KR102688599B1 - 가스 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 처리 시스템에 관한 것으로, 상기 가스 처리 시스템은, 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 과냉시키는 냉각 장치; 및 상기 액화가스 저장탱크의 증발가스를 가압하여 수요처로 공급하는 메인 압축기;를 포함하고, 상기 냉각 장치는, 냉매가 순환하는 냉매라인; 상기 냉매라인 상에 마련되며 냉매로 액화가스를 과냉시키는 과냉기; 상기 냉매라인 상에 마련되며 상기 액화가스 저장탱크에서 배출되어 상기 수요처로 전달되는 증발가스로 냉매를 냉각하는 증발가스 열교환기; 상기 냉매라인 상에 마련되며 상기 액화가스 저장탱크에서 배출되어 수요처로 전달되는 액화가스로 냉매를 냉각하는 제1 액화가스 열교환기; 및 상기 액화가스 저장탱크의 내압에 따라, 증발가스가 상기 증발가스 열교환기를 통과하도록 제어하거나, 액화가스가 상기 제1 액화가스 열교환기를 통과하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

가스 처리 시스템{Gas treatment system}
본 발명은 가스 처리 시스템에 관한 것이다.
선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.
이러한 선박은 엔진을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 가솔린 또는 디젤을 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 함으로써, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하는 것이 일반적이었다.
그러나, 추진 연료로서 HFO 또는 MFO와 같은 중유를 사용하는 경우, 배기가스에 포함된 각종 유해물질로 인한 환경오염이 심각하기 때문에, 중유를 연료유로 사용하는 경우에 대한 규제가 강화되고 있고, 이러한 규제를 만족 시키기 위한 비용이 점차 증가하고 있다.
이에 따라 선박의 연료로서, 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 사용하는 기술의 개발이 이루어지고 있다.
이와 같은 액화가스는 액상으로 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.
그러나 이러한 액화가스는 -50도씨 이하의 극저온으로 저장되므로, 외부 열침투에 의해 증발가스가 발생하는 등의 문제가 있는 바, 액화가스를 안정적으로 저장하고 처리하기 위한 기술이 지속적으로 연구 개발되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 과냉각된 액화가스를 탱크로 주입하여 탱크에서 증발가스를 억제하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 과냉시키는 냉각 장치; 및 상기 액화가스 저장탱크의 증발가스를 가압하여 수요처로 공급하는 메인 압축기;를 포함하고, 상기 냉각 장치는, 냉매가 순환하는 냉매라인; 상기 냉매라인 상에 마련되며 냉매로 액화가스를 과냉시키는 과냉기; 상기 냉매라인 상에 마련되며 상기 액화가스 저장탱크에서 배출되어 상기 수요처로 전달되는 증발가스로 냉매를 냉각하는 증발가스 열교환기; 상기 냉매라인 상에 마련되며 상기 액화가스 저장탱크에서 배출되어 수요처로 전달되는 액화가스로 냉매를 냉각하는 제1 액화가스 열교환기; 및 상기 액화가스 저장탱크의 내압에 따라, 증발가스가 상기 증발가스 열교환기를 통과하도록 제어하거나, 액화가스가 상기 제1 액화가스 열교환기를 통과하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 메인 압축기 전단의 온도에 따라, 증발가스의 일부가 상기 증발가스 열교환기를 우회하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 메인 압축기 전단의 온도에 따라, 액화가스의 일부가 상기 제1 액화가스 열교환기를 우회하도록 제어하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 상기 액화가스 저장탱크에서 제2 액화가스 열교환기를 통과하여 상기 메인 압축기 후단으로 연결되는 제2 액화가스 열교환기라인을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 액화가스가 상기 제2 액화가스 열교환기를 통과하도록 제어하고, 상기 메인 압축기 후단의 온도에 따라, 액화가스의 일부가 상기 제2 액화가스 열교환기를 우회하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부는, 상기 메인 압축기 후단의 온도에 따라, 액화가스 전부가 상기 제2 액화가스 열교환기를 우회하도록 제어할 수 있다.
