KR102172696B1 - 극저온 액체가스용 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 극저온 액체가스용 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임계온도 -253℃ 이하의 극저온 액화가스인 액체 헬륨 또는 액체 수소 저장탱크의 사용라인(기체 사용 라인 및 액체 사용 라인)에 구비되어, 유체의 흐름을 제어하는 밸브로서, 특히 저온 환경에서 팽창 수축이 반복되면서 성능이 저하되거나 동결에 의해 작동 불능 상태가 되는 것을 방지하도록 구조 개선된 극저온 액체가스용 밸브에 관한 것이다.

Description

극저온 액체가스용 밸브{VALVE FOR CRYOGENIC LIQUID GAS}
본 발명은 극저온 액체가스용 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임계온도 -253℃ 이하의 극저온 액화가스인 액체 헬륨 또는 액체 수소 저장탱크의 사용라인(기체 사용 라인 및 액체 사용 라인)에 구비되어, 유체의 흐름을 제어하는 밸브로서, 특히 저온 환경에서 팽창 수축이 반복되면서 성능이 저하되거나 동결에 의해 작동 불능 상태가 되는 것을 방지하도록 구조 개선된 극저온 액체가스용 밸브에 관한 것이다.
일반적으로, 액화가스는 기체를 냉각 또는 압축하여 액체가 된 상태를 의미하는 것으로, 액화가스는 상온에서 기체를 압축하여 액체가 되는 가스와 상온이 아닌 임계온도 이하로 냉각 및 가압되어 액화되는 압축가스를 포함한다.
극저온 액화가스로는 천연가스, 메탄, 네온, 아르곤, 헬륨, 수소를 예로 들 수 있으며, 이러한 액화가스는 극저온 상태에서 저장 및 운송되므로, 극저온 상태 및 고압의 가스 상태에서도 안정적인 작동이 이루어져야 하는데, 예를 들어, 극저온 액체 헬륨 또는 액체수소는 -253℃ 이하에서 저장 및 운송되고, 액화천연가스는 -196℃ 이하의 극저온 상태에서 저장 및 운반되는 것이므로, 이들 고압 또는 극저온 상태의 액화가스를 저장 및 운송하기 위해서는 이에 특화된 극저온 액화가스용 저장탱크와 밸브가 필요하다.
일반적인 용도의 밸브는 고압 및 극저온 상태의 조건에서 사용할 수 있도록 개발된 것이 아니어서, 빈번한 가스 유출 사고 및 밸브 손상이나 파손이 발생하게 되며, 심각한 경우 유출되는 액화가스의 고압 팽창으로 인한 폭발사고가 발생할 수 있으므로, 상기와 같은 액체 헬륨 또는 액체수소 또는 액화천연가스 등의 극저온 액화가스를 저장 및 운반하기 위한 저장탱크에 결합 사용되는 극저온 액화가스용 밸브는 상온에서 조작 가능한 핸들 및 밸브 축을 통해 고압 극저온 환경에서 개폐 동작하면서 액화가스 흐름을 효과적으로 단속할 수 있도록 구성된다.
이러한 극저온 액화가스용 밸브는 극저온 상태뿐만 아니라 외부 열의 침입으로 팽창하여 초고압 상태가 되므로, 사용압력 250bar 에서도 안정적인 기밀을 유지하면서 작동할 수 있는 밸브가 요구된다.
이와 같은 극저온 액체가스용 밸브의 종래 기술을 예로 들자면, 대한민국 등록실용신안공보 제20-0466162호(이하 문헌 1)와 대한민국 등록특허공보 제10-1294138호(이하 문헌 2)가 있다.
상기 문헌 1은 첨부 도면 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 극저온 유체의 유입 방향을 정하는 체크밸브가 내장된 유입관이 연결된 유입챔버(10)와, 상기 유입챔버 내부에 삽입되어 불순물을 걸러내는 필터(20)와, 상기 유입챔버의 양측에 대칭 형성되어 상기 필터를 통과한 극저온 유체의 흐름을 밸브 핸들로 제어하는 유출밸브(50)로 구성되는 극저온 액화가스용 멀티 밸브에 있어서, 상기 체크밸브(300)는 측면에 다수개의 통공이 형성된 원통체로 형성되며, 상기 체크밸브의 외측에 푸시형 시트(310)가 형성되고, 상기 푸시형 시트(310)는 상기 유입관의 연결방향에 평행하게 이동하며, 상기 체크밸브를 탄성 지지하는 복원 스프링(320)은 상기 유입챔버 내부에 설치되되 상기 푸시형 시트(310)의 외측에 고정 형성되며, 상기 유입챔버 양측에 형성된 유출밸브(50-1, 50-2)의 밸브핸들은 상호 다른 높이로 형성되어 상호 조작에 방해되지 않는 것을 특징으로 하는 극저온 액화가스용 멀티 밸브이다.
