KR102213008B1 - 가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 가스 재기화 시스템은, 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 열매를 통해 재기화시켜 수요처로 공급하는 단 하나의 기화기; 및 상기 열매에 열원을 공급하는 복수 개의 열원 열교환기를 포함하며, 상기 복수 개의 열원 열교환기는, 상기 열매의 흐름을 기준으로 서로 직렬 연결되며, 동일한 열원을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박{A Regasification System Of Gas and Vessel having the same}
본 발명은 가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
일반적으로, LNG는 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. 그러나, 자연재해 및 테러의 위험으로 인하여 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 설비가 각광을 받고 있다.
LNG 재기화 장치 시스템에서 액화가스 저장탱크에 저장된 LNG는 부스팅 펌프에 의해 가압되어 LNG 기화기로 보내어지고, LNG 기화기에서 NG로 기화되어 육상의 수요처로 보내진다. 여기서 LNG 기화기 상에 LNG의 온도를 높이는 높이는 열교환이 이루어지는 과정에서 해수 공급장치가 사용된다.
해수 공급장치에서 해수는 해수면보다 낮은 부분의 선체에 구성된 해수 유입구 또는 해수 유출구로 유입 또는 유출되는데, 재기화에 사용되고 난 후의 해수가 바다로 유입될 경우 환경오염의 문제가 있으며, 해수만으로는 액화가스를 재기화시키는데 필요한 열량의 공급이 불안정한 문제가 있었다.
그에 따라 현재에는 상기의 문제점을 해결하기 위해 다양한 기술들이 연구되고 있는 실정이다.
본 발명은 종래의 기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 액화가스의 재기화 효율이 극대화될 수 있는 가스 재기화 시스템을 구비하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 가스 재기화 시스템은, 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 열매를 통해 재기화시켜 수요처로 공급하는 단 하나의 기화기; 및 상기 열매에 열원을 공급하는 복수 개의 열원 열교환기를 포함하며, 상기 복수 개의 열원 열교환기는, 상기 열매의 흐름을 기준으로 서로 직렬 연결되며, 동일한 열원을 가지는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 열매는, 상변화가 발생하는 물질이며, 상기 열원은, 해수로부터 공급되는 열원일 수 있다.
구체적으로, 상기 열매는, 프로판, R134a, R218 중 어느 하나일 수 있다.
구체적으로, 상기 기화기와 상기 열원 열교환기를 구비하는 열매체 순환라인; 상기 열매체 순환라인 상에 구비되며, 상기 기화기에 상기 열매를 공급하는 열매체 순환 펌프; 상기 열매체 순환라인 상에 유동하는 상기 열매의 압력을 보상해주는 압력 보상 탱크; 상기 복수 개의 열원 열교환기에 열원을 공급하는 열원 펌프; 및 상기 열원 펌프와 상기 열원 열교환기를 구비하는 열원 공급 라인을 더 포함하고, 상기 복수 개의 열원 열교환기는, 상기 열매의 흐름을 기준으로 순차적으로 배치되는 제1 내지 제2 열원 열교환기로 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 열매의 상변화 시 발생되는 잠열로 인한 상기 열매의 압력 강하를 방지하도록 상기 열매체 순환라인 상의 상기 열매의 온도에 따라 상기 제1 내지 제2 열원 열교환기로 공급되는 열원의 유량을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열원 공급 라인 상에 구비되며, 상기 제1 내지 제2 열원 열교환기로 공급되는 열원의 유량을 제어하는 제1 내지 2 제어밸브; 및 상기 제1 내지 제2 열원 열교환기에서 토출되는 열매의 온도를 측정하는 제1 내지 제2 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 온도센서에서 측정된 열매의 온도가 기설정온도 이상이 되면, 상기 제1 제어밸브의 개도를 감소시키고, 상기 제2 제어밸브의 개도를 증가시켜 상기 열매가 상기 제1 열원 열교환기의 해수에 비해 상대적으로 고온 상태인 상기 제2 열원 열교환기에서 공급되는 해수로부터 열원을 공급받도록 하여, 상기 열매의 상변화 동안 발생하는 온도 역전 현상을 방지하도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 기설정온도는, 상기 열매의 상변화 시작온도일 수 있다.
