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KR102328753B1 - 수소 액화장치 및 수소 액화방법 - Google Patents

수소 액화장치 및 수소 액화방법 Download PDF

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KR102328753B1
KR102328753B1 KR1020190157999A KR20190157999A KR102328753B1 KR 102328753 B1 KR102328753 B1 KR 102328753B1 KR 1020190157999 A KR1020190157999 A KR 1020190157999A KR 20190157999 A KR20190157999 A KR 20190157999A KR 102328753 B1 KR102328753 B1 KR 102328753B1
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한용식
최석민
윤애정
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명은 수소 액화 공정에서 냉각되는 수소의 온도 강하에 맞추어 오르토수소 및 파라수소의 변환에 따른 발열을 제어하여 액화수소의 손실을 방지할 수 있는 수소 액화장치 및 수소 액화방법을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 수소공급부에서 공급되는 수소를 제1 온도로 냉각시키는 제1 열교환기; 상기 제1 온도로 냉각된 수소의 열적 평형상태가 유지되도록 오르토수소 및 파라수소의 비율을 변환시키는 제1 촉매변환기; 상기 제1 촉매변환기에서 배출되는 수소를 제2 온도로 냉각시키는 제2 열교환기; 및 상기 제2 온도로 냉각된 수소의 오르토수소 및 파라수소가 목표비율을 가지도록 변환시키는 제2 촉매변환기;를 포함하며, 상기 제2 촉매변환기에서 배출되는 수소를 수소저장부에 저장하기 이전에 상기 제2 열교환기에 재차 통과시키며 목표 액화온도로 냉각되도록 하는 특징을 개시한다.

Description

수소 액화장치 및 수소 액화방법{HYDROGEN LIQUEFYING APPARATUS AND HYDROGEN LIQUEFYING PROCESS}
본 발명은 수소 액화장치 및 수소 액화방법에 관한 것으로, 상세하게는 수소 액화 공정에서 냉각되는 수소의 온도 강하에 맞추어 오르토수소 및 파라수소의 변환에 따른 발열을 제어하여 액화수소의 손실을 방지할 수 있는 수소 액화장치 및 수소 액화방법에 관한 것이다.
화석 연료의 과다한 사용으로 인한 대기오염과 지구 온난화의 문제를 해결하기 위한 방안으로 최근 국내외에서는 탄화수소계가 아닌 연료를 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 대표적인 예로 수소 에너지를 이용하는 방식이 있는데, 수소 에너지는 탄화수소계 에너지와 달리, 연소 시 이산화탄소의 배출 없이 물만 발생시키고, 물로부터 다시 수소를 얻을 수 있으므로 재생 가능한 에너지원으로 분류될 수 있다.
수소를 에너지원으로 사용하기 위해서는 이송의 간편성과 저장의 용이성이 보장되어야 하는데, 이를 위해서는 고밀도화를 통해 부피를 축소시키는 것이 필요하다. 현재 수소의 저장 효율을 높이는 방법으로는 수소를 액화시켜 액체수소 형태로 저장하는 방법이 이용된다.
수소의 액화 공정으로는 린데-햄턴(Linde-Hampson) 사이클, 클로드(Claude) 사이클, 콜린스(Collins) 사이클, 터보-브레이튼(Turbo-Brayton) 사이클 등이 공지되어 있으며, 상대적으로 린데-햄턴(Linde-Hampson) 사이클 및 콜린스(Collins) 사이클은 소형 액화 장치에 적합하고, 상대적으로 클로드(Claude) 사이클 및 터보-브레이튼(Turbo-Brayton) 사이클은 대형 액화 장치에 적합하다.
한편 수소분자는 가장 간단한 형의 공유결합 분자로서, 두 개의 핵주위를 두 개의 전자가 공통의 전자구름(분자오비탈)을 만들어서 에워싸고 있다. 이렇게 공유결합을 만들고 있는 한 쌍의 전자는 파울리의 배타원리에 따라 항상 반대방향의 자전운동(스핀운동)을 해야 하지만, 수소분자에서는 핵의 양성자도 스핀을 갖고 있기 때문에 두 개의 핵의 스핀이 모두 같은 방향인 경우와 서로 반대방향인 경우가 존재하게 된다. 여기서 전자의 경우를 오르토수소(Ortho-hydrogen)라 하고, 후자의 경우를 파라수소(Para-hydrogen)라고 한다.
이처럼 오르토수소와 파라수소의 두가지 분자구조로 존재하는 수소분자는 수소 액화 과정에서 오르토수소 및 파라수소의 변환이 고려되어야 한다. 즉, 상온 부근에서 오르토수소는 75%의 비율을, 파라수소는 25%의 비율을 유지하며 평형상태를 이루고, 저온으로 냉각되면 오트로수소가 파라수소로 변화되면서 파라수소의 비율이 높아지며, 액화온도인 20K 이하에서는 대부분이 파라수소(95 내지 99.5%) 상태로 변화한다.
여기서 오르토수소에서 파라수소로 변환은 발열 반응이고, 이러한 반응은 수십 시간 내지 수일에 걸쳐 매우 천천히 이루어진다. 따라서 오르토수소 및 파라수소의 변환을 고려하지 않고 수소의 온도를 강하시켜 액화시키면, 액화수소 상태에서 오르토수소에서 파라수소로 변환이 일어나면서 변환 과정에서 발생된 발열에 의해 액화수소가 다시 기화되면서 손실이 발생될 수 있어, 저장 안정성이 떨어지는 문제가 있다.
