KR20180035514A - 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법 - Google Patents

선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박에 적용되는 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 재액화 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치는,선박에 설치된 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위한 재액화 장치에 있어서, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축하는 압축기; 및 상기 압축기에 의해 압축된 압축 증발가스와 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 열교환기;를 포함하며, 상기 열교환기를 통과한 증발가스를 제1 흐름 및 제2 흐름을 포함하는 적어도 두 개의 흐름으로 분기시키고, 상기 분기된 제1 흐름을 팽창시키는 제1 팽창수단; 상기 팽창수단에 의해 팽창된 제1 흐름을 냉매로 하여 상기 제1 흐름이 분기되고 남은 제2 흐름을 냉각시키는 제1 중간 냉각기; 및 상기 제1 중간 냉각기를 통과한 제2 흐름을 수용하는 리시버;를 더 포함하고, 상기 리시버로부터 배출되는 흐름에 의해 상기 압축기 후단 압력이 제어되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법 {BOG Re-liquefaction Apparatus and Method for Vessel}
본 발명은 선박에 적용되는 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 재액화 장치 및 방법에 관한 것이다.
천연가스는 통상 액화되어 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 상태로 원거리에 걸쳐 수송된다. 액화천연가스는 천연가스를 대략 상압 -163℃ 근처의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
한편, 액화석유가스(LPG; Liquefied Petroleum Gas)는, 일반적으로 프로판가스(Liquefide Propane Gas)라고도 하며, 석유 채굴시 유전에서 원유와 함께 분출하는 천연가스를, -200℃에서 냉각시키거나 상온에서 대략 7 내지 10기압으로 압축하여 액화시킨 연료이다.
석유가스의 주성분은 프로판, 프로필렌, 부탄, 부틸렌 등이며, 프로판을 약 15℃ 하에서 액화시키면 부피가 대략 1/260으로 줄어들고, 부탄을 약 15℃ 하에서 액화시키면 부피가 대략 1/230으로 줄어들므로, 저장 및 운송의 편의를 위해 석유가스도 천연가스와 마찬가지로 액화시켜 이용되고 있다.
액화석유가스의 발열량은 액화천연가스에 비하여 비교적 높은 편이며, 액화석유가스는 액화천연가스에 비하여 비교적 분자량이 큰 성분을 많이 포함하고 있으므로, 액화 및 기화가 액화천연가스보다 용이하다.
액화천연가스, 액화석유가스 등의 액화가스는 저장탱크에 보관되어 육상 소요처로 공급되는데, 저장탱크를 단열하여도 외부의 열을 완벽하게 차단시키는데에는 한계가 있고, 저장탱크 내부로 전달되는 열에 의해 액화가스는 저장탱크 내에서 지속적으로 기화하게 된다. 저장탱크 내부에서 기화된 액화가스를 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)라고 한다.
증발가스의 발생으로 인하여 저장탱크의 압력이 설정된 압력 이상이 되면, 증발가스는 저장탱크의 외부로 배출되어 선박의 연료로 사용되거나 재액화되어 다시 저장탱크로 돌려보내진다.
증발가스 중 에탄, 에틸렌 등을 주성분으로 포함하는 비등점이 낮은 증발가스(이하, '에탄 증발가스'라고 한다.)를 재액화시키기 위해서는 에탄 증발가스를 대략 -100℃ 이하로 냉각시켜야 하므로, 대략 -25℃의 액화점을 가지는 액화석유가스 증발가스를 재액화시키는 경우보다 냉열이 추가적으로 더 필요하다. 따라서, 추가적인 냉열을 공급하기 위한 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클(Cycle)을 액화석유가스 재액화 공정에 추가하여 에탄 재액화 공정으로 사용하고 있다. 냉열 공급 사이클로는 일반적으로 프로판 냉동사이클이 이용된다.
한편, 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 압축시킨 후, 압축 증발가스의 일부를 팽창시켜, 팽창시키지 않은 압축 증발가스의 냉매로 활용함으로써 증발가스를 재액화시키는 방법 또한 제안된 바 있으나, 비등점이 낮은 에탄 증발가스의 경우에는 프로판 냉동사이클과 같이 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클이 동반되지 않는 한 증발가스의 재액화가 이루어지지 않았다.
그러나 액화가스 저장탱크가 탑재된 선박에, 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스, 특히 비등점이 낮은 에탄 증발가스를 재액화시키기 위하여 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클을 추가하게 되면, 추가 사이클에 필요한 장치를 설치하기 위한 공간과 설치 비용(CAPEX) 및 에너지 소모 등 운영 비용(OPEX)이 매우 커진다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클을 추가하지 않고도 비등점이 낮은 액화가스에서 발생하는 증발가스를 재액화시킬 수 있는 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 설치된 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위한 재액화 장치에 있어서, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축하는 압축기; 및 상기 압축기에 의해 압축된 압축 증발가스와 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 열교환기;를 포함하며, 상기 열교환기를 통과한 증발가스를 제1 흐름 및 제2 흐름을 포함하는 적어도 두 개의 흐름으로 분기시키고, 상기 분기된 제1 흐름을 팽창시키는 제1 팽창수단; 상기 팽창수단에 의해 팽창된 제1 흐름을 냉매로 하여 상기 제1 흐름이 분기되고 남은 제2 흐름을 냉각시키는 제1 중간 냉각기; 및 상기 제1 중간 냉각기를 통과한 제2 흐름을 수용하는 리시버;를 더 포함하고, 상기 리시버에 의해 상기 압축기 후단 압력이 제어되는 것을 특징으로 하는, 선박용 증발가스 재액화 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 리시버로부터 유체를 배출시켜 상기 리시버의 압력을 조절하는 압력 제어라인;을 더 포함하여, 상기 압력 제어라인을 통해 배출된 유체는 상기 액화가스 저장탱크로 회수되거나 배출될 수 있다.
바람직하게는, 상기 리시버로부터 유체를 배출시켜 상기 리시버의 레벨을 제어하는 레벨 제어라인;을 더 포함하여, 상기 레벨 제어라인을 통해 배출된 유체의 적어도 일부는 상기 액화가스 저장탱크로 회수될 수 있다.
바람직하게는, 상기 레벨 제어라인 상에 마련되며, 상기 레벨 제어라인을 따라 상기 액화가스 저장탱크로 회수되는 유체를 팽창시키는 제3 팽창수단;을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축기 후단 압력은 40 내지 100bara일 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축기에서 압축된 증발가스의 온도는 80 내지 130℃일 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축기 후단에 마련되며, 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각시키는 애프터 쿨러;를 더 포함하고, 상기 애프터 쿨러에서 냉각된 증발가스의 온도는 12 내지 45℃일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 팽창수단에서 팽창된 증발가스는 4 내지 15bara일 수 있다.
바람직하게는, 상기 레벨 제어라인 상에 마련되며, 상기 리시버로부터 배출된 증발가스를 제3 흐름 및 제4 흐름을 포함하는 적어도 두 개의 흐름으로 분기시키고, 상기 분기된 제3 흐름을 팽창시키는 제2 팽창수단; 및 상기 제2 팽창수단에 의해 팽창된 제3 흐름을 냉매로 하여 상기 제3 흐름이 분기되고 남은 제4 흐름을 냉각시키는 제2 중간 냉각기;를 포함하여, 상기 제2 중간 냉각기를 통과한 제4 흐름은 상기 액화가스 저장탱크로 회수되고, 상기 제2 중간 냉각기를 통과한 제3 흐름은 상기 압축기로 공급될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 팽창수단에서 팽창된 증발가스는 2 내지 5bara일 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축기는 다수의 압축부를 포함하는 다단압축기이며, 상기 제1 중간 냉각기를 통과한 제1 흐름 및 상기 제2 중간 냉각기를 통과한 제3 흐름은 상기 다수의 압축부 중 어느 하나의 압축부 후단으로 각각 공급될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박에 설치된 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위한 재액화 방법에 있어서, 상기 액화가스로부터 발생한 증발가스를 압축기에서 압축시키고, 상기 압축 증발가스를 상기 액화가스로부터 발생한 증발가스로 냉각시키고, 상기 냉각 증발가스를 제1 흐름 및 제2 흐름으로 분기시켜 제1 흐름을 팽창시키고, 상기 팽창 증발가스로 상기 제2 흐름을 냉각시키고, 상기 냉각된 제2 흐름을 리시버로 공급하고, 상기 리시버의 압력을 제어하여 상기 압축기의 후단 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는, 선박용 증발가스 재액화 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 리시버로부터 유체를 배출시켜 저장탱크로 공급하되, 상기 리시버로부터 배출시키는 기체의 흐름을 제어하여 상기 리시버의 내압 또는 상기 압축기의 후단 압력이 설정값을 유지하도록 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축기 후단 압력 설정값은 40 내지 100bara일 수 있다.
