KR102178554B1 - 극저온 액체 분배 시스템을 위한 열 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

극저온 액체 분배 시스템을 위한 열 관리 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

극저온 유체를 분배하기 위한 시스템이 극저온 액체의 공급부를 포함하는 벌크 탱크를 포함한다. 가열 회로는 중간 탱크 및 가열 장치를 포함하고 그리고 상기 벌크 탱크와 유체 연통하는 유입구 및 배출구를 가진다. 바이패스 접합부가 상기 벌크 탱크와 상기 가열 회로의 유입구 사이에 배치된다. 바이패스 회로는 벌크 탱크로부터의 극저온 유체의 일부가 가열 회로를 통해서 유동하고 가열되도록 그리고 유동의 일부가 바이패스 회로를 통해서 유동하도록, 바이패스 접합부와 유체 연통하는 유입구 및 배출구를 가진다. 혼합 접합부는, 가열 회로로부터의 가온된 극저온 유체가 바이패스 회로로부터의 극저온 유체와 혼합되어 극저온 유체가 컨디셔닝되도록, 바이패스 회로의 배출구 및 가열 회로와 유체 연통한다. 분배 라인은, 컨디셔닝된 극저온 유체가 분배될 수 있도록, 혼합 접합부와 유체 연통한다. 분배 후에 가열 회로 내에 남아 있는 가온된 극저온 유체가 상기 중간 탱크로 지향되고 그리고 가열 회로를 통해서 지향되는 극저온 유체를 가온하기 위해서 이용된다.

Description

극저온 액체 분배 시스템을 위한 열 관리 시스템 및 방법{HEAT MANAGEMENT SYSTEM AND METHOD FOR CRYOGENIC LIQUID DISPENSING SYSTEMS}
본 발명은 2012년 11월 30일자로 출원한 미국 가특허 출원 제 61/731,981 호를 기초로 우선권을 주장하고, 상기 가특허 출원의 기재 내용이 본원에서 참조로서 포함된다.
본 발명은 일반적으로 극저온 유체를 위한 분배 시스템에 관한 것이고, 특히 극저온 유체 분배 시스템을 위한 열 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
차량의 동력공급 등을 위한 대체 에너지 공급원으로서 액체 천연 가스(LNG)를 이용하는 것이 점점 더 일반화되어 가고 있는데, 이는 국가적으로(domestically) 이용가능하고, 환경적으로 안전하고 그리고 (오일에 대비하여) 풍부하기 때문이다. LNG-동력공급형 차량과 같은 이용 장치는, 전형적으로, 차량 엔진 수요에 적합한 압력 헤드를 가지는 장착형(on-board) 연료 탱크 내에서 포화된 상태로 LNG를 저장할 것이 요구된다.
전형적으로, LNG는 가압 이송에 의해서 벌크 저장 탱크로부터 차량 탱크로 분배된다. 분배에 앞서서 벌크 탱크 내의 LNG를 포화시키는 분배 시스템이 공지되어 있지만, 그러한 시스템은 포화된 LNG의 지속적인 분배가 가능하지 않다는 단점을 가진다. 보다 구체적으로, 벌크 탱크의 재충진 동안에 또는 새롭게 부가된 LNG의 컨디셔닝 중에, 포화된 LNG의 분배가 불가능하다.
차량 탱크로 전달하기에 앞서서 LNG를 포화시키기 위한 다른 접근방식은, LNG가 차량 탱크로 이송될 때, LNG를 가온하는(warm) 것이다. 그러한 접근방식은 당 업계에서 "공중에서의(on the fly) 포화"로서 공지되어 있다. 그러한 "공중에서의 포화" 시스템의 예가 포가시(Forgash) 등의 미국 특허 제 5,687,776 호 및 쿠이(Kooy) 등의 미국 특허 제 5,771,946 호에 제시되어 있고, 이들 특허의 기재 내용은 여기에서 참조로서 포함된다.
상기 미국 특허 제 5,687,776 호 및 미국 특허 제 5,771,946 호 모두는 벌크 탱크 및 상기 벌크 탱크로부터 열 교환기로 LNG를 펌핑하는 펌프를 개시하고 있다. 바이패스 도관이 열 교환기와 병렬로 배치된다. 혼합 밸브는, LNG에 대한 희망하는 분배 온도를 획득하기 위한 희망하는 비율로, 펌프로부터의 LNG 스트림의 일부가 열 교환기를 빠져 나가는 가온된 천연 가스 혼합되도록 열 교환기를 바이패스하게 할 수 있다. 상기 미국 특허 제 5,687,776 호 및 미국 특허 제 5,771,946 호 모두는 또한 혼합 밸브와 차량 연료 탱크로의 분배 라인 사이의 회로 내에서 중간 분배 탱크를 배치하는 것을 개시한다. 이는, 차량 연료 탱크로부터의 고압 유체가 중간 분배 탱크로 되돌아가고 그에 따라 가온된 유체가 벌크 탱크 내의 저온의 LNG와 혼합되는 것을 방지함에 따라, 차량 연료 탱크 내의 압력이 완화(relief)될 수 있게 한다.