그러나, 상기 문헌 1은 밸브에 대한 단열구조가 미비하여 단열 효과가 극히 미약하고, 이로 인해, 외기열에 의한 기화 손실이 많이 발생하게 되는 문제점이 있다.
또한, 상기 문헌 1은 밸브에 대한 단열구조를 포함하여 외부와 격리시키는 별도의 구조가 없으므로, 외부 충격에 의해 쉽게 밸브 부위가 파손되거나 변형되어 동작불능 상태가 되는 문제점이 있다.
한편, 상기 문헌 2는 본원인이 선출원하여 등록받은 기술로서, 첨부 도면 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(11); 상기 하우징(11)의 내부에 수용된 하부 파이프(12); 상기 하부 파이프(12)의 상부에 고정된 상부 파이프(13); 상기 하부 파이프(12) 및 상부 파이프(13)를 통하여 승강 가능하게 설치된 스템(15); 상기 스템(15)의 하부에 고정된 유로 개폐용 디스크(17); 및 상기 스템(15)의 승강에 따라서 상기 유로 개폐용 디스크(17)의 의해 개폐되는 제 1 유로(18a) 및 제 2 유로(18b)가 형성되고, 상기 하우징(11)의 내부에 수용된 유로 형성 동체(18);를 구비하고, 상기 하우징(11)의 내부에 진공이 형성됨으로써, 상기 하우징(11)의 내부에 수용된 상기 유로 형성 동체(18) 및 상기 하부파이프(12)를 상기 하우징(11)의 외부 환경에 대하여 단열시킬 수 있고, 상기 상부 파이프(13)의 내표면과 상기 스템(15)의 외표면 사이에 패킹이 배치되고, 상기 하부 파이프(12)의 상단부의 내부 직경이 상기 상부 파이프(13)의 하단부의 외부 직경 보다 크게 형성됨으로써, 상기 상부 파이프(13)의 하단부가 상기 하부 파이프(12)의 상단부에 삽입될 때, 상기 상부 파이프(13)의 하단부의 외주면과 상기 하부 파이프(12)의 상단부의 내주면 사이에 O 링이 개재되는 극저온 유체용 밸브이다.
상기 문헌 2는 하우징(11)의 내부에 진공 환경을 조성함으로써, 상기 하우징(11)의 내부에 수용된 상기 유로 형성 동체(18) 및 상기 하부파이프(12)를 상기 하우징(11)의 외부 환경에 대하여 단열시킬 수 있으므로, 상기 문헌 1에 비해 단열 효과 및 외부 충격에 대한 안정성을 확보한 기술이다.
그러나, 상기 문헌 2는 단순히 하우징(11) 내부에 진공 환경을 조성한 것에 불과하므로, 단열 효율이 낮은 문제점이 있으며, 이로 인해, 외기열에 의한 기화 손실이 발생하는 것을 완벽히 방지하는데 한계가 있는 것이다.
상기와 같은 극저온 액체가스용 밸브와 관련된 선행 문헌은 다음과 같다.
문헌 1 : 대한민국 등록실용신안공보 제20-0466162호(명칭 : 극저온 액화가스용 멀티 밸브 ; 출원일 : 2010년 12월 15일)
문헌 2 : 대한민국 등록특허공보 제10-1294138호(명칭 : 극저온 유체용 밸브 ; 출원일 : 2011년 10월 07일)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로, 임계온도 -253℃ 이하의 극저온 액화가스인 액체 헬륨 또는 액체 수소 저장탱크의 사용라인(기체 사용 라인 및 액체 사용 라인)에 구비되어, 유체의 흐름을 제어하는 밸브로서, 특히 저온 환경에서 팽창 수축이 반복되면서 성능이 저하되거나 동결에 의해 작동 불능 상태가 되는 것을 방지하도록 구조 개선된 극저온 액체가스용 밸브를 제공함에 목적을 두고 있다.
