KR20230146975A - 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 수소 및 수소 외의 물질로서 비등점이 상온보다 낮은 액화가스를 저장하는 저장탱크 및 수소 및 액화가스 중 적어도 어느 하나를 수요처에 공급하는 공급부를 포함하며,
저장탱크는, 액화가스와 수소를 일정 비율로 혼합한 혼합 가스를 저장할 수 있다.
저장탱크는, 액화가스와 수소를 일정 비율로 혼합한 혼합 가스를 저장할 수 있다.
Description
본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
급속한 산업화의 발달로 인하여 에너지 수요가 지속적으로 증가하고 있고, 이에 따라 이산화탄소 배출 문제 및 화석 연료의 고갈에 따른 대체 에너지 요구가 증가하고 있다. 이에 전 세계적으로 직면하고 있는 복잡한 에너지 문제들을 해결하기 위해 대체 에너지로 수소가 꼽히고 있다.
이러한 수소는 지구상에서 탄소와 질소 다음으로 가장 풍부한 원소일 뿐만 아니라, 연소시에 극히 미량의 질소산화물만을 생성시킬 뿐 탄소 및 다른 공해물질은 전혀 배출하지 않아 탄소 제로 배출화가 가능한 깨끗한 에너지원이다.
또한 미사용 에너지나 재생 에너지를 비롯하여 풍부한 양의 물을 원료로 하여 만들어낼 수 있으며, 사용후에도 다시 물로 재순환되기 때문에 고갈의 우려가 없는 최적의 대체 에너지원이라 할 수 있다.
이러한 수소를 이용하기 위한 가장 중요한 과제는 수소의 저장 및 운송 기술의 개발이다. 수소의 저장방법으로는 기상수소를 압축시켜 저장하는 방법, 액화시켜 액상수소로 저장하는 방법, 또는 수소저장합금을 이용한 저장방법 등이 알려져 있는데, 육상용 소형 탱크에 대한 것이 대부분이고, 선박용 수소 탱크나 수소를 운반할 수 있는 선박 기술은 미비한 실정이다.
그중 액화된 수소를 저장하는 액상수소(LH2) 저장탱크에 대한 기술은 육상용 소형 탱크에 대한 것이 대부분이며, 선박에 의한 액상수소의 저장 및 운송기술에 대해서는 아직 실증된 사례가 없고, 기존의 LNG 저장탱크의 구조를 그대로 채용하거나 또는 약간 변형하여 이용하는 것이 대부분이다.
액상수소는 비등점이 -253℃로 극저온의 LNG(-162℃)보다 더 낮은 액화 온도를 가지는 저비점 특성을 가지므로 LNG보다 기화가 더 쉽게 촉진되며, 체적당 증발률(BOR: Boil-Off Rate)은 LNG의 10배에 달한다.
또한 액상수소의 매우 낮은 -253℃의 비등점 때문에, 액상수소 탱크의 외부나 액상수소 탱크로 이어지는 배관의 외부에는 주변 공기가 액화되거나 결빙되어, 저장탱크 또는 배관의 성능에 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 저장탱크의 외부나 배관의 외부에 주변 공기를 차단시키는 진공단열 구조가 사용될 수 있으나, 진공단열 구조는 높은 진공도를 형성 및 유지하기가 힘들어 여전히 주변 공기가 잔존해 있으며, 이로 인하여 액화나 결빙이 발생할 수 있다.
추가로 액상수소보다 비등점이 낮은 헬륨가스 혹은 수소가스로 진공단열 구조에 퍼징을 진행하면 진공도를 높일 수 있으나, 헬륨가스는 산업용으로 구하기 힘든 고가의 가스이며 작은 분자량으로 취급이 힘들고, 수소가스는 인화성 가스라서 다루기가 힘들고 퍼징에 사용하기에는 위험성이 존재한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 혼합 가스에서 수소 및 액화가스의 혼합 비율 조절을 통하여 퍼징 후 잔존하는 공기의 상태변화가 일어나지 않게 하여 안정성 증대 및 퍼징 비용을 최소화할 수 있는 가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박은 수소 및 수소 외의 물질로서 비등점이 상온보다 낮은 액화가스를 저장하는 저장탱크, 수소 및 액화가스 중 적어도 어느 하나를 수요처에 공급하는 공급부를 포함하며, 상기 저장탱크는, 액화가스와 수소를 일정 비율로 혼합한 혼합 가스를 저장할 수 있다.
