KR101368379B1 - 초저온 액화가스 저장탱크 시스템 및 이를 위한 자동 유로 전환 밸브 - Google Patents

초저온 액화가스 저장탱크 시스템 및 이를 위한 자동 유로 전환 밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유지보수가 보다 편리하며 배관의 길이를 최소화할 수 있으며 초저온 액화가스 저장탱크 내부의 기상의 액화가스의 압력을 자동으로 조절할 수 있는 초저온 액화가스 저장탱크 시스템 및 이를 위한 자동 유로 전환 밸브를 제공하게 된다.

Description

초저온 액화가스 저장탱크 시스템 및 이를 위한 자동 유로 전환 밸브{CRYOGENIC STORAGE TANK SYSTEM AND AUTO FLOW PATH SELECTOR VALVE THEREFOR}
본 발명은 질소가스 혹은 천연가스와 같이 끓는점이 매우 낮은 가스를 보관할 수 있는 초저온 액화가스 저장탱크에 관련되는 기술이며, 특히 초저온 액화가스 저장탱크 내부의 기상 액화가스의 압력을 자동으로 조절할 수 있는 기술이다.
끓는점이 지극히 낮은 가스는 수송이나 보관시에는 액화시킨 상태로 유지하게 되며, 이를 위해 초저온 저장탱크가 사용된다. 보통 초저온 저장탱크는 단열재로 둘러싸여져 열출입이 억제되도록 한다. 하지만 완벽하게 열출입을 차단할 수 없기 때문에 자연적으로 초저온 저장탱크에 저장된 액화가스는 부분적으로 기화되어 기상의 액화가스가 존재하게 되며, 이를 비오지(Boil-Off Gas, 이하 BOG라고 함)라고 한다.
초저온 저장탱크에 내부 상부에 발생되는 비오지의 압력은, 초저온 저장탱크에 채울 수 있는 액상 액화가스의 양과 반비례하는 관계이므로, 규정된 압력 이하로 유지되도록 적절히 제어되어야 한다.
이를 위해 보통 특정 압력 이상이 되면 기상의 액화가스를 배출시켜서 재 액화한 후 초저온 저장탱크로 되돌려 보내거나, 기상의 액화가스를 연료로 사용하기도 한다.
종래기술로 대한민국 등록특허번호 제10-0806569호의 "LNG BOG 재액화 장치 및 방법"에 관한 기술이 있으며, LNG 운반선의 저장탱크에서 발생되는 증발가스(BOG)를 재액화하도록 하는 장치가 개시되어 있다.
한편 첨부되는 도 1은 종래기술로서 초저온 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생되는 BOG의 처리장치를 보여준다.
상하로 길이가 길게 형성되며 수직으로 세워진 초저온 저장탱크(10)가 마련되며, 초저온 저장탱크(10) 내부에 일정 수위 이하로 액상의 액화가스가 저장된다. 초저온 저장탱크에 저장되는 액화가스로는 N2 가스를 예로 들 수 있다.
액화질소는 대기 압력하에서 －196℃에서 액체로 존재하게 된다.
초저온 저장탱크(10)에 저장된 액상의 액화가스를 필요시 배출시켜서 사용하기 위한 제1배출관(20)이 마련되며, 제1배출관(20)에는 기화기(40)가 연결된다.
아울러 기화된 기상의 액화가스를 배출시키기 위한 제2배출관(30)이 마련된다.
제2배출관(30)에는 초저온 저장탱크(10)의 내부 압력이 규정치 이상이 될 때 자동적으로 기상의 액화가스를 배출시킬 수 있도록 하기 위한 이코노마이져(economizer)(31)가 마련된다.
이코노마이져(31)가 초저온 저장탱크(10) 내부 압력 변화에 따라 개폐되기 위하여, 초저온 저장탱크(10) 측의 단부가 제1배출관(20)측의 단부보다 일정 압력 이상이 될 경우 이코노마이져(31)는 열리게 되며, 그렇지 않을 경우 이코노마이져(31)는 닫히게 된다.
이코노마이져(31)가 열리게 되면 기상의 액화가스가 제2배출관(30)을 통하여 유동하면서 제1배출관(20)을 거쳐 기화기(40)로 흘러나가게 된다.
한편 이코노마이져(31)가 초저온 저장탱크(10) 측의 단부와 제1배출관(20)측의 단부와의 압력차에 따라 작동하기 위하여는 제1배출관(20)이 액상 액화가스의 수위보다 높은 지점을 지나도록 하여 제1배출관(20) 내부에 액상 액화가스의 수위에 해당하는 지점의 압력보다 낮은 압력을 가진 부위가 나타나도록 설계하고 그 부위와 초저온 저장탱크(10) 측의 단부와의 압력차이에 의하여 이코노마이져(31)가 작동되도록 설계한다.
이와 같은 설계 기법에 의할 경우 이코노마이져(31)는 통상 초저온 저장탱크(10)의 상단부에 배치되어야 하나, 이는 이코노마이져(31)의 유지 보수를 어렵게 한다는 문제를 일으킨다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 도 2와 같은 종래 기술이 사용되고 있다.
도 2 또한 도 1과 마찬가지로 초저온 저장탱크(10), 제1배출관(20), 제2배출관(30), 이코노마이져(31), 기화기(40)로 구성되어 있다.
도 2에서 초저온 저장탱크(10), 제1배출관(20), 기화기(40)의 구성 및 배치는 도 1과 동일하다.
