KR101932486B1 - 액화가스펌프 - Google Patents

Abstract

액화가스를 펌핑하는 액화가스펌프가 제공된다. 액화가스펌프는 서로 이격되게 배치된 내부케이스와 외부케이스로 이루어진 케이싱과, 상기 내부케이스에 수용되며, 상기 내부케이스 내의 액화가스를 외부를 펌핑하는 펌프어셈블리와, 상기 케이싱으로 액화가스를 흡입하는 석션라인과, 상기 케이싱 내에서 기화되는 기화가스를 회수하는 리턴라인과, 상기 펌프어셈블리에서 펌핑된 액화가스를 외부로 배출하는 펌핑라인과, 상기 내부케이스와 외부케이스 사이에 설치되고 상기 리턴라인이 포함된 기화공간(BS) 내를 통과한 기화가스함유 상태 데이터를 측정하는 기화가스함유도 센서와, 상기 기화가스함유 상태 데이터를 사전 설정된 기준 기화가스함유 상태 데이터와 매칭비교하여 기화가스함유도를 판단하는 제어부를 포함한다. 본 발명의 액화가스펌프는 내부에서 기화되는 기화가스함유도를 기초로 기화가스의 회수밸브를 제어함으로써 액화가스펌프의 펌핑효율 및 액화가스 운송효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 과잉기화에 의한 액화가스펌프의 오동작을 방지할 수 있다.

Description

액화가스펌프{A LIQUID GAS PUMP}

본 발명은 초저온 액화가스, 예를 들면 액화천연가스를 펌핑하는 액화가스 펌프에 관한 것이다.

액화천연가스는 -162℃로 냉각시켜 액체상태를 만든 연료로, 액화에 의해 체적이 600분의 1로 줄어들어 수송이 용이하다. 액화천연가스는 다양한 채굴 방법(새로운 천연가스 유전, 세일 가스 등)이 개발됨에 따라 가장 안정적으로 수급이 가능한 에너지원으로 각광받고 있다. 초저온 액화가스 펌핑시스템은 액화천연가스를 이송 및 가압하는 용도로서 운반선, 도입기지, 액화기지, 화학플랜트 등에서 이용되고 있으며, 클린 에너지 수요 증대를 배경으로 수요가 매우 증가하고 있다.

초저온 액화가스 펌핑시스템은 다소비 전력 사용 기기 중 하나이고, 폭발성이 강한 초저온 액화가스를 다루기 때문에 안정성에도 매우 유의하여야 한다. 또한, 액화천연가스는 예를 들면 저장탱크, 이송관, 액체펌프의 외부 실온 25℃와 내부 -162℃ 사이에서 187℃ 이상의 온도차 발생하기 때문에 이중관, 이중벽 등의 열차단 수단을 적용하더라도 자연기화가 발생할 수 밖에 없다. 이러한 액화가스의 자연기화는 폭발 위험성, 상업적 손실, 펌프의 고장 등을 야기한다. 초저온 액화가스 펌핑시스템은 많은 변수에 의해 실시간으로 그 가동조건이 변화한다. 이러한 실시간의 가동조건의 변화는 에너지소비 효율 및 이송 효율에 악영향을 주며, 펌핑시스템의 실시간 고장 진단과 처리 및 가스누설의 실시간 진단과 처리를 어렵게 하고 있다.

본 발명의 목적은 액화가스의 펌핑 중에 정확한 기화가스함유도를 실시간으로 판단하여 효과적으로 기화가스만을 회수하고 액화가스펌프의 펌핑 효율을 향상시킬 수 있는 액화가스펌프를 제공하는데에 있다.

상술한 과제를 달성하기 위한 액화가스를 펌핑하는 액화가스펌프가 제공된다. 액화가스펌프는 서로 이격되게 배치된 내부케이스와 외부케이스로 이루어진 케이싱과, 상기 내부케이스에 수용되며, 상기 내부케이스 내의 액화가스를 외부를 펌핑하는 펌프어셈블리와, 상기 케이싱으로 액화가스를 흡입하는 석션라인과, 상기 케이싱 내에서 기화되는 기화가스를 회수하는 리턴라인과, 상기 펌프어셈블리에서 펌핑된 액화가스를 외부로 배출하는 펌핑라인과, 상기 내부케이스와 외부케이스 사이에 설치되고 상기 리턴라인이 포함된 기화공간(BS) 내를 통과한 기화가스함유 상태 데이터를 측정하는 기화가스함유도 센서와, 상기 기화가스함유 상태 데이터를 사전 설정된 기준 기화가스함유 상태 데이터와 매칭비교하여 기화가스함유도를 판단하는 제어부를 포함한다. 본 발명의 액화가스펌프는 기화가스함유도를 기초로 기화가스 회수 밸브를 효과적으로 제어할 수 있어 펌핑효율을 향상시키고, 과잉 기화로 인한 펌프을 오작동이나 고장을 예방할 수 있다.

상기 제어부는 상기 기화가스함유도를 기초로 상기 펌프어셈블리를 제어할 수 있다.

상기 리턴라인은 밸브를 포함하며, 상기 제어부는 상기 기화가스함유도를 기초로 상기 밸브를 제어할 수 있다.

상기 기화가스함유도 센서는, 상기 내부케이스와 외부케이스 사이의 내부케이스 외벽에 설치되어 초음파 또는 진동파를 생성하는 진동생성부와, 상기 진동생성부에 대향하는 상기 내부케이스와 외부케이스 사이의 내부케이스 외벽에 설치되어 기화공간(BS) 내를 통과한 초음파 또는 진동파를 수신하는 파형수신부를 포함할 수 있다.

상기 파형수신부는 내부케이스 외벽에 상하로 이격되게 복수개 설치될 수 있다.

본 발명에 의한 액화가스펌프는 기화가스함유도를 실시간으로 측정하여 기화가스만을 효율적으로 회수하고 액화가스펌프의 펌핑효율을 향상시키고 과일 기화에 의한 펌프 오작동을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 펌핑시스템을 나타내는 모식도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 펌핑시스템을 나타내는 블록도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스펌프의 구조를 나타내는 도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 펌핑시스템의 테스트베드(1')를 나타내는 블록도,
도 5는 액화가스펌프에 기화가스함유도 센서를 설치한 상태를 나타낸 도,
도 6은 액화가스 이송라인에 기화가스함유도 센서를 설치한 상태를 나타낸 도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 펌핑시스템의 원격제어방법을 나타내는 순서도, 및
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 펌핑시스템의 원격제어방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 펌핑시스템(1)을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 펌핑시스템(1)를 나타내는 모식도이다. 액화가스 펌핑시스템(1)은 액화가스저장소(100), 액화가스펌프(200), IoT 장치 메인 컨트롤러(300), 인터넷망(400), 메인관리자 모바일장치(500), 및 서브관리자 모바일장치(600)를 포함한다.

액화가스저장소(100)는 액화가스, 예를 들면 천연가스, 질소가스, 아르곤가스, 프로판가스 등을 -196℃ 이하의 초저온으로 압축하여 액화시켜 저장한다. 액화가스저장소(100)는 가스탱크 IoT 디바이스(102) 및 탱크센서(103)를 포함한다.

탱크센서(103)는 기화가스함유도센서, 온도센서, 압력센서, 변위센서, 진동센서 등을 포함한다.

가스탱크 IoT디바이스(102)는 PLC1(Programmable Logic Controller 1)(104), IoT통신모듈1(106) 및 메모리(108)를 포함한다. 가스탱크 IoT디바이스(102)는 다수의 탱크센서(103)를 이용하여 액화가스저장소(100)의 상태, 예를 들면 기화가스위, 온도, 압력, 액화가스위, 진동 등을 실시간으로 측정한다. 도 2에서, PLC1(104)와 IoT통신모듈1(106)은 기화가스함유도센서, 온도센서, 압력센서, 변위센서, 진동센서 등의 각 센서마다 설치하는 것도 가능하다. 즉, 탱크센서들(103)은 서로 위치가 가깝고 유선 설치가 쉬운 경우에는 통합하여 설치할 수도 있고, 서로 거리가 멀고 유선 설치가 어려운 경우에는 개별적으로 설치하는 것이 좋다.

