KR101941331B1 - 액화가스 재기화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화가스 재기화 시스템에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크에서 수요처까지 연결되는 액화가스 공급라인; 상기 액화가스 공급라인에 마련되어 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 상기 수요처로 이송하는 액화가스 펌프; 상기 액화가스 공급라인에서 상기 액화가스 펌프의 하류에 마련되어 상기 액화가스를 재기화하는 기화기; 상기 액화가스 공급라인 또는 상기 액화가스 펌프를 퍼징 및 쿨링다운하기 위한 불활성가스를 공급하는 불활성가스 공급기; 및 상기 불활성가스 공급기에서 상기 액화가스 공급라인까지 연결되는 불활성가스 공급라인을 포함하고, 상기 불활성가스 공급라인은, 부분적으로 상기 액화가스 저장탱크를 경유하도록 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크를 경유하는 부분에 불활성가스를 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스로 냉각하는 불활성가스 냉각기가 마련되고, 상기 불활성가스 공급라인을 통해 공급되는 불활성가스는, 상기 불활성가스 냉각기에 의해 냉각된 후 상기 액화가스 공급라인 또는 상기 액화가스 펌프를 쿨링다운하는 것을 특징으로 한다.

Description

액화가스 재기화 시스템{Regasification System of liquefied Gas}
본 발명은 액화가스 재기화 시스템에 관한 것이다.
최근 환경 규제 등이 강화됨에 따라, 각종 연료 중에서 친환경 연료에 가까운 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)의 사용이 증대되고 있다. 액화천연가스는 일반적으로 LNG 운반선을 통해 운반되는데, 이때 액화천연가스는 1기압 하에서 -162℃도 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 LNG 운반선의 탱크에 보관될 수 있다. 액화천연가스는 액체 상태가 될 경우 기체 상태 대비 부피가 600분의 1로 축소되므로 운반 효율이 증대될 수 있다.
그런데 액화천연가스는 액체 상태가 아닌 기체 상태로 소비되는 것이 일반적이어서, 액상으로 저장 및 운송되는 액화천연가스는 재기화되어야 할 필요가 있는바 재기화 설비가 사용된다.
이때 재기화 설비는 LNG 운반선, FLNG, FSRU 등의 선박에 탑재되거나 또는 육상 등에 마련될 수 있으며, 재기화 설비는 해수 등의 열원을 이용하여 액화천연가스를 가열함으로써 재기화를 구현한다.
그런데 액상의 액화천연가스는 -160도에 가까운 극저온 상태에 놓여있기 때문에, 열교환 시 열원과의 온도차이가 크게 벌어지면 액화천연가스를 가열하는 열교환기의 내구성 등에 문제가 발생할 수 있다. 또한 해수를 이용하여 액화천연가스를 가열하는 경우에는 열교환기에 부식이 발생할 우려가 있다.
따라서 최근에는 액상으로 저장되어 있는 액화천연가스를 재기화하는 과정에서, 각종 구성들을 안정적으로 가동할 수 있으면서 재기화 설비를 간소화하는 방향으로 많은 연구 및 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 퍼징을 위해 사용되는 불활성가스를 액화가스로 냉각하여 퍼징 및 쿨링다운으로 동시에 사용하여 재기화 시스템의 쿨링다운 시간을 줄이고, 시스템을 간소화한 액화가스 재기화 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 열매인 해수가 갖고 있는 열을 최대한 사용하고 열교환된 저온해수를 열매로 사용할 때 바다로 배출 시, 되는 해수가 적정 온도를 갖도록, 액화가스와 열교환하지 않은 해수를 혼합하여 환경오염을 방지하는 액화가스 재기화 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 고체산화물연료전지(SOFC)를 이용하여 증발가스로부터 스팀을 발생시켜서 재기화 열원으로 활용하여 에너지 효율을 높일 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 글리콜워터 등 열매의 유동에 문제가 발생해 액화가스로 인하여 열매가 얼어버리는 것을 방지하기 위해 열매가 지속적으로 순환되는 것을 보장하는 액화가스 재기화 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 재기화 시스템은, 액화가스 저장탱크에서 수요처까지 연결되는 액화가스 공급라인; 상기 액화가스 공급라인에 마련되어 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 상기 수요처로 이송하는 액화가스 펌프; 상기 액화가스 공급라인에서 상기 액화가스 펌프의 하류에 마련되어 상기 액화가스를 재기화하는 기화기; 상기 액화가스 공급라인 또는 상기 액화가스 펌프를 퍼징 및 쿨링다운하기 위한 불활성가스를 공급하는 불활성가스 공급기; 및 상기 불활성가스 공급기에서 상기 액화가스 공급라인까지 연결되는 불활성가스 공급라인을 포함하고, 상기 불활성가스 공급라인은, 부분적으로 상기 액화가스 저장탱크를 경유하도록 