KR20180100760A

KR20180100760A - 선박

Info

Publication number: KR20180100760A
Application number: KR1020170026948A
Authority: KR
Inventors: 장현민; 최동규; 신현준; 손재욱
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2018-09-12
Also published as: KR102291924B1

Abstract

선박이 개시된다.
상기 선박은, 저장탱크로부터 배출되는 증발가스가 통과하는 베이퍼 헤더; 상기 베이퍼 헤더로부터 배출되는 증발가스의 일부를 압축시키는 제1 압축기; 상기 베이퍼 헤더로부터 배출되는 증발가스 중 상기 제1 압축기로 보내지지 않은 나머지 증발가스를 압축시키는 제2 압축기; 상기 베이퍼 헤더로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 압축기에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시키는 제1 열교환기; 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를 추가로 냉각시키는 제2 열교환기; 상기 제1 압축기에 의해 압축되고 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 후 상기 제2 열교환기에 의해 추가로 냉각된 유체를 팽창시키는 제2 감압장치; 상기 제2 열교환기에 냉매를 공급하는 냉매 사이클; 및 상기 베이퍼 헤더로부터 상기 냉매 사이클로 증발가스를 공급하는 냉매충전라인;을 포함하고, 상기 냉매 사이클은, 상기 제2 압축기 및 상기 제2 열교환기를 포함한다.

Description

선박{Vessel}

본 발명은 저장탱크 내부에서 생성되는 증발가스 중 엔진의 연료로 사용되고 남은 증발가스를 재액화시키는 시스템을 포함하는 선박에 관한 것이다.

근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.

액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.

그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -162 ℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다. 이는 에탄 등 다른 저온 액화가스의 경우에도 마찬가지이다.

증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 증발가스의 처리를 위해, 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료소비처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.

증발가스를 재액화하기 위한 방법으로는 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비하여 증발가스를 냉매와 열교환하여 재액화하는 방법, 및 별도의 냉매가 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여 재액화하는 방법 등이 있다. 특히, 후자의 방법을 채용한 시스템을 부분 재액화 시스템(Partial Re-liquefaction System, PRS)이라고 한다.

한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE 및 ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.

DFDE은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.

ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다.

본 발명은 증발가스를 재액화 시키는 시스템을 포함하는 선박에 있어서, 냉매 사이클에 냉매를 충전하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크로부터 배출되는 증발가스가 통과하는 베이퍼 헤더; 상기 베이퍼 헤더로부터 배출되는 증발가스의 일부를 압축시키는 제1 압축기; 상기 베이퍼 헤더로부터 배출되는 증발가스 중 상기 제1 압축기로 보내지지 않은 나머지 증발가스를 압축시키는 제2 압축기; 상기 베이퍼 헤더로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 압축기에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시키는 제1 열교환기; 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를 추가로 냉각시키는 제2 열교환기; 상기 제1 압축기에 의해 압축되고 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 후 상기 제2 열교환기에 의해 추가로 냉각된 유체를 팽창시키는 제2 감압장치; 상기 제2 열교환기에 냉매를 공급하는 냉매 사이클; 및 상기 베이퍼 헤더로부터 상기 냉매 사이클로 증발가스를 공급하는 냉매충전라인;을 포함하고, 상기 냉매 사이클은, 상기 제2 압축기 및 상기 제2 열교환기를 포함하는, 선박이 제공된다.

상기 선박은, 상기 제2 압축기에 의해 압축된 후 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 팽창시킨 후 다시 상기 제2 열교환기로 보내는 제1 감압장치; 및 상기 제1 감압장치에 의해 팽창된 후 다시 상기 제2 열교환기로 보내져, 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체를 압축시키는 제3 압축기;를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 열교환기는, 상기 제1 감압장치에 의해 팽창된 유체를 냉매로 사용하여, 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 후 공급된 유체와, 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시킬 수 있고, 상기 냉매 사이클은, 상기 제2 압축기, 상기 제2 열교환기, 상기 제1 감압장치, 다시 상기 제2 열교환기, 상기 제3 압축기, 다시 상기 제2 압축기를 연결하는 폐루프일 수 있다.

상기 냉매충전라인은, 상기 베이퍼 헤더로부터 배출된 증발가스를 상기 제3 압축기 후단으로 보낼 수 있다.

상기 선박은, 상기 제3 압축기 하류에 설치되어, 상기 제3 압축기에 의해 압축된 증발가스의 온도를 낮추는 냉각기를 더 포함할 수 있다.

