KR102234665B1 - Organic rankin cycle and liquefied gas re-gasification and power generation system the same - Google Patents

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Abstract

액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템은, 액화가스를 기화시켜 수요처로 송출하기 위한 액화가스 이송라인; 상기 액화가스를 기화시키기 위한 열매체가 순환되는 열매체 순환라인; 상기 열매체 순환라인에 설치되고, 상기 열매체와의 열교환에 의해 상기 열매체를 기화시키는 증발기; 상기 열매체 순환라인에 설치되고, 기화된 열매체의 열에너지 및 잠열을 이용하여 상기 액화가스 이송라인의 액화가스를 재기화하는 기화기; 상기 열매체 순환라인에서 상기 증발기와 상기 기화기 사이에 설치되고, 상기 증발기에 의해 기화된 열매체의 동력에 의해 발전하는 팽창 터빈; 상기 기화기에 의해 재기화된 액화가스를 상기 수요처에 요구되는 온도로 가열하는 제1열교환기를 포함하되; 상기 제1열교환기는 상기 증발기에 의해 기화된 열매체의 일부를 제1열원 공급라인을 통해 공급받을 수 있다. A liquefied gas regasification and cold heat power generation system is disclosed. A liquefied gas regasification and cold heat power generation system according to an embodiment of the present invention includes a liquefied gas transfer line for vaporizing the liquefied gas and sending it to a customer; A heating medium circulation line through which a heating medium for vaporizing the liquefied gas is circulated; An evaporator installed in the heat medium circulation line and vaporizing the heat medium by heat exchange with the heat medium; A vaporizer installed in the heating medium circulation line and regasifying the liquefied gas of the liquefied gas transfer line by using thermal energy and latent heat of the vaporized heating medium; An expansion turbine installed between the evaporator and the vaporizer in the heating medium circulation line and generating power by the power of the heating medium vaporized by the evaporator; A first heat exchanger for heating the liquefied gas regasified by the vaporizer to a temperature required by the customer; The first heat exchanger may receive a part of the heat medium vaporized by the evaporator through a first heat source supply line.

Figure R1020190073627
Figure R1020190073627

Description

액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템{ORGANIC RANKIN CYCLE AND LIQUEFIED GAS RE-GASIFICATION AND POWER GENERATION SYSTEM THE SAME} Liquefied gas regasification and cold heat generation system {ORGANIC RANKIN CYCLE AND LIQUEFIED GAS RE-GASIFICATION AND POWER GENERATION SYSTEM THE SAME}

본 발명은 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액화가스의 재기화 과정에서 액화가스와 열교환된 열매체의 냉열을 이용하여 발전하는 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a liquefied gas regasification and cold heat power generation system, and more particularly, to a liquefied gas regasification and cold heat power generation system that generates power by using the cold heat of a heat medium heat-exchanged with the liquefied gas during the regasification process of the liquefied gas. .

최근 환경 규제가 강화되는 추세에 따라 환경 오염 물질의 배출이 적은 천연가스와 같은 연료의 수요가 증가하고 있다. 천연가스를 수요처로 공급하기 위하여, 액화가스 저장탱크 내에 액화 상태로 저장된 액화천연가스를 재기화시키는 시스템을 필요로 한다. In recent years, as environmental regulations are strengthened, demand for fuels such as natural gas that emit less environmental pollutants is increasing. In order to supply natural gas to consumers, a system for regasifying liquefied natural gas stored in a liquefied state in a liquefied gas storage tank is required.

종래의 액화가스 재기화 시스템은 해수 등의 열원과 극저온의 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)를 열교환시켜 액화천연가스를 고온, 고압의 천연가스로 재기화시키고 있다. 고온의 열원을 통해 흡수되는 대규모의 냉열은 회수되지 못한 채 해역 또는 열원의 공급처로 버려지고 있다.The conventional liquefied gas regasification system regasifies liquefied natural gas into high-temperature and high-pressure natural gas by exchanging heat source such as seawater and cryogenic liquefied natural gas (LNG). The large-scale cold heat absorbed through the high-temperature heat source cannot be recovered and is discarded into the sea area or the source of the heat source.

본 발명은 액화가스 재기화시에 열원으로 흡수되는 냉열을 이용하여 효율적으로 발전하는 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템을 제공한다.The present invention provides a liquefied gas regasification and cold heat power generation system that efficiently powers electricity by using cold heat absorbed as a heat source when the liquefied gas is regasified.

본 발명은 액화가스 온도 조건을 보다 유연하게 조절할 수 있는 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템을 제공한다.The present invention provides a liquefied gas regasification and cold heat power generation system capable of more flexibly controlling a liquefied gas temperature condition.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above. Other technical problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 기화시켜 수요처로 송출하기 위한 액화가스 이송라인; 상기 액화가스를 기화시키기 위한 열매체가 순환되는 열매체 순환라인; 상기 열매체 순환라인에 설치되고, 열원과의 열교환에 의해 상기 열매체를 기화시키는 증발기; 상기 열매체 순환라인에 설치되고, 기화된 열매체의 열에너지 및 잠열을 이용하여 상기 액화가스 이송라인의 액화가스를 재기화하는 기화기; 상기 열매체 순환라인에서 상기 증발기와 상기 기화기 사이에 설치되고, 상기 증발기에 의해 기화된 열매체의 동력에 의해 발전하는 팽창 터빈; 상기 기화기에 의해 재기화된 액화가스를 상기 수요처에 요구되는 온도로 가열하는 제1열교환기를 포함하되; 상기 제1열교환기는 상기 증발기에 의해 기화된 열매체의 일부를 제1열원 공급라인을 통해 공급받는 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a liquefied gas transfer line for vaporizing the liquefied gas and sending it to a customer; A heating medium circulation line through which a heating medium for vaporizing the liquefied gas is circulated; An evaporator installed in the heat medium circulation line and vaporizing the heat medium by heat exchange with a heat source; A vaporizer installed in the heating medium circulation line and regasifying the liquefied gas of the liquefied gas transfer line by using thermal energy and latent heat of the vaporized heating medium; An expansion turbine installed between the evaporator and the vaporizer in the heating medium circulation line and generating power by the power of the heating medium vaporized by the evaporator; A first heat exchanger for heating the liquefied gas regasified by the vaporizer to a temperature required by the customer; The first heat exchanger may be provided with a liquefied gas regasification and cold heat power generation system in which a part of the heat medium vaporized by the evaporator is supplied through a first heat source supply line.

또한, 상기 제1열원 공급라인은 상기 팽창 터빈의 전단에서 분기되어 상기 제1열교환기를 통과한 후 상기 기화기로 연결될 수 있다.In addition, the first heat source supply line may be branched at a front end of the expansion turbine to pass through the first heat exchanger and then connected to the vaporizer.

또한, 상기 제1열교환기에서 배출되는 기화된 액화가스의 압력을 이용해 발전하는 발전기를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a generator that generates power using the pressure of the vaporized liquefied gas discharged from the first heat exchanger.

또한, 상기 발전기에서 배출되는 기화된 액화가스를 상기 수요처에서 요구되는 온도로 가열하는 제2열교환기를 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a second heat exchanger for heating the vaporized liquefied gas discharged from the generator to a temperature required by the customer.

또한, 상기 제2열교환기는 상기 증발기에 의해 기화된 열매체의 일부를 제2열원 공급라인을 통해 공급받되; 상기 제2열원 공급라인은 상기 팽창 터빈 전단에서 분기되어 상기 제2열교환기를 통과한 후 상기 기화기로 연결될 수 있다.In addition, the second heat exchanger receives a portion of the heat medium vaporized by the evaporator through a second heat source supply line; The second heat source supply line may be branched from a front end of the expansion turbine to pass through the second heat exchanger and then connected to the vaporizer.

또한, 상기 제1열교환기에서 배출되는 기화된 액화가스가 상기 발전기와 상기 제2열교환기를 우회하여 상기 수요처로 공급되도록 하는 제2바이패스 라인을 더 포함할 수 있다.In addition, it may further include a second bypass line for supplying the gasified liquefied gas discharged from the first heat exchanger to the customer by bypassing the generator and the second heat exchanger.

또한, 상기 증발기와 상기 기화기 사이에 상기 팽창 터빈과 병렬로 연결되고, 상기 열매체가 상기 팽창 터빈을 우회하여 상기 기화기로 유입되게 하는 제1바이패스 라인; 및 상기 제1바이패스 라인에 설치되는 제1바이패스 밸브를 더 포함할 수 있다. In addition, a first bypass line is connected between the evaporator and the vaporizer in parallel with the expansion turbine, the heat medium bypassing the expansion turbine and flowing into the vaporizer; And a first bypass valve installed on the first bypass line.

또한, 상기 팽창 터빈이 손상되거나 상기 팽창 터빈의 기능이 제약되거나 상기 열매체의 유량이 상기 팽창 터빈의 허용 용량을 초과하는 경우에 상기 제1바이패스 밸브를 개방시키는 제어기를 더 포함할 수 있다.In addition, when the expansion turbine is damaged, the function of the expansion turbine is restricted, or the flow rate of the heat medium exceeds the allowable capacity of the expansion turbine, a controller may be further included to open the first bypass valve.

또한, 상기 제어기는 상기 증발기로부터 배출되는 열매체의 온도 및 압력의 측정값에 따라 상기 제1바이패스 밸브의 개도를 제어할 수 있다.In addition, the controller may control the opening degree of the first bypass valve according to the measured values of the temperature and pressure of the heat medium discharged from the evaporator.

본 발명의 실시예에 의하면, 액화가스 재기화시에 열원으로 흡수되는 냉열을 이용하여 효율적으로 발전할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to efficiently generate electricity by using cold heat absorbed as a heat source during regasification of liquefied gas.

