KR101577137B1

KR101577137B1 - 천연가스 엔진 시스템 및 천연가스 버너 시스템

Info

Publication number: KR101577137B1
Application number: KR1020140060271A
Authority: KR
Inventors: 이상규; 이영범; 조병학; 손영순; 박창원; 권용수
Original assignee: 한국가스공사
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2015-12-11
Also published as: KR20150133483A

Abstract

본 발명에 따른 천연가스 엔진 시스템은, 산소와 천연가스를 공급받아 동력을 발생시키고 물과 이산화탄소를 포함한 배출가스를 배출하는 엔진부, 기화되어 엔진부로 공급될 액화천연가스를 저장하는 제1 탱크부, 제1 탱크부로부터 배출된 액화천연가스와 엔진부로부터 배출된 배출가스 사이의 열교환을 통해 배출가스를 냉각시키는 냉각부, 및 배출가스의 냉각에 따라 이산화탄소가 냉각되어 생성되는 액화이산화탄소를 저장하는 제2 탱크부를 포함한다.

Description

천연가스 엔진 시스템 및 천연가스 버너 시스템 {SYSTEM FOR NATURAL GAS ENGINE AND SYSTEM FOR NATURAL GAS BURNER}

본 발명은 천연가스 엔진 시스템 및 천연가스 버너 시스템에 관한 것으로서 보다 자세하게는 천연가스 엔진이나 천연가스 버너의 운전 중에 발생하는 이산화탄소를 포함한 배기가스를 시스템의 외부로 배출하지 않아 천연가스 엔진이나 천연가스 버너를 친환경적으로 구동시킬 수 있는 천연가스 엔진 시스템 및 천연가스 버너 시스템에 관한 것이다.

최근 전세계적으로 환경 규제가 날로 강화되고 있다. 이에 따라 기존 에너지의 사용은 점차 제한되고 있는데 반해, 청정 에너지의 사용은 점차 권장되고 있다. 예를 들어, 유럽의 일부 국가들은 선박의 연료로서 저유황 연료의 사용을 강제하고 있다. 이와 같은 강제는 유럽의 일부 국가에 국한되지 않는다. 이에 대응하기 위해 기존의 석유계 연료로부터 황(sulfur)을 제거하는 방법이 고려되고 있다. 그러나 이와 같은 방법은 많은 비용이 소요된다는 단점이 있다.

이에 따라 황이 제거되어 있는 천연가스(NG: Natural Gas)를 연료로서 사용하려는 시도가 널리 이루어지고 있다. 예를 들어, 천연가스를 연료로 사용하는 천연가스 엔진에 대한 연구가 현재 널리 이루어지고 있다. 천연가스는 편의를 위해 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)의 형태로 운송되고 저장되는 것이 매우 일반적이다.

그런데 천연가스가 연소되면 이산화탄소가 배출된다. 그러나 이산화탄소의 배출은 기후변화협약 등에 의해 강하게 제한되고 있다. 이에 따라 천연가스의 활용에 있어 이산화탄소의 배출은 매우 큰 문제로서 작용하고 있다. 특히 에너지를 대량으로 소비하는 선박에 있어 이와 같은 문제는 더욱 두드러진다. 이에 따라 황이 제거되어 있는 천연가스를 엔진이나 버너의 연료로 사용할 때, 이산화탄소의 배출을 줄이거나 막을 수 있는 방안이 현재 절실히 요구되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 천연가스 엔진이나 천연가스 버너의 운전 중에 발생하는 이산화탄소를 포함한 배기가스를 시스템의 외부로 배출하지 않아 천연가스 엔진이나 천연가스 버너를 친환경적으로 구동시킬 수 있는 천연가스 엔진 시스템 및 천연가스 버너 시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명에 따른 천연가스 버너 시스템은 산소와 천연가스를 공급받아 열 에너지를 발생시키고 물과 이산화탄소를 포함한 배출가스를 배출하는 버너부, 기화 되어 버너부로 공급될 액화천연가스를 저장하는 제1 탱크부, 제1 탱크부로부터 배출된 액화천연가스와 버너부로부터 배출된 배출가스 사이의 열교환을 통해 배출가스를 냉각시키는 냉각부, 및 배출가스의 냉각에 따라 이산화탄소가 냉각되어 생성되는 액화이산화탄소를 저장하는 제2 탱크부를 포함한다.

