KR102062484B1 - 수소 재액화 시스템 - Google Patents

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KR102062484B1
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gas
hydrogen
heat exchange
storage tank
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KR1020190028637A
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이현용
노길태
정인철
이재훈
천강우
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사단법인 한국선급
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Abstract

본 발명은 액화 수소의 증발 가스를 재액화하는 수소 재액화 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 재액화 시스템은, 액화 수소를 저장하는 저장 탱크와; 상기 저장 탱크에 저장된 수소가 증발된 증발 가스를 압축하는 압축 유닛과; 상기 저장 탱크로부터 상기 압축 유닛으로 이송되는 증발 가스와 상기 압축 유닛에 의해 압축된 증발 가스 간에 열교환이 이루어지는 제 1 열교환부와; 상기 저장 탱크로부터 상기 압축 유닛으로 이송되는 증발 가스로부터 분기되는 증발 가스를 연료로 하여 에너지를 발생시키는 제 1 에너지 발생부와; 상기 저장 탱크로부터 상기 압축 유닛으로 이송되는 증발 가스로부터 분기되어 상기 제 1 에너지 발생부로 이송되는 증발 가스와 상기 압축 유닛으로부터 상기 제 1 열교환부로 이송되는 증발 가스 간에 열교환이 이루어지는 제 2 열교환부와; 상기 압축 유닛에서 압축되고 상기 제 1 열교환부에서 열교환된 증발 가스를 냉각시키는 냉각부와; 상기 냉각부에 의해 냉각된 증발 가스를 모집하고, 상기 증발 가스로부터 응결된 액화 수소를 액화 수소 저장부로 이송하는 응결 수소 모집부를 포함한다.

Description

수소 재액화 시스템{Hydrogen Re-liquefaction System}
본 발명은 액화 수소(H2)의 증발 가스를 재액화하는 수소 재액화 시스템에 관한 것이다.
수소 에너지는 물, 유기물, 화석연료 등의 화합물 형태로 존재하는 수소를 연소시켜 얻어내는 에너지이다. 수소는 물의 전기분해로 쉽게 제조할 수 있으며, 가스나 액체로 수송할 수 있고, 고압가스, 액체수소, 금속수소화물 등의 다양한 형태로 저장이 가능하다.
수소 에너지는 공기 중에 산소와 결합하여 연소하는 경우 물이 되기 때문에 배기가스 등 공해물질이 거의 생성되지 않아 환경오염의 염려를 줄일 수 있다. 또한 직접 연소하거나 연료전지의 연료로 활용하게 되면 전기에너지로 쉽게 전환하여 사용할 수 있으며, 자동차의 연료로 사용되는 경우에는 석유와 달리 연소를 통해 에너지를 얻는 원리가 아니기 때문에 소음이 적다.
수소는 가스나 액체로 만들어 수송할 수 있고 다양한 형태로 저장할 수 있는데 저장 시에는 높은 에너지 밀도를 가지며, 운반 시에는 전기에너지로 운송하는 것 보다 운송 손실을 1/10 정도로 줄일 수 있기 때문에 이동 손실률이 적다는 장점이 있다.
다만 수소의 액화 온도(끓는점)는 상압에서 -250℃ 이하의 극저온이므로, 수소는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화 수소를 저장하는 저장 탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장 탱크에 지속적으로 전달되므로 액화수소 수송과정에서 저장 탱크 내에서는 지속적으로 액화수소가 자연 기화되면서 증발 가스가 발생한다.
증발 가스는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발 가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발 가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되고 있다.
또한, 수소의 액화 온도는 일반적으로 천연가스(-162℃) 등의 다른 가스들의 액화 온도에 비해 낮아 다른 가스들에 비해 재액화가 쉽지 않다.
