KR101012641B1 - Ｌｎｇ 운반선의 증발가스 냉각 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템에 관한 것으로, 구조가 단순하면서도 열 침입의 우려가 없는 증발가스 냉각 시스템 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명의 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템은, LNG를 LNG 저장 탱크에 저장하여 운반하는 LNG 운반선에서 운항 중 상기 LNG 저장 탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 LNG 저장 탱크의 외부로 빼내어서 선박 추진 장치의 연료로 사용하거나 재액화시키는 과정에서 증발가스를 냉각시키기 위한 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템으로서, 2가지 금속의 각각의 전기적 특성을 이용하는 냉각 방식의 열전 냉각기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

LNG 운반선, 증발가스, 열전 냉각기

Description

ＬＮＧ 운반선의 증발가스 냉각 시스템 및 방법 {BOIL-OFF GAS COOLING SYSTEM AND METHOD OF LNG CARRIER}

본 발명은 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, LNG 운반선에서 선박 추진 장치의 연료로 사용하거나 재액화시키는 과정에서 증발가스를 냉각시키기 위한 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 천연가스는 생산지에서 극저온으로 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 LNG라 함)의 상태로 만들어진 후 LNG 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 수송된다.

천연가스의 액화온도는 상압 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. LNG 운반선의 LNG 저장탱크의 경우 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(Boil-Off Gas)가 발생한다.

LNG 운반선에서는, LNG 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 LNG 저장탱크 내 의 압력이 과도하게 상승하므로, LNG 저장탱크 내에서 발생되는 증발가스를 처리하기 위해 증발가스를 선박 추진 엔진의 연료로 사용하거나 재액화시킨다.

선박 추진 엔진으로서 이중 연료 연소 엔진을 사용하는 경우, 공급되는 증발가스의 압력을 이중 연료 연소 엔진에서 요구하는 압력으로 상승시키기 위해 증발가스를 압축기로 보내어 압축하며, 또한 공급되는 증발가스의 온도를 이중 연료 연소 엔진과 압축기에서 요구하는 조건을 만족시키기 위해 증발가스를 냉각시키는 과정이 수반된다.

또한, 이중 연료 연소 엔진에서 연료로서 사용하지 못하는 잉여의 증발가스는 재액화 처리장치에서 재액화처리되어 LNG 저장 탱크로 복귀된다. 이렇게 증발가스를 재액화 처리하는 경우에도 증발가스를 냉각시키는 과정이 수반된다.

증발가스를 냉각시키기 위해서는 -163℃ 이하의 매체가 필요한데, 종래에는, 이중 연료 연소 엔진의 연료로서 사용하기 위해 증발가스를 냉각시킬 때에는 LNG를 사용하고, 증발가스를 재액화 처리하기 위해 증발가스를 냉각시킬 때에는 저온 질소를 사용하였다.

이중 연료 연소 엔진의 연료로서 사용하기 위해 증발가스를 냉각시키는 경우, LNG 저장 탱크로부터 이중 연료 연소 엔진으로 증발가스를 연료로서 공급하는 연료용 증발가스 공급라인의 도중에 혼합기를 설치하였다. 혼합기에서는 LNG 저장 탱크로부터 펌프에 의해 빼내어진 LNG를 스프레이로 분사하여 증발가스의 온도를 낮추었다.

