KR102304933B1 - 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템 및 재활용 방법 - Google Patents

액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템 및 재활용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템 및 재활용 방법에 관한 것으로서, 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템은, 초저온 상태의 액화천연가스가 저장되는 LNG 저장탱크부; 상기 LNG 저장탱크부에 저장된 액화천연가스를 펌핑하는 펌프; 상기 펌프에 의해 펌핑된 초저온 상태의 액화천연가스를 충전에 필요한 양만큼 차량의 연료탱크로 공급하는 LNG 디스펜서; 상기 차량의 연료탱크에 액화천연가스의 충전 중 발생하는 증발가스를 회수하여 액화천연가스로 냉각시키는 냉각기; 및 상기 냉각기에 액화질소를 공급하는 액화질소 공급부를 포함하고, 상기 냉각기로 공급된 액화질소가 증발가스와 반응하여 생성된 내부로 유입시키는 유입밸브; 상기 LNG 충전 디스펜서 내부에 채워진 질소가스를 외부로 배출시키는 배출밸브를 더 포함하고, 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템 및 재활용 방법은, LNG 저장탱크부에 저장된 초저온 상태의 액화천연가스를 펌프로 펌핑하는 단계; 상기 초저온 상태의 액화천연가스를 필요한 양만큼 차량의 연료탱크에 충전하는 단계; 상기 차량의 연료탱크에 대한 액화천연가스의 충전 과정 중, 온도 상승에 의해 증발된 증발가스를 액화질소와 열 교환시켜서 액화천연가스로 변환시킨 후, LNG 저장탱크부로 공급하는 단계; 및 상기 증발가스와 액화질소의 열 교환에 의해 생성된 질소가스를 상기 LNG 디스펜서로 공급하여 상기 LNG 디스펜서 내부를 질소가스로 충전 시키는 단계를 포함한다.

Description

액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템 및 재활용 방법{System and method for recycle of refrigerants in charging equipment of LNG}
본 발명은 차량의 연료탱크에 액화천연가스를 공급하여 충전하는 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템 및 재활용 방법에 관한 것으로서,보다 상세하게는 액화천연가스 충전 중 발생되는 LNG BOG 재액화 또는 LNG/BOG 냉각 시 사용되는 냉매인 액화질소(LN2)의 열 교환 이후, 재활용 하기 위한 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템 및 재활용 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용으로 보급하기 위한 액화천연가스(LNG : Liquefied Natural Gas)는 액화천연가스 수용시설, 즉 액화천연가스 충전시설의 LNG 저장탱크부에 액화천연가스를 수용한 후, 이를 충전용 차량에 공급하여 충전하게 된다.
이 때, LNG 저장탱크부에 저장되는 액화천연가스는 초저온 상태인 -160℃ ~ -150℃로 저장되고, 이와 같이 저장된 액화천연가스를 충전용 차량에 안정적으로 공급 및 충전시키기 위해서는 액화천연가스 온도와 압력을 일정 하게 유지하여 충전용 차량에 공급하여야 한다.
도 1은 종래의 액화천연가스 충전장치를 개략적으로 도시한 구성도로서, 도시된 바와 같이, 종래의 액화천연가스 충전장치는, 초저온 상태의 액화천연가스가 저장되는 LNG 저장탱크부(10)와, 이 LNG 저장탱크부에 저장된 액화천연가스를 펌핑하는 펌프(20)와, 이 펌프(20)에 의해 펌핑된 초저온 상태의 액화천연가스를 충전하는 디스펜서(충전기)(30)를 포함하며, 이 디스펜서(30)에 의해 액화천연가스는 차량(40)의 연료탱크로 공급되어 충전이 이루어지게 된다.
그런데, 상기한 바와 같이 차량의 연료탱크로 액화천연가스가 공급되어 충전될 때, 충전 과정 중에 온도 상승에 따라 증발된 증발가스(BOG : Boil Off Gas)가 생성되고, 이와 같이 증발된 증발가스가 외부로 누설됨에 따라 경제적인 손실이 발생됨은 물론, 증발가스 발생 시 다량의 탄소가 배출되어 온실가스를 배출한다는 문제점이 제기되었다.
