KR102461916B1 - 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템은, 액상 극저온 물질을 저장 및 공급하는 액상 극저온 물질 공급부; 액상 극저온 물질 공급부와 연결되어 액상 극저온 물질 공급부로부터 액상 극저온 물질을 공급받고, 액상 극저온 물질이 기상 극저온 물질 및 고상 극저온 물질로 상변화되면서 액상 극저온 물질과 고상 극저온 물질이 혼재하는 제1 슬러시 극저온 물질이 생성되는 상변화부; 상변화부와 연결되고, 상변화부의 압력을 조절하여 액상 극저온 물질 공급부로부터 상변화부로 공급된 액상 극저온 물질의 상변화를 유발하는 압력 조절부; 상변화부와 연결되고, 상변화부에 에너지를 가하여 제1 슬러시 극저온 물질에 포함된 고상 극저온 물질의 입자를 분쇄함으로써, 상변화부에서 액상 극저온 물질과 분쇄된 입자를 갖는 고상 극저온 물질이 혼재하는 제2 슬러시 극저온 물질이 생성되도록 하는 입자 분쇄부; 및 상변화부와 연결되고, 상변화부로부터 제2 슬러시 극저온 물질을 공급받아서 저장하는 슬러시 극저온 물질 저장부를 포함한다.
Description
본 발명은 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템에 대한 것이다.
세계는 석유와 석탄 등 화석 에너지의 기반의 경제 구조에서 살고 있다. 그러나, 세계 인구가 증가하고 각 나라의 경제가 성장함에 따라, 화석 에너지의 사용이 급증하여 환경 오염 및 지구 온난화에 대한 문제점이 야기되고 있다. 특히, 현재 에너지원으로 가장 많이 사용되고 있는 석유 자원에 대한 공급 불안정성을 대비하여야 한다. 즉, 화석 에너지의 사용에 따른 환경 오염과 자원 무기화를 대비함과 동시에 지속적인 경제 성장을 모색할 필요가 있다.
그러나, 효율적인 에너지 사용과 환경 보존 문제는 서로 유기적으로 연결되어 있으므로, 기존의 화석 에너지를 효율적으로 사용하여야 하며, 동시에 청정 에너지를 적절히 사용하여 에너지의 공급 문제를 해결하여야 한다. 이를 위해, 최근 화석 에너지가 아닌 청정 에너지원으로서 액체수소, 천연가스 등과 같은 극저온 물질을 사용하는 연구가 부각되고 있다.
이러한 극저온 물질 중에서도 수소는 연료전지의 전기화학 반응에 의해 열과 전기를 생산할 수 있으며, 연소하여도 공해를 야기하지 않는 장점이 있다. 또한, 지구 표면의 약 70%를 차지하는 물을 전기 분해하여 수소를 생산할 수 있으며, 에너지 공급 후 부산물이 물로서 재순환이 가능한 청정 에너지원이다.
한편, 수소는 단위 부피당 에너지 밀도가 낮기 때문에, 단위 부피당 에너지가 낮다. 이로 인해, 수소를 대용량으로 저장하는 것이 어렵다는 문제가 있다. 따라서, 수소를 연료로서 사용하기 위한 핵심 기술 중 하나가 바로 저장 기술이다.
수소를 대용량으로 저장하기 위해서는 수소의 밀도를 증가시켜서 수소의 저장 밀도를 높여야 한다.
이때, 수소의 밀도를 증가시켜서 수소의 저장 밀도를 높일 수 있는 수소 저장 방법은 일 예로, 기체수소를 고압으로 압축하여 압축된 기체수소를 특수 내압 저장 탱크의 내부에 저장하는 방법, 기체수소로부터 액화된 액체수소를 극저온용 특수 단열 저장 용기의 내부에 저장하는 방법 등이 있다.
기체수소를 고압으로 압축하여 저장하는 방법은 기체수소를 700bar 이상의 압력으로 압축시키는 과정에서 많은 양의 에너지가 소모되고, 저장량의 한계, 고압 저장 용기의 경제성 등으로 인해 대용량 저장에 한계가 있다는 문제가 있다.
또한, 기체수소를 액화시켜서 액체수소로 저장하는 방법은 액체수소의 낮은 비등점으로 인해 액체수소가 증발하여 증발가스가 발생하기 쉽고, 이러한 증발가스는 보관상 안전성을 저하시키는 문제가 있다. 뿐만 아니라, 증발가스의 발생을 최소화하기 위한 저장용기의 단열 기술이 요구되는 문제가 있다.
한편, 이러한 문제를 해결하기 위해, 액체수소와 같은 액상 극저온 물질을 슬러시화하여 저장하는 슬러시 생산 시스템이 제안되었다. 종래의 슬러시 수소 생산 시스템은 액상의 극저온 물질이 동결 융해법을 통해 슬러시화되어 슬러시 극저온 물질이 생산되도록 구비된다. 동결 융해법을 이용하여 슬러시 극저온 물질을 생산하는 방법에 대하여 간략히 설명하면, 단열 용기의 내부에 액체수소와 같은 액상 극저온 물질이 공급되고, 이러한 액상 극저온 물질이 삼중점 부근까지 감압되면, 액상 극저온 물질의 표면에서 일부는 기체수소와 같은 기상 극저온 물질로 증발된다. 이때 발생하는 증발 잠열을 통해 액상 극저온 물질의 온도가 낮아짐으로써, 액상 극저온 물질의 표면 또는 단열 용기의 외벽에서 고체수소와 같은 고상 극저온 물질이 결정화된다.
그러나, 액상 극저온 물질의 표면 또는 단열 용기의 외벽에서 고상 극저온 물질이 결정화되고, 결정 전파가 진행되면, 액상 극저온 물질의 표면에 결정화된 고체 입자가 액상 극저온 물질의 증발을 방해하는 요소가 된다. 또한, 단열 용기의 외벽에 결정화된 고체 입자의 경우, 단열 용기의 내부에서 액상 극저온 물질에 대한 단열재 역할을 수행하기 때문에, 고체 비율이 소정 비율 이상으로 증가하는 것이 어렵다는 문제가 있다.
한편, 이러한 문제를 해결하기 위해, 교반기를 이용하여 단열 용기의 내부에 와류를 형성하면, 액상 극저온 물질의 표면의 고체 입자가 액상 극저온 물질의 증발을 방해하는 것이 최소화될 수는 있으나, 단열 용기의 간극에서 발생하는 누설 문제로 인해 폭발의 위험성이 있다는 문제가 있다.
따라서, 종래에 비해 고체 비율이 향상된 슬러시 극저온 물질을 효율적으로 생산할 수 있고, 종래에 비해 높은 저장 밀도로 극저온 물질을 대량 저장할 수 있으며, 극저온 물질을 안정적으로 장기간 저장할 수 있는 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템이 필요한 실정이다.
