KR101957321B1 - 증발가스 재액화 시스템 - Google Patents

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최원재
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Abstract

증발가스 재액화 시스템이 개시된다.
상기 증발가스 재액화 시스템은, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치; 및 상기 감압장치 후단에 설치되는 제2 오일필터;를 포함하고, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고, 상기 제2 오일필터는 극저온용이다.

Description

증발가스 재액화 시스템{Boil-Off Gas Reliquefaction System}
본 발명은 액화가스가 자연 기화하여 생성되는 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 재액화시키는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 저장탱크 내부에서 발생한 증발가스 중 엔진에서 사용하고 남은 잉여 증발가스를, 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 재액화시키는 시스템에 관한 것이다.
근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.
액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -163℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.
그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -163 ℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다.
증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 증발가스의 처리를 위해, 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료소비처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.
증발가스를 재액화하기 위한 방법으로는, 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비하여 증발가스를 냉매와 열교환하여 재액화하는 방법, 별도의 냉매가 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여 재액화하는 방법 등이 있다. 특히, 후자의 방법을 채용한 시스템을 부분 재액화 시스템(Partial Re-liquefaction System, PRS)이라고 한다.
한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE, X-DF 엔진, ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.
DFDE은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.
X-DF 엔진은, 2행정으로 구성되고, 16 bar 정도의 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클을 채택하고 있다.
ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다.
이와 같이, 특히 액화천연가스(LNG) 저장탱크에서 발생하는 증발가스(BOG)를 가압한 후, 별도의 냉매 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여, 상호 열교환하여 증발가스를 재액화시키는 경우, 재액화 효율을 위해 고압으로 증발가스를 압축시킬 필요가 있고, 증발가스를 고압으로 압축시키기 위해서는 급유 방식의 실린더 압축기를 사용해야 한다.
급유 방식의 실린더 압축기에 의해 압축된 증발가스에는 윤활유(Lubrication Oil)가 섞이게 된다. 본 발명의 발명자들은, 상기 압축된 증발가스가 열교환기에서 냉각되면서, 압축된 증발가스에 섞인 윤활유가 증발가스보다 먼저 응축 또는 응고가 되어 열교환기의 유로를 막는 문제점이 있다는 것을 발견하였다. 특히, 유로가 좁은(예컨대, 마이크로채널형(Microchannel Type) 유로) PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger, DCHE라고도 한다.)의 경우 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 열교환기의 유로가 막히는 현상이 더욱 빈번하게 발생한다.
따라서, 본 발명의 발명자들은, 응축 또는 응고된 윤활유가 열교환기의 유로를 막는 현상을 방지하거나 완화하기 위해, 압축된 증발가스에 섞인 오일을 분리하는 다양한 기술들을 개발하고 있다.
본 발명은, 응축 또는 응고된 윤활유가 열교환기의 유로를 막는 현상을 완화하거나 개선할 수 있고, 또 열교환기의 유로를 막고 있는 응축 또는 응고된 윤활유를 간단하고 경제적인 방법으로 제거할 수 있는 시스템 및 방법을 제안하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치; 및 상기 감압장치 후단에 설치되는 제2 오일필터;를 포함하고, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고, 상기 제2 오일필터는 극저온용인, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치; 상기 감압장치 후단에 설치되어 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기; 및 상기 기액분리기에 의해 분리된 액화가스가 배출되는 제5 공급라인 상에 설치되는 제2 오일필터;를 포함하고, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고, 상기 제2 오일필터는 극저온용인, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치; 상기 감압장치 후단에 설치되어 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기; 및 상기 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스가 배출되는 제6 공급라인 상에 설치되는 제2 오일필터;를 포함하고, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고, 상기 제2 오일필터는 극저온용인, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 제2 오일필터는 고체 상태의 윤활유를 분리할 수 있다.
상기 증발가스 재액화 시스템은, 상기 감압장치 후단에 설치되어 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 오일필터는 상기 감압장치와 상기 기액분리기 사이에 설치될 수 있다.
상기 제2 오일필터는 ‘상부배출타입’일 수 있다.
상기 기액분리기에 의해 분리된 후 상기 제5 공급라인을 따라 배출되는 액화가스는 저장탱크로 보내질 수 있다.
상기 제2 오일필터는 ‘하부배출타입’일 수 있다.
상기 압축기는 150 내지 350 bar로 증발가스를 압축시킬 수 있다.
상기 압축기는 80 내지 250 bar로 증발가스를 압축시킬 수 있다.
상기 열교환기는 마이크로채널형의 유로를 포함할 수 있다.
상기 열교환기는 PCHE일 수 있다.
상기 증발가스 재액화 시스템은, 증발가스를 상기 열교환기를 우회시켜 상기 압축기로 공급하는 우회라인을 더 포함할 수 있다.
상기 증발가스 재액화 시스템은, 상기 열교환기의 저온유로 전단에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제1 밸브를 더 포함할 수 있고, 상기 우회라인은 상기 제1 밸브 전단에서 분기할 수 있다.
상기 증발가스 재액화 시스템은, 상기 열교환기의 저온유로 후단에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제2 밸브를 더 포함할 수 있고, 상기 우회라인은 상기 제2 밸브 후단으로 합류될 수 있다.
상기 증발가스 재액화 시스템은, 상기 압축기 후단에 설치되어 증발가스에 섞인 윤활유를 분리하는 제1 오일필터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 오일필터는 기체 상태 또는 안개 상태의 윤활유를 분리할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축기에 의해 압축시키고, 압축된 증발가스를 압축되기 전의 증발가스와 열교환기에서 열교환시켜 냉각시키고, 열교환시켜 냉각시킨 유체를 감압장치에 의해 감압시켜, 증발가스를 재액화시키는 시스템 내의 윤활유를 배출시키는 방법에 있어서, 상기 열교환기에서 냉매로 사용되는 증발가스는 제1 공급라인을 따라 상기 열교환기로 공급되고, 상기 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스는 제2 공급라인을 따라 상기 압축기로 공급되고, 상기 열교환기에서 냉매로 사용되기 전의 증발가스는 우회라인을 따라 상기 열교환기를 우회하여 상기 압축기로 공급될 수 있고, 상기 우회라인 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 우회밸브가 설치되고, 상기 제1 공급라인 상의 상기 열교환기 전단에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제1 밸브가 설치되고, 상기 제2 공급라인 상의 상기 열교환기 후단에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제2 밸브가 설치되고, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고, 2) 상기 우회밸브를 열고, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브를 닫는 단계; 3) 상기 열교환기에서 냉매로 사용되기 전의 증발가스가 상기 우회라인을 지나 상기 압축기에 의해 압축되는 단계; 및 4) 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부를 상기 열교환기로 보내는 단계;를 포함하고, 상기 압축기에 의해 압축되며 온도가 높아진 증발가스에 의해 응축 또는 응고된 윤활유를 녹이거나 점도를 낮춰 배출시키는 것을 특징으로 하는, 윤활유 배출 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기에서 냉매로 사용될 증발가스를 상기 열교환기로 공급하는 제1 공급라인 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제1 밸브; 상기 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스를 상기 압축기로 공급하는 제2 공급라인 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제2 밸브; 증발가스를 상기 열교환기를 우회시켜 상기 압축기로 공급하는 우회라인; 및 상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치;를 포함하고, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고, 상기 우회라인은, 상기 제1 밸브 전단의 상기 제1 공급라인으로부터 분기하여, 상기 제2 밸브 후단의 상기 제2 공급라인으로 합류하는, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축기에 의해 압축시키고, 압축된 증발가스를 압축되기 전의 증발가스와 열교환기에서 열교환시켜 냉각시키고, 열교환시켜 냉각시킨 유체를 감압장치에 의해 감압시켜, 증발가스를 재액화시키는 시스템 내의 윤활유를 배출시키는 방법에 있어서, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고, 증발가스를 우회라인을 통해 상기 열교환기를 우회시킨 후 상기 압축기에 의해 압축시키고, 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 엔진에 공급하고, 상기 엔진에 공급하고 남은 잉여 증발가스를 상기 열교환기에 공급하여, 상기 압축기에 의해 압축되며 온도가 높아진 증발가스에 의해 응축 또는 응고된 윤활유를 녹이거나 점도를 낮춰 배출시키는 것을 특징으로 하는, 윤활유 배출 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화 시키는 시스템에 내의 윤활유를 배출시키는 방법에 있어서, 증발가스 재액화시에, 열교환기는 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 냉매로 사용하여, 압축기에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시키고, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하며, 상기 열교환기를 우회하도록 설치되어 상기 열교환기의 정비시에 사용되는 우회라인에 의해, 응축 또는 응고된 윤활유를 녹이거나 점도를 낮춰 배출시키는, 윤활유 배출 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 응축 또는 응고된 윤활유를 녹이거나 점도를 낮춰 배출시키는 동안에도, 엔진에 연료를 공급하는 것을 특징으로 하는, 연료 공급 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기 후단에 설치되어 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치; 및 상기 감압장치 후단에 설치되어 재액화된 액화가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기;를 포함하고, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고, 상기 기액분리기에는, 상기 기액분리기 내부에 모인 윤활유를 배출시키는 윤활유배출라인이 연결되는, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화 시키는 시스템에 내의 윤활유를 배출시키는 방법에 있어서, 기액분리기 내에 모인 윤활유를 윤활유배출라인을 통해 상기 기액분리기로부터 배출시키고, 상기 윤활유배출라인은 증발가스 재액화시에 재액화된 액화가스를 상기 기액분리기로부터 배출시키는 제5 공급라인과 별도로 설치되는 것을 특징으로 하는, 윤활유 배출 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 및 상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치;를 포함하고, 상기 열교환기의 저온유로 전단에 설치되는 제1 온도센서와 상기 열교환기의 고온유로 후단에 설치되는 제4 온도센서; 상기 열교환기의 저온유로 후단에 설치되는 제2 온도센서와 상기 열교환기의 고온유로 전단에 설치되는 제3 온도센서; 및 상기 열교환기의 고온유로 전단에 설치되는 제1 압력센서와 상기 열교환기의 고온유로 후단에 설치되는 제2 압력센서; 중 하나 이상을 포함하고, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하는, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 및 상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치;를 포함하고, 상기 열교환기의 저온유로 전단에 설치되는 제1 온도센서와 상기 열교환기의 고온유로 후단에 설치되는 제4 온도센서; 상기 열교환기의 저온유로 후단에 설치되는 제2 온도센서와 상기 열교환기의 고온유로 전단에 설치되는 제3 온도센서; 및 상기 열교환기의 고온유로 전단 및 후단의 압력 차이를 측정하는 차압센서; 중 하나 이상을 포함하고, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하는, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축기에 의해 압축시키고, 압축된 증발가스를 압축되기 전의 증발가스와 열교환기에서 열교환시켜 냉각시키고, 열교환시켜 냉각시킨 유체를 감압장치에 의해 감압시키는 증발가스 재액화 시스템에 있어서, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고, 상기 열교환기의 성능 이상을 감지하면 알람이 울리는, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화 시키는 시스템에 내의 윤활유를 배출시키는 방법에 있어서, 증발가스 재액화시에 열교환기에서 증발가스 자체를 냉매로 증발가스를 냉각시키고, 상기 열교환기의 저온유로 전단에 설치되는 제1 온도센서가 측정한 온도와 상기 열교환기의 고온유로 후단에 설치되는 제4 온도센서가 측정한 온도 차이, 및 상기 열교환기의 저온유로 후단에 설치되는 제2 온도센서가 측정한 온도와 상기 열교환기의 고온유로 전단에 설치되는 제3 온도센서가 측정한 온도 차이 중 더 작은 값; 또는 상기 열교환기의 고온유로 전단에 설치되는 제1 압력센서가 측정한 압력과 상기 열교환기의 고온유로 후단에 설치되는 제2 압력센서가 측정한 압력 차이;를 지표로 하여, 응축 또는 응고된 윤활유를 배출시킬 필요가 있는지 여부를 판단하는, 윤활유 배출 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화 시키는 시스템에 내의 윤활유를 배출시키는 방법에 있어서, 증발가스 재액화시에 열교환기에서 증발가스 자체를 냉매로 증발가스를 냉각시키고, 상기 열교환기의 저온유로 전단에 설치되는 제1 온도센서가 측정한 온도와 상기 열교환기의 고온유로 후단에 설치되는 제4 온도센서가 측정한 온도 차이, 및 상기 열교환기의 저온유로 후단에 설치되는 제2 온도센서가 측정한 온도와 상기 열교환기의 고온유로 전단에 설치되는 제3 온도센서가 측정한 온도 차이 중 더 작은 값; 또는 상기 열교환기의 고온유로 전단 및 후단의 압력 차이를 측정하는 차압센서가 측정한 압력 차이;를 지표로 하여, 응축 또는 응고된 윤활유를 배출시킬 필요가 있는지 여부를 판단하는, 윤활유 배출 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축기에 의해 압축시키고, 압축된 증발가스를 압축되기 전의 증발가스와 열교환기에서 열교환시켜 냉각시키고, 열교환시켜 냉각시킨 유체를 감압장치에 의해 감압시켜, 증발가스를 재액화시키는 시스템 내의 윤활유를 배출시키는 방법에 있어서, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고, 상기 열교환기에서 냉매로 사용되는 증발가스의 상기 열교환기 전단에서의 온도와, 상기 압축기에 의해 압축된 후 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스의 온도 차이(이하, '저온 흐름의 온도 차이'라고 한다.)