상기 냉매충전라인은, 상기 베이퍼 헤더로부터 배출된 증발가스를 상기 제3 압축기와 상기 냉각기 사이로 보낼 수 있다.

상기 제1 압축기에 의해 압축된 증발가스는, 제1 엔진 및 제2 엔진으로 보내질 수 있다.

상기 선박은, 상기 제2 감압장치 후단에 설치되어, 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함할 수 있다.

상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스와 합류되어 상기 제1 열교환기의 냉매로 사용될 수 있다.

상기 제3 압축기와 상기 제1 감압장치는 압신기를 형성할 수 있다.

상기 냉매충전라인은, 상기 냉매 사이클이 운전 중인 상태에서 증발가스를 상기 냉매 사이클로 공급할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 저장탱크로부터 배출되는 증발가스의 일부를 압축시키는 제1 압축기; 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스 중 상기 제1 압축기로 보내지지 않은 나머지 증발가스를 압축시키는 제2 압축기; 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 압축기에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시키는 제1 열교환기; 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를 추가로 냉각시키는 제2 열교환기; 상기 제1 압축기에 의해 압축되고 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 후 상기 제2 열교환기에 의해 추가로 냉각된 유체를 팽창시키는 제2 감압장치; 상기 제2 열교환기에 냉매를 공급하는 냉매 사이클; 및 상기 제1 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 냉매 사이클로 공급하는 냉매충전라인;을 포함하고, 상기 냉매 사이클은, 상기 제2 압축기 및 상기 제2 열교환기를 포함하는, 선박이 제공된다.

상기 냉매충전라인은, 상기 제1 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 제3 압축기 후단으로 보낼 수 있다.

상기 냉매충전라인은, 상기 제1 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 제3 압축기와 상기 냉각기 사이로 보낼 수 있다.

본 발명에 의하면 간단하고 경제적인 방법으로 냉매 충전이 가능하며, 시스템의 가동을 중단할 필요 없이 시스템의 운전 중에도 냉매를 충전할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 증발가스를 별도의 가열 과정 또는 냉각 과정 없이 시스템 운전 중에도 안정적으로 냉매로서 공급할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 압축된 증발가스를 냉매로서 공급하므로, 승압된 압력으로 인해 냉매 충전 시간이 크게 단축될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 선박은, 천연가스를 연료로 사용하는 엔진을 탑재한 선박 및 액화가스 저장탱크를 포함하는 선박 등에 다양하게 응용되어 적용될 수 있다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 후술할 증발가스 처리를 위한 시스템들은 저온 액체화물 또는 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박과 해상 구조물, 즉 액화천연가스 운반선, 액화에탄가스(Liquefied Ethane Gas) 운반선, LNG RV와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 구조물에 적용될 수 있다. 다만 후술하는 실시예들에서는 설명의 편의상 대표적인 저온 액체화물인 액화천연가스를 예로 들어 설명한다.

또한, 본 발명의 각 라인에서의 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기액 혼합 상태, 기체 상태, 초임계유체 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박은, 베이퍼 헤더(Vapor Header, 900), 제1 열교환기(110), 제1 압축기(210), 제2 압축기(220), 제2 열교환기(400), 제1 감압장치(300), 제3 압축기(230), 및 제2 감압장치(500)를 포함한다.

저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스는, 베이퍼 헤더(900)를 거쳐 제1 열교환기(110)로 공급되는데, 본 실시예의 선박은, 베이퍼 헤더(900)와 연결되는 냉매충전라인(L4)을 포함하여, 베이퍼 헤더(900)로부터 배출된 증발가스를 냉매로서 냉매충전라인(L4)을 통해 충전할 수 있도록 하였다.

본 실시예의 제1 열교환기(110)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 베이퍼 헤더(900)를 통과한 증발가스를 냉매로 사용하여, 제1 압축기(210)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(110)로 보내진 증발가스를 냉각시킨다. 저장탱크(T)에서 배출된 후 베이퍼 헤더(900)를 지나 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 증발가스는 두 흐름으로 분기하여, 일부는 제1 압축기(210)로 보내지고, 나머지는 제2 압축기(220)로 보내진다.

본 실시예의 제1 압축기(210)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 베이퍼 헤더(900)를 지나 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 증발가스의 일부를, 제1 엔진(E1)이 요구하는 압력으로 압축시킨다. 제1 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스의 일부는 제2 엔진(E2)으로 보내져 연료로 사용되고, 나머지는 제1 엔진(E1)으로 보내져 연료로 사용된다.

