KR101224906B1 - 선박 및 액화천연가스 재액화 장치 - Google Patents

선박 및 액화천연가스 재액화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체; 상기 선체에 제공되는 액화천연가스 저장탱크; 상기 저장탱크에서 발생된 증발가스를 냉각하여 응축시키는 응축기; 상기 저장탱크에서 발생된 증발가스를 제 1 압력으로 압축하는 제 1 압축기; 상기 저장탱크에서 발생된 증발가스를 상기 제 1 압축기보다 더 높은 제 2 압력으로 압축하는 제 2 압축기; 상기 제 1 압력으로 압축된 증발가스를 상기 응축기로 안내하는 제 1 유로; 상기 제 2 압력으로 압축된 증발가스를 상기 응축기로 안내하는 제 2 유로; 및 상기 응축기를 통과하도록 구성되며 증발가스를 냉각시키는 냉매가 순환되는 냉각 사이클이 포함되는 선박을 제공할 수 있다.

Description

선박 및 액화천연가스 재액화 장치{Vessel and LNG Reliquefaction apparatus}
본 발명은 선박 및 액화천연가스 재액화 장치에 관한 것이다.
액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다. 따라서, 천연가스 이송 시 LNG로 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있으며, 일 예로 LNG를 해상으로 수송(운반)할 수 있는 LNG 운반선이 사용되고 있다.
LNG의 수송 시, LNG가 저장되는 저장탱크는 외부로부터 지속적으로 열을 받기 때문에, 저장탱크 내의 LNG는 온도가 높아지고, 그에 따라 기화될 수 있다. 이를 증발가스(Boil-Off Gas, 이하 "BOG"라 함)라 한다.
BOG는 일종의 LNG 손실로서 LNG의 수송에 있어서 중요한 문제이다. 또한, BOG가 저장탱크 내에 누적되어 저장탱크 내의 압력이 높아지면 저장탱크가 파손될 위험성도 있다. 따라서, BOG를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되어 왔으며, 최근에는 BOG를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, BOG를 선박의 엔진의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 LNG 운반선의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 액화천연가스 운반선(1)은 선체(미도시), 상기 선체에 설치되며 LNG를 저장하는 저장탱크(11), 및 상기 저장탱크(11)에서 발생된 BOG를 재액화시키기 위한 재액화 시스템을 포함할 수 있다.
상기 재액화 시스템은 상기 저장탱크(11)에서 발생한 BOG를 압축하는 BOG 압축기(12), 압축된 BOG를 냉각시켜 재액화시키는 응축기(13), 상기 응축기(13)에서 재액화된 BOG를 팽창시키는 팽창밸브(14), 상기 팽창밸브(14)에 연결되는 기액분리기(15)를 포함할 수 있다.
상기 기액분리기(15)는 상기 응축기(13)에서 미처 응축되지 못했거나, 상기 팽창밸브(14)를 통과하며 기화된 가스를 상기 BOG 압축기(12)의 전단으로 다시 공급할 수 있으며, 재액화된 LNG를 상기 저장탱크(11)로 공급할 수 있다.
또한, 상기 응축기(13)에는 BOG의 냉각을 위해 질소를 냉매로 하는 냉각 사이클이 연결되며, 상기 냉각 사이클은 일반적으로 리버스 브레이튼 사이클(Reverse Brayton Cycle)이 사용된다.
상세히, 질소 냉매는 질소 압축기(16)에서 압축된 후 냉각기(17)를 통과한다. 상기 냉각기(17)는 해수, 냉각수, 또는 공기를 냉열원으로 사용하는 냉각기일 수 있다. 상기 냉각기(17)에서 1차적으로 냉각된 냉매는 상기 응축기(13)에서 2차적으로 냉각될 수 있으며, 그 후 팽창기(18)를 통과하며 낮은 압력으로 팽창할 수 있다. 상기 팽창기(18)에서의 팽창에 의해 극저온의 냉매를 얻을 수 있으며, 극저온의 냉매는 상기 응축기(13)로 공급되어 BOG의 냉각 및 상기 냉각기(17)에서 1차적으로 냉각된 냉매의 냉각에 사용될 수 있다.
도 2는 도 1의 응축기(13)에서의 증발가스와 질소의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2를 참조하면, 상기 응축기(13)에서의 열 평형 상태가 도시되어 있다.
BOG 및 질소 냉매의 따뜻한 부분(냉각기(17)에서 배출되는 냉매)은 상측의 굵은 선(Hot composite)으로 표시되었고, 질소 냉매의 차가운 부분(팽창기(18)에서 배출되는 냉매)은 하측의 가는 선(Cold composite)으로 표시되었다. 그래프를 참조하면, BOG는 약 -100℃부터 -140℃까지 온도 및 상변화 과정을 거치고, 따뜻한 질소 냉매는 약 40℃부터 -110℃까지 온도 변화된다. 수평한 부분인 A부분은 BOG의 상 변화 구간에 해당하며, 이 구간에서 방출된 열량에 의해 차가운 질소 냉매의 온도가 약 -165℃에서 -140℃까지 변하게 된다.
여기서, BOG가 냉각/응축되고, 따뜻한 질소 냉매가 방출하는 열량은 굵은 선의 윗부분이고, 이를 흡수하기 위해 냉동 사이클에서 해줘야 하는 일은 가는 선의 윗부분이다. 따라서, 빗금친 영역은 열 손실에 해당한다. 이러한 빗금친 부분이 발생되는 원인은 A부분의 오른쪽 끝단과 가는 선이 만나는 부분 때문이며, 이를 핀치 포인트(pinch point)라 한다. 즉, 핀치 포인트를 그래프의 위쪽으로 끌어올리는 것은 그 만큼 가는선을 위쪽으로 끌어올리는 것인 바, 가는선이 이동한 만큼 빗금친 부분의 면적은 줄어들게 된다. 빗금친 부분의 면적이 작을수록 상기 응축기(13)의 열 전달 효율이 좋다고 할 수 있으며, 상기 응축기(13)의 열 전달 효율이 좋을수록 상기 재액화 시스템의 효율이 좋아지는 것은 자명하다.
최근에는 상기 응축기(13)에서의 열전달 효율을 향상시키기 위해, 즉 도 2의 빗금친 부분의 면적을 줄이기 위해, 냉각 사이클을 2중(dual)/3중(triple)으로 배치하는 기술이 제시된 바 있다(국제특허공개 WO05/071333호, 미국 등록특허 7581411).
