KR20160034522A - 액화가스 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 저장탱크로부터 수요처부까지 연결되는 연료 공급 라인; 상기 연료 공급 라인 상에 마련되며 연료가 경유하는 제1 열교환실과 제2 열교환실을 포함하는 열교환기; 상기 수요처부의 제1 실을 냉각시키는 냉각수와 연료가 열교환되도록 상기 제1 열교환실을 경유하는 저온 냉각수 라인; 및 상기 수요처부의 제2 실을 냉각시키는 냉각수와 연료가 열교환되도록 상기 제2 열교환실을 경유하는 고온 냉각수 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 엔진의 냉각수를 이용하여 연료를 가열하여 연료수요처에 공급함으로써, 효율적으로 연료를 연료수요처 요구 온도까지 승온시킬 수 있고, 시스템 구축 비용을 절약할 수 있으며, 추가적인 열원을 구비할 필요가 없어 시스템의 제조단가를 낮출 수 있다.

Description

액화가스 처리 시스템{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 함으로써, 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.

본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진의 냉각수를 이용하여 연료를 가열하여 연료를 연료수요처 요구 온도까지 가열하는 방식을 사용함으로써, 가열 효율을 증대시킬 수 있고 비용을 대폭 절감할 수 있는 친환경의 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 추가적인 열원 공급 구성을 구비하지 않더라도 연료의 가열이 이루어질 수 있으므로 구성을 간소화하고 에너지를 절감하여 운영 비용을 최소화할 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 저장탱크로부터 수요처부까지 연결되는 연료 공급 라인; 상기 연료 공급 라인 상에 마련되며 연료가 경유하는 제1 열교환실과 제2 열교환실을 포함하는 열교환기; 상기 수요처부의 제1 실을 냉각시키는 냉각수와 연료가 열교환되도록 상기 제1 열교환실을 경유하는 저온 냉각수 라인; 및 상기 수요처부의 제2 실을 냉각시키는 냉각수와 연료가 열교환되도록 상기 제2 열교환실을 경유하는 고온 냉각수 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제1 열교환실은 상기 제2 열교환실의 전단에 마련되며 일체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 연료 공급 라인은, 상기 제1 열교환실과 상기 제2 열교환실이 병렬로 마련되도록, 상기 제1 열교환실과 상기 제2 열교환실의 상류에서 분기되되, 상기 제1 열교환실과 상기 제2 열교환실의 하류에서 합류되는 제1 연료라인과 제2 연료라인을 포함하여, 상기 제1 연료라인 상에 상기 제1 열교환실이 마련되고, 상기 제2 연료라인 상에 상기 제2 열교환실이 마련되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 수요처부는 엔진으로 이루어지고, 상기 제1 실은 연소실이며, 상기 제2 실은 연소실 하부인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 엔진의 냉각수를 이용하여 연료를 가열하여 연료수요처에 공급함으로써, 효율적으로 연료를 연료수요처 요구 온도까지 승온시킬 수 있고, 시스템 구축 비용을 절약할 수 있으며, 추가적인 열원을 구비할 필요가 없어 시스템의 제조단가를 낮출 수 있다.

또한, 본 발명은 발전엔진 등과 같이 상시적으로 가동되는 엔진으로부터 냉각수를 공급받아 연료수요처로 공급되는 액화가스의 가열에 활용할 수 있으므로, 액화가스를 공급받아야 하는 연료수요처의 초기 구동 시에도 액화가스를 문제 없이 가열할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 수요처부를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 수요처부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 수요처부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 수요처부를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 수요처부를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 수요처부에서 고온 냉각수 라인의 이동경로를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 수요처부에서 저온 냉각수 라인의 이동경로를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 수요처부를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은 저장탱크(10), 수요처부(20), 제1 열교환기(40), 기액분리기(50), 제2 열교환기(60), 저온 냉각수 라인(71) 및 고온 냉각수 라인(72)을 포함한다. 이하 본 명세서에서, 액화가스인 LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있다.

