KR101908570B1

KR101908570B1 - 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101908570B1
Application number: KR1020170097805A
Authority: KR
Inventors: 이준채; 최동규
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2017-08-01
Filing date: 2017-08-01
Publication date: 2018-10-16
Anticipated expiration: 2037-08-01
Also published as: JP2019027588A; CN208365884U; JP6422086B1

Abstract

선박용 증발가스 재액화 시스템이 개시된다.
상기 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 증발가스를 압축시키는 다단압축기; 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 다단압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치; 및 증발가스를 상기 열교환기를 우회시켜 상기 다단압축기로 공급하는 우회라인;을 포함한다.

Description

선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법{System and Method of Boil-Off Gas Reliquefaction for Vessel}

본 발명은 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 재액화시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

천연가스는 통상 액화되어 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 상태로 원거리에 걸쳐 수송된다. 액화천연가스는 천연가스를 대략 상압 -163℃ 근처의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

액화천연가스 저장탱크를 단열하여도 외부의 열을 완벽하게 차단시키는데에는 한계가 있고, 액화천연가스 내부로 전달되는 열에 의해 액화천연가스는 저장탱크 내에서 지속적으로 기화하게 된다. 저장탱크 내부에서 기화된 액화천연가스를 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)라고 한다.

증발가스의 발생으로 인하여 저장탱크의 압력이 설정된 압력 이상이 되면, 증발가스는 저장탱크의 외부로 배출된다. 저장탱크 외부로 배출된 증발가스는 엔진의 연료로 사용되거나 재액화되어 다시 저장탱크로 돌려보내진다.

통상 증발가스 재액화 장치는 냉동 사이클을 가지며, 이 냉동 사이클에 의해 증발가스를 냉각시킴으로써 증발가스를 재액화시킨다. 증발가스를 냉각시키기 위하여 냉각 유체와 열교환을 시키는데, 증발가스를 자체를 냉각 유체로 사용하여 자가 열교환 시키는 부분 재액화 시스템(PRS; Partial Re-liquefaction System)이 사용되고 있다.

도 1은 종래의 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 부분 재액화 시스템은, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 다단압축기(200)에 의해 다단계로 압축시킨 후, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를, 열교환기(100)에서, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시킨다.

열교환기(100)에 의해 냉각된 유체는 감압장치(300)에 의해 팽창되어 일부 또는 전부가 재액화되며, 기액분리기(400)에 의해 재액화된 액화천연가스와 기체상태의 증발가스가 분리된다.

운항시 발생되는 증발가스를 모두 처리할 수 있도록 재액화 시스템을 구성하여도, 저장탱크에 액화천연가스를 선적하는 경우 등, 평소에 비해 증발가스가 많이 발생하여 증발가스를 태워 없애야 하는 경우가 생길 수 있다.

본 발명은, 평소의 정상상태의 운전이 아닌 증발가스가 특별히 많이 발생하는 경우에도 대비할 수 있는 재액화 시스템을 포함하는 선박을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 다단압축기; 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 다단압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치; 및 증발가스를 상기 열교환기를 우회시켜 상기 다단압축기로 공급하는 우회라인; 을 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.

상기 열교환기를 사용할 수 없는 경우; 및 증발가스를 재액화시킬 필요가 없는 경우; 중 어느 하나 이상의 경우에, 증발가스를 상기 우회라인을 따라 상기 열교환기를 우회시켜 상기 다단압축기로 공급할 수 있다.

상기 다단압축기는 급유식 실린더를 한 개 이상 포함할 수 있고, 상기 열교환기의 유로가 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 일부 또는 전부가 막혔을 때, 증발가스를 상기 우회라인을 따라 상기 열교환기를 우회시켜 상기 다단압축기로 공급할 수 있다.

저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 상기 열교환기에서 냉매로 사용할 수 있고, 상기 다단압축기로 공급되는 증발가스의 압력이 상기 다단압축기가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우; 및 상기 저장탱크의 내부 압력을 낮은 범위까지 제어해야 하는 경우; 중 하나 이상의 경우에, 증발가스의 일부 또는 전부를 상기 우회라인을 따라 상기 열교환기를 우회시켜, 상기 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 있다.

상기 압축기는 증발가스를 150 내지 350 bar로 압축시킬 수 있다.

상기 압축기는 증발가스를 80 내지 250 bar로 압축시킬 수 있다.

상기 열교환기는 마이크로채널형의 유로를 포함할 수 있다.

상기 열교환기는 PCHE일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 1) 증발가스를 다단압축기에 의해 압축시키는 단계; 2) 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 다단압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및 3) 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압장치에 의해 감압시키는 단계;를 포함하고, 증발가스를 우회라인에 의해 상기 열교환기를 우회시켜 상기 다단압축기로 공급할 수 있는, 선박용 증발가스 재액화 방법이 제공된다.

상기 열교환기의 성능이 정상적인 경우의 60 내지 80% 이하로 떨어지면, '응축 또는 응고된 윤활유를 제거할 시점'이라고 판단할 수 있다.

상기 열교환기의 저온유로 전단과 고온유로 후단의 온도차(이하, '저온 흐름의 온도 차이'라고 한다.); 상기 열교환기의 저온유로 후단과 고온유로 전단의 온도차(이하, '고온 흐름의 온도 차이'라고 한다.); 및 상기 고온유로 전단 및 후단의 압력차(이하, '고온 유로의 압력 차이'라고 한다.); 중 하나 이상에 의해, 상기 '응축 또는 응고된 윤활유를 제거할 시점'을 판단할 수 있다.

상기 '저온 흐름의 온도 차이'와 '고온 흐름의 온도 차이' 중 더 작은 값이 제1 설정값 이상인 상태로 '일정시간' 이상 지속되거나, '고온 유로의 압력 차이'가 정상적인 경우보다 제2 설정값 이상인 상태로 '일정시간' 이상 지속되면, 상기 '응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 하는 시점'이라고 판단할 수 있다.

상기 열교환기가 정상화될 때까지 증발가스가 상기 우회라인, 상기 다단압축기, 상기 열교환기의 고온 유로, 및 상기 감압장치를 순환할 수 있다.

상기 열교환기의 고온 유로의 온도가, 상기 다단압축기에 의해 압축된 후 상기 열교환기의 고온 유로로 보내지는 증발가스의 온도만큼 높아졌다고 판단될 때까지, 순환 과정이 지속될 수 있다.

응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 동안 엔진을 구동시킬 수 있다.

상기 열교환기는 마이크로채널형의 유로를 포함할 수 있다.

