KR102572399B1

KR102572399B1 - 부체식 설비 및 부체식 설비의 제조 방법

Info

Publication number: KR102572399B1
Application number: KR1020217028165A
Authority: KR
Inventors: 료 다카타; 에이지 사이토
Original assignee: 미쓰비시주코마린마시나리 가부시키가이샤
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2023-08-30
Also published as: CN113557196B; CN113557196A; JP7316068B2; KR20210124358A; WO2020189536A1; JP2020147221A

Abstract

부체식 설비는, 부체와, 상기 부체 상에 형성된 LNG 탱크와, 열매체와의 열교환에 의해 상기 LNG 탱크로부터의 액화 천연 가스를 기화하여 재가스화 LNG 를 얻기 위한 제 1 열교환기와, 하기 (A) 또는 (B) 의 조건을 만족하는 팽창 터빈을 구비하는 부체식 설비.
(A) 상기 제 1 열교환기로부터의 상기 재가스화 LNG 에 의해 구동되도록 구성된다.
(B) 상기 제 1 열교환기에서 상기 액화 천연 가스를 저온 열원으로서 이용하는 열역학 사이클의 일부를 형성하여 가스 상태의 상기 열매체에 의해 구동되도록 구성된다.

Description

부체식 설비 및 부체식 설비의 제조 방법

본 개시는, 부체식 설비 및 부체식 설비의 제조 방법에 관한 것이다.

액화 천연 가스 (LNG) 는, 통상적으로 약 -160 ℃ 의 저온 액체 상태에서 저장된다. 그래서, LNG 의 냉열 에너지를 유효 이용하기 위한 방법이 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에는, LNG 냉열을 이용하여 발전하는 냉열 발전 장치가 기재되어 있다. 보다 구체적으로는, 특허문헌 1 에 기재된 냉열 발전 장치는, LNG 와의 열교환에 의해 냉각된 열매체를 냉열원으로 하고, LNG 를 연료로 하는 주연소 기관으로부터의 배기를 가열원으로 하는 열사이클을 포함한다. 그리고, 그 열사이클 상에 형성한 팽창 터빈에 의해 발전기를 구동시켜, 발전하도록 되어 있다.

일본 공개특허공보 2014-104847호

그런데, 부체 상에 LNG 의 저장 탱크 및 재가스화 설비를 탑재한 부체식 저장 재가스화 설비 (FSRU : Floating Storage ＆ Regasification Unit) 는, 육상의 LNG 수용 기지와 동일하게, LNG 의 저장 및 재가스화의 기능을 하는 것으로, 잔교 (棧橋) 등에 고정적으로 정박시켜 사용된다. 그러나, 상기 서술한 LNG 의 냉열을 이용한 냉열 발전에서는, 통상적으로 대규모의 장치를 사용하는 점에서, 이와 같은 부체식 설비에 있어서는, 부체 상의 스페이스의 제약이나, 장치의 설치 비용 등의 문제로부터, 냉열 발전은 도입되어 있지 않다. 그래서, 부체식 설비에 있어서, 냉열 발전을 도입하여, 에너지 효율을 향상시키는 것이 요구되고 있다.

상기 서술한 사정을 감안하여, 본 발명의 적어도 일 실시형태는, 에너지 효율을 향상 가능한 부체식 설비 및 부체식 설비의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 관련된 부체식 설비는,

부체와,

상기 부체 상에 형성된 LNG 탱크와,

열매체와의 열교환에 의해 상기 LNG 탱크로부터의 액화 천연 가스를 기화하여 재가스화 LNG 를 얻기 위한 제 1 열교환기와,

하기 (A) 또는 (B) 의 조건을 만족하는 팽창 터빈을 구비한다.

(A) 상기 제 1 열교환기로부터의 상기 재가스화 LNG 에 의해 구동되도록 구성된다.

(B) 상기 제 1 열교환기에서 상기 액화 천연 가스를 저온 열원으로서 이용하는 열역학 사이클의 일부를 형성하여 가스 상태의 상기 열매체에 의해 구동되도록 구성된다.

본 명세서에 있어서「재가스화 LNG」란, 액화 천연 가스 (LNG) 를 열교환기에서 가열하여 기화시킨 가스를 의미한다.

상기 (1) 의 구성에 의하면, LNG 탱크에 저류된 액화 천연 가스를 저장 및 재가스화 가능한 부체식 설비 (FSRU) 에 있어서, 부체 상에 형성된 LNG 탱크에 저류된 LNG 의 냉열을 이용하여 팽창 터빈을 구동시킬 수 있다. 따라서, 팽창 터빈에 의해 발전기를 구동시킴으로써, LNG 의 냉열을 이용하여 발전하는 것이 가능해져, 부체식 설비 전체로서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 서술한 (A) 의 조건을 만족하는 팽창 터빈은, 부체의 추진력을 생성하기 위한 주기관으로서의 터빈 (예를 들어, 증기 터빈 등) 으로서 사용 가능한 것이어도 된다. 이 경우, 주기관으로서 사용 가능한 터빈을 갖는 LNG 탱커 (운반선) 를 부체식 LNG 저장 재가스화 설비 (FSRU) 로서 운용할 수 있다. 따라서, 부체식 설비의 운용을, 예를 들어, LNG 의 수요 등에 맞춰, LNG 탱커와 FSRU 로 전환할 수 있고, 이로써, 부체식 설비를 효율적으로 이용할 수 있다.

(2) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (1) 의 구성에 있어서,

상기 부체식 설비는,

상기 LNG 탱크로부터의 액화 천연 가스가 공급 가능하게 구성된 내연 기관을 추가로 구비한다.

상기 (2) 의 구성에 의하면, 주기관으로서 사용 가능한 내연 기관을 갖는 LNG 탱커 (운반선) 를 부체식 LNG 저장 재가스화 설비 (FSRU) 로서 운용할 수 있다. 따라서, 부체식 설비의 운용을, 예를 들어, LNG 의 수요 등에 맞춰, LNG 탱커와 FSRU 로 전환할 수 있고, 이로써, 부체식 설비를 효율적으로 이용할 수 있다.

또, 상기 (2) 의 구성에 의하면, 그 부체식 설비를 FSRU 로서 운용할 때에, 팽창 터빈에 의한 발전에 더하여 내연 기관에 의한 발전을 실시할 수도 있다. 따라서, 부체식 설비에 있어서의 전력 수요에 대응하여 발전량을 유연하게 조절할 수 있다.

(3) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (2) 의 구성에 있어서,

상기 팽창 터빈은, 상기 (A) 의 조건을 만족하고,

상기 열매체는, 상기 내연 기관을 냉각시킨 후의 냉각수를 포함한다.

상기 (3) 의 구성에 의하면, 내연 기관의 냉각수를 열매체로서 이용하여, LNG 탱크로부터의 LNG 를 재가스화하도록 하였으므로, 내연 기관의 배열을 유효 이용하여 효율적으로 발전을 실시하는 것이 가능해진다.

(4) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 구성에 있어서,

상기 팽창 터빈은, 상기 (A) 의 조건을 만족하고,

상기 부체식 설비는,

상기 팽창 터빈의 입구측에 연통 가능한 출구부를 갖고, 상기 팽창 터빈보다 짧은 터빈 날개를 포함하는 고압 터빈과,

상기 고압 터빈을 경유하지 않고 상기 재가스화 LNG 를 상기 팽창 터빈에 직접 도입하도록 구성된 도입 라인을 구비한다.

터빈에 공급되는 유체의 체적 유량은, 그 터빈이 LNG 탱커로서의 운용시에 주기 등으로서 사용되는 경우와, FSRU 로서의 운용시에 발전용의 팽창 터빈으로서 사용되는 경우에서 상이한 경우가 있다. 이 점, 상기 (4) 의 팽창 터빈은, 고압 터빈에 공급되는 유체보다 저압의 유체가 공급되도록 구성된 터빈이다. 즉, 상기 (4) 의 구성에서는, 부체식 설비 (FSRU) 에 있어서, 터빈의 도중단으로부터 재가스화 LNG 를 유입시키도록 하였으므로, 팽창 터빈에 있어서의 체적 유량대 (流量帶) 를, LNG 탱커로서의 운용시와 일치시키기 쉽다. 따라서, 부체식 설비에 있어서, 팽창 터빈을 적절히 구동시킬 수 있다.

(5) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 구성에 있어서,

상기 팽창 터빈은, 상기 (A) 의 조건을 만족하고,

상기 부체식 설비는,

상기 팽창 터빈의 출구측에 연통 가능한 입구부를 갖고, 상기 팽창 터빈보다 긴 터빈 날개를 포함하는 저압 터빈과,

상기 저압 터빈을 경유하지 않고 상기 재가스화 LNG 를 상기 팽창 터빈으로부터 배출하도록 구성된 배출 라인을 구비한다.

상기 (5) 의 팽창 터빈은, 저압 터빈에 공급되는 유체보다 고압의 유체가 공급되도록 구성된 터빈이다. 즉, 상기 (5) 의 구성에서는, 부체식 설비 (FSRU) 에 있어서, 터빈의 도중단으로부터 재가스화 LNG 를 배출시키도록 하였으므로, 팽창 터빈에 있어서의 체적 유량대를, LNG 탱커로서의 운용시와 일치시키기 쉽다. 따라서, 부체식 설비에 있어서, 팽창 터빈을 적절히 구동시킬 수 있다.

(6) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 구성에 있어서,

상기 팽창 터빈은, 상기 (A) 의 조건을 만족하고,

상기 팽창 터빈은, 제 1 터빈과, 상기 제 1 터빈보다 입구 압력이 낮은 제 2 터빈을 포함하고,

상기 제 1 터빈은, 상기 제 1 열교환기로부터의 상기 재가스화 LNG 가 공급되도록 구성되고,

상기 부체식 설비는,

상기 제 1 터빈으로부터 배출된 상기 재가스화 LNG 를 가열하기 위한 제 2 열교환기를 추가로 구비하고,

상기 제 2 터빈은, 상기 제 2 열교환기로부터의 상기 재가스화 LNG 가 공급되도록 구성된다.

상기 (6) 의 구성에서는, 팽창 터빈은, 제 1 터빈과, 제 1 터빈으로부터 배출된 후에 가열된 유체가 공급되는 제 2 터빈을 포함하는 재열터빈의 구조를 갖는다. 따라서, 예를 들어, LNG 탱커에 있어서 재열터빈을 주기관으로서 사용하고 있는 경우, 그 재열터빈을 그대로의 구조로, FSRU 로서의 운용시에 팽창 터빈으로서 사용할 수 있다. 따라서, 설비 비용을 억제하면서, LNG 의 냉열을 이용하여 효율적으로 발전할 수 있다.

(7) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (1) 또는 (2) 의 구성에 있어서,

상기 팽창 터빈은, 상기 (B) 의 조건을 만족하고,

상기 부체식 설비는,

상기 열역학 사이클 상에 있어서 상기 팽창 터빈의 하류측에 형성되고, 상기 열매체를 응축시키기 위한 응축기와,

상기 열역학 사이클 상에 있어서 상기 응축기의 하류측에 형성되고, 상기 열매체를 승압하기 위한 펌프와,

상기 열역학 사이클 상에 있어서 상기 펌프의 하류측에 형성되고, 상기 열매체를 증발시키기 위한 증발기를 구비하고,

상기 응축기는, 상기 액화 천연 가스와의 열교환에 의해 상기 열매체를 응축시키도록 구성된 상기 제 1 열교환기를 포함한다.