구체적으로, 상기 혼합 가스는, 액화가스와 수소의 혼합 비율인 상기 일정 비율을 조절하여 상기 혼합 가스의 비등점이 조절되며, 수소, 질소 또는 산소 중 적어도 하나의 비등점보다 상기 혼합 가스의 비등점이 높게 상기 일정 비율이 조절될 수 있다.
구체적으로, 수요처는, 추진 엔진, 발전 엔진, 가스터빈 또는 연료전지 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 저장탱크는, 외벽과 내벽으로 구성되는 이중 격벽구조로 마련되며, 상기 외벽과 상기 내벽 사이에 진공으로 구성되는 진공 공간 및 상기 내벽으로 둘러 쌓여 상기 혼합 가스를 저장하는 저장 공간을 포함할 수 있다.
구체적으로, 공급부는, 상기 액화가스, 상기 수소 또는 상기 혼합 가스의 이송에 이용되는 이송 배관 및 진공으로 구성되며 상기 이송 배관을 둘러싼 배관 형태인 진공 배관을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 진공 공간 또는 상기 진공 배관을 퍼징하는 퍼징 장치를 더 포함하며, 상기 퍼징 장치는, 퍼징을 위한 퍼징가스로 적어도 질소를 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 퍼징 장치는, 상기 진공 공간 또는 상기 진공 배관을 상기 퍼징가스로 퍼징을 한 뒤, 상기 퍼징가스를 상기 진공 공간 또는 상기 진공 배관에서 배출하여, 상기 진공 공간 또는 상기 진공 배관을 진공으로 만들 수 있다.
구체적으로, 상기 혼합 가스를 냉각하는 냉각기 및 상기 혼합 가스의 공급을 조절하는 밸브를 더 포함하고, 상기 이송배관은 상기 냉각기와 연결되어 냉각된 상기 혼합 가스를 상기 저장탱크로 전달할 수 있다.
구체적으로, 액화가스만을 저장하는 액화가스 탱크를 더 포함할 수 있으며, 상기 저장탱크는, 적어도 0.7 barg 이상으로 상기 혼합 가스를 축압하는 압력 용기로 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 탱크 또는 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화시키는 재액화 장치 또는 상기 액화가스 탱크 또는 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 냉각시키는 냉각기를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 수요처로 전달하는 이송배관에 마련되는 압축기 및 상기 이송배관에 연결되어 상기 액화가스 탱크에 저장된 상기 액화가스를 가열하여 전달하는 열교환기를 포함하고, 상기 밸브는, 상기 이송배관 상에 마련되어, 상기 액화가스 탱크에서 발생하는 증발가스 또는 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 이동을 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 처리 시스템을 구비한 선박을 포함하며, 수소만을 저장하는 수소 탱크를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 혼합 가스에서 수소 및 액화가스의 혼합 비율 조절을 통하여 퍼징 후 잔존하는 공기의 상태변화가 일어나지 않게 하여 안정성 증대 및 퍼징 비용을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 저장탱크의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 저장탱크의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 동일한 명칭을 가지더라도 다른 번호를 가지고 있다면 같은 구성이 아닐 수 있음에 유의하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이며, 도 2는 본 발명에 따른 저장탱크의 개념도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 혼합 가스를 저장하는 저장탱크(11), 공급부(부호 도시하지 않음), 수요처(50), 압축기(61), 열교환기(62) 등을 포함할 수 있다.
저장탱크(11)는, 수소 및 수소 외의 물질로서 비등점이 상온보다 낮은 액화가스를 저장하는 탱크로서, 액화가스와 수소를 일정 비율로 혼합한 혼합 가스를 저장할 수 있는 탱크이다.
