KR102243804B1 - 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 저장탱크로부터 배출되는 액화가스를 가압하는 액화가스 공급펌프; 상기 액화가스 공급펌프에서 가압된 액화가스를 열매로 기화시켜 수요처로 공급하는 기화기; 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스 및 액화가스를 혼합하여 상기 액화가스 공급펌프로 전달하는 인라인 믹서; 및 상기 인라인 믹서와 상기 액화가스 공급펌프 사이에 마련되며, 상기 인라인 믹서를 우회하여 상기 액화가스 공급펌프로 전달되는 액화가스와, 상기 인라인 믹서를 거쳐 상기 액화가스 공급펌프로 전달되는 혼합가스 간의 압력차이를 보상하는 보조 펌프를 더 포함하는 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, 열매가 액상으로 저장되어 있는 타입의 열매 히터를 사용하여 압력 손실을 줄이거나, 석션 드럼을 대신해 인라인 믹서를 구비하여 배치 효율성을 높이거나, 열매가 임시 저장되는 팽창 드럼에서의 압력을 조절하거나, 및/또는 열매가 외부로 불필요하게 배출되는 것을 방지할 수 있는 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 재기화 시스템은, 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 액화가스를 가압하는 액화가스 공급펌프; 상기 액화가스 공급펌프에서 가압된 액화가스를 열매로 기화시켜 수요처로 공급하는 기화기; 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스 및 액화가스를 혼합하여 상기 액화가스 공급펌프로 전달하는 인라인 믹서; 및 상기 인라인 믹서와 상기 액화가스 공급펌프 사이에 마련되며, 상기 인라인 믹서를 우회하여 상기 액화가스 공급펌프로 전달되는 액화가스와, 상기 인라인 믹서를 거쳐 상기 액화가스 공급펌프로 전달되는 혼합가스 간의 압력차이를 보상하는 보조 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 인라인 믹서는, 상기 액화가스 저장탱크와 상기 액화가스 공급펌프 사이에 마련되는 석션 드럼을 대체할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 인라인 믹서로 연결되는 증발가스 공급라인; 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 액화가스 공급펌프를 거쳐 상기 수요처로 연결되는 액화가스 공급라인; 상기 액화가스 공급라인에서 상기 액화가스 공급펌프의 상류로부터 분기되어 상기 인라인 믹서에 연결되는 액화가스 분기라인; 및 상기 인라인 믹서에서 상기 보조 펌프를 거쳐 상기 액화가스 공급라인 또는 상기 액화가스 공급펌프로 연결되는 혼합가스 공급라인을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되는 저압 증발가스 압축기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 기화기를 우회하여 상기 수요처로 연결되는 증발가스 우회라인; 및 상기 증발가스 우회라인 상에 마련되는 고압 증발가스 압축기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 보조 펌프는, 상기 액화가스 저장탱크에서 배출된 액화가스가 상기 인라인 믹서를 거치면서 증발가스와의 혼합에 의해 강하되는 압력만큼, 상기 인라인 믹서에서 배출되는 액화가스를 가압하여 상기 액화가스 공급펌프로 전달할 수 있다.
구체적으로, 상기 혼합가스 공급라인에 마련되는 혼합가스 압력센서를 더 포함하고, 상기 보조 펌프는, 상기 혼합가스 압력센서의 측정값에 따라 가동이 제어될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 액화가스 재기화 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박은, 액화가스와 열교환할 때 상변화되는 열매를 사용하는 경우, 열매가 액상으로 저장되어 있고 액상의 열매 내부로 열원이 유입되는 구조의 열매 히터를 이용하여 압력 손실을 최소화해 액화가스 기화 효율을 높일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박은, 인라인 믹서를 둠으로써 선체 위에 마련되던 석션 드럼을 생략해 Visibility를 확보하는 동시에, 석션 드럼을 위해 필요한 제어 시스템을 생략하는 등의 효과를 얻을 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박은, 열매가 임시로 저장되는 팽창 드럼의 압력을 제어할 수 있도록 열매 펌프와 열매 히터 사이에서 열매를 리턴하거나 열매 히터 하류에서 열매를 리턴할 수 있도록 하여, 액화가스와 열매 간의 열교환 및 열매와 열원 간의 열교환 효율을 높일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 액화가스 재기화 시스템 및 이를 구비하는 선박은, 팽창 드럼에 연결되는 열매 저장탱크를 구비하고, 열매 저장탱크에서 발생한 기상의 열매가 액화가스와 열교환하여 리턴되도록 하여, 열매 저장탱크의 과압을 방지하고 열매의 불필요한 외부 방출을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열매 히터의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열매 히터의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
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 있고, 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 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 시스템에 대해 설명하며, 본 발명은 액화가스 재기화 시스템과 이를 가지는 선박을 포함하는 것이다. 다만 이때 선박은 상선 외에도 FLNG, FSRU 등과 같은 해양플랜트를 포괄하는 표현임을 알려둔다.
또한 이하에서 고압은 100bar 이상, 저압은 30bar 미만을 의미할 수 있지만, 고압이나 저압 등의 표현은 상대적인 것일 뿐, 절대적인 수치를 의미하는 것은 아님을 알려둔다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열매 히터의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열매 히터의 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 석션 드럼(20), 액화가스 공급펌프(30), 기화기(40), 열매 공급부(50)를 포함한다.
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(40)에 의하여 기화되어 수요처(60)로 전달될 수 있다.
이때 수요처(60)는 에너지를 생산하는 엔진이나 터빈 등이거나 또는 도시가스, 일반가정 등일 수 있지만 특별히 한정되지 않으며, 수요처(60)에는 액화가스가 기화기(40)에 의해 기화된 상태로 전달될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는 복수 개로 마련될 수 있고, 선체(3) 내부에 나란히 배열될 수 있다. 일례로 도면과 같이 선체(3) 내부에 적어도 4개의 액화가스 저장탱크(10)가 일정한 방향(전후 방향)으로 배치될 수 있지만, 액화가스 저장탱크(10)의 개수나 배치를 위와 같이 한정하는 것은 아니다.
액화가스 저장탱크(10)는 내부에 이송펌프(11)를 갖는다. 이송펌프(11)는 잠형펌프(submerged pump)로서 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스에 잠겨있도록 설치될 수 있다.
이송펌프(11)는 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 저장된 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)의 외부로 배출시키는데, 이때 이송펌프(11)에 의하여 액화가스가 다소 가압될 수 있지만 이송펌프(11)에 의한 가압은 수요처(60)의 요구 압력까지 이루어지진 않을 수 있다. 따라서 이송펌프(11)에 의해 가압된 액화가스의 압력과, 수요처(60)의 요구 압력의 차이만큼 액화가스 공급펌프(30)가 액화가스를 가압하게 된다.