상기 (7) 의 구성에 의하면, 부체식 설비에 있어서, 부체 상에 형성된 LNG 탱크로부터의 LNG 를 저온 열원으로 하는 열역학 사이클 상의 팽창 터빈을 구동시킬 수 있다. 즉, 팽창 터빈에는, LNG 탱크로부터의 LNG 유래의 가스가 아니라, 열역학 사이클의 작동 유체인 열매체가 공급된다. 따라서, 팽창 터빈으로부터의 LNG 의 누설을 회피하면서, LNG 의 냉열을 이용하여 발전하는 것이 가능해진다.

또, 상기 (7) 의 구성에 의하면, 열역학 사이클에 있어서의 열매체의 압력을, 재가스화 LNG 의 송기 압력 (수요처에 대한 공급 압력) 에 관계없이 설정 가능하므로, 광범위한 LNG 송기 압력에 적용 가능하다.

(8) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (7) 의 구성에 있어서,

상기 부체식 설비는,

상기 LNG 탱크에 저류된 상기 액화 천연 가스 유래의 연료 가스가 공급 가능하게 구성된 내연 기관을 구비하고,

상기 증발기는, 상기 내연 기관의 배열을 사용하여 상기 열매체를 증발시키도록 구성된다.

상기 (8) 의 구성에 의하면, 열역학 사이클에 있어서 열매체 (작동 유체) 를 증발시키기 위한 고온 열원으로서, 내연 기관의 배열을 사용하도록 하였으므로, 내연 기관의 배열을 유효 이용하면서 효율적으로 발전을 실시하는 것이 가능해진다.

(9) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (7) 또는 (8) 의 구성에 있어서,

상기 부체식 설비는,

상기 내연 기관은, 연료로서 상기 제 1 열교환기로부터의 상기 재가스화 LNG 가 공급되도록 구성된다.

상기 (9) 의 구성에 의하면, 열역학 사이클에 있어서의 응축기로서의 제 1 열교환기에서 열매체와의 열교환에 의해 재가스화된 LNG 를, 연료로서 내연 기관에 공급하도록 하였으므로, 부체식 설비를 효율적으로 운전할 수 있다.

(10) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (1) 또는 (2) 의 구성에 있어서,

상기 팽창 터빈은, 상기 (B) 의 조건을 만족하고,

상기 부체식 설비는,

상기 열역학 사이클 상에 있어서 상기 팽창 터빈의 하류측에 형성되고, 상기 열매체를 냉각시키기 위한 제 1 냉각기와,

상기 열역학 사이클 상에 있어서 상기 제 1 냉각기의 하류측에 형성되고, 상기 열매체를 압축하기 위한 압축기와,

상기 열역학 사이클 상에 있어서 상기 압축기의 하류측에 형성되고, 상기 열매체를 가열하기 위한 가열기를 구비하고,

상기 제 1 냉각기는, 상기 액화 천연 가스와의 열교환에 의해 상기 열매체를 냉각시키도록 구성된 상기 제 1 열교환기를 포함한다.

상기 (10) 의 구성에 의하면, 부체식 설비에 있어서, 부체 상에 형성된 LNG 탱크로부터의 LNG 를 저온 열원으로 하는 열역학 사이클 상의 팽창 터빈을 구동시킬 수 있다. 즉, 팽창 터빈에는, LNG 탱크로부터의 LNG 유래의 가스가 아니라, 열역학 사이클의 작동 유체인 열매체가 공급된다. 따라서, 팽창 터빈으로부터의 LNG 의 누설을 회피하면서, LNG 의 냉열을 이용하여 발전하는 것이 가능해진다.

또, 터빈 또는 압축기를 탑재한 LNG 탱커의 경우, 기존의 기기 (터빈 또는 압축기) 를 이용하여 열역학 사이클을 형성함으로써 상기 (10) 의 구성을 얻을 수 있다. 따라서, 설비 비용을 억제하면서, LNG 의 냉열을 이용하여 효율적으로 발전할 수 있다.

(11) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (10) 의 구성에 있어서,

상기 부체식 설비는,

상기 팽창 터빈과, 상기 압축기를 접속하는 회전 샤프트를 추가로 구비하고,

상기 압축기는, 상기 회전 샤프트를 통하여 상기 팽창 터빈에 의해 구동되도록 구성된다.

상기 (11) 의 구성에 의하면, 열역학 사이클 상의 압축기와 팽창 터빈은 회전 샤프트를 통하여 접속되어 있다. 따라서, LNG 탱커에 있어서, 회전 샤프트에 의해 접속된 압축기와 터빈을 포함하는 기기 (예를 들어, 과급기) 가 사용되고 있는 경우, 이 기기를 이용하여 열역학 사이클을 형성함으로써, 상기 (10) 의 구성에 관련된 부체식 설비를 얻을 수 있다. 따라서, 설비 비용을 억제하면서, LNG 의 냉열을 이용하여 효율적으로 발전할 수 있다.

(12) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (10) 또는 (11) 의 구성에 있어서,

상기 부체식 설비는,

상기 가열기는, 상기 내연 기관의 배열을 사용하여 상기 열매체를 가열하도록 구성된다.

상기 (12) 의 구성에 의하면, 열역학 사이클에 있어서 열매체 (작동 유체) 를 가열하기 위한 고온 열원으로서, 내연 기관의 배열을 사용하도록 하였으므로, 내연 기관의 배열을 유효 이용하면서 효율적으로 발전을 실시하는 것이 가능해진다.

(13) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (10) 내지 (12) 중 어느 구성에 있어서,

상기 LNG 탱크에 저류된 상기 액화 천연 가스 유래의 연료 가스가 공급 가능하게 구성된 내연 기관과,

상기 열역학 사이클 상에 있어서 상기 팽창 터빈과 상기 제 1 냉각기 사이에 형성된 제 2 냉각기를 구비하고,

상기 제 2 냉각기는, 상기 LNG 탱크로부터 상기 내연 기관에 공급되는 액화 천연 가스와의 열교환에 의해, 상기 열매체를 냉각시키도록 구성된다.

상기 (13) 의 구성에 의하면, 열역학 사이클의 열매체를, 제 2 냉각기에 있어서 LNG 탱크로부터의 LNG 와의 열교환에 의해 더욱 냉각시키도록 하였으므로, LNG 의 냉열을 이용하여, 보다 효율적으로 발전할 수 있다.

(14) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (13) 중 어느 구성에 있어서,

상기 팽창 터빈은, 로터와, 상기 로터를 둘러싸는 케이싱과, 상기 로터와 상기 케이싱 사이의 간극을 통한 유체의 누설을 억제하는 시일부를 포함하고,

상기 시일부는, 상기 팽창 터빈에 공급되는 상기 재가스화 LNG 또는 상기 열매체보다 고압의 불활성 가스가 공급되도록 구성된다.

상기 (14) 의 구성에 의하면, 팽창 터빈에 공급되는 유체 (재가스화 LNG 또는 열매체) 보다 고압의 불활성 가스를 시일부에 공급하도록 하였으므로, 예를 들어, 부체식 설비의 운용 형태가 변경이 되어, 팽창 터빈에 공급되는 유체의 종류가 바뀌었다고 해도, 시일부의 구조를 바꾸지 않고 적절한 축봉 (軸封) 이 가능해진다.

(15) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (14) 중 어느 구성에 있어서,

상기 부체식 설비는,

상기 팽창 터빈에 의해 구동되도록 구성된 발전기를 추가로 구비한다.

상기 (15) 의 구성에 의하면, 부체 상에 형성된 LNG 탱크에 저류된 LNG 의 냉열을 이용하여 팽창 터빈을 구동시킬 수 있음과 함께, 그 팽창 터빈에 의해 발전기를 구동시킬 수 있다. 따라서, LNG 의 냉열을 이용하여 발전하는 것이 가능해져, 부체식 설비 전체로서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

(16) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 관련된 부체식 설비의 제조 방법은,

선체와,

상기 선체에 형성된 주기관과,

상기 선체 상에 형성된 LNG 탱크를 구비하는 LNG 선을 개조하여 상기 (1) 내지 (15) 중 어느 구성에 기재된 부체식 설비를 얻는 방법으로서,

상기 LNG 탱크 내의 액화 천연 가스를 열교환에 의해 기화하여 재가스화 LNG 를 얻기 위한 제 1 열교환기를 형성하는 스텝과,

상기 재가스화 LNG 를 가스 설비로 유도하는 재가스화 LNG 공급 라인을 형성하는 스텝을 구비하고,

상기 제 1 열교환기는, 상기 주기관, 또는, 상기 주기관의 배열 회수용의 열역학 사이클의 일부를 구성하는 터빈이 팽창 터빈으로서 기능하도록, 그 팽창 터빈과의 관계에서 하기 (A) 또는 (B) 의 조건을 만족한다.

(A) 상기 제 1 열교환기로부터의 상기 재가스화 LNG 에 의해 상기 팽창 터빈이 구동되도록 구성된다.

(B) 상기 제 1 열교환기에서 상기 액화 천연 가스를 저온 열원으로서 이용하는 열역학 사이클의 일부를 형성하여 가스 상태의 상기 열매체에 의해 상기 팽창 터빈이 구동되도록 구성된다.

상기 (16) 의 방법에 의하면, 주기관 또는 열역학 사이클의 일부를 구성하는 터빈을 포함하는 LNG 선에 대하여, 그 터빈이 팽창 터빈으로서 기능하도록 제 1 열교환기를 형성함과 함께, 재가스화 LNG 공급 라인을 형성함으로써, 상기 (1) 의 구성을 갖는 부체식 설비를 제조할 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 부체식 설비에 의해, LNG 의 냉열을 이용하여 발전하는 것이 가능해져, 부체식 설비 전체로서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 에너지 효율을 향상 가능한 부체식 설비 및 부체식 설비의 제조 방법이 제공된다.

