KR20190105612A - 위험 물질용 프로세스 유닛 - Google Patents

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리안 닐슨
크리스토퍼 룬드
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일렉트로닉 퓨얼테크 에이/에스
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Abstract

위험 물질용 프로세스 유닛으로, 이 프로세스 유닛은 근위 내부 플랜지와 원위 내부 플랜지 사이에서 연장하며 위험 풀질 운송을 위한 내부 통로를 획정하는 내벽 및 내부 통로 내에서 위험 물질과의 상호 작용을 구성된 프로세스 제어 구조물을 포함한다. 위험 물질을 검출할 수 있도록 하기 위해, 프로세스 유닛은 근위 외부 플랜지와 원위 외부 플랜지 사이에서 내벽 주위에 연장하는 외벽을 포함하며, 내벽과 외벽 사이에 외부 통로를 획정한다. 내벽과 외부 사이에서 연장하며 프로세스 제어 구조물의 적어도 일부를 수용하기 위한 제어 통로가 배치될 수 있다.

Description

위험 물질용 프로세스 유닛
본 발명은 위험 물질을 취급하는 분야에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 위험 물질 프로세스 유닛에 관한 것이다. 프로세스 유닛은 근위 내부 플랜지와 원위 내부 플랜지 사이에서 연장하며 위험 물질 운송을 위한 내부 통로를 획정하는 내벽 및 내부 통로 내에서 위험 물질과 상호 작용하도록 구성된 프로세스 제어 구조물을 포함한다.
위험 물질을 취급하고 제어하기 위한 다양한 시스템이 존재한다. 그 예시로, 연소 시스템용의 다양한 가스 연료 시스템이 당 업계에 알려져 있다. 일반적으로, 가스 연료 시스템은 연료 가스 저장장치 및 예를 들어 화물선에서 메인 엔진으로 기능하는 연소 엔진을 포함한다. 연료 가스 공급 시스템의 역할은 연료 가스 저장장치로부터 연소 엔진으로 연료 가스 유동을 제공하는 것이다. 예를 들어 해양 선박에서 연료 가스 시스템은 종종 펌프와 FGSS 시스템으로도 호칭되는 증발 시스템을 포함한다. 또한, GVU로도 호칭되는 안전 시스템이 FGSS와 엔진 사이에 삽입되어 있다. GVU는 가스 공급을 차단하게 구성되어 있고, 가스 시스템을 예컨대 불활성 가스로 청소할 수 있는 구조물과 연료 가스의 공급을 제어하기 위한 제어 구조물을 포함할 수 있다. GVU는 또한 가스 온도나 압력 같은 가스 상태를 검출하고, 가스의 다른 특성을 검출하며 및/또는 가스 여과를 검출하기 위한 구조물들을 추가로 포함할 수 있다.
연료 가스는 연소 엔진에 연료를 공급하기에 적당하며 인화성이 높다. 이러한 이유로 누출 방지가 매우 중요하다. 추가적인 대책으로, 누출 검출 및/또는 방지 및/또는 누출물을 안전한 장소로 방출시키는 환기를 위한 수단을 제공함으로써 시스템의 안전 수준을 높이기 위해 외부 케이싱이 도입될 수 있다.
위험 물질을 처리할 때, 다양한 제어 구조물들이 적용되는 것이 일반적이다. 그러한 구조물들의 예시는 밸브, 펌프, 압력 센서, 온도 센서, 유량 센서, 필터 및 공정 제어를 위해 포함되는 다른 구조물들을 포함한다. 종종 이러한 제어 구조물들은 위험 물질과 직접적으로 소통하므로, 특히 공정 제어 구조물 근방에서 누출 검출을 할 필요가 있다.
누출을 검출할 필요성이 증가하기 때문에, 연료 가스 공급 시스템은 종종 밸브 구조물을 둘러싸는 영역에 환기되는 용적부를 제공한다. 공지의 시스템에서, 환기되는 용적부는 밸브 커넥터, 밸브 액추에이터 및 다른 주변 장치를 포함하는 밸브 구조물 전체를 둘러싼다. 그러나 환기에는 비용이 많이 소요될 수 있으며, 상대적으로 큰 환기되는 용적부 내에서 누출된 연료 가스를 검출하는 데에는 상대적으로 많은 시간이 소요될 수 있다. 또한, 제어 구조물을 위한 공간이 필요하며 제어 구조물에 접근하기가 복잡하다.
위 배경에 대해, 본 발명 실시형태들의 목적은 무엇보다도 누출 검출을 개선하고, 공간을 절감할 수 있는 프로세스 유닛을 제공하며, 제어 구조물에 더욱 편리한 접근을 제공하는 것이다. 안전성을 높이고, 누출이 발생한 시점과 누출이 검출된 시점 간의 리드 타임을 줄이는 것이, 본 발명 실시형태들의 추가적인 목적이 될 수 있다.
제1 측면에서, 본 발명은 위험 물질용 프로세스 유닛으로,
- 근위 내부 플랜지와 원위 내부 플랜지 사이에서 연장하며, 위험 물질 운송을 위한 내부 통로를 획정하는 내벽,
- 내부 통로 내에서 위험 물질과 상호 작용하도록 구성된 프로세스 제어 구조물, 및
- 근위 외부 플랜지와 원위 외부 플랜지 사이에서 연장하며, 내벽과 외벽 사이에 외부 통로를 획정하는 외벽을 포함하는 프로세스 유닛을 제공한다.
이중 파이프 시스템에서 안전성을 개선시키기 위해, 내부 통로에서 빠져나간 위험 물질이 외부 통로 내에 저장되도록, 내벽이 외벽에 의해 둘러싸여 있다. 이에 따라 외부 통로는 내부 통로로부터 누설을 검출할 수 있다.
외벽이 내벽 주위를 연장하고 있기 때문에, 뜻하지 않게 내부 통로에서 누출될 수 있는 위험 물질은 그 위험 물질이 주위 공간을 오염시키기 전에 외부 통로를 지나가게 된다. 따라서 외부 통로는 위험 물질의 누설을 검출할 수 있는 길목을 형성하며, 필요에 따라서는 환기에 의해 위험 물질이 운송되는 길목을 형성한다.
누설이 발생하는 경우, 외부 통로 내의 변화를 모니터링 하여 예컨대 외부 통로 내 위험 물질의 구성성분을 검출하거나 외부 통로 내 압력 변화를 검출함으로써 위험 물질의 누설을 효율적으로 검출할 수 있다. 따라서 프로세스 유닛 근방에서 위험 물질의 위험이 감소될 수 있다.
본 명세서에 사용하고 있는 "중심축"(center axis)이란 용어는 내부 통로를 통하는 단면의 기하학적 중심점을 가리킨다. 내부 통로의 단면이 원형인 경우, 중심축은 원들의 중심을 연결하는 축 상에 있다. 본 명세서에 사용하고 있는 "반경 방향"(radial direction)이란 용어는 중심축으로부터 직교하며 멀어지는 방향을 가리킨다. 본 명세서에서, 반경 방향이란 용어가 내부 통로의 단면이 원형이어야 하는 것은 아니다.
위험 물질은 특히 유체 물질 예를 들면 내부 통로를 통해 펌핑될 수 있는 물질일 수 있다. 유체 물질은 가스 혹은 액체 물질일 수 있다. 위험 물질은 가연성, 독성 또는 예컨대 특별한 오염 효과, 생명체에 유해하거나 폭발성 등으로 인해 주위 공간 내에 존재하면 좋지 않은 물질일 수 있다.
내벽은, 유체 물질을 용이하게 운송할 수 있는 특히 관상(tubular)일 수 있다. 내벽은 스테인리스강, 알루미늄 또는 해당되는 위험 물질에 따라 다양한 성분으로 된 재료로 제작될 수 있다.
복수의 이중 벽 유닛들이 서로 뻗어있는 상태로 조립되면, 내벽이 외벽에 의해 둘러싸인 상태에 있도록, 외부 및 내부 통로는 인접하는 유닛의 통로들과 일치된다.
둘러싸는 정도(degree of envelopment)가 높을수록, 내벽 내용물이 외부 통로를 통과하지 않고 내부 통로로부터 주위 공간으로 이동할 위험이 낮아진다. 근위 내부 플랜지와 원위 내부 플랜지는 특히 유닛이 파이프 시스템 또는 동일한 종류의 다른 유닛에 부착될 수 있는 구조일 수 있다. 일 실시예에서, 2개의 유닛들이 결합된다. 2개의 유닛들 중 하나는 밸브 구조를 획정할 수 있고, 2개의 유닛들 중 다른 하나는 센서 구조 또는 퍼지 구조를 획정할 수 있다.