여기서, 종래의 액화가스 처리 시스템은, 열교환기(도시하지 않음)로 전기에너지를 공급받아 액화가스를 직접 가열하는 전기히터를 사용하였다. 그러나 전기히터를 구동하기 위하여 필요한 전기에너지는, 연료를 사용하여 발전기(도시하지 않음)를 구동하여야만 획득할 수 있기 때문에, 연료 소비에 의한 비용 문제가 발생될 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 실시예에서는 액화가스를 수요처부(20)에 공급하는 시스템에서, 후술되는 엔진(23)에 의해 가열된 냉각수를 이용하여 제1 열교환기(40) 및 제2 열교환기(60)에서 액화가스를 가열하는 방식을 이용하며 이에 대하여는 후술하기로 한다.

액화가스 저장탱크(10)는 수요처부(20)에 공급될 연료를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 연료를 액체상태로 보관하여야 한다. 이때 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.

예를 들어, 액화가스 저장탱크(10)는 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부(도시하지 않음)를 포함할 수 있으며, 저장된 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)의 상부쪽으로 배출할 수 있도록, 액화가스 저장탱크(10)의 상부에 맨홀구조(도시하지 않음)가 마련될 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)의 외조 탱크는 액화가스 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸 재질로 형성될 수 있으며, 단면이 다각형 형태 등 여러 가지 형태일 수 있다.

내조 탱크는, 외조 탱크의 내부에 구비되며, 서포트(Support; 도시하지 않음)에 의해 외조 탱크의 내부에 지지 설치될 수 있다. 이때 서포트는 내조 탱크의 하단에 구비될 수 있고, 물론 내조 탱크의 좌우 유동을 억제하기 위해 내조 탱크의 측면에도 구비될 수 있다.

내조 탱크는 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 1bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 내조 탱크를 이와 같이 일정 압력에 견딜 수 있도록 설계하는 것은, 내조 탱크의 내부에 구비된 액화가스가 증발되어 증발가스가 생성됨에 따라 내조 탱크의 내압이 상승될 수 있기 때문이다.

단열부는, 내조 탱크와 외조 탱크의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이때 단열부는 진공상태 등 다양한 형태일 수 있다.

수요처부(20)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 연료를 통해 구동된다. 이때, 수요처부(20)는 연료수요처(22) 및 엔진(23)을 포함한다.

여기서, 도 2에 도시한 바와 같이, 수요처부(20)는 복수로 구비되는 것으로서 적어도 어느 하나의 수요처부(20)인 연료수요처(22)가 액화가스를 공급받을 수 있고, 적어도 다른 하나의 수요처부(20)로서 엔진(23)은 연료수요처(22)로 공급되는 액화가스의 가열을 위한 냉각수를 배출할 수 있다.

즉, 제1 열교환기(40)에 연결되어 제1 열교환기(40)에서 가열되는 액화가스를 공급받는 연료수요처(22)와, 냉각수를 공급하는 엔진(23)은 별개로 구비될 수 있다.

구체적으로, 연료수요처(22)는 제1 열교환기(40)와 제2 열교환기(60)를 경유하여 가열되는 액화가스를 공급받는다. 여기서, 연료수요처(22)는 보일러 등과 같이 연료를 사용하여 구동되는 구동장치일 수 있다.

저장탱크(10)로부터 연료수요처(22)까지는 액화가스를 전달하는 연료 공급 라인(21)이 설치될 수 있고, 연료 공급 라인(21)에는 제1 열교환기(40), 기액분리기(50), 제2 열교환기(60) 등이 구비되어 액화가스가 연료수요처(22)에 공급되도록 할 수 있다.

이때 연료 공급 라인(21)에는 연료 공급 밸브(부호 도시하지 않음)가 설치되어, 연료 공급 밸브의 개도 조절에 따라 액화가스의 공급량이 조절될 수 있다.