구체적으로, 상기 증발가스 열교환기 또는 상기 제1 액화가스 열교환기는, 상기 냉매라인 상에 마련되는 냉매 압축수단에서 배출되는 냉매와 상기 과냉기에서 배출되는 냉매를 열교환시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 상기 제어부에 의해 개도가 조절되는 온도제어밸브를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 상기 과냉기에서 배출되는 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크에서 주입하기 위한 주입장치를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 상기 액화가스 저장탱크의 증발가스를 흡입하기 위한 이젝터를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 상기 메인 압축기 후단의 증발가스를 액화하기 위한 증발가스 응축장치를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 가스 처리 시스템을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템은 과냉각된 액화가스를 탱크로 주입하여 탱크에서 발생하는 증발가스를 줄일 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각 장치를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각 장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 냉각 장치를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 냉각 장치를 나타내는 도면이다.
이하에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 “구비”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
이하에서, 액화가스는 액화천연가스(LNG) 또는 액화석유가스(LPG), 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한 LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 천연가스(NG)를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
이하에서, 고압(HP: High pressure), 저압(LP: Low pressure), 고온 및 저온은 상대적인 것으로서, 절대적인 수치를 나타내는 것은 아님을 알려둔다.
이하에서, 제1, 제2 등과 같은 표현은 본 발명에서 특정 구성이 복수 개로 마련되는 것을 지칭하기 위한 것으로, 각각의 표현은 복수 개의 구성 중 어느 하나를 지칭하는 것일 수 있다. 제1, 제2 등의 표현이 부가되지 않은 경우, 해당 구성은 제1, 제2 등의 표현이 부가된 구성을 모두 포괄하는 개념일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하여 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 냉각 장치(20), 메인 압축기(30) 및 수요처(40)를 포함할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(40)에 공급될 액화가스를 저장한다. 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 액체상태의 액화가스를 보관할 수 있고, 압력 탱크 형태를 가질 수 있다. 액화가스 저장탱크(10)는 복수 개로 마련될 수 있으며, 복수 개 이상이 나란히 배치될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는 단열 구조로 되어 있지만, 외부로부터 액화가스 저장탱크(10)로 열이 들어가면 액화가스 저장탱크(10) 내에 저장되어 있는 액화가스가 따뜻해져 그 일부가 증발한다. 이 증발된 액화가스는, 증발가스(BOG; Boil off gas)로서 액화가스 저장탱크(10) 내에 저장되어 있는 액상의 액화가스의 액면의 상부 공간에 저장된다.
액화가스 저장탱크(10)에는, 액화가스 저장탱크(10) 내의 상부 공간에 저장되어 있는 증발가스를 액화가스 저장탱크(10) 외부로 빼낼 수 있는 증발가스라인(L1)이 액화가스 저장탱크(10)의 상부에 구비될 수 있다. 상기 증발가스라인(L1)은 중간에 분기되어 증발가스 열교환기라인(L1’)과 연결되고 상기 증발가스 열교환기라인(L1') 상에는 증발가스 열교환기(21)가 구비될 수 있다.
즉, 상기 증발가스라인(L1)은 증발가스 열교환기(21)를 우회하고, 증발가스 열교환기라인(L1')은 증발가스 열교환기(21)를 통과할 수 있다.
증발가스라인(L1) 및 증발가스 열교환기라인(L1')에는 온도제어밸브(V1, V1')가 구비된다. 상기 온도제어밸브(V1, V1’)는 메인 압축기(30)에서 요구하는 온도와 증발가스의 온도에 따라서, 개도가 조절될 수 있다. 예를 들어, 메인 압축기(30)에서 요구하는 온도보다 증발가스의 온도가 높을수록 증발가스 열교환기라인(L1') 상에 구비되는 증발가스 열교환기라인 온도제어밸브(V1')가 닫힐 수 있고, 메인 압축기(30)에서 요구하는 온도보다 증발가스의 온도가 낮을수록 증발가스라인(L1) 상에 구비되는 증발가스라인 온도제어밸브(V1)가 닫힐 수 있다.
