KR20100007233A - 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극저온 액체를 밀폐수용하는 용기에 있어서 설정이상의 용기 내부 압력 상승 시 급속 배기가 가능한 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치를 제공하려는 것으로서, 이를 위해 본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치는 상부가 개방되고 극저온 액체를 수용하기 위한 용기; 상기 용기의 개방된 상부를 밀폐하는 위치 또는 상기 용기의 개방된 상부를 개방하도록 상승하는 위치로 이동가능한 상판; 일단 부가 상기 상판에 접촉하여 상기 상판에 상기 용기를 밀폐하도록 탄성력을 부과하며, 용기 내부 압력이 상기 탄성력을 초과할 때 배기하도록 상기 상판의 상승을 허용하게 압축될 수 있는 복수의 스프링; 및 상기 스프링의 타단 부를 지지하며, 상기 용기에 고정 설치되는 스프링 지지부재를 포함하여 구성된다.

극저온 액체 용기, 급속 배기 장치

Description

극저온 액체 용기의 급속 배기 장치{RAPID VENTING APPARATUS FOR CRYOGENIC LIQUID VESSEL}

본 발명은 극저온 액체를 수용하는 용기에 있어서 열 침입으로 상승된 용기 내 압력에 의한 폭발을 방지하기 위해서 설정된 이상의 용기 내 압력 상승 시 자동적으로 신속하게 용기를 개방하여 용기 내 압력을 조절할 수 있는 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치에 관한 것이다.

초전도 저항형 한류기와 같은 초전도 전력 시스템에 있어서, 초전도체의 초전도 상태를 유지하기 위해서 극저온 액체를 냉매로 사용하고 이러한 냉매가 채워진 용기 내에 초전도체를 수용한다. 극저온 액체란 -170℃ 이하 온도의 액체를 말한다. 1기압 하에 물이 100℃ 이상에서는 기체이고 100℃ 이하에서는 액체인 것과 마찬가지로 각 물질들은 고유의 비등점이 존재한다. 그 비등점이 물은 100℃ 인 것이다. 극저온 액체는 그 비등점이 -200℃, -250℃ 같이 매우 낮은 물질들로서, 그 비등점 이하로 온도를 낮추어야 얻을 수 있다. 이러한 극저온 액체 중 대표적인 것으로서 액체 질소를 예로 들 수 있으며, 액체 질소는 대기압 하에서 섭씨 영하 196도에서 액체로 존재한다. 액체 질소의 비등점은 1기압하에서 섭씨 영하 196도이다. 극저온 액체는 따라서 매우 낮은 온도를 유지하여야만 하는데, 극저온 액체를 저장하는 용기는 그 낮은 온도를 유지시킬 수 있는 성능이 있어야 한다. 따라서 극저온 액체의 용기는 그 외부에 헬륨 가스가 봉입된 외부 용기를 추가 마련하여 극저온 액체의 온도를 유지시키는 구성도 사용되고 있다.

이러한 극저온 액체 용기를 상온을 포함한 극저온보다 높은 온도의 분위기하에 두게 되면, 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 열 특성상 주위 온도에 의한 열 침입이 발생한다. 그에 따라 극저온 액체 용기 내부의 극저온 액체는 침입된 열을 흡수하여 비등점 이상으로 온도 상승하여 기화하고, 따라서 극저온 액체 용기 내 기압이 상승하고 용기가 감당할 수 없는 기압으로 상승하면 용기는 폭발하게 된다. 따라서, 종래기술에 따라서 극저온 액체 용기에 가스 배출관을 설치하고 그 가스 배출구를 폐색하거나 가스 배출구를 부분적으로 개방하는 가스압 밸브를 두는 배기장치가 제시된 바 있다.

그러나 상기 종래기술에 따른 극저온 액체 용기의 배기장치는 배기량이 작아 급격한 용기 내 압력 상승시 극저온 액체 용기가 폭발하는 사고 위험성이 있는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은, 상기 종래기술의 문제점을 해소하는 것으로서, 본 발명의 목적은 설정된 압력 이상으로 용기 내 압력이 상승하면 용기의 전 면적을 통해 급속배기할 수 있고 자동적으로 용기 내 압력을 조절할 수 있는 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적은, 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치에 있어서,

상부가 개방되고 극저온 액체를 수용하기 위한 용기;

상기 용기의 개방된 상부를 밀폐하는 위치 또는 상기 용기의 개방된 상부를 개방하도록 상승하는 위치로 이동가능한 상판;

일단 부가 상기 상판에 접촉하여 상기 상판에 상기 용기를 밀폐하도록 탄성력을 부과하며, 용기 내부 압력이 상기 탄성력을 초과할 때 배기하도록 상기 상판의 상승을 허용하게 압축될 수 있는 복수의 스프링; 및

상기 스프링의 타단 부를 지지하며, 상기 용기에 고정 설치되는 스프링 지지부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.

