액화질소 탱크 구조 - aeghwajilso taengkeu gujo

[초저온탱크 설치공사] 
  1.초저온 탱크 사용가스종류 : 액체산소, 액체질소, 액체아르곤등

  2.초저온탱크구조 : 이중탱크 형식

  3.단열방식 : 진공단열 구조(단열재 충진방식)

  4.안전장치 : 스프링식 안전변(예비라인 설치)

  5.승압방식 : 탱크승압용 기화기(대기식)

  6.사용방법 : 액체 또는 기체 사용

*50톤 탱크설치 : 액체산소 저장탱크

*기화기설치(대기식) ; 1,000N/m3, 2대

*GSU 설치 : 입구압력(1Mpa), 출구압력(0.7Mpa)

▲곽채식 한국가스안전공사 안전관리이사

[투데이에너지] 초저온 액화가스 관련사고가 최근 잇달아 발생하고 있다.

지난 5월 김포시 열처리공장에서 액화 질소저장탱크가 파열되면서 6명(쇼크 5명 포함)의 인명 피해와 반경 약 80m 내의 건물이 파손되는 사고가 발생했으며 같은 달 경북 경주에서도 액화 질소저장탱크가 파열됐다. 

이러한 사고 원인의 공통점은 현장에서 초저온 액화가스와 그 저장탱크에 대한 구조 등 기본적인 지식과 이해 부족가 부족한 사용·공급자가 안전밸브를 폐쇄 또는 설정압력을 상향 조정함에 따라, 안전밸가의 정상적으로 작동이 안됐기 때문이다. 

이에 현장에서 초저온 액화가스 저장탱크의 구조를 바로 알 필요성이 높다.

초저온 액화가스는 비점이 영하 50°C 이하의 가스들로서 산업현장에서 주로 사용하는 액화질소(-196°C), 액화산소(-183°C), 그리고 액화알곤(-186°C) 등이 있다.

이러한 가스는 외부의 열(熱)에 노출되면 바로 부피가 팽창하기 때문에 이를 저장하는 탱크는 외부에서 내부로 열(熱) 침입을 막기 위해서 내피에 단열재를 씌운 이중(내피+외피) 진공 구조로 돼 있다. 

초저온탱크는 탱크자체 기화기를 가지고 있으며 승압밸브(R-1)와 이코노마이즈밸브(R-2)로 압력을 일정하게 유지할 수 있다. 충전은 상부충전밸브(L-1)와 하부충전밸브(L-2)가 있으며 통상 압력이 높으면 상부로 압력이 낮으면 하부로 충전해 압력을 일정하게 유지하면서 충전할 수 있다.

탱크에는 2개의 스프링식 안전밸브(SV-1, SV-2)가 장착이 돼 있으면 설계압력에 따라 셋팅돼 있다. 탱크의 압력이 높을 경우 안전밸브가 자동 작동돼 탱크를 안전하게 유지한다. 이에 따라서 절대로 안전밸브는 잠그면 안된다. 사전에 방출밸브(VENT S-1)로 압력을 낮춰서 관리하는 것도 좋은 방법이다.

탱크 충전량은 90%를 넘어서는 안되며 검액밸브로 육안 확인 가능합니다. 90% 이상 충전시 액화가스가 흐르므로 과충전 방지장치라 할 수 있다.

또한 탱크내부의 압력이 각 가스의 특성에 맞게 설정된 수준 이상으로 높아질 경우 이를 자동으로 밖으로 배출하는 안전밸브를 부착해 내부의 과도한 압력상승을 관리하도록 하고 있다.

이러한 초저온 저장탱크에 대한 사고사례와 실증결과 자료를 보면 탱크가 ‘내부 압력이 상승되면 그 내부압력을 수시로 배출하는 구조’이므로 해당가스의 물성과 저장탱크의 구조, 안전밸브의 필요성을 이해와 더불어 압력관리에 기반한 안전관리가 매우 필요함을 알 수 있다.

또한 현장에 설치된 5톤 전·후의 저장탱크는 파열될 경우 막대한 인명피해와 재산 피해를 가져올 수 있으며 인명피해 발생시에는 중대재해처벌법(2022년 1월 시행)의 적용을 받을 수도 있으므로 시공자, 공급자 및 사용자의 각별한 안전관리 노력이 필요하다. 

먼저 가스 공급자나 안전관리자는 저장탱크에 설치된 안전밸브가 상시작동할 수 있도록 평상시 점검해 필요한 사항을 개선하고 현장에서 안전밸브의 설정압력을 변경하거나 작동 불능상태로 조작할 수 없도록 밸브의 봉인·잠금장치를 설치하고 더불어 경고표시판도 부착해야 한다. 

또한 가스공급자는 가스공급 전에 사용자에게 반드시 해당 가스의 특성과  저장탱크의 올바른 사용방법 등을 교육한 후에 공급해야 하고 위의 사항에 대한 안전점검도 반드시 이행할 필요가 있다. 

무더운 여름 사고없는 안전한 여름이 되기 위해서는 33°C를 오르내리는 무더위로 인해 폭염이 지속돼 시기에 가스를 사용하지 않으면 초저온 저장탱크의 내부압력은 빠르게 상승하므로 안전밸브가 정상적으로 작동해야 한다. 

