KR102200367B1 - 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스가 재응축기로 공급되는 제1 유로; 상기 재응축기에 저장된 액화가스를 수요처로 공급하는 제2 유로; 상기 제2 유로 상에 구비되며 상기 액화가스를 고압으로 가압하는 펌프; 상기 제2 유로 상의 상기 재응축기와 상기 펌프 사이에 분기되어 상기 액화가스 저장탱크와 연결되는 제3 유로를 포함하고, 상기 제3 유로는, 상기 재응축기의 쿨다운 시, 상기 재응축기를 쿨다운한 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크로 리턴시키는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{Gas Treatment System and Vessel having the same}
본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.
액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다. 이러한 액화가스를 연료로 사용하는 엔진이 구동되기 위해서 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 액화가스의 상태와는 다를 수 있다.
또한 LNG를 액상으로 보관할 때 탱크로 열침투가 발생함에 따라 일부 LNG가 기화되어 증발가스(BOG: Boil off Gas)가 생성되는데, 이러한 증발가스는 액화가스 처리 시스템상에 문제를 일으킬 수 있어 기존에는 증발가스를 외부로 배출시켜 태우는 방법(기존에는 탱크 압력을 낮춰 탱크의 파손 위험을 제거하기 위해서 증발가스를 단순히 외부로 배출 처리하였다.)으로 소비를 시킴으로써 문제를 해결하고자 하였으나 이는 환경오염과 자원낭비의 문제를 일으키고 있다.
이에 최근에는 증발가스를 효율적으로 처리하는 기술로서, 생성된 증발가스를 액화가스를 통해 재응축하여 액화시켜 엔진에 공급하는 등의 활용 방안에 대한 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있는 실정이다.
본 발명은 종래의 기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 액화가스 저장탱크에서 수요처로 액화가스 및/또는 증발가스를 효과적으로 공급하는 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스가 재응축기로 공급되는 제1 유로; 상기 재응축기에 저장된 액화가스를 수요처로 공급하는 제2 유로; 상기 제2 유로 상에 구비되며 상기 액화가스를 고압으로 가압하는 펌프; 상기 제2 유로 상의 상기 재응축기와 상기 펌프 사이에 분기되어 상기 액화가스 저장탱크와 연결되는 제3 유로를 포함하고, 상기 제3 유로는, 상기 재응축기의 쿨다운 시, 상기 재응축기를 쿨다운한 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크로 리턴시키는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 재응축기 상에 구비되며, 상기 재응축기의 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 제2 유로 상에 구비되며, 상기 제3 유로로 공급되는 액화가스의 유량을 조절하는 조절 밸브; 및 상기 재응축기의 쿨다운 시, 상기 온도 센서로 전달받은 상기 재응축기의 내부 온도가 기설정온도까지 도달하도록 상기 조절 밸브를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 재응축기의 내부 온도가 기설정온도 이하이면, 상기 조절 밸브의 상기 제3 유로측 개도를 개방하고, 상기 재응축기의 내부 온도가 기설정온도 초과이면, 상기 조절 밸브의 상기 제3 유로측 개도를 폐쇄할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 재응축기의 내부 온도가 기설정온도 이하이면, 상기 조절 밸브의 상기 제2 펌프 측 개도를 폐쇄하도록 제어하여, 상기 제2 펌프로 상기 쿨다운시 발생되는 증발가스가 공급되지 않게 할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 유로 상에 상기 제2 펌프와 상기 수요처 사이에 구비되며, 상기 액화가스를 기화시키는 기화기; 상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 상기 재응축기로 공급하는 제4 유로; 및 상기 제4 유로 상에 구비되어 상기 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 수요처는, 상기 재응축기로부터 액화가스를 공급받아 소비하는 제1 수요처; 및 상기 액화가스 저장탱크로부터 증발가스를 공급받아 소비하는 제2 수요처를 포함하되, 상기 제1 수요처는, 상기 재응축기와 상기 제2 유로를 통해 연결되며, 상기 제2 수요처는, 상기 제4 유로에서 분기되는 제5 유로를 통해 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크와 상기 제2 수요처를 연결하는 제6 유로; 상기 제6 유로 상에 구비되며 상기 제1 펌프로부터 공급되는 액화가스를 강제 기화시키는 강제 기화기; 상기 강제 기화기에서 공급되는 강제 기화된 액화가스의 메탄가를 조절하는 기액 분리기; 및 상기 기액분리기로부터 공급되는 강제 기화된 액화가스를 가열하는 히터를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 유로는, 액화가스 토출라인이고, 상기 제2 유로는, 액화가스 공급라인이며, 상기 제3 유로는, 쿨다운 복귀라인이고, 상기 제4 유로는, 증발가스 토출라인이며, 상기 제5 유로는, 증발가스 공급라인이고, 상기 제6 유로는, 강제 기화라인일 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박일 수 있다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 액화가스 저장탱크에서 수요처로 액화가스 및/또는 증발가스를 효과적으로 공급하여 시스템 안정성 및 신뢰도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 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 액화가스는 LPG, LNG, 에탄 등일 수 있으며, 예시적으로 LNG(Liquefied Natural Gas)를 의미할 수 있으며, 증발가스는 자연 기화된 LNG 등인 BOG(Boil Off Gas)를 의미할 수 있다.
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 설시할 각 도면의 시스템은 서로 적용될 수 있음은 자명하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 개념도, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 개념도이고, 도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 개념도이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스팅 펌프(20), 재응축기(30), 증발가스 압축기(40), 고압 펌프(50), 고압 기화기(60), 제1 및 제2 수요처(71,72), 탱크 내압 제어부(81), 재응축기 내압 제어부(82), 재응축기 레벨 제어부(83) 및 오일 분리기(90)를 포함한다.
본 발명의 실시예에서 선박(부호도시하지 않음)은, 일례로 LNG 운반선, 벌크선 또는 컨테이너 선일 수 있으며, 선박이 컨테이너 선인 경우에는 액화가스 저장탱크(10)가 B type 탱크일 수 있고, 이에 한정되지 않는다.
또한, 도면 상에 FT는 유량측정센서, PT는 압력측정센서, LT는 레벨측정센서를 의미하며, 각 센서(831~836) 및 밸브(801~807)들은 후술할 제어부(81~83)들과 유선 또는 무선으로 연결되어 정보를 송수신하여 작동될 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)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, 액화가스 토출라인(L1), 액화가스 상부 연결라인(L1a), 액화가스 하부 연결라인(L1b), 액화가스 분기라인(L1c), 증발가스 토출라인(L2), 액화가스 공급라인(L3), 증발가스 공급라인(L4), 증발가스 조절라인(L5), 액화가스 리턴라인(L6), 증발가스 분기라인(L7)을 더 포함할 수 있다. 각각의 유로에는 개도 조절이 가능한 밸브(801~807)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브(801~807)의 개도 조절에 따라 증발가스 또는 액화가스의 공급량이 제어될 수 있다.
액화가스 토출라인(L1)는, 액화가스 저장탱크(10)와 재응축기(30)를 연결하여 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 재응축기(30)로 공급할 수 있다. 구체적으로 액화가스 토출라인(L1)는 후술할 액화가스 상부 연결라인(L1a) 및 액화가스 하부 연결라인(L1b)로 분기되어 재응축기(30)와 연결될 수 있으며, 부스팅 펌프(20)를 구비할 수 있다.
액화가스 상부 연결라인(L1a)는, 액화가스 토출라인(L1)의 말단에서 갈라져 재응축기(30)의 패킹부(301) 상측에 연결되며, 재응축기 제1 내압조절밸브(803)를 구비할 수 있고, 재응축기(30) 내부의 압력을 조절할 수 있다.
액화가스 하부 연결라인(L1b)는, 액화가스 토출라인(L1)의 말단에서 갈라져 재응축기(30)의 패킹부(301) 하측에 연결되며, 재응축기 제2 내압조절밸브(804)를 구비할 수 있고, 재응축기(30) 내부의 압력을 조절할 수 있다. 여기서 액화가스 상부 연결라인(L1a) 및 액화가스 하부 연결라인(L1b)는 제3 및 제4 밸브(803,804)를 대체하여, 삼방밸브인 내압조절 삼방밸브(807)를 구비할 수도 있다.
액화가스 분기라인(L1c)는, 액화가스 토출라인(L1) 상의 부스팅 펌프(20) 하류에서 분기되어 액화가스 저장탱크(10)와 재연결되며, 액화가스 회수밸브(802)를 구비할 수 있고, 재응축기(30) 내부의 액화가스의 수위를 조절할 수 있다.
액화가스 상부 연결라인(L1a) 및 액화가스 하부 연결라인(L1b)의 재응축기(30) 내부 압력 조절에 대한 상세한 내용 및 액화가스 분기라인(L1c)의 재응축기(30) 내부의 액화가스 수위 조절에 대한 상세한 내용은, 하기 제어부(81,82)에서 기술하도록 한다.
증발가스 토출라인(L2)는, 액화가스 저장탱크(10)와 재응축기(30)를 연결하며, 증발가스 압축기(40) 및 오일 분리기(90)를 구비할 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 재응축기(30)로 공급할 수 있다.
액화가스 공급라인(L3)는, 재응축기(30)와 제1 수요처(71)를 연결하며, 고압 펌프(50)와 고압 기화기(60)를 구비할 수 있고, 재응축기(30)에서 재응축된 액화가스를 제1 수요처(71)로 공급할 수 있다.
