KR20180033734A

KR20180033734A - 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박

Info

Publication number: KR20180033734A
Application number: KR1020160123052A
Authority: KR
Inventors: 임원섭; 고준호; 이준호
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2018-04-04

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 압축하여 수요처로 공급하는 증발가스 압축기; 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 수요처로 공급하는 펌프; 상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스와 열교환시키는 제1 증발가스 열교환기; 및 상기 제1 증발가스 열교환기에서 열교환된 증발가스를 상기 펌프에서 공급되는 액화가스와 열교환시키는 제2 증발가스 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{Gas Treatment System and Vessel having same}

본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.

액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.

이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다. 이러한 액화가스를 연료로 사용하는 엔진이 구동되기 위해서 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 액화가스의 상태와는 다를 수 있다.

또한 LNG를 액상으로 보관할 때 탱크로 열침투가 발생함에 따라 일부 LNG가 기화되어 증발가스(BOG: Boil off Gas)가 생성되는데, 이러한 증발가스는 액화가스 처리 시스템상에 문제를 일으킬 수 있어 기존에는 증발가스를 외부로 배출시켜 태우는 방법(기존에는 탱크 압력을 낮춰 탱크의 파손 위험을 제거하기 위해서 증발가스를 단순히 외부로 배출 처리하였다.)으로 소비를 시킴으로서 문제를 해결하고자 하였으나 이는 환경오염과 자원낭비의 문제를 일으키고 있다.

이에 최근에는 증발가스를 효율적으로 처리하는 기술로서, 생성된 증발가스를 액화가스를 통해 재액화하여 엔진에 공급하는 등의 활용방안에 대한 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있는 실정이다.

본 발명은 종래의 기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 액화가스 저장탱크에서 수요처로 액화가스 및/또는 증발가스를 효과적으로 공급하는 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 압축하여 수요처로 공급하는 증발가스 압축기; 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 수요처로 공급하는 펌프; 상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스와 열교환시키는 제1 증발가스 열교환기; 및 상기 제1 증발가스 열교환기에서 열교환된 증발가스를 상기 펌프에서 공급되는 액화가스와 열교환시키는 제2 증발가스 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크와 상기 수요처를 연결하며, 상기 증발가스 압축기를 구비하는 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 증발가스 열교환기의 하류에 구비되며, 상기 증발가스 압축기로 공급되는 증발가스를 예열하는 예열기; 및 상기 제1 증발가스 열교환기의 가동 여부에 따라 상기 예열기의 구동을 제어하는 제1 제어부를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 증발가스 열교환기를 바이패스하는 열교환기 바이패스 라인; 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 예열기를 바이패스하는 예열기 바이패스 라인; 상기 열교환기 바이패스 라인 상에 구비되는 열교환기 바이패스 밸브; 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 증발가스 열교환기 상류에 구비되는 열교환기 공급밸브; 상기 예열기 바이패스 라인 상에 구비되는 예열기 바이패스 밸브; 및 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 예열기 상류에 구비되는 예열기 공급밸브를 더 포함하고, 상기 제1 제어부는, 상기 제1 증발가스 열교환기가 가동하지 않는 경우, 상기 열교환기 바이패스 밸브를 개방하고 상기 열교환기 공급밸브를 폐쇄하여, 증발가스가 상기 열교환기 바이패스 라인을 통해 상기 제1 증발가스 열교환기를 바이패스하도록 제어하고, 상기 제1 증발가스 열교환기가 가동하는 경우, 상기 열교환기 바이패스 밸브를 폐쇄하고 상기 열교환기 공급밸브를 개방하여, 증발가스가 상기 제1 증발가스 열교환기로 공급되도록 제어할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 제어부는, 상기 제1 증발가스 열교환기가 가동하지 않는 경우, 상기 예열기 바이패스 밸브를 폐쇄하고 상기 예열기 공급밸브를 개방하여, 증발가스가 상기 예열기로 공급하도록 제어하고, 상기 제1 증발가스 열교환기가 가동하는 경우, 상기 제1 증발가스 열교환기에서 토출되는 증발가스가 기설정온도 이상이면, 상기 예열기 바이패스 밸브를 개방하고 상기 예열기 공급밸브를 폐쇄하여, 증발가스가 상기 예열기 바이패스 라인을 통해 상기 예열기를 바이패스하도록 제어하며, 상기 제1 증발가스 열교환기에서 토출되는 증발가스가 기설정온도 미만이면, 상기 예열기 바이패스 밸브를 폐쇄하고 상기 예열기 공급밸브를 개방하여, 증발가스가 상기 예열기로 공급되어 추가 가열되도록 제어할 수 있다.

구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크와 상기 수요처를 연결하며, 상기 증발가스 압축기를 구비하는 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 압축기의 하류에 구비되며 상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각하는 증발가스 냉각기; 상기 제1 증발가스 열교환기와 병렬로 구비되며, 상기 증발가스 압축기로 공급되는 증발가스를 예열하는 예열기; 및 상기 제1 증발가스 열교환기의 가동 여부에 따라 상기 예열기와 상기 증발가스 냉각기의 구동을 제어하는 제2 제어부를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 증발가스 열교환기를 바이패스하며, 상기 예열기를 구비하는 열교환기 바이패스 라인; 상기 열교환기 바이패스 라인 상에 구비되는 열교환기 바이패스 밸브; 및 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 증발가스 열교환기 상류에 구비되는 열교환기 공급밸브를 더 포함하고, 상기 제2 제어부는, 상기 제1 증발가스 열교환기가 가동하지 않는 경우, 상기 열교환기 바이패스 밸브를 개방하고 상기 열교환기 공급밸브를 폐쇄하여, 증발가스가 상기 열교환기 바이패스 라인을 통해 상기 제1 증발가스 열교환기를 바이패스하여 상기 예열기로 공급되도록 제어하고, 상기 제1 증발가스 열교환기가 가동하는 경우, 상기 열교환기 바이패스 밸브를 폐쇄하고 상기 열교환기 공급밸브를 개방하여, 증발가스가 상기 제1 증발가스 열교환기로 공급되도록 제어함과 동시에, 상기 제1 증발가스 열교환기에서 토출되는 증발가스가 기설정온도 이상이면, 상기 증발가스 냉각기의 부하가 증가되도록 제어하며, 상기 제1 증발가스 열교환기에서 토출되는 증발가스가 기설정온도 미만이면, 상기 증발가스 냉각기의 부하가 감소하도록 제어할 수 있다.

