KR102226275B1 - 가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 혼합냉매를 이용하여 증발가스를 액화시키는 액화부를 포함하고, 상기 액화부는, 상기 혼합냉매를 압축하는 혼합냉매 압축기; 상기 증발가스를 상기 혼합냉매와 열교환하여 액화시키는 재액화기; 상기 혼합냉매 압축기에서 압축된 혼합냉매를 감압하여 상기 재액화기로 재유입시키는 감압밸브; 및 상기 감압밸브에서 감압된 액상의 혼합냉매를 통해 상기 재액화기에서 토출되는 액상의 혼합냉매를 흡입하여, 상기 감압된 액상의 혼합냉매를 추가 감압하는 흡입유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박{Liquefaction system of gas and ship having the same}
본 발명은 가스 재액화 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 증발가스 재액화 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 시킴으로서 문제를 해결하고자 하였으나 이는 환경오염과 자원낭비의 문제를 일으키고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이젝터를 사용하여 혼합 냉매의 재액화 효율을 극대화시키고 압축기의 로드를 감소시키며, 혼합냉매에 포함되는 오일이 저온 증발가스와의 열교환에 의해 응고되는 것을 방지하기 위하여 오일을 되돌리는 흐름을 구현하는 가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 재액화 시스템은, 혼합냉매를 이용하여 증발가스를 액화시키는 액화부를 포함하고, 상기 액화부는, 상기 혼합냉매를 압축하는 혼합냉매 압축기; 상기 증발가스를 상기 혼합냉매와 열교환하여 액화시키는 재액화기; 상기 혼합냉매 압축기에서 압축된 혼합냉매를 감압하여 상기 재액화기로 재유입시키는 감압밸브; 및 상기 감압밸브에서 감압된 액상의 혼합냉매를 통해 상기 재액화기에서 토출되는 액상의 혼합냉매를 흡입하여, 상기 감압된 액상의 혼합냉매를 추가 감압하는 흡입유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 혼합냉매 압축기는, 씰링 및 윤활을 위해 오일을 사용하는 스크류 타입이되, 상기 혼합냉매 압축기에서 압축된 후 상기 재액화기에서 상기 증발가스의 적어도 일부와 열교환된 혼합냉매를, 기액분리하여 상기 오일을 분리하는 오일 분리기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 감압밸브는 제1 액상 감압밸브라 할 때, 상기 재액화기는, 상기 증발가스가 유동하는 증발가스유로; 상기 제1 액상 감압밸브에 의해 감압된 액상의 혼합냉매가 유동하는 감압밸브 냉매유로; 상기 오일 분리기에 의해 분리된 기상의 혼합냉매가 유동하는 기체냉매유로; 상기 오일 분리기에 의해 분리된 액상의 혼합냉매가 유동하는 액체냉매유로; 및 상기 혼합냉매 압축기에서 압축된 혼합냉매가 유동하는 압축냉매유로를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 압축냉매유로는, 상기 재액화기 내에서 상기 증발가스 유로와 적어도 일부만 대면하도록 형성된 후, 상기 재액화기와 상기 오일 분리기가 연결되도록 형성되며, 상기 액체냉매유로는, 상기 재액화기 내에서 상기 증발가스 유로와 적어도 일부만 대면하도록 상기 오일 분리기와 상기 재액화기가 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 혼합냉매 압축기에서 압축된 혼합냉매를 냉각하는 쿨러; 상기 오일 분리기에서 토출되는 액상의 혼합냉매를 감압시키는 제2 액상 감압밸브; 상기 혼합냉매 압축기로 공급될 혼합냉매를 임시저장하는 리시버; 및 상기 혼합냉매 압축기, 상기 쿨러, 상기 제1 액상 감압밸브, 상기 재액화기, 상기 흡입유닛, 상기 제2 액상 감압밸브, 상기 오일 분리기, 상기 리시버가 마련되고, 상기 혼합냉매가 순환하도록 하는 혼합냉매 순환라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 흡입유닛은, 상기 감압밸브 냉매유로로부터 액상의 혼합냉매를 공급받아 상기 액체냉매유로로부터 액상의 혼합냉매를 흡입하여 감압한 후, 상기 리시버로 공급할 수 있다.
구체적으로, 상기 흡입 유닛은, 이젝터(Ejector)이며, 상기 재액화기는, 인쇄기판형 열교환기(PCHE)일 수 있다.
구체적으로, 가스 재액화 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박일 수 있다.
본 발명에 따른 가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 혼합 냉매의 재액화 효율을 극대화시키고 압축기의 로드를 감소시키며, 혼합냉매에 포함되는 오일이 저온 증발가스와의 열교환에 의해 응고되는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템을 포함하는 선박의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템의 액화부에 대한 제1 실시 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템의 액화부에 대한 제2 실시 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템의 액화부에 대한 제3 실시 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템의 액화부에 대한 제4 실시 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템의 액화부에 대한 제5 실시 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템의 액화부에 대한 제6 실시 개념도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템의 액화부에 대한 제7 실시 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하에서는 본 발명의 증발가스 재액화 시스템에 대해 설명하며, 본 발명은 증발가스 재액화 시스템과 이를 가지는 선박을 포함하는 것이다.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스(BOG: Boil-Off Gas)는 자연기화 또는 강제기화된 액화가스를 의미할 수 있다. 다만 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또한 이하에서, 감압은 팽창을 통해서 발생되는 상태일 수 있으며, 역으로 팽창은 감압에 의해서 발생되는 상태일 수 있으므로, 감압과 팽창은 서로 혼용되어 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템을 포함하는 선박의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 펌프(20), 기화기(30), 증발가스 압축기(40), 액화부(50) 및 증발가스 기액분리기(60)를 포함한다.
여기서 가스 재액화 시스템(1)이 설치된 선박(부호 도시하지 않음)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.
이하 도 1을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템(1)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액체 상태의 액화가스를 펌프(20)를 통해 빼내어 가압한 후 기화기(30)에서 기화시켜 엔진(E)으로 공급하는 방식을 사용한다. 이때, 액화가스는 액화가스 공급라인(L1)을 유동하여 액화가스 저장탱크(10)에서 엔진(E)으로 공급된다.
이와 함께 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 기체 상태의 증발가스는, 증발가스 공급라인(L2)을 통해 증발가스 압축기(40)에서 압축된 후, 증발가스 주공급라인(L2a)을 통해 엔진(E)으로 공급하거나, 증발가스 부공급라인(L2b)을 통해 액화부(50)로 공급될 수 있다.
이하에서는 상기 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(1)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 상세히 설명하도록 한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 엔진(E)에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 1bar 내지 10bar(일례로 1.03bar)의 압력으로 액화가스를 저장하는 압력탱크의 형태를 가질 수 있다.
여기서 엔진(E)은, 선박용 추진엔진(또는 터빈)일 수 있으며, 고압, 중압, 저압 등을 한정하지 않는다. 일례로 엔진(E)은 200 내지 400bar의 요구압력을 갖는 ME-GI 엔진이나, 15 내지 50bar의 요구압력을 갖는 XDF 엔진이나, 10bar 내외의 요구압력을 갖는 DFDE 엔진 등일 수 있다. 또는 비록 본 도 1에서는 선박 내 배치되는 엔진(E)이나 이에 한정되지 않고 육상에 마련되는 다양한 용도의 엔진(또는 터빈) 등일 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 선체(H)의 내부에 배치되며, 엔진룸의 전방에 일례로 3개 또는 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.
펌프(20)는, 액화가스 공급라인(L1) 상에 구비되고, 액화가스 저장탱크(10)의 내부 또는 외부에 설치되어 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 기화기(30)로 공급할 수 있다.
구체적으로, 펌프(20)는, 액화가스 공급라인(L1) 상에 액화가스 저장탱크(10)와 기화기(30) 사이에 구비되어 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 가압하여 기화기(30)에 공급할 수 있다.
이때, 펌프(20)는 엔진(E)의 종류에 따라 1차 펌프(부스팅 펌프) 및 2차 펌프(고압 펌프)로 구성되어 엔진(E)이 요구하는 압력에 맞춰 액화가스를 가압할 수 있다. 물론 펌프(20)는, 1차 펌프(부스팅 펌프) 하나만으로도 구성될 수 있다.
여기서 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도가 다소 높아질 수 있으며, 가압된 액화가스는 여전히 액체상태일 수 있다.
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.
기화기(30)는, 액화가스 공급라인(L1) 상에 마련되어 펌프(20)로부터 배출되는 액화가스를 기화시킬 수 있다.
구체적으로, 기화기(30)는, 엔진(E)과 펌프(20) 사이의 액화가스 공급라인(L1) 상에 마련되어, 펌프(20)로부터 공급되는 액화가스를 기화시켜 엔진(E)이 원하는 상태로 공급할 수 있다.