증발가스 공급라인(L4)는, 재응축기(30)와 제2 수요처(72)를 연결하며, 재응축기(30)에서 재응축되지 못한 증발가스를 제2 수요처(72)로 공급할 수 있다.
증발가스 조절라인(L5)는, 증발가스 토출라인(L2) 상의 증발가스 압축기(40) 하류에서 분기되어 증발가스 공급라인(L4)와 연결될 수 있으며, 증발가스 조절밸브(805)를 구비할 수 있고, 재응축기(30)의 내압에 과압이 걸리는 경우, 증발가스 토출라인(L2)에서 유동하는 증발가스를 증발가스 공급라인(L4)로 공급할 수 있다.
액화가스 리턴라인(L6)는, 재응축기(30)와 액화가스 저장탱크(10)를 연결하며, 재응축기(30)에 재응축된 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시킬 수 있다. 이때, 액화가스 리턴라인(L6)는, 제1 수요처(71)가 정지하거나 이상가동하는 경우에 사용될 수 있다.
즉, 액화가스 리턴라인(L6)는 제1 수요처(71)가 정지하더라도 재응축기(30)로 액화가스 및 증발가스를 계속적으로 공급할 수 있도록 하므로, 부스팅 펌프(20)가 가동종료하기 전까지 재응축기(30)에 저장된 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시킬 수 있어 안정적으로 시스템을 유지할 수 있는 효과가 있다.
증발가스 분기라인(L7)는, 액화가스 공급라인(L3)의 고압 기화기(60)의 하류에서 분기되어 제2 수요처(72)를 연결할 수 있으며, 제1 수요처(71)에 공급되는 기화된 액화가스의 압력에 과압이 생성되는 경우, 고압 기화기(60)에서 공급되는 기화된 액화가스의 적어도 일부를 제2 수요처(72)로 공급할 수 있다.
즉, 증발가스 분기라인(L7)는, 제1 수요처(71)로 공급되는 기화된 액화가스의 압력이 기설정압력 이상인 경우, 제1 수요처(71)로 공급되는 액화가스 공급라인(L3) 상의 기화된 액화가스를 제2 수요처(72)로 공급시킬 수 있어, 시스템의 안정성을 극대화할 수 있다.
이하에서는 상기 설명한 각 라인들(L1~L7)에 의해 유기적으로 형성되어 가스 처리 시스템(1)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 제1 및 제2 수요처(71,72)에 공급될 액화가스 또는 증발가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
본 실시예에서는, 액화가스 저장탱크(10)에서 액화가스의 증발로 인해 발생하는 증발가스를 증발가스 압축기(40)로 가압하여 재응축기(30)로 공급함으로써, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스와 함께 수요처(71,72)의 연료로 활용할 수 있다. 이에 본 발명의 가스 처리 시스템(1)은, 증발가스를 효율적으로 관리할 수 있다.
부스팅 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 1차 가압하여 재응축기(30)로 공급할 수 있다.
구체적으로, 부스팅 펌프(20)는, 액화가스 토출라인(L1) 상에 액화가스 저장탱크(10)와 재응축기(30) 사이에 구비되어 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 재응축기(30)로 공급할 수 있다.
이때, 부스팅 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 구비되거나, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 수위보다 낮은 위치의 외부에 구비될 수 있다. 또한, 부스팅 펌프(20)는, 잠형 또는 원심형으로, 고정 RPM을 가지는 고정용량형 펌프일 수 있다.
부스팅 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 6 내지 8bar로 가압하여 재응축기(30)로 공급할 수 있다. 여기서 부스팅 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도가 다소 높아질 수 있으며, 가압된 액화가스는 여전히 액체상태일 수 있다.
재응축기(30)는, 증발가스 압축기(40)와 고압 펌프(50) 사이 및 부스팅 펌프(20)와 고압 펌프(50) 사이에 구비되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스 및 증발가스를 공급받아 재응축시켜 고압 펌프(50)로 공급한다.
구체적으로, 재응축기(30)는, 증발가스 압축기(40)에 의해 약 6 내지 8bar의 압력으로 가압된 증발가스를 공급받고, 부스팅 펌프(20)에 의해 약 6 내지 8bar의 압력으로 가압된 액화가스를 공급받아 상대적으로 저온인 액화가스를 통해 증발가스를 재응축시킬 수 있으며, 재응축된 증발가스를 고압 펌프(50)로 공급할 수 있다.
재응축기(30)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스와 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 서로 혼합하여 저온의 액화가스 냉열을 전달하여 증발가스를 재응축시키는 방식을 이용할 수 있다.
이때, 재응축기(30)는 6 내지 8bar의 압력을 견딜 수 있는 압력용기형태일 수 있다. 즉, 재응축기(30)는, 증발가스 압축기(40) 및 부스팅 펌프(20)를 통해 증발가스와 액화가스를 약 6 내지 8bar(또는 6 내지 15bar까지도 가능함)의 압력으로 공급받아 저압의 증발가스 또는 액화가스보다 재응축 효율이 향상되며, 상기 압력을 유지한 상태로 재응축시켜 고압 펌프(50)로 공급하여 고압 펌프(50)의 압축 부하를 낮출 수 있는 효과가 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는, 재응축기(30)에서 증발가스를 추가로 공급받아 재응축시켜 연료로 사용하므로, 연료의 부족시 사용되는 강제기화기(Forcing Vaporizer)의 구비가 필요없게되어 시스템 구축 비용이 절감되는 효과와 시스템 구성이 심플화되어 구동 신뢰성이 증가하는 효과가 있다.
또한, 재응축기(30)는, 용기 내부에 패킹부(301) 및 스프레이부(302)를 포함할 수 있다.
패킹부(301)는, 재응축기(30) 내부의 중앙에 구비될 수 있으며, 액화가스 상부 연결라인(L1a) 상으로 공급되는 액화가스와 증발가스 토출라인(L2) 상으로 공급되는 증발가스가 접촉하는 표면적을 넓히도록 내부에 자갈과 같은 부재를 형성할 수 있다. 즉, 패킹부(301)는, 내부에 형성된 자갈을 통해 수많은 공극들을 형성하고, 이 공극들을 액화가스가 유동하면서 증발가스와 접촉하는 면적이 증대될 수 있다. 이를 통해서 패킹부(301)는 액화가스와 증발가스의 열교환 효율을 증가시켜 재응축률을 향상시킬 수 있다.
여기서 재응축기(30)는, 패킹부(301)를 기준으로 상측의 위치에서 액화가스 상부 연결라인(L1a)과 연결되고, 하측의 위치에서 액화가스 하부 연결라인(L1b)과 연결될 수 있다. 이때, 액화가스 상부 연결라인(L1a)을 통해 유입되는 액화가스는, 패킹부(301)로 유입되어 증발가스를 재응축시키고, 액화가스 하부 연결라인(L1b)을 통해 유입되는 액화가스는, 재응축기(30) 내부에 그대로 저장되게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 액화가스 상부 연결라인(L1a)과 액화가스 하부 연결라인(L1b)으로 각각 들어오는 액화가스의 유량을 조절함으로써, 재응축기(30)에서 증발가스의 재응축률을 조절할 수 있고, 이를 통해 재응축기(30)의 내부 압력을 제어할 수 있다. 이에 대한 상세한 내용은 제어부(81,82)에서 후술하도록 한다.
스프레이부(302)는, 액화가스 상부 연결라인(L1a)의 말단부로부터 재응축기(30)의 내부로 연장형성되어 패킹부(301)의 상측에 마련될 수 있으며, 액화가스 상부 연결라인(L1a)을 통해 공급되는 액화가스를 패킹부(301)로 분사시킬 수 있다.
스프레이부(302)는, 액상의 액화가스를 분무하여 액화가스와 증발가스가 접촉하는 면적을 증대시킬 수 있으며, 패킹부(301)와 유사한 역할을 수행할 수 있다.
증발가스 압축기(40)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압한다. 구체적으로, 증발가스 압축기(40)는, 증발가스 토출라인(L2) 상에 액화가스 저장탱크(10)와 재응축기(30) 사이에 마련되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 약 6 내지 8bar로 가압하여 재응축기(30)로 공급할 수 있다.
증발가스 압축기(40)는, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 가압할 수 있으며, 일례로 증발가스 압축기(40)는 3개가 구비되어 증발가스를 3단 가압할 수 있다. 여기서 일례로 든 3단 압축기는 단지 하나의 예에 불과하며 3단에 한정되지 않는다.
이때, 증발가스 압축기(40)는, LD(Low Duty) 압축기로 약 1bar 내지 2bar의 증발가스를 약 6 내지 8bar까지 가압할 수 있으며, 증발가스 토출라인(L2)을 통해 재응축기(30)로 공급될 수 있다.
또한, 증발가스 압축기(40)는, 스크류(Screw)형 또는 왕복동(reciprocate)형 압축기로 약 6 bar 내지 8bar까지 가압할 수 있다. 스크류(Screw)형 또는 왕복동(reciprocate)형 압축기는, 토출시키는 압력에 상관없이 일정한 량의 증발가스를 효과적으로 가압하여 공급할 수 있어, 원심형(Centricugal) 압축기에 비해 토출시키는 증발가스의 유량제어가 용이한 장점이 있다.
