KR20150096399A

KR20150096399A - 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치

Info

Publication number: KR20150096399A
Application number: KR1020157015479A
Authority: KR
Inventors: 송명호; 윤용석; 정인기; 김정욱; 안승희; 장상엽; 이재원; 김상민; 양진섭; 우타관
Original assignee: 동국대학교 산학협력단; (주)대우건설; 주식회사 성일터빈; 한국가스공사; 주식회사동신유압; 에스티엑스조선해양 주식회사
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2015-08-24
Also published as: KR101766402B1; WO2014208791A1; US9744508B2; US20160016135A1

Abstract

본 발명에 따르면, 실린더부, 상기 실린더부 내측에 결합되어 상하 왕복 운동 가능한 피스톤부, 상기 피스톤부의 상하 왕복 운동에 의하여 일단부가 개폐됨으로써 상기 실린더부로 가스 하이드레이트 펠릿의 제공이 조절되도록, 상기 실린더부의 일측에 결합되는 펠릿 제공부, 일단부가 상기 실린더부의 하부에 결합되는 압력조절공간부, 상기 압력조절공간부에 형성되어 상기 압력조절공간부를 구획할 수 있는 도어부, 일단부가 상기 압력조절공간부의 타단부에 결합되어 상기 가스 하이드레이트 펠릿를 이송하는 이송부, 및 상기 이송부의 타단부에 결합되고, 가열수가 존재하여 이송된 상기 가스 하이드레이트 펠릿이 재기화되는 재기화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치가 제공된다.

Description

가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치{APPARATUS FOR REVAPORIZING GAS HYDRATE PELLETS}

본 발명은 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 피스톤식 장입 장치를 사용하여 재기화 처리량을 증가시킬 수 있는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치에 관한 것이다.

천연가스는 연소 시 연료 질량 당 이산화탄소의 발생이 석탄과 석유에 비해 현저하게 적은 이유로 세계적으로 수요가 폭등하여 치열한 자원개발 경쟁의 대상이 되는 청정 화석연료이다.

가스전에서 생산된 천연가스는 메탄을 제외한 대부분의 황, 이산화탄소, 물, 고분자 탄화수소 성분 등을 제거하는 처리과정을 거친 후 수송 및 저장 과정을 통하여 연료로 사용된다.

천연가스 가격은 이윤과 이자를 제외하면 이 과정들을 구현하는 설비 및 운영 비용으로 구성되므로, 가스전의 크기, 소비지역과의 거리 및 기타 여건을 고려하여 가장 경제적인 수송 및 저장 방법을 선택한다. 현재 대표적인 해상 수송 방식은 액화천연가스(LNG; Liquified Natural Gas) 방식이며 LNG의 압축률은 표준상태 메탄을 기준으로 약 600 이다.

그러나, LNG 방식은 액화천연가스의 초저온 요구로 인하여 경제성 확보에 한계가 있으며 일정 규모 이상(현 기술 약 3 TCF(trillions of cubic feet))의 가스전에 대하여만 적용 가능하다.

천연가스의 주성분인 메탄이 상압 조건에서 액체로 안정적으로 존재하기 위해서는 영하 섭씨 162도 이하의 온도가 필요하다, 초저온 조건에 노출되는 LNG설비에 사용되는 금속재료는 취성을 최소화하도록 고가의 니켈이 고농도로 포함되어야 한다. 또, 수송과 저장과정에서 외부와 온도 차가 커서 열유입으로 인한 BOG(Boil Off Gas)가 대량으로 발생하는 단점이 있다.

이러한 단점을 극복하고 천연가스 생산비용을 감소시켜 상대적으로 작은 규모의 중소형 가스전 개발의 경제성을 확보하기 위해, 고체인 가스 하이드레이트(hydrate)를 저장 매체로 천연가스를 수송/저장하는 GTS(Gas To Solid) 기술이 활발하게 연구되기 시작하였다. 특히, 1990년 노르웨이의 Gudmundsson 교수가 하이드레이트의 자기보존 효과(self preservation effect) 이론을 제시하면서부터 일본을 비롯한 선진국들은 상용화를 목표로 GTS 방식의 실현에 필요한 핵심기술 개발에 착수하였다.

