KR101792460B1 - 히트펌프 시스템을 이용한 lng운반선 및 lng추진선용 기화기의 lng 기화방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LNG운반선의 저장탱크에 저장되어 있는 액체상태인 LNG를 기화기에서 기화시켜 엔진에 공급하는 LNG운반선용 기화기의 LNG 기화방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 기화기의 내부에서 액체상태인 LNG를 기체상태로 기화시키는 열매체는 해수 또는 공기를 열원으로 하는 히트펌프 시스템에 의해 열교환되어 가열되는 것이 특징인 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선용 기화기의 LNG 기화방법에 관한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선 및 LNG추진선용 기화기의 LNG 기화방법은 해수를 이용하는 히트펌프 시스템에 의해 열매체를 가열하기 때문에 종래의 스팀을 형성하는 보일러설비에 비해, 소형의 설비로 운용이 가능하여, 장소의 제약이 적고, 또한 운용비용이 적게 들기 때문에 경제적으로도 이점이 있다는 등의 현저한 효과가 있다.
상술한 바와 같이 본 발명 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선 및 LNG추진선용 기화기의 LNG 기화방법은 해수를 이용하는 히트펌프 시스템에 의해 열매체를 가열하기 때문에 종래의 스팀을 형성하는 보일러설비에 비해, 소형의 설비로 운용이 가능하여, 장소의 제약이 적고, 또한 운용비용이 적게 들기 때문에 경제적으로도 이점이 있다는 등의 현저한 효과가 있다.
Description
본 발명은 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선용 기화기의 LNG 기화방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG운반선 LNG추진선의 기화기를 해수 또는 공기를 열원으로 하는 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선용 기화기의 LNG 기화방법에 관한 것이다.
LNG의 기화기는 열교환기의 일종으로 액화천연가스를 기화시키는 장치를 가리키며, LNGC(Liquified Natural Gas Carrier) 및 LNG추진선에서 사용되는 열매체로는 일반적으로 스팀을 사용한다.
이러한 LNG 기화기 또는 LNG 기화기의 히팅 관련 종래기술로는 등록특허공보 제0681544호에 제1격판에 의해 제1, 2, 3챔버로 분할됨과 아울러 제1, 2챔버가 제2격판에 의해 수평 방향으로 분할되어 기화챔버 및 강제기화챔버를 형성하는 쉘과, 상기한 제3챔버에 설치됨과 아울러 각각 기화챔버 및 강제기화챔버에 연통되어 열교환을 하는 제1, 2증발 튜브와, 상기한 기화챔버 및 강제기화챔버에 액화천연가스를 공급하도록 설치된 제1, 2공급 밸브와, 상기한 기화챔버 및 강제기화챔버에서 액화된 천연 가스를 배출하도록 각각 설치된 제1, 2배출밸브와, 상기한 기화챔버 및 강제기화챔버의 압력을 균등하게 하도록 설치된 이퀄라이징밸브와, 상기한 제3챔버에 고온, 고압의 증기를 공급하도록 설치된 스팀 입구와, 상기한 제1, 2증발 튜브에 의해 열교환되면서 응축된 증기가 배출되도록 설치된 응축 출구로 구성함을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선용 카고 시스템의 기화기가 등록공개되어 있다.
다른 종래기술로는 제1격판에 의해 제1, 2, 3챔버로 분할됨과 아울러 제1, 2챔버가 제2격판에 의해 수평 방향으로 분할되어 기화챔버 및 강제기화챔버를 형성하는 쉘과, 상기한 각각의 기화챔버 및 강제기화챔버를 수평으로 분할하여 흡입공간과 배출공간으로 분할하는 제3격판과, 상기한 제3챔버에 2개가 각각 설치됨과 아울러 "U"자형으로 형성되어 흡입공간과 배출공간에 양단이 연결된 제1, 2증발 튜브와, 상기한 제3챔버에 고온, 고압의 증기를 공급하도록 설치된 스팀 입구와, 상기한 제1, 2증발 튜브에 의해 열교환되면서 응축된 증기가 배출되도록 설치된 응축 출구와, 상기한 흡입공간에 액화천연가스를 공급하도록 설치된 제1, 2공급 밸브와, 상기한 배출공간에 연결되어 액화된 천연 가스를 배출하도록 각각 설치된 제1, 2배출밸브와, 상기한 배출공간의 압력을 균등하게 하도록 설치된 이퀄라이징밸브로 구성함을 특징으로 하는 액화천연가스 운반선용 카고 시스템의 기화기가 등록공개되어 있다.