구체적으로, 상기 복수 개의 열원 열교환기는, 상기 동일한 열원의 흐름을 기준으로 병렬로 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 열원 펌프는, 해수 펌프이고, 상기 복수 개의 열원 열교환기는, 복수 개의 해수 열교환기일 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크와 상기 수요처를 연결하는 액화가스 공급라인; 상기 액화가스 공급라인 상에 구비되는 피딩 펌프; 상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 피딩 펌프로부터 액화가스를 공급받아 임시저장하는 석션 드럼; 및 상기 석션 드럼으로부터 액화가스를 공급받아 고압으로 가압하여 상기 기화기로 공급하는 부스팅 펌프를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기; 및 상기 증발가스 압축기로부터 가압된 증발가스를 공급받아 전력을 발생시키며, 엔진룸 내에 배치되는 발전엔진을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 재기화 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박일 수 있다.
본 발명에 따른 가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 액화가스의 재기화 효율이 극대화될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템을 구비한 선박의 개념도이다.
도 2는 종래의 가스 재기화 시스템에서 기화부의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 해수 열교환기에서 열매와 열매에 공급되는 열원의 상대적 온도 변화도이다.
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, 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템을 구비한 선박의 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 가스 재기화 시스템(3)을 구비한 선박(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 피딩 펌프(20), 부스팅 펌프(21), 석션 드럼(30), 기화장치(40), 증발가스 압축기(50), 제1 수요처(61) 및 제2 수요처(62)를 포함한다.
여기서 가스 재기화 시스템(3)이 설치된 선박(1)은, 선수부(부호 도시하지 않음), 선미부(부호 도시하지 않음), 상갑판(부호 도시하지 않음)으로 구성된 선체(H)를 가지고 있으며, 선미부에 배치되는 엔진룸(부호 도시하지 않음)의 엔진(E)에서 생산한 동력을 프로펠러 축(S)이 프로펠러(P)로 전달하여 작동함으로써 추진된다.
또한, 선박(1)은, 해상에서 액화가스를 재기화하여 액화가스를 육상 터미널로 공급할 수 있도록 하기 위해, 액화가스 운반선(1)에 가스 재기화 시스템(3)을 설치한 액화가스 재기화 선박(LNG RV) 또는 부유식 액화가스 저장 및 재기화 설비(FSRU)일 수 있다.
이하 도 1을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(3)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(3)은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액체 상태의 액화가스를 피딩 펌프(20)를 통해 빼내어 석션 드럼(30)을 거쳐 부스팅 펌프(21)로 가압시킨 후, 기화부(40)에서 열원을 통해 액화가스를 가열시켜 재기화시키고 이를 제1 수요처(61)로 공급하는 방식을 사용한다. 즉, 간단히 말해서 본 발명의 가스 재기화 시스템(1)은, 기화부(40)를 사용하여 액화가스를 재기화시켜 제1 수요처(61)로 공급한다. 이때, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스는 증발가스 압축기(50)에 의해 가압되어 제2 수요처(62)로 공급되어 처리되었다.
기화부(40)는, 해수공급장치(해수 열교환기(401a~401c) 및 해수 펌프(SWP) ; 도 3에 도시됨)로부터 간접적으로 해수를 공급받아 액화가스를 재기화시킬 수 있다.(간접 재기화 방식; 열매가 해수 열교환기(401a~401c)로부터 해수의 열원을 공급받고, 다시 열매가 해수로부터 공급받은 열원을 기화부(40)로 공급하는 방식)
본 발명의 모든 실시예에서는 간접 재기화 방식을 기준으로 설명하도록 하며, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명에서 특별히 한정되는 이유가 아님을 주지바란다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(3)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 제1 공급라인(L1), 액화가스 제2 공급라인(L2), 증발가스 공급라인(L3)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.
