KR101784139B1 - 증발가스 재액화 시스템 및 선박 - Google Patents

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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 증발가스 재액화 시스템 및 선박에 관한 것으로서, 혼합냉매를 이용하여 증발가스를 액화시키는 액화부를 포함하고, 상기 액화부는, 상기 혼합냉매를 압축하는 혼합냉매 압축기; 상기 증발가스를 상기 혼합냉매와 열교환해 액화시키며 직렬로 마련되는 제1 재액화기 및 제2 재액화기; 및 상기 제1 재액화기에서 열교환된 상기 혼합냉매를 감압하여 상기 제1 재액화기로 재유입시키는 제1 감압밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

증발가스 재액화 시스템 및 선박{liquefaction system of boil-off gas and ship having the same}
본 발명은 증발가스 재액화 시스템 및 선박에 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. 이러한 액화가스를 연료로 사용하는 엔진이 구동되기 위해서 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 액화가스의 상태와는 다를 수 있다.
또한 LNG를 액상으로 보관할 때 탱크로 열침투가 발생함에 따라 일부 LNG가 기화되어 증발가스(BOG: Boil off Gas)가 생성되는데, 이러한 증발가스는 증발가스 재액화 시스템상에 문제를 일으킬 수 있어 기존에는 증발가스를 외부로 배출시켜 태우는 방법(기존에는 탱크 압력을 낮춰 탱크의 파손 위험을 제거하기 위해서 증발가스를 단순히 외부로 배출 처리하였다.)으로 소비를 시킴으로서 문제를 해결하고자 하였으나 이는 환경오염과 자원낭비의 문제를 일으키고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 혼합냉매에 포함되는 오일이 저온 증발가스와의 열교환에 의해 응고되는 것을 방지하기 위하여 오일을 되돌리는 흐름을 구현하는 증발가스 재액화 시스템 및 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템은, 혼합냉매를 이용하여 증발가스를 액화시키는 액화부를 포함하고, 상기 액화부는, 상기 혼합냉매를 압축하는 혼합냉매 압축기; 상기 증발가스를 상기 혼합냉매와 열교환해 액화시키며 직렬로 마련되는 제1 재액화기 및 제2 재액화기; 및 상기 제1 재액화기와 상기 제2 재액화기 사이에 마련되며 상기 제1 재액화기에서 열교환된 상기 혼합냉매를 감압하여 상기 제1 재액화기로 재유입시키는 제1 감압밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 제1 감압밸브는, 상기 혼합냉매 압축기에서 상기 제1 재액화기로 유입되어 상기 제1 재액화기에서 열교환된 상기 혼합냉매를 감압 후, 상기 제2 재액화기에서 상기 제1 재액화기로 유입되는 혼합냉매에 합류시킬 수 있다.
구체적으로, 압축된 상기 혼합냉매를 기액분리하는 기액분리기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 재액화기는, 상기 기액분리기에 의해 분리된 기상의 상기 혼합냉매와 액상의 상기 혼합냉매가 독립적으로 유동하는 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 재액화기는, 증발가스가 유동하는 증발가스 유로; 상기 기액분리기에 의해 분리된 기상의 혼합냉매가 유동하는 고압기상냉매 유로; 상기 기액분리기에 의해 분리된 액상의 혼합냉매가 유동하는 고압액상냉매 유로; 및 상기 제2 재액화기에서 열교환된 상기 혼합냉매가 유동하는 저압냉매 유로를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 재액화기에서 열교환된 상기 혼합냉매를 감압하여 상기 제2 재액화기로 재유입시키는 제2 감압밸브를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 재액화기는, 증발가스가 유동하는 증발가스 유로; 상기 제1 재액화기에서 열교환된 상기 혼합냉매가 유동하는 고압냉매 유로; 및 상기 제2 감압밸브에서 감압된 상기 혼합냉매가 유동하는 저압냉매 유로를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화부는, 상기 혼합냉매 압축기, 상기 기액분리기, 상기 제1 재액화기, 상기 제1 감압밸브, 상기 제2 재액화기, 상기 제2 감압밸브가 마련되고 상기 혼합냉매가 순환하도록 하는 혼합냉매 순환라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 감압밸브는, 상기 제1 재액화기의 상기 고압액상냉매 유로와 상기 제1 재액화기의 상기 저압냉매 유로 사이에서 상기 제2 재액화기를 우회하도록 연결되는 상기 혼합냉매 순환라인에 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 혼합냉매 압축기는, 실링 및 윤활을 위해 오일을 사용하는 스크류 타입일 수 있다.
