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KR102909174B1 - rare gas production system and liquefied hydrogen receiving terminal connected to the system - Google Patents

rare gas production system and liquefied hydrogen receiving terminal connected to the system

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KR102909174B1
KR102909174B1 KR1020220130383A KR20220130383A KR102909174B1 KR 102909174 B1 KR102909174 B1 KR 102909174B1 KR 1020220130383 A KR1020220130383 A KR 1020220130383A KR 20220130383 A KR20220130383 A KR 20220130383A KR 102909174 B1 KR102909174 B1 KR 102909174B1
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hydrogen
liquid
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heat
liquefied hydrogen
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이재훈
황주현
이형진
전원형
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한국가스공사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 희귀가스 생산 비용을 절감할 수 있는 희귀가스 생산 시스템 및 이를 포함하는 액화수소 인수기지에 관한 것이다.
본 발명에 의한 희귀가스 생산 시스템은, 공기를 압축하는 공기 압축기; 상기 공기 압축기에서 압축된 공기와, 기화시켜 수요처에 공급할 액화수소를 열교환시켜, 압축된 공기는 냉각시키고 액화수소는 기화시키는 기화기; 상기 기화기에서 응축된 산소 및 질소를 분리하는 분리탑; 상기 분리탑의 상부 배출부로부터 이송된 유체 중에서 산소 및 질소가 분리되고 남은 잔여 공기로부터 경질 성분을 응축시켜 분리하는 경질 컬럼; 및 상기 분리탑의 하부 배출부로부터 이송된 유체 중에서 산소 및 질소가 분리되고 남은 잔여 공기로부터 중질 성분을 기화시켜 분리하는 중질 컬럼;을 포함한다.
The present invention relates to a rare gas production system capable of reducing the cost of producing rare gases and a liquefied hydrogen receiving station including the same.
A rare gas production system according to the present invention comprises: an air compressor for compressing air; a vaporizer for heat-exchanging compressed air from the air compressor with liquefied hydrogen to be vaporized and supplied to a demander, thereby cooling the compressed air and vaporizing the liquefied hydrogen; a separation tower for separating oxygen and nitrogen condensed in the vaporizer; a light column for condensing and separating light components from residual air remaining after oxygen and nitrogen are separated from a fluid transferred from an upper discharge portion of the separation tower; and a heavy column for vaporizing and separating heavy components from residual air remaining after oxygen and nitrogen are separated from a fluid transferred from a lower discharge portion of the separation tower.

Description

희귀가스 생산 시스템 및 이를 포함하는 액화수소 인수기지 {rare gas production system and liquefied hydrogen receiving terminal connected to the system}Rare gas production system and liquefied hydrogen receiving terminal connected to the system

본 발명은 희귀가스 생산 비용을 절감할 수 있는 희귀가스 생산 시스템 및 이를 포함하는 액화수소 인수기지에 관한 것이다. The present invention relates to a rare gas production system capable of reducing the cost of producing rare gases and a liquefied hydrogen receiving station including the same.

제논(Xe, xenon) 및 크립톤(Kr, krypton)은 반도체 제조 공정에서 필수로 사용되는 희귀가스이다. 제논과 크립톤은 색깔과 냄새가 없는 단원자 분자로서 공기 중에 미량 함유되어 있어 공기 중으로부터 이들을 분리하여 얻을 수 있다. Xenon (Xe) and krypton (Kr) are noble gases essential in semiconductor manufacturing processes. Xenon and krypton are colorless, odorless, monoatomic molecules found in trace amounts in the air, and can be obtained by separating them from the air.

공기 분리 유닛(Air Separation Unit)은 공기로부터 산소 및 질소를 분리하며, 공기 중에 극소량 존재하는 네온, 제온, 크립톤 및 헬륨과 같은 희귀가스를 함유하는 미정제 스트림도 생성한다. The Air Separation Unit separates oxygen and nitrogen from air, and also produces a crude stream containing rare gases such as neon, xeon, krypton, and helium, which are present in trace amounts in air.

공기 분리 유닛에서 크립톤 등 희귀가스를 분리하는 기술은 1969년 독일에서 시작되어 역사가 깊은 기술이다. 그러나, 크립톤 등 희귀가스는 공기 1,000,000m3당 약 1m3만 포함되어 있을 정도로 극미량임에도 불구하고, 이들을 분리해내기 위해서는 약 -200℃ 이하의 극저온이 필요하여 저온 냉동기에 막대한 에너지가 소요된다.The technology for separating rare gases like krypton in air separation units has a long history, having originated in Germany in 1969. However, even though rare gases like krypton are present in extremely small quantities—only about 1 m 3 per 1,000,000 m 3 of air—separating them requires extremely low temperatures of approximately -200°C or lower, requiring enormous amounts of energy for low-temperature freezers.

한국 공개특허공보 10-2008-0025840 (2008.03.24. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2008-0025840 (published on March 24, 2008)

한편, 액화수소는 선박 등에 의해 운송되어 인수기지에 마련되는 저장탱크에 하역되고, 액체 상태로 저장되며, 기화되어 수요처에 송출된다. 액화수소는 저장탱크에 약 -253℃로 저장되어 있으므로, 액화수소를 기화시키기 위해서는 상온 이상의 온열을 지속적으로 공급할 필요가 있다. Meanwhile, liquefied hydrogen is transported by ships and other means, unloaded into storage tanks at receiving facilities, stored in a liquid state, vaporized, and then delivered to demand locations. Because liquefied hydrogen is stored in storage tanks at approximately -253°C, vaporizing it requires a continuous supply of heat above room temperature.

본 발명은, 액화수소를 송출하는 과정에서 액화수소를 기화시키면서 버려지는 극저온의 기화열을 대규모 공기 분리 유닛에 활용함으로써, 희귀가스 생산에 필요한 에너지를 공급할 수 있는 희귀가스 생산 시스템 및 이를 포함하는 액화수소 인수기지를 제공하고자 한다. The present invention aims to provide a rare gas production system capable of supplying energy required for rare gas production by utilizing the ultra-low temperature vaporization heat discarded while vaporizing liquefied hydrogen during the process of transmitting liquefied hydrogen in a large-scale air separation unit, and a liquefied hydrogen receiving station including the same.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 공기를 압축하는 공기 압축기; 상기 공기 압축기에서 압축된 공기와, 기화시켜 수요처에 공급할 액화수소를 열교환시켜, 압축된 공기는 냉각시키고 액화수소는 기화시키는 기화기; 상기 기화기에서 응축된 산소 및 질소를 분리하는 분리탑; 상기 분리탑의 상부 배출부로부터 이송된 유체 중에서 산소 및 질소가 분리되고 남은 잔여 공기로부터 경질 성분을 응축시켜 분리하는 경질 컬럼; 및 상기 분리탑의 하부 배출부로부터 이송된 유체 중에서 산소 및 질소가 분리되고 남은 잔여 공기로부터 중질 성분을 기화시켜 분리하는 중질 컬럼;을 포함하는, 희귀가스 생산 시스템이 제공된다. According to one aspect of the present invention for achieving the above-described object, a rare gas production system is provided, comprising: an air compressor for compressing air; a vaporizer for heat-exchanging compressed air from the air compressor with liquefied hydrogen to be vaporized and supplied to a demander, thereby cooling the compressed air and vaporizing the liquefied hydrogen; a separation tower for separating oxygen and nitrogen condensed in the vaporizer; a light column for condensing and separating light components from the remaining air after oxygen and nitrogen are separated from a fluid transferred from an upper discharge portion of the separation tower; and a heavy column for vaporizing and separating heavy components from the remaining air after oxygen and nitrogen are separated from a fluid transferred from a lower discharge portion of the separation tower.

바람직하게는, 상기 기화기, 분리탑, 경질 컬럼 및 중질 컬럼은 콜드박스에 구비되고, 상기 콜드박스로부터 잔여의 냉열을 회수하여 상기 공기 압축기로부터 기화기로 공급되는 압축 공기에 포함된 이물질을 응축시켜 분리하는 전처리 장치;를 더 포함할 수 있다.Preferably, the vaporizer, separation tower, light column and heavy column are provided in a cold box, and a pretreatment device for recovering residual cold heat from the cold box and condensing and separating foreign substances contained in compressed air supplied to the vaporizer from the air compressor may be further included.

바람직하게는, 상기 경질 성분은 네온을 포함하고, 상기 중질 성분은 제논 및 크립톤을 포함할 수 있다.Preferably, the hard component may include neon, and the heavy component may include xenon and krypton.

바람직하게는, 상기 경질 컬럼은, 상기 액화수소의 냉열을 이용하여 잔여 공기를 냉각시키는 1차 열교환부; 및 상기 액화수소를 기화시키면서 액화수소의 냉열을 회수한 열매체를 이용하여, 상기 1차 열교환부에서 냉각된 잔여 공기를 더 냉각시키는 2차 열교환부;를 포함할 수 있다.Preferably, the hard column may include a primary heat exchanger that cools residual air using the cold heat of the liquefied hydrogen; and a secondary heat exchanger that further cools residual air cooled in the primary heat exchanger using a heat medium that recovers the cold heat of the liquefied hydrogen while vaporizing the liquefied hydrogen.

바람직하게는, 상기 중질 컬럼은, 상기 액화수소의 증발가스를 이용하여 전력을 생산하면서 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하여 중질 성분을 기화시킬 수 있다.Preferably, the heavy column can vaporize heavy components by recovering waste heat of exhaust gas discharged while generating electricity using the vaporized gas of the liquefied hydrogen.

바람직하게는, 상기 분리탑에서 생산된 액체 상태의 질소를 상기 액화수소가 액체 상태를 유지시키기 위한 냉매로 공급할 수 있다.Preferably, the liquid nitrogen produced in the separation tower can be supplied as a refrigerant to maintain the liquid hydrogen in a liquid state.

바람직하게는, 상기 분리탑에서 생산된 액체 상태의 산소 또는 질소를 기화시키는 재기화기; 및 상기 재기화기에서 기화된 산소 또는 질소를 팽창시키는 터빈과, 상기 터빈의 구동력으로 전력을 생산하는 발전기를 포함하는 터빈-발전기;를 더 포함할 수 있다.Preferably, the separation tower may further include a regasifier for vaporizing liquid oxygen or nitrogen produced in the separation tower; and a turbine-generator including a turbine for expanding oxygen or nitrogen vaporized in the regasifier and a generator for generating electricity using the driving force of the turbine.

바람직하게는, 상기 액화수소를 저장하는 액화수소 저장탱크; 열매체를 순환시켜 상기 액화수소 저장탱크 및 경질 컬럼 중 어느 하나 이상으로부터 열에너지를 회수하는 열매체 순환부; 및 상기 터빈에서 팽창된 산소 또는 질소와 상기 열매체를 열교환시켜, 상기 열매체를 냉각시키는 냉열 회수 장치;를 더 포함할 수 있다.Preferably, the system may further include a liquid hydrogen storage tank for storing the liquid hydrogen; a heat medium circulation unit for circulating a heat medium to recover heat energy from at least one of the liquid hydrogen storage tank and the hard column; and a cold heat recovery device for exchanging heat with oxygen or nitrogen expanded in the turbine and cooling the heat medium.