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크를 경유하는 부분에 불활성가스를 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스로 냉각하는 불활성가스 냉각기가 마련되고, 상기 불활성가스 공급라인을 통해 공급되는 불활성가스는, 상기 불활성가스 냉각기에 의해 냉각된 후 상기 액화가스 공급라인 또는 상기 액화가스 펌프를 쿨링다운하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 불활성가스 공급라인은, 상기 액화가스 공급라인에서 상기 액화가스 펌프의 상류에 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 공급라인에서 상기 액화가스 펌프의 상류에 마련되어 상기 액화가스를 임시 저장하는 중간 저장탱크를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 불활성가스 공급라인은, 상기 액화가스 공급라인에서 상기 중간 저장탱크에 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 공급라인에서 상기 액화가스 펌프의 하류에 연결되어 불활성가스를 상기 액화가스 공급라인의 외부로 배출하는 불활성가스 배출라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 불활성가스 배출라인은, 상기 액화가스 공급라인에서 상기 불활성가스 공급기까지 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 재기화 시스템은, 퍼징을 위해 사용되는 불활성가스를 쿨링다운에 동시 활용하여 시스템 구성을 간소화하고, 쿨링다운 시간을 절약하여 운영 비용을 절감할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액화가스 재기화 시스템은, 열매인 해수가 갖고 있는 열을 최대한 활용하여 열교환을 함으로써 열교환기의 사이즈를 줄이고, 열교환되어 해수를 열매로 사용할 때 액화가스에 의해 냉각된 해수를 바다로 배출 시 하면서도 환경오염을 일으키지 않도록, 새로운 해수를 혼합하여 바다로 배출되는 해수의 온도를 적절히 맞춰줄 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액화가스 재기화 시스템은, 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 통해 전기와 열을 발생시키는 고체산화물 연료전지를 이용해 열매를 생성하여 운전비 절감 및 투자비 감소 효과를 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액화가스 재기화 시스템은, 축전지를 마련해두고 열매의 유동에 문제가 발생했을 때 열매의 지속 순환이 이루어지게 해 열매가 액화가스로 인하여 응고되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하에서 액화가스는 LPG, LNG, 에탄 등일 수 있으며, 예시적으로 LNG(Liquefied Natural Gas)를 의미할 수 있으며, 증발가스는 자연 기화된 LNG 등인 BOG(Boil Off Gas)를 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 액화가스 펌프(20), 기화기(22), 불활성가스 공급기(40)를 포함한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 액체 상태로 저장한다. 이때 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스는 재기화되어 수요처(100)로 공급될 수 있으며, 수요처(100)는 도시가스나 엔진 등일 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 외부 열 침투로 인해 기화될 수 있으므로, 액화가스 저장탱크(10)에는 증발가스가 액화가스와 함께 존재할 수 있다. 이때 증발가스는 가스연소장치(24)에 의해 연소되어 처리될 수 있고, 또는 도시하지 않았으나 재액화장치에 의해 재액화된 후 액화가스 저장탱크(10)로 복귀될 수 있다. 증발가스의 연소를 위해 액화가스 저장탱크(10)에서 가스연소장치(24)로 증발가스 연소라인(26)이 연결될 수 있다.
액화가스 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 수요처(100)로 이송한다. 액화가스 저장탱크(10)에서 수요처(100)까지는 액화가스 공급라인(23)이 연결되는데, 액화가스 펌프(20)는 액화가스 공급라인(23)에 마련될 수 있다.
액화가스 펌프(20)는 도면에 도시된 바와 같이 액화가스 저장탱크(10)의 내부 및 외부에 각각 마련될 수 있다. 이때 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 마련되는 액화가스 펌프(20)는 1차 액화가스 펌프(20)이고, 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 마련되는 액화가스 펌프(20)는 2차 액화가스 펌프(20)일 수 있다. 물론 적어도 어느 하나의 액화가스 펌프(20)는 생략될 수 있다. 이하에서 편의상 액화가스 펌프(20)는 2차 액화가스 펌프(20)를 의미할 수 있다.