가 제1 설정치 이상인 상태가 일정시간 이상 지속되는 조건; 상기 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스의 온도와, 상기 압축기에 의해 압축된 후 상기 열교환기로 보내지는 증발가스의 온도 차이(이하, '고온 흐름의 온도 차이'라고 한다.)가 제1 설정치 이상인 상태가 일정시간 이상 지속되는 조건; 및 상기 압축기에 의해 압축된 후 상기 열교환기로 보내지는 증발가스의 상기 열교환기 전단에서의 압력과, 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스의 상기 열교환기 후단에서의 압력 차이(이하, '고온 유로의 압력 차이'라고 한다.)가 제2 설정치 이상인 상태가 일정시간 이상 지속되는 조건; 중 하나 이상을 만족하면, ‘응축 또는 응고된 윤활유를 배출시켜야 할 시점’이라고 판단하는, 윤활유 배출 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축기에 의해 압축시키고, 압축된 증발가스를 압축되기 전의 증발가스와 열교환기에서 열교환시켜 냉각시키고, 열교환시켜 냉각시킨 유체를 감압장치에 의해 감압시켜, 증발가스를 재액화시키는 시스템 내의 윤활유를 배출시키는 방법에 있어서, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고, 상기 열교환기에서 냉매로 사용되는 증발가스의 상기 열교환기 전단에서의 온도와 상기 압축기에 의해 압축된 후 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스의 온도 차이(이하, '저온 흐름의 온도 차이'라고 한다.); 및 상기 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스의 온도와 상기 압축기에 의해 압축된 후 상기 열교환기로 보내지는 증발가스의 온도 차이(이하, '고온 흐름의 온도 차이'라고 한다.); 중 더 작은 값이 제1 설정치 이상인 상태가 일정시간 이상 지속되거나, 상기 압축기에 의해 압축된 후 상기 열교환기로 보내지는 증발가스의 상기 열교환기 전단에서의 압력과, 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스의 상기 열교환기 후단에서의 압력 차이(이하, '고온 유로의 압력 차이'라고 한다.)가 제2 설정치 이상인 상태가 일정시간 이상 지속되면, ‘응축 또는 응고된 윤활유를 배출시켜야 할 시점’이라고 판단하는, 윤활유 배출 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화 시키는 시스템에 내의 윤활유를 배출시키는 방법에 있어서, 장비의 온도차 및 압력차 중 하나 이상을 지표로 하여 ‘응축 또는 응고된 윤활유를 배출시켜야 할 시점’을 알아내고, 상기 ‘응축 또는 응고된 윤활유를 배출시켜야 할 시점’을 알람에 의해 알리는 것을 특징으로 하는, 윤활유 배출 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 압축기, 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 압축기에 의해 압축시키기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기, 및 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치를 포함하는 증발가스 재액화 시스템에 있어서, 상기 열교환기 전단 및 후단 중 하나 이상에 설치되어 상기 열교환기가 윤활유에 의해 막혔는지 여부를 감지하는 감지수단; 및 상기 감지수단에 의해 감지된 상기 열교환기가 윤활유에 의해 막힌 현상을 알려주는 알람;을 포함하는, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치; 상기 열교환기에서 냉매로 사용될 증발가스를, 상기 열교환기 전단에서 상기 열교환기를 우회시켜 상기 압축기로 공급하는 우회라인; 및 상기 우회라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 우회밸브;를 포함하고, 상기 압축기로 공급되는 증발가스의 압력이, 상기 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건보다 낮은 경우, 상기 우회밸브가 일부 또는 전부 열리는 것을 특징으로 하는, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축기에 의해 압축시키고, 압축된 증발가스를 압축되기 전의 증발가스와 열교환기에서 열교환시켜 냉각시키고, 열교환시켜 냉각시킨 유체를 감압장치에 의해 감압시켜 증발가스를 재액화시키는 시스템의 엔진에 연료를 공급하는 방법에 있어서, 상기 압축기로 공급되는 증발가스의 압력이, 상기 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건보다 낮은 경우, 상기 압축기로 공급될 증발가스의 일부 또는 전부를 상기 열교환기를 우회시켜 상기 압축기로 공급하는, 연료 공급 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 증발가스를 상기 열교환기를 우회시켜 상기 압축기로 공급하는 우회라인; 상기 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스를 상기 압축기로 보내는 제2 공급라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제2 밸브; 및 상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치;를 포함하고, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고, 상기 우회라인은, 상기 제2 밸브 후단의 상기 제2 공급라인으로 합류되는, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축기에 의해 압축시키고, 압축된 증발가스를 압축되기 전의 증발가스와 열교환기에서 열교환시켜 냉각시키고, 열교환시켜 냉각시킨 유체를 감압장치에 의해 감압시켜, 증발가스를 재액화시키는 시스템 내의 윤활유를 배출시키는 방법에 있어서, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고, 상기 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스를 상기 압축기로 보내는 제2 공급라인 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제2 밸브가 설치되고, 증발가스를 우회라인을 통해 상기 열교환기를 우회시킨 후 상기 압축기에 의해 압축시키고, 상기 엔진에 공급하고 남은 잉여 증발가스를 상기 열교환기에 공급하여, 상기 압축기에 의해 압축되며 온도가 높아진 증발가스에 의해 응축된 윤활유를 녹여 배출시키며, 상기 우회라인은, 상기 제2 밸브 후단의 상기 제2 공급라인으로 합류하는, 윤활유 배출 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 증발가스를 상기 열교환기를 우회시켜 상기 압축기로 공급하는 우회라인; 상기 열교환기에서 냉매로 사용될 증발가스를 상기 열교환기로 공급하는 제1 공급라인 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제1 밸브; 및 상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치;를 포함하고, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고, 상기 우회라인은, 상기 제1 밸브 전단의 상기 제1 공급라인으로부터 분기되는, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기에서 냉매로 사용될 증발가스는 상기 제1 열교환기로 공급하는 제1 공급라인으로부터 분기되어, 증발가스를 상기 열교환기를 우회시켜 상기 압축기로 공급하는 우회라인; 상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치; 및 상기 감압장치 후단에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기;를 포함하고, 상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고, 상기 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 제6 공급라인을 따라 상기 기액분리기로부터 배출되며, 상기 제6 공급라인은, 상기 우회라인이 분기되는 지점 전단의 제1 공급라인으로 합류되는, 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
본 발명에 의하면, 별도의 장비를 추가로 설치하거나 윤활유 제거를 위한 별도의 유체를 공급할 필요 없이, 기존의 장비만으로 간단하고 경제적으로 열교환기 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거할 수 있다.
본 발명에 의하면, 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 동안에 엔진을 구동시켜, 엔진의 운전을 지속하면서 열교환기를 정비할 수 있다. 또한, 엔진에서 사용되고 남은 잉여 증발가스를 활용하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거할 수 있다. 뿐만 아니라, 증발가스에 섞인 윤활유를 엔진에 의해 태워버릴 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 개량된 기액분리기를 사용하여, 기액분리기에 모인 녹거나 점도가 낮아진 윤활유를 효율적으로 배출시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 감압장치 후단, 기액분리기로부터 액화가스가 배출되는 제5 공급라인, 및 기액분리기로부터 증발가스가 배출되는 제6 공급라인 중 하나 이상에 극저온용 오일필터를 설치하여, 증발가스 내에 섞인 윤활유를 효과적으로 제거할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 별도의 장비를 추가로 설치할 필요 없이 기존의 장비만으로 간단하고 경제적으로, 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키면서도, 재액화 성능이 유지되고, 엔진이 요구하는 연료 소모량을 만족시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기를 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 오일필터를 확대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 오일필터를 확대한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 감압장치를 확대한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감압장치를 확대한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 및 기액분리기를 확대한 도면이다.
도 11 및 도 12는 부분 재액화 시스템(Partial Re-liquefaction System, PRS)에서 증발가스 압력에 따른 재액화량을 나타낸 그래프이다.
도 13은 도 5 및 도 6에 도시된 필터엘리먼트의 평면도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 증발가스 재액화 시스템은, 천연가스를 연료로 사용하는 엔진을 탑재한 선박, 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.
또한, 본 발명의 각 라인에서의 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기액 혼합 상태, 기체 상태, 초임계유체 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 압축기(200), 열교환기(100), 감압장치(600), 우회라인(BL), 및 우회밸브(590)을 포함한다.
압축기(200)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 압축시키며, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 및 다수개의 냉각기(211, 221, 231, 241, 251)를 포함할 수 있다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 압력은 대략 150 내지 350 bar일 수 있다.
압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는, 일부는 연료공급라인(SL)을 따라 선박을 추진하는 주엔진으로 보내질 수 있고, 주엔진에서 요구하지 않는 나머지 증발가스는 제3 공급라인(L3) 따라 열교환기(100)로 보내져 재액화 과정을 거칠 수 있다. 주엔진은 대략 300bar의 압력을 가지는 고압 천연가스를 연료로 사용하는 ME-GI엔진일 수 있다.
압축기(200)에 포함된 실린더 중 일부(210, 220)만을 거친 증발가스는, 일부가 분기되어 발전기로 보내질 수 있다. 본 실시예의 발전기는 대략 6.5 bar의 압력을 가지는 저압 천연가스를 연료로 사용하는 DF엔진일 수 있다.
열교환기(100)는, 제1 공급라인(L1)을 따라 공급되는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 사용하여, 제3 공급라인(L3)을 따라 공급되는 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다. 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스는 제2 공급라인(L2)을 따라 압축기(200)로 공급되고, 열교환기(100)에서 냉각된 유체는 제4 공급라인(L4)을 따라 감압장치(600)로 공급된다.
감압장치(600)는, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스를 감압시킨다. 압축기(200)에 의한 압축과정, 열교환기(100)에 의한 냉각과정, 및 감압장치(600)에 의한 감압과정을 거친 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다. 감압장치(600)는, 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일수도 있고, 팽창기일수도 있다.
본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 감압장치(600) 후단에 설치되어, 압축기(200), 열교환기(100), 및 감압장치(600)를 통과하며 재액화된 액화천연가스와, 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기(700)를 더 포함할 수 있다.
기액분리기(700)에 의해 분리된 액화가스는 제5 공급라인(L5)을 따라 저장탱크(T)로 보내지고, 기액분리기(700)에 의해 분리된 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류되어 열교환기(100)로 보내질 수 있다.
기액분리기(700)로부터 기체상태의 증발가스가 배출되는 제6 공급라인(L6) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제9 밸브(582)가 설치될 수 있다.
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(BL)을 통해 열교환기(100)를 우회할 수 있다. 우회라인(BL) 상에는, 우회라인(BL)을 개폐하는 우회밸브(590)가 설치된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 열교환기(100), 제1 밸브(510), 제2 밸브(520), 제1 온도센서(810), 제2 온도센서(820), 압축기(200), 제3 온도센서(830), 제4 온도센서(840), 제1 압력센서(910), 제2 압력센서(920), 감압장치(600), 우회라인(BL), 및 우회밸브(590)를 포함한다.
