KR102208575B1 - 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템 - Google Patents

압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템 Download PDF

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강태희
이영철
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Abstract

압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템이 제공된다. 복합 충전시스템은, 천연가스를 공급받는 천연가스라인, 천연가스라인에 배치되어 공급된 천연가스를 압축시키는 압축기, 천연가스라인의 압축기 후단에서 분기된 분기라인, 분기라인에 배치되어 압축기에서 압축된 압축천연가스를 공급받고 액화시켜 액화천연가스를 생성하는 액화모듈, 압축기에서 압축되고 천연가스라인을 통과한 압축천연가스를 저장하는 압축가스저장탱크, 액화모듈에서 생성되고 분기라인을 통과한 액화천연가스를 저장하는 액화가스저장탱크, 압축가스저장탱크로부터 압축천연가스를 공급받아 수요처로 제공하는 압축가스공급기, 및 액화가스저장탱크로부터 액화천연가스를 공급받아 수요처로 제공하는 액화가스공급기를 포함한다.

Description

압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템{Compressed natural gas and liquefied natural gas composite charge system}
본 발명은 천연가스를 공급하고 충전하는 충전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 압축천연가스 및 액화천연가스를 함께 공급하고 충전할 수 있는 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템에 관한 것이다.
엔진의 연료로는 대개 가솔린이나 디젤이 사용된다. 가솔린과 디젤은 모두 석유연료로서 발생량이나 성분에 다소 차이는 있으나 엔진 내부에서 연소하면서 매연이나 다른 오염물질을 다량 생성하는 공통점을 갖는다. 따라서 환경오염을 감소시키기 위해 이들의 사용량을 줄이거나 다른 연료로 대체하는 방안 등이 지속적으로 논의되고 있다.
천연가스 연료의 사용은 이에 따른 대안 중의 하나로서 가스엔진의 기술적 발전과 함께 각광받게 되었다. 천연가스를 연료로 사용하는 경우 매연의 발생량이 감소하며 일산화탄소나 질소산화물 등 다른 오염물질의 배출량도 줄어들어 대기 오염을 크게 개선하는 효과를 얻을 수 있다. 정부나 지자체에서도 천연가스엔진을 사용하는 버스 등을 보급하여 환경오염을 감소시키고자 하고 있다.
그러나 천연가스는 저장방식이나 수송방식이 통합되어 있지 않고 관련 기술도 아직 개발 중이며 이로 인해 연료로 사용하더라도 차량 등에 가스 상으로 공급하거나 액상으로 공급하는 방식 등이 혼재하고 있어 공급과 관련된 기술적 어려움이 있다. 이로 인해 적절한 천연가스 공급시설이나 충전시설의 설치 등이 매우 곤란하고 가스공급과 관련된 시스템 구성이 비효율적으로 이루어지는 등 여러 가지 문제가 있어 이에 대한 개선이 필요하였다.
특히 LNG(Liquefied natural gas)로의 기술적 패러다임의 변화 등으로 인해서 CNG(Compressed natural gas)와 LNG를 동시에 또는 선택적으로 공급 및 충전할 수 있는 시설의 필요성이 부각되고 있음에도 불구하고, 이에 따라 양자 모두를 공급 가능한 시설을 갖추고자 하는 경우, 부지의 문제나 신규설비 설치에 따른 막대한 비용문제 및 앞서 언급한 시스템 구성의 비효율성과 관련된 문제들이 해소되지 못하여 실현이 상당히 곤란하였다.
대한민국등록특허공보 제10-0562795호, (2006. 03. 23)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 압축천연가스 및 액화천연가스를 함께 공급하고 충전할 수 있는 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템을 제공하고자 하는 것이며, 이를 통해 천연가스 공급과 관련한 제반 기술의 향상을 도모하고자 하는 것이다. 아울러 압축천연가스의 공급시설과 같은 기존 인프라를 효율적으로 활용하여 압축천연가스 및 액화천연가스를 함께 공급하고 충전할 수 있는 복합 충전시스템을 편리하게 구현하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템은, 천연가스를 공급받는 천연가스라인; 상기 천연가스라인에 배치되어 공급된 천연가스를 압축시키는 압축기; 상기 천연가스라인의 상기 압축기 후단에서 분기된 분기라인; 상기 분기라인에 배치되어 상기 압축기에서 압축된 압축천연가스를 공급받고 액화시켜 액화천연가스를 생성하는 액화모듈; 상기 압축기에서 압축되고 상기 천연가스라인을 통과한 압축천연가스를 저장하는 압축가스저장탱크; 상기 액화모듈에서 생성되고 상기 분기라인을 통과한 액화천연가스를 저장하는 액화가스저장탱크; 상기 압축가스저장탱크로부터 압축천연가스를 공급받아 수요처로 제공하는 압축가스공급기; 및 상기 액화가스저장탱크로부터 액화천연가스를 공급받아 수요처로 제공하는 액화가스공급기를 포함한다.
상기 액화모듈은, 상기 분기라인으로 공급된 압축천연가스를 감압시켜 팽창 및 과냉각시키는 팽창밸브, 상기 팽창밸브 후단에서 상기 팽창밸브를 통과하여 생성된 기액 혼합물을 상분리하여 액화천연가스 및 극저온의 회수가스로 분리하여 배출하는 기액분리기, 및 상기 팽창밸브 전단에서 상기 팽창밸브로 공급되는 압축천연가스를 열교환을 통해 예냉시키는 열교환부를 포함할 수 있다.
상기 기액분리기와 상기 천연가스라인의 상기 압축기 전단 사이에, 상기 열교환부를 경유하여 연결되어, 상기 회수가스를 상기 열교환부에서 열교환시킨 후 상기 천연가스라인으로 회수하는 회수가스라인을 더 포함할 수 있다.
상기 열교환부는, 상기 회수가스라인을 통해서 직렬로 연결되어 회수가스를 순차적으로 통과시키며 서로 다른 온도로 압축천연가스를 다단 냉각시키는 복수 개의 회수가스열교환기를 포함할 수 있다.
상기 열교환부는, 복수 개의 상기 회수가스열교환기의 사이에 위치하여 독립된 냉매 사이클로 압축천연가스를 냉각시키는 적어도 하나의 독립열교환기를 더 포함할 수 있다.
