KR102514081B1 - 윤활유 분리장치 및 상기 윤활유 분리장치를 갖춘 증발가스 재액화 시스템 - Google Patents

Abstract

윤활유를 사용하는 압축기에 의해 압축된 천연가스 내에 혼입된 윤활유를 분리해 내기 위한 윤활유 분리장치가 개시된다.
윤활유 분리장치(440, 450)는, 깔때기 형상을 갖는 외부 하우징(441, 451)과; 상기 외부 하우징의 내부에 설치되는 내부 하우징(446, 456)과; 상기 내부 하우징의 내부에 장착되는 필터엘리먼트(448, 458); 를 포함할 수 있다. 상기 천연가스 내에 혼입된 상기 윤활유는, 상기 외부 하우징과 상기 내부 하우징 사이의 공간에서 유동하면서 자중에 의해 1차적으로 상기 천연가스로부터 분리되고, 상기 필터엘리먼트를 통과하면서 2차적으로 상기 천연가스로부터 분리될 수 있다.

Description

윤활유 분리장치 및 상기 윤활유 분리장치를 갖춘 증발가스 재액화 시스템 {LUBRICATING OIL SEPARATOR AND BOIL-OFF GAS RELIQUEFACTION SYSTEM HAVING THE LUBRICATING OIL SEPARATOR}

본 발명은 윤활유를 사용하는 압축기에 의해 압축된 증발가스 내에 혼입된 윤활유를 분리해 내기 위한 윤활유 분리장치 및 상기 윤활유 분리장치를 갖춘 증발가스 재액화 시스템에 관한 것이다.

근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 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, 연소시 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(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다.

증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 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 연료소비처의 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. 특히, 후자의 방법을 채용한 시스템을 부분 재액화 시스템(Partial Re-liquefaction System, PRS)이라고 한다.

한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE, X-DF 엔진, ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.

DFDE는, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.

X-DF 엔진은, 2행정으로 구성되고, 16bar 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.

이와 같이, 특히 액화천연가스(LNG) 저장탱크에서 발생하는 증발가스(BOG)를 가압한 후, 별도의 냉매 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여, 상호 열교환하여 증발가스를 재액화시키는 경우, 재액화 효율을 위해 고압으로 증발가스를 압축시킬 필요가 있고, 증발가스를 고압으로 압축시키기 위해서는 윤활유를 사용하는 급유 방식의 실린더 압축기를 사용해야 한다.

그런데, 급유 방식의 실린더 압축기에 의해 압축된 증발가스에는 윤활유가 섞이게 된다. 본 발명의 발명자들은, 상기 압축된 증발가스가 열교환기에서 냉각되면서, 압축된 증발가스에 섞인 윤활유가 증발가스보다 먼저 응축 또는 응고가 되어 열교환기의 유로를 막는 문제점이 있다는 것을 발견하였다. 특히, 유로가 좁은(예컨대, 마이크로채널형(Microchannel Type) 유로) PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger, DCHE라고도 한다.)의 경우 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 열교환기의 유로가 막히는 현상이 더욱 빈번하게 발생한다.

따라서, 본 발명의 발명자들은, 응축 또는 응고된 윤활유가 열교환기의 유로를 막는 현상을 방지하거나 완화하기 위해, 압축된 증발가스에 섞인 오일을 분리하는 다양한 기술들을 개발하고 있다.

본 발명은, 응축 또는 응고된 윤활유가 열교환기의 유로를 막는 현상을 완화하거나 개선할 수 있고, 또 열교환기의 유로를 막고 있는 응축 또는 응고된 윤활유를 간단하고 경제적인 방법으로 제거할 수 있는 시스템 및 방법을 제안하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 윤활유를 사용하는 압축기에 의해 압축된 천연가스 내에 혼입된 윤활유를 분리해 내기 위한 윤활유 분리장치로서, 깔때기 형상을 갖는 외부 하우징과; 상기 외부 하우징의 내부에 설치되는 내부 하우징과; 상기 내부 하우징의 내부에 장착되는 필터엘리먼트; 를 포함하며, 상기 천연가스 내에 혼입된 상기 윤활유는, 상기 외부 하우징과 상기 내부 하우징 사이의 공간에서 유동하면서 자중에 의해 1차적으로 상기 천연가스로부터 분리되고, 상기 필터엘리먼트를 통과하면서 2차적으로 상기 천연가스로부터 분리되는, 윤활유 분리장치가 제공된다.

일 실시형태에 있어서, 상기 외부 하우징은, 직경이 일정한 몸통부와, 상기 몸통부의 하부로 연장하면서 직경이 점진적으로 감소하는 테이퍼부와, 상기 몸통부 상단에서 접선방향으로 설치되는 유입배관과, 상기 테이퍼부 하단에 설치되어 상기 천연가스로부터 분리된 상기 윤활유를 배출시키는 오일 배출배관을 포함할 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 필터엘리먼트는, 고정판을 통해 상기 내부 하우징 내에 설치되며 중공의 원기둥 형상을 가질 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 내부 하우징은 전체적으로 상기 외부 하우징의 내부에 배치될 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 내부 하우징은 상단 일부가 부분적으로 상기 외부 하우징의 외부로 돌출될 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 윤활유 분리장치는, 상기 필터엘리먼트에 의해 필터링된 천연가스를 배출시키기 위한 배출배관을 더 포함할 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 배출배관은 상기 필터엘리먼트의 상단으로부터 위쪽으로 연장되며, 윤활유가 혼입된 천연가스는 상기 내부 하우징과 상기 필터엘리먼트 사이의 공간으로 유입된 후, 상기 필터엘리먼트에 의해 필터링되고, 상기 필터엘리먼트의 내부공간 및 상기 배출배관을 통해 상기 윤활유 분리장치의 외부로 배출될 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 배출배관은 상기 내부 하우징의 상단으로부터 측방향으로 연장되며, 윤활유가 혼입된 천연가스는 상기 필터엘리먼트의 내부공간으로 유입된 후, 상기 필터엘리먼트에 의해 필터링되고, 상기 내부 하우징과 상기 필터엘리먼트 사이의 공간 및 상기 배출배관을 통해 상기 윤활유 분리장치의 외부로 배출될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 액화천연가스로부터 발생되는 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시키는 증발가스 재액화 시스템으로서, 복수의 실린더에 의해 다단으로 증발가스를 압축시키며, 상기 복수의 실린더 중 적어도 하나는 급유식 실린더인 압축기와; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기와; 상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치와; 상기 압축기의 상기 급유식 실린더에 의해 압축된 천연가스 내에 혼입된 윤활유를 분리해 내기 위한 윤활유 분리장치; 를 포함하며, 상기 윤활유 분리장치는, 깔때기 형상을 갖는 외부 하우징과, 상기 외부 하우징의 내부에 설치되는 내부 하우징과, 상기 내부 하우징의 내부에 장착되는 필터엘리먼트를 포함하며, 상기 천연가스 내에 혼입된 상기 윤활유는, 상기 외부 하우징과 상기 내부 하우징 사이의 공간에서 유동하면서 자중에 의해 1차적으로 상기 천연가스로부터 분리되고, 상기 필터엘리먼트를 통과하면서 2차적으로 상기 천연가스로부터 분리되는, 증발가스 재액화 시스템이 제공될 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 윤활유 분리장치는 상기 압축기와 상기 열교환기 사이에 배치되어 상기 열교환기에 공급되는 증발가스로부터 윤활유를 분리할 수 있다.

일 실시형태에 있어서, 상기 윤활유 분리장치는 상기 감압장치와 상기 열교환기 사이에 배치되어 상기 열교환기에 공급되는 증발가스로부터 윤활유를 분리할 수 있다.