이러한 문제로 인하여, 수소 액화 공정에서는 오르토수소 및 파라수소의 변환을 촉진하는 촉매를 이용하여 수소 온도의 강하에 맞추어 오르토수소 및 파라수소의 변환이 이루어지도록 함으로써 액화 후 오르토수소 및 파라수소의 변환에 따른 발열량의 제어가 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제1458098호 (2014.11.05.공고)
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 수소 액화 공정에서 냉각되는 수소의 온도 강하에 맞추어 오르토수소 및 파라수소의 변환에 따른 발열을 제어하여 액화수소의 손실을 방지할 수 있는 수소 액화장치 및 수소 액화방법을 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 수소 액화장치는, 수소공급부에서 공급되는 수소를 통과시키며 제1 온도로 냉각되도록 하는 제1 열교환기; 상기 제1 온도로 냉각된 수소의 열적 평형상태가 유지되도록 오르토수소 및 파라수소의 비율을 변환시키기 위한 제1 촉매변환기; 상기 제1 촉매변환기에서 배출되는 수소를 통과시키며 제2 온도로 냉각되도록 하는 제2 열교환기; 및 상기 제2 온도로 냉각된 수소의 오르토수소 및 파라수소가 목표비율을 가지도록 변환시키기 위한 제2 촉매변환기;를 포함할 수 있으며, 이때 상기 제2 촉매변환기에서 배출되는 수소를 수소저장부에 저장하기 이전에 상기 제2 열교환기에 재차 통과시키며 목표 액화온도로 냉각되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 수소 액화장치에 있어서, 상기 제2 촉매변환기를 통과하는 수소의 O/P변환 과정에서 발생된 변환열에 의하여 상승된 수소의 온도를 측정하기 위한 온도센서; 상기 제2 열교환기 측으로 공급되는 냉매의 유량을 단속하는 밸브; 및 상기 제2 열교환기를 재차 통과한 수소의 온도가 상기 목표 액화온도와 일치되도록, 상기 온도센서에서 측정된 수소의 온도를 기반으로 상기 밸브를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수소 액화장치에 있어서, 상기 수소공급부는, 액화천연가스 공급부에서 공급되는 액화천연가스를 천연가스로 기화시키는 액화천연가스 기화부; 및 상기 액화천연가스 기화부에서 기화된 천연가스를 개질시켜 수소를 추출하는 천연가스 개질부;를 포함할 수 있으며, 이때 상기 액화천연가스 기화부의 가열열원은 상기 제1 열교환기 또는 상기 제2 열교환기의 열원일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수소 액화장치에 있어서, 상기 수소공급부는, 내부에 수소가 각각 압축 저장되며, 상기 제1 열교환기에 연결되는 수소 스트림과 선택적으로 연결되는 제1 버퍼탱크 및 제2 버퍼탱크를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수소 액화장치에 있어서, 상기 수소공급부는, 상기 수소 스트림 상에 배치되며, 상기 제1 버퍼탱크 또는 상기 제2 버퍼탱크에서 공급되는 수소의 압력을 조절하는 압력조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수소 액화장치에 있어서, 상기 수소공급부는, 내부에 수소가 압축 저장하며, 상기 제1 버퍼탱크 또는 상기 제2 버퍼탱크에 선택적으로 연결되어 상기 제1 버퍼탱크 또는 상기 제2 버퍼탱크에 수소를 충진하거나, 상기 수소 스트림에 직접 연결되는 튜브 트레일러를 더 포함할 수 있다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 수소 액화방법은, 수소를 공급하는 수소공급단계; 공급되는 수소를 제1 열교환기에 통과시키며 제1 온도로 냉각시키는 제1 냉각단계; 상기 제1 온도로 냉각된 수소가 열적 평형상태를 유지하도록 제1 촉매변환기를 통과시키며 오르토수소 및 파라수소의 비율을 변환시키는 제1 O/P변환단계; 제1 O/P변환된 수소를 제2 열교환기에 통과시키며 제2 온도로 냉각시키는 제2 냉각단계; 상기 제2 온도로 냉각된 수소를 제2 촉매변환기에 통과시키며 오르토수소 및 파라수소가 목표비율을 가지도록 변환시키는 제2 O/P변환단계; 및 제2 O/P변환된 수소를 수소저장부에 저장하기 이전에 상기 제2 열교환기에 재차 통과시키며 목표 액화온도로 냉각시키는 제3 냉각단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 수소 액화방법에 있어서, 상기 제3 냉각단계는, 상기 제2 O/P변환단계에서 발생된 변환열에 의하여 상승된 수소의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 제2 열교환기를 재차 통과한 수소의 온도가 상기 목표 액화온도와 일치되도록 상기 제2 열교환기의 냉매 유량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수소 액화장치에 있어서, 상기 수소공급단계는, 액화천연가스를 공급하는 액화천연가스 공급단계; 공급되는 액화천연가스를 액화천연가스 기화부에 통과시키며 천연가스로 기화시키는 액화천연가스 기화단계; 및 기화된 천연가스의 적어도 일부를 천연가스 개질부에 통과시키며 수소를 추출하는 천연가스 개질단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수소 액화장치에 있어서, 상기 수소공급단계는, 제1 버퍼탱크 및 제2 버퍼탱크에 수소를 충진시키는 버퍼탱크 충진모드; 튜브 트레일러를 상기 제1 열교환기를 향하는 수소 스트림에 연결하고, 상기 튜브 트레일러에 저장된 수소를 상기 수소 스트림으로 공급하는 제1 수소공급모드; 및 상기 제1 수소공급모드 시 상기 튜브 트레일러의 수소가 소진되면 상기 튜브 트레일러와 상기 수소 스트림의 연결을 차단하고, 상기 제1 버퍼탱크 및 상기 제2 버퍼탱크 중 하나의 버퍼탱크를 상기 수소 스트림에 연결하여 버퍼탱크에 충진된 수소를 상기 수소 스트림으로 공급하는 제2 수소공급모드를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수소 액화장치에 있어서, 상기 수소공급단계는, 상기 제2 수소공급모드 시 수소 공급 중인 버퍼탱크의 수소가 소진되면 해당 버퍼탱크와 상기 수소 스트림의 연결을 차단하고, 다른 나머지 버퍼탱크를 상기 수소 스트림에 연결하여 버퍼탱크에 충진된 수소를 상기 수소 스트림에 공급하는 제3 수소공급모드;를 더 구비할 수 있으며, 이때 상기 제2 수소공급모드 및 상기 제3 수소공급모드 중 수소가 소진된 버퍼탱크에 수소를 충진하는 버퍼탱크 충진모드가 동시에 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 수소 액화 공정에서 냉각되는 수소의 온도 강하에 맞추어 오르토수소 및 파라수소의 변환에 따른 발열을 제어하여 액화수소의 손실을 막아 저장 안정성을 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수소 액화장치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수소 액화장치의 수소공급부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수소 액화장치의 수소공급부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수소 액화장치의 제어부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수소 액화방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수소공급부를 이용한 수소공급방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수소공급부를 이용한 수소공급방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용될 수 있으며 이에 따른 부가적인 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수소 액화장치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 수소 액화장치는 저온 냉동기에 기체수소를 통과시키면서 냉각 및 액화된 수소를 생산할 수 있다.
