KR101758993B1

KR101758993B1 - 액화가스 처리 시스템

Info

Publication number: KR101758993B1
Application number: KR1020150150538A
Authority: KR
Inventors: 김소진; 이진광
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2017-08-01
Also published as: KR20160142749A; KR20160142747A; KR20160143478A; KR101758994B1; KR101828132B1; KR20160142745A; KR20160142746A; KR101758995B1; KR101779258B1; KR101772765B1; KR20160142748A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스가 재응축기로 공급되는 제1 유로; 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스가 상기 재응축기로 공급되는 제2 유로; 상기 재응축기에서 제1 수요처로 공급되는 제3 유로; 상기 제1 수요처의 출력축에 연결되어 전력을 발생시키는 발전 수단; 및 선박의 추진명령 또는 상기 선박의 추진정지명령을 입력받아 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로 내의 유체의 흐름 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액화가스 처리 시스템{Treatment system of liquefied natural gas}

본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것이다.

선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.

이러한 선박은 엔진을 구동함으로써, 추력을 발생시키는데, 이때, 엔진은 가솔린 또는 디젤을 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 함으로써, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하는 것이 일반적이었다.

그러나 최근에는, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료 공급방식이 사용되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.

일반적으로, LNG는 청정 연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄을 1기압 하에서 -162도 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1정도이고, 비중은 0.42로 원유 비중의 약 2분의 1이 된다.

그러나 엔진이 구동되기 위해 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 LNG의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 LNG의 온도 및 압력 등을 제어하여 엔진에 공급하는 다양한 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.

본 발명은 종래의 기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 액화가스 저장탱크의 액화가스와 증발가스를 효율적으로 처리하고, 액화가스를 처리하는 구성이 심플하게 이루어지는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스가 재응축기로 공급되는 제1 유로; 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스가 상기 재응축기로 공급되는 제2 유로; 상기 재응축기에서 제1 수요처로 공급되는 제3 유로; 상기 제1 수요처의 출력축에 연결되어 전력을 발생시키는 발전 수단; 및 선박의 추진명령 또는 상기 선박의 추진정지명령을 입력받아 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로 내의 유체의 흐름 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제어부는, 상기 입력된 상기 선박의 추진명령에 따라, 상기 제1 및 제2 유로를 통해 상기 재응축기로 상기 액화가스 및 상기 증발가스를 공급하고, 상기 발전 수단이 가동되도록 제어할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 수요처의 상기 출력축에 구비되며 상기 제어부에 의해 상기 제1 수요처의 동력을 프로펠러로 전달하는 것을 차단 또는 연결시키는 클러치를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어부는, 상기 선박의 추진명령 또는 상기 선박의 추진정지명령에 관계없이 상기 상기 제1 및 제2 유로를 통해 상기 재응축기로 상기 액화가스 및 상기 증발가스를 공급하도록 하고, 상기 발전 수단이 가동되도록 하며, 상기 입력된 상기 선박의 추진명령에 따라, 상기 클러치가 상기 출력축과 상기 프로펠러의 축을 연결하도록 하여 상기 제1 수요처의 동력이 프로펠러로 전달되도록 제어하고, 상기 입력된 상기 선박의 추진정지명령에 따라, 상기 클러치가 상기 출력축과 상기 프로펠러 축의 연결을 차단하여 상기 제1 수요처의 동력이 프로펠러로 전달되지 못하도록 제어할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어부에 의해 내부에 유동하는 유체의 흐름이 제어되며, 상기 제2 유로에서 분기되어 상기 제2 수요처로 연결되는 제4 유로; 및 상기 제2 유로와 상기 제4 유로가 분기되는 지점에 구비되는 증발가스 분리밸브를 더 포함하고, 상기 제2 유로는, 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 증발가스 분리밸브와 연결되는 제2a 유로; 및 상기 증발가스 분리밸브와 상기 재응축기까지 연결되는 제2b 유로를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어부는, 상기 입력된 상기 선박의 추진명령에 따라, 상기 증발가스 분리밸브의 상기 제2a 유로 및 상기 제2b 유로측 개도를 개방하고, 상기 제4 유로측 개도를 폐쇄하여, 상기 제1 및 제2 유로를 통해 상기 재응축기로 상기 액화가스 및 상기 증발가스가 공급하도록 하고, 상기 발전 수단이 가동되도록 하며, 상기 입력된 상기 선박의 추진정지명령에 따라, 상기 증발가스 분리밸브의 상기 제2a 유로 및 상기 제4 유로측 개도를 개방하고, 상기 제2b 유로측 개도를 폐쇄하여, 상기 제2a 유로를 거쳐 상기 제4 유로를 통해 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 제2 수요처로 증발가스가 공급되도록 하고, 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 재응축기로 증발가스가 공급되는 것을 차단하도록 제어할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 수요처는, 고압가스분사엔진이며, 상기 제2 수요처는, DFDG, GCU 또는 보일러이고, 상기 발전수단은 샤프트 제너레이터일 수 있다.

구체적으로, 상기 재응축기는, 5 내지 10bar의 압력을 견딜수 있는 압력용기 형태이며, 상기 액화가스와 상기 증발가스를 혼합하여 상기 증발가스를 재응축시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 유로는, 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 재응축기로 공급하는 제1 펌프를 포함하고, 상기 제2 유로는, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 상기 재응축기로 다단 압축하여 공급하는 증발가스 압축기 및; 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 개도조절을 통해 상기 재응축기로의 공급유량을 조절하는 증발가스 토출밸브를 포함하고, 상기 제3 유로는, 상기 재응축기에 저장된 액화가스를 고압으로 가압하는 제2 펌프; 및 상기 제2 펌프에서 공급되는 액화가스를 기화시켜 상기 제1 수요처로 공급하는 기화기를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 재응축기를 통해 증발가스를 처리하여 액화가스의 낭비를 방지하고 최적화된 사용을 보장할 수 있으며, 증발가스를 처리하는데 필요한 구성을 줄일 수 있어 시스템 구축 비용이 절감되고 선박 내 공간의 효율적인 사용이 가능해지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 펌프에 의해 도출되는 P-Q 그래프이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

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

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. 또한, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 제1 펌프(11), 증발가스 압축기(20), 재응축기(30), 제2 펌프(40), 기화기(50), 제1 수요처(60), 제2 수요처(61), 제어부(90), 증발가스 토출밸브(112), 증발가스 분리밸브(113)를 포함한다.

본 발명의 실시예에서 선박(부호도시하지 않음)은, 일례로 컨테이너 선(Container Ship) 또는 벌크 선일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)을 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에서는, 제1 내지 제4 라인(L1~L4)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스 또는 액화가스의 공급량이 제어될 수 있다.

제1 라인(L1)은, 액화가스 저장탱크(10)와 재응축기(30)를 연결하며, 제1 펌프(11)를 구비할 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 제1 펌프(11)를 통해 재응축기(30)로 공급할 수 있다.

제2 라인(L2)은, 액화가스 저장탱크(10)와 재응축기(30)를 연결하며, 증발가스 압축기(20)를 구비할 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스를 증발가스 압축기(20)를 통해 재응축기(30)로 공급할 수 있다. 이때, 제2 라인(L2)은, 병렬의 형태로 액화가스 저장탱크(10)에서 재응축기(30)로 연결될 수 있으며, 병렬로 구성된 제2 라인(L2)에는 각각 증발가스 압축기(20)가 구비되어 증발가스 압축기(20) 또한 병렬로 구성될 수 있다.

제3 라인(L3)은, 재응축기(30)와 제1 수요처(60)를 연결하며, 제2 펌프(40)와 기화기(50)를 구비할 수 있고, 재응축기(30)에서 재응축된 액화가스 또는 증발가스를 제2 펌프(40) 및 기화기(50)를 통해 고압으로 가압한 후 기화시켜 제1 수요처(60)로 공급할 수 있다. 이때, 제3 라인(L3)은, 재응축기(30)에서 기화기(50) 사이의 구간에서는 병렬의 형태로 연결될 수 있으며, 병렬로 구성된 제3 라인(L3)에는 각각 제2 펌프(40)가 구비되어 제2 펌프(40) 또한 병렬로 구성될 수 있다.

제 4 라인(L4)은, 증발가스 압축기(20)와 제2 수요처(61)를 연결하며, 제2 라인(L2) 상의 증발가스 압축기(20)와 재응축기(30)사이에서 분기되어 제2 수요처(61)와 연결될 수 있다. 이때, 제4 라인(L4)은, 증발가스 압축기(20)에서 압축된 증발가스를 제2 수요처(61)로 공급할 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(60,61)에 공급될 액화가스 또는 증발가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.

본 실시예에서는, 액화가스 저장탱크(10)에서 액화가스의 증발로 인해 발생하는 증발가스를 후술할 증발가스 압축기(20)로 공급하여, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스와 함께 수요처(60,61)의 연료로 활용함으로써, 증발가스를 효율적으로 관리할 수 있다.

여기서 액화가스 저장탱크(10)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.

외조 탱크는 액화가스 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 단면이 다각형 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 재질로 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 진공상태일 수 있다. 단열부를 진공으로 형성함에 따라, 액화가스 저장탱크(10)는 일반적인 탱크와 비교할 때, 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있다. 일례로 액화가스 저장탱크(10)는 진공의 단열부를 통해 5bar 내지 20bar의 압력을 버텨낼 수 있다.

증발가스 토출밸브(112)는, 제2 라인(L2) 상에 액화가스 저장탱크(10)에 근접하도록 구비되며, 개도조절을 통해서 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스가 제2 라인(L2)으로 공급될 수 있도록 한다.

증발가스 토출밸브(112)는, 후술할 제어부(90)와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어부(90)로부터 개도조절신호를 전송받아 개도조절을 수행할 수 있다.

증발가스 분리밸브(113)는, 제2 라인(L2) 상에 제4 라인(L4)이 분기되는 지점에 구비되며 삼방밸브일 수 있다. 증발가스 분리밸브(113)는, 개도조절을 통해서 증발가스 압축기(20)에서 토출되는 증발가스를 제4 라인(L4)을 통해 제2 수요처(61)로 공급되도록 하거나 또는 제2 라인(L2)을 통해서 재응축기(30)로 공급될 수 있도록 한다.

증발가스 분리밸브(113)는, 후술할 제어부(90)와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어부(90)로부터 개도조절신호를 전송받아 개도조절을 수행할 수 있다.

제1 펌프(11)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 1차 가압하여 재응축기(30)로 공급할 수 있다. 구체적으로, 제1 펌프(11)는, 제1 라인(L1) 상에 액화가스 저장탱크(10)와 재응축기(30) 사이에 구비되어 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 재응축기(30)로 공급할 수 있다.

제1 펌프(11)는, 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 구비되거나, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 수위보다 낮은 위치의 외부에 구비될 수 있으며, 잠형 또는 왕복동형일 수 있다.

제1 펌프(11)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 6 내지 8bar로 가압하여 재응축기(30)로 공급할 수 있다. 여기서, 제1 펌프(11)는, 액화가스 저장탱크(100)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도를 다소 높일 수 있으며, 제1 펌프(11)에 의해 가압된 액화가스는 여전히 액체 상태일 수 있다.

증발가스 압축기(20)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압한다. 구체적으로, 증발가스 압축기(20)는, 제2 라인(L2) 상에 액화가스 저장탱크(10)와 재응축기(30) 사이에 마련되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되어 배출되는 증발가스를 약 6 내지 8bar로 가압하여 재응축기(30)에 공급할 수 있다.

증발가스 압축기(20)는, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 가압시킬 수 있으며, 일례로 증발가스 압축기(20)는 3개가 구비되어 증발가스가 3단 가압되도록 할 수 있다. 여기서 일례로 든 3단 압축기는 단지 하나의 예에 불과하며 3단에 한정되지 않는다.

이때 증발가스 압축기(20)는, LD(Low Duty) 압축기로 약 1bar 내지 2bar의 증발가스를 약 6 내지 8bar까지 가압할 수 있으며, 제2 라인(L2)을 통해 재응축기(30)로 공급될 수 있다.