즉, 액화천연가스의 충전시설 운전 중, LNG 저장탱크부(10)와 펌프(20) 및 디스펜서(30)를 비롯하여 각종 밸브, 계기, 배관 등에 외부의 대기가 유입됨에 따른 온도 상승에 의해 증발된 증발가스가 생성되고, 이로 인해 LNG 저장탱크부(10)로 증발가스가 유입되어 압력을 상승시킴에 따라 LNG 저장탱크부(10)의 설계 압력 초과가 발생하게 되었다.
이에, LNG 저장탱크부(10)의 안전 밸브를 통해 외부로 증발 가스를 방출시킴에 따라 증발가스 또한 외부로 누설되어 안전문제 및 경제적인 손실이 발생됨은 물론, 증발가스 발생 시 다량의 탄소가 배출되어 온실가스를 배출하게 되는 문제점이 있었다.
이에 따라, 재액화기나 냉각기를 설치하여 증발가스(BOG)의 온도와 압력을 낮추는 냉각 시스템의 도입이 요구되었고, 여기에 적합한 냉매로서 액화질소(LN2)가 고려될 수 있다.
이 경우, 액화질소 냉매는 열교환 후 질소가스(N2)로 기화된 후 통상 대기로 방출하던지 도는 재액화 후 사용할 수 있게 되는데, 종래에 재액화 시스템에는 비교적 큰 투자 금액이 소요되는바, 액화천연가스 충전시설의 설계 시 초기부터 재활용되는 시스템 구성 및 방법을 설계하여 활용한다면 설비 투자 비용의 절감 및 운전 자금 절감으로 효율적인 확보될 수 있다.
특히, 저장, 예비 냉각 및 충전 중 발생 되는 증발가스(BOG)로 인해 냉각기나 재액화기를 도입 필요가 요구되고 있고 액화질소 냉매를 사용시 열교환 후 냉매기능을 상실한 질소가스를 대기로 방출 하지 않고, 다른 용도로 재활용할 수 있도록 재활용 시스템을 구성하여 기존의 충전설비 및 장치에 연계 활용한다면 액화천연가스 충전설비의 운영비용 절감 및 관련 장비 투자 비용을 절감하여 효율적인 액화천연가스 충전설비를 운영할 수 있는바, 이에 대한 방안이 요구되고 있다.
한국특허등록 제10-1056984호(2011.08.09.)
본 발명은 상기와 같은 제반 요구에 착안하여 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 차량의 연료탱크에 액화천연가스를 충전하는 과정 중 외부로 누설되는 증발가스를 회수하고, 회수되는 증발가스를 냉각시키기 위하여 냉각기로 액화질소 냉매를 공급하되, 냉각기에서 증발가스를 냉각시킴에 따라 기화된 비활성 질소가스를 입력신호에 의해 콘트롤 박스를 포함하는 디스펜서로 공급함으로써, 디스펜서 내부가 대기압 보다 높은 압력을 유지하여 외부의 공기가 유입되는 것을 차단시킴에 따라 전기 스파크에 의한 화재,폭발의 발생을 예방하도록 하는 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템 및 재활용 방법을 제공하는 것이다.
