KR102233971B1 - 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 열매로 기화시키는 기화기; 및 상기 열매를 열원으로 가열하는 열교환기를 포함하며, 상기 열교환기는, 1차 열교환기 및 2차 열교환기를 포함하고, 상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기는, 상기 열매의 흐름을 기준으로 직렬이고 상기 열원의 흐름을 기준으로 병렬로 마련되는 것을 특징으로 한다.

Description

액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박{Regasification System of liquefied Gas and Ship Having the Same}
본 발명은 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박에 관한 것이다.
최근 환경 규제 등이 강화됨에 따라, 각종 연료 중에서 친환경 연료에 가까운 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)의 사용이 증대되고 있다. 액화천연가스는 일반적으로 LNG 운반선을 통해 운반되는데, 이때 액화천연가스는 1기압 하에서 -162℃도 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 LNG 운반선의 탱크에 보관될 수 있다. 액화천연가스는 액체 상태가 될 경우 기체 상태 대비 부피가 600분의 1로 축소되므로 운반 효율이 증대될 수 있다.
그런데 액화천연가스는 액체 상태가 아닌 기체 상태로 소비되는 것이 일반적이어서, 액상으로 저장 및 운송되는 액화천연가스는 재기화되어야 할 필요가 있는바 재기화 설비가 사용된다.
이때 재기화 설비는 LNG 운반선, FLNG, FSRU 등의 선박에 탑재되거나 또는 육상 등에 마련될 수 있으며, 재기화 설비는 해수 등의 열원을 이용하여 액화천연가스를 가열함으로써 재기화를 구현한다.
그런데 액상의 액화천연가스는 -160도에 가까운 극저온 상태에 놓여있기 때문에, 열교환 시 열원과의 온도차이가 크게 벌어지면 액화천연가스를 가열하는 열교환기의 내구성 등에 문제가 발생할 수 있다. 또한 해수를 이용하여 액화천연가스를 가열하는 경우에는 열교환기에 부식이 발생할 우려가 있다.
따라서 최근에는 액상으로 저장되어 있는 액화천연가스를 재기화하는 과정에서, 각종 구성들을 안정적으로 가동할 수 있으면서 재기화 설비를 간소화하는 방향으로 많은 연구 및 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 액화가스를 기화하기 위한 열매가 2개의 열교환기를 직렬로 통과함에 따라, 열매를 가열하기 위한 열원이 열교환 과정에서 온도 역전되는 것을 방지할 수 있는 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 재기화 시스템은, 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 열매로 기화시키는 기화기; 및 상기 열매를 열원으로 가열하는 열교환기를 포함하며, 상기 열교환기는, 1차 열교환기 및 2차 열교환기를 포함하고, 상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기는, 상기 열매의 흐름을 기준으로 직렬이고 상기 열원의 흐름을 기준으로 병렬로 마련되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 열매는, 상기 기화기에서 상기 액화가스에 의해 액화되고 상기 열교환기에서 상기 열원에 의해 기화되는 비등점을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 열매는, 탄화플루오린(C3F8) 또는 R134a(CF3CFH2)일 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 가압하는 액화가스 펌프를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에서 수요처로 연결되는 액화가스 공급라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열교환기에 연결되고 상기 열교환기가 마련되며 상기 열매가 순환하는 열매 순환라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열매 순환라인 상에 마련되어 상기 열매를 이송하는 열매 펌프를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열매 펌프는, 상기 열매의 흐름을 기준으로 상기 열교환기의 상류에 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 열매 순환라인 상에 마련되며 상기 열매를 임시 저장하는 열매 탱크를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열매 탱크는, 상기 열매의 흐름을 기준으로 상기 열교환기의 하류에 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기에 연결되는 열원 공급라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열원 공급라인은, 상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기에 연결되는 부분이 부분적으로 병렬 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 열원의 흐름을 기준으로 상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기의 상류에 마련되어 상기 열원을 상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기로 분배하는 열원 분배기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열원의 흐름을 기준으로 상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기의 하류에 마련되어 상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기에서 배출되는 열원을 혼합하는 열원 혼합기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기에 유입되는 상기 열원은, 동일한 온도를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 1차 열교환기에 유입되는 열매는, 상기 2차 열교환기에 유입되는 열매보다 낮은 온도를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 1차 열교환기에서 상기 열매와 상기 열원의 온도차는, 상기 2차 열교환기에서 상기 열매와 상기 열원의 온도차보다 상대적으로 클 수 있다.
