KR102134795B1

KR102134795B1 - 액화 메탄 충진 장치

Info

Publication number: KR102134795B1
Application number: KR1020190096610A
Authority: KR
Inventors: 류승우
Original assignee: 주식회사 이소누스
Priority date: 2019-08-08
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2020-08-13

Abstract

본 발명은 액화 메탄 충진 장치 및 이를 이용한 충진 방법에 관한 것으로서, 특히, 사전 메탄 액화장치를 이용하여 액화된 액화 메탄이 수용되는 데이 탱크, 상기 데이 탱크와 연통되고 상기 데이 탱크로부터 액화 메탄을 공급받아 충진하는 충진 탱크 및 상기 데이 탱크와 연통됨과 동시에 상기 충진 탱크와 연통되도록 구비된 어큐뮬레이터를 포함하고, 상기 데이 탱크는, 상기 액화 메탄이 상기 데이 탱크로부터 상기 충진 탱크로 자중에 의하여 충진되도록 상기 충진 탱크보다 상대적으로 상부에 위치되고, 상기 어큐뮬레이터는, 상기 데이 탱크로부터 기화 메탄을 공급받아 상변화된 액상 메탄이 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 데이 탱크로 자중에 의하여 보충되도록 상기 데이 탱크보다 상대적으로 상부에 위치됨으로써, 대기 중의 메탄 가스 퍼지를 사전에 차단하여 환경오염을 방지하고, 동력 장치의 사용 없이 간편하게 무동력으로 충진 가능한 사용상의 이점을 제공한다.

Description

액화 메탄 충진 장치{CHARGING APPARATUS FOR LIQUID METHANE}

본 발명은 액화 메탄 충진 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기상 메탄의 대기로의 퍼지 과정 및 별도의 동력을 사용하지 않는 무동력으로 액상 메탄을 충진 탱크에 충진할 수 있는 액화 메탄 충진 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 메탄은 LNG나 바이오 가스에서 약 70 내지 80퍼센트를 차지하는 주성분이다. 이러한 메탄은 여러 가지 방법에 의해 순수한 액화 메탄(약 -165℃)으로 정재 분리된다.

그러나, 이러한 과정을 통해 생성된 메탄은 최종 소비자에게 전달되는 과정에서 파이프 라인을 통하기도 하지만 소형 봄베와 같은 충진 탱크를 이용하여 목표 장소에 배달되기도 한다.

메탄을 충진 탱크에 다시 충진하는 과정은 펌프에 의하여 발생되는 동력을 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, 펌프와 같은 동력 장비는 설비비의 증가를 가져오고 주기적인 보수의 필요성으로 인해 관리비의 상승을 초래한다.

이와 같은 비용의 상승 문제를 해결하기 위하여 무동력 충진 장치가 고려될 수 있으나, 무동력 충진 장치의 경우 공급용 파이프를 냉각시키는 과정에서 발생하는 플래쉬 가스(flash gas)나 외부 열 침입으로 인한 보일 오프 가스(boil-off gas)를 대기로 퍼지(purge)시키는 방법을 취하고 있어 환경오염의 문제를 발생시킨다. 특히, 메탄은 연소 없이 대기 중으로 방출된 경우 탄소보다 더 큰 온실효과를 일으킬 수 있다.

따라서, 종래의 무동력 충진 장치는 동력을 사용하는 기존의 방법보다는 진일보한 것이나 충진 과정에서 기화된 메탄을 연소없이 대기로 방출하여야 하는 점에서 최근 온실효과로 인한 지구 온난화로 환경규제가 강화되고 있는 상황에서 보편화가 어려운 문제점으로 이어진다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 환경오염을 방지할 수 있는 액화 메탄 충진 장치 및 이를 이용한 충진 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

아울러, 본 발명은 펌프와 같은 별도의 동력 장치를 사용하지 않아도 용이하게 충진 탱크로의 액화 메탄의 충진이 가능한 액화 메탄 충진 장치 및 이를 이용한 충진 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명에 따른 액화 메탄 충진 장치의 일 실시예는, 사전 메탄 액화장치를 이용하여 액화된 액화 메탄이 수용되는 데이 탱크, 상기 데이 탱크와 연통되고 상기 데이 탱크로부터 액화 메탄을 공급받아 충진하는 충진 탱크 및 상기 데이 탱크와 연통됨과 동시에 상기 충진 탱크와 연통되도록 구비된 어큐뮬레이터를 포함하고, 상기 데이 탱크는, 상기 액화 메탄이 상기 데이 탱크로부터 상기 충진 탱크로 자중에 의하여 충진되도록 상기 충진 탱크보다 상대적으로 상부에 위치되고, 상기 어큐뮬레이터는, 상기 데이 탱크로부터 기화 메탄을 공급받아 상변화된 액상 메탄이 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 데이 탱크로 자중에 의하여 보충되도록 상기 데이 탱크보다 상대적으로 상부에 위치된다.

여기서, 상기 데이 탱크와 상기 충진 탱크는, 피딩 라인을 통해 상호 연통되되, 상기 피딩 라인 상에는 상기 액화 메탄의 상기 충진 탱크에 대한 충진을 단속하는 피딩 단속 밸브가 구비될 수 있다.