이를 위한 본 실시예에 따른 수소 액화장치는 수소 액화장치는 수소공급부(20), 제1 열교환기(30), 제1 촉매변환기(40), 제2 열교환기(50), 제2 촉매변환기(60), 수소저장부(70)를 포함할 수 있다.
수소공급부(20)는 기체 상태로 압축된 수소를 공급할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수소 액화장치의 수소공급부를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 추가 참조하면, 제1 실시예에 따르면 수소공급부(20A)는 액화천연가스로부터 추출된 수소를 공급할 수 있다. 이를 위한 수소공급부(20A)는 액화천연가스 공급부(21), 액화천연가스 기화부(22), 천연가스 개질부(23)를 포함할 수 있다.
액화천연가스 공급부(21)는 액화천연가스를 일정한 압력으로 공급할 수 있다. 예를 들면, 액화천연가스는 액화천연가스를 압축 저장할 수 있는 액화천연가스탱크로부터 공급될 수 있다.
액화천연가스 기화기(22)는 액화천연가스 공급부(21)에서 공급되는 액화천연가스를 가열 증발시켜 기화된 천연가스를 추출할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 액화천연가스 기화부(22)는 본 발명에 따른 수소 액화장치에 적용되는 냉동기(10)에 구비되는 열교환기가 적용될 수 있다. 즉, 액화천연가스 기화부(22)의 가열열원은 후술되는 제1 열교환기(30) 또는 제2 열교환기(50)의 열원(냉열원)이 이용될 수 있다. 실시예에 따르면, 액화천연가스 공급부(21)에서 공급되는 액화천연가스는 제1 열교환기(30)를 통과하면서 제1 열교환기(30)의 냉열원에 의하여 가열 증발됨으로써 천연가스가 추출될 수 있다.
이처럼 액화천연가스의 기화 과정에서 발생되는 냉열을 수소 액화 공정의 냉동기(10)의 열원으로 활용함으로써, 수소 액화 공정에서 소요되는 에너지를 크게 절감할 수 있다.
천연가스 개질부(23)는 액화천연가스 기화부(22)에서 추출되는 천연가스를 개질(Reforming)시켜 수소를 추출할 수 있다. 천연가스 개질 공정을 통하여 수소를 추출하는 방식으로는 촉매 분해, 촉매 부분산화, 이산화탄소 개질, 수증기 촉매 개질 공정 등이 적용될 수 있다. 이렇게 추출된 수소는 수소 액화장치의 수소 스트림(S)으로 공급될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수소 액화장치의 수소공급부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 제2 실시예에 따르면 수소공급부(20B)는 압축 상태의 기체수소가 저장된 탱크일 수 있다. 즉, 제2 실시예에 따른 수소공급부(20B)는 제1 버퍼탱크(25) 및 제2 버퍼탱크(26)를 포함할 수 있다.
제1 버퍼탱크(25)는 내부에 수소가 압축 저장되며, 수소 액화장치의 수소 스트림(S)과 선택적으로 연결될 수 있다. 제1 버퍼탱크(25)에는 수소 유입구 및 수소 유출구가 구비될 수 있으며, 수소 유입구에는 수소의 유입량을 단속하는 유입밸브가 구비될 수 있고, 수소 유출구에는 수소의 유출량을 단속하는 유출밸브가 구비될 수 있다.
제2 버퍼탱크(26)는 내부에 수소가 압축 저장되며, 수소 액화장치의 수소 스트림(S)과 선택적으로 연결될 수 있다. 제2 버퍼탱크(26)에는 수소 유입구 및 수소 유출구가 구비될 수 있으며, 수소 유입구에는 수소의 유입량을 단속하는 유입밸브가 구비될 수 있고, 수소 유출구에는 수소의 유출량을 단속하는 유출밸브가 구비될 수 있다.
제1 버퍼탱크(25) 및 제2 버퍼탱크(26)는 서로 동일한 압축 조건에서 동일한 용량의 기체수소를 저장할 수 있다.
이러한 제1 버퍼탱크(25) 및 제2 버퍼탱크(26)는 수소 스트림(S)에 번갈아서 연결됨으로써 수소 액화 공정에서 사용되는 수소를 연속해서 공급할 수 있다.
그리고 제2 실시예에 따른 수소공급부(20B)에는 압력조절부(27)가 더 구비될 수 있다.
압력조절부(27)는 수소 스트림(S) 상에 배치될 수 있으며, 수소 스트림(S)을 통해 공급되는 수소의 압력을 조절 및 설정할 수 있다.
제1 버퍼탱크(25) 및 제2 버퍼탱크(26)는 수소의 저장용량을 높이기 위하여 높은 저장압력을 가지게 되는데, 이처럼 높은 압력으로 공급되는 수소는 압력조절부(27)를 통과하면서 수소 액화 공정에서 요구되는 수소의 압력으로 조절 및 설정될 수 있다.
예를 들면, 제1 버퍼탱크(25) 및 제2 버퍼탱크(26)에 저장되는 수소는 상온 상태에서 100barg 압력 상태로 저장될 수 있으며, 수소 스트림(S)으로 이송 중 압력조절부(27)를 통하여 10barg 압력으로 감압 설정된 상태로 공급될 수 있다.
