KR102120547B1 - 가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 재기화 시스템은, 액화가스를 재기화하여 수요처로 공급하는 재기화 공급라인; 상기 재기화 공급라인 상에 마련되는 제1 열교환기와 제2 열교환기; 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기에 상기 액화가스를 재기화시키는 열매체를 공급하는 열원 순환라인; 상기 열매체와 해수를 열교환시켜 상기 열매체를 제2 열교환기로 공급하는 제1 해수열교환기; 상기 제2 열교환기에서 배출되는 열매체를 해수와 열교환시켜 상기 제1 열교환기로 공급하는 제2 해수열교환기; 및 상기 열원 순환라인 상에 상기 제2 해수열교환기와 상기 제1 열교환기 사이에 마련되며, 상기 열매체를 액상에서 적어도 일부 기상으로 변환시키는 조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박{Regasification System of Gas and Ship having the Same}
본 발명은 가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박에 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℃ 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 일반적 이어서, 액상으로 저장 및 운송되는 액화천연가스는 재기화되어야 할 필요가 있는 바 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 -160℃에 가까운 극저온 상태에 놓여있고 다량의 액화천연가스를 재기화하여야 함으로써 재기화 설비가 차지하는 공간이 매우크고 가격이 비싸며 설계가 쉽지 않은 문제점이 있다.
따라서 최근에는 액상으로 저장되어 있는 액화천연가스를 재기화하는 과정에서, 각종 구성들을 안정적으로 가동함과 동시에 에너지를 최적화하고 재기화 설비를 간소화하는 방향으로 많은 연구 및 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 종래의 기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 시스템의 크기를 축소하고 에너지를 최적화하여 구축 비용을 절감할 수 있는 가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 재기화 시스템은, 액화가스를 재기화하여 수요처로 공급하는 재기화 공급라인; 상기 재기화 공급라인 상에 마련되는 제1 열교환기와 제2 열교환기; 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기에 상기 액화가스를 재기화시키는 열매체를 공급하는 열원 순환라인; 상기 열매체와 해수를 열교환시켜 상기 열매체를 제2 열교환기로 공급하는 제1 해수열교환기; 상기 제2 열교환기에서 배출되는 열매체를 해수와 열교환시켜 상기 제1 열교환기로 공급하는 제2 해수열교환기; 및 상기 열원 순환라인 상에 상기 제2 해수열교환기와 상기 제1 열교환기 사이에 마련되며, 상기 열매체를 액상에서 적어도 일부 기상으로 변환시키는 조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 제1 및 제2 해수열교환기는, 상기 열매체를 모두 액상의 상태를 유지한 상태에서 해수와 열교환시키고, 상기 조절밸브는, 상기 제2 해수열교환기에서 배출되는 액상의 열매체를 공급받아 기상으로 변환시켜 상기 제1 열교환기로 공급할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 해수열교환기는, 단일한 상의 유체를 처리하는 열교환기일 수 있다.
구체적으로, 상기 열원순환라인은, 상기 열매체의 흐름을 기준으로 상기 제1 해수열교환기, 상기 제2 열교환기, 상기 제2 해수열교환기, 상기 조절밸브 및 상기 제1 열교환기 순으로 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 재기화 공급라인은, 상기 액화가스의 흐름을 기준으로 상기 제1 열교환기 및 상기 제2 열교환기 순으로 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 열교환기는, 기화기이며, 상기 제2 열교환기는, 트림 히터이고, 상기 조절밸브는, 감압밸브일 수 있다.
구체적으로, 상기 열원 순환라인 상에 구비되어 상기 열매체를 순환시키는 열원 펌프; 및 상기 열원 순환라인 상에 상기 열원 펌프 상류에 구비되어 상기 열매체를 임시 저장하는 버퍼 탱크를 더 포함하고, 상기 열원 펌프는, 상기 버퍼 탱크로부터 액상의 열매체만을 공급받아 상기 제1 해수열교환기로 공급할 수 있다.
구체적으로, 상기 재기화 공급라인 상에 구비되며, 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 배출시키는 피딩 펌프; 상기 재기화 공급라인 상의 상기 피딩 펌프 하류에 구비되며, 상기 피딩 펌프로부터 공급되는 액화가스를 임시저장하는 임시 저장탱크; 및 상기 재기화 공급라인 상에 상기 제1 열교환기와 상기 임시 저장탱크 사이에 구비되며, 상기 임시 저장탱크로부터 공급되는 액화가스를 상기 제1 열교환기로 공급하는 부스팅 펌프를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열매체는, 상변화 물질일 수 있다.
구체적으로, 상기 열매체는, 비폭발성 상변화물질 또는 프로판일 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 재기화 시스템을 구비하는 선박일 수 있다.