그러나, 이러한 냉각 방식은, LNG를 펌핑하기 위한 펌프, LNG를 분사하기 위 한 스프레이, 분사된 LNG와 증발가스를 혼합하기 위한 혼합기, LNG를 LNG 저장 탱크로부터 혼합기로 이송하기 위한 LNG 이송 배관 등 다수의 구성요소들을 필요로 할 뿐만 아니라 LNG를 LNG 저장탱크로부터 LNG 이송 배관을 통해 혼합기로 공급하는 동안 LNG 이송 배관의 외부에서 LNG 이송 배관 내로 열 침입이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 증발가스를 저온 질소를 사용하여 냉각시킴으로써 재액화 처리하는 경우, 재액화 장비가 3단 압축기, 1단 팽창기, 특수 열교환기(cold box), 기액 분리기, 관련 배관 등 다수의 구성요소들의 조합으로 구성되어 있으므로, 운전 특성이 복잡할 뿐만 아니라 저온 운전의 특성상 추가 열 침입을 고려해야 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은, 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 구조가 단순하면서도 열 침입의 우려가 없는 증발가스 냉각 시스템 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템은, LNG를 LNG 저장 탱크에 저장하여 운반하는 LNG 운반선에서 운항 중 상기 LNG 저장 탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 LNG 저장 탱크의 외부로 빼내어서 선박 추진 장치의 연료로 사용하거나 재액화시키는 과정에서 증발가스를 냉각시키기 위 한 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템으로서, 2가지 금속의 각각의 전기적 특성을 이용하는 냉각 방식의 열전 냉각기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 LNG 운반선의 증발가스 냉각 방법은, LNG를 LNG 저장 탱크에 저장하여 운반하는 LNG 운반선에서 운항 중 상기 LNG 저장 탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 LNG 저장 탱크의 외부로 빼내어서 선박 추진 장치의 연료로 사용하거나 재액화시키는 과정에서 증발가스를 냉각시키기 위한 LNG 운반선의 증발가스 냉각 방법으로서, 2가지 금속의 각각의 전기적 특성을 이용하는 냉각 방식의 열전 냉각기를 사용하여 증발가스를 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템 및 방법에 의하면, 증발가스를 냉각시키거나 재액화시키기 위해 2가지 금속의 각각의 전기적 특성을 이용하는 간단한 구성의 냉각 방식의 열전 냉각기를 사용하고, 열전 냉각기를 작동시키기 위해서 이중 연료 연소 엔진의 발전기로부터 열전 냉각기로 전기를 공급하기만 하면 되므로, 다수의 구성요소들이 필요 없게 되어, 증발가스를 냉각시키거나 재액화시키기 위한 구조가 전체적으로 간단해지고 열 침입이 발생하지 않게 되는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템의 개 략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템은 LNG 저장 탱크(1) 내에서 발생되는 증발가스와 오일을 연료로서 사용하는 이중 연료 연소 엔진(10)을 포함한다.

이중 연료 연소 엔진(10)의 전단에는 LNG 저장 탱크(1)로부터 증발가스를 공급하는 연료용 증발가스 공급라인(L1)이 연결되어 있다.

증발가스 공급라인(L1)의 도중에는 증발가스 냉각용 열전 냉각기(2)와 증발가스 냉각용 기액 분리기(3)와 압축기(4)가 LNG 저장 탱크(1) 측에서부터 차례로 설치되어 있다.

압축기(4)는 이중 연료 연소 엔진(10)에서 연료로서 사용되는 증발가스의 압력을 이중 연료 연소 엔진(10)에서 요구하는 압력으로 상승시키기 위해, LNG 저장 탱크(1)로부터 증발가스를 이중 연료 연소 엔진(10)으로 공급하는 연료용 증발가스 공급라인(L1)의 도중에 설치되어 증발가스를 압축한다.

증발가스 냉각용 열전 냉각기(2)는 이중 연료 연소 엔진(10)으로 공급되는 증발가스의 온도를 이중 연료 연소 엔진(10)과 압축기(4)에서 요구하는 온도로 조절하기 위해 압축기(2)의 상류의 연료용 증발가스 공급라인(L1)에 설치되어 있다.

증발가스 냉각용 기액 분리기(3)는 증발가스 냉각용 열전 냉각기(2)에서 과냉액화된 액상의 과냉액화 LNG와 증발가스를 분리하기 위해 증발가스 냉각용 열전 냉각기(2)와 압축기(4) 사이의 연료용 증발가스 공급라인(L1)의 도중에 설치되어 있다.

