KR101254103B1 - 저온 액화물 가압 송출 장치 및 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저온 액화물 가압 송출 장치 및 작동 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 저온 액화물을 고압 가스로 변환하고, 용이하게 송출할 수 있으며, 이 과정에서 조성 변화 현상을 방지할 수 있는 저온 액화물 가압 송출 장치 및 작동 방법에 관한 것이다.

Description

저온 액화물 가압 송출 장치 및 작동 방법{Export equipment to pressurize low-temperature liquid and operating method}
본 발명은 저온 액화물 가압 송출 장치 및 작동 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 저온 액화물을 고압 가스로 변환하고, 용이하게 송출할 수 있으며, 이 과정에서 조성 변화 현상을 방지할 수 있는 저온 액화물 가압 송출 장치 및 작동 방법에 관한 것이다.
일반적으로 LNG 및 LPG와 같이 저온의 액화물을 고압 가스 사용처에 공급하기 위해서는 가압 또는 가열하여 더 높은 압력과 온도의 액체로 만들거나 기체로 만들기 위한 저온 액화물 가압 송출이 필요하다.
하지만 종래의 저온 액화물 가압 송출에서는 몇 가지 문제점이 있다.
먼저, 도 1에서 도시된 저온 액화물 가압 송출(100)에서 액화물은 펌프(120)에 의해 압력이 상승되며, 증발가열기(130)를 거쳐 온도가 상승되어 연료소모원(140)으로 공급된다.
이 때, 상기 저온 액화물 가압 송출 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 송출 장치(100)는 도 1의 문제점을 개선하기 위해 고안된 예이다.
도 2의 저온 액화물 가압 송출 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 송출 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 송출 장치(100)는 도 2의 문제점을 개선하기 위해 고안된 예이다.
도 3의 저온 액화물 가압 송출 장치(100)는 도 2에 도시한 저온 액화물 가압 송출 장치(100)로 문제가 되었던 중간탱크(160)를 추가로 설치될 필요가 없도록 저압 액화물 탱크(110) 자체를 가열한다.
상기 저온 액화물 가압 송출 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 송출(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 고압 가스 사용처에 공급하기 위해 가압 또는 가열하여 더 높은 압력과 온도의 액체로 만들거나 기체로 만들기 위한 저온 액화물 가압 송출의 개발이 필요한 실정이다.
또한, 상술한 바와 같은 저온 액화물 가압 송출 장치는 가열에 의한 고압 가스를 소모원으로 송출하는 과정을 반복함에 따라 상기 소모원으로 공급되는 가스의 조성 비율이 변화될 수 있으며, 끓는점이 높은 조성의 가스가 가압 송출 내부에 쌓일 수 있는 문제점이 있다.
특히, LNG 중 비교적 끓는점이 낮은 메탄 가스는 고압 가스 소모원으로 용이하게 공급되는데 반해, 끓는점이 비교적 높은 부탄은 이송이 어려워져 잔류하게 된다.
또한, 이러한 조성 비율의 변화는 고압 가스의 메탄 수(Methane Number)를 변화시키며, 소모원에 노킹(Knocking) 현상을 유발 할 수 있어, 고압가스 사용처의 내구성을 저해할 수 있는 원인이 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가압부 및 열교환부를 이용함으로써 가열 용량을 분배하고, 저온 액화물을 고압 가스로 변환할 수 있으며, 공급밸브 및 조절밸브의 조절에 의해 저온 액화물을 용이하게 송출할 수 있는 저온 액화물 가압 송출 장치 및 작동 방법을 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 액화물 탱크 자체를 가압할 필요가 없으며, 가압ㆍ송출 과정에서 액화물의 조성 변화 현상을 방지할 수 있는 저온 액화물 가압 송출 장치 및 작동 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 펌프를 사용하지 않기 때문에 열침투에 의한 기포 발생 및, 이로 인한 펌프의 기계적인 손상을 방지할 수 있으며, 압력조절부가 구비되어 액화물 탱크와 가압부 사이의 압력평형을 조절함으로써 액화물 또는 가스가 역류하는 것을 방지할 수 있는 저온 액화물 가압 송출 장치 및 작동 방법을 제공하는 것이다.
