KR20190081519A - 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 - Google Patents

선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 Download PDF

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이윤주
한재식
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Abstract

선박용 증발가스 재액화 시스템이 개시된다.
상기 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 제2 열교환기; 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체에 포함된 윤활유를 걸러내는 제2 필터; 상기 제2 필터에 의해 윤활유가 걸러진 유체를 추가로 냉각시키는 제1 열교환기; 및 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치;를 포함하고, 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스는 제1 열교환기에서 냉매로 사용되고, 상기 제1 열교환기의 냉매로 사용된 증발가스는, 상기 제2 열교환기의 냉매로 사용된 후 상기 압축기에 의해 압축된다.

Description

선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법{Boil-Off Gas Reliquefaction System and Method for Vessel}
본 발명은 액화가스가 자연 기화하여 생성되는 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 재액화시키는 시스템 및 방법에 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 -163℃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 -163 ℃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.
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 연료수요처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.
증발가스를 재액화하기 위한 방법으로는, 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비하여 증발가스를 냉매와 열교환하여 재액화하는 방법, 별도의 냉매가 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여 재액화하는 방법 등이 있다.
한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DF 엔진, X-DF 엔진, ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.
DF 엔진(DFDE, DFDG)은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.
X-DF 엔진은, 2행정으로 구성되고, 16 bar 정도의 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클을 채택하고 있다.
ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다.
이와 같이, 특히 액화천연가스(LNG) 저장탱크에서 발생하는 증발가스(BOG)를 가압한 후, 별도의 냉매 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여, 상호 열교환하여 증발가스를 재액화시키는 경우, 재액화 효율을 위해 고압으로 증발가스를 압축시킬 필요가 있고, 증발가스를 고압으로 압축시키기 위해서는 급유 방식의 실린더 압축기를 사용해야 한다.
급유 방식의 실린더 압축기에 의해 압축된 증발가스에는 윤활유(Lubrication Oil)가 섞이게 된다. 본 발명의 발명자들은, 상기 압축된 증발가스가 열교환기에서 냉각되면서, 압축된 증발가스에 섞인 윤활유가 증발가스보다 먼저 응축 또는 응고가 되어 열교환기의 유로를 막는 문제점이 있다는 것을 발견하였다. 특히, 유로가 좁은(마이크로채널형(Microchannel Type)) PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger), DCHE(Diffusion-bonded Compact Heat Exchanger)의 경우 응축 또는 응고된 윤활유에 의해 열교환기의 유로가 막히는 현상이 더욱 빈번하게 발생한다.
따라서, 본 발명의 발명자들은, 응축 또는 응고된 윤활유가 열교환기의 유로를 막는 현상을 방지하거나 완화하기 위해, 압축된 증발가스에 섞인 윤활유를 분리하는 다양한 기술들을 개발하고 있다.
본 발명은 종래의 기술로 제거하지 못하던 윤활유를 더욱 효율적으로 제거할 수 있는, 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 제2 열교환기; 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체에 포함된 윤활유를 걸러내는 제2 필터; 상기 제2 필터에 의해 윤활유가 걸러진 유체를 추가로 냉각시키는 제1 열교환기; 및 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치;를 포함하고, 상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스는 제1 열교환기에서 냉매로 사용되고, 상기 제1 열교환기의 냉매로 사용된 증발가스는, 상기 제2 열교환기의 냉매로 사용된 후 상기 압축기에 의해 압축되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 제2 열교환기는 증발가스를 윤활유의 응축 온도까지 냉각시킬 수 있다.
상기 제2 열교환기는 증발가스를 -40℃ 내지 -20℃로 냉각시킬 수 있다.
상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용되는 증발가스는 저장탱크로부터 배출된 증발가스일 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 상기 압축기와 상기 제2 열교환기 사이에 설치되어, 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스에 포함된 윤활유를 걸러내는 제1 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 상기 감압장치 하류에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함할 수 있다.
상기 기액분리기에 의해 분리된 기체 상태의 증발가스는, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용될 예정인 증발가스와 합류된 후 상기 제1 열교환기로 보내질 수 있다.
