KR101191135B1 - 저온 액화물 연속 가압 장치 및 작동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열교환기를 이용한 저온 액화물 연속 가압 장치 및 작동방법에 관한 것으로서, 저온의 액화물을 가압 또는 가열하여 더 높은 압력과 온도의 액체로 만들거나 기체로 만들기 위한 저온 액화물 가압 장치에 저압 저온 액화물 탱크와 고압가스 사용처 사이에 적어도 두 개 이상의 열교환기가 구비되도록 한다. 이에 따라, 상기 저온 액화물 연속 가압 장치는 한 개의 열교환기가 저압 저온 액화물 탱크로부터 액화물이 채워지는 동안 나머지 한 개의 열교환기가 가열을 통해 생성된 고압의 가스를 고압가스 사용처에 공급하게 되는 액화물 충전 및 액화물 공급 과정이 교대로 반복하여 수행됨으로써, 저압 저온 액화물 탱크로의 열침투를 방지할 수 있으며, 고압가스 사용처에 지속적이고 안정적으로 고압가스를 공급할 수 있는 열교환기를 이용한 저온 액화물 연속 가압 장치 및 작동방법에 관한 것이다.

Description

저온 액화물 연속 가압 장치 및 작동방법{Equipment for Continuously Pressurizing Low-Temperature Liquid And Operating Method}
본 발명은 저온 액화물 연속 가압 장치 및 작동방법에 관한 것으로서, 저온의 액화물을 가압 또는 가열하여 더 높은 압력과 온도의 액체로 만들거나 기체로 만들기 위한 저온 액화물 가압 장치에 저압 저온 액화물 탱크와 고압가스 사용처 사이에 적어도 두 개 이상의 열교환기가 구비되도록 한다. 이에 따라, 상기 저온 액화물 연속 가압 장치는 한 개의 열교환기가 저압 저온 액화물 탱크로부터 액화물이 채워지는 동안 나머지 한 개의 열교환기가 가열을 통해 생성된 고압의 가스를 고압가스 사용처에 공급하게 되는 액화물 충전 및 액화물 공급 과정이 교대로 반복하여 수행됨으로써, 펌프를 사용하지 않기 때문에 배관에서의 열침투로 인한 펌프의 기계적인 파손을 방지할 수 있으며, 고압가스 사용처에 지속적이고 안정적으로 고압가스를 공급할 수 있는 열교환기를 이용한 저온 액화물 연속 가압 장치 및 작동방법에 관한 것이다.
일반적으로 LNG 및 LPG와 같이 저온의 액화물을 고압가스 사용처에 공급하기 위해서는 가압 또는 가열하여 더 높은 압력과 온도의 액체로 만들거나 기체로 만들기 위한 저온 액화물 가압 장치가 필요하다.
하지만 종래의 저온 액화물 가압 장치에서는 몇 가지 문제점이 있다.
먼저, 도 1에서 도시된 저온 액화물 가압 장치(100)에서 액화물은 펌프(120)에 의해 압력이 상승되며, 증발가열기(130)를 거쳐 온도가 상승된다. 이 때, 상기 저온 액화물 가압 장치(100)에서는 저온의 액화물로 인해 저압 액화물 탱크(110)와 펌프(120) 사이의 배관(150)에서 열침투가 발생될 수 있는데, 이러한 열침투에 의해 저온 액화물의 일부가 배관(150) 내에서 증발되어 액화물 속에 기포가 생성되며, 이에 따른 펌프(120)의 기계적인 파손이 발생될 수 있다.
두 번째로, 도 2에 도시된 저온 액화물 가압 장치(100)는 도 1의 문제점을 개선하기 위해 고안된 예이다.
도 2의 저온 액화물 가압 장치(100)는 도 1에서 문제가 되었던 액화물 속의 기포를 제거하기 위해 저압 액화물 탱크(110)와 펌프(120) 사이에 중간탱크(160)가 더 설치된다. 상기 저온 액화물 가압 장치(100)는 상기 중간 탱크(160)에 의해 대부분의 기포가 제거될 수 있어 펌프(120)의 파손 위험은 줄어들지만 중간탱크(160)를 추가로 설치해야 하는 단점이 있다.