혼합 가스는 비등점이 상온보다 낮은 액화가스와 수소를 혼합하여, 혼합 가스의 비등점은 수소보다 높을 수 있어 수소 운반의 어려움을 해결할 수 있다.
수소는 비등점이 -253℃로 극저온의 LNG의 비등점인 -162℃보다 더 낮은 비등점을 가져서 운반을 하는데 어려움이 있다.
예를 들어, 수소의 비등점이 LNG보다 낮기 때문에 체적당 증발률이 LNG의 10배에 달하여 증발가스가 많이 발생하며, 수소의 비등점으로 인하여 수소를 저장하는 탱크의 외부나 탱크로 이어지는 공급부의 외부 온도가 낮아지게 되어 주변 공기가 액화 또는 결빙되는 상태변화가 일어날 수 있어 시설에 문제가 발생할 수 있다.
이를 해결하고자 본 발명인 가스 처리 시스템(1)은, 수소 대신에 혼합 가스를 저장하여 비등점을 높이는 방법과 탱크나 공급부를 진공단열 구조로 만드는 방법을 사용할 수 있다.
혼합 가스는, 비등점이 -162℃인 LNG 등의 액화가스와 비등점이 -253℃인 수소를 일정 비율로 혼합하여, 혼합 가스의 비등점이 수소의 비등점보다 높게 일정 비율을 조절할 수 있으며, 필요에 따라서 일정 비율을 조절하여 특정 비등점보다 높은 비등점을 가지는 혼합 가스의 생성도 가능하다.
따라서 수소만을 운반하는 경우보다 혼합 가스를 운반하는 경우에는, 혼합 가스의 비등점이 수소의 비등점 보다 높으므로 외부와의 온도차가 줄어들 수 있어, 혼합 가스가 저장되는 저장탱크(11)에 외부 열의 침입량이 줄어들 수 있어 기상 혼합 가스(증발가스)의 발생량이 감소할 수 있다.
혼합 가스의 비등점이 높아진다 하더라도, 액화가스는 비등점이 상온보다 낮으며 수소는 비등점이 -253℃이므로 낮은 온도를 가지게 되어, 혼합 가스는 상온의 주변 공기보다는 낮은 온도로 형성되게 된다.
혼합 가스가 저장되는 저장탱크(11) 외부와 혼합 가스의 공급에 이용되는 공급부 외부는 혼합 가스로 인하여 주변 공기보다 낮은 온도를 가지게 되므로, 주변 공기를 상태변화 시킬 수 있으며, 이를 방지하기 위하여 추가적으로 혼합 가스의 비등점을 더 올릴 수도 있다.
주변 공기의 구성은 78%의 질소, 21%의 산소, 0.9%의 아르곤으로 이루어져 있다. 질소는 비등점이 -196℃이고 산소는 비등점이 -183℃이며, 아르곤의 비등점은 -186℃으로 낮은 비등점을 가지지만, 혼합 가스의 비등점보다 높은 경우에는 상태변화를 일으킬 수 있다.
따라서 혼합 가스가 수소의 비등점인 -253℃ 높더라도 주변 공기의 비등점보다 낮다면, 주변 공기는 혼합 가스의 온도로 인하여 상태변화를 할 수 있다.
혼합 가스는 액화가스와 수소의 혼합 비율인 일정 비율의 조절이 가능하므로, 질소, 산소 또는 아르곤의 비등점보다 높은 -182℃ 이상의 비등점을 가질 수 있어 주변 공기의 상태변화를 방지할 수 있다.
이를 통하여 후에 서술할 퍼징 후에 잔존하는 공기에 대한 상태변화도 방지할 수 있다.
저장탱크(11)는 혼합 가스를 저장하는 탱크로서, 저장되는 혼합 가스는 낮은 비등점을 가질 수 있어 저장탱크(11)의 외부 온도를 낮출 수 있다.
