KR20100034850A - 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 해상 구조물에 이미 설치되어 있는 공조용 냉매 사이클로부터 냉매를 순환시켜 비활성 가스를 냉각시켜서 이슬점을 낮출 수 있게 함으로써, 공간이 부족한 해상 구조물에서 설치 공간을 많이 차지하지 않으면서도 해상 구조물의 건조비용까지 절감할 수 있는 비활성 가스 냉각장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 한정된 공간 내에 비활성 가스 발생장치 및 공조 시스템을 탑재하고 있는 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치로서, 상기 공조 시스템의 공조용 냉매를 순환시킴으로써 상기 공조용 냉매와의 열교환에 의해 상기 비활성 가스를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치가 제공된다.

비활성 가스, 해상 구조물, 냉각장치, 공조 시스템, 냉매

Description

해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치{INERT GAS COOLING UNIT MOUNTED IN A MARINE STRUCTURE}

본 발명은 해상에서 항해하는 선박이나 한 지점에 고정된 채로 사용되는 해상 구조물에 장착되어 비활성 가스를 냉각시키기 위한 비활성 가스 냉각장치에 관한 것이다.

LNG를 운송하기 위한 LNG 캐리어(LNG 수송선)의 경우, 선박의 유지보수를 위해 일정한 주기로 도크(dock)에 들어오게 된다. 선박의 유지보수를 위해서는 LNG 저장탱크 내부에 남아있는 천연가스를 대기로 치환하거나, 유지보수가 끝난 후 LNG 저장탱크 내부에 남아있는 대기를 천연가스로 치환할 필요가 있다.

그런데 화물창, 즉 LNG 저장탱크에 남아있는 천연가스와 대기가 혼합되면 폭발의 위험이 있으므로, 천연가스와 대기를 직접 치환하지 않고, 비활성 가스(IG; inert gas)를 활용하여 천연가스를 우선 비활성 가스로 치환한 후, 다시 비활성 가스를 대기로 치환하는 중간 단계를 거치게 된다.

이와 같이 비활성 가스를 LNG 저장탱크 내부의 치환작업 중간 단계에서 사용할 때, LNG 저장탱크 내부의 결빙을 방지하기 위해서는 비활성 가스의 이슬점을 낮 출 필요가 있다.

천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 액화천연가스의 상태로 LNG 캐리어에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNG 수송선은, 액화천연가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 액화천연가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 LNG 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다. 통상, 이러한 LNG 수송선은 LNG 저장탱크 내의 액화천연가스를 액화된 상태 그대로 육상에 하역하며, 하역된 LNG는 육상에 설치된 LNG 재기화 설비에 의해 재기화된 후 천연가스의 소비처로 가스배관을 통해 운반된다.

이러한 육상의 LNG 재기화 설비는 천연가스 시장이 잘 형성되어 있어 안정적으로 천연가스의 수요가 있는 곳에 설치하는 경우에는 경제적으로 유리한 것으로 알려져 있다. 그러나, 천연가스의 수요가 계절적, 단기적 또는 주기적으로 있는 천연가스 소요처의 경우에는, 높은 설치비와 관리비로 인해, 육상에 LNG 재기화 설비를 설치하는 것이 경제적으로 매우 불리하다.

특히 자연재해 등에 의해 육상의 LNG 재기화 설비가 파괴될 경우, LNG 수송선이 소요처에 LNG를 싣고 도달한다 하더라도, 그 LNG를 재기화할 수 없다는 점에서 기존 LNG 수송선을 이용한 천연가스 운반은 한계성을 안고 있다.

이에 따라, LNG 수송선이나 해상 부유물에 LNG 재기화 설비를 마련하여 해상에서 액화천연가스를 재기화하고, 그 재기화를 통해 얻어진 천연가스를 육상으로 공급하는 해상 LNG 재기화 시스템이 개발되었다. 이와 같이 LNG 재기화 설비가 마련된 해상 구조물의 예로서는 LNG RV(Regasification Vessel)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등을 들 수 있다.

한편, LNG의 생산처에서도 해상에서 직접 천연가스를 액화시켜 저장하고 있다가 필요시 LNG 수송선으로 하역할 수 있도록 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading) 등의 해상 구조물이 개발되고 있다.

LNG 수송선, LNG RV, LNG FSRU, LNG FPSO 등의 해상 구조물에는 상술한 바와 같이 LNG 저장탱크의 유지보수 등에 사용되는 비활성 가스를 생산하기 위한 비활성 가스 발생장치가 장착된다.

