KR20230102521A - 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 내부로 유입되는 유증기를 열교환부의 냉각작용으로 액화하여 배출하는 액화챔버에 연결되어 상기 액화챔버에서 액화된 기름과 물의 혼합물을 공급받아 비중 차로 분리하는 저유통, 상기 저유통의 상면에 형성되고 상기 액화챔버의 혼합물배출구와 유입관으로 연결된 유입구, 상기 저유통의 상면에 형성된 에어벤트, 상기 유입구 아래의 상기 저유통 내부 공간을 가로질러 설치된 격벽, 상기 유입구와 상기 격벽 사이에 고정되고, 상기 유입구로 유입되는 기름과 물의 혼합물이 비산되는 것을 방지하면서 상기 격벽에 의해 나눠진 한쪽의 제1내부 공간으로 미끄러지듯이 흘러서 들어가도록 안내하는 슈트, 상기 제1내부 공간과 통하도록 하부에 형성되고 배수관이 연결된 배수구, 상기 제1내부 공간 내 물(수분)의 수위(레벨)를 측정하는 제1레벨센서, 상기 격벽에 의해 나눠진 다른 쪽의 제2내부 공간과 통하도록 하부에 형성되고 배유관이 연결된 배유구 및 상기 제2내부 공간 내 기름(유분)의 수위(레벨)를 측정하는 제2레벨센서를 포함하는 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛을 개시한다.
Description
본 발명은 주유소 내에서 유조차가 휘발유를 지하 유류저장탱크에 하역하거나 자동차에 휘발유를 주유할 때 대기 중으로 배출되는 휘발성 유증기를 안전하게 회수하고 이를 증발열로 액화시켜 다시 액체 연료(휘발유)로 사용할 수 있게 하는 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유수 분리 효율을 극대화할 수 있는 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 주유소나 저유소 등의 지하 유류저장탱크 내부에는 유조차(탱크로리)에서 휘발유 따위의 유류를 하역(적하) 시 많은 양의 휘발성 유기화합물(VOCs, 이하 '유증기'라 함)이 발생하며, 이는 입자의 크기가 1~10㎛인 기름방울이 안개 형태로 공기 붕에 분포되어 있는 상태로 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸렌, 아세틸렌 등 인체에 유해하고 환경에 치명적인 물질을 포함하고 있어 대기 중으로 배출할 경우 대기오염을 유발함은 물론 에너지의 손실을 야기한다.
최근 대기환경규제지역 등 특정 지역의 경우 지하 유류저장탱크의 숨구멍(통기관)을 통한 증발과 유조차에서 지하 유류저장탱크로 휘발유 등 석유제품을 하역(저유)할 때 발생하는 유증기(Stage Ⅰ)와, 자동차에 휘발유를 주유할 때 발생하는 유증기(Stage Ⅱ)를 대기 중으로 직접 배출하는 것을 억제하여 대기오염을 저감시키는 유증기 액화회수장치의 설치를 의무화하고 있다.
더 나아가 Stage Ⅰ·Ⅱ을 통해 회수된 유증기를 Stage Ⅲ 또는 베이퍼 캡처(Vapor Capture)라 불리는 유증기 재생시스템을 통해 가스상의 휘발유를 액화시켜 연료로 재사용하고 있다.
예를 들어, 탱크로리 한 대(2만 리터 용량) 기준으로 하역 시 발생되는 유증기를 액화시켜 약 25리터에 육박하는 휘발유를 재생해 사용할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 유증기 액화회수장치의 일례를 나타낸 구성도로서, 이를 참조하면, 유류저장탱크(10)에서 발생하는 유증기는 통기관(12)을 통해 압축기(110)로 공급되어 압축되고, 이 상태로 예냉기(150)와 냉각기(170)를 거치면서 수분은 결빙되고 유류는 응축되어 서로 분리되도록 구성되어 있다.
그리고 통기관(12)에는 유류저장탱크(10)의 폭발 방지 등 구조적 안전성을 확보하기 위해 설정압력 이상이 되면, 유증기를 대기 중으로 배출시키는 압력조절밸브(102)가 설치되어 있다.
또한, 냉각기(170)의 바닥에는 응축되어 액화된 유류를 저장하고, 밸브(182)를 통해 배출하는 유류저장통(180)이 연결되어 있다.
이러한 종래의 유증기 액화회수장치는 평균적으로 유증기의 93%를 회수 및 액화하여 대기오염을 저감시키고 휘발유 냄새를 감소시킬 뿐만 아니라 경제적 이익을 누릴 수 있으나, 일부 유증기는 유류저장탱크(10)의 설정압력이 넘어설 경우 안전을 위해 대기 중으로 날려버릴 수밖에 없는 구조적 한계가 있다.
더욱이 유증기를 압축하여 액화하는 방식의 구조적 특성상 유조차에서 지하 유류저장탱크(10)로 유류를 하역하는 짧은 시간 동안에 유증기를 액화시키기 어려운 문제점이 있다.
게다가 유류저장통(180)에서 밸브(182)를 통해 배출되는 유류에 수분(물)이 포함되어 있어 자동 회수 시 유류저장탱크(10)로 수분이 유입될 수 있고, 이를 자동차 등에 주유할 경우 갑작스런 운행 정지 등 사고가 발생할 위험이 큰 문제점이 있다.
