KR102213511B1 - 선박용 증발가스 재액화 방법 - Google Patents

Abstract

증발가스 자체를 냉매로 사용하는 선박용 증발가스 재액화 방법이 개시된다.
상기 선박용 증발가스 재액화 방법은, 증발가스를 압축시키는 제1 저압압축기; 상기 제1 저압압축기와 병렬로 설치되는 제2 저압압축기; 상기 제1 저압압축기에 의해 압축된 증발가스와 상기 제2 저압압축기에 의해 압축된 증발가스가 합류된 흐름의 일부 또는 전부를 추가로 압축시키는 제3 압축기; 상기 제1 저압압축기에 의해 압축되거나 상기 제2 저압압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제3 압축기에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 및 상기 열교환기의 하류에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 감압시키는 감압장치;를 포함하고, 상기 제1 저압압축기와 상기 제2 저압압축기가 동시에 구동되고, 상기 선박은 저압 추진용 엔진을 탑재하며, 상기 선박의 정박시에 증발가스를 전량 재액화시키는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 증발가스 재액화 방법{BOG Reliquefaction Method for Vessels}

본 발명은 저장탱크 내부에서 생성되는 증발가스 중 엔진의 연료로 사용되고 남은 증발가스를 재액화시키는 방법에 관한 것이다.

근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.

액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.

그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -162 ℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다. 이는 에탄 등 다른 저온 액화가스의 경우에도 마찬가지이다.

증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 증발가스의 처리를 위해, 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료소비처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.

한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DF 엔진(DFDE(Dual Fuel Diesel Electric), DFDG(Dual Fuel Diesel Generator)), ME-GI 엔진, X-DF 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.

DF 엔진(DFDE, DFDG)은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.

ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다. 최근에는 연료 효율 및 추진 효율이 더 좋은 ME-GI 엔진에 대한 관심이 커지고 있는 추세이다.

X-DF 엔진은, 추진용으로 사용되며, 2행정으로 구성된다. 16 bar 정도의 중압 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클을 채택하고 있다.

최근 각종 환경 규제로 인해 해상에서의 가스연소장치(GCU; Gas Combustion Unit)의 사용이 제한됨에 따라, 증발가스를 전량 처리할 수 있는 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.

선박의 정박(Anchoring)시에는 증발가스가 엔진의 연료로 소모되지 않아, 처리해야할 증발가스가 증가하게 된다. 따라서, 특히 선박의 정박시에 증발가스를 전량 처리할 수 있는 기술이 요구된다.

증발가스를 전량 처리하기 위하여 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비할 수도 있지만, 해상의 한정된 공간에 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 설치하는 것은 공간의 제약이 있을 수 있고, 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클은 공정 및 운전이 복잡하여 운용이 쉽지 않으며, 비용도 높아 비경제적이다.

따라서, 별도의 냉매를 이용하지 않고 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시키는 방법이 바람직한데, 종래의 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시키는 방법에 의하면, 선박의 정박시에 증발가스를 전량 재액화시키지는 못하고, 부분 재액화만이 가능했다(PRS; Partial Re-liquefaction System).

증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시키기 위해서 줄 톰슨 효과(유체를 단열 팽창시키면 온도가 낮아지는 효과)를 활용하게 되는데, 줄 톰슨 효과를 활용하기 위해서는, 대부분의 압력 범위에서 증발가스가 고압일수록 효율적이고, 액화천연가스가 기화한 증발가스의 경우, 초임계(일례로 대략 150 bar 이상)의 압력으로 증발가스를 압축시킬 필요가 있다.

따라서, 증발가스 자체를 냉매로 사용하는 증발가스 재액화 시스템은, 초임계(일례로 대략 150bar) 이상의 압력의 천연가스를 연료로 사용하는 고압 추진용 엔진(일례로, ME-GI 엔진)을 탑재한 선박에서 사용하는 것이 효율적이다.