초저온가스 사고예방을 위해서는 사용자와 공급자의 적극적인 안전점검 등 각별한 안전관리 노력이 필요한 시기이다.

끝으로 고압가스 사고가 발생하지 않는 안전하고 건강한 여름나기를 기대해본다. 
 

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끓는점이 지극히 낮은 가스는 수송이나 보관시에는 액화시킨 상태로 유지하게 되며, 이를 위해 초저온 저장탱크가 사용된다. 보통 초저온 저장탱크는 단열재로 둘러싸여져 열출입이 억제되도록 한다. 하지만 완벽하게 열출입을 차단할 수 없기 때문에 자연적으로 초저온 저장탱크에 저장된 액화가스는 부분적으로 기화되어 기상의 액화가스가 존재하게 되며, 이를 비오지(Boil-Off Gas, 이하 BOG라고 함)라고 한다.

초저온 저장탱크의 내부 상부에 발생되는 비오지의 압력은, 초저온 저장탱크에 채울 수 있는 액상 액화가스의 양과 반비례하는 관계이므로, 규정된 압력 이하로 유지되도록 적절히 제어되어야 한다.

이를 위해 보통 특정 압력 이상이 되면 기상의 액화가스를 배출시켜서 재 액화한 후 초저온 저장탱크로 되돌려 보내거나, 기상의 액화가스를 연료로 사용하기도 한다.

종래기술로 대한민국 등록특허번호 제10-0806569호의 "LNG BOG 재액화 장치 및 방법"(2008. 2.18 등록)에 관한 기술이 있으며, LNG 운반선의 저장탱크에서 발생되는 증발가스(BOG)를 재액화하도록 하는 장치가 개시되어 있다.

한편 첨부되는 도 1은 종래기술로서 초저온 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생되는 BOG의 처리장치를 보여준다.

상하로 길이가 길게 형성되며 수직으로 세워진 초저온 저장탱크(10)가 마련되며, 초저온 저장탱크(10) 내부에 일정 수위 이하로 액상의 액화가스가 저장된다. 초저온 저장탱크에 저장되는 액화가스로는 N2 가스를 예로 들 수 있다.

액화질소는 대기 압력하에서 －196℃에서 액체로 존재하게 된다.

초저온 저장탱크(10)에 저장된 액상의 액화가스를 필요시 배출시켜서 사용하기 위한 제1배출관(20)이 마련되며, 제1배출관(20)에는 기화기(40)가 연결된다.

아울러 기화된 기상의 액화가스를 배출시키기 위한 제2배출관(30)이 마련된다.

제2배출관(30)에는 초저온 저장탱크(10)의 내부 압력이 규정치 이상이 될 때 자동적으로 기상의 액화가스를 배출시킬 수 있도록 하기 위한 이코노마이져(economizer)(31)가 마련된다.

이코노마이져(31)가 초저온 저장탱크(10) 내부 압력 변화에 따라 개폐되기 위하여, 초저온 저장탱크(10) 측의 단부가 제1배출관(20)측의 단부보다 일정 압력 이상이 될 경우 이코노마이져(31)는 열리게 되며, 그렇지 않을 경우 이코노마이져(31)는 닫히게 된다.

이코노마이져(31)가 열리게 되면 기상의 액화가스가 제2배출관(30)을 통하여 유동하면서 제1배출관(20)을 거쳐 기화기(40)로 흘러나가게 된다.

한편 이코노마이져(31)가 초저온 저장탱크(10) 측의 단부와 제1배출관(20)측의 단부와의 압력차에 따라 작동하기 위하여는 제1배출관(20)이 액상 액화가스의 수위보다 높은 지점을 지나도록 하여 제1배출관(20) 내부에 액상 액화가스의 수위에 해당하는 지점의 압력보다 낮은 압력을 가진 부위가 나타나도록 설계하고 그 부위와 초저온 저장탱크(10) 측의 단부와의 압력차이에 의하여 이코노마이져(31)가 작동되도록 설계한다.

이와 같은 설계 기법에 의할 경우 이코노마이져(31)는 통상 초저온 저장탱크(10)의 상단부에 배치되어야 하나, 이는 이코노마이져(31)의 유지 보수를 어렵게 한다는 문제를 일으킨다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 도 2와 같은 종래 기술이 사용되고 있다.

도 2 또한 도 1과 마찬가지로 초저온 저장탱크(10), 제1배출관(20), 제2배출관(30), 이코노마이져(31), 기화기(40)로 구성되어 있다.

도 2에서 초저온 저장탱크(10), 제1배출관(20), 기화기(40)의 구성 및 배치는 도 1과 동일하다.

그러나 도 2에서 이코노마이져(31)는 유지 보수의 문제를 편리하게 하기 위하여 지상에 인접하게 설치된다. 즉 도 1에서 이코노마이져(31)는 초저온 저장탱크(10)의 상단 위에 설치되나, 도 2에서 이코노마이져(31)는 초저온 저장탱크(10)의 하단 높이 부위에 설치된다.

