KR20180110430A - 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증발가스를 압축시켜 선박의 엔진으로 연료로써 공급하고 남은 나머지 증발가스를 재액화시켜 처리하는 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 증발가스의 압축 과정에서 혼입된 오일 성분이 포함된 재액화 증발가스를 안전하게 처리할 수 있는 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템은, 고압가스 분사엔진; 하나 이상의 액화가스 저장탱크; 하나 이상의 압축부를 포함하며 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 상기 고압가스 분사엔진의 연료 요구 압력으로 압축시키는 다단압축기; 상기 다단압축기에서 압축되고 상기 고압가스 분사엔진의 연료로 공급되고 남은 고압 증발가스를 재액화시키는 재액화수단; 및 상기 재액화수단에 의해 액화된 재액화 증발가스를 저장하는 재액화가스 저장탱크;를 포함하고, 상기 다단압축기는 급유식 압축기이며, 상기 다단압축기에서 압축된 고압 증발가스에는 상기 다단압축기에서 유입된 오일 성분이 포함되어 있고, 상기 재액화가스 저장탱크는 상기 액화가스 저장탱크보다 작은 용량의 것으로 마련되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법 {Boil-Off Gas Proceeding System and Method for Ship}
본 발명은 증발가스를 압축시켜 선박의 엔진으로 연료로써 공급하고 남은 나머지 증발가스를 재액화시켜 처리하는 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 증발가스의 압축 과정에서 혼입된 오일 성분을 포함하는 재액화 증발가스를 안전하게 처리할 수 있는 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 상압 하에서 약 -163℃로 냉각시켜 액화시킴으로써 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 부피가 약 1/600로 줄어들기 때문에, 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하며, 일 예로 LNG를 수송할 수 있는 LNG 운반선(LNG Carrier)이 이용되고 있다.
LNG 운반선의 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열을 차단하는 데에는 한계가 있고, 외부의 열이 LNG 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 LNG 수송과정에서 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 자연 기화되어 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.
BOG는 일종의 LNG 손실로서 LNG의 수송효율에 있어서 중요한 문제이며, LNG 저장탱크 내에서 증발가스가 생성됨으로 인하여 저장탱크의 내압이 설정된 안전압력 이상이 되면 탱크가 파손될 위험 등이 있으므로, 안전밸브를 이용하여 증발가스를 저장탱크 외부로 배출시키고 배출시킨 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 사용되고 있다.
저장탱크 외부로 배출시킨 증발가스는 선박의 엔진 등의 연료로 공급하거나, 재액화시켜 저장탱크로 복귀시키는 방법 등이 사용되고 있다.
LNG 운반선의 추진 시스템에서 메인 추진 장치로서 이중 연료 연소 엔진을 적용하는 경우, 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 메인 추진 엔진의 연료로서 사용하여 증발가스를 처리할 수 있는데, 증발가스, 즉 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 선박용 엔진으로는 대표적으로 ME-GI 엔진(Man Electronic Gas Injection Engine)과 같은 고압가스 분사엔진과 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진과 같은 저압가스 분사엔진이 있다.
ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 약 300 bar 정도의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있고, DFDE 엔진은, 2행정 또는 4행정으로 구성되며, 약 6.5 bar 내지 18 bar 정도의 저압 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여 피스톤이 올라가면서 압축시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.
이와 같이, 증발가스는 엔진의 연료로 공급하기 위해서는 엔진에서 필요로 하는 요구 압력에 맞추어 압축시킨 후 공급해주어야 하는데, 압축기에서 압축된 증발가스 중 엔진의 연료로 공급하고 남은 압축 증발가스는 재액화시켜 저장탱크로 회수하는 부분 재액화 시스템(PRS; Partial Re-liquefaction System)을 함께 적용할 수 있다.
기체를 액화시키기 위해서는 기체를 임계압력까지 압축시키면 액체로 상변화가 일어나는 성질 또는 기체를 높은 압력에서 낮은 압력으로 단열팽창시키면 기체의 온도가 낮아지는 줄-톰슨 효과를 이용할 수 있는데, 따라서 증발가스의 재액화 효율을 높이기 위해서는, 증발가스를 높은 압력으로 압축시키는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
증발가스를 고압으로 압축시키기 위해서는 다수개의 압축부와 냉각부를 포함하여 증발가스를 다단계에 걸쳐 압축시키는 다단압축기를 이용할 수 있다.
3단 이상의 다단압축기, 예를 들어, 5개의 압축부(실린더)를 포함하여 5단계의 압축을 거쳐 증발가스를 압축시키는 5단압축기의 경우에는, 전단 3개의 압축부는 무급유 윤활(oil-free) 방식으로 동작하는 반면, 후단 2개의 압축부는 급유 윤활(oil-lubricated) 방식으로 동작하는데, 이는 후단으로 갈수록 유체의 압력이 높아져 실린더의 피스톤 링이 마모될 위험이 크기 때문에, 피스톤 링의 마모 방지를 위해 실린더에 윤활유(Lubrication Oil)를 공급하는 것이다.
따라서, 이러한 다단압축기를 이용하여 4단 이상에서 압축된 증발가스를 배출시키는 경우, 압축된 증발가스에는 윤활유 성분이 포함될 수 있으며, 윤활유 성분이 포함된 상태로 후단 공정으로 도입된다.
증발가스를 재액화시키기 위해서는 고압으로 압축된 증발가스를 냉각시키는 열교환수단과 단열팽창시키는 팽창수단으로 도입시켜 재액화시킬 수 있는데, 열교환수단이나 팽창수단, 그리고 증발가스를 이송하는 배관에는 이물질이 유입되면 관로 막힘을 초래할 수 있다.
열교환수단이나 팽창수단에서 고압 증발가스가 냉각되므로, 고압 증발가스에 포함된 윤활유 성분 역시 냉각에 의해 점도가 높아지며, 이로 인해 관로 막힘의 위험은 더욱 커지게 된다. 관로 막힘 현상은 장비를 손상시킬 뿐 아니라 재액화 시스템의 가동을 중단시켜야 할 위험이 발생하게 되고, 또한 재액화 효율의 저하를 초래한다.
이를 위하여, 증발가스에 포함된 윤활유 성분을 분리하는 필터(Filter) 등의 분리수단을 추가로 설치하는 방안이 고려되고 있지만, 분리수단을 통과하여도 저장탱크로 회수되는 재액화 증발가스에는 여전히 윤활유 성분이 포함되며, 이는, 시간이 지날수록 필터의 성능은 떨어지고, 증발가스가 고압일 때에는 필터 등에서의 상 분리 성능이 현저히 낮아지기 때문이라는 점을 발견하게 되었다.
재액화 증발가스에 윤활유 성분이 포함된 상태로 저장탱크로 회수되면, 증발가스의 냉열로 인해 고점도인 윤활유 성분 또는 얼어버린 윤활유 성분에 의해 저장탱크가 손상되는 등 치명적인 영향을 초래할 뿐 아니라, 저장탱크에 저장된 액화천연가스를 오염시켜 품질을 저하시킨다. 이러한 이유 등으로 선주 및 화주는 윤활유 성분이 포함된 재액화 증발가스가 저장탱크로 회수되는 것을 선호하지 않으며, 이를 해결할 수 있는 시스템의 개발이 시급한 실정이다.
따라서 본 발명은, 상술한 바와 같이 인식한 문제점을 해결하고자 하는 것을 그 목적으로 하며, 즉, 증발가스를 압축시켜 선박의 엔진으로 연료로써 공급하고 남은 나머지 증발가스를 재액화시켜 처리하는 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법을 제공하고, 특히, 증발가스의 압축 과정에서 혼입된 오일 성분이 포함된 재액화 증발가스를 안전하게 처리할 수 있는 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 고압가스 분사엔진; 하나 이상의 액화가스 저장탱크; 하나 이상의 압축부를 포함하며 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 상기 고압가스 분사엔진의 연료 요구 압력으로 압축시키는 다단압축기; 상기 다단압축기에서 압축되고 상기 고압가스 분사엔진의 연료로 공급되고 남은 고압 증발가스를 재액화시키는 재액화수단; 및 상기 재액화수단에 의해 액화된 재액화 증발가스를 저장하는 재액화가스 저장탱크;를 포함하고, 상기 다단압축기는 급유식 압축기이며, 상기 다단압축기에서 압축된 고압 증발가스에는 상기 다단압축기에서 유입된 오일 성분이 포함되어 있고, 상기 재액화가스 저장탱크는 상기 액화가스 저장탱크보다 작은 용량의 것으로 마련되는, 선박의 증발가스 처리 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 다단압축기는 적어도 4개 이상의 압축부를 포함하여 적어도 4단 이상으로 상기 증발가스를 고압 압축시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 다단압축기에서 압축된 고압 증발가스는 100 bar 내지 400 bar 이거나 150 bar 내지 300 bar일 수 있다.
