KR101422599B1 - 재기화 시스템 - Google Patents

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송용석
엄영철
김승혁
이희성
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

재기화 시스템이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템은 일측에 해수가 유입되는 유입구가 형성되고 타측에는 해수가 배출되는 배출구가 형성되는 해수 이동 라인, 상기 해수 이동 라인 상에 배치되어 해수를 열매체로 한 열교환을 통하여 액화가스를 기화시키는 재기화 장치 및 상기 재기화 장치와 상기 배출구 사이에 배치되어 개도 조절을 통하여 상기 해수 이동 라인 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 밸브를 포함할 수 있다.

Description

재기화 시스템{Regasification System}
본 발명은 재기화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 해수 이동 라인 내부의 음압 발생을 방지할 수 있는 재기화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 천연가스(Natural Gas)는 생산되는 지역으로부터 소비되는 지역으로 파이프라인에 의하여 수송된다. 그러나, 이러한 파이프라인을 설치할 수 없는 해양을 사이에 둔 지역 간에는 다른 이송수단, 즉 선박(수송선)이 많이 이용되고 있다.
그리고, 선박을 통해 천연가스를 이송할 경우에는 천연가스 상태로 이송하기는 공간의 제약 등으로 인해 불가능하여 보통 천연가스를 액화 상태로 만들어서 이송한다.
이렇게 하면, 액화 상태로 만들어진 이른바 액화천연가스(엘엔지: LNG)는 가스 상태인 천연 가스의 동일한 양이 차지하는 부피의 약 1/600 정도이기 때문에 훨씬 많은 양의 천연가스를 수송할 수 있게 된다.
여기서, 상기 엘엔지는 천연가스를 비등점(주위 압력에서 -259℉) 이하로 냉각시켜 생성되는데 이러한 엘엔지는 극저온실(Cryogenic compartment)이 설치되어 있는 엘엔지운반선에 적재된 상태로 천연가스가 소비되는 지역으로 이송된 후 해당 지역에서 다시 엘엔지 재기화 장치를 통해 다시 천연가스로 재기화된다.
한편, 천연가스의 수요가 적거나 일시적으로만 천연가스가 필요한 지역에는 이러한 엘엔지 재기화 장치가 없는 지역도 있다.
따라서, 최근에는 이와 같은 지역들에도 천연가스를 공급할 수 있도록 하는 방법이 고안되고 있으며, 그 방법중의 하나가 바로 엘엔지운반선 내부에 엘엔지 재기화 장치(300)를 설치하는 것이다.
도 1은 종래의 재기화 시스템 및 재기화 시스템이 구비되는 선박을 간략히 나타낸 정면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 해수 직접 가열 방식의 재기화 시스템은 씨체스트(20)에서 해수 공급 펌프(200)를 이용하여 해수를 재기화 장치(300)로 이송시킨다.
재기화 방법에는 다양한 방법이 있으나, 가장 적용이 용이하고 운영 비용도 적게 드는 방법이 바로 해수를 이용하여 액화가스를 재기화시키는 방법이기 때문에 현재 이러한 방식이 널리 사용되고 있다.
일반적인 재기화 시스템에서는 선체(10)의 하부에 설치되는 씨체스트(20)로부터 유입된 해수를 해수 이동 라인(100)을 통해 상부로 이동시켜 재기화 장치(300)를 통해 열교환을 한 후 다시 선체(10)의 하부에 위치하는 배출구(120)를 통해 배출하는 구조를 가진다. 따라서, 도 1과 같이 해수가 선체(10)의 상부로부터 상당한 높이차를 가지며 수직으로 하강하여 하부로 배출된다.
때문에, 해수 이동 라인(100) 중 선체(10)의 상부에 위치하는 부분이 상대적으로 압력이 낮아져 음압이 발생하게 된다.
이를 방지하기 위하여 해수 이동 라인(100) 중 선체(10)의 상부에 위치하는 부분에 진공 제어부(400)를 설치한다.
