KR20150020003A - 액화천연가스 기화장치 - Google Patents

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KR20150020003A KR20140008680A KR20140008680A KR20150020003A KR 20150020003 A KR20150020003 A KR 20150020003A KR 20140008680 A KR20140008680 A KR 20140008680A KR 20140008680 A KR20140008680 A KR 20140008680A KR 20150020003 A KR20150020003 A KR 20150020003A
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Abstract

액화천연가스 기화장치를 개시한다. 일 실시예에 따른 액화천연가스 기화장치는 제1 열 전달 매체가 저장되는 열매체 저장부; 상기 열매체 저장부에 저장된 제1 열전달 매체의 온도를 측정하는 수조 온도감지센서; 일 측이 해수로부터 열을 전달받고, 타 측은 상기 제1 열 전달 매체로 열을 전달하며, 다수의 히트펌프를 구비하는 모듈형 히트펌프; 상기 모듈형 히트펌프로 유입되는 해수와 상기 모듈형 히트펌프를 통과한 후 배출되는 해수의 온도차를 측정하는 해수 온도차 감지센서; 상기 모듈형 히트펌프로 해수를 유입시키고, 상기 해수 온도차 감지센서에서 측정된 온도차에 의하여 상기 모듈형 히트펌프로 유입되는 해수의 양을 제어하는 해수 순환펌프; 상기 열매체 저장부에서 배출되어 상기 모듈형 히트펌프로 유입되는 제1 열 전달 매체와 상기 모듈형 히트펌프에서 배출되어 다시 상기 열매체 저장부로 유입되는 제1 열 전달 매체의 온도차를 측정하는 열매체 온도차 감지센서; 상기 열매체 저장부에서 배출되어 상기 모듈형 히트펌프를 통과한 제1 열 전달 매체를 다시 상기 열매체 저장부로 유입시키고, 상기 열매체 온도차 감지센서에서 측정된 온도차에 의하여 상기 열매체 저장부로 유입되는 제1 열 전달 매체의 양을 제어하는 열매체 순환 펌프; 및 적어도 일부가 상기 열매체 저장부에 수용되고, 상기 제1 열 전달 매체와 열 교환을 하며, 액체 상태의 천연가스가 유입되는 LNG 유동관을 포함할 수 있다.

Description

액화천연가스 기화장치{LIQUEFIED NATURAL GAS VAPORIZER}
본 발명은 액화천연가스 기화장치에 관한 것이고, 더 상세하게는 바다의 해수를 열원으로 하는 히트펌프를 이용하여 액화천연가스를 기화시키는 액화천연가스 기화장치에 관한 것이다.
종래의 액화천연가스 기화기는 주로 열 교환기가 물탱크 속에 잠겨있고, 상기 물탱크 내부에 설치된 버너에서 연료가스와 공기를 연소시켜 발생되는 고온의 연소가스를 이용하여 물탱크 안의 물을 가열하는 방식으로 액화천연가스를 기화하였다. 액화천연가스(LNG)는 상기 열 교환기의 아래쪽으로 투입되어 위 쪽으로 이동하는 동안 가열된 물의 열을 전달받아 액체상태에서 기체상태로 기화된다.
이 과정에서 수조 속의 물을 가열하기 위해 다량의 연료가스를 사용하게 되므로 연료비가 증가되는 비 경제적인 문제점이 있었고, 연료가스의 연소 결과 발생하는 연소 배기가스로 인한 환경오염이 발생될 수 있는 문제가 있었다.
본 발명은 해수를 열원으로 이용하여 친환경적인 방식으로 액화천연가스를 기화할 수 있는 기화장치 및 그 기화방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 의한 액화천연가스(LNG) 기화장치는, 제1 열 전달 매체가 저장되는 열매체 저장부; 상기 열매체 저장부에 저장된 제1 열전달 매체의 온도를 측정하는 수조 온도감지센서; 일 측이 해수로부터 열을 전달받고, 타 측은 상기 제1 열 전달 매체로 열을 전달하며, 다수의 히트펌프를 구비하는 모듈형 히트펌프; 상기 모듈형 히트펌프로 유입되는 해수와 상기 모듈형 히트펌프를 통과한 후 배출되는 해수의 온도차를 측정하는 해수 온도차 감지센서; 상기 모듈형 히트펌프로 해수를 유입시키고, 상기 해수 온도차 감지센서에서 측정된 온도차에 의하여 상기 모듈형 히트펌프로 유입되는 해수의 양을 제어하는 해수 순환펌프; 상기 열매체 저장부에서 배출되어 상기 모듈형 히트펌프로 유입되는 제1 열 전달 매체와 상기 모듈형 히트펌프에서 배출되어 다시 상기 열매체 저장부로 유입되는 제1 열 전달 매체의 온도차를 측정하는 열매체 온도차 감지센서; 상기 열매체 저장부에서 배출되어 상기 모듈형 히트펌프를 통과한 제1 열 전달 매체를 다시 상기 열매체 저장부로 유입시키고, 상기 열매체 온도차 감지센서에서 측정된 온도차에 의하여 상기 열매체 저장부로 유입되는 제1 열 전달 매체의 양을 제어하는 열매체 순환 펌프; 및 적어도 일부가 상기 열매체 저장부에 수용되고, 상기 제1 열 전달 매체와 열 교환을 하며, 액체 상태의 천연가스가 유입되는 LNG 유동관을 포함한다.