구체적으로, 상기 기액분리기는, 상기 혼합냉매에서 오일이 포함된 액상의 상기 혼합냉매를 오일이 포함되지 않은 기상의 상기 혼합냉매와 분리할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 감압밸브는, 오일이 포함된 액상의 상기 혼합냉매를 감압하여 상기 제1 재액화기로 재유입시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박은, 상기 증발가스 재액화 시스템을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 증발가스 재액화 시스템 및 선박은, 제1 재액화기와 제2 재액화기를 직렬로 마련하여 증발가스의 재액화를 구현하되, 제1 재액화기에서 토출된 액상의 고압 혼합냉매에 오일이 포함될 수 있음을 고려하여, 고압액상의 혼합냉매를 제2 재액화기로 전달하는 대신 감압하여 제1 재액화기로 유입시켜서, 오일의 응고를 방지해 안정적인 재액화 가동을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.
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. 이하에서는 본 발명의 증발가스 재액화 시스템에 대해 설명하며, 본 발명은 증발가스 재액화 시스템과 이를 가지는 선박을 포함하는 것이다.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스(BOG: Boil-Off Gas)는 자연기화 또는 강제기화된 액화가스를 의미할 수 있다. 다만 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또한 이하에서, 감압은 팽창을 통해서 발생되는 상태일 수 있으며, 역으로 팽창은 감압에 의해서 발생되는 상태일 수 있으므로, 감압과 팽창은 서로 혼용되어 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 증발가스 압축기(20), 액화부(30)를 포함한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(100)에 공급될 액화가스를 저장한다. 여기서 수요처(100)는 선박용 추진엔진(또는 터빈)일 수 있으며, 고압, 중압, 저압 등을 한정하지 않는다. 일례로 수요처(100)는 200 내지 400bar의 요구압력을 갖는 ME-GI 엔진이나, 15 내지 50bar의 요구압력을 갖는 XDF 엔진이나, 10bar 내외의 요구압력을 갖는 DFDE 엔진 등일 수 있다. 또는 수요처(100)는 도시가스 등일 수 있고 육상에 마련되는 다양한 용도의 엔진(또는 터빈) 등일 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 1bar 내지 10bar(일례로 1.03bar)의 압력으로 액화가스를 저장할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는 독립형, 멤브레인형 등일 수 있고, 다양한 단열 구조를 사용하여 액화가스가 액체 상태로 저장되어 있도록 할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10) 내에서 발생하는 증발가스는 후술할 증발가스 압축기(20) 등에 의해 처리될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에는 압력계(11)가 마련될 수 있으며, 압력계(11)에 의해 측정된 액화가스 저장탱크(10)의 내압은 증발가스 압축기(20)의 제어 및 가스연소장치(60)로 전달될 증발가스의 유량 제어에 활용될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에 액화가스가 저장되어 있기 때문에, 액화가스 저장탱크(10) 내에서는 액화가스가 자연 증발한 증발가스가 지속적으로 발생하게 된다. 이때 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)의 외부로 배출하지 않으면 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 과도해질 수 있으므로, 본 실시예는 액화가스 저장탱크(10) 내에 발생한 증발가스를 액화시켜서(부피를 줄여서) 리턴시킬 수 있다. 따라서 액화가스 저장탱크(10)의 내압은 적정한 수준을 유지하게 된다.
물론 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스는, 가스연소장치(60)에 의해 연소되면서 소비될 수도 있다. 다만 가스연소장치(60)에 의해 증발가스가 연소 및 배출되면 에너지가 낭비될 수 있으므로, 본 실시예에서 가스연소장치(60)는 보일러나 엔진, 터빈 등으로 대체될 수 있다.