그러나, 상기와 같은 종래기술은 다음과 같은 문제가 있다.
냉각 사이클을 2중/3중으로 배치하는 종래기술은 기본적으로 천연가스의 액화 공정과 같이 대용량의 공정의 효율을 높이기 위해 제시된 것으로서, 그에 상응하는 많은 장비가 필요하다. 따라서, 종래기술을 적용한 재액화 장치는 전체적인 크기 및 부피가 커지게 되므로, 상대적으로 소용량의 재액화 공정이 이뤄지는 LNG 운반선에 적용하기에는 무리가 있다.
또한, 냉각 사이클을 2중/3중으로 배치하는 데에는 많은 비용이 필요하므로, 상대적으로 소용량의 재액화 공정이 필요한 LNG 운반선에 적용하기에는 경제성이 없다는 문제가 있다.
본 발명의 실시예들은 재액화 공정의 효율을 높인 선박을 제공하고자 한다.
또한, 에너지 소비를 줄일 수 있는 선박을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체; 상기 선체에 제공되는 액화천연가스 저장탱크; 상기 저장탱크에서 발생된 증발가스를 냉각하여 응축시키는 응축기; 상기 저장탱크에서 발생된 증발가스를 제 1 압력으로 압축하는 제 1 압축기; 상기 저장탱크에서 발생된 증발가스를 상기 제 1 압력보다 더 높은 제 2 압력으로 압축하는 제 2 압축기; 상기 제 1 압력으로 압축된 증발가스를 상기 응축기로 안내하는 제 1 유로; 상기 제 2 압력으로 압축된 증발가스를 상기 응축기로 안내하는 제 2 유로; 및 상기 응축기를 통과하도록 구성되며 증발가스를 냉각시키는 냉매가 순환되는 냉각 사이클이 포함되는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로는 상기 제 1 압축기의 후단에서 분지되고, 상기 제 2 압축기는 상기 제 2 유로 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제 1 압축기는 상기 제 1 유로 상에 설치되고, 상기 제 2 압축기는 상기 제 2 유로 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로에는 상기 응축기에서 배출되는 응축액을 팽창시키는 팽창 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제 1 압축기의 후단 또는 상기 제 2 압축기의 후단에는 증발가스를 압축하는 제 3 압축기가 제공되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 응축기의 후단에는 응축된 액화천연가스와 응축되지 못한 천연가스를 분리할 수 있는 기액분리기가 제공되고, 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로는 상기 기액분리기로 연결되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 기액분리기에서 분리된 액화천연가스는 상기 저장탱크로 이동되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제 1 압축기의 전단에는 상기 증발가스를 가열하는 프리 히터가 제공되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제 1 압축기의 후단에는 상기 제 1 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각시키는 증발가스 냉각기가 제공되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제 2 압축기의 후단에는 상기 제 2 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각시키는 증발가스 냉각기가 제공되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 프리 히터는 압축된 증발가스 또는 상기 냉각 사이클에서 압축된 냉매를 가열 열원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 냉각 사이클에는, 냉매를 압축하는 냉매 압축기; 상기 냉매 압축기에서 압축된 냉매를 냉각하는 냉각기; 및 상기 냉매를 팽창시키는 팽창기가 포함되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 냉각기에서 냉각된 냉매는 상기 응축기에서 더 냉각된 후 상기 팽창기로 안내되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 냉각기에서 냉각된 냉매 중 일부는 상기 제 1 압축기로 공급되는 증발가스를 가열하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 응축기에서 응축된 액화천연가스를 기화하여 에너지원으로 사용하는 엔진이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 응축기에서 응축된 액화천연가스는 기액분리기에서 분리되어 고압 펌프로 안내되고, 상기 고압 펌프에서 압력이 높아진 액화천연가스는 기화기에서 기화된 후 상기 엔진으로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선체; 상기 선체에 제공되며 액화천연가스를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 서로 다른 압력으로 압축하는 다수 개의 압축부; 상기 압축부에서 압축된 증발가스를 응축하는 응축기; 상기 응축기의 후단에 제공되며 응축된 액화천연가스를 팽창시키는 팽창 수단; 및 상기 팽창 수단에 연결되고, 액화천연가스를 분리하여 상기 저장탱크로 이동시키는 기액 분리기가 포함되는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 응축기는 서로 다른 압력을 갖는 증발가스를 서로 독립적으로 응축시키는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 응축기로 공급되는 증발가스 중 일부는 다단 압축된 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 증발가스는 상기 압축부에 공급되기 전에 프리 히터에서 가열되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 압축부와 상기 응축기 사이에는 증발가스를 냉각하는 냉각부가 제공되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 액화천연가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 서로 다른 압력에서 압축한 후 재액화함으로써 선박의 재액화 공정의 효율을 높일 수 있다.
또한, 재액화 공정에서 낭비되는 열을 회수하여 사용함으로써 선박의 에너지 소비를 줄일 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 도 1의 응축기에서의 증발가스와 질소의 온도 변화를 보여주는 그래프.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면.
도 4는 도 3의 응축기에서의 증발가스와 질소의 온도 변화를 보여주는 그래프.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면.
도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면.
도 10은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면.
도 11은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면.
도 12는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면.
도 13은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면.
도 14은 본 발명의 제 11 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박(100a)은, 선체(미도시), 상기 선체에 제공되어 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)를 저장하는 저장탱크(110), 및 상기 저장탱크(110)에서 발생된 증발가스(Boil-Off Gas, 이하 "BOG"라 함)를 재액화시키는 재액화 장치를 포함할 수 있다.
상기 선박(100a)은 LNGC(liquefied natural gas carrier), LNG RV(liquefied natural gas regasification vessel), LNG FSRU(liquefied natural gas floating storage and regasification unit), LNG FPSO(liquefied natural gas floating, production, storage and off-loading) 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 저장탱크(110)와 상기 재액화 장치를 포함하는 임의의 선박 또는 부유식 구조물일 수 있다.
상기 재액화 장치는 상기 저장탱크(110)에서 발생한 BOG를 1차로 압축시키는 제 1 압축기(121)와, 상기 제 1 압축기(121)에서 압축된 BOG를 제 1 유로(L1)와 제 2 유로(L2)로 분지시키는 분지부(130)와, 상기 제 2 유로(L2) 상에 배치되며 상기 제 1 압축기(121)에서 압축된 BOG를 더 고압으로 압축하는 제 2 압축기(122)와, 상기 제 1 유로(L1)와 상기 제 2 유로(L2)를 통과시키며, 상기 제 1 압축기(121) 및 상기 제 2 압축기(122)에서 압축된 BOG를 냉각하여 재액화시키는 응축기(140)와, 상기 응축기(140)에 연결되며, 상기 제 1 유로(L1) 상에 설치되는 제 1 팽창밸브(151)와, 상기 응축기(140)에 연결되며, 상기 제 2 유로(L2) 상에 설치되는 제 2 팽창밸브(152)와, 상기 팽창밸프(151, 152)에 연결되는 기액분리기(160)를 포함할 수 있다.
