KR20230166112A - 선박의 가스 소비 장치용 가스 공급 시스템의 열교환기를 냉각하는 방법 - Google Patents

선박의 가스 소비 장치용 가스 공급 시스템의 열교환기를 냉각하는 방법 Download PDF

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KR20230166112A
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pass
tank
temperature
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KR1020237037550A
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베르나르 아운
로맹 남
무사우이 셀마
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가즈트랑스포르 에 떼끄니가즈
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Abstract

본 발명은 액체 상태 및 기체 상태의 가스를 수용하는 탱크(200)를 포함하는 선박 상에 제공된 가스 소비 장치(101)에 가스를 공급하는 방법으로서, - 탱크(200)로부터 기체 상태로 인출된 가스를 공급 유닛(110)을 통해 가스 소비 장치(101)에 공급하는 공급 단계와, - 적어도 하나의 열교환기(121)를 포함하는 응축 유닛(120)에 의해 탱크(200)로부터 기체 상태로 인출된 가스의 적어도 일부를 응축하는 응축 단계로서, 상기 열교환기(121)는 공급 유닛(110)과 가스 소비 장치(101) 사이에서 인출되는 가스와, 탱크(200)와 공급 유닛(110) 사이에서 흐르는 가스 사이의 열교환을 수행하도록 구성되는, 상기 응축 단계를 적어도 포함하는, 상기 가스 공급 방법에 있어서, 본 방법은 열교환기(121)를 냉각하는 냉각 단계를 포함하고, 이 냉각 단계는 응축 단계 이전에, 그리고 적어도 부분적으로 공급 단계와 동시에 구현되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 가스 소비 장치용 가스 공급 시스템의 열교환기를 냉각하는 방법
본 발명은 천연가스에 의해 추진 엔진이 구동되고 액화 천연가스를 수용 및/또는 이송할 수 있는 선박 분야에 관련된다.
따라서, 이러한 선박은 일반적으로 액체 상태의 천연가스가 수용되는 탱크를 포함한다. 천연가스는 대기압에서 -160℃ 미만의 온도에서 액체 상태이다. 이러한 탱크는 단열이 완벽하지 않아서 내부에서 천연가스가 부분적으로 증발한다. 따라서, 이러한 탱크는 액체 형태의 천연가스와 가스 형태의 천연가스 둘 모두를 수용한다. 가스 형태의 이 천연가스는 탱크의 상부를 형성하고, 탱크의 상부의 압력을 제어하여 탱크가 손상되지 않도록 해야 한다. 공지된 방식으로, 가스 형태로 탱크에 존재하는 천연가스의 적어도 일부는 그 중에서도, 선박의 추진 엔진에 동력을 공급하는데 사용된다.
그럼에도 불구하고, 선박이 정지하면, 이러한 엔진에 의한 천연가스 소비량은 0이거나 거의 0에 가깝기 때문에, 탱크에 기체 상태로 존재하는 천연가스는 더 이상 이러한 엔진에 의해 소비되지 않는다. 따라서, 탱크에 존재하는 증발된 천연가스를 응축할 수 있는 재액화 시스템이 이 천연가스를 액체 상태로 이 탱크로 복귀시키기 위해 선박에 구현된다.
현재 사용되는 재액화 시스템은 에너지 측면에서 매우 고가인 유닛을 준비해야 한다. 실제로, 시스템, 특히, 가스 처리에 사용되는 열교환기의 온도는 재액화가 시작될 수 있는 임계값보다 낮은 값으로 낮춰져야 한다. 이 지연은 재액화 시스템을 작동시키는데 걸리는 시간을 증가시키며, 이러한 지연은 특히, 에너지 소모가 많은 기간이라는 점을 이해해야 한다. 본 발명은 가스를 액화시킬 책임이 있는 응축 유닛, 응축 유닛의 작동 시간을 단축시키기 위해 냉각되는 이 응축 유닛의 적어도 하나의 열교환기를 포함하는 가스 소비 장치에 가스를 공급하는 방법을 제공함으로써 이러한 내용에 속한다.
따라서, 본 발명의 목적은 액체 상태 및 기체 상태의 가스를 수용하는 탱크를 포함하는 선박 상에 구비된 가스 소비 장치에 가스를 공급하는 방법에 관련되고, 본 방법은,
- 탱크로부터 기체 상태로 인출된 가스를 공급 유닛에 의해 가스 소비 장치에 공급하는 공급 단계와,
- 공급 유닛과 가스 소비 장치 사이에서 인출된 가스와, 탱크와 공급 유닛 사이에서 흐르는 가스 사이의 열교환을 수행하도록 구성된 적어도 하나의 열교환기를 포함하는 응축 유닛에 의해 탱크로부터 기체 상태로 인출된 가스의 적어도 일부를 응축하는 응축 단계를 적어도 포함하며, 본 방법은 열교환기를 냉각하는 냉각 단계를 포함하고, 이 냉각 단계는 응축 단계 이전에, 그리고 적어도 부분적으로 공급 단계와 동시에 구현되는 것을 특징으로 한다.
종래 기술과 달리, 본 방법은 가스 소비 장치가 탱크의 헤드스페이스에서 사용 가능한 증기 상태의 가스를 소비하더라도 열교환기 내에서의 가스 유동을 가능하게 한다. 이 유량은 제어되고, 시스템의 나머지 유량에 비해 특히 낮기 때문에, 시스템의 불균형을 초래하지 않는다.
이러한 구성은 응축 단계를 수행할 때 열교환기를 작동 조건에 가깝게 저온으로 냉각, 특히, 유지하게 할 수 있다. 따라서, 소비되는 에너지의 양 및/또는 응축 유닛의 활성화 시간이 매우 크게 줄어들어서, 액화 가스의 양을 최대화할 수 있고 결과적으로 손실을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 냉각 단계는 공급 단계 동안에, 열교환기의 제 1 패스를 통해 흐르는 가스의 유량을, 탱크로부터 기체 상태로 인출되는 가스의 유량의 2% 내지 12%의 비율로 제어하는 것을 포함한다. 예를 들어, 탱크를 떠나는 증기 상태의 가스의 유량이 2,500kg/h인 경우, 열교환기를 냉각하는 가스의 유량은 50kg/h 내지 300kg/h이다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 냉각 단계는 냉각 단계 동안에, 열교환기의 제 2 패스를 통해 흐르는 가스의 유량을, 열교환기의 제 1 패스를 통해 흐르는 가스의 유량의 75% 내지 135%의 비율로 제어하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 이 비율은 최적의 냉각을 보장하는 115%이다. 이러한 비율 값은 열교환기를 손상시킬 수 있는 열 응력 발생을 방지하기 위해 열교환기의 2개의 패스 사이의 열교환을 제어하는 효과를 갖는다. 따라서, 종래 기술보다 훨씬 저렴한 알루미늄판 교환기 기술을 사용할 수 있다.
본 방법의 일 특징에 따르면, 냉각 단계는 냉각 단계 동안에, 열교환기의 제 1 패스를 통해 흐르는 가스의 유량을 50kg/h 내지 300kg/h의 값으로 제어하는 것을 포함한다. 이러한 유량 값은 냉각 단계가 가스 소비자에게 공급하는 공급 단계에 부정적인 영향을 미치지 않도록 보장하는 동시에, 응축 유닛의 빠른 작동을 위해 열교환기를 저온으로 설정하거나 유지하면서 소비자에게 보내는 가스 유량의 극히 일부만 인출되는 것을 보장한다.
냉각 단계 동안에 열교환기의 제 1 패스를 통해 흐르는 가스의 유량이 응축 단계 동안에 열교환기의 제 1 패스를 통해 흐르는 가스의 유량의 3% 내지 20%라는 점에 유의해야 한다. 이는 냉각 단계를 응축 단계와 구분할 수 있다.
유리하게는, 냉각 단계 동안에 열교환기의 제 1 패스를 통해 흐르는 가스는 공급 유닛에 합류한다. 따라서, 열교환기를 냉각시킨 이 가스는 탱크로부터 나오는 가스와 혼합되어서 공급 유닛으로 보내진다.
하나의 특징에 따르면, 열교환기를 냉각하는 냉각 단계는 열교환기가 섭씨 정의 온도로부터 섭씨 부의 온도로 되게 하도록 열교환기를 냉각하는 냉각 단계이다. 예를 들어, 열교환기의 온도는 섭씨 +42℃ 내지 섭씨 -117℃이고, 특히, 제 1 패스와 제 2 패스 사이의 최대 온도 차이는 27℃를 유지한다.
또 다른 특징에 따르면, 열교환기를 냉각하는 냉각 단계는 열교환기가 제 1 섭씨 부의 온도로부터 제 2 섭씨 부의 온도로 되게 하도록 이 열교환기를 차갑게 유지하는 유지 단계이다. 일례에 따르면, 제 1 온도는 제 2 온도와 동일할 수 있으며, 이는 예를 들면, 열교환기를 섭씨 -120℃의 온도로 유지하고, 그에 따라 열교환기는 응축 단계를 즉시 구현할 수 있다. 다른 예에 따르면, 제 1 온도(예를 들면, 섭씨 -117도)는 제 2 온도(예를 들면, 섭씨 -120도)보다 높다.
