KR102073964B1 - 이산화탄소의 액화 장치 - Google Patents

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Abstract

일정 온도로 제어되는 액체를 이용하여 이산화탄소를 일정 온도로 액화하는 제1 열교환부; 상기 액체를 일정 온도로 제어하여 상기 제1 열교환부로 배출하는 제2 열교환부; 및 상기 액체를 일정 온도로 제어하기 위한 냉매를 상기 제2 열교환부로 제공하는 냉각부;를 포함하는 이산화탄소의 액화 장치가 개시된다.

Description

이산화탄소의 액화 장치{A LIQUEFIER FOR CARBONO DIOXIDE}
본 발명은 이산화탄소의 액화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정 온도를 유지할 수 있는 액체를 냉매로 이용하여 일정한 온도의 이산화탄소 액체를 생성하는 이산화탄소의 액화 장치에 관한 것이다.
액화된 이산화탄소는 다양한 산업 분야에 널리 사용된다. 예를 들면, 평면 표시 장치의 건식 세정에 이산화탄소가 사용될 수 있다.
종래 이산화탄소를 이용한 세정장치에 있어서 이산화탄소를 노즐을 통하여 분사시에 기체상태의 이산화탄소는 대략 5% 정도만이 이산화탄소 스노우(snow)로 변경되고 95% 정도는 기체상태로 분사되고, 액체상태의 이산화탄소는 45% 정도가 이산화탄소 스노우로 변경되고 55% 정도는 기체상태로 분사된다.
이 경우에 있어서 스노우로 분사되는 이산화탄소가 많을수록 세정력이 증대되므로, 가능하면 기체상태의 이산화탄소를 액체상태의 이산화탄소로 상변화시켜 분사하는 것이 바람직하다.
따라서 상기한 세정챔버로 공급되는 이산화탄소를 액화시키기 위한 액화기가 설치된다. 상기한 액화기는 냉매를 고온고압의 기체로 변화시키는 압축기와, 압축기로부터 공급되는 고온고압의 기체상태인 냉매를 외부와 열교환시켜 중온고압의 액체로 상변화시키는 응축기와, 응축기로부터 공급되는 중온고압의 액체상태인 냉매를 저온저압의 액체인 분무형태로 변화시키는 팽창밸브와, 팽창밸브를 통과한 저온저압의 액체상태인 냉매를 상기한 세정챔버로 공급되는 이산화탄소와 열교환하는 것에 의하여 저온저압의 기체로 변화시켜 상기한 압축기로 공급하는 드라이로 이루어진다.
그러나, 위와 같은 이산화탄소 액화기는 이산화탄소의 낮은 비열에 의해 냉각과 히팅에 의한 온도 제어가 어렵고, 냉각 온도 편차를 초래할 수 있으며, 과냉으로 인해 이동경로, 노즐 등의 표면에 결로가 발생되어 물방울이 탈락되는 현상을 야기한다.
본 발명의 일측면은 일정 온도로 제어되는 액체를 냉매로 하여 이산화탄소를 액화하는 이산화탄소의 액화 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 이산화탄소의 냉매로 사용하는 액체의 온도 제어를 위해 Hot Gas 방식의 냉각기를 채택한 이산화탄소의 액화 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은 필요에 따라 이산화탄소를 액체로 액화하거나, Hot Gas 방식으로 액화하도록 구성되는 이산화탄소의 액화 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은 이산화탄소 또는 액체의 열 교환을 실현하는 판형 열교환기의 보호 케이스를 포함하는 이산화탄소의 액화 장치를 제공한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 이산화탄소의 액화 장치는 일정 온도로 제어되는 액체를 이용하여 이산화탄소를 일정 온도로 액화하는 제1 열교환부; 상기 액체를 일정 온도로 제어하여 상기 제1 열교환부로 배출하는 제2 열교환부; 및 상기 액체를 일정 온도로 제어하기 위한 냉매를 상기 제2 열교환부로 제공하는 냉각부;를 포함한다.