열교환기(100)는, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 사용하여 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다. 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스는 압축기(200)로 보내지고, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환기(100)에 의해 냉각된다.
저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 제1 공급라인(L1)을 따라 열교환기(100)로 보내져 냉매로 사용되고, 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스는 제2 공급라인(L2)를 따라 압축기(200)로 보내진다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부는 제3 공급라인(L3)을 따라 열교환기(100)로 보내져 냉각되고, 열교환기(100)에서 냉각된 유체는 제4 공급라인(L4)을 따라 감압장치(600)로 보내진다.
제1 밸브(510)는 제1 공급라인(L1) 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하고, 제2 밸브(520)는 제2 공급라인(L2) 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절한다.
제1 온도센서(810)는 제1 공급라인(L1) 상의 열교환기(100) 전단에 설치되어, 저장탱크(T)로부터 배출되어 열교환기(100)로 공급되는 증발가스의 온도를 측정한다. 제1 온도센서(810)는, 열교환기(100)로 공급되기 직전의 증발가스의 온도를 측정할 수 있도록, 열교환기(100) 바로 전단에 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 전단은 상류의 의미를 포함하고, 후단은 하류의 의미를 포함한다.
제2 온도센서(820)는 제2 공급라인(L2) 상의 열교환기(100) 후단에 설치되어, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스의 온도를 측정한다. 제2 온도센서(820)는, 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 직후의 증발가스의 온도를 측정할 수 있도록, 열교환기(100) 바로 후단에 설치되는 것이 바람직하다.
압축기(200)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스를 압축시킨다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 고압엔진의 연료로 공급될 수 있고, 고압엔진의 연료로 공급된 후 남은 잉여 증발가스는 열교환기(100)로 보내져 재액화 과정을 거칠 수 있다.
압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 고압엔진으로 보내는 연료공급라인(SL) 상에는, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제6 밸브(560)가 설치될 수 있다.
제6 밸브(560)는, 고압엔진의 가스모드 운전이 중단될 때, 고압엔진으로 보내지는 증발가스의 공급을 완전히 차단하는 안전장치의 역할을 한다. 가스모드는 천연가스를 연료로 사용하여 엔진을 운전하는 모드를 의미하며, 연료로 사용할 증발가스가 부족한 경우에는 엔진을 연료유모드로 전환하여, 연료유를 엔진의 연료로 사용한다.
또한, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스 중 고압엔진의 연료로 공급된 후 남은 잉여 증발가스를 열교환기(100)로 보내는 라인 상에는, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제7 밸브(570)가 설치될 수 있다.
압축기(200)에 의해 압축된 증발가스가 고압엔진으로 보내지는 경우, 압축기(200)는 증발가스를 고압엔진이 요구하는 압력까지 압축시킬 수 있다. 고압엔진은 고압 증발가스를 연료로 사용하는 ME-GI엔진일 수도 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 발명의 압축기(200)는, 압축된 증발가스를 ME-GI엔진에 공급할 수 있도록, 대략 150 내지 350 bar로 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.
도 11 및 도 12는 부분 재액화 시스템(Partial Re-liquefaction System, PRS)에서 증발가스 압력에 따른 재액화량을 나타낸 그래프이다. 재액화 대상 증발가스란, 냉각되어 재액화되는 증발가스를 의미하며, 냉매로 사용되는 증발가스와 구별하기 위해 명명하였다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 증발가스의 압력이 150 내지 170 bar 부근인 경우에 재액화량이 최대값을 나타내고, 150 내지 300 bar 사이에서는 액화량 변화가 거의 없다는 점을 알 수 있다. 따라서, 대략 150 내지 350 bar(주로 300 bar) 압력의 증발가스를 연료로 사용하는 ME-GI 엔진이 고압엔진인 경우, 고압엔진에 연료를 공급하는 동시에 높은 재액화량이 유지되도록 재액화 시스템을 용이하게 제어할 수 있다는 장점이 있다.
압축기(200)는 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)와, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 후단에 각각 설치되는 다수개의 냉각기(211, 221, 231, 241, 251)를 포함할 수 있다. 냉각기(211, 221, 231, 241, 251)는 실린더(210, 220, 230, 240, 250)에 의해 압축되며 압력뿐만 아니라 온도도 높아진 증발가스를 냉각시킨다.
압축기(200)가 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)를 포함하는 경우, 압축기(200)로 공급된 증발가스는 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)에 의해 다단계로 압축된다. 각 실린더(210, 220, 230, 240, 250)는 압축기(200)의 각 압축단의 의미를 가질 수 있다.
또한, 압축기(200)는, 제1 실린더(210) 및 제1 냉각기(211)를 통과한 증발가스의 일부 또는 전부를 제1 실린더(210) 전단으로 보내는 제1 재순환라인(RC1); 제2 실린더(220) 및 제2 냉각기(221)를 통과한 증발가스의 일부 또는 전부를 제2 실린더(220) 전단으로 보내는 제2 재순환라인(RC2); 제3 실린더(230) 및 제3 냉각기(231)를 통과한 증발가스의 일부 또는 전부를 제3 실린더(230) 전단으로 보내는 제3 재순환라인(RC3); 및 제4 실린더(240), 제4 냉각기(241), 제5 실린더(250) 및 제5 냉각기(251)를 통과한 증발가스의 일부 또는 전부를 제4 실린더(240) 전단으로 보내는 제4 재순환라인(RC4)을 포함할 수 있다.
또한, 제1 재순환라인(RC1) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제1 재순환밸브(541)가 설치되고, 제2 재순환라인(RC2) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제2 재순환밸브(542)가 설치되고, 제3 재순환라인(RC3) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제3 재순환밸브(543)가 설치되고, 제4 재순환라인(RC4) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제4 재순환밸브(544)가 설치될 수 있다.
재순환라인(RC1, RC2, RC3, RC4)은, 저장탱크(T) 내부 압력이 낮아 압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건이 만족되지 않는 경우, 증발가스의 일부 또는 전부를 재순환시켜 압축기(200)를 보호한다. 재순환라인(RC1, RC2, RC3, RC4)을 사용하지 않을 때에는 재순환밸브(541, 542, 543, 544)를 닫고, 압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건이 만족되지 않아 재순환라인(RC1, RC2, RC3, RC4)을 사용할 필요가 생기면 재순환 밸브(541, 542, 543, 544)를 연다.
도 2에는, 증발가스가 압축기(200)에 포함된 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)를 전부 통과한 증발가스가 열교환기(100)로 보내지는 경우를 도시하였으나, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 중 일부를 통과한 증발가스를 압축기(200) 중간에서 분기시켜 열교환기(100)로 보낼 수도 있다.
또한, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 중 일부를 통과한 증발가스를 압축기(200) 중간에서 분기시켜 저압엔진으로 보내 연료로 사용할 수 있고, 잉여 증발가스는 가스연소장치(GCU; Gas Combustion Unit)로 보내 연소시킬 수도 있다.
저압엔진은 대략 6 내지 10 bar 압력의 증발가스를 연료로 사용하는 DF엔진(예컨대 DFDE)일 수 있다.
압축기(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, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 고압엔진의 연료로 사용하기 위해서나, 재액화 효율을 위해 증발가스를 80 bar 이상, 바람직하게는 100 bar 이상으로 압축시키는 경우, 압축기(200)는 증발가스를 고압으로 압축시키기 위해 급유 윤활 방식의 실린더를 포함하게 된다.
현존하는 기술로는, 100 bar 이상으로 증발가스를 압축시키기 위해서는 왕복동 타입의 압축기(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. 본 발명의 발명자들은, 증발가스가 압축되며 증발가스에 섞인 윤활유는, 열교환기(100)에서 증발가스보다 먼저 응축 또는 응고되어 열교환기(100)의 유로를 막게 된다는 것을 발견하였다.
본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 압축기(200)와 열교환기(100) 사이에 설치되어 증발가스에 섞인 오일을 분리하는 오일분리기(300)와 제1 오일필터(410)를 더 포함할 수 있다.
오일분리기(300)는 주로 액체 상태의 윤활유를 분리하고, 제1 오일필터(410)는 기체(Vapor) 상태 또는 안개(Mist, 액적) 상태의 윤활유를 분리한다. 오일분리기(300)가 제1 오일필터(410)에 비해 입자가 큰 윤활유를 분리하므로, 오일분리기(300)가 제1 오일필터(410)의 전단에 설치되어 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스가 오일분리기(300)와 제1 오일필터(410)를 순차로 통과한 후 열교환기(100)로 보내지는 것이 바람직하다.
도 2에는 오일분리기(300)와 제1 오일필터(410)를 모두 포함한 경우가 도시되어 있으나, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 오일분리기(300)와 제1 오일필터(410) 중 어느 하나만을 포함할 수도 있다. 단, 오일분리기(300)와 제1 오일필터(410)를 모두 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 도 2에는 제1 오일필터(410)가 압축기(200) 후단의 제2 공급라인(L2) 상에 설치되는 경우가 도시되어 있으나, 제1 오일필터(410)는 열교환기(100) 전단의 제3 공급라인(L3) 상에 설치될 수도 있고, 다수개가 병렬로 설치될 수도 있다.
본 실시예의 증발가스 재액화 시스템이 오일분리기(300)와 제1 오일필터(410) 중 하나 이상을 포함하고, 본 실시예의 압축기(200)가 무급유 윤활 방식의 실린더와 급유 윤활 방식의 실린더를 포함하는 경우, 급유 윤활 방식의 실린더를 통과한 증발가스는 오일분리기(300) 및/또는 제1 오일필터(410)로 보내지도록 구성되고, 무급유 윤활 방식의 실린더만을 통과한 증발가스는 오일분리기(300) 또는 오일필터(410)를 통과하지 않고 바로 열교환기(100)로 보내지도록 구성될 수도 있다.
일례로 본 실시예의 압축기(200)는 5개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)를 포함하고, 전단 3개의 실린더(210, 220, 230)는 무급유 윤활 방식이고 후단 2개의 실린더(240, 250)는 급유 윤활 방식일 수 있는데, 3단 이하에서 증발가스를 분기시키는 경우에는 증발가스가 오일분리기(300) 또는 제1 오일필터(410)를 통과하지 않고 바로 열교환기(100)로 보내지고, 4단 이상에서 증발가스를 분기시키는 경우에는 증발가스가 오일분리기(300) 및/또는 제1 오일필터(410)를 통과한 후 제1 열교환기(100)로 보내지도록 구성될 수 있다.
제1 오일필터(410)는 코어레서 방식(Coalescer Type)의 오일필터일 수 있다.
압축기(200)와 고압엔진 사이의 연료공급라인(SL) 상에는 역류방지밸브(550)가 설치될 수 있다. 역류방지밸브(550)는, 고압엔진이 정지하는 경우에 증발가스가 역류하여 압축기를 손상시키는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 실시예의 증발가스 재액화 시스템이 오일분리기(300) 및/또는 제1 오일필터(410)를 포함하는 경우, 역류된 증발가스가 오일분리기(300) 및/또는 제1 오일필터(410)로 흘러들어가지 않도록, 역류방지밸브(550)는 오일분리기(300) 및/또는 제1 오일필터(410) 후단에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 팽창밸브(600)가 급작스럽게 닫히는 경우 등에도 증발가스가 역류하여 압축기(200)를 손상시킬 수 있으므로, 역류방지밸브(550)는, 제3 공급라인(L3)이 연료공급라인(SL)으로부터 분기하는 분기점 전단에 설치되는 것이 바람직하다.
제3 온도센서(830)는, 제3 공급라인(L3) 상의 열교환기(100) 전단에 설치되어, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)로 보내지는 증발가스의 온도를 측정한다. 제3 온도센서(830)는, 열교환기(100)로 공급되기 직전의 증발가스의 온도를 측정할 수 있도록, 열교환기(100) 바로 전단에 설치되는 것이 바람직하다.
