KR101996808B1 - 재액화 시스템 - Google Patents

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Abstract

재액화 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 의한 재액화 시스템은 증발가스를 공급받아 과냉시키는 냉각라인, 제1 내지 제3 냉매가 순환하는 냉매순환라인 및 냉각라인과 냉매순환라인이 통과하도록 마련되어 증발가스와 제1 내지 제3 냉매를 열교환하는 열교환기를 포함하고, 냉매순환라인은 기체상태의 제1 냉매를 가압하는 압축기와 압축기에 의해 가압된 제1 냉매를 냉각하는 냉각기를 포함하는 제1 압축부와, 제1 냉매를 감압하는 제1 팽창수단을 포함하는 제1 냉동 사이클 라인, 기체상태의 제2 냉매를 가압하는 압축기와 압축기에 의해 가압된 제2 냉매를 냉각하는 냉각기를 포함하는 제2 압축부와 제2냉매를 감압하는 제2 팽창수단을 포함하는 제2 냉동 사이클 라인 및 기체상태의 제3 냉매를 가압하는 압축기와 압축기에 의해 가압된 제3 냉매를 냉각하는 냉각기를 포함하는 제2 압축부와 제3 냉매를 감압하는 제3 팽창수단을 포함하는 제3 냉동 사이클 라인을 포함하고, 열교환기는 증발가스를 액화 및 과냉시키는 제1 열교환부와, 제1 압축부의 후단과 제1 팽창수단의 전단 사이에 마련되어 제1 냉매를 냉각하는 제2 열교환부와, 제1 팽창수단의 후단에 마련되어 제1 팽창수단에 의해 감압된 제1 냉매의 냉열을 전달하여 증발가스를 제1 예냉시키는 제3 열교환부와, 제2 압축부의 후단과 제2 팽창수단의 전단 사이에 마련되어 제2 냉매를 냉각하는 제4 열교환부와, 제2 팽창수단의 후단에 마련되어 제2 팽창수단에 의해 감압된 제2냉매의 냉열을 전달하여 증발가스를 제2 예냉시키는 제5 열교환부와, 제2 압축부의 후단과 제3 팽창수단의 전단 사이에 마련되어 제3 냉매를 냉각하는 제6 열교환부와, 제3팽창수단의 후단에 마련되어 제3 팽창수단에 의해 감압된 제3냉매의 냉열을 전달하여 증발가스가 액화 및 과냉될 수 있도록 제3냉매와 열교환시키는 제7 열교환부를 포함하고, 제2 및 제3 냉동 사이클 라인은 입구 측 단부가 제2 압축부의 후단 지점으로부터 분기하고, 출구 측 단부가 제2 압축부의 전단 지점에서 합류하도록 마련된다.

Description

재액화 시스템{RELIQUEFACTION SYSTEM}
본 발명은 증발가스의 액화공정 전체의 효율과 용량을 증대시킬 수 있는 재액화 시스템에 관한 것이다.
액화시스템은 증발가스를 일정냉매와 직, 간접적으로 열교환시켜 LNG 온도까지 냉각시키기 위해 열교환기 등으로 구성된다. 이러한 액화시스템에 있어 액화에 소요되는 소요동력을 감소시키기 위해서는 열교환기 내에서의 공급가스와 냉매 사이의 온도 차이에 기인하는 엔트로피 증가를 억제하는 것이 중요하다. 액화시스템에 제공되는 증발가스는 주로 탄화수소(hydrocarbon)의 혼합물이다.
공급가스와 냉매의 비열(specific heat)은 액화공정 중에 크게 변화된다. 이러한 비열의 큰 변화에 대응하여 액화공정의 효율을 높이기 위해 현재 다양한 시도들이 이루어지고 있으며, 특히, 서로 다른 냉매를 사용하거나 서로 다른 사이클을 사용함으로써 효율과 용량을 향상시킬 수 있는 액화공정의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
종래의 재액화장치는, 예를 들어, 상대적으로 끓는점이 높은 냉매인 메탄을 제1 냉매로 이용하여 전처리된 증발가스를 예냉하고 액화시킨 후, 질소와 같은 제2 냉매를 이용하여 예냉 및 액화 처리된 가스를 -150°C 이하의 극저온으로 과냉시키는 공정을 수행하였다.