본 발명의 실시예에 의하면, 액화가스 온도 조건을 수요처에서 요구하는 온도로 보다 유연하게 조절 공급할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to more flexibly control and supply the liquefied gas temperature condition to the temperature required by the customer.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-described effects. Effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the present specification and the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 액화가스 재기화 시스템에 사용되는 혼합 냉매의 열 흐름량에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 냉매의 안전등급 분류기준을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 액화가스 재기화 시스템에 사용되는 혼합 냉매의 혼합 비율별로 혼합 냉매의 열 흐름량에 따른 온도 변화 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 열매체의 엔탈피와 압력에 따른 열매체의 상태를 나타내는 냉매 특성 곡선을 예시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템의 구성도이다.
1 is a block diagram of a liquefied gas regasification and cold heat power generation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing a temperature change according to a heat flow amount of a mixed refrigerant used in a liquefied gas regasification system of a ship according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing the safety class classification criteria for refrigerants.
4 is a graph showing temperature change characteristics according to the heat flow amount of the mixed refrigerant for each mixing ratio of the mixed refrigerant used in the liquefied gas regasification system of a ship according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating a refrigerant characteristic curve showing the state of the heat medium according to the enthalpy and pressure of the heat medium.
6 is a block diagram of a liquefied gas regasification and cold heat power generation system according to another embodiment of the present invention.
7 is a block diagram of a liquefied gas regasification and cold heat power generation system according to another embodiment of the present invention.
8 is a block diagram of a liquefied gas regasification and cold heat power generation system according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.Other advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to embodiments to be described later in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Even if not defined, all terms (including technical or scientific terms) used herein have the same meaning as commonly accepted by universal technology in the prior art to which this invention belongs. A general description of known configurations may be omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention. In the drawings of the present invention, the same reference numerals are used as much as possible for the same or corresponding configurations. In order to help the understanding of the present invention, some configurations in the drawings may be somewhat exaggerated or reduced.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise", "have" or "have" are intended to designate the existence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification. It is to be understood that the possibility of the presence or addition of other features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, or any further features, is not preliminarily excluded.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템의 구성도이다. 1 is a block diagram of a liquefied gas regasification and cold heat power generation system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 선박의 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템은 적어도 20℃ 이상의 끓는점 차이를 가지는 냉매들이 혼합된 혼합 냉매를 이용하고, 또한 10 ~ 20 barg 압력 구간에서 이슬점 온도와 끓는점 온도 간의 차이가 10℃ 이상인 혼합 냉매를 이용하여 액화가스를 기화시킴으로써, 혼합 냉매가 증발기에서 기화되는 상변화 과정에서 온도가 상승되도록 하고, 액화가스의 기화 효율을 높일 수 있다. The liquefied gas regasification and cold heat power generation system of a ship according to an embodiment of the present invention uses a mixed refrigerant in which refrigerants having a boiling point difference of at least 20°C or more are mixed, and between the dew point temperature and the boiling point temperature in a pressure range of 10 to 20 barg. By vaporizing the liquefied gas using a mixed refrigerant having a difference of 10° C. or more, the temperature is increased during a phase change process in which the mixed refrigerant is vaporized in the evaporator, and the vaporization efficiency of the liquefied gas can be increased.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템(100)은 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(LPG; Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스를 재기화하여 천연가스(NG; Natural Gas), 석유가스(Petroleum Gas) 등의 연료가스를 수요처로 공급하는 동시에, 액화가스를 재기화시키는 열교환 과정에서 액화가스의 냉열을 이용하여 발전함으로써 발전 효율을 높이기 위해 제공될 수 있다.Referring to FIG. 1, the liquefied gas regasification and cold heat power generation system 100 according to the present embodiment recovers liquefied gases such as liquefied natural gas (LNG) and liquefied petroleum gas (LPG). In order to increase power generation efficiency by supplying fuel gas such as natural gas (NG) and petroleum gas to customers, and generating power by using the cold heat of the liquefied gas in the heat exchange process to regasify the liquefied gas. Can be provided.

일 실시예로, 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템(100)은 액화가스 이송라인(112), 기화기(120), 열매체 순환라인(130), 펌프(140), 열매체 탱크(150), 증발기(160), 팽창 터빈(170), 제1열교환기(180)를 포함한다. 여기서, 열매체가 순환되는 열매체 순환라인 상에 증발기, 팽창 터빈, 기화기, 열매체 탱크 및 펌프 순으로 구성된 것을 유기랭킨사이클이라 할 수 있다. In one embodiment, the liquefied gas regasification and cold heat power generation system 100 includes a liquefied gas transfer line 112, a vaporizer 120, a heat medium circulation line 130, a pump 140, a heat medium tank 150, an evaporator ( 160), an expansion turbine 170, and a first heat exchanger 180. Here, it may be referred to as an organic Rankine cycle that is composed of an evaporator, an expansion turbine, a vaporizer, a heat medium tank, and a pump in order on the heat medium circulation line through which the heat medium is circulated.

액화가스 이송라인(112)은 액화가스를 공급받고, 공급된 액화가스를 기화시켜 수요처로 송출하기 위해 제공될 수 있다. 수요처는 예를 들면, 가스 터빈일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The liquefied gas transfer line 112 may be provided to receive liquefied gas, vaporize the supplied liquefied gas, and send it to a consumer. The consumer may be, for example, a gas turbine, but is not limited thereto.

일 예로, 열매체 순환라인(130)에는 2성분 이상의 비가연성 냉매들이 혼합된 열매체(혼합 냉매)가 순환될 수 있다. 실시예에서, 선박의 액화가스 재기화 시스템(100)은 단일의 열매체 순환라인(130)으로 구성될 수 있다.For example, a heat medium (mixed refrigerant) in which two or more non-combustible refrigerants are mixed may be circulated in the heat medium circulation line 130. In an embodiment, the ship's liquefied gas regasification system 100 may be configured with a single heat medium circulation line 130.

열매체는 열매체 순환라인(130)을 통해 펌프(140)와 증발기(160), 팽창 터빈(170) 및 기화기(120)를 순환한다. 혼합 냉매가 증발기(160)에서 기화되어 액체에서 기체로 상변화하는 과정에서 혼합 냉매의 온도가 상승되도록 하기 위하여, 열매체는 적어도 20℃ 이상의 끓는점 차이를 가지는 냉매들이 혼합된 냉매로 제공되고, 동시에 혼합 냉매의 10 ~ 20 barg 압력(증기압) 구간에서 혼합 냉매의 이슬점 온도와 끓는점 온도 간의 차이가 10℃ 이상이 되도록 냉매들의 혼합 비율이 설정될 수 있다.The heat medium circulates the pump 140, the evaporator 160, the expansion turbine 170, and the carburetor 120 through the heat medium circulation line 130. In order to increase the temperature of the mixed refrigerant in the process of vaporizing the mixed refrigerant in the evaporator 160 and changing the phase from liquid to gas, the heating medium is provided as a refrigerant mixed with refrigerants having a boiling point difference of at least 20°C, and mixed at the same time. The mixing ratio of the refrigerants may be set so that the difference between the dew point temperature and the boiling point temperature of the mixed refrigerant is 10°C or more in the 10 ~ 20 barg pressure (vapor pressure) section of the refrigerant.

고압 부스터 펌프(110)는 사용처에서 요구되는 압력을 고려하여, 액화가스 저장탱크 또는 버퍼 탱크 등으로부터 액화가스 이송라인(112)으로 극저온의 액화가스를 가압 공급할 수 있다. 고압 부스터 펌프(110)에 의해 가압된 액화가스는 기화기(120)를 거쳐서 기화 및 가열되어 수요처로 공급될 수 있다.The high-pressure booster pump 110 may pressurize and supply cryogenic liquefied gas from a liquefied gas storage tank or a buffer tank to the liquefied gas transfer line 112 in consideration of the pressure required at the place of use. The liquefied gas pressurized by the high-pressure booster pump 110 may be vaporized and heated through the vaporizer 120 to be supplied to a customer.

열매체 순환라인(130)에는 액화가스를 기화시키기 위한 열매체가 순환된다. 열매체는 예를 들어, 하기의 표 1에 표기된 유체 및/또는 그 혼합물이 사용될 수 있다.A heat medium for vaporizing liquefied gas is circulated in the heat medium circulation line 130. The heat medium may be, for example, a fluid and/or a mixture thereof shown in Table 1 below.

에탄ethane 프로판Propane I-부탄I-butane N-부탄N-butane R13B1R13B1 R143aR143a R134aR134a R152aR152a R22R22 R12R12 R13R13 R125R125 R500R500 R502R502 R507R507 R114R114 R14R14 R23R23 R744R744

열매체는 열매체 순환라인(130)을 따라서, 열매체 탱크(150), 펌프(140), 증발기(160), 팽창 터빈(170), 기화기(120)를 순차적으로 경유하여 순환한다.The heat medium circulates through the heat medium tank 150, the pump 140, the evaporator 160, the expansion turbine 170, and the carburetor 120 in sequence along the heat medium circulation line 130.

기화기(120)는 열매체의 열에너지 및 잠열을 이용하여 액화가스 이송라인의 액화가스를 재기화시킨다.The vaporizer 120 regasifies the liquefied gas of the liquefied gas transfer line using the thermal energy and latent heat of the heating medium.

열매체 탱크(150)는 기화기(120)에서 배출되는 열매체를 저장한다. 열매체 탱크(150)는 운전 조건에 따른 열매체의 압력 변화를 흡수하고, 열매체가 설정된 온도 범위를 유지하여 정해진 압력 범위에서 운전될 수 있도록 한다. 열매체 탱크(150)는 팽창 탱크(expansion tank)로 제공될 수 있다. 열매체 탱크(150)는 운전 조건에 따른 열매체의 압력 변화를 흡수하고, 열매체 탱크(150)로 회수되는 열매체가 설정된 온도 범위를 유지하여 정해진 압력 범위에서 운전될 수 있도록 한다. 열매체 탱크(150)에는 2종 이상의 액화 냉매들이 저장될 수 있다. The heat medium tank 150 stores the heat medium discharged from the vaporizer 120. The heat medium tank 150 absorbs the pressure change of the heat medium according to the operating conditions, and maintains the heat medium in a set temperature range so that the heat medium can be operated in a predetermined pressure range. The heat medium tank 150 may be provided as an expansion tank. The heat medium tank 150 absorbs the pressure change of the heat medium according to the operating conditions, and maintains the heat medium recovered to the heat medium tank 150 in a set temperature range so that the heat medium tank 150 can be operated in a predetermined pressure range. Two or more types of liquefied refrigerants may be stored in the heat medium tank 150.

펌프(140)는 열매체 탱크(150)에서 배출되는 열매체를 가압하여 열매체 순환라인(130)에서 순환시킨다. 펌프(140)는 열매체 탱크(150)의 후단, 증발기(160)의 전단에 설치되고, 열매체를 가압하여 증발기(160)로 공급하도록 구성될 수 있다.The pump 140 pressurizes the heat medium discharged from the heat medium tank 150 and circulates it in the heat medium circulation line 130. The pump 140 may be installed at a rear end of the heat medium tank 150 and a front end of the evaporator 160, and may be configured to pressurize the heat medium and supply it to the evaporator 160.