상기 미국 특허 제 5,687,776 호 및 미국 특허 제 5,771,946 호의 진공 자켓형 중간 분배 용기가 파이프로부터의 열을 저장하는데 있어서 그리고 그 열이 메인 저장 탱크로 되돌아가는 것을 방지하는데 있어서 유용하지만, 그러한 시스템은 최적이 아니다. 보다 구체적으로, 열 교환기를 중간 탱크 이후로 이동시키는 것은, 시스템 내의 가스의 순수 부피를 감소시키면서, 혼합 밸브에 대한 가열된 질량의 즉각적인 유동을 보장한다. 가스가 압축 가능하고 액체는 거의 압축될 수 없다. 따라서, 펌프로부터 차량 탱크로의 액체 유동에서의 큰 가스 부피가 차량 탱크에 대한 순수 유량을 손상시켜(compromise) 탱크에서의 열등한(poor) 스프레이 작용을 생성하고 그리고 짧은 충진 가능성을 손상시킨다. 상기 미국 특허 제 5,687,776 호 및 미국 특허 제 5,771,946 호에 도시된 바와 같은, 열 교환기 이후의 분배 탱크는 최종적으로 액체로 잘 충진될 수 있을 것이나, 사용 동안의 일부 시간 기간에 가스를 내부에 가지게 될 것이다. 혼합 밸브를 통한 가스 유동이 적절한 제어를 가능하게 할 수 있는 반면, 빈 용기는 차량 탱크에 대한 전달기의 수압(hydraulics)에서 문제를 생성한다.
또한, 공중에서의 포화 시스템은 메인 저장 탱크로의 상당한 양의 불필요한 열 복귀를 생성할 수 있다. 이는 다시 천연 가스의 벤팅(venting)을 초래할 수 있고, 이는 바람직하지 못하다. 저장 탱크 보다 더 높게 포화된 파이프 내에 남아 있는 액체가 분출(flash)할 것이고 그리고 그 열을 저장 탱크로 다시 전송할 것이다. 고온인 파이프를 절연시키는 것이 도움이 될 것이나, 포획된 열은 반드시 적절하게 저장되어야 한다.
상기 문제점을 해소하는 극저온 액체 분배를 위한 시스템 및 장치가 요구되고 있다.
본 발명에 따르면, 극저온 유체를 분배하기 위한 시스템에 있어서, a) 극저온 액체의 공급부를 포함하도록 구성된 벌크 탱크; b) 중간 탱크 및 가열 장치를 포함하며, 상기 벌크 탱크와 유체 연통하는 유입구 및 배출구를 가지는 가열 회로; c) 상기 벌크 탱크와 상기 가열 회로의 유입구 사이에 배치되고 그리고 유체 연통하는 바이패스 접합부; d) 상기 바이패스 접합부와 유체 연통하는 유입구 및 배출구를 가지는 바이패스 회로; e) 상기 바이패스 회로의 배출구 및 가열 회로와 유체 연통하는 혼합 접합부; 및 f) 상기 혼합 접합부와 유체 연통하는 분배 라인을 포함하는, 극저온 유체를 분배하기 위한 시스템이 제공된다.
도 1은 본 발명의 시스템의 제 1 실시예의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 시스템의 제 2 실시예의 개략도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 1의 시스템의 중간 탱크 또는 커패시터(capacitor)의 선택적인 실시예의 상세 부분들을 도시하는 개략도이다.
본 발명이 LNG를 분배하기 위한 시스템 및 방법과 관련하여 이하에서 설명될 것이지만, 그 시스템 및 방법이 다른 타입의 극저온 액체 또는 유체를 분배하기 위해서도 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 벌크 탱크(10)가 LNG의 공급부(11)를 포함한다. 시스템은 전체적으로 각각 도면부호(12a 및 12b)로 표시된 제 1 및 제 2 컨디셔닝 및 분배 분기부(branch)를 포함한다. 시스템이 분기부(12a)에 대해서 설명될 것이지만, 분기부(12b)도 유사한 방식으로 동작한다는 것을 이해하여야 할 것이다. 벌크 탱크(10)로부터의 LNG가 라인(18)을 통해서 펌프(16)를 포함하는 섬프(sump)(14)로 이동된다. 벌크 탱크 및 섬프 양자 모두는 바람직하게 절연된다. 섬프(14)는, 펌프(16)를 경유하여 라인(24)을 통해서 바이패스 접합부(26)로 펌핑되는 LNG(22)를 포함한다.
