KR101806196B1 - Apparatus for forming gas hydrate pellets - Google Patents

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이흥균
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이흥균
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Abstract

The present invention relates to a gas hydrate pellet generating apparatus. The gas hydrate pellet generating apparatus includes: dual connection pipes which are installed to penetrate the inside of a reactor while having a gas hydrate slurry inlet; and a pair of pistons inserted into the connection pipes from the upper part and the lower part of the inlet to operate. The gas hydrate pellet generating apparatus executes a suction operation of sucking the slurry in accordance with the rising movement of the pistons and a compression operation for generating gas hydrate pellets by dewatering and compressing the slurry sucked in accordance with the lowering movement of the pistons. The gas hydrate pellet generating apparatus controls the operation of the pistons controlled by a servo-motor and opening and closing operation of the inlet controlled by an electric cylinder in a synchronized and linked manner to improve the gas hydrate slurry collection efficiency and significantly enhance the gas hydrate pellet generation efficiency.

Description

가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치{Apparatus for forming gas hydrate pellets}[0001] Apparatus for forming gas hydrate pellets [0002]

본 발명은 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응기의 내부를 관통하여 설치되고 가스 하이드레이트 슬러리의 흡입구가 구비된 이중 연결관과, 상기 흡입구의 상부와 하부에서 각각 연결관의 내부에 삽입되어 동작하는 한 쌍의 피스톤을 구비하여, 피스톤의 이격에 따라 슬러리를 흡입하는 흡입행정과, 피스톤의 근접에 따라 흡입된 슬러리를 압축 및 탈수하여 가스 하이드레이트 펠릿을 생성시키는 압축행정을 수행하되, 서보모터에 의해 제어되는 피스톤의 동작과 전동실린더에 의해 제어되는 흡입구의 개폐 동작을 동기화시켜 연동 제어함으로써, 가스 하이드레이트 슬러리의 포집 효율을 개선시키고, 가스 하이드레이트 펠릿의 생성 효율을 현저히 향상시킬 수 있는 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gas hydrate pellet generating apparatus, and more particularly, to a dual hydrant pellet generating apparatus which comprises a double connection pipe installed through the interior of a reactor and equipped with a suction port of a gas hydrate slurry, A compression stroke in which a suction stroke in which the slurry is sucked in accordance with the separation of the piston and a compression stroke in which the slurry sucked in accordance with the proximity of the piston is compressed and dewatered to generate the gas hydrate pellet, The operation of the piston controlled by the motor is synchronized with the opening and closing operation of the suction port controlled by the electric cylinder so as to improve the collection efficiency of the gas hydrate slurry and significantly improve the production efficiency of the gas hydrate pellets, For pellet generating apparatus to be.

가스 하이드레이트(gas hydrate)는 천연 가스가 저온 및 고압에 의해 얼음 형태로 고체화된 물질로서, 수소결합에 의한 호스트(host) 물질 분자의 3차원 격자 구조의 내부에 게스트(guest) 물질 분자가 화학결합을 하지 않고 물리적으로 포획되어 있는 결정성 화합물로 포접 수화물(clathrate hydrate)이라고도 한다. Gas hydrate is a material in which natural gas is solidified in the form of ice at low temperature and high pressure. Inside a three-dimensional lattice structure of a host material molecule by hydrogen bonding, a guest material molecule is chemically bonded Is a crystalline compound that is physically entrapped in the absence of a catalyst and is sometimes referred to as clathrate hydrate.

이 때, 호스트 분자는 물(H2O) 분자이고, 게스트 분자는 메탄(CH4)이나 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 이산화탄소(CO2), 질소(N2) 등과 같이 분자량이 작은 가스 분자들인 경우를 특히 가스 하이드레이트라고 한다.At this time, the host molecule is water (H 2 O) molecules, and the guest molecules of methane (CH 4) and ethane (C 2 H 6), propane (C 3 H 8), carbon dioxide (CO 2), nitrogen (N 2 ) And the like are referred to as gas hydrates in particular.

상기와 같이 가스 하이드레이트의 구성 성분은 대부분 연소 시에 이산화탄소의 발생이 적어 화석 연료를 대체할 수 있는 청정 에너지원으로 대두되고 있고, 가스 하이드레이트의 결정 구조를 이용하여 천연 가스의 고체화를 통한 저장 및 수송, 온난화 방지를 위한 이산화탄소의 격리 및 저장 등에 사용될 수 있으며, 가스 또는 수용액의 분리 기술을 이용하여 해수 담수화 장치로도 사용될 수 있어서 용도는 매우 광범위한 상황이다.As described above, most of the components of the gas hydrate are generated as a clean energy source that can replace fossil fuels because the generation of carbon dioxide is little in the combustion, and by using the crystal structure of the gas hydrate, , The isolation and storage of carbon dioxide for the prevention of warming, and the seawater desalination apparatus can be used as a seawater desalination apparatus using a separation technique of gas or aqueous solution.

이에 따라, 가스 하이드레이트를 인공적으로 제조하기 위한 다양한 방법과 장치가 개발되어 왔으며, [선행기술문헌 1]에는 온도와 기압의 작용에 의해 반응수와 가스가 반응하여 가스 하이드레이트의 생성 또는 분해가 이루어지는 반응 챔버, 상기 반응 챔버 내의 반응수의 온도를 일정 수준으로 유지시키는 항온유지 수조를 포함하는 가스 하이드레이트 생성 및 분해 장치가 개시되어 있다.Accordingly, various methods and apparatuses for artificially manufacturing gas hydrates have been developed. [Prior Art Document 1] discloses a method for producing a gas hydrate by reacting a reaction gas with a gas by the action of a temperature and an air pressure, A chamber, and a constant temperature maintaining water tank for maintaining the temperature of the reaction water in the reaction chamber at a constant level.

그러나 상기 [선행기술문헌 1]에 따른 가스 하이드레이트 제조 장치의 경우 실험실에서 소량의 가스 하이드레이트를 제조할 수 있으나, 반응수로부터 가스 하이드레이트를 토출해내는 과정에 대한 구체적인 개시 또는 암시가 없어서 가스 하이드레이트를 제조하는 시간, 제조에 필요한 전력 등이 과다하게 소모되므로 연속적인 제조 방식으로는 무리가 있다.However, in the case of the gas hydrate production apparatus according to the above-mentioned [1], it is possible to produce a small amount of gas hydrate in a laboratory. However, since there is no specific disclosure or suggestion about the process of discharging gas hydrate from the reaction water, Time required for manufacturing, power required for manufacturing, and the like are excessively consumed, so that a continuous manufacturing method is not feasible.

상기와 같은 문제점에 대응하기 위하여 [선행기술문헌 2]에는 가스 하이드레이트의 연속식 제조 장치를 개시하고 있으나, 반응수의 슬러리로부터 가스 하이드레이트를 토출하는 과정이 복잡하고, 각 단계마다 온도와 압력을 일정하게 유지하는 것이 용이하지 않으며, 반응 속도가 느린 문제점이 있다.In order to cope with the above problems, the prior art document 2 discloses a continuous apparatus for producing a gas hydrate, but the process of discharging the gas hydrate from the slurry of the reaction water is complicated, and the temperature and the pressure are constant It is not easy to keep the reaction rate constant, and the reaction rate is slow.

한국등록특허 제10-0786812호 (등록일: 2007. 12. 11)Korean Registered Patent No. 10-0786812 (Registered on Dec. 11, 2007) 일본등록특허 제4045476호 (등록일: 2007. 11. 30)Japanese Patent No. 4045476 (Registered on Nov. 30, 2007)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은, 물과 가스가 반응하여 가스 하이드레이트 슬러리가 형성되는 반응기 내부에 연결관과, 상기 연결관의 상하부에 삽입되는 한 쌍의 피스톤을 설치하여, 상기 피스톤의 동작에 의해 상기 연결관의 내부로 슬러리를 흡입하고, 압축 및 탈수가 이루어지도록 함으로써, 상기 반응기 내부에서 압축 및 탈수된 고밀도의 가스 하이드레이트 펠릿을 연속적으로 제조하기 위한 장치를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a method for producing a gas hydrate slurry, A pair of pistons are installed to suck the slurry into the inside of the connecting pipe by operation of the piston and to perform compression and dehydration to continuously produce compressed and dehydrated gas hydrate pellets inside the reactor And to provide an apparatus for the same.

또한, 반응기의 내부에서 생성된 슬러리가 흡입행정에서 연결관의 내부로 흡입된 후 압축행정에서 다시 반응기 내부로 배출되지 않도록 하여 슬러리의 포집 효율을 현저히 개선시킬 수 있는 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치를 제공하기 위한 것이다.Also, the present invention provides a gas hydrate pellet generating apparatus capable of remarkably improving the collection efficiency of slurry by preventing the slurry produced in the reactor from being sucked into the connecting pipe in the suction stroke and then being discharged into the reactor again in the compression stroke .