본 발명에 의하면, 액화천연가스를 기화하기 위해 다량의 화석 연료를 사용하지 않아도 되므로 에너지를 절약할 수 있고, 연료비로 인한 경제적 손실을 줄일 수 있다.
또한, 해수로부터 얻는 열에너지는 자연에너지로서 계절에 따른 온도의 변화가 적어 히트펌프의 저온열원으로서 안정적으로 사용할 수 있다.
또한, 발전소에서 배출되는 온배수를 히트펌프의 열원으로 사용하거나 열원이 되는 해수를 예열하는데 사용할 수 있다. 이에 따라, 발전소에서 배출되는 온배수의 처리 문제를 해소할 수 있고, 해수를 열원으로 사용하는 히트펌프의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 액화천연가스의 기화량의 변동에 따라 불필요한 히트펌프의 동작을 줄여서 에너지 및 이에 따른 비용을 절약할 수 있고, 히트펌프의 성능을 최적으로 유지할 수 있다.
또한, 액화천연가스의 액화가 충분히 일어나고 있는 상황에서, 상기 열매체 순환펌프(70) 및 상기 해수 순환펌프(60)의 불필요한 회전수를 감소시킴으로써, 소비전력을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 액화천연가스 기화장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 개선된 액화천연가스 기화장치의 개략도이다.
도 3은 도 2의 히트펌프를 확대하여 도시한 개략도이다.
도 4는 일 실시예에 의한 액화천연가스 기화방법에 대한 순서도이다.
도 5는 다른 실시예에 의한 액화천연가스 기화장치를 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상을 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.
도 1은 종래의 액화천연가스 기화장치를 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 액화천연가스 기화장치(1)는 수조(2)와, 버너(3)와, LNG유동관(4)을 포함한다.
상기 수조(2)는 상부가 개방된 직육면체 형상으로 형성될 수 있다. 상기 수조(2)의 내부에는 빈 공간이 형성되고, 상기 수조(2) 내부의 공간에는 물이 채워질 수 있다.
상기 수조(2)의 내부에는 상기 버너(3)와 상기 LNG유동관(4)이 구비될 수 있다. 상기 수조(2)는 상기 버너(3)와 상기 LNG유동관(4)이 함께 수용될 수 있을 만큼 충분한 크기로 형성될 수 있다.
또한, 상기 수조(2)의 상부에는 상기 버너(3)에 의해 발생되는 연소 배기가스가 빠져나갈 수 있는 배기가스 배출구(5)가 구비될 수 있다.
상기 버너(3)는 상기 수조(2)의 내부에 구비될 수 있다. 상기 버너(3)는 천연가스(NG) 등의 연료 가스를 연소하여 고온의 연소 열을 발생시킬 수 있다. 상기 버너(3)는, 상기 버너(3)로 유입되는 연료가스와 공기를 연소시켜 발생되는 고온의 연소가스를 이용하여, 상기 수조(2) 내부의 물을 가열시킬 수 있다. 상기 버너(3)가 연료가스를 연소시키는 과정에서, 연소가스뿐만 아니라 다른 여러 가지 연소 생성물들이 생성될 수 있다. 이러한 연소생성물들은, 연료가스의 종류에 따라 다르지만 일반적으로 연소가스 속에 포함되는 일산화탄소, 탄산가스, 질소 산화물 등이 포함될 수 있다. 이와 같이 대기오염의 원인이 되는 연소생성물들은 상기 배기가스 배출구(5)를 통해 대기 중으로 배출되어 환경오염 등의 문제가 발생될 수 있다.
상기 LNG유동관(4)은 상기 수조(2)의 내부에 수용될 수 있고, 상기 수조(2) 내부의 물에 대부분이 잠긴다.
상기 LNG유동관(4)은 상기 버너(3)로부터 열을 흡수하여 가열된 상기 수조(2)의 내부의 물로부터 열을 전달 받아 상기 LNG유동관(4)의 내부를 흐르는 액체 상태의 액화천연가스(LNG)를 기화시킬 수 있다. 상기 액화천연가스(LNG)는 상기 LNG유동관(4)의 아래쪽에서 위쪽으로 이동하는 동안 가열된 물의 열을 전달받아 액체상태에서 기체상태로 기화할 수 있다. 이 때, 상기 LNG유동관(4)은 열교환이 잘 일어날 수 있도록 열전도도가 큰 구리나 스테인리스의 재질로 형성될 수 있다.
종래의 액화천연가스 기화장치(1)는 고온의 연소 열을 얻기 위해서 다량의 연료가스가 요구되며, 이로 인해 연료비 증가의 요인이 되어 비 경제적인 문제점이 있었다. 또한, 연소에 의해 발생되는 연소 배기가스가 배기가스 배출구(5)를 통해 대기 중으로 배출되어 환경오염이 발생할 우려가 있었다.