전체적으로 도면부호(30)로 표시된 가열 회로가 중간 탱크(32) 및 열 교환기(34)를 포함한다. 보다 구체적으로, 바람직하게 절연되는 중간 탱크 또는 커패시터(이하에서 설명됨)(32)의 유입구가 바이패스 접합부(26)와 연통한다. 중간 탱크(32)의 배출구는 라인(33)을 경유하여 열 교환기(34)의 유입구와 연통하고, 상기 열 교환기(34)는 주변의(ambient) 열 교환기 또는 당 업계에 공지된 극저온 액체 가열을 위한 임의의 다른 장치가 될 수 있을 것이다. 열 교환기(34)의 배출구가 혼합 밸브(40)를 통해서 혼합 접합부(36)와 연통한다. 바이패스 회로는 접합부(26)와 연통하는 유입구 및 접합부(36)와 연통하는 배출구를 가지는 도관(42)을 포함한다. 바이패스 도관(42)은 또한 바이패스 밸브(44)를 구비한다. 혼합 밸브(40) 및 바이패스 밸브(44)가, 예를 들어, 2-방향 밸브이다. 도 3a 내지 도 3c의 3-방향 밸브(110)와 같은, 혼합 접합부에 배치된 하나의 3-방향 밸브가 혼합 및 바이패스 밸브(40 및 44) 대신에 이용될 수 있을 것이다. 분배 라인(46)은 혼합 접합부(36)로부터 분배기(50)로 연결된다.
중간 탱크(32)는 바람직하게 감손량(ullage) 탱크를 특징으로 하고 그리고 바람직하게 공동 양도된 가사프슨(Gustafson)의 미국 특허 제 5,404,918 호 또는 제 6,128,908 호에 개시된 구성을 가지며, 상기 양 특허의 기재 내용은 여기에서 참조로서 포함된다.
동작 중에, LNG가 고압으로 그리고 접합부(26)로 펌핑되고, 그 일부가 중간 탱크(32)로 이동하는 한편, 나머지 부분은 바이패스 도관(42)을 통해서 이동한다. 중간 탱크(32)가 감손량 탱크에 의해서 허용된 높이로 충진된다. 중간 탱크(32)로부터의 LNG가, 중간 탱크의 충진 중에 또는 중간 탱크가 감손량 탱크에 의해서 허용된 높이에 도달한 후에, 열 교환기(34)로 유동한다. 열 교환기로 이동하는 LNG가 그 내부에서 가온되고 그리고 결과적인 액체 또는 증기가 혼합 접합부(36)로 유동하여 바이패스 도관(42)에 의해서 혼합 접합부로 유동하는 저온 LNG와 혼합된다. 혼합 및 바이패스 밸브(40 및 44)가 자동화되고 그리고 온도 센서(52)에 의해서 제어되며, 상기 온도 센서는 프로세서 또는 다른 제어 장치를 포함할 수 있고, 그에 따라 접합부(36)에서 저온 LNG로 부가되는 열의 양은 분배 라인(46)을 통한 분배기(50)로의 포화된 또는 과냉된 LNG의 유동을 초래한다.
도 3a 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 바람직하게, 열 교환기(34)는 중간 탱크(32)로부터 열 교환기(34)로 유동하는 LNG 모두를 증기화할 수 있도록 디자인되고 크기가 결정된다. 결과적으로, 가온된 천연 가스 증기가 혼합 접합부로 유동하여 바이패스 도관(42)으로부터의 저온 LNG와 혼합된다. 전형적으로, 유량이 안정화되어야 하고 높은 높이가 되어야 하는 경우에, 부가되는 열의 양이 변경되어야 한다. 액체 만충된 주변 열 교환기들을 이용하는 시스템이 비교적 고정된 열 레이트(rate)를 가진다. 고정된 열 레이트 및 고정된 전체 질량 유동은, 열 교환기를 통해서 전달되는 유동의 분율에 관계 없이, 결과적인 단위 질량당 열(그리고, 그에 따라 포화된 압력)이 변화되지 않는다는 것을 의미한다. 그러한 경우에, 유체를 추가적으로 가열하는 유일한 방식은 전체 질량 유량을 감소시키는 것이다. 이는, 유량이 너무 많이 떨어지는 경우에, 유효(efficient) 스프레이 충진의 문제를 유발할 수 있다. 도 1 및 도 3a 내지 도 3c의 실시예는 (열 배터리 또는 중간 탱크(32)에 의해서) 액체의 유동을 취하고 그리고 디자인에 의해서 그 액체를 증기화한다(열 교환기(34)가 이러한 것을 실시할 수 있을 정도로 충분히 크다). 열 교환기를 그렇게 구성함으로써, 열의 양이 변화될 수 있는데, 이는 열 교환기를 가지는 경로를 통해서 전환되는 유량이 다시 극저온 온도가 존재하는 거리를 드라이브(drive)하기 때문이다. 이어서, 혼합 접합부(36)에서의 혼합이 저온 LNG 및 비교적(주변에 접근할 수 있다) 가온된 천연 가스 증기가 된다. 순수한 결과는 보다 가온된 액체이다.