바람직하게는, 상기 리시버로부터 액체를 배출시켜 제3 흐름 및 제4 흐름으로 분기시키고, 상기 분기된 제3 흐름을 팽창시켜 상기 제4 흐름을 냉각시키고, 상기 냉각된 제4 흐름을 상기 저장탱크로 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 냉각된 제4 흐름은 팽창시켜 상기 저장탱크로 공급하고, 상기 리시버의 레벨을 측정하여 상기 냉각된 제4 흐름의 팽창 정도를 조절할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 흐름은 4 내지 15bara로 팽창시키고, 상기 제3 흐름은 2 내지 5bara로 팽창시키며, 상기 팽창시킨 제1 흐름 및 팽창시킨 제3 흐름은, 상기 제2 흐름 및 제4 흐름을 냉각시킨 후 상기 압축기로 공급하되, 상기 제3 흐름은 상기 제1 흐름보다 하류에 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축기에서 압축시킨 압축 증발가스는 상기 액화가스로부터 발생한 증발가스와 열교환시키기 전에, 12 내지 45℃로 냉각시킬 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 에탄, 프로판, 부탄을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 액화가스로부터 자연기화한 증발가스를 액화시키는 방법에 있어서, 상기 증발가스를 압축시키고, 압축시킨 증발가스와 압축시키기 전의 증발가스를 열교환시킨 후, 압축시킨 증발가스의 적어도 일부를 팽창시켜 팽창 증발가스와 팽창시키지 않은 나머지 증발가스와의 열교환을 적어도 1회 이상 실시하여 상기 증발가스를 전량 재액화시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 재액화된 증발가스를 압력 용기에 저장하여 상기 압력 용기의 내압을 제어함으로써, 상기 압축 증발가스가 재액화되어 상기 압력 용기에 저장될 때까지의 압력을 설정값으로 유지시킬 수 있다.
본 발명의 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법에 의하면, 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클을 설치할 필요가 없으므로 설치 비용을 절감할 수 있고, 에탄 등의 증발가스를 자가열교환시키는 방법으로 재액화시키므로, 추가적인 냉열 공급 사이클 없이도 종래의 재액화 장치와 동등한 재액화 효율을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법에 의하면, 냉열 공급 사이클을 설치할 필요가 없어, 설치해야 하는 장비 수가 감소하고, 특히 냉열 공급 사이클의 압축기를 삭제할 수 있으므로 냉열 공급 사이클의 구동에 소요되는 전력을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법에 의하면, 리시버를 마련하여 다단압축기 후단의 압력을 제어할 수 있으므로 최적의 성능계수(COP; Coefficient Of Performance)를 달성함으로써 냉동효과가 향상된 재액화 장치를 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 증발가스의 압력에 따른 재액화 장치의 COP를 도시한 선도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제6 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법은 액화천연가스 화물창이 설치되는 선박 및 육상에서 다양하게 응용되어 적용될 수 있다. 특히 저온 액체화물 또는 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박과 해양 구조물, 즉 액화가스 운반선, 액화에탄가스(LEG; Liquefied Ethane Gas) 운반선, LNG RV와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 구조물에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 설명에서 '흐름'이라는 용어는 라인을 따라 흐르는 유체, 즉 증발가스를 의미하며 각 라인에서 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기액 혼합 상태, 기체 상태, 초임계 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있다.
또한, 후술할 선박에 탑재된 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는, 1기압에서 -110℃ 이상의 비등점을 가질 수 있다. 또한, 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는, 액화에탄가스(LEG) 또는 액화석유가스(LPG)일 수 있다. 또한, 액화가스 또는 액화가스로부터 발생하는 증발가스는 메탄, 에탄, 에틸렌, 프로필렌, 중탄화수소 등을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상의 성분을 포함할 수도 있다.
또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 선박에 설치된 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위한 것으로, 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스를 압축시키는 압축기(20), 압축기(20)에 의해 압축된 압축 증발가스와 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 열교환기(30)를 포함한다.
본 실시예의 저장탱크(10)는 증발가스의 발생으로 인하여 저장탱크(10)의 압력이 설정된 안전압력 이상이 되면, 안전밸브(미도시)를 통하여 저장탱크(10)의 외부로 증발가스가 배출된다. 저장탱크(10) 외부로 배출된 증발가스는 본 실시예의 재액화 장치에 의해 재액화되어 다시 저장탱크(10)로 돌려보내진다.
본 실시예의 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스는 선박 내 엔진 등의 연료로는 사용되지 않고, 본 실시예에 따른 재액화 장치에 의해 전량이 액화되며, 전부가 액체상태로 또는 적어도 일부의 기체상태를 포함하여 전량 저장탱크(10)로 회수되거나 적어도 일부는 재액화 장치를 순환할 수 있다.
본 실시예의 압축기(20)는 다수개의 압축부(20a, 20b, 20c, 20d)를 포함하여 증발가스를 다단(multistage)으로 압축시키는 다단 압축기(20)일 수 있으며, 본 명세서에서는 다단 압축기(20)가 도 1에 도시한 바와 같이 제1 압축부(20a), 제2 압축부(20b), 제3 압축부(20c) 및 제4 압축부(20d)를 포함하는 4단 압축기(20)로 마련되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
본 실시예의 다단 압축기(20)는, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 본 실시예에서는 네 개의 압축부(20a, 20b, 20c, 20d)를 포함하여, 네 단계의 압축과정을 거치는 것을 예를 들어 설명하였으나, 압축기의 개수가 한정되는 것은 아니다.
다단 압축기(20)에는 다수개의 압축부와 압축부 사이에 압축부를 통과하면서 압력뿐만 아니라 온도가 올라간 증발가스의 온도를 낮추는 다수개의 냉각기(21a, 21b, 21c)가 마련된다. 예를 들어 제1 압축부(20a)와 제2 압축부(20b) 사이에는 제1 압축부(20a)를 통과하면서 압력뿐만 아니라 온도가 올라간 증발가스의 온도를 낮추는 제1 냉각기(21a)가 마련된다.
또한, 다단 압축기(20)의 최후단 압축부, 예를 들어 본 실시예의 제4 압축부(20d) 후단에는 다단 압축기(20)에서 압축되어 열교환기(30)로 공급되는 증발가스의 온도를 조절하는 애프터 쿨러(21d)가 마련된다
본 실시예에서, 다단 압축기(20)의 최후단 압축부, 즉 제4 압축부(20d)에서 압축되어 배출된 증발가스의 압력은 40 내지 100bara일 수 있으며, 온도는 80 내지 130℃일 수 있다.
예를 들어, 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스가 다단 압축기(20)의 각 압축부(20a, 20b, 20c, 20d)로 공급되는 흡입압력 및 온도와 각 압축부(20a, 20b, 20c, 20d)에서 압축되어 배출되는 배출압력 및 온도는 아래 표 1에 기재된 바와 같다.
Stage No. 흡입 배출
압력(bara) 온도(℃) 압력(bara) 온도(℃)
제1 압축부(20a) 0.96 36.17 3.00 123.30
제2 압축부(20a) 2.76 40.00 9.49 123.60
제3 압축부(20a) 9.02 40.00 27.00 113.50
제4 압축부(20a) 26.19 40.00 83.51 121.50
즉, 저장탱크(10)에서 발생한 약 0.96bara, 약 36.17℃의 증발가스가 제1 압축부(20a)로 공급되면, 증발가스는 제1 압축부(20a)에서 약 3.00bara로 압축되고, 압축과정에서 약 123.30℃로 온도가 상승한다. 이 증발가스는 제1 압축부(20a) 후단의 제1 냉각기(21a)에서 약 40℃로 냉각되고, 냉각과정에서 압력이 소폭 감소한 약 2.76bar, 약 40℃의 증발가스가 제2 압축부(20b)로 공급된다. 이 과정을 반복하여, 최후단인 제4 압축부(20a)에서 배출되는 증발가스는 약 83.51bara, 약 121.50℃일 수 있으며, 이 증발가스가 열교환기(30)로 공급되는데, 열교환기(30)로 공급되기 전에 애프터 쿨러(21d)에서 더 냉각될 수 있다. 애프터 쿨러(21d)에서 냉각되어 열교환기(30)로 공급되는 증발가스의 온도는 12 내지 45℃일 수 있다.
본 실시예의 열교환기(30)는, 다수개의 압축부(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스(이하, 'a 흐름'이라 함.)를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다. 즉, 다수개의 압축부(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축되어 압력이 높아진 증발가스는, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 이용하여 열교환기(30)에서 온도가 낮아진다.
