KR102268426B1 - 증발가스 재액화 시스템 및 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발가스 재액화 시스템 및 선박에 관한 것으로서, 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 다단으로 마련되며 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 압축하는 복수 개의 압축기; 압축된 증발가스를 냉각시키는 냉각기; 냉각된 증발가스를 감압하는 감압기; 및 감압된 증발가스를 수용하는 공간을 갖고, 감압된 증발가스의 내부로 냉각된 증발가스가 통과하면서 열교환되도록 하는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

증발가스 재액화 시스템 및 선박{Boil-off gas re-liquefaction system and ship having the same}

본 발명은 증발가스 재액화 시스템 및 선박에 관한 것이다.

다양한 종류의 화물을 적재한 상태로 바다를 항해하는 선박 중에서 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)나 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 운반하는 액화가스 운반선은, 비등점이 상온보다 낮은 가스를 강제로 액화시켜서 액체 상태로 저장하는 저장탱크를 구비하고 있다.

액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄(CH4)을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 액체로 만든 것으로, 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다. 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.

그런데 이러한 액화가스를 저장하는 저장탱크에는 단열 기능이 구현되어 있지만 액화가스의 기화를 완전히 차단할 수는 없다. 따라서 저장탱크 내에서는 액화가스가 증발한 기체 상태의 증발가스가 발생하게 되며, 증발가스는 저장탱크의 내압을 상승시키게 되므로 안전을 위해 저장탱크로부터 배출되어야 한다.

저장탱크의 내압을 낮추기 위해 저장탱크로부터 배출된 증발가스는 가스연소장치(Gas Combustion Unit)를 통해 연소하여 버려지게 된다. 그런데 증발가스 또한 선박이 운반하는 화물 중 일부에 해당하는 것이어서, 증발가스의 배출은 화물 운반의 신뢰성을 떨어뜨리는 것이어서 문제된다.

따라서 최근에는, 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 버리지 않고 효과적으로 처리할 수 있도록 하는 방안에 대하여, 지속적인 연구 및 개발이 이루어지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 효과적으로 재액화함으로써, 카고 핸들링 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 증발가스 재액화 시스템 및 선박을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 증발가스 재액화 시스템은, 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 다단으로 마련되며 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 압축하는 복수 개의 압축기; 압축된 증발가스를 냉각시키는 냉각기; 냉각된 증발가스를 감압하는 감압기; 및 감압된 증발가스를 수용하는 공간을 갖고, 감압된 증발가스의 내부로 냉각된 증발가스가 통과하면서 열교환되도록 하는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 압축기를 경유하여 상기 냉각기로 연결되는 증발가스 냉각라인; 상기 냉각기에서 상기 열교환기를 경유하여 상기 액화가스 저장탱크로 연결되는 증발가스 리턴라인; 및 상기 증발가스 리턴라인에서 상기 열교환기의 상류로부터 분기되어 상기 감압기를 경유하여 상기 열교환기로 연결되는 증발가스 감압라인을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 열교환기는, 상기 증발가스 냉각라인에서 상기 압축기의 중간단에 마련되며 감압된 증발가스를 이용하여 복수 개의 압축기 중 일부에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 이코노마이저를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 열교환기는, 상기 증발가스 냉각라인에서 상기 압축기의 상류에 마련되며 감압된 증발가스를 이용하여 상기 압축기로 유입되는 증발가스를 냉각시키는 프리 가스쿨러를 포함할 수 있다.

구체적으로, 압축된 증발가스가 상기 이코노마이저를 우회하도록 상기 증발가스 냉각라인에 마련되는 바이패스라인을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 냉각된 증발가스가 상기 프리 가스쿨러를 우회하도록 상기 증발가스 리턴라인에 마련되는 프리 가스쿨러 우회라인을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 증발가스 리턴라인에서 상기 프리 가스쿨러의 하류에 마련되는 압력조절밸브를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 열교환기는, 감압기에 의해 액화된 증발가스를 일정 레벨로 수용할 수 있다.