비활성 가스 발생장치에 있어서, 비활성 가스를 생산하는 과정 중에 가열된 비활성 가스를 냉각시킴으로써 이 비활성 가스의 이슬점(dew point)을 낮추는 것이 바람직하다. 비활성 가스의 이슬점을 낮추면 LNG 저장탱크의 유지보수시 비활성 가스 내에 포함된 수분으로 인하여 LNG 저장탱크의 벽면이 결빙되는 것을 방지할 수 있다.

그에 따라, 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 발생장치는 도 1에 도시된 바와 같은 비활성 가스 냉각장치를 구비한다.

종래의 비활성 가스 냉각장치의 개략적인 구성이 도시되어 있는 도 1을 참조하면, 종래의 비활성 가스 냉각장치는, 비활성 가스(IG; inert gas)를 냉각시켜서 이슬점을 낮추기 위한 비활성 가스 냉각기(inert gas cooler)(10)와, 제1 냉매의 순환에 의해 비활성 가스 냉각기(10)에서 비활성 가스를 냉각시키는 제1 냉매 순환(chilled water circulation) 라인(20)과, 비활성 가스와의 열교환에 의해 가열된 제1 냉매를 제2 냉매의 순환에 의해 냉각시키고, 제2 냉매를 가압한 후 냉각하고 다시 팽창시켜서 제2 냉매의 온도를 떨어뜨리는 제2 냉매 사이클(30)과, 제1 냉매와의 열교환에 의해 가열된 제2 냉매를 해수(sea water)의 순환에 의해 냉각시키는 해수 사이클(40)을 포함한다.

제2 냉매 사이클(30)은 압축기(31), 증발기(32) 및 응축기(33)를 포함하는 냉동 사이클(refrigerant cycle)로서, 다음과 같이 작동하여 제1 냉매와 해수 사이에서 열을 전달한다. 즉, 압축기(31)에 의해 압축되고 가열된 제2 냉매는 응축기(33)에서 해수와의 열교환을 통해 온도가 낮아지고 계속해서 증발기(32)를 통과하면서 냉각되게 된다. 이 증발기(32) 내에서 제1 냉매 순환 라인(20)에서 순환하는 제1 냉매가 냉각되고, 제1 냉매와의 열교환을 통해 가열된 제2 냉매는 다시 압축기(31)로 공급된다.

그런데, 비활성 가스 냉각장치가 설치되는 해상 구조물은 공간이 한정되어 있으므로 가급적 그 부피가 작고 간단한 공정으로 수행되는 것이 바람직하지만, 종래의 비활성 가스 냉각장치는 비활성 가스 시스템과 선실 공조 시스템 사이의 각 시스템 보증문제 및 제어상의 문제 등으로 인하여 이러한 복잡한 구성을 가질 수밖에 없었다.

이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 해상 구조물에 이미 설치되어 있는 공조용 냉매 사이클로부터 냉매를 순환시켜 비활성 가스를 냉각시킴으로써, 공간이 부족한 해상 구조물에서 설치 공간을 많이 차지하지 않으면서도 해상 구조물의 건조비용까지 절감할 수 있는 비활성 가스 냉각장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 한정된 공간 내에 비활성 가스 발생장치 및 공조 시스템을 탑재하고 있는 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치로서, 상기 공조 시스템의 공조용 냉매를 순환시킴으로써 상기 공조용 냉매와의 열교환에 의해 상기 비활성 가스를 냉각시켜서 비활성 가스의 이슬점을 낮추는 것을 특징으로 하는 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치가 제공된다.

상기 비활성 가스 냉각장치는, 상기 비활성 가스를 냉각시키기 위하여 상기 공조용 냉매와 상기 비활성 가스 사이에서 열교환이 이루어지도록 하는 비활성 가스 냉각기를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 비활성 가스 냉각장치는, 상기 비활성 가스 냉각기에 상기 공조용 냉매를 순환시키기 위한 공조용 냉매 순환 라인을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 비활성 가스 냉각장치는, 상기 비활성 가스로부터 빼앗은 열을 상기 공 조용 냉매에 전달하기 위한 중간 열전달 매체 순환 라인을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 비활성 가스를 냉각시키기 위하여 상기 중간 열전달 매체와 상기 비활성 가스 사이에서 열교환이 이루어지도록 하는 비활성 가스 냉각기와, 상기 중간 열전달 매체를 냉각시키기 위하여 상기 공조용 냉매와 상기 중간 열전달 매체 사이에서 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 중간 열전달 매체로서는 물이 사용될 수 있다.

