KR20110129159A - 액화천연가스의 재기화 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화천연가스의 재기화 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치에 따르면, 액화천연가스와 열교환하는 매개 유체와 해수의 온도 차이를 이용하여 발전을 하는 바, 재기화 장치가 장착되는 선박 또는 부유식 구조물의 에너지 소비를 줄일 수 있다는 장점이 있다.

Description

액화천연가스의 재기화 장치 {Apparatus for regasification of liquefied natural gas}
본 발명은 액화천연가스의 재기화 장치에 관한 것이다.
천연가스(natural gas)는 메탄(methane)을 주성분으로 하고, 소량의 에탄(ethane), 프로판(propane) 등을 포함하는 화석연료로서, 최근 다양한 기술 분야에서 저공해 에너지원으로서 각광받고 있다.
천연가스를 생산지로부터 수요지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송 방안이 지속적으로 검토되어 왔으며, 최근에는 천연가스를 액화시켜 대량으로 수송할 수 있는 액화천연가스(liquefied natural gas, LNG) 운반선이 주로 이용된다.
최근에는, 액화천연가스 운반선이나 부유식 구조물에 설치되어, 해상에서 액화천연가스를 천연가스로 재기화하고, 재기화를 통해 얻어진 천연가스를 육상으로 공급하는 LNG 재기화 장치가 사용되고 있다.
예를 들면, 액화천연가스 재기화 장치는 LNG RV(liquefied natural gas regasification vessel), LNG FSRU(liquefied natural gas floating storage and regasification unit), LNG FPSO(liquefied natural gas floating, production, storage and off-loading) 등의 해상 구조물에 설치될 수 있다.
한편, 액화천연가스 재기화 장치는 액화천연가스를 글리콜 워터(glycol water)와 같은 소정의 매개 유체와 열교환시켜 재기화한다. 이때, 매개 유체는 LNG에 열을 빼앗기므로 온도가 낮아진다. 그리고, 온도가 낮아진 매개 유체는 해수와 열교환함으로써 열을 흡수하여 온도가 높아지고, 다시 액화천연가스와 열교환하는데 사용될 수 있다. 즉, 매개 유체는 소정의 경로를 따라 순환하면서 지속적으로 액화천연가스를 재기화시킨다.
본 발명의 실시예는 액화천연가스의 재기화 과정 중 전력을 얻을 수 있는 액화천연가스의 재기화 장치를 제공하고자 한다.
또한, 선박 또는 부유식 구조물의 에너지 소비를 줄일 수 있는 액화천연가스의 재기화 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치에는 선박 또는 부유식 구조물의 액화천연가스 화물창으로부터 액화천연가스를 펌핑하는 제 1 펌프; 상기 제 1 펌프를 통해 공급되는 액화천연가스와 매개 유체를 열교환시켜 천연가스를 발생시키는 제 1 열교환기; 상기 제 1 열교환기를 통과하는 상기 매개 유체를 순환시키는 제 2 펌프; 상기 매개 유체의 순환 유로 상에 배치되며, 상기 매개 유체와 해수를 열교환 시키는 제 2 열교환기; 및 상기 제 2 열교환기 내부에 제공되며, 상기 매개 유체 또는 상기 해수가 흐르는 배관에 제공되는 열전 소자를 포함하는 발전부가 포함된다.
또한, 상기 발전부에는 상기 열전 소자가 부착되는 파이프가 포함되고, 상기 파이프는 상기 배관의 일부인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전 소자는 상기 파이프에 병렬로 부착되는 것을 특징으로 한다.
