KR20190134672A - 압력 축적 극저온 유체 전달 시스템 - Google Patents

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Abstract

극저온 유체 전달 시스템은 극저온 액체의 공급원을 저장하도록 구성된 탱크와, 메인 라인 및 재열 라인을 갖는 열교환기를 포함한다. 액체 픽업 라인은 탱크로부터 극저온 액체를 받아 열교환기의 메인 라인으로 보내는 입구를 갖는다. 트림 히터 출구 T자부는 열 교환기의 메인 라인으로부터 유체를 받는다. 유체는 엔진 출구와 트림 히터 출구를 통해 트림 히터 출구 T자부로부터 배출된다. 엔진 출구를 통해 배출되는 유체는 유량 제한 장치를 통해 트림 히터 복귀 T자부의 1 차 입구로 유동한다. 트림 히터 라인은 트림 히터 출구 T자부의 트림 히터 출구로부터 유체를 받아서, 유체가 탱크 내에 위치한 트림 히터 라인의 일부를 통과한 후 유체를 열교환기의 재열 라인으로 보낸다. 열교환기의 재열 라인을 떠난 승온 유체는 트림 히터 복귀 T자부의 트림 히터 입구로 이동한다.

Description

압력 축적 극저온 유체 전달 시스템
우선권의 청구
본 출원은 2017 년 4 월 25 일자로 출원된 미국 가출원 제62/489,575호의 이익을 주장하며, 그 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
발명의 분야
본 개시는 일반적으로 극저온 유체 전달 시스템에 관련되며, 보다 구체적으로는 압력 축적 극저온 유체 전달 시스템에 관련된다.
극저온 유체 전달 시스템은 종종 장치를 연료 또는 다른 용도로 사용하기 위해 유체를 공급하도록 사용된다. 예를 들어, 한 유형의 극저온 유체 전달 시스템은 액화 천연 가스(LNG)를 LNG 구동 차량의 엔진에 연료로서 제공하며 LNG 저장 탱크와 함께 차량의 섀시에 장착되어야 한다.
많은 천연 가스 연료 시스템은 엔진의 유동 요구 사항을 충족시키기 위해 높은 연료 전달 압력을 필요로 한다. 주유소에서 최적의 포화 LNG를 항상 이용할 수 있는 것은 아니다. 또한, 연료가 용기로부터 지속적으로 고속으로 인출되는 고 사용 용도에서 불포화가 야기된다. 이 두 가지 모두 저압 문제를 일으키며, 그 결과 천연 가스 엔진으로의 유동이 불충분하다.
상기 저압 문제를 해결하는 극저온 유체 전달 시스템이 필요하다.
하기에 기술 및 청구되는 장치 및 시스템에서 개별적으로 또는 함께 구현될 수도 있는 본 주제의 여러가지 양태가 있다. 이들 양태는 단독으로 또는 본 명세서에 기술된 주제의 다른 양태와 조합하여 사용될 수도 있고, 이들 양태의 설명은 이들 양태를 개별적으로 사용하거나 이러한 양태를 본 명세서에 첨부된 청구 범위에 기재되어 있는 바와 같이 개별적으로 또는 상이한 조합으로 청구하는 것을 배제하도록 의도되지 않는다
일 양태에서, 통합된 극저온 유체 전달 시스템은 극저온 액체의 공급원을 저장하도록 구성된 탱크와, 메인 라인 및 재열 라인을 갖는 열교환기를 포함한다. 액체 픽업 라인은 탱크로부터 극저온 액체를 수용하도록 구성된 입구, 및 열교환기의 메인 라인의 입구와 유체 연통되는 출구를 갖는다. 트림 히터 출구 T자부는 열교환기의 메인 라인의 출구와 유체 연통하는 입구, 트림 히터 출구 및 엔진 출구를 갖는다. 트림 히터 복귀 T자부는 1 차 입구, 트림 히터 입구 및 조합된 스트림 출구를 갖는다. 유동 제한 장치는 트림 히터 출구 T자부의 엔진 출구와 유체 연통하는 입구, 및 트림 히터 복귀 T자부의 1 차 입구와 유체 연통하는 출구를 갖는다. 트림 히터 라인은 트림 히터 출구 T자부의 트림 히터 출구와 유체 연통하는 입구, 및 열교환기의 재열 라인의 입구와 유체 연통하는 출구를 갖는다. 트림 히터 라인의 일부는 탱크 내에 위치한다. 열교환기의 재열 라인의 출구는 트림 히터 복귀 T자부의 트림 히터 입구와 유체 연통한다.