액화가스 펌프(20)는 수요처(100)가 요구하는 압력까지 액화가스를 가압한 뒤 기화기(22)로 공급한다. 이때 액화가스의 가압 범위는 수요처(100)의 종류 및 수요처(100)의 부하에 따라 다양하게 달라질 수 있다.
액화가스 펌프(20)와 액화가스 저장탱크(10) 사이에는 중간 저장탱크(21)가 마련될 수 있다. 중간 저장탱크(21)는 액화가스 공급라인(23)에서 액화가스 펌프(20)의 상류에 마련되어 액화가스를 임시 저장한다.
액화가스 펌프(20)는 캐비테이션 방지를 위하여 최소 요구 유량을 만족하는 액화가스가 유입되어야 하는데, 중간 저장탱크(21)는 액화가스를 충분히 저장해 두었다가 충분한 양의 액화가스가 액화가스 펌프(20)로 유입되도록 할 수 있다. 또한 중간 저장탱크(21)는 액화가스 펌프(20)로 유입되는 액화가스의 유량을 비교적 일정하게 유지하여 액화가스 펌프(20)의 부하 변동을 방지할 수 있다.
중간 저장탱크(21)는 기액 분리를 수행할 수 있는데, 중간 저장탱크(21)에서 분리되는 기체 성분의 액화가스는 중간 저장탱크(21)에서 가스연소장치(24)로 연결되는 액화가스 연소라인(25)을 따라 가스연소장치(24)에서 연소될 수 있다. 이때 중간 저장탱크(21)에서 분리되는 액체 성분의 액화가스는 액화가스 펌프(20)로 유입될 수 있으며, 이는 액화가스 펌프(20)에 기체와 액체 혼합 상태의 액화가스가 유입되지 않도록 하여 액화가스 펌프(20)를 보호하고 액화가스 펌프(20)의 가동 효율을 높이기 위함이다.
다만 중간 저장탱크(21)에 연결되는 액화가스 연소라인(25)에는 밸브(부호 도시하지 않음)가 마련되며, 밸브의 개도를 조절하여 기체 상태의 액화가스가 중간 저장탱크(21)로부터 배출되는 것을 제어해 중간 저장탱크(21)의 내압을 조절할 수 있다.
기화기(22)는, 액화가스를 재기화한다. 기화기(22)는 액화가스 공급라인(23)에서 액화가스 펌프(20)의 하류에 마련되며, 열매를 이용하여 액화가스를 가열해 액화가스를 기화시킬 수 있다. 이때 열매는 글리콜워터, 해수, 스팀 등 다양할 수 있다.
기화기(22)에는 열매를 공급하기 위한 열매 공급라인(31)이 마련될 수 있다. 열매 공급라인(31)에는 열매 펌프(30)가 마련되며, 열매 펌프(30)는 열매가 열매 공급라인(31)을 따라 기화기(22)로 유입되도록 할 수 있다.
열매가 해수일 경우, 열매 공급라인(31)은 열매 공급원인 바다에 연결되어 해수를 기화기(22)로 공급하며, 기화기(22)를 거친 해수를 다시 바다로 배출할 수 있다. 이때 열매 펌프(30)는 바다로부터 해수를 끌어올려 기화기(22)로 이송할 수 있다.
반면 열매가 스팀이거나 글리콜워터일 경우, 열매 공급라인(31)은 열매가 순환하는 형태로 마련될 수 있다. 즉 열매 펌프(30)에 의해 이송되는 열매는 기화기(22)를 거친 후 다시 열매 펌프(30)로 전달될 수 있다.
기화기(22)에 의해 기화된 액화가스는 수요처(100)로 공급될 수 있는데, 수요처(100)에서 소비하지 못하는 잉여 액화가스가 발생하거나 수요처(100)로의 공급에 문제가 발생할 경우, 기화기(22)의 하류에서 적어도 일부의 액화가스는 액화가스 연소라인(25)을 따라 가스연소장치(24)로 공급되어 처리될 수 있다.
