KR20180036221A - 가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 가스 재기화 시스템은, 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 재기화시켜 수요처로 공급하는 기화부; 상변화를 동반하면서 순환하는 열원을 상기 기화부에 전달하는 열원 공급장치; 및 상기 열원의 상변화 과정에서 발생된 에너지를 흡수하여 전력을 발생시키는 전력발생장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박{A Regasification System Of Gas and Vessel having same}
본 발명은 가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
일반적으로, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄을 1기압 하에서 -162℃ 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준 상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1 정도이고, 비중은 0.42로 원유 비중의 약 2분의 1이 된다.
LNG는 운반의 용이성으로 액화시켜 운송 후 사용처에서 기화시켜서 사용한다. 그러나, 자연재해 및 테러의 위험으로 인하여 육상에 LNG 기화설비를 설치하는 것을 우려한다.
이로 인하여 종래 육상에 설치하는 액화천연가스 재기화 시스템 대신에, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에 재기화 장치를 설치하여 육상으로 기화된 천연가스(Natural Gas)를 공급하는 설비가 각광을 받고 있다.
LNG 재기화 장치 시스템에서 액화가스 저장탱크에 저장된 LNG는 부스팅 펌프에 의해 가압되어 LNG 기화기로 보내어지고, LNG 기화기에서 NG로 기화되어 육상의 수요처로 보내진다. 여기서 LNG 기화기 상에 LNG의 온도를 높이는 열교환이 이루어지는 과정에서 많은 에너지를 필요로 하게 된다. 따라서, 이 과정에서 쓰이는 에너지가 비효율적인 교환이 이루어짐으로 인해 낭비되는 문제점을 해결하기 위해 효율적인 재기화를 위한 다양한 열교환 기술들이 연구되고 있는 실정이다.
본 발명은 종래의 기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 액화가스의 재기화 효율이 극대화될 수 있는 가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 가스 재기화 시스템은, 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 재기화시켜 수요처로 공급하는 기화부; 상변화를 동반하면서 순환하는 열원을 상기 기화부에 전달하는 열원 공급장치; 및 상기 열원의 상변화 과정에서 발생된 에너지를 흡수하여 전력을 발생시키는 전력발생장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로,상기 열매체는, 유기냉매이며, 상기 상변화 과정은, 유기랭킨사이클(Organic Rankine Cycle)을 따를 수 있다.
구체적으로, 상기 열원 공급장치는, 상기 열매체를 순환시키며 상기 기화부를 구비하는 열매체 순환라인; 상기 열매체 순환라인 상에 구비되며, 상기 열매체를 순환시키는 열매체 펌프; 및 상기 열매체 순환라인 상에 구비되며, 상기 열매체에 열원을 전달하는 열매체 열교환기를 포함하고, 상기 전력발생장치는, 상기 열매체 순환라인 상의 상기 열매체 열교환기와 상기 기화부 사이에 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 열매체 순환라인은, 상기 열매체 펌프, 상기 열매체 열교환기, 상기 전력발생장치, 상기 기화부의 순서로 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 유기랭킨사이클은, 상기 열매체 펌프에 의해 상기 열매체가 가압되는 가압 과정; 상기 열매체 열교환기에 의해 상기 열매체가 가열되는 가열과정; 상기 전력발생장치에 의해 상기 열매체가 팽창되는 팽창과정; 및 상기 기화부에 의해 상기 열매체가 응축되는 응축과정을 거침으로써, 하나의 사이클을 구성할 수 있다.
구체적으로, 상기 전력발생장치는, 상기 열매체를 팽창시키며 동력을 발생시키는 터빈; 및 상기 터빈에서 발생되는 동력을 전달받아 전력을 발생시키는 제너레이터를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 터빈은, 상기 열매체 순환라인 상의 상기 열매체 열교환기와 상기 기화부 사이에 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 열매체 열교환기는, 상기 열매체를 해수와 열교환시킴으로써, 상기 열매체에 상기 열원을 전달하는 해수 열교환기일 수 있다.