분배 후에, 중간 탱크 배출구와 열 교환기(34)의 유입구 사이에서 연장하는 라인(33) 내의 가온된 LNG, 및 열 교환기(34)의 배출구와 혼합 밸브(40) 사이에서 연장하는 라인 내의 가온된 LNG는, 다음 분배 사이클 또는 작업(run) 중에 열 교환기에 앞서서 LNG 예열에서의 이용을 위해서 중간 탱크(32)로 다시 배수된다(drain). 결과적으로, 중간 탱크가 열적 배터리 또는 열적 커패시터로서 작용한다. 다음 분배 작업 중에, LNG가 접합부(26)에서 중간 탱크(32)(저장된 열을 LNG로 부가한다) 및 열 교환기(34)(추가적인 열을 부가한다) 모두를 통해서 전환된다. 결과적으로, 보다 적은 열 교환기가 사용될 수 있는데, 이는 중간 탱크가 열적 부하(burden)의 일부를 나누어 가지기 때문이다.
또한, 분배 후에, 라인(46) 내의 가온된 LNG가 비등하고 그리고 분배기(50)로부터 벌크 탱크(10)의 하단부까지 연장하는 벤트 라인을 통해서 벌크 탱크로 복귀 이동한다. 그럼에도 불구하고, 중간 탱크(32)와 혼합 밸브(40) 사이의 가열된 LNG를 중간 탱크로 다시 복귀시키는 것에 의해서, 벌크 탱크를 가열하기 위해서 복귀되는 증기의 양이 감소된다.
적절한 크기의 펌프(16)의 방출부에서의 중간 탱크(32) 및 탱크 이후의 열 교환기(34)는, 정상 동작 중에 중간 탱크가 본질적으로 액체의 만충을 유지하도록 디자인 할 수 있게 허용한다. 또한, 내부에 저장된 액체의 열 질량이 열 교환기 또는 증발기로부터의 비등 역류를 수용하도록, 그에 의해서 다음 포화 요청을 위한 열을 저장하고 그리고 메인 저장 벌크 탱크(10)로 다시 돌려 보내지 않도록, 중간 탱크의 크기가 결정된다.
도 2에 도시된 본 발명의 시스템의 제 2 실시예에서, 전체적으로 도면부호(81)로 표시된, 내부 전기 히터(82)가 가열 회로의 중간 탱크 또는 커패시터(80)로 부가된다. 이어서, 커패시터의 부피는 추후의 이용을 위해서 컨디셔닝으로부터의 열을 저장하는 역할을 하나, 또한 제어가능한 혼합을 허용하기 위해서 탱크가 필요 온도 보다 높은 고온 액체 및 압력을 유지하는 혼합 이벤트 순간을 가능하게 하는 열적 질량으로서의 역할을 한다. 히터(82)는 중간 저장 탱크(80)에 일체화되고 그리고 선행하지 않는다. 결과적으로, 중간 탱크는 LNG에 대해서 일종의 "물 히터(water heater)"로서의 역할을 하고 그리고, LNG가 중간 탱크로 전환될 때 고온 LNG가 중간 탱크를 빠져나갈 수 있도록 그 크기가 정해질 필요가 있을 것이다. 당 업계에 공지된 전기 히터 이외의 히터가 전기 히터(82)를 대체할 수 있을 것이다.