제4 온도센서(840)는, 제4 공급라인(L4) 상의 열교환기(100) 후단에 설치되어, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스의 온도를 측정한다. 제4 온도센서(840)는, 열교환기(100)에 의해 냉각된 직후의 증발가스의 온도를 측정할 수 있도록, 열교환기(100) 바로 후단에 설치되는 것이 바람직하다.
제1 압력센서(910)는, 제3 공급라인(L3) 상의 열교환기(100) 전단에 설치되어, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)로 보내지는 증발가스의 압력을 측정한다. 제1 압력센서(910)는, 열교환기(100)로 공급되기 직전의 증발가스의 압력을 측정할 수 있도록, 열교환기(100) 바로 전단에 설치되는 것이 바람직하다.
제2 압력센서(920)는, 제4 공급라인(L4) 상의 열교환기(100) 후단에 설치되어, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스의 압력을 측정한다. 제2 압력센서(920)는, 열교환기(100)에 의해 냉각된 직후의 증발가스의 압력을 측정할 수 있도록, 열교환기(100) 바로 후단에 설치되는 것이 바람직하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 내지 4 온도센서(810 내지 840), 제1 압력센서(910), 및 제2 압력센서(920)가 모두 설치되는 것이 바람직하나, 본 실시예는 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 온도센서(810) 및 제4 온도센서(840)(이하, '제1 쌍(pair)'이라고 한다.)만 설치되거나, 제2 온도센서(820) 및 제3 온도센서(830)(이하, '제2 쌍'이라고 한다.)만 설치되거나, 제1 압력센서(910) 및 제2 압력센서(920)(이하, '제3 쌍'이라고 한다.)만 설치되거나, 제1 내지 제3 쌍 중 두 쌍만 설치될 수도 있다.
감압장치(600)는, 열교환기(100) 후단에 설치되어, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스를 감압시킨다. 압축기(200)에 의한 압축과정, 열교환기(100)에 의한 냉각과정, 및 감압장치(600)에 의한 감압과정을 거친 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다. 감압장치(600)는, 시스템의 구성에 따라 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일 수도 있고 팽창기일 수도 있다.
본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 감압장치(600) 후단에 설치되어, 압축기(200), 열교환기(100), 및 감압장치(600)를 통과하며 재액화된 액화천연가스와, 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기(700)를 더 포함할 수 있다.
기액분리기(700)에 의해 분리된 액화가스는 제5 공급라인(L5)을 따라 저장탱크(T)로 보내지고, 기액분리기(700)에 의해 분리된 증발가스는 제6 공급라인(L6)을 따라 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류된 후 열교환기(100)로 보내질 수 있다.
도 2에는 기액분리기(700)에 의해 분리된 증발가스가 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스와 합류된 후 열교환기(100)로 보내지는 것이 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 일례로 열교환기(100)는 세 유로로 구성되고 기액분리기(700)에 분리된 증발가스는 별도의 유로를 따라 열교환기(100)에서 냉매로 사용될 수도 있다.
또한, 기액분리기(700)를 포함하지 않고 감압장치(600)에 의해 감압되어 일부 또는 전부가 재액화된 유체를 바로 저장탱크(T)로 보낼 수도 있다.
제5 공급라인(L5) 상에는 유체의 유량을 개폐하는 제8 밸브(581)가 설치될 수 있다. 제8 밸브(581)에 의해 기액분리기(700) 내부의 액화가스의 수위가 조절된다.
제6 공급라인(L6) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제9 밸브(582)가 설치될 수 있다. 제9 밸브(582)에 의해 기액분리기(700) 내부 압력이 조절된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기를 확대한 도면인데, 도 4에 도시된 바와 같이, 기액분리기(700)에는 내부 액화가스의 수위를 측정하는 수위센서(940)가 하나 이상 설치될 수 있다.
본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 감암장치(600)와 기액분리기(700) 사이에 설치되어, 감압장치(600)에 의해 감압된 유체에 섞인 오일을 걸러내는 제2 오일필터(420)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 제2 오일필터(420)는, 감압장치(600)와 기액분리기(700) 사이의 제4 공급라인(L4) 상에 설치될 수도 있고(도 4의 A 위치), 기액분리기(700)로부터 재액화된 액화가스가 배출되는 제5 공급라인(L5) 상에 설치될 수도 있고(도 4의 B 위치), 기액분리기(700)로부터 기체상태의 증발가스가 배출되는 제6 공급라인(L6) 상에 설치될 수도 있다(도 4의 C 위치). 도 2에는 도 4의 A 위치에 제2 오일필터(420)가 설치되는 경우를 도시하였다.
기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류되어 열교환기(100)의 저온 유로로 공급될 수 있는데, 기액분리기(700) 내에 윤활유가 모이게 되므로, 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스 내에 윤활유가 소량이나마 섞여 들어갈 가능성을 배제할 수 없다.
본 발명의 발명자들은, 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스에 윤활유가 섞여 열교환기(100)의 저온 유로로 보내지면, 압축기(200)에 의해 압축되며 증발가스에 섞인 윤활유가 열교환기(100)의 고온 유로로 공급되는 경우보다 더 곤란한 상황이 발생할 수 있음을 발견하였다.
열교환기(100)의 저온 유로에는, 열교환기(100)에서 냉매로 사용되는 유체가 공급되므로, 시스템이 운용되는 내내 극저온의 증발가스가 공급되고, 응축 또는 응고된 오일을 녹일 수 있을 만큼의 높은 온도를 가진 유체가 공급되지 않는다. 따라서, 열교환기(100)의 저온 유로에 쌓인 응축 또는 응고된 오일을 제거하기가 매우 곤란하다.
기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스에 윤활유가 섞여 열교환기(100)의 저온 유로로 보내질 가능성을 최대한 낮추기 위해, 제2 오일필터(420)를 도 4의 A 위치나 C 위치에 설치할 수 있다.
제2 오일필터(420)가 도 4의 C 위치에 설치되는 경우, 녹거나 점도가 낮아진 윤활유의 대부분은 기액분리기(700) 내에 액체 상태로 모이고, 제6 공급라인(L6)을 따라 배출되는 기체 상태의 윤활유의 양은 소량이므로, 필터링 효율이 높고, 제2 오일필터(420)를 비교적 자주 교체하지 않아도 된다는 장점이 있다.
제2 오일필터(420)가 도 4의 B 위치에 설치되는 경우, 저장탱크(T)로 유입되는 윤활유를 차단시킬 수 있어, 저장탱크(T)에 저장된 액화가스의 오염을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
제1 오일필터(410)는 압축기(200) 후단에 설치되고, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 대략 40 내지 45℃이므로, 극저온용 오일필터를 사용할 필요가 없다. 그러나, 감압장치(600)에 의해 감압된 유체의 온도는 증발가스의 적어도 일부가 재액화될 수 있도록 -160 내지 -150℃ 정도가 되고, 기액분리기(700)에 의해 분리된 액화가스와 증발가스의 온도도 대략 -160 내지 -150℃이므로, 제2 오일필터(420) 도 4의 A, B, C 어느 위치에 설치되든지, 극저온용으로 설계되어야 한다.
또한, 압축기(200)에 의해 압축된 대략 40 내지 45℃의 증발가스에 섞여있는 윤활유는 액체 상태 또는 안개(Mist) 상태가 대부분이므로, 오일분리기(300)는 액체상태의 윤활유를 분리하는데 적합하도록 설계되고, 제1 오일필터(410)는 안개(Mist) 상태의 윤활유(기체(Vapor) 상태의 윤활유가 일부 포함될 수도 있다.)를 분리하는데 적합하도록 설계된다.
반면, 극저온 유체인, 감압장치(600)에 의해 감압된 유체와, 기액분리기(700)에 의해 분리된 증발가스와, 기액분리기(700)에 의해 분리된 액화가스에 섞여있는 윤활유는, 유동점 아래의 고체(또는 응고된) 상태이므로, 제2 오일필터(420)는 고체(또는 응고된) 상태의 윤활유를 분리하는데 적합하도록 설계된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 오일필터를 확대한 도면이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2 오일필터를 확대한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제2 오일필터(420)는, 도 5에 도시된 구조(이하, '하부배출타입'이라고 한다.)일 수도 있고, 도 6에 도시된 구조(이하, '상부배출타입'이라고 한다.)일 수도 있다. 도 5 및 도 6에서 점선은 유체 흐름 방향을 나타낸다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제2 오일필터(420)는 고정판(425) 및 필터엘리먼트(421)를 포함하고, 제2 오일필터(420)에는 유입배관(422), 배출배관(423), 및 오일배출배관(424)이 연결된다.
필터엘리먼트(421) 고정판(425)에 설치되어, 유입배관(422)을 통해 유입되는 유체에 섞인 윤활유를 분리한다.
도 13은 도 5 및 도 6에 도시된 필터엘리먼트(421)의 평면도인데, 도 13을 참조하면, 필터엘리먼트(421)는 중공(도 13의 Z 공간)의 원기둥 형상일 수 있으며, 메쉬(Mesh) 크기가 다른 다단의 레이어(Layer)가 겹겹이 쌓여 이루어진 형태일 수 있다. 유입배관(422)을 통해 유입되는 유체가 필터엘리먼트(421)에 포함된 다단의 레이어를 통과하며 윤활유가 필터링 된다. 필터엘리먼트(421)는 물리적 흡착 방식으로 윤활유를 분리할 수 있다.
필터엘리먼트(421)에 의해 필터링된 유체(증발가스, 액화가스, 또는 기액혼합상태의 유체)는 배출배관(423)을 따라 배출되고, 필터엘리먼트(421)에 의해 걸러진 윤활유는 오일배출배관(424)을 따라 배출된다.
제2 오일필터(420)에 사용되는 구성품들의 재질은, 극저온의 유체에 섞인 윤활유를 분리시킬 수 있도록 극저온에 견딜 수 있는 재질로 구성된다. 필터엘리먼트(421) 극저온에 견딜수 있는 금속(Metal) 재질로 구성될 수 있고, 구체적으로 필터엘리먼트(421)는 SUS 재질일 수 있다.
도 5를 참조하면, '하부배출타입'의 오일필터는, 오일필터 상부에 연결된 유입배관(422)을 통해 공급된 유체가, 필터엘리먼트(421)를 통과한 후 고정판(425) 하부에 형성된 공간(도 5의 X)을 지나, 오일필터 하부에 연결된 배출배관(423)을 통해 배출된다.
'하부배출타입'의 오일필터는, 고정판(425)이 오일필터 하부에 설치되고, 고정판(425) 상면에 필터엘리먼트(421)가 설치되며, 고정판(425)을 기준으로, 필터엘리먼트(421) 반대쪽에 배출배관(423)이 연결된다.
또한, '하부배출타입'의 오일필터는, 공급배관(422)을 통해 유입된 유체가 필터엘리먼트(421)의 상부에 의해서도 필터링 될 수 있도록(즉, 필터엘리먼트 전체를 최대한 사용할 수 있도록), 공급배관(422)이 필터엘리먼트(421)의 상단부보다 더 위쪽에 연결되는 것이 바람직하다.
공급배관(422)과 배출배관(423)은 서로 반대쪽(도 5에서 필터엘리먼트(421)를 기준으로 왼쪽과 오른쪽)에 설치되는 것이 유체의 흐름상 바람직하고, 필터엘리먼트(421)에 의해 걸러진 윤활유는 필터엘리먼트(421) 하부에 모이므로, 오일배출배관(424)은 필터엘리먼트(421)의 하부 쪽에 연결되는 것이 바람직하다.
'하부배출타입'의 오일필터의 경우, 오일배출배관(424)은 고정판(425) 바로 위쪽에 연결될 수 있다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, '하부배출타입'의 오일필터에 액체 성분이 다수인 유체(일례로, 액체 90%, 기체 10%의 부피 비율)를 공급하면, 액체 성분은 밀도가 크므로, 위에서 아래로 적절한 흐름이 발생하고 필터링 효과가 우수하다.
그러나, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, '하부배출타입'의 오일필터에 기체 성분이 다수인 유체(일례로, 액체 10%, 기체 90%의 부피 비율)를 공급하면, 밀도가 작은 기체 성분이 오일필터 상부에 머무르므로, 유체의 흐름이 나빠지고 필터링 효과도 줄어든다.