또한, 상기 피스톤의 상승 및 하강을 서보모터에 의해 정밀하게 제어함으로써, 가스 하이드레이트 펠릿의 생성 효율을 향상시키고 펠릿의 두께를 정밀하게 조절할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide an apparatus which can precisely control the rise and fall of the piston by the servo motor to improve the production efficiency of the gas hydrate pellet and precisely control the thickness of the pellet.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 하이드레이트 생성 장치는 외부로부터 공급되는 가스와 물을 반응시켜 가스 하이드레이트 슬러리를 형성하는 반응기, 상기 반응기 내부를 관통하도록 설치되고, 중도 일측에 상기 가스 하이드레이트 슬러리가 흡입되는 흡입구가 개폐 가능하도록 형성된 연결관, 상기 흡입구의 상부와 하부에서 각각 상기 연결관의 내부에 삽입되는 한 쌍의 피스톤 및 상기 흡입구를 통해 상기 연결관의 내부로 가스 하이드레이트 슬러리를 흡입하는 흡입행정과 상기 흡입된 가스 하이드레이트 슬러리를 펠릿 형태로 압축하는 압축행정을 수행하도록 상기 피스톤의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 흡입행정시 상기 흡입구를 개방시키고, 압축행정시 상기 흡입된 가스 하이드레이트 슬러리가 흡입구를 통해 배출되는 것을 방지하기 위하여 상기 흡입구를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the apparatus for generating hydrate according to the present invention comprises a reactor for forming a gas hydrate slurry by reacting gas and water supplied from the outside, a gas hydrate slurry A pair of pistons which are respectively inserted into the connection pipe at the upper and lower portions of the suction port and a suction pipe for sucking the gas hydrate slurry into the connection pipe through the suction port, And a controller for controlling the operation of the piston to perform a compression stroke for compressing the gas hydrate slurry in the form of pellets, wherein the control section opens the inlet at the time of the suction stroke, and when the suction gas hydrate Slurry suction Characterized in that for closing said inlet to prevent the discharged through the sphere.

또한, 상기 연결관은, 상기 반응기 내부를 관통하도록 설치되고, 중도 일측에 제1흡입구가 형성된 제1연결관, 상기 제1연결관의 내부에 삽입되고, 상기 제1흡입구와 함께 상기 흡입구를 구성하는 제2흡입구가 상기 제1흡입구에 대응되는 위치에 형성된 제2연결관, 및 상기 제2연결관을 원주 방향으로 회동시키는 구동부를 포함하여 구성되고, 상기 제어부는 상기 흡입구를 개방시키는 경우 상기 제2흡입구가 제1흡입구에 중첩되고, 상기 흡입구를 폐쇄시키는 경우 상기 제2흡입구가 제1흡입구에 중첩되지 않도록 상기 구동부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.The connection pipe may include a first connection pipe provided so as to penetrate the inside of the reactor and having a first suction port formed at an intermediate portion thereof, a second connection pipe inserted into the first connection pipe, and configured to form the suction port together with the first suction port A second connection pipe formed at a position corresponding to the first suction port and a driving unit rotating the second connection pipe in the circumferential direction, The second suction port is superimposed on the first suction port, and when the suction port is closed, the operation of the driving unit is controlled so that the second suction port is not overlapped with the first suction port.

또한, 상기 제1연결관과 제2연결관에는 각각 복수의 배수공이 형성되고, 상기 제어부는, 흡입행정시에는 상기 피스톤이 흡입구를 사이에 두고 서로 이격되도록 제어하고, 압축행정시에는 압축되는 가스 하이드레이트 슬러리에 포함된 물이 상기 배수공을 통해 배출될 수 있도록 상기 피스톤이 배수공을 사이에 두고 서로 근접하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.A plurality of drainage holes are formed in the first connection pipe and the second connection pipe. The control unit controls the piston to be spaced apart from each other with the suction port therebetween at the time of an intake stroke. In the compression stroke, So that the water contained in the hydrate slurry is discharged through the drain hole by controlling the piston to come close to each other with the drain hole interposed therebetween.

또한, 상기 제2연결관에는 외주면 일측에 회동돌기가 더 형성되고, 상기 구동부는 실린더 로드의 단부가 상기 회동돌기에 힌지 결합된 전동실린더로 구성되며, 상기 제어부는 상기 실린더 로드를 진퇴시켜 상기 제2연결관을 원주 방향으로 정역 회동시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the second connection pipe may further include a rotation protrusion formed on one side of the outer circumferential surface, the driving unit may include an electric cylinder having an end portion of the cylinder rod hinged to the rotation protrusion, And the second connecting pipe is rotated in the circumferential direction.

본 발명에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치는 반응기 내부를 관통하여 형성된 연결관과, 상기 연결관 내부에 삽입되는 한 쌍의 피스톤을 이용하여, 슬러리의 흡입, 압축 및 탈수가 이루어지도록 구성되기 때문에, 별도의 슬러리 제조, 탈수, 펠릿 형성 공정이 없이도 피스톤의 압축 및 탈수 작용에 의해 반응기 내부에서 슬러리의 형성과 동시에 가스 하이드레이트 펠릿을 연속적으로 제조할 수 있는 장점이 있다.The apparatus for producing a gas hydrate pellet according to the present invention is constructed so that the slurry is sucked, compressed and dewatered using a connecting pipe formed through the inside of the reactor and a pair of pistons inserted into the connecting pipe. There is an advantage that the gas hydrate pellets can be continuously produced simultaneously with the formation of the slurry in the reactor by the action of compression and dehydration of the piston without the slurry preparation, dehydration and pellet formation steps of the slurry.

또한, 상기 연결관에 형성된 슬러리의 흡입구를 개폐 가능한 구조로 구성하여, 피스톤의 흡입행정에서 흡입된 슬러리가 압축행정에서 흡입구를 통해 다시 배출되지 않도록 하여 슬러리의 포집 효율을 개선시킴으로써, 가스 하이드레이트 펠릿의 생성 효율을 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.The inlet port of the slurry formed in the connecting pipe is configured to be openable and closable so that the slurry sucked in the suction stroke of the piston is not discharged again through the suction port in the compression stroke to improve the collection efficiency of the slurry, There is an advantage that the generation efficiency can be remarkably improved.

또한, 가스 하이드레이트 펠릿의 제조를 위한 피스톤의 운동을 서보모터를 이용하여 제어함으로써, 강력한 구동력에 의해 가스 하이드레이트 펠릿을 신속하게 제조할 수 있고, 상부 및 하부 피스톤의 정밀한 위치 제어를 통해 원하는 두께의 가스 하이드레이트 펠릿을 제조할 수 있는 장점이 있다. Further, by controlling the movement of the piston for manufacturing the gas hydrate pellet using a servo motor, it is possible to quickly produce the gas hydrate pellet by a strong driving force, and the gas of the desired thickness There is an advantage that hydrate pellets can be produced.

또한, 피스톤의 압축 및 탈수 작용에 의해 반응기에서 직접 가스 하이드레이트를 제조할 수 있으므로, 일정 온도 및 압력을 유지하기 위한 별도의 장치 및 공정이 필요치 않아서 장치 운용에 소비되는 비용을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.Further, since the gas hydrate can be directly produced in the reactor by the action of compression and dehydration of the piston, there is no need for a separate apparatus and process for maintaining a constant temperature and pressure, thereby reducing the cost of operation of the apparatus have.

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치의 개략도,
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치의 반응기 및 피스톤의 구조 및 동작 예시도,
도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치의 구동부를 제어하기 위한 제어부의 구성도,
도4a 내지 4d는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 생성 과정에 있어서, 각각 초기생성단계(도4a), 압축 및 탈수단계(도4b, 도4c) 및 토출단계(도4d)를 나타내는 예시도,
도5a는 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치에서 이중 연결관 구조를 설명하기 위한 사시도 및 측단면도,
도5b는 상술한 가스 하이드레이트 생성 단계에서 흡입행정이 진행되는 경우, 도5c는 압축행정이 진행되는 경우, 상기 이중 연결관의 상태 및 동작을 나타내기 위한 도5a의 A-A’부의 단면도,
도6은 상부 피스톤과 제2연결관을 동기화 제어하기 위한 제어부의 구성도이다.1 is a schematic view of an apparatus for producing a gas hydrate pellet according to a first embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a view showing the structure and operation of the reactor and the piston of the apparatus for producing a gas hydrate pellet according to the first embodiment of the present invention,
3 is a configuration diagram of a control unit for controlling a driving unit of the gas hydrate pellet producing apparatus according to the first embodiment of the present invention,
4A to 4D are diagrams illustrating the steps of the initial generation step (FIG. 4A), the compression and dehydration step (FIGS. 4B and 4C) and the ejection step (FIG. 4D), respectively, in the process of producing the gas hydrate pellets according to the first embodiment of the present invention Fig.
FIG. 5A is a perspective view and a side sectional view for explaining the structure of a double connection pipe in the apparatus for producing a gas hydrate pellet according to a second embodiment of the present invention, FIG.
FIG. 5B is a sectional view taken along the line A-A 'of FIG. 5A for illustrating the state and operation of the double connection pipe when the compression stroke is proceeded, FIG.
6 is a configuration diagram of a controller for synchronously controlling the upper piston and the second connection pipe.