상기 열교환기는 PCHE일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 다단압축기에 의해 압축시키는 단계; 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 다단압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스와 냉매로 사용하여 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압장치에 의해 감압시키는 단계;를 포함하여 증발가스를 재액화시키는 시스템의, 증발가스 재액화 시동 또는 재가동시키는 방법에 있어서, 증발가스 재액화 시동 또는 재가동시 증발가스를 우회라인에 의해 상기 열교환기를 우회시켜 상기 다단압축기로 공급하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템의 시동 방법이 제공된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 다단압축기; 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 다단압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치; 및 증발가스를 상기 열교환기를 우회시켜 상기 다단압축기로 공급하는 우회라인;을 포함하고, 증발가스 재액화 시동 또는 재가동시 증발가스를 우회라인에 의해 상기 열교환기를 우회시켜 상기 다단압축기로 공급하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.

본 발명에 의하면, 저장탱크로부터 배출되는 증발가스의 양이, 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 재액화시킬 수 있는 양을 초과하는 경우에도 증발가스를 처리할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 가스연소장치(GCU; Gas Combustion Unit)로 보내지는 증발가스의 냉열을 증발가스를 재액화시키는데 사용할 수 있어, 가스연소장치로 보내지는 증발가스의 양은 줄이고, 재액화시키는 증발가스의 양은 늘릴 수 있다. 따라서, 증발가스 발생량이 평소보다 특히 많아지는 경우에도, 가스연소장치에서 태워 버려지는 증발가스의 양을 줄일 수 있어, 선박이 운송하는 액화천연가스를 최대한 보존할 수 있다.

도 1은 종래의 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 선박은, 천연가스를 연료로 사용하는 엔진을 탑재한 선박 및 액화가스 저장탱크를 포함하는 선박 또는 해양 구조물 등에 다양하게 응용되어 적용될 수 있다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

하기 실시예에서는 액화천연가스의 경우를 예로 들어 설명하지만, 본 발명은 다양한 액화가스에 적용될 수 있으며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있고, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

하기 실시예에서 각 유로를 흐르는 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 기체상태, 기액혼합상태, 액체상태, 또는 초임계 유체 상태일 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템은, 다단압축기(200), 열교환기(100), 감압장치(300), 및 제1 배출라인(L1)을 포함한다.

저장탱크(T)는 액화천연가스 등의 액화가스를 극저온 상태로 저장할 수 있도록 밀봉 및 단열 방벽을 갖추고 있지만, 외부로부터 전달되는 열을 완벽하게 차단할 수는 없고, 탱크 내에서는 액화가스의 증발이 지속적으로 이루어지며 탱크 내압이 상승할 수 있는데, 이러한 증발가스에 의한 탱크 압력의 과도한 상승을 막고, 적정한 수준의 내압을 유지하기 위해 저장탱크(T) 내부의 증발가스를 배출시킨다.

저장탱크(T)로부터 증발가스가 배출되는 라인 상에는 증발가스의 유량 및 개폐를 조절하는 제1 조절밸브(510)가 설치될 수 있다.

본 실시예의 다단압축기(200)는, 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250) 및 다수개의 냉각기(810, 820, 830, 840, 850)를 포함하며, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 본 실시예의 다수개의 냉각기(810, 820, 830, 840, 850)는 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250) 후단에 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250)와 교대로 설치되어, 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250)에 의해 압축된 압력뿐만 아니라 온도도 올라간 증발가스를 냉각시킨다.

본 실시예의 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는, 일부는 선박을 추진하는 주엔진으로 보내질 수 있고, 주엔진에서 요구하지 않는 나머지 증발가스는 재액화 과정을 거치기 위해 열교환기(100)로 보내질 수 있다.

주엔진은 ME-GI엔진일 수 있는데, ME-GI엔진은, 2행정으로 구성되며, 대략 300bar의 압력을 가지는 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다.

ME-GI엔진은 대략 150 내지 400 bar, 바람직하게는 대략 150 내지 350 bar, 더욱 바람직하게는 대략 300 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 것으로 알려져 있다.

본 실시예의 다단압축기(200)는, 주엔진이 요구하는 압력으로 증발가스를 압축시킬 수 있으며, 주엔진이 ME-GI엔진인 경우, 대략 150 내지 350 bar의 압력으로 증발가스를 압축시킬 수 있다.

본 발명에서는 주엔진으로 ME-GI 엔진 대신에, 대략 6 내지 20 bar 압력의 증발가스를 연료로 사용하는 X-DF엔진이나 DF엔진을 사용할 수도 있는데, 이 경우, 주엔진으로 공급하기 위하여 압축된 증발가스는 저압이므로, 주엔진으로 공급되기 위하여 압축된 증발가스를 추가로 가압시켜 재액화시킬 수 있다. 재액화를 위하여 추가로 가압된 증발가스의 압력은 대략 80 내지 250 bar가 될 수 있다.

본 실시예의 다단압축기(200)에 포함된 압축실린더 중 일부(210, 220)만을 거친 증발가스는, 일부가 분기되어 발전기로 보내질 수 있다. 본 실시예의 발전기는 대략 6.5 bar의 압력의 천연가스를 요구할 수 있고, 본 실시예의 다단압축기(200)에 포함된 압축실린더 중 일부(210, 220)에 의해 대략 6.5 bar로 압축된 증발가스가 발전기로 보내질 수 있다. 다단압축기(200)로부터 발전기로 증발가스가 보내지는 라인 상에는, 증발가스의 유량 및 개폐를 조절하는 제3 조절밸브(530)가 설치될 수 있다.

본 실시예의 열교환기(100)는, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부를 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 열교환시켜 냉각시킨다.

본 실시예의 열교환기(100)가 유지보수 중이거나 열교환기(100)가 고장난 경우 등, 열교환기(100)를 사용할 수 없는 경우에는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 우회라인(L3)을 통해 열교환기(100)를 우회할 수 있다. 본 실시예의 우회라인(L3)에는, 우회라인(L3)을 개폐하는 제3 차단밸브(630)가 설치된다. 제3 차단밸브(630)는 평상시에는 닫혀 있고 우회라인(L3)을 사용할 필요가 있는 경우에 열리게 된다.

우회라인(L3)은 다음과 같이 활용될 수 있다.

1) 열교환기를 사용할 수 없는 경우

기본적으로 열교환기(100)가 고장나거나 유지보수가 필요한 경우 등, 열교환기(100)를 사용할 수 없는 경우에 우회라인(L3)을 사용하게 된다. 일례로, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부를 주엔진으로 보내는 경우, 열교환기(100)를 사용할 수 없게 되면, 주엔진에서 사용되지 못한 잉여 증발가스를 재액화시키는 것을 포기하고, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 우회라인(L3)을 따라 열교환기(100)를 우회시켜 다단압축기(200)로 바로 공급한 후, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 주엔진으로 공급하며, 잉여 증발가스는 가스연소장치로 보내 소각시킬 수 있다.

