KR102377796B1 - 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, 중탄화수소 또는 암모니아를 주성분으로 하는 액화가스를 화물 또는 추진엔진의 연료로서 저장하는 카고탱크; 및 상기 카고탱크에서 발생한 증발가스를 액화시키는 재액화부를 포함하며, 상기 재액화부는, 상기 카고탱크에서 배출되는 증발가스를 적어도 3단 압축하는 복수의 압축기; 압축된 증발가스를 액화시키는 응축기; 상기 응축기에서 액화된 증발가스 중 적어도 일부를 저장하여 상기 응축기로부터 상기 카고탱크로 전달되는 증발가스를 냉각하는 냉매로 사용하며, 상기 응축기로부터 유입된 증발가스 중 적어도 일부를 상기 압축기들 사이에 전달하는 인터쿨러; 및 상기 압축기들 사이 중 일부에 마련되며 상기 인터쿨러를 대신하여 별도의 냉매를 이용해 증발가스를 냉각하는 애프터 쿨러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{Gas treatment system and ship having the same}
본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
일반적으로, 액화석유가스 즉, LPG(Liquefied petroleum gas)는 석유 성분 중 프로판 및 부탄 등 비등점이 낮은 탄화수소를 주성분으로 가스를 상온에서 가압하여 액화한 것이다. 이러한 액화석유가스를 소형의 가벼운 압력용기(봄베)에 충전해서 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 이용하게 된다.
액화석유가스는 생산지에서 기체 상태로 추출되며, 액화석유가스 처리 설비를 통해 액화되어 저장되었다가, 액화석유가스 운반선에 의해 액상을 유지하면서 육상으로 수송된 후, 기체 등의 다양한 형태로 수요처에 공급된다.
이러한 액화석유가스의 비등점은 약 -50℃ 내외이므로, 액화석유가스를 운반하기 위한 액화석유가스 운반선은 이보다 낮은 온도를 유지해야 한다. 따라서 액화석유가스를 보관하는 저장탱크는 저온에 강한 저온강(Low Temperature Carbon Steel 및 Nickel Steel)을 사용하며, 액화석유가스 운반선에는 재액화설비도 마련된다.
이러한 액화석유가스 운반선은, 종래의 경우 디젤유를 사용하여 엔진을 가동함으로써 추진력을 발생시켰다. 그런데 디젤유는 선박 추진용 엔진에서 연소하는 과정에서 유해성분인 질소산화물(NOx), 유황산화물(SOx), 이산화탄소(CO2)가 발생하게 되고, 이러한 유해성분이 대기로 방출됨으로써 환경을 오염시키는 문제가 있다.
따라서 최근에는 디젤유를 사용하는 경우와 대비할 때 배기의 오염도를 대폭 낮출 수 있도록, 액화석유가스를 이용하여 가동하는 엔진의 개발 및 액화석유가스를 엔진에 공급하는 제반 시스템의 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 액화석유가스나 암모니아를 이용하여 추진력을 발생시킬 수 있는 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 중탄화수소 또는 암모니아를 주성분으로 하는 액화가스를 화물 또는 추진엔진의 연료로서 저장하는 카고탱크; 및 상기 카고탱크에서 발생한 증발가스를 액화시키는 재액화부를 포함하며, 상기 재액화부는, 상기 카고탱크에서 배출되는 증발가스를 적어도 3단 압축하는 복수의 압축기; 압축된 증발가스를 액화시키는 응축기; 상기 응축기에서 액화된 증발가스 중 적어도 일부를 저장하여 상기 응축기로부터 상기 카고탱크로 전달되는 증발가스를 냉각하는 냉매로 사용하며, 상기 응축기로부터 유입된 증발가스 중 적어도 일부를 상기 압축기들 사이에 전달하는 인터쿨러; 및 상기 압축기들 사이 중 일부에 마련되며 상기 인터쿨러를 대신하여 별도의 냉매를 이용해 증발가스를 냉각하는 애프터 쿨러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 재액화부는, 1단의 상기 압축기의 유입 허용량 대비 상기 인터쿨러에 의해 상기 압축기들 사이로 전달되는 증발가스량을 제외한 만큼의 재액화 용량을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 재액화부는, 상기 압축기들 사이에 각각 상기 인터쿨러를 연결하는 경우 대비, 적어도 어느 하나의 상기 인터쿨러를 상기 애프터쿨러로 대체하여 재액화 용량을 높일 수 있다.
구체적으로, 상기 재액화부는, 복수로 마련되며, 상기 압축기들 사이에 각각 상기 인터쿨러를 연결하는 경우 대비, 적어도 어느 하나의 상기 인터쿨러를 상기 애프터쿨러로 대체하여 상기 재액화부의 총 설치 대수를 감축할 수 있다.
구체적으로, 상기 재액화부는, 상기 응축기에서 액화된 증발가스를 상기 인터쿨러를 경유하여 상기 카고탱크로 전달하는 재액화 모드와, 상기 응축기의 상류 또는 하류에서 증발가스를 상기 추진엔진 측으로 전달하는 연료공급 모드로 가동할 수 있다.
구체적으로, 액화가스를 추진엔진에 공급할 연료로 저장하는 연료탱크; 및 상기 카고탱크 또는 상기 연료탱크의 액화가스를 추진엔진으로 전달하는 고압펌프를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 카고탱크에서 발생한 증발가스를 상기 응축기로 전달하며 상기 압축기가 마련되는 증발가스 배출라인; 상기 증발가스 배출라인에서 상기 압축기의 하류로부터 분기되어 상기 연료탱크로 연결되는 증발가스 전달라인; 상기 응축기에서 액화된 증발가스를 상기 고압펌프로 전달하는 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인에서 분기되어 상기 연료탱크로 연결되는 증발가스 리턴라인; 및 상기 응축기에서 액화된 증발가스를 상기 카고탱크로 전달하며 상기 인터쿨러가 마련되는 증발가스 액화라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 가스 처리 시스템을 갖는 액화가스 운반선인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 디젤유만을 사용하던 종래의 시스템을 벗어나서, 액화석유가스나 암모니아를 추진 연료로 사용할 수 있도록 하여 환경 오염을 저감하고 에너지 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 부분 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 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. 참고로 본 명세서에서 액화가스는 중탄화수소로서 LPG(프로판, 부탄 등)일 수 있지만 이로 한정하는 것은 아니며, 비등점이 상온보다 낮아 저장을 위해 강제로 액화되며 발열량을 갖는 모든 물질(프로필렌, 암모니아 등)을 포괄할 수 있다.
또한 본 명세서에서 액화가스/증발가스는, 명칭으로 인하여 액상 또는 기상으로 반드시 한정되는 것은 아님을 알려둔다.
본 발명은 이하에서 설명하는 가스 처리 시스템(1)이 구비되는 선박을 포함한다. 이때 선박은 가스 운반선, 가스가 아닌 화물이나 사람을 운반하는 상선, FSRU, FPSO, Bunkering vessel, 해양플랜트 등을 모두 포함하는 개념이며, 다만 예시로서 액화석유가스 운반선일 수 있음을 알려둔다.
본 발명의 도면에 도시하지 않았으나, 압력센서(PT), 온도센서(TT) 등이 제한 없이 적절한 위치에 구비될 수 있음은 물론이며, 각 센서에 의한 측정값은 이하에서 설명하는 구성들의 운영에 제한 없이 다양하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스를 저장하는 구성으로서 카고탱크(10), 연료탱크(20)를 포함하며, 이러한 구성들은 액화가스 저장부로 통칭될 수 있다.
또한 본 실시예는 액화가스를 공급하는 구성으로서 열교환기(30), 고압펌프(40)를 포함하는데, 이 구성들은 액화가스 공급부로 통칭될 수 있고, 증발가스를 처리하는 구성으로서 압축기(12), 응축기(13) 등의 증발가스 처리부를 포함할 수 있다. 추가로 본 실시예는 액화가스 회수부로 통칭될 수 있는 포집탱크(50) 등을 포함한다.
카고탱크(10)는, 액화가스 운반선인 선박의 선내에 마련되는 복수 개의 카고탱크(10)이다. 물론 선박이 가스 운반선 외의 선종일 경우에는 선내 또는 선외 등에 별도로 추가되는 탱크나 용기 등일 수 있다.
카고탱크(10)는 대기압에서 액화가스를 저온 액상으로 저장하는 탱크이며, 액화가스의 기화를 방지하기 위하여 벽체에 다양한 단열 구조가 부가될 수 있다. 또한 카고탱크(10)는 멤브레인형 탱크이거나 독립형 탱크 등일 수 있으며, 그 형태나 제원 등은 한정되지 않는다.
카고탱크(10)의 액화가스를 외부로 배출하기 위해 이송펌프(도시하지 않음)가 마련될 수 있다. 이송펌프는 카고탱크(10)의 내부에 마련될 수 있으며, 액화가스에 잠겨있는 submerged type으로 마련될 수 있다.
다만 이송펌프는, 복수 개의 카고탱크(10) 중 일부에만 마련될 수 있다. 카고탱크(10)는 기본적으로 화물 운송을 목적으로 하는 것으로서 화물의 언로딩(unloading)을 위한 카고펌프(하역펌프, 스트리핑펌프 등, 도시하지 않음)가 각 카고탱크(10)마다 2개씩 마련되는데, 적어도 어느 하나의 카고탱크(10)는 내부에 저장된 액화가스를 추진엔진(E)(ME-LGI) 또는 발전엔진(DFDE, 도시하지 않음) 등의 연료로도 사용하기 위해, 카고펌프에 더하여 이송펌프가 추가될 수 있다. 참고로 본 명세서에서 추진엔진(E)은 선박을 추진하기 위한 구성이면 족하며, 엔진이 아닌 터빈, 연료전지 등과 같이 액화가스를 소비하여 직간접적으로 추진력을 발생시킬 수 있는 모든 구성으로 해석 가능하다.