구체적으로, 상기 열매체와 스팀을 열교환시키는 스팀 열교환기를 더 포함하고, 상기 스팀 열교환기는, 상기 열매체 순환라인 상의 상기 열매체 펌프와 상기 열매체 열교환기 사이에 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 열매체와 청수를 열교환시키는 청수 열교환기를 더 포함하고, 상기 청수 열교환기는, 상기 열매체 순환라인 상의 상기 해수 열교환기와 상기 기화부 사이에 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크와 상기 수요처를 연결하는 액화가스 공급라인; 상기 액화가스 공급라인 상에 구비되는 피딩 펌프; 상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 피딩 펌프로부터 액화가스를 공급받아 임시저장하는 석션드럼; 및 상기 석션드럼으로부터 액화가스를 공급받아 고압으로 가압하여 상기 기화부로 공급하는 부스팅 펌프를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기; 및 상기 증발가스 압축기로부터 가압된 증발가스를 공급받아 전력을 발생시키는 발전엔진을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 가스 재기화 시스템을 포함하는 선박일 수 있다.
본 발명에 따른 가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 액화가스의 재기화 효율이 극대화될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템을 구비한 선박의 개념도이다.
도 2는 종래의 가스 재기화 시스템에서 기화장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 재기화 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.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템을 구비한 선박의 개념도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 가스 재기화 시스템(3)을 구비한 선박(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 피딩 펌프(20), 부스팅 펌프(21), 석션 드럼(30), 기화장치(40), 증발가스 압축기(50), 제1 수요처(61) 및 제2 수요처(62)를 포함한다.
여기서 가스 재기화 시스템(3)이 설치된 선박(1)은, 선수부(부호 도시하지 않음), 선미부(부호 도시하지 않음), 상갑판(부호 도시하지 않음)으로 구성된 선체(H)를 가지고 있으며, 선미부에 배치되는 엔진룸(부호 도시하지 않음)의 엔진(E)에서 생산한 동력을 프로펠러 축(S)이 프로펠러(P)로 전달하여 작동함으로써 추진된다.
또한, 선박(1)은, 해상에서 액화가스를 재기화하여 액화가스를 육상 터미널로 공급할 수 있도록 하기 위해, 액화가스 운반선(1)에 가스 재기화 시스템(3)을 설치한 액화가스 재기화 선박(LNG RV) 또는 부유식 액화가스 저장 및 재기화 설비(FSRU)일 수 있다.
이하 도 1을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(3)을 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(3)은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 액체 상태의 액화가스를 피딩 펌프(20)를 통해 빼내어 석션 드럼(30)을 거쳐 부스팅 펌프(21)로 가압시킨 후, 기화장치(40)에서 열원을 통해 액화가스를 가열시켜 재기화시키고 이를 제1 수요처(61)로 공급하는 방식을 사용한다. 즉, 간단히 말해서 본 발명의 가스 재기화 시스템(1)은, 기화장치(40)를 사용하여 액화가스를 재기화시켜 제1 수요처(61)로 공급한다. 이때, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스는 증발가스 압축기(50)에 의해 가압되어 제2 수요처(62)로 공급되어 처리되었다.
기화장치(40)는, 해수공급장치(도시하지 않음)로부터 간접적으로 해수를 공급받아 액화가스를 재기화시킬 수 있다.(간접 재기화 방식; 중간열매가 해수 열교환기(401)로부터 해수의 열원을 공급받고, 다시 중간열매가 해수로부터 공급받은 열원을 기화장치(40)로 공급하는 방식)
본 발명의 모든 실시예에서는 간접 재기화 방식을 기준으로 설명하도록 하며, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명에서 특별히 한정되는 이유가 아님을 주지바란다.
본 발명의 실시예에 따른 가스 재기화 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 제1 공급라인(L1), 액화가스 제2 공급라인(L2), 증발가스 공급라인(L3)을 더 포함할 수 있다. 각각의 라인에는 개도 조절이 가능한 밸브(도시하지 않음)들이 설치될 수 있으며, 각 밸브의 개도 조절에 따라 증발가스 또는 액화가스의 공급량이 제어될 수 있다.