이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

또한, 본 발명의 상세한 설명 및 청구범위의 기재 중, 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 이산화탄소(CO2), 수소불화탄소(HFC; hydrofluorocarbon) 또는 과불화화합물(PFC; perfluoro compound)등 다수의 게스트 분자는 ‘가스’로 지칭하고, 호스트 분자는 ‘물(H2O)’로 지칭한다.(CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ), carbon dioxide (CO 2 ), hydrofluorocarbon (HFC), and the like, among the descriptions and claims of the present invention. Or perfluoro compound (PFC), are referred to as 'gas', and the host molecule is referred to as 'water (H 2 O)'.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치의 개략도이고, 도2는 상기 생성 장치의 반응기 및 피스톤 펌프의 구조 및 동작 예시도이다. FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for producing a gas hydrate pellet according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a structural view and an operation example of a reactor and a piston pump of the production apparatus.

상기 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치(100)는 반응기(10), 피스톤 펌프(11; 11a,11b), 가스공급부(12), 급수부(13), 냉각장치(14), 토출부(15), 저장용기(16) 및 제어장치(17)를 구비한다.The gas hydrate pellet generating apparatus 100 includes a reactor 10, a piston pump 11a, 11b, a gas supply section 12, a water feed section 13, a cooling device 14, a discharge section 15, A container 16 and a control device 17. [

상기 반응기(10)에는 중앙부를 관통하는 연결관(25)이 구비되고, 상기 연결관(25)의 중도에 흡입구(26)가 배치되어, 상기 반응기(10) 내부에서 가스와 물의 반응에 의해 형성된 가스 하이드레이트 슬러리(slurry)(이하, ‘슬러리’라 한다)가 상기 흡입구(26)를 통해 연결관(25) 내부로 흡입된다.The reactor 10 is provided with a connecting pipe 25 passing through a center portion thereof and an inlet port 26 disposed in the middle of the connecting pipe 25 so as to be formed by the reaction of gas and water in the reactor 10. [ A gas hydrate slurry (hereinafter referred to as "slurry") is sucked into the connection pipe 25 through the suction port 26.

즉, 상기 흡입구(26)의 상부와 하부에서 각각 상기 연결관(25)의 내부에 삽입되는 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b)이 구비되고, 상기 상부 피스톤(11a)의 상승에 따라 상기 슬러리가 흡입구(26)를 통해 상기 연결관(25)의 내부로 흡입되는 흡입행정과, 상기 상부 피스톤(11a)의 하강에 따라 흡입된 슬러리를 압축하는 압축행정을 통해 가스 하이드레이트를 펠릿 형태로 만든 후 외부로 토출시킨다.That is, the upper piston 11a and the lower piston 11b are inserted into the connection pipe 25 at the upper portion and the lower portion of the suction port 26, respectively. The upper piston 11a and the lower piston 11b, The gas hydrate is pelletized through a suction stroke in which the slurry is sucked into the connection pipe 25 through the suction port 26 and a compression stroke in which the slurry sucked in accordance with the descent of the upper piston 11a is compressed And discharges it to the outside.

또한, 상기 반응기(10)는 냉각장치(14)를 포함하는 본체(18)와 상부 플레이트(19) 및 하부 플레이트(20)를 포함한다.The reactor 10 also includes a main body 18 including a cooling device 14 and a top plate 19 and a bottom plate 20. The top plate 19 and the bottom plate 20 are shown in FIG.

상기 본체(18)의 측벽에는 냉각수가 유동할 수 있는 재킷(jacket) 형태의 냉각장치(14)가 본체를 감싸도록 구비되어 접촉 면적이 향상되므로, 발열 반응인 가스 하이드레이트 생성 반응의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.A cooling device 14 in the form of a jacket capable of flowing cooling water can be provided on the side wall of the main body 18 to improve the cooling efficiency of the gas hydrate generation reaction as an exothermic reaction There is an advantage that can be made.

상기 본체(18)에는 도면에 도시하지는 않았으나, 투명 소재의 시창구(view port)가 구비되어 사용자가 반응기(10) 내의 가스 하이드레이트 생성 과정을 모니터링할 수도 있다.Although not shown in the drawing, the main body 18 may be provided with a view port of a transparent material so that the user may monitor the process of generating the gas hydrate in the reactor 10.

상기 냉각장치(14)의 내부에는 외부의 냉각기(chiller, 21)로부터 냉각수 라인(22)을 통해 공급되는 냉각수가 흡입되어 반응기(10) 내부의 온도를 원하는 수준으로 유지할 수 있다.The cooling water supplied from an external chiller 21 through the cooling water line 22 is sucked into the cooling device 14 so that the temperature inside the reactor 10 can be maintained at a desired level.

상기 상부 플레이트(19) 및 하부 플레이트(20)는 밀봉부재(23)를 이용하여 본체(18)와 밀봉되고, 결합부재(24)를 이용하여 본체(18)과 결합되며, 각각 중앙부에 상기 연결관(25)과 결합되는 밀봉된 결합부를 가진다.The upper plate 19 and the lower plate 20 are sealed with a body 18 using a sealing member 23 and are coupled to the body 18 using a coupling member 24, And has a sealed engagement portion to be engaged with the pipe 25.

상기 밀봉부재(23)의 일예로 오링(O-ring)이 사용될 수 있고, 상기 결합부재(24)의 일예로 볼트가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 이하 같다.O-rings may be used as an example of the sealing member 23, and bolts may be used as an example of the coupling member 24. However, the present invention is not limited thereto.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 반응기(10)의 형상을 원통형으로 구성하였으나, 후술하는 바와 같이 가스 하이드레이트 생성 반응의 효율을 향상시키기 위한 제트노즐, 미세기포 발생장치, 교반기 등의 부재를 설치할 수 있도록, 상기 반응기의 형상을 다양하게 변형시킬 수도 있다.In the embodiment of the present invention, the shape of the reactor 10 is cylindrical. However, as described later, members such as a jet nozzle, a fine bubble generator, and a stirrer may be installed to improve the efficiency of the gas hydrate generating reaction The shape of the reactor may be modified in various ways.

도2에서 보는 바와 같이, 슬러리의 흡입구(26)가 구비된 연결관은 상기 반응기(10)의 중심부를 관통하여 구비되고, 상기 흡입구(26)의 상부와 하부에서 각각 연결관(25)의 내부에 삽입되어 동작하는 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b)이 구비된다.As shown in FIG. 2, the connection pipe provided with the inlet port 26 of the slurry passes through the center of the reactor 10, and is connected to the inside of the connection pipe 25 at the upper portion and the lower portion of the inlet port 26, And an upper piston 11a and a lower piston 11b which are inserted into and operate.

또한, 상기 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b)은 연결관(25) 내부와 밀착되어 동작되고, 이를 위해 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b)의 로더는 외측면에 밀착부재(미도시)를 포함할 수 있다.The upper piston 11a and the lower piston 11b are operated in close contact with the inside of the connection pipe 25. For this purpose, the loader of the upper piston 11a and the lower piston 11b is provided with a contact member Time).

상기 연결관(25)에는 복수 개의 흡입구(26) 및 배수공(27)이 형성되어, 반응기(10) 내부의 슬러리를 포함하는 유체가 상기 흡입구(26)를 통하여 상기 연결관(25) 내부로 흡입되고, 가스 하이드레이트 펠릿을 생성하는 과정에서 탈수된 물은 상기 배수공(27)을 통하여 연결관(25)의 외부로 배출된다.A plurality of suction ports 26 and a drain hole 27 are formed in the connection pipe 25 so that fluid containing slurry in the reactor 10 is sucked into the connection pipe 25 through the suction port 26, In the process of producing the gas hydrate pellets, the dehydrated water is discharged to the outside of the connecting pipe (25) through the drain hole (27).

상기 피스톤 펌프(11)는 서보팩(servo pack)과 컨트롤러가 일체화된 서보모터(servo motor)(30)에 연결되어 구동력을 전달받을 수 있으며, 상기 서보모터(30)는 반응기의 상부 피스톤(11a)에 연결된 제1서보모터(30a)와 하부 피스톤(11b)에 연결된 제2서보모터(30b)로 구성되며, 후술하는 제어부(200)에 의해 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b)의 운동을 정밀하게 제어할 수 있다.The piston pump 11 is connected to a servo motor 30 having a servo pack and a controller integrated to receive the driving force. The servo motor 30 is connected to the upper piston 11a And a second servo motor 30b connected to the lower piston 11b. The control unit 200 controls the movement of the upper piston 11a and the lower piston 11b Can be precisely controlled.

