KR102661613B1 - 초저온 냉동기를 이용한 열교환 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 시스템은 액화 가스를 저장하는 제 1 액화 가스 저장탱크; 상기 제 1 액화 가스 저장탱크 내의 온도를 소정 온도 이하로 유지시켜 상기 액화 가스를 액화 상태로 유지시키는 초저온 냉동기; 및 상기 액화 가스를 열부하로 공급하는 냉매 공급부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 초저온 냉동기를 이용한 열교환 시스템에 관한 것이다.
칠러 시스템이란 냉수를 냉수 수요처로 공급하는 것으로, 냉동 시스템을 순환하는 냉매와 냉수 수요처와 냉동 시스템의 사이를 순환하는 냉수 간에 열교환이 이루어져 냉수를 냉각시키는 시스템이다. 이러한 칠러 시스템은 대용량 설비로서, 규모가 큰 건물 등에 설치될 수 있다.
이러한 칠러 시스템과 관련하여, 선행기술인 한국공개특허 제2022-0011794호는 냉각기 시스템을 퍼징하기 위한 시스템 및 방법을 개시하고 있다.
종래에는, 칠러 시스템에서 1차 냉매를 사용하여 열교환기를 통해 2차 냉매를 냉각하였다. 그러나 1차 냉매를 이용하여 2차 냉매를 냉각하고자 하는 경우, 1차 냉매의 어는 점 때문에 영하 100℃ 이하로 냉각시키기 어려웠다.
또한, 1차 냉매는 혼합 냉매로서, 플루오르카본 계열이 주로 이용되고 있다. 그러나 플루오르카본 계열의 경우, 온실 가스가 지국 온난화에 기여하는 영향을 수치로 나타낸 지구 온난화 지수(GWP, Global Warming Potetial)가 매우 높은 독성 가스(Toxic Gas)에 해당한다는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초저온 냉동기를 이용하여 액화 가스를 액화 상태로 유지시키고, 냉매 공급부를 통해 액화 가스를 열부하로 공급하는 열교환 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 시스템에 있어서, 액화 가스를 저장하는 제 1 액화 가스 저장탱크; 상기 제 1 액화 가스 저장탱크 내의 온도를 소정 온도 이하로 유지시켜 상기 액화 가스를 액화 상태로 유지시키는 초저온 냉동기; 및 상기 액화 가스를 열부하로 공급하는 냉매 공급부를 포함할 수 있다.
액화 가스를 저장하는 제 2 액화 가스 저장탱크를 더 포함하고, 액화 가스는 상기 제 1 액화 가스 저장탱크에서 예냉되고, 상기 예냉된 액화 가스는 상기 제 2 액화 가스 저장탱크에서 더 낮은 온도로 냉각된 후 상기 냉매 공급부를 통해 상기 열부하로 공급될 수 있다.
상기 초저온 냉동기는, 콜드 헤드가 상기 제 1 액화 가스 저장탱크에 접촉하여 상기 제 1 액화 가스 저장탱크 내의 온도를 소정 온도 이하로 유지시키는 제 1 초저온 냉동기; 및 콜드 헤드가 상기 제 1 액화 가스 저장탱크 내에 위치하여 액화 가스가 자연 기화된 가스(Boil-off gas)를 재액화시키는 제 2 초저온 냉동기를 포함할 수 있다.
상기 제 1 액화 가스 저장탱크는, 상기 액화 가스의 유량을 모니터링하는 유량 게이지; 및 상기 제 1 액화 가스 저장탱크의 압력을 모니터링하는 압력센서를 더 포함할 수 있다.
상기 초저온 냉동기는 상기 유량 게이지를 통해 상기 액화 가스의 유량이 기설정된 유량 미만이거나, 상기 압력센서를 통해 상기 제 1 액화 가스 저장탱크의 압력이 기설정된 압력값을 초과할 경우에 작동될 수 있다.
상기 냉매 공급부는 상기 제 1 액화 가스 저장탱크로부터 공급되는 액화 가스의 온도를 조절하는 온도조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환 시스템에 있어서, 액화 가스를 저장하는 제 1 액화 가스 저장탱크; 상기 제 1 액화 가스 저장탱크 내의 온도를 소정 온도 이하로 유지시켜 상기 액화 가스를 액화 상태로 유지시키는 초저온 냉동기; 상기 액화 가스 및 혼합 냉매가 순환하여 서로 열교환하도록 하는 열교환기; 및 상기 액화 가스에 의해 냉각된 혼합 냉매를 열부하로 공급하는 냉매 공급부를 포함할 수 있다.