구체적으로, 상기 이코노마이저는, 액화된 증발가스의 내부에 코일 형태로 마련되며 상기 증발가스 리턴라인과 나란하게 연결되는 냉각 유로; 상기 증발가스 감압라인과 연결되어 액화된 증발가스를 내부로 유입시키는 감압가스 유입구; 및 상기 증발가스 냉각라인과 연결되어 일부 압축된 증발가스를 내부로 유입시키는 압축가스 유입구를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 프리 가스쿨러는, 액화된 증발가스의 내부에 코일 형태로 마련되며 상기 증발가스 리턴라인과 나란하게 연결되는 냉각 유로; 상기 증발가스 감압라인과 연결되어 액화된 증발가스를 내부로 유입시키는 감압가스 유입구; 및 상기 증발가스 냉각라인과 연결되어 압축 전의 증발가스를 내부로 유입시키는 배출가스 유입구를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 증발가스 재액화 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 증발가스 재액화 시스템 및 선박은, 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하고 응축하여 재액화시킨 후 액화가스 저장탱크로 리턴시키는 과정에서 증발가스와의 열교환을 활용해 재액화 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 증발가스 재액화 시스템이 적용된 선박의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하 본 명세서에서 가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 에탄, 암모니아 등과 같이 상온에서 기체 상태로 기화되는 모든 물질을 포괄하는 의미로 사용될 수 있지만, 이하 본 명세서에서 액화가스는 편의상 LPG임을 가정하여 설명한다.

또한 액화가스는 저장을 위해 액화된 가스, 증발가스는 자연기화된 가스를 의미하며, 액화가스나 증발가스의 상태를 각각 액체, 기체로 한정하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 증발가스 재액화 시스템이 적용된 선박의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 증발가스 재액화 시스템(2)이 적용된 선박(1)은, 선체 내부에 길이 방향으로 복수 개의 액화가스 저장탱크(10)를 탑재하는 액화가스 운반선일 수 있으며, 일례로 선박(1)은 LPG 운반선일 수 있다.

선박(1)의 상갑판 상에는 선실(부호 도시하지 않음), 엔진 케이싱(부호 도시하지 않음) 등이 마련되며, 증발가스 재액화 시스템(2)의 구성들도 상갑판 상에 마련될 수 있다. 다만 증발가스 재액화 시스템(2)을 이루는 각종 구성들의 설치 위치는 특별히 한정되지 않을 수 있다.

물론 본 발명에 따른 선박(1)은, 액화가스 운반선 외에도 액화가스의 저장이 가능한 FPSO, FSRU 등과 같은 각종 해양플랜트를 포괄하는 표현임을 알려둔다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 압축기(20), 냉각기(30), 임시 저장탱크(40), 감압기(50), 이코노마이저(61), 압력조절밸브(70)를 포함한다.

액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 선박(1)의 선내에 복수 개로 마련될 수 있으며, 비등점이 상온보다 낮은 가스를 액화시켜서 극저온 상태로 저장할 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)는 멤브레인형, 독립형, 압력용기형 등의 타입으로 이루어질 수 있지만 특별히 한정되지 않는다. 다만 타입과 무관하게 액화가스 저장탱크(10)의 내부에서는 액화가스 중 일부가 자연기화하여 증발가스를 발생시키게 되는데, 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 상승하게 되므로 문제될 수 있다. 따라서 본 실시예는 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)의 외부로 배출시키게 되며, 배출된 증발가스는 재액화되어 액화가스 저장탱크(10)로 리턴될 수 있다.

또는 본 발명은 증발가스를 수요처(부호 도시하지 않음)의 연료로 사용할 수도 있는데, 이때 수요처는 선박(1)에 마련되는 엔진일 수 있으며, 선박(1)을 추진시키는 추진기관이거나 선박(1) 내부 전력 부하를 커버하기 위한 발전기관 등일 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)에는 증발가스를 배출하기 위한 증발가스 냉각라인(21)이 마련될 수 있으며, 증발가스 냉각라인(21)은 액화가스 저장탱크(10)로부터 냉각기(30)까지 연결될 수 있다.