천연가스 하이드레이트(NGH; Natural Gas Hydrate)는 수소 결합을 하는 물분자의 고체상 격자 내에 천연가스 분자가 포집되는 결정 혼합물로 외형은 얼음과 유사하며 주어진 온도에서 특정 값 이상의 압력을 가하면 안정적으로 고체 상태를 유지한다. 메탄 하이드레이트가 상압에서 열역학적으로 안정하게 존재하려면 영하 섭씨 80도 이하의 저온이 요구되지만, 영하 섭씨 20도 부근에서도 하이드레이트 입자 표면에 얼음막이 생성되어 수 주 이상 하이드레이트의 분해가 지연되는 자기보존효과가 발견되었다.

천연가스 하이드레이트의 가스압축률은 약 170으로(약 170cc의 표준상태 천연가스가 하이드레이트 1 cc에 저장됨) LNG에 비해 불리하지만, 수송 및 저장에 필요한 온도 조건이 유리하여 중소형 가스전의 경우 천연가스 하이드레이트를 이용한 GTS방식이 LNG방식의 경제적 대안임이 이론적으로 검증되었다.

GTS방식을 구성하는 요소기술에는 천연가스의 수송/저장 과정 이전에 천연가스를 펠릿 형태의 하이드레이트로 변환하는 천연가스 하이드레이트 펠릿(NGHP; Natural Gas Hydrate Pellet)생산 기술과 이후에 천연가스 하이드레이트 펠릿를 분해하여 천연가스를 회수하는 재기화 기술이 있다.

기존의 재기화 장치는 수송의 목적을 겸한 저장 탱크 내부에 장입된 천연가스 하이드레이트 펠릿를 소비지역에서 탱크의 하부로부터 열수를 공급하여 분해를 유도하고 분해수와 냉각된 공급수를 외부로 배출하며 분해 가스를 회수하는 방식을 사용한다.

이 방식은 대량의 고압 가스를 연속으로 생산할 수 없다는 점과 탱크 내에 잔류하는 분해가스를 사용할 수 없는 단점을 갖는다.

또한, 기존의 연속 재기화 기술은 순환하는 열수로 가열되는 재기화 반응조에 천연가스 하이드레이트 펠릿를 투입하여 생성되는 고압가스를 분해수와 분리하여 회수한다는 기본적인 개념은 반영되어 있지만 실용적인 재기화 장치 제작에 필요한 구체적인 내용이 결여되어 있다.

관련한 기술로는 대한민국 특허공개공보 제2009-0124967호(2009.12.03 공개, 열가소성 수지 펠렛의 제조 방법 및 제조 장치)가 있다.

본 발명의 실시예에 따라, 피스톤식 장입 장치를 사용하여 가스 하이드레이트의 재기화 처리량을 증가시킬 수 있는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 실린더부, 상기 실린더부 내측에 결합되어 상하 왕복 운동 가능한 피스톤부, 상기 피스톤부의 상하 왕복 운동에 의하여 일단부가 개폐됨으로써 상기 실린더부로 가스 하이드레이트 펠릿의 제공이 조절되도록, 상기 실린더부의 일측에 결합되는 펠릿 제공부, 일단부가 상기 실린더부의 하부에 결합되는 압력조절공간부, 상기 압력조절공간부에 형성되어 상기 압력조절공간부를 구획할 수 있는 도어부, 일단부가 상기 압력조절공간부의 타단부에 결합되어 상기 가스 하이드레이트 펠릿를 이송하는 이송부, 및 상기 이송부의 타단부에 결합되고, 가열수가 존재하여 이송된 상기 가스 하이드레이트 펠릿이 재기화되는 재기화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치가 제공된다.

상기 피스톤부는, 피스톤 헤드. 상기 피스톤 헤드에 결합되어 외부로부터 동력을 전달받아 상기 피스톤 헤드를 상하 왕복 운동 가능하게 하는 바디, 및 상기 피스톤 헤드를 둘러싸도록 형성되고, 상기 피스톤 헤드와 탈착 가능하게결합되는 하우징을 포함할 수 있다.

상기 피스톤 헤드와 상기 하우징의 결합은 자석 결합일 수 있다.

상기 피스톤 헤드는 상기 압력조절공간부 내측으로 삽입되어 상기 압력조절공간부를 밀폐시킬 수 있도록 형성될 수 있다.

상기 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치는, 상기 압력조절공간부 및 상기 재기화부 사이에 형성되어, 상기 재기화부의 기체를 상기 압력조절공간부에 공급할 수 있는 기체공급라인, 및 상기 기체공급라인에 형성되어 상기 기체의 공급을 조절할 수 있는 조절밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 이송부는 이송 스크류를 포함할 수 있다.

