KR20150115098A - 액화가스 처리 시스템 - Google Patents

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장광필
김기홍
김주일
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에 연결된 연료 유동 라인; 상기 연료 유동 라인 상에 마련되어 연료를 열교환시키는 연료 열교환기; 수요처로부터 발생된 배기를 공급받아 증기를 생산하는 증기 생성부; 상기 수요처에서 배출되는 증기를 응축시켜 상기 증기 생성부에 공급하는 증기 응축기; 및 상기 연료 열교환기, 상기 증기 생성부, 상기 증기 응축기를 연결하고, 상기 연료 열교환기에서 냉각된 제1 매체로 상기 수요처에서 배출되는 증기를 응축시키는 제1 매체 순환 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 및 제3 매체에 의해 냉각된 제1 매체가 가스 터빈과 증기 응축기를 경유하여 가스 터빈으로 공급되는 소기와 열교환되어 소기를 냉각시켜 가스 터빈의 효율을 향상시킬 수 있으며, 증기 응축기의 증기를 응축시켜 증기 응축기의 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

액화가스 처리 시스템{A Treatment System of Liquefied Gas}
본 발명은 액화가스 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 하는 엔진으로서, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하는 것이 일반적이었다.
그러나 최근에는, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 사용되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
일반적으로, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄을 1기압 하에서 -162℃도 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1 정도이고, 비중은 0.42로 원유비중의 약 2분의 1이 된다.
그러나 엔진이 구동되기 위해 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 LNG의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 LNG의 온도 및 압력 등을 제어하여 엔진에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
(선행문헌1) 등록실용신안공보 제20-0394721호(2005.08.29 공고)
본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수요처로 공급되는 소기를 냉각시켜 효율을 향상킬 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에 연결된 연료 유동 라인; 상기 연료 유동 라인 상에 마련되어 연료를 열교환시키는 연료 열교환기; 수요처로부터 발생된 배기를 공급받아 증기를 생산하는 증기 생성부; 상기 수요처에서 배출되는 증기를 응축시켜 상기 증기 생성부에 공급하는 증기 응축기; 및 상기 연료 열교환기, 상기 증기 생성부, 상기 증기 응축기를 연결하고, 상기 연료 열교환기에서 냉각된 제1 매체로 상기 수요처에서 배출되는 증기를 응축시키는 제1 매체 순환 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 연료 유동 라인은 상기 수요처까지 연결되는 액화가스 공급라인을 포함하고, 상기 연료 열교환기는 상기 액화가스 공급라인 상에 마련되어 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출된 액화가스를 가열하여 상기 수요처로 공급하는 액화가스 기화기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 수요처는, 상기 액화가스 기화기에서 공급되는 증발가스를 소비하는 가스 터빈을 포함하고, 상기 가스 터빈을 경유하여 상기 가스 터빈으로 공급되는 소기를 냉각시키는 제1 매체 공급부를 더 포함하되, 상기 제1 매체 공급부는, 상기 액화가스 기화기를 경유하는 상기 제1 매체 순환 라인; 상기 제1 매체 순환 라인 상에 마련되어 상기 연료 열교환기에서 연료와 열교환되어 유입되는 제1 매체를 냉각시키는 냉각부; 상기 제1 매체 순환 라인으로 공급되는 제1 매체를 저장하는 제1 매체 저장탱크; 및 상기 제1 매체 저장탱크로부터 배출되는 제1 매체를 가압하는 제1 매체 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 제1 매체는 상기 액화가스 기화기에서 액화가스와 열교환되어 1차 냉각되고, 상기 냉각부로 공급되어 2차 냉각되어 상기 가스 터빈으로 공급되는 소기와 열교환되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 제1 매체 순환 라인 상에서 상기 가스 터빈의 하류에 상기 증기 응축기가 마련되어, 상기 가스 터빈에서 소기와 열교환된 제1 매체가 상기 증기 응축기로 유입되어 상기 증기 응축기의 증기와 열교환되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 제1 매체 순환 라인은 상기 액화가스 기화기, 상기 냉각부, 상기 가스 터빈, 상기 증기 응축기, 상기 제1 매체 저장탱크, 제1 매체 펌프 및 상기 액화가스 기화기를 경유하여 마련되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 제1 매체 순환 라인은 상기 액화가스 기화기, 상기 냉각부, 상기 제1 매체 저장탱크, 제1 매체 펌프, 상기 가스 터빈, 상기 증기 응축기 및 상기 액화가스 기화기를 경유하여 마련되는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 제1 매체 공급부는, 상기 제1 매체 펌프에서 배출되는 제1 매체를 열교환시키는 제1 매체 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 