본 실시예의 제1 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스 중 제2 엔진(E2)으로 보내지는 증발가스는, 제2 엔진(E2) 전단에 설치된 제3 감압장치(510)에 의해 제2 엔진(E2)의 요구 압력까지 감압된 후 제2 엔진(E2)으로 보내질 수 있다.

본 실시예의 선박에 의하면, 제1 엔진(E1)은 추진용으로 사용되고 제2 엔진(E2)은 발전용으로 사용될 수 있고, 제1 엔진(E1)은 제2 엔진(E2)보다 높은 압력의 증발가스를 연료로 요구하는 엔진일 수 있으며, 제1 엔진(E1)은 대략 300 bar의 증발가스를 연료로 사용하는 ME-GI엔진이고, 제2 엔진(E2)은 대략 6.5 bar의 증발가스를 연료로 사용하는 DF엔진일 수 있다.

본 실시예의 제2 압축기(220)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 베이퍼 헤더(900)를 지나 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 증발가스 중, 제1 압축기(210)로 보내지지 않은 나머지 증발가스를 압축시킨다. 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스는 제2 열교환기(400)로 보내져 재액화의 냉매로 사용된다.

본 실시예의 제2 열교환기(400)는, 제1 압축기(210)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(110)에 의해 1차로 냉각된 증발가스를 추가적으로 냉각시킨다. 즉, 제2 열교환기(400)는, 제1 열교환기(110)에 의해 1차로 냉각된 유체를 추가적으로 냉각시켜 재액화량 및 재액화 효율을 높이기 위하여 설치되며, 증발가스를 냉각시키기 위한 열교환의 냉매로, 제1 감압장치(300)에 의해 팽창된 유체(L2 라인)를 사용한다.

제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 제2 열교환기(400)로 보내진 증발가스(L1 라인)는, 제2 열교환기(400)에 의해 냉각된 후 제1 감압장치(300)로 보내진다.

본 실시예의 제1 감압장치(300)는, 제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 제2 열교환기(400)에 의해 냉각된 유체를 팽창시킨 후 다시 제2 열교환기(400)로 보낸다. 제1 감압장치(300)에 의해 팽창되어 압력뿐만 아니라 온도도 낮아진 유체(L2 라인)는, 제2 열교환기(400)에서 냉매로 사용된다.

즉, 제2 열교환기(400)는, 제1 감압장치(300)에 의해 팽창된 유체(L2 라인)를 냉매로, 제1 열교환기(110)에 의해 1차로 냉각된 후 공급된 유체(L3 라인)와, 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스(L1 라인)를 열교환시켜 냉각시킨다. 제1 감압장치(300)에 의해 팽창된 후 제2 열교환기(400)에서 냉매로 사용된 유체(L2 라인)는 제3 압축기(230)로 보내진다.

본 실시예의 제3 압축기(230)는, 제1 감압장치(300)에 의해 팽창된 후 제2 열교환기(400)에서 냉매로 사용된 유체(L2 라인)를 압축시키며, 제3 압축기(230)에 의해 압축된 증발가스는 제2 압축기(220) 전단으로 보내진다.

본 실시예의 제3 압축기(230)는, 제1 감압장치(300)와 압신기(Compander)를 형성하여, 제1 감압장치(300)가 유체를 팽창시키면서 생산하는 동력에 의해 구동될 수 있다.

본 실시예의 선박은, 제2 압축기(220), 제2 열교환기(400), 제1 감압장치(300), 다시 제2 열교환기(400), 제3 압축기(230), 다시 제2 압축기(220)를 연결하는 폐루프(이하, '냉매 사이클'이라고 한다.)를 형성할 수 있고, '냉매 사이클'을 흐르는 유체는, 제1 열교환기(110)에 의해 1차로 냉각된 유체를 제2 열교환기(400)에서 추가로 냉각시키기 위한 냉매로 제공될 수 있다.

본 실시에의 선박의 '냉매 사이클'은 폐루프이므로, 시스템의 초기 구동시, 또는 시스템 운전 중 '냉매 사이클'로부터 냉매가 유실되는 경우, '냉매 사이클'에 냉매를 보충할 필요가 생긴다. 시스템에 압력 초과 현상(Over Pressure)이 발생하면 시스템 및 장비의 안전을 위해 인위적으로 '냉매 사이클'로부터 냉매를 배출시킬 수 있고, '냉매 사이클'을 구성하는 장비를 구동시키는 동안 장비로부터 냉매가 조금씩 지속적으로 방출되므로, 시스템 운전 중 '냉매 사이클'로부터 냉매가 유실될 수 있다.

