KR20180075331A - 액화가스 처리 시스템 및 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화가스 처리 시스템 및 선박에 관한 것으로서, 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스를 제1 엔진으로 공급하는 제1 공급라인; 상기 액화가스를 상기 제1 엔진보다 상대적으로 낮은 압력으로 구동하는 제2 엔진으로 공급하며 상기 제1 공급라인과 병렬로 마련되는 제2 공급라인; 및 상기 제1 공급라인 및 상기 제2 공급라인이 연결되며, 하나의 열매로 상기 제1 공급라인에서의 상기 액화가스 및 상기 제2 공급라인에서의 상기 액화가스를 가열하는 열교환기를 포함하며, 상기 열교환기는, 상기 열매가 유동하는 하나의 열매 유로를 포함하고, 상기 열매 유로에서 유동하는 상기 열매를 통해 상기 제1 공급라인의 상기 액화가스 및 상기 제2 공급라인의 상기 액화가스 모두에 한꺼번에 열전달이 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

액화가스 처리 시스템 및 선박{treatment system of liquefied gas and ship having the same}
본 발명은 액화가스 처리 시스템 및 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.
따라서 최근에는 액화가스를 엔진에 공급하기 위해 온도 및 압력을 효율적으로 조절하기 위한 시스템들이 개발되고 있다. 그러나 액화가스가 갖는 극저온인 온도와 엔진이 요구하는 액화가스의 온도 및 액화가스를 가열하는 열원 공급 등을 복합적으로 고려해야 하는 상황에서 효율성을 극대화한 시스템의 개발이 쉽지 않으며, 이에 대한 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고압엔진과 저압엔진에 액화가스를 공급할 때 하나의 열교환기를 이용하여 두 엔진으로 공급되는 액화가스의 온도를 안정적으로 제어할 수 있는 액화가스 처리 시스템 및 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스를 제1 엔진으로 공급하는 제1 공급라인; 상기 액화가스를 상기 제1 엔진보다 상대적으로 낮은 압력으로 구동하는 제2 엔진으로 공급하며 상기 제1 공급라인과 병렬로 마련되는 제2 공급라인; 및 상기 제1 공급라인 및 상기 제2 공급라인이 연결되며, 하나의 열매로 상기 제1 공급라인에서의 상기 액화가스 및 상기 제2 공급라인에서의 상기 액화가스를 가열하는 열교환기를 포함하며, 상기 열교환기는, 상기 열매가 유동하는 하나의 열매 유로를 포함하고, 상기 열매 유로에서 유동하는 상기 열매를 통해 상기 제1 공급라인의 상기 액화가스 및 상기 제2 공급라인의 상기 액화가스 모두에 한꺼번에 열전달이 가능한 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 열매는, 기설정온도를 유지하면서 상기 열매 유로에 공급될 수 있다.
구체적으로, 상기 열교환기는, 상기 제1 공급라인의 상기 액화가스 및 상기 제2 공급라인의 상기 액화가스가 상기 열매의 온도에 수렴하도록, 상기 제1 공급라인의 상기 액화가스 및 상기 제2 공급라인의 상기 액화가스에 열을 전달할 수 있다.
구체적으로, 상기 기설정온도는, 40 내지 60도일 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 저장탱크에 연결되며 상기 제1 공급라인 및 상기 제2 공급라인으로 분기되는 액화가스 공급라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 액화가스 공급라인에 마련되는 액화가스 펌프를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 공급라인에 마련되며 상기 제1 엔진에 공급되는 액화가스를 고압으로 가압하는 고압 펌프를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 엔진은, 고압엔진인 ME-GI엔진이며, 상기 제2 엔진은, 저압엔진인 DF엔진일 수 있다.