본 발명에 따른 가스 재기화 시스템은, 트림 히터의 하류에 구비되는 제2 해수 열교환기 이후에 감압밸브를 구축함으로써, 제2 해수 열교환기를 단상 열교환기로 사용하는 효과가 있고, 이로 인해 제2 해수 열교환기의 크기가 감소하고 비용이 줄어들며 열매 순환라인의 배관 직경을 축소하여 설비의 크기 및 비용이 감소되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 가스 재기화 시스템은, 열매 순환 펌프의 하류에 배치되는 단상인 제1 해수 열교환기의 하류에서 열매 순환라인이 분기되어 이상인 제2 해수 열교환기와 트림히터로 열매를 공급하도록 함으로써, 이상인 제2 해수 열교환기의 열용량을 감소시키는 효과가 있고, 이로 인해 고비용인 제2 해수 열교환기의 크기 및 비용을 감소시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템을 구비한 선박의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가스 재기화 시스템의 조절밸브에서 상변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가스 재기화 시스템의 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 예시적으로 LNG(Liquefied Natural Gas)를 의미할 수 있고, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다.
또한, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 자연 기화된 LNG 등인 BOG(Boil Off Gas)를 의미하며, 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
액화가스는 액체 상태, 기체 상태, 액체와 기체 혼합 상태, 과냉 상태, 초임계 상태 등과 같이 상태 변화와 무관하게 지칭될 수 있으며, 증발가스 역시 마찬가지임을 알려 둔다. 또한 본 발명은 처리 대상이 액화가스로 한정되지 않고, 액화가스 처리 시스템 및/또는 증발가스 처리 시스템일 수 있고, 하기 실시할 각 도면의 시스템은 서로 적용될 수 있음은 자명하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템을 구비한 선박의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템을 구비한 선박(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 재기화 장치(20), 액화가스 공급장치(30)를 포함한다.
가스 재기화 시스템을 구비한 선박(1)은, 선체(1a) 내부에 액화가스 저장탱크(10)를 구비하고, 선체(1a) 상에 재기화장치(20) 및 액화가스 공급장치(30)를 가질 수 있다.
여기서 재기화 장치(20)는, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 재기화 시스템(2)을 수용하고 있으며, 일례로 선수부 측 상갑판 상에 구비되는 것으로 되어 있으나, 이는 일례에 불과하며 선수 중앙에도 배치될 수 있다.
또한 액화가스 공급장치(30)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 처리하여 추진엔진(E)에 공급함으로써 샤프트(S)를 구동시켜 프로펠러(P)를 통해 선박(1)에 추진력을 발생시키도록 하는 장치이며, 일례로 선체 중앙측 상갑판 상에 구비될 수 있다.
가스 재기화 시스템(2)은, 도 2에 도시된 바와 같이 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 피딩 펌프(21)를 통해서 배출시키고, 배출된 액화가스를 임시저장탱크(22)를 거쳐 부스팅 펌프(23)로 공급한 후, 부스팅 펌프(23)에서 수요처(40)가 요구하는 압력으로 가압한 상태로 열교환기(24)로 공급하여 재기화시킨 후 수요처(40)로 공급하게 된다.
하기에서는, 재기화 장치(20)에 수용된 가스 재기화 시스템(2)의 각 실시예에 대해서 도 3 및 도 5를 토대로 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가스 재기화 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 피딩 펌프(21), 임시저장탱크(22), 부스팅 펌프(23), 열교환기(24a) 및 수요처(40)를 포함한다.
이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(2)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(2)의 개별적인 구성을 기술하기에 앞서, 개별적인 구성들을 유기적으로 연결하는 기본적인 유로들에 대해서 설명하기로 한다. 여기서 유로는 유체가 흐르는 통로로 라인(Line)일 수 있으며 이에 한정되지 않고 유체가 유동하는 구성이면 모두 가능하다.
본 발명의 실시예에서는, 재기화 공급라인(L1), 열원 순환라인(L2a), 제1 해수 공급라인(L3a), 제2 해수 공급라인(L4a)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스 또는 액화가스의 공급량이 제어될 수 있다.
재기화 공급라인(L1)은, 액화가스 저장탱크(10)와 수요처(40)를 연결하고 부스팅 펌프(23) 및 열교환기(24)를 경유하며, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 부스팅 펌프(23) 및 열교환기(24a)에서 처리하여 수요처(40)로 공급되도록 한다.
즉, 재기화 공급라인(L1)은, 액화가스를 재기화하여 수요처(40)로 공급한다.