증발가스 냉각용 기액 분리기(3)의 하부는 과냉액화 LNG 복귀라인(L2)을 통 해 LNG 저장 탱크(1)에 연결되어 있다. 증발가스 냉각용 기액 분리기(3)에서 분리된 과냉액화 LNG는 과냉액화 LNG 복귀라인(L2)을 통해 LNG 저장 탱크(1)로 복귀된다.

여기에서, 증발가스를 냉각시키기 위해 사용된 증발가스 냉각용 열전 냉각기(2)는 2가지 금속의 각각의 전기적 특성을 이용하는 냉각 방식의 열전 냉각기이다. 이 열전 냉각기는 이동식 냉장고에 널리 사용되는 기술이므로 본 명세서에서는 이에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이중 연료 연소 엔진(10)의 후단에는 발전기(11)가 설치되어 있고, 증발가스 냉각용 열전 냉각기(2)는 전기 공급라인(L11)에 의해 이중 연료 연소 엔진(10)의 발전기(11)에 전기적으로 연결되어 있다.

전기 공급라인(L11)의 도중에는 이중 연료 연소 엔진(10)의 발전기(11)로부터 공급되는 전기를 증발가스 냉각용 열전 냉각기(2)에서 요구하는 전기로 변환시키기 위한 변전부(12)가 설치되어 있다. 변전부(12)는 전류 또는 전압을 변환시키는 컨버터(converter) 또는 트랜스포머(transformer)이다.

이렇게 본 발명에 의하면, 증발가스를 냉각시키기 위해 2가지 금속의 각각의 전기적 특성을 이용하는 간단한 구성의 냉각 방식의 열전 냉각기를 사용하고, 열전 냉각기를 작동시키기 위해서 이중 연료 연소 엔진(10)의 발전기(11)로부터 열전 냉각기로 전기를 공급하기만 하면 되므로, 종래 기술에서와 같은 LNG를 펌핑하기 위한 펌프, LNG를 분사하기 위한 스프레이, 분사된 LNG와 증발가스를 혼합하기 위한 혼합기, LNG를 LNG 저장 탱크로부터 혼합기로 이송하기 위한 LNG 이송 배관 등 다 수의 구성요소들이 필요 없게 되어, 증발가스를 냉각시키기 위한 구조가 전체적으로 간단해진다.

특히, 본 발명에 의하면, 열전 냉각기를 작동시키기 위해서 이중 연료 연소 엔진(10)의 발전기(11)로부터 열전 냉각기로 전기를 공급하기만 하면 되므로, 종래 기술에서와 같은 LNG 이송 배관이 필요 없게 되어 열 침입이 발생하지 않게 된다.

도 2에는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 도 2에 도시된 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템은 도 1에 도시된 이중 연료 연소 엔진(10)을 포함하는 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템에 증발가스 재액화 장비(20)를 추가한 구성이다.

증발가스 재액화 장비(20)는 증발가스 재액화라인(L21)과 재액화용 열전 냉각기(21)와 증발가스 재액화용 기액 분리기(22)를 포함한다.

증발가스 재액화라인(L21)은 이중 연료 연소 엔진(10)에서 연료로서 사용하지 못하는 잉여의 증발가스를 재액화시키기 위해 압축기(4)와 이중 연료 연소 엔진(10) 사이의 연료용 증발가스 공급라인(L1)의 도중에서 분기되어 있다.

증발가스 재액화용 열전 냉각기(21)는 증발가스 재액화라인(L21)의 도중에 설치되어 있다.

증발가스 재액화용 기액 분리기(22)는 증발가스 재액화용 열전 냉각기(21)에서 과냉액화된 액상의 과냉액화 LNG와 증발가스를 분리하기 위해 증발가스 재액화용 열전 냉각기(21)의 하류의 증발가스 재액화라인(L21)에 설치되어 있다.