본 발명은, 증발가스 자체를 냉매로 사용하여, 저압 추진용 엔진을 탑재한 선박에서도 증발가스를 효율적으로 재액화시킬 수 있으며, 선박의 정박시에도 증발가스를 전량 재액화시킬 수 있는, 선박용 증발가스 재액화 시스템을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 증발가스 자체를 냉매로 사용하는 선박용 증발가스 재액화 시스템에 있어서, 증발가스를 압축시키는 제1 저압압축기; 상기 제1 저압압축기와 병렬로 설치되는 제2 저압압축기; 상기 제1 저압압축기에 의해 압축된 증발가스와 상기 제2 저압압축기에 의해 압축된 증발가스가 합류된 흐름의 일부 또는 전부를 추가로 압축시키는 제3 압축기; 상기 제1 저압압축기에 의해 압축되거나 상기 제2 저압압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제3 압축기에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 및 상기 열교환기의 하류에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 감압시키는 감압장치;를 포함하고, 상기 제1 저압압축기와 상기 제2 저압압축기가 동시에 구동되고, 상기 선박은 저압 추진용 엔진을 탑재하며, 상기 선박의 정박시에 증발가스를 전량 재액화시키는 것을 특징으로 하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.

상기 제1 저압압축기와 상기 제2 저압압축기의 운전 압력은 상기 저압 추진용 엔진의 요구 압력으로 설정될 수 있다.

상기 제3 압축기의 운전 압력은, 요구되는 재액화 효율 및 재액화량을 확보하기 위해 필요한 압력으로 설정될 수 있다.

상기 제3 압축기는 증발가스를 초임계 상태로 압축시킬 수 있다.

상기 제3 압축기의 운전 압력은 150 내지 400 bar로 설정될 수 있다.

상기 제3 압축기의 운전 압력은 150 bar로 설정될 수 있다.

상기 선박의 운항시, 상기 제1 저압압축기에 의해 압축된 증발가스와 상기 제2 저압압축기에 의해 압축된 증발가스는 합류된 후 다시 두 흐름으로 분기되어, 한 흐름은 상기 저압 추진용 엔진으로 공급되고, 상기 저압 추진용 엔진에서 사용하지 않은 다른 흐름은 상기 제3 압축기로 공급될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 증발가스 자체를 냉매로 사용하는 선박용 증발가스 재액화 시스템에 있어서, 증발가스를 압축시키는 제1 고압압축기; 상기 제1 고압압축기와 병렬로 설치되는 제2 고압압축기; 상기 제1 고압압축기에 의해 압축되거나 상기 제2 고압압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 고압압축기에 의해 압축된 증발가스와 상기 제2 고압압축기에 의해 압축된 증발가스가 합류된 흐름의 일부 또는 전부를 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 및 상기 열교환기의 하류에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 감압시키는 감압장치;를 포함하고, 상기 제1 고압압축기와 상기 제2 고압압축기가 동시에 구동되고, 상기 제1 고압압축기와 상기 제2 고압압축기의 운전 압력은, 요구되는 재액화 효율 및 재액화량을 확보하기 위해 필요한 압력으로 설정되며, 상기 선박은 저압 추진용 엔진을 탑재하고, 상기 선박의 정박시에 증발가스를 전량 재액화시키는 것을 특징으로 하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.

상기 제1 고압압축기와 상기 제2 고압압축기는 증발가스를 초임계 상태로 압축시킬 수 있다.

상기 제1 고압압축기와 상기 제2 고압압축기의 운전 압력은 150 내지 400 bar로 설정될 수 있다.

상기 제1 고압압축기와 상기 제2 고압압축기의 운전 압력은 150 bar로 설정될 수 있다.

상기 선박의 운항시, 상기 제1 고압압축기의 일부 압축 과정을 거친 증발가스와 상기 제2 고압압축기의 일부 압축 과정을 거친 증발가스는 합류되어 상기 저압 추진용 엔진으로 공급될 수 있다.

상기 저압 추진용 엔진의 요구 압력은 초임계 압력 미만일 수 있다.

상기 저압 추진용 엔진의 요구 압력은 150 bar 미만일 수 있다.

상기 저압 추진용 엔진은 X-DF 엔진일 수 있다.

상기 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 상기 감압장치 하류에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함할 수 있다.

상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는 상기 열교환기에서 냉매로 사용될 예정인 증발가스와 합류된 후 상기 열교환기로 보내져 냉매로 사용될 수 있다.