한편, 상기 제1 열교환부는, 상기 이산화탄소가 투입되는 이산화탄소 유입구; 복수 개의 열 교환판이 적층되며, 상기 이산화탄소 유입구를 통해 투입되는 이산화탄소 및 일정 온도의 액체가 복수 개의 열 교환판의 양측으로 각각 유입되고, 상기 이산화탄소 및 상기 액체 간의 열 교환이 이루어져 배출되는 제1 판형 열교환기; 및 상기 제1 판형 열교환기에 의해 일정 온도로 액화된 이산화탄소가 배출되는 이산화탄소 배출구;를 포함하고, 상기 제2 열교환부는, 상기 액체가 저장되는 탱크; 상기 탱크에 저장되어 있는 액체를 흡입 및 토출하여 상기 제1 판형 열교환기 측으로 토출하는 펌프; 및 복수 개의 열 교환판이 적층되며, 상기 제1 판형 열교환기로부터 배출되는 액체 및 상기 냉각부로부터 공급되는 냉매가 복수 개의 열 교환판의 양측으로 각각 유입되고, 상기 액체 및 상기 냉매 간의 열 교환이 이루어져 배출되는 제2 판형 열교환기;를 포함하고, 상기 냉각부는, 상기 냉매를 고온고압의 기체로 변화시키는 압축기; 상기 압축기로부터 공급되는 고온고압의 기체 상태인 냉매를 외부와 열교환시켜 중온고압의 액체로 상변화시키는 응축기; 상기 응축기로부터 공급되는 중온고압의 액체 상태인 냉매를 저온저압의 액체인 분무형태로 변화시키는 팽창밸브; 상기 팽창밸브를 통과한 저온저압의 액체 상태인 냉매를 증발시켜 저온저압의 기체로 변화시켜 상기 압축기로 공급하는 드라이; 및 상기 응축기로부터 공급되는 중온고압의 액체 상태인 냉매를 상기 제2 판형 열교환기로 투입하는 바이패스 밸브;를 포함하고, 상기 이산화탄소의 액화 장치는, 상기 이산화탄소 유입구를 통해 투입되는 이산화탄소의 압력 및 상기 제2 판형 열교환기로부터 배출되는 액체의 온도를 측정한 센서 데이터를 획득하고, 상기 제2 판형 열교환기로부터 배출되는 액체의 온도에 의해 상기 이산화탄소 유입구를 통해 투입되는 이산화탄소로부터 시스템이 요구하는 온도의 이산화탄소 액체의 획득이 가능한지를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 제2 판형 열교환기로부터 배출되는 액체의 온도를 조절하기 위해 상기 제2 판형 열교환기로 상기 응축기로부터 공급되는 냉매가 투입되도록 상기 바이패스 밸브를 개방 제어하는 통합 제어 모듈;을 더 포함하고, 상기 이산화탄소의 액화 장치는, 상기 제1 열교환부 및 상기 냉각부 사이에 마련되며, 복수 개의 열 교환판이 적층되고, 상기 이산화탄소 유입구를 통해 투입되는 이산화탄소 및 상기 냉각부로부터 공급되는 냉매가 복수 개의 열 교환판의 양측으로 각각 유입되고, 상기 이산화탄소 및 상기 냉매 간의 열 교환이 이루어져 배출되는 제3 판형 열교환기;를 더 포함하고, 상기 제3 판형 열교환기는, 유입로 및 유출로가 각각 솔레노이드 밸브에 의해 상기 제1 열교환부 및 상기 냉각부를 구성하는 배관에 설치되고, 상기 통합 제어 모듈은, 상기 탱크에 마련되는 수위 센서로부터 수위 센서 데이터를 획득하고, 상기 탱크의 수위가 기 설정된 수위보다 낮은 경우, 상기 펌프의 구동을 중지하고, 상기 제3 판형 열교환기의 유입로 및 유출로에 각각 설치된 솔레노이드 밸브를 개방 제어하거나, 상기 제2 판형 열교환기로부터 배출되는 액체의 온도를 측정한 센서 데이터를 획득하고, 기 설정된 시간이 경과하는 동안 상기 제2 판형 열교환기로부터 배출되는 액체의 온도가 요구되는 온도에 도달하지 못하는 경우, 상기 펌프의 구동을 중지하고, 상기 제3 판형 열교환기의 유입로 및 유출로에 각각 설치된 솔레노이드 밸브를 개방 제어하여, 상기 이산화탄소 유입구를 통해 투입되는 이산화탄소가 상기 제3 판형 열교환기에서 상기 냉매에 의해 액화되어 상기 이산화탄소 배출구를 통해 배출되도록 할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 액체를 냉매로 함으로써, 이산화탄소(CO2)의 낮은 비열에 의한 종래의 Hot Gas 방식 냉각 사이클의 이산화탄소(CO2) 냉각 온도 편차 발생의 한계를 극복하고, 일정 온도의 이산화탄소(CO2) 액체 생성이 가능할 것이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, Hot Gas 방식으로 액체의 온도를 제어함으로써 정밀한 액체의 온도 제어가 가능한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 필요에 따라 이산화탄소의 액화 방식을 