저온 유지 단계는 응축 단계가 선행된다는 점에 유의해야 한다. 다시 말해서, 저온 유지 단계는 2개의 응축 단계 사이에 시간 순서대로 개재된다. 이러한 선택은 응축 단계가 끝날 때 열교환기가 매우 낮은 온도에 있는 상황에서 저온 유지 단계의 시작이 발생하기 때문에, 열교환기를 저온으로 유지하는데 용이하다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 가스 소비 장치에 가스를 공급하기 위한 시스템에 관련되며, 본 시스템은,
- 가스를 수용하도록 구성되는, 액체 상태 및 기체 상태의 가스를 저장 및/또는 이송하기 위한 탱크와,
- 탱크로부터 가스를 인출하고 가스 소비 장치에 공급하기 위해 압력을 높이도록 구성된 가스 소비 장치용 공급 유닛과,
- 제 1 패스 및 제 2 패스를 포함하는 적어도 하나의 열교환기를 포함하는 응축 유닛으로서, 응축 유닛은 공급 유닛과 가스 소비 장치 사이에서 인출되는 가스는 제 1 패스를 통해 흐르지만, 탱크와 공급 유닛 사이에서 흐르는 가스는 제 2 패스를 통해 흐르도록 구성되는, 상기 응축 유닛과,
- 제 1 패스를 통해 흐르는 가스의 유량을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어 부재와, 열교환기의 온도를 제어하기 위한 디바이스를 포함하는 열교환기를 냉각하기 위한 디바이스를 적어도 포함한다.
열교환기의 제 1 패스 및 제 2 패스에서 가스의 각 유동 방향에 따라 순서대로, 제 1 패스는 탱크와 공급 유닛 사이에 배열되고, 제 2 패스는 공급 유닛과 탱크 사이에 배열된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제어 부재는 제 1 패스를 통해 흐르는 유량을 조절한다. 예를 들어, 이 유량 제어 부재는 적어도 하나의 개방 위치, 폐쇄 위치 및 복수의 중간 위치를 취하도록 조정된 밸브의 형태일 수 있으며, 이는 적어도 냉각 단계 동안에, 열교환기에 공급하도록 구성된 가스의 유량을 제어할 수 있게 한다.
본 시스템의 특징에 따르면, 제어 부재는 제 1 패스를 통해 흐르는 가스의 유량을 50kg/h 내지 300kg/h의 값으로 제어하도록 구성된다. 따라서, 이 제어 부재는 파이프 내의 가스 유량을 미세하게 제어하도록 설계되었지만, 이러한 유량은 시스템이 액화 모드에 있을 때 응축 단계에서 사용되는 유량보다 현저히 낮다.
본 발명의 특징에 따르면, 열교환기의 온도를 제어하기 위한 디바이스는 열교환기의 제 2 패스를 바이패스하기 위한 적어도 하나의 바이패스 덕트를 포함한다. 따라서, 바이패스 덕트를 통해 흐르는 가스에 비해, 제 2 패스를 통해 흐르는 가스의 유량을 제어하여, 이 열교환기의 제 1 패스와 제 2 패스 사이에서 발생하는 열교환에 작용할 수 있다.
또 다른 특징에 따르면, 열교환기의 온도를 제어하기 위한 디바이스는 바이패스 덕트를 통해 흐르는 가스의 유량을 관리하기 위한 적어도 하나의 부재를 포함하며, 상기 바이패스 덕트를 통해 흐르는 가스의 유량은 적어도, 열교환기의 제 1 패스의 유입구에서 결정되는 가스의 온도에 따라 달라진다. 다시 말해서, 이 적어도 하나의 바이패스 덕트는 열교환기의 제 2 패스와 평행하게, 탱크와 공급 유닛 사이로 연장된다.
상보적으로는, 바이패스 덕트를 통해 흐르는 가스의 유량은 열교환기의 제 2 패스의 유출구에서 결정된 가스의 온도에 따라 달라진다.
이러한 배열은 열교환기의 제 1 패스와 제 2 패스 사이의 과도한 온도 차로 인해 발생할 수 있는 임의의 기계적 응력을 방지하기 위해, 제 1 패스와 제 2 패스를 통해 흐르는 가스의 온도를 제어하는 것을 목표로 한다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 제 1 패스 및 제 2 패스를 포함하는 제 1 열교환기(이하, 제 1 열교환기라고 지칭됨)를 적어도 포함하는 응축 유닛은 탱크로부터 액체 상태로 인출된 가스와 제 1 열교환기의 제 1 패스로부터 나오는 가스 사이의 열교환 부위인 제 2 열교환기를 더 포함한다.
제 1 열교환기는 상술된 것, 즉, 제 1 패스 및 제 2 패스를 포함하는 열교환기이며, 응축 유닛은 공급 유닛과 가스 소비 장치 사이에서 인출되는 가스가 제 1 패스를 통해 흐르고, 탱크와 공급 유닛 사이에서 흐르는 가스가 제 2 패스를 통해 흐르도록 구성된다.
제 2 열교환기는 공급 유닛과 소비 장치 사이에서 인출되는 가스 유동과 관련하여 제 1 열교환기의 하류측에 있다. 이 제 2 열교환기는 동일한 가스 유동의 유동 방향에 따라 냉각 디바이스의 상류측에 배열된다.
시스템의 일 관점에 따르면, 공급 유닛은 탱크로부터 액체 상태로 인출된 가스의 온도를 높이기 위한 적어도 하나의 부분과, 가스 소비 장치에 공급하기 위해 가스의 압력을 높이기 위한 적어도 하나의 부분을 포함한다.
가스 소비 장치에 공급하도록 이 가스 압력을 높이기 위해, 공급 유닛은 적어도 하나의 압축 부재를 포함한다. 유리하게는, 공급 유닛은 중복성을 보장하기 위해 2개의 압축 부재를 포함할 수 있다, 즉, 2개의 압축 부재 중 하나에 결함이 있는 경우 다른 압축 부재가 이를 대체할 수 있다. 본 발명에 따르면, 공급 유닛은 가스의 압력을 가스 소비 장치의 요구에 적합한 압력으로 높이도록 구성된다. 예를 들어, 가스는 1바아 내지 400바아 사이, 유리하게는 1바아 내지 17바아, 더 유리하게는 6바아 내지 17바아의 압력으로 높을 수 있다.
본 실시예의 일 특징에 따르면, 공급 유닛의 온도 상승 부분은 예를 들면, 적어도 하나의 열교환기와 적어도 하나의 압축 디바이스를 포함할 수 있으며, 압축 디바이스는 열교환기와 가스 압력 상승 부분 사이에 배열되고, 열교환기는 탱크로부터 액체 상태로 인출된 가스에 의해 공급되는 적어도 하나의 제 1 라인과, 탱크로부터 액체 상태로 인출된 가스에 의해 공급되는 적어도 하나의 제 2 라인을 포함하며, 적어도 하나의 팽창 디바이스는 탱크와 열교환기의 제 1 라인 사이에 배열된다.
본 실시예에 따르면, 온도 상승 부분은 따라서, 가스 증발부를 형성한다, 즉, 탱크로부터 인출된 액체 상태의 가스는 공급 유닛의 압력 상승 부분에 합류하기 전에 기체 상태로 통과하도록 가열된다.
본 발명은 또한 상기에 개시된 특징 중 어느 하나에 기재된 적어도 하나의 가스 공급 시스템, 탱크, 공급 유닛, 응축 유닛 및 선박에 의해 운반되는 냉각 디바이스를 포함하는 액체 가스 이송 선박에 관련된다.
본 발명은 또한 적어도 하나의 육상 및/또는 항만 시설과 상기 언급된 바와 같은 액체 상태의 가스를 이송하기 위한 적어도 하나의 선박을 결합하는 액체 상태이 가스를 로딩 또는 언로딩하기 위한 시스템에 관련된다.
마지막으로, 본 발명은 상기 언급된 바와 같은 가스 이송 선반용 액체 가스를 로딩 또는 언로딩하기 위한 방법에 관련되고, 로딩 또는 언로딩 동안에, 액체 상태의 가스는 파이프를 통해 부유식 또는 육상 저장 시설로부터 또는 선박의 탱크를 향해, 또는 선박의 탱크로부터 부유식 또는 육상 저장 시설을 향해 이송된다.
본 발명의 다른 특징, 상세 및 장점은 한편으로는, 이하의 설명을 읽고, 다른 한편으로는, 첨부 도면을 참조하여 제한 없이 예시적인 목적으로 제공된 실시예로부터 보다 명확하게 나타날 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 가스 소비 장치의 가스 공급 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 가스 공급 시스템의 제 1 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 3은 온도 유지 모드에 따라 도 2에 도시된 가스 공급 시스템의 구현예를 개략적으로 도시한다.
도 4는 응축 모드에 따라 도 2에 도시된 가스 공급 시스템의 구현예를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 가스 공급 시스템의 제 2 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 6은 온도 유지 모드에 따라 도 5에 도시된 가스 공급 시스템의 구현예를 개략적으로 도시한다.