열원 순환라인(L2a)은, 제1 및 제2 열교환기(241a,242a)와 제1 및 제2 해수 열교환기(245a, 246a)를 순환하도록 연결되며, 제1 및 제2 열교환기(241a,242a)와 제1 및 제2 해수 열교환기(245a, 246a), 버퍼탱크(243a), 열원 펌프(244a), 조절밸브(247a)를 구비하고, 상변화 물질인 열매체가 상기 제1 및 제2 열교환기(241a,242a)와 제1 및 제2 해수 열교환기(245a, 246a), 버퍼탱크(243a), 열원 펌프(244a), 조절밸브(247a)를 순환하도록 형성된다.
여기서 열원 순환라인(L2a)은, 제1 및 제2 열교환기(241a,242a)에 열매체를 공급할 수 있다.
제1 해수 공급라인(L3a)은, 제1 해수열교환기(245a)와 연결되어 제1 해수열교환기(245a)에 해수를 공급함으로써 해수와 열매체가 열교환되어 해수의 열원을 열매체에 공급되도록 할 수 있다.
제2 해수 공급라인(L4a)은, 제2 해수열교환기(246a)와 연결되어 제2 해수열교환기(246a)에 해수를 공급함으로써 해수와 열매체가 열교환되어 해수의 열원을 열매체에 공급되도록 할 수 있다.
이하에서는 상기 설명한 각 라인들(L1~L4a)에 의해 유기적으로 형성되어 가스 재기화 시스템(2)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 액상의 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는, 약 1bar 내외의 압력으로 액화가스를 저장할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는, 액화가스 저장탱크(10)의 외부로 배출된 후 열교환기(24)에 의해 기화되어 수요처(40)로 전달될 수 있다.
여기서 수요처(40)는, 에너지를 생산하는 엔진이나 터빈 등이거나 또는 도시가스 및 일반가정일 수 있지만 특별히 한정되지 않으며, 수요처(40)에는 액화가스가 열교환기(24)에 의해 기화된 상태로 전달될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 복수 개로 마련될 수 있고, 선체(1a) 내부에 나란히 배열될 수 있다. 일례로 도 1과 같이 선체(1a) 내부에 적어도 4개의 액화가스 저장탱크(10)가 일정한 방향(전후 방향)으로 배치될 수 있지만, 액화가스 저장탱크(10)의 개수나 배치를 위와 같이 한정하는 것은 아니다.
피딩 펌프(21)는, 액화가스 저장탱크(10) 내부에 저장된 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)의 외부로 배출시키는데, 이때, 피딩 펌프(21)에 의하여 액화가스가 다소 가압될 수 있지만 피딩 펌프(21)에 의한 가압은 수요처(40)의 요구 압력까지 이루어지진 않을 수 있다. 따라서, 피딩 펌프(21)에 의해 가압된 액화가스의 압력과 수요처(40)의 요구 압력의 차이만큼 후술할 부스팅 펌프(23)가 액화가스를 가압하게 된다.
피딩 펌프(21)는, 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 일례로 원심형 펌프로 구성될 수 있으며, 또는 내부에 잠형으로 형성될 수 있다.
피딩 펌프(21)에서 수요처(40)까지는 액화가스 공급라인(L1)이 마련될 수 있으며, 액화가스 공급라인(L1)은 제1 내지 제3 트레인을 형성하기 위해 병렬로 3개 형성될 수 있다.
피딩 펌프(21)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 6 내지 8bar로 가압하여 임시저장탱크(22)로 공급할 수 있다. 여기서 피딩 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도가 다소 높아질 수 있으며, 가압된 액화가스는 여전히 액체상태일 수 있다.
임시저장탱크(22)는, 재기화 공급라인(L1) 상에 구비되어 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받아 임시저장할 수 있다.
구체적으로, 임시저장탱크(22)는, 재기화 공급라인(L1)을 통해 피딩 펌프(21)로부터 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 공급받을 수 있고, 공급받은 액화가스를 임시 저장함으로써 액화가스를 액상과 기상으로 분리할 수 있으며, 분리된 액상은 부스팅 펌프(23)로 공급될 수 있다.
즉, 임시저장탱크(22)는, 액화가스를 임시 저장하여 액상과 기상을 분리한 후 완전한 액상을 부스팅 펌프(23)로 공급하여, 부스팅 펌프(23)가 유효흡입수두(NPSH)를 만족하도록 하며, 이로 인해 부스팅 펌프(23)에서의 공동현상(Cavitation)을 방지할 수 있도록 한다.
부스팅 펌프(23)는, 피딩 펌프(21)에서 배출되는 액화가스, 구체적으로는 임시저장탱크(22)에서 공급되는 액화가스를 가압한다.