상기 압축기를 통과하여 압축된 압축천연가스를 상기 천연가스라인에서 분기시켜 외부로 제공하는 제1접속라인, 및 상기 압축가스공급기 전단에 연결되어 외부로부터 압축천연가스를 제공받고 상기 압축가스공급기로 공급하는 제2접속라인 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 천연가스라인은 천연가스 공급이 가능한 피드가스라인과 연결되며, 상기 피드가스라인은 도시가스 공급배관을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 분기라인, 상기 액화모듈, 상기 액화가스저장탱크, 및 상기 액화가스공급기는 모듈 형태로 상기 천연가스라인과 탈착될 수 있다.
본 발명에 의하면, 압축천연가스 및 액화천연가스의 서로 다른 상으로 천연가스를 저장하고 있다가 필요에 따라 원하는 수요처에 각각 공급하고 충전시킬 수 있다. 특히 필요한 압력으로 가스의 압력을 조절하거나, 액화시켜 상변화시키는 과정을 통해 단일한 가스 상으로 천연가스를 공급받더라도 압축천연가스와 액화천연가스 양자 모두를 원활하게 공급하는 것이 가능하다. 또한 시스템 내부에서 상변화 등의 과정으로 생성되거나 입출되는 열에너지를 적소에 재사용하여 전체 시스템을 에너지 효율적인 방식으로 운용할 수 있으며, 또한 기존의 설비를 폐기하거나 제거하지 않고도 본 발명을 편리하게 적용하거나 설치하여 사용할 수 있어 자원 활용도도 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템의 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 복합 충전시스템의 작동과정을 도시한 작동도들이다.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 명세서에서 단수 형태는 문맥이 분명히 다르게 지시하지 않는 한 복수 인용을 포함할 수 있다. 예를 들어, '가스'에 대한 언급은 단수 또는 복수의 그러한 물질에 대한 언급을 포함할 수 있으며, '변환' 등에 대한 언급은 단수 또는 복수의 그러한 단계들을 지시할 수 있다. 또한, 명시적으로 다르게 서술하지 않는 한 단계들은 순차적 및/또는 병렬로 수행될 수 있다.
또한, 확인된 특징이나 상황 등과 관련한 서술로 '실질적으로'는 확인된 특징 또는 상황을 측정 가능하게 빗나가지 않는 충분히 작은 편차 정도를 의미할 수 있다. 허용되는 편차의 정확한 정도는 특정 경우에 따라 다를 수 있다.
또한, '라인'은 유체의 유동경로 및/또는 해당 유동경로를 따라 형성된 유체 흐름을 의미할 수 있다. 예를 들어, 각 라인은 유체의 유동경로를 형성하는 배관이나 배관들의 집합을 의미할 수도 있으나, 필요에 따라 그 배관을 따라 유동하는 유체(또는 유체흐름)자체를 의미할 수도 있다.
또한, '전단' 및 '후단'은 유체의 흐름방향을 기준으로 정의될 수 있으며 예를 들어, 하나의 구성에 대해 유체가 유입되는 측을 '전단', 유체가 배출되는 측을 '후단'으로 정의할 수 있다.
또한, '액화' 라는 용어는 기체상태의 천연가스가 액체상태의 액화천연가스로 상변화하는 것을 의미할 뿐 아니라, 임계압력 이상으로 압축된 초임계 상태의 천연가스가 액체 상태의 액화천연가스가 되는 것을 포함하는 개념일 수 있다.
또한, 압력단위 bara는 절대압[bar(absolute)]을 의미하며 barg는 계기압[bar(gauge)]을 의미한다. 통상 절대압은 계기압보다 대기압만큼 클 수 있다.
또한, 열교환부가 복수의 열교환기로 구성된 경우, 필요에 따라 열교환부로 지칭하면서 그에 포함된 열교환기 일부만을 번호로 지시할 수 있다. 이는 열교환부의 동작과 구조를 좀더 분명히 하기 위해 의도된 것으로 문맥상 의미는 명확할 것이다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템(1)은, 천연가스를 공급받고 압축시켜 압축천연가스로 변환하여 저장하는 구성과 공급된 천연가스를 액화시켜 액화천연가스를 생성한 후 저장하는 구성이 유기적으로 통합되어 형성된다. 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템(1)은 천연가스가 압축천연가스로 변환되는 변환과정의 적소에서 압축된 천연가스를 분기시켜 액화과정에 참여시킬 수 있으며, 반대로 액화과정에서 생성된 가스 상 유체는 다시 회수하여 압축천연가스로 변환시켜 사용할 수 있다. 이를 통해 서로 다른 상의 유체를 하나의 통합된 시스템 안에서 매우 효율적으로 취급하는 것이 가능하다. 특히 시스템 내에서 상변화 등의 과정을 통해 입출되는 열에너지는 유체 순환구조 등을 통해 시스템 안에서 높은 효율로 재사용하는 것이 가능하여 에너지 낭비 없이 압축천연가스와 액화천연가스 양자를 매우 효율적으로 저장하고 공급하는 시스템을 구현할 수 있다. 또한 천연가스를 가스 상의 압축천연가스뿐만 아니라, 액상의 액화천연가스의 형태로도 저장하므로 종래 가스 상으로만 저장하던 설비에 비해 전체 천연가스의 저장용량을 크게 증가시켜 필요한 수요에 적절히 대응할 수 있다. 또한 심야전기 등을 이용하여 액화천연가스를 생성하였다가 필요한 때 원활하게 공급할 수 있으므로, 전체 시스템을 중단 없이 지속적으로 가동하며 필요한 수요처에 매우 원활하게 천연가스를 공급해 줄 수 있다. 이하, 이러한 특징을 갖는 본 발명의 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템(1)을 본 발명의 일 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템(1)은 다음과 같이 구성된다. 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템(1)은, 천연가스를 공급받는 천연가스라인(20), 천연가스라인(20)에 배치되어 공급된 천연가스를 압축시키는 압축기(21), 천연가스라인(20)의 압축기(21) 후단에서 분기된 분기라인(40), 분기라인(40)에 배치되어 압축기(21)에서 압축된 압축천연가스를 공급받고 액화시켜 액화천연가스를 생성하는 액화모듈(41), 압축기(21)에서 압축되고 천연가스라인(20)을 통과한 압축천연가스를 저장하는 압축가스저장탱크(31), 액화모듈(41)에서 생성되고 분기라인(40)을 통과한 액화천연가스를 저장하는 액화가스저장탱크(51), 압축가스저장탱크(31)로부터 압축천연가스를 공급받아 수요처로 제공하는 압축가스공급기(32), 및 액화가스저장탱크(51)로부터 액화천연가스를 공급받아 수요처로 제공하는 액화가스공급기(52)를 포함한다. 본 실시예에서 액화모듈(41)은, 분기라인(40)으로 공급된 압축천연가스를 감압시켜 팽창 및 과냉각시키는 팽창밸브(440), 팽창밸브(440) 후단에서 팽창밸브(440)를 통과하여 생성된 기액 혼합물을 상분리하여 액화천연가스 및 극저온의 회수가스로 분리하여 배출하는 기액분리기(450), 및 팽창밸브(440) 전단에서 팽창밸브(440)로 공급되는 압축천연가스를 열교환을 통해 예냉시키는 열교환부(410, 420, 430)를 포함하며, 기액분리기(450)와 천연가스라인(20)의 압축기(21) 전단 사이에는, 열교환부(410, 430)를 경유하여 연결되어, 상기 회수가스를 열교환부(410, 430)에서 열교환시킨 후 천연가스라인(20)으로 회수하는 회수가스라인(60)을 더 포함할 수 있다. 이하 이러한 본 발명의 일 실시예에 의한 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템(1)의 구성 및 작용효과 등을 각 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명한다. 설명은 도 1의 구성도를 기본으로 하며 필요에 따라 작동과정이 도시된 도 2 내지 도 4의 도면들을 함께 참조하여 진행한다.