액화가스 제1 공급라인(L1)은, 액화가스 저장탱크(10)와 석션 드럼(30)을 연결하고 피딩 펌프(20)를 구비하여, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 피딩 펌프(20)를 통해 석션 드럼(30)으로 공급할 수 있다. 이때, 액화가스 제1 공급라인(L1)은 석션 드럼(30)과 연결됨과 동시에 석션 드럼(30)의 상류에서 분기되어 액화가스 제2 공급라인(L2)으로 직접 연결될 수 있다.
액화가스 제2 공급라인(L2)은, 석션 드럼(30)과 제1 수요처(61)를 연결하고 부스팅 펌프(21) 및 기화장치(40)를 구비하여, 석션 드럼(30)에 임시 저장된 액화가스 또는 액화가스 제1 공급라인(L1)으로부터 직접 공급되는 액화가스를 부스팅 펌프(21)로 가압하고 기화부(40)로 재기화시켜 제1 수요처(61)로 공급할 수 있다.
증발가스 공급라인(L3)은, 액화가스 저장탱크(10)와 제2 수요처(62)를 연결하고, 증발가스 압축기(50)를 구비하여, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 증발가스 압축기(50)로 가압하여 제2 수요처(62)로 공급할 수 있다.
이하에서는 상기 설명한 각 라인들(L1~L3)에 의해 유기적으로 형성되어 가스 재기화 시스템(1)을 구현하는 개별적인 구성들에 대해서 설명하도록 한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 제1 수요처(61)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, 엔진룸의 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.
피딩 펌프(20)는, 액화가스 제1 공급라인(L1) 상에 구비되고, 액화가스 저장탱크(10)의 내부 또는 외부에 설치되어 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 석션 드럼(30)으로 공급할 수 있다.
구체적으로, 피딩 펌프(20)는, 액화가스 제1 공급라인(L1) 상에 액화가스 저장탱크(10)와 석션 드럼(30) 사이에 구비되어 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 1차 가압하여 석션 드럼(30)으로 공급할 수 있다.
피딩 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 6 내지 8bar로 가압하여 석션 드럼(30)으로 공급할 수 있다. 여기서 피딩 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되는 액화가스를 가압하여 압력 및 온도가 다소 높아질 수 있으며, 가압된 액화가스는 여전히 액체상태일 수 있다.
이때, 피딩 펌프(20)는, 액화가스 저장탱크(10) 내부에 구비되는 경우 잠형 펌프일 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)의 외부에 설치되는 경우에는 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 수위보다 낮은 선체(H) 내부의 위치에 구비될 수 있고 원심형 펌프일 수 있다.
부스팅 펌프(21)는, 액화가스 제2 공급라인(L2) 상에 석션 드럼(30)과 기화장치(40) 사이에 구비될 수 있으며, 피딩 펌프(20)로부터 공급받은 액화가스 또는 석션 드럼(30)으로부터 공급받은 액화가스를 80 내지 120bar로 가압하여 기화장치(40)로 공급할 수 있다.
부스팅 펌프(21)는, 제1 수요처(61)가 요구하는 압력에 맞춰 액화가스를 가압할 수 있으며, 원심형 펌프로 구성될 수 있다.
석션 드럼(30)은, 액화가스 제1 공급라인(L1)과 연결되어 액화가스 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받아 임시저장할 수 있다.
구체적으로, 석션 드럼(30)은, 액화가스 제1 공급라인(L1)을 통해 피딩 펌프(20)로부터 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 공급받을 수 있고, 공급받은 액화가스를 임시 저장함으로써 액화가스를 액상과 기상으로 분리할 수 있으며, 분리된 액상은 부스팅 펌프(21)로 공급될 수 있다.
즉, 석션 드럼(30)은, 액화가스를 임시 저장하여 액상과 기상을 분리한 후 완전한 액상을 부스팅 펌프(21)로 공급하여, 부스팅 펌프(21)가 유효흡입수두(NPSH)를 만족하도록 하며, 이로 인해 부스팅 펌프(21)에서의 공동현상(Cavitation)을 방지할 수 있도록 한다.
기화장치(40)는, 액화가스 제2 공급라인(L2) 상에 마련되어 부스팅 펌프(21)로부터 배출되는 고압의 액화가스를 재기화시킬 수 있다.