또한, 저장탱크(10)로부터 배출된 저온의 증발가스는 열교환기(30)에서 a 흐름의 온도를 낮춤으로써 가열되어 다수개의 압축부(20a, 20b, 20c, 20d)로 도입된다. 증발가스의 물성에 따라 달라질 수는 있으나, 열교환기(30)를 통과하면서 a 흐름의 적어도 일부 또는 전부가 액화될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스가 열교환기(30)에서 압축 증발가스에 의해 가열된 후 압축기(20)로 도입되므로 다수개의 압축부(20a, 20b, 20c, 20d)를 포함하는 다단 압축기(20)는 극저온의 액화가스로부터 발생하는 저온의 증발가스를 압축시킬 수 있는 극저온용 압축기로 마련하지 않아도 되며, 저온의 증발가스에 의해 압축기가 손상되는 일 또한 방지할 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 다단 압축기(20)를 통과하여 열교환기(30)에서 열교환 후 냉각되어 배출되는 a 흐름을 제1 흐름(a1) 및 제2 흐름(a2)을 포함하는 두 개 이상의 흐름으로 분기시키고, 분기된 제1 흐름(a1)을 팽창시키는 제1 팽창수단(71); 제1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 제1 흐름(a1)을 냉매로 하여 제1 흐름이 분기되고 남은 나머지 제2 흐름(a2)을 냉각시키는 제1 중간 냉각기(41);를 포함하며, 제1 중간 냉각기(41)에서 제1 흐름(a1)에 의해 냉각된 제2 흐름(a2)은 저장탱크(10)로 회수되고, 제1 중간 냉각기(41)에서 제2 흐름(a2)을 냉각시키고 배출되는 제1 흐름(a1)은 다단 압축기(20)의 중간단, 즉 다수개의 압축부(20a, 20b, 20c, 20d) 중 어느 하나의 압축부 하류로 공급되어 저장탱크(10)로부터 발생하고 다단 압축기(20)에서 압축되는 증발가스 스트림에 합류된다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에서 저장탱크(10)로부터 배출되어 열교환기(30), 다단 압축기(20) 및 제1 중간 냉각기(41)를 통과하면서, 다단 압축기(20)에서 압축된 압축 증발가스 즉, a 흐름과, 상술한 제1 흐름(a1)을 분기시키고 제1 중간 냉각기(41)에서 팽창된 제1 흐름(a1)에 의해 냉각되는 제2 흐름(a2) 및 제1 중간 냉각기(41)를 통과하면서 냉각, 과냉각 또는 적어도 일부 또는 전부가 액화되어 다시 저장탱크(10)로 회수되는 증발가스의 유로를 재액화 라인이라 하기로 하며, 도 1에서는 재액화 라인을 실선으로 표시하였다.
본 실시예에서, 열교환기(30)에서 열교환 후 냉각되어 배출되는 a 흐름으로부터 분기된 제1 흐름을 팽창시키는 제1 팽창수단(71)이 마련되고, 제1 흐름(a1)의 경로를 제공하는 제1 바이패스 라인(a1)이 재액화 라인으로부터 분기된다.
제1 팽창수단(71)은 열교환기(30)에서 냉각된 a 흐름으로부터 분기된 제1 흐름(a1)을 팽창시키고, 제1 팽창수단(71)에서 팽창에 의해 온도가 낮아진 제1 흐름(a1)이 제1 중간 냉각기(41)의 냉매로 활용된다. 본 실시예에서 제1 흐름(a1)은 약 40 내지 100bara, 약 12 내지 45℃의 조건으로 제1 팽창수단(71)으로 공급되며 제1 팽창수단(71)에 의해 4 내지 15bara로 팽창되면서 온도가 낮아져 제1 중간 냉각기(41)에서 재액화 라인을 따라 약 40 내지 100bara, 약 12 내지 45℃의 조건으로 공급되는 제2 흐름(a2)을 냉각 또는 과냉각시키거나 또는 제2 흐름(a2)의 적어도 일부를 액화시킨다.
제1 흐름(a1)을 분기시키고 재액화 라인을 따라 제1 중간 냉각기(41)로 공급되는 제2 흐름(a2)은 제1 중간 냉각기(41)에서 제1 팽창수단(71)을 통과한 제1 흐름(a1)에 의해 과냉각되고, 적어도 일부는 액화될 수 있다. 증발가스의 물성에 따라 다르지만, 본 실시예에 따르면, 제1 중간 냉각기(41)에서 재액화 라인을 따라 공급되는 유체는 전량이 액화되거나 과냉각될 수 있다.
제1 중간 냉각기(41)에서 제2 흐름(a2)을 냉각시킨 후 배출되는 제1 흐름(a1)은 도 1에 도시한 바와 같이, 다단 압축기(20)의 중간단으로 공급되는데, 제1 중간 냉각기(41)을 통과한 제1 흐름(a1)은 다단 압축기(20)의 다수개의 압축부(20a, 20b, 20c, 20d)의 하류 중, 제1 중간 냉각기(41)을 통과한 제1 흐름(a1)의 압력과 가장 유사한 압력 범위에 해당되는 압축부의 하류로 공급되어 다단 압축기(20)에서 압축되는 증발가스 스트림, 즉 재액화 라인에 합류된다. 본 실시예에서 제1 중간 냉각기(41)를 통과한 제1 흐름(a1)이 제2 압축부(20b) 하류에 합류되도록 도시하였으나 이에 한정하는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 재액화 라인에 마련되며 제1 중간 냉각기(41)를 통과한 제2 흐름(a2)을 더 냉각시키는 제2 중간 냉각기(42) 및 제2 팽창 수단(72)을 더 포함할 수 있으며, 후술할 리시버(90)는 제1 중간 냉각기(41)와 제2 중간 냉각기(42) 사이에 마련되어, 제1 중간 냉각기(41)를 통과한 제2 흐름(a2)이 리시버(90) 및 제2 중간 냉각기(42)를 통과하여 저장탱크(10)로 회수될 수 있다.
본 실시예에서, 제1 중간 냉각기(41)를 통과한 제2 흐름(a2)을 제3 흐름(a3) 및 제4 흐름(a4)을 포함하는 적어도 두 개의 흐름으로 분기시키고, 제3 흐름(a3)은 팽창시키며, 팽창시킨 제3 흐름(a3)에 의해 제4 흐름(a4)을 과냉각시켜 저장탱크(10)로 회수한다.
제2 흐름(a2)으로부터 분기되는 제3 흐름(a3)의 유로를 제공하는 제2 바이패스 라인 상에는 제3 흐름(a3)을 팽창시키는 제2 팽창 수단(72)이 마련되며, 제2 팽창 수단(72)에서 팽창되어 온도가 낮아진 제3 흐름(a3)은 제2 중간 냉각기(42)로 공급되어, 재액화 라인을 따라 제2 중간 냉각기(42)로 공급되는 제4 흐름(a4)과 열교환하면서 제4 흐름(a4)을 냉각시킨 후 다단 압축기(20)로 공급된다.
또한, 도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제1 중간 냉각기(41)에서 냉각된 제2 흐름(a2)을 수용하는 리시버(90);을 더 포함하고, 리시버(90)로부터 증발가스를 배출시켜 저장탱크(10)로 회수하는 압력 제어라인(PL); 및 레벨 제어라인(LL); 중 어느 하나 또는 모두가 마련될 수 있다.
제1 중간 냉각기(41)와 제1 팽창 수단(71)은 각각 하나씩 마련될 수도 있고, 하나 이상이 마련될 수도 있으며, 본 실시예에서는 제2 중간 냉각기(42)와 제2 팽창 수단(72)을 더 포함하여, 하나의 중간 냉각기와 하나의 팽창 수단을 한 세트로 하는 총 두 세트가 마련되는 것을 예로 들기로 하나, 그 개수에 한정되는 것은 아니다. 또한, 한 세트가 중간 냉각기와 팽창 수단을 각각 하나씩 포함하는 것으로 한정하지 않는다.
그러나 중간 냉각기가 하나 이상 마련되면, 즉 중간 냉각기와 팽창 수단을 각각 포함하는 세트가 두 세트 이상 마련되면, 후술할 리시버(90) 및 제1 중간 냉각기(41) 후단으로부터 저장탱크(10)까지 재액화 라인을 유동하는 유체 흐름으로부터 플래시 가스(Flash Gas)가 발생하는 것을 줄일 수 있어 재액화 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서 리시버(90)는 제1 중간 냉각기(41)와 제2 중간 냉각기(42) 사이에 마련되어 제1 중간 냉각기(41)를 통과하고 재액화 라인을 따라 흐르는 제2 흐름(a2)을 수용하여, 레벨 제어라인(LL)을 따라 리시버(90)로부터 배출되는 유체가 제3 흐름(a3) 및 제4 흐름(a4)으로 분기되고, 제2 중간 냉각기(42)에서 팽창된 제3 흐름(a3)과 제3 흐름(a3)이 분기되고 남은 제4 흐름(a4)이 열교환하여, 냉각된 제4 흐름(a4)이 저장탱크(10)로 회수된다.
본 실시예에서, 레벨 제어라인(LL)을 따라 흐르는 유체는 액체 상태 또는 과냉각 유체일 수 있다.
이와 같이, 리시버(90)는 중간 냉각기와 팽창 수단을 한 세트로 하여 다수 개의 세트가 마련되는 경우, 리시버 전단의 세트와 리시버 후단의 세트 사이에 마련되어, 전단의 세트로부터 재액화 라인을 따라 배출되는 유체를 수용하고, 리시버(90)의 레벨 제어라인(LL)을 따라 배출되는 유체를 저장탱크(10)로 공급할 수 있는데, 레벨 제어라인(LL)을 따라 저장탱크(10)로 공급되는 유체는, 리시버(90)의 후단의 세트에서 과냉각될 수 있다.
유체의 냉각 시스템의 효율은, 냉동효과와 압축일의 비를 나타내는 성능계수(COP; Coefficient Of Performance)로 나타내며, 성능계수는 냉동효과를 크게 하거나 압축일을 작게 할수록 향상된다.