변경하여 다양한 조건 하에서도 안정정인 이산화탄소 액화를 보장할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 보호 덮개에 의해 판형 열교환기로 가해지는 충격을 흡수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 액화 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소의 액화 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 판형 열교환기를 보여주는 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 덮개의 내부 구조를 보여주는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 액화 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 액화 장치(1000)는 투입된 이산화탄소(CO2) 기체를 일정 온도의 이산화탄소(CO2) 액체로 액화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 액화 장치(1000)는 일정 온도의 액체를 냉매로 사용하여 투입된 이산화탄소(CO2)를 냉각할 수 있다. 여기서, 액체는 물 또는 적당한 비열을 가져 온도 제어가 가능한 모든 액체에 해당한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 액화 장치(1000)는 냉매로 사용하는 액체의 온도 제어를 위한 열교환기를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 액화 장치(1000)는 액체를 냉매로 함으로써, 이산화탄소(CO2)의 낮은 비열에 의한 종래의 Hot Gas 방식 냉각 사이클의 이산화탄소(CO2) 냉각 온도 편차 발생의 한계를 극복하고, 일정 온도의 이산화탄소(CO2) 액체 생성이 가능할 것이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 액화 장치(1000)의 각 구성에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 액화 장치(1000)는 제1 열교환부(10), 제2 열교환부(20) 및 냉각부(40)를 포함할 수 있다.
제1 열교환부(10) 및 냉각부(40)는 종래의 Hot Gas 방식 냉각 사이클에 따라 설계되며, 제2 열교환부(20)는 제1 열교환부(10) 및 냉각부(40) 사이에 마련될 수 있다.
제1 열교환부(10)는 이산화탄소 유입구(110), 제1 판형 열교환기(130) 및 이산화탄소 배출구(120)를 포함할 수 있다.
제1 열교환부(10)는 이산화탄소 유입구(110)를 통해 투입되는 이산화탄소(CO2)를 제1 판형 열교환기(130)를 거쳐 이산화탄소 배출구(120)를 통해 배출되도록 함으로써, 투입된 이산화탄소(CO2)를 일정 온도로 액화할 수 있다.
제1 판형 열교환기(130)는 복수 개의 열 교환판이 적층되어 구성되는 한편 각각의 열 교환판을 통한 열교환이 이루어지게 된다. 각각의 열 교환판의 양측을 흐르는 투입된 이산화탄소 또는 액체는 서로 혼합되지 않고 열 교환만 이루어지는 것으로, 시중에서 구입할 수 있는 공지의 제품이다.
본 실시예에서는 제1 판형 열교환기(130)는 이산화탄소 유입구(110)를 통해 투입되는 이산화탄소(CO2) 및 후술하는 제2 열교환부(20)를 통해 투입되는 액체가 유입되어 이산화탄소(CO2)와 액체 간에 열 교환이 이루어지게 한다.
제2 열교환부(20)는 제1 판형 열교환기(130)와 연결 설치되고, 이산화탄소(CO2)의 냉매로 사용되는 탱크(210), 펌프(220) 및 제2 판형 열교환기(230)를 포함할 수 있다.
제2 열교환부(20)는 제1 판형 열교환기(130)를 거쳐 열 교환이 이루어진 액체가 제2 판형 열교환기(230)를 거쳐 일정 온도로 조절된 뒤 다시 제1 판형 열교환기(130)로 투입되도록 할 수 있다. 즉, 제2 열교환부(20)는 제1 판형 열교환기(130)로 일정 온도의 액체를 이산화탄소(CO2)의 냉매로서 공급할 수 있다.
탱크(210)는 이산화탄소(CO2)의 냉매로 사용할 액체가 저장되어 있으며, 펌프(220)는 탱크(210)에 저장되어 있는 액체를 흡입하여 제1 판형 열교환기(130) 및 제2 판형 열교환기(230)로 토출되도록 한다.