한편, 유증기가 대기 중으로 일부 방출되는 것을 차단 및 휘발되는 것을 막기 위하여 활성탄 등의 필터를 이용한 집진기(흡착탑)를 구비한 유증기 회수액화장치가 개발되어 있으나, 이는 필터를 자주 교체해야 하는 데다 필터에 흡착된 유증기를 분리하는데 비용이 많이 들어 효율성이 현저히 떨어지는 문제점이 있다.
이외에도 대한민국 등록특허공보 제10-1521721호에 지하 유류저장탱크 내부의 압력이 높아지면 유증기를 회수하여 액화시키고, 압력이 낮아지면 유류저장탱크 내부로 외부 공기를 공급하여 압력을 높임으로써 다시 유증기를 회수하고 액화시키는 구조의 유증기 회수액화장치가 개시되어 있으나, 이는 외부 공기 속에 포함되어 있는 수분이 비중차이로 유류저장탱크의 바닥에 가라앉아 고이는 문제점이 있는 데다 유지보수 비용이 많이 들어 경제성이 떨어질 수밖에 없다.
한편, 주유소의 지하 유류저장탱크에서 회수되는 유증기 중에는 계절에 따라 다소 차이는 있지만, 약 0.5~2.3Vol%의 수분이 포함되어 있다. 유증기 중의 VOCs를 응축 회수할 목적으로 열교환기에 유입시키는 유증기 속에 수분이 포함되어 있으면 열교환기 내의 증발기 표면에 동결되어 목표하는 온도까지 도달할 수 없는 등 냉각 능력이 급격하게 저하되며, 또 제상작업을 정기적으로 행해야 하는 번거로움이 발생할 뿐만 아니라 동결로 인한 유로의 폐쇄를 야기할 수 있다.
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 밝히며, 아울러 종래기술에서의 도면 부호는 본 발명에서의 도면 부호와 상호 무관한 것이다.
강민식, 주유소 VOC 유류환원 장치 개발. 경원대학교 산학연 공동기술개발 컨소시엄사업, 2008.
서기철. 저온응축시스템을 이용한 휘발유 유증기의 회수에 관한 연구, 한국교통대학교, 2013.
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려함과 동시에 기존의 유증기 액화회수장치 기술이 지닌 기술적 한계 및 문제점들을 해결하려는 발상에서, 대기 중으로 배출되는 유증기의 양을 최소화하면서 액화량을 정확하게 적산할 수 있고, 아울러 저온 상태의 기름과 물의 혼합물이 시간의 경과에 따라 체적 및 압력의 현저한 변화가 발생하는 문제점을 해결하여 액화된 유증기의 순환 흐름을 원활하게 하고, 유수 분리 효율을 극대화하는 효과를 도모할 수 있는 새로운 구조의 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛을 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 액화량을 정확하게 적산하고 유수 분리 효율을 극대화할 수 있도록 하는 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛을 제공하는 데 있는 것이다.
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 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위한 새로운 착상을 구체화하면서 특정의 기술적 목적을 효과적으로 달성하기 위한 본 발명의 실시 태양(aspect)에 따른 구체적인 수단은, 내부로 유입되는 유증기를 열교환부의 냉각작용으로 액화하여 배출하는 액화챔버에 연결되어 상기 액화챔버에서 액화된 기름과 물의 혼합물을 공급받아 비중 차로 분리하는 저유통, 상기 저유통의 상면에 형성되고 상기 액화챔버의 혼합물배출구와 유입관으로 연결된 유입구, 상기 저유통의 상면에 형성된 에어벤트, 상기 유입구 아래의 상기 저유통 내부 공간을 가로질러 설치된 격벽, 상기 유입구와 상기 격벽 사이에 고정되고, 상기 유입구로 유입되는 기름과 물의 혼합물이 비산되는 것을 방지하면서 상기 격벽에 의해 나눠진 한쪽의 제1내부 공간으로 미끄러지듯이 흘러서 들어가도록 안내하는 슈트, 상기 제1내부 공간과 통하도록 하부에 형성되고 배수관이 연결된 배수구, 상기 제1내부 공간 내 물(수분)의 수위(레벨)를 측정하는 제1레벨센서, 상기 격벽에 의해 나눠진 다른 쪽의 제2내부 공간과 통하도록 하부에 형성되고 배유관이 연결된 배유구 및 상기 제2내부 공간 내 기름(유분)의 수위(레벨)를 측정하는 제2레벨센서를 포함하여 채용하는 것을 특징으로 하는 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛을 제시한다.