본 발명의 실시예들은 상술한 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 종래에 비해 고체 비율이 향상된 슬러시 극저온 물질을 효율적으로 생산할 수 있고, 종래에 비해 높은 저장 밀도로 극저온 물질을 대량 저장할 수 있으며, 극저온 물질을 안정적으로 장기간 저장할 수 있는 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액상 극저온 물질을 저장 및 공급하는 액상 극저온 물질 공급부; 상기 액상 극저온 물질 공급부와 연결되어 상기 액상 극저온 물질 공급부로부터 상기 액상 극저온 물질을 공급받고, 상기 액상 극저온 물질이 기상 극저온 물질 및 고상 극저온 물질로 상변화되면서 상기 액상 극저온 물질과 상기 고상 극저온 물질이 혼재하는 제1 슬러시 극저온 물질이 생성되는 상변화부; 상기 상변화부와 연결되고, 상기 상변화부의 압력을 조절하여 상기 액상 극저온 물질 공급부로부터 상기 상변화부로 공급된 상기 액상 극저온 물질의 상변화를 유발하는 압력 조절부; 상기 상변화부와 연결되고, 상기 상변화부에 에너지를 가하여 상기 제1 슬러시 극저온 물질에 포함된 상기 고상 극저온 물질의 입자를 분쇄함으로써, 상기 상변화부에서 상기 액상 극저온 물질과 분쇄된 입자를 갖는 상기 고상 극저온 물질이 혼재하는 제2 슬러시 극저온 물질이 생성되도록 하는 입자 분쇄부; 및 상기 상변화부와 연결되고, 상기 상변화부로부터 상기 제2 슬러시 극저온 물질을 공급받아서 저장하는 슬러시 극저온 물질 저장부를 포함하는, 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 압력 조절부의 후단에서 상기 액상 극저온 물질 공급부와 상기 상변화부 사이를 연결하는 극저온 물질 재액화부를 더 포함하고, 상기 극저온 물질 재액화부는, 상기 상변화부로부터 상기 기상 극저온 물질을 공급받고, 상기 상변화부로부터 공급된 기상 극저온 물질을 액화시켜서 상기 액상 극저온 물질 공급부로 공급할 수 있다.
또한, 상기 상변화부는, 내부에 상기 액상 극저온 물질의 상변화가 수행될 수 있는 공간을 구비하는 내측 챔버; 상기 내측 챔버의 외측에 구비되고, 상기 내측 챔버와 이격 배치되는 외측 챔버; 및 상기 내측 챔버와 상기 외측 챔버 사이에 구비되는 진공 단열 부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬러시 극저온 물질 저장부는, 상기 내측 챔버로부터 배출되는 상기 제1 슬러시 극저온 물질 및 상기 제2 슬러시 극저온 물질 중 적어도 하나가 유동하는 슬러시 극저온 물질 배출관; 일 단부가 상기 슬러시 극저온 물질 배출관과 연결되는 슬러시 극저온 물질 이송 라인; 및 상기 슬러시 극저온 물질 이송 라인의 타 단부에 연결되는 슬러시 극저온 물질 저장 용기를 포함하고, 상기 슬러시 극저온 물질 배출관은, 일 단부가 상기 내측 챔버의 내측에 배치되고, 타 단부가 상기 외측 챔버의 외측에 배치되는 제1 배출부; 및 상기 제1 배출부로부터 분기되는 제2 배출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 입자 분쇄부는, 상기 제1 배출부에 연결되고, 초음파 신호를 발생시키는 초음파 발생 장치; 상기 제1 배출부에 연결되고, 상기 초음파 발생 장치와 전기적으로 연결되며, 상기 초음파 발생 장치에서 발생되는 상기 초음파 신호에 의해 초음파 진동을 발생시키는 초음파 진동자; 및 상기 초음파 발생 장치와 전기적으로 연결되어 상기 초음파 발생 장치를 제어하는 장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 압력 조절부는, 일 단부가 상기 내측 챔버에 연결되는 압력 조절 라인; 및 상기 압력 조절 라인의 타 단부와 연결되고, 상기 내측 챔버의 내부를 감압시키는 진공 펌프를 포함할 수 있다.
또한, 상기 극저온 물질 재액화부는, 상기 내측 챔버로부터 배출되는 상기 기상 극저온 물질이 유동하는 기상 극저온 물질 회수 라인; 상기 기상 극저온 물질 회수 라인에 연결되는 기상 극저온 물질 압축기; 상기 기상 극저온 물질 회수 라인에 연결되고, 상기 기상 극저온 물질 압축기의 후단에 구비되는 기상 극저온 물질 열교환기; 및 상기 기상 극저온 물질 열교환기의 후단에 연결되는 기상 극저온 물질 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 액상 극저온 물질을 저장 및 공급하는 액상 극저온 물질 공급부; 냉각매체를 저장 및 공급하는 냉각매체 공급부; 상기 액상 극저온 물질 공급부 및 상기 냉각매체 공급부와 연결되고, 상기 액상 극저온 물질 공급부로부터 공급되는 상기 액상 극저온 물질이 상기 냉각매체 공급부로부터 공급되는 상기 냉각매체에 의해 과냉각되며, 과냉각된 상기 액상 극저온 물질이 기상 극저온 물질 및 고상 극저온 물질로 상변화되면서 상기 액상 극저온 물질과 상기 고상 극저온 물질이 혼재하는 제1 슬러시 극저온 물질이 생성되는 상변화부; 상기 상변화부와 연결되고, 상기 상변화부의 압력을 조절하여 상기 액상 극저온 물질 공급부로부터 상기 상변화부로 공급된 상기 액상 극저온 물질의 상변화를 유발하는 압력 조절부; 상기 상변화부와 연결되고, 상기 상변화부에 에너지를 가하여 상기 제1 슬러시 극저온 물질에 포함된 상기 고상 극저온 물질의 입자를 분쇄함으로써, 상기 상변화부에서 상기 액상 극저온 물질과 분쇄된 입자를 갖는 상기 고상 극저온 물질이 혼재하는 제2 슬러시 극저온 물질이 생성되도록 하는 입자 분쇄부; 및 상기 상변화부와 연결되고, 상기 상변화부로부터 상기 제2 슬러시 극저온 물질을 공급받아서 저장하는 슬러시 극저온 물질 저장부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 압력 조절부의 후단에서 상기 액상 극저온 물질 공급부와 상기 상변화부 사이를 연결하는 극저온 물질 재액화부를 더 포함하고, 상기 극저온 물질 재액화부는, 상기 상변화부로부터 상기 기상 극저온 물질을 공급받고, 상기 상변화부로부터 공급된 기상 극저온 물질을 액화시켜서 상기 액상 극저온 물질 공급부로 공급할 수 있다.
또한, 상기 압력 조절부의 전단에서 상기 상변화부와 상기 냉각매체 공급부 사이를 연결하는 냉각매체 재액화부를 더 포함하고, 상기 냉각매체 재액화부는, 상기 상변화부로부터 상기 액상 극저온 물질과 열교환된 상기 냉각매체를 공급받아 액화시켜서 상기 냉각매체 공급부로 공급할 수 있다.