또 다른 종래기술로는 등록특허공보 제1300709호에 의도된 BOG 온도와 의도된 BOG 유량을 온도제어기의 지령치 및 유량제어기의 지령치로 정하고, 측정된 BOG 온도가 상기 온도제어기의 지령치에 도달하도록, 강제 기화기 상류의 온도 제어밸브 및 유량 제어밸브를 제어하고, 상기 온도제어기의 지령치를 미리 정해진 대로 두고 상기 온도제어기를 자동모드로 변경하고, 상기 강제 기화기 상류의 온도 제어밸브 및 유량 제어밸브를 제어하는 과정은, A. 상기 강제 기화기의 자동운전을 시작하는 단계와, B. 상기 온도 제어 밸브를 미리 정해진 만큼 개방하는 단계와, C. 상기 강제 기화기의 상류에서 측정된 LNG 입력 온도가 1차 기준 온도보다 낮으면, 상기 유량 제어 밸브를 미리 정해진 만큼 개방하고 상기 온도 제어 밸브의 개방도를 미리 정해진 만큼 낮추는 단계를 포함하고, 상기 온도제어기를 자동모드로 변경하는 과정은, 상기 C단계 이후, 상기 강제 기화기의 상류에서 측정된 LNG 입력 온도가 2차 기준 온도보다 낮은 경우에 수행되며, 상기 온도제어기를 자동 모드로 변경한 상태에서 상기 강제 기화기의 상류에서 측정된 LNG 입력 온도가 미리 정해진 기준 온도보다 낮으면, 상기 유량제어기의 지령치를 미리 정해진 대로 두고 상기 유량제어기를 자동모드로 변경하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선 강제 기화기 자동 운전 방법이 등록공개되어 있다.
그러나 종래의 LNG운반선의 기화기는 보일러로 가열된 스팀을 이용하기 때문에 많은 양의 스팀을 공급하기 위하여 보일러설비가 대형으로 제작되어야 하며, 이로 인한 운용비용이 많이 든다는 단점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 해수를 열원으로 하는 히트펌프 시스템을 이용하여 LNG운반선 및 LNG추진선의 기화기의 LNG가스를 기화시키기 때문에 기존의 스팀을 이용하는 보일러설비에 비해, 소형의 설비로 운용이 가능하여, 장소의 제약이 적고, 또한 운용비용이 적게 들기 때문에 경제적으로도 이점이 있다는 등의 현저한 효과가 있다.
본 발명 LNG운반선의 저장탱크에 액체상태로 저장되어 있는 LNG를 기화기에서 기체상태로 기화시켜 엔진에 공급하는 LNG운반선 및 LNG추진선용 기화기의 LNG 기화방법에 있어서, 상기 기화기의 내부에서 액체상태인 LNG를 기체상태로 기화시키는 열매체는 해수를 열원으로 하는 히트펌프 시스템에 의해 열교환되어 가열되는 것이 특징이다.
상술한 바와 같이 본 발명 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선 및 LNG추진선용 기화기의 LNG 기화방법은 해수를 이용하는 히트펌프 시스템에 의해 열매체를 가열하기 때문에 종래의 스팀을 형성하는 보일러설비에 비해, 소형의 설비로 운용이 가능하여, 장소의 제약이 적고, 또한 운용비용이 적게 들기 때문에 경제적으로도 이점이 있다는 등의 현저한 효과가 있다.
도 1은 종래의 LNG운반선의 기화기의 LNG 기화방법의 시스템 개요도.