따라서, 위와 같은 문제를 해결하기 위하여 연소 열을 발생시키는 상기 버너(3) 대신에, 상기 수조(2)의 내부의 물을 가열하기 위한 방법으로 해수(s)를 열원으로 하는 히트펌프(30)를 적용하여 종래의 액화천연가스 기화장치(1)의 문제를 해결할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 의한 개선된 액화천연가스 기화장치를 도시한 개략도이고, 도 3은 도 2의 히트펌프를 확대하여 도시한 개략도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에 의한 액화천연가스 기화장치(10)은 열매체 저장부(20)와, 히트펌프(30)와, LNG유동관(40)을 포함한다.
상기 열매체 저장부(20)는 상부가 개방된 직육면체 형상으로 형성될 수 있다. 상기 열매체 저장부(20)는 내부에 빈 공간이 형성될 수 있고, 일례로 상기 열매체 저장부(20)는 물이 채워지는 수조가 될 수 있다.
상기 열매체 저장부(20)의 내부에는 제1 열전달 매체가 수용된다. 일례로, 상기 제1 열전달 매체는 물이 될 수 있다. 또한, 상기 열매체 저장부(20)의 내부에는 상기 LNG 유동관(40)이 수용될 수 있고, 상기 LNG 유동관(40)은 상기 제1 열전달 매체에 적어도 일부분이 잠길 수 있다.
상기 제1 열전달 매체는 상기 히트펌프(30)와 열교환을 하여 상기 히트펌프(30)로부터 열을 전달받을 수 있고, 상기 LNG 유동관(40)과 열교환을 하여 상기 LNG 유동관(40)에 열을 전달할 수 있다. 상기 제1 열전달 매체에서 상기 LNG 유동관(40)으로 전달된 열은 상기 LNG 유동관(40) 내부의 액화천연가스(LNG)가 기화될 수 있는 열로 이용될 수 있다.
상기 열매체 저장부(20)의 외측에는 상기 제1 열 전달 매체(h1), 즉 물이 통과할 수 있는 물 유동관(21)이 구비될 수 있다. 상기 물 유동관(21)의 양 단은 상기 열매체 저장부(20)의 측면에 결합되고, 상기 물 유동관(21)은 상기 히트펌프(30) 내부를 관통하여 연장될 수 있다.
상기 물 유동관(21)의 일 단으로 상기 열매체 저장부(20) 내부의 물이 유입되고, 상기 물 유동관(21)의 타 단으로 상기 물 유동관(21)의 내부의 물이 상기 열매체 저장부(20)로 유입된다.
상기 물 유동관(21)의 아래쪽에서 위쪽으로 이동하는 동안 상기 히트펌프(30)로부터 전달되는 열을 흡수하여 상기 물 유동관(21)의 내부를 흐르는 물이 가열될 수 있다. 상기 물 유동관(21)은 상기 히트펌프(30)를 지나면서 후술할 제2 열전달 매체(h2)로부터 열을 흡수할 수 있다.
상기 물 유동관(21)을 흐르는 물은 상기 히트펌프(30) 내부를 지나면서 상기 히트펌프(30)에서 열을 흡수하고, 이에 따라 상기 물 유동관(21) 내부의 물의 온도가 상승한다. 다시 말해, 상기 물 유동관(21)에서 유출되는 물의 온도가 상기 물 유동관(21)으로 유입되는 물의 온도보다 높다. 일례로, 상기 물 유동관(21)으로 유입되는 물의 온도는 40℃가 될 수 있고, 상기 물 유동관(21)에서 유출되는 물의 온도는 50℃가 될 수 있다. 상기 물 유동관(21) 내부의 물의 온도가 상승한 것은 상기 물 유동관(21)이 상기 히트펌프(30)로부터 열 에너지를 전달받았기 때문이다. 이와 같이, 상기 물 유동관(21)이 상기 히트펌프(30)로부터 전달받은 에너지는 상기 LNG 유동관(40)으로 전달되어 액체 상태의 천연가스를 기화시키는데 사용된다.
상기 열매체 저장부(20)의 내부에는 상기 LNG유동관(40)의 내부를 통과하는 액체상태의 천연가스를 기화시킬 수 있을 만한 열에너지를 가지도록 충분한 양의 물이 포함될 수 있다. 상기 열매체 저장부(20)는 상기 LNG 유동관(40)의 대부분이 잠길 수 있을 정도의 물을 수용할 수 있다.
상기 히트펌프(30)는 바다로부터 해수가 유입될 수 있다. 상기 히트펌프(30)의 일 측에는 해수(s)가 유입될 수 있는 해수 유입관(s1)과 상기 히트펌프(30)에 유입된 해수(s)가 배출될 수 있는 해수 배출관(s2)이 구비된다.
상기 해수 유입관(s1)을 통하여 유입되는 해수(s)는 상기 히트펌프(30)로 공급되는 열원으로 이용될 수 있다. 해수(s)는 자연 에너지로서 온도의 계절변동이 하천수 등에 비해 적고, 동결 온도가 낮아 저온 열원으로의 이용이 용이하다. 즉, 상기 히트펌프(30)의 열원으로서 우수한 특성을 가지고 있다.