따라서, 도 2에 도시한 선도를 참조하면, 본 실시예에 따른 재액화 장치의 성능계수(도 2의 Y축)는 재액화 장치를 흐르는 유체의 압력(도 2의 X축)에 따라 달라지며 성능계수가 최적의 값을 갖는 압력 범위가 존재하게 되는데, 따라서, 본 실시예에서는 다단 압축기(20) 후단으로부터 제1 중간 냉각기(41) 및 리시버(90)로 연결되는 라인을 흐르는 유체가 성능계수가 최적의 값을 갖는 압력을 유지하도록 제어함으로써 재액화 효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 리시버(90)는 제1 중간 냉각기(41)를 통과하여 저장탱크(10)로 회수되는 제2 흐름(a2)을 제어할 수 있도록 하는 수단으로써, 리시버(90)의 압력을 제어함으로써 다단 압축기(10) 후단 압력을 제어할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 리시버(90)에는 리시버(90)의 내압을 조절하는 압력 제어라인(PL)과 리시버(90)의 레벨(수위)을 조절하는 레벨 제어라인(LL)이 연결될 수 있는데, 리시버(90)의 내압을 조절하기 위하여 리시버(90)로부터 압력 제어라인(PL)을 통해 배출되는 유체는 저장탱크(10)로 공급되고, 리시버(90)의 레벨을 조절하기 위하여 리시버(90)로부터 레벨 제어라인(LL)을 통해 배출되는 유체는 상술한 바와 같이, 제2 중간 냉각기(42)에서 열교환한 후 제3 흐름(a3)은 다단 압축기(20)로, 제4 흐름(a4)은 저장탱크(10)로 공급될 수 있다.
본 실시예에서는 압력 제어라인(PL)을 통해 배출되는 유체가 저장탱크(10)로 회수되는 것을 예로 들어 설명하기로 하나, 이에 한정하는 것은 아니고, 리시버(90)로부터 배출되어 시스템 외부로 배출될 수도 있고, 또는 시스템 내를 순환할 수도 있다.
제1 중간 냉각기(41)를 통과한 제2 흐름은, 액체 상태 또는 배관을 따라 흐르며 일부가 기화된 기액 혼합상태일 수 있으며, 즉, 리시버(90)의 압력 제어라인(PL)을 따라 배출되는 유체는 기체 상태일 수 있고, 리시버(90)의 레벨 제어라인(LL)을 따라 배출되는 유체는 액체 상태일 수 있으며, 리시버(90)의 압력 제어라인(PL) 및 레벨 제어라인(LL)에 의해 리시버(90)의 내압 및 레벨이 설정값을 유지할 수 있도록 제어할 수 있다.
리시버(90)의 레벨 제어라인(LL)을 통해 배출된 유체는 제3 흐름(a3) 및 제4 흐름(a4)으로 분기되어 제2 중간 냉각기(42)로 공급되고, 분기되어 팽창된 제3 흐름(a3)과 제3 흐름(a3)을 분기시키고 남은 나머지 제4 흐름(a4)이 제2 중간 냉각기(42)에서 열교환되며, 제2 중간 냉각기(42)에서 제4 흐름(a4)을 냉각시킨 후 배출되는 제3 흐름(a3)은 다단 압축기(20)로 공급된다.
제3 흐름(a3)은 제2 팽창 수단(72)에서 약 2 내지 5bara로 팽창되고, 팽창에 의해 온도가 낮아진 채로 제2 중간 냉각기(42)로 공급되며, 재액화 라인을 따라 제2 중간 냉각기(42)로 공급된 제4 흐름(a4)을 과냉각시킨다.
제2 중간 냉각기(42)에서 제4 흐름(a4)을 냉각시킨 후 배출되는 제3 흐름(a3)은 도 1에 도시한 바와 같이, 다단 압축기(20)의 중간단으로 공급되는데, 제2 중간 냉각기(42)를 통과한 제3 흐름(a3)은 다단 압축기(20)의 다수개의 압축부(20a, 20b, 20c, 20d)의 하류 중, 제2 중간 냉각기(42)을 통과한 제3 흐름(a3)의 압력과 가장 유사한 압력 범위에 해당되는 압축부의 하류로 공급되어 다단 압축기(20)에서 압축되는 증발가스 스트림, 즉 재액화 라인에 합류된다. 본 실시예에서 제2 중간 냉각기(42)를 통과한 제3 흐름(a3)은 제1 압축부(20a) 하류에 합류되도록 도시하였으나 이에 한정하는 것은 아니다.
단, 제2 중간 냉각기(42)로부터 배출되는 제3 흐름(a3)은 제1 중간 냉각기(41)에서 배출되는 제1 흐름(a1)이 공급되는 압축부보다 더 전단의 압축부 하류로 공급된다.
제2 중간 냉각기(42)에서 열교환 후 배출되는 제4 흐름(a4)은 도 1에 도시한 바와 같이, 재액화 라인을 통해 저장탱크(10)로 회수되는데, 제2 중간 냉각기(42) 후단에는 제2 중간 냉각기(42)를 통과한 제4 흐름(a4)을 팽창시키는 제3 팽창 수단(73)이 더 마련될 수 있으며, 제3 팽창 수단(73)을 통과한 유체는 팽창에 의해 압력 및 온도가 낮아진 채로 저장탱크(10)로 공급된다.
또한, 본 실시예에서 압력 제어라인(PL)은 리시버(90)로부터 배출되는 유체를 저장탱크(10)로 공급하는데, 특히, 압력 제어라인(PL)을 통해 저장탱크(10)로 회수되는 증발가스는 기체 상태이거나 초임계 상태일 수 있고, 압력 제어라인(PL)에는 압력 제어라인(PL)의 개폐 또는 개도량을 조절하는 압력 제어밸브(91)가 마련된다.
상술한 압력 제어밸브(91)와 제3 팽창 수단(73)은 도시하지 않은 제어부에 의해 제어될 수 있으며, 이하, 도 1을 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에서 다단 압축기(20) 후단 압력의 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
재액화 라인을 따라 제1 중간 냉각기(41)에서 냉각되어 배출되는 제2 흐름(a2)은 저장탱크(10)로 회수되기 전에 리시버(90)로 수용된다. 제2 흐름(a2)은 유체의 비등점 등 물성에 따라 다르지만 과냉각된 기체 상태, 액체 상태, 기액 혼합상태 또는 초임계 상태일 수 있는데, 리시버(90)로 수용되면, 리시버(90) 내에서 제2 흐름(a2)으로부터 플래시 가스(flash gas)가 발생할 수 있으며, 제2 흐름(a2)의 기체 성분 및 플래시 가스는 리시버(90)의 내압을 상승시키는 요인이 된다.
본 실시예에서 리시버(90)는 압력용기(vessel)로써, 리시버(90)의 내압이 설정 압력 이상으로 상승하게 되면, 리시버(90) 내부의 유체, 상술한 기체 성분 및 플래시 가스를 외부로 배출시키도록 마련되며, 압력 제어라인(PL)을 따라 배출되어 저장탱크(91)로 회수된다. 압력 제어라인(PL)은 도 1에 도시한 바와 같이 리시버(90)의 상부로부터 연결될 수 있다.
즉, 본 실시예에서 제어부는 리시버(90)의 내압을 측정하여 설정값 이상인 경우 압력 제어라인(PL)의 압력 제어밸브(91)를 개방하고 압력 제어라인(PL)을 따라 유체가 배출되게 함으로써 다단 압축기(20) 후단으로부터 리시버(90) 전단 압력을 제어할 수 있으며, 압력 제어라인(PL)을 따라 흐르는 유체는 제1 중간 냉각기(41)를 통과하면서 과냉각된 유체이므로 저장탱크(10)로 공급하여도 저장탱크(10) 내부 온도를 낮출 수 있다.
예를 들어, 도시하지 않은 제어부는 리시버(90)의 내압이 설정값 이상인 경우, 압력 제어밸브(91)를 개방한다. 리시버(90)의 내압 설정값이 80bara인 경우, 리시버(90)의 내압이 80bara 미만이면, 압력 제어밸브(91)는 폐쇄되어 있도록 하고, 리시버(90) 내압이 80bara 이상이 되면 압력 제어밸브(91)를 개방하여 기체를 배출시키도록 한다. 압력 제어밸브(91)가 폐쇄되어 있으면, 다단 압축기(20) 후단으로부터 리시버(90)까지의 재액화 라인 역시 80bara 수준 내외 유지하게 되고, 리시버(90)의 내압이 80bara를 넘어가게 되면, 그만큼 리시버(90) 전단, 즉 다단 압축기(20)로부터 리시버(90)까지의 압력 또한 설정범위를 유지할 수 없게되므로, 압력 제어밸브(91)를 개방하여 다단 압축기(20) 후단으로부터 리시버(90)까지의 재액화 라인 압력이 설정 범위 수준을 유지하도록 하는 것이다.
이때 본 실시예에 따르면 압축기 후단의 압력 설정값은 40 내지 100bara일 수 있고, 보다 바람직하게는 80bara일 수 있다. 즉, 리시버(90)의 내압 설정값은 40 내지 100bara일 수 있고, 보다 바람직하게는 80bara일 수 있다.
