져오는 사태를 방지할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치는 독립된 구성으로서 형성되는 냉각수로를 포함함으로써 단열발포제로부터 기포가 형성되거나 냉각수의 누수가 발생할 수 있는 문제를 예방할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치는 물의 빙점 온도 부근에서 열전도성이 우수한 재질을 갖는 냉각수 냉각장치를 포함함으로써, 냉각수 내 열에너지의 열방출 효과를 극대화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치의 조립 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치를 구성하는 냉각수 냉각장치의 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 아래에서 소개하는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 제시하는 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로도 구체화될 수 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략할 수 있고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기 등을 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치의 조립 단면도이다.

도 1을 참조하면, 산소 및 질소 제조장치는 정류통(1), 단열재(2) 및 냉각수 냉각장치(3)을 포함한다.

일반적으로 산소 및 질소가스는, 대기로부터 받아들인 공기를 공기압축기(미도시)를 사용해 압축하고 냉각수를 사용하여 압축공기를 초저온으로 냉각한 후, 이를 액화한 액체 공기가 정류통(1) 내부에서 비등점의 차에 의해 산소가스 및 질소가스로 기화하고 분리됨으로써 제조되고 있다.

이 때, 정류통(1) 내부에서는 압축공기를 초저온으로 냉각시켜 액화시키는 공정이 수행되므로, 각 기체의 액화온도에 따른 영향에 의해 상술한 정류통(1)은 통상 극저온의 환경을 가질 수 있다.

한편, 정류통(1) 주변에 존재하는 대기중의 수분은, 극저온 조건 하에 정류통(1) 주변에서 얼음으로 빙결됨으로써 설비의 장애를 야기할 수 있다는 문제가 존재한다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치는 정류통(1) 주변을 보냉하기 위한 단열재(2)를 포함한다.

산소 및 질소 제조장치는 공기압축기(미도시)를 통해 압축된 공기가 초저온으로 냉각될 수 있도록, 압축공기 내 열에너지와 냉각이 완료된 냉각수 간의 열교환 공정을 수행한다.

이 때, 상술한 열교환 공정을 완료한 냉각수는 고온의 열에너지를 함유하게 되고, 다시 일정한 온도 이하로 냉각되어 공기압축기(미도시) 내 열교환기로 전달되는 순환 사이클이 수행된다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치를 구성하는 냉각수 냉각장치의 단면도이다.

도 2를 참조하면, 상술한 산소 및 질소 제조장치는, 정류통(1)을 감싸는 단열재(2) 내부에 위치하며 냉각수로로서 기능을 하는 냉각수 냉각장치(3)를 포함한다.

상술한 냉각수 냉각장치는, 상술한 열교환 공정을 완료한 냉각수의 열에너지와 정류통(1)의 냉각에너지를 다시 열교환 시킴으로써, 냉각수를 일정 온도 이하로 냉각시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 정류통(1)은 각 기체의 액화온도에 따른 영향으로 통상 극저온의 조건을 가지며, 단열재(2) 내부에서는 정류통(1)으로부터 거리에 따른 온도 차가 존재하게 된다. 즉, 정류통(1)으로부터 거리가 멀어질수록 극저온의 온도에서 보다 상승된 온도 조건이 형성될 수 있다.

이 때, 냉각수 냉각장치(3)는 물의 빙점 근방의 온도 조건을 갖도록 극저온의 정류통(1)으로부터 일정거리 이격되어 위치할 수 있다.

전술한 바와 같이, 공기압축기 내에서 열교환을 마친 고온의 냉각수는 다시 일정한 온도 이하로 냉각되는 과정을 거치며, 이어서 공기압축기(미도시) 내 열교환기로 다시 전달되는 순환 사이클이 수행된다.

냉각수 냉각장치(3)는 원통형의 나선모양으로 회전하는 형태, 예컨대, 코일관의 형태를 가질 수 있다.