상기 제 2 압축기(122)는 상기 제 1 압축기(121)에서 압축된 BOG의 일부를 더 고압으로 압축함으로써, 상기 제 2 유로(L2)를 흐르는 BOG가 상기 제 1 압축기(121)에서 압축된 BOG와 다른 포화 온도를 갖도록 한다. 여기서, 상기 제 1 압축기(121)의 압축 압력을 제 1 압력이라 하고, 상기 제 2 압축기(122)에서의 압축 압력을 제 2 압력이라 할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 압축기(121) 및 상기 제 2 압축기(122)는 상기 저장탱크(110)에서 발생된 BOG를 압축하는 수단으로서, 압축부라고 불릴 수 있다. 후술할 압축기(123, 124, 125)도 마찬가지로 압축부라 불릴 수 있다.
상기 분지부(130)는 단순히 유체의 흐름이 나뉠 수 있는 분지관일 수도 있으며, 3상 밸브일 수도 있다.
상기 응축기(140)는 후술할 냉각 사이클에 연결되어 냉매가 상기 제 1 유로(L1)와 상기 제 2 유로(L2)를 흐르는 BOG를 응축시킬 수 있도록 열 교환시킨다. 또한, 상기 응축기(140)는 상기 제 1 유로(L1)와 상기 제 2 유로(L2)가 각각 압력을 유지하며 통과될 수 있도록 제공될 수 있다.
상기 제 1 팽창밸브(151)와 상기 제 2 팽창밸브(152)는 서로 다른 압력을 갖는 상기 제 1 유로(L1)와 상기 제 2 유로(L2) 상의 유체가 동일한 압력으로 상기 기액분리기(160)로 유입될 수 있도록 유체를 팽창시킨다. 또한, 본 실시예에서는 상기 기액 분리기(160)로 유입되는 유체의 압력을 조절하기 위한 팽창 수단으로 팽창밸브를 예로 들었으나, 이는 일 예에 불과하며, 팽창기가 사용될 수도 있다. 즉, 상기 팽창밸브(151, 152)는 팽창 수단이라고 할 수 있다.
상기 기액분리기(160)는 상기 응축기(140)에서 미처 재액화되지 못했거나, 상기 팽창밸브(151, 152)를 통과하며 기화된 가스를 상기 제 1 압축기(121)의 전단으로 다시 공급할 수 있으며, 재액화된 LNG는 상기 저장탱크(110)로 공급할 수 있다.
또한, 상기 기액분리기(160)는 가스의 일부를 상기 저장탱크(110)로 복귀시킬 수도 있다.
한편, 상기 응축기(140)에는 상기 제 1 유로(L1)와 상기 제 2 유로(L2)를 흐르는 BOG를 냉각시키기 위한 냉매를 공급하는 냉각 사이클이 연결된다.
본 실시예에서는 질소를 냉매로 사용하며, 리버스 브레이튼 사이클(Reverse Brayton Cycle)을 적용한 냉각 사이클을 예로 들어 설명하겠다. 그러나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, BOG를 극저온으로 냉각할 수 있는 메탄, 에탄, 프로판, 에틸렌 등을 냉매로 사용하는 공지의 냉각 사이클이 사용될 수 있다.
상기 냉각 사이클은 냉매를 압축하는 냉매 압축기(170), 상기 냉매 압축기(170)에서 압축된 냉매를 1차로 냉각하는 냉각기(180), 상기 냉각기(180)에서 냉각된 후 상기 응축기(140)에서 2차로 냉각된 냉매를 팽창시키는 팽창기(190)를 포함할 수 있다.
상기 냉각기(180)는 해수, 냉각수, 또는 공기를 냉열원으로 사용하여 냉매를 냉각할 수 있다. 이때, 냉매가 상기 냉각기(180)에서 상기 팽창기(190)에서 요구되는 입구 온도까지 충분히 냉각되지 않을 수 있으므로, 냉매가 상기 응축기(140)를 통과하여 더 냉각되도록 구성할 수 있다.
냉매는 상기 팽창기(190)를 통과하며 저압의 극저온 상태가 되고, 상기 응축기(140)로 공급되어 상기 제 1 유로(L1)와 상기 제 2 유로(L2)를 흐르는 BOG 및 상기 냉각기(180)에서 1차적으로 냉각된 냉매를 냉각하는데 사용될 수 있다.
상기 응축기(140)에서 배출되는 냉매는 다시 상기 냉매 압축기(170)로 공급됨으로써 상기 냉각 사이클을 순환할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박(100)의 재액화 장치에 의하면, 상기 저장탱크(110)에서 발생되는 BOG는 상기 제 1 압축기(121)에서 압축된 후 상기 분지부(130)로 이동된다. 압축 BOG의 일부는 상기 분지부(130)에서 분지되어 상기 제 1 유로(L1)를 따라 이동하여 상기 응축기(140)로 이동하고, 나머지 일부는 상기 제 2 유로(L2)를 따라 이동하며 상기 제 2 압축기(122)에서 더 고압으로 압축된 후 상기 응축기(140)로 이동한다. 그리고, 상기 응축기(140)에서 상기 냉각 사이클을 순환하는 냉매와 열교환하여 재액화된 후, 상기 팽창밸브(151, 152)를 거쳐 상기 기액분리기(160)로 이동될 수 있다. 즉, 상기 응축기(140)는 서로 다른 압력을 갖는 증발가스를 서로 독립적으로 응축시킬 수 있다.
이처럼, 상기 저장탱크(110)에서 발생되는 BOG를 서로 다른 압력으로 압축하여 서로 다른 포화 온도를 갖게 한 후, 상기 응축기(140)에서 재액화함으로써, 상기 응축기(140)에서의 열 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 도 3의 응축기에서의 증발가스와 질소의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 4을 참조하면, 상기 응축기(140)에서의 열 평형 상태가 도시되어 있다.