플랜지들은 플랜지와 인접하는 연결 플랜지 사이에서 누설을 방지하기 위한 밀봉 수단을 포함할 수 있으며, 플랜지는 예컨대 볼트 등을 수용하기 위한 나사 구멍 같은 구멍 형태의 고정 수단을 포함할 수 있다.
근위 내부 플랜지 내에서, 프로세스 유닛은 내부 통로로 개방되는 근위 내부 개구를 형성한다.
내부 원부 플랜지 내에서, 프로세스 유닛은 내부 통로로 개방되는 내부 원위 개구를 형성한다.
외부 근위 플랜지 내에서, 프로세스 유닛은 외부 통로로 개방되는 외부 근위 개구를 형성한다.
외부 원위 플랜지 내에서, 프로세스 유닛은 외부 통로로 개방되는 외부 원위 개구를 형성한다.
프로세스 제어 구조물은 내부 통로 내에서 위험 물질과 상호 작용할 수 있다. 특히, 프로세스 제어 구조물은 내부 통로 내에서 운송되는 위험 물질과 직접 접촉할 수 있으며, 특히 프로세스 제어 구조물은 내부 및 외부 통로 바깥의 주위 공간 내에 있는 구조물에 의해 조작되거나 그 구조물과 연통될 수 있다.
외벽은 유체 물질을 용이하게 운송하는 특히 관상일 수 있다. 본 명세서에서 관상(tubular)이란 용어는 외부 통로 내에서 유동 방향과 직교하는 방향의 단면의 형상이 임의의 형상 예컨대 원형 또는 타원형이라는 것을 의미한다. 외벽의 내면은 예를 들면 단면이 변하지 않으면서 근위 플랜지에서부터 원위 플랜지로 연장할 수 있다.
이와는 다르게, 외벽 내면의 단면이 변화하거나, 내부 통로가 2개의 다른 외부 플랜지에서 프로세스 유닛을 빠져나가는 2개의 별개의 통로로 분할된다.
외벽은 내벽과 같은 재료 즉 예를 들어 스테인리스강, 알루미늄 또는 해당 위험 물질에 따라 다양한 성분으로 된 재료로 제작될 수 있다. 또는 외벽이 내벽 재료(들)와 다른 하나 또는 그 이상의 재료로 제작될 수도 있다.
근위 외부 플랜지와 원위 외부 플랜지는 유닛이 파이프 시스템이나 균등한 디자인의 다른 유닛에 부착될 수 있는 특별한 구조일 수 있다. 플랜지들은 플랜지와 인접하는 연결 플랜지 사이에서 누설을 방지하기 위한 밀봉 수단을 포함할 수 있으며, 플랜지는 예컨대 볼트 등을 수용하기 위한 나사 구멍 같은 구멍 형태의 고정 수단을 포함할 수 있다. 외부 플랜지는 예를 들면 플랜지들의 주위를 따라 외부 플랜지와 내부 플랜지 사이의 공간이 고르게 규정되도록 내부 플랜지 주위에 동심으로 배치될 수 있다.
외부 통로는 특히,
a) 정적 압력(static pressure) 예컨대 불활성 가스 또는 비가연성 액체의 정적 압력을 유지하거나, 또는
b) 누설 가스를 외부 통로를 통해 운송하여 멀리 보내버릴 수 있도록 환기 공기를 운송하기 위한 것일 수 있다.
a)에 의하면, 외부 통로의 압력 상태의 변화를 감지함으로써 누설이 검출될 수 있다. 이 목적을 위해, 외부 통로는 특히 내부 통로 압력과는 다른 압력 즉 내부 통로 압력보다 높거나 낮은 압력을 유지할 수 있다.
b)에 의하면, 외부 통로 내의 위험 물질 또는 외부 통로로부터 환기되는 공기의 함량을 검출할 수 있는 센서에 의해 누설이 검출될 수 있다.
내벽은 내면과 그 반대편에 외면을 형성할 수 있다. 내면은 내부 통로 내의 표면을 형성하고, 외면은 외부 통로 내의 표면을 형성할 수 있다.
외벽은 내면과 그 반대편에 외면을 형성할 수 있다. 내면은 외부 통로 내의 표면을 형성하고, 외면은 내부 및 외부 통로 반대편을 향할 수 있다. 외면은 예컨대 프로세스 유닛의 외부 면 및 주위 공간의 측면을 형성할 수 있다.
내벽의 두께는 고를 수 있다. 이에 따라 내벽의 내면과 외면은 서로 평행한 면일 수 있다. 이와는 다르게, 내벽의 두께가 고르지 않을 수도 있다. 일 실시형태에서, 내부 통로의 단면은 변하지 않고, 내벽의 벽 두께는 일정하다. 다른 실시형태에서, 내부 통로의 단면과 내벽의 벽 두께 모두가 변한다.
외벽의 두께는 고를 수 있다. 이에 따라 외벽의 내면과 외면은 서로 평행한 면일 수 있다. 이와는 다르게, 외벽의 두께가 고르지 않을 수도 있다. 일 실시형태에서, 외부 통로의 단면은 변하지 않고, 외벽의 벽 두께는 일정하다. 다른 실시형태에서, 외부 통로의 단면과 외벽의 벽 두께 모두가 변한다.
내벽의 내면 및 외면 모두가 내부 통로 주위를 원주 방향으로 연장할 수 있다. 한편, 외벽의 내면 및 외면은 외부 통로 주위를 원주 방향으로 연장할 수 있다.
내부 및 외부 통로 모두에서 유동 상태를 올바르고 일정하게 하기 위해서는 내벽 및 외벽 간의 상대 위치설정이 중요할 수 있다. 내벽은 외벽 또는 플랜지들을 통해 지지될 수 있다. 2개의 파이프들의 상대 위치를 고정하는 방식은 이들 사이에 커넥터 요소들을 사용하는 것이다. 커넥터 요소들은 용접, 마찰 등을 통해 제 자리에 유지될 수 있다.
일 실시형태에서, 본 개시는 내벽이 예컨대 강직한 커넥터 형태의 커넥터 요소들을 통해 외벽에 의해 지지되는 유닛을 제공한다. 본 명세서에서 강직한 커넥터들(rigid connectors)이란 용어는 외벽에 대한 내벽의 고정 위치를 유지하는 커넥터로 정의된다. 즉, 커넥터들은 스펀지, 탄성, 내벽과 외벽 간의 이동을 허용하지 않는다.
외벽의 내면과 내벽의 외면 사이에서 연장하는 강직한 커넥터들은 내벽과 외벽을 결합시킬 수 있다. 강직한 커넥터들은 내벽이 외벽에 대해 상대 이동하지 않도록 할 수 있다.
강직한 커넥터들은 벽들 사이에 배치되어 있는 별개의 요소들이거나, 벽들과 커넥터들은 단편으로 제작될 수 있다.
본 문헌에서 "단편으로 제작되는(made in one piece)"이란 용어는 파트들이 파괴되지 않고서는 분리될 수 없는 것으로 간주된다. 실시예들은 벽들과 강직한 커넥터들이 단편으로 주조되는 것을 포함하고, 벽들과 강직한 커넥터들이 용접되거나 접착제로 결합되는 것을 포함하며, 3D 프린팅과 같이 재료 부가 제조 공정으로 제작되는 것을 포함하며, 또는 벽들과 강직한 커넥터들이 단일 블록 재료를 밀링하거나 절삭하여 제작될 수 있다.
이와는 다르게, 벽들과 커넥터들은 여러 개의 피스로 제작되고, 나사, 리벳 또는 마찰에 의한 접합으로 조립되어 제작될 수 있다.
강직한 커넥터들이 내벽과 외벽 사이에서 연장하기 때문에, 강직한 커넥터들은 외부 통로 내 공간을 차지한다. 본 명세서에서 이 공간을 "차지된 공간(occupied space)"로 부른다. 나머지 공간은 외부 통로에서 유동을 위해 이동할 수 있으며, 본 명세서에서 이 공간을 "자유 공간(free space)"이라고 부른다.
자유 공간은 외부 통로의 환기를 위한 수단을 제공하며, 자유 공간은 체적으로 폐색 공간의 적어도 25%를 구성할 수 있다. 이는 외부 통로에서 상대적으로 작은 크기로 환기할 수 있게 하며, 이에 따라 프로세스 유닛을 더욱 컴팩트한 디자인으로 할 수 있다.
내벽과 외벽은 내부 통로 내 중심축 주위에서 동심으로 연장할 수 있다. 본 명세서에서 동심으로(concentrically)는 중심축과 직교하는 단면에서 내벽과 외벽의 기하학적 중심이 동일하다는 것을 의미한다.
