KR102175557B1 - 액화가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 액화가스 처리 시스템은 액화가스 저장탱크로부터 공급되는 액화가스를 열매로 가열하는 열교환기; 및 상기 열교환기에서 토출된 열매를 가열하여 상기 열교환기로 순환시키는 열매 순환라인을 포함하고, 상기 열매 순환라인은, 상기 열교환기에서 배출되는 열매를 저장하는 열매 드럼; 및 상기 열매 드럼으로부터 전달되는 열매를 가열하여 상기 열교환기로 전달하는 열매 가열기를 포함하고, 상기 열교환기, 상기 열매 드럼, 상기 열매 가열기는, 상하 방향을 따라 순차적으로 서로 다른 높이에 마련되어, 상기 열교환기에서 냉각된 열매의 수두압에 의하여 열매 순환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

액화가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{treatment system of liquefied gas and vessel having same}
본 발명은 액화가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
일반적으로, 액화천연가스(Liquefied Nature Gas)는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄을 1기압 하에서 -162 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준 상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1 정도이고, 비중은 0.42로 원유 비중의 약 2분의 1이 된다.
LNG는 운반의 용이성으로 액화시켜 운송 후 사용처에서 기화시켜서 사용한다. 안정적인 LNG 수요가 있는 지역에서는 육상에 LNG 저장소 및 재기화 시스템을 설치하지만 수요가 일정하지 않거나, 자연재해 및 테러의 위험을 가진 국가에서는 육상에 LNG 기화설비를 설치하는 것을 우려한다.
이로 인하여 종래 육상에 설치하는 액화천연가스 재기화 시스템 대신에, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에 재기화 장치를 설치하여 육상으로 기화된 천연가스(Natural Gas)를 공급하는 선박(일례로 LNG FSRU)가 각광을 받고 있다.
현재 LNG 재기화 장치를 포함하는 선박에서는, LNG를 기화시키기 위한 열원의 공급장치를 효율적으로 구동하기 위한 다양한 연구 및 개발이 이루어지고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 수요처의 요구 조건에 맞게 액화가스를 처리하여 수요처에 효율적으로 공급할 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크로부터 공급되는 액화가스를 열매로 가열하는 열교환기; 및 상기 열교환기에서 토출된 열매를 가열하여 상기 열교환기로 순환시키는 열매 순환라인을 포함하고, 상기 열매 순환라인은, 상기 열교환기에서 배출되는 열매를 저장하는 열매 드럼; 및 상기 열매 드럼으로부터 전달되는 열매를 가열하여 상기 열교환기로 전달하는 열매 가열기를 포함하고, 상기 열교환기, 상기 열매 드럼, 상기 열매 가열기는, 상하 방향을 따라 순차적으로 서로 다른 높이에 마련되어, 상기 열교환기에서 냉각된 열매의 수두압에 의하여 열매 순환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 열매 드럼은 상기 열교환기의 하측에 마련되어 상기 열교환기에서 냉각된 액상 열매를 전달 받고, 상기 열매 가열기는 상기 열매 드럼의 하측에 마련되고, 상기 열매 드럼에서 상기 열매 가열기로 전달되는 액상 열매의 수두압에 의하여, 별도의 가압 장치 없이 상기 열매 가열기에서 기화된 열매가 상기 열교환기로 공급될 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 처리 시스템은, 상기 열교환기에서 열교환된 액화가스를 열매를 이용하여 가열시키고 수요처로 공급하는 제2 열교환기; 및 상기 제2 열교환기에서 토출된 열매를 가열하여 상기 제2 열교환기로 순환시키는 제2 열매 순환라인을 더 포함하고, 상기 제2 열매 순환라인은, 상기 제2 열교환기에서 냉각된 액상의 제2 열매를 가열하는 제2 열매 가열기; 및 상기 제2 열매 가열기에서 토출된 액상의 제2 열매를 가압하여 상기 제2 열교환기로 공급하는 열매 펌프를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열매 펌프는 상기 제2 열매 가열기의 상측에 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 열교환기 및 상기 제2 열교환기는, 액화가스 흐름, 상기 열교환기에 공급되는 제1 열매 흐름, 및 상기 제2 열교환기에 공급되는 제2 열매 흐름을 포함한 적어도 3개의 흐름을 갖는 단일의 인쇄회로 기판형 열교환기(printed circuit heat exchanger, PCHE)로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 인쇄회로 기판형 열교환기는, 액화가스 흐름이 제1 열매 흐름 및 제2 열매 흐름과 순차적으로 열교환하되, 제1 열매 흐름과 제2 열매 흐름은 독립적으로 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 상기 액화가스 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스와 열매 간의 열 전달효율 및 열 교환효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 설비 운용의 효율성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 수요처의 요구 조건에 맞추어 액화가스를 안정적으로 수요처로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 종래의 액화가스 처리 시스템에서 열교환기의 열유량 대비 온도에 대한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 액화가스 처리 시스템의 제1 열교환기와 제2 열교환기의 열유량 대비 온도에 대한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 액화가스 처리 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.
이하에서, 고압(HP: High pressure), 저압(LP: Low pressure), 고온, 저온은 상대적인 것으로서, 절대적인 수치를 나타내는 것은 아님을 알려둔다.
이하에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 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 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 액화가스 처리 시스템에 대해 설명하며, 본 발명은 액화가스 처리 시스템과 이를 가지는 선박을 포함하는 것이다. 이때 선박은 액화가스 운반선 외에도 액화가스가 아닌 화물 등을 적재하는 일반 상선일 수 있고, 더 나아가 상선이 아닌 FSRU, FLNG 등의 해양 구조물도 모두 포괄하는 표현임을 알려둔다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하에서는 도 1 내지 도 9를 참고하여 본 발명의 액화가스 처리 시스템에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 액화가스 공급라인(L10), 제1 열교환기(30), 제2 열교환기(40), 제1 열매 순환라인(L20), 제2 열매 순환라인(L30)을 포함한다.
본 발명에서 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 액화가스, 증발가스, 열매 등의 유체 흐름이 제어될 수 있다.
액화가스 공급라인(L10)은, 액화가스 저장탱크(10)와 수요처(100)를 연결하고, 버퍼 탱크(20), 부스팅 펌프(21), 제1 열교환기(30), 제2 열교환기(40)가 구비되며, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 펌프(11)를 통해 버퍼 탱크(20)로 공급한 후 부스팅 펌프(21)로 공급하고, 부스팅 펌프(21)에서 고압으로 압축된 액화가스는 제1 열교환기(30) 및 제2 열교환기(40)에서 열교환되어 수요처(100)로 공급될 수 있다.
이하에서는 액화가스 처리 시스템(1)에 유기적으로 형성되어 구현되는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(100)로 공급될 액화가스를 저장한다. 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 액체상태의 액화가스를 보관할 수 있고, 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
여기서 액화가스 저장탱크(10)는, 선체의 내부에 배치되며, 엔진룸의 전방에 일례로 4개 형성될 수 있다. 또한, 액화가스 저장탱크(10)는 일례로 멤브레인 형 탱크이나, 이에 한정되지 않고 독립형 탱크 등, 다양한 형태로 그 종류를 특별히 한정하지는 않는다.
