KR101438323B1 - 액화가스 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액화가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결된 액화가스 공급 라인; 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출된 액화가스를 가압하는 펌프; 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 액화가스와 냉열매체를 열교환시키는 냉열회수 열교환기; 냉열매체를 저장하는 냉열저장탱크와 상기 냉열회수 열교환기를 연결하는 냉열 회수 라인; 상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스와 상기 냉열저장탱크로부터 배출되는 상기 냉열매체를 열교환시켜 상기 증발가스를 냉각시키는 냉열사용 열교환기; 및 상기 액화가스 저장탱크와 상기 냉열사용 열교환기를 연결하는 증발가스 냉각 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 증발가스 액화를 위하여 냉열을 포함한 냉열매체를 냉열저장탱크에 저장하여 둔 후, 증발가스가 발생하면 냉열저장탱크로부터 냉열매체를 배출시켜서 냉열매체로 증발가스를 재액화시켜서, 종래의 증발가스 재액화장치에 포함되는 압축기나 팽창기 등의 구성을 생략하여 시스템 설치비용 및 운영비용 등을 절감할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 액화가스에 포함된 냉열을 냉열매체에 공급하여 저장해둔 후, 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 액화시키는데 사용할 수 있어, 별도의 재액화장치를 구비하지 않을 수 있으므로 시스템 효율을 높일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 액화가스 저장탱크에서 배출되어 수요처로 공급되는 액화가스를 냉열매체와 열교환되도록 하여, 액화가스의 냉열이 냉열매체에 전달되는 동시에 액화가스가 가열되도록 함으로써, 액화가스를 수요처에서 요구하는 온도로 가열하기 위해 필요한 열원 공급량을 대폭 감소시킬 수 있다.

Description

액화가스 처리 시스템 및 방법{A treatment System of Liquefied Gas and A Method for the same}

본 발명은 액화가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.

액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.

이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.

그러나 액화가스는 압력을 높이거나 온도를 낮추어 강제로 액화시킨 상태로 보관하기 때문에, 외부 열침투에 의한 상변화가 우려되어 액화가스 저장탱크의 단열성 확보가 중요하다. 다만 액화가스 저장탱크가 완벽한 단열을 구현할 수는 없기 때문에, 액화가스 저장탱크에 저장되어 있는 일부 액화가스는, 외부로부터 전달되는 열에 의하여 기체인 증발가스로 상변화하게 된다.

이때 기체로 상변화한 증발가스는 부피가 대폭 증가하므로 액화가스 저장탱크의 내부 압력을 높이는 요인이 되며, 액화가스 저장탱크의 내압이 액화가스 저장탱크가 견딜 수 있는 압력을 초과하게 되면 액화가스 저장탱크가 파손될 우려가 있다.

따라서 종래에는, 액화가스 저장탱크의 내압을 일정하게 유지하기 위해서, 필요 시 증발가스를 외부로 방출하여 액화가스 저장탱크의 내압을 낮추는 방법을 사용하였다. 또는 증발가스를 액화가스 저장탱크의 외부로 배출한 뒤, 별도로 구비한 재액화장치를 사용하여 액화시킨 후 다시 액화가스 저장탱크로 회수하였다.

그러나 증발가스를 단순히 외부로 방출하는 경우에는 외부 환경의 오염 문제가 발생할 수 있으며, 재액화장치를 사용할 경우에는 재액화장치를 구비하고 운영하기 위해 필요한 비용, 인력 등의 문제가 발생하게 된다. 따라서 외부 열침투에 의해 발생되는 증발가스의 효과적인 처리방법의 개발이 요구되는 실정이다.

일례로 한국특허 공개번호 2012-0107887호에는 “냉열회수용 열교환기를 갖는 연료 공급 시스템”이 기재되어 있다. 이는 기화될 액화가스로부터 냉열을 회수 할 수 있는 냉열회수용 열교환기를 포함하고 있으나, 이 경우 냉열을 회수한 냉매는 재액화 장치에 공급되어 증발가스를 액화시키는데 소모되어야 하므로 냉열을 별도로 저장해두지 못하며, 또한 재액화 장치가 증발가스를 재액화시키기 위해 냉매 냉각기, 냉매 팽창밸브 등을 구동하여야 하므로 증발가스의 재액화에 상당량의 에너지를 소모하게 된다는 단점이 있다.

한국특허 공개번호 2011-0030149호에는 “연료가스 공급시스템”이 기재되어 있으며, LNG 탱크와 증발가스 압축부 사이에 설치된 냉매 예냉 열교환기에서 재액화장치 내를 순환하는 냉매가 증발가스와 열교환 되도록 하고 있다. 하지만 이 경우 냉매가 LNG 탱크로부터 발생되는 증발가스에 의해 냉각된 후 증발가스를 액화시키는데 사용되므로, 냉열을 별도로 저장해두지 못하며, 증발가스 재액화를 위한 재액화장치가 반드시 필요하다는 문제점이 있다.

한편 기화될 액화가스 공급라인과 저장탱크로부터 배출된 증발가스와의 열교환기를 설치하여 액화가스 기화기의 부하를 줄이기 위한 특허들이 다수 존재한다(등록번호 10-0835090, 등록번호 10-1164087). 하지만 이들 또한 기화기의 부하를 저감할 수는 있지만 기화가스와 액화할 가스와의 열교환량이 한정되어 있으므로 대폭적인 기화기의 부하 절감은 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 액화시킬 수 있는 냉열을 머금은 냉열매체를 냉열저장탱크에 저장해두고, 필요 시 일정량을 배출시켜 사용함으로써 기존의 증발가스 재액화장치와 같이 압축기, 팽창기 등을 구비할 필요가 없어 비용을 대폭 절감할 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 액화가스 저장탱크에 저장되어 있는 저온의 액화가스를 냉열저장탱크에 저장되어 있는 냉열매체와 열교환시켜서 액화가스의 냉열을 냉열저장탱크에 저장하여 두고, 냉열을 포함한 냉열매체를 통해 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 액화시킨 후 액화가스 저장탱크로 회수함으로써, 액화가스에 포함된 냉열을 회수 및 저장하고 이를 증발가스의 재액화에 사용하여 시스템 효율을 극대화할 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 액화가스 저장탱크에서 수요처로 액화가스를 공급할 때, 액화가스 공급 라인에서 불활성가스인 냉열매체와 액화가스가 열교환되어 액화가스는 가열되고 냉열매체는 냉각되도록 하여, 액화가스의 가열에 필요한 열원 공급량을 절감할 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 냉열을 포함한 상태의 냉열매체를 냉열저장탱크에 보관하고, 보관된 냉열매체를 통해 증발가스를 액화시킴으로써 별도의 재액화장치를 구비하지 않을 수 있으므로 제조 비용이나 운영 비용 등을 대폭 절감할 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결된 액화가스 공급 라인; 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출된 액화가스를 가압하는 펌프; 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 액화가스와 냉열매체를 열교환시키는 냉열회수 열교환기; 냉열매체를 저장하는 냉열저장탱크와 상기 냉열회수 열교환기를 연결하는 냉열 회수 라인; 상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스와 상기 냉열저장탱크로부터 배출되는 상기 냉열매체를 열교환시켜 상기 증발가스를 냉각시키는 냉열사용 열교환기; 및 상기 액화가스 저장탱크와 상기 냉열사용 열교환기를 연결하는 증발가스 냉각 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 액화가스/증발가스 열교환기와 상기 냉열회수 열교환기는, 일체형으로 구비되어, 상기 액화가스의 냉열을 상기 증발가스 및 상기 냉열매체에 공급하여, 상기 액화가스가 가열되고 상기 증발가스 및 상기 냉열매체가 냉각되도록 할 수 있다.

구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 상기 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 증발가스 압축기, 상기 수요처까지 연결되는 증발가스 공급 라인을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 액화가스 공급 라인과 상기 증발가스 공급 라인은, 상기 수요처의 상류에서 합류하며, 상기 액화가스 공급 라인과 상기 증발가스 공급 라인의 합류 지점에 구비되는 혼합기를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 증발가스 압축기는, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 압축시키며, 일단이 상기 증발가스 공급 라인 상에서 상기 복수의 증발가스 압축기 사이에 연결되며 상기 압축된 증발가스를 저압 엔진으로 공급하는 저압 증발가스 공급 라인을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 증발가스 공급 라인 상에서 상기 액화가스 저장탱크와 상기 증발가스 압축기의 사이에 구비되어 상기 액화가스 저장탱크에서 배출되는 증발가스와 상기 증발가스 압축기에서 배출되는 증발가스를 열교환시키는 증발가스 열교환기를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 증발가스 압축기는, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 압축시키며, 일단이 상기 증발가스 공급 라인 상에서 상기 복수의 증발가스 압축기 사이에 연결되며 상기 압축된 증발가스를 상기 증발가스 열교환기로 공급하는 증발가스 회수 라인을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 증발가스 회수 라인 및 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 펌프로부터 공급되는 액화가스와, 상기 증발가스 압축기로부터 공급되는 증발가스를 열교환시키는 액화가스/증발가스 열교환기를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 증발가스 회수 라인의 타단이 연결되어 상기 압축된 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 액화가스와 혼합하는 액화가스 임시저장탱크를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 냉열 회수 라인은, 상기 냉열매체가 상기 냉열저장탱크와 상기 냉열회수 열교환기를 순환하도록 할 수 있다.

구체적으로, 상기 냉열회수 열교환기는, 상기 액화가스가 가열되도록 하고 상기 냉열매체가 냉각되도록 하여, 상기 액화가스에 저장된 냉열을 상기 냉열매체에 공급할 수 있다.

구체적으로, 상기 냉열사용 열교환기는, 상기 증발가스 냉각 라인 상에 마련될 수 있다.

구체적으로, 상기 냉열사용 열교환기는, 상기 냉열매체에 저장된 냉열을 상기 증발가스에 공급하여 적어도 일부의 상기 증발가스를 액화시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 냉열매체는, 불활성가스일 수 있다.

구체적으로, 상기 냉열 회수 라인 상에서 상기 냉열회수 열교환기의 상류에 마련되며, 상기 냉열매체를 가압하는 매체 압축기를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 냉열 회수 라인 상에서 상기 냉열회수 열교환기의 하류에 마련되며, 상기 액화가스로부터 냉열을 공급받은 상기 냉열매체를 팽창시키는 매체 팽창기를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 냉열 회수 라인 상에서 상기 냉열회수 열교환기의 하류에 마련되며, 상기 액화가스로부터 냉열을 공급받은 상기 냉열매체를 임시 저장하는 매체 임시저장탱크를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 매체 임시저장탱크는, 상기 액화가스와 열교환한 냉열매체 중 액체 상태의 상기 냉열매체는 상기 냉열저장탱크에 공급하고, 상기 기체 상태의 상기 냉열매체는 상기 냉열 회수 라인을 통해 상기 냉열회수 열교환기에 공급할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 처리 방법은, 수요처에 공급할 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크와, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 액화가스와 냉열매체를 열교환시키는 냉열회수 열교환기와, 냉열매체를 저장하는 냉열저장탱크와, 냉열매체를 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스와 열교환시키는 냉열사용 열교환기를 포함하는 액화가스 처리 시스템을 구동하는 방법에 있어서, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스의 양과 상기 수요처에서 요구하는 연료량을 비교하는 단계; 상기 증발가스의 양이 상기 수요처에서 요구하는 연료량보다 적을 경우, 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 냉열회수 열교환기를 거쳐 상기 수요처로 액화가스를 공급하는 단계; 상기 냉열회수 열교환기에서 액화가스로 냉열매체를 냉각시키는 단계; 및 냉각된 냉열매체를 상기 냉열저장탱크에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 증발가스를 상기 수요처에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 증발가스의 양이 상기 수요처에서 요구하는 연료량보다 많을 경우, 상기 증발가스를 상기 냉열사용 열교환기에 유입시키는 단계; 상기 냉열저장탱크에 저장된 냉열매체를 상기 냉열사용 열교환기에 공급하는 단계; 및 상기 냉열매체로 상기 증발가스를 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 냉각된 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 증발가스 액화를 위하여 냉열을 포함한 냉열매체를 냉열저장탱크에 저장하여 둔 후, 증발가스가 발생하면 냉열저장탱크로부터 냉열매체를 배출시켜서 냉열매체로 증발가스를 재액화시켜서, 종래의 증발가스 재액화장치에 포함되는 압축기나 팽창기 등의 구성을 생략하여 시스템 설치비용 및 운영비용 등을 절감할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 액화가스에 포함된 냉열을 냉열매체에 공급하여 저장해둔 후, 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 액화시키는데 사용할 수 있어, 별도의 재액화장치를 구비하지 않을 수 있으므로 시스템 효율을 높일 수 있다.