제2 판형 열교환기(230)는 제1 판형 열교환기(130)와 같이 복수 개의 열 교환판이 적층되어 열 교환을 실현하는 공지의 제품이 적용될 수 있다.
본 실시예에서는 제2 판형 열교환기(230)는 제1 판형 열교환기(130)로부터 배출되는 액체 및 후술하는 냉각부(40)를 통해 투입되는 냉매가 유입되어 액체와 냉매 간에 열 교환이 이루어지게 한다.
냉각부(40)는 제2 판형 열교환기(230)와 연결 설치되고, 압축기(410), 응축기(420), 팽창밸브(430), 드라이(440) 및 바이패스 밸브(450)를 포함할 수 있다.
제2 열교환부(20)는 종래의 Hot Gas 방식의 냉각 싸이클에 따라 냉매를 냉각하고, 제2 판형 열교환기(230)로 투입되도록 하여 액체를 일정 온도로 제어할 수 있다.
여기서, 압축기(410), 응축기(420), 팽창밸브(430) 및 드라이(440)는 냉각 시스템의 기본적인 형태로 널리 알려져 있는바, 상세 형태나 작동 원리 등에 대한 상세한 설명은 생략한다.
기본적으로, 압축기(410)는 냉매를 고온고압의 기체로 변화시키고, 응축기(420)는 압축기(410)로부터 공급되는 고온고압의 기체상태인 냉매를 외부와 열교환시켜 중온고압의 액체로 상변화시키고, 팽창밸브(430)는 응축기(420)로부터 공급되는 중온고압의 액체상태인 냉매를 저온저압의 액체인 분무형태로 변화시키며, 드라이(440)는 팽창밸브(430)를 통과한 저온저압의 액체상태인 냉매를 증발시키며 주위의 온도를 냉각시키고, 저온저압의 기체로 변화시켜 압축기(410)로 공급할 수 있다. 이처럼, 일반적인 냉각 시스템은 냉매 압축, 냉각, 팽창, 압축의 싸이클로 이루어진다.
본 실시예에서는 Hot Gas 방식의 냉각 싸이클을 채택하여 바이패스 밸브(450)를 더 포함하는데, 바이패스 밸브(450)는 응축기(420)로부터 공급되는 중온고압의 액체상태인 냉매를 제2 판형 열교환기(230)로 투입할 수 있다. 이에 제2 판형 열교환기(230)에서는 액체와 냉매 간에 열 교환이 이루어져 일정 온도의 액체를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 액화 장치(1000)는 이산화탄소 유입구(110)를 통해 투입되는 이산화탄소(CO2)의 압력 및 제2 판형 열교환기(230)로부터 배출되는 액체의 온도 등을 측정한 센서 데이터를 획득하고, 이산화탄소(CO2)의 압력 및 액체의 온도가 시스템이 요구하는 온도의 이산화탄소(CO2) 액체의 획득이 가능한지를 판단하며, 판단 결과에 따라 액체의 온도를 조절하기 위해 제2 판형 열교환기(230)로 냉매가 투입되도록 바이패스 밸브(450)를 제어하는 통합 제어 모듈을 더 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소의 액화 장치(1000)는 종래의 Hot Gas 방식의 냉각 싸이클에 따라 일정 온도의 액체를 획득하고, 일정 온도의 액체를 이산화탄소(CO2)의 냉매로서 공급하여 일정 온도의 이산화탄소(CO2) 액체를 얻을 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소의 액화 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소의 액화 장치(2000)는 도 1에 도시된 이산화탄소의 액화 장치(1000)와 비교하였을 때에 제3 판형 열교환기(330)를 더 포함한다는 점에서 차이가 있을 뿐 나머지 구성 요소는 동일하다. 이하의 설명에서는 제3 판형 열교환기(330)에 대하여 구체적으로 설명하고 나머지 제1 열교환부(10), 제2 열교환부(20) 및 냉각부(40)에 대한 설명은 상술한 것으로 대체한다.
제3 판형 열교환기(330)는 제1 열교환부(10) 및 냉각부(40) 사이에 마련될 수 있다.
제3 판형 열교환기(330)는 제1 판형 열교환기(130) 및 제2 판형 열교환기(230)와 같이 복수 개의 열 교환판이 적층되어 열 교환을 실현하는 공지의 제품이 적용될 수 있다.