상세히, 고온측(BOG 및 따뜻한 냉매 부분, Hot composite)의 변화가 상측의 굵은선으로 표시되어 있고, 저온측(냉매, Cold composite)의 온도에 따른 열 전달량의 변화가 하측의 가는선으로 표시되어 있다.
상세히, BOG의 온도에 따른 열 전달량(heat flow)의 변화가 상측의 굵은선으로 표시되어 있고, 냉매의 온도에 따른 열 전달량의 변화가 하측의 가는선으로 표시되어 있다.
여기서, 상기 응축기(140)로 공급되는 BOG는 서로 다른 두 개의 압력을 가지므로, 두 군데의 상변화 구간을 가질 수 있다. 상세히, 도 4의 그래프에서 약 -140℃에서의 수평 부분(A)은 상기 제 1 유로(L1)을 흐르는 BOG의 상변화 구간에 해당되고, 약 -120℃에서의 수평 부분(B)은 상기 제 2 유로(L2)를 흐르는 BOG의 상변화 구간에 해당된다. 상기 제 2 압축기(122)가 상기 제 1 압축기(121)보다 더 높은 압력으로 BOG를 압축하므로, 상기 제 2 유로(L2)를 흐르는 BOG의 포화온도가 더 높은 것은 자명하다.
이와 같이, BOG를 서로 다른 압력으로 압축하여 서로 다른 포화 온도를 갖게 함으로써, 상변화 구간의 높이를 다르게 할 수 있다.
한편, 종래 기술에 따른 응축기에서의 열 평형 상태(도 4의 파선)와 비교하면, 본 발명의 실시예에 의한 경우가 핀치 포인트(pinch point)가 더 위쪽으로 상승하였으며, 굵은선과 가는선의 차이인 열손실 부분의 면적(빗금친 부분)도 더 작아진 것을 알 수 있다. 즉, 상기 응축기(140)에서의 열 전달 효율이 종래 기술에 비해 향상된다.
이때, 본 발명의 굵은선의 따뜻한 냉매 부분 (-110℃이상)이 더 급격히 위로 올라가는 이유는, BOG를 응축하기 위해 필요한 일의 양이 줄어들면서 전체적인 냉매의 유량을 줄일 수 있으므로, 따뜻한 냉매의 유량도 줄어들기 때문에 열용량이 줄어들어 적은 열량으로 동일한 온도변화가 생기기 때문이다.
이와 같이 상기 제 1 압축기(121)에서 압축된 BOG를 더 높은 압력으로 압축하는 상기 제 2 압축기(122)를 설치함으로써, 상기 응축기(140)에서의 열 전달 효율을 높일 수 있고, 그에 따라 상기 선박(100)의 재액화 공정의 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 응축기(140)에서의 열 전달 효율이 향상되므로, 고가의 냉각 사이클의 냉매의 유량을 줄일 수 있으므로 초기 설치 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 BOG를 서로 다른 2개의 압력으로 압축하는 것을 예로 설명하였지만, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 제 2 압축기(122)의 후단에 분지부를 더 형성하고, 상기 제 2 압축기(122)에서 압축된 BOG의 일부를 한번 더 압축한 후 상기 응축기(140)로 공급하는 등 서로 다른 3개 이상의 압력으로 압축하는 것도 가능하다.
이하에서는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 제 2 실시예는 제 1 실시예와 비교하여, BOG 압축기의 구성에 있어서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 1 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박(100b)의 상기 저장탱크(110)에서 배출되는 BOG는 분지부(131)에 의해 제 1 유로(L3)와 제 2 유로(L4)로 분지될 수 있다.
상기 제 1 유로(L3)에는 BOG를 압축하는 제 1 압축기(123)가 제공될 수 있으며, 상기 제 2 유로(L4)에는 BOG를 상기 제 1 압축기(123)보다 더 고압으로 압축하는 제 2 압축기(124)가 제공될 수 있다. 즉, 상기 제 1 압축기(123)는 저압 압축기라고 할 수 있으며, 상기 제 2 압축기(124)는 고압 압축기라고 할 수 있다.
상기 제 1 유로(L3)와 상기 제 2 유로(L4)는 상기 응축기(140)로 연결되어, 상기 제 1 압축기(123)와 상기 제 2 압축기(124)에서 압축된 BOG가 상기 응축기(140)를 통과하며 냉각될 수 있도록 형성된다.
또한, 상기 제 1 유로(L3)와 상기 제 2 유로(L4)는 각각 상기 제 1 팽창밸브(151)와 상기 제 2 팽창밸브(152)를 통과하여 상기 기액분리기(160)로 연결될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박의 재액화 장치에 의하면, 상기 저장탱크(110)에서 발생되는 BOG의 일부는 상기 분지부(131)에서 분지되어 상기 제 1 유로(L3)를 따라 이동하며 상기 제 1 압축기(123)에서 상대적으로 저압으로 압축되고, 나머지 일부는 상기 제 2 유로(L4)를 따라 이동하며 상기 제 2 압축기(124)에서 상대적으로 고압으로 압축된다. 그리고, 상기 응축기(140)에서 상기 냉각 사이클을 순환하는 냉매와 열교환하여 재액화된 후, 상기 팽창밸브(151, 152)를 거쳐 상기 기액분리기(160)로 이동될 수 있다.
즉, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로 서로 다른 포화 온도를 갖는 BOG가 각각 독립된 유로를 통해 상기 응축기(140)에서 냉각되어 재기화되므로, 도 4의 그래프와 동일한 효과를 얻을 수 있는 바, 상기 응축기(140)의 열 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 선박(100b)의 재액화 공정의 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 상기 분지부(131)에서 2개의 라인으로 분지하는 것을 예로 설명하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 분지부(131)는 3개 이상의 라인으로 분지할 수 있으며, 각 라인에는 서로 다른 압력으로 BOG를 압축하는 압축기가 제공될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 제 3 실시예는 제 2 실시예와 비교하여, 제 2 유로에서 다단 압축을 시행하는 점에서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 2 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박(100c)의 재액화 장치에서는, 상기 제 1 유로(L3) 또는 제 2 유로(L4)로 공급되는 BOG를 다단 압축할 수 있다. 본 실시예에서는 상기 제 2 유로(L4)에서 2단 압축이 시행되는 것을 예로 설명하겠다.