그러나 도 2에서 이코노마이져(31)는 유지 보수의 문제를 편리하게 하기 위하여 지상에 인접하게 설치된다. 즉 도 1에서 이코노마이져(31)는 초저온 저장탱크(10)의 상단 위에 설치되나, 도 2에서 이코노마이져(31)는 초저온 저장탱크(10)의 하단 높이 부위에 설치된다.
이와 같은 배치를 위하여 도 2에서 제2배출관(30)은 초저온 저장탱크(10)의 상단에서부터 시작하여 수직 하부 방향으로 연장된 후 이코노마이져(31)와 만난 후 다시 수직 상부 방향으로 연장된 후 제1배출관(20)과 연결되는 구조이다.
도 2의 배치는 이코노마이져(31)의 유지 보수가 편리하다는 장점이 있지만, 배관이 매우 복잡하고 또한 배관이 길어진다는 문제를 발생시키며, 이로 인하여 배관을 고정하기 위한 지지대 등의 잡자재가 매우 많이 설치되어야 한다는 문제를 발생시킨다.
초저온 저장탱크(10)의 높이를 10M라고 가정할 경우, 수직 방향을 따라 연장되는 배관의 길이는 다음과 같다.
도 1에서 제1배출관(20)은 초저온 저장탱크(10)의 하단에서 상단까지 연장되는 길이 10M와, 초저온 저장탱크(10)의 상단에서 하단까지 연장되는 길이 10M, 총 20M를 필요로 한다.
도 2에서 제1배출관(20)은 초저온 저장탱크(10)의 하단에서 상단까지 연장되는 길이 10M와, 초저온 저장탱크(10)의 상단에서 하단까지 연장되는 길이 10M, 총 20M를 필요로 하며, 아울러 제2배출관(30)은 초저온 저장탱크(10)의 상단에서 하단까지 연장되는 길이 10M와, 초저온 저장탱크(10)의 하단에서 상단까지 연장되는 길이 10M, 총 20M를 필요로 하여, 제1배출관(20)과 제2배출관(30)의 합은 40M가 된다.
즉 도 2의 배치 구조는 도 1의 배치 구조에 비하여 총 20M (40M - 20M)의 배관 길이가 더 필요하게 되며, 이에 따라 배관을 지지하기 위한 서포트 등의 잡자재 및 이를 위한 설치 작업이 필요하게 된다.
아울러 도 1 및 도 2의 종래 기술에 의할 경우 이코노마이져(31)는 초저온 저장탱크(10) 측의 단부와 제1배출관(20)측의 단부와의 압력차에 따라 작동하게 되는데, 초저온 저장탱크(10) 내부에 액상 액화가스가 가득 차있을 경우 이때는 차압이 거의 발생하지 않게 되어 기상 액화가스의 압력이 상승하는 경우에도 이코노마이져(31)가 작동하지 않을 가능성이 높으며, 또한 이코노마이져(31)가 작동하는 경우에도 기상 액화가스의 방출이 적어 압력 강하가 제대로 이루어지지 않아 결국 안전밸브를 통하여 기상 액화가스를 대기에 배출하게 된다는 문제가 있다.
1. 대한민국 등록특허번호 제10-0806569호(2008.02.18 등록)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 유지보수가 보다 편리하며 배관의 길이를 최소화할 수 있으며 초저온 액화가스 저장탱크 내부의 기상의 액화가스의 압력을 자동으로 조절할 수 있는 초저온 액화가스 저장탱크 시스템 및 이를 위한 자동 유로 전환 밸브를 제공하고자 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 수직으로 세워지게 배치되며, 액화가스가 저장되는 초저온 저장탱크 ; 일단이 상기 초저온 저장탱크의 하부에 연결되어 액상의 액화가스가 배출되도록 마련되는 제1배출관 ; 일단이 상기 초저온 저장탱크의 상부에 연결되어 기상의 액화가스의 유동로로서 기능하는 제2기상관 ; 일단이 상기 제2기상관의 타단에 연결되어 기상의 액화가스가 배출되도록 마련되는 제3배출관 ; 일단이 상기 제2기상관의 타단에 마련되어 승압용 액화가스의 유동로로서 기능하는 제4승압관 ; 상기 제4승압관의 중간부에 마련되는 보조 기화기 ; 상기 제1배출관의 타단과 연결되는 제1입구와, 상기 제3배출관의 타단과 연결되는 제2입구와, 외부의 메인 기화기와 연결되는 제1출구와, 상기 제4승압관의 타단과 연결되는 제2출구가 형성되는 밸브 본체와, 상기 제1입구에 걸리는 압력 및 상기 제2입구에 걸리는 압력에 따라 i) 상기 제1입구와 상기 제1출구는 서로 연통되며 상기 제1입구와 상기 제2출구는 서로 연통되며 상기 제2입구와 상기 제1출구는 서로간의 연통이 차단되는 승압 모드, ii) 상기 제1입구와 상기 제1출구는 서로 연통되며 상기 제1입구와 상기 제2출구는 서로간의 연통이 차단되며 상기 제2입구와 상기 제1출구는 서로간의 연통이 차단되는 액상 배출모드, iii) 상기 제2입구와 상기 제1출구는 서로 연통되며 상기 제1입구는 상기 제1출구 및 상기 제2출구와의 연통이 차단되는 감압 모드 중 어느 하나의 모드로 전환하는 유로전환부재를 포함하여 이루어지는 자동 유로 전환 밸브 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서, 상기 제1배출관은 상기 초저온 저장탱크의 상단 높이보다 낮은 높이에서만 배치되며 ; 상기 제2기상관은, 상하 방향으로 연장되는 상하 연장부와, 상기 상하 연장부와 상기 초저온 저장탱크의 상부를 연결하는 상단부와, 상기 상하 연장부와 상기 제3배출관 및 상기 제4승압관을 연결하는 하단부로 구분되며 ; 상기 제2기상관의 상단부는 상기 초저온 저장탱크의 하단 높이보다 높은 높이에서만 배치되며 ; 상기 제2기상관의 하단부는 상기 초저온 저장탱크의 상단 높이보다 낮은 높이에서만 배치되는 것 ; 이 바람직하다.
