KR102460400B1 - 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박에서 액화가스가 자연기화하여 생성된 증발가스(Boil-Off Gas)를 엔진의 연료로 공급하거나 재액화시켜 저장탱크로 회수하는 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 선박의 증발가스 재액화 시스템은, 저압 증발가스를 엔진에서 요구하는 압력까지 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 압축 증발가스 중에서 엔진에서 요구하는 양을 초과하는 양 만큼의 압축 증발가스와 상기 저압 증발가스를 열교환시켜 상기 압축 증발가스를 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기에서 냉각된 압축 증발가스를 팽창시켜 온도를 낮춤으로써 기액혼합 또는 액상의 재액화 증발가스를 얻는 팽창밸브; 및 상기 압축 증발가스를 열교환기로 공급하기 전에, 상기 팽창밸브에 의해 생성된 재액화 증발가스의 냉열을 회수하여 상기 압축기로부터 열교환기로 공급되는 압축 증발가스를 예냉시키는 예냉기;를 더 포함한다.

Description

선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법 {Boil-Off Gas Treatment System and Method for Ship}
본 발명은 선박에서 액화가스가 자연기화하여 생성된 증발가스(Boil-Off Gas)를 엔진의 연료로 공급하거나 재액화시켜 저장탱크로 회수하는 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소 시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.
액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -163℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.
그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -163℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.
증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 증발가스의 처리를 위해, 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료수요처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.
증발가스를 재액화하기 위한 방법으로는, 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비하여 증발가스를 냉매와 열교환하여 재액화하는 방법, 별도의 냉매가 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여 재액화하는 방법 등이 있다.
한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE, X-DF 엔진, ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.
DFDE은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 5.5bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.
X-DF 엔진은, 2행정으로 구성되고, 16 bar 정도의 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클을 채택하고 있다.
ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다.
도 1에는 종래의 선박용 증발가스 처리 시스템을 대략적으로 도시하였다.
도 1을 참조하면 종래에는, 카고탱크(cargo tank)(T)로부터 배출되는 증발가스를 압축기(C)를 이용하여 압축한 후, 엔진(X-DF)의 연료로 공급하거나 재액화부로 공급하여 재액화시켜 카고탱크(T)로 회수하였다.
압축기(C)는 카고탱크(T)로부터 배출된 저압의 증발가스를 엔진(X-DF)에서 요구하는 압력, 즉, 엔진이 X-DF인 경우 약 16 bar로 압축한다.
재액화부는, 압축기(C)에서 압축된 중압 증발가스 중에서 엔진(X-DF)의 수요량을 초과하는 양 만큼의 중압 증발가스를 추가 압축하는 부스팅 압축기(BC)와, 부스팅 압축기(BC)에서 추가 압축된 고압 증발가스와, 카고탱크로부터 압축기(C)로 공급되는 저압 증발가스를 열교환시켜, 약 -130℃의 저압 증발가스의 냉열에 의해 고압 증발가스를 냉각시키는 열교환기(H)와, 열교환기(H)에서 냉각된 고압 증발가스를 팽창시켜 기액혼합 상태의 증발가스를 생성하는 팽창밸브(J)와, 팽창밸브(J)에 의해 생성된 기액혼합물을 기액분리하는 기액분리기(S)를 포함한다.
기액분리기(S)에서 분리된 액상의 재액화 증발가스는 카고탱크(T)로 회수되고, 분리된 기상의 미응축 증발가스는 열교환기(H) 상류의 저압 증발가스 흐름에 합류된다.
열교환기(H)에서는 혼합 냉매나 질소 등 별도의 냉매를 사용할 수도 있고, 도 1에 도시된 것과 같이 별도의 냉매 없이 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 냉각할 수도 있다. 별도의 다른 냉매 없이 증발가스 자체의 냉열을 이용해 재액화시키는 방법으로, 압축기에 의해 압축시킨 증발가스를, 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스와 열교환시켜 냉각시킨 후 J-T 밸브 등에 의해 팽창시켜 증발가스의 일부를 재액화시키는 시스템을 예로 들 수 있다.
종래의 열교환기(H)는, 극저온에서 열전달 성능이 높은 마이크로채널형 열교환기인 PCHE(Printed Circuit Heat Exchager)가 적용된다.