상기 압축기에 의해 압축된 증발가스는 제1 엔진의 연료로 공급되고, 상기 제1 엔진의 연료로 공급된 후 남은 잉여 증발가스가 상기 제2 열교환기로 보내질 수 있다.
상기 제1 엔진은 ME-GI 엔진 또는 X-DF 엔진일 수 있다.
상기 제1 엔진이 X-DF 엔진인 경우, 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축시킨 후 상기 제2 열교환기로 보낼 수 있다.
상기 압축기는 다단압축기이며, 상기 압축기의 일부 압축 과정을 거친 증발가스를 제2 엔진 및 가스연소장치 중 하나 이상으로 보낼 수 있다.
상기 제2 엔진은 DF 엔진(DFDE, DFDG)일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 1) 증발가스를 압축시키는 단계; 2) 상기 1)단계에서 압축된 증발가스를 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계; 3) 상기 2)단계에서 냉각된 유체에 포함된 윤활유를 걸러내는 단계; 4) 상기 3)단계에서 윤활유가 걸러진 유체를 제1 열교환기에 의해 추가로 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및 5) 상기 4)단계에서 추가로 냉각된 유체를 감압시키는 단계;를 포함하고, 상기 1)단계에서 압축되기 전의 증발가스를 상기 4)단계에서 상기 제1 열교환기의 냉매로 사용하고, 상기 4)단계에서 상기 제1 열교환기의 냉매로 사용된 증발가스를, 상기 2)단계에서 상기 제2 열교환기의 냉매로 사용한 후, 상기 1)단계의 압축 과정을 거치도록 하는, 선박용 증발가스 재액화 방법이 제공된다.
상기 제2 열교환기는 증발가스를 윤활유의 응축 온도까지 냉각시킬 수 있다.
상기 제2 열교환기는 증발가스를 -40℃ 내지 -20℃로 냉각시킬 수 있다.
상기 1)단계의 압축 과정을 거친 증발가스는, 윤활유가 걸러진 후 상기 2)단계에서 상기 제2 열교환기에 의한 냉각 과정을 거칠 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 방법은, 6) 재액화된 액화가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 6)단계에서 분리된 기체 상태의 증발가스는, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용될 증발가스와 합류되어 상기 제1 열교환기의 냉매로 사용될 수 있다.
상기 1)단계의 압축 과정을 거친 증발가스는 제1 엔진으로 공급되고, 상기 제1 엔진의 연료로 공급된 후 남은 잉여 증발가스가 상기 제2 열교환기로 보내질 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시키는 선박용 증발가스 재액화 시스템에 있어서, 제1 열교환기의 저온유로와 제2 열교환기의 저온유로가 직렬로 설치되고, 상기 제1 열교환기의 고온유로와 상기 제2 열교환기의 고온유로가 직렬로 설치되며, 상기 제1 열교환기의 고온유로와 상기 제2 열교환기의 고온유로 사이에 제2 필터가 설치되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
본 발명에 의하면, 종래 기술에 비해 추가적인 열교환기를 사용하여 윤활유 분리에 적합한 조건을 만들 수 있으며, 더욱 효율적으로 윤활유를 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법은, 천연가스를 연료로 사용하는 엔진을 탑재한 선박, 액화가스 저장탱크를 포함하는 선박 또는 해양 구조물 등에 다양하게 응용되어 적용될 수 있다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
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 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 제1 열교환기(110), 제2 열교환기(120), 압축기(200), 제2 필터(320), 및 감압장치(400)를 포함한다.
제1 열교환기(110)는, 압축기(200)에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여, 압축기(200)에 의해 압축된 후 제2 열교환기(120)를 통과한 증발가스를 냉각시킨다. 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용되는 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스일 수 있다.
제2 열교환기(120)는, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 증발가스를 냉매로 사용하여, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시킨다. 즉, 본 실시예에 의하면 제1 열교환기(110)의 저온유로와 제2 열교환기(120)의 저온유로가 직렬로 설치되고, 제1 열교환기(120)의 고온유로와 제2 열교환기(120)의 고온유로가 직렬로 설치된다. 저온유로는 냉매로 사용되는 증발가스가 통과하는 유로를 의미하고, 고온유로는 냉각되는 증발가스가 통과하는 유로를 의미한다.
한편, 제1 열교환기(110) 및/또는 제2 열교환기(120)를 고장, 유지 보수 등의 이유로 사용할 수 없는 경우에는, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용될 예정이었던 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)를, 제1 열교환기(110) 및 제2 열교환기(120)를 우회시켜 바로 압축기(200)로 보낸다.
압축기(200)는 제1 열교환기(110) 및 제2 열교환기(120)에서 순차로 냉매로 사용된 증발가스를 압축시킨다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 제1 엔진(E1)의 연료로 공급될 수 있고, 제1 엔진(E1)의 연료로 공급된 후 남은 잉여 증발가스는 제2 열교환기(120)로 보내져 재액화 과정을 거칠 수 있다.
제1 엔진(E1)은 대략 300 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 ME-GI 엔진일 수도 있고, 대략 16 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 X-DF 엔진일 수도 있다.
압축기(200)에 의해 압축된 증발가스가 제1 엔진(E1)으로 보내지는 경우, 압축기(200)는 증발가스를 제1 엔진(E1)이 요구하는 압력까지 압축시키는데, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 압력이 요구되는 재액화량 및 재액화 효율을 충분히 만족시킬 수 있는 압력인 경우에는, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축시킬 필요가 없다.
그러나, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 압력이 요구되는 재액화량 및 재액화 효율을 만족시키기에 부족한 압력인 경우에는, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축시킨 후 제2 열교환기(120)로 보내는 것이 바람직하다.
본 발명과 같이, 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 자가열교환시켜 증발가스를 재액화 시키는 시스템에서는, 증발가스가 초임계 상태(메탄의 경우 대략 47bar)인 경우에 재액화량 및 재액화 효율이 높고, 메탄을 주성분으로 하는 증발가스의 경우 대략 150 내지 400 bar, 바람직하게는 대략 150 내지 300 bar 사이에 압력에서 재액화량 및 재액화효율이 가장 높게 나타난다.
따라서, 일례로 제1 엔진(E1)이 대략 300 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 ME-GI 엔진인 경우, 압축기(200)는 대략 300 bar로 증발가스를 압축시키므로, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 굳이 추가로 압축시킬 필요가 없다.
그러나, 일례로 제1 엔진(E1)이 대략 16 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 X-DF 엔진인 경우, 압축기(200)는 대략 16 bar로 증발가스를 압축시키므로, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축시킨 후 제2 열교환기(120)로 보내, 재액화량 및 재액화 효율을 높이는 것이 바람직하다.
압축기(200)는 증발가스를 다단계로 압축시키는 다단압축기일 수 있으며, 압축기(200)의 다단계의 압축 과정 중 일부 압축 과정을 거친 증발가스를 제2 엔진(E2)으로 보낼 수 있다. 제2 엔진(E2)은 대략 6 내지 10 bar 압력의 증발가스를 연료로 사용하는 DF 엔진(DFDE, DFDG)일 수 있다. 이하, 제1 엔진(E1)와 제2 엔진(E2)을 통합하여 엔진(E)라고 한다.
또한, 긴급하게 증발가스를 배출시켜야 하는 경우 등에, 압축기(200)의 일부 압축 과정을 거친 증발가스를 가스연소장치(G)로 보낼 수도 있다.
제2 필터(320)는, 제2 열교환기(120)의 고온유로와 제1 열교환기(110)의 고온유로 사이에 설치되어, 압축기(200)에 의해 압축된 후 제2 열교환기(120)에 의해 냉각된 유체에 포함된 윤활유를 걸러낸다. 제2 필터(320)에 의해 윤활유가 걸러진 유체는 제1 열교환기(110)에 의해 추가로 냉각된다.
본 실시예에 의하면, 제2 열교환기(120)에 의해 증발가스를 윤활유의 응축 온도까지 냉각시킨 후 제2 필터(320)에 의해 윤활유를 걸러내고, 제2 필터(320)에 의해 윤활유가 걸러진 유체를 제1 열교환기(110) 보낸다. 제2 필터(320)가 최대한의 필터링 효율을 낼 수 있도록 하기 위해 제2 열교환기(120)는 대략 -40℃ 내지 -20℃로 증발가스를 냉각시키는 것이 바람직하다.
즉, 본 실시예에 의하면, 증발가스가 제2 열교환기(120)의 유로를 통과하는 동안에는 윤활유가 응축 또는 응고되지 않고, 제2 열교환기(120)를 전부 통과한 후 제2 필터(320)로 공급되는 증발가스에는 응축 또는 응고된 윤활유가 포함될 수 있도록 제어한다.
따라서, 제2 열교환기(120)에서는 윤활유가 응축 또는 응고되는 온도까지 냉각되지 않았으므로 제2 열교환기(120)의 유로에 응축 또는 응고된 윤활유가 쌓이지 않게 되고, 제1 열교환기(110)로는 윤활유가 걸러진 유체가 공급되므로 제1 열교환기(110)의 유로에 응축 또는 응고된 윤활유가 쌓이지 않게 된다.
본 실시예에 의하면, 제1 열교환기(110)의 저온유로와 제2 열교환기(120)의 저온유로를 직렬로 설치하고, 제1 열교환기(120)의 고온유로와 제2 열교환기(120)의 고온유로가 직렬로 설치하고, 제1 열교환기(120)의 고온유로와 제2 열교환기(120)의 고온유로 사이에 제2 필터(320)를 설치하여, 윤활유 분리에 적합한 조건을 형성하였다.
제2 필터(320)는 다수개가 병렬로 설치되어 서로 리던던시 역할을 할 수 있도록 구성될 수도 있으며, 코어레서 방식(Coalescer Type)의 필터일 수 있다.
감압장치(400)는, 제1 열교환기(110) 하류에 설치되어, 압축기(200)에 의해 압축된 후 제2 열교환기(120) 및 제1 열교환기(110)에 의해 냉각된 증발가스를 감압시킨다. 감압장치(400)는, 시스템의 구성에 따라 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일 수도 있고 팽창기일 수도 있으나, 본 실시예에서는 팽창밸브인 것이 바람직하다. 팽창밸브는 팽창기에 비해 비용이 저렴하고 고장날 확률이 적다는 장점이 있다.
압축기(200)에 의한 압축 과정과, 제2 열교환기(120) 및 제1 열교환기(110)에 의한 냉각 과정과, 감압장치(400)에 의한 감압 과정을 거친 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다.
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 감압장치(400) 하류에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기(500)를 더 포함할 수 있다.
기액분리기(500)에 의해 분리된 액화가스는 저장탱크(T)로 보내질 수 있고, 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스는 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용될 예정인 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)와 합류된 후 제1 열교환기(110) 및 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용될 수 있다.
도 1에는 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스가 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용될 예정인 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)와 합류된 후 제1 열교환기(110)로 보내지는 것이 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 일례로 제1 열교환기(110)와 제2 열교환기(120)는 세 유로로 구성되고 기액분리기(500)에 분리된 증발가스는 별도의 유로를 따라 제1 열교환기(110) 및 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용될 수도 있다.
또한, 기액분리기(500)를 포함하지 않고 감압장치(400)에 의해 감압되어 일부 또는 전부가 재액화된 유체를 바로 저장탱크(T)로 보낼 수도 있다.
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 압축기(200)와 제2 열교환기(120) 사이에 설치되어, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스에 포함된 윤활유를 걸러내는 제1 필터(310)를 더 포함할 수 있다. 제1 필터(310)에 의해 윤활유가 걸러진 유체는, 제2 열교환기(120)에 의해 냉각된 후 제2 필터(320)에 의해 추가로 윤활유가 걸러진다.
제1 필터(310)는 다수개가 병렬로 설치되어 서로 리던던시 역할을 할 수 있도록 구성될 수도 있으며, 코어레서 방식(Coalescer Type)의 필터일 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 2에 도시된 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 도 1에 도시된 제1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템에 비해, 제1 열교환기(110)의 저온유로와 제2 열교환기(120)의 저온유로가 병렬로 연결된다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 열교환기(110), 제2 열교환기(120), 압축기(200), 제2 필터(320), 및 감압장치(400)를 포함한다.
또한, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 기액분리기(500) 및 제1 필터(310) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 기액분리기(500)에 의해 분리된 기체 상태의 증발가스가 압축기(200)에 의해 압축되기 전의 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)와 합류되는 경우에, 기액분리기(500)에 의해 분리된 기체 상태의 증발가스는, 압축기(200)에 의해 압축되기 전의 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)가 제1 열교환기(110)와 제2 열교환기(120)의 냉매로 사용되기 위해 분기되는 지점(A 지점) 상류로 합류되어, 제1 열교환기(110)와 제2 열교환기(120) 모두, 압축기(200)에 의해 압축되기 전의 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)와 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스가 합류된 흐름을 냉매로 사용하게 된다.
단, 본 실시예에 의하면, 제1 실시예와는 달리, 제1 열교환기(110)의 저온유로와 제2 열교환기(120)의 저온유로가 병렬로 설치되고, 제1 열교환기(120)의 고온유로와 제2 열교환기(120)의 고온유로는 직렬로 설치된다.
본 실시예에 의하면, 압축기(200)에 의해 압축되기 전의 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)는 두 흐름으로 분기되어, 한 흐름은 제1 열교환기(110)의 저온유로로 공급되어 냉매로 사용되고, 나머지 흐름은 제2 열교환기(120)의 저온유로로 공급되어 냉매로 사용된다. 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 증발가스와 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용된 증발가스는 합류되어 압축기(200)로 보내진다. 또한, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 제2 열교환기(120)에 의해 냉각된 후 제2 필터(320)에 의해 윤활유가 걸러지고, 제2 필터(320)에 의해 윤활유가 걸러진 증발가스는 제1 열교환기(110)에 의해 추가로 냉각된다.
본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 제2 열교환기(120)에 의해 증발가스를 윤활유의 응축 온도까지 냉각시킨 후 제2 필터(320)로 보내므로, 제2 열교환기(120)에서는 윤활유가 응축 또는 응고되는 온도까지 냉각되지 않아 제2 열교환기(120)의 유로에 응축 또는 응고된 윤활유가 쌓이지 않게 되고, 제1 열교환기(110)로는 윤활유가 걸러진 유체가 공급되므로 제1 열교환기(110)의 유로에 응축 또는 응고된 윤활유가 쌓이지 않게 된다.
본 실시예에 의하면, 제1 열교환기(110)의 저온유로와 제2 열교환기(120)의 저온유로를 병렬로 설치하고, 제1 열교환기(120)의 고온유로와 제2 열교환기(120)의 고온유로가 직렬로 설치하고, 제1 열교환기(120)의 고온유로와 제2 열교환기(120)의 고온유로 사이에 제2 필터(320)를 설치하여, 윤활유 분리에 적합한 조건을 형성하였다.
본 실시예에 의하면, 냉매로 사용될 증발가스를 두 흐름으로 분기시켜 각각 제1 열교환기(110)와 제2 열교환기(120)로 보내므로, 제1 실시예와 같이 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 증발가스를 제2 열교환기(120)에서 다시 냉매로 사용하는 경우와 비교하여, 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용되는 증발가스의 온도가 더 낮다. 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용되는 증발가스의 온도가 더 낮으면, 제2 열교환기(120)에 의해 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시킬 수 있고, 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키면 증발가스에 포함된 윤활유의 온도도 더 낮아지므로, 제1 실시예에 비해 제2 필터(320)에 의해 더 많은 윤활유를 분리할 수 있다는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 3에 도시된 제3 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 도 2에 도시된 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템에 비해, 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스를 제1 열교환기(110)에서만 냉매로 사용한다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 제2 실시예와 마찬가지로, 제1 열교환기(110), 제2 열교환기(120), 압축기(200), 제2 필터(320), 및 감압장치(400)를 포함한다.
또한, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 제2 실시예와 마찬가지로 제1 필터(310)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 제2 실시예와 마찬가지로, 제1 열교환기(110)의 저온유로와 제2 열교환기(120)의 저온유로가 병렬로 설치되고, 제1 열교환기(120)의 고온유로와 제2 열교환기(120)의 고온유로는 직렬로 설치된다.
본 실시예에 의하면, 제2 실시예와 마찬가지로, 제1 실시예에 비해 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용되는 증발가스의 온도가 더 낮으므로, 제2 필터(320)에 의해 더 많은 윤활유를 분리할 수 있다는 장점이 있다.
단, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 제2 실시예와는 달리, 기액분리기(500)를 필수적으로 포함한다. 또한, 기액분리기(500)에 의해 분리된 기체 상태의 증발가스는 제2 열교환기(120)에서는 사용되지 않고, 제1 열교환기(110)에서만 사용된다.
압축기(200)에 의해 압축되기 전의 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)는 두 흐름으로 분기되어, 한 흐름은 제2 열교환기(120)로 보내지고 다른 흐름은 제1 열교환기(110)로 보내지는데, 본 실시예에 의하면, 분기된 후 제1 열교환기(110)로 보내지는 증발가스에 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스가 합류된다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 제1 열교환기(110)는, 압축기(200)에 의해 압축되기 전의 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)와 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스가 합류된 흐름을 냉매로 사용하고, 제2 열교환기(120)는 압축기(200)에 의해 압축되기 전의 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)만을 냉매로 사용하게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 4에 도시된 제4 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 도 3에 도시된 제3 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템에 비해, 제2 열교환기(120)가 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스를 냉매로 사용한다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제3 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 증발가스 재액화 시스템은, 제3 실시예와 마찬가지로, 제1 열교환기(110), 제2 열교환기(120), 압축기(200), 제2 필터(320), 감압장치(400), 및 기액분리기(500)를 포함한다.
또한, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 제3 실시예와 마찬가지로 제1 필터(310)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 제3 실시예와 마찬가지로, 제1 열교환기(110)의 저온유로와 제2 열교환기(120)의 저온유로가 병렬로 설치되고, 제1 열교환기(120)의 고온유로와 제2 열교환기(120)의 고온유로는 직렬로 설치된다.
본 실시예에 의하면, 제3 실시예와 마찬가지로, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 증발가스를 제2 열교환기(120)에서 다시 냉매로 사용하는 것에 비해, 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용되는 증발가스의 온도가 더 낮으므로, 제2 필터(320)에 의해 더 많은 윤활유를 분리할 수 있다는 장점이 있다.
단, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 제3 실시예와는 달리, 제2 열교환기(120)는, 압축기(200)에 의해 압축되기 전의 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)는 냉매로 사용하지 않고, 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스만을 냉매로 사용한다.
압축기(200)에 의해 압축되기 전의 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)는, 제3 실시예와는 달리, 두 흐름으로 분기되지 않고 전부 제1 열교환기(110)로 보내져 냉매로 사용되며, 기액분리기(500)에 의해 분리된 기체 상태의 증발가스는 두 흐름으로 분기되어, 한 흐름은 압축기(200)에 의해 압축되기 전의 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)와 합류되어 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용되고, 나머지 흐름은 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용된다. 기액분리기(500)에 의해 분리된 후 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용된 증발가스는, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 증발가스와 합류되어 압축기(200)로 보내진다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 제1 열교환기(110)는 압축기(200)에 의해 압축되기 전의 증발가스(일례로, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스)와 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스가 합류된 흐름을 냉매로 사용하고, 제2 열교환기(120)는 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스만을 냉매로 사용하게 된다.
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 : 제1 엔진
E2 : 제2 엔진 E : 엔진
G : 가스연소장치 110 : 제1 열교환기
120 : 제2 열교환기 200 : 압축기
310 : 제1 필터 320 : 제2 필터
400 : 감압장치 500 : 기액분리기

Claims (20)

  1. 증발가스를 압축시키는 압축기;
    상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 제2 열교환기;
    상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체에 포함된 윤활유를 걸러내는 제2 필터;
    상기 제2 필터에 의해 윤활유가 걸러진 유체를 추가로 냉각시키는 제1 열교환기; 및
    상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 감압장치;를 포함하고,
    상기 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스는 제1 열교환기에서 냉매로 사용되고,
    상기 제1 열교환기의 냉매로 사용된 증발가스는, 상기 제2 열교환기의 냉매로 사용된 후 상기 압축기에 의해 압축되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 열교환기는 증발가스를 윤활유의 응축 온도까지 냉각시키는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 열교환기는 증발가스를 -40℃ 내지 -20℃로 냉각시키는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용되는 증발가스는 저장탱크로부터 배출된 증발가스인, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기와 상기 제2 열교환기 사이에 설치되어, 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스에 포함된 윤활유를 걸러내는 제1 필터를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감압장치 하류에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 기체 상태의 증발가스는, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용될 예정인 증발가스와 합류된 후 상기 제1 열교환기로 보내지는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기에 의해 압축된 증발가스는 제1 엔진의 연료로 공급되고, 상기 제1 엔진의 연료로 공급된 후 남은 잉여 증발가스가 상기 제2 열교환기로 보내지는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 엔진은 ME-GI 엔진 또는 X-DF 엔진인, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 엔진이 X-DF 엔진인 경우, 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축시킨 후 상기 제2 열교환기로 보내는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  11. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축기는 다단압축기이며,
    상기 압축기의 일부 압축 과정을 거친 증발가스를 제2 엔진 및 가스연소장치 중 하나 이상으로 보내는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 엔진은 DF 엔진(DFDE, DFDG)인, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
  13. 1) 증발가스를 압축시키는 단계;
    2) 상기 1)단계에서 압축된 증발가스를 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계;
    3) 상기 2)단계에서 냉각된 유체에 포함된 윤활유를 걸러내는 단계;
    4) 상기 3)단계에서 윤활유가 걸러진 유체를 제1 열교환기에 의해 추가로 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및
    5) 상기 4)단계에서 추가로 냉각된 유체를 감압시키는 단계;를 포함하고,
    상기 1)단계에서 압축되기 전의 증발가스를 상기 4)단계에서 상기 제1 열교환기의 냉매로 사용하고,
    상기 4)단계에서 상기 제1 열교환기의 냉매로 사용된 증발가스를, 상기 2)단계에서 상기 제2 열교환기의 냉매로 사용한 후, 상기 1)단계의 압축 과정을 거치도록 하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2 열교환기는 증발가스를 윤활유의 응축 온도까지 냉각시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 열교환기는 증발가스를 -40℃ 내지 -20℃로 냉각시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  16. 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1)단계의 압축 과정을 거친 증발가스는, 윤활유가 걸러진 후 상기 2)단계에서 상기 제2 열교환기에 의한 냉각 과정을 거치는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  17. 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    6) 재액화된 액화가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 단계를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 6)단계에서 분리된 기체 상태의 증발가스는, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용될 증발가스와 합류되어 상기 제1 열교환기의 냉매로 사용되는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  19. 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1)단계의 압축 과정을 거친 증발가스는 제1 엔진으로 공급되고, 상기 제1 엔진의 연료로 공급된 후 남은 잉여 증발가스가 상기 제2 열교환기로 보내지는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  20. 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시키는 선박용 증발가스 재액화 시스템에 있어서,
    제1 열교환기의 저온유로와 제2 열교환기의 저온유로가 직렬로 설치되고,
    상기 제1 열교환기의 고온유로와 상기 제2 열교환기의 고온유로가 직렬로 설치되며,
    상기 제1 열교환기의 고온유로와 상기 제2 열교환기의 고온유로 사이에 제2 필터가 설치되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
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