그리고 제2 실시예에 따른 수소공급부(20B)에는 튜브 트레일러(28)가 더 구비될 수도 있다.
튜브 트레일러(28)는 내부에 수소가 압축 저장되는 탱크를 여러 개 조합한 형태로, 이동성 차량에 장착될 수 있다.
튜브 트레일러(28)는 제1 버퍼탱크(25) 또는 제2 버퍼탱크(26)에 선택적으로 연결되어 제1 버퍼탱크(25) 또는 제2 버퍼탱크(26)에 수소를 선택적으로 충진할 수 있다. 또한, 튜브 트레일러(28)는 제1 버퍼탱크(25) 및 제2 버퍼탱크(26)를 통하지 않고 수소 스트림(S)에 직접 연결되어 수소 스트림(S)으로 수소를 직접 공급할 수도 있다.
예를 들면, 튜브 트레일러(28)는 제1 버퍼탱크(25) 및 제2 버퍼탱크(26) 중 어느 한 쪽 버퍼탱크에 충진된 수소를 수소 스트림(S)으로 공급하는 중 미 사용 중인 다른 나머지 버퍼탱크에 수소를 충진할 수 있고, 만약 제1 버퍼탱크(25) 및 제2 버퍼탱크(26)의 수소가 모두 소진된 경우에는 제1 버퍼탱크(25) 및 제2 버퍼탱크(26)와의 연결을 차단하고 수소 스트림(S)으로 수소를 직접 공급할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 버퍼탱크(25) 및 제2 버퍼탱크(26)의 수소 저장압력이 100barg 일 경우 튜브 트레일러(28)의 수소 저장압력은 200barg일 수 있다. 이 경우 제1 버퍼탱크(25) 및 제2 버퍼탱크(26) 각각에서 수소 스트림(S)으로 수소를 공급하는 시간과, 튜브 트레일러(28)에서 제1 버퍼탱크(25) 및 제2 버퍼탱크(26) 각각으로 수소를 충진하는 시간은 동일할 수 있으며, 이에 따라, 수소 액화 공정의 중단 없이 제1 버퍼탱크(25) 및 제2 버퍼탱크(26)는 번갈아가며 수소 스트림(S)으로 연속적인 수소 공급이 가능하다.
다시 도 1을 참조하면, 수소 스트림(S)으로 공급되는 수소는 냉동기(10)에 구비되는 복수의 열교환기를 순차적으로 통과하면서 냉각 및 액화되며, 액화된 수소는 수소저장부(70)에 저장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 적용되는 냉동기(10)는 터보-브레이튼 사이클이 적용될 수 있다. 일반적으로 터보-브레이튼 냉동 사이클은 헬륨 또는 수소를 냉매로 사용하고, 터보팽창기(12)로 팽창시키는 역브레이튼 사이클을 이용하여 극저온 냉동시스템을 구현할 수 있으며, 대용량 액화공정 플랜트(100 liter/hr 이상)에 효과적으로 적용될 수 있다.
터보-브레이튼 냉동 사이클에서 터보팽창기(12)의 출력일은 기체의 순차적인 재열 및 기체의 순차적인 팽창 단계를 통하여 증가될 수 있는데, 도시된 바와 같이 냉동기(10)의 압축기(11)를 통해 압축된 냉매는 터보팽창기(12)를 사이에 두고 배열되는 제1 열교환기(30) 및 제2 열교환기(50)를 순차적으로 통과하면서 재열(온도상승), 냉각(온도하강), 재열(온도상승) 과정이 반복될 수 있다.
도시된 바와 달리, 터보-브레이튼 냉동 사이클은 복수의 터보팽창기와 2개 이상의 열교환기가 다단으로 배열될 수 있으며, 도시된 실시예에서는 설명의 편의 상, 하나의 터보팽창기(12)를 사이에 두고 제1 열교환기(30) 및 제2 열교환기(50)가 배열된 최소한의 구성요소를 중심으로 설명하기로 한다.
수소공급부(20)에서 공급되는 수소는 수소 스트림(S)을 따라 이송되면서 제1 열교환기(30) 및 제2 열교환기(50)를 순차적으로 통과하면서 냉각 및 액화되고, 액화된 수소는 수소저장부(70)에 저장될 수 있다.
제1 열교환기(30)는 수소공급부(20)에서 공급되는 수소를 통과시키며 제1 온도로 냉각시킬 수 있다.
여기서, 제1 온도는 수소의 액화온도(20K)보다 높은 온도일 수도 있다.
제1 열교환기(30)를 통과하면서 제1 온도로 냉각된 수소는 열적 평형상태를 유지하기 위하여, 오르토수소가 파라수소로 서서히 변환하게 된다. 이러한 O/P변환 과정은 수십 시간에서 수일에 걸쳐 매우 천천히 이루어지게 된다.
따라서, 이후 수소저장부(70)에 저장된 액화수소에서 오르토수소가 파라수소로 변환하게 되면서 변환열이 발생될 수 있고, 이러한 O/P변환 시 발생된 변환열은 액화수소의 증발열보다 크기 때문에 수소저장부(70)에 저장된 액화수소가 손실될 수 있다.
제1 촉매변환기(40)는 제1 열교환기(30)를 통과한 수소 스트림(S) 상에 설치될 수 있으며, 제1 열교환기(30)를 통과하면서 제1 온도로 냉각된 수소의 열적 평형상태가 유지되도록 오르토수소 및 파라수소의 비율을 변환시킬 수 있다.
다시 말해, 제1 촉매변환기(40)는 수소의 제1 온도에 맞추어 오르토수소 및 파라수소의 비율을 변환하여 수소의 열적 평형상태를 빠르게 구현할 수 있다.
예를 들어, 상온에서 오르토수소 비율은 75%이고 파라수소 비율은 25%일 수 있는데, 만약 제1 열교환기(30)를 통과하면서 77K로 냉각된 수소는 오르토수소 비율이 50%이고 파라수소 비율이 50%일 때 열적 평형상태일 수 있다. 따라서, 만약 제1 열교환기(30)를 통과하면서 수소가 77K로 냉각되면 제1 촉매변환기(40)를 통과하면서 수소의 오르토수소 및 파라수소는 50:50의 비율을 유지할 수 있다.