이를 방지하기 위한 방법 중 하나로 이중 격벽구조가 적용될 수 있는데, 이중 격벽구조는 외벽과 내벽으로 구성이 되어, 저장탱크(11)는 외벽과 내벽 사이에 진공으로 구성되는 진공 공간(12) 및 내벽으로 둘러 쌓여 혼합 가스를 저장하는 저장 공간(13)을 포함할 수 있다.
도 2는 저장탱크(11)의 개념도로, 저장탱크(11)가 저장 공간(13)과 진공 공간(12)을 포함하는 것을 알 수 있다.
저장 공간(13)은 내벽으로 둘러 쌓여 밀폐된 공간으로 혼합 가스를 저장하며, 진공 공간(12)은 외벽과 내벽 사이의 공간으로 진공으로 마련될 수 있어 혼합 가스가 존재하지 않을 수 있다.
진공 공간(12)은 처음에는 공기로 채워져 있으나 퍼징 장치(도시하지 않음)로 퍼징을 진행하여 진공으로 만들 수 있다. 퍼징 장치는, 진공 공간(12)과 후에 설명할 진공 배관을 퍼징할 수 있으며 퍼징 가스로 적어도 질소를 사용하여 퍼징을 진행할 수 있다.
퍼징은 퍼징 장치를 사용하여 진행되며, 퍼징 장치를 통하여 진공 공간(12)에 퍼징 가스를 주입한 뒤, 진공 공간(12)에서 퍼징 가스를 배출하여 진공 공간(12)을 진공으로 만들 수 있다.
퍼징 가스를 진공 공간(12)에 주입하고 배출하는 과정에서, 진공 공간(12)에 잔여 공기 또는 퍼징 가스가 남아 있어 진공 공간(12)이 완전한 진공이 형성되지 않을 수 있다. 따라서 진공 공간(12)에 남아있는 잔여 공기 또는 퍼징 가스가, 저장 공간(13)에 저장된 혼합 가스의 온도에 의해 상태변화 할 수 있다.
진공 공간(12)에서 상태변화가 이루어지는 경우에 잔여 공기 또는 퍼징 가스의 결빙 등을 통하여 외벽이나 내벽에 흠이 생길 수 있으며, 흠을 통하여 혼합 가스가 누출되거나 저장탱크(11)로 외부 열의 침입이 가능하여 대책이 필요하다.
액상수소보다 비등점이 낮은 헬륨 혹은 수소를 퍼징 가스로 추가적인 퍼징을 진행하면 진공 공간(12)에 잔여 공기를 줄일 수 있어 진공도를 높이거나, 진공 공간(12)에 잔여 퍼징 가스가 남아도 혼합 가스보다 비등점이 낮은 헬륨이나 수소이기에 상태변화 문제가 해결될 수 있다.
그러나 헬륨은 산업용으로 구하기 힘든 고가의 가스이며 작은 분자량으로 취급이 힘들고, 수소는 인화성 가스라서 다루기가 힘들고 퍼징에 사용하기에는 위험성이 존재한다는 문제점이 있다.
본 발명인 가스 처리 시스템(1)은 추가적인 헬륨 또는 수소 퍼징을 진행하지 않아도, 혼합 가스의 비등점을 조절하여 진공 공간(12)에 잔여 공기 또는 퍼징 가스가 존재하여도 상태변화를 방지할 수 있다.
공급부는 수소 및 액화가스 중 적어도 어느 하나를 수요처(50)에 공급할 수 있으며, 이송 배관(41) 및 진공 배관(도시하지 않음)을 포함할 수 있다.
이송 배관(41)은 수소, 액화가스 또는 혼합가스의 이송에 이용되는 배관으로서 한쪽 끝단은 저장탱크(11) 와 연결될 수 있으며, 다른쪽 끝단은 수요처(50) 등과 연결될 수 있다.
이송 배관(41)은 저온의 혼합 가스, 액화가스, 수소를 공급하므로 이송 배관(41) 또한 저온 상태가 지속될 수 있어, 이송 배관(41)의 외부 온도가 낮아지게 되며 이로 인하여 주변 공기가 액화 또는 결빙되는 상태변화가 일어날 수 있다.
