KR101183191B1 - 유증기 회수장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유류탱크에서 발생하는 유증기를 회수하여 유류를 재생하는 유증기 회수장치에 관한 것으로서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 유류탱크에서 인출된 유증기를 1차 냉각하여 제습하는 제1냉각챔버와; 상기 제1냉각챔버 내의 유증기를 냉각하는 액상의 간접냉각매체가 저장된 축냉조와, 상기 간접냉각매체를 냉각시키는 제1냉각시스템과, 상기 간접냉각매체를 상기 축냉조와 상기 제1냉각챔버 사이에 순환되도록 하는 매체순환부를 포함하는 제1냉각부와; 상기 제1냉각부에서 1차 냉각된 유증기를 액화하는 제2냉각챔버와; 상기 제2냉각챔버를 냉각시키는 제2냉각부를 포함하며, 상기 제1냉각시스템은, 상기 주열교환부로부터의 기상 냉매를 압축하는 냉매압축기와, 상기 냉매압축기로부터의 기상 냉매를 응축하는 콘덴서와, 상기 콘덴서와 상기 주열교환부 사이에서 응축된 냉매를 감압하는 감압밸브와, 상기 냉매압축기와 상기 콘덴서 사이에서 분기되어 상기 냉매압축기로부터의 기상 냉매를 상기 제1냉각챔버로 안내하는 바이패스 제상배관과, 상기 바이패스 제상배관으로의 냉매 공급을 선택하기 위한 제상밸브를 더 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 따라, 냉각시스템의 크기를 소형화하면서 유증기의 액화 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

유증기 회수장치{OIL VAPOR RECOVERY APPARATUS}
본 발명은 유류탱크에서 발생하는 유증기를 회수하여 유류를 재생하는 유증기 회수장치에 관한 것이다.
유류를 다량으로 사용하는 주유소나 공장에는 유조차량으로부터 가솔린을 공급받는 유류탱크가 마련되어 있다. 상기 유류탱크에는 유류의 휘발성 때문에 유증기가 자연적으로 발생하게 된다.
이러한 유증기는 인체에 유해한 독성물질을 포함하고 있고 대기오염의 원인이 된다. 또한 고유가 시대에 접어들면서 자원의 낭비를 막기 위해서라도 대기 중에 배출되지 않도록 할 필요가 있다. 이를 위해, 근래에 들어 유증기를 회수하여 재생하는 유증기 회수장치가 제안된 바 있다.
통상적으로 사용되고 있는 유증기 회수장치에 따르면, 유류탱크로부터 인출된 유증기를 압축시킨 후 냉매와 직접 열교환되도록 하여 상기 유증기에 포함된 유류를 액화시킨다.
그러나, 상기와 같이 가연성의 유증기를 압축하여 사용하는 경우, 폭발의 위험성이 있기 때문에 폭발 방지를 위해 많은 비용이 드는 방폭장치를 설치해야 하는 경제적 부담이 있다.
유증기를 압축하지 않고 상온에서 냉매와 직접 열교환하는 직접팽창방식을 사용할 수도 있으나, 이 경우 유증기의 효율적인 액화를 위해서는 큰 용량을 가지는 냉각시스템을 필요로 하게 되므로 많은 비용이 발생함은 물론이고 설치장소에도 많은 제한이 따른다.
따라서, 본 발명의 목적은, 설치비용을 절감하고 냉각시스템의 크기를 소형화하면서 유증기의 액화 효율을 향상시킬 수 있는 유증기 회수장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 본 발명의 실시 예에 따라, 유류탱크에서 발생하는 유증기를 회수하여 유류를 재생하는 유증기 회수장치에 있어서, 상기 유류탱크에서 인출된 유증기를 1차 냉각하여 제습하는 제1냉각챔버와; 상기 제1냉각챔버 내의 유증기를 냉각하는 액상의 간접냉각매체가 저장된 축냉조와, 상기 간접냉각매체를 냉각시키는 주열교환부를 갖는 제1냉각시스템과, 상기 간접냉각매체를 상기 축냉조와 상기 제1냉각챔버 사이에 순환되도록 하는 매체순환부를 포함하는 제1냉각부와; 상기 제1냉각부에서 1차 냉각된 유증기를 액화하는 제2냉각챔버와; 상기 제2냉각챔버를 냉각시키는 제2냉각부를 포함하며, 상기 제1냉각시스템은, 상기 주열교환부로부터의 기상 냉매를 압축하는 냉매압축기와, 상기 냉매압축기로부터의 기상 냉매를 응축하는 콘덴서와, 상기 콘덴서와 상기 주열교환부 사이에서 응축된 냉매를 감압하는 감압밸브와, 상기 냉매압축기와 상기 콘덴서 사이에서 분기되어 상기 냉매압축기로부터의 기상 냉매를 상기 제1냉각챔버로 안내하는 바이패스 제상배관과, 상기 바이패스 제상배관으로의 냉매 공급을 선택하기 위한 제상밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유증기 회수장치에 의해 달성될 수 있다.