이와 같은 배치를 위하여 도 2에서 제2배출관(30)은 초저온 저장탱크(10)의 상단에서부터 시작하여 수직 하부 방향으로 연장된 후 이코노마이져(31)와 만난 후 다시 수직 상부 방향으로 연장된 후 제1배출관(20)과 연결되는 구조이다.

도 2의 배치는 이코노마이져(31)의 유지 보수가 편리하다는 장점이 있지만, 배관이 매우 복잡하고 또한 배관이 길어진다는 문제를 발생시키며, 이로 인하여 배관을 고정하기 위한 지지대 등의 잡자재가 매우 많이 설치되어야 한다는 문제를 발생시킨다.

초저온 저장탱크(10)의 높이를 10M라고 가정할 경우, 수직 방향을 따라 연장되는 배관의 길이는 다음과 같다.

도 1에서 제1배출관(20)은 초저온 저장탱크(10)의 하단에서 상단까지 연장되는 길이 10M와, 초저온 저장탱크(10)의 상단에서 하단까지 연장되는 길이 10M, 총 20M를 필요로 한다.

도 2에서 제1배출관(20)은 초저온 저장탱크(10)의 하단에서 상단까지 연장되는 길이 10M와, 초저온 저장탱크(10)의 상단에서 하단까지 연장되는 길이 10M, 총 20M를 필요로 하며, 아울러 제2배출관(30)은 초저온 저장탱크(10)의 상단에서 하단까지 연장되는 길이 10M와, 초저온 저장탱크(10)의 하단에서 상단까지 연장되는 길이 10M, 총 20M를 필요로 하여, 제1배출관(20)과 제2배출관(30)의 합은 40M가 된다.

즉 도 2의 배치 구조는 도 1의 배치 구조에 비하여 총 20M (40M - 20M)의 배관 길이가 더 필요하게 되며, 이에 따라 배관을 지지하기 위한 서포트 등의 잡자재 및 이를 위한 설치 작업이 추가적으로 필요하게 된다.

아울러 도 1 및 도 2의 종래 기술에 의할 경우 이코노마이져(31)는 초저온 저장탱크(10) 측의 단부와 제1배출관(20)측의 단부와의 압력차에 따라 작동하게 되는데, 초저온 저장탱크(10) 내부에 액상 액화가스가 가득 차있을 경우 이때는 차압이 거의 발생하지 않게 되어 기상 액화가스의 압력이 상승하는 경우에도 이코노마이져(31)가 작동하지 않을 가능성이 높으며, 또한 이코노마이져(31)가 작동하는 경우에도 기상 액화가스의 방출이 적어 압력 강하가 제대로 이루어지지 않아 결국 안전밸브를 통하여 기상 액화가스를 대기에 배출하게 된다는 문제가 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 3은 본 발명에 따른 일 실시예인 초저온 액화가스 저장탱크 시스템의 개념도이며, 도 4는 도 3의 A-A 기준 자동 유로 전환 밸브의 개념 단면도이며, 도 5는 도 4의 주요부 확대 단면도이며, 도 6은 도 4의 주요 부품 분리 단면도이며, 도 7은 도 3의 B-B 기준 자동 유로 전환 밸브의 개념 단면도이며, 도 8은 도 7의 주요부 확대 단면도이며, 도 9는 도 7의 주요 부품 분리 단면도이며, 도 10은 도 5의 지시자의 평면도이다.

이하에서는 패킹, 볼트, 너트 등과 같이 밸브 작동을 위하여 반드시 필요하며 매우 일반적인 부재들에 대하여는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 초저온 저장탱크 시스템은 기존의 기술보다 유지보수가 편리하며 배관의 길이를 줄일 수 있다는 장점을 가지고 있다.

보다 구체적으로 본 발명은 초저온 저장탱크(100)와, 제1배출관(110)과, 제2기상관(120)과, 제3배출관(130)과, 제4승압관(140)과, 자동 유로 전환 밸브(200) 등을 포함하여 이루어진다.

초저온 저장탱크(100)에 액화가스가 저장되며, 단열재로 감싸여져 있어 액화가스를 적정한 온도로 유지할 수 있도록 이루어진다. 초저온 저장탱크(100)에 저장되는 액화가스로는 액화질소, 액화천연가스와 같은 것이며, 초저온 저장탱크(100)는 상하 방향으로 길다란 형상을 가지며, 아울러 수직으로 세워지게 배치된다.

초저온 저장탱크(100)에 액화가스는 소정의 수위만큼 저장되며, 초저온 저장탱크(100)에 저장되는 액화가스는 자연적으로 증발되어 초저온 저장탱크(100)의 상부에는 기상의 액화가스가 존재하게 된다. 초저온 저장탱크(100) 내부에 형성되는 기상의 액화가스에 의해 초저온 저장탱크(100) 내부 압력이 증가하게 되는데, 초저온 저장탱크 내부 압력은 적절하게 조절될 필요가 있다.

즉, 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력이 제1기준값보다 높으면 감압이 이루어지도록 해야 하며, 제2기준값보다 낮으면 승압이 이루어지도록 하여야 한다. 이때 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력을 조절할 수 있도록 하면서도 기상의 액화가스를 폐기하지 않고 사용이 가능하도록 할 필요가 있다.