본 발명에 의하면, 별도의 장비를 추가로 설치하거나 윤활유 제거를 위한 별도의 유체를 공급할 필요 없이, 기존의 장비만으로 간단하고 경제적으로 열교환기 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거할 수 있다.

본 발명에 의하면, 내부의 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 동안에 엔진을 구동시켜, 엔진의 운전을 지속하면서 열교환기를 정비할 수 있다. 또한, 엔진에서 사용되고 남은 잉여 증발가스를 활용하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거할 수 있다. 뿐만 아니라, 증발가스에 섞인 윤활유를 엔진에 의해 태워버릴 수 있다는 장점이 있다.

본 발명에 의하면, 감압장치 후단, 기액분리기로부터 액화가스가 배출되는 제5 공급라인, 및 기액분리기로부터 증발가스가 배출되는 제6 공급라인 중 하나 이상에 극저온용 오일필터, 즉, 윤활유 분리장치를 설치하여, 증발가스 내에 섞인 윤활유를 효과적으로 제거할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 3 및 도 4는 부분 재액화 시스템(Partial Re-liquefaction System, PRS)에서 증발가스 압력에 따른 재액화량을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기를 확대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 오일필터를 확대한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 오일필터를 확대한 도면이다.
도 8은 도 6 및 도 7에 도시된 필터엘리먼트의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 오일필터의 개략적인 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 오일필터의 개략적인 측단면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예의 변형예에 따른 오일필터의 개략적인 측단면도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 증발가스 재액화 시스템은, 천연가스를 연료로 사용하는 엔진을 탑재한 선박, 액화가스 저장탱크를 포함하는 선박 또는 해양 구조물 등에 다양하게 응용되어 적용될 수 있다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 각 라인에서의 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기액 혼합 상태, 기체 상태, 초임계유체 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 압축기(200), 열교환기(100), 감압장치(600), 우회라인(BL), 및 우회밸브(590)를 포함한다.

압축기(200)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 압축시키며, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 및 다수개의 냉각기(211, 221, 231, 241, 251)를 포함할 수 있다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 압력은 대략 150 내지 350 bar일 수 있다.

압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는, 일부는 연료공급라인(SL)을 따라 선박을 추진하는 주엔진으로 보내질 수 있고, 주엔진에서 필요로 하지 않는 나머지 증발가스는 제3 공급라인(L3)을 따라 열교환기(100)로 보내져 재액화 과정을 거칠 수 있다. 주엔진은 대략 300bar의 압력을 가지는 고압 천연가스를 연료로 사용하는 ME-GI엔진일 수 있다.

압축기(200)에 포함된 실린더 중 일부(210, 220)만을 거친 증발가스는, 일부가 분기되어 발전기로 보내질 수 있다. 본 실시예의 발전기는 대략 6.5 bar의 압력을 가지는 저압 천연가스를 연료로 사용하는 DF엔진일 수 있다.

열교환기(100)는, 제1 공급라인(L1)을 따라 공급되는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 사용하여, 제3 공급라인(L3)을 따라 공급되는 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다. 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스는 제2 공급라인(L2)을 따라 압축기(200)로 공급되고, 열교환기(100)에서 냉각된 유체는 제4 공급라인(L4)을 따라 감압장치(600)로 공급된다.

감압장치(600)는, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스를 감압시킨다. 압축기(200)에 의한 압축과정, 열교환기(100)에 의한 냉각과정, 및 감압장치(600)에 의한 감압과정을 거친 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다. 감압장치(600)는, 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일수도 있고, 팽창기일수도 있다.

본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 감압장치(600) 후단에 설치되어, 압축기(200), 열교환기(100), 및 감압장치(600)를 통과하며 재액화된 액화천연가스와, 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기(700)를 더 포함할 수 있다.

기액분리기(700)에 의해 분리된 액화가스는 제5 공급라인(L5)을 따라 저장탱크(T)로 보내지고, 기액분리기(700)에 의해 분리된 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류되어 열교환기(100)로 보내질 수 있다.

기액분리기(700)로부터 기체상태의 증발가스가 배출되는 제6 공급라인(L6) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제9 밸브(582)가 설치될 수 있다.

본 실시예의 열교환기(100)가 유지보수 중이거나 열교환기(100)가 고장난 경우 등, 열교환기(100)를 사용할 수 없는 경우에는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 우회라인(BL)을 통해 열교환기(100)를 우회할 수 있다. 우회라인(BL) 상에는, 우회라인(BL)을 개폐하는 우회밸브(590)가 설치된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 열교환기(100), 제1 밸브(510), 제2 밸브(520), 제1 온도센서(810), 제2 온도센서(820), 압축기(200), 제3 온도센서(830), 제4 온도센서(840), 제1 압력센서(910), 제2 압력센서(920), 감압장치(600), 우회라인(BL), 및 우회밸브(590)를 포함한다.

열교환기(100)는, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 사용하여 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다. 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스는 압축기(200)로 보내지고, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환기(100)에 의해 냉각된다.

저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는 제1 공급라인(L1)을 따라 열교환기(100)로 보내져 냉매로 사용되고, 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스는 제2 공급라인(L2)을 따라 압축기(200)로 보내진다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부는 제3 공급라인(L3)을 따라 열교환기(100)로 보내져 냉각되고, 열교환기(100)에서 냉각된 유체는 제4 공급라인(L4)을 따라 감압장치(600)로 보내진다.

제1 밸브(510)는 제1 공급라인(L1) 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절하고, 제2 밸브(520)는 제2 공급라인(L2) 상에 설치되어 유체의 유량 및 개폐를 조절한다.

제1 온도센서(810)는 제1 공급라인(L1) 상의 열교환기(100) 전단에 설치되어, 저장탱크(T)로부터 배출되어 열교환기(100)로 공급되는 증발가스의 온도를 측정한다. 제1 온도센서(810)는, 열교환기(100)로 공급되기 직전의 증발가스의 온도를 측정할 수 있도록, 열교환기(100) 바로 전단에 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 전단은 상류의 의미를 포함하고, 후단은 하류의 의미를 포함한다.

제2 온도센서(820)는 제2 공급라인(L2) 상의 열교환기(100) 후단에 설치되어, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스의 온도를 측정한다. 제2 온도센서(820)는, 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 직후의 증발가스의 온도를 측정할 수 있도록, 열교환기(100) 바로 후단에 설치되는 것이 바람직하다.

압축기(200)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스를 압축시킨다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 고압엔진의 연료로 공급될 수 있고, 고압엔진의 연료로 공급된 후 남은 잉여 증발가스는 열교환기(100)로 보내져 재액화 과정을 거칠 수 있다.

압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 고압엔진으로 보내는 연료공급라인(SL) 상에는, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제6 밸브(560)가 설치될 수 있다.

제6 밸브(560)는, 고압엔진의 가스모드 운전이 중단될 때, 고압엔진으로 보내지는 증발가스의 공급을 완전히 차단하는 안전장치의 역할을 한다. 가스모드는 천연가스를 연료로 사용하여 엔진을 운전하는 모드를 의미하며, 연료로 사용할 증발가스가 부족한 경우에는 엔진을 연료유모드로 전환하여, 연료유를 엔진의 연료로 사용한다.

또한, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스 중 고압엔진의 연료로 공급된 후 남은 잉여 증발가스를 열교환기(100)로 보내는 라인 상에는, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제7 밸브(570)가 설치될 수 있다.

압축기(200)에 의해 압축된 증발가스가 고압엔진으로 보내지는 경우, 압축기(200)는 증발가스를 고압엔진이 요구하는 압력까지 압축시킬 수 있다. 고압엔진은 고압 증발가스를 연료로 사용하는 ME-GI엔진일 수도 있다.

