KR20230134137A - 고압 및 저압가스 소비 기기용 가스 공급 시스템 - Google Patents

고압 및 저압가스 소비 기기용 가스 공급 시스템 Download PDF

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KR20230134137A
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KR
South Korea
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gas
heat exchanger
circulating
supply system
tank
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Application number
KR1020237027756A
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English (en)
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베르나르 아운
로맹 남
장-뤼크 투에즈
압둘라예 디우프
Original Assignee
가즈트랑스포르 에 떼끄니가즈
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Publication date
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Abstract

본 발명은 부유식 구조체의 고압가스 소비 기기(4) 및 저압가스 소비 기기(5)를 위한 가스 공급 시스템(1)에 관련되고, 공급 시스템(1)은 고압가스 소비 기기(4)에 가스를 공급하기 위한 제 1 공급 회로(2)와, 저압가스 소비 기기(5)에 가스를 공급하기 위한 제 2 공급 회로(3)와, 가스 복귀 라인(14)과, 제 1 열교환기(6)와, 제 1 공급 회로(2)의 가스와 복귀 라인(14)에서 순환하는 가스 사이의 열교환을 수행하는 제 2 열교환기(7)를 포함하고, 제 1 공급 회로(2)는 메인 라인(40)과, 메인 라인(40)의 부분(50)을 바이패스하는 라인(41)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고압 및 저압가스 소비 기기용 가스 공급 시스템
본 발명은 액체 상태 가스 저장 및/또는 운송 선박의 분야에 관련되고, 보다 상세하게는, 이러한 선박 내에 포함된 소비 기기용 가스 공급 시스템에 관련된다.
목적 지점까지 소비 및/또는 전달하도록 의도된 액체 상태의 가스 탱크를 포함하는 선박이 항해하는 동안에, 상기 선박은 가스 공급 시스템을 통해 적어도 하나의 엔진에 공급하기 위해 액체 상태의 상기 가스 중 적어도 일부분을 사용할 수 있다. 이는 ME-GI 타입 추진 엔진이 제공된 선박이 경우이다. 이러한 유형의 엔진에 가스를 공급하기 위해서는 가스를 최대 300bar까지 압축할 수 있는 특수 압축기에 의해 가스를 초고압으로 압축해야 하지만, 이러한 압축기는 고가이기 때문에 유지보수 비용이 많이 들고 선박 내 진동을 유발한다.
이러한 고압 압축기를 설치하는 대안으로, 가스를 추진 엔진으로 보내기 전에 300bar에서 액체 형태의 가스를 기화시키는 것이다. 이 작동은 고압 증발기로 수행될 수 있다. 이러한 해결책은 화물을 적어도 부분적으로 포함하는 탱크 내에서 자연적으로 형성되는 증기 형태의 가스(또는 "Boil-Off Gas"의 약자인 BOG)를 제거할 수 없는 경우, 저압 압축기는 저압 증기의 형태의 가스를 소비할 수 있는 보조 엔진을 공급하기 위해 설치될 수 있다. 반면에, 이러한 구성에서, 증기 형태의 가스가 너무 많은 양 또는 보다 일반적으로 보조 엔진의 소비 필요량보다 많은 양이 존재하는 경우, 보조 엔진에 의해 소비되지 않은 증기 형태의 가스는 일정 한도 내에서 탱크에 압력 형태로 축적된 다음에, 연소에 의해 제거되거나 최후의 수단으로 대기 중으로 방출된다. 이러한 종류의 제거는 연료 낭비가 물론 환경에도 해로운 결과를 초래한다.
이러한 공급 시스템의 성능을 지속적으로 개선하기 위해, 특히 연료 낭비를 방지하고 상기 공급 시스템의 특정 구성요소에 사용되는 에너지를 절약하는 것이 하나의 목적이다.
본 발명은 가스를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 탱크를 포함하는 부유식 구조체의 적어도 하나의 고압가스 소비 기기 및 적어도 하나의 저압가스 소비 기기에 대한 가스 공급 시스템을 제공함으로써 이러한 목적을 달성할 수 있도록 하며, 공급 시스템은,
- 탱크에서 액체 상태로 수집된 가스를 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 펌프를 포함하는 고압가스 소비 기기의 적어도 제 1 가스 공급 회로와,
- 제 1 가스 공급 회로에서 순환하는 가스를 증발시키도록 구성된 적어도 하나의 고압 증발기와,
- 탱크에서 증기 상태로 취해진 가스를 저압가스 소비 기기의 요구조건에 적합한 압력으로 압축하도록 구성된 적어도 하나의 압축기를 포함하는, 저압가스 소비 기기에 가스를 공급하는 적어도 하나의 제 2 공급 회로와,
- 압축기의 하류측에서 제 2 공급 회로에 연결되고 탱크로 연장되는 적어도 하나의 가스 복귀 라인과,
- 복귀 라인에서 순환하는 가스와 제 1 공급 회로에서 순환하는 가스 사이에서 열을 교환하도록 각각 구성된 적어도 하나의 제 1 열교환기 및 제 2 열교환기를 포함하며,
제 1 공급 회로는 메인 경로와, 메인 경로의 적어도 일 부분과 병렬로 배열되는 바이패스 경로를 포함하고, 제 2 열교환기는 복귀 라인에서 순환하는 가스와 바이패스 경로에서 순환하는 가스 사이에서 열을 교환하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 바이패스 경로가 있으면, 필요한 경우에만, 예를 들면, 탱크에 증기 상태의 가스가 과도하게 존재하는 경우에 제 2 열교환기를 통해 가스를 순환시킬 수 있다. 가스는 또한 바이패스 경로와 병렬로 배열된 메인 경로의 부분을 포함하여 메인 경로 내에서 전체적으로 순환할 수 있으며, 제 1 열교환기를 통과한 후 고압 증발기에 의해 직접 처리된다. 따라서, 탱크 내에 수집되어서 고압가스 소비 기기에 공급하도록 의도된 가스는 여러 순환 모드를 갖고, 이는 불필요한 가스의 순환을 방지하고 고압 증발기 및/또는 제 2 열교환기의 사용과 관련된 에너지의 양을 제한할 수도 있다.
게다가, 이러한 공급 시스템에 의해, 탱크에 존재하지만 저압가스 소비 기기의 소비에 사용되지 않은 증기 상태의 가스는 재응축되어서, 제거되는 대신에 액체 상태로 탱크로 복귀될 수 있다. 그 다음에, 탱크에 존재하는 증기 상태의 과도한 가스 손실은 적어도 감소된다.
그러므로, 제 1 가스 공급 회로는 고압가스 소비 기기의 연료 수요를 충족할 수 있다. 예를 들어, 상기 기기는 부유식 구조체를 추진하기 위한 수단, 예를 들면, ME-GI 엔진일 수 있다. 제 1 공급 회로는 탱크로부터 고압가스 소비 기기까지 연장된다. 펌프는 탱크의 하부에 설치되어서 액체 상태의 가스를 펌핑하여 제 1 공급 회로에서 순환할 수 있도록 하는 것을 보장한다.
가스가 고압가스 소비 기기에 공급될 수 있기 위해서 증기 상태여야 하므로, 고압 증발기는 가스가 고압가스 소비 기기에 공급되기 전에 가스의 증발을 보장한다. 고압 증발기는 제 1 공급 회로에서 순환하는 가스와 열 전달 유체, 예를 들면, 글리콜 물, 해수 또는 수증기) 사이의 열 교환의 현장(site)이다. 이 열 전달 유체는 가스의 상태 변화를 일으켜서 증기 또는 초임계 상태가 되어서 고압가스 소비 기기에 공급할 수 있을 만큼 충분히 높은 온도여야 한다.
제 1 공급 회로에서 순환하는 가스는 제 1 열교환기를 통과한 다음에, 선택적으로는, 선택된 구성에 따라 제 2 열교환기를 통과한다. 이후에, 가스는 고압 증발기를 통해 기화될 수 있다. 따라서, 상기 가스의 온도는 제 1 공급 회로의 구성이 허용하는 경우 고압 증발기를 통과하기 전에 다소 상승하는 경향이 있다. 따라서, 제 1 공급 회로에서 순환하는 가스는 바이패스 경로가 가스에 의해 취해지는 경우 제 2 열교환기의 유출구에서 2상, 증기, 액체 또는 초임계 상태에 있을 수 있다.
