KR102227156B1 - 판형 열교환기와 이원 냉동기를 이용한 드라이아이스 제조 시스템 - Google Patents

Abstract

상기와 같은 목적을 가진 본 발명 드라이아이스 제조 시스템은 압력 2.3Mpa, 온도 - 20℃ 액체 탄산 기스를 저장하고 판형 열교환기를 전송하는 탄산가스 저장 탱크와, 탄산가스 저장 탱크로부터 - 20℃액체 탄산가스를 순환시키고 드라이아이스로부터 공기중으로 방출되는 기체 드라이아이스(- 75℃)를 순환시켜 열교환하여 온도가 낮아진 액체 탄산 가스를 이원 냉동기로 전송하는 판형 열교환기와, 상기 판형 열교환기로부터 냉각된 탄산 가스를 공급받아서 냉매에 의하여 온도를 낮추어 드라이아이스 머신으로 이원 냉동기와, 이원 냉동기에 냉매를 공급하는 냉매액 저장장치와, 상기 이원 냉동기에 의하여 온도가 낮아진 탄산 가스를 공급받아서 - 75℃드라이아이스를 제조하는 드라이아이스 머신으로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

판형 열교환기와 이원 냉동기를 이용한 드라이아이스 제조 시스템{Dryice Manufacturing System by Using Flat Type Energy Exchanger and Two Stage Cascade Refrigerating Machine}

본 발명은 드라이아이스 제조 장치에 관한 것으로 통상 -78.5℃ 드라이아이스는 내동 및 냉장 식품의 보관 및 운송에 사용되는 냉매로서 육류, 생선 등의 부패를 방지할 수 있는 것이다.

