KR20110098256A - Ｌｎｇ 차량용 단열용기에서 기화되는 ｌｎｇ가스의 직접 벤트방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LNG 차량에 있어 단열용기에 저장된 액화천연가스(LNG)가 기화되면서 공기중으로 벤트되는 것을 방지하도록 구성된 벤트방지장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 단열용기에 저장된 액화천연가스(LNG)가 기화될 때 주성분인 메탄등에서 추출되는 수소와 공기중의 산소를 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 연료전지를 이용한 벤트방지장치에 관한 것이다.
본 발명은 초저온의 액화상태의 천연가스연료를 저장하는 단열용기를 포함하는 LNG 차량에 있어, 상기 단열용기에서 일정압력이상에서 계속적으로 기화되어 유입되는 LNG의 성분에서 수소를 추출하여 공기중의 산소와 산화환원반응시켜 발생된 전기에너지를 소모하도록 하여 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 공기중으로의 벤트를 방지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 벤트방지장치를 제시한다.
본 발명에 의한 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 벤트방지장치에 의해 증발되는 천연가스의 LNG성분을 연소시키거나 벤트시키지 않아도 단열용기의 압력상승을 방지할 수 있어 천연가스의 연소나 벤트시의 가스폭발위험을 예방할 수 있는 효과가 있다.

Description

ＬＮＧ 차량용 단열용기에서 기화되는 ＬＮＧ가스의 직접 벤트방지장치{The device for vent prevention of natural gas evaporated from cryogenic tank of the LNG vehicle}

본 발명은 LNG 차량에 있어 단열용기에 저장된 액화천연가스(LNG)가 기화되면서 공기중으로 직접 벤트되는 것을 방지하도록 구성된 벤트방지장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 단열용기에 저장된 액화천연가스(LNG)가 기화될 때 주성분인 메탄등에서 추출되는 수소와 공기중의 산소를 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 연료전지를 이용한 벤트방지장치에 관한 것이다.

액화석유가스(LPG: Liquid Propane Gas)차량은 현재 많은 차량에서 사용되고 있으며, 또한 천연가스를 초고압으로 압축시킬 수 있는 연료탱크를 개발하여 천연가스를 그대로 기체상태로 고압시켜 연료로 사용하고 있는 자동차가 압축천연가스(CNG: Compressed Natural Gas) 천연가스 자동차(NGV : Natural Gas Vehicle)이다.

상기 천연가스 자동차(NGV)는 압축천연가스(CNG) 또는 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)를 연료로 사용하고 있으며, 우리나라의 경우 2000년부터 보급된 기존의 시내버스에는 압축천연가스(CNG)를 사용하고 있으며, 최근에는 고속버스, 대형트럭 등 장거리 운행차량에 적합한 액화천연가스(LNG) 자동차를 개발하여 천연가스자동차 보급차종을 다양화하고, 환경개선에 기여하기 위하여 시범운행 및 평가를 실시하고 있는 실정이다.

도시지역 대기환경 개선을 위해 지난 2000년부터 보급하기 시작한 압축천연가스(CNG)시내버스 보급정책이 성공적으로 추진되고 있어 도심지역 대기환경 개선에 크게 기여하고 있으나, 압축천연가스(CNG) 버스는 1회 충전시 운행거리가 약 350km정도로 장거리를 운행하는 대형 차량(고속버스, 대형 화물트럭 등)에 적용하기가 어려웠던 것이 사실이다.

또한, 상기 압축천연가스(CNG)는 상온에서 기체상태로 290분의 1로 압축하여 연료용기에 저장한 200∼300bar의 고압의 천연 가스이기 때문에 항시 폭발 위험을 내포하고 있다는 또 다른 단점을 갖고 있다.

이에 반해, 액화천연가스(LNG)자동차는 천연가스를 액화시켜 액체상태로 연료를 저장하기 때문에 1회충전시 운행가능 거리가 약 900km 정도로 길어서 장거리 운행차량에 적합하고, 중요한 거점에만 충전소를 설치하면 되는 등의 장점이 있다.

또한, 우리나라와 같이 액화천연가스(LNG)상태로 수입하는 경우는 이를 직접 사용할 수 있어, 액화천연가스(LNG)를 기화하여 배관을 통하여 공급한 후 다시 압축하여 사용하는 압축천연가스(CNG)에 비해 압축기를 구동하기 위한 에너지가 절감되며 압축기 설치도 필요 없는 장점을 갖는다.