재액화 성능의 유지를 위해 '냉매 사이클'을 순환하는 냉매의 양을 일정하게 유지하여야 하므로, '냉매 사이클'에 냉매를 보충하여야 하는데, 본 실시예의 선박에 의하면 간단하고 경제적인 방법으로 냉매 충전이 가능하며, 시스템의 가동을 중단할 필요 없이 시스템의 운전 중에도 냉매를 충전할 수 있다는 장점이 있다.

본 실시예의 냉매충전라인(L4)은, 베이퍼 헤더(900)로부터 배출되는 증발가스를 제3 압축기(230) 후단으로 공급하여, 베이퍼 헤더(900) 내부의 대략 -120℃의 증발가스를, 별도의 가열 과정 또는 냉각 과정 없이, 시스템 운전 중에도 안정적으로 '냉매 사이클'에 공급할 수 있도록 한다. 냉매충전라인(L4) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 밸브가 설치될 수 있다.

본 실시예의 선박은, '냉매 사이클'에 증발가스가 아닌 질소 등을 순환시켜 제2 열교환기(400)의 냉매로 사용할 수도 있다.

본 실시예의 제3 압축기(230)는, 제1 감압장치(300)에 의해 낮아진 압력을 보상하여, '냉매 사이클'을 순환하는 유체의 압력 평균을 일정하게 유지시키는 역할을 한다.

본 실시예의 제2 감압장치(500)는, 제1 압축기(210), 제1 열교환기(110), 및 제2 열교환기(400)를 통과한 유체를 팽창시킨다.

본 실시예의 제1 감압장치(510), 제2 감압장치(520), 및 제3 감압장치(530)는 각각, 팽창기 또는 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일 수 있다.

제1 압축기(210)에 의한 압축과정과, 제1 열교환기(110) 및 제2 열교환기(400)에 의한 냉각과정과, 제2 감압장치(500)에 의한 팽창과정을 거친 유체는 일부 또는 전부가 재액화된다.

본 실시예의 선박은, 제1 압축기(210), 제1 열교환기(110), 제2 열교환기(400), 및 제2 감압장치(500)를 통과하며 재액화된 액화천연가스와, 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는, 기액분리기(600)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예의 기액분리기(600)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(T)로 복귀될 수 있고, 기액분리기(600)에 의해 분리된 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류되어 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용될 수 있다.

본 실시예의 선박은, 제3 압축기(230) 하류에 설치되어, 제3 압축기(230)에 의해 압축되며 압력뿐만 아니라 온도도 높아진 증발가스의 온도를 낮추는 냉각기(120)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 선박이 냉각기(120)를 더 포함하는 경우, 제3 압축기(230) 및 냉각기(120)를 통과한 유체가 제2 압축기(220) 전단으로 보내지며, 냉매충전라인(L4)을 따라 베이퍼 헤더(900)로부터 배출된 증발가스는, 제3 압축기(230)와 냉각기(120) 사이로 보내진다.

도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 2에 도시된 제2 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템은, 도 1에 도시된 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템에 비해, 냉매충전라인(L4)이 베이퍼 헤더와 연결된 것이 아니라, 제1 압축기(210) 후단으로부터 분기한다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 선박은, 제1 열교환기(110), 제1 압축기(210), 제2 압축기(220), 제2 열교환기(400), 제1 감압장치(300), 제3 압축기(230), 및 제2 감압장치(500)를 포함한다.

본 실시예의 제1 열교환기(110)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 사용하여, 제1 압축기(210)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(110)로 보내진 증발가스를 냉각시킨다. 저장탱크(T)에서 배출된 후 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 증발가스는 두 흐름으로 분기하여, 일부는 제1 압축기(210)로 보내지고, 나머지는 제2 압축기(220)로 보내진다.

본 실시예의 제1 압축기(210)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 증발가스의 일부를, 제1 엔진(E1)이 요구하는 압력으로 압축시킨다. 제1 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스의 일부는 제2 엔진(E2)으로 보내져 연료로 사용되고, 나머지는 제1 엔진(E1)으로 보내져 연료로 사용된다.