구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크와 상기 수요처를 연결하며, 상기 증발가스 압축기를 구비하는 증발가스 공급라인; 상기 액화가스 저장탱크와 상기 수요처를 연결하며, 상기 펌프를 구비하는 액화가스 공급라인; 및 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 증발가스 압축기 하류에서 분기되어 상기 액화가스 저장탱크를 연결하는 증발가스 리턴라인을 더 포함하고, 상기 제1 증발가스 열교환기는, 상기 증발가스 공급라인과 상기 증발가스 리턴라인 상에 구비되며, 상기 제2 증발가스 열교환기는, 상기 액화가스 공급라인과 상기 증발가스 리턴라인 상에 구비될 수 있다.

구체적으로, 상기 수요처는, 상기 증발가스 공급라인과 연결되며, 저압의 증발가스를 소비하는 저압 수요처; 및 상기 액화가스 공급라인과 연결되며, 고압의 증발가스를 소비하는 고압 수요처를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 펌프는, 상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 고압 수요처로 공급하는 부스팅 펌프; 및 상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 부스팅 펌프로부터 공급받은 액화가스를 고압으로 가압하는 고압 펌프를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 고압 펌프로부터 공급받은 액화가스를 기화시키는 기화기; 상기 액화가스 공급라인 상의 상기 부스팅 펌프와 상기 제2 증발가스 열교환기 사이에서 분기되어 상기 증발가스 공급라인에 연결되는 강제 증발가스 공급라인; 상기 강제 증발가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 부스팅 펌프로부터 공급되는 액화가스를 강제 기화시키는 강제 기화기; 및 상기 강제 증발가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 강제 기화기로부터 공급되는 액화가스를 가열하는 히터를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 가스 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박일 수 있다.

본 발명에 따른 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 액화가스 저장탱크에서 수요처로 액화가스 및/또는 증발가스를 효과적으로 공급하여 시스템 안정성 및 신뢰성을 높이는 효과가 있다.

도 1은 가스 처리 시스템을 구비한 선박의 개념도이다.
도 2는 종래의 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

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.

이하에서 액화가스는 LPG, LNG, 에탄 등일 수 있으며, 예시적으로 LNG(Liquefied Natural Gas)를 의미할 수 있으며, 증발가스는 자연 기화된 LNG 등인 BOG(Boil Off Gas)를 의미할 수 있다.

액화가스는 액체 상태, 기체 상태, 액체와 기체 혼합 상태, 과냉 상태, 초임계 상태 등과 같이 상태 변화와 무관하게 지칭될 수 있으며, 증발가스 역시 마찬가지임을 알려 둔다. 또한 본 발명은 처리 대상이 액화가스로 한정되지 않고, 액화가스 처리 시스템 및/또는 증발가스 처리 시스템일 수 있고, 하기 설시할 각 도면의 시스템은 서로 적용될 수 있음은 자명하다. 또한, 이하에서 기술하는 혼합 유체는, 혼합된 증발가스 또는 적어도 일부 액상이 포함된 유체일 수 있다.

또한, 본 발명의 가스 처리 시스템(3)의 실시예들은 각각 서로 조합되어 구성될 수 있으며, 각 구성들의 추가가 서로 교차로 이루어질 수 있음은 물론이다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)은, 선체(H)에 장착될 수 있고, 이때, 선박(1)은 LNG Carrier, 컨테이너 운반선 등의 선박일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

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

도 1에 도시한 바와 같이, 가스 처리 시스템을 구비한 선박(1)은, 카고 컴프레서 룸(100), 모터룸(200), 엔진 케이싱(300)를 포함한다.

이하에서는 도 1을 참고로 하여 가스 처리 시스템을 구비한 선박(1)을 설명하도록 한다.

선박(1)은, 상갑판(부호 도시하지 않음) 하측의 선체(H) 내부에 액화가스 저장탱크(10), 고압 수요처(71), 저압 수요처(72)를 수용할 수 있으며, 상갑판 상에 카고 컴프레서 룸(100), 모터룸(200) 및 엔진 케이싱(300)을 구비할 수 있다.

선박(1)은, 운반 목적에 따라 즉, LNG 캐리어인 경우에 선체(H)의 내부에는 액화가스 저장탱크(10)만이 복수 개 구비될 수 있으며 상갑판 상에는 카고 컴프레서 룸(100), 모터룸(200) 및 엔진 케이싱(300)이 구비될 수 있고, 컨테이너 운반선인 경우에 선체(H)의 내부에 액화가스 저장탱크(10), 카고 컴프레서 룸(100), 모터룸(200)과 컨테이너 수용 홀드가 함께 복수 개 구비될 수 있고 상갑판 상에는 엔진 케이싱(300)과 컨테이너들이 마련될 수 있다.

카고 컴프레서 룸(100)은, 선체(H)의 상갑판 상에 마련되는 별도로 격리된 공간으로 모터룸(200)의 전방에 마련될 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스 또는 증발가스를 처리하는 가스 처리 시스템(2,3)을 구비(액화가스 저장탱크(10), 고압 수요처(71), 저압 수요처(72)의 구성은 제외)할 수 있다.

모터룸(200)은, 선체(H)의 상갑판 상에 마련되는 별도로 격리된 공간으로 가스 처리 시스템(2,3; 액화가스 저장탱크(10), 고압 수요처(71), 저압 수요처(72)의 구성은 제외)을 구동하기 위한 모터(도시하지 않음)를 수용할 수 있으며, 카고 컴프레서 룸(100)에 인접하게 마련된다. 일례로 모터룸(200)은, 카고 컴프레서 룸(100)의 후방에 배치될 수 있다.

여기서 모터룸(200)은, 안전구역(Safety Zone)으로 위험구역(Hazard Zone)인 카고 컴프레서 룸(100)과 격리되어야 한다. 이로 인해 본 발명의 실시예에서는, 카고 컴프레서 룸(100)과 모터룸(200) 사이에 격리벽(도시하지 않음)이 설치되어 모터의 작동으로 인한 스파크 등이 카고 컴프레서 룸(100)에서 발생되지 않도록 함으로써, 선박(1)의 안정성을 확보하고 있다.

엔진 케이싱(300)은, 선체(H)의 상갑판 상에 마련되며, 고압 수요처(71) 및 저압 수요처(72)가 마련되는 엔진룸(부호 도시하지 않음)의 적어도 일부와 연돌(부호 도시하지 않음) 및 벤트마스트(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.

엔진 케이싱(300)은, 고압 수요처(71) 및 저압 수요처(72)에서 배출되는 배기가스를 연돌을 통해 배출시키고 선체(H) 내부 또는 선실(도시하지 않음)에서 배출되는 공기를 벤트마스트를 통해 외부로 배출시킬 수 있다.

이하에서는, 도 2 내지 도 4를 참고로 하여 가스 처리 시스템(2,3)을 설명하도록 한다.