액화가스 저장탱크(10)는, 각각의 액화가스 저장탱크(10) 사이에 코퍼댐(도시하지 않음)이 배치될 수 있으며, 엔진룸과 액화가스 저장탱크(10) 사이에도 코퍼댐이 배치될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에는 펌프(11)가 마련될 수 있으며, 펌프(11)를 통해 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 빼낼 수 있다.
이때, 펌프(11)는, 액화가스 저장탱크(10) 내부에 구비되는 경우에 잠형 펌프일 수 있다. 또한, 펌프(11)가 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 설치되는 경우에는 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 수위보다 낮은 선체 내부의 위치에 구비될 수 있으며 원심형 펌프일 수 있다.
버퍼 탱크(20)는, 액화가스 공급라인(L10)에 마련되어 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받아 임시저장할 수 있다.
구체적으로, 버퍼 탱크(20)는, 액화가스 공급라인(L10)을 통해 펌프(11)로부터 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 공급받을 수 있고, 공급받은 액화가스를 임시 저장함으로써 액화가스를 액상과 기상으로 분리할 수 있으며, 분리된 액상은 부스팅 펌프(21)로 공급될 수 있다.
즉, 버퍼 탱크(20)는, 액화가스를 임시 저장하여 액상과 기상을 분리한 후 완전한 액상을 부스팅 펌프(21)로 공급하여, 부스팅 펌프(21)가 유효흡입수두(Net Positive Suction Head; NPSH)를 만족하도록 하며, 이로 인해 부스팅 펌프(21)에서의 공동현상(Cavitation)을 방지할 수 있도록 한다.
또한, 버퍼 탱크(20)는, 증발가스 공급라인(도시하지 않음)과 연결되어 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 공급받아 임시저장할 수 있다.
구체적으로, 버퍼 탱크(20)는, 증발가스 공급라인을 통해 증발가스 압축기(도시하지 않음)로부터 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 공급받아 임시 저장할 수 있다.
이를 통해 버퍼 탱크(20)는, 액화가스 공급라인(L10)으로부터 공급받아 임시저장된 액화가스와 증발가스 공급라인으로부터 공급받아 임시저장된 증발가스를 서로 열교환시켜 재응축시킬 수 있다. 여기서 버퍼 탱크(20)는 압력을 견딜 수 있는 압력 용기형으로 형성될 수 있으며, 6 내지 8bar 또는 6 내지 15bar의 압력을 견딜 수 있다.
따라서, 버퍼 탱크(20)는, 증발가스 압축기 및 펌프(11)를 통해 증발가스와 액화가스를 약 6 내지 8bar(또는 6 내지 15bar까지도 가능함)의 압력으로 공급받고, 상기 압력을 유지한 상태로 재응축시켜 부스팅 펌프(21)로 액화가스를 공급하여 부스팅 펌프(21)의 압축 부하를 낮출 수 있는 효과가 있다.
부스팅 펌프(21)는, 액화가스 공급라인(L10) 상의 버퍼 탱크(20)와 제1 열교환기(30) 사이에 구비될 수 있으며, 펌프(11)로부터 공급받은 액화가스 또는 버퍼 탱크(20)로부터 공급받은 액화가스를 50 내지 120bar로 가압하여 제1 열교환기(30)로 공급할 수 있다.
부스팅 펌프(21)는, 수요처(100)가 요구하는 압력에 맞춰 액화가스를 가압할 수 있으며, 원심형 펌프로 구성될 수 있다.
제1 열교환기(30)는 제1 열매 순환라인(L20)에서 순환하는 제1 열매의 잠열을 이용하여 제1 열교환기(30)로 전달되는 액화가스를 가열할 수 있다.
즉 제1 열교환기(30)는 적어도, 액화가스 공급라인(L10)과 나란하며 저온의 액화가스가 흐르는 유로(부호 도시하지 않음)와, 제1 열매 순환라인(L20)과 나란하며 고온의 제1 열매가 흐르는 유로(부호 도시하지 않음)를 구비할 수 있다.
이때, 제1 열매는 기체 상태로 제1 열교환기(30)로 공급될 수 있으며, 제1 열교환기(30)에서 열교환된 제1 열매는 액체 상태로 상변화되어 토출될 수 있다. 즉, 제1 열교환기(30)는 제1 열매의 잠열을 이용하여 액화가스를 가열할 수 있다.
제1 열교환기(30)에 공급되는 액화가스의 압력이 액화가스의 임계압력 미만인 경우, 제1 열교환기(30)에서 액화가스는 제1 열매의 잠열을 통해 기화될 수 있다. 반면, 제1 열교환기(30)에 공급되는 액화가스의 압력이 액화가스의 임계압력 이상인 경우에 액화가스는 초임계 상태로 제1 열교환기(30)로 공급되고, 초임계 유체인 액화가스는 제1 열매의 잠열을 통해 가열될 수 있다.
도 2는 종래의 액화가스 처리 시스템에서 열교환기의 열유량 대비 온도에 대한 그래프이다. 구체적으로 도 2의 (a)는 열교환기에 공급되는 액화가스의 압력이 임계압력 미만인 경우의 열교환기의 열유량 대비 온도를 나타낸 그래프이고, 도 2의 (b)는 열교환기에 공급되는 액화가스의 압력이 임계압력 이상인 경우의 열교환기의 열유량 대비 온도를 나타낸 그래프이다.
도 2의 (a)를 참조하면, 액화가스와 열매를 열교환시키는 열교환기에 공급되는 액화가스의 압력이 임계압력 미만인 경우, 액화가스는 열매와의 열교환을 통해 가열되고 약 -80 ℃ 부근에서 액체 상태에서 기체 상태로 상변화가 발생할 수 있다. 또한, 약 -0 ℃ 부근에서 기체 상태의 열매가 액체 상태로 상변화될 수 있다. 이때 열교환기 내에서 액화가스의 상변화 구간이 존재함에 따라, 열매가 상변화되는 구간 부근에서 열교환기 내에 액화가스의 온도가 열매의 온도보다 높아지는 온도 역전이 발생되지 않고 액화가스가 가열될 수 있다.
반면, 도 2의 (b)를 참조하면, 열교환기에 공급되는 액화가스의 압력이 임계압력 이상인 경우, 액화가스는 초임계 상태로 상변화 없이 열교환기 내에서 가열된다. 이때, 열교환기 내에서 액화가스의 상변화가 발생되지 않음에 따라, 액화가스의 온도가 열매의 온도보다 높아지는 온도 역전이 발생되는 구간이 열교환기 내에 형성될 수 있다. 액화가스의 온도가 열매의 온도보다 높아지는 온도 역전 현상이 발생하는 경우, 열매에 의해 액화가스가 가열되지 않는 문제가 발생될 수 있다.