주위 공간과 내부 통로 사이를 연통시키기 위해, 내벽은 내벽을 관통하는 내부 개구를 형성할 수 있다. 내부 개구는 내부 통로와 외부 통로 사이를 유체 연통시킬 수 있다. 외벽도 외벽을 관통하는 개구를 형성할 수 있다. 본 명세서에서 이 개구를 외부 개구라고 부른다. 외부 개구는 외부 통로와 외벽 바깥쪽의 주위 공간 사이를 유체 연통시킬 수 있다.
내부 통로는 근위 내부 플랜지 내에 있는 근위 내부 개구와 원위 내부 플랜지 내에 있는 원위 내부 개구 사이에서 중심축을 따라 연장할 수 있다. 내부 개구 및 외부 개구는 내부 통로 내에서 중심축으로부터 반경 방향으로 멀어지는 방향으로 오프셋 될 수 있다. 개구의 반경 방향 변위에 의해, 두 개구들 사이에 챔버를 형성할 수 있게 된다. 이러한 챔버는 내부 개구를 통과하는 불필요한 재료의 누출을 검출하는 데에 사용될 수 있다.
내부 개구 및 외부 개구는 중심축과 직교하는 축 주위에 동심으로 특히 정렬될 수 있다. 동심 정렬은 강직한 긴 타원형(oblong) 요소들이 양 개구들을 통해 삽입될 수 있게 한다. 예를 들면 청구되어 있는 제어 구조물 예컨대 밸브, 압력 센서 또는 위험 물질과 연통하는 다른 구조물용 커플링이 삽입될 수 있다.
내부 개구 및 외부 개구 중 적어도 하나는 삽입되는 제어 구조물과 밀봉 체결되어 내부 및 외부 개구를 통한 유체 연통을 방지하기 위해 제공된다. 이 목적을 위해, 삽입되는 제어 구조물과 밀봉 체결하기 위해 제공되는 내부 개구 및 외부 개구 중 적어도 하나는 대응 벽 내에 통합되어 있는 탄성 개스킷을 포함한다. 개스킷은 O-링 등일 수 있다. O-링이 내부 개구 및 외부 개구 중 적어도 하나의 에지 내 리세스에 안착되도록 리세스에 통합될 수 있다.
프로세스 유닛은 내벽과 외벽 사이에서 연장하여 예컨대 내부 개구와 외부 개구를 연결하는 제어 통로를 추가로 포함한다. 이 제어 통로는 제어 구조물이나 제어 구조물 중 적어도 일부를 수용할 수 있으며, 제어 통로는 제어 구조물이 내부 통로의 위험 물질과 상호 작용하게 할 수 있으면서 외부로부터 접근할 수 있도록 한다.
제어 통로의 단면은 예컨대 원형일 수 있다.
외부 통로는 내부 통로 주위에 단일의 통합된 공간을 형성할 수 있다. 이는 내부 통로에서 누설된 위험 물질이 검출되거나 안전하게 제거될 수 있는 외부 통로 내로 유입될 수 있는 기회를 증가시킬 수 있다.
외부 통로의 단면은 비-원형일 수 있다. 특히 외부 통로의 단면은 전술한 내부 및 외부 개구 및/또는 제어 통로에서 원형 단면으로부터 비-원형 단면으로 변할 수 있다.
근위 내부 플랜지 및 근위 외부 플랜지는 단편으로 형성될 수 있다. 즉 이전에 기재되어 있는 정의에 의하면 내부 및 외부 플랜지는 비-파괴 방식으로는 분해될 수 없다. 실시예들은 근위 내부 플랜지 및 근위 외부 플랜지가 단편으로 주조되는 것을 포함하고, 근위 내부 플랜지 및 근위 외부 플랜지들이 용접되거나 접착제로 결합되는 것을 포함하며, 3D 프린팅과 같이 재료 부가 제조 공정으로 제작되는 것을 포함하며, 또는 근위 내부 플랜지 및 근위 외부 플랜지들이 단일 블록 재료를 밀링하거나 절삭하여 제작될 수 있다.
원위 내부 플랜지와 원위 외부 플랜지도 원위 커넥터 측면을 형성하는 단편으로 형성될 수 있다.
외부 통로는 근위 커넥터 측면 내의 복수의 외부 통로 개구와 원위 커넥터 측면 내의 복수의 외부 통로 개구 사이에서 연장할 수 있다. 개구들 중 적어도 하나의 개구의 치수 그리고 바람직하게는 모든 개구들의 반경 방향 치수가 다른 방향들에서의 치수보다 작게 되도록 개구들이 특별하게 형성될 수 있다. 본 명세서에서, "반경 방향"(radial direction)은 중심축과 직교하는 방향을 의미한다.
원위 커넥터 측면과 근위 커넥터 측면 중 적어도 하나의 커넥터 측면 내의 복수의 개구들은 중심축에 대해 대칭으로 배치될 수 있다. 이와는 다르게, 원위 커넥터 측면과 근위 커넥터 측면 중 적어도 하나의 커넥터 측면 내의 복수의 개구들이 중심축에 대해 비대칭으로 배치된다.
일 실시형태에서, 원위 커넥터 측면과 근위 커넥터 측면 중 적어도 하나는 내벽 및 외벽과 단편으로 형성된다. 이 실시형태에서, 내벽과 외벽은 원위 및 근위 커넥터 측면 사이에서 서로에 대해 완전히 별개로 연장할 수 있으며, 외벽에 대한 내벽의 위치는 양 벽들을 동일한 커넥터 측면에 연결시킴으로써 고정될 수 있다. 이 실시형태에서, 강직한 커넥터들이 방지될 수 있다.
일 실시형태에서, 내벽 및 외벽이 단편으로 제작될 수 있다.
일 실시형태에서, 내벽 및 외벽이 강직한 커넥터에 의해 결합되며, 강직한 커넥터들은 내벽 및 외벽과 단편으로 제작된다.
일 실시형태에서, 내벽, 외벽, 커넥터들, 원위 내부 플랜지, 원위 외부 플랜지, 근위 내부 플랜지 및 근위 외부 플랜지들이 단편으로 제작된다.
원위 내부 플랜지와 근위 내부 플랜지 사이에서, 유동 방향에 직교하는 방향의 단면 내에 폐쇄-라인 기하학적 구조가 획정될 수 있다. 정의의 의하면, 폐쇄-라인 기하학적 구조는 외부 통로 내에서 내벽 주위의 원주 방향으로 연장한다. 이 폐쇄-라인의 정의는 도 11에 추가로 도시되어 있다. 효율적인 환기를 제공하기 위해, 자유 공간 내에서 폐쇄-라인은 폐쇄-라인이 고체 물질을 관통하여 연장하는 거리의 적어도 25%로 연장할 수 있다. 외부 통로 내에 이 정도의 양의 자유 공간이 있으면, 재료 파손이 되어도 누출된 위험 물질이 외부 통로를 우회하게 될 가능성이 적다. 고체 물질은 예컨대 전술한 강직한 커넥터들로 구성될 수 있다.
프로세스 유닛은 압력-균등화 구조물을 포함할 수 있다. 압력-균등화 구조물은 제어 통로 내 제1 개구와 외부 통로 내 제2 개구 사이에서 연장하는 적어도 하나의 도관을 포함하여 제어 통로와 외부 사이에 유체 연통을 확립하고 이에 따라 제어 통로와 외부 통로 사이에서 압력을 균등화 한다. 압력-균등화 구조물에 의해, 제어 통로가 외부 통로와 유체 연통하게 되며, 에어 통로를 통해 주위 공간으로 누출될 수 있는 위험 물질이 외부 통로 내에서 검출되거나 필요에 따라서는 외부 통로를 통해 제거될 수 있다.
일 실시형태에서, 압력-균등화 구조물은 적어도 2개의 도관을 형성하되, 각각이 제어 통로 내 제1 개구와 외부 통로 내 제2 개구 사이에서 연장하여 적어도 2개의 도관들 중 각각의 도관 내에서 제어 통로와 외부 통로 사이에서 유체 연통이 동시에 확립된다. 이는 외부 통로가 환기되는 중에 제어 통로가 환기될 수 있도록 한다.
프로세스 유닛은 제어 통로 내에 배치되어 제어 통로와 압력-균등화 구조물을 통해 내부 통로와 외부 통로 사이에서의 유동을 방지하는 내부 밀봉 구조물을 포함할 수 있다. 내부 밀봉 구조물은 제어 통로의 내벽과 프로세스 제어 구조물 사이에 배치되어 있는 예컨대 고무 재질의 탄성 개스킷을 포함할 수 있다.
프로세스 유닛은 제어 통로 내에 배치되어 제어 통로와 외부 통로 바깥의 주위 공간 사이에서의 유동을 방지하는 외부 밀봉 구조물을 포함할 수 있다. 외부 밀봉 구조물은 제어 통로의 내벽과 프로세스 제어 구조물 사이에 배치되어 있는 탄성 개스킷을 포함할 수 있다.
