KR20210122390A - Hydrogen liquefaction system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 극저온 냉동기를 이용한 수소 회수 및 액화시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부의 기체수소를 액화하여 수소연료전지차나 드론 등의 수소연료탱크에 액체수소를 충전할 수 있고, 아울러 충전 과정에서 기화된 기체수소(Gaseous Hydrogen)를 회수하여 재액화할 수 있는 수소 액화시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen recovery and liquefaction system using a cryogenic refrigerator, and more particularly, it can liquefy external gaseous hydrogen to fill a hydrogen fuel tank such as a hydrogen fuel cell vehicle or a drone with liquid hydrogen, and in the charging process It relates to a hydrogen liquefaction system that can recover and reliquefy vaporized gaseous hydrogen.
오늘날 가솔린 내연기관 대신 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 얻은 전기를 이용해 모터를 구동하는 방식으로 운행하는 수소연료전지차가 차세대 친환경 자동차로 주목을 받고 있다.Today, instead of a gasoline internal combustion engine, a hydrogen fuel cell vehicle that operates by using electricity obtained by reacting hydrogen and oxygen in the air to drive a motor is attracting attention as a next-generation eco-friendly vehicle.
이러한 수소연료전지차는 연료전지 스택, 모터, 배터리, 수소연료탱크, 열-물 관리장치, 공조장치, 전력변환장치, 고압밸브 등이 탑재되어 있다.Such a hydrogen fuel cell vehicle is equipped with a fuel cell stack, a motor, a battery, a hydrogen fuel tank, a heat-water management device, an air conditioning device, a power conversion device, a high-pressure valve, and the like.
즉, 수소연료전지차는 수소연료탱크에서 공급되는 기체 또는 액체 상태의 수소 연료를 공기 중 산소와 반응시켜 전기에너지를 생성하는 연료전지 스택(Fuel Cell Stack)을 동력원으로 사용하기 때문에 배기가스 및 공해물질을 거의 배출되지 않아 환경오염이 적으며, 적은 연료로도 먼거리를 주행할 수 있다.In other words, since the hydrogen fuel cell vehicle uses a fuel cell stack that generates electric energy by reacting gaseous or liquid hydrogen fuel supplied from a hydrogen fuel tank with oxygen in the air as a power source, exhaust gas and pollutants Since it emits almost no fuel, environmental pollution is low, and long distances can be driven with less fuel.
일반적으로 수소연료전지차는 승차공간과 충분한 주행거리 확보를 위해 수소스테이션에서 수소를 수소연료탱크에 700bar 정도의 고압으로 충전하여 사용하고 있다.In general, a hydrogen fuel cell vehicle is used by charging hydrogen at a high pressure of about 700 bar in a hydrogen fuel tank at a hydrogen station in order to secure a riding space and sufficient mileage.
이를테면, 탱크로리로 운송한 100기압의 수소를 수소스테이션 내의 저장탱크에 압축기를 사용하여 400기압으로 가압하여 임시 저장하고, 이를 수소연료전지차에 700기압으로 주입하기 위하여 압축기로 다시 가압하여 충전하는 방법을 사용하고 있다.For example, hydrogen of 100 atmospheres transported by a tank lorry is pressurized to 400 atmospheres using a compressor in a storage tank in the hydrogen station and temporarily stored, and then pressurized again with a compressor to inject it into a hydrogen fuel cell vehicle at 700 atmospheres. are using
한편, 액체수소(liquid hydrogen)는 극저온 상태(대기압 기준 -253℃)로 냉각해 액화된 수소이며, 기체수소의 부피를 약 1/800로 감소시킬 수 있어 동일 압력에서 기체수소 대비 800배의 체적에너지 밀도를 가지고 있다.On the other hand, liquid hydrogen is hydrogen liquefied by cooling it to a cryogenic state (-253°C based on atmospheric pressure). It has energy density.
아울러 대기압에서 대용량 저장이 가능해 저장용기의 안전성 부분에서 장점을 가지고 있으며, 낮은 온도로 고압의 기체수소에 비해 폭발 위험성이 낮다.In addition, it has an advantage in terms of safety of the storage container because it can be stored in a large capacity at atmospheric pressure, and the risk of explosion is lower than that of gaseous hydrogen at a low temperature and high pressure.
따라서 고압의 기체수소에 비하여 밀도가 약 1.5~2배 높은 액체수소를 사용하면 동일 수소연료탱크 내에 많은 양의 수소를 낮은 압력으로 저장하여, 즉 충전량을 높여 1회 주행거리를 최대화할 수 있지만, 기체수소를 극저온 상태로 액화하는 공정의 에너지 비용 증가에 따른 경제성 문제를 해결하기 위한 고효율화가 필요하다.Therefore, if liquid hydrogen, which has a density of about 1.5 to 2 times higher than that of high-pressure gaseous hydrogen, is used, a large amount of hydrogen can be stored in the same hydrogen fuel tank at a low pressure, i.e., by increasing the filling amount, one mileage can be maximized. High efficiency is needed to solve the economic problem caused by the increase in energy cost of the process of liquefying gaseous hydrogen to a cryogenic state.
한편, 수소스테이션에서 수소연료전지차의 수소연료탱크에 액체수소를 충전하는 중에 외부의 열 유입 및 압력 강하로 인하여 기화 현상이 발생하고, 이렇게 기화된 수소는, 즉 자연기화가스(Boil Off Gas)는 외부로 배출되어 에너지의 손실을 야기하기 때문에 경제적으로 비효율적인 문제점이 있다.Meanwhile, while charging liquid hydrogen in the hydrogen fuel tank of a hydrogen fuel cell vehicle at the hydrogen station, vaporization occurs due to external heat inflow and pressure drop. Since it is discharged to the outside and causes a loss of energy, it is economically inefficient.
또한, 수소스테이션의 수소저장탱크 압력이 수소연료전지차의 수소연료탱크 압력보다 더 높은 특성상 수소연료전지차의 수소연료탱크에서 기화된 수소를 회수하기 위해서는 수스압축기 등의 장비가 추가로 필요할 수밖에 없다.In addition, since the hydrogen storage tank pressure of the hydrogen station is higher than the hydrogen fuel tank pressure of the hydrogen fuel cell vehicle, additional equipment such as a hydrogen compressor is inevitably required to recover vaporized hydrogen from the hydrogen fuel tank of the hydrogen fuel cell vehicle.
여기서 상술한 배경기술 또는 종래기술은 본 발명자가 보유하거나 본 발명을 도출하는 과정에서 습득한 정보로서 본 발명의 기술적 의의를 이해하는데 도움이 되기 위한 것일 뿐, 본 발명의 출원 전에 이 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술을 의미하는 것은 아님을 밝힌다.The background art or prior art described herein is information possessed by the inventor or acquired in the process of deriving the present invention, and is only intended to help understand the technical meaning of the present invention, and prior to the filing of the present invention, the technology to which this invention belongs It does not mean that the technology is widely known in the field.