상기와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은 내부에 개폐부위(11a)가 마련되고, 양단에 액체가스배관(1')(1")이 각각 연결되는 밸브본체부(11); 상기 개폐부위(11a)에 대응하여 밸브본체부(11)의 상방에 연통 고정되는 수직관체부(12); 상기 수직관체부(12)에 인입된 상태로 상기 개폐부위(11a)에 대해 회전 조작에 의해 승강하면서 개폐동작하도록, 양단에 각각 회전노브(13a)와 개폐구(13b)가 마련된 조작부(13); 상기 수직관체부(12) 선단에 결합되면서 조작부(13)가 관통되는 부위의 기밀을 유지시키는 기밀유지부(14); 상기 밸브본체부(11) 양단의 액체가스배관(1')(1") 일부와 수직관체부(12) 일부에 대해 펄라이트 진공 단열구조를 형성하는 펄라이트진공단열부(15); 상기 펄라이트진공단열부(15) 양단에서부터 액체가스배관(1')(1")에 대해 진공 단열 구조를 형성하는 배관진공단열부(16);를 포함하여서 된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 과제해결수단에 의한 본 발명은 상기 밸브본체부(11) 양단의 액체가스배관(1')(1") 일부와 수직관체부(12) 일부에 대해 펄라이트 진공 단열구조인 펄라이트진공단열부(15)와 상기 펄라이트진공단열부(15) 양단에서부터 액체가스배관(1')(1")에 대해 진공 단열 구조인 진공단열부(16)를 형성함으로써, 상기 액체가스배관(1')(1")을 따라 흐르는 액체가스가 외부열에 의해 기화되는 것을 방지함은 물론, 밸브(10) 부위가 저온 환경에서 팽창 수축이 반복되면서 성능이 저하되거나 동결에 의해 작동 불능 상태가 되는 것을 방지하는 효과를 얻는다.
또한, 본 발명은 상기 개폐부위(11a)에 대해 수직 방향으로 마련되면서 밸브본체부(11)와 연통되는 수직관체부(12) 까지 펄라이트 진공 단열구조인 펄라이트진공단열부(15)를 형성함으로써, 상기 수직관체부(12)를 관통하여 회전 조작에 의해 승강하는 조작부(13)가 동결에 의해 작동 불능 상태가 되는 것을 방지하는 효과를 얻는다.
또한, 본 발명은 상기 밸브본체부(11)와 연결되는 액체가스배관(1')(1") 및 조작부(13)를 펄라이트진공단열부(15) 및 수직관체부(12)를 이중으로 감싸고 보호하는 구조로 이루어짐으로써, 상기 밸브(10)의 내구성과 안전성 및 안정성을 향상시키는 효과를 얻는다.
또한, 본 발명은 상기 밸브본체부(11)와 액체가스배관(1')(1")이 연결되는 부위를 펄라이트진공단열부(15) 및 밸브진공단열부(17)로 이중 단열처리함으로써, 상기 밸브(10)에 대해 다각적이면서 입체적인 단열 및 고진공 환경 제공이 가능하도록 하고, 이를 통해, 액체가스의 기화 승압을 억제시켜 자연기화발생을 최소화하는 효과를 얻는다.
도 1은 종래 액화가스 밸브의 일례를 도시한 단면도.
도 2는 종래 액화가스 밸브의 일례를 도시한 단면도.
도 3은 종래 액화가스 밸브의 다른 예를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 구성 내지 구조의 일례를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 구성 내지 구조의 다른 예를 도시한 단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 밸브 개폐동작을 도시한 부분 발췌 단면도.