본 발명에 따른 천연가스 엔진 시스템 및 천연가스 버너 시스템은 엔진부의 사용 중에 발생한 이산화탄소를 액화시켜 따로 저장하기 때문에, 이산화탄소를 시스템의 외부로 배출하지 않아 천연가스 엔진이나 천연가스 버너를 친환경적으로 구동시킬 수 있다는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 천연가스 엔진 시스템 및 천연가스 버너 시스템은 천연가스와 산소를 공급받아 작동되기 때문에, 배기가스에 물과 이산화탄소만 포함 되는데, 이산화탄소는 위와 같이 따로 저장되므로, 본 발명에 따른 천연가스 엔진 시스템 및 천연가스 버너 시스템은 시스템의 외부로 전혀 배출가스를 배기하지 않을 수 있다는 효과가 있다.

더욱이 본 발명에 따른 천연가스 엔진 시스템 및 천연가스 버너 시스템은 이산화탄소의 액화를 위해 액화천연가스를 활용하기 때문에, 냉동 사이클을 별도로 마련할 필요가 없어 시스템이 전체적으로 매우 단순하다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 천연가스 엔진 시스템을 도시하고 있는 흐름도
도 2는 도 1의 시스템을 적용한 천연가스 버너 시스템을 도시하고 있는 흐름도
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 천연가스 엔진 시스템을 도시하고 있는 흐름도
도 4는 도 3의 천연가스 엔진 시스템의 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 천연가스 엔진 시스템을 도시하고 있는 흐름도
도 6은 도 5의 천연가스 엔진 시스템의 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 7은 본 발명의 실시예 4에 따른 천연가스 엔진 시스템을 도시하고 있는 흐름도
도 8은 도 7의 천연가스 엔진 시스템의 제1 변형예를 도시하고 있는 흐름도
도 9는 도 7의 천연가스 엔진 시스템의 제2 변형예를 도시하고 있는 흐름도

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

본 발명의 실시예 1에 따른 천연가스 엔진 시스템은 이산화탄소를 포함한 배기가스를 시스템의 외부로 배출하지 않아 천연가스 엔진을 매우 친환경적으로 구동할 수 있는 천연가스 엔진 시스템에 관한 것으로서, 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 기본적으로 엔진부(110), 제1 탱크부(120), 냉각부(130) 및 제2 탱크부(140)를 포함한다. 여기서 도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 천연가스 엔진 시스템을 도시하고 있는 흐름도이다. 본 실시예에 따른 천연가스 엔진 시스템은 천연가스 엔진이 적용되는 선박 등에 활용될 수 있다.

먼저 엔진부(110)를 살펴본다. 엔진부(110)는 산소와 천연가스를 공급받아 기계적인 동력을 발생시킨다. 엔진부(110)는 일종의 내연기관이다. 엔진부(110)는 운전 중에 배출가스를 배출한다. 엔진부(110)는 산소와 천연가스를 공급받아 작동되기 때문에 배출가스에 물과 이산화탄소가 포함된다. 다만, 천연가스도 아주 소량의 불순물을 포함할 수 있으므로, 엔진부(110)로 약간의 불순물이 공급될 수도 있으나, 매우 소량이다. 참고로, 천연가스 엔진은 공기와 천연가스를 공급받아 작동될 수 있다. 이와 같으면 공기에 포함된 다른 성분으로 인해 배기가스에도 다른 성분이 포함될 수 있다.

참고로, 본 실시예에 따른 천연가스 엔진 시스템은 엔진부(110)로 공급할 산소를 저장하는 제3 탱크부(150)를 구비할 수 있다. 제3 탱크부(150)는 산소를 저장하기 위한 일반적인 저장 설비일 수 있다.