본 실시예에서는 제3 판형 열교환기(330)는 이산화탄소 유입구(110)를 통해 투입되는 이산화탄소(CO2) 및 냉각부(40)를 통해 투입되는 냉매가 유입되어 이산화탄소(CO2)와 냉매 간에 열 교환이 이루어지게 한다.
이를 위해, 제3 판형 열교환기(330)의 투입구는 각각 이산화탄소 유입구(110) 및 냉각부(40)가 연결되고, 제3 판형 열교환기(330)의 배출구는 각각 이산화탄소 배출구(120) 및 냉각부(40)가 연결될 수 있다.
여기서, 도 2에는 도시되지 않았으나, 제3 판형 열교환기(330)의 유입로 및 유출로는 각각 솔레노이드 밸브에 의해 제1 열교환부(10) 및 냉각부(40)를 구성하는 배관에 설치될 수 있다.
따라서 솔레노이드 밸브의 동작에 따라 이산화탄소 유입구(110)를 통해 투입되는 이산화탄소(CO2)는 제1 판형 열교환기(130)에서 액체에 의해 액화되거나, 제3 판형 열교환기(330)에서 냉매에 의해 액화될 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 통합 제어 모듈은 탱크(210)에 마련되는 수위 센서로부터 수위 센서 데이터를 획득하고, 탱크(210)의 수위가 기 설정된 수위보다 낮은 경우, 펌프(220)의 구동을 중지하고, 제3 판형 열교환기(330)의 유입로 및 유출로에 각각 설치된 솔레노이드 밸브를 개방할 수 있다.
또는, 통합 제어 모듈은 제2 판형 열교환기(230)로부터 배출되는 액체의 온도 등을 측정한 센서 데이터를 획득하고, 기 설정된 시간이 경과하는 동안 액체의 온도가 요구되는 온도에 도달하지 못하는 경우, 펌프(220)의 구동을 중지하고, 제3 판형 열교환기(330)의 유입로 및 유출로에 각각 설치된 솔레노이드 밸브를 개방할 수 있다.
이와 같은 경우, 이산화탄소 유입구(110)를 통해 투입되는 이산화탄소(CO2)는 제3 판형 열교환기(330)에서 냉매에 의해 액화될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소의 액화 장치(2000)는 이산화탄소(CO2)가 액체에 의해 액화되거나, 냉매에 의해 액화될 수 있도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소의 액화 장치(2000)에 포함되는 제1 판형 열교환기(130) 내지 제3 판형 열교환기(330)는 보호 케이스를 가져 우수한 내구성을 확보할 수 있다. 이와 관련하여 제1 판형 열교환기(130)를 대표로 예를 들어 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 판형 열교환기를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 제1 판형 열교환기(130)는 복수 개의 열 교환판(131)이 적층되어 각 열 교환판(131)을 사이에 두고 이산화탄소(CO2) 및 액체가 각각 유동되는 유동공간이 형성되어 있으며, 이산화탄소(CO2)의 유입 및 유출을 위한 제1 유입로(135) 및 제1 유출로(136)가 형성되고, 액체의 유입 및 유출을 위한 제2 유입로(137) 및 제2 유출로(138)가 형성될 수 있다.
이와 같은 제1 판형 열교환기(130)는 보호 케이스(150)에 삽입될 수 있다.
보호 케이스(150)는 제1 판형 열교환기(130)가 삽입되는 삽입 공간(153) 및 삽입 공간(153)을 차단하도록 형성되는 보호 덮개(160)를 포함할 수 있다.
이때, 보호 덮개(160)는 삽입 공간(153)에 제1 판형 열교환기(130)가 삽입되는 경우, 제1 판형 열교환기(130)에 형성되는 제1 유입로(135), 제1 유출로(136), 제2 유입로(137) 및 제2 유출로(138)와 대응되는 위치에 각각 제1 유입구(165), 제1 유출구(166), 제2 유입구(167) 및 제2 유출구(168)를 형성할 수 있다.
여기에서, 제1 유입구(165), 제1 유출구(166), 제2 유입구(167) 및 제2 유출구(168)는 각각 둘레를 따라 돌기가 형성되고, 제1 유입로(135), 제1 유출로(136), 제2 유입로(137) 및 제2 유출로(138)는 이러한 돌기에 대응하는 홈이 형성되어, 각각 제1 유입구(165), 제1 유출구(166), 제2 유입구(167) 및 제2 유출구(168)와 밀착 삽입됨으로써, 제1 판형 열교환기(130)로 투입되는 기체 또는 액체의 유출을 방지할 수 있다.