본 발명과 관련된 종래 기술은 대한민국 등록특허 제10-1386246호(2014. 4. 17. 공고)에 게시되어 있는 것이다. 도 1은 상기 종래의 액화 탄소가스 제조 시스템 구성도이다. 상기도 1에서 종래의 액화 탄소가스 제조 시스템은 합성천연가스를 제조시 발생하는 탄소가스를 수집하고, 탄소가스에서 수분 또는 이물질을 분리하여 정제하는 탄소가스 정제부(30)와, 탄소가스 정제부(30)에 연결되어 탄소가스정제부(30)로부터 정제된 탄소가스를 공급받아 압축하는 압축부(40)와, 상기 압축부(40)에 의해 압축되어 고압상태인 상기 탄소가스를 냉각하되, 액화된 합성천연가스가 기화시 발생하는 냉열을 이용하여 상기 탄소가스를 냉각시켜 액화시킬 수 있도록 고압의 상기 탄소가스와 상기 액화된 합성천연가스를 열교환시키는 열교환부(50)와, 열교환부(50)에 연결되어 열교환부(50)에 의해 냉각되어 액화된 상기 탄소가스를 저장하는 저장탱크(60)를 구비한다. 합성천연가스 제조부(20)는 상기 석탄에 산소 및 증기를 반응시켜 수소 및 일산화탄소가 포함된 합성가스를 제조하는 합성가스 제조부(21)와, 합성가스 제조부(21)에 의해 제조된 상기 합성가스에 일산화탄소 및 증기를 반응시켜 수소 및 탄소가스가 포함된 수성가스를 제조하는 수성가스전환부(22)와, 상기 수성가스전환부(22)에 의해 제조된 상기 수성가스에서 황 및 상기 탄소가스를 분리하고, 상기 수성가스로부터 분리된 상기 탄소가스를 상기 압축부(40)로 주입하는 합성가스 정제부(23)와, 합성가스 정제부(23)에 의해 상기 황 및 탄소가스가 제거된 상기 수성가스에 Ni계 촉매를 이용하여 메탄이 포함된 합성천연가스를 제조하는 메탄합성부(24)를 구비한다. 합성가스 제조부(21)는 석탄을 산소, 증기와 반응시키는 가스화기(25)와, 상기 가스와기에 산소를 공급하는 산소공급설비(26)와, 가스화기(25)에 증기를 공급하는 증기공급설비(27)를 구비한다. 가스화기(25)는 내부에 수용된 석탄 중 일부를 연소하여 발생하는 열을 석탄가스화를 진행하기 위한 열로 사용한다. 가스화기(25) 내에 있는 석탄은 산소공급설비(26)를 통해 공급되는 산소와 반응하여 가스화기(25) 내부온도가 1000℃로 상승하면 산소의 공급을 중단하고, 증기공급설비(27)를 통해 가스화기(25) 내부에 가열된 증기를 주입한다. 이때, 석탄의 개질반응에 의해 가스화기(25) 내부의 온도가 내려가면 증기공급설비(27)로부터 증기의 공급을 중단시키고, 산소공급설비(26)를 작동시켜, 산소를 공급하여 가스화기(25) 내부의 석탄을 연소시켜 가스화기(25)내부의 온도를 상승시킨다. 상기 언급된 공정에 의해 합성가스 제조부(21)는 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)인 합성가스가 생성된다. 한편, 합성가스 제조부(21)는 가스화기(25)로부터 배출되는 고온의 합성가스를 냉각하기 위한 열회수기 및 합성가스 내에 포함된 분진을 제거하기 위한 집진기를 더 구비할 수도 있다. 수성가스전환부(22)는 합성가스 제조부(21)를 통해 공급되는 합성가스를 통해 수성가스를 제조한다. 수성가스전환부(22)는 합성가스 내의 일산화탄소(CO)와 증기를 반응시켜 수소와 이산화탄소로 전환시킨다.(CO + H2O → H2+CO2) 수성가스전환부(22)는 H2/CO 의 비가 3 내외가 되도록 합성가스의 성분변환을 조절하는 것이 바람직하다. 이때, 수성가스전환부(22)는 상기 언급된 수성가스를 얻기 위해 내부온도는 350℃~450℃로 유지해야 한다. 또한, 수성가스전환부(22)는 합성가스는 황이 정제되지 않는 가스이므로 Fe, Co의 촉매를 사용할 수 없으므로 Co-Mo촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 합성가스 정제부(23)는 수성가스전환부(22)를 통과한 합성가스를 수집하여 상기 합성가스 내에 포함된 황과 이산화탄소를 분리시킨다. 합성가스 정제부(23)는 후술되는 메탄합성부(24)에서 Ni계 촉매를 사용하므로 합성가스 내의 황화합물 농도를 01ppm 이하로 제거하는 것이 바람직하다. 또한, 합성가스 정제부(23)는 합성가스로부터 분리된 이산화탄소(탄소가스)를 탄소가스 정제부(30)로 배출시킨다. 메탄합성부(24)는 합성가스 정제부(23)를 통해 황 및 이산화탄소가 분리되어 정제된 합성가스를 수집하여 메탄합성천연가스를 제조시 발생하는 탄소가스를 수집하고, 탄소가스에서 수분 또는 이물질을 분리하여 정제하는 탄소가스 정제부(30)와, 탄소가스 정제부(30)에 연결되어 탄소가스정제부(30)로부터 정제된 탄소가스를 공급받아 압축하는 압축부(40)와, 상기 압축부(40)에 의해 압축되어 고압상태인 상기 탄소가스를 냉각하되, 액화된 합성천연가스가 기화시 발생하는 냉열을 이용하여 상기 탄소가스를 냉각시켜 액화시킬 수 있도록 고압의 상기 탄소가스와 상기 액화된 합성천연가스를 열교환시키는 열교환부(50)와, 열교환부(50)에 연결되어 열교환부(50)에 의해 냉각되어 액화된 상기 탄소가스를 저장하는 저장탱크(60)를 구비하는 것이다.