본 발명은 액화 수소의 증발 가스를 재액화할 수 있는 수소 재액화 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 증발 가스의 일부를 연료로 사용할 수 있는 수소 재액화 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 액화 수소의 증발 가스를 재액화하는 수소 재액화 시스템을 제공한다. 일 실시 예에 따르면, 수소 재액화 시스템은, 액화 수소를 저장하는 저장 탱크와; 상기 저장 탱크에 저장된 수소가 증발된 증발 가스를 압축하는 압축 유닛과; 상기 저장 탱크로부터 상기 압축 유닛으로 이송되는 증발 가스와 상기 압축 유닛에 의해 압축된 증발 가스 간에 열교환이 이루어지는 제 1 열교환부와; 상기 저장 탱크로부터 상기 압축 유닛으로 이송되는 증발 가스로부터 분기되는 증발 가스를 연료로 하여 에너지를 발생시키는 제 1 에너지 발생부와; 상기 저장 탱크로부터 상기 압축 유닛으로 이송되는 증발 가스로부터 분기되어 상기 제 1 에너지 발생부로 이송되는 증발 가스와 상기 압축 유닛으로부터 상기 제 1 열교환부로 이송되는 증발 가스 간에 열교환이 이루어지는 제 2 열교환부와; 상기 압축 유닛에서 압축되고 상기 제 1 열교환부에서 열교환된 증발 가스를 냉각시키는 냉각부와; 상기 냉각부에 의해 냉각된 증발 가스를 모집하고, 상기 증발 가스로부터 응결된 액화 수소를 액화 수소 저장부로 이송하는 응결 수소 모집부를 포함한다.
상기 저장 탱크로부터 상기 압축 유닛으로 이송되는 증발 가스로부터 분기되어 상기 제 1 에너지 발생부로 이송되는 증발 가스는 상기 제 1 열교환부로부터 상기 압축 유닛으로 이송되는 증발 가스로부터 분기될 수 있다.
이와 달리, 상기 저장 탱크로부터 상기 압축 유닛으로 이송되는 증발 가스로부터 분기되어 상기 제 1 에너지 발생부로 이송되는 증발 가스는 상기 저장 탱크로부터 상기 제 1 열교환부로 이송되는 증발 가스로부터 분기될 수 있다.
상기 압축 유닛은, 증발 가스를 압축하고, 복수개가 증발 가스가 이송되는 라인을 따라 직렬로 배열되는 압축기(Compressor)와; 상기 라인의 각각의 상기 압축기를 지난 지점 중 증발 가스의 온도가 일정값 이상인 곳에 제공되고, 증발 가스를 냉각시키는 인터 쿨러(Intercooler)를 포함할 수 있다.
상기 냉각부로부터 상기 응결 수소 모집부로 이송되는 증발 가스를 팽창시키는 팽창부를 더 포함할 수 있다.
상기 응결 수소 모집부 내의 증발 가스와 상기 저장 탱크에서 발생된 증발 가스를 혼합하여 상기 제 1 열교환부로 공급하는 증발 가스 혼합부를 더 포함하고, 상기 제 1 열교환부에서는 상기 증발 가스 혼합부로부터 공급되는 증발 가스와 상기 압축 유닛에 의해 압축된 증발 가스 간에 열교환이 이루어질 수 있다.
상기 액화 수소 저장부는 상기 저장 탱크로 제공될 수 있다.
상기 제 1 에너지 발생부는 수소 가스를 연료로 사용하는 연료 전지를포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 수소 재액화 시스템은, 상기 액화천연가스(LNG)를 이용하여 에너지를 발생시키는 제 2 에너지 발생부와; 상기 제 2 에너지 발생부에 공급되는 액화천연가스가 저장되는 LNG 저장부를 더 포함하되, 상기 냉각부는, 상기 LNG 저장부로부터 상기 제 2 에너지 발생부로 공급되는 액화천연가스와 상기 압축기에 의한 압축이 완료된 증발 가스 간에 열교환이 이루어지는 LNG 열교환부를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 에너지 발생부는, DFDE(Dual Fuel Diesel Elecric) 엔진을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 재액화 시스템은 액화 수소의 증발 가스를 재액화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 재액화 시스템은 증발 가스의 일부를 연료로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 재액화 시스템을 간략히 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 압축 유닛의 일 예를 간략히 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수소 재액화 시스템을 간략히 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 냉각부의 일 예를 간략히 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 재액화 시스템(10)을 간략히 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 수소 재액화 시스템(10)은 액화 수소의 증발 가스를 재액화 한다. 수소 재액화 시스템(10)은 액화 수소 운반선 등의 선박에 제공될 수 있다. 이와 달리, 수소 재액화 시스템(10)은 액화 수소가 저장되는 다양한 종류의 설비 또는 운송 수단에 제공될 수 있다. 수소 재액화 시스템(10)은 저장 탱크(100), 압축 유닛(200), 제 1 열교환부(301), 제 2 열교환부(302), 제 1 에너지 발생부(400), 냉각부(500), 응결 수소 모집부(600), 팽창부(700) 및 증발 가스 혼합부(800)를 포함한다. 설명의 편의를 위해 도면 및 명세서에는 기재되지 않았으나, 수소 재액화 시스템(10)은 수소 재액화 시스템의 운용에 당연히 요구되는 펌프, 압축기 및 밸브 등의 필수 구성을 포함하는 것으로 가정한다.