도 2는 본 발명 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선용 기화기의 LNG 기화방법을 나타낸 시스템 개요도.
도 3은 해수를 이용하여 1단의 순환사이클에 의한 중온수 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선용 기화기의 기화방법을 나타낸 시스템 개요도.
도 4는 해수를 이용한 히트펌프 시스템의 실시 예를 나타낸 시스템 개요도.
도 5는 해수를 이용하여 2단의 순환사이클에 의한 중온수 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선용 기화기의 기화방법을 나타낸 시스템 개요도.
도 6은 LNG운반선의 히트펌프 시스템을 운영할 때와 보일러를 사용할 때의 경제성을 비교분석 테이블.
도 2는 본 발명 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선용 기화기의 LNG 기화방법을 나타낸 시스템 개요도.
도 3은 해수를 이용하여 1단의 순환사이클에 의한 중온수 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선용 기화기의 기화방법을 나타낸 시스템 개요도.
도 4는 해수를 이용한 히트펌프 시스템의 실시 예를 나타낸 시스템 개요도.
도 5는 해수를 이용하여 2단의 순환사이클에 의한 중온수 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선용 기화기의 기화방법을 나타낸 시스템 개요도.
도 6은 LNG운반선의 히트펌프 시스템을 운영할 때와 보일러를 사용할 때의 경제성을 비교분석 테이블.
본 발명 LNG운반선 및 LNG추진선의 저장탱크(100)에 저장되어 있는 액체상태인 LNG를 기화기(300)에서 기화시켜 엔진(400)에 공급하는 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선 및 LNG추진선용 기화기의 LNG 기화방법에 있어서, 상기 기화기(100)의 내부에서 액체상태인 LNG를 기체상태로 기화시키는 열매체는 해수를 이용하는 히트펌프 시스템(600)에 의해 열교환되어 가열되는 것이 특징이다.
그리고 상기 해수를 이용한 히트펌프 시스템(600)은 1단의 순환사이클에 의해 중온수를 생성하여 기화기(300) 내에서 열매체와 열교환하여 LNG를 기화시키는 것이 특징이다.
또한, 상기 해수를 이용한 히트펌프 시스템(600)은 2단의 순환사이클에 의해 고온수를 생성하여 기화기(300) 내에서 열매체와 열교환하여 LNG를 기화시키는 것이 특징이다.
이하, 본 발명 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선 및 LNG추진선용 기화기의 LNG 기화방법을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 LNG운반선의 기화기의 LNG 기화방법의 시스템 개요도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 LNG운반선에서는 저장탱크(200)에 액체상태인 LNG가 저장되어 있으며, 상기 저장탱크(100)에 저장된 액체상태인 LNG를 고압펌프(200)에 의해 기화기(300)로 공급하여 기화기(300)에서 기체상태로 기화시켜 엔진(400)에 연료로 투입되도록 하는 것이다.
이때, 엔진(400)으로 투입되는 LNG는 압력이 300bar, 온도는 45℃인 것이 바람직하다.
상기 기화기(300) 내에서 액체상태인 LNG가스를 기체상태로 기화시키는 열매체는 보일러(500)에서 가열된 스팀을 사용하게 되는 것으로, 즉 보일러(500)에 의해 스팀이 가열되고, 상기 보일러(500)에 의해 가열된 스팀이 기화기(300) 내에서 액체상태인 LNG와 열교환되면서 액체상태인 LNG는 기체상태로 기화되는 것이다.
보일러(500)에서 유출되는 열매체의 온도는 55℃이며, 기화기(300)에서 열교환되어 보일러(500)로 유입되는 열매체의 온도는 45℃이다.
도 2는 본 발명 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선용 기화기의 LNG가스 기화방법을 나타낸 시스템 개요도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 히트펌프 시스템(600)을 이용하여 열매체를 열교환에 의해 가열한 후, 기화기(300) 내로 공급함으로써 액체상태인 LNG가스를 기체상태로 기화시키는 것이다.
이때, 상기 열매체는 종래와 마찬가지로 액체상태의 글리콜(Glycol)과 물의 혼합물을 사용하도록 한다.