상기 해수 유입관(s1)을 통하여 상기 히트펌프(30) 내부로 유입된 해수(s)는 상기 히트펌프(30) 내부를 유동하는 제2 열 전달 매체(h2)와 열교환을 할 수 있다. 상기 해수 유입관(s1)을 통하여 상기 히트펌프(30) 내부로 유입된 해수(s)는 상기 제2 열전달 매체(h2)에 열을 전달할 수 있다. 따라서, 상기 해수 유입관(s1)을 통하여 상기 히트펌프(30) 내부로 유입되는 해수(s)의 온도는 상기 해수 유출관(s2)을 통하여 상기 히트펌프(30)에서 유출되는 해수(s)의 온도보다 높다. 일례로, 상기 해수 유입관(s1)을 통하여 상기 히트펌프(30) 내부로 유입되는 해수(s)의 온도는 대략 5℃가 될 수 있고, 상기 히트펌프(30)에서 유출되는 해수(s)는 대략 1℃가 될 수 있다. 상기 해수(s)는 후술할 증발기(31)와 열교환을 하여 상기 증발기(31)에 열을 빼앗길 수 있다. 상기 증발기(31)에서의 열전달에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
한편, 상기 히트펌프(30)의 타 측에는 상기 열매체 저장부(20)의 물 유동관(21)이 결합될 수 있다. 상기 물 유동관(21)은 상술한 바와 같이 상기 제2 열 전달 매체(h2)와 열교환이 가능하도록 상기 히트펌프(30)와 결합될 수 있다. 상기 물 유동관(21)을 흐르는 물은 후술할 응축기(33) 와 열교환을 하여 상기 응축기(31)에서 열을 흡수할 수 있다. 상기 응축기(33)에서의 열전달에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
상기 히트펌프(30)는 상기 해수로부터 열을 흡수하고, 해수로부터 흡수한 열을 상기 물 유동관(21)을 흐르는 물로 전달할 수 있다. 일반적으로, 해수의 온도가 상기 물 유동관(21)을 흐르는 물의 온도보다 낮지만, 상기 히트펌프(30)는 증발기(31), 압축기(32), 응축기(33), 팽창밸브(34)를 포함한 냉매 싸이클을 이용하여 열을 해수로부터 상기 물 유동관(21)으로 전달할 수 있다.
상기 압축기(32)는 상기 제2 열 전달 매체(h2)를 고온, 고압의 기체상태로 가압하는 역할을 할 수 있다. 이렇게 가압된 상기 제 2 열 전달 매체(h2)는 상기 응축기(33)로 전달될 수 있다.
상기 압축기(32)는 상기 제2 열 전달 매체(h2)를 압축하기 위한 동력장치(미도시)가 포함되고, 상기 압축기(32)의 구동으로 상기 열 전달 매체(h2)를 고압의 기체 상태로 변환시킬 수 있다. 상기 동력장치는 상기 압축기(32)로 전달되는 상기 제2 열 전달 매체(h2)의 온도조건과 기계적 효율 등을 고려하여 결정될 수 있고, 일례로 상기 동력장치는 모터 등이 사용될 수 있다.
상기 응축기(33)는 상기 압축기(32)에서 배출된 고온, 고압의 상기 제2 열 전달 매체(h2)에서 열을 빼앗아 상기 제2 열 전달 매체(h2)를 응축시키는 역할을 한다. 상기 응축기(33)에서 상기 제2 열 전달 매체(h2)의 열이 상기 물 유동관(21) 내부의 물로 전달될 수 있다. 상기 물 유동관(21)은 상기 히트펌프(30) 내부의 상기 응축기(33)와 인접하도록 설치될 수 있고, 상기 응축기(33)의 열이 상기 물 유동관(21)으로 전달될 수 있다.
다시 말해, 상기 응축기(33)와 인접하여 유동하는 상기 물 유동관(21)의 물은 상기 제2 열 전달 매체(h2)가 가지고 있는 열을 흡수하여 가열될 수 있다.
상기 물 유동관(21) 내부의 물은 상기 응축기(33)로부터 열을 흡수한 다음에는 다시 상기 열 매체 저장부(10)로 유입될 수 있다.
상기 응축기(33)는 열을 방출하여 상기 물 유동관(21)으로 전달하며, 상기 압축기(32)로부터 고온, 고압의 기체상태로 전달된 상기 제2 열 전달 매체(h2)를 다시 저온, 고압의 액체상태로 액화시킬 수 있다.
상기 팽창밸브(34)는 교축(throttling)작용 등에 의해 상기 제2 열전달 매체(h2)의 압력을 낮추고, 상기 제 2 열 전달 매체(h2)의 유량을 조절할 수 있다.
상기 팽창밸브(34)는 상기 응축기(33)에서 응축된 상기 제 2 열 전달 매체(h2)를 증발하기 쉬운 상태로 감압시키는 역할을 할 수 있다.
상기 팽창밸브(34)로 전달되는 상기 제2 열 전달 매체(h2)는 저온, 저압의 액체 및 기체상태가 되어 다시 상기 증발기(31)로 이동할 수 있다.