다른 양태에서, 탱크로부터 극저온 유체를 전달하기 위한 시스템은 메인 라인 및 재열 라인을 갖는 열교환기를 포함한다. 액체 픽업 라인은 탱크로부터 극저온 액체를 수용하도록 구성된 입구, 및 열교환기의 메인 라인의 입구와 유체 연통하는 출구를 갖는다. 트림 히터 출구 T자부는 열교환기의 메인 라인의 출구와 유체 연통하는 입구, 트림 히터 출구 및 엔진 출구를 갖는다. 트림 히터 복귀 T자부는 1 차 입구, 트림 히터 입구 및 조합된 스트림 출구를 갖는다. 유동 제한 장치는 트림 히터 출구 T자부의 엔진 출구와 유체 연통하는 입구, 및 트림 히터 복귀 T자부의 1 차 입구와 유체 연통하는 출구를 갖는다. 트림 히터 라인은 트림 히터 출구 T자부의 트림 히터 출구와 유체 연통하는 입구, 및 열교환기의 재열 라인의 입구와 유체 연통하는 출구를 갖는다. 트림 히터 라인의 일부는 탱크 내에 위치한다. 열교환기의 재열 라인의 출구는 트림 히터 복귀 T자부의 트림 히터 입구와 유체 연통한다.
다른 양태에서, 극저온 유체를 사용 장치에 전달하는 방법은 극저온 액체를 탱크에 저장하는 단계와, 탱크로부터의 극저온 액체를 열교환기에서 기화하여 극저온 증기를 제공하는 단계와, 상기 극저온 증기의 제 1 부분을 상기 사용 장치로 보내는 단계와, 상기 극저온 증기의 제 2 부분을 탱크로 보내서, 저장된 극저온 액체를 데우고, 그에 의해 냉각된 극저온 증기를 생성하는 단계와, 냉각된 극저온 증기를 상기 열 교환기에서 데워서, 트림 가열된 극저온 증기를 생성하는 단계와, 상기 트림 가열된 극저온 증기를 상기 극저온 증기의 제 1 부분과 조합하여 사용 장치에 전달하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 개시의 압력 축적 극저온 유체 전달 시스템의 일 실시예의 개략도이다.
도 2는 도 1의 시스템의 배면도이다.
후술되는 본 개시의 시스템의 실시예는 저장 탱크로부터 천연 가스 구동식 차량 엔진과 같은 사용 장치로 액화 천연 가스(LNG)의 통합된 전달 시스템을 제공한다. 본 발명은 다른 유형의 극저온 유체를 전달 또는 분배하기 위해 대안적으로 사용될 수도 있음을 이해해야 한다.
본 개시의 실시예는 압력을 축적하고 저압 문제를 해결하기 위해 탱크에 충분한 열 및 압력을 효과적으로 추가하기 위해서, 생성물이 인출되고 있는 동안 탱크 압력을 축적하기 위한 회로를 포함한다.
도 1 및 2를 참조하면, 탱크(15)에 저장된 연료는 액체 픽업 라인(1)으로 들어가서 체크 밸브(2), 수동 밸브(3), 과류 방지 밸브(excess flow valve: 4)를 통과하고, 라인(12)을 거쳐 열교환기(5)의 메인 통로 또는 메인 라인(5a)으로 들어간다. 열교환기는, 그것의 쉘을 통해 흐르고 LNG를 운반하는 튜브와 접촉하는 고온 엔진 냉각제를 통해 천연 가스에 열을 추가(Q1)하여 천연 가스를 기화시킨다.
단지 예시적으로, 열교환기(5)는 차트 인코포레이티드(Chart Inc.)의 미국 특허 제 9,829,156 호 또는 미국 특허 출원 제 15/924,779 호에 기술된 바와 같이 구성될 수도 있으며, 이들의 내용은 본 명세서에 참조로 포함되며, 쉘 및 튜브 열교환기 또는 다른 열 교환기가 당해 분야에 알려져 있다.
열교환기를 빠져 나가는 천연 가스 증기의 유동은 엔진으로 계속되는 부분(도 1에서 13으로 외관이 도시됨)과, 탱크 히터 라인(7)을 거쳐서 탱크를 관통해 이동하도록 뒤로 방향 전환된 나머지로 분할된다. 결과적으로, 탱크 히터 라인(7)은 탱크(15)로 열(Q2)을 전달하여 내부 탱크 압력을 증가시킨다.
