KR102302436B1 - Equipment for supplying a combustible gas to a gas consuming member and liquefying the combustible gas - Google Patents

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Abstract

본 발명은
- 액체-증기 평형 상태의 가연 가스로 충전되도록 의도된 밀폐 단열 탱크(2),
- 탱크보다 높은 지점에 배치되되, 열 교환 벽체에 의해 밀폐되어 서로 분리된 기화 경로(15)와 응축 경로(12)를 포함하는 열 교환기(10)를 포함하여,
- 응축 경로의 입력단은 탱크의 상부(8)에 위치하는 증기 수집 회로(13)에 연결되고,
- 응축 경로(14)의 출력단은 탱크에 연결되며,
- 기화 경로(15)의 입력단은 액체 상태의 가연 가스의 스트림을 끌어오기 위해 탱크의 내부의 하부(9)에 위치하는 도입부를 포함하는 액체 입력 회로(17)를 통해 탱크에 연결되는 설비(1)에 관한 것이다.
the present invention
- a hermetically insulated tank (2) intended to be filled with combustible gases in liquid-vapor equilibrium;
- a heat exchanger (10) disposed at a point higher than the tank and comprising a vaporization path (15) and a condensation path (12) separated from each other closed by a heat exchange wall;
- the input end of the condensing path is connected to a vapor collection circuit (13) located in the upper part (8) of the tank,
- the output end of the condensing path 14 is connected to the tank,
- the input of the vaporization path 15 is an installation 1 connected to the tank via a liquid input circuit 17 comprising an inlet located in the lower part 9 of the interior of the tank for drawing a stream of combustible gas in liquid state ) is about

Description

가스 소비 부재에 가연 가스를 공급하고 상기 가연 가스를 액화하기 위한 설비Equipment for supplying a combustible gas to a gas consuming member and liquefying the combustible gas

본 발명은 예컨대 액화 천연 가스(LNG)와 같은 가연 가스를 취급하기 위한 설비에 관한 것이다.The present invention relates to a plant for handling combustible gases, for example liquefied natural gas (LNG).

보다 구체적으로 본 발명은 한편으로는 가스 소비 부재에 가연 가스를 공급하고, 다른 한편으로는 상기 가연 가스를 액화하기 위한 설비에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a facility for supplying a combustible gas to a gas consuming member on the one hand and liquefying the combustible gas on the other hand.

액화 천연 가스는 극저온에서 액체/증기 2상평형 상태로 밀폐 및 단열 탱크에 저장된다. 액화 천연 가스 저장 탱크의 단열 배리어는 탱크의 내용물을 가열하려 하는 열 유동의 사이트(site)인데, 이는 액화 천연 가스의 증발에 의해 반영된다. 자연 증발로부터 나온 가스는 이를 개선하기 위해, 일반적으로 가스 소비 부재에 공급하곤 한다. 즉 예컨대 메탄 유조선에서, 증발된 가스는 선박을 추진하기 위한 파워 트레인 또는 선상 장비의 작동을 위해 필요한 전기를 공급하는 발전기에 공급하곤 했다. 하지만 이러한 종래기술은 탱크의 자연 증발로부터 나온 가스를 개선할 수 있도록 할지라도, 그 양을 감소시킬 수 있도록 하지는 못한다.Liquefied natural gas is stored in sealed and insulated tanks in liquid/vapor two-phase equilibrium at cryogenic temperatures. The insulating barrier of a liquefied natural gas storage tank is a site of heat flow that seeks to heat the contents of the tank, which is reflected by the evaporation of the liquefied natural gas. The gas from natural evaporation is usually fed to a gas consuming member to improve this. That is, in methane tankers, for example, the vaporized gas used to be supplied to a power train to propel the vessel or to a generator that supplies the electricity needed for the operation of onboard equipment. However, although this prior art allows to improve the gas from the natural evaporation of the tank, it does not make it possible to reduce the amount.

나아가 가연 가스가 가스 혼합물로 형성될 때, 자연 증발로부터 나온 증기 상태의 성분은 액체 상태의 그것과 다르며, 또한 시간에 따라 변하는 경향을 갖는다. 특히 자연 증발로부터 나온 증기 상태는 자연히 액체 상태에 비해, 액화 천연 가스의 경우 질소와 같이 휘발성이 가장 높은 요소가 더 많은 구성을 갖는다. 이러한 성분의 차이의 결과로, 탱크의 잔여 액화 가스의 그것처럼 자연 증발로부터 나온 가스의 발열량은 자연 증발이 우세할 때 시간에 따라 가변한다. 이에 소비 부재에 열용량이 상당히 변화하는 가연 가스를 공급하는 것은 가스의 불완전 연소 및 가스 소비 부재에 대한 작동상 결함과 가변적인 산출을 야기하기 쉽다.Further, when the combustible gas is formed into a gas mixture, the components of the vapor state resulting from natural evaporation are different from those of the liquid state, and also have a tendency to change with time. In particular, the vapor state from natural evaporation naturally has a higher composition than the liquid state, in the case of liquefied natural gas, the most volatile element such as nitrogen. As a result of this difference in composition, the calorific value of a gas from spontaneous evaporation, such as that of the remaining liquefied gas in the tank, varies with time when natural evaporation prevails. Accordingly, supplying the combustible gas with a significantly varying heat capacity to the consuming member is likely to cause incomplete combustion of the gas and operational defects and variable output for the gas consuming member.

US-A-2010/170297은 LNG 탱크의 자연 증발로부터 나온 가스의 재액화를 위한 장치를 개시한다. 이러한 장치는 LNG 탱크 위에 배치된 열 교환 유닛을 포함하여, 액체 질소와 같은 2차 냉각액과 열 교환에 의해 자연 증발로부터 나온 가스를 응축한다. 질소를 제조하고, 냉각하고, 액화하기 위해 구현되는 설비는 에너지를 소모한다.US-A-2010/170297 discloses a device for the reliquefaction of gas from natural evaporation of an LNG tank. These devices include a heat exchange unit placed above the LNG tank to condense the gas from natural evaporation by heat exchange with a secondary cooling liquid such as liquid nitrogen. Equipment implemented to produce, cool, and liquefy nitrogen consumes energy.

JP 0960799는 LNG 기화 회로 및 자연 증발로부터 나온 가스를 재응축하기 위한 회로를 갖는 LNG 저장 설비를 개시한다. 기화 회로에서 LNG의 기화는 히터(24)에 의해 공급된 열에 의해 이루어진다.JP 0960799 discloses an LNG storage facility having an LNG vaporization circuit and a circuit for recondensing gas from natural evaporation. The vaporization of LNG in the vaporization circuit is achieved by the heat supplied by the heater (24).

본 발명의 기반을 형성하는 아이디어는 가스 소비 부재에 가연 가스를 공급하고, 상기 가연 가스를 액화하기 위한 것으로서, 종래 기술의 단점 중 적어도 일부를 갖지 않는 설비를 제안하는 것이다. 본 발명의 특정한 양상은 열 교환기의 냉매로 가연 가스의 액체 상태를 이용하여, 자연 증발로부터 나온 가스를 냉각하여 응축하는 아이디어로부터 출발한다.The idea forming the basis of the present invention is to propose a facility for supplying a combustible gas to a gas consuming member and for liquefying the combustible gas, which does not have at least some of the disadvantages of the prior art. A particular aspect of the present invention originates from the idea of using the liquid state of a combustible gas as a refrigerant in a heat exchanger to cool and condense a gas from natural evaporation.

일 실시예에 따르면, 본 발명은 가스 소비 부재에 가연 가스를 공급하고 상기 가연 가스를 액화하기 위한 설비로서,According to one embodiment, the present invention is a facility for supplying a combustible gas to a gas consuming member and liquefying the combustible gas,

- 액체-증기 2상평형 상태의 가연 가스로 충전되도록 의도된 내부 공간을 포함하는 밀폐 단열 탱크;- a hermetically insulated tank comprising an interior space intended to be filled with combustible gas in liquid-vapor two-phase equilibrium;

- 밀폐 단열 탱크보다 높은 지점에 배치되고, 기화 경로와 응축 경로를 포함하되, 기화 경로와 응축 경로는 응축 경로에 수용된 유체와 기화 경로에 수용된 유체 사이에 열이 전달되도록 허용하는 열 교환 벽체에 의해 밀폐되어 서로 분리되며, 기화 경로와 응축 경로는 입력단과 출력단을 각각 포함하는 열 교환기를 포함하여,- disposed at a point higher than the sealed insulated tank and comprising a vaporization path and a condensation path, wherein the vaporization path and the condensation path are formed by a heat exchange wall allowing heat to be transferred between the fluid contained in the condensation path and the fluid contained in the vaporization path. sealed and separated from each other, the vaporization path and the condensation path including a heat exchanger each including an input end and an output end,

- 응축 경로의 입력단은 탱크의 내부 공간의 증기 상태의 가연 가스의 제1 스트림을 끌어오기 위해 탱크의 내부 공간의 상부에 위치하는 도입부를 포함하는 증기 수집 회로에 의해 밀폐 및 단열 탱크에 연결되되, 응축 경로의 입력단은 응축 경로의 출력단보다 높게 배치되고,- the input end of the condensing path is connected to the sealed and insulated tank by a vapor collection circuit comprising an inlet located above the interior space of the tank for drawing a first stream of combustible gas in vapor state of the interior space of the tank; The input end of the condensation path is disposed higher than the output end of the condensation path,

- 응축 경로의 출력단은 중력에 의해 탱크의 내부 공간의 가연 가스의 제1 스트림의 액체 부분을 내보내기 위해 탱크의 내부 공간에 연결되되, 가연 가스의 제1 스트림의 액체 부분은 응축 경로의 응축에 의해 얻어지며,- the output end of the condensing path is connected to the internal space of the tank for discharging a liquid part of the first stream of combustible gas of the internal space of the tank by gravity, wherein the liquid part of the first stream of combustible gas is caused by condensation of the condensing path obtained,

- 기화 경로의 입력단은 액체 입력 회로에 의해 밀폐 단열 탱크에 연결되되, 액체 입력 회로는 탱크의 내부 공간의 액체 상태의 가연 가스의 제2 스트림을 끌어오기 위해 탱크의 내부 공간의 하부에 위치하는 도입부 및 기화 경로로 액체 상태의 가연 가스의 제2 스트림을 내보내기 위한 순환 펌프를 포함하고,- the input end of the vaporization path is connected to the sealed insulated tank by a liquid input circuit, the liquid input circuit being an inlet located at the bottom of the internal space of the tank for drawing a second stream of combustible gas in liquid state in the internal space of the tank and a circulation pump for discharging a second stream of combustible gas in a liquid state to the vaporization path;

- 열 교환기의 기화 경로를 밀폐 단열 탱크의 증기 상태에서 우세한 압력 미만의 압력으로 두기 위해 기화 경로에 진공 펌프가 연결되며,- a vacuum pump is connected to the vaporization path to bring the vaporization path of the heat exchanger to a pressure less than the pressure prevailing in the vapor state of the sealed insulated tank,

- 기화 경로의 출력단은 가스 소비 부재로 가연 가스의 제2 스트림의 증기 부분을 보내기 위해 가스 소비 부재에 연결되되, 가연 가스의 제2 스트림의 증기 부분은 작동 동안 밀폐 단열 탱크의 증기 상태에서 우세한 압력 미만의 압력으로 놓인 기화 경로의 가연 가스의 기화에 의해 얻어지는 설비를 제공한다.- the output end of the vaporization path is connected to the gas consuming member for directing a vapor portion of a second stream of combustible gas to the gas consuming member, wherein the vapor portion of the second stream of combustible gas is at a pressure prevailing in the vapor state of the sealed insulated tank during operation A facility is provided which is obtained by vaporization of a combustible gas in a vaporization path placed at a pressure of less than.

일 실시예에 따르면, 이러한 설비는 아래 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다.According to one embodiment, such a facility may include one or more of the following features.