엔진(23)은 연료수요처(22)와 개별로 구동되어, 연료수요처(22)와 엔진(23)은 비동시적으로 또는 동시적으로 구동이 이루어질 수 있다. 이때, 엔진(23)이 선 구동되고, 연료수요처(22)가 후 구동될 수 있는 등 다양한 실시예가 가능하다. 예를 들어, 엔진이 선 구동되는 경우, 엔진(23)의 구동에 의해 발생되는 열을 냉각시키는 냉각수가 엔진(23)과 열교환하여 가열되면, 가열된 냉각수는 연료수요처(22)로 공급되는 액화가스와 열교환하여 액화가스를 가열시킬 수 있다. 이는 후술하기로 한다.

이러한, 엔진(23)은 이중연료 엔진(dual fuel engine)이나 MEGI 엔진일 수 있다. 엔진(23)은, 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스를 통해 구동되어 추력을 발생시킨다. 엔진(23)이 이중연료 엔진일 경우, 액화가스와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 액화가스 또는 오일이 선택적으로 공급될 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 엔진(23)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.

엔진(23)은 액화가스의 연소에 의해 실린더(231) 내부의 피스톤(233)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤(233)에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서 엔진(23) 구동 시 최종적으로 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진하게 된다.

물론 본 실시예에서 엔진(23)은 프로펠러를 구동하기 위한 엔진(23)일 수 있으나, 발전을 위한 엔진(23) 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진(23)일 수 있다. 즉 본 실시예는 엔진(23)의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 엔진(23)은 액화가스의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.

엔진(23)을 냉각시키는 냉각수는 연료수요처(22)에서 사용되는 액화가스가 다른 열교환 물질과 열교환될 필요없거나 전력소모를 줄이도록, 저온 냉각수 라인(71)이나 고온 냉각수 라인(72)을 통해 제1 열교환기(40)와 제2 열교환기(60)에서 열교환되도록 한다.

즉, 제1 열교환기(40)와 제2 열교환기(60)에 유입된 냉각수는 액화가스를 가열시킬 수 있다. 이때 엔진(23)에는 터보차저(도시하지 않음)가 구비될 수 있고, 터보차저는 압축기(도시하지 않음)와 터빈(도시하지 않음)을 구비할 수 있다.

제1 열교환기(40)는 -165℃ 내외의 연료를 -100℃로 가열하여 메탄, 프로판, 부탄 등으로 이루어지는 연료 중에서 메탄을 기체화하는 구성으로서, 연료 공급 라인(21) 상에 마련되며, 저장탱크(10)로부터 배출된 연료를 열교환시킨다.

여기서, 제1 열교환기(40)에 저온 냉각수 라인(71)이 경유하여 저온 냉각수 라인(71) 내부의 냉각수는 제1 열교환기(40)를 경유하는 연료와 열교환되어, 냉각수는 연료에 의해 냉각된 후 엔진(23)으로 회수되고, 연료는 냉각수에 의해 가열되어 제2 열교환기(60) 측으로 공급된다.

저온 냉각수 라인(71)은 엔진(23)의 연소실 하부(234)(베어링 등 구동부를 포함할 수 있음)를 냉각시켜, 저온 냉각수 라인(71)을 경유하는 냉각수가 엔진(23)을 냉각시킨 후 가열된다. 즉, 엔진(23)의 연소실 하부(234)를 냉각시키면서 냉각수는 온도가 상승되어 예를 들어 60℃ 내외의 온도를 이룰 수 있다.

연소실 하부(234)를 냉각시키면서 열을 가지게 되는 저온 냉각수 라인(71) 내의 냉각수는 제1 열교환기(40)로 공급되어 연료 공급 라인(21)을 따라 저장탱크(10)로부터 연료수요처(22)로 공급되는 연료를 제1 열교환기(40)에서 열교환하여 가열시킨다.

이때, 냉각수는 제1 열교환기(40)에서 연료를 가열시키고 냉각되어 일례로 45℃ 내외의 온도를 이룸으로써, 엔진(23)의 연소실 하부(234)를 냉각시키기 위한 온도로 냉각수를 재냉각하여야 하는 에너지가 절감될 수 있다.