이에 본 발명에서의 제1 열교환기(30)는, 제1 열교환기(30)에 공급되는 액화가스의 압력이 임계압력 이상인 경우, 제1 열교환기(30) 내의 액화가스 온도가 제1 열매의 온도보다 높아지는 것이 방지되도록 마련될 수 있다.
도 3은 본 발명의 액화가스 처리 시스템의 제1 열교환기와 제2 열교환기의 열유량 대비 온도에 대한 그래프이다.
도 3을 참고하면 임계압력 이상의 압력을 가지는 액화가스가 제1 열교환기(30)에 공급되는 경우, 액화가스의 온도가 열매의 온도보다 높아지는 온도 역전이 발생하기 전 구간까지를 제1 열교환기(30)가 액화가스와 제1 열매를 열교환하도록 마련할 수 있다.
한편, 제1 열교환기(30)에 공급되는 액화가스의 압력이 액화가스의 임계압력 미만인 경우에는, 전술한 바와 같이 제1 열교환기(30) 내에 액화가스가 액체 상태에서 기체 상태로 변화되는 상변화 구간이 존재하여, 온도 역전 현상 없이 액화가스는 제1 열매를 통해 기화될 수 있다.
따라서, 본 발명은 제1 열교환기(30)에 공급되는 액화가스의 압력이 임계압력 미만이거나 임계압력 이상인 경우에도, 온도 역전 발생 없이 제1 열매의 잠열을 이용하여 액화가스를 효과적으로 가열시킬 수 있다.
또한 후술하는 바와 같이, 제2 열교환기(40)는 제2 열매의 현열을 이용하여 액화가스를 가열함으로써, 액화가스가 초임계 상태인 경우에도 제2 열교환기(40) 내에서 액화가스의 온도가 열매의 온도보다 높아지는 온도 역전 없이 액화가스를 효과적으로 가열할 수 있다.
제1 열매 순환라인(L20)에는 제1 열교환기(30), 열매 드럼(31), 제1 열매 가열기(32)가 마련될 수 있으며, 액상의 제1 열매는 제1 열매 가열기(32)에서 기화되어 기체 상태가 될 수 있으며, 기체 상태의 제1 열매는 제1 열교환기(30)에서 액화가스와 열교환되어 액체 상태로 상변화될 수 있다. 제1 열교환기(30)에서 토출된 액상의 제1 열매는 열매 회수라인(L22)을 통해 열매 드럼(31)에 임시로 저장되고, 제1 열매 가열기(32)로 액상의 제1 열매를 전달할 수 있다.
제1 열매 가열기(32)는 열매 드럼(31)으로부터 액상의 제1 열매를 전달받고, 제1 열매를 기화시켜 열매 공급라인(L21)을 통해 기상의 제1 열매를 제1 열교환기(30)로 공급할 수 있다. 이때, 제1 열매 가열기(32)는 해수를 이용하여 액상의 제1 열매를 기화시킬 수 있다.
즉 제1 열매 가열기(32)는 적어도, 제1 열매 순환라인(L20)과 나란하며 액상의 제1 열매가 흐르는 유로(부호 도시하지 않음)와, 해수가 흐르는 유로(부호 도시하지 않음)를 구비할 수 있다.
제1 열매 가열기(32)에서 액상의 제1 열매는 해수를 통해 가열되는데, 제1 열매가 가열되는 과정에서 제1 열매의 온도가 해수의 온도보다 높아 지는 온도 역전 현상이 발생될 수 있다.
이때, 제1 열매 가열기(32)에 공급되는 제1 열매의 공급 유량을 감소시켜 열매 순환 시스템의 평형 온도 및 압력 조건을 낮춤으로써, 제1 열매 가열기(32) 내에서 제1 열매의 온도가 해수의 온도보다 높아지는 온도 역전 현상을 방지할 수 있다.
제2 열매 순환라인(L30)에는 제2 열교환기(40), 제2 열매 가열기(41), 열매 펌프(42)가 마련될 수 있으며, 액상의 제2 열매는 제2 열매 가열기(41)에서 액상을 유지하며 가열되고, 가열된 액상의 제2 열매는 열매 펌프(42)를 경유하여 제2 열교환기(40)로 공급될 수 있다.
제2 열교환기(40)는 제2 열매 순환라인(L30)에서 순환하는 제2 열매의 현열을 이용하여 제2 열교환기(40)로 전달되는 액화가스를 가열할 수 있다.
즉 제2 열교환기(40)는 적어도, 액화가스 공급라인(L10)과 나란하며 액화가스가 흐르는 유로(부호 도시하지 않음)와, 제2 열매 순환라인(L30)과 나란하며 고온의 제2 열매가 흐르는 유로(부호 도시하지 않음)를 구비할 수 있다.
이때, 제2 열매는 액체 상태로 제2 열교환기(40)로 공급되고, 제2 열교환기(40)에서 열교환된 후 액체 상태로 토출될 수 있다. 즉, 제2 열교환기(40)는 제2 열매의 현열을 이용하여 액화가스를 가열할 수 있다.
임계압력 이상으로 가압된 액화가스가 제1 열교환기(30) 및 제2 열교환기(40)로 전달되는 경우, 액화가스의 온도가 열매의 온도보다 높아지는 온도 역전이 발생할 수 있는 구간 전 까지는 제1 열교환기(30)를 마련하고, 온도 역전이 발생할 수 있는 구간에는 제2 열교환기(40)를 마련할 수 있다. 이때, 제2 열교환기(40)에서 제2 열매는 상변화없이 액화가스와 열교환됨으로써, 제2 열교환기(40) 내에서 온도 역전이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명은 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 제1 열매 순환라인(L20) 및 제2 열매 순환라인(L30)에 순환하는 열매와 효과적으로 열교환시켜, 수요처(100)로 공급할 수 있다.
제2 열매 가열기(41)는 제2 열교환기(40)에서 열교환되어 토출된 액상의 제2 열매를 전달 받아 액상을 유지시키며 제2 열매를 가열할 수 있다. 이때, 제2 열매 가열기(41)는 해수를 이용하여 액상의 제2 열매를 가열시킬 수 있다.
즉 제2 열매 가열기(41)는 적어도, 제2 열매 순환라인(L30)과 나란하며 액상의 제2 열매가 흐르는 유로(부호 도시하지 않음)와, 해수가 흐르는 유로(부호 도시하지 않음)를 구비할 수 있다.
제2 열매 가열기(41)에서 가열된 액상의 제2 열매는 열매 펌프(42)로 공급되며, 열매 펌프(42)는 액상의 제2 열매를 가압하여 제2 열교환기(40)로 공급할 수 있다. 이때, 열매 펌프(42)를 통해 액상의 제2 열매가 가압됨으로써, 안정적으로 제2 열교환기(40)로 공급될 수 있다. 또한, 열매 펌프(42)는 제2 열매가 제2 열교환기(40)에서 액화가스와 효과적으로 열교환될 수 있는 압력으로 제2 열매를 가압할 수 있다.
