KR20210105341A - 초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템 및 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초임계 이산화탄소(Supercritical carbon dioxide)의 공급 조절 시스템 및 초임계 이산화탄소의 공급 조절 방법을 개시한다. 초임계 이산화탄소 생성 장치(1) 및 초임계 이산화탄소 출력 장치(2)를 포함하고, 초임계 이산화탄소 생성 장치(1)와 초임계 이산화탄소 출력 장치(2) 사이에 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치(3)가 더 설치되고, 초임계 이산화탄소 출력 장치(2)는 디스차지 파이프(21)를 포함하고, 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치(3)는 중계 관로(31)을 포함하며, 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치(3)는 중계 관로(31)를 스위칭하여 유량을 조절하되, 중계 관로(31)의 내경은 디스차지 파이프(21)의 내경보다 작고, 초임계 이산화탄소를 출력하기 전에 초임계 이산화탄소의 유량 가공 요구에 부합되도록 중계 관로(31)를 스위칭하되, 중계 관로(31)의 내경과 길이 값을 변경하여 시스템의 초임계 이산화탄소의 유량 조절을 구현하며, 출력이 안정적일 뿐만 아니라 원가가 낮고 유지보수가 용이하여 금속 가공 분야에 사용되고 있다.

Description

초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템 및 공정

본 발명은 금속 가공 분야에 관한 것으로서, 특히, 초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템 및 공정에 관한 것이다.

현대의 선진 제조 기술이 급속하게 발전함에 따라 각종 신소재, 새로운 공정이 자연스럽게 생겨나고 있으며, 선반 절삭 속도, 공구의 수명 및 가공 효율에 대한 요구가 더 높아지고 있다. 청정 생산, 친환경 제조는 이미 선진 제조 기술의 연구 과제 중 하나가 되었다. 저온냉각 윤활 절삭 기술은, 고경도 및 고강도 재료의 강렬한 절삭 열충격 및 진동, 그리고 소성 재료 절삭 시 가공 버(burr)가 쉽게 생기는 등 가공이 어려운 특성을 효과적으로 해결할 수 있음이 입증되었다.

통상적으로 사용하는 저온 절삭 기술로는 저온 냉풍(-30℃) 냉각 기술, 액체 질소(-179℃) 냉각 기술, 액체 이산화탄소(-78.5℃) 냉각 기술 등이 있다. 여기서, 액체 이산화탄소 냉각 기술은 주로 다음 과정을 통해 구현된다. 즉, 관로를 이용하여 압력이 5.0-6.5MPa인 액체 이산화탄소를 수송하여 노즐의 전단에서 분사하되, 이때 노즐 부위에서 액체 이산화탄소가 급속도로 팽창되면서 열을 흡수하여 -78.5℃ 이론값)의 저온을 형성하므로 가공이 어려운 재료의 절삭 냉각에 완벽하게 활용할 수 있다. 상기 이론 저온 값에 가능한 근접하기 위하여, 수송 관로 내부의 액체 이산화탄소의 강압 속도를 엄격하게 제어해야 하고, 빠른 강압으로 인해 액체 이산화탄소가 관로 내부에서 결빙되어 관로가 막히는 것을 방지하기 위하여 수송 관로에 대해 보온작업을 수행해야 한다. 위와 같은 액체 이산화탄소의 냉각 기술에 존재한 결함으로 인해 상기 기술은 아직 널리 보급 사용되지 못하고 있는 실정이다.

상기 기술적 문제와 관련하여, 최근 초임계 이산화탄소 유체를 이용하여 절삭 가공하는 냉각 윤활이 주목을 받고 있다. 증압 시스템을 통해 저압 이산화탄소를 7.4MPA 이상으로 증압시키되, 31.1℃ 이상으로 승온시키면 이산화탄소는 바로 초임계 상태로 변하게 된다. 초임계 상태인 이산화탄소를 분사할 경우, 초임계 이산화탄소 유체가 빠르게 강압되어 순간적으로 열을 흡수하여 팽창되므로 순식간에 분사 영역을 저온(-78.5℃)으로 낮춘다.