또, 본 발명의 목적은 연결배관이 복수개로 분기되어 N개 형성되며, 가압부, 공급밸브, 조절밸브가 각 연결배관에 대응되도록 N개 형성됨으로써 고압 가스의 송출 효율을 높일 수 있으며, 연료소모원의 소모 형태를 고려하여 고압 가스의 송출량 조절이 용이한 저온 액화물 가압 송출 장치 및 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치(1) 및 그 작동 방법은 저온 및 저압의 액화물이 저장되는 액화물 탱크(10); 상기 액화물 탱크(10)로부터 공급받은 저온 및 저압의 액화물이 가열부(20-1)에 의해 가열되어 고온 고압의 액화물로 상태변화되는 가압부(20); 상기 가압부(20)를 통과한 고온 고압의 액화물이 가열되어 고압 가스로 상태변화되는 열교환부(30); 상기 액화물 탱크(10), 가압부(20), 및 열교환부(30)를 연결하는 연결배관(40); 상기 액화물 탱크(10)와 가압부(20) 사이를 연결하는 연결배관(40) 사이에 형성되는 공급밸브(50); 상기 가압부(20)와 열교환부(30) 사이를 연결하는 연결배관(40) 사이에 형성되는 조절밸브(60); 및 상기 액화물 탱크(10)와 가압부(20)를 연결하는 평형배관(71)과, 상기 평형배관(71) 상에 구비되어 서로 압력평형이 이루어지도록 압력을 조절하는 압력평형밸브(72)를 포함하는 압력조절부(70); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가압부(20)의 가열부(20-1)는, 상기 가압부(20)와 파이프로 연결된 열원이 상기 가압부(20) 외부에 위치되어 상기 파이프를 통해 순환되는 액화물을 가열하는 순환 가열 방식, 또는 열원이 상기 가압부(20) 내부에 삽입되어 상기 액화물을 가열하는 직접 가열 방식인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 열교환부(30)는 상기 고온 고압의 액화물보다 높은 온도를 갖는 증기 또는 전기에 의해 가열되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 저온 액화물 가압 송출 장치(1)는 상기 연결배관(40)이 상기 액화물 탱크(10)와 열교환부(30)를 연결하되 내부 일정 영역이 N개로 분기되는 제1 내지 제N연결배관(41~4N)으로 형성되고, 상기 가압부(20)가 상기 제1 내지 제N연결배관(41~4N)에 각각 설치되는 제1 내지 제N가압부(21~2N)를 포함하며, 상기 공급밸브(50)가 상기 액화물 탱크(10)와, 상기 제1 내지 제N연결배관(41~4N) 사이에 각각 설치되는 제1 내지 제N공급밸브(51~5N)를 포함하고, 상기 조절밸브(60)가 상기 제1 내지 제N연결배관(41~4N)과 열교환부(30) 사이에 각각 설치되는 제1 내지 제N조절밸브(61~6N)를 포함하며, 상기 압력조절부(70)가 상기 액화물 탱크(10)와 상기 제1 내지 제N가압부(21~2N)의 압력평형이 이루어지도록 압력을 조절하는 것을 특징으로 한다. (N은 1 이상의 정수)
상술한 바와 같은 특징을 갖는 저온 액화물 가압 송출 장치(1)의 작동 방법에 있어서, 압력조절부(70)의 압력평형밸브(72)를 통해 액화물 탱크(10)와 가압부(20)의 압력평형을 조절하는 압력평형 조절 단계(S10); 조절밸브(60)를 폐쇄하고 공급밸브(50)를 개방하여 상기 가압부(20) 내부에 저온 저압의 액화물을 공급하는 저온 저압 액화물 공급 단계(S20); 상기 공급밸브(50)를 폐쇄하고, 상기 가열부(20-1)에 의해 저온 저압의 액화물이 가열되어 고압 액화물로 상태변화하는 가압 단계(S30); 상기 조절밸브(60)를 개방하여 상기 가압 단계(S30)를 통해 상태변화된 고압 액화물이 상기 열교환부(30)로 공급하여 고압 가스로 상태변화하는 증발 단계(S40); 및 상기 증발 단계(S40)를 통해 상태변화된 고압 가스가 연료소모원(80)으로 공급되는 고압 가스 송출 단계(S50); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고압 가스 송출 단계(S50)에서, 상기 가압부(20) 내부의 저온 저압 액화물 수위가 일정 수위 미만인지 확인하는 가압부 수위 확인 단계(S60); 및 상기 가압부 수위 확인 단계(S60)에서 상기 가압부(20) 내부의 저온 저압 액화물 수위가 일정 수위 미만일 경우, 고압 가스의 송출이 중지됨을 확인하는 송출 종료 확인 단계(S70); 를 포함하며, 상기 송출 종료 확인 단계(S70)에서 고압 가스의 송출 종료가 확인되면, 상기 압력평형 조절 단계(S10)가 수행되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 압력평형 조절 단계(S10) 내지 고압 가스 송출 단계(S50)는 순차적으로 반복되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치 및 작동 방법은 가압부 및 열교환부를 이용함으로써 가열 용량을 분배하고, 저온 액화물을 고압 가스로 변환할 수 있으며, 공급밸브 및 조절밸브의 조절에 의해 저온 액화물을 용이하게 송출할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치는 탱크 자체를 가압할 필요가 없으며, 가압ㆍ송출 과정에서 액화물의 조성 변화 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치 및 작동 방법은 압력조절부가 구비되어 액화물 탱크와 가압부 사이의 압력평형을 조절함으로써 액화물 또는 가스가 역류하는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또, 본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치 및 작동 방법은 연결배관이 N개 형성되며, 가압부, 공급밸브, 조절밸브가 각 연결배관에 대응되도록 N개 형성됨으로써 고압 가스의 송출 효율을 높일 수 있으며, 연료소모원의 소모 형태를 고려하여 고압 가스의 송출량 조절이 용이한 장점이 있다.