도 6을 참조하면, '상부배출타입'의 오일필터는, 오일필터 하부에 연결된 유입배관(422)을 통해 공급된 유체가, 필터엘리먼트(421)를 통과한 후 고정판(425) 상부에 형성된 공간(도 6의 Y)을 지나, 오일필터 상부에 연결된 배출배관(423)을 통해 배출된다.
'상부배출타입'의 오일필터는, 고정판(425)이 오일필터 상부에 설치되고, 고정판(425) 하면에 필터엘리먼트(421)가 설치되며, 고정판(425)을 기준으로, 필터엘리먼트(421) 반대쪽에 배출배관(423)이 연결된다.
또한, '상부배출타입'의 오일필터는, 공급배관(422)을 통해 유입된 유체가 필터엘리먼트(421)의 하부에 의해서도 필터링 될 수 있도록(즉, 필터엘리먼트 전체를 최대한 사용할 수 있도록), 공급배관(422)이 필터엘리먼트(421)의 하단부보다 더 아래쪽에 연결되는 것이 바람직하다.
공급배관(422)과 배출배관(423)은 서로 반대쪽(도 6에서 필터엘리먼트(421)를 기준으로 왼쪽과 오른쪽)에 설치되는 것이 유체의 흐름상 바람직하고, 필터엘리먼트(421)에 의해 걸러진 윤활유는 필터엘리먼트(421) 하부에 모이므로, 오일배출배관(424)은 필터엘리먼트(421)의 하부 쪽에 연결되는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하면, '상부배출타입'의 오일필터는, 오일필터 하부에 연결된 배관(422)을 따라 공급된 유체가 필터엘리먼트(421)를 통과한 후 오일필터 상부에 연결된 배관(423)을 따라 배출된다. 필터엘리먼트(421)에 의해 걸러진 윤활유는 별도의 배관(424)을 따라 외부로 배출된다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, '상부배출타입'의 오일필터에 기체 성분이 다수인 유체(일례로, 액체 10%, 기체 90%의 부피 비율)를 공급하면, 기체 성분은 밀도가 작으므로, 아래서 위로 적절한 흐름이 발생하고 필터링 효과가 우수하다.
그러나, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, '상부배출타입'의 오일필터에 액체 성분이 다수인 유체(일례로, 액체 90%, 기체 10%의 부피 비율)를 공급하면, 밀도가 큰 액체 성분이 오일필터 하부에 머무르므로, 유체의 흐름이 나빠지고 필터링 효과도 줄어든다.
따라서, 도 4의 B 위치에 제2 오일필터(420)를 설치하는 경우에는, 도 5에 도시된 '하부배출타입'인 제2 오일필터(420)를 적용하는 것이 바람직하고, 도 4의 C 위치에 제2 오일필터(420)를 설치하는 경우에는, 도 6에 도시된 '상부배출타입'인 제2 오일필터(420)를 적용하는 것이 바람직하다.
도 4의 A 위치에 제2 오일필터(420)를 설치하는 경우에는, 감압장치(600)에 의해 감압된 유체는 기액혼합상태이나(이론상으로는 100% 재액화도 가능함) 부피 비율로는 기체 성분의 비율이 더 높으므로, 도 6에 도시된 '상부배출타입'인 제2 오일필터(420)를 적용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 우회라인(BL)은, 열교환기(100) 전단의 제1 공급라인(L1)으로부터 분기하여, 열교환기(100)를 우회(Bypass)한 후, 열교환기(100) 후단의 제2 공급라인(L2)으로 합류한다.
통상적으로 열교환기를 우회하는 우회라인은 열교환기 내부에 설치되어 열교환기와 일체를 이룬다. 우회라인이 열교환기 내부에 설치되면, 열교환기 전단 및/또는 후단에 설치되는 밸브를 닫는 경우, 열교환기로 유체가 공급되지 않는 것과 동시에 우회라인에도 유체가 공급되지 않는다.
그러나, 본 발명에서는 우회라인(BL)을 열교환기(100) 외부에 열교환기(100)와 별도로 설치하였으며, 열교환기(100) 전단에 설치되는 제1 밸브(510) 및/또는 열교환기(100) 후단에 설치되는 제2 밸브(520)를 닫아도 우회라인(BL)에는 증발가스가 공급될 수 있도록, 우회라인(BL)이 제1 밸브(510) 전단의 제1 공급라인(L1)으로부터 분기되고 제2 밸브(520) 후단의 제2 공급라인(L2)으로 합류되도록 하였다.
우회라인(BL) 상에는 우회밸브(590)가 설치되며, 우회밸브(590)는 평상시에는 닫혀 있고 우회라인(BL)을 사용할 필요가 있는 경우에 열리게 된다.
기본적으로 열교환기(100)가 고장나거나 유지보수가 필요한 경우 등, 열교환기(100)를 사용할 수 없는 경우에 우회라인(BL)을 사용하게 된다. 일례로, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템이 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부를 고압엔진으로 보내는 경우, 열교환기(100)를 사용할 수 없게 되면, 고압엔진에서 사용되지 못한 잉여 증발가스를 재액화시키는 것을 포기하고, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 우회라인(BL)을 따라 열교환기(100)를 우회시켜 압축기(200)로 바로 공급한 후, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 고압엔진으로 공급하며, 잉여 증발가스는 GCU로 보내 소각시킬 수 있다.
열교환기(100)의 유지보수를 위해 우회라인(BL)을 사용하는 예로, 열교환기(100)의 유로가 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 막혔을 때, 우회라인(BL)을 사용하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 것을 들 수 있다.
또한, 선박의 밸러스트 상태 등, 잉여 증발가스가 거의 없어 증발가스를 재액화 시킬 필요가 없는 경우에는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 모두 우회라인(BL)으로 보내, 증발가스가 열교환기(100)를 우회하여 바로 압축기(200)로 보내질 수 있도록 한다. 압축기(200)에 압축된 증발가스는 고압엔진의 연료로 사용된다. 잉여 증발가스가 거의 없어 증발가스를 재액화시킬 필요가 없다고 판단되는 경우, 우회밸브(590)는 자동으로 열리도록 제어될 수 있다.
본 발명의 발명자들은, 증발가스가 본 발명에 따른 유로가 좁은 열교환기를 통과하여 엔진에 공급되는 경우, 열교환기에 의해 증발가스의 압력 강하가 많이 발생하는 것을 발견하였다. 재액화의 필요성이 없는 경우에는 상술한 바와 같이 열교환기를 우회시켜 증발가스를 압축시킴으로써, 원활하게 엔진에 연료를 공급할 수 있다.
또한, 증발가스를 재액화시키지 않다가 증발가스의 양이 증가하여 증발가스를 재액화시키는 경우에도 우회라인(BL)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(BL)으로 전부 보내, 증발가스가 전부 열교환기(100)를 우회하여 바로 압축기(200)로 공급되고, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 열교환기(100)의 고온 유로로 보내지도록 할 수 있다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부는 고압엔진으로 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 불순물 등을 제거한 후 증발가스 재액화를 시작할 수 있다는 장점이 있다.
만약 증발가스 재액화 시동 또는 재가동시에, 우회라인(BL)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(BL)을 사용하여 열교환기(100) 고온 유로의 온도를 높이는 과정을 지속하다가, 시간이 어느 정도 지나면(응축 또는 응고된 윤활유나 다른 불순물들이 거의 제거되었다고 판단되면), 닫혀있던 제1 밸브(510) 및 제2 밸브(520)를 서서히 열고 우회밸브(590)는 서서히 닫으면서 증발가스 재액화를 시작한다. 시간이 더 지나면, 제1 밸브(510) 및 제2 밸브(520)는 완전히 열리고 우회밸브(590)는 완전히 닫혀, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스는 전부 열교환기(100)에서 증발가스를 재액화시키기 위한 냉매로 사용된다.
또한, 우회라인(BL)은 저장탱크(T) 내부의 압력이 낮은 경우에 압축기(200)의 흡입 압력 조건을 만족시키기 위해 활용될 수도 있다.
뿐만 아니라, 저장탱크(T)의 내부 압력을 낮은 범위까지 제어해야 하는 경우, 저장탱크(T)의 압력을 낮춰도 압축기(200)의 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 있도록 우회라인(BL)을 사용할 수 있다.
우회라인(BL)을 사용하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 경우와, 저장탱크(T) 내부의 압력이 낮은 경우에 압축기(200)의 흡입 압력 조건을 만족시키기 위해 우회라인(BL)을 활용하는 경우에 대해 보다 자세히 살펴보면 다음과 같다.
1. 우회라인(BL)을 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는데 활용하는 경우
압축기(200)의 급유 윤활 방식의 실린더를 통과한 증발가스에는 소정의 윤활유가 섞이게 되고, 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.
응축 또는 응고된 윤활유는 다음과 같은 단계를 거쳐 제거될 수 있다.
1) 응축 또는 응고된 윤활유를 제거할지 여부를 판단하는 단계
2) 우회밸브(590)를 열고, 제1 밸브(510) 및 제2 밸브(520)를 닫는 단계
3) 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스가 우회라인(BL)을 지나 압축기(200)에 의해 압축되는 단계
4) 압축기(200)에 의해 압축된 고온의 증발가스의 일부 또는 전부를 열교환기(100)로 보내는 단계
5) 열교환기(100)를 통과한 증발가스를 기액분리기(700)로 보내는 단계
6) 기액분리기(700)에 모인 윤활유를 배출시키는 단계
7) 열교환기(100)가 정상화 되었음을 확인하는 단계
1) 응축 또는 응고된 윤활유를 제거할지 여부를 판단하는 단계
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 70% 이하로 떨어지면 열교환기(100) 내부에 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 한다고 판단할 수 있다.
열교환기(100)의 성능이 떨어지면, 열교환기(100)로 공급되는 저온 증발가스(L1)와 열교환기(100)로부터 배출되는 저온 증발가스(L4)의 온도 차이가 커지고, 열교환기(100)로부터 배출되는 고온 증발가스(L2)와 열교환기(100)로 공급되는 고온 증발가스(L3)의 온도 차이도 커진다. 또한, 열교환기(100)의 유로가 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 막히게 되면, 열교환기(100)의 유로가 좁아지므로, 열교환기(100) 전단(L3) 및 후단(L4)의 압력 차이가 증가하게 된다.
따라서, 열교환기(100)로 공급되거나 열교환기(100)로부터 배출되는 저온 유체의 온도차(810, 840), 열교환기(100)로 공급되거나 열교환기(100)로부터 배출되는 고온 유체의 온도차(820, 830), 열교환기(100)의 고온 유로에 걸리는 압력차(910, 920) 등에 의해 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 하는지 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 제1 온도센서(810)가 측정한 저장탱크(T)로부터 배출되어 열교환기(100)로 보내지는 증발가스의 온도와, 제4 온도센서(840)가 측정한 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스의 온도 차이(절대값을 의미한다. 이하, '저온 흐름의 온도 차이'라고 한다.)가, 정상적인 경우보다 많이 나고 그 상태가 일정시간 이상 지속되면, 열교환기(100)에서 열교환이 제대로 이루어지지 않는다고 판단할 수 있다.
일례로, '저온 흐름의 온도 차이'가, 20 내지 50℃ 이상, 바람직하게는 30 내지 40℃ 이상, 더욱 바람직하게는 대략 35℃ 이상이 되는 상태가 1시간 이상 지속되면 응축 또는 응고된 윤활유를 배출시켜야 할 시점이라고 판단할 수 있다.
열교환기(100)가 정상적으로 작동하는 경우, 압축기(200)에 의해 대략 300 bar로 압축된 증발가스는 대략 40 내지 45℃가 되며, 저장탱크(T)로부터 배출된 대략 -160 내지 -140℃의 증발가스는 열교환기(100)까지 이송되는 동안 다소 온도가 증가하여 -150 내지 -110℃ 정도, 바람직하게는 대략 -120℃가 될 수 있다.