이에 본 발명은 제1배출관(110), 제2기상관(120), 제3배출관(130), 제4승압관(140) 및 자동 유로 전환 밸브(200)를 이용하여 배관의 길이를 줄이면서도 유지보수가 간편하고 기상의 액화가스를 재활용할 수 있도록 하는 기술을 제공하게 된다.

초저온 저장탱크(100)의 하부에 제1배출관(110)이 연결되며, 제1배출관(110)의 일단은 초저온 저장탱크(100)의 하부에 연결된 후 지면을 따라 연장되고, 제1배출관(110)을 통해서 액상의 액화가스가 배출될 수 있다.

언급된 종래기술과 비교하면 제1배출관(110)의 길이는 획기적으로 짧아질 수 있다. 종래기술의 경우 초저온 저장탱크(100)에 저장된 액화가스의 수두압을 이용하여야 했기 때문에 제1배출관(110)을 초저온 저장탱크(100)의 상부로 연장한 후 다시 지면 근처로 내려야만 했었다.

하지만 본 발명에서는 초저온 저장탱크(100)의 하단 부위에 제1배출관(110)을 연결함으로써 제1배출관(110)이 초저온 저장탱크(100)의 상부로 연장된 후 다시 하강할 필요가 없기 때문에 그 길이를 대폭적으로 줄일 수 있다는 효과가 있다.

초저온 저장탱크(100)의 내부 상측에 모이게 되는 기상의 액화가스를 배출시키기 위하여 제2기상관(120) 및 제3배출관(130)이 마련된다.

제2기상관(120)의 일단이 초저온 저장탱크(100)의 상부에 연결된 후 지면 근처로 연장되게 배치되며, 제2기상관(120)의 타단에 제3배출관(130)의 일단이 연결된다.

제2기상관(120)은 기상의 액화가스의 유동로로서 기능하며, 아울러 제3배출관(130)은 기상의 액화가스가 배출되는 통로로서 이용된다.

한편 제2기상관(120)의 타단에 제4승압관(140)의 일단이 연결된다.

제4승압관(140)은 승압용 액화가스의 유동로로서 기능하며, 제4승압관(140)에는 보조 기화기(141)가 마련되어 액상의 액화가스를 기상의 액화가스로 기화시키게 된다.

이와 같이 제2기상관(120)의 타단은 분기되어 제3배출관(130)과 제4승압관(140)이 각각 연결되는 형태이다.

제1배출관(110)과 제3배출관(130)과 제4승압관(140)의 타단은 각각 자동 유로 전환 밸브(200)에 연결된다.

자동 유로 전환 밸브(200)는 두 개의 입구(201, 202)와 두 개의 출구(203, 204)를 갖는 밸브이며, 제1배출관(110)이 어느 하나의 입구인 제1액상 입구(201)와 연결되고 제3배출관(130)은 또 하나의 입구인 제2기상 입구(202)와 연결되며, 제4승압관(140)은 어느 하나의 출구인 제2복귀용 출구(204)와 연결된다.

한편 자동 유로 전환 밸브(200)의 제1기화용 출구(203)에는 메인 기화기(150)가 연결될 수 있다. 메인 기화기(150)는 저온인 액상 혹은 기상 액화가스를 적당한 온도로 가온시키기 위한 일종의 열교환기와 같은 것이다.

아울러 메인 기화기(150)의 전단에는 메인 기화기(150)로 액화가스가 유입되는 것을 차단하기 위한 기화기용 밸브(151)가 마련된다. 기화기용 밸브(151)는 메인 기화기(150)의 유지 보수 등과 같이 메인 기화기(150)가 사용되지 않을 경우에 닫히게 된다.

상기와 같은 자동 유로 전환 밸브(200)는, 제1액상 입구(201)에 걸리는 압력 및 제2기상 입구(202)에 걸리는 압력에 따라 자동으로 작동하여, i) 제1액상 입구(201)와 제1기화용 출구(203)는 서로 연통되며 제1액상 입구(201)와 제2복귀용 출구(204)는 서로 연통되며 제2기상 입구(202)와 제1기화용 출구(203)는 서로간의 연통이 차단되는 승압 모드, ii) 제1액상 입구(201)와 제1기화용 출구(203)는 서로 연통되며 제1액상 입구(201)와 제2복귀용 출구(204)는 서로간의 연통이 차단되며 제2기상 입구(202)와 제1기화용 출구(203)는 서로간의 연통이 차단되는 액상 배출모드, iii) 제2기상 입구(202)와 제1기화용 출구(203)는 서로 연통되며 제1액상 입구(201)와 제1기화용 출구(203)는 서로간의 연통이 차단되며 제2복귀용 출구(204)와 제1기화용 출구(203)는 서로간의 연통이 차단되는 감압 모드 중 어느 하나의 모드로 전환하게 된다.

또한 자동 유로 전환 밸브(200)의 밸브 본체에는, 제1액상 입구(201)와 연통되는 제1액상 입구실(210)과, 제1액상 입구실(210)의 상부에 형성되며 제1기화용 출구(203)와 연통되는 제1기화용 출구실(230)과, 제1액상 입구실(210)의 하부에 형성되는 보조통로실(250)과, 보조통로실(250)의 하부에 형성되는 제2복귀용 출구실(240)과, 제1기화용 출구실(230)과 제2기상 입구(202) 사이에 형성되며 제1기화용 출구실(230)과 연통되는 제2기상 입구실(220)과, 제1기화용 출구실(230)의 상부에 형성되되 제1기화용 출구실(230)과 연통되는 스프링실(270)이 형성된다.