상기 해상 구조물은, 해상에서 사용되는 LNG FPSO, LNG FSRU, LNG 수송선 및 LNG RV 중 어느 하나일 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 해상 구조물에 이미 설치되어 있는 공조용 냉매 사이클로부터 냉매를 순환시켜 비활성 가스를 냉각시킬 수 있는 해상 구조물용 비활성 가스 냉각장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 비활성 가스 냉각장치에 따르면, 설치 공간을 많이 차지하지 않으므로 공간이 부족한 해상 구조물에서 공간의 활용도를 향상시킬 수 있는 동시에, 종래와 같이 복잡한 다수의 냉매 사이클을 모두 삭제할 수 있어 해상 구조물의 건조비용까지 절감할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2에는 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 따른 비활성 가스 냉각장치의 개략적인 구성이 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 비활성 가스 냉각장치의 개략적인 구성이 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 비활성 가스 냉각장치는, 해상 구조물에 이미 설치되어 있는 공조 시스템(air conditioning system)의 공조용 냉매를 순환시킴으로써 비활성 가스(IG; inert gas)를 냉각시킨다.

이를 위해 제1 실시형태의 비활성 가스 냉각장치는, 비활성 가스(IG)를 냉각시키기 위한 비활성 가스 냉각기(inert gas cooler)(10)와, 제1 냉매의 순환에 의해 비활성 가스 냉각기(10)에서 비활성 가스를 냉각시키는 제1 냉매 순환(chilled water circulation) 라인(20)과, 비활성 가스와의 열교환에 의해 가열된 제1 냉매를 해상 구조물에 이미 설치되어 있는 공조 시스템(도시생략)의 공조용 냉매와의 열교환에 의해 냉각시키기 위한 공조용 냉매 순환 라인(50)을 포함한다.

또한, 비활성 가스 냉각기(10)가 비활성 가스와 제1 냉매 사이의 열교환을 위해 설치되는 것처럼, 제1 냉매와 공조용 냉매 사이의 열교환을 위해 열교환기(51)가 마련되는 것이 바람직하다.

제1 냉매로서는 물 또는 글리콜 워터(glycol water; 부동액) 등이 사용될 수 있으며, 공조용 냉매로서는 일반적으로 해상 구조물에 탑재된 공조 시스템에 사용되는 것이라면 좋다.

이와 같이 구성된 제1 실시형태의 비활성 가스 냉각장치는 다음과 같이 작동한다. 비활성 가스는 비활성 가스 냉각기(10)를 통과하면서 제1 냉매와 열교환이 이루어져 냉각되면서 이슬점이 낮아지게 된다. 비활성 가스를 냉각시키면서 가열된 제1 냉매는 열교환기(51)를 통과하면서 공조용 냉매와 열교환되어 냉각된 후 다시 비활성 가스 냉각기(10)로 공급된다.

또한, 열교환기(51)에서 제1 냉매로부터 열을 전달받아 가열된 공조용 냉매는 해상 구조물 내에 이미 설치되어 있는 공조 시스템(도시 생략)으로 복귀되어, 이 공조 시스템의 내부에 포함된 냉동 사이클에서 냉각된 후 다시 열교환기(51)로 공급된다.

본 발명의 제1 실시형태에 따르면, 비활성 가스의 냉각을 위해서 별도의 냉동 사이클을 해상 구조물 내에 추가로 설치할 필요없이, 기존에 선실 등의 공조를 위해 공조 시스템 내에 설치되어 있던 공조용 냉동 사이클의 공조용 냉매를 활용하여 비활성 가스의 냉각을 실시할 수 있다.

그에 따라, 종래에 비해 설치 공간을 많이 차지하지 않으므로 공간이 부족한 해상 구조물에서 공간의 활용도를 향상시킬 수 있다.

또한, 공조용 냉동 사이클의 부하가 증가되긴 하지만, 종래와 같이 복잡한 다수의 냉매 사이클을 모두 삭제할 수 있어 해상 구조물의 건조비용이 크게 절감될 수 있다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제2 실시형태에 따른 비활성 가스 냉각장치를 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 비활성 가스 냉각 장치는, 상술한 제1 실시형태의 비활성 가스 냉각장치와 마찬가지로, 해상 구조물에 이미 설치되어 있는 공조 시스템(air conditioning system)의 공조용 냉매를 순환시킴으로써 질소 등의 비활성 가스(IG; inert gas)를 냉각시킨다.

제2 실시형태의 비활성 가스 냉각장치는, 제1 실시형태의 비활성 가스 냉각장치에 비해 제1 냉매 순환 라인(20)과 열교환기(51)를 사용하지 않는다는 점에서 차이점을 가지며, 이어지는 설명에서는 이러한 차이점을 위주로 설명이 이루어진다.