또한, 이를 위해 상기 연결관(25)의 일측에 피스톤의 위치를 감지하는 센서(미도시)를 설치하고, 상기 센서의 출력을 상기 컨트롤러에 전달하여 피스톤 각각의 위치를 제어할 수 있다.To this end, a sensor (not shown) for sensing the position of the piston may be provided at one side of the coupling pipe 25, and the position of each piston may be controlled by transmitting the output of the sensor to the controller.

가스공급부(12)와 급수부(13)는 상기 반응기(10)의 외부에 구비되어 가스 하이드레이트 생성에 필요한 가스와 물을 각각 반응기에 공급한다.The gas supply unit 12 and the water supply unit 13 are provided outside the reactor 10 to supply gas and water required for gas hydrate generation, respectively, to the reactor.

상기 가스공급부(12)와 급수부(13)는 반응기에 직접 연결될 수도 있으나, 가스 하이드레이트가 생성되는 조건이 일반적으로 고압 상태이므로 중간에 압력의 완충을 위한 버퍼탱크(buffer tank, 미도시)를 연결하는 것이 바람직하다.Although the gas supply unit 12 and the water supply unit 13 may be connected directly to the reactor, a buffer tank (not shown) for buffering the pressure in the middle is connected .

상기 급수부(13)로부터 공급된 물은 상기 반응기(10) 상부에 설치된 제트노즐(jet nozzle)(29)에 의해 고속으로 분무(spray)되는 방식을 채용함으로써, 물과 가스의 접촉 반응을 촉진시킬 수 있다.The water supplied from the water supply unit 13 is sprayed at a high speed by a jet nozzle 29 provided on the reactor 10 to accelerate the contact reaction between water and gas .

또한, 상기 반응기(10)의 하부에서 가스를 공급하는 가스공급부(12)는 물과의 접촉 면적 및 반응 효율을 향상시키기 위하여, 정적 혼합기(static mixer) 또는 미세기포 발생장치(micro bubbler)(34)를 이용하여 가스를 미세기포 형태로 주입할 수 있다.The gas supply unit 12 for supplying the gas in the lower part of the reactor 10 may be a static mixer or a micro bubble generator 34 ) Can be used to inject the gas in the form of fine bubbles.

상기 반응기(10)에는 내부의 유체를 외부로 배출할 수 있는 유체 배출부(31)와, 가스 하이드레이트 펠릿이 생성된 후 이를 상기 반응기 외부로 토출할 수 있는 토출부(15)가 구비되며, 상기 토출부(15)를 통해 토출되는 가스 하이드레이트 펠릿은 반응기 외부의 저장용기(16)에 저장된다.The reactor 10 is provided with a fluid discharge portion 31 capable of discharging the internal fluid to the outside and a discharge portion 15 capable of discharging the gas hydrate pellet to the outside of the reactor after the gas hydrate pellet is generated, The gas hydrate pellets discharged through the discharge portion 15 are stored in the storage vessel 16 outside the reactor.

더불어, 본 발명의 실시예에서는 가스공급부(12) 및 급수부(13)로부터 직접 반응기에 가스와 물을 공급하는 것으로 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예에 따라 가스공급부(12)로부터 공급되는 가스와 급수부(13)로부터 공급되는 물이 유속 및 유압 차이에 의하여 벤츄리 밸브(Venturi valve, 미도시)에서 혼합되어 상기 반응기에 자동으로 공급되게 구성될 수도 있다. In the embodiment of the present invention, gas and water are supplied directly to the reactor from the gas supply unit 12 and the water supply unit 13. However, according to another embodiment of the present invention, the gas supplied from the gas supply unit 12 And the water supplied from the water supply unit 13 may be mixed in the venturi valve (not shown) due to the difference in the flow velocity and the hydraulic pressure and automatically supplied to the reactor.

상기와 같이, 벤츄리 밸브를 채택하는 경우 가스와 물이 혼합되어 함께 반응기에 공급되므로, 반응기 내에서 반응 속도를 증가시킬 수 있다.As described above, when the venturi valve is adopted, since the gas and the water are mixed and supplied to the reactor, the reaction rate can be increased in the reactor.

또한, 상기 제어장치(17)는 상기 반응기에 연결된 계측장치(37)을 이용하여 반응기 내부의 공정 조건 및 상태를 계측하고, 가스와 물의 공급, 냉각장치 및 펠릿의 배출 및 저장 등 가스 하이드레이트 펠릿을 생성을 위한 일련의 과정을 제어한다.The control device 17 measures the process conditions and the state inside the reactor using the measuring device 37 connected to the reactor, and controls the gas hydrate pellets such as the gas and water supply, the cooling device, and the discharge and storage of the pellets And controls a series of processes for generation.

더불어, 상기 제어장치(17)는 후술하는 바와 같이 서보모터, 전동실린더 등의 구동부를 제어하기 위한 제어부(200)를 포함한다.In addition, the control device 17 includes a control unit 200 for controlling a driving unit such as a servo motor, an electric cylinder, and the like as will be described later.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치는 가스공급부(12), 급수부(13) 또는 피스톤 펌프(11) 등 구성 부재의 전후, 상하 또는 유로 상에 밸브, 교반기, 냉각 및 가열부재, 센서 또는 계측장치 등을 다양하게 구비할 수 있고, 상기 제어장치(17)에 의해 이들을 제어하여 장치의 동작을 조절하거나 공정 조건을 정밀하게 측정하여 피드백할 수 있으나, 편의를 위해서 구체적인 설명은 생략한다.On the other hand, the apparatus for producing gas hydrate pellets according to the embodiment of the present invention includes a valve, a stirrer, a cooling and heating device (not shown) on the front, rear, top and bottom or the flow path of the gas supply unit 12, the water supply unit 13, A sensor, a measuring device, and the like, and the control device 17 can control them to adjust the operation of the device or to precisely measure and feedback process conditions. However, for the sake of convenience, It is omitted.

이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 하이드레이트 생성 과정을 도면을 이용하여 설명하되, 편의를 위하여 연속 또는 동시에 진행되는 과정을 각 단계별로 구분하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the process of generating the gas hydrate according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, but the process of continuously or simultaneously proceeding will be described in detail for each step.

먼저, 도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치의 구동부를 제어하기 위한 제어부의 구성도이다.3 is a block diagram of a control unit for controlling a driving unit of the gas hydrate pellet producing apparatus according to the first embodiment of the present invention.

도3에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치는 구동부를 제어하기 위한 제어부(200)를 구비한다.As shown in FIG. 3, the apparatus for producing gas hydrate pellets according to the first embodiment of the present invention includes a control unit 200 for controlling a driving unit.

상기 제어부(200)는 메모리부(201)에 입력된 데이터를 수신하여, 제1서보모터 구동부(202)와 제2서보모터 구동부(203)에 동기화 신호를 보냄으로써, 상기 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b)을 연동하여 제어할 수 있다.The control unit 200 receives the data input to the memory unit 201 and sends a synchronization signal to the first servo motor drive unit 202 and the second servo motor drive unit 203 so that the upper piston 11a, The lower piston 11b can be interlocked and controlled.

서보모터를 이용하여 구동부를 제어하면, 정밀한 정역 회전을 통해 종래 유압 장치를 이용하는 경우 발생될 수 있는 상기 피스톤의 미끄러짐(slip)에 의한 압축력의 감소를 방지할 수 있는 장점이 있다. Controlling the drive unit using the servo motor has an advantage that it is possible to prevent a reduction in compressive force due to a slip of the piston, which may be generated when a conventional hydraulic device is used through accurate forward and reverse rotation.

또한, 서보모터는 종래의 유압 장치 등에 비하여 설치 비용이 저렴하고, 상기 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b)이 각각 상기 반응기의 상부 또는 하부로 쉽게 착탈될 수 있어서 유지 보수가 용이한 장점이 있다.In addition, the installation cost of the servo motor is lower than that of the conventional hydraulic device, and the upper piston 11a and the lower piston 11b can be easily attached to or detached from the upper or lower portion of the reactor, have.

도4a 내지 4d는 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치의 단계별 동작 예시도로서, 각각 초기생성 및 흡입단계(도4a), 압축 및 탈수단계(도4b), 재흡입단계(도4c) 및 토출단계(도4d)를 나타낸다.FIGS. 4A to 4D are diagrams for explaining the operation of the apparatus for producing gas hydrate pellets according to the first embodiment of the present invention, in which steps of initial generation and suction (FIG. 4A), compression and dehydration Fig. 4C) and the discharging step (Fig. 4D).