또한, 상기 데이 탱크의 하단부에는, 상기 충진 탱크로의 상기 액상 메탄의 공급을 위한 피딩 노즐 및 상기 피딩 노즐의 하단부에서 생성된 기화 메탄을 상기 데이 탱크로의 환수를 위한 증기 노즐이 구비될 수 있다.

또한, 상기 데이 탱크와 상기 어큐뮬레이터는, 액화메탄 리턴 라인을 통해 상호 연통되되, 상기 액화메탄 리턴 라인 상에는, 상기 어큐뮬레이터에 대한 기화 메탄의 공급 및 상기 데이 탱크에 대한 액화 메탄의 보충을 단속하는 액화메탄 단속 밸브가 구비될 수 있다.

또한, 상기 충진 탱크와 상기 어큐뮬레이터는, 석션 라인을 통해 상호 연통되되, 상기 석션 라인 상에는, 상기 데이 탱크 내부의 잔류 가스의 상기 어큐뮬레이터로의 유동을 단속하는 석션 단속 밸브가 구비될 수 있다.

또한, 상기 어큐뮬레이터의 내부에는, 상기 데이 탱크로부터 공급된 기화 메탄을 액화하기 위한 초저온 냉동부가 구비될 수 있다.

또한, 상기 초저온 냉동부는, 상기 어큐뮬레이터의 일측으로 냉매 메탄이 유입된 후 상기 어큐뮬레이터의 타측으로 상기 냉매 메탄이 토출되도록 구비된 열교환기될 수 있다.

또한, 상기 어큐뮬레이터에 가스 리턴 라인을 통해 연통되고 상기 어큐뮬레이터에 의하여 액화되지 않은 불완전 메탄을 퍼지 수용하는 퍼지 탱크 및 상기 퍼지 탱크에 착탈 가능하게 연통되고 상기 어큐뮬레이터 내부에 진공을 형성하는 휴대용 석션기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 데이 탱크의 내부에는 상기 액화 메탄의 수위를 감지하는 제1수위 감지 센서가 구비되고, 상기 어큐뮬레이터의 내부에는 상기 액화 메탄의 수위를 감지하는 제2수위 감지 센서가 구비되며, 상기 제1수위 감지 센서 및 상기 제2수위 감지 센서는, 플로팅 스위치로 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액화 메탄 충진 장치를 이용한 충진 방법은, 사전 메탄 액화 장치를 이용하여 액화된 액화 메탄을 데이 탱크로 수용 공급하는 데이 탱크 저장 과정, 상기 데이 탱크의 하부에 피딩 라인을 통하여 연통되게 연결된 충진 탱크에 상기 피딩 라인 상에 구비된 피딩 단속 밸브를 개방시키는 동작으로 상기 액화 메탄을 자중에 의한 낙수를 통하여 충진하는 액화메탄 충진 과정, 상기 데이 탱크의 상부에 액화메탄 리턴 라인을 통하여 연통되게 연결된 어큐뮬레이터에 상기 액화메탄 리턴 라인 상에 구비된 액화메탄 단속 밸브를 개방 및 폐쇄시키는 동작으로 상기 데이 탱크 내부에 모인 기화 메탄을 공급하여 액화시키는 메탄 액화 과정 및 상기 액화메탄 리턴 라인의 상기 액화메탄 단속 밸브를 개방시키는 동작으로 상기 어큐뮬레이터의 내부에 상변화된 액화 메탄을 자중에 의한 낙수를 통하여 상기 데이 탱크로 보충하는 액화메탄 보충 과정을 포함한다.

여기서, 상기 액화메탄 충진 과정은, 상기 데이 탱크의 하단부에 구비된 피딩 노즐을 통해 상기 충진 탱크로 상기 액화 메탄을 자중에 의한 낙수를 통하여 공급하고, 상기 피딩 노즐의 하단부에 구비된 증기 노즐을 통해 상기 피딩 노즐의 하단부에서 기화된 기화 메탄을 상기 데이 탱크로의 환수하는 과정일 수 있다.

또한, 상기 충진 탱크과 석션 라인을 통하여 연통되게 연결된 상기 어큐뮬레이터에 상기 충진 탱크의 내부에 잔존하는 잔류 가스를 상기 석션 라인 상에 구비된 석션 단속 밸브를 개방시키는 동작으로 상기 충진 탱크 내부의 압력을 저감시키는 충진 탱크의 압력 저하 과정을 더 포함하고, 상기 충진 탱크의 압력 저하 과정은, 상기 액화메탄 충진 과정 전 또는 동시에 수행될 수 있다.

또한, 상기 충진 탱크의 압력 저하 과정은, 상기 어큐뮬레이터에 연통되게 연결되어 상기 메탄 액화 과정을 통해 상기 어큐뮬레이터에 생성된 액화 메탄 외의 불완전 메탄을 퍼지 수용하는 퍼지 탱크로의 퍼지 및 상기 퍼지 탱크에 착탈 가능하게 연통된 휴대용 석션기의 동작 중 어느 하나로 수행될 수 있다.

또한, 상기 메탄 액화 과정은, 상기 액화메탄 리턴 라인 상에 구비된 액화메탄 단속 밸브를 폐쇄시킨 상태에서, 상기 어큐뮬레이터의 내부에 구비된 초저온 냉동부를 이용하여 상기 기화 메탄을 액화시키는 과정일 수 있다.