다음으로 제1 탱크부(120)를 살펴본다. 제1 탱크부(120)는 액상의 액화천연가스(LNG)를 저장한다. 제1 탱크부(120)는 액화천연가스를 저장하기 위한 일반적인 저장 설비일 수 있다. 천연가스는 액상의 액화천연가스로 저장되는 것이 저장이나 운송에 있어 매우 바람직하다. 액화천연가스는 엔진부(110)로 공급되기 위해 기화된다. 이를 위해 액화천연가스는 본 실시예에서 제1 탱크부(120)로부터 먼저 냉각부(130)로 안내된다. 이에 대해서는 후술한다.

다음으로 냉각부(130)를 살펴본다. 냉각부(130)는 엔진부(110)로부터 배출된 배출가스를 냉각시킨다. 이를 위해 냉각부(130)는 도 1에 도시되어 있듯이 제1 탱크부(120)로부터 배출된 액화천연가스와 엔진부(110)로부터 배출된 배출가스를 서로 열교환 시킨다. 천연가스는 액화를 위해 대기압에서 대략 -161 ℃의 온도까지 냉각될 필요가 있다. 이와 같은 냉각으로 기상의 천연가스는 액상의 액화천연가스로 상변화 한다. 이에 따라 액화천연가스는 매우 낮은 온도를 가진다. 본 실시예에서 냉각부(130)는 이와 같은 액화천연가스를 이용하여 배출가스를 냉각시킨다.

그런데 배출가스의 냉각은 곧 배출가스에 포함된 이산화탄소의 냉각을 의미한다. 기상의 이산화탄소는 액화를 위해 대략 5기압에서 대략 -56 ℃까지 냉각될 필요가 있다. 앞서 살펴보았듯이 액화천연가스는 매우 낮은 온도를 가진다. 이에 따라 냉각부(130)는 배출가스와 액화천연가스를 서로 열교환 시켜, 배출가스 중의 이산화탄소가 액화될 때까지 배출가스를 냉각시킬 수 있다. 통상적인 열교환기(heat exchanger)를 적용하여 냉각부(130)를 구성할 수 있다. 참고로, 이산화탄소는 액화를 위해 대략 5기압 이상으로 가압될 필요가 있다.

또한 냉각부(130)는 앞서 살펴본 열교환을 통해 액화천연가스를 기화시킬 수 있다. 즉, 열교환에 의해 냉각부(130)에서 이산화탄소는 액화되고 액화천연가스는 기화될 수 있다. 이를 위해 엔진부(110)로부터 냉각부(130)로 유입되는 배출가스의 유량과 제1 탱크부(120)로부터 냉각부(130)로 유입되는 액화천연가스의 유량을 적절하게 조절할 필요가 있을 수 있다. 이와 같은 기화에 따라 천연가스(NG)가 생성된다. 천연가스는 도관을 통해 엔진부(110)로 공급되어 엔진부(110)에서 연료로서 활용된다.

그리고 냉각부(130)는 끓는점의 차이를 이용하여 배출가스로부터 물(수분)을 분리할 수도 있다. 엔진부(110)로부터 배출된 배출가스 중의 물은 기상으로 존재한다. 물은 이산화탄소에 비해 끓는점이 매우 높다. 이에 따라 배출가스가 냉각부(130)에서 액화천연가스에 의해 냉각되면 물이 먼저 액화된다. 이를 이용하여 냉각부(130)는 배출가스에서 이산화탄소와 물을 분리한 다음에 물을 제거할 수 있다. 물은 환경상의 문제가 없기 때문에 그대로 외부로 배출될 수 있다.

다음으로 제2 탱크부(140)를 살펴본다. 제2 탱크부(140)는 냉각부(130)에서 이산화탄소가 냉각되어 생성되는 액화이산화탄소를 저장한다. 즉, 이산화탄소는 냉각부(130)에서 냉각되어 액화된 다음에 도관을 통해 제2 탱크부(140)로 안내되어 제2 탱크부(140)에 저장된다. 제2 탱크부(140)는 액상의 액화이산화탄소를 저장하기 위한 일반적인 저장 설비일 수 있다. 엔진부(110)의 운전을 위해 산소와 천연가스는 충전소에서 충전돼야 한다. 이때 제2 탱크부(140)의 액화이산화탄소는 충전소로 회수될 수 있다. 참고로, 액화천연가스의 냉열로 이산화탄소를 충분하게 액화하기 어렵다면, 냉각부(130)의 전단이나 후단에 별도의 냉동 사이클을 더 마련할 수도 있다.