이송펌프(11)에서 수요처(60)까지는 액화가스 공급라인(12)이 마련될 수 있으며, 액화가스 공급라인(12) 상에는 후술할 석션 드럼(20), 액화가스 공급펌프(30), 기화기(40) 등이 마련될 수 있다.
석션 드럼(20)은, 액화가스를 임시로 저장한다. 액화가스 저장탱크(10) 내에 마련되는 이송펌프(11)는 액화가스에 잠겨있는 상태를 유지하게 되므로 증발가스의 유입이 우려되지 않아 캐비테이션 문제가 발생할 가능성이 없으나, 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 마련되는 액화가스 공급펌프(30)의 경우에는 그렇지 않다.
따라서 석션 드럼(20)은, 액화가스 공급펌프(30)로 유입되는 액화가스에 기체 상태가 혼재되지 않도록, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 액화가스를 임시로 저장하면서 액상의 액화가스를 액화가스 공급펌프(30)로 전달해주어, 액화가스 공급펌프(30)에서의 캐비테이션 발생을 방지할 수 있다.
또한 석션 드럼(20)은 액화가스 공급펌프(30)의 가동을 위해 액화가스 공급펌프(30)에 유입되어야 하는 유효흡입수두(NPSHr)를 맞춰주기 위하여 이송펌프(11)로부터 전달되는 액화가스를 임시로 저장하였다가, 유효흡입수두 이상의 액화가스를 액화가스 공급펌프(30)로 전달할 수 있다.
석션 드럼(20)은 일정한 공간을 갖는 탱크 형태이며, 내압을 조절하기 위한 수단을 가질 수 있다. 일례로 액화가스 저장탱크(10)에서 석션 드럼(20)까지는 증발가스 공급라인(13)이 연결되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 기체 상태의 증발가스가 석션 드럼(20)에 주입됨에 따라 석션 드럼(20)의 압력이 상승할 수 있다.
또한 석션 드럼(20)은 질소 등의 기체 물질을 내부로 주입하여 석션 드럼(20)의 내압을 상승시키는 가압부(21)를 더 포함할 수 있으며, 다만 가압부(21)가 석션 드럼(20)에 공급하는 기체 물질은 특별히 한정되지 않는다.
또한 액화가스 공급라인(12)에서 액화가스 공급펌프(30)의 하류에는 액화가스 리턴라인(31)이 분기되고, 액화가스 리턴라인(31)은 액화가스 공급펌프(30)에서 가압된 액화가스를 석션 드럼(20)으로 리턴시키도록 마련됨으로써, 액화가스 리턴라인(31)에 의한 액화가스 회수를 통하여 석션 드럼(20)의 내압이 상승될 수 있다.
다만 석션 드럼(20)의 내압이 지나치게 높아지는 경우를 대비하기 위해, 석션 드럼(20)에는 액화가스 배출라인(22)이 마련될 수 있고, 액화가스 배출라인(22)에는 석션 드럼(20)의 내압이 일정 수준을 넘어서면 자동으로 개방되는 안전밸브(safety valve, 부호 도시하지 않음)가 마련될 수 있다.
액화가스 배출라인(22)에 의해 배출되는 액화가스는 대기로 방출되거나, 또는 액화가스 저장탱크(10)로 리턴될 수 있고, 이외에도 제한되지 않는 다양한 위치로 방출될 수 있다.
이와 같이 석션 드럼(20)은, 액화가스 저장탱크(10)의 이송펌프(11)로부터 전달되는 액화가스를 임시로 저장하면서 내압을 일정하게 유지하여, 액화가스 공급펌프(30)로 전달되는 액화가스가 유효흡입수두를 만족하면서 압력이 일정하도록 함으로써, 액화가스 공급펌프(30)의 가동 안정성을 보장할 수 있다.
물론 석션 드럼(20)의 내압을 조절하기 위해 증발가스의 혼합, 기체 물질의 유입, 가압된 액화가스의 리턴 등은, 석션 드럼(20)의 내압을 압력센서(도시하지 않음) 등으로 측정하고 측정된 값에 따라 밸브(도시하지 않음) 등을 제어하여 이루어질 수 있음은 구체적인 설명이 없더라도 자명하다.
액화가스 공급펌프(30)는, 석션 드럼(20)에서 배출되는 액상의 액화가스를 가압한다. 액화가스 공급펌프(30)에서 가압된 액화가스는 수요처(60)의 요구압력 이상일 수 있으며, 액화가스 공급펌프(30)와 수요처(60) 사이에는 액화가스를 추가로 가압하는 수단이 없을 수 있다.
액화가스 공급펌프(30)의 하류에는 앞서 언급한 액화가스 리턴라인(31)이 마련될 수 있으며, 액화가스 리턴라인(31)을 통해 석션 드럼(20)의 압력이 향상될 수 있다.
다만 액화가스 리턴라인(31)은 액화가스 공급펌프(30)에서 가압된 액화가스를 석션 드럼(20)으로 리턴시켜주는 것이 아니라, 액화가스 공급펌프(30)의 가동을 안정적으로 유지하기 위해서 최소 유량(minimum flow)을 순환시키는 라인일 수도 있다.
후자의 경우 액화가스 리턴라인(31)은, 도면에 도시된 것과 달리 액화가스 공급펌프(30)의 출구단(또는 출구단의 하류)이 아닌 액화가스 공급펌프(30)의 중간단에서 연결되어, 가압되지 않고 액화가스 공급펌프(30)를 단순히 거쳐간 저압의 액화가스를 석션 드럼(20)으로 리턴시킬 수 있으며, 석션 드럼(20)의 내압 조절과는 무관할 수 있다.
물론 본 실시예는, 고압의 액화가스를 석션 드럼(20)으로 리턴시켜 석션 드럼(20)의 압력을 높이기 위한 액화가스 리턴라인(31)과, 액화가스 공급펌프(30)의 가동을 유지하기 위해 최소 유량의 저압 액화가스를 석션 드럼(20)으로 순환시키는 액화가스 리턴라인(31)을 한꺼번에 구비할 수도 있다.
기화기(40)는, 액화가스를 기화시킨다. 기화기(40)는 액화가스 공급라인(12)에 마련될 수 있으며, 다양한 열매를 이용하여 액화가스를 가열할 수 있는데, 일례로 본 실시예는 열교환기, 파이프 등의 부식 위험이 없는 글리콜 워터를 사용하거나, 잠열을 열교환에 활용할 수 있는 프로판, R134a, CO2, R218 등을 사용할 수 있다.