세 번째로, 도 3에 도시된 저온 액화물 가압 장치(100)는 도 2의 문제점을 개선하기 위해 고안된 예이다.
도 3의 저온 액화물 가압 장치(100)는 도2에서 문제가 되었던 중간탱크(160)가 추가로 설치될 필요가 없도록 저압 액화물 탱크(110) 자체를 가열한다.
상기 저온 액화물 가압 장치(100)는 상기 저압 액화물 탱크(110)를 가열함으로써 발생된 증기로 상기 저압 액화물 탱크(110) 자체의 압력을 높이게 된다. 이 방법은 도 1 및 도 2에 도시된 저온 액화물 가압 장치(100)에 비해 중간탱크(160)와 펌프(120)의 설치가 필요 없는 장점이 있는 반면, 대형인 저압 액화물 저장 탱크(110) 내의 압력이 높아지기 때문에 저압 액화물 저장 탱크(110)의 제작비용이 증가되며, 누출 위험이 커진다는 단점이 있다.
이에 따라, 상술한 바와 같은 문제점을 해결할 수 있으면서, 저온의 액화물을 고압가스 사용처에 공급하기 위해 가압 또는 가열하여 더 높은 압력과 온도의 액체로 만들거나 기체로 만들기 위한 저온 액화물 가압 장치의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 저온의 액화물을 가압 또는 가열하여 더 높은 압력과 온도의 액체로 만들거나 기체로 만들기 위한 저온 액화물 가압 장치에 저압 저온 액화물 탱크와 고압가스 사용처 사이에 적어도 두 개 이상의 열교환기가 구비되도록 한다. 이에 따라, 상기 저온 액화물 연속 가압 장치는 한 개의 열교환기가 저압 저온 액화물 탱크로부터 액화물이 채워지는 동안 나머지 한 개의 열교환기가 가열을 통해 생성된 고압의 가스를 고압가스 사용처에 공급하게 되는 액화물 충전 및 액화물 공급 과정이 교대로 반복하여 수행됨으로써, 펌프를 사용하지 않기 때문에 배관에서의 열침투로 인한 펌프의 기계적인 파손을 방지할 수 있으며, 고압가스 사용처에 지속적이고 안정적으로 고압가스를 공급할 수 있는 열교환기를 이용한 저온 액화물 연속 가압 장치 및 작동방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 저온 액화물 연속 가압 장치는 저온 및 저압의 액화물이 저장되는 저압 저온 액화물 탱크(10); 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 공급받은 액화물이 내부에 순환되는 열매체와 열교환되는 열교환기(20);상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 상기 열교환기(20) 사이에 설치되어 서로 압력평형이 이루어지도록 압력을 조절하는 압력평형밸브(50); 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 상기 열교환기(20) 사이에 설치되어 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 열교환기(20)로 액화물이 공급되도록 조절하는 액화물 공급밸브(60); 상기 열교환기(20)에서 열교환된 액화물이 고압가스 사용처(11)로 송출되도록 조절하는 송출밸브(70); 및 상기 송출밸브(70)와 고압가스 사용처(11) 사이에 설치되어 액화물의 온도 및 압력이 고압가스 사용처(11)의 필요에 따라 조절되도록 액화물을 가열 또는 냉각시키는 보조 열조절기(40); 를 포함하여 형성되되, 상기 열교환기(20)는 적어도 두 개 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)는 상기 열교환기(20)에 열매체 유입구(31) 및 열매체 배출구(32)가 형성되며, 상기 열매체 유입구(31)에 열매체 공급밸브(80)가 설치되어 열매체의 공급이 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)는 상기 열교환기(20)가 N개 구비되되, 상기 압력평형밸브(50)가 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 상기 제1 내지 제N열교환기(21 내지 2N) 사이에 각각 설치되어 서로 압력평형이 이루어지도록 압력을 조절하는 제1 내지 제N압력평형밸브(51 내지 5N)를 포함하며, 상기 액화물 공급밸브(60)가 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 상기 제1 내지 제N열교환기(21 내지 2N) 사이에 각각 설치되어 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 