2) 응축 또는 응고된 윤활유 제거

열교환기(100)의 유지보수를 위해 우회라인(L3)을 사용하는 예로, 열교환기(100)의 유로가 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 막혔을 때, 우회라인(L3)을 사용하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 것을 들 수 있다.

다단압축기(200)에 포함되는 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)는, 일부는 무급유 윤활(oil-free lubricated) 방식으로 동작하고 나머지는 급유 윤활(oil lubricated) 방식으로 동작할 수 있다. 특히, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 주엔진의 연료로 사용하기 위해서나, 재액화 효율을 위해 증발가스를 80 bar 이상, 바람직하게는 100 bar 이상으로 압축시키는 경우, 다단압축기(200)는 증발가스를 고압으로 압축시키기 위해 급유 윤활 방식의 실린더를 포함하게 된다.

현존하는 기술로는, 100 bar 이상으로 증발가스를 압축시키기 위해서는 왕복동 타입의 다단압축기(200)에, 예컨대 피스톤 실링 부위에 윤활 및 냉각을 위한 윤활유를 공급하여야 한다.

급유 윤활 방식의 실린더에는 윤활유가 공급되는데, 현재의 기술 수준으로는 급유 윤활 방식의 실린더를 통과한 증발가스에는 윤활유가 일부 섞이게 된다. 증발가스에 섞인 윤활유는 열교환기(100)에서 증발가스보다 먼저 응축 또는 응고되어 열교환기(100)의 유로에 쌓이게 되는데, 시간이 지날수록 열교환기(100)의 유로에 쌓이는 응축 또는 응고된 윤활유의 양이 증가되므로, 일정 시간이 지나면 열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 할 필요가 생긴다는 것을 본 발명의 발명자들은 발견하였다.

특히, 본 실시예의 열교환기(100)는, 재액화시켜야 할 증발가스의 압력 및/또는 유량, 재액화 효율 등을 고려하여 PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger, DCHE라고도 한다.)인 것이 바람직한데, PCHE는 유로가 좁고(마이크로채널형의 유로) 굴곡지게 형성되어, 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 유로가 쉽게 막힐 수 있고, 특히 유로의 굴곡진 부분에 응축 또는 응고된 윤활유가 잘 쌓인다. PCHE(DCHE)는 코벨코(Kobelko) 사(社), 알파라발(Alfalaval) 사(社) 등의 업체에서 생산한다.

열교환기(100)의 유로가 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 막히게 되면 열교환기(100)의 냉각 효율이 떨어지게 된다. 따라서, 열교환기(100)의 성능이 정상적인 경우에 비해 일정값 이하로 떨어지면 열교환기(100) 내부에 응축 또는 응고된 윤활유가 어느 정도 이상 쌓였다고 추정할 수 있고, 일례로 열교환기(100)의 성능이 정상적인 경우의 대략 50 내지 90% 이하, 바람직하게는 대략 60 내지 80% 이하, 더욱 바람직하게는 대략 70% 이하로 떨어지면, 열교환기(100) 내부에 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 한다고 판단할 수 있다.

정상적인 경우의 '대략 50 내지 90% 이하'는, 대략 50% 이하, 대략 60% 이하, 대략 70% 이하, 대략 80% 이하, 및 대략 90% 이하를 모두 포함하는 의미이며, 정상적인 경우의 '대략 60 내지 80% 이하'는, 대략 60% 이하, 대략 70% 이하, 및 대략 80% 이하를 모두 포함하는 의미이다.

열교환기(100) 성능이 떨어졌는지 여부는, 열교환기(100)로 공급되거나 열교환기(100)로부터 배출되는 저온 유체의 온도차(즉, 열교환기(100)의 저온유로 전단과 고온유로 후단의 온도차, 이하, '저온 흐름의 온도 차이'라고 한다.), 열교환기(100)로 공급되거나 열교환기(100)로부터 배출되는 고온 유체의 온도차(즉, 열교환기(100)의 저온유로 후단과 고온유로 전단의 온도차, 이하, '고온 흐름의 온도 차이'라고 한다.), 열교환기(100)의 고온 유로 전단 및 후단의 압력차(이하, '고온 유로의 압력 차이'라고 한다.) 등에 의해 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 하는지 여부를 판단할 수 있다.

열교환기(100)의 저온유로는, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스가 공급되는 유로이며, 열교환기(100)의 고온유로는, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스가 공급되는 유로이다.

저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스에는 오일 성분이 섞여있지 않거나 매우 미미한 수준으로 존재하고, 증발가스에 윤활유가 섞이는 시점은 증발가스가 다단압축기(200)에 의해 압축될 때이므로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 사용한 후 다단압축기(200)로 보내는 열교환기(100)의 저온 유로에는 응축 또는 응고된 윤활유가 거의 쌓이지 않고, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시킨 후 감압장치(300)로 보내지는 열교환기(100)의 고온 유로에서 응축 또는 응고된 윤활유가 쌓이게 된다.

따라서, 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 유로가 막혀 열교환기(100) 전후단의 압력 차이가 커지는 현상은 고온 유로에서 빠르게 진행되므로, 열교환기(100)의 고온 유로에 걸리는 압력을 측정하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 할지 여부를 판단하는 것이 바람직하다.

응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 할지 여부를 열교환기(100) 전후단의 압력 차이에 의해 판단하는 것은, 특히 본 실시예의 열교환기(100)로 유로가 좁고 굴곡지게 형성되는 PCHE가 적용될 수 있다는 점을 고려하였을 때, 유용하게 활용될 수 있다.

보다 구체적으로, 열교환기(100) 성능이 떨어졌는지 여부는, '저온 흐름의 온도 차이'와 '고온 흐름의 온도 차이' 중 더 작은 값이 제1 설정값 이상인 상태로 '일정시간' 이상 지속되거나, '고온 유로의 압력 차이'가 정상적인 경우보다 제2 설정값 이상인 상태로 '일정시간' 이상 지속되면, 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 하는 시점이라고 판단할 수 있다.

제1 설정값은 대략 20 내지 50℃, 바람직하게는 대략 30 내지 40℃, 더욱 바람직하게는 대략 35℃일 수 있고, 제2 설정값은 대략 1 내지 5 bar, 바람직하게는 대략 1.5 내지 3 bar, 더욱 바람직하게는 대략 2 bar(200kPa)일 수 있으며, '일정시간'은 대략 1시간일 수 있다.