기화기(30)는, 극저온의 액화가스를 기화시키기 위한 열원으로 글리콜 워터(Glycol Water), 해수(Sea Water), 스팀(Steam), 프로판(Propane) 또는 엔진 배기가스 등 다양한 열매를 사용할 수 있으며, 기화된 액화가스를 압력 변동없이 엔진(E)으로 공급할 수 있다.
증발가스 압축기(40)는, 증발가스 공급라인(L2) 상에 구비되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압할 수 있다.
증발가스 압축기(40)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되어 1bar 내외의 압력으로 배출되는 증발가스를 엔진(E)이 요구하는 압력 또는 액화부(50)에서 요구하는 압력으로 가압한 후, 증발가스 주공급라인(L2a)을 통해 엔진(E)으로 공급하거나 또는 증발가스 부공급라인(L2b)을 통해 액화부(50)로 공급할 수 있다.
증발가스 압축기(40)는, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 가압시킬 수 있다. 일례로 증발가스 압축기(40)는 피스톤(도시하지 않음)이 2 내지 3개가 구비되어 증발가스가 2단 내지 3단 가압되도록 할 수 있다.(물론 엔진(E)의 종류에 따라 증발가스 압축기(40)의 단 수가 변경될 수 있으며, 일례로 MEGI의 경우에는 4 내지 5단으로 구축될 수 있다.)
증발가스 압축기(40)의 각 단 사이에는 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 실시예는 증발가스 냉각기를 사용하여 증발가스의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다. 증발가스 냉각기는 증발가스 압축기(40)의 단 수와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 증발가스 냉각기는 증발가스 압축기(40)의 각 단 하류에 마련될 수 있다.
증발가스 기액분리기(60)는, 증발가스 부공급라인(L2b) 상의 액화부(50) 하류에 마련될 수 있으며, 액화부(50)에 의해 적어도 부분적으로 액화된 증발가스가 기체와 액체로 분리될 수 있다.
이때, 기체 상태의 증발가스는 플래시가스로서, 플래시가스는 가스연소장치(도시하지 않음), 발전엔진(도시하지 않음) 등의 별도의 수요처에서 소비될 수 있으며 이에 한정되지 않고 다양한 방법에 의해 처리될 수 있다.
또한 액체 상태의 증발가스는 액화가스로서, 액화가스 저장탱크(10)로 리턴될 수 있으며, 또는 엔진(E)에 공급될 수 있다. 물론 액화된 증발가스의 처리를 위와 같이 한정하는 것은 아니다.
증발가스 감압밸브(61)는, 증발가스 부공급라인(L2b) 상의 액화부(50)와 증발가스 기액분리기(60) 사이에 마련될 수 있으며, 재액화기(51a)에서 적어도 부분적으로 재액화된 증발가스의 압력을 감압하는 등의 제어를 수행할 수 있으며, 및/또는 증발가스의 유량을 제어할 수 있다.
액화부(50)는, 혼합냉매를 이용하여 증발가스를 액화시킨다. 구체적으로, 액화부(50)는, 증발가스 부공급라인(L2b)상에 구비되어 증발가스 압축기(40)로부터 압축된 증발가스를 공급받아 혼합냉매와 열교환시킨 후, 증발가스 감압밸브(61)를 통해 감압되어 증발가스 기액분리기(60)로 공급할 수 있다.
이때, 혼합냉매라 함은 MR(Mixed Refigerant)을 의미하며, 메탄과 프로판, 질소 등이 혼합된 냉매로서, 재액화 분야에서 이미 널리 알려진 물질일 수 있고, 혼합 비율은 액화된 증발가스를 소비하는 수요처(도시하지 않음) 요구 압력, 액화가스 저장탱크(10)의 종류 및 크기 등에 따라 달라질 수 있어 본 발명에서 별도로 한정하지 않는다.
액화부(50)는 다양한 실시예를 가질 수 있으며, 구체적으로는, 도 2 내지 도 8을 참고로 하여 각 실시예별로 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템의 액화부에 대한 제1 실시 개념도이다.
도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 액화부(50a)는, 재액화기(51a), 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 오일 필터(55), 흡입유닛(56a), 혼합냉매 기액분리기(57) 및 혼합냉매 순환라인(L3)을 포함한다. 여기서 각 구성들 즉, 재액화기(51a), 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 오일 필터(55), 흡입유닛(56a), 혼합냉매 기액분리기(57)는 혼합냉매 순환라인(L3)에 의해 연결될 수 있고, 혼합냉매 순환라인(L3)은 혼합냉매가 순환할 수 있다.
이하 도 2를 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템(1)의 제1 실시예에 따른 액화부(50a)를 설명하도록 한다.
재액화기(51a)는, 증발가스 부공급라인(L2b) 상에서 증발가스 압축기(40)의 하류에 마련되어 증발가스를 혼합냉매와 열교환해 액화시킨다. 재액화기(51a)는 4개 이상의 유로를 갖는 구조로 마련되며 일례로 인쇄기판형 열교환기(PCHE)일 수 있다.
구체적으로 재액화기(51a)는, 후술할 혼합냉매 기액분리기(57)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매와 액상의 혼합냉매가 독립적으로 유동하는 구조를 가질 수 있다.
더욱 상세하게, 재액화기(51a)는 증발가스가 유동하는 증발가스 유로(511a), 혼합냉매 기액분리기(57)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매가 유동하는 기체냉매유로(512a), 혼합냉매 기액분리기(57)에 의해 분리된 액상의 혼합냉매가 유동하는 액체냉매유로(513a), 그리고 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매가 유동하는 압축냉매유로(514a)를 포함할 수 있다.
재액화기(51a)에서 혼합냉매에 의해 열교환된 증발가스는, 적어도 부분적으로 액화될 수 있다.
리시버(52)는, 혼합냉매 압축기(53)로 공급될 혼합냉매를 임시저장할 수 있다. 이때, 리시버(52)는 혼합냉매 압축기(53)로 공급될 혼합냉매의 압력변동을 방지할 수 있으며, 또는 누출된 혼합냉매를 보충하는 역할도 수행할 수 있다.
혼합냉매 압축기(53)는, 혼합냉매를 압축한다. 이때 혼합냉매 압축기(53)가 압축하는 혼합냉매의 압력은, 증발가스 압축기(40)가 압축하는 증발가스의 압력에 대응될 수 있으며, 일례로 30 내지 50bar일 수 있다.
혼합냉매 압축기(53)는, 씰링 및 윤활을 위해 오일을 사용하는 스크류 타입일 수 있다. 따라서 혼합냉매 압축기(53)에 의한 혼합냉매의 누출에 대한 우려가 적다. 이 경우 본 발명은, 비록 리시버(52)를 구비하고 있으나 혼합냉매를 보충하기 위한 별도의 탱크를 마련하지 않을 수 있다.
혼합냉매 압축기(53)는, 적어도 하나 이상의 스크류(도시하지 않음)를 가질 수 있으며, 스크류는 모터(도시하지 않음)에 의해 회전축(도시하지 않음)을 기준으로 회전하면서 혼합냉매를 압축시킬 수 있다. 이때 스크류가 복수 개일 경우 스크류는 다단으로 마련될 수 있다.
혼합냉매 압축기(53)는 씰링 및 윤활을 위해 오일을 사용하게 되므로, 스크류에 의해 압축된 혼합냉매에는 오일이 혼입될 수 있다. 다만 오일이 혼입된 혼합냉매가 극저온의 증발가스와 열교환할 경우, 증발가스의 냉열로 인해 오일이 응고되어 열교환 효율이 낮아지거나 구성에 손상이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 본 발명의 실시예에서는 혼합냉매 압축기(53)의 하류에 오일 필터(55)를 구비하여 오일을 제거하고 있다.
쿨러(54)는, 혼합냉매 압축기(53)의 하류에 마련되며 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매를 냉각할 수 있다. 혼합냉매는 앞서 증발가스 압축기(40)에서도 설명한 바와 유사하게 압축 시 압축열을 받아 가열될 수 있으므로, 본 발명은 쿨러(54)를 혼합냉매 압축기(53)와 재액화기(51a) 사이에 마련해 혼합냉매의 온도를 낮춰줄 수 있다.
혼합냉매 압축기(53)에 유입되는 혼합냉매에는 오일이 혼입되어 있을 수 있다. 이때 오일이 완전한 액상을 갖도록, 쿨러(54)는 혼합냉매를 냉각시켜서 재액화기(51a)에 전달할 수 있고, 이때, 쿨러(54)와 재액화기(51a) 사이에는 오일필터(55)가 구비되어 액상인 오일을 분리해냄으로써, 재액화기(51a)로의 오일 유입을 차단할 수 있다.
흡입유닛(56a)은, 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매를 통해 재액화기(51a)에서 열교환된 혼합냉매를 흡입하여, 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매를 감압시킨다.