본 발명의 다른 사상으로, 초저온 액화가스 저장탱크용 자동 유로 전환 밸브에 있어서 : 액상의 액화가스가 유입되는 제1입구와, 상기 제1입구와 연통되는 제1입구실과, 기상의 액화가스가 유입되는 제2입구와, 상기 제1입구실의 상부에 형성되는 제1출구실과, 상기 제1출구실과 연통되는 제1출구와, 상기 제1입구실의 하부에 형성되는 제2출구실과, 상기 제2출구실과 연통되는 제2출구와, 상기 제1출구실의 일측에 형성되며 상기 제2입구와 연통되는 제2입구실과, 상기 제1출구실의 상부에 형성되는 스프링실을 포함하여 이루어지는 밸브 본체 ; 상기 제1입구에 걸리는 압력 및 상기 제2입구에 걸리는 압력에 따라 i) 상기 제1입구와 상기 제1출구는 서로 연통되며 상기 제1입구와 상기 제2출구는 서로 연통되며 상기 제2입구와 상기 제1출구는 서로간의 연통이 차단되는 승압 모드, ii) 상기 제1입구와 상기 제1출구는 서로 연통되며 상기 제1입구와 상기 제2출구는 서로간의 연통이 차단되며 상기 제2입구와 상기 제1출구는 서로간의 연통이 차단되는 액상 배출모드, iii) 상기 제2입구와 상기 제1출구는 서로 연통되며 상기 제1입구는 상기 제1출구 및 상기 제2출구와의 연통이 차단되는 감압 모드 중 어느 하나의 모드로 전환하는 유로전환부재 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서, 상기 유로전환부재는, 상기 스프링실과 상기 제1출구실 사이에 마련되어 상기 제1출구실의 상단부를 밀폐하는 멤브레인과, 상기 스프링실에 마련되어 상기 멤브레인에 하방향의 탄성력을 인가하는 메인 스프링과, 상단이 상기 멤브레인에 고정되되 적어도 하단이 상기 제1입구실까지 연장되며 상기 멤브레인의 상하 이동에 따라 이와 연동하여 상하로 이동가능하게 마련되는 메인 로드와, 상기 제1입구실에 위치되며 상기 메인 로드에 고정되어 상기 메인 로드의 상하 이동에 따라 상기 제1입구실과 상기 제1출구실간의 개폐를 조절하게 되는 제1밸브체와, 상기 제2출구실에 상하로 이동가능하게 마련되며 제2스프링에 의하여 상방향으로 탄성지지되며 상기 메인 로드의 하방향 이동에 따라 상기 메인 로드로부터 하방향의 압력을 받게 되어 상기 제1입구실과 상기 제2출구실간의 개폐를 조절하게 되는 제2밸브체와, 상기 제2입구실과 상기 제1출구실 사이에서 상기 제2입구실에 걸리는 압력이 높아지면 상기 제2입구실과 상기 제1출구실 사이가 연통되도록 마련되는 제3밸브체를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명은 자동 유로 전환 밸브가 지면에 인접하여 설치되어 그 유지보수가 매우 편리하며, 또한 필요한 배관의 길이를 최소화할 수 있으며, 배관의 길이가 최소화됨에 따라 이에 필요한 배관 지지대 등의 잡자재 및 그 설치 작업이 불필요하게 되어 매우 경제적이며, 아울러 초저온 액화가스 저장탱크 내부의 기상의 액화가스의 압력을 자동으로 조절할 수 있는 초저온 액화가스 저장탱크 시스템을 제공하게 된다.
또한 본 발명은 순수하게 기상 액화가스의 압력 혹은 액상 액화가스의 압력에 따라 자동 유로 전환 밸브가 작동되며, 기상 액화가스와 액상 액화가스의 압력차이를 이용하지 않기 때문에, 액상 액화가스가 저장탱크에 가득 찬 경우에도 자동 유로 전환 밸브는 정상적인 작동이 가능하게 되며, 따라서 종래의 안전밸브를 통한 기상 액화가스의 배출 문제를 완벽히 해결할 수 있다.