상기 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치는, 상기 재기화부에 결합되어 상기 가열수의 수위를 조절하는 수위조절탱크를 더 포함할 수 있다.

상기 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치는, 상기 재기화부와 상기 수위조절탱크 사이에 형성되어 상기 가열수의 이동라인을 제공하는 수위조절라인을 더 포함할 수 있다.

상기 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치는, 상기 수위조절탱크에 결합되어, 상기 수위조절탱크의 수위를 조절하는 드레인(DRAIN) 밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치는, 상기 재기화부와 상기 이송부 사이에 형성되어, 상기 가열수를 순환시키는 순환라인을 더 포함할 수 있다.

상기 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치는, 상기 순환라인에 형성되어 상기 가열수를 순환시키는 순환펌프를 더 포함할 수 있다.

상기 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치는, 상기 순환라인에 형성되어 순환하는 상기 가열수를 가열하는 히터를 더 포함할 수 있다.

상기 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치는, 상기 이송부의 타단부와 상기 재기화부 사이에 형성되어, 이송된 상기 가스 하이드레이트 펠릿을 분쇄하는 분쇄부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치는 상기 이송부는 복수로 분할되고, 분할된 상기 이송부 사이에 형성되어, 이송된 상기 가스 하이드레이트 펠릿을 분쇄하는 분쇄부를 더 포함할 수 있다.

상기 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치는, 상기 재기화부에 형성되어, 분쇄된 상기 가스 하이드레이트 펠릿을 여과하는 메쉬망을 더 포함할 수 있다.

상기 메쉬망은 상기 재기화부의 길이 방향을 따라 복수 개로 형성되며, 상기 복수 개의 메쉬망의 채눈의 크기는 상부로 갈수록 작아질 수 있다.

상기 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치는, 상기 재기화부 내부에 형성되어, 상기 가열수와 분쇄된 상기 가스 하이드레이트펠릿을 교반하는 교반기를 더 포함할 수 있다.

상기 재기화부 내부의 압력은 50 bar 내지 70 bar 일 수 있다.

상기 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치는, 상기 재기화부에 결합되어, 상기 재기화부에 초음파 진동을 제공하는 초음파 진동기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 피스톤식 장입 장치를 사용하여 가스 하이드레이트 펠릿의 재기화 처리량을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치의 가스 하이드레이트 펠릿 장입과정을 나타낸 도면.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치의 가스 하이드레이트 펠릿 장입과정을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치는 실린더부(100), 피스톤부(200), 펠릿 제공부(300), 압력조절공간부(400), 도어부(500), 이송부(600) 및 재기화부(800)를 포함한다.

실린더부(100)는 압력조절공간의 상부에 배치하며, 피스톤부(200)는 실린더부(100)의 내측에 결합되어 상하 왕복 운동 가능하다.

피스톤부(200)가 상하 왕복 운동하는 동안, 실린더부(100)의 일측에 결합되어 있는 펠릿 제공부(300)의 일단부가 개폐될 수 있다.

펠릿 제공부(300)의 일단부가 피스톤부(200)의 하강에 의하여 폐쇄되는 경우, 펠릿 제공부(300)에는 가스 하이드레이트 펠릿(P)이 투입을 위하여 축적될 수 있다.

또한, 펠릿 제공부(300)의 일단부가 피스톤부(200)의 상승에 의하여 개방되는 경우, 펠릿 제공부(300) 내부에 축적된 가스 하이드레이트 펠릿(P)은 실린더 내부 공간으로 투입될 수 있다.

이때, 펠릿 제공부(300)는 약 45도 각도만큼 기울어져 실린더부(100)의 일측에 결합될 수 있다.

펠릿 제공부(300)는 상부 일정위치에 레벨센서를 구비하여 회당 일정량의 가스 하이드레이트 펠릿(P)을 실린더 내부 공간으로 투입시킬 수 있다. 즉 펠릿 제공부(300)가 피스톤부(200)에 의하여 폐쇄되어 있는 동안 일회분에 해당하는 분량의 가스 하이드레이트 펠릿이 펠릿 제공부(300)에 축적되어 있을 수 있다.

이때, 일회분의 분량이 피스톤부(200)에 의하여 밀폐되는 압력조절공간부(400)가 수용할 수 있는 최대 가스 하이드레이트 펠릿(P)의 양보다 큰 경우 압력조절공간부(400) 및 피스톤부(200)에 파손이 발생할 수 있으므로, 일회분의 분량은 압력조절공간부(400)가 수용할 수 있는 최대 가스 하이드레이트 펠릿(P)의 양보다 작게 형성되어야 한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 피스톤부(200)는 피스톤 헤드(210), 바디(220), 및 하우징(230)을 포함할 수 있다.