도 1에서 설명하지 않은 도면부호 20, S, P, L1, L2는, 부스팅 펌프(20), 프로펠러 축(S), 프로펠러(P), 액화가스 공급라인(L1), 증발가스 공급라인(L2)으로 도 3 및 도 4에서 설명할 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)에서 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 종래의 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 가스 처리 시스템(2)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스팅 펌프(20), 고압 펌프(30), 기화기(40), 증발가스 열교환기(50), 재액화 장치(51), 증발가스 압축기(60), 증발가스 냉각기(61), 고압 수요처(71) 및 저압 수요처(72)를 포함한다.

종래의 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 공급라인(L1) 상의 액화가스 처리 장치와 증발가스 공급라인(L2) 및 증발가스 리턴라인(L3) 상의 증발가스 처리 장치로 구분된다.

액화가스 처리 장치는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 부스팅 펌프(20)를 통해 고압 펌프(30)로 공급하고, 고압 펌프(30)를 통해 부스팅 펌프(20)로부터 전달받은 액화가스를 고압으로 가압하여 기화기(40)로 공급하며, 기화기(40)를 통해 고압 펌프(30)로부터 공급받은 액화가스를 기화시켜 고압 수요처(71)로 공급한다.

증발가스 처리 장치는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 증발가스 압축기(60)로 압축하여 증발가스 냉각기(61)로 온도를 저압 수요처(72)가 요구하는 온도로 조절한 후 저압 수요처(72)로 공급한다.

상기의 액화가스 처리 장치와 증발가스 처리 장치를 이용하여 액화가스 또는 증발가스를 처리하는 시스템에서, 증발가스의 처리는 그 발생량에 비해 소비량이 많지 않아 잉여 증발가스의 처리가 항상 문제되어 왔다.

이에 종래의 가스 처리 시스템(2)에서는, 증발가스 압축기(60)의 하류에 증발가스 리턴라인(L3)과 증발가스 재액화라인(L4a)을 추가하고, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스와 증발가스 압축기(60)에서 압축된 증발가스를 열교환하도록 하는 증발가스 열교환기(50)와 별도의 냉매로 구동되는 재액화 장치(51)를 추가함으로써, 잉여의 증발가스를 재액화하여 처리하고 있었다.

이러한 종래의 가스 처리 시스템(2)은, 상기 기술한 바와 같이 증발가스를 낭비하지 않고 재액화함으로써 증발가스를 효율적으로 처리하고 있으나, 증발가스 열교환기(50) 구성으로 인해 증발가스 압축기(60)로 공급되는 증발가스의 온도를 조절할 수 없어, 증발가스 열교환기(50) 오작동의 문제점 또는 저압 수요처(72)에서 요구하는 온도를 맞출 수 없는 문제점이 발생하였으며, 증발가스 열교환기(50) 만으로는 냉열의 공급이 안정적으로 이루어질 수 없어 별도의 냉매를 가지는 재액화 장치(51)의 추가적인 구축이 필요해 구축 비용이 증대되는 문제점이 있었다.

이에 본 출원인은 도 3 및 도 4에 도시한 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)을 발명하여 상기의 문제점을 획기적으로 해결하였으며, 하기에 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스팅 펌프(20), 고압 펌프(30), 기화기(40), 제1 증발가스 열교환기(52a), 제2 증발가스 열교환기(52b), 예열기(53), 증발가스 압축기(60), 증발가스 냉각기(61), 고압 수요처(71), 저압 수요처(72), 강제 기화기(81), 히터(82), 헤비카본 분리기(83), 제1 제어부(91)를 포함한다.

이하에서는 도 3을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)을 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)의 개별적인 구성을 기술하기에 앞서, 개별적인 구성들을 유기적으로 연결하는 기본적인 유로들에 대해서 설명하기로 한다. 여기서 유로는 유체가 흐르는 통로로 라인(Line)일 수 있으며 이에 한정되지 않고 유체가 유동하는 구성이면 모두 가능하다.

본 발명의 실시예에서는, 액화가스 공급라인(L1), 증발가스 공급라인(L2), 증발가스 리턴라인(L3), 증발가스 재액화라인(L4b), 강제 증발가스 공급라인(L5), 열교환기 바이패스라인(L6), 예열기 바이패스 라인(L7)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스의 공급량이 제어될 수 있다.

액화가스 공급라인(L1)은, 액화가스 저장탱크(10)와 고압 수요처(71)를 연결하고, 부스팅 펌프(20), 고압 펌프(30) 및 기화기(40)를 구비하여, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 고압 수요처(71)으로 공급할 수 있다.

증발가스 공급라인(L2)은, 액화가스 저장탱크(10)와 저압 수요처(72)를 연결하고, 제1 증발가스 열교환기(52a), 예열기(53), 증발가스 압축기(60), 증발가스 냉각기(61)를 구비하여, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 저압 수요처(72)로 공급할 수 있다.

이때, 증발가스 공급라인(L2) 상에는 열교환기 공급밸브(542) 및 예열기 공급밸브(552)가 구비되어, 유선 또는 무선으로 제1 제어부(91)와 연결될 수 있으며, 열교환기 공급밸브(542) 및 예열기 공급밸브(552)는, 제1 제어부(91)의 개도 조절 명령에 따라 액화가스 저장탱크(10)에서 제1 증발가스 열교환기(52a) 또는 예열기(53)로 공급되는 증발 가스의 유량을 조절할 수 있다.

여기서 열교환기 공급밸브(542)는, 증발가스 공급라인(L2) 상의 제1 증발가스 열교환기(52a) 상류에 구비되고, 예열기 공급밸브(552)는, 증발가스 공급라인(L2) 상의 예열기(53) 상류에 구비될 수 있다.

증발가스 리턴라인(L3)은, 증발가스 공급라인(L2) 상의 증발가스 압축기(60)와 저압 수요처(72) 사이에 분기되어 제1 증발가스 열교환기(52a)와 연결되고, 증발가스 압축기(60)에서 압축된 증발가스 중 적어도 일부를 재액화시켜 제2 증발가스 열교환기(52b)로 공급할 수 있다.

증발가스 재액화라인(L4b)은, 제1 증발가스 열교환기(52a)와 액화가스 저장탱크(10)를 연결하고 제2 증발가스 열교환기(52b)를 구비하며, 제2 증발가스 열교환기(52b)에서 재액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 공급할 수 있다.

강제 증발가스 공급라인(L5)은, 액화가스 공급라인(L1) 상의 부스팅 펌프(20)와 제2 증발가스 열교환기(52b) 사이에서 분기되어 증발가스 공급라인(L2) 상의 증발가스 압축기(60) 하류에 연결되며, 강제 기화기(81), 히터(82), 헤비카본 분리기(83)를 구비할 수 있다. 이를 통해 강제 증발가스 공급라인(L5)은, 저압 수요처(72)에서의 연료 요구량이 부족할 경우, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 강제 기화시켜 저압 수요처(72)로 공급할 수 있다.