본 실시예에서 리시버(90)로 공급되는 제2 흐름(a2)은 적어도 일부가 액화된 상태로 리시버(90)로 공급될 수 있고 또는 전량이 액체 상태로 공급될 수도 있으며, 리시버(90)로부터 배출되기 전에 플래시 가스로 일부가 기화될 수도 있다.
따라서, 리시버(90)의 내압을 설정값으로 유지시키기 위해서는 리시버(90)의 레벨 또한 제어할 필요가 있는데, 본 실시예에 따르면 상술한 레벨 제어라인(LL)을 이용하여 리시버(90)의 레벨을 제어함과 동시에, 재액화 장치의 액화 유량 또한 조절할 수 있다.
예를 들어, 도시하지 않은 제어부는 리시버(90)의 레벨을 측정하여, 레벨 측정값이 설정값 이상이면, 제3 팽창 수단(73)을 개방하여 리시버(90)로부터 액체가 레벨 제어라인(LL)을 따라 배출되도록 하고, 배출된 액체는 제2 중간 냉각기(42)에서 과냉각되어 제3 팽창 수단(73)에서 팽창에 의해 압력 및 온도가 낮아진 상태로 저장탱크(10)로 공급된다.
제어부는 제3 팽창 수단(73)의 개방 정도를 제어하여 본 실시예의 재액화 장치에서 레벨 제어라인(LL)을 따라 저장탱크(10)로 공급되는 재액화 증발가스의 전체 유량을 제어할 수도 있다. 즉, 본 실시예에서 제3 팽창 수단(73)은 리시버(90)의 레벨 제어 수단으로 활용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 제1 중간 냉각기(41)를 통과하면서 과냉각된 유체를 리시버(90)로 공급하고, 리시버(90)의 압력이나 리시버(90)의 레벨 또는 리시버(90)의 압력 및 레벨을 제어하면서, 리시버(90)로부터 기체 상태의 플래시 가스를 저장탱크(10)로 회수하는 유량 및 리시버(90)로부터 액체 상태의 과냉각 유체를 제2 중간 냉각기(42)에서 추가 냉각시키고 냉각된 유체의 팽창 정도를 조절함으로써 재액화 장치의 액화 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 열교환기(30)에 의해 제3 팽창수단(73)으로 공급되는 증발가스의 과냉각도를 높여 냉동효과를 크게할 수 있다.
또한, 열교환기(30)에 의해 압축 증발가스가 더 냉각된 후 제1 중간 냉각기(41) 및 제2 중간 냉각기(42)로 공급되므로, 제1 중간 냉각기(41) 및 제2 중간 냉각기(42)에서 증발가스를 냉각시키기 위해 필요한 냉매가 더 적게 필요하므로, 제1 및 제2 중간 냉각기(41, 42)로 공급할 냉매, 즉 팽창시킬 증발가스의 유량이 적어지므로, 재액화 라인으로부터 분기되어 팽창된 후 다단 압축기(20)로 공급되는 팽창 증발가스의 유량이 줄어들어 다단 압축기(20)의 압축일이 감소되며, 중간 냉각기(41, 42)에서의 액화량이 증가하므로 냉동효과를 크게할 수 있다.
본 발명과 같이, 별도의 냉매 사이클을 추가로 마련하지 않고, 중간 냉각기(41, 42)와 더불어 열교환기(30) 및 리시버(90)와 더불어 재액화 장치를 구성하고, 리시버(90)에 의해 다단 압축기(20)의 후단 압력을 약 40 내지 100bara로 제어하는 경우, 다단 압축기(20)에서 소요되는 동력은 약 499.7kW이고, 재액화 장치의 냉각 열량(cooling capacity)은 약 241.3kW이므로, 냉각 효율, 즉 COP는 약 0.48이 된다.
이와 비교하여, 동일한 액화가스로부터 발생하는 동일한 유량 및 물성 조건을 갖는 증발가스를 액화시킨다고 가정했을 때, 본 발명의 열교환기(30) 없이 종래와 같이 별도의 냉매 사이클을 추가로 마련하여 구성하는 경우, 다단 압축기(20)에서 소요되는 동력은 약 575.2kW이고, 재액화 장치의 냉각 열량은 약 240.3kW이므로, 냉각 효율, 즉 COP는 약 0.42에 불과하다. 즉, 본 발명은 종래 기술에 비해 더 적은 양의 동력으로 더 많은 양의 증발가스를 재액화시켜 저장탱크로 회수할 수 있다.
또한, 리시버(90)에 의해 다단 압축기(20)의 후단 압력을 최적의 COP를 낼 수 있는 압력으로 유지하도록 하고, 재액화 장치에서 액화되는 전체 액화 유량을 제어함으로써 최적의 COP를 유지하여 재액화 효율을 최대로 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 열교환기(30)에 의해 추가적인 냉매 사이클을 필요로 하지 않고도, 액화가스가 프로판인 경우, 프로판으로부터 발생한 증발가스는 다단 압축기(20)를 통과하면서 증발가스의 대부분이 액화되고, 액화가스가 에탄인 경우에는, 에탄으로부터 발생한 증발가스가 다단 압축기(20) 및 열교환기(30)를 통과하면서 증발가스의 대부분이 액화되며, 본 실시예와 같이 중간 냉각기가 제1 중간 냉각기(41) 및 제2 중간 냉각기(42)를 포함하여 2개 이상 마련되는 경우, 증발가스가 다단 압축기(20), 열교환기(30), 중간 냉각기(41, 42) 및 리시버(90)를 통과하면서 저장탱크(10)로 회수되는 재액화 과정 중에 발생하는 플래시 가스의 발생량을 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3에 도시된 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 도 1에 도시된 제1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 리시버, 압력 제어라인 및 레벨 제어라인을 마련하지 않는다 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치와 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스를 다단계로 압축시키는 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d); 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 다단계로 압축된 증발가스와 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 열교환기(30); 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스를 팽창시키는 제 1 팽창수단(71); 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 온도를 낮추는 제1 중간냉각기(41); 제1 중간냉각기(41)를 통과한 증발가스를 팽창시키는 제2 팽창수단(72); 제1 중간냉각기(41)를 통과한 증발가스의 온도를 낮추는 제2 중간냉각기(42); 제2 중간냉각기(42)를 통과한 증발가스를 팽창시키는 제3 팽창수단(73); 및 제3 팽창수단(73)을 지나면서 일부 재액화된 증발가스와 기체상태로 남은 증발가스를 분리하는 기액분리기(60);를 포함한다.
본 실시예의 저장탱크(10)는, 에탄, 에틸렌 등의 액화가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다. 본 실시예에서는 저장탱크(10)로부터 액화가스가 배출되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 엔진에 연료로 공급하기 위하여 액화가스를 저장하는 연료탱크로부터 액화가스가 배출될 수도 있다.
본 실시예의 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)는, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 본 실시예에서는 네 개의 압축기를 포함하여, 네 단계의 압축과정을 거치는 것을 예를 들어 설명하였으나, 압축기의 개수가 한정되는 것은 아니다.
네 개의 압축기를 포함하는 4단 압축기일 경우 압축기(20)는 직렬로 구비되어 증발가스를 차례로 압축하는 제1 압축부(20a), 제2 압축부(20b), 제3 압축부(20c), 및 제4 압축부(20d)를 포함할 수 있다. 제1 압축부(20a) 하류의 증발가스의 압력은 2 내지 5 bar, 예를 들어 3.5 bar일 수 있고, 제2 압축부(20b) 하류의 증발가스의 압력은 10 내지 15bar, 예를 들어 12 bar일 수 있다. 또한, 제3 압축부(20c) 하류의 증발가스의 압력은 25 내지 35 bar, 예를 들어 30.5 bar일 수 있고, 제4 압축부(20d) 하류의 증발가스의 압력은 75 내지 90 bar, 예를 들어 83.5 bar일 수 있다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 후단에는, 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 후 압력뿐만 아니라 온도가 올라간 증발가스의 온도를 낮추는 다수개의 냉각기(21a, 21b, 21c, 21d)가 각각 설치될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(30)는, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스(이하, 'a 흐름'이라 함.)를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다. 즉, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축되어 압력이 높아진 증발가스는, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 이용하여 열교환기(30)에서 온도가 낮아진다.
본 실시예의 제1 팽창수단(71)은, 열교환기(30)로부터 제1 중간냉각기(41)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부(이하, 'a1 흐름'이라 함.)를 팽창시킨다. 제1 팽창수단(71)은 팽창밸브 또는 팽창기일 수 있다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부(a1 흐름)는 제1 팽창수단(71)에 의해 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진다. 제1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스는 제1 중간냉각기(41)로 공급되어, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 다른 일부(이하, 'a2 흐름'이라 함.)의 온도를 낮추는 냉매로 사용된다.
본 실시예의 제1 중간냉각기(41)는, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부(a2 흐름)를, 제1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스(a1 흐름)와 열교환시켜, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스(a2 흐름)의 온도를 낮춘다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 후 제1 중간냉각기(41)에 의해 온도가 낮아진 증발가스(a2 흐름)는 제2 팽창수단(72) 및 제2 중간냉각기(42)로 보내지고, 제1 팽창수단(71)를 통과하여 제1 중간냉각기(41)로 보내진 증발가스(a1 흐름)는, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 중 어느 하나의 압축기(20b)의 후단으로 보내지게 된다.
