KR20150062566A - 선박의 폐열을 이용한 ｌｎｇ 재기화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 폐열을 이용한 LNG 재기화장치에 관한 것으로서, LNG 연료탱크; 상기 LNG 연료탱크에 수용된 액화 상태의 LNG를 기화시켜 연료로 사용하는 엔진; 상기 LNG 연료탱크로부터 엔진에 LNG를 공급하기 위하여 상기 엔진과 연결되는 연료 공급라인; 및, 상기 엔진으로부터 발생하며 상기 연료 공급라인으로부터 이송되는 LNG를 기화시키기 위해 상기 LNG와 열교환 하는 엔진열이 이송되는 엔진열 이송라인;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 폐열을 이용한 ＬＮＧ 재기화장치{LNG REGASIFICATION FACILITY USING WASTE HEAT OF SHIP}

본 발명은 선박의 폐열을 이용한 LNG 재기화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 폐열을 이용하여 LNG를 기화시켜 연료로 사용하고 냉각된 폐열은 회수하여 냉방시스템에 이용 가능한 선박의 폐열을 이용한 LNG 재기화장치에 관한 것이다.

일반적으로 천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(이하, LNG라고 함)의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다.

상기 LNG는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

상기 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선이나, 마찬가지로 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(Regasification Vessel)는, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 연료탱크(흔히, '화물창'이라고 함)를 포함한다.

최근에는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물에 대한 수요가 점차 증가하고 있으며, 이러한 부유식 해상 구조물에도 LNG 수송선이나 LNG RV에 설치되는 연료탱크가 포함된다.

LNG FPSO는, 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 연료탱크 내에 저장하고, 필요시 이 연료탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다. 또 LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 연료탱크에 저장한 후 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 해상 구조물이다.

이와 같이 LNG와 같은 액체화물을 해상에서 수송하거나 보관하는 LNG 수송선, LNG RV, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 구조물 내에는 LNG를 극저온 상태로 저장하기 위한 연료탱크가 설치되어 있다.

특히 상기 해상 구조물의 경우, 엔진, 가스터빈, 보일러와 같은 동력발생장치에서 요구하는 연료는 주로 LNG 연료탱크 내의 자연 BOG(Boil-Off Gas, 증발가스)를 사용하게 된다.

다만, 자연 증발가스가 필요량보다 적은 경우에는 LNG를 인위적으로 기화시켜 연료로 사용하게 된다.

이와 같은 LNG의 재기화장치에 관한 예가 대한민국 공개특허공보 제2008-0111456호(이하, '종래기술'이라 한다)에 개시되어 있으며, 도 1을 참조하여 설명하면 이하와 같다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 LNG의 재기화장치는, LNG를 재기화하기 위한 대기기화기(18)와, 순환하는 매개유체와의 열교환에 의하여 상기 LNG의 온도를 상승시키기 위한 트림히터(28)와, 상기 매개유체를 가열하기 위한 대기히터(20)와, 상기 트림히터(28)와 상기 대기히터(20) 사이에서 상기 매개유체를 순환시키기 위한 순환펌프(40) 및 상기 대기히터(28)와 상기 대기기화기(18) 상으로 대기의 흐름을 유도하기 위한 하나 이상의 강제통풍팬(46)을 포함하며, 공기가 상기 대기기화기(18)에 도달하기 전에 공기를 냉각하고 건조하기 위하여 상기 대기히터(20)를 가로질러 공기가 흐르게 유도되도록 상기 대기히터(20)가 상기 대기기화기(18)보다 상기 강제통풍팬(46)에 더 가까이 배치되는 대기를 주열원으로 이용하여 LNG를 기화시키도록 구성된다.

