KR102396655B1 - 가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 가스 재액화 시스템은, 혼합냉매를 이용하여 증발가스를 액화시키는 것으로서, 혼합냉매를 압축하는 혼합냉매 압축기; 상기 혼합냉매 압축기에서 압축된 혼합냉매를 냉각시키는 쿨러; 상기 증발가스를 상기 쿨러에서 토출되는 냉각된 혼합냉매와 열교환하여 액화시키는 재액화기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박{Liquefaction system of gas and ship having the same}
본 발명은 가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.
액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.
이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다. 이러한 액화가스를 연료로 사용하는 엔진이 구동되기 위해서 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 액화가스의 상태와는 다를 수 있다.
또한 LNG를 액상으로 보관할 때 탱크로 열침투가 발생함에 따라 일부 LNG가 기화되어 증발가스(BOG: Boil off Gas)가 생성되는데, 이러한 증발가스는 증발가스 재액화 시스템상에 문제를 일으킬 수 있어 기존에는 증발가스를 외부로 배출시켜 태우는 방법(기존에는 탱크 압력을 낮춰 탱크의 파손 위험을 제거하기 위해서 증발가스를 단순히 외부로 배출 처리하였다.)으로 소비를 시킴으로서 문제를 해결하고자 하였으나 이는 환경오염과 자원낭비의 문제를 일으키고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 혼합냉매를 이용하여 가스를 재액화 시키는 시스템에서, 혼합냉매의 온도 저하에 따른 재액화 효율 저하를 방지하기 위해 증발가스의 냉열을 이용할 수 있는 가스 재액화 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 재액화 시스템은, 혼합냉매를 이용하여 증발가스를 액화시키는 것으로서, 혼합냉매를 압축하는 혼합냉매 압축기, 상기 혼합냉매 압축기에서 압축된 혼합냉매를 냉각시키는 쿨러, 상기 증발가스를 상기 쿨러에서 토출되는 냉각된 혼합냉매와 열교환하여 액화시키는 재액화기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 가스 재액화 시스템은, 상기 재액화기에서 토출되는 혼합냉매를 기액분리하는 혼합냉매 기액분리기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 재액화기는, 상기 혼합냉매 기액분리기에 의해 분리된 기상의 혼합냉매와 액상의 혼합냉매가 독립적으로 유동하는 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 재액화기는, 상기 증발가스가 유동하는 제1 유로, 상기 쿨러에서 토출되는 냉각된 혼합냉매가 유동하는 제2 유로, 상기 혼합냉매 기액분리기에 의해 분리된 기상의 혼합냉매가 유동하는 제3 유로, 및 상기 제3 유로에서 토출된 혼합냉매가 다시 상기 재액화기로 주입되어 유동하는 제4 유로를 포함하며, 상기 혼합냉매 기액분리기에 의해 분리된 액상의 혼합냉매는 상기 제4 유로로 공급될 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 재액화 시스템은, 상기 혼합냉매 압축기, 상기 쿨러 및 상기 재액화기를 연결하여 혼합냉매를 유동하는 혼합냉매 공급라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 재액화 시스템은, 상기 혼합냉매 공급라인 상에 마련되며, 상기 쿨러에서 토출되는 냉각된 혼합냉매를 액화가스 저장탱크로부터 공급되는 증발가스로 냉각시키는 제2 쿨러를 더 포함하며, 상기 재액화기는, 상기 증발가스를 상기 제2 쿨러에서 토출되는 냉각된 혼합냉매와 열교환하여 액화시키는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 재액화 시스템은, 상기 혼합냉매 공급라인으로부터 분기하되, 상기 쿨러의 하류에서 분기하여 상기 제2 쿨러를 우회하여 상기 재액화기로 혼합냉매를 전달하는 바이패스 라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 재액화기로 공급되는 혼합냉매의 온도가 미리 정해진 온도보다 낮은 경우, 상기 혼합냉매는 상기 바이패스 라인을 통해 유동하여 제2 쿨러를 거치지 않으며, 상기 재액화기로 공급되는 혼합냉매의 온도가 미리 정해진 온도보다 높은 경우, 상기 혼합냉매는 제2 쿨러를 거쳐 상기 재액화기로 공급될 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 선박은, 전술한 본 발명의 어느 일 실시예에 따른 가스 재액화 시스템을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 혼합냉매의 재액화 효율을 극대화시키고 재액화 효율의 저하를 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래 가스 재액화 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 재액화 시스템의 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하에서는 본 발명의 증발가스 재액화 시스템에 대해 설명하며, 본 발명은 증발가스 재액화 시스템과 이를 가지는 선박을 포함하는 것이다.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스(BOG: Boil-Off Gas)는 자연기화 또는 강제기화된 액화가스를 의미할 수 있다. 다만 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또한 이하에서, 감압은 팽창을 통해서 발생되는 상태일 수 있으며, 역으로 팽창은 감압에 의해서 발생되는 상태일 수 있으므로, 감압과 팽창은 서로 혼용되어 사용될 수 있다.