이와 같이 제시한 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
본 발명인 극저온 액체가스용 밸브(10)는 첨부 도면 도 4에 도시된 바와 같이, 내부에 개폐부위(11a)가 마련되고, 양단에 액체가스배관(1')(1")이 각각 연결되는 밸브본체부(11); 상기 개폐부위(11a)에 대응하여 밸브본체부(11)의 상방에 연통 고정되는 수직관체부(12); 상기 수직관체부(12)에 인입된 상태로 상기 개폐부위(11a)에 대해 회전 조작에 의해 승강하면서 개폐동작하도록, 양단에 각각 회전노브(13a)와 개폐구(13b)가 마련된 조작부(13); 상기 수직관체부(12) 선단에 결합되면서 조작부(13)가 관통되는 부위의 기밀을 유지시키는 기밀유지부(14); 상기 밸브본체부(11) 양단의 액체가스배관(1')(1") 일부와 수직관체부(12) 일부에 대해 펄라이트 진공 단열구조를 형성하는 펄라이트진공단열부(15); 상기 펄라이트진공단열부(15) 양단에서부터 액체가스배관(1')(1")에 대해 진공 단열 구조를 형성하는 배관진공단열부(16);를 포함하여서 된 것일 수 있다.
여기서, 본 발명인 극저온 액체가스용 밸브(10)는 극저온 액체가스 저장탱크의 기체 또는 액체가스의 사용라인에 설치 적용되는 것일 수 있다.
한편, 본 발명 중 상기 액체가스는 산소, 질소, 탄산, 아산화질소, 천연가스, 메탄, 네온, 아르곤, 헬륨, 수소를 포함한 초저온 내지 극초저온 가스일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 밸브본체부(11)는 양단에 액체가스배관(1')(1")이 각각 연결되고, 중간 상방이 천공되어 수직관체부(12)가 고정되는 3방 개방형 공간체일 수 있다.
상기에서 개폐부위(11a)는 밸브본체부(11) 공간 내 중간 부분에 수평 방향으로 통공이 형성된 격벽이, 상기 액체가스배관(1')(11")이 연결되는 양단을 양분하면서 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 밸브본체부(11)는 양단에 액체가스배관(1')(1")이 각각 연결되도록 수평방향으로 관통되고, 중간 상방이 천공되어 수직관체부(12)가 고정되는 3방 개방형 블록체일 수도 있다.
이때, 상기 개폐부위(11a)는 밸브본체부(11) 공간 내 수평방향으로 관통된 중간 부분에 원형 공간이 형성된 것일 수도 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 수직관체부(12)는 일측 단은 밸브본체부(11) 상방에 연통된 상태로 고정되고, 수직방향으로 연장된 타측 단은 플랜지가 형성된 관체일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 조작부(13)는 외부에 노출되는 일측 단에 회전노브(13a)가 마련되고, 상기 밸브본체부(11)에 인입되는 타측 단에 개폐부위(11a)에 대응하여 통공을 개폐시키는 개폐구(13b)가 마련되고, 상기 수직관체부(12)에 위치한 외경 중 일부분은 수직관체부(12) 내경과 나사산에 의해 치합되어, 회전 조작에 의해 승강하는 스템일 수 있다.
이때, 상기 개폐구(13b)는 개폐부위(11a)인 통공에 대해 승강하면서 밀착 또는 이탈하는 차단체일 수 있다.
또한, 상기 조작부(13)는 수직관체부(12) 내경과 밀착된 상태에서, 90도 각도로 제한 회전 조작되는 스템일 수도 있다.
이때, 상기 개폐구(13b)는 개폐부위(11a)인 원형 공간과 밀착된 상태에서, 90도 각도 내에서 제한 회전하면서 상기 밸브본체부(11)의 양단을 연통 또는 차단시키는 볼밸브체일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 기밀유지부(14)는 일측 단에 플랜지가 형성된 관체로서, 상기 수직관체부(12) 선단에 결합되면서 관통 돌출되어 상기 조작부(13)를 지지하면서 기밀을 유지시키는 것일 수 있다.
상기 기밀유지부(14)의 플랜지는 수직관체부(12)의 플랜지와 나사 결합을 통해 밀착되는 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 펄라이트진공단열부(15)는 밸브본체부(11) 양단에 결합되는 액체가스배관(1')(1") 및 수직 고정되는 수직관체(12)의 일부 외경을 감싸서 약 5×10- 2Torr의 진공 밀폐 공간을 형성하는 진공함체(15a); 상기 진공함체(15a) 내에 충전되는 펄라이트(15b);를 포함하여서 된 것일 수 있다.
상기 진공함체(15a)에는 펄라이트가 충전되는 경로 및 진공 환경 조성을 위해 공기 흡입 경로가 외부와 연결되도록 더 마련된 것일 수 있다.