이로써 본 발명은 유수 분리 효율을 극대화하여 장시간 운전 시 저유통 내 수분이 유류저장탱크로 회수되는 기름 속에 섞여 들어가는 것을 확실하게 방지할 수 있을 뿐만 아니라 액화량을 정확하게 적산할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양(aspect)으로, 상기 유입관의 도중에 장치되어 액화된 기름과 물 혼합물의 흐름을 제어하는 배출밸브, 상기 배유관의 도중에 장치되어 상기 저유통 내부의 기름을 빼내는 배유밸브, 상기 배수관의 도중에 장치되어 상기 저유통 내부의 물을 빼내는 배수밸브 및 상기 제1 및 제2레벨센서로부터 신호를 받아 기름과 물의 적산량을 산출하고, 상기 배출밸브와 상기 배유밸브 및 상기 배수밸브의 개폐동작을 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성됨으로써 액화된 유증기의 순환 흐름을 원활하게 하고 유수 분리 효율을 극대화하여 장시간 운전 시 유류저장탱크로 회수되는 기름 속에 수분이 섞여 들어가는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양(aspect)으로, 상기 액화챔버의 혼합물배출구와 상기 유입관 사이에 스트레이너를 연결함으로써 기름과 물의 혼합물 속에 함유된 이물질을 여과할 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하고자 특유한 해결 수단이 기초하고 있는 본 발명의 기술사상 및 실시 예(embodiment)에 따르면, 유수 분리 효율을 극대화하여 장시간 운전 시 저유통 내 수분이 유류저장탱크로 회수되는 기름 속에 섞여 들어가는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
따라서 액화공정의 효율을 향상시키고 유증기의 액화량을 정확하게 적산할 수 있다.
나아가 저유통 내에 저온 상태의 기름과 물의 혼합물이 계속해서 유입됨으로 인해 발생하는 압력 및 체적 변화를 효과적으로 보상하여 액화된 유증기의 순환 흐름을 원활히 할 수 있다.
즉, 저유통 내에 양압이 걸리는 것을 방지하여 액화챔버 내 기름과 물의 혼합물이 정체압력 없이 자연스럽게 저유통으로 흐르도록 유도할 수 있을 뿐만 아니라 저유통의 배유가 원활하게 이루어질 수 있다.
여기서 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 유증기 액화회수장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛의 이해를 돕기 위해 유증기 액화회수처리장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛의 이해를 돕기 위해 유증기 액화회수처리장치를 유류저장탱크의 통기관에 연결한 상태를 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛의 이해를 돕기 위해 유증기 액화회수처리장치를 개략적으로 나타낸 우측면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛의 이해를 돕기 위해 유증기 액화회수처리장치를 개략적으로 나타낸 우측면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛을 나타낸 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛을 나타낸 횡단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛의 이해를 돕기 위해 유증기 액화회수처리장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛의 이해를 돕기 위해 유증기 액화회수처리장치를 유류저장탱크의 통기관에 연결한 상태를 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛의 이해를 돕기 위해 유증기 액화회수처리장치를 개략적으로 나타낸 우측면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛의 이해를 돕기 위해 유증기 액화회수처리장치를 개략적으로 나타낸 우측면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛을 나타낸 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛을 나타낸 횡단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
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.
또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
여기서 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과, 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시될 수 있고, 그 도면상의 각 구성요소가 실제의 크기 및 형태와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.
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.
즉, 본 명세서에서 설시(說示)하는 '포함하다' 또는 '구비하다', '가지다' 등의 용어는 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.
본 발명에서 사용하는 "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.
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.
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.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치(1)는 열교환부(10), 블로워(11), 액화챔버(30), 저유통(40) 및 제어부(60)를 포함하고 있다.
열교환부(10)는 제어부(60)의 제어에 따라 작동하여 냉매가 팽창 및 증발작용에 의해 외부 유체로부터 열을 흡수하는 냉각작용을 일으킨다.
열교환부(10)는 압축기(12), 유분리기(13), 응축기(14), 팽창밸브(15), 증발기(16), 수액기(17), 액분리기(18), 냉매압력센서(19), 전자밸브(20) 및 필터(21)를 포함하여 구성될 수 있다.
압축기(12)는 흡입한 냉매가스를 압축하여 고압가스를 내보낸다.
유분리기(13)는 압축기(12)에서 압축된 냉매에 포함된 오일(윤활유)을 분리하여 응축기(14)로 오일이 들어가는 것을 방지한다.
응축기(14)는 유분리기(13)에서 오일이 분리된 냉매를 응축시킨다.
여기서 유분리기(13)의 출구 냉매 라인과 응축기(14)의 입구 냉매 라인 사이에는 유분리기(13)에서 배출되는 냉매가 응축기(14) 쪽으로 흐르는 것은 허용하지만, 이와 반대로 응축기(14)의 압력이 유분리기(13) 쪽으로 역류하는 것을 방지하는 역류방지밸브가 장치될 수 있다.
팽창밸브(15)는 응축기(14)에서 응축된 냉매를 급속 팽창시켜 증발기(16)로 송입한다.
즉, 팽창밸브(15)는 고온, 고압의 냉매액을 교축밸브나 모세관과 같은 가는 관로를 통과시켜 저온, 저압의 냉매액으로 만들어 증발이 쉽도록 하며 냉매의 유량을 조절한다.
증발기(16)는 액화챔버(30)의 내부에 장치되어 팽창밸브(15)에서 급속 팽창된 냉매를 증발시켜 열을 흡수하고 주변의 즉, 액화챔버(30) 내의 온도를 급격히 낮춘다.
즉, 증발기(16)는 팽창밸브(15)를 통과하여 저온·저압으로 감압된 액체 냉매를 유입하여 액화챔버(30) 내의 유증기와 열교환시킴으로써 액체 증발에 의한 열흡수로 냉각한다.