냉각부는, 제3 매체를 가압하는 제3 매체 압축기; 상기 제3 매체 압축기에서 공급되는 제3 매체를 응축시키는 제3 매체 응축기; 상기 제3 매체 응축기에서 공급되는 제3 매체를 팽창시키는 제3 매체 팽창밸브; 및 상기 제3 매체 팽창밸브로부터 공급받은 제3 매체를 이용하여, 상기 수요처로 공급되는 소기와 열교환되는 제1 매체를 추가로 냉각하는 제3 매체 증발기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 수요처는, 상기 가스 터빈에 연결되는 제1 터빈 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 수요처는, 상기 증기 생성부에 연결되어 증기를 소비하는 증기 터빈; 및 상기 증기 터빈에 연결되는 제2 터빈 발전기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 증기 응축기는 상기 증기 터빈에서 배출되는 증기를 응축시키는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 연료 유동 라인 상에 마련되어 증발가스를 재액화시키는 재액화부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 재액화부는, 제2 매체를 압축시키는 제2 매체 압축기; 상기 압축된 제2 매체를 팽창시키는 제2 매체 팽창기; 및 제2 매체를 이용하여 증발가스를 냉각시키는 증발가스 응축기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 재액화부는, 상기 압축된 제2 매체와 상기 증발가스 응축기에서 가열된 제2 매체를 서로 열교환시켜서, 상기 압축된 제2 매체는 냉각시켜 상기 제2 매체 팽창기로 전달하고, 상기 증발가스 응축기에서 가열된 제2 매체는 가열하여 상기 압축기로 전달하는 제2 매체 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.
구체적으로, 상기 연료 유동 라인 상에서 상기 재액화부의 상류에 마련되어 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 및 제3 매체에 의해 냉각된 제1 매체가 가스 터빈과 증기 응축기를 경유하여 가스 터빈으로 공급되는 소기와 열교환되어 소기를 냉각시켜 가스 터빈의 효율을 향상시킬 수 있으며, 증기 응축기의 증기를 응축시켜 증기 응축기의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 순환라인(30), 증발가스 압축기(50), 재액화부(60), 액화가스 공급라인(70), 액화가스 펌프(80), 액화가스 기화기(90) 및 제1 매체 공급부(100)를 포함한다.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG를 의미할 수 있고, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 기체 상태나 과냉 상태, 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또한 본 발명은 배경기술에서 언급한 바와 같이 선박에 적용되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 선박이나 육상 등에 설치될 수 있고, LNG를 소비하여 동력을 생산하는 모든 장비에 적용될 수 있음은 물론이다.
액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(20)에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부(도시하지 않음)를 포함한다. 외조 탱크는 액화가스 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 내조 탱크는 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 1bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 그리고 단열부는, 내조 탱크와 외조 탱크의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
수요처(20)는, 가스 터빈(21) 또는 엔진을 포함할 수 있으며 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스를 통해 구동되어 동력을 발생시킨다. 이때 수요처(20)는 가스 터빈(21), 제1 터빈 발전기(22), 증기 생성부(23), 증기 터빈(24), 제2 터빈 발전기(25)를 포함할 수 있다.
가스 터빈(21)은, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스 또는 액화가스 기화기(90)에 의해 강제로 생성된 증발가스를 공급받아 소비한다. 가스 터빈(21)은 증발가스를 압축된 공기와 함께 연소해서 터빈 휠(도시하지 않음)을 회전시킬 수 있다.
가스 터빈(21)은 제1 터빈 발전기(22)와 연결될 수 있으며. 가스 터빈(21)에 의해 증발가스가 소비됨에 따라 제1 터빈 발전기(22)가 동력을 생산할 수 있다. 동력의 필요량에 따라서 가스 터빈(21)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 각 가스 터빈(21)마다 제1 터빈 발전기(22)가 연결될 수 있다. 가스 터빈(21)이 복수 개로 구비될 경우 액화가스 공급라인(70)은 각 가스 터빈(21)에 연결되기 위하여 가스 터빈(21)의 상류에서 분지될 수 있다. 이때, 분지된 액화가스 공급라인(70)은 증기 생성부(23)의 상류에 연결될 수 있다. 이는 후술하기로 한다.
제1 터빈 발전기(22)는, 가스 터빈(21)에 연결되어 동력을 생산한다. 이때 제1 터빈 발전기(22)는 출력 모터(27)에 전기적으로 연결되고(전류 또는 전압 변환을 위한 수단(부호 도시하지 않음)이 출력 모터(27)의 전단에 구비될 수 있다.), 출력 모터(27)는 감속 기어부(28)를 거쳐 추진축에 연결됨에 따라, 프로펠러(29) 등을 회전시켜 선박의 전진 또는 후진을 구현할 수 있다. 물론 제1 터빈 발전기(22)에 의해 생성된 동력은 선박의 전후진 외에도, 동력 소비가 필요한 수단에 전달될 수 있다.
