KR20230134619A - ２차 냉매의 냉각 순환 장치 및 냉각 순환 방법 - Google Patents
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Abstract
장치 코스트를 저렴하게 억제하고, 2차 냉매의 안정적인 순환을 실시하는 2차 냉매의 냉각 순환 장치로서, 냉각 순환 장치(1)는, 액화 가스 공급 라인(2)과, 2차 냉매를 액체로서 저류하는 2차 냉매 리저브 탱크(5)와, 2차 냉매 리저브 탱크(5)로부터 공급되는 2차 냉매를 순환시키는 2차 냉매 순환 라인(8)과, 액화 가스 공급 라인(2)의 액화 가스와 2차 냉매 순환 라인(8)의 2차 냉매를 열교환하는 2차 냉매 열교환기(9)를 구비하고, 액화 가스 공급 라인(2)은 2차 냉매 열교환기(9)에 도출된 후에 2차 냉매 리저브 탱크(5) 내에 삽통되어 2차 냉매 리저브 탱크(5)에 공급된 2차 냉매를 응축하여 액화시키는 2차 냉매 응축부(17)를 형성하고, 액화 가스 공급 라인(2)에 2차 냉매 리저브 탱크(5) 내에 저류하는 2차 냉매의 액면의 높이에 따라 제어 상태가 전환되는 온도 제어 밸브(14)를 설치하고 있다.
Description
본 발명은 2 차 냉매의 냉각 순환 장치 및 냉각 순환 방법에 관한 것으로, 자세한 것은 2 차 냉매를 냉각하면서 순환하여 부하부와의 열교환을 실시하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래부터, 액체 질소 등의 저온 액화 가스가 갖는 한랭을 이용하여, 액체 상태의 2차 냉매를 순환 제어하고, 부하부를 저온으로 유지하는 방법 및 상기 방법에 이용되는 장치가 알려져 있다(특허문헌 1, 2 참조). 상기 장치의 일례를 도 2에 도시한다. 상기 방법에서는, 2차 냉매가 액체이기 때문에, 제어 온도의 하한치가 상기 액체의 동결 온도보다 높을 필요가 있고, 이 점에서 한계가 있었다. 또한, 부하부(51)에서 보다 낮은 온도가 요구되는 경우, 2차 냉매로서 상온 상압 하에서는 기체로, 비교적 액화하기 쉬운 냉매를 이용하면, 그 냉각 하한 온도는 상온 상압 하에서 액체의 냉매보다도 낮은 온도에서 제어 및 순환할 수 있는 가능성이 있었다.
그러나, 저온 액화 가스의 한랭을 이용하여, 비교적 액화하기 쉬운 기체인 2차 냉매를 냉각 순환하는 경우, 상기 2차 냉매를 액화하는 부분(기액 분리부(52))과, 더 냉각하여 순환시키는 부분(열교환기(53))이 필요하게 되고, 더구나 각각에 정밀한 제어가 가능한 연속 제어반이 필요하여, 코스트적으로 고가의 것이 되고 있었다. 또한, 2차 냉매가 액체(액화 가스)의 순환이기 때문에, 순환 펌프의 토출측이나 부하부의 부하 공여측 등에서 기화하기 쉬운 조건에서는, 경로 중에서 베이퍼 록을 일으킬 가능성이 있으므로 안정적인 순환을 실시하려면 더욱 공부가 필요하였다.