액화가스 처리 시스템(1)은 팽창드럼(50)을 포함할 수 있다. 팽창드럼(50)은 제2 열매 순환라인(L30)에 분기되어 연결되고, 제2 열매 가열기(41) 및 열매 펌프(42)보다 상측에 배치되어, 제2 열매 순환라인(L30)에서의 압력 변동을 보상할 수 있다. 팽창드럼(50)은 제2 열매 순환라인(L30)의 열매 펌프(42)와 제2 열교환기(40) 사이에서 분기되는 압력 보상라인(L40)에 마련될 수 있다.
제2 열매 순환라인(L30)에 과압이 발생하는 경우, 제2 열매 순환라인(L30)에서 유동하는 액상의 제2 열매는 압력 보상라인(L40)을 따라 팽창드럼(50)으로 유입될 수 있다. 반면, 제2 열매 순환라인(L30)에 저압이 발생하는 경우, 팽창드럼(50)에 임시 저장된 액상의 제2 열매는 압력 보상라인(L40)을 따라 제2 열매 순환라인(L30)에 유입될 수 있다.
팽창드럼(50)이 제2 열매 순환라인(L30)의 압력을 보상함으로써, 제2 열매 순환라인(L30)의 열매 시스템을 안정화시킬 수 있고, 제2 열교환기(40)와 제2 열매 가열기(41)에서의 열교환 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
액화가스 처리 시스템(1)은 열매 저장탱크(60)와 제1 열매 순환라인(L20) 및 상기 제2 열매 순환라인(L30)을 연결하는 열매 전달라인(L50)을 포함할 수 있다. 열매 전달라인(L50)에는 열매 전달펌프(61)가 마련될 수 있으며, 열매 저장탱크(60)에 저장된 열매는 열매 전달펌프(61)에서 가압되고, 열매 전달라인(L50)을 통해 제1 열매 순환라인(L20) 및 제2 열매 순환라인(L30)에 전달될 수 있다.
제1 열매 순환라인(L20)에서 순환하는 제1 열매와 제2 열매 순환라인(L30)에서 순환하는 제2 열매는 동일한 조성물일 수 있다. 제1 열매와 제2 열매를 동일한 조성물로 사용함으로써, 제1 열매 순환라인(L20) 및 상기 제2 열매 순환라인(L30)에 열매를 보다 안정적이고 용이하게 공급 및 순환시킬 수 있다.
제1 열매 및 제2 열매는 혼합 열매일 수 있다. 제1 열매로 혼합 열매를 사용함으로써, 액상의 제1 열매는 제1 열매 가열기(32)에서 보다 용이하게 기상으로 상변화될 수 있고, 기상의 제1 열매는 제1 열교환기(30)에서 보다 용이하게 액상으로 상변화될 수 있다.
혼합 열매는, R134a 계열을 포함하는 열매일 수 있으며, 바람직하게는 R421a일 수 있고, 가장 바람직하게는 R407c일 수 있다.
하기 표 1에는 글리콜-워터 열매와 본 발명에서 사용되는 R407c 혼합 열매의 물성을 나타내었다.
물성 글리콜-워터 R407c
Temperature Range 10 ℃-> - 10 ℃ 10 ℃-> - 20 ℃
Design Pressure 10 barg 18 barg
Operation Pressure ~7 barg ~ 13 barg
Flow Rate 434.9 m3/hr 581.9 m3/hr
Viscosity 7.47 cP 0.26 cP
Heat Capacity 69 kJ/kg 242 kJ/kg
상기 표 1을 참고하면, 본 발명에서 사용되는 R407c 혼합 열매는 글리콜 워터보다 열용량(Heat Capacity)이 커서, 제1 열매 순환라인(L20) 및 제2 열매 순환라인(L30)에서의 열매 순환 속도를 저감시킬 수 있다. 또한, R407c 혼합 열매는 글리콜 워터보다 점도(Viscosity)가 낮아 제1 열매 순환라인(L20) 및 제2 열매 순환라인(L30)에서의 열매에 의한 마찰 손실을 효과적으로 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명은 열매 순환라인에 순환하는 열매로 R134a 계열을 포함하는 혼합 열매를 사용함으로써, 열매 순환라인의 전력 소비를 줄여 액화가스 처리 시스템(1)의 CAPEX와 OPEX의 저감이 가능하다.
수요처(100)는, 제1 열교환기(30) 및 제2 열교환기(40)에서 가열된 액화가스를 공급받아 소비할 수 있다. 여기서 수요처(100)는, 제1 열교환기(30)에서 기화되고 제2 열교환기(40)에서 가열된 액화가스, 또는 제1 열교환기(30) 및 제2 열교환기(40)에서 가열된 초임계 상태의 액화가스를 공급받아 사용할 수 있으며, 육상에 설치되는 육상 터미널 또는 해상에 부유되어 설치되는 해상 터미널일 수 있다.
제1 열매 순환라인(L20)과 제2 열매 순환라인(L30)은 독립적으로 마련될 수 있다. 제1 열교환기(30)에 제1 열매를 공급 및 순환시키는 제1 열매 순환라인(L20)과 제2 열교환기(40)에 제2 열매를 공급 및 순환시키는 제2 열매 순환라인(L30)을 별도로 마련함으로써, 제1 열교환기(30) 및 제2 열교환기(40)에 각각 공급되는 열매의 압력, 상변화 유무, 유량, 열교환 시의 요구 열량 등이 상이하더라도, 이에 따라 열매를 안정적이고 효율적으로 공급 및 순환시킬 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 열교환기(30), 열매 순환라인(L20), 열매 드럼(31), 열매 가열기(32)를 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)에서의 열교환기(30), 열매 순환라인(L20), 열매 드럼(31), 열매 가열기(32) 각각은, 앞선 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)에서의 제1 열교환기(30), 제1 열매 순환라인(L20), 열매 드럼(31), 제1 열매 가열기(32)와 각각 동일할 수 있다.
이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다. 이는 이하 후술하는 실시예에 대해서도 마찬가지임을 알려둔다.
열매 순환라인(L20)에는 열교환기(30), 열매 드럼(31), 열매 가열기(32)가 마련되고, 상하 방향을 따라 순차적으로 서로 다른 높이에 위치함으로써, 열매 순환라인(L20)에서의 열매가 원활하게 순환될 수 있다.
열교환기(30)는 기상의 열매를 공급받아 액화가스와 열교환시킨 후, 액화가스와의 열교환에 의하여 냉각된 액상의 열매를 토출할 수 있다. 열매 드럼(31)은 열교환기(30)의 하측에 마련되어, 열교환기(30)에서 토출된 액상의 열매는 중력 및 열매의 하중에 의하여 열매 드럼(31)으로 유입될 수 있다.