액화가스 제1 공급라인(L1)은, 액화가스 저장탱크(10)와 석션 드럼(30)을 연결하고 피딩 펌프(20)를 구비하여, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 피딩 펌프(20)를 통해 석션 드럼(30)으로 공급할 수 있다. 이때, 액화가스 제1 공급라인(L1)은 석션 드럼(30)과 연결됨과 동시에 석션 드럼(30)의 상류에서 분기되어 액화가스 제2 공급라인(L2)으로 직접 연결될 수 있다.
액화가스 제2 공급라인(L2)은, 석션 드럼(30)과 제1 수요처(61)를 연결하고 부스팅 펌프(21) 및 기화부(40)를 구비하여, 석션 드럼(30)에 임시 저장된 액화가스 또는 액화가스 제1 공급라인(L1)으로부터 직접 공급되는 액화가스를 부스팅 펌프(21)로 가압하고 기화부(40)로 재기화시켜 제1 수요처(61)로 공급할 수 있다.
증발가스 공급라인(L3)은, 액화가스 저장탱크(10)와 제2 수요처(62)를 연결하고, 증발가스 압축기(50)를 구비하여, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 증발가스 압축기(50)로 가압하여 제2 수요처(62)로 공급할 수 있다.
이하에서는 상기 설명한 각 라인들(L1~L3)에 의해 유기적으로 형성되어 가스 재기화 시스템(1)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 제1 수요처(61)에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
여기서 액화가스 저장탱크(10)는, 선체(H)의 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.
피딩 펌프(20)는, 액화가스 제1 공급라인(L1) 상에 구비되고, 액화가스 저장탱크(10)의 내부 또는 외부에 설치되어 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 석션 드럼(30)으로 공급할 수 있다.
구체적으로, 피딩 펌프(20)는, 액화가스 제1 공급라인(L1) 상에 액화가스 저장탱크(10)와 석션 드럼(30) 사이에 구비되어 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 1차 가압하여 석션 드럼(30)으로 공급할 수 있다.
피딩 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 6 내지 8bar로 가압하여 석션 드럼(30)으로 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.
이때, 피딩 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10) 내부에 구비되는 경우 잠형 펌프일 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 설치되는 경우에는 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 수위보다 낮은 선체(H) 내부의 위치에 구비될 수 있고 원심형 펌프일 수 있다.
부스팅 펌프(21)는, 액화가스 제2 공급라인(L2) 상에 석션 드럼(30)과 기화부(40) 사이에 구비될 수 있으며, 피딩 펌프(20)로부터 공급받은 액화가스 또는 석션 드럼(30)으로부터 공급받은 액화가스를 80 내지 120bar로 가압하여 기화부(40)로 공급할 수 있다.
부스팅 펌프(21)는, 제1 수요처(61)가 요구하는 압력에 맞춰 액화가스를 가압할 수 있으며, 원심형 펌프로 구성될 수 있다.
석션 드럼(30)은, 액화가스 제1 공급라인(L1)과 연결되어 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받아 임시저장할 수 있다.
구체적으로, 석션 드럼(30)은, 액화가스 제1 공급라인(L1)을 통해 피딩 펌프(20)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, 석션 드럼(30)은, 액화가스를 임시 저장하여 액상과 기상을 분리한 후 완전한 액상을 부스팅 펌프(21)로 공급하여, 부스팅 펌프(21)가 유효흡입수두(NPSH)를 만족하도록 하며, 이로 인해 부스팅 펌프(21)에서의 공동현상(Cavitation)을 방지할 수 있도록 한다.