증발가스 압축기(20)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스를 압축한다. 증발가스 압축기(20)는 복수 개로 마련되며 일례로 5단 등일 수 있고, 수요처(100)는 요구하는 압력에 따라 5단 증발가스 압축기(20)의 하류 또는 2단 증발가스 압축기(20)의 하류 등에 연결될 수 있다. 또한 각 증발가스 압축기(20)의 하류에는 중간냉각기(도시하지 않음)가 마련되어, 압축열에 의해 가열되는 증발가스를 식혀줄 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에서 수요처(100)까지는 증발가스 공급라인(22)이 마련될 수 있으며, 증발가스 공급라인(22)에는 증발가스 압축기(20)에 의해 압축된 증발가스가 유동할 수 있다.
다만 증발가스의 유량이 수요처(100)에서 원하는 유량에 미치지 못할 경우를 대비하여, 본 발명은 액화가스 저장탱크(10)에서 수요처(100) 또는 증발가스 공급라인(22)까지 연결되는 액화가스 공급라인(51)을 더 포함할 수 있으며, 액화가스 공급라인(51)에는 액화가스 펌프(50)와 기화기(52) 등이 마련될 수 있다. 이때 액화가스 펌프(50)는 액화가스 저장탱크(10)의 내부 및/또는 외부에 마련될 수 있으며, 수요처(100)의 요구압력에 따라 복수 개일 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에서 후술할 액화부(30)까지 증발가스 액화라인(21)이 마련될 수 있다. 증발가스 압축기(20)는 증발가스 액화라인(21)에 마련될 수 있으며, 증발가스 공급라인(22)이 증발가스 액화라인(21)에서 분기 연결될 수 있다. 즉 증발가스 압축기(20)는, 액화부(30)와 수요처(100)로 증발가스의 흐름이 분기되는 지점에 또는 그 지점의 상류에 마련될 수 있다.
액화부(30)의 하류에서 증발가스 액화라인(21)에는 증발가스 밸브(23)가 마련될 수 있다. 증발가스 밸브(23)는 증발가스의 압력을 감압하는 등의 제어를 수행할 수 있으며, 및/또는 증발가스의 유량을 제어할 수 있다.
증발가스 액화라인(21)에서 증발가스 밸브(23)의 하류에는 증발가스 분리기(24)가 마련될 수 있으며, 액화부(30)에 의해 적어도 부분적으로 액화된 증발가스가 액체와 기체로 분리될 수 있다. 이때 기체 상태의 증발가스는 플래시가스로서, 플래시가스는 수요처(100) 또는 별도의 소비처에 의해 소비되거나 증발가스 액화라인(21)으로 리턴되는 등 다양한 방법에 의해 처리될 수 있다.
증발가스 분리기(24)에서 분리된 액체 상태의 증발가스는 액화가스로서, 액화가스 저장탱크(10)로 리턴될 수 있으며, 수요처(100) 등으로 공급될 수 있다. 물론 액화된 증발가스의 처리를 위와 같이 한정하는 것은 아니다.
액화부(30)는, 증발가스를 액화시킨다. 액화부(30)는 증발가스 압축기(20)에 의해 압축된 증발가스를 혼합냉매로 액화시킬 수 있다. 이때 혼합냉매라 함은 MR을 의미하며, 메탄과 프로판, 질소 등이 혼합된 냉매로서, 재액화 분야에서 이미 널리 알려진 물질일 수 있고, 혼합 비율은 수요처(100) 요구압력, 액화가스 저장탱크(10)의 종류 및 크기 등에 따라 달라질 수 있어 본 발명에서 별도로 한정하지 않는다.
액화부(30)는, 혼합냉매 압축기(31), 제1 재액화기(32), 제2 재액화기(33), 제1 감압밸브(34), 제2 감압밸브(35), 기액분리기(36), 혼합냉매 쿨러(37)를 포함할 수 있으며, 각 구성들은 혼합냉매 순환라인(38)에 의해 연결될 수 있다.
혼합냉매 압축기(31)는, 혼합냉매를 압축한다. 이때 혼합냉매 압축기(31)가 압축하는 혼합냉매의 압력은, 증발가스 압축기(20)가 압축하는 증발가스의 압력(수요처(100)의 요구 압력)에 대응될 수 있으며, 일례로 30 내지 50bar일 수 있다.