액화 가스를 저장하는 제 2 액화 가스 저장탱크를 더 포함하고, 액화 가스는 상기 제 1 액화 가스 저장탱크에서 예냉되고, 상기 예냉된 액화 가스는 상기 제 2 액화 가스 저장탱크에서 더 낮은 온도로 냉각된 후 상기 열교환기를 순환할 수 있다.
상기 초저온 냉동기는, 콜드 헤드가 상기 제 1 액화 가스 저장탱크에 접촉하여 상기 제 1 액화 가스 저장탱크 내의 온도를 소정 온도 이하로 유지시키는 제 1 초저온 냉동기; 및 콜드 헤드가 상기 제 1 액화 가스 저장탱크 내에 위치하여 액화 가스가 자연 기화된 가스(Boil-off gas)를 재액화시키는 제 2 초저온 냉동기를 포함할 수 있다.
상기 제 1 액화 가스 저장탱크는, 상기 액화 가스의 유량을 모니터링하는 유량 게이지; 및 상기 제 1 액화 가스 저장탱크의 압력을 모니터링하는 압력센서를 더 포함할 수 있다.
상기 초저온 냉동기는 상기 유량 게이지를 통해 상기 액화 가스의 유량이 기설정된 유량 미만이거나, 상기 압력센서를 통해 상기 제 1 액화 가스 저장탱크의 압력이 기설정된 압력값을 초과할 경우에 작동될 수 있다.
상기 냉매 공급부는 상기 제 1 액화 가스 저장탱크로부터 공급되는 액화 가스의 온도를 조절하는 온도조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 시스템은, 제 1 액화 가스 저장탱크에 저장된 액화 가스를 초저온 냉동기를 통해 액화 가스를 액화 상태로 유지시킬 수 있다.
또한, 액화 가스를 냉매 공급부를 통해 열부하로 공급하여 열부하를 냉각시지킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환 시스템을 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 중간에 다른 부재를 개재하여 연결되어 있는 경우와, 중간에 다른 소자를 사이에 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 나아가, 본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "제1," "제2," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않으며, 반드시 다른 구성요소를 의미하는 것은 아니다. 예로서, '제1 방향'과 '제2 방향'은 동일한 방향을 의미할 수도 있고, 다른 방향을 의미할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 시스템(10)을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 시스템(10)은 제 1 액화 가스 저장탱크(100), 초저온 냉동기(200) 및 냉매 공급부(300)를 포함할 수 있다.
열교환 시스템(10)은 제 1 액화 가스 저장탱크(100)를 통해 액화 가스를 저장하고, 초저온 냉동기(200)를 통해 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내의 온도를 소정 온도 이하로 유지시켜 액화 가스를 액화 상태로 유지시키고, 냉매 공급부(300)를 통해 액화 가스를 열부하(20)로 공급할 수 있다.
제 1 액화 가스 저장탱크(100)에 저장된 액화 가스는 액화질소(LN2)로 구성될 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 액화헬륨(LHe) 등으로 구성될 수 있다.
특히, 헬륨의 경우, 초저온 냉동기(200)의 냉매로 주로 이용되며, 1기압에서는 절대온도 0K에서도 얼지 않는다는 특징을 가지며, 현존하는 물질 중 비등점(끓는점)이 -269℃ 이하로 가장 낮다는 특징을 갖는다.
또한, 헬륨은 이상기체에 가장 가까운 가스로서, 친환경적이고, 반응이 없는 비활성 가스라 안전하며, 무독성, 비가연성, 냉각 과정 중 생성부산물(by-product)이 발생하지 않는다는 특징을 가짐에 따라 액화질소(LN2) 대신 액화헬륨(LHe)이 이용될 수도 있다.
한편, 도 1에 도시되는 바와 같이, 제 1 액화 가스 저장탱크(100)는 액화 가스가 순환되는 경로 상에 위치하고 내부에 액화 가스가 저장될 수 있다.
제 1 액화 가스 저장탱크(100)의 외주면에는 외부와의 열교환이 되는 것을 차단하기 위해 단열부재가 형성될 수 있다.