다른 측면에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치에는 액화천연가스 또는 재기화된 천연가스가 흐르는 제 1 유로; 상기 제 1 유로와 교차하도록 제공되며, 매개 유체가 흐르는 제 2 유로; 상기 제 2 유로와 교차하도록 제공되며, 해수가 흐르는 제 3 유로; 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로의 교차 지점에 제공되며, 상기 액화천연가스와 상기 매개 유체를 열교환시키는 제 1 열교환기; 상기 제 2 유로와 상기 제 3 유로의 교차 지점에 제공되며, 상기 매개 유체와 상기 해수를 열교환시키는 제 2 열교환기; 및 상기 제 2 유로와 상기 제 3 유로의 교차 지점에 제공되며, 상기 제 2 유로 또는 상기 제 3 유로에 부착되는 열전 소자를 포함하는 발전부가 포함된다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치에 따르면, 액화천연가스와 열교환하는 매개 유체와 해수의 온도 차이를 이용하여 발전을 하는 바, 재기화 장치가 장착되는 선박 또는 부유식 구조물의 에너지 소비를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 추가적인 에너지 투입 없이 전력을 얻을 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 도 1의 제 2 열교환기의 절개 사시도.
도 3은 도 2의 열전 소자 파이프의 사시도.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치(100)는 선박 또는 부유식 구조물(이하 "선박 등"이라 함)에 설치되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 재기화 장치(100)는 LNG RV(liquefied natural gas regasification vessel), LNG FSRU(liquefied natural gas floating storage and regasification unit), LNG FPSO(liquefied natural gas floating, production, storage and off-loading) 등에 탑재될 수 있다.
상기 재기화 장치(100)는 상기 선박 등에 설치되어 있는 액화천연가스 화물창(200)에 저장된 액화천연가스를 천연가스로 재기화시켜 수요처(300)에 공급한다.
상세히, 상기 재기화 장치(100)는, 상기 화물창(200)으로부터 액화천연가스를 펌핑(pumping) 하는 제 1 펌프(110)와, 상기 제 1 펌프(110)에 의해 펌핑된 액화천연가스를 천연가스로 재기화시키는 제 1 열교환기(120)와, 상기 제 1 열교환기(120)로 매개 유체를 공급하는 제 2 펌프(130)와, 매개 유체와 해수를 열교환시키는 제 2 열교환기(140)를 포함할 수 있다.
여기서, 액화천연가스 또는 천연가스가 흐르는 배관은 제 1 유로(150) 또는 천연가스 유로라 할 수 있으며, 매개 유체가 흐르는 배관은 제 2 유로(160) 또는 매개 유체 유로 또는 순환 유로라 할 수 있으며, 해수가 흐르는 배관은 제 3 유로(170) 또는 해수 유로라 할 수 있다.
상세히, 상기 제 1 유로(150)는 상기 화물창(200)과 상기 제 1 펌프(110)와 상기 제 1 열교환기(120) 및 상기 수요처(300)를 연결할 수 있다. 또한, 상기 제 2 유로(160)는 상기 제 1 열교환기(120)와 상기 제 2 펌프(130) 및 상기 제 2 열교환기(140)를 연결할 수 있으며, 매개 유체가 상기 제 1 열교환기(120)와 상기 제 2 펌프(130) 및 상기 제 2 열교환기(140)를 순환할 수 있도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 3 유로(170)는 상기 제 2 열교환기(140)를 통과하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 1 열교환기(120)는 상기 제 1 유로(150)와 상기 제 2 유로(160)의 교차 지점에 형성되고, 상기 제 2 열교환기(140)는 상기 제 2 유로(160)와 상기 제 3 유로(170)의 교차 지점에 형성될 수 있다.
상기 제 1 펌프(110)는 상기 화물창으로부터 액화천연가스를 펌핑하여 제 1 열교환기(120)로 공급한다.