다만, 끓는점이 상대적으로 높은 제1 냉매를 이용하여 액화공정 및 과냉공정이 가능하기 위해서는 상술한 증발가스가 고압으로 전처리된 경우에 한하며, 저압조건의 가스를 재액화시키는 경우는 단지 제2 냉매를 이용하여서만 액화 및 과냉공정을 수행해야하기 때문에 제2 냉매를 이용한 사이클의 부담이 과도하고, 효율이 저하될 수 있다는 문제점이 발생한다.
이에, 서로 다른 냉매를 사용하거나 서로 독립적인 사이클 하에 저압조건의 가스를 포함한 증발가스에 대해 액화공정을 수행함으로써 액화 공정의 용량 및 효율을 향상시킬 수 있는 액화시스템의 개발이 강하게 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 일 측면은 증발가스를 액화시키는 액화공정에 있어 그 작동이 단순한 재액화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은 각 냉동 사이클 라인에 가해지는 열역학적 부하가 감소될 수 있는 재액화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은 분기된 제2 냉동 사이클 라인을 통해서도 증발가스에 대한 예냉 공정을 추가적으로 수행함으로써 액화공정의 효율과 용량을 증대시킬 수 있는 재액화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은 전체 액화 공정의 용량 증대를 가져올 수 있는 재액화 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 증발가스를 공급받아 과냉시키는 냉각라인, 제1 내지 제3 냉매가 순환하는 냉매순환라인 및 상기 냉각라인과 상기 냉매순환라인이 통과하도록 마련되어 상기 증발가스와 상기 제1 내지 제3 냉매를 열교환하는 열교환기를 포함하고, 상기 냉매순환라인은 기체상태의 제1 냉매를 가압하는 압축기와 상기 압축기에 의해 가압된 제1 냉매를 냉각하는 냉각기를 포함하는 제1 압축부와, 상기 제1 냉매를 감압하는 제1 팽창수단을 포함하는 제1 냉동 사이클 라인, 기체상태의 제2 냉매를 가압하는 압축기와 상기 압축기에 의해 가압된 제2 냉매를 냉각하는 냉각기를 포함하는 제2 압축부와 상기 제2냉매를 감압하는 제2 팽창수단을 포함하는 제2 냉동 사이클 라인 및 기체상태의 제3 냉매를 가압하는 압축기와 상기 압축기에 의해 가압된 제3 냉매를 냉각하는 냉각기를 포함하는 제2 압축부와 상기 제3 냉매를 감압하는 제3 팽창수단을 포함하는 제3 냉동 사이클 라인을 포함하고, 상기 열교환기는 상기 증발가스를 액화 및 과냉시키는 제1 열교환부와, 상기 제1 압축부의 후단과 상기 제1 팽창수단의 전단 사이에 마련되어 제1 냉매를 냉각하는 제2 열교환부와, 상기 제1 팽창수단의 후단에 마련되어 제1 팽창수단에 의해 감압된 제1 냉매의 냉열을 전달하여 상기 증발가스를 제1 예냉시키는 제3 열교환부와, 상기 제2 압축부의 후단과 상기 제2 팽창수단의 전단 사이에 마련되어 제2 냉매를 냉각하는 제4 열교환부와, 상기 제2 팽창수단의 후단에 마련되어 제2 팽창수단에 의해 감압된 제2냉매의 냉열을 전달하여 상기 증발가스를 제2 예냉시키는 제5 열교환부와, 상기 제2 압축부의 후단과 상기 제3 팽창수단의 전단 사이에 마련되어 제3 냉매를 냉각하는 제6 열교환부와, 상기 제3팽창수단의 후단에 마련되어 제3 팽창수단에 의해 감압된 제3냉매의 냉열을 전달하여 상기 증발가스가 액화 및 과냉될 수 있도록 상기 제3냉매와 열교환시키는 제7 열교환부를 포함하고, 상기 제2 및 제3 냉동 사이클 라인은 입구 측 단부가 상기 제2 압축부의 후단 지점으로부터 분기하고, 출구 측 단부가 상기 제2 압축부의 전단 지점에서 합류하도록 마련되는 재액화시스템을 제공한다.