일례로 카고탱크(10)가 4개일 때, 추진엔진(E)이 수용된 엔진룸에 근접한 4번 카고탱크(10)에 저장된 액화가스가 추진엔진(E)의 연료로 사용될 수 있고, 이를 위해 4번 카고탱크(10)에만 이송펌프가 마련될 수 있다.
카고탱크(10)에 저장된 액화가스는 외부 열침투에 의하여 자연 증발하게 되므로, 카고탱크(10)에는 증발가스가 발생한다. 증발가스 역시 추진엔진(E)의 연료로 사용될 수 있으며, 이를 위해 카고탱크(10)에는 증발가스를 배출하는 증발가스 배출라인(L10)이 마련될 수 있다. 또는 증발가스는 액화되어 리턴될 수 있는데, 이에 대해서는 이하에서 자세히 설명한다.
복수 개의 카고탱크(10)에는 증발가스를 전달하기 위한 라인인 vapour main과 액화가스를 전달하기 위한 라인인 liquid main이 마련될 수 있다. 이때 vapour main과 liquid main은, 카고탱크(10) 중에서 적어도 둘 이상을 서로 연결하도록 마련될 수 있다.
참고로 vapour main과 liquid main은 카고탱크(10)에 마련된 돔(부호 도시하지 않음)을 관통하는 라인들에 연결되는 것으로서, 돔을 관통하는 라인들은 액화가스나 증발가스를 배출/회수하는 라인일 수 있다.
따라서 vapour main/liquid main에서의 유동 방향은 카고탱크(10) 내부에서 외부를 향하는 방향이거나, 또는 카고탱크(10) 외부에서 내부를 향하는 방향이 모두 가능하다.
카고탱크(10)는, 중탄화수소를 주성분으로 하는 액화가스들(프로판, 부탄, 프로필렌 등) 중에서 적어도 2종의 액화가스를 각각 저장하기 위하여 복수 개로 마련될 수 있다. 일례로 카고탱크(10)는 제1 종의 액화가스를 저장하는 제1 카고탱크(10)와, 제2 종의 액화가스를 저장하는 제2 카고탱크(10)를 포함할 수 있으며, 제1 카고탱크(10)는 프로판, 제2 카고탱크(10)는 부탄 등을 저장할 수 있다.
카고탱크(10)의 증발가스는, 응축기(13)를 통해 액화되는데, 액화된 증발가스가 카고탱크(10)로 리턴되도록 구성할 경우, 응축기(13)는 적어도 카고탱크(10)에 저장되는 액화가스의 종류만큼 구비되어야 한다(추가로 백업용이 필요). 즉 카고탱크(10)가 2종의 액화가스를 저장하는 경우, 응축기(13)는 적어도 3개가 마련되어야 한다. 또한 응축기(13)에 대응하여 압축기(12)가 세트로 마련되므로, 압축기(12) 또한 응축기(13)의 수에 맞게 다수 구비되어야 한다.
그러나 본 실시예는, 응축기(13)에 의해 액화된 증발가스를 카고탱크(10)로 리턴하지 않고 연료탱크(20) 등으로 전달함으로써, 카고탱크(10)가 2종 이상의 액화가스를 저장하도록 마련되더라도 응축기(13)의 설치 대수를 액화가스의 종류 수 이하로 줄일 수 있다. 이에 대해서는 이하에서 다시 설명한다.
카고탱크(10)의 증발가스는 증발가스 배출라인(L10)을 통해 응축기(13)로 배출되어, 응축기(13)에서 냉매 열교환/감압 등에 의해 액화될 수 있다. 이후 액화된 증발가스는 연료탱크(20) 또는 후술하는 고압펌프(40) 등으로 전달되나, 카고탱크(10)로는 리턴되지 않는다.
따라서 카고탱크(10)는, 증발가스가 배출되는 만큼 저장량이 줄어들 수 있지만, 배출된 증발가스가 추진엔진(E) 등의 연료로 사용됨에 따라, 증발가스의 배출로 인해 카고탱크(10)로부터 추진엔진(E)으로 공급되는 액화가스의 배출량이 줄어들게 될 것이므로, 예상치 못한 카고 손실을 야기하는 것은 아니다.
본 실시예는 도면에 도시하진 않았으나, 카고탱크(10)의 액화가스도 추진엔진(E)에 공급될 수 있도록 카고탱크(10)에서 연료탱크(20)로 액화가스 전달라인(도시하지 않음)이 구비될 수 있고, 액화가스 전달라인을 통해 카고탱크(10)의 액화가스가 연료탱크(20)로 전달된다. 액화가스 전달라인은 복수의 카고탱크(10)를 상호 연결하는 liquid main으로부터 연장되도록 마련될 수 있다.
카고탱크(10)의 증발가스가 배출되는 증발가스 배출라인(L10) 상에는, 드럼(11), 압축기(12), 응축기(13)가 마련될 수 있다. 드럼(11)은 카고탱크(10)에서 배출된 증발가스 중 액적을 걸러내기 위한 기액분리 구성으로서, 액적은 카고탱크(10)로 리턴되도록 마련될 수 있다.
드럼(11)은 압축기(12)로 액적이 유입되지 않도록 하여 압축기(12)를 보호할 수 있으며, 압축기(12)의 타입에 따라 드럼(11)은 생략 가능하다.
압축기(12)는, 카고탱크(10)에서 배출하는 증발가스를 압축한다. 압축기(12)는 압축에 의하여 액화가스의 비등점이 상승하도록 할 수 있으며, 이를 통해 이하 설명하는 응축기(13)에서의 액화 효율을 높일 수 있다.
압축기(12)는 다단으로 구성될 수 있고, 도면에서와 같이 3단으로 구성되거나 또는 이외의 다양한 단수로 마련될 수 있다. 또한 압축기(12)는 증발가스 배출라인(L10) 상에 병렬로 구비되어 서로 백업 가능하게 구비될 수 있다.
압축기(12)는 압축된 증발가스가 액화될 수 있도록 응축기(13)로 전달하거나, 액화가스가 적정량 채워져 있는 연료탱크(20)로 전달할 수 있다. 전자의 경우 응축기(13)에서 액화된 증발가스는 연료탱크(20) 또는 고압펌프(40)로 공급되며, 후자의 경우 고압의 증발가스가 연료탱크(20)에 직접 주입되고 연료탱크(20) 내의 액화가스에 의해 냉각되어 액화될 수 있다.
응축기(13)는, 카고탱크(10)에서 발생한 증발가스를 액화시킨다. 증발가스의 액화는 냉매를 이용할 수 있고, 또는 감압 등을 이용하는 것도 가능하다.
카고탱크(10)는 앞서 설명한 바와 같이 적어도 2종의 액화가스를 각각 저장하기 위해 복수 개로 마련될 수 있는데, 응축기(13)는 서로 다른 종류의 증발가스를 모두 액화하도록 마련될 수 있다.
서로 다른 종류의 액화가스를 저장하는 복수 개의 카고탱크(10)를 구비할 경우, 액화가스의 종류에 대응하여 응축기(13)를 구비하는 것이 일반적일 수 있다. 그러나 본 실시예는 서로 다른 종류의 증발가스가 하나의 응축기(13)에 통합 전달되도록 하여, 응축기(13)의 설치 대수를 줄일 수 있다.
또한 서로 다른 종류에 대응하여 응축기(13)를 복수로 구비할 경우 응축기(13)의 대수에 맞춰 압축기(12)도 복수로 구비되어야 하는데, 본 실시예는 응축기(13)는 물론이고 압축기(12)의 설치 대수도 줄일 수 있으므로, OPEX와 CAPEX 모두 크게 절감할 수 있다.
다만 액화된 증발가스를 카고탱크(10)로 리턴하도록 구비할 경우, 액화된 프로판이 부탄을 저장하는 카고탱크(10)로 리턴되어 액화가스 품질을 떨어뜨리는 상황이 발생할 수 있는 바, 본 실시예는 액화된 증발가스가 카고탱크(10)로는 전달되지 않고, 연료탱크(20) 또는 고압펌프(40)로 전달되어 차후 추진엔진(E) 등에 의해 소비되도록 할 수 있다.
즉 본 실시예는, 응축기(13)가 액화된 증발가스를 연료탱크(20) 또는 연료탱크(20)로부터 고압펌프(40)로 공급되는 액화가스에 전달하되, 카고탱크(10)로는 전달하지 않도록 구비됨으로써, 서로 다른 종류의 액화가스를 저장하는 복수 개의 카고탱크(10)에 대해 하나의 압축기(12) 및 응축기(13)를 할당할 수 있다.
이를 위해 응축기(13)로부터 고압펌프(40) 상류의 액화가스 공급라인(L20)에는 증발가스 공급라인(L12)이 마련될 수 있으며, 또한 증발가스 공급라인(L12)에는 연료탱크(20)로 연결되는 증발가스 리턴라인(L13)이 분기될 수 있다.