본 발명의 실시예에서는, 증발가스 압축기(40)의 각 후단에는 증발가스 냉각기(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 증발가스 압축기(40)에 의하여 증발가스가 가압되면, 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있기 때문에, 본 실시예에서는 증발가스 냉각기를 사용하여 증발가스의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다. 증발가스 냉각기는, 증발가스 압축기(40)와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 증발가스 냉각기는, 각 증발가스 압축기(40)의 하류에 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 증발가스 압축기(40)가 병렬로 구비되어 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스 양이 급격히 상승하는 경우, 이를 모두 수용할 수 있으며, 또는 증발가스 압축기(40)의 하나가 오작동을 일으키거나 셧다운(Shut down)되는 경우 나머지 하나의 증발가스 압축기(40)가 작동할 수 있어 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 효율적으로 수용하여 처리할 수 있다.
고압 펌프(50)는, 재응축기(30)로부터 재응축된 액화가스를 공급받아 2차 가압하여 고압으로 가압할 수 있으며, 약 200 내지 400bar로 가압하는 고압펌프일 수 있다. 구체적으로, 고압 펌프(50)는, 액화가스 공급라인(L3) 상에 재응축기(30)와 고압 기화기(60) 사이에 구비될 수 있으며, 재응축기(30)로부터 약 6 내지 8bar의 압력을 가진 상태로 재응축된 액화가스를 공급받아 약 200 내지 400bar의 고압으로 가압하여 고압 기화기(60)로 공급할 수 있다.
고압 펌프(50)는, 약 200 내지 400bar의 고압으로 가압하여 고압 기화기(60)를 거쳐 제1 수요처(71)로 공급함으로써, 제1 수요처(71)가 요구하는 압력으로 액화가스를 공급할 수 있고, 이를 통해 제1 수요처(71)가 액화가스를 통해 추력을 생산할 수 있다.
고압 펌프(50)는, 재응축기(30)로부터 배출되는 액화가스를 고압으로 가압하되, 액화가스가 초임계점(Critical Point)보다 높은 온도 및 압력을 갖는 초임계 상태가 되도록 상변화시킬 수 있다. 이때, 초임계 상태인 액화가스의 온도는 임계온도보다 상대적으로 높은 영하 20도 이하일 수 있다.
또는 고압 펌프(50)는 액체 상태의 액화가스를 고압으로 가압하여 과냉액체 상태로 변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태의 액화가스란 액화가스의 압력이 임계압력보다 높고, 온도가 임계온도보다 낮은 상태이다.
구체적으로, 고압 펌프(50)는, 재응축기(30)로부터 배출되는 액체상태의 액화가스를 200bar 내지 400bar까지 고압으로 가압하되, 액화가스의 온도가 임계온도보다 낮은 온도가 되도록 하여, 액화가스를 과냉액체 상태로 상변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태의 액화가스 온도는, 임계온도보다 상대적으로 낮은 영하 140도 내지 영하 60도일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 고압 펌프(50)가 병렬로 구비되어 고압 펌프(50)의 하나가 오작동을 일으키거나 셧다운(Shut down)되는 경우 나머지 하나의 고압 펌프(50)가 작동할 수 있어 재응축기(30)에 재응축된 증발가스를 제1 수요처(71)로 신뢰성있게 또는 안정적으로 공급할 수 있다.
고압 기화기(60)는, 액화가스 공급라인(L3) 상에 마련되어 고압 펌프(50)로부터 배출되는 고압의 액화가스를 기화시킬 수 있다. 구체적으로, 고압 기화기(60)는, 제1 수요처(71)와 고압 펌프(50) 사이의 액화가스 공급라인(L3) 상에 마련되어, 고압 펌프(50)로부터 공급되는 고압의 액화가스를 기화시켜 제1 수요처(71)가 원하는 상태로 공급할 수 있다.
이때, 고압 기화기(60)는, 액화가스를 기화시키기 위한 열매로 글리콜 워터(Glycol Water), 해수(Sea Water), 스팀(Steam) 또는 엔진 배기가스 등을 사용할 수 있으며, 고압의 기화된 액화가스를 압력 변동없이 제1 수요처(71)로 공급할 수 있다.
제1 수요처(71)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스 또는 증발가스를 연료로 사용한다. 즉, 제1 수요처(71)는, 액화가스 또는 증발가스를 필요로 하며 이를 원료로 하여 구동될 수 있다. 제1 수요처(71)는, 엔진(예를들어 고압가스분사엔진으로 MEGI 엔진)일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다
여기서 제1 수요처(71)는, 액화가스 저장탱크(10)와 액화가스 토출라인(L1) 내지 액화가스 공급라인(L3)을 통해 연결될 수 있으며, 약 200 내지 400 bar의 고압으로 가압된 액화가스 또는 증발가스를 공급받을 수 있다.
제1 수요처(71)는, 고압 펌프(50) 및 고압 기화기(60)에 의해 약 200 내지 400bar로 가압되고 기화된 증발가스 또는 액화가스를 사용할 수 있고, 약 300bar 정도의 고압 증발가스를 사용하는 고압용 엔진일 수 있으며, 프로펠러(부호 도시하지 않음)를 구동하기 위해 직접 프로펠러 축(부호 도시하지 않음)을 회전시키는 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다.
엔진은 액화가스의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서 제1 수요처(71) 구동 시 프로펠러 축에 연결된 프로펠러가 회전함에 따라 선체가 전진 또는 후진할 수 있다.
제1 수요처(71)는 재응축된 액화가스를 공급받아 구동력을 얻을 수 있으며, 액화가스의 상태는 제1 수요처(71)가 요구하는 상태에 따라 달라질 수 있다.
또한, 제1 수요처(71)는, 이종연료가 사용가능한 이종연료엔진일 수 있다. 이종연료엔진은 통상 디젤 사이클로 구동되는 2행정 엔진이다. 이러한 디젤 사이클은 기본적으로, 공기가 피스톤에 의해서 압축되고, 압축된 고온의 공기는 점화연료(Pilot Fuel)에 의해서 점화가 이루어지며, 나머지 고압의 가스가 분사되어 폭발이 이루어진다.
이때 점화연료는 HFO(Heavy Fuel Oil) 또는 MDO(Marine Diesel Oil)를 사용하게 되며, 보통 점화연료와 고압 가스의 비율은 약 5:95 이고, 점화연료의 분사량은 5~100%까지 조정이 가능하다. 따라서 점화연료는 엔진의 구동 연료로도 이용가능하다.
즉, 점화연료의 분사량이 약 5%정도인 경우 엔진 구동 연료로 증발가스(또는 가열된 액화가스; 약 95%)가 주로 사용되며, 점화연료의 분사량이 100%인 경우에는 엔진 구동 연료로 점화연료(오일)가 전부 사용된다.
이때, 점화연료의 분사량이 50%인 경우(와 증발가스 약 50%)에는 점화연료와 증발가스 또는 액화가스가 혼합되어 엔진으로 유입되는 것이 아닌 점화연료가 먼저 발화하여 발열량을 생산하고, 이후, 나머지 증발가스가 유입되어 폭발하여 발열량을 생산하여 엔진 구동에 필요한 발열량을 생산한다.
제2 수요처(72)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스를 연료로 사용한다. 즉, 제2 수요처(61)는, 증발가스를 필요로 하며 이를 원료로 하여 구동될 수 있다. 제2 수요처(72)는, 발전기(예를들어 DFDG), 가스연소장치(GCU), 보일러(예를들어 스팀을 생성하는 보일러)일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
구체적으로, 제2 수요처(72)는, 재응축기(30)와 제4 라인(L2)을 통해 연결될 수 있으며, 재응축기(30)에 저장된 증발가스 또는 증발가스 압축기(40)에 의해 약 1 내지 6 bar의 저압으로 가압된 증발가스(이때, 증발가스는 증발가스 조절라인(L5)을 통해 증발가스 공급라인(L4)으로 공급되어 제2 수요처(72)로 공급됨)를 공급받아 연료로 사용할 수 있다.
또한, 제2 수요처(72)는, 이종연료가 사용가능한 이종연료엔진일 수 있어, 증발가스뿐만 아니라 오일을 연료로 사용할 수 있으나, 증발가스와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 증발가스 또는 오일이 선택적으로 공급될 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 제2 수요처(72)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.
탱크 내압 제어부(81)는, 액화가스 저장탱크(10)의 내압에 따라 증발가스 압축기(40)를 제어한다. 이때, 본 발명의 실시예에서는, 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 측정하는 저장탱크 내압측정센서(836)를 더 포함할 수 있다. 저장탱크 내압측정센서(836)는, 압력측정센서로 액화가스 저장탱크(10)의 내부 또는 외부에 마련될 수 있다.
구체적으로, 탱크 내압 제어부(81)는, 저장탱크 내압측정센서(836)를 통해 측정된 액화가스 저장탱크(10)의 내압에 따라 증발가스 압축기(40)의 증발가스 처리량을 제어하여 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 제어할 수 있다.
탱크 내압 제어부(81)는, 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 기설정압력보다 높은 경우, 증발가스 압축기(40)가 액화가스 저장탱크(10) 내에서 발생된 증발가스를 기설정처리량보다 더 많이 처리하도록 제어하고, 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 기설정압력보다 낮은 경우, 증발가스 압축기(40)가 액화가스 저장탱크(10) 내에서 발생된 증발가스를 기설정처리량보다 더 적게 처리하도록 제어할 수 있다.