또한 자동 유로 전환 밸브(200)의 밸브 본체에는 각종 유로전환부재들이 마련되어 그 유로를 전환하게 된다.

스프링실(270)에 메인탄성체(271)와 압력 차이 감지부(272)가 마련된다.

메인탄성체(271)는 압력차이 감지부(272)에 하방향 압력을 인가하게 되며, 압력 차이 감지부(272)는 메인탄성체(271)의 하방향 압력과 제1기화용 출구실(230)의 압력 차이에 따라 상하 방향으로 이동하게 된다.

본 실시예에서는 압력 차이 감지부(272)로서 벨로우즈(272a)와 감지판(272b)이 사용되었으며, 감지판(272b)은 메인탄성체(271)로부터 하방향의 압력을 받고 아울러 제1기화용 출구실(230)의 압력에 의하여 상방향의 압력을 받아 이들 압력의 차이에 의하여 상하로 이동하게 된다.

벨로우즈(272a)는 메인탄성체(271)가 위치한 공간과 감지판(272b)의 하부 공간을 구획하기 위하여 마련되는 것이다.

이와 같은 압력 차이 감지부(272)는 주지관용의 기술인 멤브레인 방식에 의하여도 구현될 수 있다.

물론 감지판(272b)의 하부 공간은 제1기화용 출구실(230)의 압력과 동일한 압력이 걸릴 수 있도록 제1기화용 출구실(230)과 연통되어 있는 상태이다.

상기와 같은 감지판(272b)의 하부에 메인 로드(281)가 마련된다.

메인 로드(281)는 상단이 감지판(272b)에 고정되며 하단이 제1기화용 출구실(230)까지 연장되며 감지판(272b)의 상하 이동과 연동하여 상하로 이동하게 된다.

상기와 같은 메인 로드(281)에 보조 로드(282)가 연결된다.

보조 로드(282)는 그 상단이 메인 로드(281)의 하단에 고정되며 하단이 보조통로실(250)까지 연장되어 메인 로드(281)의 상하 이동과 연동하여 상하로 이동하게 된다.

한편 보조 로드(282)에는 제1기화용 출구실(230)과 보조통로실(250)을 연통시키는 보조 연통로(282a)가 내부를 따라 형성된다.

아울러 보조 로드(282)의 하부는 제1액상 입구실(210)과 보조통로실(250)간의 연통을 차단하게 된다.

즉 보조 로드(282)에 의하여 제1기화용 출구실(230)과 보조통로실(250)이 서로 연통되는 한편 제1액상 입구실(210)과 보조통로실(250)은 그 연통이 차단된다.

상기와 같은 보조 로드(282)에 제1밸브체(283)가 고정 마련된다.

제1밸브체(283)는 제1액상 입구실(210)에 위치되며, 보조 로드(282)의 상하 이동에 따라 제1액상 입구실(210)과 제1기화용 출구실(230)간의 개폐를 조절하게 된다.

아울러 제1액상 입구실(210)에는 제1밸브체(283)에 상방향의 탄성력을 인가하게 되는 제1스프링(284)이 마련된다.

제2복귀용 출구실(240)에 제2밸브체(285)가 상하로 이동가능하게 마련된다.

제2밸브체(285)는 제2복귀용 출구실(240)에 마련된 제2스프링(286)에 의하여 상방향으로 탄성지지되어 있다. 따라서 제2밸브체(285)는 외력이 없을 경우 보조통로실(250)과 제2복귀용 출구실(240)간의 연통을 차단하게 된다.

아울러 제2밸브체(285)는 보조 로드(282)의 하방향 이동에 따라 보조 로드(282)와 접촉하면서 보조 로드(282)로부터 하방향의 압력을 받게 되어 보조통로실(250)과 제2복귀용 출구실(240)이 서로 연통되도록 그 개폐 정도를 조절하게 된다.

한편 제2밸브체(285)에는 보조 로드(282)와 접촉하기 위한 접촉용 로드(287)가 상부로 돌출되어 있다.

또한 본 실시예는 접촉용 로드(287)가 제2밸브체(285)에 고정되어 있는 것이 아니라, 접촉용 로드(287)가 제2밸브체(285)에 대하여 상하로 이동할 수 있는 구조를 갖추고 있다.

즉, 제2밸브체(285)에는 접촉용 로드(287)를 제2밸브체(285)에 대하여 상하 방향으로 이동시키기 위한 접촉 간격 조절부(288)를 더 구비하고 있다.

본 실시예에서 접촉 간격 조절부(288)의 구조는, 상부에 접촉용 로드(287)가 형성되며, 상하방향 중간부에 제2밸브체(285)에 대하여 나사 결합되어 있는 암나사부(288a)가 형성되며, 하부에는 암나사부(288a)의 회전 정도, 즉 접촉용 로드(287)의 돌출 정도를 표시하는 지시자(288b, indicator)가 마련되는 구조이다.