도4a에서 보는 바와 같이, 초기생성 및 흡입단계(도4a)는 가스 하이드레이트 슬러리의 생성 및 생성된 슬러리를 흡입하는 과정으로서 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b)이 초기 상태에 위치하고 있으며, 상기 반응기(10)가 냉각장치(14)에 의해 저온으로 일정하게 유지된 상태에서 상기 반응기(10) 상부로부터 물이 주입된다.As shown in FIG. 4A, the initial generation and suction stage (FIG. 4A) is a process of generating a gas hydrate slurry and sucking the generated slurry, wherein the upper piston 11a and the lower piston 11b are in an initial state, Water is injected from the upper portion of the reactor 10 while the reactor 10 is maintained at a low temperature constantly by the cooling device 14.

상기 물은 급수부(13)로부터 공급되어 상기 제트노즐(29)을 통해 반응기(10) 내부에 고속으로 분사 주입됨으로써 가스와의 접촉 반응이 촉진되고, 물의 고속 흐름에 의해 소용돌이가 형성되어 반응이 더욱 촉진되는 효과가 있다.The water is supplied from the water supply unit 13 and injected at a high speed into the reactor 10 through the jet nozzle 29 to thereby accelerate the contact reaction with the gas and form a vortex due to the high- There is also an effect to be further promoted.

상기 가스는 가스공급부(12)로부터 공급되어 미세기포 발생장치(34)를 통해 일정한 압력이 유지되는 반응기(10) 내부로 주입됨으로써 물과 가스의 접촉 반응이 향상된다.The gas is supplied from the gas supply unit 12 and injected into the reactor 10 through the micro-bubble generator 34 to maintain a constant pressure, thereby improving the contact reaction between water and gas.

이와 함께, 상기 반응기(10) 내부에서 물과 가스가 반응한 후, 미반응된 가스는 가스 배출구(35)를 통해 반응기 외부로 배출되며, 이를 재순환시켜 사용함으로써 가스의 사용 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, after the reaction of water and gas in the reactor 10, the unreacted gas is discharged to the outside of the reactor through the gas outlet 35, and the use efficiency of the gas can be improved by recycling the gas .

또한, 상기 반응기의 하부에는 교반기(36)를 설치하여 물과 가스가 혼합된 슬러리를 휘저어 물과 가스의 계면 반응을 더욱 촉진시킬 수도 있다.In addition, an agitator (36) may be installed in the lower part of the reactor to agitate the slurry in which water and gas are mixed to further promote the interfacial reaction between water and gas.

이 때, 상기 물과 가스는 반응기(10) 내부로 직접 공급될 수 있고, 상기 벤츄리 밸브(미도시)를 통해 혼합되어 공급될 수도 있다.At this time, the water and the gas may be directly supplied into the reactor 10, and may be mixed and supplied through the venturi valve (not shown).

한편, 물과 가스의 질량 차이를 고려하여 물은 상기 반응기(10)의 상부로, 가스는 상기 반응기(10)의 하부로부터 공급되는 것이 물과 가스의 반응 효율 향상을 위해 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.It is preferable that water is supplied to the upper portion of the reactor 10 and gas is supplied from the lower portion of the reactor 10 in order to improve the reaction efficiency between water and gas in consideration of the difference between the masses of water and gas, Do not.

상기 반응기(10) 내에 물과 가스가 미리 설정된 농도에 이르도록 충분히 공급되면 물과 가스 계면의 접촉 반응이 진행되므로, 상기 반응기(10)의 내부에는 슬러리(32)가 형성되기 시작한다.When the water and the gas are sufficiently supplied to reach the predetermined concentration in the reactor 10, the contact reaction between the water and the gas interface proceeds, so that the slurry 32 starts to be formed in the reactor 10.

이와 같이, 슬러리가 형성되면 먼저 도4a에서 보는 바와 같이, 상기 제1서보모터(30a)의 구동력에 의한 상부 피스톤(11a)의 상승에 따라 상기 연결관(25) 내부의 압력이 감소되는 흡입행정이 진행된다.4A, when the slurry is formed, the pressure in the connection pipe 25 is reduced in accordance with the rise of the upper piston 11a by the driving force of the first servo motor 30a. .

이에 따라, 상기 반응기의 내부에 형성된 슬러리(32)는 상기 흡입구(26) 또는 일부는 상기 배수공(27)을 통해 상기 연결관(25) 내부로 흡입된다.Accordingly, the slurry (32) formed in the reactor is sucked into the connection pipe (25) through the suction port (26) or a part thereof through the drain hole (27).

상술한 바와 같이, 슬러리의 흡입행정이 완료되면, 도4b에서 보는 바와 같이 고정된 하부 피스톤(11b)과 제1서보모터(30a)에 의해 하강 운동을 하는 상부 피스톤(11a) 사이에서 상기 연결관(25)의 내부로 흡입된 슬러리가 압축되는 압축행정이 진행되고, 이와 동시에 상기 연결관(25)의 흡입구(26)와 배수공(27)을 통해 슬러리가 압축될 때 나온 물이 배출되는 탈수 공정이 진행된다.As described above, when the suction stroke of the slurry is completed, as shown in FIG. 4B, between the fixed lower piston 11b and the upper piston 11a, which is lowered by the first servo motor 30a, (25) and a drainage hole (27) of the connection pipe (25) to discharge water discharged from the drainage hole (26) when the slurry is compressed through the drainage hole .

구체적으로는, 먼저 도4a에서 상기 연결관(25) 내부에 충분한 슬러리(32)가 흡입된 후, 상부 피스톤(11a)이 일정 속도로 하강하여 슬러리(32)를 고압으로 압축한다. 4A, after the sufficient slurry 32 is sucked into the connection pipe 25, the upper piston 11a descends at a constant speed to compress the slurry 32 to a high pressure.

이 때, 상기 슬러리(32) 주변의 물이 제거되는데, 상기 배수공(27)의 크기가 작기 때문에 크기가 큰 고체 슬러리는 상기 연결관(25) 외부로 유출되지 않고 오직 물만 배출되어, 슬러리의 형성과 함께 압축 및 탈수에 의한 펠릿화가 동시에 진행될 수 있다.At this time, the water around the slurry (32) is removed. Since the size of the drain hole (27) is small, the solid slurry having a large size is discharged only out of the connection pipe (25) And pelletization by compression and dehydration can proceed simultaneously.

상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b) 사이에서 가스 하이드레이트 펠릿(33)을 생성하기 위하여, 상부 피스톤(11a)의 하강에 따른 압축행정으로 하부 피스톤(11b)도 소정의 길이만큼 아래로 하강함으로써, 상기 펠릿(33)의 크기를 조절할 수 있다.In order to create the gas hydrate pellet 33 between the upper piston 11a and the lower piston 11b, the lower piston 11b is also lowered by a predetermined length in the compression stroke corresponding to the descent of the upper piston 11a , The size of the pellet (33) can be adjusted.

이와 같이, 압축행정이 완료되면, 도4c에 도시한 바와 같이 상부 피스톤(11a)이 다시 상승하여 상기 흡입구를 통해 슬러리를 흡입하는 흡입행정을 다시 수행하는 재흡입단계를 진행한다.When the compression stroke is completed as described above, the upper piston 11a rises again as shown in FIG. 4C and proceeds to the re-sucking step of performing again the suction stroke for sucking the slurry through the suction port.

이와 같은 슬러리의 흡입, 압축 및 탈수 공정은 가스 하이드레이트 펠릿(33)이 일정한 두께에 이르기까지 상기 상부 피스톤(11a)의 하강 및 상승에 의해 반복된다.Such a suction, compression and dehydration process of the slurry is repeated by lowering and raising the upper piston 11a until the gas hydrate pellet 33 reaches a certain thickness.

한편, 상기 상부 피스톤(11a)은 상기 제1서보모터(30a)의 구동력에 의해 약 200 ~ 300 kgf/cm2(1 kgf/cm2 = 0.98 bar)의 고압으로 펠릿을 압축할 수 있는 바, 슬러리의 압축, 탈수 및 펠릿화(pelletizing)의 효율이 향상된다.The upper piston 11a can compress the pellets at a high pressure of about 200 kgf / cm 2 to about 300 kgf / cm 2 (1 kgf / cm 2 = 0.98 bar) by the driving force of the first servo motor 30a. The efficiency of compression, dehydration and pelletizing of the slurry is improved.

일반적으로, 천연가스와 물 분자가 결합하여 결정을 이루기 위해서는 섭씨 0℃에서 26 기압(atm) 또는 10℃에서 76 기압 정도의 압력이 가해져야 하므로, 상기 제1서보모터(30a)는 200 ~ 400 기압 범위의 가압 능력을 가지는 것이 더욱 바람직하다.Generally, the pressure of about 26 atm or 10 < 0 > C at 76 [deg.] C must be applied at 0 [deg.] C to achieve crystal formation of natural gas and water molecules, It is more preferable to have a pressing ability in the atmospheric pressure range.