상기 액화천연가스(LNG)는 천연가스를 영하 163도의 극저온 상태에서 액화시킨 가스로 액화천연가스(LNG) 버스의 경우 내부의 극저온단열용기에 저장시키게 되는데, 상기 극저온 단열용기에 저장해서 액화천연가스(LNG)를 연료로 사용하는 방식으로는 액화천연가스(LNG)를 기화기(Vaporizer)에서 기화해서 믹서나 흡기매니폴드에 분사해 연료를 공급하는 방식과 액화천연가스(LNG)를 액상 그대로 실린더 내로 직접 분사해 실린더내의 점화플러그에 의해 점화시키는 두 가지 방법이 있다.

그러나, 기체상태로 존재하는 압축천연가스(CNG)와는 달리 액화천연가스(LNG)는 초저온 상태의 액상연료이기 때문에 단열 용기에서 일정압력(벤트설정압력)이상이 되면 시간에 따라 지속적인 증발이 일어나 기화상태로 되고, 이에 따라 용기의 압력이 증가하여, 기화된 액화천연가스(LNG)를 벤트(vent)시켜야 하는 필수과정을 반드시 포함해야만 하는 문제점을 갖게 된다.

다시 말해, 액화천연가스(LNG)는 가스전에서 채취한 천연가스를 액화시킨 것으로 메탄(CH₄)이 주성분이며, 무색 투명한 액체로 공해 물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이며 압력을 가해 액화시키면 부피가 1/600로 줄어들지만, 비점이 영하 162도로 낮아 운송, 저장시에는 특수하게 단열된 탱크나 용기에 충전하여 온도를 비점 이하로 유지시켜 주어야 하나, 저장특성이 취약하여 LNG 단열 용기의 시간이 지나면 미소량 이지만 단열용기의 열전달로 인하여 압력이 올라가면서 단열 용기내의 LNG 성분 중 비점이 낮은 메탄성분이 먼저 증발하여 증발가스(BOG: Boiled off Gas)가 발생되며, 이 증발가스에 의한 연료용기 내 압력 상승을 방지하기 위하여 증발가스를 엔진에 우선적으로 공급하거나 대기 중으로 벤트시키고 있다.

천연가스의 주성분인 메탄은 공기보다 가벼워(공기에 대한 비중: 0.6), 누출되면 높은 곳에 체류하며 공기중으로 빠르게 확산되지만 천연가스가 공기와 혼합되면 폭발성 가스가 되므로 이것 역시 액화석유가스(LPG)와 마찬가지로 공기중으로 직접적인 누출을 방지해야 하는 필요성이 제기되고 있다. 특히 우리나라와 같이 지하 주차장과 같은 곳에 자동차를 정차시킬 경우 그 위험도는 더욱 높다.

따라서, 액화천연가스(LNG) 자동차의 단열 용기 내에서 기화되는 메탄성분등이 공기중으로 벤트되는 것을 방지하는 방법으로서, 단열용기에서 메탄성분등이 공기중으로 벤트되기 전에 연소시키는 방법을 생각할 수 있으나, 이 역시 액화천연가스(LNG) 단열용기 근처에서 연소시키는 경우 폭발 위험성을 내포한다는 점에서 법적으로 문제점이 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 액화천연가스(LNG) 자동차의 단열용기에 저장되어 단열용기의 온도 및 압력상승에 따라 기화되는 액화천연가스(LNG)의 메탄가스 등을 연소시키거나 벤트(vent)시키지 않도록 하면서도 단열용기의 압력상승을 방지하도록 구성된 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 벤트방지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 액화천연가스(LNG) 자동차의 단열용기에서 기화되면서 버려지는 액화천연가스(LNG)의 증발가스를 재활용할 수 있도록 구성된 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 벤트방지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 초저온의 액화상태의 천연가스연료를 저장하는 단열용기를 포함하는 LNG 차량에 있어, 상기 단열용기에서 일정압력이상에서 계속적으로 기화되어 유입되는 LNG의 성분에서 수소를 추출하여 공기중의 산소와 산화환원반응시켜 발생된 전기에너지를 소모하도록 하여 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 공기중으로의 벤트를 방지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 벤트방지장치를 제시한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 초저온의 액화상태의 천연가스연료를 저장하는 단열용기를 포함하는 LNG 차량에 있어, 상기 단열용기에서 일정압력이상에서 계속적으로 기화되는 LNG의 성분이 유입되는 유입관; 상기 유입관을 통해 유입되는 LNG의 성분에서 수소를 추출시키는 개질기; 상기 개질기에서 발생된 수소와 산화환원반응하는 산소가 유입되어 전기 에너지가 발생하는 전기발생장치; 및 상기 전기발생장치에서 발생되는 전기를 소모하는 부하;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 벤트방지장치를 제시한다.