상기 제1냉각시스템은, 상기 제2냉각챔버로부터 배출된 미액화 유증기와 상기 간접냉각매체가 열교환하는 보조열교환부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 주열교환부와 상기 보조열교환부는 상기 축냉조 내에 수용될 수 있다.
삭제
그리고, 상기 바이패스 제상배관은 상기 콘덴서와 상기 감압밸브 사이에서 합류될 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 유증기 회수장치는, 냉각시스템의 크기를 소형화하면서 유증기의 액화 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 실시 예에 따른 유증기 회수장치를 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프로브를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 유증기 회수장치는, 도1에 도시된 바와 같이, 유류탱크(100)에서 인출된 유증기(V)를 1차 냉각하여 제습하는 제1냉각챔버(300)와, 제1냉각챔버(300)를 냉각시키는 제1냉각부(500)와, 제1냉각부(500)에서 1차 냉각된 유증기를 액화하는 제2냉각챔버(700)와, 제2냉각챔버(700)를 냉각시키는 제2냉각부(900)와, 제1,2냉각탱크(300,700)에서 액화된 수분에서 유류와 물을 분리하는 유수분리부(600)를 포함한다.
제1냉각챔버(300)는 후술할 간접냉각매체에 의해 1차 간접 냉각되어 유증기 내에 함유된 수분이 제거된다. 제1냉각챔버(300)는 영하의 온도로 냉각되며, 통상 -20℃ 내지 -25℃로 냉각되는 것이 바람직하다. 이때, 미량의 유류가 액화되어 유수분리기(600)로 배출될 수 있다.
제1냉각챔버(300)와 유류탱크(100) 사이에는 유증기 인출을 용이하게 하기 위한 송풍기(200)가 마련될 수 있다. 이러한 송풍기(200)는 유증기의 압력이 높지 않은 평상시에 제1냉각챔버(300)에 유증기의 유입이 원활히 이루어지도록 한다.
그리고, 제1냉각챔버(300)와 유류탱크(100) 사이에는 적어도 둘 이상의 배출구를 가지는 분배관(220)이 마련되어 유증기의 일부가 제1냉각챔버(300)가 아닌 다른 곳으로 배출 가능하게 한다. 여기서, 분배관(220)의 배출구 중 제1냉각챔버(300) 방향이 아닌 다른 방향의 배출구에는 유류탱크(100) 내의 압력에 따라 유증기를 외부로 배출하는 압력조절부(400)가 연결될 수 있다. 압력조절부(400)는 완전 개방형으로 일정량의 유증기를 항시 외부로 배출할 수도 있으나, 본 발명에 따르면 0.09㎏/㎠ 이상의 압력에서 유증기가 배출되는 안전변 형태로 설치됨이 바람직하다.
제1냉각부(500)는, 제1냉각챔버(300) 내의 유증기를 냉각하는 액상의 간접냉각매체가 저장된 축냉조(520)와, 상기 간접냉각매체를 냉각시키는 주열교환부(548)를 갖는 제1냉각시스템(540)과, 상기 간접냉각매체를 축냉조(520)와 제1냉각챔버(300) 사이에 순환되도록 하는 매체순환부를 포함한다.
상기 축냉조(520)에 저장된 간접냉각매체는 액체 상태로 냉각되어 제1냉각챔버(300)를 순환한다.
상기 제1냉각시스템(540)은, 주열교환부(548)로부터의 기상 냉매를 압축하는 냉매압축기(542)와, 냉매압축기(542)로부터의 고온 기상 냉매를 응축하는 콘덴서(545)와, 콘덴서(545)와 주열교환부(548) 사이에서 응축된 냉매를 감압하는 감압밸브(544a)를 포함한다.