열매 드럼(31)은 열교환기(30)에서 토출된 액상의 열매를 임시로 저장하고, 열매 가열기(32)로 액상의 열매를 전달할 수 있다. 이때 열매 가열기(32)는 열매 드럼(31)의 하측에 마련되어, 열매 드럼(31)에서 토출된 액상의 열매는 중력 및 열매의 하중에 의하여 열매 가열기(32)로 전달될 수 있다.
열매 가열기(32)는 열매 드럼(31)으로부터 전달받은 액상의 열매를 해수를 이용하여 기화시킬 수 있다. 이때, 열매 가열기(32)에서 기화된 액화가스는, 열매 드럼(31)에서 열매 가열기(32)로 전달되는 액상 열매의 수두압에 의하여 열매 가열기(32)로부터 토출되고, 열매 가열기(32)에서 토출된 기상 열매는 열교환기(30)로 공급될 수 있다.
즉, 열매 순환라인(L20)에는 열매를 순환시키기 위한 펌프 등의 별도의 가압 장치 없이 열매가 원활하게 순환될 수 있다. 따라서, 본 실시예는 열매 순환라인(L20)의 설치 비용 및 운용 비용을 저감하여, 액화가스 처리 시스템(1)의 CAPEX와 OPEX를 효과적으로 낮출 수 있다.
액화가스 처리 시스템(1)은, 열교환기(30)에서 열교환된 액화가스를 가열하는 제2 열교환기(40), 제2 열교환기(40)에 열매를 순환시키는 제2 열매 순환라인(L30)을 포함할 수 있다. 제2 열매 순환라인(L30)에는 제2 열매 가열기(41), 열매 펌프(42)가 마련될 수 있으며, 열매 펌프(42)는 제2 열매 가열기(41)의 상측에 위치할 수 있다.
제2 열교환기(40)는 액상의 열매를 공급받아 액화가스와 열교환시킨 후, 액화가스와의 열교환에 의하여 냉각된 액상의 열매를 토출할 수 있다. 제2 열교환기(40)에서 토출된 액상 열매는 중력 및 열매의 하중에 의하여 제2 열매 가열기(41)로 전달될 수 있다.
제2 열매 가열기(41)는 해수를 이용하여, 제2 열교환기(40)에서 냉각된 액상의 열매를 액상을 유지시킨 상태로 가열할 수 있다. 제2 열매 가열기(41)에서 가열된 액상의 열매는, 제2 열교환기(40)에서 제2 열매 가열기(41)로 전달되는 액상 열매의 수두압에 의하여 제2 열매 가열기(41)로부터 토출될 수 있다.
이때 제2 열교환기(40)는 제2 열매 가열기(41)의 상측에 마련되어, 제2 열교환기(40)로부터 전달되는 액상 열매의 수두압만으로는 제2 열매 가열기(41)에서 토출된 액상 열매가 제2 열교환기(40)로 전달되는 것이 용이하지 않을 수 있다.
이에 본 실시예는 제2 열매 가열기(41)의 상측에 열매 펌프(42)를 마련함으로써, 제2 열매 가열기(41)에서 토출된 액상 열매를 가압하여 제2 열교환기(40)로 열매를 효과적으로 전달할 수 있다. 또한, 열매 펌프(42)에 의하여 제2 열교환기(40)로 공급되는 열매의 압력이 제어됨으로써, 제2 열교환기(40)에서 열매와 액화가스 간의 열교환이 효과적으로 이루어질 수 있다.
열매 가열기(32)와 제2 열매 가열기(41)는 선박의 선체 내부(Inner Hull)에 마련될 수 있고, 열매 펌프(42)는 선박의 보선 스토어(Bosun Store)에 마련될 수 있고, 열매 드럼(31), 열교환기(30), 제2 열교환기(40)는 선박의 상부 갑판(Upper Deck)에 마련될 수 있다. 열교환기(30), 제2 열교환기(40), 열매 드럼(31), 열매 펌프(42), 열매 가열기(32), 제2 열매 가열기(41)가 마련되는 위치를 전술한 바와 설정함으로써, 선박 내의 액화가스 처리 시스템(1)의 설치 효용을 보다 향상시킬 수 있으며, 액화가스 처리 시스템(1)의 안정적인 구동이 가능할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 액화가스 공급라인(L10), 제1 열교환기(30), 제2 열교환기(40), 제1 열매 순환라인(L20), 제2 열매 순환라인(L30)을 포함한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 앞선 제1 실시예 대비 제1 열매 순환라인(L20)에 복수 개의 제1 열교환기(30)가 병렬로 마련되고, 복수 개의 제1 열매 가열기(32)가 병렬로 마련될 수 있다.
액화가스 공급라인(L10)은 부스팅 펌프(21)와 제1 열교환기(30) 사이에서 분기되고, 분기된 액화가스 공급라인(L10＇)은 제2 열교환기(40) 하류에서 다시 합류될 수 있다. 액화가스 공급라인(L10)에는 제1 열교환기(30)가 마련되고, 분기된 액화가스 공급라인(L10＇)에는 추가의 제1 열교환기(30＇)가 마련될 수 있다. 도 4에는 2개의 제1 열교환기(30)가 병렬로 마련된 것이 도시되어 있으나, 3개 이상의 제1 열교환기(30)가 병렬로 마련될 수도 있다.
복수 개의 제1 열교환기(30) 각각에서 토출되는 제1 열매를 합류시켜 복수 개의 제1 열매 가열기(32) 각각에 전달되도록 하는 공통라인(L23)이 제1 열교환기(30)와 제1 열매 가열기(32) 사이에 마련될 수 있다.
제1 열교환기(30)로부터 제1 열매는 열매 회수라인(L22)을 통해 토출되고, 추가의 제1 열교환기(30＇)로부터 제1 열매는 추가의 열매 회수라인(L22＇)을 통해 토출될 수 있으며, 열매 회수라인(L22)과 추가의 열매 회수라인(L22＇)이 합류하는 지점이 공통라인(L23)의 시작 지점이 될 수 있다.
공통라인(L23)은 열매 드럼(31)을 경유하여 제1 열매 가열기(32)로 연결될 수 있다. 이때, 공통라인(L23)은 제1 열매 가열기(32) 상류에서 분기되어, 제1 열매 가열기(32)와 추가의 제1 열매 가열기(32＇) 각각에 연결될 수 있다.
즉, 복수 개의 제1 열교환기(30) 각각에서 토출된 제1 열매는 공통라인(L23)에서 혼합되고, 혼합된 제1 열매는 복수 개의 제1 열매 가열기(32)로 각각 전달될 수 있다.
도 4에는 제1 열매 가열기(32)에서 기화된 제1 열매가 열매 공급라인(L21)을 통해 추가의 제1 열교환기(30＇)로 공급되고, 추가의 제1 열매 가열기(32＇)에서 기화된 제1 열매가 추가의 열매 공급라인(L21＇)을 통해 제1 열교환기(30)로 공급되는 것이 도시되어 있으나, 이와 반대로 제1 열매 가열기(32)와 제1 열교환기(30)가 연결되고 추가의 제1 열매 가열기(32＇)와 추가의 제1 열교환기(30＇)가 연결될 수 있다.
