KR102416845B1 - 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템 - Google Patents
극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102416845B1 KR102416845B1 KR1020210129536A KR20210129536A KR102416845B1 KR 102416845 B1 KR102416845 B1 KR 102416845B1 KR 1020210129536 A KR1020210129536 A KR 1020210129536A KR 20210129536 A KR20210129536 A KR 20210129536A KR 102416845 B1 KR102416845 B1 KR 102416845B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cooling medium
- phase change
- unit
- cryogenic
- medium supply
- Prior art date
Links
- 239000004078 cryogenic material Substances 0.000 title claims abstract description 105
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 212
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 96
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 claims abstract description 71
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 25
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 25
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 15
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 138
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 138
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 124
- 239000013526 supercooled liquid Substances 0.000 abstract description 30
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 36
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 16
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 14
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 12
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- -1 that is Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
- F25J1/0005—Light or noble gases
- F25J1/001—Hydrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0221—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using the cold stored in an external cryogenic component in an open refrigeration loop
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
- F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
- F25J1/0275—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines adapted for special use of the liquefaction unit, e.g. portable or transportable devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
- F25J2205/20—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using solidification of components
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2280/00—Control of the process or apparatus
- F25J2280/40—Control of freezing of components
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
본 발명은 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템은, 냉각매체를 저장 및 공급하는 냉각매체 공급부; 냉각매체 공급부와 연결되고, 극저온 물질을 저장 및 공급하는 극저온 물질 공급부; 냉각매체 공급부 및 극저온 물질 공급부와 연결되고, 냉각매체 공급부로부터 공급되는 냉각매체를 이용하여 극저온 물질 공급부로부터 공급된 극저온 물질을 과냉각시켜서 과냉각 극저온 물질을 생성하는 과냉각부; 과냉각부와 연결되고, 과냉각부로부터 과냉각 극저온 물질을 공급받아 분사함으로써, 과냉각 액체수소의 상(phase)을 변화시켜서 제1 상변화물을 생성하는 제1 상변화부; 및 냉각매체 공급부 및 제1 상변화부와 연결되고, 냉각매체 공급부로부터 공급되는 냉각매체를 이용하여 제1 상변화물의 적어도 일부의 상을 변화시켜서 제2 상변화물을 생성하며, 제2 상변화물과 제1 상변화물의 나머지를 혼합하여 슬러시 극저온 물질을 생성하는 제2 상변화부를 포함한다.
Description
본 발명은 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템에 대한 것이다.
세계는 석유와 석탄 등 화석 에너지의 기반의 경제 구조에서 살고 있다. 그러나, 세계 인구가 증가하고 각 나라의 경제가 성장함에 따라, 화석 에너지의 사용이 급증하여 환경 오염 및 지구 온난화에 대한 문제점이 야기되고 있다. 특히, 현재 에너지원으로 가장 많이 사용되고 있는 석유 자원에 대한 공급 불안정성을 대비하여야 한다. 즉, 화석 에너지의 사용에 따른 환경 오염과 자원 무기화를 대비함과 동시에 지속적인 경제 성장을 모색할 필요가 있다.
그러나, 효율적인 에너지 사용과 환경 보존 문제는 서로 유기적으로 연결되어 있으므로, 기존의 화석 에너지를 효율적으로 사용하여야 하며, 동시에 청정 에너지를 적절히 사용하여 에너지의 공급 문제를 해결하여야 한다. 이를 위해, 최근 화석 에너지가 아닌 청정 에너지원으로서 액체수소, 천연가스 등과 같은 극저온 물질을 사용하는 연구가 부각되고 있다.
이러한 극저온 물질 중에서도 수소는 연료전지의 전기화학 반응에 의해 열과 전기를 생산할 수 있으며, 연소하여도 공해를 야기하지 않는 장점이 있다. 또한, 지구 표면의 약 70%를 차지하는 물을 전기 분해하여 수소를 생산할 수 있으며, 에너지 공급 후 부산물이 물로서 재순환이 가능한 청정 에너지원이다. 따라서, 수소를 연료로서 사용하기 위한 핵심 기술 중 하나가 바로 저장 기술이다.
한편, 수소는 단위 부피당 에너지 밀도가 낮기 때문에, 단위 부피당 에너지가 낮다. 이로 인해, 수소를 대용량으로 저장하는 것이 어렵다는 문제가 있다. 따라서, 수소를 대용량으로 저장하기 위해서는 수소의 밀도를 증가시켜서 수소의 저장 밀도를 높여야 한다.
이때, 수소의 밀도를 증가시켜서 수소의 저장 밀도를 높일 수 있는 수소 저장 방법은 일 예로, 기체수소를 고압으로 압축하여 압축된 기체수소를 특수 내압 저장 탱크의 내부에 저장하는 방법, 기체수소로부터 액화된 액체수소를 극저온용 특수 단열 저장 용기의 내부에 저장하는 방법 등이 있다.
기체수소를 고압으로 압축하여 저장하는 방법은 기체수소를 700bar 이상의 압력으로 압축시키는 과정에서 많은 양의 에너지가 소모되고, 저장량의 한계, 고압 저장 용기의 경제성 등으로 인해 대용량 저장에 한계가 있다는 문제가 있다.
또한, 기체수소를 액화시켜서 액체수소로 저장하는 방법은 액체수소의 낮은 비등점으로 인해 액체수소가 증발하여 증발가스가 발생하기 쉽고, 이러한 증발가스는 보관상 안전성을 저하시키는 문제가 있다. 뿐만 아니라, 증발가스의 발생을 최소화하기 위한 저장용기의 단열 기술이 요구되는 문제가 있다.
한편, 이러한 문제를 해결하기 위해, 액체수소와 같은 극저온 물질을 슬러시화하여 저장하는 슬러시 생산 시스템이 제안되었다. 종래의 슬러시 생산 시스템은 나사송곳(Auger)을 이용하여 슬러시 수소를 생산하거나, 동결 융해법을 이용하여 슬러시 수소를 생산하도록 구비된다. 이때, 나사송곳을 이용하여 슬러시 수소를 생산하면, 나사송곳의 대형화에 어려움이 있어 슬러시 수소의 대량 생산이 어렵다는 문제가 있다. 반면, 동결 융해법을 이용하여 슬러시 수소를 생산하면, 슬러시 수소를 대량으로 생산할 수는 있지만, 동결 융해에 많은 시간이 소요되어 슬러시 수소를 생산하는데 오랜 시간이 걸려서 슬러시 수소의 생산성이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 극저온 물질을 효율적으로 슬러시화할 수 있고, 종래에 비해 높은 저장 밀도로 극저온 물질을 대량 저장할 수 있으며, 극저온 물질을 안정적으로 장기간 저장할 수 있는 슬러시 생산 시스템이 필요한 실정이다.