제1 촉매변환기(40)는 내부를 유동하는 수소와 접촉되는 촉매가 구비되는 반응공간이 구비되는데, 수소와 접촉하는 촉매의 화학 반응으로부터 수소의 오르토수소 및 파라수소의 비율을 변환할 수 있다. 제1 촉매변환기(40)의 촉매 및 반응공간의 구조에 대해서 특별히 한정하지는 않으며, 다양한 촉매 및 다양한 구조의 반응공간을 가지는 촉매변환기가 적용될 수 있다.
이때, 제1 촉매변환기(40)를 통과하는 수소는 O/P변환 과정에서 발생된 변환열로 인하여 제1 온도보다 높은 온도로 다시 상승될 수 있다.
제2 열교환기(50)는 제1 촉매변환기(40)에서 배출되는 수소를 통과시키며 제2 온도로 냉각시킬 수 있다.
여기서, 제2 온도는 제1 온도와 동일한 온도일 수 있으며, 제2 온도는 제1 온도보다 낮은 온도일 수도 있다.
즉, 제2 열교환기(50)는 앞서 제1 촉매변환기(40)를 통과하며 O/P변환 과정에서 발생된 변환열에 의하여 상승된 수소의 온도를 다시 떨어트릴 수 있다.
만약 제2 열교환기(50)를 통하여 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 냉각된 수소는 열적 평형상태를 유지하기 위하여, 제1 온도와 제2 온도의 온도차 맞추어 오르토수소가 파라수소로 서서히 변환될 수 있다. 따라서, 제1 온도와 제2 온도의 온도차와 상응하는 O/P변환에 따른 변환열을 추가적으로 처리해 줄 필요가 있다.
제2 촉매변환기(60)는 제2 열교환기(50)를 통과한 수소 스트림(S) 상에 설치될 수 있으며, 제2 열교환기(50)를 통과하면서 제2 온도로 냉각된 수소의 열적 평형상태가 유지되도록 오르토수소 및 파라수소가 목표비율을 가지도록 변환시킬 수 있다.
목표비율은 목표 액화온도에서 수소의 오르토수소 및 파라수소가 열적 평형상태를 유지할 수 있는 비율를 의미한다. 그리고 목표 액화온도는 기체수소가 액화되는 온도(20K)일 수 있으며, 목표 액화온도는 20K보다 낮은 온도일 수도 있다.
즉, 목표 액화온도(20K 이하)에서 수소가 열적 평형상태를 유지하기 위한 파라수소의 목표비율은 95 내지 99.5%일 수 있다.
한편 제2 촉매변환기(60)를 통과하는 수소는 O/P변환 과정에서 발생된 변환열로 인하여 제2 온도보다 높은 온도로 다시 상승될 수 있다.
예를 들면, 제2 열교환기(50)를 통하여 수소가 목표 액화온도(20K 이하)까지 냉각되었다 하더라도, 제2 촉매변환기(60)를 통과한 수소는 O/P변환 과정에서 발생된 변환열로 인하여 목표 액화온도(20K)보다 높은 온도로 다시 상승될 수 있다.
결과적으로, 제2 촉매변환기(60)를 통과한 수소를 그대로 수소저장부(70)에 저장할 경우 O/P변환 과정에서 발생된 변환열로 인하여 액화수소가 손실될 수 있다.
이를 해소하기 위해, 제2 촉매변환기(60)에서 배출되는 수소를 수소저장부(70)에 직접 저장하는 것이 아니라, 제2 열교환기(50)를 재차 통과시키고, 제2 열교환기(50)를 재차 통과하면서 수소는 목표 액화온도(20K 이하)로 재차 냉각되도록 한다.
따라서, 수소저장부(70)에 저장되기에 이전에 제2 열교환기(50)를 재차 통과한 수소는 앞서 제2 촉매변환기(60)를 통과하며 O/P변환 과정에서 발생된 변환열에 의하여 상승된 온도를 다시 떨어트려, 액화수소가 가지는 목표 액화온도(20K 이하)를 유지할 수 있으며, 목표 액화온도(20K 이하)로 냉각된 수소는 열적 평형상태가 유지되는 목표비율 즉, 95 내지 99.5%의 파라수소 비율을 유지할 수 있다.
이렇게 수소저장부(70)에 저장된 액화수소는 O/P변환 및 변환열에 의한 손실을 막을 수 있고, 안정된 액화수소의 저장이 가능하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수소 액화장치의 제어부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 수소 액화장치는 제2 촉매변환기(60)를 통과한 수소의 온도를 측정하기 위한 온도센서(81)와, 제2 열교환기(50) 측으로 공급되는 냉매의 유량을 단속하기 위한 밸브(82)와, 온도센서(81)에서 측정된 온도를 기반으로 밸브(82)를 제어하는 제어부(83)를 더 포함할 수 있다.
온도센서(81)는 제2 촉매변환기(60)를 통과한 수소의 온도를 측정하여, 제2 촉매변환기(60)를 통과하는 수소의 O/P변환 과정에서 발생된 변환열에 의하여 상승된 수소의 온도를 측정할 수 있다.
밸브(82)는 제2 열교환기(50)로 공급되는 냉매의 유량을 단속할 수 있다.
제어부(83)는 온도센서(81)를 통해 측정된 제2 촉매변환기(60)의 O/P변환 과정에서 상승된 수소의 온도를 기반으로 밸브(82)의 개폐량을 조절하는 것으로, 제2 열교환기(50)의 열교환 성능을 제어할 수 있다.