한편, 도 1에 도시되는 바와 같이, 초저온 냉동기(200)는 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내의 온도를 소정 온도 이하로 유지시켜 액화 가스를 액화 상태로 유지시킬 수 있다.
예를 들어, 초저온 냉동기(200)는 제 1 액화 가스 저장탱크(100)의 내부에 저장된 액화 가스가 질소인 경우에, 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내부의 온도를 질소의 끓는점에 해당하는 -196℃ 이하로 유지시켜 액화 가스를 액화 상태로 유지시킬 수 있다.
다른 예를 들어, 액화질소 대신 액화헬륨이 이용되는 경우, 초저온 냉동기(200)는 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내부의 온도를 헬륨의 끓는점에 해당하는 -269℃ 이하로 유지시켜 액화 가스를 액화 상태로 유지시킬 수 있다.
제 1 액화 가스 저장탱크(100)는 유량 게이지(미도시), 압력센서(미도시)를 포함할 수 있다.
여기서, 유량 게이지는 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내의 액화 가스의 유량을 확인할 수 있고, 압력센서는 제 1 액화 가스 저장탱크(100)의 내부의 압력을 확인할 수 있다.
또한, 제 1 액화 가스 저장탱크(100)는 온도센서(미도시)를 포함하여 제 1 액화 가스 저장탱크(100)의 내부 온도를 확인할 수 있다.
여기서, 초저온 냉동기(200)는 유량 게이지를 통해 액화 가스의 유량이 기설정된 유량 미만이거나, 압력센서를 통해 제 1 액화 가스 저장탱크(100)의 얍력이 기설정된 압력값을 초과할 경우에 작동될 수 있다.
예를 들어, 액화 상태로 존재하는 액화 가스가 자연 기화되거나, 열부하(20)와의 열교환으로 인해 액화 가스가 기체화가 되는 경우에, 액화 상태로 존재하는 액화 가스의 유량이 감소하게 되는데, 이 때 냉동기가 작동될 수 있다.
또한, 액화 상태로 존재하는 액화 가스가 자연 기화되거나, 열부하(20)와의 열교환으로 인해 액화 가스가 기체화가 되는 경우에, 기체 상태로 존재하는 액화 가스의 양이 증가함에 따라, 제 1 액화 가스 저장탱크(100)의 압력이 증가하게 되는데, 이 때 냉동기가 작동될 수 있다.
초저온 냉동기(200)는 콜드 헤드(201)가 제 1 액화 가스 저장탱크(100)에 접촉하여 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내의 온도를 소정 온도 이하로 유지시키는 제 1 초저온 냉동기(210)와 콜드 헤드(201)가 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내에 위치하여 액화 가스가 자연 기화된 가스(Boil-off gas)를 재액화시키는 제 2 초저온 냉동기(220)를 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 초저온 냉동기(210)는 도 1에 도시되는 바와 같이, 제 1 액화 가스 저장탱크(100)의 양측부에 각각 위치될 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 좌측부, 우측부 또는 하부에 단일의 제 1 초저온 냉동기(210)가 위치될 수 있다.
제 2 초저온 냉동기(220)는 도 1에 도시되는 바와 같이, 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내의 상단부에 위치하고 기체 상태로 존재하는 액화 가스와 접촉됨에 따라, 기체 상태로 존재하는 액화 가스를 액체 상태로 재액화시킬 수 있다.
이처럼, 초저온 냉동기(200)는 제 1 초저온 냉동기(210)와 제 2 초저온 냉동기(220)를 포함함에 따라, 액화가스의 냉각 효율을 증가시킬 수 있다.
한편, 냉매 공급부(300)는 액화 상태로 존재하는 액화 가스를 열부하(20)로 공급하여 액화 가스와 열부하(20)간의 열교환이 진행될 수 있다.
냉매 공급부(300)는 냉매 공급부(300) 상에 위치하여 액화가스를 제 1 액화 가스 저장탱크(100), 후술할 제 2 액화 가스 저장탱크(400) 및 열부하(20)로 순환시키는 모터(310)를 포함할 수 있다.
열교환 시스템(10)은 액화 가스를 저장하는 제 2 액화 가스 저장탱크(400)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 액화 가스 저장탱크(100)는 예냉 탱크로서 기능하고, 제 2 액화 가스 저장탱크(400)는 메인 탱크로서 기능할 수 있다.