내부 밀봉 구조물과 외부 밀봉 구조물은 제어 통로 내에 밀봉된 챔버를 획정할 수 있으며, 전술한 압력-균등화 구조물의 적어도 하나의 제1 개구가 밀봉된 챔버 내에 존재하여 챔버와 외부 통로 사이에 유체 연통을 확립할 수 있다.
프로세스 제어 구조물은 위험 물질과 상호 작용할 수 있으며, 내부 통로 내에서 위험 물질과 직접 접촉하고 있을 수 있다. 또한, 프로세스 제어 구조물은 서비스를 위해 예를 들어 교체를 위해, 동력 공급을 위해 또는 케이블이나 튜브 등을 통해 데이터 통신을 위해 제어 통로를 통해 접근되거나 적어도 일부가 제어 통로를 통해 접근될 수 있다. 제어 구조물은 예컨대 밸브, 센서, 필터, 펌프, 서비스 기구 및 이들의 조합으로 구성된 그룹에서 선택된 요소일 수 있다. 이들 요소들은 제어 동작을 용이하게 하며, 이들은 일반적으로 주기적으로 서비스되거나 데이터를 교환하고 또는 동력을 공급받는다.
특히, 제어 구조물은 내부 통로 내에서 이동 가능한 밸브 요소로 구성될 수 있으며, 이에 따라 내부 통로를 관통하는 유동, 밸브 요소를 이동시키기 위해 내부 및 외부 통로 바깥의 주위 공간에 배치되어 있는 밸브 액추에이터 및 제어 통로 내에서 연장하는 액추에이터와 밸브 요소를 사이의 커플링을 제어한다.
제어 구조물이 밸브 요소인 실시형태에서, 내부 및 외부 밀봉 구조물은 커플링 주위에 배치되어 내부 통로로부터 액추에이터를 밀봉시키고 커플링이 관통 연장하는 챔버를 획정할 수 있다.
커플링의 회전에 의해 밸브 요소가 내부 통로 내에서 특별하게 회전하여 내부 통로를 통한 유동을 제어할 수 있다. 이 상황에서, 내부 및 외부 밀봉 구조물들은 밀봉된 챔버를 유지하여, 내부 및 외부 통로 사이 그리고 챔버와 내부와 외부 통로 바깥의 주위 공간 사이의 유체 연통을 방지한다. 누출이 발생하면, 위험 물질이 주위 공간에 도달하기 전에 먼저 외부 통로 내에 도달한다. 즉, 위험 물질이 주위 공간의 배출되기 전에 내부 및 외부 밀봉 구조물이 누설되며, 내부 밀봉 구조물이 누설되면 내부 통로로부터 배출되는 위험 물질이 외부 통로 내에서 검출될 수 있고 그리고 필요에 따라서는 외부 통로에서 환기되어 배출될 수 있다.
근위 외부 플랜지가 근위 내부 플랜지 주위에 연장할 수 있고, 원위 외부 플랜지는 원위 내부 플랜지 주위를 연장할 수 있다. 일 실시형태에서, 플랜지들은 원형으로, 플랜지들이 쌍으로 동심으로 배치된다. 즉 원위 플랜지들은 동일한 중심점을 공유하고, 원위 플랜지들은 동일한 중심점을 공유한다.
근위 외부 플랜지는 근위 내부 플랜지와 평면 내에 존재할 수 있고, 원위 내부 플랜지는 원위 내부 플랜지와 평면 내에 존재할 수 있다. 이러한 방식으로, 내부 및 외부 플랜지 모두가 파이프 구조물에 예컨대 내부 및 외부 파이프를 갖는 이중 파이프에 연결되어 있으며, 양 파이프들과의 접촉이 하나의 공통의 평면을 따를 수 있다.
위험 물질의 유동이 내부 통로 내에서 물질 압력으로 제공되고, 환기 압력의 환기 공기의 유동이 외부 통로 내에 제공되도록, 프로세스 유닛이 프로세스 시스템에 연결될 수 있다. 환기 압력이 물질 압력보다 낮을 수 있다. 환기 압력이 외벽 바깥의 주위 압력보다 낮을 수 있다. 이러한 압력 조합을 사용하면, 위험 물질이 주위 공간으로 퍼질 위험이 환기에 의해 추가로 감소된다.
다른 실시형태에서, 위험 물질이 내부 통로로부터 외부 통로를 향해 덜 흐르게 되도록 외부 통로 내 압력이 물질 압력과 동일할 수 있다. 이 실시형태에서, 불활성 가스 또는 비가연성 액체 등을 사용하여 환기 압력을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
다른 대안적 실시형태에서, 외부 통로 내 압력이 물질 압력과 다를 수 있다. 즉 내벽을 통한, 내부 밀봉부를 통한, 외벽을 통한 또는 외부 밀봉부를 통한 누설이 외부 통로 내에 압력 변화를 일으키도록 외부 통로 내 압력이 물질 압력보다 높거나 낮을 수 있다. 이 압력 변화는 압력 센서에 의해 감지될 수 있다. 이 실시형태에서, 외부 통로 내 압력이 불활성 가스 또는 비가연성 액체 등의 사용에 의해 제공될 수 있다.
제어 통로 내에 그리고 특히 내부 및 외부 밀봉 구조물들 사이의 챔버에 의해 구성되는 제어 통로의 일부 내에 환기 공기 유동을 제공하는 것이 유리할 수 있다. 이는 적어도 2개의 도관을 형성하는 압력-균등화 구조물에 의해 실시될 수 있다. 이 경우에서, 위험 물질을 제어 통로 바깥으로 환기시킴으로써, 제어 통로를 통한 위험 물질의 확산이 추가로 감소된다.
다른 실시형태에서, 내부 통로 내에서 물질 압력으로 그리고 외부 통로 내에서 유동이 검출되지 않는 정적 압력의 위험 물질 유동이 제공된다. 검출 가스는 예컨대 불활성 가스, 비가연성 유체 또는 적어도 위험하지 않은 물질일 수 있다. 정적 압력(static pressure)은 특히 물질 압력보다 높을 수 있고, 정적 압력은 제어 통로 내에 또는 적어도 압력-균등화 구조물의 도관들을 통해 내부 및 외부 밀봉 구조물 사이의 제어 통로의 챔버 파트 내에 제공될 수 있다.
프로세스 유닛은 특히 예컨대 차량 또는 해양 선박 내 메인 엔진용 연소 시스템에 사용되는 연료 시스템 내의 연료 가스 유동을 제어하는 데에 사용될 수 있다. 프로세스 유닛은 하나 또는 그 이상의 유사한 종류의 유닛들 예컨대 밸브 구조물을 형성하는 하나 또는 그 이상의 유닛들, 펌프를 형성하는 하나 또는 그 이상의 유닛들 또는 필터 등을 형성하는 하나 또는 그 이상의 유닛들을 포함하는 시스템의 일부를 형성할 수 있다.
제2 측면에서, 본 개시는 하나의 유닛의 내부 통로가 다른 유닛의 내부 통로의 연장부가 되도록 및/또는 하나의 유닛의 외부 통로가 다른 유닛의 외부 통로의 연장부가 되도록 복수의 프로세스 유닛들이 조합되어 있는 프로세스 시스템을 제공한다.
제3 측면에서, 본 개시는 본 개시의 제1 측면에 따른 프로세스 유닛을 사용하여 위험 물질을 운송하는 방법을 제공한다.
이 방법은, 내부 통로 내에서 물질 압력의 위험 물질 유동을 제공하는 단계를 포함한다. 외부 통로 내에서 환기 압력의 환기 공기가 제공되고, 이 방법은 환기 압력을 물질 압력과 같거나 더 낮게 설정하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에서, 이 방법은 환기 압력을 외벽 바깥의 주위 압력보다 낮게 설정하는 단계를 포함하고, 다른 실시형태에서, 이 방법은 환기 압력을 외벽 바깥의 주위 압력보다 높게 설정하는 단계를 포함한다.
환기 공기는 외부 통로에 유동이 있는 상태로 또는 없는 상태로 제공될 수 있으며, 환기 압력은 정정 압력 또는 동적 압력일 수 있다.
도 1은 프로세스 유닛의 사시도이다.
도 2는 프로세스 유닛의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 제어 구조물이 생략된 프로세스 유닛을 도시하는 도면이다.
도 5 및 도 6은 외벽 및 내벽에 밀봉 개스킷이 통합되어 있는 프로세스 유닛의 상세도이다.
도 7은 내부 및 외부 통로의 중심을 관통하는 단면도이다.
도 8 및 도 9는 단면 상세도이다.
도 10은 프로세스 유닛의 정면도이다.