PLC1(104)은 가스탱크 IoT디바이스(102)의 구성부품들, 예를 들면 IoT통신모듈1(106) 및 메모리(108)를 전반적으로 제어한다. PLC1(104)은 IoT장치 메인컨트롤러(300)가 전송하는 데이터취득방식 설정메시지를 파싱하여 탱크센서(103)에 적용한다. 또한, PLC1(104)은 설정된 취득방식에 따라 탱크센서(103)에서 측정한 기화가스함유도 데이터, 온도데이터, 압력데이터, 변위데이터, 진동데이터 등의 상태데이터를 IoT통신모듈1(106)를 통해 IoT 장치 메인컨트롤러(300)로 실시간 전송한다. 상태데이터 측정방식은 IoT장치 메인컨트롤러(300)에 의해 필요에 따라 패치된다. 측정방식은 크게 폴링(polling)과 푸시(push)를 사용한다. 폴링은 사용자가 주기적으로 센서로부터 데이터를 읽어오는 방법이고, 푸시는 센서 측에서 특정 이벤트가 발생할 때 데이터를 사용자에게 전달하는 방법이다. 또한, 푸시를 기반으로 최적화된 방법으로 모델 주도(model-driven) 방식과 배칭(batching) 방식이 있다. 센서 데이터를 자주 처리하지 않는 경우에는 센서 데이터를 모아서 전달하는 배칭 방식을 사용하는 것이 유리하고, 센서 데이터의 작은 변화가 무의미한 경우에는 센서 데이터가 큰 폭으로 변화할 때만 전달하는 모델 주도 방식을 사용하는 것이 유리하다. 센서 장치가 하드웨어적으로 배칭이나 모델 주도 방식을 사용할 수 없는 경우에는, 폴링 방법을 사용할 수밖에 없는 경우도 있다.

IoT통신모듈1(106)은 IoT 장치 메인컨트롤러(300)와 통신을 수행한다. IoT통신모듈1(106)은 2G, 3G, 4G, 롱텀에볼루션(LTE)와 같은 이동 무선통신모듈, WLAN (Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등의 무선인터넷 모듈, 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등의 근거리 통신모듈 등을 적용할 수 있다. 필요 또는 환경에 따라 IoT통신모듈1(106)은 VDSL, 이더넷, 토큰링, HDMI(high definition multimedia interface), USB, 컴포넌트(component), LVDS, HEC 등의 데이터통신모듈을 적용할 수도 있다.

메모리(108)는 탱크센서(103)에 검출한 기화가스함유도 데이터, 온도데이터, 압력데이터, 변위데이터, 진동데이터 등의 상태데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장한다.

액화가스펌프(200)는 도 3에 나타낸 바와 같이 케이싱(210), 석션라인(220), 펌프어셈블리(230), 펌핑라인(240), 및 리턴라인(250)을 포함한다. 액화가스펌프(200)는 또한 가동전에 액화가스나 기화가스를 외부로 배출하는 액화(기화)가스배출구(260) 및 모터(233)를 구동하는 동력을 전달하는 동력라인(270)을 포함한다.

케이싱(210)은 도 3에 나타낸 바와 같이 초저온용 재료로 이루어진 외부케이스(212) 및 내부케이스(214)으로 구성된 이중용기로, 외부케이스(212)와 내부케이스(214) 사이에는 진공을 유지하여 외부의 열전달을 최소화한다. 케이싱(210)은 석션라인(220), 펌핑라인(240), 리턴라인(250), 액화(기화)가스배출구(260), 및 동력라인(270)이 완전 실링 상태로 통과하여야 한다.

석션라인(220)은 액화가스저장소(100)로부터 공급된 액화가스를 흡입하는 흡입구이다. 석션라인(220)은 도 3에 나타낸 바와 같이 액화가스펌프(200) 내로 유입된 후 하부의 펌핑공간(PS)으로 액체가스를 직접 전달한다.

펌프어셈블리(230)는 모터하우징(231), 모터축(232), 모터(233), 임펠라(234), 인듀서(235), 및 복수의 펌프지지돌기(236)를 포함한다.

모터하우징(231)은 상측으로 펌핑라인(240)을 지지하고, 하측으로 모터축(232)을 회전가능하게 지지한다.

모터축(232)은 모터(233)를 구성하는 영구자석 또는 권선코일로 이루어진 회전자(미도시), 임펠라(234), 및 인듀서(235)를 고정 지지한다.

모터(233)는 초저온 전용 모터로서 다수 권선코일로 이루어진 환형 고정자(미도시)와 영구자석의 원통형 회전자(미도시)로 구성된다. 모터(233)는 액체가스에 노출된 상태에서 동작한다.

임펠라(234)는 회전하는 모터축(232)에 지지되어 유입된 액화가스를 압축하여 배출한다. 임펠라(235)에 의해 압축된 액화가스는 기화가스가 함유되더라도 저온 압축에 의해 다시 액화된다.

인듀서(235)는 펌핑공간(PS) 내의 액체가스를 흡입하여 임펠라(235)로 공급한다.

펌프지지돌기(236)는 펌프어셈블리(230)가 케이싱(210)의 중앙에 정확하게 위치할 수 있게 한다. 펌프지지돌기(236)는 임펠라(234)의 외주면에서 케이싱(210) 내부케이스 측으로 돌출하여 접촉한다. 펌프지지돌기(236)는 3개 이상으로 이루지는 것이 바람직하다. 펌프지지돌기(236)는 돌출길이를 조절할 수 있다. 펌프지지돌기(236)는 열전달을 접촉면적을 줄이기 위해 접촉단부의 면적이 적은 것이 바람직하다.

펌핑라인(240)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1공간구획부(242), 복수의 수직분배관(244), 제2공간구획부(246), 및 펌핑배출관(248)을 포함한다.

제1공간구획부(242)는 복수의 수직분배관(244)에 연통하는 내부 액화가스통로가 형성되어 있다. 제1공간구획부(242)는 인접하는 케이싱 내부케이스(214) 형상과 유사한 외형을 가진다. 제1공간구획부(242)는 케이싱 내부케이스(214)에 가능한 한 최대한 접근할 수 있는 크기로 형성한다. 제1공간구획부(242)는 펌프어셈블리(230)가 펌프지지돌기(236)에 의해 안정적으로 고정 지지되기 때문에 최대한 케이싱 내부케이스(214)에 미접촉 상태로 접근시킬 수 있다.

제1공간구획부(242)는 케이싱(210)의 내부공간을 1차적으로 하측의 펌핑공간(PS)와 상측의 기화공간(BS)를 구획하는 역할을 한다. 제1공간구획부(242)는 석션라인(220)을 통해 유입된 액화가스가 액화가스펌프(200)에서 기화된 기화가스와 합류하는 것을 최대한 방지한다. 즉, 케이싱(210)를 통해 외부로 유입된 열, 내부의 펌프어셈블리(230)에서 발생된 열, 케이싱(230)에 펌프어셈블리(230)를 지지하는 지지대를 통해 전달된 열, 펌프어셈블리(230)에 동력을 전달하기 위한 케이블을 통해 전달된 열에 기인한 기화가스는 제1공간구획부(242)에 의해 차단된 후 액화가스펌프(200)의 내부의 상측으로 이동한다. 이와 같이, 본 발명의 제1공간구획부(242)는 상술한 기화가스를 차단하기 때문에 액화가스펌프(200)내에서 펌핑되는 액화가스에 함유되는 기화가스를 최소한으로 줄일 수 있다. 결과적으로, 펌핑되는 액화가스에 기화가스 함유를 최소화함으로써 펌핑의 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 만일, 펌핑되는 액화가스에 기화가스가 함유되면 후술하는 액화가스펌프배출관(140) 측에서 비정상 기화위치를 판단할 때 오류가 발생할 수 있다.