도 1 은, 일 실시형태에 관련된 부체식 설비의 개략도이다.
도 2A 는, 도 2B 에 나타내는 부체식 설비에 대응하는 LNG 탱커를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2B 는, 일 실시형태에 관련된 부체식 설비를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3A 는, 도 3B 및 도 3C 에 나타내는 부체식 설비에 대응하는 LNG 탱커를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3B 는, 일 실시형태에 관련된 부체식 설비를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3C 는, 일 실시형태에 관련된 부체식 설비를 나타내는 개략 구성도이다.
도 4A 는, 도 4B 에 나타내는 부체식 설비에 대응하는 LNG 탱커를 나타내는 개략 구성도이다.
도 4B 는, 일 실시형태에 관련된 부체식 설비를 나타내는 개략 구성도이다.
도 5A 는, 도 5B 에 나타내는 부체식 설비에 대응하는 LNG 탱커를 나타내는 개략 구성도이다.
도 5B 는, 일 실시형태에 관련된 부체식 설비를 나타내는 개략 구성도이다.
도 6 은, 일 실시형태에 관련된 팽창 터빈의 개략도이다.
도 7A 는, 도 7B 에 나타내는 부체식 설비에 대응하는 LNG 탱커를 나타내는 개략 구성도이다.
도 7B 는, 일 실시형태에 관련된 부체식 설비를 나타내는 개략 구성도이다.
도 8A 는, 도 8B 에 나타내는 부체식 설비에 대응하는 LNG 탱커를 나타내는 개략 구성도이다.
도 8B 는, 일 실시형태에 관련된 부체식 설비를 나타내는 개략 구성도이다.
도 9A 는, 도 9B 에 나타내는 부체식 설비에 대응하는 LNG 탱커를 나타내는 개략 구성도이다.
도 9B 는, 일 실시형태에 관련된 부체식 설비를 나타내는 개략 구성도이다.
도 10A 는, 도 10B 에 나타내는 부체식 설비에 대응하는 LNG 탱커를 나타내는 개략 구성도이다.
도 10B 는, 일 실시형태에 관련된 부체식 설비를 나타내는 개략 구성도이다.
도 11A 는, 도 11B 에 나타내는 부체식 설비에 대응하는 LNG 탱커를 나타내는 개략 구성도이다.
도 11B 는, 일 실시형태에 관련된 부체식 설비를 나타내는 개략 구성도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇 가지 실시형태에 대해 설명한다. 단, 실시형태로서 기재되어 있거나 또는 도면에 나타나 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 본 발명의 범위를 이것에 한정하는 취지가 아니라, 단순한 설명예에 지나지 않는다.

도 1 은, 일 실시형태에 관련된 부체식 설비의 개략도이다. 도 1 에 나타내는 부체식 설비 (100) 는, LNG 를 저장 및 재가스화하기 위한 설비 (FSRU) 이다. 부체식 설비 (100) 는, 예를 들어, 액화 천연 가스 (LNG) 를 운반하기 위한 LNG 탱커 (101) (LNG 선) 를 개조함으로써 얻어진다. 또한, 도 1 에 있어서, 개조 전의 LNG 탱커 (101) 에 포함되는 요소는 실선으로 나타내고 있고, 개조에 의해 부가된 요소에 대해서는 파선으로 나타내고 있다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 개조 전의 LNG 탱커 (101) 는, 선체 (2) (부체) 와, 선체 (2) 에 형성된 주기관 (4) 과, 선체 (2) 상에 형성된 LNG 탱크 (6) 를 구비한다. 선체 (2) 는, 선체가 해수 등의 유체로부터 받는 저항을 저감시키는 형상을 갖는 선수 (2a) 와, 선체 (2) 의 진행 방향을 조절하기 위한 키 (3) 를 장착 가능한 선미 (2b) 를 갖는다. 주기관 (4) 은, 추진기로서의 프로펠러 (5) 를 구동시키기 위한 동력을 생성하기 위한 기관이다. 도 1 에 나타내는 LNG 탱커 (101) 는, 주기관 (4) 으로서의 엔진 (16) 및 터빈 (40) 을 포함한다.

LNG 탱커 (101) 는, 또한 주기관 (4) (예를 들어, 엔진 (16)) 의 배열을 회수하기 위한 열역학 사이클 (예를 들어, 랭킨 사이클이나 브레이턴 사이클 등) 을 구비하고 있어도 된다. 열역학 사이클에 대해서는 후술한다.

상기 서술한 LNG 탱커 (101) 를 개조하여 얻어지는 부체식 설비 (100) 는, 추가로 LNG 탱크 (6) 내의 LNG 를 열교환에 의해 기화하기 위한 제 1 열교환기 (8) 와, LNG 의 냉열을 이용하여 구동되는 팽창 터빈 (18) 을 구비하고 있다. 또한, 도 1 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 터빈 (40) 이 팽창 터빈 (18) 으로서 기능한다. 또, 부체식 설비 (100) 는, 추가로 LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 를 제 1 열교환기 (8) 로 유도하기 위한 제 1 LNG 라인 (10), 및/또는, 제 1 열교환기 (8) 로부터의 재가스화 LNG 를 팽창 터빈으로 유도하기 위한 제 2 LNG 라인 (12) 을 구비하고 있다. 또, 부체식 설비 (100) 는, 팽창 터빈 (18) 으로부터의 재가스화 LNG 를 가스 설비 (수요처) 로 유도하기 위한 재가스화 LNG 공급 라인 (14) 을 구비하고 있다.

또한, 부체식 설비 (100) 를 개조하여, LNG 탱커 (101) 를 얻을 수도 있다. 즉, 동일한 선체 (2) 를 포함하는 설비를, LNG 탱커 (101) 로서 운용할 수도 있고, 부체식 설비 (100) (FSRU) 로서 운용할 수도 있으며, 개조에 의해, LNG 탱커 (101) 로서의 운용과, 부체식 설비 (100) 로서의 운용 사이에서 전환할 수 있도록 되어 있다.

이하, 몇 가지 실시형태에 관련된 부체식 설비 (100) 및 LNG 탱커 (101) 에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

도 2A, 도 3A, 도 4A 및 도 5A (이하, 도 2A ∼ 도 5A 라고 표기하기도 한다) 는, 각각, 일 실시형태에 관련된 부체식 설비 (100) 로 개조하기 전의 LNG 탱커 (101) 를 나타내는 개략 구성도이다.

도 2B, 도 3B, 도 3C, 도 4B, 및 도 5B (이하, 도 2B ∼ 도 5B 라고 표기하기도 한다) 는, 각각, 대응하는 도 2A ∼ 도 5A 에 나타내는 LNG 탱커 (101) 를 개조하여 얻어지는 부체식 설비 (100) 를 나타내는 개략 구성도이다.

또한, 도 2A 이후의 도면에 있어서는, 선체 (2) (부체) 의 도시는 생략하고 있다.

도 2A ∼ 도 5A 에 나타내는 LNG 탱커 (101) 는, 주기관 (4) 으로서, 엔진 (16) (내연 기관) 및 터빈 (40) 을 탑재하고 있다. 또, LNG 탱커 (101) 에는, 터빈 (40) 을 구동시키는 증기를 생성하기 위한 보일러 (32) 가 탑재되어 있다.

엔진 (16) 및 보일러 (32) 에는, 가스 공급 라인 (20) 을 통하여, LNG 탱크 (6) 로부터의 보일 오프 가스가 공급되도록 되어 있다. 가스 공급 라인 (20) 에는, 보일 오프 가스를 적절한 압력으로 승압하기 위한 컴프레서 (22) 와, 가스를 분배하기 위한 가스 헤더 (24) 가 형성되어 있다. 가스 공급 라인 (20) 은, 가스 헤더 (24) 의 하류측에 있어서, 보일러 (32) 에 접속되는 제 1 분기 라인 (20a) 과, 엔진 (16) 에 접속되는 제 2 분기 라인 (20b) 으로 분기되어 있다. 제 1 분기 라인 (20a) 에는, 보일러 (32) 에 공급되는 가스의 유량을 조절하기 위한 밸브 (30) 가 형성되어 있다.

엔진 (16) 에는, 발전기 (28) 가 접속되어 있고, 엔진 (16) 에 의해 발전기 (28) 가 구동되어 전력이 생성되도록 되어 있다. 발전기 (28) 에서 생성된 전력은, 송전선 (56) 을 통하여 전기 모터 (66) (도 3A 참조) 에 보내진다. 그리고, 전기 모터에 의해, 기어 (58B) (도 3A 참조) 를 통하여 프로펠러 (5B) (도 3A 참조) 가 회전 구동되도록 되어 있다. 또한, 도 3A 에 나타내는 바와 같이, 송전선 (56) 에는, 변압기 (62) 나 컨버터 (64) 등의 기기가 적절히 형성되어 있어도 된다.

또한, 엔진 (16) 은, 연료로서 LNG 유래의 가스 (보일 오프 가스 등) 가 공급 가능함과 함께, 오일 공급 라인 (26) 을 통하여, 연료로서 오일 연료 (예를 들어, 경유) 가 공급 가능하게 구성되어 있어도 된다.

보일러 (32) 는, 공급된 연료 (보일 오프 가스) 를 연소시켜, 그 연소열에 의해 증기를 생성하도록 구성되어 있다. 보일러 (32) 에서 생성된 증기는, 증기 공급 라인 (38) 을 통하여, 터빈 (40) 에 공급되도록 되어 있다. 또한, 보일러 (32) 는, 연료로서 LNG 유래의 가스 (보일 오프 가스 등) 가 공급 가능함과 함께, 오일 공급 라인 (36) 을 통하여, 연료로서 오일 연료 (예를 들어, 경유) 가 공급 가능하게 구성되어 있어도 된다.

도 2A 및 도 4A 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 터빈 (40) 에 발전기 (54) 가 접속되어 있고, 터빈 (40) 이 보일러 (32) 로부터의 증기에 의해 회전 구동됨과 함께, 발전기 (54) 가 터빈 (40) 에 의해 구동되어 전력이 생성되도록 되어 있다. 이와 같이 생성된 전력은, 엔진 (16) 에 접속된 발전기 (28) 에 의해 생성되는 전력과 마찬가지로, 송전선을 통하여, 전기 모터에 보내져, 전기 모터를 통하여 프로펠러 (5) 를 구동시키도록 되어 있다.

도 3A 및 도 5A 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 터빈 (40) 에는, 기어 (58A) 를 통하여 프로펠러 (5A) 가 접속되어 있다. 그리고, 터빈 (40) 의 회전 샤프트의 회전 에너지가 기어 (58A) 를 통하여 프로펠러 (5A) 에 전달되고, 이로써 프로펠러 (5A) 가 구동되도록 되어 있다.

또한, LNG 탱커 (101) 의 프로펠러 (5) 는, 좌현측 프로펠러 (5A) 및 우현측 프로펠러 (5B) 를 포함하고 있어도 된다. 좌현측 프로펠러 (5A) 및 우현측 프로펠러 (5B) 는, 이들 양방이 전기 모터 (66) (도 3A 참조) 에 의해 구동되도록 되어 있어도 된다. 혹은, 좌현측 프로펠러 (5A) 및 우현측 프로펠러 (5B) 중 일방이 전기 모터 (66) (도 3A 참조) 에 의해 구동됨과 함께, 타방이 기어를 통하여 터빈 (40) 에 의해 구동되도록 되어 있어도 된다.

또, 터빈 (40) 은, 입구 압력이 상이한 복수단의 터빈을 갖고 있어도 된다. 도 2A ∼ 도 5A 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 터빈 (40) 은, 각각 고압 터빈 (42) 과, 고압 터빈 (42) 보다 입구 압력이 낮은 중압 터빈 (44) 과, 중압 터빈 (44) 보다 입구 압력이 낮은 저압 터빈 (46) 을 포함한다.

고압 터빈 (42) 은, 중압 터빈의 입구측에 연통 가능한 출구부를 갖고, 중압 터빈보다 짧은 터빈 날개를 포함한다.

저압 터빈 (46) 은, 중압 터빈의 출구측에 연통 가능한 입구부를 갖고, 중압 터빈보다 긴 터빈 날개를 포함한다.

도 2A 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 고압 터빈 (42), 중압 터빈 (44) 및 저압 터빈 (46) 은 1 축 상에 배치되고, 공통의 회전 샤프트를 통하여 발전기 (54) 를 구동시키도록 되어 있다.