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하면서 수소연료전지차나 드론 등의 수소연료탱크에 수소를 충전하기 위한 기존의 시스템이 지닌 기술적 한계 및 문제점들을 해결하려는 발상으로, 기체수소를 액화하여 수소연료전지차나 드론 등의 수소연료탱크에 액체수소를 충전할 수 있고, 그 충전하는 과정 중에 기화된 기체수소를 회수하여 재액화할 수 있는 새로운 수소 액화시스템을 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하여 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.Accordingly, the present inventor is an idea to solve the technical limitations and problems of the existing system for charging hydrogen in a hydrogen fuel tank such as a hydrogen fuel cell vehicle or a drone while comprehensively considering the above-mentioned matters, by liquefying gaseous hydrogen to generate hydrogen In order to develop a new hydrogen liquefaction system that can charge liquid hydrogen in hydrogen fuel tanks such as fuel cell vehicles and drones, and recover gaseous hydrogen vaporized during the charging process and re-liquefy it As a result, the present invention was created.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 기체수소를 액화하여 수소연료전지차나 드론 등의 수소연료탱크에 액체수소 상태로 충전할 수 있고, 아울러 충전 과정에서 기화된 기체수소를 회수하여 재액화할 수 있도록 하는 수소 액화시스템을 제공하는 데 있는 것이다.Therefore, the technical problem and object to be solved by the present invention is that gaseous hydrogen can be liquefied to fill a hydrogen fuel tank such as a hydrogen fuel cell vehicle or a drone in liquid hydrogen state, and the gaseous hydrogen vaporized during the charging process is recovered and reliquefied. It is to provide a hydrogen liquefaction system that allows
여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.Here, the technical problems and objects to be solved by the present invention are not limited to the technical problems and objects mentioned above, and other technical problems and objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상술한 바와 같은 기술적 목적을 달성하기 위함은 물론 종래기술의 문제점 내지 기술적 과제를 해결하고자 하는 본 발명의 실시 태양(aspect)에 따른 구체적 수단은, 외부의 기체수소를 공급받기 위한 유입관; 외부의 수소연료탱크에 액체수소를 충전하는 과정 중 기화된 기체수소를 회수하는 제1BOG회수관; 상기 유입관과 상기 제1BOG회수관을 통해 기체수소를 공급받아 1차로 냉각하는 1차 극저온 냉동기; 상기 1차 극저온 냉동기에서 1차로 냉각된 기체수소를 액화 온도까지 냉각하여 액화시키기 위해 상기 1차 극저온 냉동기와 나란히 배치된 적어도 하나 이상의 2차 극저온 냉동기; 상기 2차 극저온 냉동기를 통해 액화된 액체수소를 1차로 저장하는 1차 저장탱크; 상기 1차 저장탱크로부터 액체수소를 공급받아 2차로 저장하는 2차 저장탱크; 상기 2차 저장탱크의 액체수소를 압력차에 의해 상기 수소연료탱크에 충전하기 위해 상기 2차 저장탱크에 연결된 주입관; 및 상기 1차 극저온 냉동기, 상기 2차 극저온 냉동기, 상기 1차 및 2차 저장탱크를 내장하여 극저온 상태로 유지시켜 주는 콜드박스를 포함하여 채용하는 것을 특징으로 하는 수소 액화시스템을 제시한다.Specific means according to an embodiment of the present invention to achieve the technical object as described above, as well as to solve the problems or technical problems of the prior art, an inlet pipe for receiving external gaseous hydrogen; a first BOG recovery pipe for recovering gaseous hydrogen vaporized during the process of charging liquid hydrogen in an external hydrogen fuel tank; a first cryogenic refrigerator for receiving gaseous hydrogen through the inlet pipe and the first BOG recovery pipe and cooling the first; At least one second cryogenic freezer arranged side by side with the first cryogenic freezer to liquefy by cooling the gaseous hydrogen first cooled in the first cryogenic freezer to a liquefaction temperature; a primary storage tank for primarily storing liquid hydrogen liquefied through the secondary cryogenic freezer; a secondary storage tank receiving liquid hydrogen from the primary storage tank and storing it secondary; an injection pipe connected to the secondary storage tank to fill the hydrogen fuel tank with liquid hydrogen in the secondary storage tank by a pressure difference; And it provides a hydrogen liquefaction system, characterized in that it employs including a cold box for maintaining the cryogenic state by embedding the first cryogenic freezer, the second cryogenic freezer, and the first and second storage tanks.
이로써 본 발명은 외부에서 유입되는 기체수소를 액화하여 수소연료전지차나 드론 등의 수소연료탱크에 충전할 수 있고, 충전 중 기화된 기체수소를 회수하여 효과적으로 재액화할 수 있다.Accordingly, the present invention can liquefy gaseous hydrogen flowing in from the outside and charge it in a hydrogen fuel tank such as a hydrogen fuel cell vehicle or a drone, and recover the gaseous hydrogen vaporized during charging to effectively reliquefy it.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양은, 상기 유입관의 관로 중간에 설치되어 기체가스의 유량 및 압력을 제어하는 제1밸브; 상기 제1BOG회수관의 관로 중간에 설치되어 기체가스의 유량 및 압력을 제어하는 제2밸브; 상기 1차 저장탱크와 상기 2차 저장탱크를 연결하여 상기 1차 저장탱크 내의 액체수소를 상기 2차 저장탱크로 보내는 연결관; 상기 연결관의 관로 중간에 설치되어 액체가스의 유로를 개폐하는 제3밸브; 및 상기 유입관을 통해 회수되는 기체수소의 유량을 상기 제1밸브로 제어하기 위해 상기 2차 저장탱크 내 액체수소의 압력을 측정하는 제1압력계를 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, a preferred embodiment of the present invention, a first valve installed in the middle of the conduit of the inlet pipe to control the flow rate and pressure of gaseous gas; a second valve installed in the middle of the first BOG recovery pipe to control the flow rate and pressure of gaseous gas; a connection pipe connecting the primary storage tank and the secondary storage tank to send liquid hydrogen in the primary storage tank to the secondary storage tank; a third valve installed in the middle of the conduit of the connection pipe to open and close the flow path of the liquid gas; and a first pressure gauge for measuring the pressure of liquid hydrogen in the secondary storage tank to control the flow rate of gaseous hydrogen recovered through the inlet pipe with the first valve.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양은, 상기 주입관의 관로 중간에 설치되어 액체가스의 유로를 개폐하는 제5밸브; 및 상기 주입관을 통해 공급되는 액체수소의 유량을 상기 제5밸브로 제어하기 위해 상기 1차 저장탱크 내 액체수소의 압력을 측정하는 제2압력계를 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, a preferred embodiment of the present invention, a fifth valve installed in the middle of the pipe of the injection pipe to open and close the flow path of the liquid gas; and a second pressure gauge for measuring the pressure of liquid hydrogen in the primary storage tank to control the flow rate of liquid hydrogen supplied through the injection pipe with the fifth valve.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양으로, 상기 1차 저장탱크 내에서 외부의 열 침입으로 인해 발생하는 증발손실 기체수소를 제1압력제어밸브가 설치된 제1배출관을 통해 외부로 배출하여 상기 제1압력제어밸브의 허용 압력 이하로 상기 1차 저장탱크 내의 압력을 유지시키며, 상기 2차 저장탱크 내에서 외부의 열 침입으로 인해 발생하는 증발손실 기체수소를 제2압력제어밸브가 설치된 제2배출관을 통하여 외부로 배출하여 상기 제2압력제어밸브의 허용 압력 이하로 상기 2차 저장탱크 내의 압력을 유지시킬 수 있다.In addition, in a preferred embodiment of the present invention, gas hydrogen, which is evaporated lost due to intrusion of external heat in the primary storage tank, is discharged to the outside through the first discharge pipe in which the first pressure control valve is installed to the first pressure. The pressure in the primary storage tank is maintained below the allowable pressure of the control valve, and the gaseous hydrogen generated by the intrusion of external heat in the secondary storage tank is discharged through the second discharge pipe in which the second pressure control valve is installed. By discharging to the outside, the pressure in the secondary storage tank may be maintained below the allowable pressure of the second pressure control valve.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양으로, 상기 2차 저장탱크 내에서 외부의 열 침입으로 인해 발생하는 증발손실 기체수소를 제4밸브와 연결된 제2BOG회수관을 통해 상기 1차 저장탱크로 이송하여 압력 평형을 유지시키고 수위를 조절할 수 있다.In addition, in a preferred embodiment of the present invention, gas hydrogen, which is evaporated lost due to intrusion of external heat in the secondary storage tank, is transferred to the primary storage tank through the second BOG recovery pipe connected to the fourth valve, and the pressure Maintain equilibrium and control water level.