이상의 점을 감안하여, 본 발명은 전체적으로 보아 장치 코스트가 저렴하고, 안정적인 순환을 실시할 수 있는 2차 냉매의 냉각 순환 방법 및 냉각 순환 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 제1 발명은, 액화 가스와 열교환함으로써 냉각된 2차 냉매를 부하부에 순환 공급하는 2차 냉매의 냉각 순환 장치에서, 액화 가스를 공급하는 액화 가스 공급 라인과, 2차 냉매를 액체로서 저류하는 2차 냉매 리저브 탱크와, 상기 2차 냉매 리저브 탱크로부터 공급되는 2차 냉매를 순환시키는 2차 냉매 순환 라인과, 상기 액화 가스 공급 라인의 액화 가스와 상기 2차 냉매 순환 라인의 2차 냉매를 열교환시켜 2차 냉매를 냉각하는 2차 냉매 열교환기를 구비하고, 상기 액화 가스 공급 라인은, 상기 2차 냉매 열교환기에 도출된 후에, 상기 2차 냉매 리저브 탱크 내에 삽통되어 상기 2차 냉매 리저브 탱크에 공급된 2차 냉매를 응축하여 액화시키는 2차 냉매 응축부를 형성하고, 상기 액화 가스 공급 라인에, 상기 2차 냉매 리저브 탱크 내에 저류하는 2차 냉매의 액면의 미리 설정된 높이에 따라 제어 상태가 전환되는 온도 제어 밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제2 발명은, 상기 제1 발명에 있어서, 상기 2차 냉매 순환 라인의 2차 냉매와 상기 부하부의 열유체를 열교환시켜 열유체를 냉각하는 부하부 열교환기를 더 구비하고, 상기 부하부 열교환기에서의 상기 2차 냉매 순환 라인의 유통 위치를 상기 제어 상태를 전환하기 위한 미리 설정된 상기 2차 냉매 리저브 탱크 내의 2차 냉매의 액면의 높이의 최저 위치보다 낮은 위치로 하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제3 발명은, 상기 제1 또는 제2 발명에 있어서, 상기 2차 냉매 순환 라인으로부터 분기하여 상기 2차 냉매 리저브 탱크로 액체의 2차 냉매를 되돌리는 2차 냉매 바이패스 라인과 기체의 2차 냉매를 되돌리는 2차 냉매 가스 배출 라인을 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제4 발명은, 상기 제2 또는 제3 발명인 냉각 순환 장치를 이용하여 2차 냉매를 부하부에 순환 공급하는 2차 냉매의 냉각 순환 방법에 있어서, 상기 2차 냉매 리저브 탱크 내의 2차 냉매의 액면의 높이가 상기 최저 위치보다 아래의 위치에 있을 때는, 상기 2차 냉매 리저브 탱크 내에 저류된 2차 냉매의 온도에 기초하여 상기 온도 제어 밸브 의 개폐를 제어하고, 상기 2차 냉매 리저브 탱크 내의 2차 냉매의 액면의 높이가 상기 최저 위치보다 위의 위치에 있을 때는, 2차 냉매 순환 라인을 유통하는 2차 냉매의 온도에 기초하여 온도 제어 밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제5 발명은, 상기 제4 발명에 있어서, 상기 2차 냉매 리저브 탱크 내의 2차 냉매의 액면의 높이가, 상기 제어 상태를 전환하기 위한 미리 설정된 높이 중 최고 위치보다 위의 위치에 있을 때, 2 차 냉매 저장 탱크로의 2 차 냉매의 공급을 정지시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 2차 냉매의 냉각 순환 방법 및 냉각 순환 장치에 의하면, 종래와 비교하여, 액화 가스 공급 라인이 2차 냉매 응축부를 형성하고 있으므로, 그 구성을 간략화하고 있는 것으로, 전체적인 장치 구성을 간소화할 수 있으므로, 장치 코스트를 전체적으로 저렴하게 억제할 수 있다. 또한, 순환 경로 중에서 2차 냉매 가스 배출 라인을 설치함으로써, 기화에 의한 베이퍼 록 등을 일으키지 않고 2차 냉매의 안정적인 순환을 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태 예인 2 차 냉매의 냉각 순환 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 냉매 순환형 냉각 장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 냉매 순환형 냉각 장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 형태 예인 2 차 냉매의 냉각 순환 장치(1)를 도시한 것이다. 상기 냉각 순환 장치(1)는, 액화 가스 공급 라인(2), 2차 냉매 공급 라인(3), 질소 가스 공급 라인(4), 2차 냉매 리저브 탱크(5), 질소 및 2차 냉매 배기 라인(6), 2차 냉매 유하 라인(7), 2차 냉매 순환 라인(8), 2차 냉매 열교환기(9), 부하부(10), 부하부 열교환기(11), 2차 냉매 바이패스 라인(12), 2차 냉매 가스 배출 라인(13)으로 개략 구성되어 있다.