구체적으로, 상기 열원은, 청수 또는 해수일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박은, 상기 액화가스 재기화 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박은, 열매를 열원으로 가열할 때, 열매의 흐름 기준으로 직렬, 열원의 흐름 기준으로 병렬로 2개의 열교환기를 마련하여, 열매와 열원이 서로 열교환할 때 온도 역전이 일어나는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템에서 열매와 열원의 열교환 시 온도 변화를 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 시스템에서 열매와 열원의 열교환 시 온도 변화를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 열매를 나타내는 표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하에서 액화가스는 LPG, LNG, 에탄 등일 수 있으며, 예시적으로 LNG(Liquefied Natural Gas)를 의미할 수 있으며, 증발가스는 자연 기화된 LNG 등인 BOG(Boil Off Gas)를 의미할 수 있다.
또한 이하에서 액화가스는, 액체 상태 또는 자연기화되거나 강제기화된 기체 상태 등을 모두 포괄하는 용어로 사용될 수 있으며, 다만 증발가스는 액화가스 저장탱크(10) 내에서 자연기화된 가스를 의미하는 용어로 사용될 수 있음을 알려둔다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하에서는 본 발명의 액화가스 재기화 시스템(1)에 대해 설명하며, 본 발명은 액화가스 재기화 시스템(1)과 이를 가지는 선박을 포함하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템에서 열매와 열원의 열교환 시 온도 변화를 나타내는 도면이며, 도 3은 종래의 시스템에서 열매와 열원의 열교환 시 온도 변화를 나타내는 도면이다.
또한 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 열매를 나타내는 표이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 액화가스 펌프(20), 기화기(30), 열매 펌프(40), 열교환기(50), 열매 탱크(60), 열원 공급부를 포함할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 액상의 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 약 1bar 내외의 압력으로 액화가스를 저장할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 액화가스 저장탱크(10)의 외부로 배출된 후 기화기(30)에 의하여 기화되어 수요처(100)로 전달될 수 있다.
여기서 수요처(100)는 다양한 압력의 액화가스를 소비하는 선박용 추진엔진(또는 터빈)이거나, 가스연소장치, 보일러, 도시가스 등일 수 있으며, 본 실시예에서 수요처(100)는 특별히 한정되지 않는다.
액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 1bar 내지 10bar(일례로 1.03bar)의 압력으로 액화가스를 저장할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는 독립형, 멤브레인형 등일 수 있고, 다양한 단열 구조를 사용하여 액화가스가 액체 상태로 저장되어 있도록 할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)에 마련된 압력계(11)의 측정에 의해 액화가스 저장탱크(10) 내에서 발생한 증발가스가 과도하다고 판단될 경우, 증발가스는 외부로 배출되어 가스연소장치나 보일러 등에 의해 소비될 수 있다.
액화가스 펌프(20)는, 액화가스를 기화기(30)로 전달한다. 액화가스 펌프(20)는 액화가스 저장탱크(10)의 내부 및/또는 외부에 마련될 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)에 저장되어 있던 액화가스를 가압하여 기화기(30)로 전달할 수 있다.
이때 액화가스 펌프(20)는, 1 내지 5bar의 액화가스를 60bar 이내로 가압하여 기화기(30)로 전달할 수 있다. 물론 액화가스 펌프(20)가 토출하는 액화가스의 압력은 수요처(100)의 요구압력에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
액화가스 펌프(20)는 복수 개로 마련될 수 있고 어느 하나는 메인, 다른 하나는 보조로 구비될 수 있으며, 복수 개의 액화가스 펌프(20)는 병렬로 마련될 수 있다.
또한 액화가스 펌프(20)는, 1차 펌프(21)와 2차 펌프(22)로 구비될 수 있고 1차 펌프(21)와 2차 펌프(22)는 서로 직렬로 마련되며 1차 펌프(21)는 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 마련되고 2차 펌프(22)는 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 마련될 수 있고, 2차 펌프(22)는 1차 펌프(21)에 의해 가압된 액화가스를 추가로 가압할 수 있다.