또한, 상기 상변화부는, 내부에 상기 액상 극저온 물질의 상변화가 수행될 수 있는 공간을 구비하는 내측 챔버; 상기 내측 챔버의 외측에 구비되고, 상기 내측 챔버와 이격 배치되는 외측 챔버; 상기 내측 챔버 및 상기 외측 챔버 사이에 구비되는 중간 챔버 및 상기 중간 챔버 및 상기 외측 챔버 사이에 구비되는 진공 단열 부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각매체 공급부는, 상기 냉각매체를 상기 액상 극저온 물질의 과냉각에 필요한 온도로 냉각시키는 냉각매체 공급 장치; 상기 냉각매체 공급 장치와 상기 내측 챔버 사이를 연결하고, 상기 냉각매체 공급 장치에서 냉각된 상기 냉각매체를 상기 내측 챔버의 외측면 및 상기 중간 챔버의 내측면 사이로 공급하는 냉각매체 공급 라인; 및 상기 냉각매체 공급 라인에 설치되는 냉각매체 펌프를 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬러시 극저온 물질 저장부는, 상기 내측 챔버로부터 배출되는 상기 제1 슬러시 극저온 물질 및 상기 제2 슬러시 극저온 물질 중 적어도 하나가 유동하는 슬러시 극저온 물질 배출관; 및 상기 슬러시 극저온 물질 배출관에 연결되는 슬러시 극저온 물질 저장 용기를 포함하고, 상기 슬러시 극저온 물질 배출관은, 일 단부가 상기 내측 챔버의 내측에 배치되고, 타 단부가 상기 외측 챔버의 외측에 배치되는 제1 배출부; 및 상기 제1 배출부로부터 분기되는 제2 배출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 입자 분쇄부는, 상기 제1 배출부의 상기 타 단부에 연결되고, 초음파 신호를 발생시키는 초음파 발생 장치; 상기 제1 배출부의 상기 일 단부에 연결되고, 상기 초음파 발생 장치와 전기적으로 연결되며, 상기 초음파 발생 장치에서 발생되는 상기 초음파 신호에 의해 초음파 진동을 발생시키는 초음파 진동자; 및 상기 초음파 발생 장치와 전기적으로 연결되어 상기 초음파 발생 장치를 제어하는 제어하는 제어 장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 압력 조절부는, 일 단부가 상기 내측 챔버에 연결되는 압력 조절 라인; 및 상기 압력 조절 라인의 타 단부와 연결되고, 상기 내측 챔버의 내부를 감압시키는 진공 펌프를 포함할 수 있다.
또한, 상기 극저온 물질 재액화부는, 상기 내측 챔버로부터 배출되는 상기 기상 극저온 물질이 유동하는 기상 극저온 물질 회수 라인; 상기 기상 극저온 물질 회수 라인에 연결되는 기상 극저온 물질 압축기; 상기 기상 극저온 물질 회수 라인에 연결되고, 상기 기상 극저온 물질 압축기의 후단에 구비되는 기상 극저온 물질 열교환기; 및 상기 기상 극저온 물질 열교환기의 후단에 연결되는 기상 극저온 물질 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각매체 재액화부는, 상기 중간 챔버로부터 배출되는 상기 냉각매체가 유동하는 냉각매체 회수 라인; 상기 냉각매체 회수 라인에 연결되는 냉각매체 압축기; 상기 냉각매체 회수 라인에 연결되고, 상기 냉각매체 압축기의 후단에 구비되는 냉각매체 열교환기; 및 상기 냉각매체 열교환기의 후단에 연결되는 냉각매체 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 종래에 비해 고체 비율이 향상된 슬러시 극저온 물질을 효율적으로 생산할 수 있고, 종래에 비해 높은 저장 밀도로 극저온 물질을 대량 저장할 수 있으며, 극저온 물질을 안정적으로 장기간 저장할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템을 나타내는 공정도이다.
도 3은 도 1의 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템의 상변화부 및 입자 분쇄부를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템에서 압력 조절부에 의해 유도되는 상변화부의 액상 극저온 물질의 상변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 5의 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템을 나타내는 공정도이다.
도 7은 도 5의 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템의 상변화부 및 입자 분쇄부를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템을 나타내는 공정도이다.
도 3은 도 1의 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템의 상변화부 및 입자 분쇄부를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템에서 압력 조절부에 의해 유도되는 상변화부의 액상 극저온 물질의 상변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 5의 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템을 나타내는 공정도이다.
도 7은 도 5의 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템의 상변화부 및 입자 분쇄부를 나타내는 도면이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '결합', '연결'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 결합되거나 연결될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 일측, 타측, 상측, 하측 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템(1)은 액상 극저온 물질 공급부(10), 상변화부(20), 압력 조절부(30), 입자 분쇄부(40), 슬러시 극저온 물질 저장부(50) 및 극저온 물질 재액화부(60)를 포함할 수 있다.
액상 극저온 물질 공급부(10)는 액상 극저온 물질을 저장할 수 있으며, 저장된 액상 극저온 물질을 상변화부(20)에 공급할 수 있다. 이를 위해, 액상 극저온 물질 공급부(10)는 액상 극저온 물질 저장 용기(11) 및 액상 극저온 물질 이송 라인(12)을 포함할 수 있다.
액상 극저온 물질 저장 용기(11)는 내부에 액상 극저온 물질이 저장될 수 있는 저장 공간을 구비할 수 있다. 이때, 액상 극저온 물질 저장 용기(11)에 저장되는 액상 극저온 물질은 일 예로 액체 수소일 수 있다. 이 경우, 액상 극저온 물질 저장 용기(11)에 저장되는 액체 수소는 외부로부터 공급되는 액체 수소이거나, 외부로부터 공급되는 기체 수소가 액화되어 생성된 액체 수소일 수 있다. 다만, 이는 예시에 불과하고, 이로 인해, 본 발명의 사상이 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 액상 극저온 물질 저장 용기(11)에는 액체 질소, 액체 산소 및 천연 가스 중 적어도 하나를 포함하는 액상 극저온 물질이 저장될 수도 있다.
액상 극저온 물질 이송 라인(12)은 액상 극저온 물질 저장 용기(11)에 저장된 액상 극저온 물질을 후술할 상변화부(20)의 내측 챔버(21)로 이송할 수 있다. 이를 위해, 액상 극저온 물질 이송 라인(12)의 일 단부는 액상 극저온 물질 저장 용기(11)에 연결될 수 있고, 액상 극저온 물질 이송 라인(12)의 타 단부는 후술할 상변화부(20)의 내측 챔버(21)에 연결된 공급관(211)에 연결될 수 있다.
상변화부(20)는 액상 극저온 물질 공급부(10)로부터 액상 극저온 물질을 공급받을 수 있다. 이때, 상변화부(20)로 공급된 액상 극저온 물질은 상변화부(20)에서 기상 극저온 물질 및 고상 극저온 물질로 상변화되면서 액상 극저온 물질과 고상 극저온 물질이 혼재하는 제1 슬러시 극저온 물질이 생성될 수 있다. 이를 위해, 상변화부(20)는 내측 챔버(21), 외측 챔버(22) 및 진공 단열 부재(23)를 포함할 수 있다.
내측 챔버(21)는 액상 극저온 물질 공급부(10)로부터 공급되는 액상 극저온 물질의 상변화가 실질적으로 수행되는 부분으로서, 이러한 내측 챔버(21)는 일 예로 오스테나이트 계열의 철강, 구리, 알루미늄 합금 등과 같이 높은 인장 강도를 갖고, 밀도가 낮으며, 극저온 물질과의 반응성이 약한 재질로 구비될 수 있다.