도 2의 시스템의 나머지 부분이 도 1의 시스템과 동일한 방식으로 작용한다. 보다 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 벌크 탱크(60)가 LNG의 공급부(61)를 포함한다. 시스템은 전체적으로 각각 도면부호(62a 및 62b)로 표시된 제 1 및 제 2 컨디셔닝 및 분배 분기부를 포함한다. 시스템이 분기부(62a)에 대해서 설명될 것이지만, 분기부(62b)도 유사한 방식으로 동작한다는 것을 이해하여야 할 것이다. 벌크 탱크(60)로부터의 LNG가 라인(68)을 통해서 펌프(66)를 포함하는 섬프(64)로 이동된다. 벌크 탱크 및 섬프 양자 모두는 바람직하게 절연된다. 섬프(64)는, 펌프(66)를 경유하여 라인(74)을 통해서 접합부(76)로 펌핑되는 LNG(72)를 포함한다. 바람직하게 절연되는 중간 탱크 또는 커패시터(80)의 유입구가 접합부(76)와 연통한다. 전술한 바와 같이, 중간 탱크 또는 커패시터(80)가 전기 히터(82)를 포함한다. 중간 탱크(80)의 배출구는 라인(83)을 경유하여 혼합 밸브(90)를 통해서 혼합 접합부(86)와 연통한다. 바이패스 도관(92)은 접합부(76)와 연통하는 유입구 및 접합부(86)와 연통하는 배출구를 가진다. 바이패스 도관(92)은 또한 바이패스 밸브(94)를 구비한다. 혼합 밸브(90) 및 바이패스 밸브(94)가, 예를 들어, 2-방향 밸브이다. 그러나, 도 3a 내지 도 3c의 3-방향 밸브(110)와 같은, 혼합 접합부에 배치된 하나의 3-방향 밸브가 혼합 및 바이패스 밸브(90 및 94) 대신에 이용될 수 있을 것이다. 분배 라인(96)은 혼합 접합부(86)로부터 분배기(100)로 연결된다.
동작 중에, LNG가 고압으로 그리고 접합부(76)로 펌핑되고, 그 일부가 중간 탱크 또는 커패시터(80)로 이동하는 한편, 나머지 부분은 바이패스 도관(92)을 통해서 이동한다. 중간 탱크(80)로부터의 LNG가, 히터(82)에 의해서 내부에서 가온된 후에, 혼합 접합부(86)로 유동하여, 바이패스 도관(92)에 의해서 혼합 접합부로 유동하는 저온 LNG와 혼합된다. 혼합 및 바이패스 밸브(90 및 94)가 자동화되고 그리고 온도 센서(102)에 의해서 제어되며, 상기 온도 센서는 프로세서 또는 다른 제어 장치를 포함할 수 있고, 그에 따라 접합부(86)에서 저온 LNG로 부가되는 열의 양은 분배 라인(96)을 통한 분배기(100)로의 포화된 또는 과냉된 LNG의 유동을 초래한다.
분배 후에, 중간 탱크 배출구와 열 교환기(90)의 유입구 사이에서 연장하는 라인(83) 내의 가온된 LNG는, 다음 분배 사이클 또는 작업 중에 히터(82)의 도움으로, LNG를 가온하는데 있어서의 이용을 위해서 중간 탱크(80)로 다시 배수된다. 결과적으로, 중간 탱크(80)가 열적 배터리 또는 열적 커패시터로서 작용한다. 다음 분배 작업 중에, LNG가 접합부(76)에서 중간 탱크(80)를 통해서 접합부(76)에서 전환되고, 상기 중간 탱크는 저장된 열과 히터(82)로부터의 열을 LNG로 부가한다.
또한, 분배 후에, 라인(96) 내의 가온된 LNG가 비등하고 그리고 분배기(100)로부터 벌크 탱크(60)의 하단부까지 연장하는 벤트 라인을 통해서 벌크 탱크로 복귀 이동한다. 그럼에도 불구하고, 중간 탱크(80)와 혼합 밸브(90) 사이의 가열된 LNG를 중간 탱크로 다시 복귀시키는 것에 의해서, 벌크 탱크를 가열하기 위해서 복귀되는 증기의 양이 감소된다.
도 1 및 도 2의 시스템들 사이의 선택과 관련하여, 도 1의 시스템의 중간 탱크(32)가 보다 크고 그리고 주변 열 교환기(34)로 인한 안개를 생성할 수 있을 것이다. 대조적으로, 도 2의 중간 탱크(80) 및 히터(82)는 보다 고가이나 안개를 형성하지 않는다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 중간 탱크(32)의 선택적인 실시예가 제시되어 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 중간 탱크(32)는 감손량 공간(104)을 형성하는 감손량 탱크를 포함한다. 중간 탱크는 체크 밸브(116)를 통해서 펌프(도 1의 도면부호 16)로부터 제공된 LNG(106)의 공급부를 포함한다.