또한, 증발가스 압축기(20)는, 원심형(Centrifugal type) 압축기일 수 있다. 원심형 압축기는 약 6 내지 10bar로의 가압이 가능하며, 래비린스 링(Labyrinth ring)을 구비하지 않아 가격이 저렴하고 저부하 운동시 진동을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에서는, 증발가스 압축기(20)의 각 후단에는 증발가스 냉각기(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 증발가스 압축기(20)에 의하여 증발가스가 가압되면, 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있기 때문에, 본 실시예에서는 증발가스 냉각기를 사용하여 증발가스의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다. 증발가스 냉각기는, 증발가스 압축기(20)와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 증발가스 냉각기는, 각 증발가스 압축기(20)의 하류에 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 증발가스 압축기(20)가 병렬로 구비되어 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스 양이 급격히 상승하는 경우, 이를 모두 수용할 수 있으며, 또는 증발가스 압축기(20)의 하나가 오작동을 일으키거나 셧다운(Shut down)되는 경우 나머지 하나의 증발가스 압축기(20)가 작동할 수 있어 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 효율적으로 수용하여 처리할 수 있다.

재응축기(30)는, 증발가스 압축기(20)와 제2 펌프(40) 사이 또는 제1 펌프(11)와 제2 펌프(40) 사이에 구비되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스 및 증발가스를 공급받아 재응축시켜 제2 펌프(40)로 공급한다.

구체적으로, 재응축기(30)는, 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스를 증발가스 압축기(20)로 약 6 내지 8bar의 압력으로 가압하여 제2 라인(L2)을 통해 공급받고 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 제1 펌프(11)로 약 6 내지 8bar의 압력으로 가압하여 제1 라인(L1)을 통해 공급받아 저온의 액화가스를 통해 증발가스를 재응축시키며, 재응축된 액화가스 또는 증발가스를 제2 펌프(40)로 공급할 수 있다.

재응축기(30)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스와 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 서로 혼합하여 저온의 액화가스 냉열을 전달하여 증발가스를 재응축 시키는 방식을 이용할 수 있다.

이때, 재응축기(30)는, 증발가스 압축기(20) 및 제1 펌프(11)를 통해 증발가스와 액화가스를 약 6 내지 8bar(또는 6 내지 15bar까지도 가능함)의 압력으로 공급받아 저압의 증발가스 또는 액화가스보다 재응축 효율이 향상되며, 상기 압력을 유지한 상태로 재응축시켜 제2 펌프(40)로 공급하여 제2 펌프(40)의 압축 부하를 낮출 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예에서는, 재응축기(30)를 구비하여 증발가스를 처리함으로써, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 소비하기 위한 DFDE의 구비가 필요없으며, 재응축기(30)에서 증발가스를 추가로 공급받아 재응축시켜 연료로 사용하므로, 연료의 부족시 사용되는 강제기화기(Forcing Vaporizer)의 구비가 필요없게되어 시스템 구축 비용이 절감되는 효과와 시스템 구성이 심플화되어 구동 신뢰성이 증가하는 효과가 있다.

제2 펌프(40)는, 재응축기(30)로부터 재응축된 액화가스를 공급받아 2차 가압하여 고압으로 가압할 수 있으며, 약 200 내지 400bar로 가압하는 고압펌프일 수 있다. 구체적으로, 제2 펌프(40)는, 제3 라인(L3) 상에 재응축기(30)와 기화기(50) 사이에 구비될 수 있으며, 재응축기(30)로부터 약 6 내지 8bar의 압력을 가진 상태로 재응축된 액화가스를 공급받아 약 200 내지 400bar의 고압으로 가압하여 기화기(50)로 공급할 수 있다.

제2 펌프(40)는, 약 200 내지 400bar의 고압으로 가압하여, 기화기(50)를 거쳐 제1 수요처(60)로 공급함으로써, 제1 수요처(60)가 요구하는 압력을 제1 수요처(60)로 공급할 수 있고 이를 통해 제1 수요처(60)가 액화가스를 통해 추력을 생산할 수 있다.

제2 펌프(40)는, 재응축기(30)로부터 배출되는 액체상태의 재응축 액화가스 또는 증발가스를 고압으로 가압하되, 액화가스 또는 증발가스가 초임계점(Critical Point)보다 높은 온도 및 압력을 갖는 초임계 상태가 되도록 상변화시킬 수 있다. 이때, 초임계 상태인 액화가스의 온도는 임계온도보다 상대적으로 높은 영하 20도 이하일 수 있다.

또는 제2 펌프(40)는 액체 상태의 액화가스를 고압으로 가압하여 과냉액체 상태로 변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태의 액화가스란 액화가스의 압력이 임계압력보다 높고, 온도가 임계온도보다 낮은 상태이다.

구체적으로, 제2 펌프(40)는, 재응축기(30)로부터 배출되는 액체상태의 액화가스를 200bar 내지 400bar까지 고압으로 가압하되, 액화가스의 온도가 임계온도보다 낮은 온도가 되도록 하여, 액화가스를 과냉액체 상태로 상변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태의 액화가스 온도는, 임계온도보다 상대적으로 낮은 영하 140도 내지 영하 60도일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 제2 펌프(40)가 병렬로 구비되어 제2 펌프(40)의 하나가 오작동을 일으키거나 셧다운(Shut down)되는 경우 나머지 하나의 제2 펌프(40)가 작동할 수 있어 재응축기(30)에 재응축된 증발가스 또는 액화가스를 제1 수요처(60)로 신뢰성있게 또는 안정적으로 공급할 수 있다.

기화기(50)는, 제3 라인(L3) 상에 마련되어 제2 펌프(40)로부터 배출되는 고압의 액화가스를 기화시킬 수 있다. 구체적으로, 기화기(50)는, 제1 수요처(60)와 제2 펌프(40) 사이의 제3 라인(L3) 상에 마련되어 제2 펌프(40)로부터 공급되는 고압의 액화가스를 기화시켜 제1 수요처(60)가 원하는 상태로 공급할 수 있다.

이때, 기화기(50)는, 액화가스를 기화시키기 위한 열매로 글리콜 워터(Glycol Water), 해수(Sea Water), 스팀(Steam) 또는 엔진 배기가스 등을 사용할 수 있으며, 고압의 액화가스의 압력을 변동없이 제1 수요처(60)로 공급할 수 있다.

제1 수요처(60)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스 또는 증발가스를 연료로 사용한다. 즉, 제1 수요처(60)는, 액화가스 또는 증발가스를 필요로 하며 이를 원료로 하여 구동될 수 있다. 제1 수요처(60)는, 엔진(예를들어 고압가스분사엔진으로 MEGI 엔진)일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다

여기서 제1 수요처(60)는, 액화가스 저장탱크(10)와 제1 라인(L1) 및 제2 라인(L2)과 제3 라인(L3)을 통해 연결될 수 있으며, 약 200 내지 400 bar의 고압으로 가압된 액화가스 또는 증발가스를 공급받을 수 있다.

제1 수요처(60)는, 제2 펌프(40) 및 기화기(50)에 의해 약 200 내지 400bar로 가압되고 기화된 증발가스 또는 액화가스를 사용할 수 있고, 약 300bar 정도의 고압 증발가스를 사용하는 고압용 엔진일 수 있으며, 프로펠러(70)를 구동하기 위해 직접 프로펠러 축(71)을 회전시키는 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다.

엔진은 액화가스의 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 제1 수요처(60) 구동 시 프로펠러 축(71)에 연결된 프로펠러(70)가 회전함에 따라 선체가 전진 또는 후진할 수 있다.

제1 수요처(60)는 제2 펌프(40) 및 기화기(50)를 통해 가압 기화된 액화가스를 공급받아 구동력을 얻을 수 있으며, 액화가스의 상태는 제1 수요처(60)가 요구하는 상태에 따라 달라질 수 있다.

또한, 제1 수요처(60)는, 이종연료가 사용가능한 이종연료엔진일 수 있다. 이종연료엔진은 통상 디젤 사이클로 구동되는 2행정 엔진이다. 이러한 디젤 사이클은 기본적으로, 공기가 피스톤에 의해서 압축되고, 압축된 고온의 공기는 점화연료(Pilot Fuel)에 의해서 점화가 이루어지며, 나머지 고압의 가스가 분사되어 폭발이 이루어진다.

이때 점화연료는 HFO(Heavy Fuel Oil) 또는 MDO(Marine Diesel Oil)를 사용하게 되며, 보통 점화연료와 고압 가스의 비율은 약 5:95 이고, 점화연료의 분사량은 5~100%까지 조정이 가능하다. 따라서 점화연료는 엔진의 구동 연료로도 이용가능하다.

즉, 점화연료의 분사량이 약 5%정도인 경우 엔진 구동 연료로 증발가스(또는 가열된 액화가스; 약 95%)가 주로 사용되며, 점화연료의 분사량이 100%인 경우에는 엔진 구동 연료로 점화연료(오일)가 전부 사용된다.

이때, 점화연료의 분사량이 50%인 경우(와 증발가스 약 50%)에는 점화연료와 증발가스 또는 액화가스가 혼합되어 엔진으로 유입되는 것이 아닌 점화연료가 먼저 발화하여 발열량을 생산하고, 이후, 나머지 증발가스가 유입되어 폭발하여 발열량을 생산하여 엔진 구동에 필요한 발열량을 생산한다.

제2 수요처(61)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스를 연료로 사용한다. 즉, 제2 수요처(61)는, 증발가스를 필요로 하며 이를 원료로 하여 구동될 수 있다. 제2 수요처(61)는, 발전기(예를들어 DFDG), 가스연소장치(GCU), 보일러(예를들어 스팀을 생성하는 보일러)일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

구체적으로, 제2 수요처(61)는, 액화가스 저장탱크(10)와 제2 라인(L2) 및 제4 라인(L4)을 통해 연결될 수 있으며, 증발가스 압축기(20)에 의해 약 1 내지 6 bar의 저압으로 가압된 증발가스를 공급받아 연료로 사용할 수 있다.

또한, 제2 수요처(61)는, 이종연료가 사용가능한 이종연료엔진일 수 있어, 증발가스뿐만 아니라 오일을 연료로 사용할 수 있으나, 증발가스와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 증발가스 또는 오일이 선택적으로 공급될 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 제2 수요처(61)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.

제어부(90)는, 제1 수요처(60)로부터 로드 정보를 유선 또는 무선으로 수신할 수 있고, 증발가스 토출밸브(112), 증발가스 분리밸브(113) 또는 제1 펌프(11)로 유선 또는 무선으로 구동신호를 송신할 수 있다.

구체적으로 제어부(90)를 통한 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하도록 하며, 도 1의 실시예에서 제어부(90)는, 증발가스 토출밸브(112) 및 제1 펌프(11)만을 제어하고 도 2의 실시예에서 제어부(90)는 증발가스 토출밸브(112), 증발가스 분리밸브(113) 및 제1 펌프(11)를 제어한다.

먼저 도 1의 실시예를 설명하기 위해 도 1을 살펴보도록 한다.

제어부(90)는, 제1 수요처(60)로부터 로드 신호를 수신받아 제1 수요처(60)의 로드가 높은 경우, 증발가스 토출밸브(112)에는 개도 개방신호와 제1 펌프(11)에는 펌프구동신호를 송신하여 재응축기(30)가 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스와 액화가스를 모두 공급받을 수 있도록 함으로써, 재응축기(30)에서 재응축된 액화가스 또는 증발가스를 제1 수요처(60)의 연료로 공급하도록 제어할 수 있다.