구체적으로, 기화장치(40)는, 제1 수요처(61)와 부스팅 펌프(21) 사이의 액화가스 제2 공급라인(L2) 상에 마련되어 기화기(41) 및 히터(42)로 구성되며, 부스팅 펌프(21)로부터 공급되는 고압의 액화가스를 기화기(41)를 통해 기화시킨 후 히터(42)를 통해 제1 수요처(61)가 원하는 온도로 가열하여 제1 수요처(61)로 공급할 수 있다.
이하 도 2를 참고로 하여 종래의 가스 처리 시스템(2)에서의 기화장치(40)에 대해 상세하게 기술하도록 한다.
도 2는 종래의 가스 재기화 시스템에서 기화장치의 개념도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 가스 재기화 시스템(2)에서의 기화장치(40)는, 열원 순환라인(GL)을 통해서 중간열매를 공급받아 액화가스와 열교환시켜 액화가스를 기화시키고, 고압의 기화된 액화가스를 압력변동없이 제1 수요처(61)로 공급할 수 있다. 여기서 액화가스와 열교환된 중간열매는 다시 열원 순환라인(GL을 통해 순환된다.
종래의 가스 재기화 시스템(2)에서 기화장치(40)는, 중간열매에 열원을 전달하기 위한 구성으로 해수 열교환기(401)외에 스팀 열교환기(402)를 추가 구비하였다. 해수 열교환기(401)는, 해수 공급라인(SWL)에 구비된 해수 펌프(SWP)에 의해 해수를 공급받으며, 스팀 열교환기(402)는, 스팀 공급라인(STL)을 통해 스팀을 공급받을 수 있다.
상기와 같은 종래의 가스 재기화 시스템(2)을 좀 더 개량하여, 재기화 성능이 향상되고 에너지를 최적화할 수 있는 가스 재기화 시스템을 개발하였으며, 이하에서 도 3 내지 도 5를 참고로하여 순서대로 설명하도록 한다.
도 2에서 미설명된 부호 402a, 403은 각각 바이패스 밸브(402a), 열매체 순환펌프(403)로, 도 3 내지 도 5에서 본 발명의 실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)의 기화장치(40)를 설명시, 상세히 기술하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(3)에서의 기화장치(40)는, 기화기(41), 히터(42), 열원순환라인(GL), 해수 열교환기(401), 스팀 열교환기(402), 열매체 순환펌프(403), 청수 열교환기(404)를 포함한다.
이하에서 기화장치(40)는, 기화기(41)와 히터(42)를 제외한 구성을 열원 공급장치로 칭할 수 있으며, 기화기(41) 또는 히터(42)에 열을 공급하며, 열원순환라인(GL)을 순환하는 열원으로 글리콜 워터(Glycol Water), 프로판(Propane) 또는 유기냉매가 사용될 수 있다.
열원순환라인(GL)은, 기화기(41), 히터(42), 해수 열교환기(401), 스팀 열교환기(402), 열매체 순환펌프(403), 청수 열교환기(404)를 구비하며, 열매체 순환펌프(403), 스팀 열교환기(402), 해수 열교환기(401), 청수 열교환기(404), 히터(42), 기화기(41) 순으로 배치될 수 있다.
해수 열교환기(401)는, 열원순환라인(GL) 상의 스팀 열교환기(402)와 청수 열교환기(404) 사이에 구비되며, 해수 공급라인(SWL) 상의 해수 펌프(SWP)에 의해 해수를 공급받아 스팀 열교환기(402)에서 예열된 중간열매를 가열할 수 있다.
여기서, 해수 열교환기(401)는, 대량의 해수를 공급받아 중간열매의 실질적인 가열을 담당하고 있다.
스팀 열교환기(402)는, 열원순환라인(GL) 상의 열매체 펌프(403)와 해수 열교환기(401) 사이에 구비되며, 스팀 공급라인(STL)에 의해 스팀을 공급받아 중간열매를 예열할 수 있다.
여기서 스팀 열교환기(402)는, 제2 수요처(62; 바람직하게는 보일러)에서 공급되는 스팀을 통해 중간열매를 가열하며, 중간열매의 보조적인 가열을 담당하고 있다.
