KR20230174684A - 연료 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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KR20230174684A
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박종완
박세현
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Abstract

본 발명은 연료 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 연료 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 응축시키는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 액상 증발가스 중 일부와 나머지를 상호 열교환시키며, 기상 증발가스를 상기 응축기에 전달하고 액상 증발가스를 상기 연료 저장탱크로 전달하는 인터쿨러; 상기 응축기에서 응축된 증발가스를 기액 분리하고 상기 인터쿨러로 전달하는 리시버; 연료 저장탱크의 액화가스를 가압하여 수요처로 공급하는 연료 펌프; 및 상기 응축기와 상기 리시버 사이의 증발가스와 상기 수요처로 공급되는 액화가스를 열교환하는 열교환기를 포함한다.

Description

연료 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{fuel treatment system and ship having the same}
본 발명은 연료 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
전 세계적으로 대기오염이 심각해지고 대기오염으로 기후변화가 일어나고 있다. 선박에서 배출되는 오염물질이 대기오염에 미치는 영향이 크기 때문에, 대기오염을 줄이기 위해 국제해사기구(IMO:International Maritime Organization), 유럽연합, 미국 등은 선박으로부터 배출되는 오염물질에 대한 규제를 강화하고 있다.
향후 선박의 온실가스 배출 규제가 2050년까지 주요 기점마다 단계적으로 강화됨에 따라, 기존의 엔진 및 연료만으로는 오염물질에 대한 규제를 준수하기 어려울 것으로 전망된다.
따라서 강화된 선박 온실가스의 배출 규제가 적용됨에 따라, 현재 사용되는 기존 화석연료의 사용이 어려울 것으로 예상되며, 앞으로 강화될 규제를 만족시킬 수 있는 대체연료의 발굴이 매우 시급하다. 대체연료로서, 암모니아(NH3), 바이오연료(Biofuel), 태양에너지, 풍력에너지 등과 같은 비화석연료가 고려되고 있는 실정이다.
그 중에서 암모니아는 생산, 저장, 운송 및 공급이 가능한 화학물질로서, 암모니아를 연료로 사용하는 암모니아 선박이 개발되고 있다.
기존 암모니아 선박은 암모니아 연료를 액체로 저장하는데, 암모니아는 상온보다 낮은 끓는점(대기압 기준, -33℃)을 가지므로, 암모니아를 액체로 저장하기 위해서는 연료 저장탱크도 일정 사양을 갖춰야 한다. 또한, 암모니아를 액체 상태로 유지하기 위해 탱크 내부를 저온 상태로 유지해야 하므로, 저장탱크를 냉각해야 하고 냉각하는 과정에서 많은 에너지가 소비된다.
또한, 액체 암모니아의 저장탱크는 탱크 내에서 증발 기체가 발생할 수 있어, 상기 증발 기체로 인해 저장탱크 내부 압력이 상승하여 탱크가 폭발할 위험이 있으며, 액체 암모니아가 탱크 외부로 유출될 경우에 폭발이 일어날 수 있고, 암모니아의 독성으로 인한 인명피해의 위험이 있다.
이와 같이 기존 암모니아 선박은 액체 암모니아 연료를 저장하고, 암모니아 연료를 엔진에 공급하는데 있어, 설비 비용과 운영 비용 측면에서 효율성이 떨어지며, 시설의 안전성도 떨어진다는 한계가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 암모니아 등의 액화가스를 엔진의 연료로 공급하되, 증발하는 암모니아를 효율적으로 액화 처리하고, 암모니아의 배출을 억제함으로써 안전을 보장할 수 있는 연료 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 연료 처리 시스템은, 연료 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 증발가스를 응축시키는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 액상 증발가스 중 일부와 나머지를 상호 열교환시키며, 기상 증발가스를 상기 응축기에 전달하고 액상 증발가스를 상기 연료 저장탱크로 전달하는 인터쿨러; 상기 응축기에서 응축된 증발가스를 기액 분리하고 상기 인터쿨러로 전달하는 리시버; 연료 저장탱크의 액화가스를 가압하여 수요처로 공급하는 연료 펌프; 및 상기 응축기와 상기 리시버 사이의 증발가스와 상기 수요처로 공급되는 액화가스를 열교환하는 열교환기를 포함한다.
구체적으로, 상기 응축기에서 응축된 액상 증발가스 중 일부를 감압하는 감압밸브를 더 포함하고, 상기 인터쿨러는, 상기 응축기에서 응축된 액상 증발가스 중 상기 감압밸브로 감압된 일부를 내부에 저장하고, 상기 응축기에서 응축된 액상 증발가스 중 나머지를 내부에 통과시켜서 증발가스를 상호 열교환시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 연료 펌프는, 적어도 일부의 액화가스를 상기 리시버로 전달할 수 있다.
구체적으로, 상기 리시버는, 상기 연료 펌프에 의해 전달되는 액화가스를 내부에 통과시켜서, 내부에 저장된 증발가스와 상호 열교환시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 리시버는, 상기 연료 펌프에 의해 전달되는 액화가스를 내부에 저장된 증발가스에 혼합할 수 있다.