즉, 종래기술은 대기와 LNG의 직접적인 열교환을 통해 LNG를 기화시키거나, 순환되는 매개유체와의 열교환에 의해 LNG를 기화시키는 것으로 상기 매개유체를 가열하기 위하여 대기히터(20)가 별도로 제공되어야 하며, 극저온 지방에서 사용할 경우에는 대기온도를 상승시킬 수 있도록 별도의 보조 열원이 제공되어야 함으로써 구성이 복잡하고 이에 따른 비용 상승이 불가피한 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제2008-0111456호(2008.12.23)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 엔진에서 발생하는 폐열을 이용하여 LNG를 기화할 수 있는 선박의 폐열을 이용한 LNG 재기화장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 선박의 폐열을 이용한 LNG 재기화장치는, LNG 연료탱크; 상기 LNG 연료탱크에 수용된 액화 상태의 LNG를 기화시켜 연료로 사용하는 엔진; 상기 LNG 연료탱크로부터 엔진에 LNG를 공급하기 위하여 상기 엔진과 연결되는 연료 공급라인; 및, 상기 엔진으로부터 발생하며 상기 연료 공급라인으로부터 이송되는 LNG를 기화시키기 위해 상기 LNG와 열교환 하는 엔진열이 이송되는 엔진열 이송라인;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 연료 공급라인에는, 상기 LNG 연료탱크 내에 수용된 연료를 압축시켜 이송하기 위한 고압 펌프가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 연료 공급라인의 LNG와 상기 엔진열 이송라인의 고온의 공기는, 상기 LNG 연료탱크의 출구 측과 상기 고압 펌프의 입구 측 사이에서 열교환이 발생하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 연료 공급라인과 엔진열 이송라인은 일부분이 서로 근접되어 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 연료 공급라인과 상기 엔진열 이송라인에는 공통적으로 LNG와 공기를 열교환하기 위한 열교환기가 설치되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 엔진열 이송라인을 통과하면서 상기 연료 공급라인의 LNG와 열교환되는 냉기를 전달받아 냉방에 사용하는 냉방 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 선박의 폐열을 이용한 LNG 재기화장치에 의하면, 엔진의 폐열을 이용하여 LNG의 기화에 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 폐열과 열 교환하여 냉각된 공기는 냉방 시스템을 대체할 수 있도록 하여 선박의 에너지 이용 효율을 향상시킴으로써 선박의 운용 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 LNG 재기화장치의 공정을 나타내는 공정도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 LNG 재기화장치의 공정을 나타내는 공정도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 LNG 재기화장치의 공정을 나타내는 공정도이다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 선박에서 발생하는 엔진(300)의 폐열을 이용한 LNG 재기화장치는, LNG 연료탱크(100), 연료 공급라인(200), 엔진(300) 및 엔진열 이송라인(400)을 포함하게 된다.

상기 LNG 연료탱크(100)는 대략 -162 ℃에서 5 ~ 7 bar 상태로 액화된 LNG가 저장되며, 상기 엔진(300)은 상기 LNG 연료탱크(100)에 수용된 액화 상태의 LNG를 기화시켜 연료로 사용하게 된다.

여기서, 상기 연료 공급라인(200)은 상기 LNG 연료탱크(100)로부터 엔진(300)에 연료인 LNG를 공급하기 위하여 상기 엔진(300)과 연결된다.

이때, 상기 연료 공급라인(200)에는 상기 LNG 연료탱크(100) 내에 수용된 연료를 압축시켜 이송하기 위한 고압 펌프(500)가 설치된다.

이와 같이 구성된 연료 공급라인(200)의 상기 LNG 연료탱크(100)의 출구 측과 상기 고압 펌프(500)의 입구 측 사이에는 상기 엔진(300)으로부터 발생하는 엔진열이 이송되는 엔진열 이송라인(400)이 액화 상태의 LNG와 열교환할 수 있도록 구비되어 있다.

이때, 상기 엔진열 이송라인(400)을 통해 이송되는 매체는 엔진(300)에 의해 가열된 고온의 공기이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에서, 상기 연료 공급라인(200)의 LNG와 엔진열 이송라인(400)의 고온의 공기 사이에서 열교환이 이루어질 수 있도록 상기 연료 공급라인(200)과 엔진열 이송라인(400)은 일부분이 서로 근접되게 설치된다.

