KR20190073930A

KR20190073930A - 극저온 유체 이송장치

Info

Publication number: KR20190073930A
Application number: KR1020170175187A
Authority: KR
Inventors: 이순기
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-06-27

Abstract

극저온 유체를 이송시키기 위한 극저온 유체 이송장치가 개시된다.
일 실시형태에서, 극저온 유체 이송장치는, 극저온 유체가 흐르는 유체 이송 배관(L)의 내부에 동축으로 설치되는 본체(21)와, 본체의 내부에 마련되어 극저온 유체의 유동을 야기시키는 유체 이송 블레이드(22)와, 유체 이송 배관의 외부에 설치되는 코일 부재(24)와, 코일 부재와 대응되는 위치의 본체에 설치되며 코일 부재에 의해 유도된 전자기력에 의해 본체를 회전시키는 자석 부재(23)를 포함할 수 있다.

Description

극저온 유체 이송장치{APPARATUS FOR TRANSFERRING A CRYOGENIC FLUID}

본 발명은, 극저온 유체 이송장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전자기력으로 극저온 유체를 이송할 수 있는 극저온 유체 이송장치에 관한 것이다.

LNG나 LN₂와 같은 극저온 유체의 수송을 위하여 대부분 저장탱크의 압력을 이용하여 수송되거나 혹은 별도의 극저온용 펌프를 사용한다.

저장탱크의 압력을 이용하는 경우에는 유체의 이동 속도를 컨트롤하기가 어려우며, 저장탱크의 압력이 낮을 경우에는 유체를 이동시키기 어려워서 별도의 에너지를 투입하여 기화를 시켜야 하는 단점이 있다.

또한 별도의 극저온용 펌프를 사용하게 되면 비용이 크게 증가하게 되고, LNG 저장탱크 내부에 설치하기 어려워 대부분 저장탱크 외부에 설치하여 운용된다.

전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.

등록실용신안공보 제20-0449613호 (2017.07.23.) 등록특허공보 제10-0561585호 (2006.03.09.)

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 저비용으로 극저온 유체의 수송이 가능하고 설치가 비교적 간단한 극저온 유체 이송장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 극저온 유체를 이송시키기 위한 극저온 유체 이송장치로서, 극저온 유체가 흐르는 유체 이송 배관의 내부에 동축으로 설치되는 본체와; 상기 본체의 내부에 마련되어 극저온 유체의 유동을 야기시키는 유체 이송 블레이드와; 상기 유체 이송 배관의 외부에 설치되는 코일 부재와; 상기 코일 부재와 대응되는 위치의 상기 본체에 설치되며 상기 코일 부재에 의해 유도된 전자기력에 의해 상기 본체를 회전시키는 자석 부재; 를 포함하는, 극저온 유체 이송장치가 제공될 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 유체 이송 블레이드는 상기 본체의 내주면에 나선형태로 형성될 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 유체 이송 블레이드는 극저온에 강한 재질인 인바(Invar)강으로 제작될 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 자석 부재는 상기 본체의 외주면에 설치될 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 코일 부재는 상기 유체 이송 배관의 외주면에 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 극저온 유체가 저장되는 저장탱크로서, 상기 저장탱크에 연결되는 유체 이송 배관에 마련되어 상기 저장탱크로 극저온 유체를 유출입 시키는 극저온 유체 이송장치와; 상기 극저온 유체 이송장치의 작동을 제어하는 제어부와; 상기 저장탱크에 설치되어 상기 제어부로 상기 저장탱크의 압력 정보를 전달하는 압력 센서; 를 포함하며, 상기 극저온 유체 이송장치는, 극저온 유체가 흐르는 유체 이송 배관의 내부에 동축으로 설치되는 본체와, 상기 본체의 내부에 마련되어 극저온 유체의 유동을 야기시키는 유체 이송 블레이드와, 상기 유체 이송 배관의 외부에 설치되는 코일 부재와, 상기 코일 부재와 대응되는 위치의 상기 본체에 설치되며 상기 코일 부재에 의해 유도된 전자기력에 의해 상기 본체를 회전시키는 자석 부재를 포함하는, 저장탱크가 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 극저온 유체를 이송시키기 위한 극저온 유체 이송방법으로서, 전술한 극저온 유체 이송장치를 극저온 유체가 유동할 수 있는 유체 이송 배관에 설치하는 단계와; 전자기력에 의해 상기 극저온 유체 이송장치를 구동시켜 상기 유체 이송 배관을 통하여 극저온 유체를 이송시키는 단계; 를 포함하는, 극저온 유체 이송방법이 제공될 수 있다.

