KR102085080B1 - 아르곤공급시스템 - Google Patents

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Abstract

아르곤공급시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 아르곤공급시스템은 액체 아르곤을 저장하는 저장탱크로부터 기화된 아르곤가스를 공급받아 설정된 온도로 높이는 가열기; 가열기를 통과한 아르곤가스를 저장하는 완충탱크; 및 완충탱크로부터 저장된 아르곤가스를 공급받아 설정된 압력으로 압축시켜 수요처로 공급하는 압축기;를 포함한다.

Description

아르곤공급시스템{ARGON PROVIDING SYSTEM}
본 발명은 아르곤공급시스템에 관한 것이다.
아르곤은 공기 중에 1％ 정도 존재하기 때문에 생산 시 산소 및 질소 대비 10배 이상의 고비용이 사용되고, 공기로부터 수집된 아르곤은 저장탱크에 액화상태로 저장되어 각 수요처(예컨대 제철소 제강공장, 스테인레스공장, 연주공장 등)로 공급될 수 있다.
산소제조 공정 중 액체 아르곤은 대략 ―186℃의 액화상태로 저장탱크에 저장되고, 수요처의 아르곤 사용량이 많아져 아르곤 공급압력이 낮아지는 경우 저장탱크에 저장된 아르곤을 공급하여, 유량 및 압력을 보충해 준다.
이때, 저장탱크 내부에서는 지속적으로 액체 아르곤이 기화되면서 아르곤가스 가스가 발생하고, 저장탱크 내부 압력이 설정값을 초과한 경우 대기로 방출되어야 한다.
이는 고비용을 들여 수집하고 액화시킨 아르곤 손실로 이어지는 문제점이 있다.
관련된 종래기술로서, 한국공개실용신안 제20-1999-0021600호(1999.06.25. 공개)를 참조하기 바란다.
한국공개실용신안 제20-1999-0021600호(1999.06.25. 공개)
본 발명의 실시 예는 저장탱크 내에 발생하는 아르곤가스를 수요처의 공급조건에 맞게 처리하여 공급함으로써, 아르곤가스의 대기 중 배출로 인한 낭비를 줄이고, 시스템의 효율성을 향상시킬 수 있는 아르곤공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액체 아르곤을 저장하는 저장탱크로부터 기화된 아르곤가스를 공급받아 설정된 온도로 높이는 가열기; 상기 가열기를 통과한 상기 아르곤가스를 저장하는 완충탱크; 및 상기 완충탱크로부터 상기 저장된 아르곤가스를 공급받아 설정된 압력으로 압축시켜 수요처로 공급하는 압축기;를 포함하는 아르곤공급시스템이 제공될 수 있다.
상기 저장탱크로부터 상기 액체 아르곤을 공급받아 기화시키는 기화기와, 상기 저장탱크와 상기 기화기를 연결하는 제1공급라인과, 상기 저장탱크, 상기 가열기, 상기 완충탱크 및 상기 압축기를 연결하며, 상기 압축된 아르곤가스를 상기 제1공급라인의 상기 기화기 후단으로 합류시키는 제2공급라인을 더 포함할 수 있다.
상기 제2공급라인의 상기 가열기와 상기 완충탱크 사이로부터 분기되어 상기 제2공급라인의 상기 가열기 전단으로 연결된 제1우회라인과, 상기 제1우회라인에 마련되며, 상기 가열기를 거친 아르곤가스의 온도가 설정값 미만일 경우, 상기 제1우회라인을 통해 상기 아르곤가스가 흘러가도록 개방되는 제1개폐밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 제2공급라인의 상기 압축기 후단으로부터 분기되어 상기 제2공급라인의 상기 압축기 전단으로 연결된 제2우회라인과, 상기 제2우회라인에 마련된 제2개폐밸브와, 상기 제2공급라인의 상기 압축기 후단에 마련되어 상기 압축된 아르곤가스의 유량을 측정하는 유량측정기와, 상기 저장탱크와 연결되어 상기 저장탱크에서 발생한 아르곤가스를 외부로 배출시키는 가스배출라인과, 상기 가스배출라인을 통해 배출되는 아르곤가스의 압력을 측정하는 배출압력측정기를 더 포함하되, 상기 수요처에서 필요로 하는 유량보다 상기 유량측정기에 의해 측정된 유량이 더 크거나, 상기 배출압력측정기에 의해 측정된 아르곤가스의 압력이 설정값보다 낮은 경우, 상기 제2개폐밸브가 개방되어 상기 제2우회라인을 통해 상기 압축된 아르곤가스가 흘러가도록 할 수 있다.
