KR102426720B1 - Cryogenic liquid pump using pneumatic motor and transfer method of cryogenic liquid using the same - Google Patents
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Abstract
공압모터를 이용한 초저온 액체의 이송시스템 및 이를 이용한 초저온 액체의 이송방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크로부터 제공되는 초저온 액체를 외부로 이송하기 위한 펌핑부; 및 상기 펌핑부로 구동을 위한 압축가스를 제공하는 구동부;를 포함하고, 상기 압축가스는, 일부 또는 전부가 상기 초저온 액체로부터 제공되고, 상기 구동부는, 상기 압축가스의 압력에 의해 회전 구동되는 공압모터를 포함하는, 초저온 액체의 이송시스템이 제공될 수 있다. 본 발명의 이송시스템 및 이송방법은 열로 인한 초저온 액체의 이송손실을 저감시킬 수 있다.Disclosed are a cryogenic liquid transport system using a pneumatic motor and a cryogenic liquid transport method using the same. According to an aspect of the present invention, a pumping unit for transferring the cryogenic liquid provided from the storage tank to the outside; and a driving unit providing compressed gas for driving to the pumping unit, wherein the compressed gas is partially or entirely provided from the cryogenic liquid, and the driving unit is a pneumatic motor driven by rotation by the pressure of the compressed gas Containing, a cryogenic liquid transport system may be provided. The transport system and transport method of the present invention can reduce transport loss of cryogenic liquid due to heat.
Description
본 발명은 액화천연가스 등 초저온 액체를 이송하기 위한 초저온 액체 펌프 및 이를 이용한 초저온 액체 이송방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cryogenic liquid pump for transporting a cryogenic liquid such as liquefied natural gas, and a cryogenic liquid transport method using the same.
일반적으로, 펌프는 임팰러, 기어 등을 회전시켜 차압을 발생시키고, 발생된 차압을 이용하여 유체를 이동시키는 장치이다. 액화천연가스(liquefied natural gas; LNG) 등 초저온 액체의 이송에는 전기모터 구동방식의 펌프가 사용되고 있다. 구체적으로, -162도인 액화천연가스의 경우, 액중 펌프(submerged motor pump) 방식으로 탱크 하부에 펌프가 설치되고, 전기모터의 회전력을 구동력으로 임팰러 등을 회전시켜 액화천연가스를 이송시키는 방법을 사용하고 있다. In general, a pump is a device that generates a differential pressure by rotating an impeller, a gear, and the like, and moves a fluid using the generated differential pressure. An electric motor driven pump is used to transport cryogenic liquids such as liquefied natural gas (LNG). Specifically, in the case of liquefied natural gas at -162 degrees, a pump is installed in the lower part of the tank by a submerged motor pump method, and an impeller is rotated using the rotational force of an electric motor as a driving force to transfer the liquefied natural gas. are using
액화천연가스와 같은 초저온 액체용의 펌프는 펌프 몸체를 펌프 하우징에 구성하고, 그 내부에 임펠러가 구비된 수중 펌프 타입의 펌프가 설치될 수 있다. 여기서, 임펠러의 회전을 위해 통상 전기모터가 사용되는데, 이러한 전기모터의 사용은 추가적인 기화가스(boil off gas; BOG)를 발생시킬 수 있다. 즉, 전기모터에서 발생되는 구동열이 초저온 상태인 액화천연가스의 기화를 촉진시키는 것이다. 또한, 전기모터에 전기를 공급하기 위해, 초저온 액체(액화천연가스)가 저장된 펌프 하우징 내에 전선 케이블을 설치하기 위한 구비되어야 하고, 나아가, 전기모터의 교체나 수리를 위해 펌프 하우징을 해체 가능한 구조로 제작하여야 하므로, 단열에 취약한 구조로 구성될 수밖에 없는 단점이 있다.A pump for cryogenic liquids such as liquefied natural gas may include a pump body in a pump housing, and a submersible pump type pump having an impeller therein. Here, an electric motor is usually used to rotate the impeller, and the use of such an electric motor may generate additional boil off gas (BOG). That is, the driving heat generated by the electric motor promotes the vaporization of the liquefied natural gas in a cryogenic state. In addition, in order to supply electricity to the electric motor, it must be provided for installing a wire cable in the pump housing in which cryogenic liquid (liquefied natural gas) is stored, and furthermore, the pump housing can be dismantled for replacement or repair of the electric motor. Since it has to be manufactured, there is a disadvantage in that it cannot but be composed of a structure that is vulnerable to heat insulation.
본 발명은 액화천연가스 등 초저온 액체의 이송 중 기화가스 발생을 저감시킬 수 있는 초저온 액체 펌프 및 이를 이용한 이송 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a cryogenic liquid pump capable of reducing the generation of vaporized gas during transport of a cryogenic liquid such as liquefied natural gas, and a transport method using the same.