또 한편, 본 발명 중 상기 배관진공단열부(16)는 액체가스배관(1')(1") 측 펄라이트진공단열부(15)에서부터 액체가스배관(1')(1")을 따라 마련되는 외부배관으로서, 약 10-3 Torr의 고진공 환경을 조성하는 것일 수 있다.
상기 배관진공단열부(16)는 액체가스배관(1')(1")과 외부배관 사이 공간에 위치한 면에 반사재인 은박과 차폐재인 특수 단열종이를 사용하여 번갈아 여러 겹으로 감은 후, 약 10-3 Torr의 고진공 환경을 조성한 슈퍼 인슐레이션 단열 처리 구조로 이루어질 수도 있다.
그리고, 본 발명은 첨부 도면 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 펄라이트진공단열부(15)와 밸브본체부(11)를 포함한 액체가스배관(1')(1") 사이에 이중 공간을 형성하여, 밸브진공단열부(17)를 더 마련하여서 된 것일 수도 있다.
상기 밸브진공단열부(17)는 밸브본체부(11)와 액체가스배관(1')(1")을 감싸는 배관으로써, 약 10-3 Torr의 고진공 환경을 조성하는 것일 수 있다.
이때, 상기 밸브진공단열부(17)에는 진공 환경 조성을 위해 외부와 연결되는 공기 흡입 경로가 더 마련된 것일 수 있다.
이와 같이 되는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 내부에 개폐부위(11a)가 마련되고, 양단에 액체가스배관(1')(1")이 각각 연결되는 밸브본체부(11); 상기 개폐부위(11a)에 대응하여 밸브본체부(11)의 상방에 연통 고정되는 수직관체부(12); 상기 수직관체부(12)에 인입된 상태로 상기 개폐부위(11a)에 대해 회전 조작에 의해 승강하면서 개폐동작하도록, 양단에 각각 회전노브(13a)와 개폐구(13b)가 마련된 조작부(13); 상기 수직관체부(12) 선단에 결합되면서 조작부(13)가 관통되는 부위의 기밀을 유지시키는 기밀유지부(14); 상기 밸브본체부(11) 양단의 액체가스배관(1')(1") 일부와 수직관체부(12) 일부에 대해 펄라이트 진공 단열구조를 형성하는 펄라이트진공단열부(15); 상기 펄라이트진공단열부(15) 양단에서부터 액체가스배관(1')(1")에 대해 진공 단열 구조를 형성하는 배관진공단열부(16);를 포함하여서 된 극저온 액체가스용 밸브(10)이다.
여기서, 본 발명인 극저온 액체가스용 밸브(10)는 극저온 액체가스 저장탱크의 기체 또는 액체가스의 사용라인에 설치 적용되는 것이다.
한편, 본 발명 중 상기 액체가스는 산소, 질소, 탄산, 아산화질소, 천연가스, 메탄, 네온, 아르곤, 헬륨, 수소를 포함한 초저온 내지 극초저온 가스이며, 본 발명에서는 극초저온 액체 헬륨, 액체 수소를 실시예로 한다.
또 한편, 본 발명 중 상기 밸브본체부(11)는 양단에 액체가스배관(1')(1")이 각각 연결되고, 중간 상방이 천공되어 수직관체부(12)가 고정되는 공간체이다.
상기에서 밸브본체부(11)와 액체가스배관(1')(1")의 연결부위 및 수직관체부(12)의 고정부위는 패킹이 끼워져 기밀이 유지될 수도 있으며, 상기 각 연결부위의 외경과 내경에 나사산이 형성되어 상호 나선 결합되거나 용접 결합되는 것이 바람직하다.
또한, 상기에서 개폐부위(11a)는 밸브본체부(11) 공간 내 중간 부분에 수평 방향으로 통공이 형성된 격벽이, 상기 액체가스배관(1')(11")이 연결되는 양단을 양분하면서 형성되어, 상기 조작부(13)의 개폐구(13b)의 승강에 의한 차단 이탈상태에서 따라, 상기 액체가스배관(1' ; 유입방향)이 연결된 부분과 액체가스배관(1" ; 배출방향)이 연결된 부분을 연통 또는 차단시킨다.