액화 가스 공급 라인(2)은 2차 냉매를 열교환에 의해 응축, 액화하기 위한 액화 가스(액체 질소 등)를 공급하는 경로이며, 온도 제어 밸브(TCV)(14), 온도 지시 조절기(TIC)(15, 16)가 설치되어 있다. 액화 가스 공급 라인(2)은 후술하는 2 차 냉매 리저브 탱크(5)에 삽통되고, 2 차 냉매 리저브 탱크(5) 내에서 열교환을 실시하는 2 차 냉매 응축부(17)를 형성한다. 또한, 상기 액화 가스 공급 라인(2)은, 2차 냉매 리저브 탱크(5)로부터 배출된 후에는, 열교환 후의 액화 가스를 배기하는 액화 가스 배기 라인(18)을 형성하고 있다. 상기 TCV(14)는 TIC(15, 16) 및 후술하는 TIC(21, 26) 및 유량계(FIT)(27)에 접속되고, 이들에 의해 개폐가 제어된다. 이와 같이, 액화 가스의 공급 라인(2)이, 후술하는 2차 냉매 열교환기(9)에의 공급 라인과 2차 냉매 응축부(17)를 겸하고 있으므로, 장치 구성을 간략화할 수 있어 전체의 장치 코스트를 저렴한 것으로 할 수 있다. 또한, 2차 냉매 리저브 탱크(5) 내에서는, 2차 냉매 응축부(17)가 2차 냉매의 액면과 접촉하지 않도록 배치한다.
2차 냉매 공급 라인(3)은 공급원(도면의 좌측)으로부터 2차 냉매를, 후술하는 2차 냉매 리저브 탱크(5)에 공급하는 경로이며, 도중에 압력 제어 밸브(PCV)(19)가 설치되어 있다.
질소 가스 공급 라인(4)은, 2차 냉매와 함께 2차 냉매 리저브 탱크(5)의 기상부에 봉입되는 질소 가스를 공급하는 경로이며, 도중에 압력 제어 밸브(PCV)(20)가 설치되어 있다.
2차 냉매 리저브 탱크(5)는 2차 냉매 공급 라인(3)에 의해 공급된 2차 냉매를 2차 냉매 응축부(17)에 의해 액화하고, 액상이 된 2차 냉매를 저류하는 탱크이다. 상기 2 차 냉매 리저브 탱크(5)의 벽면에는 온도 지시 조절기(TIC)(21) 및 액면 지시 경보계(LIA)(22)가 설치되어 있다. TIC(21)는 액화 가스 공급 라인(2)의 TCV(14)에 접속된다. 또한, LIA(22)에는, 탱크(5) 내의 2차 냉매의 액면을 검지하기 위해 미리 설정된 최저 위치(L)와 최고 위치(H)에 대응하는 센서가 설치되어 있고, 액면이 L보다 위가 되면 후술하는 2차 냉매 유하 라인(7)에의 2차 냉매의 유하를 개시하고, 액면이 H보다 위가 되면 경보를 발령하여 PCV(19)를 닫고 2차 냉매의 탱크(5)에의 공급을 중지하도록 되어 있다.
질소 및 2차 냉매 배기 라인(6)은, 2차 냉매 리저브 탱크(5)의 상부에서, 기상의 2차 냉매 및 질소 가스가 상기 탱크(5) 내부에서 일정압 이상이 되었을 경우에 배출되기 위한 경로로서, 도중에 압력 제어 밸브(PCV)(23) 및 체크 밸브(CV)(24)가 설치되어 있다.
2차 냉매 유하 라인(7)은, 2차 냉매 리저브 탱크(5)의 저부에 저류한 2차 냉매를, 후술하는 2차 냉매 순환 라인(8)에 공급하는 경로이며, 일단이 2차 냉매 리저브 탱크(5)에 접속되고, 타단이 2 차 냉매 순환 라인(8)에 접속된다.