ME-GI엔진은 대략 150 내지 400 bar, 바람직하게는 대략 150 내지 350 bar, 더욱 바람직하게는 대략 300 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 것으로 알려져 있다. 본 발명의 압축기(200)는, 압축된 증발가스를 ME-GI엔진에 공급할 수 있도록, 대략 150 내지 350 bar로 증발가스를 압축시킬 수 있다.

본 발명에서는 주엔진으로 ME-GI 엔진 대신에, 대략 6 내지 20 bar 압력의 증발가스를 연료로 사용하는 X-DF엔진이나 DF엔진을 사용할 수도 있는데, 이 경우, 주엔진으로 공급하기 위하여 압축된 증발가스는 저압이므로, 주엔진으로 공급되기 위하여 압축된 증발가스를 추가로 가압시켜 재액화시킬 수 있다. 재액화를 위하여 추가로 가압된 증발가스의 압력은 대략 80 내지 250 bar가 될 수 있다.

도 3 및 도 4는 부분 재액화 시스템(Partial Re-liquefaction System, PRS)에서 증발가스 압력에 따른 재액화량을 나타낸 그래프이다. 재액화 대상 증발가스란, 냉각되어 재액화되는 증발가스를 의미하며, 냉매로 사용되는 증발가스와 구별하기 위해 명명하였다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 증발가스의 압력이 150 내지 170 bar 부근인 경우에 재액화량이 최대값을 나타내고, 150 내지 300 bar 사이에서는 액화량 변화가 거의 없다는 점을 알 수 있다. 따라서, 대략 150 내지 350 bar(주로 300 bar) 압력의 증발가스를 연료로 사용하는 ME-GI 엔진이 고압엔진인 경우, 고압엔진에 연료를 공급하는 동시에 높은 재액화량이 유지되도록 재액화 시스템을 용이하게 제어할 수 있다는 장점이 있다.

압축기(200)는 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)와, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 후단에 각각 설치되는 다수개의 냉각기(211, 221, 231, 241, 251)를 포함할 수 있다. 냉각기(211, 221, 231, 241, 251)는 실린더(210, 220, 230, 240, 250)에 의해 압축되며 압력뿐만 아니라 온도도 높아진 증발가스를 냉각시킨다.

압축기(200)가 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)를 포함하는 경우, 압축기(200)로 공급된 증발가스는 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)에 의해 다단계로 압축된다. 각 실린더(210, 220, 230, 240, 250)는 압축기(200)의 각 압축단의 의미를 가질 수 있다.

또한, 압축기(200)는, 제1 실린더(210) 및 제1 냉각기(211)를 통과한 증발가스의 일부 또는 전부를 제1 실린더(210) 전단으로 보내는 제1 재순환라인(RC1); 제2 실린더(220) 및 제2 냉각기(221)를 통과한 증발가스의 일부 또는 전부를 제2 실린더(220) 전단으로 보내는 제2 재순환라인(RC2); 제3 실린더(230) 및 제3 냉각기(231)를 통과한 증발가스의 일부 또는 전부를 제3 실린더(230) 전단으로 보내는 제3 재순환라인(RC3); 및 제4 실린더(240), 제4 냉각기(241), 제5 실린더(250) 및 제5 냉각기(251)를 통과한 증발가스의 일부 또는 전부를 제4 실린더(240) 전단으로 보내는 제4 재순환라인(RC4)을 포함할 수 있다.

또한, 제1 재순환라인(RC1) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제1 재순환밸브(541)가 설치되고, 제2 재순환라인(RC2) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제2 재순환밸브(542)가 설치되고, 제3 재순환라인(RC3) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제3 재순환밸브(543)가 설치되고, 제4 재순환라인(RC4) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제4 재순환밸브(544)가 설치될 수 있다.

재순환라인(RC1, RC2, RC3, RC4)은, 저장탱크(T) 내부 압력이 낮아 압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건이 만족되지 않는 경우, 증발가스의 일부 또는 전부를 재순환시켜 압축기(200)를 보호한다. 재순환라인(RC1, RC2, RC3, RC4)을 사용하지 않을 때에는 재순환밸브(541, 542, 543, 544)를 닫고, 압축기(200)가 요구하는 흡입 압력 조건이 만족되지 않아 재순환라인(RC1, RC2, RC3, RC4)을 사용할 필요가 생기면 재순환 밸브(541, 542, 543, 544)를 연다.

도 2에는, 증발가스가 압축기(200)에 포함된 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)를 전부 통과한 증발가스가 열교환기(100)로 보내지는 경우를 도시하였으나, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 중 일부를 통과한 증발가스를 압축기(200) 중간에서 분기시켜 열교환기(100)로 보낼 수도 있다.

또한, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 중 일부를 통과한 증발가스를 압축기(200) 중간에서 분기시켜 저압엔진으로 보내 연료로 사용할 수 있고, 잉여 증발가스는 가스연소장치(GCU; Gas Combustion Unit)로 보내 연소시킬 수도 있다.

저압엔진은 대략 6 내지 10 bar 압력의 증발가스를 연료로 사용하는 DF엔진(예컨대 DFDE)일 수 있다.

압축기(200)에 포함되는 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)는, 일부는 무급유 윤활(oil-free lubricated) 방식으로 동작하고 나머지는 급유 윤활(oil lubricated) 방식으로 동작할 수 있다. 특히, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 고압엔진의 연료로 사용하기 위해서나, 재액화 효율을 위해 증발가스를 80 bar 이상, 바람직하게는 100 bar 이상으로 압축시키는 경우, 압축기(200)는 증발가스를 고압으로 압축시키기 위해 급유 윤활 방식의 실린더를 포함하게 된다.

현존하는 기술로는, 100 bar 이상으로 증발가스를 압축시키기 위해서는 왕복동 타입의 압축기(200)에, 예컨대 피스톤 실링 부위에 윤활 및 냉각을 위한 윤활유를 공급하여야 한다.

급유 윤활 방식의 실린더에는 윤활유가 공급되는데, 현재의 기술 수준으로는 급유 윤활 방식의 실린더를 통과한 증발가스에는 윤활유가 일부 섞이게 된다. 본 발명의 발명자들은, 증발가스가 압축되며 증발가스에 섞인 윤활유는, 열교환기(100)에서 증발가스보다 먼저 응축 또는 응고되어 열교환기(100)의 유로를 막게 된다는 것을 발견하였다.

본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 압축기(200)와 열교환기(100) 사이에 설치되어 증발가스에 섞인 오일을 분리하는 오일분리기(300)와 제1 오일필터(410)를 더 포함할 수 있다.

오일분리기(300)는 주로 액체 상태의 윤활유를 분리하고, 제1 오일필터(410)는 기체(Vapor) 상태 또는 안개(Mist, 액적) 상태의 윤활유를 분리한다. 오일분리기(300)가 제1 오일필터(410)에 비해 입자가 큰 윤활유를 분리하므로, 오일분리기(300)가 제1 오일필터(410)의 전단에 설치되어 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스가 오일분리기(300)와 제1 오일필터(410)를 순차로 통과한 후 열교환기(100)로 보내지는 것이 바람직하다.

도 2에는 오일분리기(300)와 제1 오일필터(410)를 모두 포함한 경우가 도시되어 있으나, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 오일분리기(300)와 제1 오일필터(410) 중 어느 하나만을 포함할 수도 있다. 단, 오일분리기(300)와 제1 오일필터(410)를 모두 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 도 2에는 제1 오일필터(410)가 압축기(200) 후단의 제2 공급라인(L2) 상에 설치되는 경우가 도시되어 있으나, 제1 오일필터(410)는 열교환기(100) 전단의 제3 공급라인(L3) 상에 설치될 수도 있고, 다수개가 병렬로 설치될 수도 있다.