도 1은 종래기술로서 초저온 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생되는 BOG의 처리장치에 대한 개념도,
도 2는 다른 종래기술로서 초저온 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생되는 BOG의 처리장치에 대한 개념도,
도 3a는 본 발명에 따른 일 실시예인 초저온 액화가스 저장탱크 시스템의 개념도로서 승압 모드인 경우의 작동도,
도 3b는 도 3a가 액상 배출모드인 경우의 작동도,
도 3c는 도 3a가 감압 모드인 경우의 작동도,
도 4는 도 3a의 자동 유로 전환 밸브의 정면도,
도 5는 도 3a의 자동 유로 전환 밸브의 측면도,
도 6 및 도 7은 승압 모드인 경우의 자동 유로 전환 밸브의 정면 단면도 및 측면 단면도,
도 8 및 도 9는 액상 배출모드인 경우의 자동 유로 전환 밸브의 정면 단면도 및 측면 단면도,
도 10 및 도 11은 감압 모드인 경우의 자동 유로 전환 밸브의 정면 단면도 및 측면 단면도.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 3a는 본 발명에 따른 일 실시예인 초저온 액화가스 저장탱크 시스템의 개념도로서 승압 모드인 경우의 작동도이며, 도 3b는 도 3a가 액상 배출모드인 경우의 작동도이며, 도 3c는 도 3a가 감압 모드인 경우의 작동도이며, 도 4는 도 3a의 자동 유로 전환 밸브의 정면도이며, 도 5는 도 3a의 자동 유로 전환 밸브의 측면도이며, 도 6 및 도 7은 승압 모드인 경우의 자동 유로 전환 밸브의 정면 단면도 및 측면 단면도이며, 도 8 및 도 9는 액상 배출모드인 경우의 자동 유로 전환 밸브의 정면 단면도 및 측면 단면도이며, 도 10 및 도 11은 감압 모드인 경우의 자동 유로 전환 밸브의 정면 단면도 및 측면 단면도이다.
본 발명에 의한 초저온 저장탱크 시스템은 기존의 기술보다 유지보수가 편리하며 배관의 길이를 줄일 수 있다는 장점을 가지고 있다.
보다 구체적으로 본 발명은 초저온 저장탱크(100)와, 제1배출관(110)과, 제2기상관(120)과, 제3배출관(130)과, 제4승압관(140)과, 자동 유로 전환 밸브(200)를 포함하여 이루어진다.
초저온 저장탱크(100)에 액화가스가 저장되며, 단열재로 감싸여져 있어 액화가스를 적정한 온도로 유지할 수 있도록 이루어진다. 초저온 저장탱크(100)에 저장되는 액화가스로는 액화질소, 액화천연가스와 같은 것이며, 초저온 저장탱크(100)는 상하 방향으로 길다란 형상을 가지며, 아울러 수직으로 세워지게 배치된다.
초저온 저장탱크(100)에 액화가스는 소정의 수위만큼 저장되며, 초저온 저장탱크(100)에 저장되는 액화가스는 자연적으로 증발되어 초저온 저장탱크(100)의 상부에는 기상의 액화가스가 존재하게 된다. 초저온 저장탱크(100) 내부에 형성되는 기상의 액화가스에 의해 초저온 저장탱크(100) 내부 압력이 증가하게 되는데, 초저온 저장탱크 내부 압력은 적절하게 조절될 필요가 있다.
즉, 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력이 제1기준값보다 높으면 감압이 이루어지도록 해야 하며, 제2기준값보다 낮으면 승압이 이루어지도록 하여야 한다. 이때 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력을 조절할 수 있도록 하면서도 기상의 액화가스를 폐기하지 않고 사용이 가능하도록 할 필요가 있다.
이에 본 발명은 제1배출관(110), 제2기상관(120), 제3배출관(130), 제4승압관(140) 및 자동 유로 전환 밸브(200)를 이용하여 배관의 길이를 줄이면서도 유지보수가 간편하고 기상의 액화가스를 재활용할 수 있도록 하는 기술을 제공하게 된다.
초저온 저장탱크(100)의 하부에 제1배출관(110)이 연결되며, 제1배출관(110)의 일단은 초저온 저장탱크(100)의 하부에 연결된 후 지면을 따라 연장되고, 제1배출관(110)을 통해서 액상의 액화가스가 배출될 수 있다.
언급된 종래기술과 비교하면 제1배출관(110)의 길이는 획기적으로 짧아질 수 있다. 종래기술의 경우 초저온 저장탱크(100)에 저장된 액화가스의 수두압을 이용해야 했기 때문에 제1배출관(110)을 초저온 저장탱크(100)의 상부로 연장한 후 다시 지면 근처로 내려야만 했었다.
하지만 본 발명에서는 초저온 저장탱크(100)의 하단 부위에 제1배출관(110)을 연결함으로써 제1배출관(110)이 초저온 저장탱크(100)의 상부로 연장된 후 다시 하강할 필요가 없기 때문에 그 길이를 대폭적으로 줄일 수 있다는 효과가 있다.
초저온 저장탱크(100)의 내부 상측에 모이게 되는 기상의 액화가스를 배출시키기 위하여 제2기상관(120) 및 제3배출관(130)이 마련된다.
제2기상관(120)의 일단은 초저온 저장탱크(100)의 상부에 연결된 후 지면 근처로 연장되게 배치되며, 제2기상관(120)의 타단에 제3배출관(130)의 일단이 연결된다.
제2기상관(120)은 기상의 액화가스의 유동로로서 기능하며, 아울러 제3배출관(130)은 기상의 액화가스가 배출되는 통로로서 이용된다.
한편 제2기상관(120)의 타단에 제4승압관(140)의 일단이 연결된다.
제4승압관(140)은 승압용 액화가스의 유동로로서 기능하며, 제4승압관(140)에는 보조 기화기(141)가 마련되어 액상의 액화가스를 기상의 액화가스로 기화시키게 된다.
이와 같이 제2기상관(120)의 타단은 분기되어 제3배출관(130)과 제4승압관(140)이 각각 연결되는 형태이다.