기화부(40)는, 액화가스 제2 공급라인(L2) 상에 마련되어 부스팅 펌프(21)로부터 배출되는 고압의 액화가스를 재기화시킬 수 있다.
구체적으로, 기화부(40)는, 제1 수요처(61)와 부스팅 펌프(21) 사이의 액화가스 제2 공급라인(L2) 상에 마련되어 단 하나의 기화기(41)로 구성되며, 부스팅 펌프(21)로부터 공급되는 고압의 액화가스를 기화기(41) 단 하나로 기화시킴과 동시에 제1 수요처(61)가 원하는 온도로 가열하여 제1 수요처(61)로 공급할 수 있다.
이하 도 2를 참고로 하여 종래의 가스 처리 시스템(2)에서의 기화부(40)에 대해 상세하게 기술하도록 한다.
도 2는 종래의 가스 재기화 시스템에서 기화부의 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 가스 재기화 시스템(2)에서의 기화부(40)는, 기화기(41)와 히터(42)로 구성되며, 열원 순환 라인(GL)을 통해서 중간열매를 공급받아 액화가스와 열교환시켜 액화가스를 기화시키고, 고압의 기화된 액화가스를 압력변동없이 제1 수요처(61)로 공급할 수 있다. 여기서 액화가스와 열교환된 열매는 다시 열원 순환 라인(GL)을 통해 순환된다.
종래의 가스 재기화 시스템(2)에서 기화부(40)는, 열매에 열원을 전달하기 위한 구성으로 해수 열교환기(401)외에 스팀 열교환기(402)를 추가 구비하였다. 해수 열교환기(401)는, 해수 라인(SWL)에 구비된 해수 펌프(SWP)에 의해 해수를 공급받으며, 스팀 열교환기(402)는, 스팀 라인(STL)을 통해 스팀을 공급받을 수 있다.
상기와 같은 종래의 가스 재기화 시스템(2)에서 기화부(40)는, 해수를 통해서 열매에 열원을 공급시 1)열매의 상평형 조건, 2)해수 열교환기(401)로의 열매 주입 압력 최대치 한계, 3)기화부(40)로의 열매 주입 압력 최대치 한계로 인해, 기화기(41)와 히터(42) 두 개로 구성되어야 했고, 그에 따라 구축 비용이 증가하고 기화부(40)의 제어가 복잡해져 신뢰성이 하락하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 종래의 가스 재기화 시스템(2)의 문제점을 해결하기 위해 본 출원인은 이를 더 개량하여, 재기화 성능이 향상되고 에너지를 최적화할 수 있는 가스 재기화 시스템을 개발하였으며, 이하에서 도 3을 참고로하여 설명하도록 한다.
도 2에서 미설명된 부호 402a, 403은 각각 바이패스 밸브(402a), 열매체 순환펌프(403)로, 열매체 순환펌프(403)는, 도 3에서 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)의 기화장치(40)를 설명 시, 상세히 기술하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(3)에서의 기화부(40)는, 기화기(41), 열원 순환 라인(GL), 제1 내지 제3 해수 열교환기(401a~401c), 열매체 순환펌프(403), 압력 보상 탱크(404), 제어부(70)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(3)에서 기화부(40)는, 단 하나의 기화기(41)만 구비하여, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 열매를 통해 재기화시켜 제1 수요처(61)로 공급한다. 여기서 열매는 상변화가 발생하는 물질로, 프로판(Propane), R134a, R218 중 어느 하나가 사용될 수 있고, 열매에 공급되는 열원은, 해수가 사용될 수 있다.
열원순환라인(GL)은, 기화기(41), 해수 열교환기(401), 스팀 열교환기(402), 열매체 순환펌프(403) 및 압력 보상 탱크(404)를 구비하며, 열매가 순환하여 기화기(41)에 열원을 공급함으로써, 액화가스를 기화시킬 수 있다.