압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템(1)은 천연가스라인(20)을 통해서 시스템 외부로부터 천연가스를 공급받는다. 천연가스라인(20)은 일 측으로 천연가스를 공급받고, 타 측으로는 천연가스를 압축시킨 압축천연가스를 배출하는 라인으로 하나 또는 복수 배관으로 형성될 수 있다. 천연가스라인(20)에는 천연가스를 공급받고 압축하는 압축기(21)가 배치되어 있어 압축기(21)를 사이에 두고 압력이 변화될 수 있으므로, 압력변화에 따라 대응하는 허용압력을 갖는 서로 다른 배관의 집합으로 천연가스라인(20)을 구성할 수 있다. 예를 들어, 천연가스라인(20)은 천연가스가 공급되는 압축기(21) 전단 측 보다 압축기(21) 후단 측이 상대적으로 높은 압력에 견딜 수 있도록 구성될 수 있다. 그러나 이는 하나의 예로 이와 같이 한정될 필요는 없으며 그 밖에도 여러 가지 다양한 형태로 천연가스를 공급받는 천연가스라인(20)을 구현할 수 있다.
천연가스라인(20)은 천연가스 공급이 가능한 피드가스라인(10)과 연결될 수 있고, 피드가스라인(10)은 도시가스 공급배관을 포함하여 형성될 수 있다. 피드가스라인(10)은 예를 들어, 그 전체가 도시가스 공급배관으로 이루어지거나 적어도 일부가 도시가스 공급배관을 포함하는 형태로 형성될 수 있다. 즉 천연가스라인(20)은 관로를 통해 천연가스를 제공하는 도시가스 공급배관과 연결되어 천연가스를 공급받을 수 있다. 도시가스 공급배관은 종래 보급되어 있는 것을 사용할 수 있으므로 이러한 구성을 통해 도시가스 공급배관으로부터 보다 편리하게 천연가스를 제공받을 수 있는 이점을 얻을 수 있다. 그러나 이 역시 천연가스를 공급받을 수 있는 하나의 예이므로 이와 같이 한정될 필요는 없으며 그 밖에도 여러 가지 다양한 방식으로 천연가스라인(20)에 천연가스를 공급해 줄 수 있다.
압축기(21)는 천연가스를 공급받는 천연가스라인(20)에 배치되어 공급된 천연가스를 압축시킨다. 압축기(21)는 천연가스라인(20) 상의 적절한 위치에 배치될 수 있으며 하나 또는 복수로 형성될 수 있다. 압축기(21)는 압축단이 단일 또는 복수로 구성될 수 있으며 천연가스를 가압하여 압축시킬 수 있는 여러 가지 다양한 형태로 구현될 수 있다. 따라서 도시된 형태로 압축기(21)의 형태나 구성을 한정하여 이해할 필요는 없다. 예를 들어 압축기(21)는, 실린더 내 로터나 임펠러 등 회전구조를 이용하여 압축하는 회전식 또는 원심식 등의 압축기일 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 피스톤으로 압축하는 왕복동식 압축기(reciprocating compressor)일 수도 있다. 또한 가능한 경우, 다이어프램 압축기, 유압실린더 압축기, 축류 압축기 등 여러 형태의 압축기를 하나 또는 복수로 활용하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 압축기(21)는 2단 이상 다단 압축이 가능한 복수의 압축단을 갖는 것일 수 있으며 압축단 사이에는 서로 다른 압축단 사이에서 압축가스의 온도를 조절하는 인터쿨러(미도시) 등이 설치될 수도 있다. 또한 압축기(21) 후단에도 압축에 의해 온도가 상승한 압축천연가스를 냉각시키는 애프터쿨러(미도시) 등이 설치되는 것도 가능하다. 압축기(21)에서 압축된 압축천연가스는 예를 들어, 240~260 barg, 또는 245~255 barg, 또는 약 249 barg의 압력을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 압축기(21)에서 압축된 압축천연가스는 필터유닛(70)을 통과하게 형성될 수 있다. 필터유닛(70)은 압축기(21)에서 압축된 압축천연가스를 필터링하여 이물질을 제거할 수 있다. 필터유닛(70)은 특히, 압축기(21)에서 천연가스와 부분적으로 혼합될 수 있는 윤활유와 같은 이물질을 제거하는 데 유용하게 사용될 수 있다. 예를 들면, 실린더를 이용하는 왕복동식 압축기 등의 경우 실린더 내부에서 부분적으로 윤활유와 천연가스가 혼합될 가능성이 있으므로 압축기(21)를 통과한 압축천연가스로부터 윤활유와 같은 이물질은 제거해주는 것이 바람직하다. 또한 윤활유와 같은 이물질은 압축천연가스와 섞여 분기라인(40)으로 유입되면 액화모듈(40)에서 냉각되며 관로 등에 고착되어 문제를 일으킬 수 있으므로 사전에 이를 제거해 주는 것이 매우 바람직하다. 필터유닛(70)은 하나 또는 복수의 필터로 구성될 수 있으며, 서로 다른 라인 상에 복수의 필터유닛(70)을 배치하는 것도 가능하다. 따라서 도면에 도시된 필터유닛(70)의 형태나 배치는 예시적인 것이므로 그와 같이 한정될 필요는 없다. 예를 들어, 필터유닛(70)은 천연가스라인(20) 및 분기라인(40) 중 적어도 하나에 배치될 수 있으며 구체적으로, 도시된 바와 같이 압축기(21) 후단의 천연가스라인(20) 및 액화모듈(40) 전단의 분기라인(40) 중 적어도 어느 하나에 설치될 수 있다.