이제 설명하는 바와 같이, 도 3a 내지 도 3c의 중간 탱크 또는 커패시터는 탱크 내의 최소 층상배열(stratification)을 이용한다. 도 3a는 정상 충진 또는 분배 동작을 도시한다. 펌프로부터의 저온 LNG의 유입구가, 체크 밸브(116)를 통해서, 중간 탱크(32)의 하단부로 연결된다. LNG는 개구부(117)를 통해서 탱크(32)의 하단부로 진입하고, 상기 탱크는 그 탱크의 하부 부분 내에서 신선한(fresh) 액체를 유지하기 위한 배플(119)을 구비한다. 체크 밸브(114a) 및 라인(33)을 통한 히터(34)로의 액체 유통관(offtake)은 라인(108)을 통해서 중간 탱크의 보다 상부의 보다 가온된 층으로부터가 된다. 히터로부터의 가온된 액체 및 가스의 복귀는 체크 밸브(114b)를 통해서 중간 탱크 내의 튜브(121) 내부의 혼합 구역으로 이루어진다. 가스의 보다 양호한 재응축을 위한 작은 홀을 가지고 그리고 중간 탱크의 상부 부분 내에서, 튜브를 통한, 가온된 액체의 배출구를 가지는 스크린이 선택적으로 존재할 수 있을 것이다. R1은 절약장치(econimizer) 조절기이다. R2는 보다 긴 대기 후에 과다한 압력의 벌크 탱크의 하단부로의 복귀 벤팅을 위한 비등(boil off) 조절기이다.
정상 충진 또는 분배 중에, 유입 LNG가 탱크의 상부 부분 내의 탱크의 액체 배출구(라인(108)의 유입구)를 통해서 그리고 열 교환기(34)로 그리고 혼합 밸브(110)로 증기를 밀어낼 수 있고, 상기 혼합 밸브는 온도 센서(112)의 제어하에 있다. (체크 밸브(116)를 통한) 유입 LNG가 라인(108)의 유입구까지 액체로 중간 탱크를 충진할 것이다. 감손량 탱크 없는 실시예를 제공하기 위해서, 라인(108)에 대한 유입구의 위치가 또한 감손량을 부분적으로 결정할 수 있을 것이다. 최대 액체 높이는 라인(108)에 대한 유입구와 라인(118)에 대한 유입구 사이가 되어 R1/R2를 유도할 수 있을 것이다.
도 3b는 분배 사이클 또는 작동 후의 동작을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 분배 후에, 중간 탱크 배출구와 열 교환기(34) 유입구 사이에서 연장하는 라인(33) 내의 가온된 LNG, 및 열 교환기(34)의 배출구와 혼합 밸브(110) 사이에서 연장하는 라인 내의 가온된 LNG는, 다음 분배 사이클 또는 작업 중에 열 교환기 이전의 LNG 예열에서의 이용을 위해서 중간 탱크(32)로 다시 배수된다. 결과적으로, 중간 탱크가 열적 배터리 또는 열적 커패시터로서 작용한다. 열 교환기로부터의 가스가 중간 탱크 내에서 LNG를 포화시키고 그리고 커패시터(32) 내의 압력 상승을 발생시킨다. 과다한 증기/액체는 라인(118 및 120) 및 비등 조절기(R2)를 통해서 벌크 탱크로 이동한다.
도 3c는 절약장치 조절기(R1)의 세팅 보다 높은 압력에서의 충진 또는 분배를 도시한다. 커패시터(32)로부터의 과다 액체/증기가 라인(118), 절약장치 조절기(R1), 및 라인(122)을 통해서 이동하고, 상기 라인(122)에서 과다 액체/증기는 라인(33)을 통해서 열 교환기(34)로 이동하는 LNG와 합류한다. 압력 강하로 인한 커패시터 내의 포화된 LNG의 임의 증발도 감손량 공간(104)(도 3a)으로 이동한다.
본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고도 변화 및 수정을 만들 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이고, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해서 규정된다.