일반적으로, 탱크에 포함된 가스는 자연적으로 변화하거나, 부유식 구조체에 의해 증기 상태로 강제될 수 있다. 증기 상태로 변하는 탱크 내의 가스는 탱크 내 과압이 발생하는 것을 피하기 위해 배출되어야 한다.
이러한 기능은 저압가스 소비 기기의 제 2 가스 공급 회로에 의해 제공된다. 제 2 공급 회로는 탱크로부터 저압가스 소비 기기까지 연장된다. 상기 기기는 예를 들면, 전기 발전기와 같은 보조 모터일 수 있다. 제 2 공급 회로 상에 배열된 압축기는 저압가스 소비 기기에 공급할 뿐만 아니라 탱크의 압력을 조절할 수 있도록 탱크 공간에 존재하는 가스를 인출하는 역할을 한다. 제 2 공급 회로는 두 공급 회로가 모두 탱크에 연결되어 있다는 사실을 제외하면 제 1 공급 회로와 구조적으로 분리된다.
압축기의 유출구에서, 증기 상태의 가스는 저압가스 소비 기기에 공급되거나, 저압가스 소비 기기에 연료 흡입이 필요하지 않은 경우 복귀 라인을 통해 순환할 수 있다. 그러므로, 복귀 라인이 압축기의 하류측에 연결되기 때문에, 압축기가 흡인된 증기 상태의 가스가 그 내부에서 순환할 수 있다.
복귀 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스는 먼저, 제 2 열교환기를 통과한 다음에, 제 1 열교환기를 통과한 후, 탱크로 복귀한다. 제 1 공급 회로에서 가스의 순환에 따라, 열 교환은 두 열교환기 내에서, 또는 제 1 열교환기 내에서만 이루어질 수 있다.
제 1 공급 회로에서 순환하는 가스와 복귀 라인에서 순환하는 가스 사이에서 발생하는 열 교환에 의해, 증기 상태의 가스의 온도는 상기 가스가 제 1 열교환기를 떠날 때 응축되어서 액체 상태로 상당 부분 복귀될 때까지, 2개의 열교환기를 통과하면서 낮아진다. 그 다음에, 재응축된 가스는 탱크로 순환한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 메인 경로는 제 1 열교환기와 고압 증발기 사이에 위치된 추가 펌프를 포함한다. 이는 제 1 공급 회로에서 순환하는 가스의 압력을 높일 수 있고, 그에 따라 고압가스 소비 기기에 공급하는 것에 적합한 압력을 가질 수 있는 추가 펌프이다.
추가 펌프의 위치설정은 특히 유리하다. 실제로, 추가 펌프를 제 1 열교환기의 상류측에 배치하면, 가스가 제 1 열교환기를 통과하자마자 액체 상태의 가스의 압력과 온도가 상승하여, 복귀 라인에서 순환하고 제 1 열교환기를 통과하는 증기 상태의 가스가 응축되는데 해로울 수 있다. 그러므로, 최적의 배열은 제 1 열교환기의 하류측에 추가 펌프를 위치하는 것으로 구성된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 바이패스 경로는 추가 펌프와 고압 증발기 사이의 메인 경로 상에 배열된 분기 지점에서 시작된다. 이는 제 1 공급 회로가 메인 경로의 부분과 바이패스 경로로 분할되는 분기 지점으로부터이다. 제 1 공급 회로의 구성에 따라, 제 1 열교환기를 통과한 후 그 내부에서 순환하는 가스는 이후에 고압 증발기에 의해 직접 처리되기 위해 메인 경로의 부분에서, 그리고/또는 제 2 열교환기를 통과하기 위해 바이패스 경로 내에서 순환할 수 있다.
분기 지점은 추가 펌프의 하류측에 있고, 그에 따라 제 2 열교환기도 추가 펌프의 하류측에 있다. 구체적으로, 바이패스 경로에서 순환하는 가스는 제 2 열교환기의 유출구에서 증기, 액체, 2상 또는 초임계 상태에 있을 수 있으며, 추가 펌프를 제 2 열교환기의 하류측에 배열하는 것은 추가 펌프가 액체 상태의 유체만 펌핑되게 한다는 것을 고려하면 추가 펌프의 올바른 작동에 악영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 제 1 공급 회로는 메인 경로의 부분 및/또는 바이패스 경로로의 가스 순환의 분배를 제어하도록 구성된 분배 장치를 포함한다. 분배 장치는 원격으로 제어할 수 있으므로, 제 1 공급 회로 내의 가스의 순환은 소비 기기에 의한 가스 소비 및 복귀 라인에서 순환하는 가스의 응축에 최적이다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 바이패스 경로는 분기 지점과 고압 증발기 사이의 메인 경로 상에 배열된 합류 지점에서 종료한다. 이러한 구성은 본 발명에 따른 공급 시스템의 일 실시예에 대응한다. 이러한 제 1 실시예에서, 메인 경로의 부분과 바이패스 경로의 합류 지점은 분기 지점의 하류측 및 고압 증발기의 상류측에 배열된다. 다시 말해서, 바이패스 경로에서 순환하는 가스는 제 2 열교환기를 통과한 다음에, 고압 증발기에 의해 처리되기 전에 메인 경로에 합류한다. 그러므로, 제 1 공급 회로에서 순환하는 모든 가스는 제 1 실시예에 따른 고압 증발기에 의해 처리된다. 그러므로, 고압 증발기는 가스가 제 2 열교환기를 통과하거나 바이패스하게 한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 분배 장치는 바이패스 경로 내에서의 가스의 순환을 관리하도록 구성된 제 1 밸브와, 메인 경로의 부분 상에 배열된 제 2 밸브를 포함한다. 밸브는 개방 또는 폐쇄 위치로 전환되기 위해 원격으로 제어하여, 제 1 공급 회로 내에서 순환하는 가스의 순환을 결정할 수 있다.
제 1 밸브는 제 2 열교환기의 상류측 또는 하류측에서 바이패스 경로 상에 배열될 수 있다. 제 2 밸브에 대해, 이는 바이패스 경로와 병렬로 배열되는 메인 경로의 부분에 배열된다.
제 1 밸브는 바이패스 경로에서 가스의 순환을 제어할 수 있게 하고, 제 2 밸브는 바이패스 경로와 병렬로 배열된 메인 경로의 부분에서 가스의 순환을 제어할 수 있게 한다. 그 다음에, 제 1 밸브가 폐쇄되고 제 2 밸브가 개방되면, 가스는 메인 경로 내에서 전체적으로 순환한다. 그 다음에, 제 1 밸브가 개방되고 제 2 밸브가 폐쇄되면, 가스는 바이패스 경로를 통해 완전히 순환한 다음에, 고압 증발기의 상류측의 메인 경로에 합류한다. 또한, 두 밸브를 모두 개방할 수 있고, 그에 따라 가스가 2개의 부분으로 분리되어서, 하나는 메인 경로의 부분을 통해 고압 증발기로 바로 이동하고, 다른 하나는 제 2 열교환기를 통해 바이패스 경로 내에서 순환한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 바이패스 경로와 제 1 밸브는 분기 지점과 제 2 열교환기 사이를 순환하는 가스가 액체 상태로 유지되도록 구성된다. 다시 말해서, 제 1 밸브의 유일한 기능은 예를 들면, 바이패스 경로에서 순환하는 가스를 팽창시킴으로써, 상태의 임의의 변화를 일으키는 일 없이 바이패스 경로 내에서의 가스의 순환을 허용하거나 방지하는 것이다. 따라서, 바이패스 경로에서 순환하는 가스는 제 2 열교환기를 통과할 때까지 액체 상태로 유지된다. 제 2 열교환기의 유출구에서, 복귀 라인에서 순환하는 가스의 유량과 열 교환에 미치는 영향에 따라, 바이패스 경로에서 순환하는 가스는 액체, 증기, 2상 또는 초임계 상태로 제 2 열교환기로부터 빠져나올 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 바이패스 경로는 고압 증발기의 하류측에서 메인 경로 상에 배열된 합류 지점에서 종료한다. 이러한 구성은 본 발명에 따른 공급 시스템의 제 2 실시예에 대응한다. 이 실시예에서, 바이패스 경로는 고압 증발기를 바이패스하는 것을 가능하게 한다. 그러므로, 고압 증발기는 바이패스 경로와 병렬로 배열된 메인 경로의 부분 내에 위치된다.