또한 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 방법은, 액화가스 저장탱크에서 배출되어 수요처로 공급되는 액화가스를 냉열매체와 열교환되도록 하여, 액화가스의 냉열이 냉열매체에 전달되는 동시에 액화가스가 가열되도록 함으로써, 액화가스를 수요처에서 요구하는 온도로 가열하기 위해 필요한 열원 공급량을 대폭 감소시킬 수 있다.

도 1은 종래의 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 펌프(30), 히터(40)를 포함한다. 이때 수요처(20)는 고압 엔진인 MEGI 엔진 또는 저압 엔진인 이중연료 엔진 등과 같은 엔진일 수 있다.

이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다.

종래의 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 빼내어 펌프(30)를 통해 가압시킨 후 히터(40)에서 가열하여 수요처(20)에 공급하는 방식을 사용하였다.

그러나 이 경우 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액체 상태의 액화가스만을 사용하기 때문에, 외부 열침투에 의하여 액화가스 저장탱크(10) 내에서 자연스럽게 발생되는 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 낮추기 위해 증발가스 배출 라인(11)을 따라 외부로 배출 처리하였다. 따라서 종래의 액화가스 처리 시스템(1)은 증발가스를 전혀 활용하지 못하여 에너지 낭비가 발생하고 환경을 오염시킨다는 문제점이 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 냉열저장탱크(50), 냉열사용 열교환기(70)를 포함한다.

액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부(도시하지 않음)를 포함한다. 외조 탱크는 액화가스 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 실린더 형태 또는 단면이 다각형인 형태일 수 있다.

내조 탱크는, 외조 탱크의 내부에 구비되며, 서포트(Support; 도시하지 않음)에 의해 외조 탱크의 내부에 지지 설치될 수 있다. 이때 서포트는 내조 탱크의 하단에 구비될 수 있고, 물론 내조 탱크의 좌우 유동을 억제하기 위해 내조 탱크의 측면에도 구비될 수 있다.

내조 탱크는 스테인레스 재질 등으로 형성될 수 있으며, 5bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 내조 탱크를 이와 같이 일정 압력에 견딜 수 있도록 설계하는 것은, 내조 탱크의 내부에 구비된 액화가스가 증발되어 증발가스가 생성됨에 따라 내조 탱크의 내압이 상승될 수 있기 때문이다.

내조 탱크의 내부에는 배플(Baffle; 도시하지 않음)이 구비될 수 있다. 배플은 격자 형태의 플레이트를 의미하며, 배플이 설치됨에 따라 내조 탱크 내부의 압력은 고르게 분포되어 내조 탱크가 일부분에 집중 압력을 받는 것을 방지할 수 있다.

단열부는, 내조 탱크와 외조 탱크의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이때 단열부는 진공상태이거나 또는 펄라이트(Perlite) 등의 단열재가 채워진 형태일 수 있다.

냉열저장탱크(50)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 액화시키기 위한 냉열을 가진 냉열매체를 저장한다. 냉열매체는 불활성가스이며 질소일 수 있고, 냉열을 저장할 수 있다. 냉열매체가 질소일 경우, 질소는 액화질소 상태로 냉열저장탱크(50)에 보관될 수 있다. 이후 냉열을 머금은 냉열매체는 냉열저장탱크(50)로부터 배출되어 냉열사용 열교환기(70)에서 증발가스를 액화시키는데 사용할 수 있다.

LNG 등을 사용하는 종래의 시스템(1)에서는, 증발가스를 액화시키기 위해 증발가스 재액화장치(도시하지 않음)를 별도로 구비하였으며, 기존의 증발가스 재액화장치는 상온 상압의 질소를 외부로부터 공급받아 압축기(도시하지 않음)로 압축하고, 응축기(도시하지 않음)로 냉각시킨 후, 팽창기(도시하지 않음)로 감압시킨 뒤 증발가스와 열교환하여 증발가스를 액화시키는 방식을 사용하였다. 이 경우 질소가 증발가스를 재액화시킬 수 있는 상태로 변화하기 위해서는 압축기와 응축기 및 팽창기 등이 필수적으로 구비되어야 하므로, 시스템 구축 비용과 운영 비용이 증가한다는 문제가 있다.

그러나 본 실시예는, 증발가스를 액화시킬 수 있도록 냉열을 내포하고 있는 상태의 냉열매체를 냉열저장탱크(50)에 저장해두고, 증발가스의 재액화가 필요한 경우 냉열저장탱크(50)에 저장된 냉열매체가 후술할 냉열사용 열교환기(70)에 공급되어 증발가스와 열교환되도록 함으로써, 증발가스를 액화시키는데 사용되는 냉열매체를 압축, 응축, 팽창하기 위한 압축기와 응축기, 팽창기 등의 구성을 필요로 하지 않기 때문에, 시스템을 단순화하여 비용을 절감할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 냉열을 냉열저장탱크(50)에 저장하여 두고 차후에 사용할 수 있기 때문에, 에너지의 사용을 효율적으로 제어할 수 있고, 또한 증발가스의 양에 따라 냉열매체의 사용량을 자유롭게 가변할 수 있다.

종래의 증발가스 재액화장치는 압축기 등의 구성이 구동됨에 따라 항상 일정한 유량의 질소가 순환되기 때문에, 재액화가 가능한 증발가스의 유량, 즉 재액화 성능이 고정되어 있다. 이 경우 증발가스의 발생량이 재액화 성능을 상회하면 증발가스 일부가 재액화되지 못한다는 문제가 있고, 반대로 증발가스 발생량이 재액화 성능을 하회하면 질소의 순환이 원활히 이루어지지 못해 재액화 성능이 떨어진다는 문제가 있다.

그러나 본 실시예는 앞서 설명한 바와 같이 냉열저장탱크(50)에 저장된 냉열매체를 필요 시 배출하여 사용하는 것이므로, 증발가스의 발생량에 따라 냉열저장탱크(50)에서 방출되는 냉열매체의 유량을 조절함으로써 충분히 증발가스를 재액화시킬 수 있고, 증발가스 재액화 성능이 떨어지는 것을 완벽히 방지할 수 있다.

이러한 냉열저장탱크(50)는 앞서 액화가스 저장탱크(10)와 마찬가지로, 내조 탱크(도시하지 않음), 외조 탱크(도시하지 않음), 단열부(도시하지 않음)를 구비하는 구조를 가질 수 있다. 이는 냉열저장탱크(50)에 보관되는 냉열매체가 냉열을 외부에 빼앗기지 않도록 하기 위함이다.

냉열저장탱크(50)는, 냉열사용 열교환기(70)에 냉열매체를 공급할 수 있다. 이때 냉열저장탱크(50)와 냉열사용 열교환기(70)는 냉열 공급 라인(51)에 의해 연결될 수 있고, 냉열 공급 라인(51)에는 냉열 공급 밸브(도시하지 않음)가 구비되어, 액화가 필요한 증발가스의 양에 따라 냉열매체의 공급량을 조절할 수 있다.

냉열사용 열교환기(70)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스와 냉열저장탱크(50)로부터 배출되는 냉열매체를 열교환시켜 증발가스를 냉각시킨다. 액화가스 저장탱크(10)는 압력형 탱크로 증발가스의 발생을 최대한 억제할 수 있으나, 외부 열침투를 완벽히 차단할 수 없기 때문에 증발가스가 일부 발생될 수 있고, 탱크 내압의 조절을 위해서는 증발가스의 처리가 반드시 요구된다. 이때 본 실시예는 냉열저장탱크(50)에 저장해둔 냉열을 활용하여 증발가스를 액화시킬 수 있다.

이때 냉열사용 열교환기(70)와 액화가스 저장탱크(10)는 증발가스 냉각 라인(71)에 의해 연결되며, 냉열저장탱크(50)와 냉열사용 열교환기(70)는 냉열 공급 라인(51)에 의해 연결되며, 증발가스 냉각 라인(71)은 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스가 냉열사용 열교환기(70)를 거쳐 액화가스 저장탱크(10)로 회수되도록 할 수 있다.

냉열사용 열교환기(70)는, 증발가스 냉각 라인(71) 상에 마련될 수 있다. 또한 냉열사용 열교환기(70)는, 냉열매체에 저장된 냉열을 증발가스에 공급하여 적어도 일부의 증발가스를 액화시킬 수 있다. 이때 증발가스의 액화 효율을 높이기 위해서, 증발가스 냉각 라인(71) 상에는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기(72)를 더 포함할 수 있다.

증발가스 압축기(72)가 증발가스를 압축하게 되면, 증발가스는 끓는점이 상승하게 되며, 이는 곧 상대적으로 높은 온도에서도 액화될 수 있음을 의미한다. 따라서 본 실시예는 증발가스를 냉열사용 열교환기(70)에 전달하기 전에 증발가스 압축기(72)를 통해 압축하여 증발가스가 쉽게 액화되도록 할 수 있으며, 증발가스 압축기(72)는 복수로 구비되어 증발가스를 다단 압축시킬 수 있다.

냉열사용 열교환기(70)에서 액화된 증발가스는 증발가스 냉각 라인(71)을 따라 액화가스 저장탱크(10)로 회수될 수 있으며, 이를 통해 본 실시예는 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 효과적으로 낮출 수 있는 동시에, 증발가스를 효율적으로 액화시킬 수 있다.

냉열사용 열교환기(70)에서 증발가스에 냉열을 공급한 냉열매체는, 매체 배출 라인(52)을 따라 외부로 배출될 수 있다. 이 경우 배출된 냉열매체는 별도의 불활성가스 수요처(도시하지 않음)에 공급되어 활용될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 증발가스를 재액화하기 위한 냉열을 머금은 냉열매체를 냉열저장탱크(50)에 저장하여 두고, 필요 시 냉열저장탱크(50)로부터 냉열매체를 인출하여 사용함으로써, 증발가스를 재액화시키는 매체를 압축하기 위한 압축기 등의 구성이 전혀 필요하지 않아 시스템 구성을 간단히 할 수 있으며, 각종 비용을 절감할 수 있다. 또한 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스의 양에 따라 탄력적으로 냉열저장탱크(50)에서 배출되는 냉열매체의 양을 조절함으로써 증발가스의 재액화 성능을 향상시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(3)은, 액화가스 저장탱크(10), 냉열저장탱크(50), 냉열회수 열교환기(60), 냉열사용 열교환기(70)를 포함한다. 냉열회수 열교환기(60)를 제외한 나머지 구성은 앞서 제1 실시예에서 설명한 바와 같으므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

냉열회수 열교환기(60)는, 냉열 회수 라인(61) 상에 마련되며, 저온열원과 냉열매체를 열교환시켜 냉열매체를 냉각시킨다. 이때 냉열매체는, 매체 생성기(도시하지 않음)에 의해 생성되며, 매체 생성기는 냉열 회수 라인(61)에 연결되어 냉열매체가 냉열회수 열교환기(60)에 전달되도록 할 수 있다. 냉열매체가 불활성가스인 질소일 경우 매체 생성기는 질소 생성기(N2 Generator)일 수 있다.

