KR20160005715A - 운용중 액체 천연 가스 냉각 - Google Patents

운용중 액체 천연 가스 냉각 Download PDF

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Abstract

액화 천연 가스와 같은 극저온 유체를 사용 장치 상의 유지 탱크로 분배하는 동안, 가장 낮은 합리적인 포화 압력을 달성하기 위한 극저온 유체 전달 시스템 및 방법이 본원에서 개시된다. 그러한 시스템 및 방법은 액체 질소 콤포넌트 및 액화 엔진, 매우 저온인 액화 천연 가스 및 액화 엔진, 또는 매우 저온인 액화 천연 가스 및 액체 질소 콤포넌트 모두의 조합을 이용하여 LNG를 사용 장치 상의 유지 탱크로 전달한다.

Description

운용중 액체 천연 가스 냉각{LIQUID NATURAL GAS COOLING ON THE FLY}
관련 출원의 상호-참조
본원은 2013년 4월 22일자로 출원된 “운용중 액체 천연 가스 냉각(Liquid Natural Gas Cooling On The Fly)”이라는 명칭의 미국 가특허출원 제61/814,697호에 대한 우선권을 주장하고, 그 가특허출원의 개시 내용 전체가 본원에서 참조로서 포함된다.
액화 천연 가스(LNG)를 이용하는 많은 장치의 적절한 동작을 보장하는 것은, 장치로 전달되는 LNG의 비등 압력 및 온도의 제어를 필요로 한다. 탑재형(onboard) 차량 연료 탱크 내의 LNG의 비등 압력(즉, 포화 압력)을 제어하는 것이 특별한 관심의 대상이다. 통상적으로, 연료 전달 시스템은, 천연 가스를 사용 장치의 엔진으로 구동하기 위해서 압력이 이용될 수 있도록 보장하기 위해서, LNG의 포화 압력 또는 비등 압력을 충분히 높게 유지한다.
탑재형 펌프를 포함하는 사용 장치 시스템에서, LNG를 저장하는 차량 탱크는, 증기화된 천연 가스를 분출하는 것(venting) 대신에, 탑재형 펌프를 이용할 수 있다. 이는, 가스의 분출을 필요로 할 때까지의 차량 탱크 내에서의 LNG 유지 시간을 증가시킨다. LNG를 전달하는 과정에서, 예를 들어 펌핑이나 다른 정상적인 취급 중에, 액화 천연 가스가 열을 흡수한다. 효과적으로 열을 제거하고 LNG를 사용 장치의 차량 탱크로 전달하기 위해서, LNG로부터 열을 제거하기 위한 수단의 위치가, 차량 탱크로 가는 도중의, 분배 펌프 이후의, 액화 천연 가스 전달의 경로 내부가 될 수 있다. 그러한 구성은, 액화 천연 가스를 사용 장치로 분배하는 동안, 낮은 LNG 포화 압력을 달성한다.
LNG를 사용 장치로, 특히 LNG 연료형 차량의 연료 탱크로 분배하는 동안, 액화 천연 가스(LNG)의 온도 및 포화 압력을 제어하기 위한 시스템 및 기구가 본원에서 제공된다. LNG를 가장 낮은 합리적인 포화 압력으로 사용 장치로 전달하는 방법이 또한 제공된다.
일부 실시예에서, 미리 결정된 포화 압력의 극저온(cryogenic) 유체 연료를 연료 탱크로 전달하기 위한 시스템이 제공된다. 연료 탱크가, 공급원(source) 탱크, 펌프, 냉각 콤포넌트, 주변 온도 라인, 및 온도 감지 밸브를 포함할 수 있다. 공급원 탱크가 상단 부분 및 제2 부분을 구비하고, 공급원 탱크가 연료를 포함하며, 그러한 연료는 가스 부분 및 액체 부분을 포함한다. 펌프가 증기 라인에 의해서 공급원 탱크의 상단 부분으로 그리고 액체 라인에 의해서 공급원 탱크의 하단 부분으로 유체적으로 연결되고, 펌프는 연료를 공급원 탱크로부터 차량 연료 탱크를 향해서 펌핑하도록 구성된다. 냉각 콤포넌트가 냉각 극저온 유체를 구비하는 냉각 라인을 둘러싸도록 구성되고, 냉각 라인은 제1 단부에서 펌프의 배출구로 그리고 제2 단부에서 제어된 유입구 라인으로 유체적으로 연결되며, 그러한 제어된 유입구 라인은 차량 연료 탱크와 유체 연통한다. 주변 온도 라인이 펌프의 배출구로 연결된 제1 단부 및 제어된 유입구 라인으로 연결된 제2 단부를 구비한다. 온도 감지 밸브 제어기가 냉각 라인의 제2 단부에서 저온(cold) 연료 제어 밸브로, 주변 온도 라인의 제2 단부에서 온난(warm) 연료 제어 밸브로, 그리고 제어된 유입구 라인으로 연결된다. 그러한 실시예에서, 온도 감지 밸브 제어기가, 제어된 유입구 라인 내의 연료의 온도를 측정하도록, 그리고 저온 연료 제어 밸브 및 온난 연료 제어 밸브를 통한 연료의 유동을 제어하여 제어된 유입구 라인 내의 연료의 온도를 미리 결정된 온도 범위 내에서 유지하도록 구성된다.