응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 하는 시점이라고 판단되면, 우회라인(L3)을 사용하여 응축 또는 응고된 윤활유 제거 과정을 진행한다.

저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 우회라인(L3)을 지나 다단압축기(200)로 보내지고 더이상 열교환기(100)로 보내지지 않는다. 따라서, 열교환기(100)에는 냉매가 공급되지 않게 된다.

저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 우회라인(L3)을 통해 열교환기(100)를 우회한 후 다단압축기(200)로 보내진다. 다단압축기(200)로 보내진 증발가스는 다단압축기(200)에 의해 압축되며 압력뿐만 아니라 온도도 높아지게 되며, 다단압축기(200)에 의해 대략 300 bar로 압축시킨 증발가스의 온도는 대략 40 내지 45℃가 된다.

다단압축기(200)에 의해 압축된 온도가 높아진 증발가스를 열교환기(100)로 계속 보내면, 열교환기(100)에서 냉매로 사용되는 저장탱크(T)로부터 배출된 저온의 증발가스는 열교환기(100)로 공급되지 않고, 온도가 높은 증발가스만 지속적으로 열교환기(100)로 공급되므로, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스가 통과하는 열교환기(100)의 고온 유로의 온도가 서서히 올라간다.

열교환기(100)의 고온 유로의 온도가 윤활유가 응축 또는 응고되는 온도 이상이 되면, 열교환기(100) 내부에 쌓여있던 응축 또는 응고된 윤활유가 서서히 녹거나 점도가 낮아지고, 녹거나 점도가 낮아진 윤활유는 증발가스와 섞여 열교환기(100)를 빠져 나가게 된다.

열교환기(100)의 고온 유로의 온도가 올라가면서, 열교환기(100) 내부에 쌓여있던 응축 또는 응고된 윤활유가 녹거나 점도가 높아져 증발가스와 섞여 기액분리기(400)로 보내진다. 우회라인(L3)을 활용하여 열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 과정에서는 증발가스의 재액화가 이루어지지 않으므로, 기액분리기(400)에는 재액화된 액화가스는 모이지 않고, 기체상태의 증발가스와 녹거나 점도가 낮아진 윤활유가 모이게 된다.

기액분리기(400)에 모인 기체상태의 증발가스는 기액분리기(400)로부터 배출되어 다시 우회라인(L3)을 따라 다단압축기(200)로 보내진다.

우회라인(L3)을 활용하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 경우, 열교환기(100)가 정상화될 때까지 증발가스가 우회라인(L3), 다단압축기(200), 열교환기(100)의 고온 유로, 감압장치(300) 및 기액분리기(400)를 순환하며, 순환 과정은, 열교환기(100)의 고온 유로의 온도가 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)의 고온 유로로 보내지는 증발가스의 온도만큼 높아졌다고 판단될 때까지 지속된다. 단, 경험칙상 충분한 시간이 흘렀다고 판단될 때까지 순환 과정을 지속할 수도 있다.

열교환기(100) 내부와 응축 또는 응고되어 있던 윤활유의 대부분이 기액분리기(400)에 모였다는 판단(즉, 열교환기(100)가 정상화 되었다는 판단)이 되면, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 열교환기(100)로의 유입을 차단하고, 기액분리기(400) 내부에 모인 녹거나 점도가 낮아진 윤활유를 배출시킨다.

기액분리기(400) 내부에 모인 녹거나 점도가 낮아진 윤활유를 빠르게 배출시키기 위하여, 기액분리기리(400) 내에 질소를 주입(질소 퍼징)하여 윤활유를 배출시킬 수 있다. 질소 퍼징시 기액분리기(400)에 주입되는 질소의 압력은 대략 5 내지 7 bar일 수 있다.

상술한 과정을 통해 열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유뿐만 아니라, 배관, 밸브, 계측기, 및 각종 장비에 쌓여있는 응축 또는 응고된 윤활유들도 제거될 수 있다.

본 발명에서는, 열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 동안 엔진(주엔진 및/또는 발전용 엔진)을 구동시킬 수 있는데, 열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 동안 엔진을 구동시키면, 엔진의 운전을 지속하면서 열교환기(100)를 정비할 수 있으므로, 열교환기(100)의 정비 중에도 선박을 추진시키고 발전을 할 수 있고, 엔진에서 사용되고 남은 잉여 증발가스를 활용하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거할 수 있다는 장점이 있다.

뿐만 아니라, 열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 동안 엔진을 구동시키면, 다단압축기(200)에 의해 압축되며 증발가스에 섞인 윤활유를 엔진에 의해 태워버릴 수 있다는 장점이 있다. 즉, 엔진은 선박의 추진 또는 발전을 위한 본래의 용도로 사용될 뿐만 아니라, 증발가스에 섞인 오일을 제거하는 역할도 함께 하는 것이다.

3) 증발가스를 재액화시킬 필요가 없는 경우

또한, 선박의 밸러스트 상태 등, 잉여 증발가스가 거의 없어 증발가스를 재액화 시킬 필요가 없는 경우에는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 모두 우회라인(L3)으로 보내, 증발가스가 열교환기(100)를 우회하여 바로 다단압축기(200)로 보내질 수 있도록 한다. 다단압축기(200)에 압축된 증발가스는 주엔진의 연료로 사용된다. 잉여 증발가스가 거의 없어 증발가스를 재액화시킬 필요가 없다고 판단되는 경우, 제3 차단밸브(630)는 자동으로 열리도록 제어될 수 있다.

본 발명의 발명자들은, 증발가스가 본 발명에 따른 유로가 좁은 열교환기(100)를 통과하여 엔진에 공급되는 경우, 열교환기(100)에 의해 증발가스의 압력 강하가 많이 발생하는 것을 발견하였다. 재액화의 필요성이 없는 경우에는 상술한 바와 같이 열교환기(100)를 우회시켜 증발가스를 압축시킴으로써, 원활하게 엔진에 연료를 공급할 수 있다.

4) 증발가스 재액화 시동 또는 재가동시

증발가스를 재액화시키지 않다가 증발가스의 양이 증가하여 증발가스를 재액화시키는 경우에도 우회라인(L3)을 사용할 수 있다.

증발가스를 재액화시키지 않다가 증발가스의 양이 증가하여 증발가스를 재액화시키는 경우(즉, 증발가스 재액화 시동 또는 재가동시), 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 우회라인(L3)으로 전부 보내, 증발가스가 전부 열교환기(100)를 우회하여 바로 다단압축기(200)로 공급되고, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 열교환기(100)의 고온 유로로 보내지도록 할 수 있다. 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부는 주엔진으로 보내질 수 있다.