바람직하게는, 상기 재액화가스 저장탱크는 선체에 마련되며 멤브레인 타입이거나 C-Type으로 마련되며 상기 선박의 데크 상에 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 재액화가스 저장탱크에 저장된 재액화 증발가스는, 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스의 수위가 설정값 이하일 때 상기 고압가스 분사엔진의 연료로 공급될 수 있다.
바람직하게는, 상기 다단압축기 후단에는 상기 고압 증발가스에 혼합된 오일 성분을 걸러내는 오일 분리 수단;이 더 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 재액화수단은, 상기 고압 증발가스와 상기 다단압축기로 공급되는 증발가스를 열교환시켜 상기 고압 증발가스를 냉각시키는 열교환기; 및 상기 열교환기에서 냉각된 고압 증발가스를 단열팽창시키는 팽창수단;을 포함하고, 상기 팽창수단과 상기 재액화가스 저장탱크를 연결하고, 상기 팽창수단을 통과하면서 액화된 재액화 증발가스가 상기 재액화가스 저장탱크로 이송되도록 하는 재액화가스 이송라인;을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 재액화수단은, 상기 팽창수단을 통과하면서 생성된 기액혼합물을 기액분리하는 기액분리기;를 더 포함하며, 상기 기액분리기에서 분리된 액체 상태의 재액화 증발가스는 상기 재액화가스 저장탱크로 이송되고, 상기 기액분리기에서 분리된 기체 상태의 재액화되지 않은 증발가스는 상기 열교환기 전단으로 합류될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 하나 이상의 액화가스 저장탱크; 하나 이상의 압축부를 포함하며 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 추진 엔진의 연료 요구 압력으로 압축시키는 1차 압축기; 상기 1차 압축기에서 압축된 압축 증발가스를 임계 압력 이상으로 더 압축시키는 2차 압축기; 상기 2차 압축기에서 압축된 고압 증발가스를 재액화시키는 재액화수단; 및 상기 재액화수단에 의해 액화된 재액화 증발가스를 저장하는 재액화가스 저장탱크;를 포함하고, 상기 2차 압축기는 급유식 압축기이며, 상기 2차 압축기에서 압축된 고압 증발가스에는 상기 2차 압축기에서 유입된 오일 성분이 포함되어 있고, 상기 재액화가스 저장탱크는 상기 액화가스 저장탱크보다 작은 용량의 것으로 마련되는, 선박의 증발가스 처리 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 1차 압축기는 상기 증발가스를 6.5 bar 내지 18 bar로 압축시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 2차 압축기는 상기 증발가스를 60 bar 이상으로 압축시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 재액화가스 저장탱크는 선체에 마련되며 멤브레인 타입, 또는, C-Type으로 마련되며 상기 선박의 데크 상에 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 1차 압축기에서 압축된 압축 증발가스를 연료로 공급받는 엔진;을 포함하고, 상기 2차 압축기는 상기 엔진으로 공급되고 남은 압축 증발가스를 더 압축시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 재액화가스 저장탱크에 저장된 재액화 증발가스는, 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스의 수위가 설정값 이하일 때 상기 엔진의 연료로 공급될 수 있다.
바람직하게는, 상기 2차 압축기 후단에는 상기 고압 증발가스에 혼합된 오일 성분을 걸러내는 오일 분리 수단;이 더 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 재액화수단은, 상기 고압 증발가스와 상기 1차 압축기로 공급되는 증발가스를 열교환시켜 상기 고압 증발가스를 냉각시키는 열교환기; 및 상기 열교환기에서 냉각된 고압 증발가스를 단열팽창시키는 팽창수단;을 포함하고, 상기 팽창수단과 상기 재액화가스 저장탱크를 연결하며 상기 팽창수단을 통과한 재액화 증발가스가 상기 재액화가스 저장탱크로 이송되도록 하는 재액화가스 이송라인;을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 팽창수단을 통과하면서 생성된 기액혼합물을 기액분리하는 기액분리기;를 더 포함하며, 상기 기액분리기에서 분리된 액체 상태의 재액화 증발가스는 상기 재액화가스 저장탱크로 이송되고, 상기 기액분리기에서 분리된 기체 상태의 재액화되지 않은 증발가스는 상기 열교환기 전단으로 합류될 수 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 의하면, 선박의 만선 운항 시에는, 액화가스 저장탱크에서 생성된 증발가스를 압축하여 엔진의 연료로 공급하고, 상기 엔진의 연료로 공급하고 남은 압축 증발가스를 재액화시켜 별도의 재액화가스 저장용 탱크로 회수하며, 상기 선박의 밸러스트 운항 시에는, 상기 재액화가스 저장용 탱크에 저장된 재액화 증발가스를 상기 엔진의 연료로 공급하되, 상기 재액화가스 저장용 탱크에 저장된 재액화 증발가스에는, 상기 증발가스를 압축하면서 혼입된 오일 성분이 포함되어 있는, 선박의 연료 공급 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 선박은 추진엔진으로써 고압가스 분사엔진이 마련되어 있고, 상기 액화가스 저장탱크에서 생성된 증발가스는 100 bar 내지 400 bar로 압축시켜 상기 고압가스 분사엔진의 연료로 공급하고, 상기 고압가스 분사엔진의 연료로 공급하고 남은 고압 증발가스를 재액화시켜 상기 재액화가스 저장용 탱크로 회수하며, 상기 증발가스는 압축기에 윤활유를 공급하여 적어도 4단 이상 압축시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 선박은 추진엔진으로써 저압가스 분사엔진이 마련되어 있고, 상기 액화가스 저장탱크에서 생성된 증발가스는 6.5 bar 내지 18 bar로 압축시켜 상기 저압가스 분사엔진의 연료로 공급하고, 상기 저압가스 분사엔진의 연료로 공급하고 남은 압축 증발가스를 60 bar 이상의 고압으로 더 압축시킨 후 재액화시켜 상기 재액화가스 저장용 탱크로 회수할 수 있다.
바람직하게는, 상기 고압 증발가스를 재액화시키는 것은, 상기 오일 성분이 포함된 고압 증발가스와 상기 압축시킬 증발가스를 열교환시켜 상기 고압 증발가스를 냉각시키고, 상기 냉각된 고압 증발가스를 단열팽창시켜 액화된 재액화 증발가스를 상기 재액화가스 저장용 탱크로 회수할 수 있다.
바람직하게는, 상기 액화 증발가스를 기액분리하여, 분리된 기체는 상기 고압 증발가스와 열교환시킬 증발가스에 합류시키고, 분리된 액체는 상기 재액화가스 저장용 탱크로 회수할 수 있다.
바람직하게는, 상기 재액화가스 저장용 탱크는, 선체에 마련되는 멤브레인 타입의 저장탱크 또는 데크 상에 마련되는 C-Type의 저장탱크이며, 상기 액화가스 저장탱크보다 작은 용량의 것으로 마련할 수 있다.