다만 매체 생성기로부터 냉열회수 열교환기(60)로 냉열매체가 공급된 뒤 냉열매체가 냉열을 저장하여 후술할 매체 임시저장탱크(64)를 통해 냉열저장탱크(50)로 회수된 후에는, 매체 임시저장탱크(64)에서 분리된 기체 상태의 냉열매체 또는 후술할 냉열사용 열교환기(70)에서 증발가스에 의해 가열된 냉열매체가 냉열회수 열교환기(60)로 공급될 수 있다. 즉 매체 생성기는, 초기 구동 시 작동되어 냉열매체를 냉열회수 열교환기(60)로 공급할 수 있고, 정상 구동 시에는 냉열 회수 라인(61) 또는 냉열 공급 라인(51)을 따라 냉열매체가 순환되므로 매체 생성기는 가동이 정지될 수 있다.

냉열회수 열교환기(60)는 저온열원이 가열되도록 하고 냉열매체가 냉각되도록 하여, 저온열원에 저장된 냉열을 냉열매체에 공급할 수 있다. 이때 저온열원은 해수, 증발가스, LPG 등과 같은 액화가스일 수 있고, 물론 본 실시예는 저온열원의 종류를 상기와 같이 한정하지 않는다. 즉 저온열원은 냉열매체를 냉각시킬 수 있다면 어떠한 물질이든 사용 가능하다.

본 실시예는 냉열매체를 사용하여 냉열회수 열교환기(60)에서 저온열원으로부터 냉열을 추출하여 저장할 수 있으며, 저장된 냉열은 후술할 냉열사용 열교환기(70)에서 소비될 수 있다. 이와 같이 본 실시예는 저온열원에 포함된 냉열을 별도로 저장해둔 뒤 차후 사용할 수 있도록 하여, 냉열매체를 재활용할 수 있고 시스템 효율을 극대화할 수 있다.

냉열저장탱크(50)와 냉열회수 열교환기(60)는 냉열 회수 라인(61)에 의해 연결될 수 있다. 냉열 회수 라인(61)은 냉열매체가 냉열저장탱크(50)와 냉열회수 열교환기(60)를 순환하도록 할 수 있으며, 냉열매체는 냉열 회수 라인(61)을 따라 유동하면서 냉열회수 열교환기(60)에서 냉각, 후술할 매체 임시저장탱크(64)에서 기액분리된 후 냉열저장탱크(50)로 회수될 수 있다. 다만 냉열 회수 라인(61)은 냉열 공급 라인(51)과 연결되어 냉열매체의 순환 경로가 형성될 수 있다. 즉 냉열매체의 흐름을 기준으로, 냉열저장탱크(50)로부터 냉열사용 열교환기(70)까지는 냉열 공급 라인(51)이 연결되고, 냉열사용 열교환기(70)로부터 냉열회수 열교환기(60)를 거쳐 냉열저장탱크(50)까지는 냉열 회수 라인(61)이 연결될 수 있다.

냉열 회수 라인(61)에는, 매체 임시저장탱크(64)를 구비할 수 있다. 매체 임시저장탱크(64)는, 냉열 회수 라인(61) 상에서 냉열회수 열교환기(60)의 하류에 마련되며, 저온열원으로부터 냉열을 공급받은 냉열매체를 임시 저장한다. 매체 임시저장탱크(64)는 냉열회수 열교환기(60)의 하류에 구비될 수 있고, 냉각된 냉열매체를 저장해 두었다가 냉열저장탱크(50)로 전달할 수 있다.

이때 매체 임시저장탱크(64)는, 저온열원과 열교환한 냉열매체 중 액체 상태의 냉열매체는 냉열저장탱크(50)에 공급하고, 기체 상태의 냉열매체는 냉열 회수 라인(61)을 통해 냉열회수 열교환기(60)에 공급할 수 있다.

저온열원으로부터 냉열을 공급받더라도 냉열매체 중 일부는 액화되지 않은 상태로 남을 수 있다. 이때 액화되지 않은 냉열매체는, 매체 임시저장탱크(64)에 저장되었다가 냉열저장탱크(50)를 우회하여 냉열 회수 라인(61)을 따라 냉열회수 열교환기(60)에서 다시 냉각되어, 액화된 후 냉열저장탱크(50)로 유입될 수 있다.

이를 위해 매체 임시저장탱크(64)에는 탱크 우회 라인(641)이 구비되어, 매체 임시저장탱크(64)에서 분류된 기체 상태의 냉열매체가 냉열저장탱크(50)에 유입되지 않고 탱크 우회 라인(641)을 따라 냉열회수 열교환기(60) 측으로 유동하도록 할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 냉열저장탱크(50)에 냉열을 포함한 냉열매체가 저장되도록 하여 필요 시 냉열매체를 통해 증발가스를 재액화시킬 수 있고, 증발가스와 열교환하면서 가열된 냉열매체를 별도의 저온열원으로 냉각시켜 다시 냉열을 머금은 상태로 냉열저장탱크(50)에 저장되도록 하여, 냉열매체의 재활용을 가능케 함으로써 시스템 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(4)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 펌프(30), 히터(40), 냉열저장탱크(50), 냉열회수 열교환기(60), 냉열사용 열교환기(70)를 포함한다.

액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(20)에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 앞서 제1 실시예에서 언급한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

수요처(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받는다. 수요처(20)는 선박을 추진하기 위한 동력을 생산하거나 선박에 설치된 각종 전기설비(도시하지 않음)에 전력을 공급하는 엔진일 수 있다. 구체적으로 수요처(20)는 LNG를 공급받아 동력을 생산하는 MEGI 엔진 또는 발전엔진인 이중연료 엔진일 수 있다.

수요처(20)와 액화가스 저장탱크(10) 사이에는 액화가스 공급 라인(21)이 설치될 수 있다. 이때 액화가스 공급 라인(21) 상에는 후술할 펌프(30), 냉열회수 열교환기(60), 히터(40)가 마련될 수 있다. 또한 액화가스 공급 라인(21)에는 액화가스의 공급량을 조절하는 액화가스 공급 밸브(도시하지 않음)가 설치되어 액화가스 공급 밸브의 개도 조절에 따라 액화가스의 공급량이 조절될 수 있다.

펌프(30)는, 액화가스 공급 라인(21) 상에 마련되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 액화가스를 가압한다. 펌프(30)는 수요처(20)에서 필요로 하는 압력에 대응되도록 액화가스를 압축하여 수요처(20)에 전달할 수 있으며, 원심형 펌프(30) 또는 피스톤형 펌프(30) 등을 사용할 수 있다.

히터(40)는, 펌프(30)에 의해 가압된 액화가스를 가열한다. 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 액체 상태를 유지할 수 있도록 저온이기 때문에, 수요처(20)에서 원하는 액화가스의 온도와는 상이할 수 있다. 따라서 히터(40)는 가압된 액화가스를 수요처(20)가 요구하는 온도까지 가열하여 수요처(20)에 공급할 수 있다.

다만 본 실시예는 히터(40)와 펌프(30) 사이에는 냉열회수 열교환기(60)가 구비되며, 액화가스는 냉열회수 열교환기(60)에서 1차로 가열될 수 있으므로, 히터(40)에 의해 공급되는 열용량은 도 1에서 설명한 종래의 히터(40)에 의해 공급되는 열용량보다 대폭 감소될 수 있다.

냉열저장탱크(50)는, 냉열매체를 저장한다. 냉열저장탱크(50)는 앞서 제1 실시예에서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

냉열회수 열교환기(60)는, 액화가스 공급 라인(21) 상에 마련되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스와 냉열매체를 열교환시킨다. 냉열회수 열교환기(60)는 앞서 제2 실시예에서 언급한 냉열회수 열교환기(60)와 유사하다. 다만 본 실시예의 냉열회수 열교환기(60)는, 액화가스가 가열되도록 하고 냉열매체가 냉각되도록 하여, 액화가스에 저장된 냉열을 냉열매체에 공급할 수 있다. 이때 액화가스는 냉열매체에 냉열을 전달함에 따라 가열되므로, 앞서 언급한 바와 같이 본 실시예는 히터(40)의 구동을 최소화할 수 있다.

본 실시예는 냉열매체를 사용하여 냉열회수 열교환기(60)에서 액화가스로부터 냉열을 추출하여 저장할 수 있으며, 저장된 냉열은 후술할 냉열사용 열교환기(70)에서 소비될 수 있다. 이와 같이 본 실시예는 액화가스 저장탱크(10)로부터 수요처(20)로 액화가스가 공급될 때, 일반적으로 가열되어 수요처(20)에 공급되는 점을 고려하여, 액화가스의 가열 시 액화가스에 포함된 냉열을 별도로 저장해둔 뒤 차후 사용할 수 있도록 하여, 시스템 효율을 극대화할 수 있다.

냉열저장탱크(50)와 냉열회수 열교환기(60)는 냉열 회수 라인(61)에 의해 연결될 수 있다. 냉열 회수 라인(61)은 냉열매체가 냉열저장탱크(50)와 냉열회수 열교환기(60)를 순환하도록 할 수 있으며, 냉열매체는 냉열 회수 라인(61)을 따라 유동하면서 냉열회수 열교환기(60)에서 냉각, 후술할 매체 팽창기(63)에서 액화, 후술할 매체 임시저장탱크(64)에서 기액분리된 후 냉열저장탱크(50)로 회수될 수 있다. 다만 냉열 회수 라인(61)은 냉열 공급 라인(51)과 연결되어 냉열매체의 순환 경로가 형성될 수 있다. 즉 냉열매체의 흐름을 기준으로, 냉열저장탱크(50)로부터 냉열사용 열교환기(70)까지는 냉열 공급 라인(51)이 연결되고, 냉열사용 열교환기(70)로부터 냉열회수 열교환기(60)를 거쳐 냉열저장탱크(50)까지는 냉열 회수 라인(61)이 연결될 수 있다.

냉열 회수 라인(61)에는, 매체 압축기(62), 매체 팽창기(63), 매체 임시저장탱크(64)를 구비할 수 있고, 각 구성에 대해 이하에서 자세히 설명하도록 한다. 이때 매체 임시저장탱크(64)는 제2 실시예에서 설명한 바와 유사하며, 매체 압축기(62)와 매체 팽창기(63)는 비록 제2 실시예에서 언급하지 않았으나, 제2 실시예에 추가적으로 구비될 수 있음은 물론이다.

매체 압축기(62)는, 냉열 회수 라인(61) 상에서 냉열회수 열교환기(60)의 상류에 마련되며, 냉열매체를 가압한다. 매체 압축기(62)가 냉열매체를 가압하는 것은 냉열매체의 열교환 효율을 높이기 위한 것이며, 또한 쉽게 액화시킬 수 있게 하기 위함이다.

즉 매체 압축기(62)에 의해 불활성가스인 냉열매체가 가압되면, 냉열회수 열교환기(60)에서 냉열매체는 액화가스로부터 더욱 효과적으로 냉열을 회수할 수 있다. 이후 후술할 매체 팽창기(63)에서 냉열매체가 감압되면, 냉열매체는 액체 상태로 상변화할 수 있다.

매체 압축기(62)는 적어도 하나 이상으로 구비될 수 있으며, 냉열매체를 다단 압축할 수 있다. 다만 매체 압축기(62)에 의해 압축된 냉열매체의 압력은, 펌프(30)에 의해 가압된 액화가스의 압력과 유사할 수 있다. 이는 두 물질 간의 열교환을 위해서는 두 물질의 압력을 유사하게 조절하는 것이 바람직하기 때문이다.

매체 팽창기(63)는, 냉열 회수 라인(61) 상에서 냉열회수 열교환기(60)의 하류에 마련되며, 액화가스로부터 냉열을 공급받은 냉열매체를 팽창시킨다. 냉열매체가 팽창되면 온도가 낮아질 수 있으므로, 냉열매체는 냉열회수 열교환기(60)에서 1차로 냉각되고, 매체 팽창기(63)에서 감압되면서 2차로 냉각되어 냉열을 냉열저장탱크(50)에 저장해둘 수 있다.