기화기(120)와 펌프(140) 사이의 열매체 순환라인(130)에는 제1 압력센서(P1)와 제1 온도센서(T1)가 설치된다. 제1 압력센서(P1)와 제1 온도센서(T1)는 기화기(120)에서 배출되는 액상의 열매체의 압력과 온도를 측정한다.A first pressure sensor P1 and a first temperature sensor T1 are installed in the heat medium circulation line 130 between the vaporizer 120 and the pump 140. The first pressure sensor P1 and the first temperature sensor T1 measure the pressure and temperature of the liquid heat medium discharged from the vaporizer 120.

증발기(160)는 기화기(120)에서 배출되어 순환하는 액상의 열매체를 열원과의 열교환에 의해 기화시킨다. 열원은 해수, 증기, 선박 내 엔진의 폐열 등으로 제공될 수 있다. 일 예로, 증발기(160)는 해수라인(90)을 통해 공급되는 열원과의 열교환에 의해 열매체를 증발시킬 수 있다. 열원은 해수 가압 펌프(미도시됨)에 의해 해수라인(90)을 통해 증발기(160)로 공급될 수 있다. 열원의 증발기 유입 온도는 약 14℃이고, 배출 온도는 약 7 ~ 8℃일 수 있다. 증발기(160)는 열매체의 압력(예를 들어, 10 ~ 20 barg 증기압)을 견딜 수 있도록 제작될 수 있다.The evaporator 160 vaporizes the liquid heat medium discharged from the vaporizer 120 and circulating through heat exchange with a heat source. The heat source may be provided by seawater, steam, waste heat from an engine in a ship, or the like. For example, the evaporator 160 may evaporate the heat medium by heat exchange with a heat source supplied through the seawater line 90. The heat source may be supplied to the evaporator 160 through the seawater line 90 by a seawater pressure pump (not shown). The inlet temperature of the evaporator of the heat source may be about 14° C., and the discharge temperature may be about 7 to 8° C. The evaporator 160 may be manufactured to withstand the pressure of the heating medium (eg, 10 to 20 barg vapor pressure).

증발기(160)가 예를 들어, 티타늄 재질의 판형 열교환기(PHE; Plate type Heat Exchanger)로 제작되는 경우, 0.6mm 이하 두께의 티타늄을 열교환 플레이트로 사용하기 위해서는 열매체의 설계 압력(증기압)이 16 barg 이하가 되어야 한다. 설계 압력을 높이기 위해 0.7mm 또는 그 이상의 두께를 가지는 티타늄 플레이트를 사용하게 되면 0.6mm 두께의 플레이트와 비교하여 가격이 10배 이상 상승하기 때문에 설비 비용이 크게 증가한다.When the evaporator 160 is made of, for example, a plate type heat exchanger (PHE) made of titanium, in order to use titanium with a thickness of 0.6 mm or less as a heat exchange plate, the design pressure (vapor pressure) of the heat medium is 16. It should be below barg. If a titanium plate having a thickness of 0.7mm or more is used to increase the design pressure, the cost of equipment is greatly increased because the price increases by more than 10 times compared to a plate having a thickness of 0.6mm.

혼합 냉매의 경우, 혼합된 냉매들의 종류 및 냉매들의 혼합 비율에 따라, 혼합 냉매의 이슬점과 끓는점이 변화하여 혼합 냉매의 상 변화시의 온도 변화 특성에 영향을 미치는 것은 물론, 증발기(160)에서의 상 변화 과정에서 혼합 냉매의 압력(증기압) 또한 변화하게 된다. 따라서, 증발기(160)의 설비 비용을 최소화하면서 혼합 냉매의 상 변화 구간에서 바람직한 온도 변화 특성을 구현할 수 있도록, 냉매들의 종류를 선택하고, 혼합 비율(중량비)을 설정할 필요가 있다.In the case of the mixed refrigerant, the dew point and the boiling point of the mixed refrigerant are changed according to the type of the mixed refrigerants and the mixing ratio of the refrigerants, thereby affecting the temperature change characteristics of the mixed refrigerant when the phase changes, as well as in the evaporator 160. During the phase change process, the pressure (vapor pressure) of the mixed refrigerant also changes. Accordingly, it is necessary to select the types of refrigerants and set the mixing ratio (weight ratio) so that desirable temperature change characteristics can be realized in the phase change section of the mixed refrigerant while minimizing the equipment cost of the evaporator 160.

본 발명의 실시예에서, 열매체가 증발기(160)에서 상 변화하는 과정에서 혼합 냉매의 온도가 증가하도록 하기 위하여, 끓는점 차이가 20℃ 이상인 냉매들이 혼합된 열매체 이용하여 액화가스를 재기화할 수 있다. 또한, 열매체는 약 10 ~ 20 barg 압력에서 열매체의 이슬점(dew point) 온도와, 끓는점(bubble point) 온도 간의 차이가 적어도 10℃ 이상이 되는 동시에, 열매체의 압력이 약 20 barg 이하(보다 바람직하게는 16 barg 이하)가 되도록, 냉매들의 혼합 비율(중량비)이 설정될 수 있다.In an embodiment of the present invention, in order to increase the temperature of the mixed refrigerant during the phase change of the heat medium in the evaporator 160, the liquefied gas may be regasified using a heat medium in which refrigerants having a boiling point difference of 20° C. or more are mixed. In addition, at a pressure of about 10 to 20 barg, the difference between the dew point temperature and the boiling point temperature of the heating medium is at least 10°C, while the pressure of the heating medium is about 20 barg or less (more preferably Is 16 barg or less), the mixing ratio (weight ratio) of the refrigerants may be set.

일 예로, 열매체는 제1 냉매와, 제1 냉매보다 20℃ 이상 끓는점이 낮은 제2 냉매를 포함할 수 있다. 열매체가 증발기(160)에서 상 변화하는 과정에서 열매체의 온도가 증가하는 효과를 증대시키는 관점에서, 제2 냉매의 끓는점은 제1 냉매의 끓는점보다 30℃ 이상 낮은 것이 바람직하고, 제1 냉매와 제2 냉매의 끓는점 차이는 50℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. For example, the heating medium may include a first refrigerant and a second refrigerant having a boiling point lower than that of the first refrigerant by 20° C. or more. From the viewpoint of increasing the effect of increasing the temperature of the heating medium during the phase change of the heating medium in the evaporator 160, the boiling point of the second refrigerant is preferably 30° C. or more lower than the boiling point of the first refrigerant. 2 The difference in boiling point of the refrigerant is more preferably 50°C or higher.

팽창 터빈(170)은 고압의 유체(기화된 열매체)가 팽창할 때에 터빈(172)을 회전시킴으로써 발전기(174)에서 전기를 생산하는 장치이다. 일 예로, 팽창 터빈(170)은 증발기(160)와 기화기(120) 사이에 설치된다. 팽창 터빈(170)은 증발기(160)에 의해 기화된 열매체의 동력에 의해 발전한다. The expansion turbine 170 is a device that generates electricity from the generator 174 by rotating the turbine 172 when a high-pressure fluid (vaporized heat medium) expands. For example, the expansion turbine 170 is installed between the evaporator 160 and the carburetor 120. The expansion turbine 170 generates power by the power of the heat medium vaporized by the evaporator 160.

증발기(160)와 터빈(170) 사이에는 제2 압력센서(P2)와 제2 온도센서(T2)가 설치된다. 제2 압력센서(P2)와 제2 온도센서(T2)는 증발기(160)에서 기화된 열매체의 압력 및 온도를 측정한다.A second pressure sensor P2 and a second temperature sensor T2 are installed between the evaporator 160 and the turbine 170. The second pressure sensor P2 and the second temperature sensor T2 measure the pressure and temperature of the heat medium vaporized in the evaporator 160.

기화기(120) 후단에는 제3 온도센서(T3)가 설치된다. 제3 온도센서(T3)는 기화기(120)에 의해 기화된 액화가스의 온도를 측정한다.A third temperature sensor T3 is installed at the rear end of the vaporizer 120. The third temperature sensor T3 measures the temperature of the liquefied gas vaporized by the vaporizer 120.

열매체의 유량은 제1 온도센서(T1), 제1 압력센서(P1), 제2 온도센서(T2), 제2 압력센서(P2), 제3 온도센서(T3)의 측정값에 따라 제어될 수 있다.The flow rate of the heating medium can be controlled according to the measured values of the first temperature sensor (T1), the first pressure sensor (P1), the second temperature sensor (T2), the second pressure sensor (P2), and the third temperature sensor (T3). I can.

액화가스의 냉열을 회수하는 사이클은 랭킨 사이클이 적용된다. 즉, 저온의 액체 상태 열매체는 펌프(140)를 통해 가압되고, 이후 증발기(160)에서 열원을 통해 기화, 가열된다. 이후, 발전을 위해 팽창 터빈(170)을 거쳐 압력 강하가 일어나고, 이후 저압의 냉매가 기화기(120)를 통해 다시 액화되어 순환된다. Rankine cycle is applied to the cycle for recovering the cold heat of the liquefied gas. That is, the low temperature liquid heat medium is pressurized through the pump 140, and then vaporized and heated in the evaporator 160 through a heat source. Thereafter, a pressure drop occurs through the expansion turbine 170 for power generation, and thereafter, the low-pressure refrigerant is liquefied again through the vaporizer 120 and circulated.

랭킨 사이클 적용시 수요처에서 요구하는 가스 온도와 압력 조건을 만족시켜야 하는 제약이 따르기 때문에, 액화가스로부터 회수할 수 있는 냉열은 현저히 떨어질 수 있다. 열매체의 종류, 압력과 유량에 따라 냉열 발전의 효율이 좌우되므로, 가압되는 열매체의 압력과 유량을 최적화하여 냉열 발전의 효율을 최대화할 필요가 있다.When the Rankine cycle is applied, since there is a restriction to satisfy the gas temperature and pressure conditions required by the customer, the cold heat that can be recovered from the liquefied gas may be significantly reduced. Since the efficiency of cooling and heat generation depends on the type, pressure and flow rate of the heating medium, it is necessary to maximize the efficiency of cooling and heat generation by optimizing the pressure and flow rate of the pressurized heating medium.

열매체의 유량 및 압력은 기화기(120)에서 배출되는 열매체의 온도 및 압력, 증발기(160)에 사용되는 열원의 온도, 열매체의 가압 지점, 수요처로 송출되는 가스의 온도 등을 기반으로 결정될 수 있다.The flow rate and pressure of the heat medium may be determined based on the temperature and pressure of the heat medium discharged from the vaporizer 120, the temperature of the heat source used in the evaporator 160, the pressure point of the heat medium, and the temperature of the gas sent to the customer.