수직분배관(244)은 제1공간구획부(242)의 액화가스를 제2공간구획부(246)로 전덜하는 역할한다. 수직분배관(244)은 예를 들면 90도 간격으로 4개가 배치될 수 있다.

제2공간구획부(246)는 복수의 수직분배관(244)에 연통하는 액화가스통로가 형성되어 있다. 제2공간구획부(246)는 제1공간구획부(242)와 마찬가지로 인접하는 케이싱 내부케이스(214) 형상과 유사한 외형을 가진다. 제2공간구획부(246)는 케이싱 내부케이스(214)에 가능한 한 최대한 접근할 수 있는 크기로 형성한다. 제2공간구획부(246)는 펌프어셈블리(230)가 펌프지지돌기(236)에 의해 안정적으로 고정 지지되기 때문에 최대한 케이싱 내부케이스(214)에 미접촉 상태로 접근시킬 수 있다.

제2공간구획부(246)는 케이싱(210)의 내부공간을 2차적으로 상하 구획하는 역할을 한다. 제2공간구획부(246)는 제1공간구획부(242)와 더불어 하측의 펌핑공간(PS)과 상측의 기화공간(BS)를 보다 확실하게 구획한다. 결과적으로, 제2공간구획부(246)는 액화가스펌프(200)에서 기화된 기화가스가 석션라인(220)을 통해 유입된 액화가스와 합류하는 것을 최대한 방지한다.

펌핑배출관(248)은 펌프어셈블리(230)에서 압축 펌핑하는 액체가스를 외부로 배출하는 배출관이다. 본 발명의 액화가스펌프(200)의 펌프어셈블리(230)는 케이싱(210) 내에 지지하는 별도의 지지부가 없는 대신에 펌핑배출관(248)에 의해 지지된다. 펌핑배출관(248)은 내부의 초저온 액체가스가 통과하기 때문에 전체적으로 저온 상태를 유지하며, 그 결과 액화가스펌프(200) 내부로 전달되는 열을 감소시킬 수 있다.

액화가스펌프(200)는 도 2에 나타낸 바와 같이 펌프센서(203) 및 펌프 IoT 디바이스(202)를 포함한다.

펌프센서(203)는 기화가스함유도센서, 온도센서, 압력센서, 변위센서, 진동센서 등을 포함한다. 펌프센서(203)는 초저온 상태의 액화가스펌프(200) 내부에 설치되는 것보다 케이싱(210)의 외부케이스(212)과 내부케이스(214) 사이에서 내부케이스(214) 외벽에 장착되는 것이 바람직하다.

펌프 IoT디바이스(202)는 PLC2(Programmable Logic Controller 2)(204), IoT통신모듈2(206) 및 메모리(208)를 포함한다. 펌프 IoT디바이스(202)는 다수의 펌프센서(203)를 이용하여 액화가스펌프(200)의 상태데이터, 예를 들면 기화가스위, 모터회전수, 가동전압, 가동전류, 가동시간, 진동, 온도, 압력 등과 같은 상태데이터를 실시간으로 측정한다.

PLC2(204)은 펌프 IoT디바이스(202)의 구성부품들, 예를 들면 IoT통신모듈2(206) 및 메모리(208)를 전반적으로 제어한다. PLC2(204)은 IoT장치 메인컨트롤러(300)가 전송하는 데이터취득방식 설정메시지를 파싱하여 펌프센서(203)에 적용한다. 또한, PLC2(204)은 설정된 취득방식에 따라 펌프센서(203)에서 측정한 기화가스함유도 데이터, 온도데이터, 압력데이터, 변위데이터, 진동데이터 등의 상태데이터를 IoT통신모듈2(206)를 통해 IoT 장치 메인컨트롤러(300)로 실시간 전송한다.

IoT통신모듈2(206)은 IoT 장치 메인컨트롤러(300)와 통신을 수행한다. IoT통신모듈2(206)은 2G, 3G, 4G, 롱텀에볼루션(LTE)와 같은 이동 무선통신모듈, WLAN (Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등의 무선인터넷 모듈, 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee 등의 근거리 통신모듈 등을 적용할 수 있다. 필요 또는 환경에 따라 IoT통신모듈2(206)은 VDSL, 이더넷, 토큰링, HDMI(high definition multimedia interface), USB, 컴포넌트(component), LVDS, HEC 등의 데이터통신모듈을 적용할 수도 있다.

메모리(208)는 펌프센서(203)에 검출한 기화가스위 데이터, 온도데이터, 압력데이터, 변위데이터, 진동데이터 등의 상태데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장한다.

본 발명의 액화가스 펌핑시스템(1)은 고장 시에 예비적으로 동작시킬 수 있는 추가의 액화가스펌프를 더 포함할 수 있다.

액화가스 펌핑시스템(1)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 액화가스저장소(100)로 액화가스를 공급하는 액화가스탱크공급라인(110), 액화가스저장소(100)로부터 액체가스가 액화가스펌프(200)로 유입되는 액화가스펌프유입라인(120), 액화가스펌프(200)의 기화가스를 액화가스저장소(100)로 회수하는 기화가스회수라인(130), 액화가스펌프(200)에서 펌핑된 액화가스를 목표위치(Target1~4)로 배출하는 펌프배출라인(140), 및 펌프배출라인(140)에서 분기된 복수의 배출분기라인(150-1~150-4)을 포함한다.

액화가스탱크공급라인(110)은 액화가스를 액화가스저장소(100)에 공급하는 배관으로 자연기화를 방지하기 위해 외부 열을 차단하는 이중관으로 구성된다. 액화가스탱크공급라인(110)은 제1밸브(111), 제1이송관센서(113), 및 액체가스저장소(100)에 공급되는 액체가스량을 검출하는 제1유량계(115)를 포함한다. 액화가스탱크공급라인(110)의 제1밸브(111), 제1이송관센서(113), 및 제1유량계(115)는 가스탱크 공급 IoT디바이스(112)에 의해 제어된다.

제1밸브(111)는 가스탱크 공급 IoT디바이스(112)에 의해 액체가스저장소(100)에 공급하는 액체가스의 차단 또는 공급을 수행한다.

제1이송관센서(113)는 외부 및 배관의 영향을 줄이기 위해 이중관 액화가스탱크공급라인(110)의 외관과 내관 사이의 공간에 설치된다. 제1이송관센서(113)는 적어도 하나의 기화가스함유도 센서를 포함한다. 기화가스함유도센서는 액화가스탱크공급라인(110)을 통해 흐르는 액화가스에 함유된 기화가스함유도를 실시간으로 감지한다. 기화가스함유도는 디지탈값이 아닌 실험에 의해 설정된 아날로그값이다. 즉, 제1이송관센서(113)는 액화가스탱크공급라인(110)에 초음파 또는 진동파를 인위적으로 인가하여 액화가스탱크공급라인(110) 내부의 매질에 따라 변화된 초음파 또는 진동파를 얻는다. 이 변화된 초음파 또는 진동파는 가스탱크 공급 IoT디바이스(112)에 의해 IoT장치 메인컨트롤러(300)로 전송되고, 사전 설정된 기준기화가스함유도 데이터와 비교되어 비정상 기화여부 및 기화위치를 판단한다.

제1유량계(115)는 액화가스탱크공급라인(110)을 통해 유입된 액화가스량을 계량한다. 제1유량계(115)에 의해 계량된 액화가스량 데이터는 가스탱크 공급 IoT디바이스(112)로 전달된다.

가스탱크 공급 IoT디바이스(112)는 제1밸브(111), 제1이송센서(113) 및 제1유량계(115)를 제어하거나 검출데이터를 수신하여 처리하거나 외부로 전송한다. 가스탱크 공급 IoT디바이스(112)는 PLC3(Programmable Logic Controller 3)(114), IoT통신모듈3(116) 및 메모리(118)를 포함한다. 가스탱크 공급 IoT디바이스(112)는 제1이송관센서(113)가 검출한 기화가스함유도 데이터를 수신하여 IoT장치 메인컨트롤러(300)로 전송하고 메모리(118)에 저장한다.