본 실시예의 제2 팽창수단(72)은, 제1 중간냉각기(41)로부터 제2 중간냉각기(42)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 열교환기(30) 및 제1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부(a21 흐름)를 팽창시킨다. 제2 팽창수단(72)은 팽창밸브 또는 팽창기일 수 있다.
열교환기(30) 및 제1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스(a2 흐름)의 일부(a21 흐름)는, 제2 팽창수단(72)에 의해 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진다. 제2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스(a21 흐름)는 제2 중간냉각기(42)로 공급되어, 열교환기(30) 및 제1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 다른 일부의 증발가스(a22 흐름)의 온도를 낮추는 냉매로 사용된다.
본 실시예의 제2 중간냉각기(42)는, 열교환기(30) 및 제1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스를, 제2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스(a21 흐름)와 열교환시켜, 열교환기(30) 및 제1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스(a22 흐름)의 온도를 더 낮춘다.
열교환기(30), 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)에 의해 온도가 낮아진 증발가스는, 제3 팽창수단(73)을 지나 기액분리기(60)로 보내지고, 제2 팽창수단(72)을 지나 제2 중간냉각기(42)로 보내진 증발가스는, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 중 어느 하나의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 후단으로 보내지게 된다.
제1 중간냉각기(41)에서는, 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스에 의해 열교환기(30)에서 1차로 냉각된 증발가스의 온도를 낮추면 되나, 제2 중간냉각기(42)에서는, 열교환기(30)에서 1차로 냉각된 후 제1 중간냉각기(41)에서 2차로 냉각된 증발가스의 온도를 낮추어야 하므로, 제2 중간냉각기(42)에 냉매로 공급되는 증발가스(a21 흐름)는, 제1 중간냉각기(41)에 냉매로 공급되는 증발가스(a1 흐름)보다, 온도가 더 낮아야 한다. 즉, 제1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스보다 제2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스는 더 많이 팽창된 상태가 되고, 제1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스보다 제2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스의 압력이 더 낮아지게 된다. 따라서, 제1 중간냉각기(41)로부터 배출되는 증발가스는, 제2 중간냉각기(42)로부터 배출되는 증발가스보다, 더 하류 쪽에 위치하는 압축기 후단으로 보내지게 된다. 제1 및 제2 중간냉각기(41, 42)로부터 배출되는 증발가스는, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 다단계의 압축 과정을 거치는 증발가스 중 유사한 압력의 증발가스와 각각 통합되어 압축과정을 거치게 된다.
한편, 제1 팽창수단(71) 및 제2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스는, 각각 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 냉각시키기 위한 냉매로 사용되므로, 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 냉각시켜야 하는 정도에 따라, 제1 팽창수단(71) 및 제2 팽창수단(72)으로 보내지는 증발가스의 양을 조절할 수 있다. 즉, 다수기의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스는, 제1 팽창수단(71)과 제1 중간냉각기(41)로 나누어져 보내지게 되는데, 제1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
제1 중간냉각기(41)로부터 제2 중간냉각기(42)로 보내지는 증발가스도, 열교환기(30)로부터 제1 중간냉각기(41)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로, 제2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
본 실시예에서는 두 개의 중간냉각기(41, 42) 및 각 중간냉각기(41, 42) 전단에 설치되는 두 개의 팽창수단(71, 72)을 포함하는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 필요에 따라 중간냉각기 및 중간냉각기 전단에 설치되는 팽창수단의 개수는 변경될 수 있다. 또한, 본 실시예의 중간냉각기(41, 42)는 도 1에 도시된 바와 같은 선박용 중간냉각기를 사용할 수도 있고, 일반 열교환기를 사용할 수도 있다.
본 실시예의 제3 팽창수단(73)은, 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)를 통과한 증발가스를 대략 상압까지 팽창시킨다.
본 실시예의 기액분리기(60)는, 제3 팽창수단(73)을 통과하면서 일부 재액화된 증발가스와 액화되지 않고 기체상태로 남은 증발가스를 분리한다. 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는, 열교환기(30) 전단으로 보내져 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스와 함께 다시 재액화 과정을 거치게 되고, 기액분리기(60)에 의해 분리된 재액화된 증발가스는 저장탱크(10)로 돌려보내진다. 본 실시예의 증발가스가 연료탱크로부터 배출된 경우에는, 재액화된 증발가스는 연료탱크로 보내지게 된다.
도 3을 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 열교환기(30)를 통과한 후 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스의 압력은 대략 40bar 내지 100bar이며, 바람직하게는 대략 80bar이다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스는 기체와 액체의 구분이 없는 제3의 상태인 초임계 유체 상태가 된다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 증발가스는, 열교환기(30), 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)를 통과하여 제3 팽창수단(73)을 통과하기 전까지는, 압력이 대략 비슷하게 유지되므로 초임계 유체 상태로 유지된다. 단, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 증발가스는, 열교환기(30), 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)를 통과할 때마다 온도가 내려가고, 공정의 운용 방법에 따라 열교환기(30), 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)를 통과할 때마다 압력이 내려갈 수도 있으므로, 열교환기(30), 제1 중간냉각기(41) 및 제2 중간냉각기(42)를 통과하여 제3 팽창수단(73)을 통과하기 전까지 기액 혼합 상태일 수도 있고 액체 상태일 수도 있다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 증발가스는 다시 열교환기(30)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환 된다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 온도는 섭씨 -10 내지 35도일 수 있다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스(a 흐름)는 일부(a1 흐름)는 제1 팽창수단(71)으로 보내지고, 다른 일부(a2 흐름)는 제1 중간냉각기(41)로 보내진다. 제1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스(a1 흐름)는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제1 중간냉각기(41)로 보내지고, 열교환기(30)를 통과한 후 제1 중간냉각기(41)로 보내진 증발가스는, 제1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
열교환기(30)를 통과한 후 일부가 분기되어 제1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스(a1 흐름)는, 제1 팽창수단(71)에 의해 팽창되어 기액 혼합 상태가 될 수 있다. 제1 팽창수단(71)에 의해 팽창되어 기액 혼합 상태가 된 증발가스는, 제1 중간냉각기(41)에서 열교환된 후 기체 상태가 될 수 있다.
제1 중간냉각기(41)에서 제1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스(a2 흐름)는, 일부(a21 흐름)는 제2 팽창수단(72)으로 보내지고, 다른 일부(a22 흐름)는 제2 중간냉각기(42)로 보내진다. 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스(a21 흐름)는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제2 중간냉각기(42)로 보내지고, 제 1 중간냉각기(41)를 통과한 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내진 증발가스는, 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 1 중간냉각기(41)를 통과한 후 일부가 분기되어 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스(a21 흐름)는, 열교환기(30)를 통과한 후 일부가 분기되어 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스(a1 흐름)와 마찬가지로, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창되어 기액 혼합 상태가 될 수 있다. 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창되어 기액 혼합 상태가 된 증발가스는, 제 2 중간냉각기(42)에서 열교환된 후 기체 상태가 될 수 있다.
제 2 중간냉각기(42)에서 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스(a22 흐름)는, 제 3 팽창수단(73)에 의하여 온도가 대략 상압으로 낮아지며 일부가 재액화된다. 제 3 팽창수단(73)을 통과한 증발가스는 기액분리기(60)로 보내져, 재액화된 증발가스와 기체상태의 증발가스가 분리되고, 재액화된 증발가스는 저장탱크(10)로 보내지고, 기체상태의 증발가스는 열교환기(30) 전단으로 보내지게 된다.
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스(a1 흐름) 및 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스(a21 흐름)를 냉매로 이용하여, 자가열교환 방식으로 증발가스를 냉각시키므로, 별도의 냉열 공급 사이클 없이도 증발가스를 재액화시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 종래의 별도의 냉열 공급 사이클이 추가된 재액화 장치는, 1kW의 열을 회수하기 위하여 대략 2.4kW의 전력이 소모되는 반면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의하면, 1kW의 열을 회수하기 위하여 대략 1.7kW의 전력이 소모되어, 재액화 장치를 구동시키는데에 소모되는 에너지를 절감할 수 있음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4에 도시된 제3 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 도 3에 도시된 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기액분리기에 의해 분리된 재액화된 증발가스가, 기체상태의 증발가스와 함께 저장탱크로 보내진다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치와 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제3 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d); 열교환기(30); 제1 팽창수단(71); 제1 중간냉각기(41); 제2 팽창수단(72); 제2 중간냉각기(42); 제3 팽창수단(73); 및 기액분리기(60);를 포함한다.
본 실시예의 저장탱크(10)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 에탄, 에틸렌 등의 액화가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다.
본 실시예의 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 후단에는 다수개의 냉각기(21a, 21b, 21c, 21d)가 각각 설치될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(30)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다.
본 실시예의 제 1 팽창수단(71)은, 제2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 1 중간냉각기(41)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스를 열교환시켜, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 온도를 낮춘다.
본 실시예의 제 2 팽창수단(72)은, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 2 중간냉각기(42)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스를, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스와 열교환시켜, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 온도를 더 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 배출되는 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)로부터 배출되는 증발가스보다, 더 하류 쪽에 위치하는 압축기 후단으로 보내지게 된다.