열교환기 바이패스라인(L6)은, 증발가스 공급라인(L2) 상에서 제1 증발가스 열교환기(52a)의 상류에서 분기되어 제1 증발가스 열교환기(52a)의 하류에 연결되며, 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스가 제1 증발가스 열교환기(52a)를 바이패스하여 예열기(53)로 공급되도록 할 수 있다.

이때, 열교환기 바이패스라인(L6) 상에는 열교환기 바이패스밸브(541)가 구비되어, 유선 또는 무선으로 제1 제어부(91)와 연결될 수 있으며, 열교환기 바이패스밸브(541)는, 제1 제어부(91)의 개도 조절 명령에 따라 액화가스 저장탱크(10)에서 제1 증발가스 열교환기(52a)를 바이패스하는 증발 가스의 유량을 조절할 수 있다.

예열기 바이패스라인(L7)은, 증발가스 공급라인(L2) 상에서 예열기(53)의 상류에서 분기되어 예열기(53)의 하류에 연결되며, 제1 증발가스 열교환기(52a)에서 공급되는 증발가스가 예열기(53)를 바이패스하여 증발가스 압축기(60)로 공급되도록 할 수 있다.

이때, 예열기 바이패스라인(L7) 상에는 예열기 바이패스밸브(551)가 구비되어, 유선 또는 무선으로 제1 제어부(91)와 연결될 수 있으며, 예열기 바이패스밸브(551)는, 제1 제어부(91)의 개도 조절 명령에 따라 제1 증발가스 열교환기(52a)에서 예열기(53)를 바이패스하는 증발 가스의 유량을 조절할 수 있다.

이하에서는 상기 설명한 각 라인들(L1~L7)에 의해 유기적으로 형성되어 가스 처리 시스템(3)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.

액화가스 저장탱크(10)는, 고압 및 저압 수요처(71,72)에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.

여기서 액화가스 저장탱크(10)는, 선체(H)의 내부에 배치되며, 엔진룸(부호 도시하지 않음)의 전방에 일례로 4개 형성될 수 있다. 또한, 액화가스 저장탱크(10)는 일례로 멤브레인 형 탱크이나, 이에 한정되지 않고 독립형 탱크 등, 다양한 형태로 그 종류를 특별히 한정하지는 않는다.

부스팅 펌프(Boosting Pump; 20)는, 액화가스 공급라인(L1) 상에 구비되며, 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 가압하여 고압 수요처(71)로 공급한다.

부스팅 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10)와 고압펌프(30) 사이의 액화가스 공급라인(L1) 상에 구비될 수 있으며, 고압 펌프(30)에 충분한 양의 액화가스가 공급되도록 하여 고압 펌프(30)의 공동현상(cavitation)을 방지한다.

또한 부스팅 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 빼내어서 액화가스를 수 내지 수십 bar 이내로 가압할 수 있으며, 부스팅 펌프(20)를 거친 액화가스는 1bar 내지 25bar로 가압될 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 액체 상태에 놓여있다. 이때 부스팅 펌프(20)는 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도를 다소 높일 수 있으며, 부스팅 펌프(20)에 의해 가압된 액화가스는 여전히 액체 상태일 수 있다.

고압 펌프(30)는, 액화가스 공급라인(L1) 상에 구비되며, 부스팅 펌프(20)로부터 공급받은 액화가스를 가압하여 고압 수요처(71)로 공급한다.

고압 펌프(30)는, 부스팅 펌프(20)와 기화기(40) 사이의 액화가스 공급라인(L1) 상에 구비될 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 액화가스를 고압으로 가압하여, 고압 수요처(71)에 공급되도록 할 수 있다.

액화가스는 액화가스 저장탱크(10)로부터 약 10bar 정도의 압력으로 배출된 후 부스팅 펌프(20)에 의해 1차로 가압되는데, 고압 펌프(30)는 부스팅 펌프(20)에 의해 가압된 액체상태의 액화가스를 2차로 가압하여, 기화기(40)에 공급한다.

이때 고압 펌프(30)는 액화가스를 고압 수요처(71)에서 요구하는 압력, 예를 들어 200bar 내지 400bar까지 가압하여 고압 수요처(71)에 공급함으로써, 고압 수요처(71)가 액화가스를 통해 동력을 생산하도록 할 수 있다.

고압 펌프(30)는 부스팅 펌프(20)로부터 배출되는 액체상태의 액화가스를 고압으로 가압하되, 액화가스가 초임계점(Critical Point)보다 높은 온도 및 높은 압력을 갖는 초임계 상태가 되도록 상변화시킬 수 있다. 이때 초임계 상태인 액화가스의 온도는 임계온도보다 상대적으로 높은 섭씨 영하 20도일 수 있다.

또한 고압 펌프(30)는, 액체상태의 액화가스를 고압으로 가압하여 과냉액체 상태로 변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태란 액화가스의 압력이 임계압력보다 높고, 온도가 임계온도보다 낮은 상태를 의미한다.

구체적으로 고압 펌프(30)는, 부스팅 펌프(20)로부터 배출되는 액체상태의 액화가스를 200bar 내지 400bar까지 고압으로 가압하되, 액화가스의 온도가 임계온도보다 낮은 온도가 되도록 하여, 액화가스를 과냉액체 상태로 상변화시킬 수 있다. 여기서, 과냉액체 상태인 액화가스의 온도는, 임계온도보다 상대적으로 낮은 섭씨 영하 140도 내지 섭씨 영하 60도일 수 있다.

기화기(40)는, 고압 수요처(71)와 고압 펌프(30) 사이의 액화가스 공급라인(L1) 상에 마련되며, 고압 펌프(30)로부터 공급되는 액화가스를 열교환시킨다.

기화기(40)는 과냉액체 상태 또는 초임계 상태의 액화가스를 고압 펌프(30)에서 배출되는 압력인 200bar 내지 400bar를 유지하면서 열교환시키며, 30도 내지 60도의 초임계 상태의 액화가스로 변환하여 고압 수요처(71)에 공급할 수 있다.

제1 증발가스 열교환기(52a)는, 증발가스 공급라인(L1) 상의 액화가스 저장탱크(10)와 예열기(53) 사이에 구비됨과 동시에, 증발가스 리턴라인(L3) 상의 증발가스 압축기(60)와 제2 증발가스 열교환기(52b) 사이에 구비될 수 있다.

이를 통해 제1 증발가스 열교환기(52a)는, 증발가스 압축기(60)에서 압축된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스와 열교환시켜 증발가스 압축기(60)에서 압축된 증발가스를 적어도 일부 재액화시킬 수 있다.

즉, 제1 증발가스 열교환기(52a)는, 증발가스 압축기(60)에서 압축된 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스로부터 냉열을 공급받도록 하여 적어도 일부 재액화되도록 한다.

물론, 이에 대한 상호작용으로 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스는, 증발가스 압축기(60)에서 압축된 증발가스로부터 열원을 공급받아 예열한 후 증발가스 압축기(60)로 공급할 수 있다.