상술한 과정을 통해, 증발가스 재액화 시동 또는 재가동시에 열교환기(100) 고온 유로의 온도를 높이면, 이전의 증발가스 재액화 과정에서 열교환기(100), 다른 장비, 배관 등에 남아 있을 수도 있는, 응축 또는 응고된 윤활유나 다른 잔여물 또는 불순물 등을 제거한 후 증발가스 재액화를 시작할 수 있다는 장점이 있다.

잔여물에는, 이전의 증발가스 재액화시에 압축기에 의해 압축된 후 열교환기로 보내진 증발가스와, 압축기에 의해 압축된 증발가스에 섞인 윤활유가 포함될 수 있다.

만약 증발가스 재액화 시동 또는 재가동시에, 우회라인(L3)을 사용하여 열교환기(100) 고온 유로의 온도를 높이는 과정 없이, 바로 저장탱크(T)로부터 배출된 저온 증발가스를 열교환기(100)로 공급하면, 열교환기(100)의 고온 유로에 아직 고온 증발가스가 공급되지 않은 상태에서, 저장탱크(T)로부터 배출된 저온 증발가스가 열교환기(100)의 저온 유로로 공급되므로, 열교환기(100)에 남아있던 아직 응축 또는 응고되지 않았던 윤활유들도 열교환기(100)의 온도가 낮아짐으로써 응축 또는 응고될 수도 있다.

우회라인(L3)을 사용하여 열교환기(100) 고온 유로의 온도를 높이는 과정을 지속하다가, 시간이 어느 정도 지나면(즉, 응축 또는 응고된 윤활유나 다른 불순물들이 거의 제거되었다고 판단되면. 통상의 기술자가 경험에 의하여 지속 시간을 정할 수 있으며, 대략 1분 내지 30분, 바람직하게는 대략 3분 내지 10분, 더욱 바람직하게는 대략 2분 내지 5분 정도의 시간이 소요될 수 있다.), 닫혀있던 제1 밸브(510) 및 제2 밸브(520)를 서서히 열고 제3 차단밸브(630)는 서서히 닫으면서 증발가스 재액화를 시작한다. 시간이 더 지나면, 제1 밸브(510) 및 제2 밸브(520)는 완전히 열리고 제3 차단밸브(630)는 완전히 닫혀, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스는 전부 열교환기(100)에서 증발가스를 재액화시키기 위한 냉매로 사용된다.

5) 다단압축기의 흡입 압력 조건을 만족시키기 위하여

또한, 우회라인(L3)은 저장탱크(T) 내부의 압력이 낮은 경우에 다단압축기(200)의 흡입 압력 조건을 만족시키기 위해 활용될 수도 있다.

저장탱크(T) 내부의 액화가스의 양이 적어 생성되는 증발가스의 양이 적거나, 선박의 속도가 빨라 선박의 추진을 위해 엔진에 공급되는 증발가스의 양이 많은 경우 등, 저장탱크(T)의 내부 압력이 낮은 경우에는, 다단압축기(200)가 요구하는 다단압축기(200) 전단에서의 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

특히, 열교환기(100)로 PCHE(DCHE)를 적용하는 경우, PCHE는 유로가 좁아 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스가 PCHE를 통과하면 압력 강하의 폭이 크다.

종래에는 다단압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우, 다단압축기(200) 내부에 설치되는 재순환라인에 의해 증발가스의 일부 또는 전부를 재순환시켜 다단압축기(200)를 보호하였다.

그런데, 증발가스를 재순환 시키는 방식으로 다단압축기(200)의 흡입 압력 조건을 만족시키면, 결국 다단압축기(200)에 의해 압축되는 증발가스의 양이 감소되는 결과를 초래하므로, 재액화 성능이 감소되고, 엔진이 요구하는 연료 소모량을 만족시키지 못하게 될 수도 있다. 특히, 엔진이 요구하는 연료 소모량을 만족시키지 못하게 되면 선박 운항에 크게 지장이 생기므로, 저장탱크(T)의 내부 압력이 낮은 경우에도 다단압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키면서도 엔진이 요구하는 연료 소모량을 만족시킬 수 있는 방법이 시급하게 요구되었다.

본 발명에 따르면, 별도의 추가적인 장비의 설치 없이, 기존에 열교환기(100)의 유지 및 보수를 위해 설치되었던 우회라인(L3)을 활용하여, 저장탱크(T)의 내부 압력이 낮은 경우에도 다단압축기(100)에 의해 압축되는 증발가스의 양을 감소시키지 않으면서도 다단압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 저장탱크(T)의 내부 압력이 일정값 이하가 되면, 제3 차단밸브(630)를 열어 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스의 일부 또는 전부를 우회라인(L3)을 통해 열교환기(100)를 우회시켜 바로 다단압축기(200)로 보낸다.

다단압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건에 비해 저장탱크(T)의 압력이 얼마나 부족한지에 따라, 우회라인(L3)으로 보내지는 증발가스의 양을 조절할 수 있다. 즉, 제3 차단밸브(630)를 전부 열어 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 전부 우회라인(L3)으로 보낼 수도 있고, 제3 차단밸브(630)를 일부만 열어, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스의 일부만 우회라인(L3)으로 보내고 나머지는 열교환기(100)로 보낼 수도 있다. 우회라인(L3)을 통해 열교환기(100)를 우회시키는 증발가스의 양이 증가할수록 증발가스의 압력 강하는 적어진다.

저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 열교환기(100)를 우회시켜 바로 다단압축기(200)로 보내면, 압력 강하를 최소화할 수 있다는 장점이 있지만, 증발가스의 냉열을 증발가스 재액화에 사용할 수 없게 되므로, 저장탱크(T) 내부 압력, 엔진이 요구하는 연료 소모량, 재액화시켜야할 증발가스의 양 등을 고려하여, 압력 강하를 줄이기 위해 우회라인(L3)을 사용할지 여부, 및 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스 중 얼만큼의 양을 우회라인(L3)으로 보낼지를 결정하게 된다.

일례로, 저장탱크(T)의 내부 압력이 일정값 이하이고, 선박이 일정 속도 이상으로 운항되는 경우에 우회라인(L3)을 사용하여 압력 강하를 줄이는 것이 유리하다고 판단할 수 있다. 구체적으로, 저장탱크(T) 내부 압력이 1.09 bar 이하이고, 선박의 속도가 17 knot 이상일 때 우회라인(L3)을 사용하여 압력 강하를 줄이는 것이 유리하다고 판단할 수 있다.

또한, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 전부 우회라인(L3)을 통해 다단압축기(200)로 보내도 다단압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 없을 수도 있는데, 이 경우에는 열교환기(100) 내부에 설치되는 재순환라인을 사용하여 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 있다.

