KR20220026633A - 액체수소 플랜트 - Google Patents

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KR20220026633A
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박성제
추상윤
김종우
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Abstract

본 발명은 액체수소 플랜트에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 액체수소 플랜트는 액체수소를 공급받아 저장하며 기체수소로 변환하여 수요처로 공급하는 액체수소 플랜트에 있어서, 액체수소를 공급받아 저장하는 액체수소 저장탱크, 상기 액체수소 저장탱크에 저장되어 있는 액체수소를 가압하여 토출시키는 액체수소 고압펌프, 상기 액체수소 고압펌프로부터 토출된 고압의 액체수소의 냉열과 외부로부터 공급되는 기체수소를 열교환시켜 공급된 기체수소를 냉각시키는 제 1 열교환기, 상기 제 1 열교환기에 기체수소를 공급하기에 앞서 기체수소를 가압하는 기체수소 압축기 및 상기 제 1 열교환기에 공급되어 냉각된 기체수소를 감압 팽창시켜 액화시키는 팽창밸브를 포함하고, 상기 팽창밸브에 의해 액화된 액체수소는 액체수소 저장탱크에 저장되는 것을 특징으로 한다.

Description

액체수소 플랜트{LIQUID HYDROGEN PLANT}
본 발명은 액체수소 플랜트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액체수소 터미널에 저장된 액체수소를 상온 고압의 기체수소로 변환하여 연료전지 발전소, 수소 충전소, 상업지구, 주거단지 등의 수요처로 공급하고 발생하는 냉열을 이용하여 수소를 액화하는 액체수소 플랜트에 관한 것이다.
기존 화석 연료가 가지고 있는 환경 오염 등의 문제를 해결하기 위해, 자동차, 발전소, 난방 등의 에너지원으로 수소가 널리 사용될 것으로 전망된다.
향후 수소의 공급은 LNG와 마찬가지로 액체수소 터미널에 액체수소 상태로 저장되었다가 수소 공급망(파이프)을 통해 상온 고압의 기체 상태로 연료전지 발전소, 수소 충전소, 상업지구, 주거단지 등의 수요처로 공급될 것으로 전망된다.
액체수소 터미널의 액체수소는 재생에너지가 풍부한 해외에서 대부분 생산되어 공급될 것으로 예상된다. 한편, 국내에서도 정유공정, 납사 분해, 천연가스 개질 등으로 연간 백만톤 이상의 수소가 생산되고 있으며 향후 재생에너지를 활용한 수소 생산으로 국내 수소 생산량은 꾸준하게 증가할 것으로 전망된다.
국내에서 생산되는 수소는 기체 상태로 고압 저장되어 파이프 라인을 통해 공급되고 있다. 하지만, 수소의 대규모 저장 및 활용 측면에서 기체 상태보다는 상압에서 밀도가 880배 높은 액체 상태로 수소를 저장 및 운송하는 것이 경쟁력이 있기 때문에 액체수소 중심의 수소 공급체계를 갖추는 것이 바람직하다.
단, 수소 액화에는 많은 에너지가 소모되기 때문에 전체 액체수소 공급인프라에서 수소 액화와 기화 사이에 효율적인 에너지 활용이 필요하다.