부스팅 압축기(BC)에서 약 150 barg로 압축된 고압 증발가스의 온도는 약 45℃이며, 열교환기(H)에서 약 -130℃의 저압 증발가스와의 열교환에 의해 약 -105℃까지 냉각된다. 즉, 열교환기(H)에서 필요한 온도 강하는 약 150℃에 달하므로, 마이크로채널형 열교환기(H)의 부하(capacity)가 너무 크기 때문에 설계 비용이 많이 들고, 열교환기(H) 유로의 손상 부담이 컸다.
본 발명은, 상술한 문제점을 개선하고자 하는 것으로서, 선박의 증발가스 처리 시스템에 있어서 고압 증발가스와 저압 증발가스의 열교환 면적을 감소시켜, 열교환기의 설계 비용을 줄여 경제적이고 안정적인 증발가스 처리 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 저압 증발가스를 엔진에서 요구하는 압력까지 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 압축 증발가스 중에서 엔진에서 요구하는 양을 초과하는 양 만큼의 압축 증발가스와 상기 저압 증발가스를 열교환시켜 상기 압축 증발가스를 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기에서 냉각된 압축 증발가스를 팽창시켜 온도를 낮춤으로써 기액혼합 또는 액상의 재액화 증발가스를 얻는 팽창밸브; 및 상기 압축 증발가스를 열교환기로 공급하기 전에, 상기 팽창밸브에 의해 생성된 재액화 증발가스의 냉열을 회수하여 상기 압축기로부터 열교환기로 공급되는 압축 증발가스를 예냉시키는 예냉기;를 더 포함하는, 선박의 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 열교환기는 마이크로채널형의 PCHE(Printed Circuit Heat Exchager)일 수 있다.
바람직하게는, 상기 예냉기는 기액분리기로서, 상기 예냉기의 하단으로부터 액화가스 저장탱크로 연결되며 액상의 재액화 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로 공급하기 위한 액체 회수라인; 및 상기 예냉기의 상단으로부터 상기 열교환기 상류로 연결되며 기상의 미응축 증발가스를 상기 열교환기로 공급되는 저압 증발가스 흐름에 합류시키기 위한 가스 회수라인;을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 예냉기의 내부에는, 상기 액상의 재액화 증발가스에 잠겨있도록 구비되며, 상기 압축 증발가스가 유동하면서 상기 액상의 재액화 증발가스의 냉열을 회수하도록 유로를 제공하는 열교환 코일;이 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축기에서 압축되어 상기 열교환기 또는 예냉기로 공급되는 증발가스를 임계압력 이상의 고압으로 더 압축하는 부스팅 압축기;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 엔진은 X-DF 엔진일 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환기로 공급되는 압축 증발가스 중에서 상기 예냉기로 공급할 압축 증발가스의 유량과 상기 예냉기를 우회하여 열교환기로 공급할 압축 증발가스의 유량을 조절하기 위한 온도 조절밸브;를 더 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 액화가스 저장탱크에서 생성된 저압 증발가스를 엔진에서 요구하는 압력까지 압축하여 엔진으로 공급하고, 엔진에서 요구하는 가스 연료량을 초과하는 양 만큼의 압축 증발가스는 재액화시켜 상기 액화가스 저장탱크로 회수하며, 상기 압축 증발가스를 재액화시키는 것은, 상기 재액화시킬 압축 증발가스를 상기 저압 증발가스와 열교환시켜 냉각시키고, 상기 냉각된 압축 증발가스를 팽창시켜 재액화 증발가스를 얻으며, 상기 압축 증발가스를 냉각시키기 전에 상기 재액화 증발가스의 냉열을 회수하여 예냉시킴으로써 열교환 면적을 감소시키는, 선박의 증발가스 재액화 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 증발가스를 팽창시켜 얻어진 재액화 증발가스는 기액혼합물이고, 상기 기액혼합물을 임시저장하여 기액분리하며, 상기 압축 증발가스를 재액화 증발가스의 냉열을 회수하여 예냉시키는 것은, 상기 임시저장된 기액혼합물로부터 냉열을 회수하고, 상기 기액분리된 액상의 재액화 증발가스는 상기 액화가스 저장탱크로 회수하며, 기액분리된 기상의 미응축 증발가스는 상기 저압 증발가스 흐름에 합류시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축 증발가스 중에서 예냉시킬 압축 증발가스의 유량과, 예냉시키지 않고 바로 냉각시킬 압축 증발가스의 유량을 조절하여, 저압 증발가스와 열교환시킬 압축 증발가스의 온도를 조절할 수 있다.