본 발명의 실시예들은 상술한 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 극저온 물질을 효율적으로 슬러시화할 수 있고, 종래에 비해 높은 저장 밀도로 극저온 물질을 대량 저장할 수 있으며, 극저온 물질을 안정적으로 장기간 저장할 수 있는 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 냉각매체를 저장 및 공급하는 냉각매체 공급부; 상기 냉각매체 공급부와 연결되고, 극저온 물질을 저장 및 공급하는 극저온 물질 공급부; 상기 냉각매체 공급부 및 상기 극저온 물질 공급부와 연결되고, 상기 냉각매체 공급부로부터 공급되는 상기 냉각매체를 이용하여 상기 극저온 물질 공급부로부터 공급된 상기 극저온 물질을 과냉각시켜서 과냉각 극저온 물질을 생성하는 과냉각부; 상기 과냉각부와 연결되고, 상기 과냉각부로부터 상기 과냉각 극저온 물질을 공급받아 분사함으로써, 상기 과냉각 액체수소의 상(phase)을 변화시켜서 제1 상변화물을 생성하는 제1 상변화부; 및 상기 냉각매체 공급부 및 상기 제1 상변화부와 연결되고, 상기 냉각매체 공급부로부터 공급되는 상기 냉각매체를 이용하여 상기 제1 상변화물의 적어도 일부의 상을 변화시켜서 제2 상변화물을 생성하며, 상기 제2 상변화물과 상기 제1 상변화물의 나머지를 혼합하여 슬러시 극저온 물질을 생성하는 제2 상변화부를 포함하는, 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 냉각매체 공급부는, 상기 극저온 물질 공급부와 연결되고, 상기 냉각매체를 제1 온도로 냉각시키며, 상기 제1 온도로 냉각된 상기 냉각매체를 상기 극저온 물질 공급부로 공급하는 제1 냉각매체 공급 장치; 상기 과냉각부와 연결되고, 상기 냉각매체를 상기 제1 온도와 상이한 제2 온도로 냉각시키며, 상기 제2 온도로 냉각된 상기 냉각매체를 상기 과냉각부로 공급하는 제2 냉각매체 공급 장치; 및 상기 제2 상변화부와 연결되고, 상기 냉각매체를 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도 중 적어도 하나와 상이한 제3 온도로 냉각시키며, 상기 제3 온도로 냉각된 상기 냉각매체를 상기 제2 상변화부로 공급하는 제3 냉각매체 공급 장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 상변화부는, 내부에 상기 과냉각 극저온 물질, 상기 제1 상변화물, 상기 제2 상변화물 및 상기 슬러시 극저온 물질 중 적어도 하나가 수용되는 수용 공간을 구비하는 내측 챔버; 상기 내측 챔버의 외측에 구비되고, 상기 내측 챔버와 이격 배치되는 외측 챔버; 일 단부가 상기 제3 냉각매체 공급 장치에 연결되고, 타 단부가 상기 외측 챔버에 연결되는 상변화용 냉각매체 공급 라인; 및 일 단부가 상기 외측 챔버에 연결되고, 타 단부가 상기 제3 냉각매체 공급 장치에 연결되는 상변화용 냉각매체 회수 라인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 상변화부는, 일 단부가 상기 내측 챔버의 내부에 배치되며, 타 단부가 상기 극저온 물질 공급부에 연결되며, 상기 과냉각 극저온 물질을 층류(laminar) 형태로 분사하는 분사 노즐을 포함할 수 있다.
또한, 상기 과냉각부는, 상기 제1 플랜지; 상기 제1 플랜지와 대향하도록 체결되는 제2 플랜지; 일 단부가 상기 제2 냉각매체 공급 장치에 연결되고, 타 단부가 상기 제1 플랜지 및 상기 제2 플랜지 중 어느 하나에 연결되는 과냉각용 냉각매체 공급 라인; 및 일 단부가 상기 제1 플랜지 및 상기 제2 플랜지 중 어느 하나에 연결되고, 타 단부가 상기 제2 냉각매체 공급 장치에 연결되는 과냉각용 냉각매체 회수 라인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 상변화부는, 상기 분사 노즐의 적어도 일부가 내부에 배치되는 제1 하우징; 상기 제1 하우징의 외측에 배치되는 제2 하우징; 및 상기 제2 하우징의 외측에 배치되는 제3 하우징을 더 포함하고, 상기 제2 냉각매체 공급 장치에서 상기 제2 온도로 냉각된 상기 냉각매체는 상기 과냉각용 냉각매체 공급 라인을 통해 상기 분사 노즐의 외측면과 상기 제1 하우징의 내측면 사이로 공급될 수 있다.
또한, 상기 극저온 물질 공급부는, 외부로부터 공급되는 기체 극저온 물질을 액화시키는 액화 장치; 일 단부가 상기 제1 냉각매체 공급 장치에 연결되고, 타 단부가 상기 액화 장치에 연결되는 액화용 냉각매체 공급 라인; 및 일 단부가 상기 액화 장치에 연결되고, 타 단부가 상기 제1 냉각매체 공급 장치에 연결되는 액화용 냉각매체 회수 라인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 외측 챔버의 외측에 구비되는 진공 단열부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각매체 공급부, 상기 극저온 물질 공급부, 상기 과냉각부, 상기 제1 상변화부, 상기 제2 상변화부 및 상기 진공 단열부 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 진공 단열부는, 상기 외측 챔버의 외측에서 상기 외측 챔버를 둘러싸도록 구비되고, 상기 외측 챔버와 이격 배치되는 진공 단열 용기; 상기 진공 단열 용기에 연결되는 진공 단열 라인; 및 상기 진공 단열 용기에 설치되는 온도 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 극저온 물질을 효율적으로 슬러시화할 수 있고, 종래에 비해 높은 저장 밀도로 극저온 물질을 대량 저장할 수 있으며, 극저온 물질을 안정적으로 장기간 저장할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A 단면도이다.
도 4는 도 2의 평면도이다.
도 5는 도 1의 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템의 반응물의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A 단면도이다.
도 4는 도 2의 평면도이다.
