KR20240028601A - 극저온 냉동 어셈블리 및 이를 포함하는 증류 컬럼 - Google Patents

극저온 냉동 어셈블리 및 이를 포함하는 증류 컬럼 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 극저온 냉동 어셈블리는, 증류 컬럼의 내부에 형성된 증류공간 상부에서 적어도 일부가 상기 증류공간에 노출되도록 구비되며, 상기 증류공간으로 유입되어 상승한 기체 상의 물질을 기 설정된 냉각온도로 냉각시켜 액화시키는 극저온 냉동기 및 상기 극저온 냉동기의 하단부에 연결되도록 구비되되, 상기 극저온 냉동기의 횡 단면적보다 넓은 횡 단면적을 가지도록 형성되어 상기 극저온 냉동기에서 발생한 냉열이 중심부로부터 전체 면적으로 전도되도록 하는 냉열 전도용 구조체를 포함한다.

Description

극저온 냉동 어셈블리 및 이를 포함하는 증류 컬럼{Cryogenic Refrigeration Assembly and Distillation Column Comprising Same}
본 발명은 극저온 냉동 어셈블리 및 이를 포함하는 증류 컬럼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증류공간의 상부에 구비되는 냉각장치를 이용하여 효과적으로 증류를 수행할 수 있는 극저온 냉동 어셈블리 및 이를 포함하는 증류 컬럼에 관한 것이다.
일반적으로 다양한 성분이 혼합된 기체 상의 혼합물질로부터 각 성분을 분리하기 위한 증류 시스템은 증류 컬럼(Distillation Column)을 구비하고 있다.
그리고 이와 같은 증류 컬럼은 기체 상의 혼합물질을 구성하는 각 성분의 서로 다른 액화점을 이용하여 각 성분을 서로 분리하는 방식을 가진다.
다만, 종래의 증류 시스템은 혼합물질을 구성하는 각 성분의 액화점에 비해 상대적으로 고온을 가지는 혼합물질을 직접 증류 컬럼에 투입하게 되므로, 초저온 증류의 경우 냉각을 수행하기 위해 과도한 에너지가 사용되기에 효율적인 냉각 방법과 초저온 단열 방법이 매우 중요하다고 할 수 있다.
더불어 종래의 증류 시스템은 혼합물질을 냉각시키기 위한 냉각 사이클이 증류 컬럼의 외부에 구비되므로, 시스템을 구축하기 위한 추가적인 공간 및 장치가 요구되는 것은 물론 냉매의 순환 경로가 길어지게 되어 설비를 구축하는데 따른 비용적인 측면은 물론 냉각 효율이 떨어지는 문제가 있다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
한국공개특허 제10-2019-0132344호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 냉각 과정에 사용되는 에너지를 절감하고, 설비 구축 비용 및 운용 비용을 최소화하며 초저온 공정을 위한 단열 효과를 증대시킬 수 있는 극저온 냉동 어셈블리를 제공하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 극저온 냉동 어셈블리는, 증류 컬럼의 내부에 형성된 증류공간 상부에서 적어도 일부가 상기 증류공간에 노출되도록 구비되며, 상기 증류공간으로 유입되어 상승한 기체 상의 물질을 기 설정된 냉각온도로 냉각시켜 액화시키는 극저온 냉동기 및 상기 극저온 냉동기의 하단부에 연결되도록 구비되되, 상기 극저온 냉동기의 횡 단면적보다 넓은 횡 단면적을 가지도록 형성되어 상기 극저온 냉동기에서 발생한 냉열이 중심부로부터 전체 면적으로 전도되도록 하는 냉열 전도용 구조체를 포함한다.
이때 상기 냉열 전도용 구조체는 내부에서 기체와 액체가 유동될 수 있도록 다공성을 가지도록 형성될 수 있다.
더불어 상기 냉열 전도용 구조체는, 상기 증류공간 내에서 상기 냉열 전도용 구조체보다 하부에 구비되어 기체와 액체 간의 접촉면적을 높이는 유체 접촉용 구조체에 대응되는 횡 단면적을 가지도록 형성될 수 있다.