다만 이하에서는 편의상 기화기(40)에 사용되는 열매가, 기화기(40)에서 액화가스에 의해 기상에서 액상으로 상변화하고 열매 공급부(50)에 마련되는 열매 히터(52)에서 열원(스팀이나 청수, 해수 등)에 의해 액상에서 기상으로 상변화하는 물성을 갖는 물질인 것으로 한정하여 설명하도록 한다.
기화기(40)는 액화가스가 흐르는 유로와 열매가 흐르는 유로를 갖는 2 stream 구조를 가질 수 있으며, 액화가스가 흐르는 유로는 기화기(40)가 설치된 액화가스 공급라인(12)과 나란하게 연결될 수 있다. 또한 열매가 흐르는 유로는 열매 공급부(50)의 열매 순환라인(54)과 나란하게 연결될 수 있다.
기화기(40)에 의해 기화되는 액화가스의 온도는 수요처(60)의 요구 온도일 수 있으며, 수요처(60)의 종류에 따라 달라질 수 있으므로, 기화기(40)에서 가열된 액화가스의 온도는 특별히 한정하지 않는다. 다만 일례로 기화기(40)는 액화가스를 10도 내지 50도 정도로 가열하여 기화시켜서 수요처(60)로 공급할 수 있다.
열매공급부(30)는, 기화기(40)에 열매를 공급한다. 이때 열매는 기화기(40)에서 액화가스와의 열교환에 의해 상변화되는 물질일 수 있음은 앞서 설명한 바와 같으며, 열매공급부(30)는 열매 펌프(51), 열매 히터(52), 팽창 드럼(53)을 포함한다.
열매 펌프(51)는, 열매를 기화기(40)로 전달한다. 열매 펌프(51)는 열매의 유동을 위하여 마련될 수 있으며, 열교환 효율 상승을 위하여 열매를 다소 가압해 유동시킬 수 있다.
열매 펌프(51)는 복수 개로 구성되어 병렬로 마련될 수 있으며, 적어도 어느 하나는 메인으로 구동하고 다른 하나는 보조 또는 백업으로 구동될 수 있다.
열매 히터(52)는, 열매를 가열한다. 열매 히터(52)는 해수 등의 열원을 이용하여 열매를 가열할 수 있다. 이를 위하여 열매 히터(52)에는 열원 공급라인(5221)이 연결될 수 있으며, 열원 공급라인(5221)에는 열원을 열매 히터(52)로 공급하기 위한 열원 펌프(5222)와, 열매 히터(52)의 상류 및/또는 하류에서의 열매 온도에 따라 열원의 공급 유량을 조절하는 열원 공급밸브(5223) 등이 마련될 수 있다.
일례로 열원이 해수일 경우 열원 공급라인(5221)은 외부(일례로 씨체스트)로부터 해수를 유입시켜서 열매 히터(52)로 전달할 수 있고, 열매 히터(52)에서 열매를 가열하면서 냉각된 해수를 필요에 따라 가열이나 살균 등의 처리를 거친 뒤 외부(일례로 씨체스트)로 배출할 수 있다. 즉 열원 공급라인(5221)은, 씨체스트와 열매 히터(52) 사이에서 해수가 순환되도록 할 수 있지만 클로즈 루프 형태는 아닐 수 있다.
물론 본 실시예에서 열매 히터(52)는 해수 외에도 스팀, 청수, 엔진 배기, 엔진 냉각수, 선박에서 발생하는 각종 폐열 등을 열원으로 다양하게 이용할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 열매 히터(52)는 기화기(40)와는 다른 타입으로 마련될 수 있다. 구체적으로 열매 히터(52)는, 액상의 열매를 저장하며, 액화가스와 열교환한 열매가 유입되고, 액상의 열매 내부로 열원이 유동하면서 열매가 가열되도록 하는 구조를 가질 수 있다. 이를 위해 열매 히터(52)는 하우징(521), 열원 공급부(522), 차단막(523), 충진부재(524), 배출부(525), 서포트(526)를 가질 수 있다.
하우징(521)은, 액상의 열매를 일정한 레벨만큼 저장한다. 하우징(521)은 눕혀진 원통 형태를 가질 수 있으며, 액화가스와 열교환한 액상의 열매가 유입되는 열매 유입구(5211)와, 내부에서 열원에 의해 가열된 기상의 열매가 배출되는 열매 배출구(5212)를 가질 수 있다.
열매 유입구(5211)는 하우징(521)에 저장된 액상의 열매의 액면보다 상방에 위치할 수 있으며, 따라서 액화가스에 의해 액화된 액상의 열매는, 하우징(521) 내에서 뿌려지는 형태로 유입될 수 있다.
열매 배출구(5212)는 기상의 열매를 하우징(521)의 외부로 배출하는 것이어서, 하우징(521)의 상단에 마련될 수 있다. 다만 열매 배출구(5212)로 액상의 열매가 배출되지 않도록 차단막(523)이 구비될 수 있다.
열원 공급부(522)는, 하우징(521)에 저장된 액상의 열매 내부로 열원이 유동하도록 하며, 열원이 유동하는 열원 공급라인(5221)과, 열원 공급라인(5221)에 마련되며 열원의 열을 열매로 전달하는 방열판(5224)을 포함할 수 있다.
이때 방열판(5224)은 원판 등의 형태를 가지며, 눕혀진 U자 형태를 가질 수 있는 열원 공급라인(5221) 상에 열원의 흐름 방향에 따라 다수 개가 서로 이격되면서 평행하도록 배치될 수 있다.
하우징(521) 내에는 방열판(5224)의 적어도 일부가 항상 잠겨있을 수 있도록 하는 양만큼 액상의 열매가 저장되어 있을 수 있으며, 따라서 액상의 열매는 잠겨있는 방열판(5224)으로부터 방출되는 열에 의해 기화되면서, 기상의 열매로 상변화될 수 있다.
일례로 도 2에서 아래 점선은 하우징(521) 내에 저장되는 액상의 열매가 이루는 액면의 최소 높이이고, 위 점선은 액면의 최대 높이일 수 있다. 즉 적어도 열매 히터(52)가 가동 중인 상태에서, 하우징(521) 내에 형성되는 액면은 도 2의 두 점선 사이에 놓일 수 있다.
열매 유입구(5211)를 통해 하우징(521) 내부로 유입되는 액상의 열매는 하우징(521) 내에 저장되어 있는 액상의 열매의 액면보다 상방에서 유입되는 것이고, 또한 방열판(5224)은 액상의 열매에 잠겨있으면서 열매 유입구(5211)보다 하방에 위치할 수 있다. 따라서 열매 공급부(50)는 액화가스와 열교환하여 액화된 후 하우징(521)으로 유입된 열매를 곧바로 기화시키는 것이 아니라, 하우징(521) 내에 저장된 액상의 열매를 먼저 기화시킬 수 있다.