한편, 보호 덮개(160)는 삽입 공간(153)으로 가해지는 충격을 흡수하기 위한 충격 흡수 구조를 내부에 형성할 수 있다. 이와 관련하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 덮개의 내부 구조를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 보호 덮개(160)는 상판 플레이트(601), 하판 플레이트(602), 제1 지지 바아(610) 및 제2 지지 바아(620)를 포함한다.
상판 플레이트(601)는 보호 덮개(160)의 상측면을 형성하며, 제1 지지 바아(610) 및 제2 지지 바아(620)에 의해 하판 플레이트(602)의 상측에 이격되어 지지된다.
하판 플레이트(602)는 제1 지지 바아(610) 및 제2 지지 바아(620)에 의하여 상판 플레이트(601)의 하측에 이격되어 제2 인출 플레이트(372)의 하측면을 형성한다.
제1 지지 바아(610)는 다수 개의 관절을 형성하며, 탄성력을 이용하여 상판 플레이트(601) 및 하판 플레이트(602) 사이를 지지한다.
제2 지지 바아(620)는 제1 지지 바아(610)와 대칭 구조를 형성하며, 제1 수평 스프링(651) 및 제2 수평 스프링(652)에 의하여 제1 지지 바아(610)와 이격된 상태로, 상판 플레이트(601) 및 하판 플레이트(602) 사이를 지지한다.
제1 수평 스프링(651)은 제1 지지 바아(610)의 제1 관절(T1)과 제2 지지 바아(620)의 제1 관절(T1) 사이에 설치되어 탄성력을 이용하여 제1 지지 바아(610) 및 제2 지지 바아(620) 사이를 지지한다.
제2 수평 스프링(652)은 제1 지지 바아(610)의 제3 관절과 제2 지지 바아(620)의 제3 관절 사이에 설치되어 탄성력을 이용하여 제1 지지 바아(610) 및 제2 지지 바아(620) 사이를 지지한다.
이와 같은 구조를 갖는 보호 덮개(160)는 외부로부터 가해지는 충격이 제1 판형 열교환기(130)로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 지지 바아(610)는 제1 프레임(611), 제2 프레임(610), 제3 프레임(615), 제4 프레임(616), 수직 스프링(651), 제1 경사 스프링(631) 및 제2 경사 스프링(632)을 포함한다.
제2 지지 바아(620)는 제1 지지 바아(610)와 대칭 구조를 형성하므로, 그 설명은 생략하기로 한다.
제1 프레임(611)은 상판 플레이트(601)의 하측에 회동 가능하도록 연결 설치되고, 제2 프레임(610)과 회동 가능하도록 연결 설치되어 제1 관절(T1)을 형성할 수 있다.
제2 프레임(610)은 제1 프레임(611)과 제1 관절(T1)을 형성하고, 제3 프레임(615)과 회동 가능하도록 연결 설치되어 제2 관절(T2)을 형성하며, 상판 플레이트(601)의 하측면과의 사이에 제1 경사 스프링(631)이 경사지도록 연결 설치된다.
제3 프레임(615)은 제2 프레임(610)과 제2 관절(T2)을 형성하고, 제4 프레임(616)과 회동 가능하도록 연결 설치되어 제3 관절(T3)을 형성하며, 하판 플레이트(602)의 상측면과의 사이에 제2 경사 스프링(632)이 경사지도록 연결 설치된다. 이때, 제3 관절(T3)은 제1 관절(T1)과 같은 축 상에 위치한다.
제4 프레임(616)은 제3 프레임(615)과 제3 관절(T3)을 형성하고, 하부가 제2 지지 바아(620)의 상측에 회동 가능하도록 연결 설치된다.
수직 스프링(651)은 제1 관절(T1) 및 제2 관절(T2) 사이에 설치되어 탄성력을 이용하여 제1 관절(T1) 및 제2 관절(T2) 사이를 지지한다.
제1 경사 스프링(631) 및 제2 경사 스프링(632)은 각각 제1 관절(T1) 및 상판 플레이트(601) 사이, 제1 관절(T1) 및 하판 플레이트(602) 사이를 탄성력을 이용하여 지지한다.