혼합냉매 압축기(31)는, 실링 및 윤활을 위해 오일을 사용하는 스크류 타입일 수 있다. 따라서 혼합냉매 압축기(31)에 의한 혼합냉매의 누출에 대한 우려가 적다. 이 경우 본 발명은, 혼합냉매를 보충하기 위한 별도의 탱크를 마련하지 않을 수 있다.
혼합냉매 압축기(31)는, 적어도 하나 이상의 스크류(도시하지 않음)를 가질 수 있으며, 스크류는 모터(도시하지 않음)에 의해 회전축(도시하지 않음)을 기준으로 회전하면서 혼합냉매를 압축시킬 수 있다. 이때 스크류가 복수 개일 경우 스크류는 다단으로 마련될 수 있다.
혼합냉매 압축기(31)는 실링 및 윤활을 위해 오일을 사용하게 되므로, 스크류에 의해 압축된 혼합냉매에는 오일이 혼입될 수 있다. 다만 오일이 혼입된 혼합냉매가 극저온의 증발가스와 열교환할 경우, 증발가스의 냉열로 인해 오일이 응고되어 열교환 효율이 낮아지거나 구성에 손상이 발생할 수 있다. 그러나 본 발명은 제1 감압밸브(34) 등의 구성을 이용하여 오일의 응고를 방지할 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
제1 재액화기(32)는, 증발가스 액화라인(21) 상에서 증발가스 압축기(20)의 하류에 마련되어 증발가스를 혼합냉매와 열교환해 액화시킨다. 제1 재액화기(32)는 4개 이상의 유로를 갖는 구조로 마련된다.
구체적으로 제1 재액화기(32)는, 후술할 기액분리기(36)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매와 액상의 혼합냉매가 독립적으로 유동하는 구조를 가질 수 있다.
더욱 상세하게, 제1 재액화기(32)는 증발가스가 유동하는 증발가스 유로(321), 기액분리기(36)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매가 유동하는 고압기상냉매 유로(323), 기액분리기(36)에 의해 분리된 액상의 혼합냉매가 유동하는 고압액상냉매 유로(322), 그리고 제2 재액화기(33)에서 열교환된 혼합냉매가 유동하는 저압냉매 유로(324)를 포함할 수 있다.
제1 재액화기(32)에서 혼합냉매에 의해 열교환된 증발가스는, 적어도 부분적으로 액화될 수 있다. 다만 제1 재액화기(32)에 유입되는 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 상태이어서 제2 재액화기(33)에 유입되는 증발가스 대비 상대적으로 고온일 수 있다.
혼합냉매 압축기(31)는 앞서 언급한 바와 같이 오일을 사용할 수 있는데, 이때 오일은 혼합냉매와 함께 압축된 후 제1 재액화기(32)로 유입되어 증발가스와 열교환할 수 있다. 그러나 제1 재액화기(32)에 유입되는 증발가스의 온도는 제2 재액화기(33)에 유입되는 증발가스의 온도보다 높으므로, 제1 재액화기(32)에서 오일은 증발가스 및 혼합냉매와 열교환하더라도 응고되지 않을 수 있다.
다만 제1 재액화기(32)에서 열교환된 혼합냉매 중 오일이 제2 재액화기(33)에 유입된다면, 제1 재액화기(32) 대비 상대적으로 저온에서의 열교환이 이루어지는 제2 재액화기(33)에서, 오일은 응고될 위험이 있다.
이에 본 실시예는 오일의 응고를 방지하기 위해, 제1 재액화기(32)에서 배출된 혼합냉매 중 오일을 포함할 것으로 예상되는 혼합냉매가, 제2 재액화기(33)로 유입되지 않고 제1 재액화기(32)로 재유입되도록 할 수 있다.
제2 재액화기(33)는, 증발가스 액화라인(21) 상에서 제1 재액화기(32)의 하류에 마련되고 혼합냉매 순환라인(38)을 기준으로 제1 재액화기(32)의 하류에 마련될 수 있으며, 증발가스를 혼합냉매와 열교환해 액화시킨다. 제2 재액화기(33)는 제1 재액화기(32)에서 냉각(예냉 또는 부분적 액화)된 증발가스를 혼합냉매로 액화시킬 수 있다.
제2 재액화기(33)는 적어도 3개의 유로를 갖는 구조일 수 있다. 일례로 제2 재액화기(33)는, 증발가스가 유동하는 증발가스 유로(331), 제1 재액화기(32)에서 열교환된 혼합냉매가 유동하는 고압냉매 유로(332), 후술할 제2 감압밸브(35)에서 감압된 혼합냉매가 유동하는 저압냉매 유로(333)를 포함할 수 있다.
이때 제2 재액화기(33)의 고압냉매 유로(332)는, 혼합냉매 순환라인(38)에 의해 제1 재액화기(32)의 고압기상냉매 유로(323)와 연결될 수 있으며, 제2 재액화기(33)의 저압냉매 유로(333)는 혼합냉매 순환라인(38)에 의해 제1 재액화기(32)의 저압냉매 유로(324)에 연결될 수 있다.
다만 제2 재액화기(33)의 저압냉매 유로(333)와 제1 재액화기(32)의 저압냉매 유로(324) 사이에는, 오일이 포함될 수 있는 혼합냉매가 합류될 수 있다. 다만 두 저압냉매 유로(324, 333) 사이에서의 혼합냉매는 제1 재액화기(32)를 향하도록 흐르므로, 제2 재액화기(33)에는 오일이 포함되는 혼합냉매가 유입되지 않는다.
즉 제2 재액화기(33)에는 제1 재액화기(32)에서 열교환한 혼합냉매가 유입되지만, 혼합냉매 압축기(31)에서 사용되는 오일은 제2 재액화기(33)에 유입되지 않을 수 있다. 이는 오일의 경우 기액분리기(36)에서 분리된 후 제1 재액화기(32)에 유입되었다가, 제2 재액화기(33)로 유입되지 않고 제1 재액화기(32)로 재유입된 뒤 혼합냉매 압축기(31)로 회수되기 때문이다.
따라서 제2 재액화기(33)는, 오일의 포함 가능성이 매우 낮은 혼합냉매를 이용하여 증발가스를 액화시킬 수 있으며, 극저온에서의 열교환이 이루어져도 오일의 응고 등이 발생할 우려를 해소할 수 있다.
제1 감압밸브(34)는, 제1 재액화기(32)의 하류에 마련된다. 구체적으로 제1 감압밸브(34)는, 제1 재액화기(32)의 고압액상냉매 유로(322)와 제1 재액화기(32)의 저압냉매 유로(324) 사이에서 제2 재액화기(33)를 우회하도록 연결되는 혼합냉매 순환라인(38)에 마련될 수 있다.
제1 감압밸브(34)는, 혼합냉매 압축기(31)에서 제1 재액화기(32)로 유입되어 제1 재액화기(32)에서 열교환된 혼합냉매를 감압하여 제1 재액화기(32)로 재유입시킬 수 있다. 제1 재액화기(32)에서 고압액상냉매 유로(322)는, 혼합냉매 압축기(31)에서 사용되는 오일이 혼합되었을 수 있는 혼합냉매가 흐른다. 이때 제1 감압밸브(34)는 오일이 혼합되는 혼합냉매를 감압시켜서, 온도를 다소 낮추면서 제1 재액화기(32)로 재유입시킬 수 있다.
오일의 온도가 극저온에 도달하면 오일에 응고가 발생하여 혼합냉매의 흐름이 저해될 수 있다. 그러나 제1 감압밸브(34)는 감압을 통해 오일의 온도를 낮추더라도, 혼합냉매 압축기(31)에서 압축된 압력을 제2 감압밸브(35)에 의해 감압되는 압력으로 낮추는 정도에 불과하므로, 오일의 압력만 맞춰주되 오일의 응고는 방지할 수 있다.
또한 제1 감압밸브(34)를 이용하면, 오일을 단순히 분리하는 것보다 제1 재액화기(32)에 재유입되는 혼합냉매의 온도를 낮출 수 있으므로, 제1 재액화기(32)에서 증발가스의 냉각을 더욱 효율적으로 구현할 수 있다.
