KR102224921B1 - 가스 처리 시스템, 이를 이용한 가스 처리 방법 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 가스 처리 시스템, 이를 이용한 가스 처리 방법 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로, 본 발명의 가스 처리 시스템은, 카고탱크; 상기 카고탱크에서 발생하는 증발가스를 수요처로 공급하는 제1연료공급라인; 상기 제1연료공급라인에 마련되는 제1기액분리기; 상기 기액분리기를 통과한 증발가스를 압축하는 증발가스압축유닛; 상기 증발가스압축유닛을 통과한 증발가스를 분기시키는 증발가스회수라인; 상기 증발가스회수라인을 통해 분기되는 증발가스를 응축시키는 버퍼탱크; 상기 버퍼탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 기액분리기로 이동시키는 증발가스보충라인; 및 상기 카고탱크에 저장되는 액화가스를 상기 증발가스압축유닛의 하류로 이동시키는 제2연료공급라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 처리 시스템, 이를 이용한 가스 처리 방법 및 이를 포함하는 선박{Gas Treatment System, Method of Gas Treatment using the same and Ship having the same}

본 발명은 가스 처리 시스템, 이를 이용한 가스 처리 방법 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇 천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력으로 이동한다.

이러한 선박은 엔진이나 가스 터빈 등을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 가솔린 또는 디젤 등의 오일 연료를 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 하고, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하며, 반면 가스 터빈은 압축 공기와 함께 연료를 연소시키고, 연소 공기의 온도/압력을 통해 터빈 날개를 회전시킴으로써 발전하여 프로펠러에 동력을 전달하는 방식을 사용한다.

그러나 최근에는, 액화가스의 일종인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진이나 터빈 등의 수요처를 구동하는 LNG 연료공급 방식이 사용되고 있으며, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하기 때문에, 수요처의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.

그러나 아직까지는 디젤과 같은 오일 연료를 이용하는 종래의 경우와 대비할 때, 가스 연료인 LNG를 이용하는 경우에서 LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 카고탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 카고탱크 내에 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생하고, 발생된 증발가스는 카고탱크 내의 압력을 증가시키며 선박의 요동에 따라 액화가스의 유동을 가속시켜 구조적인 문제를 야기시킬 수 있기 때문에 증발가스의 발생을 억제할 필요가 있는 등 해결해야 하는 문제들이 다수 존재하는 상황이어서, 청정연료인 LNG를 이용하여 선박 내의 수요처에 공급하는 기술에 대해 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 카고탱크에 저장된 액화가스를 연료로 사용하는 선박에서, 카고탱크 내에서 자연적으로 발생하는 증발가스를 버퍼탱크를 이용하여 처리함으로써, 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있도록 하는 가스 처리 시스템, 이를 이용한 가스 처리 방법 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 카고탱크; 상기 카고탱크에서 발생하는 증발가스를 수요처로 공급하는 제1연료공급라인; 상기 제1연료공급라인에 마련되는 제1기액분리기; 상기 기액분리기를 통과한 증발가스를 압축하는 증발가스압축유닛; 상기 증발가스압축유닛을 통과한 증발가스를 분기시키는 증발가스회수라인; 상기 증발가스회수라인을 통해 분기되는 증발가스를 응축시키는 버퍼탱크; 상기 버퍼탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 기액분리기로 이동시키는 증발가스보충라인; 및 상기 카고탱크에 저장되는 액화가스를 상기 증발가스압축유닛의 하류로 이동시키는 제2연료공급라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제2연료공급라인에 마련되는 제2기액분리기를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1기액분리기에서 상분리된 액화가스를 상기 카고탱크로 회수하는 제1액화가스회수라인을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 버퍼탱크의 액화가스를 상기 카고탱크로 이동시키는 제2액화가스회수라인을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제2액화가스회수라인은, 상기 제1액화가스회수라인에 연결될 수 있다.

구체적으로, 상기 제2연료공급라인에는 펌프 및 강제기화기가 마련될 수 있다.

구체적으로, 상기 카고탱크에 저장되는 액화가스가 상기 버퍼탱크로 이동하도록 마련되는 액화가스충전라인을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 액화가스충전라인은, 상기 제2연료공급라인에서 분기될 수 있다.

구체적으로, 상기 버퍼탱크는, 상기 카고탱크에서 배출된 증발가스가 상기 수요처의 증발가스 소비량을 초과할 경우, 초과된 증발가스를 상기 증발가스회수라인을 통해 전달받아 저장하고, 상기 카고탱크에서 배출된 증발가스가 상기 수요처의 증발가스 소비량에 미치지 못할 경우, 저장된 증발가스 중 적어도 일부를 상기 수요처로 전달되는 가스에 상기 증발가스보충라인을 통해 보충할 수 있다.

구체적으로, 상기 카고탱크에 저장된 액화가스는, 상기 버퍼탱크를 거치지 않고 상기 수요처로 연료로서 공급되되, 강제기화기에 의해 강제기화된 증발가스 상태로 상기 증발가스압축유닛의 하류에 합류될 수 있다.

구체적으로, 상기 버퍼탱크는, 상기 카고탱크에서 상기 수요처로 연료로서의 액화가스를 공급하는 흐름과 독립적으로 마련될 수 있다.

구체적으로, 상기 버퍼탱크는, 타입-C 압력탱크일 수 있다.

구체적으로, 상기 수요처는, 메탄가를 조절할 필요가 있으면서 저압엔진인 XDF 엔진이고, 상기 증발가스압축유닛은, 상기 XDF 엔진의 요구압력에 대응되도록 압축하면서 액적이 포함된 증발가스가 들어가서는 되지 않는 원심형 저압압축기일 수 있다.

구체적으로, 상기 제1기액분리기는, 상기 증발가스압축유닛의 상류에 마련되어, 상기 카고탱크에 내의 자연기화된 증발가스가 상기 제1연료공급라인을 통해 유입되고, 상기 버퍼탱크에 저장된 증발가스가 상기 증발가스보충라인을 통해 유입되고, 유입된 증발가스에 함유된 액적을 제거하여 상기 증발가스압축유닛으로 공급하고, 상기 제2기액분리기는, 상기 카고탱크에서 배출되는 액화가스를 강제기화기에서 강제 기화하여 얻어지는 강제기화된 증발가스가 상기 제2연료공급라인을 통해 유입되고, 유입된 증발가스의 메탄가를 조절하여 상기 증발가스압축유닛의 하류에 합류시킬 수 있다.

구체적으로, 상기 버퍼탱크와 상기 증발가스압축유닛 사이에 마련되어, 상기 버퍼탱크에서 상기 증발가스압축유닛으로 공급되는 증발가스를 감압하는 감압수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 선박은, 상기에 기재된 가스 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가스 처리 시스템, 이를 이용한 가스 처리 방법 및 이를 포함하는 선박은, 카고탱크에 저장된 액화가스를 연료로 사용하는 선박에서, 카고탱크에서 수요처의 연료로 공급되는 자연기화된 증발가스 및/또는 강제기화된 증발가스를 버퍼탱크를 이용하여 처리함으로써, 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템, 이를 이용한 가스 처리 방법 및 이를 포함하는 선박은, 카고탱크 내에서 자연적으로 발생하는 증발가스가 수요처에서 요구하는 연료량보다 많거나 일시적으로 많이 발생할 경우 버퍼탱크에 저장할 수 있도록 구성함으로써, 증발가스를 가스연소유닛에 의해 태워버리거나 외부로 방출하는 양을 줄일 수 있어, 증발가스의 불필요한 낭비를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 카고탱크의 내압 안정성을 보장할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템, 이를 이용한 가스 처리 방법 및 이를 포함하는 선박은, 카고탱크에서 수요처로 연료로서의 액화가스를 공급하는 흐름과 독립적으로 버퍼탱크를 구성하되, 버퍼탱크에 저장된 증발가스를 필요에 따라 선택적으로 수요처의 연료로 공급할 수 있도록 구성함으로써, 액화가스를 수요처로 공급하기 위한 연료펌프, 연료기화기 등이 구비되어야 하는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 예시로서의 연료탱크와 달리 액화가스 연료 공급을 위한 주변 장치를 단순화 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템, 이를 이용한 가스 처리 방법 및 이를 포함하는 선박은, 카고탱크 내의 자연기화된 증발가스를 수요처의 주연료로 공급하되, 버퍼탱크에 저장된 증발가스를 수요처의 보조연료로 공급하도록 구성함으로써, 버퍼탱크가 액화가스 연료 공급을 위한 연료펌프를 필요로 하지 않으므로, 버퍼탱크의 유량 및 내압이 낮아지더라도 본 발명의 효과를 설명하기 위한 예시로서의 연료탱크와 달리 연료펌프의 구동에 필요한 유효흡입수두 및 유입압력 불충족으로 인한 연료공급 중단 및 쿨다운 문제를 고려하지 않아도 된다.

또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템, 이를 이용한 가스 처리 방법 및 이를 포함하는 선박은, 버퍼탱크에서 액화가스를 수요처의 연료로 공급하지 않고 증발가스만을 수요처의 연료로 공급하도록 구성함으로써, 버퍼탱크가 본 발명의 효과를 설명하기 위한 예시로서의 연료탱크와 달리 액화가스를 수요처의 연료로 사용하기 위해 일정 범위의 유량 및 내압을 유지하지 않아도 되어, 액화가스의 유량 및 내압 유지로부터 자유로울 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템, 이를 이용한 가스 처리 방법 및 이를 포함하는 선박은, 버퍼탱크에 수요처의 연료와 상관 없이 액화가스를 충전하여 내부의 증발가스를 액화가스에 응축시켜 저장할 수 있게 하되, 충전된 액화가스가 팽창하는 등 버퍼탱크로부터의 방출이 필요할 경우 카고탱크로 복귀할 수 있도록 구성함으로써, 본 발명의 효과를 설명하기 위한 예시로서의 연료탱크에서 액화가스의 방출 구성이 없는 것 대비 액화가스의 팽창으로부터 버퍼탱크의 안정성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제1 내지 제5실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 가스 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제1 내지 제5실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 가스 처리 방법을 설명하기 위한 제1부분 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제1 내지 제5실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 가스 처리 방법을 설명하기 위한 제2부분 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제1 내지 제5실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 가스 처리 방법을 설명하기 위한 제3부분 순서도이다.

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, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 참고로 본 명세서에서 가스는 LNG는 물론 비등점이 상온보다 낮아 저장을 위해 강제로 액화되며 발열량을 갖는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 물질을 포괄하는 의미로 사용될 수 있다.

또한, 가스는 액화가스, 자연기화된 증발가스, 강제기화된 증발가스, 잉여 증발가스를 포괄할 수 있다.

다만, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미일 수 있고, 액화가스는 액체 상태의 액화가스뿐만 아니라 기화된 액화가스를 포함하는 의미일 수 있다.