제1배출관(110)과 제3배출관(130)과 제4승압관(140)의 타단은 각각 자동 유로 전환 밸브(200)에 연결된다.
자동 유로 전환 밸브(200)는 두 개의 입구(201, 202)와 두 개의 출구(203, 204)를 갖는 밸브이며, 제1배출관(110)이 어느 하나의 입구인 제1입구(201)와 연결되고 제3배출관(130)은 또 하나의 입구인 제2입구(202)와 연결되며, 제4승압관(140)은 어느 하나의 출구인 제2출구(204)와 연결된다.
한편 자동 유로 전환 밸브(200)의 제1출구(203)에는 메인 기화기(150)가 연결될 수 있다. 메인 기화기(150)는 저온인 액상 혹은 기상 액화가스를 적당한 온도로 가온시키기 위한 일종의 열교환기와 같은 것이다.
자동 유로 전환 밸브(200)는 밸브 본체에 제1,2입구(201, 202)와 제1,2출구(203, 204)가 형성되며, 밸브 본체에 유로전환부재가 마련되어 제1입구(201)에 걸리는 압력 및 제2입구(202)에 걸리는 압력에 따라 유로전환부재가 작동하여, i) 제1입구(201)와 제1출구(203)는 서로 연통되며 제1입구(201)와 제2출구(204)는 서로 연통되며 제2입구(202)와 제1출구(203)는 서로간의 연통이 차단되는 승압 모드, ii) 제1입구(201)와 제1출구(203)는 서로 연통되며 제1입구(201)와 제2출구(204)는 서로간의 연통이 차단되며 제2입구(202)와 제1출구(203)는 서로간의 연통이 차단되는 액상 배출모드, iii) 제2입구(202)와 제1출구(203)는 서로 연통되며 제1입구(201)는 제1출구(203) 및 제2출구(204)와의 연통이 차단되는 감압 모드 중 어느 하나의 모드로 전환하게 된다.
또한 자동 유로 전환 밸브(200)의 밸브 본체에는, 제1입구(201)와 연통되는 제1입구실(210)과, 제1입구실(210)의 상부에 형성되며 제1출구(203)와 연통되는 제1출구실(230)과, 제1입구실(210)의 하부에 형성되며 제2출구(204)와 연통되는 제2출구실(240)과, 제1출구실(230)의 일측에 형성되며 제2입구(202)와 연통되는 제2입구실(220)과, 제1출구실(230)의 상부에 형성되는 스프링실(250)이 형성된다.
또한 유로전환부재는, 멤브레인(261), 메인 스프링(262), 메인 로드(263), 제1밸브체(264), 제2밸브체(266), 제3밸브체(268) 등으로 이루어진다.
멤브레인(261)은 스프링실(250)과 제1출구실(230) 사이에 마련되어 제1출구실(230)의 상단부를 밀폐하게 된다.
스프링실(250)에는 메인 스프링(262)이 마련되어 멤브레인(261)에 하방향의 탄성력을 인가하게 된다.
상기와 같은 구조에 의하여 멤브레인(261)은 제1출구실(230)에 걸리는 압력과 메인 스프링(262)의 탄성력의 차이에 따라 상하로 이동하게 된다.
물론 멤브레인(261)의 하부는 제1출구실(230)에 걸리는 압력과 동일한 압력이 걸릴 수 있도록 제1출구실(230)과 연통되어 있는 상태이다.
상기와 같은 멤브레인(261)의 하부에 메인 로드(263)가 마련된다.
메인 로드(263)는 상단이 멤브레인(261)에 고정되되 적어도 하단이 제1입구실(210), 바람직하게는 제2출구실(240)까지 연장되며 멤브레인(261)의 상하 이동에 따라 멤브레인(261)과 연동하여 상하로 이동가능하게 마련된다.
메인 로드(263)에 제1밸브체(264)가 고정되되, 제1밸브체(264)는 제1입구실(210)에 위치된다.
제1밸브체(264)는 메인 로드(263)의 상하 이동에 따라 제1입구실(210)과 제1출구실(230)간의 개폐를 조절하게 된다.
아울러 제1입구실(210)에는 제1밸브체(264)에 상방향의 탄성력을 인가하게 되는 제1스프링(265)이 마련된다.
제2출구실(240)에 제2밸브체(266)가 상하로 이동가능하게 마련된다.
제2밸브체(266)는 제2출구실(240)에 마련된 제2스프링(267)에 의하여 상방향으로 탄성지지되어 있다. 따라서 제2밸브체(266)는 외력이 없을 경우 제1입구실(210)과 제2출구실(240)간의 연통을 차단하게 된다.
아울러 제2밸브체(266)는 메인 로드(263)의 하방향 이동에 따라 메인 로드(263)로부터 하방향의 압력을 받게 되어 제1입구실(210)과 제2출구실(240)이 서로 연통되도록 그 개폐 정도를 조절하게 된다.
제2입구실(220)과 제1출구실(230) 사이에는 제3밸브체(268)가 마련된다.
제3밸브체(268)는 제3스프링(269)에 의하여 외력이 없을 경우 제2입구실(220)과 제1출구실(230)간의 연통이 차단되도록 하며, 제2입구실(220)에 걸리는 압력이 높아지면 제2입구실(220)과 제1출구실(230) 사이가 연통되도록 그 개폐 정도가 조절된다.
이와 같은 자동 유로 전환 밸브(200)의 작동을 설명한다.