이때, 증발가스 압축기(40)는 탱크 내압 제어부(81)의 제어를 받아 기설정시간 내 처리유량이 일정하도록 제어(액화가스 저장탱크(10)의 내압은 변동이 매우 적어 증발가스 압축기(40)의 가동은 액화가스 저장탱크(10)의 내압에 의존시 처리유량이 기설정시간동안 일정해짐)될 수 있으며, 재응축기(30)의 내부 압력에 의존하지 않고 액화가스 저장탱크(10)의 내압에만 의존하여 제어될 수 있다. 이를 위해서 증발가스 압축기(40)는 가변주파수구동(VFD) 제어될 수 있다.
종래에는 재응축기의 내압을 제어하기 위해서, 액화가스 저장탱크로부터 공급되는 증발가스의 공급량을 통해 제어하였다. 이 경우, 증발가스와 액화가스의 양에 따라 재응축이 발생하지 않아 재응축기가 재응축기능을 발현하지 못하는 문제점이 있었다.
구체적으로, 종래에 재응축기로 공급되는 증발가스의 양은 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스의 양에 따라 변동되고, 재응축기로 공급되는 액화가스의 양은 제1 소비처(71)가 소비하는 연료의 양에 따라 변동된다. 재응축기에 공급되는 액화가스와 증발가스의 양이 모두 변동되면 재응축기 내부의 압력 변동과 저장된 액화가스의 수위 변동의 제어가 매우 어려워진다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 재응축기(30)로 공급되는 증발가스의 양이 재응축기(30)의 내압에 의존하지 않고, 액화가스 저장탱크(10)의 내압에 의존하여 공급하도록 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서 증발가스 토출라인(L2)는, 재응축기(30)의 내압에 의존하지 않고, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 재응축기(30)로 공급할 수 있다.
이를 통해서 본 발명의 실시예에서는 재응축기(30)로 유입되는 증발가스의 양이 변동되지 않으므로(액화가스 저장탱크(10)의 내압은 재응축기(30)의 내압보다 변동이 매우 적음) 재응축기(30)에서 재응축되는 증발가스의 양을 계산하기가 매우 용이해지고, 이로 인해 재응축기(30) 내부의 압력 변동과 액화가스 수위 변동의 제어가 매우 용이해지는 효과가 있다.
또한, 탱크 내압 제어부(81)는, 재응축기(30) 내부의 액화가스 대비 증발가스의 상대적인 존재 비율에 따라, 증발가스 조절밸브(805)의 개도를 제어하여 증발가스 조절라인(L5) 내의 증발가스 흐름을 제어할 수 있다.
구체적으로, 탱크 내압 제어부(81)는, 재응축기(30) 내부의 액화가스 대비 증발가스의 상대적인 존재 비율이 기설정비율보다 높은 경우 증발가스 조절밸브(805)의 개도를 개방하여 증발가스 토출라인(L2) 상의 증발가스 적어도 일부가 재응축기(30)로 공급되지 않고 증발가스 공급라인(L4)로 공급되도록 제어할 수 있고, 재응축기(30) 내부의 액화가스 대비 증발가스의 상대적인 존재 비율이 기설정비율보다 낮은 경우 증발가스 조절밸브(805)의 개도를 폐쇄하여 증발가스 토출라인(L2) 상의 증발가스 적어도 일부가 재응축기(30)로 공급되도록 제어할 수 있다. 여기서 증발가스 조절밸브(805)의 개도 조절을 위한 유량 제어는 증발가스 유량측정센서(831)에 의해 측정된 수치를 통해 제어될 수 있다.
재응축기 내압 제어부(82)는, 재응축기(30)의 내압에 따라 액화가스 상부 연결라인(L1a) 및 액화가스 하부 연결라인(L1b) 내의 액화가스 흐름을 제어하여, 재응축기(30)의 내압을 제어한다. 이때, 본 발명의 실시예에서는, 재응축기(30)의 내압을 측정하는 재응축기 내압측정센서(833)를 더 포함할 수 있다. 재응축기 내압측정센서(833)는, 압력측정센서로 재응축기(30)의 내부 또는 외부에 마련될 수 있다.
구체적으로, 재응축기 내압 제어부(82)는, 재응축기 내압측정센서(833)를 통해 측정된 재응축기(30)의 내압에 따라 액화가스 상부 연결라인(L1a) 및 액화가스 하부 연결라인(L1b) 각각에 설치되는 재응축기 제1 내압조절밸브(803) 및 재응축기 제2 내압조절밸브(804)의 개도를 조절하여 재응축기(30)의 내압을 제어할 수 있다.
재응축기 내압 제어부(82)는, 재응축기(30)의 내압이 기설정압력보다 높은 경우, 재응축기 제1 내압조절밸브(803)의 개도를 재응축기 제2 내압조절밸브(804)의 개도보다 더 많이 개방되도록 제어하고, 재응축기(30)의 내압이 기설정압력보다 낮은 경우, 재응축기 제1 내압조절밸브(803)의 개도를 재응축기 제2 내압조절밸브(804)의 개도보다 더 적게 개방되도록 제어할 수 있다. 여기서 재응축기 제1 내압조절밸브(803) 및 재응축기 제2 내압조절밸브(804)의 개도 조절을 위한 유량은 액화가스 유량측정센서(832)에 의해 측정된 수치를 통해 제어될 수 있다.
이때, 재응축기 내압 제어부(82)는, 재응축기 제1 내압조절밸브(803)의 개도를 재응축기 제2 내압조절밸브(804)의 개도보다 더 많이 개방되도록 제어함에도 재응축기(30)의 내압이 기설정압력보다 높은 경우, 증발가스 공급밸브(806)를 개방하여, 증발가스 공급라인(L4)를 통해 재응축기(30) 내부에 저장된 증발가스가 제2 수요처(72)로 공급되도록 제어할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이 재응축기 내압 제어부(82)는, 재응축기 내압측정센서(833)를 통해 측정된 재응축기(30)의 내압에 따라 액화가스 상부 연결라인(L1a) 및 제1b 유로(1b)의 분기점에 설치되는 내압조절 삼방밸브(807; 도 2 참조)의 개도를 조절하여 재응축기(30)의 내압을 제어할 수 있다. 이때, 내압조절 삼방밸브(807)는 액화가스 토출라인(L1)로부터 액화가스가 유입되는 유입개도, 액화가스 상부 연결라인(L1a)로 액화가스가 유출되는 유출개도(이하 액화가스 상부 연결라인(L1a)로의 유출개도) 및 액화가스 하부 연결라인(L1b)로 액화가스가 유출되는 유출개도(이하 액화가스 하부 연결라인(L1b)로의 유출개도)를 구비하는 삼방밸브일 수 있다.
재응축기 내압 제어부(82)는, 재응축기(30)의 내압이 기설정압력보다 높은 경우, 액화가스 상부 연결라인(L1a)로의 유출개도를 액화가스 하부 연결라인(L1b)로의 유출개도보다 더 많이 개방되도록 제어하고, 재응축기(30)의 내압이 기설정압력보다 낮은 경우, 액화가스 상부 연결라인(L1a)로의 유출개도를 액화가스 하부 연결라인(L1b)로의 유출개도보다 더 적게 개방되도록 제어할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에서는, 재응축기 내압 제어부(82)의 제어를 통해 재응축기(30)의 내부 압력이 증가하면 재응축기(30)의 패킹부(301)로 유입되는 액화가스의 양을 늘려(액화가스 하부 연결라인(L1b)에 비해 액화가스 상부 연결라인(L1a)을 통해 재응축기(30)로 유입되는 액화가스의 양을 늘림) 재응축이 다량 발생하게 하고, 이로 인해 재응축기(30) 내부에 존재하는 증발가스를 감소시킴으로써 재응축기(30)의 내부 압력을 떨어뜨리도록 한다.
그리고, 재응축기(30)의 내부 압력이 감소하면 재응축기(30)의 패킹부(301)를 통과하지 않고 유입되는 액화가스의 양을 늘리도록 하여(액화가스 상부 연결라인(L1a)에 비해 액화가스 하부 연결라인(L1b)을 통해 재응축기(30)로 유입되는 액화가스의 양을 늘림) 재응축기 소량 발생하게 하고, 이로 인해 재응축기(30) 내부에 존재하는 증발가스를 증가시킴으로써 재응축기(30)의 내부 압력을 증가시키도록 한다.
이를 통해서 종래의 재응축기 압력제어 구성은 증발가스 유입을 통해 재응축기의 내압을 제어하였기 때문에 재응축기 내부의 압력이 감소하는 경우 이를 해결하기 위해서 질소 등의 불활성 가스인 makeup gas 또는 blanket gas를 추가 공급하여야 했다. 따라서, 구축 비용이 증대되는 문제점과 구축 공간이 추가적으로 요구되어 선박 내 공간활용도가 떨어지는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 발명의 실시예에서는, 상기 재응축기 내압 제어부(82)의 제어와 같이 제어하여 재응축기(30) 내부의 압력이 증가하거나 감소하는 경우 모두를 제어할 수 안정하게 제어할 수 있으므로, 재응축기(30)의 효율적인 사용이 가능해지는 효과가 있으며, 구축 비용이 절감되고, 선박 내 공간활용성이 극대화되는 효과가 있다. (즉, 본 발명의 실시예에서는 재응축기(30) 내부의 압력을 제어하기 위해서 증발가스를 사용하지 않고 액화가스를 사용한다.)