도 7은 응축 모드에 따라 도 5에 도시된 가스 공급 시스템의 구현예를 개략적으로 도시한다.
도 8은 LNG 선박 탱크와 이 탱크를 로딩 및/또는 언로딩하기 위한 터미널의 개략적인 단면도이다.
설명의 나머지 부분에서 "상류측"과 "하류측"이라는 용어는 고려된 요소를 통해 액체, 가스 또는 2상 상태의 가스 유동 방향에 따라 이해해야 한다. 도 3, 도 4, 도 6 및 도 7에서, 파선은 가스가 흐르지 않는 회로 덕트를 나타내고, 실선은 가스의 상태와 관계없이 가스가 흐르는 회로 덕트를 나타낸다. 또한 선의 두께는 대응하는 덕트에서 흐르는 가스의 유량에 비례한다. 따라서, 가장 가는 선은 가스가 50kg/h 내지 300kg/h인 제 1 유량으로 흐르는 덕트를 나타내고, 굵은 선은 가스가 300kg/h보다 훨씬 높은 제 2 유량으로 흐르는 덕트를 나타낸다.
본 명세서에서는 "액화"와 "응축"이라는 용어를 구분없이 사용한다.
도 1 내지 도 7은 적어도 하나의 가스 소비 장치(101)의 가스 공급 시스템(100)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 적어도 하나의 가스 소비 장치(101)에 공급되도록 의도된 가스를 수용하는 적어도 하나의 탱크(200)를 포함하며, 가스는 액체 상태 및 기체 상태로 이 탱크(200)에 수용된다. 이하의 설명에서는, 기체 상태의 가스가 차지하는 탱크(200)의 공간은 “탱크 헤드스페이스(201)”라고 하고, 액체 상태의 가스가 차지하는 탱크(200)의 공간을 “탱크의 하부(202)”라고 한다.
이하의 설명은 탱크(200)가 천연가스를 수용하는 본 발명의 특정 예를 부여한다. 이는 본 출원의 일례일 뿐이며, 본 발명에 따른 가스 공급 시스템(100)은 상이한 유형의 가스, 예를 들면, 탄화수소 또는 수소 가스와 함께 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 마찬가지로, 도면들은 하나 또는 2개의 연료 소비 장치에 가스를 공급하기 위한 시스템을 도시하지만, 본 발명의 내용을 일탈하는 일없이 시스템이 2개 초과의 가스 소비 장치를 공급하는데 적합할 수 있음을 이해해야 한다. 설명의 나머지 부분에서, 달리 명시되지 않는 한, "가스 소비 장치"라는 용어는 하나 이상의 가스 소비 장치를 지칭한다.
따라서, 도 1은 주로, 정지 시에, 즉, 기체, 액체, 또는 2상 상태에 관계없이 가스가 흐르지 않을 때의 가스 소비 장치(101)의 가스 공급 시스템(100)을 개략적으로 도시한다.
본 발명에 따르면, 시스템(100)은 적어도 상기 언급된 탱크(200)와, 적어도 하나의 가스 소비 장치(101)의 공급 유닛(110)과, 가스 응축 유닛(120)과, 가스 소비 장치(101)와, 냉각 디바이스(130)를 포함한다.
개략적으로 도시된 바와 같이, 적어도 제 1 덕트(102, 102')는 탱크(200)와 공급 유닛(110) 사이에 배열된다. 본 발명에 따르면, 공급 유닛(110)은 탱크 헤드스페이스(201)로부터 기체 상태로 인출된 가스에 의해, 또는 탱크(200)로부터 액체 상태로 인출된 가스에 의해 공급될 수 있다. 다시 말해서, 제 1 덕트(102')는 탱크 헤드스페이스(201)와 공급 유닛(110) 사이에서 연장될 수 있고, 또는 이 제 1 덕트(102)는 탱크의 하부(202)와 공급 유닛(110) 사이에서 연장될 수 있으며, 보다 구체적으로는, 탱크의 하부(202)에 배열된 펌프(300)와 공급 유닛(110) 사이에서 연장될 수 있다.
공급 유닛(110)에 공급되는 가스의 상태에 관계없이, 공급 유닛은 탱크(200)로부터 인출된 가스의 온도를 상승시키도록 구성된 적어도 하나의 온도 상승 부분(111)을 포함하고, 그에 따라 이 가스는 기체 상태로, 그리고 가스 소비 장치(101)의 요구에 적합한 온도로 공급 유닛(110)을 떠난다. 공급 유닛(110)은 또한 이 가스의 압력을 가스 소비 장치(101)의 요구에 적합한 압력까지 상승시키도록 구성된 적어도 하나의 압력 상승 부분(112)을 포함한다. 이하에 상세히 설명된 바와 같이, 온도 상승 부분(111)은 적어도 하나의 열교환기를 포함하고, 압력 상승 부분(112)은 적어도 하나의 압축 부재를 포함한다.
시스템(100)은 공급 유닛(110)을 가스 소비 장치(101)에 연결하는 적어도 하나의 제 2 덕트(103)를 포함한다. 상기로부터, 가스 소비 장치(101)의 요구에 적합한 온도 및 압력을 갖는 기체 상태의 가스가 이 제 2 덕트(103)를 통해 흐른다는 것을 이해해야 한다.
본 발명에 따르면, 압력 상승 부분(112)은 통과하는 가스의 압력을 가스 소비 장치(101)의 요구에 적합한 압력으로 상승시키도록 구성된 적어도 하나의 압축 부재(118)(예를 들면, 도 2 내지 도 7에 도시됨)를 포함한다. 이하에 설명되는 실시예 중 어느 하나에 따르면, 압력 상승 유닛(112)은 보다 구체적으로는, 서로 평행하게 설치된 제 1 압축 부재(118) 및 제 2 압축 부재(118')를 포함한다.
본 발명의 상이한 적용예에 따르면, 제 1 압축 부재(118)만 작동하도록 제공될 수 있고, 그 다음에 제 2 압축 부재(118')가 중복성을 보장한다, 즉, 이 제 2 압축 부재(118')가 그 다음에, 제 1 압축 부재(118)에 고장이 발생할 경우 이를 대체할 수 있게 한다. 대안적으로는, 제 1 압축 부재(118) 및 제 2 압축 부재(118')가 동시에 작동하도록, 즉, 압력 상승 부분(111)으로부터 오는 가스의 제 1 부분이 제 1 압축 부재(118)에 의해 압축되는 것과, 이 가스의 제 2 부분이 제 2 압축 부재(118')에 의해 압축되고, 이 제 1 부분과 이 제 2 부분은 구별되는 것이 제공될 수 있다. 이러한 압축 부재(118, 118') 각각은 또한 가스 소비 장치(101)에 자체적으로 연결된 제 2 덕트(103)에 연결된다.
이러한 적용예 중 어느 하나에 따르면, 가스는 기체 상태로 그리고 약 1바아의 압력으로 제 1 압축 부재(118) 및/또는 제 2 압축 부재(118')에 합류하고, 이 가스는 기체 상태로 그리고 고압, 즉, 1바아 내지 400바아, 유리하게는, 1바아 내지 17바아, 보다 유리하게는, 6바아 내지 17바아를 포함하는 압력으로 제 1 압축 부재(118) 및/또는 제 2 압축 부재(118')를 떠난다. 이 제 1 압축 부재(118) 및/또는 이 제 2 압축 부재(118')의 유출구에서의 압축 레벨은 공급될 가스 소비 장치(101)의 유형에 따라 파라미터화된다.
결국, 응축 유닛(120)은 공급 유닛(110)과 가스 소비 장치(101) 사이에서 인출된 가스와, 탱크(200)와 공급 유닛(110) 사이에서 흐르는 가스 사이의 열교환을 수행하도록 조정된 적어도 하나의 열교환기(121)를 포함한다. 보다 구체적으로는, 열교환기(121)는 공급 유닛(110)과 가스 소비 장치(101) 사이에서 인출된 가스, 즉, 압력 상승 부분(112)에 의해 압축된 가스에 의해 공급되는 적어도 하나의 제 1 패스(122)와, 탱크 헤드스페이스(201)와 공급 유닛(110)의 압력 상승 부분(112) 사이에서 흐르는 가스에 의해 공급되는 적어도 하나의 제 2 패스(123)를 포함한다.
유리하게는, 응축 유닛(120)은 상술된 열교환기(121)를 제 1 열교환기로 지칭할 때, 이하에 제 2 열교환기(145)로 지칭되는 또 다른 열교환기를 포함한다. 제 2 열교환기(145)는 응축 단계를 구현하는 동안 응축기로서 사용된다. 이 제 2 열교환기(145)는 공급 유닛(110)과 가스 소비 장치(101) 사이에서 인출된 가스가 흐르는 제 1 패스(146)와, 탱크(200)로부터 액체 상태로 인출된 가스가 흐르는 제 2 패스(147)를 포함한다.
제 2 열교환기(145)의 제 1 패스(146)는 제 1 열교환기(121)의 제 1 패스(122)의 하류측에 배열된다. 제 2 열교환기(145)의 제 2 패스(147)는 공급 유닛(110)의 상류측에 배열된다.