증발가스는 증발가스라인(L1) 또는 증발가스 열교환기라인(L1')을 통해 수요처(40)로 전달된다. 증발가스가 증발가스 열교환기(21)를 통과하는 경우 수요처(40)로 전달되는 증발가스는 가열될 수 있고, 동시에 냉매라인(RL) 내 냉매는 냉각될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력이 높은 경우, 증발가스를 수요처(40)로 전달하여 상기 수요처(40)에서 증발가스를 소모하여 액화가스 저장탱크(10) 내부의 압력을 낮출 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10)의 내압에 따라 증발가스가 증발가스 열교환기(21)를 통과하도록 제어하거나, 액화가스가 제1 액화가스 열교환기(22)를 통과하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에 증발가스가 많이 발생되어 액화가스 저장탱크(10)의 압력이 큰 경우, 증발가스를 소모하여 액화가스 저장탱크(10)의 압력을 낮출 수 있다. 이때 제어부(미도시)는 증발가스를 소모하는 과정에서 증발가스를 증발가스 열교환기(21)로 전달하여 냉매의 온도를 낮출 수 있다. 구체적으로 제어부(미도시)는 증발가스 열교환기라인 온도제어밸브(V1’)를 열어 증발가스를 증발가스 열교환기(21)로 전달한다.
반면, 액화가스 저장탱크(10)에 증발가스가 많이 발생되지 않아 액화가스 저장탱크(10)의 압력이 크지 않은 경우, 액화가스를 기화시켜 수요처(40)로 공급할 수 있다. 이때 제어부(미도시)는 액화가스를 수요처(40)로 공급하는 과정에서 액화가스를 제1 액화가스 열교환기(22)로 전달하여 냉매의 온도를 낮출 수 있다. 구체적으로, 제어부(미도시)는 메인 액화가스 열교환기라인 온도제어밸브(V2)를 열어 증발가스를 제1 액화가스 열교환기(22)로 전달한다.
수요처(40)는 메인 추진 장치로서 이중 연료 연소(Dual Fuel, DF) 엔진일 수 있다. 본 명세서에서 액화가스가 수요처(40)로 전달된다고 기재한 경우, 이는 액화가스가 선박 내에서 필요한 전기를 생성하는 발전용 엔진(41) 또는 증발가스를 태우는 GCU(Gas Combustion Unit, 42)로 전달되는 것을 포함할 수 있다.
증발가스 열교환기(21)는 냉매와 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스를 열교환시킬 수 있고, 제1 액화가스 열교환기(22)는 냉매와 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 열교환시킬 수 있다.
또한, 증발가스 열교환기(21) 및 제1 액화가스 열교환기(22)는 병합형 열교환기일 수 있다. 즉, 증발가스 열교환기(21)는 냉매와 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스를 열교환시키는 동시에 냉매 사이에서 열교환이 일어나도록 할 수 있다. 마찬가지로 제1 액화가스 열교환기(22)는 냉매와 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 열교환시키는 동시에 냉매 사이에서 열교환이 일어나도록 할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에는 펌프(11, 12)가 마련될 수 있으며, 펌프(11, 12)를 통해 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 빼낼 수 있다. 펌프(11, 12)는 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 저장된 액화가스에 잠기도록 구비되거나 또는 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 구비될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)의 외부에 펌프(11, 12)가 구비되는 경우, 액화가스 저장탱크(10)보다 낮은 위치에 펌프(11, 12)를 설치할 수 있다. 펌프(11, 12)는 액화가스의 수위가 낮으면 액화가스를 펌핑할 수 없는 경우가 있는데, 펌프(11, 12)가 액화가스 저장탱크(10)보다 낮은 위치에 설치되어, 액화가스가 일정 수위보다 낮아지지 않을 수 있고 액화가스의 수위가 낮아 펌핑이 불가능한 것을 방지할 수 있다.
펌프(11, 12)는 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 마련되어 액화가스에 잠기도록 구비되는 부스팅 펌프일 수 있다.
제1 펌프(11)는 서브쿨링라인(SL)을 통해 과냉기(24)로 액화가스를 전달할 수 있다. 과냉기(24)를 거쳐 과냉각된 액화가스는 주입장치(13)를 통해 액화가스 저장탱크(10)로 순환된다. 바람직하게는. 순환된 액화가스는 액화가스 저장탱크(10)에 분사되어 액화가스 저장탱크(10) 내부의 액화가스를 냉각할 수 있다. 액화가스 저장탱크(10) 내부의 액화가스를 냉각하여 액화가스 저장탱크(10) 내 증발가스 발생을 억제할 수 있다. 도면에는 표현되지 않았으나, 순환된 액화가스는 액화가스 저장탱크(10) 하부와 가깝게 주입될 수 있다.