일본등록특허 제5658201호
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 액체수소 터미널에서 액체수소를 고압 상온의 기체수소로 변환하는 과정에서 발생하는 냉열을 이용하여 기체수소의 액화에 활용하여 수소 액화 및 기화에 필요한 에너지의 소모를 최소화할 수 있는 액체수소 플랜트를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 액체수소를 공급받아 저장하며 기체수소로 변환하여 수요처로 공급하는 액체수소 플랜트에 있어서, 액체수소를 공급받아 저장하는 액체수소 저장탱크; 상기 액체수소 저장탱크에 저장되어 있는 액체수소를 가압하여 토출시키는 액체수소 고압펌프; 상기 액체수소 고압펌프로부터 토출된 고압의 액체수소의 냉열과 외부로부터 공급되는 기체수소를 열교환시켜 공급된 기체수소를 냉각시키는 제 1 열교환기; 상기 제 1 열교환기에 기체수소를 공급하기에 앞서 기체수소를 가압하는 기체수소 압축기; 및 상기 제 1 열교환기에 공급되어 냉각된 기체수소를 감압 팽창시켜 액화시키는 팽창밸브를 포함하고, 상기 팽창밸브에 의해 액화된 액체수소는 액체수소 저장탱크에 저장되는 액체수소 플랜트에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 외부의 열유입에 의해 상기 액체수소 저장탱크 내에서 발생한 증발가스를 공급받아 압축하는 증발가스 압축기; 및 상기 액체수소 고압펌프와 상기 제 1 열교환기 사이의 제 1 라인에서 분기하는 제 2 라인을 통해 상기 액체수소 고압펌프로부터 토출되는 액체수소의 일부를 공급받아 액체수소의 냉열로 상기 증발가스 압축기로부터 압축된 증발가스를 응축시키는 증발가스 재응축기를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 2 라인을 통해 상기 증발가스 재응축기에 공급된 액체수소와 상기 증발가스 재응축기에서 응축된 액체수소는 상기 증발가스 재응축기와 상기 제 1 라인을 연결하는 제 3 라인을 통해 상기 제 1 라인에 합류될 수 있다.
여기서, 상기 제 2 라인의 분기점과 상기 제 3 라인의 합류점 사이의 상기 제 1 라인을 따라 유동하는 액체수소와 상기 제 1 열교환기와 상기 팽창밸브 사이의 제 4 라인을 따라 유동하는 상기 제 1 열교환기에서 냉각된 기체수소 사이에 열교환을 수행하는 제 2 열교환기를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제 2 라인의 분기점과 상기 제 3 라인의 합류점 사이의 상기 제 1 라인에 형성되는 밸브를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 액체공기 저장탱크와 상기 팽창밸브 사이에 형성되는 기액분리기를 더 포함하고, 상기 기액분리기에서 분리된 액체수소는 상기 액체공기 저장탱크로 공급되고, 상기 기액분리기에서 분리된 기체수소는 상기 증발가스 압축기 및 상기 증발가스 재응축기를 통해 상기 증발가스와 함께 처리될 수 있다.
또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 액체수소를 공급받아 저장하며 기체수소로 변환하여 수요처로 공급하는 액체수소 플랜트에 있어서, 액체수소를 공급받아 저장하는 액체수소 저장탱크; 상기 액체수소 저장탱크에 저장되어 있는 액체수소를 가압하여 토출시키는 액체수소 고압펌프; 상기 액체수소 고압펌프로부터 토출된 고압의 액체수소의 냉열을 저장시키고, 저장된 냉열을 이용하여 외부로부터 공급되는 기체수소를 냉각시키는 냉열저장장치; 상기 냉열저장장치에 기체수소를 공급하기에 앞서 기체수소를 가압하는 기체수소 압축기; 및 상기 냉열저장장치에 공급되어 냉각된 기체수소를 감압 팽창시켜 액화시키는 팽창밸브를 포함하고, 상기 팽창밸브에 의해 액화된 액체수소는 액체수소 저장탱크에 저장되는 액체수소 플랜트에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 냉열저장장치와 병렬로 배치되어, 상기 액체수소 고압펌프로부터 토출된 고압의 액체수소의 냉열과 외부로부터 공급되는 기체수소를 열교환시켜 공급된 기체수소를 냉각시키는 제 1 열교환기를 더 포함하는데, 외부로부터 공급되는 기체수소는 상기 제 1 열교환기 또는 상기 냉열저장장치로 공급되어, 상기 팽창밸브를 통해 액화될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 액체수소 플랜트에 따르면 액체수소 터미널에서 수요처로 액체수소를 기화시켜 공급하는데 소모되는 에너지를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 액체수소 터미널에서 수소 공급시 발생하는 냉열을 기체수소의 액화에 활용하여 수소 액화에 소모되는 에너지를 최소화할 수 있다는 장점도 있다.