상기 제1서보모터(30a) 및 제2서보모터(30b)는 종래의 유압 장치 등에 비하여 강력한 압축력을 발휘할 수 있고, 상기 제어부(200)에 의해 모터의 구동을 제어함으로써, 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b)의 정밀한 위치 제어가 가능하므로 원하는 두께의 가스 하이드레이트 펠릿(33)을 생성할 수 있다.The first servo motor 30a and the second servo motor 30b can exert a strong compressive force compared with a conventional hydraulic device and the like and the control of the motor by the control part 200 allows the upper and lower pistons 11a, It is possible to precisely control the position of the lower piston 11b, so that the gas hydrate pellet 33 having a desired thickness can be produced.

상기 슬러리의 흡입, 압축 및 탈수 반복단계가 완료되어 원하는 두께의 가스 하이드레이트 펠릿이 생성되면 상기 펠릿의 토출단계가 진행된다.When the suction, compression and dehydration repeated steps of the slurry are completed and the gas hydrate pellets of the desired thickness are produced, the pellets are discharged.

도4d에서 보는 바와 같이, 일정한 두께로 압축 및 탈수된 가스 하이드레이트 펠릿(33)은 상부 피스톤(11a)의 하강 운동에 의해 상기 연결관(25)의 하부에 형성된 토출부(15)를 통해 반응기(10) 외부로 배출되고, 상기 토출된 펠릿(33)이 상압에서 해리되지 않도록 저온의 저장용기(16)에 수집된다.4d, the gas hydrate pellet 33 compressed and dewatered to a constant thickness is discharged to the reactor (not shown) through the discharge portion 15 formed at the lower portion of the connecting pipe 25 by the downward movement of the upper piston 11a 10, and the discharged pellets 33 are collected in a low-temperature storage container 16 so as not to dissociate at normal pressure.

즉, 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b)이 연결관(25)을 따라 동일한 속도로 하강하면, 그 사이에 형성된 가스 하이드레이트 펠릿(33)이 함께 하강하여 상기 연결관(25)의 하부에 구비된 토출부(15)를 통해 저장용기(16)에 수집된다.That is, when the upper piston 11a and the lower piston 11b descend at the same speed along the connecting pipe 25, the gas hydrate pellets 33 formed therebetween descend together, And is collected in the storage container 16 through the provided discharge portion 15.

상기 저장용기(16)는 다수의 가스 하이드레이트 펠릿(33)을 저장하는데 바람직한 온도 및/또는 압력을 유지할 수 있도록 구비된다.The storage vessel 16 is provided to maintain a desired temperature and / or pressure for storing a plurality of gas hydrate pellets 33.

상기 펠릿(33)이 토출된 이후, 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b)은 다시 초기 상태로 복귀하여 다음 작업을 준비한다.After the pellet 33 is discharged, the upper piston 11a and the lower piston 11b return to their initial states and prepare for the next operation.

이상에서는, 슬러리의 흡입행정 및 탈수행정에서 상부 피스톤이 승하강하는 경우를 일예로서 설명하였으나, 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라 상부 또는 하부 피스톤 중 적어도 어느 하나의 승하강에 의해 상기 흡입행정과 압축행정이 이루어질 수도 있다.In the above description, the upper piston moves up and down in the suction stroke and the dewatering stroke of the slurry. However, .

다만, 이 경우 상기 흡입행정에서는 상부 및 하부 피스톤이 흡입구를 사이에 두고 서로 이격되도록 동작되는 것이 바람직하고, 압축행정에서는 상부 및 하부 피스톤이 배수공을 사이에 두고 서로 근접하도록 동작되는 것이 바람직하다.However, in this case, it is preferable that the upper and lower pistons are operated to be separated from each other with the suction port being interposed in the suction stroke, and in the compression stroke, the upper and lower pistons are operated to be close to each other with the drain hole therebetween.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치는 반응기 내에 상부 피스톤과 하부 피스톤을 설치하고 이를 서보모터에 의해 제어하여 높은 압축력을 가함으로써, 반응기 내에서 형성된 슬러리를 압축 및 탈수 효율을 향상시킴으로써 고밀도, 저수분의 가스 하이드레이트 펠릿을 제조할 수 있다.As described above, the apparatus for producing gas hydrate pellets according to the present invention is characterized in that an upper piston and a lower piston are installed in a reactor and controlled by a servomotor to give a high compressive force to improve the compression and dehydration efficiency of the slurry formed in the reactor To thereby produce a gas hydrate pellet of high density and low water content.

이와 같이, 슬러리의 흡입, 압축 및 탈수를 통한 펠릿 제조를 동시에 진행함으로써 별도의 추가 공정이 불필요하므로 제조 효율이 증가함은 물론이고, 각 공정 단계에서 특별한 제어가 필요 없고, 각 단계에서 온도 및 압력 유지를 위한 별도의 장치가 불필요하므로, 가스 하이드레이트 펠릿을 연속적으로 용이하게 제조할 수 있는 장점이 있다.Since the pellets are simultaneously produced by suction, compression and dehydration of the slurry, no additional process is required. Therefore, not only the production efficiency is increased but also special control is not required at each process step, There is an advantage that the gas hydrate pellets can be produced continuously and easily since a separate device for holding is unnecessary.

이하에서는, 본 발명의 제2실시예에 따라 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치에 대하여 도면을 이용하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an apparatus for producing a gas hydrate pellet according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

제1실시예의 경우, 슬러리를 흡입한 후 압축하는 과정에서 연결관(25)의 내부로 흡입된 슬러리가 흡입구(26)를 통해 상당량 유출되므로 슬러리의 포집 효율이 저하되는 단점이 있다.In the case of the first embodiment, since the slurry sucked into the coupling pipe 25 flows out through the suction port 26 in a process of sucking and compressing the slurry, the collection efficiency of the slurry is lowered.

따라서 제2실시예는 이를 방지하기 위해 연결관을 흡입구가 개폐 가능한 이중관 구조로 구성한 점에서 제1실시예와 차별된다.Therefore, in order to prevent this, the second embodiment is different from the first embodiment in that the connecting pipe is formed of a double pipe structure capable of opening and closing the suction port.

이하에서는, 제1실시예와 차별되는 제2실시예의 구성 및 동작을 중심으로 설명하며, 제1실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 중복된 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the second embodiment, which is different from the first embodiment, will be mainly described, and the same reference numerals are assigned to the same components as those of the first embodiment, and redundant description is omitted.

도5a는 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치에서 이중 연결관 구조를 설명하기 위한 사시도 및 측단면도이다.FIG. 5A is a perspective view and a side cross-sectional view illustrating a dual connection pipe structure in a gas hydrate pellet producing apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG.

제1실시예에서 상술한 바와 같이, 상부 피스톤(11a)이 상승하여 연결관(25) 내부의 압력이 감소되면, 반응기(10) 내부에 형성된 슬러리(32)가 압력 차이에 의해 연결관(25) 내부로 흡입된다.The slurry 32 formed in the reactor 10 is supplied to the connection pipe 25 by the pressure difference as the upper piston 11a rises and the pressure inside the connection pipe 25 is reduced as described in the first embodiment, ).

이후, 상기 흡입된 슬러리를 압축 및 탈수하기 위하여, 상부 피스톤(11a)이 하강하여 연결관(25) 내부의 압력이 증가되면, 흡입된 슬러리가 압축 및 탈수됨과 동시에, 상당량의 슬러리가 상기 흡입구(26)를 통해 다시 연결관(25) 외부로 유출됨에 따라 슬러리의 포집 효율이 감소된다.Thereafter, in order to compress and dehydrate the sucked slurry, when the pressure in the connecting pipe 25 is increased due to the descent of the upper piston 11a, the sucked slurry is compressed and dehydrated, and a considerable amount of slurry is discharged from the inlet 26 to the outside of the connecting pipe 25, the collection efficiency of the slurry is reduced.

이에 따라, 도5a에 도시한 이중 연결관(300)은 반응기(10) 내부를 관통하여 설치되는 제1연결관(301)과, 상기 제1연결관(301)의 내부에 삽입되는 제2연결관(302)을 포함하며, 상기 제2연결관(302)은 상기 제1연결관(301)의 상단부로부터 소정의 길이만큼 외부로 연장되어 형성된다. Accordingly, the double connection pipe 300 shown in FIG. 5A includes a first connection pipe 301 installed to pass through the inside of the reactor 10, a second connection pipe 310 inserted into the first connection pipe 301, And the second connection pipe (302) is formed to extend outward by a predetermined length from the upper end of the first connection pipe (301).

상기 제1연결관(301)의 측면부에는 슬러리가 흡입될 수 있도록 제1흡입구(303)가 적어도 하나 형성되고, 상기 제2연결관(302)의 측면부에도 상기 제1흡입구(303)에 대응되는 위치에 제2흡입구(304)가 형성된다.At least one first suction port 303 is formed on the side surface of the first connection pipe 301 so that the slurry can be sucked into the first connection pipe 301. The side surface of the second connection pipe 302 is connected to the first suction port 303 The second suction port 304 is formed.