제어부(90)는, 제1 수요처(60)로부터 로드 신호를 수신받아 제1 수요처(60)의 로드가 낮은 경우, 증발가스 토출밸브(112)에는 개도 폐쇄신호를 송신하고 제1 펌프(11)에는 구동신호를 송신하여, 재응축기(30)가 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스만 공급받을 수 있도록 함으로써, 재응축기(30)에 저장된 액화가스를 제1 수요처(60)의 연료로 공급하고, 액화가스 저장탱크(10)는 발생되는 증발가스는 액화가스 저장탱크(10) 내부에 그대로 유지하도록 하여 축압하도록 제어할 수 있다. 물론 이 경우 증발가스 압축기(20)의 구동은 정지될 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에서는, 제1 수요처(60)의 로드가 높은 경우 즉, MEGI 엔진의 로드가 높은 경우, 액화가스와 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로부터 모두 공급받아 재응축기(30)에서 재응축시켜 액화가스 저장탱크(10) 내에 발생되는 증발가스를 효과적으로 처리하고, 재응축된 액화가스 또는 증발가스를 MEGI 엔진의 연료로 사용할 수 있다. 여기서 제1 수요처(60)의 로드가 높은 경우는, 일례로 선박이 고속(18knot 이상)으로 추진하는 경우일 수 있다. 이때, 재응축기(30)로 공급되는 액화가스 또는 증발가스는 약 6 내지 8bar의 압력을 가지며, 제1 수요처(60)로 공급되는 재응축된 액화가스 또는 증발가스는 약 200 내지 400bar의 압력을 가질 수 있다.

제1 수요처(60)의 로드가 낮은 경우 즉, MEGI 엔진의 로드가 낮은 경우, 재응축기(30)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스만 공급받아 재응축기(30)에 저장된 액화가스를 제1 수요처(60)의 연료로 공급하고, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스는 액화가스 저장탱크(10) 내부에 그대로 유지하도록 축압할 수 있다. 이때, 재응축기(30)는 재응축과정이 일어나지 않고 단지 액화가스가 임시저장하여, 제2 펌프(40)의 유효흡입수두 조건을 만족하도록 하는 제2 펌프(40)로 공급되기 전의 석션 드럼(Suction Drum)과 유사한 역할을 할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스를 공급받지 않는다.

MEGI 엔진의 로드가 높은 경우에는(일례로 선박이 고속(18knot 이상)으로 추진하는 경우), 액화가스 저장탱크(10) 내의 저장된 액화가스의 양이 많으므로(고속으로 선박을 추진하는 경우는 항해 초기 또는 중기이므로 추진연료인 액화가스의 저장량이 많음) 그에 따른 증발가스 발생량이 많아지게 되며, 이로 인해 액화가스 저장탱크(10) 내압이 상승하여 내구성이 약화되거나 손상될 위험이 증가하게 된다. 따라서, 증발가스 처리의 어려움이 발생하게 된다.

이에 본 발명의 실시예에서는, 재응축기(30)를 사용하여 증발가스를 MEGI 엔진의 연료로 소비하게 함으로써 해결하여, 증발가스의 처리를 낭비하지 않고 최적화 사용이 가능해지며 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 효율적 및 탄력적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.

MEGI 엔진의 로드가 낮은 경우(일례로 선박이 저속 추진(16Knot이하)하는 경우 또는 선박이 Port in&out 또는 Anchoring(화물 선적 또는 하역시)하는 경우)는, 액화가스 저장탱크(10) 내의 저장된 액화가스의 양이 적으므로(저속으로 선박을 추진하는 경우 또는 선박이 Port in&out 또는 Anchoring인 경우는 항해 말기이므로 추진연료인 액화가스의 저장량이 적음) 그에 따른 증발가스 발생량이 적어 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승이 매우 적어 증발가스를 별도로 처리할 필요가 없다.

따라서, MEGI 엔진의 로드가 낮은 경우는, 증발가스 처리를 실시하지 않고 액화가스 저장탱크(10) 내부에 그대로 축압하여 증발가스를 낭비하지 않고 최적화 사용이 가능해지며 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 효율적 및 탄력적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.

다음으로 도 2의 실시예를 설명하기 위해 도 2를 살펴보도록 한다.

제어부(90)는, 제1 수요처(60)로부터 로드 신호를 수신받아 제1 수요처(60)의 로드가 높은 경우, 증발가스 토출밸브(112)에는 개도개방신호, 증발가스 분리밸브(113)에는 제4 라인(L4)측 개도 폐쇄신호와 증발가스 압축기(20)측 및 재응축기(30)측 개도 개방신호, 제1 펌프(11)에는 펌프구동신호를 송신하여 재응축기(30)가 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스와 액화가스를 모두 공급받을 수 있도록 함으로써, 재응축기(30)에서 재응축된 액화가스 또는 증발가스를 제1 수요처(60)의 연료로 공급하도록 제어할 수 있다.

제어부(90)는, 제1 수요처(60)로부터 로드 신호를 수신받아 제1 수요처(60)의 로드가 낮은 경우, 증발가스 토출밸브(112)에는 개도 개방신호, 증발가스 분리밸브(113)에는 증발가스 압축기(20)측 및 제4 라인(L4)측 개도 개방신호와 재응축기(30)측 개도 폐쇄신호를 송신하고, 제1 펌프(11)에는 펌프 구동신호를 송신함으로써, 재응축기(30)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스만 공급받을 수 있도록 하고 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스는 제2 수요처(61)로 공급하여 처리할 수 있도록 제어할 수 있다. 이 경우 도 1의 실시예와는 달리 제1 수요처(60)의 로드가 낮은 경우라도 증발가스 압축기(20)는 구동되며 압축된 증발가스가 제2 수요처(61)로 공급되게 된다.

도 2의 실시예에서는 도 1의 실시예와 제1 수요처(60)의 로드가 낮은 경우에 구동 방법의 차이가 있으며, 이는, 액화가스 저장탱크(10) 내에 축압방식이 허용되지 않는 경우 또는 액화가스 저장탱크(10) 내의 발생된 증발가스를 모두 소비하기를 원하는 경우에 해당될 수 있다.

즉, 본 발명의 도 2의 실시예에서 제1 수요처(60)의 로드가 낮은 경우 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스는, 제2 라인(L2)을 통해서 증발가스 압축기(20)에서 6 내지 8bar로 가압된 후 재응축기(30)가 아닌 분기된 제4 라인(L4)을 통해서 제2 수요처(61)로 공급된다. 이때, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스는 제2 수요처(61)에서 DFDG를 가동하도록 함으로써, 잉여 증발가스가 전력의 형태로 변환되어 저장되거나 제2 수요처(61)에서 보일러를 가동하여 스팀의 형태로 변환되어 저장됨으로써, 잉여 증발가스를 낭비하지 않고 고효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 재응축기(30)를 통해 증발가스를 처리하여 액화가스의 낭비를 방지하고 최적화된 사용을 보장할 수 있으며, 증발가스를 처리하는데 필요한 구성을 줄일 수 있어 시스템 구축 비용이 절감되고 선박 내 공간의 효율적인 사용이 가능해지는 효과가 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 제1 펌프(11), 증발가스 압축기(20), 재응축기(30), 제2 펌프(40), 기화기(50), 제1 수요처(60), 제2 수요처(61), 클러치(72) 및 샤프트 제너레이터(80), 제어부(90), 증발가스 토출밸브(112), 증발가스 분리밸브(113)를 포함한다. 여기서 선박(부호도시하지 않음)은, 일례로 컨테이너 선(Container Ship) 또는 벌크 선일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

본 실시예는 클러치(72) 및 샤프트 제너레이터(80)의 구성이 추가되었으며 제어부(90)의 제어가 변경되었으며, 그 외의 구성은 상기 도 1 및 도 2의 실시예와 동일 또는 유사하게 구성된다. 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)을 설명하도록 한다.

클러치(clutch; 72)는, 프로펠러 축(71) 상에 구비되어 제1 수요처(60)에서 발생되는 동력을 프로펠러(70)로 전달되는 것을 차단하거나 또는 연결할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 클러치(72)는, 선박에서 사용하는 일반적인 클러치로 사용될 수 있으며 이는 공지된 내용으로 구성에 대한 상세한 기술은 생략하도록 한다.

여기서 클러치(72)는, 후술할 샤프트 제너레이터(80)와 프로펠러(70) 사이에 구비될 수 있으며, 후술할 제어부(90)로부터 물림신호를 수신하는 경우 제1 수요처(60)에서 발생되는 동력을 프로펠러(70)로 전달되도록 하고, 제어부(90)로부터 해제신호를 수신하는 경우, 제1 수요처(60)에서 발생되는 동력을 프로펠러(70)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.

클러치(72)에 의해 동력 전달이 차단된 프로펠러(70)는, 선박의 직진에 대한 관성으로 해수에 의해 자연스럽게 회전하거나 정지할 수 있으며, 이때 제1 수요처(60)에서 발생된 동력은 모두 샤프트 제너레이터(80)로 공급될 수 있다.

샤프트 제너레이터(Shaft Generator; 80)는, 프로펠러 축(71)과 결합하여 연동되며, 제1 수요처(60)로부터 동력을 얻어 전력을 발생시키고, 전력을 에너지 저장 설비(Energy Storage System; 도시하지 않음)에 공급하여 전력을 에너지형태로 저장할 수 있다. 이때, 샤프트 제너레이터(80)는, 제1 수요처(60)의 구동에 대해 저항을 주는데(여기서 제1 수요처(60)는 MEGI 엔진), 이 저항으로 선박은 제1 수요처(60) 즉, MEGI엔진의 출력을 증가시키더라도 속도가 증가하지 않고 액화가스 또는 증발가스를 소모할 수 있다.

샤프트 제너레이터(80)는, 에너지 저장 설비와의 사이에 전력공급라인(도시하지 않음)에 의해서 연결되어 샤프트 제너레이터(80)에서 발생된 전력을 공급할 수 있으며, 전력공급라인 상에 변환기(도시하지 않음)가 설치되어 샤프트 제너레이터(80)에서 발생된 전력을 에너지 저장 설비가 필요로 하는 전력으로 변환할 수 있다.

제어부(90)는, 선박의 추진 정보를 외부로부터 유선 또는 무선으로 수신할 수 있고, 클러치(71), 샤프트 제너레이터(80), 증발가스 토출밸브(112), 증발가스 분리밸브(113) 또는 제1 펌프(11)로 유선 또는 무선으로 구동신호를 송신할 수 있다.

구체적으로 제어부(90)를 통한 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하도록 하며, 도 3의 실시예에서 제어부(90)는, 클러치(71), 샤프트 제너레이터(80), 증발가스 토출밸브(112) 및 제1 펌프(11)만을 제어하고 도 4의 실시예에서 제어부(90)는 샤프트 제너레이터(80), 증발가스 토출밸브(112), 증발가스 분리밸브(113) 및 제1 펌프(11)를 제어한다.

먼저 도 3의 실시예를 설명하기 위해 도 3을 살펴보도록 한다.

제어부(90)는, 선박의 추진정보 수신 유무와 관계없이 증발가스 토출밸브(112)에는 개도 개방신호와 제1 펌프(11)에는 펌프구동신호를 송신하여 재응축기(30)가 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스와 액화가스를 모두 공급받을 수 있도록 함으로써, 재응축기(30)에서 재응축된 액화가스 또는 증발가스를 제1 수요처(60)의 연료로 공급하도록 제어할 수 있고, 제1 수요처(60) 및 샤프트 제너레이터(80)에는 선박의 추진정보 수신 유무와 관계없이 구동신호를 송신하여, 제1 수요처(60) 및 샤프트 제너레이터(80)가 지속적으로 구동될 수 있도록 제어할 수 있다.

즉, 제어부(90)의 제어를 통해서 재응축기(30)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스가 증발가스 압축기(20)를 통해 약 6 내지 8bar로 가압되어 공급받고, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스가 제1 펌프(11)를 통해 약 6 내지 8bar로 가압되어 공급받아 액화가스와 증발가스를 서로 혼합하여 증발가스를 재응축시키고, 재응축된 액화가스 또는 증발가스를 제2 펌프(40)를 통해 약 200 내지 400bar로 가압하고 기화기(50)로 기화시켜 제1 수요처(60)의 연료로 공급할 수 있다. 이때, 제1 수요처(60)는 계속해서 연료를 공급받아 구동됨로 동력이 계속해서 발생되고, 발생된 동력을 샤프트 제너레이터(80)가 공급받아 전력생산을 지속적으로 할 수 있다.