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양은, 상기 2차 저장탱크의 하부에 설치되고, 액체수소를 상기 수소연료탱크에 충전 시 그 압력의 저하를 방지하기 위해 일정한 압력으로 가압하여 승압시키는 히터를 더 포함하여 구성됨으로써 더욱 원활하고 안정적으로 액체가스를 충전할 수 있다.In addition, a preferred embodiment of the present invention further includes a heater installed in the lower portion of the secondary storage tank and pressurizing to a constant pressure to increase the pressure in order to prevent a decrease in the pressure when liquid hydrogen is filled in the hydrogen fuel tank. Thus, it is possible to fill the liquid gas more smoothly and stably by being configured.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양은, 상기 유입관과 상기 2차 저장탱크를 통하도록 연결하여 상기 유입관을 통해 공급받는 기체수소를 상기 2차 저장탱크에 주입시켜 상기 수소연료탱크에 액체수소를 충전 시 압력을 가압하는 가압관; 및 상기 가압관의 관로 중간에 설치되어 기체가스의 유량 및 압력을 제어하는 제6밸브를 더 포함하여 구성됨으로써 더욱 원활하고 안정적으로 액체가스를 충전할 수 있다.In addition, in a preferred embodiment of the present invention, gaseous hydrogen supplied through the inlet pipe is connected to the inlet pipe and the secondary storage tank through the secondary storage tank to inject liquid hydrogen into the hydrogen fuel tank. a pressure tube that pressurizes the pressure during filling; and a sixth valve installed in the middle of the conduit of the pressurization tube to control the flow rate and pressure of gaseous gas, so that the liquid gas can be filled more smoothly and stably.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하고자 특유한 해결 수단이 기초하고 있는 본 발명의 기술사상 및 실시 예(embodiment)에 따르면, 유입관을 통해 외부에서 유입되는 기체수소가 1차 및 2차 극저온 냉동기에 의해 단계적으로 액화되고, 1차 저장탱크와 2차 저장탱크가 기체수소의 액화 조건 및 액체수소의 압력변화에 영향을 주지 않도록 연결되어 독립적으로 운용됨으로써 1차 저장탱크는 상압의 상태를 유지하고, 2차 저장탱크는 상대적으로 상압 이상의 상태 유지가 가능한 장점이 있다.According to the technical idea and embodiment (embodiment) of the present invention, which is based on a unique solution to solve the above technical problem, gaseous hydrogen introduced from the outside through the inlet pipe is phased by the primary and secondary cryogenic refrigerators The primary storage tank maintains the state of atmospheric pressure, and the primary storage tank and the secondary storage tank are connected and operated independently so as not to affect the liquefaction condition of gaseous hydrogen and the pressure change of liquid hydrogen. The storage tank has the advantage of being able to maintain a state above atmospheric pressure.
따라서 외부에서 공급받는 기체수소를 액화할 수 있음은 물론이고, 수소연료전지차나 드론 등의 수소연료탱크에 액체수소를 충전하고, 충전 과정에서 기화된 기체수소를 회수하여 재액화하는 과정이 동시에 이루어질 수 있다.Therefore, not only can gaseous hydrogen supplied from the outside be liquefied, but also the process of charging liquid hydrogen in a hydrogen fuel tank such as a hydrogen fuel cell vehicle or a drone, and recovering gaseous hydrogen vaporized during the charging process to reliquefy it simultaneously can
즉, 외부의 수소연료탱크에 액체수소를 충전하는 과정 중 기화된 기체수소는 수소압축기 등 별도의 장비를 이용하여 압축할 필요 없이 제1BOG회수관을 통해 효율적으로 회수되고, 1차 및 2차 극저온 냉동기에 의해 재액화된 후 1차 저장탱크와 2차 저장탱크로 저장될 수 있고, 이로 인해 설비의 간소화는 물론 에너지 및 유지비용을 절감할 수 있다.That is, gaseous hydrogen vaporized during the process of charging liquid hydrogen in an external hydrogen fuel tank is efficiently recovered through the first BOG recovery pipe without the need for compression using separate equipment such as a hydrogen compressor, and the primary and secondary cryogenic temperatures After being reliquefied by the refrigerator, it can be stored as a primary storage tank and a secondary storage tank, thereby simplifying the facility as well as reducing energy and maintenance costs.
그뿐만 아니라 2차 저장탱크 내의 압력이 외부 수소연료탱크 내의 압력보다 높게 형성되어 액체수소의 원활한 충전이 가능할 수 있다.In addition, since the pressure in the secondary storage tank is higher than the pressure in the external hydrogen fuel tank, it may be possible to smoothly fill liquid hydrogen.
여기서 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.Here, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 수소 액화시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 수소 액화시스템를 개략적으로 나타낸 사용상태도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 수소 액화시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 수소 액화시스템을 개략적으로 나타낸 사용상태도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시 예에 따른 수소 액화시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.1 is a configuration diagram schematically showing a hydrogen liquefaction system according to a first embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically showing the use of a hydrogen liquefaction system according to a first embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram schematically showing a hydrogen liquefaction system according to a second embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically showing the use of a hydrogen liquefaction system according to a second embodiment of the present invention.
5 is a configuration diagram schematically showing a hydrogen liquefaction system according to a third embodiment of the present invention.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.Prior to this, the following terms are defined in consideration of the functions in the present invention, and it is specified that they should be interpreted as concepts consistent with the technical spirit of the present invention and meanings commonly or commonly recognized in the art.
또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, if it is determined that a detailed description of a well-known function or configuration related to the present invention may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
여기서 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과, 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기 및 형태와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.The accompanying drawings show that parts are exaggerated or simplified for the sake of convenience and clarity of explanation and understanding of the configuration and operation of the technology, and it is revealed that each component does not exactly correspond to the actual size and shape.
아울러 본 명세서에서 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함하는 의미이며, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, in this specification and/or the term "and/or" is meant to include a combination of a plurality of related described items or any of a plurality of related described items, and when a part includes a certain component, it is a particularly opposite description This does not mean that other components are excluded, but other components can be further included.
즉, 본 명세서에서 설시하는 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해해야 한다.That is, it means that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in this specification, and one or more other features or number, step operation component, part, or a combination thereof It is to be understood that this does not exclude the possibility of the existence or addition of those.
아울러 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In addition, each step may occur in a different order from the stated order unless the context clearly indicates a specific order. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
이외에도 "부" 및 "유닛"의 용어에 대한 의미는 시스템에서 목적하는 적어도 하나의 기능이나 어느 일정한 동작을 처리하는 단위 또는 역할을 하는 모듈 형태를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 혹은 하드웨어 및 소프트웨어의 결합 등을 통한 수단이나 독립적인 동작을 수행할 수 있는 디바이스 또는 어셈블리 등으로 구현할 수 있다.In addition, the meaning of the terms "unit" and "unit" means a module form that performs at least one function or a unit or role for processing a certain operation of a system, which is a combination of hardware or software or hardware and software. It may be implemented as a device or assembly capable of performing an independent operation or a means through such a method.