바람직하게는, 상기 엔진에서 요구하는 압력까지 압축한 압축 증발가스 중에서 재액화시킬 압축 증발가스를 냉각시키기 전에, 임계압력 이상의 고압으로 더 압축할 수 있다.
본 발명에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법은, 재액화시킬 고압 증발가스를 예냉시킨 후 마이크로채널형 열교환기에서 저압 증발가스와 열교환시킴으로써, 열교환량을 줄여 마이크로채널형 열교환기의 부하, 즉 열교환 면적을 감소시킴으로써, 경제적인 증발가스 연료 공급 시스템과 재액화 시스템을 구성할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 선박의 증발가스 재액화 시스템을 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 재액화 시스템을 간략하게 도시한 도면이다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
후술하는 본 발명의 실시예들에서 선박은, 액화가스를 저장하는 저장탱크가 마련되는 모든 종류의 선박일 수 있다. 대표적으로 LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.
또한, 본 실시예는 가스를 저온으로 액화시켜 수송할 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하는 모든 종류의 액화가스의 증발가스 처리 시스템에 적용될 수 있다. 이러한 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스인 LNG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법을 설명한다.
본 실시예에 따르면, 카고탱크(100)에 저장된 LNG가 자연기화하여 발생한 증발가스는 엔진(400)의 연료로 사용하거나 재액화시켜 카고탱크(100)로 회수하여 처리한다.
엔진(400)은, LNG가 자연기화하여 발생한 증발가스와 LNG를 강제기화시켜 얻은 천연가스와 같은 연료가스를 연료로 사용하는 가스엔진으로서, 연료가스와 HFO(Heavy Fuel Oil) 등의 연료유를 선택적으로 사용할 수 있고 연료가스와 연료유를 혼합하여서도 사용할 수 있는 이중연료 엔진(dual fuel engine)일 수 있다.
본 실시예에서 엔진(400)은 한 대 이상 구비될 수 있으며, 이중연료 엔진으로서, X-DF 엔진인 것을 예로 들어 설명하나 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 본 실시예에서 카고탱크(100)는 한 대 이상 구비될 수 있고, 각각 대기압 수준으로 운영될 수 있다. 본 실시예의 카고탱크(100) 운전압력은 약 1.06 barA인 것을 예로 들어 설명한다.
본 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템은, 카고탱크(100)로부터 증발가스 라인(BL)을 따라 이송된 저압 증발가스를 엔진(400)에서 요구하는 압력으로 압축하는 압축기(300)를 포함한다.
본 실시예에서 엔진(400)은 X-DF 엔진인 것을 예로 들어 설명하므로, 본 실시예에서 압축기(300)는 저압 증발가스를 X-DF 엔진이 요구하는 압력인 약 16 bar의 중압으로 압축시킬 수 있다.
압축기(300, 300R)는 적어도 두 대 이상 구비될 수 있으며, 둘 이상의 압축기(300, 300R) 중 적어도 한 대는 리던던시용 압축기(300R)로서, 한 대의 압축기(300)를 운전할 수 없는 상황에서 리던던시용 압축기(300R)가 증발가스를 압축할 수 있도록 구비되고 운영되어야 한다.
압축기(300)에서 압축된 중압 증발가스는 연료 라인(FL)을 따라 엔진(400)의 연료로서 공급된다.
한편, 본 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템은, 압축기(300)에 의해 엔진(400)에서 요구하는 압력(약 16 bar)까지 압축된 중압 증발가스 중에서, 엔진(400)에서 필요로 하는 유량을 초과하는 양 만큼의 중압 증발가스를 이송받아 재액화시켜 카고탱크(100)로 회수하는 재액화부(500)를 포함한다.
