KR101524430B1 - 증발가스 재액화장치 - Google Patents

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Abstract

증발가스 재액화장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 증발가스 재액화장치는, 액화 천연가스를 저장하고 있는 저장유닛, 저장유닛 내에서 발생한 증발가스(BOG, Boil-Off-Gas)를 공급받아 압축하는 적어도 하나의 증발가스 압축기와 증발가스를 냉각하는 적어도 하나의 증발가스 냉각기를 구비하는 증발가스 압축냉각유닛, 증발가스 압축냉각유닛에서 압축된 증발가스와 열교환을 위해 냉매가 순환하며, 증발가스를 액화시키는 재액화유닛, 재액화유닛을 통과한 상기 증발가스를 선박의 엔진에 연료로 공급하는 연료공급유닛, 재액화유닛에 연결되며 연료공급유닛의 엔진에 연료로 공급되는 천연가스의 유량에 기초하여 재액화유닛의 냉매를 분할하고 분할된 냉매의 온도를 조절하는 재액화 냉매 온도조절유닛을 포함한다.

Description

증발가스 재액화장치{APPARATUS FOR THE RELIQUEFACTION OF BOIL-OFF GAS}
본 발명은, 증발가스 재액화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 증발가스의 냉열을 회수하여 재액화 하는데 소비되는 에너지를 절감하는 증발가스 재액화장치에 관한 것이다.
일반적으로 천연가스는 생산지에서 사용처로 이동되는 동안 기체상태로 파이프라인(Pipe-line)을 통하여 이송된다.
천연가스를 해상을 통하여 이송하는 경우에는, 기체상태로 이송하게 되면 그 부피가 너무 크기 때문에 이를 고압/저온의 환경에서 액화시켜 LNG운반선을 통해 원거리로 수송한다.
이송되는 액화천연가스는 LNG운반선의 LNG저장탱크에서 -162 ℃ 정도의 극저온으로 유지된다.
그러나, 이송 도중에 LNG운반선에는 요동이 발생함에 따라서, LNG저장탱크 내에서는 액화가스의 유동, 온도구배, 냉각공정 등에 의하여 지속적으로 증발가스(BOG, Boil-Off-Gas)가 발생한다.
재액화장치가 구비되어 있는 않은 LNG운반선은, 운송 도중에 지속적으로 발생하는 증발가스를 연소 등을 통해 공기 중으로 날려보내게 된다.
이로 인하여 최종 도착지에서는 최초 천연가스 저장량보다 감소하여 상당량의 천연가스 손실이 발생한 채로 이송된다.
이러한 천연가스의 손실을 줄이고자 최근 LNG운반선에는 증발가스 회수장치인 증발가스 재액화장치를 장착하고 있다.
이외에도 LNG를 저장하는 구조를 갖는 LNG RV(Regasification Vessel), LNG-FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading), LNG-FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등에도 재액화장치를 장착하여 액화천연가스의 저장 도중에 발생하는 증발가스를 회수하고 있다.
현재 개발되고 있는 증발가스 재액화장치는 LNG 저장탱크 외부로 증발가스를 배출시키고 냉매를 사용하여 증발가스를 액화시키거나, 증발가스를 가압하고 상온으로 냉각한 후 감압팽창시킴으로써 액화를 하고 있다.
그러나, 증발가스를 냉매를 사용하여 액화시킬 경우, 천연가스의 액화는 LNG 탱크의 저장압력인 1기압에서 -162 ℃ 이하까지 냉각시켜야 하기 때문에 많은 에너지가 소모된다.
또한, 증발가스를 가압하고 상온으로 냉각시키는 공정은 압축기(compressor)가 사용되는데, 이후 LNG저장탱크로 돌려보내기 위하여 다시 감압팽창하는 과정에서 플래쉬(Flash gas) 가스가 많이 발생기고 압축기가 많은 에너지를 소모하여 선박의 에너지 효율이 떨어진다.
한편, 최근 선박의 오염물질 배출과 관련하여 배출가스관리 등의 환경규제가 강화되고 있다.