제2 펌프(12)는 액화가스를 수요처(40)로 전달할 수 있다. 제2 펌프(12)는 제1 액화가스 열교환기(22)를 우회하여 메인 압축기(30)의 전단에 연결되는 제1 액화가스라인(L2)을 통하여 액화가스를 수요처(40)로 전달할 수 있다.
또한, 제2 펌프(12)는 액화가스가 제1 액화가스 열교환기(22)를 통과하여 수요처(40)로 전달되도록 할 수 있다. 제2 펌프(12)는 제1 액화가스 열교환기(22)를 통과하여 메인 압축기(30)의 전단에 연결되는 제1 액화가스 열교환기라인(L2'), 제1 액화가스 열교환기(22)를 통과하고 제2 액화가스 열교환기(51)를 통과하는 제2 액화가스 열교환기라인(L3'), 제1 액화가스 열교환기(22)를 통과하고 제2 액화가스 열교환기(51)를 우회하는 제2 액화가스라인(L3) 또는 제1 액화가스 열교환기(22)를 통과하여 메인 압축기(30)의 후단에 연결되는 제3 액화가스 열교환기라인(L4)을 통하여 액화가스를 수요처(40)로 전달할 수 있다.
수요처(40)로 전달되는 액화가스가 제1 액화가스 열교환기(22)를 통과하는 경우 수요처(40)로 전달되는 액화가스는 가열될 수 있고, 동시에 냉매라인(RL) 내 냉매는 냉각될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력이 높지 않고, 수요처(40)로 액화가스의 공급이 필요한 경우, 액상의 액화가스를 제2 액화가스 열교환기로 공급하여 액화가스를 기화시키고 상기 증발가스를 수요처(40)로 전달할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는 하나 이상이 구비될 수 있고, 상기 액화가스 저장탱크(10) 중 하나는 가압탱크일 수 있다. 복수의 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 가압탱크에 저장하여, 상기 가압탱크 내에서 증발가스를 가압할 수 있다. 상기 가압탱크에 추가적인 압력을 제공하지 않고 가압탱크의 압력을 이용하여 증발가스를 수요처(40)로 공급할 수 있다. 물론, 가압탱크가 아닌 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스도 가압탱크의 증발가스와 함께 수요처(40)로 전달될 수 있다.
이하에서, 도 1을 통해 설명한 것과 동일한 내용은 그 설명을 앞선 실시예의 내용으로 갈음하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2를 참고하여 보면, 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 작은 경우, 액화가스 저장탱크(10)의 액상의 액화가스는, 제1 액화가스 열교환기(22)를 통과하여 수요처(40)로 공급될 수 있다. 제1 액화가스 열교환기(22)를 통과한 액화가스 중 일부는 메인 압축기(30) 전단의 온도에 따라 제1 액화가스 열교환기(22)를 우회하여 메인 압축기(30)의 전단에 연결되는 제1 액화가스라인(L2)을 통하여 수요처(40)로 공급될 수 있다.
즉, 액상의 액화가스는 제1 액화가스 열교환기(22)에서 기화되어 메인 압축기(30) 전단에 공급될 수 있으며, 이때, 메인 압축기(30)에서 요구하는 온도를 맞추기 위해, 액화가스 일부는 제1 액화가스 열교환기(22)를 우회할 수 있다.
제1 액화가스 열교환기(22)를 통과한 액화가스와 제1 액화가스 열교환기(22)를 우회한 액화가스는 혼합기(50)에서 혼합될 수 있다.
이와 같이 액화가스의 온도를 조절하기 위해, 제1 액화가스라인 온도제어밸브(V21) 및 제1 액화가스 열교환기라인 온도제어밸브(V22)가 구비될 수 있다. 제어부(미도시)는 메인 압축기(30) 전단에 공급되는 액화가스의 온도를 낮추기 위해서, 제1 액화가스라인 온도제어밸브(V21)를 개방할 수 있고, 제1 액화가스라인(L2)을 통해 제1 액화가스 열교환기(22)를 통과하지 않은 액화가스가 공급될 수 있다.