본 실시예의 제2 압축기(220)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 증발가스 중, 제1 압축기(210)로 보내지지 않은 나머지 증발가스를 압축시킨다. 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스는 제2 열교환기(400)로 보내져 재액화의 냉매로 사용된다.

본 실시예의 제2 열교환기(400)는, 제1 감압장치(300)에 의해 팽창된 유체(L2 라인)를 냉매로, 제1 압축기(210)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(110)에 의해 1차로 냉각된 증발가스를 추가적으로 냉각시킨다.

본 실시에의 선박의 '냉매 사이클'은 폐루프이므로, 제1 실시예와 마찬가지로, 시스템의 초기 구동시, 또는 시스템 운전 중 '냉매 사이클'로부터 냉매가 유실되는 경우, '냉매 사이클'에 냉매를 보충할 필요가 생긴다.

본 실시예의 냉매충전라인(L4)은, 제1 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스의 일부를 제3 압축기(230) 후단으로 공급한다.

본 실시예의 선박에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 간단하고 경제적인 방법으로 냉매 충전이 가능하며, 시스템의 가동을 중단할 필요 없이 시스템의 운전 중에도 냉매를 충전할 수 있다는 장점이 있다.

본 실시예의 냉매충전라인(L4)은, 제1 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스를 제3 압축기(230) 후단으로 공급하여, 제3 압축기(230)에 의해 압축된 대략 43℃의 증발가스를, 별도의 가열 과정 또는 냉각 과정 없이, 시스템 운전 중에도 안정적으로 '냉매 사이클'에 공급할 수 있도록 한다. 냉매충전라인(L4) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 밸브가 설치될 수 있다.

또한, 제1 실시예의 냉매충전라인(L4)이 베이퍼 헤더(900) 내부의 대략 상압의 증발가스를 '냉매 사이클'로 공급하는 반면, 본 실시예의 냉매충전라인(L4)은, 제1 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스를 '냉매 사이클'로 공급하므로, 승압된 압력으로 인해 냉매 충전 시간이 크게 단축될 수 있다는 장점이 있다.

압축기는 정해진 부피의 유체를 흡입하도록 설정되는데, 압력이 높아진 증발가스를 공급하면 증발가스의 흐름이 빨라져 압축기가 같은 시간 동안 흡입할 수 있는 증발가스의 부피가 늘어난다. 같은 시간 동안 흡입할 수 있는 증발가스의 부피가 늘어나면 압축기는 정해진 부피의 증발가스를 더 빨리 흡입할 수 있고, 결국 냉매 충전 시간이 단축된다.

본 실시예의 선박은, 제3 압축기(230) 하류에 설치되어, 제3 압축기(230)에 의해 압축되며 압력뿐만 아니라 온도도 높아진 증발가스의 온도를 낮추는 냉각기(120)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 선박이 냉각기(120)를 더 포함하는 경우, 제3 압축기(230) 및 냉각기(120)를 통과한 유체가 제2 압축기(220) 전단으로 보내지며, 냉매충전라인(L4)을 따라 '냉매 사이클'로 공급되는 증발가스는, 제3 압축기(230)와 냉각기(120) 사이로 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.

T : 저장탱크 E1, E2 : 엔진
210, 220, 230 : 압축기 110, 400 : 열교환기
120 : 냉각기 300, 500, 510 : 감압장치
600 : 기액분리기 900 : 베이퍼 헤더