재응축기 레벨 제어부(83)는, 재응축기(30) 내에 저장된 액화가스의 수위에 따라 액화가스 토출라인(L1) 및 액화가스 분기라인(L1c) 내의 액화가스 흐름을 제어하여 재응축기(30) 내부의 액화가스 레벨을 제어한다.
이때, 본 발명의 실시예에서는, 재응축기(30) 내부에 저장된 액화가스의 수위를 측정하는 재응축기 수위측정센서(834) 및 액화가스 토출라인(L1) 상의 부스팅 펌프(20)에서 토출되는 유량을 측정하는 액화가스 토출유량센서(835)를 더 포함할 수 있다. 재응축기 수위측정센서(834)는, 수위측정센서(레벨센서)로 재응축기(30)의 내부 또는 외부에 마련될 수 있고, 액화가스 토출유량센서(835)는, 유량측정센서로 액화가스 토출라인(L1) 상의 부스팅 펌프(20)와 액화가스 분기라인(L1c)의 분기점 사이에 마련될 수 있다.
구체적으로, 재응축기 레벨 제어부(83)는, 재응축기 수위측정센서(834)를 통해 측정된 재응축기(30)내부의 액화가스 수위에 따라 액화가스 분기라인(L1c) 각각에 설치되는 액화가스 회수밸브(802)의 개도를 조절하여 재응축기(30) 내의 액화가스 저장 수위를 제어할 수 있다.
여기서 미설명 부호 801은 액화가스 공급밸브로서, 재응축기(30)로 공급되는 유량 및 액화가스 저장탱크(10)로 리턴되는 유량의 총 량을 제어할 수 있다.
재응축기 레벨 제어부(83)는, 재응축기(30) 내부의 액화가스 수위가 기설정수위보다 높은 경우, 액화가스 회수밸브(802)의 개도 개방을 늘리도록 제어하고, 재응축기(30) 내부의 액화가스 수위가 기설정수위보다 낮은 경우, 액화가스 회수밸브(802)의 개도 개방을 줄이도록 제어할 수 있다. 여기서 액화가스 회수밸브(802)의 개도 조절을 위한 유량은 액화가스 토출유량센서(835)에 의해 측정된 수치를 통해 제어될 수 있다.
상기 탱크 내압 제어부, 재응축기 내압 제어부 및 재응축기 레벨 제어부(81~83)에 대한 제어를 살펴보면, 본 발명의 실시예에서는, 재응축기(30)의 내부 압력 및 내부 수위에 대한 제어는 액화가스를 통해 구현하고, 액화가스 저장탱크(10)의 내압은 증발가스를 통해서 제어함으로써, 각각의 제어변수가 동일한 물성치를 가지고 있는 물질만을 제어하므로 재응축기(30)의 가동 효율 및 액화가스 저장탱크(10)의 내압관리를 매우 효율적으로 처리할 수 있는 효과가 있다.(물성치가 다른 물질들을 제어변수로 적용하는 경우에는 서로간의 적용변수가 상이하여 별도의 물성치 대비표가 필요로 해지므로 복잡해지는 단점이 있음, 예를 들어 액화가스와 증발가스를 제어변수로 가지는 경우에 액화가스 양을 늘리는 만큼 증발가스 양을 줄이려 할 경우, 물성치가 달라 서로 컨트롤 해야 하는 양이 다르게 되고 이로 인해 서로 대별해야 하는 증발가스-액화가스 물성치 비교표가 존재해야 함)
오일 분리기(90)는, 증발가스 토출라인(L2) 상의 증발가스 압축기(40) 후단(하류)에 구비되며, 증발가스 압축기(40)에서 토출되는 증발가스 내의 오일을 분리할 수 있다.
이를 통해서 본 발명의 실시예에서는, 재응축기(30) 내로 유입되는 증발가스에 오일이 섞이는 것을 원천차단할 수 있어, 재응축기(30)의 재응축 효율을 증대시키고 재응축기(30)의 구동 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10)에서 수요처(71,72)로 액화가스 및/또는 증발가스를 효과적으로 공급하여 시스템 안정성 및 신뢰도를 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 개념도이고, 도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 개념도이다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스팅 펌프(20), 재응축기(30), 증발가스 압축기(40), 고압 펌프(50), 고압 기화기(60), 제1 수요처(71), 제2 수요처(72), 제어부(부호 도시하지 않음), 증발가스 토출밸브(112), 증발가스 분리밸브(113)를 포함한다.
본 발명의 실시예에서 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 대응하는 구성요소는, 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 즉, 본 발명의 실시예에서는, 도 1 내지 도 3에서 설명한 실시예와 제어부, 증발가스 토출밸브(112) 및 증발가스 분리밸브(113)의 구성이 상이하므로 이에 대해서만 하기 상세히 설명하도록 한다.
이하에서는, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)을 설명하도록 한다.
증발가스 토출밸브(112)는, 증발가스 토출라인(L2) 상에 액화가스 저장탱크(10)에 근접하도록 구비되며, 개도조절을 통해서 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스가 증발가스 토출라인(L2)으로 공급될 수 있도록 한다.
증발가스 토출밸브(112)는, 후술할 제어부와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어부로부터 개도조절신호를 전송받아 개도조절을 수행할 수 있다.
증발가스 분리밸브(113)는, 증발가스 토출라인(L2) 상에 증발가스 공급라인(L4)이 분기되는 지점에 구비되며 삼방밸브일 수 있다. 증발가스 분리밸브(113)는, 개도조절을 통해서 증발가스 압축기(40)에서 토출되는 증발가스를 증발가스 공급라인(L4)을 통해 제2 수요처(72)로 공급되도록 하거나 또는 증발가스 토출라인(L2)을 통해서 재응축기(30)로 공급될 수 있도록 한다.
증발가스 분리밸브(113)는, 제어부와 유선 또는 무선으로 연결되어 제어부로부터 개도조절신호를 전송받아 개도조절을 수행할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참고로 하여 제어부를 통해 구현되는 본 발명의 실시예에서는, 제1 수요처(71)의 로드 정보에 따른 재응축기(30)의 제어를 구현할 수 있다.
먼저 도 4를 참고로 하여, 제어부를 통해 구현되는 본 발명의 실시예를 살펴보도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이 제어부는, 제1 수요처(71)로부터 로드 신호를 수신받아 제1 수요처(71)의 로드가 높은 경우, 증발가스 토출밸브(112)에는 개도개방신호와, 부스팅 펌프(20)에는 펌프구동신호를 송신하여 재응축기(30)가 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스와 액화가스를 모두 공급받을 수 있도록 함으로써, 재응축기(30)에서 재응축된 액화가스 또는 증발가스를 제1 수요처(71)의 연료로 공급하도록 제어할 수 있다.
그리고, 제어부는, 제1 수요처(71)로부터 로드 신호를 수신받아 제1 수요처(71)의 로드가 낮은 경우, 증발가스 토출밸브(112)에는 개도폐쇄신호를 송신하고 부스팅 펌프(20)에는 구동신호를 송신하여, 재응축기(30)가 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스만 공급받을 수 있도록 함으로써, 재응축기(30)에 저장된 액화가스를 제1 수요처(71)의 연료로 공급하고, 액화가스 저장탱크(10)는 발생되는 증발가스는 액화가스 저장탱크(10) 내부에 그대로 유지하도록 하여 축압하도록 제어할 수 있다. 물론 이 경우 증발가스 압축기(40)의 구동은 정지될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에서는, 제1 수요처(71)의 로드가 높은 경우 즉, MEGI 엔진의 로드가 높은 경우, 액화가스와 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로부터 모두 공급받아 재응축기(30)에서 재응축시켜 액화가스 저장탱크(10) 내에 발생되는 증발가스를 효과적으로 처리하고, 재응축된 액화가스 또는 증발가스를 MEGI 엔진(제1 수요처(71))의 연료로 사용할 수 있다. 여기서 제1 수요처(71)의 로드가 높은 경우는, 일례로 선박이 고속(18knot 이상)으로 추진하는 경우일 수 있다.
이때, 재응축기(30)로 공급되는 액화가스 또는 증발가스는 약 6 내지 8bar의 압력을 가지며, 제1 수요처(71)로 공급되는 재응축된 액화가스 또는 증발가스는 약 200 내지 400bar의 압력을 가질 수 있다.
제1 수요처(71)의 로드가 낮은 경우 즉, MEGI 엔진의 로드가 낮은 경우, 재응축기(30)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스만 공급받아 재응축기(30)에 저장된 액화가스를 제1 수요처(71)의 연료로 공급하고, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스는 액화가스 저장탱크(10) 내부에 그대로 유지하도록 축압할 수 있다.
이때, 재응축기(30)는 재응축과정이 일어나지 않고 단지 액화가스가 임시저장하여, 고압 펌프(50)의 유효흡입수두 조건을 만족하도록 하는 고압 펌프(50)로 공급되기 전의 석션 드럼(Suction Drum)과 유사한 역할을 할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스를 공급받지 않는다.