제1열교환기(20)로 액화물이 공급되도록 조절하는 제1 내지 제N액화물 공급밸브(61 내지 6N)를 포함하고, 상기 송출밸브(70)가 상기 제1 내지 제N열교환기(21 내지 2N)에서 열교환된 액화물이 고압가스 사용처(11)로 송출되도록 조절하는 제1 내지 제N송출밸브(71 내지 7N)를 포함하며, 상기 열매체 공급밸브(80)가 상기 제1 내지 제N열교환기(21 내지 2N)의 열매체 유입구(31)에 각각 설치되는 제1 내지 제N열매체 공급밸브(81 내지 8N)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)는 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 상기 열교환기(20)로 공급되는 액화물이 이웃한 열교환기(20)를 거쳐 상기 열교환기(20)로 공급되도록 상기 액화물 공급밸브(60)와 상기 열교환기(20) 사이의 배관(12)이 이웃한 열교환기(20)를 순환하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 저온 액화물 연속 가압 장치의 작동방법은 a) 제N-1압력평형밸브(5N-1)가 개방되고, 제N-1송출밸브(7N-1) 및 제N-1열매체 공급밸브(8N-1)가 폐쇄되어 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 제N-1열교환기(2N-1)의 압력이 평형을 이루는 단계; b) 제N-1액화물 공급밸브(6N-1)가 개방되어 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 상기 제N-1열교환기(2N-1)로 액화물이 공급되는 단계; c) 제N압력평형밸브(5N) 및 제N액화물 공급밸브(6N)가 폐쇄되고, 제N송출밸브(7N) 및 제N열매체 공급밸브(8N)가 개방되는 단계; 및 d) 제N열교환기(2N) 내부에 저장된 액화물이 열매체와 열교환되어 보조 열조절기(40)를 거쳐 고압가스 사용처(11)로 공급되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저온 액화물 연속 가압 장치의 작동방법은 e)상기 제N-2열교환밸브(9N-2)가 개방되고, 상기 제N-2압력평형밸브(5N-2), 제N-2액화물 공급밸브(6N-2), 제N-2송출밸브(7N-2), 제N-2열매체 공급밸브(8N-2), 제N열교환밸브(9N) 및 제N-2열교환밸브(9N-2)가 폐쇄되는 단계; f) 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 상기 제N-1열교환기(2N-1)로 공급되는 저온의 액화물이 상기 제N-2열교환기(2N-2)를 냉각시키기 위해 제N-2열교환기(2N-2)를 거쳐 상기 제N-1열교환기(2N-1)로 이동되는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 저온 액화물 연속 가압 장치 및 작동방법은 저온의 액화물을 가압 또는 가열하여 더 높은 압력과 온도의 액체로 만들거나 기체로 만들기 위한 저온 액화물 가압 장치에 저압 저온 액화물 탱크와 고압가스 사용처 사이에 적어도 두 개 이상의 열교환기가 구비되도록 한다. 이에 따라, 상기 저온 액화물 연속 가압 장치는 한 개의 열교환기가 저압 저온 액화물 탱크로부터 액화물이 채워지는 동안 나머지 한 개의 열교환기가 가열을 통해 생성된 고압의 가스를 고압가스 사용처에 공급하게 되는 액화물 충전 및 액화물 공급 과정이 교대로 반복하여 수행됨으로써, 펌프를 사용하지 않기 때문에 배관에서의 열침투로 인한 펌프의 기계적인 파손을 방지할 수 있으며, 고압가스 사용처에 지속적이고 안정적으로 고압가스를 공급할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 저온 액화물 연속 가압 장치 및 작동방법은 저압 저온 액화물 탱크 자체를 가압할 필요가 없다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 저온 액화물 가압 장치를 나타낸 개략도.
도 2는 종래의 또 다른 저온 액화물 가압 장치를 나타낸 개략도.
도 3은 종래의 또 다른 저온 액화물 가압 장치를 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 저온 액화물 연속 가압 장치를 나타낸 개략도.
도 5는 도 4에 도시된 저온 액화물 연속 가압 장치에 포함되는 열교환기의 동작 상태를 나타낸 개략도.