즉, 저장탱크(T)의 압력이 낮아져 다단압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 없게 되면, 종래에는 바로 재순환라인을 사용하여 다단압축기(200)를 보호했던 반면, 본 발명에 의하면, 1차로 우회라인(L3)을 활용하여 다단압축기(200)의 흡입 압력 조건을 만족시키고, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 전부 우회라인(L3)을 통해 다단압축기(200)로 보내도 다단압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 없을 때에 2차로 재순환라인을 사용한다.

1차로 우회라인(L3)을 활용한 후 2차로 재순환라인을 통해 다단압축기(200)의 흡입 압력 조건을 맞추기 위하여, 재순환라인을 사용하는 조건인 압력값보다 제3 차단밸브(630)가 열리는 조건인 압력값을 더 높게 설정할 수 있다.

재순환라인을 사용하는 조건과 제3 차단밸브(630)가 열리는 조건은, 다단압축기(200) 전단 압력을 인자로 사용하는 것이 바람직하나, 저장탱크(T) 내부 압력을 인자로 사용할 수도 있다.

다단압축기(200) 전단 압력은 다단압축기(200) 전단에 설치되는 제1 압력센서(미도시)에 의해 측정될 수 있고, 저장탱크(T) 내부 압력은 제2 압력센서(미도시)에 의해 측정될 수 있다.

제3 차단밸브(630)는, 저장탱크(T)의 압력 변화에 따른 개도 조절이 신속하게 이루어질 수 있도록, 통상적인 경우보다 반응 속도가 빠른 밸브인 것이 바람직하다.

6) 저장탱크의 내부 압력을 낮은 범위까지 제어해야 하는 경우

뿐만 아니라, 저장탱크(T)의 내부 압력을 낮은 범위까지 제어해야 하는 경우, 저장탱크(T)의 압력을 낮춰도 다단압축기(200)의 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 있도록 우회라인(L3)을 사용할 수 있다.

본 실시예의 감압장치(300)는, 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스를 팽창시킨다. 다단압축기(200)에 의한 압축과정, 열교환기(100)에 의한 냉각과정, 및 감압장치(300)에 의한 팽창과정을 거친 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다. 본 실시예의 감압장치(300)는, 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일수도 있고, 팽창기일수도 있다.

본 실시예의 제1 배출라인(L1)은, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스가 열교환기(100)로 보내지는 라인으로부터 분기하여, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스의 일부 또는 전부를 가스연소장치로 보낸다.

본 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템에 의하면, 제1 배출라인(L1)에 의해 저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스의 일부 또는 전부를 가스연소장치로 보내 태울 수 있으므로, 저장탱크(T)에 액화천연가스를 선적하는 경우 등, 평소에 비해 증발가스가 많이 발생하는 경우에도 대비할 수 있다.

본 실시예의 제1 배출라인(L1) 상에는, 제1 배출라인(L1)을 개폐하는 제1 차단밸브(610)가 설치되며, 증발가스를 흡입하여 가스연소장치로 보내는 송풍기(Blower, 700)가 제1 차단밸브(610) 후단에 설치될 수 있다.

본 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템은, 감압장치(300) 후단에 설치되어, 다단압축기(200), 열교환기(100), 및 감압장치(300)를 통과하며 재액화된 액화천연가스와, 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기(400)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예의 기액분리기(400)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(T)로 보내지고, 본 실시예의 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류되어 열교환기(100)로 보내질 수 있다.

본 실시예의 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스가, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류되는 지점은, 제1 배출라인(L1)이 분기되는 지점과 열교환기(100) 사이일 수 있다. 즉, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스가 열교환기(100)로 보내지는 라인 상에는, 제1 배출라인(L1)의 분기점과, 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스의 합류점이 증발가스의 흐름 방향으로 순차로 위치할 수 있다.

도 2에는 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스가 제1 배출라인(L1)이 분기되는 지점과 열교환기(100) 사이에서 합류되는 것이 도시되어 있으나, 본 실시예의 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스는, 저장탱크(T)와 제1 배출라인(L1)이 분기되는 지점 사이에서 합류될 수도 있다. 즉, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스가 열교환기(100)로 보내지는 라인 상에는, 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스의 합류점과 제1 배출라인(L1)의 분기점이 증발가스의 흐름 방향으로 순차로 위치할 수 있다.

본 실시예의 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스의 합류점이, 제1 배출라인(L1)의 분기점과 열교환기(100) 사이인 경우, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스의 일부 또는 전부만이 제1 배출라인(L1)에 의해 가스연소장치로 보내지며, 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스는 모두 열교환기(100)로 보내진다.

본 실시예의 기액분리기(400)로부터 기체상태의 증발가스가 배출되는 라인 상에는 증발가스의 유량 및 개폐를 조절하는 제2 조절밸브(520)가 설치될 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.

도 3에 도시된 제2 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템은, 도 2에 도시된 제1 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템에 비해, 제2 배출라인(L2)을 더 포함한다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제1 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 다단압축기(200), 열교환기(100), 감압장치(300), 및 제1 배출라인(L1)을 포함한다.

저장탱크(T)로부터 증발가스가 배출되는 라인 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 증발가스의 유량 및 개폐를 조절하는 제1 조절밸브(510)가 설치될 수 있다.

본 실시예의 다단압축기(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250) 및 다수개의 냉각기(810, 820, 830, 840, 850)를 포함하며, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다.

본 실시예의 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는, 제1 실시예와 마찬가지로, 일부는 선박을 추진하는 주엔진으로 보내질 수 있고, 주엔진에서 요구하지 않는 나머지 증발가스는 재액화 과정을 거치기 위해 열교환기(100)로 보내질 수 있다.

주엔진은, 제1 실시예와 마찬가지로, ME-GI엔진일 수 있다.

본 실시예의 다단압축기(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 주엔진이 요구하는 압력으로 증발가스를 압축시킬 수 있으며, 주엔진이 ME-GI엔진인 경우, 대략 300 bar의 압력으로 증발가스를 압축시킬 수 있다.

본 실시예의 다단압축기(200)에 포함된 압축실린더 중 일부(210, 220)만을 거친 증발가스는, 제1 실시예와 마찬가지로, 일부가 분기되어 발전기로 보내질 수 있다. 본 실시예의 발전기는, 제1 실시예와 마찬가지로, 대략 6.5 bar의 압력의 천연가스를 요구할 수 있고, 본 실시예의 다단압축기(200)에 포함된 압축실린더 중 일부(210, 220)에 의해 대략 6.5 bar로 압축된 증발가스가 발전기로 보내질 수 있다. 다단압축기(200)로부터 발전기로 증발가스가 보내지는 라인 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 증발가스의 유량 및 개폐를 조절하는 제3 조절밸브(530)가 설치될 수 있다.