불활성가스 공급기(40)는, 액화가스 공급라인(23) 등을 퍼징 및 쿨링다운하기 위한 불활성가스를 공급한다. 이때 불활성가스는 질소, 헬륨, 아르곤 등일 수 있으며, 질소를 많이 사용한다. 불활성가스 공급기(40)는 불활성가스 저장탱크 혹은 질소 생성기일 수 있다.
불활성가스 공급기(40)는 액화가스 공급라인(23)에 연결되어 불활성가스를 통해 액화가스 공급라인(23) 및 액화가스 펌프(20) 등을 퍼징할 수 있다. 이때 불활성가스 공급기(40)에서 액화가스 공급라인(23)까지 불활성가스 공급라인(41)이 연결되는데, 불활성가스 공급라인(41)은 중간 저장탱크(21)에 연결될 수 있다. 즉 불활성가스 공급라인(41)은 액화가스 공급라인(23)에서 액화가스 펌프(20)의 상류에 연결되어 액화가스 펌프(20) 및 액화가스 공급라인(23)을 퍼징 및 쿨링다운하기 위해 불활성가스를 전달할 수 있다.
불활성가스 공급라인(41)은, 부분적으로 액화가스 저장탱크(10)를 경유하도록 마련될 수 있다. 이때 액화가스 저장탱크(10)를 경유하는 부분에는 불활성가스를 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스로 냉각하는 불활성가스 냉각기(42)가 마련된다.
불활성가스 공급기(40)로부터 공급되는 불활성가스는 불활성가스 냉각기(42)에서 액화가스에 의해 냉각된 후, 불활성가스 공급라인(41)을 따라 액화가스 공급라인(23), 액화가스 펌프(20)로 공급되어 액화가스 공급라인(23) 등을 쿨링다운하는 동시에, 액화가스 공급라인(23)에 채워져 있던 물질(산소 등)을 불활성가스로 대체(퍼징)할 수 있다.
즉 본 실시예는, 불활성가스 공급라인(41)을 통해 불활성가스가 냉각되어 액화가스 공급라인(23)으로 공급되도록 하여, 불활성가스를 이용한 퍼징과 쿨링다운이 동시에 이루어지도록 할 수 있다.
따라서 본 실시예는 퍼징에 소요되는 시간 및 쿨링다운에 소요되는 시간을 전체적으로 대폭 단축할 수 있고, 쿨링다운 시 액화가스를 사용하지 않아 액화가스의 손실을 방지할 수 있다.
다만 쿨링다운 없이 퍼징만 수행하고자 할 경우를 대비하여, 불활성가스 공급라인(41)은 불활성가스 냉각기(42)의 상류에서 나뉘어 불활성가스 냉각기(42)를 거치도록 하거나 액화가스 저장탱크(10)를 우회하여 불활성가스 냉각기(42)를 거치지 않도록 한 뒤, 액화가스 공급라인(23)의 중간 저장탱크(21)에 연결되기 전에 합류하거나 또는 중간 저장탱크(21)에 각각 연결될 수 있다.
퍼징 및 쿨링다운을 수행한 불활성가스는, 액화가스 펌프(20)의 하류에서 액화가스 공급라인(23)으로부터 배출될 수 있다. 이를 위해 액화가스 공급라인(23)에서 액화가스 펌프(20)의 하류에는 불활성가스를 액화가스 공급라인(23)의 외부로 배출하는 불활성가스 배출라인(43)이 연결될 수 있다.
이때 불활성가스 배출라인(43)은, 액화가스 공급라인(23)에서 불활성가스 공급기(40)까지 연결되어, 퍼징 및 쿨링다운에 활용된 불활성가스가 불활성가스 공급기(40)에서 재사용되도록 할 수 있다. 물론 불활성가스 배출라인(43)은 불활성가스를 외부로 배출하도록 마련될 수도 있다.
또한 볼활성가스 공급라인(41)이 중간 저장탱크(21)에 연결되어 있는바, 불활성가스는 액화가스 연소라인(25)을 이용하여 가스연소장치(24)로 전달될 수도 있다.