다만, 제어부(90)는, 외부로부터 선박의 추진정보를 수신받아 선박의 추진신호가 수신되는 경우, 클러치(72)에 물림신호를 송신하여, 제1 수요처(60)에서 발생되는 동력을 프로펠러(70)로 전달하여 선박이 추진하도록 제어하고, 선박의 추진신호가 수신되지 않는 경우, 클러치(72)에 해제신호를 송신하여, 제1 수요처(60)에서 발생되는 동력을 프로펠러(70)로 전달하는 것을 차단하여 선박이 미추진되도록 제어할 수 있다.

즉, 제어부(90)가 선박의 추진신호를 수신하는 경우에는, 클러치(72)를 통해 프로펠러(70)와 제1 수요처(60)를 연결하여 제1 수요처(60)에서 발생되는 동력을 선박의 추진에 사용함과 동시에 샤프트 제너레이터(80)를 통해서 전력을 발생시키고, 선박의 추진신호를 수신하지 않는 경우에는, 클러치(72)를 통해 프로펠러(70)와 제1 수요처(60)의 연결을 차단하여 제1 수요처(60)에서 발생되는 동력을 모두 샤프트 제너레이터(80)를 통해 전력을 발생시키는데 사용할 수 있다.

여기서 선박의 추진신호를 수신하는 경우는, 바람직하게 선박이 약 18knot 이상으로 추진하도록 하는 경우이고, 선박의 추진신호를 수신하지 않는 경우는, Anchoring(화물 선적 또는 하역)하는 경우일 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에서는, 선박의 추진과 관계없이 항상 샤프트 제너레이터(80)를 구동시킬 수 있어, 전력 공급의 신뢰성이 향상되고 전력의 효율적인 생산이 가능해지는 효과가 있으며, 증발가스를 외부로 배출하거나 연소시켜 버리는 방식이 아닌 전력으로 변환하여 다른 에너지로 재생산함으로써, 증발가스의 효율적이고 경제적인 사용이 가능해지는 효과가 있다.

다음으로 본 발명의 도 4의 실시예를 설명하기 위해 도 4를 살펴보도록 한다.

제어부(90)는, 선박의 추진정보 수신 유무와 관계없이 증발가스 토출밸브(112)에는 개도 개방신호를 송신하여 증발가스 압축기(30)가 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 압축하도록 제어할 수 있다.

다만, 제어부(90)는, 외부로부터 선박의 추진정보를 수신받아 선박의 추진신호가 수신되는 경우, 제1 펌프(11)에 펌프구동신호, 증발가스 분리밸브(113)에는 제4 라인(L4)측 개도 폐쇄신호와 증발가스 압축기(20)측 및 재응축기(30)측 개도 개방신호, 제1 수요처(60) 및 샤프트 제너레이터(80)에는 구동신호를 송신함으로써, 재응축기(30)가 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스와 액화가스를 모두 공급받아 재응축기(30)에서 재응축된 액화가스 또는 증발가스를 제1 수요처(60)의 연료로 공급하여 제1 수요처(60)가 구동됨과 함게 동력이 발생되도록 하고, 발생된 동력을 구동되는 샤프트 제너레이터(80)를 통해 전력을 생성함과 동시에 선박이 추진될 수 있도록 제어할 수 있다.

그리고 제어부(90)는, 외부로부터 선박의 추진정보를 수신받아 선박의 추진신호가 수신되는 않는경우, 제1 펌프(11)에는 펌프구동중단신호, 증발가스 분리밸브(113)에는 증발가스 압축기(20)측 및 제4 라인(L4)측 개도 개방신호와 재응축기(30)측 개도 폐쇄신호, 제1 수요처(60) 및 샤프트 제너레이터(80)에는 구동정지신호, 제2 수요처(61)에는 구동신호를 송신함으로써, 제1 수요처(60)로의 연료 공급을 중단하여 제1 수요처(60)의 가동을 중지하고, 제2 수요처(61)로 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 공급하여 제2 수요처(61; DFDG)에서 전력 또는 스팀을 발생시킬 수 있도록 제어할 수 있다. 이때, 제2 수요처(61)의 DFDE는 증발가스를 통해 전력을 생산하고, 보일러는 증발가스를 통해서 스팀을 생산할 수 있다.

여기서 선박의 추진신호를 수신하는 경우는, 바람직하게 선박이 약 18knot 이상으로 추진하는 경우이고, 선박의 추진신호를 수신하지 않는 경우는, Anchoring(화물 선적 또는 하역)하는 경우일 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에서는, 선박의 추진시에는 샤프트 제너레이터(80)를 구동시켜 전력을 발생시키고, 선박의 미추진시에는 DFDG를 구동시켜 전력을 발생시킴으로써, 전력의 지속적인 생산이 가능해지고 전력 공급의 신뢰성이 향상되는 효과가 있으며, 증발가스를 외부로 배출하거나 연소시켜 버리는 방식이 아닌 전력 또는 스팀으로 변환시켜 다른 에너지로 재생산함으로써, 증발가스의 효율적이고 경제적인 사용이 가능해지는 효과가 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 재응축기(30)를 통해 증발가스를 처리하여 액화가스의 낭비를 방지하고 최적화된 사용을 보장할 수 있으며, 증발가스를 처리하는테 필요한 구성을 줄일 수 있어 시스템 구축 비용이 절감되고 선박 내 공간의 효율적인 사용이 가능해지는 효과가 있다.

또한, 선박의 추진 유무에 상관없이 클러치(72)를 통해 선박의 미추진시에도 샤프트 제너레이터(80)를 항시 구동하거나, DFDG를 통해 선박의 미추진시에도 전력을 생산하여 선박의 추진상황에 관계없이 전력을 지속적으로 생산할 수 있어, 잉여 증발가스의 처리를 전력으로 변환 사용할 수 있게되어 증발가스의 경제적인 사용이 가능해지는 효과가 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 제1 펌프(11), 제1 열교환기(12), 증발가스 압축기(20), 예열기(21), 제1 수요처(60), 제어부(90)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서 선박(부호도시하지 않음)은, 일례로 가스 터빈 추진 LNG 운반선 또는 컨테이너 선일 수 있으며, 선박이 컨테이너 선인 경우에는 액화가스 저장탱크(10)가 B type 탱크일 수 있고, 이에 한정되지 않는다.

이하에서는, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)을 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에서는, 제1 및 제2 라인(L1~L2)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스의 공급량이 제어될 수 있다.

제1 라인(L1)은, 액화가스 저장탱크(10)와 제2 라인(L2) 상의 증발가스 압축기(20) 후단에 연결되며, 제1 펌프(11) 및 제1 열교환기(12)를 구비할 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 제1 펌프(11)를 통해 제2 라인(L2)으로 공급할 수 있다.

제2 라인(L2)은, 액화가스 저장탱크(10)와 제1 수요처(60)를 연결하며, 증발가스 압축기(20), 예열기(21) 및 제1 압력센서(901)를 구비할 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스를 증발가스 압축기(20)를 통해 제1 수요처(60)로 공급할 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)는, 상기에서 기술한 본 발명의 도 1 및 도 2의 실시예에서의 액화가스 저장탱크(10)와 동일 또는 유사하므로 이에 갈음하도록 한다.

제1 펌프(11)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 가압하여 제1 열교환기(12)로 공급할 수 있다. 구체적으로, 제1 펌프(11)는, 제1 라인(L1) 상에 액화가스 저장탱크(10)와 제1 열교환기(12) 사이에 구비되어 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 제1 열교환기(12)로 공급할 수 있다.

제1 펌프(11)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 약 수 내지 수십 bar(바람직하게는 약 30 내지 50bar)로 가압하여 제1 열교환기(12)로 공급할 수 있다. 여기서, 제1 펌프(11)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도를 다소 높일 수 있으며, 제1 펌프(11)에 의해 가압된 액화가스는 여전히 액체 상태일 수 있다.

또한, 제1 펌프(11)는, 가변용량형 펌프로 전력의 공급에 따라 토출되는 압력 또는 유량을 변화시킬 수 있다. 예를 들어 제1 펌프(11)는, 공급되는 전력이 많아지면 많아진 전력의 양에 비례하여 토출되는 액화가스의 압력 또는 유량이 증가하며, 공급되는 전력이 작아지면 적어진 전력의 양에 비례하여 토출되는 액화가스의 압력 또는 유량이 감소하게 된다.

제1 펌프(11)는, 후술할 제어부(90)와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어부(90)에 의해서 공급되는 전력의 양이 조절될 수 있다. 제어부(90)를 통해서 제1 펌프(11)가 제어되는 상세한 설명은 후술하도록 한다.

제1 열교환기(12)는, 제1 펌프(11)에 의해 30 내지 50bar(바람직하게는 약 40bar)로 가압된 액화가스를 공급받아 가열할 수 있다. 구체적으로, 제1 열교환기(12)는, 제1 라인(L1) 상의 제1 펌프(11) 하류에 구비되어 제1 펌프(11)로부터 공급되는 가압된 액화가스를 공급받아 약 영상 40 내지 50도로 가열한 후 제1 수요처(60)로 공급하여 제1 수요처(60)가 요구하는 상태의 액화가스를 공급할 수 있다.

즉, 제1 열교환기(12)는, 제1 펌프(11)로부터 압력 약 30 내지 50bar(바람직하게는 약 40bar), 온도 약 영하 163도 내지 영하 160도의 상태를 가지는 액화가스를 공급받아 약 영상 40 내지 50도(바람직하게는 약 45도)로 가열한 후 제1 수요처(60)로 공급할 수 있다. 이때, 제1 열교환기(12)는, 액화가스를 가열하는 열원으로 글리콜 워터(Glycol Water), 스팀(Steam) 또는 해수(Sea Water) 등을 사용할 수 있으며, 액화가스의 압력을 변동없이 제1 수요처(60)로 공급할 수 있다.

증발가스 압축기(20)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압한다. 구체적으로, 증발가스 압축기(20)는, 제2 라인(L2) 상에 예열기(21) 하류에 마련되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되어 배출되는 증발가스를 약 30 내지 50bar(바람직하게 40bar)로 가압하여 제1 수요처(60)에 공급할 수 있다.

이때 증발가스 압축기(20)는, 압력 약 1bar 내지 2bar의 증발가스를 약 30 내지 50bar까지 가압할 수 있으며, 제2 라인(L2)을 통해 제1 수요처(60)로 공급될 수 있다. 또한, 증발가스 압축기(20)는, 왕복동형(Reciprocating type) 압축기일 수 있다. 왕복동형 압축기는 약 30 내지 50bar로의 가압이 가능하며, 제1 수요처(60)가 요구하는 압력에 따라 가압할 수 있다.

증발가스 압축기(20)는, 상온 압축기일 수 있으며, 예열기(21)에 의해서 극저온의 증발가스를 약 영하 20 내지 10도(바람직하게는 영하 15도)로 상승시킨 증발가스를 공급받아 다단 압축을 통해서 약 영상 30 내지 50도(바람직하게는 약 45도)로 가열할 수 있다.

즉, 증발가스 압축기(20)는, 압력 약 1bar 내지 2bar(바람직하게는 1.03bar) 및 온도 약 영하 20 내지 10도(바람직하게는 영하 15도)의 증발가스를 다단 압축을 통해서 압력 약 30 내지 50bar(바람직하게는 40bar) 및 온도 약 영상 30 내지 50도(바람직하게는 영상 45도)의 상태로 제1 수요처(60)로 공급할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 증발가스 압축기(20)의 하류에 제1 라인(L1)과 합류되어 제1 펌프(11)에 의해서 가압되어 제1 열교환기(12)를 통해 가열되어 기화된 액화가스와 증발가스 압축기(20)에 의해서 가압된 증발가스가 혼합되어 제1 수요처(60)로 공급될 수 있다. 여기서 증발가스와 액화가스가 증발가스 압축기(20)의 하류에서 합류될 시, 압력은 30 내지 50bar(바람직하게는 40bar)이며 온도는 약 영상 30 내지 50도(바람직하게는 45도)일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 증발가스 압축기(20)의 각 후단에는 증발가스 냉각기(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 증발가스 압축기(20)에 의하여 증발가스가 가압되면, 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있기 때문에, 본 실시예에서는 증발가스 냉각기를 사용하여 증발가스의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다. 증발가스 냉각기는, 증발가스 압축기(20)와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 증발가스 냉각기는, 각 증발가스 압축기(20)의 하류에 마련될 수 있다.