상기 제 1 열교환기(120)는 상기 제 2 열교환기(140)로부터 공급되는 매개 유체를 열교환 수단으로 이용하여 액화천연가스를 재기화시킨다. 상세히, 매개 유체는 액화천연가스에 열을 빼앗김으로써 온도가 낮아지고, 액화천연가스는 매개 유체로부터 열을 흡수하여 천연가스로 기화된다. 예를 들면, 상기 제 1 열교환기(120)는 상기 제 1 유로(150)가 상기 제 2 유로(160)를 통과하도록 구성되어, 상기 제 1 유로(150)를 형성하는 배관 벽면을 통해 액화천연가스와 매개 유체 사이의 열전달이 일어나도록 형성될 수 있다. 여기서, 매개 유체는 -160℃ 에서도 상변화가 일어나지 않는 부동액이 첨가된 글리콜 워터(glycol water)일 수 있다. 상기 제 1 열교환기(120)에서 발생된 천연가스는 상기 제 1 유로(150)를 따라 상기 수요처(300)에 공급된다.
상기 제 1 교환기(120)에서 열을 빼앗겨 온도가 낮아진 매개 유체는 상기 제 2 펌프(130)를 통해 펌핑되어 상기 제 2 열교환기(140)로 공급된다. 이때, 상기 제 2 열교환기(140)로 공급되는 매개 유체의 온도가 약 -100℃ 정도로 유지되도록 매개 유체의 유량은 조절될 수 있다.
상기 제 2 열교환기(140)는 매개 유체와 해수를 열교환시켜 매개 유체의 온도를 다시 높인다. 상세히, 해수는 약 20℃ 의 온도를 가지므로, 매개 유체는 해수로부터 열을 흡수해 온도가 높아지고, 해수는 매개 유체에 열을 빼앗겨 온도가 낮아진다.
이때, 상기 제 2 열교환기(140)를 통과하는 상기 제 2 유로(160) 또는 상기 제 3 유로(170)를 형성하는 배관에는 발전부(도 2, 146)가 제공된다. 상기 발전부(146)에는 열전 소자가 제공되어, 해수와 매개 유체의 온도차를 이용한 발전이 이뤄진다. 이와 관련된 구체적인 내용은 후술하겠다.
한편, 매개 유체는 상기 제 2 유로(160)를 따라 상기 제 2 열교환기(140)로 순환 공급될 수 있다. 즉, 매개 유체는 상기 제 1 열교환기(120)를 통과하며 열을 빼앗기고, 상기 제 2 열교환기(140)를 통과하며 열을 흡수하며, 상기 제 2 펌프(130)에 의해 상기 제 2 유로(160)를 따라 상기 재기화 장치(100)를 순환할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 열교환기(120)에서는 지속적으로 액화천연가스의 재기화가 일어나고, 상기 제 2 열교환기(140)에서는 지속적으로 발전이 이뤄질 수 있다.
해수는 상기 제 3 유로(170)를 따라 이동되며, 상기 제 2 열교환기(140)를 통과하며 열을 빼앗기고, 다시 바다로 버려진다.
상기와 같은 구성을 갖는 재기화 장치(100)에 의해, 상기 화물창(200)에 저장되어 있던 액화천연가스는 상기 선박 등에서 직접 재기화되어 상기 수요처(300)에 공급된다.
이하에서는 도면을 참조하여, 상기 제 2 열교환기(140)의 구성 및 작용에 대해 살펴보겠다.
도 2는 도 1의 제 2 열교환기의 절개 사시도이고, 도 3은 도 2의 열전 소자 파이프의 사시도이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 상기 제 2 열교환기(140)는 하우징(142), 상기 하우징(142)을 관통하는 내부 배관(143), 상기 내부 배관(143)을 둘러싸는 발전부(146)를 포함할 수 있다.
상기 하우징(142)은 해수가 유입되는 유입관(144)과 해수가 방출되는 배출관(145)을 포함하고, 상기 내부 배관(144)과 상기 발전부(146)를 감싸는 형태로 형성될 수 있다.
상기 유입관(144) 및 배출관(145)은 해수가 흐르는 상기 제 3 유로(170)의 일부를 형성할 수 있다. 그리고, 상기 내부 배관(143)은 매개 유체가 흐르는 상기 제 2 유로(160)의 일부를 형성할 수 있다. 즉, 상기 내부 배관(143)의 일측 단부는 상기 제 2 펌프(130)에 연결되고, 타측 단부는 상기 제 1 열교환기(120)에 연결되어 상기 내측 배관(143)으로는 매개 유체가 흐를 수 있다.