본 실시예의 증발가스 재액화 시스템이 오일분리기(300)와 제1 오일필터(410) 중 하나 이상을 포함하고, 본 실시예의 압축기(200)가 무급유 윤활 방식의 실린더와 급유 윤활 방식의 실린더를 포함하는 경우, 급유 윤활 방식의 실린더를 통과한 증발가스는 오일분리기(300) 및/또는 제1 오일필터(410)로 보내지도록 구성되고, 무급유 윤활 방식의 실린더만을 통과한 증발가스는 오일분리기(300) 또는 오일필터(410)를 통과하지 않고 바로 열교환기(100)로 보내지도록 구성될 수도 있다.

일례로 본 실시예의 압축기(200)는 5개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)를 포함하고, 전단 3개의 실린더(210, 220, 230)는 무급유 윤활 방식이고 후단 2개의 실린더(240, 250)는 급유 윤활 방식일 수 있는데, 3단 이하에서 증발가스를 분기시키는 경우에는 증발가스가 오일분리기(300) 또는 제1 오일필터(410)를 통과하지 않고 바로 열교환기(100)로 보내지고, 4단 이상에서 증발가스를 분기시키는 경우에는 증발가스가 오일분리기(300) 및/또는 제1 오일필터(410)를 통과한 후 제1 열교환기(100)로 보내지도록 구성될 수 있다.

제1 오일필터(410)는 코어레서 방식(Coalescer Type)의 오일필터일 수 있다.

압축기(200)와 고압엔진 사이의 연료공급라인(SL) 상에는 역류방지밸브(550)가 설치될 수 있다. 역류방지밸브(550)는, 고압엔진이 정지하는 경우에 증발가스가 역류하여 압축기를 손상시키는 것을 방지하는 역할을 한다.

본 실시예의 증발가스 재액화 시스템이 오일분리기(300) 및/또는 제1 오일필터(410)를 포함하는 경우, 역류된 증발가스가 오일분리기(300) 및/또는 제1 오일필터(410)로 흘러들어가지 않도록, 역류방지밸브(550)는 오일분리기(300) 및/또는 제1 오일필터(410) 후단에 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 팽창밸브(600)가 급작스럽게 닫히는 경우 등에도 증발가스가 역류하여 압축기(200)를 손상시킬 수 있으므로, 역류방지밸브(550)는, 제3 공급라인(L3)이 연료공급라인(SL)으로부터 분기하는 분기점 전단에 설치되는 것이 바람직하다.

제3 온도센서(830)는, 제3 공급라인(L3) 상의 열교환기(100) 전단에 설치되어, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)로 보내지는 증발가스의 온도를 측정한다. 제3 온도센서(830)는, 열교환기(100)로 공급되기 직전의 증발가스의 온도를 측정할 수 있도록, 열교환기(100) 바로 전단에 설치되는 것이 바람직하다.

제4 온도센서(840)는, 제4 공급라인(L4) 상의 열교환기(100) 후단에 설치되어, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스의 온도를 측정한다. 제4 온도센서(840)는, 열교환기(100)에 의해 냉각된 직후의 증발가스의 온도를 측정할 수 있도록, 열교환기(100) 바로 후단에 설치되는 것이 바람직하다.

제1 압력센서(910)는, 제3 공급라인(L3) 상의 열교환기(100) 전단에 설치되어, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)로 보내지는 증발가스의 압력을 측정한다. 제1 압력센서(910)는, 열교환기(100)로 공급되기 직전의 증발가스의 압력을 측정할 수 있도록, 열교환기(100) 바로 전단에 설치되는 것이 바람직하다.

제2 압력센서(920)는, 제4 공급라인(L4) 상의 열교환기(100) 후단에 설치되어, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스의 압력을 측정한다. 제2 압력센서(920)는, 열교환기(100)에 의해 냉각된 직후의 증발가스의 압력을 측정할 수 있도록, 열교환기(100) 바로 후단에 설치되는 것이 바람직하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 내지 4 온도센서(810 내지 840), 제1 압력센서(910), 및 제2 압력센서(920)가 모두 설치되는 것이 바람직하나, 본 실시예는 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 온도센서(810) 및 제4 온도센서(840)(이하, '제1 쌍(pair)'이라고 한다.)만 설치되거나, 제2 온도센서(820) 및 제3 온도센서(830)(이하, '제2 쌍'이라고 한다.)만 설치되거나, 제1 압력센서(910) 및 제2 압력센서(920)(이하, '제3 쌍'이라고 한다.)만 설치되거나, 제1 내지 제3 쌍 중 두 쌍만 설치될 수도 있다.

감압장치(600)는, 열교환기(100) 후단에 설치되어, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스를 감압시킨다. 압축기(200)에 의한 압축과정, 열교환기(100)에 의한 냉각과정, 및 감압장치(600)에 의한 감압과정을 거친 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다. 감압장치(600)는, 시스템의 구성에 따라 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일 수도 있고 팽창기일 수도 있다.

본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 감압장치(600) 후단에 설치되어, 압축기(200), 열교환기(100), 및 감압장치(600)를 통과하며 재액화된 액화천연가스와, 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기(700)를 더 포함할 수 있다.

기액분리기(700)에 의해 분리된 액화가스는 제5 공급라인(L5)을 따라 저장탱크(T)로 보내지고, 기액분리기(700)에 의해 분리된 증발가스는 제6 공급라인(L6)을 따라 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류된 후 열교환기(100)로 보내질 수 있다.

도 2에는 기액분리기(700)에 의해 분리된 증발가스가 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스와 합류된 후 열교환기(100)로 보내지는 것이 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 일례로 열교환기(100)는 3개의 유로를 갖도록 구성되고 기액분리기(700)에 분리된 증발가스는 별도의 유로를 따라 열교환기(100)에서 냉매로 사용될 수도 있다.

또한, 기액분리기(700)를 포함하지 않고 감압장치(600)에 의해 감압되어 일부 또는 전부가 재액화된 유체를 바로 저장탱크(T)로 보낼 수도 있다.

제5 공급라인(L5) 상에는 유체의 유량을 개폐하는 제8 밸브(581)가 설치될 수 있다. 제8 밸브(581)에 의해 기액분리기(700) 내부의 액화가스의 수위가 조절된다.

제6 공급라인(L6) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제9 밸브(582)가 설치될 수 있다. 제9 밸브(582)에 의해 기액분리기(700) 내부 압력이 조절된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기액분리기를 확대한 도면인데, 도 5에 도시된 바와 같이, 기액분리기(700)에는 내부 액화가스의 수위를 측정하는 수위센서(940)가 하나 이상 설치될 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 우회라인(BL)은, 열교환기(100) 전단의 제1 공급라인(L1)으로부터 분기하여, 열교환기(100)를 우회(Bypass)한 후, 열교환기(100) 후단의 제2 공급라인(L2)으로 합류한다.

본 발명에서는 우회라인(BL)을 열교환기(100) 외부에 열교환기(100)와 별도로 설치하였으며, 열교환기(100) 전단에 설치되는 제1 밸브(510) 및/또는 열교환기(100) 후단에 설치되는 제2 밸브(520)를 닫아도 우회라인(BL)에는 증발가스가 공급될 수 있도록, 우회라인(BL)이 제1 밸브(510) 전단의 제1 공급라인(L1)으로부터 분기되고 제2 밸브(520) 후단의 제2 공급라인(L2)으로 합류되도록 하였다.

우회라인(BL) 상에는 우회밸브(590)가 설치되며, 우회밸브(590)는 평상시에는 닫혀 있고 우회라인(BL)을 사용할 필요가 있는 경우에 열리게 된다.