제2 열매 순환라인(L30)에 복수 개의 제2 열교환기(40)가 병렬로 마련되고, 복수 개의 제2 열매 가열기(41)가 병렬로 마련될 수 있다.
액화가스 공급라인(L10)의 제1 열교환기(30) 하류에는 제2 열교환기(40)가 마련되고, 분기된 액화가스 공급라인(L10＇)의 추가의 제1 열교환기(30) 하류에는 추가의 제2 열교환기(40＇)가 마련될 수 있다.
복수 개의 제2 열교환기(40) 각각에서 토출되는 제2 열매를 합류시켜 복수 개의 제2 열매 가열기(41) 각각에 전달되도록 하는 공통라인(부호 도시하지 않음)이 제2 열교환기(40)와 제2 열매 가열기(41) 사이에 마련될 수 있다.
복수 개의 제2 열교환기(40) 각각에서 토출된 제2 열매는 공통라인에서 혼합되고, 혼합된 제2 열매는 복수 개의 제2 열매 가열기(41)로 각각 전달될 수 있다. 제2 열매 가열기(41) 및 추가의 제2 열매 가열기(41＇)에서 가열된 제2 열매는 제2 열매 가열기(41)의 하류에서 합류하여 열매 펌프(42)로 전달될 수 있다.
복수 개의 열매 펌프(42)가 병렬로 마련될 수 있으며, 복수 개의 제2 열매 가열기(41)에서 토출된 제2 열매를 가압하여 복수 개의 제2 열교환기(40) 각각에 제2 열매를 전달할 수 있다.
본 실시예는 열교환기와 열매 가열기 사이에 공통라인을 마련함으로써, 열매 순환라인을 보다 단순화하여 설치 공수를 절감할 수 있다. 또한, 복수 개의 열교환기에서 토출되는 열매가 혼합됨으로써, 동일한 조건의 열매가 열매 가열기 각각에 공급되므로, 열매 가열기의 구동 조건을 보다 용이하게 조절할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다. 구체적으로, 도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)의 열교환기(30)의 초기 구동 시의 개념도이다. 참고로, 도 5에서 검은 색으로 표시된 밸브는 밀폐 상태임을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 열매 순환라인(L20), 열매 공급라인(L21), 열매 회수라인(L22), 열교환기(30), 열매 가열기(32), 스타트업 펌프(70)를 포함한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)에서의 열교환기(30), 열매 가열기(32), 열매 순환라인(L20), 열매 공급라인(L21), 열매 회수라인(L22) 각각은, 앞선 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)에서의 제1 열교환기(30), 제1 열매 가열기(32), 제1 열매 순환라인(L20), 열매 공급라인(L21), 열매 회수라인(L22)과 각각 동일할 수 있다. 또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 앞선 제1 실시예 대비 스타트업 펌프(70)를 추가로 포함할 수 있다.
종래 열매의 잠열을 이용하여 액화가스를 가열하는 열매 순환 시스템에서, 해수를 이용하여 열매를 기화시키고 열교환에서 기화된 열매를 이용하여 액화가스를 가열하였다. 이때 열교환기의 초기 구동(Start-up) 시 열매 순환 시스템의 운전 압력에서는 해수와의 열교환을 통해 열매의 기화가 불가능하였다. 열매 가열기에서 해수를 이용하여 열매를 기화시키기 위해서, 열교환기로 공급되는 액화가스와 열매를 열교환시켜, 열매의 온도와 포화압력을 낮추는 별도의 스타트업 과정이 필요하였다.
다만, 열매 가열기에서 열교환기로 연결되는 배관은 기체가 흐르는 것으로, 액체가 흐르는 배관의 직경보다 크며, 스타트업 과정에서 열매 순환 시스템의 액체 배관과 기체 배관 모두를 액상의 열매로 순환시켜야 한다. 이에 의해, 열매 순환 시스템에서 요구되는 열매의 양이 많아 지고, 열교환기에서 토출된 액상 열매를 저장하는 열매 드럼의 체적이 커져야 되는 문제 등이 있었다.
반면, 본 실시예는 스타트업 펌프(70)를 마련하여, 열교환기(30)의 초기 구동 과정을 효율적으로 수행할 수 있으며, 이에 대해서 설명하도록 한다.
열매 순환라인(L20)에는 열교환기(30), 열매 가열기(32)가 마련되고, 열교환기(30)에서 토출된 액상 열매는 열매 회수라인(L22)을 통해 열매 드럼(31)에 임시 저장된 후에 열매 가열기(32)로 전달될 수 있다. 열매 가열기(32)에 전달된 열매는 해수를 통해 기화될 수 있으며, 기화된 열매는 열매 공급라인(L21)을 통해 열교환기(30)로 전달될 수 있다.
열매 회수라인(L22)에는 제1 차단밸브(33)가 마련되어 열교환기(30)에서 열매 가열기(32)로 전달되는 액상 열매의 흐름을 제어할 수 있고, 열매 공급라인(L21)에는 제2 차단밸브(34)가 마련되어 열매 가열기(32)에서 열교환기(30)로 전달되는 기상 열매의 흐름을 제어할 수 있다.
이때 스타트업 펌프(70)가 마련되는 스타트업 라인(L24)은, 열매 회수라인(L22)의 열매 드럼(31)과 제1 차단밸브(33) 사이에서 분기되어, 열매 공급라인(L21)의 제2 차단밸브(34)와 열교환기(30) 사이로 연결될 수 있다. 스타트업 라인(L24)에는 열매 회수라인(L22)에서 스타트업 펌프(70)로 전달되는 열매의 흐름을 차단하는 제3 차단밸브(71a)가 마련될 수 있다.
열교환기(30)의 초기 가동 시, 제1 차단밸브(33) 및 제2 차단밸브(34)가 밀폐되어 열교환기(30)에서 토출된 액상 열매는 열매 가열기(32)를 우회하여, 스타트업 라인(L24)으로 유입될 수 있다. 이때 제3 차단밸브(71a)는 개방되어, 스타트업 라인(L24)으로 유입되는 액상 열매는 스타트업 펌프(70)에서 가압되고 열교환기(30)로 강제 공급될 수 있다.
스타트업 펌프(70)에서 가압되어 열교환기(30)로 공급된 액상 열매는 열교환기(30)로 공급되는 저온의 액화가스와 열교환하여, 열매의 온도와 포화압력이 감소될 수 있다. 스타트업 과정을 통해 열매의 온도와 포화압력이 충분히 낮아진 경우, 열매 가열기(32)에서 해수와 열교환하여 기화되는 것이 가능해진다.
즉, 스타트업 라인(L24)과 스타트업 펌프(70)를 마련함으로써, 열교환기(30)의 스타트업 과정에서 액상 열매가 열매 가열기(32)를 경유하여 열교환기(30)로 공급되는 과정을 생략할 수 있으므로, 열매 순환라인(L20)에 유동하는 열매의 양을 효과적으로 감소시킬 수 있고, 스타트업 과정에 소요되는 전력을 절감할 수 있으며, 열매 드럼(31) 등의 체적을 낮출 수 있다.