도 1은 종래의 저온 액화물 가압 송출을 나타낸 개략도.
도 2는 종래의 또 다른 저온 액화물 가압 송출을 나타낸 개략도.
도 3은 종래의 또 다른 저온 액화물 가압 송출을 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 저온 액화물 가압 송출 장치를 나타낸 개략도.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명에 따른 저온 액화물 가압 송출 장치를 나타낸 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 저온 액화물 가압 송출 장치의 작동 방법을 나타낸 도면.
도 8a 내지 8d는 상기 도 7에 도시한 저온 액화물 가압 송출 장치의 각 단계를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 저온 액화물 가압 송출 장치를 나타낸 다른 개략도.
도 10 및 도 11은 각각 도 9에 도시한 저온 액화물 가압 송출 장치의 작동 방법을 나타낸 도면.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치(1) 및 그 작동 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치(1)는 액화물 탱크(10), 가압부(20), 열교환부(30), 연결배관(40), 공급밸브(50), 조절밸브(60) 및 압력조절부(70)를 포함하여 형성된다.
상기 액화물 탱크(10)는 저온 저압의 액화물이 저장되는 탱크로, 연결배관(40)을 통해 순차적으로 가압부(20), 열교환부(30)와 연결되어 액화물이 이송된다.
상기 가압부(20)는 상기 액화물 탱크(10)로부터 공급받은 저온 및 저압의 액화물이 가열부(20-1)에 의해 가열되어 고온 고압의 액화물로 상태변화되는 구성으로서, 액화물이 저장되는 일정 공간이 형성되며, 상기 가열부(20-1)에 의해 상기 저온 저압의 액화물이 가열되어 고온 고압 액화물로 변환한다.
즉, 상기 가압부(20)는 가열부(20-1)에 의해 저온 저압의 액화물을 고온 고압의 액화물로 상태변화되도록 하는 구성이다.
상기 가열부(20-1)는 상기 액화물을 가열할 수 있는 수단이 다양하게 이용될 수 있으며, 그 예를 도 4 및 도 5에 도시하였다.
상기 도 4에 도시한 가열부(20-1)는 외부 열원에 의해 순환되는 액화물을 가열하는 순환 가열 방식을 도시하였고, 도 5에 도시한 가열부(20-1)는 열원이 상기 가압부(20) 내부에 삽입되어 상기 액화물을 가열하는 직접 가열 방식을 도시하였다.
이 때, 순환 가열 방식은 상기 가압부(20)와 파이프로 연결된 열원이 상기 가압부(20)의 하측 외부에 위치되어, 상기 파이프에 형성된 순환밸브(20')의 개방을 통해 액화물이 중력에 의해 별도의 펌프없이 공급될 수 있으며, 상기 열원에 의해 가열된 액화물이 다시 가압부(20)로 이동됨으로써 가열되는 방식을 의미한다.
상기 열교환부(30)는 상기 가압부(20)를 통과한 고온 고압의 액화물이 가열되어 고압 가스로 상태변화되는 구성이다.
상기 열교환부(30)는 다양한 방법을 이용하여 고온 고압의 액화물을 고압 가스로 상태변화되도록 할 수 있으며, 그 일 예로서, 상기 열교환부(30)는 내부에 고온 고압의 액화물이 이송되며, 외부에 상기 고온 고압의 액화물보다 높은 온도를 갖는 증기가 이동되어 서로 열교환에 의해 고온 고압의 액화물이 가열 되거나, 전기를 가열원으로 사용 할 수 있다.
즉, 본원발명의 저온 액화물 가압 송출 장치(1)는 순차적으로 가압부(20) 및 열교환부(30)를 통과하여 저온 저압의 액화물을 고압 가스로 변환함으로써 상기 액화물 탱크(10)를 직접 가압하는 것이 아니며, 이에 따라 액화물 탱크(10)의 내압 설계가 필요치 않으며, 용이하게 저온 저압의 액화물을 고압 가스로 변환 및 연료소모원(80)으로 공급할 수 있다.
본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치(1)는 펌프를 이용하여 액화물(또는 가스)을 이송하는 것이 아니라, 공급밸브(50) 및 조절밸브(60)를 이용한다.