도 11은 폐쇄-라인 형상을 도시하는 도면이다.
도 12 및 도 13은 위험 물질의 유동을 제어하거나 특성을 검출하기 위한 프로세스 유닛의 개략적인 예시를 도시하는 도면이다.
도 14는 선박용 연소 시스템 내에서 연료 가스 유동을 제어하기 위해 설치된 프로세스 유닛을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 15 내지 도 25는 프로세스 유닛의 다양한 실시예를 개략적으로 개시하는 도면이다.
도 26은 내벽의 사시도이다.
첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 실시형태들을 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는 프로세스 유닛(11)의 실시형태를 도시한다. 도 1은 프로세스 유닛의 사시도이고, 도 2는 프로세스 유닛의 사시 단면도이다.
프로세스 유닛은 근위 내부 플랜지(13)와 원위 내부 플랜지(14) 사이에서 연장하는 내벽(12)을 포함한다. 내벽(12)은 위험 물질이 운송될 수 있는 내부 통로(15)를 획정한다.
프로세스 제어 구조물(16)은 내부 통로 내에서 위험 물질과 상호 작용하기 위해 구성되어 있다. 프로세스 제어 구조물(16)은 밸브, 필터, 센서 또는 내부 통로 내에서 동작하는 이와 유사한 구조물일 수 있다.
내벽(12) 주위에 외벽(17)이 연장하며, 외벽은 근위 외부 플랜지(18)와 원위 외부 플랜지(19) 사이에서 연장한다. 외벽은, 내벽과 외벽 사이 그리고 근위 외부 플랜지와 원위 외부 플랜지 사이에서 연장하는 외부 통로(20)를 형성한다.
도 3 및 도 4는 프로세스 제어 구조물이 생략된 도 1과 도 2의 실시형태를 도시한다. 도 3 및 도 4에서, 내벽(12)이 내면(31)과 그 반대편에 외면(32)을 형성하는 것을 명확하게 알 수 있다. 내면은 안쪽을 향하며 내부 통로 내의 면을 형성한다. 외면(32)은 바깥쪽을 향하며, 외부 통로 내의 면을 형성한다.
외벽(17)은 외부 통로 내의 면을 형성하는 내면(33) 및 내부 및 외부 통로로부터 멀어지는 방향을 향하는 반대편의 외면(34)을 형성한다. 본 실시형태에서, 외벽(17)의 외면(34)은 프로세스 유닛의 외면을 형성하고, 내벽의 외면(32)은 외벽의 내면(33)을 향한다. 내벽의 외면은 내부 통로 주위에 원주 방향으로 연장하고, 외벽의 내면은 외부 통로 주위에 원주 방향으로 연장한다.
내벽(12) 및 외벽(17)은 외벽의 내면과 내벽의 외면 사이에서 연장하는 강직한 커넥터(35)들에 의해 접합되어 있다. 커넥터들은 주조 공정에서 외벽 및 외벽과 단편으로 형성된다. 강직한 커넥터들은 내벽이 외벽에 대해 상대 이동하지 못하도록 하여 내부 통로와 외부 통로 내에서 정적 유동 상태(static flow condition)가 되도록 한다.
강직한 커넥터들은 외부 통로 내 공간을 차지하여서 외부 통로의 체적을 감소시킨다. 본 개시에서, 이는 외부 통로 내에서 폐색 공간(blocked space)으로 호칭된다. 나머지 자유로운 공간이 환기 공기(ventilation air)를 운송하는 데에 사용된다. 큰 자유 공간은 내부 통로로부터의 누설이 외부 통로에서 종료되는 기회를 증가시킨다.
도 4는 내벽(12) 및 외벽(17)이 내부 통로 내에서 중심축(41) 주위를 동심으로 연장하는 구성을 도시한다.
도 3 및 도 4는 내벽이 내벽을 관통하는 내부 개구(36)를 형성하는 것을 명확하게 도시하고 있다. 내부 개구는 내부 통로와 외부 통로 사이에서 유체 연통하도록 하고, 외벽은 외벽을 관통하는 외부 개구(37)를 형성한다. 외부 개구는 외부 통로와 주위 공간 사이에서 유체가 연통하도록 한다. 내부 개구 및 외부 개구는 중심축 방향으로 오프셋 되어 있는 중심축(38) 주위에 동심으로 정렬되어 있다. 즉, 내부 개구 및 외부 개구는 중심축(41)으로부터 서로 다른 거리에 있다. 내부 및 외부 개구는 개구 면들 사이에 밀봉 체결과 삽입되는 제어 구조물이 고정될 수 있도록 제작될 수 있다.
도 1 내지 도 4의 실시형태에서, 외부 통로는 외벽의 근위 및 원위 말단부 사이에서 하나의 단일의 통합된 공간을 형성한다.
도 5는 밸브 유닛으로 구성된 프로세스 유닛(51)을 도시한다. 밸브 유닛은 외부 개구를 관통하고 내부 개구를 관통하여 연장하는 커플링(52)을 포함한다. 커플링(52)은 내부 통로 내에 위치하는 밸브 요소(53) 위에서 작동한다. 도 5는 추가로 외부 개구와 내부 개구를 관통하여 삽입된 압력 전송기(54)를 또한 도시하고 있다.
커플링(52)은 외부 개구 위에서 커버(55)에 의해 차폐되어 있다. 커버는 커플링을 구동하기 위한 액추에이터를 지지한다.
도 5 및 도 6은 내부 개구 및 외부 개구와 제어 구조물 사이를 밀봉하기 위해 외벽 및 내부에 밀봉 개스킷이 통합되어 있는 프로세스 유닛을 상세하게 도시하고 있다. 외벽(17)은 외벽 내 외부 개구와 커플링(52) 또는 이와 유사한 제어 구조물 사이를 밀봉하는 O-링(56)을 보유하여서, 외부 개구에 의해 제공되는 유체 연통을 방지한다.
내벽(12)은 내벽 내 내부 개구와 커플링(52) 또는 이와 유사한 제어 구조물 사이를 밀봉하는 O-링(57)을 보유하여서, 내부 개구(53)에 의해 제공되는 유체 연통을 방지한다.
도 6은 내부 개구(36) 및 외부 개구(37) 내 O-링들(56, 57)의 확대도이다.
도 7은 제어 통로(71)를 포함하는 프로세스 유닛의 일 실시형태를 도시한다. 제어 통로(71)를 관통하여 연장하는 커플링을 거쳐 액추에이터(72)에 의해 밸브 요소가 회전된다. 제어 통로는 관형을 형성하며, 외부 통로와 내부 통로를 연결한다.
프로세스 유닛은 압력 센서(74)를 위한 공간을 제공하는 추가의 제어 통로(73)를 포함한다.
제어 통로는 내부 통로 내로의 내부 개구 및 외벽을 관통하여 외벽 바깥의 주위 공간 내로의 외부 개구 모두를 형성한다. 제어 통로(71)는 제어 통로를 연장하는 연장 튜브를 형성하는 커버(55) 내부에서 주위 공간으로의 개구를 형성한다. 제어 통로(73)는 내부 통로 내로의 관상 경로를 형성하고, 그 안에 압력 센서(74)가 삽입된다.
압력-균등화 구조물은 제어 통로와 외부 통로 사이에 유체 연통을 제공하여, 제어 통로 내로 위험 물질이 누설되는 것을 검출하여, 외부 통로를 통해 위험 물질을 분기(venting)시킬 수 있다. 개시되어 있는 실시형태에서, 압력-균등화 구조물은 제어 통로 내 제1 개구와 외부 통로 내 제2 개구 사이에서 연장하는 2개의 도관들(75, 76)을 포함한다.
도 8 및 도 9는 도 7의 프로세스 유닛의 측면을 도시한다. 도 9는 도 3 내 제어 통로의 확대 상세도이다.
도 9의 확대도는 제어 통로 내에 배치되어 있으며, 내부 통로(15)와 외부 통로(20) 사이에서 제어 통로(71, 73)를 통한 유동을 방지하는 내부 밀봉 구조물(91)을 포함하는 프로세스 유닛을 도시하고 있다. 프로세스 유닛은 제어 통로 내에서 내부 밀봉 구조물 위에 배치되어 있으며 제어 통로와 외부 통로 바깥쪽의 주위 공간 사이에서 유동을 방지하는 외부 밀봉 구조물(92)을 추가로 포함한다. 내부 밀봉 구조물과 외부 밀봉 구조물은 제어 통로 내에 밀봉된 챔버(93)를 획정하며, 2개의 도관들(75, 76)의 제1 개구(94)가 그 챔버 내에 있다. 이에 따라 2개의 도관들(75, 76)은, 환기 공기가 외부 통로 내를 유동할 때 챔버를 청소(flushing)할 수 있다. 프로세스 유닛이 2개의 도관들(75, 76) 중 하나의 도관만으로 제작된 경우, 청소가 이루어지지 않게 된다. 이러한 상황에서, 외부 통로 내 압력은 챔버(93) 내에서 정적 압력으로 되고, 내부 통로에서 챔버 내로 일어나는 위험 물질의 누설에 따라서만 유동이 일어나게 된다.