구체적으로, 상기 열교환기는, 상기 제1 엔진에 공급되는 액화가스가 흐르는 제1 유로; 및 상기 제2 엔진에 공급되는 액화가스가 흐르며 상기 제1 유로와 병렬로 마련되는 제2 유로를 더 포함하는 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 열매 유로에 흐르는 상기 열매의 유량은, 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로에 흐르는 액화가스의 유량보다 상대적으로 많을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박은, 상기 액화가스 처리 시스템을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템 및 선박은, 고압엔진으로 전달되는 액화가스와 저압엔진으로 전달되는 액화가스를 하나의 열교환기에 병렬로 연결하고 열매로 두 액화가스를 가열하여, 엔진의 운전과 관계없이 각 엔진으로 공급되는 액화가스의 온도를 안정화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하에서는 본 발명의 액화가스 처리 시스템(1)에 대해 설명하며, 본 발명은 액화가스 처리 시스템(1)과 이를 가지는 선박을 포함하는 것이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 액화가스 펌프(20), 고압 펌프(21), 열교환기(30)를 포함한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 엔진(60)에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 액화가스 저장탱크(10)는 1bar 내지 10bar(일례로 1.03bar)의 압력으로 액화가스를 저장할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는 독립형, 멤브레인형, 가압형 등일 수 있고, 다양한 단열 구조를 사용하여 액화가스가 액체 상태로 저장되어 있도록 할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10) 내에서 발생하는 증발가스는 후술할 증발가스 처리부(50) 등에 의해 처리될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에는 액화가스 공급라인(40)이 마련될 수 있는데, 액화가스 공급라인(40)은 제1 공급라인(41)과 제2 공급라인(42)으로 분기될 수 있으며, 제1 공급라인(41)과 제2 공급라인(42)은 병렬로 마련될 수 있다. 이때 제1 공급라인(41)은 제1 엔진(61)으로 액화가스를 공급하며, 제2 공급라인(42)은 제2 엔진(62)으로 액화가스를 공급할 수 있다.
일례로 제1 엔진(61)은 선박의 추진력을 발생시키는 엔진(60)으로서 고압엔진인 ME-GI 엔진일 수 있으며, 제2 엔진(62)은 전력을 발생시키는 엔진(60)으로서 저압엔진인 DF엔진 등일 수 있다. 물론 제1 엔진(61)과 제2 엔진(62)은 상기로 한정되지 않으며, 본 발명에서 엔진(60)은 터빈 등을 포괄하며 액화가스를 소비하여 동력(전력)을 발생시키는 구성을 모두 일컫는 용어임을 알려둔다.
액화가스 펌프(20)는, 액화가스 공급라인(40)에 마련되며 액화가스를 가압한다. 액화가스 펌프(20)는 액화가스 저장탱크(10)에 저장되어 있던 액화가스를 1 내지 10bar로 가압하여 전달할 수 있다.
액화가스 펌프(20)는 액화가스 저장탱크(10) 외부에 마련될 수 있으며, 및/또는 도면과 달리 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 마련될 수 있다. 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 약 1bar 내외로 저장할 수 있고 액화가스 저장탱크(10) 내부/외부에 마련되는 액화가스 펌프(20)가 액화가스를 엔진(60)으로 전달할 수 있다.
물론 액화가스 저장탱크(10)는 가압형으로 액화가스를 약 4bar 내외로 저장할 수 있다. 이 경우 액화가스 펌프(20)는 대기압 이상의 압력을 갖는 액화가스를 약 7bar 내외로 가압할 수 있다.
액화가스 펌프(20)는 액화가스 공급라인(40)에 마련되므로, 제1 공급라인(41)과 제2 공급라인(42)이 분기되는 지점의 상류에 위치할 수 있다. 이때 제1 공급라인(41)에는 후술할 고압 펌프(21)가 마련되는 반면 제2 공급라인(42)에는 액화가스를 가압하는 구성이 없을 수 있으므로, 액화가스 펌프(20)가 액화가스를 가압하는 압력은 제2 엔진(62)의 요구압력에 대응될 수 있다.
고압 펌프(21)는, 제1 공급라인(41)에 마련되며 제1 엔진(61)에 공급되는 액화가스를 고압으로 가압한다. 고압 펌프(21)는 액화가스 펌프(20)에 의해 1 내지 10bar로 가압된 액화가스를 200 내지 400bar의 압력으로 가압할 수 있다. 물론 고압 펌프(21)에 의한 가압은, 제1 엔진(61)의 요구 압력에 따라 다르게 결정될 수 있다.
고압 펌프(21)는 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 마련될 수 있으며, 고압 펌프(21)에 의한 가압만큼 제1 공급라인(41)에서의 액화가스와 제2 공급라인(42)에서의 액화가스의 압력 차이가 발생할 수 있다.