방열판(5224)은, 하우징(521)의 단면인 원형과 유사하게 원판 형태를 가질 수 있다. 다만 방열판(5224)은 하우징(521)의 단면보다 작은 단면을 가질 수 있으며, 하우징(521)의 중심보다 하측에 치우쳐 마련되어 하우징(521) 내에 저장된 액상의 열매에 잠긴 상태를 유지할 수 있다.
이 경우 하우징(521)의 내부에서 방열판(5224)의 좌우에 액상의 열매가 저장되어 있을 수 있는데, 다만 하우징(521)의 내벽에 인접한 열매는 방열판(5224)으로부터 멀게 놓이므로 방열판(5224)으로부터 열의 전달이 제대로 이루어지지 못할 수 있는바, 하우징(521) 내부 공간을 줄여서 열매와 방열판(5224) 사이의 거리를 줄이기 위해 후술할 충진부재(524)가 마련될 수 있다.
차단막(523)은, 하우징(521) 내에서 하우징(521)에 저장된 액상의 열매의 액면보다 상방에 위치하며, 액상의 열매가 열매 배출구(5212)로 배출되는 것을 차단한다. 차단막(523)은 열매 배출구(5212)와 열매 유입구(5211) 사이에 마련될 수 있으며, 제한되지 않는 다양한 형태로 이루어져서 액상의 열매가 상승하는 것을 억제할 수 있다.
특히 차단막(523)은, 액화가스에 의해 액화된 액상의 열매가 하우징(521) 내부에 저장된 액상의 열매보다 상방에 놓인 열매 유입구(5211)를 통해 유입될 때, 액면에 떨어지는 액상의 열매가 튀면서 열매 배출구(5212)로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
충진부재(524)는, 방열판(5224)의 주변에서 하우징(521)의 내벽에 마련된다. 충진부재(524)는 앞서 잠깐 언급한 바와 같이, 액상의 열매와 방열판(5224) 사이의 거리를 줄이기 위해, 또한 액상의 열매의 액면이 충분한 높이를 유지하도록 하기 위해, 하우징(521) 내부 공간을 강제적으로 줄이도록 마련될 수 있다.
물론 하우징(521) 내에서 방열판(5224)과 액상의 열매 사이의 거리가 열매의 기화에 큰 문제가 없다면, 충진부재(524)는 얼마든지 변형되거나 또는 생략될 수 있다. 일례로 방열판(5224)이 높이보다 폭이 큰 타원형일 경우에는 하우징(521)의 내벽에 인접한 열매와 방열판(5224) 사이의 거리가 크지 않으므로, 충진부재(524)의 생략이 가능하다.
배출부(525)는, 하우징(521)에 저장되는 액상의 열매를 비상 상황 등에서 외부로 배출하기 위해 마련될 수 있으며, 액상의 열매를 드레인시키기 위해 하우징(521)의 하단에 구비될 수 있다.
서포트(526)는, 하우징(521)을 지지하기 위해 마련되는 구성으로서, 하우징(521)의 외벽에 적어도 하나 이상 마련되며 다리 형태 등을 가질 수 있다. 물론 서포트(526)의 형태나 배치 등은 특별히 한정되지 않으며, 다만 배출부(525)에 의한 열매 배출을 간섭하지 않도록 마련될 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 열매 히터(52)는, 액상의 열매에 잠긴 방열판(5224)을 이용해 열매를 기화시키되, 액화가스에 의해 냉각된 열매는 하우징(521) 내부의 액상의 열매보다 상방에서 하우징(521) 내부로 유입되도록 하는 구조를 갖는다. 이를 통해 본 실시예는, 잠열을 사용하는 열매로 액화가스를 재기화하는 경우, 열매가 순환하는 폐루프 내에서 발생하는 압력손실을 최소화할 수 있다.
일반적으로 열매 히터(52)에서는 주입 압력이 낮을수록 유리하고, 기화기(40)에서는 주입 압력이 높을수록 유리하다. 따라서 열매 히터(52)에서 발생하는 압력 손실이 작다면, 시스템을 효과적으로 구성할 수 있다.
따라서 본 실시예의 열매 히터(52)는, 방열판(5224)에 의해 기화되는 기상의 열매가 채워져서 일정한 압력 이상의 내압을 갖게 되는 하우징(521)을 마련하는 구조로 이루어져서, 기화되는 열매의 압력 손실을 대폭 줄일 수 있고(일례로 압력 손실은 2kPa 미만), 열교환 효율이 좋은 액상에만 전열 면적을 공급하여, 열매 히터(52)의 크기 및 가격을 낮출 수 있다.
이를 통해 본 실시예는, 기화기(40)로 유입되는 열매의 압력을 높여서 열교환 효율을 향상시킬 수 있고, 따라서 기화기(40)의 크기가 작아지고 가격이 저렴해지는 효과를 거둘 수 있다.
특히 액화가스 재기화 시스템(1)은 기화기(40)가 가격에서 가장 큰 비중을 차지하므로, 본 실시예는 액화가스 재기화 시스템(1) 자체의 비용 절감 효과를 가질 수 있다.
팽창 드럼(53)은, 열매를 임시로 저장한다. 팽창 드럼(53)은 열매를 저장하는 탱크 형태를 가질 수 있으며, 기화기(40)에 공급되는 열매의 유량을 보장해줄 수 있다.
팽창 드럼(53)에는 내압을 측정하기 위해 드럼 압력센서(531)가 마련될 수 있으며, 팽창 드럼(53)의 내압이 과도할 경우에는 팽창 드럼(53)에 마련되는 안전밸브(부호 도시하지 않음)가 개방되어 열매가 팽창 드럼(53)의 외부로 배출될 수 있다.
반대로 팽창 드럼(53)에는 외부로부터 열매가 보충될 수 있다. 비록 열매가 폐루프를 순환하는 형태로 마련됨으로써 열매의 손실이 거의 일어나지 않는다 하더라도, 예상치 못한 열매의 누출로 인한 열매 보충, 또는 열매의 정비를 위한 열매 배출 및 보충을 위해, 팽창 드럼(53)이 이용될 수 있다.
열매 펌프(51)와 열매 히터(52) 및 팽창 드럼(53)은 폐루프를 이루는 열매 순환라인(54)을 통해 연결될 수 있고, 열매는 팽창 드럼(53), 열매 펌프(51), 열매 히터(52)를 거쳐 기화기(40)로 유입된 후, 팽창 드럼(53)으로 회수될 수 있다.
이를 위해 열매 순환라인(54)은 팽창 드럼(53), 열매 펌프(51), 열매 히터(52), 그리고 기화기(40)를 순차적으로 연결하는 폐루프 구조를 가질 수 있으며, 열매 순환라인(54)에서 열매 히터(52)의 상류나 기화기(40)의 하류 등에는 열매의 온도를 체크하기 위한 열매 온도센서(541)가 마련될 수 있다.