기본적으로 열교환기(100)가 고장나거나 유지보수가 필요한 경우 등, 열교환기(100)를 사용할 수 없는 경우에 우회라인(BL)을 사용하게 된다. 일례로, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템이 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부를 고압엔진으로 보내는 경우, 열교환기(100)를 사용할 수 없게 되면, 고압엔진에서 사용되지 못한 잉여 증발가스를 재액화시키는 것을 포기하고, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 우회라인(BL)을 따라 열교환기(100)를 우회시켜 압축기(200)로 바로 공급한 후, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 고압엔진으로 공급하며, 잉여 증발가스는 GCU로 보내 소각시킬 수 있다.

열교환기(100)의 유지보수를 위해 우회라인(BL)을 사용하는 예로, 열교환기(100)의 유로가 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 막혔을 때, 우회라인(BL)을 사용하여 응축 또는 응고된 윤활유를 제거하는 것을 들 수 있다.

또한, 선박의 밸러스트 상태 등, 잉여 증발가스가 거의 없어 증발가스를 재액화 시킬 필요가 없는 경우에는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 모두 우회라인(BL)으로 보내, 증발가스가 열교환기(100)를 우회하여 바로 압축기(200)로 보내질 수 있도록 한다. 압축기(200)에 압축된 증발가스는 고압엔진의 연료로 사용된다. 잉여 증발가스가 거의 없어 증발가스를 재액화시킬 필요가 없다고 판단되는 경우, 우회밸브(590)는 자동으로 열리도록 제어될 수 있다.

본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 감암장치(600)와 기액분리기(700) 사이에 설치되어, 감압장치(600)에 의해 감압된 유체에 섞인 오일을 걸러내는 제2 오일필터(420)를 포함할 수 있다.

도 2 및 도 5를 참조하면, 제2 오일필터(420)는, 감압장치(600)와 기액분리기(700) 사이의 제4 공급라인(L4) 상에 설치될 수도 있고(도 5의 A 위치), 기액분리기(700)로부터 재액화된 액화가스가 배출되는 제5 공급라인(L5) 상에 설치될 수도 있고(도 5의 B 위치), 기액분리기(700)로부터 기체상태의 증발가스가 배출되는 제6 공급라인(L6) 상에 설치될 수도 있다(도 5의 C 위치). 도 2에는 도 5의 A 위치에 제2 오일필터(420)가 설치되는 경우를 도시하였다.

기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류되어 열교환기(100)의 저온 유로로 공급될 수 있는데, 기액분리기(700) 내에 윤활유가 모이게 되므로, 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스 내에 윤활유가 소량이나마 섞여 들어갈 가능성을 배제할 수 없다.

본 발명의 발명자들은, 기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스에 윤활유가 섞여 열교환기(100)의 저온 유로로 보내지면, 압축기(200)에 의해 압축되며 증발가스에 섞인 윤활유가 열교환기(100)의 고온 유로로 공급되는 경우보다 더 곤란한 상황이 발생할 수 있음을 발견하였다.

열교환기(100)의 저온 유로에는, 열교환기(100)에서 냉매로 사용되는 유체가 공급되므로, 시스템이 운용되는 내내 극저온의 증발가스가 공급되고, 응축 또는 응고된 오일을 녹일 수 있을 만큼의 높은 온도를 가진 유체가 공급되지 않는다. 따라서, 열교환기(100)의 저온 유로에 쌓인 응축 또는 응고된 오일을 제거하기가 매우 곤란하다.

기액분리기(700)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스에 윤활유가 섞여 열교환기(100)의 저온 유로로 보내질 가능성을 최대한 낮추기 위해, 제2 오일필터(420)를 도 5의 A 위치나 C 위치에 설치할 수 있다.

제2 오일필터(420)가 도 5의 C 위치에 설치되는 경우, 녹거나 점도가 낮아진 윤활유의 대부분은 기액분리기(700) 내에 액체 상태로 모이고, 제6 공급라인(L6)을 따라 배출되는 기체 상태의 윤활유의 양은 소량이므로, 필터링 효율이 높고, 제2 오일필터(420)를 비교적 자주 교체하지 않아도 된다는 장점이 있다.

제2 오일필터(420)가 도 5의 B 위치에 설치되는 경우, 저장탱크(T)로 유입되는 윤활유를 차단시킬 수 있어, 저장탱크(T)에 저장된 액화가스의 오염을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

제1 오일필터(410)는 압축기(200) 후단에 설치되고, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 대략 40 내지 45℃이므로, 극저온용 오일필터를 사용할 필요가 없다. 그러나, 감압장치(600)에 의해 감압된 유체의 온도는 증발가스의 적어도 일부가 재액화될 수 있도록 -160 내지 -150℃ 정도가 되고, 기액분리기(700)에 의해 분리된 액화가스와 증발가스의 온도도 대략 -160 내지 -150℃이므로, 제2 오일필터(420) 도 5의 A, B, C 어느 위치에 설치되든지, 극저온용으로 설계되어야 한다.

또한, 압축기(200)에 의해 압축된 대략 40 내지 45℃의 증발가스에 섞여있는 윤활유는 액체 상태 또는 안개(Mist) 상태가 대부분이므로, 오일분리기(300)는 액체상태의 윤활유를 분리하는데 적합하도록 설계되고, 제1 오일필터(410)는 안개(Mist) 상태의 윤활유(기체(Vapor) 상태의 윤활유가 일부 포함될 수도 있다.)를 분리하는데 적합하도록 설계된다.

반면, 극저온 유체인, 감압장치(600)에 의해 감압된 유체와, 기액분리기(700)에 의해 분리된 증발가스와, 기액분리기(700)에 의해 분리된 액화가스에 섞여있는 윤활유는, 유동점 아래의 고체(또는 응고된) 상태이므로, 제2 오일필터(420)는 고체(또는 응고된) 상태의 윤활유를 분리하는데 적합하도록 설계된다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 오일필터를 확대한 도면이며, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 오일필터를 확대한 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제2 오일필터(420)는, 도 6에 도시된 구조(이하, '하부배출타입'이라고 한다.)일 수도 있고, 도 7에 도시된 구조(이하, '상부배출타입'이라고 한다.)일 수도 있다. 도 6 및 도 7에서 점선은 유체 흐름 방향을 나타낸다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제2 오일필터(420)는 고정판(425) 및 필터엘리먼트(421)를 포함하고, 제2 오일필터(420)에는 유입배관(422), 배출배관(423), 및 오일배출배관(424)이 연결된다.

필터엘리먼트(421) 고정판(425)에 설치되어, 유입배관(422)을 통해 유입되는 유체에 섞인 윤활유를 분리한다.

도 8은, 도 6 및 도 7에 도시된 필터엘리먼트(421)의 평면도인데, 도 8을 참조하면, 필터엘리먼트(421)는 중공(도 8의 Z 공간)의 원기둥 형상일 수 있으며, 메쉬(Mesh) 크기가 다른 다단의 레이어(Layer)가 겹겹이 쌓여 이루어진 형태일 수 있다. 유입배관(422)을 통해 유입되는 유체가 필터엘리먼트(421)에 포함된 다단의 레이어를 통과하며 윤활유가 필터링 된다. 필터엘리먼트(421)는 물리적 흡착 방식으로 윤활유를 분리할 수 있다.

필터엘리먼트(421)에 의해 필터링된 유체(증발가스, 액화가스, 또는 기액혼합상태의 유체)는 배출배관(423)을 따라 배출되고, 필터엘리먼트(421)에 의해 걸러진 윤활유는 오일배출배관(424)을 따라 배출된다.

제2 오일필터(420)에 사용되는 구성품들의 재질은, 극저온의 유체에 섞인 윤활유를 분리시킬 수 있도록 극저온에 견딜 수 있는 재질로 구성된다. 필터엘리먼트(421) 극저온에 견딜 수 있는 금속(Metal) 재질로 구성될 수 있고, 구체적으로 필터엘리먼트(421)는 SUS 재질일 수 있다.