또한, 스타트업 펌프(70)는, 열교환기(30)의 초기 가동 시에 열매 회수라인(L22)에서 유동하는 액상 열매를 열매 공급라인(L21)에 강제 공급하기 위하여 사용되며, 부스팅 펌프(21), 열매 펌프(42) 등 보다 소형의 펌프를 사용할 수 있다. 또한, 스타트업 펌프(70)는 선박의 보선 스토어(Bosun Store)에 마련될 수 있다.
스타트업 라인(L24)의 액상 열매가 흐르는 배관은, 열매 회수라인(L22) 및 열매 공급라인(L21)의 열매가 흐르는 배관보다 직경이 작은 소형 배관일 수 있다.
열매 드럼(31)은 열교환기(30)의 하측에 위치할 수 있으며, 열교환기(30)에서 토출된 액상의 열매는 중력 및 열매의 하중에 의하여 열매 드럼(31)으로 유입될 수 있다. 스타트업 펌프(70)는 열매 드럼(31)의 하측에 위치할 수 있으며, 열매 드럼(31)에서 토출된 액상의 열매는 중력 및 열매의 하중에 의하여 스타트업 펌프(70)로 전달될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 열매 순환라인(L20)에 별도의 스타트업 라인(L24)과 스타트업 펌프(70)를 마련함으로써, 열교환기(30)의 스타트업 과정을 효과적으로 수행할 수 있고, 종래의 열매 순환 시스템 대비 CAPEX와 OPEX를 효과적으로 저감시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다. 구체적으로, 도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)의 열교환기(30)의 정상 구동 시의 개념도이다. 참고로, 도 6에서 검은 색으로 표시된 밸브는 밀폐 상태임을 나타낸다.
앞서 설명한 바와 같이, 스타트업 펌프(70)를 이용한 열교환기(30)의 초기 가동이 완료되어 열매의 온도와 포화압력이 충분히 낮아진 경우, 열매는 열매 가열기(32)에서 해수와의 열교환을 통해 기화되는 것이 가능해진다. 이에, 열교환기(30)의 정상 가동이 수행될 수 있으며, 열매 가열기(32)에서 기화된 열매와 액화가스가 열교환기(30)에서 열교환할 수 있다.
열교환기(30)의 정상 가동 시, 제3 차단밸브(71a)는 밀폐되고 제1 차단밸브(33)와 제2 차단밸브(34)가 개방되어 열교환기(30)에서 토출된 액상 열매는 열매 드럼(31)을 경유하여 열매 가열기(32)로 공급될 수 있다. 이때, 스타트업 라인(L24)의 스타트업 펌프(70)의 하류에는 제3 차단밸브(71b)가 추가로 마련될 수 있으며, 추가의 제3 차단밸브(71b)가 밀폐되어 스타트업 펌프(70)에 잔존하는 액상 열매가 열교환기(30)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
열매 가열기(32)로 전달된 액상 열매는 해수와 열교환하여 기화될 수 있으며, 기화된 열매는 열교환기(30)로 공급될 수 있다. 이때 열교환기(30)에서 토출되어 열매 가열기(32)로 전달되는 액상 열매의 수두압에 의하여, 열매 가열기(32)에서 기화된 열매는 열매 가열기(32)로부터 토출되어 열매 공급라인(L21)을 따라 열교환기(30)로 공급될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 액화가스 공급라인(L10), 인쇄회로 기판형 열교환기(80), 제1 열매 순환라인(L20), 제2 열매 순환라인(L30)을 포함한다. 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 앞선 제1 실시예 대비 제1 열교환기(30)와 제2 열교환기(40)가 통합된 형태인 인쇄회로 기판형 열교환기(80)가 마련될 수 있다.
인쇄회로 기판형 열교환기(80)는 액화가스 공급라인(L10)에 마련되며, 액화가스를 제1 열매 및 제2 열매와 열교환시킬 수 있다. 즉 인쇄회로 기판형 열교환기(80)는 적어도, 액화가스 공급라인(L10)과 나란하며 저온의 액화가스가 흐르는 유로(부호 도시하지 않음)와, 제1 열매 순환라인(L20)과 나란하며 고온의 제1 열매가 흐르는 유로(부호 도시하지 않음), 제2 열매 순환라인(L30)과 나란하며 고온의 제2 열매가 흐르는 유로(부호 도시하지 않음)를 구비할 수 있다.
인쇄회로 기판형 열교환기(80)에서, 액화가스 흐름은 제1 열매 흐름과 먼저 열교환한 후에 제2 열매 흐름과 열교환할 수 있다. 이때 제1 열매 흐름과 제2 열매 흐름은 인쇄회로 기판형 열교환기(80) 내에 독립적으로 마련될 수 있다.
제1 열교환기(30)와 제2 열교환기(40)가 통합된 형태인 인쇄회로 기판형 열교환기(80)를 마련함으로써, 제1 열교환기(30)와 제2 열교환기(40)를 별도로 마련한 시스템 대비하여 선박 내의 액화가스 처리 시스템(1)의 설치 공간을 효과적으로 축소시킬 수 있다. 또한, 인쇄회로 기판형 열교환기(80)는 유지 및 보수가 용이하고, 설치 공간이 축소됨으로써 작업자가 보다 용이하게 설치, 유지 및 보수 작업 등을 수행할 수 있다.
임계압력 미만의 압력을 가지는 액화가스가 인쇄회로 기판형 열교환기(80)에 공급되는 경우, 액화가스는 제1 열매 흐름과 열교환하여 기화될 수 있고, 기화된 액화가스는 제2 열매 흐름에 의해 가열될 수 있다.
임계압력 이상의 압력을 가지는 액화가스가 인쇄회로 기판형 열교환기(80)에 공급되는 경우, 액화가스는 초임계 상태로 제1 열매 흐름 및 제2 열매 흐름과 순차적으로 열교환하여 가열될 수 있다. 이때 액화가스의 온도가 열매의 온도보다 높아지는 온도 역전이 발생할 수 있는 구간 전 까지는 액화가스 흐름과 제1 열매 흐름이 열교환할 수 있고, 온도 역전이 발생할 수 있는 구간에는 액화가스 흐름과 제2 열매 흐름이 열교환할 수 있다.
제1 열매 순환라인(L20)은 스타트업 라인(L24), 스타트업 펌프(70)를 포함할 수 있으며, 제1 열교환기(30)의 초기 구동 및 정상 구동에 대한 구성은 앞선 본 발명의 제4 실시예 및 제5 실시예에서 설명한 바와 동일하다.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다. 구체적으로, 도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)의 제1 열교환기(30)의 초기 구동 시의 개념도이다. 참고로, 도 8에서 검은 색으로 표시된 밸브는 밀폐 상태임을 나타낸다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 앞선 제4 실시예 대비 제1 열매 순환라인(L20)에 복수 개의 제1 열교환기(30)가 병렬로 마련되고, 복수 개의 제1 열매 가열기(32)가 병렬로 마련될 수 있다.