제2 증발가스 열교환기(52b)는, 증발가스 리턴라인(L3) 상의 제1 증발가스 열교환기(52a)와 액화가스 저장탱크(10) 사이에 구비됨과 동시에, 액화가스 공급라인(L1) 상의 부스팅 펌프(20)와 고압 펌프(30) 사이에 구비될 수 있다.

이를 통해 제2 증발가스 열교환기(52b)는, 제1 증발가스 열교환기(52a)에서 열교환된 증발가스를 부스팅 펌프(20)에서 공급되는 액화가스와 열교환시켜 제1 증발가스 열교환기(52a)에서 열교환되어 적어도 일부 재액화된 증발가스를 완전 재액화할 수 있다.

즉, 제2 증발가스 열교환기(52b)는, 제1 증발가스 열교환기(52a)에서 열교환되어 적어도 일부 재액화된 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 액화가스로부터 냉열을 공급받도록 하여 완전 재액화되도록 한다.

이에 따라 본 발명의 실시예에서는, 별도의 냉매를 가지는 재액화 장치없이도 증발가스 압축기(60)에서 저압으로 압축된 증발가스를 완전 재액화시킬 수 있는 효과가 있으며, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 양에 상관없이 고압 수요처(71)로 공급되는 액화가스로부터 일정한 양의 냉열을 공급받을 수 있으므로, 증발가스의 처리가 매우 탄력적으로 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 증발가스 압축기(60)에서 저압으로 압축된 증발가스를 재액화하기 위해서, 1차적으로 액화가스 저장탱크(10)에서 토출되는 증발가스의 냉열을 활용하고, 2차적으로 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 냉열을 활용함으로써, 증발가스 압축기(60)에서 압축된 증발가스의 냉각 효과가 극대화되는 장점이 있다.

예열기(53)는, 증발가스 공급라인(L2) 상의 증발가스 압축기(60)와 제1 증발가스 열교환기(52a) 사이에 구비되어, 증발가스 압축기(60)로 공급되는 증발가스를 예열할 수 있다. 여기서 예열기(53)는, 열원으로 스팀을 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 증발가스 압축기(60)는, 일례로 상온용 압축기일 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않고 극저온용 압축기일 수 있으나, 예열기(53)가 설치되는 경우에는 상온용 압축기로 사용될 수 있다.

상온용 압축기는, 유입되는 증발가스의 온도가 대략 영하 40도 내지 영하 20도가 되는 것을 요구하는데, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스의 온도는 대략 영하 100도로 매우 낮은 온도를 가지고 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 증발가스 압축기(60)가 상온용 압축기인 경우 예열기(53)를 통해서 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 대략 영하 100도의 증발가스를 대략 영하 40 도 내지 영하 20도로 가열하여 증발가스 압축기(60)로 공급할 수 있다.

또한, 예열기(53)는, 제1 제어부(91)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 제1 제어부(91)로부터 부하 증감 명령을 받아 제어될 수 있다.

증발가스 압축기(60)는, 증발가스 공급라인(L2) 상에 구비되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압할 수 있다. 증발가스 압축기(60)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되어 1bar 내외의 압력으로 배출되는 증발가스를 8bar 내지 10bar로 가압하여 저압 수요처(72)에 공급할 수 있다.

증발가스 압축기(60)는, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 가압시킬 수 있다. 일례로 증발가스 압축기(60)는 피스톤(도시하지 않음)이 2개 내지 3개가 구비되어 증발가스가 2단 내지 3단 가압되도록 할 수 있다.

이때 증발가스의 흐름을 기준으로 마지막에 위치한 증발가스 압축기(60)에서 토출된 증발가스는 8bar 내지 10bar 의 압력을 가질 수 있다.

증발가스 냉각기(61)는, 증발가스 공급라인(L2) 상의 증발가스 압축기(60) 사이에 구비되어, 증발가스 압축기(60)에 의해 가압된 증발가스를 냉각시킬 수 있다.

증발가스 압축기(60)에 의하여 증발가스가 가압되면, 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있기 때문에, 본 실시예는 증발가스 냉각기(61)를 사용하여 증발가스의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다.

증발가스 냉각기(61)는, 증발가스 압축기(60)의 하류에 각각 마련되어, 증발가스 압축기(60)와 동일한 수로 설치될 수 있다.

고압 수요처(71)는, 고압엔진으로서, 고압연료분사엔진(일례로, MEGI엔진)일 수 있으며, 액화가스 공급라인(L1)을 통해 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 공급받아 소비하여 추진력을 발생시킬 수 있다.

고압 수요처(71)는, 액화가스 또는 증발가스의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 프로펠러 축(S)이 회전될 수 있다. 따라서 고압 수요처(71) 구동 시 프로펠러 축(S)에 연결된 프로펠러(P)가 회전함에 따라, 선체(H)가 전진 또는 후진할 수 있다.

고압 수요처(71)은, 약 300bar 정도의 고압 가스를 사용할 수 있으며, 터빈일 경우, 가스 터빈, 스팀 터빈 및 폐열을 이용한 스팀 터빈(HRSG)일 수 있고, 이에 한정되지 않는다. 터빈은 전력을 생산하는 데 이용될 수 있으며 직접 프로펠러(P)를 돌리는 구동축(S)에 연결되어 선체(H)의 동력을 발생시키는데 이용될 수 있다.

고압 수요처(71)은, 이중연료가 사용가능한 이중연료엔진일 수 있다. 이중연료엔진은 통상 디젤 사이클로 구동되는 2행정 엔진이다. 이러한 디젤 사이클은 기본적으로, 공기가 피스톤에 의해서 압축되고, 압축된 고온의 공기는 점화연료(Pilot Fuel)에 의해서 점화가 이루어지며, 나머지 고압의 가스가 분사되어 폭발이 이루어진다.

이때 점화연료는 HFO(Heavy Fuel Oil) 또는 MDO(Marine Diesel Oil)를 사용하게 되며, 보통 점화연료와 고압 가스의 비율은 약 5:95 이고, 점화연료의 분사량은 5~100%까지 조정이 가능하다. 따라서 점화연료는 엔진의 구동 연료로도 이용가능하다.

즉, 점화연료의 분사량이 약 5%정도인 경우 엔진 구동 연료로 증발가스(또는 가열된 액화가스; 약 95%)가 주로 사용되며, 점화 연료의 분사량이 100%인 경우에는 엔진 구동 연료로 점화연료(오일)가 전부 사용된다.

이때, 점화연료의 분사량 약 50%인 경우(와 증발가스 약 50%)에는, 점화연료와 증발가스가 혼합되어 엔진으로 유입되는 것이 아닌 점화연료가 먼저 발화하여 발열량을 생산하고, 이후, 나머지 증발가스가 유입되어 폭발하여 발열량을 생산하여 고압 수요처(71)의 구동에 필요한 발열량을 생산한다.