구체적으로, 부스팅 펌프(21)는, 재기화 공급라인(L1) 상에 임시저장탱크(22)와 열교환기(24a) 사이에 구비될 수 있으며, 피딩 펌프(21)로부터 공급받은 액화가스 또는 임시저장탱크(22)로부터 공급받은 액화가스를 50 내지 120bar로 가압하여 열교환기(24a)로 공급할 수 있다.
부스팅 펌프(23)에서 가압된 액화가스는, 수요처(40)의 요구 압력 이상일 수 있으며 원심형 펌프로 구성될 수 있고, 부스팅 펌프(23)와 수요처(40) 사이에는 액화가스를 추가로 가압하는 수단이 없을 수 있다.
열교환기(24a)는, 재기화 공급라인(L1) 상에 마련되는 제1 열교환기(241a)와 제2 열교환기(242a)로 구성되며, 열원 순환라인(L2a)을 통해서 열매체를 공급받아 액화가스를 재기화시켜 수요처(40)로 공급한다. 여기서 열매체는, 상변화물질로 일례로 프로판 또는 비폭발성 상변화물질일 수 있다.
열교환기(24a)는, 열원 순환라인(L2a), 버퍼탱크(243a), 열원 펌프(244a), 제1 해수열교환기(245a), 제2 해수열교환기(246a) 및 조절밸브(247a)를 포함할 수 있다.
제1 열교환기(241a)와 제2 열교환기(242a)는, 재기화 공급라인(L1) 상에 구비되며, 열원 순환라인(L2a)으로부터 열매체를 공급받아 액화가스를 재기화시킨다.
여기서, 재기화 공급라인(L1)은, 액화가스의 흐름을 기준으로 제1 열교환기(241a)와 제2 열교환기(242a) 순으로 배치할 수 있으며, 제1 열교환기(241a)는 기화기이고, 제2 열교환기(242a)는 트림히터일 수 있다.
열원 순환라인(L2a)은, 제1 열교환기(241a)와 제2 열교환기(242a)에 액화가스를 재기화시키는 열매체를 공급하며, 버퍼탱크(243a), 열원 펌프(244a), 제1 해수열교환기(245a)와 제2 해수열교환기(246a) 및 조절밸브(247a)를 구비할 수 있다.
여기서 열원 순환라인(L2a)은, 열매체의 흐름을 기준으로 제1 해수열교환기(245a), 제2 열교환기(242a), 제2 해수열교환기(246a), 조절밸브(247a), 제1 열교환기(241a), 버퍼탱크(243a), 열원 펌프(244a) 순으로 배치할 수 있다.
버퍼탱크(243a)는, 열원 순환라인(L2a) 상에 열원 펌프(244a)의 상류에 마련되어 열매체를 임시 저장할 수 있다.
구체적으로 버퍼 탱크(243a)는, 열원 순환라인(L2a) 상에 열원 펌프(244a)와 제1 열교환기(241a) 사이에 배치되며, 제1 열교환기(241a)로부터 공급되는 열매체를 임시 저장함으로써, 밀폐계인 열원 순환라인(L2a) 내부의 순환이 이루어질 수 있도록 압력을 유지시킬 수 있으며, 또한, 액상의 성분만 열원 펌프(244a)로 공급함으로써, 열원 펌프(244a)의 캐비테이션을 방지할 수 있다.
열원 펌프(244a)는, 열원 순환라인(L2a) 상에 마련되어, 열매체를 순환시킬 수 있다.
구체적으로, 열원 펌프(244a)는, 열원 순환라인(L2a) 상의 버퍼 탱크(243a)와 제1 해수 열교환기(245a) 사이에 배치될 수 있으며, 버퍼탱크(243a)로부터 액상의 열매체만을 공급받아 제1 해수열교환기(245a)로 공급할 수 있다.
제1 해수열교환기(245a)와 제2 해수열교환기(246a)는, 열원 순환라인(L2a) 상에 마련되어, 해수와 열매체를 열교환시킴으로써 해수로부터 열매체로 열원이 공급되도록 한다.
여기서 제1 해수열교환기(245a)와 제2 해수열교환기(246a)는, 열매체를 모두 액상의 상태를 유지한 상태에서 해수와 열교환시킬 수 있다. 즉, 제1 해수열교환기(245a)와 제2 해수열교환기(246a)는, 모두 단일한 상의 유체를 처리할 수 있다.
제1 해수열교환기(245a)는, 열매체와 해수를 열교환시켜 열매체를 제2 열교환기(242a)로 공급할 수 있고, 제2 해수열교환기(246a)는, 제2 열교환기(242a)에서 배출되는 열매체를 해수와 열교환시킬 수 있다.
즉, 제2 해수열교환기(246a)는, 열원 순환라인(L2a) 상에 조절밸브(247a)보다 상류에 위치함으로써, 기상과 액상이 혼재하는 이상의 유체를 처리하는 것이 아닌 액상만이 존재하는 유체를 처리하도록 구성된다.