수액기(17)는 응축기(14)에서 응축된 냉매를 일시 저장하였다가 즉, 증발기(16) 내부의 부하 변동에 따른 냉매의 유량 변화를 완충하여 팽창밸브(15)로 공급이 원활하게 이루어지도록 한다.
액분리기(18)는 증발기(16)에서 증발된 냉매 중에 포함된 액을 분리하여 압축기(12)로 보내준다.
냉매압력센서(19)는 압축기(12)의 입구 쪽 냉매 라인 및 출구 쪽 냉매 라인 도중에 각각 장치되어 냉매의 압력을 감지한다.
전자밸브(20)는 팽창밸브(15)와 수액기(17) 사이의 냉매 라인에 장치되어 냉매압력센서(19)의 감지 신호에 따라 개폐되면서 냉매의 공급을 온/오프하여 압력을 균일하게 유지시킨다.
즉, 냉매압력센서(19)는 압축기(12)의 입구 쪽 냉매 라인 및 출구 쪽 냉매 라인으로 흐르는 냉매의 압력이 설정치 이하로 낮아지면 제어부(60)로 감지신호를 전송하고, 이에 제어부(60)는 전자밸브(20)의 개폐작동을 제어하게 된다.
필터(21)는 수액기(17)와 전자밸브(20) 사이의 냉매 라인에 장치되어 냉매 중의 불순물(이물질)과 수분을 여과한다.
이러한 열교환부(10)는 냉매가 순환하는 증발기(16)에서 저열원으로부터 열을 흡수하여 압축기(12)를 거쳐 응축기(14)에서 고열원으로 열을 버린 후, 수액기(17)와 팽창밸브(15)를 거쳐 다시 증발기(16)로 되돌아가는 순환 과정을 순차적으로 반복함으로써 액화챔버(30) 내의 유증기를 냉각하여 액화시킬 수 있다.
즉, 열교환부(10)는 증발기(16)로 순환하는 냉매와 유증기유입구(31)를 통해 액체챔버(30)로 유입되어 상승하는 유증기가 서로 열교환을 하도록 작용함으로써 유증기를 액화시킬 수 있다.
여기서 열교환부(10)의 규모 및 크기는 유류저장탱크(T)의 용량이나 유증기의 예상 발생량에 따라 적절하게 설계 및 변경할 수 있음은 물론이다.
블로워(11)는 유류저장탱크(T)에서 발생하여 통기관(VP)을 통해 배출되는 유증기를 승압시켜 액화챔버(30)의 내부로 압송하고, 유류저장탱크(T) 내부의 압력을 일정하게 유지시키기 위해 흡입배관(P1)의 도중에 장치되어 있다.
여기서 블로워(11)는 안전성을 고려하여 가연성 유증기의 이송에 적합한 방폭형 시로코 팬(Sirrocco Fan)이나 링블로워(Ring Blower) 등을 채택하여 적용할 수 있다.
액화챔버(30)는 블로워(11)에 연결된 하부의 유증기유입구(31)를 통해 내부로 유입되는 유증기를 열교환부(10)의 냉각작용으로 액화하여 하부의 혼합물배출구(32)를 통해 배출하고, 잔량의 유증기와 공기는 상부의 유증기배출구(33)를 통해 배출한다.
즉, 액화챔버(30)는 지하 유류저장탱크(T)의 통기관(VP)과 흡입배관(P1)으로 연결되어 있고, 내부에는 증발기(16)가 내장되어 있다.
그리고 지하 유류저장탱크(T)의 통기관(VP)을 통해 배출되는 유증기의 압력을 측정하기 위해 흡입배관(P1)의 도중에는 유증기압력센서(S1)가 설치되어 있다.
즉, 유증기압력센서(S1)는 흡입배관(P1)의 압력을 검출 및 측정하여 미리 설정된 범위의 기준 압력에 도달하거나 초과할 때 개폐밸브(V1) 및 블로워(11)의 작동 트리거 신호를 제어부(60)로 전송한다.
여기서 유증기압력센서(S1)로는 검출된 전기신호를 증폭, S/N 향상 등의 신호처리와 비직선보상, 온도보상 등의 연산 처리를 받고, 연산결과는 프로세스 제어용의 직류 통일신호 4~20㎃, 또는 통일 공기압 신호 -0.1~10㎏f/㎠ 내지는 제어용 컴퓨터를 위한 코드화 신호로 변환하는 압력 전송기(pressure transmitter)가 일체로 구성된 구조를 채용하는 것이 바람직하며, 또 유증기의 압력을 시각적으로 보여주는 압력게이지를 포함하는 구조를 채용할 수도 있다.
또한, 액화챔버(30)의 유증기배출구(33)에는 배출관(P5)이 연결되어 있고, 배출관(P5)의 도중에는 액화챔버(30) 내 유증기의 변동에 따른 압력 변화를 검출하고, 그 압력 상태에 따라 배출량을 자동적으로 가감하여 액화챔버(30)의 압력을 목표값으로 유지하도록 제어하는 비례전자밸브(34)가 장치되어 있다.
여기서 액화챔버(30) 하부의 유증기유입구(31)를 통해 유입되는 유증기는 증발기(16)의 냉매가 흐르는 방향과 동일한 방향으로, 즉 아래에서 위로 이동하면서 열교환이 일어나고, 잔량의 유증기는 상부의 유증기배출구(33)를 통해 배출되는 평행류 방식으로 이루어짐으로써 많은 양의 유증기를 액적 상태로 빠르게 응축시킬 수 있다.