도 6은 도 4에 도시된 저온 액화물 연속 가압 장치에 포함되는 열교환기의 또 다른 동작 상태를 나타낸 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 또 다른 저온 액화물 연속 가압 장치를 나타낸 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 또 다른 저온 액화물 연속 가압 장치를 나타낸 개략도.
도 9는 도 8의 저온 액화물 연속 가압 장치의 동작 상태를 나타낸 개략도.
이하, 본 발명의 저온 액화물 연속 가압 장치 및 저온 액화물 연속 가압 장치의 작동 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 저온 액화물 연속 가압 장치를 나타낸 개략도이고, 도 5는 도 4에 도시된 저온 액화물 연속 가압 장치에 포함되는 열교환기의 동작 상태를 나타낸 개략도이고, 도 6은 도 4에 도시된 저온 액화물 연속 가압 장치에 포함되는 열교환기의 또 다른 동작 상태를 나타낸 개략도이며, 도 7은 본 발명에 따른 또 다른 저온 액화물 연속 가압 장치를 나타낸 개략도이고, 도 8은 본 발명에 따른 또 다른 저온 액화물 연속 가압 장치를 나타낸 개략도이며, 도 9는 도 8의 저온 액화물 연속 가압 장치의 동작 상태를 나타낸 개략도이다.
본 발명의 저온 액화물 연속 가압 장치(1)는 크게 저압 저온 액화물 탱크(10), 열교환기(20), 압력평형밸브(50), 액화물 공급밸브(60), 송출밸브(70) 및 보조 열조절기(40)를 포함하여 형성된다.
상기 저압 저온 액화물 탱크(10)는 저온 및 저압의 액화물이 저장되는 탱크이며, 상기 열교환기(20)는 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 공급받은 액화물이 내부에 순환되는 열매체와 열교환 된다.
상기 열교환기(20)에는 열매체 유입구(31) 및 열매체 배출구(32)가 형성되며, 상기 입구파이프에 열매체 공급밸브(80)가 설치되어 열매체의 공급이 조절될 수 있다.
상기 압력평형밸브(50)는 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 상기 열교환기(20) 사이에 설치되어 서로 압력평형이 이루어지도록 압력을 조절하며, 상기 액화물 공급밸브(60)는 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 상기 열교환기(20) 사이에 설치되어 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 열교환기(20)로 액화물이 공급되도록 조절한다.
상기 송출밸브(70)는 상기 열교환기(20)에서 열교환된 액화물이 고압가스 사용처(11)로 송출되도록 조절하며, 상기 송출밸브(70)와 고압가스 사용처(11) 사이에 설치되어 액화물의 온도 및 압력이 고압가스 사용처(11)의 필요에 따라 조절되도록 액화물을 가열 또는 냉각시킨다.
이 때, 상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)는 상기 열교환기(20)가 N개 구비되되, N은 적어도 2 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)에 구비되는 상기 열교환기(20)가 N개일 때, 상기 압력평형밸브(50)는 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 상기 제1 내지 제N열교환기(21 내지 2N) 사이에 각각 설치되어 서로 압력평형이 이루어지도록 압력을 조절하는 제1 내지 제N압력평형밸브(51 내지 5N)를 포함한다.
또한, 상기 액화물 공급밸브(60)는 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 상기 제1 내지 제N열교환기(21 내지 2N) 사이에 각각 설치되어 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 제1열교환기(20)로 액화물이 공급되도록 조절하는 제1 내지 제N액화물 공급밸브(61 내지 6N)를 포함한다.
또한, 상기 송출밸브(70)는 상기 제1 내지 제N열교환기(21 내지 2N)에서 열교환된 액화물이 고압가스 사용처(11)로 송출되도록 조절하는 제1 내지 제N송출밸브(71 내지 7N)를 포함하며, 상기 열매체 공급밸브(80)는 상기 제1 내지 제N열교환기(21 내지 2N)의 유입구에 각각 설치되는 제1 내지 제N열매체 공급밸브(81 내지 8N)를 포함한다.