구체적으로, 상기 수요처의 상류에 마련되는 고압 펌프를 더 포함하며, 상기 연료 펌프는, 상기 고압 펌프의 상류에서 적어도 일부의 액화가스가 상기 열교환기 또는 상기 리시버로 전달되도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 리시버를 경유한 증발가스 중 적어도 일부는, 상기 고압 펌프로 공급되는 액화가스에 혼합될 수 있다.
구체적으로, 상기 응축기 상류의 증발가스 중 적어도 일부는, 상기 리시버로 전달될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 연료 처리 시스템을 갖는다.
본 발명에 따른 연료 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 암모니아 등의 액화가스로부터 발생하는 증발가스에 대한 액화 효율을 향상시킬 수 있으며, 독성을 갖는 액화가스에 대한 배출을 제한하여 안전을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료 처리 시스템에서 재액화 성능을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 10은 본 발명의 제9 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 11은 본 발명의 제10 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 12는 본 발명의 제11 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 13은 본 발명의 제12 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서 연료는 암모니아, LPG(프로판, 부탄 등)일 수 있지만, 이로 한정하는 것은 아니다. 연료는 메탄올, 에탄올, LNG 등과 같이 비등점이 상온보다 낮고 수용성인 모든 종류의 물질을 포함할 수 있다.
본 발명은 이하에서 설명하는 연료 처리 시스템이 구비되는 선박을 포함한다. 이때 선박은 암모니아 운반선, 암모니아가 아닌 화물이나 사람을 운반하는 상선, FSRU, FPSO, Bunkering vessel, 해양플랜트 등을 모두 포함하는 개념이다.
본 발명의 도면에 도시하지 않았으나, 압력센서(PT), 온도센서(TT), 유량센서(FT) 등이 제한 없이 적절한 위치에 구비될 수 있음은 물론이며, 각 센서에 의한 측정값은 이하에서 설명하는 구성들의 운영에 제한 없이 다양하게 사용될 수 있다.
또한 본 발명의 도면에서 직선은 암모니아나 열매, 비폭발성가스 등의 다양한 유체가 이동하는 유로를 나타나는 것으로서, 파이프 라인으로 해석될 수 있다.
또한 본 명세서에서 액화가스/증발가스는 탱크 내부에서의 상태를 기준으로 구분되는 것이고, 명칭으로 인하여 액상 또는 기상으로 반드시 한정되는 것은 아님을 알려둔다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 처리 시스템(1)은, 연료 저장탱크(10), 버퍼(20), 압축기(30), 응축기(40), 리시버(50), 인터쿨러(60), 압력조절밸브(70), 연료 펌프(90), 연료 공급부(100)를 포함한다.
연료 저장탱크(10)는, 액화석유가스 또는 암모니아 등의 액화가스를 저장한다. 연료 저장탱크(10)는 선박의 선내 또는 선외에 하나 이상 마련될 수 있으며, 비등점이 상온보다 낮은 가스를 액화시켜서 극저온 상태로 저장할 수 있다.
연료 저장탱크(10)는 멤브레인형, 독립형, 압력용기형 등의 타입으로 이루어질 수 있지만 특별히 한정되지 않는다. 다만 타입과 무관하게 연료 저장탱크(10)의 내부에서는 액화가스 중 일부가 자연기화하여 증발가스를 발생시키게 되는데, 증발가스는 연료 저장탱크(10)의 내압 상승을 야기하므로 문제될 수 있다. 따라서 본 실시예는 증발가스를 연료 저장탱크(10)의 외부로 배출시키게 되며, 배출된 증발가스는 재액화되어 연료 저장탱크(10)로 리턴될 수 있다.
또는 본 발명은 증발가스를 수요처(부호 도시하지 않음)의 연료로 사용할 수도 있는데, 이때 수요처는 선박에 마련되는 엔진, 터빈, 보일러, 연료전지, 버너 등일 수 있으며, 선박을 추진시키는 추진기관이거나 선박 내부 전력 부하를 커버하기 위한 발전기관 등일 수 있다.
연료 저장탱크(10)에는 증발가스를 배출하기 위한 증발가스 배출라인(L10)이 마련될 수 있으며, 증발가스 배출라인(L10)은 연료 저장탱크(10)로부터 연장되어 연료 처리 시스템(1)으로 연결될 수 있다.
버퍼(20)는, 증발가스 배출라인(L10)이 연결되며, 연료 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스를 임시 저장한다. 버퍼(20)는 기상과 액상을 분리하는 세퍼레이터로서, 연료 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스를 기액분리하여 기체 상태의 증발가스만 압축기(30)로 공급함으로써 압축기(30)의 damage를 방지할 수 있다.