한편, 액상 극저온 물질의 상변화가 수행되는 내측 챔버(21)의 내부의 압력은 압력 조절부(30)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 내측 챔버(21)의 내부가 압력 조절부(30)에 의해 감압되어 진공 상태가 되면, 내측 챔버(21)의 내부에 수용된 액상 극저온 물질의 압력이 낮아지고, 액상 극저온 물질의 온도가 낮아질 수 있다. 이러한 액상 극저온 물질의 압력 및 온도 변화에 의해, 액상 극저온 물질의 상변화가 유도될 수 있다. 이에 대해서는 후술하겠다.
외측 챔버(22)는 내측 챔버(21)의 외측에 구비되는 챔버로서, 외측 챔버(22)의 내측에는 내측 챔버(21)가 구비될 수 있다. 이러한 외측 챔버(22)의 외측에는 적어도 하나의 지지 부재(221)가 체결됨으로써, 외측 챔버(22)는 지지 부재(221)에 의해 지지될 수 있다.
이때, 외측 챔버(22)는 내측 챔버(21)를 내부에 수용할 수 있는 크기로 형성될 수 있다. 이에 따라, 외측 챔버(22)의 내측면과 내측 챔버(21)의 외측면이 상호 이격된 상태로 배치될 수 있다. 이로 인해, 외측 챔버(22)에 가해지는 열이 전도되어 내측 챔버(21)로 전달되는 것이 방지되고, 내측 챔버(21)에 직접적으로 충격이 가해지는 것이 방지될 수 있다. 이러한 외측 챔버(22)는 일 예로 내측 챔버(21)와 실질적으로 동일한 재질로 구비될 수 있다.
한편, 외측 챔버(22)에는 외측 챔버(22)의 내측면과 내측 챔버(21)의 외측면 사이의 이격된 공간이 진공 상태가 되도록 하는 진공 라인(미도시)이 연결될 수 있다. 이렇게 외측 챔버(22)의 내측면과 내측 챔버(21)의 외측면 사이의 이격된 공간이 진공 상태가 되면, 진공 단열이 이루어지게 된다. 이에 따라, 외측 챔버(22)에 가해진 열이 대류에 의해 내측 챔버(21)로 전달되는 것이 방지될 수 있다.
진공 단열 부재(23)는 외측 챔버(22)로 가해지는 열이 내측 챔버(21)로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해, 진공 단열 부재(23)는 외측 챔버(22)의 내측면과 내측 챔버(21)의 외측면 사이의 이격된 공간에 구비될 수 있다. 예를 들어, 진공 단열 부재(23)는 에어로젤이나 알루미늄과 유리섬유 재질의 이중 차폐재로 구비될 수 있다.
압력 조절부(30)는 액상 극저온 물질 공급부(10)로부터 상변화부(20)로 공급된 액상 극저온 물질의 상변화를 유도하여 상변화부(20)에서 액상 극저온 물질과 고상 극저온 물질이 혼재하는 제1 슬러시 극저온 물질이 생성될 수 있도록 한다. 이를 위해, 압력 조절부(30)는 상변화부(20)와 연결되어 상변화부(20)의 압력을 조절하도록 구비될 수 있으며, 압력 조절 라인(31) 및 진공 펌프(32)를 포함할 수 있다.
압력 조절 라인(31)의 일 단부는 내측 챔버(21)에 연결된 조절관(212)에 연결될 수 있고, 압력 조절 라인(31)의 타 단부는 진공 펌프(32)에 연결될 수 있다.
진공 펌프(32)는 내측 챔버(21)의 내부를 감압시켜서 내측 챔버(21)의 내부에 수용된 액상 극저온 물질의 압력을 감소시키고, 액상 극저온 물질의 온도를 감소시킬 수 있다.
이러한 진공 펌프(32)에 의해 내측 챔버(21)의 내부의 압력이 낮아져서 내측 챔버(21)의 내부에 진공이 형성되면, 내측 챔버(21)의 내부에 수용된 액상 극저온 물질이 증발될 수 있다. 이때, 발생하는 증발 잠열로 인해 액상 극저온 물질의 온도가 낮아지게 됨에 따라, 액상 극저온 물질이 고상화될 수 있다.
이때, 진공 펌프(32)의 후단에는 후술할 극저온 물질 재액화부(60)의 기상 극저온 물질 회수 라인(61)이 연결될 수 있다. 이에 따라, 진공 펌프(32)는 내측 챔버(21)의 기상 극저온 물질이 기상 극저온 물질 회수 라인(61)으로 공급될 수 있도록 한다. 이에 대해서는 후술하겠다.
한편, 도 4에는 압력 조절부(30)에 의해 유도되는 상변화부(20)의 액상 극저온 물질의 상변화를 설명하기 위한 그래프가 도시되어 있다.
도 4를 더 참조하면, 액체-기체 공존선은 좌하향-우상향의 곡선이므로, 액체-기체 공존선 상의 제1 지점(A), 즉, 제1 온도(T1)와 제1 압력(P1)을 가진 지점에서 제2 지점(B), 즉, 제2 온도(T2)와 제2 압력(P2)을 가진 지점을 지나 제3 지점(C), 즉, 제3 온도(T3)와 제3 압력(P3)을 가진 지점으로 갈수록 액상 극저온 물질의 압력은 감소되고, 온도 역시 감소된다.
특히, 액상 극저온 물질이 제3 지점(C), 즉, 삼중점(triple point)에 도달하면, 액상 극저온 물질이 고상 극저온 물질로 상변화될 수 있다. 달리 말하면, 액상 극저온 물질 공급부(10)로부터 상변화부(20)로 공급된 액상 극저온 물질이 증발되더라도, 액상 극저온 물질은 액체-기체 공존선을 벗어날 수 없다. 그러므로, 진공 펌프(32)에 의해 액상 극저온 물질이 수용된 내측 챔버(21)의 압력이 낮아져서 액상 극저온 물질의 온도가 감소되더라도 내측 챔버(21)에 수용된 액상 극저온 물질 전체가 기상 극저온 물질로 모두 바뀌기 전까지는 내측 챔버(21)의 내부에 액상 극저온 물질과 기상 극저온 물질이 공존하게 된다. 이러한 상태에서 액상 극저온 물질의 온도(T3)가 삼중점에 도달하면, 액상 극저온 물질이 고상 극저온 물질로 바뀜에 따라, 내측 챔버(21)의 내부에서 액상 극저온 물질과 고상 극저온 물질이 혼재하는 제1 슬러시 극저온 물질이 생성될 수 있다.
입자 분쇄부(40)는 상변화부(20)에 에너지를 가하여 제1 슬러시 극저온 물질에 포함된 고상 극저온 물질의 입자를 분쇄함으로써, 액상 극저온 물질과 분쇄된 입자를 갖는 고상 극저온 물질이 혼재하는 제2 슬러시 극저온 물질이 생성되도록 한다. 이를 위해, 입자 분쇄부(40)는 초음파 발생 장치(41), 초음파 진동자(42) 및 제어 장치(43)를 포함할 수 있다.