도 4에서 도시된 저압 저온 액화물 탱크(10)는 2개의 열교환기(20)가 구비되는데, 제1열교환기(21)는 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 제1압력평형밸브(51) 및 제1액화물 공급밸브(61)에 의해 연결되며, 제1열교환기(21)의 유입구에 제1열매체 공급밸브(81)가 설치되어 필요에 따라 제1열교환기(21) 내부에 열매체가 순환될 수 있다.
또한, 제2열교환기(22)는 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 제2압력평형밸브(52) 및 제2액화물 공급밸브(62)에 의해 연결되며, 제2열교환기(22)의 유입구에 제2열매체 공급밸브(82)가 설치되어 필요에 따라 제2열교환기(22) 내부에 열매체가 순환될 수 있다.
상기 제1열교환기(21) 및 제2열교환기(22)는 제1송출밸브(71) 및 제2송출밸브(72)와 각각 연결되며, 상기 제1송출밸브(71) 및 제2송출밸브(72)는 상기 보조 열조절기(40)를 통해 고압가스 사용처(11)와 연결된다.
한편, 액화물의 원활한 공급을 위해 상기 열교환기(20)와 저압 저온 액화물 탱크(10)의 압력평형이 이루어지도록 상기 압력평형밸브(50)가 개방될 때, 상기 열교환기(20) 내에서 상승한 압력은 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)에 영향을 미친다. 상기 열교환기(20) 내의 압력이 비교적 작은 경우에는 무시될 수 있지만, 상기 열교환기(20) 내의 압력이 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)의 압력에 비해 매우 높으면 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)의 압력이 지속적으로 상승된다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 인접하여 위치된 열교환기(20)로 공급되기 전의 저온 액화물과 열교환기(20) 내의 고온 고압가스를 간접적으로 열교환시킴으로써 열교환기(20)를 냉각시키고 압력을 낮출 수 있다. 그 다음에 압력평형밸브(50)를 개방하면 상기 열교환기(20)는 저압 저온 액화물 탱크(10)의 압력 상승 없이 액화물을 공급받을 수 있다.
따라서 상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)는 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 상기 제N열교환기(2N)로 공급되는 액화물이 이웃한 열교환기(2N-1 또는 2N+1)를 거쳐 상기 제N열교환기(2N)로 공급되도록 상기 액화물 공급밸브(60)와 상기 제N열교환기(2N) 사이의 배관(12)이 이웃한 열교환기(2N-1 또는 2N+1)를 순환하도록 형성될 수 있다.
도 8에 도시된 상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)는 3개의 열교환기(20)가 구비된 예로, 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 상기 제2열교환기(22)로 공급되는 액화물이 상기 제3열교환기(23)를 거쳐 상기 제2열교환기(22)로 공급되도록 상기 제2액화물 공급밸브(62) 및 제2열교환기(22) 사이에 연결되는 배관(12)이 분기되어 제3열교환밸브(93)에 의해 제3열교환기(23)와 연결될 수 있다.
이 때, 상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)는 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 제3열교환기(23)로 액화물이 공급될 때, 액화물이 상기 제1열교환기(21)를 거쳐 상기 제3열교환기(23)로 공급되도록 상기 제3액화물 공급밸브(63) 및 제3열교환기(23) 사이에 연결되는 배관(12)이 분기되어 제1열교환밸브(91)에 의해 제1열교환기(21)와 연결될 수 있다.
이와 마찬가지로, 상기 열교환기(20)가 4개 구비될 경우, 제1열교환기(21)는 제2열교환기(22)를 거친 액화물을 공급받고, 제2열교환기(22)는 제3열교환기(23)를 거친 액화물을 공급받고, 제3열교환기(23)는 제4열교환기(24)를 거친 액화물을 공급받고, 제4열교환기(24)는 제1열교환기(21)를 거친 액화물을 공급받는다.
이에 따라, 상기 열교환기(20)는 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 액화물을 공급받고, 가열을 통해 생성된 고압의 가스를 고압가스 사용처(11)에 공급한 뒤, 이웃한 열교환기(20)로 공급되는 저온의 액화물과 열교환 되어 압력과 온도를 낮춘 다음 다시 액화물이 채워지는 과정을 반복하게 된다.