상기 극저온 유체 이송방법은, 상기 극저온 유체가 저장된 저장탱크의 내부압력 정보를 압력 센서에서 감지하고, 상기 내부압력 정보를 기초로 상기 극저온 유체 이송장치를 작동시켜 상기 저장탱크의 내부압력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 저비용으로 극저온 유체의 수송이 가능하고 설치가 비교적 간단한 극저온 유체 이송장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 극저온 유체 이송장치에 의하면, 극저온 유체를 이송시키기 위한 기존의 시스템에 비하여 양방향으로 비교적 자유로운 유속 컨트롤이 가능하며 극저온 저장설비 내부에도 배관 형태로 쉽게 설치가 가능하다.

또한 LNG 저장탱크의 경우 멤브레인의 파손(failure) 등으로 인하여 LNG 저장탱크의 내부 압력이 갑자기 상승하는 경우에 그 내부 압력을 단시간에 감소시켜 멤브레인의 손상 방지용으로 사용할 수 있다.

나아가 안전밸브와 함께 혹은 그 대용으로 운용이 가능하며 멤브레인의 손상을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 극저온 유체 이송장치가 설치된 저장탱크를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 극저온 유체 이송장치가 유체 이송 배관에 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 극저온 유체 이송장치의 주요부를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 작용을 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 실시형태에서 극저온 유체는 LNG 또는 LN₂를 포함할 수 있으며, 액체 상태 또는 기체 상태로 존재할 수도 있고 액체 및 기체가 혼합된 상태로 존재할 수도 있다.

도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 극저온 유체 이송장치가 설치된 저장탱크를 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 극저온 유체 이송장치가 유체 이송 배관에 설치된 상태를 나타낸 도면이 도시되어 있고, 도 3에는 도 2에 도시된 극저온 유체 이송장치의 주요부를 개략적으로 도시한 도면이 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 극저온 유체 이송장치(20)는 극저온 유체가 저장되는 저장탱크(10)에 설치되어 사용될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 저장탱크(10)는, 저장탱크(10)에 연결되는 유체 이송 배관(L)에 마련되어 저장탱크(10)로 극저온 유체를 유출입 시키는 극저온 유체 이송장치(20)와, 극저온 유체 이송장치(20)를 작동시키는 제어부(40)와, 저장탱크(10)에 설치되어 제어부(40)로 압력 정보를 전달하는 압력 센서(50)를 구비한다.

유체 이송 배관(L)의 외부에는 단열 부재(30)가 감싸질 수 있다.

저장탱크(10)는, 멤브레인형(Membrane Type) 탱크일 수 있다. 멤브레인형 저장탱크는, 도 1에 도시된 바와 같이, 저장탱크(10)의 내부에 저장되는 극저온 유체의 누설을 1차적으로 방지하는 1차 멤브레인(11)과, 1차 단열벽(12)과 내부 선체의 사이에 마련되어 극저온 유체의 누설을 2차적으로 방지하는 2차 멤브레인(13)과, 1차 멤브레인(11)과 2차 멤브레인(13) 사이에 마련되는 1차 단열벽(12)과, 2차 멤브레인(13)과 내부 선체의 사이에 마련되는 2차 단열벽(14)을 포함할 수 있다.

극저온 유체 이송장치(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 저장탱크(10)에 연결되는 유체 이송 배관(L)에 마련되어 저장탱크(10)에 저장된 극저온 유체를 저장탱크(10)의 외부로 배출하거나 저장탱크(10)의 외부에 있는 극저온 유체를 저장탱크(10)의 내부로 공급시키는 역할을 수행할 수 있다.

본 실시형태에서 극저온 유체 이송장치(20)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 극저온 유체가 유동하는 유체 이송 배관(L)의 내부에 마련되는 본체(21)와, 이 본체(21)의 내부에 형성되어 극저온 유체의 유동을 야기시키는 유체 이송 블레이드(22)와, 유체 이송 배관(L)의 외부를 감싸도록 설치되는 코일 부재(24)와, 이 코일 부재(24)에 대응되는 위치의 본체(21)에 마련되며 코일 부재(24)에 의해 유도된 전자기력에 의해 본체(21)를 회전시키는 자석 부재(23)를 포함한다.