이때 응축기(13)는, 카고탱크(10)에서 발생한 증발가스량 대비 추진엔진(E)의 요구량에 따라, 액화된 증발가스를 연료탱크(20)로 전달할 수 있다. 구체적으로 증발가스 발생량이 추진엔진(E)의 요구량보다 많을 경우, 응축기(13)는 액화된 증발가스 중 적어도 잉여분이 증발가스 리턴라인(L13)을 통해 연료탱크(20)로 전달되도록 할 수 있다.
이러한 흐름 제어는, 각 라인들에 다양하게 마련될 수 있는 밸브들을 통하여 구현될 수 있을 것이다.
연료탱크(20)는, 액화가스를 추진엔진(E)에 공급할 연료로 저장한다. 연료탱크(20)는 대기압으로 액화가스를 대량 저장하는 독립형(SPB타입, MOSS타입)이나 멤브레인형인 카고탱크(10)와 동일하거나 또는 상이한 타입일 수 있고, 고압으로 액화가스를 저장하는 독립형(Type C, 압력용기타입)일 수 있다.
이때 연료탱크(20)는 액화가스를 임계압력 이상으로 저장하거나(일례로 18bar 내외), 또는 임계압력 미만으로 저장할 수 있으며(일례로 8bar 내외), 액화가스의 기화 방지를 위해 벽체의 내부 또는 외부 중 적어도 일측에 단열구조가 마련될 수 있다.
연료탱크(20)는 선박에서 상갑판 상에 탑재될 수 있고, 새들(saddle)을 통해 상갑판에 지지되도록 마련된다. 연료탱크(20)는 상갑판에서 카고탱크(10)의 액화가스 로딩/언로딩을 위한 구성들(매니폴드 등)과 간섭되지 않으면서, 선박의 항해 시 시야(visibility)를 가리지 않는 위치에 배치될 수 있다. 일례로 연료탱크(20)는 상갑판에서 선수 측의 좌현 또는 우현에 마련될 수 있다. 이 경우 연료탱크(20)는 데크탱크(deck tank)로 지칭될 수 있다.
연료탱크(20)는 카고탱크(10)와 추진엔진(E) 사이에서 액화가스를 임시로 저장해두는 구성일 수 있으며, 또한 연료탱크(20)는 내부에 저장된 액화가스를 이용하여, 카고탱크(10)에서 발생한 증발가스를 응축시키는 액화 기능의 구성일 수 있다.
즉 연료탱크(20)는, 내부에 저장된 액화가스를 이용하여 카고탱크(10)에서 발생한 증발가스를 전달받아 응축시킬 수 있다. 이를 위해 카고탱크(10)에서 연장된 증발가스 배출라인(L10)에는, 응축기(13)의 상류에서 연료탱크(20)를 향해 분기되는 증발가스 전달라인(L11)이 마련될 수 있다.
다만 본 실시예는 연료탱크(20)에서 카고탱크(10)로는 응축된 액화가스를 리턴하는 구성이 마련되지 않을 수 있는데, 이는 제1 카고탱크(10)의 프로판 또는 제2 카고탱크(10)의 부탄이 연료탱크(20)로 전달됨에 따라, 연료탱크(20)에는 제1 종의 증발가스와 제2 종의 증발가스가 혼합되어 있어, 카고탱크(10)로의 리턴이 바람직하지 않기 때문이다.
카고탱크(10)에서 연료탱크(20)로는 앞서 설명한 액화가스 전달라인이 마련되며, 카고탱크(10) 내에 침지된 이송펌프에 의해 액화가스가 연료탱크(20)로 전달될 수 있다. 연료탱크(20)에 저장된 액화가스는 선박의 운항 상태 등을 고려하여 적정한 레벨/압력으로 관리될 수 있다.
연료탱크(20)에 저장된 액화가스는 저압펌프(21)를 통해 연료탱크(20)로부터 추진엔진(E)으로 전달될 수 있다. 이때 저압펌프(21)는 연료탱크(20) 내부 또는 외부에 마련될 수 있으며, 추진엔진(E)의 요구압력보다 낮은 압력으로 액화가스를 가압할 수 있다.
연료탱크(20)에서 추진엔진(E)까지 액화가스 공급라인(L20)이 마련될 수 있으며, 저압펌프(21)는 액화가스 공급라인(L20)에 구비될 수 있다. 즉 카고탱크(10)에서 연료탱크(20)까지는 액화가스 전달라인과 증발가스 배출라인(L10) 및 증발가스 전달라인(L11)이 구비되고, 연료탱크(20)에서 추진엔진(E)까지는 액화가스 공급라인(L20)이 구비된다.
물론 액화가스 공급라인(L20)은 카고탱크(10)에서 연료탱크(20)를 우회하여 추진엔진(E)으로 액화가스가 공급되도록 마련될 수도 있으며, 이 경우 액화가스 공급라인(L20)은 카고탱크(10) 및/또는 연료탱크(20)의 액화가스를 추진엔진(E)으로 전달할 수 있다.
액화가스 공급라인(L20)에서 저압펌프(21)의 하류에는, 액화가스 리턴라인(L21)이 마련될 수 있다. 액화가스 리턴라인(L21)은 저압펌프(21)를 통해 추진엔진(E)으로 전달되는 유량이 추진엔진(E)의 요구유량을 넘어설 경우, 잉여분의 액화가스를 연료탱크(20)로 회수하는 역할을 할 수 있다.
또는 액화가스 리턴라인(L21)은, 연료탱크(20)에서 배출된 후 저압펌프(21)에 의해 가압된 액화가스가 연료탱크(20) 내로 재유입되도록 함으로써, 연료탱크(20)의 내압을 높여주는 기능을 구현하도록 할 수 있다. 따라서 연료탱크(20)는 내압을 높게 유지하여 연료탱크(20) 내에서의 증발가스의 발생을 최소화할 수 있다.
다만 본 발명에서 연료탱크(20)는 생략될 수 있으며, 이 경우 카고탱크(10)와 추진엔진(E)이 액화가스 공급라인(L20)에 의해 바로 연결될 수 있다. 또한 증발가스 배출라인(L10)을 통해 응축기(13)로 공급된 적어도 2종의 증발가스는 응축된 후 고압펌프(40)로 전달되고 카고탱크(10)로는 리턴되지 않도록 마련될 수 있다.
열교환기(30)는, 저압펌프(21)의 하류에 마련되어 액화가스의 온도를 변화시킨다. 열교환기(30)는 액화가스의 온도를 상승시킬 수 있고 또는 낮출 수도 있으므로, fuel conditioner로 지칭될 수도 있다.
일례로 본 실시예의 초기 가동 시에는, 추진엔진(E)으로부터 회수되는 고온 액화가스의 유량이 많기 때문에, 열교환기(30)는 액화가스의 온도를 낮출 수 있으며, 안정 가동에 접어들 경우 열교환기(30)는 액화가스의 온도를 높일 수 있다.
열교환기(30)는 도면에서와 같이 고압펌프(40) 하류에 마련될 수 있지만, 또는 도면과 달리 열교환기(30)는 고압펌프(40)의 상류에 마련될 수도 있다. 후자의 경우 열교환기(30)는 고압펌프(40)에 기상 액화가스가 유입되지 않도록, 액화가스의 비등점 이하로 액화가스의 온도를 조절할 수 있다.
또한 열교환기(30)는, 추진엔진(E)으로부터 액화가스 회수라인(L30)을 통해 리턴되는 액화가스에는 추진엔진(E)에서 사용된 윤활유가 혼입되는 점을 고려, 고압펌프(40)에 유입되는 액화가스에서 윤활유가 결빙되지 않는 온도 이상으로 액화가스의 온도를 조절할 수 있다.
즉 고압펌프(40) 상류에 마련되는 열교환기(30)는 연료탱크(20)로부터 고압펌프(40)로 전달되는 액화가스와 추진엔진(E)에서 회수되어 고압펌프(40)로 전달되는 액화가스가 혼합되었을 때, 액화가스의 비등점 이하 및 윤활유의 결빙점 이상이 되도록, 액화가스의 온도를 제어할 수 있다.
열교환기(30)는, 다양한 열교환 매체를 이용하여 액화가스와의 열교환을 구현할 수 있으며, 일례로 열교환 매체는 해수, 청수, 글리콜워터, 배기 등일 수 있지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
고압펌프(40)는, 카고탱크(10) 또는 연료탱크(20)의 액화가스를 추진엔진(E)으로 전달한다. 고압펌프(40)는 연료탱크(20)에서 추진엔진(E)으로 연장되는 액화가스 공급라인(L20) 상에 마련된다.
고압펌프(40)는 열교환기(30)에 의해 온도가 조절된 액화가스를 추진엔진(E)이 요구하는 압력으로 가압한다. 추진엔진(E)이 요구하는 압력은 20 내지 50bar일 수 있지만, 추진엔진(E)의 제원에 따라 달라질 수 있다.
고압펌프(40)의 타입은 특별히 한정하지 않으며, 또한 고압펌프(40)는 도면에 나타난 것과 같이 복수 개가 서로 백업 가능하게 병렬로 마련될 수 있다.
고압펌프(40)는, 가압 과정에서 캐비테이션(cavitation)의 발생을 억제하기 위해, 액화가스가 액상으로 유입될 수 있다. 열교환기(30)가 도면과 달리 고압펌프(40)의 상류에 마련될 경우 위 사항을 고려해 액화가스의 온도를 제어할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
고압펌프(40)에 흡입되는 액화가스의 압력은, 저압펌프(21)에 의하여 토출되는 액화가스의 압력에 대응될 수 있다. 또한 추진엔진(E)에서 회수되는 액화가스의 압력에도 대응될 수 있다.