기화기(30)는, 액화가스를 열매로 기화시킨다. 기화된 액화가스를 공급받는 수요처(100)는 에너지를 생산하는 엔진이나 터빈 등이거나 또는 도시가스, 일반가정 등 최종 수요처(100)일 수 있는데, 수요처(100)에는 액화가스가 기화기(30)에 의해 기화된 상태로 전달될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에서 액화가스 펌프(20) 및 기화기(30)를 거쳐 수요처(100)까지는 액화가스 공급을 위한 액화가스 공급라인(12)이 연결될 수 있다. 액화가스 공급라인(12)에는 다양한 밸브들(부호 도시하지 않음)이 마련되어 액화가스의 공급 유량을 조절할 수 있다.
또한 액화가스 공급라인에는 액화가스의 온도를 측정하는 액화가스 센서(13)가 마련되어, 기화기(30)에 의한 가열이 수요처(100)의 요구 온도를 맞출 수 있도록 기화기(30)의 피드백 제어를 구현할 수 있다.
기화기(30)는 다양한 열매를 이용하여 액화가스를 가열할 수 있는데, 일례로 본 실시예는 기화기(30)에서 액화가스에 의해 액화되고 후술할 열교환기(50)에서 열원에 의해 기화되는 비등점을 갖는 물질을 열매로 사용할 수 있다.
구체적으로 열매는, 도 4 및 도 5를 참조하면 탄화플루오린(C3F8) 또는 R134a(CF3CFH2)일 수 있다.
종래의 경우 액화가스의 기화를 위해 프로판이나 글리콜워터를 사용하였다. 그런데 프로판은 인화성 물질이기 때문에 열매를 가열하는 열원(일례로 해수)을 폐순환 회로로 마련해야 하고, 열원의 온도가 낮아졌을 경우에도 폐순환 회로를 따라 유동하는 열원으로 열매를 가열해야 하기 때문에 비효율적이다. 또한 폐순환을 개순환으로 전환할 경우 전환과정의 안전성을 위하여 시스템 전체의 운전을 정지해야 하는 단점이 있다.
또한 글리콜워터의 경우, 에틸렌글리콜과 물의 혼합이므로 비폭발성으로 안전하다는 장점이 있지만, 잠열을 이용하는 것이 아니고 어는 점이 높기 때문에 액화가스와의 열교환 시 결빙의 우려가 크다. 따라서 시스템 가동의 안전성이 떨어지는 문제가 있다.
이에 반해 본 실시예의 경우, 적정 압력에서 일반적인 해수 온도를 이용하여 기화를 구현할 수 있는 물질로서, 몬트리올 의정서 등의 환경 규제를 만족하는 물질인 탄화플루오린 또는 R134a를 사용할 수 있다. 이 열매는 종래의 프로판이나 글리콜워터 대비 밀도가 높아 단위 부피당 흡수하는 열량이 높으므로, 전체 시스템을 컴팩트화 할 수 있다.
본 실시예의 열매는, 열원(청수 또는 해수)에 의해 가열되면 기화될 수 있고 액화가스를 가열하면서 액화될 수 있는바, 열매의 잠열이 액화가스의 기화에 활용됨에 따라 에너지 효율이 증대될 수 있다.
또한 본 실시예의 열매는 폭발성이 없으므로, 열원의 온도가 낮거나 열원 공급에 문제가 발생하더라도 다른 열원의 공급을 적용하는 것이 용이하므로 운전 안정성이 크게 증대될 수 있다.
기화기(30)에는 열매를 공급하기 위한 구성들이 마련될 수 있으며, 열매를 공급하기 위한 구성으로는 열매 펌프(40), 열매 순환라인(41), 열교환기(50), 열매 탱크(60) 등이 있으며, 이에 대해서는 후술한다.