이때 열매 온도센서(541)에 의한 측정값은, 열매 펌프(51), 열원 공급밸브(5223) 등의 제어에 활용될 수 있으며, 또한 이송펌프(11)나 액화가스 공급밸브 등의 제어에도 사용될 수 있음은 물론이다.
이와 같이 본 실시예는, 열매 히터(52)가 압력손실을 최소화하는 구조로 마련되도록 하여, 기화기(40)에서의 열교환 효율을 보장하여 기화기(40)의 크기를 줄여 비용을 절감하고 공간 활용성을 증대시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 액화가스 공급펌프(30), 기화기(40) 등을 포함하며, 또한 인라인 믹서(70)를 마련하여 석션 드럼(20)을 생략할 수 있다.
이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 이는 후술하는 제3, 4 실시예를 설명할 때에도 마찬가지임을 알려둔다.
인라인 믹서(70)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스 및 액화가스를 혼합하여 액화가스 공급펌프(30)로 전달한다. 인라인 믹서(70)는 앞선 제1 실시예에서 설명한 석션 드럼(20)을 대체하는 것으로서, 석션 드럼(20)과 마찬가지로 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스를 액화가스로 액화시키는 기능을 구현할 수 있다.
다만 인라인 믹서(70)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 액화가스 공급펌프(30) 사이의 액화가스 공급라인(12) 상에 마련되는 석션 드럼(20)과는 달리, 액화가스 저장탱크(10)와 액화가스 공급펌프(30) 사이의 액화가스 공급라인(12)에 마련되는 대신에, 액화가스 공급라인(12)과 병렬로 마련될 수 있다.
이 경우 인라인 믹서(70)는, 액화가스 공급라인(12)으로부터 분기되는 액화가스 분기라인(71)에 연결될 수 있으며, 액화가스 분기라인(71)은 액화가스 공급라인(12)에서 액화가스 공급펌프(30)의 상류로부터 분기되어 인라인 믹서(70)에 연결될 수 있다.
따라서 인라인 믹서(70)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스 공급펌프(30)로 공급되는 저압의 액화가스 중 일부를, 액화가스 분기라인(71)을 통해 전달받을 수 있다. 이때 액화가스 분기라인(71) 상에는 인라인 믹서(70)로 유입되는 액화가스의 상태를 측정하기 위한 액화가스 온도센서(711) 및/또는 액화가스 유량센서(712) 등의 다양한 측정수단이 마련될 수 있다.
액화가스 공급라인(12)과 달리 증발가스 공급라인(13)은 액화가스 저장탱크(10)에서 인라인 믹서(70)로 직접 연결될 수 있다. 증발가스 공급라인(13)은 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 인라인 믹서(70)로 전달하게 되며, 이때 본 실시예는 증발가스 공급라인(13) 상에 저압 증발가스 압축기(13)를 마련할 수 있다.
석션 드럼(20)의 경우 내압을 높이는 제어가 가능하나, 인라인 믹서(70)의 경우 구조 상 내압 상승 등의 제어가 불가능하다. 따라서 본 실시예는 액화가스 저장탱크(10)에서 인라인 믹서(70)로 공급되는 증발가스를 저압 증발가스 압축기(13)로 압축함으로써, 석션 드럼(20)에서의 압력 조절과 동일한 기능을 보장할 수 있다. 이때 저압 증발가스 압축기(13)의 가동 제어 등을 위해, 증발가스 공급라인(13)에는 증발가스 유량센서(132) 및/또는 증발가스 온도센서(133) 등이 다양하게 구비될 수 있다.
인라인 믹서(70)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되어 저압 증발가스 압축기(13)에 의해 압축된 증발가스를, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되어 액화가스 공급펌프(30)로 유입되기 전에 분기된 일부의 액화가스와 혼합하여 액화시킬 수 있으며, 증발가스와 액화가스가 혼합된 상태를 본 명세서에서 혼합가스라 지칭할 수 있다. 증발가스는 액화가스와 혼합되면서 액화될 것이므로 혼합가스는 액상을 나타낼 수 있지만, 기상이 혼재되어 있을 수 있음을 알려둔다.
인라인 믹서(70)는, 혼합가스를 액화가스 공급라인(12) 및/또는 액화가스 공급펌프(30)로 전달하기 위해, 인라인 믹서(70)로부터 액화가스 공급라인(12) 및/또는 액화가스 공급펌프(30)로 연결되는 혼합가스 공급라인(72)을 구비할 수 있다.
혼합가스 공급라인(72)에는, 보조 펌프(80)가 마련될 수 있다. 보조 펌프(80)는 액화가스(또는 혼합가스)의 흐름을 기준으로 인라인 믹서(70)와 액화가스 공급펌프(30) 사이에 마련되며, 액화가스와 혼합가스 간의 압력차이를 보상할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에서 배출되어 액화가스 공급라인(12)을 통해 인라인 믹서(70)를 우회하여 액화가스 공급펌프(30)로 전달되는 액화가스 대비, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되어 액화가스 분기라인(71)을 통해 인라인 믹서(70)로 유입되어 증발가스와 혼합된 후 액화가스 공급펌프(30)로 전달되는 혼합가스는, 증발가스의 혼합으로 인하여 압력이 다소 저하될 수 있다.
따라서 본 실시예는, 혼합가스를 가압하는 보조 펌프(80)를 두어, 액화가스 공급펌프(30)로 유입되는 액화가스와 혼합가스 사이의 압력차를 해소할 수 있다. 물론 저압 증발가스 압축기(13)가 증발가스를 압축하는 만큼, 보조 펌프(80)가 해소하는 압력차는 줄어들 수 있으며, 더 나아가 저압 증발가스 압축기(13)가 액화가스 공급펌프(30)로 공급되는 액화가스 및 혼합가스 간의 압력차를 해소할 수 있을 정도로 증발가스를 압축하게 되는 경우에는, 보조 펌프(80)는 생략될 수 있다. 물론 반대로 보조 펌프(80)를 두고 저압 증발가스 압축기(13)를 생략할 수도 있다.
이와 같이 보조 펌프(80)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 액화가스가 인라인 믹서(70)를 거치면서 증발가스와의 혼합에 의해 강하되는 압력만큼, 인라인 믹서(70)에서 배출되는 액화가스(혼합가스)를 가압하여 액화가스 공급펌프(30)로 전달할 수 있다.