다만, 상기 연료 공급라인(200)과 엔진열 이송라인(400)을 유동하는 LNG와 공기가 더욱 원활하게 열교환할 수 있도록 상기의 두 유체를 통과시켜 공통적으로 두 유체를 열교환하기 위한 열교환기(600)가 설치될 수 있다(도 3 참조).

상기 LNG 연료탱크(100)의 출구 측으로부터 상기 고압 펌프(500)의 입구 측을 향해 흐르는 LNG는 상기 엔진열 이송라인(400)을 흐르는 고온의 공기와 열교환하여 온도가 상승하게 되며, 기체 상태로 상 변화하여 상기 엔진(300)에서 사용 가능한 연료가 된다.

이렇게 기화된 LNG는 엔진(300)으로 고압 분사되어 선박 엔진(300)의 구동원이 된다.

마찬가지로, 상기 엔진열 이송라인(400)을 통과하면서 상기 연료 공급라인(200)의 LNG와 열교환되는 공기는 냉각된 후 출구 측을 통해 선박의 냉방 시스템(700)으로 이송된다.

상기 냉방 시스템(700)에서, 상기 연료 공급라인(200)의 LNG와 열교환된 공기가 증발기(미도시)를 통과하면서 상기 증발기 내부를 순환하는 냉매와 열교환되어 냉기로 전환된 후 송풍 팬에 의해 선박의 선실 등에 강제 순환됨에 따라 선실 내의 온도를 하강시키게 된다.

여기서, 상기 냉방 시스템(700)은 통상의 공지된 기술이므로 본 발명에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다. 다만, 상기 LNG와 열교환된 공기의 온도가 대기 온도보다 낮을 경우에는 상기 냉방 시스템(700)을 통하지 않고, 직접 냉기를 선실 내로 토출시켜 실내의 냉방을 수행함으로써 상기 냉방 시스템(700)을 대체할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 엔진(300)의 폐열을 이용하여 LNG의 기화에 활용할 수 있으며, 이와 함께 상기 폐열과 열 교환하여 냉각된 공기는 냉방 시스템(700)에 이용할 수 있도록 하여 선박의 에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.

100 : LNG 연료탱크 200 : 연료 공급라인
300 : 엔진 400 : 엔진열 이송라인
500 : 고압 펌프 600 : 열교환기
700 : 냉방 시스템

Claims (6)

1. LNG 연료탱크;
   상기 LNG 연료탱크에 수용된 액화 상태의 LNG를 기화시켜 연료로 사용하는 엔진;
   상기 LNG 연료탱크로부터 엔진에 LNG를 공급하기 위하여 상기 엔진과 연결되는 연료 공급라인; 및,
   상기 엔진으로부터 발생하며 상기 연료 공급라인으로부터 이송되는 LNG를 기화시키기 위해 상기 LNG와 열교환하는 엔진열이 이송되는 엔진열 이송라인을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 LNG 재기화장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 연료 공급라인에는,
   상기 LNG 연료탱크 내에 수용된 연료를 압축시켜 이송하기 위한 고압 펌프가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 LNG 재기화장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 연료 공급라인의 LNG와 상기 엔진열 이송라인의 고온의 공기는, 상기 LNG 연료탱크의 출구 측과 상기 고압 펌프의 입구 측 사이에서 열교환이 발생하는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 LNG 재기화장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 연료 공급라인과 엔진열 이송라인은 일부분이 서로 근접되어 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 LNG 재기화장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 연료 공급라인과 상기 엔진열 이송라인에는 공통적으로 LNG와 공기를 열교환하기 위한 열교환기가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 LNG 재기화장치.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 엔진열 이송라인을 통과하면서 상기 연료 공급라인의 LNG와 열교환되는 냉기를 전달받아 냉방에 사용하는 냉방 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 폐열을 이용한 LNG 재기화장치.

Images