증기 생성부(23)는, 가스 터빈(21)에서 발생된 배기를 이용하여 증기를 생성한다. 또한, 가스 터빈(21)의 상류 및 증기 생성부(23)의 상류에서 분지된 액화가스 공급라인(70)상에는 덕트버너(도시하지 않음)가 마련될 수 있고, 덕트버너는 액화가스 공급라인(70)으로부터 공급받은 기화된 액화가스를 연소시켜 증기를 생성하여 증기 생성부(23)로 공급할 수 있다.
가스 터빈(21)은 증발가스를 연소시키면서 배기가스를 방출하는데, 증기 생성부(23)는 가스 터빈(21)으로부터 방출되는 배기열을 활용하여 증기를 발생시켜서 증기 터빈(24)에 공급할 수 있다.
증기 터빈(24)은, 증기 생성부(23)에 연결되어 증기를 소비한다. 증기 터빈(24)은 증기의 압력에 의해 터빈 휠(도시하지 않음)을 회전시킬 수 있으며, 증기 터빈(24)에는 제2 터빈 발전기(25)가 연결되어 동력을 생산할 수 있다.
제2 터빈 발전기(25)는, 증기 터빈(24)에 연결되며 제1 터빈 발전기(22)와 마찬가지로 동력을 생산한다. 제2 터빈 발전기(25)는 제1 터빈 발전기(22)의 보조 발전기로 작동할 수 있는데, 이는 제1 터빈 발전기(22)가 연결된 가스 터빈(21)이 구동됨에 따라 배기가 생성되어야 제2 터빈 발전기(25)가 연결된 증기 터빈(24)이 구동될 수 있기 때문이다.
수요처(20)는, 증기 터빈(24)에서 배출되는 증기를 응축시켜 증기 생성부(23)에 공급하는 증기 응축기(26)를 더 포함할 수 있다. 증기는 강한 압력으로 증기 터빈(24)을 돌린 후 증기 터빈(24)으로부터 배출되는데, 증기 응축기(26)는 증기 터빈(24)에서 배출된 증기를 재활용하기 위해서, 냉각시켜 응축수를 생성한 후 증기 생성부(23)에 공급할 수 있다. 이 경우 증기 생성부(23)에 유입된 응축수는 가스 터빈(21)의 배기에 의해 증기로 변화되어 증기 터빈(24)에 다시 유입될 수 있다.
본 실시예에서 수요처(20)인 가스 터빈(21)으로 공급되는 소기와 증기 생성부(23)에서 생성된 증기는 후술되는 제1 매체 순환 라인(101)을 경유하는 제1 매체와 열교환되며, 이는 후술하기로 한다.
증발가스 순환라인(30)은, 연료 유동 라인에 포함되며, 액화가스 저장탱크(10)에서 액화가스 저장탱크(10)로 증발가스가 회수되게 연결될 수 있다. 증발가스 순환라인(30)에는 증발가스 압축기(50) 및 증발가스 응축기(64)가 구비될 수 있다. 여기서, 연료 유동 라인은 액화가스 저장탱크(10)에 연결되어 액화가스 저장탱크(10) 내의 액화가스나 증발가스가 경유하는 라인이다.
증발가스 순환라인(30)에는 증발가스 공급 밸브(도시하지 않음)가 구비되어, 증발가스 공급 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스 압축기(50)에 유입되는 증발가스의 공급량이 조절될 수 있다.
증발가스 압축기(50)는, 증발가스 순환라인(30) 상에 마련되며 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 압축한다. 증발가스 압축기(50)는 복수 개가 직렬로 구비되어 증발가스를 다단 가압시킬 수 있다. 일례로 증발가스는 3개가 구비되어 증발가스가 3단 가압되도록 할 수 있으며, 가압된 증발가스는 10 내지 50bar의 압력을 가질 수 있다.
또한 증발가스 압축기(50)는, 복수 개가 병렬로 구비되어, 어느 하나의 증발가스 압축기(50)가 파손되거나 작동을 할 수 없는 경우, 다른 하나의 증발가스 압축기(50)를 이용하여 증발가스를 원활하게 압축시켜서 수요처(20)의 작동 정지를 방지할 수 있다.