예열기(21)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 증발가스 압축기(20)가 상온 증발가스를 사용할 수 있도록 가열하여 증발가스 압축기(20)로 공급할 수 있다. 구체적으로, 예열기(21)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 극저온(약 영하 90도)의 증발가스를 스팀(Steam), 해수(Sea Water) 또는 기타의 가열 열매를 사용하여 약 영하 20도 내지 10도(바람직하게는 영하 15도)로 가열할 수 있다.

이때, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스는 약 1.06bar의 압력을 가지고 있으나 예열기(21)를 통과하면서 압력이 약 1.03bar로 감압될 수 있다.

제1 수요처(60)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스 또는 증발가스를 연료로 사용한다. 즉, 제1 수요처(60)는, 액화가스 또는 증발가스를 필요로 하며 이를 원료로 하여 구동될 수 있다. 제1 수요처(60)는, 터빈(예를들어 가스터빈)일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다

여기서 제1 수요처(60)는, 액화가스 저장탱크(10)와 제1 라인(L1) 및 제2 라인(L2)을 통해 연결될 수 있으며, 약 30 내지 50bar(바람직하게는 40bar)의 압력으로 가압된 액화가스 또는 증발가스를 공급받을 수 있다.

터빈은, 가스터빈, 스팀터빈 및 폐열을 이용한 스팀 터빈일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 터빈은 전력을 생산하는데 이용될 수 있으며 직접 프로펠러를 돌리는 구동축에 연결되어 선체의 동력을 발생시키는데 이용될 수 있다.

제1 수요처(21)는, 약 30 내지 50bar 정도로 가압된 증발가스를 사용하는 엔진일 수 있으며, 프로펠러를 구동하기 위한 엔진일 수 있고, 터빈일 수 있다. 터빈은, 가스터빈, 스팀터빈 및 폐열을 이용한 스팀터빈일 수 있으며, 이에 한정되지는 않으나 바람직하게는 가스터빈으로 사용될 수 있다. 터빈은 전력을 생산하는데 이용될 수 있으며, 생성된 전력을 통해 프로펠러 축(71)을 간접 구동하여 프로펠러(70)를 회전시키거나 직접 프로펠러 축(71)에 연결되어 프로펠러(70)를 회전시켜 선박의 동력을 발생시키는데 이용될 수 있다.

제1 수요처(60)는, 증발가스 압축기(20)를 통해 가압된 증발가스 또는 제1 펌프(11) 및 제1 기화기(12)를 통해 가압 기화된 액화가스를 공급받아 구동력을 얻을 수 있으며, 증발가스 또는 액화가스는 제1 수요처(60)가 요구하는 상태에 따라 달라질 수 있다.

제어부(90)는, 제1 압력센서(901)를 더 포함하며, 제1 압력센서(901) 및 제1 펌프(11)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 제1 압력센서(901)로부터 압력값을 수신받을 수 있고, 그에 따라 제1 펌프(11)를 제어할 수 있다.

여기서 제1 압력센서(901)는, 제2 라인(L2) 상의 제1 수요처(60)와 증발가스 압축기(20) 사이에 구비되며 보다 구체적으로, 제1 수요처(60)와 제1 라인(L1)이 합류되는 지점 사이에 구비되어 제1 수요처(60)로 공급되는 연료의 압력을 측정하여 유선 또는 무선으로 제어부(90)로 송신할 수 있다.

제어부(90)는, 제1 압력센서(901)로부터 제2 라인(L2) 상의 제1 수요처(60) 전단 압력을 수신받을 수 있고, 제1 수요처(60)의 전단 압력이 제1 수요처(60)가 요구하는 압력(바람직하게는 약 40bar)보다 높은 경우, 제1 펌프(11)로 공급되는 전력을 줄여 제1 펌프(11)의 로드가 낮아지도록 하여 토출되는 액화가스의 유량을 줄일 수 있으며, 제1 수요처(60)의 전단 압력이 제1 수요처(60)가 요구하는 압력(바람직하게는 약 40bar)보다 낮은 경우, 제1 펌프(11)로 공급되는 전력을 늘려 제1 펌프(11)의 로드가 높아지도록 하여 토출되는 액화가스의 유량을 증가시킬 수 있다.

이때, 본 발명의 실시예에서 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스는 전량 증발가스 압축기(20)에 의해서 가압 처리되어 제1 수요처(60)로 공급되게 된다.

즉, 본 발명의 실시예에서는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스는 전량 증발가스 압축기(20)에 의해서 가압 처리되어 제1 수요처(60)로 공급됨과 동시에 제1 펌프(11)를 통해서 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스가 가압되어 제1 수요처(60)로 공급됨으로써 제1 수요처(60)의 전단 압력이 약 40bar를 유지하게 된다.

그러나, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 양이 줄어들어 증발가스 압축기(20)에 의해서 제1 수요처(60)로 공급되는 증발가스의 양이 줄어들게 되면 제1 압력센서(901)에 의해 측정되는 제1 수요처(60)의 전단 압력은 약 40bar보다 작아지게 되고, 그로 인해 제1 수요처(60)의 구동 효율이 줄어들고 심각한 경우에는 정지될 우려가 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는, 제1 제어부(90)가 제1 압력센서(901)를 통해서 제1 수요처(60) 전단 압력을 수신받아, 제1 수요처(60)의 전단 압력이 약 40bar보다 낮은 경우, 제1 펌프(11)로 공급되는 전력을 늘려 제1 펌프(11)의 로드가 높아지도록 하여 토출되는 액화가스의 유량을 늘림으로써, 제1 수요처(60) 전단의 압력이 다시 40bar로 유지될 수 있도록 하여 제1 수요처(60)로 연료 공급의 유연성이 증대되고 구동 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

상기의 경우와는 반대로, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 양이 늘어나게되어 증발가스 압축기(20)에 의해서 제1 수요처(60)로 공급되는 증발가스의 양이 증가하게 되면 제1 압력센서(901)에 의해 측정되는 제1 수요처(60)의 전단 압력은 약 40bar보다 커지게 되고, 그로 인해 제1 수요처(60)로 과압이 걸려 구동효율이 감소될 수 있다.

이에 본 발명의 실시예에서는, 제어부(90)가 제1 압력센서(901)를 통해서 제1 수요처(60) 전단 압력을 수신받아, 제1 수요처(60)의 전단 압력이 약 40bar보다 높은 경우, 제1 펌프(11)로 공급되는 전력을 줄여 제1 펌프(11)의 로드가 낮아지도록 하여 토출되는 액화가스의 유량을 줄임으로써, 제1 수요처(60) 전단의 압력이 다시 40bar로 유지될 수 있도록 하여 제1 수요처(60)로 연료 공급의 유연성이 증대되고 구동 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스와 증발가스의 처리를 병렬로 구현하여 구동의 유연성이 증대되는 효과가 있으며, 제1 펌프(11)를 가변용량형으로 구성하여 고정용량형 펌프에 비해 펌프 구동 소모전력을 최소화하고, 제1 펌프(11)를 한 번에 약 40bar로 가압하도록 구성하여 추가 부스팅 펌프 및 석션드럼을 추가 구비할 필요가 없어 구축비용을 절감할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스는 전량 증발가스 압축기(20)로 가압하여 제1 수요처(60)로 공급하고, 이를 기반으로 제어부(90)가 제1 압력센서(901)에 의해 측정되는 압력에 따라 제1 펌프(11)의 제1 수요처(60)로의 공급을 종속적으로 제어함으로써, 시스템의 구동 유연성이 증대되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 증발가스 압축기(20) 후단에 제1 펌프(11) 및 제1 열교환기(12)에 의해 가압 가열된 액화가스를 공급하는 제1 라인(L1)이 연결되어, 증발가스 압축기(20)의 압축 size가 줄어드는 효과가 있고 그로 인해 증발가스 압축기(20)의 부하가 감소하여 소모 전력이 줄어드는 효과가 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 제1 펌프(11), 제1 열교환기(12), 증발가스 압축기(20), 예열기(21), 제1 수요처(60), 제3 수요처(62), 제어부(90) 를 포함한다. 여기서 선박(부호도시하지 않음)은, 일례로 가스 터빈 추진 LNG 운반선 또는 컨테이너 선일 수 있으며, 선박이 컨테이너 선인 경우에는 액화가스 저장탱크(10)가 B type 탱크일 수 있고, 이에 한정되지 않는다.

본 실시예는 제3 수요처(62)의 추가 구성과 제어부(90)의 변경이 있으며, 그 외의 구성은 상기 도 5의 실시예와 동일 또는 유사하게 구성된다. 앞서 설명한 도 5의 실시예와 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는, 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)을 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에서는, 제4 라인(L4)을 더 포함할 수 있다. 제4 라인(L4)은, 액화가스 저장탱크(10)와 후술할 제3 수요처(62)를 연결하며, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 제3 수요처(62)로 공급할 수 있다.

이때, 제4 라인(L4)에는 개도 조절이 가능한 증발가스 조절밸브(621)가 더 포함되어 제4 라인(L4) 상에 설치될 수 있으며, 증발가스 조절밸브(621)는 후술할 제1 제어부(90)의 제어를 통해 개도가 조절되어 제3 수요처(62)로 공급되는 증발가스의 공급량이 제어될 수 있다.

제3 수요처(62)는, 제1 제어부(90)를 통해 증발가스 제어밸브(621)의 개도조절을 통해 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 공급받아 증발가스를 소비할 수 있으며, 가스연소장치(GCU; 도시하지 않음), 보일러(도시하지 않음) 및 스팀 제너레이터(Steam Generator; 도시하지 않음)일 수 있다.

제어부(90)는, 제1 수요처(60)로부터 증발가스 필요량과 외부로부터 선박의 전력 필요량을 수신받아 선박의 전력필요량에 따른 액화가스 또는 증발가스의 공급을 제어할 수 있으며, 제1 제어부(91), 제2 제어부(92) 및 제3 제어부(93)를 포함할 수 있다.

제1 제어부(91)는, 선박에 사용되는 전력을 제1 수요처(60)가 발생시키기 위한 제1 수요처(60)의 증발가스필요량(이하 제1 수요처 필요가스량이라 칭함)을 계산후, 제1 수요처 필요가스량과 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량을 비교하여 제2 제어부(92)와 제3 제어부(93)를 통해 액화가스와 증발가스의 공급을 선택한다.

제2 제어부(92)는, 액화가스의 공급을 제어하며, 제1 수요처(60)의 전단 압력이 약 40bar를 유지하도록 액화가스를 제어할 수 있다.

제3 제어부(93)는, 증발가스의 공급을 제어하며, 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 일정하게 유지하도록 제어할 수 있다.

이하 제1 내지 제3 제어부(91-93)에 대해서 상세히 설명하도록 한다.

제1 제어부(91)는, 선박에 사용되는 전력을 제1 수요처(60)가 발생시키기 위한 증발가스필요량(이하 제1 수요처 필요가스량이라 칭함)을 계산할 수 있고, 제1 수요처 필요가스량과 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량을 비교하여 제2 제어부(92) 또는 제3 제어부(93)가 가동하도록 제어할 수 있다.

이때, 제1 제어부(91)는, 제2 제어부(92), 제3 제어부(93), 제2 압력센서(902) 및 제1 수요처(60)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.