매체 팽창기(63)는, 감압 시 냉각 효과를 획득할 수 있는 줄-톰슨 밸브일 수 있고, 냉열매체를 매체 압축기(62)에 의해 가압된 만큼 감압시켜 냉열저장탱크(50)에 복귀시킬 수 있다. 즉 냉열매체는 냉열저장탱크(50)에서 배출되어 가압, 냉각, 감압 및 냉각되어 냉열저장탱크(50)로 회수됨에 따라, 냉열이 냉열저장탱크(50)에 저장되도록 할 수 있다.

매체 임시저장탱크(64)는, 냉열 회수 라인(61) 상에서 냉열회수 열교환기(60)의 하류에 마련되며, 액화가스로부터 냉열을 공급받은 냉열매체를 임시 저장한다. 매체 임시저장탱크(64)는 매체 팽창기(63)의 하류에 구비될 수 있고, 냉각된 냉열매체를 저장해 두었다가 냉열저장탱크(50)로 전달할 수 있다.

이때 매체 임시저장탱크(64)는, 액화가스와 열교환한 냉열매체 중 액체 상태의 냉열매체는 냉열저장탱크(50)에 공급하고, 기체 상태의 냉열매체는 냉열 회수 라인(61)을 통해 냉열회수 열교환기(60)에 공급할 수 있다.

액화가스로부터 냉열을 공급받고 매체 팽창기(63)에서 감압되더라도 냉열매체 중 일부는 액화되지 않은 상태로 남을 수 있다. 이때 액화되지 않은 냉열매체는, 매체 임시저장탱크(64)에 저장되었다가 냉열저장탱크(50)를 우회하여 냉열 회수 라인(61)을 따라 냉열회수 열교환기(60)에서 다시 냉각되어, 액화된 후 냉열저장탱크(50)로 유입될 수 있다.

이를 위해 매체 임시저장탱크(64)에는 탱크 우회 라인(641)이 구비되어, 매체 임시저장탱크(64)에서 분류된 기체 상태의 냉열매체가 냉열저장탱크(50)에 유입되지 않고 탱크 우회 라인(641)을 따라 냉열회수 열교환기(60) 측으로 유동하도록 할 수 있다.

냉열사용 열교환기(70)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스와 냉열저장탱크(50)로부터 배출되는 냉열매체를 열교환시켜 증발가스를 냉각시킨다. 냉열사용 열교환기(70)는 앞서 제1 실시예에서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 다만 본 실시예는 수요처(20)에 공급되는 액화가스로부터 추출하여 저장해둔 냉열을 활용하여 증발가스를 액화시킬 수 있다.

냉열사용 열교환기(70)에서 증발가스에 냉열을 공급한 냉열매체는, 냉열 회수 라인(61)을 따라 냉열회수 열교환기(60) 및 매체 팽창기(63)를 거쳐 액화되어 냉열을 저장한 상태로 냉열저장탱크(50)에 유입될 수 있다. 또는 냉열매체가 불활성가스인 질소일 수 있으므로, 증발가스를 액화시키면서 가열된 냉열매체는 냉열 회수 라인(61)에서 분기되는 매체 배출 라인(도시하지 않음)을 따라 별도의 불활성가스 수요처(도시하지 않음)에 공급되어 활용될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 액화가스 저장탱크(10)에서 수요처(20)로 공급되는 액화가스로부터 냉열을 회수하여 저장해 두고, 필요 시 냉열저장탱크(50)로부터 냉열매체를 배출시켜서 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스를 액화시킴으로써, 시스템의 에너지 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 앞서 설명한 제3 실시예의 액화가스 처리 시스템(2)에 의해 구현될 수 있으며, 이하 액화가스 처리 방법의 각 단계에 대해서 설명하도록 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 냉열회수 열교환기(60)를 거쳐 수요처(20)로 액화가스를 공급하는 단계(S100), 냉열회수 열교환기(60)에서 액화가스로 냉열매체를 냉각시키는 단계(S110), 냉각된 냉열매체를 냉열저장탱크(50)에 저장하는 단계(S120), 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 냉열사용 열교환기(70)에 유입시키는 단계(S130), 냉열저장탱크(50)에 저장된 냉열매체를 냉열사용 열교환기(70)에 공급하는 단계(S140), 냉열매체로 증발가스를 냉각시키는 단계(S150), 냉각된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 회수하는 단계(S160)를 포함한다.

단계 S100에서는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 냉열회수 열교환기(60)를 거쳐 수요처(20)로 액화가스를 공급한다. 이때 수요처(20)는 앞서 설명한 바와 같이 엔진일 수 있으며, 액화가스는 액화가스 저장탱크(10)에서 펌프(30), 냉열회수 열교환기(60), 히터(40)를 통해 가압, 가열되어 수요처(20)에 전달된다.

단계 S110에서는, 냉열회수 열교환기(60)에서 액화가스로 냉열매체를 냉각시킨다. 냉열회수 열교환기(60)에서는 냉열매체와, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급된 액화가스가 열교환될 수 있으며, 냉열매체는 초기 구동 시 앞서 언급한 매체 생성기를 통해 전달되고, 정상 구동 시 매체 임시저장탱크(64) 또는 냉열사용 열교환기(70)로부터 공급될 수 있다. 이 경우 액화가스는 냉열매체의 열을 공급받아 가열되며, 냉열매체는 액화가스로부터 냉열을 공급받을 수 있다. 이때 공급받은 냉열은 냉열매체를 통해 냉열저장탱크(50)에 저장된다.

단계 S120에서는, 냉각된 냉열매체를 냉열저장탱크(50)에 저장한다. 냉열매체는 불활성가스인 질소 등일 수 있고, 냉열회수 열교환기(60)에서 액화가스에 의해 냉각 또는 액화되어 냉열저장탱크(50)에 저장될 수 있다. 이때 냉열저장탱크(50)는 냉열매체의 냉열이 외부로 빠져나가지 않도록 단열될 수 있다.

단계 S130에서는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 냉열사용 열교환기(70)에 유입시킨다. 액화가스 저장탱크(10)는 단열 처리가 되어 있다고 하더라도 외부 열침투에 의해서 증발가스가 발생하여 내압이 상승할 수 있다. 본 실시예는 증발가스를 외부로 방출하거나 별도의 재액화장치를 사용하지 않고, 앞서 냉열을 저장했던 냉열저장탱크(50)의 냉열매체를 통해 액화시킬 수 있다. 이를 위해 증발가스는 냉열사용 열교환기(70)에 유입되며, 냉열사용 열교환기(70)는 냉열저장탱크(50)와 연결될 수 있다.

단계 S140에서는, 냉열저장탱크(50)에 저장된 냉열매체를 냉열사용 열교환기(70)에 공급한다. 냉열저장탱크(50)에 저장되어 있던 냉열매체는 액화질소 등으로서 냉열을 포함한 상태이다. 따라서 냉열매체를 냉열사용 열교환기(70)에 공급하면, 냉열매체가 증발가스를 냉각시켜 액체 상태로 상변화시켜서, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)로 회수되도록 할 수 있다.

물론 냉열매체는 증발가스에 의해 가열되어 기화질소가 될 수 있고, 이와 같이 가열된 냉열매체는 앞서 액화가스 처리 시스템(2)에서 언급한 냉열 회수 라인(61)을 통해 냉열회수 열교환기(60)에 유입되어 냉열을 다시 획득하거나 또는 별도의 불활성가스 수요처(도시하지 않음)에 공급될 수 있다.

단계 S150에서는, 냉열매체로 증발가스를 냉각시킨다. 냉열매체와 증발가스가 냉열사용 열교환기(70)에 유입되면, 앞서 설명한 바와 같이 냉열매체는 가열되고 증발가스는 냉각될 수 있으며, 적어도 일부의 증발가스는 액화될 수 있다.

단계 S160에서는, 냉각된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 회수한다. 냉각된 증발가스는 액화될 수 있으며, 액화된 증발가스는 액화가스로서 액화가스 저장탱크(10)로 회수될 수 있다.

이를 통해 본 실시예는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를, 액화가스 저장탱크(10)로부터 수요처(20)로 공급되는 액화가스에서 추출하여 저장해둔 냉열을 통해 액화시킬 수 있으므로, 에너지를 절감할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(3)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 펌프(30), 히터(40), 냉열저장탱크(50), 냉열회수 열교환기(60), 냉열사용 열교환기(70), 증발가스 열교환기(80), 액화가스/증발가스 열교환기(90)를 포함한다.

액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(20)인 엔진에 공급될 액화가스를 저장한다. 본 실시예의 액화가스 저장탱크(10)는 앞서 제1 실시예에서 설명한 액화가스 저장탱크(10)와 동일하나, 선박에 구비될 수 있다는 점이 상이할 수 있다. 즉 본 실시예는 액화가스 처리 시스템(3)이 LNG Carrier 등과 같은 선박에 구비될 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)는 LNG 등을 보관하는 카고 탱크(Cargo Tank)일 수 있다.

수요처(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받는다. 수요처(20)는 엔진(20a,20b)일 수 있고, 고압 엔진(20a)과 저압 엔진(20b)을 포함하며, 고압 엔진(20a)은 MEGI 엔진일 수 있고, 저압 엔진(20b)은 이중연료 엔진일 수 있다.

엔진(20a,20b)은 LNG의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서 엔진(20a,20b) 구동 시 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진할 수 있다.

물론 본 실시예에서 엔진(20a,20b)은 프로펠러를 구동하기 위한 엔진일 수 있으나, 발전을 위한 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 즉 본 실시예는 엔진(20a,20b)의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 엔진(20a,20b)은 LNG 등과 같은 액화가스의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.

고압 엔진(20a)은, 초임계 상태(30도 내지 60도, 200bar 내지 400bar)의 LNG를 공급받아 동력을 발생시키며, 반면 저압 엔진(20b)은, 후술할 증발가스 압축기(82)에 의하여 가압된 증발가스를 공급받아 구동력을 얻을 수 있다. 물론 고압 엔진(20a)과 저압 엔진(20b)에 공급되는 연료의 상태는, 각 엔진(20a,20b)이 요구하는 값에 따라 달라질 수 있다.

저압 엔진(20b)의 경우, LNG와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 LNG 또는 오일이 선택적으로 공급되는 이중연료 엔진일 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 저압 엔진(20b)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.

액화가스 저장탱크(10)와 고압 엔진(20a) 사이에는 액화가스를 전달하는 액화가스 공급 라인(21)이 설치될 수 있고, 액화가스 공급 라인(21)에는 펌프(30), 액화가스/증발가스 열교환기(90), 히터(40) 등이 구비되어 액화가스가 고압 엔진(20a)에 공급되도록 할 수 있다.

이때 액화가스 공급 라인(21)에는 연료 공급 밸브(부호 도시하지 않음)가 설치되어, 연료 공급 밸브의 개도 조절에 따라 LNG의 공급량이 조절될 수 있다. 또한 액화가스 공급 라인(21) 상에는 액화가스 임시저장탱크(22)가 마련될 수 있다.

액화가스 임시저장탱크(22)는, 증발가스 공급 라인(81)에 일단이 연결된 증발가스 회수 라인(83)의 타단이 연결되어, 압축된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스와 혼합한다. 액화가스 임시저장탱크(22)는 후술할 부스팅 펌프(31)와 고압 펌프(32) 사이에 위치하거나 또는 부스팅 펌프(31)의 상류에 위치할 수 있다.

액화가스 임시저장탱크(22)는, 후술할 증발가스 압축기(82)에서 압축된 증발가스를 공급받고, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받으며, 이때 증발가스는 액화가스와 혼합되면서 액화될 수 있다. 즉 액화가스 임시저장탱크(22)는 증발가스를 액화시킬 수 있다.