또한, 필요한 경우 분기라인(40)의 액화과정에서 문제를 일으키지 않도록 액화모듈(40)의 제1회수가스열교환기(410)와 독립열교환기(420)의 사이나, 독립열교환기(420)와 제2회수가스열교환기(430)의 사이의 분기라인(40) 등에 하나 또는 복수로 필터유닛(70)을 배치하는 것도 얼마든지 가능하다. 필터유닛(70)은 오일 증기나 액상의 오일 등을 가스로부터 분리 가능하게 형성될 수 있고, 예를 들면, 코어레서(coalescer)나, 활성탄을 이용한 업소버(absorber)등을 복합하여 구성할 수 있다. 또한 그 밖에도 필요에 따라 가스로부터 액상물질을 분리하는 분리기(separator)나, 미립자 필터(particulate filter)와 같은 다른 형태의 장치를 활용하여 구성하는 것도 얼마든지 가능하다. 여러 가지 다양한 방식으로 필터유닛(70)을 형성하고 적소에 배치하여 윤활유와 같은 이물질을 제거하고 시스템이 원활하게 작동하도록 구성할 수 있다.
분기라인(40)은 이러한 천연가스라인(20)의 압축기(21) 후단에서 분기되어 형성된다. 분기라인(40)은 압축기(21)에서 압축된 압축천연가스를 공급받고 일련의 처리과정을 거쳐 액상으로 상변화시키는 라인으로 예를 들어, 천연가스라인(20)의 압축기(21) 후단에서 분기되어 액화가스저장탱크(51)까지 연장될 수 있다. 분기라인(40)은 고압으로 압축된 압축천연가스 외에도 액화된 액화천연가스도 유동하는 라인이므로, 그에 대응하여 허용압력이 서로 다른 복수 배관으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 분기라인(40)은 액화모듈(41)까지 압축천연가스가 수송되는 액화모듈(41) 전단 측이 액화모듈(41) 후단 측보다 상대적으로 높은 압력에 견딜 수 있게 형성될 수 있다. 반면 액화모듈(41) 후단 측은 극저온의 액화천연가스의 증발을 막도록 단열성능을 강화시켜 형성할 수 있다. 그러나 분기라인(40) 역시 여러 가지 다양한 방식으로 구성될 수 있으므로 이와 같이 한정하여 이해할 필요는 없다.
분기라인(40)에는 천연가스라인(20)의 압축기(21)에서 압축된 압축천연가스를 공급받고 액화시켜 액화천연가스를 생성하는 액화모듈(41)이 배치된다. 액화모듈(41)은 분기라인(40) 상에서 천연가스라인(20)으로부터 압축천연가스를 공급받을 수 있는 적절한 위치에 배치될 수 있으며 압축천연가스를 액화시킬 수 있는 여러 가지 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 본 실시예에서 액화모듈(41)은, 전술한 바와 같은 열교환부(410, 420, 430), 팽창밸브(440), 기액분리기(450)를 포함하는 형태로 구성되고, 기액분리기(450)와 천연가스라인(20)의 압축기(21) 전단 사이에는 열교환부(410, 430)를 경유하여 연결되는 회수가스라인(60)이 형성될 수 있다. 이러한 액화모듈(41)과 회수가스라인(60)의 배치를 통해서 시스템 내부에서 서로 다른 2상의 유체를 보다 효율적으로 취급할 수 있고 유체 상변화와 순환과정을 이용한 열수송을 통해 버려질 수 있는 열에너지를 회수하여 시스템의 에너지 효율도 크게 상승시킬 수 있다. 액화모듈(41) 및 회수가스라인(60)의 구체적인 구성과 이를 포함하는 시스템의 동작과정은 후술하여 보다 상세히 설명한다.
압축가스저장탱크(31)는 압축기(21)에서 압축되고 천연가스라인(20)을 통과한 압축천연가스를 저장하도록 형성된다. 압축가스저장탱크(31)는 천연가스라인(20)이 끝나는 지점에 배치될 수 있으며 천연가스라인(20)과 직접 연결되어 천연가스라인(20)의 압축기(21)에서 압축된 압축천연가스를 공급받을 수 있다. 그러나 그와 같이 한정될 필요는 없으며 필요에 따라, 압축가스저장탱크(31)는 천연가스라인(20)과 착탈이 가능하게 형성되거나, 천연가스라인(20)과의 사이에 또 다른 관로를 사용하여 연결하거나, 분리되어 있더라도 천연가스라인(20)을 통과한 압축천연가스를 수송할 수 있는 여러 가지 수송수단을 통해 압축천연가스를 공급받게 형성될 수 있다. 즉 압축가스저장탱크(31)는 압축기(21)에서 압축되고 천연가스라인(20)을 통과한 압축천연가스를 저장할 수 있는 한 특별히 제한될 필요는 없다. 압축가스저장탱크(31)는 예를 들어, 압축천연가스의 압력을 견딜 수 있는 고압 압력용기 등으로 형성될 수 있으며 용기는 하나 또는 복수 개로 다양하게 형성될 수 있다.
액화가스저장탱크(51)는 분기라인(40)의 액화모듈(41)에서 생성되고 분기라인(40)을 통과한 액화천연가스를 저장하도록 형성된다. 액화가스저장탱크(51)는 천연가스라인(20)으로부터 분기된 분기라인(40)의 말단에 배치될 수 있으며 분기라인(40)과 직접 연결되어 액화모듈(41)에서 생성된 액화천연가스를 공급받을 수 있다. 그러나 액화가스저장탱크(51) 역시 그와 같이 한정될 필요는 없으며 필요에 따라 분기라인(40)과 착탈이 가능하게 형성되거나, 분기라인(40)과의 사이에 또 다른 관로를 사용하여 연결하거나, 분리되어 있더라도 분기라인(40)을 통과한 압축천연가스를 수송할 수 있는 여러 가지 수송수단을 통해 액화천연가스를 공급받게 형성될 수 있다. 즉 액화가스저장탱크(51)는 역시 액화모듈(41)에서 생성되고 분기라인(40)을 통과한 액화천연가스를 저장할 수 있는 한 특별히 제한될 필요는 없다. 액화가스저장탱크(51)는 압축가스저장탱크(31) 보다는 상대적으로 낮은 압력으로 유지가 가능하며, 극저온 상태의 액화천연가스의 증발을 막을 수 있도록 단열성능을 강화하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 액화가스저장탱크(51)는 하나 또는 그 이상의 단열구조가 형성된 방벽 등을 갖는 극저온 용기 등으로 형성될 수 있다. 도시되지 않았지만, 액화가스저장탱크(51)에서 기화되어 생성된 증발가스(Boil off gas) 등은 시스템 내부로 환류시켜 재사용하도록 형성하는 것도 얼마든지 가능하다. 액화가스저장탱크(51)에 저장된 액화천연가스는 감압되어 예를 들면, 4~10bar 정도의 압력을 가질 수 있다.