도 3A, 도 4A 및 도 5A 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 터빈 (40) 은, 후진 터빈 (48) 을 추가로 포함한다. 그리고, 1 축 상에 배열된 고압 터빈 (42) 및 중압 터빈 (44) 이 공통의 회전 샤프트를 통하여 발전기 (54) 또는 프로펠러 (5A) 에 접속되어 있음과 함께, 다른 1 축 상에 배열된 저압 터빈 (46) 및 중압 터빈 (44) 이 공통의 회전 샤프트를 통하여 발전기 (54) 또는 프로펠러 (5A) 에 접속되어 있다.

도 2A ∼ 도 5A 에 나타내는 예시적인 실시형태에 있어서, 증기 공급 라인 (38) 으로부터의 증기는, 고압 터빈 (42) 의 입구에 공급되도록 되어 있다. 또, 고압 터빈 (42) 으로부터 배출된 증기는, 재열기 입구 라인 (50) 을 통하여, 재열기 (34) 에 공급되어 재열되도록 되어 있다. 그리고, 재열기 (34) 로부터의 재열증기는, 재열기 출구 라인 (52) 을 통하여, 중압 터빈 (44) 의 입구에 공급되도록 되어 있다. 중압 터빈 (44) 으로부터의 증기는, 저압 터빈 (46) 에 공급되도록 되어 있다. 저압 터빈 (46) 으로부터 배출되는 증기는, 복수기 (도시 생략) 를 통하여, 보일러 (32) 로 되돌아가도록 되어 있다.

도 2B ∼ 도 5B 에 나타내는 부체식 설비 (FSRU) (100) 에서는, LNG 탱커 (101) 로서의 운용시 (개조 전 ; 도 2A ∼ 도 5A 참조) 에 주기관 (4) 으로서의 기능을 갖고 있던 엔진 (16) 을 사용하여 부체식 설비 (100) 에 있어서 사용되는 전력을 생성하게 되어 있다. 또, LNG 탱커 (101) 로서의 운용시에 주기관 (4) 으로서의 기능을 갖고 있던 터빈 (40) 을 팽창 터빈 (18) 으로서 작동시킴으로써, 부체식 설비 (100) 에 있어서 사용되는 전력을 생성하게 되어 있다.

도 2B ∼ 도 5B 에 나타내는 부체식 설비 (100) 에서는, LNG 탱커 (101) 로서의 운용시와 동일하게, 엔진 (16) 에는, 가스 공급 라인 (20) 의 제 2 분기 라인 (20b) 을 통하여, LNG 탱크 (6) 로부터의 보일 오프 가스가 공급되도록 되어 있다. 또, 엔진 (16) 에는 발전기 (28) 가 접속되어 있어, 엔진 (16) 에 의해 발전기 (28) 가 구동되어 전력이 생성되도록 되어 있다. 발전기 (28) 에서 생성된 전력은, 송전선을 통하여, 부체식 설비 (100) 에 있어서의 수요처에 송전되도록 되어 있다.

또, 도 2B ∼ 도 5B 에 나타내는 부체식 설비 (100) 에는, LNG 탱크 (6) 로부터의 액화 천연 가스 (LNG) 를 기화하여 재가스화 LNG 를 얻기 위한 제 1 열교환기 (8) 가 형성되어 있다.

도 2B ∼ 도 5B 에 나타내는 부체식 설비 (100) 는, LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 를 제 1 열교환기 (8) 로 유도하기 위한 제 1 LNG 라인 (10) 과, 제 1 열교환기 (8) 로부터의 재가스화 LNG 를 팽창 터빈으로 유도하기 위한 제 2 LNG 라인 (12) 을 갖고 있다. 제 1 LNG 라인 (10) 에는, 액체의 LNG 를 승압하기 위한 LNG 펌프 (72) 가 형성되어 있다. 또, 그 부체식 설비 (100) 는, 엔진 (16) 을 냉각시키기 위한 냉각수가 흐르는 냉각수 라인 (74) 을 갖고 있고, 냉각수 라인 (74) 을 통하여, 엔진 (16) 을 냉각 후의 냉각수가, 제 1 열교환기 (8) 로 유도되도록 되어 있다.

제 1 열교환기 (8) 는, 냉각수 라인 (74) 을 흐르는 냉각수 (열매체) 와의 열교환에 의해, 제 1 LNG 라인 (10) 으로부터 유도된 액체의 LNG 를 가열하고 기화하여, 재가스화 LNG 를 생성하도록 구성되어 있다. 제 1 열교환기 (8) 에서 생성된 재가스화 LNG 는, 제 2 LNG 라인을 통하여 팽창 터빈 (18) (터빈 (40)) 에 공급되고, 이와 같이 공급된 재가스화 LNG 에 의해 팽창 터빈 (18) 이 구동됨과 함께, 팽창 터빈 (18) 에 접속된 발전기 (54) 가 구동되도록 되어 있다.

팽창 터빈 (18) (터빈 (40)) 으로부터 배출된 재가스화 LNG 는, 재가스화 LNG 공급 라인 (14) 을 통하여 가스 설비 (수요처) 로 유도되도록 되어 있다.

상기 서술한 실시형태에서는, LNG 탱크 (6) 에 저류된 액화 천연 가스를 저장 및 재가스화 가능한 부체식 설비 (FSRU) (100) 에 있어서, 선체 (2) 상에 형성된 LNG 탱크 (6) 에 저류된 LNG 의 냉열을 이용하여 팽창 터빈 (18) 을 구동시킬 수 있다. 따라서, 팽창 터빈 (18) 에 의해 발전기 (54) 를 구동시킴으로써, LNG 의 냉열을 이용하여 발전하는 것이 가능해져, 부체식 설비 (100) 전체로서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 서술한 실시형태에 있어서의 팽창 터빈 (18) 은, 선체 (2) 의 추진력을 생성하기 위한 주기관 (4) 으로서의 터빈 (40) 으로서 사용 가능한 것이다. 따라서, 주기관 (4) 으로서 사용 가능한 터빈 (40) 을 갖는 LNG 탱커 (101) (도 2A ∼ 도 5A 참조) 를 개조하여, 부체식 설비 (FSRU) (100) 로서 운용할 수 있다. 따라서, 예를 들어, LNG 의 수요 등에 맞춰, LNG 탱커 (101) 로서의 운용과 부체식 설비 (FSRU) (100) 로서의 운용으로 전환할 수 있고, 이로써, 부체식 설비 (100) 를 효율적으로 이용할 수 있다.

또, 상기 서술한 실시형태에서는, 주기관 (4) 으로서 사용 가능한 엔진 (16) (내연 기관) 을 갖는 LNG 탱커 (101) 를 개조하여, 부체식 설비 (FSRU) (100) 로서 운용할 수 있다. 따라서, 예를 들어, LNG 의 수요 등에 맞춰, LNG 탱커 (101) 로서의 운용과 FSRU 로서의 운용으로 전환할 수 있고, 이로써, 부체식 설비 (100) 를 효율적으로 이용할 수 있다.

또, 상기 서술한 실시형태에서는, 제 1 열교환기 (8) 에 있어서 LNG 와 열교환을 하는 열매체는, 엔진 (16) 을 냉각시킨 후의 냉각수를 포함한다. 이와 같이, 엔진 (16) 의 냉각수를 열매체로서 이용하여, LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 를 재가스화하도록 하였으므로, 엔진 (16) 의 배열을 유효 이용하여 효율적으로 발전을 실시하는 것이 가능해진다.

도 2B, 도 3B 및 도 3C 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 터빈 (40) 을 구성하는 고압 터빈 (42), 중압 터빈 (44) 및 저압 터빈 (46) 중, 중압 터빈 (44) 이 팽창 터빈 (18) 의 기능을 갖는다.

즉, 제 1 열교환기 (8) 로부터의 재가스화 LNG 는, 제 2 LNG 라인 (12) (도입 라인) 을 통하여, 고압 터빈 (42) 을 경유하지 않고, 중압 터빈 (44) (팽창 터빈 (18)) 에 직접 도입되도록 되어 있다. 또, 중압 터빈 (44) (팽창 터빈 (18)) 으로부터 배출된 재가스화 LNG 는, 저압 터빈 (46) 을 경유하지 않고, 재가스화 LNG 공급 라인 (14) (배출 라인) 에 배출되도록 되어 있다. 또한, 도 2B 및 도 3B 에 있어서, 저압 터빈 (46) 의 도시를 생략하고 있다.

터빈 (40) 에 공급되는 유체의 체적 유량은, 그 터빈 (40) 이 LNG 탱커 (101) 로서의 운용시에 주기관 (4) 으로서 사용되는 경우와, 부체식 설비 (FSRU) (100) 로서의 운용시에 발전용의 팽창 터빈 (18) 으로서 사용되는 경우에서 상이한 경우가 있다.

이 점, 상기 서술한 실시형태에 관련된 팽창 터빈 (18) 은, 고압 터빈 (42) 에 공급되는 유체보다 저압의 유체가 공급되도록 구성된 중압 터빈 (44) 이다. 즉, 상기 서술한 실시형태에서는, 부체식 설비 (FSRU) (100) 에 있어서, 터빈 (40) 의 도중단으로부터 재가스화 LNG 를 유입시키도록 하였으므로, 팽창 터빈 (18) 에 있어서의 체적 유량대를, LNG 탱커 (101) 로서의 운용시와 일치시키기 쉽다. 따라서, 부체식 설비 (100) 에 있어서, 팽창 터빈 (18) 을 적절히 구동시킬 수 있다.

또, 상기 서술한 실시형태에 관련된 팽창 터빈 (18) 은, 저압 터빈 (46) 에 공급되는 유체보다 고압의 유체가 공급되도록 구성된 중압 터빈 (44) 이다. 즉, 상기 서술한 실시형태에서는, 부체식 설비 (FSRU) (100) 에 있어서, 터빈 (40) 의 도중단으로부터 재가스화 LNG 를 배출시키도록 하였으므로, 팽창 터빈 (18) 에 있어서의 체적 유량대를, LNG 탱커 (101) 로서의 운용시와 일치시키기 쉽다. 따라서, 부체식 설비 (100) 에 있어서, 팽창 터빈 (18) 을 적절히 구동시킬 수 있다.

또, 이와 같이, 터빈 (40) 의 도중단 (상기 서술한 실시형태에서는 중압 터빈 (44)) 만을 재가스화 LNG 에 의해 구동되는 팽창 터빈 (18) 으로서 사용함으로써, 터빈 (40) 중 다른 부분을 사용하여, 추가로 발전을 실시할 수도 있다.

예를 들어, 도 3C 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 고압 터빈 (42) 및 중압 터빈 (44) 과는 다른 회전 샤프트를 갖는 저압 터빈 (46) 에, 증기 공급 라인 (76) 을 통하여 보일러 (32) 로부터의 증기를 공급하여, 저압 터빈 (46) 및 그 저압 터빈 (46) 에 접속된 발전기 (55) 를 구동시키도록 되어 있다. 이와 같이, FSRU 로서의 운용시에, 팽창 터빈 (18) 에 더하여, 증기로 구동시키는 저압 터빈 (46) 에 의해서도 발전을 실시할 수 있으므로, 보다 많은 전력을 공급하는 것이 가능해진다.