진공 제어부(400)를 설치함으로써 해수 이동 라인(100) 내부의 음압은 방지할 수 있지만, 재기화 시스템이 정상적으로 운전하는 상태에서도 진공 제어부(400)가 상시 열려있어 지속적으로 소음과 진동을 유발할 수 있다. 또한, 해수 이동 라인(100) 내부로 지속적으로 공기가 유입되기 때문에 해수 이동 라인(100) 내부에 공기와 해수가 동시에 존재하여 배관 내부의 부식 및 침식을 가속시킬 수 있다.
선행문헌 1: 한국공개특허10-2010-0049728 선행문헌 2: 한국공개특허10-2005-0094798
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.
첫째, 본 발명은 해수 이동 라인 내부에 음압이 발생하는 것을 간단하게 방지할 수 있는 재기화 시스템을 제공하고자 한다.
둘째, 본 발명은 센서를 통해 신속한 밸브의 제어가 가능한 재기화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템은 해수 이동 라인, 재기화 장치 및 압력 조절 밸브를 포함할 수 있다.
상기 해수 이동 라인의 일측에는 해수가 유입되는 유입구가 형성되고, 타측에는 해수가 배출되는 배출구가 형성될 수 있다.
상기 재기화 장치는 상기 해수 이동 라인 상에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 재기화 장치는 해수를 열매체로 한 열교환을 통하여 액화가스를 기화시킬 수 있다.
상기 압력 조절 밸브는 상기 재기화 장치와 상기 배출구 사이에 배치되어 개도 조절을 통하여 상기 해수 이동 라인 내부의 압력을 조절할 수 있다.
상기 압력 조절 밸브는 상기 해수 이동 라인 내부의 음압 발생을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 유입구와 배출구는 흘수선보다 하부에 위치하고, 상기 재기화 장치는 흘수선보다 상부에 위치할 수 있다. 그리고, 상기 재기화 장치와 상기 배출구 사이의 해수 이동 라인에는 재기화에 이용된 해수가 수직으로 하강하는 수직 하강 구간이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템에는 상기 수직 하강 구간 상부의 압력을 측정하는 압력 측정 센서가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 압력 조절 밸브는 상기 수직 하강 구간과 상기 배출구 사이에 구비될 수 있다.
상기 압력 조절 밸브는 상기 압력 측정 센서로부터 입력된 상기 수직 하강 구간의 압력이 기 설정된 값 이하일 경우, 상기 압력 조절 밸브의 개도를 좁혀 상기 해수 이동 라인의 압력을 높일 수 있다.
그리고, 상기 압력 측정 센서로부터 입력된 상기 수직 하강 구간 상부의 압력이 기 설정된 값 이상일 경우 상기 압력 조절 밸브의 개도를 넓혀 상기 해수 이동 라인의 압력을 낮출 수 있다.
또한, 상기 펌프와 상기 재기화 장치 사이에는 상기 재기화 장치로 유입되는 해수의 유량을 측정하는 유량 측정 센서가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 펌프와 상기 유량 측정 센서 사이에는 상기 재기화 장치로 유입되는 해수의 유량을 제어하는 유량 조절 밸브가 구비될 수 있다.
상기 유량 조절 밸브는 상기 유량 측정 센서에 입력된 값이 기 설정된 값 이하일 경우, 상기 유량 조절 밸브의 개도을 넓혀 유량을 확보할 수 있다.
그리고, 상기 유량 조절 밸브는 상기 유량 측정 센서에 입력된 값이 기 설정된 값 이상일 경우, 상기 유량 조절 밸브의 개도을 좁혀 유량을 줄일 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.
첫째, 본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템에 의하면 수직 하강 구간의 압력 제어를 통하여 해수 이동 라인의 내부에 음압이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다. 따라서, 진동, 소음, 침식, 부식 등의 문제를 해결할 수 있다.
둘째, 본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템에 의하면 압력센서를 구비하여 신속한 밸브의 제어가 가능하다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 종래의 재기화 시스템을 간략히 나타낸 정면도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템을 나타내는 도면; 및
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템에 해수 필터가 적용된 것을 나타내는 도면이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
그리고, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래기술의 구성요소와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.