본 실시예의 재액화부(500)는, 압축기(300)의 하류에서 연료 라인(FL)으로부터 분기되는 재액화 라인(RL)을 통해 이송된, 엔진(400)의 수요량을 초과하는 양만큼의 중압 증발가스, 즉 재액화 대상 중압 증발가스를, 재액화 효율을 높이기 위해 필요한 적정 압력 이상으로 더 압축하는 부스팅 압축기(510)와, 부스팅 압축기(510)에 의해 더 압축된 고압 증발가스를 예냉시키는 예냉기(530)와, 고압 증발가스를 냉각시키는 열교환기(200)와, 열교환기(200)에서 냉각된 고압 증발가스를 팽창시키는 팽창밸브(540)를 포함한다.
부스팅 압축기(510)는 중압 증발가스를 임계압력 이상으로 압축시킬 수 있으며, 본 실시예에서 부스팅 압축기(510)는 약 16 barg의 중압 증발가스를 임계압력 이상으로, 약 150 barg의 고압으로 압축시키는 것을 예로 들어 설명한다.
이와 같은 압축 과정에서 증발가스가 압축되면서 압축열에 의해 온도도 상승하게 된다.
카고탱크(100)로부터 압축기(300)로 도입되는 약 1.06 barA, -130℃의 저압 증발가스는 압축기(300)에서 약 16 barg까지 압축된 후 부스팅 압축기(510)에서 150barg까지 더 압축된 고압 증발가스의 온도는 약 45℃로 상승한다.
본 실시예에 따르면, 고압 증발가스는 일부 또는 전부가 예냉기(530)에서, 팽창밸브(540)에 의해 팽창된 액상의 재액화 증발가스의 냉열에 의해 예냉된 후, 열교환기(200)로 도입될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(200)는 마이크로채널형 PCHE일 수 있다.
열교환기(200)에서는 증발가스 라인(BL)을 따라 카고탱크(100)로부터 압축기(300)로 향하는 저압 증발가스와 부스팅 압축기(510)에서 압축된 고압 증발가스를 열교환시켜 저압 증발가스의 냉열로 고압 증발가스를 냉각시킨다.
본 실시예에서 증발가스의 온도 변화는 저압 증발가스의 질량유량 약 3520kg/hr, 재액화 대상 증발가스의 질량유량 3500kg/kg, 팽창된 증발가스의 질량유량 약 2583kg/hr를 기준으로 설명한다.
본 실시예의 재액화부(500)를 이용하여 증발가스를 재액화시키기 위해 열교환기(200) 하류에서 요구되는 고압 증발가스의 온도는 약 -105℃이다.
본 실시예에서 팽창밸브(540)는 등엔탈피 과정을 통해 고압 증발가스를 교축시키는 줄-톰슨 밸브일 수 있다.
팽창밸브(540, 540R)는 도 2에 도시된 바와 같이, 둘 이상 병렬로 구비될 수 있다. 둘 이상의 팽창밸브(540, 540R) 중 적어도 하나의 팽창밸브(540R)는 리던던시용 팽창밸브(540R)로서의 역할을 가지도록 함으로써, 어느 하나의 팽창밸브(540)를 사용할 수 없는 상황이 발생하더라도 리던던시용 팽창밸브(540R)를 이용하여 재액화 공정이 중단되지 않도록 구비되고 운영되어야 한다.
고압 증발가스는 팽창밸브(540)에 의해 카고탱크(100)의 운전압력, 즉, 본 실시예에서 약 1.06 barA까지 팽창되면서 줄-톰슨 효과에 의해 온도가 약 -143℃까지 낮아진다. 이 과정을 통해 증발가스는 기액혼합 상태 또는 액체 상태가 될 수 있다.
팽창밸브(540)를 통과한 후 팽창된 기액혼합 또는 액상의 증발가스는 예냉기(530)로 도입된다.
예냉기(530)의 내부에는 후술하는 온도 조절라인(PL)과 연결되는 열교환 코일(heating coil)(도면부호 미부여)이 형성되어 있다. 열교환 코일은, 예냉기(530) 내부에 저장되어 있는 재액화된 액상의 증발가스에 충분히 잠겨 있을 수 있도록 구비될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 부스팅 압축기(510)에서 압축된 고압 증발가스가 열교환기(200)로 공급되기 전에 예냉기(530)로 공급되도록, 부스팅 압축기(510)와 열교환기(200) 사이의 재액화 라인(RL)으로부터 분기되어 예냉기(530) 내 열교환 코일로 연결되는 온도 조절라인(PL)을 더 포함할 수 있다.