따라서 본 실시예는 제1 감압밸브(34)를 이용하여 제1 재액화기(32)에 유입된 오일을 포함한 혼합냉매가 제2 재액화기(33)에 유입되지 않도록 하면서, 제1 재액화기(32)에 재유입되는 혼합냉매의 온도를 다소 낮춰줌으로써 증발가스의 액화효율을 높일 수 있다.
제1 감압밸브(34)에 의해 감압된 혼합냉매는, 제2 재액화기(33)에서 제1 재액화기(32)로 유입되는 혼합냉매에 합류될 수 있다. 이때 제1 감압밸브(34)에서 토출된 혼합냉매는, 제2 감압밸브(35)를 거쳐 제2 재액화기(33)에서 제1 재액화기(32)로 전달되는 혼합냉매와 압력이 동일/유사할 수 있으므로, 혼합냉매의 흐름은 원활하게 이루어질 수 있다.
제2 감압밸브(35)는, 제2 재액화기(33)에서 열교환된 혼합냉매를 감압하여 제2 재액화기(33)로 재유입시킨다. 제2 감압밸브(35)는 제2 재액화기(33)의 고압냉매 유로(332)와 저압냉매 유로(333)를 연결하는 혼합냉매 순환라인(38) 상에 마련될 수 있다.
제2 감압밸브(35)에 의해 감압되는 압력 차이는, 제1 감압밸브(34)에 의해 감압되는 압력 차이와 동일/유사할 수 있다. 이는 제2 감압밸브(35)에 의해 감압되어 제2 재액화기(33)를 거쳐 제1 재액화기(32)에 전달되는 혼합냉매에, 제1 재액화기(32)에서 배출된 후 제1 감압밸브(34)에서 감압되어 제1 재액화기(32)로 재유입되는 혼합냉매가 합류되어야 하기 때문이다.
따라서 제2 감압밸브(35)의 제어와 제1 감압밸브(34)의 제어는, 서로 연동될 수 있다. 또한 제1 감압밸브(34) 및 제2 감압밸브(35)의 감압은, 액화가스 저장탱크(10)의 내압에 따라서도 제어될 수 있다.
기액분리기(36)는, 압축된 혼합냉매를 기액분리한다. 압축된 혼합냉매에는 오일이 섞여있을 수 있다. 이때 기액분리기(36)는, 혼합냉매에서 오일이 포함된 액상의 혼합냉매를 오일이 포함되지 않은 기상의 혼합냉매와 분리할 수 있다.
액상의 혼합냉매는 기액분리기(36)에서 제1 재액화기(32)의 고압액상냉매 유로(322)로 연결되는 혼합냉매 순환라인(38)을 따라 유동하며, 제1 재액화기(32)에서 배출된 후 제2 재액화기(33)가 아닌 제1 감압밸브(34)로 전달된다.
이후 제1 감압밸브(34)에 의해 감압되고 제1 재액화기(32)로 재유입된 뒤, 혼합냉매 압축기(31)로 순환될 수 있다. 따라서 오일은, 기액분리기(36)에서 걸러내진 후 제2 재액화기(33)에 유입되지 못하도록 처리될 수 있다.
이에 반해 기상의 혼합냉매는, 기액분리기(36)에서 제1 재액화기(32)의 고압기상냉매 유로(323)로 연결되는 혼합냉매 순환라인(38)을 따라 유동하며, 제1 재액화기(32)에서 배출된 후 제2 재액화기(33)의 고압냉매 유로(332)로 전달될 수 있다.
이후 제2 재액화기(33)에서 토출되어 제2 감압밸브(35)에 의해 감압된 뒤 제2 재액화기(33)로 재유입된 다음, 제1 재액화기(32)의 저압냉매 유로(324)를 거쳐 혼합냉매 압축기(31)로 유입될 수 있으며, 제1 재액화기(32)의 저압냉매 유로(324)로 유입되기 전에, 앞서 설명한 제1 감압밸브(34)에 의해 감압된 액상의 혼합냉매가 합류될 수 있다.
이와 같이 오일이 포함되는 액상의 혼합냉매는 혼합냉매 압축기(31)와 제1 재액화기(32) 사이를 거쳐 회수되며, 오일이 포함되지 않은 기상의 혼합냉매는 혼합냉매 압축기(31)와 제2 재액화기(33) 사이에서 순환할 수 있다.