상기 공급밸브(50)는 상기 액화물 탱크(10)와 가압부(20) 사이를 연결하는 연결배관(40) 사이에 형성되어 상기 액화물 탱크(10)로부터 상기 가압부(20)로 공급되는 저온 저압의 액화물 흐름을 조절한다.
상기 조절밸브(60)는 상기 가압부(20)와 열교환부(30) 사이를 연결하는 연결배관(40) 사이에 형성되어 상기 가압부(20)로부터 상기 열교환부(30)로 공급되는 고온 고압의 액화물 흐름을 조절한다.
또한, 본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치(1)는 압력조절부(70)가 형성되어 액화물 탱크(10)와 가압부(20) 사이의 압력평형을 조절하도록 한다.
상기 액화물 탱크(10)에 저장된 저온 저압 액화물은 상기 가압부(20)로 공급되는 흐름을 가져야 하는데, 상기 압력조절부(70)가 구비되어 장치 작동에 의한 내부 압력 변화에 의해 역류가 유발될 수 있는 문제점을 방지한다.
더욱 상세하게, 상기 압력조절부(70)는 상기 액화물 탱크(10)와 가압부(20)를 연결하는 평형배관(71)과, 상기 평형배관(71) 상에 구비되어 서로 압력평형이 이루어지도록 압력을 조절하는 압력평형밸브(72)를 포함한다.
상기 압력평형밸브(72)의 조작에 의해 액화물 탱크(10)와 가압부(20)의 압력평형 조절 시, 상기 액화물 탱크(10) 및 가압부(20)와 연결되는 다른 배관인 연결배관(40)에 형성된 공급밸브(50) 및 조절밸브(60)는 폐쇄된 상태를 유지하여야 한다.
즉, 본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치(1)는 공급밸브(50) 및 조절밸브(60)의 조절에 의해 액화물의 이송이 용이하며, 압력조절부(70)가 부가되어 내부 압력평형 조절이 용이한 장점이 있다.
아울러, 연결배관(40)의 구성은 다양한 위치에 연결될 수 있으며, 도 6에 도시한 저온 액화물 가압 송출 장치(1)는 상기 가압부(20)와 열교환부(30)를 연결하는 연결배관(40)(상기 조절밸브(60)가 형성되는 연결배관(40))은 상기 가압부(20)의 상측에 연결되는 예를 나타내었다.
상기 도 6에 도시한 예는 가압부(20)와 연결배관(40) 사이의 연결이 해제되어 누출이 발생하는 경우에도 액화물이 직접 누출되는 것이 아니라 가스가 누출되도록 하여 피해를 줄일 수 있도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치(1)는 상기 연결배관(40)이 상기 액화물 탱크(10)와 열교환부(30)를 연결하되 내부 일정 영역이 N개로 분기되는 제1 내지 제N연결배관(41~4N)으로 형성되고, 상기 가압부(20), 공급밸브(50) 및 조절밸브(60)가 상기 제1 내지 제N연결배관(41~4N)에 각각 형성될 수 있다. (N은 1 이상의 정수)
더욱 상세하게, 상기 가압부(20)가 상기 제1 내지 제N연결배관(41~4N)에 각각 설치되는 제1 내지 제N가압부(21~2N)를 포함하며, 상기 공급밸브(50)가 상기 액화물 탱크(10)와, 상기 제1 내지 제N연결배관(41~4N) 사이에 각각 설치되는 제1 내지 제N공급밸브(51~5N)를 포함하고, 상기 조절밸브(60)가 상기 제1 내지 제N연결배관(41~4N)과 열교환부(30) 사이에 각각 설치되는 제1 내지 제N조절밸브(61~6N)를 포함하여 형성될 수 있다.
이 때, 상기 압력조절부(70) 역시, 상기 액화물 탱크(10)와 상기 제1 내지 제N가압부(21~2N)의 압력평형이 조절되도록 압력을 조절할 수 있다.
복수개의 가압부(20)가 형성되는 위 실시예는 가압부(20)를 통해 상태변환된 가압 액화물의 양을 증대하여 하나의 열교환부(30)에 공급하도록 할 수 있으며, 순차적 또는 교번 작동에 의해 연속 고압 가스 공급이 가능하도록 할 수도 있다.
구체적인 작동 방법은 아래에서 다시 설명한다.
도 9에 도시한 구성은 N이 2로서, 상기 연결배관(40)이 2개로 분기되어 제1연결배관(41) 및 제2연결배관(42)이 형성된 예를 도시하였다.