이와 같이 본 실시예는, 종래의 불활성가스를 이용한 퍼징 및 액화가스를 이용한 쿨링다운을 통합하여, 불활성가스를 이용하는 퍼징 및 쿨링다운을 동시에 구현할 수 있어, 재기화 가동 전에 각종 설비들의 준비 작업에 소요되는 시간을 대폭 단축하면서도 액화가스의 불필요한 소비를 방지할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 액화가스 펌프(20), 기화기(22)를 포함한다. 이하에서는 본 실시예가 다른 실시예와 대비하여 갖는 차이점을 중점적으로 설명하며, 설명을 누락한 부분에 대해서는 앞서 설명한 내용으로 갈음한다.
본 실시예에서 기화기(22)에는 열매 공급라인(31)이 연결되는데, 열매 공급라인(31)은 열매 공급원인 바다에 연결되어 바다로부터 열매인 해수를 공급받아 기화기(22)로 전달한다. 이를 위해 열매 공급라인(31)에는 해수를 이송하는 열매 펌프(30)가 마련될 수 있다.
열매 공급라인(31)은 기화기(22)에서 액화가스와 열교환한 열매를 바다로 다시 배출하게 되는데, 기화기(22)에서 열매는 액화가스에 의해 냉각되므로, 바다로 열매가 그대로 배출될 경우 바다의 온도를 낮추게 되어 환경오염을 일으킬 수 있다.
따라서 본 실시예는 열매 공급라인(31)에 다른 열매가 혼합되도록 할 수 있다. 즉 본 실시예는 열매 혼합라인(32)을 더 포함하며, 열매 혼합라인(32)은 바다로부터 전닫받은 열매를 열매 공급라인(31)에서 기화기(22)의 하류의 열매에 혼합할 수 있다.
즉 열매 혼합라인(32)은, 바다로부터 전달받은 해수로 열매 공급라인(31)에서 바다로 배출되는 해수를 가열하여, 액화가스와 열교환한 해수와 바다의 해수 온도 차이를 줄일 수 있다.
이를 위해 열매 공급라인(31)에서 기화기(22)의 하류에는, 열매 혼합라인(32)이 합류되는 열매 혼합기(33)가 마련될 수 있으며, 기화기(22)에서 냉각된 해수와 바다에서 끌어 올려지는 해수는 열매 혼합기(33)에서 혼합될 수 있다. 따라서 기화기(22)에서 냉각된 해수는 바다의 해수 온도에 인접하도록 가열될 수 있다.
열매 혼합라인(32)은, 도 2에 도시된 바와 같이 열매 공급라인(31)에서 바다와 기화기(22) 사이에 분기되어 열매 혼합기(33)에 연결될 수 있다. 이 경우 열매 혼합라인(32)은, 열매 펌프(30)를 열매 공급라인(31)과 공유할 수 있으며 열매 펌프(30)의 하류에서 열매 공급라인(31)으로부터 분기되어 열매 혼합기(33)에 연결될 수 있다.
다만 열매 펌프(30)가 기화기(22)로 이송하는 열매의 양은, 수요처(100)의 요구 온도 및 요구 유량에 따라 적절하게 조절되어야 하는 것이므로, 열매 펌프(30)를 열매 공급라인(31) 및 열매 혼합라인(32)이 공유하게 되면, 열매 공급라인(31)으로 공급되는 열매의 유량이 적절치 않을 수 있다.
따라서 도 3에 도시된 바와 같이 열매 혼합라인(32)은, 열매 공급라인(31)과 독립적으로 바다에 연결될 수 있다. 즉 열매 혼합라인(32)과 열매 공급라인(31)은 바다에 각각 연결되며, 열매 공급라인(31)과 열매 혼합라인(32) 각각에 열매 펌프(30)가 마련될 수 있다. 열매 공급라인(31)에 마련되는 열매 펌프(30)는 바다로부터 해수를 기화기(22)로 이송하는 반면, 열매 혼합라인(32)에 마련되는 열매 펌프(30)는 바다로부터 해수를 열매 혼합기(33)로 이송할 수 있다.