즉, 콘트롤 박스를 포함하는 디스펜서 내에 2 bara 이상의 질소가스를 공급하여 내부 압력이 대기압 보다 높음에 따라 외부공기유입차단 및 내부에 불활성 가스인 질소가스의 충진으로 전기 스파크에 의한 화재,폭발의 발생 우려를 불식시킴으로써, 디스펜서 내에 비방폭 전기장치의 설치가 가능하여 계장설비 비용을 절감할 수 있도록 하는 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템 및 재활용 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 냉각기에서 증발가스를 냉각시킴에 따라 기화된 불활성 질소가스를 외부로 방출시키지 않고 회수하여 별도의 N2 가스 저장 탱크에 보관 후, 재활용 하도록 함으로써, 설비 비용 및 운전 비용을 절감할 수 있도록 하는 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템 및 재활용 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전설비의 냉매 재활용 시스템은, 초저온 상태의 액화천연가스가 저장되는 LNG 저장탱크부; 상기 LNG 저장탱크부에 저장된 액화천연가스를 펌핑하는 펌프; 상기 펌프에 의해 펌핑된 초저온 상태의 액화천연가스를 충전에 필요한 양만큼 차량의 연료탱크로 공급하는 LNG 디스펜서; 상기 차량의 연료탱크에 액화천연가스의 충전 중 발생하는 증발가스를 회수하여 액화천연가스로 냉각시키는 냉각기; 상기 냉각기에 액화질소를 공급하는 액화질소 공급부; 상기 냉각기로 공급된 액화질소가 증발가스와 반응하여 생성된 질소가스를 N2 가스 저장탱크 내부로 유입시키는 유입밸브 및 LNG 디스펜서 내부 설정 압력 이하 시 상기 N2 가스 저장탱크의 N2 가스를 공급하는 공급밸브; 및 상기 LNG 디스펜서 내부에 채워진 질소가스를 외부로 배출시키는 배출밸브를 포함하며, 상기 LNG 디스펜서에는, 내부 압력을 감지하는 제1 압력센서가 구비되고, 상기 제1 압력센서에 의해 감지된 압력 값이 설정 값 이하이면, 상기 공급밸브를 개방하여 상기 LNG 디스펜서 내부로 질소가스가 공급되도록 하고, 상기 제1 압력센서에 의해 감지된 압력 값이 설정 값 이상이면, 상기 배출밸브를 개방하여 상기 LNG 디스펜서 내부의 질소가스를 외부로 배출시키도록 제어하는 제어부를 더 포함한다.
삭제
또한, 상기 냉각기와 상기 LNG 디스펜서 사이에는 N2 가스 저장 탱크가 구비되고, 상기 N2 가스 저장 탱크의 일 측에는 압력밸브에 의해 연결된 공압 액츄에이터용 N2 탱크가 설치될 수 있다.
또한, 상기 LNG 디스펜서와 상기 배출밸브 사이에는 바이패스 유로가 설치되고, 상기 바이패스 유로 상에는 성에 제거용 온/오프 밸브를 사이에 두고 성에 제거 노즐부가 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전설비의 냉매 재활용 방법은, (a) LNG 저장탱크부에 저장된 초저온 상태의 액화천연가스를 펌프로 펌핑하는 단계; (b) 상기 초저온 상태의 액화천연가스를 필요한 양만큼 차량의 연료탱크에 충전하는 단계; (c) 상기 차량의 연료탱크에 대한 액화천연가스의 충전 과정 중, 온도 상승에 의해 증발된 증발가스를 액화질소와 열 교환시켜서 액화천연가스로 변환시킨 후, LNG 저장탱크부로 공급하는 단계; 및 (d) 상기 증발가스와 액화질소의 열 교환에 의해 생성된 질소가스를 상기 LNG 디스펜서로 공급하여 상기 LNG 디스펜서 내부를 질소가스로 충전 시키는 단계를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 열 교환에 의해 생성된 질소가스는, N2 가스 저장 탱크로 공급하여 각종 설비의 정비 또는 청소 용도로 재활용 하거나, 또는, 액화천연가스의 충전 노즐에 생성된 성에를 제거하는 용도로 재활용 하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템 및 재활용 방법에 의하면, 차량의 연료탱크에 액화천연가스를 충전하는 과정 중 외부로 누설되는 증발가스를 회수하여 냉각시킴에 따라 다시 액화천연가스로 생성시킨 후, LNG 저장탱크부로 공급하게 됨으로써, 증발가스의 누설에 따른 경제적 손실이 최소화되고, 증발가스의 외부 배출이 줄어들어 온실가스의 배출이 억제되는바, 환경오염의 우려가 불식되는 효과가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템 및 재활용 방법에 의하면, 회수되는 증발가스를 냉각시키기 위하여 냉각기로 액화질소를 공급하되, 냉각기에서 증발가스를 냉각시킴에 따라 기화된 비활성 질소가스를 입력신호에 의해 디스펜서로 공급하게 됨으로써, 디스펜서 내부 압력이 2 Bara 이상의 불활성 질소 가스로 충진되어 내부로 외부의 공기가 유입되는 것이 차단됨에 따라 전기 스파크에 의한 화재,폭발의 발생이 예방되는 효과도 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템 및 재활용 방법에 의하면, 디스펜서 내에 질소가스가 공급되어 내부가 충전됨에 따라 전기 스파크에 의한 화재,폭발의 발생 우려가 불식됨으로써, 상대적으로 가격이 저렴한 비방폭 전기.계장 장비 설치가 가능하여 전체적인 제조설비의 비용이 절감되는 효과도 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템 및 재활용 방법에 의하면, 냉각기에서 증발가스를 냉각시킴에 따라 기화된 비활성 질소가스를 외부로 방출시키지 않고 회수하여 별도의 N2 가스 저장 탱크에 보관 후, 재활용 하게 됨으로써, 설비 비용 및 운전 비용 등이 절감되는 유용한 효과도 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 종래의 액화천연가스 충전 시스템을 개략적으로 도시한 구성도