기액분리기(50)는 제1 열교환기(40)에서 열교환으로 기화된 메탄이 포함된 연료를 기체와 액체로 분리하여, 연료수요처(22)에서 효율높은 연료를 사용할 수 있도록 메탄가를 맞출 수 있다.

이러한, 기액분리기(50)는 연료 공급 라인(21) 상에서 제1 열교환기(40)와 제2 열교환기(60)의 사이에 마련되어, 기화 상태의 메탄은 제2 열교환기(60)로 공급하고, 액체상태의 프로판, 부탄은 저장탱크(10)로 회수하거나 별도의 발전기(도시하지 않음)로 공급할 수 있다.

제2 열교환기(60)는 기액분리기(50)로부터 배출되는 연료를 열교환시켜 연료수요처(22)에서 요구하는 온도 상태로 연료를 가열하는 구성으로서, 연료 공급 라인(21) 상에서 제1 열교환기(40)와 엔진(23) 사이에 마련되어 연료를 열교환시킨다.

여기서, 제2 열교환기(60)에 고온 냉각수 라인(72)이 경유하여, 고온 냉각수 라인(72) 내부의 냉각수는 제2 열교환기(60)를 경유하는 연료와 열교환되어, 냉각수는 연료에 의해 냉각된 후 엔진(23)으로 회수되고, 연료는 냉각수에 의해 가열되어 연료수요처(22)로 공급된다.

고온 냉각수 라인(72)은 엔진(23)의 연소실 하부(234)에 비하여 폭발 등에 의해 온도가 높은 엔진(23)의 연소실(232)을 냉각시켜, 고온 냉각수 라인(72)을 경유하는 냉각수가 엔진(23)을 냉각시킨 후 가열된다. 즉, 엔진(23)의 연소실(232)을 냉각시키면서 냉각수는 온도가 상승되어 예를 들어 80℃ 내외의 온도를 이룰 수 있다.

이와 같이, 연소실 하부(234)를 냉각시키면서 열을 가지게 되는 고온 냉각수 라인(72) 내의 냉각수는 제2 열교환기(60)로 공급되어 연료 공급 라인(21)을 따라 기액분리기(50)로부터 배출되어 연료수요처(22)로 공급되는 연료를 제2 열교환기(60)에서 열교환하여 가열시킨다.

이때, 냉각수는 제2 열교환기(60)에서 연료를 가열시키고 냉각되어 75℃ 내외의 온도를 이루므로, 엔진(23)의 연소실(232)을 냉각시키기 위한 온도로 냉각수를 재냉각하여야 하는 에너지가 절감될 수 있다.

본 실시예에서 설명하지 않은 부호 30은 펌프이며, 펌프(30)는 연료 공급 라인(21) 상에 마련되며, 저장탱크(10)로부터 배출된 액화가스를 가압한다. 펌프(30)는 부스팅 펌프(Boosting Pump; 31)와 고압 펌프(High Pressure Pump; 32)를 포함할 수 있으며, 이는 공지된 기술로 갈음할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 수요처부(20)가 연료수요처(22)와 엔진(23)을 포함하고, 연료인 액화가스가 연료수요처(22)로 공급되며, 연료수요처(22)가 엔진(23)가 개별로 이루어지고, 냉각수에 의해 냉각되는 구성은 엔진(23)이고, 엔진(23)을 냉각시킨 냉각수에 의해 가열되는 연료를 사용하는 구성은 연료수요처(22)인 것으로 설명하였다.

하지만 이는 일 실시예에 불과하며, 연료수요처(22)가 보일러 이외에 MEGI 엔진이나, 이중연료 엔진 등으로 이루어질 수 있고, MEGI 엔진이나, 이중연료 엔진 등과 같은 엔진으로 연료수요처가 이루어지는 경우, 고온 냉각수 라인(72)과 저온 냉각수 라인(71)은 연료를 공급받아 가동되는 연료수요처를 냉각시키면서도, 연료수요처로 공급되는 연료를 가열시키도록 이루어질 수도 있다.