도 3은 해수를 이용하여 1단의 순환사이클에 의한 중온수 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선용 기화기의 기화방법을 나타낸 시스템 개요도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 히트펌프 시스템(600)은 해수를 사용하는 것으로, 1단의 순환사이클에 60℃의 중온수를 생성하여 기화기(300)로 공급되는 열매체와 열교환이 이루어질 수 있도록 하였다.
도 4는 해수를 이용한 히트펌프 시스템의 실시 예를 나타낸 시스템 개요도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 해수를 이용하는 히트펌프 시스템(600)은 난방 또는 냉방운전의 조건에 따라 증발기와 응축기의 역할로 가변하는 만액식 열교환기(1, 2)가 열원 측과 부하 측에 모두 설치되어 있되, 압축기(3)로부터 배출되는 고온고압의 냉매는 냉방운전조건에서는 열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2)의 순으로 냉매가 순환하고, 난방운전조건에서는 부하측 열교환기(2)와 열원측 열교환기(1)의 순으로 냉매가 순환하는 것이 특징으로 한다.
특히, 상기 히트펌프 시스템(600)은 난방운전조건에서는 상기 열원측 열교환기(1)가 증발기 역할을 하고, 부하측 열교환기(2)는 응축기 역할을 하며, 냉방운전조건에서는 상기 열원측 열교환기(1)는 응축기 역할을 하고, 부하측 열교환기(2)는 증발기 역할을 하게 되는 것이다.
더욱 상세하게 해수를 이용한 히트펌프 시스템(600)을 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이 난방 또는 냉방운전의 조건에 따라 증발기와 응축기의 역할로 가변하는 열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2) 및 압축기(3), 사방밸브(4), 브릿지(5), 판형 열교환기(6) 등으로 이루어져 있다.
상기 브릿지(5)는 체크밸브의 조합으로 이루어져 유입되는 냉매의 위치에 따라 배출되는 방향이 지정되어 있는 것이다.
또한, 복수의 솔레이노 밸브로 이루어져 있다.
이에, 상기 압축기(3)로부터 배출되는 고온고압의 냉매는 냉방운전조건에서는 열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2)의 순으로 냉매가 순환하고, 난방운전조건에서는 부하측 열교환기(2)와 열원측 열교한기(1)의 순으로 냉매가 순환하게 된다.
한편, 상기 압축기(2)의 전단에는 사방밸브(4)가 설치되어 상기 압축기(2)에서 배출되는 냉매는 난방 또는 냉방운전조건에 따라 사방밸브(4)에 의해 열원측 열교환기(1) 또는 부하측 열교환기(2)로의 순환방향이 지정되는 것이다.
본 발명 히트펌프 시스템에서는 열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2)는 만액식 열교환기를 사용하도록 하는 것이 바람직하다.
이에, 난방운전조건으로 설정되면, 상기 압축기(3)로부터 배출되는 고온고압의 냉매는 사방밸브(4)를 통해 부하측 열교환기(2)로 보내어지게 된다.
그리고 상기 부하측 열교환기(2)에서 냉매는 응축되어 체크밸브의 조합으로 이루어진 브릿지(5)를 통해 판형 열교환기(6)로 이동되며, 상기 판형 열교환기(6)에서 다시 브릿지(5)를 통해 열원측 열교환기(1)와 사방밸브(4)를 거쳐 압축기(3)로 들어가는 순환과정을 가지게 된다.
이때, 난방운전조건에서는 상기 열원측 열교환기(1)가 증발기 역할을 하고, 부하측 열교환기(2)는 응축기 역할을 하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 만액식 열교환기가 설치된 해수열원용 히트펌프 시스템은 부하 측에서 얻고자 하는 열원에 따라 냉방과 난방을 가변하는 구조로서, 부하측 열교환기(2)가 난방(온수)시는 응축기 역할을 하고, 열원측 열교환기(1)가 증발기 역할을 하는 것으로, 난방운전시 압축기(3)로부터 토출되는 고온고압의 냉매는 부하측 열교환기(2)에서 응축되고, 응축된 냉매는 팽창하여 열원측 열교환기(1)를 통해 저온저압의 냉매가 되어 다시 압축기(3)로 입수되는 과정을 거치게 되는 것이다.