그리고 상기 냉열 전도용 구조체의 하면은, 상기 증류공간 내에서 상기 냉열 전도용 구조체보다 하부에 구비되어 기체와 액체 간의 접촉면적을 높이는 유체 접촉용 구조체의 상면으로부터 기 설정된 이격거리만큼 이격된 위치에 구비되어, 상기 냉열 전도용 구조체가 상기 유체 접촉용 구조체의 상단부에 대해 기 설정된 온도차를 유지하도록 할 수 있다.
한편 상기 극저온 냉동기는, 내부에 냉열생성공간이 형성된 실린더 및 상기 냉열생성공간 내에서 상하 행정 가능하게 구비되며, 상기 냉열생성공간으로 유입된 냉매를 팽창시켜 냉열을 발생시키는 디스플레이서를 포함할 수 있다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 증류 컬럼은, 내부에 증류공간이 형성된 외부하우징, 상기 증류 컬럼의 내부에 형성된 증류공간 상부에서 적어도 일부가 상기 증류공간에 노출되도록 구비되며, 상기 증류공간으로 유입되어 상승한 기체 상의 물질을 기 설정된 냉각온도로 냉각시켜 액화시키는 극저온 냉동기 및 상기 극저온 냉동기의 하단부에 연결되도록 구비되되, 상기 극저온 냉동기의 횡 단면적보다 넓은 횡 단면적을 가지도록 형성되어 상기 극저온 냉동기에서 발생한 냉열이 중심부로부터 전체 면적으로 전도되도록 하는 냉열 전도용 구조체를 포함하는 극저온 냉동 어셈블리 및 상기 증류공간 내에서 상기 냉열 전도용 구조체보다 하부에 구비되어 기체와 액체 간의 접촉면적을 높이는 유체 접촉용 구조체를 포함한다.
이때 상기 냉열 전도용 구조체는 내부에서 기체와 액체가 유동될 수 있도록 다공성을 가지도록 형성될 수 있다.
더불어 상기 냉열 전도용 구조체는, 상기 유체 접촉용 구조체에 대응되는 횡 단면적을 가지도록 형성될 수 있다.
그리고 상기 냉열 전도용 구조체의 하면은, 상기 유체 접촉용 구조체의 상면으로부터 기 설정된 이격거리만큼 이격된 위치에 구비되어, 상기 냉열 전도용 구조체가 상기 유체 접촉용 구조체의 상단부에 대해 기 설정된 온도차를 유지하도록 할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 냉열 전도용 구조체의 하면과 상기 유체 접촉용 구조체의 상면 사이에서 상기 냉열 전도용 구조체의 하면과 상기 유체 접촉용 구조체 상면 둘레를 따라 구비되어, 상기 냉열 전도용 구조체의 하면과 상기 유체 접촉용 구조체의 상면이 상기 이격거리를 유지하도록 하는 하나 이상의 스페이서를 더 포함할 수 있다.
한편 상기 극저온 냉동기는, 내부에 냉열생성공간이 형성된 실린더 및 상기 냉열생성공간 내에서 상하 행정 가능하게 구비되며, 상기 냉열생성공간으로 유입된 냉매를 팽창시켜 냉열을 발생시키는 디스플레이서를 포함할 수 있다.
더불어 본 발명은 상기 증류공간 내에서 액화된 성분을 재증발시켜 상기 증류공간 내로 재공급하는 재비기를 더 포함할 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 극저온 냉동 어셈블리 및 이를 포함하는 증류 컬럼은, 극저온 냉동기가 소형화되어 증류 컬럼의 증류공간 내에서 상부에 위치되므로 전체적인 냉각 효율을 크게 향상시키고, 시스템 구축을 위한 점유 공간을 최소화할 수 있는 것은 물론, 유지보수가 용이하다는 장점을 가진다.