비록 초임계 이산화탄소가 제약 공업, 화학 공정 및 반도체 공업 추출, 식각 및 청정 프로세스에 널리 이용되고 있으나 초임계 이산화탄소를 가공 냉각에 이용하여 가공과정의 온도를 효과적으로 낮추는 것은 여전히 개발단계에 머물러 있다. 중국특허 제ZL200680022912.2호는 초임계 이산화탄소에 의한 금속 가공 윤활 방법을 개시하였으며, 상기 방법은 초임계 이산화탄소 유체에 윤활제를 첨가하고 금속 가공 과정에 초임계 이산화탄소를 인가하는 시스템에 관한 것이다. 중국특허 제201710867324.9호는 초임계 이산화탄소의 집중 공액(供液) 시스템을 개시하였으며, 구체적으로 집중 공액 시스템의 구성 및 집중 공액 방식에 대해 소개하였다. 액체 이산화탄소 냉각 기술과 달리, 초임계 이산화탄소 유체가 빠르게 강압되어 저온 매질을 형성하도록 초임계 이산화탄소의 수송 관로 내부는 항상 압력이 7.4MPa보다 크거나 같고 온도가 31.1℃보다 크거나 같게 유지해야 한다.

종래의 초임계 이산화탄소 시스템은 초임계 이산화탄소 유체를 획득하는 방법에 관한 것이 다수이며, 초임계 이산화탄소가 금속 가공에 효과적으로 이용될 수 있음을 입증하였으나, 초임계 이산화탄소의 출력을 어떻게 제어할 것인지, 관로 내의 이산화탄소를 항상 초임계 상태로 어떻게 유지할 것인지, 그리고 초임계 이산화탄소의 분사 유량을 어떻게 제어할 것인지 등 기술에 대해서는 전혀 언급하지 않았다.

본 발명은 유량 제어가 정확하고, 수송 안정성이 우수한 초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템 및 공정에 관한 것이다.

본 발명에 따른 초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템은, 초임계 이산화탄소(Supercritical carbon dioxide) 생성 장치 및 초임계 이산화탄소 출력 장치를 포함하고, 상기 초임계 이산화탄소 생성 장치 및 초임계 이산화탄소 출력 장치 사이에 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치가 더 설치되고, 상기 초임계 이산화탄소 출력 장치는 초임계 이산화탄소 유체를 수송하는 디스차지 파이프(discharge pipe)를 포함하고, 상기 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치는 중계 관로를 포함하고, 상기 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치는 상기 중계 관로를 스위칭하여 유량을 조절하되, 상기 중계 관로의 내경은 디스차지 파이프의 내경보다 작다.

나아가, 본 발명의 기술적 수단에 대한 개진으로, 상기 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치는 피드 어댑터 모듈(feed adapter module) 및 디스차지 어댑터 모듈（discharge adapter module）을 포함하고, 상기 피드 어댑터 모듈은 초임계 이산화탄소 생성 장치에 연결되고, 상기 디스차지 어댑터 모듈은 초임계 이산화탄소 출력 장치에 연결되며, 상기 피드 어댑터 모듈 및 디스차지 어댑터 모듈에는 모두 유로가 설치되어 있으며, 상기 중계 관로의 양단은 각각 탈착가능한 연결구조를 통해 피드 어댑터 모듈과 디스차지 어댑터 모듈 내의 유로를 연통시킨다.

나아가, 본 발명의 기술적 수단에 대한 개진으로, 상기 피드 어댑터 모듈과 디스차지 어댑터 모듈에는 각각 하나의 걸림홀이 형성되어 있고, 상기 중계 관로의 양단에는 상기 걸림홀과 탈착가능하게 연결된 걸림헤드가 각각 설치되고, 상기 중계 관로는 정량 모세관이며, 상기 중계 관로의 내공 직경D의 수치범위는 0.05～2mm이다.