또한, 액체수소의 기화시 발생하는 냉열을 냉열저장장치에 미리 저장시켜 액체수소가 기화되어 수요처로 공급되지 않는 경우에도 기체수소의 지속적인 액화가 가능하다는 장점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체수소 플랜트의 구성도이다.
도 2는 도 1의 변형례이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 액체수소 플랜트의 구성도이다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 액체수소 플랜트를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체수소 플랜트의 구성도이고, 도 2는 도 1의 변형례이다.
본 발명에 따른 액체수소 플랜트는 선박 등을 통해 해외에서 공급되는 대용량의 액체수소를 저장하여 수소 공급망을 통해 연료전지 발전소, 수소 충전소, 상업지구, 주거단지 등의 수요처에 수소를 공급하는 대규모 수소 공급망에 관한 것으로, 대용량의 액체수소를 공급받아 저장할 수 있도록 해안가 등에 형성될 수 있는데 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 후술하는 바와 같이 본 발명에서는 정유공정, 납사 분해, 천연가스 개질 등의 방법으로 생산되는 기체수소를 액화시켜 액체수소로 저장하기도 하는데, 본 발명에 따른 액체수소 플랜트는 기체수소를 생성하는 공장에 인접한 곳에 위치할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액체수소 플랜트는 액체수소 저장탱크(110), 액체수소 고압펌프(120), 제 1 열교환기(130), 기체수소 압축기(140), 및 팽창밸브(150)를 포함할 수 있다. 또한, 증발가스 압축기(180), 증발가스 재응축기(190), 및 제 2 열교환기(160)를 더 포함할 수 있다.
액체수소 저장탱크(110)는 극저온(-253℃)으로 액화된 액체수소를 저장한다. 액체수소 저장탱크는(110)는 선박 등으로 해외로부터 액체수소를 직접 공급받아 저장할 수 있고, 정유공정, 납사 분해, 천연가스 개질 등의 과정에서 생산되는 기체수소를 액화시켜 저장할 수 있다.
본 발명에서 액체수소 저장탱크(110)는 수소 공급망을 통해 연료전지 발전소, 수소 충전소, 상업지구, 주거단지 등의 수요처로 수소를 공급하기 위하여 대용량의 액체수소를 저장하는 것으로서, 상기 액체수소 저장탱크(110)는 복수 개 배치될 수 있다.
액체수소 저장탱크(110)는 액체수소가 액체 상태를 유지할 수 있도록 단열 처리된 저장탱크로 형성될 수 있다. 액체수소 저장탱크(110)는 액체수소가 액체 상태를 유지하도록 단열 처리됨에도 불구하고 외부로부터의 열유입에 의해 저장된 액체수소의 일부가 기화되어 증발가스(Boil-Off Gas)가 발생할 수 있다. 증발가스는 액체수소 저장탱크(110) 내의 압력을 높이는 요소이기 때문에 처리되어야 한다. 이에, 본 발명에서는 발생된 증발가스를 증발가스 압축기(180) 및 증발가스 재응축기(190)에 의해 다시 액화시키고, 액체수소 저장탱크(110)에서 토출되어 기화되기 전의 액체수소와 합류시켜 함께 처리되어 수요처로 공급되도록 한다. 이에 관한 상세 구성은 후술하기로 한다.
액체수소 고압펌프(120)는 액체수소 저장탱크(110)에 저장되어 있는 액체수소를 10 - 70 bar 정도의 압력으로 가압시켜 토출시킨다.
제 1 열교환기(130)는 액체수소 고압펌프(120)로부터 토출된 고압의 액체수소의 냉열과 외부로부터 생산되어 유입되는 상온의 기체수소와 열교환을 수행한다. 열교환에 의해 제 1 열교환기(130)에 유입되는 기체수소를 액체수소의 온도에 근접하는 온도로 냉각시킬 수가 있다. 냉각된 기체수소는 팽창밸브(150)에서 감압 팽창되어 액화될 수 있다. 이와 같이, 본 발명에서는 액체수소 저장탱크(110)로부터 수요처로 수소를 공급하는 과정에서 발생하는 냉열을 기체수소의 액화에 활용함으로써 기체수소의 액화에 소모되는 에너지 양을 최소화할 수 있다.