또한, 상기 제1연결관(301) 및 제2연결관(302)의 하부에는 상기 제1실시예에서 상술한 바와 같은 배수공(27)이 구비된다.In addition, a drain hole 27 as described in the first embodiment is provided below the first connection pipe 301 and the second connection pipe 302.

상기 제2연결관(302)의 연장부 외측면에는 후술하는 바와 같이 정역 회전이 가능한 전동실린더(306)의 구동력에 의해 상기 제2연결관(302)을 회전시킬 수 있도록 회동돌기(305)가 구비된다.A rotation protrusion 305 is provided on the outer surface of the extension of the second connection pipe 302 so as to rotate the second connection pipe 302 by the driving force of the electric cylinder 306 capable of normal and reverse rotation Respectively.

도5b는 상술한 가스 하이드레이트 생성 단계에서 흡입행정이 진행되는 경우, 도5c는 압축행정이 진행되는 경우, 각각 상기 이중 연결관의 상태 및 동작을 나타내기 위한 도5a의 A-A’부의 단면도이다.5B is a cross-sectional view taken along the line A-A 'in FIG. 5A for indicating the state and operation of the double connection pipe, respectively, when the compression stroke is proceeded, when the suction stroke is advanced in the gas hydrate generation step .

도5b에서는 상기 제1흡입구(303)와 제2흡입구(304)를 통해 상기 제2연결관(302)의 내부로 슬러리를 흡입하는 흡입행정이 진행되는 것을 볼 수 있다.5B, it is seen that the suction stroke for sucking the slurry into the second connection pipe 302 proceeds through the first suction port 303 and the second suction port 304.

즉, 상기 제1서보모터(30a)에 의해 구동되는 상부 피스톤(11a)과 상기 제2서보모터(30b)에 의해 구동되는 하부 피스톤(11b)이 서로 이격되면, 상기 제2연결관(302) 내부의 압력이 감소하므로, 반응기(10) 내부에 생성된 슬러리가 상기 제1흡입구(303)와 제2흡입구(304)를 순차적으로 통과하여 상기 제2연결관(302) 내부로 물과 함께 흡입된다.That is, when the upper piston 11a driven by the first servo motor 30a and the lower piston 11b driven by the second servo motor 30b are separated from each other, the second connection pipe 302, The slurry produced in the reactor 10 sequentially passes through the first suction port 303 and the second suction hole 304 and sucked into the second connection pipe 302 together with water, do.

이는 상기 제1흡입구(303)와 제2흡입구(304)가 동일한 위치로 제어되어, 반응기(10) 내부와 상기 제2연결관(302) 내부가 개방되어 연통되기 때문이다.This is because the first suction port 303 and the second suction port 304 are controlled to the same position so that the inside of the reactor 10 and the inside of the second connection pipe 302 are opened and communicated.

이와 같은 상태에서, 이격되었던 상기 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b)이 서로 근접하여 압축행정이 진행되면, 도5c에 도시한 바와 같이 슬러리가 상기 흡입구를 통해 배출되는 것을 방지하기 위하여 상기 흡입구를 폐쇄하는 동작이 이루어진다.In this state, in order to prevent the slurry from being discharged through the suction port, as shown in FIG. 5C, when the separated upper and lower pistons 11a and 11b are close to each other and the compression stroke progresses, Is closed.

즉, 전동실린더(306)의 구동력에 의해 실린더 로드(307)가 진퇴 운동을 함에 따라 상기 실린더 로드(307)와 힌지 결합된 상기 회동돌기(305)가 회전하게 된다.That is, as the cylinder rod 307 moves forward and backward by the driving force of the electric cylinder 306, the rotation protrusion 305 hinged to the cylinder rod 307 rotates.

이에 따라, 상기 제2연결관(302)도 원주 방향으로 회전하여 상기 제1흡입구(303)와 제2흡입구(304)가 서로 다른 위치로 제어되므로, 상기 제1흡입구(303)와 제2흡입구(304)는 폐쇄된다.Accordingly, the second connection pipe 302 also rotates in the circumferential direction so that the first suction port 303 and the second suction hole 304 are controlled to be at different positions, so that the first suction port 303 and the second suction port 303 (304) is closed.

결국, 상기 상부 및 하부 피스톤의 근접에 따라 압축행정이 진행되어 상기 제2연결관(302)의 내부 압력이 증가하는 경우에도, 상기 제2연결관(302) 내부로 흡입되었던 슬러리는 상기 제1흡입구(303)와 제2흡입구(304)가 연통되어 있지 않기 때문에 배출되지 못하고 대부분 상기 제2연결관(302)의 내부에 잔류하게 된다.As a result, even when the compression stroke progresses according to the proximity of the upper and lower pistons to increase the internal pressure of the second connection pipe 302, the slurry that has been sucked into the second connection pipe 302, Since the suction port 303 and the second suction port 304 are not in communication with each other, they can not be discharged and mostly remain in the second connection pipe 302.

반면에, 상기 제2연결관(302) 내부에서 가스 하이드레이트 펠릿이 형성되어 탈수된 물은 상기 제1연결관(301)과 제2연결관(302)이 연통되어 있지 않음에도 불구하고 상기 제1 및 제2연결관 사이의 간극(G) 또는 상기 흡입구의 하부에 형성된 배수공(27)을 통해서 반응기(10) 내부로 배출된다.On the other hand, although the gas hydrate pellets are formed in the second connection pipe 302 and the dehydrated water is not communicated between the first connection pipe 301 and the second connection pipe 302, And the gap G between the first and second connection pipes or the drain hole 27 formed in the lower portion of the inlet.

이와 같이, 상기 제2연결관(302) 내부로 흡입된 슬러리와 물 중 슬러리를 제외한 물만을 배출시킴으로써, 상기 제2연결관(302) 내부로의 슬러리의 포집 효율을 현저히 향상시킬 수 있다.In this manner, only the water other than the slurry sucked into the second connection pipe 302 and the slurry in the water is discharged, so that the collection efficiency of the slurry into the second connection pipe 302 can be remarkably improved.

또한, 상기 제1흡입구(303)와 제2흡입구(304)의 개폐는 상기 상부 피스톤(11a)과 상기 제2연결관(302)의 동기화를 통해 보다 정밀하게 제어될 수 있으며, 도6에는 상기 동기화 제어를 위한 제어부의 구성도를 보여주고 있다.The opening and closing of the first suction port 303 and the second suction port 304 can be more precisely controlled through synchronization of the upper piston 11a and the second connection pipe 302, And shows a configuration diagram of a control unit for synchronization control.

상기 제어부(200)는 메모리부(201)에 미리 입력된 데이터를 수신하여, 제1서보모터 구동부(202), 제2서보모터 구동부(203) 및 상기 전동실린더(306)를 구동시키는 제2연결관 구동부(204)에 동기화 신호를 보내어 제어한다.The control unit 200 receives data previously input to the memory unit 201 and controls the first servo motor driving unit 202, the second servo motor driving unit 203 and the second connection And sends a synchronization signal to the tube drive unit 204 for control.

즉, 피스톤의 흡입행정시, 상기 제어부(200)는 상기 제1서보모터 구동부(202)와 제2서보모터 구동부(203)를 통해 상기 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b)이 상기 제1 및 제2 흡입구를 사이에 두고 서로 이격되도록 제어하고, 상기 제2연결관 구동부(204)를 통해 상기 전동실린더(306)가 초기 위치에 대기하도록 제어한다.That is, during the suction stroke of the piston, the controller 200 controls the first and second servo motors 202 and 203 so that the upper piston 11a and the lower piston 11b are in contact with the first And the second suction port, and controls the electric cylinder 306 to wait at the initial position through the second connection pipe drive unit 204. [0054]

이후, 피스톤의 압축행정시, 상기 제어부(200)는 상기 제1서보모터 구동부(202)와 제2서보모터 구동부(203)을 통해 상기 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11a)이 상기 배수공(27)을 사이에 두고 서로 근접하도록 제어하고, 상기 제2연결관 구동부(204)를 통해 상기 전동실린더(306)가 전진 운동을 하도록 제어함으로써 상기 회동돌기(305)가 일정 각도만큼 정회전하도록 한다.The controller 200 controls the upper and lower pistons 11a and 11a through the first servo motor drive unit 202 and the second servo motor drive unit 203 so that the upper and lower pistons 11a, 27 so as to advance the electric cylinder 306 through the second connection tube drive part 204 so that the rotation protrusion 305 is rotated forward by a predetermined angle .

상기 압축행정이 종료되고 다시 흡입행정이 진행되면, 상기 제어부(200)는 상기 제1서보모터 구동부(202)와 제2서보모터 구동부(203)를 통해 상기 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b)이 상기 제1 및 제2 흡입구를 사이에 두고 서로 이격되도록 제어하고, 상기 제2연결관 구동부(204)를 통해 상기 전동실린더(306)가 후진 운동을 하도록 제어함으로써, 상기 회동돌기(305)가 일정 각도만큼 역회전하도록 한다.The control unit 200 controls the upper and lower pistons 11a and 11b through the first servo motor drive unit 202 and the second servo motor drive unit 203, Is controlled to be spaced apart from each other with the first and second suction ports interposed therebetween and the control unit controls the electric cylinder 306 to move backward through the second connection tube drive unit 204, So as to rotate in a reverse direction by a predetermined angle.