고압펌프(40)의 하류에는 불순물을 걸러내기 위한 필터(부호 도시하지 않음)가 마련될 수 있는데, 필터는 도면에서와 같이 저압펌프(21)의 상류 등에도 추가로 마련될 수 있다.
또한 액화가스 공급라인(L20)에서 고압펌프(40)의 하류에는 연료공급밸브(도시하지 않음)가 마련될 수 있으며, 이때 연료공급밸브와, 액화가스 회수라인(L30)에 구비된 감압밸브(도시하지 않음)는, 하나의 트레인으로 구성되어 FVT(fuel valve train)로 지칭될 수 있다.
포집탱크(50)는, 추진엔진(E)에서 리턴되는 액화가스 중 일부를 포집한다. LNG를 기상으로 공급받아 소비하는 상용 엔진(ME-GI, XDF 등)과 달리, 본 발명에서의 추진엔진(E)(ME-LGI 등)은 LPG 등을 액상으로 공급받아 소비하면서 잉여분의 액상 연료를 배출하는 구조를 갖는다.
이는 기상의 경우와 달리 액상의 경우 연료공급량의 미세 제어가 용이하지 않아, 추진엔진(E)이 충분한 양의 액상 연료를 공급받음에 따라 잉여분의 연료가 발생하기 때문이다.
다만 추진엔진(E)에서 회수되는 액화가스는 추진엔진(E)에 유입되기 전의 액화가스가 아니라, 추진엔진(E)의 내부를 거친 액화가스로서, 추진엔진(E)의 요구압력에 대응되는 온도/압력을 갖는 상태이면서(일례로 45bar 내외, 50도씨 이상), 액화가스 내부에는 추진엔진(E)에서 사용되는 윤활유가 혼입될 수 있다.
따라서 추진엔진(E)으로부터 회수되는 잉여분의 액화가스에는 윤활유가 섞여 있게 되므로, 화물 오염을 방지하기 위해, 회수된 액화가스를 카고탱크(10)로 전달하지 않는 것이 바람직하다.
따라서 추진엔진(E)에 연결되어 잉여분의 액화가스가 회수되도록 하는 액화가스 회수라인(L30)은, 추진엔진(E)에서 리턴되는 잉여 액화가스를 카고탱크(10)가 아닌 고압펌프(40)로 전달하여 추진엔진(E)에 재유입되도록 할 수 있다.
액화가스 회수라인(L30)에는 감압밸브(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 감압밸브는 액상 액화가스를 감압한다. 감압밸브는 줄-톰슨 밸브일 수 있고, 앞서 설명한 바와 같이 연료공급밸브와 함께 연료공급트레인(FVT)을 구성하도록 마련될 수 있다. 이러한 감압밸브는 추진엔진(E)에서 회수되는 고압(약 30 내지 50bar 내외)의 액화가스를 감압하여 고압펌프(40)의 흡입압력에 맞출 수 있다.
포집탱크(50)는 추진엔진(E)으로부터 고압펌프(40) 상류의 액화가스 공급라인(L20)까지 연결되는 액화가스 회수라인(L30)에서 분기되어 구비될 수 있으며, 액화가스 회수라인(L30)에서 포집탱크(50)로 액화가스 포집라인(L31)이 연장될 수 있다.
이때 액화가스 포집라인(L31)은, 액화가스 회수라인(L30)에서 감압밸브와 후술할 쿨러(도시하지 않음) 사이로부터 연장되어 포집탱크(50)로 연결되며, 또한 포집탱크(50)로부터 쿨러 상류의 액화가스 회수라인(L30)으로 합류될 수 있다. 즉 액화가스 포집라인(L31)은, 액화가스 회수라인(L30)과 부분적으로 병렬로 구비되며 포집탱크(50)가 구비되도록 마련될 수 있다.
포집탱크(50)는, 회수되는 액화가스를 기액분리한다. 고압펌프(40)로 기상의 액화가스가 유입되면 캐비테이션 문제가 발생할 수 있으므로, 본 발명은 액화가스 회수라인(L30)을 따라 유동하는 액화가스가 필요에 따라 포집탱크(50)를 경유하면서 기액분리되어, 기상 액화가스의 고압펌프(40) 유입을 차단할 수 있다.
즉 포집탱크(50)는 액화가스 회수라인(L30)의 액화가스를 포집하여 액상 액화가스만을 고압펌프(40)로 전달해, 고압펌프(40)의 안정적인 가동을 보장할 수 있다.
포집탱크(50)에서 분기된 기상의 액화가스 등은, 녹아웃 드럼(51)으로 전달될 수 있다. 녹아웃 드럼(51)은 추진엔진(E)에서 회수되는 액화가스를 포집탱크(50)로부터 전달받아, 액화가스에 포함된 불순물(윤활유 등)을 걸러낼 수 있다.
포집탱크(50)에서 녹아웃 드럼(51)으로는 액화가스 처리라인(L32)이 연결될 수 있으며, 액화가스 처리라인(L32)은 포집탱크(50)에서 분리된 기상의 액화가스 외에도, 포집탱크(50)에서 액화가스 회수라인(L30)으로 전달되는 액상의 액화가스를 녹아웃 드럼(51)으로 전달할 수 있다.
녹아웃 드럼(51)은 내부에 유입된 액화가스에서 윤활유를 분리한다. 구체적으로 녹아웃 드럼(51)은 액화가스는 기상으로 배출하고 윤활유는 액상으로 배출한다. 즉 녹아웃 드럼(51)은 포집탱크(50)와 유사하게 기액분리 기능을 구현한다.
다만 녹아웃 드럼(51)은 액화가스의 기화를 촉진하기 위해, 트레이싱(tracing) 등의 가열부를 사용할 수 있고, 트레이싱은 스팀이나 해수 등과 같은 매체를 열원으로 사용하는 것이거나 또는 전기를 이용해 가열하는 구성일 수 있다.
녹아웃 드럼(51)은 윤활유가 섞인 액화가스를 가열부로 가열하여, 액화가스는 벤트마스트(도시하지 않음) 등으로 배출하고, 윤활유는 하부에서 드레인하여 처리(재활용)할 수 있다.
액화가스 회수라인(L30)에는 쿨러(도시하지 않음)가 마련될 수 있다. 쿨러는 액화가스 회수라인(L30)에서 액화가스 포집라인(L31)이 합류되는 지점의 하류에 구비될 수 있으며, 감압밸브에서 감압된 액화가스를 냉각해 고압펌프(40)에 액상으로 유입되도록 한다. 쿨러는 제한되지 않는 다양한 냉매를 활용할 수 있으며, 감압된 액화가스의 비등점 이하로 액화가스를 냉각할 수 있다.
쿨러에 의한 냉각은, 연료탱크(20)로부터 고압펌프(40)로 전달되는 액화가스와의 혼합을 고려하여 이루어질 수 있으므로, 쿨러는 감압된 액화가스의 비등점보다 다소 높은 온도로 액화가스를 냉각하는 제어도 가능하다.
쿨러에 의해 냉각된 액상(또는 액상에 근접한 상태) 액화가스는, 액화가스 회수라인(L30)을 통해 액화가스 공급라인(L20)에서 고압펌프(40)의 상류에 혼입되며, 액화가스 회수라인(L30)이 액화가스 공급라인(L20)에 연결되는 지점에는 믹서(도시하지 않음)가 마련될 수 있다.
고압펌프(40)의 하류에는, 액화가스 회수라인(L30)으로 연결되는 액화가스 분기라인(L22)이 마련될 수 있다. 고압펌프(40)에서 토출된 액화가스는 액화가스 분기라인(L22)을 따라 액화가스 회수라인(L30)으로 전달되어, 다시 고압펌프(40)로 순환된다.
고압펌프(40)는 가동 안정성 등을 위하여 최소 요구유량이 설정된다. 이를 minimum flow라고 하며, 가동 시 고압펌프(40)에는 최소 요구유량을 만족하는 액화가스가 유입되는 것이 바람직하다.
그런데 고압펌프(40) 하류의 추진엔진(E) 등에서의 소비량이 고압펌프(40)의 최소 요구유량을 만족하지 못하는 경우가 있다. 일례로 고압펌프(40)는 가동 중인 상황에서 추진엔진(E)이 저부하로 가동하거나 가동을 정지한 경우 등이 그러하다.
이때 본 실시예는 고압펌프(40)의 안정적인 가동을 위하여, 추진엔진(E)의 요구유량이 고압펌프(40)의 최소 요구유량에 못미치더라도, 고압펌프(40)에는 최소 요구유량 이상의 액화가스가 유입되도록 하기 위해, 액화가스를 순환시킬 수 있다.
즉 고압펌프(40)의 최소 요구유량이 100이고 추진엔진(E)의 요구유량이 80이면, 20의 액화가스는 고압펌프(40)의 하류에서 액화가스 분기라인(L22), 액화가스 회수라인(L30)을 거쳐 고압펌프(40)로 순환될 수 있다.
따라서 액화가스 분기라인(L22)은 추진엔진(E)의 요구유량이 고압펌프(40)의 최소 요구유량 이하일 때, 고압펌프(40)의 최소 요구유량 대비 추진엔진(E)의 요구유량을 제외한 유량 이상을 순환시켜서, 고압펌프(40)의 최소 요구유량을 보장할 수 있다.