바디(220)는 피스톤 헤드(210)에 결합되어 외부로부터 동력을 전달받아 피스톤 헤드(210)의 상하 왕복 운동을 가능하게 한다.

하우징(230)은 피스톤 헤드(210)를 둘러싸도록 형성되되, 피스톤 헤드(210)와 탈착가능하게 결합될 수 있다.

이때, 피스톤 헤드(210)와 하우징(230)은 영구자석(M)에 의한 결합일 수 있다.

피스톤 헤드(210)에 영구자석(M)이 부착되거나 또는 하우징(230)에 영구자석(M)이 부착될 수도 있다.

이때, 피스톤 헤드(210)는 압력조절공간부(400) 내측으로 삽입되어 압력조절공간부(400)를 밀폐시킬수 있도록 형성되어야 한다.

즉, 피스톤 헤드(210)의 외주면은 압력조절공간부(400)의 내주면과 일치하여야 한다.

압력조절공간부(400)는 실린더부(100)의 하부 및 이송부(600)의 상부에 위치하게 된다.

압력조절공간부(400)에는 압력조절공간부(400)의 공간을 두 개로 구획할 수 있도록 도어부(500)가 설치된다.

도어부(500)는 중심에 회전축 및 회전축에 결합된 회전도어를 구비할 수 있다.

회전도어는 회전축을 중심으로 회전하여 압력조절공간부(400)의 내부 공간을 상하두 개의 공간으로 구획할 수도 있다.

도 3을 참조하면, 펠릿 제공부(300)에 충진된 가스 하이드레이트 펠릿(P)이 압력조절공간부(400)를 통과하여 이송부(600)로 이송되는 과정을 파악할 수 있다.

펠릿 제공부(300)가 가스 하이드레이트 펠릿(P)으로 충진되고, 일단부는 피스톤부(200)에 의하여 막혀있게 된다.

이후, 피스톤부(200)의 피스톤 헤드(210)가 동력에 의하여 상승 운동하게 되면, 피스톤부(200)의 하우징(230) 또한 상승하게 되고, 하우징(230)이 실린더부(100)의 상부에 도달하게 되면, 펠릿 제공부(300)의 일단부가 개방되어, 펠릿 제공부(300) 내부에 충진되어 있던 가스 하이드레이트 펠릿(P)이 실린더부(100)의 내부 공간을 통과하여 압력조절공간부(400)로 투입된다.

이때, 압력조절공간부(400)는 도어부(500)에 의하여 상하 두 개의 공간으로 나누어져 있어야 한다.

가스 하이드레이트 펠릿(P)의 투입이 완료되면 피스톤부(200)가 하강을 시작하고, 피스톤부(200)의 하우징(230)은 펠릿 제공부(300)의 일단부를 폐쇄하게 된다.

이후, 피스톤부(200)는 하강 운동을 계속하여 압력조절공간부(400)의 상부를 폐쇄하게 된다. 이때, 피스톤부(200)의 피스톤 헤드(210)가 하우징(230)과의 자석(M)결합을 끊고 하강하기 위하여 바디(220)에 추력이 가해지며, 이후 하우징(230)과 분리된 피스톤 헤드(210)는 추력에 의하여 하방향 운동을 지속하게 된다.

피스톤 헤드(210)가 일정 높이까지 하강하여 기밀이 확보되도록 압력조절공간부(400)를 폐쇄하면 하강운동을 멈추게 된다.

압력조절공간부(400)를 통과한 펠릿은 이송부(600)에 의하여 재기화부(800)로 전달이 되는데, 이때, 가스 하이드레이트 펠릿(P)의 재기화를 위한 압력은 고압이 요구된다.

즉, 재기화부 내부는 고압의 분해 가스(g)가 충진되어 있다.

재기화부(800) 내부의 압력은 가스 종류 및 용도에 따라 설정되는 고압으로 일정하게 유지되고, 재기화부(800)와 연통하고 있는 이송부(600) 또한 재기화부(800)의 압력과 유사하게 형성이 된다.

또한, 도어부(500)에 의하여 구획되는 압력조절공간부(400)의 하부는 이송부(600)와 연통되므로, 결국 압력조절공간부(400)의 하부 고압의 분해 가스(g)가 존재하여 재기화부(800)와 유사한 압력이 형성되게 된다.