또한 본 발명은 극저온 냉동기의 하단부에 연결되며, 극저온 냉동기에서 발생한 냉열이 중심부로부터 전체 면적으로 전도되도록 하는 냉열 전도용 구조체를 포함함에 따라, 증류공간의 전체 횡 단면적에 걸쳐 효과적인 증류가 이루어지도록 할 수 있다.
이에 따라 본 발명은 설비 단순화에 따른 설비 구축 비용 및 운용 비용을 최소화하고, 무엇보다도 초저온 공정의 필수적 요소인 단열 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 증류 컬럼의 구조를 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 증류 컬럼에 있어서 냉동 어셈블리의 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 증류 컬럼에 있어서, 냉동 어셈블리의 극저온 냉동기 구조를 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 증류 컬럼의 구조를 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 증류 컬럼의 구조를 나타낸 도면; 및
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 증류 컬럼의 구조를 나타낸 도면이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결된다", 또는 "결합된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 증류 컬럼의 구조를 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 증류 컬럼에 있어서 냉동 어셈블리(100)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 증류 컬럼은 외부하우징(10), 냉동 어셈블리(100) 및 유체 접촉용 구조체(50)를 포함한다.
외부하우징(10)의 내부에는 증류공간(11)이 형성되며, 이와 같은 증류공간(11) 내에서 서로 다른 성분이 혼합된 혼합기체의 각 성분을 분리하는 과정이 이루어진다.
이때 혼합기체는 서로 액화점이 다른 복수 개의 성분이 혼합된 것일 수 있다. 예컨대 혼합기체는 액화점이 매우 낮은 수소, 헬륨, 네온, 질소 등과 같은 원소가 혼합된 것일 수 있으며, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 즉 각 성분은 단일 성분일 수도 있으나, 복수 개의 성분이 혼합된 것일 수도 있다.
그리고 외부하우징(10)의 상부에는 냉동 어셈블리(100)가 구비되며, 이와 같은 냉동 어셈블리(100)의 일측에는 기체 상의 물질이 외부로 배출되도록 하는 기체 배출구(20)가 구비될 수 있다.
또한 외부하우징(10)의 하부에는 액체 상의 물질이 외부로 배출되도록 하는 액체 배출구(30)가 구비되며, 외부하우징(10)의 중단 측부에는 증류공간(11) 내부에 혼합기체를 공급하는 혼합기체 공급유닛(40)이 구비될 수 있다.
냉동 어셈블리(100)는 증류공간(11) 상부에 구비되어, 증류공간(11) 내에서 증류공간으로 유입되어 상승한 기체 상의 물질을 냉각하여 액화시키는 구성요소이다.
그리고 냉동 어셈블리(100)는 세부적으로 극저온 냉동기(200) 및 냉열 전도용 구조체(300)를 포함한다.
극저온 냉동기(200)는 증류 컬럼의 내부에 형성된 증류공간(11) 상부에서 적어도 일부가 증류공간(11)에 노출되도록 구비되며, 증류공간(11)으로 유입되어 상승한 기체 상의 물질을 기 설정된 냉각온도로 냉각시켜 액화시키는 역할을 수행한다.
본 실시예에서 극저온 냉동기(200)는 상하 방향으로 길게 형성된 형태를 가지며, 증류공간(11)의 상부에서 외부하우징(10)에 고정되는 형태로 설치된다.
이와 같은 형태의 극저온 냉동기(200)는 종래 증류 컬럼의 외부에서 별도로 설치되는 형태의 냉각사이클을 배제할 수 있어, 설비 단순화에 따른 설비 구축 비용 및 운용 비용을 최소화하고, 초저온 공정의 필수적 요소인 단열 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
그리고 극저온 냉동기(200)는 증류공간(11)에 유입된 혼합기체를 기 설정된 냉각온도로 냉각할 수 있으며, 여기서 냉각온도는 혼합기체에 포함된 특정 성분의 액화점보다는 낮고, 또 다른 특정 성분의 액화점보다는 높은 온도로 설정됨에 따라, 액화점이 상대적으로 높은 성분에 대한 반복적인 재액화가 이루어지도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 증류 컬럼에 있어서, 냉동 어셈블리(100)의 극저온 냉동기(200) 구조를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 극저온 냉동기(200)는 내부에 냉열생성공간(211)이 형성된 실린더(210)와, 이와 같은 냉열생성공간(211) 내에서 상하 행정 가능하게 구비되는 디스플레이서(220)를 포함하는 형태를 가진다.