구체적으로 흡입유닛(56a)은, 압축냉매유로(514a)로부터 압축된 혼합냉매를 공급받아 액체냉매유로(513a)로부터 액상의 혼합냉매를 흡입하여 감압한 후, 혼합냉매 기액분리기(57)로 공급할 수 있다. 즉, 압축냉매유로(514a)로부터 공급되는 압축된 혼합냉매는 흡입유닛(56a)의 구동유체로 사용되며, 액체냉매유로(513a)로부터 공급되는 액상의 혼합냉매는 흡입유닛(56a)의 흡입유체로 사용되고, 구동유체와 흡입유체는 흡입유닛(56a)에서 혼합되어 혼합냉매 기액분리기(57)로 토출될 수 있다. 이때, 구동유체는 기체일 수 있고 흡입유체는 액체일 수 있어 흡입유닛(56a)은 두 개의 상(2phase)에 의해 구동될 수 있다.
흡입유닛(56a)은, 압력(Pressure)과 엔탈피(enthalpy) 물성치 대비구간에서 냉열구간을 크게 가질 수 있어 일반적인 감압밸브에 비해 냉각효과가 극대화되는 장점이 있다.
여기서 흡입유닛(56a)은 일례로 이젝터(Ejector)일 수 있다.
혼합냉매 기액분리기(57)는, 흡입유닛(56a)에서 토출되는 혼합냉매를 기액분리할 수 있다.
혼합냉매 기액분리기(57)에서 분리된 기상의 혼합냉매는 재액화기(51a)의 기체냉매유로(512a)로 유입될 수 있으며, 분리된 액상의 혼합냉매는 재액화기(51a)의 액체냉매유로(513a)로 유입될 수 있다.
이때 혼합냉매 기액분리기(57)는 오일필터(55)에서 미쳐 걸러지지 못한 오일이 침전되도록 할 수 있다. 이로 인해 혼합냉매 기액분리기(57)는 재액화기(51a)로 오일이 공급되는 것을 원천방지할 수 있어 오일의 응고로 인한 시스템 셧다운(shut-down) 등의 위험을 제거할 수 있다.
이와 같은 액화부(50a)에서 혼합냉매는, 상기 각 구성들이 연결된 혼합냉매 순환라인(L3) 내에서 순환한다.
구체적으로 혼합냉매는, 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 오일필터(55), 재액화기(51a)의 압축냉매유로(514a), 흡입유닛(56a), 혼합냉매 기액분리기(57) 순으로 유동한 후, 혼합냉매 기액분리기(57)에서 기체와 액체로 분리된다. 기체의 혼합냉매는, 재액화기(51a)의 기체냉매유로(512a)로 유입되어 리시버(52)로 유입되며, 액체의 혼합냉매은 재액화기(51a)의 액체냉매유로(513a)로 유입되어 다시 흡입유닛(56a)으로 유입된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는, 압력(Pressure)과 엔탈피(enthalpy) 물성치 대비구간에서 냉열구간을 크게 가질 수 있는 흡입유닛(56a)을 액화부(50a)에 배치시켜 일반적인 감압밸브를 구비하는 시스템에 비해 냉각효과가 극대화되는 장점이 있으며, 오작동이 적어 시스템 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템의 액화부에 대한 제2 실시 개념도이다.
도 3을 참조하면, 제2 실시예에 따른 액화부(50b)는, 재액화기(51b), 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 흡입유닛(56a), 혼합냉매 기액분리기(57), 오일 분리기(58), 감압밸브(63) 및 혼합냉매 순환라인(L3)을 포함한다. 여기서 각 구성들 즉, 재액화기(51b), 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 흡입유닛(56a), 혼합냉매 기액분리기(57), 오일 분리기(58), 감압밸브(63)는 혼합냉매 순환라인(L3)에 의해 연결될 수 있고, 혼합냉매 순환라인(L3)은 혼합냉매가 순환할 수 있다.
제2 실시예에 따른 액화부(50b)는, 제1 실시예에 따른 액화부(50a)에서 오일 필터(55)가 제외되고, 오일 분리기(58) 및 감압밸브(63)가 추가되었으며, 재액화기(51b)의 유로구조가 변경되었다. 따라서, 제2 실시예에 따른 액화부(50b)에서 오일 분리기(58), 감압밸브(63), 재액화기(51b) 외의 구성은 제1 실시예에 따른 액화부(50a)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용할 수 있으나 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
이하 도 3을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템(1)의 제2 실시예에 따른 액화부(50b)를 설명하도록 한다.
다만, 위에 기술한 바와 같이 제1 실시예에 따른 액화부(50a)와 오일 분리기(58), 감압밸브(63) 및 재액화기(51b)의 구성에 그 차이가 있으므로, 이하에서는 오일 분리기(58), 감압밸브(63) 및 재액화기(51b)의 구성에 대해서 상세히 설명하도록 하되 나머지 구성은 도 2에 도시된 제1 실시예에 따른 액화부(50a)에서 기술한 바에 갈음한다.
재액화기(51b)는, 증발가스 부공급라인(L2b) 상에서 증발가스 압축기(40)의 하류에 마련되어 증발가스를 혼합냉매와 열교환해 액화시킨다. 재액화기(51b)는 5개 이상의 유로를 갖는 구조로 마련되며 일례로 인쇄기판형 열교환기(PCHE)일 수 있다.
구체적으로 재액화기(51b)는, 혼합냉매 기액분리기(57)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매와 액상의 혼합냉매가 독립적으로 유동하는 구조를 가질 수 있으며, 후술할 오일 분리기(58)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매와 액상의 혼합냉매가 독립적으로 유동하는 구조를 가질 수 있다.
더욱 상세하게, 재액화기(51b)는 증발가스가 유동하는 증발가스 유로(511b), 혼합냉매 기액분리기(57)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매가 유동하는 제1 기체냉매유로(512b), 혼합냉매 기액분리기(57)에 의해 분리된 액상의 혼합냉매가 유동하는 제1 액체냉매유로(513b), 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매가 유동하는 압축냉매유로(514b), 오일 분리기(58)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매가 유동하는 제2 기체냉매유로(515b), 그리고 오일 분리기(58)에 의해 분리된 액상의 혼합냉매가 유동하는 제2 액체냉매유로(516b)를 포함할 수 있다.
혼합냉매 압축기(53)에 유입되는 혼합냉매에는 오일이 혼입되어 있을 수 있다. 이때 오일이 완전한 액상을 갖도록, 쿨러(54)는 혼합냉매를 냉각시켜서 재액화기(51b)에 전달할 수 있다. 다만, 오일이 혼입된 혼합냉매가 극저온의 증발가스와 열교환할 경우, 증발가스의 냉열로 인해 오일이 응고되어 열교환 효율이 낮아지거나 구성에 손상이 발생할 수 있다.
그러나 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화부(50b)는, 오일 필터(55; 도 1에 도시됨)대신 오일이 혼입된 혼합냉매가 재액화기(51b) 내에서 증발가스와 완전히 열교환되지 않고 적어도 일부만 열교환되도록 구성함으로서, 오일의 응고를 방지할 수 있다.
이를 위해 재액화기(51b)의 압축냉매유로(514b)는, 재액화기(51b) 내에서 증발가스 유로(511b)와 적어도 일부만 대면하도록 형성된 후, 재액화기(51b)와 오일 분리기(58)가 연결되도록 형성될 수 있으며, 제2 액체냉매유로(516b)는, 제1 기체냉매유로(512b)와 적어도 일부 공유되도록 오일 분리기(58)와 제1 기체냉매유로(512b)가 연결되도록 형성할 수 있다.
이때, 압축냉매유로(514b)는 재액화기(51b)를 대략 중간부까지만 관통하여 형성된 후 혼합냉매 순환라인(L3)에 의해 오일 분리기(58)로 연결될 수 있으며, 제2 액체냉매유로(516b)는, 재액화기(51b)의 대략 중간부에 인입되어 제1 기체냉매유로(512b)의 대략 중간부위에 연결되도록 형성된 후 혼합냉매 순환라인(L3)에 의해 재액화기(51b)의 중간부와 오일 분리기(58)가 연결될 수 있다.
재액화기(51a)에서 혼합냉매에 의해 열교환된 증발가스는, 적어도 부분적으로 액화될 수 있다.
오일 분리기(58)는, 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 후 재액화기(51b)에서 증발가스의 적어도 일부와 열교환된 혼합냉매를, 기액분리하여 오일을 분리할 수 있다.
상기 재액화기(51b)에서 기술한 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화부(50b)는 오일이 혼입된 혼합냉매가 재액화기(51b) 내에서 증발가스와 완전히 열교환되지 않고 적어도 일부만 열교환되도록 구성함으로서, 오일의 응고를 방지하고 있다.