한편, 상기 판형 열교환기(6)는 응축기를 나온 고온고압의 냉매액과 증발기에서 나온 저온의 오일(오일+냉매액)과 열교환 과정을 통해 고온의 오일은 압축기(3)로 유입되도록 하고, 과냉된 냉매액은 팽창변(7)을 거쳐 증발기로 유입되도록 하는 역할을 하고 있다.
즉, 냉·난방 운전시 판형 열교환기(6)를 통한 고온의 오일은 압축기(3)로 유입되는 것이다.
오일의 온도가 높을수록 압축기(3)의 원활한 운전이 가능하다.
상기 판형 열교환기(6)는 재생기 역할을 하는 것으로, 일반적인 히트펌프 사이클에 판형 열교환기(6)를 적용함으로써 사이클 안정화 가능하게 된다.
판형 열교환기(6)의 사이클 흐름은 응축기에서 나온 고온고압의 냉매액과 증발기에서 나온 저온의 오일(오일+냉매액)과 열교환 과정을 거치는 것으로, 고온의 오일은 압축기(1)로 회수되고, 과냉된 냉매액은 팽창변(7)을 거쳐 증발기로 유입되는 것이다.
증발기와 응축기의 역할은 상술한 바와 같이 냉방운전과 난방운전에 따라 열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2)가 서로 교번하여 하게 된다.
따라서, 상기 판형 열교환기(6)가 설치됨에 따라 고온고압의 냉매액이 저온의 오일과 열교환 과정을 통해 과냉 효과가 발생하게 되어, 팽창변의 증기 혼입 방지, 팽창제어 불균형 최소화, 핫(Hot)가스 발생을 최소화하여 배관 내의 마찰손실 감소하게 된다.
또한, 열교환을 통한 오일 온도 상승으로 원활한 압축기 구동 및 안정적인 오일 회수를 할 수 있게 된다.
그리고 본 발명 만액식 열교환기가 설치된 해수열원용 히트펌프 시스템에는 액분리기의 구성은 없으며, 냉매액에 수분이 용해되는 것을 방지하기 위해 팽창변(7) 전에 필터드라이어(8)가 장착되어 있다.
상기 열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2) 사이에는 오일회수관이 설치되어 있으며, 상기 오일회수관은 냉매와 오일의 비중차이에 의해 냉매액과 오일을 분리하게 된다.
열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2) 간에는 별도의 제1연결관(L1)이 설치되고, 또한 제1연결관(L1)의 중간은 판형 열교환기(6)로 연통되는 제2연결관(L2)이 설치되어 있다.
또한, 판형 열교환기(6)로 연통되는 제2연결관을 기준으로 상기 열원측 열교환기(1) 측의 제1연결관(L1)에는 제1솔레노이드밸브(SV1)가 설치되어 있고, 부하측 열교환기(2) 측의 제1연결관(L1)에는 제2솔레노이드밸브(SV2)가 설치되어 있다.
이를 더욱 상세히 설명하면, 솔레노이드 밸브는 열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2)의 오일회수목적으로 설치되었고 냉·난방 사이클에 따라 오일회수의 방향을 결정짓는 밸브로서 구동방식은 다음과 같다.
냉방운전시는 제2솔레노이드밸브(SV2)를 개방시키고, 제1솔레노이드밸브(SV1)는 막으며, 난방운전시는 반대로 제2솔레노이드밸브(SV2)를 닫고, 제1솔레노이드밸브(SV1)는 개방시킴으로써 냉방운전과 난방운전시 냉매방향을 결정짓게 되는 것이다.
또한, 상기 열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2)에 사용되는 전열관은 티타늄 또는 구리와 니켈의 합금인 큐프로니켈, 구리와 알루미늄의 합금인 알브라스 중 택일하여 사용할 수 있다.
특히, 상기 열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2)는 사용환경에 따라 동일 재질 또는 서로 다른 재질로 제작할 수도 있다.
즉, ①열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2)에 모두 사용 ②열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기 모두 큐프로니켈 사용 ③열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2)에 각각 큐프로니켈과 티타늄으로 서로 다른 재질 사용 ④열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2)에 각각 큐프리니켈과 알브라스로서 서로 다른 재질 사용 ⑤열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2)에 각각 티타늄, 알브라서로서 서로 다른 재질 사용할 수 있다.
참고로 큐프로니켈은 고형이물질이 충돌에 약하고, 동이온의 살균력이 강하며, 생물의 관내 부착에 강한 특징이 있고, 티타늄은 고형이물질의 충돌에 강하고, 관내 오염에 취약하다는 특징이 있으며, 큐프로니켈과 티타늄 모두 최소 허용유속이 1.0m/s 이상이다.
큐브로니켈은 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe), 망간(Mn), 아연(Zn), 납(Pb)으로 이루어진 것으로, 중량%로 니켈은 10.5% 이하, 철이 1.67% 이하, 망간 0.63% 이하, 아연 0.03% 이하, 납 0.007% 이하, 그리고 잔부가 구리로 이루어져 있다.
이에, 도 4에 도시된 각 금속의 농도변화를 검토해보면 용용수 수질기준에는 모두 만족하고 있으며, 실질 제작시 내식성을 대폭 강화가능하므로 실제 수치는 더욱 낮아질 것으로 기대한다.
동관의 해수 침식량 기준 조건은 0.01mm/year로서, 전체 중량비에 니켈이 10% 정도 포함되면 내식성이 2배 향상되며, 30% 정도 포함되면 내식성이 5배 정도 향상되나 이는 경제적인 측면을 고려하면 비효율적일 수도 있어, 특수한 환경에 사용하여야 한다.
도 5는 해수를 이용하여 2단의 순환사이클에 의한 중온수 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선용 기화기의 기화방법을 나타낸 시스템 개요도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 히트펌프 시스템(600)은 해수를 사용하는 것으로, 2단의 순환사이클을 통해 80℃의 고온수를 생성하여 기화기(300)로 공급되는 열매체와 열교환이 이루어질 수 있도록 하였다.
이때, 80℃의 고온수를 생성하기 위하여 히트펌프 시스템(600)은 복수 개의 히트펌프 시스템(600)을 설치하여 처음 히트펌프 시스템(600)에서 생성된 온수를 이용하여 다음 차의 히트펌프 시스템(600)으로 이송된 후, 다시 한번 순환과정을 거침으로써 고온수를 생성하는 것이다.
2단의 순환과정에 의해 고온수를 생성하여 기화기(300) 내부로 공급하게 되면 기화기(300)의 크기를 줄일 수 있게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 히트펌프 시스템(600)의 예시에는 2단계의 순환과정을 거치도록 도시되어 있으나, 경우에 따라 2단계 이상의 순환과정을 거치도록 설비할 수도 있다.
한편, 상기 히트펌프 시스템(600)은 중온수를 열원으로 하는 히트펌프 시스템과 공기를 열원으로 하는 히트펌프 시스템을 병용하여 사용할 수 있으며, 또 다르게는 고온수를 열원으로 하는 히트펌프 시스템과 공기를 열원으로 하는 히트펌프 시스템을 병용하여 사용할 수도 있다.
도 6은 LNG운반선의 히트펌프 시스템을 운영할 때와 보일러를 사용할 때의 경제성을 비교분석 테이블이다.
도 6의 a는 히트펌프 시스템과 보일러의 스펙을 비교한 테이블이며, b는 금액을 비교한 테이블이다.
이에, 보일러를 사용시 운영비를 계산하면,
그리고 히트펌프 시스템을 사용시 운영비를 계산하면,
<연료가격: LNG - USD238/ton, HFO(3.5%S) - USD280/ton.
<연료저위 발열량: LNG - 49,500kj/kg, HFO(3.5%S) or Bunker C- 40,800kj/kg>
<Steam Boiler 효율: 80%가정, DFDG발전효율: 40%가정>
상술한 바와 같이 본 발명 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선 및 LNG추진선용 기화기의 LNG가스 기화방법은 해수를 이용하는 히트펌프 시스템에 의해 열매체를 가열하기 때문에 종래의 스팀을 형성하는 보일러설비에 비해, 소형의 설비로 운용이 가능하여, 장소의 제약이 적고, 또한 운용비용이 적게 들기 때문에 경제적으로도 이점이 있다는 등의 현저한 효과가 있다.
1. 열원측 열교환기 2. 부하측 열교환기 3. 압축기
4. 사방밸브 5. 브릿지 6. 판형 열교환기
7. 팽창변 8. 필터드라이어
L1. 제1연결관 L2. 제2연결관
SV1. 제1솔레노이드밸브 SV2. 제2솔레노이드밸브
100. 탱크 200. 고압펌프 300. 기화기
400. 엔진 500. 보일러 600. 히트펌프 시스템
4. 사방밸브 5. 브릿지 6. 판형 열교환기
7. 팽창변 8. 필터드라이어
L1. 제1연결관 L2. 제2연결관
SV1. 제1솔레노이드밸브 SV2. 제2솔레노이드밸브
100. 탱크 200. 고압펌프 300. 기화기
400. 엔진 500. 보일러 600. 히트펌프 시스템
Claims (3)
- LNG운반선 및 LNG추진선의 저장탱크(100)에 저장되어 있는 액체상태인 LNG를 기화기에서 기화시켜 엔진(400)에 공급하는 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선 및 LNG추진선용 기화기의 LNG 기화방법에 있어서,
상기 기화기(300)의 내부에서 액체상태인 LNG를 기체상태로 기화시키는 열매체는 해수를 이용하는 히트펌프 시스템(600)에 의해 열교환되어 가열되고,
상기 해수를 이용한 히트펌프 시스템(600)은 1단의 순환사이클에 의해 중온수를 생성하여 기화기(300) 내에서 열매체와 열교환하여 LNG를 기화시키며,
상기 해수를 이용한 히트펌프 시스템(600)은 2단의 순환사이클에 의해 고온수를 생성하여 기화기(300) 내에서 열매체와 열교환하여 LNG를 기화시키는 것이되,
상기 히트펌프 시스템(600)은 해수를 이용하는 것으로서, 난방 또는 냉방운전의 조건에 따라 증발기와 응축기의 역할로 가변하는 만액식 열교환기(1, 2)가 열원 측과 부하 측에 모두 설치되어 있되, 압축기(3)로부터 배출되는 고온고압의 냉매는 냉방운전조건에서는 열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2)의 순으로 냉매가 순환하고, 난방운전조건에서는 부하측 열교환기(2)와 열원측 열교환기(1)의 순으로 냉매가 순환하는 것으로,
난방운전조건에서는 상기 열원측 열교환기(1)가 증발기 역할을 하고, 부하측 열교환기(2)는 응축기 역할을 하며, 냉방운전조건에서는 상기 열원측 열교환기(1)는 응축기 역할을 하고, 부하측 열교환기(2)는 증발기 역할을 하며,
상기 열원측 열교환기(1)와 부하측 열교환기(2) 간에는 오일을 회수하기 위하여 별도의 제1연결관(L1)에 의해 서로 연결되고, 상기 제1연결관(L1)에는 판형 열교환기(6)로 연통되는 제2연결관(L2)이 연결되어 있되, 상기 판형 열교환기(6)는 응축기를 나온 고온고압의 냉매액과 증발기에서 나온 저온의 오일과 열교환 과정이 이루어지도록 하여 고온의 오일은 압축기(3)로 유입되도록 하고, 과냉된 냉매액은 팽창변(7)을 통해 증발기로 유입되도록 하는 것이 특징인 히트펌프 시스템을 이용한 LNG운반선 및 LNG추진선용 기화기의 LNG 기화방법.
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