열매 혼합기(33)에는 온도센서(도시하지 않음)가 마련되며, 열매 혼합라인(32) 및 열매 공급라인(31)에는 각각 밸브(부호 도시하지 않음)가 마련되므로, 온도센서의 측정 온도에 따라 열매 혼합라인(32)과 열매 공급라인(31)으로 공급되는 열매의 유량이 밸브 제어 등에 의해 가변될 수 있다. 물론 밸브 제어에 더하여 열매 펌프(30)의 RPM을 조절해 열매의 유량을 가변할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 열매가 기화기(22)에서 액화가스에 의해 냉각된 후 열매 공급원인 바다로 다시 배출될 때, 바다에서 끌어올린 열매를 기화기(22)에서 배출된 열매에 혼합하여 열매의 온도를 적절하게 변화시켜서 바다의 오염을 방지할 수 있다. 다만 이 경우 열매 혼합라인(32)을 따라 유동하는 열매의 유량은, 열매 공급라인(31)을 따라 유동하는 열매의 유량보다 많을 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 열매 공급라인(31)과 열매 혼합라인(32)에 각각 열매 펌프(30)가 마련될 경우, 열매 공급라인(31)의 열매 펌프(30) 대비 열매 혼합라인(32)의 열매 펌프(30)가 대용량일 수 있다.
또한 상기에서 본 실시예의 열매가 해수인 것으로 한정해 설명하였으나, 본 실시예에서 열매는 해수 외의 다른 물질일 수 있으며, 열매 공급원은 물질을 저장하는 탱크 등일 수 있으며, 본 실시예는 열매 공급원의 온도가 일정하게 유지되도록 하는 효과를 가질 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 액화가스 펌프(20), 기화기(22), 고체산화물 연료전지(50), 스팀 생성기(52)를 포함한다. 이하에서는 본 실시예가 다른 실시예와 대비하여 갖는 차이점을 중점적으로 설명하며, 설명을 누락한 부분에 대해서는 앞서 설명한 내용으로 갈음한다.
고체산화물 연료전지(50)는, 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스를 이용하여 전기 및 열을 발생시킨다. 고체산화물 연료전지(50)(SOFC)는 증발가스에 포함된 메탄에서 수소를 분리하여 전기를 발생시키면서 동시에 열을 발생시킬 수 있다. 이때 발생되는 열은 800 내지 900도 가까이 될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에서 고체산화물 연료전지(50)까지 증발가스 공급라인(51)이 마련되며, 증발가스 공급라인(51)은 앞서 언급한 증발가스 연소라인(26)으로부터 분기되도록 마련될 수 있다.
스팀 생성기(52)는, 고체산화물 연료전지(50)에서 발생되는 열을 통해 스팀을 생성한다. 물론 본 실시예에서 스팀 생성기(52)는 예시에 불과하며, 본 실시예는 열을 이용하여 스팀 외의 다른 열매를 생성하는 열매 생성기를 포함할 수 있다.
스팀 생성기(52)는, 고체산화물 연료전지(50)에서의 열을 전달받아 물을 끓여서 스팀을 발생시킬 수 있다. 이때 발생되는 스팀은 기화기(22)에 직접 공급되거나, 또는 열매 히터(34)에 공급될 수 있다. 이하에서는 도면에 따라 나누어 설명하도록 한다.
도 4에 도시된 실시예의 경우, 스팀 생성기(52)에 의해 생성된 스팀을 기화기(22)로 전달하는 스팀 공급라인(53)이 마련될 수 있다. 스팀 공급라인(53)은, 스팀이 기화기(22)로 전달되어 기화기(22)에서 액화가스와 열교환되도록 할 수 있다. 즉 이 경우 직접 기화 방식을 사용한다.
이때 기화기(22)에서 액화가스와 열교환된 스팀은 응축수로 변화하며, 응축수는 응축수 탱크(54)에 저장될 수 있다. 즉 스팀 공급라인(53)은 스팀 생성기(52)에서 기화기(22), 응축수 탱크(54)를 경유하여 스팀 생성기(52)로 연결될 수 있고, 스팀 생성기(52)에서 발생한 스팀은 기화기(22)에서 응축되어 응축수로 응축수 탱크(54)에 저장되었다가, 스팀 생성기(52)에서 열을 받아 스팀으로 변화될 수 있다.
이때 스팀 공급라인(53)에는 스팀 펌프(55)가 마련될 수 있고, 스팀 펌프(55)는 응축수 탱크(54)의 하류에서 응축수를 스팀 생성기(52)로 전달할 수 있다.
다만 고체산화물 연료전지(50)를 통해 생성한 스팀을 직접 기화기(22)에 공급할 경우, 스팀과 액화가스의 온도 차이가 커서 기화기(22)에 문제가 발생할 수 있다. 따라서 도 5에 나타난 바와 같이 간접 기화 방식을 사용할 수 있다.