따라서, 스팀 열교환기(402)는, 스팀 열교환기(402)의 전단과 후단을 연결하는 바이패스 라인(BL)과 바이패스 라인(BL) 상에 구비되는 바이패스 밸브(402a)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 중간 열매의 온도가 과열이 우려되는 경우에 바이패스 라인(BL) 상의 바이패스 밸브(402a)의 개도를 개방하여 스팀 열교환기(402)를 우회한 후, 해수 열교환기(401)로 공급되도록 한다.
열매체 순환펌프(403)는, 열원순환라인(GL) 상의 기화기(41)와 스팀 열교환기(402) 사이에 구비되며, 중간열매를 열원순환라인(GL) 상에 순환시킬 수 있다.
열매체 순환펌프(403)는, 기화기(41)로부터 냉각된 중간열매를 공급받아 스팀 열교환기(402)로 공급할 수 있으며, 일례로 원심형 펌프일 수 있다.
청수 열교환기(404)는, 열원순환라인(GL) 상의 해수 열교환기(401)와 히터(42) 사이에 구비되며, 청수 공급라인(부호 도시하지 않음) 상의 청수 펌프(부호 도시하지 않음)에 의해 청수를 공급받아 중간열매를 최종 가열할 수 있다.
여기서 청수 열교환기(404)는, 별도의 청수 저장매체(도시하지 않음)에 저장된 청수를 통해 중간열매를 가열하며, 중간열매의 보조적인 가열을 담당하고 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)에서의 기화장치(40)는, 열매체에 열원을 공급하는 구성으로 해수 열교환기(401)와 스팀 열교환기(402)외에 청수 열교환기(404)를 추가 구비함으로써, 재기화 시스템에 충분한 열원을 전달할 수 있고, 그로 인해 재기화 성능이 향상되며 재기화 시스템의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(3)에서의 기화장치(40)는, 기화기(41), 히터(42), 열원순환라인(GL), 해수 열교환기(401), 스팀 열교환기(402), 열매체 순환펌프(403), 전력발생장치(406)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(3)에서의 기화장치(40)는, 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(3)에서의 기화장치(40)와 전력발생장치(406)외의 각 구성과 편의상 동일한 도면 부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
여기서, 청수 열교환기(404)의 구성은 생략될 수 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일뿐, 당연히 부가적용될 수 있고, 중간열매는 상변화가 발생되는 유기냉매일 수 있다.
이하에서는 전력발생장치(406)의 구성에 대해서 상세하게 설명하도록 하겠다.
전력발생장치(406)는, 열원순환라인(GL) 상의 해수 열교환기(401)와 기화부(40; 바람직하게는 히터(402)) 사이에 구비되며, 중간열매의 상변화 과정에서 발생된 에너지를 흡수하여 전력을 발생시킨다.
여기서 열원순환라인(GL)은, 열매체 펌프(403), 스팀 열교환기(402), 해수 열교환기(401), 전력발생장치(406), 히터(42), 기화기(41)의 순서로 각 구성을 구비할 수 있다.
상변화 과정은 유기랭킨사이클(Organic Rankine Cycle)을 따르며, 구체적으로는, 열매체 펌프(403)에 의해 중간열매가 가압되는 가압과정, 스팀 열교환기(402) 또는 해수 열교환기(401)에 의해 중간열매가 가열되는 가열과정, 전력발생장치(406)에 의해 중간열매가 팽창하는 팽창과정, 기화부(40)에 의해 중간열매가 응축되는 응축과정의 순서로 순환하는 사이클을 따른다.
전력발생장치(406)는, 제너레이터(406a)와 터빈(406b)으로 구성될 수 있다.
제너레이터(406a)는, 터빈에 기계적으로 연결되어 터빈(406b)의 회전에 의해 발생되는 동력을 전달받아 전력을 발생시키며, 발생된 전력을 선박(1) 내의 각종 전자장치(도시하지 않음)로 공급할 수 있다.