한편, 열매체의 온도가 높을수록 기체 상태를 유지하며 운용할 수 있는 압력이 높아지는 특성을 고려하여, 열매체를 최대 압력으로 올릴 필요가 있다. 그러나, 기화기(120)에서 열매체와 열교환되어 기화된 액화가스의 온도를 수요처에서 요구하는 온도로 맞추어야 하는 제약이 있다. On the other hand, in consideration of the characteristic that the higher the temperature of the heat medium, the higher the pressure that can be operated while maintaining the gaseous state, it is necessary to raise the heat medium to the maximum pressure. However, there is a limitation in that the temperature of the liquefied gas vaporized by heat exchange with the heat medium in the vaporizer 120 must be adjusted to a temperature required by the customer.

이 때문에 열매체의 압력 조건에 제약이 생길 수 있는데, 이러한 제약 사항을 해소하기 위해 제1열교환기(180)를 구비함으로써, 열매체의 압력 강하를 최대로 변경하여 냉열 발전량을 높이는 동시에, 수요처에서 요구하는 가스 온도를 맞출 수 있다. Because of this, there may be restrictions on the pressure condition of the heating medium. By providing the first heat exchanger 180 to solve this limitation, the pressure drop of the heating medium is changed to the maximum to increase the amount of heat generation and at the same time You can adjust the gas temperature.

제1열교환기(180)는 증발기(160)에 의해 기화된 열매체의 일부를 제1열원 공급라인(182)을 통해 공급받는다. 제1열원 공급라인(182)은 팽창 터빈(170) 전단에서 분기되어 제1열교환기(180)를 통과한 후 기화기(120)로 연결될 수 있다. The first heat exchanger 180 receives a part of the heat medium vaporized by the evaporator 160 through the first heat source supply line 182. The first heat source supply line 182 may be branched from the front end of the expansion turbine 170 to pass through the first heat exchanger 180 and then connected to the carburetor 120.

제1열교환기(180)는 증발기(160)에 의해 기화된 열매체를 제1열원 공급라인(182)을 통해 공급받아, 기화기(120)에 의해 기화된 액화가스와 열교환하여 기화된 액화가스를 가열시키도록 구성된다.The first heat exchanger 180 receives the heat medium vaporized by the evaporator 160 through the first heat source supply line 182, and heats the vaporized liquefied gas by exchanging heat with the liquefied gas vaporized by the vaporizer 120. It is configured to let.

제1열원 공급라인(180)을 통해 공급된 열매체는 제1열교환기(180)에서 기화된 액화가스와의 열교환에 의해 액상화되어 기화기(120)의 선단(또는 후단)으로 공급되도록 설계될 수 있다. The heat medium supplied through the first heat source supply line 180 may be designed to be liquefied by heat exchange with the liquefied gas vaporized in the first heat exchanger 180 and supplied to the front end (or the rear end) of the vaporizer 120. .

제1열원 공급라인(182)에는 제5 압력센서(P5)와 제5 온도센서(T5)가 설치되고, 제1열교환기(220)로 공급되는 열매체의 유량 및 압력은 제3 온도센서(T3), 제4 온도센서(T4), 제5 압력센서(P5), 제5 온도센서(T5)의 측정값에 따라 제어될 수 있다.A fifth pressure sensor (P5) and a fifth temperature sensor (T5) are installed in the first heat source supply line 182, and the flow rate and pressure of the heat medium supplied to the first heat exchanger 220 are determined by a third temperature sensor (T3). ), the fourth temperature sensor T4, the fifth pressure sensor P5, and the fifth temperature sensor T5.

기화기(120) 및 제1열교환기(180)를 통과하는 열매체의 유량비는 제1열교환기(180)에서 배출되는 열매체가 액상으로 변화될 수 있는 최고 온도를 고려하여 결정될 수 있다. 이 과정을 통해 결정된 열매체의 압력 및 유량에 따라 펌프(140) 또는 제1 유량조절밸브(132)가 제어될 수 있다. 펌프(140) 및 제1유량조절밸브(132)는 제어부(290)에 의해 제어될 수 있다.The flow rate ratio of the heat medium passing through the vaporizer 120 and the first heat exchanger 180 may be determined in consideration of the maximum temperature at which the heat medium discharged from the first heat exchanger 180 can change into a liquid phase. The pump 140 or the first flow rate control valve 132 may be controlled according to the pressure and flow rate of the heat medium determined through this process. The pump 140 and the first flow rate control valve 132 may be controlled by the controller 290.

본 실시예에 의하면, 해수, 스팀, 대기 및 선박내 폐열 등으로 별도의 열원을 생성하지 않고, 증발기(160)의 열원에 의해 가열된 열매체를 제1열교환기(180)의 열원으로 활용함으로써, 시스템을 소형화하고 열원 라인을 단순화할 수 있다.According to this embodiment, by using the heat medium heated by the heat source of the evaporator 160 as a heat source of the first heat exchanger 180, without generating a separate heat source with seawater, steam, atmosphere, and waste heat in the vessel, The system can be miniaturized and the heat source line can be simplified.

도 2는은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템에 사용되는 혼합 냉매의 열 흐름량에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 2 is a graph showing a temperature change according to a heat flow amount of a mixed refrigerant used in a ship's liquefied gas regasification and cold heat power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 2에서 가로축은 유체들(해수, LNG, 혼합 냉매)의 열 흐름량을 나타내고, 세로축은 유체들의 온도를 나타낸다. 'SW'로 표기된 선은 해수의 열 흐름량에 따른 온도 변화 그래프, 'LNG'로 표기된 선은 액화천연가스의 열 흐름량에 따른 온도 변화 그래프이다.In FIG. 2, the horizontal axis represents the heat flow amount of fluids (seawater, LNG, mixed refrigerant), and the vertical axis represents the temperature of the fluids. The line marked'SW' is a graph of temperature change according to the heat flow of seawater, and the line marked'LNG' is a graph of temperature change according to the heat flow of liquefied natural gas.

본 실시예에 의하면, 끓는점 차이가 큰 냉매들이 혼합 냉매로 이용되어, 혼합 냉매의 열 흐름량에 따른 온도 변화 그래프에서, 액체 상태에서 기화되는 상 변화 시에 온도가 증가하는 온도 상승(temperature gliding) 구간(A)이 나타나고, 이에 따라 액화천연가스의 온도 대비 최소 온도차(△T) 조건을 만족시키며 혼합 냉매와 액화천연가스를 열교환시킬 수 있게 된다.According to the present embodiment, refrigerants having a large difference in boiling point are used as the mixed refrigerant, and in the temperature change graph according to the heat flow amount of the mixed refrigerant, the temperature gliding section in which the temperature increases when the phase change vaporized in the liquid state (A) appears, thereby satisfying the condition of the minimum temperature difference (ΔT) compared to the temperature of the liquefied natural gas, and heat exchange between the mixed refrigerant and the liquefied natural gas.

단일 냉매의 경우, 상변화가 일어나는 동안 온도가 일정하거나 온도가 감소하지만, 끓는 점이 설정값 이상의 차이를 가지는 냉매들을 혼합하면 증발기(140)에서 혼합 냉매의 상변화가 일어나는 동안 혼합 냉매의 온도가 점점 올라가면서 혼합 냉매가 기화되는 온도 상승(temperature gliding) 효과가 나타난다.In the case of a single refrigerant, the temperature is constant or the temperature decreases while the phase change occurs, but when refrigerants having a boiling point difference of more than a set value are mixed, the temperature of the mixed refrigerant gradually increases while the phase change of the mixed refrigerant occurs in the evaporator 140. As it rises, a temperature gliding effect occurs at which the mixed refrigerant vaporizes.

혼합 냉매의 상변화시 온도 상승량은 2~3℃ 혹은 그 이상, 바람직하게는 10℃ 이상이 되도록, 끓는점 차이가 큰 냉매들을 이용하는 동시에, 낮은 끓는점을 갖는 냉매의 혼합 비율을 일정 수준 이상(혼합 냉매를 기준으로 5중량% 이상)으로 혼합하는 것이 바람직하다. 따라서, 천연가스와 혼합 냉매 간에 최소 온도차가 확보되는 조건을 만족시키는 재기화 시스템을 구현할 수 있으며, 기화기 후단에 트림 히터(trim heater)를 설치할 필요가 없이, 혼합 냉매의 열에너지 및 잠열을 충분히 활용하여 액화가스를 효율적으로 기화시킬 수 있다.When the phase change of the mixed refrigerant, the amount of temperature increase is 2 to 3°C or higher, preferably 10°C or higher, so that refrigerants having a large difference in boiling point are used, and the mixing ratio of the refrigerant having a low boiling point is at least a certain level (mixed refrigerant It is preferable to mix at least 5% by weight). Therefore, it is possible to implement a regasification system that satisfies the condition that the minimum temperature difference between natural gas and the mixed refrigerant is secured, and there is no need to install a trim heater at the rear end of the carburetor, and the thermal energy and latent heat of the mixed refrigerant are sufficiently utilized. Liquefied gas can be vaporized efficiently.

또한, 해수와 같이 상대적으로 열원의 온도가 낮은 경우에도 혼합 냉매의 잠열을 이용해 액화가스에 효율적인 열전달이 가능하며, 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템을 단순화하고 운전 효율을 증대시킬 수 있으며, 혼합 냉매를 비가연성 냉매들로 구성하여 프로판과 같이 가연성이 높은 열전달 매체를 사용하는 시스템 보다 안전성을 높일 수 있다.In addition, even when the temperature of the heat source is relatively low, such as seawater, efficient heat transfer to the liquefied gas is possible by using the latent heat of the mixed refrigerant, and the liquefied gas regasification and cold heat power generation system can be simplified and the operation efficiency can be increased. It is possible to increase safety compared to a system using a highly flammable heat transfer medium such as propane by comprising non-flammable refrigerants.

종래의 액화가스 재기화 시스템은 재기화기(Vaporizer)와 트림 히터(Trimheater)으로 운용되고, 트림 히터에서 냉매를 액체 상태로 운전하기 위해 냉매에 기화가 일어나지 않도록 높은 압력에서 운전해야 하는 관계로 재기화기와 트림 히터 간에 냉매의 운전 압력에 차이가 크다.The conventional liquefied gas regasification system is operated by a vaporizer and a trim heater, and in order to operate the refrigerant in a liquid state in the trim heater, the regasifier must be operated at a high pressure to prevent vaporization of the refrigerant. There is a large difference in the operating pressure of the refrigerant between the and trim heaters.