본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크로부터 제공되는 초저온 액체를 외부로 이송하기 위한 펌핑부; 및 상기 펌핑부로 구동을 위한 압축가스를 제공하는 구동부;를 포함하고, 상기 압축가스는, 일부 또는 전부가 상기 초저온 액체로부터 제공되고, 상기 구동부는, 상기 압축가스의 압력에 의해 회전 구동되는 공압모터를 포함하는, 초저온 액체의 이송시스템이 제공될 수 있다According to an aspect of the present invention, a pumping unit for transferring the cryogenic liquid provided from the storage tank to the outside; and a driving unit providing compressed gas for driving to the pumping unit, wherein the compressed gas is partially or entirely provided from the cryogenic liquid, and the driving unit is a pneumatic motor driven by rotation by the pressure of the compressed gas A cryogenic liquid transport system comprising a can be provided
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기의 이송시스템을 이용한 초저온 액체의 이송방법에 관한 것으로, 이송 대상물인 초저온 액체로부터 발생된 압축가스를 공압모터의 구동원으로 사용하는, 초저온 액체의 이송방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for transferring a cryogenic liquid using the transfer system, wherein a compressed gas generated from a cryogenic liquid, which is a transfer object, is used as a driving source of a pneumatic motor. can
본 발명에 따르면, 초저온 LNG를 이송시키기 위한 펌프의 구동방식을 자체가스의 일부를 압축하여 공압모터를 회전시키는 방식을 적용함으로써, 전기모터방식 이용시 전기모터에서 발생되는 열로 인하여 초저온 LNG를 기화시켜 기화가스(BOG) 발생을 억제할 수 있고, 또한 전기를 펌프 몸체 내에 공급하지 않아 전기 공급을 위한 포트마련의 어려움과 전기 스파크 등으로 인한 위험성을 줄일 수 있고, 구동력을 제공하는 압축기가 펌프 외부에 있어 펌프 고장시에도 쉽게 대처할 수 있는 장점이 있다. 이러한 방식은 비단 초저온 LNG펌프가 아니라 LPG등 다양한 위험물의 펌핑을 위한 설비에 적용할 수 있다.According to the present invention, by applying a method of rotating a pneumatic motor by compressing a part of its own gas as a driving method of a pump for transporting cryogenic LNG, the cryogenic LNG is vaporized and vaporized due to the heat generated from the electric motor when using the electric motor method. Gas (BOG) generation can be suppressed, and electricity is not supplied within the pump body, so it is possible to reduce the difficulty of preparing a port for electricity supply and the risk of electric sparks, etc. It has the advantage of being able to easily cope with a pump failure. This method can be applied not only to cryogenic LNG pumps, but to facilities for pumping various dangerous substances such as LPG.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 액체의 이송시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 이송시스템의 변형예이다.
도 3은 도 1에 도시된 공압모터의 일 예를 보여주는 개략도이다.
도 4는 도 1에 도시된 이송시스템의 작동상태도이다.1 is a schematic diagram illustrating a cryogenic liquid transport system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a modified example of the transport system shown in FIG. 1 .
3 is a schematic diagram showing an example of the pneumatic motor shown in FIG.
FIG. 4 is an operation state diagram of the transport system shown in FIG. 1 .
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 이하의 실시예들은 해당 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로, 불필요하게 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 기술을 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, it should be noted that the following examples are provided to help the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples. The following embodiments are provided to more completely explain the present invention to those with average knowledge in the relevant technical field, and detailed description of known configurations that may unnecessarily obscure the technical gist of the present invention to be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초저온 액체의 이송시스템을 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a cryogenic liquid transport system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 초저온 액체의 이송시스템(이하, "초저온 액체 펌프(100)"으로 지칭함)은, 저장탱크(10)에 저장된 초저온 액체를 차량 또는 선박의 초저온 저장탱크로 공급하거나 소정의 다른 다른 저장수단에 초저온 액체를 이송하기 위해 사용될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the cryogenic liquid transport system (hereinafter, referred to as “cryogenic
여기서, 초저온 액체는 대표적으로 액화천연가스(liquefied natural gas; LNG)를 포함할 수 있다. 다만, 초저온 액체는 액화천연가스 외 다양한 종류의 액상 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 초저온 액체는 액화석유가스(liquefied petroleum gas; LPG), 기타 임계 온도 이하로 냉각되어 액체 상태로 취급되는 액화가스(liquefied gas) 등을 포함할 수 있다. 이 외에도, 초저온 액체는 액체질소, 액체산소, 액체헬륨, 액체탄산 등을 포함할 수 있다.Here, the cryogenic liquid may typically include liquefied natural gas (LNG). However, the cryogenic liquid may include various types of liquid substances other than liquefied natural gas. For example, the cryogenic liquid may include liquefied petroleum gas (LPG), other liquefied gas cooled to below a critical temperature and treated as a liquid state (liquefied gas). In addition to this, the cryogenic liquid may include liquid nitrogen, liquid oxygen, liquid helium, liquid carbonic acid, and the like.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 액화천연가스가 초저온 액체인 경우를 예시하여 설명하도록 한다. 다만, 이하에서 설명할 기술적 요지는 액화석유가스, 기타 액화가스 등에서도 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다.Hereinafter, for convenience of explanation, a case in which the liquefied natural gas is a cryogenic liquid will be exemplified. However, the technical gist to be described below may be equally or similarly applied to liquefied petroleum gas and other liquefied gases.