즉, 액화 가스는 제 1 액화 가스 저장탱크(100)에서 예냉되고, 예냉된 액화 가스는 제 2 액화 가스 저장탱크(400)에서 더 낮은 온도로 냉각된 후 냉매 공급부(300)를 통해 열부하(20)로 공급될 수 있다.
제 2 액화 가스 저장탱크(400)는 도 1에 도시되는 바와 같이, 제 1 액화 가스 저장탱크(100)와 동일 또는 유사한 초저온 냉동기를 포함할 수 있다.
제 2 액화 가스 저장탱크(400)가 초저온 냉동기를 포함함에 따라, 제 1 액화 가스 저장탱크(100)에서 예냉된 액화 가스를 보다 더 낮은 온도로 냉각시킬 수 있다.
예를 들어, 제 2 액화 가스 저장탱크(400)에 포함된 초저온 냉동기는 액화 가스가 질소인 경우에, 제 2 액화 가스 저장탱크(400) 내부의 온도를 질소의 끓는점에 해당하는 -196℃ 이하로 유지시켜 액화 가스를 액화 상태로 유지시킬 수 있다. 이 때, 제 1 액화 가스 저장탱크(100)에 포함된 초저온 냉동기(200)는 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내부의 온도를 -196℃ 이상의 액화 가스를 예냉시키기 적합한 온도로 유지시킬 수 있다.
다른 예를 들어, 제 2 액화 가스 저장탱크(400)에 포함된 초저온 냉동기는 액화질소 대신 액화헬륨이 이용되는 경우, 제 2 액화 가스 저장탱크(400) 내부의 온도를 헬륨의 끓는점에 해당하는 -269℃ 이하로 유지시켜 액화 가스를 액화 상태로 유지시킬 수 있다. 이 때, 제 1 액화 가스 저장탱크(100)에 포함된 초저온 냉동기(200)는 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내부의 온도를 -269℃ 이상의 액화 가스를 예냉시키기 적합한 온도로 유지시킬 수 있다.
이처럼, 제 1 액화 가스 저장탱크(100)에서 액화 가스를 예냉하고, 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 보다 저온인 제 2 액화 가스 저장탱크(400)에서 액화 가스를 보다 낮은 온도로 냉각함에 따라, 액화 가스를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 및 제 2 액화 가스 저장탱크(400)는 모두 메인 탱크로서 기능하여 액화 가스를 냉각시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 열부하(20)의 용량이 크거나 열부하(20)에서 요구하는 온도가 매우 낮은 경우에도 열부하(20)의 온도를 낮추는 것이 가능하다.
본 실시예에서는, 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 및 제 2 액화 가스 저장탱크(400) 중 어느 하나에 대해 오버홀(정비) 또는 재생(regeneration)이 요구되는 경우, 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 및 제 2 액화 가스 저장탱크(400) 중 오버홀 또는 재생이 요구되지 않는 다른 하나만을 메인 탱크로서 활용하여 액화 가스를 냉각시킬 수 있다.
한편, 냉매 공급부(300)는 제 1 액화 가스 저장탱크(100)로부터 공급되는 액화 가스의 온도를 조절하는 온도조절부(500)를 더 포함할 수 있다.
또한, 열교환 시스템(10)에서 제 2 액화 가스 저장탱크(400)를 더 포함하는 경우에도 제 2 액화 가스 저장탱크(400)로부터 공급되는 액화 가스의 온도를 조절하는 온도조절부(500)를 더 포함할 수 있다.
이처럼, 냉매 공급부(300)에 온도조절부(500)를 더 포함함에 따라, 액화 가스를 열부하(20)로 공급시에 열부하(20)에서 요구하는 온도로 액화 가스를 공급할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환 시스템(10)을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환 시스템(10)은 제 1 액화 가스 저장탱크(100), 초저온 냉동기(200), 열교환기(600) 및 냉매 공급부(300)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 열교환 시스템(10)은 제 1 액화 가스 저장탱크(100)를 통해 액화 가스를 저장하고, 초저온 냉동기(200)를 통해 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내의 온도를 소정 온도 이하로 유지시켜 액화 가스를 액화 상태로 유지시키고, 열교환기(600)를 통해 액화 가스 및 혼합 냉매가 순환하여 서로 열교환하도록 하고, 냉매 공급부(300)를 통해 액화 가스에 의해 냉각된 혼합 냉매를 열부하(20)로 공급할 수 있다.