그리고 액화챔버(30)에는 내부의 유증기 압력을 측정하여 제어부(60)로 전송하는 챔버압력센서(S2) 및 온도를 검출 및 측정하여 제어부(60)로 전송하는 챔버온도센서(S3)가 설치되어 있다.
또한, 액화챔버(30)에는 폭발 등의 안전사고를 방지하기 위해 유증기를 대기 중으로 배출하는 안전변(35)이 설치되어 있다.
즉, 안전변(35)은 액화챔버(30) 내의 압력이 설정 범위 이상의 과대 압력일 경우 자동으로 작동하여 유증기를 대기 중에 배출한다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예는 액화챔버(30)의 상부와 저유통(40)의 상부 사이를 압력보상관(36)으로 연결하고, 그 압력보상관(36)의 도중에 제어부(60)의 제어에 따라 유증기의 흐름을 제어하는 압력보상밸브(37)를 장치함으로써 압력보상밸브(37)의 개폐에 따라 저유통(40) 내 압력을 보상하여 배유가 원활하도록 유도할 수 있다.
즉, 블로워(11)의 작동에 의해 액화챔버(30) 내부로 압송되는 유증기 중 잔량의 유증기를 대기 중으로 배출하지 않고 저유통(40)으로 순환시켜 저유통(40) 내의 압력을 대기압보다 높게 보상함으로써 저유통(40)의 배유가 원활하게 이루어질 수 있다.
아울러 액화된 기름과 물의 혼합물이 유입관(P2)을 통과할 때 유체마찰로 인해 일어나는 압력저하를 보상할 수 있을 뿐만 아니라 유증기 배출량을 최소화하여 대기오염 및 폭발의 위험을 낮출 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛을 구성하는 주요 요소 중 저유통(40)은 액화챔버(30)에서 액화된 기름과 물의 혼합물을 공급받아 비중 차로 분리하기 위해 액화챔버(30)의 아래쪽에 설치되어 있다.
그리고 저유통(40)의 상면에는 액화챔버(30)의 혼합물배출구(32)와 유입관(P2)으로 연결되는 유입구(41)가 형성되어 있고, 하부 측면에는 배유관(P3)이 연결되는 배유구(42)가 형성되어 있다.
또한, 저유통(40)의 내부 바닥 중 한쪽에는 분리된 수분(물)이 다른 쪽으로 고여서 배출이 용이하도록 하는 경사면(43)이 형성되어 있으며, 그 경사면(43)의 하부에는 배수관(P4)이 연결되는 배수구(44)가 형성되어 있다.
그리고 저유통(40)에는 내부의 기름(유분)과 물(수분)의 레벨을 검출하기 위한 레벨센서(45)가 장치되어 있다.
여기서 레벨센서(45)는 저유통(40) 내에 삽입된 2개의 전극 간의 정전용량을 이용하거나 액체(유체) 자체의 유전율을 이용하여 액체의 레벨(높이)을 측정하는 정전용량형 레벨센서(capacitive level sensor)를 채용하는 것이 바람직하다.
그리고 유입관(P2)의 도중에는 제어부(60)의 제어에 따라 개폐동작을 하면서 액화된 기름과 물 혼합물의 흐름을 제어하는 배출밸브(46)가 장치되어 있고, 배유관(P3)의 도중에는 제어부(60)의 제어에 따라 개폐동작을 하면서 저유통(40) 내부의 기름을 빼내는 배유밸브(47)가 장치되어 있다.
아울러 배유관(P3)은 통기관(VP)과 연결되어 있고, 그 사이의 도중에는 역류를 방지하는 체크밸브(V2)가 장치되어 있으며, 배수관(P4)의 도중에는 제어부(60)의 제어에 따라 개폐동작을 하면서 저유통(40) 내부의 물을 빼내는 배수밸브(48)가 장치되어 있다.
또한, 저유통(40)의 한쪽 측면에는 내부를 확인 및 관찰하기 위한 투시창(49)이 형성되어 있다.
그리고 저유통(40) 내의 압력을 보상하기 위해 블로워(11)의 흡입단과 저유통(40)의 상부 사이에 압력조정관(50)이 연결되어 있고, 그 압력조정관(50)의 도중에는 제어부(60)의 제어에 따라 개폐동작을 하면서 유증기의 흐름을 제어하는 압력조정밸브(51)가 장치되어 있다.
즉, 압력조정밸브(51)는 저유통(40)의 내부 압력이 규정된 압력 이상이거나 혼합물배출구(32)를 통해 기름과 물의 혼합물이 유입될 때 개방 작동하여 저유통(40) 내의 유증기와 공기를 블로워(11)가 빨아들여서 액화챔버(30)로 압송하기 때문에 운전 시 저유통(40) 내에 압력 상승이 발생할 경우 그에 따른 배관 등의 파괴를 방지하기 위한 압력을 조절할 수 있다.
여기서 배출밸브(46), 배유밸브(47), 배수밸브(48), 압력보상밸브(37) 및 압력조정밸브(51)로는 제어부(60)의 제어에 의해 개폐작동하는 솔레노이드 밸브를 채택하여 적용할 수 있다.