본 발명은 이하에서 설명하는 다양한 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1, 2, 3, 4, 5) 중 어느 하나가 구비되는 선박(S)을 포함하며, 이때 선박(S)은 가스 운반선, 가스가 아닌 화물이나 사람을 운반하는 상선, FSRU, FLNG, Bunkering vessel, 해양플랜트 등을 모두 포함하는 개념임을 알려둔다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 별도의 연료탱크 없이 카고탱크(10)에 저장된 액화가스를 연료로 사용하는 선박(S)에서, 카고탱크(10) 내부에 자연적으로 발생하는 증발가스를 버퍼탱크(80)에서 처리하도록 구비될 수 있다.

카고탱크(10)는, 선박(S)의 선체 내에 하나 이상 설치되어 화물 및 연료로서의 액화가스를 저장할 수 있으며, 멤브레인형 탱크나 독립형 탱크 등과 같이 공지되어 있는 어떠한 종류의 탱크라도 사용될 수 있다.

일반적으로 카고탱크는, 저장된 액화가스가 지속적으로 자연기화되어 내부에 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생하게 되고, 발생된 증발가스는 카고탱크 내의 압력을 증가시키며 선박의 요동에 따라 액화가스의 유동을 가속시켜 탱크의 구조적인 문제를 야기시킬 수 있기 때문에, 증발가스의 발생을 억제할 필요가 있다.

이에 따라 기존에는 선박의 카고탱크 내에서의 증발가스를 억제 및 처리하기 위한 방안으로, 증발가스를 카고탱크의 외부로 배출시켜 소각해 버리는 방법, 증발가스를 카고탱크의 외부로 배출시켜 재액화 장치에 의해 재액화시킨 후 다시 카고탱크로 복귀시키는 방법, 선박의 추진기관에서 사용되는 연료로서 증발가스를 사용하는 방법, 카고탱크의 내부압력을 높게 유지하여 증발가스의 발생을 억제하는 방법 등이 단독으로 혹은 복합적으로 사용되고 있다.

증발가스 재액화 장치가 탑재된 선박의 경우에는, 카고탱크의 적정 압력 유지를 위해 카고탱크 내부의 증발가스를 카고탱크 외부로 배출시켜 재액화 장치를 통해 재액화시키게 된다. 이때, 배출된 증발가스는 냉동 사이클을 포함하는 재액화 장치에서 초저온으로 냉각된 냉매, 예를 들어 질소, 혼합냉매 등과의 열교환을 통해 재액화된 후 카고탱크로 복귀된다.

저압엔진 추진시스템을 탑재한 선박의 경우에는, 재액화 설비를 설치하지 않고 증발가스압축유닛과 가열만으로 증발가스를 처리한 후 저압엔진에 연료로서 공급하여 증발가스를 소비하였기 때문에 엔진의 연료 소비량이 증발가스의 발생량보다 적을 때는 증발가스를 가스연소유닛(GCU; Gas Combustion Unit)에서 연소시켜 버리거나 대기중으로 버릴(venting) 수 밖에 없다.

그리고 재액화 설비와 저압엔진을 탑재한 선박은, 재액화 설비에 의해 증발가스를 처리할 수 있음에도 불구하고 질소가스를 이용한 재액화 장치 운전의 복잡성으로 인해 전체 시스템의 제어가 복잡하고 상당한 양의 동력이 소모된다.

상기한 바와 같이, 선박의 카고탱크 내에서의 증발가스를 억제 및 처리하기 위해서는 가스연소유닛을 사용하거나 재액화 장치를 사용해야 하는데, 가스연소유닛을 사용하는 경우에는 연료가스의 손실이 발생하고, 재액화장치를 사용할 경우에는 시스템이 커지게 되고 상당한 설치비 및 유지비용이 발생하는 것이 현실이다.

띠라서, 카고탱크로부터 자연적으로 발생하는 증발가스를 비롯하여 액화가스를 효율적으로 처리하기 위한 시스템 및 방법에 대한 연구 개발이 지속적으로 이루어질 필요가 있는데, 본 실시예에서는, 카고탱크(10)로부터 자연적으로 발생하는 증발가스를 비롯하여 액화가스를 효율적으로 처리하는 방안으로 버퍼탱크(80)가 포함된 시스템을 제공하며, 이하에서 구체적으로 설명한다.

본 실시예의 가스 처리 시스템(1)은, 카고탱크(10), 수요처(20a), 펌프(30), 강제기화기(40a), 기액분리기(50), 증발가스압축유닛(60a), 증발가스냉각기(70), 버퍼탱크(80), 감압수단(90), 가스연소유닛(100)을 포함할 수 있다.

카고탱크(10)는, 액화가스를 저장할 수 있다. 카고탱크(10)의 내부에 저장된 액화가스와, 내부에 자연적으로 발생되는 증발가스는 수요처(20a)의 연료로 사용될 수 있다.

카고탱크(10) 내부에 자연기화된 증발가스는, 기액분리기(50) 및 증발가스압축유닛(60a)가 마련되는 제1연료공급라인(L1)을 통해 수요처(20a)에 공급될 수 있다. 또한, 카고탱크(10)에 저장되어 연료로 사용되는 액화가스는, 펌프(30) 및 강제기화기(40a)가 마련되는 제2연료공급라인(L2)을 통해 수요처(20a)에 공급될 수 있다. 또한,

상기한 제1연료공급라인(L1), 제2연료공급라인(L2)뿐만 아니라, 이하에서 언급될 증발가스보충라인(L3), 증발가스회수라인(L4), 제1액화가스회수라인(L5), 액화가스충전라인(L6), 제2액화가스회수라인(L7), 증발가스방출라인(L8) 등 모든 가스라인에는 액화가스 또는 증발가스의 유량을 조절하는 밸브(도면부호 미도시)가 다수 마련될 수 있으며, 또한 액화가스 또는 증발가스가 역류되는 것을 방지하기 위한 체크밸브(도면부호 미도시)가 다수 마련될 수 있음은 물론이다.

카고탱크(10)에서 수요처(20a)의 연료로 공급되는 액화가스는, 후술함에 의해 밝혀지겠지만, 버퍼탱크(80)를 거치지 않는다. 이러한 액화가스는 수요처(20a)에 공급되기 전에 강제기화기(40a)에 의해 강제 기화됨은 물론이다.

본 실시예는 카고탱크(10) 내부에서 자연적으로 발생하는 증발가스가 수요처(20a)에서 요구하는 연료량보다 많거나 일시적으로 많이 발생할 경우, 카고탱크(10)의 안전을 위해 증발가스를 버퍼탱크(80)로 회수시켜 저장할 수 있다. 이를 통해 가스 처리 시스템(1)은, 카고탱크(10)로부터 수요처(20a)의 연료로 공급되는 증발가스의 양이 수요처(20a)의 연료소비량보다 많아 남게 되는 잉여 증발가스를 가스연소유닛(100)에 의해 태워버리거나 외부로 방출하는 양을 줄일 수 있어, 증발가스의 불필요한 낭비를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 카고탱크(10)의 내압 안정성을 보장할 수 있다.

카고탱크(10)에 저장된 액화가스는, 버퍼탱크(80) 내부의 증발가스를 응축하여 저장할 수 있도록, 제2연료공급라인(L2)으로부터 분지되는 액화가스충전라인(L6)을 통해 버퍼탱크(80)에 충전될 수 있다. 버퍼탱크(80)에 충전된 액화가스가 팽창하여 위험요소로 작용하는 등 방출이 필요할 경우, 제2액화가스회수라인(L7)을 통해 버퍼탱크(80)로부터 카고탱크(10)로 복귀될 수 있다. 여기서, 제2액화가스회수라인(L7)은, 도시된 바와 같이, 일단부가 버퍼탱크(80)의 하부에 연결되고 타단부가 카고탱크(10)에 연결되되, 카고탱크(10)의 내부까지 연장될 수 있다. 또한, 제2액화가스회수라인(L7)은, 도시하지는 않았지만, 타단부가 제1액화가스회수라인(L5)에 연결되어 액화가스를 카고탱크(10)로 복귀시킬 수 있음은 물론이다.

제2액화가스회수라인(L7)을 통해 버퍼탱크(80)로부터 카고탱크(10)로 복귀되는 액화가스는, 제2액화가스회수라인(L7)에 펌프 등의 액화가스 이송 수단을 설치하지 않고 중력에 의한 자유흐름에 의해 복귀시킬 수 있는데, 이는 버퍼탱크(80)를 선체 내에 설치되는 카고탱크(10)보다 높은 레벨인 갑판 등에 설치함에 의해 가능하다. 버퍼탱크(80)는 카고탱크(10)와 유사한 높이의 레벨 즉, 선체 내에 설치될 경우 액화가스의 복귀를 위해 제2액화가스회수라인(L7)에 펌프 등의 액화가스 이송 수단을 설치할 수 있음은 물론이다.

수요처(20a)는, 선박(S)의 추진 혹은 발전을 위해 설치되는 엔진 등의 장치를 의미할 수 있으며, 예를 들어 MEGI 엔진, XDF 엔진, DFDE에 포함된 DF 엔진, DF 보일러 엔진, 터빈 엔진, 발전 엔진 등일 수 있다.

수요처(20a)는, 카고탱크(10)에 저장된 액화가스를 강제기화시켜 발생되는 강제기화된 증발가스나, 카고탱크(10) 내에서 액화가스가 자연기화되어 발생되는 자연기화된 증발가스를 연료로 하여 동력을 발생시킬 수 있다.

또한, 수요처(20a)는, 카고탱크(10)로부터 강제기화된 증발가스 및/또는 자연기화된 증발가스가 수요처(20a)의 증발가스 소비량에 미치지 못할 경우, 버퍼탱크(80)에 저장된 증발가스 중 적어도 일부를 증발가스보충라인(L3)을 통해 전달받아 동력을 발생시킬 수 있다.

본 실시예에서 수요처(20a)는, 메탄가를 조절할 필요가 있으면서 10bar 내지 20bar 범위의 저압에서 구동하는 종류의 저압엔진인 XDF 엔진일 수 있다. 이러한 XDF 엔진을 적용함으로 인해, 본 실시예에서는 증발가스압축유닛(60a)으로 저압압축기(LD Compressor)가 적용되며, 메탄가 조절 기능을 하는 기액분리기(50)가 적용된다. 본 실시예에서는 수요처(20a)로 XDF 엔진을 적용하는 경우를 설명하지만, 이에 한정하지 않고 메탄가를 조절할 필요가 있으면서 저압에서 구동하는 다른 저압엔진도 적용할 수 있음은 물론이다. 또한, 본 실시예에서 수요처(20a)는, 선박(S)을 추진하는 메인 엔진인 XDF 엔진 이외에도 전기를 발전하는 발전 엔진 등을 포함할 수 있음은 물론이다.

펌프(30)는, 카고탱크(10)의 내부에 설치되어 외부로 배출되는 액화가스를 가압할 수 있으며, 카고탱크(10)의 저면까지 연장되는 제2연료공급라인(L2)에 설치될 수 있다.