상기 제2공급라인의 상기 압축기 후단에 마련되어 상기 압축된 아르곤가스의 순도를 측정하는 순도측정기와, 상기 제2공급라인의 상기 압축기 후단으로부터 분기된 분기배출라인과, 상기 분기배출라인에 마련된 제3개폐밸브를 더 포함하되, 상기 순도측정기에 의해 측정된 값이 설정값에 비해 낮은 경우, 상기 제3개폐밸브가 개방시켜 상기 압축된 아르곤가스를 상기 분기배출라인을 통해 대기 중으로 배출시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 아르곤공급시스템은 저장탱크 내에 발생하는 아르곤가스를 수요처의 공급조건에 맞게 처리하여 공급함으로써, 아르곤가스의 대기 중 배출로 인한 낭비를 줄이고, 시스템의 효율성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 아르곤공급시스템을 나타낸다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 아르곤공급시스템(100)은 액체 아르곤을 저장하는 저장탱크(110)와, 저장탱크(110)에서 발생한 아르곤가스를 공급받아 설정된 온도로 높이는 가열기(120)와, 가열기(120)를 통과한 아르곤가스를 저장하는 완충탱크(130)와, 완충탱크(130)로부터 저장된 아르곤가스를 공급받아 설정된 압력으로 압축시켜 수요처(102)로 공급하는 압축기(140)를 포함한다.
또, 아르곤공급시스템(100)은 저장탱크(110)로부터 액체 아르곤을 공급받아 기화시키는 기화기(150)와, 저장탱크(110)와 기화기(150)를 연결하는 제1공급라인(L1)과, 저장탱크(110), 가열기(120), 완충탱크(130) 및 압축기(140)를 연결하며, 아르곤가스를 제1공급라인(L1)의 기화기(150) 후단으로 합류시키는 제2공급라인(L2)을 포함한다.
또, 아르곤공급시스템(100)은 제2공급라인(L2)의 가열기(120)와 완충탱크(130) 사이로부터 분기되어 제2공급라인(L2)의 가열기(120) 전단으로 연결된 제1우회라인(L3)과, 제1우회라인(L3)에 마련되며, 가열기(120)를 거친 아르곤가스의 온도가 설정값 미만일 경우, 제1우회라인(L3)을 통해 아르곤가스가 흘러가도록 개방되는 제1개폐밸브(V11)를 포함한다.
또, 아르곤공급시스템(100)은 제2공급라인(L2)의 압축기(140) 후단으로부터 분기되어 제2공급라인(L2)의 압축기(140) 전단으로 연결된 제2우회라인(L4)과, 제2우회라인(L4)에 마련된 제2개폐밸브(V12)와, 제2공급라인(L2)의 압축기(140) 후단에 마련되어 압축된 아르곤가스의 유량을 측정하는 유량측정기(160)와, 저장탱크(110)와 연결되어 저장탱크(110)에서 발생한 아르곤가스를 외부로 배출시키는 가스배출라인(L5)과, 가스배출라인(L5)을 통해 배출되는 아르곤가스의 압력을 측정하는 배출압력측정기(170)를 포함한다.
여기서, 수요처(102)에서 필요로 하는 유량보다 유량측정기(160)에 의해 측정된 유량이 더 크거나, 배출압력측정기(170)에 의해 측정된 아르곤가스의 압력이 설정값보다 낮은 경우, 제2개폐밸브(V12)가 개방되어 제2우회라인(L4)을 통해 압축된 아르곤가스가 흘러가도록 한다.
또, 아르곤공급시스템(100)은 제2공급라인(L2)의 압축기(140) 후단에 마련되어 압축된 아르곤가스의 순도를 측정하는 순도측정기(180)와, 제2공급라인(L2)의 압축기(140) 후단으로부터 분기된 분기배출라인(L6)과, 분기배출라인(L6)에 마련된 제3개폐밸브(V13)를 포함한다.
이하, 각 구성요소에 대해서 동작과 함께 구체적으로 설명한다.
저장탱크(110)는 우수한 단열 소재로 이루어져 있지만, 극저온 상태로 저장탱크(110)에 저장된 액체 아르곤은 필연적으로 그 중 일부가 아르곤가스로 기화된다. 저장탱크(110)에 저장된 아르곤 유체는 예컨대 철을 만드는 제철소 제강공정에 공급될 수 있다.
이때, 저장탱크(110)의 내부 압력은 기화된 아르곤가스에 의해 높아지고, 내부 압력이 설정값을 초과한 경우, 제2공급라인(L2) 상의 제1유체밸브(V1)가 개방되어, 제2공급라인(L2)을 통해 아르곤가스가 공급된다.