또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템을 나타내는 도면이다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템에 대하여 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템은 해수 이동 라인(100), 재기화 장치(300) 및 압력 조절 밸브(510)를 포함할 수 있다.
해수 이동 라인(100)의 일측에는 해수가 유입되는 유입구(110)가 형성되고, 타측에는 해수가 배출되는 배출구(120)가 형성될 수 있다.
재기화 장치(300)는 해수 이동 라인(100) 상에 위치할 수 있다. 그리고, 해수를 열매체로 한 열교환을 통하여 액화가스를 기화시킬 수 있다. 예를 들면, 액화 천연 가스(LNG)를 천연 가스(NG)로 기화시킬 수 있다.
일반적으로, 해수 이동 라인(100)에는 씨체스트(20)로 유입된 해수를 해수 이동 라인(100)에 공급하는 해수 공급 펌프(200)가 구비될 수 있다. 이 때, 해수 공급 펌프(200)은 유입구(110)와 재기화 장치(300) 사이에 위치할 수 있다.
압력 조절 밸브(510)는 재기화 장치(300)와 배출구(120) 사이에 배치될 수 있다. 그리고, 압력 조절 밸브(510)의 개도 조절을 통하여 해수 이동 라인(100) 내부의 압력을 조절할 수 있다.
압력 조절 밸브(510)는 해수 이동 라인(100) 내부에 음압이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 유입구(110)와 배출구(120)는 흘수선(1)보다 하부에 위치하고, 재기화 장치(300)는 흘수선(1)보다 상부에 위치할 수 있다. 그리고, 재기화 장치(300)와 배출구(120) 사이의 해수 이동 라인(100)에는 재기화에 이용된 해수가 수직으로 하강하는 수직 하강 구간(130)이 형성될 수 있다.
재기화 시스템에서는 흘수선(1) 하부에 설치되는 씨체스트(20)로부터 유입된 해수를 해수 이동 라인(100)을 통해 흘수선(1)보다 상부에 위치하는 재기화 장치(300)로 이동시켜 해수를 열매체로 한 열교환을 통하여 액화가스를 기화시킨 후 다시 선체(10)의 하부에 위치하는 배출구(120)를 통해 배출하는 구조를 가진다. 따라서, 해수가 흘수선(1)의 상부로부터 상당한 높이차를 가지며 수직 하강 구간(130)을 지나 흘수선(1)보다 하부에 위치하는 배출구(120)로 배출된다.
때문에, 수직 하강 구간(130) 내부의 압력이 상대적으로 낮아져 수직 하강 구간(130)의 상부에서 음압이 발생하게 된다.
이를 방지하기 위하여 해수 이동 라인(100) 중 흘수선(1)의 상부에 위치하는 부분에 진공 제어부(400)를 설치할 수 있다.
그러나, 진공 제어부(400)를 설치함으로써 수직 하강 구간(130) 상부의 음압은 방지할 수 있지만, 재기화 시스템이 정상적으로 운전하는 상태에서도 진공 제어부(400)가 상시 열려있어 지속적으로 소음과 진동을 유발할 수 있다. 또한, 해수 이동 라인(100) 내부로 지속적으로 공기가 유입되기 때문에 해수 이동 라인(100) 내부에 공기와 해수가 동시에 존재하여 배관 내부의 부식 및 침식을 가속시킬 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 재기화 시스템이 운전 시에도 수직 하강 구간(130) 상부의 압력이 대기압 이상이 되어야 한다.
재기화 장치(300)와 수직 하강 구간(130) 사이에는 수직 하강 구간(130) 상부의 압력을 측정하는 압력 측정 센서(520)가 구비될 수 있다. 그리고, 압력 조절 밸브(510)는 수직 하강 구간(130)과 배출구(120) 사이에 구비될 수 있다.
압력 조절 밸브(510)는 압력 측정 센서(520)로부터 입력된 수직 하강 구간(130) 상부의 압력이 기 설정된 값 이하일 경우, 압력 조절 밸브(510)의 개도를 좁혀 해수 이동 라인(100) 상부의 압력을 높일 수 있다.