2차 냉매 순환 라인(8)은, 상기 2차 냉매 리저브 탱크(5)에서 액화한 2차 냉매를 후술하는 부하부 열교환기(11)에서 이용하기 위해 순환시키는 경로이며, 도중에 순환 펌프(RP)(25), 온도 지시 조절기(TIC)(26), 유량계(FIT)(27)가 설치되어 있다. RP(25)는 상기 2차 냉매 리저브 탱크(5)의 LIA(22)와 접속되고, 탱크 내의 액면 위치가 L보다 위인 경우에만 기동하도록 되어 있다. 또한, TIC(26)와 FIT(27)는 상기 TCV(14)에 접속되어 있다.
2차 냉매 열교환기(9)는, 액화 가스 공급 라인(2)에 공급되는 액화 가스와, 2차 냉매 순환 라인(8)에 공급되는 2차 냉매를 열교환하고, 2차 냉매 순환 라인(8) 중의 2차 냉매를 보다 저온으로 하기 위한 열교환기이다.
부하부 열교환기(11)는 2차 냉매 순환 라인(8)에 공급되는 2차 냉매와 부하부(10)에서 생긴 열유체를 열교환하는 것에 의해 상기 열유체를 보다 저온으로 함으로써, 상기 부하부(10)에서의 부하를 저감하기 위한 열교환기이다. 부하부 열교환기(11)에서의 2차 냉매 순환 라인(8)의 액면 위치는, 2차 냉매 리저브 탱크(5)의 액면의 최저 위치(L)보다 높이 h만큼 낮아져 있다(도 1을 참조.).
2차 냉매 바이패스 라인(12)은, 2차 냉매 순환 라인(8)에서의 RP(25) 직후의 분기점(28)에서 2차 냉매를 2차 냉매 리저브 탱크(5)의 액상 부분으로 되돌리기 위한 경로이다. 상기 2차 냉매 바이패스 라인(12)을 이용하여 2차 냉매를 2차 냉매 리저브 탱크(5)로 되돌려 순환시킴으로써, RP(25)의 공운전을 방지하고, RP(25)의 기동을 적절하게 유지함으로써, RP(25)를 보호하는 기능이 있다.
2차 냉매 가스 배출 라인(13)은 2차 냉매 바이패스 라인(12)으로부터 더 분기되어, 2차 냉매를 2차 냉매 리저브 탱크(5)의 기상 부분으로 되돌림으로써, 2차 냉매 중에 생긴 기체를 방출하기 위한 경로이다. 상기 2차 냉매 가스 배출 라인(13)을 이용하여 순환 중의 2차 냉매 중의 기체를 방출하는 것에 의해서 2차 냉매 순환 라인(8)의 경로 내에서의 캐비테이션이나 베이퍼 록의 발생을 방지하는 기능이 있다.
이상과 같이 구성된 냉각 순환 장치(1)를 이용하여, 본 발명의 냉각 순환 방법은 이하와 같이 실시된다.
우선, 2 차 냉매 공급 라인(3)에서, 가스화된 2 차 냉매가 PCV(19)를 거쳐 2 차 냉매 리저브 탱크(5)에 공급된다.
한편, 액화 가스 공급 라인(2)에서 액화 가스(액체 질소 등)가 TCV(14)를 거쳐 공급된다. 액화 가스 공급 라인(2)은 2 차 냉매 리저브 탱크(5)에 삽통되고, 상기 2 차 냉매 리저브 탱크(5) 중에서는 2 차 냉매 응축부(17)로서 기능한다.
가스화한 2차 냉매는, 2차 냉매 리저브 탱크(5) 내에서, 상기 2차 냉매 응축부(17)와 접촉하여 열교환이 실시되어 액화되고, 탱크 저부에 유하한다. 이 때, 2차 냉매 리저브 탱크(5) 내의 기상 부분에는, 질소 가스 공급 라인(4)으로부터 PCV(20)를 거쳐 공급되는 질소 가스가 봉입되어, 불활성 상태가 유지되어 있다. 그 후, 액화된 2 차 냉매(액상 부분)는 2 차 냉매 리저브 탱크(5)의 저부에 저류된다. 또한, 액화하지 않은 2차 냉매(기상 부분)는, 2차 냉매 리저브 탱크(5) 내가 일정압 이상이 되면, PCV(23)가 열리고, 봉입된 질소 가스와 함께, 질소 및 2차 냉매 배기 라인(6)으로부터 배출된다. 한편, 2차 냉매 응축부(17)를 흐르는 액화 가스는 열교환에 의해 기화되고, 액화 가스 배기 라인(18)으로부터 배기된다.