탱크 히터 라인으로의 뒤로의 유동은 탱크 히터 라인(7)의 출구 T자부(Exit tee: 10)과 복귀 T자부(Return tee: 11) 사이에 차압을 유발하는 오리피스(6)와 같은 유동 제한 장치에 의해 가능해진다. 압력 축적률은 오리피스의 크기를 증가 또는 감소시키는 것에 의해서 조작할 수 있으며, 즉, 오리피스의 크기를 감소시키면 탱크 히터 라인으로 더 많은 유동이 안내되어 압력 축적률이 높아진다. 대안적으로, 더 큰 오리피스를 사용하면 더 많은 유량이 엔진으로 안내되어, 탱크 히터 라인으로 유입되는 유량이 감소되고 또한 압력 축적률이 감소된다. 본 명세서에서 오리피스가 압력 축적률을 제어하기 위해 사용되지만, 당업자라면 또한 니들 밸브, 레귤레이터, 체크 밸브 또는 당해 분야에 공지된 임의의 다른 유동 제한 장치―본 발명은 이들 모두를 포함함―를 통해 유동을 조작할 수 있음을 알 것이다. 본 발명이 포함하는 다른 대안으로서, 출구 T자부(10) 하류의 배관 또는 라인은 유동제한 장치로서의 역할을 하는 압력 축적 시스템을 생성하는 직경, 굴곡부 및/또는 길이를 포함할 수도 있으며, 따라서 오리피스, 니들 밸브, 레귤레이터, 체크 밸브 또는 기타 전용 부품이 필요하지 않다.
탱크 히터 라인(7) 내의 가스는 전형적으로 탱크 내부에서 나올 때 차가울 것이며, 따라서 냉각된 가스는 라인(14)을 거쳐서 열교환기(5)의 제 2 패스 재열 라인(5b) 내로 다시 라우팅되어서, 엔진 전달을 위해 가스를 다시 데운다. 재열 라인(5b)을 빠져 나간 후, 가스는 복귀 T자부(11)에서 연료 전달 가스와 다시 혼합되며, 자동 밸브(8)를 통과한 후 엔진(13)으로 간다.
액체 픽업 라인(1)에는 차트 인코포레이티드의 미국 특허 제9,829,156호에 개시된 바와 같은 이코노마이저 회로(economizer circuit)가 제공될 수도 있다. 이와 같이 장착되는 경우, 도 1 및 2의 시스템은 탱크 내의 압력이 밸브 설정 점에 도달할 때 개방되는 이코노마이저 회로의 "자동 냉동(auto refrigeration)" 밸브 또는 "이코노마이저"에 의해 탱크(15)를 과압하는 것이 방지된다. 이코노마이저 회로 밸브가 열리면, 이코노마이저 회로 및 액체 픽업 라인(1)을 통해 열 수반 증기가 탱크로부터 제거되고, 시스템으로부터 엔진으로 전달되어, 안정된 내부 탱크 압력을 유지시킨다. 본 시스템은 또한 차트 인코포레이티드의 미국 특허 제9,829,156호와 동일한 압력 방출, 충전, 레벨 제어, 배기 및 냉각 연료 검출 장치를 가질 수도 있다.
냉각제에 의한 승온식 열교환기(coolant-warmed heat exchanger)가 본 명세서에 설명되어 있지만, 주변 기화기, 전기 히터 또는 다른 적절한 열교환기가 사용될 수 있을 것이다. 더욱이, 시스템이 LNG를 사용하는 것이 기술되어 있지만, 본 발명은 임의의 다른 극저온 시스템 뿐만 아니라 전술한 저압 문제를 해결하기 위해 생성물 전달 동안 압력이 축적되어야 하는 시스템에도 사용될 수 있다.
극저온 유체 전달 시스템은 종종 공간 제약이 큰 환경에 설치해야 한다. 예를 들어, 액화 천연 가스(LNG)를 LNG 구동 차량의 엔진에 제공하기 위한 시스템의 부품들은 LNG 저장 탱크와 함께 차량의 섀시에 장착되어야 한다. 결과적으로,도 2에 도시된 바와 같이, 시스템의 모든 구성 요소를 하나의 조립체로 통합하는 것이 바람직하다. 부품들의 조립체는 차트 인코포레이티드의 미국 특허 제9,829,156호에 개시된 바와 같이, LNG를 포함하는 탱크의 헤드 또는 단부 벽에 부착될 수도 있는 슈라우드(16) 내에 위치될 수도 있다.