나아가, 본 발명의 기술적 수단에 대한 개진으로, 상기 걸림헤드는 피드 걸림헤드와 디스차지 걸림헤드가 포함하고, 피드 걸림헤드 및 디스차지 걸림헤드에는 정량 모세관을 설치하는 모세관 통로가 설치되어 있고, 상기 피드 걸림헤드 및 디스차지 걸림헤드는 각각 하나의 상기 걸림홀 내에 삽입 설치되어 있다.

나아가, 본 발명의 기술적 수단에 대한 개진으로, 상기 유로에 연결되며 상기 피드 어댑터 모듈에 위치하는 피드 어댑터 홈 및 피드 밀폐 조인트를 더 포함하고, 상기 피드 밀폐 조인트 내부에 초임계 이산화탄소 공급원과 연결하는 초임계 이산화탄소 통로가 형성되고 상기 피드 밀폐 조인트의 일단이 상기 피드 어댑터 홈 내에 삽입 설치되어 있다.

나아가, 본 발명의 기술적 수단에 대한 개진으로, 상기 디스차지 어댑터 모듈로부터 외부로 돌출된 어댑터 보스(adapter boss) 및 디스차지 밀폐 조인트를 더 포함하고, 상기 디스차지 밀폐 조인트 내에 초임계 이산화탄소 출력 장치와 연결하는 통공이 형성되고, 상기 디스차지 밀폐 조인트의 일단에 디스차지 어댑터 홈이 설치되며, 상기 디스차지 밀폐 조인트는 어댑터 보스 상에 씌워져 있다.

나아가, 본 발명의 기술적 수단에 대한 개진으로, 상기 디스차지 파이프는 디스차지 어댑터 모듈과 서로 연결되며, 상기 디스차지 파이프의 말단에 노즐이 설치되고 상기 디스차지 파이프 외부에 씌워진 가스관을 더 포함하고, 상기 가스관의 일단은 상기 노즐과 서로 연결되고, 상기 가스관과 디스차지 파이프 사이에 캐비티가 형성되며 상기 가스관의 타단에 기류 입구가 설치된다.

나아가, 본 발명의 기술적 수단에 대한 개진으로, 보조 가스 공급원을 포함하는 보조 기류 장치를 더 포함하며, 상기 보조 가스 공급원은 관로를 통해 기류 입구에 연결되며, 상기 보조 가스 공급원과 기류 입구 사이에 밸브 및 가열 장치가 설치된다.

나아가, 본 발명의 기술적 수단에 대한 개진으로, 상기 가스관의 일단은 디스차지 어댑터 모듈과 서로 연결되고, 상기 디스차지 어댑터 모듈 상에 상기 기류 입구와 서로 연통되는 기류 어댑터 포트가 설치되어 있다.

본 발명은 초임계 이산화탄소의 공급 조절 공정을 추가 제공한다. 상기 공정은,

1) 초임계 이산화탄소 생성 장치와 초임계 이산화탄소 출력 장치 사이에 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치를 설치하고, 출력 요구에 부합되도록 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치 내의 중계 관로를 교체하는 단계;

2) 초임계 이산화탄소 생성 장치에 의해 초임계 이산화탄소를 생성하고, 초임계 이산화탄소가 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치를 거쳐 초임계 이산화탄소 출력 장치의 출력 관로로 유입되는 단계; 및

3) 초임계 이산화탄소 출력 장치의 출력 관로 외부에 가스관을 씌우고 가열된 보조 가스를 상기 가스관으로 지속적으로 주입하는 단계;를 포함한다.

나아가, 본 발명의 기술적 수단에 대한 개진으로, 보조 가스가 가스관에 진입하기 이전에 가열 장치를 이용하여 보조 가스를 가열한다.

나아가, 본 발명의 기술적 수단에 대한 개진으로, 보조 가스의 온도는 32℃와 같거나 이보다 크다.

나아가, 본 발명의 기술적 수단에 대한 개진으로, 보조 가스는 압축 공기, 질소 가스, 이산화탄소 가스, 아르곤 가스를 포함한다.

나아가, 본 발명의 기술적 수단에 대한 개진으로, 단계3)에서, 초임계 이산화탄소와 보조 기류는 노즐을 통해 함께 분사된다.