터빈(406b)은, 열원순환라인(GL) 상의 해수 열교환기(401)와 히터(42) 사이에 구비되며, 중간열매를 팽창시켜 중간열매가 지니고 있는 에너지를 회전 동력으로 변환시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 처리 시스템(3)의 기화장치(40)는, 액화가스를 기화시키는 열매체인 중간열매를 유기냉매로 구성하고 열원순환라인(GL) 상에 전력발생장치(406)를 추가함으로써, 유기냉매의 특성(적은 열량을 내포하고 있더라도, 그 적은 열량으로 발생시키는 동력이 큼)을 이용하여 낭비될 수 있는 에너지를 전력에너지로 변환시킬 수 있는 효과가 있으며, 이로 인해 에너지의 낭비를 방지하고, 재기화 시스템의 최적화된 구동이 가능해지는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 재기화 시스템의 개념도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(3)에서의 기화장치(40)는, 기화기(41), 히터(42), 열원순환라인(GL), 해수 열교환기(401), 스팀 열교환기(402), 열매체 순환펌프(403), 해수조절밸브(405), 제어부(70)를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(3)에서의 기화장치(40)는, 도 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 또는 다른 실시예에 따른 가스 재기화 시스템(3)에서의 기화장치(40)와 해수조절밸브(405) 및 제어부(70)외의 각 구성과 편의상 동일한 도면 부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.
여기서, 청수 열교환기(404)의 구성은 생략될 수 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일뿐, 당연히 부가적용될 수 있고, 중간열매는 상변화가 발생되는 유기냉매일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 열전달장치는 중간열매에 해수 펌프(SWP)를 통해 해수의 열원을 전달하는 장치로, 해수 열교환기(401), 해수공급라인(SWL), 해수 펌프(SWP), 해수조절밸브(405) 및 제어부(70)를 포괄하는 용어로 지칭될 수 있다.
이하에서는 해수조절밸브(405) 및 제어부(70)의 구성에 대해서 상세하게 설명하도록 하겠다.
해수조절밸브(405)는, 해수공급라인(SWL) 상에 구비되며, 바람직하게는 해수공급라인(SWL) 상의 해수 열교환기(401) 하류에 마련될 수 있으며, 개도 조절을 통해 해수공급라인(SWL) 상에 유동하는 해수의 유량을 제어할 수 있다.
해수조절밸브(405)는, 제어부(70)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있으며, 제어부(70)로부터 개도 조절 명령을 전달받아 개도의 조절을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 온도 센서(405a)를 더 포함할 수 있다.
온도 센서(405a)는, 열원순환라인(GL) 상의 해수 열교환기(401)와 히터(42) 사이에 구비되며, 열원순환라인(GL) 상에 유동하는 중간열매의 온도를 측정할 수 있다.
온도 센서(405a)는, 제어부(70)와 유선 또는 무선으로 연결되어 측정된 열원순환라인(GL) 상에 유동하는 중간열매의 온도를 제어부(70)로 송신할 수 있다.
제어부(70)는, 열원순환라인(GL) 상에 유동하는 중간열매의 온도에 따라 해수조절밸브(405)의 개도 및 해수 펌프(403)의 부하를 제어할 수 있다.
여기서 해수 펌프(403)는, 중간열매의 온도에 따라 토출되는 해수의 유량을 가변 제어할 수 있으며, 토출되는 해수의 유량을 가변적으로 제어할 수 있는 가변용량형 펌프일 수 있다.
또한, 해수 펌프(403)는, 제어부(70)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 제어부(70)로부터 해수 펌프(403)의 부하 조절 신호를 송신받아 제어부(70)의 제어를 통해 토출되는 해수의 유량이 가변될 수 있다.
제어부(70)는, 온도 센서(405a)와 유선 또는 무선으로 연결되어 측정된 열원순환라인(GL) 상에 유동하는 중간열매의 온도를 수신받을 수 있고, 해수조절밸브(405) 및 해수 펌프(403)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 개도 조절 명령 또는 부하 조절 명령을 송신할 수 있다.
구체적으로, 제어부(70)는, 온도 센서(405a)로부터 전달받은 중간열매의 온도가 기설정온도 이상이면, 해수 펌프(403)의 부하를 낮추고 해수조절밸브(405)의 개도를 늘리도록 제어하며, 온도 센서(405a)로부터 전달받은 중간열매의 온도가 기설정온도 미만이면, 해수 펌프(403)의 부하를 높이고 해수조절밸브(405)의 개도를 줄이도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 해수 열교환기(401)와 스팀 열교환기(402) 그리고 청수 열교환기(404)가 함께 설치될 수 있다.