제 1 액화 가스 저장탱크(100)에 저장된 액화 가스는 액화질소(LN2)로 구성될 수 있으나, 이에 한정하지 않으며, 액화헬륨(LHe) 등으로 구성될 수 있다.
특히, 헬륨의 경우, 초저온 냉동기(200)의 냉매로 주로 이용되며, 1기압에서는 절대온도 0K에서도 얼지 않는다는 특징을 가지며, 현존하는 물질 중 비등점(끓는점)이 -269℃ 이하로 가장 낮다는 특징을 갖는다.
또한, 헬륨은 이상기체에 가장 가까운 가스로서, 친환경적이고, 반응이 없는 비활성 가스라 안전하며, 무독성, 비가연성, 냉각 과정 중 생성부산물(by-product)이 발생하지 않는다는 특징을 가짐에 따라 액화질소(LN2) 대신 액화헬륨(LHe)이 이용될 수도 있다.
한편, 도 2에 도시되는 바와 같이, 제 1 액화 가스 저장탱크(100)는 액화 가스가 순환되는 경로 상에 위치하고 내부에 액화 가스가 저장될 수 있다.
제 1 액화 가스 저장탱크(100)의 외주면에는 외부와의 열교환이 되는 것을 차단하기 위해 단열부재가 형성될 수 있다.
한편, 도 2에 도시되는 바와 같이, 초저온 냉동기(200)는 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내의 온도를 소정 온도 이하로 유지시켜 액화 가스를 액화 상태로 유지시킬 수 있다.
예를 들어, 초저온 냉동기(200)는 제 1 액화 가스 저장탱크(100)의 내부에 저장된 액화 가스가 질소인 경우에, 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내부의 온도를 질소의 끓는점에 해당하는 -196℃ 이하로 유지시켜 액화 가스를 액화 상태로 유지시킬 수 있다.
다른 예를 들어, 액화질소 대신 액화헬륨이 이용되는 경우, 초저온 냉동기(200)는 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내부의 온도를 헬륨의 끓는점에 해당하는 -269℃ 이하로 유지시켜 액화 가스를 액화 상태로 유지시킬 수 있다.
한편, 열교환기(600)는 액화 가스 및 혼합 냉매가 순환하여 서로 열교환하도록 할 수 있다.
혼합 냉매는 할로카본, 탄화수소, 유기 화합물, 무기 화합물 중 적어도 하나의 성분을 포함하고, 열교환기(600) 및 열부하(20)와 연결되는 혼합 냉매 저장탱크(700)에 저장될 수 있다.
냉매 공급부(300)는 액화 가스에 의해 냉각된 혼합 냉매를 열부하(20)로 공급할 수 있다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 혼합 냉매는 열교환기(600)를 순환하는 초저온의 액화 가스와 열교환하여 냉각되고, 초저온으로 냉각된 혼합 냉매는 냉매 공급부(300)를 통해 열부하(20)로 공급될 수 있다.
즉, 액화 가스는 제 1 액화 가스 저장탱크(100)와 열교환기(600)를 순환하고, 혼합 냉매는 열교환기(600), 열부하(20) 및 혼합 냉매 저장탱크(700)를 순환할 수 있다.
이처럼, 혼합 냉매가 열교환기(600)를 순환하는 초저온의 액화 가스와 열교환하여 냉각됨에 따라, 냉각된 혼합 냉매가 냉매 공급부(300)를 통하여 열부하(20)로 공급되어 열부하(20)를 낮은 온도로 냉각시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환 시스템(10)에 의하면, 제 1 액화 가스 저장탱크(100)에 저장된 액화 가스를 초저온 냉동기(200)를 통해 액화 상태로 유지시킬 수 있고, 이를 냉매 공급부(300)를 통해 열부하(20)로 공급하여 열부하(20)를 냉각시킬 수 있다.
또한, 액화 가스를 저장하는 제 2 액화 가스 저장탱크(400)를 더 포함함에 따라, 제 1 액화 가스 저장탱크(100)에서 예냉된 액화 가스를 더 낮은 온도로 냉각시켜 열부하(20)로 공급할 수 있게 된다.