본 실시예의 증발가스 재액화 시스템이 기액분리기(700)를 포함하여, 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스가 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류되어 열교환기(100)로 보내지는 경우에는, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스만 열교환기(100)로 보내는 경우보다 열교환기(100)에 공급되는 증발가스의 온도가 더 낮아지며, 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스의 양이 많을수록, 열교환기(100)에 공급되는 증발가스의 온도는 더욱 낮아질 수 있다.
제3 공급라인(L3)을 따라 열교환기(100)로 공급되는 대략 40 내지 45℃의 증발가스는, 열교환기(100)에 의해 냉각되어 대략 -130 내지 -110℃가 되며, 정상적인 경우에는 '저온 흐름의 온도 차이'가, 바람직하게는 대략 2 내지 3℃가 된다.
또한, 제2 온도센서(820)가 측정한 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스의 온도와, 제3 온도센서(830)가 측정한 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)로 보내지는 증발가스의 온도 차이(절대값을 의미한다. 이하, '고온 흐름의 온도 차이'라고 한다.)가 정상적인 경우보다 많이 나고 그 상태가 일정시간 이상 지속되면, 열교환기(100)에서 열교환이 제대로 이루어지지 않는다고 판단할 수 있다.
'고온 흐름의 온도 차이'가, 20 내지 50℃ 이상, 바람직하게는 30 내지 40℃ 이상, 더욱 바람직하게는 대략 35℃ 이상이 되는 상태가 1시간 이상 지속되면 응축 또는 응고된 윤활유를 배출시켜야 할 시점이라고 판단할 수 있다.
열교환기(100)가 정상적으로 작동하는 경우, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)까지 이송되는 동안 다소 온도가 증가한 대략 -150 내지 -110℃(바람직하게는 대략 -120℃)의 증발가스는, 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 후 선박의 속도에 따라 대략 -80 내지 40℃가 될 수 있고, 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 대략 -80 내지 40℃의 증발가스는 압축기(200)에서 압축되어 대략 40 내지 45℃가 된다.
뿐만 아니라, 제1 압력센서(910)가 측정한 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)로 보내지는 증발가스의 압력과, 제2 압력센서(920)가 측정한 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스의 압력 차이(이하, '고온 유로의 압력 차이'라고 한다.)가 정상적인 경우보다 많이 나고 그 상태가 일정시간 이상 지속되면, 열교환기(100)가 제대로 동작하지 않는 상태라고 판단할 수 있다.
저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스에는 오일 성분이 섞여있지 않거나 매우 미미한 수준으로 존재하고, 증발가스에 윤활유가 섞이는 시점은 증발가스가 압축기(200)에 의해 압축될 때이므로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 사용한 후 압축기(200)로 보내는 열교환기(100)의 저온 유로에는 응축 또는 응고된 윤활유가 거의 쌓이지 않고, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시킨 후 감압장치(600)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 판단한다.
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.
일례로, '고온 유로의 압력 차이'가, 정상적인 경우보다 2배 이상이 되고 그 상태가 1시간 이상 지속되면, 응축 또는 응고된 윤활유를 배출시켜야 할 시점이라고 판단할 수 있다.
열교환기(100)가 정상적으로 작동하는 경우, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 열교환기(100)를 통과하며 냉각되어도 압력이 크게 떨어지지 않고, 대략 0.5 내지 2.5 bar, 바람직하게는 대략 0.7 내지 1.5 bar, 더욱 바람직하게는 대략 1 bar 정도의 압력 강하가 발생한다. '고온 유로의 압력 차이'가, 일정 압력 이상, 예컨대 1 내지 5 bar 이상, 바람직하게는 1.5 내지 3 bar 이상, 더욱 바람직하게는 대략 2 bar(200kPa) 이상이 되는 상태가 1시간 이상 지속되면 응축 또는 응고된 윤활유를 배출시켜야 할 시점이라고 판단할 수 있다.
상술한 바와 같이, '저온 흐름의 온도 차이', '고온 흐름의 온도 차이', 및 '고온 유로의 압력 차이' 중 어느 하나를 지표로 하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 할지 여부를 판단할 수도 있지만, 신뢰도를 높이기 위해 '저온 흐름의 온도 차이', '고온 흐름의 온도 차이', 및 '고온 유로의 압력 차이' 중 두 개 이상을 지표로 하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 할지 여부를 판단하는 것이 바람직하다.
일례로, '저온 흐름의 온도 차이'와 '고온 흐름의 온도 차이' 중 더 작은 값이 35℃ 이상인 상태로 1시간 이상 지속되거나, '고온 유로의 압력 차이'가 정상적인 경우의 2배 이상 또는 200 kPa 이상인 상태로 1시간 이상 지속되면, 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 하는 시점이라고 판단할 수 있다.
제1 온도센서(810), 제2 온도센서(820), 제3 온도센서(830), 제4 온도센서(840), 제1 압력센서(910), 및 제2 압력센서(920)는, 열교환기(100)가 윤활유에 의해 막혔는지 여부를 감지하는 감지수단의 일종으로 볼 수 있다.
또한, 본 발명의 증발가스 재액화 시스템은, 제1 온도센서(810), 제2 온도센서(820), 제3 온도센서(830), 제4 온도센서(840), 제1 압력센서(910), 및 제2 압력센서(920) 중 하나 이상에 의해 감지된 값에 의해, 열교환기(100)가 윤활유에 막혔는지 여부를 판단하는 제어장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어장치는, 열교환기(100)가 윤활유에 의해 막혔는지 여부를 판단하는 판단수단의 일종으로 볼 수 있다.
2) 우회밸브(590)를 열고, 제1 밸브(510) 및 제2 밸브(520)를 닫는 단계
제1 단계에서 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 할지 여부를 판단하여, 열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하기로 결정하면, 우회라인(BL) 상에 설치된 우회밸브(590)는 열고, 제1 공급라인(L1) 상에 설치된 제1 밸브(510)와 제2 공급라인(L2) 상에 설치된 제2 밸브(520)는 닫는다.
우회밸브(590)는 열고 제1 밸브(510) 및 제2 밸브(520)를 닫으면, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 우회라인(BL)을 지나 압축기(200)로 보내지고 더이상 열교환기(100)로 보내지지 않는다. 따라서, 열교환기(100)에는 냉매가 공급되지 않게 된다.
3) 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스가 우회라인(BL) 을 지나 압축기(200)에 의해 압축되는 단계
저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 우회라인(BL)을 통해 열교환기(100)를 우회한 후 압축기(200)로 보내진다. 압축기(200)로 보내진 증발가스는 압축기(200)에 의해 압축되며 압력뿐만 아니라 온도도 높아지게 되며, 압축기(200)에 의해 대략 300 bar로 압축시킨 증발가스의 온도는 대략 40 내지 45℃가 된다.
4) 압축기(200)에 의해 압축된 고온의 증발가스의 일부 또는 전부를 열교환기(100)로 보내는 단계
압축기(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, 압축기(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.
우회라인(BL)을 활용하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 경우, 열교환기(100)가 정상화될 때까지 증발가스가 우회라인(BL), 압축기(200), 열교환기(100)의 고온 유로, 감압장치(600) 및 기액분리기(700)를 순환한다.
또한, 우회라인(BL)을 활용하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 경우, 저장탱크(T)로부터 배출되어 우회라인(BL), 압축기(200), 열교환기(100)의 고온 유로, 및 감압장치(600)를 통과한 증발가스를, 녹거나 점도가 낮아진 윤활유와 증발가스가 혼합된 상태로, 저장탱크(T)와 별도로 설치되는 탱크나 다른 회수장치로 보낼 수도 있다. 저장탱크(T)와 별도로 설치되는 탱크나 다른 회수장치 내부의 증발가스는 다시 우회라인(BL)으로 보내, 응축 또는 응고된 윤활유 제거 과정을 지속할 수 있다.
녹거나 점도가 낮아진 윤활유와 증발가스가 혼합된 유체를 저장탱크(T)와 별도로 설치되는 탱크나 다른 회수장치로 보내는 경우, 감압장치(600) 후단에 기액분리기(700)를 설치하더라도, 기액분리기(700)는 기존의 증발가스 재액화 시스템과 동일한 역할을 하게 되고 기액분리기(700) 내부에 녹거나 점도가 낮아진 윤활유가 모이게 되는 것이 아니므로(녹거나 점도가 낮아진 윤활유는 저장탱크(T)와 별도로 설치되는 탱크나 다른 회수장치에 모이므로), 윤활유를 배출시키기 위해 개선된 기액분리기(700)를 포함하지 않아도 되어 비용을 절감할 수 있다.
5) 열교환기(100)를 통과한 증발가스를 기액분리기(700) 로 보내는 단계
열교환기(100)의 고온 유로의 온도가 올라가면서, 열교환기(100) 내부에 쌓여있던 응축 또는 응고된 윤활유가 녹거나 점도가 높아져 증발가스와 섞여 기액분리기(700)로 보내진다. 우회라인(BL)을 활용하여 열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 과정에서는 증발가스의 재액화가 이루어지지 않으므로, 기액분리기(700)에는 재액화된 액화가스는 모이지 않고, 기체상태의 증발가스와 녹거나 점도가 낮아진 윤활유가 모이게 된다.
기액분리기(700)에 모인 기체상태의 증발가스는 제6 공급라인(L6)을 따라 기액분리기(700)로부터 배출되어 다시 우회라인(BL)을 따라 압축기(200)로 보내진다. 제2 단계에서 제1 밸브(510)를 닫았으므로, 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류되어 우회라인(BL)을 따라 압축기(200)로 공급되고, 열교환기(100)의 저온 유로로는 공급되지 않는다.
따라서, 제1 밸브(510)를 닫은 상태에서 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스를 우회라인(BL)으로 공급하는 것은, 증발가스에 일부 포함된 윤활유가 열교환기((100)의 저온 유로에 공급되는 것을 방지하여, 열교환기(100)의 저온 유로가 막히는 것을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
기액분리기(700)에 모인 기체상태의 증발가스는 제6 공급라인(L6)을 따라 기액분리기(700)로부터 배출되어 다시 우회라인(BL)을 따라 압축기(200)로 보내지는 순환 과정은, 열교환기(100)의 고온 유로의 온도가 압축기(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.
우회라인(BL)을 활용하여 열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 동안에는, 제8 밸브(581)를 닫아 기액분리기(700)에 모인 윤활유가 제5 공급라인(L5)을 따라 저장탱크(T)로 보내지지 않도록 한다. 저장탱크(T)에 윤활유가 유입되면 저장탱크(T)에 저장된 액화가스의 순도가 낮아져 액화가스의 가치가 떨어질 수 있다.
6) 기액분리기(700) 에 모인 윤활유를 배출시키는 단계
열교환기(100)로부터 배출된 녹거나 점도가 낮아진 윤활유는 기액분리기(700) 내부에 모이게 되는데, 기액분리기(700) 내부에 모인 윤활유를 처리하기 위하여, 본 실시예에서는 기존에 통상적으로 사용되던 기액분리기(700)를 개선한 기액분리기(700)를 사용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 및 기액분리기를 확대한 도면이다. 설명의 편의를 위하여 일부 장치들의 도시를 생략하였다.
도 10을 참조하면, 기액분리기(700)에는, 기액분리기(700)에 의해 분리된 액화가스를 저장탱크(T)로 보내는 제5 공급라인(L5) 이외에, 기액분리기(700)에 모인 윤활유를 배출시키는 윤활유배출라인(OL)이 추가적으로 설치된다. 기액분리기(700) 하부에 모인 오일을 효과적으로 배출시킬 수 있도록 윤활유배출라인(OL)은 기액분리기(700) 하단부에 연결되고, 제5 공급라인(L5)의 단부를 윤활유배출라인(OL)이 연결된 기액분리기(700)의 하단부보다 기액분리기(700) 내에서 높게 위치시킨다. 제5 공급라인(L5)이 윤활유에 의해 막히지 않도록, 기액분리기(700) 내에 모인 윤활유의 양이 최대가 되었을 때의 윤활유의 수위보다 높게 제5 공급라인(L5)의 단부를 위치시키는 것이 바람직하다.