이 경우, 스팀 열교환기(402) 및 청수 열교환기(404)로도 열원이 공급되는데도, 해수 열교환기(401)를 통해 지속적인 해수의 공급이 진행되어 과량의 열원이 중간열매로 도입되면서 해수 펌프(SWP)에 과도한 에너지가 낭비되는 측면이 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해 스팀 열교환기(402)로 공급되는 스팀의 열원을 상정하여 해수 열교환기(401)를 통해 공급되는 해수의 열원을 줄이게 되면, 항시 스팀의 열원을 공급할 수 없는 스팀 열교환기(402)의 특성상, 기화기(41)와 히터(42)가 결빙되어 파손될 우려가 존재하였다.
이와 같이 불규칙한 스팀 열교환기(402)의 열원 공급으로 인한 문제점을 해결하기 위해 본 출원인은 해수조절밸브(405)와 온도 센서(405a) 그리고 제어부(70)를 구비하여, 열원공급라인(GL) 상에 유동하는 중간열매의 온도에 따라 적정하게 해수 펌프(SWP)의 부하를 조절할 수 있어, 해수 펌프(SWP)의 동력을 절감할 수 있고, 해양 생태계의 보호를 구현할 수 있다.
증발가스 압축기(50)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 가압하여 제2 수요처(62)로 공급할 수 있다.
구체적으로 증발가스 압축기(50)는, 증발가스 공급라인(L3) 상에 구비되어, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스를 약 6 내지 8bar 또는 6 내지 15bar로 가압하여 제2 수요처(62)로 공급할 수 있다.
증발가스 압축기(50)는, 복수 개 구비되어 증발가스를 다단 가압할 수 있으며, 일례로 증발가스 압축기(50)는, 3개가 구비되어 증발가스를 3단 가압할 수 있다. 여기서 일례로 든 3단 압축기는 단지 하나의 예에 불과하며 3단에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시예에서는, 증발가스 압축기(50)의 각 후단에는 증발가스 냉각기(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 증발가스 압축기(50)에 의하여 증발가스가 가압되면, 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있기 때문에, 본 실시예에서는 증발가스 냉각기를 사용하여 증발가스의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다. 증발가스 냉각기는, 증발가스 압축기(50)와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 증발가스 냉각기는, 각 증발가스 압축기(50)의 하류에 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 증발가스 압축기(50)가 병렬로 구비되어 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스 양이 급격히 상승하는 경우, 이를 모두 수용할 수 있으며, 또는 증발가스 압축기(50)의 하나가 오작동을 일으키거나 셧다운(Shut down)되는 경우 나머지 하나의 증발가스 압축기(50)가 작동할 수 있어 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 효율적으로 수용하여 처리할 수 있다.
제1 수요처(61)는, 기화장치(40)에 의해 기화된 액화가스를 공급받아 소비할 수 있다. 여기서 제1 수요처(61)는, 액화가스를 기화시켜 기상의 액화가스를 공급받아 사용할 수 있으며, 육상에 설치되는 육상 터미널 또는 해상에 부유되어 설치되는 해상 터미널일 수 있다.
제2 수요처(62)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 공급받아 연료로 사용한다. 즉, 제2 수요처(62)는, 증발가스를 필요로 하며 이를 원료로하여 구동될 수 있다. 제2 수요처(62)는, 발전기(예를 들어 DFDG), 가스연소장치(GCU), 보일러(예를 들어 스팀을 생성하는 보일러)일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
구체적으로, 제2 수요처(62)는 증발가스 공급라인(L3)과 연결되어 증발가스를 공급받으며, 증발가스 압축기(50)에 의해 약 1 내지 6bar(최대 15bar)의 저압으로 가압된 증발가스를 공급받아 연료로 사용할 수 있다.
또한, 제2 수요처(62)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, 제2 수요처(62)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.