상기 유입관(144)을 통해 유입된 해수는 상기 하우징(142) 내부에 채워진 후 상기 배출관(145)으로 배출될 수 있다. 따라서, 상기 내측 배관(143)을 통해 상기 내측 배관(143)을 흐르는 매개 유체와 상기 하우징(142) 내부에 채워진 해수 사이에서 전도 방식으로 열전달이 일어날 수 있다. 이 경우, 매개 유체는 상기 제 1 열교환기(120)를 통과하면서 약 -100℃ 정도로 온도가 낮아진 상태이고, 해수는 약 20 정도 이므로, 해수로부터 매개 유체로 열이 전달된다.
한편, 상기 발전부(146)는 상기 하우징(142)의 내부에 제공되며, 상기 내부 배관(144)의 외주를 감싸는 파이프(147)와, 상기 파이프(147)에 부착되는 열전 소자(148)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 파이프(147)는 발전 효율을 높이기 위해 상기 내부 배관(143)에 밀착되도록 형성될 수 있다. 또는, 상기 파이프(147)가 상기 내부 배관(143)의 일부를 형성하도록 형성될 수도 있다. 즉, 상기 파이프(147)가 직접 매개 유체에 접촉될 수도 있다. 다시 말하면, 상기 발전부(146)가 상기 제 2 유로(160)의 일부를 형성할 수 있다. 아울러, 상기 열전 소자(148)를 보호하는 절연성의 커버(미도시)가 상기 발전부(146)를 감싸도록 제공될 수도 있다.
상기 열전 소자(148)는 상기 파이프(147)에 병렬 구조로 나열될 수 있다. 예를 들면, 상기 열전 소자(148)의 크기를 30㎜ X 30㎜로 형성하고, 상기 파이프(147)로서 ND100(JIS standard)를 사용하는 경우 1m 당 약 630개 이상의 열전 소자를 부착할 수 있다. 상기 파이프(147)는 상기 열전 소자(148)를 용이하게 부착함과 동시에 상기 열전 소자(148)의 일측면이 충분히 접촉될 수 있도록 단면이 다각형을 이루도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 파이프(147)로서 ND100를 사용하는 경우, 상기 파이프(147)는 단면은 20각형 이상이 되도록 가공될 수 있다.
상기 열전 소자(148)는 2종의 금속 또는 반도체를 폐로가 되게 접속하고, 접속한 2점 사이에 온도차를 주면 기전력이 발생되는 현상인 제벡(seebeck) 현상를 이용하여 발전을 할 수 있는 소자이다. 본 실시예에서는, 상기 열전 소자(148)의 일측면을 매개 유체의 영향을 받는 상기 파이프(147)에 접촉시키고, 타측면을 해수의 영향을 받는 커버에 접촉시킴으로써, 매개 유체와 해수의 온도 차이를 이용하여 발전을 할 수 있다.
이 경우, 상기 제 2 열교환기(140)를 통과하는 매개 유체와 해수의 온도 차이는 100℃ 이상이고, 온도차가 클수록 기전력이 크게 발생되므로 효율적으로 발전을 할 수 있다.
상기 열전 소자(148)에서 발생된 전기는 소정의 축전기(미도시)에 축전되어, 필요에 따라 상기 선박 등의 전자 장치 구동에 사용될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 유입관(144) 및 상기 배출관(145)으로는 해수가 흐르고, 상기 내부 배관(143)으로는 매개 유체가 흐르는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며 상기 유입관(144) 및 상기 배출관(145)으로 매개 유체가 흐르고 상기 내부 배관(143)으로는 해수가 흐르게 구성될 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치(100)에 의하면, 상기 제 2 열교환기(140)에서 전력을 얻을 수 있는 바, 상기 재기화 장치(100)가 장착되는 상기 선박 등에서 상기 재기화 장치(100)로부터 발생되는 전력을 사용할 수 있으므로 상기 선박 등의 에너지 소비를 줄일 수 있다.