본 발명에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법은, 선박의 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축시켜 선박의 엔진으로 연료로써 공급하고 남은 나머지 증발가스를 재액화시켜 회수할 수 있으며, 엔진의 종류에 관계없이 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 증발가스의 압축 과정에서 혼입된 오일 성분이 포함된 재액화 증발가스를 안전하게 처리할 수 있으므로, 저장탱크의 손상이나 액화가스의 오염을 방지할 수 있어 선주 또는 화주로부터 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 오일 성분이 포함된 재액화 증발가스를 엔진의 연료로 회수함으로써 증발가스를 낭비하지 않을 수 있고, 선박의 밸러스트 운항(Ballast Voyage) 시에도 엔진으로 액화가스 연료를 안정적으로 공급할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템의 구성을 간략하게 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 제2 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템의 구성을 간략하게 도시한 도면이다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
하기 실시예들에서는 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)의 경우를 예로 들어 설명하지만, 본 발명은 다양한 액화가스(Liquefied Gas)에 적용될 수 있으며, 하기 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있고, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
하기 실시예들에서 각 유로를 흐르는 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 기체상태, 기액혼합상태, 액체상태, 또는 초임계 유체 상태일 수 있다.
또한, 하기 실시예들은 선박 또는 해상 구조물에 적용될 수 있으며, 예를 들어 액화천연가스를 화물로써 운반하는 액화천연가스 운반선(LNG Carrier), 액화천연가스를 저장하는 저장탱크를 갖춘 LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit), LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG RV(Regasification Vessel) 등 액화가스 저장탱크가 마련되고 액화가스를 연료로써 공급받는 엔진이 적용된 모든 선박 또는 해상 구조물에 적용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 액화천연가스를 연료로써 공급받는 추진엔진이 마련되고 엔진에 의해 추진력을 갖거나 또는 엔진을 구동하여 전력을 생산하여 사용할 수 있는 모든 선박에 적용할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템은, LNG를 운반하는 LNG 운반선에 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템은, LNG 운반선에 마련되는 고압가스 분사엔진(ME), LNG를 저장하는 하나 이상의 액화가스 저장탱크(10), 하나 이상의 압축부를 포함하며 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스를 고압가스 분사엔진(ME)의 연료 요구 압력을 만족하도록 고압으로 압축시키는 다단압축기(30), 다단압축기(30)에서 압축된 고압 증발가스 중 고압가스 분사엔진(ME)의 연료로 공급되고 남은 나머지 고압 증발가스를 재액화시키는 재액화수단을 포함하고, 재액화수단에서 재액화된 재액화 증발가스를 저장하는 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)를 포함한다.
LNG 운반선은 생산지에서 LNG를 하나 이상 마련된 액화가스 저장탱크(10)에 화물로써 저장하고, 목적지까지 운송하며 목적지에서 수요처로 LNG를 하역한 후 되돌아올 수 있다. 또한, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 LNG로부터 발생하는 증발가스는 후술한 LNG 운반선의 추진엔진, 전력을 생산하는 발전엔진 또는 스팀을 생산하는 보일러 등의 연료로써 공급될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는 LNG 운반선에 하나 이상 마련될 수 있으며, 본 실시예에서는 4개의 액화가스 저장탱크(10)가 마련되고, 액화가스 저장탱크(10)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 멤브레인 타입(Membrane Type)으로 선체에 4개 마련되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니고 선박의 종류나 크기 등에 따라 적합한 타입의 저장탱크가 적당한 개수로 마련될 수 있고, 이에 한정되는바 없이 적용될 수 있다.
본 실시예에서 고압가스 분사엔진(ME)은 ME-GI 엔진(MAN Electronic Gas-Injection Engine)일 수 있으며, ME-GI 엔진(ME)은 증발가스를 약 100 bar 내지 400 bar, 바람직하게는 150 bar 내지 300 bar로 압축시킨 고압 증발가스를 연료로써 공급받아 구동될 수 있다.
또한, 다단압축기(30)는 하나 이상의 압축부와 냉각부를 포함하여 증발가스를 다단(multistage)으로 압축시키며, 냉각부는 하나 이상의 압축부 후단에 각각 마련되어 압축에 의해 온도가 상승한 압축 증발가스를 냉각시킨다.
또한, 압축부는, 실린더 내의 피스톤의 왕복 운동을 이용하여 기체를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)일 수 있고, 냉각부는, 해수 또는 청수를 이용하여 압축 증발가스를 냉각시킬 수 있다.
본 실시예에서 다단압축기(30)는 적어도 4개 이상의 압축부를 포함하여, 증발가스를 4단 이상으로 압축시킴으로써 ME-GI 엔진(ME)의 연료 조건인 약 150 bar 내지 300 bar의 고압 증발가스를 배출시킬 수 있고, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 5개의 압축부를 포함하여 증발가스를 5단 압축시키는 5단압축기일 수 있다. 그러나, 다단압축기(30)의 단수는 이에 한정되는 것은 아니고 증발가스의 목표 압력에 따라 달라질 수 있다.
즉, 본 실시예에서 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)로부터 다단압축기(30)와 ME-GI 엔진(ME)을 연결하고 증발가스를 엔진으로 이송하는 연료 공급라인(FL)을 따라 5단압축기(30)에서 5단에 걸쳐 약 150 내지 300 bar로 압축되어 ME-GI 엔진(ME)의 연료로 공급될 수 있고, 다단압축기(30)에서 압축된 고압 증발가스는 초임계 상태의 유체일 수 있다.
본 실시예의 5단압축기(30)는 급유 윤활로 동작하여 증발가스를 100 bar 이상의 고압으로 압축시키는데, 바람직하게는, 1번째 압축부부터 3번째 압축부까지는 무급유 윤활로 동작하고, 4번째 압축부 및 5번째 압축부는 급유 윤활로 동작하며, 급유는 실린더 및 피스톤의 마모를 방지하고 과열을 방지하기 위하여 윤활 및 냉각을 목적으로 실시한다.
따라서, 본 실시예의 5단압축기(30)에서 압축된 고압의 증발가스는 윤활유 성분이 혼입된 상태로 배출될 수 있다.
본 실시예에서, 다단압축기(30)에서 압축된 고압 증발가스 중 ME-GI 엔진(ME)의 연료로 공급되고 남은, 윤활유 성분이 포함된 잉여의 고압 증발가스는 다단압축기(30) 후단에서 연료 공급라인(FL)으로부터 분기되는 재액화 라인(RL)을 따라 재액화수단에서 재액화되어 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로 회수될 수 있다.
본 실시예의 재액화가스 저장탱크(10)는 다단압축기(30)에서 압축된 고압 증발가스 중 ME-GI 엔진(ME)의 연료로 공급되고 남은, 윤활유 성분이 포함된 고압 증발가스를 재액화시킨, 윤활유 성분을 포함하는 재액화 증발가스를 저장하기 위하여 마련된다. 또한, 본 실시예의 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 윤활유 성분을 포함하는 재액화 증발가스는 ME-GI 엔진(ME)의 연료로 공급될 수 있다.
즉, 본 실시예에 따르면, 다단압축기(30)에서 압축되어 ME-GI 엔진(ME)의 연료로써 공급되고 남은 고압 증발가스를, 가스 연소기(GCU; Gas Combustion Unit, 미도시) 등에서 연소시켜 처리하거나, 재액화시켜 윤활유 성분을 포함하는 재액화 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 회수하지 않고, 별도의 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로 연료로써 회수함으로써, 증발가스를 소각시켜 낭비하지 않을 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)로 화물로써 회수하여 액화가스 저장탱크(10) 및 액화가스를 오염시키거나, 액화가스 저장탱크(10)를 손상시키는 등 액화가스의 품질을 저하시키지 않을 수 있어 효과적으로 활용할 수 있다.
본 실시예의 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)는 도 1에 도시한 바와 같이, 선체에 마련되며 멤브레인 타입의 탱크로 설치될 수도 있고, 도 2에 도시한 바와 같이, 선박의 데크 상에 마련되며 C-Type의 탱크, 즉 압력 용기로 설치될 수도 있다.
단, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)는 액화가스 저장탱크(10) 하나의 용량보다 작은 용량을 가지도록 마련되는 것이 바람직하다.