즉, 부스팅 압축기(510)에서 압축된 고압 증발가스는 열교환기(200)로 공급되기 전에 온도 조절라인(PL)을 따라 예냉기(530)로 도입되고, 예냉기(530)에 저장된 액상의 증발가스의 냉열에 의해 냉각된다.
본 실시예에서 예냉기(530) 내부에 저장된 액상 증발가스의 온도는 팽창밸브(540)를 통과하면서 팽창된 증발가스의 온도, 즉 약 -143℃이고, 부스팅 압축기(510)에서 압축된 고압 증발가스의 온도는 약 45℃이며, 예냉기(530)에서 열교환에 의해 고압 증발가스의 온도는 약 -60℃까지 낮아진다.
예냉기(530)에서 온도가 낮아진 고압 증발가스는, 예냉기(530)에서 냉각된 고압 증발가스가 열교환기(200)로 도입되도록 예냉기(530)와 열교환기(200) 상류의 재액화 라인(RL)을 연결하는 온도 조절라인(PL)을 따라 열교환기(200)로 공급된다.
종래에는 열교환기(200)에서 약 45℃의 증발가스를 약 -105℃까지 냉각시켜야 하므로 요구되는 온도 강하는 약 150℃에 달하였으나, 본 실시예에 따르면 예냉기(530)에서 예냉된 약 -60℃의 증발가스를 약 -105℃까지 냉각하면 되므로, 요구되는 온도 강하는 약 45℃에 불과하다.
한편, 부스팅 압축기(510)에서 압축된 고압 증발가스가 예냉기(530)로 공급되도록 예냉기(530)의 상류에서 재액화 라인(RL)으로부터 온도 조절라인(PL)이 분기되는 지점에는, 고압 증발가스가 예냉기(530)로 공급되거나 또는 예냉기(530)를 우회하여 예냉 공정없이 열교환기(200)로 공급되도록 유체의 유로를 조절하기 위한 온도 조절밸브(520)가 구비될 수 있다.
온도 조절밸브(520)를 제어하여, 온도 조절라인(PL)을 통해 예냉기(530)로 공급되는 고압 증발가스의 유량을 조절할 수 있고, 또한, 열교환기(200)로 공급되는 고압 증발가스의 온도를 조절할 수 있다.
팽창밸브(540)를 거쳐 예냉기(530)로 공급된 기액혼합 또는 액상의 극저온의 증발가스는 온도 조절라인(PL)을 통해 예냉기(530)로 도입된 고압 증발가스에 냉열이 일부 회수된다. 또한 예냉기(530) 내에서 극저온 증발가스는 기액분리되어, 액상은 예냉기(530)의 하단으로부터 카고탱크(100)로 연결되는 액체 회수라인(LL)을 통해 카고탱크(100)로 회수되며, 기상은 예냉기(530)의 상단으로부터 열교환기(200) 상류의 증발가스 라인(BL)으로 연결되는 가스 회수라인(GL)을 통해 열교환기(200)로 공급되는 저온 증발가스 흐름에 합류될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 재액화 대상의 고압 증발가스를, 예냉기(530)에서 재액화 증발가스의 냉열을 회수하여 예냉시킨 후 열교환기(200)로 공급하여 저온 증발가스와의 열교환시킴으로써, 요구되는 온도 강하 정도를 줄임으로써, 결국 열교환해야 하는 양을 줄여 열교환기(200)의 열전달 면적 즉, 용량 또는 부하를 낮출 수 있어 경제적이고 효율적으로 증발가스를 처리할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.