피스톤부(200)가 하강하여 도어부(500)에 의하여 구획된 압력조절공간부(400)의 상부를 폐쇄하게 되면, 압력조절공간부(400)의 상부의 압력은 폐쇄 전 실린더부(100)의 압력과 유사하고, 실린더부(100)의 압력은 펠릿 제공부(300)의 압력과 유사하여, 결국 압력조절공간부(400) 상부의 압력은 상압과 유사하게 된다.

압력조절공간부(400) 상부의 압력은 상압과 유사하고, 압력조절공간부(400) 하부의 압력은 설정 압력이므로, 도어부(500)로 구획된 압력조절공간부(400) 내의 두 개의 공간 사이에 압력 차이가 발생한다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른, 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치는 피스톤부(200)의 하강에 의하여 압력조절공간부(400)의 상부가 폐쇄되어 있는 동안, 압력조절공간부(400) 및 재기화부(800) 사이에 형성되어, 재기화부(800)의 고압의 기체를 압력조절공간부(400)의 상부로 공급할 수 있는 기체공급라인(900)을 더 포함할 수 있다.

또한, 기체공급라인(900)에는 상기 고압의 기체 공급을 조절할 수 있는 조절밸브(910)가 형성된다.

즉, 가스 하이드레이트 펠릿(P)이 도어부(500)에 의하여 구획된 압력조절공간부(400)의 상부에 투입된 다음, 피스톤부(200)가 하강하여 압력조절공간부(400)의 상부를 폐쇄하고, 압력조절공간부(400) 상부의 압력과 압력조절공간부(400) 하부의 압력 차이를 줄이기 위하여, 압력조절공간부(400)의 상부에 연결된 기체공급라인(900)을 통하여 재기화부(800)의 고압의 기체가 압력조절공간부(400)의 상부에 유입될 수 있다.

압력조절공간부(400)의 상부 압력과 재기화부(800)의 압력 차이가 일정 크기 이하로 감소하게 되면, 기체공급라인(900)의 조절밸브(910)가 닫히게 된다.

압력조절공간부(400)의 상하부 압력의 차이가 유사하게 되면, 도어부(500)의 회전도어가 회전하게 되고, 압력조절공간부(400) 상부에 충진되어 있던 가스 하이드레이트 펠릿(P)이 자중에 의하여 압력조절공간부(400) 하부로 낙하하게 된다.

기체공급라인(900)의 구성으로 인하여, 별도의 가압장치나 압력 측정 장치 없이 가스 하이드레이트 펠릿(P)을 이송부(600)로 전달할 수 있는 장점이 있다.

이때, 피스톤부(200)는 압력조절공간부(400) 내부의 압력보다 더 큰 압력으로 압력조절공간부(400) 내의 기체를 밀어 낼 수 있도록 고압의 추력을 전달받을 수도 있다.

가스 하이드레이트 펠릿(P)이 이송부(600)로 투입된 후 압력조절공간부(400)에 잔류하는 고압의 기체는 피스톤부(200)의 피스톤 헤드(210)의 하강으로 이송부(600)로 이동할 수 있다.

고압의 추력을 전달하기 위하여 동력으로 유압이 사용될 수도 있다.

도어부(500)가 개방되어 압력조절공간부(400) 상부에 충진된 가스 하이드레이트 펠릿(P)이 압력조절공간부(400) 하부를 통과하여 이송부(600)로 전달될 수 있다.

이후, 도어부(500)를 폐쇄하고, 피스톤부(200)가 하강한 상태에서 펠릿 제공부(300)에는 다음 회분을 위한 가스 하이드레이트 펠릿(P)이 충진된다.

펠릿 제공부(300)의 가스 하이드레이트 펠릿(P)의 양이 1회 장입량에 도달하면 피스톤헤드의 상승 운동이 시작되고, 피스톤 헤드(210)가 압력조절공간부(400)의 상단을 통과하며 하우징(230)과 연동이 개시되어, 피스톤 헤드(210)의 상승 운동에 의하여 하우징(230)도 함께 상승하게 된다.

이후, 펠릿 장입부의 일단부가 개방되면서 가스 하이드레이트 펠릿(P)이 실린더 내부 공간으로 투입되며, 상술한 공정이 반복된다.

이송부(600)로 전달된 가스 하이드레이트 펠릿(P)은 재기화부(800)로 이송된다.

이송부(600) 및 재기화부(800) 내에는 가열수가 채워져 있다.