윤활유배출라인(OL) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제3 밸브(530)가 설치될 수 있으며, 제3 밸브(530)는 복수개 설치될 수도 있다.
기액분리기(700)에 모인 윤활유는 자연적으로 배출이 불가하거나 배출에 많은 시간이 소요될 수 있으므로, 질소 퍼징을 통해 기액분리기(700) 내부의 윤활유를 배출시킬 수 있다. 대략 5 내지 7 bar의 질소를 기액분리기(700)에 공급하면 기액분리기(700) 내의 압력이 높아지므로 오일이 빠르게 배출될 수 있다.
질소 퍼징에 의해 기액분리기(700) 내의 윤활유를 배출시키기 위해, 열교환기(100) 전단의 제3 공급라인(L3)으로 합류되도록 질소공급라인(NL)이 설치될 수 있다. 필요에 따라 다수개의 질소공급라인이 다른 위치에 설치될 수도 있다.
질소공급라인(NL) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 질소밸브(583)가 설치되며, 질소공급라인(NL)을 사용하지 않는 평상시에는 질소밸브(583)가 닫힌 상태로 유지되고, 질소 퍼징을 위해 기액분리기(700)에 질소를 공급하는 경우 등 질소라인(NL)을 사용할 필요가 생기면 질소밸브(583)를 연다. 질소밸브(583)는 다수개가 설치될 수도 있다.
기액분리기(700)로 직접 질소를 주입하여 질소 퍼징을 수행할 수도 있으나, 다른 용도로 사용하기 위한 질소공급라인을 이미 설치되어 있는 경우, 기설치된 질소공급라인을 활용하여 기액분리기(700) 내의 윤활유를 배출시키는 것이 바람직하다.
저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스 전부를 우회라인(BL)으로 보내 압축기(200)에 의해 압축시키고, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 열교환기(100)의 고온 유로로 보내고, 열교환기(100)의 고온 유로를 통과한 후 감압장치(600)에 감압된 증발가스를 기액분리기(700)로 보내고, 기액분리기(700)로부터 배출된 증발가스를 다시 우회라인(BL)으로 보내는 과정을 지속하여, 열교환기(100) 내부와 응축 또는 응고되어 있던 윤활유의 대부분이 기액분리기(700)에 모였다는 판단(즉, 열교환기(100)가 정상화 되었다는 판단)이 되면, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 열교환기(100)로의 유입을 차단하고, 질소밸브(583)을 열어 질소 퍼징을 수행한다.
7) 열교환기(100) 가 정상화 되었음을 확인하는 단계
열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유가 배출되어 열교환기(100)가 다시 정상화되었다고 판단되고, 기액분리기(700) 내부의 윤활유를 배출시키는 과정도 모두 마치면, 제1 밸브(510) 및 제2 밸브(520)는 열고, 우회밸브(590)를 닫은 후, 다시 증발가스 재액화 시스템을 정상 가동시킨다. 증발가스 재액화 시스템이 정상 가동되면, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 열교환기(100)에서 냉매로 사용되고, 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스는 압축기(200)에 의한 압축과정, 열교환기(100)에 의한 냉각과정, 및 감압장치(600)에 의한 감압과정을 통해 일부 또는 전부가 재액화된다.
열교환기(100)가 다시 정상화되었다는 판단은, 응축 또는 응고된 윤활유를 제거할지 여부를 알아낼 때와 마찬가지로, '저온 흐름의 온도 차이', '고온 흐름의 온도 차이', 및 '고온 유로의 압력 차이' 중 하나 이상의 값을 지표로 사용할 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.
종래에는, 열교환기(100) 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 우회라인(BL)을 활용하여 열교환기(100)로부터 제거하는 상술한 단계를 거치는 동안, 고압엔진 및/또는 저압엔진(이하, '엔진'이라고 한다.)을 구동시킬 수 있다. 연료 공급 시스템 또는 재액화 시스템에 포함된 장비의 일부를 정비할 때에는, 엔진에 연료를 공급할 수 없거나 잉여 증발가스를 재액화할 수 없으므로, 엔진의 구동시키지 않는 것이 통상적이다.
그런데, 본 발명에서와 같이, 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, 압축기(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.
한편, 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 할지 여부를 알람에 의해 알아내는 과정은, ① 알람 활성화 단계 및/또는 ② 알람 발생 단계를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개략도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 감압장치를 확대한 도면이며, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감압장치를 확대한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 압축기(200, 210)는 두 대가 병렬로 설치될 수 있다. 두 대의 압축기(200, 210)는 동일한 사양일 수 있고, 어느 하나가 고장난 경우에 다른 하나가 리던던시(Redundancy)의 역할을 할 수 있다. 설명의 편의를 위해 다른 장치들의 도시는 생략하였다.
도 7을 참조하면, 압축기(200, 210) 두 대가 병렬로 설치되는 경우, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 제7 공급라인(L22)을 통해 제2 압축기(210)로 보내지고, 제2 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스는, 일부는 연료공급라인(SL)을 따라 고압엔진으로 보내지고, 잉여 증발가스는 제8 공급라인(L33)을 통해 열교환기(100)로 보내져 재액화 과정을 거칠 수 있다. 제8 공급라인(L33) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제10 밸브(571)가 설치될 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 두 개의 감압장치(600, 610)가 병렬로 설치될 수도 있고, 도 9에 도시된 바와 같이, 직렬로 설치된 두 개의 감압장치 두 쌍(600, 610)이 병렬로 설치될 수도 있다.
도 8을 참조하면, 병렬로 설치된 두 개의 감압장치(600, 610)는 어느 하나가 고장난 경우에 다른 하나가 리던던시(Redundancy)의 역할을 할 수 있으며, 병렬로 설치된 두 개의 감압장치(600, 610) 각각의 전단 및 후단에는 격리(Isolation) 밸브(620)가 설치될 수 있다.
도 9를 참조하면, 두 개의 감압장치(600)를 직렬로 연결하고, 두 개가 직렬로 연결된 감압장치 두 쌍(600, 610)을 병렬로 설치하였다. 업체에 따라 감압 안정성을 위해 감압장치(600) 두 개를 직렬로 연결하는 경우가 있다. 병렬로 설치된 감압장치 두 쌍(600, 610) 중 어느 한 쌍이 고장난 경우에 다른 한 쌍이 리던던시(Redundancy)의 역할을 할 수 있다.
병렬로 설치된 두 쌍의 감압장치(600, 610) 각각의 전단 및 후단에는 격리(Isolation) 밸브(620)가 설치될 수 있다. 도 8 및 도 9에 도시된 격리 밸브(620)는, 감압장치(600, 610)가 고장난 경우 등 감압장치(600, 610)의 유지보수가 필요한 경우에, 감압장치(600, 610)를 격리(Isolation)시키는데 사용된다.
① 알람 활성화 단계
본 발명의 증발가스 재액화 시스템이, 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 압축기(200)와 하나의 감압장치(600)를 포함하는 경우, 감압장치(600)의 개도율이 설정값 이상이고, 제7 밸브(570)가 열린 상태이고, 제2 밸브(520)가 열린 상태이며, 기액분리기(700) 내부 액화가스의 수위가 정상인 경우에 알람이 활성화된다.
본 발명의 증발가스 재액화 시스템이, 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 압축기(200)를 포함하고, 도 8에 도시된 바와 같이 병렬로 연결된 두 개의 감압장치(600, 610)를 포함하는 경우, 제1 감압장치(600) 또는 제2 감압장치(610)의 개도율이 설정값 이상이고, 제7 밸브(570)가 열린 상태이고, 제2 밸브(520)가 열린 상태이며, 기액분리기(700) 내부 액화가스의 수위가 정상인 경우('제1 알람 활성화 조건'이라고 한다.)에 알람이 활성화된다.
본 발명의 증발가스 재액화 시스템이, 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 압축기(200)를 포함하고, 도 9에 도시된 바와 같이 병렬로 설치된 두 쌍의 감압장치(600, 610)를 포함하는 경우, 직렬로 설치된 두 개의 제1 감압장치(600) 중 어느 하나 또는 직렬로 설치된 두 개의 제2 감압장치(610) 중 어느 하나의 개도율이 설정값 이상이고, 제7 밸브(570)가 열린 상태이고, 제2 밸브(520)가 열린 상태이며, 기액분리기(700) 내부 액화가스의 수위가 정상인 경우('제2 알람 활성화 조건'이라고 한다.)에 알람이 활성화된다.
본 발명의 증발가스 재액화 시스템이, 도 7에 도시된 바와 같이 병렬로 설치된 두 개의 압축기(200, 210)를 포함하고, 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 감압장치(600)를 포함하는 경우, 감압장치(600)의 개도율이 설정값 이상이고, 제7 밸브(570) 또는 제10 밸브(571)가 열린 상태이고, 제2 밸브(520)가 열린 상태이며, 기액분리기(700) 내부 액화가스의 수위가 정상인 경우('제3 알람 활성화 조건'이라고 한다.)에 알람이 활성화된다.
본 발명의 증발가스 재액화 시스템이, 도 7에 도시된 바와 같이 병렬로 설치된 두 개의 압축기(200, 210)를 포함하고, 도 8에 도시된 바와 같이 병렬로 연결된 두 개의 감압장치(600, 610)를 포함하는 경우, 제1 감압장치(600) 또는 제2 감압장치(610)의 개도율이 설정값 이상이고, 제7 밸브(570) 또는 제10 밸브(571)가 열린 상태이고, 제2 밸브(520)가 열린 상태이며, 기액분리기(700) 내부 액화가스의 수위가 정상인 경우('제4 알람 활성화 조건'이라고 한다.)에 알람이 활성화된다.
본 발명의 증발가스 재액화 시스템이, 도 7에 도시된 바와 같이 병렬로 설치된 두 개의 압축기(200, 210)를 포함하고, 도 9에 도시된 바와 같이 병렬로 설치된 두 쌍의 감압장치(600, 610)를 포함하는 경우, 직렬로 설치된 두 개의 제1 감압장치(600) 중 어느 하나 또는 직렬로 설치된 두 개의 제2 감압장치(610) 중 어느 하나의 개도율이 설정값 이상이고, 제7 밸브(570) 또는 제10 밸브(571)가 열린 상태이고, 제2 밸브(520)가 열린 상태이며, 기액분리기(700) 내부 액화가스의 수위가 정상인 경우('제5 알람 활성화 조건'이라고 한다.)에 알람이 활성화된다.
상술한 '제1 내지 제5 알람 활성화 조건'에서, 제1 감압장치(600) 또는 제2 감압장치(610)의 개도율의 설정값은 2%일 수 있고, 기액분리기(700) 내부 액화가스의 수위가 정상인 경우란, 기액분리기(700) 내부의 재액화된 액화가스가 확인되어 재액화 과정이 정상적으로 이루어지고 있다고 판단할 수 있는 경우를 의미한다.
② 알람 발생 단계
'저온 흐름의 온도 차이'가 설정값 이상인 상태로 일정 시간 이상 지속되는 조건, '고온 흐름의 온도 차이'가 설정값 이상인 상태로 일정 시간 이상 지속되는 조건, 및 '고온 유로의 압력 차이'가 설정값 이상인 상태로 일정 시간 이상 지속되는 조건 중 어느 하나가 만족되면, 알람이 울려 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 하는 시점을 알리도록 할 수 있다.
또한, 신뢰도를 높이기 위해 '저온 흐름의 온도 차이'가 설정값 이상인 상태로 일정 시간 이상 지속되는 조건, '고온 흐름의 온도 차이'가 설정값 이상인 상태로 일정 시간 이상 지속되는 조건, 및 '고온 유로의 압력 차이'가 설정값 이상인 상태로 일정 시간 이상 지속되는 조건 중 두 개 이상이 만족되었을 때 알람이 울려 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 하는 시점을 알리도록 할 수도 있다.
뿐만 아니라, '저온 흐름의 온도 차이'와 '고온 흐름의 온도 차이' 중 더 작은 값이 설정값 이상인 상태로 일정 시간 이상 지속되거나(or 조건), '고온 유로의 압력 차이'가 설정값 이상인 상태로 일정 시간 이상 지속되는 경우에 알람이 울려 응축 또는 응고된 윤활유를 제거해야 하는 시점을 알리도록 할 수도 있다.