도 1은 종래의 가스 재액화 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 가스 재액화 시스템은, 액화가스 저장탱크(10), 증발가스 쿨러(11), 재액화기(20), 리시버(30), 혼합냉매 압축기(31), 쿨러(33), 혼합냉매 기액분리기(34) 등을 포함한다.
가스 재액화 시스템은 액화가스 저장탱크(10)의 내부에서 발생하는 증발가스를 빼내어 혼합냉매를 이용하여 재액화하는 방식을 이용한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 선박의 엔진 등 선내 수요처에 공급될 액화가스를 저장할 수 있다. 액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 1bar 내지 10bar(일례로 1.03bar)의 압력으로 액화가스를 저장하는 압력탱크의 형태를 가질 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 선체의 내부에 배치되며, 엔진룸의 전방에 일례로 3개 또는 4개 형성될 수 있다. 또한, 액화가스 저장탱크(10)는 일례로 멤브레인 형 탱크이나, 이에 한정되지 않고 독립형 탱크 등, 다양한 형태로 그 종류를 특별히 한정하지는 않는다.
증발가스 공급라인(L1)은 액화가스 저장탱크(10)의 내부에서 발생하는 증발가스를 재액화기(20)로 공급할 수 있다. 증발가스 공급라인(L1)은 액화가스 저장탱크(10)의 상부에 마련될 수 있으며, 증발가스의 일차적인 냉각을 위한 증발가스 쿨러(11)를 구비할 수 있다.
재액화기(20)는 혼합냉매를 이용하여 증발가스를 액화시킬 수 있다. 재액화기(20)는 증발가스 공급라인(L1)에 연결되어 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스를 공급받을 수 있으며, 혼합냉매 공급라인(L2)으로부터 혼합냉매를 공급받을 수 있다. 재액화기(20)는 혼합냉매와 증발가스를 열교환시킨 후, 혼합냉매는 혼합냉매 리턴라인(L6)을 통해 리시버(30)로 전달하고, 액화된 증발가스는 컨덴세이트 탱크(C) 또는 액화가스 저장탱크(10)로 전달할 수 있다.
이하에서, 혼합냉매라 함은 MR(Mixed Refigerant)을 의미하며, 메탄과 프로판, 질소 등이 혼합된 냉매로서, 재액화 분야에서 이미 널리 알려진 물질일 수 있고, 혼합 비율은 액화된 증발가스를 소비하는 수요처(도시하지 않음) 요구 압력, 액화가스 저장탱크(10)의 종류 및 크기 등에 따라 달라질 수 있어 본 발명에서 별도로 한정하지 않는다.
이하, 혼합냉매의 흐름을 기준으로 증발가스의 액화 및 혼합냉매의 처리 과정에 대해 설명한다.
혼합냉매는 리시버(30)에 저장되어 있다가, 혼합냉매 공급라인(L2)을 통해 재액화기(20)로 공급될 수 있다. 리시버(30)는 혼합냉매 압축기(31)로 공급될 혼합냉매를 임시저장할 수 있다. 이때, 리시버(30)는 혼합냉매 압축기(31)로 공급될 혼합냉매의 압력변동을 방지할 수 있으며, 또는 누출된 혼합냉매를 보충하는 역할도 수행할 수 있다.