반면에, 냉열을 잃은 액체수소는 기화되어 상온 고압의 기체수소로 수요처에 공급될 수 있다. 제 1 열교환기(130)에서 별도의 열에너지 공급 없이 기체수소와의 열교환에 의해 액체수소를 기화시킬 수가 있으므로, 기화를 위한 에너지 공급을 최소화할 수 있다.
기체수소 압축기(140)는 제 1 열교환기(130)에 기체수소가 유입되기에 앞서 액화를 위해 기체수소를 가압시킨다.
팽창밸브(150)는 제 1 열교환기(130)에서 액체수소의 냉열에 의해 냉각된 기체수소를 감압 팽창시켜 액화시킨다. 팽창밸브(150)에서 액화된 액체수소는 액체수소 저장탱크(110)에 저장될 수 있다.
팽창밸브(150)와 액체공기 저장탱크 사이에는 기액분리기(170)가 배치될 수 있다. 팽창밸브(150)에서 액화된 기체수소와 일부 액화되지 않는 기체수소를 분리시켜, 분리된 액체수소는 액체수소 저장탱크(110)에 공급하여 저장시킨다. 또한, 기액분리기(170)에서 분리된 기체수소는 증발가스와 마찬가지로 증발가스 압축기(180) 및 증발가스 재응축기(190)에 의해 액화시키고 액체수소 저장탱크(110)로부터 액체수소 고압펌프(120)에 의해 토출된 액체수소와 합류시켜 함께 수요처로 공급되도록 한다.
증발가스 압축기(180)는 외부의 열유입에 의해 액체수소 저장탱크(110) 내에서 기화된 증발가스를 공급받아 압축시키고 압축된 증발가스를 증발가스 재응축기(190)로 공급한다. 또한, 증발가스 압축기(180)는 기액분리기(170)에서 액화되지 않은 기체수소를 공급받아 압축시켜 증발가스 재응축기(190)로 공급시킬 수도 있다.
증발가스 재응축기(190)는 증발가스 압축기(180)로부터 유입된 고압의 기체수소를 냉각시켜 액체수소로 재응축시킨다. 이때, 액체수소 고압펌프(120)와 제 1 열교환기(130) 사이에 액체수소가 이동하는 제 1 라인(201)으로부터 분기하여 증발가스 압축기(180)와 연결되는 제 2 라인(202)을 통해 액체수소 고압펌프(120)로부터 토출되는 액체수소의 일부를 증발가스 재응축기(190)로 유입시켜 냉열로 활용하여 기체수소를 응축시킬 수가 있다. 제 2 라인(202) 상에는 증발가스 재응축기(190)로 공급되는 액체수소의 유량을 조절하는 밸브(194)가 형성될 수가 있다.
증발가스 재응축기(190)에서 응축되어 생성된 액체수소와 냉열 제공을 위해 제 2 라인(202)을 통해 공급된 액체수소는 증발가스 재응축기(190)와 제 1 라인(201)을 연결하는 제 3 라인(203)을 통해 제 1 라인(201)에 합류되어 함께 처리될 수 있다.
이때, 제 2 라인(202)의 분기점과 제 3 라인(203)의 합류점 사이에는 제 2 열교환기(160)가 배치될 수 있다. 제 2 열교환기(160)에서는 액체수소 저장탱크(110)에서 토출되어 제 1 라인(201)을 따라 유동하는 액체수소와 제 1 열교환기(130)와 팽창밸브(150) 사이의 제 4 라인(204)을 따라 유동하는 기체수소 사이에 열교환을 수행한다.