여기서, 상기 제1냉각시스템(540)은 간접냉각매체와 열교환하는 보조열교환부(522)를 더 포함할 수 있다. 상기 보조열교환부(522)는 후술할 제2냉각챔버(700)로부터 배출된 미액화 유증기가 나가는 통로의 일부분으로서, 제2냉각챔버(700)에서 냉각된 후 외부로 배출되기 전에 상기 간접냉각매체와 열교환하여 보조 냉각하게 된다. 그리고, 주열교환부(548)와 보조열교환부(522)는 도1에 도시된 실시 예와 같이 축냉조(520) 내에 수용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉각시스템(540)은, 냉매압축기(542)와 콘덴서(545) 사이에서 분기되어 냉매압축기(542)로부터의 고온 기상 냉매를 제1냉각챔버(300)로 안내하는 바이패스 제상배관(544b)과, 제상배관(544b)으로의 냉매 공급을 선택하기 위한 제상밸브(544a)를 더 포함한다. 이에 의해, 제1냉각챔버(300)의 내부가 과냉에 의해 습기의 동결에 따른 성에가 생성될 경우, 제상밸브(544a)를 통해 고온 기상 냉매를 바이패스 제상배관(544b)으로 흘려 보내 성에를 제거할 수 있다. 제1냉각챔버(300)의 과냉에 의한 성에 발생은, 유류탱크에 유류를 공급하는 저유시에 비해, 평상시에는 냉각 용량에 비해 비교적 고온의 유증기의 유입량이 적기 때문에 유증기 내의 습기가 동결됨에 발생할 수 있다.
도1에 도시된 실시 예에 따른 바이패스 제상배관(544b)은 콘덴서(545)와 감압밸브(547d) 사이에서 합류한다. 다른 실시 예에 따르면, 바이패스 제상배관(544b)은 냉매압축기(542)와 콘덴서(545) 사이에서 합류할 수 있다.
도1에 도시된 바에 따르면, 상기 냉각시스템(540)은 상술한 구성 외에도 오일분리기(543), 리시버(546), 액면계(547a), 필터(547b), 전자밸브(547c), 냉매액분리기(549), 고압게이지(541a), 저압게이지(541d), 제어스위치(641b), 안전스위치(541c)를 더 포함할 수 있다.
상기 오일분리기(543)는 냉매압축기(542)에서 압축된 냉매 내의 오일을 분리하여 다시 냉매압축기(542)로 보낸다. 상기 오일의 회수율이 떨어지는 소정 온도 이하의 저온시스템에서 주로 사용하며, 상기 오일의 회수가 불가능할 시에 냉매압축기(542)의 소손이 발생할 수 있으므로 설치하는 것이 바람직하다. 소정 온도 이상의 고온시스템에서는 생략해도 무방하다.
상기 리시버(546)는 콘덴서(545)에서 응축된 냉매를 일시 저장하고 냉매가 원활히 공급되도록 하며, 하자 보수시 냉매를 대기로 방출하지 않도록 보관한다.
상기 액면계(547a)는 냉매 속에 수분이 포함되어 있는 지를 육안으로 확인할 수 있도록 하는 것으로 배관 및 부속기기의 동결 여부를 확인할 수 있다.
상기 필터(547b)는 냉매 속의 이물질과 수분을 걸러낸다.
상기 전자밸브(547c)는 냉매의 공급을 ON/OFF하는 것으로 시스템이 정지되면 냉매압축기(542)로 유입되는 냉매를 차단하여 상기 냉매압축기를 보호한다.
상기 냉매액분리기(549)는 감압밸브(547d)를 통과한 냉매가 주열교환부(548)에서 간접냉각매체와 열교환하고 냉매압축기(542)로 재유입되는 과정에서 주열교환부(548)에서 완전 증발하지 못하고 돌아오는 액체 상태의 냉매를 분리하며 기체 상태의 냉매만 냉매압축기(542)로 보낸다,
상기 고압게이지(541a)는 냉매압축기(542)에서 압축된 냉매의 고압 상태를 확인할 수 있다.
상기 저압게이지(541d)는 냉매압축기(542)에서 압축된 냉매의 저압 상태를 확인할 수 있는 것으로, 제1냉각시스템(540)의 성능이나 상태를 예측 및 확인할 수 있다.
상기 제어스위치(541b)는 콘덴서(545)의 작동을 제어하여 냉매의 압력을 일정하게 유지함으로써 냉각 성능을 일정하게 유지한다.
상기 안전스위치(541c)는 제1냉각시스템(540)의 오작동시 작동을 차단하여 시스템을 보호한다.
제2냉각챔버(700)는 제1냉각챔버(300)에서 1차 냉각되어 제습된 유증기를 2차 직접 냉각하여 유류를 액화시킨다. 제2냉각챔버(700)는 제1냉각챔버(300)보다 상대적으로 낮은 온도로 냉각되며, 통상 -40℃ 이하의 초저온으로 냉각되는 것이 바람직하다. 여기서, 이미 제1냉각챔버(300)에서 1차로 간접 냉각된 유증기는 -20℃ 내외를 유지하기 때문에 제2냉각부(900)의 냉매 용량을 제1냉각부(500)에 비해 상대적으로 작게 하더라도 상기 유증기를 -40℃ 이하의 초저온으로 쉽게 냉각할 수 있다.
제2냉각부(900)는, 상술한 제상밸브(544)를 제외한 나머지 구성이 제1냉각부(500)와 동일하므로 설명을 생략하도록 한다.