Claims (21)

  1. 극저온 유체를 분배하기 위한 시스템에 있어서,
    a) 극저온 액체의 공급부를 포함하도록 구성된 벌크 탱크;
    b) 중간 탱크 및 가열 장치를 포함하며, 유입구 및 배출구를 가지는 가열 회로;
    c) 유입구 및 배출구를 가지는 바이패스 회로;
    d) 상기 벌크 탱크와, 상기 가열 회로의 유입구와, 상기 바이패스 회로의 유입구와의 사이에 배치되고 그리고 이들과 유체 연통하는 바이패스 접합부로서, 상기 벌크 탱크로부터 극저온 액체를 받아들여, 받아들인 극저온 액체의 일부는 상기 가열 회로를 통해 유동하고 가온된 극저온 유체를 생성하도록 가온되는 한편, 받아들인 극저온 액체의 나머지 부분은 상기 바이패스 회로를 통해 유동하도록 구성된 바이패스 접합부;
    e) 상기 바이패스 회로의 배출구 및 가열 회로의 배출구와 유체 연통하는 혼합 접합부로서, 상기 가열 회로로부터의 가온된 극저온 유체가 상기 바이패스 회로로부터의 극저온 액체와 혼합되어 상기 바이패스 회로로부터의 상기 극저온 액체가 컨디셔닝되도록 구성된 혼합 접합부; 및
    f) 상기 혼합 접합부와 유체 연통하는 분배 라인을 포함하고,
    상기 가열 회로의 상기 가열 장치가 유입구 및 배출구를 가지는 열 교환기를 포함하고, 상기 열 교환기의 유입구가 상기 중간 탱크의 배출구와 유체 연통하여 상기 중간 탱크로부터의 극저온 액체가 상기 가온된 극저온 유체를 생성하기 위해 상기 열 교환기 내에서 가온되고, 그리고 상기 열 교환기의 배출구가 상기 혼합 접합부와 연통하는
    극저온 유체 분배 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이패스 회로가 바이패스 도관을 포함하는
    극저온 유체 분배 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 벌크 탱크와 유체 연통하는 유입구 및 상기 바이패스 접합부와 유체 연통하는 배출구를 가지는 펌프를 더 포함하는
    극저온 유체 분배 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간 탱크가 절연되고 그리고 감손량 탱크를 포함하는
    극저온 유체 분배 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 접합부 외부로 유동하는 극저온 유체와 연통하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 가열 회로가 상기 온도 센서에 의해서 제어되는 혼합 밸브를 포함하는
    극저온 유체 분배 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 바이패스 회로 내에 배치되고 그리고 상기 온도 센서에 의해서 제어되는 바이패스 밸브를 더 포함하는
    극저온 유체 분배 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 접합부 외부로 유동하는 극저온 유체와 연통하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 혼합 접합부가 3-방향 혼합 밸브를 포함하는
    극저온 유체 분배 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 교환기는, 상기 중간 탱크로부터 상기 열 교환기 내로 유동하는 모든 극저온 액체를 증기화시키도록 구성된 주변 열 교환기이고, 상기 열 교환기에 의해 생성된 극저온 증기가 상기 혼합 접합부로 지향되어 상기 극저온 증기로부터 상기 바이패스 회로를 통해 유동하는 극저온 액체에 부가되는 열의 양이 상기 바이패스 접합부로부터 상기 가열 회로를 통해 유동하는 상기 극저온 액체의 일부의 변동량을 통해 변동하게 하는
    극저온 유체 분배 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 접합부 외부로 유동하는 극저온 유체와 연통하는 온도 센서 및 상기 온도 센서에 의해서 제어되는 혼합 밸브를 더 포함하고, 상기 혼합 밸브가 상기 열 교환기의 배출구와 상기 혼합 접합부 사이에 배치되는
    극저온 유체 분배 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 회로의 가열 장치가 상기 중간 탱크 내에 배치된 히터를 포함하는
    극저온 유체 분배 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 히터가 전기 히터인
    극저온 유체 분배 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 극저온 유체가 액체 천연 가스인
    극저온 유체 분배 시스템.
  14. 극저온 유체를 분배하기 위한 시스템에 있어서,
    a) 극저온 유체의 공급부를 포함하는 벌크 탱크;
    b) 중간 탱크 및 가열 장치를 포함하며, 상기 벌크 탱크와 유체 연통하는 유입구 및 배출구를 가지는 가열 회로;
    c) 상기 벌크 탱크와 상기 가열 회로의 유입구 사이에 배치되고 그리고 유체 연통하는 바이패스 접합부;
    d) 상기 벌크 탱크로부터의 극저온 유체의 일부가 상기 가열 회로를 통해서 유동하고 가온되는 한편, 상기 벌크 탱크로부터의 극저온 유체의 나머지 일부가 바이패스 회로를 통해서 유동하도록, 상기 바이패스 접합부와 유체 연통하는 유입구 및 배출구를 가지는 바이패스 회로;