이에 따라 냉매공급원(230)에 의해 유입된 고압의 냉매는 상사점으로 이동하는 디스플레이서(220)의 내부를 통과하는 과정에서 온도가 떨어지게 되며, 이후 냉매의 압력을 낮춰 냉열생성공간(211) 내의 냉매 온도를 떨어뜨린다.
그리고 이후 디스플레이서(220)가 다시 하사점으로 이동하는 과정에서 차가워진 냉매에 의하여 디스플레이서(220)의 온도를 떨어뜨리게 되며, 본 실시예의 극저온 냉동기(200)는 이와 같은 방법을 통해 냉열을 발생시킬 수 있다.
또한 전술한 바와 같이 본 실시예에서 극저온 냉동기(200)는 증류공간(11) 상부에서 적어도 일부가 증류공간(11)에 노출되도록 구비되는 것으로 하였으나, 극저온 냉동기(200)는 전체 구조가 증류공간(11) 내에 인입된 상태로 구비될 수도 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 극저온 냉동 어셈블리(100)의 냉열 전도용 구조체(300)는 극저온 냉동기(200)의 하단부에 연결되도록 구비되며, 극저온 냉동기(200)의 횡 단면적보다 넓은 횡 단면적을 가지도록 형성된다.
그리고 냉열 전도용 구조체(300)는 극저온 냉동기(200)에서 발생한 냉열이 중심부로부터 전체 면적으로 고르게 전도되도록 하여 증류공간(11)의 전체 횡 단면적에 걸쳐 동일한 온도가 될 수 있도록 한다.
이때 냉열 전도용 구조체(300)는 내부에서 기체와 액체가 유동될 수 있도록 다공성을 가지도록 형성되며, 이는 유체 접촉용 구조체(50)와 유사한 구조로 구현될 수 있다.
유체 접촉용 구조체(50)는 증류공간(11) 내에서 냉열 전도용 구조체(300)보다 하부에 구비되며, 기체와 액체 간의 접촉면적을 높이는 역할을 수행한다.
구체적으로 유체 접촉용 구조체(50)는 증류공간(11) 내에서 기체 상의 물질을 하부에서 상부로 유동되도록 하고, 액체 상의 물질을 상부에서 하부로 유동되도록 하며, 이와 같은 과정에서 기체와 액체의 원활한 접촉이 이루어지도록 하고, 이를 통하여 각 성분의 순도가 높아지도록 할 수 있다.
이때 본 실시예의 경우 유체 접촉용 구조체(50)는 다공성 구조를 가지는 패킹 방식을 가지는 것으로 예시하였으나, 이와 달리 유체 접촉용 구조체(50)는 트레이 방식으로 구현될 수도 있다.
또한 유체 접촉용 구조체(50)는 전체적으로 원기둥 형태로 형성되어 증류공간(11) 내에서 혼합기체 공급유닛(40)을 중심으로 상부 및 하부에 각각 구비되는 것으로 하였으며, 이때 냉열 전도용 구조체(300)는 유체 접촉용 구조체(50)에 대응되는 횡 단면적을 가지도록 형성된다.
한편 본 실시예에서 냉열 전도용 구조체(300)의 하면은, 유체 접촉용 구조체(50)의 상면으로부터 기 설정된 이격거리(d)만큼 이격된 위치에 구비되도록 할 수 있다.