상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)는 고압가스 사용처(11)로 액체 송출도 가능하다. 즉, 같은 개념을 이용하여 저온 액상화물을 가열하면 펌프의 설치 없이 더 높은 온도의 액상화물로 송출할 수 있다. 도 7은 이러한 경우의 실시 예를 나타낸 도면이다.
상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)는 저온의 액화물이 가열될 때, 얼기 쉬운 액체를 열매체로 사용하면 운전상의 주의가 필요하므로 응축점이 낮은 기체, 예를 들어, 질소와 같은 기체를 가열한 후 열매체로 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 저온 액화물 연속 가압 장치(1)의 작동방법은 a) 제N-1압력평형밸브(5N-1)가 개방되고, 제N-1송출밸브(7N-1) 및 제N-1열매체 공급밸브(8N-1)가 폐쇄되어 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 제N-1열교환기(2N-1)의 압력이 평형을 이루는 단계; b) 제N-1액화물 공급밸브(6N-1)가 개방되어 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 상기 제N-1열교환기(2N-1)로 액화물이 공급되는 단계; c) 제N압력평형밸브(5N) 및 제N액화물 공급밸브(6N)가 폐쇄되고, 제N열매체 공급밸브(8N)가 개방되는 단계; 및 d) 제N열교환기(2N) 내부에 저장된 액화물이 열매체와 열교환된 후, 제N송출밸브가 개방 되어 보조열조절기를 거쳐 고압가스 사용처(11)로 송출되는 단계; 를 포함하여 형성된다.
도 5에 도시된 저온 액화물 연속 가압장치에서 제1열교환기(21)는 상기 c) 및 d) 단계가 수행되어 액화물이 열교환 되어 고압가스 사용처(11)로 송출되고 있는 상태이며, 제2열교환기(22)는 상기 a) 및 b) 단계가 수행되어 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 상기 제2열교환기(22)로 액화물이 공급되는 상태이다.
도 6에 도시된 저온 액화물 연속 가압장치에서 제1열교환기(21)는 상기 a) 및 b) 단계가 수행되어 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 상기 제1열교환기(21)로 액화물이 공급되는 상태이며, 상기 제2열교환기(22)는 상기 c) 및 d) 단계가 수행되어 액화물이 열교환 되어 고압가스 사용처(11)로 송출되고 있는 상태이다.
상기 제1열교환기(21) 및 제2열교환기(22)는 상기 a)~d)단계에 따라, 저온 액화물이 채워진 후, 저압 저온 액화물 탱크(10)와 고립되며 가열에 의해 온도와 압력이 상승하게 되는데, 적정 온도와 압력까지 상승하면 외부로 송출을 시작한다. 송출이 진행됨에 따라 상기 제1열교환기(21 및 제2열교환기(22) 내의 액화물 수위가 낮아지는데 적정 수위 이하가 되면 송출을 중단하고 저온 액화물을 열교환기(20) 내에 다시 채운다.
이 때, 상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)는 먼저 압력평형밸브(50)를 개방해서 열교환기(20)와 저압 저온 액화물 탱크(10)와의 압력평형을 이룬 다음 액화물 공급밸브(60)를 개방하여 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 열교환기(20)로 액화물이 공급되도록 한다.
도 4 내지 6에서 도시된 바와 같이, 상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)에 2개 이상의 가열기를 두는 이유는 고압가스 사용처(11)로 열교환 시킨 액화물을 연속적으로 공급하기 위해서이다. 따라서 상기 a) 내지 d) 단계와 같이, 하나의 열교환기(20)가 외부로 송출중일 때, 다른 가열기는 저온 액화물을 채우도록 하는 것이 바람직하다.
도 8에서 도시된 저온 액화물 연속 가압 장치(1)는 상기 a) 내지 d) 단계와 더불어, e)상기 제N-2열교환밸브(9N-2)가 개방되고, 상기 제N-2압력평형밸브(5N-2), 제N-2액화물 공급밸브(6N-2), 제N-2송출밸브(7N-2), 제N-2열매체 공급밸브(8N-2), 제N열교환밸브(9N) 및 제N-2열교환밸브(9N-2)가 폐쇄되는 단계; 및 f) 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 상기 제N-1열교환기(2N-1)로 공급되는 저온의 액화물이 상기 제N-2열교환기(2N-2)를 냉각시키기 위해 제N-2열교환기(2N-2)를 거쳐 상기 제N-1열교환기(2N-1)로 이동되는 단계; 를 더 포함한다.