바람직하게는, 상기 액화수소를 저장하는 액화수소 저장탱크; 열매체를 순환시켜 상기 액화수소 저장탱크 및 경질 컬럼 중 어느 하나 이상으로부터 열에너지를 회수하는 열매체 순환부; 및 상기 열매체 순환부로부터 상기 액체 상태의 산소 또는 질소를 기화시킬 열매체를 상기 재기화기로 공급하는 제4 열매체 라인;을 더 포함할 수 있다.Preferably, the system may further include a liquid hydrogen storage tank storing the liquid hydrogen; a heat medium circulation unit circulating a heat medium to recover heat energy from at least one of the liquid hydrogen storage tank and the hard column; and a fourth heat medium line supplying a heat medium for vaporizing the liquid oxygen or nitrogen from the heat medium circulation unit to the regasifier.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 액화수소를 저장하고, 내압을 저압으로 유지시키기 위하여 내부온도를 조절하는 온도 조절 장치가 마련되는 다수의 액화수소 저장탱크; 상기 액화수소 저장탱크로부터 액화수소를 공급받는 액화수소 수요처; 및 상기 액화수소 저장탱크로부터 상기 액화수소 수요처로 공급할 액화수소를 공급받아 저장하며, 상기 액화수소 저장탱크보다 소용량이면서 고압으로 유지되는 다수의 압력탱크;를 포함하고, 상기 액화수소 수요처는, 상기 액화수소를 기화시켜 기체 상태의 수소를 생산하여 기체수소 수요처로 공급하는 기화기; 및 상기 희귀가스 생산 시스템;을 포함하는, 액화수소 인수기지가 제공된다. According to another aspect of the present invention for achieving the above-described object, a liquid hydrogen receiving station is provided, including: a plurality of liquid hydrogen storage tanks for storing liquid hydrogen and having a temperature control device for controlling an internal temperature to maintain the internal pressure at a low pressure; a liquid hydrogen demander for receiving liquid hydrogen from the liquid hydrogen storage tanks; and a plurality of pressure tanks for receiving and storing liquid hydrogen to be supplied to the liquid hydrogen demander from the liquid hydrogen storage tanks, the pressure tanks having a smaller capacity than the liquid hydrogen storage tanks but maintained at a high pressure; wherein the liquid hydrogen demander includes: a vaporizer for vaporizing the liquid hydrogen to produce gaseous hydrogen and supplying the produced gaseous hydrogen to the gaseous hydrogen demander; and the rare gas production system.

바람직하게는, 상기 압력탱크로부터 상기 기화기 및 희귀가스 생산 시스템으로 액화수소가 이송되는 유로인 제2 액화수소 공급라인;을 더 포함할 수 있다.Preferably, the system may further include a second liquefied hydrogen supply line, which is a conduit through which liquefied hydrogen is transferred from the pressure tank to the vaporizer and rare gas production system.

바람직하게는, 상기 온도 조절 장치에서 상기 액화수소의 냉열을 회수하거나, 상기 액화수소 또는 상기 희귀가스 생산 시스템에 냉열을 공급해주는 열매체를 순환시키는 열매체 순환부;를 포함할 수 있다.Preferably, the temperature control device may include a heat medium circulation unit that recovers the cooling heat of the liquefied hydrogen or circulates a heat medium that supplies cooling heat to the liquefied hydrogen or the rare gas production system.

바람직하게는, 상기 액화수소 저장탱크에서 생성된 수소 증발가스를 압축하여, 상기 압력탱크로부터 액화수소 수요처로 액화수소를 공급하는 송출압력이 되도록 상기 압력탱크로 공급하는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 에너지 전환부; 및 상기 에너지 전환부에서 전력을 생산하면서 발생한 폐열을 상기 중질 컬럼에 공급하는 폐열 회수라인;을 더 포함할 수 있다. Preferably, the system may further include a compressor that compresses hydrogen vaporization gas generated in the liquefied hydrogen storage tank and supplies it to the pressure tank so that the pressure becomes a discharge pressure for supplying liquefied hydrogen from the pressure tank to a liquefied hydrogen demand source; an energy conversion unit that uses the vaporization gas compressed by the compressor as fuel to produce electricity; and a waste heat recovery line that supplies waste heat generated while producing electricity in the energy conversion unit to the heavy column.

본 발명에 따른 희귀가스 생산 시스템 및 이를 포함하는 액화수소 인수기지는, 액화수소를 송출하는 과정에서 액화수소를 기화시키면서 버려지는 극저온의 기화열을 회수하여, 대규모 공기 분리 유닛에 활용함으로써, 질소 및 산소는 물론이고, 반도체 산업에 필요한 네온, 제논, 크립톤 등의 희귀가스를 생산할 수 있다. The rare gas production system according to the present invention and the liquefied hydrogen receiving station including the same can produce rare gases such as neon, xenon, and krypton required for the semiconductor industry as well as nitrogen and oxygen by recovering the ultra-low temperature vaporization heat that is wasted while vaporizing liquefied hydrogen during the process of transmitting liquefied hydrogen and utilizing it in a large-scale air separation unit.

또한, 액화수소의 저장온도는 약 -253℃이므로, 액화수소의 기화열을 공기 분리 유닛의 냉동 에너지로 활용함으로써, 액화수소의 저장온도보다 액화온도가 낮은 헬륨을 제외하면 공기에 포함되어 있는 거의 모든 성분들을 분리 및 생산할 수 있다. In addition, since the storage temperature of liquefied hydrogen is approximately -253℃, by utilizing the heat of vaporization of liquefied hydrogen as refrigeration energy for an air separation unit, almost all components contained in air can be separated and produced, except for helium, which has a lower liquefaction temperature than the storage temperature of liquefied hydrogen.

또한, 액화수소의 기화열을 공기 분리 유닛에 활용함으로써, 냉동기 등에 사용되는 전력 소모 및 생산 비용을 절감할 수 있다. Additionally, by utilizing the heat of vaporization of liquefied hydrogen in an air separation unit, power consumption and production costs used in refrigerators, etc. can be reduced.

또한, 공기 분리 유닛에서 생산된 액화질소, 액화산소 등은 액화공기 에너지 저장 유닛에 공급함으로써 전력을 생산하는 에너지원으로 활용할 수 있다. Additionally, liquid nitrogen, liquid oxygen, etc. produced in the air separation unit can be used as an energy source to generate electricity by supplying them to a liquid air energy storage unit.

또한, 액화수소 인수기지에 공기 분리 유닛을 연계하여 액화수소를 송출하는데 필요한 열원과 공기를 분리하는데 필요한 냉열을 서로 교환하고, 전력을 추가로 생산할 수 있으므로, 추가 이익을 창출할 수 있고, 에너지 및 생산 비용과 효율에 있어 유리한 효과가 있다. In addition, by linking an air separation unit to a liquefied hydrogen receiving facility, the heat source required to send liquefied hydrogen and the cold heat required to separate air can be exchanged, and additional power can be produced, thereby generating additional profits and having a beneficial effect on energy and production costs and efficiency.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 희귀가스 생산 시스템을 포함하는 액화수소 인수기지를 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 희귀가스 생산 시스템을 간략하게 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화공기 에너지 저장 유닛을 간략하게 도시한 도면이다.
FIG. 1 is a schematic drawing of a liquefied hydrogen receiving station including a rare gas production system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a rare gas production system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic drawing of a liquefied air energy storage unit according to one embodiment of the present invention.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the purpose achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the attached drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the attached drawings.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and operation of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Here, when adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that, as much as possible, identical components are indicated with the same numerals even if they are shown in different drawings. In addition, the following embodiments may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the following embodiments.

이하, 도 1 및 도 3을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 희귀가스 생산 시스템 및 이를 포함하는 액화수소 인수기지를 설명한다. Hereinafter, with reference to FIGS. 1 and 3, a rare gas production system and a liquefied hydrogen receiving station including the same according to one embodiment of the present invention will be described.

본 실시예를 설명하는데 있어서 액화수소 인수기지라 함은, 육상이나 해상에 다수의 대용량 액화수소 저장탱크를 구비하여, 선박 등 운송수단으로부터 액화수소를 공급받아 저장하고, 액화수소 저장탱크에 저장된 액화수소를 선박이나 탱크로리 등 운송수단에 의해, 또는 직접 액화수소 수요처에 송출하는 기지를 의미한다. In explaining this embodiment, a liquid hydrogen receiving base means a base equipped with a number of large-capacity liquid hydrogen storage tanks on land or at sea, which receives and stores liquid hydrogen supplied from a means of transportation such as a ship, and sends the liquid hydrogen stored in the liquid hydrogen storage tanks to a place in demand for liquid hydrogen by a means of transportation such as a ship or tank truck, or directly.

먼저, 도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 인수기지는, 액화수소를 저장하며 내부에 온도 유지부(46)와 고밀화부(45) 중 어느 하나 이상이 마련되어, 저장 온도를 제어할 수 있는 다수의 액화수소 저장탱크(102)와, 액화수소 저장탱크(102)에 저장된 수소를 공급받는 액화수소 수요처(51, 52, 53)와, 액화수소가 기화하여 생성된 증발가스를 처리하는 증발가스 처리부와, 액화수소의 열에너지를 회수하는 열매체 순환부(40)를 포함한다. First, referring to FIG. 1, a liquefied hydrogen receiving station according to one embodiment of the present invention includes a plurality of liquefied hydrogen storage tanks (102) that store liquefied hydrogen and have at least one of a temperature maintenance unit (46) and a high-density unit (45) provided therein to control the storage temperature, a liquefied hydrogen demand unit (51, 52, 53) that receives hydrogen stored in the liquefied hydrogen storage tank (102), a vaporization gas treatment unit that processes vaporization gas generated by vaporization of liquefied hydrogen, and a heat medium circulation unit (40) that recovers heat energy of the liquefied hydrogen.

본 실시예에서 증발가스 처리부는, 액화수소 저장탱크(102)로부터 증발가스를 배출시키는 압축기(41)와, 액화수소 저장탱크(102)로부터 배출된 증발가스를 저장하는 버퍼탱크(42)와, 액화수소 저장탱크(101)로부터 배출된 증발가스를 이용하여 전력을 생산하는 에너지 전환부(47)를 포함한다. In this embodiment, the vaporization gas treatment unit includes a compressor (41) that discharges vaporization gas from a liquid hydrogen storage tank (102), a buffer tank (42) that stores vaporization gas discharged from the liquid hydrogen storage tank (102), and an energy conversion unit (47) that generates electricity using vaporization gas discharged from the liquid hydrogen storage tank (101).

또한, 본 실시예에서 액화수소 수요처(51, 52, 53)는, 액화수소를 기화시켜 기체수소 수요처로 공급하는 기화기(52)와, 액화수소의 냉열, 열매체 순환부(40)의 냉열 및 온열, 그리고 에너지 전환부(47)의 폐열 등 액화수소 인수기지에서 열에너지를 회수하여 공기를 분리하고, 질소, 산소 및 1종 이상의 희귀가스를 생산하는 희귀가스 생산 시스템(53)을 포함할 수 있다. 또한, 액화수소 수요처(51, 52, 53)는 육상의 터미널, 선박 또는 육상용 트레일러 등 액화수소의 운송을 목적으로 액화수소를 공급받아 저장하는 액화수소 저장기지(51)를 더 포함할 수도 있다. In addition, in the present embodiment, the liquefied hydrogen demand source (51, 52, 53) may include a vaporizer (52) that vaporizes liquefied hydrogen and supplies it to a gaseous hydrogen demand source, and a rare gas production system (53) that recovers heat energy from a liquefied hydrogen receiving base, such as cold heat of the liquefied hydrogen, cold heat and heat of the heat medium circulation unit (40), and waste heat of the energy conversion unit (47), to separate air and produce nitrogen, oxygen, and one or more rare gases. In addition, the liquefied hydrogen demand source (51, 52, 53) may further include a liquefied hydrogen storage base (51) that receives and stores liquefied hydrogen for the purpose of transporting the liquefied hydrogen, such as a land terminal, a ship, or a land trailer.