이때, 이송부(600)는 이송 스크류(S)를 포함할 수 있다.

이송 스크류(S)는 압력조절공간부(400)의 하단과 결합되어 연통되어 가스 하이드레이트 펠릿(P)을 이송한다. 이송 스크류(S)의 일단부에는 투입구가 마련되고 타단부에는 토출구가 마련된다.

이송부(600) 내에 존재하는 가열수의 수위는 가스 하이드레이트 펠릿(P)의 투입과정에서 피스톤 헤드(210)의 가압에 의하여 일정 높이 이하로 떨어지게 되며 이에 따라 이송 스크류(S)의 투입구 상부에는 가열수에 잠기지 않은 가스 하이드레이트 펠릿(P)이 위치하게 되어 펠릿이 용이하게 이송 스크류(S)로 투입될 수 있다.

이송 스크류(S)는 가스 하이드레이트 펠릿(P)을 재기화부(800)로 밀어주는 역할을 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치의 이송 스크류(S)는 투입구로부터 토출구로 갈수록 높이가 낮아지게 형성되어 가스 하이드레이트 펠릿(P)의 이송이 촉진될 수 있다.

또한, 분쇄부(700)가 이송 스크류(S)와 재기화부(800) 사이에 개재되어, 이송되는 가스 하이드레이트 펠릿(P)을 분쇄하여 재기화부(800)의 하부로 분쇄된 가스 하이드레이트 펠릿(P)을 공급되도록 할 수 있다.

분쇄부(700)는 이송 스크류(S)의 일단에 위치한 토출구와 연통되며, 이송된 가스 하이드레이트 펠릿(P)을 분쇄한다. 펠릿이 이송 스크류(S)를 통과하면서 일부 분쇄되고 분쇄부(700)에서 잘게 분쇄되어 재기화부(800)의 하부로 공급한다. 가스 하이드레이트 펠릿(P)의 분해 반응은 이송 스크류(S)와 분쇄부(700)를 통과하면서 이미 시작된다.

분쇄부(700)는 서로 교차하는 회전날과 고정날로 구성될 수 있으며 가스 하이드레이트 펠릿(P)을 일정 입도 이하로 분쇄하고 재기화부(800)의 하부로 공급한다.

분쇄부(700)를 통과하여 일정 입도 이하로 분쇄된 가스 하이드레이트 펠릿(P)은 반응 표면적이 증가되어 분해 반응이 가속된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 분쇄부(700)는 분할된 이송부(600) 사이에 삽입될 수도 있다.

즉, 이송부(600)가 가스 하이드레이트 펠릿(P)의 이송방향을 따라 상류와 하류의 이송부로 분할될 수 있고, 상류 이송부 및 하류 이송부 사이에 분쇄부(700)가 위치하여 가스 하이드레이트 펠릿(P)의 분쇄 및 이송을 촉진할 수도 있다.

재기화부(800)는 내부에는 가열수가 존재한다. 분쇄된 가스 하이드레이트 펠릿(P)을 가열수가 채워진 재기화부(800)의 하부에서 투입함에 따라 분쇄된 가스 하이드레이트 펠릿(P)이 가열수의 하부에서 상부로 이동과정에서 가열수에 잠기게 되어 분해 반응에 필요한 열전달이 향상될 수 있다.

분쇄된 가스 하이드레이트 펠릿(P)은 부력과 가열수의 순환에 따른 가열수의 이동에 따라 재기화부(800)의 하부에서 상부로 이동하게 된다.

재기화부(800)를 통해 고압가스를 직접 생산하기 위하여 재기화부(800)의 내부는 고압 상태를 유지할 수 있다.

예를 들면, 재기화부(800) 내부의 압력이 50 bar 내지 70 bar로 유지될 수 있다. 이에 따라, 고압가스를 필요로 하는 가스 터빈이나 가정용의 도시가스를 공급하기 위한 가스 공급 시설에 본 실시예에 따른 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치를 설치할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 재기화부 내부의 압력이 50 bar 내지 70 bar에 한정되는 것은 아니고, 분해 가스의 종류와 용도에 따라 다양하게 설정될 수 있음은 자명하다.