또 한편, 본 발명 중 상기 수직관체부(12)는 일측 단은 밸브본체부(11) 상방에 연통된 상태로 고정되고, 수직방향으로 연장된 타측 단은 플랜지가 형성된 관체이고, 본 발명 중 상기 조작부(13)는 외부에 노출되는 일측 단에 회전노브(13a)가 마련되고, 상기 밸브본체부(11)에 인입되는 타측 단에 개폐부위(11a)에 대응하여 통공을 개폐시키는 개폐구(13b)가 마련되고, 상기 수직관체부(12)에 위치한 외경 중 일부분은 수직관체부(12) 내경과 나사산에 의해 치합되어, 회전 조작에 의해 승강하는 스템이며, 본 발명 중 상기 기밀유지부(14)는 일측 단에 플랜지가 형성된 관체로서, 상기 수직관체부(12) 선단에 결합되면서 관통 돌출되어 상기 조작부(13)를 지지하면서 기밀을 유지시키는 것이다.
이와 같이 된 본 발명은 첨부 도면 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 회전노브(13a)를 회전 조작할 경우, 상기 개폐구(13b)가 개폐부위(11a)인 통공에 대해 승강하면서 밀착 또는 이탈하면서 액체가스의 흐름을 차단하거나 흐를 수 있도록 한다.
또한, 상기 조작부(13)는 수직관체부(12) 내경과 밀착된 상태에서, 90도 각도로 제한 회전 조작되는 스템으로 이루어지고, 상기 개폐구(13b)는 개폐부위(11a)인 원형 공간과 밀착된 상태에서, 90도 각도 내에서 제한 회전하면서 상기 밸브본체부(11)의 양단을 연통 또는 차단시키는 볼밸브체인 것도 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 수직관체부(12) 내측으로 수직 인입되는 조작부(13)가 외부와 격리된 상태로 수직관체부(12) 내에서 회전 및 승강 동작하고, 상기 기밀유지부(14)의 플랜지와 수직관체부(12) 선단의 플랜지가 밀착 결합되는 것에 의해, 상기 조작부(13)가 관통되는 부위에 대해 기밀이 유지된다.
상기에서 기밀유지부(14)의 플랜지는 수직관체부(12)의 플랜지와 나사 결합을 통해 밀착되는 것으로, 밀착면에 오링 및 기밀유지 패드가 적층되는 것이 바람직하다.
또 한편, 본 발명 중 상기 펄라이트진공단열부(15)는 밸브본체부(11) 양단에 결합되는 액체가스배관(1')(1") 및 수직 고정되는 수직관체(12)의 일부 외경을 감싸서 약 5×10- 2Torr의 진공 밀폐 공간을 형성하는 진공함체(15a); 상기 진공함체(15a) 내에 충전되는 펄라이트(15b);를 포함하여서 된 것이다.
상기 액체가스배관(1')(1")과 수직관체부(12)와 접하는 진공함체(15a)는 용접되어 기밀이 유지되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 진공함체(15a)에는 펄라이트가 충전되는 경로 및 진공 환경 조성을 위해 공기 흡입 경로가 더 마련된 것이다.
또 한편, 본 발명 중 상기 배관진공단열부(16)는 액체가스배관(1')(1") 측 펄라이트진공단열부(15)에서부터 액체가스배관(1')(1")을 따라 마련되는 외부배관으로서, 약 10-3 Torr의 고진공 환경을 조성하는 것이다.
상기 펄라이트진공단열부(15)와 접하는 부위는 용접되어 기밀이 유지되는 것이 바람직하다.
또한, 상기에서 배관진공단열부(16)는 액체가스배관(1')(1")과 외부배관 사이 공간에 위치한 면에 반사재인 은박과 차폐재인 특수 단열종이를 사용하여 번갈아 여러 겹으로 감은 후, 약 10-3 Torr의 고진공 환경을 조성한 슈퍼 인슐레이션 단열 처리 구조로 이루어지는 것도 바람직하다.
참고로, 우리나라의 연평균기온을 20℃로 가정할 경우, 액체가스가 저장되거나 흐르는 경로 내부와 외부의 온도는 비점이 -196℃인 질소는 216℃, -162℃인 LNG는 182℃, 79℃인 액체탄산은 99℃로 상당한 차이가 발생한다. 이러한 현상으로 단열을 통한 진공이 확보되지 못할 경우, 온도의 상승으로 액체상태인 가스가 기화돼 기체상태로 변하게 되면서 질소나 LNG의 경우, 부피가 대략 600~700배 증가해 저장조(10) 내에 엄청난 압력상승이 발생하게 된다.