도 9에서 도시된 저온 액화물 연속 가압 장치(1)에서 상기 제3열교환기(23)는 고압가스 사용처(11)에 고압가스를 공급하고, 상기 제2열교환기(22)는 액화물이 채워지고, 상기 제1열교환기(21)는 상기 제2열교환기(22)로 공급되는 저온의 액화물과의 간접 열교환을 통해 냉각되고 있는 특정 상황을 나타낸다.
상기 제1열교환기(23)는 액화물의 공급이 차단된 상태에서 가열을 통해 고압의 가스를 생성하여 사용처에 공급하고 있다. 상기 제2열교환기(22)는 제2압력평형밸브(52)가 개방되어 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 액화물을 공급받고 있다.
이 때, 상기 제2열교환기(22)에 주입되는 액화물은 상기 제1열교환기(21)와의 간접 열교환을 거쳐 상기 제1열교환기(21)를 냉각시킨다. 상기 제1열교환기(21)는 고압ㅇ고온의 상태에서 냉각되어 압력과 온도가 낮아지게 된다.
이와 같은 냉각과정을 거친 후, 상기 제1열교환기(21)는 상기 제1압력평형밸브(51)가 개방되어 저온 저압의 액화물을 공급받게 되고, 상기 제2열교환기(22)는 가열을 통해 사용처에 고압가스를 공급하며 상기 제1열교환기(23)는 고압ㅇ고온상태에서 상기 제3열교환기(21)로 주입되는 저온의 액화물과 열교환을 거치며 냉각되게 된다.
상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)에서는 상기와 같은 a)~f) 과정이 반복적으로 수행 된다.
이에 따라, 본 발명의 저온 액화물 연속 가압 장치는 저압 저온 액화물 탱크 자체를 가압할 필요가 없으며, 펌프를 사용하지 않기 때문에 열침투에 의한 기포 발생 및, 이로 인한 펌프의 기계적인 손상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 저온 액화물 연속 가압 장치는 한 개의 열교환기가 저압 저온 액화물 탱크로부터 액화물이 채워지는 동안, 나머지 한 개의 열교환기가 가열을 통해 생성된 고압의 가스를 고압가스 사용처에 공급하게 되는 액화물 충전 및 액화물 공급 과정이 교대로 반복하여 수행됨으로써, 고압가스 사용처에 지속적이고 안정적으로 고압가스를 공급할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 저온 액화물 연속 가압 장치
10 : 저압 저온 액화물 탱크
11 : 고압가스 사용처 12 : 배관
20 : 열교환기
21…2N : 제1 내지 제N열교환기
31 : 열매체 유입구 32 : 열매체 배출구
40 : 보조 열조절기
50 : 압력평형밸브
51…5N : 제1 내지 제N압력평형밸브
60 : 액화물 공급밸브
61…6N : 제1 내지 제N액화물 공급밸브
70 : 송출밸브
71…7N : 제1 내지 제N송출밸브
80 : 열매체 공급밸브
81…8N : 제1 내지 제N열매체 공급밸브

Claims (6)

  1. 저온 및 저압의 액화물이 저장되는 저압 저온 액화물 탱크(10);
    상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 공급받은 액화물이 내부에 순환되는 열매체와 열교환 되는 열교환기(20);
    상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 상기 열교환기(20) 사이에 설치되어 서로 압력평형이 이루어지도록 압력을 조절하는 압력평형밸브(50);
    상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 상기 열교환기(20) 사이에 설치되어 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 열교환기(20)로 액화물이 공급되도록 조절하는 액화물 공급밸브(60);
    상기 열교환기(20)에서 열교환된 액화물이 고압가스 사용처(11)로 송출되도록 조절하는 송출밸브(70); 및
    상기 송출밸브(70)와 고압가스 사용처(11) 사이에 설치되어 액화물의 온도 및 압력이 고압가스 사용처(11)의 필요에 따라 조절되도록 액화물을 가열 또는 냉각시키는 보조 열조절기(40); 를 포함하여 형성되되,
    상기 열교환기(20)는 적어도 두 개 이상인 것을 특징으로 하는 저온 액화물 연속 가압 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)는
    상기 열교환기(20)에 열매체 유입구(31) 및 열매체 배출구(32)가 형성되며,