이러한 펌프(30)는, 액화가스를 압축하여 이송하기 위한 연료펌프일 수 있다.

펌프(30)에 의해 압축된 액화가스는, 버퍼탱크(80)를 거치지 않고 강제기화기(40a), 기액분리기(50), 증발가스압축유닛(60a)을 거쳐 수요처(20a)의 연료로 공급될 수 있다. 또한, 펌프(30)에 의해 압축된 액화가스는, 버퍼탱크(80) 내부의 증발가스를 응축 저장하기 위한 목적 등 필요에 따라 제2연료공급라인(L2)으로부터 분지되는 액화가스충전라인(L6)을 통해 버퍼탱크(80)로도 공급될 수 있다.

강제기화기(40a)는, 제2연료공급라인(L2)에 마련될 수 있으며, 펌프(30)로부터 이송되는 액화가스를 강제로 기화시킬 수 있다.

강제기화기(40a)에서 액화가스를 강제 기화하여 얻어지는 강제기화된 증발가스는, 버퍼탱크(80)를 거치지 않고 기액분리기(50)를 거쳐 증발가스압축유닛(60a)의 상류로 합류될 수 있다.

강제기화된 증발가스에는 메탄 성분 이외에도 다른 성분(프로판, 부탄 등)이 함유되어 있고, 액적을 포함하고 있어, 수요처(20a)로서 메탄가를 조절할 필요가 있는 종류의 엔진이 적용되고, 증발가스압축유닛(60a)으로서 액적이 포함된 증발가스가 들어가서는 되지 않는 종류의 원심형 압축기가 적용될 경우, 수요처(20a) 및 증발가스압축유닛(60a)의 성능향상을 위해 메탄가를 조절하면서 액적을 제거할 필요가 있는데, 강제기화기(40a)와 증발가스압축유닛(60a) 사이에 기액분리기(50)가 마련됨으로써, 해결할 수 있다.

본 실시예에서 강제기화기(40a)는, 수요처(20a)가 10bar 내지 20bar 범위의 저압에서 구동하는 종류의 저압엔진인 XDF 엔진이고, 증발가스압축유닛(60a)이 저압압축기(LD Compressor)이므로, 저압기화기(LP Vaporizer)일 수 있다.

기액분리기(50)는, 증발가스압축유닛(60a)의 상류에 마련되어 증발가스압축유닛(60a)으로 공급되는 증발가스를 액상과 기상으로 상분리시켜 기상의 증발가스만 증발가스압축유닛(60a)으로 공급되도록 할 수 있다. 또한, 기액분리기(50)는, 증발가스의 메탄가를 조절하여 수요처(20a)에 공급되도록 할 수 있다.

이러한 기액분리기(50)는, 강제기화기(40a)에서 액화가스를 강제 기화하여 얻어지는 강제기화된 증발가스가 제2연료공급라인(L2)을 통해 유입될 수 있다. 강제기화된 증발가스는 메탄 이외에도 프로판, 부탄 등의 성분이 함유되어 있고, 액적을 다량 포함하고 있는데, 기액분리기(50)에서 메탄가가 조절 및 액적이 제거될 수 있다.

또한, 기액분리기(50)는, 카고탱크(10) 내의 자연기화된 증발가스가 제1연료공급라인(L1)을 통해 유입될 수 있다. 자연기화된 증발가스는 대부분 메탄 성분으로 이루어져 있지만, 액적을 다소 포함하고 있어, 기액분리기(50)에서 액적이 제거될 수 있다.

또한, 기액분리기(50)는, 버퍼탱크(80)에 저장된 잉여 증발가스가 증발가스보충라인(L3)을 통해 유입될 수 있다. 이때 잉여 증발가스는 증발가스보충라인(L3)에 마련되는 감압수단(90)에 의해 감압된 후에 기액분리기(50)로 유입될 수 있다. 잉여 증발가스는 대부분 메탄 성분으로 이루어져 있지만, 액적을 다소 포함하고 있어, 기액분리기(50)에서 액적이 제거될 수 있다.

이와 같이 기액분리기(50)에서 메탄가가 조절되고 액상이 제거된 증발가스는, 제1연료공급라인(L1)을 통해 증발가스압축유닛(60a)으로 공급할 수 있다.

기액분리기(50)로 유입되는 증발가스는, 자연기화된 증발가스(잉여 증발가스 포함)와 강제기화된 증발가스를 모두 포함하는데, 전술한 바와 같이 강제기화된 증발가스에는 메탄 성분 이외에도 다른 성분이 함유되어 있고, 모든 증발가스에는 액적을 포함하고 있어, 본 실시예와 같이 수요처(20a)로서 메탄가를 조절할 필요가 있는 종류의 엔진이 적용되고, 증발가스압축유닛(60a)으로서 액적이 포함된 증발가스가 들어가서는 되지 않는 종류의 원심형 압축기가 적용될 경우, 수요처(20a) 및 증발가스압축유닛(60a)의 성능향상을 위해 기액분리기(50)를 이용하여 메탄가를 조절하면서 액적을 제거할 필요가 있다. 특히, 본 실시예는 강제기화기(40a)에서 액화가스를 강제 기화하여 얻어지는 강제기화된 증발가스가 증발가스압축유닛(60a)의 상류에 합류되는 구조이기 때문에 기액분리기(50)가 필수적으로 마련되어야 한다.

상기한 기액분리기(50)에는, 증발가스로부터 상분리된 액상의 증발가스, 즉 액화가스가 채워지게 되는데, 채워진 액화가스는 제1액화가스회수라인(L5)을 통해 카고탱크(10)로 회수된다. 제1액화가스회수라인(L5)은 일단부가 기액분리기(50)의 하부에 연결되고, 타단부가 카고탱크(10)의 내부까지 연장될 수 있다.

증발가스압축유닛(60a)은, 연료로서의 증발가스를 수요처(20a)에 공급하기 위해 설치되는 가압장치를 의미할 수 있으며, 예를 들어 원심형 압축기, 스크류형 압축기, 왕복동형 압축기 등일 수 있다. 이러한 증발가스압축유닛(60a)은, 도시된 바와 같이 다단으로 구성될 수 있으며, 예를 들어 4단이 한 세트로 구성되며, 두 세트가 병렬로 배치되어 적어도 어느 하나의 세트가 선택적으로 작동될 수 있다.

다단의 증발가스압축유닛(60a) 사이에는 냉각기(도시하지 않음)가 마련될 수 있다. 냉각기는 상류의 증발가스 압축기(60a)에 의해 상승된 증발가스의 온도를 낮추어 하류의 증발가스 압축기(60a)의 작동을 용이하게 할 수 있게 한다.

증발가스압축유닛(60a)은, 제1연료공급라인(L1)에 마련되어 기액분리기(50)로부터 공급되는 증발가스를 수요처(20a)의 요구압력에 대응되도록 압축할 수 있다.

본 실시예에서 증발가스압축유닛(60a)은, 수요처(20a)가 메탄가를 조절할 필요가 있으면서 10bar 내지 20bar 범위의 저압에서 구동하는 종류의 저압엔진인 XDF 엔진이고, 기액분리기(50)에서 증발가스에 함유된 액적을 제거할 수 있으므로, 액적이 포함된 증발가스가 들어가서는 되지 않으면서 저압으로 압축하는 원심형 저압압축기(LD Compressor)일 수 있다.

증발가스압축유닛(60a)의 하류에는 제1연료공급라인(L1)으로부터 분지되어 버퍼탱크(80)까지 연장되며, 카고탱크(10)에서 배출되어 증발가스압축유닛(60a)의 적어도 1단에 의해 압축된 증발가스 중 일부를 분기시키는 증발가스회수라인(L4)이 마련될 수 있다.

증발가스회수라인(L4)은, 카고탱크(10) 내의 자연기화된 증발가스가 수요처(20a)에서 요구하는 연료량보다 많거나 일시적으로 많이 발생할 경우, 수요처(20a)의 연료로 공급되는 일정 유량의 증발가스를 제외한 잉여 증발가스를 버퍼탱크(80)로 회수시켜 저장할 수 있도록 하는 통로 역할을 한다. 이러한 증발가스회수라인(L4)은, 도시하지 않았지만, 카고탱크(10)에서 배출되어 증발가스압축유닛(60a)의 적어도 1단에 의해 압축된 증발가스 중 일부를 버퍼탱크(80)로 회수시켜 저장하도록 구성될 수 있음은 물론이다.

또한, 증발가스압축유닛(60a)의 하류에는 제1연료공급라인(L1)으로부터 분지되어 가스연소유닛(100)까지 연장되는 증발가스방출라인(L8)이 마련될 수 있다. 증발가스방출라인(L8)은, 수요처(20a)의 연료소비량보다 카고탱크(10)로부터 연료로 공급되는 증발가스의 양이 많고, 버퍼탱크(80)에 잉여 증발가스를 더 이상 저장할 수 없을 때, 증발가스의 일부를 가스연소유닛(100)에서 연소시킬 수 있도록 하는 통로 역할을 한다.

증발가스냉각기(70)는, 증발가스압축유닛(60a) 하류의 제1연료공급라인(L1)에 마련되어, 증발가스압축유닛(60a)에서 가압되면서 상승된 증발가스의 온도를 수요처(20a)에서 요구하는 온도가 되도록 조절할 수 있다.

또한, 증발가스냉각기(70)는, 증발가스압축유닛(60a)에서 가압되어 온도가 상승된 상태의 증발가스가 증발가스회수라인(L4)을 통해 버퍼탱크(80)로 회수될 경우 버퍼탱크(80)의 내부 압력이 급격히 높아지는 것을 방지하도록, 제1연료공급라인(L1)으로부터 분지되어 버퍼탱크(80)까지 연장되는 증발가스회수라인(L4) 보다는 상류의 제1연료공급라인(L1)에 마련된다.

버퍼탱크(80)는, 타입-C 압력탱크로 제작될 수 있으며, 선박(S)의 갑판상에 설치될 수 있다. 버퍼탱크(80)는 선체 내부에 설치될 수도 있다.

버퍼탱크(80)는, 카고탱크(10) 내의 자연기화된 증발가스 및/또는 강제기화기(40a)에서 액화가스를 강제 기화하여 얻어지는 강제기화된 증발가스를 제1연료공급라인(L1)으로부터 분지되는 증발가스회수라인(L4)을 통해 회수하여 저장할 수 있다.

본 실시예의 버퍼탱크(80)는, 카고탱크(10)에서 배출된 증발가스가 수요처(20a)의 증발가스 소비량을 초과할 경우, 잉여 증발가스를 증발가스회수라인(L4)을 통해 전달받아 저장하고, 카고탱크(10)에서 배출된 증발가스가 수요처(20a)의 증발가스 소비량에 미치지 못할 경우, 저장된 증발가스 중 적어도 일부를 증발가스보충라인(L3), 증발가스압축유닛(60a), 제1연료공급라인(L1)을 통해 수요처(20a)로 전달되는 가스에 보충할 수 있다.