저압 수요처(72)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스를 연료로 사용한다. 즉, 저압 수요처(72)는, 증발가스를 필요로하며 증발가스 압축기(60)에 의해 2단 또는 3단 압축되어 약 7~10bar 정도인 저압 증발가스를 원료로 하여 구동될 수 있다.

저압 수요처(72)는, 일례로 발전기(예를들어 DFDG), 가스연소장치(GCU), 보일러(예를들어 스팀을 생성하는 보일러)일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

또한, 저압 수요처(72)는, 이종연료가 사용가능한 이종연료엔진일 수 있어, 증발가스뿐만 아니라 오일을 연료로 사용할 수 있으나, 증발가스와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 증발가스 또는 오일이 선택적으로 공급될 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 저압 수요처(72)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.

또한, 저압 수요처(72)는, 보일러로서 청수(Fresh water)를 가열하여 스팀을 생성할 수 있고, 생성된 스팀을 별도의 스팀저장매체에 저장할 수 있다.

보일러는, 생성된 스팀을 강제 기화기(81), 히터(82) 또는 예열기(53)에 공급할 수 있으며, 이를 통해 예열기(53)가 증발가스를 가열하거나, 액화가스를 기화시킬 수 있도록 한다.

강제 기화기(81)는, 강제 증발가스 공급라인(L5) 상의 액화가스 저장탱크(10)와 헤비카본 분리기(83) 사이에 구비되며, 부스팅 펌프(20)로부터 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 공급받아 강제 기화시켜 저압 수요처(72)로 공급할 수 있다.

강제 기화기(81)는, 저압 수요처(72)에서 공급되는 스팀(일례로 보일러에서 공급되는 스팀)을 열원으로 공급받을 수 있으며, 스팀과 액화가스 저장탱크(10)에서 공급되는 액화가스를 열교환시킴으로써, 액상의 액화가스를 기상의 강제기화 증발가스로 상변화시킬 수 있다. 물론, 강제기화기(81)는, 열원으로 스팀뿐만아니라, 글리콜워터, 해수, 엔진의 배기, 엔진의 냉각수, 전기 등을 열원으로 사용할 수 있다.

이때, 액상의 액화가스는 대략 영하 163도로, 이 액화가스를 대략 영하 100 도를 가지는 강제기화된 증발가스로 승온시킬 수 있으며, 이는 상기 기술한 바와 같이 액상에서 기상으로의 상변화를 동반한다.

히터(82)는, 강제 증발가스 공급라인(L5) 상의 헤비카본 분리기(83)와 저압 수요처(72) 사이에 구비되며, 헤비카본 분리기(83)로부터 공급받은 강제기화 증발가스를 저압 수요처(72)가 요구하는 온도로 승온시킬 수 있다.

강제 기화기(81)는 액화가스를 가열하지만, 기화된 액화가스는 헤비카본을 액상으로 잔류시키기 위한 온도(일례로 -100도)를 가지므로, 저압 수요처(72)가 요구하는 온도에 못 미칠 수 있다.

따라서 히터(82)는, 예열기(53) 또는 강제 기화기(81)와 마찬가지로 다양한 열원을 이용하여 액화가스를 가열할 수 있으며, 이때 열원은 스팀뿐만아니라, 글리콜워터, 해수, 엔진의 배기, 엔진의 냉각수, 전기 등을 열원으로 사용할 수 있다.

이때, 히터(82)의 열원은 예열기(53) 또는 강제 기화기(81)와 함께 저압 수요처(72)로부터 공급받는 열원을 공유할 수 있다.

헤비카본 분리기(83)는, 강제 증발가스 공급라인(L5) 상의 강제 기화기(81)와 히터(82) 사이에 구비되며, 강제기화기(81)로부터 공급받는 강제기화된 액화가스의 상(phase)을 분리하여, 기상의 증발가스만을 히터(82)로 공급할 수 있다.

헤비카본 분리기(83)는, 강제기화기(81)에서 강제기화된 액화가스에서 액상으로 남아있는 헤비카본을 분리할 수 있다.

강제기화기(81)에서 강제기화된 액화가스에는 메탄, 프로판, 부탄 등이 혼입되어 있는데, 강제 기화기(81)로 가열된 액화가스에서 메탄은 기화되고, 프로판이나 부탄 등(이하 헤비카본이라 한다.)은 액상을 유지할 수 있다. 액화가스를 소비하는 저압 수요처(72)는 헤비카본이 다량 유입될 경우 구동 효율이 저하될 수 있다.

따라서 본 발명은 액화가스를 기화시키고 액상을 유지하는 헤비카본을 분리하여, 저압 수요처(72)로 공급되는 액화가스의 품질을 향상시켜 저압 수요처(72)의 구동 효율을 높일 수 있다.

이때 헤비카본 분리기(83)는, 미스트 분리기, 기액 분리기 등으로 지칭될 수 있고, 액상의 헤비카본은 액화가스 저장탱크(10)로 복귀되거나, 별도로 마련되는 탱크로 전달될 수 있으며, 이를 위해 헤비카본 분리기(83)에는 액화가스 저장탱크(10)로 연결되는 헤비카본 복귀라인(도시하지 않음)이 마련될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 온도 센서(93)를 더 포함할 수 있다.

온도 센서(93)는, 증발가스 공급라인(L2) 상의 제1 증발가스 열교환기(52a) 하류에 구비될 수 있으며, 제1 증발가스 열교환기(52a)에서 열교환된 증발가스의 온도를 측정할 수 있다.

온도 센서(93)는, 제1 제어부(91)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 제1 증발가스 열교환기(52a)에서 열교환된 증발가스의 온도를 제1 제어부(91)로 전달할 수 있다.

제1 제어부(91)는, 제1 증발가스 열교환기(52a)의 가동여부에 따라 예열기(53)의 구동을 제어할 수 있다.

여기서 제1 제어부(91)는, 제1 증발가스 열교환기(52a), 예열기(53), 열교환기 바이패스밸브(541), 열교환기 공급밸브(542), 예열기 바이패스밸브(551), 예열기 공급밸브(552), 및 온도 센서(93)와 유선 또는 무선으로 연결되어 각 장치에 명령을 전달하여 조작하거나, 각 장치로부터 정보를 전달받을 수 있다.

구체적으로, 제1 제어부(91)는, 제1 증발가스 열교환기(52a)가 가동하지 않는 경우, 열교환기 바이패스밸브(541)를 개방하고 열교환기 공급밸브(552)를 폐쇄하여, 증발가스가 열교환기 바이패스라인(L6)을 통해 제1 증발가스 열교환기(52a)를 바이패스하도록 제어하고, 이에 이어서, 예열기 바이패스밸브(551)를 폐쇄하고 예열기 공급밸브(552)를 개방하여, 증발가스가 예열기(53)로 공급되도록 할 수 있다.