여기서 열원순환라인(GL)은, 열매체 순환펌프(403), 제1 해수 열교환기(401a), 제2 해수 열교환기(401b), 제3 해수 열교환기(401c), 기화기(41), 압력 보상 탱크(404) 순으로 배치될 수 있다.
제1 내지 제3 해수 열교환기(401a~401c)는, 열매체 순환라인(GL) 상에 복수 개 구비되어, 해수 공급라인(SWL) 상에 구비되는 해수 펌프(SWP)를 통해 해수를 공급받아 열매에 동일한 열원을 공급한다.
구체적으로, 제1 내지 제3 해수 열교환기(401a~401c)는, 열매체 순환라인(GL) 상에 열매의 흐름을 기준으로 순차적으로 배치되되 직렬 연결되며, 해수 공급라인(SWL) 상에 동일한 열원인 해수의 흐름을 기준으로 병렬로 연결될 수 있다.
이때, 제1 내지 제3 해수 열교환기(401a~401c)는, 해수 공급라인(SWL)과 병렬 연결시 각각 해수 제1 공급라인(SWL1), 해수 제2 공급라인(SWL2) 및 해수 제3 공급라인(SWL3)과 연결될 수 있다.
열매체 순환펌프(403)는, 열원순환라인(GL) 상의 압력 보상 탱크(404)와 제1 해수 열교환기(401a) 사이에 구비되며, 열매를 열원순환라인(GL) 상에 순환시킴으로써, 기화부(40; 바람직하게는 기화기(41))에 열매를 공급할 수 있다.
열매체 순환펌프(403)는, 압력 보상 탱크(404)로부터 열매를 공급받아 제1 해수 열교환기(401a)로 공급할 수 있으며, 일례로 원심형 펌프일 수 있다.
압력 보상 탱크(404)는, 열매체 순환라인(GL) 상에 구비되며, 열매체 순환라인(GL) 상에 유동하는 열매의 압력을 보상할 수 있다.
구체적으로, 압력 보상 탱크(404)는, 열매체 순환라인(GL) 상의 기화기(41)와 열매체 순환펌프(403) 사이에 구비되며, 내부에 형성되는 압력(불활성 기체(일례로 질소) 또는 대기압에 의해 형성되는 압력)을 통해 열매체 순환라인(GL) 상에 유동하는 열매의 압력을 보상할 수 있다.
압력 보상 탱크(404)는, 일례로 해수면에서 대략 35m 더 높게 위치하고, 상측이 대기와 연통되도록 개방된 용기로 구성되어 대기압을 이용하여 열매의 압력을 유지시키거나, 불활성 기체 공급 장치(도시하지 않음)로부터 별도로 공급되는 불활성 기체를 통해 열매의 압력을 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 제1 내지 제3 제어밸브(B1~B3) 및 제1 내지 제3 온도 센서(T1~T3)을 더 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 제어밸브(B1~B3)는, 해수 제1 내지 제3 공급라인(SWL1~SWL3) 상의 제1 내지 제3 해수 열교환기(401a~401c)의 상류 각각에 구비될 수 있으며, 제1 내지 제3 해수 열교환기(401a~401c)로 공급되는 열원(해수)의 유량을 제어할 수 있다.
여기서, 제1 내지 제3 제어밸브(B1~B3)는, 후술할 제어부(70)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 제어부(70)로부터 개도 조절 신호를 전달받아 각각의 개도를 조절할 수 있다.
제1 내지 제3 온도 센서(T1~T3)는, 제1 내지 제3 해수 열교환기(401a~401c)의 하류에 구비될 수 있으며, 제1 내지 제3 해수 열교환기(401a~401c)에서 토출되는 열매의 온도를 측정할 수 있다.
여기서, 제1 내지 제3 온도 센서(T1~T3)는, 후술할 제어부(70)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 제1 내지 제3 해수 열교환기(401a~401c) 하류에서 측정된 열매의 온도 정보를 제어부(70)로 전달할 수 있다.