기화기(52)에서는, 액화수소 수요처(51, 52, 53)에 송출할 액화수소와, 희귀가스 생산 시스템(53)에서 산소 등 유효 성분들을 생성하기 위한 공기가 직접 또는 간접 열교환된다. 기화기(52)에서 열교환하면서 액화수소는 기화되고, 공기에 함유된 특정 성분 중 적어도 일부가 응축됨으로써, 응축된 성분을 공기로부터 분리시킬 수 있다. In the vaporizer (52), liquefied hydrogen to be sent to the liquefied hydrogen demand source (51, 52, 53) and air for producing effective components such as oxygen in the rare gas production system (53) undergo direct or indirect heat exchange. During heat exchange in the vaporizer (52), the liquefied hydrogen is vaporized, and at least some of the specific components contained in the air are condensed, thereby allowing the condensed components to be separated from the air.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예의 희귀가스 생산 시스템(53)은, 공기를 압축하는 공기 압축기(62)와, 공기 압축기(62)에서 압축한 공기에 함유되어 있는 불순물을 제거하는 전처리 장치(63)를 포함한다. Referring to FIGS. 1 and 2, the rare gas production system (53) of the present embodiment includes an air compressor (62) that compresses air, and a pretreatment device (63) that removes impurities contained in the air compressed by the air compressor (62).

공기 압축기(62)의 상류에는, 공기 압축기(62)로 들어가는 공기에 포함되어 있는 액상을 분리하여 기체 상태의 공기만이 공기 압축기(62)에 유입되도록 하는 녹아웃 드럼(61)이 구비될 수 있다. Upstream of the air compressor (62), a knockout drum (61) may be provided to separate the liquid phase contained in the air entering the air compressor (62) so that only gaseous air is introduced into the air compressor (62).

전처리 장치(63)에서는, 압축한 공기에 함유되어 있는 불순물, 예를 들면 수분(H2O) 및 이산화탄소(CO2)가 제거될 수 있다. In the pretreatment device (63), impurities contained in the compressed air, such as moisture (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ), can be removed.

전처리 장치(63)는 기체 상태의 압축 공기에 포함되어 있는 불순물들을 응축시키기 위한 응축기(condenser)(도면부호 미부여)를 포함할 수 있다. 전처리 장치(63)의 응축기에서는 후술하는 콜드박스(60)의 잔여 냉열을 활용할 수 있고, 잔열 냉열을 회수하여 불순물을 응축시킨 후 압축 공기로부터 분리할 수 있다. The pretreatment device (63) may include a condenser (not indicated in the drawing) for condensing impurities contained in the compressed air in a gaseous state. The condenser of the pretreatment device (63) may utilize the residual cold heat of the cold box (60) described below, and may recover the residual cold heat to condense the impurities and then separate them from the compressed air.

전처리 장치(63)에서 불순물이 제거된 압축 공기는 상술한 기화기(52)에 공급되어 액화수소와 열교환할 수 있다. 기화기(52)에서 액화수소와 열교환하면서 압축 공기의 일부, 특히 특정 성분들은 응축될 수 있다. Compressed air from which impurities have been removed in the pretreatment device (63) can be supplied to the vaporizer (52) described above to exchange heat with liquefied hydrogen. While exchanging heat with liquefied hydrogen in the vaporizer (52), some of the compressed air, particularly specific components, can be condensed.

본 실시예에 따른 희귀가스 생산 시스템은, 기화기(52)에서 액화수소와의 열교환에 의해 냉각된, 압축 공기로부터 분별 증류 공정에 의해 액체 상태의 질소와 액체 상태의 산소를 생산하는 분리탑(54)과, 분리탑(54)에서 액화질소 및 액화산소를 분리한 후의 나머지 공기로부터, 비중이 작은 성분들을 분리하는 경질 컬럼(55)과, 분리탑(54)에서 액화질소 및 액화산소를 분리한 후의 나머지 공기로부터 비중이 큰 성분들을 분리하는 중질 컬럼(56)을 포함한다. The rare gas production system according to the present embodiment includes a separation tower (54) for producing liquid nitrogen and liquid oxygen through a fractional distillation process from compressed air cooled by heat exchange with liquefied hydrogen in a vaporizer (52), a light column (55) for separating low-gravity components from the remaining air after separating liquefied nitrogen and liquefied oxygen in the separation tower (54), and a heavy column (56) for separating high-gravity components from the remaining air after separating liquefied nitrogen and liquefied oxygen in the separation tower (54).

분리탑(54)에서 분리된 액체 상태의 질소와 산소는 별도의 저장탱크(미도시)에 각각 저장된다. 저장탱크에 저장한 액체 상태의 질소와 산소는 각 수요처에 판매할 수 있다. Liquid nitrogen and oxygen separated in the separation tower (54) are each stored in separate storage tanks (not shown). Liquid nitrogen and oxygen stored in the storage tanks can be sold to each demander.

또한, 본 실시예에 따른 희귀가스 생산 시스템은, 수요처에 판매하고 남은 잔여의 액체 질소 또는 액체 산소를 이용하여 전력을 생산하는 액화공기 에너지 저장(LAES; Liquefied Air Energy Storage) 유닛(LS)을 더 포함할 수 있다. In addition, the rare gas production system according to the present embodiment may further include a Liquefied Air Energy Storage (LAES) unit (LS) that produces electricity by using the remaining liquid nitrogen or liquid oxygen that is sold to a demand source.

도 3을 참고하면, 본 실시예에서는 기화기(52)에서 생산된 액체 산소가 액체공기 라인(AL)을 통해 액화공기 에너지 저장 유닛(LS)으로 공급되는 것을 예로 들어 설명하나, 액체 질소가 액화공기 에너지 저장 유닛(LS)으로 공급될 수도 있다. Referring to FIG. 3, in this embodiment, the liquid oxygen produced in the vaporizer (52) is supplied to the liquid air energy storage unit (LS) through the liquid air line (AL) as an example, but liquid nitrogen may also be supplied to the liquid air energy storage unit (LS).

본 실시예의 액화공기 에너지 저장 유닛(LS)은, 희귀가스 생산 시스템으로부터 공급받은 액체 산소를 저장하는 액화공기 저장용기(S)와, 액화공기 저장용기(S)로부터 액체 산소를 배출시키는 펌프(P)와, 펌프(P)에 의해 가압된 액화 산소를 기화시키는 재기화기(V)와, 재기화기(V)에서 재기화된 공기를 작동 유체로 하여 터빈을 구동시키고, 터빈의 회전력으로 전력을 생산하는 터빈-발전기(T)를 포함한다. The liquefied air energy storage unit (LS) of the present embodiment includes a liquefied air storage tank (S) that stores liquid oxygen supplied from a rare gas production system, a pump (P) that discharges liquid oxygen from the liquefied air storage tank (S), a re-vaporizer (V) that vaporizes the liquefied oxygen pressurized by the pump (P), and a turbine-generator (T) that drives a turbine using the air re-vaporized in the re-vaporizer (V) as a working fluid and generates electric power with the rotational force of the turbine.

본 실시예에 따르면, 희귀가스 생산 시스템(53)에서 생산된 액체 질소 또는 액체 산소를 액화공기 에너지 저장 유닛(LS)의 작동유체로서 공급하여, 추가 전력을 생산할 수 있다. According to this embodiment, liquid nitrogen or liquid oxygen produced in a rare gas production system (53) can be supplied as a working fluid of a liquefied air energy storage unit (LS) to produce additional power.

본 실시예의 재기화기(V)에서는, 액체공기 라인(AL)을 따라 재기화기(V)로 공급된 액체 산소와, 열매체 순환부(40)로부터 제4 열매체 라인(ML5)을 따라 이송된 고온의 열매체와의 열교환에 의해, 고온의 열매체는 냉각시키고, 액체 산소는 기화시킬 수 있다. 즉, 액체 산소의 기화열을, 열매체 순환부(40)를 순환하는 열매체를 냉각시키는 냉매로 활용할 수도 있다. In the re-vaporizer (V) of the present embodiment, the high-temperature heat medium can be cooled and the liquid oxygen can be vaporized through heat exchange between the liquid oxygen supplied to the re-vaporizer (V) along the liquid air line (AL) and the high-temperature heat medium transferred from the heat medium circulation unit (40) along the fourth heat medium line (ML5). In other words, the heat of vaporization of the liquid oxygen can also be utilized as a refrigerant for cooling the heat medium circulating in the heat medium circulation unit (40).

또한, 본 실시예에 따르면, 터빈-발전기(T)를 구동하면서 팽창된 재기화 산소와, 열매체 순환부(40)로 공급되는 고온의 열매체를 열교환시켜, 열매체 순환부(40)로 공급되는 고온의 열매체를 예냉시키는 냉열 회수 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. In addition, according to the present embodiment, a cold heat recovery device (not shown) may be further included to precool the high-temperature heat medium supplied to the heat medium circulation unit (40) by heat-exchanging the expanded regasified oxygen while driving the turbine-generator (T) and the high-temperature heat medium supplied to the heat medium circulation unit (40).

이와 같이, 재기화 산소의 냉열을 회수함으로써, 열매체 순환부(40)의 냉각 부하를 저감할 수 있다. In this way, by recovering the cooling heat of the regasified oxygen, the cooling load of the heat medium circulation unit (40) can be reduced.

도 2를 참고하면, 본 실시예의 경질 컬럼(55)은 경질 라인(GL)에 의해 분리탑(54)의 상부 배출부와 연결된다. 분리탑(54)의 상부로부터 배출되는 유체는 경질 라인(GL)을 통해 경질 컬럼(55)으로 이송된다. Referring to FIG. 2, the hard column (55) of the present embodiment is connected to the upper discharge portion of the separation tower (54) via a hard line (GL). The fluid discharged from the upper portion of the separation tower (54) is transferred to the hard column (55) via the hard line (GL).

경질 라인(GL)을 통해 경질 컬럼(55)으로 이송되는 유체는 잔류질소와 네온(Ne), 헬륨(He) 및 메탄(CH4) 등 비중이 가벼운 물질들이 가스상으로 혼합되어 있다. The fluid transferred to the light column (55) through the light line (GL) is a mixture of residual nitrogen and light substances such as neon (Ne), helium (He), and methane (CH 4 ) in a gaseous state.

경질 컬럼(55)에는, 경질 라인(GL)을 통해 경질 컬럼(55)으로 유입된 유체를 액화수소 저장탱크(102) 또는 후술하는 압력탱크(100)로부터, 제2 액화수소 공급라인(SL2)을 통해 공급받은 액화수소와의 열교환에 의해 1차 냉각시키는 1차 열교환부(미도시)와, 1차 열교환부에서 1차로 냉각된 유체를 열매체 순환부(40)로부터 제3 열매체 라인(ML4)을 통해 공급받은 극저온의 열매체와의 열교환에 의해 2차 냉각시키는 2차 열교환부(미도시)가 마련될 수 있다. The hard column (55) may be provided with a primary heat exchange unit (not shown) that primarily cools the fluid introduced into the hard column (55) through a hard line (GL) by heat exchange with liquefied hydrogen supplied from a liquefied hydrogen storage tank (102) or a pressure tank (100) described later through a second liquefied hydrogen supply line (SL2), and a secondary heat exchange unit (not shown) that secondary cools the fluid cooled primarily in the primary heat exchange unit by heat exchange with an ultra-low temperature heat medium supplied from a heat medium circulation unit (40) through a third heat medium line (ML4).