또한 앞서 설명한 바와 같이 액화가스 회수라인(L30)에는 쿨러가 마련될 수 있는데, 액화가스 분기라인(L22)은 고압펌프(40)의 하류에서 추진엔진(E)과 쿨러 사이로 연결되기 위해, 고압펌프(40) 하류의 액화가스 공급라인(L20)에서 분기되어 액화가스 회수라인(L30)에서 쿨러의 상류로 연결될 수 있다.
이는 고압펌프(40)의 가동으로 인해 액화가스가 펌핑 및 가열되는데, 가열된 액화가스를 지속 순환하면 고압펌프(40) 자체의 온도가 불필요하게 높아질 것을 억제하기 위함이다. 즉 본 실시예는 쿨러를 이용하여, 액화가스 분기라인(L22)을 통한 액화가스의 순환 시 고압펌프(40)의 발열 정도를 기설정값 이내로 제한할 수 있다.
따라서 고압펌프(40)는 최소 요구유량 이상의 액화가스를 지속적으로 펌핑할 수 있으면서, 액화가스 분기라인(L22)에 의해 회수되는 잉여 액화가스는 쿨러를 거쳐 고압펌프(40)로 순환하므로, 고압펌프(40)의 과열을 방지할 수 있다.
벤트마스트(도시하지 않음)는, 카고탱크(10)로부터 추진엔진(E) 사이에서 외부로 벤트되어야 하는 물질을 대기 중에 방출한다. 벤트마스트는 선박에서 갑판 상에 마련되며 일정한 높이를 가져서 갑판 상의 승선원을 보호할 수 있다.
벤트마스트는 포집탱크(50)나 녹아웃 드럼(51)으로부터 연결될 수 있음은 물론이고, 증발가스 배출라인(L10), 액화가스 공급라인(L20), 연료탱크(20) 등에도 연결될 수 있다. 이를 통해 벤트마스트는 정상 운전 또는 추진엔진(E)의 가동 중단 등과 같은 긴급 상황 등에서 외부 방출을 구현해 시스템을 보호한다.
또한 벤트마스트는 증발가스 배출라인(L10), 액화가스 공급라인(L20) 등의 퍼징 시 퍼징가스를 외부로 배출할 수 있다. 이때 퍼징가스는 질소가스 또는 불활성가스 등일 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 카고탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 카고탱크(10)로 리턴하지 않고 연료탱크(20)에 전달하거나 고압펌프(40)를 거쳐 추진엔진(E)에 직접 공급하도록 구비함으로써, 서로 다른 종류의 액화가스를 저장하는 복수 개의 카고탱크(10)를 구비하더라도, 적어도 2종의 카고탱크(10)에 대해 하나의 응축기(13)를 할당할 수 있으므로 응축기(13)의 설치 대수를 감축할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 개념도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 부분 개념도이다.
이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 재액화부(100)를 포함한다. 앞서 제1 실시예에서 압축기(12), 응축기(13) 등 역시 재액화부(100)로 포괄 지칭될 수 있다.
본 실시예의 재액화부(100)는, 압축기(12), 응축기(13), 인터쿨러(15), 애프터쿨러(16)를 포함한다. 압축기(12)는 앞서 설명한 바와 같이 복수로 구성되어 3단 등으로 마련될 수 있으며, 카고탱크(10)에서 배출되는 증발가스를 적어도 3단 압축하도록 마련될 수 있다.
물론 도면과 달리, 1단 등의 압축기(12)는 병렬로 구비되도록 복수로 마련되어 상호 백업 가능하거나 각 압축기(12)의 개별 용량을 낮출 수 있을 것이다.
응축기(13)는, 압축된 증발가스를 해수 등으로 액화시킨다. 이를 위해 응축기(13)는 압축기(12)에서 압축된 증발가스가 유입되는 증발가스 스트림(13a)과, 증발가스와 열교환하기 위한 냉매가 유동하는 냉매 스트림(13b)을 포함하는 2 stream 구조를 가질 수 있다.
이러한 응축기(13)는 Shell&Tube, PCHE 등 그 타입이 제한되지 않으며, 냉매가 저장된 하우징 내에 증발가스가 열교환하기 위해 지나가는 bath type 도 가능하다.
재액화부(100)는 액상 리시버(14)를 더 포함한다. 액상 리시버(14)는 응축기(13)에서 액화된 증발가스 중 액상을 카고탱크(10)로 전달할 수 있으며, 기액분리하는 구성으로 마련되거나, 임시 저장하는 구성 등으로 마련될 수 있다. 액상 리시버(14)는 액상만 카고탱크(10)로 전달하고 기상은 내부에 수용할 수 있으며, 일정 수준의 내압을 유지하도록 함으로써 증발가스의 기화를 방지할 수 있다.
제1 실시예의 경우 응축기(13)에서 응축된 증발가스가 연료탱크(20)나 고압펌프(40)로 전달되고 카고탱크(10)로는 리턴되지 않도록 마련되었는데, 본 실시예는 응축기(13)에서 응축된 증발가스가 카고탱크(10)로 리턴되도록 구비될 수 있다.
이 경우 응축기(13) 하류에서 카고탱크(10)로 증발가스 액화라인(L14)이 연장될 수 있으며, 증발가스 액화라인(L14)은 응축기(13)에서 액화된 증발가스를 카고탱크(10)로 전달하며 인터쿨러(15)가 마련된다.
인터쿨러(15)는, 응축기(13)에서 액화된 증발가스 중 적어도 일부를 저장한다. 인터쿨러(15)는 복수 단으로 구성되는 압축기(12)의 중간 지점에서 증발가스를 냉각하기 위해 사용된다.
증발가스는 압축기(12)에 의해 압축되면 압축열로 인하여 승온되는데, 이 경우 하류에서의 압축기(12) 부하가 증가하는 문제가 있다. 따라서 본 실시예는 중간 냉각을 위해 인터쿨러(15)를 사용한다.
구체적으로 인터쿨러(15)는 응축기(13)에서 액화된 증발가스를 저장하여 응축기(13)로부터 카고탱크(10)로 전달되는 증발가스를 냉각하는 냉매로 사용한다. 이를 위해 증발가스 액화라인(L14)은 인터쿨러(15) 상류에서 분기되어, 일측은 인터쿨러(15) 내로 증발가스를 전달하고, 타측은 인터쿨러(15)에 저장된 증발가스와 열교환하기 위해 인터쿨러(15) 내부를 경유한 뒤 카고탱크(10)로 연결된다.
즉 인터쿨러(15)는, 응축기(13)에서 카고탱크(10)로 전달되는 증발가스를, 응축기(13)로부터 전달받아 내부에 저장하고 있는 증발가스와 열교환하여, 카고탱크(10)로 전달되는 증발가스를 충분히 액화시킬 수 있다. 이때 열교환 효율 향상을 위해 증발가스 액화라인(L14)에서 인터쿨러(15) 내부를 경유하는 부분은 코일 형태로 마련될 수 있다.
또한 인터쿨러(15)는, 응축기(13)로부터 전달되어 내부에 저장된 증발가스 중 기상을 압축기(12)들 사이에 전달한다. 인터쿨러(15)에서 압축기(12)들 사이로 전달되는 기상의 증발가스는 비등점에 인접한 극저온 상태이다. 따라서 압축기(12)들 사이의 증발가스는, 인터쿨러(15)로부터 전달되는 기상 증발가스와 혼합되면서 냉각될 수 있다.
인터쿨러(15)를 모든 압축기(12)의 중간 지점에 각각 마련하게 되면, 1단 압축기(12a)를 제외한 2단 압축기(12b) 이하의 압축기(12)들에 대해 유입되는 증발가스를 충분히 냉각시킬 수 있으므로 압축 효율은 높일 수 있다.
그러나 2단 압축기(12b) 등은, 1단으로부터 전달되는 증발가스 및 인터쿨러(15)에 의해 전달되는 기상의 증발가스를 모두 전달받게 되므로, 인터쿨러(15)에 의해 압축기(12)들 사이로 전달되는 증발가스량으로 인해, 카고탱크(10)로부터 전달될 수 있는 증발가스량이 제한될 수밖에 없다.
즉 재액화부(100)는, 1단 압축기(12a)의 유입 허용량 대비, 인터쿨러(15)에 의해 압축기(12)들 사이로 전달되는 증발가스량을 제외한 만큼의 재액화 용량을 갖게 된다. 일례로 1단 압축기(12a)의 유입 허용량이 800이라고 할 때, 인터쿨러(15)에 의해 2단 압축기(12b) 및 3단 압축기(12c)에 각각 200의 증발가스가 순환하게 되면, 최종적으로 재액화부(100)가 카고탱크(10)로부터 전달받을 수 있는 증발가스량은 400으로 감소한다.
그러나 본 실시예는, 1단 압축기(12a)와 2단 압축기(12b) 사이 또는 2단 압축기(12b)와 3단 압축기(12c) 사이에 연결되는 인터쿨러(15) 중 적어도 어느 하나를 애프터쿨러(16)로 대체함으로써, 재액화부(100)의 용량을 확보할 수 있다.
애프터쿨러(16)는, 압축기(12)들 사이 중 일부에 마련되며 인터쿨러(15)를 대신하여 별도의 냉매를 이용해 증발가스를 냉각할 수 있다. 애프터쿨러(16)는 응축기(13) 관점에서 보면 예냉기의 기능을 구현할 수 있다.