또한, 상기 액화메탄 보충 과정은, 상기 어큐뮬레이터 내부에 생성된 상기 액화 메탄의 수위를 감지하도록 구비된 제2수위 감지 센서가 소정 수위 이상을 감지한 후 상기 액화메탄 리턴 라인 상에 구비된 액화메탄 단속 밸브에 전기적인 신호를 인가하면 상기 액화메탄 단속 밸브를 개방시키는 동작으로 수행되는 과정일 수 있다.

본 발명에 따른 액화 메탄 충진 장치의 일 실시예에 따르면 다음과 같은 다양한 효과를 달성할 수 있다.

첫째, 기화 냉매의 퍼지 과정이 없어도 충진 탱크에 대한 액화 냉매의 충전이 가능하므로 환경오염을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

둘째, 펌프와 같은 별도의 동력 장치를 사용하지 않고서도 충진 탱크에 대한 액화 냉매의 충전이 가능하므로 보급형으로 제조가 가능한 바, 제품의 활용성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 액화 메탄 충진 장치의 일 실시예를 나타낸 설비도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 메탄 충진 장치에 따른 액상 충진 모습을 나타낸 개요도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 메탄 충진 장치의 구성 중 석션 라인을 이용한 충진 탱크의 압력 저하 과정을 나타낸 개요도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 메탄 충진 장치의 구성 중 어큐뮬레이터를 이용한 메탄 액화 과정을 나타낸 개요도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 메탄 충진 장치의 구성 중 액화메탄 리턴 라인을 이용한 액화메탄 보충 과정을 나타낸 개요도이고,
도 6은 본 발명에 따른 액화 메탄 충진 장치를 이용한 충진 방법의 일 실시예를 나타낸 순서 블록도이고,
도 7은 본 발명에 따른 액화 메탄 충진 장치를 이용한 충진 방법의 유동 라인을 나타낸 메탄 유동도이다.

이하, 본 발명에 따른 액화 메탄 충진 장치의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 액화 메탄 충진 장치의 일 실시예를 나타낸 설비도이다.

본 발명에 따른 액화 메탄 충진 장치의 일 실시예(1)는, 도 1에 참조된 바와 같이, 사전 메탄 액화장치(5)를 이용하여 액화된 액화 메탄이 수용되는 데이 탱크(10)(day tank)와, 데이 탱크(10)와 연통되고, 데이 탱크(10)로부터 액화 메탄을 공급받아 충진하는 충진 탱크(20)와, 데이 탱크(10)와 연통됨과 동시에 충진 탱크(20)와 연통되도록 구비된 어큐뮬레이터(30)를 포함한다.

여기서, 데이 탱크(10)는, 도 1에 참조된 바와 같이, 후술하는 액화 메탄 충진 과정의 자중에 의한 낙수로 충진 탱크(20)에 대한 충진이 가능하도록, 충진 탱크(20)보다 상대적으로 상부에 위치되는 것이 바람직하다.

또한, 어큐뮬레이터(30)는, 도 1에 참조된 바와 같이, 후술하는 액화메탄 보충 과정(S50)을 자중에 의한 낙수로 데이 탱크(10)에 대한 보충이 가능하도록, 데이 탱크(10)보다 상대적으로 상부에 위치되는 것이 바람직하다.

데이 탱크(10)와 충진 탱크(20)는 피딩 라인(11)을 매개로 연통 가능하게 연결되고, 데이 탱크(10)와 어큐뮬레이터(30)는 액상메탄 리턴 라인을 통해 연결되며, 충진 탱크(20)와 어큐뮬레이터(30)는 석션 라인(21)을 통해 연결된다.

보다 상세하게는, 피딩 라인(11)의 일단은 데이 탱크(10)의 하단부와 연결되고 피딩 라인(11)의 타단은 충진 탱크(20)와 연결된다. 여기서, 데이 탱크(10)의 중력 방향 하단부에는 액화 메탄을 피딩 라인(11)의 일단에 공급하기 위한 피딩 노즐(12)과, 피딩 노즐(12)의 하단부에서 기화된 상태의 증기(vapor) 또는 플래시 가스(flash gas)를 포함하는 기화 메탄을 데이 탱크(10)로 환수하기 위한 증기 노즐(14)(vapor nozzle)이 구비될 수 있다. 피딩 라인(11)의 일단은 상기와 같은 피딩 노즐(12)의 하단부와 연결되고, 피딩 라인(11)의 타단은 중력 방향으로 낙수하는 액화 메탄이 용이하게 충진 탱크(20)에 저장 수용되도록 충진 탱크(20)의 상단부에 연결될 수 있다.

한편, 피딩 라인(11)의 중간 부위에는 액화 메탄의 충진 탱크(20)에 대한 충진을 단속하는 피딩 단속 밸브(13)가 구비될 수 있다. 피딩 단속 밸브(13)는, 전자 제어가 가능한 솔레노이드 밸브(Solenoid valve)로 구비될 수 있다.

아울러, 액화메탄 리턴 라인(31)의 일단은 데이 탱크(10)의 상단부와 연결되고 액화메탄 리턴 라인(31)의 타단은 어큐뮬레이터(30)에 연결된다. 액화메탄 리턴 라인(31)의 중간 부위에는 어큐뮬레이터(30)로부터 액화된 액화 메탄의 데이 탱크(10)로의 리턴을 단속하는 액화메탄 단속 밸브(33)가 구비될 수 있다. 액화메탄 단속 밸브(33)는, 피딩 단속 밸브(13)와 마찬가지로 전자 제어가 가능한 솔레노이드 밸브로 구비될 수 있다.