압축가스저장탱크(31)에 저장된 압축천연가스는 압축가스공급기(32)를 통해서 수요처로 제공할 수 있다. 압축가스공급기(32)는 압축가스저장탱크(31)로부터 압축천연가스를 공급받아 수요처로 제공하는 기능을 갖는 다양한 형태의 장치를 포함할 수 있다. 압축가스공급기(32)는 예를 들어, 압축가스라인(30)을 통해 압축가스저장탱크(31)와 연결되어 있을 수 있으며, 압축가스저장탱크(31)로부터 직접 압축천연가스를 공급받아 수요처로 공급할 수 있다. 압축가스공급기(32)는 압축천연가스를 원하는 양으로 분배하여 외부로 공급할 수 있는 다양한 장치를 의미하는 것으로 그러한 한도 내에서 특별히 제한될 필요는 없다. 예를 들어, 압축가스공급기(32)는 차량 등에 압축천연가스를 주입 수 있는 가스주입기를 포함할 수 있으며, 차량이 아닌 다른 형태의 수요처에 압축천연가스를 공급하기 위한 밸브, 압력조절장치 등 유체 조절이 가능한 여러 가지 구조를 포함하는 또 다른 형태로 형성될 수도 있다. 이때 수요처는 예를 들어, 압축천연가스를 연료로 사용하는 차량일 수 있으나, 그와 같이 한정될 필요는 없으며 압축천연가스를 사용하는 다른 장치나 설비 등도 포함할 수 있다.
액화가스저장탱크(51)에 저장된 액화천연가스는 액화가스공급기(52)를 통해서 수요처로 제공할 수 있다. 액화가스공급기(52)는 액화가스저장탱크(51)로부터 액화천연가스를 공급받아 수요처로 제공하는 기능을 갖는 다양한 형태의 장치를 포함할 수 있다. 액화가스공급기(52)는 예를 들어, 액화가스라인(50)을 통해 액화가스저장탱크(51)와 연결될 수 있으며, 액화가스저장탱크(51)로부터 직접 액화천연가스를 공급받아 수요처로 공급할 수 있다. 액화가스공급기(52) 역시 액화천연가스를 원하는 양으로 분배하여 외부로 공급할 수 있는 다양한 장치를 의미하는 것으로 그러한 한도 내에서 특별히 제한될 필요는 없다. 액화가스공급기(52)는 차량 등에 액화천연가스를 주입할 수 있는 액체주입기를 포함할 수 있으며, 차량이 아닌 다른 형태의 수요처에 액화천연가스를 공급하기 위한 밸브, 압력조절장치 등 유체 조절이 가능한 여러 가지 구조를 포함하는 또 다른 형태로 형성될 수도 있다. 이때 수요처는 예를 들어, 액화천연가스를 연료로 사용하는 차량일 수 있으나, 그와 같이 한정될 필요는 없으며 액화천연가스를 사용하는 다른 장치나 설비 등도 포함할 수 있다. 이러한 압축가스공급기(32) 및 액화가스공급기(52)는 각각 고압상태의 압축천연가스 및 저압 저온인 액화천연가스의 상태를 고려하여 각각 그에 알맞게 유체를 제어하고 공급할 수 있는 구조로 형성될 수 있다.
이러한 구성을 통해 시스템으로 천연가스를 공급받고 압축시켜 압축천연가스로 변환시켜 저장하였다가 수요처로 공급할 수 있고, 또한 압축천연가스의 적어도 일부는 액화모듈(41)을 거쳐 액상으로 상변화시켜 액화천연가스로 저장하였다가 수요처로 공급할 수 있다. 즉 외부에서 공급된 천연가스를 가스 상인 압축천연가스와, 액체 상인 액화천연가스의 서로 다른 상으로 변환시켜 각각 저장하였다가, 필요한 수요처에 공급하고 충전시킬 수 있다. 이하에서는, 도 2 내지 도 4를 참조하여 액화모듈(41)의 구체적인 구현형태와 전술한 회수가스라인(60)을 통한 유체 순환과정을 좀더 상세히 설명하고, 이를 기초로 한 시스템 전체의 작동과정을 설명한다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 복합 충전시스템의 작동과정을 도시한 작동도들이다.
액화모듈(41)은 전술한 바와 같이 열교환부(410, 420, 430), 팽창밸브(440), 및 기액분리기(450)를 포함하는 형태로 형성될 수 있다. 액화모듈(41)은 분기라인(40)으로 공급된 압축천연가스[도 2 내지 도 4의 분기라인(40) 상에 도시된 점선 화살표 참고]를 감압시켜 팽창 및 과냉각시키는 팽창밸브(440), 팽창밸브(440) 후단에서 팽창밸브(440)를 통과하여 생성된 기액 혼합물을 상분리하여 액화천연가스[도 3 및 도 4의 분기라인(40) 상에 도시된 일점 쇄선 화살표 참고] 및 극저온의 회수가스[도 3 및 도 4의 회수가스라인(60) 상에 도시된 점선 화살표 참고]로 분리하여 배출하는 기액분리기(450), 및 팽창밸브(440) 전단에서 팽창밸브(440)로 공급되는 압축천연가스를 열교환을 통해 예냉시키는 열교환부(410, 420, 430)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 기액분리기(450)와 천연가스라인(20)의 압축기(21) 전단 사이에는, 열교환부(410, 430)를 경유하여 연결되어 회수가스를 열교환부(410, 430)에서 열교환시킨 후 천연가스라인(20)으로 회수하는 회수가스라인(60)이 형성되어, 기액분리기(450)에서 분리 배출된 극저온의 회수가스를 분기라인(40)으로 공급된 압축천연가스와 열교환시키며 액화과정을 진행할 수 있다.