제어부(70)는, 열매의 상변화 시 발생되는 잠열로 인한 사이 열매의 압력강하를 방지하도록 제1 내지 제3 해수 열교환기(401a~401c)에서 토출되는 열매의 온도에 따라 제1 내지 제3 해수 열교환기(401a~401c)로 공급되는 열원의 유량(해수의 유량)을 제어할 수 있다.
제어부(70)의 구동을 설명하기 위해서 도 4를 참고로 하여 이하 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 해수 열교환기에서 열매와 열매에 공급되는 열원의 상대적 온도 변화도이다.
도 4에서 A는 열원(해수)의 유량에 따른 온도 변화선이며, B는 열매의 유량에 따른 온도 변화선이고, C는 기설정온도로 열매의 상변화 시작 온도이다.
제어부(70)는, 제1 온도센서(T1)에서 측정된 열매의 온도가 기설정온도(C) 이상이 되면, 제1 제어밸브(B1)의 개도를 감소시키고 제2 제어밸브(B2)의 개도를 증가시켜 열매가 제1 해수 열교환기(401a)의 해수에 비해 상대적으로 고온 상태인 제2 해수 열교환기(401b)에서 공급되는 해수로 열원을 공급받도록 하여, 열매의 상변화 동안 발생하는 온도 역전 현상을 방지하도록 제어할 수 있다.
즉, 도 4를 살펴보면, 해수 열교환기(401a~401c) 내에서 열매와 열원이 열교환을 진행하면서 나타나는 온도변화선이다.
여기서 열원의 유량에 따른 온도변화선(A) 및 열매의 유량에 따른 온도변화선(B)을 보면 열매가 열원으로부터 열을 전달받아 온도가 꾸준히 상승하는데, 기설정온도(C)가 되면 상변화가 일어나게 되어 잠열 구간을 거치게 되고 잠열구간에서는 온도가 역전되어 감소하게 된다.
이때, 해수 열교환기(401a~401c) 내에서 압력강하가 일어나고 열교환 효율이 감소하는 문제점이 발생하는데, 본 발명의 실시예에서는 이를 해결하기 위해서, 열매의 온도가 기설정온도 이상이 되면 잠열 구간이 발생하게 되므로 온도역전현상을 방지하기 위해 해수 열교환기(401a~401c)를 서로 직렬로 연결한 후, 상대적으로 고온 상태인 열매의 흐름 기준으로 다음 순서에 배치된 해수 열교환기에서 공급되는 해수로 열매에 열원을 공급하여 이를 방지할 수 있다.
이를 통해서 본 발명의 실시예에서는, 열매에 열전달 효율이 증대되어 재기화 효율이 상승하는 효과가 있으며, 이로 인해 기화기(40)의 구성을 별도의 트림히터 없이 1개로만 구성하는 것이 가능해지는 효과가 있다.
다음으로 제2 온도센서(T2)에서 측정된 열매의 온도가 기설정온도(C) 이상이 되면, 제2 제어밸브(B2)의 개도를 증가시켜 열매가 제2 열원 열교환기(401b)의 해수에 비해 상대적으로 고온 상태인 제3 열원 열교환기(401c)에서 공급되는 해수로 열원을 공급받도록 제어할 수 있다.