도 10은 프로세스 유닛의 정면도이다. 도 10에는 근위 내부 플랜지(13) 주위를 연장하는 근위 외부 플랜지(18)가 도시되어 있다.
내벽과 외벽은 외벽의 내면과 내벽의 외면 사이에서 연장하는 강직한 커넥터에 의해 연결되어 있으며, 외벽에 대한 내벽의 상대 이동을 방지한다. 강직한 커넥터는 외부 통로(20)를 형성하는 개구들 사이에서 도면부호 35로 도시되어 있다. 도 3 참조. 커넥터들은 외부 통로 내에서 폐색 공간을 차지하고 있어서, 프로세스 유닛에 걸친 압력 강하를 증가시킨다. 가능하면 환기 공기의 운송을 위한 자유 공간을 많이 남기는 것이 바람직하지만, 그럼에도 내벽과 외벽 사이에는 강한 그리고 선택적으로 강직한 커넥터를 구비해야 한다.
가능하면 외부 통로에 넓은 자유 공간을 두어 내부 통로를 둘러싸게 함으로써, 재료 파손이 있을 때 내부 통로로부터 누설이 검출될 수 있으며 선택적으로 프로세스 유닛으로부터 환기될 수 있는 외부 통로에 연결되지 않으면서 주위 공간으로 직접 연결되지 않도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
개구들(101)이 이중 파이프 시스템의 연결을 위해 또는 내부 통로 및 외부 통로로 위험 물질과 환기 공기를 공급하기 위한 균등한 디자인의 다른 제어 유닛에 제공된다. 원위 외부 플랜지 및 원위 내부 플랜지는 기본적으로 근위 외부 플랜지 및 근위 내부 플랜지와 동일하므로, 별도로 상세하게 설명하지 않는다.
도 10에서, 강직한 커넥터들이 내벽 및 외벽과 단편으로 주조된다. 이와는 다르게, 강직한 커넥터들이 내벽 및 외벽과 별개의 피스로 제작되어 예컨대 접착제, 용접 또는 다른 공법으로 내벽 및 외벽에 결합된다.
도 11은 도 10과 동일한 단면을 도시하고 있다. 다만, 내벽 주위에 원주 방향으로 둘러싸는 외부 통로 내에서 연장하는 라인으로 획정되어 있는 폐쇄-라인 기하학적 구조(111)가 도시되어 있다. 일 실시형태에서, 본 발명에 따른 프로세스 유닛은 적어도 하나의 폐쇄-라인 기하학적 구조가 내부 통로 내에서 유동 방향과 직교하는 원위 및 근위 플랜지 사이의 임의의 단면으로 정의될 수 있다. 특히, 폐쇄-라인 기하학적 구조(111)는 임의의 형상일 수 있다. 다만, 내벽과 외벽 사이에 존재해야 하며, 중심축에서부터 반경 방향 바깥쪽으로 그려진 라인이 한번만 폐쇄-라인 기하학적 구조와 교차하도록 정의되어야 하며, 이러한 방식으로 정의된 폐쇄-라인 기하학적 구조는 부분적으로 공기를 통과하고 부분적으로 고체 물질을 통과하여 연장할 수 있다. 기하학적 구조는, 공기 중에서 연장하는 폐쇄-라인 기하학적 구조의 일부
Figure pct00001
, 는 강직한 커넥터들(24)에 의해 구성된 고체 물질을 통해 연장하는 폐쇄-라인 기하학적 구조의 일부
Figure pct00002
, 의 길이의 적어도 25%를 구성한다는 룰을 따라야만 한다. 이 비율은 다음과 같이 요약될 수 있다.
Figure pct00003
도 11은 폐쇄-라인 기하학적 구조가 원형인 특정 실시형태를 도시하고 있다.
도 12는 가스 연소 시스템에 삽입되어 있으며, 메인 엔진에 대한 연소가스 유동을 조절하는 밸브 요소(53)를 구비하는 밸브를 형성하는 프로세스 유닛을 개략적으로 도시하고 있다.
도 13은 가스 연소 시스템에 삽입되어 있으며, 메인 엔진에 대한 연소가스 압력을 검출하기 위한 센서 유닛(74)을 형성하는 프로세스 유닛을 개략적으로 도시하고 있다.
도 12 및 도 13에 도시되어 있는 실시형태에서, 압력 균등화 구조물(75)은 (내부 및 외부 밀봉 구조물들(91, 92) 사이의) 제어 통로의 챔버 파트를 환기시키지는 못하지만, 누설이 있는 경우 유동이 누설부를 향해서 도관(75)을 통과하는 유동을 발생시키는 단 하나의 단일 도관을 형성한다. 도 12의 실시형태에서, 외부 통로(20)는 단부가 개방되어 있고 화살표로 유동하는 환기되는 용적부로 존재한다. 도 13의 실시형태에서, 유동 화살표가 없이 표기되어 있으며 밀폐된 용적부 즉 제어 구조물 바깥쪽이 폐쇄된 사실로 인해 외부 통로(20) 및 내부 및 외부 밀봉 구조물들(91, 92) 사이의 챔버는 예컨대 정적 압력 하에서 유동하지 않는 불활성 가스를 저장하고 있다.
도 14는 본 발명에 따른 프로세스 유닛을 구비하는 선박(141)을 도시하고 있다.
도 14의 실시형태에서, 프로세스 유닛은 연소 시스템으로 연료 가스 공급을 제어한다. 도 14에서 연료 시스템은 해양 선박의 메인 엔진(142)이다. 본 실시형태에서, 연료 가스는 데크(142) 위에 배치되어 있는 탱크(143)로부터 연료 가스 공급 시스템(144)(FGSS: Fuel Gas Supply System)을 통해 공급된다. 일 실시형태에서 또는 실시형태들의 조합된 형태에서, 프로세스 유닛(145)은 데크(146) 아래에서 연소 시스템(142)(메인 엔진)을 따라 배치되어 있다. 이 지점은 누설 검출에 대한 필요성을 증대시키고 필요에 대한 환기에 대한 필요성을 증대시킨다. 환기 가스의 유동이 외부 통로(20) 내에서 환기 유입구(147)로부터 흡입 장치(148)로 제공될 수 있다. 환기 유입구(147)와 흡입 장치(148) 모두는 데크(146) 위의 주위 공간과 연통되어 있다. 본 발명에 따르면, 불활성 가스가 FGSS(144)와 프로세스 유닛(145) 모두에 분산된다.
도 15 내지 도 25는 프로세스 유닛의 다양한 실시예를 도시한다. 도 15 내지 도 18, 도 31 및 도 22에서, 프로세스 유닛은 밸브 예컨대 버터플라이 밸브를 형성한다. 도 16에서, 외부 통로는 한쪽만이 개방되어 있는 반면 다른 도면들은 커플링 주위의 챔버를 환기시킬 수 있는 밸브들을 도시하고 있다. 도 17에서, 밸브는 센서와 조합되어 있고, 도 19에서 프로세스 유닛은 센서 유닛을 형성하고, 도 21 및 도 22에서 밸브는 필터 및 센서 요소들과 조합되어 있다.
도 18은 외부 통로와 내부 통로가 분기 섹션을 형성하고 있는 실시형태를 도시하고 있다.
도 20은 펌프 형태의 프로세스 유닛을 도시하고 있고, 도 23 및 도 24는 필터 형태의 프로세스 유닛을 도시하고 있으며, 도 25는 체크 밸브 형태의 프로세스 유닛을 도시하고 있다. 도 22 및 도 23의 유닛들은 필터를 검사하고 교체할 수 있도록 하기 위한 제어 통로(221)를 포함하고 있다.
도 26은 내벽(261)의 사시도이다. 내벽의 외면(262)은 외부 통로 내 내면을 형성한다. 외면(262) 위의 마킹된 면 부분들(263)은 내벽과 커넥터들의 사이의 경계 즉 커넥터들이 내벽과 일체로 형성되어 있거나 혹은 내벽과 별개의 부분으로 형성되어 내벽과 결합되어 있는 지와는 관계없이 커넥터들이 내벽과 접합하고 있는 부분을 나타낸다. 본 도면으로부터, 내벽 외면의 50% 미만이 커넥터들에 의해 차지되어 있고, 외면의 나머지 50%를 상회하는 부분은 외부 통로에 노출되어 있음을 명확하게 알 수 있다. 또한, 짧은 튜브(264)가 내부 개구(36)로부터 위로 연장하여 상부 플랜지(265)에서 종료되어 있음을 알 수 있다. 짧은 튜브(264)는 내부 개구를 보강하며, 내부 통로(15) 안으로 제어 구조물의 접근을 용이하게 한다.