제 3 압축기(125)는 상기 제 2 유로(L4) 상에 제공되며, 상기 제 2 압축기(124)의 후단에 설치되어 상기 제 1 압축기(123)보다 더 높은 압력으로 BOG를 압축할 수 있다. 즉, 상기 제 1 유로(L3)를 통해 상기 응축기(140)로 공급되는 BOG의 압력보다 상기 제 2 유로(L4)를 통해 상기 응축기(140)로 공급되는 BOG의 압력이 더 높도록 조절될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박의 재액화 장치에 의하면, 상기 저장탱크(110)에서 발생되는 BOG의 일부는 상기 분지부(131)에서 분지되어 상기 제 1 유로(L3)를 따라 이동하며 상기 제 1 압축기(123)에서 상대적으로 저압으로 압축되고, 나머지 일부는 상기 제 2 유로(L4)를 따라 이동하며 상기 제 2 압축기(124) 및 상기 제 3 압축기(125)에서 순차적으로 압축되어 상기 제 1 유로(L3)보다 상대적으로 고압으로 압축된다. 그리고, 상기 응축기(140)에서 상기 냉각 사이클을 순환하는 냉매와 열교환하여 재액화된 후, 상기 팽창밸브(151, 152)를 거쳐 상기 기액분리기(160)로 이동될 수 있다.
이와 같이 상기 제 2 유로(L4)로 공급되는 BOG를 다단 압축할 경우, 각 압축기에서의 압축비를 적절한 수준에서 유지할 수 있으므로, 압축 효율을 향상시킬 수 있고, BOG의 온도가 불필요하게 상승되는 것을 방지할 수도 있다.
또한, 상기 응축기(140)에서 BOG의 냉각에 필요한 열 전달량이 작아지는 바, 고가의 냉각 사이클의 냉매의 유량을 줄일 수 있으므로 초기 설치 비용을 절감할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 선박에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 제 4 실시예는 제 1 실시예와 비교하여, BOG를 사전 가열하고, 각 압축기의 후단에서 BOG를 냉각시켜주는 점에서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 1 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 선박(100d)의 재액화 장치에서는, 상기 저장탱크(110)에서 발생되는 BOG를 프리 히터(pre-heater, 211)에서 가열한 후 상기 제 1 압축기(121)로 공급할 수 있다.
상기 프리 히터(211)는 BOG의 일부를 연소시켜 열원으로 사용하는 열 교환기일 수도 있으며, 전기를 에너지원으로 사용하는 전열기일수도 있다.
상기 프리 히터(211)는 BOG를 상온까지 가열할 수 있으므로, 상기 제 1 압축기(121) 및 상기 제 2 압축기(122)는 상온용 압축기를 사용할 수 있다.
상세히, 상기 저장탱크(110)에서 발생되는 BOG는 약 -100℃의 온도를 갖는다. 이러한 극저온의 유체를 압축하기 위해서는 스테인리스스틸(stainless steel) 등 고가의 장비가 필요한데, BOG를 상온까지 가열한 후 압축할 경우에는 비교적 저렴한 상온용 압축기를 사용할 수 있다. 따라서, 상기 재액화 장치의 설치 비용을 줄일 수 있다.
그리고, 상기 제 1 압축기(121)의 후단과 상기 제 2 압축기(122)의 후단에는 상기 응축기(140) 및 상기 냉각 사이클의 부하 증가를 방지하기 위해 각각 해수, 냉각수, 공기 등을 냉열원으로 할 수 있는 제 1, 2 BOG 냉각기(221, 222)가 제공될 수 있다. 상세히, BOG는 상기 제 1 압축기(121)에서 압축된 후 상기 제 1 BOG 냉각기(221)에 의해 냉각되고 상기 분지부(130)에서 분지될 수 있다. 또한, BOG는 상기 제 2 압축기(122)에서 압축된 후 상기 제 2 BOG 냉각기(222)에 의해 냉각되고, 상기 제 2 유로(L2)를 따라 상기 응축기(140)로 공급될 수 있다. 즉, BOG가 상기 프리 히터(211)에서 가열된 후 상기 제 1 압축기(121) 및 상기 제 2 압축기(122)에서 압축됨으로써 온도가 증가하더라도 상기 BOG 냉각기(221, 222)에서 BOG를 다시 냉각한 후 상기 응축기(140)로 공급하므로, 상기 응축기(140) 및 상기 냉각 사이클의 부하 증가를 막을 수 있다.
여기서, 상기 BOG 냉각기(221, 222)는 상기 압축기(121, 122)의 후단에서 BOG를 냉각시키는 것으로서, BOG 냉각부라고 불릴 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 선박의 재액화 장치에 의하면, 상기 저장탱크(110)에서 발생되는 BOG는 상기 프리 히터(211)에 의해 상온까지 가열된 후 상기 제 1 압축기(121)로 공급될 수 있다. 상기 제 1 압축기(121)에서 압축된 BOG의 일부는 상기 분지부(130)에서 분지되어 상기 제 1 유로(L1)를 따라 이동하며 상기 제 1 압축기(121)에서 상대적으로 저압으로 압축되고 상기 제 1 BOG 냉각기(221)에 의해 냉각될 수 있다. BOG의 나머지 일부는 상기 제 2 유로(L2)를 따라 이동하며 상기 제 2 압축기(122)에서 상대적으로 고압으로 압축되고 상기 제 2 BOG 냉각기(222)에 의해 냉각될 수 있다. 그리고, 각 유로에서 냉각된 BOG는 상기 응축기(140)에서 상기 냉각 사이클을 순환하는 냉매와 열교환하여 재액화된 후, 상기 팽창밸브(151, 152)를 거쳐 상기 기액분리기(160)로 이동될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 선박에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 제 5 실시예는 제 4 실시예와 비교하여, 프리 히터의 구성에 있어서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 4 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 선박(100e)의 재액화 장치에서는, 상기 제 1 압축기(121) 및 상기 제 2 압축기(122)에서 압축된 BOG를 BOG 가열의 열원으로 사용할 수 있다.
상세히, 상기 저장탱크(110)에서 발생된 BOG는 제 1 프리 히터(212) 및 제 2 프리 히터(213)를 통과하며 가열된 후 상기 제 1 압축기(121)로 공급된다.
상기 제 1 유로(L1) 및 상기 제 2 유로(L2)는 상기 저장탱크(110)로부터 상기 제 1 압축기(121)까지 연장되는 BOG 공급유로와 교차한 후 상기 응축기(140)로 연장되도록 형성될 수 있다.
상기 제 1 프리 히터(212)는 상기 제 2 유로(L2)와 상기 BOG 공급유로와의 교차점에 제공될 수 있으며, 상기 저장탱크(110)에서 발생된 BOG를 상기 제 2 BOG 냉각기(222)를 통과한 BOG와 열 교환시켜 가열할 수 있다.