저장 탱크(100)에는 액화 수소가 저장된다. 액화 수소는 상온에서는 기체 상태인 수소 가스가 액체 상태로 응축된 가연성 물질이다.
도 2는 도 1의 압축 유닛(200)의 일 예를 간략히 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 압축 유닛(200)은 저장 탱크(100)에 저장된 수소가 증발된 증발 가스를 압축한다. 일 실시 예에 따르면, 압축 유닛(200)은 압축기(Compressor, 211, 212, 213, 214) 및 인터 쿨러(Intercooler, 221, 222)를 포함할 수 있다.
압축기(211, 212, 213, 214)는 저장 탱크(100)로부터 반출되어 제 1 열교환부(301)에서 열교환된 증발 가스를 압축한다. 일 실시 예에 따르면, 압축기(211, 212, 213, 214)는 복수개가 증발 가스가 이송되는 라인(201)을 따라 직렬로 배열된다. 도 2에는 4개의 압축기(211, 212, 213, 214)가 제공되는 것으로 도시하였으나, 이와 달리, 압축기(211, 212, 213, 214)는 필요에 따라 다양한 수로 제공될 수 있다. 증발 가스는 라인(201)을 따라 이송되면서 각 압축기(211, 212, 213, 214)에 의해 순차적으로 압축된다. 예를 들면, 압축 유닛(200)에 유입되기 직전의 증발 가스의 압력은 4bar이고 하나의 압축기(211, 212, 213, 214)를 지날 때마다 상승하여, 최종 압축기(214)에서 압축된 증발 가스의 압력은 20bar일 수 있다. 증발 가스는 압축기(211, 212, 213, 214)에 의한 단열 압축에 따라 온도가 상승된다.
인터 쿨러(221, 222)는 증발 가스를 냉각시킨다. 인터 쿨러(221, 222)는 일반적으로 외부 공기 등 별도의 냉각 과정을 거치지 않은 외부의 유체를 냉매로 이용하여 냉각을 수행하므로, 증발 가스가 외부로부터 유입되는 유체보다 낮은 온도로 제공되는 경우 냉각이 불가하다. 따라서, 일 실시 예에 따르면, 인터 쿨러(221, 222)는 라인(201)의 각각의 압축기(211, 212, 213, 214)를 지난 지점 중 증발 가스의 온도가 일정값 이상인 곳에 제공될 수 있다. 예를 들면, 제 1 열교환부(301)에서 열교환이 완료되고 압축 유닛(200)으로 유입되는 증발 가스는 -89.93℃이고, 증발 가스가 라인(201)을 따라 이동되는 순서에 따라 첫번째 압축기(211) 및 두번째 압축기(212)를 지난 경우 증발 가스의 온도는 -21.38℃일 수 있다. 이 경우, 외부로부터 유입될 유체에 비해 낮은 온도이므로 첫번째 압축기(211) 및 두번째 압축기(212)를 지난 지점에는 인터 쿨러가 제공되지 않는다. 이와 달리, 증발 가스가 라인(201)을 따라 이동되는 순서에 따라 세번째 압축기(213)를 지난 지점에서는 증발 가스의 온도는 44.62℃로 제공될 수 있다. 따라서, 해당 위치에는 인터 쿨러(221)가 제공되고, 인터 쿨러(221)에 의해 증발 가스는 40℃까지 냉각될 수 있다. 또한, 증발 가스가 라인(201)을 따라 이동되는 순서에 따라 네번째 압축기(214)를 지난 지점에서는 증발 가스의 온도는 40℃보다 높은 온도로 제공될 수 있다. 따라서, 해당 위치에는 인터 쿨러(222)가 제공되고, 증발 가스는 인터 쿨러(222)에 의해 냉각될 수 있다. 상술한 바와 같이, 인터 쿨러(221, 222)는 별도의 냉각 과정을 거치지 않은 외부의 유체를 냉매로 사용하므로, 압축 유닛(200)에 의해 압축이 완료된 증발 가스는 40℃보다 낮고 상온보다 높은 온도로 냉각될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제 1 열교환부(301)에서는 저장 탱크(100)로부터 압축 유닛(200)으로 이송되는 증발 가스와 압축 유닛(200)에 의해 압축된 증발 가스 간에 열교환이 이루어진다. 저장 탱크(100)에서 제 1 열교환부(301)로 이송되는 증발 가스는 저장 탱크(100) 내부의 액화 수소에 의해 극저온의 상태로 제공된다. 압축 유닛(200)에 의해 압축된 증발 가스는 제 1 열교환부(301)에서 극저온 상태의 증발 가스와의 열교환에 의해 냉각된다.