그에 따라 오일 분리기(58)는 재액화기(51b) 내에서 증발가스 유로(511b)와 적어도 일부만 대면하도록 형성되는 압축냉매유로(514b)와 연결되도록 형성되어, 증발가스와 적어도 일부만 열교환한 압축된 혼합냉매를 공급받아 기액분리한다.
이때, 분리된 기상은 오일이 함유되어 있지 않으므로, 다시 재액화기(51b)로 공급되어 증발가스 또는 타 유로에서 유동하는 혼합냉매와 온전히 열교환할 수 있다. 분리된 액상은 오일이 함유되어 있으므로, 다시 재액화기(51b)로 공급될 시 역시 증발가스 또는 타 유로에서 유동하는 혼합냉매와 적어도 일부만 열교환할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제2 실시예의 액화부(50b)는, 오일 필터 대신 오일이 혼입된 혼합냉매가 재액화기(51b) 내에서 증발가스와 완전히 열교환되지 않고 적어도 일부만 열교환되도록 구성함으로서, 오일의 응고를 방지할 수 있는 효과가 있어 구축 비용이 절감되고 재액화기(51b)의 신뢰성과 내구성을 향상시키는 효과가 있다.
감압밸브(63)는 오일 분리기(58)에서 분리된 액상의 혼합냉매를 감압시킬 수 있고, 감압된 혼합냉매를 다시 재액화기(51b)의 제2 액체냉매유로(516b)로 공급할 수 있다. 이때, 감압밸브(63)는, 액상 감압밸브로 호칭될 수 있다.
이와 같은 액화부(50b)에서 혼합냉매는, 상기 각 구성들이 연결된 혼합냉매 순환라인(L3) 내에서 순환한다.
구체적으로 혼합냉매는, 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 재액화기(51b)의 압축냉매유로(514b), 오일 분리기(58) 순으로 유동한 후, 오일 분리기(58)에서 기체와 액체로 분리된다. 액체의 혼합냉매는 재액화기(51b)의 제2 액체냉매유로(516b)로 유입되어 제1 기체냉매유로(512b)로 혼합되어 제1 기체냉매유로(512b) 내의 혼합냉매와 함께 유동하며, 기체의 혼합냉매는, 재액화기(51b)의 제2 기체냉매유로(515b)로 유입되어 흡입유닛(56b)으로 유입된다.
흡입유닛(56b)에 유입된 혼합냉매는 혼합냉매 기액분리기(57)로 유입되고, 혼합냉매 기액분리기(57)에서 기체와 액체로 분리된다. 기체의 혼합냉매는, 재액화기(51b)의 제1 기체냉매유로(512b)로 유입되어 위에 기술한 오일 분리기(58)에서 분리된 액상의 혼합냉매와 중도 합류하여 리시버(52)로 유입되고, 액체의 혼합냉매는 재액화기(51b)의 제1 액체냉매유로(513b)로 유입되어 다시 흡입유닛(56a)으로 유입된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는, 압력(Pressure)과 엔탈피(enthalpy) 물성치 대비구간에서 냉열구간을 크게 가질 수 있는 흡입유닛(56a)을 액화부(50b)에 배치시켜 일반적인 감압밸브를 구비하는 시스템에 비해 냉각효과가 극대화되는 장점이 있으며, 오작동이 적어 시스템 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 오일 필터 대신 오일이 혼입된 혼합냉매가 재액화기(51b) 내에서 증발가스와 완전히 열교환되지 않고 적어도 일부만 열교환되도록 구성함으로서, 오일의 응고를 방지할 수 있는 효과가 있어 구축 비용이 절감되고 재액화기(51b)의 신뢰성과 내구성을 향상시키는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템의 액화부에 대한 제3 실시 개념도이다.
도 4를 참조하면, 제3 실시예에 따른 액화부(50c)는, 재액화기(51c), 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 오일 필터(55), 흡입유닛(56b), 감압밸브(62a), 및 혼합냉매 순환라인(L3)을 포함한다. 여기서 각 구성들 즉, 재액화기(51c), 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 오일 필터(55), 흡입유닛(56b), 감압밸브(62a)는 혼합냉매 순환라인(L3)에 의해 연결될 수 있고, 혼합냉매 순환라인(L3)은 혼합냉매가 순환할 수 있다.
제3 실시예에 따른 액화부(50c)는, 제1 실시예에 따른 액화부(50a)에서 혼합냉매 기액분리기(57)가 제외되고, 감압밸브(62a)가 추가되었으며, 재액화기(51c) 및 흡입유닛(56b)의 유로구조가 변경되었다. 따라서, 제3 실시예에 따른 액화부(50c)에서 감압밸브(62a), 재액화기(51c), 흡입유닛(56b) 외의 구성은 제1 실시예에 따른 액화부(50a)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용할 수 있으나 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
이하 도 4를 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템(1)의 제3 실시예에 따른 액화부(50c)를 설명하도록 한다.
다만, 위에 기술한 바와 같이 제1 실시예에 따른 액화부(50a)와 감압밸브(62a), 재액화기(51c), 흡입유닛(56b)의 구성에 그 차이가 있으므로, 이하에서는 감압밸브(62a), 재액화기(51c), 흡입유닛(56b)의 구성에 대해서만 상세히 설명하도록 하되 나머지 구성은 도 2에 도시된 제1 실시예에 따른 액화부(50a)에서 기술한 바에 갈음한다.
재액화기(51c)는, 증발가스 부공급라인(L2b) 상에서 증발가스 압축기(40)의 하류에 마련되어 증발가스를 혼합냉매와 열교환해 액화시킨다. 재액화기(51c)는 4개 이상의 유로를 갖는 구조로 마련되며 일례로 인쇄기판형 열교환기(PCHE)일 수 있다.
구체적으로 재액화기(51c)는, 감압밸브(62a)에 의해 감압된 혼합냉매와 흡입유닛(56b)에 의해 토출된 혼합냉매가 독립적으로 유동하는 구조를 가질 수 있다.
더욱 상세하게, 재액화기(51c)는 증발가스가 유동하는 증발가스 유로(511c), 흡입유닛(56b)에 의해 토출된 혼합냉매가 유동하는 흡입유닛 냉매유로(512c), 감압밸브(62a)에 의해 감압된 혼합냉매가 유동하는 감압밸브 냉매유로(513c), 그리고 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매가 유동하는 압축냉매유로(514c)를 포함할 수 있다.
혼합냉매 압축기(53)에 유입되는 혼합냉매에는 오일이 혼입되어 있을 수 있다. 이때 오일이 완전한 액상을 갖도록, 쿨러(54)는 혼합냉매를 냉각시켜서 재액화기(51b)에 전달할 수 있다. 다만, 오일이 혼입된 혼합냉매가 극저온의 증발가스와 열교환할 경우, 증발가스의 냉열로 인해 오일이 응고되어 열교환 효율이 낮아지거나 구성에 손상이 발생할 수 있으므로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화부(50c)는, 오일 필터(55)를 추가 구축함으로서, 오일의 응고를 방지할 수 있다.
재액화기(51c)에서 혼합냉매에 의해 열교환된 증발가스는, 적어도 부분적으로 액화될 수 있다.
흡입유닛(56b)은, 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매를 통해 재액화기(51c)에서 열교환된 혼합냉매를 흡입하여, 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매를 감압시킨다. 이때, 흡입유닛(56c)은, 감압밸브(62a)와 혼합냉매 순환라인(L3) 상에서 병렬로 구비될 수 있다.
구체적으로, 흡입유닛(56b)은, 재액화기(51c)의 압축냉매유로(514c)로부터 기상의 압축된 혼합냉매를 공급받아 감압밸브 냉매유로(513c)로부터 액상의 감압된 혼합냉매를 흡입하여 감압한 후, 재액화기(51c)의 흡입유닛 냉매유로(512c)로 공급할 수 있다.
즉, 압축냉매유로(514c)로부터 공급되는 압축된 혼합냉매는 흡입유닛(56b)의 구동유체로 사용되며, 감압밸브 냉매유로(513c)로부터 공급되는 액상의 혼합냉매는 흡입유닛(56b)의 흡입유체로 사용되고, 구동유체와 흡입유체는 흡입유닛(56b)에서 혼합되어 재액화기(51c)의 흡입유닛 냉매유로(512c)로 토출될 수 있다. 이때, 구동유체는 기체일 수 있고 흡입유체는 액체일 수 있어 흡입유닛(56b)은 두 개의 상(2phase)에 의해 구동될 수 있다.
흡입유닛(56b)은, 압력(Pressure)과 엔탈피(enthalpy) 물성치 대비구간에서 냉열구간을 크게 가질 수 있어 감압밸브(62a)에 비해 냉각효과가 극대화되는 장점이 있다.
여기서 흡입유닛(56b)은 일례로 이젝터(Ejector)일 수 있다.