일 실시예에 따르면, 기화 경로의 출력단은 기화 경로의 입력단보다 낮게 배치된다. 따라서 응축 경로의 가연 가스의 제1 스트림과 기화 경로의 가연 가스의 제2 스트림 모두 하강하는 동작을 수행하는데, 이는 중력의 활용을 촉진하여, 이들 두 스트림의 순환을 유지한다. 더욱이 이러한 스트림의 방향은 냉매로 이용되는 가연 가스의 액체 상태와 자연 증발로부터 나온 가스 사이에서 같은 흐름의 열 교환을 수행할 수 있도록 하여, 상 변화에 의한 등온 열 교환을 촉진한다. 바람직하게는 이 경우 기화 경로는 가연 가스의 제2 스트림이 강하 액체 막(falling liquid films)의 형태로 유동하도록 구성된다.According to an embodiment, the output end of the vaporization path is disposed lower than the input end of the vaporization path. Thus, both the first stream of combustible gas in the condensing path and the second stream of combustible gas in the vaporization path perform a descending action, which facilitates the utilization of gravity, thereby maintaining circulation of these two streams. Moreover, the direction of this stream enables the same flow of heat exchange between the liquid state of the combustible gas used as the refrigerant and the gas from natural evaporation, thereby facilitating isothermal heat exchange by phase change. Preferably in this case the vaporization path is configured such that the second stream of combustible gas flows in the form of falling liquid films.

일 실시예에 따르면, 열 교환기의 기화 경로는 기화 경로의 바닥에 배치된 상 분리 탱크를 포함하고, 상 분리 탱크는 저벽 및 저벽으로부터 위쪽으로 연장된 측벽을 포함하며, 기화 경로 출력단은 저벽 위로 이격된 지점에서 상 분리 탱크의 측벽을 관통하여 위치한다. 이러한 상 분리 탱크에 의하여, 중력에 의해 액체로 남은 부분으로부터 가연 가스의 제2 스트림으로부터 나온 증기 부분을 용이하게 분리할 수 있다.According to one embodiment, the vaporization path of the heat exchanger comprises a phase separation tank disposed at the bottom of the vaporization path, the phase separation tank comprising a bottom wall and sidewalls extending upwardly from the bottom wall, wherein the vaporization path output end is spaced above the bottom wall It is located through the side wall of the phase separation tank at the specified point. Such a phase separation tank makes it easy to separate the vapor fraction from the second stream of combustible gas from the fraction remaining liquid by gravity.

일 실시예에 따르면, 퍼지 회로는 상 분리 탱크의 저벽을 관통하여 나와, 중력에 의해 상 분리 탱크로부터 액체 상태를 배출할 수 있다. 따라서 예컨대 혼합물 중 휘발성이 가장 낮은 화학종(중물질)으로 구성된 제2 스트림 잔여물로부터 기화되지 않은 부분의 경우, 이러한 액체 부분의 제거가 용이해져, 기화 경로를 포화시키거나 막는 것을 방지한다.According to an embodiment, the purge circuit may pass through the bottom wall of the phase separation tank to discharge the liquid state from the phase separation tank by gravity. Thus, for example, in the case of an unvaporized portion from the second stream residue composed of the least volatile species (heavy) of the mixture, the removal of this liquid portion is facilitated, avoiding saturating or clogging the vaporization pathway.

일 실시예에 따르면, 열 교환기의 기화 경로는 더 낮은 압력, 즉 밀폐 단열 탱크의 증기 상태에서 우세한 압력 미만의 압력하에 놓인다. 따라서 응축 경로로 열 공급 및 기화 경로의 감소한 압력의 누적 효과에 의해, 기화 경로의 가연 가스의 기화를 더 강제할 수 있다. 나아가 감소한 압력은 기화 경로에서 2상평형 온도를 아래쪽으로 이동시키기 때문에, 응축 경로의 증기 상태로부터 기화 경로에 위치한 가스로 전달되는 열 유동을 증가시킬 수 있다.According to one embodiment, the vaporization path of the heat exchanger is under a lower pressure, ie a pressure less than the pressure prevailing in the vapor phase of the closed insulated tank. Therefore, it is possible to further force the vaporization of the combustible gas in the vaporization path by the cumulative effect of heat supply to the condensation path and the reduced pressure in the vaporization path. Furthermore, since the reduced pressure moves the two-phase equilibrium temperature downward in the vaporization path, it is possible to increase the heat flow transferred from the vapor state in the condensation path to the gas located in the vaporization path.

이 경우 바람직하게는 기화 경로의 절대 압력은 120mbar 절대 압력보다 더 크다. 사실 기화 경로 내측의 천연 가스의 응결을 방지하기 위해, 기화 경로 내측의 압력은 메탄 상태도의 3중점에 해당하는 압력보다 큰 것이 바람직하다. 기화 경로의 압력은 특히 500mbar 절대 압력 및 980mbar 절대 압력 사이일 수 있다.In this case the absolute pressure in the vaporization path is preferably greater than 120 mbar absolute pressure. In fact, in order to prevent condensation of natural gas inside the vaporization path, it is preferable that the pressure inside the vaporization path is greater than the pressure corresponding to the triple point of the methane phase diagram. The pressure in the vaporization path may in particular be between 500 mbar absolute and 980 mbar absolute.

본 설비는 열 교환기의 기화 경로를 밀폐 단열 탱크의 증기 상태에서 우세한 압력 미만의 압력으로 두기 위해 기화 경로에 연결된 진공 펌프 또는 압력 감소 펌프를 더 포함한다.The apparatus further comprises a vacuum pump or pressure reducing pump connected to the vaporization path for placing the vaporization path of the heat exchanger at a pressure below the pressure prevailing in the vapor phase of the closed insulated tank.

실시예에 따르면 이러한 진공 펌프는 공칭 유속 또는 공칭 압력의 함수로 제어될 수 있다. 이러한 공칭 유속 또는 압력은 미리 정해지거나, 가스 소비 부재에 의해 생성될 수 있다.According to an embodiment such a vacuum pump may be controlled as a function of a nominal flow rate or a nominal pressure. This nominal flow rate or pressure may be predetermined or generated by the gas consuming member.

해당 실시예에 따르면, 본 설비는 아래 특징 중 하나 이상을 가질 수 있다.According to the embodiment, the present facility may have one or more of the following features.

- 본 설비는 도입부를 통해 흡입되어 가스 소비 부재로 전달되는 증기 스트림의 유속을 나타내는 신호를 전송하기 위한 유속 측정 센서 및 그 증기 스트림의 유속을 나타내는 신호와 가스 소비 부재에 의해 생성된 공칭 유속의 함수로 진공 펌프를 제어하기 위한 제어 장치를 포함한다.- the installation comprises a flow rate sensor for transmitting a signal representative of the flow rate of the vapor stream drawn through the inlet and delivered to the gas consuming member and a signal representative of the flow rate of that vapor stream and a function of the nominal flow rate generated by the gas consuming member and a control device for controlling the furnace vacuum pump.

- 본 설비는 기화 경로에서 우세한 압력을 나타내는 신호를 전송하기 위한 압력 센서 및 그 압력을 나타내는 신호와 공칭 압력의 함수로 진공 펌프를 제어하기 위한 제어 장치를 포함한다.- The installation comprises a pressure sensor for transmitting a signal indicating the prevailing pressure in the vaporization path and a control device for controlling the vacuum pump as a function of the signal indicating that pressure and the nominal pressure.

기화 경로의 출력단과 가스 소비 부재 사이의 연결은 가스 소비 부재의 요구 조건에 따라, 직접적으로 또는 간접적으로 이루어질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 앞서 언급한 진공 펌프는 기화 경로의 출력단과 가스 소비 부재 사이에 배열된다. 다른 실시예에 따르면, 기화 경로의 출력단과 가스 소비 부재 사이에 압축기가 배열되어, 탱크의 저장 압력을 초과하는 압력으로 기체 상태의 가스 스트림을 제공한다.The connection between the output end of the vaporization path and the gas consuming member may be made directly or indirectly, depending on the requirements of the gas consuming member. According to one embodiment, the aforementioned vacuum pump is arranged between the output end of the vaporization path and the gas consuming element. According to another embodiment, a compressor is arranged between the output end of the vaporization path and the gas consuming member to provide a gaseous stream at a pressure exceeding the storage pressure of the tank.

일 실시예에 따르면, 열 교환기는 응축 경로를 수용하는 내부 공간을 한정하는 밀폐 단열 엔벨로프를 포함하고, 엔벨로프는 밀폐 단열 탱크 위에 배열되어, 밀폐 단열 탱크의 내부 공간과 연통하는 하부 구멍을 포함하여, 응축 경로의 출력단을 구성한다.According to one embodiment, the heat exchanger comprises a hermetically insulated envelope defining an interior space for receiving a condensation path, the envelope being arranged above the hermetic insulated tank, comprising a lower aperture communicating with the interior space of the hermetic and insulated tank; It constitutes the output stage of the condensing path.

이러한 밀폐 및 단열 엔벨로프는 다양한 방식으로, 예컨대 탱크의 상벽에 통합된 부분으로, 또는 대안적으로 탱크의 상벽에 부가된 조립체의 형태로 이루어질 수 있다.This sealing and insulating envelope can be made in various ways, for example as an integral part of the upper wall of the tank, or alternatively in the form of an assembly attached to the upper wall of the tank.

일 실시예에 따르면, 밀폐 단열 탱크의 상벽은 엔벨로프의 하부 구멍에 연결된 구멍을 갖고, 엔벨로프는 엔벨로프의 하부 구멍 주변에 배열된 고정 클립을 더 포함하며, 고정 클립은 상벽의 구멍 주변에서 밀폐 단열 탱크의 상벽에 부착된다.According to one embodiment, the upper wall of the hermetically insulated tank has a hole connected to the lower hole of the envelope, the envelope further comprising a fixing clip arranged around the lower hole of the envelope, the fixing clip being arranged around the hole in the upper wall of the hermetically insulated tank is attached to the upper wall of

바람직하게는 이 경우 열 교환기는 엔벨로프의 하부 구멍으로부터 엔벨로프의 상벽에 이웃한 지점으로 연장되어 탱크의 내부 공간에 위치하는 하단 및 엔벨로프의 내부 공간에 위치하는 상단을 갖는 수집 파이프를 더 포함하고, 수집 파이프는 엔벨로프의 내부 공간 내에서, 증기 수집 회로를 형성하는 수집 파이프의 내부 공간 및 열 교환기의 응축 경로를 형성하는 수집 파이프의 외부 공간을 한정한다.Preferably in this case the heat exchanger further comprises a collection pipe extending from the lower hole of the envelope to a point adjacent to the upper wall of the envelope and having a lower end located in the interior space of the tank and an upper end located in the interior space of the envelope, The pipe defines, within the interior space of the envelope, an interior space of the collection pipe forming a vapor collection circuit and an exterior space of the collection pipe forming a condensation path of the heat exchanger.

이러한 특징에 의해, 열 교환기와 증기 수집 회로는 외부 환경과 교환을 위한 비교적 작은 표면을 가지면서, 상대적으로 작은 부피로 통합된 형태로 이루어질 수 있는데, 이는 자연 증발을 증가시키기 쉬운 열 유동을 제한한다.By this feature, the heat exchanger and vapor collection circuit can be formed in a relatively small volume integrated form while having a relatively small surface for exchange with the external environment, which limits the heat flow, which tends to increase spontaneous evaporation .

다른 실시예에 따르면, 본 설비는 액체-증기 2상평형 상태의 가연 가스로 충전되도록 의도된 내부 공간을 포함하는 복수의 밀폐 단열 탱크를 더 포함하고, 상기 증기 수집 회로는 각각의 탱크의 증발로부터 나온 가스를 수집하기 위해 각각의 상기 탱크에 응축 경로의 입력단을 연결하는 공동의 수집 회로이다. 따라서 일련의 탱크에 대해 열 교환기를 함께 활용할 수 있다.According to another embodiment, the apparatus further comprises a plurality of hermetically insulated tanks comprising an interior space intended to be filled with combustible gas in liquid-vapor two-phase equilibrium, wherein said vapor collection circuit There is a common collection circuit connecting the input of the condensing path to each of the tanks to collect the exiting gas. Thus, heat exchangers can be utilized together for a series of tanks.