이하의 특징부들(features)이 임의의 합리적인 조합으로 시스템 내에 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 냉각 콤포넌트가 상단 부분 및 하단 부분을 가지는 냉각 탱크를 포함하고, 냉각 콤포넌트의 상단 부분은 냉각 극저온 유체의 가스 부분을 둘러싸고 냉각 콤포넌트의 하단 부분은 냉각 극저온 유체의 액체 부분을 둘러싼다. 일부 그러한 실시예에서, 시스템은 냉각 콤포넌트와 유체 연통하는 압력 제어 밸브를 더 포함하고, 그러한 압력 제어 밸브는 냉각 콤포넌트의 상단 부분으로 연결된다. 압력 제어 밸브는, 일부 실시예에서, 냉각 콤포넌트 내의 냉각 극저온 유체의 압력이 미리 결정된 설정 온도를 초과할 때, 냉각 극저온 유체를 방출한다. 그러한 시스템이 대안적인(alternate) 분출 라인을 포함할 수 있고, 그러한 대안적인 분출 라인은 냉각 극저온 유체의 액체 부분과 유체 연통하는 제1 단부 및 분출 밸브와 유체 연통하는 제2 단부를 갖는다. 대안적인 분출 라인이 또한, 공급원 탱크 내의 연료의 가스 부분과 접촉하는 접촉 부분을 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 대안적인 분출 라인으로부터 냉각 극저온 유체를 분출하는 비율(rate)이 공급원 탱크 내부의 연료의 증기압의 설정점에 의존한다. 그러한 시스템은 제어된 유입구 라인으로 그리고 차량 연료 탱크로 유체적으로 연결된 분배기 탱크를 더 포함할 수 있고, 그러한 시스템은 공급원 탱크로 유체적으로 연결된 제1 단부 및 분배기 탱크로 유체적으로 연결된 제2 단부를 가지는 직접 입력 라인을 더 포함할 수 있다. 연료가 액화 천연 가스일 수 있다. 냉각 극저온 유체가 일부 실시예에서 질소일 수 있다. 냉각 콤포넌트가, 일방향 밸브를 포함하는 도관에 의해서 연결된 2개의 탱크를 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 2개의 탱크가 제1 압력의 냉각 극저온 유체를 수용하기 위한 제1 탱크 및 제2 압력의 냉각 극저온 유체를 수용하기 위한 제2 탱크를 포함할 수 있고, 제1 압력이 제2 압력 이하이다. 또한, 그러한 실시예에서, 제1 탱크가 액화 엔진(liquefaction engine)으로 유체적으로 연결되고, 제2 탱크는 냉각 극저온 유체를 가지는 냉각 라인을 둘러싸도록 구성되며, 일방향 밸브는, 제1 및 제2 압력이 동일할 때, 제1 탱크로부터 제2 탱크로만 유체가 유동할 수 있게 허용하도록 구성될 수 있다.
관련된 양태에서, 미리 결정된 포화 압력의 극저온 유체 연료를 연료 탱크로 전달하기 위한 시스템이 제공된다. 시스템이 공급원 탱크, 펌프, 냉각 콤포넌트, 주변 온도 라인, 및 온도 감지 밸브 제어기를 포함할 수 있다. 공급원 탱크가 상단 부분 및 제2 부분을 구비할 수 있고, 공급원 탱크가 연료를 포함하며, 그러한 연료는 가스 부분 및 액체 부분을 포함한다. 펌프가 증기 라인에 의해서 공급원 탱크의 상단 부분으로 유체적으로 연결될 수 있고 액체 라인에 의해서 공급원 탱크의 하단 부분으로 연결될 수 있으며, 펌프는 연료를 공급원 탱크로부터 차량 연료 탱크를 향해서 펌핑하도록 구성될 수 있다. 냉각 콤포넌트가 냉각 극저온 유체를 포함할 수 있고, 냉각 콤포넌트는 액화 엔진으로 유체적으로 연결된다. 펌프, 제어된 유입구 라인, 및 제어된 유입구 라인이 차량 연료 탱크로 유체적으로 연결될 수 있다. 주변 온도 라인이 펌프의 배출구로 연결된 제1 단부 및 제어된 유입구 라인으로 연결된 제2 단부를 구비할 수 있다. 온도 감지 밸브 제어기가 냉각 라인의 제2 단부에서 저온 연료 제어 밸브로, 주변 온도 라인의 제2 단부에서 온난 연료 제어 밸브로, 그리고 제어된 유입구 라인으로 연결될 수 있다. 온도 감지 밸브 제어기가, 제어된 유입구 라인 내의 연료의 온도를 측정하도록, 그리고 저온 연료 제어 밸브 및 온난 연료 제어 밸브를 통한 연료의 유동을 제어하여 제어된 유입구 라인 내의 연료의 온도를 미리 결정된 온도 범위 내에서 유지하도록 구성될 수 있고, 연료는 제2 압력의 액화 천연 가스를 포함하고, 제1 압력이 제2 압력 보다 낮다.