본 실시예에 따른 천연가스 엔진 시스템의 작동을 앞서 살펴본 내용을 바탕으로 설명한다. 엔진부(110)의 작동에 따라 엔진부(110)로부터 배출가스가 배출된다. 배출가스는 먼저 냉각부(130)로 공급된다. 냉각부(130)에서 배출가스는 제1 탱크부(120)로부터 공급된 액화천연가스와 열교환 한다. 이와 같은 열교환으로 배출가스는 냉각된다. 이와 같은 냉각 중에 먼저 액상의 물이 배출가스로부터 분리된다. 그런 다음 기상의 이산화탄소가 계속적인 냉각으로 액화된다. 이와 같이 생성된 액화이산화탄소(LCO₂)는 도관을 통해 제2 탱크부(140)로 공급되어 제2 탱크부(140)에 저장된다.

그리고 제1 탱크부(120)의 액화천연가스는 도관을 통해 먼저 냉각부(130)로 공급된다. 여기서 액화천연가스는 앞서 살펴본 바와 같이 엔진부(110)로부터 공급된 배출가스와 열교환 한다. 이와 같은 열교환으로 액화천연가스는 기화된다. 이를 통해 천연가스(NG)가 생성된다. 천연가스는 도관을 통해 연료로서 엔진부(110)로 공급된다. 그리고 산소는 제3 탱크부(150)로부터 도관을 통해 엔진부(110)로 공급된다. 산소와 천연가스를 공급받은 엔진부(110)는 동력을 발생시킨다.

본 실시예에 따른 천연가스 엔진 시스템은 앞서 살펴본 바와 같이 배출가스 중의 이산화탄소를 액화시켜 제2 탱크부(140)에 저장한다. 이와 같이 본 실시예에 따른 시스템은 엔진부(110)의 운전 중에 발생한 이산화탄소를 액화시켜 따로 저장한다. 그리고 본 실시예에 따른 시스템은 엔진부(110)의 작동을 위해 산소와 천연가스를 공급받기 때문에 배기가스에 물과 이산화탄소가 포함되며, 이와 같은 물과 이산화탄소는 배출 전에 모두 제거될 수 있으므로, 본 실시예에 따른 시스템은 이산화탄소를 포함한 배출가스를 시스템의 외부로 배출하지 않을 수 있다. 이의 결과로 본 실시예에 따른 시스템은 천연가스 엔진을 매우 친환경적으로 구동시킬 수 있다. 또한 본 실시예에 따른 시스템은 이산화탄소의 액화를 위해 액화천연가스를 활용하기 때문에, 냉동 사이클을 별도로 마련할 필요가 없어 시스템이 전체적으로 매우 단순하다.

그런데 본 실시예에 따른 시스템은 선박용 천연가스 엔진에서 보다 효과적이다. 선박용 천연가스 엔진은 천연가스를 매우 대량으로 소비하기 때문에 저장된 액화천연가스도 많고 배출될 이산화탄소도 많기 때문이다. 참고로, 본 실시예에서 이산화탄소의 일부만 액화될 수도 있다. 이와 같은 경우 나머지는 그대로 배기될 수 있다. 그러나 이와 같은 경우라도 종래에 비해 이산화탄소의 배출량은 현저히 적을 것이다.

한편, 본 실시예에 따른 천연가스 엔진 시스템은 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이 천연가스 버너 시스템에도 적용될 수 있다. 여기서 도 2는 도 1의 시스템을 적용한 천연가스 버너 시스템을 도시하고 있는 흐름도이다. 도 2의 버너부(111)는 도 1의 엔진부(110)에 대응된다. 버너부(111)는 산소와 천연가스를 공급받아 열 에너지를 발생시킨다. 도 2의 시스템도 도 1의 시스템과 동일하게 열교환을 통해 액화천연가스를 기화시키고 이산화탄소를 액화시킨다. 열교환에 의해 생성된 액화이산화탄소는 별도로 저장된다. 전술한 내용과 후술할 내용은 천연가스 버너 시스템에도 동일하게 적용될 수 있다.