해당 실시예에 따르면, 열 교환기는According to that embodiment, the heat exchanger is

수집 파이프 주변에서 수집 파이프의 외부 공간에 배열되고, 열 교환기의 상기 열 교환 벽체를 구성하는 수집 파이프에 평행한 복수의 튜브,a plurality of tubes arranged in the outer space of the collecting pipe around the collecting pipe and parallel to the collecting pipe constituting the heat exchange wall of the heat exchanger,

엔벨로프의 내부 공간에 배열되고, 수집 파이프의 둘레로 연장되며, 평행한 각각의 튜브의 상단이 관통하여 위치하는 저벽을 갖는 입력 디스트리뷰터,an input distributor arranged in the interior space of the envelope and extending around the collection pipe, the input distributor having a bottom wall through which the top of each parallel tube is located;

기화 경로의 입력단을 구성하며, 엔벨로프 밖과 입력 디스트리뷰터 사이에서 엔벨로프를 관통하여 연장되는 입력 튜브,an input tube constituting the input end of the vaporization path and extending through the envelope between the outside of the envelope and the input distributor;

입력 챔버보다 낮게 수집 파이프 주변에서 수집 파이프의 외부 공간에 배열되며, 각각의 평행한 각각의 튜브의 하단이 관통하여 위치하는 상벽을 갖는 출력 케이스 및an output case arranged in an outer space of the collection pipe around the collection pipe lower than the input chamber and having an upper wall through which the lower end of each parallel tube is located; and

기화 경로의 출력단을 구성하며, 출력 케이스와 엔벨로프 밖 사이에서 엔벨로프를 관통하여 연장되는 출력 튜브를 포함한다.It constitutes an output end of the vaporization path, and includes an output tube extending through the envelope between the output case and the outside of the envelope.

열 교환의 산출을 최대화하기 위해, 기화 경로와 응충 경로 사이에서 외부 엔벨로프의 가능한 최대 높이에 걸쳐 열 접촉을 형성할 필요가 있다. 유리하게는 입력 디스트리뷰터는 수집 파이프의 상단보다 높게 배열된다. 따라서 평행한 튜브가 수집 파이프와 사실상 동일한 높이에 걸쳐 연장될 수 있다.In order to maximize the output of heat exchange, it is necessary to form thermal contact over the maximum possible height of the outer envelope between the vaporization path and the worm path. Advantageously the input distributor is arranged higher than the top of the collecting pipe. The parallel tube can thus extend over substantially the same height as the collection pipe.

일 실시예에 따르면, 수집 파이프에 평행한 튜브는 수집 파이프에 평행한 튜브의 외면에 배열된 열 교환 베인을 갖는다.According to one embodiment, the tube parallel to the collection pipe has heat exchange vanes arranged on the outer surface of the tube parallel to the collection pipe.

일 실시예에 따르면, 본 발명은 앞서 언급한 설비를 이용하여, 가스 소비 부재에 가연 가스를 공급하고 상기 가연 가스를 액화하기 위한 방법으로서,According to one embodiment, the present invention provides a method for supplying a combustible gas to a gas consuming member and liquefying the combustible gas using the above-mentioned equipment,

- 증기 수집 회로를 통해 밀폐 단열 탱크의 내부 공간의 상부로부터 응축 경로의 입력단으로 증기 상태의 가연 가스의 제1 스트림을 도입하는 단계,- introducing a first stream of combustible gas in vapor state from the upper portion of the interior space of the hermetically insulated tank through the vapor collection circuit to the input end of the condensing path;

- 순환 펌프를 이용하여 탱크의 내부 공간의 하부로부터 기화 경로의 입력단으로 액체 상태의 가연 가스의 제2 스트림을 보내는 단계,- sending a second stream of combustible gas in liquid state from the lower part of the internal space of the tank to the input end of the vaporization path using a circulation pump;

- 응축 경로의 가연 가스의 제1 스트림과 기화 경로의 가연 가스의 제2 스트림 간 열 교환을 하여, 기화 경로에서 초기에 액체 상태였던 가연 가스의 제2 스트림의 적어도 일부분을 기화하는 한편, 응축 경로에서 초기에 증기 상태였던 가연 가스의 제1 스트림의 적어도 일부분을 응축하는 단계,- heat exchange between the first stream of combustible gas in the condensing path and the second stream of combustible gas in the vaporization path to vaporize at least a portion of the second stream of combustible gas that was initially in a liquid state in the vaporization path, while vaporizing at least a portion of the second stream of combustible gas in the vaporization path condensing at least a portion of the first stream of combustible gas that was initially in a vapor state in

- 중력에 의해 응축 경로의 출력단으로부터 탱크의 내부 공간으로 가연 가스의 제1 스트림의 액체 부분을 보내는 단계 및- directing by gravity the liquid portion of the first stream of combustible gas from the output end of the condensing path to the interior space of the tank and

- 기화 경로의 출력단으로부터 가스 소비 부재로 가연 가스의 제2 스트림의 증기 부분을 보내는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.- directing the vapor portion of the second stream of combustible gas from the output end of the vaporization path to the gas consuming member.

응축 경로의 하강하는 방향에 의해, 열 교환에 의해 냉각된 가연 가스의 제1 스트림이 자연 대류에 의해, 즉 중력에 의해 탱크의 내부 공간으로 유동할 수 있는데, 이는 증기 수집 회로의 흡입의 형성을 촉진하여, 추가적인 기계적 동작 없이 제1 스트림을 유지한다.By the descending direction of the condensation path, the first stream of combustible gas cooled by heat exchange can flow by natural convection, ie by gravity, into the interior space of the tank, which prevents the formation of the suction of the vapor collection circuit. facilitating, maintaining the first stream without further mechanical action.

바람직하게는 이러한 과정은 기화 경로의 가연 가스의 제2 스트림의 전부 또는 사실상 전부를 기화하도록 수행된다. 이에 탱크의 하부로부터 가져온 액체 스트림의 강제 기화에 의해 증기 상태를 형성함으로써, 휘발성이 가장 높은 성분의 함량이 탱크에 저장된 가스의 액체 상태의 그것과 실질적으로 동등하게 된다. 따라서 기화된 가스 스트림의 휘발성이 가장 높은 성분의 집중이 제지되어, 시간이 지나도 실질적으로 일정하게 된다.Preferably this process is carried out to vaporize all or substantially all of the second stream of combustible gas in the vaporization path. By forming a vapor state by forcible vaporization of the liquid stream brought from the bottom of the tank thereby, the content of the most volatile component is substantially equal to that of the liquid state of the gas stored in the tank. The concentration of the most volatile components of the vaporized gas stream is thus restrained and becomes substantially constant over time.

또한 이러한 설비에 의하면, 바닷물, 모터리제이션(motorization)으로부터 얻은 중간 액체나 연소 가스 또는 특정한 버너를 사용하는 열 교환을 이용한 강제 기화 설비에 대조적으로, 액화 가스의 기화가 외부 열원의 도움 없이 수행될 수 있다.Also with these plants, the vaporization of liquefied gases can be carried out without the aid of an external heat source, in contrast to forced vaporization plants using seawater, intermediate liquids from motorization or combustion gases or heat exchange using specific burners. can

즉 탱크의 내부 공간의 상부에 존재하는 가스가 기화될 스트림에 대한 열원으로 작용한다. 또한 본 설비는 증기 스트림을 제공함과 동시에, 탱크의 가스 윗부분에 존재하는 자연 증발로부터 나온 증기 상태를 냉각하고 응축할 수 있도록 하여, 자연 증발을 제한한다.That is, the gas present in the upper part of the internal space of the tank acts as a heat source for the stream to be vaporized. The facility also provides a vapor stream while allowing the cooling and condensing of the vapor phase from spontaneous evaporation present in the upper part of the gas in the tank to limit spontaneous evaporation.

일 실시예에 따르면, 본 발명은 앞서 언급한 설비를 포함하는 선박을 제공한다.According to one embodiment, the present invention provides a ship comprising the aforementioned equipment.

일 실시예에 따르면, 본 발명은 이러한 선박을 로딩 또는 언로딩하기 위한 벙법으로서, 가연 가스가 절연 파이프라인을 통해, 해상 또는 육상 기반 저장 설비로부터 선박의 밀폐 단열 탱크로, 또는 선박의 밀폐 단열 탱크로부터 해상 또는 육상 기반 저장 설비로 전달되는 방법을 제공한다.According to one embodiment, the present invention provides a method for loading or unloading such a vessel, wherein the combustible gas is transported through an insulated pipeline, from an offshore or land-based storage facility to a hermetic insulated tank of a vessel, or a hermetic insulated tank of a vessel. It provides a method of delivery from a sea or land-based storage facility.

일 실시예에 따르면, 본 발명은 가연 가스를 운반하기 위한 시스템으로서, 앞서 언급한 선박, 해상 또는 육상 기반 저장 설비에 선박의 선각에 설치된 탱크를 연결하도록 배열된 절연 파이프라인 및 절연 파이프라인을 통해, 해상 또는 육상 기반 저장 설비로부터 선박의 밀폐 단열 탱크로, 또는 선박의 밀폐 단열 탱크로부터 해상 또는 육상 기반 저장 설비로 가연 가스를 보내기 위한 펌프를 포함하는 시스템을 제공한다.According to one embodiment, the present invention is a system for transporting combustible gas through an insulated pipeline and an insulated pipeline arranged to connect a tank installed in the hull of a ship to the aforementioned ship, sea or land-based storage facility. , a system comprising a pump for directing combustible gas from a sea or land-based storage facility to an enclosed insulated tank on a ship, or from an enclosed insulated tank on a ship to an offshore or land-based storage facility.

첨부된 도면을 참조하여, 단순히 도시를 위한 것으로서 제한함 없이 주어진 복수의 특정한 실시예의 아래 설명을 통해, 본 발명이 더욱 이해될 것이며 추가적인 목적, 세부 사항, 특징 및 장점이 보다 명확해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be better understood and further objects, details, features and advantages will become more apparent from the following description of a plurality of specific embodiments, given merely for illustration and without limitation, with reference to the accompanying drawings.

도 1은 가스 소비 부재에 가연 가스를 공급하고, 상기 가연 가스를 액화하기 위한 설비의 개요도이다.
도 2는 도 1의 설비에 이용될 수 있는 열 교환기의 길이 방향 단면을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따른 열 교환기의 단면도이다.
도 4는 도 2의 열 교환기의 열 교환 튜브의 확대도이다.
도 5는 도 1에 유사한 것으로서, 가스 소비 부재에 가연 가스를 공급하고, 상기 가연 가스를 액화하기 위한 설비의 다른 실시예이다.
도 6은 이러한 설비를 포함하는 메탄 유조선의 탱크 및 그 탱크를 하역하기 위한 터미널을 절개한 개요도이다.
1 is a schematic diagram of a facility for supplying a combustible gas to a gas consuming member and liquefying the combustible gas.
FIG. 2 is a perspective view showing a longitudinal cross-section of a heat exchanger that can be used in the facility of FIG. 1 .
FIG. 3 is a cross-sectional view of the heat exchanger taken along line III-III of FIG. 2 .
Figure 4 is an enlarged view of the heat exchange tube of the heat exchanger of Figure 2;
FIG. 5 is another embodiment of a facility similar to FIG. 1 , for supplying a combustible gas to a gas consuming member and for liquefying the combustible gas;
6 is a schematic diagram of a tank of a methane tanker including such a facility and a terminal for unloading the tank.

발명의 상세한 설명과 청구범위에서, "가연 가스"라는 용어는 총괄적인 특성을 갖는 것으로, 어느 하나에 우선함 없이, 단일의 순수한 물질로 구성된 가스 또는 복수의 성분으로 구성된 가스의 혼합물을 나타낸다.In the description and claims of the invention, the term "flammable gas" is of generic character and denotes, without preference to any one, a gas composed of a single pure substance or a mixture of gases composed of a plurality of components.

도 1에서, 한편으로는 하나 이상의 가스 소비 부재에 가연 가스를 제공하고, 다른 한편으로는 가연 가스를 액화하기 위한 설비(1)가 도시되어 있다. 이러한 설비(1)는 육상 또는 해상 구조물에 설치될 수 있다. 해상 구조물의 경우, 본 설비(1)는 액화 또는 재기화 바지나 메탄 유조선과 같은 액화 천연 가스 화물선을 위해 의도될 수 있으며, 보다 일반적으로는 가스 소비 부재가 구비된 임의의 선박을 위해 의도될 수 있다.1 , an installation 1 is shown for providing, on the one hand, a combustible gas to one or more gas consuming elements and for liquefying the combustible gas on the other hand. Such a facility 1 may be installed on land or offshore structures. In the case of offshore structures, the installation 1 may be intended for liquefied natural gas cargo ships such as liquefied or regasified barges or methane tankers, and more generally for any vessel equipped with a gas consuming member. have.

도 1에 도시된 설비(1)는 다양한 유형의 가연 가스 소비 부재(미도시), 즉 특히 버너, 발전기 및/또는 선박을 추진하기 위한 엔진에 직접적으로 또는 간접적으로 공급할 수 있는 증기 출력 라인(3)을 포함한다.The installation 1 shown in FIG. 1 is a steam output line 3 which can directly or indirectly supply various types of combustible gas consuming elements (not shown), in particular burners, generators and/or engines for propulsion of ships. ) is included.

이러한 버너는 발전 설비에 통합된다. 발전 설비는 특히 스팀 생성 보일러를 포함할 수 있다. 그 스팀은 에너지를 생성하기 위해 스팀 터빈에 공급하도록 및/또는 선박의 가열 네트워크에 공급하도록 의도될 수 있다.These burners are integrated into the power plant. The power plant may in particular comprise a steam generating boiler. The steam may be intended to supply a steam turbine to generate energy and/or to a heating network of a vessel.

이러한 발전기는 예컨대 DFDE(Dual-Fuel Diesel Electric) 기술의 예컨대 디젤/천연 가스 혼합 공급 열기관을 포함한다. 이러한 열기관은 디젤과 천연 가스의 혼합물을 연소시키거나, 이들 두 가연 물질 중 어느 하나를 이용할 수 있다. 이러한 열기관에 공급하는 천연 가스는 수 bar 내지 수십 bar 정도, 예컨대 6 내지 8bar절대 압력 정도의 압력을 가져야 한다. 이를 위해 하나 이상의 압축기(4)가 증기 출력 라인(3)에 제공될 수 있다.Such generators include, for example, diesel/natural gas mixed feed heat engines of DFDE (Dual-Fuel Diesel Electric) technology. These heat engines can burn a mixture of diesel and natural gas, or use either of these two combustible materials. The natural gas supplied to such a heat engine should have a pressure of several bar to several tens of bar, for example, 6 to 8 bar absolute pressure. For this purpose, one or more compressors 4 may be provided in the steam output line 3 .

이러한 선박을 추진하기 위한 엔진은 예컨대 MAN 社에 의해 개발된 "ME-GI"기술의 이중 연료 2행정 저속 엔진이다. 이러한 엔진은 가연 물질로서 천연 가스 및 점화하기 위해 천연 가스의 주입 이전에 주입되는 소량의 파일럿 연료를 이용한다. 이러한 엔진에 공급하기 위해, 천연 가스는 먼저 약 150 및 400bar 절대 압력 사이, 보다 구체적으로는 250 및 300bar 절대 압력 사이의 높은 압력으로 압축되어야 한다. 이를 위해 하나 이상의 압축기(4)가 증기 출력 라인(3)에 제공될 수 있다.An engine for propulsion of such a vessel is, for example, a dual fuel two-stroke low-speed engine of "ME-GI" technology developed by MAN. These engines use natural gas as a combustible material and a small amount of pilot fuel injected prior to injection of the natural gas to ignite. To feed these engines, natural gas must first be compressed to a high pressure between about 150 and 400 bar absolute, more specifically between 250 and 300 bar absolute. For this purpose, one or more compressors 4 may be provided in the steam output line 3 .

본 설비(1)는 밀폐 단열 탱크(2)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 탱크(2)는 멤브레인 탱크이다. 예로서 이러한 멤브레인 탱크는 특허출원 WO 140/57221, FR 2 691 520 및 FR 2 877 638에 개시되어 있다. 이러한 멤브레인 탱크는 대기압과 실질적으로 같거나 그보다 약간 더 높은 압력으로 가연 가스를 저장하도록 의도된다. 다른 대안적인 실시예에 따르면, 탱크(2)는 자립식 탱크일 수 있으며, 특히 평행육면체, 각기둥, 구, 원기둥 또는 여러 갈래의 형상을 가질 수 있다. 특정한 유형의 탱크(2)는 대기압보다 상당히 더 높은 압력의 가스 저장을 허용한다.The plant (1) comprises a closed and insulated tank (2). According to one embodiment, the tank 2 is a membrane tank. By way of example such a membrane tank is disclosed in patent applications WO 140/57221, FR 2 691 520 and FR 2 877 638. Such membrane tanks are intended to store combustible gases at a pressure substantially equal to or slightly higher than atmospheric pressure. According to another alternative embodiment, the tank 2 may be a self-supporting tank, and in particular may have a parallelepiped, prism, sphere, cylinder or multi-pronged shape. Certain types of tanks 2 allow the storage of gases at significantly higher pressures than atmospheric pressure.

탱크(2)는 가연 가스로 충전되도록 의도된 내부 공간(7)을 포함한다. 가연 가스는 특히 액화 천연 가스(LNG), 즉 주로 메탄 및 소량의 에탄, 프로판, n-부탄, i-부탄, n-펜탄, i-펜탄, 네오펜탄 및 질소와 같은 하나 이상의 다른 탄화수소를 포함하는 가스의 혼합물일 수 있다. 가연 가스는 에탄이나 액화 석유 가스(LPG), 즉 본질적으로 프로판과 부탄을 포함하는 것으로서 정유 공장으로부터 얻은 탄화수소의 혼합물일 수도 있다.The tank 2 comprises an interior space 7 intended to be filled with combustible gas. Combustible gases are particularly liquefied natural gas (LNG), i.e. mainly methane and small amounts of ethane, propane, n-butane, i-butane, n-pentane, i-pentane, neopentane and one or more other hydrocarbons such as nitrogen. It may be a mixture of gases. The combustible gas may be ethane or liquefied petroleum gas (LPG), i.e. a mixture of hydrocarbons obtained from an oil refinery comprising essentially propane and butane.

가연 가스는 액체-증기 2상평형 상태로 탱크(2)의 내부 공간(7)에 저장된다. 즉 가스는 탱크(2)의 상부(8)에서는 증기 상태로, 탱크(2)의 하부(9)에서는 액체 상태로 존재한다. 이러한 성층은 각 상의 비밀도(specific density)로 인해 자연적으로 얻어진다. 액체-증기 계면의 위치는 탱크(2)의 충전 높이에 자연적으로 의존한다. 그 액체-증기 2상평형 상태에 해당하는 액화 천연 가스의 평형 온도는 대기압으로 저장될 때 약 -162℃이다.The combustible gas is stored in the internal space 7 of the tank 2 in a liquid-vapor two-phase equilibrium state. That is, the gas exists in a vapor state in the upper part 8 of the tank 2 and in a liquid state in the lower part 9 of the tank 2 . This stratification is obtained naturally due to the specific density of each phase. The position of the liquid-vapor interface naturally depends on the fill height of the tank 2 . The equilibrium temperature of liquefied natural gas, which corresponds to its liquid-vapor two-phase equilibrium, is about -162°C when stored at atmospheric pressure.

탱크(2)의 상벽(5) 위에, 탱크(2)의 상부(8)의 자연 증발로부터 나온 증기 상태의 가스를 액화함과 동시에, 탱크(2)의 하부(9)로부터 얻은 액체 상태의 가스를 강제적으로 기화할 수 있도록 하는 열 교환기(10)가 나타나 있다.On the upper wall 5 of the tank 2, the gas in the vapor state from the spontaneous evaporation of the upper part 8 of the tank 2 is liquefied, while the gas in the liquid state obtained from the lower part 9 of the tank 2 is liquefied. A heat exchanger 10 is shown that allows forcibly vaporizing the

이를 위해 열 교환기(10)는 기밀 외부 엔벨로프(gastight outer envelope)(11)를 갖는데, 이는 바람직하게는 주위 환경으로부터 들어오는 열의 유동을 제한하기 위한 단열로서, 탱크(2)의 상벽(5) 위에 배열되며, 그 내부 공간(12)은 적어도 두 개의 연결부로,To this end, the heat exchanger 10 has a gastight outer envelope 11 , preferably as thermal insulation to limit the flow of incoming heat from the surrounding environment, arranged above the upper wall 5 of the tank 2 . and the inner space 12 is at least two connecting parts,

- 내부 공간(12)의 상단에 위치하여, 내부 공간(12)의 상단으로 가연 가스 증기를 보내는 증기 수집 회로(13),- a vapor collection circuit (13) located at the top of the inner space (12) and sending combustible gas vapor to the upper end of the inner space (12);

- 내부 공간(12)의 바닥에 위치하여, 중력에 의해 내부 공간(12)에 응충된 가연 가스를 수집하여, 탱크(2)로 돌려보내는 응축액 회귀 회로(14)를 통해서, 탱크(2)의 상부(8)와 연통한다.- located at the bottom of the internal space 12, through the condensate return circuit 14 that collects the combustible gas deposited in the internal space 12 by gravity and returns it to the tank 2, It communicates with the upper part (8).

도 1에서 증기 수집 회로(13)와 응축액 회귀 회로(14)는 탱크(2)의 상벽(5)을 관통하여 지나가는데, 그밖에 다른 배열도 가능하며, 특히 응축액 회귀 회로(14)의 경우, 예컨대 탱크(2)의 상부(8)에서 측벽(6)을 관통하여 지나가는 것이 가능하다.1 , the vapor collection circuit 13 and the condensate return circuit 14 pass through the upper wall 5 of the tank 2 , but other arrangements are possible, in particular in the case of the condensate return circuit 14 , for example the tank It is possible to pass through the side wall (6) at the upper part (8) of (2).

도면부호 50으로 표시된 바와 같이, 증기 수집 회로(13)는 몇몇 탱크에 연결된 몇몇 브랜치를 포함하여, 열 교환기(10)의 응축 경로에 일련의 탱크를 연결하는 공동의 수집기의 역할을 할 수 있다. 이 경우 각 브랜치에 밸브(미도시)가 제공되어, 그 탱크를 함께 고립할 수 있다.As indicated at 50 , the vapor collection circuit 13 may include several branches connected to several tanks, acting as a common collector connecting a series of tanks to the condensation path of the heat exchanger 10 . In this case, a valve (not shown) may be provided on each branch to isolate the tanks together.

응축액 회귀 회로(14)도 마찬가지로 몇몇 탱크에 연결될 수 있다.The condensate return circuit 14 can likewise be connected to several tanks.

내부 공간(12)으로부터 열을 빼내기 위해, 열 교환기(10)는 내부 공간(12)에 배열된 기화 회로(15)를 갖는데, 이는 코일의 형태로 나타나 있으나, 그 형상은 다양하게 변경될 수 있다. 기화 회로(15)는 탱크(2)의 하부(9)로부터, 순환 펌프(16) 및 외부 엔벨로프(11)를 기밀하게 관통하여 지나가는 기화 회로(15)의 입력단에 연결된 입력 튜브(17)를 통해, 액체 상태의 가연 가스가 공급된다. 내부 공간(12)의 증기 상태의 가연 가스의 잠열에 의해, 기화 회로(15)를 순환하는 액체 상태의 가스가 기화되며, 이에 따라 형성된 증기 상태는 외부 엔벨로프(11)를 유밀하게 관통하여 지나가는 기화 회로(15)의 출력단에 연결된 출력 라인(3)으로 유동한다. 이를 위해 기화 회로(15)의 출력단은 바람직하게는 기화 회로(15)의 입력단보다 낮게 배치된다. 따라서 기화 회로(15)에서 기화되는 가스 스트림(gas stream)과 내부 공간(12)에서 응축되는 가스 스트림은 어느 하나는 순환 펌프의 영향으로, 다른 하나는 단지 중력 및 액체와 증기 상태 간 밀도 차이의 영향으로 하강하는 동작을 갖는다.In order to withdraw heat from the inner space 12 , the heat exchanger 10 has a vaporization circuit 15 arranged in the inner space 12 , which is shown in the form of a coil, but its shape can be variously changed. . The vaporization circuit 15 is connected from the lower part 9 of the tank 2 to the input tube 17 connected to the input end of the vaporization circuit 15 passing through the circulation pump 16 and the outer envelope 11 airtightly. , a liquid combustible gas is supplied. By the latent heat of the combustible gas in the vapor state of the internal space 12, the gas in the liquid state circulating in the vaporization circuit 15 is vaporized, and the vapor state thus formed is vaporized passing through the outer envelope 11 fluidly It flows to an output line 3 connected to the output of the circuit 15 . For this purpose, the output terminal of the vaporization circuit 15 is preferably arranged lower than the input terminal of the vaporization circuit 15 . Therefore, the gas stream vaporized in the vaporization circuit 15 and the gas stream condensed in the inner space 12 are one of the effects of the circulation pump, the other only gravity and the difference in density between the liquid and vapor phases. It has the action of descending under the influence.

액체 상태가 증기 상태보다 훨씬 더 밀도가 높기 때문에, 응축에 의한 증기의 소모는 화살표(19)로 나타난 바와 같이, 증기 수집 회로(13)에서 영구적인 흡입 효과를 형성한다. 따라서 일반적으로 증기 수집 회로(13)에 순환 펌프를 제공할 필요가 없다.Since the liquid state is much denser than the vapor state, the consumption of vapor by condensation creates a permanent suction effect in the vapor collection circuit 13 , as indicated by arrow 19 . Therefore, there is generally no need to provide a circulation pump in the vapor collection circuit 13 .

기화 회로(15)를 순환하는 액체 상태의 가연 가스의 기화를 더욱 강제하기 위해, 상기 회로를 더 낮은 압력하에 둘 수 있다. 이를 위해 도 5에 나타난 바와 같이, 예컨대 압축기(4) 대신 진공 펌프(51)가 이용될 수 있다. 진공 펌프(51)는 극저온 펌프, 즉 150℃ 미만의 극저온을 견딜 수 있는 펌프이어야 한다. 이는 또한 ATEX 규정을 만족해야 하는데, 즉 폭발의 위험이 없도록 설계되어야 한다. 또한 압력 손실 부재, 예컨대 팽창 밸브(45)가 바람직하게는 외부 엔벨로프(11) 내측에서, 기화 회로(15)의 입력단에 배치된다.To further force vaporization of the liquid combustible gas circulating through the vaporization circuit 15, the circuit may be placed under a lower pressure. For this purpose, as shown in FIG. 5 , for example, a vacuum pump 51 may be used instead of the compressor 4 . The vacuum pump 51 must be a cryogenic pump, that is, a pump capable of withstanding a cryogenic temperature of less than 150°C. It must also comply with ATEX regulations, ie it must be designed so that there is no risk of explosion. A pressure loss element, for example an expansion valve 45 , is also arranged at the input of the vaporization circuit 15 , preferably inside the outer envelope 11 .

도 1은 연속적인 라인으로서 증기 수집 회로의 다른 가능한 배열을 나타내는데, 이는 탱크(2)의 상부(8)로부터 내부 공간(12)의 상단까지 응축액 회귀 회로(14)에 동심으로 배열된 수집 파이프(113)의 형태이다. 이 경우 증기 상태의 가스의 도입은 수집 파이프(113) 내측에서 이루어지고, 응축액 회귀는 응축액 회귀 회로(14) 내 수집 파이프(113) 주변의 원형 공간에서 유동한다. 나머지 작동은 동일하다.1 shows another possible arrangement of the vapor collection circuit as a continuous line, which is arranged concentrically in the condensate return circuit 14 from the top 8 of the tank 2 to the top of the interior space 12 ( 113) is the form. In this case, the introduction of the gas in the vapor state takes place inside the collecting pipe 113 , and the condensate return flows in a circular space around the collecting pipe 113 in the condensate return circuit 14 . The rest of the operation is the same.

비록 도 1은 기화 경로가 응축 경로의 유체에 수용되어 둘러싸인 열 교환기를 도시하지만, 그 반대의 구성, 즉 응축 경로가 기화 경로의 유체에 수용되어 둘러싸이는 것도 가능하다. 그밖에 다른 구성, 예컨대 두 경로가 실질적으로 동일한 체적을 갖는 열 교환기 또한 가능하다.Although FIG. 1 shows a heat exchanger in which the vaporization path is contained and enclosed in the fluid of the condensing path, the reverse configuration is possible, ie the condensing path is contained and enclosed in the fluid of the vaporization path. Other configurations are also possible, such as a heat exchanger in which the two paths have substantially the same volume.

도 2 내지 4를 참조하여, 열 교환기의 다른 실시예가 설명된다. 도 1의 그것과 유사하거나 동일한 요소는 100만큼 증가된 도면부호를 갖는다.2 to 4, another embodiment of a heat exchanger is described. Elements similar or identical to those in FIG. 1 have reference numerals incremented by 100.

도 2에서 외부 엔벨로프(111)는 대체적으로 수직 축의 원통형 보틀의 형상을 갖되, 그 넥(neck)이 아래쪽을 향하도록 뒤집힌다. 보다 구체적으로 내부 공간(112)을 한정하는 메인 바디는 응축액 회귀 튜브(114)보다 더 큰 직경을 갖는다.In FIG. 2 , the outer envelope 111 generally has a shape of a cylindrical bottle with a vertical axis, and is turned over so that its neck faces downward. More specifically, the main body defining the interior space 112 has a larger diameter than the condensate return tube 114 .

여기서 밀폐 단열 벽체는 상호 이격된 금속 시트의 두 평행한 레이어로 형성되는데, 그 둘 사이의 공간은 진공으로 이루어진다. 그밖에 다른 형태의 단열이 이용될 수도 있다.Here, the hermetic insulating wall is formed by two parallel layers of metal sheets spaced apart from each other, the space between the two being made up of a vacuum. Other types of insulation may be used.

응축액 회귀 튜브(114)는 외부 엔벨로프(111)의 온도 변화 동안, 특히 작동 중일 때 열 수축을 흡수하기 위한 다이어프램을 갖는다. 이는 탱크(2)의 상벽에 고정하기 위한 고정 클립(21)에 의해 하단이 마무리된다.The condensate return tube 114 has a diaphragm for absorbing heat shrinkage during temperature changes of the outer envelope 111 , particularly during operation. It is finished at the bottom by a fixing clip 21 for fixing to the upper wall of the tank (2).

수집 파이프(213)는 응축액 회귀 튜브(114)의 끝단으로부터 응축액 회귀 튜브(114)에 동심으로 배열되어, 그 높이의 대부분에 걸쳐 내부 공간(112)으로 침투한다. 수집 파이프(213)의 상단은 개방되어, 내부 공간(112)의 상부에 위치한다. 이러한 위치에서 수집 파이프(213)의 기계적 강도를 보장하기 위해, 외부 엔벨로프(11)에 수집 파이프(213)를 부착하기 위한 고정 부재가 제공될 수 있다. 예를 들어 수집 파이프(213)의 상단에 고정 러그(22)가 제공되어, 외부 엔벨로프(111)에 자체적으로 부착된 기화 회로(115)에 부착된다.A collection pipe 213 is arranged concentrically to the condensate return tube 114 from the end of the condensate return tube 114 and penetrates into the interior space 112 over most of its height. The upper end of the collection pipe 213 is open and is located in the upper part of the inner space 112 . In order to ensure the mechanical strength of the collecting pipe 213 in this position, a fixing member for attaching the collecting pipe 213 to the outer envelope 11 may be provided. For example, a fixing lug 22 is provided at the top of the collection pipe 213 and attached to the vaporization circuit 115 which is itself attached to the outer envelope 111 .

이하 기화 회로(115)가 보다 상세하게 설명된다. 이는 본질적으로,Hereinafter, the vaporization circuit 115 is described in more detail. This is essentially

- 내부 공간(112)의 상단에 배열된 원형 또는 원환형(toric)의 입력 디스트리뷰터(23),- a circular or toric input distributor 23 arranged at the top of the inner space 112;

- 수집 파이프(213) 주변에서 내부 공간(112)의 바닥에 배열된 원형 또는 원환형의 출력 케이스(24),- a circular or annular output case 24 arranged at the bottom of the inner space 112 around the collecting pipe 213;

- 입력 디스트리뷰터(23)와 출력 케이스(24) 사이에서, 바람직하게는 수직으로 수집 파이프(213)에 평행하게 연장된 다수의 베인 튜브(25)를 포함한다.between the input distributor 23 and the output case 24 , preferably vertically, a plurality of vane tubes 25 extending parallel to the collecting pipe 213 .

베인 튜브(25)는 저벽을 관통하여 입력 디스트리뷰터(23)의 원형 챔버(26)에 위치하는 상단(27) 및 커버 벽체를 관통하여 출력 케이스(24)의 원형 챔버(29)에 위치하는 하단(28)을 각각 갖는다. 이들은 열 교환기(110)의 열 교환 벽체를 구성하는데, 액체 상태의 기화가 베인 튜브(25)의 아래쪽으로 유동하고, 가스 상태의 응축이 내부 공간(112)의 아래쪽으로 유동하도록 함께 허용한다.The vane tube 25 passes through the bottom wall to the upper end 27 located in the circular chamber 26 of the input distributor 23 and the lower end located in the circular chamber 29 of the output case 24 through the cover wall ( 28), respectively. These constitute the heat exchange wall of the heat exchanger 110 , together allowing vaporized liquid vapor to flow down the vane tube 25 and gaseous condensation to flow down the interior space 112 .

베인 튜브(25)는 도 3에 부분적으로 나타난 바와 같이, 수집 파이프(213) 전체 주변에서 내부 공간(112)에 걸쳐 분포되어, 두 스트림 간 교환을 위한 영역을 최대화하고 열 전달을 균일화한다.The vane tubes 25 are distributed over the interior space 112 around the entire collection pipe 213, as partially shown in FIG. 3, to maximize the area for exchange between the two streams and to equalize the heat transfer.

도 4는 베인 튜브(25)의 두 실시예를 나타낸다. 우측 도면에서, 튜브 바디(30)는 튜브 바디(30)를 가로질러 연장된 디스크의 형태로서 튜브 바디(30)의 전체 길이에 걸쳐 상호 이격되어 분포된 베인(31)으로 둘러싸인다.4 shows two embodiments of a vane tube 25 . In the right figure, the tube body 30 is surrounded by vanes 31 spaced apart from each other and distributed over the entire length of the tube body 30 in the form of a disk extending across the tube body 30 .

좌측 도면에서, 튜브 바디(30)는 튜브 바디(30)의 전체 길이에 걸쳐 튜브 바디(30)에 평행하게 연장된 직사각형 또는 다각형 블레이드의 형태로서 튜브 바디(30) 전체 주변에 상호 이격되어 분포된 베인(32)으로 둘러싸인다.In the left figure, the tube body 30 is in the form of a rectangular or polygonal blade extending parallel to the tube body 30 over the entire length of the tube body 30, and is distributed spaced apart from each other around the entire tube body 30 surrounded by vanes 32 .

일 변형예(미도시)에서 베인은 생략되는데, 이는 각 튜브의 측 방향 부피를 감소시켜 튜브의 개수를 증가시키고, 교환을 위해 넓은 영역을 얻을 수 있도록 한다.In one variant (not shown) the vanes are omitted, which reduces the lateral volume of each tube, thereby increasing the number of tubes and allowing a large area to be obtained for exchange.

입력 디스트리뷰터(23)의 원형 챔버(26)는 사각형의 단면을 가지며, 베인 튜브(25)의 라인을 따라, 즉 수집 파이프(213)의 둘레를 따라 연장된다. 더욱이 원뿔형 벽체가 입력 디스트리뷰터(23)의 중앙에 배열되는데, 그 꼭짓점(top)은 수집 파이프(213)의 상단을 향해 배향되어 입력 디스트리뷰터(23)의 중앙을 폐쇄하며, 이로써 증기 상태가 수집 파이프(213)를 나감으로써 베인 튜브(25)의 상단을 향해 측 방향으로 유동하도록 강제한다.The circular chamber 26 of the input distributor 23 has a rectangular cross section and extends along the line of the vane tube 25 , ie along the perimeter of the collection pipe 213 . Furthermore, a conical wall is arranged in the center of the input distributor 23, the top of which is oriented towards the top of the collection pipe 213 and closes the center of the input distributor 23, whereby the vapor state is 213 forcing it to flow laterally towards the top of the vane tube 25 .

입력 튜브(117)는 원형 챔버(26)로부터 외부 엔벨로프(111) 밖으로 측 방향으로 연장된다. 기밀 용접부 또는 밀봉부(미도시)가 외부 엔벨로프(111)를 관통하는 통로에서 입력 튜브(117) 주변에 제공되어, 그 밀폐성을 유지할 수 있다. 출력 튜브(117)는 바람직하게는 단열이 구비된 임의의 적절한 파이프를 통해 순환 펌프(16)에 연결된다.The input tube 117 extends laterally out of the outer envelope 111 from the circular chamber 26 . A hermetic weld or seal (not shown) may be provided around the input tube 117 in a passage passing through the outer envelope 111 to maintain its airtightness. The output tube 117 is connected to the circulation pump 16 via any suitable pipe, preferably with thermal insulation.

출력 케이스(24)는 수집 파이프(213) 주변에서 그로부터 이격된 중공의 원환형을 갖는다. 그 저벽(33)는 오목하게 이루어져, 중력에 의해 입력 튜브(117)로부터 주입된 액체 상태의 가스 스트림 중 기화되지 않은 부분을 수집하기 위한 상 분리 탱크를 형성한다. 저벽(33)의 바닥에 위치하는 퍼지 튜브(34)는 이러한 액체 부분을 배출할 수 있도록, 예컨대 탱크(2)로 재주입할 수 있도록 한다. 더욱이 출력 튜브(103)는 원형 챔버(29)로부터 외부 엔벨로프(111) 밖으로 측 방향으로 연장된다. 출력 튜브(103)는 액체 상태를 수집하지 않도록, 오목한 저벽(33) 위에서 원형 챔버(29)에 위치한다. 실제로 저벽(33)의 충전 높이는 출력 튜브(103)로 액체 상태의 유출을 방지하도록, 상대적으로 낮게 유지되어야 한다. 기밀 용접부 또는 밀봉부(미도시)가 외부 엔벨로프(111)를 관통하는 통로에서 출력 튜브(103) 주변에 제공되어, 그 밀폐성을 유지한다. 출력 튜브(103)는 가연 가스 소비 부재에 직접적으로 또는 예컨대 압축기, 히터 등의 그밖에 가스 처리 장비를 통해 연결된다.The output case 24 has a hollow toroid around the collection pipe 213 spaced therefrom. Its bottom wall 33 is concave to form a phase separation tank for collecting the non-vaporized portion of the liquid gas stream injected from the input tube 117 by gravity. A purge tube 34 located at the bottom of the bottom wall 33 allows this liquid portion to be drained, for example re-injected into the tank 2 . Furthermore, the output tube 103 extends laterally out of the outer envelope 111 from the circular chamber 29 . The output tube 103 is located in the circular chamber 29 above the concave bottom wall 33 so as not to collect the liquid phase. In practice, the fill height of the bottom wall 33 should be kept relatively low to prevent leakage of the liquid state into the output tube 103 . A hermetic weld or seal (not shown) is provided around the output tube 103 in a passage passing through the outer envelope 111 to maintain its airtightness. The output tube 103 is connected either directly to the combustible gas consuming member or via other gas processing equipment such as, for example, a compressor, heater, etc.

작동 중 탱크(2)의 상부(8)에서 수집된 증기 상태가 수집 파이프(213)를 통해 열 교환기(110)의 상단에 연통된다는 사실은 첫째로 열 교환기(110)가 실질적으로 그 전체 높이에 걸쳐 작용하고, 둘째로 응축에 의한 대류 펌핑/동작이 증기 상태에서 보장됨을 보장한다. 탱크(2)의 하부(9)의 액체 상태에 비해 상대적으로 고온인 이러한 증기 상태는 수집 파이프(213)를 통해 들어가, 열 교환기(110)의 상단에 도달한다. 이에 기화 회로의 열 교환 표면, 즉 튜브(25)에 접촉하게 되어 냉각되기 시작하는데, 이는 증기의 열 수축에 의해 제1의 흡입 효과를 생성하고, 이후 기화 잠열을 산출함으로써 상태가 변화하여, 물방울이 형성되어 중력에 의해 외부 엔벨로프(111)의 오목한 저벽(35)으로 떨어지는데, 이는 제2의 흡입 효과를 생성한다. 따라서 증기 상태의 순환을 동반하기 위한 능동 펌핑 부재를 생략할 수 있다.The fact that the vapor phase collected in the upper part 8 of the tank 2 during operation communicates with the upper end of the heat exchanger 110 via a collecting pipe 213 means first that the heat exchanger 110 is at substantially its entire height. and, secondly, ensuring that convective pumping/operation by condensation is ensured in the vapor state. This vapor state, which is relatively hot compared to the liquid state in the lower part 9 of the tank 2 , enters through the collection pipe 213 and reaches the top of the heat exchanger 110 . Accordingly, it comes into contact with the heat exchange surface of the vaporization circuit, that is, the tube 25, and begins to cool, which creates a first suction effect by thermal contraction of the steam, and then changes state by calculating the latent heat of vaporization, so that water droplets This is formed and falls by gravity onto the concave bottom wall 35 of the outer envelope 111, which creates a second suction effect. It is thus possible to omit the active pumping element for accompanying the circulation of the vapor phase.

기화 회로(115)에서, 여기에 나타난 구조는 상단에 입력단과 바닥에 출력단을 갖는 것으로, 강하막(falling-film) 기술을 이용한다. 이에 따른 작동은 이러한 필름이 수용하기 쉽고 저벽(33)에 액체 상태로 도달할 약간의 휘발성 물질하에서, 챔버(26)로 들어가서 챔버(29)에 도달하는 사이의 구간 동안 기화할 수 있는 모든 성분을 남기지 않는다는 것이다.In the vaporization circuit 115, the structure shown here has an input end at the top and an output end at the bottom, and uses a falling-film technique. The actuation thereby ensures that all components that can vaporize during the interval between entering the chamber 26 and reaching the chamber 29, under some volatile material that this film is easy to accommodate and will reach the bottom wall 33 in a liquid state. that it does not leave

체크 밸브(49)는 바람직하게는 퍼지 튜브(34)에 배열되어, 그 설비의 통상적인 작동 동안 퍼지 튜브(34)를 폐쇄하되, 간헐적으로 퍼지 튜브(34)를 개방하여 중물질(heavy substance)이 많은 액체 부분을 제거한다. 액체 부분의 제거는 입력 튜브(117)로 압력하에 가스를 주입함으로써, 또는 중력에 의해 단지 축적된 중물질의 정수압의 효과로 이루어질 수 있다. 이러한 퍼지 작동은 본 설비가 작동하고 있을 때에도 일어날 수 있다.A check valve 49 is preferably arranged in the purge tube 34 to close the purge tube 34 during normal operation of the facility, but intermittently open the purge tube 34 to release heavy substances. Remove this much liquid fraction. Removal of the liquid fraction may be accomplished by injecting gas under pressure into the input tube 117 , or by the effect of hydrostatic pressure of heavy matter that has only accumulated by gravity. This purge operation may also occur while the equipment is operating.

대안적으로 체크 밸브(49) 대신 밸브(149)가 퍼지 튜브(34)에 이용되어, 필요시 퍼지 튜브(34)를 폐쇄하고, 간헐적으로 또는 지속적으로 퍼지 튜브(34)를 개방하여 중물질이 많은 액체 부분을 제거할 수 있다. 액체 부분의 제거는 밸브가 개방 위치에 있을 때 중력에 의해, 오직 축적된 중물질의 정수압의 효과로 이루어질 수 있다. 이러한 퍼지 작동은 본 설비가 작동하고 있을 때 일어날 수도 있다.Alternatively, instead of check valve 49, valve 149 may be used on purge tube 34 to close purge tube 34 if necessary, and intermittently or continuously open purge tube 34 to allow heavy substances to pass through. Many liquid fractions can be removed. Removal of the liquid part can be effected by gravity when the valve is in the open position, only by the hydrostatic pressure of accumulated heavy substances. This purge operation may occur while the equipment is operating.

대안적으로 탱크 밖의 펌프(미도시)가 이용되어, 이러한 잔여 액체 부분을 간헐적으로 또는 지속적으로 제거할 수 있다. 이러한 구조의 이점 중 하나는 기화 회로(115)가 액체 상태로 포화될 위험이 상대적으로 제한된다는 것으로, 만약 증기에 의해 전달된 열이 액체의 기화를 보장하기에 불충분하다면, 기화 과정을 방해함 없이 도달함으로써 잔여 액체 상태가 제거될 수 있다. 보일러 용기가 바닥을 통해 공급되어 액체 말단 부분이 끓지는 않을 것이다.Alternatively, an out-of-tank pump (not shown) may be used to intermittently or continuously remove this residual liquid fraction. One of the advantages of this structure is that the risk of the vaporization circuit 115 becoming saturated with the liquid state is relatively limited, if the heat transferred by the vapor is insufficient to ensure vaporization of the liquid, without interfering with the vaporization process. Residual liquid state can be removed by reaching. The boiler vessel will be fed through the bottom so that the liquid end will not boil.

도 5에서와 같이, 상기 회로를 더 낮은 압력하에 둠으로써, 기화 회로(115)에 도달하는 액체 상태의 가연 가스의 기화를 더 강제할 수 있다. 이 경우 퍼지 장치와 그 작동이 변경될 것이다.As in FIG. 5 , by placing the circuit under a lower pressure, it is possible to further force the vaporization of the liquid combustible gas reaching the vaporization circuit 115 . In this case, the purge device and its operation will be changed.

기화 회로(115)가 더 낮은 압력하에 놓일 때, 제2 밸브(52)가 밸브(149)의 상류에서 퍼지 튜브(34)에 부가되어, 튜브나 저장조의 형태를 가질 수 있는 버퍼 체적(53)을 형성한다. 밸브(52, 149)의 작동은 교번하는데, 우선 제2 밸브(52)가 개방되어 중물질로 버퍼 공간(53)을 충전하도록 허용한다. 다음으로 밸브(149)가 개방되기 전에 제2 밸브(52)가 폐쇄되어, 밸브(149)가 폐쇄되기 전에 중력에 의해 버퍼 체적을 비운다. 밸브(52, 149)의 개방은 가스를 주입함으로써, 또는 전자 밸브와 같은 전자식 제어에 의해 이루어질 수 있다.When the vaporization circuit 115 is placed under a lower pressure, a second valve 52 is added to the purge tube 34 upstream of the valve 149 to a buffer volume 53 which may take the form of a tube or reservoir. to form The actuation of the valves 52 and 149 alternate, first allowing the second valve 52 to open to fill the buffer space 53 with heavy material. Second valve 52 is then closed before valve 149 is opened, thereby evacuating the buffer volume by gravity before valve 149 is closed. The opening of valves 52 and 149 may be accomplished by injecting gas or by electronic control such as an electromagnetic valve.

밸브(52, 149)의 개방 주기는 LNG의 구성에 직접적으로 연관되는데, LNG에 중물질의 부분이 더 많이 포함될수록 밸브(52, 149)이 더 자주 개방된다.The opening period of the valves 52 and 149 is directly related to the composition of the LNG, the greater the portion of heavy material in the LNG, the more frequently the valves 52 and 149 are opened.

열 교환기(110)의 구조는 평행한 흐름 또는 같은 흐름(co-current)의 열 교환을 수행할 수 있도록 한다. 이론상 이러한 형태의 열 교환은 반대 흐름(counter-current)의 열 교환보다 덜 효율적이다. 구체적으로 두 유체의 열 교환에서, 두 유체는 두 유체 사이에 주어진 온도 차로 교환기에 들어간다. 만약 열 교환이 반대 흐름의 방향으로 일어나면, 그 유체 중 어느 하나의 출력 온도는 다른 하나의 입력 온도를 향하는 경향을 가지며, 그 역 또한 같다. 반면 같은 흐름의 교환기에서, 두 유체는 중간 온도(mixing temperature)를 향하는 경향을 갖는다.The structure of the heat exchanger 110 enables heat exchange of parallel flows or co-currents. In theory, this type of heat exchange is less efficient than counter-current heat exchange. Specifically, in the heat exchange of two fluids, the two fluids enter the exchanger with a given temperature difference between the two fluids. If heat exchange occurs in the opposite direction of flow, the output temperature of one of the fluids will tend toward the input temperature of the other, and vice versa. On the other hand, in the same flow exchanger, the two fluids tend towards the mixing temperature.

이러한 사항은 증발기-응축기로 이용되는 열 교환기(110)의 올바른 작동에 장애가 되지 않는다. 구체적으로 열 교환기에서 헌열이 차지하는 부분은 미미하며, 열 전달의 대부분은 상 변화에 의해 등온적으로 수행된다.This is not an obstacle to the correct operation of the heat exchanger 110 used as the evaporator-condenser. Specifically, in the heat exchanger, the portion of the spent heat is insignificant, and most of the heat transfer is isothermally performed by a phase change.

예로서 만약 가연 가스의 증기 상태가 수집 파이프(213)로 -100℃로 들어가면, 헌열 중 이러한 증기가 -160℃로 떨어지도록 하는 부분은 약 130kJ/kg인 반면, 이를 응축하기 위해 필요한 잠열은 510kJ/kg이다. 즉 열 전달의 대부분은 등온적으로 이루어진다. 이는 기화 회로(115)의 액체 상태에 대하여도 마찬가지이다.For example, if the vapor state of the combustible gas enters -100 ° C through the collection pipe 213, the portion of the heat that causes the vapor to drop to -160 ° C is about 130 kJ/kg, whereas the latent heat required for condensing it is 510 kJ /kg. That is, most of the heat transfer is isothermal. This also applies to the liquid state of the vaporization circuit 115 .

도 6을 참조하면, 앞서 설명한 바에 따른 가스 소비 부재에 가연 가스를 공급하고 상기 가연 가스를 액화하기 위한 설비가 구비된 메탄 유조선(70)의 절개도가 개시되어 있다. 도 6은 선박의 이중 선각(72)에 장착된 것으로서 대체적으로 각기둥 형태의 밀폐 단열 탱크(71)를 나타낸다. 탱크(71)의 벽체는 탱크에 수용된 LNG와 접촉하게 되도록 의도된 1차 밀폐 배리어, 1차 밀폐 배리어와 선박의 이중 선각(72) 사이에 배열된 2차 밀폐 배리어 및 1차 밀폐 배리어와 2차 밀폐 배리어 사이 및 2차 밀폐 배리어와 이중 선각(72) 사이에 각각 배열된 두 절연 배리어를 포함한다.Referring to FIG. 6 , a cutaway view of a methane tanker 70 provided with a facility for supplying a combustible gas to a gas consuming member and liquefying the combustible gas as described above is disclosed. 6 shows a closed and insulated tank 71 of a generally prismatic shape as mounted on a double hull 72 of a ship. The wall of the tank 71 is a primary sealing barrier intended to come into contact with the LNG contained in the tank, a secondary sealing barrier arranged between the primary sealing barrier and the double hull 72 of the vessel and the primary sealing barrier and secondary and two insulating barriers respectively arranged between the hermetic barrier and between the secondary hermetic barrier and the double hull 72 .

그 자체로 공지된 것처럼, 선박의 상갑판에 배열된 로딩/언로딩 파이프(73)는 탱크(71)로부터 또는 탱크(71)로 LNG를 보내기 위해, 적절한 커넥터에 의해 해안 또는 항만 터미널에 연결될 수 있다.As is known per se, the loading/unloading pipes 73 arranged on the upper deck of the vessel may be connected to the shore or harbor terminals by suitable connectors for the delivery of LNG to or from the tank 71 . .

도 6은 로딩 및 언로딩 스테이션(75), 수중 파이프라인(76) 및 육상 기반 설비(77)를 포함하는 해안 터미널의 예를 나타낸다. 로딩 및 언로딩 스테이션(75)은 이동식 암(74) 및 이동식 암(74)을 지지하는 타워(78)를 포함하는 고정식 연안 설비이다. 이동식 암(74)은 로딩/언로딩 파이프(73)에 연결될 수 있는 일련의 절연 호스 파이프(79)를 구비한다. 방향 전환 가능한 이동식 암(74)은 모든 크기의 유조선에 맞춰질 수 있다. 연결 파이프라인(미도시)은 타워(78) 내측에서 연장된다. 로딩 및 언로딩 스테이션(75)은 유조선(70)이 육상 기반 설비(77)로부터 또는 육상 기반 설비(77)로 로딩되거나 언로딩되도록 허용한다. 이러한 시설은 액화 가스 저장 탱크(80) 및 수중 파이프라인(76)을 통해 로딩 또는 언로딩 스테이션(75)에 연결된 연결 파이프라인(81)을 포함한다. 수중 파이프라인(76)은 먼 거리, 예컨대 5km에 걸쳐 로딩 또는 언로딩 스테이션(75)과 육상 기반 설비(77) 사이에서 액화 가스의 전송을 허용하는데, 이는 유조선(70)이 로딩 및 언로딩 작동 동안 해안가로부터 먼 거리를 유지하도록 허용한다.6 shows an example of a coastal terminal comprising a loading and unloading station 75 , an underwater pipeline 76 and an onshore infrastructure 77 . The loading and unloading station 75 is a stationary offshore installation comprising a movable arm 74 and a tower 78 supporting the movable arm 74 . The movable arm 74 has a series of insulated hose pipes 79 that can be connected to a loading/unloading pipe 73 . The reversible movable arm 74 can fit any size tanker. A connecting pipeline (not shown) extends inside the tower 78 . The loading and unloading station 75 allows the tanker 70 to be loaded or unloaded from or to the land-based facility 77 . This facility comprises a liquefied gas storage tank 80 and a connecting pipeline 81 connected to a loading or unloading station 75 via an underwater pipeline 76 . The submersible pipeline 76 allows the transfer of liquefied gas between the loading or unloading station 75 and the land-based facility 77 over a large distance, eg, 5 km, which allows the tanker 70 to perform loading and unloading operations. Allow them to keep a long distance from the shoreline while on the go.

액화 가스의 전송을 위해 필요한 압력을 생성하기 위해, 선박(70)의 선상 펌프 및/또는 육상 기반 설비(77)에 설치된 펌프 및/또는 로딩 및 언로딩 스테이션(75)에 장착된 펌프가 이용된다.In order to generate the necessary pressure for the transfer of the liquefied gas, a pump mounted onboard pump of the vessel 70 and/or a pump installed at the shore-based facility 77 and/or a pump mounted at the loading and unloading station 75 is used. .

비록 본 발명이 몇몇 특정한 실시예에 관해 설명되었으나, 그에 제한되지 않음이 분명하며, 설명된 수단의 모든 기술적 등가물을, 그리고 본 발명의 범위에 속한다면 그 조합도 포함한다.Although the invention has been described with respect to several specific embodiments, it is clear that it is not limited thereto, and includes all technical equivalents of the described means, and combinations thereof, provided that they fall within the scope of the invention.

"포함한다" 또는 "갖는다"는 동사 및 그 활용형의 사용은 청구항에서 언급된 것 외 다른 요소나 단계의 존재를 배제하지 않는다.The use of the verb "comprise" or "have" and its conjugations does not exclude the presence of elements or steps other than those recited in a claim.

청구항에서 괄호 안의 어떠한 참조부호도 그 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.Any reference signs placed between parentheses in a claim shall not be construed as limiting the claim.

Claims (17)

가스 소비 부재에 가연 가스를 공급하고 상기 가연 가스를 액화하기 위한 설비(1)로서,
- 액체-증기 2상평형 상태의 가연 가스로 충전되도록 의도된 내부 공간(7)을 포함하는 밀폐 단열 탱크(2);
- 밀폐 단열 탱크보다 높은 지점에 배치되고, 기화 경로(15, 115)와 응축 경로(12, 112)를 포함하되, 기화 경로와 응축 경로는 응축 경로에 수용된 유체와 기화 경로에 수용된 유체 사이에 열이 전달되도록 허용하는 열 교환 벽체에 의해 밀폐되어 서로 분리되며, 기화 경로와 응축 경로는 입력단과 출력단을 각각 포함하는 열 교환기(10, 110)를 포함하여,
- 응축 경로의 입력단은 탱크의 내부 공간의 증기 상태의 가연 가스의 제1 스트림(stream)(19)을 끌어오기 위해 탱크의 내부 공간의 상부(8)에 위치하는 도입부를 포함하는 증기 수집 회로(13, 113, 213)에 의해 밀폐 및 단열 탱크에 연결되되, 응축 경로의 입력단은 응축 경로의 출력단보다 높게 배치되고,
- 응축 경로(14, 114)의 출력단은 중력에 의해 탱크의 내부 공간의 가연 가스의 제1 스트림의 액체 부분을 내보내기 위해 탱크의 내부 공간에 연결되되, 가연 가스의 제1 스트림의 액체 부분은 응축 경로의 응축에 의해 얻어지며,
- 기화 경로(15, 115)의 입력단은 액체 입력 회로(17, 117)에 의해 밀폐 단열 탱크에 연결되되, 액체 입력 회로는 탱크의 내부 공간의 액체 상태의 가연 가스의 제2 스트림을 끌어오기 위해 탱크의 내부 공간의 하부(9)에 위치하는 도입부 및 기화 경로로 액체 상태의 가연 가스의 제2 스트림을 내보내기 위한 순환 펌프(16)를 포함하고,
- 열 교환기의 기화 경로를 밀폐 단열 탱크의 내부 공간(7)에서 증기 상태에서 존재하는 압력 미만의 압력으로 두기 위해 기화 경로(15)에 진공 펌프(51)가 연결되며,
- 기화 경로(3, 103)의 출력단은 가스 소비 부재로 가연 가스의 제2 스트림의 증기 부분을 보내기 위해 가스 소비 부재에 연결되되, 가연 가스의 제2 스트림의 증기 부분은 작동 동안 밀폐 단열 탱크의 내부 공간(7)에서 증기 상태에서 존재하는 압력 미만의 압력으로 놓인 기화 경로(15, 115)의 가연 가스의 기화에 의해 얻어지는 설비.
A facility (1) for supplying a combustible gas to a gas consuming member and liquefying the combustible gas, comprising:
- a closed insulated tank (2) comprising an interior space (7) intended to be filled with combustible gas in liquid-vapor two-phase equilibrium;
- disposed at a point higher than the sealed insulated tank, and comprising a vaporization path (15, 115) and a condensation path (12, 112), wherein the vaporization path and the condensation path are heated between the fluid contained in the condensation path and the fluid contained in the vaporization path. sealed and separated from each other by a heat exchange wall that allows this
- the input end of the condensing path is a vapor collection circuit comprising an inlet located in the upper part (8) of the interior space of the tank for drawing a first stream (19) of combustible gas in vapor state of the interior space of the tank ( 13, 113, 213) connected to the sealed and insulated tank, the input end of the condensing path is disposed higher than the output end of the condensing path,
- the output end of the condensing path 14, 114 is connected to the internal space of the tank for discharging the liquid part of the first stream of the combustible gas of the internal space of the tank by gravity, wherein the liquid part of the first stream of the combustible gas is condensed obtained by condensation of the path,
- the input ends of the vaporization path (15, 115) are connected to the sealed insulated tank by a liquid input circuit (17, 117), the liquid input circuit for drawing a second stream of combustible gas in liquid state in the interior space of the tank an inlet located in the lower part (9) of the interior space of the tank and a circulation pump (16) for discharging a second stream of combustible gas in liquid state into the vaporization path;
- a vacuum pump 51 is connected to the vaporization path 15 to place the vaporization path of the heat exchanger at a pressure below the pressure present in the vapor state in the internal space 7 of the sealed insulated tank,
- the output end of the vaporization path 3 , 103 is connected to the gas consuming member for directing the vapor portion of the second stream of combustible gas to the gas consuming member, wherein the vapor portion of the second stream of combustible gas during operation of the closed insulated tank Equipment obtained by vaporization of the combustible gas in the vaporization path (15, 115) placed at a pressure less than the pressure present in the vapor state in the interior space (7).
제1항에 있어서,
진공 펌프(51)는 기화 경로의 출력단과 가스 소비 부재 사이에 배열되는 설비.
According to claim 1,
The vacuum pump 51 is arranged between the output end of the vaporization path and the gas consuming member.
제1항에 있어서,
기화 경로(15, 115)의 출력단은 기화 경로의 입력보다 낮게 배치되는 설비.
According to claim 1,
The output end of the vaporization path (15, 115) is arranged lower than the input of the vaporization path.
제3항에 있어서,
열 교환기의 기화 경로는 기화 경로의 바닥에 배치된 상 분리 탱크(33)를 포함하고,
상 분리 탱크는 저벽 및 저벽으로부터 위쪽으로 연장된 측벽을 포함하며,
기화 경로 출력단(103)은 저벽 위로 이격된 지점에서 상 분리 탱크의 측벽을 관통하여 위치하는 설비.
4. The method of claim 3,
The vaporization path of the heat exchanger comprises a phase separation tank 33 disposed at the bottom of the vaporization path,
The phase separation tank includes a bottom wall and a side wall extending upwardly from the bottom wall,
The vaporization path output terminal 103 is a facility located through the side wall of the phase separation tank at a point spaced apart above the bottom wall.
제4항에 있어서,
중력에 의해 상 분리 탱크로부터 액체 상태를 배출할 수 있기 위해 상 분리 탱크의 저벽을 관통하여 위치하는 퍼지 회로(34)를 더 포함하는 설비.
5. The method of claim 4,
A facility further comprising a purge circuit (34) positioned through the bottom wall of the phase separation tank to be able to drain the liquid phase from the phase separation tank by gravity.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나에 있어서,
기화 회로의 출력단과 가스 소비 부재 사이에 배열되는 압축기(4)를 더 포함하는 설비.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Installation further comprising a compressor (4) arranged between the output of the vaporization circuit and the gas consuming member.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나에 있어서,
열 교환기는 응축 경로를 수용하는 내부 공간(12, 112)을 한정하는 밀폐 단열 엔벨로프(envelope)(11, 111)를 포함하고,
엔벨로프는 밀폐 단열 탱크 위에 배열되어, 밀폐 단열 탱크의 내부 공간과 연통하는 하부 구멍(14, 114)을 포함하여, 응축 경로의 출력단을 구성하는 설비.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The heat exchanger comprises a hermetically insulating envelope (11, 111) defining an interior space (12, 112) for receiving the condensation path,
The envelope is arranged above the sealed insulating tank, and comprises a lower hole (14, 114) communicating with the interior space of the sealed insulating tank, the equipment constituting the output end of the condensing path.
제7항에 있어서,
밀폐 단열 탱크의 상벽(5)은 엔벨로프의 하부 구멍에 연결된 구멍을 갖고,
엔벨로프는 엔벨로프의 하부 구멍 주변에 배열된 고정 클립(21)을 더 포함하며,
고정 클립은 상벽의 구멍 주변에서 밀폐 단열 탱크의 상벽에 부착되는 설비.
8. The method of claim 7,
The upper wall (5) of the sealed insulated tank has a hole connected to the lower hole of the envelope,
The envelope further comprises a retaining clip (21) arranged around the lower hole of the envelope,
The retaining clip is a fixture that is attached to the upper wall of a sealed insulated tank around a hole in the upper wall.
제8항에 있어서,
열 교환기는 엔벨로프의 하부 구멍으로부터 엔벨로프(11, 111)의 상벽에 이웃한 지점으로 연장되어 탱크의 내부 공간에 위치하는 하단 및 엔벨로프의 내부 공간(12, 112)에 위치하는 상단을 갖는 수집 파이프(113, 213)를 더 포함하고,
수집 파이프는 엔벨로프의 내부 공간 내에서, 증기 수집 회로를 형성하는 수집 파이프의 내부 공간 및 열 교환기의 응축 경로를 형성하는 수집 파이프의 외부 공간을 한정하는 설비.
9. The method of claim 8,
The heat exchanger extends from the lower hole of the envelope to a point adjacent to the upper wall of the envelope (11, 111) and has a lower end located in the inner space of the tank and a collecting pipe having an upper end located in the inner space (12, 112) of the envelope ( 113, 213) further comprising,
The collection pipe defines, within the interior space of the envelope, an interior space of the collection pipe forming a vapor collection circuit and an exterior space of the collection pipe forming a condensation path of the heat exchanger.
제9항에 있어서,
열 교환기는
수집 파이프 주변에서 수집 파이프의 외부 공간에 배열되고, 열 교환기의 상기 열 교환 벽체를 구성하는 수집 파이프에 평행한 복수의 튜브(55),
엔벨로프의 내부 공간에 배열되고, 수집 파이프의 둘레로 연장되며, 평행한 각각의 튜브의 상단이 관통하여 위치하는 저벽을 갖는 입력 디스트리뷰터(34),
기화 경로의 입력단을 구성하며, 엔벨로프 밖과 입력 디스트리뷰터 사이에서 엔벨로프를 관통하여 연장되는 입력 튜브(117),
입력 챔버보다 낮게 수집 파이프 주변에서 수집 파이프의 외부 공간에 배열되며, 각각의 평행한 각각의 튜브의 하단이 관통하여 위치하는 상벽을 갖는 출력 케이스(24) 및
기화 경로의 출력단을 구성하며, 출력 케이스와 엔벨로프 밖 사이에서 엔벨로프를 관통하여 연장되는 출력 튜브(103)를 포함하는 설비.
10. The method of claim 9,
the heat exchanger
a plurality of tubes (55) arranged in the outer space of the collecting pipe around the collecting pipe and parallel to the collecting pipe constituting the heat exchange wall of the heat exchanger;
an input distributor 34 arranged in the interior space of the envelope and extending around the collection pipe and having a bottom wall through which the top of each parallel tube is located;
an input tube 117 constituting the input end of the vaporization path and extending through the envelope between the outside of the envelope and the input distributor;
an output case 24 arranged in the outer space of the collection pipe around the collection pipe lower than the input chamber, and having an upper wall through which the lower end of each parallel tube is located; and
A facility comprising an output tube (103) constituting an output end of the vaporization path and extending through the envelope between the output case and the outside of the envelope.
제10항에 있어서,
입력 디스트리뷰터(23)는 수집 파이프(213)의 상단보다 높게 배열되는 설비.
11. The method of claim 10,
The input distributor (23) is arranged higher than the top of the collecting pipe (213).
제11항에 있어서,
수집 파이프에 평행한 튜브(25)는 수집 파이프(213)에 평행한 튜브의 외면에 배열된 열 교환 베인(31, 32)을 갖는 설비.
12. The method of claim 11,
The tube (25) parallel to the collection pipe (213) has heat exchange vanes (31, 32) arranged on the outer surface of the tube parallel to the collection pipe (213).
제1항 내지 제5항 중 어느 하나에 있어서,
액체-증기 2상평형 상태의 가연 가스로 충전되도록 의도된 내부 공간을 포함하는 복수의 밀폐 단열 탱크를 더 포함하고,
상기 증기 수집 회로(13)는 각각의 탱크의 증발로부터 나온 가스를 수집하기 위해 각각의 상기 탱크에 응축 경로의 입력단을 연결하는 공동의 수집 회로인 설비.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Further comprising a plurality of hermetically insulated tanks comprising an interior space intended to be filled with combustible gas in liquid-vapor two-phase equilibrium,
The vapor collection circuit (13) is a common collection circuit connecting the input of the condensing path to each of the tanks for collecting the gas from the evaporation of each tank.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나에 따른 설비를 이용하여, 가스 소비 부재에 가연 가스를 공급하고 상기 가연 가스를 액화하기 위한 방법으로서,
- 증기 수집 회로를 통해 밀폐 단열 탱크의 내부 공간의 상부(8)로부터 응축 경로(12, 112)의 입력단으로 증기 상태의 가연 가스의 제1 스트림(19)을 도입하는 단계,
- 순환 펌프(16)를 이용하여 탱크의 내부 공간의 하부로부터 기화 경로(15, 115)의 입력단으로 액체 상태의 가연 가스의 제2 스트림을 보내는 단계,
- 열 교환기의 기화 경로를 밀폐 단열 탱크의 내부 공간(7)에서 증기 상태에서 존재하는 압력 미만의 압력으로 두는 단계,
- 응축 경로의 가연 가스의 제1 스트림과 기화 경로의 가연 가스의 제2 스트림 간 열 교환을 하여, 밀폐 단열 탱크의 증기 상태에서 존재하는 압력 미만의 압력에 놓인 기화 경로의 가연 가스의 제2 스트림의 적어도 일부분을 기화하는 한편, 응축 경로의 가연 가스의 제1 스트림의 적어도 일부분을 응축하는 단계,
- 중력에 의해 응축 경로(14, 114)의 출력단으로부터 탱크의 내부 공간으로 가연 가스의 제1 스트림의 액체 부분을 보내는 단계 및
- 기화 경로의 출력단으로부터 가스 소비 부재로 가연 가스의 제2 스트림의 증기 부분을 보내는 단계를 포함하는 방법.
A method for supplying a combustible gas to a gas consuming member and liquefying the combustible gas using the facility according to any one of claims 1 to 5, comprising:
- introducing a first stream (19) of combustible gas in the vapor state from the upper part (8) of the interior space of the hermetically insulated tank through the vapor collection circuit to the input end of the condensing path (12, 112);
- sending a second stream of combustible gas in liquid state from the lower part of the internal space of the tank to the input end of the vaporization path (15, 115) by means of a circulation pump (16);
- placing the vaporization path of the heat exchanger at a pressure less than the pressure present in the vapor state in the interior space (7) of the sealed insulated tank;
- heat exchange between the first stream of combustible gas in the condensing path and the second stream of combustible gas in the vaporization path, whereby the second stream of combustible gas in the vaporization path is placed at a pressure less than that present in the vapor phase of the sealed insulated tank condensing at least a portion of the first stream of combustible gas in the condensation path while vaporizing at least a portion of
- directing the liquid portion of the first stream of combustible gas from the output end of the condensing path (14, 114) by gravity into the interior space of the tank and
- directing the vapor portion of the second stream of combustible gas from the output end of the vaporization path to the gas consuming member.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나에 따른 설비(1)를 포함하는 선박(70).A vessel (70) comprising an installation (1) according to any one of claims 1 to 5. 제15항에 따른 선박(70)을 로딩 또는 언로딩하기 위한 방법으로서,
가연 가스가 절연 파이프라인(73, 79, 76, 81)을 통해, 해상 또는 육상 기반 저장 설비(77)로부터 선박의 밀폐 단열 탱크(71)로, 또는 선박의 밀폐 단열 탱크(71)로부터 해상 또는 육상 기반 저장 설비(77)로 전달되는 방법.
A method for loading or unloading a vessel (70) according to claim 15, comprising:
Combustible gases are transported via insulated pipelines (73, 79, 76, 81), from a marine or land-based storage facility (77) to a ship's sealed insulated tank (71), or from a ship's sealed insulated tank (71) at sea or A method of delivery to a land-based storage facility (77).
가연 가스를 운반하기 위한 시스템으로서,
제15항에 따른 선박(70),
해상 또는 육상 기반 저장 설비(77)에 선박의 선각에 설치된 탱크(71)를 연결하도록 배열된 절연 파이프라인(73, 79, 76, 81) 및
절연 파이프라인을 통해, 해상 또는 육상 기반 저장 설비로부터 선박의 밀폐 단열 탱크(71)로, 또는 선박의 밀폐 단열 탱크(71)로부터 해상 또는 육상 기반 저장 설비로 가연 가스를 들여보내기 위한 펌프를 포함하는 시스템.
A system for transporting a combustible gas, comprising:
A vessel (70) according to claim 15,
Insulated pipelines 73 , 79 , 76 , 81 arranged to connect a tank 71 installed on the hull of a ship to an offshore or land-based storage facility 77 and
Including a pump for introducing the combustible gas through an insulated pipeline, from a marine or land-based storage facility to an enclosed insulated tank (71) on a ship, or from an enclosed insulated tank (71) on a ship to an offshore or land-based storage facility. system.
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