냉각 장치(20)가 작동될 필요가 없는 상황에서 메인 액화가스 열교환기라인 온도제어밸브(V2)는 닫혀있고, 액화가스 열교환기 경유라인 온도제어밸브(V3)는 열려있을 수 있고, 이 경우 액화가스는 제1 액화가스 열교환기(22)를 우회하여 제2 액화가스라인(L3) 제2 액화가스 열교환기라인(L3’) 또는 제3 액화가스 열교환기라인(L4)을 통해 전달될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3을 참고하여 보면, 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 작은 경우, 액화가스 저장탱크(10)의 액상의 액화가스는, 제1 액화가스 열교환기(22)를 통과할 수 있다. 그 이후 액화가스의 온도가 최종적으로 메인 압축기(30) 후단의 온도에 맞춰지도록 메인 압축기(30)의 후단의 온도에 따라, 액화가스는 제1 액화가스 열교환기(22)를 통과하고 제2 액화가스 열교환기(51)를 통과하는 제2 액화가스 열교환기라인(L3’)을 통해 수요처(40)로 공급되도록 제어되거나, 또는 제1 액화가스 열교환기(22)를 통과하고 제2 액화가스 열교환기(51)를 우회하는 제2 액화가스라인(L3)을 통해 수요처(40)로 공급되도록 제어될 수 있다.
여기서 액화가스는, 메인 압축기(30)를 통과하지 않고 곧바로 수요처(40)로 공급될 수 있다. 액화가스는 메인 압축기(30)를 통과하지 않으므로, 메인 압축기(30)에서 온도 상승이 이루어지지 않는다. 따라서 수요처(40)에서 요구하는 온도 조건을 맞추기 위해 제2 액화가스 열교환기(51)는 메인 압축기(30) 후단의 온도에 맞도록 온도를 조절할 수 있다.
이때, 제2 액화가스 열교환기(51)를 통과한 액화가스의 온도가 수요처(40)에서 요구하는 온도 조건보다 높아지게 되는 경우에는, 액화가스의 일부가 제2 액화가스 열교환기(51)를 우회하는 제2 액화가스라인(L3)을 통해 수요처(40)로 공급될 수 있다.
액화가스의 경로를 조절하기 위해 제2 액화가스라인 온도제어밸브(V31) 및 제2 액화가스 열교환기라인 온도제어밸브(V32)가 구비될 수 있다. 제어부(미도시)는 메인 압축기(30) 후단에 공급되는 액화가스의 온도를 낮추기 위해서, 제2 액화가스라인 온도제어밸브(V31)가 열리도록 제어할 수 있고, 제2 액화가스라인(L3)을 통해 액화가스 일부가 공급될 수 있다.
이와 같이 제2 액화가스 열교환기(51)를 통해 액화가스를 수요처(40)로 직접 공급하는 경우 메인 압축기(30)를 가동하지 않거나, 메인 압축기(30)에서의 부하를 줄일 수 있으므로, 가스 처리 시스템(1)에서 사용되는 전력을 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4를 참고하여 보면, 제1 액화가스 열교환기(22)에서 충분한 가열이 이루어져 액화가스가 수요처(40)에서 요구하는 온도 조건을 충족시킨 경우에는, 액화가스는 제2 액화가스 열교환기(51)를 우회할 수 있다. 액화가스 저장탱크(10)의 액상의 액화가스는, 제1 액화가스 열교환기(22)를 통과하여 메인 압축기(30)의 후단에 연결되는 제3 액화가스 열교환기라인(L4)을 통하여 수요처(40)로 전달될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 5를 참고하여 보면, 서브쿨링라인(SL)에는 이젝터(14)가 구비될 수 있다. 상기 이젝터(14)는 과냉기(24)의 전단에 구비되어 과냉기(24)로 들어가는 액화가스를 구동력으로 하여 증발가스를 흡입하고 증발가스와 액화가스를 혼합하여 액화가스 저장탱크로 순환시킬 수 있다. 이 과정에서 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스는 액화되어 회수될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 이젝터(14)는 과냉기(24)의 후단에 구비될 수 있고, 이 경우에는 과냉각된 액화가스를 구동력으로 사용하여 액화가스 저장탱크(10) 내 증발가스를 흡입하고 응축시킬 수 있다.