그리고 상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부, 상측, 하측, 전후, 좌우 등의 용어는 각 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 편의상 사용한 것이다. 예를 들어, 도면상의 위쪽을 상부로 아래쪽을 하부로 명명하거나 지칭하고, 길이 방향을 전후 방향으로, 폭 방향을 좌우 방향으로 명명하거나 지칭할 수 있다.And terms such as upper, lower, upper, lower, upper, lower, upper, lower, front and rear, left and right are used for convenience to distinguish relative positions of each component. For example, the upper side in the drawing may be named or referred to as the upper side and the lower side as the lower side, the longitudinal direction may be named or referred to as the front-back direction, and the width direction may be named or referred to as the left/right direction.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있다. 즉, 제1, 제2 등의 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 구성요소는 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는 한에서 제2 구성요소로 명명할 수 있고, 또 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명할 수도 있다.Also, terms such as first, second, etc. may be used to describe various components. That is, terms such as 1st, 2nd, etc. may be used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, a first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and the second component may also be referred to as a first component.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시 예에 따른 수소 액화시스템은 크게 유입관(10), 제1BOG회수관(15), 1차 극저온 냉동기(20), 2차 극저온 냉동기(30), 1차 저장탱크(40), 2차 저장탱크(50), 주입관(60) 및 콜드박스(70)를 포함하고 있다.As shown in FIG. 1 , the hydrogen liquefaction system according to the first embodiment of the present invention is largely an
유입관(10)은 외부로부터 기체수소를 공급받아 1차 극저온 냉동기(20)로 유입시키는 역할을 한다.The
그리고 유입관(10)의 관로 중간에는 그 유로를 개폐하여 기체가스의 유량 및 압력 등의 제어하는 제1밸브(11)가 설치되어 있다.And a
즉, 제1밸브(11)는 시스템의 가동을 중지할 경우 기체가스가 유입관(10)을 통해 1차 극저온 냉동기(20)로 유입되는 것을 차단할 수 있고, 아울러 2차 저장탱크(50) 내의 액체수소가 가하는 압력을 계측하여 미리 정해진 압력값을 초과하면 기체수소의 유입량을 조절할 수 있다.That is, the
제1BOG회수관(15)은 수소연료탱크(F)에 액체수소를 충전하는 과정 중 기화된 기체수소를 회수하여 1차 극저온 냉동기(20)로 유입시키는 역할을 한다.The first
그리고 제1BOG회수관(15)의 관로 중간에는 그 유로를 개폐하여 기체가스의 유량 및 압력 등의 제어하는 제2밸브(16)가 설치되어 있다.A
즉, 제2밸브(16)는 시스템의 가동을 중지할 경우 기체가스가 제1BOG회수관(15)을 통해 1차 극저온 냉동기(20)로 유입되는 것을 차단할 수 있다.That is, the
여기서 제1BOG회수관(15)은 기체수소를 일정 압력으로 빨아들이기 위한 팬 또는 송풍기를 포함할 수 있다.Here, the first
1차 극저온 냉동기(20)는 유입관(10) 또는 제1BOG회수관(15)을 통해 기체수소를 공급받아 1차로 냉각하는 역할을 한다.The primary
여기서 1차 극저온 냉동기(20)는 적어도 하나 이상으로 이루어져 2차 극저온 냉동기(30)와 나란히 배치될 수 있다.Here, the primary
2차 극저온 냉동기(30)는 1차 극저온 냉동기(20)에서 1차로 냉각된 기체수소를 액화 온도까지 냉각하여 액화시키는 역할을 한다.The secondary
그리고 2차 극저온 냉동기(30)는 적어도 하나 이상으로 이루어져 1차 극저온 냉동기(20)와 나란히 배치될 수 있다.And the secondary
즉, 2차 극저온 냉동기(30)는 적어도 하나 또는 그 이상의 극저온 냉동기를 직렬이나 병렬 조합으로 배치 및 함께 가동하여 액화 용량을 증대시킬 수 있다.That is, the secondary
예를 들어, 2차 극저온 냉동기(30)는 1차 극저온 냉동기(20)에서 1차로 냉각된 기체수소를 액화 온도(20.3K)까지 냉각하여 액화시키기 위해 1차 극저온 냉동기(20)와 직렬 또는 병렬로 배치된 상태로, 복수의 극저온 냉동기를 다단계로 연결하여 사용할 수 있다.For example, the secondary
이때, 2차 극저온 냉동기(30)의 수를 늘릴수록 기체수소의 액화용량은 증가한다. 이는 모든 극저온 냉동기들의 성능은 온도가 높을수록 더 큰 냉동 능력을 갖기 때문에 첫 번째 냉동기가 더 높은 온도 영역을, 두 번째 냉동기가 더 낮은 온도 영역을 담당하는 방법이 효율적인 관점에서 더 유리하기 때문이다.At this time, as the number of secondary
아울러 2차 극저온 냉동기(30)는 직렬로 배치하는 것이 병렬로 배치하는 것보다 더 많은 기체수소를 냉각하여 액화시킬 수 있다.In addition, the secondary
또한, 2차 극저온 냉동기(30)는 직렬로 배치 및 연결한 경우 유동의 분리 및 결합 과정이 병렬로 배치 및 연결한 것보다 적기 때문에 유량 분배 문제에 있어서도 월등히 유리하다.In addition, when the secondary
한편, 1차 극저온 냉동기(20)와 2차 극저온 냉동기(30)들은 이상적인 스털링 사이클을 기반으로 동작하는 스털링 극저온 냉동기 또는 무부하 상태에서 약 10K까지 온도를 낮출 수 있는 GM 냉동기 또는 맥동식 냉동기 등을 채용하는 것이 바람직하다.On the other hand, the primary
한편, 본 발명에서 1차 극저온 냉동기(20)와 2차 극저온 냉동기(30) 사이에 추가되는 다른 극저온 냉동기의 개수는 한정하지 않으며, 필요한 액화용량에 따라 증가시킬 수 있다.On the other hand, in the present invention, the number of other cryogenic freezers added between the primary
1차 저장탱크(40)는 2차 극저온 냉동기(30)를 통해 액화된 액체수소를 1차로 저장한다.The
즉, 1차 저장탱크(40)는 내부의 밀폐된 저장공간에 극저온 액체 상태로 수소를 저장한다.That is, the
그리고 1차 저장탱크(40)는 외부의 열 침입으로 인해 발생하는 증발손실 기체수소를 제1압력제어밸브(44)가 설치된 제1배출관(45)을 통해 외부로 배출함으로써 제1압력제어밸브(44)의 허용 압력 이하로 압력을 유지시킨다.In addition, the
즉, 제1압력제어밸브(44)는 1차 저장탱크(40)의 내압이나 제1배출관(45)의 관로 내 압력이 소정 압력 이상이 되었을 때 증발손실 기체가스의 일부를 자동으로 배출 및 분출시켜 그 1차 저장탱크(40)의 내압 및 관로 내의 압력을 설정값 이하로 일정하게 유지하도록 제어한다.That is, when the internal pressure of the
한편, 1차 저장탱크(40) 내의 액체수소를 2차 저장탱크로 흘려보내는 연결관(41)으로 1차 저장탱크(40)와 2차 저장탱크(50)는 통하도록 연결되어 있다.On the other hand, the
그리고 연결관(41)의 관로 중간에는 그 유로를 개폐하여 액체가스의 유량 및 압력 등의 제어하는 제3밸브(42)가 설치되어 있다.And a
여기서 1차 저장탱크(40)의 내부에 채워진 액체수소의 수위를 감지하고 수소 액화시스템의 종료 시점을 결정하기 위한 수위센서(미도시) 및 온도센서(미도시)가 부착될 수 있다.Here, a water level sensor (not shown) and a temperature sensor (not shown) for detecting the level of liquid hydrogen filled in the