감압밸브(62a)는 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매를 감압하여 재액화기(51c)로 유입시킨다. 이때, 감압밸브(62a)는, 기상 감압밸브로 호칭될 수 있다. 구체적으로, 감압밸브(62a)는, 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매를 재액화기(51c)에서 열교환한 후 공급받아 감압시킬 수 있으며, 흡입유닛(56b)과 혼합냉매 순환라인(L3) 상에서 병렬로 구비될 수 있다.
더욱 구체적으로, 감압밸브(62a)는, 재액화기(51c)의 압축냉매유로(514c)로부터 기상의 압축된 혼합냉매를 공급받아 감압한 후, 재액화기(51c)의 감압밸브 냉매유로(513c)로 공급할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제3 실시예의 액화부(50c)에서는 흡입유닛(56b)과 감압밸브(62a)가 서로 병렬로 구축됨에 따라 혼합냉매의 냉각효과가 더욱 상승되며 증발가스의 재액화율에 따라 냉각률이 높은 흡입유닛(56b)을 사용하거나 냉각률이 낮은 감압밸브(62a)를 사용하는 것을 취사선택할 수 있어 증발가스의 재액화율이 극대화되는 효과가 있다.
이와 같은 액화부(50c)에서 혼합냉매는, 상기 각 구성들이 연결된 혼합냉매 순환라인(L3) 내에서 순환한다.
구체적으로 혼합냉매는, 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 오일 필터(55), 재액화기(51c)의 압축냉매유로(514c) 순으로 유동한 후 감압밸브(62a) 또는 흡입유닛(56b)으로 병렬 유동할 수 있다. 감압밸브(62a)에서 감압된 혼합냉매는, 재액화기(51c)의 감압밸브 냉매유로(513c)로 유동하여 흡입유닛(56b)으로 유입된다. 흡입유닛(56b)에서 토출되는 혼합냉매는, 재액화기(51c)의 흡입유닛 냉매유로(512c)로 유동하여 리시버(52)로 유입된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는, 압력(Pressure)과 엔탈피(enthalpy) 물성치 대비구간에서 냉열구간을 크게 가질 수 있는 흡입유닛(56b)을 액화부(50c)에 배치시켜 일반적인 감압밸브를 구비하는 시스템에 비해 냉각효과가 극대화되는 장점이 있으며, 오작동이 적어 시스템 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 흡입유닛(56b)과 감압밸브(62a)를 병렬구비하여 증발가스의 재액화율에 따른 혼합냉매의 냉각률을 취사선택할 수 있어 증발가스이 재액화 효율이 극대화되는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템의 액화부에 대한 제4 실시 개념도이다.
도 5를 참조하면, 제4 실시예에 따른 액화부(50d)는, 재액화기(51d), 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 흡입유닛(56b), 감압밸브(62a), 오일 분리기(58), 감압밸브(63) 및 혼합냉매 순환라인(L3)을 포함한다. 여기서 각 구성들 즉, 재액화기(51d), 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 흡입유닛(56b), 감압밸브(62a), 오일 분리기(58), 감압밸브(63)는 혼합냉매 순환라인(L3)에 의해 연결될 수 있고, 혼합냉매 순환라인(L3)은 혼합냉매가 순환할 수 있고 감압밸브(62a)는 기상 감압밸브로, 감압밸브(63)는 액상 감압밸브로 호칭될 수 있다.
제4 실시예에 따른 액화부(50d)는, 제3 실시예에 따른 액화부(50c)에서 오일 필터(55)가 제외되고, 오일 분리기(58) 및 감압밸브(63)가 추가되었으며, 재액화기(51d)의 유로구조가 변경되었다. 따라서, 제4 실시예에 따른 액화부(50d)에서 오일 분리기(58), 감압밸브(63), 재액화기(51d) 외의 구성은 제3 실시예에 따른 액화부(50c)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용할 수 있으나 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
이하 도 5를 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템(1)의 제4 실시예에 따른 액화부(50d)를 설명하도록 한다.
다만, 위에 기술한 바와 같이 제3 실시예에 따른 액화부(50c)와 오일 분리기(58), 감압밸브(63) 및 재액화기(51d)의 구성에 그 차이가 있으므로, 이하에서는 오일 분리기(58), 감압밸브(63) 및 재액화기(51d)의 구성에 대해서 상세히 설명하도록 하되 나머지 구성은 도 4에 도시된 제3 실시예에 따른 액화부(50c)에서 기술한 바에 갈음한다.
재액화기(51d)는, 증발가스 부공급라인(L2b) 상에서 증발가스 압축기(40)의 하류에 마련되어 증발가스를 혼합냉매와 열교환해 액화시킨다. 재액화기(51d)는 5개 이상의 유로를 갖는 구조로 마련되며 일례로 인쇄기판형 열교환기(PCHE)일 수 있다.
구체적으로 재액화기(51d)는, 기상 감압밸브(62a)에 의해 감압된 기상의 혼합냉매와 흡입유닛(56b)에 의해 감압된 액상의 혼합냉매가 독립적으로 유동하는 구조를 가질 수 있으며, 후술할 오일 분리기(58)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매와 액상의 혼합냉매가 독립적으로 유동하는 구조를 가질 수 있다.
더욱 상세하게, 재액화기(51d)는 증발가스가 유동하는 증발가스 유로(511d), 기상 감압밸브(62a)에 의해 감압된 기상의 혼합냉매가 유동하는 감압밸브 냉매유로(512d), 흡입유닛(56b)에 의해 감압된 혼합냉매가 유동하는 흡입유닛 냉매유로(513d), 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매가 유동하는 압축냉매유로(514d), 오일 분리기(58)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매가 유동하는 기체냉매유로(515d), 그리고 오일 분리기(58)에 의해 분리된 액상의 혼합냉매가 유동하는 액체냉매유로(516d)를 포함할 수 있다.
혼합냉매 압축기(53)에 유입되는 혼합냉매에는 오일이 혼입되어 있을 수 있다. 이때 오일이 완전한 액상을 갖도록, 쿨러(54)는 혼합냉매를 냉각시켜서 재액화기(51d)에 전달할 수 있다. 다만, 오일이 혼입된 혼합냉매가 극저온의 증발가스와 열교환할 경우, 증발가스의 냉열로 인해 오일이 응고되어 열교환 효율이 낮아지거나 구성에 손상이 발생할 수 있다.
그러나 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화부(50d)는, 오일 필터(55; 도 4에 도시됨)대신 오일이 혼입된 혼합냉매가 재액화기(51d) 내에서 증발가스와 완전히 열교환되지 않고 적어도 일부만 열교환되도록 구성함으로서, 오일의 응고를 방지할 수 있다.
이를 위해 재액화기(51d)의 압축냉매유로(514d)는, 재액화기(51d) 내에서 증발가스 유로(511d)와 적어도 일부만 대면하도록 형성된 후, 재액화기(51d)와 오일 분리기(58)가 연결되도록 형성될 수 있으며, 액체냉매유로(516d)는, 흡입유닛 냉매유로(512d)와 적어도 일부 공유되도록 오일 분리기(58)와 흡입유닛 냉매유로(512d)가 연결되도록 형성할 수 있다.
이때, 압축냉매유로(514d)는 재액화기(51d)를 대략 중간부까지만 관통하여 형성된 후 혼합냉매 순환라인(L3)에 의해 오일 분리기(58)로 연결될 수 있으며, 액체냉매유로(516d)는, 재액화기(51d)의 대략 중간부에 인입되어 기체냉매유로(512d)의 대략 중간부위에 연결되도록 형성된 후 혼합냉매 순환라인(L3)에 의해 재액화기(51d)의 중간부와 오일 분리기(58)가 연결될 수 있다.
재액화기(51d)에서 혼합냉매에 의해 열교환된 증발가스는, 적어도 부분적으로 액화될 수 있다.
오일 분리기(58)는, 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 후 재액화기(51d)에서 증발가스의 적어도 일부와 열교환된 혼합냉매를, 기액분리하여 오일을 분리할 수 있다.
상기 재액화기(51d)에서 기술한 바와 같이 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화부(50d)는 오일이 혼입된 혼합냉매가 재액화기(51d) 내에서 증발가스와 완전히 열교환되지 않고 적어도 일부만 열교환되도록 구성함으로서, 오일의 응고를 방지하고 있다.
그에 따라 오일 분리기(58)는 재액화기(51d) 내에서 증발가스 유로(511d)와 적어도 일부만 대면하도록 형성되는 압축냉매유로(514d)와 연결되도록 형성되어, 증발가스와 적어도 일부만 열교환한 압축된 혼합냉매를 공급받아 기액분리한다.