이젝터(14)가 과냉기(24)의 전단부에 설치되면 증발가스가 혼합되는 비율이 커지고, 늘어난 증발가스의 비율로 인해 액화가스와 증발가스가 혼합된 유체의 부피가 커지므로, 혼합된 유체를 냉각하기 위한 과냉기(24)의 크기도 커질 수 있다. 따라서, 이젝터(14)는 과냉기(24)의 설치 비용과 설치 공간의 효율성을 고려하여 과냉기(24)의 후단에 설치되는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 6을 참고하여 보면, 과냉기(24)의 후단에는 증발가스 응축장치(15)가 구비될 수 있다. 메인 압축기(30)의 후단과 과냉기(24)의 후단이 서로 연결되고, 증발가스 응축장치(15)는 메인 압축기(30)의 후단에서 공급되는 증발가스의 일부와 과냉각된 액화가스를 혼합시켜 증발가스를 액화시킬 수 있다. 도면에는 표시되지 않았으나, 증발가스 응축장치(15)는 과냉기(24)의 전단에서도 구비될 수 있다. 또한, 메인 압축기(30)의 후단에서 과냉기(24)의 후단으로 흐르는 증발가스와 증발가스라인(L1)에서 흐르는 증발가스 사이에서 열교환이 일어날 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각 장치를 나타내는 도면이다.
도 7을 참고하여 보면, 냉각 장치(20)는 서브쿨링라인(SL)과 냉매라인(RL)을 포함한다. 서브쿨링라인(SL)은 액화가스 저장탱크(10)와 연결되어, 서브쿨링라인(SL)에는 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 액화가스가 흐른다. 냉매라인(RL)에는 액화가스를 과냉하기 위한 냉매가 흐른다.
냉매라인(RL)에는 냉매 팽창기(23), 과냉기(24), 냉매 압축수단(25), 제1 열교환기(26) 및 제2 열교환기(27)가 구비될 수 있다. 제1 열교환기(26)와 제2 열교환기(27)는 직렬로 연결될 수 있다. 상기 제1 열교환기(26)는 냉매 압축수단(25)의 하류에 구비될 수 있고, 상기 제1 열교환기(26)의 하류에 제2 열교환기(27)가 구비될 수 있다.
냉매는, 냉매 압축수단(25)에서 고압으로 압축된다. 여기서 냉매 압축수단(25)은 압축기와 냉각기가 다단으로 연결된 구조일 수 있다.
냉매는 냉매 압축수단(25)에서 고압이 된 후 제1 열교환기(26)로 유도되어, 수요처(40)로 전달되는 증발가스 또는 액화가스와 열교환하여 압축열이 제거될 수 있다.
제1 열교환기(26)에서 냉각된 고압의 냉매는 제2 열교환기(27)로 유도되어 과냉기(24)를 통과한 냉매와 열교환할 수 있다.
이후 상기 냉매는 냉매 팽창기(23)로 유도되고, 상기 냉매 팽창기(23)에서 감압되어 저온 저압의 냉매가 된다. 상기 냉매는 과냉기(24)로 유도되고 액화가스 저장탱크(10)에서 나와 액화가스 저장탱크(10)로 순환되는 액화가스와 열교환할 수 있다.
냉매는 과냉기(24)에서 열교환하여 온도가 상승하고, 비교적 고온의 냉매는 냉매 압축수단(25)으로 유도되어 상기 냉매 압축수단(25)에서 고압으로 압축된다.
냉매가 제1 열교환기(26)를 우회할 수 있도록 냉매라인(RL)은 냉매 압축수단(25)의 하단에서 분기될 수 있다. 제1 열교환기(26)로 도입되는 냉매의 온도, 증발가스의 온도 또는 액화가스의 온도 등에 따라서 냉매의 일부는 제1 열교환기(26)를 우회할 수 있고, 냉매의 유량이 조절될 수 있다. 마찬가지로, 제1 열교환기(26)로 도입되는 냉매의 온도, 증발가스의 온도 또는 액화가스의 온도 등에 따라서 증발가스 또는 액화가스는 제1 열교환기(26)를 우회할 수 있고, 증발가스 또는 액화가스의 유량이 조절될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉각 장치를 나타내는 도면이다.