이러한 보조 펌프(80)의 가동을 위해서, 혼합가스 공급라인(72)에는 혼합가스 압력센서(721)가 마련될 수 있고, 보조 펌프(80)는 혼합가스 압력센서(721)의 측정값에 따라 가동이 제어될 수 있다. 또한 보조 펌프(80)의 가동에는, 증발가스의 유량이나 온도, 인라인 믹서(70)로 유입되는 액화가스의 유량이나 온도 등이 활용될 수도 있다.
또한 혼합가스 공급라인(72)에는 혼합가스 공급밸브(722)가 마련되며, 혼합가스 공급밸브(722)는 보조 펌프(80)와 동일/유사하게 액화가스 분기라인(71)에 마련되는 액화가스 유량센서(712) 등에 의해 가동이 제어될 수 있다.
본 실시예의 인라인 믹서(70)는, 석션 드럼(20)과 달리 액화가스를 일정 레벨만큼 저장해두는 구성이 아니기 때문에, 인라인 믹서(70)의 하류에 마련되는 액화가스 공급펌프(30) 등에서 캐비테이션의 문제를 방지하기 위한 수단을 마련할 필요가 있다.
이를 위해 보조 펌프(80) 및/또는 액화가스 공급펌프(30)는, 석션 폿(suction pot, 도시하지 않음)을 구비할 수 있다. 석션 폿이라 함은 보조 펌프(80)나 액화가스 공급펌프(30)로 유입되는 혼합가스(또는 액화가스)가 임시로 저장되는 공간을 이루는 통과 같은 구성을 의미하며, 보조 펌프(80) 등은 혼합가스가 액상으로 저장되는 통에 잠긴 형태로 마련되어, 액상의 혼합가스만을 빨아올리게 될 수 있다.
따라서 본 실시예는, 석션 드럼(20)을 구비하지 않더라도 보조 펌프(80)나 액화가스 공급펌프(30) 등에 기체 상태가 유입되는 것을 방지하여 액화가스 공급펌프(30) 등을 충분히 보호할 수 있다.
추가로 본 실시예는, 액화가스 저장탱크(10)에서 기화기(40)를 우회하여 수요처(60)로 연결되는 증발가스 우회라인(14)과, 증발가스 우회라인(14) 상에 마련되는 고압 증발가스 압축기(141)를 더 포함할 수 있다.
증발가스 우회라인(14)은 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스가 인라인 믹서(70)나 액화가스 공급펌프(30) 및 기화기(40)를 거치지 않고 수요처(60)로 공급되도록 하는 것으로, 인라인 믹서(70)가 석션 드럼(20)처럼 증발가스를 임시로 저장하는 형태가 아니라는 점을 고려하여, 액화가스 저장탱크(10)에서 과도한 증발가스가 발생하는 경우를 대비하기 위해 마련된다. 이때 고압 증발가스 압축기(141)는, 저압 증발가스 압축기(13)와는 달리 수요처(60)의 요구 압력까지 증발가스를 압축하여 수요처(60)로 전달할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 석션 드럼(20)을 대체하여 인라인 믹서(70) 등을 마련하면서도, 석션 드럼(20)이 갖는 역할인 증발가스 응축과 액화가스 공급펌프(30)의 보호(기체 상태 유입 방지) 효과를 모두 보장함으로써, 높이가 높은 석션 드럼(20)의 생략을 통해 visibility 확보가 용이하고, 또한 석션 드럼(20)을 제어하기 위해 사용되는 장비들을 둘 필요가 없어 가격 경쟁력을 높일 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 액화가스 공급펌프(30), 기화기(40), 열매 공급부(50) 등을 포함하며, 열매 공급부(50)가 열매 회수라인을 구비할 수 있다.
열매 회수라인은, 열매 히터(52)의 상류 및 하류에서 열매를 팽창 드럼(53)으로 회수하여, 팽창 드럼(53)의 압력을 조절할 수 있다. 구체적으로 열매 회수라인은, 열매 펌프(51)와 열매 히터(52) 사이에서 저온열매를 팽창 드럼(53)으로 회수하여, 팽창 드럼(53)의 압력을 낮추는 저온열매 회수라인(511)을 포함할 수 있다.
저온열매 회수라인(511)은, 열매 펌프(51)에 의해 가압된 후 열매 히터(52)에 의해 가열되기 전인 저온 상태의 저온열매를 팽창 드럼(53)으로 회수하게 된다. 팽창 드럼(53)은 정상 운전 시 내부 온도가 상온보다 낮게 유지되므로, 외부로부터의 열 유입에 의해 지속적으로 압력이 상승하게 될 수 있다. 이 경우 저온열매 회수라인(511)은 팽창 드럼(53)의 과압을 방지하기 위해 저온열매를 팽창 드럼(53)으로 회수할 수 있는데, 이때 회수되는 저온열매는 sub-cooled liquid 상태이므로, 팽창 드럼(53) 내부에 존재하는 기상의 열매를 냉각해 응축시켜서 팽창 드럼(53)의 내압을 낮출 수 있다.
저온열매 회수라인(511)에는 저온열매의 회수 유량을 조절하는 저온열매 회수밸브(512)가 마련될 수 있으며, 저온열매 회수밸브(512)는 팽창 드럼(53)에 마련되는 드럼 압력센서(531)의 측정값에 따라 개도가 조절될 수 있다.
또한 저온열매 회수라인(511)에서의 회수는, 열매 순환라인(54)에 마련되어 열매의 순환 유량을 조절하는 열매 순환밸브(542)에 의하여 제어될 수도 있다. 열매 순환밸브(542)는 열매 펌프(51)와 열매 히터(52) 사이에서 저온열매 회수라인(511)이 열매 순환라인(54)으로부터 분기되는 지점의 하류에 마련될 수 있으며, 개도를 조절하여 적어도 일부의 열매가 열매 히터(52)로 전달되지 않고 저온열매 회수라인(511)으로 전달되도록 할 수 있다.
저온열매 회수밸브(512) 및/또는 열매 순환밸브(542)는, 팽창 드럼(53)의 내압에 의하여 제어될 수 있고, 및/또는 기화기(40)에서 배출된 열매의 온도에 의해 제어될 수 있다. 즉 저온열매 회수라인(511)에 의한 회수는, 팽창 드럼(53)에 마련되는 드럼 압력센서(531) 및/또는 열매 순환라인(54)에 마련되는 열매 온도센서(541)의 측정값에 따라 달라질 수 있다.
따라서 열매 순환밸브(542) 등은, 팽창 드럼(53)의 내압을 낮추는 기능을 구현하는 동시에 기화기(40)로 유입되는 열매의 유량을 조절하여, 기화기(40)에서 토출되어 팽창 드럼(53)으로 유입되는 열매의 온도를 기설정된 온도 범위가 되도록 제어할 수 있다. 구체적으로 본 실시예는, 기화기(40)에서 토출되는 열매가 sub-cooled liquid 상태로 배출되도록 할 수 있다.