최종 냉각 및 액화된 수소를 수소저장부(70)에 저장하기 이전에, 최종으로 통과하는 제2 촉매변환기(60)를 통해 설정된 파라수소의 비율이 95 내지 99.5%를 가지는 목표비율과, 최종으로 통과하는 제2 열교환기(50)를 통해 목표 액화온도(20K 이하)가 유지되는 열적 평형상태의 액화수소를 수소저장부(70)에 안정적으로 저장할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 수소 액화방법에 대해서 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수소 액화방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 수소 액화방법은 전술한 수소 액화장치를 이용하여 구현될 수 있으며, 수소공급단계, 제1 냉각단계(S12), 제1 O/P변환단계(S13), 제2 냉각단계(S14), 제2 O/P변환단계(S15), 제3 냉각단계(S16), 수소저장단계(S17)를 포함할 수 있다.
수소공급단계(S11)는 기체 상태로 압축된 수소를 수소 액화장치의 수소 스트림(S)으로 공급하는 단계이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수소공급부를 이용한 수소공급방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 수소공급단계(S11)는 액화천연가스로부터 추출된 수소를 공급할 수 있으며, 이를 위한 수소공급단계(S11)는 액화천연가스 공급단계(S110), 액화천연가스 기화단계(S111), 천연가스 개질단계(S112)를 포함할 수 있다.
액화천연가스 공급단계(S110)는 액화천연가스를 공급하는 단계로서, 예를 들면, 액화천연가스는 액화천연가스탱크로부터 공급될 수 있으며, 액화천연가스탱크로부터 공급되는 액화천연가스는 액화천연가스 기화부(22)로 공급될 수 있다.
액화천연가스 기화단계(S111)는 액화천연가스를 액화천연가스 기화부(22)에 통과시키면서 기화시켜 천연가스를 추출하는 단계이다. 이렇게 추출된 천연가스의 적어도 일부는 천연가스 개질부(23)로 공급될 수 있고, 다른 나머지 일부는 다른 사용처에 공급될 수 있다.
천연가스 개질단계(S112)는 액화천연가스 기화단계(S111)를 거치며 추출된 천연가스의 적어도 일부를 천연가스 개질부(23)에 통과시키며 수소를 추출하는 단계이다. 이렇게 추출된 수소는 수소 액화장치의 수소 스트림(S)으로 공급될 수 있다.
여기서, 액화천연가스 기화부(22)에서 사용되는 가열열원은 수소 액화장치의 냉동기(10)에 구비되는 열교환기의 열원(냉열원)이 이용될 수 있다. 이처럼 액화천연가스로부터 수소를 추출하는 과정에서 액화천연가스의 기화 과정에서 발생되는 냉열을 수소 액화 공정의 냉동기(10)의 냉열원으로 활용함으로써, 수소 액화 공정에서 소요되는 에너지를 크게 절감할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수소공급부를 이용한 수소공급방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 7을 추가 참조하면, 수소 공급은 전술한 바와 같이 액화천연가스에서 수소를 추출하는 방식 외, 압축 상태의 기체수소가 저장된 탱크를 이용하여, 수소 액화장치의 수소 스트림(S)으로 수소를 직접 공급할 수도 있으며, 본 실시예에 따른 수소공급단계(S11)는 버퍼탱크 충진모드, 제1 수소공급모드, 제2 수소공급모드, 제3 수소공급모드를 가질 수 있다.
도 7 (a)는 버퍼탱크 충진모드를 나타낸 것으로, 버퍼탱크 충진모드는 내부에 수소가 압축 저장되며 제1 열교환기를 향하는 수소 스트림(S)에 선택적으로 연결되는 제1 버퍼탱크(25) 및 제2 버퍼탱크(26)에 수소를 충진시키는 모드이다. 이러한 버터탱크 충진모드는 수소 액화 공정의 가동 이전에 미리 수행될 수 있다.
도 7 (b)는 제1 수소공급모드를 나타낸 것으로, 제1 수소공급모드는 튜브 트레일러(28)를 수소 스트림(S)에 직접 연결하여 튜브 트레일러(28)에 저장된 수소를 수소 스트림(S)으로 공급하는 모드이다. 이 모드 수행 시 압력조절부(27)는 튜브 트레일러(28)에서 공급되는 수소의 압력을 조절 및 설정하여 수소 스트림(S)을 향해 균일한 압력의 수소를 공급할 수 있다.
도 7 (c)는 제2 수소공급모드를 나타낸 것으로, 제2 수소공급모드는 제1 수소공급모드 수행 시, 수소 스트림(S)으로 수소를 공급하던 튜브 트레일러(28)의 수소가 소진되면, 튜브 트레일러(28)와 수소 스트림(S)의 연결을 차단하고, 제1 버퍼탱크(25) 및 제2 버퍼탱크(26) 중 제1 버퍼탱크(25)를 수소 스트림(S)에 연결하여 제1 버퍼탱크(25)에 충진된 수소를 수소 스트림(S)으로 공급하는 모드이다. 이 모드 수행 시 압력조절부(27)는 제1 버퍼탱크(25)에서 공급되는 수소의 압력을 조절 및 설정하여 수소 스트림(S)을 향해 균일한 압력의 수소를 공급할 수 있다.
도 7 (d)는 제3 수소공급모드를 나타낸 것으로, 제3 수소공급모드는 제2 수소공급모드 수행 시, 제1 버퍼탱크(25)의 수소가 소진되면 제1 버퍼탱크(25)와 수소 스트림(S)의 연결을 차단하고, 제2 버퍼탱크(26)를 수소 스트림(S)에 연결하여 제2 버퍼탱크(26)에 충진된 수소를 수소 스트림(S)에 공급하는 모드이다. 이 모드 수행 시 압력조절부(27)는 제2 버퍼탱크(26)에서 공급되는 수소의 압력을 조절 및 설정하여 수소 스트림(S)을 향해 균일한 압력의 수소를 공급할 수 있다.
여기서, 도 7 (e)에 나타낸 바와 같이, 제1 버퍼탱크(25)의 수소를 공급하는 제2 수소공급모드 또는 제2 버퍼탱크(26)의 수소를 공급하는 제3 수소공급모드 수행 중, 수소가 소진된 버퍼탱크는 튜브 트레일러(28)를 통해 수소가 충진되는 버퍼탱크 충진모드가 동시에 수행될 수 있다.