애프터쿨러(16)는 응축기(13)와 유사하게 해수 등의 냉매를 이용할 수 있으며, 이외에도 다양한 냉매를 활용할 수 있다. 다만 애프터쿨러(16)는 카고탱크(10)에 저장된 액화가스 또는 카고탱크(10)로부터 배출되는 증발가스가 아닌, 외부로부터 공급되는 별도의 냉매를 사용할 수 있다.
도면을 기준으로 설명하면, 본 실시예는 1단 압축기(12a)와 2단 압축기(12b) 사이에 인터쿨러(15)를 연결해 기상 증발가스를 순환하게 되고, 2단 압축기(12b)와 3단 압축기(12c) 사이에 애프터쿨러(16)를 마련하게 된다.
이때 1단 압축기(12a)의 유입 허용량이 800이고 인터쿨러(15)의 순환이 200만큼 이루어진다면, 본 실시예는 카고탱크(10)로부터 재액화부(100)로 600의 증발가스량의 전달이 허용된다.
즉 본 실시예는, 재액화부(100)가 압축기(12)들 사이에 각각 인터쿨러(15)를 모두 연결하는 경우와 대비할 때, 적어도 어느 하나의 인터쿨러(15)를 애프터쿨러(16)로 대체하게 되어, 재액화 용량을 높일 수 있다.
또한 재액화부(100)는 백업 및 2종 이상의 증발가스를 처리하기 위해 복수로 마련될 수 있는데, 본 실시예의 재액화부(100)는 압축기(12)들 사이에 각각 인터쿨러(15)를 모두 연결하는 경우와 비교하면, 적어도 어느 하나의 인터쿨러(15)를 애프터쿨러(16)로 대체함으로써 재액화부(100)의 총 설치 대수를 감축할 수 있다.
일례로 본 발명이 요구하는 재액화부(100)의 총 용량이 1200 이라고 하면, 모든 압축기(12)의 중간 지점에 인터쿨러(15)를 연결한 경우 재액화부(100) 하나의 처리 용량은 400 인 반면, 적어도 하나의 인터쿨러(15)를 애프터쿨러(16)로 대체한 본 실시예에서 한 재액화부(100) 하나의 처리 용량은 600으로 증가할 수 있는 바, 본 실시예는 재액화부(100)의 설치 대수를 3대에서 2대로 감축할 수 있게 된다.
이와 같은 본 실시예의 재액화부(100)는, 2가지 모드로 가동할 수 있다. 일례로 재액화부(100)는 응축기(13)에서 액화된 증발가스를 인터쿨러(15)를 경유하여 카고탱크(10)로 전달하는 재액화 모드와, 응축기(13)의 상류 또는 하류에서 증발가스를 추진엔진(E) 측으로 전달하는 연료공급 모드로 가동할 수 있다.
구체적으로 재액화 모드는, 도 3에 나타난 바와 같이, 다단 압축된 증발가스가 응축기(13)를 거쳐 액화된 후 액상 리시버(14)를 지나 인터쿨러(15)로 전달된다.
이때 증발가스는 분기되며, 일부의 증발가스는 인터쿨러(15) 내부로 채워질 수 있으며, 나머지의 증발가스는 인터쿨러(15) 내부에 채워진 증발가스와 혼합되진 않고 열교환만 하도록 인터쿨러(15) 내를 경유하게 된다. 인터쿨러(15)를 경유한 증발가스는 안정적으로 액상을 유지하도록 냉각되거나 또는 과냉된 후, 카고탱크(10)로 리턴될 수 있다.
반면 연료공급 모드는, 도 4에 나타난 바와 같이 다단 압축된 증발가스를 응축기(13) 상류에서 연료탱크(20)로 전달할 수 있고, 또는 다단 압축 및 응축된 증발가스를 추진엔진(E) 측의 고압펌프(40) 등으로 전달할 수 있다.
연료공급 모드는 카고탱크(10)로 리턴하는 것이 바람직하지 않거나, 추진엔진(E)의 부하가 높아 연료탱크(20) 내에 저장된 것만으로는 부족한 경우 등에 가동할 수 있다.
일례로 카고탱크(10)에 프로판, 부탄이 저장되어 있을 때, 부탄을 처리하는 재액화부(100)에 문제가 발생해 작동이 정지되는 경우, 프로판을 처리하는 다른 재액화부(100)를 이용하여 부탄을 액화할 수 있고, 다만 이때 재액화부(100)에 남아있던 프로판이 부탄에 혼입될 우려가 있으므로, 액화된 부탄을 카고탱크(10)로 전달하는 대신 연료탱크(20)나 추진엔진(E)으로 전달하는 연료공급 모드가 이루어질 수 있다.
이 외에도 카고탱크(10)로의 전달보다는 연료탱크(20) 등으로의 전달이 바람직한 다양한 상황에서, 재액화 모드를 대신하여 연료공급 모드로 작동이 가능하다.
이를 통해 본 실시예는 앞선 실시예에서와 같이, 재액화부(100) 자체의 용량 및 설치 대수를 축소할 수 있게 되며, 특히 앞서 설명한 것처럼 인터쿨러(15)를 애프터쿨러(16)로 대체하여 재액화부(100)의 개별 용량을 확대할 수 있어, 설치 대수의 추가적인 축소도 가능하다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 개념도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 열교환기(30)와 쿨러(60)에 대해 매체 공급부(31)를 통합 설치할 수 있다.
열교환기(30)는, 액화가스 공급라인(L20) 상에서 추진엔진(E)에 인접한 위치에 마련되며, 특히 추진엔진(E)으로 유입되는 액화가스의 온도를 효과적으로 제어하기 위해 고압펌프(40)의 하류에 구비될 수 있다.
이러한 열교환기(30)는, 앞서 설명한 바와 같이 추진엔진(E)으로 공급되는 액화가스의 온도를 추진엔진(E)의 요구온도로 조절한다. 이때 열교환기(30)는 액화가스를 가열하거나 또는 냉각할 수 있으며, 글리콜워터 등을 사용할 수 있다. 열교환기(30)로 유입된 글리콜워터는 액화가스를 가열할 경우에는 냉각되고, 액화가스를 냉각할 경우에는 가열된다.
또한 쿨러(60)는, 액화가스 회수라인(L30) 상에 마련되며, 앞서 설명한 바와 같이 고압펌프(40)의 minimum flow 확보를 위한 액화가스 분기라인(L22)이 액화가스 회수라인(L30)에 합류되는 지점보다 하류에 구비될 수 있다.
이러한 쿨러(60)는 추진엔진(E)에서 배출되는 액상의 잉여 액화가스 및 액화가스 분기라인(L22)을 통해 순환되는 액화가스를 냉각해 고압펌프(40)로 전달한다. 이때 쿨러(60)는 글리콜워터 등을 사용할 수 있고, 쿨러(60)로 유입된 글리콜워터는 액화가스를 냉각하면서 가열된다.
특히 본 실시예는, 열교환기(30)에 액화가스와의 열교환을 위한 매체를 공급하는 매체 공급부(31)가, 쿨러(60)에도 매체를 공급하여 열교환기(30)와 쿨러(60)가 매체를 공유하도록 할 수 있다.
구체적으로 매체 공급부(31)는, 열교환기(30) 및 쿨러(60)를 직렬 또는 병렬로 연결하여, 열교환기(30) 및 쿨러(60)에 액화가스와의 열교환을 위한 매체를 공급하도록 마련된다.
이를 위해 매체 공급부(31)는, 쿨러(60) 및 열교환기(30)를 직렬 또는 병렬로 연결하는 매체 공급라인(L40)을 포함하며, 매체 공급라인(L40)은 부분적으로 쿨러(60) 또는 열교환기(30)를 우회하도록 마련된다.
앞서 설명한 바와 같이 열교환기(30)는 액화가스의 온도를 추진엔진(E)의 요구온도에 맞춰줄 수 있는데, 열교환기(30)로 유입되는 액화가스의 온도가 추진엔진(E)의 요구온도보다 낮은 경우와 높은 경우 모두 발생할 수 있다.
따라서 열교환기(30)는 액화가스에 대한 가열 및 냉각을 모두 구현해야 하는데, 이를 위해 매체 공급부(31)는 쿨러(60) 등을 우회할 수 있도록 마련된 매체 공급라인(L40)을 통하여 쿨러(60)의 경유 또는 우회를 조절할 수 있다.
일례로 매체 공급부(31)는, 쿨러(60)를 경유하면서 액화가스에 의해 가열된 매체를 열교환기(30)에 공급하여 열교환기(30)에서 액화가스가 가열되도록 하거나, 쿨러(60)를 우회한 매체를 열교환기(30)에 공급하여 열교환기(30)에서 액화가스가 냉각되도록 할 수 있다.
따라서 매체 공급부(31)는, 추진엔진(E)의 요구온도 대비 열교환기(30)로 유입되는 액화가스의 온도를 토대로, 매체에 대한 쿨러(60)의 우회 여부를 제어하여 열교환기(30)에서 액화가스가 가열 또는 냉각되도록 할 수 있다.
이때 매체 공급부(31)는 고압펌프(40)와 열교환기(30) 사이에서의 액화가스 온도를 제어 변수로 활용하거나, 고압펌프(40)의 부하 또는 추진엔진(E)의 부하 등을 제어 변수로 활용할 수도 있다.