이때, 분리된 기상은 오일이 함유되어 있지 않으므로, 다시 재액화기(51d)로 공급되어 증발가스 또는 타 유로에서 유동하는 혼합냉매와 온전히 열교환할 수 있다. 분리된 액상은 오일이 함유되어 있으므로, 다시 재액화기(51d)로 공급될 시 역시 증발가스 또는 타 유로에서 유동하는 혼합냉매와 적어도 일부만 열교환할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제4 실시예의 액화부(50d)는, 오일 필터 대신 오일이 혼입된 혼합냉매가 재액화기(51d) 내에서 증발가스와 완전히 열교환되지 않고 적어도 일부만 열교환되도록 구성함으로서, 오일의 응고를 방지할 수 있는 효과가 있어 구축 비용이 절감되고 재액화기(51d)의 신뢰성과 내구성을 향상시키는 효과가 있다.
액상 감압밸브(63)는 오일 분리기(58)에서 분리된 액상의 혼합냉매를 감압시킬 수 있고, 감압된 혼합냉매를 다시 재액화기(51d)의 액체냉매유로(516d)로 공급할 수 있다.
이와 같은 액화부(50d)에서 혼합냉매는, 상기 각 구성들이 연결된 혼합냉매 순환라인(L3) 내에서 순환한다.
구체적으로 혼합냉매는, 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 재액화기(51d)의 압축냉매유로(514d), 오일 분리기(58) 순으로 유동한 후, 오일 분리기(58)에서 기체와 액체로 분리된다. 액체의 혼합냉매는 재액화기(51d)의 액체냉매유로(516d)로 유입되어 기체냉매유로(512d)로 혼합되어 기체냉매유로(512d) 내의 혼합냉매와 함께 유동하며, 기체의 혼합냉매는, 재액화기(51d)의 기체냉매유로(515d)로 유입되어 흡입유닛(56b) 또는 기상 감압밸브(62a)로 병렬 공급된다.
흡입유닛(56b)에 유입된 혼합냉매는 재액화기(51d)의 흡입유닛 냉매유로(512d)로 공급되어 리시버(52)로 유입되고, 기상 감압밸브(62a)로 유입된 혼합냉매는 재액화기(51d)의 감압밸브 냉매유로(512d)로 공급되어 흡입유닛(56b)으로 공급된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는, 압력(Pressure)과 엔탈피(enthalpy) 물성치 대비구간에서 냉열구간을 크게 가질 수 있는 흡입유닛(56b)을 액화부(50d)에 배치시켜 일반적인 감압밸브를 구비하는 시스템에 비해 냉각효과가 극대화되는 장점이 있으며, 오작동이 적어 시스템 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 오일 필터 대신 오일이 혼입된 혼합냉매가 재액화기(51d) 내에서 증발가스와 완전히 열교환되지 않고 적어도 일부만 열교환되도록 구성함으로서, 오일의 응고를 방지할 수 있는 효과가 있어 구축 비용이 절감되고 재액화기(51d)의 신뢰성과 내구성을 향상시키는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템의 액화부에 대한 제5 실시 개념도이다.
도 6을 참조하면, 제5 실시예에 따른 액화부(50e)는, 재액화기(51e), 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 흡입유닛(56c), 감압밸브(62b), 오일 분리기(58), 감압밸브(63) 및 혼합냉매 순환라인(L3)을 포함한다. 여기서 각 구성들 즉, 재액화기(51e), 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 흡입유닛(56c), 감압밸브(62b), 오일 분리기(58), 감압밸브(63)는 혼합냉매 순환라인(L3)에 의해 연결될 수 있고, 혼합냉매 순환라인(L3)은 혼합냉매가 순환할 수 있고 감압밸브(62b)는 제1 액상 감압밸브로, 감압밸브(63)는 제2 액상 감압밸브로 호칭될 수 있다.
제5 실시예에 따른 액화부(50e)는, 제4 실시예에 따른 액화부(50d)에서 흡입유닛(56c)의 배치와 재액화기(51e) 및 제1 액상 감압밸브(62b)의 유로구조가 변경되었다. 따라서, 제5 실시예에 따른 액화부(50e)에서 흡입유닛(56c), 재액화기(51e) 및 제1 액상 감압밸브(62b) 외의 구성은 제4 실시예에 따른 액화부(50d)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용할 수 있으나 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
이하 도 6을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템(1)의 제5 실시예에 따른 액화부(50e)를 설명하도록 한다.
다만, 위에 기술한 바와 같이 제4 실시예에 따른 액화부(50d)에 대해 재액화기(51e), 흡입유닛(56c) 및 제1 액상 감압밸브(62b)의 구성에 그 차이가 있으므로, 이하에서는 재액화기(51e), 흡입유닛(56c) 및 제1 액상 감압밸브(62b)의 구성에 대해서 상세히 설명하도록 하되 나머지 구성은 도 5에 도시된 제4 실시예에 따른 액화부(50d)에서 기술한 바에 갈음한다.
재액화기(51e)는, 증발가스 부공급라인(L2b) 상에서 증발가스 압축기(40)의 하류에 마련되어 증발가스를 혼합냉매와 열교환해 액화시킨다. 재액화기(51e)는 5개 이상의 유로를 갖는 구조로 마련되며 일례로 인쇄기판형 열교환기(PCHE)일 수 있다.
구체적으로 재액화기(51e)는, 제1 액상 감압밸브(62b)에 의해 감압된 액상의 혼합냉매 및 후술할 오일 분리기(58)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매와 액상의 혼합냉매가 독립적으로 유동하는 구조를 가질 수 있다.
더욱 상세하게, 재액화기(51e)는 증발가스가 유동하는 증발가스 유로(511e), 제1 액상 감압밸브(62b)에 의해 감압된 액상의 혼합냉매가 유동하는 감압밸브 냉매유로(512e), 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매가 유동하는 압축냉매유로(513e), 오일 분리기(58)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매가 유동하는 기체냉매유로(514e), 그리고 오일 분리기(58)에 의해 분리된 액상의 혼합냉매가 유동하는 액체냉매유로(515e)를 포함할 수 있다.
혼합냉매 압축기(53)에 유입되는 혼합냉매에는 오일이 혼입되어 있을 수 있다. 이때 오일이 완전한 액상을 갖도록, 쿨러(54)는 혼합냉매를 냉각시켜서 재액화기(51e)에 전달할 수 있다. 다만, 오일이 혼입된 혼합냉매가 극저온의 증발가스와 열교환할 경우, 증발가스의 냉열로 인해 오일이 응고되어 열교환 효율이 낮아지거나 구성에 손상이 발생할 수 있다.
그러나 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화부(50e)는, 오일 필터(55; 도 2 또는 도 4에 도시됨)대신 오일이 혼입된 혼합냉매가 재액화기(51e) 내에서 증발가스와 완전히 열교환되지 않고 적어도 일부만 열교환되도록 구성함으로서, 오일의 응고를 방지할 수 있다.
이를 위해 재액화기(51e)의 압축냉매유로(513e)는, 재액화기(51e) 내에서 증발가스 유로(511e)와 적어도 일부만 대면하도록 형성된 후, 재액화기(51e)와 오일 분리기(58)가 연결되도록 형성될 수 있으며, 액체냉매유로(515e)는, 재액화기(51e) 내에서 증발가스 유로(511e)와 적어도 일부만 대면하도록 형성되도록 재액화기(51e)와 오일 분리기(58)가 연결될 수 있다.
이때, 압축냉매유로(513e)는 재액화기(51e)를 대략 중간부까지만 관통하여 형성된 후 혼합냉매 순환라인(L3)에 의해 오일 분리기(58)로 연결될 수 있으며, 액체냉매유로(515e)는, 이 역시 재액화기(51e)의 대략 중간부에서부터 관통 형성되어 혼합냉매 순환라인(L3)까지 연결됨으로써, 재액화기(51d)의 중간부와 오일 분리기(58)가 연결될 수 있다.
재액화기(51e)에서 혼합냉매에 의해 열교환된 증발가스는, 적어도 부분적으로 액화될 수 있다.
제1 액체 감압밸브(62b)는, 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매를 감압하여 재액화기(51e)로 재유입시킨다.
구체적으로 제1 액체 감압밸브(62b)는, 혼합냉매 압축기(53)에서 압축되어 재액화기(51e)에서 열교환된 혼합냉매를 공급받아 감압시킬 수 있고, 감압된 혼합냉매를 다시 재액화기(51e)의 감압밸브 냉매유로(512e)로 공급할 수 있다.
흡입유닛(56c)은, 제1 액상 감압밸브(62b)에서 감압된 액상의 혼합냉매를 통해 재액화기(51e)에서 토출되는 액상의 혼합냉매를 흡입하여, 감압된 액상의 혼합냉매를 추가 감압한다.