먼저 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력이 제2기준값보다 낮은 경우를 도 3a 및 도 6 및 도 7을 참고하여 설명한다.
초저온 저장탱크(100)의 내부 압력은 내부의 기상 액화가스의 압력에 따라 결정되며, 따라서 내부 압력이 낮을 경우 기상 액화가스의 압력을 승압시킬 필요가 있다.
기상 액화가스의 압력이 낮으므로 제2기상관(120) 및 제3배출관(130)과 연결된 자동 유로 전환 밸브(200)의 제2입구(202)의 압력이 낮으므로 제3밸브체(268)는 열리지 않게 되며, 따라서 제2입구실(220)과 제1출구실(230)간의 연통이 차단된다.
아울러 제1출구실(230)에 낮은 압력이 걸리므로 멤브레인(261)이 하부로 이동하며 이와 연동하여 메인 로드(263)가 하부로 이동하며, 메인 로드(263)에 고정된 제1밸브체(264)가 하부로 이동하며, 메인 로드(263)의 하단부의 하방향 이동에 의하여 제2밸브체(266)가 하부로 이동하여, 제1입구실(210)은 제1출구실(230) 및 제2출구실(240) 모두와 연통된다.
이와 같은 과정에 의하여 자동 유로 전환 밸브(200)는, 제1입구(201)와 제1출구(203)는 서로 연통되며 제1입구(201)와 제2출구(204)는 서로 연통되며 제2입구(202)와 제1출구(203)는 서로간의 연통이 차단되는 승압 모드로 변환된다.
따라서 도 3a에서 확인되는 바와 같이 제1배출관(110)으로 배출되는 액상의 액화가스의 일부는 제1출구(203)를 거쳐 메인 기화기(150)를 지나면서 기화되어 외부로 배출되는 한편, 제1배출관(110)으로 배출되는 액상의 액화가스의 일부는 제2출구(204)를 거쳐 제4승압관(140)의 보조 기화기(141)에서 기화된 후 제2기상관(120)을 거쳐 초저온 저장탱크(100)의 내부로 유입된다.
이에 의하여 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력이 상승하게 된다.
다음으로 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력이 제2기준값과 제1기준값 사이인 경우를 도 3b 및 도 8 및 도 9를 참고하여 설명한다.
초저온 저장탱크(100)의 내부 압력은 제2기준값과 제1기준값 사이인 경우 액상의 액화가스가 메인 기화기(150)로 배출되는 것으로 충분하다.
기상 액화가스의 압력이 여전히 제1기준값보다 낮으므로 제2기상관(120) 및 제3배출관(130)과 연결된 자동 유로 전환 밸브(200)의 제2입구(202)의 압력이 낮으므로 제3밸브체(268)는 열리지 않게 되며, 따라서 제2입구실(220)과 제1출구실(230)간의 연통이 차단된다.
아울러 제1출구실(230)에 낮은 압력이 걸리므로 멤브레인(261)이 하부로 이동하려고 한다.
그러나 비교적 높은 압력의 액상의 액화가스가 제1입구(201)로 유입되므로, 제1입구실(210)의 압력이 상승하며 이에 따라 제1밸브체(264)가 액상의 액화가스로부터 상방향의 압력을 받게 되어 제1밸브체(264)가 고정된 메인 로드(263)는 상부로 이동하려고 한다.
이와 같이 멤브레인(261)이 받는 압력과 제1밸브체(264)가 받는 압력에 의하여 메인 로드(263)는 중간 정도의 높이에 위치하게 된다. 이때 메인 로드(263)는 제2밸브체(266)에 하방향의 압력을 인가하지 않게 된다.
따라서 제2밸브체(266)는 제2스프링(267)의 탄성력에 의하여 상부로 이동하여 제1입구실(210)과 제2출구실(240)간의 연통은 차단된다.
한편 제1밸브체(264)는 제1입구실(210)과 제1출구실(230)간의 연통을 허용하는 상태를 유지하게 된다.
이와 같은 과정에 의하여 자동 유로 전환 밸브(200)는, 제1입구(201)와 제1출구(203)는 서로 연통되며 제1입구(201)와 제2출구(204)는 서로간의 연통이 차단되며 제2입구(202)와 제1출구(203)는 서로간의 연통이 차단되는 액상 배출모드로 변환된다.
따라서 도 3b에서 확인되는 바와 같이 제1배출관(110)으로 배출되는 액상의 액화가스 전부는 제1출구(203)를 거쳐 메인 기화기(150)를 지나면서 기화되어 외부로 배출된다. 이는 정상적인 작동 과정이다.
다음으로 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력이 제1기준값보다 큰 경우를 도 3c 및 도 10 및 도 11을 참고하여 설명한다.
초저온 저장탱크(100)의 내부 압력이 제1기준값보다 큰 경우 기상의 액화가스가 메인 기화기(150)로 배출되면서 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력을 낮출 수 있다.
기상 액화가스의 압력이 제1기준값보다 크면 제2기상관(120) 및 제3배출관(130)과 연결된 자동 유로 전환 밸브(200)의 제2입구(202)의 압력이 높으므로 제3밸브체(268)가 열리게 되며, 따라서 제2입구실(220)과 제1출구실(230)이 서로 연통되게 된다.
아울러 제1출구실(230)에 높은 압력이 걸리므로 멤브레인(261)이 상부로 이동되며, 이에 연결된 메인 로드(263) 또한 상부로 이동하게 된다.