2 차 냉매 리저브 탱크(5)의 저부에 저류된 2 차 냉매에 대해서는, 상기 탱크(5)의 벽면에 설치된 LIA(22)에 의해 액면 위치가 검지되고 있다. 액면 위치가 L보다 아래의 위치인 경우에는, 동일한 벽면에 설치된 TIC(21)에 의해 TCV(14)가 제어된다. 이 때, TIC(15)가 나타내는 온도가 설정값(예를 들면 -100℃) 이상이면 문제 없지만, 설정값 이하인 경우에서 TCV(14)는 강제적으로 차단되어 2차 냉매 열교환기(9) 내에서 2차 냉매가 동결되어 버리는 것을 방지하도록 되어 있다.
탱크(5) 내에서의 2차 냉매의 저류가 진행되어, 액면 위치가 L보다 위의 위치가 되었을 경우는, 2차 냉매 리저브 탱크(5) 내에 충분한 양의 2차 냉매가 존재하고 있는 것으로 해석되고, RP(25)가 기동되어 2 차 냉매 유하 라인(7)을 통해 2 차 냉매 순환 라인(8)에 2 차 냉매가 유통된다. 상기 2 차 냉매 순환 라인(8)을 유통하는 2 차 냉매의 온도 및 유량은 TIC(26) 및 FIT(27)에 의해 확인할 수 있다.
2차 냉매의 유통이 어느 정도 진행되고, FIT(27)의 표시되는 값이 일정값에 도달하면, 그때까지 TIC(21)에 의해 제어되고 있던 TCV(14)가 TIC(26)에 의한 제어로 전환된다. 즉, 2차 냉매 순환 라인(8)을 유통하는 2차 냉매의 상태에 따라 TCV(14)의 제어원이 교체된다.
그 후, 액화 가스 공급 라인(2)에서의 액화 가스의 유통이 진행되어, 액화 가스의 온도가 TIC(16)에서의 설정값(예를 들면 -160℃) 이하가 되면, TCV(14)는 다시 강제적으로 차단되어, 2차 냉매 열교환 장치(9)에서 2 차 냉매가 동결되어 버리는 것을 방지하게 되어 있다.
그 후, 2차 냉매 리저브 탱크(5) 내에 충분한 양의 2차 냉매가 저류되어, 액면 위치가 H보다 위의 위치가 되면, LIA(22)에 의해 경보가 발령됨과 동시에, PCV(19)가 제어되어 2차 냉매 리저브 탱크(5)로의 2차 냉매의 공급이 정지된다.
한편, 2차 냉매 순환 라인(8)에서는, 2차 냉매가 RP(25)에 의해 순환하고 있다. RP(25)를 통과한 직후의 2차 냉매는, 분기점(28)에서 일부가 분기한다. 상기 분기점(28)으로부터, 2 차 냉매 바이패스 라인(12)과 2 차 냉매 가스 배출 라인(13)이 2 차 냉매 리저브 탱크(5)에 접속되고, 양자는 각각 2 차 냉매 리저브 탱크(5)의 액상 부분과 기상 부분에 접속되고 있다.
2차 냉매 바이패스 라인(12)을 통과한 2차 냉매는 2차 냉매 리저브 탱크(5)의 액상 부분으로 되돌려지고, 2차 냉매 유하 라인(7)을 거쳐 다시 2차 냉매 순환 라인(8)에 공급되어, RP(25)를 통과한다. 이와 같이 2차 냉매를 순환시킴으로써, RP(25)의 공운전을 방지하고, RP(25)를 적절하게 기동하여, 보호하는 기능이 있다.