저장탱크(10)는 소정의 단열구조를 가지고, 액화천연가스를 저장할 수 있는 것이면 무방하고, 그 종류나 용도, 구조 등에 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 저장탱크(10)는 액화천연가스 충전소, LNG벙커링 설비, 액화석유가스 등 액체 이송설비 등에 구비된 저장수단일 수 있다. 작게는, 액화천연가스의 운송차량에 구비된 탱크 등도 저장탱크(10)의 일종으로 포함될 수 있다. 또한, 저장탱크(10)는 액화석유가스 등과 같이 소정의 압력이 요구되는 액체를 저장하기 위한 탱크를 포함할 수 있다.The
한편, 본 실시예의 초저온 액체 펌프(100)는, 펌핑부(110) 및 구동부(120)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the cryogenic
펌핑부(110)는 저장탱크(10)로부터 제공되는 액화천연가스를 소정의 다른 저장수단이나 수요처의 저장수단으로 공급할 수 있다. 경우에 따라, 액화천연가스는 일시적으로 펌핑부(110)에 저장되었다가 소정의 다른 저장수단 등으로 이송될 수 있다.The
구동부(120)는 펌핑부(110)로 이송을 위한 구동력을 제공할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 펌핑부(110)는 공압(空壓, pneumatic)에 의해 구동될 수 있으며, 이에 따라, 구동부(120)는 펌핑부(110)로 소정의 공압을 제공할 수 있다.The
여기서, 본 실시예의 구동부(120)는 초저온 액체로부터 취득되는 일부 기화가스를 구동원으로 사용할 수 있다. 예시된 바와 같이 초저온 액체가 액화천연가스인 경우, 기화가스는 액화천연가스로부터 취득되는 기상의 천연가스(natural gas; NG)일 수 있다.Here, the
구동원으로 기상의 천연가스를 사용하는 방식은, 초저온 액체 펌프(100) 내에서 구동원을 쉽게 취득할 수 있도록 하고, 경우에 따라, 구동원의 보충 또한 용이하게 이뤄질 수 있도록 한다.The method of using gaseous natural gas as a driving source makes it possible to easily obtain a driving source in the cryogenic
다른 이점은, 기존의 전기를 이용한 모터를 이용하는 방식과 대비하여 펌핑부(110)로부터 열 발생으로 인한 초저온 액체의 기화를 방지할 수 있다는 점이다. 종래 일반적으로 사용되던 전기모터 등의 구동원은, 구동시 발생되는 열을 제거하기 위하여 초저온 액체와의 열 교환 방식을 통하여 쿨 다운(cooldown) 방식을 사용해 왔기 때문에, 펌프의 가동으로 인해 필수적으로 초저온 액체의 온도가 상승되고 일부 기화되어, 액체 상태로 공급되어야 함에도 불구하고 그렇지 못하게 되는 단점이 있어 왔다. 본 실시예의 초저온 액체 펌프(100)는 펌핑부(110)에서는 전기를 사용하지 않고 공압을 이용하여 임펠러를 돌리는 방식을 사용하기 때문에 열발생의 우려가 없어 초저온 액체의 이송에 있어서 기화로 인한 문제점을 방지할 수 있게 된다. 이는 후술할 펌핑부(110)와 관련하여 부연하기로 한다.Another advantage is that it is possible to prevent vaporization of the cryogenic liquid due to heat generation from the
이하, 펌핑부(110)에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the
펌핑부(110)는 펌프하우징(111)을 포함할 수 있다. 펌프하우징(111)은 내부에 챔버(111a)를 형성할 수 있다. 챔버(111a)는 저장탱크(10)로부터 이송된 액화천연가스를 일시적 저장하여 임펠러가 항상 액체 속에 위치할 있도록 하기 위한 역할을 한다. 펌프하우징(111) 또는 챔버(111a)는 이송된 액화천연가스를 적절히 저장 또는 수용할 수 있는 것이면 무방하고, 그 구조나 형태 등이 특별히 제한되지 않는다.The
필요에 따라, 펌프하우징(111)은 외부와의 단열을 위해 이중 진공단열방식 등 적절한 단열구조를 구비할 수 있다.If necessary, the
한편, 펌핑부(110)는 연결부(112)를 포함할 수 있다. 연결부(112)는 저장탱크(10)와 펌프하우징(111) 사이에서 액화천연가스의 이송경로를 제공할 수 있다. 연결부(112)는 액화천연가스의 이송을 위한 관(官), 파이프(pipe) 등의 형태로 구현될 수 있고, 그 구조나 형태 등이 특별히 제한되지 않는다.Meanwhile, the
필요에 따라, 연결부(112)는 외부와의 단열을 위해 적절한 단열구조를 구비할 수 있다.If necessary, the
바람직하게, 연결부(112)는 상부연결부(112a) 및 하부연결부(112b)를 포함할 수 있다. 상부연결부(112a)는 저장탱크(10)의 상부 기상영역과 펌프하우징(111)의 상부영역 간에 연결 설치될 수 있고, 하부연결부(112b)는 저장탱크(10)의 액상영역인 하부영역과 펌프하우징(111)의 하부영역 간에 연결 설치될 수 있다.Preferably, the
한편, 펌핑부(110)는 출구라인(113)을 포함할 수 있다. 출구라인(113)은 펌프하우징(111) 내부에서 외부로 액화천연가스의 이송경로를 제공할 수 있다. 즉, 펌프하우징(111) 내부에 수용된 액화천연가스는 출구라인(113)을 통해 외부 배출되어, 차량 또는 선박의 초저온 액체저장탱크 또는 소정의 수요처 등으로 제공될 수 있다. 이에 따라, 출구라인(113)은 일부가 펌프하우징(111) 내부에 존재할 수 있고, 다른 일부가 펌프하우징(111) 외부에 연통될 수 있다. 출구라인(113)은 액화천연가스의 이송을 위한 관, 파이프 등의 형태로 구현될 수 있다.Meanwhile, the
필요에 따라, 출구라인(113)는 외부와의 단열을 위해 적절한 단열구조를 구비할 수 있다.If necessary, the