도 5는 도 1의 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템의 반응물의 흐름을 나타내는 도면이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '결합, ''연결'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 결합되거나 연결될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 일측, 타측, 상측, 하측 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템(1)은 극저온 물질을 슬러시화시켜서 슬러시 극저온 물질을 생산하는 시스템으로서, 냉각매체 공급부(10), 극저온 물질 공급부(20), 과냉각부(30), 제1 상변화부(40), 제2 상변화부(50), 진공 단열부(60) 및 제어부(70)를 포함할 수 있다. 이때, 슬러시 생산 시스템(1)에서 슬러시화 대상이 되는 극저온 물질은 일 예로, 액체수소, 천연가스, 액체산소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 슬러시화 대상인 극저온 물질이 액체수소인 경우를 일 예로 들어 설명하겠다.
냉각매체 공급부(10)는 냉각매체를 저장하여 극저온 물질 공급부(20), 과냉각부(30) 및 제2 상변화부(50) 중 적어도 하나로 공급할 수 있다. 이를 위해, 냉각매체 공급부(10)는 제1 냉각매체 공급 장치(11), 제2 냉각매체 공급 장치(12) 및 제3 냉각매체 공급 장치(13)를 포함할 수 있다.
제1 냉각매체 공급 장치(11)는 냉각매체를 제1 온도로 냉각시켜서 제1 온도로 냉각된 냉각매체를 후술할 극저온 물질 공급부(20)의 액화 장치(21)로 공급할 수 있다. 이러한 냉각매체는 기체수소의 액화에 사용되므로, '액화용 냉각매체'라고 명칭될 수 있다.
이때, 제1 냉각매체 공급 장치(11)는 후술할 극저온 물질 공급부(20)의 액화용 냉각매체 공급 라인(22) 및 액화용 냉각매체 회수 라인(23)을 통해 액화 장치(21)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 냉각매체 공급 장치(11)에서 생성되는 냉각매체는 16K(-257.15℃)로 냉각된 헬륨일 수 있다.
제2 냉각매체 공급 장치(12)는 냉각매체를 제1 온도와 상이한 제2 온도로 냉각시키며, 제2 온도로 냉각된 냉각매체를 과냉각부(30)로 공급할 수 있다. 제2 냉각매체 공급 장치(12)에서 생성되는 냉각매체는 액체수소의 과냉각에 사용되므로, '액화용 냉각매체'라고 명칭될 수 있다.
이때, 제2 냉각매체 공급 장치(12)는 후술할 과냉각부(30)의 과냉각용 냉각매체 공급 라인(33) 및 과냉각용 냉각매체 회수 라인(34)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 냉각매체 공급 장치(12)에서 생성되는 냉각매체는 4K(-269.15℃)로 냉각된 헬륨일 수 있다.
제3 냉각매체 공급 장치(13)는 냉각매체를 제1 온도 및 제2 온도 중 적어도 하나와 상이한 제3 온도로 냉각시키며, 제3 온도로 냉각된 냉각매체를 제2 상변화부(50)로 공급할 수 있다. 여기서, 냉각매체는 기체수소의 상변화에 사용되므로, '상변화용 냉각매체'라고 명칭될 수 있다.
이러한 제3 냉각매체 공급 장치(13)는 후술할 제2 상변화부(50)의 상변화용 냉각매체 공급 라인(53) 및 상변화용 냉각매체 회수 라인(54)을 통해 후술할 제2 상변화부(50)의 외측 챔버(52)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 제3 냉각매체 공급 장치(13)에서 생성되는 냉각매체는 4K(-269.15℃)로 냉각된 헬륨일 수 있다.
한편, 본 실시예에서는, 냉각매체 공급부(10)가 제1 냉각매체 공급 장치(11), 제2 냉각매체 공급 장치(12) 및 제3 냉각매체 공급 장치(13)를 포함하여 제1 냉각매체 공급 장치(11), 제2 냉각매체 공급 장치(12) 및 제3 냉각매체 공급 장치(13)를 통해 냉각매체가 다양한 온도로 냉각되는 경우를 일 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시에 불과하고, 이로 인해, 본 발명의 사상이 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 냉각매체 공급부(10)는 하나의 냉각매체 공급 장치로 구비되어 하나의 냉각매체 공급 장치에 의해 냉각매체가 다양한 온도로 냉각되는 것도 가능하다. 도면에 대한 이해를 돕기 위해, 도 2에는 제2 냉각매체 공급 장치(12) 및 제3 냉각매체 공급 장치(13)를 생략하여 도시하였다.
극저온 물질 공급부(20)는 극저온 물질을 저장할 수 있으며, 저장된 극저온 물질을 과냉각부(30)로 공급할 수 있다. 예를 들어, 극저온 물질 공급부(20)에 저장되는 극저온 물질이 액체수소이고, 이러한 액체수소는 극저온 물질 공급부(20)에서 기체수소가 액화됨으로써 생성되는 경우를 일 예로 들어 설명하겠다. 다만, 이는 예시에 불과하고, 이로 인해, 본 발명의 사상이 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 극저온 물질 공급부(20)에 저장되는 액체수소 자체가 외부로부터 극저온 물질 공급부(20)로 공급되어 저장되었다가 과냉각부(30)로 공급될 수도 있다.
냉각매체 공급부(10)로부터 냉각매체를 공급받아 기체수소를 액화시켜서 액체수소를 생성할 수 있다. 이를 위해, 극저온 물질 공급부(20)는 액화 장치(21), 액화용 냉각매체 공급 라인(22) 및 액화용 냉각매체 회수 라인(23)을 포함할 수 있다.
액화 장치(21)는 외부로부터 기체수소를 공급받고, 제1 냉각매체 공급 장치(11)로부터 액화용 냉각매체를 공급받아서 기체수소를 액화시킬 수 있다. 액화 장치(21)에서 액화된 액체수소는 액체수소 공급 라인(211)을 통해 후술할 제1 상변화부(40)의 분사 노즐(41)에 공급될 수 있다. 액화 장치(21)에서 기체수소의 액화가 완료되면, 액화 장치(21)로 공급된 액화용 냉각매체는 제1 냉각매체 공급 장치(11)로 회수될 수 있다. 이를 위해, 액화 장치(21)는 액화용 냉각매체 공급 라인(22)을 통해 제1 냉각매체 공급 장치(11)와 연결될 수 있고, 액화용 냉각매체 회수 라인(23)을 통해 제1 냉각매체 공급 장치(11)와 연결될 수 있다.
한편, 극저온 물질 공급부(20)에서 생성된 액체수소는 액화 장치(21)에 연결되는 액체수소 공급 라인(211)을 통해 후술할 제1 상변화부(40)의 분사 노즐(41)에 공급된 액체수소는 분사 노즐(41)의 외측면과 후술할 제1 상변화부(40)의 제1 하우징(42)의 내측면 사이에 공급되는 냉각매체에 의해 과냉각될 수 있다. 이에 대해서는 후술하겠다.