그러나, 본 실시예에 의하면, 열매체 순환라인(130)의 순환 루프 내의 압력 차이가 작고, 냉매가 단일 열교환 루프만을 순환하기 때문에 순환에 소비되는 압력과 수두 손실만큼 가압을 해주기만 하면 되어 액화가스 재기화를 위한 에너지 소비를 줄일 수 있다.However, according to the present embodiment, the pressure difference in the circulation loop of the heat medium circulation line 130 is small, and since the refrigerant circulates only a single heat exchange loop, it is only necessary to pressurize the pressure consumed in circulation and the head loss to recover the liquefied gas. Energy consumption for fire can be reduced.

이와 같이, 본 실시예에 의하면, 혼합 냉매의 잠열 사용 효과를 극대화하여 액화가스 기화 성능을 향상시키고, 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템에 필요한 냉매의 사용양을 줄일 수 있고, 또한, 트림 히터를 설치할 필요가 없이 하나의 기화기로도 액화가스를 기화시킬 수 있어 시스템 구성을 간소화 할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, it is possible to maximize the effect of using latent heat of the mixed refrigerant to improve the liquefied gas vaporization performance, to reduce the amount of refrigerant used in the liquefied gas regasification and cold heat power generation system, and also, a trim heater is provided. There is no need to install, and the liquefied gas can be vaporized with a single vaporizer, thus simplifying the system configuration.

또한, 2단계의 열교환을 거치지 않고 단일 열교환 프로세스에 의해 액화가스를 재기화시킬 수 있으며, 혼합 냉매의 순환 유량을 줄여 펌프에 필요한 에너지 및 배관 사이즈를 줄일 수 있어, 시스템 설비 비용과, 공정/운용 비용도 줄일 수 있다.In addition, liquefied gas can be regasified by a single heat exchange process without going through two-stage heat exchange, and energy required for the pump and pipe size can be reduced by reducing the circulation flow rate of the mixed refrigerant. The cost can also be reduced.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 낮은 해수 설계 온도 범위에서도 혼합 냉매를 상변화시키면서 혼합 냉매의 잠열을 효율적으로 이용하는 액화가스 재기화 시스템을 구현할 수 있다. 증발성 혼합 냉매를 사용할 경우에는 잠열이 현열보다 훨씬 크기 때문에 순환하는 혼합 냉매의 사용 유량을 줄일 수 있고, 이로 인해 혼합 냉매의 순환에 필요한 에너지도 감소한다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to implement a liquefied gas regasification system that efficiently utilizes the latent heat of the mixed refrigerant while changing the phase of the mixed refrigerant even in a low seawater design temperature range. In the case of using the evaporative mixed refrigerant, since the latent heat is much larger than the sensible heat, the flow rate of the circulating mixed refrigerant can be reduced, and thus the energy required for circulation of the mixed refrigerant is reduced.

상술한 바와 같은 혼합 냉매의 상변화시 온도 상승 효과를 극대화하기 위하여, 혼합 냉매는 -40 ~ -10℃ 의 끓는점을 가지는 제1 냉매와, -60 ~ -90℃ 의 끓는점을 가지는 제2 냉매를 포함할 수 있다. 제1 냉매와 제2 냉매 간의 보다 바람직한 끓는점 차이는 50℃ 이상이다. In order to maximize the temperature increase effect during the phase change of the mixed refrigerant as described above, the mixed refrigerant includes a first refrigerant having a boiling point of -40 to -10°C, and a second refrigerant having a boiling point of -60 to -90°C. Can include. A more preferable difference in boiling point between the first refrigerant and the second refrigerant is 50° C. or more.

혼합 냉매의 압력을 증발기(160)의 설계 압력 이하로 제어하고, 동시에 증발기(160)에서의 혼합 냉매의 상변화시 온도 상승 효과를 얻을 수 있도록 하기 위하여, 제1 냉매보다 낮은 끓는점을 가지는 제2 냉매는 혼합 냉매의 중량을 기준으로 0.05 ~ 0.15 의 중량비를 가지도록 제1 냉매와 혼합될 수 있다.In order to control the pressure of the mixed refrigerant below the design pressure of the evaporator 160 and at the same time obtain a temperature increase effect when the mixed refrigerant phase changes in the evaporator 160, the second refrigerant has a boiling point lower than that of the first refrigerant. The refrigerant may be mixed with the first refrigerant to have a weight ratio of 0.05 to 0.15 based on the weight of the mixed refrigerant.

혼합 냉매는 비가연성을 가지는 동시에, 오존파괴지수가 0 이고, 지구온난화지수가 2000 미만인 냉매들로 이루어질 수 있다. 도 3은 냉매의 안전등급 분류기준을 보여주는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이,냉매는 독성(Toxicity)과 가연성(Flammability)에 따라 안전등급이 분류된다.The mixed refrigerant may be composed of refrigerants having a non-flammable property, an ozone depletion index of 0, and a global warming index of less than 2000. 3 is a diagram showing the safety class classification criteria for refrigerants. As shown in FIG. 3, the refrigerant is classified into safety grades according to toxicity and flammability.

실시예에서, 혼합 냉매의 냉매들은 안전등급(Safety group)이 B1~B3 또는 A2~A3인 냉매를 제외하고, 안전등급이 A1인 냉매 중에서 선택될 수 있다. 즉, 낮은 독성 및 낮은 가연성을 가지는 안전등급을 가지는 냉매들만을 고려하여 혼합 냉매를 조성할 수 있다. 또한, 혼합 냉매의 냉매들은 오존파괴지수가 0 이고, 지구온난화지수가 2000 미만(보다 바람직하게는 1500 미만)인 친환경 냉매 중에서 선택되는 것이 바람직하다.In an embodiment, the refrigerants of the mixed refrigerant may be selected from refrigerants having a safety class of A1, except for refrigerants having a safety group of B1 to B3 or A2 to A3. That is, a mixed refrigerant can be formed in consideration of only refrigerants having a safety grade having low toxicity and low flammability. In addition, the refrigerants of the mixed refrigerant are preferably selected from eco-friendly refrigerants having an ozone depletion index of 0 and a global warming index of less than 2000 (more preferably less than 1500).

실시예에서, 혼합 냉매는 제1 냉매에 해당하는 테트라플루오르에탄(1,1,1,2-tetrafluoroethane, R134a; CH2FCF3) 및 제2 냉매에 해당하는 이산화탄소(Carbon dioxide, R744; CO2)를 포함하여, 적어도 2 이상의 냉매들로 이루어질 수 있다. 두 냉매(R134a, R744)는 A1에 해당하는 안전 등급으로 분류되는 냉매로, 독성이 없고 비가연성 특성을 지니며, 오존파괴지수(ODP; Ozone Depletion Potential)가 0 이다. 또한, R744 냉매는 지구온난화지수(GWP; Global Warming Potential)가 1 이고, R134a 냉매는 GWP가 1430으로 R744 냉매보다 높긴 하지만 각종 규제와 선급에서 제시하는 GWP 기준보다는 낮은 값을 가지고 있어서 규제를 만족시키며 사용하기에 적합하다.In an embodiment, the mixed refrigerant is tetrafluoroethane (1,1,1,2-tetrafluoroethane, R134a; CH 2 FCF 3 ) corresponding to the first refrigerant and carbon dioxide (R744; CO 2) corresponding to the second refrigerant. ), including at least two or more refrigerants. Two refrigerants (R134a, R744) are refrigerants classified as safety grades corresponding to A1, are non-toxic and non-flammable, and have an Ozone Depletion Potential (ODP) of 0. In addition, R744 refrigerant has a Global Warming Potential (GWP) of 1, and R134a refrigerant has a GWP of 1430, which is higher than R744 refrigerant, but has a lower value than the GWP standard suggested by various regulations and classification so that it meets the regulations It is suitable for use.

R744는 R134a보다 휘발성이 높기 때문에 끓는점이 약 50℃ 이상 낮다. R134a는 끓는점이 약 -26℃ 이고, R744는 끓는점이 약 -78℃ 이다. 따라서, 두 냉매(R134a, R744)가 혼합된 혼합 냉매를 이용할 경우, 두 냉매의 큰 끓는점 차이로 인하여 상변화시 온도가 증가하는 온도 상승(temperature gliding) 효과를 충분히 얻을 수 있다.Because R744 is more volatile than R134a, its boiling point is about 50°C or more. R134a has a boiling point of about -26℃, and R744 has a boiling point of about -78℃. Accordingly, when a mixed refrigerant in which two refrigerants R134a and R744 are mixed is used, a temperature gliding effect in which a temperature increases during a phase change due to a large difference in boiling point of the two refrigerants can be sufficiently obtained.

혼합 냉매는 테트라플루오르에탄(CH2FCF3, R134a) 및 이산화탄소(CO2, R744)를 각각 85 ~ 95% 중량비, 5 ~ 15% 중량비로 함유할 수 있다. R744 냉매가 5 중량% 미만으로 함유되는 경우, R744와 R134a의 높은 끓는점 차이에 의한 혼합 냉매의 상변화시 온도 상승 효과를 얻기 어렵다.The mixed refrigerant may contain tetrafluoroethane (CH 2 FCF 3 , R134a) and carbon dioxide (CO 2 , R744) in a weight ratio of 85 to 95% and 5 to 15% by weight, respectively. When the R744 refrigerant is contained in an amount of less than 5% by weight, it is difficult to obtain a temperature increase effect when the phase change of the mixed refrigerant due to the high boiling point difference between R744 and R134a.

반대로, R744 냉매의 혼합 비율이 15 중량%를 초과하는 경우, 높은 휘발성을 갖는 R744의 높은 함유량으로 인해 증발기(160)에서 혼합 냉매의 압력이 20 barg 를 초과하게 되고, 20 barg 이상의 높은 압력을 견딜 수 있도록 하기 위해 증발기(160)의 설계 두께를 증가시켜야만 하는 문제점이 생길 수 있다.Conversely, when the mixing ratio of the R744 refrigerant exceeds 15% by weight, the pressure of the mixed refrigerant in the evaporator 160 exceeds 20 barg due to the high content of R744 having high volatility, and withstands a high pressure of 20 barg or more. In order to be able to do so, there may be a problem in that the design thickness of the evaporator 160 must be increased.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 액화가스 재기화 시스템에 사용되는 혼합 냉매의 혼합 비율별로 혼합 냉매의 열 흐름량에 따른 온도 변화 특성을 나타낸 그래프이다. CH2FCF3(R134a) 및 CO2(R744)가 혼합된 혼합 냉매를 이용하였으며, R744의 중량비를 0.05, 0.1, 0.15로 변화시키면서 혼합 냉매의 온도 변화 특성, 혼합 냉매와 해수(SW) 간의 최소근접온도, 증발기에서 혼합 냉매의 포화 증기압 및 혼합 냉매 유량을 측정하였다.4 is a graph showing temperature change characteristics according to the heat flow amount of the mixed refrigerant for each mixing ratio of the mixed refrigerant used in the liquefied gas regasification system of a ship according to an embodiment of the present invention. A mixed refrigerant mixed with CH 2 FCF 3 (R134a) and CO 2 (R744) was used, and the temperature change characteristics of the mixed refrigerant while changing the weight ratio of R744 to 0.05, 0.1, and 0.15, the minimum between the mixed refrigerant and seawater (SW). The proximity temperature, the saturated vapor pressure of the mixed refrigerant in the evaporator, and the flow rate of the mixed refrigerant were measured.