또한, 버퍼탱크(80)는, 카고탱크(10)에서 배출된 증발가스가 수요처(20a)의 증발가스 소비량에 미치지 못할 경우, 도시하지 않았지만, 저장된 증발가스 중 적어도 일부를 증발가스보충라인(L3)을 통해 발전엔진과 같이 요구하는 압력이 낮은 수요처(20a)로 전달되는 가스에 보충하거나 요구하는 압력이 낮은 수요처(20a)로 직접 또는 간접적으로 공급할 수 있음은 물론이다. 증발가스보충라인(L3)은 버퍼탱크(80)에 저장된 증발가스를 수요처(20a)로 공급되는 연료가스에 보충할 수 있도록 하는 통로 역할을 할 수 있다.

버퍼탱크(80)에 저장되는 증발가스는, 카고탱크(10)에서 배출된 증발가스가 수요처(20a)의 증발가스 소비량을 초과할 경우, 수요처(20a)의 연료로 공급되는 일정 유량의 증발가스를 제외한 잉여 증발가스일 수 있다.

잉여 증발가스는, 증발가스압축유닛(60a)에서 수요처(20a)의 요구압력에 대응되도록 압축된 예를 들어, 수요처(20a)가 XDF 엔진일 경우 10bar 내지 20bar 범위의 압력으로 가압된 상태에서 증발가스회수라인(L4)을 통해 버퍼탱크(80)에 공급되는데, 증발가스회수라인(L4)을 경유하면서 압력이 다소 낮아지더라도 여전히 10bar 전후의 압력을 가진 상태에서 버퍼탱크(80)에 저장될 수 있다. 버퍼탱크(80)가 타입-C 압력탱크이고, 저장되는 잉여 증발가스의 압력이 높기 때문에, 압력탱크가 아닌 경우보다 저장되는 잉여 증발가스의 재액화률이 높아질 수 있어, 재액화 기능도 할 수 있는 것이다.

이와 같이, 버퍼탱크(80)에 잉여 증발가스를 저장함으로써, 잉여 증발가스를 가스연소유닛(100)에 의해 태워버리거나 외부로 방출하는 양을 줄일 수 있어, 잉여 증발가스의 불필요한 낭비를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 카고탱크(10)의 내압 안정성을 보장할 수 있다.

전술한 바와 같이, 버퍼탱크(80)는, 카고탱크(10) 내의 자연기화된 증발가스 및/또는 카고탱크(10)에 저장된 액화가스를 수요처(20a)의 연료로 공급하는 것에 더하여, 내부에 저장된 잉여 증발가스를 수요처(20a)의 연료로 공급할 수 있다. 즉, 버퍼탱크(80)는, 카고탱크(10)에서 배출된 증발가스가 수요처(20a)의 증발가스 소비량에 미치지 못할 경우, 저장된 증발가스 중 적어도 일부를 수요처(20a)로 전달되는 가스에 보충할 수 있다. 버퍼탱크(80)에서 수요처(20a)로 연료가스가 충분히 공급될 경우, 카고탱크(10)에서 수요처(20a)로 연료가스가 공급되지 않을 수 있음은 물론이다.

버퍼탱크(80)에 저장된 잉여 증발가스는, 상기한 바와 같이 10bar 전후의 압력을 가진 상태로 저장되어 있기 때문에, 증발가스보충라인(L3)을 통해 버퍼탱크(80)로부터 기액분리기(50)로 공급될 경우, 기액분리기(50)를 거쳐 증발가스압축유닛(60a)으로 공급되는 잉여 증발가스의 높은 압력이 증발가스압축유닛(60a)에 그대로 전달되어 문제를 야기시킬 수 있으므로, 감압수단(90)에 의해 감압하여 공급해야 한다.

또한, 버퍼탱크(80)에 저장된 잉여 증발가스는 응축시켜 저장될 수 있다. 버퍼탱크(80) 내부의 잉여 증발가스는, 제2연료공급라인(L2)으로부터 분지되는 액화가스충전라인(L6)을 통해 카고탱크(10)의 액화가스가 충전됨으로써 응축될 수 있다. 버퍼탱크(80)에 충전되는 액화가스는 수요처(20a)의 연료로 사용하는 것이 아니라 잉여 증발가스를 응축시키는 역할을 하기 때문에 소량으로 채워도 무방하며, 잉여 증발가스를 응축할 필요가 없는 경우에는 충전하지 않아도 된다.

또한, 버퍼탱크(80)에 충전된 액화가스는, 액화가스의 액위가 설정 레벨 값보다 높아지거나 액화가스가 팽창하는 등 버퍼탱크(80)로부터의 방출이 필요할 경우 제2액화가스회수라인(L7)을 통해 버퍼탱크(80)로부터 카고탱크(10)로 복귀될 수 있다. 여기서, 제2액화가스회수라인(L7)은, 도시된 바와 같이, 일단부가 버퍼탱크(80)의 하부에 연결되고 타단부가 카고탱크(10)에 연결되되, 카고탱크(10)의 내부까지 연장될 수 있다. 또한, 제2액화가스회수라인(L7)은, 도시하지는 않았지만, 타단부가 제1액화가스회수라인(L5)에 연결되어 액화가스를 카고탱크(10)로 복귀시킬 수 있음은 물론이다.

상기한 바와 같이 버퍼탱크(80)는, 카고탱크(10)로부터 액화가스를 충전하여 수요처(20a)의 연료로 공급하는 연료탱크와 달리, 잉여 증발가스를 저장하고 필요에 따라 잉여 증발가스를 수요처(20a)의 연료로 사용하도록 구성되어 있기 때문에, 카고탱크(10)에서 수요처(20a)로 연료로서의 액화가스를 공급하는 흐름과는 독립적으로 구성된다.

즉, 본 실시예에서, 카고탱크(10)에서 수요처(20a)로 공급되는 액화가스의 흐름은, 카고탱크(10)에 저장된 액화가스가 버퍼탱크(80)를 거치지 않고 제2연료공급라인(L2)에 마련되는 강제기화기(40a)에서 강제 기화되어 기액분리기(50), 증발가스압축유닛(60a)을 통해 수요처(20a)로 공급되므로, 버퍼탱크(80)와는 무관하다.

상기한 본 발명에 따른 버퍼탱크(80)는, 수요처(20a)로 과잉 공급되어 남게 되는 잉여 증발가스를 액화가스를 이용하여 응축 저장할 수 있을 뿐만 아니라, 내부의 액화가스를 카고탱크(10)로 복귀시킬 수 있도록 구성함으로써, 카고탱크(10)의 적정 압력 유지를 위해 카고탱크(10) 내부의 증발가스를 카고탱크(10) 외부로 배출시켜 재액화하거나, 카고탱크(10)로부터 수요처(20a)의 연료로 공급되는 증발가스의 양이 수요처(20a)에서 소비되는 연료량보다 많을 경우 이를 재액화하는 재액화장치의 역할을 수행할 수 있다. 이로 인해 본 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은 버퍼탱크(80)를 구비함으로써, 재액화장치를 설치하지 않고 잉여 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있다. 이하에서 설명되는 다른 실시예에 따른 가스 처리 시스템(2, 3, 4, 5) 역시 버퍼탱크(80)가 구비됨으로써, 재액화장치를 설치하지 않아도 됨은 물론이다.

또한, 본 발명에 따른 버퍼탱크(80)는, 카고탱크(10)에서 수요처(20a)의 연료로 공급되는 증발가스가 수요처(20a)에서 요구하는 연료량을 초과하여 남게 되는 잉여 증발가스를 저장하는 것은 물론, 필요에 따라 선택적으로 잉여 증발가스를 수요처(20a)의 연료로 사용할 수 있으므로, 본 발명의 버퍼탱크(80)를 포함하는 가스 처리 시스템(1)이 본 발명의 효과를 설명하기 위한 예시로서의 연료탱크를 포함하는 가스 처리 시스템과 구성적으로 상이할 수 밖에 없는데, 이하에서 본 발명의 효과를 설명하기 위한 예시로서의 연료탱크를 중심으로 비교 설명함에 의해 더욱 명백해 질 것이다.

일반적으로, 액화가스를 저장하는 카고탱크와 연료로서의 액화가스를 저장하는 연료탱크를 가지는 선박에서, 연료탱크는 액화가스를 카고탱크로부터 직접접으로 전달받아 충전하거나 벙커링으로 충전한다.

연료탱크에서 수요처로 연료로서의 액화가스를 공급하기 위한 흐름 구성은, 카고탱크로부터 액화가스를 충전하고, 충전된 액화가스를 펌프를 이용하여 가압하고, 가압된 액화가스를 연료기화기로 기화시켜 강제기화된 증발가스를 생성하고, 강제기화된 증발가스를 증발가스압축유닛을 통해 수요처의 요구압력에 대응되도록 압축하여 수요처에 공급하도록 이루어진다.

그런데 본 발명의 버퍼탱크(80)는, 전술한 바와 같이, 액화가스를 카고탱크(10)로부터 전달받아 수요처(20a)의 연료로 공급하는 구성이 아니다.

즉, 연료탱크에는 액화가스를 연료로 공급하기 위한 주변장치로서 펌프, 연료기화기 등이 필수적으로 갖추어져야 하지만, 본 발명의 버퍼탱크(80)는 카고탱크(10)에서 수요처(20a)로 연료로서의 액화가스를 공급하는 흐름과 독립적으로 구성되며, 액화가스를 연료로 공급하기 위한 주변장치가 필요 없어, 상대적으로 오퍼레이션이 단순하다.

특히, 연료탱크의 주변장치인 펌프는, 잘 알려진 바와 같이, 문제없이 운전되기 위해 유입유량 및 유입압력을 충족해야 하는 등 오퍼레이션이 복잡하다.

일례로, 연료탱크의 유량이 낮아질 경우에는, 카고탱크에서 보충해야 하고, 이때 연료탱크에서의 연료공급이 일시적으로 중단될 수 밖에 없는 문제가 발생하며, 다시 가동하기 위해서는 쿨다운을 해야 하는 등의 번거로움이 있다.

또한, 연료탱크의 내압이 낮아질 경우에는, 내압 상승을 위해 카고탱크로부터 증발가스를 더 공급받아야 되겠지만, 내압이 낮아졌다는 의미는 이미 카고탱크에 증발가스가 충분히 없다는 것을 의미하고, 이로 인해 카고탱크에서 자연 증발을 기다리거나 압력생성유닛을 사용할 수 밖에 없어, 연료탱크에서의 연료공급이 일시적으로 중단될 수 밖에 없는 문제가 발생하며, 다시 가동하기 위해서는 쿨다운을 해야 하는 등의 번거로움이 있다.