도 6을 참조하면, '하부배출타입'의 오일필터는, 오일필터 상부에 연결된 유입배관(422)을 통해 공급된 유체가, 필터엘리먼트(421)를 통과한 후 고정판(425) 하부에 형성된 공간(도 6의 X)을 지나, 오일필터 하부에 연결된 배출배관(423)을 통해 배출된다.

'하부배출타입'의 오일필터는, 고정판(425)이 오일필터 하부에 설치되고, 고정판(425) 상면에 필터엘리먼트(421)가 설치되며, 고정판(425)을 기준으로, 필터엘리먼트(421) 반대쪽에 배출배관(423)이 연결된다.

또한, '하부배출타입'의 오일필터는, 공급배관(422)을 통해 유입된 유체가 필터엘리먼트(421)의 상부에 의해서도 필터링 될 수 있도록(즉, 필터엘리먼트 전체를 최대한 사용할 수 있도록), 공급배관(422)이 필터엘리먼트(421)의 상단부보다 더 위쪽에 연결되는 것이 바람직하다.

공급배관(422)과 배출배관(423)은 서로 반대쪽(도 5에서 필터엘리먼트(421)를 기준으로 왼쪽과 오른쪽)에 설치되는 것이 유체의 흐름상 바람직하고, 필터엘리먼트(421)에 의해 걸러진 윤활유는 필터엘리먼트(421) 하부에 모이므로, 오일배출배관(424)은 필터엘리먼트(421)의 하부 쪽에 연결되는 것이 바람직하다.

'하부배출타입'의 오일필터의 경우, 오일배출배관(424)은 고정판(425) 바로 위쪽에 연결될 수 있다.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, '하부배출타입'의 오일필터에 액체 성분이 다수인 유체(일례로, 액체 90%, 기체 10%의 부피 비율)를 공급하면, 액체 성분은 밀도가 크므로, 위에서 아래로 적절한 흐름이 발생하고 필터링 효과가 우수하다.

그러나, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, '하부배출타입'의 오일필터에 기체 성분이 다수인 유체(일례로, 액체 10%, 기체 90%의 부피 비율)를 공급하면, 밀도가 작은 기체 성분이 오일필터 상부에 머무르므로, 유체의 흐름이 나빠지고 필터링 효과도 줄어든다.

도 7을 참조하면, '상부배출타입'의 오일필터는, 오일필터 하부에 연결된 유입배관(422)을 통해 공급된 유체가, 필터엘리먼트(421)를 통과한 후 고정판(425) 상부에 형성된 공간(도 7의 Y)을 지나, 오일필터 상부에 연결된 배출배관(423)을 통해 배출된다.

'상부배출타입'의 오일필터는, 고정판(425)이 오일필터 상부에 설치되고, 고정판(425) 하면에 필터엘리먼트(421)가 설치되며, 고정판(425)을 기준으로, 필터엘리먼트(421) 반대쪽에 배출배관(423)이 연결된다.

또한, '상부배출타입'의 오일필터는, 공급배관(422)을 통해 유입된 유체가 필터엘리먼트(421)의 하부에 의해서도 필터링 될 수 있도록(즉, 필터엘리먼트 전체를 최대한 사용할 수 있도록), 공급배관(422)이 필터엘리먼트(421)의 하단부보다 더 아래쪽에 연결되는 것이 바람직하다.

공급배관(422)과 배출배관(423)은 서로 반대쪽(도 7에서 필터엘리먼트(421)를 기준으로 왼쪽과 오른쪽)에 설치되는 것이 유체의 흐름상 바람직하고, 필터엘리먼트(421)에 의해 걸러진 윤활유는 필터엘리먼트(421) 하부에 모이므로, 오일배출배관(424)은 필터엘리먼트(421)의 하부 쪽에 연결되는 것이 바람직하다.

도 7을 참조하면, '상부배출타입'의 오일필터는, 오일필터 하부에 연결된 배관(422)을 따라 공급된 유체가 필터엘리먼트(421)를 통과한 후 오일필터 상부에 연결된 배관(423)을 따라 배출된다. 필터엘리먼트(421)에 의해 걸러진 윤활유는 별도의 배관(424)을 따라 외부로 배출된다.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, '상부배출타입'의 오일필터에 기체 성분이 다수인 유체(일례로, 액체 10%, 기체 90%의 부피 비율)를 공급하면, 기체 성분은 밀도가 작으므로, 아래서 위로 적절한 흐름이 발생하고 필터링 효과가 우수하다.

그러나, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, '상부배출타입'의 오일필터에 액체 성분이 다수인 유체(일례로, 액체 90%, 기체 10%의 부피 비율)를 공급하면, 밀도가 큰 액체 성분이 오일필터 하부에 머무르므로, 유체의 흐름이 나빠지고 필터링 효과도 줄어든다.

따라서, 도 5의 B 위치에 제2 오일필터(420)를 설치하는 경우에는, 도 6에 도시된 '하부배출타입'인 제2 오일필터(420)를 적용하는 것이 바람직하고, 도 5의 C 위치에 제2 오일필터(420)를 설치하는 경우에는, 도 7에 도시된 '상부배출타입'인 제2 오일필터(420)를 적용하는 것이 바람직하다.

도 5의 A 위치에 제2 오일필터(420)를 설치하는 경우에는, 감압장치(600)에 의해 감압된 유체는 기액혼합상태이나(이론상으로는 100% 재액화도 가능함) 부피 비율로는 기체 성분의 비율이 더 높으므로, 도 7에 도시된 '상부배출타입'인 제2 오일필터(420)를 적용하는 것이 바람직하다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 오일필터, 즉, 윤활유 분리장치의 개략적인 사시도 및 측단면도이다.

제3 실시예에 따른, 윤활유 분리장치로서의 오일필터(440)는, 전술한 제1 및 제2 실시예에 따른 오일필터의 하우징 형태를 변경하여 코어레서 방식 및 사이클론 방식에 의해 윤활유를 제거할 수 있도록 구성된다는 점에서 제1 및 제2 실시예와 차이점이 존재한다.

또, 제3 실시예에 따른 오일필터(440)는 도 2를 참조하여 전술한 제1 오일필터(410)가 설치된 위치 및 제2 오일필터(420)가 설치된 위치 중 어느 하나의 위치에 설치될 수 있다. 바람직하게는, 제3 실시예에 따른 오일필터(440)는, 동결(응고)된 고체 상태의 윤활유를 증발가스로부터 분리시켜야 하는 제2 오일필터(420)의 설치 위치에 배치될 수 있다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 오일필터(440)는, 대략 깔때기 형상을 갖도록 만들어진 외부 하우징(441)과, 이 외부 하우징(441)의 내부에 설치되는 내부 하우징(446)과, 이 내부 하우징(446)의 내부에 장착되는 필터엘리먼트(448)를 포함한다.

외부 하우징(441)은, 대략 직경이 일정한 몸통부(441a)와, 이 몸통부(441a)의 하부로 연장하면서 직경이 점진적으로 감소하는 테이퍼부(441b)를 포함할 수 있다.

윤활유가 혼입되어 있는 증발가스는 유입배관(442)을 통하여 외부 하우징(441) 내로 유입된다. 도 9에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 사이클론 방식의 필터링을 위해 외부 하우징(441)의 내부에 소용돌이가 발생할 수 있도록, 유입배관(442)은 외부 하우징(441)의 몸통부(441a) 상단에서 접선방향으로 설치된다.