이때, 상판 플레이트(601)의 하측면에는 제1 경사 스프링(631)이 안착될 수 있도록 제1 경사 스프링(631)과 대향하는 면을 형성하는 상판 안착대(605)가 형성되고, 하판 플레이트(602)의 상측면에는 제2 경사 스프링(632)이 안착될 수 있도록 제2 경사 스프링(632)과 대향하는 면을 형성하는 하판 안착대(606)가 형성될 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1000: 이산화탄소의 액화 장치
10: 제1 열교환부
20: 제2 열교환부
40: 냉각부
110: 이산화탄소 유입구
120: 이산화탄소 배출구
130: 제1 판형 열교환기
210: 탱크
220: 펌프
230: 제2 판형 열교환기
410: 압축기
420: 응축기
430: 팽창 밸브
440: 드라이
450: 바이패스 밸브

Claims (2)

  1. 이산화탄소의 액화 장치에 있어서,
    일정 온도로 제어되는 액체를 이용하여 이산화탄소를 일정 온도로 액화하는 제1 열교환부;
    상기 액체를 일정 온도로 제어하여 상기 제1 열교환부로 배출하는 제2 열교환부; 및
    상기 액체를 일정 온도로 제어하기 위한 냉매를 상기 제2 열교환부로 제공하는 냉각부;를 포함하고,
    상기 제1 열교환부는,
    상기 이산화탄소가 투입되는 이산화탄소 유입구;
    복수 개의 열 교환판이 적층되며, 상기 이산화탄소 유입구를 통해 투입되는 이산화탄소 및 일정 온도의 액체가 복수 개의 열 교환판의 양측으로 각각 유입되고, 상기 이산화탄소 및 상기 액체 간의 열 교환이 이루어져 배출되는 제1 판형 열교환기; 및
    상기 제1 판형 열교환기에 의해 일정 온도로 액화된 이산화탄소가 배출되는 이산화탄소 배출구;를 포함하고,
    상기 제2 열교환부는,
    상기 액체가 저장되는 탱크;
    상기 탱크에 저장되어 있는 액체를 흡입 및 토출하여 상기 제1 판형 열교환기 측으로 토출하는 펌프; 및
    복수 개의 열 교환판이 적층되며, 상기 제1 판형 열교환기로부터 배출되는 액체 및 상기 냉각부로부터 공급되는 냉매가 복수 개의 열 교환판의 양측으로 각각 유입되고, 상기 액체 및 상기 냉매 간의 열 교환이 이루어져 배출되는 제2 판형 열교환기;를 포함하고,
    상기 냉각부는,
    상기 냉매를 고온고압의 기체로 변화시키는 압축기;
    상기 압축기로부터 공급되는 고온고압의 기체 상태인 냉매를 외부와 열교환시켜 중온고압의 액체로 상변화시키는 응축기;
    상기 응축기로부터 공급되는 중온고압의 액체 상태인 냉매를 저온저압의 액체인 분무형태로 변화시키는 팽창밸브;
    상기 팽창밸브를 통과한 저온저압의 액체 상태인 냉매를 증발시켜 저온저압의 기체로 변화시켜 상기 압축기로 공급하는 드라이; 및
    상기 응축기로부터 공급되는 중온고압의 액체 상태인 냉매를 상기 제2 판형 열교환기로 투입하는 바이패스 밸브;를 포함하고,
    상기 이산화탄소의 액화 장치는,
    상기 이산화탄소 유입구를 통해 투입되는 이산화탄소의 압력 및 상기 제2 판형 열교환기로부터 배출되는 액체의 온도를 측정한 센서 데이터를 획득하고, 상기 제2 판형 열교환기로부터 배출되는 액체의 온도에 의해 상기 이산화탄소 유입구를 통해 투입되는 이산화탄소로부터 시스템이 요구하는 온도의 이산화탄소 액체의 획득이 가능한지를 판단하고, 상기 판단 결과에 따라 상기 제2 판형 열교환기로부터 배출되는 액체의 온도를 조절하기 위해 상기 제2 판형 열교환기로 상기 응축기로부터 공급되는 냉매가 투입되도록 상기 바이패스 밸브를 개방 제어하는 통합 제어 모듈;을 더 포함하고,
    상기 이산화탄소의 액화 장치는,