또한, 상기 제1 냉동 사이클 라인은 상기 제3 열교환부를 통과한 제1 냉매를 가압하는 제3 압축부를 더 포함하고, 상기 제2 냉동 사이클 라인은 상기 제5 열교환부를 통과한 제2 냉매를 가압하는 제4 압축부를 더 포함하고, 상기 제3 냉동 사이클 라인은 상기 제7 열교환부를 통과한 제3 냉매를 가압하는 제5 압축부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 냉동사이클 라인은 상기 제3 압축부에 의해 가압된 제1 냉매를 상기 제1 압축부에 공급하고, 상기 제2 냉동 사이클 라인은 상기 제4 압축부에 의해 가압된 제2 냉매를 상기 제2 압축부에 공급하고, 상기 제3 냉동 사이클 라인은 상기 제5 압축부에 의해 가압된 제3 냉매를 상기 제2 압축부에 공급하도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3 팽창 수단은 팽창 밸브 또는 팽창기일 수 있다.
또한, 상기 제2 및 제3 냉매는 동일한 종류의 냉매일 수 있다.
또한, 상기 제1 냉매는 메탄 냉매이고, 상기 제2 및 제3 냉매는 질소 냉매일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의한 재액화 시스템은 각 사이클에 채용되는 냉매가 모두 단일 냉매이며, 이의 결과로 액화공정에 있어 그 작동이 단순하고 신뢰성이 높다는 효과가 있다.
본 발명의 일 측면에 의한 재액화 시스템은 증발가스에 대한 액화 공정을 수행하는 냉동 사이클 라인에 가해지는 열역학적 부하를 저감시킬 수 있다는 효과가 있다.
본 발명의 일 측면에 의한 재액화 시스템은 제1 및 제2 냉동 사이클 라인을 통해서도 증발가스에 대한 추가적인 예냉 공정을 함으로써 증발가스의 액화 공정 효율을 증대시킬 수 있다는 효과가 있다.
본 발명의 일 측면에 의한 재액화 시스템은 종래의 액화공정 대비 동일한 용량의 압축기로 전체 액화 공정의 용량 증대를 가져올 수 있다는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 의한 재액화 시스템을 나타낸다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 의한 재액화 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 의한 재액화 시스템(100)은 각종 액화연료 운반선, 액화연료 RV(Regasification Vessel), 컨테이너선, 일반상선, LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등을 포함하는 선박에 구비될 수 있다.
재액화 시스템(100)은 저장탱크로부터 증발가스를 공급받아 과냉시키는 냉각라인(50), 제1 내지 제3 냉매가 순환하는 냉매순환라인, 냉각라인(50)과 냉매순환라인이 통과하도록 마련되어 증발가스와 제1 내지 제3 냉매를 열교환하는 열교환기(40)를 포함한다.
저장탱크에 저장된 액화가스는 액화상태로 저장할 수 있는 LNG(Liquefied Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), DME(Dimethylether), 에탄(Ethane) 중 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 저장탱크는 단열상태를 유지하면서 연료를 액화상태로 저장하는 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크 등을 포함할 수 있다. 저장탱크는 액화가스가 LNG일 경우 내부압력이 1bar를 유지하거나 연료공급조건을 고려해 그보다 높은 압력으로 유지할 수 있고, 액화상태 유지를 위해 내부온도가 ―163℃도 정도를 유지할 수 있다.
도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 재액화 시스템(100)은 기본적으로 세 개의 폐 루프 냉동사이클(closed loop refrigeration cycle)을 이용하여 증발가스를 액화 온도까지 단계적으로 냉각시켜 액화천연가스(LNG)를 생산하는 공정에 적용될 수 있다.
특히 단일 냉매(single-component refrigerant)를 각각 채용하는 3개의 냉동 사이클 라인(C1, C2, C3)을 이용하여 증발가스를 순차적으로 냉각시킬 수 있다.