초음파 발생 장치(41)는 초음파 신호를 발생시킬 수 있다. 초음파 발생 장치(41)에서 발생되는 초음파 신호의 주파수는 제어 장치(43)에 의해 조절될 수 있다. 이때, 초음파 발생 장치(41)는 후술할 슬러시 극저온 물질 저장부(50)의 슬러시 극저온 물질 배출관(51)의 제1 배출부(511)에 연결될 수 있다.
초음파 진동자(42)는 초음파 발생 장치(41)에서 발생된 초음파 신호에 따라 초음파 진동을 발생시킬 수 있다. 이를 위해, 초음파 진동자(42)는 초음파 발생 장치(41)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 초음파 진동자(42)는 후술할 슬러시 극저온 물질 저장부(50)의 슬러시 극저온 물질 배출관(51)의 제1 배출부(511)에 구비될 수 있다. 이에 따라, 초음파 진동자(42)는 내측 챔버(21)의 내부에 배치될 수 있다. 상술한 바에 있어서, 본 실시예에서는, 초음파 진동자(42)가 후술할 슬러시 극저온 물질 저장부(50)의 슬러시 극저온 물질 배출관(51)의 제1 배출부(511)에 연결되어 내측 챔버(21)의 내부에 배치되는 경우를 일 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시에 불과하고, 이로 인해, 본 발명의 사상이 제한되는 것은 아니다. 필요에 따라, 초음파 진동자(42)는 제1 배출부(511)에 연결되되, 외측 챔버(22)의 내측에 배치되거나, 외측 챔버(22)의 외측에 배치될 수도 있다.
한편, 초음파 진동자(42)에서 발생된 초음파 진동은 내측 챔버(21)에 수용된 제1 슬러시 극저온 물질에 전달될 수 있다. 초음파 진동자(42)에서 발생된 초음파 진동이 제1 슬러시 극저온 물질에 전달되면, 제1 슬러시 극저온 물질이 교대로 감압 또는 가압되면서 제1 슬러시 극저온 물질에 공동의 발생과 소멸이 반복되는 공동 현상이 일어날 수 있다. 예를 들어, 공동의 소멸시 고상 극저온 물질의 입자에 충격 에너지 및 전단력이 가해지므로, 고상 극저온 물질의 입자가 분쇄될 수 있다. 이렇게 고상 극저온 물질의 입자가 분쇄되면, 슬러시 극저온 물질의 고체 비율이 향상될 수 있다.
제어 장치(43)는 초음파 발생 장치(41)와 전기적으로 연결되어 초음파 발생 장치(41)를 제어할 수 있다. 이러한 제어 장치(43)는 슬러시화 대상인 극저온 물질의 종류, 온도, 고상 극저온 물질의 입자 크기 등을 고려하여 초음파 발생 장치(41)에서 발생되는 초음파 신호의 주파수를 제어할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는, 제1 슬러시 극저온 물질에 포함된 고상 극저온 물질의 입자를 분쇄하기 위한 에너지가 초음파인 경우를 일 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시에 불과하고, 이로 인해 본 발명의 사상이 제한되는 것은 아니다.
슬러시 극저온 물질 저장부(50)는 상변화부(20)로부터 제2 슬러시 극저온 물질을 공급받아서 저장할 수 있다. 이를 위해, 슬러시 극저온 물질 저장부(50)는 슬러시 극저온 물질 배출관(51), 슬러시 극저온 물질 이송 라인(52) 및 슬러시 극저온 물질 저장 용기(53)를 포함할 수 있다.
슬러시 극저온 물질 배출관(51)은 내측 챔버(21)로부터 제1 슬러시 극저온 물질이 배출되는 부분으로, 슬러시 극저온 물질 배출관(51)은 일 단부가 내측 챔버(21)의 내측에 배치되고, 타 단부가 외측 챔버(22)의 외측에 배치되는 제1 배출부(511) 및 제1 배출부(511)로부터 분기되는 제2 배출부(512)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 배출부(511)에는 초음파 발생 장치(41) 및 초음파 진동자(42)가 연결될 수 있고, 제2 배출부(512)에는 슬러시 극저온 물질 이송 라인(52)이 연결될 수 있다. 제2 배출부(512)를 통해 배출되는 슬러시 극저온 물질은 슬러시 극저온 물질 이송 라인(52)을 통해 슬러시 극저온 물질 저장 용기(53)로 공급되어 슬러시 극저온 물질 저장 용기(53)에 저장될 수 있다.
극저온 물질 재액화부(60)는 상변화부(20)로부터 기상 극저온 물질을 공급받아 액화시킬 수 있으며, 극저온 물질 재액화부(60)에서 액화된 액상 극저온 물질은 액상 극저온 물질 공급부(10)로 공급될 수 있다.
이를 위해, 극저온 물질 재액화부(60)는 기상 극저온 물질 회수 라인(61), 기상 극저온 물질 압축기(62), 기상 극저온 물질 열교환기(63) 및 기상 극저온 물질 밸브(64)를 포함할 수 있다.
기상 극저온 물질 회수 라인(61)은 내측 챔버(21)로부터 배출되는 기상 극저온 물질이 유동하는 부분으로, 이러한 기상 극저온 물질 회수 라인(61)에는 기상 극저온 물질 압축기(62), 기상 극저온 물질 열교환기(63) 및 기상 극저온 물질 밸브(64)가 연결될 수 있다.
이때, 기상 극저온 물질 회수 라인(61)에는 체크 밸브(611)가 설치될 수 있다. 이러한 체크 밸브(611)는 진공 펌프(32)가 내측 챔버(21)의 내부 압력을 감압하는 동안 폐쇄되어 있다가 내측 챔버(21)의 기상 극저온 물질이 기상 극저온 물질 회수 라인(61)으로 공급되어야 하는 경우 개방될 수 있다.
기상 극저온 물질 압축기(62)는 기상 극저온 물질 회수 라인(61)에 연결되어 기상 극저온 물질 회수 라인(61)을 유동하는 기상 극저온 물질을 압축할 수 있다.
기상 극저온 물질 열교환기(63)는 기상 극저온 물질 압축기(62)에서 압축된 기상 극저온 물질을 별도의 열교환 매체와 열교환시킬 수 있다. 기상 극저온 물질 압축기(62)에서 압축된 기상 극저온 물질과 별도의 열교환 매체가 열교환되면 기상 극저온 물질이 액상 극저온 물질로 액화될 수 있다.