이외에도 압력조정밸브(51)는 미리 설정된 압력(대기압) 이상으로 공급되는 유증기에 따라 유로의 면적을 가변시켜 마찰에 의하여 압력을 조절 및 일정하게 유지하는 교축밸브를 채용할 수 있다.
그리고 저유통(40)의 유입구(41)와 액화챔버(30)의 혼합물배출구(32)를 연결하는 유입관(P2) 사이에는 기름과 물의 혼합물 속에 함유된 이물질을 여과하는 스트레이너(52)가 설치되어 있다.
여기서 유입관(P2)은 내부의 유체 흐름을 육안으로 확인 및 관찰할 수 있도록 투명한 재질의 튜브로 형성됨으로써 이물질 등으로 인한 막힘 현상이 발생할 경우 스트레이너(52)의 배출구멍을 통해 신속하게 제거할 수 있다.
한편, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛을 구성하는 주요 요소로서, 저유통(40)의 상면에는 공기가 기름면에 작용하는 저항력에 의하여 기름의 유출을 향상시키는 작용을 하도록 공기를 배출하거나 유입하는 에어벤트(53)가 형성되어 있고, 그 내부 공간 중 유입구(41) 아래의 내부 공간을 가로질러 격벽(54)이 설치되어 있다.
즉, 격벽(54)은 저유통(40)의 내부 공간을 제1내부 공간(55)과 제2내부 공간(57)으로 나눠서 분리하고, 제1내부 공간(55)의 물 위에 떠 있는 기름을 제2내부 공간(57)으로 월류시키는 역할을 한다.
그리고 유입구(41)로 유입되는 기름과 물의 혼합물이 비산되는 것을 방지하면서 격벽(54)에 의해 나눠진 한쪽의 제1내부 공간(55)으로 들어가도록 안내하는 슈트(56)가 유입구(41)와 격벽(54) 사이에 고정되어 있다.
또한, 저유통(40)의 하부에는 격벽(54)에 의해 나눠진 한쪽의 제1내부 공간(55)과 통하는 배수구(44)가 형성되어 있고, 다른 쪽의 제2내부 공간(57)과 통하는 배유구(42)가 형성되어 있다.
그리고 제1내부 공간(55) 내 물(수분)의 수위(레벨)를 측정하는 제1레벨센서(45a)가 설치되어 있고, 제2내부 공간(57) 내 기름(유분)의 수위(레벨)를 측정하는 제2레벨센서(45b)가 설치되어 있다.
제어부(60)는 유증기압력센서(S1)와 챔버압력센서(S2) 및 챔버온도센서(S3), 그리고 냉매압력센서(19, 레벨센서(45) 등으로부터 각각 감지 신호를 받아 열교환부(10)의 작동 및 배출밸브(46), 배유밸브(47), 배수밸브(48), 압력보상밸브(37), 압력조정밸브(51)의 개폐동작 등을 미리 입력된 설정 프로그램에 의해 유기적이고 순차적으로 제어하며, 기름과 물의 적산량을 산출한다.
즉, 제어부(60)는 전원 및 동작 제어 등을 위한 스위치 개폐 신호와, 압력센서, 온도센서, 감지기 등 각종 센서로부터 검출 신호를 각각 수신받고, 이를 기초로 하여 미리 입력된 설정 마이크로프로세서 혹은 PLC 형태의 프로그램(로직 컴퓨터에 수록된 제어 프로그램)에 따라 블로워(11)의 작동 및 회전속도, 열교환부(10)의 온도조절 및 작동, 배출밸브(46), 배유밸브(47), 배수밸브(48), 압력보상밸브(37), 압력조정밸브(51)의 개폐동작을 비롯한 순차적인 작동과 함께 디지털로 표시하는 등 전반적인 가동 및 출력을 제어한다.
예를 들어, 유증기압력센서(S1)의 측정값이 대기압이고 설정된 기준압력이 대기압이면, 제어부(60)는 블로워(11)의 작동을 정지시키고, 측정값이 대기압보다 높으면, 블로워(11)의 작동을 위한 전류 값으로 변환하여 그 전동모터로 인가한다.
또한, 레벨센서(45)의 측정값에 따라 배출밸브(46), 배유밸브(47), 배수밸브(48), 압력조정밸브(51)의 개폐동작을 제어함으로써 저유통(40)의 유수 분리 및 기름 회수 작용이 원활하고 안정적으로 이루어질 수 있도록 한다.
예를 들어, 제어부(60)는 레벨센서(45)의 측정값이 미리 정해진 상한값에 도달하면 배유밸브(47)를 개방함과 동시에 블로워(11)를 작동시키고, 미리 정해진 하한값보다 낮거나 같으면 배유밸브(47)를 폐쇄함과 동시에 블로워(11)를 오프시킨다.
여기서 제어부(60)는 스위치 등을 작업자 직접 조작하거나 특정 명령을 선택 및 입력할 수 있는 LCD(OLED) 터치스크린 또는 조작패널 형태로 구비할 수 있음은 물론이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 유증기 액화회수처리장치(1) 및 이를 구성하는 저유 어셈블리 유닛의 주요 작용 및 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 유류저장탱크(T)에서 발생하는 유증기는 블로워(11)의 날개차 또는 로터의 회전 운동에 의해서 통기관(VP)과 흡입배관(P1)을 통해 액화챔버(30)로 압송되어 열교환부(10)의 냉각작용으로 냉각된다.