버퍼(20)에서 분리된 기상의 증발가스는, 증발가스 액화라인(L20)을 통해 압축기(30)로 전달될 수 있다. 증발가스 액화라인(L20)은 버퍼(20)로부터 연장되어 응축기(40)를 경유해 연료 저장탱크(10)로 증발가스를 전달하는 구성으로서, 증발가스 액화라인(L20)에는 압축기(30), 응축기(40), 리시버(50), 압력조절밸브(70) 등이 마련될 수 있다. 또한 증발가스 액화라인(L20)은 인터쿨러(60)를 경유하도록 마련될 수 있다.
압축기(30)는, 연료 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스를 압축한다. 압축기(30)는 원심형 또는 왕복동형 등일 수 있으며, 복수의 압축단을 포함하는 다단으로 마련될 수 있다. 또한 압축기(30)는 백업이나 부하 분담을 위해 병렬로 마련될 수도 있다.
압축기(30)는 1bar 내외로 유입되는 증발가스를 10 내지 100bar로 압축할 수 있으며, 압축기(30)에 의해 증발가스가 압축되면 증발가스의 비등점이 상승하게 된다. 따라서 압축된 증발가스는 대기압에서의 비등점(일례로 LPG의 경우 -55도)까지 냉각하지 않더라도 액화가 가능한 상태가 될 수 있다.
압축기(30)는 3단으로 구성될 수 있고, 1단(30a)에서 4bar 내외, 2단(30b)에서 10bar 내외, 3단(30c)에서 20~30bar 내외로 증발가스를 압축할 수 있다. 물론 압축기(30) 및 압축단이 압축하는 증발가스의 압력은 특별히 한정되지 않는다.
버퍼(20)로부터 응축기(40)로 연결되는 증발가스 액화라인(L20)에는 복수 개의 압축단이 직렬로 마련되어 다단 압축기(30)를 구성할 수 있는데, 증발가스 액화라인(L20) 상에서 압축단 사이인 중간단에는 인터쿨러(60)로서 제1 인터쿨러(60a)와 제2 인터쿨러(60b)가 연결될 수 있다.
압축기 1단(30a)을 빠져나온 저압의 증발가스는 제2 인터쿨러(60b)를 거친 뒤 압축기 2단(30b)으로 전달되며, 압축기 2단(30b)을 빠져나온 중압의 증발가스는 제1 인터쿨러(60a)를 거친 뒤 압축기 3단(30c)으로 전달되고, 압축기 3단(30c)에서 고압의 증발가스로 빠져나와 응축기(40)로 전달된다.
이때 인터쿨러(60)는 후술하겠지만 별도의 냉매 없이 감압된 증발가스를 냉매로 이용하는 냉각 설비로서, 압축기(30)로부터 유입된 저압 증발가스 또는 중압 증발가스를 냉각시킬 수 있다. 따라서 인터쿨러(60)는 압축기(30)의 중간단에서 냉각을 구현할 수 있다.
물론 압축기(30)는 1단(30a)에서 2단(30b) 사이 및 2단(30b)에서 3단(30c) 사이로 증발가스가 인터쿨러(60)를 우회하여 전달되도록 할 수도 있고, 인터쿨러(60)의 우회는 인터쿨러(60)의 내압, 증발가스의 온도 등의 변수에 따라 다양하게 제어될 수 있다.
연료 저장탱크(10)에서 증발가스는 -50도 내외로 배출되는데, 배출된 증발가스는 버퍼(20)를 거친 뒤 1bar 내외, -20도 내외로 압축기 1단(30a)에 유입될 수 있다.
이후 증발가스는 압축기 1단(30a)에서 4bar 내외, 40도 내외의 상태로 배출되어 제2 인터쿨러(60b)로 유입되며, 제2 인터쿨러(60b) 내에서 30도 내외로 냉각된 후 압축기 2단(30b)으로 전달된다.
이후 증발가스는 압축기 2단(30b)에서 10bar 내외, 70도 내외의 상태로 배출되어 제1 인터쿨러(60a)로 유입되며, 제1 인터쿨러(60a)에서 60도 내외로 냉각된 후 압축기 3단(30c)으로 전달된다. 마지막으로 압축기 3단(30c)에서 20~30bar 내외, 100도 내외의 상태로 배출되며, 이후 응축기(40)에서 40도 내외로 냉각될 수 있다.
다만 각 압축기(30)에서 토출되는 증발가스의 온도가 비교적 높지 않은 경우이거나, 높은 온도의 증발가스 토출이 필요한 경우 등의 상황에서, 증발가스가 인터쿨러(60)를 우회할 수 있도록 증발가스 액화라인(L20)에는 우회라인(부호 도시하지 않음)이 마련될 수 있다.
우회라인은 압축된 증발가스가 인터쿨러(60)를 우회하도록 증발가스 액화라인(L20)에 마련되며, 일례로 우회라인은 2단(30b) 압축된 증발가스가 제1 인터쿨러(60a)를 우회하여 압축기 3단(30c)으로 유입되도록 마련될 수 있다.