그리고 제1 제어부(91)는, 제1 증발가스 열교환기(52a)가 가동하는 경우, 열교환기 바이패스밸브(541)를 폐쇄하고 열교환기 공급밸브(552)를 개방하여 증발가스가 제1 증발가스 열교환기(52a)로 공급되도록 제어할 수 있고, 이에 이어서, 제1 증발가스 열교환기(52a)에서 토출되는 증발가스의 온도가 기설정온도 이상(온도 센서(93)로부터 전달받은 제1 증발가스 열교환기(52a)에서 열교환된 증발가스의 온도가 기설정온도 이상)이면, 예열기 바이패스밸브(551)를 개방하고 예열기 공급밸브(552)를 폐쇄하여 증발가스가 예열기 바이패스라인(L7)을 통해 예열기(53)를 바이패스하도록 제어하며, 제1 증발가스 열교환기(52a)에서 토출되는 증발가스의 온도가 기설정온도 미만(온도 센서(93)로부터 전달받은 제1 증발가스 열교환기(52a)에서 열교환된 증발가스의 온도가 기설정온도 미만)이면, 예열기 바이패스밸브(551)를 폐쇄하고, 예열기 공급밸브(552)를 개방하여 증발가스가 예열기(53)로 공급되어 추가 가열되도록 제어할 수 있다.

이를 통해 본 발명의 실시예에서는, 증발가스 압축기(60)로 공급되는 증발가스의 예열을 매우 신뢰성있게 구현할 수 있어 가스 처리 시스템(3)의 구동 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 증발가스 압축기(60)로 공급되는 증발가스를 통해 액화가스 저장탱크(10)에서 토출되어 증발가스 압축기(60)로 유입되는 증발가스를 가열하므로 예열기(53)의 구동 부하가 절감되는 효과가 존재한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(3) 및 이를 포함하는 선박(1)은, 액화가스 저장탱크(10)에서 수요처(71,72)로 액화가스 및/또는 증발가스를 효과적으로 공급하여 시스템 안정성 및 신뢰성을 높이는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)은, 액화가스 저장탱크(10), 부스팅 펌프(20), 고압 펌프(30), 기화기(40), 제1 증발가스 열교환기(52a), 제2 증발가스 열교환기(52b), 예열기(53), 증발가스 압축기(60), 증발가스 냉각기(61), 고압 수요처(71), 저압 수요처(72), 강제 기화기(81), 히터(82), 헤비카본 분리기(83), 제2 제어부(92)를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서 제2 제어부(92)를 제외한 구성들은, 도 3을 참고로 기술한 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면 부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 도 3을 참고로 기술한 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)에서 예열기 바이패스 라인(L7)이 생략되고, 예열기(53)가 열교환기 바이패스 라인(L6) 상에 구비되는 차이점이 있다. 이때, 예열기(53)는, 제1 증발가스 열교환기(52a)에 병렬로 구축된다.

이하에서는 도 4를 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)을 설명하도록 하며, 제2 제어부(92)를 중점적으로 설명하도록 한다.

제2 제어부(92)는, 제1 증발가스 열교환기(52a)의 가동여부에 따라 예열기(53)와 증발가스 냉각기(61)의 구동을 제어할 수 있다.

이때, 본 발명의 실시예에서는 증발가스 냉각기(61)가 제2 제어부(92)와 유선 또는 무선으로 연결되어 제2 제어부(92)로부터 부하 증감 명령을 전달받아 조작될 수 있다. 뿐만 아니라, 제2 제어부(92)는, 제1 증발가스 열교환기(52a), 예열기(53), 열교환기 바이패스밸브(541), 열교환기 공급밸브(542) 및 온도 센서(93)와 유선 또는 무선으로 연결되어 각 장치에 명령을 전달하여 조작하거나, 각 장치로부터 정보를 전달받을 수 있다.

구체적으로, 제2 제어부(92)는, 제1 증발가스 열교환기(52a)가 가동하지 않는 경우, 열교환기 바이패스밸브(541)를 개방하고 열교환기 공급밸브(552)를 폐쇄하여, 증발가스가 열교환기 바이패스라인(L6)을 통해 제1 증발가스 열교환기(52a)를 바이패스하여 예열기(53)로 공급되도록 제어할 수 있다.

그리고 제2 제어부(92)는, 제1 증발가스 열교환기(52a)가 가동하는 경우, 열교환기 바이패스밸브(541)를 폐쇄하고 열교환기 공급밸브(552)를 개방하여 증발가스가 제1 증발가스 열교환기(52a)로 공급되도록 제어할 수 있고, 이에 이어서, 제1 증발가스 열교환기(52a)에서 토출되는 증발가스의 온도가 기설정온도 이상(온도 센서(93)로부터 전달받은 제1 증발가스 열교환기(52a)에서 열교환된 증발가스의 온도가 기설정온도 이상)이면, 증발가스 냉각기(61)의 부하가 증가되도록 제어하여, 제1 증발가스 열교환기(52a)로 공급되는 열원의 양이 줄어들도록 제어하며, 제1 증발가스 열교환기(52a)에서 토출되는 증발가스의 온도가 기설정온도 미만(온도 센서(93)로부터 전달받은 제1 증발가스 열교환기(52a)에서 열교환된 증발가스의 온도가 기설정온도 미만)이면, 증발가스 냉각기(61)의 부하가 감소되도록 제어하여, 제1 증발가스 열교환기(52a)로 공급되는 열원의 양이 증가하도록 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 증발가스 냉각기(61)의 부하를 조절하여 제1 증발가스 열교환기(52a)의 예열 성능을 제어할 수 있어, 예열기(53)의 구동을 최소화할 수 있는 효과가 존재한다.