상기 본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치에 있어서, 배기를 위해 상기 상판의 들리는 위치 이동을 일으키는 용기 내부 압력 설정을 위해서, 상기 스프링은 상기 스프링의 개수 또는 상기 스프링의 탄성계수 또는 상기 스프링의 초기변형량이 조정되는 스프링인 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치에 있어서, 상기 용기는 개방된 상부의 주위에 연장하여 형성되는 플랜지(flange)부를 가지며,

상기 상판은 상기 용기 내부의 밀폐를 위해 플랜지 부에 밀착하는 위치와 용기 내부 압축 가스의 배기를 위해 상기 플랜지 부로부터 분리 상승하는 위치로 이동하여 상기 용기의 상부 전 면적을 개방할 수 있는 상판인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치는 용기의 개방된 상부면 전 면적을 개폐할 수 있는 구조로서 설정된 압력 이상으로 용기 내 압력 상승 시 압축 가스의 신속 배출로 폭발 사고의 위험성을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치는,

상기 용기의 개방된 상부 면을 개폐하는 상판에 폐색 방향으로 탄성력을 부과하는 스프링에 있어서 스프링의 개수 또는 스프링의 탄성계수 또는 상기 스프링의 초기변형량을 조정함으로써 배기하는 용기 내 압력을 설정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 그의 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.

먼저, 본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치에 있어서 정상 상태를 보여주는 단면도인 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치의 구성을 설명한다.

본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치는, 용기(1)와, 상판(2)과, 복수의 스프링(3)과, 스프링 지지 부재(4)를 포함하여 구성된다.

용기(1)는 극저온 액체(CL)를 수용하기 위한 수단으로서 상부가 개방된 구조를 가진다. 용기(1)는 개방된 상부의 주위에 연장하여 형성되는 플랜지(flange)부(1a)를 가진다. 또한, 용기(1)는 개방된 상부의 주위에 수평방향으로 연장하여 형성되는 플랜지(flange)부(1a)를 가진다.

상판(2)은 용기(1)의 개방된 상부를 밀폐하는 위치 또는 용기(1)의 개방된 상부를 개방하도록 상승하는 위치로 이동가능하다. 더욱 상세하게는, 상판(2)은 용기(1) 내부의 밀폐를 위해 용기(1)의 플랜지 부(1a)에 밀착하는 위치와 용기 내부 압축 가스의 배기를 위해 상기 플랜지 부(1a)로부터 분리 상승하는 위치로 이동하여 용기(1)의 상부 전 면적을 개방할 수 있다.

복수의 스프링(3), 도 1에 도시된 실시 예에서는 2개의 스프링(3)은 일단 부가 상판(2)에 접촉하여 상판(2)에 용기(1)를 밀폐하도록 탄성력을 부과하며, 용기 (1) 내부 압력이 상기 탄성력을 초과할 때 배기하도록 상판(2)의 상승을 허용하게 압축될 수 있다. 배기를 위해 상기 상판의 들리는 위치 이동을 일으키는 용기 내부 압력 설정을 위해서, 스프링(3)은 스프링의 개수 또는 스프링의 탄성계수 또는 스프링의 초기변형량이 조정되는 스프링이다. 즉, 배기되어야 할 용기 내부 압력이 높은 압력에서 배기되도록 설정할 때는, 스프링(3)의 설치 개수를 늘리거나 또는 선택적으로 탄성계수가 높은 스프링을 설치하거나 또는 선택적으로 상판(2)과 스프링 지지 부재(4) 사이의 거리를 줄여서 스프링(3)이 압축되어 스프링(3)을 더욱 압축하기 위해서는 더욱 큰 용기 내부 압력을 요구하는 상태로 만든다. 또한 배기되어야 할 용기 내부 압력이 낮은 압력에서 배기되도록 설정할 때는, 스프링(3)의 설치 개수를 줄이거나 또는 선택적으로 탄성계수가 낮은 스프링을 설치하거나 또는 선택적으로 상판(2)과 스프링 지지 부재(4) 사이의 거리를 늘려서 스프링(3)을 적게 압축되거나 압축되지 않은 상태로 하여 스프링(3)을 더욱 압축하기 위해서 크지 않은 용기 내부 압력을 요구하는 상태로 만든다.

스프링 지지 부재(4)는 스프링(3)의 타단 부를 지지하며, 용기(1)에 고정 설치된다. 스프링 지지 부재(4)가 용기(1)에 고정 설치되는 방법은 용접, 나사 접속 등 다양한 접속 방법에 의해 서로 접속되게 고정 설치될 수 있다.