Figure 112019063453858-pat00001
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표 2는 혼합 냉매를 이루는 CH2FCF3(R134a) 및 CO2(R744)의 중량비에 따른 혼합 냉매의 최소근접온도(혼합 냉매와 해수 간의 최소온도), 혼합 냉매의 포화 증기압(50℃ 기준) 및 혼합 냉매의 유량 변화를 나타낸 것이다. 표 1로부터, R744의 중량비가 증가할수록, 증발기에서 혼합 냉매의 포화 증기압이 증가하는 것을 알 수 있다.Table 2 shows the minimum proximity temperature (minimum temperature between the mixed refrigerant and seawater) of the mixed refrigerant according to the weight ratio of CH 2 FCF 3 (R134a) and CO 2 (R744) constituting the mixed refrigerant, and the saturated vapor pressure of the mixed refrigerant (based on 50℃) And changes in the flow rate of the mixed refrigerant. From Table 1, it can be seen that as the weight ratio of R744 increases, the saturated vapor pressure of the mixed refrigerant in the evaporator increases.

R134a와 R744 중 휘발성이 더 큰 것은 R744이다. R744를 많이 혼합할수록, 혼합 냉매의 상 변화시 온도 상승(temperature gliding) 효과가 커져서 냉매 순환 유량이 작아지는 장점이 있으나, 증발기(140)에서 혼합 냉매의 증기압(vapor pressure)이 높아지므로 열교환기 제작에 있어서 설계 압력을 만족시키지 못할 수 있다.The more volatile of R134a and R744 is R744. The more R744 is mixed, the greater the temperature gliding effect during phase change of the mixed refrigerant, so that the refrigerant circulation flow rate decreases.However, the vapor pressure of the mixed refrigerant in the evaporator 140 increases, making a heat exchanger. May not satisfy the design pressure.

해상 플랫폼이나 선박에서는 육상 플랜트와 비교하여 제한된 공간으로 시스템이 구성되어야 하는 제한점이 있다. 육상에서는 공기나 해수를 이용하여 유체를 기화시키는 오픈랙 기화기(open-rack vaporizer)를 사용할 수 있으나, 선박 위에는 그러한 큰 규모의 시스템을 설치하여 운용하는데 제약이 따른다. 이에 따라, 판형 열교환기(PHE; plate heat exchanger), 인쇄기판형 열교환기(PCHE; Printed circuit heat exchanger)와 같이 콤팩트한 장비가 운용될 수밖에 없고, 이러한 장비의 경우 제작 크기와 가격에 제한이 있다.In the offshore platform or ship, there is a limitation that the system must be configured with a limited space compared to the onshore plant. On land, an open-rack vaporizer that vaporizes fluid using air or seawater can be used, but there are restrictions on installing and operating such a large-scale system on a ship. Accordingly, compact equipment such as a plate heat exchanger (PHE) and a printed circuit heat exchanger (PCHE) must be operated, and such equipment has limitations in manufacturing size and price.

혼합 냉매의 순환 사이클에 사용되는 증발기(160)는 내부 부품인 플레이트의 두께에 따라 열교환기의 성능, 가격, 설계 압력 등이 결정된다. 냉매 시스템에서는 특정 온도에서의 증기 포화 압력을 시스템 설계 압력을 설정하여 시스템을 운용하고 있다. R744는 R134a보다 휘발성이 크기 때문에 R744의 혼합 조성비를 크게 할수록 설계 압력이 증가하게 된다.In the evaporator 160 used in the circulation cycle of the mixed refrigerant, the performance, price, design pressure, etc. of the heat exchanger are determined according to the thickness of the plate, which is an internal component. In the refrigerant system, the system is operated by setting the system design pressure to the vapor saturation pressure at a specific temperature. Since R744 is more volatile than R134a, the design pressure increases as the mixing composition ratio of R744 increases.

따라서, 선박에서 사용되는 증발기(160)의 성능과 가격을 고려하여 혼합 냉매의 설계 압력을 만족시키기 위하여, R744의 혼합 조성비는 15 중량% 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 혼합 냉매의 상변화시 온도 상승 효과를 얻도록 함과 동시에, 혼합 냉매의 압력을 설계 압력 이하로 제어하기 위하여, 혼합 냉매에 R744가 5 ~ 15 중량%로 함유되도록 R744의 혼합 비율을 제어하는 것이 바람직하다.Therefore, in order to satisfy the design pressure of the mixed refrigerant in consideration of the performance and price of the evaporator 160 used in the ship, it is preferable to control the mixing composition ratio of R744 to 15% by weight or less. Therefore, in order to obtain a temperature increase effect during phase change of the mixed refrigerant and to control the pressure of the mixed refrigerant below the design pressure, the mixing ratio of R744 is controlled so that 5 to 15% by weight of R744 is contained in the mixed refrigerant. It is desirable to do it.

증발기가 16 barg의 혼합 냉매의 압력(포화 증기압)을 견딜 수 있도록 0.6mm 두께의 텅스텐 플레이트로 이루어진 판형 열교환기로 제공되는 경우, 외기온도 50°하에서 증발기에서의 혼합 냉매의 압력(포화 증기압)이 16 barg 이하의 조건을 만족하도록, 혼합 냉매 중 끓는점이 낮은 제2 냉매(R744)의 혼합 비율을 10 중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.When the evaporator is provided as a plate heat exchanger made of a 0.6mm thick tungsten plate to withstand the pressure of the mixed refrigerant (saturated vapor pressure) of 16 barg, the pressure of the mixed refrigerant in the evaporator (saturated vapor pressure) is 16 at an outside temperature of 50°. In order to satisfy the condition of barg or less, it is preferable that the mixing ratio of the second refrigerant R744 having a low boiling point among the mixed refrigerants is 10% by weight or less.

Figure 112019063453858-pat00002
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표 3은 R134a 및 R744의 중량비를 0.95:0.05, 0.85:0.15로 하였을 때, 혼합 냉매의 압력에 따른 혼합 냉매의 끓는점 온도 및 이슬점 온도 변화를 나타낸 것이다. R744의 비율이 높은 경우(R744의 중량비가 15%인 경우), 혼합 냉매의 이슬점(Dew point) 온도와 끓는점(Bubble point) 온도 간의 차이가 커지고, 혼합 냉매의 상변화시 온도 상승 효과가 증대되며, 또한 해수와 LNG의 제한된 온도 조건 내에서 혼합 냉매를 사용하기에 유리해진다.Table 3 shows the change in boiling point temperature and dew point temperature of the mixed refrigerant according to the pressure of the mixed refrigerant when the weight ratio of R134a and R744 is 0.95:0.05 and 0.85:0.15. When the ratio of R744 is high (when the weight ratio of R744 is 15%), the difference between the dew point temperature and the bubble point temperature of the mixed refrigerant increases, and the temperature increase effect increases when the mixed refrigerant phase changes. In addition, it becomes advantageous to use a mixed refrigerant within the limited temperature conditions of seawater and LNG.

R744의 비율이 낮은 경우(R744의 중량비가 5%인 경우), 혼합 냉매의 이슬점 온도와 끓는점 온도 간의 차이가 감소한다. R744의 중량비가 5% 미만이 되는 경우, 10 ~ 20 barg 증기압에서 혼합 냉매의 이슬점 온도와 끓는점 온도 간의 차이가 약 10℃ 미만으로 감소하여, 증발기(140)에서 혼합 냉매의 상 변화시 온도 상승 효과가 감소할 수 있다. 따라서, R744를 5 중량% 이상으로 유지하는 것이 바람직하다.When the ratio of R744 is low (when the weight ratio of R744 is 5%), the difference between the dew point temperature and the boiling point temperature of the mixed refrigerant decreases. When the weight ratio of R744 is less than 5%, the difference between the dew point temperature and the boiling point temperature of the mixed refrigerant at a vapor pressure of 10 to 20 barg decreases to less than about 10°C, resulting in a temperature increase effect when the phase change of the mixed refrigerant in the evaporator 140 May decrease. Therefore, it is desirable to keep R744 above 5% by weight.

도 5는 열매체의 엔탈피와 압력에 따른 열매체의 상태를 나타내는 냉매 특성 곡선을 예시한 그래프이다. 5 is a graph illustrating a refrigerant characteristic curve showing the state of the heat medium according to the enthalpy and pressure of the heat medium.

도 1 및 도 5를 참조하면, 팽창 터빈(170)으로 유입되는 열매체의 유량 및 압력은, 팽창 터빈(170)으로 유입되는 열매체가 팽창 터빈(170)이 정상 운전 가능한 기액 혼합 구간을 벗어나지 않도록 하고, 또한 기화기(120)에서 배출되는 열매체가 액상이 되도록 제어될 수 있다. 즉, 팽창 터빈(170)에 인입되는 열매체가 배출될 때 팽창 터빈(170)이 운전 가능한 기액 혼합 구간 이상으로 넘어가지 않도록 가압하는 압력을 제한할 수 있다.1 and 5, the flow rate and pressure of the heat medium flowing into the expansion turbine 170 is such that the heat medium flowing into the expansion turbine 170 does not deviate from the gas-liquid mixing section in which the expansion turbine 170 can be operated normally. In addition, the heat medium discharged from the vaporizer 120 may be controlled to become a liquid. That is, when the heat medium introduced into the expansion turbine 170 is discharged, the pressure applied to the expansion turbine 170 may be limited so that it does not go beyond the operating gas-liquid mixing section.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템의 구성도이다. 6 is a block diagram of a liquefied gas regasification and cold heat power generation system according to another embodiment of the present invention.

도 6의 실시예를 설명함에 있어서 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략될 수 있다.In describing the embodiment of FIG. 6, duplicate descriptions of components that are the same as or corresponding to the above-described embodiment may be omitted.

도 6의 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템(100a)은 발전기(260) 및 제2열교환기(240)를 더 포함한다는 점에서 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다.The liquefied gas regasification and cold heat power generation system 100a according to the embodiment of FIG. 6 is different from the above-described embodiment in that it further includes a generator 260 and a second heat exchanger 240.

