KR102295008B1 - 증발가스 액화 시스템 및 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증발가스 액화 시스템 및 선박에 대한 것으로서, 선박에 마련되며 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 압축하여 수요처에 공급하는 증발가스 압축기; 압축된 증발가스 중 상기 수요처에서 소비되지 않은 잉여분을 액화하는 액화부; 액화된 증발가스를 기상과 액상으로 분리하는 기액분리기; 및 상기 액화부와 상기 증발가스 압축기 사이에서 증발가스를 냉각하는 냉각부;를 포함하며, 상기 냉각부는, 상기 기액분리기에서 분리된 기상증발가스를 순환시켜 증발가스를 냉각하며, 상기 기액분리기는, 상기 수요처의 가동 여부에 따라, 기상증발가스를 상기 냉각부로 전달하거나 상기 증발가스 압축기로 전달하는 것을 특징으로 한다.

Description

증발가스 액화 시스템 및 선박{boil-off gas reliquefaction system and ship having the same}
본 발명은 증발가스 액화 시스템 및 선박에 관한 것이다.
최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.
액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다. 이러한 액화가스를 연료로 사용하는 엔진이 구동되기 위해서 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 액화가스의 상태와는 다를 수 있다.
또한 LNG를 액상으로 보관할 때 탱크로 열침투가 발생함에 따라 일부 LNG가 기화되어 증발가스(BOG: Boil off Gas)가 생성되는데, 기존에는 증발가스를 외부로 배출시켜 태우는 방법(기존에는 탱크 압력을 낮춰 탱크의 파손 위험을 제거하기 위해서 증발가스를 단순히 외부로 배출 처리하였다.)으로 소비를 시킴으로서 문제를 해결하고자 하였으나 이는 환경오염과 자원낭비의 문제를 일으키고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 증발가스의 액화 과정에서 발생하는 플래시가스를 anchoring mode에서 cold power를 추가하는데 활용하여, full 재액화를 구현할 수 있는 증발가스 액화 시스템 및 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 증발가스 재액화 시스템은, 선박에 마련되며 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 압축하여 수요처에 공급하는 증발가스 압축기; 압축된 증발가스 중 상기 수요처에서 소비되지 않은 잉여분을 액화하는 액화부; 액화된 증발가스를 기상과 액상으로 분리하는 기액분리기; 및 상기 액화부와 상기 증발가스 압축기 사이에서 증발가스를 냉각하는 냉각부;를 포함하며, 상기 냉각부는, 상기 기액분리기에서 분리된 기상증발가스를 순환시켜 증발가스를 냉각하며, 상기 기액분리기는, 상기 수요처의 가동 여부에 따라, 기상증발가스를 상기 냉각부로 전달하거나 상기 증발가스 압축기로 전달하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 수요처는, 상기 선박을 추진하는 추진엔진이며, 상기 기액분리기는, 상기 수요처가 정지하는 상기 선박의 정박 시, 기상증발가스를 상기 냉각부로 전달하며, 상기 수요처가 가동하는 상기 선박의 운항 시, 기상증발가스를 상기 증발가스 압축기로 전달할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에서 상기 액화부를 경유하여 상기 기액분리기로 연결되는 증발가스 배출라인; 상기 증발가스 배출라인에서 분기되어 상기 수요처로 연결되는 증발가스 공급라인; 및 상기 기액분리기에서 기상증발가스가 배출되는 기상증발가스 배출라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 기상증발가스를 보조냉매로서 순환시키며 상기 냉각부를 경유하는 보조냉매 순환라인을 포함하며, 상기 기상증발가스 배출라인은, 상기 기상증발가스를 상기 보조냉매 순환라인에 전달하는 기상증발가스 전달라인과, 상기 기상증발가스를 상기 증발가스 배출라인에서 상기 증발가스 압축기의 상류에 혼합하는 기상증발가스 혼합라인으로 분기될 수 있다.