열매 회수라인은, 저온열매 회수라인(511) 외에 고온열매 회수라인(527)을 더 포함한다. 고온열매 회수라인(527)은 열매 히터(52)와 기화기(40) 사이에서 고온열매를 팽창 드럼(53)으로 회수하여 팽창 드럼(53)의 압력을 높일 수 있다.
고온열매 회수라인(527)은 열매 히터(52)에서 열원에 의해 가열된 고온 상태의 고온열매를 팽창 드럼(53)으로 회수하게 되며, 고온열매의 회수는 저온열매의 지속적인 회수로 인해 팽창 드럼(53)의 압력이 과도하게 낮아진 경우 팽창 드럼(53)의 내압을 상승시키기 위해 이루어질 수 있다.
고온열매 회수라인(527)에는 고온열매의 회수 유량을 조절하는 고온열매 회수밸브(528)가 마련될 수 있으며, 고온열매 회수밸브(528)는 팽창 드럼(53)에 마련되는 드럼 압력센서(531)의 측정값에 따라 개도가 제어될 수 있다.
따라서 본 실시예는, 기화기(40)에서 배출되는 열매의 온도가 정해진 온도가 될 수 있도록 열매 순환밸브(542) 및/또는 저온열매 회수밸브(512)가 저온열매를 팽창 드럼(53)으로 회수할 수 있고, 다만 이 과정에서 팽창 드럼(53)의 압력이 지속적으로 낮아지게 되는데, 팽창 드럼(53)의 압력이 너무 낮아지는 것을 방지하기 위해 고온열매 회수밸브(528)가 고온열매의 회수를 구현할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 잠열을 사용하는 프로판 등의 열매를 이용할 때, 팽창 드럼(53)의 압력을 효과적으로 조절하여 열매 펌프(51)의 유효흡입수두(NPSHr)를 맞춰주면서, 기화기(40) 및 열매 히터(52)에서 LMTD(Logarithmic mean temperature difference: 대수평균온도차) 및 열교환 효율을 높여 기화기(40) 등의 크기나 가격을 감소시킬 수 있고, 또한 열매 순환라인(54) 상에서의 순환 유량을 줄여 열매 순환라인(54)의 크기를 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 액화가스 공급펌프(30), 기화기(40), 열매 공급부(50) 등을 포함하며, 열매 공급부(50)가 열매 저장탱크(55) 및 관련 구성 등을 구비할 수 있다.
열매 저장탱크(55)는, 팽창 드럼(53)에서 배출되는 열매를 저장한다. 열매 저장탱크(55)는 열매 순환라인(54) 외부에 마련되어, 열매 순환라인(54)에서 순환하는 열매의 유량을 일정 수준으로 유지해주기 위해 마련될 수 있다.
팽창 드럼(53)은 열매의 지속적인 순환이 이루어지는 공간으로 액화가스로부터 전달되는 냉열을 지속적으로 흡수할 수 있다. 그러나 열매 저장탱크(55)는 액화가스의 재기화 시 열매의 지속적인 순환이 이루어지는 구성은 아닐 수 있으므로, 외부 열침투 등으로 인하여 내부에 증발가스가 발생할 우려가 있다.
일반적인 온도 범위에서 열매 저장탱크(55)는, 열 침투로 인한 온도 상승, 증발가스 발생, 열매 저장탱크(55)의 내압 증가, 과포화(saturated) 상태가 순차적으로 이루어지면서, 열매 저장탱크(55)는 더 이상 열 침투를 받지 않는 상태에 놓이게 될 수 있다.
그러나 주변 기온이 일반적인 수준을 넘어서서 높게 오르면, 주변 기온에서의 과포화 상태의 압력이 열매 저장탱크(55)의 설계 압력을 넘어서게 될 수 있고, 이 경우 열매 저장탱크(55)는 기상의 열매를 외부로 배출해야만 하기 때문에, 열매 낭비, 환경오염, 안전위협 등의 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 실시예는, 이러한 문제를 해소하기 위해 열매 저장탱크(55)로부터 열매 순환라인(54)에서 기화기(40)의 상류에 연결되는 열매 배출라인(554)을 포함할 수 있다. 열매 배출라인(554)은, 열매 저장탱크(55)에 열 침투가 발생하여 열매 저장탱크(55)에서 기상의 열매가 발생하였을 때 기상의 열매를 기화기(40)로 전달할 수 있다.
이를 통해 본 실시예는 열매 저장탱크(55)의 내부에 과압이 발생하였을 때 기상의 열매가 열매 저장탱크(55)의 외부로 배출되도록 하되, 열매를 열매 공급부(50)의 외부로 버리지 않고 재활용할 수 있다.
구체적으로 열매 배출라인(554)을 통해 배출된 기상의 열매는 기화기(40)에서 액화가스에 의해 액화된 뒤 회수될 수 있으며, 액화된 열매는 팽창 드럼(53)으로 회수되었다가 열매 순환라인(54)을 따라 순환되거나 또는 열매 저장탱크(55)로 다시 전달될 수 있다.
팽창 드럼(53)에서 열매 저장탱크(55)로 열매가 전달될 수 있도록, 팽창 드럼(53)으로부터 열매 저장탱크(55)로 열매 분기라인(551)이 마련될 수 있다. 열매 분기라인(551)에는 열매 분기펌프(552)가 마련될 수 있고, 열매 분기펌프(552)는 팽창 드럼(53)에 저장된 액상의 열매를 열매 저장탱크(55)로 전달할 수 있다.
팽창 드럼(53)에는 팽창 드럼(53) 내에 저장된 열매의 레벨을 측정하는 드럼 레벨센서(532)가 마련될 수 있으며, 열매 분기펌프(552)는 팽창 드럼(53) 내의 레벨이 너무 높으면 팽창 드럼(53)으로부터 열매 저장탱크(55)로 액상의 열매를 전달할 수 있다. 따라서 열매 순환라인(54)을 따라 순환하는 열매의 유량은 과도하지 않은 안정적인 수준으로 조절된다. 물론 열매 분기펌프(552)는 팽창 드럼(53) 내의 레벨 외에, 팽창 드럼(53)의 내압을 토대로 가동이 제어될 수도 있다.
열매 저장탱크(55)로 유입된 액상의 열매는, 액화가스의 재기화 과정에서도 순환되지 않고 열매 저장탱크(55) 내에 저장되었다가, 외부 열침투에 의해 기상의 열매로 기화될 수 있고, 이 경우 열매 저장탱크(55)의 내압이 상승하게 된다.