즉, 냉매순환라인은 기체상태의 제1 냉매를 가압하는 압축기와 압축기에 의해 가압된 제1 냉매를 냉각하는 냉각기를 포함하는 제1압축부(20)와 제1 냉매를 감압하는 제1 팽창수단(61)을 포함하는 제1 냉동 사이클 라인(C1), 기체상태의 제2 냉매를 가압하는 압축기와 압축기에 의해 가압된 제2 냉매를 냉각하는 냉각기를 포함하는 제2압축부(30)와 제2냉매를 감압하는 제2 팽창수단(62)을 포함하는 제2 냉동 사이클 라인(C2) 및 기체상태의 제3 냉매를 가압하는 압축기와 압축기에 의해 가압된 제3 냉매를 냉각하는 냉각기를 포함하는 제2 압축부(30)와 제3 냉매를 감압하는 제3 팽창수단(63)을 포함하는 제3 냉동 사이클 라인(C3)을 포함한다.
이 때, 제1 및 제2 압축부(20, 30)는 직렬로 연결된 복수 개의 다단 압축기 (도면부호미표시)가 마련될 수 있다. 상술한 다단의 압축기를 이용하여 냉매를 압축하는 것이 압축기의 소요동력을 감소시킨다는 측면에서 바람직하기 때문이다.
이와 같이 압축기에서 압축되면서 온도가 상승한 증발가스를 냉각시키기 위해 제1 및 제2 압축부(20, 30)는 압축기와 교대로 배치된 냉각기(도면부호미표시)를 포함할 수 있다. 이러한 냉각기는 해수 등을 이용하는 수랭식 또는 공랭식 냉각기 중 어느 하나일 수 있다. 냉각기에서 냉각된 제1 내지 제3 냉매는, 상술한 제1 내지 제3 팽창수단(61, 62, 63)에 의해 감압된 제1 내지 제3 냉매와의 열교환을 통해 냉각될 수 있다.
이 때, 상술한 증발가스가 액화 및 과냉되는 과정은, 증발가스가 열교환기(40) 내부의 제1 열교환부(41)를 통과하는 냉각라인(50)을 지나면서 이루어진다.
이후, 가장 높은 끓는점을 가지는 제1 냉매를 채용한 제1 냉동 사이클 라인(C1)을 통해 증발가스를 제1 예냉(pre-cooling)시키고, 제2 냉매를 채용한 제2 냉동 사이클 라인(C2)을 통해 제1 예냉된 증발가스를 추가적으로 제2 예냉시키며, 상대적으로 낮은 끓는점을 가지는 제3 냉매를 채용한 제3 냉동 사이클 라인(C3)을 통해 제1 및 제2 예냉된 증발가스를 액화(liquefying)시키고, 액화된 증발가스를 과냉(sub-cooling)시킨다.
상술한 공정에 기초하여, 열교환기(40)는 제1 압축부(20)의 후단과 제1 팽창수단(61)의 전단 사이에 마련되어 제1 냉매를 냉각하는 제2 열교환부(42)와, 제1 팽창수단(61)의 후단에 마련되어 제1 팽창수단(61)에 의해 감압된 제1 냉매의 냉열을 전달하여 증발가스를 제1 예냉시키는 제3 열교환부(43)와, 제2 압축부(30)의 후단과 제2 팽창수단(62)의 전단 사이에 마련되어 제2 냉매를 냉각하는 제4 열교환부(44)와, 제2 팽창수단(62)의 후단에 마련되어 제2 팽창수단(62)에 의해 감압된 제2냉매의 냉열을 전달하여 증발가스를 제2 예냉시키는 제5 열교환부(45)와, 제2 압축부(30)의 후단과 제3 팽창수단(63)의 전단 사이에 마련되어 제3 냉매를 냉각하는 제6 열교환부(46)와, 제3팽창수단(63)의 후단에 마련되어 제3 팽창수단(63)에 의해 감압된 제3냉매의 냉열을 전달하여 증발가스가 액화 및 과냉될 수 있도록 제3냉매와 열교환시키는 제7 열교환부(47)를 포함한다.
여기서, 제1 내지 제3 팽창수단(61, 62, 63)에 의해 감압되어 팽창된 제1 내지 제3 냉매는 증발가스와 제1 및 제2 압축부(20, 30)에 의해 압축된 제1 내지 제3 냉매와의 열교환을 통해, 증발가스를 예냉시킬 뿐만 아니라 제1 내지 제3 냉매를 냉각시키고 응축시킨다. 보다 구체적으로, 제1 내지 제3 냉매는, 제1 및 제2 압축부(20, 30) 내 구비된 압축기(도면부호미표시)에 의해 압축된 후, 냉각기(도면부호미표시)에 의해 예냉되고, 예냉된 제1 내지 제3 냉매는 팽창된 제1 내지 제3 냉매와의 열교환을 통해 제2, 제4 및 제6 열교환부(42, 44, 46)를 통과하면서 냉각된 다음, 제1 내지 제3 팽창수단(61, 62, 63)으로 유입되어 감압 및 팽창된다.