PLC3(114)은 가스탱크 공급 IoT디바이스(112)의 구성부품들, 예를 들면 IoT통신모듈3(116) 및 메모리(118)를 전반적으로 제어한다.

IoT통신모듈3(116)은 IoT 장치 메인컨트롤러(300)와 통신을 수행한다. IoT통신모듈3(116)은 액화가스탱크공급라인(110)에서 검출한 기화가스함유도 데이터, 제1유량계에서 검출한 공급유량데이터, 온도데이터, 압력데이터 등의 상태데이터를 IoT 장치 메인컨트롤러(300)에 전송한다.

메모리(118)는 제1이송관센서(113)에 검출한 기화가스함유도 데이터, 제1유량계에서 검출한 공급유량데이터, 온도데이터, 압력데이터 등의 상태데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장한다.

액화가스펌프유입라인(120)은 액화가스를 액화가스저장소(100)에서 액화가스펌프(200)로 공급하는 배관으로 자연기화를 방지하기 위해 외부 열을 차단하는 이중관으로 구성된다. 액화가스펌프유입라인(120)은 제2밸브(121), 제2이송관센서(123), 및 액체가스펌프(200)에 공급되는 액체가스량을 검출하는 제2유량계(125)를 포함한다. 액화가스펌프유입라인(120)의 제2밸브(121), 제2이송관센서(123), 및 제2유량계(125)는 펌프유입라인 IoT디바이스(122)에 의해 제어된다.

제2밸브(121)는 펌프유입라인 IoT디바이스(122)에 의해 액체가스펌프(200)에 공급하는 액체가스의 차단 또는 공급을 수행한다.

제2이송관센서(123)는 외부 및 배관의 영향을 줄이기 위해 이중관 액화가스펌프유입라인(120)의 외관과 내관 사이의 공간에 설치된다. 제2이송관센서(123)는 적어도 하나의 기화가스함유도 센서를 포함한다. 기화가스함유도센서는 액화가스펌프유입라인(120)을 통해 흐르는 액화가스에 함유된 기화가스함유도를 실시간으로 감지한다. 기화가스함유도는 디지탈값이 아닌 실험에 의해 설정된 아날로그값이다. 즉, 제2이송관센서(123)는 액화가스펌프유입라인(120)에 초음파 또는 진동파를 인위적으로 인가하여 액화가스펌프유입라인(120) 내부의 매질에 따라 변화된 초음파 또는 진동파를 얻는다. 이 변화된 초음파 또는 진동파는 펌프유입라인 IoT디바이스(122)에 의해 IoT장치 메인컨트롤러(300)로 전송되고, 사전 설정된 기준 기화가스함유도 데이터와 비교되어 비정상 기화여부 및 비정상 기화위치를 판단한다.

제2유량계(125)는 액화가스펌프유입라인(120)을 통해 액화가스펌프(200)로 유입된 액화가스량을 계량한다. 제2유량계(125)에 의해 계량된 액화가스량 데이터는 펌프 IoT디바이스(122)로 전달된다.

펌프유입라인 IoT디바이스(122)는 제2밸브(121), 제2이송센서(123) 및 제2유량계(125)를 제어하거나 검출데이터를 수신하여 처리하거나 외부로 전송한다. 펌프유입라인 IoT디바이스(122)는 PLC4(Programmable Logic Controller 4)(124), IoT통신모듈4(126) 및 메모리(128)를 포함한다. 펌프유입라인 IoT디바이스(122)는 제2이송관센서(123)가 검출한 기화가스함유도 데이터를 수신하여 IoT장치 메인컨트롤러(300)로 전송하고 메모리(128)에 저장한다.

PLC4(124)은 펌프유입라인 IoT디바이스(122)의 구성부품들, 예를 들면 IoT통신모듈4(126) 및 메모리(128)를 전반적으로 제어한다.

IoT통신모듈4(126)은 IoT 장치 메인컨트롤러(300)와 통신을 수행한다. IoT통신모듈4(126)은 액화가스펌프유입라인(120)에서 검출한 기화가스함유도 데이터, 제2유량계에서 검출한 유입유량데이터, 온도데이터, 압력데이터 등의 상태데이터를 IoT 장치 메인컨트롤러(300)에 전송한다.

메모리(128)는 제2이송관센서(123)에 검출한 기화가스함유도 데이터, 제2유량계에서 검출한 유입유량데이터, 온도데이터, 압력데이터 등의 상태데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장한다.

기화가스회수라인(130)은 기화가스를 액화가스펌프(200)에서 액화가스저장소(100)로 회수하는 배관으로 자연기화를 방지하기 위해 외부 열을 차단하는 이중관으로 구성된다. 기화가스회수라인(130)은 제3밸브(131), 제3이송관센서(133), 및 액체가스펌프(200)에서 회수되는 기화가스량을 검출하는 제3유량계(135)를 포함한다. 기화가스회수라인(130)의 제3밸브(131), 제3이송관센서(133), 및 제3유량계(135)는 회수라인 IoT디바이스(132)에 의해 제어된다.

제3밸브(131)는 회수라인 IoT디바이스(132)에 의해 액체가스펌프(200)에서 회수되는 기화가스의 차단 또는 공급을 수행한다.

제3이송관센서(133)는 외부 및 배관의 영향을 줄이기 위해 이중관 기화가스회수라인(130)의 외관과 내관 사이의 공간에 설치된다. 제3이송관센서(133)는 적어도 하나의 기화가스함유도 센서를 포함한다. 기화가스함유도센서는 기화가스회수라인(130)을 통해 흐르는 기화가스에 함유된 기화가스함유도를 실시간으로 감지한다. 제3이송관센서(133)에 의해 검출되는 기화가스함유도는 이상적으로 액화가스펌프(200)의 기화가스위를 정확하게 판단할 경우 순수화 기화가스만을 포함할 것이다. 물론, 액화가스펌프(200)의 기화가스위가 정확하게 검출되지 않아 제3밸브(131)의 제어 타이밍 맞지 않으면, 액화가스와 기화가스가 혼합되어 회수될 것이다. 이와 같이, 순수한 기화가스만을 회수하지 않고 액화가스를 함께 회수하면 액화가스펌프(200)의 효율이 저하된다. 마찬가지로, 기화가스함유도는 디지탈값이 아닌 실험에 의해 설정된 아날로그값이다. 즉, 제3이송관센서(133)는 기화가스회수라인(130)에 초음파 또는 진동파를 인위적으로 인가하여 기화가스회수라인(130) 내부의 매질에 따라 변화된 초음파 또는 진동파를 얻는다. 이 변화된 초음파 또는 진동파는 회수라인 IoT디바이스(132)에 의해 IoT장치 메인컨트롤러(300)로 전송되고, 사전 설정된 기준 기화가스함유도 데이터와 비교되어 비정상 기화회수 상태를 판단한다.

제3유량계(135)는 기화가스회수라인(130)을 통해 액화가스저장소(100)로 유입된 기화가스량을 계량한다. 제3유량계(135)에 의해 계량된 기화가스량 데이터는 회수라인 IoT디바이스(132)로 전달된다.

회수라인 IoT디바이스(132)는 제3밸브(131), 제3이송센서(133) 및 제3유량계(135)를 제어하거나 검출데이터를 수신하여 처리하거나 외부로 전송한다. 회수라인 IoT디바이스(132)는 PLC5(Programmable Logic Controller 5)(134), IoT통신모듈5(136) 및 메모리(138)를 포함한다. 회수라인 IoT디바이스(132)는 제3이송관센서(133)가 검출한 기화가스함유도 데이터를 수신하여 IoT장치 메인컨트롤러(300)로 전송하고 메모리(138)에 저장한다.

PLC5(134)은 회수라인 IoT디바이스(132)의 구성부품들, 예를 들면 IoT통신모듈5(136) 및 메모리(138)를 전반적으로 제어한다.