또한 매체 공급부(31)는, 쿨러(60)의 우회가 부분적으로 이루어지도록 하여, 쿨러(60)로 유입되는 액화가스의 온도 변화에도 불구하고 열교환기(30)로 유입되는 매체의 온도를 비교적 일정하게 맞춰줄 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 추진엔진(E)에서 회수되는 액상의 잉여 액화가스를 냉각하는 쿨러(60)와, 추진엔진(E)으로 공급되는 액화가스를 가열/냉각하는 열교환기(30)에 대해 매체 공급부(31)를 통합 구비함으로써, 열교환기(30)에서 액화가스를 가열하고자 할 때 쿨러(60)의 폐열을 이용하도록 해 에너지 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.
추가적으로 본 실시예는, 카고탱크(10)에서 연료탱크(20)로 액화가스를 전달하기 위해 액화가스 전달라인(L23)이 마련되며, 카고탱크(10)에는 이송펌프(10a)가 마련된다. 또한 액화가스 전달라인(L23)에는 이송펌프(10a)의 하류에 부스터펌프(10b)가 마련될 수 있는데, 부스터펌프(10b)는 이송펌프(10a)의 토출 압력과 연료탱크(20)의 저장압력 간의 차압을 해소하기 위하여 마련될 수 있다.
연료탱크(20)는 내부에서 액화가스가 기화되지 않도록, 임계압력 이상으로 액화가스를 저장할 수 있는데, 이때 부스터펌프(10b)는 이송펌프(10a)에서 토출된 액화가스를 임계압력 이상으로 끌어올려 연료탱크(20)에 공급해줄 수 있다.
부스터펌프(10b)는 하나 이상으로 마련될 수 있으며, 복수로 마련될 경우 병렬 또는 직렬로 배치될 수 있다. 부스터펌프(10b)가 직렬로 배치되는 경우 액화가스 전달라인(L23)은 적어도 하나의 부스터펌프(10b)를 우회할 수 있도록 마련되어, 연료탱크(20)의 내압에 대응할 수 있다.
카고탱크(10)와 연료탱크(20) 사이의 액화가스 전달라인(L23) 상에는, 히터(10c)가 마련될 수 있다. 카고탱크(10)에 저장되는 액화가스에는 수분이 일부 포함될 수 있는데, 액화가스의 저온 냉열로 인해 수분이 응결되면서 메탄 하이드레이트 등이 생성될 수 있다.
따라서 본 실시예는 히터(10c)를 이용하여 연료탱크(20)로 유입되는 액화가스를 가열해 줌으로써, 하이드레이트의 생성을 억제할 수 있다. 다만 히터(10c)는 액화가스가 기화되지 않는 정도로만 액화가스를 가열할 수 있고, 액화가스가 압력이 높아지면 비등점이 높아져 기화가 잘 되지 않는 특성을 고려하여 부스터펌프(10b)의 하류에 히터(10c)를 구비할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 개념도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 앞서 제2 실시예에서 설명한 구성(압축기(12)의 중간지점 마다 인터쿨러(15)를 연결하는 경우)과 대비할 때, 적어도 어느 하나의 인터쿨러(15)를 응축기(13)의 스트림으로 통합할 수 있다.
본 실시예에서 인터쿨러(15)는, 앞선 실시예에서와 같이 응축기(13)에서 액화된 증발가스 중 적어도 일부를 저장하여 응축기(13)로부터 카고탱크(10)로 전달되는 증발가스를 냉각하는 냉매로 사용한다.
이때 증발가스 액화라인(L14)에서 인터쿨러(15) 내부로 전달되는 증발가스는, 팽창밸브(V14)를 경유해 감압되면서 온도가 떨어질 수 있으므로, 응축기(13)에서 인터쿨러(15)를 경유해 카고탱크(10)로 전달되는 증발가스를 충분히 냉각시켜줄 수 있다.
인터쿨러(15)는 응축기(13)로부터 유입된 증발가스 중 적어도 일부를 압축기(12)들 사이로 전달하게 되는데, 인터쿨러(15)에 의한 증발가스의 순환으로 인해 재액화부(100)의 전체 액화용량이 감소할 수 있음은 언급한 바와 같다.
그러나 본 실시예는, 최종단 압축기(12)의 상류에 인터쿨러(15)를 연결하는 대신, 응축기(13)를 이용하여 중간 냉각을 구현하여 적어도 하나의 인터쿨러(15)를 생략할 수 있다.
즉 응축기(13)는, 압축기(12)들 사이 중 일부에서 인터쿨러(15)를 대체하도록, 냉매가 유동하는 냉매 스트림(13b)과 압축기(12)에 의해 압축된 증발가스가 유동하는 증발가스 스트림(13a)과 압축기(12)들 사이 중 일부의 중간냉각 스트림(13c)이 상호 열교환하는 구조를 가질 수 있다.
이를 통해 응축기(13)는, 최종단의 압축기(12)(3단 압축기(12c))에서 압축된 증발가스와 최종단의 직전에 마련된 압축기(12)(2단 압축기(12b))에서 압축된 증발가스를, 냉매로 한꺼번에 냉각할 수 있다.
또한 본 실시예는 압축기(12)들 사이의 중간 지점에 연결되는 인터쿨러(15) 중 적어도 하나를 응축기(13)의 중간냉각 스트림(13c)으로 치환함으로써, 재액화부(100)는 압축기(12)들 사이에 각각 인터쿨러(15)를 연결하는 경우 대비, 적어도 어느 하나의 인터쿨러(15)를 응축기(13)의 스트림으로 대체하여 재액화 용량을 높이거나 재액화부(100)의 총 설치 대수를 감축할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 2단 압축기(12b)와 3단 압축기(12c)의 중간 지점 등에 인터쿨러(15)를 연결해 냉각을 구현하는 대신에, 응축기(13)에 중간냉각 스트림(13c)을 추가해 인터쿨러(15) 기능을 수행하도록 함으로써, 인터쿨러(15)의 생략을 통해 재액화부(100)의 액화용량 증대를 구현할 수 있고, 액화 효율을 높일 수 있다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 개념도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 재액화부(100)에 마련된 복수의 압축기(12)가 압축 단 수를 조절하도록 마련된다.
즉 복수의 압축기(12)는, 적어도 일부의 압축기(12)에 대해 우회 또는 상류로의 회수가 가능하도록 마련된다. 이를 위해 압축기(12)가 마련되는 증발가스 배출라인(L10)에는 우회라인(L10a, L10b, L10c)과 회수라인(L10d)이 마련된다.
구체적으로 우회라인(L10a, L10b, L10c)은 적어도 2단 하류의 압축기(12)에 대해 우회 가능하도록 마련될 수 있으며, 회수라인(L10d)은 적어도 3단 하류의 압축기(12)에서 배출된 증발가스를 적어도 2단 상류의 압축기(12)로 전달 가능하도록 마련될 수 있다.
재액화부(100)는, 응축기(13)로 유입되는 증발가스의 종류(조성, 비등점)에 따라 증발가스의 압축 단 수를 조절할 수 있다. 복수의 카고탱크(10)는 비등점이 상이한 적어도 2종의 액화가스(프로판, 부탄, 프로필렌, 암모니아 등)를 개별적으로 저장하도록 마련될 수 있는데, 재액화부(100)는 프로판 대비 비등점이 높은 부탄에 대해, 프로판을 재액화하는 경우 대비 압축 단수를 낮출 수 있다.
일례로 프로판은 3단 압축 후 응축기(13)로 전달해 액화하고, 부탄은 2단 압축 후 응축기(13)로 전달해 액화할 수 있다. 다만 이와 같이 서로 다른 조성의 증발가스를 하나의 재액화부(100)로 처리하는 경우, 액화된 증발가스는 카고탱크(10)로 회수되는 대신 연료탱크(20) 또는 추진엔진(E)으로 공급되어 소비될 수 있다.
또한 재액화부(100)는, 응축기(13)에 공급되는 냉매의 온도에 따라 증발가스의 압축 단 수를 조절할 수 있다. 응축기(13)는 해수를 냉매로 이용하며 해수는 선체에 마련되는 씨체스트를 통해 외부로부터 유입되는데, 재액화부(100)는 씨체스트로 유입되는 해수의 온도에 따라 증발가스의 압축 단 수를 조절할 수 있다. 이 경우 재액화부(100)는 씨체스트로 유입된 해수의 온도와 대응되는 환경 온도를 제어 변수로 사용할 수도 있다.
일례로 재액화부(100)는, 해수의 온도가 높을 경우 압축기(12)를 통해 비등점을 충분히 끌어올려야 하므로, 복수의 압축기(12)를 증발가스가 모두 경유하도록 도 7의 (A)에서와 같이 우회라인(L10a, L10b, L10c) 및 회수라인(L10d)을 폐쇄할 수 있다.
반면 재액화부(100)는 해수의 온도가 낮아 3단 압축을 대신하여 2단 압축으로도 충분하다고 판단할 경우, 도 7의 (B)에서와 같이 2단 압축기(12b)를 우회하는 우회라인(L10a)을 개방하여 1단 압축기(12a) -> 3단 압축기(12c) -> 응축기(13)로 2단 압축되도록 하고, 3단 압축기(12c)를 우회하는 우회라인(L10b)을 개방하여 1단 압축기(12a) -> 2단 압축기(12b) -> 응축기(13)로 2단 압축되도록 할 수 있다.