재액화부(60)는, 증발가스 순환라인(30) 상에 마련되어 증발가스를 재액화시킨다. 증발가스 순환라인(30)을 따라 액화가스 저장탱크(10)로 회수되는 증발가스는 기체 형태로서, 액화가스 저장탱크(10)에 그대로 유입될 경우 액화가스 저장탱크(10)의 압력을 높일 수 있고, 이는 액화가스 저장탱크(10)의 파손 위험을 증가시킬 수 있다. 또한 증발가스가 기체 상태로 액화가스 저장탱크(10)에 유입된다면, 유입된 증발가스는 다시 증발가스 순환라인(30)을 따라 액화가스 저장탱크(10)로부터 방출되므로 증발가스의 감소가 제대로 이루어지지 못할 수 있다. 따라서 재액화부(60)는 증발가스를 액화시켜서 액화가스 저장탱크(10)에 공급함에 따라 액화가스 저장탱크(10)를 보호하고 시스템 내에서 증발가스의 유량이 원활히 조절되도록 할 수 있다.
재액화부(60)는, 제2 매체 압축기(62), 제2 매체 팽창기(63), 증발가스 응축기(64), 제2 매체 열교환기(65)를 포함할 수 있다. 재액화부(60)의 각 구성은 제2 매체 순환 라인(61)에 의하여 연결될 수 있고, 제2 매체는 질소일 수 있으며 제2 매체 순환 라인(61)을 따라서 제2 매체 압축기(62), 제2 매체 열교환기(65), 제2 매체 팽창기(63), 증발가스 응축기(64)를 거쳐 순환할 수 있다.
제2 매체 압축기(62)는, 제2 매체를 압축시킨다. 제2 매체 압축기(62)는 증발가스 압축기(50)와 유사하게 복수 개가 직렬로 구비되어 제2 매체를 다단 압축시킬 수 있다. 제2 매체 압축기(62)는 후술할 제2 매체 팽창기(63)와 하나의 축으로 연결되어, 제2 매체 압축기(62)와 제2 매체 팽창기(63)가 제2 매체 컴팬더를 구성할 수 있다. 제2 매체 압축기(62)는 증발가스 응축기(64)에서 증발가스와 열교환하면서 가열된 제2 매체를 압축할 수 있고, 제2 매체 압축기(62)에 의해 압축된 제2 매체는 제2 매체 열교환기(65)에 유입될 수 있다.
제2 매체 팽창기(63)는, 압축된 제2 매체를 팽창시킨다. 제2 매체 팽창기(63)는 제2 매체 열교환기(65)에서 배출된 제2 매체를 팽창시킬 수 있고, 제2 매체 팽창기(63)에서 제2 매체가 팽창됨에 따라 발생된 회전력은 제2 매체 팽창기(63)와 하나의 축으로 연결된 제2 매체 압축기(62)에 전달될 수 있다.
제2 매체 팽창기(63)가 제2 매체를 팽창시킴에 따라 제2 매체는 감압되면서 일정 온도 냉각될 수 있고, 냉각된 제2 매체는 증발가스 응축기(64)에 유입되어 증발가스를 액화시킬 수 있다.
증발가스 응축기(64)는, 제2 매체를 이용하여 증발가스를 냉각시킨다. 제2 매체는 증발가스를 -162도 이하로 냉각함으로써 증발가스가 액화가스로 변화되도록 할 수 있다. 물론 증발가스 응축기(64)에서 증발가스가 냉각되는 온도는 증발가스의 압력에 따라 상이할 수 있으며, 일례로 증발가스가 3bar일 경우에는 제2 매체가 증발가스를 3bar에서의 비등점인 약 -150도 이하로 냉각하여 액화시킬 수 있다.
즉 증발가스 응축기(64)에서 제2 매체는 증발가스의 현재 압력에 대응되는 비등점보다 낮은 온도로 증발가스를 냉각시켜서, 증발가스가 액화되도록 할 수 있다. 이때 제2 매체는 증발가스와 열교환 시 증발가스에 냉열을 제공하면서 가열될 수 있다.
제2 매체 열교환기(65)는, 압축된 제2 매체와 증발가스 응축기(64)에서 가열된 제2 매체를 서로 열교환시켜서, 압축된 제2 매체는 냉각시켜 제2 매체 팽창기(63)로 전달하고, 증발가스 응축기(64)에서 가열된 제2 매체는 가열하여 압축기로 전달할 수 있다.
제2 매체 팽창기(63)에서 팽창된 제2 매체는 증발가스 응축기(64)에서 1차로 가열되고 제2 매체 열교환기(65)에서 2차로 가열된 후 제2 매체 압축기(62)에 유입될 수 있으며, 제2 매체 압축기(62)에서 배출된 제2 매체는 제2 매체 열교환기(65)에서 냉각된 후 제2 매체 팽창기(63)로 유입될 수 있다. 이를 통해 본 실시예는 제2 매체 팽창기(63)로 유입되는 제2 매체의 온도를 감소시켜서 제2 매체의 부피를 줄여 제2 매체 팽창기(63)의 부하를 절감할 수 있다. 이는 제2 매체 팽창기(63)의 부하가 제2 매체의 부피에 따라서 비례적으로 결정되기 때문이다.