또한, 연료공급이 일시적으로 중단되었을 때, 디젤연료 엔진을 사용할 수 있지만, 배기가스 환경 문제를 유발하게 되어 배기가스 처리 시스템을 필수적으로 마련해야 하고, 배기가스 처리 시스템의 작동을 유지할 경우 전력소모 등 에너지가 낭비되고, 작동을 정지할 경우 쿨다운 후에 액화가스연료 엔진을 가동해야 하는 등 번거로움이 있다.

본 발명의 버퍼탱크(80)는, 연료가스 가압용 펌프를 필요로 하지 않기 때문에, 유량 및 내압이 낮아지더라도 상기한 연료탱크와 달리 펌프의 구동에 필요한 유효흡입수두 및 유입압력 불충족으로 인한 연료공급 중단 및 쿨다운 문제를 고려하지 않아도 되고, 유량 및 내압 유지로부터 자유로울 수 있다.

또한, 연료탱크에는 카고탱크로부터 액화가스를 충전하는 라인은 있지만, 연료탱크에서 카고탱크로 액화가스를 복귀시키는 라인이 없어, 연료탱크에 충전된 액화가스가 팽창하는 등 위험상황이 발생되었을 때 연료탱크로부터의 방출이 불가능하지만, 본 발명의 버퍼탱크(80)는 제2액화가스회수라인(L7)을 통해 버퍼탱크에 충전된 액화가스를 카고탱크(10)로 복귀시킬 수 있어, 연료탱크에서 액화가스의 방출 구성이 없는 것 대비 액화가스의 팽창으로부터 버퍼탱크(80)의 안정성을 확보할 수 있다.

감압수단(90)은, 버퍼탱크(80)에 저장된 잉여 증발가스의 압력을 감압하여 증발가스압축유닛(60a)에 공급하도록 한다.

감압수단(90)은, 버퍼탱크(80)와 기액분리기(50) 사이의 증발가스보충라인(L3)에 마련될 수 있다. 감압수단(90)은, 줄-톰슨 밸브와 같은 팽창밸브, 팽창기 등일 수 있다.

잉여 증발가스를 감압수단(90)으로 감압하여 공급해야 하는 이유는, 잉여 증발가스가 증발가스압축유닛(60a)에서 압축된 상태에서 버퍼탱크(80)에 공급되어 약 10bar 전후의 압력을 가진 상태로 저장되어 있어, 증발가스보충라인(L3)을 통해 버퍼탱크(80)로부터 기액분리기(50)로 공급될 경우, 기액분리기(50)를 거쳐 증발가스압축유닛(60a)으로 공급되는 잉여 증발가스의 높은 압력이 증발가스압축유닛(60a)에 그대로 전달되어 증발가스압축유닛(60a)의 구동 효율을 저하시키는 등 문제를 일으키기 때문이다.

가스연소유닛(100)은, 증발가스압축유닛(60a)의 하류의 제1연료공급라인(L1)으로부터 분지되는 증발가스방출라인(L8)에 설치될 수 있으며, 수요처(20a)의 연료소비량보다 카고탱크(10)로부터 연료로 공급되는 증발가스의 양이 많고, 버퍼탱크(80)에 잉여 증발가스를 더 이상 저장할 수 없을 때 증발가스의 일부를 연소시킬 수 있다. 본 실시예에서는 대부분의 잉여 증발가스를 버퍼탱크(80)에 저장할 수 있으므로, 증발가스를 가스연소유닛(100)으로 태워버리거나 외부로 방출하는 양을 대폭 줄일 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

이하에서는 도 2를 참조하여 제2실시예에 대해 설명하도록 하는데, 다만 본 실시예에서 제1실시예와 동일한 도면 부호를 사용하는 구성은, 반드시 동일한 구성을 의미하는 것은 아니다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 가스 처리 시스템(2)은, 별도의 연료탱크가 마련되지 않고 카고탱크(10)에 저장된 액화가스를 연료로 사용하는 선박(S)에서, 카고탱크(10) 내부에 자연적으로 발생하는 증발가스를 버퍼탱크(80)에서 처리하도록 구비될 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 가스 처리 시스템(2)은, 카고탱크(10), 수요처(20a), 펌프(30), 강제기화기(40a), 기액분리기(50), 증발가스압축유닛(60a), 증발가스냉각기(70), 버퍼탱크(80), 감압수단(90), 가스연소유닛(100), 열교환기(110), 응축구조물(120), 압력생성유닛(130)을 포함할 수 있다.

여기서, 카고탱크(10), 수요처(20a), 펌프(30), 강제기화기(40a), 기액분리기(50), 증발가스압축유닛(60a), 증발가스냉각기(70), 버퍼탱크(80), 감압수단(90), 가스연소유닛(100)은 제1실시예에서 설명한 바와 동일 또는 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 하며, 본 발명의 제1실시예와 다른 구성 요소인 열교환기(110), 응축구조물(120), 압력생성유닛(130)와 이로 인하여 달라지는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

열교환기(110)는, 카고탱크(10)와 기액분리기(50)를 연결하는 제1연료공급라인(L1)과, 증발가스압축유닛(60a) 하류의 제1연료공급라인(L1)에 연결되어 버퍼탱크(80)까지 연장되는 증발가스회수라인(L4)에 마련될 수 있다.

열교환기(110)는, 제1연료공급라인(L1)을 통해 기액분리기(50)로 공급되는 상대적으로 저온(예를 들어, 1bar에서 약 -100℃)의 자연기화된 증발가스와, 수요처(20a)로 공급되기 전에 증발가스회수라인(L4)을 통해 버퍼탱크(80)로 공급되는 상대적으로 고온(예를 들어, 10bar 내지 20bar에서 약 40℃)의 잉여 증발가스와 열교환이 이루어진다. 이때, 열교환기(110)에서, 잉여 증발가스는 자연기화된 증발가스로부터 냉열을 얻어 냉각 및 일부 재액화된 상태로 버퍼탱크(80)에 저장될 수 있도록 한다.

응축구조물(120)은, 증발가스회수라인(L4)을 통해 버퍼탱크(80)로 유입되는 잉여 증발가스를 버퍼탱크(80)에 충전된 액화가스에 응축시키는 구조물로서, 액화가스에 잠길 수 있도록 버퍼탱크(80)의 바닥 근처에 마련될 수 있다.

응축구조물(120)은, 증발가스회수라인(L4)의 말단에 설치될 수 있으며, 잉여 증발가스의 흐름을 분산 지연시킬 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 이때 증발가스회수라인(L4)은, 상기한 응축구조물(120)이 버퍼탱크(80)의 바닥 근처에 설치될 수 있도록 버퍼탱크(80)의 천장으로부터 바닥까지 더 연장될 수 있다.

압력생성유닛(130)은, 버퍼탱크(80)에 설치될 수 있다.

압력생성유닛(130)은, 버퍼탱크(80)에서 잉여 증발가스를 수요처(20a)의 연료로 공급할 때 작동되어 잉여 증발가스의 양을 증대시키면서 버퍼탱크(80)의 내부 압력을 상승시킬 수 있다.

본 실시예에서는, 제1실시예와 달리 잉여 증발가스가 수요처(20a)로 공급되기 전의 기체 상태가 아닌 열교환기(110)에 의해 냉각 및 재액화된 상태로 버퍼탱크(80)에 저장되기 때문에, 저장된 잉여 증발가스의 양이 적을 수 밖에 없을 뿐만 아니라 내부 압력 또한 낮아지고, 이로 인해 수요처(20a)의 보조연료로 공급할 필요가 있을 때 잉여 증발가스의 양을 증가시키면서 압력을 상승시키기 위한 압력생성유닛(130)을 필요로 한다.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

이하에서는 도 3을 참조하여 제3실시예에 대해 설명하도록 하는데, 다만 본 실시예에서 제1실시예와 동일한 도면 부호를 사용하는 구성은, 반드시 동일한 구성을 의미하는 것은 아니다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)은, 별도의 연료탱크가 마련되지 않고 카고탱크(10)에 저장된 액화가스를 연료로 사용하는 선박(S)에서, 카고탱크(10) 내부에 자연적으로 발생하는 증발가스를 버퍼탱크(80)에서 처리하도록 구비될 수 있다.

본 발명의 제3실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)은, 카고탱크(10), 수요처(20a), 펌프(30), 강제기화기(40a), 제1기액분리기(50a), 제2기액분리기(50b), 증발가스압축유닛(60a), 증발가스냉각기(70), 버퍼탱크(80), 감압수단(90), 가스연소유닛(100)을 포함할 수 있다.

여기서, 카고탱크(10), 수요처(20a), 펌프(30), 강제기화기(40a), 증발가스압축유닛(60a), 증발가스냉각기(70), 버퍼탱크(80), 감압수단(90), 가스연소유닛(100)은 제1실시예에서 설명한 바와 동일 또는 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 하며, 본 발명의 제1실시예와 다른 구성 요소인 제1기액분리기(50a), 제2기액분리기(50b)와 이로 인하여 달라지는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

제1기액분리기(50a)는, 증발가스압축유닛(60a)의 상류에 마련되어 증발가스압축유닛(60a)으로 공급되는 증발가스를 액상과 기상으로 상분리시켜 기상의 증발가스만 증발가스압축유닛(60a)으로 공급되도록 할 수 있다.

이러한 제1기액분리기(50a)는, 카고탱크(10) 내의 자연기화된 증발가스가 제1연료공급라인(L1)을 통해 유입될 수 있다. 자연기화된 증발가스는 대부분 메탄 성분으로 이루어져 있지만, 액적을 다소 포함하고 있어, 제1기액분리기(50a)에서 액적이 제거될 수 있다.

또한, 제1기액분리기(50a)는, 버퍼탱크(80)에 저장된 잉여 증발가스가 감압수단(90)에 의해 감압된 후 유입될 수 있도록, 증발가스보충라인(L3)에 연결될 수 있다. 잉여 증발가스는 대부분 메탄 성분으로 이루어져 있다.

또한, 제1기액분리기(50a)는, 버퍼탱크(80)에 저장된 잉여 증발가스가 증발가스보충라인(L3)을 통해 유입될 수 있다. 이때 잉여 증발가스는 증발가스보충라인(L3)에 마련되는 감압수단(90)에 의해 감압된 후에 제1기액분리기(50a)로 유입될 수 있다. 잉여 증발가스는 대부분 메탄 성분으로 이루어져 있지만, 액적을 다소 포함하고 있어, 제1기액분리기(50a)에서 액적이 제거될 수 있다.

이와 같이 제1기액분리기(50a)에서 액상이 제거된 증발가스는, 제1연료공급라인(L1)을 통해 증발가스압축유닛(60a)으로 공급할 수 있다.