우회라인에는 밸브(부호 도시하지 않음)가 마련될 수 있으며, 밸브는 압축기 2단(30b) 등의 부하나 증발가스의 온도 조건 등에 따라 개도가 조절될 수 있다. 다만 압축기(30)에서 압축된 증발가스가 우회라인을 따라 인터쿨러(60)를 우회하는 경우에도, 인터쿨러(60) 내에서 발생한 기상 증발가스가 압축기(30)를 향해 전달될 수 있음은 물론이다.
본 실시예는 압축기(30)를 3단(30c)으로 한정하는 것은 아니며, 2단이거나 또는 4단 이상의 다단 구조일 수 있다. 다만 본 실시예는 증발가스가 압축되는 과정에서 인터쿨러(60)를 경유하도록 할 수 있다.
응축기(40)는, 압축된 증발가스를 냉각하여 적어도 일부를 재액화시킨다. 이때 응축기(40)는 증발가스를 재액화시킬 수 있지만, 실제 가동 시 다양한 요인에 의하여 증발가스의 재액화가 전혀 이루어지지 않거나 증발가스중 일부만 재액화되는 상황을 배제하는 것은 아님을 알려둔다.
이는 증발가스 내에 비등점이 상이한 물질들이 혼합되어 있기 때문이다. 일례로 프로판과 부탄을 주성분으로 하나 에탄 등을 포함하는 LPG의 경우, 에탄의 비등점이 프로판/부탄보다 낮아 에탄 등의 일부 성분이 재액화되지 못할 수 있다.
응축기(40)는 다단으로 마련되는 압축기(30)의 하류에 마련되며, 제한되지 않는 다양한 냉매(일례로 해수, 청수, 글리콜 워터, 질소, LNG, LPG, 프로판, R134a, CO2 등)를 이용하여 증발가스를 냉각시킬 수 있다.
응축기(40)는 압축기(30)에서 압축된 증발가스의 온도를 낮추면서도, 대기압에서의 증발가스의 비등점까지 낮추진 않을 수 있다. 이는 압축기(30)에 의해 증발가스가 압축되면서 비등점이 상승하기 때문이다.
다만 응축기(40)는 최종단(일례로 3단(30c))의 압축기(30)에서 토출되는 증발가스의 압력을 고려하여 증발가스의 냉각 온도를 조절할 수 있다.
리시버(50)는, 응축기(40)에서 액화된 증발가스를 임시로 저장한다. 응축기(40)에서 연료 저장탱크(10) 사이에는 냉각된 증발가스를 연료 저장탱크(10)로 전달하기 위해 증발가스 액화라인(L20)이 마련되는데, 리시버(50)는 증발가스 액화라인(L20) 상에서 응축기(40)의 하류 및 인터쿨러(60)의 상류에 배치될 수 있다.
리시버(50)는 버퍼(20)와 유사하게 기액분리 기능을 가질 수 있으며, 냉각된 증발가스 중 액화된 증발가스를 인터쿨러(60)로 전달할 수 있다. 다만 리시버(50)는 냉각된 증발가스 중 액화되지 않은 증발가스를 외부로 배출하지 않고 저장해둘 수 있으며, 이 경우 리시버(50) 내압이 상승하게 됨에 따라 후술할 감압밸브(61)에 의해 감압 시 증발가스의 냉각 효과가 향상될 수 있다.
물론 본 실시예는 리시버(50)가 액화되지 않은 증발가스(불응축가스)를 벤트라인(L23) 통해 vent header나 연료 저장탱크(10)로 전달할 수 있고, 또는 압축기 3단(30c)과 응축기(40)의 사이 등으로 전달하는 등의 다양한 변형이 가능하다.
다만 리시버(50)는 생략될 수 있으며, 이 경우 응축기(40)에서 냉각된 증발가스는 별도의 기액분리 없이 인터쿨러(60)로 전달될 수 있다.
인터쿨러(60)는, 응축기(40)에서 액화된 증발가스 중 일부와 나머지를 상호 열교환시킨다. 인터쿨러(60)는, 인터쿨러(60)의 상류에서 증발가스 액화라인(L20)으로부터 분기되며 감압밸브(61)가 마련되는 제1 증발가스 분기라인(L21a)이 연결되고, 또한 응축기(40)에서 냉각된 증발가스가 통과하도록 하는 냉각 유로(62)가 마련된다.
인터쿨러(60)는 감압밸브(61)에 의해 감압된 증발가스를 수용하는 공간을 갖고, 제1 증발가스 분기라인(L21a)은 인터쿨러(60) 내에서 개방된 형태를 가져서 인터쿨러(60) 내부에 증발가스를 채우도록 마련되며, 냉각 유로(62)는 증발가스가 인터쿨러(60) 내부를 경유하도록 마련된다.
제1 증발가스 분기라인(L21a)에 마련되는 감압밸브(61)는, 응축기(40)에 의해 냉각된 후 인터쿨러(60) 상류에서 분기된 증발가스를 감압한다. 감압밸브(61)는 줄-톰슨 밸브 또는 팽창기 등으로서 증발가스를 감압시켜 냉각하므로(줄-톰슨 효과), 응축기(40)에 의해 냉각되는 증발가스에 대해 감압밸브(61)는 더욱 높은 비율로 증발가스를 액화시킬 수 있다(또는 과냉).