실시예 2

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 천연가스 엔진 시스템을 도시하고 있는 흐름도이다. 도 3에서 도시하고 있는 것과 같이 본 실시예에 따른 시스템은 전술한 도 1에 따른 시스템에 비해 가압부(160)를 더 포함한다. 따라서 이하에서는 가압부(160)를 중심으로 설명한다.

가압부(160)는 냉각부(130)로 공급될 배출가스를 가압한다. 즉, 배출가스는 엔진부(110)로부터 도관을 통해 먼저 가압부(160)로 공급된 다음에 냉각부(130)로 공급된다. 가압부(160)는 이산화탄소가 용이하게 액화되도록 미리 배출가스를 가압 한다. 이와 같은 가압 중에 배출가스로부터 물이 분리될 수 있다. 배출가스에서 물은 기상으로 존재한다. 그런데 기상의 물을 필요 압력으로 가압하면 액상의 물로 상변화 시킬 수 있다. 가압부(160)는 기본적으로 이에 기초한다. 즉, 가압부(160)는 배출가스를 가압하여 배출가스 중의 기상의 물을 액화시킨다. 이를 통해 가압부(160)는 배출가스로부터 물을 제거할 수 있다. 또한 가압부(160)에 의한 압력 상승도 이산화탄소의 액화에 도움이 된다. 통상적인 압축기(compressor)를 적용하여 가압부(160)를 구성할 수 있다. 참고로, 경우에 따라 일부의 물은 여전히 냉각부(130)에서 분리될 수도 있다.

한편, 도 3의 시스템은 도 4와 같이 변형될 수 있다. 도 4는 도 3의 천연가스 엔진 시스템의 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이 본 변형예에 따른 시스템은 도 3에 따른 시스템에 비해 기화부(170)를 더 포함한다.

도 4에 도시되어 있듯이 제1 탱크부(120)로부터 배출된 액화천연가스는 냉각부(130) 및 기화부(170)를 차례로 거치고, 엔진부(110)로부터 배출된 배출가스는 기화부(170), 가압부(160) 및 냉각부(130)를 차례로 거친다.

엔진부(110)로부터 배출된 배출가스는 매우 높은 온도를 가질 수 있다. 이와 같으면 가압부(160)에서 배출가스를 가압해야 하는데, 이는 비효율적이다. 이에 따라 가압 전에 배출가스를 미리 냉각하는 것이 효율적이다. 그리고 액화천연가스는 전술했듯이 매우 낮은 온도를 가진다. 또한 액화천연가스는 기화된 다음에도 낮은 온도를 가진다. 이에 따라 액화천연가스는 냉각부(130)에서 배출가스를 냉각시킨 다음에도 추가로 배출가스를 냉각시킬 수 있다. 이와 같이 여러 번의 열교환을 수행하면 액화천연가스의 냉열을 충분하게 이용할 수 있기 때문에 시스템의 전체 효율을 향상시킬 수 있다.

이와 같은 장점으로 인해 본 변형예에 따른 시스템은 기화부(170)를 더 포함한다. 기화부(170)는 도 4에 도시되어 있듯이 냉각부(130)로부터 배출된 액화천연가스와 엔진부(110)로부터 배출된 배출가스를 서로 열교환 시킨다. 이에 의해 배출가스는 가압부(160)로 공급되기 전에 미리 냉각될 수 있다. 또한 액화천연가스는 기화될 수 있다. 이와 같은 기화로 생성된 천연가스는 엔진부(110)로 공급될 수 있다. 통상적인 열교환기(heat exchanger)를 적용하여 기화부(170)를 구성할 수 있다. 참고로, 본 변형예서 액화천연가스는 냉각부(130)에서 일부가 기화된 다음에 기화부(170)에서 나머지가 기화될 수 있다. 또는 액화천연가스는 냉각부(130)에서 기화 없이 가열된 다음에 기화부(170)에서 전부 기화될 수도 있다. 이는 시스템의 구체적인 설계 등에 의존할 것이다.