본 발명에 따른 초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템 및 공정은, 초임계 이산화탄소를 출력하기 전에 초임계 이산화탄소의 유량 가공 요구에 부합되도록 초임계 이산화탄소의 유량 조절 장치를 통해 중계 관로를 스위칭하고 중계 관로의 내경 값과 길이 값을 변경하여 시스템의 초임계 이산화탄소에 대한 유량 조절을 구현하므로 출력이 안정적일 뿐만 아니라 원가가 낮고 유지보수가 용이하다.

이하 첨부한 도면을 결합하여 본 발명에 대해 추가 설명한다.
도 1은 본 발명 실시예의 전반적인 구성의 개략도이다.
도 2은 본 발명 실시예의 초임계 이산화탄소 출력 장치 및 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명 실시예의 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명 실시예의 초임계 이산화탄소 출력 장치 및 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치의 개략적인 분해도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명은 초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템으로서, 초임계 이산화탄소 생성 장치(1) 및 초임계 이산화탄소 출력 장치(2)를 포함하고, 초임계 이산화탄소 생성 장치(1)와 초임계 이산화탄소 출력 장치(2) 사이에 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치(3)가 더 설치되고, 초임계 이산화탄소 출력 장치(2)는 초임계 이산화탄소 유체를 수송하는 디스차지 파이프(21)를 포함하고, 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치(3)는 중계 관로(31)를 포함하되, 중계 관로(31)를 스위칭하여 유량을 조절하며, 중계 관로(31)의 내경은 디스차지 파이프(21)의 내경보다 작다.

구체적으로, 초임계 이산화탄소 생성 장치(1)는 저압의 이산화탄소를 초임계 이산화탄소 유체로 변환하는데 사용되며, 주로 이산화탄소 공급원(11), 증압장치(12), 저장용기(13), 히터(14), 수송 관로 및 수송 관로에 설치된 스위치 밸브 등을 포함한다. 증압장치(12)는 저압 이산화탄소를 증압하도록 작업을 수행한다. 초임계 이산화탄소 유체의 상태 및 성질을 확보하도록, 이산화탄소의 증압 상한 값은 7.4～30MPa로 설정하며, 증압 상한 값은 실제 절삭 요구에 따라 조절 가능하다. 히터(14)는 이미 증압된 이산화탄소에 대해 승온작업을 수행한다. 초임계 이산화탄소 냉각 윤활 시스템에 필요한 초임계 이산화탄소 유체의 상태 및 성질을 보장하기 위하여, 히터의 가열 온도 상한 값은 31～100 ℃이며, 가열 온도는 실제 절삭 요구에 따라 조절 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시양태로서, 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치(3)는 피드 어댑터 모듈(32) 및 디스차지 어댑터 모듈(33)을 더 포함하고, 피드 어댑터 모듈(32)은 초임계 이산화탄소 생성 장치(1)에 연결되고, 구체적으로 피드 어댑터 모듈(32)은 초임계 이산화탄소 생성 장치(1)의 수송 관로에 연결되며, 피드 어댑터 모듈(32)과 디스차지 어댑터 모듈(33) 내에 초임계 이산화탄소를 도통시키는 유로가 각각 설치되어 있으며, 유로의 양단에는 다른 부재와 연결하는 탈착가능한 연결구조가 각각 설치되어 있고, 연결구조는 나선형 무늬가 될 수 있다.

중계 관로(31)는 정량 모세관이며, 정량 모세관은 압력 유지 기능을 가지며 중계 관로(31)의 내공 직경D의 수치범위는 0.05～2mm이고, 정량 모세관로가 초임계 이산화탄소의 유량을 조절하는 방식은 내경과 길이가 상이한 정량 모세관을 교체하는 것을 통해 이루어지며, 초임계 이산화탄소의 유량조절 가능한 범위는 0.1～20kg/h이다.