제 2 열교환부(302)에서는 저장 탱크(100)로부터 압축 유닛(200)으로 이송되는 증발 가스로부터 분기(310a)되어 제 1 에너지 발생부(400)로 이송되는 증발 가스와, 압축 유닛(200)으로부터 제 1 열교환부(301)로 이송되는 증발 가스 간에 열교환이 이루어진다. 압축 유닛(200)에 의해 압축되어 압력 및 온도가 상승된 증발 가스는 제 1 열교환부(301)에서 저장 탱크(100)로부터 반출되는 극저온의 증발 가스와의 열교환으로 인해 냉각된다.
일 실시 예에 따르면, 저장 탱크(100)로부터 압축 유닛(200)으로 이송되는 증발 가스로부터 분기되어 제 1 에너지 발생부(400)로 이송되는 증발 가스는 제 1 열교환부(301)로부터 압축 유닛(200)으로 이송되는 증발 가스로부터 분기(310a)될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수소 재액화 시스템(10a)을 간략히 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 도 1의 경우와 달리, 저장 탱크(100)로부터 압축 유닛(200)으로 이송되는 증발 가스로부터 분기되어 제 1 에너지 발생부(400)로 이송되는 증발 가스는 저장 탱크(100)로부터 제 1 열교환부(301)로 이송되는 증발 가스로부터 분기(310b)될 수 있다. 이 경우, 도 1의 경우에 비해, 저장 탱크(100)로부터 제 1 열교환부(301)로 유입되는 극저온의 증발 가스의 양이 감소되고, 제 1 열교환부(301)에서 열교환되기 전에 분기되므로 제 2 열교환부(302)로 유입되는 극저온의 증발 가스의 온도가 낮아져 제 1 열교환부(301)의 냉각 성능은 저하되고, 제 2 열교환부(302)의 냉각 성능은 강화될 수 있다. 도 3의 수소 재액화 시스템(10a)의 상술한 분기 위치 외의 다른 구성, 구조 및 기능 등은 도 1의 수소 재액화 시스템(10)과 대체로 동일하게 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 증발 가스가 압축 유닛(200)으로 유입되기 전에 일부가 분기되어 연료 전지로 이송됨으로써, 압축 유닛(200)의 압축 부담이 경감된다.
제 1 에너지 발생부(400)는 저장 탱크(100)로부터 압축 유닛(200)으로 이송되는 증발 가스로부터 분기되는 증발 가스를 연료로 하여 에너지를 발생시킨다. 제 1 에너지 발생부(400)는 수소 가스를 연료로 사용하는 연료 전지를 포함한다. 고압의 가스에 의해 터빈을 회전시켜 에너지를 발생시키는 가스 터빈 등의 엔진과 달리 연료 전지는 가스 공급 시 고압의 압축된 가스를 요구하지 않는다. 또한, 수소를 연료로 사용하는 연료 전지는 일반적으로 상온 이상의 온도에서 높은 효율을 가진다. 따라서, 제 2 열교환부(302)에서 열교환된 후 연료 전지로 공급되기 전에 별도의 증발 가스를 압축시키는 공정이나 별도의 냉각 과정이 요구되지 않는다. 제 1 에너지 발생부(400)에 의해 발생되는 전기는 본 실시 예의 수소 재액화 시스템(10, 10a)이 제공된 설비 또는 운송 수단에 제공된 다양한 종류의 전기 장치에 제공될 수 있다. 예를 들면, 연료 전지에 의해 발생되는 전기는 선박을 수상에서 이동시키는 동력을 제공하는 프로펠러를 회전시키는 전동기에 사용될 수 있다.