일부 실시예에서, 이하의 특징부들이 임의의 합리적인 조합으로 시스템 내에 존재할 수 있다. 시스템의 액화 엔진이, 전기 에너지를 이용하여 냉각 극저온 유체로부터 열을 제거하도록 구성될 수 있다. 시스템은, 제어된 유입구 라인으로 그리고 차량 연료 탱크로 유체적으로 연결된 분배기 탱크를 더 포함할 수 있다. 시스템이, 공급원 탱크로 유체적으로 연결된 제1 단부 및 분배기 탱크로 유체적으로 연결된 제2 단부를 가지는 직접 입력 라인을 더 포함할 수 있다. 시스템이, 냉각 콤포넌트로 유체적으로 연결된 제1 단부 및 공급원 탱크로 연결된 제2 단부를 포함하는 증기 릴리프(relief) 라인을 더 포함할 수 있다. 증기 릴리프 라인이 연료의 증기 부분을 공급원 탱크로부터 냉각 콤포넌트로 이송하도록 구성될 수 있다. 일부 그러한 실시예에서, 액화 엔진이 열 제거 라인을 포함할 수 있고, 그러한 열 제거 라인을 통해서 열 제거 유체가 유동하며, 열 제거 라인이 열 제거 유체의 별개의 공급원으로 연결되고, 열 제거 유체의 유동이 하나 이상의 액화 엔진 밸브에 의해서 제어되어 냉각 콤포넌트 내의 냉각 극저온 유체의 압력을 유지한다.
도 1은 액체 질소 냉각 콤포넌트를 가지는 액화 천연 가스 저장 및 전달 시스템의 예시적인 계통도를 도시한다.
도 2는, 2개의 압력 준위(level)로 액체 질소를 수용하는 액체 질소 냉각 콤포넌트를 가지는 액화 천연 가스 저장 및 전달 시스템의 다른 예시적인 시스템을 도시한다.
도 3은, 액화 엔진에 의해서 저온으로 유지되는 매우 저온인 액화 천연 가스를 저장 탱크가 저장하는, 액화 천연 가스 저장 및 전달 시스템의 예시적인 계통도를 도시한다.
도 4는, 액화 엔진이 액체 질소를 이용하는 도 3에서와 같은 액화 천연 가스 저장 및 전달 시스템의 예시적인 계통도를 도시한다.
도면에서 유사한 참조 번호가 동일한 또는 유사한 특징부를 지칭한다.
특히 연료로서 사용되는, 극저온 유체를 위한 전달 시스템은 저장 및 전달 중에 유체의 포화 압력(즉, 비등 압력) 및 온도를 제어할 수 있을 필요가 있다. 액화 천연 가스(LNG)의 경우에, 시스템은, 포화 압력이 차량의 엔진과 같이 천연 가스를 필요로 하는 곳으로 천연 가스를 유동시킬 수 있게 보장하는 한편, 시스템 내의 차량 탱크로부터의 가스의 분출이 요구될 때까지의 시간을 증가시킬 수 있는 충분히 낮은 포화 압력으로 LNG를 유지할 수 있게 보장할 필요가 있다. 전술한 내용을 고려하면, LNG를 사용 장치로 분배하는 동안 가장 낮은 합리적인 포화 압력으로 액화 천연 가스를 전달하기 위한 개선된 시스템 및 방법이 요구되고 있다.
극저온 유체 저장 및 전달 시스템이 개시된다. 그러한 시스템은, 대형 압력 용기로부터 사용 장치의 천연 가스 엔진으로 연료를 제공하는 차량 탱크로 액화 천연 가스(LNG)를 전달하기 위해서 이용되는 문맥으로 본원에서 주로 설명된다. 그러나, 개시 내용이 주로 엔진으로 연결된 차량 탱크로 연료를 공급하는 것과 관련하여 설명되지만, 개시된 시스템이, 극저온 유체를 이용하는 임의의 적용예와 함께 이용하기 위해서 구성될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.
도 1은 액체 질소 냉각 콤포넌트를 가지는 액화 천연 가스 저장 및 전달 시스템의 예시적인 계통도를 도시한다. 시스템은 절연 층(101), 증기 부분(102), 및 액체 부분(103)을 구비하는 액화 천연 가스(LNG) 탱크(100); 침잠형(submerged) 펌프(105); 액체 질소(LN2) 콤포넌트(120); 액화 엔진(125); LNG 분배기(110); 및 차량 탱크(115)를 포함한다. LNG 탱크(100)가 액체 라인(135) 및 증기 라인(130)을 통해서 침잠형 펌프(105)로 연결된다. 침잠형 펌프(105)는 다시, 냉각 라인(155) 및 주변 온도 라인(150)으로 분할되는 배출구 라인을 갖는다. 냉각 라인(155) 및 주변 온도 라인(150)이 온도 제어된 유입구 라인(175)에서 다시 결합되고, 그러한 온도 제어된 유입구 라인(175)이 분배기(110)로 유도된다. 온도 감지 밸브 제어기(170)가 제어된 유입구 라인(175) 상에 위치되고 주변 온도 라인(150) 및 냉각 라인(155) 각각 상의 유동 제어 밸브(160, 165)로 연결된다. LNG 탱크(100)가 또한 직접 입력 라인(140)에 의해서 분배기(110)로 직접적으로 연결된다. 분배기(110)가, 차량 탱크(115) 상의 연결부와 인터페이스(interface)하는 연결 어댑터(185)를 가지는 탱크 공급 라인(180)을 통해서 차량 탱크(115)로 연결된다.