1차 열교환부에서는 제2 액화수소 공급라인(SL2)을 통해 이송된 액화수소의 냉열에 의해 유체를 약 20K까지 냉각시킬 수 있다. 2차 열교환부에서는 제3 열매체 라인(ML4)을 통해 이송된 극저온 열매체의 냉열에 의해 유체를 약 10K 이하로 냉각시킬 수 있다. In the first heat exchange unit, the fluid can be cooled to approximately 20K by the cold heat of the liquid hydrogen transferred through the second liquid hydrogen supply line (SL2). In the second heat exchange unit, the fluid can be cooled to approximately 10K or less by the cold heat of the cryogenic heat medium transferred through the third heat medium line (ML4).

이 과정에서 네온 및 메탄이 응축되어 분리될 수 있다. 분리된 액체 상태의 네온 및 메탄은 별도의 저장탱크에 각각 저장될 수 있다. During this process, neon and methane can be condensed and separated. The separated liquid neon and methane can be stored in separate storage tanks.

중질 컬럼(56)은 중질 라인(HL)에 의해 분리탑(54)의 하부 배출부와 연결된다. 분리탑(54)의 하부로부터 배출되는 유체는 중질 라인(HL)을 통해 중질 컬럼(56)으로 이송된다. The heavy column (56) is connected to the lower discharge portion of the separation tower (54) by a heavy line (HL). The fluid discharged from the lower portion of the separation tower (54) is transferred to the heavy column (56) through the heavy line (HL).

중질 라인(HL)을 통해 중질 컬럼(56)으로 이송되는 유체는 잔류질소와 제논(Xe), 크립톤(Kr) 등 비중이 무거운 성분들이 액상으로 혼합되어 있다. The fluid transferred to the heavy column (56) through the heavy line (HL) is a liquid mixture of residual nitrogen and heavy components such as xenon (Xe) and krypton (Kr).

중질 컬럼(56)에서는, 중질 라인(HL)을 통해 중질 컬럼(56)으로 유입된 유체를 에너지 전환부(47)로부터 폐열 공급라인(EL)을 통해 이송되는 배기가스의 폐열을 이용하여 가열할 수 있다. 배기가스의 폐열에 의해 액체 상태의 잔류질소를 기화시킴으로써 액상의 제논과 크립톤을 얻을 수 있다. In the heavy column (56), the fluid introduced into the heavy column (56) through the heavy line (HL) can be heated using the waste heat of the exhaust gas transferred from the energy conversion unit (47) through the waste heat supply line (EL). By vaporizing the residual nitrogen in a liquid state using the waste heat of the exhaust gas, liquid xenon and krypton can be obtained.

또한, 중질 컬럼(56)에서 생성된 제논 및 크립톤은 별도의 저장탱크에 각각 저장되고, 각 수요처에 판매될 수 있다. Additionally, xenon and krypton generated in the heavy column (56) are each stored in separate storage tanks and can be sold to each demander.

본 실시예에 따른 희귀가스 생산 시스템(53)은, 액화수소 인수기지에 설치되므로, 희귀가스 생산 시스템(53)에서 생산된 액체 질소, 산소, 네온, 제논, 크립톤 등의 생성물들을 각 수요처에 공급할 수 있는 인프라를 별도로 구비하지 않아도 된다. Since the rare gas production system (53) according to the present embodiment is installed in a liquid hydrogen receiving facility, there is no need to separately provide infrastructure that can supply products such as liquid nitrogen, oxygen, neon, xenon, and krypton produced in the rare gas production system (53) to each demander.

본 실시예의 전처리 장치(63), 기화기(52), 분리탑(54), 경질 컬럼(55) 및 중질 컬럼(56)은, 콜드박스(60) 내에 마련될 수 있다. The pretreatment device (63), vaporizer (52), separation tower (54), light column (55) and heavy column (56) of the present embodiment can be provided in a cold box (60).

상술한 바와 같이 전처리 장치(63)에서는 이물질을 응축시키기 위해 콜드박스(60) 내의 잔여 냉열을 활용할 수 있다. 따라서, 기화기(52) 또는 분리탑(54)에서 유체를 냉각시키면서 기화되거나 온도가 상승한 수소의 잔여 냉열을 활용하여 전처리 장치(63)에서 압축 공기에 함유되어 있는 수분이나 이산화탄소 등의 이물질을 응축시켜 제거할 수 있다. As described above, the pretreatment device (63) can utilize the residual cold heat within the cold box (60) to condense foreign substances. Accordingly, by utilizing the residual cold heat of hydrogen that has been vaporized or has had its temperature increased while cooling the fluid in the vaporizer (52) or separation tower (54), foreign substances such as moisture or carbon dioxide contained in the compressed air can be condensed and removed in the pretreatment device (63).

이와 같이 본 발명에 따르면, 액화수소 인수기지에서 버려지는 극저온의 액화수소의 기화열을 회수하여 공기 중에 함유되어 있는 질소와 산소를 액체 상태로 분리하여 생산할 수 있다. In this way, according to the present invention, the heat of vaporization of ultra-low temperature liquefied hydrogen discarded from a liquefied hydrogen receiving facility can be recovered to separate nitrogen and oxygen contained in the air into a liquid state and produce it.

또한, 액화수소 인수기지에서 발생하는 열에너지, 구체적으로 에너지 전환부(47)의 배기가스 폐열과, 열매체 순환부(40)에서 냉각된 극저온 상태의 열매체의 냉열을 더 회수하여 네온, 제논 등 희귀가스를 얻을 수 있다. In addition, the heat energy generated at the liquefied hydrogen acquisition base, specifically the exhaust gas waste heat of the energy conversion unit (47) and the cold heat of the ultra-low temperature heat medium cooled in the heat medium circulation unit (40), can be further recovered to obtain rare gases such as neon and xenon.

또한, 생산된 액체 산소 또는 질소를 이용하여 터빈을 구동시킴으로써 추가 전력을 생산할 수 있고, 열매체 순환부(40)에서 열매체를 냉각시키는 냉매로서 활용할 수도 있다. Additionally, additional power can be generated by driving a turbine using the produced liquid oxygen or nitrogen, and it can also be used as a refrigerant to cool the heat medium in the heat medium circulation section (40).

따라서, 본 발명에 따르면 공기로부터 질소, 산소, 네온 등 여러 기체 성분들을 분리하여 생성하는데 있어서 냉각에 필요한 전력이 소요되지 않아 생산 비용을 절감할 수 있다. Therefore, according to the present invention, production costs can be reduced because no power is required for cooling when separating and producing various gaseous components such as nitrogen, oxygen, and neon from air.

한편, 본 실시예의 액화수소 저장탱크(102)는 100m3 이상의 대용량 저장탱크로서, 적어도 2대 이상 구비될 수 있다. 액화수소 저장탱크(102)의 운전압력은 0.1 내지 6 bar일 수 있으며, 바람직하게는 3 bar 이하, 더 바람직하게는 1 bar 이하 또는 상압으로 유지될 수 있다. Meanwhile, the liquid hydrogen storage tank (102) of the present embodiment is a large-capacity storage tank of 100 m 3 or more, and at least two units may be provided. The operating pressure of the liquid hydrogen storage tank (102) may be 0.1 to 6 bar, preferably 3 bar or less, more preferably 1 bar or less, or may be maintained at normal pressure.

또한, 액화수소 저장탱크(102)는, 제1 온도로 유지시키는 저온모드와, 제1 온도보다 높은 온도인 제2 온도로 유지시키는 고온모드 중 어느 하나의 모드로 운전될 수 있다.Additionally, the liquid hydrogen storage tank (102) can be operated in either a low-temperature mode in which it is maintained at a first temperature or a high-temperature mode in which it is maintained at a second temperature that is higher than the first temperature.

본 실시예에서 제1 온도는 저장된 액화수소의 밀도를 높이는 고밀화 온도로서, 액화수소가 고체 및 액체의 혼합상태로 존재하는 온도범위, 즉. 약 14 내지 21K일 수 있다. 저온모드에서 액화수소 저장탱크(102)에 저장된 액화수소의 적어도 일부는, 액체보다 밀도가 높은 고체 상태로 존재할 수 있으며, 따라서, 액화수소 저장탱크(102)에 저장된 액화수소는 액체상태, 액체와 고체의 2상 혼합상태 또는 액체, 고체 및 기체의 3상 혼합상태, 바람직하게는 슬러시 상태로 존재할 수 있다.In this embodiment, the first temperature is a high-densification temperature that increases the density of the stored liquefied hydrogen, and may be a temperature range in which the liquefied hydrogen exists in a mixed state of solid and liquid, i.e., about 14 to 21 K. In the low-temperature mode, at least a portion of the liquefied hydrogen stored in the liquefied hydrogen storage tank (102) may exist in a solid state having a higher density than the liquid, and therefore, the liquefied hydrogen stored in the liquefied hydrogen storage tank (102) may exist in a liquid state, a two-phase mixed state of liquid and solid, or a three-phase mixed state of liquid, solid, and gas, preferably in a slush state.

본 실시예에서 제2 온도는 액화수소의 삼중점 온도를 상회하는 온도일 수 있으며, 액화수소 저장탱크(102)가 제2 온도로 유지되면 저장탱크 내 수소의 온도는 21K 보다 약간 높은 온도 또는 약 21K의 온도로 유지될 수 있다. 액화수소 저장탱크(102)가 고온모드로 운전되면 액화수소 저장탱크(102)에 저장되어 있는 수소는 액체상태, 기체상태 또는 액체와 기체의 2상 혼합상태로 존재할 수 있다. In this embodiment, the second temperature may be a temperature exceeding the triple point temperature of liquefied hydrogen, and when the liquefied hydrogen storage tank (102) is maintained at the second temperature, the temperature of the hydrogen in the storage tank may be maintained at a temperature slightly higher than 21 K or at a temperature of about 21 K. When the liquefied hydrogen storage tank (102) is operated in a high temperature mode, the hydrogen stored in the liquefied hydrogen storage tank (102) may exist in a liquid state, a gaseous state, or a two-phase mixed state of liquid and gas.

액화수소 저장탱크(102)의 온도 유지부(46) 및 고밀화부(45)는, 제1 열매체 라인(ML2)에 의해 열매체 순환부(40)와 연결된다. 열매체 순환부(40)에서 냉각된 극저온의 열매체가 제1 열매체 라인(ML2)을 따라 온도 유지부(46) 및 고밀화부(45)로 이송되고, 온도 유지부(46) 및 고밀화부(45)에서 액체수소를 냉각시키면서 온도가 높아진 열매체는 제1 열매체 라인(ML2)을 따라 열매체 순환부(40)로 회수되거나, 또는 중질 컬럼(56) 내 유체를 가열시키면서 온도가 낮아진 상태로 열매체 순환부(40)로 회수될 수도 있다. The temperature maintenance unit (46) and the densification unit (45) of the liquid hydrogen storage tank (102) are connected to the heat medium circulation unit (40) by the first heat medium line (ML2). The cryogenic heat medium cooled in the heat medium circulation unit (40) is transferred to the temperature maintenance unit (46) and the densification unit (45) along the first heat medium line (ML2), and the heat medium, whose temperature has increased while cooling the liquid hydrogen in the temperature maintenance unit (46) and the densification unit (45), may be returned to the heat medium circulation unit (40) along the first heat medium line (ML2), or may be returned to the heat medium circulation unit (40) in a state where its temperature has been lowered while heating the fluid in the heavy column (56).