가열기(120)는 저장탱크(110)에서 발생한 아르곤가스를 제2공급라인(L2)을 통해 공급받아 설정된 온도로 높인다. 가열기(120)는 수요처(102)의 공급조건에 맞게 열매체와의 열교환에 의해 아르곤가스의 온도를 상승시킬 수 있다. 수요처(102)는 예컨대 제철소 제강공장, 스테인레스공장, 연주공장 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
여기서, 제2공급라인(L2)의 가열기(120)와 완충탱크(130) 사이로부터 분기되어 제2공급라인(L2)의 가열기(120) 전단으로 제1우회라인(L3)이 연결되고, 제2공급라인(L2)의 가열기(120) 후단에 마련된 온도센서(T1)에 의해 측정된 아르곤가스의 온도가 설정값 미만일 경우, 제1개폐밸브(V11)가 개방되어 제1우회라인(L3)을 통해 아르곤가스가 흘러갈 수 있다.
즉, 가열기(120)에 의해 아르곤가스는 열매체와 열교환되어 온도가 상승하게 되는데, 열매체가 가열기(120) 내벽에 착상되어 가열기(120)의 성능이 제대로 작동하지 못하는 경우, 가열기(120)를 거친 아르곤가스의 온도가 설정값보다 낮아질 수 있다. 이 경우, 제1우회라인(L3)을 통해 아르곤가스를 가열기(120)로 다시 돌려보내어 설정값에 맞게 온도가 조절되도록 한다. 이때, 제2공급라인(L2)의 압축기(140) 전단에 마련된 제2유체밸브(V2)는 폐쇄되거나 그 개방 정도가 작을 수 있다.
완충탱크(130)는 가열기(120)를 통과한 아르곤가스를 저장한다. 가열기(120)에 의해 가열된 아르곤가스를 그대로 후술할 압축기(140)로 보내면, 압축기(140)의 흡입압력 변동폭이 커져 초기 압축기(140)의 기동 조건에 문제가 발생할 수 있다. 즉, 압축기(140) 초기 테스트 시 압축기(140)에 트립(trip)이 발생할 수 있다. 완충탱크(130)는 압축기(140) 전단 압력을 일정하게 유지시켜 압축기(140)의 초기 가동을 용이하게 할 수 있다.
압축기(140)는 완충탱크(130)로부터 저장된 아르곤가스를 공급받아 설정된 압력으로 압축시켜 수요처(102)로 공급한다. 이때, 압축기(140)는 수요처(102)의 공급조건에 맞게 아르곤가스를 압축시킬 수 있으며, 다단으로 구성될 수도 있다.
제2우회라인(L4)은 제2공급라인(L2)의 압축기(140) 후단으로부터 분기되어 제2공급라인(L2)의 압축기(140) 전단으로 연결되며, 제2개폐밸브(V12)를 마련한다.
이때, 제2공급라인(L2)의 압축기(140) 후단에 마련되어 압축된 아르곤가스의 유량을 측정하는 유량측정기(160)에 의해 수요처(102)에서 필요로 하는 유량보다 많은 양의 유량이 측정되거나, 배기밸브(V4)가 개방된 상태에서 저장탱크(110)와 연결된 가스배출라인(L5)을 통해 아르곤가스 중 적어도 일부가 배출되는 경우, 배출압력측정기(170)에 의해 측정된 해당 아르곤가스의 압력이 설정값보다 낮은 경우, 제2개폐밸브(V12)가 개방되어 제2우회라인(L4)을 통해 압축된 아르곤가스가 흘러가게 된다. 배출압력측정기(170)는 예컨대 저장탱크(110) 또는 가스배출라인(L5)에 마련될 수 있다.
배출압력측정기(170)에 의해 측정된 아르곤가스의 압력이 설정값보다 낮다는 것은 제2공급라인(L2)을 통해 수요처(102)가 필요로 하는 양에 비해 과도한 아르곤가스 공급이 이루어졌다는 것을 의미한다.
따라서, 유량측정기(160)에 의해 수요처(102)에서 필요로 하는 유량보다 많은 양의 유량이 측정된 것과 마찬가지로 제2개폐밸브(V12)를 개방시켜, 제2우회라인(L4)을 통해 압축기(140)에 의해 압축된 아르곤가스가 흘러가도록 하여 수요처(102)로 공급되는 아르곤가스의 양을 조절하고, 수요처(102)로 일정량의 아르곤가스가 지속적으로 공급되도록 할 수 있다. 이때, 제2공급라인(L2)의 압축기(140) 후단에 마련된 제3유체밸브(V3)는 폐쇄되거나 개방 정도가 작을 수 있다. 또, 수요처(102)에서 필요로 하는 유량보다 많은 양의 유량이 공급되는 경우, 배기밸브(V4)를 개방 정도를 조절하여 아르곤가스 중 일부를 외부로 배출시키는 과정이 수행될 수 있다.