    상기 열매체 유입구(31)에 열매체 공급밸브(80)가 설치되어 열매체의 공급을 조절하여 송출되는 유체의 온도와 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 저온 액화물 연속 가압 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)는
    상기 열교환기(20)가 N개 구비되되,
    상기 압력평형밸브(50)가 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 상기 제1 내지 제N열교환기(21 내지 2N) 사이에 각각 설치되어 서로 압력평형이 이루어지도록 압력을 조절하는 제1 내지 제N압력평형밸브(51 내지 5N)를 포함하며,
    상기 액화물 공급밸브(60)가 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 상기 제1 내지 제N열교환기(21 내지 2N) 사이에 각각 설치되어 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 제1열교환기(20)로 액화물이 공급되도록 조절하는 제1 내지 제N액화물 공급밸브(61 내지 6N)를 포함하고,
    상기 송출밸브(70)가 상기 제1 내지 제N열교환기(21 내지 2N)에서 열교환된 액화물이 고압가스 사용처(11)로 송출되도록 조절하는 제1 내지 제N송출밸브(71 내지 7N)를 포함하며,
    상기 열매체 공급밸브(80)가 상기 제1 내지 제N열교환기(21 내지 2N)의 열매체 유입구(31)에 각각 설치되는 제1 내지 제N열매체 공급밸브(81 내지 8N)를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 액화물 연속 가압 장치(1).
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 저온 액화물 연속 가압 장치(1)는
    상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 상기 제N열교환기(2N)로 공급되는 액화물이 이웃한 열교환기(2N-1 또는 2N+1)를 거쳐 상기 제N열교환기(2N)로 공급되도록 상기 액화물 공급밸브(60)와 상기 제N열교환기(2N) 사이의 배관(12)이 이웃한 열교환기(2N-1 또는 2N+1)를 순환하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 저온 액화물 연속 가압 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 의한 저온 액화물 연속 가압 장치의 작동방법에 있어서,
    a) 제N-1압력평형밸브(5N-1)가 개방되고, 제N-1송출밸브(7N-1) 및 제N-1열매체 공급밸브(8N-1)가 폐쇄되어 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)와 제N-1열교환기(2N-1)의 압력이 평형을 이루는 단계;
    b) 제N-1액화물 공급밸브(6N-1)가 개방되어 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 상기 제N-1열교환기(2N-1)로 액화물이 공급되는 단계;
    c) 제N압력평형밸브(5N) 및 제N액화물 공급밸브(6N)가 폐쇄되고, 제N열매체 공급밸브(8N)가 개방되는 단계; 및
    d) 제N열교환기(2N) 내부에 저장된 액화물이 열매체와 열교환된 후, 제N송출밸브가 개방 되어 상기 보조 열조절기(40)를 거쳐 고압가스 사용처(11)로 공급되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 저온 액화물 연속 가압 장치의 작동방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 저온 액화물 연속 가압 장치의 작동방법은
    e) 제N-2열교환밸브(9N-2)가 개방되고, 제N-2압력평형밸브(5N-2), 제N-2액화물 공급밸브(6N-2), 제N-2송출밸브(7N-2), 제N-2열매체 공급밸브(8N-2), 제N열교환밸브(9N) 및 제N-2열교환밸브(9N-2)가 폐쇄되는 단계;
    f) 상기 저압 저온 액화물 탱크(10)로부터 상기 제N-1열교환기(2N-1)로 공급되는 저온의 액화물이 제N-2열교환기(2N-2)를 냉각시키기 위해 상기 제N-2열교환기(2N-2)를 거쳐 상기 제N-1열교환기(2N-1)로 이동되는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 액화물 연속 가압 장치의 작동방법.
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