액체 질소 콤포넌트(120)가 냉각 콤포넌트이다. 절연 층(121)이 액체 질소 콤포넌트(120)의 탱크 부분을 둘러싼다. 액체 질소 콤포넌트(120)의 내부에 증기 부분(122) 및 액체 부분(123)이 존재한다. 액화 엔진(125)이 액체 질소 콤포넌트의 증기 부분(122)과 유체 연통되도록, 액화 엔진(125)이 액체 질소 콤포넌트(120)로 연결된다. 질소 압력 제어 밸브(126)가 또한 액체 질소 콤포넌트의 증기 부분(122)과 유체 연통한다.
액체 질소가 도 1에 도시된 시스템 내의 LNG와 직접적으로 접촉하지 않는다. 그 대신에, 액체 질소가 유동 LNG를 둘러싸거나 LNG 탱크(100)를 통해서 유동하여 LNG로부터 열을 제거한다. 침지(dip) 관(191)이 액체 질소 콤포넌트(120)의 액체 부분(123)을, LNG 탱크(100)의 증기 부분(102)을 통과하는 대안적인 질소 분출 라인(192)과 유체적으로 연결한다. 대안적인 질소 분출 라인(192)이 질소 분출 밸브(193) 내에서 종료된다. 침잠형 펌프(105)로부터의 출력 LNG를 제어된 유입구 라인(175)과 유체적으로 연결하는 냉각 라인(155)이 절연 층(121) 및 액체 질소 콤포넌트(120)의 액체 부분(123)을 통과한다.
동작 중에, 액체 질소를 대안적인 질소 분출 라인(192)을 통해서 통과시키는 것에 의해서, 그리고 절연 층(101)의 도움으로, 탱크(100) 내의 LNG의 포화 압력을 제어함으로써, 액화 천연 가스(LNG)가 LNG 탱크(100) 내에서 특정 온도로 유지된다. LNG가 차량 탱크(115)로 이동할 때, LNG가 LNG 탱크(100) 외부로의 2개의 경로를 따라서 유동할 수 있다.
LNG가 또한 침잠형 펌프(105)로부터의 도움으로 액체 라인(135)을 통해서 LNG 탱크(100)를 빠져나갈 수 있다. 침잠형 펌프(105)의 작동이 LNG로 열을 부가할 수 있다. 침잠형 펌프(105)의 작동이 주변 온도 라인(150) 및 냉각 라인(155)을 통해서 LNG를 강제(force)함에 따라, 온도 감지 밸브 제어기(170)가 제어된 유입구 라인(175)에서의 온도를 감지하고, 그러한 제어된 유입구 라인(175)에서 희망 온도가 감지될 때까지, 그러한 감지에 따라서 유동 밸브(160 및 165)를 제어한다. 냉각 라인(155)을 통해서 유동하는 LNG는, 유동을 유발하도록 에너지가 이용되는 그 경로 내의 지점 이후에, LNG로부터 열을 제거한다. 제어된 유입구 라인(175)에서 열을 제거하고 전달 온도를 제어하는 것은, LNG가 적절하게 낮은 포화 압력으로 전달될 수 있게 한다.
액체 질소 콤포넌트(120)는, 그러한 액체 질소 콤포넌트가 냉각 라인(155)을 통해서 유동하는 LNG를 효과적으로 냉각시킬 수 있게 하는 온도 및 압력으로 유지된다. 도 1에 도시된 시스템에서, 액체 질소가 주위 분위기로 분출되어 액체 질소 콤포넌트(120) 내에서 적절한 압력 및 온도를 유지한다. 질소 가스로서 분출되는 액체 질소의 부분이 질소 압력 제어 밸브(126)를 통해서 또는 질소 분출 밸브(193)로 연결된 대안적인 질소 분출 라인(192)을 통해서 액체 질소 콤포넌트(120)를 빠져나갈 수 있다. 냉각 라인(155)을 둘러싸는 액체 질소에 의해서 흡수되는 열이 액체 질소 콤포넌트(120) 내의 압력을 상승시킬 수 있고, 질소 압력 제어 밸브(126)는 질소 가스가 대기로 분출될 수 있게 하고 내부 압력을 낮출 수 있게 한다. 액체 질소가 침지 관(191)을 따라서, LNG 탱크(100)의 증기 부분(102)과 접촉하는 대안적인 분출 라인(192)을 통해서 유동할 때, 액체 질소 콤포넌트(120) 내의 압력이 또한 낮아질 수 있다. 액체 질소 콤포넌트(120) 내의 압력을 낮추는 것에 더하여, 대안적인 분출 라인(192)을 통한 액체 질소의 이동이 LNG 탱크(100)로부터 열을 제거할 수 있고 그 내부의 압력을 또한 낮출 수 있다. 액화 엔진(125)이 또한, 액체 질소 콤포넌트(120) 내의 액체 질소를 적절한 온도 및 압력으로 유지하는데 도움을 준다. 질소를 대기로 분출시키는 것이 바람직하지 않을 때, 액화 엔진(125)이 전기를 이용하여 도 1의 시스템으로부터 열을 제거할 수 있다.