제1기액분리기(50a)로 유입되는 자연기화된 증발가스 및/또는 잉여 증발가스는, 액적을 포함하고 있어, 본 실시예와 같이 증발가스압축유닛(60a)으로서 액적이 포함된 증발가스가 들어가서는 되지 않는 종류의 원심형 압축기가 적용될 경우, 증발가스압축유닛(60a)의 성능향상을 위해 액적을 제거할 필요가 있다. 따라서, 본 실시예는 원심형 압축기인 증발가스압축유닛(60a)에 액적 유입을 방지하기 위해 증발가스압축유닛(60a)의 상류에 제1기액분리기(50a)가 필수적으로 마련되어야 한다.

또한, 제1기액분리기(50a)에는, 증발가스로부터 상분리된 액상의 증발가스, 즉 액화가스가 채워지게 되는데, 채워진 액화가스는 제1액화가스회수라인(L5)을 통해 카고탱크(10)로 회수된다. 제1액화가스회수라인(L5)은 일단부가 제1기액분리기(50a)의 하부에 연결되고, 타단부가 카고탱크(10)의 내부까지 연장될 수 있다.

제2기액분리기(50b)는, 증발가스압축유닛(60a)과 수요처(20a) 사이의 제1연료공급라인(L1)에 연결되는 제2연료공급라인(L2)에 마련되어, 강제기화기(40a)에서 액화가스를 강제 기화하여 얻어지는 강제기화된 증발가스를 액상과 기상으로 상분리시킬 수 있다. 또한, 제2기액분리기(50b)는, 강제기화된 증발가스에 함유된 프로판, 부탄 등의 성분을 제거하여 메탄가가 조절된 증발가스를 증발가스압축유닛(60a) 하류에 합류시켜 수요처(20a)에 공급되도록 할 수 있다. 제2기액분리기(50b)는, 강제기화기(40a) 하류의 제2연료공급라인(L2)에 마련될 수 있다.

본 실시예의 제2연료공급라인(L2)은, 증발가스압축유닛(60a) 상류측에 연결되는 제1실시예와 달리 카고탱크(10)로부터 증발가스압축유닛(60a) 하류의 제1연료공급라인(L1)까지 연장될 수 있다.

제2기액분리기(50b)의 주변 라인은 제1기액분리기(50a)와 유사할 수 있으며, 여기서는 주변 라인에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.

강제기화기(40a)와 제2기액분리기(50b)에 의해 얻어지는 수요처(20a)의 연료로 사용될 강제기화된 증발가스가 제2연료공급라인(L2)을 통해 증발가스압축유닛(60a) 하류의 제1연료공급라인(L1)에 합류되므로, 제1연료공급라인(L1)으로부터 분지되는 증발가스회수라인(L4)의 분지지점은 제1연료공급라인(L1)에 연결되는 제2연료공급라인(L2)의 연결지점보다 하류에 위치되는 것이 바람직하다.

상기에서, 제2기액분리기(50b)로 유입되는 강제기화된 증발가스는, 메탄 성분 이외에도 다른 성분(프로판, 부탄 등)을 포함하고 있어, 본 실시예와 같이, 수요처(20a)로서 메탄가를 조절할 필요가 있는 XDF 엔진이 적용될 경우, 이러한 엔진의 성능향상을 위해 메탄가를 조절할 필요가 있다. 따라서, 본 실시예는 XDF 엔진인 수요처(20a)에 메탄가가 상승된 연료를 증발가스압축유닛(60a)의 하류에 합류시켜 공급하기 위해 제2기액분리기(50b)가 필수적으로 마련되어야 한다.

도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

이하에서는 도 4를 참조하여 제4실시예에 대해 설명하도록 하는데, 다만 본 실시예에서 제3실시예와 동일한 도면 부호를 사용하는 구성은, 반드시 동일한 구성을 의미하는 것은 아니다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 가스 처리 시스템(4)은, 별도의 연료탱크가 마련되지 않고 카고탱크(10)에 저장된 액화가스를 연료로 사용하는 선박(S)에서, 카고탱크(10) 내부에 자연적으로 발생하는 증발가스를 버퍼탱크(80)에서 처리하도록 구비될 수 있다.

본 발명의 제4실시예에 따른 가스 처리 시스템(4)은, 카고탱크(10), 수요처(20a), 펌프(30), 강제기화기(40a), 제2기액분리기(50b), 증발가스압축유닛(60b), 증발가스냉각기(70), 버퍼탱크(80), 감압수단(90), 가스연소유닛(100)을 포함할 수 있다.

여기서, 카고탱크(10), 수요처(20a), 펌프(30), 강제기화기(40a), 증발가스냉각기(70), 버퍼탱크(80), 감압수단(90), 가스연소유닛(100)은 제3실시예에서 설명한 바와 동일 또는 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 하며, 본 발명의 제3실시예와 다른 구성 요소인 증발가스압축유닛(60b)과 생략되는 구성 요소인 제1기액분리기(50a)로 인하여 달라지는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

증발가스압축유닛(60b)은, 제3실시예의 증발가스압축유닛(60a)과 다른 종류인 액적이 포함된 증발가스가 들어가도 되면서 저압으로 압축하는 스크류형 저압압축기(LD Compressor)인 또는 왕복동형 저압압축기(LD Compressor)일 수 있다. 이러한 증발가스압축유닛(60b)은, 도시된 바와 같이 다단으로 구성될 수 있으며, 예를 들어 4단이 한 세트로 구성되며, 두 개의 세트가 병렬로 배치되어 적어도 어느 한 세트가 선택적으로 작동될 수 있다. 다단의 증발가스압축유닛(60b) 사이에는 냉각기(도시하지 않음)가 마련될 수 있으며, 냉각기는 상류의 증발가스 압축기(60b)에 의해 상승된 증발가스의 온도를 낮추어 하류의 증발가스 압축기(60b)의 작동을 용이하게 할 수 있게 한다.

본 실시예의 증발가스압축유닛(60b)의 하류에는, 제3실시예의 증발가스압축유닛(60a)과 동일 또는 유사하게 제1연료공급라인(L1)으로부터 분지되어 버퍼탱크(80)까지 연장되며, 카고탱크(10)에서 배출되어 증발가스압축유닛(60b)의 적어도 1단에 의해 압축된 증발가스 중 일부를 분기시키는 증발가스회수라인(L4)이 마련될 수 있다.

본 실시예의 증발가스압축유닛(60b)은, 상기한 바와 같이 제3실시예의 증발가스압축유닛(60a)과 비교하여 종류가 다를 뿐, 주변에 구성되는 요소는 제3실시예와 동일 또는 유사한 바, 중복 설명을 회피하기 위해 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서는 제3실시예의 구성 요소인 제1기액분리기(50a)가 생략되는데, 전술한 바와 같이, 제3실시예의 제1기액분리기(50a)는, 제3실시예의 증발가스압축유닛(60a)이 액적이 포함된 증발가스가 들어가서는 되지 않는 종류의 원심형 저압압축기가 적용되기 때문에 필수적으로 마련되었으나, 본 실시예에서는 증발가스압축유닛(60b)이 액적이 포함된 증발가스가 들어가도 되는 종류의 스크류형 저압압축기 또는 왕복동형 저압압축기를 적용하기 때문에 제3실시예의 구성 요소인 제1기액분리기(50a)를 마련할 필요가 없다.

즉, 본 실시예에서는 제3실시예와 같이 제1연료공급라인(L1) 및 증발가스보충라인(L3)을 통해 원심형 저압압축기인 증발가스압축유닛(60a)으로 유입되는 증발가스(자연기화된 증발가스 및/또는 잉여 증발가스)에 함유된 액적을 제거하는 액적 유입 방지용 제1기액분리기(50a)가 마련될 필요가 없다.

본 실시예는, 제3실시예의 제1기액분리기(50a)가 생략됨으로써, 제1연료공급라인(L1)이 감압수단(90)과 증발가스압축유닛(60b) 사이의 증발가스보충라인(L3)에 직접 연결되어, 제1연료공급라인(L1)을 통해 증발가스압축유닛(60b)으로 공급되는 카고탱크(10)의 증발가스와 증발가스보충라인(L3)을 통해 증발가스압축유닛(60b)으로 공급되는 버퍼탱크(80)의 증발가스가 증발가스압축유닛(60b) 상류의 제1연료공급라인(L1)에서 합류될 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 실시예는 증발가스압축유닛(60b)으로 액적이 포함된 증발가스가 들어가도 되는 스크류형 저압압축기 또는 왕복동형 저압압축기를 적용함으로써, 카고탱크(10)와 증발가스압축유닛(60b) 사이 및 버퍼탱크(80)와 증발가스압축유닛(60b) 사이에 어떠한 기액분리기도 마련되지 않고 버퍼탱크(80)의 잉여 증발가스와 카고탱크(10) 내의 자연기화된 증발가스가 기액분리 없이 합류되어 증발가스압축유닛(60b)으로 유입되도록 구성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

이하에서는 도 5를 참조하여 제5실시예에 대해 설명하도록 하는데, 다만 본 실시예에서 제3실시예와 동일한 도면 부호를 사용하는 구성은, 반드시 동일한 구성을 의미하는 것은 아니다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 가스 처리 시스템(5)은, 별도의 연료탱크가 마련되지 않고 카고탱크(10)에 저장된 액화가스를 연료로 사용하는 선박(S)에서, 카고탱크(10) 내부에 자연적으로 발생하는 증발가스를 버퍼탱크(80)에서 처리하도록 구비될 수 있다.

본 발명의 제5실시예에 따른 가스 처리 시스템(5)은, 카고탱크(10), 수요처(20b), 제1펌프(30a), 제2펌프(30b), 강제기화기(40b), 증발가스압축유닛(60c), 증발가스냉각기(70), 버퍼탱크(80), 감압수단(90), 가스연소유닛(100)을 포함할 수 있다.

여기서, 카고탱크(10), 증발가스냉각기(70), 버퍼탱크(80), 감압수단(90), 가스연소유닛(100)은 제3실시예에서 설명한 바와 동일 또는 유사하므로 자세한 설명은 생략하기로 하며, 본 발명의 제3실시예와 다른 구성 요소인 수요처(20b), 제1펌프(30a), 제2펌프(30b), 강제기화기(40b), 증발가스압축유닛(60c)과 생략되는 구성 요소인 제1기액분리기(50a), 제2기액분리기(50b)로 인하여 달라지는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

수요처(20b)는, 카고탱크(10)에 저장된 액화가스를 강제기화시켜 발생되는 강제기화된 증발가스나, 카고탱크(10) 내에서 액화가스가 자연기화되어 발생되는 자연기화된 증발가스를 연료로 하여 동력을 발생시킬 수 있다.

또한, 수요처(20b)는, 카고탱크(10)로부터 강제기화된 증발가스 및/또는 자연기화된 증발가스가 수요처(20a)의 증발가스 소비량에 미치지 못할 경우, 버퍼탱크(80)에 저장된 증발가스 중 적어도 일부를 증발가스보충라인(L3)을 통해 전달받아 동력을 발생시킬 수 있다.