한편, 석션 라인(21)의 일단은 피딩 라인(11)의 중간 부위에 연통되게 연결되고, 석션 라인(21)의 타단은 어큐뮬레이터(30)에 연통되게 연결될 수 있다. 바람직하게는, 석션 라인(21)의 일단은 피딩 라인(11)의 피딩 단속 밸브(13)와 충진 탱크(20) 사이의 피딩 라인(11) 부위에 연통되게 연결될 수 있다. 아울러, 석션 라인(21)의 중간 부위에는 석션 단속 밸브(23)가 구비될 수 있다. 석션 단속 밸브(23)는, 상술한 피딩 단속 밸브(13) 및 액상메탄 단속 밸브와 마찬가지로 전자 제어가 가능한 솔레노이드 밸브로 구비될 수 있다.

어큐뮬레이터(30)는, 내부에 초저온 냉동부(30')가 구비될 수 있다. 초저온 냉동부(30')는, 액상메탄 리턴 라인을 통해 데이 탱크(10)로부터 공급되는 기화 메탄 및 석션 라인(21)을 통해 공급되는 기화 메탄을 액상 메탄으로 환원시키는 구성일 수 있다. 초저온 냉동부(30')는, 어큐뮬레이터(30)의 내부에 마련된 일종의 열교환기로서, 액상 메탄보다 극저온의 온도를 가진 냉매 메탄이 일측(30a)으로 유입되어 타측(30b)으로 토출되면서 어큐뮬레이터(30)의 기화 메탄을 액상 메탄으로 상변화시키는 역할을 한다.

한편, 본 발명에 따른 액화 메탄 충진 장치의 일 실시예(1)는, 도 1에 참조된 바와 같이, 어큐뮬레이터(30)와 가스 리턴 라인(41)을 통해 연결된 퍼지 탱크(40)를 더 포함할 수 있다. 또한, 기화 메탄의 퍼지 탱크(40)로의 압력차에 의한 유동이 가능함은 물론, 어큐뮬레이터(30)의 내부를 진공 상태로 변환시키도록 퍼지 탱크(40)에 착탈 가능하게 결합 가능한 휴대용 석션기(50)를 더 포함할 수 있다.

퍼지 탱크(40)는, 어큐뮬레이터(30)의 액상 메탄화 과정에서 완전히 액화되지 않은 불완전 메탄을 가스 리턴 라인(41)을 통해 퍼지 탱크(40)로 수용 저장한 후, 어큐뮬레이터(30)의 부하가 줄어들면 어큐뮬레이터(30)에서 다시 액상 메탄으로 액화된 후 데이 탱크(10)로 환수될 수 있다. 가스 리언 라인에는, 상술한 불완전 메탄의 유동을 단속하는 가스 리턴 단속 밸브(43)가 구비될 수 있다. 가스 리턴 단속 밸브(43) 또한, 상술한 밸브들과 마찬가지로 전자 제어가 가능한 솔레노이드 밸브로 구비될 수 있음은 당연하다.

데이 탱크(10)의 내부에는 충진 탱크(20)로의 충진이 가능한 상태인 액상 메탄의 수위를 감지하는 제1수위 감지 센서가 구비되고, 어큐뮬레이터(30)의 내부에는 초저온 냉동부(30')에 의하여 액화된 액상 메탄의 수위를 감지하는 제2수위 감지 센서가 구비될 수 있다. 제1수위 감지 센서와 제2수위 감지 센서는, 액화 메탄의 상부에 부력에 의하여 뜰 수 있는 플로팅 스위치로 구비될 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 액화 메탄 충진 장치의 일 실시예(1)에 따른 각 구성의 기능을 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 메탄 충진 장치에 따른 액상 충진 모습을 나타낸 개요도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 메탄 충진 장치의 구성 중 석션 라인(21)을 이용한 충진 탱크의 압력 저하 과정(S20)을 나타낸 개요도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 메탄 충진 장치의 구성 중 어큐뮬레이터(30)를 이용한 메탄 액화 과정(S40)을 나타낸 개요도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 메탄 충진 장치의 구성 중 액화메탄 리턴 라인(31)을 이용한 액화메탄 보충 과정(S50)을 나타낸 개요도이다.

먼저, 도 2에 참조된 바와 같이, 사전 메탄 액화장치(5)에 의하여 액화된 액화 메탄은 데이 탱크(10)에 저장 수용된다. 이때, 액화 메탄은 저압 환경하에 저장되는 결과 일부 기화된 증기(vapor) 및 응축된 액상 냉매가 외부의 온도보다 과냉각되어 생성되는 플래시 가스(flash gas)의 기화 메탄은 데이 탱크(10)의 내부에서 상부로 이동되어 분리될 수 있다. 이 경우의 액상 메탄의 수위는 플로팅 스위치로 구비된 제1수위 감지 센서에 의하여 감지될 수 있다.