이 때, 상술한 팽창은 일 팽창(work expanded)일 수 있으며, 이로써 상술한 팽창 과정에서 일정 일(work)이 발생하며, 이러한 일은 동일 사이클 또는 다른 사이클 내의 압축기를 구동할 수 있다. 또한 이러한 팽창 과정에서 제1 내지 제3 냉매는 추가로 냉각될 수 있다.
제1 내지 제3 팽창수단(61, 62, 63)은 팽창터빈이거나 또는 터보 팽창수단일 수 있으며, 팽창 밸브 또는 팽창기일 수 있다.
한편, 제2 및 제3 냉동 사이클 라인(C2, C3)은 입구 측 단부가 제2 압축부(30)의 후단 지점으로부터 분기하고, 출구 측 단부가 제2 압축부(30)의 전단 지점에서 합류하도록 마련된다. 즉, 재액화 시스템(100)은 제2 및 제3 냉동 사이클 라인(C2, C3)으로 분기된 냉매순환라인을 포함하고, 하나의 제2 압축부(30)를 사용하여 제5 및 제7 열교환부(45, 47)에서 증발가스를 냉각시킴으로써, 종래기술 대비 동일한 유량의 증발가스를 액화가스를 재액화시키는 데 필요한 에너지 소모를 상대적으로 저감시킬 수 있다.
제1 냉동 사이클 라인(C1)은 제3 열교환부(43)를 통과한 제1 냉매를 가압하는 제3 압축부(21)를 더 포함한다. 제3 열교환부(43)에서 증발가스와 열교환된 제1 냉매는 제3 압축부(21)에 의해 가압되고, 이후, 가압된 제1 냉매는 제1압축부(20)로 유입되며, 다시 위와 같은 과정이 반복된다.
마찬가지로, 제2 냉동 사이클 라인(C2)은 제5 열교환부(45)를 통과한 제2 냉매를 가압하는 제4 압축부(31)를 더 포함하고, 제3 냉동 사이클 라인(C3)은 제7 열교환부(47)를 통과한 제3 냉매를 가압하는 제5 압축부(32)를 더 포함한다. 제5 및 제7 열교환부(45, 47)에서 증발가스와 열교환된 제2 및 제3 냉매는 제4 및 제5 압축부(31, 32)에 의해 가압되고, 이후, 가압된 제2 및 제3 냉매는 제2 및 제3 냉동 사이클 라인(C2, C3) 내에서 제2 압축부(30)의 전단 지점에서 합류함으로써 제2 압축부(30)로 유입되며, 다시 위와 같은 과정이 반복된다.
이로써, 제1 냉동사이클 라인(C1)은 제3 압축부(21)에 의해 가압된 제1 냉매를 제1 압축부(20)에 공급하고, 제2 및 제3 냉동 사이클 라인(C2, C3)은 제4 및 제5 압축부(31, 32)에 의해 가압된 제2 및 제3 냉매를 제2 압축부(30)에 공급하도록 마련될 수 있다.
상술한 냉동 사이클에 있어 제1 내지 제3 냉매를 압축하고 냉각하는 단계는 도 1에서 도시하고 있는 것과 같이 반복적으로 2회이상으로 진행될 수 있다. 즉, 제1 냉매 및 제2 냉매와 제3 냉매가 제1 및 제2 압축부(20, 30) 내 압축기에 의해 압축되고 냉각기에 의해 냉각된 다음, 반복적으로 별도의 압축기에 의해 재압축되고 별도의 냉각기에 의해 재냉각될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의한 제1 내지 제3 냉동 사이클 라인(C1, C2, C3)은 기본적으로 역 브레이튼 사이클(Reverse Brayton Cycle)이라 불리는 시스템 원리를 바탕으로, 냉매가 압축-팽창의 단계를 연속적으로 거치도록 구성되며, 팽창 단계에서 발생하는 냉매의 냉열과 증발가스와의 열교환을 통해 증발가스를 냉각시킨다. 그리고 제1 내지 제3 냉동 사이클 라인(C1, C2, C3)에 대한 이외의 내용은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 파악할 수 있는 것이므로, 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
한편, 열교환기(40) 내부의 상술한 제3, 제5 및 제7 열교환부(43, 45, 47)에는 3개의 냉동 사이클 라인(C1, C2, C3)을 통해 감압되어 팽창된 제1 내지 제3 냉매가 각각 유입된다.