본 실시예의 열매체 순환부(40)는, 액화수소 저장탱크(102)가 저온모드로 운전될 때에는 극저온의 열매체를 액화수소 저장탱크(102)에 공급하여 액화수소 저장탱크(102)에 저장된 수소에 냉열을 전달한 후 고온의 열매체를 공급받는다. The heat medium circulation unit (40) of this embodiment supplies an extremely low temperature heat medium to the liquefied hydrogen storage tank (102) when the liquefied hydrogen storage tank (102) is operated in low temperature mode, transfers cold heat to the hydrogen stored in the liquefied hydrogen storage tank (102), and then receives a high temperature heat medium.

또한, 열매체 순환부(40)는, 액화수소 저장탱크(102)가 고온모드로 운전될 때에는 고온의 열매체를 액화수소 저장탱크(102)에 공급하고, 액화수소 저장탱크(102)에 저장된 수소의 냉열을 회수하여 극저온의 열매체를 공급받는다. In addition, the heat medium circulation unit (40) supplies high-temperature heat medium to the liquefied hydrogen storage tank (102) when the liquefied hydrogen storage tank (102) is operated in high-temperature mode, and recovers the cold heat of the hydrogen stored in the liquefied hydrogen storage tank (102) to supply an ultra-low-temperature heat medium.

본 실시예에서 열매체 순환부(40)를 순환하는 열매체는 헬륨 또는 헬륨과 액화수소 저장탱크(102)에 저장된 액화수소 사이에서 열에너지를 간접적으로 전달하는 또 다른 매체일 수 있다. In this embodiment, the heat medium circulating in the heat medium circulation unit (40) may be helium or another medium that indirectly transfers heat energy between helium and the liquefied hydrogen stored in the liquefied hydrogen storage tank (102).

본 실시예에서 저온모드는 액화수소 저장탱크(102)에 저장된 액화수소의 반응성을 억제시키고, 안정적으로 수소를 액체상태로 유지시키면서 저장하기 위한 목적으로 사용될 수 있다. 액화수소의 일부가 고체화되기 시작하면 액화수소의 오쏘-파라 전환반응이 억제됨으로써, 액화수소가 기체로 상변화되는 것 및 기화의 확산을 막아 안정화시킬 수 있다. In this embodiment, the low-temperature mode can be used for the purpose of suppressing the reactivity of liquefied hydrogen stored in the liquefied hydrogen storage tank (102) and stably storing hydrogen while maintaining it in a liquid state. When a portion of the liquefied hydrogen begins to solidify, the ortho-para conversion reaction of the liquefied hydrogen is suppressed, thereby stabilizing the liquefied hydrogen by preventing the phase change into gas and the diffusion of vaporization.

고밀화부(45)에 의해 액화수소 저장탱크(102)에 저장된 액화수소는 부분적으로 슬러리 상태로 존재할 수 있다. 저장된 액화수소 전체가 아니라 부분적으로 고체화시킴으로써, 부분적으로 냉열을 더 많이 보유하고 있는 고체 상태로 수소를 저장하여, 보유 잠열을 최대화하고, 수소를 안정적으로 저장할 수 있다. The liquefied hydrogen stored in the liquefied hydrogen storage tank (102) by the densification unit (45) may partially exist in a slurry state. By partially solidifying the stored liquefied hydrogen rather than all of it, the hydrogen is stored in a solid state that partially retains more cold heat, thereby maximizing the latent heat and stably storing the hydrogen.

또한, 액화수소의 일부가 고체 상태로 존재함으로써 차폐역할을 하게 되어 액화수소의 기화를 억제시키며, 이와 같은 작동에 의해 액화수소 저장탱크(102)의 내부 압력은 1 bar 이하로 유지될 수 있다. In addition, since some of the liquid hydrogen exists in a solid state, it acts as a shield to suppress vaporization of the liquid hydrogen, and through this operation, the internal pressure of the liquid hydrogen storage tank (102) can be maintained at 1 bar or less.

고온모드는 액화수소 저장탱크(102)에 저장된 액화수소의 일부를 기화시켜 일정한 양의 증발가스 생성을 유도함으로써, 에너지 전환부(47)에서 전력을 생산하기 위한 연료를 공급하기 위한 목적으로 실시될 수 있다. 또한, 열매체를 이용하여 고온모드로 운전되는 액화수소 저장탱크(102)의 액화수소로부터 저온모드로 운전되는 액화수소 저장탱크(102) 또는 희귀가스 생산 시스템(53)에 공급할 냉열을 회수할 수도 있다. The high-temperature mode may be implemented for the purpose of supplying fuel for generating electricity in the energy conversion unit (47) by vaporizing a portion of the liquefied hydrogen stored in the liquefied hydrogen storage tank (102) to induce the generation of a certain amount of evaporated gas. In addition, cold heat to be supplied to the liquefied hydrogen storage tank (102) operated in the low-temperature mode or the rare gas production system (53) may be recovered from the liquefied hydrogen in the liquefied hydrogen storage tank (102) operated in the high-temperature mode using a heat medium.

본 실시예의 고온모드에서 온도 유지부(46)로 고온의 열매체가 공급되면 기화반응이 일어나기 시작한다. 기체 상태의 질소나 메탄을 압축 후 줄-톰슨 팽창시키면 온도가 감소하여 액화되는데, 기체 상태의 수소나 헬륨은 상온보다 역전온도(inversion temperature)가 낮아 상온에서 줄-톰슨 팽창 시 오히려 온도가 상승하게 된다. 따라서, 수소는 역전온도 이하에서 팽창시켜야 온도가 낮아진다. In the high temperature mode of this embodiment, when a high temperature heat medium is supplied to the temperature maintenance unit (46), a vaporization reaction begins to occur. When gaseous nitrogen or methane is compressed and then expanded by Joule-Thomson, the temperature decreases and liquefaction occurs. However, gaseous hydrogen or helium have a lower inversion temperature than room temperature, so when expanded by Joule-Thomson at room temperature, the temperature actually increases. Therefore, hydrogen must be expanded below its inversion temperature to lower its temperature.

본 실시예에서 고온모드로 운전되는 액화수소 저장탱크(102)의 내부 온도는 20K 보다 높은 온도이면서 역전온도보다는 낮은 온도로 유지되며, 액화수소 저장탱크(102) 내부에 진공을 부여하여 파라 수소로의 전환을 촉진시킴과 동시에, 증발가스를 급배기하여 액화수소 저장탱크(102)의 압력 및 증발가스 발생량을 제어할 수 있다. 이와 같은 작동에 의해 액화수소 저장탱크(102)의 내부 압력은 3 bar 이하로 유지될 수 있다. In this embodiment, the internal temperature of the liquid hydrogen storage tank (102) operated in high-temperature mode is maintained at a temperature higher than 20K but lower than the inversion temperature, and a vacuum is applied inside the liquid hydrogen storage tank (102) to promote conversion to para-hydrogen, while simultaneously supplying and exhausting the evaporated gas to control the pressure of the liquid hydrogen storage tank (102) and the amount of evaporated gas generated. By this operation, the internal pressure of the liquid hydrogen storage tank (102) can be maintained at 3 bar or less.

수소는 오쏘-파라 전환 반응 시 발생하는 전환열이 액화수소의 증발 잠열보다 크므로 전환열에 의해 액화수소가 증발하게 되는 특성이 있다. 이러한 특성에 의해 수소 증발가스는 순간적으로 연쇄발생하다가, 반응이 멈추어 발생량이 급격히 줄어드는 등 불규칙적으로 발생하게 된다. Hydrogen has the characteristic of evaporating liquid hydrogen due to the heat of conversion generated during the ortho-para conversion reaction, which is greater than the latent heat of vaporization of liquid hydrogen. Due to this characteristic, hydrogen vapor gas is generated irregularly, with a chain reaction occurring momentarily and then the amount generated rapidly decreasing when the reaction stops.

본 실시예에 따르면, 액화수소 저장탱크(102)를 고온모드 및 저온모드로 운전하여 증발가스 발생량을 일정하게 조절할 수 있다.According to this embodiment, the amount of evaporated gas generated can be controlled to a constant level by operating the liquid hydrogen storage tank (102) in high temperature mode and low temperature mode.

본 실시예에 따른 액화수소 인수기지에서는, 계내에서 활용할 전력을 생산하는 연료로서 수소의 증발가스(또는 기화가스)를 활용할 수 있다. 다수의 액화수소 저장탱크(102) 중 적어도 1대 이상의 액화수소 저장탱크(102)는 고온모드로 운전하여 일정한 양의 수소 증발가스를 지속적으로 발생시키고, 증발가스를 에너지 전환부(47)에 공급함으로써, 안정적으로 전력을 생산 및 공급할 수 있다. In the liquefied hydrogen receiving station according to the present embodiment, hydrogen vaporization gas (or vaporized gas) can be utilized as fuel for generating electricity to be used within the system. Among the multiple liquefied hydrogen storage tanks (102), at least one liquefied hydrogen storage tank (102) operates in a high-temperature mode to continuously generate a constant amount of hydrogen vaporization gas and supply the vaporization gas to the energy conversion unit (47), thereby stably producing and supplying electricity.

한편, 본 실시예에서 액화수소 저장탱크(102) 내 증발가스를 배출시킬 시점이 되면 압축기(41)를 가동시켜 증발가스를 배출시킨다. 액화수소 저장탱크(102)와 압축기(41)는 증발가스 공급라인(BL2)에 의해 연결되며, 액화수소 저장탱크(102)에서 생성된 증발가스는 증발가스 공급라인(BL2)을 통해 배출되어 압축기(41)로 유입될 수 있다. Meanwhile, in this embodiment, when it is time to discharge the evaporation gas in the liquefied hydrogen storage tank (102), the compressor (41) is operated to discharge the evaporation gas. The liquefied hydrogen storage tank (102) and the compressor (41) are connected by a evaporation gas supply line (BL2), and the evaporation gas generated in the liquefied hydrogen storage tank (102) can be discharged through the evaporation gas supply line (BL2) and introduced into the compressor (41).

한편, 본 실시예의 압축기(41)는, 액화수소 저장탱크(102) 내 증발가스가 폭발적으로 발생하는 시점에서는, 액화수소 저장탱크(102)로부터 증발가스를 급배기시켜 중진공 상태가 되도록 작동할 수 있다. Meanwhile, the compressor (41) of the present embodiment can operate to exhaust the vaporized gas from the liquid hydrogen storage tank (102) to create a medium vacuum state when the vaporized gas inside the liquid hydrogen storage tank (102) is explosively generated.

압축기(41)가 가동되어 액화수소 저장탱크(102)가 중진공 상태가 되면, 액화수소 저장탱크(102) 내 오쏘-파라 전환반응이 일어나게 되고, 파라 수소의 비율이 높아지면, 압축기(41)의 작동을 멈추어 액화수소 저장탱크(102)의 진공을 해제시킴으로써 액화수소 저장탱크(102)를 안정화시킬 수 있다. When the compressor (41) is operated and the liquid hydrogen storage tank (102) is in a medium vacuum state, an ortho-para conversion reaction occurs in the liquid hydrogen storage tank (102), and when the proportion of para hydrogen increases, the operation of the compressor (41) is stopped to release the vacuum in the liquid hydrogen storage tank (102), thereby stabilizing the liquid hydrogen storage tank (102).