이와 같이 하는 이유는, 냉열 전도용 구조체(300)가 유체 접촉용 구조체(50)의 상단부에 대해 기 설정된 온도차를 유지하도록 하기 위한 것으로, 상대적으로 고온 부분인 유체 접촉용 구조체(50)와 상대적으로 저온 부분인 냉열 전도용 구조체(300) 간의 열전달을 방지하지 위한 것이다.
즉 냉열 전도용 구조체(300)의 하면과 유체 접촉용 구조체(50)의 상면이 기 설정된 이격거리(d)보다 가까이 위치될 경우에는 냉열 전도용 구조체(300)의 냉열에 의해 유체 접촉용 구조체(50)의 하단부까지 저온 분위기로 형성되어 온도 차에 따른 분리 효과가 사라질 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 냉열 전도용 구조체(300)의 하면은 유체 접촉용 구조체(50)의 상면으로부터 기 설정된 이격거리(d)만큼 이격된 위치에 구비되도록 하는 것이다.
이때 이격거리(d)는 증류 컬럼의 다양한 설계 요소, 혼합기체의 성분 등에 따라 다양하게 가변될 수 있다.
더불어 도시되지는 않았으나, 본 발명은 증류공간(11) 내에서 액화된 성분을 재증발시켜 증류공간(11) 내로 재공급하는 재비기를 더 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다. 이때 이하 설명될 각 실시예에 있어서, 전술한 제1실시예와 동일하게 구비되는 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 증류 컬럼의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 본 발명의 제2실시예는 전술한 제1실시예와 전체적으로 동일한 구성요소들을 포함한다.
다만, 본 실시예는 냉열 전도용 구조체(300)의 하면과 유체 접촉용 구조체(50)의 상면 사이에서, 냉열 전도용 구조체(300)의 하면과 유체 접촉용 구조체(50) 상면 둘레를 따라 구비되는 스페이서(60)를 더 포함한다는 특징을 가진다.
이와 같은 스페이서(60)는 냉열 전도용 구조체(300)의 하면과 유체 접촉용 구조체(50)의 상면 간의 이격거리(d)를 유지하도록 하는 역할을 수행하며, 냉열 전도용 구조체(300)의 하면과 유체 접촉용 구조체(50) 상면 둘레를 따라 복수 개가 구비될 수 있다.
또한 스페이서(60)는 본 실시예와 달리 냉열 전도용 구조체(300)의 하면과 유체 접촉용 구조체(50) 상면 둘레를 따라 연속된 링 형태를 가질 수도 있으며, 이와 같은 경우 내측에서 유동되는 기체 및 액체가 냉열 전도용 구조체(300) 및 유체 접촉용 구조체의 외측으로 이탈되지 않도록 하여 분리 효과를 더욱 높일 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 증류 컬럼의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 본 발명의 제3실시예는 전술한 제2실시예와 같이 냉열 전도용 구조체(300)의 하면과 유체 접촉용 구조체(50)의 상면 사이에서, 냉열 전도용 구조체(300)의 하면과 유체 접촉용 구조체(50) 상면 둘레를 따라 구비되는 스페이서(60)를 포함한다.
그리고 본 실시예의 스페이서(60)는, 유체 접촉용 구조체(50) 측에 연결되는 베이스 실린더부(61)와, 이와 같은 베이스 실린더부(61)의 내측에 일부가 삽입된 상태로 별도의 액추에이터(미도시)에 의해 상하 행정 가능하게 형성되고, 냉열 전도용 구조체(300) 측에 연결되는 상하행정부(62)를 포함하는 형태를 가진다.
이와 같은 형태의 스페이서(60)는 별도의 제어부(미도시)를 통해 액추에이터를 제어함에 따라 냉열 전도용 구조체(300)의 하면과 유체 접촉용 구조체(50)의 상면 간의 이격거리(d)를 자유롭게 가변시킬 수 있도록 형성된다.