본체(21)는 유체 이송 배관(L)과 동축일 수 있다.

극저온 유체 이송장치(20)의 본체(21)는, 도 2에 도시된 바와 같이, LNG를 포함하는 극저온 유체가 흐르는 유체 이송 배관(L)의 내부에 마련되며, 본체(21)의 외벽에 마련되는 자석 부재(23)와 유체 이송 배관(L)의 외벽에 마련되는 코일 부재(24)에 의해 발생되는 전자기력에 의해 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전될 수 있다.

본 실시형태에서 본체(21)는 극저온 유체에 견딜 수 있는 재질로 제작될 수 있다.

극저온 유체 이송장치(20)의 유체 이송 블레이드(22)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 본체(21)의 내벽에 마련되며, 본체(21)와 같이 회전 되어 극저온 유체를 이송시키는 역할을 한다.

본 실시형태에서 유체 이송 블레이드(22)는 본체(21)의 내벽에 나선형 형태로 마련될 수 있고, 인바(Invar)를 포함하는 극저온에 강한 재질로 제작될 수 있다.

또한 본 실시형태에서 유체 이송 블레이드(22)는 본체(21)의 내벽에 일체로 마련될 수도 있고, 별도로 마련되어 본체(21)의 내벽에 용접 결합 될 수도 있다.

극저온 유체 이송장치(20)의 자석 부재(23)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본체(21)의 외벽에 마련되며 유체 이송 배관(L)의 외벽에 마련되는 코일 부재(24)에 의해 유도된 자기장에 의해 본체(21)를 회전시키는 역할을 한다.

본 실시형태에서 자석 부재(23)는 영구 자석을 포함하고, 코일 부재(24)에 인가되는 전류의 강도를 이용하여 코일 부재(24)와 자석 부재(23)의 사이에 발생되는 전자기력을 조절함으로써 본체(21)의 회전 속도를 제어할 수 있다. 그 결과 본체(21)의 내부를 흐르는 극저온 유체의 흐름 속도를 제어할 수 있다.

극저온 유체 이송장치(20)의 코일 부재(24)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 유체 이송 배관(L)의 외부에 마련되며, BLDC(Brushless DC) 모터 방식을 역이용하기 위해 유체 이송 배관(L)의 내부에 자석 부재(23)를 배치하고 그 외부에 코일 부재(24)를 배치한다.

본 실시형태는 전술한 바와 같이 코일 부재(24)로 공급되는 전류를 조절하여 본체(21)의 회전 속도 및 극저온 유체의 흐름 속도를 제어할 수 있다.

극저온 유체 이송장치(20)의 베어링 부재(25)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 외부표면이 유체 이송 배관(L)의 내주면에 고정되고, 내부표면이 본체(21)의 외주면에 고정될 수 있다. 베어링 부재(25)에 의해 본체(21)는 유체 이송 배관(L) 내에 회전 가능하게 결합되어 원할하게 회전할 수 있다.

본 실시형태에서 베어링 부재(25)는 극저온의 유체에 견디는 재질로 제작될 수 있고, 예를 들어 볼 베어링이나 롤러 베어링 등으로 이루어질 수 있다. 베어링 부재(25)의 외부표면은 유체 이송 배관(L)의 내주면에 용접 결합될 수 있다.

그리고 본 실시형태에서 극저온 유체 이송장치(20)의 유입구 영역에 대응되는 유체 이송 배관(L)의 영역은, 도 2에 도시된 바와 같이, 다른 영역보다 배관의 직경을 두껍게 마련할 수 있다. 또한, 배관의 직경이 갑자기 커질 경우 와류 등의 문제가 발생할 수 있으므로, 배관의 직경은 극저온 유체 이송장치(20)의 상류측에서 점진적으로 증가하도록 구성될 수 있다. 이 경우 극저온 유체 이송장치(20)의 상류측 영역에서 국부 압력 저하를 최소화할 수 있어 BOG의 발생을 최소화할 수 있다.