또한, 1차 저장탱크(40)의 액체수소 저장용량 및 크기는 한정하지 않으며, 시스템의 규모나 설치 환경에 따라 달라질 수 있다.In addition, the liquid hydrogen storage capacity and size of the
2차 저장탱크(50)는 1차 저장탱크(40)로부터 연결관(41)을 통해 일정량의 액체수소를 공급받아 2차로 저장한다.The
즉, 2차 저장탱크(50)는 1차 저장탱크(40)와 독립된 밀폐형 저장공간을 가지며, 극저온 상태의 액체수소를 저장한다.That is, the
그리고 2차 저장탱크(50)는 외부의 열 침입으로 인해 발생하는 증발손실 기체수소를 제2압력제어밸브(52)가 설치된 제2배출관(53)을 통해 외부로 배출함으로써 제2압력제어밸브(52)의 허용 압력 이하로 2차 저장탱크(50)의 압력을 유지시킨다.In addition, the
즉, 제2압력제어밸브(52)는 2차 저장탱크(50)의 내압이나 제2배출관(53)의 관로 내 압력이 소정 압력 이상이 되었을 때 증발손실 기체가스의 일부를 자동으로 배출 및 분출시켜 그 2차 저장탱크(50) 및 관로 내의 압력을 설정값 이하로 일정하게 유지하도록 제어한다.That is, when the internal pressure of the
그리고 1차 저장탱크(40)와 2차 저장탱크(50)는 제2BOG회수관(55)으로 연결되어 있고, 제2BOG회수관(55)의 관로 중간에는 제4밸브(54)가 설치되어 있다. And the
따라서 2차 저장탱크(50) 내에서 발생되는 자연기화가스 BOG(Boil Off Gas)는 제2BOG회수관(55)을 통해 1차 저장탱크(40)로 이송되어 1차 저장탱크(40)와 2차 저장탱크(50)는 압력 평형을 유지할 수 있다.Therefore, BOG (Boil Off Gas) generated in the
즉, 2차 저장탱크(50)의 높이는 1차 저장탱크(40)의 높이보다 낮게 형성되어 있고, 제2BOG회수관(55)은 2차 저장탱크(50)의 상단 부분과 1차 저장탱크(40)를 연결하도록 설치되어 있다.That is, the height of the
여기서 2차 저장탱크(50)의 내부에 채워진 액체수소의 수위를 감지하고 수소 액화시스템의 종료 시점을 결정하기 위한 수위센서(미도시) 및 온도센서(미도시)가 부착될 수 있다.Here, a water level sensor (not shown) and a temperature sensor (not shown) for detecting the level of liquid hydrogen filled in the
한편, 연결관(41)의 제3밸브(42)와 제2BOG회수관(55)의 제4밸브(54)는 기체수소를 액화 시에 개방됨으로써 1차 저장탱크(40) 내의 압력과 2차 저장탱크(50) 내의 압력이 균형을 이룰 수 있다.On the other hand, the
아울러 연결관(41)의 제3밸브(42)와 제2BOG회수관(55)의 제4밸브(54)는 수소연료탱크(F)로 액체수소를 주입 시에 폐쇄됨으로써 2차 극저온 냉동기(30)에 의해 액화된 액체수소는 1차 저장탱크(40)에 저장하고, 2차 저장탱크(50) 내의 압력은 1차 저장탱크(40)와 수소연료탱크(F) 내의 압력보다 높게 형성될 수 있다.In addition, the
한편, 유입관(10)을 통해 공급되는 기체수소의 유량을 제1밸브(11)로 제어하기 위해 2차 저장탱크(50) 내 액체수소의 압력을 측정하는 제1압력계(51)가 구비되어 있다.On the other hand, in order to control the flow rate of gaseous hydrogen supplied through the
즉, 제1압력계(51)에서 측정된 측정값에 따라 별도의 제어부는 제1밸브(11)를 제어할 수 있다.That is, a separate control unit may control the
예를 들면, 제1압력계(51)는 2차 저장탱크(50) 내의 액체수소가 가하는 압력을 계측하여 미리 정해진 압력값을 초과하면 제1밸브(11)를 제어하여 기체수소의 유입량을 조절할 수 있다.For example, the
한편, 1차 저장탱크(40)와 2차 저장탱크(50)는 수소가 극저온의 액체 상태를 유지 및 수소의 증발률을 최소화할 수 있는 구조일 수 있다.On the other hand, the
예를 들면, 스테인리스 스틸(stainless steel) 재질의 내통과 외통으로 이루어진 이중용기(vessel) 형태로 이루어질 수 있으며, 그 내통과 외통 사이의 갭(gap) 층에는 단열재를 충진시켜 단열과 진공을 유지하여 외부로부터의 열 유입을 차단하는 구조일 수 있다.For example, it may be formed in the form of a double vessel consisting of an inner and outer cylinder made of stainless steel, and a gap layer between the inner and outer cylinder is filled with an insulating material to maintain insulation and vacuum. It may have a structure that blocks the inflow of heat from the outside.
주입관(60)은 압력차를 이용하여 2차 저장탱크(50)의 액체수소를 외부의 수소연료탱크(F)에 충전하기 위해 2차 저장탱크(50)에 연결되어 있다.The
그리고 주입관(60)의 관로 중간에는 그 유로를 개폐하여 액체가스의 유량 및 압력 등의 제어하는 제5밸브(61)가 설치되어 있다.And a
또한, 주입관(60)을 통해 공급되는 액체수소의 유량을 제5밸브(61)로 제어하기 위해 1차 저장탱크(40) 내 액체수소의 압력을 측정하는 제2압력계(43)가 구비되어 있다.In addition, a
즉, 제2압력계(43)에서 측정된 측정값에 따라 별도의 제어부는 제5밸브(61)를 제어할 수 있다.That is, a separate control unit may control the
예를 들면, 제2압력계(43)는 1차 저장탱크(40) 내의 액체수소가 가하는 압력을 계측하여 미리 정해진 압력값을 기준으로 제5밸브(61)를 제어하여 액체수소의 배출량을 조절할 수 있다.For example, the
콜드박스(70)는 1차 극저온 냉동기(20), 2차 극저온 냉동기(30), 1차 및 2차 저장탱크(40)(50)를 내장하여 극저온 상태로 유지시켜 주도록 구비되어 있다.The
여기서 콜드박스(70)와 1차 저장탱크(40) 및 2차 저장탱크(50) 사이에는 외부 복사 열의 유입을 최소화하기 위하여 진공 상태로 조성할 수 있다.Here, a vacuum state may be formed between the
도 2를 참조하여 본 발명의 제1실시 예에 따른 수소 액화시스템의 주요 작용 및 작동원리를 설명하면 다음과 같다.The main action and operating principle of the hydrogen liquefaction system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 .
먼저, 외부에서 공급받는 기체수소를 액화하는 모드일 경우, 별도의 제어부로부터 통제를 받는 제1밸브(11)와 제3밸브(42) 및 제4밸브(54)의 개방 작동에 따라 외부의 기체수소는 유입관(10)을 통해 시스템으로 유입되어 1차 극저온 냉동기(20)를 통과하면서 1차적으로 냉각되고, 이어서 2차 극저온 냉동기(30)를 통과하면서 액화 온도까지 냉각되어 액화된 상태로 1차 저장탱크(40)에 일부 채워지다가 일정 수위에 도달하면, 연결관(41)을 통해 2차 저장탱크(50)로 흘러들어 채워지게 된다.First, in the case of liquefying gaseous hydrogen supplied from the outside, according to the opening operation of the
이때, 유입관(10)으로부터 1차 극저온 냉동기(20)로 흘러들어가는 기체수소의 유량은 2차 저장탱크(50)에 설치되어 있는 제1압력계(51)의 측정값에 따라 적절히 조절할 수 있다.At this time, the flow rate of gaseous hydrogen flowing into the primary
예컨데, 2차 저장탱크 내 액체수소가 일정 수준 이상 채워진 후 충전 시에는 주입관(60)의 제5밸브(61)를 통해 외부 수소연료탱크로 충전 하면 된다.For example, when the liquid hydrogen in the secondary storage tank is filled to a certain level or more, when charging, the external hydrogen fuel tank may be charged through the
따라서 본 발명의 제1실시 예에 따른 수소 액화시스템은 외부에서 공급받는 기체수소를 효율적으로 액화할 수 있다.Therefore, the hydrogen liquefaction system according to the first embodiment of the present invention can efficiently liquefy gaseous hydrogen supplied from the outside.