또한, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 보내지는 증발가스도, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
본 실시예의 제 3 팽창수단(73)은, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41) 및 제 2 중간냉각기(42)를 통과한 증발가스를 대략 상압까지 팽창시킨다.
본 실시예의 기액분리기(60)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)을 통과하면서 일부 재액화된 증발가스와 액화되지 않고 기체상태로 남은 증발가스를 분리한다.
단, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는, 제 2 실시예와는 달리, 재액화된 증발가스와 함께 저장탱크(10)로 보내진다. 저장탱크(10)로 보내진 기체상태의 증발가스는, 저장탱크(10) 내부의 증발가스와 함께 열교환기(30)로 보내져 다시 재액화 과정을 거치게 된다.
도 4를 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)를 통과한 후 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 다시 열교환기(30)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환 된다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스는, 일부는 제 1 팽창수단(71)으로 보내지고, 다른 일부는 제 1 중간냉각기(41)로 보내진다. 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내지고, 열교환기(30)를 통과한 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내진 증발가스는, 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 1 중간냉각기(41)에서 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 일부는 제 2 팽창수단(72)으로 보내지고, 다른 일부는 제 2 중간냉각기(42)로 보내진다. 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내지고, 제 1 중간냉각기(41)를 통과한 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내진 증발가스는, 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 2 중간냉각기(42)에서 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)에 의하여 온도가 대략 상압으로 낮아지며 일부가 재액화된다. 제 3 팽창수단(73)을 통과한 증발가스는 기액분리기(60)로 보내져, 재액화된 증발가스와 기체상태의 증발가스가 분리된다.
단, 제2 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 액체상태의 증발가스는 모두 저장탱크(10)로 보내진다.
도 5은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 5에 도시된 제4 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 도 3에 도시된 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기체상태의 증발가스가 저장탱크로 보내진다는 점에서 차이점이 존재하며, 도 4에 도시된 제3 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기체상태의 증발가스가 재액화된 증발가스와 분리되어 별도로 저장탱크로 보내진다는 점에서 차이점이 존재한다. 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제2 실시예 및 제3 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치와 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d); 열교환기(30); 제 1 팽창수단(71); 제 1 중간냉각기(41); 제 2 팽창수단(72); 제 2 중간냉각기(42); 제 3 팽창수단(73); 및 기액분리기(60);를 포함한다.
본 실시예의 저장탱크(10)는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 에탄, 에틸렌 등의 액화가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다.
본 실시예의 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 후단에는 다수개의 냉각기(21a, 21b, 21c, 21d)가 각각 설치될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(30)는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다.
본 실시예의 제 1 팽창수단(71)은, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 1 중간냉각기(41)는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스를 열교환시켜, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 온도를 낮춘다.
본 실시예의 제 2 팽창수단(72)은, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 2 중간냉각기(42)는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스를, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스와 열교환시켜, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 온도를 더 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 배출되는 증발가스는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)로부터 배출되는 증발가스보다, 더 하류 쪽에 위치하는 압축기 후단으로 보내지게 된다.
또한, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 보내지는 증발가스도, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
본 실시예의 제 3 팽창수단(73)은, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41) 및 제 2 중간냉각기(42)를 통과한 증발가스를 대략 상압까지 팽창시킨다.
본 실시예의 기액분리기(60)는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)을 통과하면서 일부 재액화된 증발가스와 액화되지 않고 기체상태로 남은 증발가스를 분리한다.
단, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는, 제 2 실시예와는 달리, 저장탱크(10)로 보내지고, 제3 실시예와는 달리, 기체상태의 증발가스가 재액화된 증발가스와 함께 저장탱크(10)로 보내지는 것이 아니라, 재액화된 증발가스와 분리되어 별도로 저장탱크(10)로 보내진다.
도 5를 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)를 통과한 후 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 증발가스는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 다시 열교환기(30)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환 된다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스는, 일부는 제 1 팽창수단(71)으로 보내지고, 다른 일부는 제 1 중간냉각기(41)로 보내진다. 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내지고, 열교환기(30)를 통과한 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내진 증발가스는, 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 1 중간냉각기(41)에서 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 일부는 제 2 팽창수단(72)으로 보내지고, 다른 일부는 제 2 중간냉각기(42)로 보내진다. 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내지고, 제 1 중간냉각기(41)를 통과한 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내진 증발가스는, 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 2 중간냉각기(42)에서 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예 및 제3 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)에 의하여 온도가 대략 상압으로 낮아지며 일부가 재액화된다. 제 3 팽창수단(73)을 통과한 증발가스는 기액분리기(60)로 보내져, 재액화된 증발가스와 기체상태의 증발가스가 분리된다.
단, 제2 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 액체상태의 증발가스는 모두 저장탱크(10)로 보내지고, 제3 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 액체상태의 증발가스와 분리되어 별도로 저장탱크(10)로 보내진다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제5 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 6에 도시된 제5 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 도 3에 도시된 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기체상태의 증발가스가 저장탱크로 보내진다는 점에서 차이점이 존재하며, 도 5에 도시된 제4 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기체상태의 증발가스가 저장탱크 하부로 보내진다는 점에서 차이점이 존재한다. 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제2 실시예 및 제4 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치와 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d); 열교환기(30); 제 1 팽창수단(71); 제 1 중간냉각기(41); 제 2 팽창수단(72); 제 2 중간냉각기(42); 제 3 팽창수단(73); 및 기액분리기(60);를 포함한다.
본 실시예의 저장탱크(10)는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 에탄, 에틸렌 등의 액화가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다.
본 실시예의 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 후단에는 다수개의 냉각기(21a, 21b, 21c, 21d)가 각각 설치될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(30)는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다.
본 실시예의 제 1 팽창수단(71)은, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 1 중간냉각기(41)는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스를 열교환시켜, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 온도를 낮춘다.
본 실시예의 제 2 팽창수단(72)은, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 2 중간냉각기(42)는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스를, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스와 열교환시켜, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 온도를 더 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 배출되는 증발가스는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)로부터 배출되는 증발가스보다, 더 하류 쪽에 위치하는 압축기 후단으로 보내지게 된다.
또한, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 보내지는 증발가스도, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
본 실시예의 제 3 팽창수단(73)은, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41) 및 제 2 중간냉각기(42)를 통과한 증발가스를 대략 상압까지 팽창시킨다.
본 실시예의 기액분리기(60)는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)을 통과하면서 일부 재액화된 증발가스와 액화되지 않고 기체상태로 남은 증발가스를 분리한다.
단, 제2 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 액체상태의 증발가스는 모두 저장탱크(10)로 보내지고, 제4 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 저장탱크(10) 상부로 보내지는 것이 아니라, 액화천연가스가 채워져 있는 공간인 저장탱크(10) 하부로 보내진다.
기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스가 저장탱크(10)의 하부로 보내지면, 액화천연가스의 냉열에 의해 기체상태의 증발가스의 온도가 낮아지거나 증발가스의 일부가 액화될 수도 있으므로, 재액화 효율이 높아질 수 있다. 또한, 저장탱크(10) 내부의 액화천연가스는 수위가 높은 부분보다 수위가 낮은 부분의 온도가 더 낮으므로, 기체상태의 증발가스가 저장탱크(10)의 하부로 보내지는 경우에는, 저장탱크(10)의 최하부로 보내지는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)를 통과한 후 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 증발가스는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 다시 열교환기(30)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환 된다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스는, 일부는 제 1 팽창수단(71)으로 보내지고, 다른 일부는 제 1 중간냉각기(41)로 보내진다. 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내지고, 열교환기(30)를 통과한 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내진 증발가스는, 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 1 중간냉각기(41)에서 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 일부는 제 2 팽창수단(72)으로 보내지고, 다른 일부는 제 2 중간냉각기(42)로 보내진다. 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내지고, 제 1 중간냉각기(41)를 통과한 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내진 증발가스는, 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 2 중간냉각기(42)에서 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예 및 제4 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)에 의하여 온도가 대략 상압으로 낮아지며 일부가 재액화된다. 제 3 팽창수단(73)을 통과한 증발가스는 기액분리기(60)로 보내져, 재액화된 증발가스와 기체상태의 증발가스가 분리된다.
단, 제2 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 액체상태의 증발가스는 모두 저장탱크(10)로 보내지고, 제4 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 저장탱크(10) 상부로 보내지는 것이 아니라, 액화천연가스가 채워져있는 공간인 저장탱크(10) 하부로 보내진다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제6 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 7에 도시된 제6 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 도 3에 도시된 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기액분리기를 포함하지 않는다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제 2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치와 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제2 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d); 열교환기(30); 제 1 팽창수단(71); 제 1 중간냉각기(41); 제 2 팽창수단(72); 제 2 중간냉각기(42); 및 제 3 팽창수단(73);를 포함한다. 단, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제2 실시예와는 달리, 기액분리기(60)를 포함하지 않는다.
본 실시예의 저장탱크(10)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 에탄, 에틸렌 등의 액화가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다.