상기와 같이 구성된 종래의 액화 탄소가스 제조 시스템은 효율이 좋지 아니하는 문제점이 있는 것이다. 따라서 본 발명의 목적은 적은 에너지를 사용하면서 짧은 시간에 드라이아이스를 제조하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 가진 본 발명 드라이아이스 제조 시스템은 압력 2.3Mpa, 온도 - 20℃ 액체 탄산 기스를 저장하고 판형 열교환기를 전송하는 탄산가스 저장 탱크와, 탄산가스 저장 탱크로부터 - 20℃액체 탄산가스를 순환시키고 드라이아이스로부터 공기중으로 방출되는 기체 드라이아이스를 순환시켜 열교환하여 온도가 낮아진 액체 탄산 가스를 이원 냉동기로 전송하는 판형 열교환기와, 상기 판형 열교환기로부터 냉각된 탄산 가스를 공급받아서 냉매에 의하여 온도를 낮추어 드라이아이스 머신으로 이원 냉동기와, 이원 냉동기에 냉매를 공급하는 냉매액 저장장치와, 상기 이원 냉동기에 의하여 온도가 낮아진 탄산 가스를 공급받아서 드라이아이스를 제조하는 드라이아이스 머신으로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명 판형 열교환기와 이원 냉동기를 이용한 드라이아이스 제조 시스템은 적은 에너지를 사용하여 드라이아이스를 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한, 본 발명은 드라이아이스 머신에서 버려지는 폐열을 이용하므로 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한, 본 발명은 드라이아이스 제조 시간이 짧은 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래의 액화 탄소가스 제조 시스템 구성도,
도 2는 본 발명 판형 열교환기와 이원 냉동기를 이용한 드라이아이스 제조 시스템 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 적용되는 이원 냉동기 상세 구성도이다.

상기와 같은 목적을 가진 본 발명 판형 열교환기와 이원 냉동기를 이용한 드라이아이스 제조 시스템을 도 2 내지 도 3을 기초로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 판형 열교환기와 이원 냉동기를 이용한 드라이아이스 제조 시스템은 압력 2.3Mpa, 온도 - 20℃ 액체 탄산 기스를 저장하고 판형 열교환기로 전송하는 탄산가스 저장 탱크(100)와, 탄산가스 저장 탱크로부터 - 20℃ 액체 탄산가스를 순환시키고 드라이아이스로부터 공기중으로 방출되는 기체 드라이아이스(- 75℃)를 순환시켜 열교환하여 온도가 낮아진 액체 탄산 가스를 이원 냉동기로 전송하는 판형 열교환기(200)와, 상기 판형 열교환기로부터 냉각된 탄산 가스를 공급받아서 냉매에 의하여 온도를 낮추어 드라이아이스 머신으로 전송하는 이원 냉동기(300)와, 이원 냉동기에 냉매를 공급하는 냉매액 저장장치인 수액기(400)와, 상기 이원 냉동기에 의하여 온도가 낮아진 탄산 가스를 공급받아서 드라이아이스를 제조하는 드라이아이스 머신(500)으로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다. 상기에서 판형 열교환기는 브레이징 타입의 판형 열교환기인 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 상기 드라이아이스 머신(500)은 노즐에 공압 밸브 또는 전자 밸브가 구성되어 이원 냉동기에서 공급되는 탄산 가스의 공급을 조절 가능하도록 구성할 수 있는 것이다.