제1 제어부(91)는, 제2 압력센서(902)를 통해 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력값을 수신받아 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스량을 계산할 수 있고, 제1 제어부(91)에 구비되는 별도의 계산 테이블을 통해 제1 수요처 필요가스량을 계산할 수 있다.

여기서, 계산 테이블은, 입력값에 선박에 미리 정해진 사용자값 또는 기타 전력기구들의 전력예상소모량을 통해 계산된 값을 입력하면, 이에 대응되는 결과값, 즉, 제1 수요처 필요가스량값이 산출될 수 있는 함수가 기재되어 있다.

이하에서 제1 제어부(91)의 가동매커니즘을 살펴보도록 한다.

제1 제어부(91)는, 제1 수요처 필요가스량을 토대로 제1 수요처(60)에 가동명령을 내려 제1 수요처 필요가스량만큼 가동하도록 한다.

이후, 산출된 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스량과 제1 수요처 필요가스량을 비교하여, 제1 수요처 필요가스량이 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스발생량보다 많은 경우, 제2 제어부(92)와 제3 제어부(93) 각각에 제1 명령을 송신하고, 제1 수요처 필요가스량이 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량보다 적은 경우, 제2 제어부(92)와 제3 제어부(93) 각각에 제2 명령을 송신한다.

제1 명령이란, 액화가스와 증발가스가 모두 제1 수요처(60)로 공급되도록 하는 명령이며, 제2 명령이란, 제1 수요처(60)로 액화가스 공급은 중단하고 증발가스만 공급하도록 하며, 잉여 증발가스는 제3 수요처(62)로 공급되도록 하는 명령이다.

여기서 제2 압력센서(902)는, 액화가스 저장탱크(10)의 내부 또는 외부의 일측에 마련되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스에 의해 상승되는 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력을 측정하여 유선 또는 무선으로 제1 제어부(91) 또는 제3 제어부(93)로 송신할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 제1 제어부(91)를 통해서 선박의 필요전력량과 액화가스 저장탱크(10) 내부의 증발가스량을 비교하여 병렬구동함에 따라 선박의 필요전력을 지속적으로 생산하고, 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력을 적절히 조절함과 동시에 제1 수요처(60)의 구동을 원활하게 이루지도록 하는 효과가 있다.

제2 제어부(92)는, 제1 압력센서(901)를 더 포함하며, 제1 압력센서(901), 제1 펌프(11) 및 제1 제어부(91)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.

제2 제어부(92)는, 제1 압력센서(901)로부터 압력값을 수신받으며, 제1 수요처 필요가스량이 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량보다 많은 경우에 제1 제어부(91)로부터 제1 명령을 수신받아 제1 펌프(11)를 구동하며, 제1 수요처(60)의 증발가스 필요량이 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량보다 적은 경우에 제1 제어부(91)로부터 제2 명령을 수신받아 제1 펌프(11)의 구동을 중단할 수 있다.

여기서 제1 압력센서(901)는, 제2 라인(L2) 상의 제1 수요처(60)와 증발가스 압축기(20) 사이에 구비되며, 보다 구체적으로, 제1 수요처(60)와 제1 라인(L1)이 합류되는 지점 사이에 구비되어 제1 수요처(60)로 공급되는 연료의 압력을 측정하여 유선 또는 무선으로 제2 제어부(92)로 송신할 수 있다.

이하에서, 제2 제어부(92)의 매커니즘을 기술하도록 한다.

먼저 제2 제어부(92)가 제1 제어부(91)로부터 제1 명령을 송신받은 경우의 매커니즘을 설명한다.

제2 제어부(92)는, 제1 제어부(91)로부터 제1 명령를 수신받은 후, 제1 수요처 필요가스량에서 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량의 차이만큼을 제1 펌프(11)가 제1 수요처(60)로 공급하도록 하여 제1 수요처(60)로의 연료공급이 원활하게 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

이후, 제2 제어부(92)는, 제1 압력센서(901)로부터 제2 라인(L2) 상의 제1 수요처(60) 전단 압력을 수신받아, 제1 수요처(60)의 전단 압력이 제1 수요처(60)가 요구하는 압력(바람직하게는 약 40bar)보다 높은 경우, 제1 펌프(11)로 공급되는 전력을 줄여 제1 펌프(11)의 로드가 낮아지도록 하여 토출되는 액화가스의 유량을 줄일 수 있으며, 제1 수요처(60)의 전단 압력이 제1 수요처(60)가 요구하는 압력(바람직하게는 약 40bar)보다 낮은 경우, 제1 펌프(11)로 공급되는 전력을 늘려 제1 펌프(11)의 로드가 높아지도록 하여 토출되는 액화가스의 유량을 증가시킬 수 있다.

이때, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스는 전량 증발가스 압축기(20)에 의해서 가압 처리되어 제1 수요처(60)로 공급되게 된다. 이는 제3 제어부(92)에 의해서 제어되며 이는 후술하도록 한다.

상기 기술내용에서는, 제1 수요처(60)의 전단 압력이 제1 수요처(60)가 요구하는 압력(바람직하게는 약 40bar)보다 높은 경우는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 양이 제1 수요처 필요가스량보다 많게되는 일시적으로 제1 펌프(11)의 공급량이 늘어나는 변동상태를 말한다.(정상상태(steady state)가 아님)

다음 제2 제어부(92)가 제1 제어부(91)로부터 제2 명령을 송신받은 경우의 매커니즘을 설명한다.

제2 제어부(92)는, 제1 제어부(91)로부터 제2 명령를 수신받은 후, 제1 펌프(11)가 구동중단하도록 하여 제1 수요처(60)로 액화가스의 공급이 중단되도록 할 수 있다.

이때, 제1 수요처(60)로는 증발가스만이 공급되며, 이는 제3 제어부(92)에 의해서 제어되는 것으로 후술하도록 한다.

제3 제어부(93)는, 제1 수요처 필요가스량이 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량보다 많은 경우 제1 제어부(91)로부터 유선 또는 무선으로 제1 명령을 수신받아 증발가스 압축기(20)를 구동시킬 수 있고, 제1 수요처 필요가스량이 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량보다 적은 경우에 제1 제어부(91)로부터 유선 또는 무선으로 제2 명령을 수신받아 증발가스 압축기(20) 또는 증발가스 조절밸브(621)를 구동시킬 수 있다.

제3 제어부(93)는, 제2 압력센서(902), 제1 제어부(91), 증발가스 압축기(20) 및 증발가스 조절밸브(621)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 제2 압력센서(902)로부터 압력값을 수신받으며, 제1 제어부(91)로부터 명령을 수신받고, 증발가스 압축기(20) 및 증발가스 조절밸브(621)에 구동명령을 송신할 수 있다.

이하에서, 제3 제어부(93)의 매커니즘을 기술하도록 한다.

먼저 제3 제어부(93)가 제1 제어부(91)로부터 제1 명령을 송신받은 경우의 매커니즘을 설명한다.

제3 제어부(93)는, 제1 수요처 필요가스량이 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량보다 많은 경우에 제1 제어부(91)로부터 제1 명령을 수신받아, 증발가스 압축기(20)를 가동시켜 액화가스 저장탱크(10) 내에 발생된 증발가스를 모두 가압하여 제1 수요처(60)로 공급하도록 한다. 이 경우 제1 수요처(60)의 유량은 제2 제어부(92)에 의해 제어되므로 제1 수요처(60)의 전단의 유량은 신경쓰지 않는다.

다음 제3 제어부(93)가 제1 제어부(91)로부터 제2 명령을 송신받은 경우의 매커니즘을 설명한다.

제3 제어부(93)는, 제1 수요처 필요가스량이 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량보다 적은 경우에 제1 제어부(91)로부터 제2 명령을 수신받아, 증발가스 압축기(20)를 가동시켜 제1 수요처 필요가스량만큼만 액화가스 저장탱크(10) 내에 발생된 증발가스를 가압하여 제1 수요처(60)로 공급하도록 하고, 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량에서 제1 수요처 필요가스량의 차이만큼을 제3 수요처(62)로 공급하도록 증발가스 조절밸브(621)를 개방하여 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력을 효율적으로 조절할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에서는, 제어부(90)를 통해서 제1 수요처 필요가스량과 액화가스 저장탱크(10) 내부의 증발가스량을 비교하여 액화가스와 증발가스를 병렬공급하도록 함에 따라 선박의 필요전력을 지속적으로 생산하고, 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력을 적절히 조절함과 동시에 제1 수요처(60)의 전단 압력이 약 40bar를 유지하게 되도록 하여 제1 수요처(60)의 구동을 원활하게 이루지도록 하는 효과가 있다.

즉, 상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스와 증발가스의 처리를 병렬로 구현하여 구동의 유연성이 증대되는 효과가 있으며, 선박의 필요전력에 따라 액화가스와 증발가스를 처리하여 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 효율적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 제1 펌프(11), 제2 열교환기(13), 흡기 장치(22), 제1 수요처(60), 제3 수요처(62), 제어부(90)를 포함한다. 여기서 선박(부호도시하지 않음)은, 일례로 가스 터빈 추진 LNG 운반선 또는 컨테이너 선일 수 있으며, 선박이 컨테이너 선인 경우에는 액화가스 저장탱크(10)가 B type 탱크일 수 있고, 이에 한정되지 않는다.

이하에서는, 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)을 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에서는, 제5 라인(L5)을 더 포함할 수 있다. 제5 라인(L5)은, 제1 라인(L1) 상의 제1 펌프(11)와 흡기장치(22) 사이에서 분기되어 제2 라인(L2) 상의 흡기장치(22)와 제2 열교환기(13) 사이에 연결되며, 제1 펌프(11)에 의해 공급되는 액화가스를 바이패스하여 제2 열교환기(13)로 공급할 수 있다.

이때, 제5 라인(L5)에는 개도 조절이 가능하고 삼방밸브의 형태를 가진 바이패스 밸브(111)가 더 포함되어 제5 라인(L5)과 제1 라인(L1)이 분기되는 지점에 설치될 수 있으며, 바이패스 밸브(111)는 후술할 제1 제어부(90)의 제어를 통해 개도가 조절되어 제2 열교환기(13)로 공급되는 액화가스의 공급량이 제어될 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)는, 본 발명의 도 1의 실시예에서 기술한 바와 동일 또는 유사하므로 이에 갈음하도록 하고, 제1 펌프(11) 및 제1 수요처(60)는 도 5의 실시예에서 기술한 바와 동일 또는 유사하여 이에 갈음하도록 하며, 제3 수요처(62) 및 증발가스 조절밸브(621)는 본 발명의 도 6의 실시예에서 기술한 바와 동일 또는 유사하므로 이에 갈음하도록 한다.

제2 열교환기(13)는, 제1 펌프(11)에 의해 30 내지 50bar(바람직하게는 약 40bar)로 가압된 액화가스를 공급받아 가열하거나, 흡기 장치(22)로부터 약 30 내지 50bar(바람직하게는 40bar)로 가압된 증발가스를 공급받아 가열할 수 있다.

구체적으로, 제2 열교환기(13)는, 제2 라인(L2) 상의 흡기장치(22)와 제1 수요처(60) 사이에 구비되어 제1 라인(L1) 및 제2 라인(L2)을 통해서 흡기장치(22)로부터 공급되는 증발가스를 또는 제5 라인(L5)을 통해서 제1 펌프(11)로부터 공급되는 가압된 액화가스를 공급받아 약 영상 40 내지 50도(바람직하게는 약 45도)로 가열한 후 제1 수요처(60)로 공급하여 제1 수요처(60)가 요구하는 상태의 액화가스를 공급할 수 있다.

즉, 제2 열교환기(13)는, 제1 펌프(11) 또는 흡기장치(22)로부터 압력 약 30 내지 50bar(바람직하게는 약 40bar), 온도 약 영하 163도 내지 영하 160도의 상태를 가지는 액화가스를 공급받아 약 영상 40 내지 50도(바람직하게는 약 45도)로 가열한 후 제1 수요처(60)로 공급할 수 있다. 이때, 제2 열교환기(13)는, 액화가스를 가열하는 열원으로 글리콜 워터(Glycol Water), 스팀(Steam) 또는 해수(Sea Water) 등을 사용할 수 있으며, 액화가스의 압력을 변동없이 제1 수요처(60)로 공급할 수 있다.