그리하여 조선사들은 천연가스와 선박용 디젤연료를 모두 사용할 수 있는 D-F(Dual-Fuel)엔진이나 천연가스를 실린더 내부에 직접 분사하여 폭발시키는 2행정 엔진인 ME-GI(Man Electric-driven Gas Injection)엔진 등을 개발하여 친환경 선박을 건조하려 노력중이다.
따라서, LNG 저장장치를 갖는 선박 또는 해양구조물에 BOG나 LNG를 연료로 사용할 수 있는 고압가스 분사엔진(ME-GI 엔진 등)을 사용할 경우 환경규제에 대응할 수 있다는 장점을 갖는다.
기존의 LNG 저장장치를 갖는 선박 또는 해양구조물에서의 재액화장치 및 고압천연가스 분사엔진 연료공급장치는 각각 독립적으로 개발되었다.
최근들어 두 장치의 복합설계로 에너지효율을 증가시키는 공정이 개발되고 있다.
이러한 개발과정은 재액화장치에 고압천연가스 연료공급장치를 추가장착하는 것이 일반적이다.
그러나, 고압천연가스 분사 엔진에 주입되는 연료가 증발가스와 열교환함에 따라 선박의 운행속도의 변경 등에 의하여 냉매의 순환 유량을 조절하기 어렵다는 단점이 있다.
즉, 선박이 운행을 멈추거나 운행속도가 수시로 변할 때에는, 1차적으로 증발가스의 액화량이 변화되면 이를 감지하고 2차적으로 냉매의 순환량을 변경하여야 하기 때문에, 선박의 엔진 운전상태 변화에 기초하여 빠른 대처가 불가능한 문제점이 있다.
대한민국 공개번호 제10-2009-0020574호(2009.02.26.공개)
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 선박의 엔진 운전상태 변화에 종래보다 빠른 대처가 가능한 증발가스 재액화장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화 천연가스를 저장하고 있는 저장유닛; 상기 저장유닛 내에서 발생한 증발가스(BOG, Boil-Off-Gas)를 공급받아 압축하는 적어도 하나의 증발가스 압축기와 상기 증발가스를 냉각하는 적어도 하나의 증발가스 냉각기를 구비하는 증발가스 압축냉각유닛; 상기 증발가스 압축냉각유닛에서 압축된 상기 증발가스와 열교환을 위해 냉매가 순환하며, 상기 증발가스를 액화시키는 재액화유닛; 상기 재액화유닛을 통과한 상기 증발가스를 선박의 엔진에 연료로 공급하는 연료공급유닛; 및 상기 재액화유닛에 연결되며, 상기 연료공급유닛의 상기 엔진에 연료로 공급되는 천연가스의 유량에 기초하여 상기 재액화유닛의 상기 냉매를 분할하고 분할된 냉매의 온도를 조절하는 재액화 냉매 온도조절유닛을 포함하는 증발가스 재액화장치가 제공될 수 있다.
상기 재액화 냉매 온도조절유닛은, 상기 재액화유닛에서 순환하는 냉매를 분할하여 상기 재액화유닛의 외부로 흘러 다시 상기 재액화유닛으로 유입시키는 냉매 분기관; 및 상기 냉매분기관의 냉매와 열교환하는 분기관 열교환기를 포함할 수 있다.
상기 연료공급유닛은, 상기 증발가스가 상기 재액화 열교환기를 통과하여 액화되어 저장되는 드럼; 상기 저장유닛에 저장되지 않은 상기 증발가스를 선박의 엔진에 연료로 사용되기 위해 가압하는 펌프; 및 상기 증발가스를 증발시키는 증발기를 포함할 수 있다.
상기 분기관 열교환기는, 상기 펌프와 상기 증발기를 연결하며, 상기 냉매 분기관의 냉매와, 상기 펌프에서 가압된 액상의 천연가스를 열교환하여 냉각시키는 증발가스 열교환기일 수 있다.
상기 재액화 냉매 온도조절유닛은, 상기 냉매 열교환기와 상기 재액화유닛 사이에 마련되어, 상기 냉매 열교환기를 통과한 상기 냉매의 온도를 측정하는 냉매 온도감지기를 더 포함할 수 있다.