상기 가압부(20)는 상기 제1연결배관(41)에 형성되는 제1가압부(21) 및 제2연결배관(42)에 형성되는 제2가압부(22)를 포함하여 형성되며, 상기 공급밸브(50)는 상기 제1연결배관(41)의 제1가압부(21) 전측에 위치되는 제1공급밸브(51) 및 상기 제2연결배관(42)의 제2가압부(22) 전측에 위치되는 제2공급밸브(52)를 포함하여 형성되고, 상기 조절밸브(60)는 상기 제1연결배관(41)의 제1가압부(21) 후측에 위치되는 제1조절밸브(61) 및 상기 제2연결배관(42)의 제2가압부(22) 후측에 위치되는 제2조절밸브(62)를 포함하여 형성된다.
상기 압력조절부(70)는 평형배관(71)이 상기 액화물 탱크(10)와 복수개의 제1 내지 제N가압부(21~2N)와 각각 병렬 연결되며, 상기 압력평형밸브(72)가 각각의 평형배관(71)에 하나씩 대응되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 압력조절부(70)는 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 평형배관(71)의 일측 단부가 상기 액화물 탱크(10)와 단일관으로 연결되며, 타측 단부가 복수개로 분기되어 각각 복수개의 제1 내지 제N가압부(21~2N)와 연결되며, 상기 압력평형밸브(72)가 상기 단일관 및 분기된 영역에 하나씩 대응되도록 형성될 수 있다.
상기 복수개의 가압부(20)가 형성되는 저온 액화물 가압 송출 장치(1)는 저온 저압 액화물의 고온 고압의 액화물로 변환하는 양을 증대할 수 있으며, 연속 고압 가스 공급이 가능하도록 한다.
한편, 상술한 바와 같은 저온 액화물 가압 송출 장치(1)의 작동 방법은 압력평형 조절 단계(S10); 저온 저압 액화물 공급 단계(S20); 가압 단계(S30); 증발 단계(S40); 및 고압 가스 송출 단계(S50)를 포함하며, 상기 압력평형 조절 단계(S10) 내지 고압 가스 송출 단계(S50)가 순차적으로 반복된다.(도 7 내지 도 8d 참조)
상기 압력평형 조절 단계(S10)는 상기 압력조절부(70)의 압력평형밸브(72)를 통해 상기 액화물 탱크(10)와 가압부(20)의 압력평형을 조절하는 단계로서, 도 8a에 도시한 바와 같이, 상기 공급밸브(50) 및 조절밸브(60)는 폐쇄되고, 상기 압력조절부(70)의 압력평형밸브(72)를 조작(개방)하여 액화물 탱크(10)와 가압부(20)의 압력평형을 조절한다.
이 때, 상기 압력평형 조절 단계(S10)에서 개방된 압력평형밸브(72)는 다음 단계인 저온 저압 액화물 공급 단계(S20)　수행 시 원활히 저온 저압 액화물이 공급될 수 있도록 개방된 상태를 유지하며, 상기 저온 저압 액화물 공급 단계(S20)가 완료되면, 폐쇄된다.
상기 저온 저압 액화물 공급 단계(S20)는 상기 조절밸브(60)를 폐쇄하고 공급밸브(50)를 개방하여 상기 가압부(20) 내부에 저온 저압의 액화물을 공급하는 단계로서, 도 8b에 각 밸브의 조작 상태를 나타내었다.
상기 가압 단계(S30)는 상기 저온 저압 액화물 공급 단계(S20)를 완료한 후, 상기 공급밸브(50)를 폐쇄하고, 상기 제1가열부(20-1)에 의해 저온 저압의 액화물이 가열되어 고압 액화물로 상태변화하는 단계이다.
이 때, 밸브의 조작 상태를 도 8c에 나타내었으며, 상기 가압 단계(S30)에서 저온 저압의 액화물은 고온 고압의 액화물로 가압되어야 하므로, 가압부(20)는 외부와 독립적인 공간을 형성하도록 공급밸브(50) 및 조절밸브(60)는 폐쇄된다.
도 8b에 도시한 가압 단계(S40)는 상기 가압부(20)와 파이프로 연결된 열원이 상기 가압부(20)의 하측 외부에 위치되어, 상기 파이프에 형성된 순환밸브(20')의 개방을 통해 액화물이 중력에 의해 별도의 펌프없이 공급될 수 있으며, 열원에 의해 가열된 후, 다시 상기 가압부(20)로 이동되어 혼합된다.
상기 증발 단계(S40)는 상기 조절밸브(60)를 개방하여 상기 가압 단계(S30)를 통해 상태변화된 고압 액화물이 상기 열교환부(30)로 공급하여 고압 가스로 상태변화하는 단계이며, 이 상태를 도 8d에 도시하였다.
상기 고압 가스 송출 단계(S50)는 상기 증발 단계(S40)를 통해 상태변화된 고압 가스가 연료소모원(80)으로 공급되는 단계로서, 상기 열교환부(30)를 통과하여 상태변화된 고압 가스가 이동되는 단계이다.