도 3은 본 발명에 적용되는 이원 냉동기 상세 구성도이다. 상기도 3에서 본 발명에 적용되는 이원 냉동기는 1차 냉동기 회로(310)와 2차 냉동기 회로(310-1)로 구성되고 상기 1차 내동기 회로(310)는 냉매를 저장하고 있는 수액기(312)와, 수액기의 냉매에 포함된 수분을 제거하는 드라이어(314)와, 드라이어의 출력되는 냉매를 순환시켜 2차 내동기 회로의 드라이어에서 출력되고 순환되는 냉매와 열교환하는 캐스 케이드(316)와, 캐스 케이드에서 순환된 냉매에 대하여 기체를 분리하는 액분리기(318)와, 액분리기의 출력을 압축하는 컴퓨레셔(320)와, 상기 컴퓨레셔에서 압축된 냉매에 대하여 흡수된 오일을 분리하는 유분리기(322)와, 유분리기의 출력인 고온의 냉매를 저온으로 낮추어 수액기로 전송하는 콘덴서(324)와, 드라이어 출력 라인에 설치되고 드라이어에서 출력되는 저온의 액체 냉매를 컴퓨레셔 전단의 관로로 전송하고 자체 자체에서 생성되는 압력을 이용하여 컴퓨레셔로 입력되는 냉매의 온도를 낮추어주는 팽창 밸브(326)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 2차 냉동기 회로(310-1)는 1차 냉동기 회로의 캐스 케이드에서 열교환한 냉매가 순환되어 판형 열환기를 순환한 액체 탄산가스와 열교환하는 캐스 케이드(316-1)와, 캐스 케이드를 통과한 냉매를 압축하는 컴퓨레셔(320-1)와, 상기 컴퓨레셔에서 압축된 냉매에 대하여 흡수된 오일을 분리하는 유분리기(322-1)와, 유분리기의 출력인 고온의 냉매를 저온으로 낮추어 수액기로 전송하는 콘덴서(324-1)와, 콘덴서에서 출력된 냉매의 수분을 제거하고 수분이 제거된 냉매를 케스 케이드로 전송하는 드라이어(314-1)와, 1차 냉동기 회로의 캐스 케이드(316)를 통과한 순환 관로에 구성되고 컴퓨레셔(320-1) 전단의 관로에 연결되어 케스 케이드를 통과한 저온의 냉매와 자체 생성되는 압력으로 컴퓨레셔(320-1)로 입력되는 냉매의 온도를 낮추도록 제어하는 전자식 팽창 밸브(326-1)와, 캐스 케이드(316-1) 출력 라인과 콘덴서(324-1) 출력 라인에 연결 구성되어 콘덴서(324-1)에서 출력되는 고압의 냉매에 대하여 20kg 이상인 경우 압력을 흡수하도록 버펑링하는 팽창 탱크(328-1)로 구성된 것을 특징으로 하는 것이다. 상기에서 1차 냉동기 회로와 2차 냉동기 회로의 컴퓨레셔에는 압력을 측정할 수 있는 압력 센서(330, 330-1)가 구성될 수 있는 것이다.

100 : 탄산 가스, 200 : 판형 열교환기,
300 : 이원 내동기, 310 : 1차 냉동기 회로,
312, 312-1 : 수액기, 314-1 : 드라이어,
316, 316-1 : 캐스 케이드, 318, 318-1 : 액분리기,
320, 320-1 : 컴퓨레셔, 322, 322-1 : 유분리기,
324, 324-1 : 콘덴서, 326, 326-1 : 팽창 밸브,
400 : 수액기,
500 : 드라이아이스 머신

Claims (6)