흡기 장치(22)는, 제1 펌프(11)로부터 공급되는 액화가스를 구동유체(Driving Fluid)로 하여, 제1 펌프(11)로부터 액화가스를 공급받아 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 흡입한 후 제2 열교환기(13)로 공급할 수 있으며, 이젝터(Ejector), 이덕터(Eductor) 또는 제트 펌프(jet pump)일 수 있다.

구체적으로, 흡기 장치(22)는, 제2 라인(L2) 상의 액화가스 저장탱크(10)와 제2 열교환기(13) 사이에 구비되어 제1 라인(L1)과 연결되며, 제1 라인(L1)을 통해서 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 공급받아 제2 라인(L2)을 통해 액화가스 저장탱크(10)에 발생된 증발가스를 흡입하여 제2 열교환기(13)로 공급할 수 있다.

여기서 흡기 장치(22)는, 액화가스 저장탱크(10) 내부에 발생된 증발가스 량 모두를 흡입할 수 있도록 계산된 구동유체량을 제1 펌프(11)를 통해 제1 라인(L1)으로 공급받을 수 있다. 이에 대해서는 제어부(90)에서 상세히 설명하도록 한다.

흡기 장치(22)는, 구동유체로 액화가스를 공급받아 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 흡입하여 구동유체인 액화가스와 증발가스가 혼합되며 이때, 구동유체가 가지고 있던 운동에너지는 혼합 유체 전체의 운동에너지로 변환되고, 이어서 흡기 장치(22)의 노즐(부호 도시하지 않음)의 단면이 확대되는 말단부분에서 혼합 유체의 속도가 저하됨에 따라 혼합 유체의 운동에너지는 다시 압력으로 변환하게 된다. 이로 인해 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스는 약 30 내지 50bar의 압력(바람직하게는 약 40bar)을 얻게된다.

본 발명에서는, 제1 펌프(11)가 가압되는 압력 또한 약 30 내지 50bar의 압력(바람직하게는 약 40bar)이나 흡기 장치(22)로 유입되는 구동유체는 압력이 상대적으로 떨어지고 압력하강*구동유체유량인 압력전달용량을 흡입유체(액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스)로 공급하여 흡입 유체의 압력을 상승시키므로 흡입 유체의 압력을 약 30 내지 50bar의 압력(바람직하게는 약 40bar)만큼 상승시키기 위해서 구동 유체는 압력대비 유량을 상당히 증가시켜 이를 만족시킬 수 있다.

제어부(90)는, 제1 수요처(60)로부터 증발가스 필요량과 외부로부터 선박의 전력 필요량을 수신받아 선박의 전력필요량에 따른 액화가스 또는 증발가스의 공급을 제어할 수 있으며, 제1 제어부(91) 및 제2 제어부(92)를 포함할 수 있다.

제1 제어부(91)는, 선박에 사용되는 전력을 제1 수요처(60)가 발생시키기 위한 제1 수요처(60)의 증발가스필요량(이하 제1 수요처 필요가스량이라 칭함)을 계산후, 제1 수요처 필요가스량과 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량을 비교하여 제2 제어부(92)를 통해 액화가스와 증발가스의 공급을 선택한다.

제2 제어부(92)는, 액화가스 및 증발가스의 공급을 제어하며, 제1 수요처(60)의 전단 압력이 약 40bar를 유지하도록 액화가스를 제어할 수 있다.

이하 제1 및 제2 제어부(91,92)에 대해서 상세히 설명하도록 한다.

제1 제어부(91)는, 제1 수요처 필요가스량을 계산할 수 있고, 제1 수요처 필요가스량과 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량을 비교하여 제2 제어부(92)를 가동하도록 제어할 수 있다.

여기서 제1 제어부(91)는, 제2 제어부(92), 제2 압력센서(902) 및 제1 수요처(60)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.

이후, 산출된 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스량과 제1 수요처 필요가스량을 비교하여, 제1 수요처 필요가스량이 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스발생량보다 많은 경우, 제2 제어부(92)에 제1 명령을 송신하고, 제1 수요처 필요가스량이 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량보다 적은 경우, 제2 제어부(92)에 제2 명령을 송신한다.

제1 명령이란, 액화가스와 증발가스가 모두 제1 수요처(60)로 공급되도록 하는 명령이며, 제2 명령이란, 제1 수요처(60)로 액화가스 공급은 중단하고 증발가스만 공급하며 잉여 증발가스는 제3 수요처(62)로 공급되도록 하는 명령이다.

여기서 제2 압력센서(902)는, 액화가스 저장탱크(10)의 내부 또는 외부의 일측에 마련되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스에 의해 상승되는 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력을 측정하여 유선 또는 무선으로 제1 제어부(91)로 송신할 수 있다.

제2 제어부(92)는, 제1 압력센서(901)를 더 포함하며, 제1 압력센서(901), 제1 펌프(11), 증발가스 조절밸브(621), 바이패스 밸브(111) 및 제1 제어부(91)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.

제2 제어부(92)는, 제1 압력센서(901)로부터 압력값을 수신받으며, 제1 수요처 필요가스량이 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량보다 많은 경우에 제1 제어부(91)로부터 제1 명령을 수신받아 제1 펌프(11), 바이패스 밸브(111)를 구동하며, 제1 수요처(60)의 증발가스 필요량이 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량보다 적은 경우에 제1 제어부(91)로부터 제2 명령을 수신받아 제1 펌프(11), 증발가스 조절밸브(621)를 구동할 수 있다.

여기서 제1 압력센서(901)는, 제2 라인(L2) 상의 제1 수요처(60)와 제2 열교환기(13) 사이에 구비되어 제1 수요처(60)로 공급되는 연료의 압력을 측정하여 유선 또는 무선으로 제1 제어부(90)로 송신할 수 있다.

이하에서, 제2 제어부(92)의 매커니즘을 기술하도록 한다.

제2 제어부(92)는, 제1 제어부(91)로부터 제1 명령를 수신받은 후, 제1 펌프(11)를 구동시켜 흡기장치(22)로 공급하여 액화가스 저장탱크(10) 내부에 발생된 증발가스를 흡입시키고, 바이패스 밸브(111)를 개방시켜 제1 수요처 필요가스량에서 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량의 차이만큼을 제5 라인(L5)으로 바이패스시켜 제2 열교환기(13)로 공급시킬 수 있다.

이때, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스는 전량 흡기 장치(22)의 흡입으로 가압 처리되어 제1 수요처(60)로 공급되게 된다.

상기 기술내용에서는, 제1 수요처(60)의 전단 압력이 제1 수요처(60)가 요구하는 압력(바람직하게는 약 40bar)보다 높은 경우는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 양이 제1 수요처 필요가스량보다 많게 되는 일시적으로 제1 펌프(11)의 공급량이 늘어나는 변동상태를 말한다.( 정상상태(steady state)가 아님)

제2 제어부(92)는, 제1 제어부(91)로부터 제2 명령를 수신받은 후, 제1 펌프(11)를 구동시켜 흡기장치(22)로 공급하여 액화가스 저장탱크(10) 내부에 발생된 증발가스를 흡입시키고, 증발가스 조절밸브(621)를 개방시켜 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량에서 제1 수요처 필요가스량의 차이만큼을 제4 라인(L4)을 통해 제3 수요처(62)로 공급시킬 수 있다. 이때, 제1 수요처(60)로는 증발가스만이 공급된다.

이후, 제2 제어부(92)는, 제1 수요처 필요가스량이 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 발생량보다 많은 경우와 동일한 매커니즘으로 제1 펌프(11)를 작동시켜 제1 수요처(60) 전단인 유입단의 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다.

즉, 제2 제어부(92)는, 제1 압력센서(901)로부터 제2 라인(L2) 상의 제1 수요처(60) 전단 압력을 수신받아, 제1 수요처(60)의 전단 압력이 제1 수요처(60)가 요구하는 압력(바람직하게는 약 40bar)보다 높은 경우, 제1 펌프(11)로 공급되는 전력을 줄여 제1 펌프(11)의 로드가 낮아지도록 하여 토출되는 액화가스의 유량을 줄일 수 있으며, 제1 수요처(60)의 전단 압력이 제1 수요처(60)가 요구하는 압력(바람직하게는 약 40bar)보다 낮은 경우, 제1 펌프(11)로 공급되는 전력을 늘려 제1 펌프(11)의 로드가 높아지도록 하여 토출되는 액화가스의 유량을 증가시킬 수 있다.

상기 기술한 바와 같이 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 흡기 장치(22)를 통해 액화가스와 증발가스를 공급함으로써, 증발가스 처리에 필요한 장치를 단순화할 수 있어 시스템 구축 비용이 절감되고 선박 내 가용공간이 증대되며 구동 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 선박의 필요전력에 따라 액화가스와 증발가스를 처리하여 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 효율적으로 관리할 수 있으며, 제1 펌프(11)와 제1 압력센서(901)를 통해 제1 수요처(60)로 연료를 일정한 압력으로 공급할 수 있어 제1 수요처(60)의 가동 효율이 증대되는 효과가 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 개념도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제1 펌프에 의해 도출되는 P-Q 그래프이다.

도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 제1 펌프(11), 제1 열교환기(12), 제2 열교환기(13), 흡기 장치(22), 제1 수요처(60), 제1 제어부(90)를 포함한다. 여기서 선박(부호도시하지 않음)은, 일례로 가스 터빈 추진 LNG 운반선 또는 컨테이너 선일 수 있으며, 선박이 컨테이너 선인 경우에는 액화가스 저장탱크(10)가 B type 탱크일 수 있고, 이에 한정되지 않는다.

이하에서는, 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)을 설명하도록 한다.

액화가스 저장탱크(10)는, 본 발명의 도 1의 실시예에서 기술한 바와 동일 또는 유사하므로 이에 갈음하도록 하고, 제1 펌프(11) 및 제1 수요처(60)는 도 5의 실시예에서 기술한 바와 동일 또는 유사하여 이에 갈음하도록 한다.

제1 열교환기(12)는, 제1 펌프(11)에 의해 30 내지 50bar(바람직하게는 약 40bar)로 가압된 액화가스를 공급받아 가열할 수 있다. 구체적으로, 제1 열교환기(12)는, 제1 라인(L1) 상의 제1 펌프(11)와 흡기 장치(22) 사이에 구비되어 제1 펌프(11)로부터 공급되는 가압된 액화가스를 공급받아 기화시킨 후 흡기 장치(22)로 공급하여 흡기 장치(22)가 액화가스 저장탱크(10)에 발생된 증발가스를 흡입하도록 할 수 있다.

이때, 제1 열교환기(12)는, 액화가스를 가열하는 열원으로 글리콜 워터(Glycol Water), 스팀(Steam) 또는 해수(Sea Water) 등을 사용할 수 있으며, 액화가스의 압력을 변동없이 흡기 장치(22)로 공급할 수 있다.

제2 열교환기(13)는, 흡기 장치(22)에 의해 30 내지 50bar(바람직하게는 약 40bar)로 가압된 액화가스를 공급받아 가열할 수 있다. 구체적으로, 제2 열교환기(13)는, 제2 라인(L2) 상의 흡기 장치(22)와 제1 수요처(60) 사이에 구비되어 흡기 장치(22)로부터 공급되는 가압된 액화가스를 공급받아 약 영상 40 내지 50도로 가열한 후 제1 수요처(60)로 공급하여 제1 수요처(60)가 요구하는 상태의 액화가스를 공급할 수 있다.