기상 극저온 물질 밸브(64)는 액상 극저온 물질 저장 용기(11)의 액상 극저온 물질의 수위 값에 따라 개폐가 조절될 수 있다. 이러한 기상 극저온 물질 밸브(64)에 의해 액상 극저온 물질 저장 용기(11)로 공급되는 액상 극저온 물질의 유량이 조절될 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템(1)은 상변화부(20)에서 액상 극저온 물질의 증발이 유도되어 액상 극저온 물질과 고상 극저온 물질을 혼재하는 제1 슬러시 극저온 물질이 형성되고, 입자 분쇄부(40)를 통해 제1 슬러시 극저온 물질에 포함된 고상 극저온 물질의 입자가 분쇄됨으로써, 입자가 분쇄된 고상 극저온 물질과 액상 극저온 물질이 혼재하는 제2 슬러시 극저온 물질이 형성될 수 있다. 이에, 종래에 비해 고체 비율이 향상된 슬러시 극저온 물질을 효율적으로 생산할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 슬러시화된 극저온 물질은 고체 입자에 의한 고밀도화가 가능하기 때문에, 종래에 비해 높은 저장 밀도로 극저온 물질을 대량 저장할 수 있다는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 슬러시화된 극저온 물질이 별도의 배관을 통해 수송될 때, 외부로부터 침입하는 열이 고체 입자의 융해열로 흡수됨에 따라, 액상 극저온 물질의 온도 상승이 저감되므로, 증발가스의 생성이 감소되어 종래에 비해 극저온 물질을 안정적으로 장기간 저장할 수 있다는 효과가 있다.
이하에서는, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템에 대하여 설명한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템(1')은 액상 극저온 물질 공급부(10), 상변화부(20'), 압력 조절부(30), 입자 분쇄부(40), 슬러시 극저온 물질 저장부(50), 극저온 물질 재액화부(60), 냉각매체 공급부(70) 및 냉각매체 재액화부(80)를 포함할 수 있다. 다만, 도 5 내지 도 7에 도시된 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템(1')은 상변화부(20'), 냉각매체 공급부(70) 및 냉각매체 재액화부(80)를 제외하면, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템(1)과 실질적으로 동일하므로, 이하에서는, 차이점에 해당하는 상변화부(20'), 냉각매체 공급부(70) 및 냉각매체 재액화부(80)를 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 상술한 실시예의 설명 및 도면부호를 원용하기로 한다.
상변화부(20')는 내부에 액상 극저온 물질의 상변화가 수행될 수 있는 공간을 구비하는 내측 챔버(21), 내측 챔버(21)의 외측에 구비되고, 내측 챔버(21)와 이격 배치되는 외측 챔버(22), 내측 챔버(21) 및 외측 챔버(22) 사이에 구비되는 중간 챔버(24) 및 중간 챔버(24)와 외측 챔버(22) 사이에 구비되는 진공 단열 부재(23)를 포함할 수 있다.
중간 챔버(24)는 내측 챔버(21)와 함께 냉각매체 공급부(70)로부터 공급되는 냉각매체가 유동하는 공간을 형성할 수 있다. 이를 위해, 중간 챔버(24)는 내측 챔버(21)와 외측 챔버(22)의 사이에 구비될 수 있다. 예를 들어, 중간 챔버(24)는 오스테나이트 계열의 철강, 구리, 알루미늄 합금 등과 같이 높은 인장 강도를 갖고, 밀도가 낮으며, 극저온 물질과의 반응성이 약한 재질로 구비될 수 있다.
이때, 중간 챔버(24)의 내측면은 내측 챔버(21)의 외측면과 이격될 수 있다. 이에 따라, 내측 챔버(21)의 외측면과 중간 챔버(24)의 내측면 사이의 이격 공간은 냉각매체가 공급되는 공간으로 이용될 수 있다. 이를 위해, 중간 챔버(24)에는 냉각매체 공급구(241) 및 냉각매체 배출구(242)가 구비될 수 있다. 여기서, 냉각매체 공급구(241)는 액상의 냉각매체가 공급되는 부분이고, 냉각매체 배출구(242)는 냉각매체 공급구(241)를 통해 공급된 액상의 냉각매체가 내측 챔버(21)의 액상 극저온 물질과 열교환된 기상의 냉각매체가 배출되는 부분이다. 이에 따라, 기상의 냉각매체의 이동 통로 역할을 수행하는 냉각매체 배출구(242)가 액상의 냉각매체의 이동 통로 역할을 수행하는 냉각매체 공급구(241) 보다 높은 위치에 배치될 수 있다.
한편, 중간 챔버(24)의 외측면은 외측 챔버(22)의 내측면과 이격될 수 있다. 이에, 중간 챔버(24)의 외측면과 외측 챔버(22)의 내측면 사이의 이격 공간에는 진공 단열 부재(23)가 구비될 수 있다.
냉각매체 공급부(70)는 내부에 냉각매체를 저장할 수 있으며, 냉각매체를 상변화부(20')에 공급하여 상변화부(20') 내부의 액상 극저온 물질을 과냉각시킬 수 있다. 이를 위해, 냉각매체 공급부(70)는 냉각매체 공급 용기(71), 냉각매체 공급 라인(72) 및 냉각매체 공급 펌프(73)를 포함할 수 있다.
냉각매체 공급 용기(71)는 액상 극저온 물질이 저장되는 부분으로, 냉각매체 공급 용기(71)에 저장되는 냉각매체는 일 예로, 상변화부(20') 내부의 액상 극저온 물질의 용융점보다 비등점이 낮은 물질로 구비될 수 있다. 따라서, 상변화부(20') 내부의 액상 극저온 물질의 증발 잠열이 작더라도, 액상 극저온 물질이 원활하게 증발될 수 있다.
이러한 냉각매체 공급 용기(71)에는 냉각매체 공급 라인(72)의 일 단부가 연결될 수 있고, 냉각매체 공급 라인(72)의 타 단부는 냉각매체 공급구(241)에 연결될 수 있다. 냉각매체 공급 용기(71)에 저장된 냉각매체가 냉각매체 공급 라인(72)을 통해 내측 챔버(21)의 내측면과 중간 챔버(24)의 외측면 사이로 공급되기 위해, 냉각매체 공급 라인(72)에는 냉각매체 공급 펌프(73)가 연결될 수 있다.
냉각매체 재액화부(80)는 압력 조절부(30)의 전단에서 상변화부(20')와 냉각매체 공급부(70) 사이를 연결할 수 있다. 이러한 냉각매체 재액화부(80)는 상변화부(20')로부터 액상 극저온 물질과 열교환된 냉각매체를 공급받아 액화시켜서 냉각매체 공급부(70)로 공급할 수 있다.