증발가스 재액화용 기액 분리기(22)의 하부는 과냉액화 LNG 복귀라인(L2)을 통해 LNG 저장 탱크(1)에 연결되어 있다. 증발가스 재액화용 기액 분리기(22)에서 분리된 과냉액화 LNG는 과냉액화 LNG 복귀라인(L2)을 통해 LNG 저장 탱크(1)로 복귀된다. 증발가스 재액화 장비(20)에서 재액화되지 않고 증발가스 재액화용 기액 분리기(22)에서 분리된 증발가스는 가스 연소기(23)로 보내어져 소각처리된다.

여기에서, 증발가스를 재액화시키기 위해 사용된 증발가스 재액화용 기액 분리기(22)도 또한 2가지 금속의 각각의 전기적 특성을 이용하는 냉각 방식의 열전 냉각기이다.

이중 연료 연소 엔진(10)의 후단에는 발전기(11)가 설치되어 있고, 증발가스 재액화용 기액 분리기(22)도 또한 전기 공급라인(L11)에 의해 이중 연료 연소 엔진(10)의 발전기(11)에 전기적으로 연결되어 있다.

이렇게 본 발명에 의하면, 증발가스를 재액화시키기 위해 2가지 금속의 각각의 전기적 특성을 이용하는 간단한 구성의 냉각 방식의 열전 냉각기를 사용하고, 열전 냉각기를 작동시키기 위해서 이중 연료 연소 엔진(10)의 발전기(11)로부터 열전 냉각기로 전기를 공급하기만 하면 되므로, 종래 기술에서와 같은 3단 압축기, 1단 팽창기, 특수 열교환기(cold box), 기액 분리기, 관련 배관 등 다수의 구성요소들을 조합할 필요가 없게 되어 증발가스를 재액화하기 위한 구성이 전체적으로 간단해질 뿐만 아니라 운전 특성이 간단해지고 열 침입이 발생하지 않게 된다.

전술한 실시예에서는 이중 연료 연소 엔진(10)의 발전기(11)로부터 열전 냉각기로 전기를 공급하는 것으로 예시하였지만, 선박에서 일반적으로 필요한 각종 전기 시설에 전기를 공급하기 위해 독립적으로 설치된 독립 발전기로부터 열전 냉 각기로 전기를 공급하는 것도 본 발명의 범주 내에 속함을 알 수 있을 것이다.

이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템의 개략도이다.

도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

1 : LNG 저장 탱크 2 : 증발가스 냉각용 열전 냉각기

3 : 증발가스 냉각용 기액 분리기 4 : 압축기

10 : 이중 연료 연소 엔진 11 : 발전기

12 : 변전부 20 : 증발가스 재액화 장비

21 : 증발가스 재액화용 열전 냉각기 22 : 증발가스 재액화용 기액 분리기

23 : 가스 연소기 L1 : 연료용 증발가스 공급라인

L2 ; 과냉액화 LNG 복귀라인 L11 : 전기 공급라인

L21 : 증발가스 재액화라인

Claims (13)

1. LNG를 LNG 저장 탱크에 저장하여 운반하는 LNG 운반선에서 운항 중 상기 LNG 저장 탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 LNG 저장 탱크의 외부로 빼내어서 선박 추진 장치의 연료로 사용하거나 재액화시키는 과정에서 증발가스를 냉각시키기 위한 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템으로서,

   2가지 금속의 각각의 전기적 특성을 이용하는 냉각 방식의 열전 냉각기를 포함하며,

   상기 선박 추진 장치는 발전기를 갖는 이중 연료 연소 엔진이고, 상기 열전 냉각기는 전기 공급라인에 의해 상기 이중 연료 연소 엔진의 발전기에 전기적으로 연결되며,