또한, 초저온 냉동기(200)는 콜드 헤드(201)가 제 1 액화 가스 저장탱크(100)에 접촉하여 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내의 온도를 소정 온도 이하로 유지시키는 제 1 초저온 냉동기(210)와 콜드 헤드(201)가 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 내에 위치하여 액화 가스가 자연 기화된 가스(Boil-off gas)를 재액화시키는 제 2 초저온 냉동기(220)를 포함함에 따라, 액화가스의 냉각 효율을 증가시킬 수 있다,
또한, 초저온 냉동기(200)는 유량 게이지(미도시)를 통해 액화 가스의 유량이 기설정된 유량 미만이거나, 압력센서(미도시)를 통해 제 1 액화 가스 저장탱크(100)의 압력이 기설정된 압력값을 초과할 경우에 작동되어 초저온 냉동기(200)를 사용하는데 필요한 전력소모를 줄일 수 있게 된다.
다른 실시예에 따르면, 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 및 제 2 액화 가스 저장탱크(400)는 모두 메인 탱크로서 기능하여 액화 가스를 냉각시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 열부하(20)의 용량이 크거나 열부하(20)에서 요구하는 온도가 매우 낮은 경우에도 열부하(20)의 온도를 낮추는 것이 가능하다.
본 실시예에서는, 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 및 제 2 액화 가스 저장탱크(400) 중 어느 하나에 대해 오버홀(정비) 또는 재생(regeneration)이 요구되는 경우, 제 1 액화 가스 저장탱크(100) 및 제 2 액화 가스 저장탱크(400) 중 오버홀 또는 재생이 요구되지 않는 다른 하나만을 메인 탱크로서 활용하여 액화 가스를 냉각시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
또한, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 열교환 시스템
20 : 열부하
100 : 제 1 액화 가스 저장탱크
200 : 초저온 냉동기
201 : 콜드 헤드
210 : 제 1 초저온 냉동기
220 : 제 2 초저온 냉동기
300 : 냉매 공급부
310 : 모터
400 : 제 2 액화 가스 저장탱크
500 : 온도조절부
600 : 열교환기
700 : 혼합 냉매 저장탱크
20 : 열부하
100 : 제 1 액화 가스 저장탱크
200 : 초저온 냉동기
201 : 콜드 헤드
210 : 제 1 초저온 냉동기
220 : 제 2 초저온 냉동기
300 : 냉매 공급부
310 : 모터
400 : 제 2 액화 가스 저장탱크
500 : 온도조절부
600 : 열교환기
700 : 혼합 냉매 저장탱크
Claims (12)
- 복수의 초저온 냉동기를 이용한 열교환 시스템에 있어서,
액화 가스를 저장하고, 예냉 탱크로서 기능하는 제 1 액화 가스 저장탱크;
상기 제 1 액화 가스 저장탱크 내의 온도를 상기 액화 가스의 끓는점 이상으로 유지시켜 상기 액화 가스를 예냉하는 제 1 초저온 냉동기;
상기 제 1 액화 가스 저장탱크에 의해 예냉된 상기 액화 가스를 저장하고, 메인 탱크로서 기능하는 제 2 액화 가스 저장탱크;
상기 제 2 액화 가스 저장탱크 내의 온도를 상기 끓는점 이하로 유지시켜 상기 액화 가스를 액화 상태로 유지시키는 제 2 초저온 냉동기; 및
상기 제 2 액화 가스 저장탱크에 저장된 상기 액화 가스를 열부하로 공급하는 냉매 공급부를 포함하고,
상기 냉매 공급부는 상기 열부하로 공급된 상기 액화 가스를 상기 제 1 액화 가스 저장탱크로 순환시키는 순환 배관을 포함하고,
상기 제 1 액화 가스 저장탱크 및 제 2 액화 가스 저장탱크 중 어느 하나에 대해 오버홀 또는 재생이 요구되는 경우, 상기 제 1 액화 가스 저장탱크 및 제 2 액화 가스 저장탱크 중 오버홀 또는 재생이 요구되지 않는 다른 하나를 메인 탱크로서 활용하고,
상기 제 1 액화 가스 저장탱크는,
상기 액화 가스의 유량을 모니터링하는 유량 게이지를 더 포함하고,
상기 초저온 냉동기는 상기 유량 게이지를 통해 상기 액화 가스의 유량이 기설정된 유량 미만일 경우에 작동되는 것인, 열교환 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 액화 가스 저장탱크는,
상기 제 1 액화 가스 저장탱크의 압력을 모니터링하는 압력센서를 더 포함하는 것인, 열교환 시스템.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 냉매 공급부는 상기 제 1 액화 가스 저장탱크로부터 공급되는 액화 가스의 온도를 조절하는 온도조절부를 더 포함하는 것인, 열교환 시스템.