데이 탱크(10) 내부에 액화 상태로 존재하는 액상 메탄은, 도 2에 참조된 바와 같이, 피딩 단속 밸브(13)가 개방되면, 피딩 노즐(12)을 통하여 하부의 충진 탱크(20)로 자중에 의해 낙수되어 충진된다.

이때, 피딩 노즐(12)은 냉각되어 있는 상태로서, 미도시의 절연 튜브에 의하여 외부의 열 침입을 최대한 방지하고 있는 상태이나, 데이 탱크(10) 내부의 압력 저하에 의하여 발생되는 액화 메탄의 증발에 따른 증기(vapor) 및 플래시 가스(flash gas)의 기화 메탄은 증기 노즐(14)을 통하여 다시 데이 탱크(10)로 환수된다. 데이 탱크(10)로 환수되는 기화 메탄은 기존의 액화 메탄의 수위보다 높은 곳으로 유입되는 바 별도의 저항 없이 환수될 수 있다.

한편, 상기와 같은 충진 탱크(20)에 대한 액화 메탄의 충진이 가능하도록 하기 위해서는 액화 메탄이 충진되는 충진 탱크(20) 내부의 압력 저하 과정이 선행되어야 한다. 충진 탱크의 압력 저하 과정(S20)은, 도 3에 참조된 바와 같이, 석션 라인(21)을 통해 이루어질 수 있다.

즉, 충진 탱크의 압력 저하 과정(S20)을 위해서, 도 3에 참조된 바와 같이, 석션 라인(21)에 구비된 석션 단속 밸브(23)를 개방시키면, 충진 탱크(20) 내의 잔류 가스가 초저온 냉동부(30')가 구동되고 있는 진공 상태의 어큐뮬레이터(30) 내부로 흡입된다. 충진 탱크(20) 내의 잔류 가스가 어큐뮬레이터(30)로 이동되면 충진 탱크(20) 내부의 압력이 저하되고, 충진 탱크(20) 내의 압력이 충분히 저하되면 석션 단속 밸브(23)를 폐쇄 작동시킨다.

이와 같은 상태에서, 피딩 라인(11)의 피딩 단속 밸브(13)를 개방시키면 도 2에 참조된 바와 같이, 피딩 노즐(12)의 하단에서 액상 메탄과 기화 메탄으로 분리되면서 액상 메탄이 하부의 충진 탱크(20)로 충진되는 것이다.

이때, 충진 탱크(20)에 대한 액상 메탄의 충진율을 향상시키기 위해, 주기적으로 피딩 단속 밸브(13)를 폐쇄시킴과 동시에 석션 라인(21)의 석션 단속 밸브(23)를 반복 개폐시킴으로써 자중에 의한 액상 메탄의 낙수를 촉진시킬 수 있다. 석션 라인(21)의 석션 단속 밸브(23)의 반복 개폐는 충진 탱크(20) 내의 압력을 수시로 저감시킴으로써 액화 메탄의 충진율을 보다 향상시킬 수 있다.

한편, 데이 탱크(10)의 내부 상측으로 모인 기화 메탄은 어큐뮬레이터(30)를 이용하여 액화하는 메탄 액화 과정(S40)을 수행한 후, 다시 액화된 액화 메탄을 데이 탱크(10)로 보충하는 액화메탄 보충 과정(S50)을 거치게 된다.

이를 위해, 도 4에 참조된 바와 같이, 액화메탄 리턴 라인(31) 상의 액화메탄 단속 밸브(33)를 개방시키면 데이 탱크(10)의 내부에 모인 기화 메탄은 어큐뮬레이터(30) 내부로 유입된다. 이는, 어큐뮬레이터(30)의 내부가 휴대용 석션기(50)에 의하여 진공 상태로 변경되는 바, 유체의 압력 유동 원리에 의하여 데이 탱크(10)의 기화 메탄이 어큐뮬레이터(30)로 공급될 수 있기 때문이다. 따라서, 메탄 액화 과정(S40)의 수행을 위하여, 가스 리턴 라인(41) 상의 가스 리턴 단속 밸브(43)를 개방시켜 어큐뮬레이터(30)의 내부 압력을 저하시킴과 동시에, 액화메탄 리턴 라인(31) 상의 액화메탄 단속 밸브(33)를 개방시켜 데이 탱크(10)의 기화 메탄을 어큐뮬레이터(30)로 유동시킨다.

다음으로, 액화메탄 보충 과정(S50)은, 도 5에 참조된 바와 같이, 기화 메탄이 어큐뮬레이터(30) 내부로 유입된 후 액화메탄 단속 밸브(33) 및 가스 리턴 단속 밸브(43)를 폐쇄시켜 둔 상태에서 어큐뮬레이터(30)의 내부에 구비된 초저온 냉동부(30')에 의해 기화 메탄을 액화 메탄으로 상변화시킬 수 있다. 이때, 냉매 메탄이 어큐뮬레이터(30)의 일측(30a)으로 유입되어 어큐뮬레이터(30)의 내부에 일종의 열교환기로 구비된 초저온 냉동부(30')를 거쳐 어큐뮬레이터(30)의 타측(30b)으로 배출 순환될 수 있다.