혼합냉매 압축기(31)는, 혼합냉매를 압축한다. 혼합냉매 압축기(31)는 증발가스를 압축하여 재액화기(20)로 공급하게 되는 경우, 상기 증발가스의 압축 압력에 대응하는 압력으로 혼합냉매를 압축하여 공급할 수 있다.
혼합냉매 압축기(31)는, 씰링 및 윤활을 위해 오일을 사용하는 스크류 타입일 수 있다. 따라서 혼합냉매 압축기(31)에 의한 혼합냉매의 누출에 대한 우려가 적다. 이 경우 본 발명은, 비록 리시버(30)를 구비하고 있으나 혼합냉매를 보충하기 위한 별도의 탱크를 마련하지 않을 수 있다.
혼합냉매 압축기(31)는, 적어도 하나 이상의 스크류(도시하지 않음)를 가질 수 있으며, 스크류는 모터(도시하지 않음)에 의해 회전축(도시하지 않음)을 기준으로 회전하면서 혼합냉매를 압축시킬 수 있다. 이때 스크류가 복수 개일 경우 스크류는 다단으로 마련될 수 있다.
혼합냉매 압축기(31)는 씰링 및 윤활을 위해 오일을 사용하게 되므로, 스크류에 의해 압축된 혼합냉매에는 오일이 혼입될 수 있다. 다만 오일이 혼입된 혼합냉매가 극저온의 증발가스와 열교환할 경우, 증발가스의 냉열로 인해 오일이 응고되어 열교환 효율이 낮아지거나 구성에 손상이 발생할 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 혼합냉매 압축기(31)의 하류에 오일 분리기(32)를 구비하여 오일을 제거할 수 있으며, 제거되는 오일은 오일 회수라인(L3)을 통해 다시 혼합냉매 압축기(31)로 전달하여 재사용할 수 있다. 오일 회수라인(L3)에는 오일의 순환을 위한 오일 펌프(35) 및 오일의 재사용을 위한 오일 쿨러(36)가 마련될 수 있다.
또는, 도시하지 않았으나 오일의 분리를 위해 필터를 사용할 수 있으며, 오일 분리기(32)와 필터 모두를 사용할 수도 있다. 이에 따라 혼합냉매 압축기(31)에서 혼입되는 오일은 분리되어 재액화기(20)로의 유입이 차단될 수 있다.
오일 분리기(32)에서 분리되는 혼합냉매는 쿨러(33)에서 추가로 냉각될 수 있다. 혼합냉매는 쿨러(33)를 거치면서 냉각되어 오일 분리기(32)에서 완전히 분리되지 않고 잔류하고 있는 오일을 액상으로 분리해낼 수 있다. 또한, 쿨러(33)는 혼합냉매 자체의 온도도 낮추어 재액화기(20)에서의 재액화 효율을 향상시키는 애프터 쿨러일 수 있다. 쿨러(33)는 청수나 다른 냉매를 이용하여 혼합냉매를 냉각하는 것일 수 있다.
재액화기(20)는 증발가스 공급라인(L1)으로부터 공급받는 증발가스와, 쿨러(33)를 거친 혼합냉매를 열교환시켜 증발가스를 액화시킬 수 있다. 재액화기(20)는 4개 이상의 유로를 갖는 구조로 마련되며 일례로 인쇄기판형 열교환기(PCHE)일 수 있다.
구체적으로, 재액화기(20)는 후술할 혼합냉매 기액분리기(34)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매와 액상의 혼합냉매가 독립적으로 유동하는 구조를 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 재액화기(20)는 증발가스가 유동하는 제1 유로(20a), 쿨러(33)에서 토출되어 공급되는 냉각된 혼합냉매가 유동하는 제2 유로(20b), 혼합냉매 기액분리기(34)에 의해 분리된 기상의 혼합냉매가 유동하는 제3 유로(20c) 및 제3 유로(20c)에서 토출된 혼합냉매가 다시 재액화기(20)로 주입되어 유동하게 되는 제4 유로(20d)를 포함할 수 있다. 이때, 혼합냉매 기액분리기(34)에 의해 분리된 액상의 혼합냉매는 제4 유로(20d)로 공급되어 유동할 수 있다. 제4 유로(20d)를 거쳐 재액화기(20)에서 토출되는 혼합냉매는 혼합냉매 리턴라인(L6)을 통해 전술한 리시버(30)로 전달되어 다시 혼합냉매 압축기(31)로 공급될 수 있다.