중계 관로(31)의 내경은 약 0.05～2mm이고, 액체 상태에서 이산화탄소의 점도는 약 0.0127이다. 초임계 이산화탄소의 밀도를 계산하면 알 수 있듯이, 이때 레이놀즈수(Reynolds)가 작고, 점성력이 플로우 필드에 미치는 영향이 관성보다 큰 고, 플로우 필드 내의 유속 교란은 점성력으로 인해 쇄약해지며, 유체의 유동은 안정적이어서 층류(laminar flow)를 형성하게 된다. 한편, 상기 층류는 유동과정에 상대로 큰 내마찰로 인해 에너지를 소모하게 되며 이로 인해 유체의 유속을 저하시킨다. 이러한 법칙을 이용하면 초임계 이산화탄소의 유속을 제어할 수 있으며, 나아가 초임계 이산화탄소에 대한 출력유량 제어를 구현할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시양태로서, 피드 어댑터 모듈(32) 및 디스차지 어댑터 모듈(33)에 각각 하나의 걸림홀이 형성되되, 걸림홀은 각자의 유로와 연통되어 있다. 그리고 중계 관로(31)의 양단에는 걸림홀과 탈착가능하게 연결된 걸림헤드가 각각 설치되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시양태로서, 걸림헤드는 피드 걸림헤드(311) 및 디스차지 걸림헤드(312)를 포함하고, 피드 걸림헤드(311)와 디스차지 걸림헤드(312)에는 모세관을 설치하는 모세관 통로가 설치되어 있고, 피드 걸림헤드(311)와 디스차지 걸림헤드(312)는 하나의 걸림홀 내에 각각 삽입 설치되고, 피드 걸림헤드(311)와 디스차지 걸림헤드(312)의 단면 모양은 직사각형과 원뿔대형이 겹쳐진 모양이며, 원뿐대형의 좁은 단부가 걸림홀의 내측으로 향하고 있어 모세관의 센털링이 용이하다.

구체적으로, 피드 걸림헤드(311)와 디스차지 걸림헤드(312)는 주로 어댑터 부위를 밀폐하는 역할을 한다. 피드 걸림헤드(311)와 디스차지 걸림헤드(312)는 걸림홀 안으로 직접 삽입되어 걸림홀과 억지 끼워맞추어지거나 중간 끼워맞추어짐으로써 피드 걸림헤드(311)와 디스차지 걸림헤드(312)를 꼽고 뽑을 수 있거나 또는 피드 걸림헤드(311) 및 디스차지 걸림헤드(312)와 걸림홀에 서로 맞물리는 나사선 무늬가 있어 탈착가능하게 연결되므로 다른 규격의 정량 모세관으로 스위칭할 수 있다. 정량 모세관의 길이가 증가하여 유체와 정량 모세관의 관벽 접촉 면적이 넓어져 유체의 동적 에너지를 감소시킬 수 있다. 이를 통해 유속을 낮추는 효과에 도달할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시양태로서, 피드 어댑터 모듈(32) 상에 유로와 연결하는 피드 어댑터 홈(321)이 설치되고, 내부에 초임계 이산화탄소 공급원과 연결하는 초임계 이산화탄소 통로가 구비되고, 일단이 피드 어댑터 홈(321) 내에 삽입 설치되는 피드 밀폐 조인트(322)를 더 포함한다. 피드 어댑터 홈(321)과 피드 밀폐 조인트(322)의 결합에 의해 피드 밀폐 조인트(322)를 피드 어댑터 모듈(32)에 더 깊이 삽입시킬 수 있으므로 상호 결합 밀착성을 증가시키고 밀폐성을 향상시켜 초임계 이산화탄소 유체의 누설을 방지할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시양태로서, 디스차지 어댑터 모듈(33)에는 외부로 돌출된 어댑터 보스(332)가 설치되고, 내부에 초임계 이산화탄소 출력 장치(2)와 연결하는 통공이 형성되고, 일단에 디스차지 어댑터 홈(333)이 설치된 디스차지 밀폐 조인트(331)를 더 포함하되, 디스차지 밀폐 조인트(331)는 어댑터 보스(332) 상에 씌워져 있다. 디스차지 어댑터 홈(333)과 어댑터 보스(332)의 결합에 의해, 어댑터 보스(332)는 디스차지 어댑터 모듈(33)에 더 깊이 삽입되어 상호 결합 밀착성을 증가시키고 밀폐성을 향상시켜 초임계 이산화탄소 유체와 보조 가스의 누설을 방지한다.