상기 재액화 냉매 온도조절유닛은, 상기 냉매 온도감지기에 의해 감지된 상기 냉매의 온도에 기초하여 상기 냉매 분기관으로 흐르는 냉매의 유량을 조절하는 냉매 유량조절밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 저장유닛과 상기 증발가스 압축기를 연결하되 상기 재액화유닛과 열교환하여 상기 증발가스의 냉열을 회수하는 냉열회수유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 재액화유닛은, 상기 냉매를 압축하는 하나 이상의 냉매 압축기; 상기 냉매 압축기를 통과한 상기 냉매를 냉각시키는 하나 이상의 냉매 냉각기; 상기 냉매 냉각기를 통과한 상기 냉매의 부피를 팽창시키고 온도를 냉각시키는 냉매 팽창기; 및 상기 냉매 팽창기를 통과한 상기 냉매와 상기 증발가스 압축냉각유닛을 통과한 상기 증발가스와 열교환시켜 상기 증발가스를 액화시키는 재액화 열교환기를 포함할 수 있다.
상기 재액화유닛은, 상기 냉매 냉각기를 통과한 상기 냉매와 상기 냉매 압축기 이전의 냉매를 열교환하는 냉매 열교환기를 더 포함할 수 있다.
상기 냉열회수유닛은, 상기 냉매 냉각기와 상기 냉매 열교환기 사이에서 상기 재액화유닛과 열교환하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 증발가스 압축냉각유닛에서 상기 증발가스 압축기와 상기 증발가스 냉각기는 다단으로 마련되며, 상기 재액화유닛에서 상기 냉매 압축기와 상기 냉매 냉각기는 다단으로 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은, 선박의 엔진 운전상태 변화에 빠른 대처가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 재액화장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증발가스 재액화장치의 구성도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 재액화장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증발가스 재액화장치의 구성도이다.
이하에서 증발가스 재액화장치(1)의 구성을 먼저 설명한 후에, 그에 따른 증발가스와 냉매의 흐름을 설명하도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 재액화장치(1)는, 액화 천연가스를 저장하고 있는 저장유닛(100)과, 증발가스 압축냉각유닛(200)과, 증발가스를 액화시키는 재액화유닛(300)과, 냉매의 온도를 조절하는 재액화 냉매 온도조절유닛(400)과, 선박의 엔진(700)에 연료를 공급하는 연료공급유닛(500)을 포함한다.
우선, 저장유닛(100)은 액화 천연가스(LNG,Liquefied natural gas)를 저장하고 있는 LNG저장탱크를 나타낸다.
일반적으로 LNG운반선이 요동함에 따라 발생하는 액화 천연가스의 유동, LNG저장탱크의 온도구배, LNG저장탱크의 냉각공정 등으로 저장 유닛(100)에는 증발가스가 지속적으로 발생할 수 있다.
참고로, 본 실시예에서 재액화장치(1)는 LNG운반선에 적용되는 것을 예를 들어 설명하나, LNG저장탱크를 갖는 LNG RV, LNG FPSO, LNG FSRU 등에도 본 실시예에 따른 증발가스 재액화장치(1)가 적용될 수 있음은 당연하다 할 것이다.
다음으로, 증발가스 압축냉각유닛(200)은 저장유닛(100) 내에서 발생한 증발가스를 공급받아 압축하며 이를 다시 냉각하는 역할을 한다.
따라서 증발가스 압축냉각유닛(200)은, 적어도 하나의 증발가스 압축기(220)와 적어도 하나의 증발가스 냉각기(240)를 구비하여 증발가스를 압축 및 냉각한다.
본 실시예에서 증발가스 압축냉각유닛(200)은 2개의 증발가스 압축기(220)와 2개의 증발가스 냉각기(240)를 포함하는데, 증발가스 압축기(220)와 증발가스 냉각기(240)가 각각 교대로 배치된다.
그러나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며, 증발가스 압축기(220)와 증발가스 냉각기(240)의 갯수는 적절히 선택될 수 있을 것이다.
그리하여 증발가스 압축냉각유닛(200)은 증발가스 압축기(220)와 증발가스 냉각기(240)가 하나씩 만으로 또는 3개 이상의 다단으로 마련될 수도 있다.