따라서 암나사부(288a)를 회전시키면 암나사부(288a)가 상부 또는 하부로 이동하며 이에 의하여 접촉용 로드(287)가 상부 또는 하부로 이동되어, 결과적으로 접촉용 로드(287)와 보조 로드(282)간의 간격이 조절될 수 있다.

본 실시예에서 접촉용 로드(287)는 접촉 간격 조절부(288)의 일부를 형성하고 있지만, 실시예에 따라서는 접촉용 로드(287)와 접촉 간격 조절부(288)가 서로 독립적으로 마련될 수도 있다.

제2기상 입구실(220)에 제3밸브체(289)가 마련된다.

제3밸브체(289)는 제3스프링(290)에 의하여 제2기상 입구(202)측으로 탄성지지된다.

따라서 제3밸브체(289)는 외력이 없을 경우 제2기상 입구실(220)과 제2기상 입구(202)간의 연통을 차단하게 된다.

그러나 제2기상 입구(202)의 압력이 기준치 이상으로 높아지면, 즉 제3스프링(290)의 탄성력보다 높아지게 되면 제3밸브체(289)는 열리게 된다.

또한 제3밸브체(289)에는 제4스프링(292)과 제4밸브체(291)가 마련된다.

제4스프링(292)은 제4밸브체(291)를 제2기상 입구(202)의 반대측으로 탄성지지하며, 제4밸브체(291)는 제4스프링(292)의 탄성력과 제2기상 입구실(220)의 압력 차이에 의하여 제2기상 입구실(220)과 제2기상 입구(202)간의 개폐를 조절하게 된다.

미설명부호 293은 필터이다.

이와 같은 자동 유로 전환 밸브(200)의 작동을 설명한다.

먼저 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력이 제2기준값보다 낮은 경우를 도 11 내지 도 13을 참고하여 설명한다.

초저온 저장탱크(100)의 내부 압력은 내부의 기상 액화가스의 압력에 따라 결정되며, 따라서 내부 압력이 낮을 경우 기상 액화가스의 압력을 승압시킬 필요가 있다.

기상 액화가스의 압력이 낮으므로 제2기상관(120) 및 제3배출관(130)과 연결된 자동 유로 전환 밸브(200)의 제2기상 입구(202)의 압력이 낮으므로 제3밸브체(289)는 열리지 않게 되며, 따라서 제2기상 입구(202)와 제2기상 입구실(220)간의 연통이 차단된다.

아울러 제1기화용 출구실(230)에 낮은 압력이 걸리므로 압력 차이 감지부(272)가 하부로 이동하며 이와 연동하여 메인 로드(281) 및 보조 로드(282)가 하부로 이동하며, 보조 로드(282)에 고정된 제1밸브체(283)가 하부로 이동하며, 아울러 보조 로드(282)의 하단부의 하방향 이동에 의하여 보조 로드(282)의 하단이 제2밸브체(285)의 접촉용 로드(287)를 하부로 밀어 제2밸브체(285)가 하부로 이동하여, 제1액상 입구실(210)은 제1기화용 출구실(230)과 연통되며, 아울러 보조통로실(250)은 제2복귀용 출구실(240)과 연통된다.

이와 같은 과정에 의하여 자동 유로 전환 밸브(200)는, 제1액상 입구(201)와 제1기화용 출구(203)는 서로 연통되며 제1액상 입구(201)와 제2복귀용 출구(204)는 서로 연통되며 제2기상 입구(202)와 제1기화용 출구(203)는 서로간의 연통이 차단되는 승압 모드로 변환된다.

한편 제1액상 입구(201)와 제2복귀용 출구(204)간의 연통은, 제1액상 입구(201)와 제1액상 입구실(210)간의 연통, 제1액상 입구실(210)과 제1기화용 출구실(230)간의 연통, 보조 로드(282)의 보조 연통로(282a)를 통한 제1기화용 출구실(230)과 보조통로실(250)간의 연통, 보조통로실(250)과 제2복귀용 출구실(240)간의 연통, 제2복귀용 출구실(240)과 제2복귀용 출구(204)간의 연통에 의하여 형성되는 것이다.

따라서 도 11에서 확인되는 바와 같이 제1배출관(110)으로 배출되는 액상의 액화가스의 일부는 제1기화용 출구(203)를 거쳐 메인 기화기(150)를 지나면서 기화되어 외부로 배출되는 한편, 제1배출관(110)으로 배출되는 액상의 액화가스의 일부는 제2복귀용 출구(204)를 거쳐 제4승압관(140)의 보조 기화기(141)에서 기화된 후 제2기상관(120)을 거쳐 초저온 저장탱크(100)의 내부로 유입된다.

이에 의하여 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력이 상승하게 된다.

한편 상기와 같은 작용에 의하여, 제2복귀용 출구(204)로 액상 액화가스가 배출되기 위하여는 먼저 제1밸브체(283)가 열린 후 다음으로 제2밸브체(285)가 열려야 하며, 만일 제2밸브체(285)의 오작동으로 인하여 제2밸브체(285)가 제대로 닫히지 않은 경우에도 제1밸브체(283)가 열리지 않았다면 제2복귀용 출구(204)로 액상 액화가스가 배출되지 못하게 되어, 제2밸브체(285)의 오작동으로 인한 위험 부담을 감소시키게 된다.