이와 같이, 초저온 냉동부(30')에 의하여 어큐뮬레이터(30)의 내부에서 상변화된 액화 메탄은 그 양이 증가함에 따라 플로팅 스위치로 구비된 제2수위 감지 센서가 소정 수위 이상이 감지되면, 도 5에 참조된 바와 같이, 액화메탄 단속 밸브(33)에 소정의 전기적 신호를 인가하여 개방시키고, 이 경우 상대적으로 데이 탱크(10)보다 상부에 위치된 어큐뮬레이터(30)로부터 액화 메탄이 자중에 의하여 데이 탱크(10)로 보충될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 액화 메탄 충진 장치를 이용한 충진 방법의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 액화 메탄 충진 장치를 이용한 충진 방법의 일 실시예를 나타낸 순서 블록도이고, 도 7은 본 발명에 따른 액화 메탄 충진 장치를 이용한 충진 방법의 유동 라인을 나타낸 메탄 유동도이다.

본 발명에 따른 액화 메탄 충진 장치를 이용한 충진 방법의 일 실시예는, 도 6에 참조된 바와 같이, 사전 메탄 액화 장치를 이용하여 액화된 액화 메탄을 데이 탱크(10)로 수용 공급하는 데이 탱크 저장 과정(S10)과, 데이 탱크(10)의 하부에 피딩 라인(11)을 통하여 연통되게 연결된 충진 탱크(20)에 피딩 라인(11) 상에 구비된 피딩 단속 밸브(13)를 개방시키는 동작으로 액화 메탄을 자중에 의한 낙수를 통하여 충진하는 액화메탄 충진 과정(S30)과, 데이 탱크(10)의 상부에 액화메탄 리턴 라인(31)을 통하여 연통되게 연결된 어큐뮬레이터(30)에 액화메탄 리턴 라인(31) 상에 구비된 액화메탄 단속 밸브(33)를 개방 및 폐쇄시키는 동작으로 데이 탱크(10) 내부에 모인 기화 메탄을 공급하여 액화시키는 메탄 액화 과정(S40)과, 액화메탄 리턴 라인(31)의 액화메탄 단속 밸브(33)를 개방시키는 동작으로 어큐뮬레이터(30)의 내부에 상변화된 액화 메탄을 자중에 의한 낙수를 통하여 데이 탱크(10)로 보충하는 액화메탄 보충 과정(S50)을 포함한다.

여기서, 데이 탱크 저장 과정(S10)은, 다양한 형태로 구비된 사전 메탄 액화 장치를 통하여 추출된 액화 메탄을 데이 탱크(10)에 저장 수용하는 과정일 수 있다. 사전 메탄 액화 장치와 데이 탱크(10)는 별도의 공급 파이프를 통해 액화 메탄을 지속적으로 공급 가능함은 물론이다.

한편, 액화메탄 충진 과정(S30)은, 도 6 및 도 7에 참조된 바와 같이, 데이 탱크(10)의 하단부에 구비된 피딩 노즐(12)을 통해 충진 탱크(20)로 액화 메탄을 자중에 의한 낙수를 통하여 공급하는 과정일 수 있다. 이를 위하여, 데이 탱크(10)는 상대적으로 충진 탱크(20)보다 상부에 위치될 수 있다.

아울러, 액화메탄 충진 과정(S30)은, 피딩 노즐(12)의 하단부에 구비된 증기 노즐(14)을 통해 피딩 노즐(12)의 하단부에서 기화된 기화 메탄을 데이 탱크(10)로 환수하는 과정을 포함할 수 있다. 즉, 피딩 노즐(12)을 포함하는 데이 탱크(10) 내부는 별도의 가압 동력 장치가 구비되어 있지 아니하므로, 액화 메탄은 일정 압력하에서는 증발되는 증기(vapor) 또는 과냉 중 발생하는 플래시 가스(flash gas)와 같은 기화 메탄으로 상변화될 수 있고, 액화메탄 충진 과정(S30) 동안 피딩 노즐(12)의 하단부에서 기화된 기화 메탄을 다시 데이 탱크(10)로 환수하는 과정이 필요하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화 메탄 충진 장치를 이용한 충진 방법은, 충진 탱크(20)와 석션 라인(21)을 통하여 연통되게 연결된 어큐뮬레이터(30)에 충진 탱크(20)의 내부에 잔존하는 잔류 가스를 석션 라인(21) 상에 구비된 석션 단속 밸브(23)를 개방시키는 동작으로 충진 탱크(20) 내부의 압력을 저감시키는 충진 탱크의 압력 저하 과정(S20)을 더 포함할 수 있다.

여기서, 충진 탱크의 압력 저하 과정(S20)은, 상술한 액화메탄 충진 과정(S30) 전에 수행될 수 있음은 물론, 액화메탄 충진 과정(S30)과 동시에 수행될 수 있다. 따라서, 사전 메탄 액화 장치를 통하여 지속적으로 공급되는 액화 메탄을 즉시 또는 지속적으로 충진 탱크(20)에 충진 가능할 수 있다.

충진 탱크의 압력 저하 과정(S20)은, 어큐뮬레이터(30)에 연통되게 연결되어 메탄 액화 과정(S40)을 통해 어큐뮬레이터(30)에 생성된 액화 메탄 외의 불완전 메탄을 퍼지 수용하는 퍼지 탱크(40)로의 퍼지 및 퍼지 탱크(40)에 착탈 가능하게 연통된 휴대용 석션기(50)의 동작 중 어느 하나로 수행되는 과정일 수 있다.