이와 같이 본 실시예는, 액화가스를 공급받는 연료수요처(22)가 액화가스가 공급되기 전에는 냉각수를 가열시키지 못하더라도, 연료수요처(22)와 개별로 구동되며 발전엔진 등과 같이 상시적으로 가동되는 엔진(23)을 냉각하는 냉각수를 연료수요처(22)로 공급되는 연료를 가열하는데 이용하므로, 초기 구동 시 안정적인 시스템이 작동될 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 5 내지 도 9는 본 발명의 제3 실시예 내지 제6 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 수요처부를 설명하기 위한 도면이다. 앞서 설명한 제1 실시예와 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 도 3 및 도 4를 참조하여 액화가스 처리 시스템(2)을 설명하도록 한다. 본 실시예는 제1 실시예의 제1 열교환기(40), 기액분리기(50), 제2 열교환기(60)가 다르게 이루어진다.

즉, 제1 실시예의 액화가스 처리 시스템(1)은 연료가 제1 열교환기(40), 기액분리기(50), 제2 열교환기(60)를 차례로 경로하여 연료수요처(22)로 공급되나, 본 실시예의 연료는 후술되는 제1, 2 연료라인(21A)을 통해 제1 열교환기(40A), 제2 열교환기(60A) 각각에서 열교환되어 개별의 엔진(23A, 23B)으로 공급되는 것이 다르게 이루어진다.

구체적으로, 본 실시예의 액화가스 처리 시스템(2)은 저장탱크(10), 수요처부(20A), 제1 열교환기(40A), 제2 열교환기(60A), 저온 냉각수 라인(71A) 및 고온 냉각수 라인(72A)을 포함한다.

저장탱크(10)로부터 수요처부(20A)로 액화가스가 공급되며, 본 실시예의 수요처부(20A)는 제1 수요처와 제2 수요처를 포함하며, 제1 수요처와 제2 수요처는 복수의 엔진(23A, 23B)엔진일 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 복수의 엔진(23A, 23B) 각각은 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받아 구동되며, 각각의 엔진(23A)은 액화가스를 공급받아 구동되면서 액화가스의 가열을 위한 냉각수를 배출할 수 있다.

엔진(23A, 23B)의 구동에 의해 발생되는 열을 냉각시키는 냉각수가 엔진(23A, 23B)과 열교환하여 가열되면, 가열된 냉각수는 엔진(23A, 23B)으로 공급되는 액화가스와 열교환하여 액화가스를 가열시킬 수 있다. 이는 후술하기로 한다.

본 실시예의 엔진(23A, 23B)은 이중연료 엔진이나 MEGI 엔진일 수 있으며, 엔진(23A, 23B)을 냉각시키는 냉각수는 액화가스가 다른 열교환 물질과 열교환될 필요없가 없거나 전력소모를 줄이도록, 저온 냉각수 라인(71A)이나 고온 냉각수 라인(72A)을 통해 제1 열교환기(40A)와 제2 열교환기(60A)에서 열교환되도록 한다.

이러한, 엔진(23A, 23B)은 저온 냉각수 라인(71A)이나 고온 냉각수 라인(72A)을 통해 엔진(23A, 23B)에서 발생되는 열을 냉각시키고 가열된 냉각수를 배출시키면서, 냉각수에 의해 가열된 액화가스를 공급받아 구동될 수 있다.

즉, 복수의 엔진(23A, 23B) 각각은 제1 열교환기(40A)와 제2 열교환기(60A)각각을 경유하여 가열되는 액화가스를 공급받는데, 저장탱크(10)로부터 엔진(23A, 23B)까지는 액화가스를 전달하는 연료 공급 라인(21)이 설치되고, 연료 공급 라인(21)은 복수의 엔진(23A, 23B)으로 연결되도록 분기되는 제1, 2 연료라인(21A)을 포함하여 이루어질 수 있다.