본 발명에 의하면, 열교환기에서 냉매로 사용되는 증발가스와 열교환기에 의해 냉각되는 증발가스의 유량을 증가시킬 수 있으므로, 전반적인 재액화 효율 및 재액화량이 증가하게 되어, 선박의 정박시에도 증발가스를 전량 처리할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 액화가스 운반선 시장에서 경쟁의 핵심 지표인 증발가스 발생 비율(탱크 내부에서 외부 열 침입으로 자연적으로 발생하는 증발가스 중 재액화되지 못한 증발가스를 의미함)을 현저히 낮출 수 있고, 저압 추진 엔진을 탑재한 선박에 적합한 증발가스 재액화 시스템을 제공함으로써, 현재 각광받고 있는 X-DF 등의 저압 추진 엔진을 탑재한 가스 추진 선박의 수주 경쟁력을 강화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 3은 종래의 선박용 증발가스 재액화 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명은, 천연가스를 연료로 사용하는 엔진을 탑재한 선박 및 액화가스 저장탱크를 포함하는 선박 등에 다양하게 응용되어 적용될 수 있다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 후술할 증발가스 처리를 위한 시스템들은 저온 액체화물 또는 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박과 해상 구조물, 즉 액화천연가스 운반선, 액화에탄가스(Liquefied Ethane Gas) 운반선, LNG RV와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 구조물에 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 각 라인에서의 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기액 혼합 상태, 기체 상태, 초임계유체 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 열교환기(100), 제1 저압압축기(210), 제2 저압압축기(220), 제3 압축기(230), 및 감압장치(300)를 포함한다.

열교환기(100)는, 제1 저압압축기(210)에 의해 압축되거나 제2 저압압축기(220)에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여, 제3 압축기(230)에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다.

열교환기(100)는 -120℃ 이하의 증발가스를 냉매로 사용할 수 있으며, 열교환기(100)에서 냉매로 사용되는 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스일 수 있다.

본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 우회라인(BL1)을 더 포함할 수 있다. 우회라인(BL1)은, 열교환기(100)가 고장나거나 유지보수가 필요한 경우 등 열교환기(100)를 사용할 수 없는 경우에, 열교환기(100)에서 냉매로 사용될 예정이었던 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)를, 열교환기(100)를 우회시켜 바로 제1 저압압축기(210) 및 제2 저압압축기(220)로 보낸다.

제2 저압압축기(220)는 제1 저압압축기(210)와 병렬로 설치되며, 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스는 두 흐름으로 분기되어 한 흐름은 제1 저압압축기(210)로 공급되고 다른 흐름은 제2 저압압축기(220)로 공급된다.

제1 저압압축기(210)와 제2 저압압축기(220)는 필요에 따라 각각 다단압축기로 구성될 수 있고, 제1 저압압축기(210)와 제2 저압압축기(220)는 동일한 사양인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 저압압축기(210)와 제2 저압압축기(220)로, 스크류(Screw) 압축기, 왕복동(Reciprocating) 압축기 및 원심(Centrifugal) 압축기 중 어느 하나가 적용될 수 있으며, 제1 저압압축기(210)와 제2 저압압축기(220)는 서로 리던던시(Redundancy) 역할을 할 수 있다. 리던던시(Redundancy)란, 어떤 장비를 고장, 유지보수 등으로 사용할 수 없을 때 다른 장비가 사용할 수 없는 장비를 대신하는 것을 의미한다.

제1 저압압축기(210)에 의해 압축된 증발가스와 제2 저압압축기(220)에 의해 압축된 증발가스는 합류되어 제3 압축기(230)로 공급된다.

선박의 운항시에는, 제1 저압압축기(210)에 의해 압축된 증발가스와 제2 저압압축기(220)에 의해 압축된 증발가스가 저압 추진용 엔진(E1)에 연료로 공급될 수 있는데, 제1 저압압축기(210)에 의해 압축된 증발가스와 제2 저압압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 저압 추진용 엔진(E1)에 공급하는 경우, 제1 저압압축기(210)에 의해 압축된 증발가스와 제2 저압압축기(220)에 의해 압축된 증발가스는 합류된 후 다시 두 흐름으로 분기되어, 한 흐름은 저압 추진용 엔진(E1)으로 공급되고, 저압 추진용 엔진(E1)에서 사용하지 않은 다른 흐름은 제3 압축기(230)로 공급되어 재액화 과정을 거치게 된다.