실시예 3

도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 천연가스 엔진 시스템을 도시하고 있는 흐름도이다. 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이 본 실시예에 따른 시스템은 전술한 도 4에 따른 시스템의 제3 탱크부(150) 대신에 분리부(180)를 포함한다. 따라서 이하에서는 분리부(180)를 중심으로 설명한다.

분리부(180)는 엔진부(110)로 공급할 산소를 생성하기 위해 공기로부터 산소를 분리시킨다. 따라서 본 실시예에 따른 시스템은 산소를 저장하기 위한 제3 탱크부(150)를 구비할 필요가 없다. (다만, 예비적이나 보충적으로 제3 탱크부가 구비될 수도 있다.) 산소는 공기로부터 분리될 수 있다. 이를 위해 분리부(180)는 분자의 크기 차이를 이용하여 공기로부터 산소를 분리하는 멤브레인(membrane) 방식이나, 끓는점의 차이를 이용하여 공기로부터 산소를 분리하는 저온분리 방식 등을 채용할 수 있다. 분리부(180)를 구비하면 산소의 충전이 불필요해지기 때문에 시스템을 더 경제적으로 운용할 수 있다. (또는 산소를 적게 충전할 수 있다.)

한편, 도 5의 시스템은 도 6과 같이 변형될 수 있다. 도 6은 도 5의 천연가스 엔진 시스템의 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이 본 변형예에 따른 시스템은 제1 탱크부(120)로부터 배출된 액화천연가스로부터 열교환을 통해 냉열을 공급받는다. 이와 같은 냉열은 공기로부터 산소를 분리시키기 위해 활용된다. 공기로부터 산소를 분리하는 방식에 따라 공기의 냉각이 필요할 수 있다. 본 변형예에 따른 시스템은 냉각에 필요한 냉열을 액화천연가스로부터 열교환을 통해 공급받는다. 이를 통해 분리부(181)의 효율을 높일 수 있다.

그런데 본 변형예에 따른 시스템에서 엔진부(110)는 분리부(181)로부터 순산소(공기 중에서 순수하게 산소만을 분리해냄)를 공급받아 작동하는 순산소 천연가스 엔진이나 순산소 천연가스 버너일 수 있다. 이와 같으면 천연가스의 반응 비율과 시스템의 전체 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 배출가스를 전혀 시스템의 외부로 배출하지 않을 수 있다.

실시예 4

도 7은 본 발명의 실시예 4에 따른 천연가스 엔진 시스템을 도시하고 있는 흐름도이다. 도 7의 시스템은 엔진부(110)에 과잉으로 산소를 공급하는 것에 특징이 있다. 즉, 분리부(181)에서 엔진부(110)로 산소가 필요 이상으로 공급되는 것에 특징이 있다. 엔진부(110)가 산소(또는 순산소)를 과잉으로 공급받으면 천연가스를 완전하게 연소시킬 수 있다. 이와 같이 과잉으로 산소가 공급되면, 반응하고 남은 과잉 산소가 엔진부(110)의 배출가스에 포함될 수 있다. 이와 같은 과잉 산소는 냉각부(130)에서 분리되어 다시 엔진부(110)로 공급될 수 있다. 참고로, 엔진부에서 완전하게 연소가 일어나지 않으면, 배출가스에 불순물이 포함될 수 있다.

한편, 도 7의 시스템은 도 8과 같이 변형될 수 있다. 도 8은 도 7의 천연가스 엔진 시스템의 제1 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 8에서 도시하고 있는 것과 같이 본 변형예에 따른 시스템은 제2 탱크부(140)에 저장된 액화이산화탄소가 부분적으로 기화되어 생성되는 증발가스(BOG: Boil-Off Gas)를 냉각부(130)로 공급한다. 제2 탱크부(140)에서 액화이산화탄소는 외부에서 전달되는 열로 인해 부분적으로 기화되어 증발가스가 될 수 있다. 증발가스는 제2 탱크부(140)의 내압을 증가시킨다. 이에 따라 증발가스는 안전을 위해 외부로 배출할 필요가 있다.