도 4는 도 1의 냉각부(500)의 일 예를 간략히 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 4를 참조하면, 냉각부(500)는 압축 유닛(200)에서 압축되고 제 1 열교환부(301)에서 열교환된 증발 가스를 냉각시킨다. 제 1 열교환부(301) 및 제 2 열교환부(302)에서 냉매로서 사용되는 증발 가스는 저장 탱크(100) 내의 액화 수소가 기화되어 제공된 것이므로 제 1 열교환부(301) 및 제 2 열교환부(302)만으로는 증발 가스를 액화 온도까지 냉각시킬 수 없으므로 냉각부(500)를 이용하여 증발 가스를 추가적으로 냉각시킨다. 일 실시 예에 따르면, 냉각부(500)는 수소 또는 수소보다 액화 온도가 낮은 헬륨(He)을 냉매로 사용하는 장치로 제공될 수 있다. 예를 들면, 냉매는 라인(501)을 따라 순환하되, 복수개의 압축기(511, 512)를 거쳐 압축되고, 압축기(511, 512)에 의한 압축 후 온도가 증가된 냉매는 인터 쿨러(521, 522)에 의해 냉각된다. 이 후, 냉매는 팽창부(530)에 의해 단열 팽창되어 온도가 하강되고, 제 1 열교환부(301)로부터 팽창부(700)로 이송되는 증발 가스와의 열교환을 통해 증발 가스를 냉각시킨다. 이 후 냉매는 열교환부(542)에서 팽창부(530)로 유입되기 전의 냉매와 열교환된다. 열교환부(541)에서 냉매와 열교환되는 증발 가스는 제 1 열교환부(301) 및 제 2 열교환부(302)에 의해 냉각된 상태이므로, 열교환부(542)에서 열교환된 냉매는 팽창부(530)로 유입되기 전의 냉매보다 낮은 온도로 제공된다. 따라서, 팽창부(530)로 유입되기 전에 냉매는 열교환부(542)에서 냉각된 후에 팽창부(530)로 유입된다.
응결 수소 모집부(600)는 냉각부(500)에 의해 냉각된 증발 가스를 모집하고, 냉각부(500)에 의해 냉각된 증발 가스로부터 응결된 액화 수소를 액화 수소 저장부(101)로 이송한다. 즉, 응결 수소 모집부(600)에는 제 1 열교환부(301), 제 2 열교환부(302), 냉각부(500) 및 팽창부(700)에 의해 냉각되어 액체와 기체 상태가 혼합된 수소가 모집된다. 이 중, 액체 상태의 액화 수소는 액화 수소 저장부(101)로 이송되고, 기체 상태의 증발 가스는 증발 가스 혼합부(800)로 이송된다.
액화 수소 저장부(101)는 내부에 액화 수소가 저장되는 공간을 가지는 용기이다. 일 실시 예에 따르면, 액화 수소 저장부(101)는 저장 탱크(100)일 수 있다. 즉, 본 수소 재액화 시스템(10)에 의해 재액화된 액체 수소는 다시 저장 탱크(100)로 유입될 수 있다. 이와 달리, 재액화된 액화 수소는 저장 탱크(100)와는 별도의 저장 용기로 공급될 수 있다.
팽창부(700)는 냉각부(500)로부터 응결 수소 모집부(600)로 이송되는 증발 가스를 팽창시킨다. 제 1 열교환부(301), 제 2 열교환부(302) 및 냉각부(500)에서 냉각된 증발 가스는 팽창부(700)에 의해 단열 팽창됨으로써 액화 온도 이하의 온도로 냉각된다.
증발 가스 혼합부(800)는 응결 수소 모집부(600) 내의 증발 가스와 저장 탱크(100)에서 발생된 증발 가스를 혼합하여 제 1 열교환부(301)로 공급한다. 일 실시 예에 따르면, 제 1 열교환부(301)에서는 증발 가스 혼합부(800)로부터 공급되는 증발 가스와 압축 유닛(200)에 의해 압축된 증발 가스 간에 열교환이 이루어지고, 이후 상술한 바와 같이, 본 실시 예의 수소 재액화 시스템에 의해 재액화된다. 따라서, 응결 수소 모집부(600) 내의 증발 가스는 저장 탱크(100)에서 발생된 증발 가스와 혼합되어 본 실시 예에 따른 수소 재액화 시스템에 의해 재액화될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 수소 재액화 시스템(10b)을 간략히 나타낸 도면이다. 도 6은 도 5의 냉각부(500a), 제 2 에너지 발생부(901) 및 LNG 저장부(902)의 일 예를 간략히 나타낸 도면이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시 예에 따른, 수소 재액화 시스템(10a)은 제 2 에너지 발생부(901) 및 LNG 저장부(902)를 더 포함할 수 있다.