IoT통신모듈5(136)은 IoT 장치 메인컨트롤러(300)와 통신을 수행한다. IoT통신모듈5(136)은 기화가스회수라인(130)에서 검출한 기화가스함유도 데이터, 제3유량계에서 검출한 회수량데이터, 온도데이터, 압력데이터 등의 상태데이터를 IoT 장치 메인컨트롤러(300)에 전송한다.

메모리(138)는 제3이송관센서(133)에 검출한 기화가스함유도 데이터, 제3유량계에서 검출한 회수량데이터, 온도데이터, 압력데이터 등의 상태데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장한다.

펌프배출라인(140)은 액화가스를 액화가스펌프(200)에서 목표위치로 배출하는 배관으로 자연기화를 방지하기 위해 외부 열을 차단하는 이중관으로 구성된다. 펌프배출라인(140)은 제4밸브(141), 제4이송관센서(143), 및 액체가스펌프(200)에서 배출되는 액화가스량을 검출하는 제4유량계(145)를 포함한다. 펌프배출라인(140)의 제4밸브(141), 제4이송관센서(143), 및 제4유량계(145)는 펌프배출라인 IoT디바이스(142)에 의해 제어된다.

제4밸브(141)는 펌프배출라인 IoT디바이스(142)에 의해 액체가스펌프(200)에서 배출되는 액화가스의 차단 또는 공급을 수행한다.

제4이송관센서(143)는 외부 및 배관의 영향을 줄이기 위해 이중관 펌프배출라인(140)의 외관과 내관 사이의 공간에 설치된다. 제4이송관센서(143)는 적어도 하나의 기화가스함유도 센서를 포함한다. 기화가스함유도센서는 펌프배출라인(140)을 통해 흐르는 액화가스에 함유된 기화가스함유도를 실시간으로 감지한다. 마찬가지로, 기화가스함유도는 디지탈값이 아닌 실험에 의해 설정된 아날로그값이다. 즉, 제4이송관센서(143)는 펌프배출라인(140)에 초음파 또는 진동파를 인위적으로 인가하여 펌프배출라인(140) 내부의 매질에 따라 변화된 초음파 또는 진동파를 얻는다. 이 변화된 초음파 또는 진동파는 펌프배출라인 IoT디바이스(142)에 의해 IoT장치 메인컨트롤러(300)로 전송되고, 사전 설정된 기준 기화가스함유도 데이터와 비교되어 비정상 기화함유도 상태를 판단한다.

제4유량계(145)는 펌프배출라인(140)을 통해 배출된 액화가스량을 계량한다. 제4유량계(145)에 의해 계량된 액화가스량 데이터는 펌프배출라인 IoT디바이스(142)로 전달된다.

펌프배출라인 IoT디바이스(142)는 제4밸브(141), 제4이송센서(143) 및 제4유량계(145)를 제어하거나 검출데이터를 수신하여 처리하거나 외부로 전송한다. 펌프배출라인 IoT디바이스(142)는 PLC6(Programmable Logic Controller 6)(144), IoT통신모듈6(146) 및 메모리(148)를 포함한다. 펌프배출라인 IoT디바이스(142)는 제4이송관센서(143)가 검출한 기화가스함유도 데이터를 수신하여 IoT장치 메인컨트롤러(300)로 전송하고 메모리(148)에 저장한다.

PLC6(144)은 회수라인 IoT디바이스(142)의 구성부품들, 예를 들면 IoT통신모듈6(146) 및 메모리(148)를 전반적으로 제어한다.

IoT통신모듈6(146)은 IoT 장치 메인컨트롤러(300)와 통신을 수행한다. IoT통신모듈6(146)은 펌프배출라인(140)에서 검출한 기화가스함유도 데이터, 제4유량계에서 검출한 액화가스배출량 데이터, 온도데이터, 압력데이터 등의 상태데이터를 IoT 장치 메인컨트롤러(300)에 전송한다.

메모리(148)는 제4이송관센서(143)에 검출한 기화가스함유도 데이터, 제4유량계에서 검출한 액화가스배출량데이터, 온도데이터, 압력데이터 등의 상태데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장한다.

펌프배출라인(140)은 필요에 따라 복수의 복수의 배출분기라인(150-1~150-4)으로 분기되어 목표위치로 전달될 수 있다.

IoT 장치 메인컨트롤러(300)는 다수의 IoT디바이스(102,202,112,122,132,142)로부터 액화가스 펌핑시스템(1)의 각 구성요소의 상태데이터를 수집하여 분석하고, 분석결과에 따라 다수의 IoT디바이스(102,202,112,122,132,142)에 제어신호를 전송한다. 각 IoT디바이스(102,202,112,122,132,142)는 수신 제어신호에 따라 다수의 센서(103,203, 113, 123,133,143), 다수의 밸브(111, 121, 131,142) 및 액화가스펌프(200)를 제어한다. IoT 장치 메인컨트롤러(300)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1제어부(310), 제1메모리(320), 제1통신모듈(330), 제1UI부(340) 및 제1디스플레이(350)를 포함한다.

제1제어부(310)는 IoT 장치 메인컨트롤러(300)의 구성부품들을 전반적으로 제어한다. 제1제어부(310)는 중앙처리유닛(CPU), 마이크로 프로세싱 유닛(MPU), ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs (field programmable gate arrays), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 제어부(microprocessors) 등을 포함하는 컨트롤보드와 같은 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현될 수 있고, 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 제1제어부(310)는 통신 또는 네트워크를 통한 다수의 센서들(103, 203, 113, 123,133,143)을 통해 수신된, 입력된, 감지된 각종 상태데이터 등을 소프트웨어적으로 또는 하드웨어적으로 처리할 수 있다. 제1제어부(310)는 운영체제(OS)를 포함할 수 있다. 또한, 제1제어부(310)는 입력된 또는 가공된 각종 정보를 처리하는 어플리케이션(프로그램)을 포함할 수 있다. 제1제어부(310)는 제1UI부(340)를 통해 입력한 또는 사용자단말기(500), 서버(미도시)가 요청한 데이터 취득설정 메시지, 제어신호 등을 각 IoT디바이스(102,202,112,122,132,142)에 전송한다. 제1제어부(310)는 IoT디바이스(102,202,112,122,132,142)로부터 수신한 상태데이터를 분석하여 현재의 액화가스펌프의 가동상태, 각 액화가스 이송라인 상태, 기화가스 회수라인 상태를 확인할 수 있다. 예를 들면, 액화가스펌프(200)의 정상적인 액화가스 펌핑능력을 가동전류(모터회전수)와 액화가스 배출유량 등의 값으로 가동범위를 설정될 때, 제1제어부(310)는 펌프 IoT디바이스(202)로부터 수집되는 액화가스펌프(200)의 상태데이터, 액화가스저장소(100)로부터 액체가스가 액화가스펌프(200)로 유입되는 액화가스펌프유입라인(120)의 상태 데이터, 액화가스펌프(200)의 기화가스를 액화가스저장소(100)로 회수하는 기화가스회수라인(130)의 상태 데이터, 액화가스펌프(200)에서 펌핑된 액화가스를 목표위치(Target1~4)로 배출하는 펌프배출라인(140)의 상태 데이터를 참조하여 액화가스펌프(200)가 정상, 과부하, 과진동, 과압력 상태인지를 판단할 수 있다. 즉, 사전에 정상 상태의 가동범위를 설정한 후에, 수집된 상태데이터를 기초로 현재의 액화가스펌프(20)의 상태를 확인하고, 비정상 즉 과부하, 과압력, 과진동의 원인을 확인하고, 확인된 원인에 따라 각 IoT디바이스(102, 202, 112, 122, 132, 142)를 통해 각 밸브를 제어(차단, 조절)하거나, 펌프의 가동전류를 낮추거나 정지시킨다. 제1제어부(310)는 액체가스 또는 기화가스 이송라인(110,120,130,140)의 각 센서(113,123,133,134)에 검출한 기화가스함유도 상태 데이터를 기준데이터와 비교 분석하여 비정상기화 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 액체가스 또는 기화가스 이송라인(110,120,130,140)의 비정상기화 위치를 확인하여 대처할 수 있다.