상기 증발기(31)에서는 저온, 저압의 액체 및 기체상태인 상기 제2 열 전달 매체(h2)가 증발하면서 주위의 열을 흡수할 수 있다. 상기 증발기(31)에서 증발되는 상기 제2 열전달 매체(h2)는 증발하면서, 상기 증발기(31) 주위를 흐르는 해수(s)로부터 열을 흡수할 수 있다. 상기 증발기(31)는 해수(s)와 직접 접촉하는 부분이므로, 해수의 염분에 의한 부식을 방지하기 위해 적어도 티타늄의 재질로 형성될 수 있다.
상기 증발기(31)는 해수(s)를 저 열원으로 이용하며, 상기 해수(s)는 해수 유입관(s1)을 통해 공급되고, 상기 증발기(31)에서 열을 빼앗기고 난 저온의 해수(s)는 해수 배출관(s2)으로 배출될 수 있다.
또한, 상기 증발기(31)가 저 열원으로 사용되는 상기 해수(s)로부터 열을 잘 흡수하기 위해, 상기 증발기(31)의 내부는 전열 면적을 넓힐 수 있도록 판형(Plate type) 또는 중공형 원통관(Shell and Tube type) 형태로 형성될 수 있다. 상기 증발기(31)로부터 열을 흡수한 상기 제2 열 전달 매체(h2)는 고온, 저압의 기체가 되어 압축기(32)로 보내질 수 있다.
결과적으로, 상기 증발기(31)가 흡수한 상기 해수(s)의 열에 의해 상기 히트펌프(31)의 내부를 상기 제2 열 전달 매체(h2)가 순환하면서 상기 응축기(33)에서 열을 방출하고, 방출된 열을 흡수한 상기 열매체 저장부(20)의 내부의 물은 가열될 수 있다. 다시 말해, 상기 히트펌프(30)의 연속적인 작용으로 인해 상기 열매체 저장부(20)의 내부의 물과 상기 LNG유동관(40)의 내부의 액화천연가스(LNG) 사이에 열 유동이 발생하며, 이로 인해 액체상태의 천연가스는 기체상태의 천연가스로 기화가 일어날 수 있다.
한편, 상기 히트펌프(30)는 발전소 근처의 바닷가에 설치될 수 있고, 이 경우 상기 히트펌프(30)는 상기 발전소에서 바다로 배출되는 온배수를 이용하여 상기 히트펌프(30)를 순환하는 제2 열전달 매체(h2)를 가열할 수 있다. 또한, 상기 온배수를 이용하여 상기 히트펌프(30)의 열원으로 사용하는 해수(s)를 예열할 수 있다. 일반적인 해수의 온도가 5℃ 정도인데 반하여, 발전소에서 바다로 배출되는 온배수의 온도는 20℃ 내지 40℃이다. 상기 히트펌프(30)에 유입되는 해수로서 발전소에서 배출되는 온배수를 사용함에 따라, 발전소에서 배출되는 온배수의 처리 문제를 해소할 수 있다. 또한, 상기 히트펌프(30) 내부의 제2 열전달 매체(h2)에 더 큰 열을 전달함으로써 열교환 효율과 해수를 열원으로 사용하는 상기 히트펌프(30)의 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 히트펌프(30)에 의해 방출되는 고온의 열이 상기 물 유동관(21)의 내부를 통과하는 물을 가열시키면, 상기 열매체 저장부(20)의 내부에 구비되는 LNG유동관(40)과 가열된 물 사이에 열 전달이 일어난다.
상기 LNG유동관(40)은 상기 열매체 저장부(20)의 내부에 구비될 수 있다. 상기 LNG 유동관(40)은 상기 열매체 저장부(20)에 수용된 상기 제1 열전달 매체(h1)에 잠길 수 있다. 상기 열매체 저장부(20)의 내부에 구비되는 제1 열 전달 매체(h1), 즉 물이 가열되면, 상기 LNG유동관(40)으로 열 전달이 발생한다.
액체상태의 천연가스는 상기 LNG 유동관(40) 하부로 유입될 수 있고, 액체상태의 천연가스는 상기 LNG유동관(40)의 하부에서 상부으로 이동할 수 있다. 상기 LNG유동관(40) 내부를 지나는 액체상태의 천연가스의 기화점은 대략 -170℃이고, 상기 제1 열전달 매체(h1)의 일반적인 온도는 40℃ 내지 50℃ 이므로, 상기 LNG 유동관(40) 내부의 액체상태의 천연가스와 상기 제1 열전달 매체(h1) 사이에서 열전달이 활발하게 일어날 수 있다.
상기 LNG유동관(40)의 내부에서 액체상태의 천연가스가 유동하는 동안 상기 제1 열전달 매체(h1)에서 상기 LNG유동관(40)으로 전달되는 열에 의해 기체상태의 천연가스로 기화될 수 있다.
상기 LNG유동관(40)은 중공형의 원통형으로 형성될 수 있다. 상기 LNG 유동관(40)은 열전달이 효과적으로 일어날 수 있도록, 다수회 절곡되면서 연장될 수 있다. 즉, 상기 LNG 유동관(40)은 수평으로 연장되다가 절곡되어 수직으로 연장될 수 있고, 다시 수평으로 연장될 수 있다.
