KR100191851B1 - 액체 화학제품을 통해 운반가스를 기포화시켜서 액체 화학제품을 증발시키기 위한 기포관 장치 - Google Patents
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Abstract
얇은 스테인레스 강으로 제조된 벽을 가지는 기포관 챔버를 포함하는 기포관 장치가 제공된다. 기포관 챔버의 중공 원형통 몸체는 원형통 측벽에 의해 형성되어있으며, 원통형 몸체에는 상단벽 및 하단벽이 용접 연결되어 있다. 운반가스 유입관에는 수평하게 배열된 스파아저관(sparger tube)이 연결되어 있으며, 스파아저관은 기포관 챔버 내에서 그 하단벽과 인접하게 위치되어 있다. 스파아저관에는 수평방향으로 서로 이격되어 있는 다수의 배출구멍이 형성되어 있어서, 액체 화학물 안으로 다수의 운반가스 흐름을 제공한다. 액체 화학물을 통해 운반가스가 기포를 발생시켜서, 액체 화학물이 증발하여 운반가스 안으로 분산된다. 기포관 챔버의 벽보다 두꺼운 알루미늄 판으로 제조된 열 전도성 밀폐부분에 의해서 전체 액체 화학물의 온도가 균일하게 유지되는데, 열전도성 밀폐부분은 스테인레스강으로 제조된 기포관 챔버의 내부면과 접촉하며 이를 전체적으로 둘러싸고 있다. 기포관 챔버 내에 있는 액체 화학물의 온도를 소정의 온도로 조절하도록 가열 및 냉각수단이 제공되어 있다. 기포관 챔버에는, 레이저 액체상태 감지장치로 부터의 빛의 반사를 방지하도록 하단면에 볼록한 부분이 제공되어 있다는 추가의 특징이 있다. 액체 화학물 유입관은 기포관 챔버의 역류(back flushing)를 용이하게 하도록 하단벽에 형성된 오목한 부분안에서 종결된다.
Description
제1도는 본 발명에 따른 기포관 챔버의 평면도.
제2도는 제1도의 선2-2를 따라서 취한 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 기포관 챔버를 다른 각도에서 본 평면도.
제4도는 제3도의 선4-4를 따라서 취한 단면도.
제5도는 기포관 챔버, 열전도성 밀폐부분 및 단열층을 보여주는 기포관 장치의 단면도.
제6도는 단열용기 내에 포함한 다수의 기포관 장치를 부분 절단하여 도시한 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 기포관 챔버 12 : (기포관 챔버의)상단벽
14 : (기포관 챔버의) 하단벽 16 : (기포관 챔버의)측벽
18 : (액체 화학제품) 유입관 20 : (하단벽의) 오목한 부분
21 : (하단벽의) 볼록한 부분
22 : (열전쌍을 수용하기 위한) 관
24 : (운반가스) 유입관 26 : 스파아저 관
28 : (스파아저 관의) 배출구멍 30 : 증기 유출관
31 : (밀폐 부분의) 측벽 32 : (밀폐 부분의) 상부 덮개
34 : (밀폐 부분의) 하부덮게 36 : 단열층
38 : (카트리지식) 가열기 40 : 열전 냉각기
42 : (열전 냉각기의) 열교환기 44 : (냉각수 유입용) 관
50 : 단열용기 52 : (단열용기의)단열재료
54 : (액체수준)감지유닛
본 발명은 액체 화학제품을 통해 운반가스를 기포화시킴으로써 액체 화학제품을 증발시켜 화학적 증기로 변환시키는 기포관 장치에 관한 것이다.
출원인 '리피스코(Lipisko)' 등의 미합중국 특허 제 4,859,375 호에는 종래 기술의 기포관 장치가 개시되어있는데, 액체 화학제품 내에 잠겨져 있는 단일의 운반가스 유입관을 사용하고 있으며, 액체 화학제품의 최하부 근처에 단일의 운반가스 배출구멍이 위치되어 있어서, 액체 화학제품을 통해 단일의 운반가스 기포으 흐름이 제공된다. 여러 종류의 액체 화학제품이 이러한 운반가스에 의해 증발되어서 화학적 증기를 형성한다.