본 개시의 바람직한 실시예가 도시 및 설명되었지만, 본 개시의 사상을 벗어나지 않고 그에 대한 변경 및 수정이 이루어질 수 있으며, 그 범위는 다음의 청구 범위로 규정된다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (25)

  1. 극저온 유체 전달 시스템으로서,
    a. 극저온 액체의 공급원을 저장하도록 구성된 탱크와;
    b. 메인 라인 및 재열 라인을 갖는 열교환기와;
    c. 상기 탱크로부터 극저온 액체를 수용하도록 구성된 입구, 및 상기 열교환기의 메인 라인과 유체 연통되는 출구를 갖는 액체 픽업 라인과;
    d. 상기 열교환기의 메인 라인과 유체 연통하는 입구, 트림 히터 출구 및 엔진 출구를 갖는 트림 히터 출구 T자부(trim heater exit tee)와;
    e. 1 차 입구, 트림 히터 입구 및 조합된 스트림 출구를 갖는 트림 히터 복귀 T자부와;
    f. 상기 트림 히터 출구 T자부의 엔진 출구와 유체 연통하는 입구, 및 상기 트림 히터 복귀 T자부의 일차 입구와 유체 연통하는 출구를 갖는 유동 제한 장치와;
    g. 상기 트림 히터 출구 T자부의 트림 히터 출구와 유체 연통하는 입구, 및 상기 열교환기의 재열 라인의 입구와 유체 연통하는 출구를 갖는 트림 히터 라인을 포함하며,
    여기서 상기 트림 히터 라인의 일부는 상기 탱크 내부에 위치되고, 상기 열교환기의 재열 라인의 출구는 상기 트림 히터 복귀 T자부의 트림 히터 입구와 유체 연통하는
    극저온 유체 전달 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 픽업 라인과 유체 연통하는 입구, 및 상기 열교환기의 메인 라인과 유체 연통하는 출구를 갖는 과류 방지 밸브(excess flow valve)를 더 포함하는
    극저온 유체 전달 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 액체 픽업 라인과 유체 연통하는 입구, 및 상기 과류 방지 밸브의 입구와 유체 연통하는 출구를 갖는 연료 차단 밸브를 더 포함하는
    극저온 유체 전달 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 액체 픽업 라인과 유체 연통하는 입구, 및 상기 연료 차단 밸브의 입구와 유체 연통하는 출구를 갖는 체크 밸브를 더 포함하는
    극저온 유체 전달 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 제한 장치는 오리피스, 니들 밸브, 레귤레이터 또는 체크 밸브인
    극저온 유체 전달 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기는:
    a. 승온 유체 챔버(warming fluid chamber)를 형성하고 상기 승온 유체 챔버와 유체 연통하는 쉘 출구 및 쉘 입구를 갖는 쉘을 구비하고;
    b. 여기서 열교환기 메인 라인은 상기 승온 유체 챔버 내에 위치된 복수의 극저온 유체 코일을 구비하는
    극저온 유체 전달 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 열교환기 재열 라인은 상기 승온 유체 챔버 내에 위치된 복수의 극저온 유체 코일을 포함하는
    극저온 유체 전달 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 쉘 입구 및 쉘 출구는 극저온 유체에 의해 구동되는 엔진의 냉각 시스템과 연통하도록 구성되는
    극저온 유체 전달 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 쉘 입구 및 쉘 출구는 극저온 유체에 의해 구동되는 엔진의 냉각 시스템과 연통하도록 구성되는
    극저온 유체 전달 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 픽업 라인과 유체 연통하는 이코노마이저 회로를 더 포함하는
    극저온 유체 전달 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    트림 히터 복귀 T자부의 조합된 스트림 출구와 유체 연통하는 입구, 및 극저온 유체를 사용 장치에 제공하도록 구성된 출구를 갖는 자동 차단 밸브를 더 포함하는
    극저온 유체 전달 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 극저온 액체는 액화 천연 가스(LNG)이고 상기 사용 장치는 LNG 구동식 엔진(LNG-powered engine)인
    극저온 유체 전달 시스템.