제1제어부(310)는 IoT미들웨어 플랫폼, 실시간 이벤트 프로세싱(CEP)엔진, 어플리케이션 서비스를 포함한다.

IoT미들웨어 플랫폼은 디바이스와 연결을 관리하는 드라이버 관리, 장비의 등록, 목록관리, 장비상태 및 설정을 관리하는 디바이스 매니저(Device Manager), 각 IoT디바이스 타입과 해당 언어에 적합한 IoT장비 개발자에 제공할 소프트웨어 개발키트(SDK) 라이브러리 자동생성자인 SDK 제너레이터(Generator), IoT 플랫폼 자체의 설정 및 관리 기능을 가진 시스템 매니저(System Manager), IoT 디바이스에 푸시 기술을 사용하여 경고, 알림 서비스 관리자로서 통지 매니저(Notification Manager), IoT 디바이스에 푸시 기술을 사용하여 장비의 설정변경, 펌웨어 업데이트 등을 제공하는 설정 서비스 관리자로서 설정 매니저(Configuration Manager), 및 IoT 디바이스로부터 송신되는 데이터를 기록 보존하는 로깅서비스를 수행하는 데이터 이벤트 매니저(Data Event Manager)를 포함한다.

CEP 엔진은 실시간 스트리밍으로 수신되는 데이터의 분류 처리 관리자로서 데이터 스트림 매니저(Data Steam Manager), 실시간 데이터의 데이터 가공 관리자로서 토펄러지(Topology), 시스템의 스트림 매니저(Stream Manager) 및 토펄러ㅈ지의 실행 통합 관리자로서 실행 매니저(Executor Manager), 엔진 클러스터링을 사용하는 경우 클러스터링 통합 관리자로서 클러스터 매니저(Cluster Manager)를 포함한다.

어플리케이션 서비스는 IoT디바이스로부터 발생하는 데이터의 현황정보를 실시간 모니터링 하는 서비스로, 사용자 유아이(UI)에서 데이터를 요청하면 모니터링 데이터를 제공해주는 서비스를 수행하는 대시보드 서비스(Dashboard Service) 및 IoT디바이스의 상태를 확인 후 원격으로 일부 기능을 제어하는 서비스로 사용자 유아이(UI)에서 제어요청을 하면 IoT 미들웨어를 통하여 디바이스, 예를 들면 각 밸브, 액화가스펌프, 각 센서를 제어하는 서비스를 수행하는 제어 서비스(Control Service)를 포함한다.

제1통신부(320)는 IoT디바이스(102,202,112,122,132,142) 및 모바일장치(500,600)와 통신할 수 있다. 제1통신부(320)는 VDSL, 이더넷, 토큰링, HDMI(high definiiom.ultimedia interface), USB, 컴포넌트(component), LVDS, HEC 등의 데이터통신모듈, 2G, 3G, 4G, 롱텀에볼루션(LTE)와 같은 이동 통신모듈, WLAN (Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등의 무선인터넷 모듈 등을 적용할 수 있다.

제1메모리(330)는 한정되지 않은 데이터가 저장된다. 제1메모리(330)는 제1제어부(310)에 의해 액세스 되며, 이들에 의한 데이터의 독취, 기록, 수정, 삭제, 갱신 등이 수행된다. 제1메모리(330)에 저장되는 데이터는, 예를 들면 IoT디바이스(102, 202, 112, 122, 132, 142)에서 수신된 상태데이터를 저장한다. 물론, 제1메모리(330)는 운영체제, 운영체제 상에서 실행 가능한 다양한 애플리케이션 등을 포함할 수 있다. 제1메모리(230)는 IoT디바이스(102, 202, 112, 122, 132, 142)에서 수집한 상태데이터 처리 및 분석을 수행하는 프로그램(어플리케이션)을 포함할 수 있다.

제1메모리(330)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

제1UI부(340)는 사용자로부터 입력을 수신하는 인터페이스로서 터치스크린, 키보드, 터치패드, 마우스 등 다양한 입력장치를 포함한다. 제1UI부(340)는 액화가스펌프(200), 밸브(111,121,131,141), 각 센서(103,203,113,123,133,143)를 제어하기 위한 사용자 입력을 수신한다. 제1UI부(340)는 IoT 장치 메인컨트롤러(300)에서 수행된 각종 프로그램으로 출력되어 제1디스플레이(350)에 표시되는 그래픽 인터페이스(GUI)를 포함한다.

제1디스플레이(350)는 영상처리부(미도시) 또는 그래픽 처리부(미도시)에서 처리된 영상 또는 그래픽을 표시할 수 있다. 제1디스플레이(350)는 IoT 장치 메인컨트롤러(300)에서 수행된 각종 프로그램의 출력 영상, IoT디바이스(102, 202, 112, 122, 132, 142)에서 보내온 영상 데이터를 표시한다. 제1디스플레이부(350)의 구현 방식은 한정되지 않는 바, 액정층을 포함하는 액정패널 또는 유기물로 구성된 발광층을 포함하는 유기발광패널, 플라즈마 표시패널 등으로 구현될 수 있다.

제1디스플레이부(350)는 구현 방식에 따라서 부가적인 구성을 추가적으로 포함할 수 있다. 제1디스플레이부(350)는 예를 들면 액정 방식인 경우, 백라이트, 편광특성 및 조명광의 집광특성에 따라서 프리즘 필름, 편광필름, LCD셀, 컬러필터 등을 포함할 수 있다.

메인관리자 모바일장치(500)는 유무선 인터넷망(400)을 이용하여 IoT 장치 메인컨트롤러(300)로부터 수신한 각종 로우데이터 또는 분석데이터를 수신한다. 메인관리자 모바일장치(500)는 수신한 데이터를 표시하거나 분석하여 메인관리자가 확인할 수 있도록 표시한다. 메인관리자 모바일장치(500)는 메인관리자의 지시에 따라 IoT 장치 메인컨트롤러(300)에 밸브(111,121,131,141), 액화가스펌프(200) 및 각 센서(103,203,113,133,143)를 제어하는 제어신호를 전송한다. 메인관리자 모바일장치(500)는 IoT 장치 메인컨트롤러(300)부터 수신한 상태데이터를 수신하여 현재의 액화가스펌프 가동상태 및 각 이송라인(110,120,130,140,150)를 확인하고 비정상 시에 효율적인 가동범위 내로 들어오도록 각 밸브(111,121,31,141), 액화가스펌프(200) 및 각 센서(103,203,113,133,143)를 제어한다. 메인관리자 모바일장치(500)는 자체적으로 상태데이터를 분석하거나, IoT 장치 메인컨트롤러(300) 또는 서버(미도시)가 분석한 결과만을 수신할 수도 있다.

메인관리자 모바일장치(500)는 제2제어부(510), 제2메모리(520), 제2통신모듈(530), 제2UI부(540) 및 제2디스플레이(550)를 포함한다. 메인관리자 모바일장치(500)는 IoT 장치 메인컨트롤러(300)와 유사한 구조를 가지므로 그 설명을 생략한다. 메인관리자는 IoT 장치 메인컨트롤러(300)로부터 수집한 정보를 기초로 액화가스 펌핑시스템(1)의 비정상 정보를 확인하면, 서브관리자(현장관리자)의 모바일장치(미도시)에 메시지를 전달하여 비정상 상태를 빠르게 처리할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 펌핑시스템의 테스트베드(1')를 나타내는 블록도이다. 액화가스 펌핑시스템의 테스트베드(1')는 실제 액화가스 펌핑시스템(1)과 동일한 상태로 액화가스펌프(200) 및 각 이송라인(110,120,130,140)를 설치한 것이다. 액화가스 펌핑시스템의 테스트베드(1')는 액화가스펌프(200)의 펌핑배출라인(140)가 액화가스저장소(100)로 피드백 연결되어 있다.