도 4B 및 도 5B 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 고압 터빈 (42) 및 중압 터빈 (44) 이 팽창 터빈 (18) 의 기능을 갖는다. 즉, 팽창 터빈 (18) 은, 고압 터빈 (42) (제 1 터빈) 과, 고압 터빈 (42) 보다 입구 압력이 낮은 중압 터빈 (제 2 터빈) 을 포함한다. 고압 터빈 (42) (제 1 터빈) 에는, 제 1 열교환기 (8) 로부터의 재가스화 LNG 가 공급되도록 되어 있다. 또, 고압 터빈 (42) (제 1 터빈) 으로부터 배출된 재가스화 LNG 는, 재열라인 (78) 을 통하여 제 2 열교환기 (69) 로 유도되고, 제 2 열교환기 (69) 에서, 열매체와의 열교환에 의해 가열된 후, 중압 터빈 (44) 의 입구에 공급되도록 되어 있다.

도 4B 및 도 5B 에 나타내는 제 2 열교환기 (69) 에는, 재가스화 LNG 를 재열하기 위한 열매체로서, 냉각수 라인 (74) 으로부터의 냉각수 (엔진 (16) 을 냉각시킨 후의 냉각수) 가 유도되도록 되어 있다. 또한, 제 1 열교환기 (8) 와 제 2 열교환기 (69) 는, 도 4B 및 도 5B 에 나타내는 바와 같이 단일의 케이싱을 공유하는 구조를 갖고 있어도 되고, 혹은, 다른 케이싱을 갖고 있어도 된다.

상기 서술한 실시형태에서는, 팽창 터빈 (18) 은, 고압 터빈 (42) (제 1 터빈) 과, 고압 터빈 (42) (제 1 터빈) 으로부터 배출된 후에 제 2 열교환기 (69) 에서 가열된 유체가 공급되는 중압 터빈 (44) (제 2 터빈) 을 포함하는 재열터빈의 구조를 갖는다. 따라서, 도 4A 및 도 5A 에 나타내는 LNG 탱커 (101) 와 같이, 재열터빈 (터빈 (40)) 을 주기관 (4) 으로서 사용하고 있는 경우에, 그 재열터빈을 그대로의 구조로, 부체식 설비 (FSRU) (100) 로서의 운용시에 팽창 터빈 (18) 으로서 사용할 수 있다. 따라서, 설비 비용을 억제하면서, LNG 의 냉열을 이용하여 효율적으로 발전할 수 있다.

도 2A ∼ 도 5A 에 나타내는 LNG 탱커 (101) 를 개조하여 도 2B ∼ 도 5B 에 나타내는 부체식 설비 (100) 를 얻는 방법은, LNG 탱커 (101) 에 대하여, LNG 탱크 (6) 내의 LNG 를 열교환에 의해 기화하기 위한 제 1 열교환기 (8) 를 형성하는 스텝과, 제 1 열교환기 (8) 에서 생성된 재가스화 LNG 를 가스 설비 (수요처) 로 유도하기 위한 재가스화 LNG 공급 라인 (14) 을 형성하는 스텝을 포함한다. 제 1 열교환기 (8) 는, 주기관 (4) 을 구성하는 터빈 (40) 이 팽창 터빈 (18) 으로서 기능하도록, 그 팽창 터빈 (18) 과의 관계에서 하기 (A) 의 조건을 만족하도록 형성된다.

(A) 팽창 터빈 (18) 은, 제 1 열교환기 (8) 로부터의 재가스화 LNG 에 의해 구동되도록 구성된다.

또, LNG 탱커의 개조 방법은, 추가로 LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 를 제 1 열교환기 (8) 로 유도하기 위한 제 1 LNG 라인 (10) 을 형성하는 스텝, 및 제 1 열교환기 (8) 로부터의 재가스화 LNG 를 팽창 터빈으로 유도하기 위한 제 2 LNG 라인 (12) 을 형성하는 스텝을 포함하고 있어도 된다.

또, LNG 탱커의 개조 방법은, 추가로 엔진 (16) 을 냉각시킨 냉각수를, 제 1 열교환기 (8) 로 유도하기 위한 냉각수 라인을 형성하는 스텝을 포함하고 있어도 된다.

또, 도 3A 및 도 5A 에 나타내는 LNG 탱커 (101) 로부터 도 3B 및 도 5B 에 나타내는 부체식 설비 (100) 를 얻는 경우에는, 터빈 (40) 에 접속된 기어 (58A) 및 프로펠러 (5A) 를 터빈 (40) 으로부터 떼어내는 것과 함께, 그 터빈 (40) 에 발전기 (54) 를 접속하는 스텝을 포함하고 있어도 된다.

도 4A 및 도 5A 에 나타내는 LNG 탱커 (101) 로부터 도 4B 및 도 5B 에 나타내는 부체식 설비 (100) 를 얻는 경우에는, 추가로 제 2 열교환기 (69) 를 형성하는 스텝과, 고압 터빈 (42) (제 1 터빈) 의 출구로부터 제 2 열교환기 (69) 를 경유하여 중압 터빈 (44) (제 2 터빈) 의 입구까지 연장되는 재열라인 (78) 을 형성하는 스텝을 포함하고 있어도 된다.

상기 서술한 개조 방법에 의해 LNG 탱커 (101) 를 개조함으로써, 예를 들어, 도 2B ∼ 도 5B 에 나타내는 실시형태에 관련된 부체식 설비 (100) 를 얻을 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 부체식 설비 (100) 에 의해, LNG 의 냉열을 이용하여 발전하는 것이 가능해져, 부체식 설비 전체로서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

도 6 은, 몇 가지 실시형태에 관련된 팽창 터빈 (18) (예를 들어, 도 2B ∼ 도 5B 에 나타내는 팽창 터빈 (18)) 의 개략도이다. 도 6 에 나타내는 팽창 터빈 (18) 은, 로터 (19) 와, 로터 (19) 를 둘러싸는 케이싱 (18a) 과, 로터 (19) 와 케이싱 (18a) 사이의 간극을 통한 유체 (도 2B ∼ 도 5B 의 팽창 터빈 (18) 의 경우는 재가스화 LNG) 의 누설을 억제하기 위한 시일부 (80) 를 포함한다.

시일부 (80) 는, 축 방향으로 간격을 두고 형성된 복수의 래버린스부 (82A ∼ 82C) 를 포함한다. 그리고, 서로 인접하는 래버린스부 (82B, 82C) 사이의 위치에 있어서, 로터 (19) 와 케이싱 (18a) 사이에 형성되는 공간 (83A) 에, 불활성 가스 공급 라인 (84) 및 분기 라인 (84a, 84b) 을 통하여, 불활성 가스 (예를 들어, 질소) 가 공급되도록 되어 있다. 상기 서술한 공간 (83A) 에 공급되는 불활성 가스의 압력은, 팽창 터빈 (18) 에 공급되는 유체 (도 2B ∼ 도 5B 의 팽창 터빈 (18) 의 경우는 재가스화 LNG) 보다 고압이 되어 있다.

또한, 불활성 가스 공급 라인 (84) 에는, 불활성 가스의 유량을 조절하기 위한 밸브 (85) 가 형성되어 있다. 또, 로터 (19) 와 케이싱 (18a) 사이로부터 래버린스부 (82A) 를 통하여 누출된 유체 (도 2B ∼ 도 5B 의 팽창 터빈 (18) 의 경우는 재가스화 LNG), 및 공간 (83A) 으로부터 래버린스부 (82B) 를 통하여 누출된 불활성 가스는, 서로 인접하는 래버린스부 (82A, 82B) 사이의 위치에 있어서, 로터 (19) 와 케이싱 (18a) 사이에 형성되는 공간 (83B) 및 회수 라인 (86) 을 통하여 회수되도록 되어 있다.

즉, 시일부 (80) 에는, 팽창 터빈 (18) 에 공급되는 유체 (도 2B ∼ 도 5B 의 팽창 터빈 (18) 의 경우는 재가스화 LNG) 보다 고압의 불활성 가스 (예를 들어, 질소) 가 공급되도록 되어 있다.

상기 서술한 구성에 의하면, 팽창 터빈 (18) 에 공급되는 유체 (재가스화 LNG 또는 열매체) 보다 고압의 불활성 가스 (예를 들어, 질소 가스) 를 시일부 (80) 에 공급하도록 하였으므로, 예를 들어, 부체식 설비 (100) 와 LNG 탱커 (101) 사이에서 운용 형태가 변경이 되어, 팽창 터빈 (18) 에 공급되는 유체의 종류가 바뀌었다고 해도, 시일부 (80) 의 구조를 바꾸지 않고 적절한 축봉이 가능해진다.

도 7A, 도 8A, 도 9A, 도 10A 및 도 11A (이하, 도 7A ∼ 도 11A 라고 표기하기도 한다) 는, 각각, 일 실시형태에 관련된 부체식 설비 (100) 로 개조하기 전의 LNG 탱커 (101) 를 나타내는 개략 구성도이다.

도 7B, 도 8B, 도 9B, 도 10B 및 도 11B (이하, 도 7B ∼ 도 11B 라고 표기하기도 한다) 는, 각각, 대응하는 도 7A ∼ 도 10A 에 나타내는 LNG 탱커 (101) 를 개조하여 얻어지는 부체식 설비 (100) 를 나타내는 개략 구성도이다.

도 7A ∼ 도 11A 에 나타내는 LNG 탱커 (101) 는, 주기관 (4) 으로서, 엔진 (16) (내연 기관) 을 탑재하고 있다.

엔진 (16) 에는, LNG 연료 공급 라인 (88) 을 통하여, LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 가 공급되도록 되어 있다. LNG 연료 공급 라인 (88) 에는, LNG 를 적절한 압력으로 승압하기 위한 펌프 (90) 와, 엔진 (16) 에 공급되는 LNG 의 유량을 조절하기 위한 밸브 (89) 가 형성되어 있다. 엔진 (16) 은, 프로펠러 (5) (추진기) 를 회전 구동시키도록 구성된다. 또한, 엔진 (16) 에 의해 생성되는 회전 에너지를, 기어 (도시 생략) 를 통하여 프로펠러 (5) 에 전달하도록 해도 되고, 혹은, 엔진 (16) 에 의해 발전기 (도시 생략) 를 구동시킴으로써 생성되는 전력에 의해 전기 모터를 구동시키고, 전기 모터에 의해 프로펠러 (5) 를 구동시키도록 해도 된다.

도 7A 및 도 8A 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, LNG 탱커 (101) 에는, 작동 유체인 열매체가 흐르는 회로 (104) 를 포함하는 열역학 사이클 (102) 이 형성되어 있다. 이 열역학 사이클 (102) 은, 회로 (104) 상에 형성된 팽창 터빈 (18) 과, 팽창 터빈 (18) 의 하류측에 형성된 응축기 (106) 와, 응축기 (106) 의 하류측에 형성된 펌프 (108) 와, 펌프 (108) 의 하류측에 형성된 증발기 (110) 를 포함하는 랭킨 사이클이다. 팽창 터빈 (18) 에는, 발전기 (113) 가 접속되어 있다.

팽창 터빈 (18) 은, 열역학 사이클 (102) 의 회로 (104) 를 흐르는 열매체를 팽창시키도록 구성되어 있고, 이로써, 발전기 (113) 가 구동되어 전력이 생성되도록 되어 있다.