Claims

저장탱크로부터 배출되는 증발가스가 통과하는 베이퍼 헤더;
상기 베이퍼 헤더로부터 배출되는 증발가스의 일부를 압축시키는 제1 압축기;
상기 베이퍼 헤더로부터 배출되는 증발가스 중 상기 제1 압축기로 보내지지 않은 나머지 증발가스를 압축시키는 제2 압축기;
상기 베이퍼 헤더로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 압축기에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시키는 제1 열교환기;
상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를 추가로 냉각시키는 제2 열교환기;
상기 제1 압축기에 의해 압축되고 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 후 상기 제2 열교환기에 의해 추가로 냉각된 유체를 팽창시키는 제2 감압장치;
상기 제2 열교환기에 냉매를 공급하는 냉매 사이클; 및
상기 베이퍼 헤더로부터 상기 냉매 사이클로 증발가스를 공급하는 냉매충전라인;을 포함하고,
상기 냉매 사이클은, 상기 제2 압축기 및 상기 제2 열교환기를 포함하는, 선박.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 압축기에 의해 압축된 후 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 팽창시킨 후 다시 상기 제2 열교환기로 보내는 제1 감압장치; 및
상기 제1 감압장치에 의해 팽창된 후 다시 상기 제2 열교환기로 보내져, 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체를 압축시키는 제3 압축기;를 더 포함하고,
상기 제2 열교환기는, 상기 제1 감압장치에 의해 팽창된 유체를 냉매로 사용하여, 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 후 공급된 유체와, 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시키고,
상기 냉매 사이클은, 상기 제2 압축기, 상기 제2 열교환기, 상기 제1 감압장치, 다시 상기 제2 열교환기, 상기 제3 압축기, 다시 상기 제2 압축기를 연결하는 폐루프인, 선박.
청구항 2에 있어서,
상기 냉매충전라인은, 상기 베이퍼 헤더로부터 배출된 증발가스를 상기 제3 압축기 후단으로 보내는, 선박.
청구항 2에 있어서,
상기 제3 압축기 하류에 설치되어, 상기 제3 압축기에 의해 압축된 증발가스의 온도를 낮추는 냉각기를 더 포함하는, 선박.
청구항 4에 있어서,
상기 냉매충전라인은, 상기 베이퍼 헤더로부터 배출된 증발가스를 상기 제3 압축기와 상기 냉각기 사이로 보내는, 선박.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 압축기에 의해 압축된 증발가스는, 제1 엔진 및 제2 엔진으로 보내지는, 선박.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 감압장치 후단에 설치되어, 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함하는, 선박.
청구항 7에 있어서,
상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스와 합류되어 상기 제1 열교환기의 냉매로 사용되는, 선박.
청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 압축기와 상기 제1 감압장치는 압신기를 형성하는, 선박.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉매충전라인은, 상기 냉매 사이클이 운전 중인 상태에서 증발가스를 상기 냉매 사이클로 공급하는, 선박.
저장탱크로부터 배출되는 증발가스의 일부를 압축시키는 제1 압축기;
상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스 중 상기 제1 압축기로 보내지지 않은 나머지 증발가스를 압축시키는 제2 압축기;
상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 압축기에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시키는 제1 열교환기;
상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를 추가로 냉각시키는 제2 열교환기;
상기 제1 압축기에 의해 압축되고 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 후 상기 제2 열교환기에 의해 추가로 냉각된 유체를 팽창시키는 제2 감압장치;
상기 제2 열교환기에 냉매를 공급하는 냉매 사이클; 및
상기 제1 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 냉매 사이클로 공급하는 냉매충전라인;을 포함하고,
상기 냉매 사이클은, 상기 제2 압축기 및 상기 제2 열교환기를 포함하는, 선박.
청구항 11에 있어서,
상기 제2 압축기에 의해 압축된 후 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 팽창시킨 후 다시 상기 제2 열교환기로 보내는 제1 감압장치; 및
상기 제1 감압장치에 의해 팽창된 후 다시 상기 제2 열교환기로 보내져, 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체를 압축시키는 제3 압축기;를 더 포함하고,
상기 제2 열교환기는, 상기 제1 감압장치에 의해 팽창된 유체를 냉매로 사용하여, 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 후 공급된 유체와, 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시키고,
상기 냉매 사이클은, 상기 제2 압축기, 상기 제2 열교환기, 상기 제1 감압장치, 다시 상기 제2 열교환기, 상기 제3 압축기, 다시 상기 제2 압축기를 연결하는 폐루프인, 선박.
청구항 12에 있어서,
상기 냉매충전라인은, 상기 제1 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 제3 압축기 후단으로 보내는, 선박.
청구항 12에 있어서,
상기 제3 압축기 하류에 설치되어, 상기 제3 압축기에 의해 압축된 증발가스의 온도를 낮추는 냉각기를 더 포함하는, 선박.
청구항 14에 있어서,
상기 냉매충전라인은, 상기 제1 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 제3 압축기와 상기 냉각기 사이로 보내는, 선박.
청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 압축기에 의해 압축된 증발가스는, 제1 엔진 및 제2 엔진으로 보내지는, 선박.
청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 감압장치 후단에 설치되어, 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함하는, 선박.
청구항 17에 있어서,
상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스와 합류되어 상기 제1 열교환기의 냉매로 사용되는, 선박.
청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 압축기와 상기 제1 감압장치는 압신기를 형성하는, 선박.
청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉매충전라인은, 상기 냉매 사이클이 운전 중인 상태에서 증발가스를 상기 냉매 사이클로 공급하는, 선박.