이와 같은 종래 기술의 기포관 챔버는 석영 앰플(ampules)로 제조되는데, 이는 깨어지기 쉬운 동시에 유리와 금속의 접촉 부분들을 밀봉시키는데 따르는 문제점을 안고 있다.
기포관 챔버는 재충전이 가능한 스테인레스 강관으로 제조될 수도 있는데, 이는 제거가능한 상부 덮개판을 갖춘 주형으로 성형된다. 주형의 상부 덮개판은 가스켓에 의해서 제거가능하게 주형 상에 밀봉되어 있으므로, 기포관 챔버 내에 있는 화학제품에 대한 잠재적인 오염원을 제공한다. 기포관 챔버 내에 있는 액체 화학제품의 온도는 가열기 등에 의해서 제어된다. 한편, 스파아저 관(sparger tube)은 기포 형태의 가스 흐름을 액체 화학제품 안으로 유입시키는데 사용되는 기구이다. 이와 같은 스파아저 관으로서 널리 공지된 것은, '맥그로우 힐(McGraw-Hill)' 출판사에서 1980년 발행한'로버트 이. 트레이발(Robert E. Treybal)'저서 질량 전달 작용)Mass-Transfer Operration) 제3판의 140쪽에 기술된 바와 같이 하나 이상의 오리피스를 갖춘 스파아저 관으로서, 직경 0.3m 이상의 용기가 사용되고 있다.
본 발명의 목적은 비교적 저렴한 비용의 재료로 제조되는 기포관 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 기포관 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존의 기포관 장치에 비해서 구조적으로 개선된 기포관 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 이와 같은 목적은, 본 발명에 따라 다음의 특허청구의 범위에 기재된 바와 같이 액체 화학제품을 통해 운반가스의 기포를 발생시킴으로써 액체 화학제품을 증발시키는 기포관 장치에 의해서 이루어 진다.
본 발명에 따른 기포관 장치는 액체 화학제품을 보유하도록 스테인레스 강으로 제조된 원통형 기포관 챔버를 포함한다. 기포관 챔버는 얇은 스테인레스 강으로 제조된 벽을 갖추고 있다. 원통형 측벽 및 이에 용접식으로 연결된 상단벽과 하단벽에 의해서 기포관 챔버의 중공의 원통형 몸체가 형성된다. 상단벽을 통해 기포관 챔버와 연결되어 있는 액체 화학제품 유입관이 기포관 챔버의 내부에 액체 화학제품을 공급한다. 또한, 상단벽을 통해 연결되어 있는 운반가스 유입관이 기포관 챔버의 내부에 운반가스를 공급한다. 수평하게 배열된 스파아저 관이 기포관 챔버의 하단벽에 근접하게 기포관 챔버의 내부에 설치되어 있다. 이러한 스파아저 관에는 수평하게 서로 이격되어 있는 다수의 배출구멍이 형성되어 있어서, 액체 화학제품 안으로 다수의 운반가스 흐름을 제공한다. 이에 따라서, 액체 화학제품을 통해 운반가스의 기포가 발생하고 액체 화학제품이 증발하여 운반가스 안으로 분산된다. 기포관 챔버의 상단벽을 통하여 증기 유출관이 제공되어 있어서,운반가스 및 증발된 액체 화학제품을 기포관 챔버의 밖으로 배출시킨다. 본 발명에 따른 기포관 장치에서는, 액체 화학제품 전체로 균일한 온도를 제공하기 위해서 온도제어 수단을 사용한다. 온도제어 수단은 기포관 챔버의 벽 보다 두껍게 알루미늄 판으로 제조된 열전도성 밀폐부분을 포함하고 있는데, 이러한 밀폐부분이 스테인레스 강으로 제조된 기포관 챔버의 외부면과 접촉하여 전체적으로 외부면을 둘러싼다. 더욱이, 열전도성 밀폐부분의 외부면을 단열층이 둘러싸고 있다. 또한, 기포관 챔버 내에 있는 액체 화학제품의 온도를 소정의 온도로 조절하기 위해서 가열수단 및 냉각수단이 제공된다.