액화수소 저장탱크(102)로부터 배출된 증발가스는 제1 증발가스 분배라인(CL1)을 통해 버퍼탱크(42)로 이송되어 버퍼탱크(42)에 저장되거나, 제2 증발가스 분배라인(CL2)을 통해 에너지 전환부(47)로 이송될 수도 있다. The vaporized gas discharged from the liquefied hydrogen storage tank (102) may be transferred to the buffer tank (42) through the first vaporized gas distribution line (CL1) and stored in the buffer tank (42), or may be transferred to the energy conversion unit (47) through the second vaporized gas distribution line (CL2).

본 실시예에서 에너지 전환부(47)는 수소를 연료로 사용하여 전기화학반응에 의해 전력을 생산하는 연료전지(fuel cell) 및 수소를 작동유체로 사용하여 터빈을 구동시키며 터빈의 구동에너지를 전력으로 변환함으로써 전력을 생산하는 터빈 발전기 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. In this embodiment, the energy conversion unit (47) may include at least one of a fuel cell that produces electricity through an electrochemical reaction using hydrogen as fuel, and a turbine generator that produces electricity by driving a turbine using hydrogen as a working fluid and converting the driving energy of the turbine into electricity.

본 실시예의 에너지 전환부(47)에서 생성된 전력은 열매체 순환부(40) 및 희귀가스 생산 시스템(53)에서 사용될 수 있으며, 도시하지 않은 스위치 보드 등 전력 분배 수단(미도시)에 의해 선내 전력 수요처에서 분배 공급될 수 있을 것이다. The power generated in the energy conversion unit (47) of this embodiment can be used in the heat medium circulation unit (40) and the rare gas production system (53), and can be distributed and supplied to the power demand point on board by a power distribution means (not shown) such as a switch board (not shown).

또한, 본 실시예에 따르면, 액화수소 저장탱크(102)보다 소용량이면서 고압으로 운전되며, 액화수소 수요처(51, 52, 53)로 공급할 액화수소를 저장하는 2대 이상의 압력탱크(100)와, 압력탱크(100)와 액화수소 수요처(51, 52, 53)를 연결하며 압력탱크(100)로부터 액화수소 수요처(51, 52, 53)로 액화수소를 이송하는 액화수소 공급라인(SL1, SL2)과, 압력탱크(100) 및 액화수소 수요처(51, 52, 53)로부터 증발가스를 회수하는 회수라인(RL1, RL2, RL3, RL4, RL5)을 더 포함할 수 있다. In addition, according to the present embodiment, it may further include two or more pressure tanks (100) that are operated at high pressure and have a smaller capacity than the liquefied hydrogen storage tank (102) and store liquefied hydrogen to be supplied to liquefied hydrogen demanders (51, 52, 53), liquefied hydrogen supply lines (SL1, SL2) that connect the pressure tanks (100) and the liquefied hydrogen demanders (51, 52, 53) and transport liquefied hydrogen from the pressure tanks (100) to the liquefied hydrogen demanders (51, 52, 53), and recovery lines (RL1, RL2, RL3, RL4, RL5) that recover evaporated gas from the pressure tanks (100) and the liquefied hydrogen demanders (51, 52, 53).

본 실시예의 압력탱크(100)의 운전압력은, 3 bar 이하로 운전되는 액화수소 저장탱크(102)의 운전압력보다 높은 고압으로 유지될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예의 압력탱크(100)는, 6 bar 이상, 8 bar 이상 또는 10 bar 이상으로 운전될 수 있다. The operating pressure of the pressure tank (100) of the present embodiment can be maintained at a higher pressure than the operating pressure of the liquefied hydrogen storage tank (102) operated at 3 bar or less. For example, the pressure tank (100) of the present embodiment can be operated at 6 bar or more, 8 bar or more, or 10 bar or more.

한편, 압력탱크(100)의 운전압력이 액화수소 저장탱크(102)의 운전압력보다 높기 때문에, 액화수소 저장탱크(102)와 압력탱크(100)를 연결하는 액화수소 배출라인(LL)에는 액화수소 저장탱크(102)로부터 압력탱크(100)로 액화수소를 승압시켜 공급하기 위한 공급펌프(50)가 마련될 수 있다. 이때, 액화수소는 공급펌프(50)에 의해 가압되어 압력탱크(100)로 이송된다. Meanwhile, since the operating pressure of the pressure tank (100) is higher than the operating pressure of the liquid hydrogen storage tank (102), a supply pump (50) may be provided in the liquid hydrogen discharge line (LL) connecting the liquid hydrogen storage tank (102) and the pressure tank (100) to supply liquid hydrogen from the liquid hydrogen storage tank (102) to the pressure tank (100) at a higher pressure. At this time, the liquid hydrogen is pressurized by the supply pump (50) and transferred to the pressure tank (100).

본 실시예의 압력탱크(100)는 액화수소 저장탱크(102)의 배치 높이보다 낮은 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 공급펌프(50)는 선택적 구성으로서 생략이 가능하며, 공급펌프(50)와 같은 추가동력을 제공하지 않더라도, 액화수소는 높이차에 의해 액화수소 저장탱크(102)로부터 압력탱크(100)로 이송될 수 있다. The pressure tank (100) of the present embodiment can be placed at a position lower than the height of the liquid hydrogen storage tank (102). Therefore, the supply pump (50) can be omitted as an optional configuration, and even without providing additional power such as the supply pump (50), the liquid hydrogen can be transferred from the liquid hydrogen storage tank (102) to the pressure tank (100) by the height difference.

본 실시예에 따르면, 저장탱크(102)로부터 압력탱크(100)로 액화수소를 이송하기 전에, 액화수소 저장탱크(102)와 압력탱크(100)를 연결하는 액화수소 배출라인(LL)을 통해 액화수소 저장탱크(102)로부터 배출된 액화수소를 이용하여 예냉할 수 있다. 공급펌프(50)가 배치되는 경우, 액화수소 배출라인(LL)과 공급펌프(50)를 함께 예냉함으로써 공급펌프(50)의 캐비테이션 현상을 방지할 수 있다. According to the present embodiment, before transferring liquefied hydrogen from the storage tank (102) to the pressure tank (100), precooling can be performed using liquefied hydrogen discharged from the liquefied hydrogen storage tank (102) through the liquefied hydrogen discharge line (LL) connecting the liquefied hydrogen storage tank (102) and the pressure tank (100). When a supply pump (50) is arranged, cavitation of the supply pump (50) can be prevented by precooling the liquefied hydrogen discharge line (LL) and the supply pump (50) together.

액화수소 배출라인(LL)을 예냉하기 위한 수단으로서, 압력탱크(100) 또는 압력탱크(100)와 액화수소 배출라인(LL)이 접하는 부위 즉, 헤더의 상류로부터 분기되어 공급펌프(50)의 상류 또는 액화수소 저장탱크(102)와 액화수소 배출라인(LL)이 접하는 부위, 즉 헤더의 하류로 합류되어, 액화수소 배출라인(LL)을 예냉하면서 온도가 상승한 액화수소를 액화수소 배출라인(LL)의 상류로 재순환시키는 액화수소 회수라인(LL1)을 더 포함할 수 있다.As a means for precooling the liquefied hydrogen discharge line (LL), a liquefied hydrogen recovery line (LL1) may be further included, which branches off from the pressure tank (100) or the portion where the pressure tank (100) and the liquefied hydrogen discharge line (LL) come into contact, i.e., upstream of the header, and joins the portion where the liquefied hydrogen storage tank (102) and the liquefied hydrogen discharge line (LL) come into contact, i.e., downstream of the header, to recirculate the liquefied hydrogen, the temperature of which has increased while precooling the liquefied hydrogen discharge line (LL), to the upstream of the liquefied hydrogen discharge line (LL).

본 실시예에서 압력탱크(100)의 내압은 8 bar 또는 10 bar 이상으로 유지되며, 액화수소 수요처(51, 52, 53)의 운전압력은 8 bar 또는 10 bar보다는 낮은 압력, 바람직하게는 3 bar 이하로 유지될 수 있다. In this embodiment, the internal pressure of the pressure tank (100) is maintained at 8 bar or 10 bar or more, and the operating pressure of the liquefied hydrogen demand source (51, 52, 53) can be maintained at a pressure lower than 8 bar or 10 bar, preferably 3 bar or less.

압력탱크(100)의 내압은 액화수소 저장탱크(102)로부터 배출된 증발가스를 압축하여 압력탱크(100)로 공급함으로써 유지시킬 수 있다. 압력탱크(100)의 압력이 운전압력보다 낮아지는 것을 방지하기 위하여, 버퍼탱크(42)에 저장된 고압 증발가스를 에너지 전환부(47)보다 우선적으로 압력탱크(100)에 공급할 수 있다. The internal pressure of the pressure tank (100) can be maintained by compressing the vaporization gas discharged from the liquid hydrogen storage tank (102) and supplying it to the pressure tank (100). In order to prevent the pressure of the pressure tank (100) from falling below the operating pressure, the high-pressure vaporization gas stored in the buffer tank (42) can be supplied to the pressure tank (100) with priority over the energy conversion unit (47).

압력탱크(100)로부터 액화수소 수요처(51, 52, 53)로의 액화수소 공급은, 액화수소 배출라인(LL)을 따라 액화수소 저장탱크(102)로부터 압력탱크(100)로 이송된 액화수소 또는 버퍼탱크(42)로부터 제3 증발가스 분배라인(CL3)을 통해 이송되는 고압 증발가스의 자체 압력에 의해, 압력탱크(100)로부터 액화수소가 제1 액화가스 공급라인(SL1) 및 제2 액화가스 공급라인(SL2)으로 송출됨으로써 이루어질 수 있다. Supply of liquefied hydrogen from the pressure tank (100) to the liquefied hydrogen demand source (51, 52, 53) can be achieved by the liquefied hydrogen being transferred from the liquefied hydrogen storage tank (102) to the pressure tank (100) along the liquefied hydrogen discharge line (LL) or by the self-pressure of the high-pressure evaporation gas transferred from the buffer tank (42) through the third evaporation gas distribution line (CL3), thereby sending the liquefied hydrogen from the pressure tank (100) to the first liquefied gas supply line (SL1) and the second liquefied gas supply line (SL2).

제3 증발가스 분배라인(CL3)은 버퍼탱크(42)와 압력탱크(100)를 연결하는 고압 증발가스의 유로로서, 압력탱크(100)의 내압을 유지시키기 위한 수단이다. 압축기(41)에서 압축된 고압 증발가스 또는 압축기(41)에서 압축된 후 버퍼탱크(42)에 저장되어 있는 고압 증발가스는 제3 증발가스 분배라인(CL3)을 통해 압력탱크(100)로 이송된다. The third evaporation gas distribution line (CL3) is a high-pressure evaporation gas path connecting the buffer tank (42) and the pressure tank (100), and is a means for maintaining the internal pressure of the pressure tank (100). The high-pressure evaporation gas compressed in the compressor (41) or the high-pressure evaporation gas compressed in the compressor (41) and then stored in the buffer tank (42) is transferred to the pressure tank (100) through the third evaporation gas distribution line (CL3).

본 실시예에서 압력탱크(100)의 내압을 유지시키는데 있어서, 제3 증발가스 분배라인(CL3)을 통해 이송받은 고압 증발가스만으로는 부족한 경우에는, 압력탱크(100)에 저장된 액화수소를 기화시켜 공급함으로써 압력탱크(100)의 내압을 유지할 수 있다. In this embodiment, when the high-pressure vaporization gas delivered through the third vaporization gas distribution line (CL3) is insufficient to maintain the internal pressure of the pressure tank (100), the internal pressure of the pressure tank (100) can be maintained by vaporizing and supplying the liquefied hydrogen stored in the pressure tank (100).