상술한 과정을 통해, 상기 제어부(200)는 흡입행정시 상기 제2흡입구(304)가 상기 제1흡입구(303)에 중첩되도록 제어하여 흡입구를 개방하고, 압축행정시에는 상기 제2흡입구(304)가 상기 제1흡입구(303)에 중첩되지 않도록 제어하여 흡입구를 폐쇄한다. The control unit 200 controls the second suction port 304 to overlap the first suction port 303 to open the suction port in the suction stroke and the second suction port 304 Is not overlapped with the first suction port 303 to close the suction port.

상기와 같이, 상부 피스톤(11a)과 하부 피스톤(11b)의 이격 또는 근접 제어와, 제2연결관(302)의 정역회전을 제어부(200)에 의해 동기화시킴으로써, 상기 제1흡입구(303)와 제2흡입구(304)의 개폐 동작을 상기 피스톤의 왕복 운동과 연동하여 보다 정밀하게 제어할 수 있다.As described above, the control unit 200 synchronizes the normal or reverse rotation of the second connection pipe 302 with the separation or proximity control between the upper piston 11a and the lower piston 11b, Closing operation of the second suction port 304 can be controlled more precisely by interlocking with the reciprocating motion of the piston.

상기와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치는, 슬러리의 흡입구가 구비된 이중 연결관과, 상기 흡입구의 상부와 하부에서 각각 연결관의 내부에 삽입되어 동작하는 한 쌍의 피스톤을 구비하여, 피스톤의 이격에 따라 슬러리를 흡입하는 흡입행정과, 피스톤의 근접에 따라 흡입된 슬러리를 압축 및 탈수하여 가스 하이드레이트 펠릿을 생성시키는 압축행정을 반복 수행함으로써, 가스 하이드레이트 펠릿의 생성 효율을 현저히 향상시킬 수 있다.As described above, the apparatus for producing a gas hydrate pellet according to the second embodiment of the present invention comprises: a double connection pipe having a suction port of a slurry; By repeating a suction stroke in which the slurry is sucked in accordance with the separation of the piston and a compression stroke in which the slurry sucked according to the proximity of the piston is compressed and dewatered to produce the gas hydrate pellet, Can be significantly improved.

또한, 상기 흡입행정과 압축행정을 수행함에 있어서, 서보모터를 이용하여 제어되는 피스톤 운동과 전동실린더를 이용하여 제어되는 흡입구의 개폐를 동기화시킴으로써, 슬러리의 포집 효율을 종래보다 현저히 개선하여 가스 하이드레이트 펠릿의 생성 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, in performing the suction stroke and the compression stroke, synchronizing the opening and closing of the suction port controlled using the servo cylinder and the piston movement controlled using the servo cylinder significantly improves the collecting efficiency of the slurry, The generation efficiency can be further improved.

10: 반응기 11: 피스톤 펌프
11a: 상부 피스톤 11b: 하부 피스톤
13: 급수부 15: 토출부
17: 제어장치 18: 본체
19: 상부 플레이트 20: 하부 플레이트
25: 연결관 26: 흡입구
27: 배수공 30: 서보모터
30a: 제1서보모터 30b: 제2서보모터
32: 슬러리 33: 펠릿(pellet)
200: 제어부 202: 제1서보모터 구동부
203: 제2서보모터 구동부 204: 제2연결관 구동부
300: 이중 연결관 301: 제1연결관
302: 제2연결관 303: 제1흡입구
304: 제2흡입구 305: 회동돌기
306: 전동실린더 307: 실린더 로드10: Reactor 11: Piston pump
11a: upper piston 11b: lower piston
13: water supply part 15:
17: Control device 18:
19: upper plate 20: lower plate
25: connector 26: inlet
27: Drain hole 30: Servo motor
30a: first servo motor 30b: second servo motor
32: slurry 33: pellet
200: control unit 202: first servo motor driving unit
203: second servo motor driving unit 204: second connection pipe driving unit
300: double connector 301: first connector
302: second connection pipe 303: first intake port
304: second suction port 305: rotation protrusion
306: electric cylinder 307: cylinder rod

Claims (4)

외부로부터 공급되는 가스와 물을 반응시켜 가스 하이드레이트 슬러리를 형성하는 반응기;
상기 반응기 내부를 관통하도록 설치되고, 중도 일측에 상기 가스 하이드레이트 슬러리가 흡입되는 흡입구가 개폐 가능하도록 형성된 연결관;
상기 흡입구의 상부와 하부에서 각각 상기 연결관의 내부에 삽입되는 한 쌍의 피스톤; 및
상기 흡입구를 통해 상기 연결관의 내부로 가스 하이드레이트 슬러리를 흡입하는 흡입행정과 상기 흡입된 가스 하이드레이트 슬러리를 펠릿 형태로 압축하는 압축행정을 수행하도록 상기 피스톤의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
상기 연결관은, 상기 반응기 내부를 관통하도록 설치되고 중도 일측에 제1흡입구가 형성된 제1연결관, 상기 제1연결관의 내부에 삽입되고 상기 제1흡입구와 함께 상기 흡입구를 구성하는 제2흡입구가 상기 제1흡입구에 대응되는 위치에 형성된 제2연결관, 및 상기 제2연결관을 원주 방향으로 회동시키는 구동부를 포함하여 구성되고,
상기 제어부는 흡입행정시 상기 흡입구를 개방시키고, 압축행정시 상기 흡입된 가스 하이드레이트 슬러리가 흡입구를 통해 배출되는 것을 방지하기 위하여 상기 흡입구를 폐쇄하되, 상기 흡입구를 개방시키는 경우 상기 제2흡입구가 제1흡입구에 중첩되도록 상기 구동부의 동작을 제어하고, 상기 흡입구를 폐쇄시키는 경우 상기 제2흡입구가 제1흡입구에 중첩되지 않도록 상기 구동부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치.
A reactor for reacting gas and water supplied from the outside to form a gas hydrate slurry;
A connection pipe installed to penetrate the inside of the reactor and having a suction port through which the gas hydrate slurry is sucked in at one end thereof to be opened and closed;
A pair of pistons inserted into the coupling pipe at the upper and lower portions of the suction port, respectively; And
And a control unit for controlling the operation of the piston to perform a suction stroke for sucking the gas hydrate slurry into the connection pipe through the suction port and a compression stroke for compressing the sucked gas hydrate slurry into a pellet shape,
The connection pipe includes a first connection pipe which is provided so as to pass through the inside of the reactor and has a first suction port formed at a middle portion thereof, a second suction pipe inserted into the first connection pipe and configured with the first suction port, A second connection pipe formed at a position corresponding to the first suction port, and a driving unit rotating the second connection pipe in the circumferential direction,
Wherein the control unit opens the suction port at the time of the suction stroke and closes the suction port to prevent the suctioned gas hydrate slurry from being discharged through the suction port during the compression stroke, Wherein the operation of the driving unit is controlled so that the operation of the driving unit is overlapped with the suction port and the second suction port is not overlapped with the first suction port when the suction port is closed.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1연결관과 제2연결관에는 각각 복수의 배수공이 형성되고,
상기 제어부는, 흡입행정시에는 상기 피스톤이 흡입구를 사이에 두고 서로 이격되도록 제어하고, 압축행정시에는 압축되는 가스 하이드레이트 슬러리에 포함된 물이 상기 배수공을 통해 배출될 수 있도록 상기 피스톤이 배수공을 사이에 두고 서로 근접하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치.
The method according to claim 1,
A plurality of drain holes are formed in the first connection pipe and the second connection pipe, respectively,
Wherein the control unit controls the piston to be spaced apart from each other with the suction port therebetween at the time of an intake stroke so that water contained in the gas hydrate slurry to be compressed is discharged through the drain hole at the time of the compression stroke, And controls the gas hydrate pellet to be close to each other.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 제2연결관에는 외주면 일측에 회동돌기가 더 형성되고,
상기 구동부는 실린더 로드의 단부가 상기 회동돌기에 힌지 결합된 전동실린더로 구성되며,
상기 제어부는 상기 실린더 로드를 진퇴시켜 상기 제2연결관을 원주 방향으로 정역 회동시키는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 펠릿 생성 장치.The method according to claim 1 or 3,
The second connection pipe is further provided with a rotation protrusion on one side of the outer circumferential surface,
Wherein the driving unit comprises an electric cylinder in which an end of a cylinder rod is hinged to the rotating projection,
Wherein the control unit advances and retreats the cylinder rod to rotate the second connection pipe in the circumferential direction.
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