재기화부(800)가 고압 상태를 유지함에 따라 이와 연통되는 분쇄부(700), 이송 스크류(S), 이송부(600)의 압력 또한 재기화부(800)와 동일한 고압 상태가 유지된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 재기화부(800)의 내부에는, 가열수의 수면 하부에 위치하며 분쇄된 가스 하이드레이트 펠릿(P)을 여과하는 메쉬망(820)이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 메쉬망(820)은 재기화부(800)의 높이에 따라 복수 개로 형성될 수 있으며, 복수 개의 메쉬망(820)의 채눈의 크기는 상부로 갈수록 작게 할 수 있다.

이로 인해, 분해 반응이 진행되면서 입도가 작아지는 분쇄된 가스 하이드레이트 펠릿(P)의 상향 이동속도가 제어되며 분쇄된 가스 하이드레이트 펠릿(P)이 재기화부(800) 내에 고르게 분포되어 가열수와의 접촉이 증대되고 분해 반응에 의해 발생한 분해 가스가 가열수를 통과하여 상승하는 통로가 확보되어 분해 반응의 효율을 높일 수 있다.

그리고, 분쇄된 가스 하이드레이트 펠릿(P)과 가열수와의 열전달을 촉진하고, 발생하는 분해 가스를 가스 하이드레이트 펠릿(P)의 표면으로부터 보다 효율적으로 분리하기 위해 재기화부(800)의 내부에는 가열수와 분쇄된 가스 하이드레이트 펠릿(P)을 교반하는 교반기(830)가 설치될 수 있다.

교반기(830)는 재기화부(800)의 길이 방향으로 배치되는 회전축과 회전축에 결합되는 복수의 회전 날개로 구성될 수 있다.

또한, 재기화부(800)의 표면에는 초음파 진동기(840)가 부착될 수 있다. 초음파 진동기(840)는 재기화부(800)의 외면이나 내면에 부착될 수 있다.

도 2에서는 다수의 초음파 진동기(840)가 재기화부(800)의 외면에 부착된 형태를 제시한다. 초음파 진동기(840)에서 발생한 초음파는 가열수를 매질로 전달되어 분쇄된 가스 하이드레이트 펠릿(P)의 분해 반응을 촉진한다.

재기화부(800)의 가열수는 재기화부(800)의 상부에서 배출시켜 이를 가열하고 이송부(600)로 유입되도록 하여 가열수가 이송부(600), 분쇄부(700), 및 재기화부(800) 내에서 지속적으로 순환될 수 있다.

이를 위해 재기화부(800) 상부의 가열수를 회수하여 이송부(600)로 공급하는 순환라인(810)과, 순환라인(810)에 개재되어 회수된 가열수를 순환시키는 순환펌프(811)와, 순환라인(810)에 개재되어 회수된 가열수를 가열하는 히터(812)가 구비될 수 있다.

순환라인(810)을 통하여 재기화부(800) 상부에서 회수된 가열수는 히터(812)로 가열된 뒤, 순환펌프(811)를 통과하여 다시 이송부(600)로 공급된다.

히터(812)에서 공급되는 열량은 가열수의 온도를 일정온도로 유지하도록 제어될 수 있다.

한편, 재기화부(800)에서 분해 반응이 계속됨에 따라 가스 하이드레이트 펠릿(P)에 함유하고 있던 수분이 분해되어 재기화부(800) 내의 가열수가 증가하게 된다.

따라서, 증가된 가열수를 배출하여 재기화부(800)의 가열수 수위를 일정하게 유지시킬 수 있는 수위조절탱크(1000)를 더 포함할 수 있다.

수위조절탱크(1000)는 재기화부(800)에 결합되어 가열수의 수위를 조절할 수 있다.

이때, 재기화부(800) 및 수위조절탱크(1000) 사이에는 일수식(OVER FLOW TYPE) 가열수 배출 기능을 제공하는 수위조절라인(1100)이 형성될 수 있다.

수위조절탱크(1000)의 하부에는 드레인 밸브(1200)가 결합되어 수위조절탱크(1000)의 가열수의 수위가 일정 수위 이상으로 올라가지 않게 한다.

즉, 수위조절탱크(1000)의 수위가 일정 수위 이상이 되면 드레인 밸브(1200)가 오픈되어 수위조절탱크(1000) 내의 가열수를 외부로 배출한다.

이때, 수위조절탱크(1000)에도 가열수의 수위를 측정하는 레벨센서가 설치될 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 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.