또한, 상기 제 2 프리 히터(213)는 상기 제 1 유로(L1)와 상기 BOG 공급유로와의 교차점에 제공될 수 있으며, 상기 제 1 프리 히터(212)를 통과한 BOG를 상기 제 1 BOG 냉각기(221)를 통과한 BOG와 열 교환시켜 가열할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 선박의 재액화 장치에 의하면, 상기 저장탱크(110)에서 발생되는 BOG는 상기 제 1, 2 프리 히터(212, 213)에 의해 순차적으로 가열된 후 상기 제 1 압축기(121)로 공급될 수 있다. 상기 제 1 압축기(121)에서 상대적으로 저압으로 압축된 BOG는 상기 제 1 BOG 냉각기(221)에 의해 냉각되고, 상기 제 1 BOG 냉각기(221)에서 냉각된 BOG의 일부는 상기 분지부(130)에서 분지되어 상기 제 1 유로(L1)를 따라 이동하며 상기 제 2 프리 히터(213)를 통과한 후 상기 응축기(140)로 이동될 수 있다. BOG의 나머지 일부는 상기 제 2 유로(L2)를 따라 이동하며 상기 제 2 압축기(122)에서 상대적으로 고압으로 압축되고 상기 제 2 BOG 냉각기(222)에 의해 냉각될 수 있다. 상기 제 2 BOG 냉각기(222)에서 냉각된 BOG는 상기 제 1 프리 히터(212)를 통과한 후 상기 응축기(140)로 이동될 수 있다. 그리고, 상기 응축기(140)로 공급된 BOG는 상기 냉각 사이클을 순환하는 냉매와 열교환하여 재액화된 후, 상기 팽창밸브(151, 152)를 거쳐 상기 기액분리기(160)로 이동될 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 유로(L1) 및 상기 제 2 유로(L2)의 BOG는 상기 제 1, 2 프리 히터(212, 213)에서 저온의 BOG에 열을 빼앗겨 온도가 낮아진 상태로 상기 응축기(140)로 공급될 수 있다.
따라서, 상기 응축기(140)에서 BOG의 냉각에 필요한 열 전달량이 작아지는 바, 고가의 냉각 사이클의 냉매의 유량을 줄일 수 있으므로 초기 설치 비용을 절감할 수 있다.
또한, BOG의 냉열을 회수함으로써 상기 선박(100e)의 에너지 소비를 줄일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 선박에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 제 6 실시예는 제 4 실시예와 비교하여, 프리 히터의 구성에 있어서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 4 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 선박(100f)의 재액화 장치에서는, 상기 냉각 사이클을 순환하는 냉매를 상기 저장탱크(110)에서 발생된 BOG의 가열의 열원으로 사용할 수 있다.
상세히, 상기 냉각기(180)에서 냉각된 냉매는 냉매 분지관(230)에서 분지될 수 있다. 상기 냉매 분지관(230)에서 분지된 냉매의 일부는 상기 저장탱크(110)와 상기 제 1 BOG 압축기(121)의 사이에 설치된 프리 히터(214)로 공급되고, 나머지 일부는 상기 응축기(140)로 이동되어 냉각된다.
상기 프리 히터(214)는 상기 저장탱크(110)에서 발생된 BOG와 상기 냉각 사이클에서 공급된 냉매를 열 교환하여 BOG를 가열할 수 있다.
상기 프리 히터(214)에서 BOG의 가열에 사용된 냉매는 다시 상기 냉각 사이클로 복귀하며, 상기 프리 히터(214)와 상기 응축기(140)를 통과하는 냉매 배관을 연결한 라인을 따라 이동되어 상기 응축기(140)를 통과하는 냉매에 섞일 수 있다.
상기 응축기(140)로 복귀하는 냉매는 상기 프리 히터(214)에서 BOG에 열을 빼앗겨 온도가 낮아진 상태이므로, 상기 응축기(140)를 통과하는 도중의 냉매에 섞일 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 선박(100f)에 의하면, BOG를 사전 가열하는 상기 프리 히터(214)에서 상기 냉각 사이클의 냉매를 가열의 열원으로 사용하므로, BOG의 가열에 필요한 추가적인 에너지 소비를 방지할 수 있다.
또한, 상기 냉각기(180)에서 상기 팽창기(190)로 공급되는 냉매의 일부가 상기 프리 히터(214)에서 BOG에 열을 빼앗겨 미리 냉각되므로, 상기 팽창기(190)에서 상기 응축기(140)로 공급되는 냉매가 포함하고 있는 냉열을 상기 냉각기(180)에서 상기 팽창기(190)로 공급되는 냉매에 덜 빼앗기게 된다. 따라서, 상기 팽창기(190)에서 상기 응축기(140)로 공급되는 냉매가 포함하고 있는 냉열을 충분히 상기 제 1 유로(L1) 및 상기 제 2 유로(L2)를 통과하는 BOG에 공급할 수 있으므로, 상기 응축기(140)의 효율이 향상될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 선박에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 제 7 실시예는 제 1 실시예와 비교하여, 재액화된 LNG를 엔진의 에너지원으로 사용하는 점에 있어서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 1 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 10은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제 7 실시예에 따른 선박(100g)은 기액분리기(160)에서 분리된 재액화된 LNG를 엔진(330)의 에너지원으로 사용할 수 있다.
상세히, 상기 기액분리기(160)는 재액화된 LNG를 고압펌프(310)로 공급한다. LNG는 상기 고압펌프(310)에서 고압으로 압축된 후 기화기(320)에서 천연가스로 기화된다. 기화된 가스는 상기 엔진(330)으로 공급되어 상기 엔진(330)의 구동 에너지원으로 사용될 수 있다.
상기 엔진(330)은 고압 가스 분사 엔진, 이중 연료 엔진 등 천연가스를 에너지원으로 사용할 수 있는 임의의 엔진일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 고압 가스 분사 엔진이 사용되는 것을 예로 설명하겠다.