본 발명에서, 열교환기의 성능 이상, 알람의 발생 등은 적절한 제어수단에 의하여 판단될 수 있다. 열교환기의 성능 이상, 알람의 발생 등을 판단하기 위한 제어수단으로는, 본 발명의 증발가스 재액화 시스템에서 기사용되고 있는 제어수단, 바람직하게는 본 발명의 증발기스 재액화 시스템이 적용되는 선박 또는 해양구조물에서 기사용되고 있는 제어수단이 사용될 수 있고, 열교환기의 성능 이상, 알람의 발생 등을 판단하기 위하여 별도로 설치되는 제어수단이 사용될 수도 있다.
또한, 우회라인의 활용, 윤활유의 배출, 엔진의 연료 공급, 증발가스 재액화 시스템의 시동 또는 재가동, 이들을 위한 각종 밸브의 개폐 등은 제어수단에 의해 자동 또는 수동으로 제어될 수 있다.
2. 우회라인(BL)을 저장탱크(T) 내부의 압력이 낮은 경우에 압축기(200)의 흡입 압력 조건을 만족시키기 위해 활용하는 경우
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, 압축기(200)가 요구하는 압축기(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 압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우, 재순환밸브(541, 542, 543, 544)을 열어 재순환라인(RC1, RC2, RC3, RC4)에 의해 증발가스의 일부 또는 전부를 재순환시켜 압축기(200)를 보호하였다.
그런데, 증발가스를 재순환 시키는 방식으로 압축기(200)의 흡입 압력 조건을 만족시키면, 결국 압축기(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 압축기(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(BL)을 활용하여, 저장탱크(T)의 내부 압력이 낮은 경우에도 압축기(100)에 의해 압축되는 증발가스의 양을 감소시키지 않으면서도 압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 저장탱크(T)의 내부 압력이 일정값 이하가 되면, 우회밸브(590)를 열어 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스의 일부 또는 전부를 우회라인(BL)을 통해 열교환기(100)를 우회시켜 바로 압축기(200)로 보낸다.
압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건에 비해 저장탱크(T)의 압력이 얼마나 부족한지에 따라, 우회라인(BL)으로 보내지는 증발가스의 양을 조절할 수 있다. 즉, 우회밸브(590)를 열고 제1 밸브(510) 및 제2 밸브(520)를 닫아, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 전부 우회라인(BL)으로 보낼 수도 있고, 우회밸브(590), 제1 밸브(510), 및 제2 밸브(520)를 모두 일부만 열어, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스의 일부만 우회라인(BL)으로 보내고 나머지는 열교환기(100)로 보낼 수도 있다. 우회라인(BL)을 통해 열교환기(100)를 우회시키는 증발가스의 양이 증가할수록 증발가스의 압력 강하는 적어진다.
저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 열교환기(100)를 우회시켜 바로 압축기(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(BL)을 사용할지 여부, 및 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스 중 얼만큼의 양을 우회라인(BL)으로 보낼지를 결정하게 된다.
일례로, 저장탱크(T)의 내부 압력이 일정값 이하이고, 선박이 일정 속도 이상으로 운항되는 경우에 우회라인(BL)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(BL)을 사용하여 압력 강하를 줄이는 것이 유리하다고 판단할 수 있다.
또한, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 전부 우회라인(BL)을 통해 압축기(200)로 보내도 압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 없을 수도 있는데, 이 경우에는 재순환라인(RC1, RC2, RC3, RC4)을 사용하여 흡입 압력 조건을 만족시킨다.
즉, 저장탱크(T)의 압력이 낮아져 압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 없게 되면, 종래에는 바로 재순환라인(RC1, RC2, RC3, RC4)을 사용하여 압축기(200)를 보호했던 반면, 본 발명에 의하면, 1차로 우회라인(BL)을 활용하여 압축기(200)의 흡입 압력 조건을 만족시키고, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 전부 우회라인(BL)을 통해 압축기(200)로 보내도 압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 없을 때에 2차로 재순환라인(RC1, RC2, RC3, RC4)을 사용한다.
1차로 우회라인(BL)을 활용한 후 2차로 재순환라인(RC1, RC2, RC3, RC4)을 통해 압축기(200)의 흡입 압력 조건을 맞추기 위하여, 재순환밸브(541, 542, 543, 544)가 열리는 조건인 압력값보다 우회밸브(590)가 열리는 조건인 압력값을 더 높게 설정한다.
재순환밸브(541, 542, 543, 544)가 열리는 조건과 우회밸브(590)가 열리는 조건은, 압축기(200) 전단 압력을 인자로 사용하는 것이 바람직하나, 저장탱크(T) 내부 압력을 인자로 사용할 수도 있다.
압축기(200) 전단 압력은 압축기(200) 전단에 설치되는 제3 압력센서(미도시)에 의해 측정될 수 있고, 저장탱크(T) 내부 압력은 제4 압력센서(미도시)에 의해 측정될 수 있다.
한편, 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스를 배출시키는 제6 공급라인(L6)이, 우회라인(BL)이 제1 공급라인(L1)으로부터 분기하는 지점 후단의 제1 공급라인(L1)으로 합류되는 경우, 압력 강하를 어느 정도 방지하면서도 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스의 일부는 열교환기(100)에서 냉매로 사용하기 위하여, 우회밸브(590), 제1 밸브(510), 및 제2 밸브(520)를 모두 연 상태에서 시스템을 운용하면, 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스가 우회라인(BL)으로 바로 보내질 수 있다.
기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스의 온도가, 저장탱크(T)로부터 배출되어 열교환기(100)로 공급되는 증발가스의 온도보다 낮아, 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스가 우회라인(BL)으로 바로 보내지면 열교환기(100)의 냉각 효율이 감소할 수 있으며, 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스의 적어도 일부는 열교환기(100)로 공급되는 것이 바람직하다.
다만, 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스의 양이 엔진에서 연료로 요구하는 증발가스의 양보다 더 적으면, 증발가스를 재액화시킬 필요가 없을 수 있는데, 증발가스를 재액화시킬 필요가 없는 경우에는 열교환기(100)에 냉매를 공급할 필요가 없으므로, 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스를 전부 우회라인(BL)으로 보낼 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 제6 공급라인(L6)을, 우회라인(BL)이 제1 공급라인(L1)으로부터 분기하는 지점 전단의 제1 공급라인(L1)으로 합류시킨다. 제6 공급라인(L6)을 우회라인(BL)의 분기점 전단의 제1 공급라인(L1)으로 합류시키면, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스가 우회라인(BL)의 분기점 전단에서 먼저 합류된 후에, 우회밸브(590)와 제1 밸브(510)의 개도율에 따라 우회라인(BL)과 열교환기(100)로 각각 보내지는 증발가스의 유량이 결정되므로, 시스템의 제어가 용이하고, 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스가 바로 우회라인(BL)으로 보내지는 경우를 방지할 수 있다.
우회밸브(590)는, 저장탱크(T)의 압력 변화에 따른 개도 조절이 신속하게 이루어질 수 있도록, 통상적인 경우보다 반응 속도가 빠른 밸브인 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 3에 도시된 제3 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 도 1에 도시된 제1 실시예의 증발가스 재액화 시스템에 비해, 제1 압력센서(910) 및 제2 압력센서(920) 대신 차압센서(930)를 설치한다는 점에서 차이점이 있으며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제1 실시예의 증발가스 재액화 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 제1 실시예와는 달리, 제1 압력센서(910) 및 제2 압력센서(920) 대신에, 열교환기(100) 전단의 제3 공급라인(L3)의 압력과 열교환기(100) 후단의 제4 공급라인(L4)의 압력 차이를 측정하는 차압센서(930)를 포함한다.
차압센서(930)에 의해 '고온 유로의 압력 차이'를 알아낼 수 있고, 제1 실시예와 마찬가지로, '고온 유로의 압력 차이', '저온 흐름의 온도 차이' 및 '고온 흐름의 온도 차이' 중 하나 이상을 지표로 사용하여, 응축 또는 응고된 윤활유를 제거할지 여부를 알아낼 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 BL : 우회라인
SL : 연료공급라인 OL : 윤활유배출라인
NL : 질소공급라인 100 : 열교환기
200, 210 : 압축기 300 : 오일분리기
410, 420 : 오일필터 550 : 역류방지밸브
590 : 우회밸브 583 : 질소밸브
600, 610 : 감압장치 620 : 격리 밸브
700 : 기액분리기 910, 920 : 압력센서
930 : 차압센서 940 : 수위센서
810, 820, 830, 840 : 온도센서
L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8 : 공급라인
RC1, RC2, RC3, RC4 : 재순환라인
541, 542, 543, 544 : 재순환밸브
210, 220, 230, 240, 250 : 실린더
211, 221, 231, 241, 251 : 냉각기
510, 520, 530, 560, 570, 571, 581, 582 : 밸브

Claims (17)

  1. 증발가스를 압축시키는 압축기;
    상기 압축기 후단에 설치되며, 압축 증발가스에 섞인 기체 또는 안개 상태의 윤활유를 분리하는 제1 오일필터;
    상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기;
    상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치; 및
    상기 감압장치 후단에 설치되며, 고체 상태의 윤활유를 분리하는 제2 오일필터;를 포함하고,
    상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고,
    상기 제2 오일필터는 극저온용인, 증발가스 재액화 시스템.
  2. 증발가스를 압축시키는 압축기;
    상기 압축기 후단에 설치되며, 압축 증발가스에 섞인 기체 또는 안개 상태의 윤활유를 분리하는 제1 오일필터;
    상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기;
    상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치;
    상기 감압장치 후단에 설치되어 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기; 및
    상기 기액분리기에 의해 분리된 액화가스가 배출되는 제5 공급라인 상에 설치되며, 고체 상태의 윤활유를 분리하는 제2 오일필터;를 포함하고,
    상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고,
    상기 제2 오일필터는 극저온용인, 증발가스 재액화 시스템.
  3. 증발가스를 압축시키는 압축기;
    상기 압축기 후단에 설치되며, 압축 증발가스에 섞인 기체 또는 안개 상태의 윤활유를 분리하는 제1 오일필터;
    상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기;
    상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치;
    상기 감압장치 후단에 설치되어 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기; 및
    상기 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스가 배출되는 제6 공급라인 상에 설치되며, 고체 상태의 윤활유를 분리하는 제2 오일필터;를 포함하고,
    상기 압축기는 급유식 실린더를 적어도 한 개 포함하고,
    상기 제2 오일필터는 극저온용인, 증발가스 재액화 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 감압장치 후단에 설치되어 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함하고,
    상기 제2 오일필터는 상기 감압장치와 상기 기액분리기 사이에 설치되는, 증발가스 재액화 시스템.
  6. 청구항 1, 청구항 3 및 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 오일필터는 ‘상부배출타입’인, 증발가스 재액화 시스템.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 후 상기 제5 공급라인을 따라 배출되는 액화가스는 저장탱크로 보내지는, 증발가스 재액화 시스템.
  8. 청구항 2 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 오일필터는 ‘하부배출타입’인, 증발가스 재액화 시스템.
  9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기는 150 내지 350 bar로 증발가스를 압축시키는, 증발가스 재액화 시스템.
  10. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기는 80 내지 250 bar로 증발가스를 압축시키는, 증발가스 재액화 시스템.
  11. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기는 마이크로채널형의 유로를 포함하는, 증발가스 재액화 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 열교환기는 PCHE인, 증발가스 재액화 시스템.
  13. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    증발가스를 상기 열교환기를 우회시켜 상기 압축기로 공급하는 우회라인을 더 포함하는, 증발가스 재액화 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 열교환기의 저온유로 전단에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제1 밸브를 더 포함하고,
    상기 우회라인은 상기 제1 밸브 전단에서 분기하는, 증발가스 재액화 시스템.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 열교환기의 저온유로 후단에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제2 밸브를 더 포함하고,
    상기 우회라인은 상기 제2 밸브 후단으로 합류되는, 증발가스 재액화 시스템.
  16. 삭제
  17. 삭제
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