복수 개의 제1 열교환기(30) 각각에서 토출되는 제1 열매를 합류시켜 복수 개의 제1 열매 가열기(32) 각각에 전달되도록 하는 공통라인(L23)이 제1 열교환기(30)와 제1 열매 가열기(32) 사이에 마련될 수 있다.
스타트업 라인(L24)은 공통라인(L23)의 열매 드럼(31)과 제1 차단밸브(33) 사이에서 분기되어 열매 공급라인(L21)의 제2 차단밸브(34)와 추가의 제1 열교환기(30＇) 사이에 연결될 수 있다. 스타트업 라인(L24)의 스타트업 펌프(70)의 하류에서 분기되어 추가의 열매 공급라인(L21＇)의 제2 차단밸브(34＇)와 제1 열교환기(30) 사이로 연결되는 스타트업 분기라인(L25)이 마련될 수 있다.
제1 열교환기(30)의 초기 가동 시, 제1 차단밸브(33) 및 제2 차단밸브(34, 34＇)가 밀폐되어 제1 열교환기(30)에서 토출된 액상의 제1 열매는 제1 열매 가열기(32)를 우회하여, 스타트업 라인(L24)으로 유입될 수 있다. 이때 제3 차단밸브(71a)는 개방되어, 스타트업 라인(L24)으로 유입되는 액상의 제1 열매는 스타트업 펌프(70)에서 가압될 수 있다. 가압된 제1 열매의 일부는 열매 공급라인(L21)을 통해 추가의 제1 열교환기(30＇)로 전달되고, 제1 열매의 다른 일부는 스타트업 분기라인(L25)을 통해 제1 열교환기(30)로 전달될 수 있다.
본 실시예는 공통라인(L23)을 마련함으로써 복수 개의 제1 열교환기(30) 및 복수 개의 제1 열매 가열기(32)가 병렬로 마련되는 경우에도, 복수 개의 제1 열교환기(30) 각각에 대하여 스타트업 과정을 수행할 필요 없이, 통합된 스타트업 과정을 수행하여 복수 개의 제1 열교환기(30)의 초기 가동 준비를 효율적으로 완료할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
구체적으로, 도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)의 제1 열교환기(30)의 정상 구동 시의 개념도이다. 참고로, 도 9에서 검은 색으로 표시된 밸브는 밀폐 상태임을 나타낸다.
제1 열교환기(30)의 정상 가동 시, 제3 차단밸브(71a)와 추가의 제3 차단밸브(71b)는 밀폐되고 제1 차단밸브(33)와 제2 차단밸브(34, 34＇)가 개방되어 복수 개의 제1 열교환기(30)에서 토출된 액상 열매는 공통라인(L23)을 따라 복수 개의 제1 열매 가열기(32)로 각각 공급될 수 있다.
공통라인(L23)에서 전달받은 액상의 제1 열매는 제1 열매 가열기(32)에서 기화되고 열매 공급라인(L21)을 따라 추가의 제1 열교환기(30＇)로 전달될 수 있고, 추가의 제1 열매 가열기(32＇)에서 기화된 제1 열매되는 추가의 열매 공급라인(L21＇)을 따라 제1 열교환기(30)로 전달될 수 있다.
본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.
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 청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 액화가스 처리 시스템
10: 액화가스 저장탱크 11: 펌프
20: 버퍼 탱크 21: 부스팅 펌프
30, 30＇: 제1 열교환기 31: 열매 드럼
32, 32＇: 제1 열매 가열기 33: 제1 차단밸브
34, 34＇: 제2 차단밸브 40, 40＇: 제2 열교환기
41, 41＇: 제2 열매 가열기 42: 열매 펌프
50: 팽창드럼 60: 열매 저장탱크
61: 열매 전달펌프 70: 스타트업 펌프
71a, 71b: 제3 차단밸브 80: 인쇄회로 기판형 열교환기
100: 수요처
L10, L10＇: 액화가스 공급라인 L20: 제1 열매 순환라인
L21, L21＇: 열매 공급라인 L22, L22＇: 열매 회수라인
L23: 공통라인 L24: 스타트업 라인
L25: 스타트업 분기라인 L30: 제2 열매 순환라인
L50: 압력 보상라인 L60: 열매 전달라인

Claims (7)

  1. 액화가스 저장탱크로부터 공급되는 액화가스를 열매로 가열하는 열교환기;
    상기 열교환기에서 열교환된 액화가스를 열매를 이용하여 가열시키고 수요처로 공급하는 제2 열교환기;
    상기 열교환기에서 토출된 열매를 가열하여 상기 열교환기로 순환시키는 열매 순환라인; 및
    상기 제2 열교환기에서 토출된 열매를 가열하여 상기 제2 열교환기로 순환시키는 제2 열매 순환라인을 포함하고,
    상기 열매 순환라인은,
    상기 열교환기에서 배출되는 열매를 저장하는 열매 드럼; 및
    상기 열매 드럼으로부터 전달되는 열매를 가열하여 상기 열교환기로 전달하는 열매 가열기를 포함하고,
    상기 제2 열매 순환라인은,
    상기 제2 열교환기에서 냉각된 액상의 제2 열매를 가열하는 제2 열매 가열기; 및
    상기 제2 열매 가열기에서 토출된 액상의 제2 열매를 가압하여 상기 제2 열교환기로 공급하는 열매 펌프를 포함하며,
    상기 열교환기, 상기 열매 드럼, 상기 열매 가열기는, 상하 방향을 따라 순차적으로 서로 다른 높이에 마련되어, 상기 열교환기에서 냉각된 열매의 수두압에 의하여 열매 순환이 이루어지도록 하며,
    상기 열교환기 및 상기 제2 열교환기는,
    액화가스 흐름, 상기 열교환기에 공급되는 제1 열매 흐름, 및 상기 제2 열교환기에 공급되는 제2 열매 흐름을 포함한 적어도 3개의 흐름을 갖는 단일의 인쇄회로 기판형 열교환기(printed circuit heat exchanger, PCHE)로 형성되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열매 드럼은 상기 열교환기의 하측에 마련되어 상기 열교환기에서 냉각된 액상 열매를 전달 받고,
    상기 열매 가열기는 상기 열매 드럼의 하측에 마련되고,
    상기 열매 드럼에서 상기 열매 가열기로 전달되는 액상 열매의 수두압에 의하여, 별도의 가압 장치 없이 상기 열매 가열기에서 기화된 열매가 상기 열교환기로 공급되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열매 펌프는 상기 제2 열매 가열기의 상측에 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 인쇄회로 기판형 열교환기는,
    액화가스 흐름이 제1 열매 흐름 및 제2 열매 흐름과 순차적으로 열교환하되, 제1 열매 흐름과 제2 열매 흐름은 독립적으로 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항의 상기 액화가스 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
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