MEGI 엔진의 로드가 높은 경우에는(일례로 선박이 고속(18knot 이상)으로 추진하는 경우), 액화가스 저장탱크(10) 내의 저장된 액화가스의 양이 많으므로(고속으로 선박을 추진하는 경우는 항해 초기 또는 중기이므로 추진연료인 액화가스의 저장량이 많음) 그에 따른 증발가스 발생량이 많아지게 되며, 이로 인해 액화가스 저장탱크(10) 내압이 상승하여 내구성이 약화되거나 손상될 위험이 증가하게 된다. 따라서, 증발가스 처리의 어려움이 발생하게 된다.
이에 본 발명의 실시예에서는, 재응축기(30)를 사용하여 증발가스를 MEGI 엔진의 연료로 소비하게 함으로써 해결하여, 증발가스의 처리를 낭비하지 않고 최적화 사용이 가능해지며 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 효율적 및 탄력적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.
MEGI 엔진의 로드가 낮은 경우(일례로 선박이 저속 추진(16Knot이하)하는 경우 또는 선박이 Port in&out 또는 Anchoring(화물 선적 또는 하역시)하는 경우)는, 액화가스 저장탱크(10) 내의 저장된 액화가스의 양이 적으므로(저속으로 선박을 추진하는 경우 또는 선박이 Port in&out 또는 Anchoring인 경우는 항해 말기이므로 추진연료인 액화가스의 저장량이 적음) 그에 따른 증발가스 발생량이 적어 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승이 매우 적어 증발가스를 별도로 처리할 필요가 없다.
따라서, MEGI 엔진의 로드가 낮은 경우는, 증발가스 처리를 실시하지 않고 액화가스 저장탱크(10) 내부에 그대로 축압하여 증발가스를 낭비하지 않고 최적화 사용이 가능해지며 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 효율적 및 탄력적으로 관리할 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 도 5를 참고로 하여 제어부를 통해 구현되는 본 발명의 실시예를 살펴보도록 한다.
제어부는, 제1 수요처(71)로부터 로드 신호를 수신받아 제1 수요처(71)의 로드가 높은 경우, 증발가스 토출밸브(112)에는 개도개방신호, 증발가스 분리밸브(113)에는 증발가스 공급라인(L4)측 개도폐쇄신호와 증발가스 압축기(40)측 및 재응축기(30)측 개도개방신호, 부스팅 펌프(20)에는 펌프구동신호를 송신하여 재응축기(30)가 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스와 액화가스를 모두 공급받을 수 있도록 함으로써, 재응축기(30)에서 재응축된 액화가스 또는 증발가스를 제1 수요처(71)의 연료로 공급하도록 제어할 수 있다.
그리고, 제어부는, 제1 수요처(71)로부터 로드 신호를 수신받아 제1 수요처(71)의 로드가 낮은 경우, 증발가스 토출밸브(112)에는 개도개방신호, 증발가스 분리밸브(113)에는 증발가스 공급라인(L4)측 개도개방신호와 증발가스 압축기(40)측 및 재응축기(30)측 개도폐쇄신호, 부스팅 펌프(20)에는 펌프구동신호를 송신함으로써, 재응축기(30)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스만 공급받을 수 있도록 하고 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스는 제2 수요처(72)로 공급하여 처리할 수 있도록 제어할 수 있다.
이 경우 제1 수요처(71)의 로드가 낮은 경우라도 증발가스 압축기(40)는 구동되며 압축된 증발가스가 제2 수요처(72)로 공급되게 된다.
도 5의 실시예에서는 도 4의 실시예와 제1 수요처(71)의 로드가 낮은 경우에 구동 방법의 차이가 있으며, 이는, 액화가스 저장탱크(10) 내에 축압방식이 허용되지 않는 경우 또는 액화가스 저장탱크(10) 내에 발생된 증발가스를 모두 소비하기를 원하는 경우에 해당될 수 있다.
즉, 본 발명의 도 5 실시예에서 제1 수요처(71)의 로드가 낮은 경우 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스는, 증발가스 토출라인(L2)을 통해서 증발가스 압축기(40)에서 6 내지 8bar로 가압된 후 재응축기(30)가 아닌 분기된 증발가스 공급라인(L4) 을 통해서 제2 수요처(72)로 공급된다.
이때, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스는 제2 수요처(72)에서 DF 보일러를 가동하여 스팀의 형태로 변환되어 저장됨으로써, 잉여 증발가스를 낭비하지 않고 고효율적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 재응축기(30)를 통해 증발가스를 처리하여 액화가스의 낭비를 방지하고 최적화된 사용을 보장할 수 있으며, 증발가스를 처리하는데 필요한 구성을 줄일 수 있어 시스템 구축 비용이 절감되고 선박 내 공간의 효율적인 사용이 가능해지는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 개념도이고, 도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 개념도이다.
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스팅 펌프(20), 재응축기(30), 증발가스 압축기(40), 고압 펌프(50), 고압 기화기(60), 제1 수요처(71), 제2 수요처(72), 제어부(부호 도시하지 않음), 샤프트 제너레이터(91), 클러치(92), 증발가스 토출밸브(112), 증발가스 분리밸브(113)를 포함한다.
본 발명의 실시예에서 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 대응하는 구성요소는, 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 즉, 본 발명의 실시예에서는, 도 1 내지 도 5에서 설명한 실시예와 제어부, 샤프트 제너레이터(91) 및 클러치(92)의 구성이 상이하므로 이에 대해서만 하기 상세히 설명하도록 한다.
이하에서는, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)을 설명하도록 한다.
샤프트 제너레이터(Shaft Generator; 91)는, 프로펠러 축과 결합하여 연동되며, 제1 수요처(71)로부터 동력을 얻어 전력을 발생시키고, 전력을 에너지 저장 설비(Energy Storage System; 도시하지 않음)에 공급하여 전력을 에너지형태로 저장할 수 있다. 이때, 샤프트 제너레이터(91)는, 제1 수요처(71)의 구동에 대해 저항을 주는데(여기서 제1 수요처(71)는 MEGI 엔진일 수 있음), 이 저항으로 선박은 제1 수요처(71) 즉, MEGI엔진의 출력을 증가시키더라도 속도가 증가하지 않고 액화가스 또는 증발가스를 소모할 수 있다.
샤프트 제너레이터(91)는, 에너지 저장 설비와의 사이에 전력공급라인(도시하지 않음)에 의해서 연결되어 샤프트 제너레이터(91)에서 발생된 전력을 공급할 수 있으며, 전력공급라인 상에 변환기(도시하지 않음)가 설치되어 샤프트 제너레이터(91)에서 발생된 전력을 에너지 저장 설비가 필요로 하는 전력으로 변환할 수 있다.
클러치(clutch; 92)는, 프로펠러 축 상에 구비되어 제1 수요처(71)에서 발생되는 동력을 프로펠러로 전달되는 것을 차단하거나 또는 연결할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 클러치(92)는, 선박에서 사용하는 일반적인 클러치로 사용될 수 있으며 이는 공지된 내용으로 구성에 대한 상세한 기술은 생략하도록 한다.
여기서 클러치(92)는, 샤프트 제너레이터(91)와 프로펠러 사이에 구비될 수 있으며, 후술할 제어부로부터 물림신호를 수신하는 경우 제1 수요처(71)에서 발생되는 동력을 프로펠러로 전달되도록 하고, 제어부로부터 해제신호를 수신하는 경우, 제1 수요처(71)에서 발생되는 동력을 프로펠러로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
클러치(92)에 의해 동력 전달이 차단된 프로펠러는, 선박의 직진에 대한 관성으로 해수에 의해 자연스럽게 회전하거나 정지할 수 있으며, 이때 제1 수요처(71)에서 발생된 동력은 모두 샤프트 제너레이터(91)로 공급될 수 있다.
도 6 및 도 7을 참고로 하여 제어부를 통해 구현되는 본 발명의 실시예에서는, 선박의 추진 정보에 따라 샤프트 제너레이터(91), 클러치(92) 및 재응축기(30)의 제어를 구현할 수 있다.
먼저 도 6을 참고로 하여, 제어부를 통해 구현되는 본 발명의 실시예를 살펴보도록 한다.
제어부는, 선박의 추진정보 수신 유무와 관계없이 증발가스 토출밸브(112)에는 개도개방신호와 부스팅 펌프(20)에는 펌프구동신호를 송신하여 재응축기(30)가 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스와 액화가스를 모두 공급받을 수 있도록 함으로써, 재응축기(30)에서 재응축된 액화가스 또는 증발가스를 제1 수요처(71)의 연료로 공급하도록 제어할 수 있고, 제1 수요처(71) 및 샤프트 제너레이터(91)에는 선박의 추진정보 수신 유무와 관계없이 구동신호를 송신하여, 제1 수요처(71) 및 샤프트 제너레이터(91)가 지속적으로 구동될 수 있도록 제어할 수 있다.
즉, 제어부의 제어를 통해서 재응축기(30)는, 증발가스 압축기(40)를 통해 약 6 내지 8bar로 가압된 증발가스를 공급받고, 부스팅 펌프(20)를 통해 약 6 내지 8bar로 가압된 액화가스를 공급받아 서로 혼합하여 증발가스를 재응축시키고, 재응축된 액화가스 또는 증발가스를 고압 펌프(50) 및 고압 기화기(60)로 고압 기화시켜 제1 수요처(71)의 연료로 공급할 수 있다. 이때, 제1 수요처(71)는 계속해서 연료를 공급받아 구동되므로 동력이 계속해서 발생되고, 발생된 동력을 샤프트 제너레이터(91)가 공급받아 전력생산을 지속적으로 할 수 있다.
