KR102335074B1 - 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 내부에 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하여 엔진에 공급하는 증발가스 압축기; 및 상기 액화가스 저장탱크에서 배출된 증발가스가 상기 증발가스 압축기를 경유하여 상기 엔진으로 전달되는 증발가스 공급라인을 포함하며, 상기 증발가스 공급라인은, 상기 액화가스 저장탱크에서 배출된 증발가스가 유동하는 증발가스 헤더; 및 상기 증발가스 헤더와 상기 증발가스 압축기를 연결하는 증발가스 유입부를 포함하며, 상기 증발가스 유입부는, 상기 증발가스 헤더에 유입된 증발가스가 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스의 내부를 경유한 뒤 상기 증발가스 압축기로 전달되도록 마련되는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{liquefied gas treatment system and ship having the same}
본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.
이러한 선박은 엔진이나 가스 터빈 등을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 가솔린 또는 디젤 등의 오일 연료를 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 하고, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하며, 반면 가스 터빈은 압축 공기와 함께 연료를 연소시키고, 연소 공기의 온도/압력을 통해 터빈 날개를 회전시킴으로써 발전하여 프로펠러에 동력을 전달하는 방식을 사용한다.
그러나 최근에는, 액화가스의 일종인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진이나 터빈 등의 수요처를 구동하는 LNG 연료공급 방식이 사용되고 있으며, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하기 때문에, 수요처의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
그러나 아직까지는 디젤과 같은 오일 연료를 이용하는 종래의 경우와 대비할 때, 가스 연료인 LNG를 이용하는 경우에서 해결해야 하는 문제들이 다수 존재하는 상황이어서, 청정연료인 LNG를 이용하여 선박 내의 수요처에 공급하는 기술에 대해 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 액화가스 등을 엔진의 연료로 공급함에 있어서, 일부 구성을 생략하거나 구성의 작동 오류를 대비하도록 백업 구조를 갖춤으로써, 안정적이고 신뢰성이 높은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 내부에 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하여 엔진에 공급하는 증발가스 압축기; 및 상기 액화가스 저장탱크에서 배출된 증발가스가 상기 증발가스 압축기를 경유하여 상기 엔진으로 전달되는 증발가스 공급라인을 포함하며, 상기 증발가스 공급라인은, 상기 액화가스 저장탱크에서 배출된 증발가스가 유동하는 증발가스 헤더; 및 상기 증발가스 헤더와 상기 증발가스 압축기를 연결하는 증발가스 유입부를 포함하며, 상기 증발가스 유입부는, 상기 증발가스 헤더에 유입된 증발가스가 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스의 내부를 경유한 뒤 상기 증발가스 압축기로 전달되도록 마련되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 증발가스 유입부에서 상기 액화가스 저장탱크의 상류에 마련되어 증발가스를 유동하는 블로어를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 증발가스 유입부는, 증발가스가 액화가스에 의해 열교환되나 혼합되지 않도록 개구 없는 배관 형태로 마련되어, 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스의 내부를 경유한 뒤 상기 액화가스 저장탱크의 외부로 연장될 수 있다.
구체적으로, 상기 증발가스 유입부는, 상기 증발가스 헤더로부터 연장되어 상기 액화가스 저장탱크의 하부에서 일정 부분을 순환하는 형태로 연장된 후, 상기 액화가스 저장탱크의 외부로 연장되어 상기 증발가스 압축기로 증발가스를 전달할 수 있다.
구체적으로, 상기 증발가스 공급라인은, 상기 증발가스 헤더에서 상기 증발가스 유입부를 우회하여 상기 증발가스 압축기로 증발가스를 전달하는 증발가스 우회부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 가스 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 연료 펌프를 생략하도록 마련하거나, 강제기화기나 가스히터의 백업이 가능하도록 마련하여, 시스템 구축 비용을 대폭 절감하고 운영 비용을 크게 절약할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 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 가스 처리 시스템에 대해 설명하며, 본 발명은 가스 처리 시스템과 이를 가지는 선박(상선, 해양플랜트, 해양구조물 등 대양에 위치할 수 있는 모든 구조물을 포괄)을 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 액화가스는, 액체 상태 또는 자연기화되거나 강제기화된 기체 상태 등을 모두 포괄하는 용어로 사용될 수 있으며, 다만 증발가스는 액화가스 저장탱크(10) 내에서 자연기화된 가스를 의미하는 용어로 사용될 수 있음을 알려둔다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스트 펌프(20), 증발가스 압축기(30), 강제기화기(40), 미스트 세퍼레이터(50), 가스히터(60), 액화가스 기화기(70)를 포함한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 내부에 액화가스를 저장한다. 본 발명에서 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 화물로 저장하는 카고 탱크일 수 있으며, 액화가스를 액상으로 저장하기 위해 액화가스 저장탱크(10)는 일정 이상의 단열 성능을 구현하는 단열벽 구조를 가질 수 있다.
일례로 액화가스 저장탱크(10)는 종래에 널리 알려져 있는 멤브레인형, 독립형 등으로 마련될 수 있으며, 그 타입을 특별히 한정하지 않을 수 있다.
액화가스 저장탱크(10) 내에는, 액화가스를 하역하기 위한 카고 펌프(12)가 마련될 수 있다. 카고 펌프(12)는 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 육상 등의 소비처로 하역하며, 백업을 위해 각 액화가스 저장탱크(10) 마다 복수 개가 마련될 수 있다.
또한 액화가스 저장탱크(10) 내부에는 스프레이 펌프(11)가 마련된다. 스프레이 펌프(11)는 액화가스 저장탱크(10) 내에 구비된 스프레이 노즐과 연결될 수 있으며, 스프레이 노즐을 향해 액화가스를 순환시켜서, 스프레이 노즐을 통한 쿨다운을 구현할 수 있다.
또한 스프레이 펌프(11)는, cargo operation 전 단계에서 액화가스가 흐르는 각 라인들을 쿨다운하는 용도로 사용될 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)에서 액화가스가 배출되는 라인의 priming(카고 펌프(12)의 구동 시작 시 surging 방지)을 구현할 수 있다.
또한 스프레이 펌프(11)는 후술하는 액화가스 기화기(70)를 활용하여, 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승을 구현해 하역을 도울 수 있다.
본 발명의 스프레이 펌프(11)는, 액화가스 처리 분야에서 일반적으로 통용되는 spray pump를 의미하는 것임을 알려둔다. 다만 본 명세서에서 스프레이 펌프(11)는, 액화가스 처리 분야에서 일반 명칭으로 사용되는 stripping pump로 대체될 수 있다.
본 실시예는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 엔진(100)의 연료로 사용할 수 있는데, 이때 엔진(100)은 선박의 추진을 위한 추진엔진(110)과, 발전을 위한 발전엔진(120)으로 나뉠 수 있다.
추진엔진(110)은 ME-GI, X-DF 등의 명칭으로 알려져 있는 엔진(100)이 사용될 수 있으며, 300bar 또는 17bar 등의 요구압력을 갖는 비교적 고압의 엔진(100)일 수 있다.