이를 위해, 냉각매체 재액화부(80)는 내측 챔버(21)의 냉각매체 배출구(242)를 통해 배출되는 기상 극저온 물질이 유동하는 기상 극저온 물질 회수 라인(81), 기상 극저온 물질 회수 라인(81)에 연결되는 기상 극저온 물질 압축기(82), 기상 극저온 물질 회수 라인(81)에 연결되고, 기상 극저온 물질 압축기(82)의 후단에 구비되는 기상 극저온 물질 열교환기(83) 및 기상 극저온 물질 열교환기(83)의 후단에 연결되는 기상 극저온 물질 밸브(84)를 포함할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1, 1': 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템
10: 액상 극저온 물질 공급부
11: 액상 극저온 물질 저장 용기
12: 액상 극저온 물질 이송 라인
20, 20': 상변화부
21: 내측 챔버
22: 외측 챔버
23: 진공 단열 부재
24: 중간 챔버
30: 압력 조절부
31: 압력 조절 라인
32: 진공 펌프
40: 입자 분쇄부
41: 초음파 발생 장치
42: 초음파 진동자
43: 제어 장치
50: 슬러시 극저온 물질 저장부
51: 슬러시 극저온 물질 배출관
52: 슬러시 극저온 물질 이송 라인
53: 슬러시 극저온 물질 저장 용기
60: 극저온 물질 재액화부
61: 기상 극저온 물질 회수 라인
62: 기상 극저온 물질 압축기
63: 기상 극저온 물질 열교환기
70: 냉각매체 공급부
71: 냉각매체 공급 용기
72: 냉각매체 공급 라인
73: 냉각매체 공급 펌프
80: 냉각매체 재액화부
81: 기상 극저온 물질 회수 라인
82: 기상 극저온 물질 압축기
83: 기상 극저온 물질 열교환기
84: 기상 극저온 물질 밸브
211: 공급관
212: 조절관
221: 지지 부재
511: 제1 배출부
512: 제2 배출부
611: 체크 밸브
10: 액상 극저온 물질 공급부
11: 액상 극저온 물질 저장 용기
12: 액상 극저온 물질 이송 라인
20, 20': 상변화부
21: 내측 챔버
22: 외측 챔버
23: 진공 단열 부재
24: 중간 챔버
30: 압력 조절부
31: 압력 조절 라인
32: 진공 펌프
40: 입자 분쇄부
41: 초음파 발생 장치
42: 초음파 진동자
43: 제어 장치
50: 슬러시 극저온 물질 저장부
51: 슬러시 극저온 물질 배출관
52: 슬러시 극저온 물질 이송 라인
53: 슬러시 극저온 물질 저장 용기
60: 극저온 물질 재액화부
61: 기상 극저온 물질 회수 라인
62: 기상 극저온 물질 압축기
63: 기상 극저온 물질 열교환기
70: 냉각매체 공급부
71: 냉각매체 공급 용기
72: 냉각매체 공급 라인
73: 냉각매체 공급 펌프
80: 냉각매체 재액화부
81: 기상 극저온 물질 회수 라인
82: 기상 극저온 물질 압축기
83: 기상 극저온 물질 열교환기
84: 기상 극저온 물질 밸브
211: 공급관
212: 조절관
221: 지지 부재
511: 제1 배출부
512: 제2 배출부
611: 체크 밸브
Claims (17)
- 액상 극저온 물질을 저장 및 공급하는 액상 극저온 물질 공급부;
상기 액상 극저온 물질 공급부와 연결되어 상기 액상 극저온 물질 공급부로부터 상기 액상 극저온 물질을 공급받고, 상기 액상 극저온 물질이 기상 극저온 물질 및 고상 극저온 물질로 상변화되면서 상기 액상 극저온 물질과 상기 고상 극저온 물질이 혼재하는 제1 슬러시 극저온 물질이 생성되는 상변화부;
상기 상변화부와 연결되고, 상기 상변화부의 압력을 조절하여 상기 액상 극저온 물질 공급부로부터 상기 상변화부로 공급된 상기 액상 극저온 물질의 상변화를 유발하는 압력 조절부;
상기 상변화부와 연결되고, 상기 상변화부에 에너지를 가하여 상기 제1 슬러시 극저온 물질에 공동 현상을 유발함으로써, 상기 제1 슬러시 극저온 물질에 포함된 상기 고상 극저온 물질의 입자를 분쇄함으로써, 상기 상변화부에서 상기 액상 극저온 물질과 분쇄된 입자를 갖는 상기 고상 극저온 물질이 혼재하는 제2 슬러시 극저온 물질이 생성되도록 하는 입자 분쇄부; 및
상기 상변화부와 연결되고, 상기 상변화부로부터 상기 제2 슬러시 극저온 물질을 공급받아서 저장하는 슬러시 극저온 물질 저장부를 포함하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 압력 조절부의 후단에서 상기 액상 극저온 물질 공급부와 상기 상변화부 사이를 연결하는 극저온 물질 재액화부를 더 포함하고,
상기 극저온 물질 재액화부는,
상기 상변화부로부터 상기 기상 극저온 물질을 공급받고, 상기 상변화부로부터 공급된 기상 극저온 물질을 액화시켜서 상기 액상 극저온 물질 공급부로 공급하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 제2 항에 있어서,
상기 상변화부는,
내부에 상기 액상 극저온 물질의 상변화가 수행될 수 있는 공간을 구비하는 내측 챔버;
상기 내측 챔버의 외측에 구비되고, 상기 내측 챔버와 이격 배치되는 외측 챔버; 및
상기 내측 챔버와 상기 외측 챔버 사이에 구비되는 진공 단열 부재를 포함하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 제3 항에 있어서,
상기 슬러시 극저온 물질 저장부는,
상기 내측 챔버로부터 배출되는 상기 제1 슬러시 극저온 물질 및 상기 제2 슬러시 극저온 물질 중 적어도 하나가 유동하는 슬러시 극저온 물질 배출관;
일 단부가 상기 슬러시 극저온 물질 배출관과 연결되는 슬러시 극저온 물질 이송 라인; 및
상기 슬러시 극저온 물질 이송 라인의 타 단부에 연결되는 슬러시 극저온 물질 저장 용기를 포함하고,
상기 슬러시 극저온 물질 배출관은,
일 단부가 상기 내측 챔버의 내측에 배치되고, 타 단부가 상기 외측 챔버의 외측에 배치되는 제1 배출부; 및
상기 제1 배출부로부터 분기되는 제2 배출부를 포함하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 제4 항에 있어서,
상기 입자 분쇄부는,
상기 제1 배출부에 연결되고, 초음파 신호를 발생시키는 초음파 발생 장치;
상기 제1 배출부에 연결되고, 상기 초음파 발생 장치와 전기적으로 연결되며, 상기 초음파 발생 장치에서 발생되는 상기 초음파 신호에 의해 초음파 진동을 발생시키는 초음파 진동자; 및
상기 초음파 발생 장치와 전기적으로 연결되어 상기 초음파 발생 장치를 제어하는 제어하는 제어 장치를 포함하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 제3 항에 있어서,
상기 압력 조절부는,
일 단부가 상기 내측 챔버에 연결되는 압력 조절 라인; 및
상기 압력 조절 라인의 타 단부와 연결되고, 상기 내측 챔버의 내부를 감압시키는 진공 펌프를 포함하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 제3 항에 있어서,
상기 극저온 물질 재액화부는,
상기 내측 챔버로부터 배출되는 상기 기상 극저온 물질이 유동하는 기상 극저온 물질 회수 라인;
상기 기상 극저온 물질 회수 라인에 연결되는 기상 극저온 물질 압축기;
상기 기상 극저온 물질 회수 라인에 연결되고, 상기 기상 극저온 물질 압축기의 후단에 구비되는 기상 극저온 물질 열교환기; 및
상기 기상 극저온 물질 열교환기의 후단에 연결되는 기상 극저온 물질 밸브를 포함하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 액상 극저온 물질을 저장 및 공급하는 액상 극저온 물질 공급부;
냉각매체를 저장 및 공급하는 냉각매체 공급부;
상기 액상 극저온 물질 공급부 및 상기 냉각매체 공급부와 연결되고, 상기 액상 극저온 물질 공급부로부터 공급되는 상기 액상 극저온 물질이 상기 냉각매체 공급부로부터 공급되는 상기 냉각매체에 의해 과냉각되며, 과냉각된 상기 액상 극저온 물질이 기상 극저온 물질 및 고상 극저온 물질로 상변화되면서 상기 액상 극저온 물질과 상기 고상 극저온 물질이 혼재하는 제1 슬러시 극저온 물질이 생성되는 상변화부;