또한, 상기 LNG유동관(40)의 직경과 두께 등이 다양하게 형성될 수 있으며, 전열작용이 잘 일어날 수 있도록 적어도 구리나 스테인리스 중 하나의 재질로 형성될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 의한 액화천연가스 기화방법에 대한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 액화천연가스 기화 방법은, 먼저 바다로부터 해수(s)가 상기 히트펌프(30) 내부로 유입된다(S10). 상기 해수(s)는 상기 히트펌프(30)에 구비된 해수 유입관(s1)으로 유입될 수 있다.
그 다음에, 상기 히트펌프(30)에 유입된 해수(s)는 상기 히트펌프(30) 내를 순환하는 제2 열전달 매체(h2)에 열을 전달하고 상기 히트펌프(30)의 해수 배출관(s2)으로 배출된다(S20). 상기 히트펌프(30)에 유입된 해수(s)는 상기 히트펌프(30)에 구비된 상기 증발기(31) 주변을 흐르고, 상기 증발기(31)는 상기 해수(s)로부터 열을 흡수할 수 있다.
그 다음에, 상기 열매체 저장부(20), 일례로 수조에 물이 채우고(S30), 상기 LNG 유동관(40)이 상기 열매체 저장부(20)의 물에 잠기도록 설치될 수 있다(S40).
그 다음에, 상기 해수로부터 열을 전달받은 상기 히트펌프(30) 내부의 제2 열 전달 매체(h2)는 상기 열매체 저장부(20)의 물에 열을 전달하여 상기 물을 가열할 수 있다(S50).
그 다음에, 상기 LNG 유동관(40) 내부에 액체 상태의 천연가스가 유입될 수 있다(S60). 액체상태의 천연가스는 상기 LNG 유동관(40)의 하부로 유입되고, 상기 LNG 유동관(40)의 하부에서 상부로 이동할 수 있다.
마지막으로, 상기 열매체 저장부(20) 내부의 물과 상기 LNG 유동관(40) 사이에서 열전달이 일어나고, 상기 LNG 유동관(40)에 상기 물의 열이 전달되어 상기 LNG 유동관(40) 내부의 액체 상태의 천연가스가 기화될 수 있다(S70).
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 액화천연가스 기화장치의 개략도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 의한 액화천연가스 기화장치(11)는 상기 열매체 저장부(20)의 온도에 의하여 히트 펌프가 단계적으로 제어되고, 히트 펌프로 유입 및 유출되는 해수의 온도차에 의하여 히트 펌프로 유입되는 해수의 유량이 제어되며, 열 매체 저장부로 유입 및 유출되는 제1 열 전달 매체, 즉 물의 온도차에 의하여 열 매체 저장부로 유입되는 물의 유량이 제어된다는 점에서 도 1 내지 도 4에서 상술한 실시예에 차이가 있다.
그 이외에, 바다의 해수를 열원으로 하는 히트펌프를 이용하여 액화천연가스를 기화시키는 특징 등과 같이 상술한 실시예와 중복되는 내용은 상술한 실시예의 내용을 원용하기로 한다.
본 실시예에 의한 액화천연가스 기화장치(11)는 수조 온도감지센서(22)와, 모듈형 히트펌프(50)와, 해수 순환펌프(60)와, 열매체 순환펌프(70)를 더 포함할 수 있다.
수조 온도감지센서(22)는 열매체 저장부(20) 내부에 구비되는 제1 열 전달 매체(h1)의 온도를 감지할 수 있다. 상기 수조 온도감지센서(22)는 제1 열 전달 매체(h1), 즉 물의 온도를 바탕으로 상기 모듈형 히트펌프(50)의 작동을 제어할 수 있다.
또한, 상기 모듈형 히트펌프(50)를 제어하기 위한 제어부(미도시)가 더 구비될 수 있다. 상기 제어부는 상기 수조 온도감지센서(22)로부터 온도 정보를 전달받아 이를 바탕으로 상기 모듈형 히트펌프(50)의 동작을 제어할 수 있다.
상기 모듈형 히트펌프(50)는 다수개의 히트펌프가 포함될 수 있다. 상기 모듈형 히트펌프(50)에 포함된 다수개의 히트펌프가 모두 작동할 수도 있고, 그 일부만 작동할 수도 있다.
일례로, 상기 모듈형 히트펌프(50)는 4개의 히트 펌프를 포함할 수 있고, 상기 모듈형 히트펌프(50)는 상기 수조 온도감지센서(22)에 의해 감지된 제1 열 전달 매체(h1)의 온도에 따라 상기 모듈형 히트펌프(50)에 포함된 히트펌프 모두를 작동시킬 수 있고, 그 중 일부만을 작동시킬 수도 있다. 즉, 상기 모듈형 히트펌프(50)는 상기 제1 열 전달 매체(h1)의 온도에 따라 1개의 히트 펌프만을 작동시킬 수도 있고, 4개의 히트 펌프를 모두 작동시킬 수도 있다.
상기 모듈형 히트펌프(50)는 해수(S)의 열을 제1 열 전달 매체(h1)로 전달시키는 역할을 할 수 있다. 상세히, 해수(S)의 열은 제2 열 전달 매체(h2)로 전달되고, 제2 열 전달 매체(h2)의 열은 다시 제1 열 전달 매체(h1)로 전달될 수 있다.