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템를 개략적으로 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템의 작동관계를 나타내기 위한 블록도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템의 작동관계를 순차적으로 도시한 순서도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템의 비활성 질소가스 재활용 관계를 도시한 순서도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시 예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 사시도, 단면도, 측면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함되는 것이다. 또한, 본 발명의 실시 예에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전장치 및 충전방법을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템의 작동관계를 나타내기 위한 블록도이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템은, LNG 저장탱크부(100), 펌프(200), N2 가스 저장 탱크(300), 콘트롤박스를 포함하는 LNG 디스펜서(연료공급 충전기)(700), 냉각기(600), 액화질소 공급부(500)를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템은, 냉각기(600)와 N2 가스 저장 탱크(300) 사이에 설치되는 유입밸브(610)와, N2 가스 저장 탱크(300)의 일 측에 설치되는 공급밸브(310)와, LNG 디스펜서(700)의 일 측에 설치되는 배출밸브(730) 및 LNG 디스펜서(700) 내의 압력에 의해 유입밸브(610), 공급밸브(310) 및 배출밸브(730)의 개폐를 제어하기 위한 제어부(800)를 더 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
여기서, LNG 디스펜서(700) 내부에는 내부 압력을 측정하여 제어부(800)로 신호를 인가하기 위한 제1 압력센서(702)가 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템은, N2 가스 저장 탱크(300)의 일측 방향으로 압력밸브(320)를 사이에 두고 공압 액츄에이터용 N2 저장탱크(330)가 설치될 수 있으며, 이 공압 액츄에이터용 N2 저장탱크(330) 내에는 내부 압력을 측정하여 제어부로 신호를 인가하기 위한 제2 압력센서(302)가 구비될 수 있는데, 이들 구성의 작동관계는 후에 상세히 설명하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템은, LNG 디스펜서(700)와 배출밸브(730) 사이의 유로에 바이패스 유로를 분기시키고, 이 바이패스 유로 상에 성에 제거용 온/오프 밸브(740)와 성에 제거 노즐부(750)가 배치될 수 있는데, 이들 구성의 작동 관계 또한 후에 상세히 설명하기로 한다.
LNG 저장탱크부(100)는 초저온 상태인 -160℃ ~ -150℃의 액화천연가스가 저장되고, 펌프(200)는 LNG 저장탱크부(100)에 저장된 액화천연가스를 펌핑하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, LNG 디스펜서(700)는 펌프(200)에 의해 펌핑되어 필요한 액화천연가스의 양을 차량(400)의 연료탱크로 공급하여 충전시키는 것으로서, 그 내부에는 액화천연가스의 유량 제어를 위한 각종 전기.계장 장치 등의 콘트롤 박스가 설치되어 있다.
따라서, 차량(400)의 연료탱크에 액화천연가스를 공급하여 충전하는 경우, 펌프(200)의 가동에 의해 초저온 상태의 액화천연가스는 LNG 디스펜서(700)로 공급되고, LNG 디스펜서(700)로 공급된 초저온 상태의 액화천연가스는 차량(400)의 연료탱크로 공급되어 충전이 이루어지게 된다.
이 때, LNG 디스펜서(700)와 차량(400)의 연료탱크 사이에는 충전밸브(710)와 충전 노즐(720)이 구비됨으로써, 충전밸브(710)의 개방 시 충전 노즐(720)을 통해 차량(400)의 연료탱크로 공급되어 충전이 이루어지게 된다.