과냉각부(30)는 냉각매체 공급부(10)로부터 공급되는 냉각매체를 이용하여 극저온 물질 공급부(20)에서 생성된 액체수소를 과냉각시켜서 과냉각 액체수소를 생성할 수 있다. 이를 위해, 과냉각부(30)는 제1 플랜지(31), 제2 플랜지(32), 과냉각용 냉각매체 공급 라인(33) 및 과냉각용 냉각매체 회수 라인(34)을 포함할 수 있다.
제1 플랜지(31)는 제2 냉각매체 공급 장치(12)에서 제2 온도로 냉각된 과냉각용 냉각매체의 냉열이 후술할 제1 상변화부(40)의 분사 노즐(41)로 공급되는 과냉각 액체수소로 전달될 수 있도록 한다.
이를 위해, 제1 플랜지(31)의 중심에는 후술할 제1 상변화부(40)의 제1 하우징(42)이 관통 체결될 수 있다. 이때, 제1 플랜지(31)에는 둘레면과 중심을 연결하는 제1 삽입부(311) 및 제2 삽입부(312)가 구비될 수 있다. 이러한 제1 삽입부(311) 및 제2 삽입부(312)는 각각 제1 플랜지(31)의 반경방향으로 연장되고 제1 플랜지(31)의 둘레면으로부터 제1 플랜지(31)의 중심까지 연장되는 홀의 형상으로 구비될 수 있다.
한편, 제1 삽입부(311) 및 제2 삽입부(312)에는 각각 과냉각용 냉각매체 공급 라인(33) 및 과냉각용 냉각매체 회수 라인(34)이 삽입될 수 있다. 제1 삽입부(311)에 삽입된 과냉각용 냉각매체 공급 라인(33)의 일 단부는 제1 플랜지(31)의 외측에 배치될 수 있고, 제1 삽입부(311)에 삽입된 과냉각용 냉각매체 공급 라인(33)의 타 단부는 후술할 제1 상변화부(40)의 제1 하우징(42)에 기 형성된 체결홀(421)에 체결될 수 있다. 또한, 제2 삽입부(312)에 삽입된 과냉각용 냉각매체 회수 라인(34)의 일 단부는 후술할 제1 상변화부(40)의 제1 하우징(42)에 기 형성된 체결홀(422)에 체결될 수 있고, 제2 삽입부(312)에 삽입된 과냉각용 냉각매체 회수 라인(34)의 타 단부는 제1 플랜지(31)의 외측에 배치될 수 있다.
제2 플랜지(32)는 제1 플랜지(31)와 대향하게 체결될 수 있다. 이러한 제2 플랜지(32)에는 후술할 제1 상변화부(40)의 제3 하우징(44)이 관통 체결될 수 있다.
과냉각용 냉각매체 공급 라인(33)은 제2 냉각매체 공급 장치(12)로부터 공급되는 과냉각용 냉각매체를 후술할 제1 상변화부(40)의 분사 노즐(41)의 외측면과 후술할 제1 상변화부(40)의 제1 하우징(42)의 내측면 사이로 공급할 수 있다. 이를 위해, 과냉각용 냉각매체 공급 라인(33)은 제1 삽입부(311)에 삽입되어 후술할 제1 상변화부(40)의 제1 하우징(42)에 기 형성된 체결홀(421)에 체결될 수 있다. 이때, 과냉각용 냉각매체 공급 라인(33)의 일 단부는 제2 냉각매체 공급 장치(12)에 연결될 수 있고, 과냉각용 냉각매체 공급 라인(33)의 타 단부는 제1 플랜지(31) 및 제2 플랜지(32) 중 어느 하나에 연결될 수 있다.
과냉각용 냉각매체 회수 라인(34)은 후술할 제1 상변화부(40)의 분사 노즐(41)의 외측면과 후술할 제1 상변화부(40)의 제1 하우징(42)의 내측면 사이로 공급된 과냉각용 냉각매체를 제2 냉각매체 공급 장치(12)로 회수할 수 있다. 이를 위해, 과냉각용 냉각매체 회수 라인(34)은 제2 삽입부(312)에 삽입되어 후술할 제1 상변화부(40)의 제1 하우징(42)에 기 형성된 체결홀(422)에 체결될 수 있다. 또한, 과냉각용 냉각매체 회수 라인(34)의 일 단부는 제1 플랜지(31) 및 제2 플랜지(32) 중 어느 하나에 연결될 수 있고, 과냉각용 냉각매체 회수 라인(34)의 타 단부는 제2 냉각매체 공급 장치(12)에 연결될 수 있다.
제1 상변화부(40)는 과냉각부(30)로부터 과냉각 액체수소를 공급받아 분사함으로써, 과냉각 액체수소의 상(phase)을 변화시켜서 제1 상변화물을 생성할 수 있다. 이를 위해, 제1 상변화부(40)는 분사 노즐(41), 제1 하우징(42), 제2 하우징(43) 및 제3 하우징(44)을 포함할 수 있다.
분사 노즐(41)은 과냉각 액체수소를 후술할 제2 상변화부(50)의 내측 챔버(51)의 내부로 분사할 수 있다. 이때, 분사 노즐(41)을 통해 과냉각 액체수소가 층류(laminar) 형태로 분사될 수 있다. 이를 위해, 분사 노즐(41)의 일 단부는 후술할 제2 상변화부(50)의 내측 챔버(51)의 내부에 배치되며, 분사 노즐(41)의 타 단부는 극저온 물질 공급부(20)에 연결될 수 있다.
이때, 분사 노즐(41)은 실질적으로 동일한 크기의 분사홀(미도시)을 구비할 수 있다. 이에 따라, 분사 노즐(41)을 통과한 과냉각 액체수소의 입자의 크기 역시 실질적으로 동일할 수 있다. 이렇게 분사 노즐(41)을 통해 분사되는 과냉각 액체수소는 실질적으로 동일한 입자 크기를 가지면서 분사될 뿐만 아니라, 층류 형태로 분사됨에 따라, 분사 노즐(41)은 분사 노즐(41)을 통과한 과냉각 액체수소의 상변화가 용이하게 수행되도록 보조할 수 있다.