구체적으로, 상기 기액분리기로부터 분리된 기상증발가스가 상기 기상증발가스 전달라인 또는 상기 기상증발가스 혼합라인으로 전달되는 흐름을 조절하는 밸브부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 밸브부는, 상기 선박의 정박 시, 상기 기상증발가스 전달라인의 흐름을 개방하고 상기 기상증발가스 혼합라인의 흐름을 차단하며, 상기 선박의 운항 시, 상기 기상증발가스 혼합라인의 흐름을 개방하고 상기 기상증발가스 전달라인의 흐름을 차단할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 증발가스 재액화 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 증발가스 액화 시스템 및 선박은, 플래시가스를 선박의 정박 start up 시 보조냉매 순환라인에 채워넣고, 이후 플래시가스를 이용한 증발가스 예냉을 구현하여, 안정적인 완전 재액화를 구현할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 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. 이하에서는 본 발명의 증발가스 액화 시스템에 대해 설명하며, 본 발명은 증발가스 액화 시스템과 이를 가지는 선박을 포함하는 것이다.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스(BOG: Boil-Off Gas)는 자연기화 또는 강제기화된 액화가스를 의미할 수 있다. 다만 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또한 이하에서, 감압은 팽창을 통해서 발생되는 상태일 수 있으며, 역으로 감압은 팽창에 의해서 발생되는 상태일 수 있으므로, 감압과 팽창은 서로 혼용되어 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 증발가스 압축기(20), 냉각부(30), 액화부(40), 기액분리기(50), 밸브부(60)를 포함한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 선박에 마련될 수 있으며, 액화가스를 화물로서 저장하는 카고탱크(cargo tank)일 수 있다. 이 경우 선박은 액화가스 운반선이 된다.
반면 액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 연료로서 저장하는 연료탱크(fuel tank)일 수 있으며, 이 경우 선박은 액화가스 운반선이거나 또는 액화가스 운반선 외의 다른 선종의 선박, 혹은 자항이 가능한 해양 부유물 등일 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 연료로 사용될 수 있으며, 액화가스는 수요처(C1, C2)에서 소비된다. 수요처(C1, C2)는 선박을 추진하는 추진엔진이거나 GCU(C2), 보일러 등일 수 있고, 엔진(C1)의 경우 ME-GI 엔진, XDF 엔진, DF 발전엔진 등 그 종류를 특정하지 않는다.
수요처(C1, C2)는 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스와 함께 또는 액화가스를 대신하여, 증발가스(BOG: Boil-off gas)를 소비할 수 있다. 증발가스는 액화가스 저장탱크(10) 내에서 액화가스가 외부 열침투로 인해 자연 기화한 기체 상태의 가스를 의미한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 독립형 타입이거나 멤브레인 타입 등일 수 있으며, 독립형 타입 중에서 압력용기로 마련될 수 있다. 또는 멤브레인 타입 중에서는 Mark III, No 96 등의 단열벽 구조를 가질 수 있다.
즉 액화가스 저장탱크(10)에 있어서 액화가스를 저장하는 저장 압력이나, 단열을 위한 단열벽 구조 등은 특별히 제한되지 않을 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스는, 액화가스 저장탱크(10)의 내압 유지를 위해 외부로 배출될 수 있으며, 배출된 증발가스는 증발가스 압축기(20)에 의하여 압축되어 수요처(C1, C2)로 공급될 수 있다.
이를 위해 액화가스 저장탱크(10)에는 증발가스 배출라인(L10)이 마련될 수 있으며, 증발가스 배출라인(L10)에서 증발가스 압축기(20)의 하류에는 수요처(C1, C2)로 증발가스 공급라인(L11)이 분기 연결될 수 있다.
증발가스 압축기(20)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스를 압축하여 수요처(C1, C2)에 공급한다. 증발가스 압축기(20)는 원심형 또는 왕복동형 등으로 마련될 수 있고, 또한 독립적으로 가동하는 증발가스 압축기(20) 복수 개가 직렬로 마련되고, 및/또는 하나의 증발가스 압축기(20)가 다단으로 마련될 수 있다. 즉 증발가스 압축기(20)의 단 수, 직렬/병렬 배치 등은 자유롭게 변형 가능하다.