응축기 (106) 에서는, 팽창 터빈 (18) 으로부터의 열매체를, 저온 열원과의 열교환에 의해 응축시키도록 구성된다. 저온 열원으로서, 예를 들어, 해수를 사용할 수 있다.

펌프 (108) 에서는, 응축기 (106) 에서 응축되어 액체가 된 열매체를 승압시키도록 구성된다.

증발기 (110) 에서는, 펌프 (108) 에 의해 승압된 액체의 열매체를, 고온 열원과의 열교환에 의해 증발시키도록 구성된다. 고온 열원으로서, 예를 들어, 엔진 (16) 의 배기 가스를 사용할 수 있다. 또한, 도 7A 및 도 8A 에 있어서, 증발기 (110) 에는, 배기 가스 라인 (92) 을 통하여, 엔진 (16) 으로부터의 배기 가스가 공급되도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 열역학 사이클 (102) 에서는, 증발기 (110) 에서의 열교환에 의해 회수한 엔진 (16) 의 배열을 이용하여, 발전기 (113) 를 구동시킬 수 있다.

도 7B 및 도 8B 에 나타내는 부체식 설비 (100) 에서는, LNG 탱커 (101) 로서의 운용시 (개조 전 ; 도 7A ∼ 도 8A 참조) 에 작동시키고 있던 열역학 사이클 (102) 을 구성하는 응축기 (106) 를 제 1 열교환기 (8) 로서 사용한다.

도 7B 및 도 8B 나타내는 부체식 설비 (100) 는, LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 를 제 1 열교환기 (8) 로 유도하기 위한 제 1 LNG 라인 (10) 과, 제 1 LNG 라인 (10) 에 형성되고, 액체의 LNG 를 승압하기 위한 LNG 펌프 (72) 와, 제 1 LNG 라인 (10) 에 있어서의 LNG 의 유량을 조절하기 위한 밸브 (71) 를 포함한다. 또, 제 1 열교환기 (8) 에서 생성된 재가스화 LNG 는, 재가스화 LNG 공급 라인 (14) 을 통하여 가스 설비 (수요처) 로 유도되도록 되어 있다.

열역학 사이클 (102) 을 구성하는 응축기 (106) (제 1 열교환기 (8)) 에는, 열역학 사이클 (102) 의 저온 열원으로서, LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 가 제 1 LNG 라인 (10) 을 통하여 공급되도록 되어 있다. 즉, 응축기 (106) 는, LNG 와의 열교환에 의해 열역학 사이클 (102) 의 열매체를 응축시키도록 구성되어 있다. 그리고, 팽창 터빈 (18) 은, 응축기 (106) (제 1 열교환기 (8)), 펌프, 및 증발기 (110) 를 통과하여 가스 상태가 된 열매체에 의해 구동되도록 구성되어 있다.

상기 서술한 실시형태에 의하면, 부체식 설비 (100) 에 있어서, 선체 (2) 상에 형성된 LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 를 저온 열원으로 하는 열역학 사이클 (102) 상의 팽창 터빈 (18) 을 구동시킬 수 있다. 즉, 팽창 터빈 (18) 에는, LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 유래의 가스가 아니라, 열역학 사이클 (102) 의 작동 유체인 열매체가 공급된다. 따라서, 팽창 터빈 (18) 으로부터의 LNG 의 누설을 회피하면서, LNG 의 냉열을 이용하여 발전하는 것이 가능해진다.

또, 상기 서술한 실시형태에 의하면, 재가스화 LNG 를 직접 팽창 터빈으로 팽창시키는 경우와 달리, 열역학 사이클 (102) 에 있어서의 열매체의 압력을, 재가스화 LNG 의 송기 압력 (수요처에 대한 공급 압력) 에 관계없이 설정 가능하므로, 광범위한 LNG 송기 압력에 적용 가능하고, 예를 들어, 10 ∼ 15 ㎫ 등의 고압의 송기 압력에도 적용 가능하다.

또한, 재가스화 LNG 를 직접 팽창 터빈으로 팽창시키는 경우 (예를 들어, 도 2B ∼ 도 5B 참조), 재가스화 LNG 의 송기 압력을 높게 설정할 때에는, 팽창 터빈 (18) 의 입구 압력도 그에 따라 높게 할 필요가 있기 때문에, 요구되는 송기 압력을 달성하는 것이 곤란한 경우가 있다.

또, 상기 서술한 실시형태에 관련된 부체식 설비 (100) 에서는, 열역학 사이클 (102) 을 구성하는 증발기 (110) 는, LNG 탱크 (6) 에 저류된 LNG 유래의 연료 가스 (LNG 연료 공급 라인 (88) 을 통하여 공급되는 가스) 가 공급되는 엔진 (16) 의 배열을 사용하여 열매체를 증발시키도록 구성되어 있다.

이와 같이, 열역학 사이클 (102) 에 있어서 열매체 (작동 유체) 를 증발시키기 위한 고온 열원으로서, 엔진 (16) 의 배열을 사용하도록 하였으므로, 엔진 (16) 의 배열을 유효 이용하면서 효율적으로 발전을 실시하는 것이 가능해진다.

또한, 도 7B 및 도 8B 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 엔진 (16) 의 배기 가스를 상기 서술한 고온 열원으로서 사용했으나, 다른 실시형태에서는, 그 고온 열원은, 엔진 (16) 을 냉각시킨 후의 냉각수여도 된다.

또, 다른 실시형태는, 상기 서술한 고온 열원은, 해수 등이어도 된다.

도 8A 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, LNG 탱커 (101) (부체식 설비 (100)) 는, LNG 탱크 (6) 에 저류된 LNG 유래의 연료 가스 (LNG 연료 공급 라인 (88) 을 통하여 공급되는 가스) 가 공급되는 엔진 (16) 을 갖고 있다. 엔진 (16) 은, 연료로서, 제 1 열교환기 (8) (즉 응축기 (106)) 로부터의 재가스화 LNG 가 공급되도록 구성되어 있다.

상기 서술한 실시형태에서는, 열역학 사이클 (102) 에 있어서의 응축기 (106) 로서의 제 1 열교환기 (8) 에서 열매체와의 열교환에 의해 재가스화된 LNG 를, 연료로서 엔진 (16) 에 공급하도록 하였으므로, LNG 탱커 (101) (부체식 설비 (100)) 를 효율적으로 운전할 수 있다.

도 9A 및 도 10A 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, LNG 탱커 (101) 에는, 엔진 (16) 에 공급되는 공기를 압축하기 위한 압축기 (94) 와, 엔진 (16) 으로부터의 배기 가스에 의해 구동되도록 구성된 터빈 (96) 과, 압축기 (94) 와 터빈 (96) 을 접속하는 회전 샤프트 (95) 를 포함하는 과급기 (93) 가 형성되어 있다. 터빈 (96) 에는 발전기 (113) 가 접속되어 있다.

압축기 (94) 에는, 공기 도입 라인 (114) 을 통하여 공기가 공급되도록 되어 있다. 압축기 (94) 에 의해 생성된 압축 공기는, 엔진 입구 라인 (116) 을 통하여 엔진 (16) 에 공급된다. 엔진 (16) 에 있어서 연료의 연소에 의해 생성되는 배기 가스는, 엔진 출구 라인 (118) 을 통하여 엔진 (16) 으로부터 배출되어, 터빈 (96) 에 보내진다. 터빈 (96) 은, 엔진 (16) 으로부터의 배기 가스에 의해 구동되고, 이로써 발전기 (113) 가 구동되어 전력이 생성된다. 터빈 (96) 에서 일을 끝낸 배기 가스는, 배기 가스 라인 (120) 으로부터 배출된다.

또, 도 9A 및 도 10A 에 나타내는 실시형태에 있어서, 엔진 (16) 에 LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 를 공급하기 위한 LNG 연료 공급 라인 (88) 에는, LNG 를 재가스화하기 위한 열교환기 (98) (후술하는 제 2 냉각기) 가 형성되어 있다.

도 9A 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 열교환기 (98) (제 2 냉각기) 는, 라인 (99) 을 통하여 도입되는 해수와의 열교환에 의해 LNG 를 가열하여 기화하도록 구성된다.

도 10A 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 열교환기 (98) (제 2 냉각기) 는, 라인 (99) 을 통하여 도입되는 공기와의 열교환에 의해 LNG 를 가열하여 기화하도록 구성된다. 또, 도 10A 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 열교환기 (98) (제 2 냉각기) 를 통과 후의 공기가, 공기 도입 라인 (114) 을 통하여, 압축기 (94) 에 공급되도록 되어 있다.

도 9B 및 도 10B 에 나타내는 부체식 설비 (100) 에서는, LNG 탱커 (101) 로서의 운용시 (개조 전 ; 도 9A ∼ 도 10A 참조) 에 사용하고 있던 과급기 (93) 의 압축기 (94) 및 터빈 (96) 을 포함하는 열역학 사이클 (122) 이 형성된다. 이 열역학 사이클 (122) 은, 열매체 (작동 유체) 의 상변화를 수반하지 않는 브레이턴 사이클이다.

열역학 사이클 (122) 에 있어서, 열매체가 흐르는 회로 (124) 에 상기 서술한 터빈 (96) 이 형성된다. 이 터빈 (96) 은 팽창 터빈 (18) 으로서 기능한다. 열역학 사이클 (122) 상에 있어서, 터빈 (96) (팽창 터빈 (18)) 의 하류측에는, 열매체를 냉각시키기 위한 제 1 냉각기 (126) 가 형성되어 있다. 제 1 냉각기 (126) 는, 액화 천연 가스와의 열교환에 의해 열매체를 냉각시키도록 구성된 제 1 열교환기 (8) 를 포함한다.

또, 열역학 사이클 (122) 상에 있어서, 제 1 냉각기 (126) 의 하류측에는, 열매체를 압축하기 위한 압축기 (94) (상기 서술한 압축기 (94)) 가 형성된다. 상기 서술한 바와 같이, 압축기 (94) 와 터빈 (96) 은, 회전 샤프트 (95) 를 통하여 접속되어 있다. 터빈 (96) (팽창 터빈 (18)) 에는 발전기 (113) 가 접속되어 있다. 또, 열역학 사이클 (122) 상에 있어서, 압축기 (94) 의 하류측에는, 가열기 (128) 가 형성된다. 가열기 (128) 에는, 배기 가스 라인 (130) 을 통하여, 엔진 (16) 으로부터의 배기 가스가 공급되도록 되어 있다. 가열기 (128) 는, 엔진 (16) 으로부터의 배기 가스와의 열교환에 의해, 열매체를 가열하도록 구성되어 있다.

또, 도 10 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 열역학 사이클 (122) 에 있어서, 터빈 (96) (팽창 터빈 (18)) 의 하류측 또한 제 1 냉각기 (126) 의 상류측에, 열교환기 (98) (제 2 냉각기) 가 형성되어 있다.