여기서, 수소연료탱크(F)로 액체수소를 충전하는 과정 중에는 1차 저장탱크(40)의 압력은 항상 상압으로 운전된다.Here, during the process of filling the liquid hydrogen into the hydrogen fuel tank (F), the pressure of the primary storage tank (40) is always operated at normal pressure.
한편 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시 예에 따른 수소 액화시스템은 크게 유입관(10), 가압관(12), 제1BOG회수관(15), 1차 극저온 냉동기(20), 2차 극저온 냉동기(30), 1차 저장탱크(40), 2차 저장탱크(50), 주입관(60) 및 콜드박스(70)를 포함하고 있다.On the other hand, as shown in FIG. 3, the hydrogen liquefaction system according to the second embodiment of the present invention is largely an
특히 가압관(12)은 유입관(10)을 통해 공급받는 기체수소를 2차 저장탱크(50)에 강제로 주입시켜 수소연료탱크(F)에 액체수소를 충전 시 압력을 가압하기 위해 유입관(10)과 2차 저장탱크(50)를 통하도록 연결하고 있다.In particular, the
그리고 가압관(12)의 관로 중간에는 기체가스의 유량 및 압력을 제어하는 제6밸브(13)가 설치되어 있다.And a
즉, 2차 저장탱크(50) 안의 압력과 수소충전탱크(F) 안의 압력은 차이가 발생하게 되고, 이에 의해 2차 저장탱크(50) 내의 액체수소가 수소충전탱크(F)에 자연스럽게 주입되는데, 이때 기체수소의 가압 작용으로 2차 저장탱크(50) 내의 액체수소를 압축하여 승압시키므로 외부의 수소연료탱크(F)에 한층 더 원활하게 충전할 수 있다.That is, a difference occurs between the pressure in the
여기서 본 발명의 제2실시 예에 따른 수소 액화시스템과 관련한 구성요소 중 상술한 제1실시 예와 동일 또는 유사한 작용효과를 갖는 구성요소는 상술한 제1실시 예와 동일한 참조부호를 사용하며, 그에 대한 반복적이고 구체적인 설명은 생략한다.Here, among the components related to the hydrogen liquefaction system according to the second embodiment of the present invention, the components having the same or similar operational effects as those of the above-described first embodiment use the same reference numerals as those of the first embodiment, and Repetitive and detailed descriptions will be omitted.
도 4를 참조하여 본 발명의 제2실시 예에 따른 수소 액화시스템의 주요 작용 및 작동원리를 설명하면 다음과 같다.The main action and operating principle of the hydrogen liquefaction system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 .
먼저, 별도의 제어부로부터 통제를 받는 제1밸브(11)와 제3밸브(42) 및 제4밸브(54)의 개방 작동에 따라 외부의 기체수소는 유입관(10)을 통해 시스템으로 유입되어 1차 극저온 냉동기(20)를 통과하면서 1차적으로 냉각되고, 이어서 2차 극저온 냉동기(30)를 통과하면서 액화 온도까지 냉각되어 액화된 상태로 1차 저장탱크(40)에 채워지다가 일정 수위에 도달하면, 연결관(41)을 통해 2차 저장탱크(50)로 흘러들어 채워지게 된다.First, according to the opening operation of the
이때, 유입관(10)으로부터 1차 극저온 냉동기(20)로 흘러들어가는 기체수소의 유량은 2차 저장탱크(50)에 설치되어 있는 제1압력계(51)의 측정값에 따라 적절히 조절할 수 있다.At this time, the flow rate of gaseous hydrogen flowing into the primary
이 상태에서 2차 저장탱크(50) 내의 액화수소를 외부의 수소연료탱크(F)로 충전하는 모드를 동시에 수행할 경우, 제1밸브(11)와 제3밸브(42) 및 제4밸브(54)를 닫고, 제2밸브(16)와 제5밸브(61) 및 제6밸브(13)를 열면, 2차 저장탱크(50) 내의 액체수소는 주입관(60)을 통해 수소연료전지차 등 외부의 수소충전탱크(F)에 주입된다.In this state, when the mode of charging the liquefied hydrogen in the
충전 완료 이후에는 위에서 언급한 밸브들의 개폐를 반대로 조작하여 다시 액화모드로 변경 할 수 있다.After charging is complete, the above-mentioned valves can be switched to liquefaction mode by reversely operating the opening and closing.
즉, 1차 저장탱크(40)에서 2차 저장탱크(50)로 이송된 액체수소는 압력차로 인해 수소충전탱크(F)에 주입되는 방식으로 충전이 이루어짐으로써 종래와 달리 원활한 충전을 위해 고압의 수소 가스를 재차 압축하여 승압시키는 과정이나 설비를 생략할 수 있는 장점이 있다.That is, the liquid hydrogen transferred from the
아울러 2차 저장탱크(50) 내의 액화수소를 외부의 수소연료탱크(F)로 충전하는 과정 중 발생되는 자연기화가스(Boil Off Gas)는 가스압축기 등의 별도장비 없이도 제1BOG회수관(15)을 통해 시스템으로 회수되어 1차 극저온 냉동기(20)와 2차 극저온 냉동기(30)를 순차적으로 통과하면서 재액화된 상태로 1차 저장탱크(40)에 저장된다.In addition, the natural vaporization gas (Boil Off Gas) generated during the process of charging the liquefied hydrogen in the
즉, 외부의 수소연료탱크(F)에서 기화된 기체수소는 제1BOG회수관(15)을 통해 흡입되어 1차 극저온 냉동기(20)를 통과하면서 1차적으로 냉각되고, 이어서 2차 극저온 냉동기(30)를 통과하면서 액화 온도까지 냉각되어 재액화된 상태로 1차 저장탱크(40)에 채워지다가 수소연료탱크(F)에 액체수소를 충전하는 과정이 종료되면, 연결관(41)의 제3밸브(42)의 개방에 따라 2차 저장탱크(50)에 채워지게 된다.That is, gaseous hydrogen vaporized in the external hydrogen fuel tank (F) is sucked through the first BOG recovery pipe (15) and is primarily cooled while passing through the primary cryogenic refrigerator (20), and then the secondary cryogenic refrigerator (30) ) is cooled to the liquefaction temperature and filled in the
이때, 제1BOG회수관(15)으로부터 1차 극저온 냉동기(20)로 압송되어 가는 기체수소의 유량은 제2밸브(16)의 개폐에 따라 효율적으로 조절할 수 있다.At this time, the flow rate of gaseous hydrogen being pressurized from the first
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시 예에 따른 수소 액화시스템은 크게 유입관(10), 제1BOG회수관(15), 1차 극저온 냉동기(20), 2차 극저온 냉동기(30), 1차 저장탱크(40), 2차 저장탱크(50), 주입관(60), 콜드박스(70) 및 히터(80)를 포함하고 있다.As shown in FIG. 5, the hydrogen liquefaction system according to the third embodiment of the present invention is largely an
특히 히터(80)는 2차 저장탱크(50) 내의 액체수소를 외부의 수소연료탱크(F)에 충전 시 그 압력의 저하를 방지하기 위해 일정한 압력으로 가압하여 승압시키도록 2차 저장탱크(50) 표면의 어느 한 부분에 설치되어 있다.In particular, the
즉, 2차 저장탱크(50) 안의 압력과 수소충전탱크(F) 안의 압력은 차이가 발생하게 되고, 이에 의해 2차 저장탱크(50) 내의 액체수소가 수소충전탱크(F)에 자연스럽게 주입되는데, 이때 히터(80)의 가열 작용으로 2차 저장탱크(50) 내의 액체수소를 압축하여 승압시키므로 외부의 수소연료탱크(F)에 원활하게 충전할 수 있다.That is, a difference occurs between the pressure in the
여기서 본 발명의 제3실시 예에 따른 수소 액화시스템과 관련한 구성요소 중 상술한 제1실시 예와 동일 또는 유사한 작용효과를 갖는 구성요소는 상술한 제1실시 예와 동일한 참조부호를 사용하며, 그에 대한 반복적이고 구체적인 설명은 생략한다.Here, among the components related to the hydrogen liquefaction system according to the third embodiment of the present invention, the components having the same or similar operational effects as those of the above-described first embodiment use the same reference numerals as those of the first embodiment, and Repetitive and detailed descriptions of these will be omitted.