여기서, 제1 연료라인(21A) 상에는 제1 열교환기(40A)가 마련되어 액화가스를 가열시킨 후 엔진(23A)으로 공급하고, 제2 연료라인(21A) 상에는 제2 열교환기(60A)가 마련되어 액화가스를 가열시킨 후 엔진(23B)으로 공급할 수 있다. 이때 연료 공급 라인(21)에는 연료 공급 밸브(부호 도시하지 않음)가 설치되어, 연료 공급 밸브의 개도 조절에 따라 액화가스의 공급량이 조절될 수 있다.

여기서, 복수의 엔진(23A, 23B)은 서로 다른 온도의 액화가스를 요구할 수 있으며, 복수의 엔진(23A, 23B) 중 어느 하나의 엔진(23A)은 다른 하나의 엔진(23B)보다 낮은 온도의 액화가스를 요구할 수 있다.

이때, 엔진(23A, 23B)의 제1 실(연소실)을 냉각시키는 냉각수가 경유하는 고온 냉각수 라인(72A)이 제1 열교환기(40A)를 경유하여, 고온 냉각수 라인(72A) 상의 냉각수가 엔진(23A)으로 공급되는 액화가스를 가열시킬 수 있다.

또한, 엔진(23A, 23B)의 제2 실(연소실 하부)을 냉각시키는 냉각수가 경유하는 저온 냉각수 라인(71A)이 제2 열교환기(60A)를 경유하여, 저온 냉각수 라인(71A) 상의 냉각수가 엔진(23B)으로 공급되는 액화가스를 가열시킬 수 있다.

본 실시예의 저온 냉각수 라인(71A)과 고온 냉각수 라인(72A)은 복수의 엔진(23A, 23B) 각각에 마련되어 제1 열교환기(40A)와 제2 열교환기(60A)로 열을 공급하는데, 이때, 복수의 엔진(23A, 23B) 각각으로부터 배출되는 저온 냉각수 라인(71A)과 고온 냉각수 라인(72A)은 제1 열교환기(40A)와 제2 열교환기(60A)로 합류되어 공급되거나 개별로 공급될 수 있다.

본 실시예에서는 도 4에 도시한 바와 같이, 수요처부(20A) 각각의 제1 실 및 제2 실을 냉각시키도록 저온 냉각수 라인(71A)과 고온 냉각수 라인(72A)이 개별의 엔진(23A, 23B) 각각에 모두 구비되어 냉각수가 엔진(23A, 23B)을 냉각시키고 제1 열교환기(40A)와 제2 열교환기(60A)를 가열시키는 것으로 설명하였다.

한편, 동일한 기능 및 작용을 하는 제1 열교환기(40A)와 제2 열교환기(60A)를 적용하면서도, 수요처부(20A, 20B, 20C, 20D, 20E)로부터 냉각수를 달리 공급받을 수 있다.

즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 수요처부(20B)는 복수의 엔진(23A, 23B)을 포함하고, 복수의 엔진(23A, 23B) 중 어느 하나의 엔진(23A)으로부터 제1 열교환기(40A)가 열을 공급받도록, 하나의 엔진(23A)에는 저온 냉각수 라인(71A)이 마련될 수 있다. 또한, 복수의 엔진(23A, 23B) 중 다른 하나의 엔진(23B)으로부터 제2 열교환기(60A)가 열을 공급받도록, 다른 하나의 엔진(23B)에는 고온 냉각수 라인(72A)이 마련될 수 있다.

이와 달리, 도 6에 도시한 바와 같이, 수요처부(20C)는 복수의 엔진(23A, 23B)을 포함하고, 복수의 엔진(23A, 23B) 중 어느 하나의 엔진(23A)으로부터만 제1 열교환기(40A)와 제2 열교환기(60A)가 열을 공급받도록, 하나의 엔진(23A)에는 저온 냉각수 라인(71A)과 고온 냉각수 라인(72A)이 마련되고, 다른 하나의 엔진(23B)에는 저온 냉각수 라인(71A)과 고온 냉각수 라인(72A)이 생략될 수 있다.