도시되지 않았지만 스프링 지지 부재(4)에는 스프링(3)을 이탈이 방지되게 지지하기 위해서 "U"자형의 종단면 형상을 가지고 오목한 내부에 스프링의 일 단부를 지지하는 스프링 시트 부재(SPRING SEAT MEMBER)가 고정설치될 수 있고, 상판(2)에도 스프링의 타 단부를 지지하는 다른 스프링 시트 부재가 고정설치될 수 있다.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치의 동작과 작용효과를 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치를 용기(1) 내부의 극저온 액체(CL)의 온도보다 높은 분위기, 예컨대 상온 분위기하에 방치하게 되면, 온도가 높은 주위로부터 온도가 상대적으로 낮은 용기(1) 내로 열침입(TI)가 도 2에 도시된 것과 같이 발생한다. 따라서 용기(1) 내부의 극저온 액체(CL)는 침입된 열을 흡수하여 가스(gas)(G)로 기화되기 시작한다.

한편, 용기(1) 내부의 극저온 액체(CL)가 가스(G)로 기화가 지속되면, 도 3에 도시된 바와 같이 용기 내 압력(IP)이 상승한다.

용기(1) 내부의 극저온 액체(CL)가 가스(G)로 기화가 더욱 진행되어 용기 내 압력(IP)이 설정된 배기해야할 용기 내 압력(IP)을 초과하여 상승하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 용기 내 압력(IP)이 스프링(3)에 의한 상판(2)의 밀폐 유지력을 극복하고 상판(2)을 밀어올린다. 이때, 배기 가스(G')는 용기(1)의 상부 개방면 전 면적을 통해 배출되므로 순간적으로 신속하게 용기 내 압력(IP)이 설정된 배기해야할 압력 미만으로 감소되고, 따라서 폭발사고의 발생이 미연에 방지될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치는 용기의 개방된 상부면 전 면적을 개폐할 수 있는 구조로서 설정된 압력 이상으로 용기 내 압력 상승 시 압축 가스의 신속 배출로 폭발 사고의 위험성을 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치는,

상기 용기의 개방된 상부 면을 개폐하는 상판에 폐색 방향으로 탄성력을 부과하는 스프링에 있어서 스프링의 개수 또는 스프링의 탄성계수 또는 상기 스프링의 초기변형량을 조정함으로써 배기하는 용기 내 압력을 설정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치에 있어서 정상 상태를 보여주는 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치에 있어서 열침입이 발생한 초기상태를 보여주는 단면도이며,

도 3은 본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치에 있어서 열침입에 의해 용기 내 압력이 상승한 상태를 보여주는 단면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치에 있어서 설정 압력보다 용기 내 압력이 상승하여 상판이 개방되어 기화된 용기 압축 가스가 배기되는 상태를 보여주는 단면도이다.

*도면의 주요부에 대한 부호의 설명

1: 극저온 액체 용기 1a: 플랜지 부

2: 상판 3: 스프링

4: 스프링 지지부재 CL: 극저온 액체

G: 가스 G': 배기 가스

IP: 용기 내 압력 TI: 열 침입

Claims (6)

1. 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치에 있어서,

   상부가 개방되고 극저온 액체를 수용하기 위한 용기;

   상기 용기의 개방된 상부를 밀폐하는 위치 또는 상기 용기의 개방된 상부를 개방하도록 상승하는 위치로 이동가능한 상판;

   일단 부가 상기 상판에 접촉하여 상기 상판에 상기 용기를 밀폐하도록 탄성력을 부과하며, 용기 내부 압력이 상기 탄성력을 초과할 때 배기하도록 상기 상판의 상승을 허용하게 압축될 수 있는 복수의 스프링; 및

   상기 스프링의 타단 부를 지지하며, 상기 용기에 고정 설치되는 스프링 지지부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치.
2. 제1항에 있어서,

   배기를 위해 상기 상판의 들리는 위치 이동을 일으키는 용기 내부 압력 설정을 위해서, 상기 스프링은 상기 스프링의 개수 또는 상기 스프링의 탄성계수 또는 상기 스프링의 초기변형량이 조정되는 스프링인 것을 특징으로 하는 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 용기는 개방된 상부의 주위에 연장하여 형성되는 플랜지(flange)부를 가지며,

   상기 상판은 상기 용기 내부의 밀폐를 위해 플랜지 부에 밀착하는 위치와 용기 내부 압축 가스의 배기를 위해 상기 플랜지 부로부터 분리 상승하는 위치로 이동하여 상기 용기의 상부 전 면적을 개방할 수 있는 상판인 것을 특징으로 하는 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 스프링 지지 부재가 상기 용기에 고정 설치되는 방법은 용접 또는 나사 접속인 것을 특징으로 하는 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 스프링 지지 부재에는 상기 스프링의 일 단 부를 지지하는 스프링 시트 부재(SPRING SEAT MEMBER)가 고정설치되어 추가하여 마련되는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치.
6. 제5항에 있어서,

   스프링 시트 부재는 오목한 내부에 상기 스프링을 이탈이 방지되게 지지하기 위해서 "U"자형의 종단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 극저온 액체 용기의 급속 배기 장치.

Images