기포관 챔버의 내부에 설치되는 레이저식 액체수준 감지유닛으로 인해 발생되는 기포관 챔버의 하단벽의 내부면으로부터 빛의 반사를 방지하기 위해서, 기포관 챔버의 하단벽에는 볼록한 부분(dimple)이 형성되어 있다.
액체 화학제품 유입관을 통해서 기포관 챔버의 역류(back-flushing)가 용이하게 이루어질 수 있도록, 액체 화학제품 유입관이 기포관 챔버의 하단벽에 형성된 오목한 부분(dimple) 내에서 종결되어 있다. 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 본 발명이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에만 국한되는 것은 결코 아니다. 다음의 특허 청구의 범위에 한정되어 있는 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자들에의해 다른 실시예들, 변경예들, 및 이에 상응하는 개조가 얼마든지 가능하다. 제1도 및 제2도에는 본 방명에 따른 기포관 장치에서 액체 화학제품을 증발시키는데 사용되는 중공의 원통형 기포관 챔버(10)내에 도시되어 있는데, 액체 화학제품이 상기 기포관 챔버(10) 내에 수용되어 있으며, 이들 액체 화학제춤을 통해서 운반가스를 기포화시킴으로써 액체 화학제품들이 증발된다. 이와 같은 기포관 챔버(10)는 16 게이지 316엘(16-gauge 316L) 스테인레스 강으로 용접식으로 연결하여 제조된 밀봉장치이다. 기포관 챔버(10)의 이와 같은 구조는, 오염물질이 유입되는 것을 방지하기 위한 별도의 가스켓을 사용할 필요가 없다. 기포관 챔버(10)는 그 직경이 5인치(약 12.7cm)높이가 4인치(약 10.16cm)이다. 앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 기포관 챔버(10)는 가스켓을 사용하지 않았으며, 원통형 측벽(16)을 가지는 중공의 원통형 몸체로 제작되어 있는데, 원통형 측벽(16)은 상단벽(12) 및 하단벽(14)과 함께 티그(TIG)식 용접 등에 의해 서로 연결되어 있다. 기포관 챔버(10)의 상단벽(12)을 통해 직경 1/4인치(0.635cm)의 스테인레스 강으로 제조된 액체 화학제품 유입관(18)이 제공되어 있어서 액체 화학제품을 기포관 챔버(10) 안으로 유입시킨다. 액체 화학제품 유입관(18)의 일단부(19)는 기포관 챔버(10)의 하단벽(14)상에 형성된 오목한 부분(20)에 근접하게 위치되어 있어서, 예를 들어 기포관 챔버(10) 내에서의 세척 작동 중에 역류(back flush)가 발생될 경우 이들 액체 화학제품에 대한 섬프(sump) 로서 작용한다. 또한, 기포관 챔버(10)의 하단벽(14)에는 볼록한 부분(21)이 형성되어 있어서, 레이저식 액체수준 감지유닛(도시안됨)으로 인해 발생되는 기포관 챔버(10)의 하단벽(14)의 내부면으로부터의 빛의 반사를 방지한다는 점에 주목해야 한다.
기포관 챔버(10)의 안으로 연장하여 있는 관(22)에는 액체 화학제품의 온도를 측정하기 위한 열전쌍(thermo couple)이 제공되어 있다.
제1도 및 제3도에 각각 도시된 기포관 챔버(10)의 평면도에는, 기포관 챔버(10)에 운반가스를 제공하도록 기포관 챔버(10)의 상단벽(12)을 통해 기포관 챔버(10)에 연결되어 있는 운반가스 유입관(24)이 도시되어 있는데, 이러한 운반가스 유입관(24)은 그 직경이 1/4인치(0.635cm)이며 스테인레스 강으로 제조된 것이다. 운반가스 유입관(24)의 일단부에는 스파아저 관(26)이 연결되어 있는데, 이러한 스파아저 관(26)은 기포관 챔버(10)의 하단벽(14)에 근접하게 위치되어 있다. 스파아저 관(26)에는 서로 이격된 다수의 배출구멍(28)이 형성되어 있어서, 기포관 챔버(10) 내에 있는 액체 화학제품 내부로 다수의 운반가스 흐름을 제공한다. 운반가스 액체 화학제품을 통과하면서 기포를 형성하여서, 액체 화학제품을 증발시켜 운반가스의 내부로 발산시킨다. 비교적 작은 0.02인치(0.508cm)의 직경으로 스파아저 관(26)의 양쪽 측면을 따라서 수평하게 배열된 다수의 배출구멍(28)은, 액체 화학제품이 전체적으로 균일한 온도를 유지하면서 혼합될 수 있게 해 준다.