앞서 설명한 본 발명의 실시 예에 따라, 유증기 회수장치의 전체적인 작동 방식을 설명하도록 한다.
유류탱크(100)에서 발생하는 유증기는 송풍기(200)에 의해 인출되어 제1냉각챔버(300)로 유입된다. 제1냉각챔버(300)로 유입된 유증기는 냉각 제습을 통해 물이 제거되고 일부 유류가 액화되는데, 상기 제1냉각챔버(300)는 축냉조(520)에 저장된 간접냉각매체에 의해 1차 간접 냉각된다. 상기 간접냉각매체는 제1냉각부(500)의 냉매가 순환하는 주열교환부(548)를 통해 냉각되며, 제2냉각챔버(700)에서 2차 냉각된 후 외부로 배출되는 유증기의 통로인 보조열교환부(522)를 통해서도 보조 냉각될 수 있다. 제1냉각챔버(300)에서 1차 간접 냉각 제습된 유증기는 제2냉각챔버(700)로 유입되어 2차 냉각되는데, 상기 유증기는 제2냉각부(900)의 냉매와 직접 열교환하여 -40℃ 이하로 초저온 냉각된다. 상기 유증기에 함유된 유류는 초저온 냉각 상태에서 응결되어 분리된다. 제1,2냉각탱크(300,700)에서 배출된 물과 유류는 유수분리기(600)를 통해 걸러져 물은 외부로 배출되고 유류는 다시 유류탱크(100)로 저장된다. 마지막으로 남은 유증기는 보조열교환부(522)에서 보조냉각매체와 열교환하는 보조 냉각을 수행한 후 외부로 배출된다.
지금까지 상술한 본 발명에 따른 유증기 회수장치는, 냉각시스템의 크기를 소형화하면서 유증기의 액화 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 상술한 실시 예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능할 것이다. 이러한 다양한 수정 및 변경 또한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내라면 하기에서 기술되는 본 발명의 청구범위에 속한다 할 것이다.
V: 유증기 G: 유류
100: 유류탱크 200: 송풍기
220: 분배관 300: 제1냉각챔버
400: 압력조절부 500: 제1냉각부
520: 축냉조 522: 보조열교환부
540: 제1냉각시스템 541a: 고압게이지
541b: 제어스위치 541c: 안전스위치
541d: 저압게이지 542: 냉매압축기
543: 오일분리기 544a: 제상밸브
544b: 바이패스 제상배관 545: 콘덴서
546: 리시버 547a: 액면계
547b: 필터 547c: 전자밸브
547d: 감압밸브 548: 주열교환부
549: 냉매액분리기 560: 순환펌프
562: 순환배관 600: 유수분리부
700: 제2냉각챔버 900: 제2냉각부

Claims (5)

  1. 유류탱크에서 발생하는 유증기를 회수하여 유류를 재생하는 유증기 회수장치에 있어서,
    상기 유류탱크에서 인출된 유증기를 1차 냉각하여 제습하는 제1냉각챔버와;
    상기 제1냉각챔버 내의 유증기를 냉각하는 액상의 간접냉각매체가 저장된 축냉조와, 상기 간접냉각매체를 냉각시키는 주열교환부를 갖는 제1냉각시스템과, 상기 간접냉각매체를 상기 축냉조와 상기 제1냉각챔버 사이에 순환되도록 하는 매체순환부를 포함하는 제1냉각부와;
    상기 제1냉각부에서 1차 냉각된 유증기를 액화하는 제2냉각챔버; 및
    상기 제2냉각챔버를 냉각시키는 제2냉각부를 포함하며,
    상기 제1냉각시스템은,
    상기 주열교환부로부터의 기상 냉매를 압축하는 냉매압축기와, 상기 냉매압축기로부터의 기상 냉매를 응축하는 콘덴서와, 상기 콘덴서와 상기 주열교환부 사이에서 응축된 냉매를 감압하는 감압밸브와, 상기 냉매압축기와 상기 콘덴서 사이에서 분기되어 상기 냉매압축기로부터의 기상 냉매를 상기 제1냉각챔버로 안내하는 바이패스 제상배관과, 상기 바이패스 제상배관으로의 냉매 공급을 선택하기 위한 제상밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유증기 회수장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각시스템은,
    상기 제2냉각챔버로부터 배출된 미액화 유증기와 상기 간접냉각매체가 열교환하는 보조열교환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유증기 회수장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주열교환부와 상기 보조열교환부는 상기 축냉조 내에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 유증기 회수장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바이패스 제상배관은 상기 콘덴서와 상기 감압밸브 사이에서 합류되는 것을 특징으로 하는 유증기 회수장치.
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