증발가스 재응축기(190)에서 응축 과정에서 응축열이 발생하여 액체수소의 온도가 상승할 수가 있는데, 제 2 열교환기(160)에서의 열교환에 의해 제 1 라인(201)을 따라 유동하는 액체수소의 온도도 상승시킬 수가 있어서, 제 1 라인(201)과 제 3 라인(203)의 합류점에서 두 라인(201, 203)을 통해 유입되는 액체수소의 온도를 같거나 유사하게 제어할 수가 있다. 합류점에서 액체수소의 온도차가 있는 경우에 혼합시에 엑서지 손실이 발생할 수가 있는데, 본 발명에서는 합류점에서 두 라인(201, 203)을 통해 유입되는 액체수소의 온도를 같거나 유사하게 제어할 수가 있어서 온도차에 의한 엑서지 손실을 최소화할 수가 있다. 또한 제 2 열교환기(160)에서의 열교환에 의해서 제 4 라인(204)을 따라 유동하는 기체수소의 팽창 전 온도를 낮출 수 있어서 공급된 수소기체 대비 액체수소 생산량을 증가시킬 수 있다.
도 2는 도 1의 변형례를 도시하는데, 도 1에서 제 2 열교환기(160) 대신에 제 2 라인(202)의 분기점과 제 3 라인(203)의 합류점 사이의 제 1 라인(201) 상에 밸브(165)가 형성될 수 있다. 밸브(165)의 개폐량 제어에 의해 밸브(165) 후단의 합류점에서의 압력을 강하시킬 수가 있어서, 증발가스 재응축기(190)에서 토출되는 액체수소를 제 3 라인(203)을 통해 제 1 라인(201)에 자연 합류시킬 수가 있다.
도시되어 있는 것과 같이 제 1 열교환기(130)와 병렬로 액체수소 기화기(135)가 추가로 구성될 수 있다. 액체수소 기화기(135)는 제 1 라인(201)에서 분기하여 액체수소에 열 에너지를 공급하여 액체수소를 기화시켜 수요처로 공급시킨다. 전술한 바와 같이 제 1 열교환기(130)에서 기체수소와의 열교환에 의해 액체수소를 기화시킬 수가 있는데, 제 1 열교환기(130)에서 기화 처리되지 못하는 액체수소는 액체수소 기화기(135)에서 별도로 기화시켜 기체수소를 수요처로 공급시키도록 한다. 제 1 라인(201)에서 분기하는 제 5 라인(205) 상에 액체수소 기화기(135)가 제 1 열교환기(130)가 병렬로 배치될 수가 있는데, 밸브(192)를 통해 제 1 열교환기(130)에 유입되는 액체수소의 양을 제어함에 따라서 액체수소 기화기(135)로 유입되는 액체수소의 양을 제어할 수가 있다.
이와 같이 본 발명에서는 액체수소 저장탱크(110)로부터 각 수요처로 기체수소를 공급하는 과정에서 발생하는 액체수소의 냉열을 별도 생산된 기체수소를 액화시키는데 활용함으로써 액체수소 공급 인프라의 효율을 향상시킬 수가 있다.
이하, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 액체수소 플랜트에 관하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 액체수소 플랜트의 구성도이다.
이하의 설명에서는 도 1을 참조로 전술한 실시예와 비교하여 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
본 실시예에서는 제 1 열교환기(130)와 액체수소 기화기(135)와 함께 병렬로 배치되는 냉열저장장치(138)를 더 포함할 수 있다. 이때, 액체수소 기화기(135) 또는 제 1 열교환기(130)는 냉열저장장치(138)와 함께 배치되거나 생략될 수도 있다.
제 1 라인(201)으로부터 분기하는 제 6 라인(206) 상에 냉열저장장치(138)가 형성될 수 있다. 냉열저장장치(138)는 액체수소 고압펌프(120)로부터 토출된 액체수소가 통과할 때 액체수소의 냉열을 냉열저장매체에 저장한다. 냉열저장장치(138)에서 냉열을 잃은 액체수소는 기화되어 각 수요처로 공급될 수 있다.