따라서, 상기 모듈형 히트펌프(50)에서 작동되는 히트 펌프의 수가 많을수록 보다 많은 열이 해수(S)에서 제1 열 전달 매체(h1)로 전달되고, 상기 모듈형 히트펌프(50)에서 작동되는 히트 펌프의 수가 적을수록 해수(S)에서 제1 열 전달 매체(h1)로 전달되는 열의 작아진다.
상기 열매체 저장부(20) 내부에 수용되는 물의 온도가 액화 천연가스를 천연가스로 기화시키기에 충분한 온도로 상승하면, 상기 모듈형 히트펌프(50)는 작동되는 히트펌프의 수를 줄일 수 있다. 일례로, 상기 수조 온도감지센서(22)에서 측정된 물의 온도가 기설정된 온도 이상으로 상승하여 LNG 기화가 충분히 일어나는 경우, 상기 제어부는 상기 모듈형 히트펌프(50)에 포함된 히트펌프 가운데 1개 만을 동작시킬 수 있다.
이와 반대로, 열매체 저장부(20) 내부에 구비되는 물의 온도가 액화천연가스를 기화시키기에 낮은 온도 상태라면, 상기 모듈형 히트펌프(50)는 작동되는 히트펌프의 수를 증가시킬 수 있다. 일례로, 상기 수조 온도감지센서(22)에서 측정된 물의 온도가 기설정된 온도 이하로 하강하여 LNG의 기화가 충분히 일어나지 못하는 경우, 상기 제어부는 상기 모듈형 히트펌프(50)에 포함된 히트펌프 모두를 동작시킬 수 있다.
따라서, 액화천연가스의 기화량의 변동에 따라 불필요한 히트펌프의 동작을 줄여서 에너지 및 이에 따른 비용을 절약할 수 있고, 히트펌프의 성능을 최적으로 유지할 수 있다.
한편, 상기 해수 순환펌프(60)는 해수를 끌어올려서 모듈형 히트펌프(50)로 해수를 유입시키는 역할을 할 수 있다.
상기 모듈형 히트펌프(50)는 상기 모듈형 히트펌프(50)에 유입되는 해수의 온도와 상기 모듈형 히트펌프(50)에서 유출되는 해수의 온도 차이를 측정하는 해수 온도차 감지센서(65)가 구비될 수 있다.
상기 해수 순환펌프(60)는 유입되는 해수의 온도와 모듈형 히트펌프(50)를 통과하여 열을 전달하고 배출되는 해수의 온도 차에 의하여 제어될 수 있다.
보다 상세히, 상기 해수 온도차 감지센서(65)에서 측정되는 온도차가 감소하면, 상기 열 매체 저장부(20)에 전달되는 열이 감소하는 것을 의미하고, 이는 상기 열 매체 저장부(20)가 액화천연가스를 액화시킬 정도의 충분한 열을 갖고 있다는 것을 의미한다. 따라서, 이러한 경우에는 상기 모듈형 히트펌프(50)에 유입되는 해수의 양을 줄일 필요가 있으므로, 상기 해수 순환펌프(60)의 회전수를 감소시킬 수 있다.
이와 반대로, 상기 해수 온도차 감지센서(65)에서 측정되는 온도차가 증가하면, 상기 열 매체 저장부(20)에 전달되는 열이 증가하는 것을 의미하고, 이는 상기 열 매체 저장부(20)가 액화천연가스를 액화시킬 열이 더 필요하다는 것을 의미한다. 따라서, 이러한 경우에는 상기 모듈형 히트펌프(50)에 유입되는 해수의 양을 늘릴 필요가 있으므로, 상기 해수 순환펌프(60)의 회전수가 증가될 수 있다.
또한, 상기 모듈형 히트펌프(50)로 제1 열 전달 매체(h1)를 출입시키는 상기 물 유동관(21)에는 상기 열매체 저장부(20)로 제1 열 전달 매체(h1)를 공급하는 열매체 순환펌프(70)가 구비될 수 있다.
상기 열매체 순환펌프(70)는 상기 모듈형 히트펌프(50)를 거쳐 온도가 상승된 제1 열 전달 매체(h1)를 상기 열매체 저장부(20)의 내부로 공급할 수 있다. 온도가 상승된 제1 열전달 매체(h1)는 LNG 유동관을 지나는 액화천연가스를 기화시킬 수 있다.
상기 물 유동관(21)에는 상기 열매체 저장부(20)로 유입되는 제1 열 전달 매체(h1)의 온도와 상기 열매체 저장부(20)에서 배출되는 제1 열 전달 매체(h1)의 온도의 차이를 측정하는 물 온도차 감지센서(75)가 구비될 수 있다.
상기 열매체 순환펌프(70)는 상기 열매체 저장부(20)로 유입되는 제1 열 전달 매체(h1)의 온도와 상기 열매체 저장부(20)에서 배출되는 제1 열 전달 매체(h1)의 온도의 차이에 의하여 제어될 수 있다.