P: 가스 하이드레이트 펠릿

g: 분해 가스

M: 자석

S: 이송 스크류

100: 실린더부

200: 피스톤부

210: 피스톤 헤드

220: 바디

230: 하우징

300: 펠릿 제공부

400: 압력조절공간부

500: 도어부

600: 이송부

700: 분쇄부

800: 재기화부

810: 순환라인

811: 순환펌프

812: 히터

820: 메쉬망

830: 교반기

840: 초음파 진동기

900: 기체공급라인

910: 조절밸브

1000: 수위조절탱크

1100: 수위조절라인

1200: 드레인 밸브

Claims

실린더부;
상기 실린더부 내측에 결합되어 상하 왕복 운동 가능한 피스톤부;
상기 피스톤부의 상하 왕복 운동에 의하여 일단부가 개폐됨으로써 상기 실린더부로 가스 하이드레이트 펠릿의 제공이 조절되도록, 상기 실린더부의 일측에 결합되는 펠릿 제공부;
일단부가 상기 실린더부의 하부에 결합되는 압력조절공간부;
상기 압력조절공간부에 형성되어 상기 압력조절공간부를 구획할 수 있는 도어부;
일단부가 상기 압력조절공간부의 타단부에 결합되어 상기 가스 하이드레이트 펠릿를 이송하는 이송부; 및
상기 이송부의 타단부에 결합되고, 가열수가 존재하여 이송된 상기 가스 하이드레이트 펠릿이 재기화되는 재기화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제1항에 있어서,
상기 피스톤부는,
피스톤 헤드;
상기 피스톤 헤드에 결합되어 외부로부터 동력을 전달받아 상기 피스톤 헤드를 상하 왕복 운동 가능하게 하는 바디; 및
상기 피스톤 헤드를 둘러싸도록 형성되고, 상기 피스톤 헤드와 탈착 가능하게결합되는 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제2항에 있어서,
상기 피스톤 헤드와 상기 하우징의 결합은 자석 결합인 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제3항에 있어서,
상기 피스톤 헤드는 상기 압력조절공간부 내측으로 삽입되어 상기 압력조절공간부를 밀폐시킬 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제1항에 있어서,
상기 압력조절공간부 및 상기 재기화부 사이에 형성되어, 상기 재기화부의 기체를 상기 압력조절공간부에 공급할 수 있는 기체공급라인; 및
상기 기체공급라인에 형성되어 상기 기체의 공급을 조절할 수 있는 조절밸브를 더 포함하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제1항에 있어서,
상기 이송부는 이송 스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제1항에 있어서,
상기 재기화부에 결합되어 상기 가열수의 수위를 조절하는 수위조절탱크를 더 포함하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제7항에 있어서,
상기 재기화부와 상기 수위조절탱크 사이에 형성되어 상기 가열수의 이동라인을 제공하는 수위조절라인을 더 포함하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제8항에 있어서,
상기 수위조절탱크에 결합되어, 상기 수위조절탱크의 수위를 조절하는 드레인(DRAIN) 밸브를 더 포함하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제1항에 있어서,
상기 재기화부와 상기 이송부 사이에 형성되어, 상기 가열수를 순환시키는 순환라인을 더 포함하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제10항에 있어서,
상기 순환라인에 형성되어 상기 가열수를 순환시키는 순환펌프를 더 포함하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제11항에 있어서,
상기 순환라인에 형성되어 순환하는 상기 가열수를 가열하는 히터를 더 포함하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제1항에 있어서,
상기 이송부의 타단부와 상기 재기화부 사이에 형성되어, 이송된 상기 가스 하이드레이트 펠릿을 분쇄하는 분쇄부를 더 포함하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제1항에 있어서,
상기 이송부는 복수로 분할되고, 분할된 상기 이송부 사이에 형성되어 이송된 상기 가스 하이드레이트 펠릿을 분쇄하는 분쇄부를 더 포함하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 재기화부에 형성되어, 분쇄된 상기 가스 하이드레이트 펠릿을 여과하는 메쉬망을 더 포함하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제15에 있어서,
상기 메쉬망은 상기 재기화부의 길이 방향을 따라 복수 개로 형성되며, 상기 복수 개의 메쉬망의 채눈의 크기는 상부로 갈수록 작아지는 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 재기화부 내부에 형성되어, 상기 가열수와 분쇄된 상기 가스 하이드레이트펠릿을 교반하는 교반기를 더 포함하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제1항에 있어서,
상기 재기화부 내부의 압력은 50 bar 내지 70 bar인 것을 특징으로 하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.
제1항에 있어서,
상기 재기화부에 결합되어, 상기 재기화부에 초음파 진동을 제공하는 초음파 진동기를 더 포함하는 가스 하이드레이트 펠릿 재기화 장치.