따라서, 유통되는 튜브 트레일러(28)의 불특정한 사용주기에도 불구하고, 수소 액화 공정의 중단 없이 수소 스트림(S)을 향해 기체 수소의 연속적이고 안정적인 공급이 가능하고, 수소 이송 및 공급의 효율성을 높일 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 제1 냉각단계(S12)는 수소 스트림(S)을 통해 공급되는 수소를 제1 열교환기(30)에 통과시키며 제1 온도로 냉각시키는 단계이다.
제1 온도는 수소의 액화온도인 목표 액화온도일 수 있으며, 제1 온도는 목표 액화온도보다 높은 온도일 수도 있다.
제1 O/P변환단계(S13)는 제1 온도로 냉각된 수소가 열적 평형상태를 유지하도록 제1 촉매변환기(40)를 통과시키며 오르토수소 및 파라수소의 비율을 변환시키는 단계이다.
제1 열교환기(30)를 통한 제1 냉각단계(S12)를 거친 수소는 열적 평형상태를 유지하기 위하여 오르토수소가 파라수소로 수십 시간에서 수일에 걸쳐 매우 천천히 변화될 수 있는데, 이와 달리, 제1 촉매변환기(40)를 통한 제1 O/P변환단계(S13)를 거친 수소는 오르토수소 및 파라수소가 열적 평형상태를 만족할 수 있는 비율에 신속하게 도달될 수 있다. 따라서, O/P변환 과정에서 발생되는 변환열로 인하여 이후 수소저장부(70)에 저장된 액화수소가 손실되는 것을 방지할 수 있다.
제2 냉각단계(S14)는 제1 O/P변환된 수소를 제2 열교환기(50)에 통과시키며 제2 온도로 냉각시키는 단계이다.
제1 촉매변환기(40)를 통한 제1 O/P변환단계(S13)를 거친 수소는 O/P변환 과정에서 발생된 변환열로 인하여 제1 온도보다 높은 온도로 다시 상승될 수 있는데, 제2 열교환기(50)를 통한 제2 냉각단계(S14)를 거친 수소는 제2 온도로 냉각될 수 있다.
제2 온도는 제1 온도와 동일한 온도일 수 있으며, 제2 온도는 제1 온도보다 낮은 온도일 수도 있다.
제2 O/P변환단계(S15)는 제2 온도로 냉각된 수소를 제2 촉매변환기(60)에 통과시키며 오르토수소 및 파라수소가 목표비율 즉, 목표 액화온도(20K 이하)에서 수소의 오르토수소 및 파라수소가 열적 평형상태를 유지할 수 있는 비율을 가지도록 변환시키는 단계이다.
즉, 제2 O/P변환단계(S15)에서는 목표 액화온도(20K 이하)에서 수소가 열적 평형상태를 유지하기 위한 파라수소의 목표비율인 95 내지 99.5%를 가지도록 변환될 수 있다.
제3 냉각단계(S16)는 제2 O/P변환된 수소를 수소저장부(70)에 저장하기 이전에, 제2 열교환기(50)에 재차 통과시키며 목표 액화온도(20K 이하)로 냉각시키는 단계이다.
제2 촉매변환기(60)를 통한 제2 O/P변환단계(S15)를 거친 수소는 O/P변환 과정에서 발생된 변환열로 인하여 제2 온도보다 높은 온도로 다시 상승될 수 있는데, 수소저장부(70)에 저장되기 이전에 제2 열교환기(50)에 재차 통과시키며 제3 냉각단계(S16)를 거침으로써 목표 액화온도(20K 이하)가 유지될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제3 냉각단계(S16)에서는 제2 열교환기(50)를 재차 통과한 수소의 온도가 목표 액화온도와 일치되도록, 제2 O/P변환단계(S15)에서 발생된 변환열에 의하여 상승된 수소의 온도를 측정하는 단계와, 이렇게 측정된 수소의 온도를 기반으로 제2 열교환기(50)의 냉매 유량을 단속하는 것으로 제2 열교환기(50)의 열교환 성능을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이처럼 제2 O/P변환단계(S15)에서 발생된 변환열에 의하여 상승된 수소의 온도에 따라, 제2 열교환기(50)에 사용되는 냉열원을 미세하게 단속함으로써, 최종 수소저장부(70)에 저장되는 수소의 목표 액화온도(20K 이하)에 따른 오르토수소 및 파라수소의 목표비율(95 내지 99.5% 비율의 파라수소)을 정확히 일치시킬 수 있다. 이에 따라, 이후 O/P변환 과정에서 발생되는 변환열로 인하여 수소저장부(70)에 저장된 액화수소의 손실을 줄일 수 있다.
또한 제2 O/P변환단계(S15)에서 발생된 변환열에 의하여 상승된 수소의 온도에 따라, 제2 열교환기(50)에 사용되는 냉열원을 미세하게 단속함으로써, 냉동 사이클의 에너지를 절감할 수도 있다.