도 2는, 2개의 압력 준위로 액체 질소를 수용하는 액체 질소 냉각 콤포넌트를 가지는 액화 천연 가스 저장 및 전달 시스템의 다른 예시적인 시스템을 도시한다. 도 2에 도시된 시스템은 폐쇄형-루프 시스템이고, 그에 따라 질소가 주위 분위기로 분출되지 않는다.
도 2의 시스템은 도 1의 시스템과 거의 동일한 구성요소를 갖는다. 도 2에 도시된 시스템은, 도 1에 도시된 액체 질소 콤포넌트(120)와 상이한 액체 질소 냉각 콤포넌트(220)를 갖는다. 액체 질소 냉각 콤포넌트(220)는 상이한 압력들을 가지는 2개의 탱크(222, 223)를 포함한다. 저압 탱크(222)가 증기 부분(222a) 및 액체 부분(222b)을 갖는다. 유사하게, 고압 탱크(223)가 증기 부분(223a) 및 액체 부분(223b)을 갖는다. 저압 탱크(222)가 액화 엔진(125)과 유체 연통되는 한편, 고압 탱크(223)는 냉각 라인(155) 및 침지 관(191)을 둘러싼다. 저압 탱크(222)는 또한, 대안적인 질소 분출 라인(192) 및 질소 분출 밸브(193)으로 연결된 복귀 라인(294)과 유체 연통된다. 각각의 탱크의 증기 부분(222a, 223a)이 또한 제어 밸브 시스템(226)을 통해서 유체적으로 연결된다. 저압 탱크의 액체 부분(222b)이 체크 밸브를 구비하는 도관(224)에 의해서 고압 탱크(223)와 유체 연통되고, 그러한 체크 밸브는 유체가 저압 탱크(222)로부터 고압 탱크(223)까지 일방향으로만 유동할 수 있게 한다.
도 2에 도시된 시스템에서, 액화 엔진(125)이 단지 저압 탱크(222)의 내용물과 접촉한다. 액화 엔진(125)은, 대안적인 질소 분출 라인(192) 및 질소 분출 밸브(193)를 통과한 액체 질소를 수용하여 LNG 탱크(100)의 증기 부분(102)으로부터 열을 흡수할 때 조차도, 저압 탱크(222) 내의 압력을 고압 탱크(223) 내의 압력 보다 낮게 유지하는데 도움을 준다. 액화 엔진(125)이 동작함에 따라, 저압 탱크(222)가 저온 액체 질소로 최종적으로 충진된다. 저압 탱크(222)가 미리 결정된 준위의 저온 액체 질소에 도달할 때, 제어 밸브 시스템(226)을 활성화시키는 것에 의해서, 저압 및 고압 탱크의 증기 부분(222a 및 223a)의 각각이 균등해질(equalized) 수 있다. 제어 밸브 시스템(226)을 활성화시키는 것은 또한, 도관(224) 내의 체크 밸브로 하여금 저압 탱크(222)로부터의 저온 액체 질소가 고압 탱크(223) 내로 유동할 수 있게 허용하도록 유도한다. 일반적으로, 저압 탱크(222)와 고압 탱크(223) 사이의 압력차가 이러한 저온 액체 질소의 유동을 방지한다. 제어 밸브 시스템(226)의 활성화는 액체 질소 냉각 콤포넌트(220)의 탱크들 내의 압력이 평형이 되게 하여(equilibrate), 도관(224) 내의 체크 밸브를 활성화시킨다. 그에 따라, 질소가 도 2에 도시된 시스템으로부터 분출되지 않고, 그리고 전기를 이용하여 액화 엔진(125)을 통해서 시스템 내의 유체로부터 열을 제거한다.
도 3은, 액화 엔진에 의해서 저온으로 유지되는 매우 저온인 액화 천연 가스를 저장하는 제2 LNG 저장 탱크가 이용되는, 액화 천연 가스 저장 및 전달 시스템의 예시적인 계통도를 도시한다. 제2 LNG 저장 탱크가 증기 부분(320a) 및 액체 부분(320b)을 가지는 저압 LNG 탱크(320)이다. 액체 질소 콤포넌트(도 1 및 도 2의 120, 220)의 교체 이외에, 도 3에 도시된 시스템은, 액체 질소 콤포넌트의 탱크를 통과하는 냉각 라인(155)이 존재하지 않는다는 점에서 전술한 시스템과 상이하다. 그 대신에, 저압 배출구 라인(396)이, 온도 제어된 유입구 라인(175)으로의 낮은 포화 압력 및 낮은 온도의 LNG에 기여한다. 증기 릴리프 라인(397)이 LNG 탱크(100)의 증기 부분(102)을 저압 LNG 탱크(320)의 증기 부분(320a)으로 유체 연결한다. 릴리프 라인(395) 및 밸브(326)가 또한 저압 LNG 탱크(320)로 연결된다. 릴리프 라인(395)은 저압 LNG 탱크(320)를 분배기(110)로 유도되는 라인으로 유체적으로 연결한다. 분배기(110)가 라인(140)에 의해서 LNG 탱크(100)로 유체적으로 연결된다.