도 8을 보면, 제2 실시예에 따른 냉각 장치(20)는 도 7에서 제1 열교환기(26)와 제2 열교환기(27)의 순서를 달리하여 상기 제2 열교환기(27)는 냉매 압축수단(25)의 하류에 구비될 수 있고, 상기 제2 열교환기(27)의 하류에 제1 열교환기(27)가 구비될 수 있다.
냉매는 냉매 압축수단(25)에서 고압이 된 후 제2 열교환기(27)로 유도되어, 과냉기(24)를 통과한 냉매와 열교환하고, 그 이후에 제1 열교환기(26)로 유도되어, 수요처(40)로 전달되는 증발가스 또는 액화가스와 열교환할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 냉각 장치를 나타내는 도면이다.
도 9를 참고하여 보면, 제1 열교환기(26)와 상기 제2 열교환기(27)는 병렬로 연결될 수 있다. 냉매라인(RL)은 냉매 압축수단(25)의 하류에서 제1 열교환기(26)로 연결되는 제1 냉매라인(RL1)과 제2 열교환기(27)로 연결되는 제2 냉매라인(RL2)으로 분기될 수 있다.
냉매는 냉매 압축수단(25)에서 고압이 된 후 제1 열교환기(26)로 유도되어, 수요처(40)로 전달되는 증발가스 또는 액화가스와 열교환하여 압축열이 제거될 수 있으며, 제2 열교환기(27)로 유도되어 과냉기(24)를 통과한 냉매와 열교환하여 냉각될 수 있다.
이후 상기 냉매는 냉매 팽창기(23)로 유도되고, 상기 냉매 팽창기(23)에서 감압되어 저온 저압의 냉매가 된다. 상기 냉매는 과냉기(24)로 유도되고 액화가스 저장탱크(10)에서 나와 액화가스 저장탱크(10)로 순환되는 액화가스와 열교환할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 냉각 장치를 나타내는 도면이다.
도 10을 참고하여 보면, 냉각 장치(20)는 통합 열교환기(28)를 포함한다. 통합 열교환기(28)는 제1 열교환기(26)와 상기 제2 열교환기(27)가 하나로 통합된 기능을 할 수 있다.
냉매는 냉매 압축수단(25)에서 고압이 된 후 통합 열교환기(28)로 유도되어, 수요처(40)로 전달되는 증발가스 또는 액화가스와 열교환하여 압축열이 제거될 수 있으며, 동시에 과냉기(24)를 통과한 냉매와 열교환하여 냉각될 수 있다.
이후 상기 냉매는 냉매 팽창기(23)로 유도되고, 상기 냉매 팽창기(23)에서 감압되어 저온 저압의 냉매가 된다. 상기 냉매는 과냉기(24)로 유도되고 액화가스 저장탱크(10)에서 나와 액화가스 저장탱크(10)로 순환되는 액화가스와 열교환할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 제1 열교환기(26)가 증발가스 열교환기라인(L1’)과 연결되는 것을 나타내고 있고 도 10은 통합 열교환기(28)가 증발가스 열교환기라인(L1’)과 연결되는 것을 나타내고 있으나, 상기 제1 열교환기(26) 또는 상기 통합 열교환기(28)는 액화가스 열교환기라인(L2’, L3’. L4)과 연결될 수 있다. 제1 열교환기(26) 또는 통합 열교환기(28)가 증발가스 열교환기라인(L1’)과 연결되는 경우, 냉매는 증발가스에 의해 냉각될 수 있고, 제1 열교환기(26) 또는 통합 열교환기(28)가 액화가스 열교환기라인(L2’, L3’. L4)과 연결되는 경우 냉매는 액화가스에 의해 냉각될 수 있다.
도 7 내지 도 10의 일 실시예에 따른 냉각 장치(20)는 도 1 내지 도 6의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)에 적용될 수 있음은 당연하다.