증발가스 냉각라인(21) 상에는 후술할 압축기(20) 등이 마련되며, 압축기(20)의 상류에는 석션 세퍼레이터(22)가 마련된다. 석션 세퍼레이터(22)는 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스를 기수분리(기액분리)하여 기체 상태의 증발가스만 압축기(20)로 공급함으로써 압축기(20)의 damage를 방지할 수 있다.

압축기(20)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스를 압축한다. 압축기(20)는 원심형 또는 왕복동형 등일 수 있으며, 복수 개로 이루어지며 다단으로 마련될 수 있다. 또한 압축기(20)는 백업이나 부하 분담을 위해 병렬로 마련될 수도 있다.

압축기(20)는 1bar 내외로 유입되는 증발가스를 10 내지 100bar로 압축할 수 있으며, 압축기(20)에 의해 증발가스가 압축되면 증발가스의 비등점이 상승하게 된다. 따라서 압축된 증발가스는 대기압에서의 비등점(일례로 LNG의 경우 -163도, LPG의 경우 -55도)까지 냉각하지 않더라도 액화가 가능한 상태가 될 수 있다.

일례로 압축기(20)는 3단으로 구성될 수 있고, 1단에서 4bar 내외, 2단에서 10bar 내외, 3단에서 20~30bar 내외로 증발가스를 압축할 수 있다. 물론 압축기(20)가 압축하는 증발가스의 압력은 특별히 한정되지 않는다.

액화가스 저장탱크(10)에서 냉각기(30)로 연결되는 증발가스 냉각라인(21)에는 복수 개의 압축기(20)가 직렬로 마련되어 다단 압축기(20)를 구성할 수 있는데, 증발가스 냉각라인(21) 상에서 압축기(20) 사이에는 이코노마이저(61)가 연결될 수 있다.

즉 1단 압축기(20)를 빠져나온 저압의 증발가스는 이코노마이저(61)를 거친 뒤 2단 압축기(20)로 전달되며, 2단 압축기(20)를 빠져나온 중압의 증발가스는 다른 이코노마이저(61)를 거친 뒤 3단 압축기(20)로 전달되고, 3단 압축기(20)에서 고압의 증발가스로 빠져나와 냉각기(30)로 전달된다.

이때 이코노마이저(61)는 후술하겠지만 감압된 증발가스를 냉매로 이용하는 냉각 설비로서, 압축기(20)로부터 유입된 저압 증발가스 또는 중압 증발가스를 냉각시킬 수 있다. 따라서 이코노마이저(61)는 압축기(20)들 사이에 마련되는 중간 냉각기 기능을 수행할 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)에서 증발가스는 -50도 내외로 배출되는데, 배출된 증발가스는 석션 세퍼레이터(22)를 거친 뒤 1bar 내외, -20도 내외로 1단 압축기(20)에 유입된다.

이후 1단 압축기(20)에서 4bar 내외, 40도 내외의 상태로 배출되어 이코노마이저(61)로 유입되며, 이코노마이저(61) 내에서 30도 내외로 냉각된 후 2단 압축기(20)로 전달된다.

이후 2단 압축기(20)에서 10bar 내외, 70도 내외의 상태로 배출되어 다른 이코노마이저(61)로 유입되며, 이코노마이저(61)에서 60도 내외로 냉각된 후 3단 압축기(20)로 전달된다. 마지막으로 3단 압축기(20)에서 20~30bar 내외, 100도 내외의 상태로 배출되며, 이후 냉각기(30)에서 40도 내외로 냉각될 수 있다.

다만 각 압축기(20)에서 토출되는 증발가스의 온도가 비교적 높지 않은 경우이거나, 높은 온도의 증발가스 토출이 필요한 경우 등의 상황에서, 증발가스가 이코노마이저(61)를 우회할 수 있도록 증발가스 냉각라인(21)에는 바이패스라인(211)이 마련될 수 있다.