발전엔진(120)은 DFDE 등의 명칭으로 알려져 있는 엔진(100)이 사용될 수 있으며, 10bar 등의 비교적 낮은 요구압력을 갖는 저압의 엔진(100)일 수 있다.
물론 엔진(100)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 전기추진일 경우 추진엔진(110)과 발전엔진(120) 모두 DFDE로 마련될 수도 있음은 물론이다. 다만 이하에서는 편의상 추진엔진(110)은 고압엔진(100)이고 발전엔진(120)은 저압엔진(100)인 경우로 한정해 설명하도록 한다.
일반적으로 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 엔진(100)으로 공급하기 위해서는, 액화가스를 카고로서 저장할 때 액화가스의 처리를 위하여 필요한 펌프(카고 펌프(12), 스프레이 펌프(11), 스트리핑 펌프 등)와 별도로, 연료 펌프를 구비하여야 한다.
그런데 엔진(100)의 요구압력에 대응되는 토출압력을 갖는 연료 펌프를 액화가스 저장탱크(10) 내에 마련하게 되면, 연료 펌프는 액화가스를 카고로서 처리하는 펌프들과 대비할 때 수두가 높기 때문에, 가동을 위하여 요구되는 liquid level이 상대적으로 높다.
이에 따라 액화가스 저장탱크(10)에서 액화가스를 최소한으로 남겨야 하는 minimum heel이, 연료 펌프를 구비할 경우에는 상대적으로 높아지게 되며, 이는 곧 액화가스의 운반 용량이 줄어들게 되어 운송 능력이 저하됨을 의미한다.
본 실시예는 이러한 문제를 해소하기 위해, 스프레이 펌프(11) 자체를 연료 펌프로서 이용하고, 별도의 연료 펌프를 구비하지 않을 수 있다.
다만 스프레이 펌프(11)의 토출압력은, 엔진(100)(특히 발전엔진(120)일 수 있음)의 요구압력보다 낮을 수 있다. 따라서 본 실시예의 스프레이 펌프(11)와 엔진(100) 사이에는, 후술할 부스트 펌프(20)가 마련된다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 스프레이 펌프(11)의 제어에 대해 설명한다.
도 2를 먼저 참조하면, 스프레이 펌프(11)에 의해 배출되는 액화가스는 액화가스 공급라인(L2)을 통해 엔진(100)측으로 전달되는데, 액화가스 공급라인(L2)에는 바이패스 라인(L20)이 마련될 수 있다.
바이패스 라인(L20)은 스프레이 펌프(11)의 하류에서 분기되어 액화가스 저장탱크(10) 내부로 리턴되는 라인으로서, 바이패스 밸브(V20)가 마련된다. 이때 바이패스 밸브(V20)는 스프레이 펌프(11)에서 배출된 액화가스 중 적어도 일부를 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시킬 수 있다.
스프레이 펌프(11)를 연료 공급용으로 이용하기 위해서는, 유량과 압력에 대한 제어가 필요하다. 스프레이 펌프(11)의 경우 최소 유량(minimum flow)을 보장하여야만, 스프레이 펌프(11) 내에서 기체가 유입되거나 발생하지 않도록 해 공동현상(cavitation)을 억제할 수 있게 된다.
또한 스프레이 펌프(11)에 의해 토출되는 압력이 너무 높아지게 되면, 부스트 펌프(20)에서의 유입 압력이 제대로 맞춰지지 못해 부스트 펌프(20)의 가동에 문제가 발생할 수 있고, 엔진(100) 측으로 전달되는 액화가스의 압력이 부적합하게 이루어질 수 있다.
따라서 스프레이 펌프(11)에 대해서는 (최소) 유량을 맞춰줘야 하며, 또한 (최대) 압력을 맞춰줘야 한다.
이를 위해 도 2의 경우, 바이패스 밸브(V20)와, 배출밸브(discharge valve, 부호 도시하지 않음)를 함께 활용할 수 있다. 즉 액화가스 공급라인(L2) 상에서 바이패스 라인(L20)이 분기되는 지점의 상류(또는 하류 등)에 마련되는 배출밸브를 이용하여, 스프레이 펌프(11)의 load를 제어하여 최소유량을 맞춰줄 수 있다. 또한 바이패스 밸브(V20)를 이용하여, 스프레이 펌프(11)의 공급압력을 일정값 이하로 제어할 수 있다.
반면 도 3의 경우, 도 2와 달리 배출밸브가 생략될 수 있으며, 바이패스 밸브(V20)를 이용하여 유량과 압력을 모두 제어할 수 있다. 구체적으로 도 3에서 바이패스 밸브(V20)는, 스프레이 펌프(11)의 부하값 및 스프레이 펌프(11)의 배출단의 압력값을 토대로, 스프레이 펌프(11)의 최소유량을 보장하기 위한 제1 개도값 및 스프레이 펌프(11)에서 배출되는 액화가스의 최대압력을 제한하기 위한 제2 개도값을 이용해, 개도가 제어될 수 있다.
즉 도 2의 경우 바이패스 밸브(V20)는 최대압력을 제한하는 용도로만 사용되고 최소유량의 보장을 위해 배출밸브가 마련되어야 하지만, 도 3의 경우 바이패스 밸브(V20)만으로 최소유량의 보장이 가능하게 된다.
따라서 도 3의 케이스는, 도 2와 대비할 때 logic의 개선으로 인해 배출밸브를 삭제함에 따라, 비용 절감 효과를 거둘 수 있다.
위와 같은 밸브 제어 내용은, 이하에서 설명하는 모든 펌프들에 대해서도 적용될 수 있음을 알려둔다.
부스트 펌프(20)는, 스프레이 펌프(11)와 엔진(100) 사이에 마련되어, 엔진(100)의 요구압력으로 액화가스를 가압한다. 앞서 설명한 바와 같이 스프레이 펌프(11)는 연료 공급을 위해 구비되는 것이 아니라, 액화가스 저장탱크(10)의 내부 쿨다운용 스프레이를 위하여 마련되는 펌프이므로, 토출압력이 엔진(100)보다 낮게 마련된다.
따라서 부스트 펌프(20)는, 스프레이 펌프(11)에서 토출되는 액화가스의 압력을 엔진(100)의 요구압력까지 끌어올리기 위하여, 액화가스를 추가로 가압해 전달할 수 있다.
부스트 펌프(20)는 스프레이 펌프(11)를 통해 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 액화가스를 가압하는 것으로서, 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 마련되므로 스프레이 펌프(11)와 달리 잠형(submerged)이 아닐 수 있지만, 부스트 펌프(20)와 스프레이 펌프(11)의 타입(원심형, 스크류형, 왕복동형 등)은 서로 동일할 수 있고 또는 상이할 수 있다.
부스트 펌프(20)는 스프레이 펌프(11)와 후술할 강제기화기(40) 사이에 마련될 수 있다. 이 경우 강제기화기(40)는 엔진(100)의 요구압력에 대응되도록 가압된 액화가스를 기화시키게 되므로, 강제기화기(40)와 엔진(100) 사이에는 별도로 압력을 추가 상승시키는 수단이 없을 수 있다.