순도측정기(180)는 제2공급라인(L2)의 압축기(140) 후단에 마련되어, 압축기(140)에 의해 압축된 아르곤가스의 순도를 측정한다. 순도측정기(180)에 의해 측정된 값이 설정값에 비해 낮은 경우, 분기배출라인(L6) 상의 제3개폐밸브(V13)가 개방되어 압축된 아르곤가스를 분기배출라인(L6)을 통해 대기 중으로 배출시킨다.
압축기(140)에 의해 압축된 아르곤가스의 순도가 설정값에 비해 높은 경우, 상술한 기화기(150)를 거쳐 기화된 액체 아르곤과 혼합되어 수요처(102)로 공급된다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
110: 저장탱크 120: 가열기
130: 완충탱크 140: 압축기
150: 기화기 160: 유량측정기
170: 배출압력측정기 180: 순도측정기
L1: 제1공급라인 L2: 제2공급라인
L3: 제1우회라인 L4: 제2우회라인
L5: 가스배출라인 L6: 분기배출라인

Claims (5)

  1. 액체 아르곤을 저장하는 저장탱크로부터 기화된 아르곤가스를 공급받아 설정된 온도로 높이는 가열기;
    상기 아르곤가스를 공급받아 설정된 압력으로 압축시켜 수요처로 공급하는 압축기;
    상기 가열기와 상기 압축기 사이에 마련되며, 상기 압축기의 전단 압력을 일정하게 유지시키기 위해 상기 가열기를 통과한 상기 아르곤가스를 저장하는 완충탱크;
    상기 저장탱크, 가열기, 완충탱크 및 압축기를 순차적으로 연결하는 제2공급라인;
    상기 제2공급라인의 상기 압축기 후단으로부터 분기되어 상기 제2공급라인의 상기 압축기 전단으로 연결된 제2우회라인;
    상기 제2우회라인에 마련된 제2개폐밸브;
    상기 저장탱크와 연결되어 상기 저장탱크에서 발생한 아르곤가스를 외부로 배출시키는 가스배출라인; 및
    상기 가스배출라인을 통해 배출되는 아르곤가스의 압력을 측정하는 배출압력측정기;를 포함하되,
    상기 배출압력측정기에 의해 측정된 아르곤가스의 압력이 설정값보다 낮은 경우, 상기 제2개폐밸브가 개방되어 상기 제2우회라인을 통해 상기 압축기에 의해 압축된 아르곤가스가 흘러가도록 하는 아르곤공급시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 상기 액체 아르곤을 공급받아 기화시키는 기화기와,
    상기 저장탱크와 상기 기화기를 연결하는 제1공급라인을 더 포함하며,
    상기 제2공급라인은 상기 제1공급라인의 상기 기화기 후단과 연결되어, 상기 압축기에 의해 압축된 아르곤가스가 상기 제1공급라인의 상기 기화기 후단으로 합류되도록 하는 아르곤공급시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2공급라인의 상기 가열기와 상기 완충탱크 사이로부터 분기되어 상기 제2공급라인의 상기 가열기 전단으로 연결된 제1우회라인과,
    상기 제1우회라인에 마련되며, 상기 가열기를 거친 아르곤가스의 온도가 설정값 미만일 경우, 상기 제1우회라인을 통해 상기 아르곤가스가 흘러가도록 개방되는 제1개폐밸브를 더 포함하는 아르곤공급시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2공급라인의 상기 압축기 후단에 마련되어 상기 압축기에 의해 압축된 아르곤가스의 유량을 측정하는 유량측정기를 더 포함하는 아르곤공급시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2공급라인의 상기 압축기 후단에 마련되어 상기 압축된 아르곤가스의 순도를 측정하는 순도측정기와,
    상기 제2공급라인의 상기 압축기 후단으로부터 분기된 분기배출라인과,
    상기 분기배출라인에 마련된 제3개폐밸브를 더 포함하되,
    상기 순도측정기에 의해 측정된 값이 설정값에 비해 낮은 경우, 상기 제3개폐밸브가 개방시켜 상기 압축된 아르곤가스를 상기 분기배출라인을 통해 대기 중으로 배출시키는 아르곤공급시스템.
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