제1 및 제2 저압압축기(210, 220)의 운전 압력은, 저압 추진용 엔진(E1)의 요구 압력으로 설정될 수 있다. 일례로, 제1 및 제2 저압압축기(210, 220)의 운전 압력은, 저압 추진용 엔진(E1)이 X-DF 엔진인 경우, 대략 14 내지 17 bar로 설정될 수 있다.

본 실시예는 저압 추진용 엔진(E1)의 요구 압력이 초임계 압력(일례로 대략 150 bar) 미만인 것을 특징으로 한다. 따라서, 제1 저압압축기(210)와 제2 저압압축기(220)는 저압 추진용 엔진(E1)의 요구 압력에 맞추어 증발가스를 초임계 압력(일례로 대략 150 bar) 미만으로 압축시킨다.

제1 저압압축기(210)에 의해 압축된 증발가스와 제2 저압압축기(220)에 의해 압축된 증발가스가 합류된 흐름 중 저압 추진용 엔진(E1)으로 보내지는 흐름의 일부는 발전용 엔진(E2)으로 보내질 수도 있다. 저압 추진용 엔진(E1)은 X-DF 엔진일 수 있고, 발전용 엔진(E2)은 DF 엔진(DFDG; Dual Fuel Diesel Generator)일 수 있다.

본 발명에서 제3 압축기(230)를 추가로 설치하는 것은, 제1 저압압축기(210)에 의해 압축된 증발가스와 제2 저압압축기(220)에 의해 압축된 증발가스가 합류된 흐름을 제3 압축기(230)에 의해 추가로 압축시켜 재액화 효율 및 재액화량을 높이기 위해서이다. 따라서, 제3 압축기(230)의 운전 압력은, 요구되는 재액화 효율 및 재액화량을 확보하기 위해 필요한 압력으로 설정될 수 있다. 이에 대해 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.

증발가스 자체를 열교환의 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시키는 경우에는, 재액화시키기 위하여 열교환기로 보내지는 증발가스가 초임계 상태인 경우에 재액화 효율이 좋고, 액화천연가스(LNG)가 기화된 증발가스의 경우에는 열교환기에서 냉각되는 증발가스의 압력이 대략 150 내지 400 bar인 경우에 재액화 효율이 높게 나타난다.

따라서, 만약 추진용 엔진에서 요구하는 압력이 대략 150 내지 400 bar인 경우에는, 추진용 엔진의 요구 압력으로 압축된 증발가스를 제3 압축기(230)에 의해 추가로 압축시킬 필요가 없으나, 추진용 엔진이 요구하는 압력이 150 bar보다 낮은 경우에는, 추진용 엔진의 요구 압력으로 압축된 증발가스를 제3 압축기(230)에 의해 추가로 압축시킨 후 열교환기(100)로 보내 재액화 과정을 거치도록 하는 것이, 재액화 효율 및 재액화량 면에서 바람직하다.

일례로, 추진용 엔진이 대략 300 bar의 증발가스를 연료로 사용하는 ME-GI 엔진인 경우에는, 추진용 엔진의 요구 압력에 맞추어 대략 300 bar로 압축된 증발가스를 제3 압축기(230)에 의해 압축할 필요 없이 바로 열교환기(100)로 보내면 되므로, 제3 압축기(230)를 추가로 설치할 필요가 없다.

그러나, 추진용 엔진이 대략 14 내지 17 bar의 증발가스를 연료로 사용하는 X-DF 엔진인 경우에는, 추진용 엔진의 요구 압력에 맞추어 대략 14 내지 17 bar로 압축된 증발가스를 제3 압축기(230)에서 추가로 압축시킨 후 열교환기(100)로 보낸다.

제3 압축기(230)는 대략 150 내지 400 bar로 증발가스를 압축시킬 수 있으며, 바람직하게는 대략 150 bar로 압축시킬 수 있다.