재액화기(20)에서 혼합냉매에 의해 열교환된 증발가스는, 적어도 부분적으로 액화될 수 있다.
제2 유로(20b)를 통해 재액화기(20)를 거친 혼합냉매는 혼합냉매 기액분리기(34)로 공급될 수 있다. 혼합냉매 기액분리기(34)는 혼합냉매를 기상 및 액상으로 분리하여 각각 기상 혼합냉매 공급라인(L4) 및 액상 혼합냉매 공급라인(L5)으로 전달할 수 있다.
기상 혼합냉매 공급라인(L4)은 재액화기(20)의 제3 유로(20c)로 기상의 혼합냉매를 전달하며, 기상의 혼합냉매는 제2 유로(20b)를 따라 흐르는 혼합냉매에 의해 적어도 일부가 액화될 수 있다. 제3 유로(20c)에서 토출되는 혼합냉매는 다시 제4 유로(20d)를 통해 재액화기(20)로 공급될 수 있다.
액상 혼합냉매 공급라인(L5)은 재액화기(20)의 제4 유로(20d)에 액상의 혼합냉매를 전달하며, 액상의 혼합냉매는, 적어도 일부가 액화된 기상의 혼합냉매와 합류할 수 있다. 제4 유로(20d)에서 토출되는 혼합냉매는 혼합냉매 리턴라인(L6)을 통해 리시버(30)로 전달될 수 있다. 액상 혼합냉매 공급라인(L5)은 재액화기(20)의 대략 중간부에 인입되어 제4 유로(20d)의 대략 중간부위에 연결되도록 마련될 수 있다.
이러한 종래의 가스 재액화 시스템은 혼합냉매를 이용하여 증발가스를 재액화시키면서, 혼합냉매의 압축 과정에서 혼입되는 오일의 분리를 통해 재액화기(20) 및 시스템의 보호 및 셧다운을 방지하였다. 그러나, 실제 시스템의 구동시, 쿨러(33) 하류에서의 혼합냉매의 온도가 충분히 낮아지지 않게 되어 재액화기(20)에서의 재액화 효율이 저하되는 현상이 확인되었다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 재액화 시스템(1)의 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 가스 재액화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 증발가스 쿨러(11), 증발가스 압축기(12), 재액화기(20), 리시버(30), 혼합냉매 압축기(31), 쿨러(33), 혼합냉매 기액분리기(34), 제2 쿨러(41) 등을 포함한다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 가스 재액화 시스템(1)이 종래 가스 재액화 시스템과 달라지는 점을 중심으로 설명하며, 동일한 내용은 전술한 내용으로 갈음한다.
증발가스 공급라인(L1)은 액화가스 저장탱크(10) 내부에서 발생하는 증발가스를 재액화기(20)로 전달할 수 있다. 증발가스 공급라인(L1)에는 재액화기(20)로 증발가스를 공급하기 이전에 증발가스와 혼합냉매를 열교환시키는 제2 쿨러(41)가 구비될 수 있다.
제2 쿨러(41)는 액화가스 저장탱크(10) 내에서 발생하는 증발가스의 냉열을 이용하여 혼합냉매를 냉각시킬 수 있다. 제2 쿨러(41)는 혼합냉매 공급라인(L2) 상에 마련될 수 있으며, 보다 구체적으로는 쿨러(33)의 하류에 마련될 수 있다. 혼합냉매는 쿨러(33)에서 냉각된 후, 제2 쿨러(41)에서 증발가스에 의해 추가적으로 냉각되어 재액화기(20)로 공급될 수 있다. 증발가스는 후술할 증발가스 압축기(12)를 거쳐 재액화기(20)로 공급되는 과정에서 가압에 의한 가열로 온도가 상승한 상태로 공급될 수 있으며, 증발가스의 냉열은 활용되지 못하게 된다. 따라서, 제2 쿨러(41)는 증발가스 압축기(12) 전단에서 증발가스의 냉열을 활용하여 혼합냉매를 추가 냉각시키는 데에 활용하여 전체 시스템(1)의 재액화 효율을 향상시킬 수 있다.