구체적으로 흡입유닛(56c)은, 감압밸브 냉매유로(512e)로부터 감압된 혼합냉매를 공급받아 액체냉매유로(515e)로부터 액상의 혼합냉매를 흡입하여 감압한 후, 리시버(52)로 공급할 수 있다. 즉, 감압밸브 냉매유로(512e)로부터 공급되는 압축된 혼합냉매는 흡입유닛(56c)의 구동유체로 사용되며, 액체냉매유로(515a)로부터 공급되는 액상의 혼합냉매는 흡입유닛(56c)의 흡입유체로 사용되고, 구동유체와 흡입유체는 흡입유닛(56c)에서 혼합되어 리시버(52)로 토출될 수 있다. 이때, 구동유체와 흡입유체는 모두 액체일 수 있어 흡입유닛(56c)은 단일의 상(1phase)에 의해 구동될 수 있다.
흡입유닛(56c)은, 압력(Pressure)과 엔탈피(enthalpy) 물성치 대비구간에서 냉열구간을 크게 가질 수 있어 일반적인 감압밸브에 비해 냉각효과가 극대화되는 장점이 있다.
또한 본 발명에서 흡입유닛(56c)은, 단일 상에 의해 구동되어 다른 상에 의해 구동되는 흡입유닛들에 비해 승압효과가 높아 혼합냉매 압축기(53)의 동력소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.
여기서 흡입유닛(56c)은 일례로 이젝터(Ejector)일 수 있다.
이와 같은 액화부(50e)에서 혼합냉매는, 상기 각 구성들이 연결된 혼합냉매 순환라인(L3) 내에서 순환한다.
구체적으로 혼합냉매는, 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 재액화기(51e)의 압축냉매유로(514e), 오일 분리기(58) 순으로 유동한 후, 오일 분리기(58)에서 기체와 액체로 분리된다. 분리된 액체의 혼합냉매는 재액화기(51e)의 액체냉매유로(515e)로 유입되어 흡입유닛(56c)으로 흡입되며, 분리된 기체의 혼합냉매는, 재액화기(51e)의 기체냉매유로(514e)로 유입되어 제1 액상 감압밸브(62b)로 공급된다.
흡입유닛(56b)에 유입된 혼합냉매는 바로 직접 리시버(52)로 공급되고, 제1 액상 감압밸브(62b)로 유입된 혼합냉매는 재액화기(51e)의 감압밸브 냉매유로(512e)로 공급되어 흡입유닛(56c)으로 공급된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는, 압력(Pressure)과 엔탈피(enthalpy) 물성치 대비구간에서 냉열구간을 크게 가질 수 있는 흡입유닛(56c)을 액화부(50e)에 배치시키고 감압밸브에 의해 감압된 혼합냉매를 추가로 감압시켜 냉각효과가 극대화되는 장점이 있으며, 또한 본 발명에서 흡입유닛(56c)은, 단일 상에 의해 구동되어 다른 상에 의해 구동되는 흡입유닛들에 비해 승압효과가 높아 혼합냉매 압축기(53)의 동력소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템의 액화부에 대한 제6 실시 개념도이다.
도 7을 참조하면, 제6 실시예에 따른 액화부(50f)는, 재액화기(51f), 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 흡입유닛(56d), 감압밸브(62b), 오일 분리기(58), 감압밸브(63) 및 혼합냉매 순환라인(L3)을 포함한다. 여기서 각 구성들 즉, 재액화기(51f), 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 흡입유닛(56d), 감압밸브(62b), 오일 분리기(58), 감압밸브(63)는 혼합냉매 순환라인(L3)에 의해 연결될 수 있고, 혼합냉매 순환라인(L3)은 혼합냉매가 순환할 수 있고 감압밸브(62b)는 제1 감압밸브로, 감압밸브(63)는 제2 감압밸브로 호칭될 수 있다.
제6 실시예에 따른 액화부(50f)는, 제5 실시예에 따른 액화부(50e)에서 흡입유닛(56d)의 배치와 재액화기(51f)의 유로구조가 변경되었다. 따라서, 제6 실시예에 따른 액화부(50f)에서 흡입유닛(56d), 재액화기(51f) 외의 구성은 제5 실시예에 따른 액화부(50e)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용할 수 있으나 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
이하 도 7을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템(1)의 제6 실시예에 따른 액화부(50f)를 설명하도록 한다.
다만, 위에 기술한 바와 같이 제5 실시예에 따른 액화부(50e)에 대해 재액화기(51f), 흡입유닛(56d)의 구성에 그 차이가 있으므로, 이하에서는 재액화기(51f), 흡입유닛(56d)의 구성에 대해서 상세히 설명하도록 하되 나머지 구성은 도 6에 도시된 제5 실시예에 따른 액화부(50e)에서 기술한 바에 갈음한다.
재액화기(51f)는, 증발가스 부공급라인(L2b) 상에서 증발가스 압축기(40)의 하류에 마련되어 증발가스를 혼합냉매와 열교환해 액화시킨다. 재액화기(51f)는 5개 이상의 유로를 갖는 구조로 마련되며 일례로 인쇄기판형 열교환기(PCHE)일 수 있다.
구체적으로 재액화기(51f)는, 제1 감압밸브(62b)에 의해 감압된 액상의 혼합냉매 오일 분리기(58)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매와 액상의 혼합냉매, 그리고 흡입유닛(56d)에서 토출된 혼합냉매가 독립적으로 유동하는 구조를 가질 수 있다.
더욱 상세하게, 재액화기(51f)는 증발가스가 유동하는 증발가스 유로(511f), 제1 감압밸브(62b)에 의해 감압된 액상의 혼합냉매가 유동하는 감압밸브 냉매유로(512f), 흡입유닛(56d)에서 토출된 혼합냉매가 유동하는 흡입유닛 냉매유로(513f), 오일 분리기(58)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매가 유동하는 기체냉매유로(514f), 그리고 오일 분리기(58)에 의해 분리된 액상의 혼합냉매가 유동하는 액체냉매유로(515f)를 포함할 수 있다.
혼합냉매 압축기(53)에 유입되는 혼합냉매에는 오일이 혼입되어 있을 수 있다. 이때 오일이 완전한 액상을 갖도록, 쿨러(54)는 혼합냉매를 냉각시켜서 흡입유닛(56d)을 거쳐 재액화기(51f)에 전달할 수 있다. 다만, 오일이 혼입된 혼합냉매가 극저온의 증발가스와 열교환할 경우, 증발가스의 냉열로 인해 오일이 응고되어 열교환 효율이 낮아지거나 구성에 손상이 발생할 수 있다.
그러나 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화부(50f)는, 오일 필터(55; 도 2 또는 도 4에 도시됨)대신 오일이 혼입된 혼합냉매가 재액화기(51f) 내에서 증발가스와 완전히 열교환되지 않고 적어도 일부만 열교환되도록 구성함으로서, 오일의 응고를 방지할 수 있다.
이를 위해 재액화기(51f)의 흡입유닛 냉매유로(513f)는, 재액화기(51f) 내에서 증발가스 유로(511f)와 적어도 일부만 대면하도록 형성된 후, 재액화기(51f)와 오일 분리기(58)가 연결되도록 형성될 수 있으며, 액체냉매유로(515f)는, 재액화기(51f) 내에서 증발가스 유로(511f)와 적어도 일부만 대면하도록 형성되도록 재액화기(51f)와 오일 분리기(58)가 연결될 수 있다.
이때, 흡입유닛 냉매유로(513f)는 재액화기(51f)를 대략 중간부까지만 관통하여 형성된 후 혼합냉매 순환라인(L3)에 의해 오일 분리기(58)로 연결될 수 있으며, 액체냉매유로(515f)는, 이 역시 재액화기(51f)의 대략 중간부에서부터 관통 형성되어 혼합냉매 순환라인(L3)까지 연결됨으로써, 재액화기(51f)의 중간부와 오일 분리기(58)가 연결될 수 있다.
재액화기(51f)에서 혼합냉매에 의해 열교환된 증발가스는, 적어도 부분적으로 액화될 수 있다.
흡입유닛(56d)은, 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매를 직접적으로 공급받아 재액화기(51f)에서 열교환된 혼합냉매를 흡입하여, 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매를 감압시킨 후 재액화기(51f)로 공급한다.
구체적으로 흡입유닛(56d)은, 혼합냉매 압축기(53)로부터 압축된 혼합냉매를 공급받아 액체냉매유로(515f)로부터 액상의 혼합냉매를 흡입하여 감압한 후, 재액화기(51f)의 흡입유닛 냉매유로(513f)로 공급할 수 있다.
즉, 혼합냉매 압축기(53)로부터 압축된 혼합냉매는 흡입유닛(56d)의 구동유체로 사용되며, 액체냉매유로(515f)로부터 공급되는 액상의 혼합냉매는 흡입유닛(56d)의 흡입유체로 사용되고, 구동유체와 흡입유체는 흡입유닛(56d)에서 혼합되어 재액화기(51f)로 토출될 수 있다. 이때, 구동유체는 기체이고 흡입유체는 액체일 수 있어 흡입유닛(56d)은 두 개의 상(2phase)에 의해 구동될 수 있다.