재액화유닛(300)은 증발가스 압축냉각유닛(200)에서 압축된 증발가스와 열교환을 위해 냉매를 구비하며, 증발가스와 냉매를 열교환시켜 증발가스를 액화시키는 역할을 한다.
이러한 재액화유닛(300)은 하나 이상의 냉매 압축기(320)와, 하나 이상의 냉매 냉각기(340)와, 냉매 팽창기(360), 재액화 열교환기(380)를 포함한다.
본 실시예에서는 재액화유닛(300)은 3개의 냉매 압축기(320)와 3개의 냉매 냉각기(340)를 포함하는데, 냉매 압축기(320)와 냉매 냉각기(340)가 각각 교대로 배치된다.
그러나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며, 냉매 압축기(320)와 냉매 냉각기(340)의 갯수는 적절히 선택될 수 있을 것이다.
그리하여 재액화유닛(300)은 냉매 압축기(320)와 냉매 냉각기(340)가 하나씩 만으로 또는 2개씩이나 4개씩 이상의 다단으로 마련될 수도 있다.
냉매 압축기(320)는 냉매를 압축시키는 역할을 하며, 냉매 냉각기(340)는 냉매 압축기(320)를 통과한 냉매를 다시 냉각시키는 역할을 한다.
냉매 팽창기(360)는 냉매 냉각기(340)를 통과한 냉매의 부피를 팽창시켜 냉매의 온도를 낮추는 역할을 한다.
따라서, 냉매 압축기(320)와 냉매 냉각기(340)는 본 실시예에서는 각각 다단으로 마련되는 결과 그 압축/냉각 효율을 높일 수 있다.
한편, 본 실시예에서 냉매는 질소를 예를 들어 설명하나, 냉매로서는 탄화수소 혹은 아르곤 등의 불활성기체와 혼합냉매 등이 적용될 수 있음은 당연하다 할 것이다.
냉매는 증발가스를 재액화 시키기 위하여 -165℃ 정도의 저온상태로 재액화 열교환기(380)에 주입된다.
재액화 열교환기(380)는 냉매 팽창기(360)를 통과한 냉매와, 증발가스 압축냉각유닛(200)을 통과한 증발가스를 열교환시켜 증발가스를 액화시키는 역할을 한다.
또한, 재액화유닛(300)은, 냉매 냉각기(340)를 통과한 냉매와 냉매 압축기(320)를 통과하기 이전의 냉매를 열교환하는 냉매 열교환기(390)를 더 포함한다.
냉매 열교환기(390)는, 재액화 열교환기(380)를 통과한 냉매와 냉매 냉각기(340)를 통과한 냉매를 열교환시켜 냉매의 폐열을 회수하는 역할을 한다.
다음으로 재액화 냉매 온도조절유닛(400)은 냉매 분기관(410)과, 분기관 열교환기(420)를 포함한다.
냉매 분기관(410)은 재액화유닛(300)에서 순환하는 냉매를 분할하여 재액화유닛(300)의 외부로 흘러 다시 재액화유닛(300)으로 유입시키는 역할을 한다.
분기관 열교환기(420)는 후술할 연료공급유닛(500)의 펌프(540)와 증발기(560)에 연결되어 있다.
따라서 분기관 열교환기(420)는 냉매 분기관(410)의 냉매와, 펌프(540)에서 가압된 액상의 천연가스를 열교환 시키는 역할을 한다.
한편, 재액화 냉매 온도조절유닛(400)은 냉매 온도감지기(430)와 냉매 유량조절밸브(440)를 더 포함한다.
냉매 온도감지기(430)는 분기관 열교환기(420)와 냉매 팽창기(360) 사이에 마련되어, 분기관 열교환기(420)를 통과한 냉매의 온도를 측정하는 역할을 한다.
따라서 냉매 온도감지기(430)는 분기관 열교환기(420)를 통과한 냉매의 온도를 감지하여 이를 기초로 하여 냉매 유량조절밸브(440)를 제어하게 된다.
냉매 유량조절밸브(440)는 냉매 온도감지기(430)의 제어에 따라 밸브를 열고 닫음으로써 냉매 분기관(410)으로 흐르는 냉매의 유량을 조절하는 역할을 한다.