한편, 상기 기액분리기(160)와 상기 고압펌프(310)를 연결하는 배관에는 LNG 분지부(132)가 제공되어, 상기 엔진(330)이 사용되지 않을 때에는 LNG가 상기 저장탱크(110)로 공급될 수 있도록 제어될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 선박(100g)에 의하면, 상기 엔진(330)의 에너지원으로 BOG를 재액화한 LNG를 이용함으로써 상기 운반선(100g)에서 소비되는 에너지를 줄일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 선박에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 제 8 실시예는 제 7 실시예와 비교하여, 기화기의 전단에 히터를 설치하고, 제 1 유로 상에 펌프를 설치하는 점에 있어서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 7 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 11은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제 8 실시예에 따른 선박(100h)에는, 상기 응축기(140)를 통과하여 상기 기액분리기(160)로 연결되는 상기 제 1 유로(L1)에는 펌프(153)가 제공될 수 있다.
상기 제 2 유로(L2)를 통과하여 상기 기액분리기(160)로 공급되는 LNG는 상기 제 2 압축기(122)에 의해 상대적으로 고압으로 압축된 상태이므로, 상기 제 1 유로(L1) 상에 상기 펌프(153)를 설치함으로써 상기 기액분리기(160)로 공급되는 재액화된 LNG의 압력이 상기 제 1 유로(L1)와 상기 제 2 유로(L2)에서 동일해질 수 있도록 한다. 즉, 상기 펌프(153)는 상기 제 2 유로(L2)와 상기 제 1 유로(L1)의 압력 차이를 보상해 줄 수 있다.
이에 의해 팽창 시 발생할 수 있는 플래쉬 가스의 발생을 억제할 수 있으므로, 상기 저장탱크(110)의 압력 상승을 방지할 수 있으며, 상기 고압 펌프(310)에서 LNG를 고압으로 압축하는 데 필요한 에너지를 줄일 수 있다.
한편, 상기 고압 펌프(310)에서 고압으로 압축된 LNG는 제 1 히터(341) 및 제 2 히터(342)에서 미리 가열된 후 상기 기화기(320)로 공급될 수 있다.
상세히, 상기 제 1 히터(341)는 상기 고압 펌프(310)에서 압축된 LNG와 상기 제 1 압축기(121)에서 압축된 BOG를 열 교환시킴으로써, LNG를 1차로 가열할 수 있다. 즉, 상기 제 1 히터(341)는 상기 제 1 압축기(121)와 상기 분지부(130)의 사이에 설치될 수 있다.
또한, 상기 제 2 히터(342)는 상기 제 1 히터(341)에서 가열된 LNG를 상기 제 2 압축기(122)에서 압축된 BOG와 열 교환시킴으로써, LNG를 2차로 가열할 수 있다. 즉, 상기 제 2 히터(342)는 상기 제 2 유로(L2) 상에서 상기 제 2 압축기(122)의 후단에 설치될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 선박(100h)에 의하면, 상기 기화기(320)로 LNG가 공급되기 전에 LNG가 가열되므로 상기 기화기(320)의 부담이 작아질 뿐만 아니라, 상기 응축기(140)로 공급되는 BOG가 LNG에 의해 냉각되는 효과를 얻을 수 있으므로, 상기 응축기(140)의 냉각 부담이 작아진다.
아울러, 본 실시예에서는 상기 고압 펌프(310)와 상기 기화기(320) 사이에 히터가 두 개 제공되는 것을 예로 설명하지만, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 제 1 히터(341) 및 상기 제 2 히터(342) 중 하나만 제공될 수도 있다.
또한, 상기 제 1 히터(341) 및 상기 제 2 히터(342)는 액화천연가스를 가열하는 것으로서 가열부라고 부를 수 있다. 즉, 상기 가열부는 적어도 하나의 히터로 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 선박에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 제 9 실시예는 제 8 실시예와 비교하여, BOG를 압축하는 구성에 있어서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 8 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 12는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제 9 실시예에 따른 선박(100i)에서는, 상기 저장탱크(110)에서 발생된 BOG를 상기 분지부(131)에서 분지한 후 각각 상기 제 1 압축기(123)와 상기 제 2 압축기(124)로 압축한다. 상기 제 2 압축기(124)는 상기 제 1 압축기(123)보다 더 고압으로 BOG를 압축한다. 이는 상기 제 2 실시예에서와 마찬가지이므로 자세한 설명을 생략한다.
그리고, 상기 고압 펌프(310)와 상기 기화기(320) 사이에는 제 1 히터(343)와 제 2 히터(344)가 설치될 수 있다.
상기 제 1 히터(343)는 상기 제 2 압축기(124)에서 압축된 BOG와 상기 고압 펌프(310)에서 압축된 LNG를 열 교환시켜, LNG는 가열하고 BOG는 냉각시킨다.
또한, 상기 제 2 히터(344)는 상기 제 1 압축기(123)에서 압축된 BOG와 상기 제 1 히터(343)를 통과한 LNG를 열 교환시켜, LNG는 가열하고 BOG는 냉각시킨다.
상기와 같은 구성에 의해 상기 제 8 실시예에서와 같은 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제 10 실시예에 따른 선박에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 제 10 실시예는 제 8 실시예와 비교하여, 기화기로 공급되는 LNG를 가열하는 구성에 있어서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 8 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 13은 본 발명의 제 10 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제 10 실시예에 따른 선박(100j)에서는, 상기 고압 펌프(310)와 상기 기화기(320) 사이에 상기 냉각 사이클을 순환하는 냉매와 LNG를 열 교환하는 히터(345)가 제공될 수 있다.
상세히, 상기 냉각기(180)에서 냉각된 냉매는 냉매 분지관(240)에서 분지될 수 있다. 상기 냉매 분지관(240)에서 분지된 냉매의 일부는 상기 히터(345)로 공급되고, 나머지 일부는 상기 응축기(140)로 이동되어 냉각된다.
상기 히터(345)는 상기 고압 펌프(310)에서 압축된 LNG와 상기 냉각 사이클에서 공급된 냉매를 열 교환하여 LNG를 가열할 수 있다.
상기 히터(345)에서 LNG의 가열에 사용된 냉매는 다시 상기 냉각 사이클로 복귀하며, 상기 히터(345)와 상기 응축기(140)를 통과하는 냉매 배관을 연결한 라인을 따라 이동되어 상기 응축기(140)를 통과하는 냉매에 섞일 수 있다.
상기 응축기(140)로 복귀하는 냉매는 상기 히터(345)에서 LNG에 열을 빼앗겨 온도가 낮아진 상태이므로, 상기 응축기(140)를 통과하는 도중의 냉매에 섞일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제 11 실시예에 따른 선박에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 제 11 실시예는 제 10 실시예와 비교하여, BOG를 다단 압축하는 점에 있어서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 10 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
도 14은 본 발명의 제 11 실시예에 따른 선박의 구성을 보여주는 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제 11 실시예에 따른 선박(100k)에서는, 상기 제 1 유로(L3) 또는 제 2 유로(L4)로 공급되는 BOG를 다단 압축할 수 있다. 본 실시예에서는 상기 제 2 유로(L4)에서 2단 압축이 시행되는 것을 예로 설명하겠다.