제 2 에너지 발생부(901)는 액화천연가스(LNG)를 이용하여 에너지를 발생시킨다. 일 실시 예에 따르면, 제 2 에너지 발생부(901)는 DFDE(Dual Fuel Diesel Elecric) 엔진을 포함할 수 있다.
LNG 저장부(902)는 제 2 에너지 발생부(901)에 공급되는 액화천연가스를 저장한다.
일 실시 예에 따르면, 냉각부(500a)는 LNG 열교환부(550)를 더 포함할 수 있다.
LNG 열교환부(550)에서는 LNG 저장부(902)로부터 제 2 에너지 발생부(901)로 공급되는 액화천연가스와 압축기(511, 512)에 의한 압축이 완료된 증발 가스 간에 열교환이 이루어진다.
냉각부(500a), 제 2 에너지 발생부(901) 및 LNG 저장부(902)가 제공되는 경우, 선택적으로 인터 쿨러(221, 222)는 제공되지 않을 수 있다.
제 2 에너지 발생부(901)에 의해 발생되는 전기는 본 실시 예의 수소 재액화 시스템(10b)이 제공된 설비 또는 운송 수단에 제공된 다양한 종류의 전기 장치에 제공될 수 있다. 예를 들면, DFDE 엔진에 의해 발생되는 전기는 선박을 수상에서 이동시키는 동력을 제공하는 프로펠러를 회전시키는 전동기에 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, LNG 열교환부(550)에서 LNG 저장부(902)로부터 제 2 에너지 발생부(901)로 이송되는 저온의 LNG에 의해 증발 가스가 냉각되므로, 냉각부(500a)의 부하를 감소시켜 수소 재액화 시스템(10a)의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, DFDE와 같이 LNG를 전기 에너지로 전환하는 장치에는 일반적으로 LNG 가스가 기화된 상태로 사용되므로, LNG 열교환부(550)에서의 증발 가스와의 열 교환에 의해 기화에 대한 부담이 감소하므로 제 2 에너지 발생부(901)의 효율 또한 향상시킬 수 있다.
또한, LNG는 수소에 비해 저렴한 에너지원이며, LNG 발전 설비는 연료 전지에 비해 저렴하기 때문에, 수소를 사용하는 제 1 에너지 발생부(400)와 함께 제 1 에너지 발생부(400)를 사용하는 경우 에너지 생산 비용 및 설비 설치 비용을 절감할 수 있다. 예를 들면, 액화 수소 운반선의 건조 시점에서의 EEDI(Energy Efficiency Design index)를 만족시키도록 제 1 에너지 발생부(400) 및 제 2 에너지 발생부(901) 간의 에너지 부담 비율을 설정하여 설비를 설치할 수 있다. 예를 들면, EEDI를 만족시킨 상태에서 제 2 에너지 발생부(901)가 최대한의 에너지 생산 부담을 가지도록 설정하고 제 1 에너지 발생부(400) 및 제 2 에너지 발생부(901)를 설치함으로써, EEDI를 만족시키면서 에너지 생산 비용 및 설비 설치 비용을 최대한 절감할 수 있다.