    상기 제1 열교환부 및 상기 냉각부 사이에 마련되며, 복수 개의 열 교환판이 적층되고, 상기 이산화탄소 유입구를 통해 투입되는 이산화탄소 및 상기 냉각부로부터 공급되는 냉매가 복수 개의 열 교환판의 양측으로 각각 유입되고, 상기 이산화탄소 및 상기 냉매 간의 열 교환이 이루어져 배출되는 제3 판형 열교환기;를 더 포함하고,
    상기 제3 판형 열교환기는,
    유입로 및 유출로가 각각 솔레노이드 밸브에 의해 상기 제1 열교환부 및 상기 냉각부를 구성하는 배관에 설치되고,
    상기 통합 제어 모듈은,
    상기 탱크에 마련되는 수위 센서로부터 수위 센서 데이터를 획득하고, 상기 탱크의 수위가 기 설정된 수위보다 낮은 경우, 상기 펌프의 구동을 중지하고, 상기 제3 판형 열교환기의 유입로 및 유출로에 각각 설치된 솔레노이드 밸브를 개방 제어하거나, 상기 제2 판형 열교환기로부터 배출되는 액체의 온도를 측정한 센서 데이터를 획득하고, 기 설정된 시간이 경과하는 동안 상기 제2 판형 열교환기로부터 배출되는 액체의 온도가 요구되는 온도에 도달하지 못하는 경우, 상기 펌프의 구동을 중지하고, 상기 제3 판형 열교환기의 유입로 및 유출로에 각각 설치된 솔레노이드 밸브를 개방 제어하여, 상기 이산화탄소 유입구를 통해 투입되는 이산화탄소가 상기 제3 판형 열교환기에서 상기 냉매에 의해 액화되어 상기 이산화탄소 배출구를 통해 배출되도록 하고,
    상기 제1 판형 열교환기 내지 상기 제3 판형 열교환기는,
    각각 삽입 공간 및 상기 삽입 공간을 차단하도록 형성되는 보호 덮개를 포함하는 보호 케이스에 삽입되고,
    상기 보호 덮개는,
    상기 보호 덮개의 상측면을 형성하는 상판 플레이트;
    상기 상판 플레이트의 하측에 이격되는 하판 플레이트;
    다수 개의 관절을 형성하며, 상기 상판 플레이트 및 상기 하판 플레이트 사이를 지지하는 제1 지지 바아;
    상기 제1 지지 바아와 대칭 구조를 형성하며, 상기 제1 지지 바아와 이격된 상태로 상기 상판 플레이트 및 상기 하판 플레이트 사이를 지지하는 제2 지지 바아;
    상기 제1 지지 바아의 제1 관절과 상기 제2 지지 바아의 제1 관절 사이에 설치되어 탄성력을 이용하여 상기 제1 지지 바아 및 상기 제2 지지 바아 사이를 지지하는 제1 수평 스프링; 및
    상기 제1 지지 바아의 제3 관절과 상기 제2 지지 바아의 제3 관절 사이에 설치되어 탄성력을 이용하여 상기 제1 지지 바아 및 상기 제2 지지 바아 사이를 지지하는 제2 수평 스프링;을 포함하고,
    상기 제1 지지 바아 또는 상기 제2 지지 바아는,
    상기 상판 플레이트의 하측에 회동 가능하도록 연결 설치되는 제1 프레임;
    상기 제1 프레임과 회동 가능하도록 연결 설치되어 제1 관절을 형성하고, 상기 상판 플레이트의 하측면과의 사이에 제1 경사 스프링이 경사지도록 연결 설치되는 제2 프레임;
    상기 제2 프레임과 제2 관절을 형성하고, 상기 하판 플레이트의 상측면과의 사이에 제2 경사 스프링이 경사지도록 연결 설치되는 제3 프레임;
    상기 제3 프레임과 제3 관절을 형성하는 제4 프레임; 및
    상기 제1 관절 및 상기 제2 관절 사이에 설치되어 탄성력을 이용하여 상기 제1 관절 및 상기 제2 관절 사이를 지지하는 수직 스프링;을 포함하고,
    상기 상판 플레이트는,
    하측면에 상기 제1 경사 스프링이 안착될 수 있도록 상기 제1 경사 스프링과 대향하는 면을 형성하는 상판 안착대가 형성되고,
    상기 하판 플레이트는,
    상측면에 상기 제2 경사 스프링이 안착될 수 있도록 상기 제2 경사 스프링과 대향하는 면을 형성하는 하판 안착대가 형성되는, 이산화탄소의 액화 장치.

  2. 삭제
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