제2 쿨러(41)에서 토출되는 증발가스는 증발가스 압축기(12) 및 증발가스 쿨러(11)를 거쳐 재액화기(20)로 공급될 수 있다. 증발가스 공급라인(L1)은 증발가스 압축기(12)를 구비하여 압축된 증발가스를 증발가스 쿨러(11)로 공급할 수 있다.
증발가스 압축기(12)는, 증발가스 공급라인(L1) 상에 구비되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압할 수 있다. 증발가스 압축기(12)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되어 1bar 내외의 압력으로 배출되는 증발가스를 재액화기(20)에서 요구하는 압력으로 가압한 후, 증발가스 쿨러(11)로 공급할 수 있다.
증발가스 압축기(12)는, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 가압시킬 수 있다. 일례로 증발가스 압축기(12)는 피스톤(도시하지 않음)이 2 내지 3개가 구비되어 증발가스가 2단 내지 3단 가압되도록 할 수 있으며, 각 단 사이에는 추가적인 쿨러(도시하지 않음)가 구비되어 가압에 따라 온도가 상승된 증발가스를 냉각해줄 수 있다.
혼합냉매 공급라인(L2)은 리시버(30)에 저장된 혼합냉매를 재액화기(20)로 공급할 수 있으며, 혼합냉매 공급라인(L2) 상에는 혼합냉매 압축기(31), 오일 분리기(32), 쿨러(33), 제2 쿨러(41)가 마련될 수 있다.
혼합냉매 공급라인(L2)에는 혼합냉매 공급라인(L2)으로부터 분기하여 혼합냉매의 적어도 일부가 제2 쿨러(41)를 우회하도록 하는 바이패스 라인(L7)이 마련될 수 있다. 구체적으로, 바이패스 라인(L7)은 혼합냉매 공급라인(L2)에서 쿨러(33)와 제2 쿨러(41) 사이의 위치로부터 분기하는 것일 수 있으며, 제2 쿨러(41)의 하류에서 다시 혼합냉매 공급라인(L2)에 합류하는 것일 수 있다.
혼합냉매 공급라인(L2)으로부터 바이패스 라인(L7)이 분기되어 나오는 지점에는 삼방밸브(40)가 마련되어, 혼합냉매 공급라인(L2) 및 바이패스 라인(L7)으로의 혼합냉매의 유동이 제어될 수 있다. 혼합냉매 공급라인(L2)에서 제2 쿨러(41)의 하류에는 차단 밸브(42)가 마련될 수 있다. 바이패스 라인(L7)은 혼합냉매 공급라인(L2)에서 차단 밸브(42)의 하류에 연결될 수 있다. 삼방밸브(40)가 혼합냉매 공급라인(L2)으로의 혼합냉매 유동을 차단하는 경우, 혼합냉매는 바이패스 라인(L7)을 따라 유동하여 제2 쿨러(41)를 거치지 않은 상태로 다시 혼합냉매 공급라인(L2)으로 전달되어 재액화기(20)로 공급될 수 있다. 이러한 경우, 차단 밸브(42)는 닫힘 상태를 유지하여 바이패스 라인(L7)을 따라 공급된 혼합냉매가 제2 쿨러(41)쪽으로 역류하는 것을 방지할 수 있게 된다. 반대로, 삼방밸브(40)가 바이패스 라인(L7)으로의 혼합냉매 유동을 차단하는 경우, 혼합냉매는 혼합냉매 공급라인(L2)을 따라 제2 쿨러(41)를 거쳐 재액화기(20)로 공급될 수 있으며, 차단 밸브(42)는 열린 상태를 유지할 수 있다.
혼합냉매 공급라인(L2)은 온도 센서(43)를 구비하여 재액화기(20)로 공급되는 혼합냉매의 온도를 실시간으로 측정하고, 측정된 온도에 따라 제2 쿨러(41)를 이용한 혼합냉매의 냉각 여부를 결정할 수 있다. 또는, 온도 센서(43)는 재액화기(20)로부터 토출되는 증발가스의 유량을 측정하는 유량 센서(13)의 측정값에 따라 재액화기(20)로 공급되는 혼합냉매의 온도를 측정할 수 있다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 가스 재액화 시스템(1)에서, 재액화 효율의 저하 감지와 이에 따른 혼합냉매의 추가 냉각 과정을 통한 재액화 효율 개선 과정을 설명한다.