다만, 제어부는, 외부로부터 선박의 추진정보를 수신받아 선박의 추진신호가 수신되는 경우, 클러치(92)에 물림신호를 송신하여, 제1 수요처(71)에서 발생되는 동력을 프로펠러로 전달하여 선박이 추진하도록 제어하고, 선박의 추진신호가 수신되지 않는 경우, 클러치(92)에 해제신호를 송신하여, 제1 수요처(71)에서 발생되는 동력을 프로펠러로 전달하는 것을 차단하여 선박이 미추진되도록 제어할 수 있다.
즉, 제어부가 선박의 추진신호를 수신하는 경우에는, 클러치(92)를 통해 프로펠러와 제1 수요처(71)를 연결하여 제1 수요처(71)에서 발생되는 동력을 선박의 추진에 사용함과 동시에 샤프트 제너레이터(91)를 통해서 전력을 발생시키고, 선박의 추진신호를 수신하지 않는 경우에는, 클러치(92)를 통해 프로펠러와 제1 수요처(71)의 연결을 차단하여 제1 수요처(71)에서 발생되는 동력을 모두 샤프트 제너레이터(91)를 통해 전력을 발생시키는데 사용할 수 있다.
여기서 선박의 추진신호를 수신하는 경우는, 바람직하게 선박이 약 18knot 이상으로 추진하도록 하는 경우이고, 선박의 추진신호를 수신하지 않는 경우는, Anchoring(화물 선적 또는 하역)하는 경우일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에서는, 선박의 추진과 관계없이 항상 샤프트 제너레이터(91)를 구동시킬 수 있어, 전력 공급의 신뢰성이 향상되고 전력의 효율적인 생산이 가능해지는 효과가 있으며, 증발가스를 외부로 배출하거나 연소시켜 버리는 방식이 아닌 전력으로 변환하여 다른 에너지로 재생산함으로써, 증발가스의 효율적이고 경제적인 사용이 가능해지는 효과가 있다.
다음으로, 도 7을 참고로 하여 제어부를 통해 구현되는 본 발명의 실시예를 살펴보도록 한다.
제어부는, 선박의 추진정보 수신 유무와 관계없이 증발가스 토출밸브(112)에는 개도개방신호를 송신하여 증발가스 압축기(40)가 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 압축하도록 제어할 수 있다.
다만, 제어부는, 외부로부터 선박의 추진정보를 수신받아 선박의 추진신호가 수신되는 경우, 부스팅 펌프(20)에 펌프구동신호, 증발가스 분리밸브(113)에는 증발가스 공급라인(L4)측 개도폐쇄신호와 증발가스 압축기(40)측 및 재응축기(30)측 개도개방신호, 제1 수요처(71) 및 샤프트 제너레이터(91)에는 구동신호를 송신함으로써, 재응축기(30)가 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스와 액화가스를 모두 공급받아 재응축기(30)에서 재응축된 액화가스 또는 증발가스를 제1 수요처(71)의 연료로 공급하여 제1 수요처(71)가 구동됨과 함께 동력이 발생되도록 하고, 발생된 동력을 구동되는 샤프트 제너레이터(91)를 통해 전력을 생성함과 동시에 선박이 추진될 수 있도록 제어할 수 있다.
그리고 제어부는, 외부로부터 선박의 추진정보를 수신받아 선박의 추진신호가 수신되는 않는 경우, 부스팅 펌프(20)에는 펌프구동중단신호, 증발가스 분리밸브(113)에는 증발가스 압축기(40)측 및 증발가스 공급라인(L4)측 개도개방신호와 재응축기(30)측 개도폐쇄신호, 제1 수요처(71) 및 샤프트 제너레이터(91)에는 구동정지신호, 제2 수요처(72)에는 구동신호를 송신함으로써, 제1 수요처(71)로의 연료 공급을 중단하여 제1 수요처(71)의 가동을 중지하고, 제2 수요처(72)로 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 공급하여 제2 수요처(72; DF 보일러)에서 스팀을 발생시킬 수 있도록 제어할 수 있다. 이때, 제2 수요처(72)의 DF 보일러는 증발가스를 통해 전력을 생산할 수 있다.(이때, 제2 수요처(72)가 DFDG인 경우 증발가스를 통해서 전력을 생산할 수 있다.)
여기서 선박의 추진신호를 수신하는 경우는, 바람직하게 선박이 약 18knot 이상으로 추진하는 경우이고, 선박의 추진신호를 수신하지 않는 경우는, Anchoring(화물 선적 또는 하역)하는 경우일 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는, 선박의 추진시에는 샤프트 제너레이터(91)를 구동시켜 전력을 발생시키고, 선박의 미추진시에는 DFDG를 구동시켜 전력을 발생시킴으로써, 전력의 지속적인 생산이 가능해지고 전력 공급의 신뢰성이 향상되는 효과가 있으며, 증발가스를 외부로 배출하거나 연소시켜 버리는 방식이 아닌 전력 또는 스팀으로 변환시켜 다른 에너지로 재생산함으로써, 증발가스의 효율적이고 경제적인 사용이 가능해지는 효과가 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 재응축기(30)를 통해 증발가스를 처리하여 액화가스의 낭비를 방지하고 최적화된 사용을 보장할 수 있으며, 증발가스를 처리하는데 필요한 구성을 줄일 수 있어 시스템 구축 비용이 절감되고 선박 내 공간의 효율적인 사용이 가능해지는 효과가 있다.
또한, 선박의 추진 유무에 상관없이 클러치(92)를 통해 선박의 미추진시에도 샤프트 제너레이터(91)를 항시 구동하거나, DF 보일러 또는 DFDG를 통해 선박의 미추진시에도 전력을 생산하여 선박의 추진상황에 관계없이 전력을 지속적으로 생산할 수 있어, 잉여 증발가스의 처리를 전력으로 변환 사용할 수 있어 증발가스의 경제적인 사용이 가능해지는 효과가 있다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 포함하는 선박에 대한 개념도이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스팅 펌프(20), 재응축기(30), 증발가스 압축기(40), 고압 펌프(50), 고압 기화기(60), 제1 수요처(71), 제2 수요처(72), 제어부(100), 강제 기화기(201), 기액 분리기(202), 히터(203), 예열기(401) 및 쿨다운 복귀라인(L10)을 포함한다.
본 발명의 실시예에서 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 대응하는 구성요소는, 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 즉, 본 발명의 실시예에서는, 도 1 내지 도 7에서 설명한 실시예와 제어부(100), 강제 기화기(201), 기액 분리기(202), 히터(203), 예열기(401) 및 쿨다운 복귀라인(L10)의 구성이 상이하므로 상이한 구성에 대해서만 하기 상세히 설명하도록 한다.
이하에서는, 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)을 설명하도록 한다.
본 발명의 제8 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)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 실시예에서 제1 유로는, 액화가스 토출라인(L1), 제2 유로는 액화가스 공급라인(L3), 제3 유로는 쿨다운 복귀라인(L10), 제4 유로는 증발가스 토출라인(L2), 제5 유로는 증발가스 공급라인(L4), 제6 유로는 강제 기화라인(L8)일 수 있다.
본 발명의 제8 실시예에서는, 강제 기화라인(L8), 액화가스 복귀라인(L9) 및 쿨다운 복귀라인(L10)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스의 공급량이 제어될 수 있다.
강제 기화라인(L8)은, 액화가스 저장탱크(10)와 제2 수요처(72)를 연결하며, 강제기화기(201), 기액분리기(202) 및 히터(203)를 포함할 수 있다. 강제 기화라인(L8)은, 제2 수요처(72)의 연료량이 부족할 경우, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 강제기화하여 제2 수요처(72)로 공급하는 역할을 한다.
액화가스 복귀라인(L9)은, 재응축기(30)와 액화가스 저장탱크(10)를 연결하며, 재응축기(30)에 재응축된 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시킬 수 있다. 이때, 액화가스 복귀라인(L9)은, 액화가스 리턴라인(L6)과 같이 제1 수요처(71)가 정지하거나 이상가동하는 경우에 사용될 수도 있고, 증발가스 토출라인(L2)에 연장되어 재응축기(30)를 연통하며 설치되는 경우, 재응축기(30)를 통과하여 액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시킬 수도 있다.
쿨다운 복귀라인(L10)은, 액화가스 공급라인(L3) 상에서 재응축기(30)와 고압 펌프(50) 사이에서 분기되어 액화가스 저장탱크(10)와 연결되며, 재응축기(30)의 쿨다운시, 재응축기(30)를 쿨다운한 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시킨다.
이하에서는 상기 설명한 각 라인들(L1~L4, L8~L10)에 의해 유기적으로 형성되어 가스 처리 시스템(1)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에서는, 온도 센서(101)와 조절 밸브(102)를 더 포함할 수 있다.
온도 센서(101)는, 재응축기(30)의 내부 또는 외부에 구비되어 재응축기(30)의 온도를 측정할 수 있고, 측정된 온도를 제어부(100)로 송신할 수 있다.