그 외 수소 재액화 시스템(10b)의 구성, 구조 및 기능은 도 1의 수소 재액화 시스템(10)과 동일하게 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 재액화 시스템은 액화 수소의 증발 가스를, 압축하고, 제 1 에너지 발생부(400)의 연료 전지로 공급되는 증발 가스를 냉매로 사용함으로써, 재액화할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 재액화 시스템은 증발 가스의 일부를 연료로 사용할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10, 10a: 수소 재액화 시스템 100: 저장 탱크
200: 압축 유닛 301: 제 1 열교환부
302: 제 2 열교환부 310a, 310b: 분기
400: 제 1 에너지 발생부 500: 냉각부
600: 응결 수소 모집부 700: 팽창부
800: 증발 가스 혼합부 901: 제 2 에너지 발생부
902: LNG 저장부

Claims (11)

  1. 액화 수소를 저장하는 저장 탱크;
    상기 저장 탱크에 저장된 수소가 증발된 증발 가스를 압축하는 압축 유닛;
    상기 저장 탱크로부터 상기 압축 유닛으로 이송되는 증발 가스와 상기 압축 유닛에 의해 압축된 증발 가스 간에 열교환이 이루어지는 제 1 열교환부;
    상기 저장 탱크로부터 상기 압축 유닛으로 이송되는 증발 가스로부터 분기되는 증발 가스를 연료로 하여 에너지를 발생시키는 제 1 에너지 발생부;
    상기 저장 탱크로부터 상기 압축 유닛으로 이송되는 증발 가스로부터 분기되어 상기 제 1 에너지 발생부로 이송되는 증발 가스와 상기 압축 유닛으로부터 상기 제 1 열교환부로 이송되는 증발 가스 간에 열교환이 이루어지는 제 2 열교환부;
    상기 압축 유닛에서 압축되고 상기 제 1 열교환부에서 열교환된 증발 가스를 냉각시키는 냉각부;
    상기 냉각부로부터 응결 수소 모집부로 이송되는 증발 가스를 팽창시키는 팽창부;
    상기 냉각부에 의해 냉각된 증발 가스를 모집하고, 상기 증발 가스로부터 응결된 액화 수소를 액화 수소 저장부로 이송하는 응결 수소 모집부;
    액화천연가스(LNG)를 이용하여 에너지를 발생시키는 제 2 에너지 발생부; 및
    상기 제 2 에너지 발생부에 공급되는 액화천연가스가 저장되는 LNG 저장부;를 포함하고,
    상기 저장 탱크로부터 상기 압축 유닛으로 이송되는 증발 가스로부터 분기되어 상기 제 1 에너지 발생부로 이송되는 증발 가스는, 상기 제 1 열교환부로부터 상기 압축 유닛으로 이송되는 증발 가스로부터 분기되거나 상기 저장 탱크로부터 상기 제 1 열교환부로 이송되는 증발 가스로부터 분기되고,
    상기 압축 유닛은, 증발 가스를 압축하고, 복수개가 증발 가스가 이송되는 라인을 따라 직렬로 배열되는 압축기(Compressor)를 포함하고,
    상기 냉각부는, 수소 또는 수소보다 액화 온도가 낮은 헬륨을 냉매로 사용하고, 상기 LNG 저장부로부터 상기 제 2 에너지 발생부로 공급되는 액화천연가스와 상기 압축기에 의한 압축이 완료된 증발 가스 간에 열교환이 이루어지는 LNG 열교환부를 더 포함하고,
    상기 냉매는, 상기 냉각부 내부의 팽창부에 의해 단열 팽창되어 온도가 하강된 후 상기 제 1 열교환부로부터 상기 팽창부로 이송되는 증발 가스를 열교환을 통해 냉각시키고, 이후 상기 냉각부 내부의 팽창부로 유입되기 전의 냉매를 열교환을 통해 냉각시키고,
    상기 제 2 에너지 발생부는, DFDE(Dual Fuel Diesel Elecric) 엔진을 포함하는 수소 재액화 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축 유닛은, 상기 라인의 각각의 상기 압축기를 지난 지점 중 증발 가스의 온도가 일정값 이상인 곳에 제공되고, 증발 가스를 냉각시키는 인터 쿨러(Intercooler)를 포함하는 수소 재액화 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 응결 수소 모집부 내의 증발 가스와 상기 저장 탱크에서 발생된 증발 가스를 혼합하여 상기 제 1 열교환부로 공급하는 증발 가스 혼합부를 더 포함하고,
    상기 제 1 열교환부에서는 상기 증발 가스 혼합부로부터 공급되는 증발 가스와 상기 압축 유닛에 의해 압축된 증발 가스 간에 열교환이 이루어지는 수소 재액화 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화 수소 저장부는 상기 저장 탱크로 제공되는 수소 재액화 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 에너지 발생부는 수소 가스를 연료로 사용하는 연료 전지를 포함하는 수소 재액화 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
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