액화가스 펌핑시스템의 테스트베드(1')는 액화가스펌프(200)의 가동 테스트, 자연기화 테스트, 기화가스 회수 테스트 및 각 이송라인(110,120,130,140)의 기화가스함유도 확인 테스트를 수행한다.

도 4를 참조하여, 기화가스함유도 센서를 사용하지 않고 액화가스펌프(200) 내에서 기화가스 정도를 판단하는 방법을 설명한다.

제2유량계(125)는 액화가스저장소(100)에서 액화가스펌프(200)로 유입되는 액화가스량(A)을 계측한다.

액화가스펌프(200)는 액체가스를 수용할 수 있는 펌프수용용량(B)이 정해져 있다.

제4유량계(145)는 액화가스펌프(200)에서 외부로 펌핑되어 배출되는 펌프배출 액화가스량(C)을 계측한다.

펌프유입 액화가스량(A)은 이상적으로 펌프수용용량(B)에 펌프배출 액화가스량(C)을 더한 값이다(A=B+C). 그러나, 제2유량계(125)를 통과한 액화가스는 액화가스펌프(200)에서 자연기화되기 때문에 실제적으로 펌프수용용량(B)에 펌프배출 액화가스량(C)을 더한 값이 더 크게 나타난다(A<B+C). 따라서, 액화가스펌프(200)에서 기화된 기화가스량은 그 차이만큼이다. 따라서, 소정시간 동안 누적된 액화가스량 차이는 액화가스펌프(200) 내에 채워진다. 제1제어부(310)는 이를 기초로 기화가스위를 판단한 후, 기화가스회수라인(130)의 위치를 고려한 설정된 범위를 초과하면 기화가스 회수라인(130)의 제3밸브(131)를 오픈한다. 제1제어부(310)는 제3유량계(135)를 통해 회수된 기화가스량이 상술한 누적된 액화가스량 차이에 도달하면 제3밸브(131)를 오픈시킨다. 이와 같이, 본 발명의 기화가스 회수라인(130)의 제3밸브(131)를 제어하는 타이밍을 적절하게 조절하므로써 회수되는 기화가스에 액화가스가 함께 회수되는 비효율을 방지할 수 있다.

도 5는 액화가스펌프(200) 내에 기화가스위를 검출하는 기화가스함유도 센서(203-1,203-2)를 설치한 상태를 나타낸 도이다.

도시한 바와 같이, 기화가스함유도 센서(203)는 진동생성부(203-1)와 복수 파형수신부(203-2)를 포함한다. 진동생성부(203-1)와 파형수신부(203-2)는 이중 케이싱(210)의 내부케이스(214)와 외부케이스(212) 사이에 설치된다. 진동생성부(203-1)는 내부케이스(214)의 외벽 상측에 설치되어 초음파 또는 진동파를 생성한다. 파형수신부(203-2)는 내부케이스(214)의 외벽 상측에 진동생성부(203-1)에 대향하도록 설치된다. 파형수신부(203-2)는 1개만 설치될 수 있고 상하 방향으로 나란히 복수개 설치될 수 있다. 만일, 1개만 설치될 경우 진동생성부(203-1)와 파형수신부(203-2)는 상하 경사지게 배치되어야 한다. 초음파 또는 진동파는 종파로서 매질, 즉 고체, 액체, 기체에 따라를 통과하는 속력이 다르다. 따라서, 파형수신기(203-2)는 초음파 또는 진동파가 통과하는 액화가스펌프(200) 내의 매질이 기체인지 액체인지를 명확하게 구분할 수 있다. 따라서, 도 4에 나타낸 액화가스 펌핑시스템의 테스트베드(1')에서, 액화가스펌프(200) 내의 다양한 매질(기체, 액체, 혼합)에 대한 반복적인 실험을 통해 기화가스함유도 상태에 따른 고유의 파형을 얻는다. 이와 같은 기화가스함유도 상태에 따른 고유의 파형들을 기준 기화가스함유 상태 데이터로 데이터베이스(db)에 기록한다. 실제 액화가스 펌핑시스템(1)에서 측정한 상태 데이터는 데이터베이스(db)에 기록된 기준 기화가스함유 상태데이터와 비교하여 액화가스펌프(200) 내 기화가스위를 판단한다.

기준 기화가스함유 상태 데이터는 관리자에 경고하는 경고 기화가스함유 상태 데이터와 상기 액화가스펌프를 정지시키는 펌프정지 기화가스함유 상태 데이터로 구분하여 설정함으로써 측정되는 기화가스함유도에 따른 리액션을 다르게 할 수 있다.

상술한 기화가스함유도 센서(203-1,203-2)에 의해 판단한 기화가스위에 전술한 유량계의 계측값과 액화가스펌프 수용량을 중복 적용함으로써 보다 명확한 기화가스위를 확인하는 것이 가능하다.

현장에 설치되는 액화가스 펌핑시스템(1)은 펌프배출라인(140)에 제4유량계(145)를 생략하는 것이 일반적이다. 즉, 액화가스펌프(200)에 의해 펌핑된 액화가스량은 펌프유입라인(220)에 설치된 제2유량계(125)에 검출된 액화가스량으로 판단한다. 그러나, 실제 액화가스펌프(200)는 기화가스회수라인(250)을 통해 회수되는 기화가스량 또는 액화가스량 만큼 부족한 상태로 펌핑하기 때문에 소비자가 손해를 입는다. 따라서, 액화가스펌프(200)를 통해 소비자에게 공급하는 액화가스량은 제2유량계(125)에 검출된 액화가스량에서 기화가스회수라인(250)을 통해 회수되는 기화가스량 또는 액화가스량을 제외하여야 한다. 결과적으로, 액화가스펌프(200) 내의 기화가스위를 고려한 기화가스회수라인(130)의 제3밸브(135) 제어는 상업적으로도 중요한 의미를 갖는다.

도 5에서, 진동생성부(203-1)와 파형수신부(203-2)는 중앙의 펌핑배출관(248)을 피해야 하기 때문에 중심으로부터 측면으로 벗어나 설치되어야 한다.

도 6은 테스트베드(1')에서 펌프배출라인(140)에서 기준 기화가스함유도 상태 데이터를 얻기 위한 기화가스함유도 센서(143-1,143-2)를 설치한 상태를 나타낸 도이다.

펌프배출라인(140)는 이중관으로서 서로 이격된 외관(140-1)과 내관(140-2)으로 이루어진다. 외관(140-1)과 내관(140-2)의 사이는 진공상태로서 열전덜을 최소화한다.

기화가스유도 센서(143-1,143-2)는 초음파 또는 진동파를 생성하여 내관(140-2)에 공급하는 진동생성부(143-1) 및 초음파 또는 진동파를 수신하는 파형수신부(143-2)를 포함한다. 진동생성부(143-1)와 파형수신부(143-2)는 외관(140-1)과 내관(140-2)의 사이에 개재하되, 외관(140-2)에는 비접촉상태로 설치된다. 진동생성부(143-1)는 내관(140-2)의 상부 설치되며, 파형수신부(143-2)는 진동생성부(143-1)에 대향하는 하부에 설치된다.

기화가스유도 센서(143-1,143-2)는 열차단을 위한 이중관 내에 설치되기 때문에, 파형수신부(143-2)는 펌프배출라인 IoT디바이스(142)과 함께 배치된다.

진동생성부(143-1)와 파형수신부(143-2)는 링형의 기판(149)에 중앙에서 서로 마주보도록 배치된다. 기판(149)은 내관(140-2)의 외주면에 형성된 가이드홈(148)에 자유롭게 회전 가능하도록 설치된다. 또한, 파형수신부(143-2) 측 하중이 진동생성부(143-1) 측 하중보다 크게 설정한다. 펌프배출라인(140)은 시공 중에 항상 상하를 구분하여 설치하는 것이 아니므로 내관(140-2)의 외주면에 설치된 기화가스유도 센서(143-1,143-2)가 상하로 설치되는 것을 알수 없다. 본 발명의 기화가스유도 센서(143-1,143-2)는 가이드홈(148) 내에서 자유롭게 회전하는 기판(149)과 무거운 파형수신부(143-2) 측 하중에 의해 항상 상하로 배치될 수 있게 한다.