예를 들어, LNG 운반선의 용량이 170k급인 경우, LNG 운반선에 액화가스 저장탱크(10)는 1 내지 4개가 마련될 수 있고, 170k급 LNG 운반선은 하나 이상의 액화가스 저장탱크(10)에 적재할 수 있는 액화가스의 총량이 약 170,000m3이며, 이에 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)는 약 500m3 내지 3,000m3, 바람직하게는 약 500m3 내지 2,000m3, 더 바람직하게는 약 700m3 내지 1,200m3 의 용량의 것으로 마련되는 것만으로도 충분하다.
즉, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)는 액화가스 저장탱크(10)의 약 50배 이상, 바람직하게는 약 30배 이상, 더 바람직하게는 10배 이상 작은 용량의 것으로 마련될 수 있으며, 따라서, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)를 설치하기 위하여 추가 공간을 확보하거나 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)를 배치하는 데 있어서 공간적 제약에 따른 부담이 적다.
본 실시예에서 재액화수단은, 다단압축기(30)에서 압축되고 재액화 라인(RL)으로 유입된 고압 증발가스를 냉각시키는 열교환기(20), 열교환기(20)에서 냉각된 고압 증발가스의 압력을 낮추어, 바람직하게는, 단열팽창시켜 온도를 낮추는 팽창수단(40)을 포함한다.
본 실시예의 열교환기(20)에서는 재액화 라인(RL)으로 도입된 고압 증발가스와, 저장탱크(10, 11a, 11b)로부터 배출되고 연료 공급라인(FL)을 따라 다단압축기(30)로 도입될 저압 증발가스가 열교환되며, 고압 증발가스가 저압 증발가스의 냉열에 의해 냉각된다.
즉, 열교환기(20)에서 열교환 후 배출되는 저압 증발가스는 냉열이 회수된 후 온도가 상승한 상태로 다단압축기(30)로 공급되고, 열교환 후 배출되는 고압 증발가스는 냉각된 상태로 팽창수단(40)으로 공급된다.
또한, 열교환기(20)로 공급되는 고압 증발가스는 초임계 상태일 수 있다.
본 실시예의 팽창수단(40)은, 열교환기(20)에서 냉각된 고압 증발가스의 압력을 낮춤으로써, 바람직하게는 단열팽창시킴으로써 팽창에 의해 고압 증발가스의 온도를 낮춰 액화시키는 수단으로써, 팽창기(Expander) 또는 줄-톰슨 밸브(Joule-Thomson Valve)일 수 있다. 본 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 팽창수단(40)으로써 줄-톰슨 밸브가 마련되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
팽창수단(40)을 통과한 증발가스는 팽창수단(40)과 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)를 연결하는 재액화가스 이송라인(LL)을 통해 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로 이송되며, 즉 본 실시예에 따르면 윤활유 등 오일 성분이 포함된 재액화 증발가스는 별도의 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로 회수된다.
본 실시예에 따른 재액화수단은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 팽창수단(40)을 통과한 증발가스를 기액분리하는 기액분리기(50)를 더 포함할 수 있다.
팽창수단(40)을 통과한 증발가스는 적어도 일부가 액화된 기액 혼합물일 수 있고 기액분리기(50)에서 기액분리될 수 있으며, 기액분리기(50)에서 분리된 액체 상태의 재액화 증발가스에는 오일 성분이 포함되어 있을 수 있고, 상술한 바와 같이 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로 회수된다.
또한, 기액분리기(50)에서 분리된 기체 상태의 재액화되지 않은 미응축 증발가스는 기액분리기(50)의 상부로부터 연료 공급라인(FL)으로 연결되는 가스 회수라인(GL)을 따라 연료 공급라인(FL), 보다 구체적으로는 열교환기(20)의 전단으로 합류시킬 수 있다. 즉, 기액분리기(50)에서 분리된 기체 상태의 재액화되지 않은 증발가스는 열교환기(20)에서 냉열이 회수된 후 다단압축기(30)로 공급될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템은, 다단압축기(30)에서 압축된 고압 증발가스에 혼입된 윤활유 등 오일 성분이나 이물질을 걸러낼 수 있는 오일 분리 수단(OS)이 다단압축기(30)와 ME-GI 엔진(ME) 사이의 연료 공급라인(FL) 상에 마련될 수 있다.
오일 분리 수단(OS)은 필터(Filter) 또는 스트레이너(Strainer) 등 유체 속에 포함된 고형물을 제거할 수 있는 형상의 것으로 마련될 수 있고, 본 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 스트레이너로 마련되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 오일 분리 수단(OS)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 연료 공급라인(FL)에 마련되며 재액화 라인(RL)은 오일 분리 수단(OS) 후단에서 분기되도록 마련될 수도 있고, 또는, 도면에 도시하지는 않았지만, 오일 분리 수단(OS)이 재액화 라인(RL) 상에 마련될 수도 있으며, 연료 공급라인(FL) 및 재액화 라인(RL)에 각각 하나 이상이 마련될 수도 있음은 물론이다.
즉, 다단압축기(30)에서 압축된 고압 증발가스는 오일 분리 수단(OS)으로 도입되어 고압 증발가스에 포함된 오일 성분 등의 고형 이물질이 제거된 후 ME-GI 엔진(ME) 및 재액화 라인(RL)으로 공급된다.
그러나 스트레이너나 필터 등 오일 분리 수단(OS)은 고형 이물질을 물리적으로 여과시키는 수단이며, 따라서 주기적으로 세척 또는 교체가 필요하고 그렇지 않으면 여과부가 막혀 저항이 커지고 분리 성능이 낮아지게 된다.
또한, 고압 증발가스 중에 포함된 오일 성분은 각종 장치에 영향을 미칠 수 있으므로 재액화수단으로 도입되기 전에 분리제거 하는 것이 바람직한데, 재액화수단으로 도입되기 전의 고압 증발가스의 온도는 오일 성분이 완벽하게 입자 형태(Particle)가 될 정도의 저온이 아니고 고점도의 유체 형태일 수 있기 때문에 분리가 용이하지 않다.
또한, 다단압축기(30)에서 배출된 고압 증발가스는, 약 300 bar 이상의 고압이므로 고압에 의한 트립(trip)이 발생할 수 있으며, 임계압 이상의 고압, 즉 유체가 초임계 상태일 때에는 여과에 의한 고형물의 분리 효율이 낮다.
따라서, 급유 윤활로 동작하는 다단압축기(30) 후단에 오일 분리 수단(OS)을 마련하여도 재액화수단으로 도입되는 고압 증발가스 중에 혼입되어 있는 오일 성분을 완벽하게 제거하기는 어렵고, 재액화 증발가스 중에는 오일 성분이 혼합된 상태로 회수된다.
본 발명은, 재액화 증발가스 중에 오일 성분이 혼입되어 있으며, 이를 액화가스 저장탱크(10)로 회수하지 않고, 별도의 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로 회수함으로써 오일 성분을 포함하는 재액화 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)로 회수됨에 따른 문제점을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템은, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 재액화 증발가스를 엔진의 연료로 공급하기 위한 재액화가스 연료 공급라인(RF)을 더 포함할 수 있다.
즉, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 재액화 증발가스는 선박의 엔진 연료로 공급될 수 있다. 여기서, 재액화 증발가스를 연료로 공급받는 엔진은, 상술한 주 추진엔진인 고압가스 분사엔진(ME)일 수도 있고, 발전엔진이나 보일러 등 천연가스를 연료로 공급받을 수 있는 다른 기관들일 수도 있으나, 본 실시예에서는 추진엔진(ME)의 연료로 공급하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
재액화가스 연료 공급라인(RF)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로부터 연료 공급라인(FL)으로 연결될 수 있다. 또는 별도의 라인으로 배치할 수도 있으나, 연료 공급라인(FL)으로 공급하여 연료 공급라인(FL)의 다단압축기(30)를 활용하는 것이 바람직하다.
재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 재액화 증발가스는 선박의 공선 운항(밸러스트 운항) 시 엔진(ME)의 연료로 공급할 수 있다.
LNG 운반선의 만선 운항 시에는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스의 발생량이 충분하고, 필요한 경우에는 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 강제기화기(미도시), 고압펌프(미도시) 등을 이용하여 압축 및 기화시킨 강제기화가스를 연료로 공급할 수도 있으나, LNG 운반선의 공선 운항 시에는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 목적지에 하역한 후이므로, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스의 수위가 일정수준 이하이며 증발가스 발생량이 거의 없거나 연료 수요량에 미치지 못한다.
따라서, 본 실시예는, 선박의 공선 운항 또는 액화가스 저장탱크(10)의 수위가 일정 수준 이하인 등 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스는 물론 액화가스를 연료로 공급할 수 없을 때, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 재액화 증발가스를 엔진(ME)의 연료로 공급할 수 있다.
재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로부터 ME-GI 엔진(ME)으로 연료를 공급할 때에는, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b) 내에서 자연기화한 증발가스는 물론 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 재액화 증발가스를 강제기화시킨 강제기화가스를 압축시켜 공급할 수도 있다.
재액화가스 저장탱크(11a, 11b) 내에서 자연기화한 증발가스는 재액화가스 연료 공급라인(RF)을 통해 증발가스를 다단압축기(30)로 공급하여, ME-GI 엔진(ME)에서 필요로 하는 압력, 즉, 약 100 bar 내지 400 bar, 보다 바람직하게는 150 bar 내지 300 bar로 압축시켜 공급할 수 있고, 연료로 공급하고 남은 나머지 증발가스를 재액화 라인(RL)으로 분기시킬 수도 있다.
또한, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 재액화 증발가스를 강제기화시키는 강제기화기(미도시), 강제기화기에서 기화된 강제기화가스의 온도를 ME-GI 엔진(ME)의 연료 공급 조건에 맞추어 조절하는 온도 조절 수단(미도시) 및 압력을 조절하는 압력 조절 수단(미도시)이 더 마련될 수 있으며, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 재액화 증발가스를 강제기화기를 이용하여 선박의 공선 운항 시 ME-GI 엔진(ME) 추진 연료로써 공급할 수도 있다.
압력 조절 수단은, 재액화 증발가스를 강제기화기에서 강제기화시킨 후, 강제기화가스를 다단압축기(30)로 공급하여 압축시킴으로써 다단압축기(30)를 압력 조절 수단으로 활용할 수도 있고, 또는, 강제기화기 전단에, 액체 상태의 재액화 증발가스를 엔진(ME)의 연료 공급 조건에 맞추어 압축시키는 고압펌프(미도시)를 더 마련하여, 고압펌프를 압력 조절 수단으로 활용할 수도 있다.
또한, 강제기화기, 압력 조절 수단 및 온도 조절 수단 등은 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 재액화 증발가스를 강제기화시켜 ME-GI 엔진(ME)으로 공급하기 위하여 따로 마련될 수도 있고, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 ME-GI 엔진(ME)의 연료로써 강제기화시켜 공급하기 위하여 마련되는 것을 활용하여 공급할 수도 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다. 이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법을 설명하기로 한다.
본 실시예는, 상술한 제1 실시예와 비교하여, 적용되는 추진엔진(ME), 증발가스를 압축시키는 하나 이상의 압축부를 포함하는 압축기, 강제기화가스를 추진엔진(ME)의 연료로 공급하는 수단에 있어 일부 차이점이 있고, 나머지 부재에 대해서는 구체적인 설명이 생략되더라도 상술한 제1 실시예가 참고될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템은, LNG 운반선의 추진엔진(ME), LNG를 저장하는 하나 이상의 액화가스 저장탱크(10), 하나 이상의 압축부를 포함하며 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스를 추진엔진(ME)의 연료 요구 압력을 만족하도록 압축시키는 1차 압축기(31), 1차 압축기(31)에서 압축된 압축 증발가스를 증발가스의 임계 압력 이상으로 더 압축시키는 2차 압축기(32)를 포함한다.
본 실시예에서, 1차 압축기(31)에서 압축된 압축 증발가스는 추진엔진(ME)의 연료로 공급되고, 2차 압축기(32)는 추진엔진(ME)의 연료로 공급되고 남은 나머지 압축 증발가스를 고압으로 더 압축시킨다.
또한, 본 실시예에 따른 선박의 증발가스 처리 시스템은, 2차 압축기(32)에서 압축된 고압 증발가스를 재액화시키는 재액화수단 및 재액화수단에서 재액화된 재액화 증발가스를 저장하는 별도의 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)를 더 포함한다.
액화가스 저장탱크(10)는 본 실시예가 적용되는 선박에 하나 이상 마련될 수 있으며, 본 실시예에서는 4개의 액화가스 저장탱크(10)가 마련되고, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 멤브레인 타입(Membrane Type)으로 선체에 마련되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니다.
본 실시예에서 추진엔진(ME)은, 저압가스 분사엔진인 DF 엔진(Dual Fuel Engine)이며, 약 3 bar 내지 45 bar, 바람직하게는 약 6.5 bar 내지 18 bar로 압축시킨 증발가스를 연료로써 공급받아 구동되는 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric)엔진 또는 X-DF(eXtra long stroke Duel Fuel)엔진일 수 있다.
본 실시예의 1차 압축기(31) 및 2차 압축기(32)는, 하나 이상의 압축부와 냉각부를 포함하여 증발가스를 압축시키며, 냉각부는 압축부 후단에서 압축에 의해 온도가 상승한 압축 증발가스를 냉각시킬 수 있다. 압축부는, 실린더 내의 피스톤의 왕복 운동을 이용하여 기체를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating Compressor)일 수 있고, 냉각부는, 해수 또는 청수를 이용하여 압축 증발가스를 냉각시킬 수 있다.
1차 압축기(31)는, 하나 이상의 압축부를 포함하여 증발가스를 DF 엔진(ME)의 연료 조건으로 1단 또는 다단 압축시킬 수 있으며, 무급유 윤활로 동작할 수 있다. 본 실시예에서 1차 압축기(31)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 2개의 압축부를 포함하는 2단압축기(31)로 마련될 수 있으며, 증발가스를 2단에 걸쳐 DF 엔진(ME)의 연료 조건으로 압축시킬 수 있다.
본 실시예의 2차 압축기(32)는, 액화가스 저장탱크(10)와 1차 압축기(31) 및 DF 엔진(ME)을 연결하고, 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되어 1차 압축기(31)에서 압축되어 DF 엔진(ME)으로 공급되도록 하는 연료 공급라인(FL)으로부터 분기되는 재액화 라인(RL) 상에 마련될 수 있으며, 1차 압축기(31)에서 DF 엔진(ME)의 연료 조건으로 압축된 후 DF 엔진(ME)의 연료로 공급되고 남은 압축 증발가스를 고압으로 더 압축시킬 수 있다.
2차 압축기(32)는 하나 이상의 압축부와 냉각부를 포함하여, 증발가스를 다단으로 압축시키는 다단압축기로 마련될 수 있고, 압축부는 왕복동식 압축기로 마련될 수 있으며, 냉각부는, 하나 이상의 압축부 후단에 각각 마련되어 압축에 의해 온도가 상승한 압축 증발가스를 해수 또는 청수를 이용하여 냉각시킬 수 있다.
또한, 2차 압축기(32)는 1차 압축기(31)에서 DF 엔진(ME)의 연료 조건으로 압축된 압축 증발가스를 임계 압력 이상으로 압축시킬 수 있으며, 급유 윤활로 동작할 수 있다. 급유는 실린더 및 피스톤의 마모를 방지하고 과열을 방지하기 위하여 윤활 및 냉각을 목적으로 실시한다. 본 실시예에서 2차 압축기(32)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 3개의 압축부를 포함하여 증발가스를 3단에 걸쳐 고압으로 압축시킬 수 있고, 2차 압축기(32)에서 압축된 고압 증발가스는 초임계 상태의 유체일 수 있다.
본 실시예에서, 1차 압축기(31) 및 2차 압축기(32)의 압축부 및 냉각부의 개수를 특별히 한정하는 하는 것은 아니며, 1차 압축기(31)는 저압의 가스연료를 공급받는 DF 엔진(ME)의 연료 조건으로 증발가스를 압축시킬 수 있도록 하는 단 수로 마련되는 것으로 족하고, 2차 압축기(32)는 1차 압축기(13)에서 압축된 증발가스를, 2차 압축기(32) 후단에 마련되는 재액화수단에서 재액화시킬 수 있을 정도의 고압, 바람직하게는 증발가스의 임계 압력 이상으로 압축시킬 수 있는 단 수로 마련될 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4에서는, 2차 압축기(32)가 연료 공급라인(FL)으로부터 분기되는 재액화 라인(RL) 상에 마련되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니고, 1차 압축기(31)의 하나 이상의 압축부와 2차 압축기(32)의 하나 이상의 압축부가 상술한 제1 실시예와 같이 연료 공급라인(FL) 상에 하나의 압축 유닛으로 마련되고, 재액화 라인(RL)이 1차 압축기(31)에 포함된 압축부, 즉, 압축부로부터 토출된 증발가스의 압력이 DF 엔진(ME)의 연료 조건을 충족시키는 압축부의 후단에서 분기되도록 마련될 수도 있다. 단, 분기된 이후의 후단 압축부(2차 압축기)는 윤활유를 필요로 하며, 급유 윤활로 동작된다.
따라서, 본 실시예의 2차 압축기(32)에서 압축된 고압의 증발가스는 윤활유 성분이 혼입된 상태로 배출될 수 있다.
본 실시예에서, 2차 압축기(32)에서 압축되면서 윤활유 성분이 포함된 고압 증발가스는, 재액화 라인(RL)을 따라 재액화수단에서 재액화되어 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로 회수될 수 있다. 또한, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 윤활유 성분을 포함하는 재액화 증발가스는 DF 엔진(ME)의 연료로 공급될 수 있다.
따라서, 1차 압축기(31)에서 DF 엔진(ME)의 연료 조건으로 압축된 압축 증발가스 중 DF 엔진(ME)의 연료로 공급되고 남은 나머지 압축 증발가스를, 재액화 라인(RL)으로 분기시켜 급유 윤활로 작동하는 2차 압축기(32)로 공급하고, 2차 압축기(32)에서 임계 압력 이상의 고압으로 압축시킨 후, 2차 압축기(32)에서 압축되면서 혼입된 윤활유 성분이 포함된 고압 증발가스를 재액화수단으로 공급하여 재액화시키고, 윤활유 성분이 포함된 재액화 증발가스는 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장되며, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 재액화가스는 DF 엔진의 연료로 공급할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따르면, 1차 압축기(31)에서 압축되어 DF 엔진(ME)의 연료로 공급되고 남은 압축 증발가스를, 가스 연소기 등에서 연소시켜 처리하여 낭비하지 않고, 2차 압축기(32)에서 임계 압력 이상으로 압축시켜 재액화시켜 회수할 수 있으며, 단, 2차 압축기(32)에서 압축되면서 윤활유가 혼입된 재액화 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 회수하지 않고 별도의 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로 연료로써 회수함으로써, 재액화 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 화물로써 회수하여 액화가스 저장탱크(10) 및 액화가스를 오염시켜 품질을 저하시키거나, 액화가스 저장탱크(10)를 손상시키는 일 없이 재액화 증발가스를 효과적으로 활용할 수 있다.
본 실시예의 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)는 도 3에 도시한 바와 같이, 멤브레인 타입의 탱크로 선체에 설치될 수도 있고, 도 4에 도시한 바와 같이, C-Type, 즉 압력 용기로 선박의 데크 상에 설치될 수도 있다. 단, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)는 액화가스 저장탱크(10) 하나의 용량보다 작은 용량을 가지도록 마련되는 것이 바람직하며, 따라서 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)의 추가 설치에 따른 공간적 제약이 적다. 본 실시예의 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)는 상술한 제1 실시예의 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)와 동일하게 적용될 수 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에서 재액화수단은, 2차 압축기(32)에서 압축된 고압 증발가스를 냉각시키는 열교환기(20), 열교환기(20)에서 냉각된 고압 증발가스의 압력을 낮추어, 바람직하게는 단열팽창시켜 온도를 낮추는 팽창수단(40)을 포함한다.
본 실시예의 열교환기(20)에서는, 2차 압축기(32)에서 압축된 고압 증발가스, 바람직하게는 초임계 상태의 증발가스와, 연료 공급라인(FL)을 따라 1차 압축기(31)로 도입되는 저압 증발가스가 열교환되며, 고압 증발가스가 저압 증발가스의 냉열에 의해 냉각된다.
즉, 열교환기(20)에서 열교환 후 배출되는 저압 증발가스는 냉열이 회수된 후 온도가 상승한 상태로 1차 압축기(31)로 공급되고, 열교환 후 배출되는 고압 증발가스는 냉각된 상태로 팽창수단(40)으로 공급된다.
팽창수단(40)은, 열교환기(20)에서 냉각된 고압 증발가스의 온도를 낮춤으로써, 바람직하게는 단열팽창시킴으로써 팽창에 의해 고압 증발가스의 온도를 낮춰 증발가스를 액화시키는 수단이며, 팽창기 또는 줄-톰슨 밸브일 수 있다.
팽창수단(40)을 통과한 증발가스는 팽창수단(40)과 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)를 연결하는 재액화가스 이송라인(LL)을 통해 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로 이송되며, 즉 본 실시예에 따르면 윤활유 등 오일 성분이 포함된 재액화 증발가스는 별도의 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로 회수된다.
본 실시예에 따른 재액화수단은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 팽창수단(40)을 통과한 증발가스를 기액분리하는 기액분리기(50)를 더 포함할 수 있으며, 본 실시예의 팽창수단(40) 및 기액분리기(50)는, 상술한 제1 실시예의 팽창수단(40) 및 기액분리기(50)와 동일한 특성을 갖고 유사하게 작용하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
팽창수단(40)을 통과한 증발가스는 적어도 일부가 액화된 기액 혼합물일 수 있으며 기액분리기(50)에서 기액분리될 수 있고, 기액분리기(50)에서 분리된 액체 상태의 재액화 증발가스에는 오일 성분이 포함되어 있을 수 있으며, 상술한 바와 같이 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로 회수된다.
또한, 기액분리기(50)에서 분리된 기체 상태의 재액화되지 않은 증발가스는 기액분리기(50)의 상부로부터 연료 공급라인(FL)으로 연결되는 가스 회수라인(GL)을 따라 연료 공급라인(FL), 보다 구체적으로는 열교환기(20)의 전단으로 합류시킬 수 있다. 즉, 기액분리기(50)에서 분리된 기체 상태의 재액화되지 않은 증발가스는 열교환기(20)에서 냉열이 회수된 후 1차 압축기(31)로 공급될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템은, 1차 압축기(31)에서 압축된 고압 증발가스에 혼입된 윤활유 등 오일 성분이나 이물질을 걸러낼 수 있는 오일 분리 수단(OS)이 2차 압축기(32)와 재액화수단 사이의 재액화 라인(RL) 상에 마련될 수 있다.
또는, 본 실시예의 1차 압축기(31)가 급유 윤활로 동작하는 다단압축기로 마련되는 경우에는, 오일 분리 수단(OS)이 1차 압축기(31) 후단에도 마련될 수 있다.
오일 분리 수단(OS)은 필터(Filter) 또는 스트레이너(Strainer) 등 유체 속에 포함된 고형물을 제거할 수 있는 형상의 것으로 마련될 수 있고, 본 실시예에서는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 스트레이너로 마련되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
그러나, 상술한 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 오일 분리 수단(OS)을 마련하여도, 초임계 상태의 증발가스에 포함된 오일 성분을 완벽하게 분리하기가 용이하지 않으며, 재액화 증발가스 중에는 오일 성분이 혼합된 상태로 회수될 수 있는데 이를 액화가스 저장탱크(10)로 회수하지 않고, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로 회수함으로써 오일 성분을 포함하는 재액화 증발가스가 액화가스 저장탱크(10)로 회수됨에 따른 문제점을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 증발가스 처리 시스템은, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 재액화 증발가스를 엔진(ME)의 연료로 공급하기 위한 재액화가스 연료 공급라인(RF)을 더 포함할 수 있다.
즉, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 재액화 증발가스는 선박의 엔진(ME) 연료로 공급될 수 있다. 여기서, 재액화 증발가스를 연료로 공급받는 엔진은, 상술한 주 추진엔진인 DF 엔진(ME), 즉, 저압가스 분사엔진일 수도 있고, 발전엔진이나 보일러 등 천연가스를 연료로 공급받을 수 있는 다른 기관들일 수도 있으나, 본 실시예에서는 추진엔진(ME)의 연료로 공급하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
재액화가스 연료 공급라인(RF)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로부터 연료 공급라인(FL)으로 연결될 수 있다. 또는 별도의 라인으로 배치할 수도 있으나, 도 3 및 도 4와 같이 연료 공급라인(FL)으로 공급하여 연료 공급라인(FL)의 열교환기(20)와 1차 압축기(31)를 활용하는 것이 바람직하다.
재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 재액화 증발가스는 상술한 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 선박의 공선 운항 또는 액화가스 저장탱크(10)의 수위가 일정 수준 이하인 등 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스는 물론 액화가스를 연료로 공급할 수 없을 때, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 재액화 증발가스를 엔진(ME)의 연료로 공급할 수 있다.
또한, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로부터 DF 엔진(ME)으로 연료를 공급할 때에는, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b) 내에서 자연기화한 증발가스는 물론 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 액체 상태의 재액화 증발가스를 강제기화시킨 강제기화가스를 연료로 공급할 수도 있다.
재액화가스 저장탱크(11a, 11b) 내에서 자연기화한 증발가스는 재액화가스 연료 공급라인(RF)을 통해 증발가스를 1차 압축기(31)로 공급하여, DF 엔진(ME)에서 필요로 하는 압력으로 압축시켜 공급할 수 있고, 연료로 공급하고 남은 나머지 증발가스는 2차 압축기(32)에서 고압으로 압축시킨 후 재액화시켜 회수할 수도 있다.
또한, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 재액화 증발가스를 강제기화시키는 강제기화기(미도시), 강제기화가스의 온도를 DF 엔진(ME)의 연료 공급 조건에 맞추어 조절하는 온도 조절 수단(미도시) 및 압력을 조절하는 압력 조절 수단(미도시)을 더 마련하여, 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)에 저장된 재액화 증발가스를 선박의 공선 운항 시 DF 엔진(ME)의 연료로써 공급할 수도 있다.
압력 조절 수단은, 재액화 증발가스를 강제기화기에서 강제기화시킨 후, 강제기화가스를 1차 압축기(31)로 공급하여 압축시킴으로써 1차 압축기(31)를 압력 조절 수단으로 활용할 수도 있고, 또는, 강제기화기 전단에, 액체 상태의 재액화 증발가스를 엔진(ME)의 연료 공급 조건에 맞추어 압축시키는 펌프(미도시)를 더 마련하여, 펌프를 압력 조절 수단으로 활용할 수도 있다.
또한, DF 엔진(ME)은 제1 실시예의 ME-GI 엔진과는 달리, 연료가스 조건에 일정 수준의 메탄가(MN; Methane Number)를 요구하는데, DF 엔진(ME)으로 공급하는 연료의 메탄가를 요구 조건에 맞추어 조절하지 않으면 연료의 발열량이나 연소속도가 충분하지 않아 엔진의 출력이 떨어질 수 있다.
메탄가는 노킹성을 나타내는 지표 중의 하나로써, 연료 가스의 조성을 나타낸다. 천연가스에는 메탄 외에도 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄 등의 탄화수소 성분들과 질소, 이산화탄소 등 불활성 가스 성분들이 포함되어 있고, 그 조성비는 생산지에 따라 다르다. 메탄이나 일산화탄소는 노킹이 일어나기 어렵고, 프로판, 부탄 등 탄소수가 많은 중탄화수소(Heavy Hydrocarbon)는 노킹이 일어나기 쉽다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 강제기화가스의 메탄가를 조절하는 메탄가 조절 수단(미도시)을 더 포함할 수 있다. 메탄가 조절 수단은 드럼(Drum)일 수 있으며, 중탄화수소가 메탄에 비해 액화점이 높다는 점을 이용하여 강제기화가스에 포함된 중탄화수소를 액화시켜 분리함으로써 메탄가를 조절하는 수단일 수 있다.
본 실시예에서의 강제기화기, 메탄가 조절 수단, 압력조절수단, 온도조절수단 등은 재액화가스 저장탱크(11a, 11b)로부터 액체 상태의 재액화 증발가스를 DF 엔진(ME)의 연료로 공급하기 위하여 별도로 마련되는 것일 수도 있으나 바람직하게는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액체 상태의 액화가스를 DF 엔진(ME)의 연료로 공급하기 위해 마련된 것을 활용할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 증발가스의 압축 과정에서 혼입된 오일 성분이 포함된 재액화 증발가스를 안전하게 처리할 수 있으므로, 저장탱크의 손상이나 액화가스의 오염을 방지할 수 있어 선주 또는 화주로부터 높은 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 오일 성분이 포함된 재액화 증발가스를 액화가스 화물로 회수하는 것이 아니라 별도의 탱크를 마련하여 엔진의 연료로 회수함으로써 증발가스를 낭비하지 않을 수 있고, 선박의 밸러스트 운항(Ballast Voyage) 시에도 엔진으로 액화가스 연료를 안정적으로 공급할 수 있다.
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.
ME : 추진엔진
10 : 액화가스 저장탱크
11a, 11b : 재액화가스 저장탱크
20 : 열교환기
30 : 다단압축기
40 : 팽창수단
50 : 기액분리기
OS : 오일 분리 수단
FL : 연료 공급라인
RL : 재액화 라인
RF : 재액화가스 연료 공급라인

Claims (26)

  1. 고압가스 분사엔진;
    하나 이상의 액화가스 저장탱크;
    하나 이상의 압축부를 포함하며 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 상기 고압가스 분사엔진의 연료 요구 압력으로 압축시키는 다단압축기;
    상기 다단압축기에서 압축되고 상기 고압가스 분사엔진의 연료로 공급되고 남은 고압 증발가스를 재액화시키는 재액화수단; 및
    상기 재액화수단에 의해 액화된 재액화 증발가스를 저장하는 재액화가스 저장탱크;를 포함하고,
    상기 다단압축기는 급유식 압축기이며, 상기 다단압축기에서 압축된 고압 증발가스에는 상기 다단압축기에서 유입된 오일 성분이 포함되어 있고,
    상기 재액화가스 저장탱크는 상기 액화가스 저장탱크보다 작은 용량의 것으로 마련되는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 다단압축기는 적어도 4개 이상의 압축부를 포함하여 적어도 4단 이상으로 상기 증발가스를 고압 압축시키는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다단압축기에서 압축된 고압 증발가스는 100 bar 내지 400 bar인, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 다단압축기에서 압축된 고압 증발가스는 150 bar 내지 300 bar인, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 재액화가스 저장탱크는 선체에 마련되며 멤브레인 타입인, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 재액화가스 저장탱크는 C-Type으로 마련되며 상기 선박의 데크 상에 마련되는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 재액화가스 저장탱크에 저장된 재액화 증발가스는, 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스의 수위가 설정값 이하일 때 상기 고압가스 분사엔진의 연료로 공급되는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 다단압축기 후단에는 상기 고압 증발가스에 혼입된 오일 성분을 걸러내는 오일 분리 수단;이 더 마련되는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 재액화수단은,
    상기 고압 증발가스와 상기 다단압축기로 공급되는 증발가스를 열교환시켜 상기 고압 증발가스를 냉각시키는 열교환기; 및
    상기 열교환기에서 냉각된 고압 증발가스의 압력을 낮추는 팽창수단;을 포함하고,
    상기 팽창수단과 상기 재액화가스 저장탱크를 연결하고, 상기 팽창수단을 통과하면서 액화된 재액화 증발가스가 상기 재액화가스 저장탱크로 이송되도록 하는 재액화가스 이송라인;을 더 포함하는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 재액화수단은,
    상기 팽창수단을 통과하면서 생성된 기액혼합물을 기액분리하는 기액분리기;를 더 포함하며,
    상기 기액분리기에서 분리된 액체 상태의 재액화 증발가스는 상기 재액화가스 저장탱크로 이송되고,
    상기 기액분리기에서 분리된 기체 상태의 재액화되지 않은 증발가스는 상기 열교환기 전단으로 합류되는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  11. 하나 이상의 액화가스 저장탱크;
    하나 이상의 압축부를 포함하며 상기 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 추진 엔진의 연료 요구 압력으로 압축시키는 1차 압축기;
    상기 1차 압축기에서 압축된 압축 증발가스를 임계 압력 이상으로 더 압축시키는 2차 압축기;
    상기 2차 압축기에서 압축된 고압 증발가스를 재액화시키는 재액화수단; 및
    상기 재액화수단에 의해 액화된 재액화 증발가스를 저장하는 재액화가스 저장탱크;를 포함하고,
    상기 2차 압축기는 급유식 압축기이며, 상기 2차 압축기에서 압축된 고압 증발가스에는 상기 2차 압축기에서 유입된 오일 성분이 포함되어 있고,
    상기 재액화가스 저장탱크는 상기 액화가스 저장탱크보다 작은 용량의 것으로 마련되는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 1차 압축기는 상기 증발가스를 6.5 bar 내지 18 bar로 압축시키는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 2차 압축기는 상기 증발가스를 60 bar 이상으로 압축시키는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 재액화가스 저장탱크는 선체에 마련되며 멤브레인 타입인, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 재액화가스 저장탱크는 C-Type으로 마련되며 상기 선박의 데크 상에 마련되는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 1차 압축기에서 압축된 압축 증발가스를 연료로 공급받는 저압가스 분사엔진;을 포함하고,
    상기 2차 압축기는 상기 저압가스 분사엔진으로 공급되고 남은 압축 증발가스를 더 압축시키는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 재액화가스 저장탱크에 저장된 재액화 증발가스는,
    상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스의 수위가 설정값 이하일 때 상기 엔진의 연료로 공급되는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 2차 압축기 후단에는 상기 고압 증발가스에 혼합된 오일 성분을 걸러내는 오일 분리 수단;이 더 마련되는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 재액화수단은,
    상기 고압 증발가스와 상기 1차 압축기로 공급되는 증발가스를 열교환시켜 상기 고압 증발가스를 냉각시키는 열교환기; 및
    상기 열교환기에서 냉각된 고압 증발가스의 압력을 낮추는 팽창수단;을 포함하고,
    상기 팽창수단과 상기 재액화가스 저장탱크를 연결하며 상기 팽창수단을 통과한 재액화 증발가스가 상기 재액화가스 저장탱크로 이송되도록 하는 재액화가스 이송라인;을 더 포함하는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 재액화수단은,
    상기 팽창수단을 통과하면서 생성된 기액혼합물을 기액분리하는 기액분리기;를 더 포함하며,
    상기 기액분리기에서 분리된 액체 상태의 재액화 증발가스는 상기 재액화가스 저장탱크로 이송되고,
    상기 기액분리기에서 분리된 기체 상태의 재액화되지 않은 증발가스는 상기 열교환기 전단으로 합류되는, 선박의 증발가스 처리 시스템.
  21. 선박의 만선 운항 시에는,
    액화가스 저장탱크에서 생성된 증발가스를 압축하여 엔진의 연료로 공급하고,
    상기 엔진의 연료로 공급하고 남은 압축 증발가스를 재액화시켜 별도의 재액화가스 저장용 탱크로 회수하며,
    상기 선박의 밸러스트 운항 시에는,
    상기 재액화가스 저장용 탱크에 저장된 재액화 증발가스를 상기 엔진의 연료로 공급하되,
    상기 재액화가스 저장용 탱크에 저장된 재액화 증발가스에는, 상기 증발가스를 압축하면서 혼입된 오일 성분이 포함되어 있는, 선박의 연료 공급 방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 선박은 추진엔진으로써 고압가스 분사엔진이 마련되어 있고,
    상기 액화가스 저장탱크에서 생성된 증발가스는 100 bar 내지 400 bar로 압축시켜 상기 고압가스 분사엔진의 연료로 공급하고,
    상기 고압가스 분사엔진의 연료로 공급하고 남은 고압 증발가스를 재액화시켜 상기 재액화가스 저장용 탱크로 회수하며,
    상기 증발가스를 압축시키는 압축기는 급유 윤활로 동작하는, 선박의 연료 공급 방법.
  23. 청구항 21에 있어서,
    상기 선박은 추진엔진으로써 저압가스 분사엔진이 마련되어 있고,
    상기 액화가스 저장탱크에서 생성된 증발가스는 4 bar 내지 45 bar로 압축시켜 상기 저압가스 분사엔진의 연료로 공급하고,
    상기 저압가스 분사엔진의 연료로 공급하고 남은 압축 증발가스를 더 압축시킨 후 재액화시켜 상기 재액화가스 저장용 탱크로 회수하며,
    상기 압축 증발가스는 60 bar 이상의 고압으로 압축시키는, 선박의 연료 공급 방법.
  24. 청구항 22 및 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압 증발가스를 재액화시키는 것은,
    상기 오일 성분이 포함된 고압 증발가스와 상기 압축시킬 증발가스를 열교환시켜 상기 고압 증발가스를 냉각시키고,
    상기 냉각된 고압 증발가스의 압력을 낮추어 액화된 재액화 증발가스를 상기 재액화가스 저장용 탱크로 회수하는, 선박의 연료 공급 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 재액화 증발가스를 기액분리하여,
    분리된 기체는 상기 고압 증발가스와 열교환시킬 증발가스에 합류시키고,
    분리된 액체는 상기 재액화가스 저장용 탱크로 회수하는, 선박의 연료 공급 방법.
  26. 청구항 24에 있어서,
    상기 재액화가스 저장용 탱크는,
    선체에 마련되는 멤브레인 타입의 저장탱크 또는 데크 상에 마련되는 C-Type의 저장탱크이며,
    상기 액화가스 저장탱크보다 작은 용량의 것으로 마련하는, 선박의 연료 공급 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020159317A1 (ko) * 2019-02-01 2020-08-06 현대중공업 주식회사 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박
CN112437738A (zh) * 2019-02-01 2021-03-02 现代重工业株式会社 气体处理系统以及包括气体处理系统的船舶
CN114893382A (zh) * 2022-04-11 2022-08-12 东南大学 基于压缩膨胀两用机组的压缩空气储能系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140075584A (ko) * 2012-12-11 2014-06-19 대우조선해양 주식회사 증발가스 재액화 시스템 및 방법
KR20140116981A (ko) * 2013-03-22 2014-10-07 삼성중공업 주식회사 벙커링 선박
KR101637450B1 (ko) * 2014-12-10 2016-07-07 대우조선해양 주식회사 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR20170047048A (ko) * 2015-10-22 2017-05-04 주식회사 디섹 연료 공급 선박

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140075584A (ko) * 2012-12-11 2014-06-19 대우조선해양 주식회사 증발가스 재액화 시스템 및 방법
KR20140116981A (ko) * 2013-03-22 2014-10-07 삼성중공업 주식회사 벙커링 선박
KR101637450B1 (ko) * 2014-12-10 2016-07-07 대우조선해양 주식회사 선박의 증발가스 처리 시스템 및 방법
KR20170047048A (ko) * 2015-10-22 2017-05-04 주식회사 디섹 연료 공급 선박

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020159317A1 (ko) * 2019-02-01 2020-08-06 현대중공업 주식회사 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박
CN112437738A (zh) * 2019-02-01 2021-03-02 现代重工业株式会社 气体处理系统以及包括气体处理系统的船舶
JP2021532016A (ja) * 2019-02-01 2021-11-25 ヒュンダイ ヘビー インダストリーズ カンパニー リミテッド ガス処理システム及びこれを含む船舶
CN114893382A (zh) * 2022-04-11 2022-08-12 东南大学 基于压缩膨胀两用机组的压缩空气储能系统

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