상기 상변화부와 연결되고, 상기 상변화부의 압력을 조절하여 상기 액상 극저온 물질 공급부로부터 상기 상변화부로 공급된 상기 액상 극저온 물질의 상변화를 유발하는 압력 조절부;
상기 상변화부와 연결되고, 상기 상변화부에 에너지를 가하여 상기 제1 슬러시 극저온 물질에 공동 현상을 유발함으로써, 상기 제1 슬러시 극저온 물질에 포함된 상기 고상 극저온 물질의 입자를 분쇄함으로써, 상기 상변화부에서 상기 액상 극저온 물질과 분쇄된 입자를 갖는 상기 고상 극저온 물질이 혼재하는 제2 슬러시 극저온 물질이 생성되도록 하는 입자 분쇄부; 및
상기 상변화부와 연결되고, 상기 상변화부로부터 상기 제2 슬러시 극저온 물질을 공급받아서 저장하는 슬러시 극저온 물질 저장부를 포함하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 제8 항에 있어서,
상기 압력 조절부의 후단에서 상기 액상 극저온 물질 공급부와 상기 상변화부 사이를 연결하는 극저온 물질 재액화부를 더 포함하고,
상기 극저온 물질 재액화부는,
상기 상변화부로부터 상기 기상 극저온 물질을 공급받고, 상기 상변화부로부터 공급된 기상 극저온 물질을 액화시켜서 상기 액상 극저온 물질 공급부로 공급하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 제9 항에 있어서,
상기 압력 조절부의 전단에서 상기 상변화부와 상기 냉각매체 공급부 사이를 연결하는 냉각매체 재액화부를 더 포함하고,
상기 냉각매체 재액화부는,
상기 상변화부로부터 상기 액상 극저온 물질과 열교환된 상기 냉각매체를 공급받아 액화시켜서 상기 냉각매체 공급부로 공급하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 제10 항에 있어서,
상기 상변화부는,
내부에 상기 액상 극저온 물질의 상변화가 수행될 수 있는 공간을 구비하는 내측 챔버;
상기 내측 챔버의 외측에 구비되고, 상기 내측 챔버와 이격 배치되는 외측 챔버;
상기 내측 챔버 및 상기 외측 챔버 사이에 구비되는 중간 챔버; 및
상기 중간 챔버 및 상기 외측 챔버 사이에 구비되는 진공 단열 부재를 포함하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 제11 항에 있어서,
상기 냉각매체 공급부는,
상기 냉각매체를 상기 액상 극저온 물질의 과냉각에 필요한 온도로 냉각시키는 냉각매체 공급 장치;
상기 냉각매체 공급 장치와 상기 내측 챔버 사이를 연결하고, 상기 냉각매체 공급 장치에서 냉각된 상기 냉각매체를 상기 내측 챔버의 외측면 및 상기 중간 챔버의 내측면 사이로 공급하는 냉각매체 공급 라인; 및
상기 냉각매체 공급 라인에 설치되는 냉각매체 펌프를 포함하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 제11 항에 있어서,
상기 슬러시 극저온 물질 저장부는,
상기 내측 챔버로부터 배출되는 상기 제1 슬러시 극저온 물질 및 상기 제2 슬러시 극저온 물질 중 적어도 하나가 유동하는 슬러시 극저온 물질 배출관; 및
상기 슬러시 극저온 물질 배출관에 연결되는 슬러시 극저온 물질 저장 용기를 포함하고,
상기 슬러시 극저온 물질 배출관은,
일 단부가 상기 내측 챔버의 내측에 배치되고, 타 단부가 상기 외측 챔버의 외측에 배치되는 제1 배출부; 및
상기 제1 배출부로부터 분기되는 제2 배출부를 포함하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 제13 항에 있어서,
상기 입자 분쇄부는,
상기 제1 배출부의 상기 타 단부에 연결되고, 초음파 신호를 발생시키는 초음파 발생 장치;
상기 제1 배출부의 상기 일 단부에 연결되고, 상기 초음파 발생 장치와 전기적으로 연결되며, 상기 초음파 발생 장치에서 발생되는 상기 초음파 신호에 의해 초음파 진동을 발생시키는 초음파 진동자; 및
상기 초음파 발생 장치와 전기적으로 연결되어 상기 초음파 발생 장치를 제어하는 제어하는 제어 장치를 포함하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 제11 항에 있어서,
상기 압력 조절부는,
일 단부가 상기 내측 챔버에 연결되는 압력 조절 라인; 및
상기 압력 조절 라인의 타 단부와 연결되고, 상기 내측 챔버의 내부를 감압시키는 진공 펌프를 포함하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 제11 항에 있어서,
상기 극저온 물질 재액화부는,
상기 내측 챔버로부터 배출되는 상기 기상 극저온 물질이 유동하는 기상 극저온 물질 회수 라인;
상기 기상 극저온 물질 회수 라인에 연결되는 기상 극저온 물질 압축기;
상기 기상 극저온 물질 회수 라인에 연결되고, 상기 기상 극저온 물질 압축기의 후단에 구비되는 기상 극저온 물질 열교환기; 및
상기 기상 극저온 물질 열교환기의 후단에 연결되는 기상 극저온 물질 밸브를 포함하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템. - 제11 항에 있어서,
상기 냉각매체 재액화부는,
상기 중간 챔버로부터 배출되는 상기 냉각매체가 유동하는 냉각매체 회수 라인;
상기 냉각매체 회수 라인에 연결되는 냉각매체 압축기;
상기 냉각매체 회수 라인에 연결되고, 상기 냉각매체 압축기의 후단에 구비되는 냉각매체 열교환기; 및
상기 냉각매체 열교환기의 후단에 연결되는 냉각매체 밸브를 포함하는,
분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210139063A KR102461916B1 (ko) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210139063A KR102461916B1 (ko) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102461916B1 true KR102461916B1 (ko) | 2022-11-01 |
Family
ID=84042540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210139063A KR102461916B1 (ko) | 2021-10-19 | 2021-10-19 | 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102461916B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102541216B1 (ko) * | 2022-11-29 | 2023-06-08 | 고등기술연구원연구조합 | 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06281321A (ja) * | 1993-03-31 | 1994-10-07 | Nippon Sanso Kk | スラッシュ水素の製造方法及び装置 |
| WO2006114887A1 (ja) * | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Mayekawa Mfg. Co., Ltd | スラッシュ流体の製造方法及び製造装置 |
| JP2007176727A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | スラッシュ水素製造装置 |
-
2021
- 2021-10-19 KR KR1020210139063A patent/KR102461916B1/ko active IP Right Grant
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| WO2024117458A1 (ko) * | 2022-11-29 | 2024-06-06 | 고등기술연구원연구조합 | 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템 |
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