제3 압축기(230)는, 제1 저압압축기(210)에 의해 압축된 증발가스와 제2 저압압축기(220)에 의해 압축된 증발가스가 합류된 흐름의 일부 또는 전부를 추가로 압축시킨다. 제3 압축기(230)는 다단압축기일 수 있고, 도 1에 도시된 바와 같이 2단으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제3 압축기(230)에 의해 추가로 압축된 증발가스는 열교환기(100)에 의해 냉각된 후 감압장치(300)로 보내진다.

감압장치(300)는, 열교환기(100)의 하류에 설치되어, 제3 압축기(230)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스를 감압시킨다.

감압장치(300)는, 시스템의 구성에 따라 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일 수도 있고 팽창기일 수도 있으나, 본 실시예에서는 팽창밸브인 것이 바람직하다. 팽창밸브는 팽창기에 비해 비용이 저렴하고 고장날 확률이 적다는 장점이 있다.

제1 저압압축기(210) 및 제2 저압압축기(220)에 의한 1차 압축 과정과, 제3 압축기(230)에 의한 2차 압축 과정과, 열교환기(100)에 의한 냉각 과정과, 감압장치(300)에 의한 감압 과정을 거친 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다.

본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은 기액분리기(400)를 더 포함할 수 있다. 기액분리기(400)는, 감압장치(300) 하류에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리한다.

기액분리기(400)에 의해 분리된 액화가스는 저장탱크(T)로 보내질 수 있고, 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스는 열교환기(100)에서 냉매로 사용될 예정인 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)와 합류된 후 열교환기(100)로 보내져 냉매로 사용될 수 있다.

도 1에는 기액분리기(400)에 의해 분리된 증발가스가 열교환기(100)에서 냉매로 사용될 예정인 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)와 합류된 후 열교환기(100)로 보내지는 것이 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 일례로 열교환기(100)는 세 유로로 구성되고 기액분리기(400)에 분리된 증발가스는 별도의 유로를 따라 열교환기(100)에서 냉매로 사용될 수도 있다.

또한, 기액분리기(400)를 포함하지 않고 감압장치(300)에 의해 감압되어 일부 또는 전부가 재액화된 유체를 바로 저장탱크(T)로 보낼 수도 있다.

도 3은 종래의 선박용 증발가스 재액화 시스템의 일례를 나타낸 개략도이다.

도 3을 참조하면, 종래에도, 두 개의 압축기(210, 220)를 병렬로 설치하고, 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스를 두 흐름으로 분기시킨 후 병렬로 설치된 두 개의 압축기(210, 220)로 각각 보내는 시스템을 사용하였다.

그러나, 도 3에 도시된 시스템에서는, 본 발명과 같이 제1 저압압축기(210)에 의해 압축된 증발가스와 제2 저압압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 합류시킨 후에 다시 분기시켜 저압 추진용 엔진(E1) 및 제3 압축기(230)로 보내는 것이 아니라, 제1 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스를 분기시켜 엔진(C) 및 제3 압축기(230)로 보내고, 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스는 냉매 사이클(RC)로 보냈다.

즉, 도 3에 도시된 시스템에 의하면, 한 대의 압축기(210)만이 엔진(C)으로 연료를 공급하는 동시에 재액화될 증발가스를 압축시키는 역할을 하였으며, 제2 압축기(220)로는 시스템 시동시 폐루프의 냉매 사이클(RC)을 순환할 증발가스가 보내질 뿐 그 이후에는 제1 압축기(210)와 제2 압축기(220)는 서로 독립적으로 운전되었다.

반면, 본 발명은, 병렬로 설치된 두 대의 저압압축기(210, 220)가 모두 저압 추진용 엔진(E1)으로 연료를 공급하는 동시에 재액화될 증발가스를 압축시키는 역할을 하며, 두 대의 저압압축기(210, 220)가 지속적으로 연계되어 운전된다는 차이점이 있다.