한편, 펌핑부(110)는 흡입구(114)를 포함할 수 있다. 흡입구(114)는 복수의 흡입홀(suction hole) 등을 구비하고, 펌프하우징(111)에 수용된 액화천연가스를 흡입할 수 있다. 또는, 흡입구(114)는 액화천연가스를 출구라인(113)으로 이송하기 위한 흡입경로를 제공할 수 있다. 흡입구(114)는 액화천연가스를 적절히 유통(流通)시킬 수 있는 것이면 무방하고, 그 구조나 형태 등이 특별히 제한되지 않는다.Meanwhile, the
도시된 바에 따르면, 흡입구(114)는 대체로 펌프하우징(111)의 내측 하단에 배치되고 있다. 이는 안정적인 액화천연가스의 흡입을 고려한 것이나, 흡입구(114)의 위치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 흡입구(114)는 펌프하우징(111) 내 수용된 액화천연가스를 적절히 흡입할 수 있는 위치이면, 펌프하우징(111)의 내측 측면, 도시된 바에서 상측으로 이격된 위치 등 다양한 위치로 배치될 수 있다.As shown, the
경우에 따라, 흡입구(114)는 후술할 임펠러(115) 및 공압모터(116)와 함께 소정의 하우징, 브라켓 등에 수용된 형태로 모듈화 또는 부품화될 수 있다.In some cases, the
한편, 펌핑부(110)는 임펠러(115)를 포함할 수 있다. 임펠러(115)는 액화천연가스의 흡입을 위한 흡입력을 발생시킬 수 있다. 즉, 임펠러(115)는 후술할 공압모터(116)에 의해 회전 구동되어, 흡입방향의 유동 흐름을 발생시킬 수 있다.Meanwhile, the
도시된 바에 따르면, 임펠러(115)는 대체로 상하방향 또는 액화천연가스의 이송방향에 대응되는 회전축을 가진 것으로 예시되어 있으나, 회전축의 방향 등이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 임펠러(115)는 소정의 회전축을 가지고 회전 구동되어, 흡입력을 발생시킬 수 있는 것이면 무방하고, 회전축의 방향 등이 특별히 제한되지 않는다.As shown, the
한편, 펌핑부(110)는 공압모터(116)를 포함할 수 있다. 공압모터(116)는 흡입구(114) 및 임펠러(115)와 함께 펌프하우징(111) 내부에 배치될 수 있다. 공압모터(116)는 임펠러(115)와 축결합되어 임펠러(115)를 회전 구동시킬 수 있다. 필요에 따라, 공압모터(116)와 임펠러(115) 간에는 적절한 증, 감속수단이 부가될 수 있다.Meanwhile, the
본 실시예에 있어서, 공압모터(116)는 기체의 압력을 구동원으로 하는 회전구동수단을 지칭할 수 있다. 여기서, 본 실시예의 공압모터(116)는 액화천연가스(초저온 액체)로부터 발생된 일부 기화가스(압축가스)를 구동원으로 사용할 수 있다. 구동원인 압축가스는 후술할 구동부(120)의 순환라인(121)을 통해 제공될 수 있다.In this embodiment, the
상기의 방식은 펌프하우징(111) 내의 열 발생을 줄일 수 있다는 점에서 이점을 갖는다. 즉, 종래 보편적으로 사용되던 전기모터의 경우, 외부로부터 전력이 공급되어 구동되는 방식을 취하고 있고, 전기를 구동원으로 사용하는 특성상 필연적으로 상당량의 열이 발생되게 된다. 액화천연가스와 같이 초저온 상태로 취급되는 액체의 경우 이러한 열로 인해 기화될 수 있다. 일반적으로 발생된 기화가스는 펌프하우징(111)이나 저장탱크(10) 내 압력을 지나치게 높일 수 있기 때문에 안전을 위하여 대기로 방출하게 되면 이 과정에서 손실량이 발생되어 왔다.The above method has an advantage in that heat generation in the
반면, 본 실시예는 압축가스를 구동원으로 하는 공압모터(116)를 사용함으로써, 종래의 문제점을 상당부분 해소할 수 있다. 구동원인 압축가스는 이송물인 액화천연가스로부터 쉽게 충당될 수 있고, 전기모터와 같이 발열을 야기하는 장치를 사용하지 않으며, 열발생이 없는 공압을 이용한 임팰러 회전방식을 이용하기 때문에, 펌프하우징(111) 내에서 열 발생을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 이송과정 중 기화로 인한 손실량이 상당히 줄어들 수 있다.On the other hand, in this embodiment, by using the
다른 이점 중 하나는 기존의 전기모터를 사용하는 방식에 비해 매우 안전하다는 것이다. 전기모터의 경우 구동원인 전력의 공급을 위해 펌프하우징(111) 내 전력라인 등의 설치가 요구되고, 펌프의 고장으로 인한 정기적인 수리가 요구되거나, 전기 사용으로 인한 화재 및 폭발사고에 대한 안전성을 확보하기 위해 고도의 수밀처리가 필요하다. 이는 비용 측면에서도 매우 고가이다. 그럼에도 불구하고, 전기모터는 사용환경의 특성상 항상 오작동이나 폭발사고에 대한 위험성을 내재하고 있다.One of the other advantages is that it is very safe compared to conventional electric motors. In the case of an electric motor, the installation of a power line in the
반면, 본 실시예의 경우, 초저온 액체 펌프(100) 내에서 항상 존재하는 액화천연가스 내지 기화가스(압축가스)를 구동원으로 사용하므로, 상기와 같은 위험성을 상당히 저감시킬 수 있다. 구동원인 압축가스의 취급에는 기존 이송매체인 액화천연가스를 취급하는 정도의 주의와 관리를 요하며, 실질적으로 이는 기존 이송시스템의 구성들을 통해 대부분 충당될 수 있다. 이에 따라, 상당히 저비용으로 구현 가능하면서도, 높은 안전성을 가지게 된다.On the other hand, in the case of the present embodiment, since liquefied natural gas or vaporized gas (compressed gas), which is always present in the cryogenic
압축가스를 구동원으로 사용함에 따른 다른 이점들은 각 관련 부분에서 좀 더 부연하기로 한다.Other advantages of using compressed gas as a driving source will be further elaborated in each related section.