100 : 카고탱크
200 : 열교환기
300, 300R : 압축기
400 : 엔진
500 : 재액화부
510 : 부스팅 압축기
520 : 온도 조절밸브
530 : 예냉기
540, 540R : 팽창밸브
BL : 증발가스 라인
FL : 연료 라인
RL : 재액화 라인
PL : 온도 조절라인
LL : 액체 회수라인
GL : 가스 회수라인

Claims (11)

  1. 저압 증발가스를 엔진에서 요구하는 압력까지 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 압축 증발가스 중에서 엔진에서 요구하는 양을 초과하는 양 만큼의 압축 증발가스와 상기 저압 증발가스를 열교환시켜 상기 압축 증발가스를 냉각시키는 열교환기;
    상기 열교환기에서 냉각된 압축 증발가스를 팽창시켜 온도를 낮춤으로써 기액혼합 또는 액상의 재액화 증발가스를 얻는 팽창밸브; 및
    상기 압축 증발가스를 열교환기로 공급하기 전에, 상기 팽창밸브에 의해 생성된 재액화 증발가스의 냉열을 회수하여 상기 압축기로부터 열교환기로 공급되는 압축 증발가스를 예냉시키는 예냉기;를 포함하고,
    상기 예냉기는 기액분리기로서,
    상기 예냉기의 하단으로부터 액화가스 저장탱크로 연결되며 액상의 재액화 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크로 공급하기 위한 액체 회수라인; 및
    상기 예냉기의 상단으로부터 상기 열교환기 상류로 연결되며 기상의 미응축 증발가스를 상기 열교환기로 공급되는 저압 증발가스 흐름에 합류시키기 위한 가스 회수라인;을 더 포함하는, 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환기는 마이크로채널형의 PCHE(Printed Circuit Heat Exchager)인, 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 예냉기의 내부에는,
    상기 액상의 재액화 증발가스에 잠겨있도록 구비되며, 상기 압축 증발가스가 유동하면서 상기 액상의 재액화 증발가스의 냉열을 회수하도록 유로를 제공하는 열교환 코일;이 구비되는, 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축기에서 압축되어 상기 열교환기 또는 예냉기로 공급되는 증발가스를 임계압력 이상의 고압으로 더 압축하는 부스팅 압축기;를 더 포함하는, 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 엔진은 X-DF 엔진인, 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환기로 공급되는 압축 증발가스 중에서 상기 예냉기로 공급할 압축 증발가스의 유량과 상기 예냉기를 우회하여 열교환기로 공급할 압축 증발가스의 유량을 조절하기 위한 온도 조절밸브;를 더 포함하는, 선박의 증발가스 재액화 시스템.
  8. 액화가스 저장탱크에서 생성된 저압 증발가스를 엔진에서 요구하는 압력까지 압축하여 엔진으로 공급하고, 엔진에서 요구하는 가스 연료량을 초과하는 양 만큼의 압축 증발가스는 재액화시켜 상기 액화가스 저장탱크로 회수하며,
    상기 압축 증발가스를 재액화시키는 것은,
    상기 재액화시킬 압축 증발가스를 상기 저압 증발가스와 열교환시켜 냉각시키고, 상기 냉각된 압축 증발가스를 팽창시켜 재액화 증발가스를 얻으며, 상기 압축 증발가스를 냉각시키기 전에 상기 재액화 증발가스의 냉열을 회수하여 예냉시킴으로써 열교환 면적을 감소시키며,
    상기 증발가스를 팽창시켜 얻어진 재액화 증발가스는 기액혼합물이고,
    상기 기액혼합물을 임시저장하여 기액분리하며,
    상기 압축 증발가스를 재액화 증발가스의 냉열을 회수하여 예냉시키는 것은,
    상기 임시저장된 기액혼합물로부터 냉열을 회수하고,
    상기 기액분리된 액상의 재액화 증발가스는 상기 액화가스 저장탱크로 회수하며, 기액분리된 기상의 미응축 증발가스는 상기 저압 증발가스 흐름에 합류시키는, 선박의 증발가스 재액화 방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 압축 증발가스 중에서 예냉시킬 압축 증발가스의 유량과, 예냉시키지 않고 바로 냉각시킬 압축 증발가스의 유량을 조절하여, 저압 증발가스와 열교환시킬 압축 증발가스의 온도를 조절하는, 선박의 증발가스 재액화 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 엔진에서 요구하는 압력까지 압축한 압축 증발가스 중에서 재액화시킬 압축 증발가스를 냉각시키기 전에, 임계압력 이상의 고압으로 더 압축하는, 선박의 증발가스 재액화 방법.
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