기상을 처리하는 열교환기의 경우 기상이 액상보다 부피가 크므로 동일한 열용량을 처리하기 위해서 유량이 많이 필요하여 열교환기가 병렬로 복수 개 필요한 단점이 있었고 그에 따라 크기도 커지며 구축 비용도 증대되었다.
이러한 단점을 해결하고 동일한 효과를 내기 위해서 본 발명에서는 상기 기술한 바와 같이 제2 해수열교환기(246a) 하류에 조절밸브(247a)를 구축하여 제2 해수열교환기(246a)가 액상만이 존재하는 유체를 처리하도록 구성시켰고, 이로 인해 열교환기의 크기를 축소시킬 수 있고 구축비용을 절감할 수 있다.
또한, 이로 인해 열원 순환라인(L2a) 상에 직경이 큰 기상의 열매체가 유동하는 구간을 줄일 수 있어 전체적인 설비의 크기를 줄일 수 있고 전체적인 구축 비용을 절감할 수 있다.
조절밸브(247a)는, 열원 순환라인(L2a) 상에 제1 열교환기(241a)와 제2 열교환기(242a) 사이에 마련되며, 열매체를 액상에서 적어도 일부 기상으로 변환시킨다. 여기서 조절밸브(247a)는 감압밸브일 수 있다.
구체적으로, 조절밸브(247a)는, 열원 순환라인(L2a) 상에 제1 열교환기(241a)와 제2 해수열교환기(246a) 사이에 형성되며, 제2 해수열교환기(246a)에서 배출되는 액상의 열매체를 공급받아 적어도 일부 기상으로 변환시켜 제1 열교환기(241a)로 공급할 수 있다.
구체적으로 도 4에 도시된 그래프를 함께 보며 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가스 재기화 시스템의 조절밸브에서 상변화를 나타낸 그래프이다.
도 4에서 가로축은 엔탈피를 나타내고 세로축은 압력을 나타내며, A1은 액상 영역, A2는 액상과 기상이 혼합되어 있는 2phase 영역, A3은 기상 영역을 나타낸다.
조절밸브(247a)는, 제2 해수열교환기(246a)에서 배출되는 액상의 열매체를 공급받아 감압시켜 기상으로 변환시킨다.
이를 도 4에서 보면 B1 위치에 해당되는 제2 해수열교환기(246a)에서 배출되는 액상의 열매체를 감압시킴으로써 B1에서 B2로 수직하게 이동시키게 되고 그로 인해 감압된 열매체의 상태는 2Phase 영역인 A2 영역으로 들어가게 되어 적어도 일부 기상으로 변환(B2)하게 된다.
즉, 본 발명에서는 조절밸브(247a)를 제2 해수열교환기(246a)의 상류가 아닌 하류에 배치함으로써, 제2 해수열교환기(246a)가 단일상인 액상만을 처리할 수 있어 크기를 축소시킬 수 있고 구축비용을 절감되는 효과가 있다.
수요처(40)는, 열교환기(24a)에 의해 재기화된 액화가스를 공급받아 소비할 수 있다. 여기서 수요처(40)는, 액화가스를 재기화시켜 기상의 액화가스를 공급받아 사용할 수 있으며, 육상에 설치되는 육상 터미널(shore) 또는 해상에 부유되어 설치되는 해상 터미널일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 가스 재기화 시스템(2)은, 열원 순환라인(L2a) 상에서 트림 히터(242a)의 하류에 구비되는 제2 해수 열교환기(246a) 이후에 감압밸브(247a)를 구축함으로써, 제2 해수 열교환기(246a)를 단상 열교환기로 사용하는 효과가 있고, 이로 인해 제2 해수 열교환기(246a)의 크기가 감소하고 비용이 줄어들며 열원 순환라인(L2a)의 배관 직경을 축소하여 설비의 크기 및 비용이 감소되는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 피딩 펌프(21), 임시저장탱크(22), 부스팅 펌프(23), 열교환기(24b), 및 수요처(40)를 포함한다.
여기서 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(2)은, 제1 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(2)에서와 달리 열교환기(24b)의 구조에 변화가 있다. 이에 따른 상세한 내용은 후술하도록 한다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(2)에서 열교환기(24b) 외의 구성은 제1 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(2)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용할 수 있으나 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템(2)을 설명하도록 하며, 열교환기(24b)에 대해서 중점적으로 설명하도록 한다.