또한, 본 발명의 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 벤트방지장치에는 전기발생장치에서 발생되는 전기를 충전하는 충전밧데리;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명인 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 벤트방지장치에 의해 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.

첫 번째로, 본 발명에 의한 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 벤트방지장치에 의해 증발되는 천연가스의 LNG성분을 연소시키거나 직접 대기중에 벤트시키지 않아도 단열용기의 압력상승을 방지할 수 있어 천연가스의 연소나 벤트시의 가스폭발위험을 예방할 수 있는 효과가 있다.

두 번째로, 본 발명의 전기발생장치에서 발생되는 전기를 충전하는 충전밧데리에 의해 LNG 차량용 단열용기에서 증발되는 천연가스를 통해 발생되는 전기에너지를 재활용할 수 있어 에너지낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 벤트방지장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스를 반응시켜 전기에너지로 발생시켜 소모시키는 벤트방지장치의 구성도이다.

이하 본 발명인 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 벤트방지장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 벤트방지장치의 구성도이며, 도시된 바를 참조하면 벤트(vent)방지장치에는 LNG 차량용 단열용기(100)와 연결되어 구성된다.

상기 LNG 차량의 단열용기(100)에는 초저온의 액화상태의 천연가스연료가 충전되어 저장되는데, 액화천연가스(LNG)는 가스전에서 채취한 천연가스를 액화시킨 것으로 메탄(CH₄)이 주성분이며 메탄의 비점이 영하 162도로 낮아 운송, 저장시에는 단열용기의 온도를 비점 이하로 유지시켜 주어야 한다.

그러나, 통상적인 단열용기(100)는 뛰어난 단열 특성을 가지고 있지만 단열 체를 뚫고 침투하는 열량이 적다고 할지라도 그 열을 제거하는 장치가 없기 때문에 시간이 지남에 따라 어쩔 수 없이 기화가 일어난다. 따라서 주차가 되어 달리 연료를 소모할 필요가 없는 경우 시간이 지남에 따라서 단열용기의 미세 열전달로 단열용기(100)내의 LNG 성분 중 비점이 낮은 메탄성분이 먼저 기화, 증발하여 증발가스가 발생되며, 이 증발가스에 의한 단열용기(100) 내의 압력이 상승하게 된다.

일반적으로 단열용기(100)의 저장특성이 취약하여 LNG 단열용기(100)의 압력이 올라가면 온도가 상승하게 되고, 일정압력이상에서는 단열용기(100)내의 LNG 성분 중 비점이 낮은 메탄성분이 먼저 기화, 증발하여 증발가스가 발생되며, 이 증발가스에 의한 단열용기(100) 내의 압력이 상승하게 된다.

이를 방지하기 위해, 종래의 경우 단열용기(100)내에서 일정압력이상에서 발생되는 LNG성분, 이를 테면 메탄성분에 의한 압력상승을 방지하기 위하여 증발가스를 대기 중으로 벤트시키고 있다. 그러나, 메탄성분 등을 공기중으로 직접적으로 벤트시키게 되면, 공기중으로 빠르게 확산되어 외부공기와 혼합되면서 폭발성 가스가 생성되는 문제점을 야기시키게 된다.