진공 배관은, 이송 배관(41)을 둘러싼 배관 형태를 가지며 진공으로 구성되어 이송 배관(41)과 외부를 단열하는 기능을 가질 수 있어, 이송 배관(41)의 주변 공기가 상태변화 하는 것을 방지할 수 있다.
수요처(50)는 공급부와 연결되어 수소, 액화가스, 혼합 가스 중 적어도 어느 하나를 연료로 사용할 수 있다.
수요처(50)는 선박의 추진수단으로 추진 엔진, 발전 엔진, 가스터빈 또는 연료 전지 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있으며, 선내의 수요를 충족하기 위하여 추가적으로 보일러 등을 포함할 수 있다.
수요처(50)는 수소를 연료로 사용이 가능하므로 수소 전용 추진 엔진 등을 포함할 수 있으며, 도 1을 참조하면, 수요처(50)는 저장탱크(11)에서 혼합 가스를 연료로 공급받을 수 있으므로, 혼합 가스를 이용한 추진 엔진 등이 마련될 수 있다.
압축기(61)는 저장탱크(11)에서 배출되는 기상 혼합 가스를 압축시켜 압력 및 온도를 높일 수 있다. 도 1을 참조하면, 압축기(61)는 1개가 마련되어 있으나 수요처(50)의 종류에 따라 필요한 연료의 성질이 다를 수 있으므로 압축기(61)는 복수 개가 마련될 수 있으며, 압축기(61)의 종류도 달라질 수 있다.
열교환기(62)는 압축기(61)와 나란히 마련되어 혼합 가스를 냉각 또는 가열하여 온도를 조절할 수 있다. 혼합 가스가 압축기(61)에서 압축되면 압력과 함께 온도도 높아지기 때문에, 압축된 혼합 가스의 온도를 조절하기 위하여 마련이 될 수 있으며 온도에 따라서 열교환이 이루어지지 않을 수도 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하며, 설명을 생략하는 부분은 앞선 내용으로 갈음한다.
도 3을 참조하면, 저장탱크(11)에 마련되는 펌프, 냉각기(63), 밸브(30) 등을 추가적으로 포함하는 것을 알 수 있다.
펌프는 저장탱크(11)에 마련되어 혼합 가스를 수요처(50) 또는 냉각기(63)로 전달할 수 있다. 도 3을 참조하면, 하나의 저장탱크(11)에만 펌프가 도시되어 있지만 경우에 따라서 저장탱크(11)마다 펌프가 마련될 수도 있다.
냉각기(63)는 혼합 가스를 온도를 낮출 수 있으며, 액체 상태인 액상 혼합 가스의 온도는 낮추거나 기체 상태인 기상 혼합 가스를 냉각하여 액상 혼합 가스로 만들 수 있다.
냉각기(63)는 저장탱크(11)로부터 액상 또는 기상 혼합 가스를 전달받아 냉각할 수 있으며, 냉각된 혼합 가스를 이송 배관(41)을 통하여 저장탱크(11)로 전달할 수 있다.
이송 배관(41)은 냉각기(63)의 전후에 연결되어 저장탱크(11)로부터 냉각기(63)에 혼합가스를 공급할 수 있으며, 냉각된 기상 혼합 가스 또는 액상 혼합 가스를 저장탱크(11)로 전달할 수도 있고, 이송 배관(41)은 각 저장탱크(11)마다 마련될 수 있다.
냉각된 기상 혼합 가스 또는 액상 혼합 가스를 저장탱크(11)로 전달하는 동안에 이용되는 이송 배관(41)은 더 낮은 혼합 가스를 이송하므로, 냉각된 혼합 가스의 온도에 의한 문제가 발생할 수 있고 이를 방지하기 위하여 진공배관이 마련될 수 있다.