테스트베드(1')의 펌프배출라인(140)은 인위저깅고 단계적으로 열을 공급하여 펌프배출라인(140)을 통과하는 액화가스의 일부를 기화할 수 있도록 기화가스유도 센서(143-1,143-2)의 상류에 설치된 기화장치(147)를 포함한다.

기화장치(147)에서 열을 단계적으로 공급함에 따라 각 단계별로 펌프배출라인(140)에 함유되는 기화가스량이 추가된다. 기화장치(147)에 의해 추가된 기화가스는 펌프배출라인(140)의 제4유량계(145)에 의해 확인할 수 있다. 또한, 도 4의 테스트베드(1')에서 펌프배출라인(140)이 최종적으로 액화가스저장소(100)로 연결되므로 액화저장소(100) 내에 증가하는 기화가스량으로 확인할 수 있다.

진동생성부(143-1)는 기화장치(147)의 단계별 기화가스량 마다 초음파 또는 진동파를 공급하고, 파형수신부(143-2)는 단계별 기화가스량이 함유된 액화가스를 통과한 파형을 측정하여 기준 기화가스함유도 상태 데이터로 등록한다. 이와 같이 등록된 기준 기화가스함유도 상태 데이터는 실제 액화가스 펌핑시스템(1)의 각 액화가스 이송라인에 설치된 기화가스함유도 센서(113,123,133,143)에 의해 검출된 기화가스함유도 상태 데이터와 비교 분석된다. 이와 같이, 기화가스 함유도 상태데이터는 디지털 값이 아닌 아날로그 파형을 로우데이터이다. 물론, 아날로그 파형을 로우데이터를 디지털값으로 변환하는 것도 가능하다.

결과적으로, 액화가스 펌핑시스템(1)의 각 액화가스 이송라인에 설치된 기화가스함유도 센서(113,123,133,143)는 통과하는 액화가스의 기화가스 함유 정도를 판별함으로써 비정상 기화위치나 기화원인을 판별하는데에 매우 유효하다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 펌핑시스템(1)의 원격제어방법을 나타내는 순서도이다.

단계 S11에서, 도 4 및 도 5의 테스트베드(1')에 의한 반복실험을 통해, 액화가스펌프(200)의 다양한 기화가스위를 결정하는 기준 기화가스위 상태데이터를 설정하여 기록한다.

단계 S12에서, 액화가스 펌핑시스템(1)의 액화가스펌프(200)에 설치된 기화가스함유도 센서(203)에서 기화가스위 상태데이터를 실시간으로 측정한다.

단계 S13에서, 단계 S12의 측정 기화가스위 상태데이터를 기준 기준 기화가스위 상태데이터와 비교하여 액화가스펌프 내 기화가스위를 결정한다.

단계 S14에서, 단계 S14의 결정 기화가스위가 소정범위를 초과했는지를 확인한다.

단계 S15에서, 판단 기화가스위가 소정범위를 초과했으면 기화가스라인(130)의 제3밸브(135)를 개방하여 기화가스를 회수한다. 만일, 판단 기화가스위가 소정범위에 미달하면 계속적으로 기화가스위 상태데이터를 실시간으로 측정한다.

단계 S16에서, 액화가스펌프(200)에 유입되는 액화가스량(A)과 액화가스펌프(200)로부터 배출되는 액화가스량(B)을 측정한다.

단계 S17에서, 액화가스펌프(200)에 유입되는 액화가스량(A)과 액화가스펌프(200)로부터 배출되는 액화가스량(B)의 차이를 계산한 후, 액화가스펌프의 수용용량을 고려한 기화가스량을 계산한다.

단계 S18에서, 계산된 기화가스량이 설정된 범위 내에 있는지를 판단한다.

단계 S19에서, 기화가스량이 정상이면 기화가스회수랑인의 밸브를 개방하여 기화가스를 회수한다. 만일 비정상이면 액화가스펌프(200)를 정지시키고 관리자에게 메시지를 통보한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 펌핑시스템의 원격제어방법을 나타내는 순서도이다.

단계 S21에서, 도 4 및 도6의 테스트베드(1')에 의한 반복실험을 통해, 각 액화가스 이송라인(110,120,130,140)을 통과하는 펌프(200)의 다양한 기화가스함유도를 결정하는 기준 기화가스함유도 상태데이터를 설정하여 기록한다.

단계 S22에서, 액화가스 펌핑시스템(1)의 각 액화가스 이송라인(110,120,130,140)에 설치된 기화가스함유도 센서(113,123,133,143)에서 기화가스함유도 상태데이터를 실시간으로 측정한다.

단계 S23에서, 측정된 기화가스함유도 상태데이터와 사전 설정된 기준 기화가스함유도 상태데이터를 비교 분석하여 매칭되는 기화가스함유 상태를 판단한다.

단계 S24에서, 판단된 기화가스함유 상태를 고려하여 소정 범위를 벗어난 비정상 기화의 경우 해당위치를 관리자에게 메시지를 통보하거나 해당 이송라인의 밸브를 차단하거나 액화가스펌프(200)를 정지시킨다.

이상과 같이 본 발명은 한정된 예시적 실시예와 도면을 통해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 예시적 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 예시적 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1: 액화가스 펌핑시스템
100: 액화가스저장소
110: 액화가스탱크공급라인
120: 액화가스펌프유입라인
130: 기화가스회수라인
140: 펌프배출라인
150-1~150-4: 배출분기라인
200: 액화가스펌프
210:게이싱
220: 석션라인
230: 펌프어셈블리
240: 펌핑라인
250: 리턴라인
300: IoT장치 메인컨트롤러
400: 인터넷망
500: 메인관리자 모바일장치

Claims (5)

1. 액화가스를 펌핑하는 액화가스펌프에 있어서,
   서로 이격되게 배치된 내부케이스와 외부케이스로 이루어진 케이싱과;
   상기 내부케이스에 수용되며, 상기 내부케이스 내의 액화가스를 외부를 펌핑하는 펌프어셈블리와;
   상기 케이싱으로 액화가스를 흡입하는 석션라인과;
   상기 케이싱 내에서 기화되는 기화가스를 회수하는 리턴라인과;
   상기 펌프어셈블리에서 펌핑된 액화가스를 외부로 배출하는 펌핑라인과;
   상기 내부케이스와 외부케이스 사이에 설치되고 상기 리턴라인이 포함된 기화공간(BS) 내를 통과한 기화가스함유 상태 데이터를 측정하는 기화가스함유도 센서와;
   상기 기화가스함유 상태 데이터를 사전 설정된 기준 기화가스함유 상태 데이터와 매칭비교하여 기화가스함유도를 판단하는 제어부를 포함하며,
   상기 기화가스함유도 센서는,
   상기 내부케이스와 외부케이스 사이의 내부케이스 외벽에 설치되어 초음파 또는 진동파를 생성하는 진동생성부와;
   상기 진동생성부에 대향하는 상기 내부케이스와 외부케이스 사이의 내부케이스 외벽에 설치되어 기화공간(BS) 내를 통과한 초음파 또는 진동파를 수신하는 파형수신부를 포함하며,
   상기 파형수신부는 상기 내부케이스 외벽에 상하로 이격되게 복수개 설치되며,
   상기 기화가스함유도는 상기 상하로 이격된 복수의 파형수신부에 의해 측정된 기화가스위를 포함하며,
   상기 리턴라인은 밸브를 포함하며,
   상기 제어부는 상기 기화가스함유도를 기초로 상기 밸브를 제어하며,
   상기 제어부는 상기 기화가스함유도 센서에 의해 측정된 기화가스량이 정상이면 상기 리턴라인의 밸브를 개방하여 기화가스를 회수하고, 비정상이면 상기 액화가스펌프를 정지시키고 관리자에게 메시지를 통보하는 것을 특징으로 하는 액화가스펌프.
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