이 때, 차량(400)의 연료탱크에 액화천연가스가 충전되는 과정에서, 액화천연가스 중 일부는 온도상승에 의해 증발가스(BOG)로 생성이 이루어지게 되는데, 이와 같이 증발된 증발가스는 냉각기(600)로 회수가 이루어지게 되고, 이와 동시에 냉각기(600)에는 액화질소 공급부(500)로부터 가압된 액화질소 냉매의 공급이 이루어지게 된다.
따라서, 냉각기(600)로 회수된 증발가스는 액화질소와의 반응에 의해 다시 액화천연가스로 생성이 이루어지고, 이와 같이 생성된 액화천연가스는 다시 LNG 저장탱크부(100)로 회수되어 저장이 이루어지게 되는바, 액화천연가스의 손실이 줄어들어 경제적 손실이 최소화될 수 있다.
한편, 냉각기(600)로 공급되는 액화질소는, 냉각기(600)로 공급된 증발가스와의 열 교환에 의해 기체 상태의 질소가스로 변환되고, 이와 같이 변환된 질소가스는 제어부(800)의 입력신호에 따라 유입밸브(610)를 통해 N2 가스 저장 탱크(300)로 유입된 후, 공급밸브(310)를 통해 LNG 디스펜서(700) 내로 유입이 이루어질 수 있게 된다.
LNG 디스펜서(700)는, 앞서 설명한 바와 같이 초저온 상태의 액화천연가스를 차량(400)의 연료탱크에 필요한 양을 충진 제어 하는데, 그 내부에는 각종 전기.계장 기기들을 포함하는 콘트롤박스가 설치되어 있게 된다.
따라서, LNG 디스펜서(700) 내부로 외부의 공기가 유입되면 전기 스파크를 발생시킬 우려가 있으며, 이의 경우 화재,폭발 사고의 우려가 발생될 수 있었다.
이에, 종래에는 상기와 같은 화재,폭발 사고의 우려를 불식시키기 위하여 LNG 디스펜서(700) 내부에 고가의 방폭 장비를 설치하였는데, 본 발명의 실시 예에서는 LNG 디스펜서(700) 내부로 냉각기(600)로부터 발생되는 질소가스를 유입시킴으로써 외부의 공기 유입이 차단되도록 할 수 있다.
즉, 차량(400)의 연료탱크에 액화천연가스를 충전하는 경우, LNG 디스펜서(700) 내부로 질소가스가 유입되도록 하여 내부가 질소가스에 의해 충전이 이루어지도록 함으로써, 외부 공기가 내부로 유입되는 것을 미연에 차단시킴에 따라 전기 스파크 발생에 따른 화재,폭발 사고의 우려를 불식시킬 수 있게 된다.
따라서, LNG 디스펜서(700) 내부에는 내부 압력을 측정하기 위한 제1 압력센서(302)가 구비되고, 이 제1 압력센서(302)는 감지된 압력 값을 제어부(800)로 송신하게 되며, 제어부(800)는 입력되는 신호에 의해 유입밸브(610)와 공급밸브(310) 및 배출밸브(730)의 개폐를 제어할 수 있게 되는데, 이의 작동 관계를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템의 작동관계를 순차적으로 도시한 순서도이다.
차량(400)의 연료탱크에 액화천연가스를 충전하는 과정에서, LNG 디스펜서(700)의 내부에 설치된 제1 압력센서(302)는 LNG 디스펜서(700) 내부의 압력을 감지하고, 감지된 신호를 제어부(800)로 송신하게 된다.
제어부(800)는, 제1 압력센서(302)로부터 입력 받은 감지신호에 의해 LNG 디스펜서(700) 내부의 압력이 설정 값 이하이면, 유입밸브(610)와 공급밸브(310)에 개방신호를 인가함으로써, 냉각기(600)로부터 질소가스가 N2 가스 저장 탱크(300)를 거쳐 LNG 디스펜서(700) 내부로 유입되도록 한다.