   상기 전기 공급라인의 도중에는 상기 이중 연료 연소 엔진의 발전기 또는 독립 발전기로부터 공급되는 전기를 상기 열전 냉각기에서 요구하는 전기로 변환시키기 위한 변전부가 설치된 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 이중 연료 연소 엔진에서 연료로서 사용되는 증발가스의 압력을 상기 이중 연료 연소 엔진에서 요구하는 압력으로 상승시키기 위해, 상기 LNG 저장 탱크로부터 증발가스를 상기 이중 연료 연소 엔진으로 공급하는 연료용 증발가스 공급라인의 도중에 설치되어 증발가스를 압축하는 압축기와,

   상기 이중 연료 연소 엔진으로 공급되는 증발가스의 온도를 상기 이중 연료 연소 엔진과 상기 압축기에서 요구하는 온도로 조절하기 위해 상기 압축기의 상류의 상기 연료용 증발가스 공급라인에 설치된 증발가스 냉각용 열전 냉각기를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 증발가스 냉각용 열전 냉각기에서 과냉액화된 액상의 과냉액화 LNG와 증발가스를 분리하기 위해 상기 증발가스 냉각용 열전 냉각기와 상기 압축기 사이의 상기 연료용 증발가스 공급라인의 도중에 설치된 증발가스 냉각용 기액 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 이중 연료 연소 엔진에서 연료로서 사용하지 못하는 잉여의 증발가스를 재액화시키기 위해 상기 압축기와 상기 이중 연료 연소 엔진 사이의 상기 연료용 증발가스 공급라인의 도중에서 분기된 증발가스 재액화라인과,

   상기 열전 냉각기는 상기 증발가스 재액화라인의 도중에 설치된 증발가스 재 액화용 열전 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 증발가스 재액화용 열전 냉각기에서 과냉액화된 액상의 과냉액화 LNG와 증발가스를 분리하기 위해 상기 증발가스 재액화용 열전 냉각기의 하류의 상기 증발가스 재액화라인에 설치된 증발가스 재액화용 기액 분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템.
8. 청구항 5 또는 청구항 7에 있어서,

   상기 증발가스 냉각용 기액 분리기 또는 상기 증발가스 재액화용 기액 분리기의 하부는 과냉액화 LNG 복귀라인을 통해 LNG 저장 탱크에 연결된 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 증발가스 냉각 시스템.
9. LNG를 LNG 저장 탱크에 저장하여 운반하는 LNG 운반선에서 운항 중 상기 LNG 저장 탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 LNG 저장 탱크의 외부로 빼내어서 선박 추진 장치의 연료로 사용하거나 재액화시키는 과정에서 증발가스를 냉각시키기 위한 LNG 운반선의 증발가스 냉각 방법으로서,

   2가지 금속의 각각의 전기적 특성을 이용하는 냉각 방식의 열전 냉각기를 사용하여 증발가스를 냉각시키며,

   상기 선박 추진 장치는 발전기를 갖는 이중 연료 연소 엔진이고, 상기 열전 냉각기를 작동시키는 데에 필요한 전기는 상기 이중 연료 연소 엔진의 발전기로부터 공급되며,

   상기 이중 연료 연소 엔진의 발전기로부터 상기 열전 냉각기로 공급되는 전기는 상기 열전 냉각기에서 요구하는 전기로 변환된 후 공급되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 증발가스 냉각 방법.
10. 삭제
11. 삭제
12. 청구항 9에 있어서,

    상기 LNG 저장 탱크로부터 상기 이중 연료 연소 엔진으로 공급되는 증발가스를 상기 이중 연료 연소 엔진에서 요구하는 압력으로 상승시키기 위해 압축기로 압축하고,

    상기 이중 연료 연소 엔진으로 공급되는 증발가스의 온도를 상기 열전 냉각기를 사용하여 상기 이중 연료 연소 엔진과 상기 압축기에서 요구하는 온도로 조절하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 증발가스 냉각 방법.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 이중 연료 연소 엔진에서 연료로서 사용하지 못하는 잉여의 증발가스를 상기 열전 냉각기를 사용하여 재액화시키는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 증발가스 냉각 방법.

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