열교환기(24b)는, 재기화 공급라인(L1) 상에 마련되는 제1 열교환기(241b)와 제2 열교환기(242b)로 구성되며, 열원 순환라인(L2b)을 통해서 열매체를 공급받아 액화가스를 재기화시켜 수요처(40)로 공급한다. 여기서 열매체는, 상변화물질로 일례로 프로판 또는 비폭발성 상변화물질일 수 있다.
열교환기(24b)는, 열원 순환라인(L2b), 버퍼탱크(243b), 열원 펌프(244b), 제1 해수열교환기(245b), 제2 해수열교환기(246b) 및 조절밸브(247b)를 포함할 수 있다.
제1 열교환기(241b)와 제2 열교환기(242b)는, 재기화 공급라인(L1) 상에 구비되며, 열원 순환라인(L2b)으로부터 열매체를 공급받아 액화가스를 재기화시킨다.
여기서, 재기화 공급라인(L1)은, 액화가스의 흐름을 기준으로 제1 열교환기(241b)와 제2 열교환기(242b) 순으로 배치할 수 있으며, 제1 열교환기(241b)는 기화기이고, 제2 열교환기(242b)는 트림히터일 수 있다.
열원 순환라인(L2b)은, 제1 열교환기(241b)와 제2 열교환기(242b)에 액화가스를 재기화시키는 열매체를 공급하며, 버퍼탱크(243b), 열원 펌프(244b), 제1 해수열교환기(245b)와 제2 해수열교환기(246b) 및 조절밸브(247b)를 구비할 수 있다.
여기서 열원 순환라인(L2b)은, 열매체의 흐름을 기준으로 제1 해수열교환기(245a) 하류에서 제1 분기라인(L5) 및 제2 분기라인(L6)으로 분기되며, 제1 분기라인(L5) 및 제2 분기라인(L6)은, 각각 제2 해수열교환기(246b) 및 제2 열교환기(242b)와 연결된 후 버퍼탱크(243b)의 상류에서 합류되도록 형성된다.
제1 분기라인(L5)은, 열원 순환라인(L2b) 상에 열매체의 흐름을 기준으로 제1 해수열교환기(245a) 하류에서 분기되어 제2 해수열교환기(246b)와 연결되며, 조절밸브(247b) 및 제1 열교환기(241b)를 구비할 수 있다.
제1 분기라인(L5)은, 제1 해수열교환기(245a)로부터 공급되는 액상의 열매체를 조절밸브(247b)를 통해 감압시켜 적어도 일부 기상으로 변환하여 제2 해수열교환기(246b)로 공급한 후 제1 열교환기(241b)로 공급할 수 있다.
제2 분기라인(L6)은, 열원 순환라인(L2b) 상에 열매체의 흐름을 기준으로 제1 해수열교환기(245a) 하류에서 분기되어 제2 열교환기(242b)와 연결될 수 있으며, 제1 분기라인(L5)과 병렬로 형성될 수 있다.
제2 분기라인(L6)은, 제1 해수열교환기(245a)로부터 공급되는 액상의 열매체를 제2 열교환기(242b)로 공급할 수 있다.
열원 순환라인(L2b)은, 열매체의 흐름을 기준으로 열원 펌프(244a), 제1 해수열교환기(245b)순으로 배치된 후, 제1 분기라인(L5)과 제2 분기라인(L6)으로 분기되고, 제1 분기라인(L5)에서는, 조절밸브(247b), 제2 해수열교환기(246b) 및 제1 열교환기(241b) 순으로 배치되고 제2 분기라인(L6)에서는 제2 열교환기(242b)가 배치되어 제1 분기라인(L5)과 병렬로 형성되며, 다시 제1 분기라인(L5)과 제2 분기라인(L6)이 합류된 후 버퍼탱크(243b), 열원 펌프(244a) 순으로 배치할 수 있다.
버퍼탱크(243b)는, 열원 순환라인(L2b) 상에 열원 펌프(244b)의 상류에 마련되어 열매체를 임시 저장할 수 있다.
구체적으로 버퍼 탱크(243b)는, 열원 순환라인(L2b) 상에 열원 펌프(244b)와 제1 분기라인(L5)과 제2 분기라인(L6)이 합류된 지점 사이에 배치되며, 제1 열교환기(241b)로부터 공급되는 열매체와 제2 열교환기(242b)로부터 공급되는 열매체를 임시 저장함으로써, 밀폐계인 열원 순환라인(L2b) 내부의 순환이 이루어질 수 있도록 압력을 유지시킬 수 있으며, 또한, 액상의 성분만 열원 펌프(244b)로 공급함으로써, 열원 펌프(244b)의 캐비테이션을 방지할 수 있다.
열원 펌프(244b)는, 열원 순환라인(L2b) 상에 마련되어, 열매체를 순환시킬 수 있다.