흡입유닛(56d)은, 압력(Pressure)과 엔탈피(enthalpy) 물성치 대비구간에서 냉열구간을 크게 가질 수 있어 일반적인 감압밸브에 비해 냉각효과가 극대화되는 장점이 있다.
여기서 흡입유닛(56d)은 일례로 이젝터(Ejector)일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제1 감압밸브(62b)는 오일 분리기(58)에서 분리된 기상의 혼합냉매를 감압시킬 수 있다. 물론 이때 제2 감압밸브(63)는 오일 분리기(58)에서 분리된 액상의 혼합냉매를 감압시킬 수 있다.
이와 같은 액화부(50f)에서 혼합냉매는, 상기 각 구성들이 연결된 혼합냉매 순환라인(L3) 내에서 순환한다.
구체적으로 혼합냉매는, 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 흡입유닛(56d), 재액화기(51f)의 흡입유닛 냉매유로(513f), 오일 분리기(58) 순으로 유동한 후, 오일 분리기(58)에서 기체와 액체로 분리된다. 분리된 액체의 혼합냉매는 재액화기(51f)의 액체냉매유로(515f)로 유입되어 흡입유닛(56d)으로 흡입되며, 분리된 기체의 혼합냉매는, 재액화기(51f)의 기체냉매유로(514f)로 유입되어 제1 감압밸브(62b)로 공급된다.
제1 감압밸브(62b)로 유입된 혼합냉매는 재액화기(51f)의 감압밸브 냉매유로(512f)로 공급되어 리시버(52)로 공급된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는, 압력(Pressure)과 엔탈피(enthalpy) 물성치 대비구간에서 냉열구간을 크게 가질 수 있는 흡입유닛(56d)을 액화부(50f)에 배치시키고 감압밸브에 의해 감압된 혼합냉매를 추가로 감압시켜 냉각효과가 극대화되는 장점이 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템의 액화부에 대한 제7 실시 개념도이다.
도 8을 참조하면, 제7 실시예에 따른 액화부(50g)는, 재액화기(51a), 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 오일 필터(55), 흡입유닛(56e), 혼합냉매 기액분리기(57) 및 혼합냉매 순환라인(L3)을 포함한다. 여기서 각 구성들 즉, 재액화기(51a), 리시버(52), 혼합냉매 압축기(53), 쿨러(54), 오일 필터(55), 흡입유닛(56e), 혼합냉매 기액분리기(57)는 혼합냉매 순환라인(L3)에 의해 연결될 수 있고, 혼합냉매 순환라인(L3)은 혼합냉매가 순환할 수 있다.
제7 실시예에 따른 액화부(50G)는, 제1 실시예에 따른 액화부(50a)에서 흡입유닛(56e)의 구성만 변경되었다. 따라서, 제7 실시예에 따른 액화부(50g)에서 흡입유닛(56e) 외의 구성은 제1 실시예에 따른 액화부(50a)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용할 수 있으나 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
이하 도 8을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 재액화 시스템(1)의 제7 실시예에 따른 액화부(50g)를 설명하도록 한다.
다만, 위에 기술한 바와 같이 제1 실시예에 따른 액화부(50a)에 대해 흡입유닛(56e)만의 구성에 그 차이가 있으므로, 이하에서는 흡입유닛(56e)의 구성에 대해서 상세히 설명하도록 하되 나머지 구성은 도 2에 도시된 제1 실시예에 따른 액화부(50a)에서 기술한 바에 갈음한다.
흡입유닛(56e)은, 혼합냉매 압축기(53)에서 압축된 혼합냉매를 통해 재액화기(51a)에서 열교환된 혼합냉매를 흡입하여 토출시키고, 토출되는 유량을 증발가스의 재액화량에 따라 가변시킨다.
구체적으로 흡입유닛(56e)은, 증발가스의 재액화량이 기설정 재액화량보다 증가하는 경우 흡입유닛(56e)에서 토출되는 유량을 증가시키고, 증발가스의 재액화량이 기설정 재액화량보다 감소하는 경우 흡입유닛(56e)에서 토출되는 유량을 감소시킬 수 있다.
여기서 흡입유닛(56e)은 일례로 가변형 이젝터(Ejector)일 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에서는, 압력(Pressure)과 엔탈피(enthalpy) 물성치 대비구간에서 냉열구간을 크게 가질 수 있는 흡입유닛(56d)을 액화부(50d)에 배치시키켜 냉각효과가 극대화되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 증발가스의 재액화량에 따라 재액화기(51a)로 유입되는 혼합냉매의 양을 조절할 수 있어 증발가스이 재액화율이 극대화되는 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: 가스 재액화 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20: 펌프 30: 기화기
40: 증발가스 압축기 50a~g: 액화부
51a~f:재액화기 52: 리시버
53: 혼합냉매 압축기 54: 쿨러
55: 오일 필터 56a~e: 흡입유닛
57: 혼합냉매 기액분리기 58: 오일 분리기
60: 증발가스 기액분리기 61: 증발가스 갑암밸브
62a~b: 감압밸브 63: 감압밸브
L1: 액화가스 공급라인 L2: 증발가스 공급라인
L2a: 증발가스 주공급라인 L2b: 증발가스 부공급라인
L3: 혼합냉매 순환라인

Claims (8)

  1. 혼합냉매를 이용하여 증발가스를 액화시키는 액화부를 포함하고,
    상기 액화부는,
    상기 혼합냉매를 압축하는 혼합냉매 압축기;
    상기 증발가스를 상기 혼합냉매와 열교환하여 액화시키는 재액화기;
    상기 혼합냉매 압축기에서 압축된 혼합냉매를 감압하여 상기 재액화기로 재유입시키는 감압밸브; 및
    상기 감압밸브에서 감압된 액상의 혼합냉매를 통해 상기 재액화기에서 토출되는 액상의 혼합냉매를 흡입하여, 상기 감압된 액상의 혼합냉매를 추가 감압하는 흡입유닛을 포함하며,
    상기 혼합냉매 압축기는, 씰링 및 윤활을 위해 오일을 사용하는 스크류 타입이되,
    상기 혼합냉매 압축기에서 압축된 후 상기 재액화기에서 상기 증발가스의 적어도 일부와 열교환된 혼합냉매를, 기액분리하여 상기 오일을 분리하는 오일 분리기를 더 포함하며,
    상기 감압밸브는 제1 액상 감압밸브라 할 때,
    상기 재액화기는,
    상기 증발가스가 유동하는 증발가스유로;
    상기 제1 액상 감압밸브에 의해 감압된 액상의 혼합냉매가 유동하는 감압밸브 냉매유로;
    상기 오일 분리기에 의해 분리된 기상의 혼합냉매가 유동하는 기체냉매유로;
    상기 오일 분리기에 의해 분리된 액상의 혼합냉매가 유동하는 액체냉매유로; 및
    상기 혼합냉매 압축기에서 압축된 혼합냉매가 유동하는 압축냉매유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 재액화 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축냉매유로는, 상기 재액화기 내에서 상기 증발가스 유로와 적어도 일부만 대면하도록 형성된 후, 상기 재액화기와 상기 오일 분리기가 연결되도록 형성되며,
    상기 액체냉매유로는, 상기 재액화기 내에서 상기 증발가스 유로와 적어도 일부만 대면하도록 상기 오일 분리기와 상기 재액화기가 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 재액화 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 혼합냉매 압축기에서 압축된 혼합냉매를 냉각하는 쿨러;
    상기 오일 분리기에서 토출되는 액상의 혼합냉매를 감압시키는 제2 액상 감압밸브;
    상기 혼합냉매 압축기로 공급될 혼합냉매를 임시저장하는 리시버; 및
    상기 혼합냉매 압축기, 상기 쿨러, 상기 제1 액상 감압밸브, 상기 재액화기, 상기 흡입유닛, 상기 제2 액상 감압밸브, 상기 오일 분리기, 상기 리시버가 마련되고, 상기 혼합냉매가 순환하도록 하는 혼합냉매 순환라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 재액화 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 흡입유닛은,
    상기 감압밸브 냉매유로로부터 액상의 혼합냉매를 공급받아 상기 액체냉매유로로부터 액상의 혼합냉매를 흡입하여 감압한 후, 상기 리시버로 공급하는 것을 특징으로 하는 가스 재액화 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입 유닛은, 이젝터(Ejector)이며,
    상기 재액화기는, 인쇄기판형 열교환기(PCHE)인 것을 특징으로 하는 가스 재액화 시스템.
  8. 제 1 항 및 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 상기 가스 재액화 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
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