밸브(30)는 수요처(50)와 냉각기(63) 사이에 마련될 수 있으며 펌프를 기준으로 양쪽에 각각 1개가 마련될 수 있다. 밸브(30)는 개폐를 통해서 저장탱크(11)에서의 혼합 가스의 공급정도 또는 공급 유무를 조절할 수 있어, 냉각기(63)로 공급되는 이송 배관(41)에 밸브(30)가 마련되어 있으며, 냉각기(63)로부터 냉각된 혼합 가스를 저장탱크(11)로 이송하는 이송 배관(41)에도 밸브(30)가 마련될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4를 참조하면, 저장탱크(11)와는 별도로 액화가스만을 저장하는 액화가스 탱크(21)를 포함하며, 저장탱크(11)의 모양이 다른 실시예와 다른 것을 알 수 있다.
도 4의 저장탱크(11)는 가압탱크로 마련이 되며, 적어도 0.7 barg 이상으로 혼합 가스를 축압하는 압력 용기로 마련될 수 있다.
일반적으로 대형 LNG의 운반선의 경우, 저장탱크(11)를 상압탱크로 사용하며 0.7barg 이하로 운송되는 LNG를 저장할 수 있고, 소형 LNG 운반선의 경우에는 대형 LNG 운반선보다 더 높은 압력으로 축압하여 LNG를 운송할 수 있다.
구체적으로 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 저장탱크(11)는, 진공도가 100mtorr 이상의 중진공 또는 1000mtorr 이상의 저진공을 가지는 진공단열 탱크일 수 있다
진공도는, 작동압력에 의해서 분류되는데 압력에 따라 저진공, 중진공, 고진공 등으로 분류할 수 있다.
저진공은 진공도가 낮은 것으로 760(1barg)~1torr 정도이며, 갈수록 진공도가 높아져서 중진공은 1torr~1mtorr, 고진공은 1mtorr 이하의 진공도를 가질 수 있다. 이에 저장탱크(11)는, 1000mtorr이상의 저진공을 가지며, 바람직하게는 100mtorr이상의 중진공을 가질 수 있다.
진공단열 탱크를 만들기 위하여는 진공단열 구조를 가져야 하며, 도 2를 참조하면, 저장탱크(11)는 진공 공간(12)과 저장 공간(13)을 포함하여 진공단열 구조인 것을 알 수 있다.
진공단열 탱크인 저장 탱크(11)는 진공 공간(12)과 저장 공간(13)을 가지므로, 대형화되면 진공도 유지가 힘들고 진공 공간(12) 등의 부피도 커져서 진공도 자체를 낮추기 힘들 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(1)의 저장탱크(11)는 저진공의 0.7barg 이상으로 혼합 가스를 축약하여 저장하여, 대형화가 가능할 수 있으며 고진공에 비하여 저장탱크(11)에서 발생하는 기상 혼합 가스가 적을 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이고, 도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5은 압축기(61)와 재액화장치(64)가 마련되며, 도 6은 냉각기(63)가 추가적으로 마련될 수 있다. 재액화장치(64)는 기상 혼합 가스를 액상 혼합 가스로 재액화 시켜 이송 배관(41)을 통하여 저장탱크(11)로 전달할 수 있다.
압축기(61)는 이송 배관(41) 상에 마련될 수 있으며, 이송 배관(41)을 통하여 기상 혼합 가스를 공급받아 재액화장치(64)의 요구 압력에 맞춰 기상 혼합 가스를 압축할 수 있으나, 압축기(61)를 통한 압축 강도가 높은 경우에는 온도도 같이 상승하므로 재액화장치(64)에서 재액화 효율이 떨어질 수 있어, 압축기(61)를 통한 기상 혼합 가스의 압축 강도가 높지 않을 수 있다.
재액화장치(64)는 기상 혼합 가스를 재액화하여 액상 혼합 가스로 만드는 것에 반하여, 냉각기(63)는 기상 혼합 가스 또는 액상 혼합 가스의 온도를 낮추는데 사용될 수 있다. 따라서, 도 6을 참조하면 냉각기(63)에는 이송 배관(41)을 통하여 액상 혼합 가스를 공급하기 위하여 펌프가 추가적으로 마련될 수 있다.