액화가스 공급라인(70)은, 연료 유동 라인에 포함되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 수요처(20)까지 연결된다.
액화가스 공급라인(70)에서 액화가스 저장탱크(10)의 내외부에 구비되는 액화가스 펌프(80)가 구비될 수 있다. 액화가스 펌프(80)는 부스팅 펌프(81)와 고압 펌프(82)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 부스팅 펌프(81)는 잠형 펌프로서 액화가스 저장탱크(10) 내부에 위치하여 액화가스 저장탱크(10)에 저장되어 있는 액화가스를 외부로 배출시킬 수 있다. 그리고 고압 펌프(82)는 부스팅 펌프(81)의 하류에 마련되어 부스팅 펌프(81)에서 배출되는 액화가스를 가압한다. 고압 펌프(82)는 수요처(20)에서 요구하는 액화가스의 요구 압력으로 가압할 수 있으며, 다단으로 이루어질 수 있다.
액화가스 공급라인(70) 상에는 액화가스 기화기(90)가 마련됨에 따라, 액화가스 펌프(80)에 의해 배출되고 가압된 액화가스가 증발가스 상태로 수요처(20)에 공급되도록 할 수 있다. 액화가스 공급라인(70)에는 액화가스의 공급량을 조절하는 액화가스 공급 밸브(71)가 구비될 수 있다. 액화가스 공급 밸브(71)는 가스 터빈(21)의 전단에 마련되며, 가스 터빈(21)이 복수 개로 구비될 경우 각 가스 터빈(21)의 전단에 액화가스 공급 밸브(71)가 각각 마련될 수 있다.
액화가스 기화기(90)는, 연료 열교환기에 포함되고 액화가스 공급라인(70) 상에 마련되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 액화가스를 가열한다. 여기서, 연료 열교환기는 연료를 열교환시켜 상태를 변화시킬 수 있는 구성이다.
액화가스 기화기(90)는 액화가스를 제1 매체와 열교환시켜서 액화가스를 가열하고 제1 매체를 냉각시킬 수 있으며, 가열된 액화가스는 높은 온도를 가짐에 따라 증발가스로 변화될 수 있다. 이때 제1 매체로는 글리콜 워터 등을 사용할 수 있다.
제1 매체는 액화가스 기화기(90)를 경유하여 순환할 수 있는데, 구체적으로 제1 매체는 액화가스 기화기(90)를 거쳐서 냉각부(102), 가스 터빈(21), 증기 응축기(26), 제1 매체 저장탱크(103), 제1 매체 펌프(104), 제1 매체 열교환기(105)를 통해 액화가스 기화기(90)에 다시 유입된다. 상세한 내용은 이하 후술하도록 한다.
제1 매체 공급부(100)는, 액화가스 기화기(90)에 열을 공급하며, 가스 터빈(21)을 경유하여 가스 터빈(21)으로 공급되는 소기를 냉각시킬 수 있다. 제1 매체 공급부(100)는 제1 매체 순환 라인(101), 냉각부(102), 제1 매체 저장탱크(103), 제1 매체 펌프(104), 제1 매체 열교환기(105)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 매체 순환 라인(101)은, 액화가스 기화기(90)에 제1 매체를 순환시킨다. 여기서, 제1 매체는 액화가스 펌프(80)로부터 배출되는 액화가스와 액화가스 기화기(90)에서 1차 냉각되고, 액화가스와 열교환되어 냉각된 제1 매체는 냉각부(102)로 공급되어 2차 냉각된다. 이는 후술하기로 한다.
제1 매체 순환 라인(101)은 폐순환 구조이며, 물론 제1 매체 순환 라인(101)에는 외부로부터 제1 매체를 공급받거나 외부로 제1 매체를 방출할 수 있는 제1 매체 저장탱크(103)가 제1 매체 순환 라인(101)상에서 액화가스 기화기(90)의 하류에 구비될 수 있다. 제1 매체 저장탱크(103)는 일반적인 탱크의 구조를 이룰 수 있다.
냉각부(102)는 제1 매체 순환 라인(101) 상에서 액화가스 기화기(90)와 제1 매체 저장탱크(103) 사이에 마련되어, 액화가스 기화기(90)에서 열교환된 제1 매체를 공급받아 제1 매체를 냉각시켜 가스 터빈(21)으로 공급되는 소기를 냉각시킨 후 제1 매체 저장탱크(103)로 유입될 수 있다.
여기서, 냉각부(102)는 제1 매체를 냉각시키도록 제3 매체 증발기(102A), 제3 매체 압축기(102B), 제3 매체 응축기(102C) 및 제3 매체 팽창밸브(102D)를 포함할 수 있고, 냉각부(102)의 각 구성은 연결라인(102E)에 의하여 연결될 수 있다. 여기서, 연결라인(102E)에 흐르는 제3 매체는 프레온 가스 등 일반적인 냉장고용 냉매일 수 있으며, 연결라인(102E)을 따라 순환될 수 있다.