만약, 냉매 냉각기(340)를 통과한 냉매의 온도가 약 40℃라고 할 때, 분기관 열교환기(420)를 통과한 냉매의 온도가 약 -90℃ 정도가 될 수 있다.
본 실시예에서 분기관 열교환기(420)를 통과한 냉매의 설정 온도를 -90℃로 예를 들어 설명하나, 이하에서 냉매의 온도는 조건에 따라 이외의 다른 온도가 적용될 수 있음은 당연하다 할 것이고, 이는 이하에서 설명하고 있는 증발가스와 냉매의 특정 온도 또한 이에 한정되는 것은 아니라 할 것이다.
분기관 열교환기(420)를 통과한 냉매가 -90℃ 보다 높은 -80℃가 된다면, 냉매 유량조절밸브(440)를 닫아 분기관 열교환기(420)로 흐르는 냉매의 유량을 줄이게 된다.
그래서 분기관 열교환기(420)에 주입되는 냉매의 유량을 줄어들고, 결과적으로 분기관 열교환기(420)에서 액상의 천연가스와 열교환하는 냉매의 양이 줄어들게 된다.
냉매가 분기관 열교환기(420)에서 빼앗기는 열량이 같을 때, 분기관 열교환기(420)를 흐르는 유량이 줄어들면 냉매의 온도는 더 떨어지게 되고, 앞서 설명한 -80℃로 온도가 상승된 냉매는 다시 냉매 냉각기(340)를 통과하여 -90℃로 될 수 있는 것이다.
또한, 펌프(540)를 통과한 액상의 천연가스 유량이 늘어나게 된다면 분기관 열교환기(420)를 통과한 냉매의 온도도 -162℃의 액상천연가스의 온도까지 낮아질 수 있다.
이러한 경우에는 냉매 유량조절밸브(440)를 열어 분기관 열교환기(420)로 흐르는 냉매의 유량을 증가시켜 냉매를 -90℃로 상승시켜 냉매 팽창기(360)로 공급하게 된다.
만약, 펌프(540)를 통과한 천연가스 유량이 아주 작다면, 분기관 열교환기(420)를 통과한 액상천연가스의 유량도 아주 작을 것이다.
이러한 경우에는 냉매 분기관(410)에서 분기관 열교환기(420)를 통과한 냉매의 온도는 40℃ 정도로서 냉매의 설정 온도인 -90℃를 맞추기 위해서는 아주 작은 유량의 냉매가 흐르도록 냉매 유량조절밸브(440)가 조절될 것이다.
즉, 냉매 온도감지기(430)는 분기관 열교환기(420)를 통과한 냉매의 측정된 온도가 특정 설정치보다 높으면 냉매 유량조절밸브(440)를 닫아 냉매 유량을 줄여 냉매의 온도를 낮추고, 냉매의 측정된 온도가 특정 설정치보다 낮으면 냉매 유량조절밸브(440)를 열어 냉매 유량을 늘여 냉매의 온도를 높인다.
결국, 분기관 열교환기(420)를 통과한 냉매의 온도를 일정하게 하는 것이 냉매 온도감지기(430)와 냉매 유량조절밸브(440)의 기능이다.
한편, 연료공급유닛(500)은, 증발가스를 액화시켜 저장되는 드럼(520)과, 증발가스를 선박의 엔진(700)으로 이송하는 역할을 하는 펌프(540)와, 증발가스를 증발시키는 증발기(560)를 포함한다.
드럼(520)은 증발가스가 재액화 열교환기(380)를 통과한 뒤에 액화되어 임시적으로 저장되는 장소이다.
액화된 증발가스의 일부는 펌프(540)로 이동하게 되며, 펌프(540)로 이동되지 않은 액화된 증발가스는 다시 저장유닛(100)으로 이동된다.
펌프(540)는 저장유닛(100)에 저장되지 않은 액화된 증발가스를 선박의 엔진(700)에 연료로 사용되기 위해 가압하는 역할을 한다.
증발기(560)는 액화된 증발가스를 선박의 엔진(700)에 공급하기 위해 증발시키는 역할을 한다.