고압 펌프(21)는 직렬 및/또는 병렬로 복수 개 마련될 수 있으며, 직렬일 경우 고압 펌프(21)는 다단으로 마련되며, 병렬일 경우 고압 펌프(21)는 메인과 백업 등으로 마련될 수 있다.
열교환기(30)는, 액화가스를 열매로 가열한다. 여기서 열매는 글리콜워터 등 다양할 수 있다. 열교환기(30)에는 제1 공급라인(41)과 제2 공급라인(42)이 연결되며, 열교환기(30)의 열매는 제1 공급라인(41)에서의 액화가스 및 제2 공급라인(42)에서의 액화가스를 가열할 수 있다.
열교환기(30)는, 제1 엔진(61)에 공급되는 액화가스가 흐르는 제1 유로(31), 제2 엔진(62)에 공급되는 액화가스가 흐르는 제2 유로(32), 열매가 흐르는 열매 유로(33)를 포함하는 구조일 수 있다. 다만 열교환기(30)의 타입에 따라 유로는 파이프일 수 있고 또는 유체가 흐르는 공간 등을 의미할 수 있다.
열교환기(30)의 열매 유로(33)에는 열매라인(34)이 연결될 수 있다. 열매라인(34)은 열교환기(30)에 열매를 공급하며, 열매는 열교환기(30)를 거쳐 배출된 후 온도 등이 조절되고 열교환기(30)에 재순환되거나, 또는 외부로 배출되어 재순환되지 않을 수 있다.
열교환기(30)에서 제1 공급라인(41)을 따라 유입되어 제1 유로(31)에 흐르는 액화가스의 압력은, 제2 공급라인(42)을 따라 유입되어 제2 유로(32)에 흐르는 액화가스의 압력 대비 상대적으로 높을 수 있다. 제2 유로(32)에 흐르는 액화가스의 압력은, 열매 유로(33)를 따라 흐르는 열매의 압력 대비 상대적으로 높을 수 있다.
일례로 제1 유로(31)에서의 액화가스의 압력은 200 내지 400bar일 수 있고, 제2 유로(32)에서의 액화가스의 압력은 5 내지 10bar일 수 있다. 열매 유로(33)에서의 열매의 압력은 3 내지 7bar일 수 있다. 물론 각각의 압력 범위는 제1 엔진(61)과 제2 엔진(62)의 요구압력에 따라 달라질 수 있다.
열매는, 기설정온도를 유지하면서 열교환기(30)에 공급되며, 여기서 기설정온도는 40 내지 60도일 수 있다. 즉 본 발명은, 열교환기(30)에 일정 온도를 갖는 열매를 지속적으로 공급해줌으로써, 제1 유로(31)에서의 액화가스 및 제2 유로(32)에서의 액화가스의 온도를 일정하게 맞춰서 제1 엔진(61) 및 제2 엔진(62)에 전달할 수 있다.
이를 위해 열매 유로(33)에 연결되는 열매라인(34)에는 열매 온도를 측정하는 온도계(34a)가 마련될 수 있으며, 온도계(34a)에 의해 열매의 온도가 일정하게 유지될 수 있다. 일례로 열매라인(34)에는 스팀 등으로 열매를 가열하는 열매히터(도시하지 않음)가 마련될 수 있는데, 온도계(34a)의 측정값에 따라 열매히터에서 열매에 전달하는 열량이 제어될 수 있다.
열매라인(34)을 통해 열매 유로(33)로 공급되는 열매는, 일정한 유량을 유지할 수 있다. 이를 위해 열매라인(34)에는 유량계(34b)가 마련될 수 있다. 즉 열매는 일정한 유량 및 일정한 온도로 열교환기(30) 내에 유입됨에 따라, 제1 엔진(61)의 부하 및 제2 엔진(62)의 부하와 관계없이 제1 유로(31)를 거쳐 제1 공급라인(41)을 통해 전달되는 액화가스 및 제2 유로(32)를 거쳐 제2 공급라인(42)을 통해 전달되는 액화가스를 일정한 온도로 공급할 수 있다.