도 9B 및 도 10B 에 나타내는 부체식 설비 (100) 는, LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 를 제 1 열교환기 (8) 로 유도하기 위한 제 1 LNG 라인 (10) 과, 제 1 LNG 라인 (10) 에 형성되고, 액체의 LNG 를 승압하기 위한 LNG 펌프 (72) 와, 제 1 LNG 라인 (10) 에 있어서의 LNG 의 유량을 조절하기 위한 밸브 (71) 를 포함한다. 또, 제 1 열교환기 (8) 에서 생성된 재가스화 LNG 는, 재가스화 LNG 공급 라인 (14) 을 통하여 가스 설비 (수요처) 로 유도되도록 되어 있다.

열역학 사이클 (122) 을 구성하는 제 1 냉각기 (126) (제 1 열교환기 (8)) 에는, 열역학 사이클 (122) 의 저온 열원으로서, LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 가 제 1 LNG 라인 (10) 을 통하여 공급되도록 되어 있다. 즉, 제 1 냉각기 (126) 는, LNG 와의 열교환에 의해 열역학 사이클 (122) 의 열매체를 냉각시키도록 구성되어 있다. 그리고, 터빈 (96) (팽창 터빈 (18)) 은, 제 1 냉각기 (126) 를 통과 후의 가스 상태의 열매체에 의해 구동되도록 구성되어 있다.

상기의 실시형태에 의하면, 부체식 설비 (100) 에 있어서, 선체 (2) 상에 형성된 LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 를 저온 열원으로 하는 열역학 사이클 (122) 상의 터빈 (96) (팽창 터빈) 을 구동시킬 수 있다. 즉, 팽창 터빈 (18) 에는, LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 유래의 가스가 아니라, 열역학 사이클 (122) 의 작동 유체인 열매체가 공급된다. 따라서, 팽창 터빈 (18) 으로부터의 LNG 의 누설을 회피하면서, LNG 의 냉열을 이용하여 발전하는 것이 가능해진다.

또, 터빈 (96) 또는 압축기 (94) 를 탑재한 LNG 탱커 (101) 의 경우, 기존의 기기 (터빈 (96) 또는 압축기 (94), 혹은, 과급기 (93)) 를 이용하여 열역학 사이클 (122) 을 형성함으로써 상기 서술한 실시형태에 관련된 구성을 얻을 수 있다. 따라서, 설비 비용을 억제하면서, LNG 의 냉열을 이용하여 효율적으로 발전할 수 있다.

또, 상기 서술한 실시형태에서는, 부체식 설비 (100) 는, 터빈 (96) (팽창 터빈 (18)) 과, 압축기 (94) 를 접속하는 회전 샤프트 (95) 를 구비하고 있고, 압축기 (94) 는, 회전 샤프트 (95) 를 통하여 터빈 (96) (팽창 터빈 (18)) 에 의해 구동되도록 구성되어 있다.

이와 같이, 열역학 사이클 (122) 상의 압축기 (94) 와 터빈 (96) (팽창 터빈 (18)) 은 회전 샤프트 (95) 를 통하여 접속되어 있다. 따라서, LNG 탱커 (101) 에 있어서, 회전 샤프트 (95) 에 의해 접속된 압축기 (94) 와 터빈 (96) 을 포함하는 기기 (상기 서술한 과급기 (93)) 가 사용되고 있는 경우, 이 기기를 이용하여 열역학 사이클 (122) 을 형성함으로써, 상기 서술한 실시형태에 관련된 부체식 설비 (100) 를 얻을 수 있다. 따라서, 설비 비용을 억제하면서, LNG 의 냉열을 이용하여 효율적으로 발전할 수 있다.

또, 상기 서술한 실시형태에 관련된 부체식 설비 (100) 에서는, 열역학 사이클 (122) 을 구성하는 가열기 (128) 는, LNG 탱크 (6) 에 저류된 LNG 유래의 연료 가스 (LNG 연료 공급 라인 (88) 을 통하여 공급되는 가스) 가 공급되는 엔진 (16) 의 배열을 사용하여 열매체를 증발시키도록 구성되어 있다.

이와 같이, 열역학 사이클 (122) 에 있어서 열매체 (작동 유체) 를 가열하기 위한 고온 열원으로서, 엔진 (16) 의 배열을 사용하도록 하였으므로, 엔진 (16) 의 배열을 유효 이용하면서 효율적으로 발전을 실시하는 것이 가능해진다.

또한, 도 9B 및 도 10B 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 엔진 (16) 의 배기 가스를 상기 서술한 고온 열원으로서 사용했으나, 다른 실시형태에서는, 그 고온 열원은, 엔진 (16) 을 냉각시킨 후의 냉각수여도 된다.

또, 도 10B 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, 열역학 사이클 (122) 상에 있어서 터빈 (96) (팽창 터빈 (18)) 과 제 1 냉각기 (126) (제 1 열교환기 (8)) 사이에 형성된 열교환기 (98) (제 2 냉각기) 는, 엔진 (16) 에 공급되는 LNG 와의 열교환에 의해, 열매체를 냉각시키도록 구성된다.

이와 같이, 열역학 사이클 (122) 의 열매체를, 열교환기 (98) (제 2 냉각기) 에 있어서 LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 와의 열교환에 의해 추가로 냉각시키도록 하였으므로, LNG 의 냉열을 이용하여, 보다 효율적으로 발전할 수 있다.

도 11A 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, LNG 연료 공급 라인 (88) 에는, LNG 를 가열하여 기화시키기 위한 제 1 열교환기 (8) 로서의 열교환기 (98) 가 형성되어 있다. 열교환기 (98) 에는, 예를 들어, 해수와의 열교환에 의해, LNG 를 가열하도록 구성되어 있어도 된다.

도 11B 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, LNG 연료 공급 라인 (88) 으로부터 분기되는 분기 라인 (132) 에 팽창 터빈 (136) (18) 이 형성되어 있다. 분기 라인 (132) 에는, 팽창 터빈 (136) 에 공급되는 재가스화 LNG 의 유량을 조절하기 위한 밸브 (134) 가 형성되어 있다. 팽창 터빈 (136) 에는, 발전기 (138) 가 접속되어 있다. 팽창 터빈 (136) 에는, 분기 라인 (132) 을 통하여 재가스화 LNG 가 공급되도록 되어 있고, 팽창 터빈 (136) 에 의해 재가스화 LNG 가 팽창됨과 함께, 발전기 (138) 가 구동된다. 이와 같이 하여, 발전기 (138) 에서 전력이 생성된다. 팽창 터빈 (136) 으로부터 배출된 재가스화 LNG 는, 열교환기 (140) 에서 온도 조절된 후, 재가스화 LNG 공급 라인 (14) 을 통하여, 가스 설비 (수요처) 로 유도된다.

또, 도 11B 에 나타내는 예시적인 실시형태에서는, LNG 연료 공급 라인 (88) 에 형성된 열교환기 (98) 는, 열역학 사이클 (102) 의 일부를 구성한다. 도 11B 에 나타내는 실시형태에 있어서, 열역학 사이클 (102) 은, 작동 유체인 열매체가 흐르는 회로 (104) 와, 회로 (104) 상에 형성된 팽창 터빈 (112) (18) 과, 팽창 터빈 (112) 의 하류측에 형성된 응축기 (106) 와, 응축기 (106) 의 하류측에 형성된 펌프 (108) 와, 펌프 (108) 의 하류측에 형성된 증발기 (110) 를 포함하는 랭킨 사이클이다. 팽창 터빈 (18) 에는, 발전기 (113) 가 접속되어 있다.

열역학 사이클 (102) 을 구성하는 응축기 (106) (제 1 열교환기 (8)) 에는, 열역학 사이클 (102) 의 저온 열원으로서, LNG 탱크 (6) 로부터의 LNG 가 LNG 연료 공급 라인 (88) 을 통하여 공급되도록 되어 있다. 즉, 응축기 (106) 는, LNG 와의 열교환에 의해 열역학 사이클 (102) 의 열매체를 응축시키도록 구성되어 있다. 그리고, 팽창 터빈 (112) 은, 응축기 (106) (제 1 열교환기 (8)), 펌프 (108), 및 증발기 (110) 를 통과하여 가스 상태가 된 열매체에 의해 구동되도록 구성되어 있다.

증발기 (110) 에서는, 펌프 (108) 에 의해 승압된 액체의 열매체를, 고온 열원과의 열교환에 의해 증발시키도록 구성된다. 고온 열원은, 라인 (107) 을 통하여 증발기 (110) 로 유도된다. 고온 열원으로서, 예를 들어, 엔진 (16) 의 배기 가스나, 엔진 (16) 냉각수를 사용할 수 있다. 또, 고온 열원으로서, 해수를 사용해도 된다.

상기 서술한 실시형태에서는, 제 1 열교환기 (8) (열교환기 (98)) 로부터의 재가스화 LNG 에 의해 구동되는 팽창 터빈 (136) 과, LNG 를 저온 열원으로서 이용하는 열역학 사이클 (102) 의 일부를 형성하고, 가스 상태의 열매체에 의해 구동되는 팽창 터빈 (112) 을 병용하고 있다. 이로써, LNG 냉열로부터 회수되는 동력을 증대시킬 수 있다.

도 6A ∼ 도 11A 에 나타내는 LNG 탱커 (101) 를 개조하여 도 2B ∼ 도 5B 에 나타내는 부체식 설비 (100) 를 얻는 방법은, LNG 탱커 (101) 에 대하여, LNG 탱크 (6) 내의 LNG 를 열교환에 의해 기화하기 위한 제 1 열교환기 (8) 를 형성하는 스텝과, 제 1 열교환기 (8) 에서 생성된 재가스화 LNG 를 가스 설비 (수요처) 로 유도하기 위한 재가스화 LNG 공급 라인 (14) 을 형성하는 스텝을 포함한다. 제 1 열교환기 (8) 는, 주기관 (4) 을 구성하는 터빈 (40) 이 팽창 터빈 (18) 으로서 기능하도록, 그 팽창 터빈 (18) 과의 관계에서 하기 (B) 의 조건을 만족하도록 형성된다.

(B) 팽창 터빈 (18) 은, 제 1 열교환기 (8) 에서 액화 천연 가스를 저온 열원으로서 이용하는 열역학 사이클 (102, 122) 의 일부를 형성하여 가스 상태의 열매체에 의해 구동되도록 구성된다.

상기 서술한 개조 방법에 의해 LNG 탱커 (101) 를 개조함으로써, 예를 들어, 도 6B ∼ 도 11B 에 나타내는 실시형태에 관련된 부체식 설비 (100) 를 얻을 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 부체식 설비 (100) 에 의해, LNG 의 냉열을 이용하여 발전하는 것이 가능해져, 부체식 설비 전체로서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되지 않고, 상기 서술한 실시형태에 변형을 가한 형태나, 이들의 형태를 적절히 조합한 형태도 포함한다.

본 명세서에 있어서,「어느 방향으로」,「어느 방향을 따라」,「평행」,「직교」,「중심」,「동심」혹은「동축」 등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일한 기능이 얻어지는 정도의 각도나 거리를 갖고 상대적으로 변위되어 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.

예를 들어,「동일」,「동등한」및「균질」 등의 사물이 동등한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동등한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일한 기능이 얻어지는 정도의 차가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.

또, 본 명세서에 있어서, 사각형상이나 원통형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각형상이나 원통형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일한 효과가 얻어지는 범위에서, 요철부나 모따기부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.

또, 본 명세서에 있어서, 하나의 구성 요소를「구비하는」,「포함하는」, 또는,「갖는」이라는 표현은, 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.