발전기(260)는 가열기에서 배출되는 기화된 액화가스의 압력을 직접 이용해 발전하는 팽창 터빈일 수 있다. 제2열교환기(240)는 발전기(260)에서 배출되는 기화된 액화가스를 수요처에서 요구되는 온도로 가열할 수 있다. The generator 260 may be an expansion turbine that generates power by directly using the pressure of the vaporized liquefied gas discharged from the heater. The second heat exchanger 240 may heat the vaporized liquefied gas discharged from the generator 260 to a temperature required by a customer.

제2열교환기(240)는 증발기(160)에 의해 기화된 열매체의 일부를 제2열원 공급라인(242)을 통해 공급받으며, 제2열원 공급라인(242)은 팽창 터빈(170) 전단에서 분기되어 제2열교환기(240)를 통과한 후 기화기(120)와 연결된다. The second heat exchanger 240 receives a part of the heat medium vaporized by the evaporator 160 through the second heat source supply line 242, and the second heat source supply line 242 branches from the front end of the expansion turbine 170 It is connected to the carburetor 120 after passing through the second heat exchanger (240).

도 6의 실시예에 의하면, 수요처에서 요구하는 압력에 따라 제1열교환기(180)의 후단 가스 압력을 이용해 추가적인 발전이 가능하다. 이때 발전기(260)에서 가스의 압력 강하에 따라 온도 강하도 같이 일어나기 때문에, 제2열교환기(240)에서 해수, 스팀, 대기 및 선박내 폐열 등을 이용하여 NG를 가열하여 수요처로 공급한다. 발전기(260)의 터빈은 액화가스의 냉열 발전에 활용되는 팽창 터빈(170)과 동축으로 연결될 수도 있다.According to the embodiment of FIG. 6, additional power generation is possible using the gas pressure of the first heat exchanger 180 at the rear end according to the pressure required by the customer. At this time, since the temperature drop also occurs according to the pressure drop of the gas in the generator 260, the second heat exchanger 240 heats NG using seawater, steam, atmosphere, and waste heat in the ship and supplies it to the customer. The turbine of the generator 260 may be connected coaxially with the expansion turbine 170 used for cold and heat power generation of liquefied gas.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템의 구성도이다. 7 is a block diagram of a liquefied gas regasification and cold heat power generation system according to another embodiment of the present invention.

도 7의 실시예를 설명함에 있어서 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략될 수 있다.In describing the embodiment of FIG. 7, redundant descriptions of components that are the same as or corresponding to the above-described embodiment may be omitted.

도 7의 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템(100b)은 제1바이패스 라인(102), 제1바이패스 밸브(104), 유량제어밸브(106)를 더 포함한다는 점에서 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다.The liquefied gas regasification and cooling and heat generation system 100b according to the embodiment of FIG. 7 further includes a first bypass line 102, a first bypass valve 104, and a flow control valve 106. There is a difference from the described embodiment.

제1바이패스 라인(102)은 증발기(160)와 기화기(120) 사이에 팽창 터빈(170)과 병렬로 연결될 수 있다. 제1바이패스 라인(102)은 열매체가 팽창 터빈(170)을 우회하여 기화기(120)로 유입되게 할 수 있다.The first bypass line 102 may be connected in parallel with the expansion turbine 170 between the evaporator 160 and the vaporizer 120. The first bypass line 102 may allow the heat medium to flow into the carburetor 120 by bypassing the expansion turbine 170.

제1바이패스 밸브(104)는 제1바이패스 라인(102)에 설치되고, 팽창 터빈(170)을 우회하는 열매체의 유량을 조절할 수 있다.The first bypass valve 104 is installed in the first bypass line 102 and may adjust the flow rate of the heat medium bypassing the expansion turbine 170.

유량제어밸브(106)는 팽창 터빈(170)의 전방에 설치되어, 팽창 터빈(170)으로 유입되는 열매체의 유량을 제어한다. The flow control valve 106 is installed in front of the expansion turbine 170 and controls the flow rate of the heat medium flowing into the expansion turbine 170.

제어기(290)는 팽창 터빈(170)으로 유입되는 열매체가 팽창 터빈(170)이 정상 운전 가능한 기액 혼합 구간을 벗어나지 않도로 하고, 또한 기화기(120)에서 배출되는 열매체가 액상이 되도록 제1바이패스 밸브(104)와 유량 제어 밸브(106)를 제어하여 팽창 터빈(170)으로 유입되는 열매체의 유량 및 압력을 제어할 수 있다.The controller 290 is a first bypass so that the heat medium flowing into the expansion turbine 170 does not deviate from the gas-liquid mixing section in which the expansion turbine 170 can operate normally, and the heat medium discharged from the carburetor 120 becomes liquid. The flow rate and pressure of the heat medium flowing into the expansion turbine 170 may be controlled by controlling the valve 104 and the flow control valve 106.

제어기(290)는 제1온도센서(T1), 제1압력센서(P1), 제2온도센서(T2), 제2압력센서(P2), 제3온도센서(T3), 제7온도센서(T7) 등의 측정값을 기반으로, 펌프(140), 제1유량조절밸브(132), 제1바이패스 밸브(104) 및 유량제어 밸브(106)를 제어할 수 있다.The controller 290 includes a first temperature sensor (T1), a first pressure sensor (P1), a second temperature sensor (T2), a second pressure sensor (P2), a third temperature sensor (T3), and a seventh temperature sensor ( Based on measured values such as T7), the pump 140, the first flow rate control valve 132, the first bypass valve 104, and the flow control valve 106 may be controlled.

일 실시예에서, 제어기(290)는 팽창 터빈(170)이 손상되거나 팽창 터빈(170)의 기능이 제약되거나 열매체의 유량이 팽창 터빈(170)의 허용 용량을 초과하는 등의 경우에 제1바이패스 밸브(104)를 개방시킬 수 있다.In one embodiment, the controller 290 is the first battery in case the expansion turbine 170 is damaged, the function of the expansion turbine 170 is restricted, or the flow rate of the heat medium exceeds the allowable capacity of the expansion turbine 170. The pass valve 104 can be opened.

제어기(290)는 예를 들어 도 2와 같은 냉매 특성 곡선을 기반으로, 기화기(120)의 열매체 배출 온도 등을 고려하여, 기화기(120)의 기화 성능 및 팽창 터빈(170)의 발전 효율 등을 최적화하기 위한 열매체의 가압 압력 값을 계산하여 설정하 수 있다. 이때, 제어기(290)는 팽창 터빈(170)에서 압력 강화된 열매체가 팽창 터빈(170)의 상변화 허용 범위를 만족하도록 열매체의 압력 최적점을 제한한다.The controller 290 determines the vaporization performance of the vaporizer 120 and the power generation efficiency of the expansion turbine 170 in consideration of, for example, the heat medium discharge temperature of the vaporizer 120 based on the refrigerant characteristic curve as shown in FIG. 2. It can be set by calculating the pressurized pressure value of the heating medium for optimization. At this time, the controller 290 limits the optimum pressure point of the heat medium so that the heat medium pressure-enhanced in the expansion turbine 170 satisfies the allowable phase change range of the expansion turbine 170.

냉매 유량의 최적화를 위해서는 소비처에서 요구되는 NG 가스의 양을 고려, 기화기(120)에서 냉열 회수율을 높여야 하고, 이를 위해서는 LNG를 기화, 가열하는 구간인 기화기(120)의 열량 공급량이 최대가 되어야 한다. 하지만, 기화기(120)를 통과하는 열매체는 기화기(120)에서 배출된 후 펌프(140)에 인입되기 때문에 액상으로 되어야 한다. 따라서, 제어기(290)는 기화기(120) 후단의 열매체의 온도를 감지하여, 기화기(120)의 압력 조건에서 액상이 되는 온도가 되도록 열매체의 유량을 조정한다. In order to optimize the refrigerant flow rate, the amount of NG gas required by the consumer should be considered, and the recovery rate of cold heat in the carburetor 120 must be increased.To this end, the amount of heat supplied from the carburetor 120, which is a section for vaporizing and heating LNG, must be maximized. . However, since the heat medium passing through the vaporizer 120 is drawn into the pump 140 after being discharged from the vaporizer 120, it must be in a liquid state. Accordingly, the controller 290 senses the temperature of the heat medium at the rear end of the vaporizer 120 and adjusts the flow rate of the heat medium so that the temperature becomes liquid under the pressure condition of the vaporizer 120.

제어기(290)에서 유체의 특성과 각 지점의 온도, 압력의 조합으로 계산 과정을 통해 최적 계산된 열매체/열원의 열교환기 후단 압력 및 유량은 펌프(140)에 연결된 주파수 제어기(VFD; Variable Frequency Drive) 또는 펌프(140) 후단에 설치된 제1 유량조절밸브(132)를 통해 조절될 수 있다.In the controller 290, the pressure and flow rate at the rear end of the heat exchanger of the heat medium/heat source, which are optimally calculated through the calculation process by the combination of the characteristics of the fluid and the temperature and pressure at each point, is a frequency controller (VFD; Variable Frequency Drive) connected to the pump 140. ) Or through the first flow control valve 132 installed at the rear end of the pump 140.

액화가스의 재기화를 위해 순환되는 열매체의 유량이 팽창 터빈(170)의 용량을 초과하는 경우 열매체의 유량이 팽창 터빈(170)의 허용 용량으로 인해 제한되어 액화가스의 재기화에 필요한 충분한 열원을 공급하지 못하게 된다. 이를 방지하기 위해, 팽창 터빈(170)을 대용량으로 설치할 경우 주요 사용 시점이 적정 순환량을 항상 초과하여 운전하게 되므로 발전 효율이 떨어지게 된다.When the flow rate of the heating medium circulated for regasification of the liquefied gas exceeds the capacity of the expansion turbine 170, the flow rate of the heating medium is limited due to the allowable capacity of the expansion turbine 170 to provide a sufficient heat source for regasification of the liquefied gas. It will not be able to supply. In order to prevent this, when the expansion turbine 170 is installed in a large capacity, power generation efficiency is degraded because the main use point always exceeds the appropriate circulation amount.