바이패스라인(211)은 압축된 증발가스가 이코노마이저(61)를 우회하도록 증발가스 냉각라인(21)에 마련되며, 일례로 바이패스라인(211)은 2단 압축된 증발가스가 이코노마이저(61)를 우회하여 3단 압축기(20)로 유입되도록 마련될 수 있다.

바이패스라인(211)에는 밸브(도시하지 않음)가 마련될 수 있으며, 밸브는 2단 압축기(20) 등의 부하나 증발가스의 온도 조건 등에 따라 개도가 조절될 수 있다.

또한 본 실시예는 압축기(20)를 3단으로 한정하는 것은 아니며, 3단 이후 4단 압축기(20), 5단 압축기(20) 등이 추가로 부가될 수 있다. 다만 본 실시예는 압축기(20)의 중간단에서 증발가스가 적어도 2회 서로 다른 이코노마이저(61)를 경유하도록 할 수 있다.

냉각기(30)는, 압축된 증발가스를 냉각하여 적어도 일부를 재액화시킨다. 이때 냉각기(30)는 증발가스를 재액화시킬 수 있지만, 실제 가동 시 다양한 요인에 의하여 증발가스의 재액화가 전혀 이루어지지 않거나 증발가스중 일부만 재액화되는 상황을 배제하는 것은 아님을 알려둔다.

이는 증발가스 내에 비등점이 상이한 물질들이 혼합되어 있기 때문이다. 일례로 프로판과 부탄을 주성분으로 하나 에탄을 포함하는 LPG의 경우, 에탄의 비등점이 프로판/부탄보다 낮아 에탄 등의 일부 성분이 재액화되지 못할 수 있다.

냉각기(30)는 다단으로 마련되는 복수 개의 압축기(20)의 하류에 마련되며, 제한되지 않는 다양한 냉매(일례로 질소, LNG, LPG, 프로판, R134a, CO2 등)를 이용하여 증발가스를 냉각시킬 수 있다.

냉각기(30)는 압축기(20)에서 압축된 증발가스의 온도를 낮추면서도, 대기압에서의 증발가스의 비등점까지 낮추진 않을 수 있다. 이는 압축기(20)에 의해 증발가스가 압축되면서 비등점이 상승하였기 때문이다. 다만 냉각기(30)는 최종단(일례로 3단)의 압축기(20)에서 토출되는 증발가스의 압력을 고려하여 증발가스의 냉각 온도를 조절할 수 있다.

임시 저장탱크(40)는, 냉각된 증발가스를 임시로 저장한다. 임시 저장탱크(40)는 기액분리기일 수 있으며, 냉각된 증발가스 중 액화된 증발가스를 이코노마이저(61)로 전달할 수 있다.

다만 임시 저장탱크(40)는 냉각된 증발가스 중 액화되지 않은 증발가스를 외부로 배출하지 않고 저장해둘 수 있으며, 이 경우 임시 저장탱크(40) 내압이 상승하게 됨에 따라 후술할 감압기(50)에 의해 감압 시 증발가스의 냉각 효과가 향상될 수 있다.

물론 본 실시예는 임시 저장탱크(40)가 액화되지 않은 증발가스를 3단 압축기(20)와 냉각기(30)의 사이로 되돌려주도록 하는 등의 변형이 다양하게 가능하다.

냉각기(30)에서 액화가스 저장탱크(10) 사이에는 냉각된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 전달하기 위한 증발가스 리턴라인(31)이 마련되는데, 임시 저장탱크(40)는 증발가스 리턴라인(31) 상에서 냉각기(30)의 하류 및 이코노마이저(61)의 상류에 배치될 수 있다.

다만 임시 저장탱크(40)는 생략될 수 있으며, 이 경우 냉각기(30)에서 냉각된 증발가스는 별도의 기액분리 없이 이코노마이저(61)로 전달될 수 있다.

감압기(50)는, 냉각된 증발가스를 감압한다. 냉각기(30)에서 후술할 이코노마이저(61)를 경유하여 액화가스 저장탱크(10)로 연결되는 증발가스 리턴라인(31)에는 증발가스 감압라인(51)이 분기될 수 있는데, 증발가스 감압라인(51)은 증발가스 리턴라인(31)에서 이코노마이저(61)의 상류로부터 분기되어 증발가스 리턴라인(31)과 별개로 이코노마이저(61)에 연결되며, 이때 증발가스 감압라인(51) 상에는 감압기(50)가 마련될 수 있다.