또한, 다른 발전 설비와는 달리 기계적인 구동 또는 추가적인 에너지 투입 없이 상기 제 2 열교환기(140)에 상기 발전부(146)를 추가함으로써 전력을 얻을 수 있다.
또한, 상기 열전 소자(148)는 온도 차이가 일정하게 유지되지 않더라도 기전력이 발생될 수 있으며, 상기 재기화 장치(100)가 가동되지 않더라도 상기 제 2 열교환기(140) 내부에서 온도 차가 있으면 지속적인 발전이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 상기 발전부(146)는 상기 제 2 열교환기(140)의 내부뿐만 아니라 상기 제 1 열교환기(120)의 내부에도 제공될 수 있으며, 이 경우 액화천연가스와 매개 유체의 온도 차이를 이용하여 발전을 할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 액화천연가스의 재기화 장치의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 용이하게 변경할 수 있으며, 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
100 : 재기화 장치 110 : 제 1 펌프
120 : 제 1 열교환기 130 : 제 2 펌프
140 : 제 2 열교환기 142 : 하우징
143 : 내부 배관 144 : 유입관
145 : 배출관 146 : 발전부
147 : 파이프 148 : 열전 소자

Claims (4)

  1. 선박 또는 부유식 구조물의 액화천연가스 화물창으로부터 액화천연가스를 펌핑하는 제 1 펌프;
    상기 제 1 펌프를 통해 공급되는 액화천연가스와 매개 유체를 열교환시켜 천연가스를 발생시키는 제 1 열교환기;
    상기 제 1 열교환기를 통과하는 상기 매개 유체를 순환시키는 제 2 펌프;
    상기 매개 유체의 순환 유로 상에 배치되며, 상기 매개 유체와 해수를 열교환 시키는 제 2 열교환기; 및
    상기 제 2 열교환기 내부에 제공되며, 상기 매개 유체 또는 상기 해수가 흐르는 배관에 제공되는 열전 소자를 포함하는 발전부가 포함되는 액화천연가스의 재기화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전부에는 상기 열전 소자가 부착되는 파이프가 포함되고,
    상기 파이프는 상기 배관의 일부인 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열전 소자는 상기 파이프에 병렬로 부착되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스의 재기화 장치.
  4. 액화천연가스 또는 재기화된 천연가스가 흐르는 제 1 유로;
    상기 제 1 유로와 교차하도록 제공되며, 매개 유체가 흐르는 제 2 유로;
    상기 제 2 유로와 교차하도록 제공되며, 해수가 흐르는 제 3 유로;
    상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로의 교차 지점에 제공되며, 상기 액화천연가스와 상기 매개 유체를 열교환시키는 제 1 열교환기;
    상기 제 2 유로와 상기 제 3 유로의 교차 지점에 제공되며, 상기 매개 유체와 상기 해수를 열교환시키는 제 2 열교환기; 및
    상기 제 2 유로와 상기 제 3 유로의 교차 지점에 제공되며, 상기 제 2 유로 또는 상기 제 3 유로에 부착되는 열전 소자를 포함하는 발전부가 포함되는 액화천연가스의 재기화 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150109829A (ko) 2014-03-21 2015-10-02 삼성중공업 주식회사 해상구조물의 폐열 회수 시스템
JP2018535628A (ja) * 2015-08-20 2018-11-29 サムスン ヘビー インダストリーズ カンパニー リミテッド 熱電発電モジュール並びにこれを含む熱電発電装置と結氷防止気化装置および気化燃料ガス液化工程装置
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KR200491760Y1 (ko) * 2020-02-06 2020-06-01 김종남 열전소자에 의한 2중 냉각기능과 발전기능이 제공된 컴프레셔용 냉각기

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