본 실시예에서 수요처(20b)는, 메탄가를 조절할 필요가 없으면서 250bar 이상, 예를 들어 250bar 내지 400bar 범위의 고압에서 구동하는 종류의 고압엔진인 MEGI 엔진일 수 있다. 이러한 MEGI 엔진을 적용함으로 인해, 본 실시예에서 증발가스압축유닛(60c)으로 고압압축기(HD Compressor)가 적용되며, 제2펌프(30b)로 고압펌프가 적용된다. 본 실시예에서는 수요처(20b)로 MEGI 엔진을 적용하는 경우를 설명하지만, 이에 한정하지 않고 메탄가를 조절할 필요가 없으면서 250bar 이상의 고압에서 구동할 수 있는 다른 고압엔진도 적용할 수 있음은 물론이다. 또한, 본 실시예에서 수요처(20b)는, 선박(S)을 추진하는 메인 엔진인 MEGI 엔진 이외에도 전기를 발전하는 발전 엔진 등을 포함할 수 있음은 물론이다.

제1펌프(30a)는, 카고탱크(10)의 내부에 설치되어 외부로 배출되는 액화가스를 가압할 수 있으며, 카고탱크(10)의 저면까지 연장되는 제2연료공급라인(L2)에 설치될 수 있다.

제1펌프(30a)는, 고압펌프인 제2펌프(30b)의 공동현상(cavitation)을 방지할 수 있도록, 카고탱크(10)로부터 액화가스를 빼내어서 액화가스를 가압하여 제2펌프(30b)에 충분한 양의 액화가스가 공급되도록 한다.

또한, 제1펌프(30a)는, 버퍼탱크(80)의 증발가스를 응축 저장하기 위한 목적 등 필요에 따라 액화가스충전라인(L6)을 통해 버퍼탱크(80)로도 공급되도록 한다. 여기서, 액화가스충전라인(L6)은 제1펌프(30a)와 제2펌프(30b) 사이의 제2연료공급라인(L2)에 연결될 수 있다.

제2펌프(30b)는, 제2연료공급라인(L2)에 마련되는 고압펌프일 수 있으며, 제1펌프(30a)로부터 공급되는 액화가스를 고압엔진인 수요처(20b)에서 요구하는 고압으로 가압하여, 수요처(20b)에 액화가스가 공급되도록 할 수 있다.

본 실시예의 제2연료공급라인(L2)은, 제3실시예와 동일 또는 유사하게 카고탱크(10)의 내부로부터 증발가스압축유닛(60a) 하류의 제1연료공급라인(L1)까지 연장될 수 있다.

액화가스는 카고탱크(10)로부터 배출된 후 제1펌프(30a)에 의해 1차로 가압 되는데, 제2펌프(30b)는 제1펌프(30a)에 의해 1차 가압된 액체상태의 액화가스를 2차로 가압하여 강제기화기(40b)를 통해 강제로 기화시키고, 강제기화된 증발가스를 증발가스압축유닛(60c) 하류에 합류시켜 수요처(20b)에 공급할 수 있다.

이때 제2펌프(30b)는 액화가스를 수요처(20b)에서 요구하는 압력, 예를 들어 250bar 이상으로 가압하여 수요처(20b)에 공급함으로써, 고압엔진인 수요처(20b)가 액화가스를 통해 동력을 생산할 수 있다.

제2펌프(30b)는, 제1펌프(30a)로부터 배출되는 액체상태의 액화가스를 고압으로 가압하되, 액화가스가 초임계점(Critical Point)보다 높은 온도 및 높은 압력을 갖는 초임계 상태가 되도록 상변화시킬 수 있다. 이때 초임계 상태인 액화가스의 온도는 임계온도보다 상대적으로 높을 수 있다.

또한, 제2펌프(30b)는, 액체 상태의 액화가스를 고압으로 가압하여 과냉액체 상태로 변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태의 액화가스란 액화가스의 압력이 임계압력보다 높고, 온도가 임계온도보다 낮은 상태이다.

구체적으로 제2펌프(30b)는, 제1펌프(30a)로부터 배출되는 액체상태의 액화가스를 250bar 이상의 고압으로 가압하되, 액화가스의 온도가 임계온도보다 낮은 온도가 되도록 하여, 액화가스를 과냉액체 상태로 상변화시킬 수 있다. 여기서, 과냉액체 상태인 액화가스의 온도는, 임계온도보다 상대적으로 낮은 -140℃ 내지 -60℃일 수 있다.

본 실시예에서, 제2펌프(30b)에 의해 압축된 액화가스는, 버퍼탱크(80)를 거치지 않고 강제기화기(40b)를 거쳐 증발가스압축유닛(60c) 하류에 합류되어 수요처(20b)의 연료로 공급된다.

강제기화기(40b)는, 고압펌프인 제2펌프(30b) 하류의 제2연료공급라인(L2)에 마련될 수 있으며, 제2펌프(30b)로부터 이송되는 액화가스를 강제로 기화시킬 수 있다.

강제기화기(40b)에서 액화가스를 강제 기화하여 얻어지는 강제기화된 증발가스는, 버퍼탱크(80)를 거치지 않고 증발가스압축유닛(60c)의 하류로 합류될 수 있다.

강제기화된 증발가스에는 메탄 성분 이외에도 다른 성분(프로판, 부탄 등)이 함유되어 있으나, 본 실시예에서는 수요처(20b)로서 메탄가를 조절할 필요가 없는 종류의 엔진이 적용되므로, 강제기화기(40b)의 하류에 메탄가 조절용 기액분리기를 설치할 필요가 없다.

본 실시예에서 강제기화기(40b)는, 제2펌프(30b)가 250bar 이상의 고압으로 가압하고 수요처(20b)가 250bar 이상의 고압에서 구동하는 종류의 고압엔진인 MEGI 엔진을 적용하므로, 이에 대응되는 고압기화기(HP Vaporizer)일 수 있다.

증발가스압축유닛(60c)은, 제1연료공급라인(L1)에 마련되어 증발가스를 수요처(20b)의 요구압력에 대응되도록 압축할 수 있다.

본 실시예에서 증발가스압축유닛(60c)은, 제3실시예의 증발가스압축유닛(60a)과 다른 종류인 액적이 포함된 증발가스가 들어가도 되는 왕복동형 압축기일 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 수요처(20b)가 메탄가를 조절할 필요가 없으면서 250bar 이상의 고압에서 구동하는 종류의 고압엔진인 MEGI 엔진이므로, 증발가스압축유닛(60c)은 다단으로 구성되는 왕복동형 고압압축기(HD Compressor)일 수 있다. 이러한 다단의 증발가스압축유닛(60c) 사이에는 냉각기(도시하지 않음)가 마련될 수 있으며, 냉각기는 상류의 증발가스 압축기(60c)에 의해 상승된 증발가스의 온도를 낮추어 하류의 증발가스 압축기(60c)의 작동을 용이하게 할 수 있게 한다.

다단의 증발가스압축유닛(60c)에서 중간단, 예를 들어 5단의 압축기로 구성될 경우 두 번째 압축기 후단, 구체적으로는 두 번째 압축기와 세 번째 압축기 사이에 마련되는 냉각기 하류에는, 제1연료공급라인(L1)으로부터 분지되어 버퍼탱크(80)까지 연장되는 증발가스회수라인(L4)이 마련될 수 있다. 증발가스회수라인(L4)은, 카고탱크(10) 내의 자연기화된 증발가스가 수요처(20b)에서 요구하는 연료량보다 많거나 일시적으로 많이 발생할 경우, 수요처(20b)의 연료로 공급되는 일정 유량의 증발가스를 제외한 잉여 증발가스를 버퍼탱크(80)에 저장할 수 있도록 하는 통로 역할을 한다.

본 실시예에서는 제3실시예의 구성 요소인 제1기액분리기(50a)가 생략되는데, 전술한 바와 같이, 제3실시예의 제1기액분리기(50a)는, 제3실시예의 증발가스압축유닛(60a)이 액적이 포함된 증발가스가 들어가서는 되지 않는 종류의 원심형 저압압축기가 적용되기 때문에 필수적으로 마련되었으나, 본 실시예에서는 증발가스압축유닛(60c)이 액적이 포함된 증발가스가 들어가도 되는 종류이면서 고압을 생성하기 위해 다단으로 구성되는 왕복동형 고압압축기를 적용하기 때문에, 제3실시예의 구성 요소인 제1기액분리기(50a)를 마련할 필요가 없다.

또한, 본 실시예에서는 제3실시예의 구성 요소인 제2기액분리기(50b)가 생략되는데, 전술한 바와 같이, 제3실시예의 제2기액분리기(50b)는, 제3실시예의 수요처(20a)가 메탄가를 조절할 필요가 있는 XDF 엔진이 적용되기 때문에 필수적으로 마련되었으나, 본 실시예에서는 수요처(20b)가 메탄가 조절이 필요 없으면서 고압엔진인 MEGI 엔진을 적용하기 때문에, 제3실시예의 구성 요소인 제2기액분리기(50b)를 마련할 필요가 없다.

즉, 본 실시예에서는 제3실시예와 같이 제1연료공급라인(L1) 및 증발가스보충라인(L3)을 통해 원심형 저압압축기인 증발가스압축유닛(60a)으로 유입되는 증발가스(자연기화된 증발가스 및/또는 잉여 증발가스)에 함유된 액적을 제거하는 액적 유입 방지용 제1기액분리기(50a)가 마련될 필요가 없을 뿐만 아니라, 메탄가 조절용 제2기액분리기(50b) 역시 마련될 필요가 없다.

본 발명은 앞서 설명된 제1 내지 제5실시예 외에도, 상기 실시예들 중 적어도 둘 이상의 조합 또는 적어도 하나 이상의 상기 실시예와 공지기술의 조합에 의해 발생하는 실시예들을 모두 포괄한다.

이하, 상술한 본 발명의 제1 내지 제5실시예에 따른 가스 처리 시스템(1, 2, 3, 4, 5)을 이용한 가스 처리 방법을 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 제1 내지 제5실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 가스 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 7은 본 발명의 제1 내지 제5실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 가스 처리 방법을 설명하기 위한 제1부분 순서도이고, 도 8은 본 발명의 제1 내지 제5실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 가스 처리 방법을 설명하기 위한 제2부분 순서도이고, 도 9는 본 발명의 제1 내지 제5실시예에 따른 가스 처리 시스템을 이용한 가스 처리 방법을 설명하기 위한 제3부분 순서도이다.

도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 내지 제5실시예에 따른 가스 처리 시스템(1, 2, 3, 4, 5)은 수요처(20a, 20b)의 연료로 공급되는 카고탱크(10) 내의 자연기화된 증발가스의 양에 따라 다양하게 운전될 수 있다.