이와 달리, 도 7에 도시한 바와 같이, 수요처부(20D)는 복수의 엔진(23A, 23B)을 포함하고, 복수의 엔진(23A, 23B) 중 어느 하나의 엔진(23A)으로부터 제2 열교환기(60A)가 열을 공급받도록, 하나의 엔진(23A)에는 고온 냉각수 라인(72A)이 마련될 수 있다. 또한, 복수의 엔진(23A, 23B) 중 다른 하나의 엔진(23B)으로부터 제1 열교환기(40A)가 열을 공급받도록, 다른 하나의 엔진(23B)에는 저온 냉각수 라인(71A)이 마련될 수 있다.

한편으로는, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 저온 냉각수 라인(71A), 고온 냉각수 라인(72A)이 복수의 엔진(23A, 23B) 각각을 냉각시켜 가열된 후 제1 열교환기(40A)와 제2 열교환기(60A) 각각으로 공급될 수도 있다. 즉, 냉각수가 어느 하나의 엔진(23A)을 먼저 냉각시켜 가열된 후 다른 하나의 엔진(23B)으로 공급되어 냉각시켜 가열되어, 제1 열교환기(40A)(또는 제2 열교환기)로 공급되어 액화가스를 가열시킬 수 있다.

여기서, 저온 냉각수 라인(71A), 고온 냉각수 라인(72A) 각각에는 다른 하나의 엔진(23B)(또는 식별부호 23A엔진)을 우회하도록 분기되는 우회라인(711A, 721A)이 마련될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 수요처부(20A, 20B, 20C, 20D, 20E)를 냉각시키는 냉각수를 연료의 가열원으로 이용함으로써, 효율적으로 연료를 연료수요처 요구 온도까지 승온시킬 수 있고, 시스템 구축 비용을 절약할 수 있으며, 추가적인 열원을 구비할 필요가 없어 시스템의 제조단가를 낮출 수 있다.

도 10은 본 발명의 제7 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 도시한 도면이다. 앞서 설명한 실시예들과 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 도 10을 참조하여 액화가스 처리 시스템(3)을 설명하도록 한다. 본 실시예는 앞서 설명한 실시예와 열교환기(40B, 40C)가 달리 이루어진다.

구체적으로, 본 실시예의 열교환기(40B)는 연료 공급 라인(21) 상에 마련되며 연료가 경유하는 제1 열교환실(부호 도시하지 않음)과 제2 열교환실(부호 도시하지 않음)을 포함한다. 여기서, 제1 열교환실은 제2 열교환실의 전단에 마련되며 일체로 이루어져, 제1 열교환실과 제2 열교환실의 내부 공간은 서로 연통되게 이루어질 수 있다.

여기서, 열교환기(40B)는 하나의 엔진으로 이루어지는 수요처부(20F)로부터 냉각수를 공급받을 수 있으며, 수요처부(20F)의 제1 실(연소실 하부)을 냉각시키는 냉각수와 연료가 열교환되도록 제1 열교환실을 경유하도록 저온 냉각수 라인(71A)이 마련되고, 수요처부(20F)의 제2 실(연소실)을 냉각시키는 냉각수와 연료가 열교환되도록 제2 열교환실을 경유하도록 고온 냉각수 라인(72A)이 마련될 수 있다.

이러한, 저온 냉각수 라인(71A)과 고온 냉각수 라인(72A)은 엔진을 냉각시켜 가열된 후, 제1 열교환실에서 1차로 액화가스를 가열시키고 제2 열교환실에서 2차로 액화가스를 가열시켜 수요처부(20F)로 공급할 수 있다.