구체적으로, 열원 펌프(244b)는, 열원 순환라인(L2b) 상의 버퍼 탱크(243b)와 제1 해수 열교환기(245b) 사이에 배치될 수 있으며, 버퍼탱크(243b)로부터 액상의 열매체만을 공급받아 제1 해수열교환기(245b)로 공급할 수 있다.
제1 해수열교환기(245b)와 제2 해수열교환기(246b)는, 열원 순환라인(L2b) 상에 마련되어, 해수와 열매체를 열교환시킴으로써 해수로부터 열매체로 열원이 공급되도록 한다.
제1 해수열교환기(245b)는, 열원 펌프(244b)로부터 액상의 열매체와 해수를 열교환시켜, 가열된 열매체를 제2 열교환기(242b)와 제2 해수열교환기(246b)로 공급할 수 있고, 액상의 열매체만을 해수와 열교환시킬 수 있다.
제1 해수열교환기(245b)는, 단상의 유체를 처리하며, 열처리 용량이 이상의 유체를 처리하는 제2 해수열교환기(246b)의 열처리 용량보다 크도록 구성될 수 있다.
제2 해수열교환기(246b)는, 제1 해수열교환기(246b)에서 배출되어 조절밸브(247b)에 의해 감압된 후 기상과 액상으로 혼재하는 열매체를 해수와 열교환시킬 수 있다.
제2 해수열교환기(246b)는, 이상의 유체를 처리하며, 열처리 용량이 단상의 유체를 처리하는 제1 해수열교환기(245b)의 열처리 용량보다 작도록 구성될 수 있다.
제2 해수열교환기(246b)는, 제1 분기라인(L5) 상에 조절밸브(247b)보다 하류에 위치함으로써, 기상과 액상이 혼재하는 이상의 유체를 처리하게 되며, 이로 인해 단일한 상인 액상의 유체를 처리하는 제1 해수 열교환기(245b)에서 공급되는 유체의 양을 모두 처리하게 되면, 제1 해수 열교환기(245b)에 비해 열교환기의 크기가 크고 구축비용이 증대되는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해서 본 발명에서는 상기 기술한 바와 같이 제2 해수열교환기(246b)의 필요 열처리 용량의 상당부분을 제1 해수열교환기(245b)에서 먼저 처리함으로써 제2 해수열교환기(246b)의 열처리 용량을 감소시켰다.
이를 통해 제2 해수열교환기(246b)를 제1 해수열교환기(245b)에 비해 열처리 용량이 같거나 작도록 구성하고, 대신 제1 해수열교환기(245b) 하류의 열원 순환라인(L2a)을 제1 및 제2 분기라인(L5, L6)으로 분기하여 적어도 일부는 제1 분기라인(L5)으로 나머지는 제2 분기라인(L6)으로 공급되도록 분산시킬 수 있다. 이때, 제2 분기라인(L6)의 해당 열매체 만큼만 제2 해수열교환기(246b)에서 처리한다.
이로 인해 이상의 유체를 처리하는 제2 해수열교환기(246b)의 크기 및 구축 비용을 절감할 수 있는 효과가 있으며, 열원 순환라인(L2a) 상에 기상의 열매체가 유동하는 구간의 직경을 줄일 수 있어 전체적인 설비의 크기를 줄일 수 있고 전체적인 구축 비용을 절감할 수 있다.
여기서, 제1 해수열교환기(245b)는, 선박(1)의 상갑판(부호 도시하지 않음) 하부에 배치될 수 있으며, 제2 해수열교환기(246b)는, 상갑판 상부에 배치될 수 있다. 이는 제2 해수열교환기(246b)의 크기가 축소됨에 따라 상갑판 상에 배치될 수 있게 되었기 때문이다.
조절밸브(247b)는, 열원 순환라인(L2b) 상에서 제1 해수열교환기(245b)와 제2 해수열교환기(246a) 사이에 마련되며, 열매체를 감압시켜 액상에서 기상으로 변환시킨다. 여기서 조절밸브(247b)는 감압밸브일 수 있다.
즉, 조절밸브(247b)는, 제1 해수열교환기(245a)로부터 공급되는 액상의 열매체를 감압시켜 적어도 일부 기상으로 변환하여 제2 해수열교환기(246b)로 공급할 수 있다.