따라서 인터쿨러(60)는 감압에 의해 액화된 증발가스의 내부에 증발가스 액화라인(L20)의 냉각 유로(62)가 경유하도록 함으로써, 별도의 냉매 없이 증발가스 간의 비접촉식 열교환으로 안정적 액화가 가능할 수 있다. 이러한 측면에서 인터쿨러(60)는 열교환기로 지칭될 수 있고, 일례로 bath type 열교환기로 볼 수 있다. 이때 냉각 유로(62)는 액화효율 향상을 위해 액화된 증발가스의 내부에 코일 형태로 마련될 수 있다.
인터쿨러(60)가 2대 이상으로 마련될 경우 감압밸브(61)는 증발가스 액화라인(L20)에서 각 인터쿨러(60)의 상류로부터 분기되어 인터쿨러(60)로 연결되는 제1 증발가스 분기라인(L21a)마다 마련될 수 있다.
또한 인터쿨러(60)는, 응축기(40) 상류에서 압축기(30)의 중간단 냉각기 역할을 구현할 수 있다. 인터쿨러(60)는 증발가스 액화라인(L20)에서 압축기(30)의 중간단에 연결되어, 감압된 증발가스를 이용하여 압축기(30)의 복수 압축단 중 일부에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키게 될 수 있고, 열교환에 의해 발생한 증발가스를 압축기(30)에 전달할 수 있다.
인터쿨러(60)에는 응축기(40) 상류의 증발가스 액화라인(L20)이 연결되어 압축기(30)의 적어도 1단(30a)에 의해 압축된 증발가스를 내부로 유입시키는 압축가스 유입구(부호 도시하지 않음)가 마련될 수 있다. 압축가스 유입구는 인터쿨러(60) 내부에 저장된 액상 증발가스의 레벨보다 높은 위치에 마련될 수 있는데, 이는 액화된 증발가스가 불필요하게 기화되는 것을 억제하기 위함이다.
또한 인터쿨러(60)에는 제1 증발가스 분기라인(L21a)과 연결되어 액화된 증발가스를 내부로 유입시키는 감압가스 유입구(부호 도시하지 않음)가 마련되는데, 감압가스 유입구는 인터쿨러(60) 내 액상 증발가스의 레벨보다 높은 위치에 마련될 수 있다.
따라서 압축가스 유입구에 의해 유입된 증발가스는 감압에 의해 액화된 증발가스와 접촉하면서 냉각/액화될 수 있다. 이러한 접촉식 열교환을 통해 압축기(30) 중간단에서의 냉각이 인터쿨러(60)에 의해 구현될 수 있다.
인터쿨러(60) 내부에는 압축가스 유입구와 마주하는 격벽(부호 도시하지 않음)이 마련될 수 있고, 격벽은 압축된 증발가스가 인터쿨러(60) 내에서 냉각되지 않고 바로 다음 압축기(30)로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에서 인터쿨러(60)는 총 2대가 마련될 수 있는데, 제1 인터쿨러(60a)는 응축기(40) 하류의 증발가스 흐름을 기준으로 2대의 인터쿨러(60) 중 상류에 마련되며, 압축기 2단(30b)과 압축기 3단(30c) 사이의 증발가스가 유입되도록 마련될 수 있다.
또한 제2 인터쿨러(60b)는 응축기(40) 하류의 증발가스 흐름을 기준으로 2대의 인터쿨러(60) 중 하류에 마련되며, 압축기 1단(30a)과 압축기 2단(30b) 사이의 증발가스가 유입되도록 마련될 수 있다.
따라서 증발가스는, 증발가스 액화라인(L20)을 따라 압축기 1단(30a)-제2 인터쿨러(60b)-압축기 2단(30b)-제1 인터쿨러(60a)-압축기 3단(30c)-응축기(40)로 유입될 수 있으며(또는 인터쿨러(60)를 우회함), 응축기(40)에서 냉각된 증발가스는 증발가스 액화라인(L20)을 따라 제1 인터쿨러(60a)-제2 인터쿨러(60b)-압력조절밸브(70)를 거쳐 연료 저장탱크(10)로 리턴될 수 있다.
이 경우 응축기(40)에서 냉각된 20~30bar, 40도 내외의 증발가스는, 제1 인터쿨러(60a)를 거치면서 압력은 거의 변화하지 않고 온도는 30도 이하로 떨어질 수 있으며, 제2 인터쿨러(60b)를 추가로 거치면서 압력은 거의 변화하지 않고 온도는 영하로 떨어질 수 있다.
이후 압력조절밸브(70)에 의해 압력이 연료 저장탱크(10)의 내압과 유사한 수준으로 떨어지면, 증발가스는 대기압에서의 비등점보다 낮은 온도 내외로 냉각될 수 있으므로, 최종적으로 재액화되어 연료 저장탱크(10)로 리턴될 수 있는 것이다.