또한, 도 3에 도시된 시스템에서는, 증발가스의 일부를 냉매 사이클(RC)로 보내고(본 발명은 냉매 사이클(RC)을 포함하지 않음), 재액화 과정을 거치는 증발가스가 제1 열교환기(100)에 의한 1차 냉각 과정을 거친 후 제2 열교환기(120)에 의한 2차 냉각 과정을 거친다는 점에서(본 발명은 열교환기(100)에 의한 1차 냉각 과정만을 거침), 유체의 흐름이 본 발명과는 많은 차이점이 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.

도 2에 도시된 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 도 1에 도시된 제1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템에 비해, 제1 및 제2 저압압축기(210, 220) 대신 제1 및 제2 고압압축기(211, 221)을 포함하고, 제3 압축기(230)를 포함하지 않는다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 의하면, 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스가 두 흐름으로 분기되어, 한 흐름은 제1 고압압축기(211)로 보내지고, 나머지 흐름은 제2 고압압축기(221)로 보내진다.

제1 고압압축기(211)와 제2 고압압축기(221)로, 스크류(Screw) 압축기, 왕복동(Reciprocating) 압축기 및 원심(Centrifugal) 압축기 중 어느 하나가 적용될 수 있으며, 제1 고압압축기(211)와 제2 고압압축기(221)는 서로 리던던시(Redundancy) 역할을 할 수 있다.

제1 고압압축기(211)와 제2 고압압축기(221)는, 충분한 재액화 효율 및 재액화량을 확보할 수 있도록, 증발가스를 초임계 상태로 압축시킨 후 열교환기(100)로 공급한다.

제1 및 제2 고압압축기(211, 221)의 운전 압력은, 요구되는 재액화 효율 및 재액화량을 확보하기 위해 필요한 압력으로 설정될 수 있으며, 일례로, 제1 및 제2 고압압축기(211, 221)의 운전 압력은 대략 150 내지 400 bar, 바람직하게는 대략 150 bar로 설정될 수 있다.

본 실시예에서는, 제1 실시예와는 달리, 제1 및 제2 고압압축기(211, 221)에 의해 재액화 효율 및 재액화량을 확보할 수 있는 압력까지 증발가스를 압축시키므로, 제1 및 제2 고압압축기(211, 221)에 의해 압축된 증발가스를 제3 압축기(230)에 의해 추가로 압축시킬 필요가 없다.

선박의 운항시에, 제1 및 제2 고압압축기(211, 221)에 의해 압축된 증발가스를 저압 추진용 엔진(E1)의 연료로 사용하는 경우, 제1 및 제2 고압압축기(211, 221)의 일부 압축 과정을 거쳐 저압 추진용 엔진(E1)의 요구 압력으로 압축된 증발가스를, 제1 및 제2 고압압축기(211, 221)의 중간단에서 각각 분기시킨 후 다시 합류시켜 저압 추진용 엔진(E1)으로 공급한다.

제1 고압압축기(211)의 일부 압축 과정을 거친 증발가스와 제2 고압압축기(221)의 일부 압축 과정을 거친 증발가스가 합류된 흐름 중 일부는 발전용 엔진(E2)으로 보내질 수도 있다.

본 발명에 의하면, 압축기 두 대(210과 220, 또는 211, 221)를 동시 운전하므로, 한 대의 압축기만을 운전하는 경우에 비해 압축기가 흡입할 수 있는 증발가스의 양이 증가하게 된다. 따라서, 열교환기(100)에서 냉매로 사용할 수 있는 증발가스의 양이 증가하게 되며, 열교환기(100)에 의해 냉각되는 증발가스에 공급할 수 있는 냉열도 증가하게 된다.

또한, 본 발명에 의하면, 압축기 두 대(210과 220, 또는 211, 221)를 동시 운전하므로, 열교환기(100)에 의해 냉각되어 재액화되는 증발가스의 유량도 증가시킬 수 있다.

즉, 본 발명에 의하면, 압축기 두 대(210과 220, 또는 211, 221)를 동시 운전함으로써, 열교환기(100)에서 냉매로 사용되는 증발가스의 양과 열교환기(100)에 의해 냉각되는 증발가스의 양을 모두 증가시킬 수 있으므로, 전반적인 재액화 효율 및 재액화량이 증가하게 된다.