외부 하우징(441)의 테이퍼부(441b) 하단에는 증발가스로부터 분리된 윤활유, 즉 오일이 배출될 수 있는 오일 배출배관(444)이 설치될 수 있다.

외부 하우징(441)의 상단 중심부분에는 대략 원통형의 내부 하우징(446)이 배치되며, 내부 하우징(446)의 내부에는 필터엘리먼트(448)가 배치된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 필터엘리먼트(448)는 고정판(447)을 통해 내부 하우징(446) 내에 설치될 수 있으며, 유입배관(442)을 통해 유입되는 유체에 섞인 윤활유를 분리한다.

내부 하우징(446)은 전체적으로 외부 하우징(441)의 내부에 배치되도록 구성될 수도 있고, 도 10에 도시된 바와 같이 내부 하우징(446)의 상단 일부가 부분적으로 외부 하우징(441)의 외부로 돌출되도록 구성될 수도 있다.

필터엘리먼트(448)는, 도 6 및 도 7에 도시된 필터엘리먼트(421)와 마찬가지로, 도 8에 도시된 바와 같이 중공(도 8의 Z 공간)의 원기둥 형상일 수 있으며, 메쉬(Mesh) 크기가 다른 다단의 레이어(Layer)가 겹겹이 쌓여 이루어진 형태일 수 있다. 유입배관(442)을 통해 유입되는 유체는 필터엘리먼트(448)에 포함된 다단의 레이어를 통과하며 윤활유가 필터링 된다. 필터엘리먼트(448)는 물리적 흡착 방식으로 윤활유를 분리할 수 있다.

필터엘리먼트(448)에 의해 필터링된 유체(증발가스, 액화가스, 또는 기액혼합상태의 유체)는 배출배관(443)을 따라 배출될 수 있다.

오일필터(440)에 사용되는 구성품들의 재질은, 극저온의 유체에 섞인 윤활유를 분리시킬 수 있도록 극저온에 견딜 수 있는 재질로 구성된다. 필터엘리먼트(448)는 극저온에 견딜 수 있는 금속(Metal) 재질로 구성될 수 있고, 구체적으로 필터엘리먼트(448)는 SUS 재질일 수 있다.

유입배관(442)을 통해 유입된 유체에는 기체 상태의 증발가스(NG), 액체 상태의 증발가스(LNG), 액체 상태의 윤활유, 및 고체 상태의 윤활유 등이 혼합된 상태일 수 있다. 유입배관(442)을 통해 유입된 유체는 내부 하우징(446)에 의해 곧바로 필터엘리먼트(448)를 통과하는 것이 방지될 수 있으며, 외부 하우징(441)과 내부 하우징(446) 사이의 공간 내에서 소용돌이치면서 유속이 느려진 후 내부 하우징(446)의 하부로부터 내부 하우징(446)의 내부로 유입될 수 있다.

이 과정에서, 적어도 일부의 액체 및 고체 상태의 윤활유는 자중에 의해 낙하하여 오일 배출배관(444)을 통해 배출될 수 있다.

증발가스와 함께 상승하여 내부 하우징(446)의 내부로 유입된 윤활유는 필터엘리먼트(448)에 의해 필터링 되어, 증발가스만이 배출배관(443)을 통해 배출될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 사이클론(Cyclone) 방식의 윤활유 분리장치와 코어레서(Coalescer) 방식의 윤활유 분리장치를 각각 별도로 설치할 필요 없이, 하나로 통합하여 설치할 수 있어, 배치공간을 절약할 수 있고 설치장소를 좀 더 자유롭게 설계할 수 있게 된다.

또한, 사이클론 방식과 코어레서 방식을 동시에 활용하여 윤활유를 분리해 낼 수 있기 때문에, 필터링 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 코어레서 방식만을 활용하여 윤활유를 분리할 경우, 필터엘리먼트가 동결된 고체 상태의 오일에 의해 막혀 차압이 급상승하는 문제가 있었으나, 본 실시예에서와 같이 사이클론 방식과 코어레서 방식을 동시에 활용하여 윤활유를 분리할 경우, 큰 입자의 오일을 사이클론 방식에 의해 우선적으로 분리시킨 후 나머지 오일 성분을 코어레서 방식의 필터엘리먼트에 의해 분리시킬 수 있어 필터엘리먼트의 차압을 감소시키고 차압상승을 지연시킬 수 있다. 나아가서 필터엘리먼트의 교체시기를 늦출 수 있게 된다.

도 11은 본 발명의 제3 실시예의 변형예에 따른 오일필터, 즉, 윤활유 분리장치의 개략적인 측단면도이다.

제3 실시예의 변형예에 따른, 윤활유 분리장치로서의 오일필터(450)는, 전술한 제3 실시예에 따른 오일필터와 마찬가지로, 코어레서 방식 및 사이클론 방식에 의해 윤활유를 제거할 수 있도록 구성된다.

또, 제3 실시예의 변형예에 따른 오일필터(450)는 도 2를 참조하여 전술한 제1 오일필터(410)가 설치된 위치 및 제2 오일필터(420)가 설치된 위치 중 어느 하나의 위치에 설치될 수 있다. 바람직하게는, 제3 실시예의 변형예에 따른 오일필터(450)는, 동결(응고)된 고체 상태의 윤활유를 증발가스로부터 분리시켜야 하는 제2 오일필터(420)의 설치 위치에 배치될 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 변형예에 따른 오일필터(450)는, 대략 깔때기 형상을 갖도록 만들어진 외부 하우징(451)과, 이 외부 하우징(451)의 내부에 설치되는 내부 하우징(456)과, 이 내부 하우징(456)의 내부에 장착되는 필터엘리먼트(458)를 포함한다.

외부 하우징(451)은, 대략 직경이 일정한 몸통부(451a)와, 이 몸통부(451a)의 하부로 연장하면서 직경이 점진적으로 감소하는 테이퍼부(451b)를 포함할 수 있다.

윤활유가 혼입되어 있는 증발가스는 유입배관(452)을 통하여 외부 하우징(451) 내로 유입된다. 제3 실시예의 오일필터(440)와 마찬가지로, 사이클론 방식의 필터링을 위해 외부 하우징(451)의 내부에 소용돌이가 발생할 수 있도록, 유입배관(452)은 외부 하우징(451)의 몸통부(451a) 상단에서 접선방향으로 설치된다.

외부 하우징(451)의 테이퍼부(451b) 하단에는 증발가스로부터 분리된 윤활유, 즉 오일이 배출될 수 있는 오일 배출배관(454)이 설치될 수 있다.

외부 하우징(451)의 상단 중심부분에는 대략 원통형의 내부 하우징(456)이 배치되며, 내부 하우징(456)의 내부에는 필터엘리먼트(458)가 배치된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 필터엘리먼트(458)는 고정판(457)을 통해 내부 하우징(456) 내에 설치될 수 있으며, 유입배관(452)을 통해 유입되는 유체에 섞인 윤활유를 분리한다.

내부 하우징(456)은 전체적으로 외부 하우징(451)의 내부에 배치되도록 구성될 수도 있고, 도 11에 도시된 바와 같이 내부 하우징(456)의 상단 일부가 부분적으로 외부 하우징(451)의 외부로 돌출되도록 구성될 수도 있다.

필터엘리먼트(458)는, 도 6 및 도 7에 도시된 필터엘리먼트(421)와 마찬가지로, 도 8에 도시된 바와 같이 중공(도 8의 Z 공간)의 원기둥 형상일 수 있으며, 메쉬(Mesh) 크기가 다른 다단의 레이어(Layer)가 겹겹이 쌓여 이루어진 형태일 수 있다. 유입배관(452)을 통해 유입되는 유체는 필터엘리먼트(458)에 포함된 다단의 레이어를 통과하며 윤활유가 필터링 된다. 필터엘리먼트(458)는 물리적 흡착 방식으로 윤활유를 분리할 수 있다.