외부로부터 생산된 기체수소는 기체수소 압축기(140)에서 압축되어 냉열저장장치(138)에 공급되는데, 냉열저장장치(138)에 저장되어 있던 냉열을 이용하여 공급되는 기체수소를 액체수소의 온도에 근접하는 온도로 냉각시킬 수가 있다. 냉열저장장치(138)에서 냉각된 기체수소는 팽창밸브(150)에서 감압 팽창되어 액화되어 액체수소 저장탱크(110)에 저장될 수 있다.
본 실시예에서는 액체수소 저장탱크(110)에 저장된 액체수소를 기체수소로 기화시켜 수요처로 공급되는 과정에서 액체수소의 냉열을 냉열저장장치(138)의 냉열저장매체에 헌열의 형태로 저장시키고 이를 기체수소의 액화에 활용하도록 한다. 따라서, 본 실시예에서는 냉열저장장치(138)에서 기화과정에서 발생한 액체수소의 냉열을 저장하고 있으므로 수요처로 공급되는 액체수소의 기화와 상관없이 기체수소를 액화시키는 냉열로 사용할 수가 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110: 액체수소 저장탱크
120: 액체수소 고압펌프
130: 제 1 열교환기
135: 액체수소 기화기
138: 냉열저장장치
140: 기체수소 압축기
150: 팽창밸브
160: 제 2 열교환기
165: 밸브
170: 기액분리기
180: 증발가스 압축기
190: 증발가스 재응축기
192: 밸브
194: 밸브
201: 제 1 라인
202: 제 2 라인
203: 제 3 라인
204: 제 4 라인
205: 제 5 라인
206: 제 6 라인

Claims (8)

  1. 액체수소를 공급받아 저장하며 기체수소로 변환하여 수요처로 공급하는 액체수소 플랜트에 있어서,
    액체수소를 공급받아 저장하는 액체수소 저장탱크;
    상기 액체수소 저장탱크에 저장되어 있는 액체수소를 가압하여 토출시키는 액체수소 고압펌프;
    상기 액체수소 고압펌프로부터 토출된 고압의 액체수소의 냉열과 외부로부터 공급되는 기체수소를 열교환시켜 공급된 기체수소를 냉각시키는 제 1 열교환기;
    상기 제 1 열교환기에 기체수소를 공급하기에 앞서 기체수소를 가압하는 기체수소 압축기; 및
    상기 제 1 열교환기에 공급되어 냉각된 기체수소를 감압 팽창시켜 액화시키는 팽창밸브를 포함하고,
    상기 팽창밸브에 의해 액화된 액체수소는 액체수소 저장탱크에 저장되는 액체수소 플랜트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    외부의 열유입에 의해 상기 액체수소 저장탱크 내에서 발생한 증발가스를 공급받아 압축하는 증발가스 압축기; 및
    상기 액체수소 고압펌프와 상기 제 1 열교환기 사이의 제 1 라인에서 분기하는 제 2 라인을 통해 상기 액체수소 고압펌프로부터 토출되는 액체수소의 일부를 공급받아 액체수소의 냉열로 상기 증발가스 압축기로부터 압축된 증발가스를 재응축시키는 증발가스 재응축기를 더 포함하는 액체수소 플랜트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 라인을 통해 상기 증발가스 재응축기에 공급된 액체수소와 상기 증발가스 재응축기에서 응축된 액체수소는 상기 증발가스 재응축기와 상기 제 1 라인을 연결하는 제 3 라인을 통해 상기 제 1 라인에 합류되는 액체수소 플랜트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 라인의 분기점과 상기 제 3 라인의 합류점 사이의 상기 제 1 라인을 따라 유동하는 액체수소와 상기 제 1 열교환기와 상기 팽창밸브 사이의 제 4 라인을 따라 유동하는 상기 제 1 열교환기에서 냉각된 기체수소 사이에 열교환을 수행하는 제 2 열교환기를 더 포함하는 액체수소 플랜트.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 라인의 분기점과 상기 제 3 라인의 합류점 사이의 상기 제 1 라인에 형성되는 밸브를 더 포함하는 액체수소 플랜트.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 액체공기 저장탱크와 상기 팽창밸브 사이에 형성되는 기액분리기를 더 포함하고,
    상기 기액분리기에서 분리된 액체수소는 상기 액체공기 저장탱크로 공급되고, 상기 기액분리기에서 분리된 기체수소는 상기 증발가스 압축기 및 상기 증발가스 재응축기를 통해 상기 증발가스와 함께 처리되는 액체수소 플랜트.