이에 대해, 도 7의 실시예에 의하면, 팽창 터빈(170)이 손상된 경우, 팽창 터빈(170)이 일부 제한된 기능만 가능한 경우, 또는 팽창 터빈(170)의 능력을 초과하는 열매체를 공급해야 하는 경우와 같이, 기화기(120)로 공급되어야 하는 열매체의 유량이 일시적으로 증가할 필요가 있는 경우, 제1바이패스 라인(102)을 통해 열매체를 추가 공급하여 재기화 운전이 원활하게 이루어지게 할 수 있다.On the other hand, according to the embodiment of FIG. 7, when the expansion turbine 170 is damaged, when the expansion turbine 170 is capable of only some limited functions, or when it is necessary to supply a heat medium exceeding the capacity of the expansion turbine 170 As described above, when there is a need to temporarily increase the flow rate of the heat medium to be supplied to the vaporizer 120, the heat medium is additionally supplied through the first bypass line 102 to facilitate the regasification operation. .

제1바이패스 라인(102)을 통해 기화기(120)로 유입되는 열매체의 경우 운동 에너지를 회수한 팽창 터빈(170)의 출구보다 에너지 상태가 높으므로, 상대적으로 적은 유량만 제1바이패스 라인(102)을 통해 기화기(120) 측으로 공급하여도 재기화가 이루어질 수 있다.In the case of the heat medium flowing into the carburetor 120 through the first bypass line 102, the energy state is higher than the outlet of the expansion turbine 170 that has recovered kinetic energy, so only a relatively small flow rate is the first bypass line ( Regasification can also be achieved by supplying to the vaporizer 120 through 102).

제1바이패스 라인(102)을 통해 열매체를 바이패스 시키는 경우, 냉열 발전에서 사용되는 에너지 전달량과 차이가 발생할 수 있는데, 이 경우 제어기(290)는 기화기(120) 후단에 열매체 온도를 감지하여, 기화기(120) 후단의 열매체가 액상을 유지하도록 유량제어밸브(106)와 제1바이패스 밸브(104)에서 통과되는 열매체의 유량을 조정한다.When the heat medium is bypassed through the first bypass line 102, there may be a difference from the amount of energy transfer used in cold and heat generation. In this case, the controller 290 senses the temperature of the heat medium at the rear end of the vaporizer 120, The flow rate of the heat medium passing through the flow control valve 106 and the first bypass valve 104 is adjusted so that the heat medium at the rear end of the vaporizer 120 maintains a liquid state.

팽창 터빈(170)의 동작이 불가능한 경우에도 제1바이패스 라인(102)을 통해 재기화 운용이 가능하다. Even when the operation of the expansion turbine 170 is impossible, regasification operation is possible through the first bypass line 102.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템의 구성도이다.8 is a block diagram of a liquefied gas regasification and cold heat power generation system according to another embodiment of the present invention.

도 8의 실시예를 설명함에 있어서 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략될 수 있다.In describing the embodiment of FIG. 8, duplicate descriptions of components that are the same as or corresponding to the above-described embodiment may be omitted.

도 8의 실시예에 따른 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템(100c)은 제2바이패스 라인(116), 제2바이패스 밸브(118)를 더 포함한다는 점에서 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다.The liquefied gas regasification and cold heat power generation system 100c according to the embodiment of FIG. 8 is different from the previously described embodiment in that it further includes a second bypass line 116 and a second bypass valve 118. .

제2바이패스 라인(116)은 제1열교환기에서 배출되는 기화된 액화가스가 발전기와 제2열교환기를 우회하여 수요처로 유입되게 할 수 있다.The second bypass line 116 may allow the vaporized liquefied gas discharged from the first heat exchanger to flow into a customer by bypassing the generator and the second heat exchanger.

이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.It is to be understood that the above embodiments have been presented to aid understanding of the present invention, do not limit the scope of the present invention, and various deformable embodiments from this also fall within the scope of the present invention. The technical protection scope of the present invention should be determined by the technical idea of the claims, and the technical protection scope of the present invention is not limited to the literal description of the claims itself, but a scope that has substantially equal technical value. It should be understood that it extends to the invention of.

100: 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템
110: 고압 부스터 펌프 112: 액화가스 이송라인
120: 기화기 130: 열매체 순환라인
140: 펌프 150: 열매체 탱크
160: 증발기 170: 팽창 터빈
100: Liquefied gas regasification and cold heat power generation system
110: high pressure booster pump 112: liquefied gas transfer line
120: carburetor 130: heat medium circulation line
140: pump 150: heat medium tank
160: evaporator 170: expansion turbine

Claims (12)

액화가스를 기화시켜 수요처로 송출하기 위한 액화가스 이송라인;
상기 액화가스를 기화시키기 위한 열매체가 순환되는 열매체 순환라인;
상기 열매체 순환라인에 설치되고, 열원과의 열교환에 의해 상기 열매체를 기화시키는 증발기;
상기 열매체 순환라인에 설치되고, 기화된 열매체의 열에너지 및 잠열을 이용하여 상기 액화가스 이송라인의 액화가스를 재기화하는 기화기;
상기 열매체 순환라인에서 상기 증발기와 상기 기화기 사이에 설치되고, 상기 증발기에 의해 기화된 열매체의 동력에 의해 발전하는 팽창 터빈;
상기 기화기에 의해 재기화된 액화가스를 상기 수요처에 요구되는 온도로 가열하는 제1열교환기;
상기 제1열교환기에서 배출되는 기화된 액화가스의 압력을 이용해 발전하는 발전기;
상기 발전기에서 배출되는 기화된 액화가스를 상기 수요처에서 요구되는 온도로 가열하는 제2열교환기를 포함하되;
상기 제1열교환기는 상기 증발기에 의해 기화된 열매체의 일부를 제1열원 공급라인을 통해 공급받고,
상기 제1열교환기에서 배출되는 기화된 액화가스가 상기 발전기와 상기 제2열교환기를 우회하여 상기 수요처로 공급되도록 하는 제2바이패스 라인을 포함하는 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템.
A liquefied gas transfer line for vaporizing the liquefied gas and sending it to a customer;
A heating medium circulation line through which a heating medium for vaporizing the liquefied gas is circulated;
An evaporator installed in the heat medium circulation line and vaporizing the heat medium by heat exchange with a heat source;
A vaporizer installed in the heating medium circulation line and regasifying the liquefied gas of the liquefied gas transfer line by using thermal energy and latent heat of the vaporized heating medium;
An expansion turbine installed between the evaporator and the vaporizer in the heating medium circulation line and generating power by the power of the heating medium vaporized by the evaporator;
A first heat exchanger for heating the liquefied gas regasified by the vaporizer to a temperature required by the customer;
A generator generating power using the pressure of the vaporized liquefied gas discharged from the first heat exchanger;
And a second heat exchanger for heating the vaporized liquefied gas discharged from the generator to a temperature required by the customer;
The first heat exchanger receives a part of the heat medium vaporized by the evaporator through a first heat source supply line,
Liquefied gas regasification and cold heat power generation system comprising a second bypass line for supplying the vaporized liquefied gas discharged from the first heat exchanger to the customer by bypassing the generator and the second heat exchanger.
제 1 항에 있어서,
상기 제1열원 공급라인은 상기 팽창 터빈의 전단에서 분기되어 상기 제1열교환기를 통과한 후 상기 기화기로 연결되는 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템.
The method of claim 1,
The first heat source supply line is branched from the front end of the expansion turbine, passes through the first heat exchanger, and is connected to the vaporizer.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제2열교환기는 상기 증발기에 의해 기화된 열매체의 일부를 제2열원 공급라인을 통해 공급받되;
상기 제2열원 공급라인은 상기 팽창 터빈 전단에서 분기되어 상기 제2열교환기를 통과한 후 상기 기화기로 연결되는 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템.
The method of claim 1,
The second heat exchanger receives a part of the heat medium vaporized by the evaporator through a second heat source supply line;
The second heat source supply line is branched from the front end of the expansion turbine, passes through the second heat exchanger, and is connected to the vaporizer.
제 1 항에 있어서,
상기 증발기와 상기 기화기 사이에 상기 팽창 터빈과 병렬로 연결되고, 상기 열매체가 상기 팽창 터빈을 우회하여 상기 기화기로 유입되게 하는 제1바이패스 라인; 및
상기 제1바이패스 라인에 설치되는 제1바이패스 밸브를 더 포함하는 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템.
The method of claim 1,
A first bypass line connected between the evaporator and the vaporizer in parallel with the expansion turbine and allowing the heat medium to bypass the expansion turbine and flow into the vaporizer; And
Liquefied gas regasification and cold heat power generation system further comprising a first bypass valve installed in the first bypass line.
제 6 항에 있어서,
상기 팽창 터빈이 손상되거나 상기 팽창 터빈의 기능이 제약되거나 상기 열매체의 유량이 상기 팽창 터빈의 허용 용량을 초과하는 경우에 상기 제1바이패스 밸브를 개방시키는 제어기를 더 포함하는 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템.
The method of claim 6,
Regasification and cooling of liquefied gas further comprising a controller for opening the first bypass valve when the expansion turbine is damaged, the function of the expansion turbine is restricted, or the flow rate of the heat medium exceeds the allowable capacity of the expansion turbine. Power generation system.
제 7 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 증발기로부터 배출되는 열매체의 온도 및 압력의 측정값에 따라 상기 제1바이패스 밸브의 개도를 제어하는 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템.
The method of claim 7,
The controller is a liquefied gas regasification and cold heat power generation system for controlling the opening of the first bypass valve according to the measured values of the temperature and pressure of the heat medium discharged from the evaporator.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 열매체는 끓는점이 상이한 2성분 이상의 냉매들이 혼합된 혼합 냉매인 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템.
The method of claim 1,
The heating medium is a mixed refrigerant in which two or more refrigerants having different boiling points are mixed.
제 10 항에 있어서,
상기 혼합 냉매는 -40 ~ -10℃ 의 끓는점을 가지는 제1 냉매와, -60 ~ -90℃ 의 끓는점을 가지는 제2 냉매를 포함하는 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템.
The method of claim 10,
The mixed refrigerant is a liquefied gas regasification and cold heat power generation system including a first refrigerant having a boiling point of -40 to -10°C and a second refrigerant having a boiling point of -60 to -90°C.
제 10 항에 있어서,
상기 냉매들은 제1냉매와 상기 제1냉매보다 20℃ 이상 낮은 끓는점을 가지는 제2냉매를 포함하고,
상기 제2냉매는 상기 혼합 냉매의 중량을 기준으로 0.05 ~ 0.15 의 중량비를 가지도록 제1 냉매와 혼합되는 액화가스 재기화 및 냉열 발전 시스템

The method of claim 10,
The refrigerants include a first refrigerant and a second refrigerant having a boiling point lower than that of the first refrigerant by 20° C. or more,
The second refrigerant is a liquefied gas regasification and cold heat power generation system that is mixed with the first refrigerant to have a weight ratio of 0.05 to 0.15 based on the weight of the mixed refrigerant

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