액화 엔진(125)이 전기를 이용하여, 침잠형 펌프(105)에 의해서 저압 LNG 탱크(320) 내로 펌핑되는 액체 또는 증기뿐만 아니라 증기 릴리프 라인(397)을 통해서 유입되는 증기로부터 열을 제거할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 온도 제어된 유입구 라인(175)에서 온도를 검출하고 이어서 밸브(365 및 160)을 통한 유동을 적절히 제어하는 온도 감지 제어기(370)가 존재한다. 저온 LNG의 유동을 제어하는 밸브(365)가 침잠형 펌프(105)의 배출구와 저압 LNG 탱크(320)의 유입구 사이에 위치된다. 저압 배출구 라인(396)이 저압 LNG 탱크(320)의 액체 부분(320b)을 온도 제어된 유입구 라인(175)으로 유체적으로 연결한다. 침잠형 펌프(105)로부터의 배출구가 저압 LNG 탱크(320)의 증기 부분(320a)으로 연결된다.
동작 중에, 액화 천연 가스가, 침잠형 펌프(105)를 통해서, 또는 저압 LNG 탱크(320)로부터, LNG 탱크(100)로부터 분배기(110)까지 도 3에 도시된 시스템에서 유동할 수 있다. 분배기(110)로 도달하는 LNG의 포화 압력 및 온도를 제어할 수 있게 하기 위해서, 액화 엔진(125)이 저압 LNG 탱크(320) 내의 천연 가스로부터 열을 제거하는 작업을 한다. 천연 가스가 증기 릴리프 라인(397)을 경유하여, 또는 제어 밸브(365)를 통해서 침잠형 펌프(105)로부터 저압 LNG 탱크(320)로 진입한다.
액화 엔진(125)이 동작됨에 따라, 저온 LNG가 저압 LNG 탱크(320) 내에 축적된다. 만약 저온 LNG에 대한 사용 장치로부터의 수요가 없다면, 저온 LNG가 릴리프 라인(395)을 통해서, 분배기(110)로, 직접 입력 라인(140)(복귀 라인으로서 작용한다)을 통해서, LNG 탱크(100) 내로 유동할 수 있다. 그러한 복귀 유동은, 미리 결정된 양의 저온 LNG가 축적되었을 때 또는 저압 LNG 탱크(320) 내의 압력이 미리 결정된 값에 도달하였을 때, 발생될 수 있다.
온도 감지 밸브 제어기(370)가 저온 LNG에 대한 요구를 감지할 때, 그러한 온도 감지 밸브 제어기는 밸브(365)를 침잠형 펌프(105)와 저압 LNG 탱크(320) 사이에서 활성화시킬 수 있다. 이는, 저온 LNG가 저압 LNG 탱크(320)의 액체 부분(320b)으로부터 저압 배출구 라인(396)을 통해서 온도 제어된 유입구 라인(175)으로 유동하도록 유도한다.
도 4는, 전달 시스템을 통해서 유동하는 LNG로부터 열을 제거하기 위해서 전기를 이용하는 대신에, 액화 엔진(425)이 액체 질소를 이용하는, 도 3에서와 같은 액화 천연 가스 저장 및 전달 시스템의 예시적인 계통도를 도시한다. 액화 엔진(425)이 라인을 포함하고, 그러한 라인을 통해서 액체 질소가 저압 LNG 탱크(320) 내에서 유동한다. 액체 질소 라인은, 저압 LNG 탱크(320)의 증기 부분(320a)뿐만 아니라 액체 부분(320b)을 통과하는 회로를 형성한다. 저압 LNG 탱크(320) 내의 압력을 나타내는 압력 센서가 밸브, 및 저압 LNG 탱크(320)를 빠져나오는 액체 질소의 온도를 나타내는 온도 센서와 협력하여, 액체 질소의 유동을 제어하고, 그에 따라 저압 LNG 탱크(320) 내의 LNG의 온도 및 포화 압력을 제어하는 작업을 한다.
본원의 장치, 시스템, 및 방법이, 특히 차량을 위한 연료로서 이용되는 액화 천연 가스(LNG)를 위한 연료 저장 및 전달과 관련하여 설명되었지만, 그러한 장치, 시스템, 및 방법이 다른 극저온 유체와 함께 이용될 수 있다. 그러한 장치, 시스템, 및 방법이 또한 임의 유형의 극저온 유체의 저장 및 전달 시스템을 위해서 이용될 수 있다. 제공된 도면과 관련된 예시적인 실시예에 관한 설명이 서비스 밸브, 열 안전 밸브, 준위 및 게이징(gauging) 회로, 일차(primary) 압력 릴리프 회로, 및 충진 회로와 같은 제어 및 시스템 조절 특징부를 포함하지 않을 수 있을 것이다.