참고로 본 명세서에서 하나의 제1 냉동사이클 라인(C1)이 다른 제2 및 제3 냉동 사이클 라인(C2, C3)과 독립되어 있으나, 두 냉동 사이클의 제1 내지 제3냉매 사이에 열교환은 가능하도록 마련된다. 예를 들어 본 발명의 일 측면에 있어 독립된 2개의 냉동 사이클 라인에 적용되는 제1 냉매와 제2 냉매 및 제3 냉매 사이에 상호 열교환이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의한 액화시스템에 있어서, 각 냉동 사이클 라인(C1, C2, C3)에 채용되는 제1 내지 제3 냉매는 모두 단일 냉매다. 이에 따라 액화공정에 있어 그 작동이 단순하고 신뢰성이 높다는 장점이 있다.
또한, 종래의 액화공정의 경우에는 냉각사이클에서 증발가스가 냉각될 뿐만 아니라, 증발가스를 액화하고 과냉하는 혼합 냉매도 냉각되어야 한다. 그리고 종래의 공정에서는 상기 액화 및 과냉을 담당하는 한 개의 냉동 사이클에 가해지는 열역학적 부하가 커질 수밖에 없으며, 이는 사이클에 채용되는 압축기의 대형화를 가져온다. 이의 결과로 종래의 액화공정의 경우 압축기 성능에 따라 전체 액화공정의 용량(capacity)이 제한된다는 문제가 초래된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 의한 액화공정에서는 하나의 제2 압축부(30)로부터 압축된 사이클 라인이 제2 및 제3 냉동 사이클 라인(C2, C3)으로 분기되어 있고, 제2 냉동 사이클 라인(C2)은 제1 냉동사이클 라인(C1)에 의해 제1 예냉된 증발가스를 2차적으로 제2 예냉할 수 있도록 마련되어 있다.
이에 따라, 제3 냉동 사이클 라인(C3)는 증발가스에 대한 예냉 공정을 생략할 수 있어 제3 냉동 사이클 라인(C3)이 증발가스를 액화 및 과냉시키는데 필요한 열역학적 부하가 감소될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 액화공정은 동일한 용량의 압축기만으로도 종래의 액화공정에 비해 전체 용량을 증대시킬 수 있어, 이러한 점은 결국 전체 액화 공정의 용량 증대를 의미하기도 하다.
여기서, 제2 및 제3 냉매는 동일한 종류의 냉매일 수 있으며, 예컨대, 제1 냉동 사이클 라인(C1)의 제1 냉매는 메탄 냉매이고, 제2 및 제3 냉동 사이클 라인(C2, C3)의 제2 및 제3 냉매는 질소 냉매일 수 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
20: 제1 압축부
21: 제3 압축부
30: 제2 압축부
31: 제4 압축부
32: 제5 압축부
40: 열교환기
41: 제1 열교환부
42: 제2 열교환부
43: 제3 열교환부
44: 제4 열교환부
45: 제5 열교환부
46: 제6 열교환부
47: 제7 열교환부
50: 냉각라인
61: 제1 팽창수단
62: 제2 팽창수단
63: 제3 팽창수단
100: 재액화시스템
C1: 제1 냉동 사이클 라인
C2: 제2 냉동 사이클 라인
C3: 제3 냉동 사이클 라인

Claims (6)

  1. 증발가스를 공급받아 과냉시키는 냉각라인;
    제1 내지 제3 냉매가 순환하는 냉매순환라인; 및
    상기 냉각라인과 상기 냉매순환라인이 통과하도록 마련되어 상기 증발가스와 상기 제1 내지 제3 냉매를 열교환하는 열교환기;를 포함하고,
    상기 냉매순환라인은
    기체상태의 제1 냉매를 가압하는 압축기와 상기 압축기에 의해 가압된 제1 냉매를 냉각하는 냉각기를 포함하는 제1 압축부와, 상기 제1 냉매를 감압하는 제1 팽창수단을 포함하는 제1 냉동 사이클 라인;