공압모터(116)는 압축가스의 압력을 구동원으로 회전 구동될 수 있는 것이면 무방하고, 그 내부 구조나 형태 등이 특정 타입의 공압모터 등으로 제한되지 않는다. 단순화된 형태로, 공압모터(116)는 회전축을 가지는 블레이드와, 블레이드로 압력을 제공하기 위한 분사수단을 가진 것으로 구현될 수 있다.The
도시된 바에 따르면, 공압모터(116)는 대체로 상하방향 또는 액화천연가스의 이송방향에 대응되는 회전축을 가진 것으로 예시되어 있으나, 회전축의 방향 등이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 공압모터(116)는 액화천연가스의 이송방향과 상이하거나 소정 각도를 이루는 회전축을 가질 수 있다.As shown, the
경우에 따라, 공압모터(116)는 임펠러(115)와 일체화되거나, 하나의 구성부품으로 임펠러(115)를 포함할 수 있다. 즉, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 공압모터(116) 및 임펠러(115)를 분리하여 도시 및 설명하였으나, 공압모터(116) 및 임펠러(115)가 반드시 별개의 구성부품으로 구현될 필요는 없다.In some cases, the
한편, 필요에 따라, 펌핑부(110)는 안전밸브(117)를 포함할 수 있다. 안전밸브(117)는 펌프하우징(111) 상단에 연통될 수 있고, 펌프하우징(111) 내부의 압력을 대기로 방출하기 위해 사용될 수 있다.Meanwhile, if necessary, the
다만, 전술한 바와 같이, 본 실시예의 초저온 액체 펌프(100)는 공압모터(116)의 사용을 통해 펌프하우징(111) 내에서 발생되는 열을 상당량 저감시킬 수 있기 때문에, 종래 대비 안전밸브(117)를 통한 압력 배출의 필요성이나 빈도는 저감될 수 있다.However, as described above, since the cryogenic
이하, 구동부(120)에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the driving
구동부(120)는 공압모터(116)로 압축된 압축가스를 공급할 수 있다. 전술한 바와 같이, 공급된 압축가스는 공압모터(116) 내지 임펠러(115)의 회전 구동원으로 사용될 수 있다.The driving
구동부(120)는 기본적으로 폐루프를 형성하며 압축가스를 순환 공급할 수 있다. 구동원인 압축가스는 공압모터(116)에서 압력 강하되어 다시 구동부(120)로 순환될 수 있고, 압축기(122)를 통해 압축가스가 승압되어 다시 공압모터(116)로 제공될 수 있다.The driving
경우에 따라, 구동부(120)를 순환하는 압축가스는 초저온 액체 펌프(100) 내에서 보충될 수 있다. 또한, 압축가스가 공압모터(116)로 공급되어 다시 회수되는 방식이기 때문에, 소정의 압축가스 누출로 인한 문제를 발생시키지 않는다.In some cases, the compressed gas circulating in the
한편, 구동부(120)는 순환라인(121)을 포함할 수 있다. 순환라인(121)은 공압모터(116)로 압축가스를 순환 공급할 수 있다. 순환라인(121)의 일단은 공압모터(116)에 연결 설치되어, 소정 압력의 압축가스를 공압모터(116)의 구동을 위해 제공할 수 있다. 순환라인(121)의 타단은 공압모터(116)에 연결 설치되어, 구동에 사용된 압축가스를 다시 회수할 수 있다. 순환라인(121)은 이와 같은 압축가스의 유동경로를 제공할 수 있다.Meanwhile, the driving
바람직하게, 순환라인(121)은 외부와의 단열을 위해 일부 또는 전부가 이중단열구조로 형성될 수 있다. 또는, 순환라인(121)의 외부 또는 내부에는 적어도 하나 이상의 단열수단이 구비될 수 있다.Preferably, the
한편, 구동부(120)는 압축기(122)를 포함할 수 있다. 압축기(122)는 순환라인(121)에 설치되어, 순환라인(121)을 이동하는 압축가스를 소정 압력으로 가압할 수 있다. 이에 따라, 압축기(122) 후단의 압축가스는 압축기(122) 전단의 압축가스 대비 소정 정도 높은 압력을 가질 수 있다.Meanwhile, the driving
필요에 따라, 압축기(122)는 제어부(122a)에 의해 구동 제어될 수 있다. 제어부(122a)는 버퍼탱크(123)의 압력을 측정하고, 측정된 압력에 기초해 압축기(122)의 토출압력, 압축비 및 토출량 중 적어도 하나 이상을 제어할 수 있다. 본 실시예의 경우, 제어부(122a)가 제1버퍼탱크(123a)에 구비된 센서수단을 통해 제1버퍼탱크(123a)의 압력을 취득하도록 형성된 경우를 예시하고 있다.If necessary, the
한편, 구동부(120)는 구동부(120)는 버퍼탱크(123)를 포함할 수 있다. 버퍼탱크(123)는 압축기(122)의 전단 또는 후단에 배치될 수 있고, 바람직하게는, 압축기(122)의 후단에 배치될 수 있다.Meanwhile, the driving
본 실시예의 경우, 압축기(122)의 전단에 제1버퍼탱크(123a)가 배치되고, 압축기(122)의 후단에 제2버퍼탱크(123b)가 배치된 경우를 예시하고 있다. 제1, 2버퍼탱크(123a, 123b)는 공압모터(116)로 일정하고 지속적인 압력의 압축가스가 제공될 수 있도록, 소정 압력 조건으로 압축가스를 저장할 수 있다.In the present embodiment, a case in which the
필요에 따라, 압축기(122) 후단의 제2버퍼탱크(123b)에는 안전밸브(123c)가 구비될 수 있다. 안전밸브(123c)는 초저온 액체 펌프(100)의 운용상태에 따라 제2버퍼탱크(123b)의 과압을 대기로 방출시킬 수 있다.If necessary, a
또한, 구동부(120)는 레귤레이터(124)를 포함할 수 있다. 레귤레이터(124)는 순환라인(121)을 통해 공압모터(116)로 공급되는 압축가스의 압력을 조절할 수 있다. 본 실시예의 경우, 레귤레이터(124)는 제2버퍼탱크(123b)의 후단에 배치되어 있고, 제2버퍼탱크(123b)의 압축가스를 소정 정도 압력 강하시켜 공압모터(116)를 제공할 수 있다. 예컨대, 제2버퍼탱크(123b)의 압력은 10~12bar일 수 있고, 레귤레이터(124)는 한 예로 적정압력이라 생각되는 7~8bar로 강하시켜 공압모터(116)에 제공할 수 있다.Also, the driving