한편, 이렇게 분사 노즐(41)에 의해 과냉각 액체수소의 상변화가 용이하게 수행되면, 분사 노즐(41)을 통해 내측 챔버(51)로 분사된 과냉각 액체수소는 내측 챔버(51)에서 제1 상변화물로 변환될 수 있다. 여기서, 제1 상변화물은 기체수소 및 고체수소일 수 있다. 이에 대하여 설명하면, 먼저, 분사 노즐(41)을 통해 분사되는 과냉각 액체수소는 부피가 증가하고, 압력이 감소된다. 이러한 압력 감소로 인해 분사 노즐(41)을 통해 분사된 과냉각 액체수소의 기화점이 낮아져 과냉각 액체수소가 기화된다. 기체 상태로 변환된 수소의 증발잠열에 의해, 과냉각 액체수소의 융해열이 제거되어 고체 상태로 변환된 수소가 내측 챔버(51)의 하부에 축적된다. 이러한 고체수소는 후술할 제2 상변화부(50)에서 생성되는 제2 상변화물, 예컨대, 액체수소와 혼합되어 슬러시 수소를 형성할 수 있다. 이에 대해서는 후술하겠다.
제1 하우징(42)은 분사 노즐(41)의 적어도 일부가 내부에 배치되는 부분으로, 제1 하우징(42)의 내측면과 분사 노즐(41)의 외측면 사이에는 제2 냉각매체 공급 장치(12)에서 제2 온도로 냉각된 과냉각용 냉각매체가 공급될 수 있다.
이때, 과냉각용 냉각매체는 액체수소 공급 라인(211)을 통해 분사 노즐(41)로 공급된 액체수소와 열교환될 수 있으며, 이러한 열교환에 의해 액체수소가 과냉각됨으로써, 과냉각된 액체수소가 분사 노즐(41)을 통해 분사될 수 있다. 이러한 제1 하우징(42)의 외측에는 제2 하우징(43)이 배치될 수 있고, 제2 하우징(43)의 외측에는 제3 하우징(44)이 배치될 수 있다. 이때, 제3 하우징(44)은 후술할 제2 상변화부(50)의 내측 챔버(51)에 기 형성된 체결홀(511), 후술할 제2 상변화부(50)의 외측 챔버(52)에 기 형성된 체결홀(521) 및 후술할 진공 단열부(60)의 진공 단열 용기(61)에 기 형성된 체결홀(611)을 관통하여 체결될 수 있다.
제2 상변화부(50)는 냉각매체 공급부(10)로부터 공급되는 냉각매체를 이용하여 제1 상변화물의 적어도 일부의 상을 변화시켜서 제2 상변화물을 생성하며, 제2 상변화물과 제1 상변화물의 나머지를 혼합하여 슬러시 수소를 생성할 수 있다. 여기서, 슬러시 수소는 소정의 온도, 예컨대, 14K(-259.15℃)에서 액체수소 중 고체수소 입자가 혼재하는 고액 2상 유체를 의미한다.
이를 위해, 제2 상변화부(50)는 내측 챔버(51), 외측 챔버(52), 상변화용 냉각매체 공급 라인(53) 및 상변화용 냉각매체 회수 라인(54)을 포함할 수 있다.
내측 챔버(51)는 내부에 과냉각 액체수소, 제1 상변화물, 제2 상변화물 및 슬러시 수소 중 적어도 하나가 수용되는 수용 공간을 구비할 수 있다. 또한 내측 챔버(51)에 기 형성된 체결홀(513)에 체결된 진공 라인(5111)을 통해, 내측 챔버(51)의 내부가 진공 상태로 유지될 수 있다.
이때, 내측 챔버(51)의 내부에는 제2 하우징(43)의 적어도 일부 및 분사 노즐(41)의 적어도 일부가 배치됨에 따라, 분사 노즐(41)을 통해 분사되면서 상변화되어 생성되는 제1 상변화물, 예컨대, 기체수소 및 고체수소가 내측 챔버(51)의 내부에 수용될 수 있다.
한편, 내측 챔버(51)의 내부에서는 슬러시 수소가 생성될 수 있다. 내측 챔버(51)의 내부에 수용된 제1 상변화물의 적어도 일부, 즉, 기체수소가 상변화용 냉각매체 공급 라인(53)으로부터 공급되는 상변화용 냉각매체와 열교환됨으로써 액체수소로 변환되고, 변환된 액체수소는 제1 상변화물의 나머지, 즉, 고체수소와 함께 슬러시 수소를 형성할 수 있다. 이때, 슬러시 수소는 내측 챔버(51)에 기 형성된 체결홀(512)에 체결된 슬러시 수소 배출 라인(5121)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 내측 챔버(51)에 기 형성된 체결홀(512)에 체결된 슬러시 수소 배출 라인(5121)은 외측 챔버(52)에 기 형성된 체결홀(524) 및 후술할 진공 단열부(60)의 진공 단열 용기(61)에 기 형성된 체결홀(615)에 체결됨에 따라, 슬러시 수소 배출 라인(5121)은 내측 챔버(51), 외측 챔버(52) 및 후술할 진공 단열부(60)의 진공 단열 용기(61)에 모두 연결될 수 있다.
외측 챔버(52)는 내측 챔버(51)와 함께 제3 냉각매체 공급 장치(13)로부터 공급되는 상변화용 냉각매체가 공급될 수 있는 공간을 형성할 수 있다. 이를 위해, 외측 챔버(52)는 내측 챔버(51)의 외측에서 내측 챔버(51)와 소정 간격으로 이격되게 배치될 수 있다.
이때, 외측 챔버(52)에 기 형성된 체결홀(522)에 상변화용 냉각매체 공급 라인(53)이 체결될 수 있으며, 외측 챔버(52)에 기 형성된 체결홀(523)에 상변화용 냉각매체 회수 라인(54)이 체결될 수 있다. 이러한 상변화용 냉각매체 공급 라인(53)은 후술할 진공 단열부(60)의 진공 단열 용기(61)에 기 형성된 체결홀(612)에 체결될 수 있고, 상변화용 냉각매체 회수 라인(54)은 후술할 진공 단열부(60)의 진공 단열 용기(61)에 기 형성된 체결홀(613)에 체결될 수 있다.
진공 단열부(60)는 외부로부터 내측 챔버(51) 및 외측 챔버(52)로 열이 유입되는 것을 차단할 수 있다. 이를 위해, 진공 단열부(60)는 진공 단열 용기(61), 진공 단열 라인(62) 및 온도 센서(63)를 포함할 수 있다.
진공 단열 용기(61)는 외부로부터의 열유입을 차단할 수 있는 공간을 형성할 수 있다. 이를 위해, 진공 단열 용기(61)는 외측 챔버(52)의 외측에서 외측 챔버(52)를 둘러싸도록 구비되고, 외측 챔버(52)와 이격 배치될 수 있다.