    e) 상기 가열 회로로부터의 가온된 극저온 유체가 상기 바이패스 회로로부터의 극저온 유체와 혼합되어 상기 바이패스 회로로부터의 극저온 유체가 컨디셔닝되도록, 상기 바이패스 회로의 배출구 및 가열 회로의 배출구와 유체 연통하는 혼합 접합부; 및
    f) 상기 컨디셔닝된 극저온 유체가 분배될 수 있도록, 상기 혼합 접합부와 유체 연통하는 분배 라인을 포함하며, 분배 후에 상기 가열 회로 내에 남아 있는 가온된 극저온 유체가 상기 중간 탱크로 지향되고 그리고 상기 가열 회로를 통해서 지향되는 극저온 유체를 가온하기 위해서 이용되고,
    상기 가열 회로의 상기 가열 장치가 유입구 및 배출구를 가지는 열 교환기를 포함하고, 상기 열 교환기의 유입구가 상기 중간 탱크의 배출구와 유체 연통하여 상기 중간 탱크로부터의 극저온 액체가 상기 가온된 극저온 유체를 생성하기 위해 상기 열 교환기 내에서 가온되고, 그리고 상기 열 교환기의 배출구가 상기 혼합 접합부와 연통하는
    극저온 유체 분배 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 벌크 탱크는 상기 바이패스 접합부에 극저온 액체를 제공하고, 그리고 상기 가열 장치는 상기 열 교환기 내로 유동하는 극저온 액체의 양에 관계없이 상기 열 교환기를 통해서 지향된 모든 극저온 액체가 증기화되는 주변 열 교환기이며, 상기 바이패스 회로를 통해서 지향된 극저온 액체가 상기 혼합 접합부에서 극저온 증기로 컨디셔닝되어, 상기 극저온 증기로부터 상기 바이패스 회로를 통해 유동하는 극저온 액체에 부가되는 열의 양이 상기 바이패스 접합부로부터 상기 가열 회로를 통해 유동하는 상기 극저온 액체의 일부의 변동량을 통해 변동하게 하는
    극저온 유체 분배 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 극저온 유체가 액체 천연 가스이고 상기 극저온 증기가 천연 가스 증기인
    극저온 유체 분배 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 혼합 접합부 외부로 유동하는 극저온 유체와 연통하는 온도 센서 및 상기 온도 센서에 의해서 제어되는 상기 가열 회로와 유체 연통하는 혼합 밸브를 더 포함하는
    극저온 유체 분배 시스템.
  18. 극저온 유체를 분배하는 방법에 있어서,
    a) 극저온 유체의 공급부, 중간 탱크 및 가열 장치를 구비하는 가열 회로, 그리고 상기 가열 회로와 병렬인 바이패스 회로를 제공하는 단계;
    b) 상기 공급부로부터의 극저온 유체의 일부를 상기 가열 회로를 통해서 지향시키는 단계;
    c) 상기 가열 장치를 이용하여 상기 가열 회로를 통해서 지향된 극저온 유체를 가온하는 단계;
    d) 상기 공급부로부터의 극저온 유체의 나머지 일부를 상기 바이패스 회로를 통해서 지향시키는 한편, 상기 공급부로부터의 상기 극저온 유체의 일부는 상기 가열 회로를 통해서 지향되는 단계;
    e) 상기 극저온 유체를 컨디셔닝하기 위해서 상기 가열 회로로부터의 가온된 극저온 유체를 상기 바이패스 회로로부터의 극저온 유체와 혼합 접합부에서 혼합하는 단계;
    f) 상기 컨디셔닝된 극저온 유체를 분배하는 단계;
    g) 상기 분배 후에 상기 가열 회로 내에 남아 있는 가온된 극저온 유체를 상기 중간 탱크로 지향시키는 단계; 및
    h) 상기 단계 c) 중에 상기 가열 회로를 통해서 지향된 극저온 유체를 가온하기 위해서 상기 단계 g)의 중간 탱크 내의 가온된 극저온 유체를 이용하는 단계를 포함하고,
    상기 가열 회로의 상기 가열 장치가 유입구 및 배출구를 가지는 열 교환기를 포함하고, 상기 열 교환기의 유입구가 상기 중간 탱크의 배출구와 유체 연통하여 상기 중간 탱크로부터의 극저온 액체가 상기 가온된 극저온 유체를 생성하기 위해 상기 열 교환기 내에서 가온되고, 그리고 상기 열 교환기의 배출구가 상기 혼합 접합부와 연통하는
    극저온 유체 분배 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 극저온 유체가 액체 천연 가스인
    극저온 유체 분배 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    천연 가스 증기가 상기 단계 e)에서 바이패스 회로로부터 액체 천연 가스와 혼합되도록, 상기 가열 장치가 상기 가열 회로로 지향된 액체 천연 가스를 증기화시키는
    극저온 유체 분배 방법.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 회로는 상기 중간 탱크의 상기 배출구 및 상기 열 교환기의 상기 유입구와 각각 유체 연통하는 제1 및 제2 라인을 더 포함하고, 상기 제1 라인은 극저온 액체가 상기 중간 탱크로부터 상기 열 교환기로 유동하는 것을 허용하도록 구성된 제1 체크 밸브를 포함하고, 상기 제2 라인은 극저온 유체가 상기 열 교환기로부터 상기 중간 탱크로 유동하는 것을 허용하도록 구성된 체크 밸브를 포함하는
    극저온 유체 분배 시스템.
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