조절밸브(102)는, 액화가스 공급라인(L3) 상에 쿨다운 복귀라인(L10)이 분기되는 지점에 배치되며, 액화가스 공급라인(L3) 상에 유동하는 액화가스가 쿨다운 복귀라인(L10)으로 공급되는 유량을 조절할 수 있고, 제어부(100)로부터 개도조절신호를 전달받아 개도를 조절할 수 있다.
제어부(100)는, 재응축기(30)의 쿨다운 시, 재응축기(30)의 온도가 기설정온도에 도달하여 쿨다운이 완료될 때까지 쿨다운 복귀라인(L10) 상에 유동하는 액화가스를 제어한다.
구체적으로, 제어부(100)는, 재응축기(30)의 쿨다운 시, 온도 센서(101)로 전달받은 재응축기(30)의 내부 온도가 기설정온도까지 도달하도록 조절 밸브(102)를 제어한다.
제어부(100)는, 재응축기(30)의 내부 온도가 기설정온도 이하이면, 조절 밸브(102)의 쿨다운 복귀라인(L10) 측 개도를 개방하도록 제어하고 고압 펌프(20) 측 개도를 폐쇄하도록 제어할 수 있으며, 재응축기(30)의 내부 온도가 기설정온도 초과이면, 조절 밸브(102)의 쿨다운 복귀라인(L10) 측 개도를 폐쇄하도록 제어하고 고압 펌프(20) 측 개도를 개방하도록 제어할 수 있다.
이와 같이 제어부(100)는, 쿨다운 시 고압 펌프(20)로 쿨다운에 이용된 액화가스가 유입되지 않도록 하여, 쿨다운 시 발생하는 증발가스가 고압 펌프(20)로 공급되지 않도록 할 수 있다.
이를 통해서 본 발명의 실시예에서는, 본 시스템의 초기 운전 시 재응축기(30)를 쿨다운할 경우에 발생하는 증발가스가 고압 펌프(20)로 유입되는 것을 방지할 수 있어, 고압 펌프(20)에서 캐비테이션(Cavitation)이 발생하는 것을 원천 차단하는 효과가 발생하고, 그로 인해 고압 펌프(20)의 내구성이 향상되는 효과가 있다.
강제 기화기(201)는, 강제 기화라인(L8) 상에 구비되며, 부스팅 펌프(20)로부터 공급되는 액화가스를 강제 기화시킨 후 기액 분리기(202)로 공급할 수 있다.
강제 기화기(201)는, 액화가스를 강제 기화시킬 수 있으며, 부스팅 펌프(30)에서 가압된 압력을 유지한 상태로 기액 분리기(202)로 기화된 액화가스를 공급할 수 있다.
기액 분리기(202)는, 강제 기화라인(L8) 상에 강제 기화기(201)의 하류에 구비되며, 강제 기화기(201)에서 공급되는 강제 기화된 액화가스의 메탄가를 조절할 수 있다.
구체적으로, 기액 분리기(202)는, 강제 기화라인(L8) 상에 강제 기화기(201)와 히터(203) 사이에 구비되어 강제 기화기(201)로부터 공급받은 액화가스의 상을 분리하고, 기상의 강제 기화된 액화가스만을 제2 수요처(72)로 공급할 수 있다. 이와 같이 기상과 액상을 분리하여 메탄가를 조절하여 제2 수요처(72)에서 요구하는 메탄가를 충족시킬 수 있다.
기액 분리기(202)는, 강제 기화라인(L8)을 통해 히터(203)로 기상의 강제 기화된 액화가스만을 공급하고, 기상이 아닌 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)로 복귀시킬 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예에서는, 증발가스의 낭비를 방지할 수 있어 효율적인 증발가스의 사용이 가능해질 수 있다.
히터(203)는, 강제 기화라인(L8) 상의 기액 분리기(202) 하류에 구비되며, 기액분리기(202)로부터 공급되는 강제 기화된 액화가스를 가열할 수 있다.
구체적으로, 히터(203)는, 강제 기화라인(L8) 상의 기액 분리기(202)와 제2 수요처(72) 사이에 배치되며, 기액 분리기(202)로부터 공급되는 기상의 강제기화된 액화가스를 가열할 수 있다.
이때, 히터(203)는, 제2 수요처(72)가 요구하는 온도까지 가열할 수 있으며, 대략 40 내지 50도의 온도까지 가열할 수 있다.
예열기(401)는, 증발가스 토출라인(L2) 상의 증발가스 압축기(40)의 상류에 구비되며, 증발가스 압축기(40)로 공급되는 증발가스를 예열할 수 있다.
이때, 예열기(401)는, 대략 영하 10도까지 온도를 상승시킬 수 있으며, 증발가스 압축기(40)는 상온용 압축기일 수 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: 가스 처리 시스템 2: 선체
10: 액화가스 저장탱크 112: 증발가스 토출밸브
113: 증발가스 분리밸브 20: 부스팅 펌프
30: 재응축기 301: 패킹부
302: 스프레이부 40: 증발가스 압축기
50: 고압 펌프 60: 고압 기화기
71: 제1 수요처 72: 제2 수요처
801: 액화가스 공급밸브 802: 액화가스 회수밸브
803: 재응축기 제1 내압조절밸브 804: 재응축기 제2 내압조절밸브
805: 증발가스 조절밸브 806: 증발가스 공급밸브
807: 내압조절 삼방밸브 81: 탱크 내압 제어부
82: 재응축기 내압 제어부 83: 재응축기 레벨 제어부
831: 증발가스 유량측정센서 832: 액화가스 유량측정센서
833: 재응축기 내압측정센서 834: 재응축기 수위측정센서
835: 액화가스 토출유량센서 836: 저장탱크 내압측정센서
90: 오일 분리기 91: 샤프트 제너레이터
92: 클러치
100: 제어부 101: 온도 센서
102: 조절 밸브 201: 강제 기화기
202: 기액 분리기 203: 히터
401: 예열기
L1: 액화가스 토출라인 L1a: 액화가스 상부 연결라인
L1b: 액화가스 하부 연결라인 L1c: 액화가스 분기라인
L2: 증발가스 토출라인 L3: 액화가스 공급라인
L4: 증발가스 공급라인 L5: 증발가스 조절라인
L6: 액화가스 리턴라인 L7: 증발가스 분기라인
L8: 강제 기화 라인 L9: 액화가스 복귀라인
L10: 쿨다운 복귀라인

Claims (9)

  1. 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스가 제1 펌프에 의해 재응축기로 공급되는 제1 유로;
    상기 재응축기에 저장된 액화가스를 수요처로 공급하는 제2 유로;
    상기 제2 유로 상에 구비되며 상기 액화가스를 고압으로 가압하는 제2 펌프;
    상기 제2 유로 상의 상기 재응축기와 상기 제2 펌프 사이에 분기되어 상기 액화가스 저장탱크와 연결되는 제3 유로;
    상기 재응축기 상에 구비되며, 상기 재응축기의 온도를 측정하는 온도 센서;
    상기 제2 유로 상에 구비되며, 상기 제3 유로로 공급되는 액화가스의 유량을 조절하는 조절 밸브; 및
    상기 재응축기의 쿨다운 시, 상기 온도 센서로 전달받은 상기 재응축기의 내부 온도가 기설정온도까지 도달하도록 상기 조절 밸브를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제3 유로는,
    상기 재응축기의 쿨다운 시, 상기 재응축기를 쿨다운한 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크로 리턴시키는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 재응축기의 내부 온도가 기설정온도 이하이면, 상기 조절 밸브의 상기 제3 유로측 개도를 개방하고,
    상기 재응축기의 내부 온도가 기설정온도 초과이면, 상기 조절 밸브의 상기 제3 유로측 개도를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 재응축기의 내부 온도가 기설정온도 이하이면, 상기 조절 밸브의 상기 제2 펌프 측 개도를 폐쇄하도록 제어하여, 상기 제2 펌프로 쿨다운시 발생되는 증발가스가 공급되지 않게 하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 유로 상에 상기 제2 펌프와 상기 수요처 사이에 구비되며, 상기 액화가스를 기화시키는 기화기;
    상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 상기 재응축기로 공급하는 제4 유로; 및
    상기 제4 유로 상에 구비되어 상기 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수요처는, 상기 재응축기로부터 액화가스를 공급받아 소비하는 제1 수요처; 및 상기 액화가스 저장탱크로부터 증발가스를 공급받아 소비하는 제2 수요처를 포함하되,
    상기 제1 수요처는, 상기 재응축기와 상기 제2 유로를 통해 연결되며,
    상기 제2 수요처는, 상기 제4 유로에서 분기되는 제5 유로를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크와 상기 제2 수요처를 연결하는 제6 유로;
    상기 제6 유로 상에 구비되며 상기 제1 펌프로부터 공급되는 액화가스를 강제 기화시키는 강제 기화기;
    상기 강제 기화기에서 공급되는 강제 기화된 액화가스의 메탄가를 조절하는 기액 분리기; 및
    상기 기액 분리기로부터 공급되는 강제 기화된 액화가스를 가열하는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 유로는, 액화가스 토출라인이고, 상기 제2 유로는, 액화가스 공급라인이며, 상기 제3 유로는, 쿨다운 복귀라인이고, 상기 제4 유로는, 증발가스 토출라인이며, 상기 제5 유로는, 증발가스 공급라인이고, 상기 제6 유로는, 강제 기화라인인 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  9. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 상기 가스 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
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