다음으로 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력이 제2기준값과 제1기준값 사이인 경우를 도 14 내지 도 16을 참고하여 설명한다.

초저온 저장탱크(100)의 내부 압력은 제2기준값과 제1기준값 사이인 경우 액상의 액화가스가 메인 기화기(150)로 배출되는 것으로 충분하다.

기상 액화가스의 압력이 여전히 제1기준값보다 낮으므로 제2기상관(120) 및 제3배출관(130)과 연결된 자동 유로 전환 밸브(200)의 제2기상 입구(202)의 압력이 낮으므로 제3밸브체(289)는 열리지 않게 되며, 따라서 제2기상 입구(202)와 제2기상 입구실(220)간의 연통이 차단된다.

아울러 제1기화용 출구실(230)에 낮은 압력이 걸리므로 압력 차이 감지부(272)가 하부로 이동하려고 한다.

그러나 비교적 높은 압력의 액상의 액화가스가 제1액상 입구(201)로 유입되므로, 제1액상 입구실(210)의 압력이 상승하며 이에 따라 제1밸브체(283)가 액상의 액화가스로부터 상방향의 압력을 받게 되어 제1밸브체(283)가 고정된 보조 로드(282)는 상부로 이동하려고 한다.

이와 같이 압력 차이 감지부(272)가 받는 압력과 제1밸브체(283)가 받는 압력에 의하여 메인 로드(281) 및 보조 로드(282)는 중간 정도의 높이에 위치하게 된다. 이때 보조 로드(282)의 하단은 제2밸브체(285)의 접촉용 로드(287)와 접촉하지 않는 상태가 되므로, 보조 로드(282)는 제2밸브체(285)에 하방향의 압력을 인가하지 않게 된다.

따라서 제2밸브체(285)는 제2스프링(286)의 탄성력에 의하여 상부로 이동하여 보조통로실(250)과 제2복귀용 출구실(240)간의 연통을 차단하게 된다.

한편 접촉 간격 조절부(288)에 의하여 접촉용 로드(287)의 돌출 높이가 조정될 수 있으며, 따라서 접촉용 로드(287)의 상단과 보조 로드(282)의 하단간의 간격이 조절될 수 있다. 이와 같은 간격 조절은 보조 로드(282)가 접촉용 로드(287)와 접촉되기 위한 높이를 설정하는 것으로, 현장 상황에 맞게끔 적절히 설정될 수 있다.

이와 같은 과정에 의하여 자동 유로 전환 밸브(200)는, 제1액상 입구(201)와 제1기화용 출구(203)는 서로 연통되며, 제1액상 입구(201)와 제2복귀용 출구(204)는 서로간의 연통이 차단되며, 제2기상 입구(202)와 제1기화용 출구(203)는 서로간의 연통이 차단되는 승압 모드로 변환된다.

따라서 도 14에서 확인되는 바와 같이 제1배출관(110)으로 배출되는 액상의 액화가스 전부는 제1기화용 출구(203)를 거쳐 메인 기화기(150)를 지나면서 기화되어 외부로 배출된다. 이는 정상적인 작동 과정이다.

다음으로 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력이 제1기준값보다 큰 경우를 도 17 내지 도 19를 참고하여 설명한다.

초저온 저장탱크(100)의 내부 압력이 제1기준값보다 큰 경우 기상의 액화가스가 메인 기화기(150)로 배출되면서 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력을 낮출 수 있다.

기상 액화가스의 압력이 제1기준값보다 크면 제2기상관(120) 및 제3배출관(130)과 연결된 자동 유로 전환 밸브(200)의 제2기상 입구(202)의 압력이 높으므로 제3밸브체(289)가 열리게 되며, 따라서 제2기상 입구(202), 제2기상 입구실(220), 제2기화용 출구실(230)이 서로 연통되게 된다.

아울러 제1기화용 출구실(230)에 높은 압력이 걸리므로 압력 차이 감지부(272)가 상부로 이동되며, 이에 연결된 메인 로드(281) 및 보조 로드(282)가 상부로 이동하게 된다.

보조 로드(282)의 상부 이동에 따라 보조 로드(282)에 고정된 제1밸브체(283)가 상부로 이동하여 제1액상 입구실(210)과 제1기화용 출구실(230)간의 연통이 차단된다.

아울러 제2밸브체(285)는 제2스프링(286)의 탄성력에 의하여 상부로 이동하여 보조통로실(250)과 제2복귀용 출구실(240)간의 연통이 차단된다.

이와 같은 과정에 의하여 자동 유로 전환 밸브(200)는, 제2기상 입구(202)와 제1기화용 출구(203)는 서로 연통되며 제1액상 입구(201)는 제1기화용 출구(203) 및 제2복귀용 출구(204)와의 연통이 차단되는 감압 모드로 변환된다.