따라서 증발가스의 액화가 발생함에 따라 극저온의 열교환이 이루어지는 제2 재액화기(33)에는 오일이 유입되지 않으므로, 본 실시예는 오일의 응고로 인한 시스템 shut-down 등의 위험을 제거할 수 있다.
혼합냉매 쿨러(37)는, 혼합냉매 압축기(31)의 하류에 마련되며 압축된 혼합냉매를 냉각한다. 혼합냉매는 앞서 증발가스 압축기(20)에서도 설명한 바와 유사하게 압축 시 압축열을 받아 가열될 수 있으므로, 본 발명은 혼합냉매 쿨러(37)를 혼합냉매 압축기(31)와 기액분리기(36) 사이에 마련해 혼합냉매의 온도를 낮춰줄 수 있다.
혼합냉매 압축기(31)에 유입되는 혼합냉매에는 오일이 혼입되어 있을 수 있다. 이때 오일이 완전한 액상을 갖도록, 혼합냉매 쿨러(37)는 혼합냉매를 냉각시켜서 기액분리기(36)에 전달할 수 있고, 기액분리기(36)는 액상인 오일을 분리해냄으로써, 제2 재액화기(33)로의 오일 유입을 차단할 수 있다.
다만 본 실시예는 혼합냉매 쿨러(37)의 위치를 특별히 한정하지 않으며, 혼합냉매 쿨러(37)는 기액분리기(36)의 상류가 아닌 하류에 마련되거나 또는 혼합냉매 압축기(31)의 상류 등에 마련될 수도 있음은 물론이다.
이와 같이 본 실시예는, 제1 재액화기(32)와 제2 재액화기(33)를 마련해두고, 제1 재액화기(32)와 제2 재액화기(33) 사이에 제1 감압밸브(34)를 마련하여, 제1 재액화기(32)에서 열교환된 액상의 혼합냉매를 제2 재액화기(33)에 전달하는 대신 감압 후 제1 재액화기(32)에 재유입시켜서, 액화효율을 보장하면서도 동시에 오일의 응고를 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템(1)은, 제1 실시예 대비 오일 처리부(40)를 더 포함할 수 있다. 이하에서 설명을 생략하는 부분은 제1 실시예에서의 설명으로 갈음한다.
오일 처리부(40)는, 혼합냉매에 포함되는 오일을 분리한다. 오일 처리부(40)는 녹아웃 드럼(41)(knock-out drum) 및/또는 오일필터(42) 등일 수 있다.
녹아웃 드럼(41)은, 제1 재액화기(32)에서 혼합냉매 압축기(31)로 연결되는 혼합냉매 순환라인(38) 상에 마련될 수 있으며, 액상으로 된 오일을 분리해낼 수 있다. 녹아웃 드럼(41)에 의해 분리된 혼합냉매는 혼합냉매 압축기(31)로 유입된다.
다만 혼합냉매 압축기(31)는 실링 등을 위해 오일의 사용이 필요하므로, 녹아웃 드럼(41)은 오일을 완전히 제거하는 대신, 혼합냉매 내에 포함된 오일의 양을 조절하는 역할을 할 수 있다.
오일필터(42)는, 혼합냉매 압축기(31)의 하류에 마련되며 오일을 걸러낸다. 오일필터(42)는 혼합냉매와 오일의 분자크기 차이 등을 이용하여 오일을 분리해낼 수 있으며, 오일필터(42)에 의해 분리된 오일은 외부로 배출된 후 별도의 처리를 거쳐 혼합냉매 압축기(31)에 재사용될 수 있다. 이는 녹아웃 드럼(41)에서 분리된 오일에도 마찬가지로 적용된다.
본 실시예는 녹아웃 드럼(41)이나 오일필터(42) 외에도, 제1 재액화기(32)의 상류에서 오일을 분리하여 혼합냉매 압축기(31)로 순환시키는 오일분리기(도시하지 않음)를 사용할 수 있다.
오일분리기는 기액분리기(36)와 동일/유사하게 혼합냉매 압축기(31)에서 압축된 혼합냉매를 기체와 액체로 분리하는 것이며, 이때 분리된 액체에는 오일이 포함되어 있을 수 있다.