제3 매체 증발기(102A)는 제1 매체를 추가로 냉각하여 가스 터빈(21)으로 공급되는 소기를 2차적으로 냉각시킬 수 있다.
제3 매체 압축기(102B)는 제3 매체 증발기(102A)에서 공급되는 제3 매체를 압축시킨다. 제3 매체 압축기(102B)는 제2 매체 압축기(62)와 유사하게 복수 개가 직렬로 구비되어 제3 매체를 다단 압축시킬 수 있다.
제3 매체 응축기(102C)는 제3 매체 압축기(102B)에서 공급되는 제3 매체를 응축시킨다.
제3 매체 팽창밸브(102D)는 제3 매체 응축기(102C)에서 공급되는 제3 매체를 팽창시킨다. 제3 매체는 팽참됨에 따라 제3 매체는 감압되면서 일정 온도 냉각될 수 있고, 냉각된 제3 매체는 제3 매체 증발기(102A)에 유입될 수 있다.
이와 같은 냉각부(102)에서 순환되는 제3 매체에 의해 제3 매체 증발기(102A)에서 제2 매체가 냉각되어 제2 매체를 충분히 냉각시킴으로써 가스 터빈(21)에 공급되는 소기를 냉각시킴은 물론 증기 응축기(26)에서 증기를 응축시킬 수 있다.
제1 매체 펌프(104)는, 제1 매체 순환 라인(101) 상에 냉각부(102)의 하류에 마련될 수 있으며 제1 매체를 순환시킨다. 제1 매체 펌프(104)는 원심형 펌프일 수 있고, 증발가스 압축기(50)와 마찬가지로 병렬 또는 직렬로 복수 개가 구비될 수 있다. 제1 매체 펌프(104)에서 방출되는 제1 매체는 제1 매체 열교환기(105)에 유입될 수 있다.
제1 매체 열교환기(105)는, 제1 매체 순환 라인(101) 상에 마련되며 제1 매체를 가열시킨다. 제1 매체 열교환기(105)는 선박 내 폐열을 이용하여 제1 매체를 가열할 수 있고, 또는 증기 생성부(23)로부터 증기를 공급받아 제1 매체를 가열시킬 수 있다. 이를 위해 증기 생성부(23)에서 제1 매체 열교환기(105)까지는 증기 공급라인(부호 도시하지 않음)이 별도로 구비될 수 있다.
본 실시예에서 제1 매체 순환 라인(101)을 경유하는 제1 매체는, 제1 매체 펌프(104)에 의해 순환되어, 액화가스 기화기(90), 냉각부(102), 가스 터빈(21), 증기 응축기(26), 제1 매체 저장탱크(103), 제1 매체 펌프(104), 제1 매체 열교환기(105) 및 액화가스 기화기(90)를 차례로 경유할 수 있다. 여기서, 액화가스 기화기(90)에서 1차적으로 냉각되어 배출되는 제1 매체(ⓐ)가 냉각부(102)를 경유하며 제3 매체에 의해 2차적으로 냉각된 상태로 제1 매체(ⓑ,ⓒ,ⓓ,ⓔ)가 배출된다. 이와 같이, 여러차례 냉각된 제1 매체(ⓑ,ⓒ,ⓓ,ⓔ)가 가스 터빈(21)으로 공급되어 가스 터빈(21)으로 공급되는 소기와 열교환되어 소기를 냉각시킨 후 제1 매체(ⓕⓖⓗⓘ)는 증기 응축기(26)로 공급되어 증기를 응축시킨 후 가온된 제1 매체(ⓙ)가 제1 매체 저장탱크(103)로 공급되어 순환될 수 있다.
이와 같이, 액화가스 및 제3 매체에 의해 냉각된 제1 매체는 가스 터빈(21)과 증기 응축기(26)를 경유하여 가스 터빈(21)으로 공급되는 소기와 열교환되어 소기를 냉각시켜 가스 터빈(21)의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 증기 응축기(26)의 증기를 응축시켜 증기 응축기(26)의 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에는 증발가스 순환라인(30) 상에서 증발가스 압축기(50)의 상류에 증발가스 예열기(도시하지 않음)가 마련될 수 있으며, 증발가스 예열기는 연료 열교환기로서, 앞서 설명한 제1 매체 순환 라인(101)이 경유하여, 증발가스와 제1 매체가 열교환하여 증발가스는 가온되고, 제1 매체는 냉각되어 가스 터빈(21)으로 공급되는 소기를 냉각시키고, 증기 응축기(26)의 증기를 응축시켜, 가스 터빈(21)과 증기 응축기(26)의 효율을 향상시킬 수 있다.