증발가스 압축기(20)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 수요처(C1, C2)의 요구압력에 맞게 압축할 수 있다. 일례로 수요처(C1, C2)가 ME-GI 엔진인 경우 증발가스 압축기(20)는 증발가스를 150bar 내지 500bar로 압축할 수 있으며, XDF 엔진인 경우 15bar 내외로 압축할 수 있다. 즉 증발가스 압축기(20)는 수요처(C1, C2)의 종류에 따라 토출압력이 달라지게 마련될 수 있다.
증발가스 압축기(20)에 의해 압축된 증발가스는 수요처(C1, C2)로 공급될 수 있는데, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스의 양과 수요처(C1, C2)의 요구량은 상이할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)의 배출량이 수요처(C1, C2)의 요구량에 못미치는 경우, 본 실시예는 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 이송 펌프(11) 등을 이용해 수요처(C1, C2)로 전달해줄 수 있다.
반대로 액화가스 저장탱크(10)의 배출량이 수요처(C1, C2)의 요구량을 상회하는 경우, 본 실시예는 잉여분의 증발가스를 재액화하여 액화가스 저장탱크(10)나 혹은 별도의 저장용기(도시하지 않음)로 리턴시켜서 재활용할 수 있다. 이를 위해 이하에서 후술하는 냉각부(30)와 액화부(40)가 활용될 수 있다.
냉각부(30)는, 증발가스 압축기(20)에서 토출되어 액화부(40)로 유입될 증발가스를 냉각한다. 냉각부(30)는 증발가스의 배출과 별도 마련되는 보조냉매 순환라인(L30)을 따라 순환하는 보조냉매를 사용하여 증발가스를 냉각할 수 있다.
다만 냉각부(30)는, 이하에서 설명하는 액화부(40)와 달리 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스를 보조냉매로 사용할 수 있다. 구체적으로 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스는 액화부(40)에서 액화된 후 기액분리기(50)에서 기액분리되는데, 액화되지 못하고 기상으로 남은 기상증발가스가 보조냉매로 사용될 수 있다.
즉 냉각부(30)는, 기액분리기(50)에서 분리된 기상증발가스를 순환시켜 증발가스를 냉각할 수 있다. 이때 기상증발가스는 질소의 비율이 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스 대비 높게 이루어질 수 있는데(메탄가가 높음), 본 실시예는 기상증발가스에서 질소만 분리해 사용하는 것이 아니라, 기액분리기(50)에서 분리된 기상증발가스 자체를 별도의 분리 없이 직접 활용할 수 있다.
냉각부(30)는, 보조냉매인 기상증발가스가 폐루프를 따라 순환하도록 마련되는 보조냉매 순환라인(L30)을 구비할 수 있다. 보조냉매 순환라인(L30)에는, 기상증발가스를 압축하는 냉매 압축기(31), 기상증발가스를 감압해 온도를 떨어뜨려 증발가스를 냉각할 수 있도록 하는 냉매 팽창기(32) 등을 포함할 수 있다.
보조냉매 순환라인(L30)은, 냉매 압축기(31), 냉각부(30)의 제1 스트림, 냉매 팽창기(32), 냉각부(30)의 제2 스트림을 순환 연결하도록 마련될 수 있으며, 냉매 압축기(31)와 냉각부(30)의 제2 스트림 사이에는 냉매 압축기(33)가 추가로 마련될 수도 있다.
본 실시예에서 냉각부(30)는 기상증발가스를 보조냉매로 활용할 수만 있다면, 이하 액화부(40)에서 설명하는 N2 사이클, MR 사이클 등의 구조를 얼마든지 차용할 수 있음은 물론이다.
즉 냉각부(30)에는 기상증발가스가 폐루프로 순환되도록 하는 보조냉매 순환라인(L30)이 마련되지만, 그 외에 보조냉매 순환라인(L30)의 순환 구조, 보조냉매 순환라인(L30) 상에 마련되는 압축, 팽창 등의 구성은 제한 없이 변경 가능하다.
비록 후술하는 액화부(40)가 별도의 냉매(N2, SMR, MR 등)를 이용해 증발가스를 완전히 재액화시키는 냉각이 가능한 제원으로 마련된다 하더라도, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스의 양이 많은 경우에는 액화부(40)의 가동에도 불구하고 full 재액화가 이루어지지 못할 수 있다.
그러나 본 실시예는 냉각부(30)를 이용하여 액화부(40)에 유입되는 증발가스의 온도를 낮춰줄 수 있기 때문에, 증발가스의 배출량이 많은 경우(수요처(C1, C2)인 추진엔진 등이 가동하지 않는 선박의 정박 상태(anchoring mode) 등)에 있어서도, 냉각부(30)에 의한 cold power의 추가로 full 재액화가 가능하게 된다.
또한 냉각부(30)는 액화부(40)에서 완전히 액화되지 못하였지만 비등점 내외의 온도를 갖는 기상증발가스를 이용하여 증발가스를 예냉하게 되므로, 본 실시예는 액화부(40)에서의 냉각 부하를 대폭 줄일 수 있게 되고 전체적인 power comsumption을 크게 줄일 수 있다.
또한 냉각부(30)는 증발가스를 완전 재액화시킬 정도의 냉각 성능을 보유하지 않더라도, 액화부(40)를 적어도 부분적으로 백업할 수 있다. 즉 냉매 사이클을 이용하는 액화부(40)의 파손 또는 불량 시, 냉각부(30)를 사용하여 액화가스 저장탱크(10)의 내압 및 온도 제어를 어느 정도 구현할 수 있게 된다.
액화부(40)는, 증발가스 압축기(20)에 의해 압축된 증발가스 중 수요처(C1, C2)에서 소비되지 않은 잉여분을 액화한다. 액화부(40)는 증발가스와는 별도로 마련되는 냉매를 이용하여 증발가스를 액화시킬 수 있다.
액화부(40)는 증발가스와 냉매를 열교환시키는 액화기(41)를 구비하며, 액화기(41)는 PCHE, shell&tube 등의 제한되지 않는 다양한 구조로 마련될 수 있다.
또한 액화부(40)는 액화기(41)에 냉매를 순환 공급하기 위해 냉매 순환라인(L40)이 액화기(41)에 연결될 수 있고, 냉매 순환라인(L40) 및 냉매 순환라인(L40)에 냉매를 순환하기 위한 구성을 포함하는 냉매 공급부(42)를 포함할 수 있다.
일례로 액화부(40)의 냉매 공급부(42)는, N2를 냉매로 이용하며 N2를 압축 및 팽창시키는 컴팬더(compander)를 갖는 장비로 마련될 수 있으며, 이 경우 컴팬더는 냉매 순환라인(L40)에 마련되고 N2는 냉매 순환라인(L40)을 따라 순환하면서 압축, 팽창, 열교환될 수 있다.
또는 냉매 공급부(42)는, MR을 냉매로 이용할 수 있다. 이때 MR(Mixed Refrigerant)은 둘 이상의 성분이 일정한 조성비로 혼합된 물질이며, 서로 다른 비등점을 갖는 성분이 혼합된 냉매로서 순환 과정에서 N2 냉매와 유사하게 압축될 수 있고, N2를 냉매로 사용하는 경우와 달리 기체와 액체로 분리 처리될 수 있다.
이 경우 액화기(41)는, MR 냉매를 사용할 경우 증발가스가 유동하는 스트림과, 기액분리된 기체 MR이 유동하는 스트림과, 기체 MR이 액화기(41)에 유입되었다가 배출된 후 별도의 감압밸브(도시하지 않음)에 의해 감압된 후 액화기(41)로 다시 유입되는 스트림 등을 포함하도록 마련될 수 있다. 또한 기액분리된 액체 MR은, 감압된 후 액화기(41)로 재유입된 스트림의 중간에 합류되도록 마련될 수 있다.
또한 냉매 공급부(42)는 MR을 단독으로 사용하는 Single MR(SMR)이거나, MR을 다른 매체(일례로 C3인 프로판 등)와 열교환하여 냉각하는 C3MR 등일 수 있다.
본 실시예에서 액화부(40)는 냉매의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 본 실시예의 액화부(40)는 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스 또는 증발가스 자체를 직접 이용하는 것이 아니라, 액화가스/증발가스와는 별도로 마련되어 있는 냉매를 사용할 수 있다(액화가스 저장탱크(10)의 증발가스 등을 MR에 보충하는 것은 가능할 수 있음).
액화부(40)는 냉매를 이용해 증발가스를 비등점 이하로 냉각시켜서 액화할 수 있는데, 액화부(40)에 유입되는 증발가스는 증발가스 압축기(20)에 의해 압축된 상태이므로 비등점이 대기압에서의 경우보다 상승해있을 수 있다.
따라서 액화부(40)가 냉각하는 증발가스의 온도는, 대기압에서 증발가스의 비등점(일례로 -163도) 보다 높을 수 있다.
또는 액화부(40)는 압축된 증발가스의 비등점보다 더 낮게 증발가스를 냉각하여 증발가스가 과냉되도록 할 수 있고, 이 경우 액화부(40)를 거쳐 액화가스 저장탱크(10)로 유입되는 증발가스는 액화가스 저장탱크(10) 내에서 증발가스의 발생을 억제하는 기능을 구현할 수도 있다.
기액분리기(50)는, 액화된 증발가스를 기상과 액상으로 분리할 수 있다. 액화가스 저장탱크(10)에서 액화부(40)를 경유해 기액분리기(50)로는 증발가스 배출라인(L10)이 연결될 수 있으며, 기액분리기(50)는 액상의 증발가스(LBOG)를 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시킬 수 있다. 이때 기액분리기(50)에서 액화가스 저장탱크(10)까지는 액상증발가스 리턴라인(L20)이 마련된다.
또한 기액분리기(50)에서 기상의 증발가스(플래시가스: flash gas)가 분리되는데, 기상증발가스는 기상증발가스 배출라인(L21)을 통해 기액분리기(50)로부터 외부로 배출될 수 있다.
기상증발가스 배출라인(L21)은, 기액분리기(50)의 하류에서 기상증발가스 전달라인(L21a)과 기상증발가스 혼합라인(L21b)으로 분기된다. 기상증발가스 전달라인(L21a)은 기상증발가스를 냉각부(30)의 보조냉매 순환라인(L30)으로 전달하기 위해 보조냉매 순환라인(L30)의 일 지점(일례로 냉매 압축기(31)의 상류)에 연결될 수 있다.
또한 기상증발가스 혼합라인(L21b)은 증발가스 배출라인(L10)에서 증발가스 압축기(20)의 상류에 연결되어, 기상증발가스를 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되어 증발가스 압축기(20)로 전달되는 증발가스에 합류시킨다.
기액분리기(50)는, 이와 같이 기상증발가스 전달라인(L21a)과 기상증발가스 혼합라인(L21b)을 활용하여, 수요처(C1, C2)의 가동 여부에 따라 기상증발가스를 냉각부(30)로 전달하거나 증발가스 압축기(20)로 전달할 수 있다.
일례로 수요처(C1, C2)가 추진엔진인 경우, 기액분리기(50)는 수요처(C1, C2)가 정지하는 선박의 정박 시(특히 정박 초기) 기상증발가스를 냉각부(30)로 전달하며, 반면 수요처(C1, C2)가 가동하는 선박의 운항 시 기상증발가스를 증발가스 압축기(20)로 전달할 수 있다.
이와 같은 기상증발가스의 흐름 변화는, 기액분리기(50)에 의해 직접 구현되는 것은 아니며, 후술하는 밸브부(60)에 의해 구현될 수 있다.
밸브부(60)는, 기액분리기(50)로부터 분리된 기상증발가스의 흐름을 조절한다. 밸브부(60)는 기상증발가스 배출라인(L21)에서 기상증발가스 전달라인(L21a)과 기상증발가스 혼합라인(L21b)으로 분기되는 지점 또는 그 인근에 마련될 수 있으며, 분기 지점에 마련되는 삼방밸브, 분기 지점의 인근에 각각 마련되는 복수 개의 밸브 등으로 구성될 수 있다.
밸브부(60)는, 수요처(C1, C2)의 가동 여부에 따라 개폐를 조절하여 기상증발가스의 전달 방향을 변경할 수 있다. 구체적으로 밸브부(60)는, 도 2에서 나타난 바와 같이 선박의 정박 시(anchoring mode), 기상증발가스 전달라인(L21a)의 흐름을 개방하고 기상증발가스 혼합라인(L21b)의 흐름을 차단한다.
선박이 정박해 있는 경우 추진엔진이 가동하지 않게 되므로, 증발가스의 소비량이 줄어든다. 따라서 액화부(40)로 유입되는 증발가스의 양이 크게 늘어나게 되어, 액화부(40)의 냉각 capacity가 상대적으로 부족한 상황에 놓이게 되고, 기상증발가스의 발생량이 증가한다.
이때 본 실시예는, 밸브부(60)의 제어를 통해 기상증발가스를 냉각부(30)로 전달하여 cold power를 추가로 확보함으로써, 증발가스의 full 재액화가 가능할 수 있도록 운전하게 된다.
다만 기상증발가스가 냉각부(30)로 전달되는 것은, 정박 과정에서 냉각 capacity를 추가하기 위한 초기(start-up 시)에만 이루어질 수 있고, 이후에는 도 3에서 나타난 바와 같이 정박 상태라 하더라도 기상증발가스의 전달이 차단될 수 있으며, 기상증발가스는 냉각부(30)의 보조냉매 순환라인(L30) 상에서 순환하면서 cold power를 생성할 수 있다.
즉 밸브부(60)는, 선박의 정박 시 초기에만 도 2에 나타난 것처럼 기상증발가스 전달라인(L21a)의 흐름을 개방하고 기상증발가스 혼합라인(L21b)의 흐름을 차단하며, 이후에는 정박 상태에서도 도 3에 나타난 것처럼 기상증발가스 전달라인(L21a)의 흐름을 차단하고 기상증발가스 혼합라인(L21b)의 흐름을 개방하여, 기상증발가스가 보조냉매 순환라인(L30)을 따라 순환하면서 cold power를 생성하도록 할 수 있다.
start-up 시를 제외하고는 증발가스가 수요처(C1, C2)(발전엔진 등)로 공급될 수 있는데, 기상증발가스가 계속 냉각부(30)로 전달되면 수요처(C1, C2)로 공급되는 메탄가가 변화(증가)하게 된다. 따라서 본 실시예는 불필요한 메탄가 변화를 억제하고자, 정박 상태에서 start-up 시를 제외한 상황에서는 기상증발가스를 증발가스 압축기(20)로 전달하도록 할 수 있다.
반면 밸브부(60)는, 선박의 운항 시 기상증발가스 혼합라인(L21b)의 흐름을 개방하고 기상증발가스 전달라인(L21a)의 흐름을 차단한다. 선박이 운항하는 경우에는 추진엔진이 가동하므로 증발가스 소비량이 증가하여, 액화부(40)의 냉각 capacity가 충분한 경우가 된다.
따라서 이 경우 냉각부(30)는 기상증발가스가 공급되지 않을 수 있다. 또한 냉각부(30)는 power comsumption을 줄이기 위해, 보조냉매 순환라인(L30)에 기상증발가스가 채워져 있는 상태에서 shut-down될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 운항 중의 증발가스를 완전 재액화할 수 있도록 마련되는 액화부(40)를 이용할 경우 anchoring mode에서 full 재액화가 이루어지지 못할 것을 대비하여, 기액분리기(50)에서 분리되는 기상증발가스를 이용해 cold power를 추가함으로써 full 재액화를 실현하고, start up 시를 제외한 상황에서는 기상증발가스를 증발가스 압축기(20)로 전달하여, 메탄가를 유지할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 증발가스 재액화 시스템 C1, C2: 수요처
10: 액화가스 저장탱크 11: 이송 펌프
20: 증발가스 압축기 30: 냉각부
31, 33: 냉매 압축기 32: 냉매 팽창기
40: 액화부 41: 액화기
42: 냉매 공급부 50: 기액분리기
60: 밸브부 L10: 증발가스 배출라인
L11: 증발가스 공급라인 L20: 액상증발가스 리턴라인
L21: 기상증발가스 배출라인 L21a: 기상증발가스 전달라인
L21b: 기상증발가스 혼합라인 L30: 보조냉매 순환라인
L40: 냉매 순환라인

Claims (7)

  1. 선박에 마련되며 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크;
    상기 액화가스 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 압축하여 수요처에 공급하는 증발가스 압축기;
    압축된 증발가스 중 상기 수요처에서 소비되지 않은 잉여분을 액화하는 액화부;
    액화된 증발가스를 기상과 액상으로 분리하는 기액분리기; 및
    상기 액화부와 상기 증발가스 압축기 사이에서 증발가스를 냉각하는 냉각부;를 포함하며,
    상기 냉각부는,
    상기 기액분리기에서 분리된 기상증발가스를 순환시켜 증발가스와 열교환해 상기 액화부에 유입되는 증발가스의 온도를 낮춰주어 예냉하며,
    상기 기액분리기는,
    상기 수요처의 가동 여부에 따라, 기상증발가스를 별도의 분리 없이 상기 냉각부로 전달하거나 상기 증발가스 압축기로 전달하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수요처는, 상기 선박을 추진하는 추진엔진이며,
    상기 기액분리기는,
    상기 수요처가 정지하는 상기 선박의 정박 시, 기상증발가스를 상기 냉각부로 전달하며,
    상기 수요처가 가동하는 상기 선박의 운항 시, 기상증발가스를 상기 증발가스 압축기로 전달하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에서 상기 액화부를 경유하여 상기 기액분리기로 연결되는 증발가스 배출라인;
    상기 증발가스 배출라인에서 분기되어 상기 수요처로 연결되는 증발가스 공급라인; 및
    상기 기액분리기에서 기상증발가스가 배출되는 기상증발가스 배출라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    기상증발가스를 보조냉매로서 순환시키며 상기 냉각부를 경유하는 보조냉매 순환라인을 포함하며,
    상기 기상증발가스 배출라인은,
    상기 기상증발가스를 상기 보조냉매 순환라인에 전달하는 기상증발가스 전달라인과, 상기 기상증발가스를 상기 증발가스 배출라인에서 상기 증발가스 압축기의 상류에 혼합하는 기상증발가스 혼합라인으로 분기되는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기액분리기로부터 분리된 기상증발가스가 상기 기상증발가스 전달라인 또는 상기 기상증발가스 혼합라인으로 전달되는 흐름을 조절하는 밸브부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 밸브부는,
    상기 선박의 정박 시, 상기 기상증발가스 전달라인의 흐름을 개방하고 상기 기상증발가스 혼합라인의 흐름을 차단하며,
    상기 선박의 운항 시, 상기 기상증발가스 혼합라인의 흐름을 개방하고 상기 기상증발가스 전달라인의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 상기 증발가스 재액화 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.
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