제2 실시형태의 비활성 가스 냉각장치는, 비활성 가스(IG)를 냉각시키기 위한 비활성 가스 냉각기(inert gas cooler)(10)와, 해상 구조물에 이미 설치되어 있는 공조 시스템(도시생략)의 공조용 냉매의 순환에 의해 비활성 가스 냉각기(10)에서 비활성 가스를 냉각시키기 위한 공조용 냉매 순환 라인(50)을 포함한다.

이와 같이 구성된 제2 실시형태의 비활성 가스 냉각장치는 다음과 같이 작동한다. 비활성 가스는 비활성 가스 냉각기(10)를 통과하면서 공조용 냉매와 열교환이 이루어져 냉각되면서 이슬점을 낮추게 된다. 비활성 가스를 냉각시키면서 가열된 공조용 냉매는 해상 구조물 내에 이미 설치되어 있는 공조 시스템(도시 생략)으로 복귀되어, 이 공조 시스템의 내부에 포함된 냉동 사이클에서 냉각된 후 다시 비활성 가스 냉각기(10)로 공급된다.

본 발명의 제2 실시형태에 따르면, 상술한 제1 실시형태와 마찬가지로, 비활성 가스의 냉각을 위해서 별도의 냉동 사이클을 해상 구조물 내에 추가로 설치할 필요없이, 기존에 선실 등의 공조를 위해 공조 시스템 내에 설치되어 있던 공조용 냉동 사이클의 공조용 냉매를 활용하여 비활성 가스의 냉각을 실시할 수 있다.

그에 따라, 종래에 비해 설치 공간을 많이 차지하지 않으므로 공간이 부족한 해상 구조물에서 공간의 활용도를 향상시킬 수 있다.

또한, 공조용 냉동 사이클의 부하가 증가되긴 하지만, 종래와 같이 복잡한 다수의 냉매 사이클을 모두 삭제할 수 있어 해상 구조물의 건조비용이 크게 절감될 수 있다.

본 명세서에서 해상 구조물이란, 해상에서 사용되는 구조물과 선박을 모두 포함하는 개념으로, 예를 들어 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 구조물뿐만 아니라 LNG 수송선이나 LNG RV(LNG Regasification Vessel)와 같은 선박을 모두 포함하는 것이다.

본 발명에 따른 비활성 가스 냉각장치는, 해상 구조물의 종류와 관계없이, 비활성 가스 발생장치가 탑재되어 있는 동시에, 선실 등의 공조를 위한 공조 시스템이 구비된 해상 구조물이라면 어디든지 적용될 수 있음은 물론이며, 공조 시스템의 구체적인 사양에 의해 본 발명이 한정되지 않음은 물론이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치를, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물 론이다.

도 1은 종래의 비활성 가스 냉각장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 비활성 가스 냉각장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면, 그리고

도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 비활성 가스 냉각장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 비활성 가스 냉각기 20 : 제1 냉매 순환 라인

50 : 공조용 냉매 순환 라인 51 : 열교환기

Claims (7)

1. 한정된 공간 내에 비활성 가스 발생장치 및 공조 시스템을 탑재하고 있는 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치로서,

   상기 공조 시스템의 공조용 냉매를 순환시킴으로써 상기 공조용 냉매와의 열교환에 의해 상기 비활성 가스를 냉각시켜서 이슬점을 낮추는 것을 특징으로 하는 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 비활성 가스 냉각장치는, 상기 비활성 가스를 냉각시키기 위하여 상기 공조용 냉매와 상기 비활성 가스 사이에서 열교환이 이루어지도록 하는 비활성 가스 냉각기를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 비활성 가스 냉각장치는, 상기 비활성 가스 냉각기에 상기 공조용 냉매를 순환시키기 위한 공조용 냉매 순환 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 비활성 가스 냉각장치는, 상기 비활성 가스로부터 빼앗은 열을 상기 공조용 냉매에 전달하기 위한 중간 열전달 매체 순환 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 비활성 가스를 냉각시키기 위하여 상기 중간 열전달 매체와 상기 비활성 가스 사이에서 열교환이 이루어지도록 하는 비활성 가스 냉각기와, 상기 중간 열전달 매체를 냉각시키기 위하여 상기 공조용 냉매와 상기 중간 열전달 매체 사이에서 열교환이 이루어지도록 하는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 중간 열전달 매체로서는 물이 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 해상 구조물은, 해상에서 사용되는 LNG FPSO, LNG FSRU, LNG 수송선 및 LNG RV 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 해상 구조물에 장착되는 비활성 가스 냉각장치.

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