액화가스 저장탱크(10) 내에서 발생하는 증발가스는 증발가스 공급라인(L1)을 통해 재액화기(20)로 공급될 수 있으며, 재액화기(20)에서 혼합냉매와 열교환되어 적어도 일부가 액화된 상태로 토출될 수 있다. 혼합냉매는 혼합냉매 공급라인(L2)을 통해 재액화기(20)로 공급될 수 있으며, 혼합냉매 압축기(31), 오일 분리기(32) 및 쿨러(33)를 거쳐 재액화기(20)로 공급될 수 있다. 이러한 경우, 삼방밸브(40)는 바이패스 라인(L7)으로 혼합냉매를 유동시킬 수 있으며, 제2 쿨러(41) 하류의 차단 밸브(42)는 닫힘 상태를 유지할 수 있다. 이에 따라, 증발가스는 제2 쿨러(41)를 따라 유동하되 혼합냉매와 열교환이 이루어지는 것은 아니며, 재액화기(20)에서 혼합냉매와 열교환이 이루어진다.
유량 센서(13)는 재액화기(20)에서 토출되는 액화된 증발가스의 유량을 측정할 수 있으며, 재액화기(20)에서 토출되는 액화된 증발가스의 유량이 미리 정해진 값보다 작은 경우 온도 센서(43)를 이용하여 재액화기(20)로 공급되는 혼합냉매의 온도를 측정하고, 미리 정해진 값과 비교할 수 있다.
재액화기(20)로 공급되는 혼합냉매의 온도가 미리 정해진 온도보다 높은 경우, 삼방밸브(40)는 혼합냉매를 혼합냉매 공급라인(L2)으로 유동시키고, 바이패스 라인(L7)으로의 흐름을 차단할 수 있다. 또한, 차단 밸브(42)는 열린 상태로 유지될 수 있다. 이에 따라, 혼합냉매는 쿨러(33) 하류에서도 혼합냉매 공급라인(L2)을 따라 유동하면서 제2 쿨러(41)를 거쳐 재액화기(20)로 공급되므로, 증발가스로부터 공급받은 냉열을 이용하여 다시 증발가스의 액화에 사용할 수 있게 된다.
유량 센서(13)의 측정값이 미리 정해진 값 이상이 되는 경우에도, 온도 센서(43)를 이용하여 재액화기(20)로 공급되는 혼합냉매의 온도를 다시 측정하여 미리 정해진 값과 비교할 수 있다.
재액화기(20)로 공급되는 혼합냉매의 온도가 미리 정해진 온도보다 낮은 경우에만, 삼방밸브(40)를 제어하여 혼합냉매가 바이패스 라인(L7)을 통해 유동시키도록 하며, 차단 밸브(42)를 닫고 닫힌 상태를 유지할 수 있다. 즉, 본 실시예의 시스템에서는 액화된 증발가스 유량을 측정하여 재액화 효율을 평가하되, 추가적으로 재액화기(20)로 공급되는 혼합냉매의 온도까지 고려하여 재액화 효율의 추가적인 저하를 방지하고, 재액화 효율을 안정적으로 유지할 수 있게 된다.
이상과 같은 본 실시예에 따른 가스 재액화 시스템(1)은, 종래 쿨러(33)만을 이용하는 시스템으로 혼합냉매를 재액화에 충분한 온도로 유지 및 공급하는 데에 한계가 있었던 점을 해결하기 위해, 증발가스의 냉열을 이용하여 혼합냉매를 추가로 냉각시키는 제2 쿨러(41)를 제공한다. 제2 쿨러(41)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스를 이용하므로, 쿨러(33) 대비 별도의 동력 없이 혼합냉매의 냉각이 가능하며, 버려지는 증발가스의 냉열을 이용하여 혼합냉매를 냉각할 수 있게 되어 전체 시스템의 재액화 성능을 개선할 수 있다.