물론 후술하겠으나 압축된 증발가스는 액화가스/증발가스 열교환기(90)에서 액화가스로부터 냉열을 공급받아 냉각될 수 있다. 그러나 액화가스/증발가스 열교환기(90)는 냉열회수 열교환기(60)와 일체로 구성될 수 있고, 액화가스의 냉열은 증발가스보다 냉열매체에 상대적으로 많이 공급될 수 있기 때문에, 액화가스/증발가스 열교환기(90)에서 증발가스가 냉각되더라도, 일부는 액화되지 않은 상태로 잔류할 수 있다.

따라서 본 실시예는 액화되지 않은 증발가스를 추가적으로 액화시키기 위해, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스에 증발가스를 혼합하여 증발가스가 액화된 뒤 펌프(30) 등을 통해 엔진(20a,20b)으로 공급되도록 할 수 있다.

이때 액화가스 임시저장탱크(22)에는 플래시가스 배출 라인(221)이 연결될 수 있다. 플래시가스 배출 라인(221)은 일단이 액화가스 임시저장탱크(22)에 연결되어 증발가스와 액화가스의 혼합 시 발생되는 플래시가스를 외부로 배출할 수 있다.

펌프(30)는, 액화가스 공급 라인(21) 상에 마련되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 액화가스를 가압한다. 펌프(30)는 부스팅 펌프(Boosting Pump; 31)와 고압 펌프(High Pressure Pump; 32)를 포함할 수 있다.

부스팅 펌프(31)는, 액화가스 저장탱크(10)와 고압 펌프(32) 사이의 액화가스 공급 라인(21) 상에, 또는 액화가스 저장탱크(10) 내에 구비될 수 있으며, 고압 펌프(32)에 충분한 양의 액화가스가 공급되도록 하여 고압 펌프(32)의 공동현상(cavitation)을 방지한다.

또한 부스팅 펌프(31)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 빼내어서 액화가스를 수 내지 수십 bar 이내로 가압할 수 있으며, 부스팅 펌프(31)를 거친 액화가스는 1bar 내지 25bar로 가압될 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 액체 상태에 놓여있다. 이때 부스팅 펌프(31)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도를 다소 높일 수 있으며, 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 액화가스는 여전히 액체 상태일 수 있다.

부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 액화가스는 앞서 언급한 액화가스 임시저장탱크(22)에 유입되어 증발가스를 액화시킬 수 있고, 부스팅 펌프(31)로부터 공급된 액화가스와, 액화가스에 의해 액화된 증발가스는 고압 펌프(32)에 유입될 수 있다.

고압 펌프(32)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 액화가스를 고압으로 가압하여, 고압 엔진(20a)에 공급되도록 한다. 액화가스는 액화가스 저장탱크(10)로부터 약 10bar 내외의 압력으로 배출된 후 부스팅 펌프(31)에 의해 1차로 가압되는데, 고압 펌프(32)는 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 액체상태의 액화가스를 2차로 가압하여, 액화가스/증발가스 열교환기(90)에 공급한다.

이때 고압 펌프(32)는 액화가스를 고압 엔진(20a)에서 요구하는 압력, 예를 들어 200bar 내지 400bar까지 가압하여 고압 엔진(20a)에 공급함으로써, 고압 엔진(20a)이 액화가스를 통해 동력을 생산하도록 할 수 있다.

고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 액화가스를 고압으로 가압하되, 액화가스가 초임계점(Critical Point)보다 높은 온도 및 높은 압력을 갖는 초임계 상태가 되도록 상변화시킬 수 있다. 이때 초임계 상태인 액화가스의 온도는 임계온도보다 상대적으로 높은 -20도 이하일 수 있다.

또는 고압 펌프(32)는, 액체 상태의 액화가스를 고압으로 가압하여 과냉액체 상태로 변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태란 액화가스의 압력이 임계압력보다 높고, 온도가 임계온도보다 낮은 상태를 의미한다.

구체적으로 고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 액화가스를 200bar 내지 400bar까지 고압으로 가압하되, 액화가스의 온도가 임계온도보다 낮은 온도가 되도록 하여, 액화가스를 과냉액체 상태로 상변화시킬 수 있다. 여기서, 과냉액체 상태인 액화가스의 온도는, 임계온도보다 상대적으로 낮은 -140도 내지 -60도일 수 있다.

히터(40)는, 펌프(30)에 의해 가압된 액화가스를 가열한다. 히터(40)는 앞서 제3 실시예에서 설명한 구성과 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.

냉열저장탱크(50)는, 냉열매체를 저장한다. 냉열매체는 제1 실시예와 마찬가지로 불활성가스인 질소일 수 있으며, 냉열저장탱크(50)는 선박에 구비될 수 있고, 선박에 설치된 액화가스 저장탱크(10)로부터 냉열을 회수하여 저장해둘 수 있다. 냉열저장탱크(50)는 앞서 제1 실시예에서 설명한 구성과 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.

냉열회수 열교환기(60)는, 액화가스 공급 라인(21) 상에 마련되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스와 냉열매체를 열교환시킨다.

제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 본 실시예도 초기 구동 시에는 매체 생성기로부터 냉열회수 열교환기(60)로 냉열매체가 공급된 뒤 냉열매체가 냉열을 회수하여 냉열저장탱크(50)에 저장되고, 정상 구동 시에는 매체 임시저장탱크(64)에서 분리된 기체 상태의 냉열매체 또는 냉열사용 열교환기(70)에서 가열된 냉열매체가 냉열회수 열교환기(60)로 공급될 수 있다.

냉열회수 열교환기(60)는 후술할 액화가스/증발가스 열교환기(90)와 일체형으로 구비될 수 있고, 액화가스의 냉열을 증발가스 및 냉열매체에 공급하여 액화가스가 가열되고 증발가스 및 냉열매체가 냉각되도록 할 수 있다.

즉 본 실시예에서 액화가스의 냉열은 증발가스와 냉열매체가 나누어 공급받을 수 있으며, 다만 증발가스보다 냉열매체가 액화가스의 냉열을 상대적으로 많이 공급받을 수 있다. 이는 냉열매체에 많은 냉열을 저장해두고 사용하는 것이 시스템 운영 측면에서 효율적이기 때문이다.

물론 본 실시예가 냉열회수 열교환기(60)를 상기와 같이 한정하는 것은 아니며, 냉열회수 열교환기(60)와 액화가스/증발가스 열교환기(90)는 별도로 구비될 수도 있다. 이하 냉열회수 열교환기(60)의 자세한 구성과 냉열 회수 라인(61), 냉열 회수 라인(61) 상에 마련되는 매체 압축기(62)와 매체 팽창기(63) 및 매체 임시저장탱크(64)는 제3 실시예에서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

냉열사용 열교환기(70)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스와 냉열저장탱크(50)로부터 배출되는 냉열매체를 열교환시켜 증발가스를 냉각시킨다. 본 실시예의 냉열사용 열교환기(70)는, 후술할 증발가스 열교환기(80)의 하류에 구비될 수 있으며, 증발가스 압축기(82)에 의해 가압된 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스에 의해 냉각된 후 냉열사용 열교환기(70)에 유입될 수 있다. 따라서 본 실시예는 가압에 의해 온도가 상승한 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스로 1차 냉각해 줌으로써, 냉열사용 열교환기(70)에서 효과적으로 증발가스를 액화시킬 수 있다.

냉열사용 열교환기(70)와 액화가스 저장탱크(10)는 증발가스 냉각 라인(71)에 의해 연결될 수 있으며, 증발가스 냉각 라인(71)은 일단이 액화가스 저장탱크(10)에 연결되고, 냉열사용 열교환기(70)에 구비되며, 타단이 후술할 증발가스 회수 라인(83)에 연결될 수 있다. 즉 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는 증발가스 회수 라인(83)을 따라 증발가스 열교환기(80), 증발가스 압축기(82), 증발가스 열교환기(80)를 거쳐 증발가스 열교환기(80)의 하류에서 분기되어 증발가스 냉각 라인(71)을 따라 냉열사용 열교환기(70)에 유입되어 액화된 뒤, 액화가스 저장탱크(10)로 유입될 수 있다.

이하 냉열사용 열교환기(70), 증발가스 냉각 라인(71)의 자세한 구성은 앞서 제1 실시예에서 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

증발가스 열교환기(80)는, 액화가스 저장탱크(10)와 후술할 증발가스 압축기(82)의 사이에 구비되어 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스와 증발가스 압축기(82)에서 배출되는 증발가스를 열교환시킨다.

액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스가 저온이므로, 저온의 증발가스가 증발가스 압축기(82)에 유입되어 증발가스 압축기(82)를 손상시킬 우려가 있다. 따라서 증발가스 열교환기(80)는, 증발가스 압축기(82)에서 가압되어 가열된 증발가스를 통해 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스를 가열시킴으로써, 증발가스 압축기(82)를 보호할 수 있다.

증발가스 압축기(82)로부터 증발가스 열교환기(80)로 유입되어 냉각된 증발가스는, 앞서 언급한 바와 같이 액화가스/증발가스 열교환기(90)로 유입된 후 액화가스 임시저장탱크(22)에서 액화되어 고압 엔진(20a)으로 공급될 수 있고, 또는 냉열사용 열교환기(70)로 유입되어 냉열을 포함하는 냉열매체에 의해 액화된 뒤 액화가스 저장탱크(10)로 복귀될 수 있다.

증발가스 열교환기(80)는, 증발가스 공급 라인(81) 상에 마련된다. 증발가스 공급 라인(81)은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스 열교환기(80), 증발가스 압축기(82), 고압 엔진(20a)까지 연결한다. 즉 증발가스 공급 라인(81)은 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압, 가열하여 고압 엔진(20a)에 공급할 수 있다.

증발가스 압축기(82)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 가압한다. 제1 실시예에서의 증발가스 압축기(72)는 액화를 위해 증발가스를 가압한 반면, 본 실시예에서의 증발가스 압축기(82)는 엔진(20a,20b) 요구 압력을 맞추기 위해 증발가스를 가압할 수 있다. 물론 본 실시예 역시 증발가스 압축기(82)가 증발가스를 가압함에 따라, 증발가스가 상대적으로 용이하게 액화될 수 있는 상태로 변화하는 것은 물론이다.

증발가스 압축기(82)는, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 압축시킬 수 있다. 일례로 증발가스 압축기(82)는 3개가 구비되어 증발가스가 3단 압축되도록 할 수 있고, 이때 2단 압축된 증발가스는 저압 증발가스 공급 라인(84)을 통해 저압 엔진(20b)에 공급될 수 있다.

저압 증발가스 공급 라인(84)은, 일단이 증발가스 공급 라인(81) 상에서 복수의 증발가스 압축기(82) 사이에 연결되며 압축된 증발가스를 저압 엔진(20b)으로 공급할 수 있다. 일례로 3개의 증발가스 압축기(82)가 구비될 경우, 증발가스의 흐름을 기준으로 2번째 증발가스 압축기(82)의 하류에 저압 증발가스 공급 라인(84)이 연결될 수 있다. 따라서 2번째 증발가스 압축기(82)에서 압축된 증발가스는, 저압 엔진(20b) 또는 3번째 증발가스 압축기(82)로 각각 분기되어 공급될 수 있다.

증발가스 공급 라인(81)과 저압 증발가스 공급 라인(84)의 연결지점 상에는 증발가스 공급 밸브(도시하지 않음)가 구비될 수 있고, 증발가스 공급 밸브는 저압 엔진(20b)으로 공급되는 증발가스의 유량 또는 3번째 증발가스 압축기(82)를 통하여 고압 엔진(20a)으로 공급되는 증발가스의 유량을 제어할 수 있으며, 삼방밸브일 수 있다.

복수의 증발가스 압축기(82) 사이에는 증발가스 냉각기(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 증발가스 압축기(82)에 의하여 증발가스가 압축되면, 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있기 때문에, 본 실시예는 증발가스 냉각기를 사용하여 증발가스의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다. 증발가스 냉각기는 증발가스 압축기(82)와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 증발가스 냉각기는 각 증발가스 압축기(82)의 하류에 마련될 수 있다.