열교환부(410, 420, 430)는 회수가스라인(60)을 통해서 직렬로 연결되어 회수가스를 순차적으로 통과시키며 서로 다른 온도로 압축천연가스를 다단 냉각시키는 복수 개의 회수가스열교환기(410, 430)를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 복수 개의 회수가스열교환기의 사이에 위치하여 독립된 냉매 사이클로 압축천연가스를 냉각시키는 적어도 하나의 독립열교환기(420)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 의해 열교환부(410, 420, 430)는, 상대적으로 고온에서 동작하는 고온부 열교환기로 기능하는 제1회수가스열교환기(410), 상대적으로 저온에서 동작하는 저온부 열교환기로 기능하는 제2회수가스열교환기(430), 및 이들의 사이에 배치되어 중간온도로 동작하는 독립열교환기(420)를 포함할 수 있다.
열교환부(410, 420, 430)는 분기라인(40)으로 공급된 압축천연가스를 팽창밸브(440)에서 팽창시켜 과냉각하기 이전에 예냉(pre-cooling)시키는 역할을 한다. 이러한 예냉 과정은 후속하는 과냉각 과정과 유기적으로 통합된다. 열교환부(410, 420, 430)의 제1회수가스열교환기(410)와 제2회수가스열교환기(430)는 회수가스라인(60)을 통해서 서로 직렬로 연결되며, 기액분리기(450)에서 생성된 극저온의 회수가스는 도 3에 도시된 바와 같이 분기라인(40)으로 공급된 압축천연가스의 진행방향과 역방향으로 회수가스라인(60)을 따라 제2회수가스열교환기(430)로부터 제1회수가스열교환기(410)로 각 회수가스열교환기를 차례로 통과하게 된다. 이에 따라 회수가스의 온도가 변화하며 서로 다른 온도로 압축천연가스와 차례로 열교환하여 압축천연가스를 다단 냉각시킬 수 있다. 즉, 천연가스의 액화과정에서 상변화에 의해 생성된 회수가스를 다시 액화과정에 필요한 냉매로 재사용하여 에너지 효율을 극대화시킬 수 있다.
제1회수가스열교환기(410)와 제2회수가스열교환기(430)의 사이에는 독립된 사이클로 작동하는 독립열교환기(420)가 배치된다. 독립열교환기(420)는 예를 들어, 프로판과 같은 탄소수 3인 탄화수소를 독립된 냉매로 사용할 수 있고 이를 순환시키는 냉매라인(420a)을 포함할 수 있다. 냉매라인(420a)에는 독립적으로 냉매를 압축 및 냉각시키는 냉동기(420b)가 연결되어 독립된 냉매 사이클을 구성할 수 있다. 냉동기(420b)는 예를 들어, 다이어프램 압축기 등을 내장하여 냉매 누출이 없도록 컴팩트하게 형성한 일체형 칠러(chiller) 등으로 형성할 수 있다. 독립열교환기(420)는 제1회수가스열교환기(410)와 제2회수가스열교환기(430)의 사이에서 중간온도로 압축된 천연가스를 냉각시키며 냉각효율을 증대시킬 수 있다. 이와 같이 구성된 열교환부(410, 420, 430)를 통과하여 냉각된 압축천연가스의 온도는 약 -50~-75℃ 또는 약 -55~-70℃ 또는 약-65℃일 수 있으며 이러한 과정에서 일부는 액화될 수 있다.
제1회수가스열교환기(410), 독립열교환기(420), 및 제2회수가스열교환기(430)는 예를 들어, 극저온 열교환기로 형성될 수 있다. 이들은 인쇄 회로 기판형 열교환기(PCHE: Printed Circuit Heat Exchanger), 알루미늄 판형 열교환기(aluminum plate exchanger) 등을 포함하는 다양한 형태의 열교환기로 형성될 수 있다. 열교환부(410, 420, 430)를 형성하는 제1회수가스열교환기(410), 독립열교환기(420), 및 제2회수가스열교환기(430) 각각은 주위로부터의 열 유입을 최소화하기 위해 적절하게 단열 처리될 수 있으며 이들을 포함하는 액화모듈(41) 전체를 착탈이나 분리결합이 용이하게 패키지 형태로 제작할 수 있다. 또한, 분기라인(40)과 회수가스라인(60) 및 액화가스저장탱크(51) 등도 모듈 형태로 천연가스라인(20)과 탈착이 가능하게 형성함으로써, 종래 천연가스라인(20) 등과 대응하는 설비가 있는 경우 이를 효과적으로 활용하여 본 시스템을 구성하는 것이 가능하다.
팽창밸브(440)는 분기라인(40)을 따라 열교환부(410, 420, 430)의 후단에 배치되며 열교환부(410, 420, 430)를 통과한 압축천연가스를 다시 팽창시켜 과냉각시킨다. 팽창밸브(440)는 예를 들어, 줄-톰슨 밸브로 형성될 수 있으며, 압축된 천연가스는 줄-톰슨 과정에 의해 팽창되며 더욱 냉각될 수 있다. 팽창과정은 등엔탈피 과정으로 압력 차에 의해 천연가스의 부피가 변화되며 극저온으로 냉각될 수 있다. 그러나 반드시 이와 같이 한정될 필요는 없으며, 팽창밸브(440)는 줄-톰슨 밸브 외에 다른 형태의 팽창기(expander)로도 형성될 수 있다. 즉 본 명세서에서 팽창밸브(440)로 설명하나 이는 한정적인 것은 아니며, 천연가스의 가압, 예냉, 팽창, 및 그에 따른 액화를 포함하는 일련의 천연가스 액화와 관련된 처리과정에 적용이 가능한 한도 내에서 줄-톰슨 밸브 외 다른 형태의 팽창기로도 변경하여 적용하는 것이 가능하다. 이와 같은 과냉각 과정에서, 열교환부(410, 420, 430)를 통과하며 예냉된 압축천연가스가 부분적으로 액화되며 플래시 가스가 생성되는 등 상변화를 통해 기액혼합물이 생성될 수 있다. 이에 따라 생성된 유체는 압력이 4~8 barg 또는 5~7 barg 또는 약 6 barg까지 감압되고 온도는 대략-133~-135
Figure 112019083742020-pat00001
까지 낮추어질 수 있다.