본 실시예의 열교환기(100)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부를 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 열교환시켜 냉각시킨다.

본 실시예의 열교환기(100)가 유지보수 중이거나 열교환기(100)가 고장난 경우 등, 열교환기(100)를 사용할 수 없는 경우에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 우회라인(L3)을 통해 열교환기(100)를 우회할 수 있다. 본 실시예의 우회라인(L3)에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 우회라인(L3)을 개폐하는 제3 차단밸브(630)가 설치된다.

또한, 제1 실시예와 마찬가지로, 본 실시예의 우회라인(L3)은, 1) 열교환기(100)가 고장나거나 유지보수가 필요한 경우 등, 열교환기(100)를 사용할 수 없는 경우, 2) 열교환기(100)의 유로가 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 막혔을 때, 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하기 위하여, 3) 잉여 증발가스가 거의 없어 증발가스를 재액화 시킬 필요가 없는 경우, 4) 증발가스를 재액화시키지 않다가 증발가스의 양이 증가하여 증발가스를 재액화시키는 경우(즉, 증발가스 재액화 시동 또는 재가동시), 5) 저장탱크(T) 내부의 압력이 낮은 경우에 다단압축기(200)의 흡입 압력 조건을 만족시키기 위하여, 6) 저장탱크(T)의 내부 압력을 낮은 범위까지 제어해야 하는 경우, 저장탱크(T)의 압력을 낮춰도 다단압축기(200)의 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 있도록 하기 위하여 사용될 수 있다.

본 실시예의 감압장치(300)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스를 팽창시킨다. 다단압축기(200)에 의한 압축과정, 열교환기(100)에 의한 냉각과정, 및 감압장치(300)에 의한 팽창과정을 거친 증발가스는, 제1 실시예와 마찬가지로, 일부 또는 전부가 재액화된다. 본 실시예의 감압장치(300)는, 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일수도 있고, 팽창기일수도 있다.

본 실시예의 제1 배출라인(L1)은, 제1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스가 열교환기(100)로 보내지는 라인으로부터 분기하여, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스의 일부 또는 전부를 가스연소장치로 보낸다.

본 실시예의 제1 배출라인(L1) 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 배출라인(L1)을 개폐하는 제1 차단밸브(610)가 설치되며, 증발가스를 흡입하여 가스연소장치로 보내는 송풍기(Blower, 700)가 제1 차단밸브(610) 후단에 설치될 수 있다.

단, 본 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템은, 열교환기(100)로부터 다단압축기(200)로 증발가스가 보내지는 라인으로부터 분기하여 제1 배출라인(L1)과 합류되는, 제2 배출라인(L2)을 더 포함할 수 있다. 제2 배출라인(L2) 상에는 제2 배출라인(L2)을 개폐하는 제2 차단밸브(620)가 설치된다.

본 실시예에서는, 제1 배출라인(L1)은, 열교환기(100)가 유지보수 중이거나 열교환기(100)가 고장난 경우 등, 열교환기(100)를 사용할 수 없는 경우에, 열교환기(100)를 우회하여 저장탱크(T)로부터 가스연소장치로 증발가스를 보내기 위해 사용되고, 열교환기(100)를 사용할 수 있는 상태에서 저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스를 가스연소장치로 보낼 필요가 있을 경우에는, 제2 배출라인(L2)을 사용한다.

또한, 본 실시예에서는 제1 배출라인(L1) 및 제2 배출라인(L2)을 모두 포함하는 경우를 설명하였으나, 본 발명은, 저장탱크(T)와 열교환기(100) 사이에서 분기되는 제1 배출라인(L1)을 포함하지 않고, 열교환기(100)와 다단압축기(200) 사이에서 분기되는 제2 배출라인(L2)이 직접 가스연소장치와 연결되도록 구성될 수도 있다.

도 2에 도시된 제1 실시예에 의하면, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 가스연소장치로 보내지는 증발가스는 열교환기(100) 전단에서 분기되므로, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 다단압축기(200)로 보내지는 증발가스만이 열교환기(100)의 냉매로 사용된다.

그런데 본 실시예에 의하면, 열교환기(100) 후단에서 분기되는 제2 배출라인(L2)을 통해 증발가스를 가스연소장치로 보내므로, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 가스연소장치로 보내지는 증발가스와, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 다단압축기(200)로 보내지는 증발가스가 모두, 열교환기(100)의 냉매로 사용된다.

따라서, 본 실시예에 의하면 제1 실시예에 비해 열교환기(100)에 의한 냉각 효율을 높일 수 있다. 열교환기(100)에 의한 냉각 효율이 높아지면, 재액화되는 증발가스의 유량이 증가하고, 잉여 증발가스는 재액화시키거나 가스연소장치로 보내 처리하므로, 결국 가스연소장치로 보내 태워야 하는 증발가스의 유량은 감소된다.

본 실시예의 열교환기(100)는, 제1 실시예와는 달리, 가스연소장치로 보내지는 증발가스의 유량도 수용할 수 있어야 하므로, 제1 실시예보다 더 큰 용량으로 설계된다.

본 실시예의 제2 배출라인(L2)이 합류되는 지점은, 제1 차단밸브(610) 후단의 제1 배출라인(L1)인 것이 바람직하며, 본 실시예가 송풍기(700)를 포함하는 경우, 제2 배출라인(L2)이 합류되는 지점은, 제1 차단밸브(610)와 송풍기(700) 사이인 것이 바람직하다.

본 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템에 의하면, 제1 배출라인(L1) 또는 제2 배출라인(L2)에 의해 저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스의 일부 또는 전부를 가스연소장치로 보내 태울 수 있으므로, 저장탱크(T)에 액화천연가스를 선적하는 경우 등, 평소에 비해 증발가스가 많이 발생하는 경우에도 대비할 수 있다.

본 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 감압장치(300) 후단에 설치되어, 다단압축기(200), 열교환기(100), 및 감압장치(300)를 통과하며 재액화된 액화천연가스와, 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기(400)를 더 포함할 수 있다.

제1 실시예와 마찬가지로, 본 실시예의 기액분리기(400)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(T)로 보내지고, 본 실시예의 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류되어 열교환기(100)로 보내질 수 있다.

본 실시예의 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스가, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류되는 지점은, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 배출라인(L1)이 분기되는 지점과 열교환기(100) 사이일 수 있다. 또한, 본 실시예의 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스는, 제1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(T)와 제1 배출라인(L1)이 분기되는 지점 사이에서 합류될 수도 있다.