가장 하류에 위치한 증발가스 압축기(82)에서 토출된 증발가스는 고압 엔진(20a)에서 요구하는 압력인 200 내지 40bar의 압력을 가질 수 있다. 다만 저압 증발가스 공급 라인(84)의 상류에 위치한 증발가스 압축기(82)에서 토출된 증발가스는, 저압 엔진(20b)에서 요구하는 압력을 가질 수 있고, 저압 엔진(20b)의 요구 압력은 1 내지 50bar일 수 있다.

이와 같이 증발가스 압축기(82)에 의하여 압축된 증발가스는 증발가스 공급 라인(81)을 따라 고압 엔진(20a)에 공급되는데, 이때 증발가스 공급 라인(81)과 액화가스 공급 라인(21)은 엔진(20a,20b)의 상류에서 합류할 수 있다. 즉 증발가스 공급 라인(81)과 액화가스 공급 라인(21)은 하나의 배관으로 고압 엔진(20a)에 연결되며, 증발가스와 액화가스는 혼합된 상태로 고압 엔진(20a)에 공급될 수 있다. 이를 위해 액화가스 공급 라인(21)과 증발가스 공급 라인(81)의 합류 지점에는 혼합기(85)가 구비될 수 있다.

증발가스 압축기(82)에 의해 가압된 증발가스는 증발가스 공급 라인(81)을 통해 고압 엔진(20a)에 공급되거나 또는 저압 증발가스 공급 라인(84)을 통해 저압 엔진(20b)에 공급될 수 있으며, 또는 증발가스 열교환기(80)로 회수되어 액화가스 임시저장탱크(22)로 유입되는데, 이를 위해 본 실시예는 일단이 증발가스 공급 라인(81) 상에서 복수의 증발가스 압축기(82) 사이에 연결되며 압축된 증발가스를 증발가스 열교환기(80)로 공급하는 증발가스 회수 라인(83)을 더 포함할 수 있다. 이때 증발가스 열교환기(80)는 증발가스 공급 라인(81) 및 증발가스 회수 라인(83) 상에 마련될 수 있다.

증발가스 회수 라인(83)은 증발가스 공급 라인(81) 상에서 저압 증발가스 공급 라인(84)이 분기되는 지점에 일단이 연결될 수 있고, 또는 저압 증발가스 공급 라인(84)으로부터 분기될 수 있다.

증발가스 압축기(82)에 의해 가압된 증발가스 중 일부는 증발가스 회수 라인(83)을 따라 증발가스 열교환기(80)에 유입되어 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스에 의해 1차로 냉각된 후, 펌프(30)로부터 공급되는 액화가스에 의해 액화가스/증발가스 열교환기(90)에서 2차로 냉각된 뒤, 액화가스 임시저장탱크(22)에서 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스에 의해 액화된 후 펌프(30)를 통해 고압 엔진(20a)으로 공급될 수 있다.

액화가스/증발가스 열교환기(90)는, 증발가스 회수 라인(83) 및 액화가스 공급 라인(21) 상에 마련되며, 펌프(30)로부터 공급되는 액화가스와, 증발가스 압축기(82)로부터 공급되는 증발가스를 열교환시킨다. 증발가스 압축기(82)로부터 공급되는 증발가스는 가압됨에 따라 온도가 상승한 상태이고, 펌프(30)로부터 공급되는 액화가스는 아직 저온 상태이다. 따라서 액화가스/증발가스 열교환기(90)에서 액화가스는 증발가스에 의해 가열되고, 증발가스는 액화가스에 의해 냉각될 수 있다.

다만 액화가스/증발가스 열교환기(90)는 앞서 언급한 바와 같이 냉열회수 열교환기(60)와 일체로 구비될 수 있으므로, 펌프(30)로부터 공급되는 액화가스에 포함된 냉열은 증발가스 및 냉열매체에 나뉘어 전달될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크(10)로부터 엔진(20a,20b)으로 공급되는 액화가스에 포함된 냉열을 냉열매체에 저장하여 두고, 필요 시 냉열저장탱크(50)에서 냉열매체를 배출하여 증발가스 열교환기(80)를 거친 증발가스가 냉열매체의 냉열에 의해 액화되어 액화가스 저장탱크(10)로 회수될 수 있도록 하여, 증발가스 재액화장치를 별도로 구비하지 않더라도 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다. 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 앞서 설명한 제4 실시예의 액화가스 처리 시스템(3)에 의해 구현될 수 있으며, 이하 액화가스 처리 방법의 각 단계에 대해서 설명하도록 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 증발가스를 엔진(20a,20b)에 공급하는 단계(S200), 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 양과 엔진(20a,20b)에서 요구하는 연료량을 비교하는 단계(S210), 증발가스의 양이 엔진(20a,20b)에서 요구하는 연료량보다 적을 경우, 액화가스 저장탱크(10)로부터 냉열회수 열교환기(60)를 거쳐 엔진(20a,20b)으로 액화가스를 공급하는 단계(S220), 냉열회수 열교환기(60)에서 액화가스로 냉열매체를 냉각시키는 단계(S230), 냉각된 냉열매체를 냉열저장탱크(50)에 저장하는 단계(S240), 증발가스의 양이 엔진(20a,20b)에서 요구하는 연료량보다 많을 경우, 증발가스를 냉열사용 열교환기(70)에 유입시키는 단계(S250), 냉열저장탱크(50)에 저장된 냉열매체를 냉열사용 열교환기(70)에 공급하는 단계(S260), 냉열매체로 증발가스를 냉각시키는 단계(S270), 냉각된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 회수하는 단계(S280)를 포함한다.

단계 S200에서는, 증발가스를 엔진(20a,20b)에 공급한다. 액화가스 저장탱크(10)에는 액화가스가 저장되어 있으며, 저장된 액화가스의 양에 따라 일정량의 증발가스가 발생한다. 이때 본 실시예는 액화가스보다 증발가스를 우선적으로 엔진(20a,20b)에 공급함으로써, 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승을 방지하기 위해 처리해야 하는 증발가스를 효율적으로 소모할 수 있다.

물론 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스는 엔진(20a,20b)이 요구하는 온도와 압력을 맞추기 위해 증발가스 압축기(82), 히터(40) 등을 거친 후 엔진(20a,20b)에 공급될 수 있다.

단계 S210에서는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 양과 엔진(20a,20b)에서 요구하는 연료량을 비교한다. 증발가스는 액화가스 저장탱크(10) 내에 저장된 액화가스의 양에 따라 발생한다. 만약 밸러스트 항해(Ballast Voyage)일 경우, 액화가스 저장탱크(10) 내에는 10% 가량의 액화가스만 저장되어 있기 때문에 많은 양의 증발가스가 나오지 못한다. 이 경우 증발가스를 엔진(20a,20b)에 공급하더라도 엔진(20a,20b)이 요구하는 유량을 맞추지 못할 수 있다.

반면 액화가스를 적재한 항해(Laden Voyage)일 경우, 액화가스 저장탱크(10) 내에는 90% 가량의 액화가스가 저장되며, 충분한 양의 증발가스가 방출될 수 있다. 따라서 증발가스를 엔진(20a,20b)에 공급할 경우 엔진(20a,20b)은 증발가스만으로도 문제없이 구동될 수 있다. 다만 이 경우 증발가스의 양이 엔진(20a,20b)에서 요구하는 연료량보다 많을 수 있어 잉여 증발가스가 발생할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 증발가스의 양에 따라 엔진(20a,20b)이 추가로 연료를 요구하는지, 또는 잉여 증발가스가 생성되는지를 본 단계에서 확인할 수 있고, 이에 따라 액화가스를 엔진(20a,20b)에 공급하거나, 또는 잉여 증발가스를 재액화시킬 수 있다.

단계 S220에서는, 증발가스의 양이 엔진(20a,20b)에서 요구하는 연료량보다 적을 경우, 액화가스 저장탱크(10)로부터 냉열회수 열교환기(60)를 거쳐 엔진(20a,20b)으로 액화가스를 공급한다. 증발가스의 양이 엔진(20a,20b) 요구 유량보다 작다는 것은, 밸러스트 항해와 같이 액화가스 저장탱크(10)에 적은 양의 액화가스만 저장되어 있는 상태를 의미할 수 있다. 이때 엔진(20a,20b)은 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 모두 공급받더라도 제대로 구동되지 못할 수 있다.

따라서 단계 S220에서는 추가적으로 연료를 엔진(20a,20b)에 공급하여야 하므로, 증발가스 외에 액화가스 저장탱크(10)에 보관되어 있는 액화가스를 엔진(20a,20b)에 공급할 수 있다. 이때 액화가스는 냉열회수 열교환기(60)를 거쳐서 엔진(20a,20b)으로 공급되며, 이는 액화가스에 포함된 냉열을 냉열매체로 회수하여 저장해두기 위함이다.

단계 S230에서는, 냉열회수 열교환기(60)에서 액화가스로 냉열매체를 냉각시킨다. 냉열회수 열교환기(60)에서 냉열매체를 냉각시키는 것은, 앞서 제3 실시예의 S110과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

단계 S240에서는, 냉각된 냉열매체를 냉열저장탱크(50)에 저장한다. 단계 S240에서의 자세한 내용은 앞서 단계 S120에서 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

단계 S250에서는, 증발가스의 양이 엔진(20a,20b)에서 요구하는 연료량보다 많을 경우, 증발가스를 냉열사용 열교환기(70)에 유입시킨다. 액화가스를 적재한 항해 시 증발가스가 엔진(20a,20b) 요구 유량보다 많이 발생한다면, 증발가스만으로도 엔진(20a,20b)을 충분히 구동할 수 있다. 다만 증발가스의 양이 엔진(20a,20b) 요구 유량과 일치하지 않고 더 많을 경우에는 잉여 증발가스가 발생한다.

이때 증발가스는 외부로 배출하거나 재액화하여야 하는데, 본 실시예는 앞서 냉열저장탱크(50)에 보관된 냉열매체를 통해 저장되어 있는 냉열을 사용하여 증발가스를 재액화시킬 수 있다. 이를 위해 증발가스는 냉열사용 열교환기(70)에 유입된다. 이하 자세한 내용은 단계 S130과 동일하다.

단계 S260에서는, 냉열저장탱크(50)에 저장된 냉열매체를 냉열사용 열교환기(70)에 공급한다. 단계 S260은 단계 S140과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

단계 S270에서는, 냉열매체로 증발가스를 냉각시킨다. 단계 S270은 단계 S150과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

단계 S280에서는, 냉각된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 회수한다. 단계 S280은 단계 S160과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

이와 같이 본 실시예는 항해 상태에 따라 냉열을 저장하거나 또는 저장한 냉열을 통해 잉여 증발가스를 액화시켜 액화가스 저장탱크(10)로 회수할 수 있으므로, 에너지 사용량을 최소화할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(4)은, 제1 액화가스 저장탱크(10a), 제2 액화가스 저장탱크(10b), 수요처(20), 펌프(30), 히터(40), 제1 냉열저장탱크(50a), 제2 냉열저장탱크(50b), 냉열회수 열교환기(60), 냉열사용 열교환기(70), 증발가스 열교환기(80), 액화가스/증발가스 열교환기(90)를 포함한다.

제1 액화가스 저장탱크(10a)는, 선박 외에 구비되어 액화가스를 저장한다. 선박 외는 육상 등을 의미할 수 있고, 제1 액화가스 저장탱크(10a)는 제1 실시예에서 언급한 액화가스 저장탱크(10)와 구조 및 기능이 유사하다. 제1 액화가스 저장탱크(10a)에 보관된 액화가스의 냉열은 냉열매체에 의해 회수되어 제1 냉열저장탱크(50a)에 저장될 수 있다.