또한, 구동부(120)는 유량조절밸브(125)를 포함할 수 있다. 유량조절밸브(125)는 공압모터(116)로 공급되는 압축가스의 유량을 조절할 수 있다. 본 실시예의 경우, 유량조절밸브(125)는 공압모터(116)로 공급되는 압축가스의 유량을 최종 조절하도록 레귤레이터(124) 후단에 배치되어 있다. 이에 따라, 압축가스의 유량을 조절하여 초저온 액체의 이송속도를 제어할 수 있게 된다. 또한, 경우에 따라, 유량조절밸브(125)는 순환라인(121)을 개방/폐쇄시켜 초저온 액체 펌프(100)를 온/오프시키는 기능을 가질 수 있다.In addition, the driving
필요에 따라, 구동부(120)는 비상밸브(126)를 포함할 수 있다. 비상밸브(126)는 예측되지 않은 특이상황 발생시 초저온 액체 펌프(100) 또는 순환라인(121)을 오프시키기 위해 사용될 수 있다. 바람직하게, 비상밸브(126)는 수동식의 핸드밸브로 구성될 수 있고, 공압모터(116)의 후방 또는, 제1버퍼탱크(123a)의 전방에 배치될 수 있다.If necessary, the driving
필요에 따라, 구동부(120)는 역류방지밸브(127)를 포함할 수 있다. 역류방지밸브(127)는 순환라인(121)에서 압축가스의 역류를 방지하기 위해 사용될 수 있다. 역류방지밸브(127)는 체크밸브로 구성될 수 있고, 도시된 바에 따르면, 제1버퍼탱크(123a)의 바로 전단에 배치되어 있다.If necessary, the driving
도 2는 도 1에 도시된 이송시스템의 변형예이다.FIG. 2 is a modified example of the transport system shown in FIG. 1 .
도 2는 도 1을 참조하여 전술한 실시예에서 공압모터(116) 등의 배치를 달리한 것이다. 기타 나머지 구성들은 전술한 바와 유사하게 형성될 수 있다.FIG. 2 shows a different arrangement of the
도 2의 변형예에서 공압모터(216)는 횡방향의 회전축을 갖도록 펌프하우징(211) 내에 배치될 수 있다. 또한, 임펠러(215)는 공압모터(216)에 횡방향의 회전축으로 연결되어 회전 구동될 수 있다. 이와 같은 경우, 흡입구(214)를 통해 횡방향으로 유입된 액화천연가스는 임펠러(215)에 의해 종방향(상측)으로 이송될 수 있다.In the modified example of FIG. 2 , the
도 3은 도 1에 도시된 공압모터의 일 예를 보여주는 개략도이다.3 is a schematic diagram showing an example of the pneumatic motor shown in FIG.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 공압모터(116)는 고정바디(116a)를 포함할 수 있다. 고정바디(116a)는 내부에 챔버(116b)를 구비할 수 있다. 챔버(116b)는 평면상 대체로 원형으로 형성될 수 있다. 고정바디(116a)는 챔버(116b)를 둘러싸는 접촉면(116c)을 구비할 수 있다. 접촉면(116c)은 챔버(116b)의 형상에 대응되도록 평면상 대체로 원형으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
또한, 본 실시예의 공압모터(116)는 회전바디(116d)를 포함할 수 있다. 회전바디(116d)는 챔버(116b) 내에 배치될 수 있고, 챔버(116b) 내에서 회전 구동될 수 있다.In addition, the
회전바디(116d)는 복수의 베인(116e)을 구비할 수 있다. 각 베인(116e)은 회전바디(116d)의 중심으로부터 반경방향으로 연장 형성될 수 있고, 회전바디(116d)의 중심에 대해 반경방향으로 슬라이딩 이동 가능하도록 회전바디(116d)에 체결될 수 있다. 각 베인(116e)은 일단이 회전바디(116d)의 중심을 향해 배치될 수 있고, 반대측 단부가 접촉면(116c)을 향해 배치될 수 있다. 복수의 베인(116e)은 회전바디(116d)를 중심으로 방사형 배치될 수 있고, 본 실시예는 4개의 베인(116e)을 예시하고 있다.The
각 베인(116e)은 회전바디(116d)의 원심력에 의해 반경방향으로 이동(출납)될 수 있다. 각 베인의 반대측 단부는 대체로 접촉면(116c)에 접촉 배치되도록 의도될 수 있다. 각 베인(116e)의 반경방향 이동은 회전바디(116d)의 원심력에 의해 이뤄질 수 있다.Each
한편, 본 실시예의 공압모터(116)는 압축가스입구(116f) 및 압축가스출구(116g)를 포함할 수 있다. 압축가스입구(116f)는 챔버(111a)의 일측에 연통되어, 대응되는 베인(116e)으로 압축가스를 제공할 수 있다. 압축가스출구(116g)는 챔버(116b)의 다른 일측에 연통되어, 베인(116e)을 회전시키고 나온 압축가스를 다시 외부로 배출시킬 수 있다.On the other hand, the
상기와 같은 공압모터(116)는 압축가스입구(116f)를 통해 압축가스가 제공되면, 압축가스가 베인(116e)을 밀어 회전바디(116d)를 회전시키게 된다. 여기서, 회전바디(116d)의 각 베인(116e)은 원심력에 의해 반경방향으로 이동되면서 고정바디(116a)의 접촉면(116c)에 접촉된 상태를 유지할 수 있다. 또한, 이에 의해 챔버(116b) 내부가 구획될 수 있고, 압축가스를 구동원으로 회전바디(116d)가 회전될 수 있다.When the compressed gas is provided through the compressed
다만, 본 실시예의 초저온 액체 펌프(100)에 있어서 공압모터(116)는 소정의 공압에 의해 회전 구동될 수 있는 것이면 무방하고, 반드시 상기 예시된 공압모터(116)의 구조에 제한되는 것은 아니다.However, in the cryogenic
도 4는 도 1에 도시된 이송시스템의 작동상태도이다.FIG. 4 is an operation state diagram of the transport system shown in FIG. 1 .