이러한 명세서가 많은 특별한 내용을 포함하고 있지만, 그러한 내용은 청구된 발명의 범위 또는 청구될 수 있는 것의 범위에 대한 제한으로서 간주되지 않아야 하고, 오히려 특별한 실시예에 특유한 특징부의 설명으로서 간주되어야 한다. 별개의 실시예들의 문맥으로 본 명세서에서 설명된 특정 특징부들이 또한 단일 실시예에서 조합되어 구현될 수 있다. 반대로, 하나의 실시예의 문맥으로 설명된 여러 가지 특징부들이 또한 복수의 실시예에서 별개로 또는 임의의 적절한 하위-조합으로 구현될 수 있다. 또한, 비록 특징부가 특정 조합으로 작용하는 것으로 그리고 심지어 초기에 그렇게 청구된 것으로 설명되어 있을 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징부가 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있고, 청구된 조합이 하위-조합 또는 하위-조합의 변경예에 관한 것일 수 있을 것이다. 유사하게, 동작들이 특별한 순서로 도면에 도시되어 있지만, 이는, 희망하는 결과를 달성하기 위해서, 도시된 특별한 순서로 또는 순차적인 순서로 그러한 동작들이 실시될 것을 요구하는 것으로, 또는 모든 설명된 동작이 실시되어야 하는 것으로 이해되지 않아야 한다.
비록 특정 버전을 참조하여 여러 가지 방법 및 장치의 실시예가 본원에서 구체적으로 설명되었지만, 다른 버전, 사용 방법, 실시예, 및 그 조합이 또한 가능하다는 것을 이해하여야 할 것이다. 그에 따라, 첨부된 청구항의 사상 및 범위가 본원에 포함된 실시예에 관한 설명으로 제한되지 않아야 한다.

Claims (16)

  1. 미리 결정된 포화 압력으로 극저온 유체 연료를 연료 탱크로 전달하기 위한 시스템이며:
    상단 부분 및 제2 부분을 구비하는 공급원 탱크로서, 상기 공급원 탱크가 연료를 포함하며, 상기 연료는 가스 부분 및 액체 부분을 포함하는, 공급원 탱크;
    증기 라인에 의해서 상기 공급원 탱크의 상단 부분으로 그리고 액체 라인에 의해서 상기 공급원 탱크의 하단 부분으로 유체적으로 연결되는 펌프로서, 상기 펌프는 연료를 상기 공급원 탱크로부터 차량 연료 탱크를 향해서 펌핑하도록 구성되는, 펌프;
    냉각 극저온 유체를 구비하는 냉각 라인을 둘러싸도록 구성된 냉각 콤포넌트로서, 상기 냉각 라인은 제1 단부에서 상기 펌프의 배출구로 그리고 제2 단부에서 제어된 유입구 라인으로 유체적으로 연결되며, 상기 제어된 유입구 라인은 상기 차량 연료 탱크와 유체 연통하는, 냉각 콤포넌트;
    상기 펌프의 배출구로 연결된 제1 단부 및 상기 제어된 유입구 라인으로 연결된 제2 단부를 구비하는 주변 온도 라인; 및
    온도 감지 밸브 제어기를 포함하고,
    상기 온도 감지 밸브 제어기가:
    상기 냉각 라인의 제2 단부에서 저온 연료 제어 밸브로;
    상기 주변 온도 라인의 제2 단부에서 온난 연료 제어 밸브로; 그리고
    상기 제어된 유입구 라인으로 연결되고,
    상기 온도 감지 밸브 제어기가, 상기 제어된 유입구 라인 내의 연료의 온도를 측정하도록, 그리고 상기 저온 연료 제어 밸브 및 상기 온난 연료 제어 밸브를 통한 연료의 유동을 제어하여 상기 제어된 유입구 라인 내의 연료의 온도를 미리 결정된 온도 범위 내에서 유지하도록 구성되는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 콤포넌트가 상단 부분 및 하단 부분을 가지는 냉각 탱크를 포함하고, 상기 냉각 콤포넌트의 상단 부분은 상기 냉각 극저온 유체의 가스 부분을 둘러싸고, 상기 냉각 콤포넌트의 하단 부분은 상기 냉각 극저온 유체의 액체 부분을 둘러싸는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 콤포넌트와 유체 연통하는 압력 제어 밸브를 더 포함하고, 상기 압력 제어 밸브가 상기 냉각 콤포넌트의 상단 부분으로 연결되는, 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압력 제어 밸브가, 상기 냉각 콤포넌트 내의 냉각 극저온 유체의 압력이 미리 결정된 설정 온도를 초과할 때, 냉각 극저온 유체를 방출하는, 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    대안적인 분출 라인을 더 포함하고, 상기 대안적인 분출 라인이 상기 냉각 극저온 유체의 액체 부분과 유체 연통하는 제1 단부, 분출 밸브와 유체 연통하는 제2 단부, 및 공급원 탱크 내의 연료의 가스 부분과 접촉하는 접촉 부분을 포함하는, 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 대안적인 분출 라인으로부터 냉각 극저온 유체를 분출하는 비율이 상기 공급원 탱크 내부의 연료의 증기압의 설정점에 의존하는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어된 