만약, LNG운반선에 LNG를 싣지 않은 경우 증발가스의 발생량은 매우 작거나 발생치 않는 경우가 있을 수 있다.
따라서, 이때에는 선박의 엔진(700) 구동을 위해 저장유닛(100)에 저장되어 있는 천연가스를 사용해야 한다.
그러므로 저장펌프(110)는 저장유닛(100)으로부터 드럼(520)에 선박의 엔진(700)에 사용이 적합하도록 액상의 천연가스를 가압하는 역할을 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스와 냉매의 흐름에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저 증발가스의 흐름을 살펴보면, 증발가스는 저장유닛(100)에 저장되어 있는 LNG가스에서 발생한다.
발생된 증발가스는 증발가스 압축기(220)와 증발가스 냉각기(240)를 각각 통과하여 압력이 상승한다.
이후 고압의 증발가스는 재액화 열교환기(380)를 사용하여 냉매와 열교환하게 된다.
냉매와 열교환한 고압의 증발가스는 재액화되어 드럼(520)에 임시적으로 저장되어 저장유닛(100)으로 보내지거나 엔진(700)의 연료로 사용되기 위해 펌프(540)로 보내진다.
다음으로 냉매의 흐름을 살펴보면, 냉매는 재액화 전 -165℃ 상태로 주입되며 증발가스 압축기(220)에서 압축된 증발가스를 냉각시키지 않은 상태로 재액화 열교환기(380)에 주입된다.
재액화 열교환기(380)를 통과한 냉매는 이후 냉매 압축기(320)와 냉매 냉각기(340)를 통과하여 압축 및 냉각된다.
냉매 냉각기(340)를 통과한 냉매는 앞서 설명한 바와 같이, 냉매 온도감지기(430)에 의해 감지된 온도 조건에 기초하여, 냉매 분기관(410)에서 분기관 열교환기(420)로 흐르거나 냉매 분기관(410)에서 냉매 열교환기(390)로 흐르게 된다.
우선 분기관 열교환기(420)로 흐른 냉매는, 액상의 천연가스와 열교환되어 온도가 하강하게 된다.
다음으로 냉매 열교환기(390)로 흐른 냉매는, 냉매 열교환기(390)에서 재액화 열교환기(380)를 통과한 냉매와 열교환하며 그 결과 냉매의 온도는 기존보다 더욱 낮은 온도로 떨어지게 된다.
이렇게 두개의 유로로 나뉘어진 냉매는 냉매 팽창기(360)에서 혼합되어, 냉매 팽창기(360)를 통과한 후에는 감암 및 팽창하게 되어 온도가 하강하게 된다.
이후에 냉매는 재액화 열교환기(380)에서 증발가스와 열교환하여 증발가스의 온도를 낮추게 되며 계속 순환하게 된다.
즉, 본 실시예에 따르면, 분기관 열교환기(420)를 통과한 냉매의 온도를 냉매 온도감지기(430)가 감지하여 냉매 분기관(410)에서 분기관 열교환기(420)로 흐르는 냉매의 유량을 냉매 유량조절밸브(440)를 이용하여 제어하게 된다.
이러한 구성으로 인하여 본 실시예의 경우, 선박의 엔진(700)에 공급되는 천연가스의 유량변화에 대해 1차적으로 천연가스의 액화량이 변화되면 이를 감지하고, 2차적으로 냉매의 순환속도를 변화시키는 종래 기술보다 선박의 엔진(700) 운전상태 변화에 더 빠른 대처가 가능하게 된다.
한편, 도 2에는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 증발가스 재액화 장치(1a)가 도시되어 있다.
이하에서 본 발명의 다른 실시예의 증발가스 재액화 장치(1a)에서는, 본 발명의 일실시예의 증발가스 재액화장치(1)와 동일한 구성의 설명은 앞서 하였으므로 생략하고 다른 구성을 설명하도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예의 증발가스 재액화 장치(1a)는 냉열회수유닛(600)을 더 포함한다.
냉열회수유닛(600)은 저장유닛(100)과 연결하는 도관(611)과, 재액화유닛(300)과 열교환하는 냉열회수 열교환기(610)를 포함한다.