필터엘리먼트(458)에 의해 필터링된 유체(증발가스, 액화가스, 또는 기액혼합상태의 유체)는 배출배관(453)을 따라 배출될 수 있다. 제3 실시예에 따른 오일필터(440)는 배출배관(443)이 필터엘리먼트(448)로부터 연장(예를 들어, 필터엘리먼트의 상단으로부터 연직 상방으로 연장)하도록 설치되어 있는 반면, 제3 실시예의 변형예에 따른 오일 필터(450)는 배출배관(453)이 내부 하우징(456)의 상단으로부터 연장(예를 들어, 내부 하우징의 상단으로부터 측방향으로 연장)하도록 설치된다.

오일필터(450)에 사용되는 구성품들의 재질은, 극저온의 유체에 섞인 윤활유를 분리시킬 수 있도록 극저온에 견딜 수 있는 재질로 구성된다. 필터엘리먼트(458)는 극저온에 견딜 수 있는 금속(Metal) 재질로 구성될 수 있고, 구체적으로 필터엘리먼트(458)는 SUS 재질일 수 있다.

유입배관(452)을 통해 유입된 유체에는 기체 상태의 증발가스(NG), 액체 상태의 증발가스(LNG), 액체 상태의 윤활유, 및 고체 상태의 윤활유 등이 혼합된 상태일 수 있다. 유입배관(452)을 통해 유입된 유체는 내부 하우징(456)에 의해 곧바로 필터엘리먼트(458)를 통과하는 것이 방지될 수 있으며, 외부 하우징(451)과 내부 하우징(456) 사이의 공간 내에서 소용돌이치면서 유속이 느려진 후 내부 하우징(456)의 하부로부터 필터엘리먼트(458)의 내부로 유입될 수 있다.

이 과정에서, 적어도 일부의 액체 및 고체 상태의 윤활유는 자중에 의해 낙하하여 오일 배출배관(454)을 통해 배출될 수 있다.

증발가스와 함께 상승하여 필터엘리먼트(458)의 내부로 유입된 윤활유는 필터엘리먼트(458)에 의해 필터링 되어, 증발가스만이 필터엘리먼트(458)와 내부 하우징(456) 사이의 공간과 배출배관(453)을 통해 배출될 수 있다.

도 12는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.

도 12에 도시된 제3 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 도 2에 도시된 제2 실시예의 증발가스 재액화 시스템에 비해, 제1 압력센서(910) 및 제2 압력센서(920) 대신 차압센서(930)를 설치한다는 점에서 차이점이 있으며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제2 실시예의 증발가스 재액화 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.

본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 제2 실시예와는 달리, 제1 압력센서(910) 및 제2 압력센서(920) 대신에, 열교환기(100) 전단의 제3 공급라인(L3)의 압력과 열교환기(100) 후단의 제4 공급라인(L4)의 압력 차이를 측정하는 차압센서(930)를 포함한다.

차압센서(930)에 의해 '고온 유로의 압력 차이'를 알아낼 수 있고, 제2 실시예와 마찬가지로, '고온 유로의 압력 차이', '저온 흐름의 온도 차이' 및 '고온 흐름의 온도 차이' 중 하나 이상을 지표로 사용하여, 응축 또는 응고된 윤활유를 제거할지 여부를 알아낼 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 자에 있어서 자명한 것이다.

100: 열교환기
200: 압축기
300: 오일분리기
410, 420, 440, 450: 윤활유 분리장치(오일필터)
441, 451: 외부 하우징
442, 452: 유입배관
443, 453: 배출배관
444, 454: 오일배출배관
446, 456: 내부 하우징
447, 457: 고정판
448, 458: 필터엘리먼트

Claims (11)

1. 액화천연가스로부터 발생되는 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시키는 증발가스 재액화 시스템으로서,
   복수의 실린더에 의해 다단으로 증발가스를 압축시키며, 상기 복수의 실린더 중 적어도 하나는 급유식 실린더인 압축기와;
   상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여 열교환시켜 냉각시키는 열교환기와;
   상기 열교환기 후단에 설치되어, 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치와;
   상기 감압장치 후단에 설치되어, 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기와;
   상기 압축기의 상기 급유식 실린더에 의해 압축된 천연가스 내에 혼입된 윤활유를 분리해 내기 위한 윤활유 분리장치;
   를 포함하며,
   상기 윤활유 분리장치는, 깔때기 형상을 갖는 외부 하우징과, 상기 외부 하우징의 내부에 설치되는 내부 하우징과, 상기 내부 하우징의 내부에 장착되는 필터엘리먼트를 포함하며,
   상기 천연가스 내에 혼입된 상기 윤활유는, 상기 외부 하우징과 상기 내부 하우징 사이의 공간에서 유동하면서 자중에 의해 1차적으로 상기 천연가스로부터 분리되고, 상기 필터엘리먼트를 통과하면서 2차적으로 상기 천연가스로부터 분리되며,
   상기 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 저장탱크로부터 배출된 증발가스와 합류되어 상기 열교환기의 저온 유로로 공급되며,
   상기 윤활유 분리장치는, 상기 감압장치와 상기 기액분리기 사이의 유로, 및 상기 기액분리기에서 분리된 기체상태의 증발가스가 상기 열교환기의 저온 유로로 공급되는 유로 중 어느 하나의 유로에 배치되며,
   상기 윤활유 분리장치는 극저온에 견딜 수 있는 재질로 구성되는, 증발가스 재액화 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부 하우징은,
   직경이 일정한 몸통부와,
   상기 몸통부의 하부로 연장하면서 직경이 점진적으로 감소하는 테이퍼부와,
   상기 몸통부 상단에서 접선방향으로 설치되는 유입배관과,
   상기 테이퍼부 하단에 설치되어 상기 천연가스로부터 분리된 상기 윤활유를 배출시키는 오일 배출배관
   을 포함하는, 증발가스 재액화 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 필터엘리먼트는, 고정판을 통해 상기 내부 하우징 내에 설치되며 중공의 원기둥 형상을 갖는, 증발가스 재액화 시스템.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 내부 하우징은 전체적으로 상기 외부 하우징의 내부에 배치되는, 증발가스 재액화 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 내부 하우징은 상단 일부가 부분적으로 상기 외부 하우징의 외부로 돌출되는, 증발가스 재액화 시스템.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 필터엘리먼트에 의해 필터링된 천연가스를 배출시키기 위한 배출배관을 더 포함하는, 증발가스 재액화 시스템.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 배출배관은 상기 필터엘리먼트의 상단으로부터 위쪽으로 연장되며,
   윤활유가 혼입된 천연가스는 상기 내부 하우징과 상기 필터엘리먼트 사이의 공간으로 유입된 후, 상기 필터엘리먼트에 의해 필터링되고, 상기 필터엘리먼트의 내부공간 및 상기 배출배관을 통해 상기 윤활유 분리장치의 외부로 배출되는, 증발가스 재액화 시스템.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 배출배관은 상기 내부 하우징의 상단으로부터 측방향으로 연장되며,
   윤활유가 혼입된 천연가스는 상기 필터엘리먼트의 내부공간으로 유입된 후, 상기 필터엘리먼트에 의해 필터링되고, 상기 내부 하우징과 상기 필터엘리먼트 사이의 공간 및 상기 배출배관을 통해 상기 윤활유 분리장치의 외부로 배출되는, 증발가스 재액화 시스템.
9. 삭제
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 윤활유 분리장치는 상기 압축기와 상기 열교환기 사이에 추가로 배치되어 상기 열교환기에 공급되는 증발가스로부터 윤활유를 분리하는, 증발가스 재액화 시스템.
11. 삭제

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