즉, 어큐뮬레이터(30)에서 퍼지 탱크(40)로의 퍼지를 위해서는 퍼지 탱크(40)로부터 또는 퍼지 탱크(40)와 연통되는 휴대용 석션기(50)에 의하여 퍼지 탱크(40)로의 흡입력이 생성되어야 하고, 이 경우 불완전 메탄이 퍼지 탱크(40)로 수용된다. 이때, 어큐뮬레이터(30)는 진공 상태로 감압되면서, 석션 단속 밸브(23)의 개방에 의한 석션 라인(21)을 통해 충진 탱크(20) 내부의 감압이 이루어질 수 있다.

한편, 메탄 액화 과정(S40)은, 액화메탄 리턴 라인(31) 상에 구비된 액화메탄 단속 밸브(33)를 개방시켜 데이 탱크(10)의 내부 중 상부에 모인 기화 메탄을 어큐뮬레이터(30) 내부로 공급하여 수용한 상태에서, 어큐뮬레이터(30)의 내부에 구비된 초저온 냉동부(30')를 이용하여 기화 메탄을 액화시키는 과정일 수 있다. 이때, 초저온 냉동부(30')는 액화 메탄보다 더 온도가 낮은 냉매 메탄을 어큐뮬레이터(30)의 일측(30a)으로부터 내부로 유입시켜 유동시킨 후 어큐뮬레이터(30)의 타측(30b)으로 토출시키도록 배선 연결된 열교환기로 구비될 수 있다.

마지막으로, 액화메탄 보충 과정(S50)은, 어큐뮬레이터(30) 내부에 생성된 액화 메탄의 수위를 감지하도록 구비된 제2수위 감지 센서가 소정 수위 이상을 감지한 후 액화메탄 리턴 라인(31) 상에 구비된 액화메탄 단속 밸브(33)에 전기적인 신호를 인가하면 액화메탄 단속 밸브(33)를 개방시키는 동작으로 수행되는 과정일 수 있다.

액화메탄 보충 과정(S50)은, 상술한 바와 같이, 상대적으로 상부에 위치된 어큐뮬레이터(30)로부터 액화 메탄이 자중에 의한 낙수를 통하여 상대적으로 하부에 위치된 데이 탱크(10)로 공급되는 것이므로, 별도의 동력 장치를 구비하지 않고서도 수행되는 과정이다.

이상, 본 발명에 따른 액화 메탄 충진 장치 및 이를 이용한 충진 방법의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 일 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.

1: 액화 메탄 충진 장치 5: 사전 메탄 액화장치
10: 데이 탱크 11: 피딩 라인
12: 피딩 노즐 13: 피딩 단속 밸브
14: 증기 노즐 20: 충진 탱크
21: 석션 라인 23: 석션 단속 밸브
30: 어큐뮬레이터 30': 초저온 냉동부
30a: 어큐뮬레이터의 일측 30b: 어큐뮬레이터의 타측
31: 액화메탄 리턴 라인 33: 액화메탄 단속 밸브
40: 퍼지 탱크 41: 가스 리턴 라인
43: 가스 리턴 단속 밸브 50: 휴대용 석션기
S10: 데이 탱크 저장 과정 S20: 충진 탱크의 압력 저하 과정
S30: 액화메탄 충진 과정 S40: 메탄 액화 과정
S50: 액화메탄 보충 과정