제 3 압축기(125)는 상기 제 2 유로(L4) 상에 제공되며, 상기 제 2 압축기(124)의 후단에 설치되어 상기 제 1 압축기(123)보다 더 높은 압력으로 BOG를 압축할 수 있다. 즉, 상기 제 1 유로(L3)를 통해 상기 응축기(140)로 공급되는 BOG의 압력보다 상기 제 2 유로(L4)를 통해 상기 응축기(140)로 공급되는 BOG의 압력이 더 높도록 조절될 수 있다.
이와 같이 상기 제 2 유로(L4)로 공급되는 BOG를 다단 압축할 경우, 각 압축기에서의 압축비를 적절한 수준에서 유지할 수 있으므로, 압축 효율을 향상시킬 수 있고, BOG의 온도가 불필요하게 상승되는 것을 방지할 수도 있다.
또한, 상기 응축기(140)에서 BOG의 냉각에 필요한 열 전달량이 작아지는 바, 고가의 냉각 사이클의 냉매의 유량을 줄일 수 있으므로 초기 설치 비용을 절감할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 선박의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
100 : 선박 110 : 저장탱크
121, 123 : 제 1 압축기 122, 124 : 제 2 압축기
125 : 제 3 압축기 130, 131, 132 : 분지부
140 : 응축기 151 : 제 1 팽창밸브
152 : 제 2 팽창밸브 153 : 펌프
160 : 기액분리기 170 : 냉매 압축기
180 : 냉각기 190 : 팽창기
211, 212, 213, 214 : 프리 히터 221, 222 : BOG 냉각기
230, 240 : 냉매 분지부 310 : 고압 펌프
320 : 기화기 330 : 엔진
341, 342, 343, 344, 345 : 히터
L1, L3 : 제 1 유로 L2, L4 : 제 2 유로

Claims (21)

  1. 선체;
    상기 선체에 제공되는 액화천연가스 저장탱크;
    상기 저장탱크에서 발생된 증발가스를 냉각하여 응축시키는 응축기;
    상기 저장탱크에서 발생된 증발가스를 제 1 압력으로 압축하는 제 1 압축기;
    상기 저장탱크에서 발생된 증발가스를 상기 제 1 압력보다 더 높은 제 2 압력으로 압축하는 제 2 압축기;
    상기 제 1 압력으로 압축된 증발가스를 상기 응축기로 안내하는 제 1 유로;
    상기 제 2 압력으로 압축된 증발가스를 상기 응축기로 안내하는 제 2 유로; 및
    상기 응축기를 통과하도록 구성되며 증발가스를 냉각시키는 냉매가 순환되는 냉각 사이클이 포함되는 선박.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로는 상기 제 1 압축기의 후단에서 분지되고,
    상기 제 2 압축기는 상기 제 2 유로 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기는 상기 제 1 유로 상에 설치되고,
    상기 제 2 압축기는 상기 제 2 유로 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로에는 상기 응축기에서 배출되는 응축액을 팽창시키는 팽창 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 선박.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기의 후단 또는 상기 제 2 압축기의 후단에는 증발가스를 압축하는 제 3 압축기가 제공되는 것을 특징으로 하는 선박.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 응축기의 후단에는 응축된 액화천연가스와 응축되지 못한 천연가스를 분리할 수 있는 기액분리기가 제공되고,
    상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로는 상기 기액분리기로 연결되는 것을 특징으로 하는 선박.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기액분리기에서 분리된 액화천연가스는 상기 저장탱크로 이동되는 것을 특징으로 하는 선박.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기의 전단에는 상기 증발가스를 가열하는 프리 히터가 제공되는 것을 특징으로 하는 선박.
  9. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 압축기의 후단에는 상기 제 1 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각시키는 증발가스 냉각기가 제공되는 것을 특징으로 하는 선박.
  10. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 압축기의 후단에는 상기 제 2 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각시키는 증발가스 냉각기가 제공되는 것을 특징으로 하는 선박.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 프리 히터는 압축된 증발가스 또는 상기 냉각 사이클에서 압축된 냉매를 가열 열원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 선박.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 사이클에는,
    냉매를 압축하는 냉매 압축기;
    상기 냉매 압축기에서 압축된 냉매를 냉각하는 냉각기; 및
    상기 냉매를 팽창시키는 팽창기가 포함되는 것을 특징으로 하는 선박.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 냉각기에서 냉각된 냉매는 상기 응축기에서 더 냉각된 후 상기 팽창기로 안내되는 것을 특징으로 하는 선박.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 냉각기에서 냉각된 냉매 중 일부는 상기 제 1 압축기로 공급되는 증발가스를 가열하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 선박.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 응축기에서 응축된 액화천연가스를 기화하여 에너지원으로 사용하는 엔진이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 선박.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 응축기에서 응축된 액화천연가스는 기액분리기에서 분리되어 고압 펌프로 안내되고,
    상기 고압 펌프에서 압력이 높아진 액화천연가스는 기화기에서 기화된 후 상기 엔진으로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박.
  17. 액화천연가스를 저장하는 저장탱크;
    상기 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 서로 다른 압력으로 압축하는 다수 개의 압축부;
    다수 개의 상기 압축부에서 서로 다른 압력으로 압축된 증발가스를 서로 독립적으로 응축시키는 응축기; 및
    다수 개의 상기 압축부에서 서로 다른 압력으로 압축된 증발가스를 서로 독립적으로 상기 응축기로 안내하는 다수 개의 유로를 포함하는 액화천연가스 재액화 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 응축기의 후단에 제공되며 응축된 액화천연가스를 팽창시키는 팽창 수단; 및
    상기 팽창 수단에 연결되고, 액화천연가스를 분리하여 상기 저장탱크로 이동시키는 기액 분리기를 더 포함하는 액화천연가스 재액화 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 응축기로 공급되는 증발가스 중 일부는 다단 압축된 것을 특징으로 하는 액화천연가스 재액화 장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 저장탱크에서 발생되는 증발가스는 상기 압축부에 공급되기 전에 프리 히터에서 가열되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 재액화 장치.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 압축부와 상기 응축기 사이에는 증발가스를 냉각하는 냉각부가 제공되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 재액화 장치.
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