감압기(50)는 줄-톰슨 밸브나 팽창기 등일 수 있고, 냉각기(30)에서 냉각된 후 감압기(50)에 의해 감압된 증발가스는 감압 시 발생하는 냉각에 의해 추가로 액화될 수 있다.

이 경우 감압기(50)에서 감압된 증발가스는 감압기(50)를 경유하지 않는 증발가스와 별도로 이코노마이저(61)에 유입되며, 감압에 의해 액화된 증발가스는 이코노마이저(61) 내에서 냉매로 사용될 수 있다.

이코노마이저(61)는 2대 이상으로 마련될 수 있는데, 감압기(50)는 각 이코노마이저(61)로 연결되는 증발가스 리턴라인(31)에서 이코노마이저(61)의 상류로부터 분기되어 증발가스 리턴라인(31)과 별개로 이코노마이저(61)로 연결되는 증발가스 감압라인(51)마다 마련될 수 있다.

이코노마이저(61)는, 감압기(50)에 의해 감압된 증발가스를 수용하는 공간을 갖는다. 이코노마이저(61)에는 냉각기(30)에 의해 냉각된 후 감압기(50)에 의해 감압된 증발가스와, 냉각기(30)에 의해 냉각되고 감압기(50)는 경유하지 않는 증발가스가 각각 별개의 유입구(612, 613)로 유입될 수 있다.

이때 감압기(50)에 의해 감압된 증발가스는 감압 시 액화될 수 있는데, 액화된 증발가스는 이코노마이저(61) 내에서 일정 레벨로 수용될 수 있다. 물론 앞서 설명한 것처럼 냉각기(30)에 의해 냉각된 증발가스도 액화될 수 있지만, 냉각 후 감압기(50)에 의해 감압된 증발가스는 더욱 높은 비율로 액화될 수 있음을 알려둔다.

이코노마이저(61)는, 감압된 증발가스의 내부로 냉각된 증발가스가 통과하면서 열교환되도록 한다. 이러한 측면에서 이코노마이저(61)는 열교환기(60)로 지칭될 수 있다.

이를 위해 이코노마이저(61)는 감압에 의해 액화된 증발가스의 내부에 냉각 유로(611)를 구비할 수 있으며, 냉각 유로(611)는 증발가스 리턴라인(31)과 나란하게 연결되어, 냉각기(30)에 의해 냉각된 증발가스가 감압 없이 냉각 유로(611)로 유입되도록 할 수 있다.

냉각 유로(611)를 따라 흐르는 증발가스는 액화된 증발가스와 열교환하면서 추가로 냉각될 수 있으므로, 액화효율이 증대될 수 있다. 이때 액화효율 향상을 위해 냉각 유로(611)는 액화된 증발가스의 내부에 코일 형태로 마련될 수 있다.

이코노마이저(61)에는 증발가스 감압라인(51)과 연결되어 액화된 증발가스를 내부로 유입시키는 감압가스 유입구(612)가 마련되고, 증발가스 냉각라인(21)과 연결되어 일부 압축기(20)에 의해 압축된 증발가스를 내부로 유입시키는 압축가스 유입구(613)가 마련될 수 있다.

압축가스 유입구(613)는 액화된 증발가스의 레벨보다 높은 위치에 마련되어 증발가스를 레벨 위에 뿌려줄 수 있는데, 이는 액화된 증발가스가 불필요하게 기화되는 것을 억제하기 위함이다.

또한 감압가스 유입구(612) 역시 액화된 증발가스의 레벨보다 높은 위치에 마련될 수 있는데, 따라서 압축가스 유입구(613)에 의해 유입된 증발가스는 감압에 의해 액화된 증발가스와 접촉하면서 냉각/액화될 수 있다. 이러한 접촉식 열교환을 통해 압축기(20) 중간에서의 냉각이 이코노마이저(61)에 의해 구현되는 것이다.

따라서 이코노마이저(61)는 증발가스 냉각라인(21)에서 압축기(20)의 중간단에 마련되어, 감압된 증발가스를 이용하여 복수 개의 압축기(20) 중 일부에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키게 될 수 있다.

이코노마이저(61) 내부에는 압축가스 유입구(613)와 마주하는 차단격벽(614)이 마련될 수 있고, 차단격벽(614)은 압축된 증발가스가 이코노마이저(61) 내에서 냉각되지 않고 바로 다음 압축기(20)로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.

본 실시예에서 이코노마이저(61)는 총 2대가 마련될 수 있는데, 하나의 이코노마이저(61)는 증발가스 리턴라인(31)을 기준으로 냉각기(30)의 하류에 마련되고 증발가스 냉각라인(21)을 기준으로 2단 압축기(20)와 3단 압축기(20) 사이에 마련될 수 있다.

또한 다른 이코노마이저(61)는 증발가스 리턴라인(31)을 기준으로 하나의 이코노마이저(61)의 하류에 마련되고, 증발가스 냉각라인(21)을 기준으로 1단 압축기(20)와 2단 압축기(20) 사이에 마련될 수 있다.

즉 증발가스는, 증발가스 냉각라인(21)을 따라 1단 압축기(20) - 이코노마이저(61) - 2단 압축기(20) - 이코노마이저(61) - 3단 압축기(20) - 냉각기(30)로 유입되며, 냉각기(30)에서 냉각된 증발가스는 증발가스 리턴라인(31)을 따라 이코노마이저(61) - 이코노마이저(61) - 압력조절밸브(70)를 거쳐 액화가스 저장탱크(10)로 리턴될 수 있다.

이 경우 냉각기(30)에서 냉각된 20~30bar, 40도 내외의 증발가스는, 하나의 이코노마이저(61)를 거치면서 압력은 거의 변화하지 않고 온도는 30도 이하로 떨어질 수 있으며, 다른 이코노마이저(61)를 추가로 거치면서 압력은 거의 변화하지 않고 온도는 영하로 떨어질 수 있다.

이후 압력조절밸브(70)에 의해 압력이 액화가스 저장탱크(10)의 내압과 유사한 수준으로 떨어지면, 증발가스는 대기압에서의 비등점보다 낮은 온도 내외로 냉각될 수 있으므로, 최종적으로 재액화되어 액화가스 저장탱크(10)로 리턴될 수 있는 것이다.

압력조절밸브(70)는, 증발가스 리턴라인(31)에서 이코노마이저(61)의 하류 및 액화가스 저장탱크(10)의 상류에 마련되며, 증발가스를 감압시킨다. 압력조절밸브(70)는 20~30bar의 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)의 내압에 대응되도록 1bar 내외로 감압시킬 수 있으며, 감압기(50)와 동일/유사하게 줄-톰슨 밸브 등일 수 있다.

압력조절밸브(70)가 증발가스를 감압하게 되면, 감압에 의해 증발가스의 온도가 낮아진다. 일례로 증발가스 리턴라인(31)을 따라 이코노마이저(61)를 두 번 경유한 증발가스는 영하(일례로 -4도 내외)의 온도를 갖는데, 압력조절밸브(70)를 거치면서 증발가스의 온도는 -40도 내외로 낮아질 수 있다.

압력조절밸브(70)는 단독으로 마련되거나 또는 복수 개가 직렬로 마련될 수 있고, 이는 다단 압축기(20)의 최종 압축 압력에 따라 다양하게 달라질 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 직렬로 마련되는 2대 이상의 이코노마이저(61)를 이용하여 증발가스의 액화 효율을 높여서 에너지 절감, 카고 저장 효율성 향상 등의 효과를 거둘 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템(2)은, 앞선 제1 실시예에서의 석션 세퍼레이터(22)를 대신하여 프리 가스쿨러(62)를 마련할 수 있다.

이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다.

프리 가스쿨러(62)는, 증발가스 냉각라인(21)에서 액화가스 저장탱크(10)와 1단 압축기(20) 사이에 마련될 수 있으며, 증발가스 리턴라인(31)에서 두 번째 이코노마이저(61)와 액화가스 저장탱크(10) 사이에 마련될 수 있다. 이때 증발가스 리턴라인(31)에서 프리 가스쿨러(62)의 상류에는 증발가스 감압라인(51)이 분기되고, 증발가스 감압라인(51)은 감압기(50)를 경유하여 증발가스 리턴라인(31)과 별도로 프리 가스쿨러(62)에 연결될 수 있다.

프리 가스쿨러(62)는 감압된 증발가스를 수용하는 공간을 갖고, 감압된 증발가스의 내부로 냉각된 증발가스가 통과하면서 열교환되도록 할 수 있다. 따라서 프리 가스쿨러(62)와 앞선 이코노마이저(61) 모두 열교환기(60)로 통칭될 수 있다.

다만 프리 가스쿨러(62)는 이코노마이저(61)와 달리 증발가스 냉각라인(21)에서 압축기(20)의 상류에 마련되며, 감압된 증발가스를 이용하여 압축기(20)로 유입되는 증발가스를 냉각시킬 수 있다.

즉 본 실시예에서 냉각기(30)에 의해 냉각된 증발가스는, 증발가스 리턴라인(31)을 따라 2대의 이코노마이저(61)를 거치면서 냉각되고 압력조절밸브(70)에 의해 감압되어 액화가스 저장탱크(10)로 리턴되던 제1 실시예와 달리, 2대의 이코노마이저(61)를 거친 뒤 프리 가스쿨러(62)에서 추가로 냉각되고 압력조절밸브(70)에 의해 감압된 후 액화가스 저장탱크(10)로 리턴된다.

다만 증발가스 리턴라인(31)에는 필요에 따라 프리 가스쿨러(62)를 우회하여 액화가스 저장탱크(10)로 리턴될 수 있도록 하는 프리 가스쿨러 우회라인(311)이 마련될 수 있다.

증발가스 리턴라인(31)에는 필요에 따라 이코노마이저(61) 일부 혹은 전체를 우회하여 액화가스 저장탱크(10)로 리턴 혹은 프리 가스쿨러(62)로 리턴될 수 있도록 하는 이코노마이저 우회라인(312)이 마련될 수 있다.

프리 가스쿨러(62)는 이코노마이저(61)와 동일/유사하게, 액화된 증발가스의 내부에 코일 형태로 마련되며 증발가스 리턴라인(31)과 나란하게 연결되는 냉각 유로(621)를 구비하며, 또한 증발가스 감압라인(51)과 연결되어 액화된 증발가스를 내부로 유입시키는 감압가스 유입구(622)를 갖고, 차단격벽(624)을 구비할 수 있다.

다만 프리 가스쿨러(62)는 이코노마이저(61)와 달리, 증발가스 냉각라인(21)과 연결되어 압축 전의 증발가스를 내부로 유입시키는 배출가스 유입구(623)를 포함할 수 있다.

냉각기(30) 하류에서 1대의 이코노마이저(61)를 두면 이코노마이저(61)가 없는 경우 대비 8 내지 12%의 효율(CoP: Coefficient of Performance) 향상이 가능하며, 2대의 이코노마이저(61)를 직렬로 마련하게 되면 15%의 효율 향상이 가능한데, 여기에서 더 나아가 본 실시예는 제1 실시예 대비 3 내지 7% 이상의 추가 효율 향상이 가능하다.

이는 결국 CAPEX와 OPEX의 절감을 불러올 수 있고, 혁신적인 가동 비용 절약 등의 효과를 거둘 수 있게 된다. 또한 압축기(20)로 유입되는 증발가스의 예냉이 가능하므로, 압축기(20)의 가동 효율 역시 높아지게 된다.

이와 같이 본 실시예는, 액화가스 저장탱크(10)와 압축기(20) 사이에 석션 세퍼레이터(22)를 대신하여 프리 가스쿨러(62)를 마련하여, 압축기(20)로 유입되는 증발가스의 예냉을 구현하면서도 리턴되는 증발가스의 냉각 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들 중 적어도 둘 이상의 조합 또는 상기 실시예들의 내용 중 적어도 어느 하나의 실시예와 공지 기술의 조합을 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: 선박 2: 증발가스 재액화 시스템
10: 액화가스 저장탱크 20: 압축기
21: 증발가스 냉각라인 211: 바이패스라인
22: 석션 세퍼레이터 30: 냉각기
31: 증발가스 리턴라인 311: 프리 가스쿨러 우회라인
312: 이코노마이저 우회라인 40: 임시 저장탱크
50: 감압기 51: 증발가스 감압라인
60: 열교환기 61: 이코노마이저
611: 냉각 유로 612: 감압가스 유입구
613: 압축가스 유입구 614: 차단격벽
62: 프리 가스쿨러 621: 냉각 유로
622: 감압가스 유입구 623: 배출가스 유입구
624: 차단격벽 70: 압력조절밸브

Claims (11)

1. 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크;
   다단으로 마련되며 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 압축하는 복수 개의 압축기;
   압축된 증발가스를 냉각시키는 냉각기;
   냉각된 증발가스를 감압하는 감압기;
   감압된 증발가스를 수용하는 공간을 갖고, 감압된 증발가스의 내부로 냉각된 증발가스가 통과하면서 열교환되도록 하는 열교환기; 및
   상기 액화가스 저장탱크에서 상기 압축기를 경유하여 상기 냉각기로 연결되는 증발가스 냉각라인을 포함하며,
   상기 열교환기는,
   상기 증발가스 냉각라인에서 상기 압축기의 중간단에 마련되며 감압된 증발가스를 이용하여 복수 개의 압축기 중 일부에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 이코노마이저; 및
   상기 증발가스 냉각라인에서 상기 압축기의 상류에 마련되며 감압된 증발가스를 이용하여 상기 압축기로 유입되는 증발가스를 냉각시키는 프리 가스쿨러를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각기에서 상기 열교환기를 경유하여 상기 액화가스 저장탱크로 연결되는 증발가스 리턴라인; 및
   상기 증발가스 리턴라인에서 상기 열교환기의 상류로부터 분기되어 상기 감압기를 경유하여 상기 열교환기로 연결되는 증발가스 감압라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 2 항에 있어서,
   압축된 증발가스가 상기 이코노마이저를 우회하도록 상기 증발가스 냉각라인에 마련되는 바이패스라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
6. 제 2 항에 있어서,
   냉각된 증발가스가 상기 프리 가스쿨러를 우회하도록 상기 증발가스 리턴라인에 마련되는 프리 가스쿨러 우회라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 증발가스 리턴라인에서 상기 프리 가스쿨러의 하류에 마련되는 압력조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
8. 제 2 항에 있어서, 상기 열교환기는,
   감압기에 의해 액화된 증발가스를 일정 레벨로 수용하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
9. 제 2 항에 있어서, 상기 이코노마이저는,
   액화된 증발가스의 내부에 코일 형태로 마련되며 상기 증발가스 리턴라인과 나란하게 연결되는 냉각 유로;
   상기 증발가스 감압라인과 연결되어 액화된 증발가스를 내부로 유입시키는 감압가스 유입구; 및
   상기 증발가스 냉각라인과 연결되어 일부 압축된 증발가스를 내부로 유입시키는 압축가스 유입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
10. 제 2 항에 있어서, 상기 프리 가스쿨러는,
    액화된 증발가스의 내부에 코일 형태로 마련되며 상기 증발가스 리턴라인과 나란하게 연결되는 냉각 유로;
    상기 증발가스 감압라인과 연결되어 액화된 증발가스를 내부로 유입시키는 감압가스 유입구; 및
    상기 증발가스 냉각라인과 연결되어 압축 전의 증발가스를 내부로 유입시키는 배출가스 유입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
11. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 상기 증발가스 재액화 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.

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