도 5에 도시된 실시예의 경우, 스팀 생성기(52)에 의해 생성된 스팀은 기화기(22)가 아닌 열매 히터(34)에 전달될 수 있다. 기화기(22)에는 열매 공급라인(31)이 마련되고, 열매 공급라인(31)에는 기화기(22)에서 액화가스와 열교환해 냉각된 열매를 다시 가열하기 위한 열매 히터(34)가 마련될 수 있는데, 고체산화물 연료전지(50)에 의해 생성된 스팀은 열매 히터(34)에서 열매를 가열하는데 사용될 수 있다. 즉 도 5의 경우 스팀은 보조열매일 수 있다.
이때 스팀 공급라인(53)은, 스팀 생성기(52)에서 열매 히터(34), 응축수 탱크(54)를 경유하여 스팀 생성기(52)로 연결될 수 있다. 즉 스팀은 스팀 공급라인(53)을 따라 스팀 생성기(52)에서 열매 히터(34)로 전달되고 열매 히터(34)에서 해수 등의 열매에 의해 냉각되어 응축되며, 이후 응축수는 응축수 탱크(54)로 유입되고 응축수 탱크(54)에서 스팀 생성기(52)로 순환되어 스팀 생성기(52)에서 다시 스팀으로 변화될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 이용하여 고체산화물 연료전지(50)를 구동해 전기를 생산하고, 동시에 고체산화물 연료전지(50)에서 발생하는 열을 이용하여 액화가스를 직접 기화 또는 간접 기화하는데 사용할 수 있으므로, 별도의 가열기를 구비하지 않아도 되면서 발전도 가능한바 에너지 사용 효율을 높일 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 액화가스 펌프(20), 기화기(22)를 포함한다. 이하에서는 본 실시예가 다른 실시예와 대비하여 갖는 차이점을 중점적으로 설명하며, 설명을 누락한 부분에 대해서는 앞서 설명한 내용으로 갈음한다.
기화기(22)에는 열매 공급라인(31)이 마련되며, 열매 공급라인(31)은 순환 형태로 구비될 수 있다. 이때 열매 공급라인(31)에는 열매를 이송하기 위한 열매 펌프(30)가 마련되고, 기화기(22)에서 액화가스에 의해 냉각된 열매를 가열하기 위한 열매 히터(34)가 마련될 수 있다. 열매 히터(34)는 해수 등의 보조열매를 이용해 열매를 가열할 수 있으며, 보조열매의 공급을 위하여 보조열매 공급라인(36)이 열매 히터(34)에 연결되고 보조열매 공급라인(36)에 보조열매 펌프(35)가 마련될 수 있다.
열매 펌프(30)는, 모터(301)에 의해 구동할 수 있다. 즉 열매 펌프(30)는 전력원(302)으로부터 전력을 공급받은 모터(301)가 가동하여 열매의 이송을 구현할 수 있다.
그런데 전력원(302)은 선박, 플랜트 등에 마련되는 발전기일 수 있는데, 연료 소진 또는 발전기 고장 등의 다양한 원인으로 인하여 전력원(302)에서 모터(301)로 전력이 공급되지 못할 수 있다. 이때 열매 펌프(30)가 가동되지 못하면, 열매는 열매 공급라인(31)을 따라 순환하지 못하게 된다.
그런데 열매의 순환이 정지되더라도 액화가스는 액화가스 공급라인(23)을 따라 유동할 수 있으므로, 기화기(22)에서 열매는 지속적으로 액화가스에 의하여 냉각될 수 있고, 결국 열매는 결빙되어 열매 공급라인(31)을 막거나 기화기(22)를 파손시킬 우려가 있다.
따라서 본 실시예는, 전력원(302)의 전력 공급에 문제가 발생하는 비상상황의 경우를 대비하기 위해 축전지(303)를 더 포함할 수 있다.
축전지(303)는, 전력원(302)에 연결되어 전력을 저장해두고, 필요 시 모터(301)로 전력을 공급할 수 있다. 특히 축전지(303)는, 전력원(302)의 전력 공급에 문제 발생 시 전력원(302)을 경유하지 않고 모터(301)로 전력을 공급해 열매 펌프(30)를 가동할 수 있다.