전술한 바와 같이 냉열 전도용 구조체(300)의 하면과 유체 접촉용 구조체(50)의 상면 간의 이격거리(d)는 증류 컬럼의 다양한 설계 요소, 혼합기체의 성분 등에 따라 다양하게 가변될 수 있으며, 또한 외부 환경에 의해 가변될 수도 있기 때문에, 본 실시예는 상황에 맞추어 냉열 전도용 구조체(300)의 하면과 유체 접촉용 구조체(50)의 상면 간의 이격거리(d)를 가변시켜 원활한 조업이 이루어지도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 증류 컬럼의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 본 발명의 제4실시예는 전술한 제3실시예와 같이 냉열 전도용 구조체(300)의 하면과 유체 접촉용 구조체(50)의 상면 사이에서, 냉열 전도용 구조체(300)의 하면과 유체 접촉용 구조체(50) 상면 둘레를 따라 구비되는 스페이서(60)를 포함한다.
또한 본 실시예의 스페이서(60)는, 유체 접촉용 구조체(50) 측에 연결되는 베이스 실린더부(61)와, 이와 같은 베이스 실린더부(61)의 내측에 일부가 삽입된 상태로 별도의 액추에이터(미도시)에 의해 상하 행정 가능하게 형성되고, 냉열 전도용 구조체(300) 측에 연결되는 상하행정부(62)를 포함한다는 점도 전술한 제3실시예와 동일하다.
그리고 본 실시예는, 증류공간(11) 내에 구비되어 냉열 전도용 구조체(300)에 인접한 유체 접촉용 구조체(50)의 온도를 모니터링하는 센서부(70)를 더 포함한다는 특징을 가진다.
구체적으로 본 실시예예서 센서부(70)는 냉열 전도용 구조체(300)에 인접한 유체 접촉용 구조체(50)의 상단부 온도를 측정하는 제1온도센서(71)와, 냉열 전도용 구조체(300)에 인접한 유체 접촉용 구조체(50)의 하단부 온도를 측정하는 제2온도센서(72)를 포함한다.
즉 센서부(70)는 냉열 전도용 구조체(300)에 인접한 유체 접촉용 구조체(50)의 상단부와 하단부의 온도를 각각 모니터링할 수 있다.
이와 같은 센서부(70)의 온도 모니터링 과정에 따라 냉열 전도용 구조체(300)의 냉열에 의해 유체 접촉용 구조체(50)의 하단부가 예측된 온도보다 저온 분위기로 형성되는 것으로 확인될 경우, 제어부는 스페이서(60)를 제어하여 냉열 전도용 구조체(300)의 하면과 유체 접촉용 구조체(50)의 상면 간의 이격거리(d)를 적절하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 증류 효율을 극대화할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 외부하우징
11: 증류공간
20: 기체 배출구
30: 액체 배출구
40: 혼합기체 공급유닛
50: 유체 접촉용 구조체
60: 스페이서
61: 베이스 실린더부
62: 상하행정부
70: 센서부
71: 제1온도센서
72: 제2온도센서
100: 냉동 어셈블리
200: 극저온 냉동기
210: 실린더
211: 냉열생성공간
220: 디스플레이서
230: 냉매공급원
300: 냉열 전도용 구조체

Claims (12)

  1. 증류 컬럼의 내부에 형성된 증류공간 상부에서 적어도 일부가 상기 증류공간에 노출되도록 구비되며, 상기 증류공간으로 유입되어 상승한 기체 상의 물질을 기 설정된 냉각온도로 냉각시켜 액화시키는 극저온 냉동기; 및
    상기 극저온 냉동기의 하단부에 연결되도록 구비되되, 상기 극저온 냉동기의 횡 단면적보다 넓은 횡 단면적을 가지도록 형성되어 상기 극저온 냉동기에서 발생한 냉열이 중심부로부터 전체 면적으로 전도되도록 하는 냉열 전도용 구조체;
    를 포함하는,
    증류 컬럼의 극저온 냉동 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉열 전도용 구조체는 내부에서 기체와 액체가 유동될 수 있도록 다공성을 가지도록 형성되는,
    증류 컬럼의 극저온 냉동 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉열 전도용 구조체는,