이 경우, 냉각기(600)로부터 질소가스가 LNG 디스펜서(700) 내부로 유입되기 위해서는, 앞서 설명한 바와 같이 증발가스의 냉각을 위한 액화질소 냉매의 유입이 지속적으로 이루어져야 하는바, 증발가스의 냉각(S20)이 이루어지게 됨은 물론이다.
한편, 제1 압력센서(302)로부터 입력 받은 감지신호에 의한 압력이 설정 값 이상인 경우, 제어부(800)는 배출밸브(730)에 개방신호를 인가함으로써, LNG 디스펜서(700) 내부의 압력을 낮추도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템에 의하면, 차량(400)의 연료탱크에 천연액화가스를 충전하는 과정 중 외부로 누설되는 증발가스가 회수되어 냉각됨에 따라 증발가스의 누설에 따른 경제적 손실이 최소화되고, 증발가스의 외부 배출이 줄어들어 온실가스의 배출이 억제되는바, 환경오염의 우려가 불식되는 효과가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템에 의하면, 회수되는 증발가스를 냉각시키기 위하여 냉각기(600)로 액화질소를 공급하되, 냉각기(600)에서 증발가스를 냉각시킴에 따라 기화된 비활성 질소가스를 입력신호에 의해 LNG 디스펜서(700)로 공급하게 됨으로써, LNG 디스펜서(700) 내부가 질소가스로 충전되어 이 LNG 디스펜서(700) 내부로 외부의 공기가 유입되는 것이 차단됨에 따라 전기 스파크에 의한 화재,폭발의 발생이 예방되는 효과도 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템에 의하면, LNG 디스펜서(700) 내에 질소가스가 공급되어 내부가 충전됨에 따라 전기 스파크에 의한 화재,폭발의 발생 우려가 불식됨으로써, LNG 디스펜서(700) 내에 비교적 가격이 낮은 비방폭 전기.계장 기기 설치가 가능하여 전체적인 제조설비의 비용이 절감되는 효과도 제공될 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템의 비활성 질소가스 재활용 관계를 도시한 순서도로서, 냉각기(600)에서 증발가스를 증발시킴에 따라 기화된 비활성 질소가스는 상기한 바와 같이 외부로 배출시키지 않고, 재활용에 사용될 수 있다.
즉, 제1 압력센서(302)로부터 입력 받은 감지신호에 의한 압력이 설정 값 이상인 경우, 제어부(800)는 배출밸브(730)에 개방신호를 인가하지 않고, 성에 제거용 온/오프 밸브(740)에 개방신호를 인가(S140)함으로써, 비활성 질소가스가 성에 제거부(750)로 공급되도록 할 수 있다.
이와 같이 성에 제거부(750)로 공급된 비활성 질소가스는 충전 노즐(720)에 생성된 성에를 제거하는 목적으로 재활용 될 수 있다.
한편, 제1 압력센서(302)로부터 입력 받은 감지신호에 의한 압력이 설정 값 이상인 경우, 제어부(800)는 배출밸브(730) 및 성에 제거용 온/오프 밸브(740)에 개방신호를 인가하지 않고, 공급밸브(310) 또한 개방신호를 인가하지 않은 상태에서, 압력밸브(320)에 개방신호를 인가하여 공압 액츄에이터용 저장탱크(330)로 비활성 질소가스가 공급되도록 할 수 있다.
이와 같이 공압 액츄에이터용 저장탱크(330)로 공급되는 비활성 질소가스는 압력밸브(320)에 의해 대략 7~7,5Bara의 압력으로 감압된 후, 공급이 이루어지게 되고, 이와 같이 공급된 비활성 질소가스를 이용하여 액화천연가스 충전시설의 각종 설비의 정비 및 청소 등의 용도로 재활용 할 수도 있다.