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: 선박 2: 종래의 가스 처리 시스템
3: 본 발명의 가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20: 부스팅 펌프 30: 고압 펌프
40: 기화기 50: 증발가스 열교환기
51: 재액화 장치 52a: 제1 증발가스 열교환기
52b: 제2 증발가스 열교환기 53: 예열기
541: 열교환기 바이패스 밸브 542: 열교환기 공급밸브
551: 예열기 바이패스 밸브 552: 예열기 공급밸브
60: 증발가스 압축기 61: 증발가스 냉각기
71: 고압 수요처 72: 저압 수요처
81: 강제기화기 82: 히터
83: 헤비카본 분리기 91: 제1 제어부
92: 제2 제어부 93: 온도 센서
100: 카고 컴프레서 룸 200: 모터룸
300: 엔진 케이싱 L1: 액화가스 공급라인
L2: 증발가스 공급라인 L3: 증발가스 리턴라인
L4a, L4b: 증발가스 재액화라인 L5: 강제 증발가스 공급라인
L6: 열교환기 바이패스 라인 L7: 예열기 바이패스 라인
H: 선체 S: 프로펠러 축
P: 프로펠러

Claims

액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 압축하여 수요처로 공급하는 증발가스 압축기;
상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 수요처로 공급하는 펌프;
상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스를 상기 액화가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스와 열교환시키는 제1 증발가스 열교환기; 및
상기 제1 증발가스 열교환기에서 열교환된 증발가스를 상기 펌프에서 공급되는 액화가스와 열교환시키는 제2 증발가스 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 액화가스 저장탱크와 상기 수요처를 연결하며, 상기 증발가스 압축기를 구비하는 증발가스 공급라인;
상기 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 증발가스 열교환기의 하류에 구비되며, 상기 증발가스 압축기로 공급되는 증발가스를 예열하는 예열기; 및
상기 제1 증발가스 열교환기의 가동 여부에 따라 상기 예열기의 구동을 제어하는 제1 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 증발가스 열교환기를 바이패스하는 열교환기 바이패스 라인;
상기 증발가스 공급라인 상의 상기 예열기를 바이패스하는 예열기 바이패스 라인;
상기 열교환기 바이패스 라인 상에 구비되는 열교환기 바이패스 밸브;
상기 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 증발가스 열교환기 상류에 구비되는 열교환기 공급밸브;
상기 예열기 바이패스 라인 상에 구비되는 예열기 바이패스 밸브; 및
상기 증발가스 공급라인 상의 상기 예열기 상류에 구비되는 예열기 공급밸브를 더 포함하고,
상기 제1 제어부는,
상기 제1 증발가스 열교환기가 가동하지 않는 경우, 상기 열교환기 바이패스 밸브를 개방하고 상기 열교환기 공급밸브를 폐쇄하여, 증발가스가 상기 열교환기 바이패스 라인을 통해 상기 제1 증발가스 열교환기를 바이패스하도록 제어하고,
상기 제1 증발가스 열교환기가 가동하는 경우, 상기 열교환기 바이패스 밸브를 폐쇄하고 상기 열교환기 공급밸브를 개방하여, 증발가스가 상기 제1 증발가스 열교환기로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 제1 제어부는,
상기 제1 증발가스 열교환기가 가동하지 않는 경우, 상기 예열기 바이패스 밸브를 폐쇄하고 상기 예열기 공급밸브를 개방하여, 증발가스가 상기 예열기로 공급하도록 제어하고,
상기 제1 증발가스 열교환기가 가동하는 경우,
상기 제1 증발가스 열교환기에서 토출되는 증발가스가 기설정온도 이상이면, 상기 예열기 바이패스 밸브를 개방하고 상기 예열기 공급밸브를 폐쇄하여, 증발가스가 상기 예열기 바이패스 라인을 통해 상기 예열기를 바이패스하도록 제어하며,
상기 제1 증발가스 열교환기에서 토출되는 증발가스가 기설정온도 미만이면, 상기 예열기 바이패스 밸브를 폐쇄하고 상기 예열기 공급밸브를 개방하여, 증발가스가 상기 예열기로 공급되어 추가 가열되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 액화가스 저장탱크와 상기 수요처를 연결하며, 상기 증발가스 압축기를 구비하는 증발가스 공급라인;
상기 증발가스 압축기의 하류에 구비되며 상기 증발가스 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각하는 증발가스 냉각기;
상기 제1 증발가스 열교환기와 병렬로 구비되며, 상기 증발가스 압축기로 공급되는 증발가스를 예열하는 예열기; 및
상기 제1 증발가스 열교환기의 가동 여부에 따라 상기 예열기와 상기 증발가스 냉각기의 구동을 제어하는 제2 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 증발가스 열교환기를 바이패스하며, 상기 예열기를 구비하는 열교환기 바이패스 라인;
상기 열교환기 바이패스 라인 상에 구비되는 열교환기 바이패스 밸브; 및
상기 증발가스 공급라인 상의 상기 제1 증발가스 열교환기 상류에 구비되는 열교환기 공급밸브를 더 포함하고,
상기 제2 제어부는,
상기 제1 증발가스 열교환기가 가동하지 않는 경우, 상기 열교환기 바이패스 밸브를 개방하고 상기 열교환기 공급밸브를 폐쇄하여, 증발가스가 상기 열교환기 바이패스 라인을 통해 상기 제1 증발가스 열교환기를 바이패스하여 상기 예열기로 공급되도록 제어하고,
상기 제1 증발가스 열교환기가 가동하는 경우, 상기 열교환기 바이패스 밸브를 폐쇄하고 상기 열교환기 공급밸브를 개방하여, 증발가스가 상기 제1 증발가스 열교환기로 공급되도록 제어함과 동시에,
상기 제1 증발가스 열교환기에서 토출되는 증발가스가 기설정온도 이상이면, 상기 증발가스 냉각기의 부하가 증가되도록 제어하며,
상기 제1 증발가스 열교환기에서 토출되는 증발가스가 기설정온도 미만이면, 상기 증발가스 냉각기의 부하가 감소하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 액화가스 저장탱크와 상기 수요처를 연결하며, 상기 증발가스 압축기를 구비하는 증발가스 공급라인;
상기 액화가스 저장탱크와 상기 수요처를 연결하며, 상기 펌프를 구비하는 액화가스 공급라인; 및
상기 증발가스 공급라인 상의 상기 증발가스 압축기 하류에서 분기되어 상기 액화가스 저장탱크를 연결하는 증발가스 리턴라인을 더 포함하고,
상기 제1 증발가스 열교환기는, 상기 증발가스 공급라인과 상기 증발가스 리턴라인 상에 구비되며,
상기 제2 증발가스 열교환기는, 상기 액화가스 공급라인과 상기 증발가스 리턴라인 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 수요처는,
상기 증발가스 공급라인과 연결되며, 저압의 증발가스를 소비하는 저압 수요처; 및
상기 액화가스 공급라인과 연결되며, 고압의 증발가스를 소비하는 고압 수요처를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 8 항에 있어서, 상기 펌프는,
상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 고압 수요처로 공급하는 부스팅 펌프; 및
상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 부스팅 펌프로부터 공급받은 액화가스를 고압으로 가압하는 고압 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 고압 펌프로부터 공급받은 액화가스를 기화시키는 기화기;
상기 액화가스 공급라인 상의 상기 부스팅 펌프와 상기 제2 증발가스 열교환기 사이에서 분기되어 상기 증발가스 공급라인에 연결되는 강제 증발가스 공급라인;
상기 강제 증발가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 부스팅 펌프로부터 공급되는 액화가스를 강제 기화시키는 강제 기화기; 및
상기 강제 증발가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 강제 기화기로부터 공급되는 액화가스를 가열하는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.