2차 냉매 가스 배출 라인(13)을 통과한 2차 냉매는, 2차 냉매 리저브 탱크(5)의 기상 부분으로 되돌려지고, 2차 냉매 중의 기체가 2차 냉매 리저브 탱크(5)의 기상 부분에서 분리되게 되어 있다. 이와 같이 순환 중의 2차 냉매 중의 기체를 방출함으로써, 2차 냉매 순환 라인(8)의 경로 내에서의 캐비테이션이나 베이퍼 록의 발생을 방지하는 기능이 있다.
2차 냉매 순환 라인(8)을 순환하는 2차 냉매는, TIC(26) 및 FIT(27)에 의해 온도 및 유량이 제어되고, 부하부 열교환기(11)에서 부하부(10)와의 열교환을 효율적으로 실시할 수 있다. 즉, 부하부(10)의 냉각을 효율적으로 실시할 수 있도록 되어 있다. 또한, TIC(26)에 의한 2 차 냉매의 온도 제어는 상기 TIC(26)에 접속된 TCV(14)의 개폐를 제어하는 것에 의해서 실시된다.
또한, 부하부 열교환기(11)에서의 2차 냉매의 유통 위치를, 2차 냉매 리저브 탱크(5)의 액면 위치(L)보다 낮은 위치에 배치하면(도 1 참조), 부하부 열교환기(11)에서의 열교환에 의해 기화된 2차 냉매가, 그 고저차(h)로부터 2차 냉매 유하 라인(7)을 통하여 2차 냉매 리저브 탱크(5) 내에서 방출되기 쉬워진다. 또한, 병설되어 있는 2차 냉매 가스 배출 라인(13)을 통해도, 2차 냉매가 2차 냉매 리저브 탱크(5) 내에서 방출되기 쉬워진다. 그 때문에, 2차 냉매 순환 라인(8)의 경로 중에서의 베이퍼 록의 발생을 피할 수 있으므로, 2차 냉매의 안정적인 순환을 실시할 수 있게 된다.
[실시예]
2 차 냉매로서 4 불화 메탄을, 액화 가스로서 액체 질소를 이용한 경우에 대해서 설명한다. 4불화 메탄은 대기압에서의 비점 -128℃, 대기압에서의 응고점 -184℃, 임계점의 온도 -45.6℃, 임계점의 압력 3.7MPa이며, -80℃ 분위기에서 용이하게 액화하는 액화 가스이다.
도 1의 냉각 순환 장치(1)에 4불화 메탄을 적용할 때, 2차 냉매 리저브 탱크(5) 내를 미리 질소 가스로 충분히 퍼지해 두고, 수분이 혼입되지 않도록 주의한다.
다음으로, TIC(21)의 설정값을 -80℃로 하고, 액체 질소를 TCV(14)를 통해 액화 가스 공급 라인(2)에 공급한다. 이 때, TIC(15)의 설정값은 4불화 메탄의 응고점보다 충분히 높은 온도인 -100℃로 하였다. 다음으로, PCV(19)로 1.0MPa 정도로 감압한 4불화 메탄(비점 약 -75℃)을 2차 냉매 리저브 탱크(5)에 공급하고, 2차 냉매 응축부(17)에서 액체 질소와의 열교환에 의해 서서히 액화시킨다. 액화된 4불화 메탄은, 2차 냉매 리저브 탱크(5) 저부로부터 2차 냉매 유하 라인(7)을 거쳐, 2차 냉매 순환 라인(8)에 공급되기 시작한다. 액화량이 더욱 증가하면, 2차 냉매 리저브 탱크(5) 저부에 저류되기 시작하고, 상기 탱크(5) 내에서 액면이 서서히 상승한다.
액면이 상승하여, LIA(22)의 L보다 위의 위치가 된 것이 검지되면, RP(25)가 기동하여 4불화 메탄이 2차 냉매 순환 라인(8) 내에서 순환하고, 우선 2차 냉매 열교환기(9)에 의해 액체 질소와 열교환을 실시한 후, 부하부 열교환기(11)에 공급되어 부하부(10)와의 열교환을 실시한다.