한편, 본 발명은 상술한 실시 예(embodiment) 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지로 다양하게 변형하고 응용할 수 있음은 물론이고 각 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경하여 폭넓게 적용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하다.On the other hand, the present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings, and can be variously modified and applied in various ways not illustrated within the scope without departing from the technical spirit of the present invention, as well as each It is clear to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that it can be widely applied by changing the component substitution and other equivalent embodiments.
그러므로 본 발명의 기술적 특징을 변형하고 응용하는 것에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.Therefore, the contents related to the modification and application of the technical features of the present invention should be interpreted as being included within the technical spirit and scope of the present invention.
10: 유입관 11: 제1밸브
12: 가압관 13: 제6밸브
15: 제1BOG회수관 16: 제2밸브
20: 1차 극저온 냉동기 30: 2차 극저온 냉동기
40: 1차 저장탱크 41: 연결관
42: 제3밸브 43: 제2압력계
44: 제1압력제어밸브 45: 제1배출관
50: 2차 저장탱크 51: 제1압력계
52: 제2압력제어밸브 53: 제2배출관
54: 제4밸브 55: 제2BOG회수관
60: 주입관 61: 제5밸브
70: 콜드박스 80: 히터
F: 수소연료탱크10: inlet pipe 11: first valve
12: pressure pipe 13: 6th valve
15: 1st BOG return pipe 16: 2nd valve
20: 1st cryogenic freezer 30: 2nd cryogenic freezer
40: primary storage tank 41: connector
42: third valve 43: second pressure gauge
44: first pressure control valve 45: first discharge pipe
50: secondary storage tank 51: first pressure gauge
52: second pressure control valve 53: second discharge pipe
54: 4th valve 55: 2nd BOG return pipe
60: injection pipe 61: fifth valve
70: cold box 80: heater
F: hydrogen fuel tank
Claims (9)
상기 유입관(10)을 통해 기체수소를 공급받아 1차로 냉각하는 적어도 하나 이상의 1차 극저온 냉동기(20);
상기 1차 극저온 냉동기(20)에서 1차로 냉각된 기체수소를 액화 온도까지 냉각하여 액화시키기 위해 상기 1차 극저온 냉동기(20)와 나란히 배치된 적어도 하나 이상의 2차 극저온 냉동기(30);
상기 2차 극저온 냉동기(30)를 통해 액화된 액체수소를 1차로 저장하는 1차 저장탱크(40);
상기 1차 저장탱크(40)로부터 액체수소를 공급받아 2차로 저장하는 2차 저장탱크(50);
상기 2차 저장탱크(50)의 액체수소를 압력차에 의해 상기 수소연료탱크(F)에 충전하기 위해 상기 2차 저장탱크(50)에 연결된 주입관(60); 및
상기 1차 극저온 냉동기(20), 상기 2차 극저온 냉동기(30), 상기 1차 및 2차 저장탱크(40)(50)를 내장하여 극저온 상태로 유지시켜 주는 콜드박스(70);
를 포함하는 수소 액화시스템.
an inlet pipe 10 for receiving external gaseous hydrogen;
At least one primary cryogenic refrigerator 20 for receiving gaseous hydrogen through the inlet pipe 10 and cooling the primary;
At least one secondary cryogenic freezer 30 arranged side by side with the first cryogenic freezer 20 to cool and liquefy gaseous hydrogen firstly cooled in the first cryogenic freezer 20 to a liquefaction temperature;
a primary storage tank 40 for primarily storing liquid hydrogen liquefied through the secondary cryogenic freezer 30;
a secondary storage tank 50 for receiving liquid hydrogen from the primary storage tank 40 and storing it secondary;
an injection pipe (60) connected to the secondary storage tank (50) to fill the hydrogen fuel tank (F) with liquid hydrogen in the secondary storage tank (50) by a pressure difference; and
The first cryogenic freezer 20, the second cryogenic freezer 30, the first and second storage tanks 40 and 50 built-in a cold box 70 for maintaining the cryogenic state;
A hydrogen liquefaction system comprising a.
외부의 수소연료탱크(F)에 액체수소를 충전하는 과정 중 기화된 기체수소를 회수하는 제1BOG회수관(15);
상기 유입관(10)과 상기 제1BOG회수관(15) 중 어느 하나를 통해 기체수소를 공급받아 1차로 냉각하는 적어도 하나 이상의 1차 극저온 냉동기(20);
상기 1차 극저온 냉동기(20)에서 1차로 냉각된 기체수소를 액화 온도까지 냉각하여 액화시키기 위해 상기 1차 극저온 냉동기(20)와 나란히 배치된 적어도 하나 이상의 2차 극저온 냉동기(30);
상기 2차 극저온 냉동기(30)를 통해 액화된 액체수소를 1차로 저장하는 1차 저장탱크(40);
상기 1차 저장탱크(40)로부터 액체수소를 공급받아 2차로 저장하는 2차 저장탱크(50);
상기 2차 저장탱크(50)의 액체수소를 압력차에 의해 상기 수소연료탱크(F)에 충전하기 위해 상기 2차 저장탱크(50)에 연결된 주입관(60); 및
상기 1차 극저온 냉동기(20), 상기 2차 극저온 냉동기(30), 상기 1차 및 2차 저장탱크(40)(50)를 내장하여 극저온 상태로 유지시켜 주는 콜드박스(70);
를 포함하는 수소 액화시스템.
an inlet pipe 10 for receiving external gaseous hydrogen;
a first BOG recovery pipe (15) for recovering gaseous hydrogen vaporized during the process of filling liquid hydrogen in the external hydrogen fuel tank (F);
at least one primary cryogenic refrigerator 20 for receiving gaseous hydrogen through any one of the inlet pipe 10 and the first BOG recovery pipe 15 and cooling the first;
At least one secondary cryogenic freezer 30 arranged side by side with the first cryogenic freezer 20 to cool and liquefy gaseous hydrogen firstly cooled in the first cryogenic freezer 20 to a liquefaction temperature;
a primary storage tank 40 for primarily storing liquid hydrogen liquefied through the secondary cryogenic freezer 30;
a secondary storage tank 50 for receiving liquid hydrogen from the primary storage tank 40 and storing it secondary;
an injection pipe (60) connected to the secondary storage tank (50) to fill the hydrogen fuel tank (F) with liquid hydrogen in the secondary storage tank (50) by a pressure difference; and
The first cryogenic freezer 20, the second cryogenic freezer 30, the first and second storage tanks 40 and 50 built-in a cold box 70 for maintaining the cryogenic state;
A hydrogen liquefaction system comprising a.