도 6을 참고하면, 본 발명의 제1 내지 제5실시예에 따른 가스 처리 시스템(1, 2, 3, 4, 5)을 이용한 가스 처리 방법은, 액화가스를 저장하는 카고탱크(10)와, 카고탱크(10)에서 배출된 증발가스가 추진 엔진을 포함하는 수요처(20a, 20b)의 증발가스 소비량을 초과할 경우, 잉여 증발가스를 저장하는 버퍼탱크(80)와, 증발가스를 추진 엔진의 요구압력에 대응되도록 압축하는 증발가스압축유닛(60a, 60b, 60c)을 포함하고, 추진 엔진의 증발가스 소비량에 따라 운전되는 가스 처리 시스템(1, 2, 3, 4, 5)에서, 카고탱크(10)에서 배출된 증발가스가 추진 엔진의 증발가스 소비량을 초과할 경우, 잉여 증발가스를 버퍼탱크(80)에 저장하는 단계(S210), 버퍼탱크(80)의 내부 압력이 한계 설정값에 도달되었다고 판단되면, 버퍼탱크(80)로의 증발가스 저장을 중단하고, 선속을 고속으로 상향하여 추진 엔진의 증발가스 소비량을 증대시키는 단계(S220), 및 카고탱크(10)에서 배출된 증발가스가 추진 엔진의 증발가스 소비량에 미치지 못할 경우, 버퍼탱크(80)에 저장된 증발가스 중 적어도 일부를 추진 엔진으로 전달하는 단계(S230)를 포함한다.

도 7을 참고하면, 단계 S220에서, 버퍼탱크(80)로의 증발가스 저장을 중단하고, 선속을 고속으로 상향하여 추진 엔진의 증발가스 소비량을 증대시킨 후에도, 카고탱크(10)에서 배출된 증발가스가 추진 엔진의 증발가스 소비량을 초과하고 있다고 판단되면, 수요처(20a, 20b)에 포함되는 발전 엔진의 부하를 상승시키거나 가스연소유닛(100)을 통해 증발가스를 소모시키는 단계(S221)를 더 포함할 수 있다.

도 8을 참고하면, S230에서, 버퍼탱크(80)에 저장된 증발가스 중 적어도 일부를 추진 엔진으로 전달한 후에도, 카고탱크(10)에서 배출된 증발가스가 추진 엔진의 증발가스 소비량에 미치지 못하고 있다고 판단되면, 카고탱크(10)의 액화가스를 강제 기화하여 얻어지는 강제기화된 증발가스를 추진 엔진에 공급하는 단계(S231)를 더 포함할 수 있다.

도 9를 참고하면, S230에서, 버퍼탱크(80)에 저장된 증발가스 중 적어도 일부를 추진 엔진으로 전달함에 따라, 버퍼탱크(80)에 저장된 증발가스의 소진으로 액화가스의 액위가 낮아졌다고 판단되면, 카고탱크(10)의 액화가스를 버퍼탱크(80)에 충전시켜 일정 액위를 유지시키는 단계(S232)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 카고탱크(10)에 저장된 액화가스를 연료로 사용하는 선박(S)에서, 카고탱크(10)에서 수요처(20a, 20b)의 연료로 공급되는 자연기화된 증발가스 및/또는 강제기화된 증발가스를 버퍼탱크(80)를 이용하여 처리함으로써, 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있다.

또한, 본 실시예는, 카고탱크(10) 내에서 자연적으로 발생하는 증발가스가 수요처(20a, 20b)에서 요구하는 연료량보다 많거나 일시적으로 많이 발생할 경우 버퍼탱크(80)에 저장할 수 있도록 구성함으로써, 증발가스를 가스연소유닛(100)에 의해 태워버리거나 외부로 방출하는 양을 줄일 수 있어, 증발가스의 불필요한 낭비를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 카고탱크(10)의 내압 안정성을 보장할 수 있다.

또한, 본 실시예는, 카고탱크(10)에서 수요처(20a, 20b)로 연료로서의 액화가스를 공급하는 흐름과 독립적으로 버퍼탱크(80)를 구성하되, 버퍼탱크(80)에 저장된 증발가스를 필요에 따라 선택적으로 수요처(20a, 20b)의 연료로 공급할 수 있도록 구성함으로써, 액화가스를 수요처(20a, 20b)로 공급하기 위한 연료펌프, 연료기화기 등이 구비되어야 하는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 예시로서의 연료탱크와 달리 액화가스 연료 공급을 위한 주변 장치를 단순화 할 수 있다.

또한, 본 실시예는, 카고탱크(10) 내의 자연기화된 증발가스를 수요처(20a, 20b)의 주연료로 공급하되, 버퍼탱크(80)에 저장된 증발가스를 수요처(20a, 20b)의 보조연료로 공급하도록 구성함으로써, 버퍼탱크(80)가 액화가스 연료 공급을 위한 연료펌프를 필요로 하지 않으므로, 버퍼탱크(80)의 유량 및 내압이 낮아지더라도 본 발명의 효과를 설명하기 위한 예시로서의 연료탱크와 달리 연료펌프의 구동에 필요한 유효흡입수두 및 유입압력 불충족으로 인한 연료공급 중단 및 쿨다운 문제를 고려하지 않아도 된다.

또한, 본 실시예는, 버퍼탱크(80)에서 액화가스를 수요처(20a, 20b)의 연료로 공급하지 않고 증발가스만을 수요처(20a, 20b)의 연료로 공급하도록 구성함으로써, 버퍼탱크(80)가 본 발명의 효과를 설명하기 위한 예시로서의 연료탱크와 달리 액화가스를 수요처(20a, 20b)의 연료로 사용하기 위해 일정 범위의 유량 및 내압을 유지하지 않아도 되어, 액화가스의 유량 및 내압 유지로부터 자유로울 수 있다.

또한, 본 실시예는, 버퍼탱크(80)에 수요처(20a, 20b)의 연료와 상관 없이 액화가스를 충전하여 내부의 증발가스를 액화가스에 응축시켜 저장할 수 있게 하되, 충전된 액화가스가 팽창하는 등 버퍼탱크(80)로부터의 방출이 필요할 경우 카고탱크(10)로 복귀할 수 있도록 구성함으로써, 본 발명의 효과를 설명하기 위한 예시로서의 연료탱크에서 액화가스의 방출 구성이 없는 것 대비 액화가스의 팽창으로부터 버퍼탱크(80)의 안정성을 확보할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출 가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1, 2, 3, 4, 5: 가스 처리 시스템
10: 카고탱크 20a, 20b: 수요처
30, 30a, 30b: 펌프 40a, 40b: 강제기화기
50, 50a, 50b: 기액분리기 60a, 60b, 60c: 증발가스압축유닛
70: 증발가스냉각기 80: 버퍼탱크
90: 감압수단 100: 가스연소유닛
110: 열교환기 120: 응축구조물
130: 압력생성유닛 L1: 제1연료공급라인
L2: 제2연료공급라인 L3: 증발가스보충라인
L4: 증발가스회수라인 L5: 제1액화가스회수라인
L6: 액화가스충전라인 L7: 제2액화가스회수라인
L8: 증발가스방출라인 S: 선박

Claims (16)

1. 카고탱크;
   상기 카고탱크에서 발생하는 증발가스를 수요처로 공급하는 제1연료공급라인;
   상기 제1연료공급라인에 마련되는 제1기액분리기;
   상기 제1기액분리기를 통과한 증발가스를 압축하는 증발가스압축유닛;
   상기 증발가스압축유닛을 통과한 증발가스를 분기시키는 증발가스회수라인;
   상기 증발가스회수라인을 통해 분기되는 증발가스를 응축시키는 버퍼탱크;
   상기 버퍼탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 제1기액분리기로 이동시키는 증발가스보충라인;
   상기 카고탱크에 저장되는 액화가스를 상기 증발가스압축유닛의 하류로 이동시키는 제2연료공급라인; 및
   상기 제2연료공급라인에 마련되는 제2기액분리기를 포함하며,
   상기 제1기액분리기는,
   상기 증발가스압축유닛의 상류에 마련되어, 상기 카고탱크 내의 자연기화된 증발가스가 상기 제1연료공급라인을 통해 유입되고, 상기 버퍼탱크에 저장된 증발가스가 상기 증발가스보충라인을 통해 유입되고, 유입된 증발가스에 함유된 액적을 제거하여 상기 증발가스압축유닛으로 공급하고,
   상기 제2기액분리기는,
   상기 카고탱크에서 배출되는 액화가스를 강제기화기에서 강제 기화하여 얻어지는 강제기화된 증발가스가 상기 제2연료공급라인을 통해 유입되고, 유입된 증발가스의 메탄가를 조절하여 상기 증발가스압축유닛의 하류로 합류시키되, 상기 증발가스회수라인의 상류에 합류시키는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1기액분리기에서 상분리된 액화가스를 상기 카고탱크로 회수하는 제1액화가스회수라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 버퍼탱크의 액화가스를 상기 카고탱크로 이동시키는 제2액화가스회수라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 제2액화가스회수라인은,
   상기 제1액화가스회수라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2연료공급라인에는 펌프 및 강제기화기가 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 카고탱크에 저장되는 액화가스가 상기 버퍼탱크로 이동하도록 마련되는 액화가스충전라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 액화가스충전라인은,
   상기 제2연료공급라인에서 분기되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 버퍼탱크는,
   상기 카고탱크에서 배출된 증발가스가 상기 수요처의 증발가스 소비량을 초과할 경우, 초과된 증발가스를 상기 증발가스회수라인을 통해 전달받아 저장하고,
   상기 카고탱크에서 배출된 증발가스가 상기 수요처의 증발가스 소비량에 미치지 못할 경우, 저장된 증발가스 중 적어도 일부를 상기 수요처로 전달되는 가스에 상기 증발가스보충라인을 통해 보충하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 카고탱크에 저장된 액화가스는,
    상기 버퍼탱크를 거치지 않고 상기 수요처로 연료로서 공급되되, 강제기화기에 의해 강제기화된 증발가스 상태로 상기 증발가스압축유닛의 하류에 합류되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 버퍼탱크는,
    상기 카고탱크에서 상기 수요처로 연료로서의 액화가스를 공급하는 흐름과 독립적으로 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
12. 제1항에 있어서, 상기 버퍼탱크는,
    타입-C 압력탱크인 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
13. 제1항에 있어서, 상기 수요처는,
    메탄가를 조절할 필요가 있으면서 저압엔진인 XDF 엔진이고,
    상기 증발가스압축유닛은,
    상기 XDF 엔진의 요구압력에 대응되도록 압축하면서 액적이 포함된 증발가스가 들어가서는 되지 않는 원심형 저압압축기인 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
14. 삭제
15. 제1항에 있어서,
    상기 버퍼탱크와 상기 증발가스압축유닛 사이에 마련되어, 상기 버퍼탱크에서 상기 증발가스압축유닛으로 공급되는 증발가스를 감압하는 감압수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
16. 제1항, 제3항 내지 제13항 및 제15항 중 어느 한 항에 따른 상기 가스 처리 시스템이 구비되는 것을 특징으로 하는 선박.

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