즉, 제어부(60)는 유증기압력센서(S1)의 측정값이 기준압력(대기압) 이하이면, 개폐밸브(V1)를 열고 블로워(11)의 작동 및 회전속도를 제어하여 유류저장탱크(T)의 유증기를 액화챔버(30)로 공급하며, 열교환부(10)를 작동시킨다.
그리고 액화챔버(30)의 아래쪽에서 위쪽으로 유증기가 유동하는 과정에서 냉각작용에 의해 응축되는 기름은 자중에 의해 자연스럽게 아래로 떨어져 혼합물배출구(32)를 통해 저유통(40)으로 모인다.
이때, 열교환부(10)의 냉각 온도는 물의 빙점보다는 낮고 기름의 빙점보다는 높게 설정하여 유증기에 함유되어 있는 수분은 응결되고, 기름은 응결되지 않도록 할 수 있다.
예를 들면, R-22 냉매를 사용할 경우 -20℃ 내지 -30℃ 범위로 설정함으로써 유증기의 회수율을 크게 높일 수 있다.
한편, 제어부(60)는 레벨센서(45)로부터 신호를 받아 기름과 물의 적산량을 산출하고, 배출밸브(46), 배유밸브(47), 배수밸브(48), 압력보상밸브(37) 및 압력조정밸브(51)의 개폐동작을 제어하는 데, 이 과정에서 배출밸브(46)와 압력조정밸브(51)는 개방 또는 폐쇄하도록 제어함으로써 저유통(40) 내로 저온 상태의 기름과 물의 혼합물이 계속해서 유입되면서 발생하는 양압에 의해 액화챔버(30)에서 기름과 물의 혼합물이 유입관(P2)을 통해 저유통(40)으로 유입되지 못하는 것을 보상할 수 있다.
즉, 제어부(60)는 레벨센서(45)로부터 미리 정해진 범위 이내의 레벨 감지 신호를 받을 시 압력조정밸브(51)는 개방하여 블로워(11)의 흡입단과 저유통(40)의 상부 사이를 연결하는 압력조정관(50)을 통해 저유통(40) 내의 유증기를 강제대류로 빨아내어 압력 상승을 저지함으로써 저유통(40) 내에 양압이 걸리는 것을 방지할 뿐만 아니라 압력 상승을 효과적으로 차단하여 액화챔버(30)에서 기름과 물의 혼합물이 자연스럽게 유입관(P2)을 통해 저유통(40)으로 흐를 수 있다.
이때, 제어부(60)는 배유밸브(47)와 배수밸브(48)를 모두 폐쇄 상태로 유지하도록 제어한다.
그리고 제어부(60)는 배유밸브(47)와 배수밸브(48)를 개방 시 압력조정밸브(51)는 폐쇄하여 저유통(40) 내부의 유체가 외부로 빠져나가지 못하도록 방해하는 음압을 제거한다.
한편, 비례전자밸브(34)는 배출관(P5)의 도중에 장치되어 액화챔버(30) 내 유증기의 변동에 따른 압력 변화를 검출하고, 그 압력 상태에 따라 열고 닫히면서 배출량을 자동적으로 가감하여 액화챔버(30)의 압력을 목표값으로 유지하도록 제어한다.
그리고 저유통(40)에 레벨센서(45)의 설정값 이상으로 액화챔버(30)에서 기름과 물의 혼합물이 유입되면, 그 레벨센서(45)의 감지 신호에 따라 제어부(60)는 배출밸브(46)는 닫고 배유밸브(47)를 열고, 이와 동시에 압력보상밸브(37)를 열어서 액화챔버(30) 내 유증기와 공기를 압력보상관(36)을 통해 저유통(40)의 내부로 유입시킨다.
이렇게 되면 블로워(11)의 작동에 의해 액화챔버(30) 내부로 유입되는 유증기 중 잔량의 유증기가 저유통(40) 내의 압력을 대기압보다 높게 보상하여 배유가 원활하게 이루어질 수 있다.
그뿐만 아니라 액화챔버(30) 내 잔량의 유증기를 대기 중으로 전혀 방출하지 않고, 연속적으로 재회수할 수 있어 유증기의 회수율을 크게 높일 수 있다.
즉, 압력보상관(36)을 통해 기준압력(대기압)보다 높은 압력의 유증기를 저유통(40)으로 보냄으로써 액화챔버(30)와 저유통(40)을 통하게 하는 배출밸브(46)가 닫힐 때 저유통(40) 내에 발생하는 음압을 보상할 수 있다.
아울러 대기 중으로 고압의 유증기를 공연히 배출하지 않고 순환시켜 유증기 배출량을 최소화하면서 대기오염 및 폭발의 위험을 낮추고, 액화챔버(30)의 유증기 배출량을 조절하여 내부의 압력 상승을 유도함으로써 액화량을 증가시킬 수 있다.
더구나 저유통(40) 내의 압력 상승을 자동적으로 억제하여 건전성을 유지 및 액화량을 더욱 정확하게 적산할 수 있다.