기액분리기(450)는 팽창밸브(440)를 통과하여 생성된 기액혼합물을 상분리하여, 액화천연가스, 및 극저온의 회수가스로 분리시켜 배출한다. 기액분리기(450)는 분기라인(40)을 따라 팽창밸브(440)의 후단에 배치되며 예를 들면, 드럼 형태로 유체를 수용하여 밀도차로 상분리하는 기액 분리장치 등으로 형성될 수 있다. 팽창밸브(440)에서 과냉각을 통해 생성된 극저온의 기액혼합물은 이러한 기액분리기(450)에서 상분리되고 이를 통해 생성한 액화천연가스를 기액분리기(450) 후단의 분기라인(40)을 따라 액화가스저장탱크(51)까지 공급할 수 있다. 이러한 과정에서 액화천연가스와 상분리된 극저온의 회수가스는 회수가스라인(60) 따라 이동하여 전술한 예냉 과정의 냉매로 사용된 후 다시 천연가스라인(20)의 압축기(21) 전단으로 합류된다. 회수가스는 액화온도가 낮아 과냉각 시에도 기체상태로 유지되는 것으로 메탄이 주성분인 기체일 수 있으며, 따라서 이를 천연가스라인(20)으로 합류시켜 압축기(21)로부터 시작되는 천연가스 변환과정에 다시 참여시킬 수 있다.
회수가스라인(60)은 기액분리기(450)로부터 전술한 열교환부(410, 430)를 경유하여 천연가스라인(20)의 압축기(21) 전단으로 연결된다. 즉, 기액분리기(450)와 천연가스라인(20)의 압축기(21) 전단 사이에 열교환부(410, 430)를 경유하여 연결되는 회수가스라인(60)을 도시된 바와 같이 형성할 수 있다. 이에 따라 기액분리기(450)에서 상분리되어 배출된 회수가스를 전술한 바와 같이 회수가스라인(60)을 따라 순환시키며 열교환부(410, 420, 430)의 제2회수가스열교환기(430) 및 제1회수가스열교환기(410)를 차례로 통과하여 열교환하는 냉매로 사용할 수 있다. 회수가스라인(60)은 기액분리기(450) 상단으로부터 천연가스라인(20)까지 연결되는 하나 또는 복수의 배관으로 형성될 수 있고 열교환부(410, 420, 430)를 경유하되 특히 열교환부(410, 420, 430)를 구성하는 복수의 회수가스열교환기(410, 430)들을 직렬로 연결하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 액화모듈(41) 및 회수가스라인(60)을 형성함으로써 보다 효율적으로 액화천연가스를 생성하고 에너지 낭비 없이 시스템을 운용하는 것이 가능하다. 이하, 이러한 구성을 바탕으로 본 발명의 전체 시스템 작동과정을 설명한다.
전술한 바와 같이 천연가스는 먼저 천연가스라인(20)으로 공급된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 피드가스라인(10)으로부터 천연가스라인(20)으로 공급된 천연가스는 압축기(21)를 통과하며 압축되고, 천연가스라인(20)을 통과한 후 압축가스저장탱크(31)에 저장된다. 또한 압축된 압축천연가스의 적어도 일부는 천연가스라인(20)에서 분기된 분기라인(40)으로 공급되어 액화과정을 진행하게 된다. 도시되지 않았지만, 필요에 따라 천연가스라인(20)과 분기라인(40)의 분기점이나, 그 주위에 유량 제어가 가능한 밸브 등을 형성하여 분기라인(40) 또는 천연가스라인(20)을 통과하여 압축가스저장탱크(31)로 저장되는 압축천연가스의 양을 조절하도록 형성하는 것도 가능하다. 그러한 경우 압축천연가스 또는 액화천연가스의 수요량을 고려하여 유량을 적절하게 조절해 줄 수 있다. 압축기(21)를 통과하여 압축된 압축천연가스는 전술한 필터유닛(70)을 통과하며 윤활유와 같은 이물질은 제거된다.
분기라인(40)으로 공급된 압축천연가스는 전술한 액화모듈(41)을 통과하며 상변화된다. 액화모듈(41)을 구성하는 각 구성부의 구체적인 동작은 전술한 바와 같으며 이에 따라 도 3에 도시된 바와 같이 액화모듈(41)로부터 액화천연가스를 생성하여 액화모듈(41) 후단의 분기라인(40)을 통해 액화가스저장탱크(51)로 공급해 줄 수 있다. 또한 액화모듈(41)의 기액분리기(450)에서 생성된 극저온의 회수가스는, 전술한 바와 같이 회수가스라인(60)을 따라 열교환부(410, 430)에서 열교환된 후 다시 천연가스라인(20)의 압축기(21) 전단으로 회수된다. 이와 같은 구성으로 분기라인(40) 상에서 액화천연가스를 생성할 수 있으며 액화과정에서 생성되는 회수가스는 천연가스라인(20)으로 회수하여 재사용할 수 있다.
천연가스라인(20)을 통과하여 압축가스저장탱크(31)에 저장된 압축천연가스와 분기라인(40)을 통과하여 액화가스저장탱크(51)에 저장된 압축천연가스 및 액화천연가스는 도 4에 도시된 바와 같이 각각 수요처의 요구에 대응하여 원하는 만큼 외부로 공급될 수 있다. 즉 압축가스저장탱크(31)와 연결된 압축가스공급기(32)를 통해서 압축천연가스를 필요한 만큼 수요처에 공급하여 충전해 줄 수 있으며, 액화가스저장탱크(51)와 연결된 액화가스공급기(52)를 통해서는 액화천연가스를 필요한 만큼 대응하는 수요처에 공급하여 충전해 줄 수 있다. 전술한 바와 같이 수요처는 압축천연가스를 연료로 사용하는 차량이나 액화천연가스를 연료로 사용하는 차량 등일 수 있으나, 그와 같이 한정될 필요는 없으며, 압축천연가스 또는 액화천연가스를 사용하는 다른 장치나 설비 등도 포함할 수 있다.
즉, 하나의 시스템에서 압축천연가스와 액화천연가스를 각각 변환시켜 저장해 두었다가 필요에 따라 원하는 수요처로 매우 편리하게 공급할 수 있다. 특히 본 실시예와 같이 회수가스라인(60)으로 회수가스를 순환시키며 열교환 및 회수가스 회수가 가능한 시스템을 구현하여 열에너지 회수에 의한 에너지 효율의 상승효과와 액화과정을 통해 감소하는 천연가스 부족분을 회수가스 회수분으로 지속적으로 보상하는 보상효과를 함께 얻을 수 있다. 또한, 전술한 것처럼 분기라인(40), 액화모듈(41), 액화가스저장탱크(51), 액화가스공급기(52) 등은 모듈 형태로 천연가스라인(20)과 탈착되도록 구성함으로써 본 발명의 시스템을 종래 설비 등을 그대로 활용하면서 구현하는 것도 얼마든지 가능하다.