    기체상태의 제2 냉매를 가압하는 압축기와 상기 압축기에 의해 가압된 제2 냉매를 냉각하는 냉각기를 포함하는 제2 압축부와, 상기 제2냉매를 감압하는 제2 팽창수단을 포함하는 제2 냉동 사이클 라인; 및
    기체상태의 제3 냉매를 가압하는 압축기와 상기 압축기에 의해 가압된 제3 냉매를 냉각하는 냉각기를 포함하는 제2 압축부와, 상기 제3 냉매를 감압하는 제3 팽창수단을 포함하는 제3 냉동 사이클 라인;을 포함하고,
    상기 열교환기는
    상기 증발가스를 액화 및 과냉시키는 제1 열교환부와, 상기 제1 압축부의 후단과 상기 제1 팽창수단의 전단 사이에 마련되어 제1 냉매를 냉각하는 제2 열교환부와, 상기 제1 팽창수단의 후단에 마련되어 제1 팽창수단에 의해 감압된 제1 냉매의 냉열을 전달하여 상기 증발가스를 제1 예냉시키는 제3 열교환부와, 상기 제2 압축부의 후단과 상기 제2 팽창수단의 전단 사이에 마련되어 제2 냉매를 냉각하는 제4 열교환부와, 상기 제2 팽창수단의 후단에 마련되어 제2 팽창수단에 의해 감압된 제2냉매의 냉열을 전달하여 상기 증발가스를 제2 예냉시키는 제5 열교환부와, 상기 제2 압축부의 후단과 상기 제3 팽창수단의 전단 사이에 마련되어 제3 냉매를 냉각하는 제6 열교환부와, 상기 제3팽창수단의 후단에 마련되어 제3 팽창수단에 의해 감압된 제3냉매의 냉열을 전달하여 상기 증발가스가 액화 및 과냉될 수 있도록 상기 제3냉매와 열교환시키는 제7 열교환부를 포함하고,
    상기 제2 및 제3 냉동 사이클 라인은
    입구 측 단부가 상기 제2 압축부의 후단 지점으로부터 분기하고, 출구 측 단부가 상기 제2 압축부의 전단 지점에서 합류하도록 마련되고,
    상기 제2 냉동 사이클 라인은
    상기 제1 냉동사이클 라인을 통해 제1 예냉된 증발가스를 상기 제5 열교환부에 의해 2차적으로 제2 예냉할 수 있도록 마련되고,
    상기 제3 냉동 사이클 라인은
    상기 제2 냉동사이클 라인을 통해 제2 예냉된 증발가스를 상기 제7 열교환부에 의해 액화 및 과냉할 수 있도록 마련되는 재액화시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 냉동 사이클 라인은 상기 제3 열교환부를 통과한 제1 냉매를 가압하는 제3 압축부를 더 포함하고,
    상기 제2 냉동 사이클 라인은 상기 제5 열교환부를 통과한 제2 냉매를 가압하는 제4 압축부를 더 포함하고,
    상기 제3 냉동 사이클 라인은 상기 제7 열교환부를 통과한 제3 냉매를 가압하는 제5 압축부를 더 포함하는 재액화시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 냉동사이클 라인은 상기 제3 압축부에 의해 가압된 제1 냉매를 상기 제1 압축부에 공급하고,
    상기 제2 냉동 사이클 라인은 상기 제4 압축부에 의해 가압된 제2 냉매를 상기 제2 압축부에 공급하고,
    상기 제3 냉동 사이클 라인은 상기 제5 압축부에 의해 가압된 제3 냉매를 상기 제2 압축부에 공급하도록 마련되는 재액화시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 팽창 수단은 팽창 밸브 또는 팽창기인 재액화시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 및 제3 냉매는 동일한 종류의 냉매인 재액화시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 냉매는 메탄 냉매이고, 상기 제2 및 제3 냉매는 질소 냉매인 재액화시스템.






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