즉, 제2 열교환기(13)는, 흡기 장치(22)로부터 압력 약 30 내지 50bar(바람직하게는 약 40bar)의 상태를 가지는 혼합 기체가스를 공급받아 약 영상 40 내지 50도(바람직하게는 약 45도)로 가열한 후 제1 수요처(60)로 공급할 수 있다. 이때, 제2 열교환기(13)는, 액화가스를 가열하는 열원으로 글리콜 워터(Glycol Water), 스팀(Steam) 또는 해수(Sea Water) 등을 사용할 수 있으며, 액화가스의 압력을 변동없이 제1 수요처(60)로 공급할 수 있다.

흡기 장치(22)는, 제1 펌프(11)로부터 가압되고 제1 열교환기(12)를 통해 기화되어 공급되는 액화가스를 구동유체(Driving Fluid)로 하여, 제1 펌프(11)로부터 기화된 액화가스를 공급받아 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 흡입한 후 제2 열교환기(13)로 공급할 수 있으며, 이젝터(Ejector), 이덕터(Eductor) 또는 제트 펌프(jet pump)일 수 있다.

구체적으로, 흡기 장치(22)는, 제2 라인(L2) 상의 액화가스 저장탱크(10)와 제2 열교환기(13) 사이에 구비되어 제1 라인(L1)과 연결되며, 제1 라인(L1)을 통해서 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 기화된 상태로 공급받아 제2 라인(L2)을 통해 액화가스 저장탱크(10)에 발생된 증발가스를 흡입하여 제2 열교환기(13)로 공급할 수 있다.

흡기 장치(22)는, 구동유체로 기화된 액화가스를 공급받아 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 흡입하여 구동유체인 액화가스와 증발가스가 혼합되며 이때, 구동유체가 가지고 있던 운동에너지는 혼합 유체 전체의 운동에너지로 변환되고, 이어서 흡기 장치(22)의 노즐(부호 도시하지 않음)의 단면이 확대되는 말단부분에서 혼합 유체의 속도가 저하됨에 따라 혼합 유체의 운동에너지는 다시 압력으로 변환하게 된다. 이로 인해 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스는 약 30 내지 50bar의 압력(바람직하게는 약 40bar)을 얻게된다.

제어부(90)는, 제1 유량센서(903), 제2 압력센서(902) 및 제3 압력센서(904)를 더 포함하며, 제1 유량센서(903), 제2 압력센서(902) 및 제3 압력센서(904)와 유선 또는 무선으로 연결되어 제1 유량센서(903)로부터 유량값을 수신받으며, 제2 압력센서(902) 및 제3 압력센서(904)로부터 압력값을 수신받는다. 또한, 제어부(90)는, 도 9에 도시된 제1 펌프에 의해 도출되는 P-Q 그래프와 제1 유량센서(903) 및 제3 압력센서(904)로부터 수신되는 유량값 및 압력값을 통해서 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스의 처리량을 산출할 수 있다.

여기서 제1 유량센서(903)는, 제2 라인(L2) 상의 제1 수요처(60)와 제2 열교환기(13) 사이에 구비되어 제1 수요처(60)로 공급되는 연료의 유량을 측정하여 유선 또는 무선으로 제어부(90)로 송신할 수 있고, 제2 압력센서(902)는, 액화가스 저장탱크(10)의 내부 또는 외부의 일측에 마련되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스에 의해 상승되는 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력을 측정하여 유선 또는 무선으로 제1 제어부(91)로 송신할 수 있으며, 제3 압력센서(904)는, 제1 라인(L1) 상의 제1 펌프(11)와 제1 열교환기(12) 사이에 구비되어 제1 펌프(11)의 유출단에서 발생하는 압력을 측정하여 유선 또는 무선으로 제어부(90)로 송신할 수 있다.

이하에서, 제어부(90)를 통한 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스의 처리량을 산출하는 매커니즘을 설명하도록 하며 그에 앞서 도 9에 도시된 제1 펌프에 의해 도출되는 P-Q 그래프에 대해서 설명하도록 한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제1 펌프에 의해 도출되는 P-Q 그래프이다. 가로축은 제1 펌프(11)의 유출단에서 토출되는 볼륨 유량값(Q)이며 세로축은 제1 펌프(11)의 유출단에서 측정되는 제1 펌프(11)의 유출단에서 발생하는 압력(P)이고, 그래프 상에 그려진 3 개의 곡선은 각각 제1 펌프(11)의 RPM이 A, B 또는 C인 경우의 P-Q 선도를 나타낸다. 여기서는 제1 펌프(11)의 RPM이 B RPM인 경우를 예를 들어 설명하도록 한다.(이 RPM 값은, 제1 펌프(11) 구동시 알 수 있다.)

제어부(90)는, 제3 압력센서(904)를 통해서 제1 펌프(11)의 유출단에서 발생하는 압력값(P1)을 전달받아 제1 펌프에 의해 도출되는 P-Q 그래프에 도시된 B RPM 곡선을 통해서 볼륨 유량값Qx를 산출할 수 있다.

제어부(90)는, 산출된 볼륨 유량값Qx 와, 압력값P1을 통해서 도출되는 밀도값(밀도값은 온도와 압력의 함수를 통해서 산출 가능, 여기서 온도는 액화가스 저장탱크(10)의 온도로 미리 알 수 있음)을 곱하여 제1 펌프(11)의 토출 질량유량값(M1)을 계산할 수 있다.

제1 펌프(11)의 토출질량 유량값(M1)을 계산하는 공식은 다음과 같다.

Qx * 밀도함수(P,T)로 도출되는 밀도값 = 제1 펌프(11)의 토출질량 유량값(M1)

이후, 제어부(90)는, 제1 유량센서(903)를 통해서 제1 수요처(60)로 공급되는 연료의 질량유량값(M2)에서 상기에서 산출한 제1 펌프(11)의 토출 질량유량값(M1)을 빼면 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스의 처리 질량유량을 산출할 수 있다.

제어부(90)는, 산출된 처리질량유량값과 기설정된 액화가스 저장탱크(10)의 내압(이하 기설정 저장탱크 내압이라 칭함)과 비교하여, 처리질량유량값이 기설정 저장탱크 내압값보다 크면, 제1 펌프(11)의 토출유량을 줄이도록 제어하고, 처리질량유량값이 기설정 저장탱크 내압값보다 작으면, 제1 펌프(11)의 토출유량을 늘리도록 제어할 수 있다.

이때, 처리질량유량값은 유량 단위이나 유량-압력 치환 테이블에 의해 기설정 저장탱크 내압값과 비교할 수 있는 압력값으로 변환할 수 있다. 또한, 기설정 저장탱크 내압값은 제2 압력측정센서(902)에 의해 측정되어 제어부(90)로 유선 또는 무선으로 송신될 수 있다.

이를 통해서 제어부(90)는 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 항상 일정하게 유지 가능하도록 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 유량계의 설치를 제1 수요처(60)의 전단에만 설치하여 유량계의 설치를 줄일 수 있는 효과가 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 액화가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
11: 제1 펌프 111: 바이패스 밸브
112: 증발가스 토출밸브 113: 증발가스 분리밸브
12: 제1 열교환기 13: 제2 열교환기
20: 증발가스 압축기 21: 예열기
22: 흡입장치 30: 재응축기
40: 제2 펌프 50: 기화기
60: 제1 수요처 61: 제2 수요처
62: 제3 수요처 621: 증발가스 조절밸브
70: 프로펠러 71: 프로펠러 축
72: 클러치 80: 샤프트 제너레이터
90: 제어부 901: 제1 압력센서
902: 제2 압력센서 903: 유량센서
904 제3 압력센서 91: 제1 제어부
92: 제2 제어부 93: 제3 제어부
L1: 제1 라인 L2: 제2 라인
L3: 제3 라인 L4: 제4 라인
L5: 제5 라인

Claims

액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스가 재응축기로 공급되는 제1 유로;
상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스가 상기 재응축기로 공급되는 제2 유로;
상기 재응축기에서 추진엔진으로 공급되는 제3 유로;
상기 추진엔진의 출력축에 연결되어 전력을 발생시키는 발전 수단;
상기 제2 유로 상에 구비되며, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 상기 재응축기로 다단 압축하여 공급하는 증발가스 압축기;
상기 제2 유로 상의 상기 증발가스 압축기 상류에 구비되며, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 개도조절을 통해 상기 재응축기로의 공급유량을 조절하는 증발가스 토출밸브;
선박의 추진명령 또는 상기 선박의 추진정지명령을 입력받아 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로 내의 유체의 흐름 중 적어도 하나를 제어하는 제1 제어부; 및
상기 추진엔진의 연료 필요량에 따라 상기 제2 유로 내의 유체의 흐름을 제어하는 제2 제어부를 포함하고,
상기 제2 제어부는,
상기 추진엔진의 연료 필요량이 기설정값 이하인 경우, 상기 증발가스 토출밸브를 폐쇄함으로써 상기 제2 유로를 차단하여, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스가 상기 액화가스 저장탱크 내에 그대로 축압되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 제어부는,
상기 입력된 상기 선박의 추진명령에 따라, 상기 제1 및 제2 유로를 통해 상기 재응축기로 상기 액화가스 및 상기 증발가스를 공급하고, 상기 발전 수단이 가동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 추진엔진의 상기 출력축에 구비되며 상기 제1 제어부에 의해 상기 추진엔진의 동력을 프로펠러로 전달하는 것을 차단 또는 연결시키는 클러치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 제1 제어부는,
상기 선박의 추진명령 또는 상기 선박의 추진정지명령에 관계없이 상기 제1 및 제2 유로를 통해 상기 재응축기로 상기 액화가스 및 상기 증발가스를 공급하도록 하고, 상기 발전 수단이 가동되도록 하며,
상기 입력된 상기 선박의 추진명령에 따라, 상기 클러치가 상기 출력축과 상기 프로펠러의 축을 연결하도록 하여 상기 추진엔진의 동력이 프로펠러로 전달되도록 제어하고,
상기 입력된 상기 선박의 추진정지명령에 따라, 상기 클러치가 상기 출력축과 상기 프로펠러 축의 연결을 차단하여 상기 추진엔진의 동력이 프로펠러로 전달되지 못하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 제어부에 의해 내부에 유동하는 유체의 흐름이 제어되며, 상기 제2 유로에서 분기되어 가스 소비처로 연결되는 제4 유로; 및
상기 제2 유로와 상기 제4 유로가 분기되는 지점에 구비되는 증발가스 분리밸브를 더 포함하고,
상기 제2 유로는,
상기 액화가스 저장탱크에서 상기 증발가스 분리밸브와 연결되는 제2a 유로; 및
상기 증발가스 분리밸브와 상기 재응축기까지 연결되는 제2b 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 제1 제어부는,
상기 입력된 상기 선박의 추진명령에 따라, 상기 증발가스 분리밸브의 상기 제2a 유로 및 상기 제2b 유로측 개도를 개방하고, 상기 제4 유로측 개도를 폐쇄하여, 상기 제1 및 제2 유로를 통해 상기 재응축기로 상기 액화가스 및 상기 증발가스가 공급하도록 하고, 상기 발전 수단이 가동되도록 하며,
상기 입력된 상기 선박의 추진정지명령에 따라, 상기 증발가스 분리밸브의 상기 제2a 유로 및 상기 제4 유로측 개도를 개방하고, 상기 제2b 유로측 개도를 폐쇄하여, 상기 제2a 유로를 거쳐 상기 제4 유로를 통해 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 가스 소비처로 증발가스가 공급되도록 하고, 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 재응축기로 증발가스가 공급되는 것을 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 추진엔진은, 고압가스분사엔진이며,
상기 가스 소비처는, DFDG, GCU 또는 보일러이고,
상기 발전 수단은 샤프트 제너레이터인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 재응축기는,
5 내지 10bar의 압력을 견딜수 있는 압력용기 형태이며, 상기 액화가스와 상기 증발가스를 혼합하여 상기 증발가스를 재응축시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 유로는, 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 재응축기로 공급하는 제1 펌프를 포함하고,
상기 제3 유로는,
상기 재응축기에 저장된 액화가스를 고압으로 가압하는 제2 펌프; 및
상기 제2 펌프에서 공급되는 액화가스를 기화시켜 상기 추진엔진으로 공급하는 기화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.