이 때, 도 6에 도시한 예는 상기 조절밸브(60)의 개방에 의해 상기 증발 단계(S40) 및 고압 가스 송출 단계(S50)가 연속 수행되는 것을 나타내었으며, 이 외에도 본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치(1) 및 작동 방법은 상기 열교환부(30)와 연료소모원(80) 사이에 별도의 밸브가 형성되어 상기 고압 가스 송출 단계(S50)를 조절하도록 할 수도 있다.
또한, 본 발명의 저온 액화물 송출 장치의 작동 방법은 상기 가압부(20)가 하나 형성된 경우에, 상기 고압 가스 송출 단계(S50)에서, 상기 가압부(20) 내부의 저온 저압 액화물 수위가 일정 수위 미만인지 확인하는 가압부 수위 확인 단계(S60); 및 상기 가압부 수위 확인 단계(S60)에서 상기 가압부(20) 내부의 저온 저압 액화물 수위가 일정 수위 미만일 경우, 고압 가스의 송출이 중지됨을 확인하는 송출 종료 확인 단계(S70); 를 포함하며, 상기 송출 종료 확인 단계(S70)에서 고압 가스의 송출 종료가 확인되면, 상기 압력평형 조절 단계(S10)가 수행되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 고압 가스 송출 단계(S50)는 상기 송출 종료 확인 단계(S70)에서 시점은 상기 가압부(20) 수위를 확인하여 상기 열교환부(30)로 공급되는 고온 고압의 액화물 양을 감지함으로써 송출 종료를 확인하며, 고압 가스의 송출 중지를 확인하여 최종 완료된다.
이 때, 상기 송출 종료 확인 단계(S70)는 상기 조절밸브(60)의 폐쇄여부를 통해 확인될 수 있으며, 밸브 작동 상태는 도 8c에 도시한 가압 단계(S30)와 동일하게 조작된다.
이에 따라, 본 발명의 저온 액화물 송출 장치는 가압부(20)의 수위 확인을 통해 다음 저온 저압 액화물의 공급이 필요함을 인지하고, 확실히 송출 종료를 확인하여 압력 평형 조절 단계가 바로 수행될 수 있는 환경을 조성한다.
한편, 도 9에 도시한 바와 같이, 복수개의 제1 내지 제N가압부(21~2N)가 형성되는 경우에는 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이 작동이 수행될 수 있다.
상기 도 10에 도시한 저온 액화물 가압 송출 작동 방법은 가압부(20)가 제1가압부(21) 및 제2가압부(22)가 형성된 예를 나타낸 것으로서, 도 10을 기준으로 설명한다.
먼저, 상기 제1가압부(21) 및 제2가압부(22)의 압력평형 조절 단계(S10)가 수행되고, 동시에 제1가압부(21) 전측에 위치한 제1공급밸브(51)의 개방에 의한 저온 저압 액화물 공급 단계(S21), 및 제2가압부(22) 전측에 위치한 제2공급밸브(52)의 개방에 의한 저온 저압 액화물 공급 단계(S22)가 수행되고, 각각 제1가압부(21)에 의한 가압 단계(S31), 제2가압부(22)에 의한 가압 단계(S32)가 수행되며, 상기 제1가압부(21) 및 제2가압부(22)에 의해 가압된 액화물이 제1조절밸브(61) 및 제2조절밸브(62)의 개방에 의해 상기 열교환부(30)에 공급되어 증발 단계(S40) 및 고압 가스 송출 단계(S50)가 수행된다.
또한, 상기 가압부 수위 확인 단계(S60)는 상기 제1가압부(21) 및 제2가압부(22)의 수위를 모두 확인하여 수행되고, 제1조절밸브(61) 및 제2조절밸브(62)의 폐쇄를 통해 송출 종료 확인 단계(S70)가 수행된다.
도 10에 도시한 예는 열교환부(30)의 처리 용량이 큰 경우에 적합한 예로서, 복수개의 제1 내지 제N가압부(21~2N)가 형성되어 저온 저압의 액화물을 고온 고압의 액화물로 변환하는 양을 증대함으로써 전체 고압 가스 공급량을 증대할 수 있는 장점이 있다.
도 11에 도시한 예는 도 10에 도시한 예와 유사하되, 상기 열교환부(30)로 공급되는 고온 고압 액화물을 복수개의 제N가압부(2N) 중 선택 가능한 예를 나타낸 것으로서, 열교환기로 고온 고압 액화물을 연속 공급하여 고압 가스를 연속 공급 가능한 예를 나타내었다.
이 때, 상기 증발 단계(S40)를 수행하는 고온 고압 액화물의 공급은 복수개의 제N가압부(2N)에 연결된 제N조절밸브(6N)의 조작에 의해 결정될 수 있다.