상기 펄라이트 진공 단열에서 진공용 펄라이트의 열전도율은 펄라이트의 충전밀도에 따라 다소 차이가 있으나, 이상적인 충전 밀도에서의 열전도율은 대기압 초저온하에서 2x10- 2Kcal/m2h℃ 정도로 나타난다. 하지만 대기 온도와 초저온과의 온도차는 200℃ 전후 또는 그 이상이 될 수 있기 때문에 절대적으로 유효하고 경제적인 단열시공을 하여야만 한다.
따라서 이와 같은 문제점을 해결하고 펄라이트 고유의 열전도율 2×10-2Kcal/m2h℃을 보다 효과적으로 이용하기 위해서 펄라이트가 충전된 단열공간을 진공으로 처리하는 펄라이트 진공 단열법을 적용한다.
단열공간 내 진공도가 높으면 높을수록 진공 중에서 공기분자의 확산속도가 늦어지며 열전도를 적게 할 수 있지만 진공도가 지나치게 높으면 경제성이 적고 진공으로서의 의미가 별로 없다.
수차례 실험결과에 의하면 펄라이트 진공 단열 구조의 경우, 일정 정도 진공도 이하에서는 펄라이트 고유의 열전도율에 지배되지만 그 이상의 진공도에서는 일정치의 열전도율을 갖게 된다. 이 조건하에서 경제적으로 유효한 진공도는 5×10-2Torr로, 이때의 펄라이트 진공단열의 열전도율은 2.4×10- 2Kcal/m2h℃로 되어, 펄라이트 진공단열은 상압 펄라이트 침입 열량에 비하여 1/10로 감소된다.
또한, 상기 진공 단열 구조 특히 슈퍼 인슐레이션 단열 구조는 내용적에 비하여 표면적의 비가 큰 경우나 액체헬륨(LHe), 액체수소(LH2) 등과 같은 극저온 저장용기에 적합하다.
슈퍼 인슐레이션 단열법은 전도, 대류 및 복사에 의한 열의 이동을 최소한으로 줄이도록 고안된 것으로, 펄라이트 진공단열의 단열두께에 비하여 약 1/10정도의 두께로 되므로 경량화 소형화에 적합하므로, 펄라이트 진공 단열과 복합 적용하는 것이 바람직하다.
슈퍼 인슐레이션 단열법은 공기를 매체로 하여 생기는 대류열을 차단하기 위하여 펄라이트 진공 단열보다도 고진공으로 만든다. 단열재는 펄라이트 대신에 다층 단열재인 반사판을 여러 겹으로 액체가스배관(1')(1") 외부면에 감아둔 것으로 이 반사판은 액체가스배관(1')(1")에만 접촉하며 외부 배관 내벽에는 접촉되지 않도록 하는 것이 더 바람직하다. 이들 반사판은 외부에서 들어오는 복사열을 반사판의 각층에 의해 감온시켜 외부에서 내조로 들어오는 복사열을 크게 줄여주는데 효과적이다. 외부에서의 복사열은 반사판의 각층에 의하여 감온되어 외부에서 내조에 이르는 복사열을 크게 줄여준다.
그리고, 본 발명은 첨부 도면 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 펄라이트진공단열부(15)와 밸브본체부(11)를 포함한 액체가스배관(1')(1") 사이에 이중 공간을 형성하여, 밸브진공단열부(17)를 더 마련하여서 된 것으로, 상기 밸브진공단열부(17)는 밸브본체부(11)와 액체가스배관(1')(1")을 감싸는 배관으로써, 약 10-3 Torr의 고진공 환경을 조성한다.
이때, 상기 밸브진공단열부(17)를 구성하는 배관은 밸브본체부(11)와 펄라이트진공단열부(15)에 연결되는 부위가 용접되어 기밀이 유지되는 것일 수 있다.
이와 같이 되는 본 발명은 상기 밸브본체부(11)와 연결되는 액체가스배관(1')(1") 및 조작부(13)를 펄라이트진공단열부(15) 및 수직관체부(12)를 이중으로 감싸고 보호하는 구조로 이루어짐으로써, 상기 밸브(10)의 내구성과 안전성 및 안정성을 향상시킨다.