특히 저유통(40)의 유수 분리 효율을 극대화하여 장시간 운전 시 저유통(40) 내 수분이 유류저장탱크로 회수되는 기름 속에 섞여 들어가는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
따라서 액화공정의 효율을 향상시키고 유증기의 액화량을 정확하게 적산할 수 있다.
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.
그러므로 본 발명의 기술적 특징을 변형하고 응용하는 것에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.
10: 열교환부 11: 블로워
12: 압축기 13: 유분리기
14: 응축기 15: 팽창밸브
16: 증발기 17: 수액기
18: 액분리기 19: 냉매압력센서
20: 전자밸브 21: 필터
30: 액화챔버 31: 유증기유입구
32: 혼합물배출구 33: 유증기배출구
34: 비례전자밸브 40: 저유통
41: 유입구 42: 배유구
43: 경사면 44: 배수구
45: 레벨센서 46: 배출밸브
47: 배유밸브 48: 배수밸브
49: 투시창 50: 압력조정관
51: 압력조정밸브 52: 스트레이너
60: 제어부 70: 유수분리기
12: 압축기 13: 유분리기
14: 응축기 15: 팽창밸브
16: 증발기 17: 수액기
18: 액분리기 19: 냉매압력센서
20: 전자밸브 21: 필터
30: 액화챔버 31: 유증기유입구
32: 혼합물배출구 33: 유증기배출구
34: 비례전자밸브 40: 저유통
41: 유입구 42: 배유구
43: 경사면 44: 배수구
45: 레벨센서 46: 배출밸브
47: 배유밸브 48: 배수밸브
49: 투시창 50: 압력조정관
51: 압력조정밸브 52: 스트레이너
60: 제어부 70: 유수분리기
Claims (3)
- 내부로 유입되는 유증기를 열교환부(10)의 냉각작용으로 액화하여 배출하는 액화챔버(30)에 연결되어 상기 액화챔버(30)에서 액화된 기름과 물의 혼합물을 공급받아 비중 차로 분리하는 저유통(40);
상기 저유통(40)의 상면에 형성되고 상기 액화챔버(30)의 혼합물배출구(32)와 유입관(P2)으로 연결된 유입구(41);
상기 저유통(40)의 상면에 형성된 에어벤트(53);
상기 유입구(41) 아래의 상기 저유통(40) 내부 공간을 가로질러 설치되어 제1내부 공간(55)과 제2내부 공간(57)으로 나눠서 분리하고, 상기 제1내부 공간(55)의 물 위에 떠 있는 기름을 제2내부 공간(57)으로 월류시키는 격벽(54);
상기 유입구(41)와 상기 격벽(54) 사이에 고정되고, 상기 유입구(41)로 유입되는 기름과 물의 혼합물이 비산되는 것을 방지하면서 상기 격벽(54)에 의해 나눠진 한쪽의 제1내부 공간(55)으로 들어가도록 안내하는 슈트(56);
상기 제1내부 공간(55)과 통하도록 하부에 형성되고 배수관(P4)이 연결된 배수구(44);
상기 제1내부 공간(55) 내 물(수분)의 수위(레벨)를 측정하는 제1레벨센서(45a);
상기 격벽(54)에 의해 나눠진 다른 쪽의 제2내부 공간(57)과 통하도록 하부에 형성되고 배유관(P3)이 연결된 배유구(42); 및
상기 제2내부 공간(57) 내 기름(유분)의 수위(레벨)를 측정하는 제2레벨센서(45b);
를 포함하는, 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛.
- 제1항에 있어서,
상기 유입관(P2)의 도중에 장치되어 액화된 기름과 물 혼합물의 흐름을 제어하는 배출밸브(46);
상기 배유관(P3)의 도중에 장치되어 상기 저유통(40) 내부의 기름을 빼내는 배유밸브(47);
상기 배수관(P4)의 도중에 장치되어 상기 저유통(40) 내부의 물을 빼내는 배수밸브(48); 및
상기 제1 및 제2레벨센서(45a)(45b)로부터 신호를 받아 기름과 물의 적산량을 산출하고, 상기 배출밸브(46)와 상기 배유밸브(47) 및 상기 배수밸브(48)의 개폐동작을 제어하는 제어부(60);
를 더 포함하는, 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 액화챔버(30)의 혼합물배출구(32)와 상기 유입관(P2) 사이에 연결되어 기름과 물의 혼합물 속에 함유된 이물질을 여과하는 스트레이너(52);
를 더 포함하는, 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛.
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| KR1020210192721A KR20230102521A (ko) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 유증기 액화회수처리장치용 저유 어셈블리 유닛 |
| PCT/KR2022/019105 WO2023128324A1 (ko) | 2021-12-30 | 2022-11-29 | 유증기 액화회수처리장치 및 이에 사용되는 저유 어셈블리 유닛 |
| CN202280063528.6A CN117980250A (zh) | 2021-12-30 | 2022-11-29 | 油蒸气液化回收处理装置及在其中使用的油收集组件单元 |
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- 2021-12-30 KR KR1020210192721A patent/KR20230102521A/ko not_active Application Discontinuation
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- 2022-11-29 CN CN202280063528.6A patent/CN117980250A/zh active Pending
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| CN117980250A (zh) | 2024-05-03 |
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