재액화장치(64)의 냉매로는 액화가스 탱크(21)에 저장된 저온의 액화가스가 사용될 수 있으나, 혼합 가스는 액화가스와 수소의 일정 비율에 따라 비등점이 바뀔 수 있으므로, 액화가스 탱크(21)에 저장된 액화가스가 냉매로 사용되지 않고 별도의 냉매가 구비될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7을 참조하면, 수요처(50)와 연결된 이송 배관(41), 밸브(30), 열교환기(62) 등이 마련된 것을 알 수 있다.
이송 배관(41)은 수요처(50)와 액화가스 탱크(21)를 연결할 수 있으며, 밸브(30)가 마련된 이송 배관(41)을 통하여 액화가스 탱크(21)에서 액화가스 및 저장탱크(11)에서 혼합가스를 수요처(50)로 전달할 수 있다.
수요처(50)와 액화가스 탱크(21)를 연결하는 이송 배관(41)은, 밸브(30)가 마련된 이송 배관(41)을 통하여 저장탱크(11)와 간접적으로 연결될 수도 있어, 액화가스 저장탱크(11)의 기상 액화가스(증발가스) 및 저장탱크(11)에서의 기상 혼합 가스 (증발가스)의 이동이 이송 배관(41)을 통하여 가능할 수 있다.
이송 배관(41)은 저장탱크(11)에서의 기상 혼합 가스를 전달받아 수요처(50)에 액화가스와 함께 또는 따로 공급할 수 있으며, 밸브(30)를 통하여 공급되는 혼합 가스의 양을 조절할 수 있다.
액화가스 저장탱크(11)의 기상 액화가스는 이송 배관(41)을 통하여 저장탱크(11)로 이동이 가능하여 저장탱크(11)의 혼합 가스와 함께 저장될 수 있으며, 이를 통하여 저장탱크(11)에 저장되는 혼합 가스의 혼합 비율인 일정비율이 변경될 수도 있다.
밸브(30)는 이송 배관(41) 상에 마련되며 액화가스 탱크(21)와 냉각기(63), 저장탱크(11)와 냉각기(63) 사이에도 마련될 수 있다. 이송 배관(41)은 액화가스 탱크(21)에 저장된 액화가스와 저장탱크(11)에 저장된 혼합 가스를 냉각기(63)로 공급할 수 있으며, 냉각된 액화가스 또는 혼합 가스를 저장탱크(11)로 전달할 수 있다.
액화가스 탱크(21)의 액화가스가 냉각된 후에 저장탱크(11)로 전달되면, 저장탱크(11)의 혼합 가스의 일정 비율이 달라질 수 있으므로, 밸브(30)의 개폐 조절을 통하여 공급되는 액화가스의 양을 조절할 수 있으며 경우에 따라서 저장탱크(11)의 혼합 가스만을 냉각할 수도 있다.
열교환기(62)는 액화가스 탱크(21)에 마련된 펌프와 이송 배관(41) 사이에 마련될 수 있어, 액화가스 탱크(21)에서의 액화가스는 펌프에 의해 열교환기(62)로 전달된 후 가열되어 기상 액화가스가 될 수 있으며, 기상 액화가스는 수요처(50)에 공급되거나 저장탱크(11)로 전달될 수 있다.
또한, 본 발명인 가스 처리 시스템(1)은 수소만을 저장하는 수소탱크 (도시하지 않음)를 더 포함할 수 있으며, 가스 처리 시스템(1)을 구비한 선박도 본 발명에 포함될 수 있다.