액화가스 공급라인(12) 상에서 기화기(30)의 하류에는, 기화된 액화가스를 추가로 가열하기 위한 히터(31)가 마련될 수 있다. 히터(31)는 기화기(30)와 열매를 공유할 수 있는데, 다만 히터(31)에 유입되는 열매의 온도는 기화기(30)에 유입되는 열매의 온도와 상이할 수 있다. 이는 기화기(30)에 유입되는 열매의 경우, 히터(31)를 거친 후 열교환기(50)에서 해수 등에 의해 가열된 후의 상태이기 때문이다.
물론 히터(31)는, 필요에 따라 생략될 수도 있다. 또는 도면에 도시하지 않았지만, 열매 순환라인(41)이 부분적으로 히터(31)를 우회하도록 연결될 수도 있다.
열매 펌프(40)는, 열매를 이송한다. 열매 펌프(40)는 기화기(30)에 연결되는 열매 순환라인(41) 상에 마련되며, 열매 순환라인(41)은 폐순환 회로 구조일 수 있다. 물론 열매는 앞서 설명한 바와 같이 비폭발성이므로, 열매에 직접 열원의 공급이 가능하므로 열원 공급라인(70)을 폐순환/개순환으로 변환할 필요가 없다.
열매 펌프(40)는 병렬로 복수 개가 마련될 수 있고 서로 백업이 가능하게 마련될 수 있다. 열매 펌프(40)는 열매의 이송을 구현하면서 폐순환 회로의 순환에 필요한 압력을 공급해줄 수 있다.
열매 펌프(40)는 후술할 열교환기(50)의 상류에 마련될 수 있으며, 열교환기(50)의 하류에는 열매 탱크(60)가 마련될 수 있다. 즉 열매는 열매 순환라인(41)을 따라 열매 펌프(40)에 의해 이송되면서 열교환기(50), 열매 탱크(60)를 거쳐 기화기(30)로 유입되어 액화가스의 기화에 이용될 수 있다.
열교환기(50)는, 열매를 열원으로 가열한다. 열교환기(50)에 유입되는 열매는 기화기(30)에서 액화가스와 열교환하면서 냉각(액화)된 열매일 수 있다. 이때 열교환기(50)는 청수 또는 해수 등의 열원을 사용하여 열매를 가열(기화)할 수 있다.
열교환기(50)는 1차 열교환기(51)와 2차 열교환기(52)를 포함하며, 1차 열교환기(51)와 2차 열교환기(52)는, 열매의 흐름을 기준으로 직렬로 마련된다. 즉 열매는, 1차 열교환기(51)에서 열원과 열교환하면서 가열된 후, 2차 열교환기(52)에서 열원과 추가 열교환하면서 더 가열될 수 있다. 따라서 1차 열교환기(51)에 유입되는 열매는, 2차 열교환기(52)에 유입되는 열매보다 낮은 온도를 가질 수 있다.
다만 1차 열교환기(51)와 2차 열교환기(52)는, 열원의 흐름을 기준으로 병렬로 마련될 수 있다. 즉 해수 등의 열원은, 1차 열교환기(51) 및 2차 열교환기(52)에 각각 동일한 온도를 갖는 상태로 공급될 수 있다.
이 경우 1차 열교환기(51)에서 열매와 열원의 온도차는, 2차 열교환기(52)에서 열매와 열원의 온도차보다 상대적으로 클 수 있다. 이러한 다단 열교환을 통해 본 실시예는 열매와 열원의 온도 역전을 방지할 수 있다. 이에 대해 도 2 및 도 3을 참조하여 자세히 설명한다.
도 3을 먼저 참고하면, 도 3에서 N 형태로 나타난 선은 열매의 상태를 나타내며, 사선으로 나타난 선은 열원의 상태를 나타낸다. 종래의 경우 열매는 열원과의 1회성 열교환으로 가열될 수 있다. 이때 열원이 그래프 상에서 오른쪽에서 왼쪽으로 가면서 열을 열매에 전달해줄 수 있는데, 열매는 그래프 상에서 왼쪽에서 오른쪽으로 가면서 온도가 높아졌다가, 액체에서 기체로 상변화되면서 온도가 떨어진 후(잠열의 흡수) 다시 온도가 높아지게 된다.