제 2 열교환기(145)는 최대 -163℃와 동일한 온도에서 액체 상태의 가스와, 공급 유닛(110)의 유출구에서 인출된 증기 상태의 가스 사이의 열교환이 이루어지는 장소이며, 증기 상태의 가스는 제 1 열교환기(121)의 제 1 패스(122) 내로 통과한 후에 정(正)의 온도일 수 있다.
제 2 열교환기(145)와 관련된 제 1 열교환기(121)는 응축 유닛(120)의 실시예를 형성한다.
이하의 설명에서, 열교환기는 상술된 제 1 열교환기이다.
도시된 바와 같이, 적어도 하나의 제 3 덕트(104)는 따라서, 탱크 헤드스페이스(201)와 열교환기(121)의 제 2 패스(123) 사이에서 연장되고, 적어도 하나의 제 4 덕트(105)는 제 2 덕트(103)와 제 1 패스(122) 사이에서 연장되며, 보다 구체적으로는, 이 제 4 덕트(105)는 이 제 2 덕트(103) 상에 위치된 제 1 연결 지점(401)과 열교환기(121)의 제 1 패스(122) 유입구 사이에서 연장된다.
게다가, 제 1 패스(122)는 파이프(143)를 통해 탱크의 하부(202)에 연결되고, 제 2 패스(123)는 제 9 덕트(136)와 제 6 덕트(107)를 통해 공급 유닛(110)에 연결된다.
응축 유닛(120)의 열교환기(121)는 탱크 헤드스페이스(201)로부터 기체 상태로 인출되는 가스와, 공급 유닛(110)의 하류측에서 인출되는 가스, 즉, 기체 상태이고 가스 소비 장치(101)의 요구에 적합한 온도 및 압력을 갖는 가스 사이의 열교환을 수행하도록 구성된다. 다시 말해서, 열교환기(121)는 탱크 헤드스페이스(201)로부터 기체 상태로 인출되고 열교환기(121)로 직접 보내지는 가스와, 탱크 헤드스페이스(201)로부터 기체 상태로 인출되고 공급 유닛(110)의 압력 상승 부분(112)에 의해 압력이 상승된 가스 사이에서 열교환을 수행하도록 구성된다. "열교환기(121)에서 직접 전송된다"는 것은, 기체 상태로 인출된 천연가스가 열교환기(121), 보다 특히, 이 열교환기(110)의 제 2 패스(123)에 합류하기 전에, 고려된 덕트에서의 유동과 관련된 것 이외의 압력 또는 온도의 임의의 변형을 겪지 않는다는 것을 이해해야 한다.
이러한 열교환의 결과는 적어도 열교환기(121)의 제 1 패스(122)로 흐르는 가스의 냉각과, 이 열교환기(121)의 제 2 패스(123)로 흐르는 가스의 온도 상승이다.
본 발명에 따르면, 열교환기(121)의 냉각 디바이스(130)는 열교환기(121)의 제 1 패스(122)로 흐르는 가스 유동을 제어하기 위한 적어도 하나의 부재(131)를 포함한다. 냉각 디바이스(130)는 또한, 적어도 하나의 상 분리기(133)를 포함하는데, 이는 제 1 패스(122)의 유출구에 연결된 2상 유입구와, 제 2 패스(123)의 상류측인, 제 3 덕트(104)에 연결된 가스 유출구와, 파이프(143)에 의해 탱크(200)에 연결된 액체 유출구를 구비한다.
예를 들어, 상 분리기(134)에 수용된 가스의 액체상은 파이프(143)에 인해 탱크의 하부(202)로 복귀될 수 있으며, 액체 상태의 이 가스의 유동은 파이프(143)에 설치된 밸브(135)에 따라 달라진다.
본 발명에 따르면, 열교환기(121)는 이 가스의 응축을 수행하는 일 없이, 제 1 패스(122) 및 제 2 패스(123)에서의 가스 유동에 의해 냉각, 특히, 저온으로 유지된다. 이 열교환기(121)의 이러한 냉각은 이러한 응축을 수행해야 할 때 가스의 응축 조건에 보다 빨리 도달할 수 있게 한다.
상기 언급된 바와 같이, 냉각 디바이스(130)는 적어도 제어 부재(131)를 포함한다. "제어 부재"는 가스를 운반하는 덕트 내에서 가스의 유량을 변경할 수 있는 임의의 요소를 의미한다. 본 경우, 제어 부재(131)는 가스의 유동을 가능하게 하는 적어도 하나의 개방 위치와, 가스의 유동을 방지하는 적어도 하나의 폐쇄 위치와, 제 1 패스(122)로 흐르는 가스의 유량을 제어할 수 있게 하는 복수의 중간 위치를 추정하도록 조정된 밸브일 수 있다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 이 제어 부재(131)는 상 분리기(133)의 2상 유입구의 상류측에 있는 제 5 덕트(106) 상에 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 상보적으로, 이 제어 부재(131)는 상 분리기(133)의 가스 유출구와 제 3 덕트(104) 사이에 연장되는 제 6 덕트(107) 상에 배열될 수 있다. 임의의 경우에, 이 제어 부재(131)는 열교환기(121)의 제 1 패스(122), 특히 열교환기(121)의 상류측 또는 하류측을 통해 흐르는 가스의 유량에 직접 영향을 미치는 덕트 상에 배열된다.
본 발명에 따른 공급 시스템(100)은 응축 유닛(120)의 열교환기(121)를 냉각하는 냉각 단계를 구현하도록 구성된다. 예를 들어, 이 냉각 단계는 냉각 디바이스(130)에 의해 제어된다. 이하에 상세히 설명되는 바와 같이, 본 방법은 감소되었지만, 그럼에도 불구하고 응축 유닛(120)의 작동 시간을 단축시킬 수 있는 온도로 이 열교환기(121)를 냉각시키거나 유지할 수 있을 만큼 충분한 가스 유량으로 가스 소비 장치(101) 및 열교환기(121)에 가스를 동시 공급할 수 있다.
이 열교환기(121)를 냉각하는 냉각 단계는 액화를 수행하기 위해 이 열교환기를 열적으로 준비하기 위해 의도된 것이기 때문에, 응축 단계 이전에 시간 순서대로 수행되고, 공급 단계와 동시에 수행되며, 그에 따라 이 냉각은 에너지 관점에서 투명하게 이루어진다.
본 발명에 따른 냉각 디바이스(130)는 응축 유닛(120)의 열교환기(121)를 냉각시키거나 저온으로 유지하기 위해, 가스 소비 장치(101)로 공급하기 위해 의도된 가스의 일부를 끌어내도록 구성된다. 다시 말해서, 제어 부재(131)는 상기 언급된 중간 위치 중 하나를 추정하도록 구성되며, 이는 제 5 덕트(106) 내에서 50kg/h 내지 300kg/h의 유량을 얻을 수 있게 한다. 유리하게는, 제어 부재(131)는 제 4 덕트(105)로 흐르는 가스의 유속이 200kg/h와 동일하거나 실질적으로 동일한 유량을 갖는 중간 위치를 추정하도록 구성된다.
열교환기(121) 내의 임의의 열 충격을 피하기 위해, 냉각 디바이스(130)는 열교환기(121)의 온도를 제어하기 위한 디바이스(142)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 열교환기(121)의 온도를 제어하기 위한 이 디바이스(142)는 이 열교환기(121)의 제 2 패스(123)를 바이패싱하기 위한 적어도 하나의 덕트(140)를 포함한다.
도시된 바와 같이, 이 바이패스 덕트(140)는 탱크 헤드스페이스(201)와 공급 유닛(110) 사이에서 연장되고, 열교환기(121)의 제 2 패스(123)를 바이패스할 수 있게 한다. 보다 구체적으로는, 이 바이패스 덕트(140)는 이 바이패스 덕트(140)를 따르는 가스가 압력 상승 부분(112)에 합류하도록 형성된다. 적어도 하나의 유량 조절 디바이스(141)는 제 3 덕트(104)와 바이패스 덕트(140) 사이의 교차부에 배열된다. 예시된 실시예에 따르면, 이 유량 조절 디바이스(141)는 바이패스 덕트(140)에서만 가스의 유동을 가능하게 하는 적어도 하나의 제 1 개방 위치와, 열교환기(121)의 제 2 패스(123)의 방향으로만 가스의 유동을 가능하게 하는 적어도 하나의 제 2 개방 위치와, 바이패스 덕트(140) 및 열교환기(121)의 제 2 패스(123)의 방향으로 상이한 유량으로 가스의 유동을 가능하게 하는 복수의 중간 위치를 추정하도록 조정된 3방향 밸브이고, 이러한 유량은 유량 조절 디바이스(141)가 개방 위치 중 하나에 있을 때 가스가 갖는 유량보다 낮은 유량을 갖는다.
냉각 단계가 구현될 때, 유량 조절 디바이스(141)는 응축 유닛(120)의 열교환기(121)의 제 2 패스(123)로 흐르는 가스가 37.5㎏/h 내지 405㎏/h의 유량을 갖도록 바이패스 덕트(140) 내의 가스의 유동을 가능하게 하는 중간 위치에 있다. 유리하게는, 이 유량은 230kg/h와 동일하거나 실질적으로 동일하다. 일반적으로, 유량 조절 디바이스(141)는 열교환기(121)의 제 2 패스(123)를 통해 흐르는 가스의 유량을 열교환기(121)의 제 1 패스(122)를 통해 흐르는 가스의 유량의 75% 내지 135%의 비율로 제어하며, 이 최종 유량은 50㎏/h 내지 300㎏/h이다.
열교환기(121)의 제 2 패스(123)를 떠나는 가스와, 바이패스 덕트(140)로 흐르는 가스는 제 6 덕트(107)가 연장되는 제 2 연결 지점(402)에서 합류한다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 열교환기(121)를 떠나는 가스와, 바이패스 덕트(140)를 떠나는 가스는 공급 유닛(110)의 상류측, 보다 특히, 이 공급 유닛(110)의 압력 상승 부분(112)의 상류측에서 혼합된다. 도시된 바와 같이, 이 제 6 덕트(107)는 공급 유닛(110)의 압력 상승 부분(112)의 상류측에 위치된 제 2 연결 지점(402)과 제 3 연결 지점(403) 사이, 특히, 이 공급 유닛(110)의 온도 상승 부분(111)과 압력 상승 부분(112) 사이에서 연장된다.
다시 말해서, 시스템(100)은 열교환기(121)의 제 2 패스(123)를 떠나는 가스와 바이패스 덕트(140)로 흐르는 가스가 공급 유닛(110)의 압력 상승 부분(112)에 의해 주어지는 압력 상승을 공동으로 겪도록 구성된다.
바이패스 덕트(140)를 통해 흐르는 가스의 유량은 열교환기(121)의 제 1 패스(122)의 유입구(144)에서 결정되거나 측정된 가스의 온도에 따라 달라진다. 따라서, 유량 조절 디바이스(141)의 위치는 유입구(144)에서 측정된 가스의 온도에 의해 결정된다.
예를 들어, 제 1 패스(122)의 유입구(144)에서 가스의 온도 측정 또는 결정은 센서(138)에 의해 수행되며, 그 프로브는 예를 들면, 고려된 파이프에서 흐르는 가스와 직접 또는 간접적으로 접촉할 수 있다.
제어 라인(137)은 센서(138)에 의해 유입구(144)에서 측정된 가스의 온도에 대한 유량 조절 디바이스(141)의 의존성을 상징한다.
이러한 센서(138) 및 이러한 제어 라인(137)은 열교환기(121)의 온도를 제어하기 위한 디바이스(142)의 일부일 수 있다.
게다가, 바이패스 덕트(140)를 통해 흐르는 가스의 유량은 또한 열교환기(121)의 제 2 패스(123)의 유출구(139)에서 결정되거나 측정된 가스의 온도에 따라 달라진다. 따라서, 유량 조절 디바이스(141)의 위치는 또한 유출구(139)에서 측정된 가스의 온도에 의해 제어된다.
예를 들어, 제 2 패스(123)의 유출구(139)에서의 가스의 온도 측정 또는 결정은 상기 언급된 센서(138)에 의해 수행되며, 그 프로브는 예를 들면, 고려된 덕트에서 흐르는 가스와 직접 또는 간접적으로 접촉할 수 있다. 물론, 이러한 온도는 센서(138)와 구별되는 다른 센서에 의해 결정되거나 측정될 수도 있다.
본 명세서에서도, 제어 라인(137)은 센서(138)에 의해 유출구(139)에서 측정된 가스의 온도에 대한 유량 조절 디바이스(141)의 의존성을 상징한다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예가 설명되고, 도 2는 정지 시의 시스템(100)을 도시하고, 도 3은 본 발명에 따른 방법에 의해 열교환기(121)가 냉각된, 특히 냉각된 상태를 유지하는 시스템(100)을 도시하며, 도 4는 응축 단계 동안에 사용되는 시스템(100)을 도시한다.
도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예가 설명되고, 도 5는 정지 시의 시스템(100)을 도시하고, 도 6은 본 발명에 따른 방법에 의해 열교환기(121)가 냉각된, 특히 냉각된 상태를 유지하는 시스템(100)을 도시하며, 도 7은 응축 단계 동안에 사용되는 시스템(100)을 도시한다.
이하에 상세히 설명되는 바와 같이, 제 1 실시예 및 제 2 실시예는 공급 유닛(110)을 구성하는 요소, 특히, 이 공급 유닛(110)의 온도 상승 부분(111)을 구성하는 요소에 의해 본질적으로 서로 상이하다. 따라서, 이러한 2개의 실시예에 공통적이고 상기에서 설명되는 요소는 상세히 반복되지 않는다.
도 2 내지 도 4에 도시된 제 1 실시예에 따르면, 공급 유닛(110)의 온도 상승 부분(111)은 적어도 하나의 열교환기(113), 적어도 하나의 팽창 디바이스(116) 및 적어도 하나의 압축 디바이스(117)를 포함한다.
열교환기(113)는 탱크(200)로부터 액체 상태로 인출된 가스에 의해 공급되는 적어도 하나의 제 1 라인(114)과, 탱크로부터 액체 상태로 인출된 가스에 의해 공급되는 적어도 하나의 제 2 라인(115)을 포함하며, 팽창 디바이스(116)는 탱크(200)와 열교환기(113)의 제 1 라인(114) 사이에 배열된다. 결국, 압축 디바이스(117)는 열교환기(113)의 제 1 라인(114)에 흐르는 가스의 압력을 적어도 대기압까지 증가시키도록 구성된다.
제 1 라인(114)은 한편으로는, 탱크의 하부(202)에 배열된 제 1 펌프(300)에 연결되고, 다른 한편으로는, 압축 디바이스(117)에 연결되며, 제 2 라인(115)은 탱크의 하부(202)에 배열된 제 2 펌프(301)에 연결되고, 다른 한편으로는, 탱크(200), 보다 구체적으로는, 액체 상태의 가스가 저장되는 탱크의 하부(202)에 연결된다.
다시 말해서, 제 1 덕트(102)는 제 1 펌프(300)와 열교환기(113)의 제 1 라인(114) 사이에서 연장되고 팽창 디바이스(116)를 운반하고, 제 7 덕트(108)는 제 2 펌프(301)와 열교환기(113)의 제 2 라인(115) 사이에서 연장되며, 제 8 덕트(109)는 제 2 라인(115)과 탱크의 하부(202) 사이에서 연장된다.
대안적으로, 열교환기의 제 1 라인과 제 2 라인 둘 모두는 동일한 펌프에 의해 공급될 수 있으며, 이 단일 펌프와 열교환기의 제 1 및 제 2 라인 사이에 분기점이 제공된다.
팽창 디바이스(116)는 제 1 덕트(102) 상에 배열되고, 제 1 펌프(300)에 의해 탱크의 하부(202)에서 액체 상태로 인출된 가스는 열교환기(113)의 제 1 라인(114)에 도달하기 전에 팽창된다. 다시 말해서, 제 1 펌프(300)에 의해 액체 상태의 탱크로부터 인출된 가스는 대기압보다 낮은 압력으로 열교환기(113)로 들어간다. 제 2 펌프(301)는 액체 상태로 인출된 가스를 탱크의 하부(202)로부터 열교환기(113)의 제 2 라인(115) 내로 직접 보내도록 구성된다, 즉, 탱크(200)로부터 액체 상태로 인출된 가스는 열교환기(113)의 제 2 라인(115)에 합류하기 전에 펌핑 자체와 관련된 것 이외의 온도나 압력의 임의의 변형을 겪지 않도록 한다. 따라서, 열교환기(113)는 탱크로부터 액체 상태로 인출되어 압력 감소를 겪는 가스와, 탱크로부터 액체 상태로 인출되어 압력 변형을 겪지 않은 가스 사이의 열교환을 수행하도록 구성된다. 따라서, 제 1 라인(114)으로 흐르는 액체 가스는 증발되는 반면, 제 2 라인(115)으로 흐르는 액체 가스는 탱크의 하부(202)로 복귀되기 전에 과냉각된다. 다시 말해서, 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 공급 유닛(110)의 온도 상승 부분(111)은 보다 구체적으로는, 탱크의 하부(202)로부터 액체 상태로 인출된 가스의 적어도 일부를 증발시키기 위한 부분이다.
제 2 열교환기(145)가 존재하는 경우, 플랜트는 제 7 덕트(108)와 제 8 덕트(109) 사이에 연장되는 바이패스 채널(148)을 포함하며, 이러한 바이패스 채널(148)은 열교환기(113)의 제 2 라인(115)과 병렬로 배열된다. 바이패스 채널(148) 및/또는 제 2 라인(115) 내의 탱크로부터 인출된 액체 상태의 가스의 유동은 제어 부재(149)에 의존하며, 본 명세서에서는 바이패스 채널(148)과 제 7 덕트(108) 사이 또는 동일한 바이패스 채널과 제 8 덕트(109) 사이의 교차부에 설치된 3방향 밸브의 형태일 수 있다.
응축 단계 동안에, 탱크(200)로부터 인출된 액체 상태의 가스는 이 제 2 열교환기(145) 내로 들어가고, 이 제 2 열교환기의 제 2 패스(147)를 통과한다. 액체 상태의 이 가스의 특히 낮은 온도(본 명세서에서는, 약 -163℃)는 이 제 2 열교환기(145)의 제 1 패스(146) 내로 들어가는 가스의 응축을 촉진하는데 이용된다.
액체 가스는 대기압보다 낮은 압력으로 열교환기(113)의 제 1 라인(114)으로 흐른다. 이와 같이, 이 액체 가스의 유동을 보장하기 위해, 이 열교환기(113)와 공급 유닛(110)의 압력 상승 부분(112) 사이에 배치된 압축 디바이스(117)는 이 열교환기(113)를 떠나는 가스를 대기압 부근의 압력으로 복귀시키도록 구성된다. 예를 들어, 이 압축 디바이스(117)는 가스를 0.35바아 내지 1바아로 압축하도록 구성된다. 따라서, 압축된 가스는 그 다음에, 공급 유닛(110)의 압력 상승 부분(112)에 합류될 수 있고, 그에 따라 압력이 가스 소비 장치(101)의 요구에 적합한 압력까지 상승된다. 압축 디바이스(117)는 열교환기(113)와, 제 3 연결 지점(403) 사이에 배열되고, 그 높이에서 제 6 덕트(107)가 공급 유닛(110)에 결합된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상술된 바와 같은 공급 유닛(110) 및 탱크 헤드스페이스(201)에 존재하는 가스는 가스 소비 장치(101)에 공급된다. 이 작동 단계 동안에, 열교환기(121)는 상술된 냉각 디바이스(130)에 의해 냉각되거나 차갑게 유지된다. 다시 말해서, 열교환기(121)의 제 1 패스(122)는 제 2 덕트(103)에서 인출된 가스를 50kg/h 내지 300kg/h, 유리하게는 200kg/h와 동일한 유량으로 공급받는다. 결국, 제 2 패스(123)는 탱크 헤드스페이스(201)로부터 기체 상태로 인출된 가스를, 37.5kg/h 내지 405kg/h, 유리하게는 230kg/h의 유량에 따라 공급받는다. 결국, 바이패스 덕트(140)는 탱크 헤드스페이스(201)로부터 기체 상태로 인출된 나머지 가스를 공급받는다.
따라서, 열교환기(121)는 필요한 즉시, 예를 들면, 시스템(100)이 탱크 헤드스페이스(201) 내의 기체 상태의 가스의 양이 가스 소비 장치(101)에 의해 소비되는 가스의 양보다 큰 상황에 놓이는 즉시, 사용될 준비가 되어 있다. 이 상황은 예를 들면, 도 4에 설명된다.
탱크 헤드스페이스(201)에서 기체 상태로 사용 가능한 가스의 양이 가스 소비 장치(101)에서 소비되는 가스의 양보다 많을 경우, 응축 유닛(120)은 불필요한 양의 가스를 액화하여 탱크(200) 내로 복귀시킴으로써, 압축부(112)에서 압축된 가스가 손실되는 것을 방지한다. 이러한 응축 모드에서, 제어 부재(131)는 열교환기(121)의 제 1 패스(122)에 불필요한 가스, 즉, 기체 상태이고 압축되었지만 가스 소비 장치(101)에 의해 소비되지 않은 가스를 공급하기 위해 중간 위치 또는 개방 위치에 있다.
이 응축 단계 동안에, 열교환기(121) 내에서, 가스 소비 장치(101)에 의해 소비되지 않고 유량이 300kg/h 초과인 가스는 액체 상태로 탱크(200) 내로 복귀될 수 있도록 액화된다. 이 응축 단계 동안에, 열교환기(121)의 제 1 패스(122) 내의 가스 유량은 300kg/h보다 높고 3,000kg/h보다 낮다.
열교환기(121)는 제 1 패스(122)에서 흐르는 가스와 제 2 패스(123)에서 흐르는 가스 사이의 열교환 부위로서, 한편으로는, 제 1 패스(122)에서 흐르는 가스를 냉각하고, 다른 한편으로는, 제 2 패스(123)에서 흐르는 가스를 가열한다. 그 결과, 제 1 패스(122)에서 흐르는 가스는 그 다음에, 제 2 열교환기(145)로 복귀될 수 있고, 여기서 가스는 제 2 열교환기(145)의 제 2 패스(147)에서 흐르는 이 가스와, 제 7 덕트(108) 및 바이패스 채널(148)에 의해 탱크(200)로부터 인출된 액체 상태의 가스 사이의 열량 교환에 의해 응축될 수 있다. 그 후에, 제 2 열교환기(145)의 제 2 패스(147)를 통해 흐르는 가스는 제 8 덕트(109)를 통해 탱크(200)에 합류한다.
특히, 도 4는 유량 조절 디바이스(141)가 제 2 개방 위치에 있고, 그에 따라 바이패스 덕트(140)에 가스가 흐르지 않는 상황을 도시한다.
도 4에 도시된 예에 따르면, 펌프(300, 301)뿐만 아니라 압축 디바이스(117)는 정지된다. 다시 말해서, 공급 유닛(110)의 온도 상승 부분(111)이 정지된다. 실제로, 탱크 헤드스페이스(201)에 자연적으로 존재하는 가스의 양은 가스 소비 장치(101)를 공급하기에 충분하기 때문에, 이러한 공급을 수행하기 위해 더 이상 액체 가스를 증발시킬 필요가 없다. 그 다음에, 이러한 온도 상승 부분(111)의 정지는 본 발명에 따른 시스템(100)의 작동 비용을 절감할 수 있게 한다.
도 5 내지 도 7에 도시된 제 2 실시예에 따른 공급 시스템(100)은 특히, 공급 유닛(110)의 온도 상승 부분(111')을 구성하는 요소들에 의해 제 1 실시예에 따른 시스템(100)과 상이하다. 또한, 예시된 제 2 실시예는 시스템(100)이 공급 유닛(110)과 열적으로 연관된 냉매 유체 회로를 포함한다는 점에서 예시된 제 1 실시예와 상이하다.
제 2 실시예에 따르면, 냉매 유체 회로(500)는 적어도 하나의 제 1 열교환기(113')와, 이를 통해 흐르는 냉매 유체의 압력을 증가시키도록 적응된 압축 장치(501)와, 적어도 하나의 제 2 열교환기(125)와, 냉매 유체의 압력을 감소시키도록 적응된 적어도 하나의 팽창 장치(502)를 포함한다. 결국, 압력 상승 부분(111')은 적어도 제 1 열교환기(113')를 포함한다. 온도 상승 부분(111')의 제 1 열교환기(113')는 탱크 헤드스페이스(201)로부터 기체 상태로 인출된 가스에 의해 공급되는 적어도 하나의 제 1 라인(114')과, 기체 상태의 냉매 유체에 의해 공급되고 압축 장치(501)에 의해 압축되는 적어도 하나의 제 2 라인(115')을 포함한다. 따라서, 제 1 실시예와 달리, 제 1 덕트(102')는 탱크 헤드스페이스(201)와 열교환기(113')의 제 1 라인(114') 사이에서 연장된다.
냉매 유체는 열교환기(113') 내에서 수행되는 열교환이 이 열교환기(113')의 제 1 라인(114')에 흐르는 가스의 온도를 증가시키도록 선택된다.
결국, 제 2 열교환기(125)는 탱크의 하부(202)로부터 액체 상태로 인출된 가스에 의해 공급되는 적어도 하나의 제 1 패스(126)와, 팽창된 냉매 유체에 의해 공급되는 적어도 하나의 제 2 패스(127)를 포함된다, 즉, 이 제 2 열교환기(125)는 냉매 유체 회로(500) 상의 팽창 디바이스(502)의 바로 하류측에 배열된다. 따라서, 제 2 열교환기(125)의 제 1 패스(126)는 탱크의 하부(202)에 배열된 펌프(303)에 의해 공급된다.
결국, 제 2 열교환기(145)의 제 2 패스(147)는 제 2 열교환기(125)의 제 1 패스(126)에 연결된다. 이러한 방식으로, 제 2 열교환기(125)에 의해 냉각된 액체 상태의 가스는 제 1 열교환기(121)의 제 1 패스(122)를 통해 흐르는 가스의 응축을 촉진한다.
냉매 유체 회로(500)에서 순환하는 냉매 유체는 압축 장치(501)에 의해 순환되어서 압력의 증가를 겪는다. 따라서, 이는 이 압축 장치(501)를 기체 상태 및 고압으로 떠난 다음에, 이 열교환기(113)의 제 1 라인(114')에 흐르는 가스에 열량을 전달하는 제 1 열교환기(113')에 합류한다. 따라서, 냉매 유체는 2상 또는 액체 상태의 열교환기(113)의 제 2 라인(115')을 떠나서 팽창 디바이스(502)에 합류하여 압력의 감소를 겪는다. 그 다음에, 냉매 유체는 제 2 열교환기(125)에 합류하여 탱크의 하부(202)로부터 액체 상태로 인출된 가스로부터 열량을 회수한다. 제 2 열교환기(125)에서 수행되는 열교환의 결과는 냉매 유체의 증발이며, 이는 그 다음에, 새로운 열역학적 사이클을 개시할 수 있고, 동시에 탱크의 하부(202)로부터 액체 상태로 인출된 가스의 과냉각을 개시할 수 있다. 과냉각된 가스는 제 1 열교환기(121)의 제 1 패스(122)로부터 나오는 가스를 액화하기 위해 제 2 열교환기(145) 내에서 사용된 후 탱크(200)로 다시 보내진다.