상기 제1BOG회수관(15)의 관로 중간에 설치되어 기체가스의 유량 및 압력을 제어하는 제2밸브(16);
상기 1차 저장탱크(40)와 상기 2차 저장탱크(50)를 통하도록 연결하여 상기 1차 저장탱크(40) 내의 액체수소를 상기 2차 저장탱크(50)로 보내는 연결관(41);
상기 연결관(41)의 관로 중간에 설치되어 액체가스의 유량 및 압력을 제어하는 제3밸브(42);
를 더 포함하는 수소 액화시스템.
3. The method of claim 2,
a second valve (16) installed in the middle of the pipeline of the first BOG return pipe (15) to control the flow rate and pressure of gaseous gas;
a connection pipe 41 that connects the primary storage tank 40 and the secondary storage tank 50 through the first storage tank 40 and sends the liquid hydrogen in the primary storage tank 40 to the secondary storage tank 50;
a third valve 42 installed in the middle of the connecting pipe 41 to control the flow rate and pressure of the liquid gas;
Hydrogen liquefaction system further comprising a.
상기 유입관(10)의 관로 중간에 설치되어 기체가스의 유량 및 압력을 제어하는 제1밸브(11);
상기 1차 저장탱크(40)와 상기 2차 저장탱크(50)를 통하도록 연결하여 상기 1차 저장탱크(40) 내의 액체수소를 상기 2차 저장탱크(50)로 보내는 연결관(41);
상기 연결관(41)의 관로 중간에 설치되어 액체가스의 유량 및 압력을 제어하는 제3밸브(42); 및
상기 유입관(10)을 통해 회수되는 기체수소의 유량 및 압력을 상기 제1밸브(11)로 제어하기 위해 상기 2차 저장탱크(50) 내 액체수소의 압력을 측정하는 제1압력계(51);
를 더 포함하는 수소 액화시스템.
3. The method of claim 1 or 2,
a first valve 11 installed in the middle of the inlet pipe 10 to control the flow rate and pressure of gaseous gas;
a connection pipe 41 that connects the primary storage tank 40 and the secondary storage tank 50 through the first storage tank 40 and sends the liquid hydrogen in the primary storage tank 40 to the secondary storage tank 50;
a third valve 42 installed in the middle of the connecting pipe 41 to control the flow rate and pressure of the liquid gas; and
A first pressure gauge 51 for measuring the pressure of liquid hydrogen in the secondary storage tank 50 to control the flow rate and pressure of gaseous hydrogen recovered through the inlet pipe 10 with the first valve 11 ;
Hydrogen liquefaction system further comprising a.
상기 주입관(60)의 관로 중간에 설치되어 액체가스의 유량 및 압력을 제어하는 제5밸브(61); 및
상기 주입관(60)을 통해 공급되는 액체수소의 유량 및 압력을 상기 제5밸브(61)로 제어하기 위해 상기 1차 저장탱크(40) 내 액체수소의 압력을 측정하는 제2압력계(43);
를 더 포함하는 수소 액화시스템.
3. The method of claim 1 or 2,
a fifth valve 61 installed in the middle of the injection pipe 60 to control the flow rate and pressure of the liquid gas; and
A second pressure gauge 43 measuring the pressure of liquid hydrogen in the primary storage tank 40 in order to control the flow rate and pressure of the liquid hydrogen supplied through the injection pipe 60 with the fifth valve 61 . ;
Hydrogen liquefaction system further comprising a.
상기 유입관(10)과 상기 2차 저장탱크(50)를 통하도록 연결하고, 상기 유입관(10)을 통해 공급받는 기체수소를 상기 2차 저장탱크(50)에 주입시켜 상기 수소연료탱크(F)에 액체수소를 충전 시 압력을 가압하는 가압관(12); 및
상기 가압관(12)의 관로 중간에 설치되어 기체가스의 유량 및 압력을 제어하는 제6밸브(13);
를 더 포함하는 수소 액화시스템.
3. The method of claim 1 or 2,
The inlet pipe 10 and the secondary storage tank 50 are connected through, and gaseous hydrogen supplied through the inlet pipe 10 is injected into the secondary storage tank 50 to the hydrogen fuel tank ( F) a pressure tube 12 that pressurizes the pressure when filling liquid hydrogen; and
a sixth valve 13 installed in the middle of the conduit of the pressure pipe 12 to control the flow rate and pressure of gaseous gas;
Hydrogen liquefaction system further comprising a.
상기 1차 저장탱크(40) 내에서 외부의 열 침입으로 인해 발생하는 증발손실 기체수소를 제1압력제어밸브(44)가 설치된 제1배출관(45)을 통해 외부로 배출하여 상기 제1압력제어밸브(44)의 허용 압력 이하로 상기 1차 저장탱크(40) 내의 압력을 유지시키며,
상기 2차 저장탱크(50) 내에서 외부의 열 침입으로 인해 발생하는 증발손실 기체수소를 제2압력제어밸브(52)가 설치된 제2배출관(53)을 통해 외부로 배출하여 상기 제2압력제어밸브(52)의 허용 압력 이하로 상기 2차 저장탱크(50) 내의 압력을 유지시키는 것을 특징으로 하는 수소 액화시스템.
3. The method of claim 1 or 2,
Evaporation loss gas hydrogen generated due to external heat intrusion in the primary storage tank 40 is discharged to the outside through the first discharge pipe 45 in which the first pressure control valve 44 is installed to control the first pressure Maintaining the pressure in the primary storage tank 40 below the allowable pressure of the valve 44,
The second pressure control is performed by discharging the gaseous hydrogen which is evaporated lost due to the intrusion of external heat in the secondary storage tank 50 to the outside through the second discharge pipe 53 in which the second pressure control valve 52 is installed. Hydrogen liquefaction system, characterized in that maintaining the pressure in the secondary storage tank (50) below the allowable pressure of the valve (52).
상기 1차 저장탱크(40)와 상기 2차 저장탱크(50)를 연결하되 제6밸브(52)가 설치된 제2BOG회수관(55);
을 더 포함하며,
상기 2차 저장탱크(50)는 높이가 상기 1차 저장탱크(40)의 높이보다 낮게 형성되고, 상기 2차 저장탱크(50) 내에서 발생되는 자연기화가스(Boil Off Gas)는 상기 제2BOG회수관(55)을 통해 상기 1차 저장탱크(40)로 이송하여 압력 평형을 유지시키는 것을 특징으로 하는 수소 액화시스템.
3. The method of claim 1 or 2,
a second BOG return pipe (55) connecting the primary storage tank (40) and the secondary storage tank (50) to which a sixth valve (52) is installed;
further comprising,
The secondary storage tank 50 is formed to have a height lower than the height of the primary storage tank 40, and the naturally vaporized gas (Boil Off Gas) generated in the secondary storage tank 50 is the second BOG. Hydrogen liquefaction system, characterized in that it is transferred to the primary storage tank (40) through a recovery pipe (55) to maintain pressure equilibrium.
상기 2차 저장탱크(50)의 하부에 설치되고, 상기 수소연료탱크(F)에 액체수소를 충전 시 그 압력의 저하를 방지하기 위해 일정한 압력으로 가압하여 승압시키는 히터(80);
를 더 포함하는 수소 액화시스템.
3. The method of claim 1 or 2,
a heater 80 installed in the lower part of the secondary storage tank 50 and pressurized to a constant pressure to increase the pressure in order to prevent a decrease in the pressure when the liquid hydrogen is filled in the hydrogen fuel tank (F);
Hydrogen liquefaction system further comprising a.
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| KR1020200038825A KR20210122390A (en) | 2020-03-31 | 2020-03-31 | Hydrogen liquefaction system |
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- 2020-03-31 KR KR1020200038825A patent/KR20210122390A/en not_active Application Discontinuation
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