본 발명의 바람직한 실시양태로서, 초임계 이산화탄소 출력 장치(2)는 디스차지 어댑터 모듈(33)에 연결된 디스차지 파이프(21)를 포함하고, 디스차지 파이프(21)는 모세관으로서, 내공 직경의 수치범위가 0.05～2mm이다. 일반적인 내압 냉매관(refrigerant pipe) 또는 강관에 비해, 모세관은 초임계 이산화탄소 출력시의 강압 속도를 효율적으로 제어할 수 있다. 디스차지 파이프(21)의 말단부에는 노즐(22)이 설치되되, 노즐(22)은 다중 유로구조를 사용하므로 초임계 이산화탄소 유체를 주입하는 동시에 극미량의 윤활유 및 보조 가스를 주입할 수 있다. 디스차지 파이프(21)의 외부에 씌워진 가스관(41)을 더 포함하고, 가스관(41)의 일단은 노즐(22)에 연결되고, 가스관(41)과 디스차지 파이프(21) 사이에 캐비티가 형성되며, 가스관(41)의 타단에는 기류 입구가 설치되어 있다.

구체적으로, 기류 입구에는 사전에 가열되어 일정한 온도를 갖는 보조 가스를 주입할 수 있다. 보조 가스는 가스관(41)에 진입하면서 디스차지 파이프(21)를 에워싸는데, 이는 디스차지 파이프(21) 내의 초임계 이산화탄소가 전송 과정에 열량이 손실되어 초임계 상태에서 다른 상태로 변화하는 것을 막기 위함이다. 보조 가스는, 초임계 이산화탄소 출력 관로 내의 고압 이산화탄소가 전용 노즐(22)로부터 분사되기 전에 온도 값이 초임계 상태에 필요한 온도 범위에 항상 머물거나 근접되게 함으로써 초임계 이산화탄소 유체의 성질 및 초임계 이산화탄소의 성능을 보장하였다.

본 발명의 바람직한 실시양태로서, 보조 가스 공급원(42)을 포함한 보조 기류 장치(4)를 더 포함하고 보조 가스 공급원(42)은 관로를 통해 기류 입구에 연결되고, 보조 가스 공급원(42)과 기류 입구 사이에 밸브(43) 및 가열 장치(44)가 더 설치되며, 가열 장치(44)는 보조 가스를 가열하는데 사용된다. 보조 가스 공급원(42)과 기류 입구 사이에는 필터링 장치가 더 설치되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시양태로서, 가스관(41)의 일단은 디스차지 어댑터 모듈(33)에 연결되고, 디스차지 어댑터 모듈(33) 상에 기류 입구와 연통되는 기류 어댑터 포트가 설치되며, 기류 어댑터 포트의 일단은 기류 입구에 연결되고, 타단은 보조 기류 장치(4)의 가스관(41)에 연결되어 보조 기류의 어댑팅을 구현한다.

한편, 본 발명에는 제어 장치(5)가 더 설치되고, 제어 장치(5)는 초임계 이산화탄소 생성 장치(1), 초임계 이산화탄소 출력 장치(2), 보조 기류 장치(4)와 전기적으로 연결되고, 히터, 가열 장치 및 관로 내의 전자 밸브 등을 제어한다. 제어 장치(5)는 또한 각 위치에 있는 초임계 이산화탄소의 압력 세기와 온도 등 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있다.