도 4를 참조하면, 본 실시예의 초저온 액체 펌프(100)은 펌프하우징(111) 내의 액화천연가스가 흡입구(114)를 통해 유입되어, 임펠러(115) 및 공압모터(116)에 의해 출구라인(113)으로 이송될 수 있다.4, in the cryogenic
여기서, 공압모터(116)는 초저온 액체 펌프(100) 내 액화천연가스로부터 취득할 수 있는 기화가스(압축가스)를 구동원으로 사용할 수 있다. 구체적으로, 압축가스는 순환라인(121)을 따라 유동되어 제1버퍼탱크(123a)에 저장될 수 있고, 이는 압축기(122)의 작동에 따른 급작스러운 유체흐름 발생시 펌프를 보호하기 위해 사용될 수 있으며, 제2버퍼탱크(123b)는 압축기(122)에서 발생된 얍력을 저장하여 레귤레이터에 일정하게 공급되도록 하는 기능을 수행한다. 제2버퍼탱크(123b)의 압축가스는 레귤레이터(124) 및 유량조절밸브(125)를 거쳐 공압모터(116)로 제공될 수 있으며, 공압모터(116)는 압축가스의 압력에 의해 회전 구동될 수 있다.Here, the
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 초저온 액체 펌프(100)를 이용한 초저온 액체의 이송방법이 제공될 수 있다.Meanwhile, according to another aspect of the present invention, a method for transferring a cryogenic liquid using the aforementioned cryogenic
본 실시예에 따른 이송방법은 초저온 액체의 기화가스(압축가스)를 이송을 위한 구동원으로 사용하는데 요지를 두며, 전술한 실시예의 초저온 액체 펌프(100) 등과 그 기술적 요지가 유사한 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.The transfer method according to this embodiment focuses on using the vaporized gas (compressed gas) of the cryogenic liquid as a driving source for transfer, and the technical gist thereof is similar to the cryogenic
이상에서 설명한 바, 본 발명의 실시예들에 따른 초저온 액체의 이송시스템 및 이송방법은, 초저온 액체로부터 취득되는 기화가스(압축가스)를 이송을 위한 구동원으로 사용함으로써, 이송수단으로부터 발생되는 열로 인한 초저온 액체의 기화를 초래하는 것을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 실시예들에 따른 초저온 액체의 이송시스템 및 이송방법은, 비교적 저가로 구현될 수 있고, 전기모터 등 기존 방식에 비해 고장 빈도가 낮고 높은 안전성을 확보할 수 있다.As described above, in the cryogenic liquid transport system and transport method according to embodiments of the present invention, the vaporization gas (compressed gas) obtained from the cryogenic liquid is used as a driving source for transport. It is possible to effectively reduce the occurrence of vaporization of the cryogenic liquid. Nevertheless, the cryogenic liquid transport system and transport method according to the embodiments of the present invention can be implemented at a relatively low cost, and has a low frequency of failure and high safety compared to conventional schemes such as electric motors.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.In the above, although embodiments of the present invention have been described, those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention may be variously modified and changed by, etc., and this will also be included within the scope of the present invention.
100: 이송시스템 110: 펌핑부
111: 펌프하우징 112: 연결부
113: 출구라인 114: 흡입구
115: 임펠러 116: 공압모터
117: 안전밸브 120: 구동부
121: 순환라인 122: 압축기
123: 버퍼탱크 124: 레귤레이터
125: 유량조절밸브 126: 비상밸브
127: 역류방지밸브100: transport system 110: pumping unit
111: pump housing 112: connection part
113: outlet line 114: inlet
115: impeller 116: pneumatic motor
117: safety valve 120: driving unit
121: circulation line 122: compressor
123: buffer tank 124: regulator
125: flow control valve 126: emergency valve
127: non-return valve
Claims (8)
상기 초저온 액체로부터 제공된 압축가스를 상기 공압모터의 구동을 위해 공급하는 구동부;를 포함하되,
상기 구동부는,
압축기 후단에서 상기 공압모터로 가압 및 유량 조절된 압축가스를 제공하고, 상기 공압모터로부터 사용된 압축가스를 회수하는 순환라인; 및
상기 압축기의 전단 또는 후단에서 압축가스를 일시 저장하도록 상기 순환라인에 구비되는 버퍼탱크;를 포함하는 초저온 액체의 이송시스템.A pumping unit including a pneumatic motor, for transferring the cryogenic liquid of the storage tank to the outside; and
Including; a driving unit for supplying the compressed gas provided from the cryogenic liquid for driving the pneumatic motor;
The driving unit,
a circulation line for providing compressed gas whose pressure and flow rate is adjusted to the pneumatic motor from the rear end of the compressor and recovering the compressed gas used from the pneumatic motor; and
A transport system for cryogenic liquid comprising a; buffer tank provided in the circulation line to temporarily store compressed gas at the front or rear end of the compressor.