이와 같이 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 냉매를 이용하여 액화가스를 과냉각하고, 과냉각된 액화가스를 탱크로 순환되어 탱크에서 발생하는 증발가스를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10) 내압에 따라, 증발가스의 냉열을 이용하여 냉매를 냉각하거나, 액화가스의 냉열을 이용하여 냉매를 냉각할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 증발가스의 냉열을 이용하여 냉매를 냉각하는 경우, 메인 압축기(30)의 전단의 온도에 따라서 증발가스가 증발가스 열교환기(21)를 우회하도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스의 냉열을 이용하여 냉매를 냉각하는 경우, 메인 압축기(30)의 전단의 온도에 따라서, 액화가스가 제1 액화가스 열교환기(22)를 우회하도록 제어할 수 있고, 메인 압축기(30)의 후단의 온도에 따라서, 액화가스가 제2 액화가스 열교환기(51)를 우회하도록 제어할 수 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.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
11: 제1 펌프 12: 제2 펌프
13: 주입장치 14: 이젝터
15: 증발가스 응축장치
20: 냉각 장치 21: 증발가스 열교환기
22: 제1 액화가스 열교환기 23: 냉매 팽창기
24: 과냉기 25: 냉매 압축수단
26: 제1 열교환기 27: 제2 열교환기
28: 통합 열교환기 30: 메인 압축기
40: 수요처 41: 발전용 엔진
42: GCU 50: 혼합기
51: 제2 액화가스 열교환기
L1: 증발가스라인 L1': 증발가스 열교환기라인
L2: 제1 액화가스라인 L2': 제1 액화가스 열교환기라인
L3: 제2 액화가스라인 L3’: 제2 액화가스 열교환기라인
L4: 제3 액화가스 열교환기라인
SL: 서브쿨링라인 RL: 냉매라인
RL1: 제1 냉매라인 RL2: 제2 냉매라인
V1: 증발가스라인 온도제어밸브
V1’: 증발가스 열교환기라인 온도제어밸브
V2: 메인 액화가스 열교환기라인 온도제어밸브
V21: 제1 액화가스라인 온도제어밸브
V22: 제1 액화가스 열교환기라인 온도제어밸브
V3: 액화가스 열교환기 경유라인 온도제어밸브
V31: 제2 액화가스라인 온도제어밸브
V32: 제2 액화가스 열교환기라인 온도제어밸브
V4: 제3 액화가스 열교환기라인 온도제어밸브

Claims (5)

  1. 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크;
    상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 과냉시키는 냉각 장치; 및
    상기 액화가스 저장탱크의 증발가스를 가압하여 수요처로 공급하는 메인 압축기;를 포함하고,
    상기 냉각 장치는,
    냉매가 순환하는 냉매라인;
    상기 냉매라인 상에 마련되며 냉매로 액화가스를 과냉시키는 과냉기;
    상기 냉매라인 상에 마련되며 상기 액화가스 저장탱크에서 배출되어 상기 수요처로 전달되는 증발가스로 냉매를 냉각하는 증발가스 열교환기;
    상기 냉매라인 상에 마련되며 상기 액화가스 저장탱크에서 배출되어 수요처로 전달되는 액화가스로 냉매를 냉각하는 제1 액화가스 열교환기; 및
    상기 액화가스 저장탱크의 내압에 따라, 증발가스가 상기 증발가스 열교환기를 통과하도록 제어하거나, 액화가스가 상기 제1 액화가스 열교환기를 통과하도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 액화가스 열교환기 후단에 마련되어 상기 메인 압축기 후단으로 전달되는 액화가스를 가열하는 제2 액화가스 열교환기를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 액화가스 열교환기를 통과한 액화가스의 온도에 따라 액화가스가 상기 제2 액화가스 열교환기를 통과하도록 제어하는 가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 메인 압축기 전단의 온도에 따라, 증발가스의 일부가 상기 증발가스 열교환기를 우회하도록 제어하는 가스 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 메인 압축기 전단의 온도에 따라, 액화가스의 일부가 상기 제1 액화가스 열교환기를 우회하도록 제어하는 가스 처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에서 제2 액화가스 열교환기를 통과하여 상기 메인 압축기 후단으로 연결되는 제2 액화가스 열교환기라인을 포함하는 가스 처리 시스템.
  5. 삭제
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