그러므로, 제 2 실시예에 따르면, 제 1 공급 회로에서 순환하는 가스는 가스가 메인 경로의 부분 내에서 순환하는 경우에 고압 증발기에 의해 처리되거나, 가스가 바이패스 경로 내에서 순환하는 경우에 제 2 열교환기에 의해 처리된다. 고압 증발기 또는 제 2 열교환기의 유출구에서, 가스는 예를 들면, 증기 또는 초임계 상태가 됨으로써 고압가스 소비 기기에 의한 가스 소비에 대해 양립가능한 특성을 갖는다. 그러므로, 제 2 실시예는 제 2 열교환기 내에서 수행되는 열 교환에 의해 복귀 라인에서 순환하는 가스를 냉각시키면서 제 1 공급 회로 내에서 순환하는 가스의 상태 변화 부하를 분배하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 분배 장치는 분배 밸브를 포함한다. 분배 밸브는 메인 경로의 부분 및/또는 바이패스 경로에서 순환하는 가스의 유량을 제어할 수 있다. 예로서, 밸브는 개방 정도를 가질 수 있으며, 메인 경로의 부분 및/또는 바이패스 경로 사이에서 순환하는 가스의 분배는 분배 밸브의 개방 정도에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 분배 밸브는 메인 경로의 부분 상에 배열된다. 이 구성에서는, 분배 밸브의 개방 정도가 클수록, 메인 경로의 부분 내에서 순환하는 가스의 비율이 커진다. 반대로, 분배 밸브의 개방 정도가 작을수록, 바이패스 경로 내에서 순환하는 가스의 비율이 커진다. 분배 밸브가 완전히 개방되면, 가스는 메인 경로의 부분에서만 순환한다. 분배 밸브가 폐쇄되면, 가스는 바이패스 경로에서만 순환한다. 분배 밸브는 분기 지점과 고압 증발기 사이, 또는 고압 증발기와 합류 지점 사이에 위치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 분배 밸브는 바이패스 경로 상에 배열된다. 이 구성에서는, 분배 밸브의 개방 정도가 클수록, 바이패스 경로 내에서 순환하는 가스의 비율이 커진다. 반대로, 분배 밸브의 개방 정도가 작을수록, 메인 경로의 부분 내에서 순환하는 가스의 비율이 커진다. 분배 밸브가 완전히 개방되면, 가스는 바이패스 경로에서만 순환한다. 분배 밸브가 폐쇄되면, 가스는 메인 경로의 부분에서만 순환한다. 분배 밸브는 분기 지점과 제 2 열교환기 사이, 또는 제 2 열교환기와 합류 지점 사이에 위치될 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 복귀 라인은 제 1 열교환기와 탱크 사이에 배열되고 복귀 라인에서 순환하는 가스의 유량을 조절하도록 구성된 팽창 부재를 포함하고, 상기 팽창 부재 및 분배 밸브는 바이패스 경로 내에서 순환하는 가스가 액체 상태로부터 증기 또는 초임계 상태로 전이되도록 구성된다.
언급된 바와 같이, 제 1 공급 회로에서 순환하는 가스는 고압 증발기 또는 제 2 열교환기에 의해 처리된다. 다시 말해서, 제 1 실시예와 달리, 바이패스 경로에서 순환하는 가스는 제 2 열교환기의 유출구에서, 고압가스 소비 기기에 의해 소비에 대해 양립가능한 상태, 예를 들면, 증기 또는 초임계 상태여야 한다. 그러므로, 바이패스 경로에서 순환하는 가스가 제 2 열교환기의 유출구에서 완전히 증기 또는 초임계 상태가 되는 것이 중요하다.
바이패스 경로에서 순환하는 가스의 유량은 복귀 라인에서 순환하는 가스의 유량에 비례할 수 있고, 그에 따라 열 교환 동안에, 바이패스 경로에서 순환하는 가스의 전체는 제 2 열교환기의 유출구에서 증기 또는 초임계 상태에 있게 된다. 그러므로, 복귀 라인에 배열된 팽창 부재는 복귀 라인에서 순환하는 가스의 유량을 제어할 수 있게 하고, 분배 밸브는 바이패스 경로에서 순환하는 가스의 유량을 제어할 수 있게 한다. 따라서, 팽창 부재에 의한 제어 및 분배 밸브에 의해, 바이패스 경로에서 순환하는 가스는 고압 증발기에 의해 처리되지 않고 고압가스 소비 기기에 의한 가스 소비에 대해 양립가능한 상태로 제 2 열교환기로부터 빠져나온다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 제 1 열교환기는 복귀 라인 내에서 순환하는 가스를 응축하도록 구성된다. 제 1 열교환기는 액체 상태의 상기 가스가 가장 낮은 온도에 있을 때 제 1 공급 회로의 액체 상태의 가스가 통과하는 교환기이다. 그러므로, 복귀 라인에서 순환하는 가스의 상태를 변경하여 증기 상태로부터 액체 상태로 전이하는 것은 제 1 열교환기에서 발생하는 열 교환이다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 제 2 열교환기는 복귀 라인 내에서 순환하는 가스를 예냉각하도록 구성된다. 제 1 열교환기의 유출구에서, 제 1 공급 회로에서 순환하는 가스는 제 1 열교환기의 유입구에서보다 덜 차갑고, 열 교환은 복귀 라인에서 순환하는 가스를 응축하는데 사용되었다. 액체 상태의 가스는 이후에 추가 펌프에 의해 압축된 다음에 분기 지점에 도달한다. 제 1 또는 제 2 실시예의 구성에 따라, 가스는 이후에 제 2 열교환기를 통과할 수 있다. 그렇다면, 제 2 열교환기 내에서도 열이 교환되어서, 복귀 라인 내에서 증기 상태의 가스를 예냉각하게 한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 복귀 라인은 분기 구역을 포함하고, 이 분기 구역은 복귀 라인을, 분기 구역으로부터 탱크까지 연장되는 제 1 섹션과 제 2 섹션으로 분할하고, 제 1 열교환기는 복귀 라인의 제 1 섹션에서 증기 상태로 순환하는 가스와 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스 사이에서 열을 교환하도록 구성되며, 제 2 섹션은 제 1 열교환기를 바이패스한다. 탱크에 존재하지만 저압가스 소비 기기의 소비에 사용되지 않는 증기 상태의 가스는 복귀 라인의 제 1 섹션을 통해 순환함으로써 응축될 수 있으므로, 제거되는 대신에 액체 상태로 탱크로 복귀된다.
제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스 유량이 복귀 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스를 모두 응축하기에 충분하지 않은 경우, 가스의 초과 부분은 탱크에서 바로 복귀되기 위해 복귀 라인의 제 2 섹션을 향해 지향될 수 있다. 이러한 상황은 본 발명에 따른 공급 시스템을 구비한 부유식 구조체가 추진을 위해 액체 상태의 다량의 가스를 필요로 하지 않는 경우, 예를 들면, 부유식 구조체가 감소된 속도로 이동하는 경우에 발생할 수 있다.
본 발명자들은 복귀 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스의 완전한 응축이, 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스의 양이 복귀 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스의 양의 6배 이상일 때만 가능하다고 판단하였다. 이러한 예는 압축기가 증기 상태의 가스를 약 10bar로 압축할 때 적용 가능하지만, 압축기에 의해 전달되는 압력에 따라 비율은 달라질 수 있다. 이 조건이 충족되면, 증기 상태의 가스는 이어서 응축되기 위해 복귀 라인의 제 1 섹션에서 순환한다. 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스의 양이 복귀 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스의 양의 6배 미만인 경우, 이어서 증기 상태의 가스를 복귀 라인의 제 2 섹션 내에서 적어도 부분적으로 순환시키고, 이어서 증기 상태의 가스 중 일부를 응축이 완료되는 양으로 제 1 섹션에서 순환시키는 것이 유리하다.