축전지(303)에 의해 열매 펌프(30)가 지속적으로 가동하게 되면, 열매는 열매 공급라인(31)에서 지속 순환할 수 있다. 이 경우 기화기(22)에서 열매는 계속 흐를 수 있으므로, 열매의 온도가 하강하더라도 결빙 온도까지 도달하지 않도록 하여 열매의 결빙이 어느 정도 방지될 수 있다. 이후 전력원(302)의 전력 공급이 정상화되면, 열매의 공급이 정상적으로 이뤄질 수 있다.
열매 펌프(30)는 복수 개로 마련될 수 있고, 전력원(302)은 복수 개의 열매 펌프(30)의 모터(301)에 연결될 수 있다. 열매 펌프(30)는 50% 용량이 2개 마련되어 열매의 이송을 분담하거나, 또는 100% 용량이 2개 마련되어 서로 백업하도록 할 수 있다.
이때 축전지(303)는, 복수 개의 열매 펌프(30) 중 적어도 어느 하나 또는 어느 하나에만 연결될 수 있다. 축전지(303)에 의한 열매의 지속 순환은 단시간(적어도 수 분) 동안 이루어질 수 있으므로, 전력원(302)은 2개의 열매 펌프(30)에 연결되지만 축전지(303)는 1개의 열매 펌프(30)에만 연결될 수 있다.
또는 전력원(302)은 어느 하나의 열매 펌프(30)에 연결되고, 축전지(303)는 다른 하나의 열매 펌프(30)에 연결될 수 있다. 즉 어느 하나의 열매 펌프(30)는 정상 가동을 위해 사용되고, 다른 하나의 열매 펌프(30)는 비상 가동을 위해 사용될 수 있다. 이때 2개의 열매 펌프(30) 용량은 같거나 서로 다를 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 전력원(302)의 전력 공급에 문제가 발생하여 열매 펌프(30)의 가동이 정지해 열매의 유동이 멈추었을 때 기화기(22)에서 열매가 결빙되는 것을 방지하기 위해, 축전지(303)를 이용하여 열매 펌프(30)의 지속 가동을 확보할 수 있다.
또한 본 실시예에는 다른 실시예가 조합될 수 있고, 일례로 고체산화물 연료전지(50)가 본 실시예의 구성에 부가될 수 있다. 고체산화물 연료전지(50)는 전력을 생산하며, 생산된 전력은 축전지(303)에 저장되어 필요 시 사용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 액화가스 재기화 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20: 액화가스 펌프 22: 기화기
30: 열매 펌프 40: 불활성가스 공급기
50: 고체산화물 연료전지 100: 수요처

Claims (6)

  1. 액화가스 저장탱크에서 수요처까지 연결되는 액화가스 공급라인;
    상기 액화가스 공급라인에 마련되어 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 상기 수요처로 이송하는 액화가스 펌프;
    상기 액화가스 공급라인에서 상기 액화가스 펌프의 하류에 마련되어 상기 액화가스를 재기화하는 기화기;
    상기 액화가스 공급라인 또는 상기 액화가스 펌프를 퍼징 및 쿨링다운하기 위한 불활성가스를 공급하는 불활성가스 공급기; 및
    상기 불활성가스 공급기에서 상기 액화가스 공급라인까지 연결되는 불활성가스 공급라인을 포함하고,
    상기 불활성가스 공급라인은,
    불활성가스를 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스로 냉각하는 불활성가스 냉각기가 마련되고,
    상기 불활성가스 공급라인을 통해 공급되는 불활성가스는, 상기 불활성가스 냉각기에 의해 냉각된 후 상기 액화가스 공급라인에 공급되어, 불활성가스를 이용한 퍼징과 쿨링다운이 동시에 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 불활성가스 공급라인은,
    상기 액화가스 공급라인에서 상기 액화가스 펌프의 상류에 연결되는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 공급라인에서 상기 액화가스 펌프의 상류에 마련되어 상기 액화가스를 임시 저장하는 중간 저장탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 불활성가스 공급라인은,
    상기 액화가스 공급라인에서 상기 중간 저장탱크에 연결되는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 공급라인에서 상기 액화가스 펌프의 하류에 연결되어 불활성가스를 상기 액화가스 공급라인의 외부로 배출하는 불활성가스 배출라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 불활성가스 배출라인은,
    상기 액화가스 공급라인에서 상기 불활성가스 공급기까지 연결되는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
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