KR102015085B1 - 유증기 회수액화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유증기의 회수율을 높이기 위하여, 유류저장탱크의 제1통기관과 제1회수관을 통해 연결되고, 상기 제1회수관을 통해 유입되는 유증기를 냉각하여 액화시키는 열교환기와, 상기 열교환기에서 액화된 기름과 물을 공급받아 분리하는 유수분리기와, 상기 유류저장탱크의 제2통기관과 제2회수관을 통해 연결되고, 상기 제2회수관을 통해 유입되는 유증기를 일정한 온도 범위로 가열하여 상기 열교환기로 공급하는 가열기와, 상기 제2회수관 도중에 설치되어 상기 제2통기관을 통해 배출되는 유증기의 압력을 측정하는 압력센서와, 상기 제2회수관 도중에 설치되어 상기 가열기로 공급되는 유증기의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 가열기와 상기 압력센서 사이의 상기 제2회수관 도중에 장치되어 상기 제2통기관을 통해 배출되는 유증기를 상기 가열기로 압송하는 흡입펌프와, 상기 압력센서와 상기 흡입펌프 사이의 상기 제2회수관 도중에 설치되어 유증기의 흐름을 통하게 하거나 차단하는 제2개폐밸브 및 상기 온도센서와 상기 흡입펌프 사이의 상기 제2회수관 도중에 설치되어 상기 가열기로 공급되는 유증기의 양을 조절하는 유량조절밸브를 포함하는 유증기 회수액화장치를 개시한다.

Description

유증기 회수액화장치{GASOLINE VAPOR RECOVERY UNIT}

본 발명은 유조차가 휘발유를 유류저장탱크에 하역하거나 자동차에 휘발유를 주유할 때 발생하는 유증기를 회수하여 액화시키는 유증기 회수액화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유류저장탱크의 유증기를 실시간으로 연속해서 회수하여 액화시킴으로써 유증기의 회수율을 크게 높일 수 있고, 아울러 유류저장탱크 내의 압력 상승을 제어하여 안전성을 향상시킬 수 있는 유증기 회수액화장치에 관한 것이다.

일반적으로 주유소나 저유소 등의 유류저장탱크 내부에는 유조차(운반차량)에서 휘발유 따위의 유류를 하역(적하) 시 많은 양의 휘발성 유기화합물(VOCs, 이하 '유증기'라 함)이 발생하며, 이는 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸렌, 아세틸렌 등 인체에 유해하고 환경에 치명적인 물질을 포함하고 있어 대기 중으로 배출할 경우 대기오염을 유발함은 물론 에너지의 손실을 야기한다.

최근 대기환경규제지역 등 특정 지역의 경우 지하 유류저장탱크의 숨구멍을 통한 증발과 유조차에서 지하 유류저장탱크로 휘발유 등 석유제품을 하역할 때 발생하는 유증기(Stage 1)와, 자동차에 휘발유를 주유할 때 발생하는 유증기(Stage 1)를 대기 중으로 직접 배출하는 것을 억제하여 대기오염을 저감시키는 유증기 회수액화장치의 설치를 의무화하고 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 유증기 회수액화장치의 일례를 나타낸 구성도로서, 이를 참조하면, 유류저장탱크(10)에서 발생하는 유증기는 통기관(12)을 통해 압축기(110)로 공급되어 압축되고, 이 상태로 예냉기(150)와 냉각기(170)를 거치면서 수분은 결빙되고 유류는 응축되어 서로 분리되도록 구성되어 있다.

또한, 통기관(12)에는 유류저장탱크(10)의 폭발 방지 등 구조적 안전성을 확보하기 위해 설정압력 이상이 되면, 대기로 유증기를 배출시키는 압력조절밸브(102)가 설치되어 있다.

그런데 이러한 종래의 유증기 회수액화장치는 평균적으로 유증기의 93%를 회수 및 액화하여 대기오염을 저감시키고 휘발유 냄새를 감소시킬 뿐만 아니라 경제적 이익을 누릴 수 있으나, 일부 유증기는 유류저장탱크(10)의 설정압력이 넘어설 경우 안전을 위해 대기 중으로 날려버릴 수밖에 없는 구조적 한계가 있다.

더욱이 유증기를 압축하여 액화하는 방식의 구조적 특성상 유조차에서 유류저장탱크(10)로 유류를 하역하는 짧은 시간 동안에 유증기를 액화시키기 어려운 문제점이 있다.

한편, 유증기가 대기 중으로 일부 방출되는 것을 차단 및 휘발되는 것을 막기 위하여 활성탄 등의 필터를 이용한 집진기(흡착탑)를 구비한 유증기 회수액화장치가 개발되어 있으나, 이는 필터를 자주 교체해야 하는 데다 필터에 흡착된 유증기를 분리하는데 비용이 많이 들어 효율성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.