본 실시예는 제1 증발가스 분기라인(L21a)을 대체하거나 또는 제1 증발가스 분기라인(L21a)과 함께, 제2 증발가스 분기라인(L21b)을 사용할 수 있다. 제2 증발가스 분기라인(L21b)은 제1 증발가스 분기라인(L21a) 대비 증발가스 액화라인(L20)에서의 분기 지점에서 차이가 있다.
즉 제2 증발가스 분기라인(L21b)의 경우 제2 인터쿨러(60b)의 하류의 일 지점에서 분기되어, 제1 인터쿨러(60a) 및 제2 인터쿨러(60b)를 향해 각각 분지 연결되도록 마련될 수 있다.
다만 제2 증발가스 분기라인(L21b)의 경우에도 제1 증발가스 분기라인(L21a)과 동일하게 감압밸브(61)가 마련됨으로써, 두 인터쿨러(60)를 경유하면서 냉각된 증발가스를 감압으로 추가 냉각한 뒤 각 인터쿨러(60)에 전달할 수 있다.
본 실시예는 2가지의 증발가스 분기라인(L21)을 모두 포함할 수 있고, 적어도 어느 하나의 증발가스 분기라인(L21)을 포함할 수 있다. 2가지의 증발가스 분기라인(L21)을 모두 포함하는 경우, 증발가스의 온도나 유량 등의 다양한 변수에 따라 각 증발가스 분기라인(L21)에서의 흐름이 제어될 수 있을 것이다.
압력조절밸브(70)는, 증발가스 액화라인(L20)에서 제2 인터쿨러(60b)의 하류 및 연료 저장탱크(10)의 상류에 마련되고, 연료 저장탱크(10)의 내압에 따라 증발가스의 압력을 조절하며, 일례로 증발가스를 감압시킨다.
압력조절밸브(70)는 20~30bar의 증발가스를 연료 저장탱크(10)의 내압에 대응되도록 1bar 내외로 감압시킬 수 있으며, 감압밸브(61)와 동일/유사하게 줄-톰슨 밸브 등일 수 있다.
압력조절밸브(70)가 증발가스를 감압하게 되면, 감압에 의해 증발가스의 온도가 낮아진다. 일례로 증발가스 액화라인(L20)을 따라 인터쿨러(60)를 두 번 경유한 증발가스는 영하(일례로 -4도 내외)의 온도를 갖는데, 압력조절밸브(70)를 거치면서 증발가스의 온도는 -40도 내외로 낮아질 수 있다.
압력조절밸브(70)는 단독으로 마련되거나 또는 복수 개가 직렬로 마련될 수 있고, 이는 다단 압축기(30)의 최종 압축 압력에 따라 다양하게 달라질 수 있다.
연료 펌프(90)는, 연료 저장탱크(10)의 액화가스를 가압한다. 연료 저장탱크(10)에는 액화가스를 수요처(엔진 등)로 공급하기 위한 연료 공급라인(L31)이 마련될 수 있으며, 연료 펌프(90)는 연료 공급라인(L31)으로 액화가스를 전달한다.
연료 펌프(90)는 액화가스를 수요처로 공급하는 것 외에, 인터쿨러(60)로도 액화가스를 공급할 수 있다. 이는 불응축가스 발생 방지를 위한 것인데, 먼저 불응축가스의 발생 및 이로 인한 문제점에 대해 이하 설명한다.
앞서 언급한 바와 같이 증발가스는 LPG일 수 있는데, 이 경우 증발가스는 비등점이 서로 다른 제1 물질과 제2 물질 등의 혼합물일 수 있다. 일례로 증발가스는 비등점이 낮은 순으로 에탄, 프로판, 부탄 등이 혼합된 물질일 수 있다.
증발가스는 압축기(30)에서 압축되고 응축기(40)에서 응축된 뒤, 리시버(50)를 거쳐 인터쿨러(60)로 분할 유입되는데, 인터쿨러(60) 내에서 발생하는 기상 증발가스는 다시 압축기(30)로 순환된다. 즉 인터쿨러(60)에서 액화되지 못한 물질(특히 비등점이 상대적으로 낮은 제1 물질로서 에탄 등)은 지속적으로 순환하게 된다.
시스템 가동 시간 경과에 따라, 제1 물질이 압축기(30)-응축기(40)-리시버(50)-인터쿨러(60)를 반복적으로 순환하면, 응축기(40) 등에 유동하는 증발가스에 대해 제1 물질의 비율이 높아지게 될 수 있고, 이로 인해 응축기(40)에서의 액화 효율이 크게 떨어질 수 있다.
이를 대비하기 위해서는, 증발가스 내 제1 물질의 비율에 따라 일정 시점에서 리시버(50)의 배출을 차단하고 압축기(30)의 토출 압력을 강제로 끌어올려서, 응축기(40)에서 제1 물질이 충분히 액화되도록 한 후 증발가스의 흐름을 허용함으로써, 인터쿨러(60)로부터 압축기(30)로 전달되는 기상 증발가스 내 제1 물질의 비율이 다시 낮아지도록 할 필요가 있다. 이러한 동작을 불응축가스 처리모드로 지칭할 수 있다.