반대로, 압력 조절 밸브(510)는 압력 측정 센서(520)로부터 입력된 수직 하강 구간(130) 상부의 압력이 기 설정된 값 이상일 경우, 압력 조절 밸브(510)의 개도를 넓혀 해수 이동 라인(100) 상부의 압력을 낮출 수 있다.
본 실시예에서는, 기 설정된 값이 대기압일 수 있다. 따라서, 수직 하강 구간(130) 상부의 압력이 대기압 이하일 경우에는 압력 조절 밸브(510)의 개도를 좁혀 해수 이동 라인(100)상부의 압력을 높일 수 있다. 그리고, 수직 하강 구간(130) 상부의 압력이 대기압 이상일 경우에는 압력 조절 밸브(510)의 개도를 넓혀 해수 이동 라인(100)상부의 압력을 낮출 수 있다.
그러나, 기 설정된 값은 대기압에 한정되는 것이 아니라, 재기화 시스템의 운영 환경 또는 다양한 변수 등에 따라 사용자가 자유롭게 설정할 수 있다.
또한, 해수 공급 펌프(200)와 재기화 장치(300) 사이에는 재기화 장치(300)로 유입되는 해수의 유량을 측정하는 유량 측정 센서(620)가 구비될 수 있다. 그리고, 해수 공급 펌프(200)와 유량 측정 센서(620) 사이에는 재기화 장치(300)로 유입되는 해수의 유량을 제어하는 유량 조절 밸브(610)가 구비될 수 있다.
유량 조절 밸브(610)는 유량 측정 센서(620)에 입력된 값이 기 설정된 값 이하일 경우, 유량 조절 밸브(610)의 개도을 넓혀 유량을 확보할 수 있다.
반대로, 유량 조절 밸브(610)는 유량 측정 센서(620)에 입력된 값이 기 설정된 값 이상일 경우, 유량 조절 밸브(610)의 개도을 좁혀 유량을 줄일 수 있다.
여기서, 기 설정된 값이란 재기화 시스템이 정상적으로 작동될 수 있는 최소한의 유량이 될 수 있다. 이 또한, 재기화 시스템의 운영 환경 또는 다양한 변수 등에 따라 사용자가 자유롭게 설정할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템은 종래의 재기화 시스템과 달리 수직 하강 구간(130) 상부의 압력 제어를 통하여 수직 하강 구간(130)의 상부에 음압이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 압력 조절 밸브(510)에 의해 수직 하강 구강 상부의 압력이 조절되기 때문에 진동, 소음, 침식, 부식 등의 문제를 해결할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템에 해수 필터가 적용된 것을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템에는 해수 필터(700)가 적용되어 플러싱이 이루어질 수도 있다. 또한, 재기화 시스템은 하나의 해수 공급 펌프(200)와 하나의 재기화 장치(300)로 이루어지지 않는 경우가 대부분이다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템을 적용하여 여러가지 운전 조건 등에 의해 변하는 유량 및 압력을 신속하게 제어할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 재기화 시스템에 구비되는 밸브(510, 610)의 작동에 대하여 설명한다.
압력 측정 센서(520)는 수직 하강 구간(130) 상부의 압력을 측정할 수 있다.
압력 측정 센서(520)에 입력된 수직 하강 구간(130) 상부의 압력이 설정압 이하인 경우에는 압력 조절 밸브(510)의 개도를 좁혀 수직 하강 구간(130)의 압력을 높일 수 있다.
그러나, 압력 조절 밸브(510)의 개도를 좁히면 수직 하강 구간(130) 상부의 압력이 높아지면서 재기화 장치(300)로 유입되는 해수의 유량이 줄어들 수 있다. 따라서, 재기화 장치(300)의 전단에 구비되는 유량 측정 센서(620)로 재기화 장치(300)로 유입되는 해수의 유량을 측정하여 해수 공급 펌프(200) 후단에 배치되는 유량 조절 밸브(610)의 개도를 넓혀 재기화 장치(300)로 유입되는 해수의 유량을 확보할 수 있다.