증발가스 예열기에서 열교환될 제1 매체는 액화가스 기화기(90)에서 열교환된 후, 증발가스 예열기에서 열교환 된 후 냉각부(102)에서 냉각될 수 있고, 이와 달리, 증발가스 예열기에 열교환될 제1 매체는 증발가스 예열기에서 열교환된 후 냉각부(102)에서 열교환된 다음으로 가스 터빈(21)으로 공급될 수도 있다. 이때, 냉각부는 증발가스 예열기에 연결될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예는, 압축해야할 부피가 감소하고 산소의 양이 증가하도록 가스 터빈(21)이 공급받는 소기를 액화가스(증발가스 포함)로 1차 냉각시키고 냉각부(102)로 2차 냉각시키므로, 가스 터빈(21)으로 공급되는 소기가 충분히 냉각되어 가스 터빈의 효율이 향상될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다. 앞서 설명한 일 실시예와 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 다만, 본 실시예에서 제1 매체의 위치에 따른 제1 매체의 기호는 일 실시예와 동일한 부호를 사용하더라도 그 위치가 달리 이루어지고 상태가 다를 수 있다.
도 2를 참조하여 액화가스 처리 시스템(2)을 설명하도록 한다. 본 실시예의 액화가스 처리 시스템(2)은 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 순환라인(30), 증발가스 압축기(50), 재액화부(60), 액화가스 공급라인(70), 액화가스 펌프(80), 액화가스 기화기(90) 및 제1 매체 공급부(100)를 포함한다.
일 실시예와 본실시예의 소기가 액화가스 기화기(90)에서 1차 냉각되고, 냉각부(102)에서 2차 냉각되는 것은 유사 또는 동일하나, 본 실시예는 일 실시예와 제1 매체의 흐름이 다르게 이루어진다.
즉, 일 실시예에서는 제1 매체의 흐름이 액화가스 기화기(90)를 거쳐서 냉각부(102), 가스 터빈(21), 증기 응축기(26), 제1 매체 저장탱크(103), 제1 매체 펌프(104), 제1 매체 열교환기(도 1 참조, 105)를 통해 액화가스 기화기(90)에 다시 유입되는 것이 앞서 설명한 바와 같다.
한편, 본 실시예에서는 제1 매체가 경유하는 제1 매체 순환 라인(101)이, 액화가스 기화기(90), 냉각부(102), 제1 매체 저장탱크(103), 제1 매체 펌프(104), 가스 터빈(21), 증기 응축기(26) 및 액화가스 기화기(90)를 경유하여 마련된다.
이는, 일 실시예에서 제1 매체 저장탱크(103)와 제1 매체 펌프(104)가 증기 응축기(26) 및 액화가스 기화기(90)의 하류에 마련된 것과 달리, 본 실시예에서 제1 매체 저장탱크(103)와 제1 매체 펌프(104)가 증기 응축기(26) 및 액화가스 기화기(90)의 상류에 마련되는 것으로 이루어진다.
또한, 본 실시예에서는 제1 매체가 제1 매체 순환 라인(101)을 경유하며 가온되므로, 추가적인 열공급이 필요하지 않은 경우, 제1 매체 열교환기(105)가 생략될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예들은, 액화가스 및 제3 매체에 의해 냉각된 제1 매체가 가스 터빈(21)과 증기 응축기(26)를 경유하여 가스 터빈(21)으로 공급되는 소기와 열교환되어 소기를 냉각시켜 가스 터빈(21)의 효율을 향상시킬 수 있으며, 증기 응축기(26)의 증기를 응축시켜 증기 응축기(26)의 효율을 향상시킬 수 있다.