따라서 도 17에서 확인되는 바와 같이 초저온 저장탱크(100) 내부의 기상의 액화가스는 제2기상관(120)과 제3배출관(130)을 거쳐 제2기상 입구(202)로 유입된 후 제1기화용 출구(203)를 거쳐 메인 기화기(150)를 지나면서 승온되어 외부로 배출된다. 이와 같은 과정에 의하여 초저온 저장탱크(100)의 내부 압력은 정상화되며, 아울러 기상의 액화가스는 연료 등으로 활용될 수 있다.

한편 도 11 내지 도 19는 메인 기화기(150)가 정상 가동이 된다는 전제하에서 설명하였다. 그러나 필요에 따라서 메인 기화기(150)를 사용하지 않는 경우가 있을 수 있으며 이 경우 기화기용 밸브(151)가 닫히게 된다.

이 경우 제1기화용 출구실(230)과 기화기용 밸브(151) 사이에는 액상의 액화가스가 갇히게 되며, 이 상태가 장기간 지속될 경우 액상의 액화가스는 기화하여 그 내부 압력이 급속히 상승할 위험이 있다.

이와 같이 제1기화용 출구실(230)과 기화기용 밸브(151) 사이의 압력이 비정상적으로 상승하는 경우에서의 본 실시예의 작동을 도 20 내지 도 22를 참고하여 설명한다.

제1기화용 출구실(230) 및 제2기상 입구실(220)의 압력이 급격히 상승할 경우 이 상승된 압력에 의하여 제4밸브체(291)가 열리게 된다.

즉 제2기상 입구실(220)의 압력이 제4스프링(292)의 탄성력보다 높게 되면 제4밸브체(291)가 열리게 된다.

따라서 제1기화용 출구실(230)의 액화가스는 제2기상 입구실(220) 및 제2기상 입구(202)를 통하여 제3배출관(130)으로 배출되며, 이후 제2기상관(120)을 통하여 초저온 저장탱크(100) 내부로 유동하게 된다.

따라서 제1기화용 출구실(230)과 기화기용 밸브(151) 사이에서 액상 액화가스가 갇힌 후 기화하는 경우에도 제1기화용 출구실(230)과 기화기용 밸브(151) 사이의 압력은 안전한 압력값을 유지할 수 있다.

상기와 같이 본 실시예는 초저온 저장탱크(100)의 압력치가 제1기준값을 초과하면 액상 액화가스가 배출되는 제1배출관(110)이 연결된 자동 유로 전환 밸브(200)의 제1액상 입구(201)가 닫히게 되어 액상의 액화가스는 더 이상 배출되지 않고 순수하게 제2기상관(120) 및 제3배출관(130)을 통해서 기상의 액화가스만이 배출되기 때문에 보다 신속하게 초저온 저장탱크(100) 내부에 생성된 기상 액화가스를 배출시킬 수 있다는 장점이 있다.

상기와 같이 본 실시예는 배관의 길이를 최소화할 수 있고, 자동 유로 전환 밸브를 지면 근처에 마련되도록 할 수 있기 때문에 유지보수에 편리함을 제공할 수 있다는 장점을 제공할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 장점은 도 3에 도시된 바와 같이 배관의 구성을 컴팩트하게 설계하여 그 장점이 극대화될 수 있다.

즉 제1배출관(110)은 초저온 저장탱크(100)의 상단 높이보다 낮은 높이, 바람직하게는 초저온 저장탱크(100)의 중간 높이보다 낮은 높이에서만 배치되는 것이 바람직하다. 즉 제1배출관(110)은 초저온 저장탱크(100)의 하부, 혹은 지면 인접한 높이에서 연장되는 것으로 충분하다.

또한 제2기상관(120)은 상하 방향으로 연장되는 상하 연장부(122)와, 상하 연장부(122)와 초저온 저장탱크(100)의 상부를 연결하는 상단부(121)와, 상하 연장부(122)와 제3배출관(130) 및 제4승압관(140)을 연결하는 하단부(123)로 구분될 수 있다.

또한 상단부(121)는 초저온 저장탱크(100)의 하단 높이보다 높은 높이, 바람직하게는 초저온 저장탱크(100)의 중간 높이보다 높은 높이에서만 배치되며, 하단부(123)는 초저온 저장탱크(100)의 상단 높이보다 낮은 높이, 바람직하게는 초저온 저장탱크(100)의 중간 높이보다 낮은 높이에서만 배치되는 것이 바람직하다. 실제로는 상단부(121)는 초저온 저장탱크(100)의 상단부 높이에만 마련되며 하단부(123)은 초저온 저장탱크(100)의 하단부 높이에만 마련될 것이다.

이와 같은 본 실시예의 배관 길이는 실시예에 따라 상이하나, 초저온 저장탱크(100)의 높이를 10M라고 가정할 경우, 수직 방향을 따라 연장되는 배관의 길이는 다음과 같다.

도 3에서 제2기상관(120)이 초저온 저장탱크(100)의 상단에서 하단까지 연장되는 길이 10M만이 필요하다.

즉 도 1의 20M, 도 2의 40M에 비하여 수직 방향을 따라 연장되는 배관의 길이가 50%, 혹은 75%가 절감되며, 이에 따라 필요한 배관 지지대의 숫자도 대폭 감소하게 되어, 자재비 및 설치비의 절감이 가능하게 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.