복귀 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스는 분기 구역으로부터 제 1 섹션 또는 제 2 섹션에서 순환할 수 있다. 증기 상태의 가스가 제 1 섹션에서 순환하는 경우, 상술된 바와 같이, 가스는 먼저 제 2 열교환기를 통과한 다음에 제 1 열교환기를 통과한 후 탱크로 복귀한다. 증기 상태의 가스가 제 2 섹션에서 순환하는 경우, 가스는 제 2 교환기를 통과한 다음에 탱크로 바로 복귀한다. 이 구성에 따르면, 증기 상태의 가스 온도는 제 2 열교환기에서 수행되는 칼로리 교환으로 인해 감소하지만, 응축되지는 않는다. 따라서, 가스는 증기 상태로 탱크로 복귀하지만, 그럼에도 불구하고 냉각된다.
따라서, 복귀 라인의 제 2 섹션은 탱크에 포함된 액체에 침지된 단부를 포함한다. 제 2 섹션은 침지된 단부에 배열된 분출 부재를 포함할 수 있다. 분출 부재는 특히, 가스가 탱크 내로 분산되기 전에 복귀 라인의 제 2 섹션에서 순환하는 증기 상태의 가스를 팽창시킬 수 있다. 침지된 단부가 탱크의 하부에 우선적으로 배열된다는 사실과 관련된 증기 상태의 가스의 팽창은 가스가 탱크로 복귀할 때 증기 상태의 가스의 적어도 일부분을 액화시킬 수 있으며, 또한 탱크에 존재하는 액체 형태의 가스의 온도 상승을 초래할 수 있다. 분출 부재는 예를 들면, 이젝터 또는 버블링 장치일 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 공급 시스템은 제 1 열교환기의 상류측에서 제 1 공급 회로에 연결되고 압축기의 하류측에서 제 2 공급 회로로 연장되는 보조 공급 라인을 포함하고, 공급 시스템은 보조 공급 라인에서 순환하는 가스를 증발시키도록 구성된 저압 증발기를 포함한다. 이러한 보조 공급 라인은 저압가스 소비 기기에 증기 상태의 가스를 공급해야 하지만 탱크 공간에 양이 충분하지 않은 경우에 사용된다. 따라서, 보조 공급 라인은 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스의 일부분을 추출할 수 있게 한다. 그 다음에, 이 부분은 고압 증발기와 유사한 작동에 따라, 즉, 예를 들면, 글리콜 물, 해수 또는 수증기와 같은 열 전달 유체와의 열 교환에 의해 저압 증발기에 의해 증발된다. 따라서, 저압 증발기는 보조 공급 라인에서 순환하는 액체 상태의 가스와 이 열전달 유체 사이의 열 교환을 유도한다.
증기 상태로 변화되면, 가스는 보조 공급 라인 내에서 순환한 다음에, 제 2 공급 회로에 합류하여 저압가스 소비 기기에 공급한다.
증기 상태의 가스가 탱크 공간에 충분한 양으로 존재하는 경우, 보조 공급 라인은 사용되지 않으며 예를 들면, 밸브에 의해 폐쇄될 수 있다.
본 발명은 또한 액체 상태의 가스를 저장 및/또는 이송하기 위한 부유식 구조체에 관련되고, 부유식 구조체는 액체 상태의 가스를 수용하는 적어도 하나의 탱크와, 적어도 하나의 고압가스 소비 기기와, 적어도 하나의 저압가스 소비 기기와, 이 소비 기기들에 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 공급 시스템을 포함한다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 육상 및/또는 항만 시설과 액체 가스를 저장 및/또는 이송하기 위한 적어도 하나의 부유식 구조체를 결합하는 액체 가스를 로딩 또는 언로딩하기 위한 시스템에 관련된다.
마지막으로, 본 발명은 가스를 저장 및/또는 이송하기 위한 부유식 구조체로부터 액체 가스를 로딩 또는 언로딩하는 방법에 관련되고, 부유식 구조체의 상부 갑판 상에 배열된 액체 상태의 가스를 로딩 또는 언로딩하기 위한 파이프는 액체 상태의 가스를 탱크로부터 또는 탱크로 이송하기 위해 적절한 커넥터에 의해, 해상 또는 항만 터미널에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 이하의 설명, 및 첨부된 개략도를 참조하여 예시적인 목적으로 제공되며 이에 국한되지 않는 다수의 예시적인 실시예로부터 나타날 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 공급 시스템의 제 1 실시예를 도시한다.
도 2는 2개의 섹션으로 분할된 복귀 라인을 포함하는 공급 시스템의 제 1 실시예를 도시한다.
도 3은 공급 시스템의 제 2 실시예를 도시한다.
도 4는 부유식 구조체의 탱크와 이 탱크를 로딩 및/또는 언로딩하기 위한 터미널의 개략 단면도이다.
도 1 내지 도 3은 부유식 구조체에 배열된 가스 공급 시스템(1)을 도시한다. 공급 시스템(1)은 상기 기기에 연료를 공급하기 위해, 액체 상태, 증기 상태, 2상 상태 또는 초임계 상태에 있을 수 있는 가스를, 저장 및/또는 이송 탱크(8)로부터 고압가스 소비 기기(4) 및/또는 저압가스 소비 기기(5)로 순환시키는 것을 가능하게 한다.
예를 들어, 상기 부유식 구조체는 액체 상태의 가스를 저장 및/또는 이송할 수 있는 선박일 수 있다. 본 경우, 공급 시스템(1)은 부유식 구조체가 예를 들면, 추진 엔진일 수 있는 고압가스 소비 기기(4) 및 예를 들면, 부유식 구조체에 전기를 공급하는 발전기일 수 있는 저압가스 소비 기기(5)에 공급하도록 저장 및/또는 이송하는 액체 상태의 가스를 사용할 수 있다.
탱크(8)에 포함된 가스가 고압가스 소비 기기(4)로 순환하는 것을 보장하기 위해, 공급 시스템(1)에는 제 1 가스 공급 회로(2)가 제공된다. 제 1 공급 회로(2)는 탱크(8) 내에 배열된 펌프(9)를 포함한다. 펌프(9)는 액체 상태의 가스를 펌핑하고 특히, 제 1 공급 회로(2)에서 가스를 순환시킬 수 있게 한다. 액체 상태의 가스를 인출하여 압축함으로써, 펌프(9)는 그 압력을 6bar 내지 17bar의 값으로 높인다.
제 1 공급 회로(2)는 메인 경로(40)와 바이패스 경로(41)를 포함한다. 메인 경로(40)는 펌프(9)로부터 고압가스 소비 기기(4)까지 연장된다. 바이패스 경로(41)에 대해, 바이패스 경로(41)는 메인 경로(40)의 부분(50)과 병렬로 배열된다. 그러므로, 제 1 공급 회로(2)에서 순환하는 가스는 메인 경로(40)의 부분(50) 또는 바이패스 경로(41)를 통해 순환할 수 있다.
제 1 공급 회로(2)에서 순환하는 가스는 탱크(8)로부터 고압가스 소비 기기(4)로 향하는 순환 방향으로 메인 경로(40) 내에서 순환하고, 제 1 열교환기(6)를 통과하고, 추가 펌프(10)에 의해 펌핑되며, 메인 경로(40)의 부분(50) 내에 또는 바이패스 경로(41) 내에서 순환하기 위해 분기 지점(42)에 도달한다. 메인 경로(40)의 부분(50) 내에 그리고/또는 바이패스 경로(41) 내에서의 가스의 순환 제어는 분배 장치(60)에 의해 관리되며, 이는 가스가 이후에서 상세하게 설명될 요인 및/또는 요구조건에 따라 분배되도록 보장한다. 가스가 바이패스 경로(41) 내에서 순환하는 경우, 가스는 제 2 열교환기(7)를 통과한다. 2개의 열교환기(6, 7)에 대한 상세는 이하에 설명된다. 바이패스 경로(41)는 분기 지점(42)과 제 2 열교환기(7) 사이에서 연장되는 제 1 부분(41a)과, 제 2 열교환기(7)와 합류 지점(43) 사이에서 연장되는 제 2 부분(41b)을 포함한다.
메인 경로(40)의 부분(50)과 바이패스 경로(41)는 모두 분기 지점(42)으로부터 합류 지점(43)까지 연장된다. 그로부터, 가스는 메인 경로(40) 내에서 다시 고압 증발기(11)로 순환한다. 고압 증발기(11)는 제 1 공급 회로(2)에서 순환하는 가스의 상태를 변경하여 증기 상태로 변경할 수 있다. 이러한 상태는 가스가 예를 들면, 증기 또는 초임계 상태에 있음으로써 고압가스 소비 기기(4)에 공급하는 것에 대해 양립가능하도록 한다. 액체 상태의 가스의 증발은 예를 들면, 액체 상태의 가스를 증발시킬 수 있을 만큼 고온에서의 열전달 유체(본 경우, 글리콜 물, 해수 또는 수증기)와의 열 교환을 통해 수행될 수 있다.
가스 압력의 증가는 액체 상태의 가스를 펌핑할 때 추가 펌프(10)에 의해 보장된다. 추가 펌프(10)는 액체 상태의 가스의 압력을, 특히 암모니아 또는 수소와 함께 사용하는 경우에 30bar 내지 400bar, 액화 석유 가스와 함께 사용하는 경우 30bar 내지 70bar, 바람직하게는 에탄, 에틸렌 또는 주로 메탄으로 구성된 액화 천연가스와 함께 사용하는 경우 150bar 내지 400bar의 값으로 상승시킬 수 있게 한다.
추가 펌프(10)와 고압 증발기(11)의 조합에 의해, 가스는 고압 소비 기기(4)의 공급을 위한 압력 및 양립가능한 상태에 있다. 이러한 구성은 비용 제약이 있고 강한 진동을 발생시키는 제 1 공급 회로(2) 상의 고압 압축기의 설치를 회피할 수 있다.
제 1 공급 회로(2) 내의 가스 순환의 구성을 결정하기 위해, 분배 장치(60)는 바이패스 경로(41)에 배열된 제 1 밸브(44)와, 메인 경로(40)의 부분(50)에 배열된 제 2 밸브(45)를 포함한다. 따라서, 이들 2개의 밸브(44, 45)의 개방 또는 폐쇄 여부에 따라, 가스는 분기 지점(42)으로부터 필요에 따라, 부분(50)을 통해 또는 바이패스 경로(41)를 통해 합류 지점(43)으로 순환한다. 이러한 밸브는 원하는 순환 모드에 따라 원격으로 제어할 수 있다.
도 1에서, 제 1 밸브(44)는 바이패스 경로(41)의 제 1 부분(41a)에 배열된다. 대안적으로, 제 1 밸브(44)는 또한 바이패스 경로(41)의 제 2 부분(41b) 상에 배열될 수 있다.
탱크(8) 내에서, 가스 화물의 일부분은 자연적으로 증기 상태로 변화하여 탱크(12)의 공간 내로 확산될 수 있다. 탱크(8) 내의 과압을 피하기 위해, 탱크 공간(12)에 포함된 증기 상태의 가스를 배출해야 한다. 그러나, 제 1 공급 회로(2)는 액체 상태의 가스를 사용하여 고압가스 소비 기기(4)에 공급하도록 구성된다.
그러므로, 공급 시스템(1)은 증기 상태의 가스를 사용하여 저압가스 소비 기기(5)를 공급하는 제 2 가스 공급 회로(3)를 포함한다. 제 2 공급 회로(3)는 탱크 공간(12)과 저압가스 소비 기기(5) 사이에 연장된다. 탱크(8)에 연결되는 것을 제외하고는, 제 1 공급 회로(2) 및 제 2 공급 회로(3)는 구조적으로 서로 분리된다. 탱크 공간(12)에 포함된 증기 상태의 가스를 흡입하기 위해, 제 2 공급 회로(3)는 압축기(13)를 포함한다. 증기 상태의 가스를 흡입하는 것에 더하여, 압축기(13)는 제 2 공급 회로(3)에서 순환하는 증기 상태의 가스를 6bar 내지 20bar 사이의 절대 압력으로 압축하여, 증기 상태의 가스가 저압가스 소비 기기(5)의 공급에 적합한 압력에 있도록 할 수 있다. 따라서, 제 2 공급 회로(3)는 탱크 공간(12)에 존재하는 증기 상태의 가스를 흡입함으로써 탱크(8) 내의 압력을 조절하면서, 저압가스 소비 기기(5)를 공급할 수 있게 한다.
탱크 공간(12) 내에 과도한 양의 증기 상태의 가스가 존재하면, 탱크(8) 내에 과압이 발생한다. 그러므로, 탱크(8) 내의 압력을 낮추기 위해 증기 상태의 가스를 배출해야 한다. 그 다음에, 초과 증기 상태의 가스는 예를 들면, 버너(18)에 의해 제거될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 공급 시스템(1)은 제 2 공급 회로(3)로부터 탱크(8)까지 연장되는 복귀 라인(14)을 포함한다.
복귀 라인(14)은 제 2 공급 회로(3)에서 순환하는 증기 상태의 가스의 순환 방향에 대해 압축기(13)의 하류측에 제 2 공급 회로(3)에 연결된다. 복귀 라인(14)에서 순환하는 증기 상태의 가스의 순환 방향에 따라, 상기 가스는 제 1 단계에서 제 2 열교환기(7)를 통과한 후, 제 1 열교환기(6)를 통과한다. 그러므로, 제 1 열교환기(6)와 제 2 열교환기(7) 내에서 수행되는 열 교환은 제 1 공급 회로(2)에서 순환하는 가스와 복귀 라인(14)에서 순환하는 가스 사이에서 이루어진다. 보다 구체적으로, 제 2 열교환기(7) 내에서 수행되는 열 교환은 바이패스 경로(41)에서 순환하는 가스와 복귀 라인(14)에서 순환하는 가스 사이에서 이루어진다. 제 2 열교환기(7)와 제 1 열교환기(6)를 통한 이러한 열 교환의 목적은 복귀 라인(14)에서 증기 상태의 가스를 응축시켜서, 버너(18)에 의해 제거되지 않는 대신에, 액체 상태로 전이되고 이 상태로 탱크(8)로 복귀하는 것이다.
제 1 열교환기(6)의 유입구는 제 1 공급 회로(2)의 액체 상태의 가스가 가장 낮은 온도를 갖는 곳이다. 그 결과, 복귀 라인(14)에서 순환하는 가스가 응축되는 것은 제 1 열교환기(6)를 통과한 후이다. 그러므로, 복귀 라인(14)의 가스는 제 1 열교환기(6)의 유입구에서 증기 상태이며, 제 1 열교환기(6) 내에서 발생하는 열 교환에 따라 액체 상태로 빠져나간다.
복귀 라인(14)에서 순환하는 가스의 압력을 탱크(8)에서 우세한 압력과 매치시키기 위해, 복귀 라인(14)은 가스의 압력을 1bar와 3bar 사이의 절대 압력으로 낮추는 팽창 부재(15)를 포함할 수 있다. 팽창 부재(15)는 또한 복귀 라인(14) 내에서 순환하는 가스의 유량을 조절할 수 있다. 가스가 응축되면, 탱크(8)로 순환한다. 그러므로, 제 1 열교환기(6)는 응축기의 역할을 한다.
제 2 열교환기(7)는 제 1 공급 회로(2)에서 가스가 순환하는 방향으로 제 1 열교환기(6)의 하류측, 및 복귀 라인(14)에서 가스가 순환하는 방향으로 제 1 열교환기(6)의 상류측에 위치된다. 그러므로, 제 1 공급 회로(2) 내에서 순환하는 가스가 바이패스 경로(41)를 경유하는 경우, 제 2 열교환기(7)는 가스가 제 1 열교환기(6)에서 응축되기 전에 복귀 라인(14)에서 순환하는 증기 상태의 가스를 예냉각하는 것을 보장한다. 바이패스 경로(41)에서, 제 2 열교환기(7)의 유입구에 있는 가스는 이전에 제 1 열교환기(6)를 통과하여, 추가 펌프(10)에 의해 펌핑되어 온도 및 압력을 증가시킨다. 따라서, 제 2 열교환기(7)에서 발생하는 열 교환에 따라, 제 1 공급 회로(2) 내에서 순환하는 가스는 액체, 증기, 2상 또는 초임계 상태로 제 2 열교환기(7)를 떠난다. 그러므로, 복귀 라인(14)에서 순환하는 가스의 온도는 제 2 열교환기(7)를 통과한 후 낮아져서 상기에 나타낸 예냉각을 구현한다.
적어도 제 1 밸브(44)가 폐쇄되면, 가스는 바이패스 경로(41)에서 순환하지 않고, 복귀 라인(14)에서 순환하는 가스는 그 안에서 예냉각되는 일 없이 제 2 열교환기(7)를 통과한다. 메인 경로(40)의 부분(50)을 통한 가스의 순환은 또한 복귀 라인(14)에서 순환되는 재응축될 가스가 없을 때 바람직할 수 있다. 그러나, 제 2 열교환기(7) 내에서 수행되는 열 교환은 바이패스 경로(41)에서 순환하는 가스의 온도를 증가시킬 수 있고, 따라서, 이전에 제 2 열교환기(7)를 통과한 가스를 증발시키기 위해 고압 증발기(11)에서 순환하는 열전달 유체에 공급되어야 하는 에너지를 제한할 수 있게 된다.
추가 펌프(10)는 가스가 바이패스 경로(41)를 통해 흐르는 경우, 제 1 열교환기(6)의 하류측 및 제 2 열교환기(7)의 상류측에 유리하게 배열된다. 팽창 부재(15)에 의해, 복귀 라인(14) 내에서 순환하는 가스의 유량 조절은 제 1 공급 회로(2)에서 순환하고 제 1 열교환기(6)를 통과하는 가스가 제 1 열교환기(6)의 유출구에서 액체 상태로 유지되도록 보장한다. 그 다음에, 추가 펌프(10)는 증기 상태의 가스 중 적어도 일 부분의 존재에 의해 손상될 위험 없이 액체 상태로 유지된 가스를 흡인한다.
게다가, 제 1 열교환기(6)의 하류측에 추가 펌프(10)가 존재함으로써, 제 1 열교환기(6) 내에서 발생하는 열 교환을 방해하는 일 없이 액체 상태의 가스의 압력 증가를 보장한다. 따라서, 복귀 라인(14)에서 순환하는 증기 상태의 가스 응축은 최적으로 수행된다.
공급 시스템(1)은 펌프(9)와 제 1 열교환기(6) 사이의 탭(tap)을 통해 제 1 공급 회로(2)로부터, 압축기(13)와 저압가스 소비 기기(5) 사이에 연결되는 제 2 공급 회로(3)로 연장되는 보조 공급 라인(16)을 더 포함한다. 보조 공급 라인(16)은 탱크 공간(12) 내에 형성된 증기 상태의 가스 흐름이 불충분한 경우에 저압가스 소비 기기(5)에 전력을 공급할 수 있도록 한다.
증기 상태의 가스가 탱크 공간(12)에 충분한 양으로 존재하지 않는 경우, 펌프(9)에 의해 펌핑된 액체 가스는 그 다음에, 저압가스 소비 기기(5)를 공급하기 위해 이 보조 공급 라인(16)에서 순환할 수 있다. 이를 위해, 보조 공급 라인(16)은 저압 증발기(17)를 통과하고, 그에 따라 보조 공급 라인(16)에서 순환하는 액체 상태의 가스는 증기 상태로 전달한다. 저압 증발기(17)의 작동은 예를 들면, 액체 상태의 가스를 증발시키기에 충분히 높은 온도에서 열 전달 유체와의 열 교환에 의해 가스가 증발되는 고압 증발기(11)의 작동과 동일할 수 있다. 저압 증발기(17)의 유출구에서, 증기 상태의 가스는 보조 공급 라인(16) 내에서 순환한 다음에, 저압가스 소비 기기(5)에 공급하기 위해 제 2 공급 회로(3)에 합류한다.
전술한 바와 같이, 보조 공급 라인(16)은 탱크 공간(12)에 증기 상태의 가스가 충분하지 않은 경우에만 사용된다는 것이 이해된다. 따라서, 보조 공급 라인(16)은 그 사용이 필요하지 않을 때 보조 공급 라인(16)에서 가스의 순환을 제어하는 밸브(19)를 포함한다.
도 2는 복귀 라인(14)이 2개의 개별 섹션으로 분할된 공급 시스템(1)의 제 1 실시예를 도시한다. 따라서, 복귀 라인(14)은 제 2 공급 회로(3)와의 연결에서 시작하여 분기 구역(53)으로 연장되는 메인 섹션(56)을 포함한다. 분기 구역(53)에서, 복귀 라인(14)은 제 1 섹션(51)과 제 2 섹션(52)으로 분할되며, 둘 다 분기 구역(53)으로부터 탱크(8)까지 연장된다.
분기 구역(53)은 제 2 열교환기(7)의 하류측에 배열된다. 그러므로, 제 2 열교환기(7)를 통과하는 것은 복귀 라인(14)의 메인 섹션(56)이다.
제 2 열교환기(7)의 유출구에서, 증기 상태의 가스는 분기 구역(53)으로 순환하고, 이어서 제 1 섹션(51) 또는 제 2 섹션(52) 내에서 순환할 수 있다. 제 1 섹션(51)은 제 1 열교환기(6)를 통과하면서, 제 2 섹션(52)은 제 1 열교환기(6)를 바이패스함으로써 탱크(8)로 연장된다. 다시 말해서, 증기 상태의 가스는 제 1 섹션(51) 내에서 순환하여 제 1 열교환기(6)에서 발생하는 칼로리 교환에 의해 응축될 수도 있거나, 제 2 섹션(52) 내에서 순환하여 가스 상태로 탱크(8)로 복귀할 수도 있다.
증기 상태의 가스가 순환하는 섹션의 선택은 특히 제 1 공급 회로(2)에서 순환하는 액체 상태의 가스의 유량에 따라 달라지며, 상기 유량은 복귀 라인(14)에서 순환하는 증기 상태의 가스를 완전히 응축하기에 충분해야 한다. 따라서, 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스의 양이 복귀 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스의 양의 6배 이상인 경우, 증기 상태의 가스는 제 1 섹션(51)으로 향하게 하여 그 응축을 구현할 수 있다.
제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스의 양이 복귀 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스의 양의 6배 미만인 경우, 그 다음에, 증기 상태의 가스의 제 1 부분은 제 1 교환기(6) 내에서 완전히 응축되는 양으로 제 1 섹션(51) 내에서 순환하고, 제 1 섹션(51)에서 순환하지 않는 증기 상태의 가스의 양에 대응하는 제 2 부분은 탱크(8)로 바로 복귀하기 위해 제 2 섹션(52) 내에서 순환한다. 제 1 공급 회로(2)에서 순환하는 액체 상태의 가스 순환이 거의 또는 전혀 없는 경우, 제 1 열교환기(6)를 통과할 때 발생하는 압력 강하를 피하기 위해 증기 상태의 가스의 전체는 제 2 섹션(52)에서 순환하여 탱크(8)로 바로 복귀한다. 이 상태에서, 가스가 탱크(8) 내로 복귀하는 것은 증기 상태에서 이루어진다. 이러한 상황은 액체 상태의 가스가 고압가스 소비 기기(4)에 공급하는데 거의 사용되지 않을 때 발생한다.
복귀 라인(14) 내의 순환을 조절하기 위해, 팽창 부재(15)는 제 1 열교환기(6)의 하류측에서 제 1 섹션(51)에 배열되고, 제 2 섹션(52)은 유량 조절 부재(54)를 포함한다. 팽창 부재(15) 및 유량 조절 부재(54)는 또한 섹션 중 어느 하나에서 순환하는 가스를 팽창시키는 기능을 제공할 수 있다.
유리하게는, 제 1 섹션(51) 또는 제 2 섹션(52)에 대해서, 이 내부에서 순환하는 가스는 탱크(8)의 하부로 또는 적어도 가스가 액체 형태인 영역으로 복귀한다. 보다 구체적으로, 제 2 섹션(52)에서 증기 상태로 순환하는 가스는 증기 상태로 탱크의 하부로 복귀한다. 따라서, 탱크(8)에 존재하는 액체 상태의 가스의 온도 및 밀도는 제 2 섹션(52)을 떠나는 증기 상태의 가스를 응축할 수 있게 한다. 증기 상태의 가스의 이러한 응축을 용이하게 하기 위해, 제 2 섹션(52)은 탱크(8)의 액체 내용물에 침지된 제 2 섹션(52)의 일단부에 배열된 분출 부재(55)를 포함할 수 있다. 분출 부재(55)는 제 2 섹션(52)에서 순환하는 증기 상태의 가스를 팽창시켜서 탱크(8)에서의 응축을 용이하게 할 수 있게 한다. 분출 부재(55)는 예를 들면, 이젝터 또는 버블링 장치일 수 있다. 제 2 섹션(52)을 통해 탱크(8)에서 가스가 증기 상태로 복귀하는 것은 탱크(8)에 존재하는 액체 상태의 가스의 온도가 상승하게 한다.
도 2에 도시된 공급 시스템(1)의 설명되지 않은 특징들이 도 1에 도시된 공급 시스템(1)의 특징과 동일하므로, 두 실시예에 공통적인 요소에 대한 설명은 도 1의 설명을 참조한다.
도 3은 본 발명에 따른 공급 시스템(1)의 제 2 실시예를 도시한다. 제 2 실시예는 메인 경로(40) 및 바이패스 경로(41)의 구성에 의해 제 1 실시예와 상이하다. 따라서, 두 실시예에 공통적인 개념에 대해서는 도 1 및 도 2의 설명을 참조한다.
공급 시스템(1)의 제 2 실시예에 따르면, 합류 지점(43)은 본 경우에 고압 증발기(11)의 하류측에 배열된다. 다시 말해서, 여전히 제 2 열교환기(7)를 포함하는 바이패스 경로는 고압 증발기(11)를 바이패스하도록 구성된다. 고압 증발기(11)는 결과적으로는 메인 경로(40)의 부분(50) 내에 배열된다. 따라서, 가스가 바이패스 경로(41) 내에서 순환하면, 그 다음에, 합류 지점(43)에 도달한 다음에, 고압 증발기(11)에 의해 처리되는 일 없이 고압가스 소비 기기(4)로 순환한다. 제 1 공급 회로(2)가 가스가 메인 경로(40) 내에서 완전히 순환하도록 구성된 경우, 이 가스는 제 1 열교환기(6) 및 추가 펌프(10)를 통과한 후, 부분(50) 내에서 순환함으로써 고압 증발기(11)에 의해 직접 처리된다.
제 2 실시예에 따르면, 분배 장치(60)는 바이패스 경로(41)의 제 1 부분(41a)에 배열된 분배 밸브(47)를 포함한다. 대안적으로, 분배 밸브(47)는 분기 지점(42)과 고압 증발기(11) 사이 또는 고압 증발기(11)와 합류 지점(43) 사이에, 바이패스 경로(41)의 제 2 부분(41b) 또는 메인 경로(40)의 부분(50) 상에 배열될 수 있다.
메인 경로(40) 및/또는 바이패스 경로(41)의 부분(50)에서 순환하는 가스의 분배는 분배 밸브(47)의 개방 정도에 따라 이루어진다.
도 3에서, 분배 밸브(47)는 바이패스 경로(41) 상에 배열된다. 따라서, 분배 밸브(47)의 개방 정도가 클수록, 바이패스 경로(41)에서 순환하는 가스의 비율이 커진다. 그러므로, 분배 밸브(47)의 개방 정도를 제어함으로써, 메인 경로(40)의 부분(50) 및/또는 바이패스 경로(41)에서 가스의 분배를 관리할 수 있다.
바이패스 경로(41)에서 순환하는 가스가 고압 증발기(11)에 의해 처리되지 않기 때문에, 가스의 특성이 제 2 열교환기(7)를 통과한 후, 예를 들면, 증기 또는 초임계 상태에 대응함으로써 고압가스 소비 기기(4)의 연료로 사용되는 것에 적합하는 것이 필수적이다. 따라서, 분배 밸브(47)는 제 2 열교환기(7)에서 발생하는 열 교환이 고압가스 소비 기기(4)에 대해 양립가능하게 하기 위해 상기 가스의 양 전체가 증기 또는 초임계 상태로 전이되기에 충분한 가스의 양이 바이패스 경로(41)에서 순환하는 것을 허용하도록 제어된다. 복귀 라인(14)의 팽창 부재(15)는 복귀 라인(14)에서 순환하는 가스의 유량을 제어함으로써 이러한 조건에 영향을 미칠 수도 있다.
제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 공급 회로(2) 내에서 순환하는 가스의 적어도 일부가 바이패스 경로(41)를 경유하는 경우, 복귀 라인(14)에서 순환하는 가스는 제 2 열교환기(7) 내에서 예냉각된다.
유리하게, 제 2 실시예는 제 1 공급 회로(2)에서 순환하는 가스의 증발이 고압 증발기(11)를 경유하는 부분(50)과 제 2 열교환기(7)를 경유하는 바이패스 경로(41) 사이에 분배될 수 있도록 한다. 병렬로 수행되는 이러한 증발은, 제 1 공급 회로(2)에서 순환하는 모든 가스가 고압 증발기(11)에 의해 처리될 때, 고압 증발기(11)의 활동을 제한하므로 그 작동에 필요한 에너지를 부분적으로 절약하는 것을 가능하게 한다.
복귀 라인(14)에 재응축될 가스가 순환하지 않고, 제 2 열교환기(7) 내에서 열교환이 일어나지 않는 경우, 분배 밸브(47)는 가스가 고압 증발기(11)에 의해 처리되도록 부분(50) 내에서 완전히 순환하기 위해 폐쇄된다.
제 1 실시예와 마찬가지로, 보다 구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 복귀 라인(14)은 메인 섹션(56)을 포함할 수 있고, 그 다음에 제 1 섹션(51)과 그리고 분기 구역(53)으로부터 제 2 섹션(52)으로 분할할 수 있다. 이 구역은 항상 제 2 열교환기(7)의 하류측에 위치된다. 도 3에 도시된 바와 같이 복귀 라인(14)의 작동은 도 2에서 설명한 것과 동일하다.
도 4는 액체 상태 및 증기 상태의 가스를 수용하는 탱크(8)를 보여주는 부유식 구조체(20)의 단면도로서, 이 탱크(8)는 부유식 구조체(20)의 이중 선체(22)에 장착되는 대체로 각기둥 형상을 갖는다. 탱크(8)의 벽은 탱크(8)에 포함된 액체 상태의 가스와 접촉하도록 의도된 1차 밀봉 멤브레인과, 1차 밀봉 멤브레인과 부유식 구조체(20)의 이중 선체(22) 사이에 배치되는 2차 밀봉 멤브레인과, 1차 밀봉 멤브레인과 2차 밀봉 멤브레인 사이 및 2차 밀봉 멤브레인과 이중 선체(22) 사이에 각각 배열되는 2개의 단열 장벽을 포함한다.
부유식 구조체(20)의 상부 갑판 상에 배열된 액체 상태의 가스를 위한 로딩 및/또는 언로딩 파이프(23)는 적절한 커넥터에 의해 해상 또는 항만 터미널에 연결하여 액체 상태의 가스의 화물을 탱크(8)로부터 또는 탱크(8)로 이송할 수 있다.
도 4는 또한 로딩 및/또는 언로딩 장비(25), 수중 파이프라인(26) 및 육상 및/또는 항만 시설(27)을 포함하는 해상 또는 항만 터미널의 일례를 도시한다. 육상 및/또는 항만 시설(27)은 예를 들면, 항만의 부두 상에 배열될 수 있고, 또는 다른 예에 따르면, 콘크리트 중력 플랫폼 상에 배열될 수 있다. 육상 및/또는 항만 시설(27)은 액체 상태의 가스 저장 탱크(30) 및 수중 파이프(26)에 의해 로딩 및 언로딩 장비(25)에 연결되는 연결 파이프(31)를 포함한다.
액체 상태의 가스를 이송하는데 필요한 압력을 발생시키기 위해, 육상 및/또는 항만 시설(27)에 장착된 펌프 및/또는 부유식 구조체(20)에 장착된 펌프가 구현된다.
물론, 본 발명은 방금 설명한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이 이러한 예시에 많은 변경이 이루어질 수 있다.
방금 설명한 바와 같이, 본 발명은 자체적으로 설정한 목표를 명확하게 달성하고, 고압 또는 저압에서 가스를 소비하는 기기에 대한 가스 공급 시스템을 제공할 수 있으며, 펌프 및 증발기를 사용하여 가압이 달성되며, 증기 상태의 가스가 탱크로 복귀되기 전에 응축시키는 수단과 상기 가스를 가압하는데 사용되는 에너지가 최적화되도록 하는 고압가스 공급기를 포함한다. 본 명세서에 설명되지 않은 변형예는 본 발명에 따라 본 발명에 따른 공급 시스템을 구성하기 때문에, 본 발명의 맥락에서 일탈하는 일 없이 구현될 수 있다.

Claims (18)

  1. 가스를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 탱크(8)를 포함하는 부유식 구조체(20)의 적어도 하나의 고압가스 소비 기기(4) 및 적어도 하나의 저압가스 소비 기기(5)에 가스를 공급하기 위한 공급 시스템(1)으로서,
    - 상기 탱크(8)에서 액체 상태로 수집된 가스를 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 펌프(9)를 포함하는 고압가스 소비 기기(4)의 적어도 제 1 가스 공급 회로(2)와,
    - 상기 제 1 가스 공급 회로(2)에서 순환하는 가스를 증발시키도록 구성된 적어도 하나의 고압 증발기(11)와,
    - 상기 탱크(8)에서 증기 상태로 취해진 가스를 상기 저압가스 소비 기기(5)의 요구조건에 적합한 압력으로 압축하도록 구성된 적어도 하나의 압축기(13)를 포함하는, 상기 저압가스 소비 기기(5)에 가스를 공급하는 적어도 하나의 제 2 공급 회로(3)와,
    - 상기 압축기(13)의 하류측에서 상기 제 2 공급 회로(3)에 연결되고 상기 탱크(8)로 연장되는 적어도 하나의 가스 복귀 라인(14)과,
    - 상기 복귀 라인(14)에서 순환하는 가스와 상기 제 1 공급 회로(2)에서 순환하는 가스 사이에서 열을 교환하도록 각각 구성된 적어도 제 1 열교환기(6) 및 제 2 열교환기(7)를 포함하는, 상기 공급 시스템(1)에 있어서,
    상기 제 1 공급 회로(2)는 메인 경로(40)와, 상기 메인 경로(40)의 적어도 일 부분(50)과 병렬로 배열되는 바이패스 경로(41)를 포함하고, 상기 제 2 열교환기(7)는 상기 복귀 라인(14)에서 순환하는 가스와 상기 바이패스 경로(41)에서 순환하는 가스 사이에서 열을 교환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 경로(40)는 상기 제 1 열교환기(6)와 상기 고압 증발기(11) 사이에 위치된 추가 펌프(10)를 포함하는
    공급 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 바이패스 경로(41)는 상기 추가 펌프(10)와 상기 고압 증발기(11) 사이의 상기 메인 경로(40) 상에 배열된 분기 지점(42)에서 시작되는
    공급 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 공급 회로(2)는 상기 메인 경로(40)의 부분(50) 및/또는 상기 바이패스 경로(41)로의 가스 순환의 분배를 제어하도록 구성된 분배 장치(60)를 포함하는
    공급 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 바이패스 경로(41)는 상기 분기 지점(42)과 상기 고압 증발기(11) 사이의 상기 메인 경로 상에 배열된 합류 지점(43)에서 종료되는
    공급 시스템.
  6. 제 4 항과 조합되는 경우의 제 5 항에 있어서,
    상기 분배 장치(60)는 상기 바이패스 경로(41) 내에서의 가스의 순환을 관리하도록 구성된 제 1 밸브(44)와, 상기 메인 경로(40)의 부분(50) 상에 배열된 제 2 밸브(45)를 포함하는
    공급 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 바이패스 경로(41)는 상기 고압 증발기(11)의 하류측에서 상기 메인 경로(40) 상에 배열된 합류 지점(43)에서 종료되는
    공급 시스템.
  8. 제 4 항과 조합되는 경우의 제 7 항에 있어서,
    상기 분배 장치(60)는 분배 밸브(47)를 포함하는
    공급 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 분배 밸브(47)는 상기 메인 경로(40)의 부분(50) 상에 배열되는
    공급 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 분배 밸브(47)는 상기 바이패스 경로(41) 상에 배열되는
    공급 시스템.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복귀 라인(14)은 상기 제 1 열교환기(6)와 상기 탱크(8) 사이에 배열되고 상기 복귀 라인(14)에서 순환하는 가스의 유량을 조절하도록 구성된 팽창 부재(15)를 포함하고, 상기 팽창 부재(15) 및 상기 분배 밸브(47)는 상기 바이패스 경로(41) 내에서 순환하는 가스가 액체 상태로부터 증기 또는 초임계 상태로 전이되도록 구성되는
    공급 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기(6)는 상기 복귀 라인(14) 내에서 순환하는 가스를 응축하도록 구성되는
    공급 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환기(7)는 상기 복귀 라인(14) 내에서 순환하는 가스를 예냉각하도록 구성되는
    공급 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복귀 라인(14)은 분기 구역(53)을 포함하고, 상기 분기 구역(53)은 상기 복귀 라인(14)을, 상기 분기 구역(53)으로부터 상기 탱크(8)까지 연장되는 제 1 섹션(51)과 제 2 섹션(52)으로 분할하고, 상기 제 1 열교환기(6)는 상기 복귀 라인(14)의 제 1 섹션(51)에서 증기 상태로 순환하는 가스와 상기 제 1 공급 회로(2)에서 순환하는 액체 상태의 가스 사이에서 열을 교환하도록 구성되며, 상기 제 2 섹션(52)은 상기 제 1 열교환기(6)를 바이패스하는
    공급 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 시스템(1)은 상기 제 1 열교환기(6)의 상류측에서 상기 제 1 공급 회로(2)에 연결되고 상기 압축기(13)의 하류측에서 상기 제 2 공급 회로(3)로 연장되는 보조 공급 라인(16)을 포함하고, 상기 공급 시스템(1)은 상기 보조 공급 라인(16)에서 순환하는 가스를 증발시키도록 구성된 저압 증발기(17)를 포함하는
    공급 시스템.
  16. 액체 상태의 가스를 저장 및/또는 이송하기 위한 부유식 구조체(20)에 있어서,
    상기 액체 상태의 가스를 수용하는 적어도 하나의 탱크(8)와, 적어도 하나의 고압가스 소비 기기(4)와, 적어도 하나의 저압가스 소비 기기(5)와, 상기 소비 기기들에 가스를 공급하기 위한 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 공급 시스템(1)을 포함하는
    부유식 구조체.
  17. 적어도 하나의 육상 및/또는 항만 시설(27)과 제 16 항에 기재된 액체 가스를 저장 및/또는 이송하기 위한 적어도 하나의 부유식 구조체(20)를 결합하는 액체 가스를 로딩 또는 언로딩하기 위한 시스템.
  18. 제 16 항에 기재된 가스를 저장 및/또는 이송하기 위한 부유식 구조체(20)로부터 액체 가스를 로딩 또는 언로딩하는 방법에 있어서,
    상기 부유식 구조체(20)의 상부 갑판 상에 배열된 액체 상태의 가스를 로딩 또는 언로딩하기 위한 파이프(23)는 상기 액체 상태의 가스를 상기 탱크(8)로부터 또는 상기 탱크(8)로 이송하기 위해 적절한 커넥터에 의해, 해상 또는 항만 터미널에 연결될 수 있는
    로딩 또는 언로딩하는 방법.
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