진공 단열 라인(62)은 외측 챔버(52)의 외측면 및 진공 단열 용기(61)의 내측면 사이의 공간에 진공을 생성할 수 있다. 이를 위해, 진공 단열 라인(62)은 진공 단열 용기(61)에 기 형성된 체결홀(614)에 체결될 수 있다.
온도 센서(63)는 진공 단열 용기(61)의 온도를 측정할 수 있으며, 온도 센서(63)에서 측정된 값은 제어부(70)로 전송되어 제어부(70)가 냉각매체 공급부(10), 극저온 물질 공급부(20), 과냉각부(30), 제1 상변화부(40), 제2 상변화부(50) 및 진공 단열부(60) 중 적어도 하나를 제어하는데 활용될 수 있다. 이를 위해, 온도 센서(63)는 진공 단열 용기(61)에 설치될 수 있으며, 일 예로 적어도 하나로 구비될 수 있다.
제어부(70)는 냉각매체 공급부(10), 극저온 물질 공급부(20), 과냉각부(30), 제1 상변화부(40), 제2 상변화부(50) 및 진공 단열부(60) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(70)는 일 예로, 소형 내장형 컴퓨터로 이루어질 수 있고, 프로그램, 메모리, CPU로 이루어지는 데이터 처리부 등을 구비할 수 있다. 이러한 프로그램은 온도 센서(63)로부터 신호를 받아서 이를 토대로 냉각매체 공급부(10), 극저온 물질 공급부(20), 과냉각부(30), 제1 상변화부(40), 제2 상변화부(50) 및 진공 단열부(60)를 제어하기 위한 알고리즘을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 프로그램은 컴퓨터 기억 매체 예컨대 플렉시블 디스크, 컴팩트 디스크, 하드 디스크, MO(광자기 디스크) 등의 메모리에 저장되어서 제어부(70)에 인스톨될 수 있다
이하에서는, 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
도 5를 참조하면, 기체수소 공급부(미도시)로부터 기체수소가 극저온 물질 공급부(20)로 공급된다. 이때, 제1 냉각매체 공급 장치(11)에서 제1 온도, 예컨대, 16K(-257.15℃)로 냉각된 액화용 냉각매체가 극저온 물질 공급부(20)에 공급될 수 있다. 제1 냉각매체 공급 장치(11)로부터 공급된 액화용 냉각매체에 의해 기체수소가 액화됨으로써, 액체수소가 생성될 수 있다. 극저온 물질 공급부(20)에서 생성된 액체수소는 과냉각부(30)로 공급되고, 기체수소를 액화시키는데 사용된 액화용 냉각매체는 다시 제1 냉각매체 공급 장치(11)로 회수된다.
다음으로, 제2 냉각매체 공급 장치(12)에서 제2 온도, 예컨대, 4K(-269.15℃)로 냉각된 과냉각용 냉각매체가 과냉각부(30)에 공급될 수 있다. 이에, 극저온 물질 공급부(20)에서 생성된 액체수소가 과냉각부(30)를 통과하면서 제2 온도로 냉각된 과냉각용 냉각매체에 의해 과냉각되어 과냉각 액체수소가 생성될 수 있다. 과냉각 액체수소를 생성하는데 사용된 과냉각용 냉각매체는 다시 제2 냉각매체 공급 장치(12)로 회수된다.
한편, 과냉각 액체수소의 생성이 완료되면, 과냉각 액체수소는 분사 노즐(41)을 통해 내측 챔버(51)의 내부로 분사된다. 이때, 과냉각 액체수소는 분사 노즐(41)을 통과하면서 상변화됨으로써, 제1 상변화물이 생성되고, 이러한 제1 상변화물은 내측 챔버(51)의 내부에 수용된다. 여기서, 제1 상변화물은 기체수소 및 고체수소일 수 있다.
분사 노즐(41)을 통과하는 과냉각 액체수소의 상변화에 대하여 간략히 설명하면, 먼저, 과냉각 액체수소는 분사 노즐(41)을 통해 분사되면서 부피가 증가하고, 압력이 감소된다. 이러한 압력 감소로 인해 분사 노즐(41)을 통해 분사된 과냉각 액체수소의 기화점이 낮아져 과냉각 액체수소가 기화되면서 주변에 분사된 과냉각 액체수소의 열을 흡수한다. 이에 따라, 주변에 분사된 과냉각 액체수소는 열을 빼앗겨 고체수소가 된다. 이렇게 생성된 고체수소는 내측 챔버(51)의 하부에 축적된다.
다음으로, 제3 냉각매체 공급 장치(13)에서 제3 온도, 예컨대, 4K(-269.15℃)로 냉각된 상변화용 냉각매체가 외측 챔버(52)의 외측면과 내측 챔버(51)의 외측면 사이로 공급된다. 외측 챔버(52)의 외측면과 내측 챔버(51)의 외측면 사이로 공급된 상변화용 냉각매체에 의해 내측 챔버(51)의 내부에 수용된 제1 상변화물의 적어도 일부, 예컨대, 기체수소의 상이 변화됨으로써, 제2 상변화물이 생성된다. 여기서, 제2 상변화물은 액체수소일 수 있다. 구체적으로, 외측 챔버(52)의 외측면과 내측 챔버(51)의 외측면 사이로 공급된 상변화용 냉각매체와 내측 챔버(51) 내부의 기체수소가 열교환되어 내측 챔버(51)의 내부의 기체수소가 응축됨으로써, 액체수소가 생성된다. 이렇게 생성된 액체수소는 내측 챔버(51)의 내측면에 응결되었다가 내측 챔버(51)의 하부로 이동되고, 내측 챔버(51)의 하부에 축적되어 있는 고체수소와 혼합됨으로써, 슬러시 수소의 생성이 완료된다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템(1)은 과냉각 액체수소가 분사 노즐(41)을 통해 층류 분사되면서 균일한 입자의 상변화물을 생성하고, 이렇게 생성된 상변화물을 이용하여 슬러시 수소를 형성함에 따라, 종래에 비해 슬러시 수소를 효율적으로 생산할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 슬러시 수소는 고체수소에 의한 고밀도화가 가능하기 때문에, 종래에 비해 높은 저장 밀도로 수소를 대량 저장할 수 있다는 효과가 있다.