본 발명은 초임계 이산화탄소의 공급 조절 공정을 추가 제공한다. 상기 초임계 이산화탄소의 공급 조절 공정은,

1) 초임계 이산화탄소 생성 장치(1)와 초임계 이산화탄소 출력 장치(2) 사이에 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치(3)를 설치하고, 출력 요구에 부합되도록 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치(3) 내의 중계 관로(31)를 교체하는 단계, - 주로 중계 관로(31)의 길이를 스위칭하여 그 유량을 변경함 -;

2) 초임계 이산화탄소 생성 장치(1)에 의해 초임계 이산화탄소를 생성하고, 초임계 이산화탄소가 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치(3)를 거쳐 초임계 이산화탄소 출력 장치(2)의 디스차지 파이프(21)로 유입하는 단계;

3) 초임계 이산화탄소 출력 장치(2)의 디스차지 파이프(21)의 외부에 가스관(41)를 씌우고, 가스관(41) 내로 가열된 보조 가스를 지속적으로 주입하는 단계;를 포함한다.

초임계 이산화탄소를 수송하기 전에, 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치(3)를 통해 중계 관로(31)을 스위칭하여 초임계 이산화탄소의 유량 가공 요구에 부합되게 한다. 이는 주로 중계 관로(31)의 길이를 스위칭하여 유량을 변경하는 동시에 보조 가스가 초임계 이산화탄소의 디스차지 파이프(21) 외부를 에워싸서 온도를 보상하는 역할을 하므로 초임계 이산화탄소의 온도 값이 초임계 상태에 필요한 온도 범위에 항상 머물거나 근접되게 함으로써 초임계 이산화탄소 유체의 성질과 온도의 안정성 및 초임계 이산화탄소의 성능을 보장하였다.

본 발명의 바람직한 실시양태로서, 보조 가스가 가스관(41)에 진입하기 전에 가열 장치를 이용하여 보조 가스를 가열하여 보조 가스의 온도가 31℃와 같거나 이보다 크게 한다. 여기서 보조 가스는 압축 공기, 질소 가스, 이산화탄소 가스, 아르곤 가스를 포함하나 이에 한정되지 않으며 불활성 가스이면 모두 사용 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시양태로서, 단계3)에서, 초임계 이산화탄소와 보조 기류는 노즐(22)을 통해 함께 분사되고 마지막으로 보조 가스가 노즐(22) 부위에서 외부로 분사되므로 초임계 이산화탄소가 분사되는 과정에 노즐(22) 부위에 결빙되어 노즐(22)이 막히는 것을 방지할 수 있다.

물론, 본 발명은 상기 실시양태에 한정되지 않으며, 그 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 본 발명의 정신에 위배되지 않은 전제하에 동등한 변형 또는 교체를 실시할 수 있으며, 이러한 동등한 변형 또는 교체는 모두 본 발명의 특허청구범위가 한정하는 범위에 속한다.

Claims (14)