그러나 증발가스를 그냥 배출하는 것은 경제적인 이유나 환경적인 이유에서 바람직하지 않다. 이에 따라 본 변형예에 따른 시스템은 제2 탱크부(140)에서 발생한 증발가스를 냉각부(130)로 공급한다. 냉각부(130)는 배출가스와 함께 증발가스를 액화천연가스와 열교환 시켜 액화시킨다. (여기서 '함께'가 배출가스와 증발가스의 혼합만을 의미하는 것은 아니다. 배출가스와 증발가스는 냉각부의 다른 공간에서 다른 방법으로 액화될 수도 있다) 그런 다음 액화이산화탄소를 제2 탱크부(140)로 공급한다.

이와 같이 본 변형예에 따른 시스템은 증발가스를 재액화시켜 제2 탱크부(140)에 다시 저장한다. 이에 따라 본 변형예에 따른 시스템은 증발가스의 배출에 따른 액화이산화탄소의 손실이 없으므로 경제적인 이유에서 매우 바람직할 뿐만 아니라, 증발가스의 배출에 따른 이산화탄소의 배출이 없으므로 환경적인 이유에서도 매우 바람직하다.

한편, 도 7의 시스템은 도 9와 같이 변형될 수 있다. 도 9는 도 7의 천연가스 엔진 시스템의 제2 변형예를 도시하고 있는 흐름도이다. 도 9에서 도시하고 있는 것과 같이 본 변형예에 따른 시스템은 제2 탱크부(140)에 저장된 액화이산화탄소가 부분적으로 기화되어 생성되는 증발가스를 가압부(160)로 공급한다. 가압부(160)는 배출가스와 함께 증발가스도 가압한다. 그런 다음 냉각부(130)는 가압부(160)로부터 배출가스와 함께 증발가스를 공급받은 이후에 배출가스와 함께 증발가스도 액화시킨다. 참고로, 도 8과 도 9에서 도시하고 있는 증발가스의 재액화는 전술한 실시예 등에도 적용될 수 있다.

110: 엔진부 120: 제1 탱크부
130: 냉각부 140: 제2 탱크부
150: 제3 탱크부 160: 가압부
170: 기화부 180, 181: 분리부