물론 본 실시예는, 도면에는 도시하지 않았으나 제1 액화가스 저장탱크(10a)에서 발생되는 증발가스를 제1 냉열저장탱크(50a)에 보관된 냉열매체를 통해 액화시켜 제1 액화가스 저장탱크(10a)에 복귀시킬 수 있다. 이에 대한 자세한 구성은 제1 실시예에서 설명한 바와 동일하므로, 중복 설명은 생략하도록 한다.

제2 액화가스 저장탱크(10b)는, 선박에 구비되어 액화가스를 저장한다. 제2 액화가스 저장탱크(10b) 역시 제1 액화가스 저장탱크(10a)와 구조 및 기능이 유사하나, 제2 액화가스 저장탱크(10b)에서 엔진(20a,20b)으로 공급되는 액화가스에 포함된 냉열은 냉열매체에 의해 회수되지 않을 수 있다.

수요처(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받는다. 수요처(20)는 제1 액화가스 저장탱크(10a)로부터 액화가스를 공급받거나, 또는 제2 액화가스 저장탱크(10b)로부터 액화가스를 공급받을 수 있다.

구체적으로, 제1 액화가스 저장탱크(10a)에 연결되는 수요처(20)는 육상 등에 설치되는 수요처(20)로서 제3 실시예에서 설명한 바와 같으며, 제2 액화가스 저장탱크(10b)에 연결되는 수요처(20)는 선박에 구비되는 엔진(20a,20b)일 수 있다. 이때 엔진(20a,20b)은 고압 엔진(20a) 또는 저압 엔진(20b)일 수 있고, 이에 대해서는 제4 실시예에서 설명한 바와 같다.

제1 액화가스 저장탱크(10a)와 수요처(20)는 제1 액화가스 공급 라인(21a)에 의해 연결될 수 있으며, 제2 액화가스 저장탱크(10b)와 수요처(20)는 제2 액화가스 공급 라인(21b)에 의해 연결될 수 있다. 이때 제2 액화가스 공급 라인(21b)에는 액화가스 임시저장탱크(22)가 구비될 수 있고, 이는 앞서 제4 실시예에서 설명한 바와 같다.

펌프(30)는, 액화가스 공급 라인(21) 상에 마련되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 액화가스를 가압한다. 펌프(30)는 제1 액화가스 공급 라인(21a) 및 제2 액화가스 공급 라인(21b)에 마련될 수 있고, 제2 액화가스 공급 라인(21b)에 마련되는 펌프(30)는 부스팅 펌프(31)와 고압 펌프(32)를 포함할 수 있다.

제1 액화가스 공급 라인(21a)에 마련되는 펌프(30)는 제3 실시예에서 설명한 바와 동일하고, 제2 액화가스 공급 라인(21b)에 마련되는 펌프(30)는 제4 실시예에서 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.

히터(40)는, 펌프(30)에 의해 가압된 액화가스를 가열한다. 히터(40)는 펌프(30)와 마찬가지로 제1 액화가스 공급 라인(21a) 및 제2 액화가스 공급 라인(21b)에 각각 구비될 수 있으며, 앞서 제3 및 제4 실시예에서 설명한 바와 같다.

제1 냉열저장탱크(50a)는, 냉열매체를 저장한다. 제1 냉열저장탱크(50a)는 육상 등과 같은 선박 외에 구비될 수 있으며, 제1 액화가스 저장탱크(10a)에서 수요처(20)로 공급되는 액화가스에 포함된 냉열을 회수한 냉열매체를 저장할 수 있다. 제1 냉열저장탱크(50a)는 제3 실시예에서 설명한 바와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.

다만 제1 냉열저장탱크(50a)는, 제1 액화가스 저장탱크(10a)에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위해 냉열매체를 배출하거나, 또는 선박에 구비된 제2 냉열저장탱크(50b)로 냉열매체를 전달할 수 있다.

제2 냉열저장탱크(50b)는, 냉열매체를 저장한다. 제2 냉열저장탱크(50b)는 선박에 구비되어 제1 냉열저장탱크(50a)와 선택적으로 연결될 수 있다. 제1 냉열저장탱크(50a)와 제2 냉열저장탱크(50b)는, 냉열 공급 라인(51)에 의해 연결될 수 있다. 즉 본 실시예는, 제1 액화가스 저장탱크(10a)로부터 수요처(20)로 공급되는 액화가스를 냉열매체와 열교환시켜 냉열을 제1 냉열저장탱크(50a)에 저장해 두고, 필요 시 제1 냉열저장탱크(50a)와 제2 냉열저장탱크(50b)를 냉열 공급 라인(51)으로 연결하여, 냉열매체가 제1 냉열저장탱크(50a)에서 제2 냉열저장탱크(50b)로 전달되도록 할 수 있다.

즉 냉열매체는, 육상 등과 같은 선박 외에서 액화가스로부터 냉열을 공급받아 제1 냉열저장탱크(50a)에 보관되었다가, 선박이 제1 냉열저장탱크(50a)가 구비된 지역에 정박할 경우, 냉열 공급 라인(51)을 따라 선박에 구비된 제2 냉열저장탱크(50b)로 공급될 수 있다. 이때 냉열 공급 라인(51)은 일부가 육상에 구비되고 나머지가 선박에 구비되어, 서로 결합 또는 분리될 수 있다.

냉열 공급 라인(51) 상에는 냉열 공급 밸브(도시하지 않음)가 구비되어 제1 냉열저장탱크(50a)에 저장된 냉열매체를 제2 냉열저장탱크(50b)에 공급할 수 있고, 제2 냉열저장탱크(50b)로 이동하는 냉열매체의 유량을 조절할 수 있다. 이때 냉열 공급 밸브의 개도는 제1 냉열저장탱크(50a) 및 제2 냉열저장탱크(50b) 내부에 저장된 냉열매체의 유량에 따라 가변될 수 있다.

냉열회수 열교환기(60)는, 제1 액화가스 공급 라인(21a) 상에 마련되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스와 냉열매체를 열교환시킨다. 냉열회수 열교환기(60)의 자세한 구성과 매체 생성기(도시하지 않음), 냉열 회수 라인(61), 냉열 회수 라인(61) 상에 마련되는 매체 압축기(62)와 매체 팽창기(63) 및 매체 임시저장탱크(64)는 제3 실시예에서 설명한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

냉열사용 열교환기(70)는, 선박에 구비되는 제2 액화가스 저장탱크(10b)에서 발생되는 증발가스와 제1 냉열저장탱크(50a)로부터 배출되는 냉열매체를 열교환시켜 증발가스를 냉각시킨다. 다만 제1 냉열저장탱크(50a)에 저장된 냉열매체는 제2 냉열저장탱크(50b)로 이송된 후 증발가스와 열교환하므로, 냉열사용 열교환기(70)는 제2 액화가스 저장탱크(10b)에서 발생되는 증발가스와 제2 냉열저장탱크(50b)로부터 배출되는 냉열매체를 열교환시켜 증발가스를 냉각시킬 수 있다. 냉열사용 열교환기(70), 증발가스 냉각 라인(71)은 제2 실시예에서 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

다만 냉열사용 열교환기(70)에서 증발가스에 열을 공급하고 가열된 냉열매체는, 냉열 회수 라인(61)으로 공급되지 않고 매체 배출 라인(73)을 따라 외부로 배출될 수 있다. 이는 냉열사용 열교환기(70)는 선박에 구비되는 반면, 냉열 회수 라인(61)은 육상에 구비되므로, 선박 항해 시 냉열사용 열교환기(70)에서 배출되는 냉열매체를 냉열 회수 라인(61)으로 공급하는 것이 불가하기 때문이다. 이때 냉열매체가 불활성가스인 질소인 경우를 감안할 때 매체 배출 라인(73)은 불활성가스 수요처(20)에 연결될 수 있다.

물론 본 실시예가 냉열사용 열교환기(70)에서 배출된 냉열매체가 냉열 회수 라인(61)을 통해 냉열회수 열교환기(60)로 순환되지 않도록 한정하는 것은 아니며, 이는 선박이 정박한 상태에서 냉열매체에 의한 증발가스 재액화가 이루어질 시에는 가능하다. 즉 제1 냉열저장탱크(50a)와 제2 냉열저장탱크(50b)가 연결된 상태에서 냉열매체가 냉열사용 열교환기(70)에서 가열되어 토출될 시에는, 냉열사용 열교환기(70)의 후단에 구비된 매체 배출 라인(73)이 냉열 회수 라인(61)과 연결되어 냉열매체가 순환되도록 할 수도 있다.

이 경우 제1 냉열저장탱크(50a)에 저장된 냉열매체는, 선박에 구비된 제2 냉열저장탱크(50b)로 공급되되 냉열사용 열교환기(70)에서 회수되지 않으므로 점차 저장량이 감소할 수 있다. 이를 해소하기 위해 제1 냉열저장탱크(50a)에는 매체 보충 라인(도시하지 않음)이 별도로 구비되어, 필요 시 냉열매체가 제1 냉열저장탱크(50a)에 공급될 수 있다.

증발가스 열교환기(80)는, 제2 액화가스 저장탱크(10b)와 후술할 증발가스 압축기(82)의 사이에 구비되어 제2 액화가스 저장탱크(10b)에서 배출되는 증발가스와 증발가스 압축기(82)에서 배출되는 증발가스를 열교환시킨다. 증발가스 열교환기(80)를 비롯한 증발가스 공급 라인(81), 증발가스 압축기(82), 저압 증발가스 공급 라인(84), 혼합기(85), 증발가스 회수 라인(83)은 제4 실시예에서 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.

액화가스/증발가스 열교환기(90)는, 증발가스 회수 라인(83) 및 제2 액화가스 공급 라인(21b) 상에 마련되며, 펌프(30)로부터 공급되는 액화가스와, 증발가스 압축기(82)로부터 공급되는 증발가스를 열교환시킨다. 액화가스/증발가스 열교환기(90)는 제4 실시예에서 설명한 바와 유사하되, 본 실시예에서 액화가스/증발가스 열교환기(90)는 제4 실시예와는 달리 냉열회수 열교환기(60)와 일체화되지 않으며, 액화가스/증발가스 열교환기(90)는 선박에 구비되고, 냉열회수 열교환기(60)는 선박 외에 구비될 수 있다.

이는 본 실시예의 경우, 냉열매체와 열교환하는 액화가스는 육상에 구비된 제1 액화가스 저장탱크(10a)에서 수요처(20)로 공급되는 액화가스이고, 증발가스와 열교환하는 액화가스는 선박에 구비된 제2 액화가스 저장탱크(10b)에서 엔진(20a,20b)으로 공급되는 액화가스이기 때문이다.

이와 같이 본 실시예는, 육상에 구비된 제1 액화가스 저장탱크(10a)로부터 수요처(20)로 액화가스를 공급할 때, 액화가스에 포함된 냉열을 냉열매체를 통해 제1 냉열저장탱크(50a)에 저장해 두고, 냉열 공급 라인(51)을 통해 제1 냉열저장탱크(50a)와 제2 냉열저장탱크(50b)가 연결될 때 제2 냉열저장탱크(50b)에 냉열매체를 공급한 뒤, 선박에 구비되는 제2 액화가스 저장탱크(10b)로부터 발생하는 증발가스를 액화시킬 수 있다. 따라서 본 실시예는 육상에서 냉열을 저장해두고, 저장한 냉열을 선박에 공급하여 활용함으로써 에너지 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 방법의 순서도이다. 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 앞서 설명한 제5 실시예의 액화가스 처리 시스템(4)에 의해 구현될 수 있으며, 이하 액화가스 처리 방법의 각 단계에 대해서 설명하도록 한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 방법은, 제1 액화가스 저장탱크(10a)로부터 냉열회수 열교환기(60)를 거쳐 수요처(20)로 액화가스를 공급하는 단계(S300), 냉열회수 열교환기(60)에서 액화가스로 냉열매체를 냉각시키는 단계(S310), 냉각된 냉열매체를 제1 냉열저장탱크(50a)에 저장하는 단계(S320), 제1 냉열저장탱크(50a)에 제2 냉열저장탱크(50b)를 연결하는 단계(S330), 제1 냉열저장탱크(50a)에 저장된 냉열매체를 제2 냉열저장탱크(50b)에 공급하는 단계(S340), 제2 액화가스 저장탱크(10b)에서 발생하는 증발가스를 냉열사용 열교환기(70)에 유입시키는 단계(S350), 제2 냉열저장탱크(50b)에 저장된 냉열매체를 냉열사용 열교환기(70)에 공급하는 단계(S360), 냉열매체로 증발가스를 냉각시키는 단계(S370), 냉각된 증발가스를 제2 액화가스 저장탱크(10b)로 회수하는 단계(S380)를 포함한다.