이를 위해, 액화천연가스(LNG) 자동차의 단열용기(100) 내에서 기화되는 메탄성분 등이 공기중으로 벤트되는 것을 방지하는 방법으로서, 단열용기(100)에서 메탄성분등이 공기중으로 벤트되기 전에 연소시키는 방법을 생각할 수 있으나, 액화천연가스(LNG)가 충전되어 있는 LNG 차량의 단열용기(100) 근처에서 증발된 LNG 성분을 연소시키는 경우의 폭발위험성도 문제가 될 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기 단열용기(100)에서 일정압력이상에서 계속적으로 기화되어 유입되는 LNG의 성분에서 수소를 추출하여 공기중의 산소와 산화환원반응시켜 발생된 전기에너지를 소모하도록 하여 LNG 차량용 단열용기(100)에서 기화되는 천연가스의 공기중으로의 벤트를 방지하도록 벤트방지장치(200)를 구성한다.

도 2는 본 발명에 의한 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스를 반응시켜 전기에너지로 발생시켜 소모시키는 벤트방지장치의 구성도이다.

상기 벤트방지장치(200)에는 LNG 차량의 초저온의 액화천연가스가 충전되어 저장되는 단열용기(100)에서 일정압력이상에서 계속적으로 기화되는 LNG의 성분이 유입되는 유입관(210)과, 상기 유입관(210)을 통해 유입되는 LNG의 성분에서 수소를 추출시키는 개질기(220)가 포함되어 구성된다.

또한, 상기 개질기(220)에서 발생된 수소와 산화환원반응하는 산소가 유입되어 전기 에너지가 발생하는 전기발생장치(230)가 포함되며, 상기 전기발생장치(230)에서 발생되는 전기를 소모하는 저항체로서 부하(240)를 포함하여 구성된다.

보다 자세하게 설명하면, 벤트방지장치(200)는 LNG 차량의 단열용기(100)에서 기화되는 LNG 천연 가스를 유입관(210)을 통해 개질기(220)내로 유입하면서 수소를 추출하게 되고, 상기 전기발생장치(230)에서 추출된 수소를 대기중의 산소와 반응시켜 전기를 만드는 연료전지 발전 방식이다.

이러한 방식은, 개질기(220)를 통해 수소를 함유한 천연가스연료에서 수소를 추출하여 공기 중의 산소와 전기화학적으로 반응하여 전기를 생산할 뿐 아니라, 물 및 부산물인 열을 발생시키게 되며, 천연가스 연료를 태우지 않기 때문에 공해 배출 요인이 거의 없게 된다.

다시 말해, 벤트방지장치(200)는 천연가스연료의 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 연료전지로서 기능하며, 그 특징이 반응물인 수소와 공기가 외부에서 연속적으로 공급되면서 반응생성물인 전기가 부하에 의해 소모되고 물이 연속적으로 계의 바깥으로 배출된다는 점이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 벤트방지장치에는 상기 전기발생장치에서 발생되는 전기를 충전하는 충전밧데리(250)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 충전밧데리(250)에 의해 전기발생장치에서 발생되는 전기에너지를 재활용할 수 있어 부하를 통해 그대로 소모되는 전기를 재활용함으로써 에너지의 낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

이상 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

100: 단열용기 200: 벤트방지장치
210: 유입관 220: 개질기
230: 전기발생장치 240: 부하
250: 충전지

Claims (3)

1. 초저온의 액화상태의 천연가스연료를 저장하는 단열용기를 포함하는 LNG 차량에 있어,
   상기 단열용기에서 일정압력이상에서 계속적으로 기화되어 유입되는 LNG의 성분에서 수소를 추출하여 공기중의 산소와 산화환원반응시켜 발생된 전기에너지를 소모하도록 하여 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 공기중으로의 벤트를 방지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 벤트방지장치.
2. 초저온의 액화상태의 천연가스연료를 저장하는 단열용기를 포함하는 LNG 차량에 있어,
   상기 단열용기에서 일정압력이상에서 계속적으로 기화되는 LNG의 성분이 유입되는 유입관;
   상기 유입관을 통해 유입되는 LNG의 성분에서 수소를 추출시키는 개질기;
   상기 개질기에서 발생된 수소와 산화환원반응하는 산소가 유입되어 전기 에너지가 발생하는 전기발생장치; 및
   상기 전기발생장치에서 발생되는 전기를 소모하는 부하;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 벤트방지장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 전기발생장치에서 발생되는 전기를 충전하는 충전밧데리;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LNG 차량용 단열용기에서 기화되는 천연가스의 벤트방지장치.

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