번호가 붙은 실시형태
1. 위험 물질용 프로세스 유닛으로, 프로세스 유닛은,
- 근위 내부 플랜지와 원위 내부 플랜지 사이에서 연장하며, 위험 물질 운송을 위한 내부 통로를 획정하는 내벽,
- 내부 통로 내에서 위험 물질과 상호 작용하도록 구성된 프로세스 제어 구조물, 및
- 근위 외부 플랜지와 원위 외부 플랜지 사이에서 연장하며, 내벽과 외벽 사이에 외부 통로를 획정하는 외벽을 포함한다.
2. 실시형태 1에 따른 프로세스 유닛으로, 내벽과 외벽 사이에 연장하며 적어도 일부가 프로세스 제어 구조물을 수용하는 제어 통로를 추가로 포함하되, 제어 통로는 내벽을 관통하여 내부 통로로 개방되는 내부 개구와 외벽을 관통하여 외벽 바깥의 주위 공간으로 개방되는 외부 개구를 형성하는 프로세스 유닛.
3. 실시형태 1 또는 실시형태 2에 따른 프로세스 유닛으로, 제어 통로 내의 제1 개구와 외부 통로 내의 제2 개구 사이에서 연장하여 제어 통로와 외부 통로 사이에 유체 연통을 확립하는 적어도 하나의 도관을 포함하는 압력-균등화 구조물을 포함하는 프로세스 유닛.
4. 실시형태 3에 따른 프로세스 유닛으로, 압력-균등화 구조물은 적어도 2개의 도관을 형성하되, 도관들 각각은 제어 통로 내 제1 개구와 외부 통로 내 제2 개구 사이에서 연장하여 적어도 2개의 도관들 각각에서 제어 통로와 외부 통로 사이에서 유체 연통이 동시에 확립되는 프로세스 유닛.
5. 선행하는 실시형태들 중 어느 하나의 실시형태에 따른 프로세스 유닛으로, 제어 통로 내에 배치되어 내부 통로와 외부 통로 사이에서 제어 통로를 통해 유동하지 못하도록 하는 내부 밀봉 구조물을 포함하는 프로세스 유닛.
6. 선행하는 실시형태들 중 어느 하나의 실시형태에 따른 프로세스 유닛으로, 제어 통로 내에 배치되어 제어 통로와 외부 통로 바깥의 주위 공간 사이에서 유동하지 못하도록 하는 외부 밀봉 구조물을 포함하는 프로세스 유닛.
7. 실시형태 5 및 실시형태 6에 따른 프로세스 유닛으로, 내부 밀봉 구조물과 외부 밀봉 구조물이 제어 통로 내에 밀봉된 챔버를 획정하는 프로세스 유닛.
8. 실시형태 3 및 실시형태 7에 따른 프로세스 유닛으로, 압력 균등화 구조물의 적어도 하나의 제1 개구가 챔버 내에 존재하여 챔버와 외부 통로 사이에 유체 연통을 확립하는 프로세스 유닛.
9. 선행하는 실시형태들 중 어느 하나의 실시형태에 따른 프로세스 유닛으로, 프로세스 제어 구조물은, 밸브, 센서, 필터, 펌프, 서비스 기기 및 이들의 조합된 기기로 구성된 그룹에서 선택된 하나의 요소를 포함하고, 상기 요소는 내부 및 외부 통로 바깥의 주위 공간에서부터 제어 통로를 통해 접근할 수 있으며, 상기 요소는 내부 통로 내에서 제어 작용을 용이하게 하는 프로세스 유닛.
10. 선행하는 실시형태들 중 어느 하나의 실시형태에 따른 프로세스 유닛으로, 내부 통로 내에서 이동 가능하여 내부 통로를 통과하는 유동을 제어할 수 있는 밸브 요소, 내부 및 외부 통로 바깥에 배치되어 밸브 요소를 이동시키는 밸브 액추에이터, 및 제어 통로 내에서 연장하며 액추에이터와 밸브 요소 사이의 커플링을 포함하는 프로세스 유닛.
11. 실시형태 6 내지 실시형태 8 중 어느 하나의 실시형태에 따른 프로세스 유닛으로, 밸브 요소가 내부 통로 내에서 회전 가능하여 내부 통로를 관통하는 유동을 제어할 수 있으며, 커플링은 제어 통로 내에서 회전 가능한 프로세스 유닛.
12. 선행하는 실시형태들 중 어느 하나의 실시형태에 따른 프로세스 유닛으로, 근위 외부 플랜지는 근위 내부 플랜지 주위를 연장하는 프로세스 유닛.
13. 실시형태 12에 따른 프로세스 유닛으로, 근위 외부 플랜지가 근위 내부 플랜지와 평면 내에 존재하는 프로세스 유닛.
14. 선행하는 실시형태들 중 어느 하나의 실시형태에 따른 프로세스 유닛으로, 원위 외부 플랜지가 원위 내부 플랜지 주위를 연장하는 프로세스 유닛.
15. 실시형태 14에 따른 프로세스 유닛으로, 원위 외부 플랜지가 원위 내부 플랜지와 평면 내에 존재하는 프로세스 유닛.
16. 선행하는 실시형태들 중 어느 하나의 실시형태에 따른 프로세스 유닛으로, 외벽의 내면과 내벽의 외면 사이에서 연장하여 내벽의 외벽에 대한 상대적인 이동을 방지하는 강직한 커넥터들에 의해 내벽과 외벽이 결합되되, 강직한 커넥터들은 외부 통로 내에서 폐색 공간을 차지하고, 환기 공기의 운송을 위한 나머지 자유 공간을 남기는 프로세스 유닛.
17. 실시형태 16에 따른 프로세스 유닛으로, 자유 공간이 폐색 공간의 적어도 25%를 구성하는 프로세스 유닛.
18. 실시형태 16 또는 실시형태 17에 따른 프로세스 유닛으로, 원위 내부 플랜지와 근위 내부 플랜지 사이에서 유동 방향과 직교하는 단면에서 규정되는 폐쇄-라인 기하학적 구조는 내벽 주위에서 원주 방향으로 연장하고, 공기를 관통하여 연장하는 폐쇄-라인 기하학적 구조의 길이는 고체 물질을 관통하여 연장하는 폐쇄-라인 기하학적 구조 길이의 적어도 25%를 구성하는 프로세스 유닛.
19. 선행하는 실시형태들 중 어느 하나의 실시형태에 따른 프로세스 유닛으로, 내부 통로 내에서 물질 압력으로 유동하는 위험 물질의 유동 및 외부 통로 내에서 환기 압력으로 유동하는 환기 공기의 유동을 포함하는 프로세스 유닛.
20. 실시형태 19에 따른 프로세스 유닛으로, 환기 압력이 물질 압력보다 낮은 프로세스 유닛.
21. 실시형태 19 또는 실시형태 20에 따른 프로세스 유닛으로, 환기 압력이 외벽 바깥쪽의 주위 압력보다 낮은 프로세스 유닛.
22. 실시형태 19에 따른 프로세스 유닛으로, 환기 압력이 물질 압력보다 동일한 프로세스 유닛.
23. 실시형태 19 내지 실시형태 22 중 어느 하나의 실시형태에 따른 프로세스 유닛으로, 외부 통로 내 환기 공기의 유동이 적어도 제어 통로의 일부에서 환기 공기 유동을 발생시키는 프로세스 유닛.
24. 실시형태 19 내지 실시형태 22 중 어느 하나의 실시형태에 따른 프로세스 유닛으로, 외부 통로 내 환기 공기가 제어 통로 내에서 환기 공기 유동을 발생시키지 않고, 내부 통로를 통한 누설이 발생할 때 내부 통로 내 위험 물질 유동이 제어 통로의 챔버 내로 그리고 이어서 외부 통로 내로의 위험 물질 유동을 발생시키는 프로세스 유닛.
25. 실시형태 1 내지 실시형태 24 중 어느 하나의 실시형태에 따른 프로세스 유닛으로, 내부 통로 내에서 물질 압력의 위험 물질 유동 및 외부 통로에서 검출 유체의 유동이 없는 정적 압력을 포함하는 프로세스 유닛.
26. 실시형태 25에 따른 프로세스 유닛으로, 정적 압력이 물질 압력보다 높은 프로세스 유닛.
27. 실시형태 25 내지 실시형태 26에 따른 프로세스 유닛으로, 외부 통로 및 적어도 제어 통로 일부에 정적 압력이 제공되는 프로세스 유닛.