또한, 상기 가압부 수위 확인 단계(S61, S62) 및 송출 종료 확인 단계(S71, S72) 역시, 각각의 제N가압부(2N) 및 제N조절밸브(6N)에 의해 수행될 수 있다.
즉, 각각의 제1 내지 제N가압부(21~2N)는 개별 조작에 의해 상기 열교환기로 공급되는 순서를 결정할 수 있어, 상기 증발 단계(S40) 및 고압 가스 송출 단계(S50)가 연속 수행 가능하다.
더욱 상세하게, 제1 내지 제N가압부(21~2N) 중 하나에서는 가압 단계(S30)가 수행될 때, 나머지 하나에서는 가압 단계(S30)가 완료된 상태로, 증발 단계(S40)가 수행될 수 있다.
본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치(1)의 작동 방법은 상기 제1 내지 제N가압부(21~2N)의 개수, 처리 용량 및 시간 등을 고려하여 상기 증발 단계(S40)가 연속 수행될 수 있도록 제N공급밸브(5N), 제N조절밸브(6N)를 조절하는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 제1 내지 제N가압부(21~2N)는 순차적 또는 교대로 상기 열교환부(30)에 고온 고압의 액화물을 공급하도록 제어됨으로써, 본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치(1)는 상기 증발 단계(S50) 및 상기 고압 가스 송출 단계(S50)가 정지되지 않고 연속 수행 가능하다.
즉, 본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치(1)의 작동 방법은 연결배관(40)이 N개 형성되며, 가압부(20), 공급밸브(50), 조절밸브(60)가 각 연결배관(40)에 대응되도록 N개 형성됨으로써 고압 가스의 송출 효율을 높일 수 있으며, 연료소모원(80)의 소모 형태를 고려하여 고압 가스의 연속적인 송출이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 저온 액화물 가압 송출 장치(1) 및 그 작동 방법은 가압부(20)에 의해 저온 저압 액화물을 1차 가압하여 고압 액화물로 변환하고, 열교환부(30)에 의해 2차 가압하여 최종 고압 가스로 변환함으로써 고압 가스를 연료소모원(80)으로 송출하는 과정을 반복함에 따라 상기 연료소모원(80)으로 공급되는 가스의 조성 비율이 변화되는 것을 예방할 수 있으며, 공급밸브(50) 및 조절밸브(60)의 조절에 의해 저온 액화물을 용이하게 가압 송출할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 가압장치는 액화물 탱크(10)에 저장된 저온 저압의 액화물을 연료소모원(80)으로 이송하되 둘 이사이 병렬연결되는 연결배관(40); 상기 둘 이상의 연결배관(40) 상에 각각 구비되되, 가열부(20-1)을 포함하여 상기 액화물 탱크(10)로부터 공급받은 저온 및 저압의 액화물을 가압하는 가압부(20)를 포함하며, 가압장치를 구성하는 상기 액화물 탱크(10), 연결배관(40), 가가열부(20-1), 가압부(20)는 상술한 바와 같은 특징을 갖는 것으로, 그 설명은 생략한다. 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 가압 송출 장치
10 : 액화물 탱크
20 : 가압부(21 : 제1가압부, 2N : 제N가압부)
20' : 순환밸브
20-1 : 가열부
30 : 열교환부
40 : 연결배관(41 : 제1공급밸브, 4N : 제N공급밸브)
50 : 공급밸브(51 : 제1공급밸브, 5N : 제N공급밸브)
60 : 조절밸브(61 : 제1조절밸브, 6N : 제N조절밸브)
70 : 압력조절부
71 : 평형배관 72 : 압력평형밸브
80 : 연료소모원
S10 : 압력평형 조절 단계
S20(S21, S22) : 저온 저압 액화물 공급 단계
S30(S31, S32) : 가압 단계
S40 : 증발 단계
S50 : 고압 가스 송출 단계
S60(S61, S62) : 가압부 수위 확인 단계
S70(S71, S72) : 송출 종료 확인 단계

Claims (10)

  1. 저온 및 저압의 액화물이 저장되는 액화물 탱크(10);
    상기 액화물 탱크(10)로부터 공급받은 저온 및 저압의 액화물이 가열부(20-1)에 의해 가열되어 고온 고압의 액화물로 상태변화되는 가압부(20); 및
    상기 액화물 탱크(10), 및 가압부(20)를 연결하는 연결배관(40); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 액화물 가압 송출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액화물 가압 송출 장치(1)는
    상기 액화물 탱크(10)와 가압부(20) 사이를 연결하는 평형배관(71)과, 상기 평형배관(71) 상에 구비되어 서로 압력평형이 이루어지도록 압력을 조절하는 압력평형밸브(72)를 포함하는 압력조절부(70); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 액화물 가압 송출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액화물 가압 송출 장치(1)는