본 실시예의 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스의 합류점이, 제1 배출라인(L1)의 분기점과 열교환기(100) 사이인 경우, 제1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스의 일부 또는 전부만이 제1 배출라인(L1)에 의해 가스연소장치로 보내지며, 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스는 모두 열교환기(100)로 보내진다.

본 실시예의 기액분리기(400)로부터 기체상태의 증발가스가 배출되는 라인 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 증발가스의 유량 및 개폐를 조절하는 제2 조절밸브(520)가 설치될 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.

도 4에 도시된 제3 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템은, 도 2에 도시된 제1 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템에 비해, 제1 배출라인(L1)을 포함하지 않고 제2 배출라인(L2)을 더 포함한다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제1 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.

도 4를 참조하면, 본 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 다단압축기(200), 열교환기(100), 및 감압장치(300)를 포함한다. 단, 본 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템은, 제1 실시예와는 달리, 제1 배출라인(L1)은 포함하지 않고, 제2 배출라인(L2)을 포함한다.

주엔진은, 제1 실시예와 마찬가지로, ME-GI엔진일 수 있다.

본 실시예의 제2 배출라인(L2)은, 열교환기(100)로부터 다단압축기(200)로 증발가스가 보내지는 라인으로부터 분기하여, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스의 일부 또는 전부를 가스연소장치로 보낸다.

본 실시예의 제2 배출라인(L2) 상에는, 제2 배출라인(L2)을 개폐하는 제2 차단밸브(620)가 설치되며, 증발가스를 흡입하여 가스연소장치로 보내는 송풍기(Blower, 700)가 제2 차단밸브(620) 후단에 설치될 수 있다.

본 실시예에서는, 열교환기(100)가 유지보수 중이거나 열교환기(100)가 고장난 경우 등, 열교환기(100)를 사용할 수 없는 경우에는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스가 우회라인(L3)을 통해 열교환기(100)를 우회하도록 하고, 열교환기(100)를 사용할 수 있는 상태에서 저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스를 가스연소장치로 보낼 필요가 있을 경우에는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스가 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 후 제2 배출라인(L2)을 따라 가스연소장치로 보내지도록 한다. 본 실시예의 우회라인(L3)에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 우회라인(L3)을 개폐하는 제3 차단밸브(630)가 설치된다.

본 실시예의 선박에 포함되는 증발가스 재액화 시스템에 의하면, 제2 배출라인(L2)에 의해 저장탱크(T)에서 발생되는 증발가스의 일부 또는 전부를 가스연소장치로 보내 태울 수 있으므로, 저장탱크(T)에 액화천연가스를 선적하는 경우 등, 평소에 비해 증발가스가 많이 발생하는 경우에도 대비할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

T : 저장탱크 L1, L2 : 배출라인
L3 : 우회라인 100 : 열교환기
200 : 다단압축기
210, 220, 230, 240, 250 : 압축실린더 300 : 감압장치
400 : 기액분리기 510, 520, 530 : 조절밸브
610, 620, 630 : 차단밸브 700 : 송풍기
810, 820, 830, 840, 850 : 냉각기

Claims

증발가스를 압축시키는 다단압축기;
상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 다단압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기;
상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치; 및
증발가스를 상기 열교환기를 우회시켜 상기 다단압축기로 공급하는 우회라인;을 포함하고,
상기 다단압축기는 급유식 실린더를 한 개 이상 포함하고,
상기 열교환기의 유로가 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 일부 또는 전부가 막혔을 때, 증발가스를 상기 우회라인을 따라 상기 열교환기를 우회시켜 상기 다단압축기로 공급하며,
상기 열교환기의 성능이 정상적인 경우의 60 내지 80% 이하로 떨어지면, '응축 또는 응고된 윤활유를 제거할 시점'이라고 판단하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
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청구항 1에 있어서,
상기 압축기는 증발가스를 150 내지 350 bar로 압축시키는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 압축기는 증발가스를 80 내지 250 bar로 압축시키는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
청구항 1, 청구항 5 및 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열교환기는 마이크로채널형의 유로를 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 열교환기는 PCHE인, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
1) 증발가스를 다단압축기에 의해 압축시키는 단계;
2) 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 다단압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및
3) 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압장치에 의해 감압시키는 단계;를 포함하고,
증발가스를 우회라인에 의해 상기 열교환기를 우회시켜 상기 다단압축기로 공급할 수 있고,
상기 다단압축기는 급유식 실린더를 한 개 이상 포함하고,
상기 열교환기의 유로가 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 일부 또는 전부가 막혔을 때, 증발가스를 상기 우회라인을 따라 상기 열교환기를 우회시켜 상기 다단압축기로 공급하며,
상기 열교환기의 성능이 정상적인 경우의 60 내지 80% 이하로 떨어지면, '응축 또는 응고된 윤활유를 제거할 시점'이라고 판단하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
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청구항 9에 있어서,
상기 열교환기의 저온유로 전단과 고온유로 후단의 온도차(이하, '저온 흐름의 온도 차이'라고 한다.);
상기 열교환기의 저온유로 후단과 고온유로 전단의 온도차(이하, '고온 흐름의 온도 차이'라고 한다.); 및
상기 고온유로 전단 및 후단의 압력차(이하, '고온 유로의 압력 차이'라고 한다.);
중 하나 이상에 의해, 상기 '응축 또는 응고된 윤활유를 제거할 시점'을 판단하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 '저온 흐름의 온도 차이'와 '고온 흐름의 온도 차이' 중 더 작은 값이 제1 설정값 이상인 상태로 '일정시간' 이상 지속되거나, '고온 유로의 압력 차이'가 정상적인 경우보다 제2 설정값 이상인 상태로 '일정시간' 이상 지속되면, 상기 '응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 하는 시점'이라고 판단하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 열교환기가 정상화될 때까지 증발가스가 상기 우회라인, 상기 다단압축기, 상기 열교환기의 고온 유로, 및 상기 감압장치를 순환하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 열교환기의 고온 유로의 온도가, 상기 다단압축기에 의해 압축된 후 상기 열교환기의 고온 유로로 보내지는 증발가스의 온도만큼 높아졌다고 판단될 때까지, 순환 과정이 지속되는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
청구항 9에 있어서,
응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 동안 엔진을 구동시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
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청구항 9, 및 청구항 13 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축기는 증발가스를 150 내지 350 bar로 압축시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
청구항 9, 및 청구항 13 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축기는 증발가스를 80 내지 250 bar로 압축시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
청구항 9, 및 청구항 13 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열교환기는 마이크로채널형의 유로를 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
청구항 21에 있어서,
상기 열교환기는 PCHE인, 선박용 증발가스 재액화 방법.