여기서 제2 수요처(62)는, 선미부 내부에 마련되는 엔진룸의 데크(부호 도시하지 않음) 상에 구비될 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 재기화 시스템(3)을 구비하는 선박(1)은, 액화가스의 재기화 효율이 극대화될 수 있는 효과가 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: 선박 2: 종래의 가스 재기화 시스템
3: 본 발명의 가스 재기화 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20: 피딩 펌프 21: 부스팅 펌프
30: 석션 드럼 40: 기화부
41: 기화기 42: 트림 히터
401: 해수 열교환기 402: 스팀 열교환기
402a: 바이패스 밸브 403: 열매체 순환펌프
404: 청수 열교환기 405: 해수 조절밸브
405a: 온도 센서 406: 전력발생장치
406a: 제너레이터 406b: 터빈
50: 증발가스 압축기 61: 제1 수요처
62: 제2 수요처 70: 제어부
L1: 액화가스 제1 공급라인 L2: 액화가스 제2 공급라인
L3: 증발가스 공급라인 BL: 바이패스 라인
GL: 열매체 순환라인 STL: 스팀 라인
SWL: 해수라인 SWP: 해수 펌프

Claims (13)

  1. 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 재기화시켜 수요처로 공급하는 기화부;
    상변화를 동반하면서 순환하는 열매체를 상기 기화부에 전달하는 열원 공급장치; 및
    상기 열매체의 상변화 과정에서 발생된 에너지를 흡수하여 전력을 발생시키는 전력발생장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열매체는, 유기냉매이며,
    상기 상변화 과정은, 유기랭킨사이클(Organic Rankine Cycle)을 따르는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 열원 공급장치는,
    상기 열매체를 순환시키며 상기 기화부를 구비하는 열매체 순환라인;
    상기 열매체 순환라인 상에 구비되며, 상기 열매체를 순환시키는 열매체 펌프; 및
    상기 열매체 순환라인 상에 구비되며, 상기 열매체에 열원을 전달하는 열매체 열교환기를 포함하고,
    상기 전력발생장치는,
    상기 열매체 순환라인 상의 상기 열매체 열교환기와 상기 기화부 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 열매체 순환라인은,
    상기 열매체 펌프, 상기 열매체 열교환기, 상기 전력발생장치, 상기 기화부의 순서로 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 유기랭킨사이클은,
    상기 열매체 펌프에 의해 상기 열매체가 가압되는 가압 과정;
    상기 열매체 열교환기에 의해 상기 열매체가 가열되는 가열과정;
    상기 전력발생장치에 의해 상기 열매체가 팽창되는 팽창과정; 및
    상기 기화부에 의해 상기 열매체가 응축되는 응축과정을 거침으로써, 하나의 사이클을 구성하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 전력발생장치는,
    상기 열매체를 팽창시키며 동력을 발생시키는 터빈; 및
    상기 터빈에서 발생되는 동력을 전달받아 전력을 발생시키는 제너레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 터빈은,
    상기 열매체 순환라인 상의 상기 열매체 열교환기와 상기 기화부 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 열매체 열교환기는,
    상기 열매체를 해수와 열교환시킴으로써, 상기 열매체에 상기 열원을 전달하는 해수 열교환기인 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 열매체와 스팀을 열교환시키는 스팀 열교환기를 더 포함하고,
    상기 스팀 열교환기는,
    상기 열매체 순환라인 상의 상기 열매체 펌프와 상기 해수 열교환기 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열매체와 청수를 열교환시키는 청수 열교환기를 더 포함하고,
    상기 청수 열교환기는,
    상기 열매체 순환라인 상의 상기 해수 열교환기와 상기 기화부 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크와 상기 수요처를 연결하는 액화가스 공급라인;
    상기 액화가스 공급라인 상에 구비되는 피딩 펌프;
    상기 액화가스 공급라인 상에 구비되며, 상기 피딩 펌프로부터 액화가스를 공급받아 임시저장하는 석션드럼; 및
    상기 석션드럼으로부터 액화가스를 공급받아 고압으로 가압하여 상기 기화부로 공급하는 부스팅 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에서 발생되는 증발가스를 가압하는 증발가스 압축기; 및
    상기 증발가스 압축기로부터 가압된 증발가스를 공급받아 전력을 발생시키는 발전엔진을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 재기화 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항의 상기 가스 재기화 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.

KR1020160126553A 2016-09-30 2016-09-30 가스 재기화 시스템 및 이를 포함하는 선박 KR101945596B1 (ko)

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