불응축가스 처리모드는 재액화 효율을 급격히 떨어뜨리는 요인이 될 수 있는 바, 본 실시예는 액화가스를 인터쿨러(60) 내에 전달해 인터쿨러(60) 내에서 제1 물질의 기화를 방지함으로써, 불응축가스 처리모드의 가동을 생략하도록 할 수 있다.
구체적으로 연료 펌프(90)는, 연료 공급라인(L31)으로부터 분기되어 인터쿨러(60)로 연결되는 연료 전달라인(L30)을 통해 액화가스를 공급할 수 있으며, 액화가스를 인터쿨러(60)로 전달해 인터쿨러(60) 내의 기상 증발가스를 액화시킨다.
응축기(40)에서 응축된 액상 증발가스 중 일부가 감압밸브(61)에 의해 감압 후 인터쿨러(60)의 내부에 저장되는데, 인터쿨러(60)는 응축된 액상 증발가스 중 나머지를 내부에 통과시켜서 증발가스를 상호 열교환시킬 수 있다. 이때 연료 펌프(90)가 인터쿨러(60) 내부에 액화가스를 주입함으로써, 인터쿨러(60) 내부에 저장된 일부의 증발가스의 온도를 떨어뜨릴 수 있다.
또한 인터쿨러(60) 내에 액화가스가 주입됨에 따라, 인터쿨러(60) 내부를 통과하는 나머지의 증발가스가, 인터쿨러(60) 내에 저장되며 액화가스의 혼합으로 인해 추가로 냉각된 일부 증발가스에 의하여 냉각되므로, 인터쿨러(60)에 의해 이루어지는 증발가스 간 열교환 시 냉각 효과가 증대될 수 있다.
즉 인터쿨러(60)는, 연료 펌프(90)에 의해 전달된 액화가스를 인터쿨러(60)의 내부로 주입되는 일부 증발가스의 냉각(기화 방지)에 활용할 수 있고, 또한 냉각 유로(62)에서 유동하는 증발가스의 냉매로서도 활용할 수 있다.
특히 본 실시예는, 연료 펌프(90)가 액화가스를 인터쿨러(60)로 전달함으로써 인터쿨러(60) 내에서 제1 물질의 증발량을 기설정값 이내로 제한한다는 점에서, 제1 물질의 지속 순환을 억제하는 효과를 갖는다.
구체적으로 연료 펌프(90)는, 응축기(40)를 유동하는 증발가스 내 제1 물질 비율이 기설정값 이내가 되도록, 액화가스를 인터쿨러(60)로 전달하여 인터쿨러(60)에서 압축기(30)로 전달되는 제1 물질 유량을 줄일 수 있다.
연료 펌프(90)는 연료 공급라인(L31)을 통해 수요처로 액화가스를 공급하기 위하여 지속적으로 작동할 수 있으므로, 액화가스가 인터쿨러(60)로 전달되는 것은 연료 전달라인(L30)에 마련되는 밸브(부호 도시하지 않음)의 개폐에 의해 제어될 수 있다.
또는 연료 펌프(90)는, 응축기(40)를 유동하는 증발가스 내 제1 물질 비율이 기설정값 이상이 될 경우, 액화가스를 인터쿨러(60)로 전달하도록 제어될 수 있다. 이러한 제어는 액화가스의 연료 공급이 이루어지지 않는 경우(정박 시 등)에 활용될 수 있다.
연료 공급부(100)는, 연료 펌프(90)로부터 수요처로 공급되는 액화가스를 수요처의 요구 조건에 맞게 처리한다. 연료 공급부(100)는 고압펌프(도시하지 않음), 열교환기(도시하지 않음) 등을 포함할 수 있으며, 이외에도 액화가스의 온도나 압력, 유량 등을 수요처의 요구 조건에 맞추기 위한 다양한 구성이 구비될 수 있다.
연료 공급부(100)는 연료 공급라인(L31)을 통해 액화가스를 수요처로 전달할 수 있으며, 또는 재액화된 증발가스를 수요처로 전달하는 것도 가능하다. 이를 위해 증발가스 액화라인(L20)이 적절한 지점에서 분기되어 연료 공급라인(L31)으로 연결될 수 있으며, 증발가스는 액화가스와 함께 또는 증발가스 단독으로 수요처로 공급될 수 있다.
또한 수요처는 공급받은 액화가스 중 소비하지 않은 잉여 액화가스를 배출할 수 있으며, 수요처에서 배출되는 잉여 액화가스는 연료 공급부(100)(특히 고압펌프의 상류)로 회수될 수 있다. 이를 위해 수요처에서 연료 공급라인(L31)으로는 액화가스 회수라인(도시하지 않음)이 마련될 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 증발가스 재액화 시 에탄 등과 같이 비등점이 낮은 제1 물질이 인터쿨러(60)와 압축기(30) 및 응축기(40) 사이를 지속적으로 순환함에 따라 액화 효율을 떨어뜨리는 문제를 방지하고자, 인터쿨러(60)에 액화가스를 주입해 제1 물질의 증발을 효과적으로 억제함으로써, 재액화 효율을 충분히 확보할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
이하에서는 본 실시예가 다른 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다. 이하 다른 실시예에서도 마찬가지임을 알려둔다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 처리 시스템(1)은, 앞선 실시예와 달리 불응축가스를 분리해내고 별도로 처리하는 구성을 갖는다.