본 명세서에 도시된 예시에 따르면, 제 1 열교환기(113')는 유리하게는, 냉매 유체가 공급되는 제 3 패스(119')를 포함한다. 특히, 이 제 3 패스(119')는 냉매 회로(500) 상에서, 제 2 열교환기(125)의 제 2 패스(127)와 압축 장치(501) 사이에 개재된다. 따라서, 제 2 라인(115') 및 제 3 패스(119)는 냉매 유체 회로(500)의 내부 열교환기를 형성하여, 제 2 열교환기(125)가 압축 장치(501)에 합류하기 전에 제 2 열교환기(125)의 제 2 패스(127)를 떠나는 기체 상태의 가스를 예열하고, 압축 장치(501)가 팽창 디바이스(502)에 합류하기 전에 압축 장치(501)를 떠나는 기체 상태의 가스를 예냉할 수 있게 한다. 다시 말해서, 이 제 1 열교환기(113')에 이 제 3 패스(119')가 존재가 냉매 유체 회로(500)의 전체적인 열 성능이 향상시키는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제 1 실시예와 비교하여, 제 2 실시예에 따른 온도 상승 부분(111')은 압축 장치가 없다는 점에 유의해야 한다.
마지막으로, 제 2 실시예에 따른 공급 시스템(100)은 탱크의 하부(202)에 배열된 펌프(302)로부터 압력 상승 부분(112)의 상류측에 위치된 제 3 연결 지점(403)까지 연장되는 강제 증발 라인(128)을 포함한다는 점에서 제 1 실시예에 따른 공급 시스템(100)과 상이하다. 도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이, 기화기(129)는 이 강제 증발 라인(128)에 배열된다. 이 기화기(129)는 탱크의 하부(202)에 배열된 펌프(302)에 의해 액체 상태로 인출된 가스를 증발시킬 수 있도록 구성된다. 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 이러한 강제 증발 라인(128)은 탱크 헤드스페이스에 존재하는 증기 상태의 가스가 가스 소비 장치(101)의 요구에 충분하지 않은 상황에서 특히 유용하다.
본 명세서에 도시되지 않은 제 2 실시예의 변형에 따르면, 펌프(302)는 고압 펌프, 즉, 흡입하는 액체의 압력을 증가시키도록 구성된 펌프일 수 있다. 본 경우, 이 고압 펌프는 예를 들면, 인출된 가스의 압력을 1바아 내지 400바아, 유리하게는 1바아 내지 17바아 사이, 더 유리하게는 6바아 내지 17바아 사이의 압력까지 증가시키도록 구성될 수 있다. 이 대안예에 따르면, 증발 라인(128)은 그 다음에, 고압 펌프와 제 2 덕트(103) 사이, 즉, 공급 유닛의 압력 상승 부분의 하류측에 위치된 지점 사이로 연장된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공급 시스템(100)을 도시하며, 열교환기를 냉각하는 냉각 단계 및 가스를 액화시키기 위해 응축 유닛을 사용하는 동안에 적어도 부분적으로 각각 구현된다.
도 6에 도시된 상황에서, 탱크 헤드스페이스(201)에 존재하는 가스의 양이 가스 소비 장치(101)를 공급하기에 충분하지 않아서 강제 증발 라인(128)이 활성화되거나 공급 유닛(110)이 활성화된다. 도 6은 강제 증발 라인(128)의 활성화만 도시한다. 따라서, 가스는 탱크의 하부(202)로부터 액체 상태로 인출되고 기화기(129)에 의해 증발된 후 공급 유닛(110)의 압력 상승 부분에 합류하여 최종적으로 가스 소비 장치(101)에 공급된다.
제 1 실시예와 관련하여 전술한 바와 유사한 방식으로, 제 2 덕트(103)로 흐르는 가스의 일부는 열교환기(121)의 제 1 패스(122)에 50㎏/h 내지 300㎏/h, 바람직하게는 200㎏/h의 유량으로 공급되도록 냉각 디바이스(130)에 의해 인출되고, 그에 따라 응축 단계가 구현될 때 열교환기(121)는 신속하게 작동될 수 있다. 마찬가지로, 열교환기(121)의 제 2 패스(123)의 바이패스 덕트(140)는 열교환기(121)의 제 2 패스(123)로 흐르는 가스가 37.5㎏/h 내지 405㎏/h 사이의 유량, 바람직하게는 230㎏/h의 유량으로 구성되도록 공급된다.
상술된 것과 유사하게, 도 6에 도시된 냉각 단계 동안의 시스템의 구현예는 도 3을 참조하여 주어진 시스템(100)의 구현예와 동일하거나 거의 동일하다.
도 7에 도시된 상황에서, 강제 증발 라인(128)은 정지되고, 가스 소비 장치(101)는 탱크 헤드스페이스(201)로부터 기체 상태로 인출된 가스에 의해서만 공급된다. 이 상황에서, 응축 유닛(120)은 가스 소비 장치(101)에 의해 소비되지 않은 가스를 응축한다. 이를 위해, 유량 조절 디바이스(141)는 제 2 개방 위치에 있으며, 즉, 제 3 덕트(104)를 통해 인출된 모든 가스는 이 열교환기(121)의 제 2 패스(123)을 향해 보내진다.
최종적으로, 도 8은 액체 상태 및 증기 상태의 가스를 수용하는 탱크(200)를 포함하는 선박(70)의 단면도로서, 이 탱크(200)는 선박의 이중 선체(72)에 장착되는 대체로 각기둥 형상을 갖는다. 이 탱크(200)는 LNG 운반선의 일부일 수 있지만, 가스가 연료 소비 장치의 연료로 사용되는 경우 저장소일 수도 있다.
탱크(200)의 벽은 탱크에 수용된 액체 상태의 가스와 접촉하도록 의도된 1차 밀봉 멤브레인과, 1차 밀봉 멤브레인과 선박(70)의 이중 선체(72) 사이에 배열되는 2차 밀봉 멤브레인과, 1차 밀봉 멤브레인과 2차 밀봉 멤브레인 사이 및 2차 밀봉 멤브레인과 이중 선체(72) 사이에 각각 배열되는 2개의 단열 장벽을 포함한다.
선박의 상부 갑판 상에 배열된 로딩 및/또는 언로딩 파이프(73)는 적절한 커넥터에 의해, 해상 또는 항만 터미널에 연결되어, 액체 상태의 천연 가스의 화물을 탱크(200)로부터 또는 탱크(8)로 이송할 수 있다.
도 8는 또한 로딩 및/또는 언로딩 스테이션(75), 수중 덕트(76) 및 육상 및/또는 항만 시설(78) 및 덕트(74, 78)를 구비하는 해상 터미널의 일례를 도시한다. 로딩 및 언로딩 스테이션(75)은 선박(70)의 육상 시설(77)로 로딩 및/또는 선박(70)의 육상 시설(77)로부터 언로딩을 가능하게 한다. 육상 시설(77)은 수중 덕트(76)에 의해 로딩 및/또는 언로딩 파이프(73)에 연결된 액화 가스 저장 탱크(80) 및 연결 덕트(81)를 포함한다. 수중 덕트(76)는 로딩 또는 언로딩 스테이션(75)과 육상 시설(77) 사이에서 액화 가스를 장거리(예를 들면, 5km)로 이송할 수 있게 하여, 로딩 또는 언로딩 작동 동안에 선박(70)을 해안으로부터 장거리로 유지할 수 있게 한다.
액화 가스의 이송에 필요한 압력을 발생시키기 위해, 탱크(200)의 로딩 및/또는 언로딩 타워에 의해 운반되는 하나 이상의 언로딩 펌프 및/또는 육상 설비(77)에 장착되는 펌프 및/또는 로딩 및 언로딩 스테이션(75)에 장착되는 펌프가 구현된다.
따라서, 본 발명은 선박 상에 존재하는 가스 소비 디바이스에 자연 증발된 가스를 강제로 증발된 액체 가스와 함께 공급하고, 또한 자연 증발된 가스가 선박의 가스 소비 장치(들)의 에너지 수요에 비해 너무 많은 양인 경우 응축할 수 있게 하는 가스 공급 시스템을 제공하며, 이 응축 단계는 응축 유닛의 열교환기를 냉각하는 냉각 단계가 선행되고, 이에 의해 종래 기술에 비해 감소된 시간 기간 동안 응축 유닛의 작용이 가능하게 한다.
그러나, 본 발명은 본 명세서에 설명되고 도시된 수단 및 구성에 제한될 수 없으며, 이는 또한 임의의 동등한 수단 또는 구성뿐만 아니라 이러한 수단을 기술적으로 사용하는 임의의 조합으로 연장된다.