- 복수의 초저온 냉동기를 이용한 열교환 시스템에 있어서,
액화 가스를 저장하고, 예냉 탱크로서 기능하는 제 1 액화 가스 저장탱크;
상기 제 1 액화 가스 저장탱크 내의 온도를 상기 액화 가스의 끓는점 이상으로 유지시켜 상기 액화 가스를 예냉하는 제 1 초저온 냉동기;
상기 제 1 액화 가스 저장탱크에 의해 예냉된 상기 액화 가스를 저장하고, 메인 탱크로서 기능하는 제 2 액화 가스 저장탱크;
상기 제 2 액화 가스 저장탱크 내의 온도를 상기 끓는점 이하로 유지시켜 상기 액화 가스를 액화 상태로 유지시키는 제 2 초저온 냉동기;
상기 제 2 액화 가스 저장탱크에 저장된 상기 액화 가스 및 혼합 냉매가 순환하여 서로 열교환하도록 하는 열교환기; 및
상기 액화 가스에 의해 냉각된 혼합 냉매를 열부하로 공급하는 냉매 공급부를 포함하고,
상기 열교환기로 공급된 상기 액화 가스를 상기 제 1 액화 가스 저장탱크로 순환시키는 순환 배관을 포함하고,
상기 제 1 액화 가스 저장탱크 및 상기 제 2 액화 가스 저장탱크 중 어느 하나에 대해 오버홀 또는 재생이 요구되는 경우, 상기 제 1 액화 가스 저장탱크 및 상기 제 2 액화 가스 저장탱크 중 오버홀 또는 재생이 요구되지 않는 다른 하나를 메인 탱크로서 활용하고,
상기 제 1 액화 가스 저장탱크는,
상기 액화 가스의 유량을 모니터링하는 유량 게이지를 더 포함하고,
상기 초저온 냉동기는 상기 유량 게이지를 통해 상기 액화 가스의 유량이 기설정된 유량 미만일 경우에 작동되는 것인, 열교환 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 액화 가스 저장탱크는,
상기 제 1 액화 가스 저장탱크의 압력을 모니터링하는 압력센서를 더 포함하는 것인, 열교환 시스템.
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,
상기 냉매 공급부는 상기 제 1 액화 가스 저장탱크로부터 공급되는 액화 가스의 온도를 조절하는 온도조절부를 더 포함하는 것인, 열교환 시스템.
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|---|---|---|---|
| KR1020220182877A KR102661613B1 (ko) | 2022-12-23 | 2022-12-23 | 초저온 냉동기를 이용한 열교환 시스템 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220182877A KR102661613B1 (ko) | 2022-12-23 | 2022-12-23 | 초저온 냉동기를 이용한 열교환 시스템 |
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| KR1020220182877A KR102661613B1 (ko) | 2022-12-23 | 2022-12-23 | 초저온 냉동기를 이용한 열교환 시스템 |
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| JP2018151149A (ja) * | 2017-03-15 | 2018-09-27 | 大陽日酸株式会社 | ガス冷却システム |
| KR20220011794A (ko) | 2017-08-23 | 2022-01-28 | 존슨 컨트롤스 테크놀러지 컴퍼니 | 냉각기 시스템을 퍼징하기 위한 시스템 및 방법 |
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| JP2012072819A (ja) * | 2010-09-28 | 2012-04-12 | Railway Technical Research Institute | 燃料電池車両の燃料用水素供給システム |
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- 2022-12-23 KR KR1020220182877A patent/KR102661613B1/ko active IP Right Grant
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2023
- 2023-09-15 WO PCT/KR2023/013977 patent/WO2024136013A1/ko unknown
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024136013A1 (ko) | 2024-06-27 |
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