압력탱크(100)의 내압을 유지시키는 수단으로서, 압력탱크(100)와 열매체 순환부(40)를 연결하는 제2 열매체 라인(ML3)과 압력탱크(100)와 압축기(41)의 상류를 연결하는 제5 회수라인(RL5)을 더 포함할 수 있다. As a means for maintaining the internal pressure of the pressure tank (100), a second heat medium line (ML3) connecting the pressure tank (100) and the heat medium circulation unit (40) and a fifth recovery line (RL5) connecting the pressure tank (100) and the upstream of the compressor (41) may be further included.

제2 열매체 라인(ML3)을 통해 열매체 순환부(40)로부터 고온의 열매체가 압력탱크(100)로 이송되고, 압력탱크(100)에 저장된 액화수소를 기화시키면서 냉열을 회수한 저온의 열매체가 제2 열매체 라인(ML3)을 통해 열매체 순환부(40)로 다시 회수된다. High temperature heat medium is transferred from the heat medium circulation unit (40) to the pressure tank (100) through the second heat medium line (ML3), and low temperature heat medium, which has recovered cold heat while vaporizing liquefied hydrogen stored in the pressure tank (100), is returned to the heat medium circulation unit (40) through the second heat medium line (ML3).

제2 열매체 라인(ML3)에 의해 열매체가 순환하면서 압력탱크(100)에서 증발가스가 생성되면 압력탱크(100)의 내압이 상승함으로써 압력탱크(100)의 운전압력이 유지될 수 있다. When the heat medium circulates through the second heat medium line (ML3) and evaporated gas is generated in the pressure tank (100), the internal pressure of the pressure tank (100) increases, so that the operating pressure of the pressure tank (100) can be maintained.

또한, 제5 회수라인(RL5)을 통해 증발가스를 배출시킨 후, 압축기(41)의 상류로 공급하고, 증발가스를 압축기(41)에서 압축하여 고압 증발가스의 상태로 압력탱크(100)로 공급함으로써 압력탱크(100)의 운전압력을 유지시킬 수도 있다. In addition, after discharging the evaporation gas through the fifth recovery line (RL5), the evaporation gas is supplied to the upstream of the compressor (41), and the evaporation gas is compressed in the compressor (41) and supplied to the pressure tank (100) in the state of high-pressure evaporation gas, thereby maintaining the operating pressure of the pressure tank (100).

압력탱크(100)와 열매체 순환부(40)를 연결하는 제2 열매체 라인(ML3), 제2 열매체 라인(ML3)이 압력탱크(100) 및 열매체 순환부(40)와 연결되는 부위인 헤더 및 제2 열매체 라인(ML3)에 설치될 수 있는 열교환기와 밸브 등 각종 장치들은 콜드박스(cold box)에 설치하여 1차로 진공단열할 수 있다. The second heat medium line (ML3) connecting the pressure tank (100) and the heat medium circulation unit (40), the header at which the second heat medium line (ML3) is connected to the pressure tank (100) and the heat medium circulation unit (40), and various devices such as a heat exchanger and valve that can be installed in the second heat medium line (ML3) can be installed in a cold box and vacuum-insulated in the first stage.

콜드박스에는 수소의 누출을 감지하는 수소 감지장치가 설치될 수 있다. 또한, 콜드박스의 외부에 단열재를 설치하여 2차로 더 단열할 수도 있다. The cold box can be equipped with a hydrogen detection device to detect hydrogen leaks. Additionally, insulation can be installed on the outside of the cold box to provide additional insulation.

본 실시예의 액화수소 저장기지(51)는 압력탱크(100)와 액화수소 저장기지(51)를 연결하는 제1 액화수소 공급라인(SL1)을 통해 액화수소를 공급받고, 기화기(52) 및 희귀가스 생산 시스템(53)은 압력탱크(100)와 기화기(52) 및 희귀가스 생산 시스템(53)을 연결하는 제2 액화수소 공급라인(SL2)을 통해 액화수소를 공급받을 수 있다. The liquid hydrogen storage facility (51) of the present embodiment can be supplied with liquid hydrogen through a first liquid hydrogen supply line (SL1) connecting the pressure tank (100) and the liquid hydrogen storage facility (51), and the vaporizer (52) and the rare gas production system (53) can be supplied with liquid hydrogen through a second liquid hydrogen supply line (SL2) connecting the pressure tank (100), the vaporizer (52), and the rare gas production system (53).

한편, 액화수소 수요처(51, 52, 53)로 액화수소를 이송하기 전에, 압력탱크(100) 또는 액화수소 저장탱크(102)에 저장된 액화가스를 이용하여 액화수소 공급라인(SL1, SL2)을 예냉할 수 있다. Meanwhile, before transporting liquefied hydrogen to a liquefied hydrogen demand source (51, 52, 53), the liquefied hydrogen supply line (SL1, SL2) can be precooled using liquefied gas stored in a pressure tank (100) or a liquefied hydrogen storage tank (102).

액화수소 공급라인(SL1, SL2)을 예냉하면서 기화된 증발가스는, 압력탱크(100)로 연결되는 제3 회수라인(RL3)을 통해 압력탱크(100)로 회수되거나 압축기(41)로 연결되는 제4 회수라인(RL4)을 통해 압축기(41)로 회수될 수 있다. The vaporized evaporated gas that is precooled through the liquefied hydrogen supply line (SL1, SL2) can be recovered to the pressure tank (100) through the third recovery line (RL3) connected to the pressure tank (100) or recovered to the compressor (41) through the fourth recovery line (RL4) connected to the compressor (41).

제1 액화수소 공급라인(SL1)을 예냉하면서 기화된 증발가스는 제1 회수라인(RL1)을 통해 제3 회수라인(RL3) 및 제4 회수라인(RL4)으로 회수되고, 제2 액화수소 공급라인(SL2)을 예냉하면서 기화된 증발가스는 제2 회수라인(RL2)을 통해 제3 회수라인(RL3) 및 제4 회수라인(RL4)으로 회수된다. The vaporized evaporation gas while precooling the first liquefied hydrogen supply line (SL1) is recovered to the third recovery line (RL3) and the fourth recovery line (RL4) through the first recovery line (RL1), and the vaporized evaporation gas while precooling the second liquefied hydrogen supply line (SL2) is recovered to the third recovery line (RL3) and the fourth recovery line (RL4) through the second recovery line (RL2).

한편, 액화가스 수요처(51, 52, 53)로 액화수소를 공급하면서 액화수소 수요처(51, 52)에서 발생하고, 액화수소 수요처(51, 52)의 허용압력을 초과하는 증발가스도 제1 내지 제4 회수라인(RL1 ~ RL4)을 통해 압축기(41)로 회수될 수 있다. Meanwhile, while supplying liquefied hydrogen to liquefied gas demand sites (51, 52, 53), the evaporated gas generated at the liquefied hydrogen demand site (51, 52) and exceeding the allowable pressure of the liquefied hydrogen demand site (51, 52) can also be recovered to the compressor (41) through the first to fourth recovery lines (RL1 to RL4).

제4 회수라인(RL4) 및 제5 회수라인(RL5)을 통해 압축기(41)의 상류로 회수된 증발가스는 압축기(41)에 의해 압축된 후 버퍼탱크(42)에 저장되거나 압력탱크(100)에 회수되어 압력탱크(100)의 내압을 유지하는데 사용될 수 있다.The evaporated gas recovered upstream of the compressor (41) through the fourth recovery line (RL4) and the fifth recovery line (RL5) can be compressed by the compressor (41) and then stored in the buffer tank (42) or recovered in the pressure tank (100) and used to maintain the internal pressure of the pressure tank (100).

또한, 제4 회수라인(RL4) 및 제5 회수라인(RL5)을 통해 액화수소 수요처(51, 52, 53)로부터 회수된 증발가스는 에너지 전환부(47)로 연결되는 제2 증발가스 분배라인(CL2)을 통해 에너지 전환부(47)로 공급되어 전력 생산에 활용될 수도 있다. In addition, the evaporation gas recovered from the liquefied hydrogen demand source (51, 52, 53) through the fourth recovery line (RL4) and the fifth recovery line (RL5) can be supplied to the energy conversion unit (47) through the second evaporation gas distribution line (CL2) connected to the energy conversion unit (47) and utilized for power generation.

한편, 기화기(52)에서 액화수소가 기화되면서 발생하는 기화열은, 희귀가스 생산 시스템(53)을 통해 회수될 수 있다. Meanwhile, the heat of vaporization generated when liquefied hydrogen is vaporized in the vaporizer (52) can be recovered through the rare gas production system (53).

또한, 에너지 전환부(47)와 희귀가스 생산 시스템(53)을 연결하는 폐열 공급라인(EL)을 통해 에너지 전환부(47)에서 전력을 생산하면서 발생하는 폐열을 공급받아 공기를 분리하기 위해 필요한 열에너지로 활용할 수도 있다. 폐열 공급라인(EL)을 통해 이송되는 열에너지의 온도는 약 500 내지 600℃일 수 있다. In addition, waste heat generated while producing electricity in the energy conversion unit (47) can be supplied through a waste heat supply line (EL) connecting the energy conversion unit (47) and the rare gas production system (53) and utilized as heat energy required for separating air. The temperature of the heat energy transferred through the waste heat supply line (EL) can be approximately 500 to 600°C.

본 실시예에 따른 액화수소 인수기지는, 액화수소를 하역하는 과정에서 발생하는 증발가스를 압력탱크(100)의 압력을 유지하여 액화수소 수요처(51, 52, 53)로의 송출압력을 생성하는데 사용할 수 있고, 에너지 전환부(47)에서 전력을 생산하는 연료로 사용할 수 있다. The liquefied hydrogen receiving station according to this embodiment can use the evaporated gas generated in the process of unloading liquefied hydrogen to maintain the pressure of the pressure tank (100) to generate a transmission pressure to a liquefied hydrogen demand source (51, 52, 53), and can use it as fuel to generate electricity in the energy conversion unit (47).

또한, 액화수소를 하역하는 과정에서 액화수소의 냉열 및 폐열을 효과적으로 최대 활용하면서 압력탱크(100)의 압력을 유지할 수 있다. In addition, during the process of unloading liquefied hydrogen, the pressure of the pressure tank (100) can be maintained while effectively maximizing the use of the cold heat and waste heat of the liquefied hydrogen.

또한, 본 실시예에 따르면, 2 이상의 압력탱크(100) 중 어느 하나의 압력탱크(100)로부터 액화수소 수요처에 액화수소를 공급하는 것과 동시에, 다른 하나의 압력탱크(100)로는 액화수소를 충전해줄 수 있다. In addition, according to the present embodiment, while supplying liquid hydrogen to a liquid hydrogen demander from one of two or more pressure tanks (100), liquid hydrogen can be charged into another pressure tank (100).

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다. It is obvious to a person skilled in the art that the present invention is not limited to the above embodiments, and that various modifications or changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention.