1/4인치(0.636cm) 직경의 스테인레스 강으로 제조된 증기 유출관(30)이 기포관 챔버(10)의 상단벽(12)을 통해 연결되어 있어서, 운반가스 및 증발된 액체 화학제품을 기포관 챔버(10)의 밖으로 배출시킨다.
제5도에는 기포관 챔버(10) 내에 수용되어 있는 액체 화학제품의 온도를 전반적으로 균일하게 유지하기 위한 열전도성 밀폐부분이 도시되어 있다. 이러한 열전도성 밀폐부분은, 원통형 측벽(31), 상부덮개(32), 및 하부덮개(34)로 이루어져 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예에서 이들 열전도성 밀폐부분은 알루미늄 판으로 제조된다. 알루미늄 판으로 제조된 이들 밀폐부분은 기포관 챔버(10)의 각각의 벽들 보다 두께가 두껍게 형성되며, 스테인레스 강으로 제조된 기포관 챔버(10)의 모든 외부면을 둘러싸고 있다. 열전도성을 증가시키기 위해서, 필요한 경우에는 기포관 챔버(10)의 외부벽과 열전도성 밀폐부분의 각각의 알루미늄 판과의 사이에 적절한 열전도성 재료가 제공될 수도 있다.
제5도에 도시된 바와같이, 열전도성 밀폐부분의 외부면은 단열층(36)으로 둘러싸여져 있다.
열전도성 밀폐부분의 가열은 통상적으로 사용되는 카트리지식 가열기(38)에 의해서 수행되며, 이러한 카트리지식 가열기(38)는 열전도성 밀폐부분의 하부덮개(34) 내에 고정된다. 열전도성 밀폐부분의 냉각은 열전 냉각기(40)에 의해서 수행되는데, 이러한 열전 냉각기(40)는 열교환기(42)를 포함하고 있으며, 냉각수 유입용 관(44)으로부터 제공되는 냉각수가 이러한 열교환기(42)를 통해서 공급되도록 구성되어 있다.
제6도에는 다수의 기포관 챔버(10)를 포함하고 있는 단열용기(50)가 도시되어 있는데, 각각의 기포관 챔버(10)는 단열재료(52)로 둘러싸여져 있다. 각각의기포관 챔버(10)에는 3개의 액체수준 감지유닛(54)를 포함하고 있는데, 이들 감지유닛(54)는 각각 액체 화학제품의 수준이 낮고, 높고, 표준인 상태를 각각 모니터링 한다.
지금까지 설명된 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 특정 실시예이다. 앞에서 언급한 바와 같이, 본 발명이 이러한 특정 실시예로 국한되거나 제한되는 것은 결코 아니며, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 본 발명의 기술 분야의 당업자들에 의해 얼마든지 많은 변경 및 개조가 가능하다는 것은 명백하다. 본 발명의 범위는, 다음의 특허청구의 범위에 기재된 사항들 및 이에 상응하는 범위로 한정되어야 한다.