이외에도 대한민국 등록특허공보 제10-1521721호에 유류저장탱크 내부의 압력이 높아지면 유증기를 회수하여 액화시키고, 압력이 낮아지면 유류저장탱크 내부로 외부 공기를 공급하여 압력을 높임으로써 다시 유증기를 회수하고 액화시키는 구조의 유증기 회수액화장치가 개시되어 있으나, 이는 외부 공기 속에 포함되어 있는 수분이 비중차이로 유류저장탱크의 바닥에 가라앉아 고이는 문제점이 있는 데다 유지보수 비용이 많이 들어 경제성이 떨어질 수밖에 없다.

한편, 유류저장탱크에서 회수되는 유증기 중에는 계절에 따라 다소 차이는 있지만, 약 0.5~2.3Vol%의 수분이 포함되어 있다. 유증기 중의 VOCs를 응축 회수할 목적으로 열교환기에 유입시키는 유증기 속에 수분이 포함되어 있으면 열교환기 내의 증발기 표면에 동결되어 목표하는 온도까지 도달할 수 없는 등 냉각 능력이 급격하게 저하되며, 또 제상작업을 정기적으로 행해야 하는 번거로움이 발생할 뿐만 아니라 동결로 인한 유로의 폐쇄를 야기할 수 있다.

따라서 열교환기 내부로 유증기를 유입시킬 때 증발기의 원활한 성능을 기대하기 위해서는 증발기에 수분이 동결되지 않도록 수분을 제거해야 한다.

여기서 상술한 배경기술 또는 종래기술은 본 발명자가 보유하거나 본 발명을 도출하는 과정에서 습득한 정보로서 본 발명의 기술적 의의를 이해하는데 도움이 되기 위한 것일 뿐, 본 발명의 출원 전에 이 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술을 의미하는 것은 아님을 밝힌다.

KR20-0448063 Y1(2010.03.05) KR10-0733770 B1(2007.06.25) KR10-1639551 B1(2016.07.07) KR10-1039401 B1(2011.05.31) KR10-1221132 B1(2013.01.04) KR10-1643712 B1(2016.07.22) KR10-1183191 B1(2012.09.10)

강민식. 주유소 VOC 유류환원 장치 개발. 경원대학교 산학연 공동기술개발 컨소시엄사업. 2008 서기철. 저온응축시스템을 이용한 휘발유 유증기의 회수에 관한 연구. 한국교통대학교. 2013

이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하면서 기존의 유증기 회수액화장치가 지닌 구조적 한계 및 문제점을 해결하려는 발상에서 착안하여 유류저장탱크의 유증기를 자연대류와 강제대류 원리로 번갈아서 병행하여 실시간으로 연속해서 회수하여 액화시킴으로써 유증기의 회수율이 높고 안전성이 향상되는 효과를 도모할 수 있는 새로운 구조의 유증기 회수액화장치를 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 유증기의 회수율을 높이면서 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 유증기 회수액화장치를 제공하는 데 있는 것이다.

여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 달성 및 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 태양에 따른 구체적 수단은, 유류저장탱크에서 발생하는 유증기를 회수하여 액화시키는 장치로서, 상기 유류저장탱크의 제1통기관과 제1회수관을 통해 연결되고, 상기 제1회수관을 통해 유입되는 유증기를 냉각하여 액화시키는 열교환기와, 상기 열교환기에서 액화된 기름과 물을 공급받아 분리하는 유수분리기와, 상기 유류저장탱크의 제2통기관과 제2회수관을 통해 연결되고, 상기 제2회수관을 통해 유입되는 유증기를 일정한 온도 범위로 가열하여 상기 열교환기로 공급하는 가열기와, 상기 제1회수관 도중에 설치되어 상기 제1회수관 내의 유증기가 역류하는 것을 방지하는 역류방지밸브와, 상기 열교환기와 상기 역류방지밸브 사이의 상기 제1회수관 도중에 설치되어 유증기의 흐름을 통하게 하거나 차단하는 제1개폐밸브와, 상기 열교환기와 상기 제1개폐밸브 사이의 상기 제1회수관 도중에 설치되어 상기 제1회수관 내의 압력을 조절하는 압력조절밸브와, 상기 제2회수관 도중에 설치되어 상기 제2통기관을 통해 배출되는 유증기의 압력을 측정하는 압력센서와, 상기 제2회수관 도중에 설치되어 상기 가열기로 공급되는 유증기의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 가열기와 상기 압력센서 사이의 상기 제2회수관 도중에 장치되어 상기 제2통기관을 통해 배출되는 유증기를 상기 가열기로 압송하는 흡입펌프와, 상기 압력센서와 상기 흡입펌프 사이의 상기 제2회수관 도중에 설치되어 유증기의 흐름을 통하게 하거나 차단하는 제2개폐밸브 및 상기 온도센서와 상기 흡입펌프 사이의 상기 제2회수관 도중에 설치되어 상기 가열기로 공급되는 유증기의 양을 조절하는 유량조절밸브를 포함하여 채용하는 것을 특징으로 하는 유증기 회수액화장치를 제시한다.