100 : 압력탱크 102 : 액화수소 저장탱크
40 : 열매체 순환부 41 : 압축기
42 : 버퍼탱크 45 : 고밀화부
46 : 온도 유지부 47 : 에너지 전환부
50 : 공급펌프 51 : 액화수소 저장기지
52 : 기화기 53 : 희귀가스 생산 시스템
54 : 분리탑 55 : 경질 컬럼
56 : 중질 컬럼 60 : 콜드박스
61 : 녹아웃 드럼 62 : 전처리 장치
BL2 : 증발가스 공급라인 LL : 액화수소 배출라인
CL1, CL2, CL3 : 증발가스 분배라인 LL1 : 액화수소 회수라인
ML2, ML3, ML4, ML5 : 열매체 순환라인 EL : 폐열 공급라인
RL1, RL2, RL3, RL4, RL5 : 회수라인 GL : 경질 라인
SL1, SL2 : 액화수소 공급라인 HL : 중질 라인
LS : 액화공기 에너지 저장 유닛 AL : 공기 라인
S : 액화공기 저장용기 P : 펌프
V : 재기화기 T : 터빈-발전기
100: Pressure tank 102: Liquid hydrogen storage tank
40: Heat medium circulation section 41: Compressor
42: Buffer tank 45: Densification section
46: Temperature maintenance unit 47: Energy conversion unit
50: Supply pump 51: Liquid hydrogen storage facility
52: Carburetor 53: Rare gas production system
54: Separation tower 55: Rigid column
56: Heavy column 60: Cold box
61: Knockout drum 62: Pretreatment device
BL2: Evaporation gas supply line LL: Liquefied hydrogen discharge line
CL1, CL2, CL3: Evaporation gas distribution line LL1: Liquefied hydrogen recovery line
ML2, ML3, ML4, ML5: Heat medium circulation line EL: Waste heat supply line
RL1, RL2, RL3, RL4, RL5: Recovery line GL: Hard line
SL1, SL2: Liquid hydrogen supply line HL: Heavy line
LS: Liquefied Air Energy Storage Unit AL: Air Line
S: Liquefied air storage tank P: Pump
V: Re-vaporizer T: Turbine-generator

Claims (13)

공기를 압축하는 공기 압축기;
상기 공기 압축기에서 압축된 공기와, 기화시켜 수요처에 공급할 액화수소를 열교환시켜, 압축된 공기는 냉각시키고 액화수소는 기화시키는 기화기;
상기 기화기에서 응축된 산소 및 질소를 분리하는 분리탑;
상기 분리탑의 상부 배출부로부터 이송된 유체 중에서 산소 및 질소가 분리되고 남은 잔여 공기로부터 경질 성분을 응축시켜 분리하는 경질 컬럼; 및
상기 분리탑의 하부 배출부로부터 이송된 유체 중에서 산소 및 질소가 분리되고 남은 잔여 공기로부터 중질 성분을 기화시켜 분리하는 중질 컬럼;을 포함하는, 희귀가스 생산 시스템.
An air compressor that compresses air;
A vaporizer that cools the compressed air and vaporizes the liquid hydrogen by exchanging heat between the compressed air from the above air compressor and the liquid hydrogen to be vaporized and supplied to the demander;
A separation tower for separating oxygen and nitrogen condensed in the above vaporizer;
A light column that separates oxygen and nitrogen from the fluid transferred from the upper discharge portion of the above separation tower and condenses and separates light components from the remaining residual air; and
A rare gas production system, comprising a heavy column for separating oxygen and nitrogen from the fluid transferred from the lower discharge portion of the above separation tower and vaporizing and separating heavy components from the remaining air.
청구항 1에 있어서,
상기 기화기, 분리탑, 경질 컬럼 및 중질 컬럼은 콜드박스에 구비되고,
상기 콜드박스로부터 잔여의 냉열을 회수하여 상기 공기 압축기로부터 기화기로 공급되는 압축 공기에 포함된 이물질을 응축시켜 분리하는 전처리 장치;를 더 포함하는, 희귀가스 생산 시스템.
In claim 1,
The above vaporizer, separation tower, light column and heavy column are installed in a cold box,
A rare gas production system further comprising a pretreatment device that recovers residual cold heat from the cold box and condenses and separates foreign substances contained in compressed air supplied to the vaporizer from the air compressor.
청구항 1에 있어서,
상기 경질 성분은 네온을 포함하고,
상기 중질 성분은 제논 및 크립톤을 포함하는, 희귀가스 생산 시스템.
In claim 1,
The above hard component contains neon,
The above heavy components are a rare gas production system including xenon and krypton.
청구항 1에 있어서,
상기 경질 컬럼은,
상기 액화수소의 냉열을 이용하여 잔여 공기를 냉각시키는 1차 열교환부; 및
상기 액화수소를 기화시키면서 액화수소의 냉열을 회수한 열매체를 이용하여, 상기 1차 열교환부에서 냉각된 잔여 공기를 더 냉각시키는 2차 열교환부;를 포함하는, 희귀가스 생산 시스템.
In claim 1,
The above rigid column is,
A primary heat exchanger that cools the residual air using the cold heat of the above liquefied hydrogen; and
A rare gas production system comprising a secondary heat exchanger that further cools the remaining air cooled in the primary heat exchanger by using a heat medium that recovers the cold heat of the liquefied hydrogen while vaporizing the liquefied hydrogen.
청구항 1에 있어서,
상기 중질 컬럼은,
상기 액화수소의 증발가스를 이용하여 전력을 생산하면서 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하여 중질 성분을 기화시키는, 희귀가스 생산 시스템.
In claim 1,
The above heavy column is,
A rare gas production system that generates electricity using the vaporized gas of the above-mentioned liquefied hydrogen and recovers waste heat from the exhaust gas emitted to vaporize heavy components.
청구항 1에 있어서,
상기 분리탑에서 생산된 액체 상태의 질소를 상기 액화수소가 액체 상태를 유지시키기 위한 냉매로 공급하는, 희귀가스 생산 시스템.
In claim 1,
A rare gas production system that supplies liquid nitrogen produced in the above separation tower as a refrigerant to maintain the liquid hydrogen in a liquid state.
청구항 1에 있어서,
상기 분리탑에서 생산된 액체 상태의 산소 또는 질소를 기화시키는 재기화기; 및
상기 재기화기에서 기화된 산소 또는 질소를 팽창시키는 터빈과, 상기 터빈의 구동력으로 전력을 생산하는 발전기를 포함하는 터빈-발전기;를 더 포함하는, 희귀가스 생산 시스템.
In claim 1,
A regasifier that vaporizes liquid oxygen or nitrogen produced in the above separation tower; and
A rare gas production system further comprising a turbine-generator including a turbine that expands oxygen or nitrogen vaporized in the regasifier, and a generator that produces electricity using the driving force of the turbine.
청구항 7에 있어서,
상기 액화수소를 저장하는 액화수소 저장탱크;
열매체를 순환시켜 상기 액화수소 저장탱크 및 경질 컬럼 중 어느 하나 이상으로부터 열에너지를 회수하는 열매체 순환부; 및
상기 터빈에서 팽창된 산소 또는 질소와 상기 열매체를 열교환시켜, 상기 열매체를 냉각시키는 냉열 회수 장치;를 더 포함하는, 희귀가스 생산 시스템.
In claim 7,
A liquid hydrogen storage tank for storing the above liquid hydrogen;
A heat medium circulation unit that circulates the heat medium to recover heat energy from at least one of the liquefied hydrogen storage tank and the light column; and
A rare gas production system further comprising a cold heat recovery device that cools the heat medium by exchanging heat between the oxygen or nitrogen expanded in the turbine and the heat medium.
청구항 7에 있어서,
상기 액화수소를 저장하는 액화수소 저장탱크;
열매체를 순환시켜 상기 액화수소 저장탱크 및 경질 컬럼 중 어느 하나 이상으로부터 열에너지를 회수하는 열매체 순환부; 및
상기 열매체 순환부로부터 상기 액체 상태의 산소 또는 질소를 기화시킬 열매체를 상기 재기화기로 공급하는 제4 열매체 라인;을 더 포함하는, 희귀가스 생산 시스템.
In claim 7,
A liquid hydrogen storage tank for storing the above liquid hydrogen;
A heat medium circulation unit that circulates the heat medium to recover heat energy from at least one of the liquefied hydrogen storage tank and the light column; and
A rare gas production system further comprising a fourth heat medium line for supplying a heat medium for vaporizing liquid oxygen or nitrogen from the heat medium circulation section to the regasifier.
액화수소를 저장하고, 내압을 저압으로 유지시키기 위하여 내부온도를 조절하는 온도 조절 장치가 마련되는 다수의 액화수소 저장탱크;
상기 액화수소 저장탱크로부터 액화수소를 공급받는 액화수소 수요처; 및
상기 액화수소 저장탱크로부터 상기 액화수소 수요처로 공급할 액화수소를 공급받아 저장하며, 상기 액화수소 저장탱크보다 소용량이면서 고압으로 유지되는 다수의 압력탱크;를 포함하고,
상기 액화수소 수요처는,
상기 액화수소를 기화시켜 기체 상태의 수소를 생산하여 기체수소 수요처로 공급하는 기화기; 및
청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 희귀가스 생산 시스템;을 포함하는, 액화수소 인수기지.
A plurality of liquid hydrogen storage tanks having a temperature control device for controlling the internal temperature to store liquid hydrogen and maintain the internal pressure at a low level;
A liquid hydrogen demand source that receives liquid hydrogen from the liquid hydrogen storage tank; and
A plurality of pressure tanks are provided to receive and store liquid hydrogen to be supplied to the liquid hydrogen demand source from the liquid hydrogen storage tank, and are maintained at a high pressure while having a smaller capacity than the liquid hydrogen storage tank;
The above liquid hydrogen demand source is,
A vaporizer that vaporizes the above liquefied hydrogen to produce gaseous hydrogen and supplies it to a gaseous hydrogen demand source; and
A liquefied hydrogen receiving station comprising a rare gas production system as described in any one of claims 1 to 9.
청구항 10에 있어서,
상기 압력탱크로부터 상기 기화기 및 희귀가스 생산 시스템으로 액화수소가 이송되는 유로인 제2 액화수소 공급라인;을 더 포함하는, 액화수소 인수기지.
In claim 10,
A liquefied hydrogen receiving station further comprising a second liquefied hydrogen supply line through which liquefied hydrogen is transferred from the pressure tank to the vaporizer and rare gas production system.
청구항 10에 있어서,
상기 온도 조절 장치에서 상기 액화수소의 냉열을 회수하거나, 상기 액화수소 또는 상기 희귀가스 생산 시스템에 냉열을 공급해주는 열매체를 순환시키는 열매체 순환부;를 포함하는, 액화수소 인수기지.
In claim 10,
A liquefied hydrogen receiving station, comprising a heat medium circulation unit that recovers the cold heat of the liquefied hydrogen from the temperature control device or circulates a heat medium that supplies cold heat to the liquefied hydrogen or the rare gas production system.
청구항 10에 있어서,
상기 액화수소 저장탱크에서 생성된 수소 증발가스를 압축하여, 상기 압력탱크로부터 액화수소 수요처로 액화수소를 공급하는 송출압력이 되도록 상기 압력탱크로 공급하는 압축기;
상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 에너지 전환부; 및
상기 에너지 전환부에서 전력을 생산하면서 발생한 폐열을 상기 중질 컬럼에 공급하는 폐열 회수라인;을 더 포함하는, 액화수소 인수기지.
In claim 10,
A compressor that compresses hydrogen evaporation gas generated in the above liquid hydrogen storage tank and supplies it to the pressure tank so that the pressure becomes a delivery pressure for supplying liquid hydrogen to a liquid hydrogen demand source from the pressure tank;
An energy conversion unit that produces electricity by using the evaporated gas compressed by the compressor as fuel; and
A liquefied hydrogen receiving station further comprising a waste heat recovery line that supplies waste heat generated while generating electricity in the energy conversion unit to the heavy column.
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