또한 일 실시형태에 있어서, 극저온 유체 이송장치(20) 통과시 BOG 발생을 억제하기 위해, 극저온 유체 이송장치(20)의 상류측에 열교환기를 마련하여 유체를 사전에 과냉각시킬 수 있다. 또는, 예를 들어, 극저온 유체 이송장치(20)의 상류측에 펌프나 압축기 등의 가압수단을 설치하여 유체를 사전에 가압함으로써 BOG 발생을 억제할 수도 있다.

단열 부재(30)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 유체 이송 배관(L)의 외벽에 마련되어 외부와 유체 이송 배관(L)을 단열시키는 역할을 한다.

본 실시형태에서 단열 부재(30)는 공지된 단열재를 포함한다.

압력 센서(50)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 저장탱크(10)에 마련되어 멤브레인, 예를 들어, 1차 멤브레인(11)에 초과 압력 발생시 제어부(40)로 압력 정보를 전달할 수 있다. 이때 제어부(40)는 극저온 유체 이송장치(20)를 작동시켜 저장탱크의 내부압력을 감소시킴으로써 멤브레인에 대하여 작용하는 내부 압력을 단시간에 감소시킴으로써 멤브레인의 손상을 방지할 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 기존 시스템에 비하여 양방향으로 비교적 자유로운 유속 컨트롤이 가능하며 극저온저장설비 내부에도 배관 형태로 쉽게 설치가 가능하다.

또한 LNG 저장탱크의 경우 멤브레인의 실패(failure) 등으로 인하여 LNG 저장탱크의 내부 압력이 갑자기 상승하는 경우에 그 내부 압력을 단시간에 감소시켜 멤브레인의 손상 방지용으로 사용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시형태를, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

10: 저장탱크
11: 1차 멤브레인
12: 1차 단열벽
13: 2차 멤브레인
14: 2차 단열벽
20: 극저온 유체 이송장치
21: 본체
22: 유체 이송 블레이드
23: 자석 부재
24: 코일 부재
25: 베어링 부재
30: 단열 부재
40: 제어부
50: 압력 센서
L: 유체 이송 배관

Claims

극저온 유체를 이송시키기 위한 극저온 유체 이송장치로서,
극저온 유체가 흐르는 유체 이송 배관의 내부에 동축으로 설치되는 본체와;
상기 본체의 내부에 마련되어 극저온 유체의 유동을 야기시키는 유체 이송 블레이드와;
상기 유체 이송 배관의 외부에 설치되는 코일 부재와;
상기 코일 부재와 대응되는 위치의 상기 본체에 설치되며 상기 코일 부재에 의해 유도된 전자기력에 의해 상기 본체를 회전시키는 자석 부재;
를 포함하는, 극저온 유체 이송장치.
청구항 1에 있어서,
상기 유체 이송 블레이드는 상기 본체의 내주면에 나선형태로 형성되는, 극저온 유체 이송장치.
청구항 1에 있어서,
상기 유체 이송 블레이드는 극저온에 강한 재질인 인바(Invar)강으로 제작되는, 극저온 유체 이송장치.
청구항 1에 있어서,
상기 자석 부재는 상기 본체의 외주면에 설치되는, 극저온 유체 이송장치.
청구항 1에 있어서,
상기 코일 부재는 상기 유체 이송 배관의 외주면에 설치되는, 극저온 유체 이송장치.
극저온 유체가 저장되는 저장탱크로서,
상기 저장탱크에 연결되는 유체 이송 배관에 마련되어 상기 저장탱크로 극저온 유체를 유출입 시키는 극저온 유체 이송장치와;
상기 극저온 유체 이송장치의 작동을 제어하는 제어부와;
상기 저장탱크에 설치되어 상기 제어부로 상기 저장탱크의 압력 정보를 전달하는 압력 센서;
를 포함하며,
상기 극저온 유체 이송장치는, 극저온 유체가 흐르는 유체 이송 배관의 내부에 동축으로 설치되는 본체와, 상기 본체의 내부에 마련되어 극저온 유체의 유동을 야기시키는 유체 이송 블레이드와, 상기 유체 이송 배관의 외부에 설치되는 코일 부재와, 상기 코일 부재와 대응되는 위치의 상기 본체에 설치되며 상기 코일 부재에 의해 유도된 전자기력에 의해 상기 본체를 회전시키는 자석 부재를 포함하는, 저장탱크.