2차 냉매 리저브 탱크(5) 내의 액면이 더욱 상승하여 LIA(22)의 H까지 도달하면, 경보가 발령되어, 2차 냉매의 공급원(도면의 좌측)이나 PCV(19)가 닫히고, 탱크(5)에의 2차 냉매의 공급이 정지된다.
그 한편, 2차 냉매 순환 라인(8)에서는, 4불화 메탄의 유량은 FIT(27)에서 검출되지만, 상기 유량이 설정값에 도달하면, 그때까지 TIC(21)에 의해 제어되고 있던 TCV(14)가 TIC(26)에 의한 제어로 전환되어, 4불화 메탄은 설정값(예를 들면 -150℃)까지 냉각된다. 이 때, 액체 질소가 액체인 상태로 배출되지 않도록, TIC(16)의 설정값은 앞의 설정값보다 더 낮은 온도(예를 들면 -160℃)로 설정된다. 그 때문에, 4불화 메탄은 액체 상태를 유지하면서 충분히 냉각된다. 충분히 냉각된 4불화 메탄은 부하부 열교환기(11)에서 부하부(10)와의 열교환에 의해 액체의 온도가 어느 정도 상승한 후, 2차 냉매 열교환기(9)로 순환되어 다시 냉각된다고 하는 사이클을 반복한다. 이와 같이 하여 순환 공급이 실시되기 때문에, 4불화 메탄을 액체 상태에서 안정적으로 냉각 순환할 수 있다.
또한, 순환하는 4불화 메탄에 대해서는, 분기점(28)에서, 2차 냉매 바이패스 라인 및 2차 냉매 가스 배출 라인(13)이 설치되어 있기 때문에, 일부의 액상 부분 및 기상 부분을 2차 냉매 리저브 탱크(5)로 되돌릴 수 있어, 보다 안정적인 순환 공급을 실시하는 것이 가능하다.
또한, 부하부(10)의 부하 공여가 큰 경우, 부하부 열교환기(11)에서 4불화 메탄이 일부 기화되어 경로 내에 머무르고, 베이퍼 록을 일으킬 가능성이 있다. 그러나, 본 발명의 냉각 순환 장치(1)에서는, 부하부 열교환기(11)에서의 2차 냉매 순환 라인(8)의 유통 위치를 2차 냉매 리저브 탱크(5)의 L의 위치보다 낮은 위치로 설정하고 있기 때문에(도 1의 h를 참조.) 그 고저차(h)로부터 기화된 4불화 메탄이 2차 냉매 유하 라인(7)을 통해 2차 냉매 리저브 탱크(5)로 되돌리기 쉬워지고 있다. 또한, 병설된 2 차 냉매 가스 배출 라인(13)을 통해서도 2 차 냉매 리저브 탱크(5)로 되돌리기 쉽다. 따라서, 4불화 메탄의 순환이 보다 안정화되고 있다.
또한, 상기 실시예에서, 2차 냉매로서 4불화 메탄을 이용하고 있지만, 그 외의 액화 가스나 휘발성이 높은 액체(불소계 용제 등)를 이용하는 것도 가능하다. 또한, 액화 가스로서 액체 질소를 이용하고 있지만, 다른 액화 가스를 이용하는 것도 가능하다. 또한, 2차 냉매 순환 라인(8)에서, 온도 지시 조절기(26)나 유량계(27)가 설치되는 위치는 반드시 정해져 있지 않고, 2차 냉매가 지장 없이 순환되도록 설치되어 있으면 좋다.