1. 초임계 이산화탄소(Supercritical carbon dioxide) 생성 장치 및 초임계 이산화탄소 출력 장치를 포함하고, 상기 초임계 이산화탄소 생성 장치 및 초임계 이산화탄소 출력 장치 사이에 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치가 더 설치되고, 상기 초임계 이산화탄소 출력 장치는 초임계 이산화탄소 유체를 수송하는 디스차지 파이프(discharge pipe)를 포함하고, 상기 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치는 중계 관로를 포함하고, 상기 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치는 상기 중계 관로를 스위칭하여 유량을 조절하되, 상기 중계 관로의 내경은 디스차지 파이프의 내경보다 작은 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치는 피드 어댑터 모듈(feed adapter module) 및 디스차지 어댑터 모듈（discharge adapter module）을 포함하고, 상기 피드 어댑터 모듈은 초임계 이산화탄소 생성 장치에 연결되고, 상기 디스차지 어댑터 모듈은 초임계 이산화탄소 출력 장치에 연결되며, 상기 피드 어댑터 모듈 및 디스차지 어댑터 모듈에는 모두 유로가 설치되어 있으며, 상기 중계 관로의 양단은 각각 탈착가능한 연결구조를 통해 피드 어댑터 모듈과 디스차지 어댑터 모듈 내의 유로를 연통시키는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 피드 어댑터 모듈과 디스차지 어댑터 모듈에는 각각 하나의 걸림홀이 형성되어 있고, 상기 중계 관로의 양단에는 상기 걸림홀과 탈착가능하게 연결된 걸림헤드가 각각 설치되고, 상기 중계 관로는 정량 모세관이며, 상기 중계 관로의 내공 직경D의 수치범위는 0.05～2mm인 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 걸림헤드는 피드 걸림헤드와 디스차지 걸림헤드를 포함하고, 피드 걸림헤드 및 디스차지 걸림헤드에는 정량 모세관을 설치하는 모세관 통로가 설치되어 있고, 상기 피드 걸림헤드 및 디스차지 걸림헤드는 각각 하나의 상기 걸림홀 내에 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템.
5. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 유로에 연결되며 상기 피드 어댑터 모듈에 위치하는 피드 어댑터 홈 및 피드 밀폐 조인트를 더 포함하고, 상기 피드 밀폐 조인트 내부에 초임계 이산화탄소 공급원과 연결하는 초임계 이산화탄소 통로가 형성되고 상기 피드 밀폐 조인트의 일단이 상기 피드 어댑터 홈 내에 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템.
6. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 디스차지 어댑터 모듈로부터 외부로 돌출된 어댑터 보스(adapter boss)및 디스차지 밀폐 조인트를 더 포함하고, 상기 디스차지 밀폐 조인트 내에 초임계 이산화탄소 출력 장치와 연결하는 통공이 형성되고, 상기 디스차지 밀폐 조인트의 일단에 디스차지 어댑터 홈이 설치되며, 상기 디스차지 밀폐 조인트는 어댑터 보스 상에 씌워져 있는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템.
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 디스차지 파이프는 디스차지 어댑터 모듈과 서로 연결되며, 상기 디스차지 파이프의 말단에 노즐이 설치되고 상기 디스차지 파이프 외부에 씌워진 가스관을 더 포함하고, 상기 가스관의 일단은 상기 노즐과 서로 연결되고, 상기 가스관과 디스차지 파이프 사이에 캐비티가 형성되며 상기 가스관의 타단에 기류 입구가 설치되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,
   보조 가스 공급원을 포함하는 보조 기류 장치를 더 포함하며, 상기 보조 가스 공급원은 관로를 통해 기류 입구에 연결되며, 상기 보조 가스 공급원과 기류 입구 사이에 밸브 및 가열 장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 가스관의 일단은 디스차지 어댑터 모듈과 서로 연결되고, 상기 디스차지 어댑터 모듈 상에 상기 기류 입구와 서로 연통되는 기류 어댑터 포트가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 공급 조절 시스템.
10. 1) 초임계 이산화탄소 생성 장치와 초임계 이산화탄소 출력 장치 사이에 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치를 설치하고, 출력 요구에 부합되도록 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치 내의 중계 관로를 교체하는 단계;
    2) 초임계 이산화탄소 생성 장치에 의해 초임계 이산화탄소를 생성하고, 초임계 이산화탄소가 초임계 이산화탄소 유량 조절 장치를 거쳐 초임계 이산화탄소 출력 장치의 출력 관로로 유입되는 단계; 및
    3) 초임계 이산화탄소 출력 장치의 출력 관로 외부에 가스관을 씌우고 가열된 보조 가스를 상기 가스관으로 지속적으로 주입하는 단계;를 포함하는 초임계 이산화탄소의 공급 조절 공정.
11. 청구항 10에 있어서,
    보조 가스가 가스관에 진입하기 이전에, 가열 장치를 이용하여 보조 가스를 가열하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 공급 조절 공정.
12. 청구항 11에 있어서,
    보조 가스의 온도는 32℃와 같거나 이보다 큰 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 공급 조절 공정.
13. 청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
    보조 가스는 압축 공기, 질소 가스, 이산화탄소 가스, 아르곤 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 공급 조절 공정.
14. 청구항 10에 있어서,
    단계3)에서, 초임계 이산화탄소와 보조 기류는 노즐을 통해 함께 분사되는 것을 특징으로 하는 초임계 이산화탄소의 공급 조절 공정.

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