유입구 라인으로 그리고 상기 차량 연료 탱크로 유체적으로 연결된 분배기 탱크를 더 포함하고, 그리고 상기 공급원 탱크로 유체적으로 연결된 제1 단부 및 상기 분배기 탱크로 유체적으로 연결된 제2 단부를 가지는 직접 입력 라인을 더 포함하는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 콤포넌트로 유체적으로 연결된 액화 엔진을 더 포함하고, 상기 액화 엔진은 전기적 에너지를 이용하여 상기 냉각 극저온 유체로부터 열을 제거하도록 구성되는, 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연료가 액화 천연 가스인, 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 극저온 유체가 액체 질소인, 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 콤포넌트가, 일방향 밸브를 포함하는 도관에 의해서 연결된 2개의 탱크로서, 제1 압력의 냉각 극저온 유체를 수용하기 위한 제1 탱크 및 제2 압력의 냉각 극저온 유체를 수용하기 위한 제2 탱크를 포함하고, 상기 제1 압력이 상기 제2 압력 이하이고, 상기 제1 탱크가 액화 엔진으로 유체적으로 연결되고, 상기 제2 탱크는 상기 냉각 극저온 유체를 가지는 냉각 라인을 둘러싸도록 구성되며, 상기 일방향 밸브는, 상기 제1 및 제2 압력이 동일할 때, 상기 제1 탱크로부터 상기 제2 탱크로만 유체가 유동할 수 있게 허용하도록 구성되는, 시스템.
  12. 미리 결정된 포화 압력으로 극저온 유체 연료를 연료 탱크로 전달하기 위한 시스템이며:
    상단 부분 및 제2 부분을 구비하는 공급원 탱크로서, 상기 공급원 탱크가 연료를 포함하며, 상기 연료는 가스 부분 및 액체 부분을 포함하는, 공급원 탱크;
    증기 라인에 의해서 상기 공급원 탱크의 상단 부분으로 그리고 액체 라인에 의해서 상기 공급원 탱크의 하단 부분으로 유체적으로 연결되는 펌프로서, 상기 펌프는 연료를 상기 공급원 탱크로부터 차량 연료 탱크를 향해서 펌핑하도록 구성되는, 펌프;
    냉각 극저온 유체를 포함하는 냉각 콤포넌트로서, 상기 냉각 콤포넌트가 액화 엔진, 상기 펌프 및 제어된 유입구 라인으로 유체적으로 연결되고, 상기 제어된 유입구 라인이 상기 차량 연료 탱크로 유체적으로 연결되는, 냉각 콤포넌트;
    상기 펌프의 배출구로 연결된 제1 단부 및 상기 제어된 유입구 라인으로 연결된 제2 단부를 구비하는 주변 온도 라인;
    온도 감지 밸브 제어기를 포함하고;
    상기 온도 감지 밸브 제어기가:
    상기 냉각 라인의 제2 단부에서 저온 연료 제어 밸브로;
    상기 주변 온도 라인의 제2 단부에서 온난 연료 제어 밸브로; 그리고
    상기 제어된 유입구 라인으로 연결되고,
    상기 온도 감지 밸브 제어기가, 상기 제어된 유입구 라인 내의 연료의 온도를 측정하도록, 그리고 상기 저온 연료 제어 밸브 및 온난 연료 제어 밸브를 통한 연료의 유동을 제어하여 상기 제어된 유입구 라인 내의 연료의 온도를 미리 결정된 온도 범위 내에서 유지하도록 구성되고, 상기 연료는 제1 압력의 액화 천연 가스를 포함하고, 상기 냉각 극저온 유체는 제2 압력의 액화 천연 가스를 포함하며, 상기 제1 압력이 상기 제2 압력 보다 낮은, 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 액화 엔진이 전기 에너지를 이용하여 상기 냉각 극저온 유체로부터 열을 제거하도록 구성되는, 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제어된 유입구 라인으로 그리고 상기 차량 연료 탱크로 유체적으로 연결된 분배기 탱크를 더 포함하고, 그리고 상기 공급원 탱크로 유체적으로 연결된 제1 단부 및 상기 분배기 탱크로 유체적으로 연결된 제2 단부를 가지는 직접 입력 라인을 더 포함하는, 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 콤포넌트로 유체적으로 연결된 제1 단부 및 상기 공급원 탱크로 연결된 제2 단부를 포함하는 증기 릴리프 라인을 더 포함하고, 상기 증기 릴리프 라인이 연료의 증기 부분을 상기 공급원 탱크로부터 상기 냉각 콤포넌트로 이송하도록 구성되는, 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 액화 엔진이 열 제거 라인을 포함하고, 상기 열 제거 라인을 통해서 열 제거 유체가 유동하며, 상기 열 제거 라인이 열 제거 유체의 별개의 공급원으로 연결되고, 상기 열 제거 유체의 유동이 하나 이상의 액화 엔진 밸브에 의해서 제어되어 상기 냉각 콤포넌트 내의 냉각 극저온 유체의 압력을 유지하는, 시스템.
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