뿐만 아니라, 슬러시 수소가 별도의 배관을 통해 수송될 때, 외부로부터 침입하는 열이 고체수소의 융해열로 흡수됨에 따라, 액체수소의 온도 상승이 저감되므로, 증발가스의 생성이 감소되어 종래에 비해 수소를 안정적으로 장기간 저장할 수 있다는 효과가 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1: 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템
10: 냉각매체 공급부
11: 제1 냉각매체 공급 장치 12: 제2 냉각매체 공급 장치
13: 제3 냉각매체 공급 장치 20: 극저온 물질 공급부
21: 액화 장치 22: 액화용 냉각매체 공급 라인
23: 액화용 냉각매체 회수 라인 30: 과냉각부
31: 제1 플랜지 32: 제2 플랜지
33: 과냉각용 냉각매체 공급 라인
34: 과냉각용 냉각매체 회수 라인
40: 제1 상변화부 41: 분사 노즐
42: 제1 하우징 43: 제2 하우징
44: 제3 하우징 50: 제2 상변화부
51: 내측 챔버 52: 외측 챔버
53: 상변화용 냉각매체 공급 라인
54: 상변화용 냉각매체 배출 라인
60: 진공 단열부 61: 진공 단열 용기
62: 진공 단열 라인 63: 온도 센서
70: 제어부 211: 액체수소 공급 라인
311: 제1 삽입부 312: 제2 삽입부
5111: 진공 라인 5121: 슬러시 수소 배출 라인
10: 냉각매체 공급부
11: 제1 냉각매체 공급 장치 12: 제2 냉각매체 공급 장치
13: 제3 냉각매체 공급 장치 20: 극저온 물질 공급부
21: 액화 장치 22: 액화용 냉각매체 공급 라인
23: 액화용 냉각매체 회수 라인 30: 과냉각부
31: 제1 플랜지 32: 제2 플랜지
33: 과냉각용 냉각매체 공급 라인
34: 과냉각용 냉각매체 회수 라인
40: 제1 상변화부 41: 분사 노즐
42: 제1 하우징 43: 제2 하우징
44: 제3 하우징 50: 제2 상변화부
51: 내측 챔버 52: 외측 챔버
53: 상변화용 냉각매체 공급 라인
54: 상변화용 냉각매체 배출 라인
60: 진공 단열부 61: 진공 단열 용기
62: 진공 단열 라인 63: 온도 센서
70: 제어부 211: 액체수소 공급 라인
311: 제1 삽입부 312: 제2 삽입부
5111: 진공 라인 5121: 슬러시 수소 배출 라인
Claims (10)
- 냉각매체를 저장 및 공급하는 냉각매체 공급부;
상기 냉각매체 공급부와 연결되고, 극저온 물질을 저장 및 공급하는 극저온 물질 공급부;
상기 냉각매체 공급부 및 상기 극저온 물질 공급부와 연결되고, 상기 냉각매체 공급부로부터 공급되는 상기 냉각매체를 이용하여 상기 극저온 물질 공급부로부터 공급된 상기 극저온 물질을 과냉각시켜서 과냉각 극저온 물질을 생성하는 과냉각부;
상기 과냉각부와 연결되고, 상기 과냉각부로부터 상기 과냉각 극저온 물질을 공급받아 분사함으로써, 상기 과냉각 극저온 물질의 상(phase)을 변화시켜서 제1 상변화물을 생성하는 제1 상변화부; 및
상기 냉각매체 공급부 및 상기 제1 상변화부와 연결되고, 상기 냉각매체 공급부로부터 공급되는 상기 냉각매체를 이용하여 상기 제1 상변화물의 적어도 일부의 상을 변화시켜서 제2 상변화물을 생성하며, 상기 제2 상변화물과 상기 제1 상변화물의 나머지를 혼합하여 슬러시 극저온 물질을 생성하는 제2 상변화부를 포함하는,
극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 냉각매체 공급부는,
상기 극저온 물질 공급부와 연결되고, 상기 냉각매체를 제1 온도로 냉각시키며, 상기 제1 온도로 냉각된 상기 냉각매체를 상기 극저온 물질 공급부로 공급하는 제1 냉각매체 공급 장치;
상기 과냉각부와 연결되고, 상기 냉각매체를 상기 제1 온도와 상이한 제2 온도로 냉각시키며, 상기 제2 온도로 냉각된 상기 냉각매체를 상기 과냉각부로 공급하는 제2 냉각매체 공급 장치; 및
상기 제2 상변화부와 연결되고, 상기 냉각매체를 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도 중 적어도 하나와 상이한 제3 온도로 냉각시키며, 상기 제3 온도로 냉각된 상기 냉각매체를 상기 제2 상변화부로 공급하는 제3 냉각매체 공급 장치를 포함하는,
극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템. - 제2 항에 있어서,
상기 제2 상변화부는,
내부에 상기 과냉각 극저온 물질, 상기 제1 상변화물, 상기 제2 상변화물 및 상기 슬러시 극저온 물질 중 적어도 하나가 수용되는 수용 공간을 구비하는 내측 챔버;
상기 내측 챔버의 외측에 구비되고, 상기 내측 챔버와 이격 배치되는 외측 챔버;
일 단부가 상기 제3 냉각매체 공급 장치에 연결되고, 타 단부가 상기 외측 챔버에 연결되는 상변화용 냉각매체 공급 라인; 및
일 단부가 상기 외측 챔버에 연결되고, 타 단부가 상기 제3 냉각매체 공급 장치에 연결되는 상변화용 냉각매체 회수 라인을 포함하는,
극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템. - 제3 항에 있어서,
상기 제1 상변화부는,
일 단부가 상기 내측 챔버의 내부에 배치되며, 타 단부가 상기 극저온 물질 공급부에 연결되며, 상기 과냉각 극저온 물질을 층류(laminar) 형태로 분사하는 분사 노즐을 포함하는,
극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템. - 제4 항에 있어서,
상기 과냉각부는,
제1 플랜지;
상기 제1 플랜지와 대향하도록 체결되는 제2 플랜지;
일 단부가 상기 제2 냉각매체 공급 장치에 연결되고, 타 단부가 상기 제1 플랜지 및 상기 제2 플랜지 중 어느 하나에 연결되는 과냉각용 냉각매체 공급 라인; 및
일 단부가 상기 제1 플랜지 및 상기 제2 플랜지 중 어느 하나에 연결되고, 타 단부가 상기 제2 냉각매체 공급 장치에 연결되는 과냉각용 냉각매체 회수 라인을 포함하는,
극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템. - 제5 항에 있어서,
상기 제1 상변화부는,
상기 분사 노즐의 적어도 일부가 내부에 배치되는 제1 하우징;
상기 제1 하우징의 외측에 배치되는 제2 하우징; 및
상기 제2 하우징의 외측에 배치되는 제3 하우징을 더 포함하고,
상기 제2 냉각매체 공급 장치에서 상기 제2 온도로 냉각된 상기 냉각매체는 상기 과냉각용 냉각매체 공급 라인을 통해 상기 분사 노즐의 외측면과 상기 제1 하우징의 내측면 사이로 공급되는,
극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템. - 제2 항에 있어서,
상기 극저온 물질 공급부는,
외부로부터 공급되는 기체 극저온 물질을 액화시키는 액화 장치;
일 단부가 상기 제1 냉각매체 공급 장치에 연결되고, 타 단부가 상기 액화 장치에 연결되는 액화용 냉각매체 공급 라인; 및
일 단부가 상기 액화 장치에 연결되고, 타 단부가 상기 제1 냉각매체 공급 장치에 연결되는 액화용 냉각매체 회수 라인을 포함하는,
극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템. - 제3 항에 있어서,
상기 외측 챔버의 외측에 구비되는 진공 단열부를 더 포함하는,
극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템. - 제8 항에 있어서,
상기 냉각매체 공급부, 상기 극저온 물질 공급부, 상기 과냉각부, 상기 제1 상변화부, 상기 제2 상변화부 및 상기 진공 단열부 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 더 포함하는,