Claims (18)

  1. 액체 상태 및 기체 상태의 가스를 수용하는 탱크(200)를 포함하는 선박 상에 제공된 가스 소비 장치(101)에 가스를 공급하는 방법으로서,
    - 상기 탱크(200)로부터 기체 상태로 인출된 가스를 공급 유닛(110)을 통해 상기 가스 소비 장치(101)에 공급하는 공급 단계와,
    - 적어도 하나의 제 1 패스(122) 및 하나의 제 2 패스(123)를 포함하는 적어도 하나의 열교환기(121)를 포함하는 응축 유닛(120)에 의해 상기 탱크(200)로부터 기체 상태로 인출된 가스의 적어도 일부를 응축하는 응축 단계로서, 상기 열교환기(121)는 상기 공급 유닛(110)과 상기 가스 소비 장치(101) 사이에서 인출되어서 상기 제 1 패스(122)로 흐르는 가스와, 상기 탱크(200)와 상기 공급 유닛(110) 사이에서 흐르고 상기 제 2 패스(123)로 흐르는 가스 사이의 열교환을 수행하도록 구성되는, 상기 응축 단계를 적어도 포함하는, 가스 공급 방법에 있어서,
    상기 가스 공급 방법은 상기 열교환기(121)의 제 1 패스(122) 및 제 2 패스(123)에서의 가스의 유동에 의해 상기 열교환기(121)를 냉각하는 냉각 단계를 포함하고, 상기 냉각 단계는 상기 응축 단계 이전에, 그리고 적어도 부분적으로 상기 공급 단계와 동시에 구현되는 것을 특징으로 하는
    가스 공급 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 단계는 상기 공급 단계 동안에, 상기 열교환기(121)의 제 1 패스(122)를 통해 흐르는 가스의 유량을, 상기 탱크(200)로부터 기체 상태로 인출되는 가스의 유량의 2% 내지 12%의 비율로 제어하는 것을 포함하는
    가스 공급 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각 단계는 상기 냉각 단계 동안에, 상기 열교환기(121)의 제 2 패스(123)를 통해 흐르는 가스의 유량을, 상기 열교환기(121)의 제 1 패스(122)를 통해 흐르는 가스의 유량의 75% 내지 135%의 비율로 제어하는 것을 포함하는
    가스 공급 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 단계는 상기 냉각 단계 동안에, 상기 열교환기(121)의 제 1 패스(122)를 통해 흐르는 가스의 유량을, 50kg/h 내지 300kg/h의 값으로 제어하는 것을 포함하는
    가스 공급 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 단계 동안에 상기 열교환기(121)의 제 1 패스(122)를 통해 흐르는 가스의 유량은 상기 응축 단계 동안에 상기 열교환기(121)의 제 1 패스(122)를 통해 흐르는 가스의 유량의 3% 내지 20%인
    가스 공급 방법.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 단계 동안에 상기 열교환기(121)의 제 1 패스(122)를 통해 흐르는 가스는 상기 공급 유닛(110)에 합류하는
    가스 공급 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기(121)를 냉각하는 냉각 단계는 상기 열교환기(121)가 섭씨 정의 온도로부터 섭씨 부의 온도로 되게 하도록 상기 열교환기(121)를 냉각하는 냉각 단계를 포함하는
    가스 공급 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기(121)를 냉각하는 냉각 단계는 상기 열교환기(121)가 제 1 섭씨 부의 온도로부터 제 2 섭씨 부의 온도로 되게 하도록 상기 열교환기(121)를 차갑게 유지하는 유지 단계를 포함하는
    가스 공급 방법.
  9. 적어도 하나의 가스 소비 장치(101)에 가스를 공급하기 위한 가스 공급 시스템(100)에 있어서,
    - 가스를 수용하도록 구성되는, 액체 상태 및 기체 상태의 가스를 저장 및/또는 이송하기 위한 탱크(200)와,
    - 상기 탱크(200)로부터 가스를 인출하고, 가스 소비 장치(101)에 공급하기 위해 가스의 압력을 상승시키도록 구성된 가스 소비 장치(101)용 공급 유닛(110)과,
    - 제 1 패스(122) 및 제 2 패스(123)를 포함하는 적어도 하나의 열교환기(121)를 포함하는 응축 유닛(120)으로서, 상기 응축 유닛(120)은 상기 공급 유닛(110)과 상기 가스 소비 장치(101) 사이에서 인출된 가스가 상기 제 1 패스(122)를 통해 흐르는 반면, 상기 탱크(200)와 상기 공급 유닛(110) 사이에서 흐르는 가스가 상기 제 2 패스(123)를 통해 흐르도록 구성되는, 상기 응축 유닛(120)과,
    - 상기 제 1 패스(122)를 통해 흐르는 가스의 유량을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 제어 부재(131)와, 상기 열교환기(121)의 온도를 제어하기 위한 디바이스(142)를 포함하는 열교환기(121)를 냉각하기 위한 디바이스(130)로서, 상기 열교환기(121)는 상기 제 1 패스(122) 및 상기 제 2 패스(123)에서의 가스의 유동에 의해 냉각, 특히, 저온으로 유지되는, 상기 디바이스(130)를 포함하는
    가스 공급 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열교환기(121)의 온도를 제어하기 위한 디바이스(142)는 상기 열교환기(121)의 제 2 패스(123)를 바이패스하기 위한 적어도 하나의 바이패스 덕트(140)를 포함하는
    가스 공급 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 열교환기(121)의 온도를 제어하기 위한 디바이스(142)는 상기 바이패스 덕트(140)를 통해 흐르는 가스의 유량을 조절하기 위한 적어도 하나의 디바이스(141)와, 상기 열교환기(121)의 제 1 패스(122)의 유입구(144)에서 가스의 온도를 측정 또는 결정할 수 있는 센서(138)를 포함하고, 상기 바이패스 덕트(140)를 통해 흐르는 가스의 유량은 적어도, 상기 열교환기(121)의 제 1 패스(122)의 유입구(144)에서 결정된 가스의 온도에 따라 달라지는
    가스 공급 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서(138)는 상기 열교환기(121)의 제 2 패스(123)의 유출구(139)에서 가스의 온도를 측정 또는 결정할 수 있으며, 상기 바이패스 덕트(140)를 통해 흐르는 가스의 유량은, 상기 열교환기(121)의 제 2 패스(123)의 유출구(139)에서의 가스의 온도에 따라 달라지는
    가스 공급 시스템.
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 패스(122) 및 상기 제 2 패스(123)를 포함하는 열교환기(121)(이하에, 제 1 열교환기(121)로 지칭됨)를 적어도 포함하는 상기 응축 유닛(120)은 상기 탱크(200)로부터 액체 상태로 인출되는 가스와, 상기 제 1 열교환기(121)의 제 1 패스(122)로부터 나오는 가스 사이의 열교환 장소인 제 2 열교환기(145)를 더 포함하는
    가스 공급 시스템.
  14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급 유닛(110)은 상기 탱크(200)로부터 액체 상태로 인출된 가스의 온도를 상승시키기 위한 적어도 하나의 온도 상승 부분(111)과, 상기 가스 소비 장치(101)에 공급하기 위해 가스의 압력을 상승시키기 위한 적어도 하나의 압력 상승 부분(112)을 포함하는
    가스 공급 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 공급 유닛(110)의 온도 상승 부분(111)은 적어도 하나의 열교환기(113) 및 적어도 하나의 압축 디바이스(117)를 포함하고, 상기 압축 디바이스(117)는 상기 열교환기(113)와 상기 압력 상승 부분(112) 사이에 배열되고, 상기 열교환기(113)는 상기 탱크(200)로부터 액체 상태로 인출된 가스가 공급되는 적어도 하나의 제 1 라인(114)과, 상기 탱크(200)로부터 액체 상태로 인출된 가스가 공급되는 적어도 하나의 제 2 라인(115)을 포함하며, 상기 탱크(200)와 상기 열교환기(113)의 제 1 라인(114) 사이에 적어도 하나의 팽창 디바이스(116)가 배열되는
    가스 공급 시스템.
  16. 제 9 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 가스 공급 시스템(100)을 포함하는
    액체 상태의 가스를 이송하기 위한 선박(70).
  17. 적어도 하나의 육상 및/또는 항만 시설(77)과, 제 16 항에 기재된 액체 상태의 가스를 이송하기 위한 적어도 하나의 선박(70)을 결합하는
    액체 상태의 가스를 로딩 또는 언로딩하기 위한 시스템.
  18. 제 16 항에 기재된 가스를 이송하기 위한 선박(70)에 액체 상태의 가스를 로딩 또는 언로딩하기 위한 방법에 있어서,
    로딩 또는 언로딩 동안에, 상기 액체 상태의 가스는 파이프(76, 78, 79, 81)를 통해 부유식 또는 육상 저장 시설(77)로부터 선박(70)의 탱크(200)를 향해, 또는 상기 선박(70)의 탱크(200)로부터 상기 부유식 또는 육상 저장 시설(77)을 향해 이송되는 것을 포함하는
    액체 상태의 가스를 로딩 또는 언로딩하기 위한 방법.
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