그런데 그래프 상에서, 열매가 상변화되기 직전과 직후 부근을 살펴보면, 열매의 온도가 열원의 온도를 상회하게 되는 온도 역전이 발생한다. 이 경우에는 열원에 의해 열매의 가열이 불가능하므로, 열매가 잠열을 흡수하면서 상변화된 후(압력이 낮아진 후)에서야 열교환이 가능하다.
그런데 열교환기(50)의 전후단에 특정한 압력 조건이 존재한다면, 열매의 압력 강하에 제한이 작용하게 되어 온도 역전이 해소되지 못할 수 있고, 시스템을 이용할 수 없거나 이용하더라도 효율성이 떨어질 수밖에 없는 문제가 있다.
이에 반해 도 2를 참고하면, 도 2에서 위에 위치한 선은 열원의 상태를 나타내며, 아래에 위치한 선은 열매의 상태를 나타낸다. 종래와 다르게 본 실시예는 열매가 열원과 적어도 2회 나누어 열교환하게 되는데, 열원은 열매와 1차 열교환기(51)에서 열교환하면서 그래프 상에서 오른쪽에서 왼쪽으로 온도가 내려간다.
만약 열원의 온도가 열매와의 열교환에 의해 지속적으로 내려간다면 온도 역전이 발생하겠지만, 본 실시예는 열원과 열매의 온도 역전이 일어나기 전에 열매가 2차 열교환기(52)로 유입될 수 있고, 2차 열교환기(52)에는 1차 열교환기(51)에 유입된 열원과 동일한 온도의 열원이 유입되는바, 2차 열교환기(52)에서 열원은 열매와 열교환해도 온도 역전이 일어나지 않는다.
즉 열원은 적어도 2회 나누어 열매와 열교환하게 되므로, 열원은 도 2에서 N 형태의 선으로 나타나며, 열원과 열교환하는 열매는 그래프 상에서 왼쪽에서 오른쪽으로 가면서 가열, 기화, 가열되지만, 어디에서도 온도 역전은 일어나지 않는다.
따라서 본 실시예는, 열매를 동일한/유사한 온도의 열원으로 2회 나누어 가열함으로써, 열원이 열매와 충분한 온도차를 유지하며 효율적인 열교환이 가능하도록 할 수 있다. 또한 본 실시예는 효율적인 열교환을 지속 유지함으로써 불필요한 압력 손실을 줄일 수 있다.
다만 본 실시예는, 열매 순환라인(41)에서 1차 열교환기(51)와 2차 열교환기(52) 사이에 열매 센서(42)를 마련하고, 열매 센서(42)에 의해 감지된 열매의 온도를 토대로 1차 열교환기(51) 및/또는 2차 열교환기(52)에 유입되는 열원의 유량을 조절하여, 열원과 열매의 온도 역전이 일어나지 않도록 할 수 있다. 물론 열매 센서(42)의 측정값은, 열매의 유량 조절을 위한 열매 펌프(40)의 제어에도 활용될 수 있다.
열매 순환라인(41)에는 열매가 1차 열교환기(51) 및 2차 열교환기(52)를 우회하도록 하는 열매 우회라인(43)이 연결될 수 있으며, 열매 우회라인(43)은 1차 열교환기(51)의 상류에서 열매 순환라인(41)으로부터 분기되어, 열매가 열교환기(50)(및 기화기(30))를 우회하도록 마련될 수 있다. 열교환기(50)를 우회한 열매는 기화기(30)에서 토출된 열매와 합류될 수 있다.
본 실시예는 보조열교환기(53)를 더 포함할 수 있다. 보조열교환기(53)는 히터(31)에서 열매가 액화가스를 더 가열하기 위해 마련되는 것으로, 열매펌프(40)를 통해 히터(31)로 유입되는 열매를 가열하는 구성이다.
보조열교환기(53)는 해수 등의 열원을 이용해 열매를 가열할 수 있으며, 가열된 열매는 히터(31)를 거쳐 1차 열교환기(51)로 유입될 수 있다. 이때 해수 등을 보조열교환기(53)에 전달하기 위해, 후술할 열원 공급라인(70)에는 1차 열교환기(51)의 상류에서 보조열교환기(53)로 연결되는 열원 우회라인(73)이 마련될 수 있다.