또한 냉각수 냉각장치(3)는 상술한 냉각수가 공기압축기 내 열교환 기로부터 유입되고, 냉각이 완료된 후에는 다시 공기압축기 내 열교환기로 전달될 수 있도록, 입구(31) 및 출구(32)를 포함할 수 있다.

압축공기와 열교환을 마친 냉각수는 상술한 입구(31)를 통해 공기압축기(미도시)로부터 유입될 수 있다.

아울러, 정류통(1) 내 냉각에너지와 열교환을 통해 물의 빙점 근방의 온도 조건이 형성된 냉각수는, 상술한 출구(32)를 통해 다시 공기압축기(미도시) 내 열교환기로 전달될 수 있다.

한편, 냉각수 냉각 장치로서 냉각수로 기능을 하는 별도의 관을 도입하지 않고 단열재 자체에 구멍을 뚫어 냉각수로를 형성한다면, 단열발포제로부터 약간의 기포가 형성되거나 이로 인하여 냉각수의 누수가 발생될 수 있는 등의 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 냉각수 냉각장치(3)는 별도의 독립된 구성으로서 존재할 필요가 있고, 예컨대, 코일관 형태를 가지는 독립된 냉각수로를 형성할 필요가 있다.

이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치는, 냉각수 냉각장치 형태의 독립된 냉각수로를 형성하여 고온의 열에너지를 함유한 냉각수를 냉각시킴으로써, 전체 설비의 전력에너지 소비를 감소시켜 플랜트 전체의 소비에너지를 절감할 수 있다.

냉각수 냉각장치(3)은 비표면적이 넓은 형상을 가질 수도 있다.

예컨대, 파이프의 외관이 주름진 형태가 되거나, 요철을 주어 기존의 원통형 보다 비표면적이 늘어난 어떠한 형태의 것도 무방하다.

또한, 냉각수 냉각장치(3)의 재질은 물의 빙점 온도 부근에서 열전도성이 우수한 재질이라면 특별히 한정되지 않으나, 열전도도가 가장 우수한 구리 또는 구리의 합금임이 바람직하다.

예컨대, 구리 및 구리-아연합금, 구리-인 합금, 알루미늄 및 알루미늄합금, 철 및 철-구리합금, 스테인레스 등 여러 가지 중 어느 하나의 재질 혹은 그 합금을 사용하여도 무방하다.

이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치는, 비표면적이 넓은 형상을 갖는 냉각수 냉각장치를 포함하거나, 물의 빙점 온도 부근에서 열전도성이 우수한 재질을 갖는 냉각수 냉각장치를 포함함으로써, 냉각수 내 열에너지의 열방출 효율을 극대화시킬 수 있다.

본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.

1 : 정류통
1a: 액체산소 투입구 및 산소가스 배출구
1b: 액체질소 투입구 및 질소가스 배출구
2 : 단열재
3 : 냉각수 냉각장치
31 : 냉각수 냉각장치 입구
32 : 냉각수 냉각장치 출구

Claims (4)

1. 공기압축기에 의해 압축된 압축공기를 액화시킨 액체공기를 비점차를 이용하여 분리하는 정류통;
   상기 정류통을 감싸도록 마련되어 상기 정류통을 보냉하는 단열재; 및
   상기 압축공기를 냉각시킨 냉각수가 순환하는 냉각수로를 형성하도록 상기 단열재의 내부에 설치된 냉각수 냉각장치를 포함하되,
   상기 냉각수 냉각장치는,
   상기 정류통의 냉각에너지와 상기 냉각수 냉각장치의 내부를 순환하는 상기 냉각수의 열에너지를 열교환시키는,
   냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각수 냉각장치는,
   상기 단열재를 제조하는 과정에서 매입되는,
   냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 냉각수 냉각장치는,
   나선형으로 감기는 형태로서 상기 냉각수가 순환될 수 있도록 입구와 출구를 포함하는,
   냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 냉각수 냉각장치는,
   물의 빙점 온도 부근에서 열전도성이 우수한 구리 파이프인,
   냉각수 냉각장치를 포함하는 산소 및 질소 제조장치.
   
   
   
   

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