    상기 증류공간 내에서 상기 냉열 전도용 구조체보다 하부에 구비되어 기체와 액체 간의 접촉면적을 높이는 유체 접촉용 구조체에 대응되는 횡 단면적을 가지도록 형성되는,
    증류 컬럼의 극저온 냉동 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉열 전도용 구조체의 하면은,
    상기 증류공간 내에서 상기 냉열 전도용 구조체보다 하부에 구비되어 기체와 액체 간의 접촉면적을 높이는 유체 접촉용 구조체의 상면으로부터 기 설정된 이격거리만큼 이격된 위치에 구비되어, 상기 냉열 전도용 구조체가 상기 유체 접촉용 구조체의 상단부에 대해 기 설정된 온도차를 유지하도록 하는,
    증류 컬럼의 극저온 냉동 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 극저온 냉동기는,
    내부에 냉열생성공간이 형성된 실린더;
    상기 냉열생성공간 내에서 상하 행정 가능하게 구비되며, 상기 냉열생성공간으로 유입된 냉매를 팽창시켜 냉열을 발생시키는 디스플레이서;
    를 포함하는,
    증류 컬럼의 극저온 냉동 어셈블리.
  6. 내부에 증류공간이 형성된 외부하우징;
    상기 증류 컬럼의 내부에 형성된 증류공간 상부에서 적어도 일부가 상기 증류공간에 노출되도록 구비되며, 상기 증류공간으로 유입되어 상승한 기체 상의 물질을 기 설정된 냉각온도로 냉각시켜 액화시키는 극저온 냉동기 및 상기 극저온 냉동기의 하단부에 연결되도록 구비되되, 상기 극저온 냉동기의 횡 단면적보다 넓은 횡 단면적을 가지도록 형성되어 상기 극저온 냉동기에서 발생한 냉열이 중심부로부터 전체 면적으로 전도되도록 하는 냉열 전도용 구조체를 포함하는 극저온 냉동 어셈블리; 및
    상기 증류공간 내에서 상기 냉열 전도용 구조체보다 하부에 구비되어 기체와 액체 간의 접촉면적을 높이는 유체 접촉용 구조체;
    를 포함하는,
    증류 컬럼.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉열 전도용 구조체는 내부에서 기체와 액체가 유동될 수 있도록 다공성을 가지도록 형성되는,
    증류 컬럼.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 냉열 전도용 구조체는,
    상기 유체 접촉용 구조체에 대응되는 횡 단면적을 가지도록 형성되는,
    증류 컬럼.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 냉열 전도용 구조체의 하면은,
    상기 유체 접촉용 구조체의 상면으로부터 기 설정된 이격거리만큼 이격된 위치에 구비되어, 상기 냉열 전도용 구조체가 상기 유체 접촉용 구조체의 상단부에 대해 기 설정된 온도차를 유지하도록 하는,
    증류 컬럼.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 냉열 전도용 구조체의 하면과 상기 유체 접촉용 구조체의 상면 사이에서 상기 냉열 전도용 구조체의 하면과 상기 유체 접촉용 구조체 상면 둘레를 따라 구비되어, 상기 냉열 전도용 구조체의 하면과 상기 유체 접촉용 구조체의 상면이 상기 이격거리를 유지하도록 하는 하나 이상의 스페이서를 더 포함하는,
    증류 컬럼.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 극저온 냉동기는,
    내부에 냉열생성공간이 형성된 실린더;
    상기 냉열생성공간 내에서 상하 행정 가능하게 구비되며, 상기 냉열생성공간으로 유입된 냉매를 팽창시켜 냉열을 발생시키는 디스플레이서;
    를 포함하는,
    증류 컬럼.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 증류공간 내에서 액화된 성분을 재증발시켜 상기 증류공간 내로 재공급하는 재비기를 더 포함하는,
    증류 컬럼.
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