따라서 냉열회수유닛(600)은 저장유닛(100)과 증발가스 압축기(220)를 연결하되, 재액화유닛(300)과 먼저 열교환하여 증발가스의 냉열을 회수하는 역할을 한다.
이에 의하여 증발가스를 재액화하는데 소비되는 에너지를 절감할 수 있다.
냉열회수 열교환기(610)가 마련되는 위치는 여러 곳이 가능하나, 본 실시예에서는 냉매 냉각기(340)와 냉매 열교환기(390)에 사이에 위치한다.
이경우 증발가스의 냉열을 초기에 효율적으로 회수할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 증발가스 재액화장치(1a)의 증발가스와 냉매의 흐름에 대해서 설명하면 다음과 같다.
먼저 증발가스의 흐름을 살펴보면, 증발가스는 저장유닛(100)에 저장되어 있는 LNG가스에서 발생한다.
발생된 증발가스는 기존과 달리 냉열회수유닛(600)의 도관(611)을 따라 흘러 냉열회수 열교환기(610)로 흐른다.
냉열회수 열교환기(610)로 흐른 증발가스는 냉매 냉각기(340)를 통과한 냉매와 먼저 열교환하며, 그 결과 증발가스의 냉열이 회수된다.
이에 의하여 증발가스를 재액화하는데 소비되는 에너지를 절감할 수 있다.
그리하여 온도가 상승된 증발가스는 증발가스 압축기(220)와 증발가스 냉각기(240)를 각각 통과하여 압력이 상승한다.
이후 고압의 증발가스는 재액화 열교환기(380)를 사용하여 냉매와 열교환하게 된다.
냉매와 열교환한 고압의 증발가스는 재액화되어 드럼(520)에 임시적으로 저장되어 저장유닛(100)으로 보내지거나 엔진(700)의 연료로 사용되기 위해 펌프(540)로 보내진다.
다음으로 냉매의 흐름을 살펴보면, 냉매는 재액화 전 -165℃ 상태로 주입되며 기존과 달리 증발가스 압축기(220)에서 압축된 증발가스를 냉각시키지 않은 상태로 재액화 열교환기(380)에 주입된다.
재액화 열교환기(380)를 통과한 냉매는 이후 냉매 압축기(320)와 냉매 냉각기(340)를 통과하여 압축 및 냉각된다.
냉매 냉각기(340)를 통과한 냉매는 앞서 설명한 바와 같이, 냉매 온도감지기(430)에 의해 감지된 온도 조건에 기초하여, 냉매 분기관(410)에서 분기관 열교환기(420)로 흐르거나 냉매 분기관(410)에서 냉매 열교환기(390)로 흐르게 된다.
우선 분기관 열교환기(420)로 흐른 냉매는, 액상의 천연가스와 열교환되어 온도가 하강하게 된다.
다음으로 냉매 열교환기(390)로 흐른 냉매는, 냉매 열교환기(390)에서 재액화 열교환기(380)를 통과한 냉매와 열교환하며 그 결과 냉매의 온도는 기존보다 더욱 낮은 온도로 떨어지게 된다.
이렇게 두개의 유로로 나뉘어진 냉매는 냉매 팽창기(360)에서 혼합되어, 냉매 팽창기(360)를 통과한 후에는 감암 및 팽창하게 되어 온도가 하강하게 된다.