본 실시예의 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)의 후단에는 다수개의 냉각기(21a, 21b, 21c, 21d)가 각각 설치될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(30)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 증발가스를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다.
본 실시예의 제 1 팽창수단(71)은, 제2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 1 중간냉각기(41)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된 후 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 일부를, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스를 열교환시켜, 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스의 온도를 낮춘다.
본 실시예의 제 2 팽창수단(72)은, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 2 중간냉각기(42)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스를, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스와 열교환시켜, 열교환기(30) 및 제 1 중간냉각기(41)를 통과하며 냉각된 증발가스의 온도를 더 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 배출되는 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)로부터 배출되는 증발가스보다, 더 하류 쪽에 위치하는 압축기 후단으로 보내지게 된다.
또한, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제 1 중간냉각기(41)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
제 1 중간냉각기(41)로부터 제 2 중간냉각기(42)로 보내지는 증발가스도, 열교환기(30)로부터 제 1 중간냉각기(41)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제 2 중간냉각기(42)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
본 실시예의 제 3 팽창수단(73)은, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(41) 및 제 2 중간냉각기(42)를 통과한 증발가스를 대략 상압까지 팽창시킨다.
단, 본 실시예의 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는 기액분리기(60)를 포함하지 않으므로, 제 3 팽창수단(73)을 통과하며 일부 재액화된 증발가스와 기체상태로 남아있는 증발가스가, 혼합된 상태로 함께 저장탱크(10)로 보내진다.
상술한 제2 실시예 내지 제6 실시예에서와 같이, 기체상태의 증발가스가 열교환기(30) 전단으로 보내지지 않고 저장탱크(10)로 보내지는 경우에는, 저장탱크(10)가 가압탱크인 경우, 별도의 펌프의 작동 없이도 저장탱크(10) 내부의 압력에 의해 증발가스가 저장탱크(10)로부터 원활하게 배출될 수 있다는 장점이 있다.
도 7을 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(30)를 통과한 후 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)에 의해 압축된다.
다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d)를 통과한 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 다시 열교환기(30)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환 된다. 다수개의 압축기(20a, 20b, 20c, 20d) 및 열교환기(30)를 통과한 증발가스는, 일부는 제 1 팽창수단(71)으로 보내지고, 다른 일부는 제 1 중간냉각기(41)로 보내진다. 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내지고, 열교환기(30)를 통과한 후 제 1 중간냉각기(41)로 보내진 증발가스는, 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 1 중간냉각기(41)에서 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 일부는 제 2 팽창수단(72)으로 보내지고, 다른 일부는 제 2 중간냉각기(42)로 보내진다. 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내지고, 제 1 중간냉각기(41)를 통과한 후 제 2 중간냉각기(42)로 보내진 증발가스는, 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 2 중간냉각기(42)에서 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)에 의하여 온도가 대략 상압으로 낮아지며 일부가 재액화된다. 단, 제3 실시예와는 달리, 제3 팽창수단(73)을 통과한 증발가스는 기액 혼합 상태로 저장탱크(10)로 보내진다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
10 : 액화가스 저장탱크
20 : 다단 압축기
30 : 열교환기(Economizer)
41 : 제1 중간 냉각기
71 : 제1 팽창 수단
90 : 리시버(Receiver)
91 : 압력 제어밸브
73 : 제3 팽창 수단
PL : 압력 제어라인
LL : 레벨 제어라인

Claims (20)

  1. 선박에 설치된 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위한 재액화 장치에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축하는 압축기; 및
    상기 압축기에 의해 압축된 압축 증발가스와 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 열교환기;를 포함하며,
    상기 열교환기를 통과한 증발가스를 제1 흐름 및 제2 흐름을 포함하는 적어도 두 개의 흐름으로 분기시키고,
    상기 분기된 제1 흐름을 팽창시키는 제1 팽창수단;
    상기 팽창수단에 의해 팽창된 제1 흐름을 냉매로 하여 상기 제1 흐름이 분기되고 남은 제2 흐름을 냉각시키는 제1 중간 냉각기; 및
    상기 제1 중간 냉각기를 통과한 제2 흐름을 수용하는 리시버;를 더 포함하고,
    상기 리시버에 의해 상기 압축기 후단 압력이 제어되는 것을 특징으로 하는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 리시버로부터 유체를 배출시켜 상기 리시버의 압력을 조절하는 압력 제어라인;을 더 포함하여,
    상기 압력 제어라인을 통해 배출된 유체는 상기 액화가스 저장탱크로 회수되거나 배출되는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 리시버로부터 유체를 배출시켜 상기 리시버의 레벨을 제어하는 레벨 제어라인;을 더 포함하여,
    상기 레벨 제어라인을 통해 배출된 유체의 적어도 일부는 상기 액화가스 저장탱크로 회수되는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 레벨 제어라인 상에 마련되며, 상기 레벨 제어라인을 따라 상기 액화가스 저장탱크로 회수되는 유체를 팽창시키는 제3 팽창수단;을 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 압축기 후단 압력은 40 내지 100bara인, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 압축기에서 압축된 증발가스의 온도는 80 내지 130℃인, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 압축기 후단에 마련되며, 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 냉각시키는 애프터 쿨러;를 더 포함하고,
    상기 애프터 쿨러에서 냉각된 증발가스의 온도는 12 내지 45℃인, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 팽창수단에서 팽창된 증발가스는 4 내지 15bara인, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 레벨 제어라인 상에 마련되며, 상기 리시버로부터 배출된 증발가스를 제3 흐름 및 제4 흐름을 포함하는 적어도 두 개의 흐름으로 분기시키고,
    상기 분기된 제3 흐름을 팽창시키는 제2 팽창수단; 및
    상기 제2 팽창수단에 의해 팽창된 제3 흐름을 냉매로 하여 상기 제3 흐름이 분기되고 남은 제4 흐름을 냉각시키는 제2 중간 냉각기;를 포함하여,
    상기 제2 중간 냉각기를 통과한 제4 흐름은 상기 액화가스 저장탱크로 회수되고,
    상기 제2 중간 냉각기를 통과한 제3 흐름은 상기 압축기로 공급되는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 팽창수단에서 팽창된 증발가스는 2 내지 5bara인, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 압축기는 다수의 압축부를 포함하는 다단압축기이며,
    상기 제1 중간 냉각기를 통과한 제1 흐름 및 상기 제2 중간 냉각기를 통과한 제3 흐름은 상기 다수의 압축부 중 어느 하나의 압축부 후단으로 각각 공급되는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  12. 선박에 설치된 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위한 재액화 방법에 있어서,
    상기 액화가스로부터 발생한 증발가스를 압축기에서 압축시키고,
    상기 압축 증발가스를 상기 액화가스로부터 발생한 증발가스로 냉각시키고,
    상기 냉각 증발가스를 제1 흐름 및 제2 흐름으로 분기시켜 제1 흐름을 팽창시키고,
    상기 팽창 증발가스로 상기 제2 흐름을 냉각시키고,
    상기 냉각된 제2 흐름을 리시버로 공급하고,
    상기 리시버의 압력을 제어하여 상기 압축기의 후단 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 리시버로부터 유체를 배출시켜 저장탱크로 공급하되,
    상기 리시버로부터 배출시키는 기체의 흐름을 제어하여 상기 리시버의 내압 또는 상기 압축기의 후단 압력이 설정값을 유지하도록 하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 압축기 후단 압력 설정값은 40 내지 100bara인, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 리시버로부터 액체를 배출시켜 제3 흐름 및 제4 흐름으로 분기시키고,
    상기 분기된 제3 흐름을 팽창시켜 상기 제4 흐름을 냉각시키고,
    상기 냉각된 제4 흐름을 상기 저장탱크로 공급하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 냉각된 제4 흐름은 팽창시켜 상기 저장탱크로 공급하고,
    상기 리시버의 레벨을 측정하여 상기 냉각된 제4 흐름의 팽창 정도를 조절하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 제1 흐름은 4 내지 15bara로 팽창시키고,
    상기 제3 흐름은 2 내지 5bara로 팽창시키며,
    상기 팽창시킨 제1 흐름 및 팽창시킨 제3 흐름은,
    상기 제2 흐름 및 제4 흐름을 냉각시킨 후 상기 압축기로 공급하되,
    상기 제3 흐름은 상기 제1 흐름보다 하류에 공급하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 압축기에서 압축시킨 압축 증발가스는 상기 액화가스로부터 발생한 증발가스와 열교환시키기 전에, 12 내지 45℃로 냉각시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  19. 에탄, 프로판, 부탄을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 액화가스로부터 자연기화한 증발가스를 액화시키는 방법에 있어서,
    상기 증발가스를 압축시키고, 압축시킨 증발가스와 압축시키기 전의 증발가스를 열교환시킨 후,
    압축시킨 증발가스의 적어도 일부를 팽창시켜 팽창 증발가스와 팽창시키지 않은 나머지 증발가스와의 열교환을 적어도 1회 이상 실시하여 상기 증발가스를 전량 재액화시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 재액화된 증발가스를 압력 용기에 저장하여 상기 압력 용기의 내압을 제어함으로써, 상기 압축 증발가스가 재액화되어 상기 압력 용기에 저장될 때까지의 압력을 설정값으로 유지시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
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