1,2: 액화가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20: 수요처 21: 가스 터빈
22: 제1 터빈 발전기 23: 증기 생성부
24: 증기 터빈 25: 제2 터빈 발전기
26: 증기 응축기 27: 출력 모터
28: 감속 기어부 29: 프로펠러
30: 증발가스 순환라인 50: 증발가스 압축기
60; 재액화부 61: 제2 매체 순환 라인
62; 제2 매체 압축기 63: 제2 매체 팽창기
64: 증발가스 응축기 65: 제2 매체 열교환기
70: 액화가스 공급라인 71: 액화가스 공급 밸브
80: 액화가스 펌프 81: 부스팅 펌프
82: 고압 펌프 90: 액화가스 기화기
100: 제1 매체 공급부 101: 제1 매체 순환 라인
102: 냉각부 102A: 제3 매체 증발기
102B: 제3 매체 압축기 102C: 제3 매체 응축기
102D: 제3 매체 팽창밸브 102E: 연결라인
103: 제1 매체 저장탱크 104: 제1 매체 펌프
105: 제1 매체 열교환기

Claims (16)

  1. 액화가스 저장탱크에 연결된 연료 유동 라인;
    상기 연료 유동 라인 상에 마련되어 연료를 열교환시키는 연료 열교환기;
    수요처로부터 발생된 배기를 공급받아 증기를 생산하는 증기 생성부;
    상기 수요처에서 배출되는 증기를 응축시켜 상기 증기 생성부에 공급하는 증기 응축기; 및
    상기 연료 열교환기, 상기 증기 응축기를 연결하고, 상기 연료 열교환기에서 냉각된 제1 매체로 상기 수요처에서 배출되는 증기를 응축시키는 제1 매체 순환 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 유동 라인은 상기 수요처까지 연결되는 액화가스 공급라인을 포함하고,
    상기 연료 열교환기는 상기 액화가스 공급라인 상에 마련되어 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출된 액화가스를 가열하여 상기 수요처로 공급하는 액화가스 기화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수요처는, 상기 액화가스 기화기에서 공급되는 증발가스를 소비하는 가스 터빈을 포함하고,
    상기 가스 터빈을 경유하여 상기 가스 터빈으로 공급되는 소기를 냉각시키는 제1 매체 공급부를 더 포함하되, 상기 제1 매체 공급부는,
    상기 액화가스 기화기를 경유하는 상기 제1 매체 순환 라인;
    상기 제1 매체 순환 라인 상에 마련되어 상기 연료 열교환기에서 연료와 열교환되어 유입되는 제1 매체를 냉각시키는 냉각부;
    상기 제1 매체 순환 라인으로 공급되는 제1 매체를 저장하는 제1 매체 저장탱크; 및
    상기 제1 매체 저장탱크로부터 배출되는 제1 매체를 가압하는 제1 매체 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제1 매체는 상기 액화가스 기화기에서 액화가스와 열교환되어 1차 냉각되고, 상기 냉각부로 공급되어 2차 냉각되어 상기 가스 터빈으로 공급되는 소기와 열교환되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 매체 순환 라인 상에서 상기 가스 터빈의 하류에 상기 증기 응축기가 마련되어, 상기 가스 터빈에서 소기와 열교환된 제1 매체가 상기 증기 응축기로 유입되어 상기 증기 응축기의 증기와 열교환되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 매체 순환 라인은 상기 액화가스 기화기, 상기 냉각부, 상기 가스 터빈, 상기 증기 응축기, 상기 제1 매체 저장탱크, 제1 매체 펌프 및 상기 액화가스 기화기를 경유하여 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 매체 순환 라인은 상기 액화가스 기화기, 상기 냉각부, 상기 제1 매체 저장탱크, 제1 매체 펌프, 상기 가스 터빈, 상기 증기 응축기 및 상기 액화가스 기화기를 경유하여 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 매체 공급부는,
    상기 제1 매체 펌프에서 배출되는 제1 매체를 열교환시키는 제1 매체 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 냉각부는,
    제3 매체를 가압하는 제3 매체 압축기;
    상기 제3 매체 압축기에서 공급되는 제3 매체를 응축시키는 제3 매체 응축기;
    상기 제3 매체 응축기에서 공급되는 제3 매체를 팽창시키는 제3 매체 팽창밸브; 및
    상기 제3 매체 팽창밸브로부터 공급받은 제3 매체를 이용하여, 상기 수요처로 공급되는 소기와 열교환되는 제1 매체를 추가로 냉각하는 제3 매체 증발기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 수요처는,
    상기 가스 터빈에 연결되는 제1 터빈 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  11. 제 5 항에 있어서, 상기 수요처는,
    상기 증기 생성부에 연결되어 증기를 소비하는 증기 터빈; 및
    상기 증기 터빈에 연결되는 제2 터빈 발전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 증기 응축기는 상기 증기 터빈에서 배출되는 증기를 응축시키는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 유동 라인 상에 마련되어 증발가스를 재액화시키는 재액화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 재액화부는,
    제2 매체를 압축시키는 제2 매체 압축기;
    상기 압축된 제2 매체를 팽창시키는 제2 매체 팽창기; 및
    제2 매체를 이용하여 증발가스를 냉각시키는 증발가스 응축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 재액화부는,
    상기 압축된 제2 매체와 상기 증발가스 응축기에서 가열된 제2 매체를 서로 열교환시켜서, 상기 압축된 제2 매체는 냉각시켜 상기 제2 매체 팽창기로 전달하고, 상기 증발가스 응축기에서 가열된 제2 매체는 가열하여 상기 압축기로 전달하는 제2 매체 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 연료 유동 라인 상에서 상기 재액화부의 상류에 마련되어 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
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