Claims

산소와 천연가스를 공급받아 동력을 발생시키고 물과 이산화탄소를 포함한 배출가스를 배출하는 엔진부;
기화되어 상기 엔진부로 공급될 액화천연가스를 저장하는 제1 탱크부;
상기 제1 탱크부로부터 배출된 액화천연가스와 상기 엔진부로부터 배출된 배출가스 사이의 열교환을 통해 상기 배출가스를 냉각시키는 냉각부;
상기 배출가스의 냉각에 따라 상기 이산화탄소가 냉각되어 생성되는 액화 이산화탄소를 저장하는 제2 탱크부;
상기 냉각부로부터 배출된 액화천연가스와 상기 엔진부로부터 배출된 배출가스 사이의 열교환을 통해 상기 액화천연가스를 기화시키는 기화부; 및
상기 제1 탱크부로부터 배출된 액화천연가스로부터 열교환을 통해 냉열을 공급받아 공기로부터 상기 엔진부로 공급할 산소를 분리시키는 분리부;를 포함하며,
상기 액화천연가스는 상기 제1 탱크부로부터 배출된 다음에 상기 분리부, 상기 냉각부, 상기 기화부를 순차적으로 거치는 것을 특징으로 하는 천연가스 엔진 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각부는 상기 열교환을 통해 상기 배출가스를 냉각시킴과 동시에 상기 액화천연가스를 기화시키고,
상기 액화천연가스의 기화로 생성된 천연가스는 상기 엔진부로 공급되는 것을 특징으로 하는 천연가스 엔진 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각부는 상기 열교환을 통해 상기 배출가스를 냉각시키는 중에 끓는점의 차이를 이용하여 상기 배출가스로부터 상기 물을 제거하는 것을 특징으로 하는 천연가스 엔진 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각부로 공급될 배출가스를 가압하는 가압부를 더 포함하며,
상기 가압부에 의한 배출가스의 가압 중에 상기 배출가스로부터 물이 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 천연가스 엔진 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각부로부터 배출된 액화천연가스와 상기 엔진부로부터 배출된 배출가스 사이의 열교환을 통해 상기 액화천연가스를 기화시키는 기화부를 더 포함하며,
상기 액화천연가스의 기화로 생성된 천연가스는 상기 엔진부로 공급되는 것을 특징으로 하는 천연가스 엔진 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 엔진부로 공급할 산소를 생성하기 위해 공기로부터 산소를 분리시키는 분리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 엔진 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 분리부는 상기 공기로부터 상기 산소를 분리시키기 위해 상기 제1 탱크부로부터 배출된 액화천연가스로부터 열교환을 통해 냉열을 공급받는 것을 특징으로 하는 천연가스 엔진 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 엔진부는 상기 분리부로부터 순산소를 공급받아 작동하는 순산소 천연가스 엔진인 것을 특징으로 하는 천연가스 엔진 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 분리부는 상기 엔진부로 산소를 과잉되게 공급하며,
상기 엔진부에서 반응하고 남은 과잉 산소는 상기 냉각부에서 상기 배출가스로부터 분리되어 다시 엔진부로 공급되는 것을 특징으로 하는 천연가스 엔진 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 탱크부는 저장된 액화이산화탄소가 부분적으로 기화되어 생성된 증발가스를 상기 냉각부로 공급하며,
상기 냉각부는 상기 배출가스와 함께 상기 증발가스를 상기 액화천연가스와 열교환 시켜 상기 증발가스도 액화시킨 다음에 상기 제2 탱크부로 공급하는 것을 특징으로 하는 천연가스 엔진 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제2 탱크부는 저장된 액화이산화탄소가 부분적으로 기화되어 생성된 증발가스를 상기 가압부로 공급하고,
상기 가압부는 상기 배출가스와 함께 상기 증발가스를 가압하며,
상기 냉각부는 상기 가압부로부터 상기 배출가스와 함께 상기 증발가스를 공급받은 다음에 상기 배출가스와 함께 상기 증발가스를 상기 액화천연가스와 열교환 시켜 상기 증발가스도 액화시키는 것을 특징으로 하는 천연가스 엔진 시스템.
산소와 천연가스를 공급받아 열 에너지를 발생시키고 물과 이산화탄소를 포함한 배출가스를 배출하는 버너부;
기화되어 상기 버너부로 공급될 액화천연가스를 저장하는 제1 탱크부;
상기 제1 탱크부로부터 배출된 액화천연가스와 상기 버너부로부터 배출된 배출가스 사이의 열교환을 통해 상기 배출가스를 냉각시키는 냉각부;
상기 배출가스의 냉각에 따라 상기 이산화탄소가 냉각되어 생성되는 액화 이산화탄소를 저장하는 제2 탱크부;
상기 냉각부로부터 배출된 액화천연가스와 상기 버너부로부터 배출된 배출가스 사이의 열교환을 통해 상기 액화천연가스를 기화시키는 기화부; 및
상기 제1 탱크부로부터 배출된 액화천연가스로부터 열교환을 통해 냉열을 공급받아 공기로부터 상기 버너부로 공급할 산소를 분리시키는 분리부;를 포함하며,
상기 액화천연가스는 상기 제1 탱크부로부터 배출된 다음에 상기 분리부, 상기 냉각부, 상기 기화부를 순차적으로 거치는 것을 특징으로 하는 천연가스 버너 시스템.
청구항 13에 있어서,
상기 냉각부는 상기 열교환을 통해 상기 배출가스를 냉각시킴과 동시에 상기 액화천연가스를 기화시키고,
상기 액화천연가스의 기화로 생성된 천연가스는 상기 버너부로 공급되는 것을 특징으로 하는 천연가스 버너 시스템.