오일분리기에서 분리된 액체 성분은, 필터링이나 펌핑 등의 과정을 거쳐 혼합냉매 압축기(31)로 재순환될 수 있다. 즉 오일필터(42)를 사용하는 경우와는 달리, 오일분리기를 사용할 경우 오일의 외부 방출이나 외부로부터의 보충 없이 오일이 폐순환경로를 따라 순환되면서 사용될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 혼합냉매 압축기(31)에서 사용되는 오일을 녹아웃 드럼(41)이나 오일필터(42) 등의 구성을 사용하여 1차로 분리해내고, 제1 감압밸브(34) 등의 구성을 사용하여 오일이 제2 재액화기(33)로 유입되는 것을 방지하여, 시스템 안정성을 높일 수 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: 증발가스 재액화 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20: 증발가스 압축기 30: 액화부
31: 혼합냉매 압축기 32: 제1 재액화기
33: 제2 재액화기 34: 제1 감압밸브
35: 제2 감압밸브 36: 기액분리기
37: 혼합냉매 쿨러 40: 오일 처리부
50: 액화가스 펌프 60: 가스연소장치
100: 수요처

Claims (11)

  1. 혼합냉매를 이용하여 증발가스를 액화시키는 액화부를 포함하고,
    상기 액화부는,
    상기 혼합냉매를 압축하는 혼합냉매 압축기;
    상기 증발가스를 상기 혼합냉매와 열교환해 액화시키며 직렬로 마련되는 제1 재액화기 및 제2 재액화기;
    상기 제1 재액화기에서 열교환된 상기 혼합냉매를 감압하여 상기 제1 재액화기로 재유입시키는 제1 감압밸브; 및
    압축된 상기 혼합냉매를 기액분리하는 기액분리기를 포함하며,
    상기 제1 재액화기는,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 기상의 상기 혼합냉매와 액상의 상기 혼합냉매가 독립적으로 유동하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 재액화기는,
    증발가스가 유동하는 증발가스 유로;
    상기 기액분리기에 의해 분리된 기상의 혼합냉매가 유동하는 고압기상냉매 유로;
    상기 기액분리기에 의해 분리된 액상의 혼합냉매가 유동하는 고압액상냉매 유로; 및
    상기 제2 재액화기에서 열교환된 상기 혼합냉매가 유동하는 저압냉매 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 재액화기에서 열교환된 상기 혼합냉매를 감압하여 상기 제2 재액화기로 재유입시키는 제2 감압밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제2 재액화기는,
    증발가스가 유동하는 증발가스 유로;
    상기 제1 재액화기에서 열교환된 상기 혼합냉매가 유동하는 고압냉매 유로; 및
    상기 제2 감압밸브에서 감압된 상기 혼합냉매가 유동하는 저압냉매 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 액화부는,
    상기 혼합냉매 압축기, 상기 기액분리기, 상기 제1 재액화기, 상기 제1 감압밸브, 상기 제2 재액화기, 상기 제2 감압밸브가 마련되고 상기 혼합냉매가 순환하도록 하는 혼합냉매 순환라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 감압밸브는,
    상기 제1 재액화기의 상기 고압액상냉매 유로와 상기 제1 재액화기의 상기 저압냉매 유로 사이에서 상기 제2 재액화기를 우회하도록 연결되는 상기 혼합냉매 순환라인에 마련되는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제1 감압밸브는,
    상기 혼합냉매 압축기에서 상기 제1 재액화기로 유입되어 상기 제1 재액화기에서 열교환된 상기 혼합냉매를 감압 후, 상기 제2 재액화기에서 상기 제1 재액화기로 유입되는 혼합냉매에 합류시키는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합냉매 압축기는,
    실링 및 윤활을 위해 오일을 사용하는 스크류 타입인 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기액분리기는, 상기 혼합냉매에서 오일이 포함된 액상의 상기 혼합냉매를 오일이 포함되지 않은 기상의 상기 혼합냉매와 분리하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 감압밸브는,
    오일이 포함된 액상의 상기 혼합냉매를 감압하여 상기 제1 재액화기로 재유입시키는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 상기 증발가스 재액화 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.
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