Claims

사전 메탄 액화장치를 이용하여 액화된 액화 메탄이 수용되는 데이 탱크;
상기 데이 탱크와 연통되고 상기 데이 탱크로부터 액화 메탄을 공급받아 충진하는 충진 탱크; 및
상기 데이 탱크와 연통됨과 동시에 상기 충진 탱크와 연통되도록 구비된 어큐뮬레이터; 를 포함하고,
상기 데이 탱크는, 상기 액화 메탄이 상기 데이 탱크로부터 상기 충진 탱크로 자중에 의하여 충진되도록 상기 충진 탱크보다 상대적으로 상부에 위치되고,
상기 어큐뮬레이터는, 상기 데이 탱크로부터 기화 메탄을 공급받아 상변화된 액상 메탄이 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 데이 탱크로 자중에 의하여 보충되도록 상기 데이 탱크보다 상대적으로 상부에 위치되며,
상기 충진 탱크와 상기 어큐뮬레이터는, 석션 라인을 통해 상호 연통되되,
상기 석션 라인 상에는, 상기 데이 탱크 내부의 잔류 가스의 상기 어큐뮬레이터로의 유동을 단속하는 석션 단속 밸브가 구비된, 액화 메탄 충진 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 데이 탱크와 상기 충진 탱크는, 피딩 라인을 통해 상호 연통되되,
상기 피딩 라인 상에는 상기 액화 메탄의 상기 충진 탱크에 대한 충진을 단속하는 피딩 단속 밸브가 구비된, 액화 메탄 충진 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 데이 탱크의 하단부에는, 상기 충진 탱크로의 상기 액상 메탄의 공급을 위한 피딩 노즐 및 상기 피딩 노즐의 하단부에서 생성된 기화 메탄을 상기 데이 탱크로의 환수를 위한 증기 노즐이 구비된, 액화 메탄 충진 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 데이 탱크와 상기 어큐뮬레이터는, 액화메탄 리턴 라인을 통해 상호 연통되되,
상기 액화메탄 리턴 라인 상에는, 상기 어큐뮬레이터에 대한 기화 메탄의 공급 및 상기 데이 탱크에 대한 액화 메탄의 보충을 단속하는 액화메탄 단속 밸브가 구비된, 액화 메탄 충진 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 어큐뮬레이터의 내부에는, 상기 데이 탱크로부터 공급된 기화 메탄을 액화하기 위한 초저온 냉동부가 구비된, 액화 메탄 충진 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 초저온 냉동부는, 상기 어큐뮬레이터의 일측으로 냉매 메탄이 유입된 후 상기 어큐뮬레이터의 타측으로 상기 냉매 메탄이 토출되도록 구비된 열교환기인, 액화 메탄 충진 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 어큐뮬레이터에 가스 리턴 라인을 통해 연통되고 상기 어큐뮬레이터에 의하여 액화되지 않은 불완전 메탄을 퍼지 수용하는 퍼지 탱크; 및
상기 퍼지 탱크에 착탈 가능하게 연통되고 상기 어큐뮬레이터 내부에 진공을 형성하는 휴대용 석션기; 를 더 포함하는, 액화 메탄 충진 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 데이 탱크의 내부에는 상기 액화 메탄의 수위를 감지하는 제1수위 감지 센서가 구비되고,
상기 어큐뮬레이터의 내부에는 상기 액화 메탄의 수위를 감지하는 제2수위 감지 센서가 구비되며,
상기 제1수위 감지 센서 및 상기 제2수위 감지 센서는, 플로팅 스위치로 구비된, 액화 메탄 충진 장치.
사전 메탄 액화 장치를 이용하여 액화된 액화 메탄을 데이 탱크로 수용 공급하는 데이 탱크 저장 과정;
상기 데이 탱크의 하부에 피딩 라인을 통하여 연통되게 연결된 충진 탱크에 상기 피딩 라인 상에 구비된 피딩 단속 밸브를 개방시키는 동작으로 상기 액화 메탄을 자중에 의한 낙수를 통하여 충진하는 액화메탄 충진 과정;
상기 데이 탱크의 상부에 액화메탄 리턴 라인을 통하여 연통되게 연결된 어큐뮬레이터에 상기 액화메탄 리턴 라인 상에 구비된 액화메탄 단속 밸브를 개방 및 폐쇄시키는 동작으로 상기 데이 탱크 내부에 모인 기화 메탄을 공급하여 액화시키는 메탄 액화 과정;
상기 액화메탄 리턴 라인의 상기 액화메탄 단속 밸브를 개방시키는 동작으로 상기 어큐뮬레이터의 내부에 상변화된 액화 메탄을 자중에 의한 낙수를 통하여 상기 데이 탱크로 보충하는 액화메탄 보충 과정; 및
상기 충진 탱크과 석션 라인을 통하여 연통되게 연결된 상기 어큐뮬레이터에 상기 충진 탱크의 내부에 잔존하는 잔류 가스를 상기 석션 라인 상에 구비된 석션 단속 밸브를 개방시키는 동작으로 상기 충진 탱크 내부의 압력을 저감시키는 충진 탱크의 압력 저하 과정; 을 포함하고,
상기 충진 탱크의 압력 저하 과정은, 상기 액화메탄 충진 과정 전 또는 동시에 수행되는, 액화 메탄 충진 장치를 이용한 충진 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 액화메탄 충진 과정은,
상기 데이 탱크의 하단부에 구비된 피딩 노즐을 통해 상기 충진 탱크로 상기 액화 메탄을 자중에 의한 낙수를 통하여 공급하고,
상기 피딩 노즐의 하단부에 구비된 증기 노즐을 통해 상기 피딩 노즐의 하단부에서 기화된 기화 메탄을 상기 데이 탱크로의 환수하는 과정인, 액화 메탄 충진 장치를 이용한 충진 방법.
삭제
청구항 11에 있어서,
상기 충진 탱크의 압력 저하 과정은, 상기 어큐뮬레이터에 연통되게 연결되어 상기 메탄 액화 과정을 통해 상기 어큐뮬레이터에 생성된 액화 메탄 외의 불완전 메탄을 퍼지 수용하는 퍼지 탱크로의 퍼지 및 상기 퍼지 탱크에 착탈 가능하게 연통된 휴대용 석션기의 동작 중 어느 하나로 수행되는, 액화 메탄 충진 장치를 이용한 충진 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 메탄 액화 과정은,
상기 액화메탄 리턴 라인 상에 구비된 액화메탄 단속 밸브를 폐쇄시킨 상태에서, 상기 어큐뮬레이터의 내부에 구비된 초저온 냉동부를 이용하여 상기 기화 메탄을 액화시키는 과정인, 액화 메탄 충진 장치를 이용한 충진 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 액화메탄 보충 과정은,
상기 어큐뮬레이터 내부에 생성된 상기 액화 메탄의 수위를 감지하도록 구비된 제2수위 감지 센서가 소정 수위 이상을 감지한 후 상기 액화메탄 리턴 라인 상에 구비된 액화메탄 단속 밸브에 전기적인 신호를 인가하면 상기 액화메탄 단속 밸브를 개방시키는 동작으로 수행되는 과정인, 액화 메탄 충진 장치를 이용한 충진 방법.