이후에 냉매는 재액화 열교환기(380)에서 증발가스와 열교환하여 증발가스의 온도를 낮추게 되며 계속 순환하게 된다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 앞서 증발가스의 냉열을 회수하는 과정이 추가됨에 따라 냉매를 -165℃ 이하의 온도로 떨어뜨리는데 보다 적은 감압을 실시하게 된다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 저장유닛 200 : 증발가스 압축냉각유닛
300 : 재액화유닛 400 : 재액화 냉매 온도조절유닛
500 : 연료공급유닛 600 : 냉열회수유닛
700 : 엔진 1 : 증발가스 재액화장치

Claims (11)

  1. 액화 천연가스를 저장하고 있는 저장유닛;
    상기 저장유닛 내에서 발생한 증발가스(BOG, Boil-Off-Gas)를 공급받아 압축하는 적어도 하나의 증발가스 압축기와 상기 증발가스를 냉각하는 적어도 하나의 증발가스 냉각기를 구비하는 증발가스 압축냉각유닛;
    상기 증발가스 압축냉각유닛에서 압축된 상기 증발가스와 열교환을 위해 냉매가 순환하며, 상기 증발가스를 액화시키는 재액화유닛;
    상기 재액화유닛을 통과한 상기 증발가스를 선박의 엔진에 연료로 공급하는 연료공급유닛; 및
    상기 재액화유닛에 연결되며, 상기 연료공급유닛의 상기 엔진에 연료로 공급되는 천연가스의 유량에 기초하여 상기 재액화유닛의 상기 냉매를 분할하고 분할된 상기 냉매의 온도를 조절하는 재액화 냉매 온도조절유닛을 포함하며,
    상기 재액화 냉매 온도조절유닛은,
    상기 재액화유닛에서 순환하는 냉매를 분할하여 상기 재액화유닛의 외부로 흘러 다시 상기 재액화유닛으로 유입시키는 냉매 분기관; 및
    상기 냉매분기관의 냉매와 열교환하는 분기관 열교환기를 포함하는 증발가스 재액화장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연료공급유닛은,
    상기 증발가스가 상기 재액화 열교환기를 통과하여 액화되어 저장되는 드럼;
    상기 저장유닛에 저장되지 않은 상기 증발가스를 선박의 엔진에 연료로 사용되기 위해 가압하는 펌프; 및
    상기 증발가스를 증발시키는 증발기를 포함하는 증발가스 재액화장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분기관 열교환기는,
    상기 펌프와 상기 증발기를 연결하며, 상기 냉매 분기관의 냉매와, 상기 펌프에서 가압된 액상의 천연가스를 열교환하여 냉각시키는 증발가스 열교환기인 증발가스 재액화장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 재액화 냉매 온도조절유닛은,
    상기 분기관 열교환기와 상기 재액화유닛 사이에 마련되어, 상기 분기관 열교환기를 통과한 상기 냉매의 온도를 측정하는 냉매 온도감지기를 더 포함하는 증발가스 재액화장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 재액화 냉매 온도조절유닛은,
    상기 냉매 온도감지기에 의해 감지된 상기 냉매의 온도에 기초하여 상기 냉매 분기관으로 흐르는 냉매의 유량을 조절하는 냉매 유량조절밸브를 더 포함하는 증발가스 재액화장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 저장유닛과 상기 증발가스 압축기를 연결하되 상기 재액화유닛과 열교환하여 상기 증발가스의 냉열을 회수하는 냉열회수유닛을 더 포함하는 증발가스 재액화장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 재액화유닛은,
    상기 냉매를 압축하는 하나 이상의 냉매 압축기;
    상기 냉매 압축기를 통과한 상기 냉매를 냉각시키는 하나 이상의 냉매 냉각기;
    상기 냉매 냉각기를 통과한 상기 냉매의 부피를 팽창시키고 온도를 냉각시키는 냉매 팽창기; 및
    상기 냉매 팽창기를 통과한 상기 냉매와 상기 증발가스 압축냉각유닛을 통과한 상기 증발가스와 열교환시켜 상기 증발가스를 액화시키는 재액화 열교환기를 포함하는 증발가스 재액화장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 재액화유닛은,
    상기 냉매 냉각기를 통과한 상기 냉매와 상기 냉매 압축기 이전의 냉매를 열교환하는 냉매 열교환기를 더 포함하는 증발가스 재액화장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 냉열회수유닛은,
    상기 냉매 냉각기와 상기 냉매 열교환기 사이에서 상기 재액화유닛과 열교환하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 증발가스 압축냉각유닛에서 상기 증발가스 압축기와 상기 증발가스 냉각기는 다단으로 마련되며,
    상기 재액화유닛에서 상기 냉매 압축기와 상기 냉매 냉각기는 다단으로 마련되는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화장치.

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WO2018212367A1 (ko) * 2017-05-16 2018-11-22 강희자 선박용 액화천연가스의 증발가스 부분재액화장치

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