또한, 상기 밸브본체부(11)와 액체가스배관(1')(1")이 연결되는 부위를 펄라이트진공단열부(15) 및 밸브진공단열부(17)로 이중 단열처리함으로써, 상기 밸브(10)에 대해 다각적이면서 입체적인 단열 및 고진공 환경 제공이 가능하도록 하고, 이를 통해, 액체가스의 기화 승압을 억제시켜 자연기화발생을 최소화하는 것이 가능하다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.
그 밖에도, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10 : 극저온 액체가스용 밸브 11 : 밸브본체부
11a : 개폐부위 12 : 수직관체부
13 : 조작부 13a : 회전노브
13b : 개폐구 14 : 기밀유지부
15 : 펄라이트진공단열부 15a :진공함체
15b : 펄라이트 16 : 배관진공단열부
17 : 밸브진공단열부 1',1" : 액ㅋ 체가스배관

Claims (7)

  1. 극저온 액체가스용 밸브(10)에 있어서,
    내부에 개폐부위(11a)가 마련되고, 양단에 액체가스배관(1')(1")이 각각 연결되는 밸브본체부(11);
    상기 개폐부위(11a)에 대응하여 밸브본체부(11)의 상방에 연통 고정되는 수직관체부(12);
    상기 수직관체부(12)에 인입된 상태로 상기 개폐부위(11a)에 대해 회전 조작에 의해 승강하면서 개폐동작하도록, 양단에 각각 회전노브(13a)와 개폐구(13b)가 마련된 조작부(13);
    상기 수직관체부(12) 선단에 결합되면서 조작부(13)가 관통되는 부위의 기밀을 유지시키는 기밀유지부(14);
    상기 밸브본체부(11) 양단의 액체가스배관(1')(1") 일부와 수직관체부(12) 일부에 대해 펄라이트 진공 단열구조를 형성하는 펄라이트진공단열부(15);
    상기 펄라이트진공단열부(15) 양단에서부터 액체가스배관(1')(1")에 대해 진공 단열 구조를 형성하는 배관진공단열부(16);
    상기 펄라이트진공단열부(15)와 밸브본체부(11)를 포함한 액체가스배관(1')(1") 사이에 이중 공간으로 이루어진 밸브진공단열부(17); 를 포함하여,
    상기 밸브본체부(11) 및 액체가스배관(1')(1")와 수직관체부(12)의 연결부위에 대해 1차로 밸브진공단열부(17) 2차로 펄라이트진공단열부(15)가 이중 단열 밀폐 처리하고, 상기 수직관체부(12)를 펄라이트진공단열부(15)가 단열 밀폐 처리하여서 된 것,
    을 특징으로 하는 극저온 액체가스용 밸브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체가스는 액체헬륨 또는 액체수소인 것,
    을 특징으로 하는 극저온 액체가스용 밸브.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 펄라이트진공단열부(15)는 밸브본체부(11) 양단에 결합되는 액체가스배관(1')(1") 및 수직 고정되는 수직관체(12)의 일부 외경을 감싸서 5×10-2Torr의 진공 밀폐 공간을 형성하는 진공함체(15a);
    상기 진공함체(15a) 내에 충전되는 펄라이트(15b); 를 포함하여서 된 것,
    을 특징으로 하는 극저온 액체가스용 밸브.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 배관진공단열부(16)는 액체가스배관(1')(1") 측 펄라이트진공단열부(15)에서부터 액체가스배관(1')(1")을 따라 마련되는 외부배관으로서, 10-3 Torr의 고진공 환경을 조성하는 것,
    을 특징으로 하는 극저온 액체가스용 밸브.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 배관진공단열부(16)는 액체가스배관(1')(1")과 외부배관 사이 공간에 위치한 면에 반사재인 은박과 차폐재인 특수 단열종이를 사용하여 번갈아 여러 겹으로 감은 후, 10-3 Torr의 고진공 환경을 조성한 슈퍼 인슐레이션 단열 처리 구조로 이루어진 것,
    을 특징으로 하는 극저온 액체가스용 밸브.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 극저온 액체가스용 밸브(10)는 극저온 액체가스 저장탱크의 기체 또는 액체가스의 사용라인에 설치 적용되는 것,
    을 특징으로 하는 극저온 액체가스용 밸브.
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