메인 로드(263)의 상부 이동에 따라 메인 로드(263)에 고정된 제1밸브체(264)가 상부로 이동하여 제1입구실(210)과 제1출구실(230)간의 연통이 차단된다.
아울러 제2밸브체(266)는 제2스프링(267)의 탄성력에 의하여 상부로 이동하여 제1입구실(210)과 제2출구실(240)간의 연통은 차단된다.
이와 같은 과정에 의하여 자동 유로 전환 밸브(200)는, 제2입구(202)와 제1출구(203)는 서로 연통되며 제1입구(201)는 제1출구(203) 및 제2출구(204)와의 연통이 차단되는 감압 모드로 변환된다.
따라서 도 3c에서 확인되는 바와 같이 초저온 저장탱크(100) 내부의 기상의 액화가스는 제2기상관(120)과 제3배출관(130)을 거쳐 제2입구(202)로 유입된 후 제1출구(203)를 거쳐 메인 기화기(150)를 지나면서 승온되어 외부로 배출된다. 이와 같은 과정에 의하여 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력은 정상화되며, 아울러 기상의 액화가스는 연료 등으로 활용될 수 있다.
상기와 같이 본 실시예는 초저온 저장탱크(100)의 압력치가 제1기준값을 초과하면 액상 액화가스가 배출되는 제1배출관(110)이 연결된 자동 유로 전환 밸브(200)의 제1입구(201)가 닫히게 되어 액상의 액화가스는 더 이상 배출되지 않고 순수하게 제2기상관(120) 및 제3배출관(130)을 통해서 기상의 액화가스만이 배출되기 때문에 보다 신속하게 초저온 저장탱크(100) 내부에 생성된 기상 액화가스를 배출시킬 수 있다는 장점이 있다.
상기와 같이 본 실시예는 배관의 길이를 최소화할 수 있고, 자동 유로 전환 밸브를 지면 근처에 마련되도록 할 수 있기 때문에 유지보수에 편리함을 제공할 수 있다는 장점을 제공할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 장점은 도 3a에 도시된 바와 같이 배관의 구성을 컴팩트하게 설계하여 그 장점이 극대화될 수 있다.
즉 제1배출관(110)은 초저온 저장탱크(100)의 상단 높이보다 낮은 높이, 바람직하게는 초저온 저장탱크(100)의 중간 높이보다 낮은 높이에서만 배치되는 것이 바람직하다. 즉 제1배출관(110)은 초저온 저장탱크(100)의 하부, 혹은 지면 인접한 높이에서 연장되는 것으로 충분하다.
또한 제2기상관(120)은 상하 방향으로 연장되는 상하 연장부(122)와, 상하 연장부(122)와 초저온 저장탱크(100)의 상부를 연결하는 상단부(121)와, 상하 연장부(122)와 제3배출관(130) 및 제4승압관(140)을 연결하는 하단부(123)로 구분될 수 있다.
또한 상단부(121)는 초저온 저장탱크(100)의 하단 높이보다 높은 높이, 바람직하게는 초저온 저장탱크(100)의 중간 높이보다 높은 높이에서만 배치되며, 하단부(123)는 초저온 저장탱크(100)의 상단 높이보다 낮은 높이, 바람직하게는 초저온 저장탱크(100)의 중간 높이보다 낮은 높이에서만 배치되는 것이 바람직하다. 실제로는 상단부(121)는 초저온 저장탱크(100)의 상단부 높이에만 마련되며 하단부(123)은 초저온 저장탱크(100)의 하단부 높이에만 마련될 것이다.
이와 같은 본 실시예의 배관 길이는 실시예에 따라 상이하나, 초저온 저장탱크(100)의 높이를 10M라고 가정할 경우, 수직 방향을 따라 연장되는 배관의 길이는 다음과 같다.
도 3a에서 제2기상관(120)이 초저온 저장탱크(100)의 상단에서 하단까지 연장되는 길이 10M만이 필요하다.