28. 선행하는 실시형태들 중 어느 하나의 실시형태에 따른 프로세스 유닛으로, 차량 또는 해양 선박용 연소 시스템용 연료 시스템을 형성하는 프로세스 유닛.
29. 실시형태 28에 따른 프로세스 유닛으로, 연료 시스템이 가스 연료 시스템인 프로세스 유닛.
30. 위험 물질을 처리하기 위한 프로세스 시스템으로,
- 실시형태 1 내지 29 중 어느 하나의 실시형태에 따른 제1 프로세스 유닛; 및
- 실시형태 1 내지 29 중 어느 하나의 실시형태에 따른 제2 프로세스 유닛을 포함하고,
제1 프로세스 유닛의 근위 내부 플랜지는 제2 프로세스 유닛의 원위 내부 플랜지와 밀봉 접촉하게 배치되고, 제1 프로세스 유닛의 근위 외부 플랜지는 제2 프로세스 유닛의 원위 외부 플랜지와 밀봉 접촉하게 배치되어 제1 및 제2 프로세스 유닛을 관통하는 연속된 내부 통로 및 제1 및 제2 프로세스 유닛을 관통하는 연속된 외부 통로를 제공하는 프로세스 시스템.

Claims (30)

  1. 위험 물질용 프로세스 유닛(11)으로, 프로세스 유닛은,
    - 적어도 하나의 근위 내부 플랜지(13)와 적어도 원위 내부 플랜지(14) 사이에서 연장하며, 위험 물질 운송을 위한 내부 통로(15)를 획정하는 내벽(12),
    - 내부 통로 내에서 위험 물질과 상호 작용하도록 구성된 프로세스 제어 구조물(16), 및
    - 적어도 하나의 근위 외부 플랜지(18)와 적어도 하나의 원위 외부 플랜지(19) 사이에서 내벽 주위를 연장하고, 근위 외부 플랜지 내에 존재하는 근위 외부 개구와 원위 외부 플랜지 내에 존재하는 원위 외부 개구 사이의 중심축을 따라 연장하는 외부 통로(20)를 내벽과 외벽 사이에 획정하는 외벽(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    내벽(2)은 내부 통로 내에 면을 형성하는 내면(31)과 내면 반대편에 외부 통로 내에 면을 형성하는 외면(32)을 형성하고, 외벽(17)은 외부 통로 내에 면을 형성하는 내면(33)과 내부 및 외부 통로로부터 멀어지는 방향을 향하는 반대편의 외면(34)을 형성하고, 내벽의 외면이 외벽의 내면을 향하는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    내벽의 내면(31)이 내부 통로 주위를 원주 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    외벽의 내면(33)이 외부 통로 주위를 원주 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    내벽 외면의 적어도 50%가 외부 통로 내에서 노출되는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    내벽(12)과 외벽(17)이 외벽의 내면과 내벽의 외면 사이에서 연장하는 강직한 커넥터들(35)에 의해 연결되되, 상기 강직한 커넥터들은 외벽에 대한 내벽의 상대 이동을 방지하고, 외부 통로(20) 내에서 폐색 공간을 차지하며 나머지 공간은 환기 공기 운송을 위한 자유 공간으로 남기는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  7. 제6항에 있어서,
    자유 공간이 폐색 공간의 적어도 25%를 구성하는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  8. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    내벽(12)과 외벽(17)이 내부 통로 내에서 중심축(41) 주위를 동심으로 연장하는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  9. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    내벽(12)은 내부 통로와 외부 통로 사이가 유체 연통할 수 있도록 내벽을 관통하는 내부 개구(36)를 형성하고 및 외벽(17)은 외부 통로와 주위 공간 사이가 유체 연통할 수 있도록 외벽을 관통하는 외부 개구(37)를 형성하는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  10. 제9항에 있어서,
    내부 통로(15)는 근위 내부 플랜지 내에 존재하는 근위 내부 개구와 원위 내부 플랜지 내에 존재하는 원위 내부 개구 사이에서 중심축을 따라 연장하고, 내부 개구와 외부 개구는 내부 통로에서 중심으로부터 반경 방향으로 멀어지는 방향으로 오프셋 되어 있는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    내부 개구(36) 및 외부 개구(37)는 중심축과 직교하는 축 주위에 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    내부 개구(36)와 외부 개구(37) 중 적어도 하나는 삽입되는 제어 구조물과 밀봉 체결되도록 준비되는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  13. 제12항에 있어서,
    삽입되는 제어 구조물과 밀봉 체결되도록 준비된 내부 개구(36)와 외부 개구(37) 중 적어도 하나는 대응 벽 내에 통합된 탄성 개스킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  14. 제13항에 있어서,
    대응 벽 내에 통합된 탄성 개스킷이 내부 개구 및/또는 외부 개구 주위의 에지 내 리세스 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    내부 개구와 외부 개구 사이에서 연장하며, 적어도 일부분이 프로세스 제어 구조물을 수용하는 제어 통로(71, 73)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  16. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 통로는 내부 통로 주위에 단일의 통합된 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  17. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    외부 통로의 단면이 비-원형인 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  18. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    내벽과 외벽이 단편(one piece)으로 제작되는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  19. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    근위 내부 플랜지와 근위 외부 플랜지는 근위 커넥터 측면을 형성하는 단편으로 형성되고, 원위 내부 플랜지와 원위 외부 플랜지는 원위 커넥터 측면을 형성하는 단편으로 형성되는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  20. 제19항에 있어서,
    외부 통로는 근위 커넥터 측면 내의 복수의 외부 통로 개구들과 원위 커넥터 측면 내의 복수의 외부 통로 개구들 사이에서 연장하는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    원위 커넥터 측면과 근위 커넥터 측면 중 적어도 하나는 내벽 및 외벽과 단편으로 형성되는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  22. 제6항, 제7항 및 제21항에 있어서,
    내벽(12), 외벽(17) 및 강직한 커넥터들(35)이 단편으로 제작되는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  23. 제22항에 있어서,
    내벽(12), 외벽(17), 강직한 커넥터들(35), 원위 내부 플랜지(14), 원이 외부 플랜지(19), 근위 내부 플랜지(13) 및 근위 외부 플랜지(18)가 단편으로 제작되는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  24. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    원위 내부 플랜지(14)와 근위 내부 플랜지(13) 사이에서 유동 방향과 직교하는 단면에서 규정되는 폐쇄-라인 기하학적 구조(111)가 내벽(12) 주위에서 원주 방향으로 연장하는 외부 통로(20) 내에서 연장하고, 공기를 관통하여 연장하는 폐쇄-라인 기하학적 구조의 길이는 고체 물질을 관통하여 연장하는 폐쇄-라인 기하학적 구조 길이의 적어도 25%를 구성하는 것을 특징으로 하는 프로세스 유닛.
  25. 위험 물질을 처리하기 위한 프로세스 시스템으로, 상기 프로세스 시스템은,
    - 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 제1 프로세스 유닛; 및
    - 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 제2 프로세스 유닛을 포함하고,
    제1 프로세스 유닛의 근위 내부 플랜지(13)는 제2 프로세스 유닛의 원위 내부 플랜지(14)와 밀봉 접촉하게 배치되고, 제1 프로세스 유닛의 근위 외부 플랜지(18)는 제2 프로세스 유닛의 원위 외부 플랜지(19)와 밀봉 접촉하게 배치되어 제1 및 제2 프로세스 유닛을 관통하는 연속된 내부 통로 및 제1 및 제2 프로세스 유닛을 관통하는 연속된 외부 통로를 제공하는 것을 특징으로 하는 프로세스 시스템.
  26. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른 프로세스 유닛을 사용하여 위험 물질을 운송하는 방법으로, 상기 방법은,
    내부 통로(15) 내에서 물질 압력으로 위험 물질 유동을 제공하는 단계,
    외부 통로(20) 내에서 환기 압력으로 환기 공기를 제공하는 단계를 포함하되,
    환기 압력이 물질 압력보다 낮거나 같은 것을 특징으로 하는 위험 물질 운송 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    환기 압력이 외벽 바깥쪽의 주위 압력보다 낮은 것을 특징으로 하는 위험 물질 운송 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    환기 압력이 외벽 바깥쪽의 주위 압력보다 높은 것을 특징으로 하는 위험 물질 운송 방법.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서,
    외부 통로 내에 유동이 없게 환기 공기가 제공되며, 환기 압력이 정적 압력인 것을 특징으로 하는 위험 물질 운송 방법.
  30. 제27항 또는 제28항에 있어서,
    외부 통로 내에 유동이 있게 환기 공기가 제공되며, 환기 압력이 동적 압력인 것을 특징으로 하는 위험 물질 운송 방법.
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