이 경우 열매의 유량은 제1 유로(31)의 액화가스 및 제2 유로(32)의 액화가스 각각의 유량(또는 제1 유로(31)에서의 액화가스 및 제2 유로(32)에서의 액화가스의 유량의 총합)보다 많을 수 있다. 따라서 제1 유로(31)의 액화가스와 제2 유로(32)의 액화가스가 용이하게 열매의 온도에 수렴하도록 할 수 있다.
본 실시예는 증발가스 처리부(50)를 더 포함할 수 있다. 증발가스 처리부(50)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 처리하는 구성으로, 압축기, 재액화장치, 가스연소장치 등일 수 있다. 증발가스 처리부(50)는 액화가스 저장탱크(10)에 연결되는 증발가스 배출라인(51)을 통해 전달받은 증발가스를 태워버리거나, 압축하여 제1 공급라인(41) 및/또는 제2 공급라인(42)에 전달하거나, 또는 재액화장치로 재액화시켜 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시킬 수 있다.
물론 증발가스 처리부(50)는 이 외에도 종래에 널리 알려진 증발가스를 처리하는 구성들을 다양하게 채용할 수 있음을 알려둔다.
이와 같이 본 실시예는, 열교환기(30)에서 열매를 이용해 고압엔진(61) 측 액화가스와 저압엔진(62) 측 액화가스를 모두 가열함에 따라, 고압엔진(61) 및 저압엔진(62)의 운전과 관계없이 각 엔진(60)에 전달되는 액화가스의 온도를 일정하게 유지시켜 줄 수 있으므로 효율적인 액화가스의 공급이 가능하다는 효과를 갖는다.
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: 액화가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20: 액화가스 펌프 22: 고압 펌프
30: 열교환기 31: 제1 유로
32: 제2 유로 33: 열매 유로
34: 열매라인 40: 액화가스 공급라인
41: 제1 공급라인 42: 제2 공급라인
50: 증발가스 처리부 51: 증발가스 배출라인
60: 엔진 61: 제1 엔진
62: 제2 엔진

Claims (11)

  1. 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크;
    상기 액화가스를 제1 엔진으로 공급하는 제1 공급라인;
    상기 액화가스를 상기 제1 엔진보다 상대적으로 낮은 압력으로 구동하는 제2 엔진으로 공급하며 상기 제1 공급라인과 병렬로 마련되는 제2 공급라인; 및
    상기 제1 공급라인 및 상기 제2 공급라인이 연결되며, 하나의 열매로 상기 제1 공급라인에서의 상기 액화가스 및 상기 제2 공급라인에서의 상기 액화가스를 가열하는 열교환기를 포함하며,
    상기 열교환기는,
    상기 열매가 유동하는 하나의 열매 유로를 포함하고, 상기 열매 유로에서 유동하는 상기 열매를 통해 상기 제1 공급라인의 상기 액화가스 및 상기 제2 공급라인의 상기 액화가스 모두에 한꺼번에 열전달이 가능한 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열매는,
    기설정온도를 유지하면서 상기 열매 유로에 공급되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 제1 공급라인의 상기 액화가스 및 상기 제2 공급라인의 상기 액화가스가 상기 열매의 온도에 수렴하도록, 상기 제1 공급라인의 상기 액화가스 및 상기 제2 공급라인의 상기 액화가스에 열을 전달하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 기설정온도는,
    40 내지 60도인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액화가스 저장탱크에 연결되며 상기 제1 공급라인 및 상기 제2 공급라인으로 분기되는 액화가스 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 액화가스 공급라인에 마련되는 액화가스 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 공급라인에 마련되며 상기 제1 엔진에 공급되는 액화가스를 고압으로 가압하는 고압 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 엔진은, 고압엔진인 ME-GI엔진이며,
    상기 제2 엔진은, 저압엔진인 DF엔진인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 제1 엔진에 공급되는 액화가스가 흐르는 제1 유로; 및
    상기 제2 엔진에 공급되는 액화가스가 흐르며 상기 제1 유로와 병렬로 마련되는 제2 유로를 더 포함하는 구조인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 열매 유로에 흐르는 상기 열매의 유량은,
    상기 제1 유로 및 상기 제2 유로에 흐르는 액화가스의 유량보다 상대적으로 많은 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 상기 액화가스 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.
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