즉, 본 시스템을 구성하는 경우 그 전체를 신규설비로 하여 설치하는 것도 물론 가능하나, 바람직하게는 종래 압축천연가스를 공급하는 시설에 구비된 대응설비를 그대로 활용하여 더욱 간편하게 본 시스템으로 업그레이드 할 수 있다. 예를 들면, 종래 시설에 구비되어 있는 압축기(21)가 설치된 천연가스라인(20) 등의 대응설비에 전술한 바와 같은 분기라인(40), 액화모듈(41), 액화가스저장탱크(51), 액화가스공급기(52) 등을 모듈화된 형태로 간편하게 결합함으로써 본 발명의 시스템으로 손쉽게 업그레이드 시켜 사용할 수 있다. 이를 통해 전술한 바와 같은 에너지 효율적인 시스템을 매우 편리하게 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 신규설비로 전체 시스템을 구성하는 경우 발생하는 비용의 낭비도 효과적으로 해소할 수 있다. 또한 종래 설비의 부지를 그대로 활용할 수 있으므로 부지선정과 관련된 문제나 그에 따른 비용 문제도 효과적으로 해결할 수 있다. 이와 같은 방식으로 압축천연가스 및 액화천연가스를 복합적으로 공급하고 충전 가능한 시스템을 구현할 수 있다.
한편, 필요에 따라 본 시스템에 도 4에 도시된 바와 같이 압축기(21)를 통과하여 압축된 압축천연가스를 천연가스라인(20)에서 분기시켜 외부로 제공하는 제1접속라인(22), 및 압축가스공급기(32) 전단에 연결되어 외부로부터 압축천연가스를 제공받고 압축가스공급기(32)로 공급하는 제2접속라인(33) 중 적어도 하나를 형성해 줄 수도 있다. 그러한 경우 이를 통해 외부로부터 압축천연가스를 추가로 공급받거나, 다른 경로로 외부에 압축천연가스를 제공하도록 형성하는 것도 가능하다. 또한, 제1접속라인(22) 및 제2접속라인(33)이 모두 형성되어 있는 경우, 압축가스저장탱크(31) 외에도 압축가스를 저장할 수 있는 저장용 차량 등을 이용하여 제1접속라인(22)을 통해 압축가스를 저장용 차량에 저장하였다가, 상황에 따라 제2접속라인(33)으로 저장용 차량에 저장된 압축천연가스를 공급받아 수요처로 제공해 줄 수 있다. 이와 같이 다양한 방식으로 압축천연가스 및 액화천연가스를 복합적으로 공급하고 충전하는 시스템을 구현할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템
10: 피드가스라인 20: 천연가스라인
21: 압축기 22: 제1접속라인
30: 압축가스라인 31: 압축가스저장탱크
32: 압축가스공급기 33: 제2접속라인
40: 분기라인 41: 액화모듈
50: 액화가스라인 51: 액화가스저장탱크
52: 액화가스공급기 60: 회수가스라인
70: 필터유닛
410: 제1회수가스열교환기 420: 독립열교환기
420a: 냉매라인 420b: 냉동기
430: 제2회수가스열교환기 440: 팽창밸브
450: 기액분리기

Claims (9)

  1. 천연가스를 공급받는 천연가스라인;
    상기 천연가스라인에 배치되어 공급된 천연가스를 압축시키는 압축기;
    상기 천연가스라인의 상기 압축기 후단에서 분기된 분기라인;
    상기 분기라인에 배치되어 상기 압축기에서 압축된 압축천연가스를 공급받고 액화시켜 액화천연가스를 생성하는 액화모듈;
    상기 압축기에서 압축되고 상기 천연가스라인을 통과한 압축천연가스를 저장하는 압축가스저장탱크;
    상기 액화모듈에서 생성되고 상기 분기라인을 통과한 액화천연가스를 저장하는 액화가스저장탱크;
    상기 압축가스저장탱크로부터 압축천연가스를 공급받아 수요처로 제공하는 압축가스공급기; 및
    상기 액화가스저장탱크로부터 액화천연가스를 공급받아 수요처로 제공하는 액화가스공급기를 포함하되,
    상기 액화모듈은,
    상기 분기라인으로 공급된 압축천연가스를 감압시켜 팽창 및 과냉각시키는 팽창밸브, 상기 팽창밸브 후단에서 상기 팽창밸브를 통과하여 생성된 기액 혼합물을 상분리하여 액화천연가스 및 극저온의 회수가스로 분리하여 배출하는 기액분리기, 및 상기 팽창밸브 전단에서 상기 팽창밸브로 공급되는 압축천연가스를 열교환을 통해 예냉시키는 열교환부를 포함하고,
    상기 기액분리기와 상기 천연가스라인의 상기 압축기 전단 사이에, 상기 열교환부를 경유하여 연결되어, 상기 회수가스를 상기 열교환부에서 열교환시킨 후 상기 천연가스라인으로 회수하는 회수가스라인을 더 포함하며,
    상기 열교환부는, 상기 회수가스라인을 통해서 직렬로 연결되어 회수가스를 순차적으로 통과시키며 서로 다른 온도로 압축천연가스를 다단 냉각시키는 복수 개의 회수가스열교환기를 포함하는 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열교환부는, 복수 개의 상기 회수가스열교환기의 사이에 위치하여 독립된 냉매 사이클로 압축천연가스를 냉각시키는 적어도 하나의 독립열교환기를 더 포함하는 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압축기를 통과하여 압축된 압축천연가스를 상기 천연가스라인에서 분기시켜 외부로 제공하는 제1접속라인, 및 상기 압축가스공급기 전단에 연결되어 외부로부터 압축천연가스를 제공받고 상기 압축가스공급기로 공급하는 제2접속라인 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 천연가스라인은 천연가스 공급이 가능한 피드가스라인과 연결되며, 상기 피드가스라인은 도시가스 공급배관을 포함하여 형성되는 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분기라인, 상기 액화모듈, 상기 액화가스저장탱크, 및 상기 액화가스공급기는 모듈 형태로 상기 천연가스라인과 탈착되는 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 천연가스라인 및 상기 분기라인 중 적어도 어느 하나에 배치되며, 상기 압축기에서 압축된 압축천연가스를 필터링하여 이물질을 제거하는 필터유닛을 더 포함하는 압축천연가스 및 액화천연가스 복합 충전시스템.
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