나아가, 액화된 증발가스의 유량 및 재액화기(20)로 공급되는 혼합냉매의 온도까지 실시간으로 확인하여, 제2 쿨러(41)를 이용한 혼합냉매의 추가 냉각 여부를 결정하도록 하여 증발가스이 재액화율이 극대화되는 효과가 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.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 가스 재액화 시스템 10: 액화가스 저장탱크
11: 증발가스 쿨러 12: 증발가스 압축기
13: 유량 센서 20: 재액화기
20a: 제1 유로 20b: 제2 유로
20c: 제3 유로 20d: 제4 유로
30: 리시버 31: 혼합냉매 압축기
32: 오일 분리기 33: 쿨러
34: 혼합냉매 기액분리기 35: 오일 펌프
36: 오일 쿨러 40: 삼방밸브
41: 제2 쿨러 42: 차단 밸브
43: 온도 센서 L1: 증발가스 공급라인
L2: 혼합냉매 공급라인 L3: 오일 회수라인
L4: 기상 혼합냉매 공급라인 L5: 액상 혼합냉매 공급라인
L6: 혼합냉매 리턴라인 L7: 바이패스 라인

Claims (8)

  1. 혼합냉매를 이용하여 증발가스를 액화시키는 가스 재액화 시스템으로서,
    혼합냉매를 압축하는 혼합냉매 압축기;
    상기 혼합냉매 압축기에서 압축된 혼합냉매를 증발가스가 아닌 별도의 냉매를 이용해 냉각시키는 제1 쿨러;
    증발가스를 상기 제1 쿨러에서 토출되는 냉각된 혼합냉매와 열교환하여 액화시키는 재액화기;
    액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 가압하여 상기 재액화기로 전달하는 증발가스 압축기; 및
    상기 혼합냉매의 흐름 상에서 상기 제1 쿨러와 상기 재액화기 사이에 마련되며, 상기 제1 쿨러에서 토출되는 냉각된 혼합냉매를 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 증발가스 압축기로 공급되는 증발가스로 냉각시켜 상기 재액화기로 전달하는 제2 쿨러를 포함하며,
    상기 혼합냉매 압축기, 상기 제1 쿨러, 상기 제2 쿨러 및 상기 재액화기를 연결하여 혼합냉매를 유동하는 혼합냉매 공급라인;
    상기 혼합냉매 공급라인으로부터 분기하되, 상기 제1 쿨러의 하류에서 분기하여 상기 제2 쿨러를 우회하여 상기 재액화기로 혼합냉매를 전달하는 바이패스 라인;
    상기 재액화기로부터 토출되는 액화된 증발가스의 유량을 측정하는 유량 센서; 및
    상기 재액화기로 공급되는 혼합냉매의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 혼합냉매는,
    상기 유량 센서에서 측정되는 값이 기설정유량보다 작고 또한 상기 온도 센서의 측정값이 기설정온도보다 높은 경우 상기 제2 쿨러를 거쳐 상기 재액화기로 공급되도록 유동이 제어되며,
    상기 유량 센서에서 측정되는 값이 상기 기설정유량보다 크고 또한 상기 온도 센서의 측정값이 상기 기설정온도보다 작은 경우 상기 제2 쿨러를 우회하여 상기 재액화기로 공급되도록 유동이 제어되는 것을 특징으로 하는 가스 재액화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재액화기에서 토출되는 혼합냉매를 기액분리하는 혼합냉매 기액분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 재액화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 재액화기는,
    상기 혼합냉매 기액분리기에 의해 분리된 기상의 혼합냉매와 액상의 혼합냉매가 독립적으로 유동하는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 가스 재액화 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 재액화기는,
    상기 증발가스가 유동하는 제1 유로;
    상기 제2 쿨러에서 토출되는 냉각된 혼합냉매가 유동하는 제2 유로;
    상기 혼합냉매 기액분리기에 의해 분리된 기상의 혼합냉매가 유동하는 제3 유로; 및
    상기 제3 유로에서 토출된 혼합냉매가 다시 상기 재액화기로 주입되어 유동하는 제4 유로를 포함하며,
    상기 혼합냉매 기액분리기에 의해 분리된 액상의 혼합냉매는 상기 제4 유로로 공급되는 것을 특징으로 하는 가스 재액화 시스템.
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