열원 우회라인(73)은 보조열교환기(53)의 하류에서 열원 공급라인(70)에 연결되며, 열원 우회라인(73)을 따라 보조열교환기(53)를 거친 열원은 1차 열교환기(51) 및 2차 열교환기(52)를 거친 열원과 합류될 수 있다. 즉 열원 우회라인(73)은, 열원이 1차 열교환기(51)와 2차 열교환기(52)를 우회하도록 할 수 있다.
열매 탱크(60)는, 열매 순환라인(41) 상에 마련되며 열매를 임시 저장한다. 열매 탱크(60)는 열매의 흐름을 기준으로 열교환기(50)의 하류 및 기화기(30)의 상류에 마련될 수 있지만, 물론 열매 탱크(60)의 위치가 상기와 같이 한정되는 것은 아니다.
열매 탱크(60)는 열매의 과부하를 방지하고 적정한 유량이 지속적으로 기화기(30)에 공급되도록 할 수 있으며, 열매 탱크(60)의 레벨은 별도의 레벨계(도시하지 않음) 등에 의해 측정될 수 있다. 열매 탱크(60)의 레벨에 따라 열매 펌프(40) 등의 가동이 조절될 수 있다.
또한 본 실시예는 열매 드럼(부호 도시하지 않음)을 마련하여, 열매 순환라인(41)에 열매의 보충이 필요할 경우, 외부로부터 열매를 보충해줄 수 있음은 물론이다.
열원 공급부는, 열원을 1차 열교환기(51) 및 2차 열교환기(52)에 공급한다. 열원 공급부는 열원 공급라인(70), 열원 분배기(71) 및 열원 혼합기(72)를 포함한다.
열원 공급라인(70)은, 1차 열교환기(51) 및 2차 열교환기(52)에 연결된다. 열원 공급라인(70)은 청수 또는 해수 등의 열원을 1차 열교환기(51)와 2차 열교환기(52)에 전달하기 위한 구성이며, 1차 열교환기(51) 및 2차 열교환기(52)가 열원의 흐름을 기준으로 병렬로 마련됨에 따라, 열원 공급라인(70) 역시 1차 열교환기(51) 및 2차 열교환기(52)에 연결되는 부분이 부분적으로 병렬 구조일 수 있다.
열원 공급라인(70)은, 하나의 라인으로 마련되고 1차 열교환기(51) 및 2차 열교환기(52)의 상류에서 분기되어 1차 열교환기(51) 및 2차 열교환기(52)로 연결되고, 1차 열교환기(51) 및 2차 열교환기(52)의 하류에서 합류되어 하나의 라인으로 마련될 수 있다.
열원 공급라인(70)의 입구는 바다(일례로 씨체스트(Sea chest))로 연결될 수 있으며, 바다로부터 해수 등의 열원을 공급받을 수 있다. 열원 공급라인(70)의 출구는 바다로 연결될 수 있지만, 열매에 의해 가열된 해수를 바다로 직접 보낼 수는 없으므로, 열원 공급라인(70)의 출구에는 열원의 온도를 조절 및 확인하는 구성이 마련될 수 있다.
물론 열원 공급라인(70)은 폐순환 회로로 마련될 수 있으며, 열원은 열원 공급라인(70)을 따라 지속 순환할 수 있고, 열원 공급라인(70) 상에는 열매에 의해 냉각된 열원을 다시 가열하는 히터(도시하지 않음)가 마련될 수 있다. 또한 열원 공급라인(70)에는 필요에 따라 해수 등의 열원을 보충할 수 있는 열원 보충라인(도시하지 않음)이 연결될 수 있다.
열원 분배기(71)는, 열원의 흐름을 기준으로 1차 열교환기(51) 및 2차 열교환기(52)의 상류에 마련되며, 열원을 1차 열교환기(51) 및 2차 열교환기(52)로 분배한다. 열원 분배기(71)는 열원 공급라인(70)이 분기되는 지점에 마련될 수 있다.
열원 분배기(71)에 의한 열원의 분배는, 앞서 설명한 바와 같이 열매 순환라인(41)에서 1차 열교환기(51)의 하류에 마련되는 열매 센서(42)의 측정값 등에 의하여 조절될 수 있다.