다만 앞서 설명한 바와 같이, 열매 저장탱크(55)의 내부 온도는 외기 온도에 수렴하고 내압은 열매가 과포화 상태에 놓이는 압력이 될 수 있는데, 열매 저장탱크(55) 등을 구비한 선박이 위치한 지역의 온도 범위에 따라, 과포화 상태의 압력이 열매 저장탱크(55)의 설계 압력을 넘어설 것을 대비하여, 열매 저장탱크(55)에서 발생한 기상의 열매는 열매 배출라인(554)을 통해 열매 저장탱크(55)의 외부로 배출될 수 있다. 이를 통해 본 실시예는 열매 저장탱크(55)의 설계 압력을 낮출 수 있는바, 열매 저장탱크(55)의 과설계를 방지할 수 있다.
열매 저장탱크(55)는, 팽창 드럼(53)보다 상대적으로 높은 압력으로 열매를 저장할 수 있다. 이는 열매 저장탱크(55)의 경우 열매의 지속적인 순환이 일어나지 않는바, 외부 열침투로 인해 열매가 기화하면서 열매 저장탱크(55) 내압이 상승하게 되기 때문이다.
일례로 석션 드럼(20)의 내압이 0.1~2bar 내외(일례로 0.5bar)라면, 열매 저장탱크(55)의 내압은 2~10bar 내외(일례로 4bar)일 수 있다. 이 경우 열매 분기라인(551)에는, 열매의 흐름이 열매 저장탱크(55)에서 석션 드럼(20)으로 이루어지지 않도록 열매의 흐름을 일방향으로 제한하는 원웨이 밸브(5511)가 마련될 수 있다.
또한 열매 저장탱크(55)는, 기화기(40)에서 유동하는 열매의 압력보다 상대적으로 높은 압력으로 열매를 저장할 수 있다. 일례로 기화기(40)에서 유동하는 열매의 압력은 1~5bar 내외(일례로 2bar)일 수 있고, 열매 저장탱크(55)의 내압은 그보다 높은 2~10bar 내외(일례로 4bar)일 수 있다. 이 경우 열매 배출라인(554)에는, 열매의 흐름을 일방향으로 제한하는 원웨이 밸브(5541)가 마련될 수 있다.
본 실시예는 열매 저장탱크(55)의 압력을 측정하는 탱크 압력센서(553)가 마련될 수 있으며, 탱크 압력센서(553)는 열매 저장탱크(55) 자체에 마련되거나 또는 열매 배출라인(554)에 마련될 수 있다.
열매 배출라인(554)에는 열매 배출밸브(555)가 마련될 수 있는데, 열매 배출밸브(555)는 탱크 압력센서(553)의 측정값에 따라 열매 저장탱크(55)에서 배출되는 열매의 유량을 조절할 수 있다.
따라서 열매 저장탱크(55)는, 주변 지역의 온도가 일상적인 경우에는 열매가 과포화 상태에 놓이는 내압을 가질 수 있고, 주변 지역의 온도가 매우 높은 경우에는 열매가 과포화 상태에 높이는 내압(앞선 내압 대비 더 높음)에 도달하기 전에, 기상의 열매가 열매 배출라인(554)을 통해 기화기(40)로 배출됨에 따라 구조적 안정성을 보장할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 열매를 저장해두는 열매 저장탱크(55)가 외부 열침투로 인해 내압이 과도하게 상승하게 되는 문제를 해결하기 위해, 열매 저장탱크(55)에서 발생한 기상의 열매를 기화기(40)로 전달하여 액화시켜 재사용함으로써, 열매 저장탱크(55)의 설계압력을 낮추더라도 열매 저장탱크(55)의 내구성을 유지할 수 있다.
본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.
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: 이송펌프 12: 액화가스 공급라인
13: 증발가스 공급라인 14: 증발가스 우회라인
20: 석션 드럼 21: 가압부
22: 액화가스 배출라인 30: 액화가스 공급펌프
31: 액화가스 리턴라인 40: 기화기
50: 열매 공급부 51: 열매 펌프
52: 열매 히터 53: 팽창 드럼
54: 열매 순환라인 55: 열매 저장탱크
60: 수요처 70: 인라인 믹서
71: 액화가스 분기라인 72: 혼합가스 공급라인
80: 보조 펌프

Claims (8)

  1. 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 액화가스를 가압하는 액화가스 공급펌프;
    상기 액화가스 공급펌프에서 가압된 액화가스를 열매로 기화시켜 수요처로 공급하는 기화기;
    상기 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스 및 액화가스를 혼합하여 상기 액화가스 공급펌프로 전달하는 인라인 믹서;
    상기 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축하여 상기 인라인 믹서로 전달하는 저압 증발가스 압축기; 및
    상기 인라인 믹서와 상기 액화가스 공급펌프 사이에 마련되며, 상기 인라인 믹서를 우회하여 상기 액화가스 공급펌프로 전달되는 액화가스와, 상기 인라인 믹서를 거쳐 상기 액화가스 공급펌프로 전달되는 혼합가스 간의 압력차이를 보상하는 보조 펌프를 더 포함하며,
    상기 보조 펌프는,
    상기 인라인 믹서로 유입된 액화가스가 상기 저압 증발가스 압축기에 의해 압축된 증발가스와 혼합됨에 따라 압력이 저하되어 상기 인라인 믹서를 우회하는 액화가스 대비 압력 강하가 발생하는 것을 해소하고자, 상기 혼합가스를 가압하여 상기 액화가스 공급펌프로 전달하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 인라인 믹서는,
    상기 액화가스 저장탱크와 상기 액화가스 공급펌프 사이에 마련되는 석션 드럼을 대체하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에서 상기 인라인 믹서로 연결되는 증발가스 공급라인;
    상기 액화가스 저장탱크에서 상기 액화가스 공급펌프를 거쳐 상기 수요처로 연결되는 액화가스 공급라인;
    상기 액화가스 공급라인에서 상기 액화가스 공급펌프의 상류로부터 분기되어 상기 인라인 믹서에 연결되는 액화가스 분기라인; 및
    상기 인라인 믹서에서 상기 보조 펌프를 거쳐 상기 액화가스 공급라인 또는 상기 액화가스 공급펌프로 연결되는 혼합가스 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 저압 증발가스 압축기는,
    상기 증발가스 공급라인 상에 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에서 상기 기화기를 우회하여 상기 수요처로 연결되는 증발가스 우회라인; 및
    상기 증발가스 우회라인 상에 마련되는 고압 증발가스 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 혼합가스 공급라인에 마련되는 혼합가스 압력센서를 더 포함하고,
    상기 보조 펌프는, 상기 혼합가스 압력센서의 측정값에 따라 가동이 제어되는 것을 특징으로 하는 액화가스 재기화 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항, 제 7 항 중 어느 한 항의 상기 액화가스 재기화 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.
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