  13. 탱크로부터 극저온 유체를 전달하기 위한 시스템으로서,
    a. 메인 라인 및 재열 라인을 갖는 열교환기와;
    b. 상기 탱크로부터 극저온 액체를 수용하도록 구성된 입구, 및 상기 열교환기의 메인 라인과 유체 연통하는 출구를 갖는 액체 픽업 라인과;
    c. 상기 열교환기의 메인 라인과 유체 연통하는 입구, 트림 히터 출구 및 엔진 출구를 갖는 트림 히터 출구 T자부와;
    d. 1 차 입구, 트림 히터 입구 및 조합된 스트림 출구를 갖는 트림 히터 복귀 T자부와;
    e. 상기 트림 히터 출구 T자부의 엔진 출구와 유체 연통하는 입구, 및 상기 트림 히터 복귀 T자부의 1 차 입구와 유체 연통하는 출구를 갖는 유동 제한 장치와;
    f. 상기 트림 히터 출구 T자부의 트림 히터 출구와 유체 연통하는 입구, 및 상기 열교환기의 재열 라인의 입구와 유체 연통하는 출구를 갖는 트림 히터 라인을 포함하고,
    상기 트림 히터 라인의 일부는 상기 탱크 내부에 위치되고, 상기 열교환기의 재열 라인의 출구는 상기 트림 히터 복귀 T자부의 트림 히터 입구와 유체 연통하는
    탱크로부터의 극저온 유체 전달 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 액체 픽업 라인과 유체 연통하는 입구, 및 상기 열교환기의 메인 라인과 유체 연통하는 출구를 갖는 과류 방지 밸브를 더 포함하는
    탱크로부터의 극저온 유체 전달 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 액체 픽업 라인과 유체 연통하는 입구, 및 상기 과류 방지 밸브의 입구와 유체 연통하는 출구를 갖는 연료 차단 밸브를 더 포함하는
    탱크로부터의 극저온 유체 전달 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 액체 픽업 라인과 유체 연통하는 입구, 및 상기 연료 차단 밸브의 입구와 유체 연통하는 출구를 갖는 체크 밸브를 더 포함하는
    탱크로부터의 극저온 유체 전달 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 유동 제한 장치는 오리피스, 니들 밸브, 레귤레이터 또는 체크 밸브인
    탱크로부터의 극저온 유체 전달 시스템.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 열교환기는:
    a. 승온 유체 챔버를 형성하고 상기 승온 유체 챔버와 유체 연통하는 쉘 출구 및 쉘 입구를 갖는 쉘을 구비하고;
    b. 여기서 열교환기 메인 라인은 상기 승온 유체 챔버 내에 위치된 복수의 극저온 유체 코일을 구비하는
    탱크로부터의 극저온 유체 전달 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 열교환기 재열 라인은 상기 승온 유체 챔버 내에 위치된 복수의 극저온 유체 코일을 포함하는
    탱크로부터의 극저온 유체 전달 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 쉘 입구 및 쉘 출구는 상기 극저온 유체에 의해 구동되는 엔진의 냉각 시스템과 연통하도록 구성되는
    탱크로부터의 극저온 유체 전달 시스템.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 쉘 입구 및 쉘 출구는 상기 극저온 유체에 의해 구동되는 엔진의 냉각 시스템과 연통하도록 구성되는
    탱크로부터의 극저온 유체 전달 시스템.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 액체 픽업 라인과 유체 연통하는 이코노마이저 회로를 더 포함하는
    탱크로부터의 극저온 유체 전달 시스템.
  23. 제 13 항에 있어서,
    상기 트림 히터 복귀 T자부의 조합된 스트림 출구와 유체 연통하는 입구, 및 극저온 유체를 사용 장치에 제공하도록 구성된 출구를 갖는 자동 차단 밸브를 더 포함하는
    탱크로부터의 극저온 유체 전달 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 극저온 액체는 액화 천연 가스(LNG)이고 상기 사용 장치는 LNG 구동식 엔진인
    탱크로부터의 극저온 유체 전달 시스템.
  25. 극저온 유체를 사용 장치에 전달하는 방법으로서,
    a. 극저온 액체를 탱크에 저장하는 단계와;
    b. 탱크로부터의 극저온 액체를 열교환기에서 기화하여 극저온 증기를 제공하는 단계와;
    c. 상기 극저온 증기의 제 1 부분을 상기 사용 장치로 보내는 단계와;
    d. 상기 극저온 증기의 제 2 부분을 탱크로 보내서, 저장된 극저온 액체를 데우고 그에 의해 냉각된 극저온 증기를 생성하는 단계와;
    e. 냉각된 극저온 증기를 상기 열 교환기에서 데워서, 트림 가열된 극저온 증기를 생성하는 단계와;
    f. 상기 트림 가열된 극저온 증기를 상기 극저온 증기의 제 1 부분과 조합하여 사용 장치에 전달하는 단계를 포함하는
    극저온 유체를 사용 장치에 전달하는 방법.
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