1···냉각 순환 장치, 2···액화 가스 공급 라인, 3···2차 냉매 공급 라인, 4···질소 가스 공급 라인, 5···2차 냉매 리저브 탱크, 6··· 질소 및 2차 냉매 배기 라인, 7···2차 냉매 유하 라인, 8···2차 냉매 순환 라인, 9···2차 냉매 열교환기, 10···부하부, 11···부하부 열교환기, 12···2차 냉매 바이패스 라인, 13···2차 냉매 가스 배출 라인, 14···온도 제어 밸브(TCV), 15···온도 지시 조절기(TIC) 16···온도 지시 조절기(TIC), 17···2차 냉매 응축부, 18···액화 가스 배기 라인, 19···압력 제어 밸브(PCV), 20···압력 제어 밸브( PCV), 21···온도 지시 조절기(TIC), 22···액면 지시 경보계(LIA), 23···압력 제어 밸브(PCV), 24···역지 밸브(CV) 25…순환 펌프(RP), 26···기액 분리부, 53···열교환기, h···고저차
Claims (5)
- 액화 가스와 열교환함으로써 냉각된 2차 냉매를 부하부에 순환 공급하는 2차 냉매의 냉각 순환 장치에 있어서,
액화 가스를 공급하는 액화 가스 공급 라인과,
2차 냉매를 액체로서 저류하는 2차 냉매 리저브 탱크와,
상기 2차 냉매 리저브 탱크로부터 공급되는 2차 냉매를 순환시키는 2차 냉매 순환 라인과,
상기 액화 가스 공급 라인의 액화 가스와 상기 2차 냉매 순환 라인의 2차 냉매를 열교환시켜 2차 냉매를 냉각하는 2차 냉매 열교환기를 구비하고,
상기 액화 가스 공급 라인은, 상기 2차 냉매 열교환기에 도출된 후, 상기 2차 냉매 리저브 탱크 내에 삽통되고, 상기 2차 냉매 리저브 탱크에 공급된 2차 냉매를 응축하여 액화 시키는 2차 냉매 응축부를 형성하고,
상기 액화 가스 공급 라인에, 상기 2차 냉매 리저브 탱크 내에 저류하는 2차 냉매의 액면의 미리 설정된 높이에 따라 제어 상태가 전환되는 온도 제어 밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 2차 냉매 냉각 순환 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 2차 냉매 순환 라인의 2차 냉매와 상기 부하부의 열유체를 열교환시켜 열유체를 냉각하는 부하부 열교환기를 더 구비하고,
상기 부하부 열교환기에서의 상기 2차 냉매 순환 라인의 유통 위치를, 상기 제어 상태를 전환하기 위한 미리 설정된 상기 2차 냉매 리저브 탱크 내의 2차 냉매의 액면의 높이 중 최저 위치보다 낮은 위치로 하는 것을 특징으로 하는 냉각 순환 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 2차 냉매 순환 라인으로부터 분기하여 상기 2차 냉매 리저브 탱크에 액체의 2차 냉매를 되돌리는 2차 냉매 바이패스 라인과 기체의 2차 냉매를 되돌리는 2차 냉매 가스 배출 라인을 설치한 것을 특징으로 하는 냉각 순환 장치.
- 제2항 또는 제3항에 기재된 냉각 순환 장치를 이용하여 2차 냉매를 부하부에 순환 공급하는 2차 냉매의 냉각 순환 방법에 있어서,
상기 2차 냉매 리저브 탱크 내의 2차 냉매의 액면의 높이가 상기 최저 위치보다 아래의 위치에 있을 때는, 상기 2차 냉매 리저브 탱크 내에 저류된 2차 냉매의 온도에 기초하여 하여 상기 온도 제어 밸브의 개폐를 제어하고,
상기 2차 냉매 리저브 탱크 내의 2차 냉매의 액면의 높이가 상기 최저 위치보다 위의 위치에 있을 때는, 2차 냉매 순환 라인을 유통하는 2차 냉매의 온도에 기초하여 상기 온도 제어 밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하는 2차 냉매의 냉각 순환 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 2차 냉매 리저브 탱크 내의 2차 냉매의 액면의 높이가, 상기 제어 상태를 전환하기 위한 미리 설정된 높이 중 최고 위치보다 위의 위치에 있을 때는, 상기 2차 냉매 리저브 탱크로의 2 차 냉매의 공급을 정지시키는 것을 특징으로 하는 2 차 냉매의 냉각 순환 방법.
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| JPS536708U (ko) | 1976-06-30 | 1978-01-20 |
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