유량 조절 밸브(610)의 개도를 넓혀 재기화 장치(300)로 유입되는 해수의 양이 많아지면 수직 하강 구간(130)의 얍력이 높아질 수 있다. 압력 측정 센서(520)는 다시 수직 하강 구간(130) 상부의 압력을 측정하고, 확보된 유량에 의해 수직 하강 구간(130) 상부의 압력이 높다면 압력 조절 밸브(510)의 개도를 넓혀 수직 하강 구간(130) 상부의 압력을 낮출 수 있다.
압력 측정 센서(520), 압력 조절 밸브(510), 유량 측정 센서(620), 유량 조절 밸브(610)는 상술한 과정을 반복하며 서로 피드백을 통하여 해수 이동 라인(100) 내부의 압력 및 유량을 적절하게 조절할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
1: 흘수선 10: 선체
20: 씨체스트 100: 해수 이동 라인
110: 유입구 120: 배출구
130: 수직 하강 구간 200: 해수 공급 펌프
300: 재기화 장치 400: 진공 제어부
510: 압력 조절 밸브 520: 압력 측정 센서
610: 유량 조절 밸브 620: 유량 측정 센서
700: 해수 필터

Claims (7)

  1. 일측에 해수가 유입되는 유입구가 형성되고, 타측에는 해수가 배출되는 배출구가 형성되는 해수 이동 라인;
    상기 해수 이동 라인 상에 배치되어 해수를 열매체로 한 열교환을 통하여 액화가스를 기화시키는 재기화 장치; 및
    상기 재기화 장치와 상기 배출구 사이에 배치되어 개도 조절을 통하여 상기 해수 이동 라인 내부의 압력을 조절하여 상기 해수 이동 라인 내부의 압력이 대기압 이상이 되도록 하는 압력 조절 밸브;를 포함하는 재기화 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압력 조절 밸브는 상기 해수 이동 라인 내부의 음압 발생을 방지하는 재기화 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유입구와 배출구는 흘수선보다 하부에 위치하고,
    상기 재기화 장치는 흘수선보다 상부에 위치하며,
    상기 재기화 장치와 상기 배출구 사이의 해수 이동 라인에는 재기화에 이용된 해수가 수직으로 하강하는 수직 하강 구간이 형성되는 재기화 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 수직 하강 구간 상부의 압력을 측정하는 압력 측정 센서를 더 포함하되,
    상기 압력 조절 밸브는 상기 수직 하강 구간과 상기 배출구 사이에 구비되는 재기화 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 압력 조절 밸브는,
    상기 압력 측정 센서로부터 입력된 상기 수직 하강 구간 상부의 압력이 기 설정된 값 이하일 경우 상기 압력 조절 밸브의 개도를 좁혀 상기 해수 이동 라인 내의 압력을 높이고,
    상기 압력 측정 센서로부터 입력된 상기 수직 하강 구간 상부의 압력이 기 설정된 값 이상일 경우 상기 압력 조절 밸브의 개도를 넓혀 상기 해수 이동 라인 내의 압력을 낮추는 재기화 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 해수 이동 라인에는 씨체스트로 유입된 해수를 상기 해수 이동 라인에 공급하는 해수 공급 펌프가 구비되고,
    상기 해수 공급 펌프와 상기 재기화 장치 사이에는 상기 재기화 장치로 유입되는 해수의 유량을 측정하는 유량 측정 센서가 구비되고,
    상기 해수 공급 펌프와 상기 유량 측정 센서 사이에는 상기 재기화 장치로 유입되는 해수의 유량을 제어하는 유량 조절 밸브가 구비되는 재기화 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 유량 조절 밸브는,
    상기 유량 측정 센서에 입력된 값이 기 설정된 값 이하일 경우 상기 유량 조절 밸브의 개도을 넓혀 유량을 확보하고,
    상기 유량 측정 센서에 입력된 값이 기 설정된 값 이상일 경우 상기 유량 조절 밸브의 개도를 좁혀 유량을 줄이는 재기화 시스템.
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