구체적으로, 조절밸브(247b)는, 제1 분기라인(L5) 상에 열원 순환라인(L2b) 상의 제1 분기라인(L5)과 제2 분기라인(L6)이 분기되는 지점과 제2 해수 열교환기(246b) 사이에 형성되며, 제1 해수열교환기(245b)에서 배출되는 액상의 열매체를 공급받아 적어도 일부 기상으로 변환시켜 제2 해수열교환기(246b)로 공급할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 가스 재기화 시스템(2)은, 열원 펌프(244b)의 하류에 배치되는 단상인 제1 해수 열교환기(245b)의 하류에서 열매 순환라인(L2b)이 분기되어 이상인 제2 해수 열교환기(246b)와 트림히터(242b)로 열매를 공급하도록 함으로써, 이상인 제2 해수 열교환기(246b)의 열용량을 감소시키는 효과가 있고, 이로 인해 고비용인 제2 해수 열교환기(246b)의 크기 및 비용을 감소시키는 효과가 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 선박 1a: 선체
2: 가스 재기화 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20: 재기화 장치 21: 피딩 펌프
22: 임시저장탱크 23: 부스팅 펌프
24: 열교환기 241a,241b: 제1 열교환기
242a,242b: 제2 열교환기 243a,243b: 버퍼탱크
244a,244b: 열원 펌프 245a,245b: 제1 해수열교환기
246a,246b: 제2 해수열교환기 247a,247b: 조절밸브(감압밸브)
30: 액화가스 공급장치 40: 수요처
L1: 재기화 공급라인 L2a,L2b: 열원 순환라인
L3a,L3b: 제1 해수 공급라인 L4a,L4b: 제2 해수 공급라인
L5: 제1 분기라인 L6: 제2 분기라인
E: 추진엔진 P: 프로펠러
S: 추진축

Claims (11)

  1. 액화가스를 재기화하여 수요처로 공급하는 재기화 공급라인;
    상기 재기화 공급라인 상에 마련되는 제1 열교환기와 제2 열교환기;
    상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기에 상기 액화가스를 재기화시키는 열매체를 공급하는 열원 순환라인;
    상기 열매체와 해수를 열교환시켜 상기 열매체를 제2 열교환기로 공급하는 제1 해수열교환기;
    상기 제2 열교환기에서 배출되는 열매체를 해수와 열교환시켜 상기 제1 열교환기로 공급하는 제2 해수열교환기; 및
    상기 열원 순환라인 상에 상기 제2 해수열교환기와 상기 제1 열교환기 사이에 마련되며, 상기 열매체를 액상에서 적어도 일부 기상으로 변환시키는 조절밸브를 포함하고,
    상기 제1,2 해수열교환기는, 상기 액화가스를 재기화시키는 상기 제1,2 열교환기 각각에 하나의 열매체를 공급하는 상기 열원 순환라인에 마련되고,
    상기 제1 해수열교환기는, 단일한 상의 유체를 처리하는 단상 열교환기이고,
    상기 제2 해수열교환기는, 상기 조절밸브를 구축함에 의해 단일한 상의 유체를 처리하는 단상 열교환기가 사용되는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 해수열교환기는,
    상기 열매체를 모두 액상의 상태를 유지한 상태에서 해수와 열교환시키고,
    상기 조절밸브는,
    상기 제2 해수열교환기에서 배출되는 액상의 열매체를 공급받아 기상으로 변환시켜 상기 제1 열교환기로 공급하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 열원 순환라인은,
    상기 열매체의 흐름을 기준으로 상기 제1 해수열교환기, 상기 제2 열교환기, 상기 제2 해수열교환기, 상기 조절밸브 및 상기 제1 열교환기 순으로 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 재기화 공급라인은,
    상기 액화가스의 흐름을 기준으로 상기 제1 열교환기 및 상기 제2 열교환기 순으로 배치되는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 열교환기는, 기화기이며,
    상기 제2 열교환기는, 트림 히터이고,
    상기 조절밸브는, 감압밸브인 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 열원 순환라인 상에 구비되어 상기 열매체를 순환시키는 열원 펌프; 및
    상기 열원 순환라인 상에 상기 열원 펌프 상류에 구비되어 상기 열매체를 임시 저장하는 버퍼 탱크를 더 포함하고,
    상기 열원 펌프는,
    상기 버퍼 탱크로부터 액상의 열매체만을 공급받아 상기 제1 해수열교환기로 공급하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 재기화 공급라인 상에 구비되며, 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 배출시키는 피딩 펌프;
    상기 재기화 공급라인 상의 상기 피딩 펌프 하류에 구비되며, 상기 피딩 펌프로부터 공급되는 액화가스를 임시 저장하는 임시 저장탱크; 및
    상기 재기화 공급라인 상에 상기 제1 열교환기와 상기 임시 저장탱크 사이에 구비되며, 상기 임시 저장탱크로부터 공급되는 액화가스를 상기 제1 열교환기로 공급하는 부스팅 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 열매체는,
    상변화 물질인 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 열매체는,
    비폭발성 상변화물질 또는 프로판인 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  11. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 상기 가스 재기화 시스템을 구비하는 선박.




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