극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템. - 제9 항에 있어서,
상기 진공 단열부는,
상기 외측 챔버의 외측에서 상기 외측 챔버를 둘러싸도록 구비되고, 상기 외측 챔버와 이격 배치되는 진공 단열 용기;
상기 진공 단열 용기에 연결되는 진공 단열 라인; 및
상기 진공 단열 용기에 설치되는 온도 센서를 포함하는,
극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210129536A KR102416845B1 (ko) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210129536A KR102416845B1 (ko) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102416845B1 true KR102416845B1 (ko) | 2022-07-06 |
Family
ID=82400311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210129536A KR102416845B1 (ko) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102416845B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102541216B1 (ko) * | 2022-11-29 | 2023-06-08 | 고등기술연구원연구조합 | 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000258053A (ja) * | 1999-03-04 | 2000-09-22 | Boeing Co:The | スラッシュ生成プロセスおよびスラッシュ生成装置 |
| JP2003314954A (ja) * | 2002-04-24 | 2003-11-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | スラッシュｌｎｇ製造装置 |
| KR101585825B1 (ko) * | 2015-02-03 | 2016-01-22 | 한국과학기술연구원 | 이중관 히트파이프를 이용한 수소 액화 장치 |
| KR20180036699A (ko) * | 2015-07-31 | 2018-04-09 | 쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이. | Lng 수입 터미널에서 액체 천연 가스 스트림을 처리하는 방법 및 시스템 |
-
2021
- 2021-09-30 KR KR1020210129536A patent/KR102416845B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000258053A (ja) * | 1999-03-04 | 2000-09-22 | Boeing Co:The | スラッシュ生成プロセスおよびスラッシュ生成装置 |
| JP2003314954A (ja) * | 2002-04-24 | 2003-11-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | スラッシュｌｎｇ製造装置 |
| KR101585825B1 (ko) * | 2015-02-03 | 2016-01-22 | 한국과학기술연구원 | 이중관 히트파이프를 이용한 수소 액화 장치 |
| KR20180036699A (ko) * | 2015-07-31 | 2018-04-09 | 쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이. | Lng 수입 터미널에서 액체 천연 가스 스트림을 처리하는 방법 및 시스템 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102541216B1 (ko) * | 2022-11-29 | 2023-06-08 | 고등기술연구원연구조합 | 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템 |
| WO2024117458A1 (ko) * | 2022-11-29 | 2024-06-06 | 고등기술연구원연구조합 | 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100424450C (zh) | 以冷媒为介质的液化天然气冷量利用方法及其装置 | |
| KR101122549B1 (ko) | 액화천연가스 운반선의 증발가스 억제장치 | |
| US20100101231A1 (en) | Process for a high efficiency and low emission operation of power stations as well as for storage and conversion of energy | |
| CA2655313C (en) | Process and plant for the vaporization of liquefied natural gas and storage thereof | |
| KR101075195B1 (ko) | 열교환기가 포함된 저장탱크 및 그 저장탱크를 포함하는 천연가스연료공급시스템 | |
| KR102416845B1 (ko) | 극저온 물질을 이용한 슬러시 생산 시스템 | |
| KR102467266B1 (ko) | 선박의 극저온 유체 운송 시스템 | |
| KR102336884B1 (ko) | 수소 액화 및 자연기화가스 억제 시스템 | |
| KR20190052904A (ko) | 부유식 발전플랜트의 액화가스 냉열을 이용한 냉동 컨테이너 냉각시스템, 냉각방법, 및 그 냉동 컨테이너 냉각시스템을 구비하는 부유식 발전플랜트 | |
| KR102541216B1 (ko) | 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템 | |
| KR102461916B1 (ko) | 분쇄 에너지를 이용한 극저온 물질의 슬러시 생산 시스템 | |
| CN204387683U (zh) | 一种lng存储供给装置 | |
| KR101280893B1 (ko) | Ｌｎｇ공급장치 | |
| Ha et al. | Development of a condensing-type hydrogen liquefaction system for improving cooling efficiency and long-term storage | |
| KR20230052850A (ko) | 냉열을 이용하여 열원을 관리하기 위한 시스템 및 방법 | |
| JP7011713B2 (ja) | 液化燃料発電及び物流システム、並びにそのシステムを利用した荷役方法 | |
| JP2010043708A (ja) | 地域エネルギー供給システム | |
| KR102379650B1 (ko) | 대기식 고압 수소 기화 장치 및 이를 이용한 수소 충전 장치 | |
| KR102244318B1 (ko) | 직냉식 액화시스템 및 액화방법 | |
| Shakrina et al. | Cold Energy Storage for Boil-off Gas On-Board Reliquefaction | |
| KR20230052801A (ko) | 냉열을 이용하여 열원을 관리하기 위한 시스템 및 방법 | |
| KR20190056737A (ko) | 부유식 발전플랜트의 액화가스 기화열을 이용한 냉동 컨테이너 냉각시스템, 냉각방법, 및 그 냉동 컨테이너 냉각시스템을 구비하는 부유식 발전플랜트 | |
| JP4747001B2 (ja) | 冷熱供給システム | |
| KR20210095930A (ko) | 액화 가스로부터 기체 상태의 가스를 생성하는 장치 | |
| KR102512996B1 (ko) | 액화수소 증발가스 제어 시스템 및 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |