KR20220074933A - 액체상 및 기체상의 가스를 저장 및/또는 수송하기 위해 탱크에 수용된 가스를 처리하는 시스템 - Google Patents

액체상 및 기체상의 가스를 저장 및/또는 수송하기 위해 탱크에 수용된 가스를 처리하는 시스템 Download PDF

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KR20220074933A
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gas
heat exchanger
tank
pass
cooling means
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KR1020227014722A
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베르나르 아운
파벨 보리세비치
Original Assignee
가즈트랑스포르 에 떼끄니가즈
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Abstract

본 발명은 탱크(200)에 수용된 가스를 처리하기 위한 시스템(100)에 관련되고, 이 시스템(100)은 적어도 하나의 가스 소비 장치(300), 장치(300)에 공급하기 위한 적어도 하나의 설비(110), 및 적어도 하나의 냉매 유체(FR) 폐쇄 회로(120)를 포함하며, 공급 설비(110)는 - 냉매 유체(FR)를 냉각하도록 구성된 제 1 열교환기(130), - 제 1 열교환기(130)로부터 가스를 압축하도록 구성된 압축 장치(140), - 탱크(200)로부터 액체 가스를 냉각하기 위한 수단(160), 및 - 탱크(200)로부터 취출된 액체상의 가스와 압축 장치(140)로부터의 기체상의 가스의 일부 사이에서 열교환을 수행하도록 구성된 제 2 열교환기(170)를 포함하는, 상기 가스 처리 시스템에 있어서, 냉각 수단(160)과 제 2 열교환기(170)가 분리되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

액체상 및 기체상의 가스를 저장 및/또는 수송하기 위해 탱크에 수용된 가스를 처리하는 시스템
본 발명은 천연 가스가 공급되고 또한 액화 천연 가스가 수용 및/또는 수송될 수 있도록 하는 추진 엔진을 갖는 선박의 분야에 관한 것이다.
그러므로, 이러한 선박은 통상적으로 액체상의 천연 가스를 수용하는 탱크를 포함한다. 천연 가스는 대기압으로 160℃ 미만의 온도의 액체이다. 이러한 탱크는 결코 완벽하게 단열되지 않으므로 천연 가스는 내부에서 적어도 부분적으로 증발한다. 그러므로 이러한 탱크에는 액체 형태의 천연 가스와 기체 형태의 천연 가스가 모두 수용된다. 기체 형태의 이 천연 가스는 보일오프 가스(boil-off gas; BOG)라고도 알려져 있으며 탱크 볼트(tank vault)를 형성한다. 이 탱크 볼트의 압력은 탱크가 손상되지 않도록 제어되어야 한다. 그러므로, 공지된 방식에서, 기체 형태로 탱크 내에 존재하는 천연 가스의 적어도 일부는 그 중에서도 선박의 추진 엔진에 공급하는데 사용된다.
그러나, 선박의 엔진에 의한 기체상 천연 가스의 소비량은 가변적이며, 증발된 잉여 천연 가스를 처리하기 위한 추가 시스템을 설치할 필요가 있다. 그러므로, 탱크에 존재하는 증발 천연가스가 응축되게 하는 재액화 시스템은 이 가스를 액체상으로 이 탱크로 되돌리기 위해 선박에 설치된다.
현재 사용 중인 재액화 시스템은 매우 고가이며, 본 발명은 현재 시스템보다 더 적은 구성요소를 포함하는 가스를 처리하기 위한 시스템을 제안함으로써 이러한 단점을 극복하고자 하여, 이러한 시스템을 수행하는 총 비용을 절감하는 동시에, 최소한 동일한 성능에 공급하는 것을 목적으로 한다.
그러므로, 본 발명의 하나의 목적은, 액체상 및 기체상의 가스를 저장 및/또는 수송하기 위한 탱크에 수용된 가스를 처리하기 위한 가스 처리 시스템으로서, 이 처리 시스템은 적어도 하나의 가스 소비 장치, 적어도 하나의 가스 소비 장치에 공급하기 위한 적어도 하나의 설비, 및 냉매 유체가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 폐쇄 회로를 포함하며, 적어도 하나의 가스 소비 장치에 공급하기 위한 설비는,
- 폐쇄 회로에서 순환하는 냉매 유체를 냉각시키도록 구성된 하나의 제 1 열교환기,
- 제 1 열교환기를 떠나는 기체상의 가스를 적어도 하나의 가스 소비 장치의 필요조건과 양립할 수 있는 압력으로 압축하도록 구성된 하나의 압축 장치,
- 탱크 내에서 액체상으로 취출된 가스와 냉매 유체 사이의 열교환을 수행하도록 구성된 하나의 냉각 수단, 및
- 탱크에서 취출된 액체상의 가스와, 압축 장치를 떠나고 적어도 하나의 가스 소비 장치로 보내지지 않은 기체상의 가스의 일부 사이에서 열교환을 수행하도록 구성된 하나의 제 2 열교환기를 적어도 포함한다.
본 발명에 따르면, 냉각 수단 및 제 2 열교환기는 분리된다. 다시 말해서, 냉각 수단 및 제 2 열교환기는 물리적으로 분리되어 있고, 서로 0이 아닌 거리에 배치된다. 게다가, 냉각 수단과 제 2 열교환기 사이에 칼로리의 직접적인 전달은 없다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템은 탱크 내에 기체상으로 존재하는 가스의 처리를 가능하게 하고, 기체상으로 존재하는 이 가스는 이 탱크에 수용된 액체 가스의 자연 증발 현상에 의해 생성된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 제 1 열교환기는 탱크에서 기체상으로 취출된 가스와 폐쇄 회로에서 순환하는 냉매 유체 사이에서 열교환을 수행하도록 구성된다. 본 발명의 이러한 특징에 따르면, 제 1 열교환기는 적어도 하나의 가스 소비 장치에 공급하기 위한 설비와 냉매 유체 폐쇄 회로 사이의 인터페이스에 배치된다. 다시 말해서, 제 1 열교환기는 탱크에서 기체상으로 취출된 가스가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 패스와, 폐쇄 회로에서 냉매 유체가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 패스를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각 수단은 예를 들면, 탱크에서 액체상으로 취출된 가스와 냉매 유체 사이의 열교환을 수행하도록 구성된 제 3 열교환기일 수도 있다. 이 제 3 열교환기에서 순환하는 탱크에서 액체상으로 취출된 가스는 특히, 이 제 3 열교환기에서 또한 순환하는 냉매 유체에 칼로리를 넘겨줄 수 있고, 그에 따라 탱크에서 액체상으로 취출된 가스는 제 3 열교환기를 통과함으로써 냉각된다. 본 발명에 따르면, 제 2 열교환기 및 제 3 열교환기는 분리되어 있고, 즉, 제 2 열교환기에서 순환하는 유체와 제 3 열교환기에서 순환하는 유체 사이에 직접적인 열전달이 발생하지 않는다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 적어도 하나의 팽창 수단이 제 2 열교환기와 탱크 사이에 배치된다. 이 팽창 수단은 이 탱크 내로 가스가 복귀될 수 있는 이러한 방식으로, 탱크에 존재하는 가스의 압력과 실질적으로 동일한 압력으로 되돌릴 수 있도록 압축 장치를 통과함으로써 압축된 가스의 압력을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 적어도 하나의 조절 수단이 압축 장치와 탱크 사이에 배치된다. 예를 들어, 이 조절 수단은 온/오프 밸브, 즉, 밸브를 지지하는 도관에서 가스의 순환을 허용하는 개방 위치, 또는 이 도관에서 가스의 순환을 방지하는 폐쇄 위치를 추정할 수 있는 밸브일 수도 있다.
본 발명에 따르면, 제 2 열교환기는 적어도 하나의 가스 소비 장치로 보내지지 않은 기체상의 가스의 일부가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 패스와, 탱크에서 액체상으로 취출된 가스가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 패스를 포함하며, 제 2 열교환기의 제 1 패스 및 제 2 패스는 모두 탱크의 바닥부에 연결된다. 다시 말해서, 제 2 열교환기를 떠나는 모든 가스는 제 2 열교환기를 통과한 후에 탱크의 바닥부로 복귀된다. "탱크의 바닥부"가 의미하는 것은, 탱크의 바닥 벽과 이 바닥 벽에 평행하고 최대로는 탱크의 총 높이의 20%로 배치된 평면으로부터 연장되는 탱크의 일부를 의미하며, 이 총 높이는 이 탱크의 2개의 대향 단부 사이에서 탱크의 하부 바닥 벽에 수직인 직선을 따라 측정된다. 유리하게는, "탱크의 바닥부"를 규정하는데 기여하는 하부 바닥 벽에 평행한 평면은 탱크의 총 높이의 10%에 배치될 수도 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 제 2 열교환기의 제 2 패스는 탱크에서 액체상으로 취출된 가스를 직접, 공급하도록 구성된다. "직접"이 의미하는 것은 자체적으로 펌핑에 연결되는 압력 또는 온도 이외의 압력 또는 온도의 변경 없이 제 2 열교환기의 제 2 패스로 보내지는 것을 의미한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 냉각 수단에 공급하는 탱크에서 액체상으로 취출된 가스는 가스가 이 냉각 수단을 통과한 후에, 탱크 내로 직접 복귀된다. 이전과 같이 "직접 복귀"라는 용어는 탱크에서 액체상으로 취출된 가스가 냉각 수단에서 겪는 압력 또는 온도 이외의 압력 또는 온도의 변경을 겪는 일 없이 탱크로 복귀된다는 의미에서 이해되어야 한다.
대안적으로, 제 2 열교환기의 제 2 패스는 냉각 수단을 통과함으로써 냉각된 가스가 공급되도록 구성된다. 이 대안에 따르면, 냉각 수단에 의해 냉각된 가스는 탱크 내로 복귀되기 전에 제 2 열교환기를 통과함으로써 가열된다.
따라서, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템의 제 1 작동 모드에 따르면, 압축 장치에 의해 압축된 모든 가스는 적어도 하나의 가스 소비 장치에 의해 소비된다. 이 제 1 작동 모드에 따르면, 압축 장치와 제 2 열교환기 사이에 배치된 조절 수단은 폐쇄 위치에 있고, 냉각 수단에 공급하는 액체상으로 취출된 가스는 이 냉각 수단을 통과한 후, 즉, 제 2 열교환기를 통과하는 일 없이 탱크 내로 직접 복귀된다. 다시 말해서, 탱크에서 액체상으로 취출된 가스는 냉각 수단을 통과하여 이 탱크에 이미 존재하는 액체 가스와 혼합됨으로써 냉각되고, 냉각 수단에 의해 냉각된 이 가스는 탱크에 존재하는 액체 가스의 냉각으로 이어지며, 이는 상기 언급된 자연 증발 현상을 제한하는 경향이 있다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템의 제 2 작동 모드에 따르면, 제 2 열교환기는 적어도 하나의 가스 소비 장치로 보내지지 않은 기체상의 가스의 일부를 위한 응축기를 형성한다. 이 제 2 작동 모드에 따르면, 압축 장치와 제 2 열교환기 사이에 배치된 조절 수단은 개방 위치에 있고, 적어도 하나의 가스 소비 장치로 보내지지 않은 기체상의 가스의 일부가 제 2 열교환기와 재결합할 수 있다. 그러므로, 이 미사용 부분은 액체상으로 이미 존재하는 가스와 혼합되는 탱크로 복귀되기 전에 액화된다. 제 2 열교환기에서 수행되는 열교환이 적어도 하나의 가스 소비 장치로 보내지지 않은 기체상의 가스의 부분의 전체 응축을 가능하게 하지 않을 것이라고 추정하면, 이 부분은 유리하게는, 탱크에 액체상으로 존재하는 가스와 접촉하여 응축을 완료한다.
본 발명에 따르면, 이 냉각 수단에 공급하기 위해 탱크에서 액체상으로 취출된 가스는 냉각 수단의 유입구에서 -163℃ 내지 -158℃(-163℃ 및 -158℃ 포함)의 온도를 갖고, 이 냉각 수단의 유출구에서 -177℃ 내지 -165℃(-177℃ 및 -165℃ 포함)의 온도를 가지며, 냉각 수단을 떠나서 제 2 열교환기와 재결합하는 가스는 제 2 열교환기의 유입구에서 -177℃ 내지 -165℃(-177℃ 및 -165℃ 포함)의 온도를 갖고, 제 2 열교환기의 유출구에서 -177℃ 내지 -150℃(-177℃ 및 -150℃ 포함)의 온도를 갖는다. 이러한 값은 본 발명에 따른 가스 처리 시스템이 공칭 영역, 즉, 적어도 하나의 가스 소비 장치가 최소 소비를 갖는 상황에서 기능할 때 특히 확인된다. 가스는 유리하게는, 냉각 수단의 유입구에서 -160℃의 온도를 갖고, 냉각 수단의 유출구에서 그리고 제 2 열교환기의 유입구에서 -168℃의 온도를 가지며, 제 2 열교환기의 유출구에서 -152℃의 온도를 갖는다.
이와 관련하여, 가스 소비 장치로 보내지지 않은 가스의 일부는 이 제 2 열교환기의 유입구에서 5℃ 내지 45℃(5℃ 및 45℃ 포함)의 온도를 갖고, 이 제 2 열교환기의 유출구에서 -160℃ 내지 -152℃(-160℃ 및 -152℃ 포함)의 온도를 갖는다. 가스 소비 장치로 보내지지 않은 가스의 일부는 유리하게는, 제 2 열교환기의 유입구에서 43℃의 온도를 갖고, 이 제 2 열교환기의 유출구에서 -158℃의 온도를 갖는다.
본 발명에 따르면, 폐쇄 회로는 적어도 하나의 압축 부재, 적어도 제 1 열교환기, 적어도 하나의 팽창 부재, 및 적어도 냉각 수단을 포함한다. 본 발명에 따르면, 압축 부재, 제 1 열교환기, 팽창 부재 및 냉각 수단은 폐쇄 회로에서 냉매 유체의 순환 방향을 따라 이 순서로 배치된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 제 1 열교환기는 탱크에서 기체상으로 취출된 가스가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 패스와, 압축 부재에 의해 압축된 냉매 유체가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 패스와, 팽창된 냉매 유체가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 3 패스를 포함한다.
유리하게는, 적어도 하나의 제 1 추가 도관이 탱크와 압축 장치 사이에서 연장되는 제 1 도관과 폐쇄 회로의 압축 부재 사이에 배치되고, 적어도 하나의 제 2 추가 도관이 압축 부재와 적어도 하나의 가스 소비 장치 사이에 배치되며, 적어도 하나의 조절 밸브가 제 1 추가 도관 또는 제 2 추가 도관에 배치된다. 본 발명에 따르면, 이 조절 밸브는 이 제 1 추가 도관을 통해 제 1 열교환기의 제 1 패스를 떠나는 기체상의 가스의 통과를 허용하는 개방 위치, 또는 제 1 추가 도관을 통한 가스의 통과를 방지하는 폐쇄 위치를 추정하도록 구성된 온/오프 밸브이다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 압축 부재, 제 1 및 제 2 추가 도관, 및 조절 밸브는 압축 장치의 중복 시스템을 형성한다. 따라서, 이 압축 장치에 결함이 있는 경우, 압축 부재가 인계받을 수 있고, 그에 따라 적어도 하나의 가스 소비 장치의 공급이 중단되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각 수단 및/또는 제 2 열교환기는 플레이트형 열교환기이다. 다시 말해서, 이러한 교환기는 관련 유체가 사이에서 순환하는 플레이트의 스택으로 형성된다. 이러한 플레이트는 열을 전도하는 재료로 제조되며, 이러한 플레이트 사이에서 순환하는 유체는 온도 차이가 있어서, 동일한 플레이트의 각각의 대향측부에서 순환하는 유체 사이에서 열교환이 수행될 수 있다.
본 발명은 또한 액화 가스 화물용 적어도 하나의 탱크, 액화 가스를 소비하는 적어도 하나의 장치, 및 본 발명에 따른 적어도 하나의 가스 처리 시스템을 포함하는 액화 가스 수송용 선박에 관련된다.
본 발명은 또한, 액체 가스를 수송하기 위한 본 발명에 따른 적어도 하나의 선박과 육상의 적어도 하나의 수단을 결합하는 액체 가스를 로딩(loading) 또는 언로딩(unloading)하기 위한 시스템에 관련된다.
마지막으로, 본 발명은 본 발명에 따른 가스 처리 시스템의 작동 방법에 관련되고,
- 탱크에서 가스를 기체상으로 취출하는 단계,
- 제 1 열교환기에서 수행되는 냉매 유체와의 열교환에 의해 탱크에서 기체상으로 취출된 가스를 가열하는 단계,
- 제 1 열교환기를 통과함으로써 가열되고 압축 장치에 의해 압축된 가스의 적어도 일부를 적어도 하나의 가스 소비 장치에 공급하는 단계,
- 냉각 수단에 의해 탱크에서 액체상으로 취출된 가스를 냉각하는 단계, 및
- 제 2 열교환기에서 수행되는 냉각 수단에 의해 냉각된 가스와의 열교환에 의해 적어도 하나의 가스 소비 장치로 보내지지 않은 제 1 열교환기를 통과함으로써 가열된 가스의 다른 부분을 응축하는 단계를 적어도 포함한다.
본 발명은 또한 가스를 수송하기 위해 본 발명에 따른 선박으로/선박으로부터 액체 가스를 로딩 또는 언로딩하는 방법에 관련된다.
본 발명의 다른 특징부, 상세 및 이점은, 한편으로는 이하의 설명을 읽음으로써, 다른 한편으로는 첨부 도면을 참조하여 비제한적인 표시에 의해 제공된 실시예로부터 더욱 명백하게 나타난다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 가스 처리 시스템을 작동시키는 제 1 모드를 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 가스 처리 시스템을 작동시키는 제 2 모드를 개략적으로 도시한다.
도 4는 도 1에 도시된 가스 처리 시스템을 작동하는 제 3 모드를 개략적으로 도시한다.
도 5는 압축 장치에 결함이 있는 도 1에 도시된 가스 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 6은 메탄 탱커선 탱크 및 이 탱크를 로딩 및/또는 언로딩하기 위한 터미널의 개략 단면도이다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템을 작동시키는 상이한 모드를 도시하는 도 2 내지 도 5에서, 실선은 가스 또는 냉매 유체(FR)가 순환하는 이 가스 처리 시스템(100)의 도관을 나타내고, 점선은 가스도 냉매 유체(FR)도 순환하지 않는 이 가스 처리 시스템(100)의 도관을 나타낸다. "상류측" 및 "하류측"이라는 용어는 도관 또는 관련 대상에서 가스 또는 냉매 유체(FR)의 순환 방향을 그러므로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100)을 도시하며, 이 가스는 액체상 및 기체상으로 탱크(200) 내에 수용된다. 설명의 나머지 부분에서, "탱크 볼트(201)"라는 용어는 기체상의 가스가 존재하는 탱크(200)의 부분을 지칭한다. 탱크(200)의 나머지 부분에서, 기체는 액체상으로 존재한다. "탱크의 바닥부"는 탱크(200)의 바닥 벽(202)으로부터, 이 바닥 벽(202)에 평행하고 최대로는 탱크의 총 높이의 20%에 배치되는 평면까지 연장되는 탱크(200)의 부분을 의미하며, 이 총 높이는 직선(D)을 따라, 이 탱크(200)의 2개의 대향 단부 사이에서 탱크(200)의 바닥 벽(202)에 수직인 이 선(D)을 따라 측정된다. 유리하게는, "탱크의 바닥부"의 형성하는데 참여하는 탱크의 하부 바닥 벽에 평행한 평면은 탱크의 총 높이의 10%에 배치될 수도 있다.
본 발명의 일 적용예에 따르면, 탱크(200)에 수용된 가스는 천연 가스이며, 이 탱크(200)는 유리하게, 이 천연 가스의 저장 및/또는 수송을 가능하게 한다. 이는 단지 일 실시예이며, 이 가스는 본 발명의 내용을 벗어나는 일 없이 상이할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이 천연 가스는 대략 -160℃의 온도에서 액체이므로, 이 액체 천연 가스의 일부가 자발적으로 증발한 다음에, 탱크 볼트(201)에 축적되는 가스상 천연 가스를 생성한다. 게다가, "처리 시스템(100)" 및 "가스 치료 시스템(100)"이라는 용어는 구별 없이 사용된다.
본 발명에 따른 처리 시스템(100)은 적어도 하나의 가스 소비 장치(300), 탱크(200)에 수용된 가스를 통과하도록 구성된 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)에 공급하기 위한 적어도 하나의 설비(110), 및 냉매 유체(FR)가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 폐쇄 회로(120)를 포함한다. "냉매 유체(FR)"는 변화 상태 시에 칼로리를 포착하고 넘겨주도록 구성된 유체를 의미한다. 그러므로, 이 냉매 유체(FR)가 액체상에서 기체상으로 변할 때에는, 이 냉매 유체(FR)는 이 환경에 존재하는 칼로리를 포착하고, 기체상에서 액체상으로 변할 때에는, 이 냉매 유체(FR)는 이 환경에 칼로리를 넘겨준다.
상기 언급된 바와 같이, 탱크(200)에 수용된 가스는 액화 온도가 -160℃ 미만인 천연 가스, 즉, 대부분이 메탄으로 구성된 천연 가스일 수도 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 냉매 유체(FR)의 조성은 이러한 극저온에서 사용하기에 특히 적합하며, 즉, 특히, 이 냉매 유체(FR)는 이러한 극저온에서 얼지 않는다. "극저온"은 -50℃ 미만의 온도를 의미한다. 본 발명에 따른 냉매 유체(FR)는 또한, 비부식성 및 무독성이다.
적어도 하나의 가스 소비 장치(300)에 공급하기 위한 설비(110)는, 탱크 볼트(201)에서 기체상으로 취출된 가스를 가열하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 열교환기(130), 이 가스는 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)로 보내질 수 있기 위해 가스를 압축하도록 구성된 적어도 하나의 압축 장치(140), 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스를 냉각하기 위한 적어도 하나의 수단(160), 및 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)로 보내지지 않은 가스의 적어도 일부를 탱크(200) 내로 재주입할 수 있기 위해, 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)로 보내지지 않은, 압축 장치(140)에 의해 압축된 가스의 이 부분을 응축하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 열교환기(170)를 포함한다.
본 발명에 따르면, 제 2 열교환기(170)는 특히, 가스 소비 장치(300)로 보내지지 않은 압축 가스의 부분과 탱크(200)에서 액체 상으로 취출된 가스의 부분 사이에서 열교환을 수행하도록 구성된다. 다시 말해서, 제 2 열교환기(170)는 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)로 보내지지 않은 압축 가스의 일부가 순환할 수 있는 적어도 하나의 제 1 패스(171)와, 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스가 순환할 수 있는 적어도 하나의 제 2 패스(172)를 포함한다. 그러므로, 제 1 패스(171)를 순환하는 기체상의 가스는 제 2 패스(172)를 순환하는 액체 가스에 칼로리를 넘겨주면서 응축된다. 다시 말해서, 제 2 열교환기(170)는 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)로 보내지지 않은 기체상의 가스의 부분과 관련하여 응축기로서의 역할을 한다.
본 발명의 특정한 일 적용예에서, 제 2 열교환기(170)의 제 2 패스(172)에서 순환하는 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스는, 제 2 열교환기(170)와 재결합하기 전에 냉각 수단(160)에 의해 냉각될 수 있고, 이에 의해 제 2 열교환기(170)의 제 1 패스(171) 및 제 2 패스(172)에서 각각 순환하는 유체의 온도 차이를 최대화하고, 그러므로, 이들 유체 사이의 열교환 및 결과적인 응축을 개선한다. 본 발명의 적용예에 따르면, 냉각 수단(160)을 공급하기 위해 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스는, 이 냉각 수단(160)의 유입구(401)에서 -163℃ 내지 -158℃(-163℃ 및 -158℃ 포함)의 온도를 갖고, 이 냉각 수단(160)의 유출구(402)에서 -177℃ 내지 -165℃(-177℃ 및 -165℃ 포함)의 온도를 갖는다. 제 2 열교환기(170)와 재결합하기 위해 냉각 수단(160)을 떠나는 가스는, 이 제 2 열교환기(170)의 유입구(403)에서 -177℃ 내지 -165℃(-177℃ 및 -165℃ 포함)의 온도를 갖고, 이 제 2 열교환기(170)의 유출구(404)에서 -177℃ 내지 -150℃(-177℃ 및 -150℃ 포함)의 온도를 갖는다. 가스는 유리하게는, 냉각 수단(160)의 유입구(401)에서 -160℃의 온도를 갖고, 냉각 수단(160)의 유출구(402) 및 제 2 열교환기(170)의 제 2 패스(172)의 유입구(403)에서 -168℃의 온도를 가지며, 제 2 열교환기(170)의 제 2 패스(172)의 유출구(404)에서 -152℃의 온도를 갖는다.
게다가, 가스 소비 장치(300)로 보내지지 않은 가스의 부분은 제 2 열교환기(170)의 제 1 패스(171)의 유입구(405)에서 5℃ 내지 45℃(5℃ 및 45℃ 포함)의 온도와, 제 2 열교환기(170)의 제 1 패스(171)의 유출구(406)에서 -172℃ 내지 -150℃(-172℃ 및 -150℃ 포함)의 온도를 갖는다. 가스 소비 장치(300)로 보내지지 않은 가스의 부분은 유리하게는, 제 2 열교환기(170)의 제 1 패스(171)의 유입구(405)에서 43℃의 온도를 갖고, 이 제 2 열교환기(170)의 제 1 패스(171)의 유출구(406)에서 -158℃의 온도를 갖는다.
공급 설비(110)는 또한, 압축 장치(140)와 탱크(200) 사이에 배치된 적어도 하나의 팽창 수단(150)을 포함한다. 이 팽창 수단(150)은 가스 소비 장치(300)로 보내지지 않은, 압축 장치(14)에 의해 압축된 가스의 부분을 팽창, 즉, 가스 소비 장치(300)로 보내지지 않은 가스의 이 부분이 탱크(200) 내로 복귀할 수 있게 하기 위해 탱크(200) 내에 액체상으로 존재하는 가스의 압력과 실질적으로 동등한 압력으로 가스의 이 부분의 압력을 감소시키도록 구성된다. 도시된 예에 따르면, 이 팽창 수단(150)은 제 2 열교환기(170)와 탱크(200) 사이에 배치된다. 이 팽창 수단(150)은 특히, 제 2 열교환기(170)의 제 1 패스(171)의 유출구(406)와 탱크(200) 사이에 배치된다.
도면에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각 수단(160)은 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스와 폐쇄 회로(120)를 통과하도록 구성된 냉매 유체(FR) 사이의 열교환을 수행하도록 구성된 제 3 열교환기(161)에 의해 형성된다. 다시 말해서, 이 제 3 열교환기(161)는 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)에 공급하기 위한 설비(110)와 폐쇄 회로(120) 사이의 인터페이스에 배치되고, 제 3 열교환기(161)는 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 패스(162) 및 냉매 유체(FR)가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 패스(163)를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 이 제 3 열교환기(161)는 플레이트형 교환기, 다시 말해서, 도시된 예를 그러므로, 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스 및 냉매 유체가 사이에서 순환되는 복수의 플레이트의 스택으로 형성된 교환기일 수도 있다. 이러한 판은 이러한 판의 각각의 대향 측부 상에 순환하는 2개의 유체 사이에서 칼로리를 전달할 수 있는 열을 전도하는 재료를 포함한다.
제 2 열교환기(170)는 유리하게는, 플레이트형 교환기, 다시 말해서, 액체상의 가스와 가스 소비 장치(300)에 의해 소비되지 않은 기체상의 압축 가스를 순환시키는 판의 스택으로 형성된 교환기일 수도 있다.
제 3 열교환기(161)로의 액체 가스의 공급을 보장하기 위해, 탱크(200)에 펌프(164)가 배치되고, 이 펌프(164)는 제 1 파이프(165)에 의해 제 3 열교환기(161)의 제 1 패스(162)에 연결된다. 게다가, 제 2 파이프(166)는 제 2 교환기(161)의 제 1 패스(162)를 제 2 열교환기(170)에 연결할 수 있게 하고, 제 3 파이프(167)는 이와 관련하여, 제 2 열교환기(170)를 탱크(200)의 바닥부에 연결시킬 수 있다.
게다가, 제 4 파이프(168)는 제 2 파이프(166)와 탱크(200) 사이에 배치되고, 적어도 하나의 제 1 조절 부재(192)가 이 제 4 파이프(168)에 배치되고, 제 5 파이프(169)가 제 1 파이프(165)와 제 2 파이프(166) 사이에 배치되고, 이 제 5 파이프(169)에는 적어도 하나의 제 2 조절 부재(193)가 장착된다. 예를 들어, 제 1 조절 부재(192) 및 제 2 조절 부재(193)는 2개의 온/오프 밸브, 즉, 밸브가 제 4 파이프(168) 및 제 5 파이프(169)에서의 가스의 순환을 각각 허용하는 개방 위치, 또는 밸브가 이들 파이프에서의 가스의 순환을 방지하는 폐쇄 위치를 추정하도록 구성된 밸브이다. 이러한 밸브는 서로 독립적으로 제어될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
이와 관련하여, 공급 설비(110)는 탱크 볼트(201)와 압축 장치(140) 사이에 배치된 제 1 열교환기(130)를 운반하는 적어도 하나의 제 1 도관(111), 제 1 도관(111)과 압축 장치(140) 사이에 배치되고 상기 설명된 제 1 및 제 2 조절 부재(16, 17)와 유사한 제 3 조절 부재(194)가 장착된 적어도 하나의 제 2 도관(112), 압축 장치(140)와 적어도 하나의 가스 소비 장치(300) 사이에 배치된 적어도 하나의 제 3 도관(113), 제 3 도관(113)과 제 2 열교환기(170)의 제 1 패스(171) 사이에 배치된 적어도 하나의 제 4 도관(114), 및 제 2 열교환기(170)의 제 2 패스(171)와 탱크(200) 사이에 배치된 적어도 하나의 제 5 도관(115)을 포함한다. 제 5 도관(115)은 특히, 제 2 열교환기(170)의 제 2 패스(171)와 탱크(200)의 바닥부 사이에 배치된다. 상기 언급된 바와 같이, 나타낸 예에 따르면, 제 5 도관(115)은 팽창 수단(150)을 운반한다.
이하에 보다 충분히 설명되는 바와 같이, 제 2 도관(112)은 제 1 열교환기(130)가 우회될 수 있게 한다, 즉, 이 제 2 도관(112)은 폐쇄 회로(120)의 고장 또는 의도적인 정지의 경우에도 적어도 압축 장치(140)의 공급을 가능하게 한다.
적어도 하나의 가스 소비 장치(300)는 예를 들면, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100)이 의도된 선박의 엔진, 특히, 추진 엔진일 수도 있다. 대안적으로, 이 가스 소비 장치(300)는 관련 선박의 발전기의 엔진일 수도 있다. 본 발명의 적용의 일 적용예에 따르면, 처리 시스템(100)의 공급 설비(110)는 적어도 2개의 가스 소비 장치(300)에 가스를 공급하도록 구성될 수도 있다. 이들은 오직 본 발명을 제한하지 않는 실시예라는 것이 이해되어야 한다.
냉매 유체(FR) 폐쇄 회로(120)는 적어도 하나의 압축 부재(121), 제 1 열교환기(130), 팽창 부재(122), 및 나타낸 예에 따라 제 3 열교환기(161)에 의해 형성된 냉각 수단(160)을 연속적으로 포함한다. 그러므로, 제 1 열교환기(130)는 냉매 유체(FR) 폐쇄 회로(120)와 가스 소비 장치(300)의 공급 설비(110) 사이의 인터페이스에 배치된다. 다시 말해서, 제 1 열교환기(130)는 탱크 볼트(201)에서 기체상으로 취출된 가스가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 패스(131)와, 냉매 유체(FR)가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 패스(132)를 포함한다. 그러므로, 열교환은 제 1 열교환기(130)에서, 제 1 패스(131)와 제 2 패스(132) 사이에서 수행될 수 있고, 그에 따라 가스는 제 1 열교환기(130)의 내부에서 가열되고 냉매 유체(FR)는 냉각된다. 도면에 도시된 실시예에 따른 제 1 열교환기(130)는 유리하게는, 냉매 유체(FR)가 통과하도록 구성된 제 3 패스(133)를 포함한다. 이 제 3 패스(133)에서 순환하는 냉매 유체(FR)는 특히, 제 2 패스(132)에서 순환하는 냉매 유체(FR)로부터 칼로리를 포착한다. 이는 단지 일 실시예이며, 제 1 열교환기(130)는 본 발명의 내용으로부터 일탈하는 일없이 이 제 3 패스(133)를 포함하지 않을 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.
그러므로, 폐쇄 회로(120)는 압축 부재(121)와 제 1 열교환기(130)의 제 2 패스(132) 사이에 배치된 적어도 하나의 제 1 덕트(123), 제 1 열교환기(130)의 제 2 패스(132)와 팽창 부재(122) 사이에 배치된 적어도 하나의 제 2 덕트(124), 팽창 부재(122)와 제 3 열교환기(161)의 제 2 패스(163) 사이에 배치된 적어도 하나의 제 3 덕트(125), 제 3 열교환기(161)의 제 2 패스(163)와 제 1 열교환기(130)의 제 3 패스(133) 사이에 배치된 적어도 하나의 제 4 덕트(126), 및 제 1 열교환기(130)의 제 3 패스(133)와 압축 부재(121) 사이에 배치되는 적어도 하나의 제 5 덕트(127)를 포함한다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100)이 작동될 때, 냉매 유체(FR)는 기체상으로, 그리고 고압, 즉, 제 1 열교환기(130), 보다 구체적으로는 제 1 열교환기(130)의 제 1 패스(131)에서 순환하는 가스에, 선택적으로는 이 제 1 열교환기(130)의 제 3 패스(133)에서 순환하는 냉매 유체(FR)에 칼로리를 넘겨주는 이 제 1 열교환기(130)의 제 2 패스(132)와 재결합하기 위한 제 1 덕트(123) 덕분에, 18bar 내지 36bar(18bar 및 36bar 포함)의 압력으로 압축 부재(121)를 떠난다. 그 다음에, 냉매 유체(FR)는 액체상으로 그리고 고압으로 제 1 열교환기(130)를 떠나서 제 2 덕트(124)를 통해 압력이 감소된 팽창 부재(122)와 재결합한다. 그 다음에, 냉매 유체(FR)는 액체상으로 그리고 저압, 즉, 1.2bar 내지 2.5bar(1.2bar 및 2.5bar 포함)의 압력으로 팽창 부재(122)를 떠나고, 제 3 덕트(125)를 취하여 상기 언급된 바와 같이 제 3 열교환기(161)의 제 1 패스(162)에서 순환하는 액체 천연 가스로부터 칼로리를 포착하는 이 제 3 열교환기(161)의 제 2 패스(163)와 재결합한다. 그러므로, 냉매 유체(FR)는 2상 또는 기체상으로 그리고 저압으로 제 3 열교환기(161)를 떠나고 제 4 덕트(126)를 통해 제 1 열교환기(130)의 제 3 패스(133)와 재결합한다. 이 제 3 패스(133)에서, 2상 상태의 냉매 유체(FR)는 이 제 1 열교환기(130)의 제 2 패스(132)에서 순환하는 냉매 유체(FR)로부터 칼로리를 포착한다. 이러한 칼로리의 포착은, 압축 부재(121)에 기체상의 냉매 유체(FR)만이 공급된 결과로, 냉각 수단(160)의 유출구에서 회로에 여전히 존재할 수도 있는 액체 가스의 증발을 가능하게 한다. 그러므로, 냉매 유체(FR)는 기체상의 제 1 열교환기(130)의 제 3 패스(133)를 떠나고, 제 5 덕트(127) 덕분에, 압축 부재(121)와 재결합한다. 다시 말해서, 폐쇄 회로에서 순환하는 냉매 유체(FR)는 관련 선박이 수송하는 가스와 칼로리를 교환하면서 상태 변화를 적어도 2번 겪는다는 것이 이해되어야 한다.
본 명세서에 도시되지 않은 변형 실시예에 따르면, 제 1 열교환기는 제 3 패스를 포함하지 않고, 탱크에서 기체상으로 취출된 가스가 순환하는 제 1 패스와 냉매 유체가 기체상으로 그리고 고압으로 순환하는 제 2 패스만을 포함한다. 이 변형예에 따르면, 기체상의 냉매 유체만이 이 압축 부재로 보내지는 것을 보장하기 위해, 냉각 수단과 압축 부재 사이에 기액 분리기가 배치될 수도 있다. 사실은, 액체상의 냉매 유체는 이 압축 부재를 손상시켜서 사용할 수 없게 만들 위험이 있다.
상기 언급된 바와 같이, 관련 탱크(200)를 손상시킬 수 있는 과압을 방지하기 위해, 이 탱크 볼트(201)로부터 탱크 볼트(201)에 존재하는 기체상의 가스를 배출하는 것이 중요하다. 또한, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100)의 공급 설비(110)에는 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)를 공급하는 역할을 하는 압축 장치(140)의 중복 시스템이 장착된다. 도면에 도시된 예에 따르면, 압축 장치(140)의 이러한 중복은 압축 부재(121) 덕분에 부분적으로 생성된다. 그러므로, 적어도 하나의 제 1 추가 도관(180)은 공급 설비(110)의 제 1 도관(111)과 압축 부재(121) 사이에 배치되고, 적어도 하나의 제 2 추가 도관(181)은 이와 관련하여, 압축 부재(121)와 공급 설비(110)의 제 3 도관(113) 사이에 배치되고, 적어도 하나의 조절 밸브(190)는 제 1 추가 도관(180)에 배치된다. 이 중복 시스템의 작동은 도 5를 참조하여 이하에 더 상세히 설명한다.
이제 도 2 내지 도 4를 참조하여 더 상세히 설명되고, 공급 설비(110)를 작동하는 제 1 모드는 도 2에 도시되고, 이 공급 설비(110)를 작동하는 제 2 모드는 도 3에 도시되며, 이 공급 설비(110)를 작동하는 제 3 모드는 도 4에 도시된다.
그러므로, 도 2는 공급 설비(110)가 구성된 선박의 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)가 탱크 볼트(201) 내에 기체상으로 존재하는 모든 가스를 소비하는 제 1, 소위 "평형" 작동 모드를 도시한다.
이 제 1 작동 모드에 따르면, 가스는 탱크 볼트(201)에 기체상으로 취출되고, 제 1 도관(111)을 취하여 제 1 열교환기(130), 특히, 이 제 1 열교환기(130)의 제 1 패스(131)와 재결합한다. 상기 언급된 바와 같이, 제 1 열교환기의 제 1 패스(131)를 순환하는 가스는 이 제 2 열교환기(130)의 제 2 패스(132)를 순환하는 냉매 유체(FR)로부터 칼로리를 포착하도록 적응된다. 다시 말해서, 제 1 열교환기(130)의 제 1 패스(131)의 유입구(134)에서의 가스의 온도는 이 제 1 열교환기(130)의 제 1 패스(131)의 유출구(135)에서의 이 가스의 온도보다 낮다. 상세하게는, 가스는 -140℃ 내지 -90℃(-140℃ 및 -90℃ 포함), 예를 들면, -120℃와 동일한 온도로 제 1 열교환기(130)의 제 1 패스(131)의 유입구(134)와 재결합하고, 이 가스는 -30℃ 내지 40℃(-30℃ 및 40℃ 포함), 예를 들면, 20℃와 동일한 온도로 제 1 열교환기(130)의 제 1 패스(131)를 떠난다. 이러한 방식으로 가열된 가스는 이후에 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)에 공급하기에 적합한 압력에 도달할 때까지 압력이 증가하는 압축 장치(140)와 재결합한다. 그 다음에, 고압의 가열된 가스는 제 3 도관(113)을 가스 소비 장치(300)에 재결합시킨다. 다시 말해서, 공급 설비(110)의 제 1 도관(111)은 또한 제 1 열교환기(130)의 제 1 패스(131)를 형성하는 것이 이해되어야 한다.
기체상으로 취출된 모든 가스는 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)에 의해 소비되고, 제 2 열교환기(170)의 제 1 패스(171)는 비어 있고, 이 제 2 열교환기(170)에서는 열교환이 일어나지 않는다.
냉매 유체(FR) 폐쇄 회로(120)는 이와 관련하여, 상기 설명된 바와 같이 기능한다. 그 결과, 냉각 수단(160)에 의해 냉각된 가스는 제 3 열교환기(161)에서, 즉, 제 4 파이프(168)에서 받는 압력 또는 온도 이외의 압력 또는 온도 변화없이, 탱크(200)로 재주입된다. 그러므로, 탱크(200)에 액체상으로 존재하는 가스는 유리하게는, 냉각 수단(160)에 의해 냉각된 가스와 접촉하여, 탱크에 액체상으로 존재하는 가스의 온도가 감소되고, 그러므로 탱크 볼트(201)에 존재하는 기체상의 가스를 생성하고 이 탱크(200)의 압력을 증가시키는 경향이 있는 증발 현상을 제한한다.
특정 조건 하에서, 가스 소비 장치(300)는 탱크 볼트(201)에서 취출되고 가열 및 압축된 모든 가스를 소비하기에 충분하지 않다. 이는 예를 들면, 도 3에 도시된 공급 설비(110)를 작동시키는 제 2 모드의 경우이다. 이 제 2 작동 모드에 따르면, 압축 및 가열된 가스의 일부만이 가스 소비 장치(300)로 보내진다. 이와 관련하여, 가스 소비 장치(300)에 의해 소비될 수 없는 가스 부분은 예를 들면, 이 제 4 도관(114)에 배치된 조절 수단(191) 덕분에 제 4 도관(114)을 향하고, 제 2 열교환기(170)와 재결합한다. 대안적으로, 조절 수단(191)은 제 3 및 제 4 도관(113, 114)에서 가스의 순환 방향에 대해 제 4 도관(114)의 상류측에 있는 제 3 도관(113) 상에 배치될 수도 있다. 본 발명에 따르면, 조절 수단(191)은 예를 들면, 온/오프 밸브, 즉, 밸브가 배치된 도관을 통한 가스의 통과를 가능하게 하거나 방지하도록 구성된 밸브일 수도 있다.
가스 소비 장치(300)에서 소비되지 않는 가열 및 압축된 가스의 부분은 특히, 제 3 열교환기(161)에 의해 본 명세서에 형성된 냉각 수단(160)을 통과하여 냉각된 가스(그 다음에, 이 제 2 열교환기(170)의 제 2 패스(172)에서 순환함)에 칼로리를 넘겨주는 제 2 열교환기(170)의 제 1 패스(171)와 재결합한다. 다시 말해서, 이 제 2 작동 모드에 따르면, 가스 소비 장치(300)에 의해 소비되지 않는 가스의 부분과 냉각 수단(160)에 의해 냉각된 가스 사이에서 열교환이 수행된다. 그 다음에, 제 2 열교환기(170)를 순환하는 모든 가스는, 각각 제 2 열교환기(170)의 제 2 패스(172)에서 순환하는 가스의 경우는 제 3 파이프(167)를 통해, 그리고 이 제 2 열교환기(170)의 제 1 패스(171)에서 순환하는 가스의 경우는 제 5 도관(115)을 통해, 상기 언급된 바와 같이, 탱크(200)의 바닥부로 복귀된다. 이는 단지 하나의 실시예이고, 제 3 파이프(167) 및 제 5 도관(115)은 탱크(200)의 바닥부와 재결합하기 전에 결합될 수 있다, 즉, 제 2 열교환기(170)의 제 1 패스(171)에서 순환하는 가스 및 이 제 2 열교환기(170)의 제 2 패스(172)에서 순환하는 가스는 혼합된 다음에 탱크(200)의 바닥부로 함께 보내질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
전술한 설명으로부터, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100)의 폐쇄 회로(120)가 냉각 수단(160)을 순환하는 냉매 유체(FR)에 의해 칼로리가 저장되는 히트 펌프와 유사한 것으로 간주될 수도 있으며, 이러한 칼로리는 이후에 제 1 열교환기(130)에서 순환하는 탱크(200)에서 기체상으로 취출된 가스로 전달된다는 것이 명백하다. 다시 말해서, 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100)은, 가스의 온도가 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)의 필요조건과 양립할 수 있기 위해 기체상의 가스를 가열하는 것을 가능하게 하는 한편, 기체상의 초과 가스의 응축을 가능하게 하는, 즉, 적어도 하나의 기체 소비 장치(300)에 의해 소비될 수 없는 액체상의 가스를 냉각하는 것, 또는 탱크 볼트(201)에서 기체상의 가스의 생성으로 이어지는 증발 현상을 제한하기 위해 탱크(200)에 액체상으로 존재하는 가스를 냉각하는 것을 가능하게 하는 열교환이 수행되는 것을 가능하게 한다.
도 4는 압축 부재(121)가 정지된 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100)의 제 3 작동 모드를 도시한다. 이러한 종류의 작동 모드는 예를 들면, 탱크(200)에 액체상으로 존재하는 가스의 온도가, 가스 소비 장치(300)에 의해 소비되지 않고 냉각 수단(160)에 의해 이전에 냉각된 이 액체 가스 없이 제 2 열교환기(170)에서 순환하는 가스의 응축을 가능하게 하기에 충분히 낮을 때 선택될 수도 있다.
그러므로, 이 제 3 작동 모드에 따르면, 폐쇄 회로(120)가 정지된다, 즉, 이 폐쇄 회로(120)의 냉매 유체(FR)의 순환이 정지된다. 이러한 종류의 작동 모드는 특히, 압축 부재(121)의 정지 때문에 경제적인 이점이 있다. 도시되는 바와 같이, 제 3 작동 모드에서, 공급 설비(110)의 제 2 도관(112)에 의해 지지된 제 3 조절 부재(194)는 개방 위치에 있고, 그에 따라 공급 설비(110)의 제 1 도관(111)과 재결합하는 탱크 볼트(201)에서 기체상으로 취출된 가스가 이 제 1 열교환기(130)를 우회하는 이러한 방식으로, 제 1 열교환기(130)의 상류측의 제 2 도관(112)에 재루팅(reroute)한다. 이 제 2 도관(112)에서 순환하는 기체상의 가스는 이후에 압축 장치(140)와 재결합하여 가스 소비 장치(300)의 필요조건과 양립할 수 있는 압력에 도달한다. 제 2 작동 모드를 참조하여 상기에 설명된 것과 유사한 방식으로, 압축 장치(140)에 의해 압축된 가스의 일부는 탱크(200) 내로 복귀하기 위해 제 2 열교환기(170) 내에 응축되기 위해, 제 2 열교환기(170)로 향할 수 있다. 폐쇄 회로(120)가 정지되고, 제 2 열교환기(170)의 제 2 패스(172)에는 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스가 직접 공급된다, 즉, 이 가스는 예를 들면, 상기 설명된 펌프(164)에 의해 탱크(200)에서 액체상으로 취출되고, 그 후에 이 가스는 제 2 열교환기(170)의 제 2 패스(172)와 재결합하기 위해 제 5 파이프(169)를 차지한다. 그러므로, 제 3 작동 모드에서, 제 2 조절 부재(193)는 제 5 파이프(169)에서 액체 가스의 순환을 허용하도록 개방 위치에 있다. 그러므로, 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스는 제 2 열교환기(170)와 재결합하기 전에 그 자체가 펌핑에 연결되는 압력 또는 온도 이외의 압력 또는 온도의 변경을 겪지 않는다. 제 2 열교환기(170)에서 수행되는 열교환은 제 2 작동 모드를 참조하여 상기에서 설명된 것과 동일하다.
이와 관련하여, 도 5는 압축 장치(140)에 결함이 있는 상황에서 본 발명에 따른 가스 처리 시스템(100)을 도시한다. 상기 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템(100)에는 압축 부재(121), 제 1 추가 도관(180) 및 제 2 추가 도관(181)에 의해 부분적으로 형성된 중복 시스템이 장착된다. 상기 상세하게 설명된 바와 같이, 압축 장치(140)가 고장난 경우에, 가스 소비 장치(300)의 필요조건과 양립할 수 있는 압력으로의 가스 압축은 압축 부재(121)에 의해 수행되고, 압축 장치(121)가 폐쇄 회로(120) 내에서 순환하는 냉매 유체의 압축에 대해 더이상 사용할 수 없는 결과로, 압축 장치의 압축에 의해 착수된다. 다시 말해서, 압축 장치(140)가 고장난 경우에, 폐쇄 회로(120)가 정지된다, 즉, 제 1 열교환기(130)에서 또는 냉각 수단(160)에서, 열교환이 수행되지 않는다.
나타낸 바와 같이, 압축 장치(140)가 고장난 경우에, 제 3 조절 부재(194)가 개방되어서, 탱크 볼트(201)에서 기체상으로 취출된 가스가 제 2 도관(112)과 재결합할 수 있게 한다. 조절 밸브(190)는 제 2 도관(112)을 떠나는 기체상의 가스가 통과하게 하기 위해 개방된다. 그러므로, 압축 부재(121)는 적어도 이 압축 장치(140)가 수리될 시간 동안에, 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)의 공급을 보장하기 위해 압축 장치(140)로부터 인계받는다. 가스 소비 장치(300)가 탱크 볼트(201)에서 기체상으로 취출되고 압축 부재(121)에 의해 압축된 모든 가스를 소비하지 않는 경우, 조절 수단(191)은 이 압축된 가스가 제 2 열교환기(170)와 재결합될 수 있게 하기 위해 개방된다. 언급된 바와 같이, 압축 장치(140)가 고장난 경우에, 폐쇄 회로(120)는 정지된다. 상기 설명된 제 3 작동 모드를 참조하여 설명한 바와 같이, 제 2 조절 부재(193)는 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스를 제 2 열교환기(170)의 제 2 패스(172)에 공급하여 탱크(200)로 복귀되기 전에 이 제 2 열교환기(170)의 제 1 패스(171)에서 순환하는 압축 가스의 응축이 가능하도록 개방된다.
이러한 종류의 중복 시스템은 유리하게는 추가적인 압축 수단의 관점에서 절약을 가능하게 한다. 제 1 추가 도관(180) 상에 배치된 조절 밸브(190)는 예를 들면, 온/오프 밸브, 즉, 개방 위치 또는 폐쇄 위치를 추정하도록 구성된 밸브이다. 이는 단지 본 발명의 일 실시예이며, 본 발명의 내용으로부터 일탈하는 일 없이 임의의 다른 중복 시스템이 고려될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
마지막으로, 도 6은 적어도 하나의 1차 밀봉 멤브레인, 1차 밀봉 멤브레인과 선박(15)의 이중 선체(16) 사이에 배치된 하나의 2차 밀봉 멤브레인, 및 1차 밀봉 멤브레인과 2차 밀봉 멤브레인 사이 그리고 2차 밀봉 멤브레인과 이중 선체(16) 사이에 각각 배치된 2개의 절연 장벽의 조합에 의해 형성된 선박(15)의 이중 선체(16)에 장착된 천연 가스 저장 탱크(200)를 보여주는 선박(15)의 단면도이다.
선박(15)의 상부 데크 상에 배치된 로딩 및/또는 언로딩 파이프(17)는 탱크(200)로부터 또는 탱크(200)로 액체상의 천연 가스의 화물을 수송하기 위해, 해상 또는 항구 터미널(18)에, 적절한 커넥터에 의해 연결될 수 있다.
본 발명은 선박의 가스 소모 장치를 공급할 수 있으면서 상기 가스를 수용하는 탱크 내의 압력의 규제에 참여하는 현재 시장에 나와 있는 가스 처리 시스템보다 비용이 적게 드는 단순한 가스 처리 시스템을 제안한다는 것은 상기의 설명을 읽음으로써 명백하다.
그러나, 본 발명은 본 명세서에 설명되고 예시된 수단 및 구성으로 제한되어서는 안되며, 이는 임의의 동등 수단 또는 구성과 이러한 수단의 임의의 기술적인 작동 조합을 동등하게 포함한다. 특히, 교환기당 통과 횟수, 냉매 유체의 유형 및 가스 소비 장치의 유형은 본 명세서에 설명된 기능에 공급하는 범위 내에서 본 발명을 손상시키는 일 없이 변경될 수도 있다.

Claims (15)

  1. 액체상 및 기체상의 가스를 저장 및/또는 수송하기 위한 탱크(200)에 수용된 가스를 처리하기 위한 가스 처리 시스템(100)으로서, 상기 가스 처리 시스템(100)은 적어도 하나의 가스 소비 장치(300), 상기 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)에 공급하기 위한 적어도 하나의 설비(110), 및 냉매 유체(FR)가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 폐쇄 회로(120)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)에 공급하기 위한 상기 설비(110)는,
    - 상기 탱크(200)에서 기체상으로 취출된 가스와 상기 폐쇄 회로(120)에서 순환하는 상기 냉매 유체(FR) 사이의 열교환을 수행하여, 상기 폐쇄 회로(120)에서 순환하는 상기 냉매 유체(FR)를 냉각시키도록 구성된 하나의 제 1 열교환기(130),
    - 상기 제 1 열교환기(130)를 떠나는 기체상의 가스를 상기 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)의 필요조건과 양립할 수 있는 압력으로 압축하도록 구성된 하나의 압축 장치(140),
    - 상기 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스와 상기 냉매 유체(FR) 사이의 열교환을 수행하도록 구성된 하나의 냉각 수단(160), 및
    - 상기 탱크(200)에서 취출된 액체상의 가스와, 상기 압축 장치(140)를 떠나고 상기 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)로 보내지지 않은 기체상의 가스의 일부 사이에서 열교환을 수행하도록 구성된 하나의 제 2 열교환기(170)를 적어도 포함하는, 상기 가스 처리 시스템(100)에 있어서,
    상기 냉각 수단(160) 및 상기 제 2 열교환기(170)는 분리되어 있고, 상기 폐쇄 회로(120)는 상기 폐쇄 회로(120)에서 상기 냉매 유체(FR)의 순환 방향을 따라 이 순서로 배치된, 상기 적어도 하나의 압축 부재(121), 상기 제 1 열교환기(130), 팽창 부재(122) 및 상기 냉각 수단(160)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 팽창 수단(150)이 상기 제 2 열교환기(170)와 상기 탱크(200) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는
    가스 처리 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 조절 수단(191)이 상기 압축 장치(140)와 상기 제 2 열교환기(170) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는
    가스 처리 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환기(170)는 상기 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)로 보내지지 않은 기체상의 가스의 일부가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 패스(171)와, 상기 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 패스(172)를 포함하며, 상기 제 2 열교환기(170)의 제 1 패스(171) 및 제 2 패스(172)는 모두 상기 탱크(200)의 바닥부에 연결되는 것을 특징으로 하는
    가스 처리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환기(170)의 제 2 패스(172)에는 상기 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스가 직접 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    가스 처리 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 수단(160)에 공급하는 상기 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스는 상기 가스가 상기 냉각 수단(160)을 통과한 후에, 상기 탱크(200) 내로 직접 복귀되는 것을 특징으로 하는
    가스 처리 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 수단(160)에 공급하기 위해 상기 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스는 상기 냉각 수단(160)의 유입구에서 -163℃ 내지 -158℃(-163℃ 및 -158℃ 포함)의 온도를 갖고, 상기 냉각 수단(160)의 유출구에서 -177℃ 내지 -165℃(-177℃ 및 -165℃ 포함)의 온도를 가지며, 상기 냉각 수단(160)을 떠나서 상기 제 2 열교환기(170)와 재결합하는 가스는 상기 제 2 열교환기(170)의 유입구에서 -177℃ 내지 -165℃(-177℃ 및 -165℃ 포함)의 온도를 갖고, 상기 제 2 열교환기(170)의 유출구에서 -177℃ 내지 -150℃(-177℃ 및 -150℃ 포함)의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는
    가스 처리 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 소비 장치(300)로 보내지지 않은 가스의 일부는 상기 제 2 열교환기(170)의 유입구에서 5℃ 내지 45℃(5℃ 및 45℃ 포함)의 온도를 갖고, 상기 제 2 열교환기(170)의 유출구에서 -177℃ 내지 -150℃(-177℃ 및 -150℃ 포함)의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는
    가스 처리 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기(130)는 상기 탱크(200)에서 기체상으로 취출된 가스가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 패스(131)와, 상기 압축 부재(121)에 의해 압축된 냉매 유체(FR)가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 2 패스(132)와, 팽창된 냉매 유체(FR)가 통과하도록 구성된 적어도 하나의 제 3 패스(133)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    가스 처리 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크(200)와 상기 압축 장치(140) 사이에서 연장되는 제 1 도관(111)과, 상기 폐쇄 회로(120)의 압축 부재(121) 사이에 배치된 적어도 하나의 제 1 추가 도관(180)과, 상기 압축 부재(121)와 상기 적어도 하나의 가스 소비 장치(300) 사이에 배치된 적어도 하나의 제 2 추가 도관(181)을 포함하며, 적어도 하나의 조절 밸브(190)가 상기 제 1 추가 도관(180) 또는 상기 제 2 추가 도관(181)에 배치되는 것을 특징으로 하는
    가스 처리 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 수단(160) 및/또는 제 2 열교환기(170)는 플레이트형 열교환기인 것을 특징으로 하는
    가스 처리 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 가스 처리 시스템(100)의 액화 가스 화물을 위한 적어도 하나의 탱크(200)를 포함하는
    액화 가스 수송용 선박(15).
  13. 제 12 항에 기재된 액체 가스 수송용 적어도 하나의 선박(15)과 육상의 적어도 하나의 수단을 결합하는
    액체 가스를 로딩 또는 언로딩하기 위한 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 처리 시스템(100)의 작동 방법에 있어서,
    - 상기 탱크(200)에서 기체상으로 가스를 취출하는 단계,
    - 상기 제 1 열교환기(130)에서 수행되는 상기 냉매 유체(FR)와의 열교환에 의해 상기 탱크(200)에서 기체상으로 취출된 가스를 가열하는 단계,
    - 상기 제 1 열교환기(130)를 통과함으로써 가열되고 상기 압축 장치(140)에 의해 압축된 가스의 적어도 일부를 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)에 공급하는 단계,
    - 상기 냉각 수단(160)에 의해 상기 탱크(200)에서 액체상으로 취출된 가스를 냉각하는 단계, 및
    - 상기 제 2 열교환기(170)에서 수행되는 상기 냉각 수단(160)에 의해 냉각된 가스와의 열교환에 의해 상기 적어도 하나의 가스 소비 장치(300)로 보내지지 않은 상기 제 1 열교환기(130)를 통과함으로써 가열된 가스의 다른 부분을 응축하는 단계를 적어도 포함하는
    가스 처리 시스템의 작동 방법.
  15. 가스 수송을 위해 제 12 항에 기재된 선박(15)으로/선박(15)으로부터 액체 가스를 로딩 또는 언로딩하는 방법.
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