본 실시예에서는 저온 냉각수 라인(71A)과 고온 냉각수 라인(72A)이 액화가스를 공급받는 수요처부(20F)인 것으로 예시하였으나, 이와 달리, 개별로 구동되는 별도의 엔진으로부터 냉각수를 공급받아 이루어질 수도 있다.

한편, 도 11에 도시한 바와 같이, 액화가스 처리 시스템(4)의 열교환기(40C)는 제1 열교환실(401C)과 제2 열교환실(402C)이 서로 분리되어 마련될 수 있으며, 분리된 제1 열교환실(401C)과 제2 열교환실(402C)은 병렬로 마련되어 개별적으로 가열된 후 합류하여 수요처부(20F)로 공급될 수 있다.

즉, 연료 공급 라인(21)이 분기되는 제1, 2 연료라인(21A) 상에 제1 열교환실(401C)과 제2 열교환실(402C)이 개별적으로 마련되어, 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스가 제1 열교환실(401C)에서 저온 냉각수 라인(71A)을 통해 공급되는 냉각수에 의해 가열되고, 제2 열교환실(402C)에서 고온 냉각수 라인(72A)을 통해 공급되는 냉각수에 의해 개별로 가열된 후 제1, 2 연료라인(21A)이 합류되어 수요처부(20F)로 공급될 수 있다.

여기서, 제1, 2 연료라인(21A)이 합류되는 지점에는 합류밸브(도시하지 않음, 일례로 삼방밸브 등)가 마련되어, 수요처부(20F)로 유입되는 제1, 2 연료라인(21A) 상의 액화가스 유량을 달리 조절하거나 동일하게 하는 등 비율을 조정함으로써 액화가스의 온도조절이 가능할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 수요처부(20F)를 냉각시키는 냉각수를 연료의 가열원으로 이용함으로써, 효율적으로 연료를 연료수요처 요구 온도까지 승온시킬 수 있고, 시스템 구축 비용을 절약할 수 있으며, 추가적인 열원을 구비할 필요가 없어 시스템의 제조단가를 낮출 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1, 2, 3, 4: 액화가스 처리 시스템 10: 저장탱크
20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E, 20F : 수요처부
21: 연료 공급 라인 21A: 제1, 2 연료라인
22: 연료수요처 23, 23A, 23B: 엔진
231: 실린더 232: 연소실
233: 피스톤 234: 연소실 하부
30: 펌프 31: 부스팅 펌프
32: 고압 펌프 40, 40A: 제1 열교환기
50: 기액분리기 60, 60A: 제2 열교환기
71, 71A: 저온 냉각수 라인 72, 72A: 고온 냉각수 라인
711A, 721A:우회라인

Claims (4)

1. 저장탱크로부터 수요처부까지 연결되는 연료 공급 라인;
   상기 연료 공급 라인 상에 마련되며 연료가 경유하는 제1 열교환실과 제2 열교환실을 포함하는 열교환기;
   상기 수요처부의 제1 실을 냉각시키는 냉각수와 연료가 열교환되도록 상기 제1 열교환실을 경유하는 저온 냉각수 라인; 및
   상기 수요처부의 제2 실을 냉각시키는 냉각수와 연료가 열교환되도록 상기 제2 열교환실을 경유하는 고온 냉각수 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 열교환실은 상기 제2 열교환실의 전단에 마련되며 일체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 연료 공급 라인은,
   상기 제1 열교환실과 상기 제2 열교환실이 병렬로 마련되도록,
   상기 제1 열교환실과 상기 제2 열교환실의 상류에서 분기되되, 상기 제1 열교환실과 상기 제2 열교환실의 하류에서 합류되는 제1 연료라인과 제2 연료라인을 포함하여,
   상기 제1 연료라인 상에 상기 제1 열교환실이 마련되고,
   상기 제2 연료라인 상에 상기 제2 열교환실이 마련되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 수요처부는 엔진으로 이루어지고,
   상기 제1 실은 연소실이며, 상기 제2 실은 연소실 하부인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
   

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