2 : 선체
2a : 선수
2b : 선미
3 : 키
4 : 주기관
5 : 프로펠러
5A : 좌현측 프로펠러
5B : 우현측 프로펠러
6 : LNG 탱크
8 : 제 1 열교환기
10 : 제 1 LNG 라인
12 : 제 2 LNG 라인
14 : 재가스화 LNG 공급 라인
16 : 엔진
18 : 팽창 터빈
18a : 케이싱
19 : 로터
20 : 가스 공급 라인
20a : 제 1 분기 라인
20b : 제 2 분기 라인
22 : 컴프레서
24 : 가스 헤더
26 : 오일 공급 라인
28 : 발전기
30 : 밸브
32 : 보일러
34 : 재열기
36 : 오일 공급 라인
38 : 증기 공급 라인
40 : 터빈
42 : 고압 터빈
44 : 중압 터빈
46 : 저압 터빈
48 : 후진 터빈
50 : 재열기 입구 라인
52 : 재열기 출구 라인
54 : 발전기
55 : 발전기
56 : 송전선
58A, 58B : 기어
62 : 변압기
64 : 컨버터
66 : 전기 모터
69 : 제 2 열교환기
71 : 밸브
72 : LNG 펌프
74 : 냉각수 라인
76 : 증기 공급 라인
78 : 재열라인
80 : 시일부
82A, 82B, 82C : 래버린스부
83A, 83B : 공간
84 : 불활성 가스 공급 라인
84a, 84b : 분기 라인
85 : 밸브
86 : 회수 라인
88 : LNG 연료 공급 라인
89 : 밸브
90 : 펌프
92 : 배기 가스 라인
93 : 과급기
94 : 압축기
95 : 회전 샤프트
96 : 터빈
98 : 열교환기
99 : 라인
100 : 부체식 설비
101 : LNG 탱커
102 : 열역학 사이클
104 : 회로
106 : 응축기
107 : 라인
108 : 펌프
110 : 증발기
112 : 팽창 터빈
113 : 발전기
114 : 공기 도입 라인
116 : 엔진 입구 라인
118 : 엔진 출구 라인
120 : 배기 가스 라인
122 : 열역학 사이클
124 : 회로
126 : 제 1 냉각기
128 : 가열기
130 : 배기 가스 라인
132 : 분기 라인
134 : 밸브
136 : 팽창 터빈
138 : 발전기
140 : 열교환기

Claims

부체와,
상기 부체 상에 형성된 LNG 탱크와,
열매체와의 열교환에 의해 상기 LNG 탱크로부터의 액화 천연 가스를 기화하여 재가스화 LNG 를 얻기 위한 제 1 열교환기와,
상기 제 1 열교환기로부터의 상기 재가스화 LNG 에 의해 구동되도록 구성된다는 조건을 만족하는 팽창 터빈과,
상기 팽창 터빈의 입구측에 연통 가능한 출구부를 갖고, 상기 팽창 터빈보다 짧은 터빈 날개를 포함하는 고압 터빈과,
상기 고압 터빈을 경유하지 않고 상기 재가스화 LNG 를 상기 팽창 터빈에 직접 도입하도록 구성된 도입 라인을 구비하는 부체식 설비.
제 1 항에 있어서,
상기 LNG 탱크로부터의 액화 천연 가스가 공급 가능하게 구성된 내연 기관을 추가로 구비하는 부체식 설비.
제 2 항에 있어서,
상기 열매체는, 상기 내연 기관을 냉각시킨 후의 냉각수를 포함하는 부체식 설비.
부체와,
상기 부체 상에 형성된 LNG 탱크와,
열매체와의 열교환에 의해 상기 LNG 탱크로부터의 액화 천연 가스를 기화하여 재가스화 LNG 를 얻기 위한 제 1 열교환기와,
상기 제 1 열교환기로부터의 상기 재가스화 LNG 에 의해 구동되도록 구성된다는 조건을 만족하는 팽창 터빈과,
상기 팽창 터빈의 출구측에 연통 가능한 입구부를 갖고, 상기 팽창 터빈보다 긴 터빈 날개를 포함하는 저압 터빈과,
상기 저압 터빈을 경유하지 않고 상기 재가스화 LNG 를 상기 팽창 터빈으로부터 배출하도록 구성된 배출 라인을 구비하는 부체식 설비.
부체와,
상기 부체 상에 형성된 LNG 탱크와,
열매체와의 열교환에 의해 상기 LNG 탱크로부터의 액화 천연 가스를 기화하여 재가스화 LNG 를 얻기 위한 제 1 열교환기와,
상기 제 1 열교환기로부터의 상기 재가스화 LNG 에 의해 구동되도록 구성된다는 조건을 만족하는 팽창 터빈을 구비하고,
상기 팽창 터빈은, 제 1 터빈과, 상기 제 1 터빈보다 입구 압력이 낮은 제 2 터빈을 포함하고,
상기 제 1 터빈은, 상기 제 1 열교환기로부터의 상기 재가스화 LNG 가 공급되도록 구성되고,
상기 제 1 터빈으로부터 배출된 상기 재가스화 LNG 를 가열하기 위한 제 2 열교환기를 추가로 구비하고,
상기 제 2 터빈은, 상기 제 2 열교환기로부터의 상기 재가스화 LNG 가 공급되도록 구성된 부체식 설비.
부체와,
상기 부체 상에 형성된 LNG 탱크와,
열매체와의 열교환에 의해 상기 LNG 탱크로부터의 액화 천연 가스를 기화하여 재가스화 LNG 를 얻기 위한 제 1 열교환기와,
상기 제 1 열교환기에서 상기 액화 천연 가스를 저온 열원으로서 이용하는 열역학 사이클의 일부를 형성하여 가스 상태의 상기 열매체에 의해 구동되도록 구성된다는 조건을 만족하는 팽창 터빈과,
상기 열역학 사이클 상에 있어서 상기 팽창 터빈의 하류측에 형성되고, 상기 열매체를 냉각시키기 위한 제 1 냉각기와,
상기 열역학 사이클 상에 있어서 상기 제 1 냉각기의 하류측에 형성되고, 상기 열매체를 압축하기 위한 압축기와,
상기 열역학 사이클 상에 있어서 상기 압축기의 하류측에 형성되고, 상기 열매체를 가열하기 위한 가열기를 구비하고,
상기 제 1 냉각기는, 상기 액화 천연 가스와의 열교환에 의해 상기 열매체를 냉각시키도록 구성된 상기 제 1 열교환기를 포함하고,
상기 LNG 탱크에 저류된 상기 액화 천연 가스 유래의 연료 가스가 공급 가능하게 구성된 내연 기관을 구비하고,
상기 가열기는, 상기 내연 기관의 배열을 사용하여 상기 열매체를 가열하도록 구성된 부체식 설비.
제 6 항에 있어서,
상기 팽창 터빈과, 상기 압축기를 접속하는 회전 샤프트를 추가로 구비하고,
상기 압축기는, 상기 회전 샤프트를 통하여 상기 팽창 터빈에 의해 구동되도록 구성된 부체식 설비.
부체와,
상기 부체 상에 형성된 LNG 탱크와,
열매체와의 열교환에 의해 상기 LNG 탱크로부터의 액화 천연 가스를 기화하여 재가스화 LNG 를 얻기 위한 제 1 열교환기와,
상기 제 1 열교환기에서 상기 액화 천연 가스를 저온 열원으로서 이용하는 열역학 사이클의 일부를 형성하여 가스 상태의 상기 열매체에 의해 구동되도록 구성된다는 조건을 만족하는 팽창 터빈과,
상기 열역학 사이클 상에 있어서 상기 팽창 터빈의 하류측에 형성되고, 상기 열매체를 냉각시키기 위한 제 1 냉각기와,
상기 열역학 사이클 상에 있어서 상기 제 1 냉각기의 하류측에 형성되고, 상기 열매체를 압축하기 위한 압축기와,
상기 열역학 사이클 상에 있어서 상기 압축기의 하류측에 형성되고, 상기 열매체를 가열하기 위한 가열기를 구비하고,
상기 제 1 냉각기는, 상기 액화 천연 가스와의 열교환에 의해 상기 열매체를 냉각시키도록 구성된 상기 제 1 열교환기를 포함하고,
상기 LNG 탱크에 저류된 상기 액화 천연 가스 유래의 연료 가스가 공급 가능하게 구성된 내연 기관과,
상기 열역학 사이클 상에 있어서 상기 팽창 터빈과 상기 제 1 냉각기 사이에 형성된 제 2 냉각기를 구비하고,
상기 제 2 냉각기는, 상기 LNG 탱크로부터 상기 내연 기관에 공급되는 액화 천연 가스와의 열교환에 의해, 상기 열매체를 냉각시키도록 구성된 부체식 설비.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팽창 터빈은, 로터와, 상기 로터를 둘러싸는 케이싱과, 상기 로터와 상기 케이싱 사이의 간극을 통한 유체의 누설을 억제하는 시일부를 포함하고,
상기 시일부는, 상기 팽창 터빈에 공급되는 상기 재가스화 LNG 또는 상기 열매체보다 고압의 불활성 가스가 공급되도록 구성된 부체식 설비.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팽창 터빈에 의해 구동되도록 구성된 발전기를 추가로 구비하는 부체식 설비.
선체와,
상기 선체에 형성된 주기관과,
상기 선체 상에 형성된 LNG 탱크를 구비하는 LNG 선을 개조하여 부체식 설비를 얻는 방법으로서,
상기 부체식 설비는,
부체와,
상기 부체 상에 형성된 LNG 탱크와,
열매체와의 열교환에 의해 상기 LNG 탱크로부터의 액화 천연 가스를 기화하여 재가스화 LNG 를 얻기 위한 제 1 열교환기와,
상기 제 1 열교환기로부터의 상기 재가스화 LNG 에 의해 구동되도록 구성되거나, 또는
상기 제 1 열교환기에서 상기 액화 천연 가스를 저온 열원으로서 이용하는 열역학 사이클의 일부를 형성하여 가스 상태의 상기 열매체에 의해 구동되도록 구성된다는 조건을 만족하는 팽창 터빈을 포함하고,
상기 LNG 탱크로부터의 액화 천연 가스를 열교환에 의해 기화하여 재가스화 LNG 를 얻기 위한 제 1 열교환기를 형성하는 스텝과,
상기 재가스화 LNG 를 가스 설비로 유도하는 재가스화 LNG 공급 라인을 형성하는 스텝을 구비하고,
상기 제 1 열교환기는, 상기 주기관, 또는, 상기 주기관의 배열 회수용의 열역학 사이클의 일부를 구성하는 터빈이 팽창 터빈으로서 기능하도록, 그 팽창 터빈과의 관계에서 하기 (A) 또는 (B) 의 조건을 만족하는 부체식 설비의 제조 방법.
(A) 상기 제 1 열교환기로부터의 상기 재가스화 LNG 에 의해 상기 팽창 터빈이 구동되도록 구성된다.
(B) 상기 제 1 열교환기에서 상기 액화 천연 가스를 저온 열원으로서 이용하는 열역학 사이클의 일부를 형성하여 가스 상태의 상기 열매체에 의해 상기 팽창 터빈이 구동되도록 구성된다.
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