단계 S300에서는, 제1 액화가스 저장탱크(10a)로부터 냉열회수 열교환기(60)를 거쳐 수요처(20)로 액화가스를 공급한다. 제1 액화가스 저장탱크(10a)는 선박 외인 육상에 구비될 수 있고, 수요처(20) 역시 선박 외에 구비될 수 있다. 설치 장소를 제외하고 다른 내용은 단계 S100과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

단계 S310에서는, 냉열회수 열교환기(60)에서 액화가스로 냉열매체를 냉각시킨다. 단계 S310은 단계 S110과 유사하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

단계 S320에서는, 냉각된 냉열매체를 제1 냉열저장탱크(50a)에 저장한다. 단계 S320은 단계 S120과 유사하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

단계 S330에서는, 제1 냉열저장탱크(50a)에 제2 냉열저장탱크(50b)를 연결한다. 본 실시예에서 냉열은 선박 외인 육상에서 저장될 수 있으나, 실질적으로 냉열이 필요한 곳은 선박일 수 있다. 따라서 단계 S330에서는 냉열이 저장되어 있는 제1 냉열저장탱크(50a)와, 선박에 구비된 제2 냉열저장탱크(50b)를 연결하여 냉열을 전달할 수 있다.

제1 냉열저장탱크(50a)와 제2 냉열저장탱크(50b)가 연결되었다는 것은 제2 냉열저장탱크(50b)를 구비하는 선박이 제1 냉열저장탱크(50a)가 구비되는 지역에 정박해 있음을 의미할 수 있고, 제1 냉열저장탱크(50a)와 제2 냉열저장탱크(50b)는 냉열 공급 라인(51)에 의해 연결될 수 있다.

단계 S340에서는, 제1 냉열저장탱크(50a)에 저장된 냉열매체를 제2 냉열저장탱크(50b)에 공급한다. 제1 냉열저장탱크(50a)와 제2 냉열저장탱크(50b)는 냉열 공급 라인(51)에 의해 연결되는데, 이때 냉열 공급 라인(51)을 따라 이동하는 냉열매체에 외부로부터 열이 침투하는 것을 방지하기 위해 냉열 공급 라인(51)은 단열될 수 있다.

제1 냉열저장탱크(50a)로부터 제2 냉열저장탱크(50b)로 냉열매체가 전달되는 것은 냉열 공급 밸브에 의해 조절될 수 있고, 냉열 공급 밸브의 개도는 제1 냉열저장탱크(50a)와 제2 냉열저장탱크(50b)의 적재량 및 제2 냉열저장탱크(50b)가 구비된 선박에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크(10)의 저장용량, 증발가스 발생 예측량 등에 따라 조절될 수 있다.

단계 S350에서는, 제2 액화가스 저장탱크(10b)에서 발생하는 증발가스를 냉열사용 열교환기(70)에 유입시킨다. 제2 액화가스 저장탱크(10b)는 선박의 엔진(20a,20b)에 액화가스를 공급하기 위한 구성이며, 증발가스가 발생할 수 있다. 따라서 제2 액화가스 저장탱크(10b)에서 발생하는 증발가스는 육상에서 저장해둔 냉열로 액화시키기 위해 냉열사용 열교환기(70)에 유입될 수 있다. 이하 단계 S350은 단계 S130과 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.

단계 S360에서는, 제2 냉열저장탱크(50b)에 저장된 냉열매체를 냉열사용 열교환기(70)에 공급한다. 단계 S360은 단계 S140과 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

단계 S370에서는, 냉열매체로 증발가스를 냉각시킨다. 단계 S370은 단계 S150과 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

단계 S380에서는, 냉각된 증발가스를 제2 액화가스 저장탱크(10b)로 회수한다. 단계 S380은 단계 S160과 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

이와 같이 본 실시예는 육상에서 사용되는 액화가스로부터 냉열매체를 통해 냉열을 저장하되, 냉열이 저장된 냉열매체로 선박에서 발생되는 증발가스를 재액화시켜서 제2 액화가스 저장탱크(10b)로 회수하므로, 냉열 저장 및 사용처를 분리하여 운영할 수 있다.

본 발명은, LNG와 같은 액화가스를 엔진 등과 같은 수요처(20)에 공급하는 FGS(Fuel Gas Supply) 시스템에 적용되거나, LNG를 기화시켜 수요처(20)에 공급하는 재기화설비(Regasification Facility)에 적용될 수 있으며, 특히 LNG FPSO 및 LNG FSRU 등에도 활용 가능하다.

1: 종래의 액화가스 처리 시스템 2,3,4: 액화가스 처리 시스템
10: 액화가스 저장탱크 10a: 제1 액화가스 저장탱크
10b: 제2 액화가스 저장탱크 11: 증발가스 배출 라인
20: 수요처 20a: 고압 엔진
20b: 저압 엔진 21: 액화가스 공급 라인
21a: 제1 액화가스 공급 라인 21b: 제2 액화가스 공급 라인
22: 액화가스 임시저장탱크 221: 플래시가스 배출 라인
30: 펌프 31: 부스팅 펌프
32: 고압 펌프 40: 히터
50: 냉열저장탱크 50a: 제1 냉열저장탱크
50b: 제2 냉열저장탱크 51: 냉열 공급 라인
60: 냉열회수 열교환기 61: 냉열 회수 라인
62: 매체 압축기 63: 매체 팽창기
64: 매체 임시저장탱크 641: 탱크 우회 라인
70: 냉열사용 열교환기 71: 증발가스 냉각 라인
72: 증발가스 압축기 73: 매체 배출 라인
80: 증발가스 열교환기 81: 증발가스 공급 라인
82: 증발가스 압축기 83: 증발가스 회수 라인
84: 저압 증발가스 공급 라인 85: 혼합기
90: 액화가스/증발가스 열교환기

Claims (23)

1. 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결된 액화가스 공급 라인;
   상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출된 액화가스를 가압하는 펌프;
   상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 액화가스와 냉열매체를 열교환시키는 냉열회수 열교환기;
   냉열매체를 저장하는 냉열저장탱크와 상기 냉열회수 열교환기를 연결하는 냉열 회수 라인;
   상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스와 상기 냉열저장탱크로부터 배출되는 상기 냉열매체를 열교환시켜 상기 증발가스를 냉각시키는 냉열사용 열교환기; 및
   상기 액화가스 저장탱크와 상기 냉열사용 열교환기를 연결하는 증발가스 냉각 라인을 포함하며,
   상기 냉열사용 열교환기는,
   상기 냉열매체에 저장된 냉열을 상기 증발가스에 공급하여 적어도 일부의 상기 증발가스를 액화시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 펌프로부터 공급되는 액화가스와, 상기 증발가스를 열교환시키는 액화가스/증발가스 열교환기를 더 포함하고,
   상기 액화가스/증발가스와 상기 냉열회수 열교환기는, 일체형으로 구비되어, 상기 액화가스의 냉열을 상기 증발가스 및 상기 냉열매체에 공급하여, 상기 액화가스가 가열되고 상기 증발가스 및 상기 냉열매체가 냉각되도록 하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 상기 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 증발가스 압축기, 상기 수요처까지 연결되는 증발가스 공급 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 액화가스 공급 라인과 상기 증발가스 공급 라인은, 상기 수요처의 상류에서 합류하며,
   상기 액화가스 공급 라인과 상기 증발가스 공급 라인의 합류 지점에 구비되는 혼합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 증발가스 압축기는, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 압축시키며,
   일단이 상기 증발가스 공급 라인 상에서 상기 복수의 증발가스 압축기 사이에 연결되며 상기 압축된 증발가스를 저압 엔진으로 공급하는 저압 증발가스 공급 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 증발가스 공급 라인 상에서 상기 액화가스 저장탱크와 상기 증발가스 압축기의 사이에 구비되어 상기 액화가스 저장탱크에서 배출되는 증발가스와 상기 증발가스 압축기에서 배출되는 증발가스를 열교환시키는 증발가스 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 증발가스 압축기는, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 압축시키며,
   일단이 상기 증발가스 공급 라인 상에서 상기 복수의 증발가스 압축기 사이에 연결되며 상기 압축된 증발가스를 상기 증발가스 열교환기로 공급하는 증발가스 회수 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 증발가스 회수 라인 및 상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 펌프로부터 공급되는 액화가스와, 상기 증발가스 압축기로부터 공급되는 증발가스를 열교환시키는 액화가스/증발가스 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 액화가스 공급 라인 상에 마련되며, 상기 증발가스 회수 라인의 타단이 연결되어 상기 압축된 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 액화가스와 혼합하는 액화가스 임시저장탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 냉열 회수 라인은,
    상기 냉열매체가 상기 냉열저장탱크와 상기 냉열회수 열교환기를 순환하도록 하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 냉열회수 열교환기는,
    상기 액화가스가 가열되도록 하고 상기 냉열매체가 냉각되도록 하여, 상기 액화가스에 저장된 냉열을 상기 냉열매체에 공급하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 냉열사용 열교환기는,
    상기 증발가스 냉각 라인 상에 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
14. 삭제
15. 제 1 항에 있어서, 상기 냉열매체는,
    불활성가스인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
16. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉열 회수 라인 상에서 상기 냉열회수 열교환기의 상류에 마련되며, 상기 냉열매체를 가압하는 매체 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
17. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉열 회수 라인 상에서 상기 냉열회수 열교환기의 하류에 마련되며, 상기 액화가스로부터 냉열을 공급받은 상기 냉열매체를 팽창시키는 매체 팽창기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
18. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉열 회수 라인 상에서 상기 냉열회수 열교환기의 하류에 마련되며, 상기 액화가스로부터 냉열을 공급받은 상기 냉열매체를 임시 저장하는 매체 임시저장탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 매체 임시저장탱크는,
    상기 액화가스와 열교환한 냉열매체 중 액체 상태의 상기 냉열매체는 상기 냉열저장탱크에 공급하고, 기체 상태의 상기 냉열매체는 상기 냉열 회수 라인을 통해 상기 냉열회수 열교환기에 공급하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
20. 수요처에 공급할 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크와, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 액화가스와 냉열매체를 열교환시키는 냉열회수 열교환기와, 냉열매체를 저장하는 냉열저장탱크와, 냉열매체를 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스와 열교환시키는 냉열사용 열교환기를 포함하는 액화가스 처리 시스템을 구동하는 방법에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스의 양과 상기 수요처에서 요구하는 연료량을 비교하는 단계;
    상기 증발가스의 양이 상기 수요처에서 요구하는 연료량보다 적을 경우, 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 냉열회수 열교환기를 거쳐 상기 수요처로 액화가스를 공급하는 단계;
    상기 냉열회수 열교환기에서 액화가스로 냉열매체를 냉각시키는 단계; 및
    냉각된 냉열매체를 상기 냉열저장탱크에 저장하는 단계를 포함하며,
    상기 증발가스의 양이 상기 수요처에서 요구하는 연료량보다 많을 경우, 상기 증발가스를 상기 냉열사용 열교환기에 유입시키는 단계;
    상기 냉열저장탱크에 저장된 냉열매체를 상기 냉열사용 열교환기에 공급하는 단계; 및
    상기 냉열매체로 상기 증발가스를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 증발가스를 상기 수요처에 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.
22. 삭제
23. 제 20 항에 있어서,
    상기 냉각된 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 방법.

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