열원 혼합기(72)는, 열원의 흐름을 기준으로 1차 열교환기(51) 및 2차 열교환기(52)의 하류에 마련되며, 1차 열교환기(51) 및 2차 열교환기(52)에서 배출되는 열원을 혼합한다. 열원 혼합기(72)는 열원 공급라인(70)이 합류되는 지점에 마련될 수 있다.
열원 혼합기(72)는 별도의 제어를 구현하는 구성이라기보다는, 단순히 1차 열교환기(51)에서 토출되는 열원 및 2차 열교환기(52)에서 토출되는 열원을 합류시키기 위한 구성일 수 있다.
이때 혼합된 열원은, 바다로 버려지거나 또는 재사용될 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
이와 같이 본 실시예는, 열매가 열원에 의해 적어도 2단계로 나누어 가열되도록 하여, 열원과 열매 간의 온도 역전이 일어나는 것을 방지하여, 열교환의 효율성을 보장하고 불필요한 열매의 압력 손실을 억제할 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 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 액화가스 재기화 시스템 10: 액화가스 저장탱크
11: 압력계 12: 액화가스 공급라인
13: 액화가스 센서 20: 액화가스 펌프
21: 1차 펌프 22: 2차 펌프
30: 기화기 31: 히터
40: 열매 펌프 41: 열매 순환라인
42: 열매 센서 43: 열매 우회라인
50: 열교환기 51: 1차 열교환기
52: 2차 열교환기 53: 보조열교환기
60: 열매 탱크 70: 열원 공급라인
71: 열원 분배기 72: 열원 혼합기
73: 열원 우회라인 100: 수요처

Claims (19)

  1. 액화가스 저장탱크;
    상기 액화가스 저장탱크에서 수요처로 연결되는 액화가스 공급라인;
    상기 액화가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 열매로 기화시키는 기화기;
    상기 기화기에서 토출되는 액화가스를 열매로 가열하는 히터;
    상기 열매가 순환하는 열매 순환라인; 및
    상기 열매 순환라인 상에 마련되며, 상기 열매를 열원으로 가열하는 열교환기를 포함하며,
    상기 열교환기는, 1차 열교환기 및 2차 열교환기를 포함하고,
    상기 열매 순환라인에는, 상기 열매의 흐름을 기준으로 상기 히터, 상기 1차 열교환기, 상기 2차 열교환기 및 상기 기화기가 직렬로 마련되며,
    상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기는, 상기 열원의 흐름을 기준으로 병렬로 마련되며,
    상기 열매는, 상기 기화기에서 상기 액화가스에 의해 액화되고 상기 열교환기에서 상기 열원에 의해 기화되는 비등점을 갖는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 열매는,
    탄화플루오린(C3F8) 또는 R134a(CF3CFH2)인 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 가압하는 액화가스 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 열매 순환라인 상에 마련되어 상기 열매를 이송하는 열매 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 열매 펌프는,
    상기 열매의 흐름을 기준으로 상기 열교환기의 상류에 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 열매 순환라인 상에 마련되며 상기 열매를 임시 저장하는 열매 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 열매 탱크는,
    상기 열매의 흐름을 기준으로 상기 열교환기의 하류에 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기에 연결되는 열원 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 열원 공급라인은,
    상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기에 연결되는 부분이 부분적으로 병렬 구조인 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 열원의 흐름을 기준으로 상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기의 상류에 마련되어 상기 열원을 상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기로 분배하는 열원 분배기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 열원의 흐름을 기준으로 상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기의 하류에 마련되어 상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기에서 배출되는 열원을 혼합하는 열원 혼합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 열교환기 및 상기 2차 열교환기에 유입되는 상기 열원은, 동일한 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 열교환기에 유입되는 열매는, 상기 2차 열교환기에 유입되는 열매보다 낮은 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 열교환기에서 상기 열매와 상기 열원의 온도차는, 상기 2차 열교환기에서 상기 열매와 상기 열원의 온도차보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 열원은,
    청수 또는 해수인 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  19. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 및 제 7 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 액화가스 재기화 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.
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