즉 도 1의 20M, 도 2의 40M에 비하여 수직 방향을 따라 연장되는 배관의 길이가 50%, 혹은 75%가 절감되며, 이에 따라 필요한 배관 지지대의 숫자도 대폭 감소하게 되어, 자재비 및 설치비의 절감이 가능하게 된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 초저온 저장탱크
110 : 제1배출관
120 : 제2기상관 121 : 상단부
122 : 상하 연장부 123 : 하단부
130 : 제3배출관
140 : 제4승압관 141 : 보조 기화기
150 : 메인 기화기
200 : 자동 유로 전환 밸브
201 : 제1입구 202 : 제2입구
203 : 제1출구 204 : 제2출구
210 : 제1입구실 220 : 제2입구실
230 : 제1출구실 240 : 제2출구실
250 : 스프링실
261 : 멤브레인 262 : 메인 스프링
263 : 메인 로드
264 : 제1밸브체 265 : 제1스프링
266 : 제2밸브체 267 : 제2스프링
268 : 제3밸브체 269 : 제3스프링

Claims (4)

  1. 수직으로 세워지게 배치되며, 액화가스가 저장되는 초저온 저장탱크 ;
    일단이 상기 초저온 저장탱크의 하부에 연결되어 액상의 액화가스가 배출되도록 마련되는 제1배출관 ;
    일단이 상기 초저온 저장탱크의 상부에 연결되어 기상의 액화가스의 유동로로서 기능하는 제2기상관 ;
    일단이 상기 제2기상관의 타단에 연결되어 기상의 액화가스가 배출되도록 마련되는 제3배출관 ;
    일단이 상기 제2기상관의 타단에 마련되어 승압용 액화가스의 유동로로서 기능하는 제4승압관 ;
    상기 제4승압관의 중간부에 마련되는 보조 기화기 ;
    상기 제1배출관의 타단과 연결되는 제1입구와, 상기 제3배출관의 타단과 연결되는 제2입구와, 외부의 메인 기화기와 연결되는 제1출구와, 상기 제4승압관의 타단과 연결되는 제2출구가 형성되는 밸브 본체와,
    상기 제1입구에 걸리는 압력 및 상기 제2입구에 걸리는 압력에 따라 i) 상기 제1입구와 상기 제1출구는 서로 연통되며 상기 제1입구와 상기 제2출구는 서로 연통되며 상기 제2입구와 상기 제1출구는 서로간의 연통이 차단되는 승압 모드, ii) 상기 제1입구와 상기 제1출구는 서로 연통되며 상기 제1입구와 상기 제2출구는 서로간의 연통이 차단되며 상기 제2입구와 상기 제1출구는 서로간의 연통이 차단되는 액상 배출모드, iii) 상기 제2입구와 상기 제1출구는 서로 연통되며 상기 제1입구는 상기 제1출구 및 상기 제2출구와의 연통이 차단되는 감압 모드 중 어느 하나의 모드로 전환하는 유로전환부재를 포함하여 이루어지는 자동 유로 전환 밸브 ;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초저온 액화가스 저장탱크 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1배출관은 상기 초저온 저장탱크의 상단 높이보다 낮은 높이에서만 배치되며 ;
    상기 제2기상관은, 상하 방향으로 연장되는 상하 연장부와, 상기 상하 연장부와 상기 초저온 저장탱크의 상부를 연결하는 상단부와, 상기 상하 연장부와 상기 제3배출관 및 상기 제4승압관을 연결하는 하단부로 구분되며 ;
    상기 제2기상관의 상단부는 상기 초저온 저장탱크의 하단 높이보다 높은 높이에서만 배치되며 ;
    상기 제2기상관의 하단부는 상기 초저온 저장탱크의 상단 높이보다 낮은 높이에서만 배치되는 것 ;
    을 특징으로 하는 초저온 액화가스 저장탱크 시스템.
  3. 초저온 액화가스 저장탱크용 자동 유로 전환 밸브에 있어서 :
    액상의 액화가스가 유입되는 제1입구와, 상기 제1입구와 연통되는 제1입구실과, 기상의 액화가스가 유입되는 제2입구와, 상기 제1입구실의 상부에 형성되는 제1출구실과, 상기 제1출구실과 연통되는 제1출구와, 상기 제1입구실의 하부에 형성되는 제2출구실과, 상기 제2출구실과 연통되는 제2출구와, 상기 제1출구실의 일측에 형성되며 상기 제2입구와 연통되는 제2입구실과, 상기 제1출구실의 상부에 형성되는 스프링실을 포함하여 이루어지는 밸브 본체 ;
    상기 제1입구에 걸리는 압력 및 상기 제2입구에 걸리는 압력에 따라 i) 상기 제1입구와 상기 제1출구는 서로 연통되며 상기 제1입구와 상기 제2출구는 서로 연통되며 상기 제2입구와 상기 제1출구는 서로간의 연통이 차단되는 승압 모드, ii) 상기 제1입구와 상기 제1출구는 서로 연통되며 상기 제1입구와 상기 제2출구는 서로간의 연통이 차단되며 상기 제2입구와 상기 제1출구는 서로간의 연통이 차단되는 액상 배출모드, iii) 상기 제2입구와 상기 제1출구는 서로 연통되며 상기 제1입구는 상기 제1출구 및 상기 제2출구와의 연통이 차단되는 감압 모드 중 어느 하나의 모드로 전환하는 유로전환부재 ;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초저온 액화가스 저장탱크용 자동 유로 전환 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 유로전환부재는, 상기 스프링실과 상기 제1출구실 사이에 마련되어 상기 제1출구실의 상단부를 밀폐하는 멤브레인과, 상기 스프링실에 마련되어 상기 멤브레인에 하방향의 탄성력을 인가하는 메인 스프링과, 상단이 상기 멤브레인에 고정되되 적어도 하단이 상기 제1입구실까지 연장되며 상기 멤브레인의 상하 이동에 따라 이와 연동하여 상하로 이동가능하게 마련되는 메인 로드와, 상기 제1입구실에 위치되며 상기 메인 로드에 고정되어 상기 메인 로드의 상하 이동에 따라 상기 제1입구실과 상기 제1출구실간의 개폐를 조절하게 되는 제1밸브체와, 상기 제2출구실에 상하로 이동가능하게 마련되며 제2스프링에 의하여 상방향으로 탄성지지되며 상기 메인 로드의 하방향 이동에 따라 상기 메인 로드로부터 하방향의 압력을 받게 되어 상기 제1입구실과 상기 제2출구실간의 개폐를 조절하게 되는 제2밸브체와, 상기 제2입구실과 상기 제1출구실 사이에서 상기 제2입구실에 걸리는 압력이 높아지면 상기 제2입구실과 상기 제1출구실 사이가 연통되도록 마련되는 제3밸브체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초저온 액화가스 저장탱크용 자동 유로 전환 밸브.
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