이상에서의 일련의 냉각 및 액화 과정을 거친 액체수소는 수소저장부(70)에 저장되어 장시간 손실 없이 안정적으로 저장 보관될 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
10: 냉동기
20: 수소공급부
30: 제1 열교환기
40: 제1 촉매변환기
50: 제2 열교환기
60: 제2 촉매변환기
70: 수소저장부

Claims (11)

  1. 열교환기에 수소를 통과시키면서 냉각 및 액화시키는 수소 액화장치로서,
    수소공급부에서 공급되는 수소를 통과시키며 제1 온도로 냉각되도록 하는 제1 열교환기;
    상기 제1 온도로 냉각된 수소의 열적 평형상태가 유지되도록 오르토수소 및 파라수소의 비율을 변환시키기 위한 제1 촉매변환기;
    상기 제1 촉매변환기에서 배출되는 수소를 통과시키며 제2 온도로 냉각되도록 하는 제2 열교환기;
    상기 제2 온도로 냉각된 수소의 오르토수소 및 파라수소가 목표비율을 가지도록 변환시키기 위한 제2 촉매변환기;
    상기 제2 촉매변환기를 통과하는 수소의 O/P변환 과정에서 발생된 변환열에 의하여 상승된 수소의 온도를 측정하기 위한 온도센서;
    상기 제2 열교환기 측으로 공급되는 냉매의 유량을 단속하는 밸브; 및
    상기 온도센서에서 측정된 수소의 온도를 기반으로 상기 밸브를 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제2 촉매변환기를 거치면서 오르토수소 및 파라수소가 목표비율을 가지도록 변환되는 과정에서 수소의 온도가 상기 제2 온도보다 높게 상승될 시, 상기 제2 촉매변환기에서 배출되는 수소를 수소저장부에 저장하기 이전에 상기 제2 열교환기에 재차 통과시키며, 수소의 온도가 상기 제2 온도와 동일하거나 상기 제2 온도보다 낮은 목표 액화온도로 냉각되도록 하는 것을 특징으로 하는 수소 액화장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수소공급부는,
    액화천연가스 공급부에서 공급되는 액화천연가스를 천연가스로 기화시키는 액화천연가스 기화부; 및
    상기 액화천연가스 기화부에서 기화된 천연가스를 개질시켜 수소를 추출하는 천연가스 개질부;를 포함하며,
    상기 액화천연가스 기화부의 가열열원은 상기 제1 열교환기 또는 상기 제2 열교환기의 열원인 것을 특징으로 하는 수소 액화장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수소공급부는,
    내부에 수소가 각각 압축 저장되며, 상기 제1 열교환기에 연결되는 수소 스트림과 선택적으로 연결되는 제1 버퍼탱크 및 제2 버퍼탱크를 포함하며,
    상기 제1 버퍼탱크 또는 상기 제2 버퍼탱크에 저장된 수소가 상기 수소 스트림 측으로 연속하여 공급되는 것을 특징으로 하는 수소 액화장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수소공급부는,
    상기 수소 스트림 상에 배치되며, 상기 제1 버퍼탱크 또는 상기 제2 버퍼탱크에서 공급되는 수소의 압력을 조절하는 압력조절부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 액화장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수소공급부는,
    내부에 수소가 압축 저장하며, 상기 제1 버퍼탱크 또는 상기 제2 버퍼탱크에 선택적으로 연결되어 상기 제1 버퍼탱크 또는 상기 제2 버퍼탱크에 수소를 충진하거나, 상기 수소 스트림에 직접 연결되는 튜브 트레일러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 액화장치.
  7. 제1항에 기재된 수소 액화장치를 이용한 수소 액화방법으로서,
    수소를 공급하는 수소공급단계;
    공급되는 수소를 상기 제1 열교환기에 통과시키며 상기 제1 온도로 냉각시키는 제1 냉각단계;
    상기 제1 온도로 냉각된 수소가 열적 평형상태를 유지하도록 상기 제1 촉매변환기를 통과시키며 오르토수소 및 파라수소의 비율을 변환시키는 제1 O/P변환단계;
    제1 O/P변환된 수소를 상기 제2 열교환기에 통과시키며 상기 제2 온도로 냉각시키는 제2 냉각단계;
    상기 제2 온도로 냉각된 수소를 상기 제2 촉매변환기에 통과시키며 오르토수소 및 파라수소가 목표비율을 가지도록 변환시키는 제2 O/P변환단계; 및
    제2 O/P변환된 수소를 상기 수소저장부에 저장하기 이전에 상기 제2 열교환기에 재차 통과시키며 상기 목표 액화온도로 냉각시키는 제3 냉각단계;를 포함하며,
    상기 제3 냉각단계는,
    상기 제2 O/P변환단계에서 발생된 변환열에 의하여 상승된 수소의 온도를 측정하는 단계; 및
    상기 제2 O/P변환단계에서 발생된 변환열에 의하여 수소의 온도가 상기 제2 온도보다 높게 상승될 시, 상기 제2 열교환기를 재차 통과하는 수소의 온도가 상기 제2 온도와 동일하거나 상기 제2 온도보다 낮은 상기 목표 액화온도로 냉각되도록 상기 제2 열교환기의 냉매 유량을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 액화방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 수소공급단계는,
    액화천연가스를 공급하는 액화천연가스 공급단계;
    공급되는 액화천연가스를 액화천연가스 기화부에 통과시키며 천연가스로 기화시키는 액화천연가스 기화단계; 및
    기화된 천연가스의 적어도 일부를 천연가스 개질부에 통과시키며 수소를 추출하는 천연가스 개질단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 액화방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 수소공급단계는,
    제1 버퍼탱크 및 제2 버퍼탱크에 수소를 충진시키는 버퍼탱크 충진모드;
    튜브 트레일러를 상기 제1 열교환기를 향하는 수소 스트림에 연결하고, 상기 튜브 트레일러에 저장된 수소를 상기 수소 스트림으로 공급하는 제1 수소공급모드; 및
    상기 제1 수소공급모드 시 상기 튜브 트레일러의 수소가 소진되면 상기 튜브 트레일러와 상기 수소 스트림의 연결을 차단하고, 상기 제1 버퍼탱크 및 상기 제2 버퍼탱크 중 하나의 버퍼탱크를 상기 수소 스트림에 연결하여 버퍼탱크에 충진된 수소를 상기 수소 스트림으로 공급하는 제2 수소공급모드;를 구비하는 것을 특징으로 하는 수소 액화방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수소공급단계는,
    상기 제2 수소공급모드 시 수소 공급 중인 버퍼탱크의 수소가 소진되면 해당 버퍼탱크와 상기 수소 스트림의 연결을 차단하고, 다른 나머지 버퍼탱크를 상기 수소 스트림에 연결하여 버퍼탱크에 충진된 수소를 상기 수소 스트림에 공급하는 제3 수소공급모드;를 더 구비하며,
    상기 제2 수소공급모드 및 상기 제3 수소공급모드 중, 수소가 소진된 버퍼탱크에 수소를 충진하는 버퍼탱크 충진모드가 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 수소 액화방법.
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