Claims (10)
- 액체 화학제품을 통해 운반가스를 기포화시켜서 액체 화학제품을 증발시키기 위한 기포관 장치로서, (1)액체 화학제품을 보유하기 위한 내부 공간을 제공하도록 원통형 측벽, 상단벽, 및 내부에 오목한 부분과 볼록한 부분이 형성되어 있는 하단벽으로 구성된 중공의 원통형 몸체로 이루어져 있으며 가스켓이 설치되어 있지 않은 원통형의 밀폐된 기포관 챔버와, (2)상기 기포관 챔버에 액체 화학제품을 공급하도록 상기 기포관 챔버와 연결되어 있는 액체 화학제품 유입관으로서, 상기 액체 화학제품 유입관의 유입단부 근처로 인접하게 위치된 상기 기포관 챔버의 상기 하단벽에 형성되어 있는 상기 오목한 부분 내에서 종결되어 있어서 상기 액체 화학제품 유입관을 통한 상기 기포관 챔버의 역류가 용이하게 이루어지도록 구성되어 있는 액체 화학제품 유입관과, (3)상기 기포관 챔버에 운반가스를 공급하도록 상기 기포관 챔버와 연결되어 있는 운반가스 유입관과, (4)상기 기포관 챔버의 하단벽에 인접하게 위치되어 상기 운반가스 유입관과 연결되어 있는 스파아저관으로서, 상기 액체 화학제품 안으로 다수의 운반가스 흐름을 제공하도록 서로 이격된 상태로 형성되어 있는 다수의 배출구멍을 갖추고 있어서, (5)상기 운반가스가 상기 액체 화학제품을 통과하면서 기포를 형성하면 상기 액체 화학제품이 증발하여 상기 운반가스 안으로 발산되면서 전체적으로 균일한 온도를 유지하며 혼합되도록 구성되어 있는 스파아저 관과, 상기 운반가스 및 증발된 상기 액체 화학제품을 상기 기포관 챔버의 밖으로 배출하도록 상기 기포관 챔버와 연결되어 있는 증기 유출관과, 그리고 (6)상기 액체 화학제품을 통해서 전반적으로 균일한 온도를 제공하는 온도제어 수단을 포함하고 있으며, 상기 온도제어 수단이,(1) 상기 기포관 챔버의 벽 보다 두꺼운 몇 개의 판으로 제조되어 있으며 상기 기포관 외부면을 전체적으로 둘러싸고 있는 열전도성 밀폐부분, (2)상기 열전도성 밀폐부분의 외부면을 둘러싸고 있는 단열층, 및 3) 상기 기포관 챔버 내에 있는 상기 액체 화학제품의 온도를 소정의 온도로 유지시키도록 상기 열전도성 밀폐부분과 연결되어 있는 온도유지 수단을 갖추고 있으며, 상기 온도 수단이, ①상기 기포관 챔버 내에 있는 상기 액체 화학제품의 온도가 소정의 온도 이하로 하강될 때 상기 열전도성 밀폐부분을 가열시키는 가열수단, 및 ②상기 기포관 챔버 내에 있는 상기 액체 화학제품의 온도가 소정의 온도 이하로 상승될 때 상기 열전도성 밀폐부분을 냉각시키는 냉각수단을 갖추고 있는 기포관 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기포관 챔버의 상기 측벽, 상기 상단벽, 상기 하단벽이 모두 스테인레스 강으로 제조되어 있는 기포관 장치.
- 제1항에있어서, 상기 기포관 챔버가 용접식으로 연결된 구조로 형성되어 있는 기포관 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 스파아저 관이 상기 기포관 챔버의 상기 하단벽에 인접하게 수평방향으로 연장하여 있는 기포관 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 스파아저 관이 상기 스파아저 관의 상기 제1측면을 따라서 수평하게 위치된 다수의 제1배출 구멍을 더 포함하고 있는 기포관 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 스파아저 관이 스파아저 관의 상기 제1측면의 반대쪽 측면을 따라서 수평하게 위치된 다수의 제2배출 구멍을 더 포함하고 있는 기포관 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 열전도성 밀폐부분이 알루미늄 판으로 형성되어 있는 기포관 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기포관 챔버와 상기 열전도성 밀폐부분의 사이에 열적 연결부를 제공하는 열전도 수단을 더 포함하고 있는 기포관 장치.
- 제1항에 있어서, 다수의 기포관 장치를 보유할 수 있는 단열 용기를 더 포함하고 있는 기포관 장치.
- 제1항에 있어서, 레이저식 액체수준 감지유닛을 더 포함하고 있으며, 상기 기포관 챔버의 상기 하단벽에 형성되어 있는 상기 볼록한 부분이 상기 레이저식 액체수준 감지유닛으로 인한 상기 기포관 챔버의 상기 하단벽의 내부면으로부터의 빛의 반사를 방지하도록 구성되어 있는 기포관 장치.
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