물론, 여기서 제1 내지 제3 온도센서(T1~T3)에서 각각 측정된 열매의 온도가 기설정온도(C) 미만이 되는 경우에는, 각각 제1 내지 제3 제어밸브(B1~B3)의 개도를 증가시킬 수 있다. 즉, 제1 온도센서(T1)에서 측정된 열매의 온도가 기설정온도(C) 미만이 되는 경우에는, 제1 제어밸브(B1)의 개도를 증가시킬 수 있으며, 제2 온도센서(T2)에서 측정된 열매의 온도가 기설정온도(C) 미만이 되는 경우에는, 제2 제어밸브(B2)의 개도를 증가시키고, 제3 온도센서(T3)에서 측정된 열매의 온도가 기설정온도(C) 미만이 되는 경우에는, 제3 제어밸브(B3)의 개도를 증가시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는, 복수 개의 해수 열교환기(401a~401c)를 열매의 흐름을 기준으로 직렬로 구성하고, 제어부(70)를 통해서 복수 개의 해수 열교환기(401a~401c)의 하류에서 토출되는 열매의 온도에 따라 해수의 공급을 개별적으로 제어할 수 있어, 기화부(40)에 존재하는 설계 제한(열매에 열원을 전달하는 열교환기들에 존재하는 압력 강하로 인한 해수 도입 압력의 설계 제한)을 완화시킬 수 있게되고, 이로 인해 기화부(40)에 기화기(41)를 단 하나만 설치할 수 있게되어 재기화 시스템의 구축 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 효과가 있다.
증발가스 압축기(50)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압하여 제2 수요처(62)로 공급할 수 있다.
구체적으로 증발가스 압축기(50)는, 증발가스 공급라인(L3) 상에 구비되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 약 6 내지 8bar 또는 6 내지 15bar로 가압하여 제2 수요처(62)로 공급할 수 있다.
증발가스 압축기(50)는, 복수 개 구비되어 증발가스를 다단 가압할 수 있으며, 일례로 증발가스 압축기(50)는, 3개가 구비되어 증발가스를 3단 가압할 수 있다. 여기서 일례로 든 3단 압축기는 단지 하나의 예에 불과하며 3단에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시예에서는, 증발가스 압축기(50)의 각 후단에는 증발가스 냉각기(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 증발가스 압축기(50)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(50)와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 증발가스 냉각기는, 각 증발가스 압축기(50)의 하류에 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 증발가스 압축기(50)가 병렬로 구비되어 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스 양이 급격히 상승하는 경우, 이를 모두 수용할 수 있으며, 또는 증발가스 압축기(50)의 하나가 오작동을 일으키거나 셧다운(Shut down)되는 경우 나머지 하나의 증발가스 압축기(50)가 작동할 수 있어 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 효율적으로 수용하여 처리할 수 있다.
제1 수요처(61)는, 기화부(40)에 의해 기화된 액화가스를 공급받아 소비할 수 있다. 여기서 제1 수요처(61)는, 액화가스를 기화시켜 기상의 액화가스를 공급받아 사용할 수 있으며, 육상에 설치되는 육상 터미널 또는 해상에 부유되어 설치되는 해상 터미널일 수 있다.
제2 수요처(62)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 공급받아 연료로 사용한다. 즉, 제2 수요처(62)는, 증발가스를 필요로 하며 이를 원료로하여 구동될 수 있다. 제2 수요처(62)는, 발전엔진(예를 들어 DFDG), 가스연소장치(GCU), 보일러(예를 들어 스팀을 생성하는 보일러)일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
구체적으로, 제2 수요처(62)는 증발가스 공급라인(L3)과 연결되어 증발가스를 공급받으며, 증발가스 압축기(50)에 의해 약 1 내지 6bar(최대 15bar)의 저압으로 가압된 증발가스를 공급받아 연료로 사용할 수 있다.
또한, 제2 수요처(62)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(62)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.