보다 상세히, 상기 물 온도차 감지센서(75)에서 측정되는 온도차가 감소하면, 상기 상기 열 매체 저장부(20)에 전달되는 열이 감소하는 것을 의미하고, 이는 상기 열 매체 저장부(20)가 액화천연가스를 액화시킬 정도의 충분한 열을 갖고 있다는 것을 의미한다. 따라서, 이러한 경우에는 상기 열 매체 저장부(20)에 유입되는 제1 열 전달 매체(h1)의 양을 줄일 필요가 있으므로, 상기 열매체 순환펌프(70)의 회전수를 감소시킬 수 있다.
이와 반대로, 상기 물 온도차 감지센서(75)에서 측정되는 온도차가 증가하면, 상기 열 매체 저장부(20)에 전달되는 열이 증가하는 것을 의미하고, 이는 상기 열 매체 저장부(20)가 액화천연가스를 액화시킬 열이 더 필요하다는 것을 의미한다. 따라서, 이러한 경우에는 상기 열매체 저장부(20)에 유입되는 제1 열 전달 매체(h1)의 양을 늘릴 필요가 있으므로, 상기 열매체 순환펌프(70)의 회전수가 증가될 수 있다.
이와 같이, 액화천연가스의 액화가 충분히 일어나고 있는 상황에서, 상기 열매체 순환펌프(70) 및 상기 해수 순환펌프(60)의 불필요한 회전수를 감소시킴으로써, 소비전력을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
참고로, 제어 후의 펌프 동력(P)은 제어 전의 펌프 동력(P0)에 (제어 후 회전수/제어 전 회전 수)3 를 곱한 것과 같다.
즉,
Figure pat00001
(P는 제어 후의 펌프 동력, P0는 제어 전의 펌프 동력)
따라서, 펌프의 회전 수를 줄임으로써,
Figure pat00002
에 비례하여 소비 전력을 줄일 수 있는 효과가 있는 것이다.
1, 10: 액화천연가스 기화장치 2: 열매체 저장부
3: 버너 4: LNG유동관
5: 배기가스 배출구 10: 액화천연가스 기화장치
20: 저장부 21: 물 유동관
22: 수조 온도감지센서 30: 히트펌프
31: 증발기 32: 압축기
33: 응축기 34: 팽창밸브
40: LNG유동관 50: 모듈형 히트펌프
60: 제1 해수 순환펌프 70: 열매체 순환펌프
h1: 제 1 열 전달 매체 h2: 제 2 열 전달 매체
s: 해수 s1: 해수 유입관
s2: 해수 배출관

Claims (4)

  1. 제1 열 전달 매체가 저장되는 열매체 저장부;
    상기 열매체 저장부에 저장된 제1 열전달 매체의 온도를 측정하는 수조 온도감지센서;
    일 측이 해수로부터 열을 전달받고, 타 측은 상기 제1 열 전달 매체로 열을 전달하며, 다수의 히트펌프를 구비하는 모듈형 히트펌프;
    상기 모듈형 히트펌프로 유입되는 해수와 상기 모듈형 히트펌프를 통과한 후 배출되는 해수의 온도차를 측정하는 해수 온도차 감지센서;
    상기 모듈형 히트펌프로 해수를 유입시키고, 상기 해수 온도차 감지센서에서 측정된 온도차에 의하여 상기 모듈형 히트펌프로 유입되는 해수의 양을 제어하는 해수 순환펌프;
    상기 열매체 저장부에서 배출되어 상기 모듈형 히트펌프로 유입되는 제1 열 전달 매체와 상기 모듈형 히트펌프에서 배출되어 다시 상기 열매체 저장부로 유입되는 제1 열 전달 매체의 온도차를 측정하는 열매체 온도차 감지센서;
    상기 열매체 저장부에서 배출되어 상기 모듈형 히트펌프를 통과한 제1 열 전달 매체를 다시 상기 열매체 저장부로 유입시키고, 상기 열매체 온도차 감지센서에서 측정된 온도차에 의하여 상기 열매체 저장부로 유입되는 제1 열 전달 매체의 양을 제어하는 열매체 순환 펌프; 및
    적어도 일부가 상기 열매체 저장부에 수용되고, 상기 제1 열 전달 매체와 열 교환을 하며, 액체 상태의 천연가스가 유입되는 LNG 유동관;
    를 포함하는 액화천연가스 기화장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수조 온도감지센서의 온도가 높아지면, 상기 모듈형 히트펌프에 포함된 히트펌프 가운데 일부의 운전을 중지하는 액화천연가스 기화장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 해수 온도차 감지센서에서 측정된 온도차가 작아지면 상기 해수 순환펌프의 회전수가 감소하고, 상기 열매체 온도차 감지센서에서 측정된 온도차가 작아지면 상기 열매체 순환 펌프의 회전수가 감소하는 액화천연가스 기화장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모듈형 히트펌프는 발전소 인근에 위치되고, 상기 모듈형 히트펌프는 상기 발전소에서 배출되는 온배수를 열원으로 사용하거나 또는 온배수를 이용하여 상기 모듈형 히트펌프의 열원으로 사용하는 해수를 예열하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 기화장치.
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