이송 대상물인 초저온 액체로부터 발생된 압축가스를 공압모터의 구동원으로 사용하는, 초저온 액체의 이송방법.It relates to a method of transporting a cryogenic liquid using the transport system of claim 1,
A method of transferring cryogenic liquids using compressed gas generated from the cryogenic liquid, which is a transfer object, as a driving source of a pneumatic motor.
상기 초저온 액체는,
액화천연가스(liquefied natural gas), 액체질소, 액화산소, 액체산소, 액체헬륨 및 액체탄산 중 어느 하나 이상을 포함하는, 초저온 액체의 이송시스템.The method according to claim 1,
The cryogenic liquid,
Containing any one or more of liquefied natural gas (liquefied natural gas), liquid nitrogen, liquefied oxygen, liquid oxygen, liquid helium and liquid carbonic acid, the delivery system of cryogenic liquid.
상기 펌핑부는,
내부에 상기 초저온 액체가 수용되는 챔버를 구비하는 펌프하우징;
상기 초저온 액체가 상기 펌프하우징 외부로 이송되도록 적어도 일부가 상기 펌프하우징 내에 배치되는 출구라인;
상기 출구라인으로의 이송을 위해 상기 챔버 내의 상기 초저온 액체가 흡입되는 흡입구; 및
상기 공압모터에 의해 회전되어 상기 흡입구에 흡입압력을 제공하는 임펠러;를 포함하는, 초저온 액체의 이송시스템.The method according to claim 1,
The pumping unit,
a pump housing having a chamber in which the cryogenic liquid is accommodated;
an outlet line at least partially disposed in the pump housing so that the cryogenic liquid is transferred to the outside of the pump housing;
an inlet through which the cryogenic liquid in the chamber is sucked for transport to the outlet line; and
An impeller rotated by the pneumatic motor to provide suction pressure to the suction port; Containing, a cryogenic liquid conveying system.
상기 공압모터는,
내부에 챔버를 구비하는 고정바디;
상기 챔버 내부에 회전 가능하게 배치되는 회전바디; 및
각각 상기 회전바디에 반경방향으로 이동 가능하게 장착되어, 상기 회전바디에 원주방향으로 이격 배치되는 복수의 베인;을 포함하고,
상기 회전바디는,
상기 챔버 내부로 공급된 상기 압축가스가 상기 각 베인을 가압하여 회전축을 중심으로 회전 구동되도록 형성되고,
상기 각 베인은,
상기 회전바디의 원심력에 의해 반경방향으로 이동되어, 반경방향의 단부가 상기 챔버를 둘러싸는 접촉면에 접촉 유지되도록 형성된, 초저온 액체의 이송시스템.The method according to claim 1,
The pneumatic motor is
a fixed body having a chamber therein;
a rotating body rotatably disposed inside the chamber; and
A plurality of vanes respectively mounted movably in the radial direction on the rotating body, the vanes being spaced apart from each other in the circumferential direction on the rotating body;
The rotating body is
The compressed gas supplied into the chamber presses each vane and is formed to be rotationally driven about a rotating shaft,
Each vane is
A delivery system for cryogenic liquid, which is moved in a radial direction by the centrifugal force of the rotating body so that a radial end thereof is maintained in contact with a contact surface surrounding the chamber.
상기 구동부는,
상기 버퍼탱크 후단의 상기 순환라인에 구비되어, 상기 공압모터로 제공되는 상기 압축가스의 유량을 조절하는 유량조절밸브를 포함하고,
상기 순환라인은,
상기 유량조절밸브 후단의 일측이 상기 공압모터에 연결되어 압축가스를 공급하고, 다른 일측이 상기 공압모터에 연결되어 압축가스를 회수하도록 형성된, 초저온 액체의 이송시스템.The method according to claim 1,
The driving unit,
and a flow control valve provided in the circulation line at the rear end of the buffer tank to control the flow rate of the compressed gas provided to the pneumatic motor,
The circulation line is
One side of the rear end of the flow control valve is connected to the pneumatic motor to supply compressed gas, and the other side is connected to the pneumatic motor to recover compressed gas.
상기 버퍼탱크는,
상기 압축기 전단의 제1버퍼탱크; 및
상기 압축기 후단의 제2버퍼탱크;를 포함하고,
상기 구동부는,
상기 제1, 2버퍼탱크 중 어느 하나 이상의 압력에 기초하여, 상기 압축기의 토출압력, 압축비 및 토출량 중 어느 하나 이상을 제어하는 제어부를 포함하는, 초저온 액체의 이송시스템.The method according to claim 1,
The buffer tank is
a first buffer tank in front of the compressor; and
Including; a second buffer tank at the rear end of the compressor;
The driving unit,
Based on the pressure of any one or more of the first and second buffer tanks, comprising a control unit for controlling any one or more of a discharge pressure, a compression ratio, and a discharge amount of the compressor, the cryogenic liquid transport system.
상기 구동부는,
상기 순환라인에 구비되어, 비상시 상기 순환라인을 폐쇄시키기 위한 비상밸브;
상기 순환라인에 구비되는 역류방지밸브;
상기 유량조절밸브와 상기 버퍼탱크 사이의 상기 순환라인에 구비되어, 상기 순환라인의 압력을 조절하는 레귤레이터; 및
상기 버퍼탱크에 구비되어, 과압을 대기 방출시키는 안전밸브;를 포함하는, 초저온 액체의 이송시스템.7. The method of claim 6,
The driving unit,
an emergency valve provided in the circulation line to close the circulation line in an emergency;
a non-return valve provided in the circulation line;
a regulator provided in the circulation line between the flow rate control valve and the buffer tank to adjust the pressure of the circulation line; and
A safety valve provided in the buffer tank to release the overpressure to the atmosphere; Containing, a cryogenic liquid transport system.
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