이로써 본 발명은 유증기의 회수율을 크게 높여 각종 유해 물질이 대기 중으로 방출되는 것을 차단할 수 있고, 아울러 유류저장탱크 내의 압력 상승을 제어하여 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양으로, 상기 열교환기는, 상기 제1회수관 및 상기 가열기와 각각 통하도록 연결되고 냉매를 증발시켜 유증기를 냉각하는 증발기와, 상기 증발기의 압력을 일정하게 유지시키고 냉매를 고압으로 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축 액화하는 응축기 및 상기 응축기에서 응축 액화된 냉매를 감압 및 유량을 조절하여 상기 증발기로 방출하는 팽창밸브를 포함하며, 상기 증발기는, 상기 제1회수관 및 상기 가열기와 각각 통하도록 연결된 하우징과, 상기 하우징의 내부를 다수 개의 공간으로 분할하도록 설치되고, 상기 제1회수관 및 상기 가열기에서 유입되는 유증기를 균일하게 배분하여 다른 공간으로 이동시키는 다수 개의 다공판과, 상기 다공판에 의해 분할된 상기 하우징 내에 일정한 간격을 두고 각각 배치된 냉각핀 및 상기 다공판에 의해 분할된 상기 하우징 내에 배열된 냉각코일을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양은, 상기 압력센서의 측정값에 따라 상기 제2회수관을 통해 유증기를 가열기로 공급하도록 상기 흡입펌프의 작동 및 회전속도를 제어하고, 상기 온도센서의 측정값에 따라 설정온도 범위로 유증기를 가열하도록 상기 가열기의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양은, 상기 열교환기와 상기 압력조절밸브 사이의 상기 제1회수관 도중에 설치되고, 냉각수탱크 내의 냉각된 물을 워터펌프를 통해 공급받아 유증기 중의 수분을 제거하는 제습챔버를 더 포함하여 구성됨으로써 유증기를 더욱 효율적으로 회수할 수 있다.

상기와 같은 목적의 달성과 기술적 과제를 해결하기 위한 수단 및 구성을 갖춘 본 발명의 실시 태양은, 유류저장탱크의 압력 및 농도가 낮은 유증기는 자연대류를 이용하여 제1통기관과 제1회수관을 통해 열교환기로 공급하고, 아울러 압력 및 농도가 높고 냉각 온도 대비 온도가 적정온도 범위 이하로 낮은 유증기는 흡입펌프를 이용하여 제2통기관과 제2회수관을 통해 가열기로 강제 압송한 후 가열하고 열교환기에서 냉각하여 액화함으로써 유증기의 흐름을 원활하고 효율적으로 작용하도록 조절하여 회수율을 크게 높일 수 있다.

또한, 압력센서의 측정값에 따라 흡입펌프의 기계적인 힘이 작용해서 유증기의 강제대류를 일으킴으로써 유류저장탱크 내의 압력 상승을 효과적으로 제어하여 안전성을 향상시킬 수 있다.

나아가 유증기 속에 포함되어 있는 수분을 제거하여 열교환기로 공급함으로써 더욱 효과적이고 안정적으로 유증기를 회수할 수 있다.

여기서 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 유증기 회수액화장치의 일례를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예 1에 따른 유증기 회수액화장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예 2에 따른 유증기 회수액화장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.

또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

여기서 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기 및 형태와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.

아울러 본 명세서에서 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함하는 의미이며, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

즉, 본 명세서에서 설시하는 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해해야 한다.

이외에도 "부" 및 "유닛"의 용어에 대한 의미는 시스템에서 목적하는 적어도 하나의 기능이나 어느 일정한 동작을 처리하는 단위 또는 역할을 하는 모듈 형태를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 혹은 하드웨어 및 소프트웨어의 결합 등을 통한 수단이나 독립적인 동작을 수행할 수 있는 디바이스 또는 어셈블리 등으로 구현할 수 있다.

그리고 상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부, 상측, 하측 등의 용어는 각 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 편의상 사용한 것이다. 예를 들어, 도면상의 위쪽을 상부로 아래쪽을 하부로 명명 및 지칭할 수 있다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있다. 즉, 제1, 제2 등의 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 구성요소는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 또 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예 1에 따른 유증기 회수액화장치는 주유소 등의 유류저장탱크(10)에 설치되어 있는 제1통기관(11)과 제2통기관(12)을 통해 유류저장탱크(10)에서 발생하는 유증기를 회수하여 액화시키는 것으로, 그 주요 구성은 크게 열교환기(20), 유수분리기(30), 가열기(40), 역류방지밸브(50), 제1개폐밸브(51), 압력조절밸브(52), 압력센서(60), 온도센서(61), 흡입펌프(62), 제2개폐밸브(63), 유량조절밸브(64) 및 제어부(70)를 포함하고 있다.

열교환기(20)는 유류저장탱크(10)에서 발생하는 유증기를 회수 및 냉각하여 액화시키기 위한 것으로, 유류저장탱크(10)의 제1통기관(11)과 제1회수관(13)을 통해 유류저장탱크(10)와 통하도록 연결되어 있다.

즉, 유류저장탱크(10) 내의 유증기 압력이 낮으면, 자연스럽게 제1통기관(11)과 제1회수관(13)을 통해 열교환기(20)로 이동한다.

여기서 열교환기(20)의 냉각 시스템은 액체의 증발열을 이용하여 증발(Evaporation), 압축(Compression), 응축(condensation), 팽창(Expansion) 등의 4단계로 이루어지는 증기압축식 냉동법을 적용할 수 있다.

이를 위해 증발기(21)는 냉매를 증발시켜 유증기를 냉각하기 위해 제1회수관(13) 및 가열기(40)와 각각 통하도록 연결되어 있다.

즉, 증발기(21)는 팽창밸브(24)를 통과한 저온, 저압의 냉매액이 증발하면서 저열원으로부터 열을 흡수하여 저온, 저압의 냉매증기로 되면서 유증기를 냉각한다.

또한, 증발기(21)는 그 외형을 이루는 하우징(25)이 제1회수관(13) 및 가열기(40)와 각각 통하도록 연결되어 있다.

그리고 다공판(26)이 하우징(25)의 내부를 다수 개의 공간으로 분할하도록 설치되어 있다.

여기서 다공판(26)은 제1회수관(13) 및 가열기(40)에서 각각 유입되는 유증기의 흐름을 균일하게 배분 및 분산하여 하우징(25) 내의 다른 공간으로 이동시키는 기능 및 역할을 한다.

또한, 냉각 작용을 증대시키는 냉각핀(27)이 다공판(26)에 의해 분할된 하우징(25) 내에 일정한 간격을 두고 각각 배치되어 있고, 아울러 코일 모양으로 굽히거나 감아 냉매를 순환시켜 유증기와 열교환 기능을 수행하는 냉각코일(28)이 다공판(26)에 의해 분할된 하우징(25) 내에 일정한 간격으로 배열되어 있다.

즉, 증발기(21)는 냉각코일(28)을 순환하는 액체 냉매가 유증기로부터 방출되는 열의 흡수율을 극대화하기 위해 다공판(26)으로 하우징(25)의 내부 공간을 적어도 2개 이상의 냉각실로 분할하여 유증기가 냉각핀(27)과 다공판(26)을 순차적으로 통과하도록 형성되어 있다.

여기서 냉각핀(27)은 알루미늄 또는 구리와 같은 열전도성 재질로 형성될 수 있고, 아울러 하우징(25) 내에 동일한 간격 및 동일한 냉각 면적을 갖도록 구비하거나 분할된 냉각실 별로 서로 다른 간격 및 서로 다른 냉각 면적을 갖도록 구비할 수도 있다.

압축기(22)는 증발기(21)의 압력을 일정하게 유지시키고 기체 상태의 냉매를 상온에서 고압으로 압축한다.

즉, 압축기(22)는 증발기(21)에서 오는 저온, 저압의 냉매증기를 흡입, 압축하여 고온, 고압의 냉매증기로 만들어서 응축기(23)로 보내고 증발기(21)의 압력을 일정하게 유지시켜 준다.

응축기(23)는 압축기(22)에서 압축된 냉매를 응축 액화한다. 이때, 가온된 냉매는 압축 상태에서 열교환 과정을 거쳐 온도가 낮아진다.

즉, 응축기(23)는 압축기(22)에 압축된 고온, 고압의 냉매증기를 공랭식, 수냉식 또는 증발식으로 냉각시켜 고열원으로 열을 방출하고, 고온, 고압의 냉매액을 응축시킨다.

팽창밸브(24)는 응축기(23)에서 응축 액화된 냉매를 감압 및 유량을 조절하여 증발기(21)로 방출한다. 이때, 액체상 냉매는 팽창밸브(24)를 통하여 증발기(21)로 나오면서 압력이 낮아지고 주위의 열을 흡수한다.

즉, 팽창밸브(24)는 고온, 고압의 냉매액을 교축밸브나 모세관과 같은 가는 관로를 통과시켜 저온, 저압의 냉매액으로 만들어 증발이 쉽도록 하며 냉매의 유량을 조절한다.

이러한 열교환기(20)는 냉매가 증발기(21)에서 저열원으로부터 열을 흡수하여 압축기(22)를 거쳐 응축기(23)에서 고열원으로 열을 버린 후, 수액기, 팽창밸브(24)를 거쳐 다시 증발기(21)로 되돌아가는 순환 과정을 되풀이함으로써 유증기를 냉각하여 액화시킬 수 있다.

여기서 열교환기(20)의 규모 및 크기는 유류저장탱크(10)의 용량이나 유증기의 예상 발생량에 따라 적절하게 설계할 수 있음은 물론이다.

유수분리기(30)는 열교환기(20)에서 액화된 기름과 물을 공급받아 분리하는 것으로, 열교환기(20)와 통하도록 연결되어 있다.

여기서 유수분리기(30)는 통상의 방법으로 기름과 물을 분리할 수 있다.

예를 들어, 기름과 물은 유수분리기(30) 내에서 서로 섞이지 않고 비중이 작은 기름이 물 위에 떠 있으므로 내부의 내용물을 유관으로 확인할 수 있도록 전체 또는 일부를 투명하게 형성하여 물을 먼저 배출한 다음 남아있는 기름을 나중에 배출하는 방법으로 쉽게 분리할 수 있다.

또한, 유수분리기(30)에서 분리된 기름은 별도의 관로를 통해 유류저장탱크(10) 내로 회수하여 저장할 수도 있고, 또는 별도의 콕밸브를 통해 기름통에 담을 수 있다.

가열기(40)는 제2회수관(14)을 통해 유입되는 유증기를 일정한 온도 범위로 가열하여 열교환기(20)로 공급하기 위한 것으로, 유류저장탱크(10)의 제2통기관(12)과 제2회수관(14)을 통해 유류저장탱크(10)와 통하도록 연결되어 있다.

즉, 가열기(40)는 유증기가 열교환기(20)에서 응결이 잘 일어나는 20~35℃의 적정온도 범위를 유지하도록 가열함으로써 유증기의 응결(응축) 효율을 물론 회수율을 높일 수 있다.

이러한 가열기(40)는 유증기의 온도가 열교환기(20)의 냉각 온도 대비 적정온도 범위 이하로 낮을 경우 온도차이로 응결현상이 잘 일어나지 않는 것을 방지할 수 있다.

또한, 가열기(40)는 유증기가 함유하고 있던 수분을 기화시켜 그로 인해 열교환기(20) 내에 성에가 끼거나 결로(결빙)현상이 일어나 효율이 떨어지는 것을 막을 수 있다.

즉, 겨울철 등 기온이 낮은 평상시에는 유조차에서 지하 유류저장탱크(10)로 휘발유 등 석유제품을 하역할 때나 자동차에 휘발유를 주유할 때에 비해 유증기가 함유하고 있던 수분이 쉽게 동결됨으로 인해 열교환기(20)의 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

여기서 가열기(40)는 유증기가 직접 열원에 접촉 및 노출되지 않는 구조를 채용하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 열원에서 열을 받아들여 온도를 일정하게 유지하거나 전열 등의 중개를 하는 가열 매체를 이용하여 유증기를 가열하는 간접 가열기를 적용할 수 있다.

역류방지밸브(50)는 제1회수관(13) 내의 유증기가 제1통기관(11)으로 역류하는 것을 방지하기 위해 제1회수관(13) 도중에 설치되어 있다.

여기서 역류방지밸브(50)는 유증기가 한 방향으로만 흐르고 유증기가 정지했을 때 밸브 보디가 유증기의 배압으로 닫혀 역류를 방지하는 체크밸브를 채용할 수 있다.

제1개폐밸브(51)는 제1회수관(13) 내 유증기의 흐름을 통하게 하거나 차단하기 위해 열교환기(20)와 역류방지밸브(50) 사이의 제1회수관(13) 도중에 설치되어 있다.

압력조절밸브(52)는 제1회수관(13) 내의 압력을 조절하기 위해 열교환기(20)와 제1개폐밸브(51) 사이의 제1회수관(13) 도중에 설치되어 있다.

여기서 압력조절밸브(52)는 미리 설정된 압력(대기압) 이상으로 공급되는 유증기에 따라 유로의 면적을 가변시켜 마찰에 의하여 압력을 조절 및 일정하게 유지하는 교축밸브를 채용할 수 있다.

압력센서(60)는 제2통기관(12)을 통해 배출되는 유증기의 압력을 측정하기 위해 제2회수관(14) 도중에 설치되어 있다.

즉, 압력센서(60)는 제2통기관(12)과 제2회수관(14)의 압력을 검출 및 측정하여 미리 설정된 범위의 기준압력에 도달하거나 초과할 때 흡입펌프(62) 및 제2개폐밸브(63)의 작동 트리거 신호를 제어부(70)로 전송한다.

여기서 압력센서(60)로는 검출된 전기신호를 증폭, S/N 향상 등의 신호처리와 비직선보상, 온도보상 등의 연산처리를 받고, 연산결과는 프로세스 제어용의 직류 통일신호 4~20㎃, 또는 통일 공기압 신호 0.2~1.0㎏f/㎠ 내지는 제어용 컴퓨터를 위한 코드화 신호로 변환하는 압력 전송기(pressure transmitter)가 일체로 구성된 구조를 채용하는 것이 바람직하며, 아울러 유증기의 압력을 시각적으로 보여줄 수 있는 압력게이지를 포함하는 구조를 채용할 수 있다.

온도센서(61)는 가열기(40)의 가열 온도를 조절하기 위해 제2회수관(14) 도중에 설치되어 있다.

즉, 온도센서(61)는 가열기(40)로 공급되는 유증기의 온도를 검출 및 측정하여 제어부(70)로 전송한다.

흡입펌프(62)는 제2통기관(12)을 통해 배출되는 압력 및 농도가 높은 유증기를 가열기(40)로 압송하고, 유류저장탱크(10) 내부의 압력을 일정하게 유지시켜 주기 위해 가열기(40)와 압력센서(60) 사이의 제2회수관(14) 도중에 장치되어 있다.

여기서 흡입펌프(62)는 가연성의 유증기를 이송시키므로 안전을 고려하여 유증기의 이송에 적합한 시로코 팬(Sirrocco Fan)이나 링블로워(Ring Blower)를 채택하여 적용할 수 있다.

제2개폐밸브(63)는 제2회수관(14) 내의 유증기 흐름을 통하게 하거나 차단하기 위해 압력센서(60)와 흡입펌프(62) 사이의 제2회수관(14) 도중에 설치되어 있다.

여기서 제2개폐밸브(63)는 미리 설정된 압력(대기압) 이상으로 공급되는 유증기에 따라 밸브 내의 유로 면적을 가변시켜 유증기에 저항을 부여하여 유량을 조절하는 교축변환밸브를 채용할 수 있다.

유량조절밸브(64)는 가열기(40)로 공급되는 유증기의 양을 조절하기 위해 온도센서(61)와 흡입펌프(62) 사이의 제2회수관(14) 도중에 설치되어 있다.

제어부(70)는 압력센서(60)의 측정값에 따라 흡입펌프(62)의 작동 및 회전속도를 제어하여 제2회수관(14)을 통해 유류저장탱크(10) 내의 유증기를 가열기(40)로 공급한다.

즉, 압력센서(60)의 제2통기관(12)과 제2회수관(14) 내 압력 측정값을 미리 설정된 기준압력과 비교하여 흡입펌프(62)의 작동 및 회전속도를 제어한다.

예를 들어, 압력센서(60)의 측정값이 대기압이고 설정된 기준압력이 대기압이면, 제어부(70)는 흡입펌프(62)의 작동을 정지시키고, 측정값이 대기압보다 높으면, 흡입펌프(62)의 작동을 위한 전류 값으로 변환하여 그 모터로 인가한다.

또한, 제어부(70)는 온도센서(61)의 측정값에 따라 가열기(40)의 작동을 제어하여 설정온도 범위로 유증기를 가열한다.

예를 들어, 가열기(40)로 유입되는 유증기의 온도가 설정온도 범위 미만이면, 가열기(40)가 작동하도록 제어하고, 설정온도 범위를 초과하면 가열기(40)가 작동을 정지하도록 제어할 수 있다.

즉, 제어부(70)는 압력센서(60)의 감지 신호를 수신하고, 그 수신된 신호 및 측정값에 따라 제1개폐밸브(51)와 제2개폐밸브(63)를 교차적으로 개폐하면서 흡입펌프(62)와 가열기(40) 및 열교환기(20)의 작동을 제어할 수 있다.

이러한 제어부(70)는 장치 및 시스템의 전반적인 제어 기능을 수행하기 위해 컨트롤 박스 형태로 장치의 외부면에 구비할 수 있다.

한편, 제1통기관(11) 및 제2통기관(12) 도중에는 안전을 위해 유류저장탱크(10) 내의 유증기를 대기 중에 선택적으로 배출하는 제1방출밸브(15) 및 제2방출밸브(16)가 설치되어 있다.

즉, 제1방출밸브(15) 및 제2방출밸브(16)는 유류저장탱크(10) 내의 압력이 설정 범위 이상의 과대 압력(0.15㎏f/㎠)일 경우 폭발 등의 안전사고를 방지하기 위해 유증기를 대기 중에 배출하는 안전변 형태로 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 유증기 회수액화장치의 주요 작용 및 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 유류저장탱크(10)의 압력 및 농도가 낮은 유증기는 자연대류에 의해 제1통기관(11)과 제1회수관(13)을 통해 열교환기(20)로 공급되어 냉각되고, 아울러 제1통기관(11)과 제1회수관(13)을 통한 지속적인 배출 및 날씨 등으로 인해 압력 및 농도가 높고 냉각 온도 대비 온도가 적정온도 범위 이하로 낮은 유류저장탱크(10)의 유증기는 흡입펌프(62)에 의해 제2통기관(12)과 제2회수관(14)을 통해 가열기(40)로 강제 압송된다.

즉, 압력센서(60)의 측정값이 기준압력(대기압) 이하이면, 제어부(70)는 제1개폐밸브(51)를 열고 유류저장탱크(10)의 유증기를 열교환기(20)로 공급하여 냉각하고, 압력센서(60)의 측정값이 기준압력(대기압)보다 높으면, 제어부(70)는 제2개폐밸브(63)를 열고 흡입펌프(62)의 작동 및 회전속도를 제어한다.

그리고 가열기(40)로 압송된 유증기는 일정한 설정온도 범위로 가열된 후 열교환기(20)에서 냉각된다.

이러한 과정에서 유증기는 상방으로 유동하고 응축되는 기름은 자중에 의해 자연스럽게 아래로 떨어져 유수분리기(30)로 모인다.

이때, 열교환기(20)의 냉각 온도는 유증기에 함유되어 있는 수분은 응결되고, 기름은 응결되지 않도록 물의 빙점보다는 낮고 기름의 빙점보다는 높게 설정할 수 있다.

예를 들면, R-22 냉매를 사용할 경우 -20℃ 내지 -30℃ 범위로 설정함으로써 유증기의 회수율을 크게 높일 수 있다.

즉, 유류저장탱크(10)의 유증기 압력 및 농도에 상관없이 실시간으로 작동하면서 유증기를 연속적으로 회수하여 액화할 수 있어 대기 중으로 유증기를 전혀 방출하지 않고, 이로 인해 유증기의 회수율을 크게 높일 수 있다.

아울러 압력센서(60)의 측정값에 따라 제2통기관(12)과 제2회수관(14)의 압력이 높으면, 흡입펌프(62)의 기계적인 힘이 작용해서 유증기의 강제대류를 일으킴으로써 유류저장탱크(10) 내에 음압이 걸리는 것을 방지할 뿐만 아니라 유증기 압력 상승을 효과적으로 제어하여 폭발 등의 안전사고를 예방할 수 있다.

즉, 압력센서(60)의 측정값이 기준압력(대기압)보다 높으면, 제어부(70)는 제1개폐밸브(51)를 닫은 상태로 제2개폐밸브(63)를 열고 흡입펌프(62)의 작동 및 회전속도를 빠르게 제어하여 가열기(40)를 거쳐 열교환기(20)로 공급되는 유증기의 양을 증가시킴으로써 제2통기관(12)과 제2회수관(14)의 측정압력을 낮추고, 그 결과 유류저장탱크(10)의 유증기 압력도 낮아질 수 있다.

이처럼 제어부(70)가 유류저장탱크(10)의 유증기 압력에 따라 제1개폐밸브(51)와 제2개폐밸브(63)를 선택적으로 여닫고 흡입펌프(62)의 작동 및 회전속도를 제어하여 기준압력(대기압)보다 낮거나 높은 압력의 유증기를 열교환기(20)에서 액화함으로써 평상시 고압의 유증기를 공연히 배출하는 종래와 달리 유증기를 효율적으로 회수할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예 2에 따른 유증기 회수액화장치는 크게 열교환기(20), 유수분리기(30), 가열기(40), 역류방지밸브(50), 제1개폐밸브(51), 압력조절밸브(52), 압력센서(60), 온도센서(61), 흡입펌프(62), 제2개폐밸브(63), 유량조절밸브(64), 제어부(70) 및 제습챔버(80)를 포함하고 있다.

특히 제습챔버(80)는 냉각수탱크(81) 내의 균일한 온도로 냉각된 물을 워터펌프(82)를 통해 공급받아 유증기 중의 수분을 제거하기 위한 것으로, 열교환기(20)와 압력조절밸브(52) 사이의 제1회수관(13) 도중에 설치되어 있다.

그리고 제습챔버(80)는 바닥에 모인 수분을 빼내기 위한 드레인밸브(85)가 설치되어 있다.

여기서 제습챔버(80)는 냉각수탱크(81)에 담긴 냉각된 물을 내부에 배열된 냉각관으로 공급받고, 그 냉각관이 물의 증발열을 이용하여 유입되는 유증기를 서서히 냉각하는 방식, 즉 유증기의 상태를 이슬점온도 이하로 낮추어 유증기 속의 수분을 액체 상태로 응결하여 분리 및 제거하는 구조로 이루어질 수 있다.

예를 들면, 제습챔버(80)는 유증기를 냉각하기 위해 내통과 외통 사이에 냉각수가 순환되는 이중 통 구조로 형성할 수 있고, 또는 내측 둘레에 나선형으로 감긴 코일형 파이프를 설치하여 냉각수탱크(81)와 워터펌프(82)를 통해 냉각수가 순환되면서 유증기의 열이 원활하게 흡수되도록 하여 수분을 응축 제거할 수 있다.

또한, 냉각수탱크(81)는 열교환기(20)의 냉매를 파이프라인으로 공급받아 내부에 채워진 물을 직접접촉 방식으로 냉각하는 구조를 채용할 수 있다.

아울러 제어부(70)는 물의 냉각온도를 검출 및 측정하는 수온센서(83)의 검출 신호에 따라 제3개폐밸브(84)를 개폐하여 냉각수탱크(81) 쪽으로 공급되는 열교환기(20)의 냉매 흐름을 순환시키거나 차단할 수 있다.

따라서 본 발명의 실시 예 2에 따른 유증기 회수액화장치는 열교환기(20) 내부로 유입되는 유증기 속에 포함되어 있는 수분을 제거함으로써 증발기(21)의 원활한 성능 및 작용을 유도할 수 있고, 이로 인해 유증기를 더욱 효율적으로 회수할 수 있다.

여기서 본 발명의 실시 예 2에 따른 유증기 회수액화장치와 관련한 구성요소 중 상술한 실시 예 1과 동일 또는 유사한 작용효과를 갖는 구성요소는 상술한 실시 예 1과 동일한 참조부호를 사용하며, 그에 대한 반복적이고 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지로 다양하게 변형하고 응용할 수 있음은 물론이고 각 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경하여 폭넓게 적용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백하다.

그러므로 본 발명의 기술적 특징을 변형하고 응용하는 것에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.

본 발명은 유조차에서 지하 유류저장탱크로 휘발유 등 석유제품을 하역(저장)할 때 발생하는 유증기 및 자동차에 연료를 주유할 때 발생하는 유증기를 대기 중으로 직접 배출하지 않고 회수함으로써 유증기로 인한 주유원 및 운전자 등의 건강을 보호하고 대기오염을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라 경제적 이익을 누릴 수 있어 주유소 및 정유 업계 등 다양한 산업분야 등에서 이용할 수 있다.

10: 유류저장탱크 11: 제1통기관
12: 제2통기관 13: 제1회수관
14: 제2회수관 15: 제1방출밸브
16: 제2방출밸브 20: 열교환기
21: 증발기 22: 압축기
23: 응축기 24: 팽창밸브
25: 하우징 26: 다공판
27: 냉각핀 28: 냉각코일
30: 유수분리기 40: 가열기
50: 역류방지밸브 51: 제1개폐밸브
52: 압력조절밸브 60: 압력센서
61: 온도센서 62: 흡입펌프
63: 제2개폐밸브 64: 유량조절밸브
70: 제어부 80: 제습챔버
81: 냉각수탱크 82: 워터펌프
83: 수온센서 84: 제3개폐밸브
85: 드레인밸브

Claims (3)

1. 유류저장탱크에서 발생하는 유증기를 회수하여 액화시키는 장치에 있어서,
   상기 유류저장탱크의 제1통기관과 제1회수관을 통해 연결되고, 상기 제1회수관을 통해 유입되는 유증기를 냉각하여 액화시키는 열교환기;
   상기 열교환기에서 액화된 기름과 물을 공급받아 분리하는 유수분리기;
   상기 유류저장탱크의 제2통기관과 제2회수관을 통해 연결되고, 상기 제2회수관을 통해 유입되는 유증기를 일정한 온도 범위로 가열하여 상기 열교환기로 공급하는 가열기;
   상기 제1회수관 도중에 설치되어 상기 제1회수관 내의 유증기가 역류하는 것을 방지하는 역류방지밸브;
   상기 열교환기와 상기 역류방지밸브 사이의 상기 제1회수관 도중에 설치되어 유증기의 흐름을 통하게 하거나 차단하는 제1개폐밸브;
   상기 열교환기와 상기 제1개폐밸브 사이의 상기 제1회수관 도중에 설치되어 상기 제1회수관 내의 압력을 조절하는 압력조절밸브;
   상기 제2회수관 도중에 설치되어 상기 제2통기관을 통해 배출되는 유증기의 압력을 측정하는 압력센서;
   상기 제2회수관 도중에 설치되어 상기 가열기로 공급되는 유증기의 온도를 측정하는 온도센서;
   상기 가열기와 상기 압력센서 사이의 상기 제2회수관 도중에 장치되어 상기 제2통기관을 통해 배출되는 유증기를 상기 가열기로 압송하는 흡입펌프;
   상기 압력센서와 상기 흡입펌프 사이의 상기 제2회수관 도중에 설치되어 유증기의 흐름을 통하게 하거나 차단하는 제2개폐밸브; 및
   상기 온도센서와 상기 흡입펌프 사이의 상기 제2회수관 도중에 설치되어 상기 가열기로 공급되는 유증기의 양을 조절하는 유량조절밸브;
   를 포함하는 유증기 회수액화장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 압력센서의 측정값에 따라 상기 제2회수관을 통해 유증기를 가열기로 공급하도록 상기 흡입펌프의 작동 및 회전속도를 제어하고, 상기 온도센서의 측정값에 따라 설정온도 범위로 유증기를 가열하도록 상기 가열기의 작동을 제어하는 제어부; 및
   상기 열교환기와 상기 압력조절밸브 사이의 상기 제1회수관 도중에 설치되고, 냉각수탱크 내의 냉각된 물을 워터펌프를 통해 공급받아 유증기 중의 수분을 제거하는 제습챔버;
   를 더 포함하는 유증기 회수액화장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 열교환기는,
   상기 제1회수관 및 상기 가열기와 각각 통하도록 연결되고 냉매를 증발시켜 유증기를 냉각하는 증발기;
   상기 증발기의 압력을 일정하게 유지시키고 냉매를 고압으로 압축하는 압축기;
   상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축 액화하는 응축기; 및
   상기 응축기에서 응축 액화된 냉매를 감압 및 유량을 조절하여 상기 증발기로 방출하는 팽창밸브;
   를 포함하며,
   상기 증발기는,
   상기 제1회수관 및 상기 가열기와 각각 통하도록 연결된 하우징;
   상기 하우징의 내부를 다수 개의 공간으로 분할하도록 설치되고, 상기 제1회수관 및 상기 가열기에서 유입되는 유증기를 균일하게 배분하여 다른 공간으로 이동시키는 다수 개의 다공판;
   상기 다공판에 의해 분할된 상기 하우징 내에 일정한 간격을 두고 각각 배치된 냉각핀; 및
   상기 다공판에 의해 분할된 상기 하우징 내에 배열된 냉각코일;
   을 포함하는 유증기 회수액화장치.
   

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