본 발명에 의하면, 전반적인 재액화 효율 및 재액화량이 증가하므로, 선박의 정박시에도 증발가스를 전량 처리할 수 있고, 액화가스 운반선 시장에서 경쟁의 핵심 지표인 증발가스 발생 비율(탱크 내부에서 외부 열 침입으로 자연적으로 발생하는 증발가스 중 재액화되지 못한 증발가스를 의미함)을 현저히 낮출 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에 의하면, 저압 추진 엔진을 탑재한 선박에 적합한 증발가스 재액화 시스템을 제공함으로써, 현재 각광받고 있는 X-DF 등의 저압 추진 엔진을 탑재한 가스 추진 선박의 수주 경쟁력을 강화할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

T : 저장탱크 E1 : 저압 추진용 엔진
E2 : 발전용 엔진 BL1 : 우회라인
100 : 열교환기 210 : 제1 저압압축기
211 : 제1 고압압축기 220 : 제2 저압압축기
221 : 제2 고압압축기 230 : 제3 압축기
300 : 감압장치 400 : 기액분리기

Claims (17)

1. 요구 압력이 150 bar 미만인 저압 추진용 엔진이 마련된 선박에서,
   1) 증발가스를 두 흐름으로 분기하여 제1 압축기와 제2 압축기로 공급하고 상기 저압 추진용 엔진의 요구 압력으로 압축하여 연료로 공급하고,
   2) 압축된 증발가스 중 연료로 사용되지 않은 증발가스를 추가로 압축시키고,
   3) 추가 압축된 증발가스를, 저장탱크로부터 배출되어 상기 제1 압축기 및 제2 압축기로 공급될 증발가스를 냉매로 하여 열교환기에서 냉각시키고,
   4) 상기 열교환기에서 냉각된 증발가스를 감압하고, 재액화된 액화가스를 분리하여 상기 저장탱크로 보내되,
   상기 제1 압축기 및 제2 압축기를 동시에 구동시켜 상기 제1 및 제2 압축기로 흡입될 증발가스의 양을 증가시켜, 상기 열교환기에서 냉매로 사용되는 증발가스의 양을 증가시키고,
   상기 선박의 정박 시 증발가스를 전량 재액화시키는 것을 특징으로 하는 선박용 증발가스 재액화 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 압축기 및 제2 압축기는 운전 압력이 상기 저압 추진용 엔진의 요구압력으로 설정되는 저압압축기이고,
   상기 제1 및 제2 압축기에서 압축된 증발가스 중 상기 저압 추진용 엔진에서 사용되지 않는 증발가스는 합류된 후 운전 압력이 150 내지 400 bar로 설정되는 제3 압축기에 의해 추가 압축되어 상기 열교환기에서 냉각되는 것을 특징으로 하는 선박용 증발가스 재액화 방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 선박의 운항 시, 상기 제1 압축기 및 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스는 합류된 후 다시 두 흐름으로 분기되어, 한 흐름은 상기 저압 추진용 엔진으로 공급되고, 상기 저압 추진용 엔진에서 사용하지 않은 다른 흐름은 상기 제3 압축기로 공급되는 선박용 증발가스 재액화 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 압축기 및 제2 압축기는 운전 압력이 150 내지 400 bar로 설정되는 고압압축기이고,
   상기 제1 및 제2 압축기의 중간단에서 증발가스가 분기된 후 합류되어 상기 저압 추진용 엔진으로 공급되고,
   연료로 사용되지 않는 증발가스는 제1 및 제2 압축기에 의해 압축 후 합류되어 상기 열교환기에서 냉각되며,
   상기 선박의 운항 시, 상기 제1 및 제2 압축기의 일부 압축 과정을 거친 증발가스가 상기 저압 추진용 엔진으로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박용 증발가스 재액화 방법.
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
   감압된 증발가스 중 기체상태로 남아있는 증발가스는 상기 액화가스와 분리되어 상기 열교환기에서 냉매로 사용될 예정인 증발가스와 합류된 후 상기 열교환기로 보내져 냉매로 사용되는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 저압 추진용 엔진은 X-DF 엔진인, 선박용 증발가스 재액화 방법.
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