    상기 가압부(20)를 통과한 고온 고압의 액화물이 가열되어 고압 가스로 상태변화되는 열교환부(30);
    상기 액화물 탱크(10)와 가압부(20) 사이를 연결하는 연결배관(40) 사이에 형성되는 공급밸브(50); 및
    상기 가압부(20)와 열교환부(30) 사이를 연결하는 연결배관(40) 사이에 형성되는 조절밸브(60); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 액화물 가압 송출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가압부(20)의 가열부(20-1)는,
    상기 가압부(20)와 파이프로 연결된 열원이 상기 가압부(20) 외부에 위치되어 순환밸브(20')의 조작에 의해 상기 파이프를 통해 순환되는 액화물을 가열하는 순환 가열 방식, 또는
    열원이 상기 가압부(20) 내부에 삽입되어 상기 액화물을 가열하는 직접 가열 방식인 것을 특징으로 하는 저온 액화물 가압 송출 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 열교환부(30)는 상기 고온 고압의 액화물보다 높은 온도를 갖는 증기또는 전기에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 저온 액화물 가압 송출 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 저온 액화물 가압 송출 장치(1)는
    상기 연결배관(40)이 상기 액화물 탱크(10)와 열교환부(30)를 연결하되 내부 일정 영역이 N개로 분기되는 제1 내지 제N연결배관(41~4N)으로 형성되고,
    상기 가압부(20)가 상기 제1 내지 제N연결배관(41~4N)에 각각 설치되는 제1 내지 제N가압부(21~2N)를 포함하며,
    상기 공급밸브(50)가 상기 액화물 탱크(10)와, 상기 제1 내지 제N연결배관(41~4N) 사이에 각각 설치되는 제1 내지 제N공급밸브(51~5N)를 포함하고,
    상기 조절밸브(60)가 상기 제1 내지 제N연결배관(41~4N)과 열교환부(30) 사이에 각각 설치되는 제1 내지 제N조절밸브(61~6N)를 포함하며,
    상기 압력조절부(70)가 상기 액화물 탱크(10)와 상기 제1 내지 제N가압부(21~2N)의 압력평형이 이루어지도록 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 저온 액화물 가압 송출 장치.
    (N은 1 이상의 정수)
  7. 제3항 내지 제6항 중 선택되는 어느 한 항에 따른 저온 액화물 가압 송출 장치(1)의 작동 방법에 있어서,
    압력조절부(70)의 압력평형밸브(72)를 통해 액화물 탱크(10)와 가압부(20)의 압력평형을 조절하는 압력평형 조절 단계(S10);
    조절밸브(60)를 폐쇄하고 공급밸브(50)를 개방하여 상기 가압부(20) 내부에 저온 저압의 액화물을 공급하는 저온 저압 액화물 공급 단계(S20);
    상기 공급밸브(50)를 폐쇄하고, 상기 가열부(20-1)에 의해 저온 저압의 액화물이 가열되어 고압 액화물로 상태변화하는 가압 단계(S30);
    상기 조절밸브(60)를 개방하여 상기 가압 단계(S30)를 통해 상태변화된 고압 액화물이 상기 열교환부(30)로 공급하여 고압 가스로 상태변화하는 증발 단계(S40); 및
    상기 증발 단계(S40)를 통해 상태변화된 고압 가스가 연료소모원(80)으로 공급되는 고압 가스 송출 단계(S50); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 액화물 가압 송출 장치(1)의 작동 방법.

  8. 제7항에 있어서,
    상기 고압 가스 송출 단계(S50)에서,
    상기 가압부(20) 내부의 저온 저압 액화물 수위가 일정 수위 미만인지 확인하는 가압부 수위 확인 단계(S60); 및
    상기 가압부 수위 확인 단계(S60)에서 상기 가압부(20) 내부의 저온 저압 액화물 수위가 일정 수위 미만일 경우, 고압 가스의 송출이 중지됨을 확인하는 송출 종료 확인 단계(S70); 를 포함하며,
    상기 송출 종료 확인 단계(S70)에서 고압 가스의 송출 종료가 확인되면, 상기 압력평형 조절 단계(S10)가 수행되는 것을 특징으로 하는 저온 액화물 가압 송출 장치(1)의 작동 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압력평형 조절 단계(S10) 내지 고압 가스 송출 단계(S50)는 순차적으로 반복되는 것을 특징으로 하는 저온 액화물 가압 송출 장치(1)의 작동 방법.
  10. 액화물 탱크(10)에 저장된 저온 저압의 액화물을 연료소모원(80)으로 이송하되 둘 이상이 병렬연결되는 연결배관(40);
    상기 둘 이상의 연결배관(40) 상에 각각 구비되되, 가열부(20-1)를 포함하여 상기 액화물 탱크(10)로부터 공급받은 저온 및 저압의 액화물을 가압하는 가압부(20)를 포함하는 가압장치.
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