여기서 제2 수요처(62)는, 선미부 내부에 마련되는 엔진룸의 데크(부호 도시하지 않음) 상에 구비될 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 재기화 시스템(3)을 구비하는 선박(1)은, 액화가스의 재기화 효율이 극대화될 수 있는 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 2: 종래의 가스 재기화 시스템
3: 본 발명의 가스 재기화 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20: 피딩 펌프 21: 부스팅 펌프
30: 석션 드럼 40: 기화부
41: 기화기 42: 트림 히터
401: 해수 열교환기 401a: 해수 제1 열교환기
401b: 해수 제2 열교환기 401c: 해수 제3 열교환기
402: 스팀 열교환기 402a: 바이패스 밸브
403: 열매체 순환펌프 404: 압력 보상 탱크
50: 증발가스 압축기 61: 제1 수요처
62: 제2 수요처 70: 제어부
L1: 액화가스 제1 공급라인 L2: 액화가스 제2 공급라인
L3: 증발가스 공급라인 BL: 바이패스 라인
GL: 열매체 순환라인 STL: 스팀 라인
SWL: 해수 공급라인 SWP: 해수 펌프
SWL1: 해수 제1 공급라인 SWL2: 해수 제2 공급라인
SWL3: 해수 제3 공급라인 T1~T3: 제1 내지 제3 온도센서
B1~B3: 제1 내지 제3 제어밸브

Claims (12)

  1. 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상변화가 발생하는 열매를 통해 재기화시켜 수요처로 공급하는 단 하나의 기화기;
    상기 열매에 해수로부터 공급되는 열원을 공급하는 복수 개의 열원 열교환기;
    상기 기화기와 상기 열원 열교환기를 구비하는 열매체 순환라인;
    상기 열매체 순환라인 상에 구비되며, 상기 기화기에 상기 열매를 공급하는 열매체 순환 펌프;
    상기 열매체 순환라인 상에 유동하는 상기 열매의 압력을 보상해주는 압력 보상 탱크;
    상기 복수 개의 열원 열교환기에 열원을 공급하는 열원 펌프;
    상기 열원 펌프와 상기 열원 열교환기를 구비하는 열원 공급 라인; 및
    제어부를 포함하며,
    상기 복수 개의 열원 열교환기는,
    상기 열매의 흐름을 기준으로 서로 직렬로 순차적으로 배치되는 제1 내지 제2 열원 열교환기로 구성되며, 동일한 열원을 가지며,
    상기 제어부는,
    상기 열매의 상변화 시 발생되는 잠열로 인한 상기 열매의 압력 강하를 방지하도록 상기 열매의 온도에 따라 상기 제1 내지 제2 열원 열교환기로 공급되는 열원의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열매는, 프로판, R134a, R218 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열원 공급 라인 상에 구비되며, 상기 제1 내지 제2 열원 열교환기로 공급되는 열원의 유량을 제어하는 제1 내지 2 제어밸브; 및
    상기 제1 내지 제2 열원 열교환기에서 토출되는 열매의 온도를 측정하는 제1 내지 제2 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 온도센서에서 측정된 열매의 온도가 기설정온도 이상이 되면, 상기 제1 제어밸브의 개도를 감소시키고, 상기 제2 제어밸브의 개도를 증가시켜 상기 열매가 상기 제1 열원 열교환기의 해수에 비해 상대적으로 고온 상태인 상기 제2 열원 열교환기에서 공급되는 해수로부터 열원을 공급받도록 하여, 상기 열매의 상변화 동안 발생하는 온도 역전 현상을 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 기설정온도는,
    상기 열매의 상변화 시작온도인 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 열원 열교환기는,
    상기 동일한 열원의 흐름을 기준으로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 열원 펌프는, 해수 펌프이고,
    상기 복수 개의 열원 열교환기는, 복수 개의 해수 열교환기인 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크와 상기 수요처를 연결하는 액화가스 공급라인;
    상기 액화가스 공급라인 상에 구비되는 피딩 펌프;
    상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 피딩 펌프로부터 액화가스를 공급받아 임시저장하는 석션 드럼; 및
    상기 석션 드럼으로부터 액화가스를 공급받아 고압으로 가압하여 상기 기화기로 공급하는 부스팅 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기; 및
    상기 증발가스 압축기로부터 가압된 증발가스를 공급받아 전력을 발생시키며, 엔진룸 내에 배치되는 발전엔진을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  12. 제 1 항, 제 3 항 및 제 6 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 상기 가스 재기화 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
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