즉, 종래에는 액화천연가스 충전시설에 각종 설비의 정비 및 청소를 위하여 별도의 에어 컴프레셔 시스템 및 에어 탱크가 설치되는 경우가 대부분인바, 본 발명의 실시 예에서는 비활성 질소가스를 공압 액츄에이터용 저장탱크(330)로 공급하고, 이를 액화천연가스 충전시설의 각종 설비의 정비 및 청소 등의 용도로 재활용하도록 함으로써, 별도의 에어 컴프레셔 시스템 및 에어 탱크의 구성을 갖추지 않아도 됨에 따라 설비비가 줄고 운전 비용 또한 절감할 수 있는 효과가 제공될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 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. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : LNG 저장탱크부 200 : 펌프
300 : N2 가스 저장탱크 310 : 공급밸브
320 : 압력밸브 330 : 공압 액츄에이터용 N2 저장탱크
400 : 차량 500 : 액화질소 공급부
600 : 냉각기 610 : 유입밸브
700 : LNG 디스펜서 710 : 충전밸브
720 : 충전 노즐 730 : 배출밸브
740 : 성에 제거용 온/오프 밸브
750 : 성에 제거 노즐부
800 : 제어부

Claims (6)

  1. 초저온 상태의 액화천연가스가 저장되는 LNG 저장탱크부;
    상기 LNG 저장탱크부에 저장된 액화천연가스를 펌핑하는 펌프;
    상기 펌프에 의해 펌핑된 초저온 상태의 액화천연가스를 충전에 필요한 양만큼 차량의 연료탱크로 공급하는 LNG 디스펜서;
    상기 차량의 연료탱크에 액화천연가스의 충전 중 발생하는 증발가스를 회수하여 액화천연가스로 냉각시키는 냉각기;
    상기 냉각기에 액화질소를 공급하는 액화질소 공급부;
    상기 냉각기로 공급된 액화질소가 증발가스와 반응하여 생성된 질소가스를 N2 가스 저장탱크 내부로 유입시키는 유입밸브 및 LNG 디스펜서 내부 설정 압력 이하 시 상기 N2 가스 저장탱크의 N2 가스를 공급하는 공급밸브; 및
    상기 LNG 디스펜서 내부에 채워진 질소가스를 외부로 배출시키는 배출밸브를 포함하며,
    상기 LNG 디스펜서에는,
    내부 압력을 감지하는 제1 압력센서가 구비되고,
    상기 제1 압력센서에 의해 감지된 압력 값이 설정 값 이하이면, 상기 공급밸브를 개방하여 상기 LNG 디스펜서 내부로 질소가스가 공급되도록 하고,
    상기 제1 압력센서에 의해 감지된 압력 값이 설정 값 이상이면, 상기 배출밸브를 개방하여 상기 LNG 디스펜서 내부의 질소가스를 외부로 배출시키도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각기와 상기 LNG 디스펜서 사이에는 N2 가스 저장 탱크가 구비되고, 상기 N2 가스 저장 탱크의 일 측에는 압력밸브에 의해 연결된 공압 액츄에이터가 설치된 것을 특징으로 하는 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 LNG 디스펜서와 상기 배출밸브 사이에는 바이패스 유로가 설치되고, 상기 바이패스 유로 상에는 성에 제거용 온/오프 밸브를 사이에 두고 성에 제거 노즐부가 설치된 것을 특징으로 하는 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템.
  5. 청구항 제1항, 제3항, 제4중, 어느 하나의 청구항에 기재된 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 시스템을 이용하여 냉매를 재활용 하는 방법에 있어서,
    (a) LNG 저장탱크부에 저장된 초저온 상태의 액화천연가스를 펌프로 펌핑하는 단계;
    (b) 상기 LNG 디스펜서가 초저온 상태의 액화천연가스를 필요한 양만큼 차량의 연료탱크에 충전하는 단계;
    (c) 상기 차량의 연료탱크에 대한 액화천연가스의 충전 과정 중, 온도 상승에 의해 증발된 증발가스를 액화질소와 열 교환시켜서 액화천연가스로 변환시킨 후, LNG 저장탱크부로 공급하는 단계; 및
    (d) 상기 증발가스와 액화질소의 열 교환에 의해 생성된 질소가스를 상기 LNG 디스펜서로 공급하여 상기 LNG 디스펜서 내부를 질소가스로 충전 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 열 교환에 의해 생성된 질소가스는,
    N2 가스 저장탱크로 공급하여 각종 설비의 정비 또는 청소 용도로 재활용 하거나, 또는, 액화천연가스의 충전 노즐에 생성된 성에를 제거하는 용도로 재활용 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 충전시설의 냉매 재활용 방법.
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