따라서 도 7의 (B)의 경우 2단 압축기(12b)와 3단 압축기(12c)는 병렬로 놓이게 되며, 1단 압축기(12a)에서 압축된 증발가스가 2단 압축기(12b)/3단 압축기(12c)로 분배되어 압축된 후 응축기(13) 상류에서 합류될 수 있다.
또는 재액화부(100)는 도 7의 (C)에서와 같이, 1단 압축기(12a)와 2단 압축기(12b)를 한꺼번에 우회하는 우회라인(L10c)을 개방하고, 3단 압축기(12c)에서 2단 압축기(12b)의 상류로 유입되는 회수라인(L10d) 및 3단 압축기(12c)를 우회하는 우회라인(L10b)을 개방하여, 증발가스가 3단 압축기(12c) -> 2단 압축기(12b) -> 응축기(13)로 2단 압축되도록 하고, 3단 압축기(12c)를 우회하는 우회라인(L10b)을 개방하여 1단 압축기(12a) -> 2단 압축기(12b) -> 응축기(13)로 2단 압축되도록 할 수 있다.
따라서 도 7의 (C)의 경우 1단 압축기(12a)와 3단 압축기(12c)가 병렬로 놓이게 되며, 카고탱크(10)에서 배출된 증발가스가 1단 압축기(12a)/3단 압축기(12c)로 분배되어 압축된 후 2단 압축기(12b)의 상류에서 합류되고, 2단 압축기(12b)를 거쳐 응축기(13)로 전달될 수 있다.
이외에도 재액화부(100)는 우회라인(L10a, L10b, L10c) 및/또는 회수라인(L10d)을 제어하여 압축 단 수를 다양하게 조절할 수 있으며, 도면에 포함되지 않은 우회라인(L10a, L10b, L10c)과 회수라인(L10d) 등을 자유롭게 추가해 압축 단 수 조절의 다양성을 확보할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 응축기(13)로 유입되는 증발가스의 종류나 냉매의 상태 등을 고려하여 압축기(12)의 압축 단 수를 조절함으로써, 재액화 효율을 충분히 보장할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)의 개념도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 앞선 제2 실시예에서 설명한 구성(압축기(12) 중간 지점에 모두 인터쿨러(15)를 연결)과 대비할 때 인터쿨러(15)를 모두 세퍼레이터(17)로 대체할 수 있다.
세퍼레이터(17)는, 응축기(13)에서 액화된 증발가스를 기액 분리한다. 앞선 실시예에서 인터쿨러(15) 역시 응축기(13)에서 액화된 증발가스를 전달받아 내부에 저장한다는 점에서 세퍼레이터(17)와 유사하다.
다만 인터쿨러(15)의 경우 내부에 저장된 증발가스를 냉매로 하여, 응축기(13)에서 카고탱크(10)로 전달되는 증발가스를 열교환하기 위해, 증발가스가 저장된 내부 공간에는 증발가스 액화라인(L14)이 코일 형태로 경유하도록 마련된다.
이에 반해 본 실시예의 세퍼레이터(17)는, 단순히 증발가스를 기액분리할 뿐 증발가스 간의 열교환을 구현하지 않으므로, 내부에 코일 형태의 증발가스 액화라인(L14)이 생략될 수 있다.
반면 세퍼레이터(17)가 마련되는 본 실시예의 증발가스 액화라인(L14)은, 세퍼레이터(17)에 연결된 후, 세퍼레이터(17)에서 액상 출구로부터 다시 연장되어 카고탱크(10)로 연결될 수 있다.
따라서 응축기(13)에서 액화된 증발가스는 세퍼레이터(17)로 유입된 후, 액상은 증발가스 액화라인(L14)을 통해 카고탱크(10)로 전달되고, 기상은 압축기(12)들 사이의 증발가스로 전달되어 혼합된다.
이때 재액화부(100)의 액상 리시버(14)는, 응축기(13)에서 액화된 증발가스에서 액상을 세퍼레이터(17)로 전달하며, 세퍼레이터(17)는 압축기(12)들 사이에 각각 연결되어 적어도 2단 하류의 압축기(12)로 유입되는 증발가스를, 응축기(13)에서 액화된 증발가스 중 비등점에 근접한 극저온의 기상을 혼합해 온도를 낮추게 된다.
이와 같이 본 실시예는, 증발가스 액화라인(L14)이 코일 형태로 내부에 구비되어야 하는 인터쿨러(15)를 대신하여 구조가 단순한 세퍼레이터(17)를 이용함으로써, 액화 효율은 유지하면서도 설치 및 운영 비용 등을 효과적으로 절감할 수 있다.
본 발명은 앞서 설명한 실시예 외에, 적어도 어느 하나의 실시예와 종래기술을 조합한 것과 적어도 둘 이상의 실시예를 조합한 것을 추가적인 실시예로 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: 카고탱크
10a: 이송펌프 10b: 부스터펌프
10c: 히터 11: 드럼
12: 압축기 12a: 1단 압축기
12b: 2단 압축기 12c: 3단 압축기
13: 응축기 13a: 증발가스 스트림
13b: 냉매 스트림 13c: 중간냉각 스트림
14: 액상 리시버 15: 인터쿨러
16: 애프터쿨러 17: 세퍼레이터
100: 재액화부 20: 연료탱크
21: 저압펌프 30: 열교환기
31: 매체 공급부 40: 고압펌프
50: 포집탱크 51: 녹아웃 드럼
60: 쿨러 L10: 증발가스 배출라인
L10a, L10b, L10c: 우회라인 L10d: 회수라인
L11: 증발가스 전달라인 L12: 증발가스 공급라인
L13: 증발가스 리턴라인 L14: 증발가스 액화라인
V14: 팽창밸브 L20: 액화가스 공급라인
L21: 액화가스 리턴라인 L22: 액화가스 분기라인
L23: 액화가스 전달라인 L30: 액화가스 회수라인
L31: 액화가스 포집라인 L32: 액화가스 처리라인
L40: 매체 공급라인 E: 추진엔진

Claims (8)

  1. 중탄화수소 또는 암모니아인 액화가스를 화물 또는 추진엔진의 연료로서 저장하는 카고탱크; 및
    상기 카고탱크에서 발생한 증발가스를 액화시키는 재액화부를 포함하며,
    상기 재액화부는,
    상기 카고탱크에서 배출되는 증발가스를 적어도 3단 압축하는 복수의 압축기;
    압축된 증발가스를 액화시키는 응축기;
    상기 응축기에서 액화된 증발가스 중 적어도 일부를 저장하여 상기 응축기로부터 상기 카고탱크로 전달되는 증발가스를 냉각하는 냉매로 사용하며, 상기 응축기로부터 유입된 증발가스 중 적어도 일부를 상기 압축기들 사이에 전달하는 인터쿨러; 및
    상기 압축기들 사이 중 일부에 마련되며 상기 인터쿨러를 대신하여 별도의 냉매를 이용해 증발가스를 냉각하는 애프터 쿨러를 포함하며,
    상기 인터쿨러는,
    상기 응축기에서 상기 카고탱크로 전달되는 증발가스를 상기 응축기로부터 전달받아 내부에 저장하고 있는 증발가스와 열교환하며, 내부에 저장된 증발가스 중 기상을 상기 압축기의 1단과 2단 사이에 전달하며,
    상기 애프터 쿨러는,
    상기 압축기의 2단과 3단 사이의 증발가스를 상기 카고탱크로부터 배출되는 증발가스가 아닌 별도의 냉매를 사용하여 냉각하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 재액화부는,
    1단의 상기 압축기의 유입 허용량 대비 상기 인터쿨러에 의해 상기 압축기들 사이로 전달되는 증발가스량을 제외한 만큼의 재액화 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 재액화부는,
    상기 압축기들 사이에 각각 상기 인터쿨러를 연결하는 경우 대비, 적어도 어느 하나의 상기 인터쿨러를 상기 애프터쿨러로 대체하여 재액화 용량을 높인 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 재액화부는,
    복수로 마련되며,
    상기 압축기들 사이에 각각 상기 인터쿨러를 연결하는 경우 대비, 적어도 어느 하나의 상기 인터쿨러를 상기 애프터쿨러로 대체하여 상기 재액화부의 총 설치 대수를 감축한 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 재액화부는,
    상기 응축기에서 액화된 증발가스를 상기 인터쿨러를 경유하여 상기 카고탱크로 전달하는 재액화 모드와,
    상기 응축기의 상류 또는 하류에서 증발가스를 상기 추진엔진 측으로 전달하는 연료공급 모드로 가동하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    액화가스를 추진엔진에 공급할 연료로 저장하는 연료탱크; 및
    상기 카고탱크 또는 상기 연료탱크의 액화가스를 추진엔진으로 전달하는 고압펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 카고탱크에서 발생한 증발가스를 상기 응축기로 전달하며 상기 압축기가 마련되는 증발가스 배출라인;
    상기 증발가스 배출라인에서 상기 압축기의 하류로부터 분기되어 상기 연료탱크로 연결되는 증발가스 전달라인;
    상기 응축기에서 액화된 증발가스를 상기 고압펌프로 전달하는 증발가스 공급라인;
    상기 증발가스 공급라인에서 분기되어 상기 연료탱크로 연결되는 증발가스 리턴라인; 및
    상기 응축기에서 액화된 증발가스를 상기 카고탱크로 전달하며 상기 인터쿨러가 마련되는 증발가스 액화라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 상기 가스 처리 시스템을 갖는 액화가스 운반선인 것을 특징으로 하는 선박.
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