  7. 액체수소를 공급받아 저장하며 기체수소로 변환하여 수요처로 공급하는 액체수소 플랜트에 있어서,
    액체수소를 공급받아 저장하는 액체수소 저장탱크;
    상기 액체수소 저장탱크에 저장되어 있는 액체수소를 가압하여 토출시키는 액체수소 고압펌프;
    상기 액체수소 고압펌프로부터 토출된 고압의 액체수소의 냉열을 저장시키고, 저장된 냉열을 이용하여 외부로부터 공급되는 기체수소를 냉각시키는 냉열저장장치;
    상기 냉열저장장치에 기체수소를 공급하기에 앞서 기체수소를 가압하는 기체수소 압축기; 및
    상기 냉열저장장치에 공급되어 냉각된 기체수소를 감압 팽창시켜 액화시키는 팽창밸브를 포함하고,
    상기 팽창밸브에 의해 액화된 액체수소는 액체수소 저장탱크에 저장되는 액체수소 플랜트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉열저장장치와 병렬로 배치되어, 상기 액체수소 고압펌프로부터 토출된 고압의 액체수소의 냉열과 외부로부터 공급되는 기체수소를 열교환시켜 공급된 기체수소를 냉각시키는 제 1 열교환기를 더 포함하는데,
    외부로부터 공급되는 기체수소는 상기 제 1 열교환기 또는 상기 냉열저장장치로 공급되어, 상기 팽창밸브를 통해 액화되는 액체수소 플랜트.

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024003858A3 (en) * 2022-06-30 2024-02-22 Saipem S.P.A. Method for converting carbon dioxide into sng or lng and storing hydrogen
WO2024063201A1 (ko) * 2022-09-22 2024-03-28 한국자동차연구원 수소 충전 장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003185096A (ja) * 2001-12-18 2003-07-03 Tokyo Gas Co Ltd 水素供給設備
KR101298626B1 (ko) * 2011-03-22 2013-08-26 대우조선해양 주식회사 냉열회수용 열교환기를 갖는 연료 공급 시스템
JP5658201B2 (ja) 2012-06-20 2015-01-21 安達　司朗 液体空気と液体水素を利用する発電装置
US20160230931A1 (en) * 2014-10-28 2016-08-11 Wilfried-Henning Reese Boil-off-gas management at hydrogen fueling stations
JP2019210976A (ja) * 2018-06-01 2019-12-12 株式会社神戸製鋼所 ガス供給ユニット及び混焼発電装置
JP2020051674A (ja) * 2018-09-26 2020-04-02 関西電力株式会社 熱交換設備、発電設備及び熱交換方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003185096A (ja) * 2001-12-18 2003-07-03 Tokyo Gas Co Ltd 水素供給設備
KR101298626B1 (ko) * 2011-03-22 2013-08-26 대우조선해양 주식회사 냉열회수용 열교환기를 갖는 연료 공급 시스템
JP5658201B2 (ja) 2012-06-20 2015-01-21 安達　司朗 液体空気と液体水素を利用する発電装置
US20160230931A1 (en) * 2014-10-28 2016-08-11 Wilfried-Henning Reese Boil-off-gas management at hydrogen fueling stations
JP2019210976A (ja) * 2018-06-01 2019-12-12 株式会社神戸製鋼所 ガス供給ユニット及び混焼発電装置
JP2020051674A (ja) * 2018-09-26 2020-04-02 関西電力株式会社 熱交換設備、発電設備及び熱交換方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024003858A3 (en) * 2022-06-30 2024-02-22 Saipem S.P.A. Method for converting carbon dioxide into sng or lng and storing hydrogen
WO2024063201A1 (ko) * 2022-09-22 2024-03-28 한국자동차연구원 수소 충전 장치

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