증발가스 압축기(30)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 압축하여 엔진(100)에 공급한다. 증발가스 압축기(30)는 다단으로 마련되며, 단 수나 압축기 타입은 특별히 한정되지 않는다.
증발가스 압축기(30)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하여 배출된 증발가스가 엔진(100)으로 전달되도록 하는 증발가스 공급라인(L1) 상에 마련될 수 있다. 즉 증발가스 공급라인(L1)이 증발가스 압축기(30)를 경유하도록 마련된다.
또한 앞서 설명한 스프레이 펌프(11)로부터 배출된 액화가스는, 강제기화기(40)를 경유하는 액화가스 공급라인(L2)을 통해 엔진(100)으로 전달될 수 있는데, 다만 액화가스 공급라인(L2)은 증발가스 공급라인(L1)에서 증발가스 압축기(30)의 하류에 연결되어, 액화가스를 증발가스 압축기(30) 하류의 증발가스에 전달할 수 있다.
선박에 마련된 액화가스 저장탱크(10)는 복수 개로 마련될 수 있는데, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스는 증발가스 헤더(L10)(vapor header, vapor main)에 의하여 포집되며, 증발가스 공급라인(L1)을 통해 증발가스 압축기(30)로 전달될 수 있다.
증발가스 압축기(30)는, 엔진(100)의 요구압력에 맞춰 증발가스를 압축한다. 이때 증발가스 압축기(30)는 추진엔진(110)의 요구압력에 맞춰서 증발가스를 압축할 수 있다.
일례로 본 실시예에서 추진엔진(110)이 X-DF엔진(100)이고, 발전엔진(120)이 DFDE일 경우, 증발가스 압축기(30)(및 부스트 펌프(20))의 토출압력은 추진엔진(110)의 요구압력에 대응되는 17bar 내외일 수 있다.
다만 발전엔진(120)은, 증발가스 공급라인(L1)이 추진엔진(110)의 상류로부터 분기 연결될 수 있고, 압력조절밸브(도시하지 않음)를 통해 압력을 다소 낮춘 증발가스/액화가스가 유입될 수 있다.
본 발명의 선박이 액화가스를 카고로서 적재하는 가스 운반선일 경우, 본 발명은 액화가스를 액화가스 저장탱크(10) 내에 로딩할 때 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 대량의 증발가스를 주유원으로 리턴시키기 위해 압축하는 압축기로서, 고부하 압축기(32)(High-Duty Compressor)를 필수적으로 구비하게 된다.
이와 관련하여 앞서 설명한 증발가스 압축기(30)의 경우, 운항 중 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 비교적 소량의 증발가스를 엔진(100)에 전달하는 것으로서, 저부하 압축기(31)(Low-Duty Compressor)로 지칭될 수 있다.
즉 본 발명은, 고부하 압축기(32)와 저부하 압축기(31)를 모두 포함하되, 연료 공급을 위한 증발가스 압축기(30)는 저부하 압축기(31)로 마련될 수 있다.
강제기화기(40)는, 스프레이 펌프(11)로부터 배출되는 액화가스를 가열하여 기화시킨다. 강제기화기(40)는 일반적으로 널리 알려져 있는 열매(글리콜워터, 해수, 스팀 등)를 자유롭게 이용하여 액화가스를 비등점 이상으로 가열할 수 있다.
강제기화기(40)는 앞서 언급한 것과 같이, 스프레이 펌프(11)에 의해 액화가스 저장탱크(10)로부터 외부로 배출되고, 부스트 펌프(20)에 의해 엔진(100)의 요구압력까지 승압된 액화가스를 전달받아 가열할 수 있다.
강제기화기(40)의 상류에는 액화가스를 필터링하는 스트레이너(41)가 마련될 수 있다. 스트레이너(41)는 스프레이 펌프(11)로부터 부스트 펌프(20), 강제기화기(40) 등을 경유해 엔진(100) 측으로 액화가스를 전달하는 액화가스 공급라인(L2)에서, 강제기화기(40)의 상류에 구비된다.
후술할 액화가스 기화기(70) 역시 스트레이너(41)가 필요하지만, 본 실시예는 스프레이 펌프(11)를 이용하여 연료 공급을 수행하게 되므로, 스프레이 펌프(11)에서 액화가스 기화기(70) 및 강제기화기(40)로 액화가스 흐름이 분기된다. 이때 스트레이너(41)는, 액화가스 흐름이 분기되는 지점의 상류에 마련되기 때문에, 강제기화기(40)와 액화가스 기화기(70)는 하나의 스트레이너(41)를 공유할 수 있다.
구체적으로, 액화가스 공급라인(L2)에서 강제기화기(40)의 상류에는, 스프레이 펌프(11)로부터 배출된 액화가스를 액화가스 기화기(70)에 전달하는 액화가스 전달라인(L4)이 분기될 수 있다. 이때 액화가스 공급라인(L2)과 액화가스 전달라인(L4)은, 스프레이 펌프(11)에서 부스트 펌프(20)의 상류까지 통합되도록 마련된다.
따라서 스트레이너(41)는, 액화가스 공급라인(L2)과 액화가스 전달라인(L4)이 통합된 부분에 마련되어, 강제기화기(40) 및 액화가스 기화기(70)로 전달되는 액화가스를 모두 필터링 가능하도록 마련될 수 있다.
즉 본 실시예는 강제기화기(40)용 스트레이너(41)와 액화가스 기화기(70)용 스트레이너(41)를 별도로 구비할 필요가 없다.
미스트 세퍼레이터(50)는, 강제기화기(40)에서 가열된 액화가스를 기액분리한다. 앞서 설명한 것처럼 엔진(100)은 요구압력이 서로 다르거나 또는 동일한 추진엔진(110)과 발전엔진(120)으로 구비될 수 있는데, 적어도 발전엔진(120)은 가동 효율이 메탄가에 의존하는 엔진(100)일 수 있다.
따라서 스프레이 펌프(11)에 의해 배출된 액화가스를 발전엔진(120)에 전달하는 과정에서, 미스트 세퍼레이터(50)는 비등점 차이를 활용해 액화가스에서 중탄화수소(heavy carbon)를 제거하여, 액화가스의 메탄가를 맞춰줄 수 있다.
이를 위해 강제기화기(40)는, 액화가스에 포함된 중탄화수소의 비등점 이하 및 경탄화수소(light carbon)의 비등점 이상인 -100도 정도로 액화가스를 가열하여, 미스트 세퍼레이터(50)에 유입된 액화가스는 액상 중탄화수소와 기상 경탄화수소로 이루어져 분리가 용이하도록 할 수 있다.
가스히터(60)는, 미스트 세퍼레이터(50)에서 분리된 기상 액화가스를 가열하여, 증발가스 압축기(30)에서 엔진(100) 사이의 증발가스 흐름에 전달한다. 미스트 세퍼레이터(50)에서 메탄가를 맞추기 위해, 강제기화기(40)가 가열하는 액화가스의 온도는 엔진(100)의 요구온도에 미치지 못할 수 있다.
따라서 가스히터(60)는, 강제기화기(40)에서 언급한 것과 같이 제한되지 않는 열매를 이용하여, 미스트 세퍼레이터(50)에서 기상으로 분리된 액화가스(경탄화수소 위주)를 엔진(100)의 요구온도까지 가열할 수 있다.
가스히터(60)에 의해 가열된 액화가스는 증발가스 공급라인(L1)에서 증발가스 압축기(30)의 하류에 전달될 수 있다. 즉 스프레이 펌프(11), 부스트 펌프(20), 강제기화기(40), 미스트 세퍼레이터(50) 및 가스히터(60)를 경유하여 액화가스 공급라인(L2)을 따라 전달되는 액화가스는, 증발가스 압축기(30)에서 토출되는 증발가스와 합류되어 엔진(100)으로 공급될 수 있다.
액화가스 기화기(70)는, 가싱-업을 위해 마련된다. 구체적으로 액화가스 기화기(70)는 로딩 전에 불활성가스가 채워진 상태의 액화가스 저장탱크(10)에 액화가스를 가열해 주입하여, 불활성가스를 액화가스로 치환하는 가싱-업을 구현할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에 액화가스를 로딩하기 위해서는, 건조공기를 불어넣어 액화가스 저장탱크(10) 내부의 수분을 제거하는 Drying, 불활성가스(질소 등)를 넣어 액화가스 저장탱크(10) 내부의 폭발성 가스를 제거하는 Inerting, 불활성가스에 포함된 이산화탄소(액화가스와 만나면 결빙 우려) 등을 제거하기 위해, 비교적 따뜻한 기상의 액화가스를 주입하여 액화가스 저장탱크(10) 내를 카고 분위기로 치환하는 gassing-up, 액화가스 저장탱크(10)의 내부를 냉각하여 로딩 시 증발가스 발생을 억제하는 cool-down, 그리고 액화가스를 채우는 loading을 거친다.
이때 가싱-업을 위해, 본 실시예는 액화가스 기화기(70)를 이용하여 액화가스 저장탱크(10)(스프레이 펌프(11))나 외부 등으로부터 전달되는 액화가스를 가열해 액화가스 저장탱크(10)에 주입할 수 있다.
참고로 액화가스 저장탱크(10)를 비우는 경우는, unloading, 따뜻한 액화가스를 주입해 액화가스 저장탱크(10) 내의 액체를 모두 기화시키는 warming-up, 불활성가스를 주입하는 inerting, 유지보수가 필요한 경우 사람 진입이 가능하도록 하기 위해 산소가 포함된 공기를 주입하는 aerating 등의 단계를 거칠 수 있다.
액화가스 기화기(70)는, 가싱-업, 또는 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승 등을 위하여 스프레이 펌프(11)로부터 액화가스를 공급받을 수 있다. 액화가스 기화기(70)에서 액화가스 저장탱크(10)로는 액화가스 기화기(70)에서 가열된 액화가스가 액화가스 저장탱크(10)로 유입되는 가싱-업 라인(L3)이 마련될 수 있으며, 또한 스프레이 펌프(11)에서 액화가스 기화기(70)로는 액화가스 전달라인(L4)이 마련될 수 있다.
액화가스 전달라인(L4) 및 가싱-업 라인(L3)은, 액화가스가 채워진 상태의 액화가스 저장탱크(10)에, 액화가스를 가열해 주입하여 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승(하역을 용이하게 할 수 있음)을 위해 사용될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 별도의 연료 펌프를 구비하지 않고 기존의 스프레이 펌프(11)를 이용하여 엔진(100)에 연료를 공급할 수 있게 되므로, 구성을 간소화하고 운영 비용 등을 크게 줄일 수 있다. 특히 액화가스 저장탱크(10) 내에 설치되는 구성의 생략을 통해, 유지보수 비용을 혁신적으로 줄일 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다. 이는 이하 다른 실시예에서도 마찬가지이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 스프레이 펌프(11)나 카고 펌프(12), 연료 펌프 등의 펌프를 이용하여 엔진(100)에 액화가스를 공급할 수 있다. 물론 액화가스 저장탱크(10) 내에 마련된 펌프가 스프레이 펌프(11)일 경우, 도 1에서 나타난 부스트 펌프(20)가 본 실시예에도 적용될 수 있음은 물론이다.
본 실시예는, 액화가스가 펌프, 스트레이너(41), 강제기화기(40), 미스트 세퍼레이터(50)를 거쳐 엔진(100)으로 공급되도록 하되, 미스트 세퍼레이터(50)에서 분리된 기상의 액화가스가 증발가스 공급라인(L1)에서 증발가스 압축기(30)의 상류에 전달될 수 있다.
즉 본 실시예에서 미스트 세퍼레이터(50)는, 강제기화기(40)에서 가열된 액화가스를 기액분리하여 증발가스 압축기(30)에 전달할 수 있다. 이때 펌프로부터 배출된 액화가스가 강제기화기(40)와 미스트 세퍼레이터(50)를 경유하여 증발가스 공급라인(L1)에서 증발가스 압축기(30)의 상류에 전달되도록 하는 메인 액화가스 공급라인(L21a)이 마련된다.
이 경우 강제기화기(40)와 미스트 세퍼레이터(50)를 거친 액화가스가 증발가스 압축기(30)에 의해 압축될 수 있으므로, 부스트 펌프(20)가 생략될 수도 있을 것이다.
특히 본 실시예는, 가싱-업을 위해 마련되는 액화가스 기화기(70)를 연료 공급용으로 활용할 수 있다는데 그 특징이 있다. 구체적으로 펌프는 액화가스 기화기(70)에 액화가스를 공급할 수 있으며, 액화가스 기화기(70)는, 펌프로부터 전달된 액화가스를 가열해 엔진(100)에 공급할 수 있다.
다만 액화가스 기화기(70)를 이용하는 경우는, 강제기화기(40)를 이용하는 것이 어려운 상황에 놓일 경우일 수 있다. 즉 액화가스 기화기(70)는, 강제기화기(40)의 작동 상태에 따라 일례로 강제기화기(40)의 작동 정지, 문제 발생 등으로 인해 강제기화기(40)를 거치는 액화가스의 공급이 어려운 경우에 액화가스를 엔진(100)에 공급할 수 있다.
이때 펌프는, 엔진(100) 등의 요구압력에 맞게 액화가스를 가압할 수 있으며, 액화가스 기화기(70)에서 배출되는 액화가스는 증발가스 압축기(30)의 상류가 아닌 증발가스 압축기(30)의 하류로 전달될 수 있다.
이 경우 액화가스 기화기(70)에서 가열된 액화가스가 증발가스 공급라인(L1)에서 증발가스 압축기(30)의 하류에 전달되도록 보조 액화가스 공급라인(L22a)이 마련될 수 있다.
강제기화기(40)에 문제가 발생할 경우 본 실시예는 적어도 추진엔진(110)의 가동을 보장하기 위해 사용될 수 있으므로, 액화가스 기화기(70)에서 기화된 액화가스는 증발가스 압축기(30)에서 토출되는 증발가스와 합류되어 추진엔진(110)으로 유입될 수 있다.
다만 펌프와 액화가스 기화기(70)만을 거친 액화가스는, 메탄가가 발전엔진(120)에서 사용되기에는 충분하지 않을 수 있다.
따라서 본 실시예는, 증발가스 공급라인(L1)이 추진엔진(110)과 발전엔진(120)으로 각각 분기되도록 하되, 증발가스 압축기(30)의 하류에서 보조 액화가스 공급라인(L22a)이 연결되는 지점의 상류로부터 분기되어 발전엔진(120)으로 연결되도록 할 수 있다.
메인 액화가스 공급라인(L21a)을 통해 액화가스가 공급되는 경우에는, 미스트 세퍼레이터(50)로 인해 기액분리가 이루어지므로 메탄가가 발전엔진(120)에 적합하게 맞춰질 수 있다.
이에 반해 액화가스 기화기(70)는 액화가스를 가열해 증발가스 압축기(30)의 하류로 전달하지만, 보조 액화가스 공급라인(L22a)에는 액화가스 기화기(70)에서 가열된 액화가스를 별도의 기액 분리 없이 증발가스 공급라인(L1)에 전달하기 때문에, 액화가스 기화기(70)를 거친 액화가스는 발전엔진(120)에 적합한 메탄가를 갖지 않을 수 있다.
따라서 발전엔진(120)의 가동 효율을 보장하고자, 본 실시예는 증발가스 압축기(30)에서 압축된 증발가스가, 액화가스 기화기(70)를 경유한 액화가스의 합류지점보다 상류에서 발전엔진(120)을 향해 분기되도록 할 수 있다.
즉 발전엔진(120)이 소비하는 연료에 대해, 증발가스의 경우 이미 액화가스 저장탱크(10)에서 발생할 때 중탄화수소를 거의 포함하지 않으므로 메탄가가 문제 없어 소비에 문제 없다. 다만 액화가스의 경우 미스트 세퍼레이터(50)를 경유하는 액화가스만 발전엔진(120)으로 소비되도록 하되, 액화가스 기화기(70)를 경유한 액화가스는 발전엔진(120)이 아니라 추진엔진(110)에만 전달되도록 할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 강제기화기(40)와 미스트 세퍼레이터(50)를 거친 액화가스가 증발가스 압축기(30)로 유입되는 시스템에서, 강제기화기(40)의 작동에 문제가 발생하는 경우를 대비하기 위해, 액화가스 기화기(70)를 이용하여 액화가스의 공급을 보장하되, 메탄가에 예민한 발전엔진(120)으로는 액화가스 기화기(70)를 거친 액화가스가 유입되지 않도록 구성하여, 엔진(100)의 가동을 안정적으로 보장할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 강제기화기(40)의 하류에 미스트 세퍼레이터(50)가 생략될 수 있다. 대신 이 경우 강제기화기(40)에서 배출되는 액화가스의 메탄가가 발전엔진(120)에 적합하지 않을 것을 대비하여, 강제기화기(40)가 마련되는 메인 액화가스 공급라인(L21a)이, 증발가스 공급라인(L1)에서 발전엔진(120)으로 분기되는 지점의 하류에 연결될 수 있다.
즉 증발가스 압축기(30)에서 압축된 증발가스는, 강제기화기(40)를 경유한 액화가스가 합류되는 지점보다 상류에서 발전엔진(120)을 향해 분기될 수 있다. 따라서 발전엔진(120)으로는 메탄가가 적합한 증발가스가 유입될 수 있다.
즉 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 펌프, 스트레이너(41), 강제기화기(40)를 거쳐 추진엔진(110)과 발전엔진(120) 중 추진엔진(110)에만 공급될 수 있다. 반면 발전엔진(120)으로는 증발가스 압축기(30)를 거친 증발가스와, 액화가스 기화기(70)를 거친 액화가스가 공급될 수 있다.
본 실시예에서 액화가스 기화기(70)는, 액화가스 전달라인(L4)과 가싱-업 라인(L3)이 연결되는 것은 앞선 실시예와 유사하나, 액화가스 기화기(70)에서 엔진(100)을 향해 연결되는 보조 액화가스 공급라인(L22a)에, 미스트 세퍼레이터(50)가 마련될 수 있다는 점에서 차이가 있다.
즉 액화가스는, 펌프, 스트레이너(41), 액화가스 기화기(70), 미스트 세퍼레이터(50)를 거쳐 메탄가가 발전엔진(120)에 적합한 상태로 변화할 수 있으며, 이때 미스트 세퍼레이터(50)를 거친 액화가스는 보조 액화가스 공급라인(L22a)을 통해 증발가스 압축기(30)로 유입될 수 있다.
정리하면, 추진엔진(110)으로는 강제기화기(40)를 경유하면서 추가 기액분리는 없이 전달되는 액화가스와, 증발가스 압축기(30)를 경유한 증발가스가 유입될 수 있으며, 발전엔진(120)으로는 증발가스와, 액화가스 기화기(70) 및 미스트 세퍼레이터(50)를 경유한 액화가스가 유입될 수 있다.
이 경우 본 실시예는, 앞선 실시예와 마찬가지로 액화가스 기화기(70)가 강제기화기(40)를 백업할 수 있도록 마련된다. 따라서 강제기화기(40)의 작동에 문제가 발생할 경우 액화가스는 액화가스 기화기(70)와 미스트 세퍼레이터(50) 및 증발가스 압축기(30)를 거쳐 추진엔진(110)에 공급될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 강제기화기(40)를 이용하는 액화가스의 공급 시 증발가스의 흐름 중에서 발전엔진(120)으로 분기되는 지점의 하류에 액화가스가 합류되도록 하여, 메탄가가 높은 증발가스 등을 발전엔진(120)으로 보내고, 메탄가가 낮은 액화가스를 추진엔진(110)으로 보내 엔진(100)의 성능 저하를 방지하며, 강제기화기(40) 하류의 미스트 세퍼레이터(50)와 가스히터(60) 등을 생략할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스가 펌프, 스트레이너(41), 강제기화기(40), 미스트 세퍼레이터(50), 가스히터(60)를 거쳐 추진엔진(110)에 공급될 수 있다.
이때 강제기화기(40)와 미스트 세퍼레이터(50), 가스히터(60)를 경유하는 메인 액화가스 공급라인(L21b)이 마련될 수 있다.
또한 본 실시예는, 메인 액화가스 공급라인(L21b)은 미스트 세퍼레이터(50)와 가스히터(60)를 거쳐 증발가스 공급라인(L1)에서 증발가스 압축기(30)의 하류에 액화가스를 전달할 수 있는데, 미스트 세퍼레이터(50)에서 분리된 기상 액화가스가 증발가스 공급라인(L1)에서 증발가스 압축기(30)의 상류에 전달되도록 하는 보조 액화가스 공급라인(L22b)을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서 가스히터(60)는 미스트 세퍼레이터(50)에서 분리된 기상 액화가스를 가열하여, 메인 액화가스 공급라인(L21b)을 따라 증발가스 압축기(30)의 하류에 전달한다.
추가로 본 실시예는, 가스히터(60)의 작동에 문제가 발생하는 경우를 대비하기 위해, 미스트 세퍼레이터(50)가 가스히터(60)의 작동 상태에 따라 기상 액화가스를 보조 액화가스 공급라인(L22b)을 따라 증발가스 압축기(30)의 상류에 전달하도록 할 수 있다.
따라서 메인 액화가스 공급라인(L21b)은 펌프로부터 배출된 액화가스를 강제기화기(40)와 미스트 세퍼레이터(50) 및 가스히터(60)를 경유하여 증발가스 공급라인(L1)에서 증발가스 압축기(30)의 하류에 전달할 수 있고, 반면 보조 액화가스 공급라인(L22b)은 미스트 세퍼레이터(50)에서 분리된 기상 액화가스를 증발가스 공급라인(L1)에서 증발가스 압축기(30)의 상류에 전달할 수 있다.
보조 액화가스 전달라인(L4)을 통해 전달되는 액화가스는, 미스트 세퍼레이터(50)를 경유한 것이므로 메탄가에는 문제가 없으나, 엔진(100)의 요구온도에 미치지 못할 수 있으므로, 본 실시예는 증발가스 압축기(30)의 압축열을 가스히터(60)의 백업으로 활용할 수 있는 것이다.
다만 증발가스 압축기(30)는, 메인 액화가스 공급라인(L21b) 또는 보조 액화가스 공급라인(L22b)의 액화가스 흐름에 따라, 부하를 달리 하도록 제어될 수 있다. 이는 메인 액화가스 공급라인(L21b)과 보조 액화가스 공급라인(L22b)에서의 액화가스는, 온도가 다르나 압력은 동일할 수 있기 때문이다.
또는 증발가스 압축기(30)는, 부하를 달리 하여 토출압력은 엔진(100) 요구압력에 맞추고 압축열이 다르게 발생하도록 하는 것 외에, 토출된 증발가스를 증발가스 압축기(30)의 상류나 중간단으로 리턴시켜서 토출 온도를 엔진(100)의 요구온도에 맞춰줄 수 있다.
또한 본 실시예는, 앞선 실시예에서와 유사하게 액화가스 기화기(70)가 강제기화기(40)를 백업하도록 마련될 수 있음은 물론이다. 이 경우 액화가스 기화기(70)는 강제기화기(40)의 작동 상태에 따라 펌프로부터 전달된 액화가스를 가열해 증발가스 압축기(30)의 하류에 공급할 수 있다.
다만 액화가스 기화기(70)를 경유한 액화가스는 미스트 세퍼레이터(50)를 경유하지 않는 한 메탄가가 충분하지 않으므로, 증발가스 압축기(30)에서 압축된 증발가스가 발전엔진(120)으로 분기되는 지점의 하류에 합류됨으로써, 발전엔진(120)으로는 유입되지 않도록 할 수 있다.
이 경우 액화가스 기화기(70)에서 연장되어 증발가스 공급라인(L1)에서 증발가스 압축기(30)의 하류에 연결되는 제2 보조 액화가스 공급라인(L23)이 마련될 수 있으며, 제2 보조 액화가스 공급라인(L23)은 액화가스 기화기(70)에서 가열된 액화가스를 별도의 기액 분리 없이 증발가스 공급라인(L1)에 전달한다. 이때 증발가스 공급라인(L1)은 증발가스 압축기(30)의 하류에서 제2 보조 액화가스 공급라인(L23)이 연결되는 지점의 상류로부터 분기되어 발전엔진(120)에 연결됨은, 앞선 실시예에서와 유사하다.
이와 같이 본 실시예는, 가스히터(60)의 작동 오류를 대비하기 위해서, 미스트 세퍼레이터(50)에서 분리되는 기상 액화가스가 증발가스 압축기(30)의 하류를 통해 엔진(100)으로 공급되게 하거나 또는 가스히터(60)를 경유하기 어려울 때 증발가스 압축기(30)를 경유해 가열되어 엔진(100)으로 공급되게 함으로써, 시스템 가동의 신뢰도를 보장할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 기화기(70)와 증발가스 압축기(30)를 구비한다. 액화가스 기화기(70)는 앞서 설명한 것과 마찬가지로 가싱-업을 위해 마련되는 것으로서, 로딩 전에 불활성가스가 채워진 상태의 액화가스 저장탱크(10)에 액화가스를 가열해 주입하여 불활성가스를 액화가스로 치환할 수 있다.
본 실시예의 증발가스 압축기(30)는, 카고 펌프(12)에 의한 하역 후 액화가스가 잔류한 상태의 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스를 압축해 액화가스 저장탱크(10)로 주입하여 잔류 액화가스를 기화시킬 수 있다. 즉 증발가스 압축기(30)는 웜-업(warm-up)을 위하여 마련되는 구성일 수 있다.
앞서 설명한 실시예에서의 증발가스 압축기(30)는 연료 공급용으로서 저부하 압축기(31)일 수 있는데, 본 실시예의 증발가스 압축기(30)는 고부하 압축기(32)로 마련될 수 있다.
웜-업을 위해서는 따뜻한 액화가스를 액화가스 저장탱크(10) 내에 주입할 필요가 있다. 이때 액화가스 저장탱크(10) 내에 남아있던 액화가스로부터 발생한 증발가스를 사용할 수 있다.
구체적으로 액화가스 저장탱크(10) 내의 증발가스를, 증발가스 압축기(30)에서 압축하여 액화가스 저장탱크(10)로 리턴한다. 이때 증발가스 압축기(30)에서 압축된 증발가스는 웜-업 라인(L5)을 통해 액화가스 저장탱크(10)로 유입될 수 있다.
특히 본 실시예는, 효과적인 웜-업을 위해, 액화가스 기화기(70)를 이용할 수 있다. 즉 증발가스 압축기(30)에서 압축되어 액화가스 저장탱크(10)로 주입되는 증발가스가 액화가스 기화기(70)를 경유하도록 마련되어, 액화가스 기화기(70)는 증발가스 압축기(30)에서 압축된 증발가스를 가열해 액화가스 저장탱크(10)로 전달할 수 있다.
따라서 본 실시예의 액화가스 기화기(70)는, 가싱-업 및 웜-업을 위하여 사용될 수 있다. 다만 가싱-업을 위해 사용되는 경우 액화가스 기화기(70)에는 외부(주유원이나 다른 액화가스 저장탱크(10) 등)로부터 액상의 액화가스가 유입되어 기상으로 가열된 후 가싱-업 라인(L3)을 통해 액화가스 저장탱크(10)로 주입될 수 있으며, 웜-업을 위해 사용되는 경우 액화가스 기화기(70)에는 기상의 증발가스가 유입되어 가열된 후 웜-업 라인(L5)을 통해 액화가스 저장탱크(10)로 주입될 수 있다.
즉 액화가스 기화기(70)는, 액화가스 또는 증발가스가 선택적으로 유입되는 하나의 입구와, 기화된 액화가스 또는 가열된 증발가스가 선택적으로 토출되는 하나의 출구를 가질 수 있다. 또한 가싱-업 라인(L3)과 웜-업 라인(L5)은, 액화가스 기화기(70)를 공유하도록 마련된다.
추가로, 액화가스 기화기(70)를 우회하도록 마련되는 바이패스 라인(L60, L61)이 구비될 수 있다. 바이패스 라인(L60, L61)은 액화가스가 유동하며 제1 제원의 제1 바이패스 밸브(V60)가 마련된 제1 바이패스 라인(L60)과, 증발가스가 유동하며 제1 제원과 상이한 제2 제원의 제2 바이패스 밸브(V61)가 마련된 제2 바이패스 라인(L61)을 포함할 수 있다.
가싱-업을 위한 액화가스의 유동량은, 웜-업을 위한 증발가스의 유동량보다 상대적으로 클 수 있으므로 우회유량 역시 클 수 있다. 따라서 제1 제원은 제2 제원보다 큰 유량을 처리할 수 있도록 설정될 수 있다.
가싱-업 과정에서 액화가스에 의해 치환되어 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 불활성가스는, 벤트마스트(80)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 또한 웜-업 과정에서 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스 중 적어도 일부가 벤트마스트(80)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 가싱-업을 위한 기화기와 웜-업을 위한 히터가, 하나의 액화가스 기화기(70)로 구현되도록 함으로써, 시스템을 간소화하여 투자 및 운영 비용을 대폭 절감할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 앞선 도 4 내지 도 6의 연료 공급 구성들을 바탕으로 하되, 증발가스 공급라인(L1)에 변경이 있다. 편의상 도 9는 도 5를 바탕으로 그려진 것이나, 이하 설명하는 구성은 도 4나 도 6 등에 접목될 수도 있음은 물론이다.
본 실시예에서 증발가스 공급라인(L1)은, 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스가 증발가스 압축기(30)를 경유하여 엔진(100)으로 전달되도록 한다. 특히 증발가스 공급라인(L1)은, 증발가스 헤더(L10), 증발가스 유입부(L11), 증발가스 우회부(L12)를 포함한다.
증발가스 헤더(L10)는, 앞서 제1 실시예에서 잠깐 언급한 것과 같이, 복수의 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스가 포집되는 구간으로서, vapor main 등으로 지칭될 수도 있다.
증발가스 헤더(L10)는 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스가 일시적으로 머무는 공간일 수 있으며, 증발가스 헤더(L10)로 유입된 증발가스는 증발가스 공급라인(L1)을 통해 증발가스 압축기(30)로 전달될 수 있다.
다만 본 실시예는, 증발가스 헤더(L10)에 유입된 증발가스가 바로 증발가스 압축기(30)로 전달되는 대신, 증발가스 유입부(L11)를 통해 액화가스 저장탱크(10)의 내부 공간을 경유하도록 마련될 수 있다.
증발가스 유입부(L11)는, 증발가스 헤더(L10)와 증발가스 압축기(30)를 연결하는데, 증발가스 헤더(L10)에 유입된 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 내부를 경유한 뒤 증발가스 압축기(30)로 전달되도록 마련된다.
이를 통해 증발가스 유입부(L11)는, 증발가스가 액화가스 저장탱크(10) 내의 액화가스와 열교환한 뒤 증발가스 압축기(30)로 전달되도록 하여, 증발가스의 온도를 낮추고(부피를 줄임) 증발가스 압축기(30)의 성능을 향상시킬 수 있다.
증발가스 압축기(30)는, 증발가스의 밀도에 민감한 성능을 보이게 되는데, 증발가스의 온도가 높아 밀도가 낮아지면 증발가스 압축기(30)의 성능이 급격히 저하될 수 있다. 따라서 본 실시예는, 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 후 액화가스를 경유하면서 액화가스에 의해 냉각된 후 증발가스 압축기(30)로 전달되게 하여, 증발가스 압축기(30)의 성능 향상을 구현할 수 있다.
구체적으로 증발가스 유입부(L11)는, 증발가스가 액화가스에 의해 열교환되나 혼합되지 않도록 개구 없는 배관 형태로 마련되어, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 내부를 경유한 뒤 액화가스 저장탱크(10)의 외부로 연장된다.
또한 증발가스 유입부(L11)는, 증발가스 헤더(L10)로부터 연장되어 액화가스 저장탱크(10)의 하부에서 일정 부분을 순환하는 코일 형태로 연장된 후, 액화가스 저장탱크(10)의 외부로 연장되어 증발가스 압축기(30)로 증발가스를 전달할 수 있다.
증발가스 유입부(L11)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 연료로 소모하더라도 액화가스가 일정량 이상 채워져 있을 것을 대비하여, 액화가스의 레벨을 고려해 액화가스 저장탱크(10) 하부를 경유함으로써, 증발가스가 액화가스로 인해 냉각되도록 마련될 수 있고, 그 형태는 특별히 한정되지 않는다.
증발가스 유입부(L11)에는 블로어(33)가 마련될 수 있다. 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스가 액화가스 저장탱크(10) 내를 경유한 뒤 증발가스 압축기(30)로 원활하게 전달될 수 있도록, 블로어(33)는 증발가스 유입부(L11)에서 액화가스 저장탱크(10)의 상류에 마련되어 증발가스를 강제로 유동할 수 있다.
물론 블로어(33)를 대신하거나 블로어(33)와 함께, 이젝터 등과 같이 증발가스의 유동을 강제로 일으킬 수 있는 모든 구성이 사용될 수 있을 것이다.
증발가스 우회부(L12)는, 증발가스 헤더(L10)에서 증발가스 유입부(L11)를 우회하여 증발가스 압축기(30)로 증발가스를 전달한다. 액화가스 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스의 온도가 낮거나, 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 높거나, 액화가스 저장량이 충분하지 않은 경우 등과 같이, 증발가스를 액화가스 저장탱크(10) 내로 경유하는 것이 효율적이지 못하다고 판단될 수 있는 경우에서, 증발가스 우회부(L12)는 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스가 증발가스 유입부(L11)를 경유하지 않고 증발가스 압축기(30)로 전달되도록 할 수 있다.
증발가스 우회부(L12)는 밸브를 제어함으로써 우회 여부나 우회 유량이 조절될 수 있으며, 우회 조건은 앞서 설명한 예시 외에도 증발가스의 냉각이 불필요하거나 액화가스의 가열이 억제되어야 하는 상황 등을 포함할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 증발가스가 증발가스 압축기(30)로 전달되기 전에 액화가스 저장탱크(10) 내에 저장된 액화가스와 열교환하도록 함으로써, 증발가스 압축기(30)의 압축 성능을 개선할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 앞선 도 9에서의 제6 실시예와 유사하게 편의상 도 5를 바탕으로 한 것으로 설명한다.
본 실시예는, 증발가스 압축기(30)와 엔진(100)을 기계적으로 연결할 수 있다. 이를 통해 엔진(100)에서 발생하는 회전력을, 증발가스 압축기(30)의 구동력으로 활용할 수 있다.
구체적으로, 엔진(100)은 가스를 소비하여 생성한 회전력을 출력하는 출력부(111)를 갖는다. 이때 출력부(111)는 엔진(100)의 샤프트에 연결되어 회전하는 출력기어일 수 있으며, 일례로 flywheel 등일 수 있다.
반면 증발가스 압축기(30)는, 증발가스를 압축하는 회전력을 전달받는 구동부(34)를 포함한다. 증발가스 압축기(30)는 회전력을 이용하여 압축하는 원심형 압축기 또는 스크류형 압축기일 수 있는데, 회전력을 병진운동으로 변환하는 구성이 전제된다면 왕복동형 압축기도 사용 가능하다.
증발가스 압축기(30)는 구동부(34)가 엔진(100)의 출력부(111)와 연결된다. 이때 구동부(34)는 출력기어와 기어 맞물림을 통해 연결되어 회전하는 구동기어일 수 있다. 따라서 구동기어의 회전력에 의해 증발가스가 압축된다.
이때 출력기어와 구동기어 사이에는, 두 기어를 상호 연결하는 연결기어(341)가 더 마련될 수 있다. 연결기어(341)는 회전 방향이나 RPM 등을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
물론 기어 연결을 대신하여, 벨트나 체인 연결도 사용 가능하다. 이 경우 엔진(100)의 출력부(111)와 증발가스 압축기(30)의 구동부(34)가 벨트나 체인으로 연결될 수 있도록, 풀리(pulley) 형태로 마련될 수 있다.
본 실시예에서 엔진(100)은 복수 개로 마련되는데, 증발가스 압축기(30)는 어느 하나의 엔진(100)의 출력부(111)와 연결되는 구동부(34)를 포함할 수 있다.
이때 증발가스 압축기(30)와 연결되지 않는 다른 하나의 엔진(100)은, 증발가스 압축기(30)의 초기 가동 시 증발가스 압축기(30)에 회전력을 전기적으로 전달한다. 즉 다른 하나의 엔진(100)은 발전엔진(120)일 수 있다.
또한 증발가스 압축기(30)와 연결되는 어느 하나의 엔진(100)은, 증발가스 압축기(30)의 정상 가동 시 증발가스 압축기(30)에 회전력을 기계적으로 전달할 수 있으며, 다른 발전엔진(120)이거나 추진엔진(110)일 수 있다.
본 실시예에서 엔진(100)과 연결되는 증발가스 압축기(30)는, 결국 엔진(100)의 가동을 위해 증발가스를 압축해 엔진(100)에 공급하는 구성이다. 그런데 별도의 구동원을 사용하지 않는다면(물론 본 실시예는 별도의 구동원 사용가능), 엔진(100)이 가동하지 않는 한 증발가스 압축기(30)가 회전력을 받지 못할 수 있다.
따라서 본 실시예는 초기 가동 시 액화가스 등으로 가동하는 발전엔진(120)을 이용하여 증발가스 압축기(30)에 전기를 전달해 증발가스 압축기(30)를 가동하고, 증발가스 압축기(30)가 어느 정도 가동을 진행하면 정상 가동하는 증발가스 압축기(30)에 의해 압축된 증발가스를 받는 다른 엔진(100)을 통하여, 거꾸로 회전력이 전달되도록 할 수 있다.
물론 하나의 엔진(100)에 대해, 초기 가동 시에는 엔진(100)이 액화가스로 가동하고 증발가스 압축기(30)에 전기를 전달한 뒤, 정상 가동에 접어들면 엔진(100)이 증발가스로 가동하고 증발가스 압축기(30)에 회전력을 전달할 수도 있을 것이다.
이와 같이 본 실시예는, 증발가스 압축기(30)를 엔진(100)에서 발생하는 회전력에 의해 가동할 수 있도록 마련하여, 증발가스 압축기(30)의 가동을 위한 구동원을 축소하거나 생략할 수 있다.
본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.
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: 가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
11: 스프레이 펌프 12: 카고 펌프
20: 부스트 펌프 30: 증발가스 압축기
31: 저부하 압축기 32: 고부하 압축기
33: 블로어 34: 구동부
341: 연결기어 40: 강제기화기
41: 스트레이너 50: 미스트 세퍼레이터
60: 가스히터 70: 액화가스 기화기
80: 벤트마스트 100: 엔진
110: 추진엔진 120: 발전엔진
111: 출력부 L1: 증발가스 공급라인
L10: 증발가스 헤더 L11: 증발가스 유입부
L12: 증발가스 우회부 L2: 액화가스 공급라인
L20: 바이패스 라인 L21a, L21b: 메인 액화가스 공급라인
L22a, L22b: 보조 액화가스 공급라인 L23: 제2 보조 액화가스 공급라인
L3: 가싱-업 라인 L4: 액화가스 전달라인
L5: 웜-업 라인 L6: 바이패스 라인
L60: 제1 바이패스 라인 L61: 제2 바이패스 라인
V20: 바이패스 밸브 V60: 제1 바이패스 밸브
V61: 제2 바이패스 밸브

Claims (6)

  1. 내부에 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크;
    상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하여 엔진에 공급하는 증발가스 압축기;
    상기 액화가스 저장탱크에서 배출된 증발가스가 상기 증발가스 압축기를 경유하여 상기 엔진으로 전달되는 증발가스 공급라인; 및
    상기 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 액화가스를 가열하는 강제기화기를 포함하며,
    상기 증발가스 공급라인은,
    상기 액화가스 저장탱크에서 배출된 증발가스가 유동하는 증발가스 헤더; 및
    상기 증발가스 헤더와 상기 증발가스 압축기를 연결하는 증발가스 유입부를 포함하며,
    상기 증발가스 유입부는,
    상기 증발가스 헤더에 유입된 증발가스가 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스의 내부를 경유한 뒤 상기 증발가스 압축기로 전달되도록 마련되며,
    상기 강제기화기는, 액화가스를 기화시켜 상기 증발가스 헤더로 전달하고,
    상기 증발가스 유입부는,
    상기 강제기화기에서 기화된 후 상기 증발가스 헤더에 유입된 액화가스가 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스의 내부를 경유한 뒤 상기 증발가스 압축기로 전달되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발가스 유입부에서 상기 액화가스 저장탱크의 상류에 마련되어 증발가스를 유동하는 블로어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 증발가스 유입부는,
    증발가스가 액화가스에 의해 열교환되나 혼합되지 않도록 개구 없는 배관 형태로 마련되어, 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스의 내부를 경유한 뒤 상기 액화가스 저장탱크의 외부로 연장되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 증발가스 유입부는,
    상기 증발가스 헤더로부터 연장되어 상기 액화가스 저장탱크의 하부에서 일정 부분을 순환하는 형태로 연장된 후, 상기 액화가스 저장탱크의 외부로 연장되어 상기 증발가스 압축기로 증발가스를 전달하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 증발가스 공급라인은,
    상기 증발가스 헤더에서 상기 증발가스 유입부를 우회하여 상기 증발가스 압축기로 증발가스를 전달하는 증발가스 우회부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 상기 가스 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.
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