본 발명은 상기에서 설명한 실시예들로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 가스 처리 시스템
11: 저장탱크
12: 진공 공간 13: 저장 공간
21: 액화가스 탱크 30: 밸브
41: 이송 배관 50: 수요처
61: 압축기 62: 열교환기
63: 냉각기 64: 재액화장치
12: 진공 공간 13: 저장 공간
21: 액화가스 탱크 30: 밸브
41: 이송 배관 50: 수요처
61: 압축기 62: 열교환기
63: 냉각기 64: 재액화장치
Claims (14)
- 수소 및 수소 외의 물질로서 비등점이 상온보다 낮은 액화가스를 저장하는 저장탱크; 및
수소 및 액화가스 중 적어도 어느 하나를 수요처;에 공급하는 공급부;를 포함하며,
상기 저장탱크는,
액화가스와 수소를 일정 비율로 혼합한 혼합 가스를 저장하는, 가스 처리 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 혼합 가스는,
액화가스와 수소의 혼합 비율인 상기 일정 비율을 조절하여 상기 혼합 가스의 비등점이 조절되며,
수소, 질소 또는 산소 중 적어도 하나의 비등점보다 상기 혼합 가스의 비등점이 높게 상기 일정 비율이 조절되는, 가스 처리 시스템. - 제 2 항에 있어서, 수요처는,
추진 엔진, 발전 엔진, 가스터빈 또는 연료전지 중 적어도 하나 이상을 포함하는, 가스 처리 시스템. - 제 3 항에 있어서, 상기 저장탱크는,
외벽과 내벽으로 구성되는 이중 격벽구조로 마련되며, 상기 외벽과 상기 내벽 사이에 진공으로 구성되는 진공 공간; 및
상기 내벽으로 둘러 쌓여 상기 혼합 가스를 저장하는 저장 공간;을 포함하는, 가스 처리 시스템. - 제 4 항에 있어서, 공급부는,
상기 액화가스, 상기 수소 또는 상기 혼합 가스의 이송에 이용되는 이송 배관; 및
진공으로 구성되며 상기 이송 배관을 둘러싼 배관 형태인 진공 배관;을 더 포함하는, 가스 처리 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 진공 공간 또는 상기 진공 배관을 퍼징하는 퍼징 장치;를 더 포함하며,
상기 퍼징 장치는,
퍼징을 위한 퍼징가스로 적어도 질소를 사용하는, 가스 처리 시스템. - 제 6 항에 있어서, 상기 퍼징 장치는,
상기 진공 공간 또는 상기 진공 배관을 상기 퍼징가스로 퍼징을 한 뒤, 상기 퍼징가스를 상기 진공 공간 또는 상기 진공 배관에서 배출하여, 상기 진공 공간 또는 상기 진공 배관을 진공으로 만드는, 가스 처리 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 혼합 가스를 냉각하는 냉각기; 및
상기 혼합 가스의 공급을 조절하는 밸브;를 더 포함하고,
상기 이송배관은 상기 냉각기와 연결되어 냉각된 상기 혼합 가스를 상기 저장탱크로 전달하는, 가스 처리 시스템. - 제 7 항에 있어서,
액화가스만을 저장하는 액화가스 탱크;를 더 포함하는,
가스 처리 시스템. - 제 9 항에 있어서, 상기 저장탱크는,
적어도 0.7 barg 이상으로 상기 혼합 가스를 축압하는 압력 용기로 마련되는, 가스 처리 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 액화가스 탱크 또는 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화시키는 재액화 장치; 또는
상기 액화가스 탱크 또는 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 냉각시키는 냉각기;를 포함하는, 가스 처리 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 액화가스 탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 수요처로 전달하는 이송배관에 마련되는 압축기; 및
상기 이송배관에 연결되어 상기 액화가스 탱크에 저장된 상기 액화가스를 가열하여 전달하는 열교환기;를 포함하고,
상기 밸브는,
상기 이송배관 상에 마련되어, 상기 액화가스 탱크에서 발생하는 증발가스 또는 상기 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 이동을 조절하는, 가스 처리 시스템. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 처리 시스템을 구비한, 선박.
- 제 13 항에 있어서, 상기 선박은,
수소만을 저장하는 수소 탱크;를 더 포함하는 상기 가스 처리 시스템을 구비한, 선박.
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220116600A KR20230146975A (ko) | 2022-04-12 | 2022-09-15 | 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230146975A (ko) |
-
2022
- 2022-09-15 KR KR1020220116600A patent/KR20230146975A/ko not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |