KR101883466B1

KR101883466B1 - 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101883466B1
Application number: KR1020160129549A
Authority: KR
Inventors: 유병용; 이준채
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2018-07-30
Also published as: KR20180038652A

Abstract

본 발명은 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박의 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 엔진의 연료로 공급하고 나머지는 재액화시키면서 엔진의 연소 효율 및 재액화 성능을 모두 개선할 수 있는 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템은, 선박에 마련되며 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축시키는 고압 압축기가 마련되며 상기 고압 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 선박의 엔진으로 공급하는 연료 공급라인; 및 상기 엔진으로 공급하고 남은 증발가스를 재액화시켜 상기 액화가스 저장탱크로 공급하는 재액화 라인;을 포함하되, 상기 재액화 라인에는, 상기 압축된 증발가스를 상기 연료 공급라인으로 공급된 증발가스보다 낮은 온도로 냉각시키는 제2 열교환기; 및 상기 제2 열교환기에서 냉각된 증발가스를 액화시켜 상기 액화가스 저장탱크로 공급하는 재액화 장치;가 마련되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법 {Boil Off Gas Processing System and Method of Ship}

본 발명은 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박의 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 엔진의 연료로 공급하고 나머지는 재액화시키면서 엔진의 연소 효율 및 재액화 성능을 모두 개선할 수 있는 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.

LNG 운반선 등의 액화가스 운반선은, 액화가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 이 액화가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다.

천연가스의 액화온도는 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 종래의 LNG 운반선의 경우를 예를 들어 설명하면, LNG 운반선의 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장탱크 내에 증발가스(BOG; Boil Off Gas)가 발생한다.

이러한 증발가스는 저장탱크 내의 압력을 증가시키며 선박의 요동에 따라 액화가스의 유동을 가속시켜 구조적인 문제를 야기시킬 수 있기 때문에, 액화가스 운반선의 저장탱크 내에서의 증발가스를 억제 및 처리할 필요가 있고, 증발가스를 처리하는 방법으로는 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 소각해 버리는 방법, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 재액화 장치를 통해 재액화시킨 후 다시 저장탱크로 복귀시키는 방법, 선박의 추진기관에서 사용되는 연료로서 증발가스를 사용하는 방법, 저장탱크의 내부압력을 높게 유지함으로써 증발가스의 발생을 억제하는 방법 등이 단독으로 혹은 복합적으로 사용되고 있다.

선박의 추진기관, 즉 엔진에서 사용되는 연료로서 증발가스를 사용하는 방법은, 증발가스를 고압 압축기를 이용하여 엔진이 요구하는 온도와 압력, 예를 들어 ME-GI 엔진의 경우 약 45℃ ~ 50℃, 약 300bar의 상태로 만들어 엔진으로 공급한다.

이때, 엔진으로 연료로써 공급되는 증발가스는 엔진의 사양에 따라 다르지만 일반적으로는 기계적으로 무리가 되지 않는 한도 내에서 고온의 증발가스가 공급될수록 엔진의 효율은 향상된다.

한편, 증발가스를 재액화시켜 복귀시키는 방법은, 별도의 냉매 없이 증발가스가 가지고 있는 냉열을 회수하여 증발가스를 재액화 하는 방법 등이 이용되고 있는데, 증발가스 재액화를 위한 설비를 감축시킬 수 있고, 증발가스 재액화에 필요한 에너지 소모량을 절감할 수 있다는 장점이 있다.

증발가스가 가지고 있는 냉열을 회수하여 증발가스를 재액화하는 방법은, 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 고압으로 압축시키고, 압축 증발가스를 저장탱크에서 배출되는 증발가스와 열교환기에서 열교환시켜, 압축 증발가스는 냉각되고 저장탱크에서 배출되는 증발가스는 가열되어 고압 압축기로 공급된다. 냉각된 증발가스는 감압시켜 기액 혼합물을 형성시키고, 재액화된 증발가스를 분리하여 저장탱크로 복귀시킨다.

이때, 압축기로 공급되는 증발가스와 열교환기로 공급되는 증발가스는 온도가 낮을수록 증발가스의 재액화 효율이 향상된다.

따라서, 본 발명은 선박의 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 고압으로 압축하여 엔진의 연료로 공급하고, 나머지는 재액화시켜 저장탱크로 복귀시키면서 공급 온도가 높을수록 향상되는 엔진의 연료 효율 및 공급 온도가 낮을수록 향상되는 재액화 효율을 모두 개선할 수 있는 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 선박에 마련되며 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축시키는 고압 압축기가 마련되며 상기 고압 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 선박의 엔진으로 공급하는 연료 공급라인; 및 상기 엔진으로 공급하고 남은 증발가스를 재액화시켜 상기 액화가스 저장탱크로 공급하는 재액화 라인;을 포함하되, 상기 재액화 라인에는, 상기 압축된 증발가스를 상기 연료 공급라인으로 공급된 증발가스보다 낮은 온도로 냉각시키는 제2 열교환기; 및 상기 제2 열교환기에서 냉각된 증발가스를 액화시켜 상기 액화가스 저장탱크로 공급하는 재액화 장치;가 마련되는 것을 특징으로 하는, 선박의 증발가스 처리 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 연료 공급라인에는 고압 압축기에서 압축된 압축 증발가스를 냉각시키는 제1 열교환기;를 더 포함하고, 상기 재액화 라인은 상기 연료 공급라인으로부터 상기 제1 열교환기 후단에서 분기될 수 있다.

바람직하게는, 상기 연료 공급라인에 마련되며 상기 고압 압축기에서 압축된 압축 증발가스의 온도를 상기 엔진의 요구 조건에 맞도록 조절하는 제1 열교환기;를 더 포함하고, 상기 재액화 라인은 상기 연료 공급라인으로부터 상기 제1 열교환기 전단에서 분기될 수 있다.

바람직하게는, 상기 선박에 마련되는 냉각수 순환 시스템;을 더 포함하되, 상기 냉각수 순환 시스템은, 상기 냉각수 순환 시스템을 순환하는 냉각수를 냉각시키는 제1 냉각기; 상기 제1 냉각기로 제1 냉각매체를 공급하는 제1 냉각매체 공급라인; 및 상기 제1 냉각기에서 냉각된 냉각수를 상기 선박의 냉각수 수요처로 공급하는 냉각수 순환라인;을 포함하고, 상기 냉각수 순환라인은, 상기 제1 열교환기로 냉각수를 공급하는 제1 냉각수 공급라인;을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 냉각수 순환라인은, 상기 제2 열교환기로 냉각수를 공급하는 제2 냉각수 공급라인;을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 재액화 라인에는, 상기 제2 열교환기 후단에 마련되며 상기 재액화 장치로 공급되는 증발가스를 더 냉각시키는 제3 열교환기;를 더 포함하고, 상기 제3 열교환기로 제3 냉각매체를 공급하는 제3 냉각매체 공급라인;을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 냉각매체 공급라인으로부터 분기되어 상기 제2 열교환기로 상기 제1 냉각매체를 공급하는 제1 냉각매체 분기라인;을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 열교환기에서 증발가스를 냉각시키기 위한 제2 냉각매체가 순환하는 제2 냉각매체 순환라인; 상기 제2 냉각매체 순환라인에 마련되어 상기 제2 냉각매체를 냉각시키는 제2 냉각기; 및 상기 제1 냉각매체 공급라인으로부터 분기되어 상기 제2 냉각기로 상기 제1 냉각매체를 공급하는 제2 냉각매체 냉각라인;을 더 포함할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 선박의 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 제1 수요처에서 요구하는 압력으로 압축하는 다단 압축기; 상기 제1 수요처에서 요구하는 압력으로 압축된 증발가스를 제1 수요처에서 요구하는 온도로 냉각 또는 가열시키는 제1 열교환기; 및 상기 제1 수요처에서 요구하는 압력으로 압축된 증발가스를 제2 수요처에서 요구하는 온도로 냉각시키는 제2 열교환기;를 포함하는, 선박의 증발가스 처리 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 제1 열교환기 및 제2 열교환기로 공급되는 열매체는, 서로 동일한 냉각 시스템에 의해 공급될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 열교환기로 제1 열매체를 공급하는 제1 냉각 시스템; 및 상기 제2 열교환기로 제2 열매체를 공급하는 제2 냉각 시스템;을 포함하여, 상기 제1 열교환기 및 제2 열교환기로 공급되는 열매체는 서로 독립된 냉각 시스템에 의해 공급될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 열교환기가 마련되며 상기 제2 수요처로 증발가스를 공급하는 제2 증발가스 공급라인;을 더 포함하고, 상기 제2 증발가스 공급라인은 상기 제1 열교환기 후단에서 분기될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제2 열교환기가 마련되며 상기 제2 수요처로 증발가스를 공급하는 제2 증발가스 공급라인;을 더 포함하고, 상기 제2 증발가스 공급라인은 상기 제1 열교환기 전단에서 분기될 수 있다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 의하면, 선박의 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하여 선박의 엔진 연료로 공급하고, 상기 엔진 연료로 공급하고 남은 압축 증발가스를 냉각시키고, 상기 선박의 증발가스 재액화 장치로 공급하여 재액화시킨 후 상기 액화가스 저장탱크로 공급하는 것을 특징으로 하는, 선박의 증발가스 처리 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 재액화 장치로 공급하는 압축 증발가스는 상기 엔진 연료로 공급하는 압축 증발가스의 온도를 조절하는 열매체를 이용하여 냉각시키되 상기 엔진 연료로 공급하는 증발가스보다 더 낮은 온도로 냉각시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 선박의 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 엔진의 연료로 공급하고, 나머지는 재액화시켜 저장탱크로 다시 회수할 수 있다.

또한, 고압으로 압축된 증발가스 중 재액화시킬 증발가스의 온도는 낮게 하여 재액화 효율을 높이면서도 엔진으로 공급하는 증발가스의 온도는 높게 하여 엔진의 효율을 모두 향상시킬 수 있다.

또한, 엔진으로 공급할 증발가스를 냉각시키는 냉각매체와 재액화시킬 증발가스를 냉각시키는 냉각매체의 전체유량은 종래기술과 동일하게 하면서도 엔진 및 재액화 효율을 모두 향상시킬 수 있다.

또한, 재액화시킬 증발가스를 냉각시키기 위해, 선박에 설치되는 기존 시스템을 이용할 수 있으면서도 재액화 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 시스템을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 증발가스 시스템을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박의 증발가스 시스템을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박의 증발가스 시스템을 간략하게 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 선박의 증발가스 시스템을 간략하게 도시한 블록도이다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 액화가스는 LNG 또는 LPG, LEG(Liquefied Ethane Gas) 등과 같이 일반적으로 액체상태로 저장되는 모든 액체 화물 또는 가스 연료를 의미할 수 있으며, 증발가스(BOG; Boil Off Gas)는 이러한 액화가스가 자연기화하여 발생한 것을 의미한다.

또한, 본 발명의 후술할 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법은 액화가스 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박 또는 해상 구조물, 즉, LNG 운반선, LNG RV와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 플랜트에 적용될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 엔진은, 선박에 마련되는 주 추진 엔진, 예를 들어 ME-GI 엔진 등 이중 연료 엔진을 의미할 수 있으며, 액화가스가 자연기화한 증발가스 및 액화가스를 연료로 공급받을 수 있다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 간략하게 도시한 블록도이다. 이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법을 설명하기로 한다.

이하, ME-GI 엔진으로 추진하며 LNG를 운반하는 LNG 운반선을 예로 들어 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 설명하기로 한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이, 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크(Cargo Tank), 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 엔진(Engine)의 연료로 공급하는 연료 공급라인(FL) 및 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 엔진의 연료로 공급하고 나머지 증발가스를 재액화시켜 액화가스 저장탱크로 재공급하는 재액화 라인(LL)을 포함한다.

연료 공급라인(FL)에는 증발가스를 엔진에서 연료로써 필요로 하는 압력으로 압축하는 고압 압축기(100)와 고압 압축기(100) 후단에 마련되며 압축 증발가스를 엔진에서 연료로써 필요로 하는 온도로 냉각 또는 가열시키는 제1 열교환기(HX1)가 마련된다.

고압 압축기(100)는 도 1에 도시한 바와 같이 다단 압축기, 예를 들어 3단, 4단 또는 5단 압축기로 마련될 수 있으며, 각 단계의 압축기에서 압축된 증발가스는 각 압축 단계에서 압축 공정에 의해 온도가 상승할 수 있고, 각 압축기의 후단에는 중간 냉각기(Inter Cooler)가 마련되어 압축되면서 온도가 상승한 증발가스를 냉각시킬 수 있다.

제1 열교환기(HX1)는 다단 압축기(100)의 최후단에 마련되어 상술한 중간 냉각기와 함께 엔진으로 공급되는 압축 증발가스의 온도를 최종적으로 조절해주는 역할을 수행할 수 있다.

바람직하게는, 증발가스는 다단 압축기(100)를 통과하면서 압축에 의해 약 45 내지 50℃로 가열되고, 약 150 내지 300bar로 압축될 수 있으며, 제1 열교환기(HX1)를 통과하면서 온도가 약 30℃ 이상이 되도록 조절될 수 있다.

선박에는 상술한 중간 냉각기, 엔진 등 냉각수를 필요로 하는 냉각수 수요처로 냉각수를 공급하고 수요처에서 사용 후 온도가 상승하여 배출되는 냉각수를 냉각시켜 재공급하는 냉각수 순환 시스템이 기본적으로 마련된다.

냉각수 순환 시스템을 순환하는 냉각수는 예를 들어 청수(Fresh Water) 또는 글리콜 워터(Glycol Water) 등 일 수 있으며, 본 실시예에서는 청수인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

냉각수 순환 시스템은 순환하는 냉각수를 냉각시키는 제1 냉각기(CO1), 제1 냉각기(CO1)로 냉각수를 냉각시키기 위해 제1 냉각매체(Cooling Medium)를 공급하는 제1 냉각매체 공급라인(RL1) 및 제1 냉각기(CO1)에서 제1 냉각매체에 의해 냉각된 냉각수를 냉각수 수요처로 공급하고 수요처에서 사용 후 배출되는 냉각수를 다시 제1 냉각기(CO1)로 회수하는 냉각수 순환라인(CCL)을 포함한다.

제1 냉각매체는 청수를 냉각시키는 해수(Seawater)일 수 있으며, 냉각수를 일정 수준 이하의 온도, 예를 들어 선박의 냉각수 수요처에서 필요로 하는 냉각수의 온도로 냉각시킬 수 있는 냉각매체이면 무엇이든 한정하지는 않지만, 본 실시예에서는 해수인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

냉각수 수요처는 상술한 중간 냉각기 및 제1 열교환기(HX1)를 포함하며, 냉각수 순환라인(CCL)은 도 1에 도시한 바와 같이 제1 냉각기(CO1)에서 냉각된 냉각수를 제1 열교환기(HX1)로 공급하는 제1 냉각수 공급라인(CL1)을 포함한다.

제1 냉각수 공급라인(CL1)의 제1 열교환기(HX1) 후단에는 제1 열교환기(HX1)에서 냉각되는 압축 증발가스의 온도를 조절할 수 있도록 제1 냉각매체의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브(CV)가 마련될 수 있으며, 유량 조절 밸브(CV)는 도시하지 않은 제어부에 의해, 연료 공급라인(FL)의 제1 열교환기(HX1) 후단에 마련되는 온도 측정기에서 측정한 온도 측정값을 이용하여 조절될 수 있다.

연료 공급라인(FL1)을 따라 엔진으로 공급되는 압축 증발가스는 후술할 재액화 라인(LL)을 따라 재액화 장치(Re-liquefying Device)로 공급되는 압축 증발가스보다 더 높은 온도를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면 재액화 라인(LL)은 도 1에 도시한 바와 같이, 상술한 연료 공급라인(FL)으로부터 분기되어, 바람직하게는 엔진으로 공급되고 남은 압축 증발가스를 재액화 장치로 공급할 수 있다.

또한, 재액화 라인(LL)은 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 상술한 연료 공급라인(FL)의 제1 열교환기(HX1) 후단에서 분기될 수 있고, 재액화 라인(LL)에는 압축 증발가스를 엔진으로 공급되는 압축 증발가스보다 더 낮은 온도로 냉각시키는 제2 열교환기(HX2), 제2 열교환기(HX2)에서 냉각시킨 압축 증발가스를 재액화시켜 액화가스 저장탱크로 재공급하는 재액화 장치(Reliquefying Device)가 마련된다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 상술한 냉각수 순환라인(CCL)은 제1 냉각기(CO1)에서 제1 냉각매체에 의해 냉각된 냉각수를 제2 열교환기(HX2)로 공급하는 제2 냉각수 공급라인(CL2)을 더 포함하여, 제2 열교환기(HX2)에서는 제1 냉각매체에 의해 압축 증발가스가 더 냉각될 수 있으며, 제2 열교환기(HX2)에서 냉각되어 재액화 장치로 도입되는 압축 증발가스는, 연료 공급라인(FL)을 따라 엔진으로 공급되는 압축 증발가스보다 더 낮은 온도, 예를 들어 약 45℃ 이하의 온도로 냉각되는 것을 특징으로 한다.

재액화 장치(LL)는 제2 열교환기(HX2)에서 냉각시킨 압축 증발가스를 감압 및 냉각시키는 수단, 예를 들어, 줄-톰슨 밸브(Joule-Thomson Valve)를 포함하여, 압축 증발가스의 적어도 일부를 액화시키고, 적어도 일부가 액화된 기액 혼합물을 기액 분리하여, 액화된 액체상태의 증발가스는 액화가스 저장탱크로 재공급하고, 액화되지 않은 기체상태의 증발가스는 상술한 고압 압축기(100)의 전단으로 재공급할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템은, 엔진의 연료 조건에 따라 압축되고 온도가 조절된 고압 증발가스 중 적어도 일부를 재액화시켜 액화가스 저장탱크로 회수하는데 있어서, 재액화 장치로 도입되는 압축 증발가스를 더 냉각시켜 공급함으로써 온도가 낮을수록 성능이 좋아지는 재액화 장치의 재액화 효율을 향상시킬 수 있고, 그와 동시에 온도가 높을수록 효율이 높아지는 엔진의 효율을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 도 2를 참고하여 설명하기로 한다. 제2 실시예는 물론 후술할 제3 내지 제5 실시예는 제1 실시예의 변형예로써, 제1 실시예와 달라지는 구성만을 설명하기로 하고, 동일한 장치 및 그 동작에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템은, 도 2에 도시한 바와 같이, 재액화 라인(LL)이 제1 열교환기(HX1) 전단에서 분기되도록 마련되어, 고압 압축기(100)에서 엔진의 연료 조건으로 압축된 압축 증발가스 중 엔진으로 공급되는 압축 증발가스는 연료 공급라인(FL)을 따라 제1 열교환기(HX1)에서 온도가 조절되고, 재액화시킬 압축 증발가스는 재액화 라인(LL)을 따라 제1 열교환기(HX1)를 통과하지 않고, 제2 열교환기(HX2)에서 냉각될 수 있다.

즉, 제2 실시예에 따르면 엔진으로 공급될 압축 증발가스와 재액화시킬 압축 증발가스가 제1 열교환기(HX1) 및 제2 열교환기(HX2)에서 각각 그 온도가 독립적으로 조절될 수 있다.

이때, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 열교환기(HX1)로는 제1 냉각수 공급라인(CL1)을 따라 제1 냉각기(CO1)에서 냉각된 냉각수가, 제2 열교환기(HX2)로는 제2 냉각수 공급라인(CL2)을 따라 제1 냉각기(CO1)에서 냉각된 냉각수가 각각 공급될 수 있고, 제1 열교환기(HX1)를 통과한 압축 증발가스는 약 30℃ 이상, 제2 열교환기(HX2)를 통과한 압축 증발가스는 약 45℃ 이하로 냉각되어, 재액화 장치로 공급되는 압축 증발가스는 엔진으로 공급되는 압축 증발가스보다 더 낮은 온도인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 도 3을 참조하여 설명하기로 한다. 후술할 제3 실시예와 제4 내지 제5 실시예는 상술한 제1 및 제2 실시예의 변형예이며, 후술할 제3 실시예 내지 제5 실시예는 제1 및 제2 실시예와 달라지는 구성만을 설명하기로 하고, 동일한 장치 및 그 동작에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 제3 실시예에 따르면, 도 3에 도시한 바와 같이, 재액화 라인(LL)에는 제2 열교환기(HX2) 후단에 마련되며, 제2 열교환기(HX2)에서 냉각시킨 압축 증발가스를 더 냉각시키는 제3 열교환기(HX3)가 더 마련되고, 고압 압축기(100)에서 압축된 증발가스 중 재액화 라인(LL)으로 분기된 압축 증발가스는 제2 열교환기(HX2) 및 제3 열교환기(HX3)를 통과하여 재액화 장치로 공급된다.

제2 열교환기(HX2)에서는 상술한 바와 같이, 제2 냉각수 공급라인(CL2)이 연결되어, 제1 냉각기(CO1)에서 냉각된 냉각수가 압축 증발가스를 냉각시킬 수 있다.

또한, 제3 열교환기(HX3)로는 제1 냉각매체와 구별되는 제3 냉각매체를 제3 열교환기(HX3)로 공급하는 제3 냉각매체 공급라인(RL3)이 연결되어, 제3 열교환기(HX3)에서는 제3 냉각매체가 제2 열교환기(HX2)에서 냉각된 압축 증발가스를 더 냉각시킬 수 있다.

제3 냉각매체는 제1 냉각매체보다 더 낮은 온도를 갖는 것을 특징으로 하고, 예를 들어 선박에 마련되는 LNG 액화 시스템(Liquefaction System)에 사용되는 냉매(Refrigerant), 또는 선박에 마련되는 칠러(Chiller)에 공급되는 냉매일 수 있다.

이하, 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 도 4를 참조하여 설명하기로 한다. 본 발명의 제4 실시예에 따르면, 도 4에 도시한 바와 같이, 상술한 제1 냉각매체 공급라인(RL1)으로부터 분기되는 제1 냉각매체 분기라인(BL1)을 더 포함하여, 제1 냉각매체를 제2 열교환기(HX2)에서 재액화 장치로 공급되는 압축 증발가스를 냉각시키기 위해 공급할 수 있다.

즉, 본 발명의 제4 실시예에서 재액화 장치로 공급되는 재액화시킬 압축 증발가스를 냉각시키는 냉열원은 제1 냉각매체인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 제5 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 도 5를 참조하여 설명하기로 한다. 본 발명의 제5 실시예에 따르면, 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 열교환기(HX2)에서 재액화 장치로 공급할 압축 증발가스를 냉각시키고, 제2 열교환기(HX2)에서 압축 증발가스를 냉각시키기 위한 냉열원으로써 제2 냉각매체를 공급하는 제2 냉각매체 순환라인(RL2) 및 제2 냉각매체 순환라인(RL2)을 따라 제2 열교환기(HX2)에서 압축 증발가스를 냉각시키고 온도가 상승된 제2 냉각매체를 냉각시키는 제2 냉각기(CO2)를 더 포함할 수 있다.

또한, 제2 냉각기(CO2)는 제2 열교환기(HX2)에서 압축 증발가스를 냉각시킨 후 온도가 상승된 제2 냉각매체를 냉각시키기 위해 제1 냉각매체를 공급하는 제2 냉각매체 냉각라인(BL2)이 연결되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법은, 상술한 바와 같이, 선박의 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 엔진과 같은 제1 수요처에서 요구하는 압력으로 압축하는 다단 압축기(100)와, 제1 수요처에서 요구하는 압력으로 압축된 증발가스를 제1 수요처에서 요구하는 온도로 냉각 또는 가열시키는 제1 열교환기(HX1)를 포함하고, 제1 수요처에서 요구하는 압력으로 압축된 증발가스 내지는 제1 수요처에서 요구하는 압력으로 압축되고 온도가 조절된 증발가스를 액화가스 저장탱크와 같은 제2 수요처로 공급하는 제2 증발가스 공급라인(LL)을 포함하며, 제2 증발가스 공급라인(LL)에는 압축 증발가스를 냉각시키는 제2 열교환기(HX2), 제2 열교환기(HX2)에서 냉각된 증발가스를 감압시키는 압력 조절 수단(미도시)을 포함할 수 있다. 압력 조절 수단은 예를 들어 재액화 장치와 같이 증발가스를 감압 및 냉각시켜 적어도 일부를 액화시키는 수단일 수 있다.

또한, 제1 열교환기(HX1)와 제2 열교환기(HX2)는 선박의 냉각수 순환 시스템과 같이 동일한 냉각 시스템으로부터 냉열원을 공급받을 수도 있고, 또는, 제1 열교환기(HX1)와 제2 열교환기(HX2)가 각각 서로 다른 독립된 냉각 시스템, 예를 들어 선박의 냉각수 순환 시스템과 같은 제1 냉각 시스템 및 선박의 칠링 시스템(Chilling System)과 같은 제2 냉각 시스템으로부터 서로 다른 냉열원을 각각 공급받을 수도 있다.

따라서, 본 발명에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법은, 상술한 바와 같이, 공급되는 증발가스의 온도가 낮을수록 효율이 높은 재액화 장치로는 더 낮은 온도의 증발가스를 공급하고, 공급되는 증발가스의 온도가 높을수록 효율이 높은 엔진으로는 더 높은 온도의 증발가스를 공급함으로써 재액화 장치와 엔진의 효율을 모두 개선할 수 있고, 그와 동시에, 엔진으로 공급하는 증발가스와 재액화 장치로 공급하는 증발가스의 온도를 조절하기 위해 사용되는 냉각수의 총 유량은 종래와 동일하면서도 효율은 증대시킬 수 있으며, 별도의 냉각 시스템을 추가로 마련하는 일없이, 선박에 기본적으로 마련되는 냉각 시스템으로부터 냉열원을 공급하도록 함으로써 효과적으로 엔진 및 재액화 장치의 효율을 개선할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시 예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술한 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100 : 고압 압축기
HX1 : 제1 열교환기
HX2 : 제2 열교환기
HX3 : 제3 열교환기
CO1 : 제1 냉각기
CO2 : 제2 냉각기
FL : 연료 공급라인
LL : 재액화 라인
CL1 : 제1 냉각수 공급라인
CL2 : 제2 냉각수 공급라인
RL1 : 제1 냉각매체 공급라인
RL2 : 제2 냉각매체 순환라인
RL3 : 제3 냉각매체 공급라인
BL1 : 제1 냉각매체 분기라인
BL2 : 제2 냉각매체 냉각라인

Claims

액화가스가 자연기화하여 생성된 증발가스를 선박의 엔진에서 요구하는 압력으로 압축시키는 고압 압축기;
상기 고압 압축기에서 압축된 압축 증발가스를 상기 엔진에서 요구하는 온도로 냉각시키는 제1 열교환기;
상기 엔진으로 공급하고 남은 압축 증발가스를 재액화시켜 회수하는 재액화 장치;
상기 재액화 장치로 공급할 압축 증발가스를 상기 엔진에서 요구하는 온도보다 더 낮은 온도로 냉각시키는 제2 열교환기;
선박 내 냉각수 수요처로 냉각수를 공급하는 냉각수 순환 시스템;
상기 제1 열교환기와 냉각수 순환 시스템을 연결하며 상기 냉각수 순환 시스템에서 냉각된 냉각수가 상기 제1 열교환기로 유동하는 제1 냉각수 공급라인;
상기 제2 열교환기와 냉각수 순환 시스템을 연결하며 상기 냉각수 순환 시스템에서 냉각된 냉각수 또는 상기 냉각수 순환 시스템에서 상기 냉각수를 냉각시키는 제1 냉각매체 또는 상기 제1 냉각매체에 의해 냉각된 제2 냉각매체가 상기 제2 열교환기로 유동하는 제2 열교환기 냉매 공급라인; 및
상기 제1 냉각수 공급라인을 따라 유동하는 냉각수의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브;를 포함하여,
상기 냉각수 순환 시스템을 순환하는 냉각수를 이용하여 상기 엔진으로 공급할 압축 증발가스와 상기 재액화 장치로 공급할 압축 증발가스의 온도를 각각 독립적으로 조절할 수 있는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 고압 압축기 후단에서 분기되어 상기 제2 열교환기로 연결되고, 상기 압축 증발가스가 상기 제2 열교환기로 유동하는 재액화 라인;을 더 포함하고,
상기 재액화 라인은,
상기 제1 열교환기 후단에서 분기되어, 상기 제2 열교환기로 공급되는 압축 증발가스는, 상기 제1 열교환기에서 냉각된 후 공급되는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 고압 압축기 후단에서 분기되어 상기 제2 열교환기로 연결되고, 상기 압축 증발가스가 상기 제2 열교환기로 유동하는 재액화 라인;을 더 포함하고,
상기 재액화 라인은,
상기 제1 열교환기 전단에서 분기되어, 상기 제2 열교환기로 공급되는 압축 증발가스는, 상기 제1 열교환기를 바이패스한 후 공급되는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 냉각수 순환 시스템은,
상기 냉각수 순환 시스템을 순환하는 냉각수를 냉각시키는 제1 냉각기;
상기 제1 냉각기로 제1 냉각매체를 공급하는 제1 냉각매체 공급라인; 및
상기 제1 냉각기에서 냉각된 냉각수를 상기 선박의 냉각수 수요처로 공급하는 냉각수 순환라인;을 포함하고,
상기 제1 냉각수 공급라인은 상기 냉각수 순환라인으로부터 분기되며,
상기 제2 열교환기 냉매 공급라인은 상기 냉각수 순환라인 또는 상기 제1 냉각매체 공급라인으로부터 분기되는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
삭제
청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 제2 열교환기 후단에 마련되며 상기 제2 열교환기에서 냉각된 압축 증발가스를 더 냉각시키는 제3 열교환기; 및
상기 제3 열교환기로 제3 냉각매체를 공급하는 제3 냉각매체 공급라인;을 포함하며,
상기 제3 냉각매체는, 선박 내 냉각 시스템에서 사용되는 냉매인, 선박의 증발가스 처리 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 선박 내 냉각 시스템은, 액화가스 액화 시스템 또는 칠링 시스템을 포함하는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 냉각매체와 상기 제2 냉각매체를 열교환시켜 상기 제2 냉각매체를 냉각시키는 제2 냉각기;를 더 포함하고,
상기 제2 냉각기는,
상기 제2 냉각기와 상기 제2 열교환기를 연결하며, 상기 제2 냉각매체가 순환하는 제2 냉각매체 순환라인; 및
상기 제1 냉각매체 공급라인으로부터 분기되며, 상기 제1 냉각매체가 상기 제2 냉각기로 유동하는 제2 냉각매체 냉각라인;과 연결되는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
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액화가스가 자연기화하여 생성된 증발가스를 선박의 엔진에서 요구하는 압력으로 압축시키는 단계;
상기 압축 증발가스를 상기 엔진에서 요구하는 온도로 냉각시키는 단계; 및
상기 압축 및 냉각된 증발가스를 상기 엔진의 연료로 공급하는 단계;를 포함하고,
상기 엔진의 연료로 공급하고 남은 압축 증발가스는 재액화 장치로 공급하여 재액화시켜 회수하되,
상기 재액화 장치로 공급하는 압축 증발가스는 상기 엔진으로 공급하는 압축 증발가스의 온도보다 낮은 온도로 더 냉각시키는 단계;를 더 포함하고,
상기 압축 증발가스를 엔진에서 요구하는 온도로 냉각시키는 단계는,
상기 선박 내 냉각수 수요처로 냉각수를 공급하는 냉각수 순환 시스템으로부터 냉각수를 분기시켜 상기 냉각수와 상기 압축 증발가스를 열교환시키고,
상기 재액화 장치로 공급하는 압축 증발가스를 냉각시키는 단계는,
상기 냉각수, 상기 냉각수를 냉각시키는 제1 냉각매체, 상기 제1 냉각매체에 의해 냉각된 제2 냉각매체 및 상기 선박 내 냉각 시스템에서 사용되는 냉매 중 어느 하나 이상을 분기시켜 상기 압축 증발가스와 열교환시킴으로써,
상기 냉각수 순환 시스템을 순환하는 냉각수를 이용하여 상기 엔진으로 공급할 압축 증발가스와 상기 재액화 장치로 공급할 압축 증발가스의 온도를 각각 독립적으로 조절할 수 있는, 선박의 증발가스 처리 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 재액화 장치로 공급하는 압축 증발가스는, 상기 엔진에서 요구하는 압력으로 압축시킨 증발가스 또는 상기 엔진에서 요구하는 온도로 냉각시킨 압축 증발가스인, 선박의 증발가스 처리 방법.