1. 에너지 사용을 줄일 수 있는 열교환기와 이원 냉동기를 이용한 드라이아이스 제조 시스템에 있어서,
   상기 열교환기와 이원 냉동기를 이용한 드라이아이스 제조 시스템은,
   액체 탄산 기스를 저장하고 판형 열교환기로 전송하는 탄산가스 저장 탱크(100)와;
   탄산가스 저장 탱크로부터 액체 탄산가스를 공급받아 순환시키고 드라이아이스로부터 공기중으로 방출되는 기체 드라이아이스를 순환시켜 열교환하여 온도가 낮아진 액체 탄산 가스를 이원 냉동기로 전송하는 것으로 드라이아이스 머신(500) 후단의 저온가스 방출관과 연결되어 있는 브레이징 타입의 판형 열교환기(200)와;
   상기 판형 열교환기로부터 냉각된 탄산 가스를 공급받아서 냉매에 의하여 온도를 낮추어 드라이아이스 머신으로 전송하는 것으로 냉매를 저장하고 있는 수액기(312)와, 수액기의 냉매에 포함된 수분을 제거하는 드라이어(314)와, 드라이어의 출력되는 냉매를 순환시켜 2차 내동기 회로의 드라이어에서 출력되고 순환되는 냉매와 열교환하는 캐스 케이드(316)와, 캐스 케이드에서 순환된 냉매에 대하여 기체를 분리하는 액분리기(318)와, 액분리기의 출력을 압축하는 것으로 압력을 측정할 수 있는 압력 센서(330)가 구비된 컴퓨레셔(320)와, 상기 컴퓨레셔에서 압축된 냉매에 대하여 흡수된 오일을 분리하는 유분리기(322)와, 유분리기의 출력인 고온의 냉매를 저온으로 낮추어 수액기로 전송하는 콘덴서(324)와, 드라이어 출력 라인에 설치되고 드라이어에서 출력되는 저온의 액체 냉매를 컴퓨레셔 전단의 관로로 전송하고 자체 자체에서 생성되는 압력을 이용하여 컴퓨레셔로 입력되는 냉매의 온도를 낮추어주는 팽창 밸브(326)를 포함하여 구성된 1차 냉동기 회로와, 상기 1차 냉동기 회로의 캐스 케이드에서 열교환한 냉매가 순환되어 판형 열환기를 순환한 액체 탄산가스와 열교환하는 캐스 케이드(316-1)와, 캐스 케이드를 통과한 냉매를 압축하는 것으로 압력을 측정하는 압력 센서(330-1)가 구비된 컴퓨레셔(320-1)와, 상기 컴퓨레셔에서 압축된 냉매에 대하여 흡수된 오일을 분리하는 유분리기(322-1)와, 유분리기의 출력인 고온의 냉매를 저온으로 낮추어 수액기로 전송하는 콘덴서(324-1)와, 콘덴서에서 출력된 냉매의 수분을 제거하고 수분이 제거된 냉매를 케스 케이드로 전송하는 드라이어(314-1)와, 1차 냉동기 회로의 캐스 케이드(316)를 통과한 순환 관로에 구성되고 컴퓨레셔(320-1) 전단의 관로에 연결되어 케스 케이드를 통과한 저온의 냉매와 자체 생성되는 압력으로 컴퓨레셔(320-1)로 입력되는 냉매의 온도를 낮추도록 제어하는 전자식 팽창 밸브(326-1)와, 캐스 케이드(316-1) 출력 라인과 콘덴서(324-1) 출력 라인에 연결 구성되어 콘덴서(324-1)에서 출력되는 고압의 냉매에 대하여 20kg 이상인 경우 압력을 흡수하도록 버펑링하는 팽창 탱크(328-1)로 구성된 2차 냉동기 회로로 이루어진 이원 냉동기(300)와;
   이원 냉동기에 냉매를 공급하는 냉매액 저장장치인 수액기(400);
   및 상기 이원 냉동기에 의하여 온도가 낮아진 탄산 가스를 공급받아서 - 75℃드라이아이스를 제조하는 것으로 노즐에 공압 밸브 또는 전자 밸브가 구성되어 이원 냉동기에서 공급되는 탄산 가스의 공급을 조절 가능하도록 구성된 드라이아이스 머신(500)으로 구성된 것을 특징으로 하는 열교환기와 이원 냉동기를 이용한 드라이아이스 제조 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 탄산가스 저장 탱크(100)의 탄산 가스는,
   압력 2.3MPa, 온도 -20℃인 것을 특징으로 하는 열교환기와 이원 냉동기를 이용한 드라이아이스 제조 시스템.
   
   
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