즉 본 실시예는 제1 물질이 인터쿨러(60)와 압축기(30) 및 응축기(40) 사이에서 지속적으로 순환하면서 액화 효율 저하 문제를 야기하는 것을 개선하고자, 리시버(50)에서 분리되는 불응축가스를 별도로 처리함으로써 인터쿨러(60)에서 압축기(30)로 전달되는 제1 물질의 비율을 낮추고, 불응축가스로 인해 재액화 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로 본 실시예는, 리시버(50)에서 분리되어 배출되는 불응축가스가 추가 인터쿨러(60c)(열교환기로도 지칭할 수 있음)에서 냉각되도록 할 수 있다. 추가 인터쿨러(60c)에 대해서는 이하에서 구체적으로 설명하도록 하며, 리시버(50)에서 추가 인터쿨러(60c)로는 불응축가스가 유동하는 불응축가스 처리라인(L22)이 마련될 수 있다.
추가 인터쿨러(60c)는, 리시버(50)로부터 전달되는 액상 증발가스 중 적어도 일부를 이용하여, 리시버(50)로부터 분리된 불응축가스를 냉각한다. 앞서 설명한 인터쿨러(60)의 경우, 응축기(40)에서 응축된 증발가스 중 일부를 감압하여 나머지의 증발가스를 냉각하는 방식이었다면, 추가 인터쿨러(60c)는 응축된 증발가스 중 적어도 일부를 통해, 리시버(50)에서 분리된 불응축가스를 냉각하는 방식일 수 있다.
이때 추가 인터쿨러(60c)는 제1 인터쿨러(60a)를 대체하도록 구비될 수 있고, 또는 제1, 2 인터쿨러(60)와 함께 추가 인터쿨러(60c)가 구비되는 것도 가능하다. 다만 이하에서는 전자인 경우를 가정해 설명한다.
추가 인터쿨러(60c)는, 리시버(50)로부터 전달되는 액상 증발가스를 감압밸브(61)로 감압 후 내부에 저장할 수 있으며, 불응축가스가 내부의 냉각 유로(62)를 통과하면서 액상 증발가스와 열교환 되도록 마련된다. 이때 추가 인터쿨러(60c)의 내부를 통과하는 불응축가스는, 액상 증발가스에 의해 냉각된 후 연료 저장탱크(10)로 전달될 수 있다.
또한 추가 인터쿨러(60c)는, 앞서 설명한 제1 인터쿨러(60a)와 유사하게 열교환 시 내부에서 발생하는 기상 증발가스를 압축기(30)에 전달할 수 있다. 따라서 추가 인터쿨러(60c)는 압축기(30) 중간 냉각을 구현하는 용도로도 사용될 수 있다.
및/또는 추가 인터쿨러(60c)는, 열교환에 의해 발생하는 기상 증발가스를 인터쿨러(60)에서 연료 저장탱크(10)로 유동하는 액상 증발가스에 전달할 수 있다. 즉 추가 인터쿨러(60c)는 기상 증발가스가 증발가스 액화라인(L20)으로 주입되도록 할 수 있으며, 이 경우 추가 인터쿨러(60c)로부터 증발가스 액화라인(L20)으로 전달되는 기상 증발가스는, 후술할 기액분리기(80)로부터 증발가스 액화라인(L20)으로 액상이 유입되는 지점의 부근에 합류될 수 있다.
리시버(50)에서 분리된 불응축가스가 추가 인터쿨러(60c)의 내부를 통과하면서 증발가스에 의해 냉각되더라도 완전 재액화되지 못할 수 있으므로, 이를 대비하기 위해 기액분리기(80)가 마련될 수 있고, 불응축가스 처리라인(L22)은 리시버(50)로부터 연장되어 추가 인터쿨러(60c)를 경유한 뒤 기액분리기(80)로 연결될 수 있다. 기액분리기(80)에 대해서는 이하에서 후술한다.
기액분리기(80)는, 냉각된 불응축가스를 전달받아 기액분리한다. 기액분리기(80)는 불응축가스 처리라인(L22) 상에 마련되며, 불응축가스의 흐름을 기준으로 추가 인터쿨러(60c)와 연료 저장탱크(10) 사이에 구비될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이 리시버(50)에서 분리된 불응축가스는 추가 인터쿨러(60c) 내 증발가스에 의해 적어도 일부 액화되지만, 일부 기상이 존재할 수 있고, 기상을 연료 저장탱크(10)로 주입할 경우 응축기(40)에서의 제1 물질 비율 저감 효과가 낮아질 수 있다.
따라서 기액분리기(80)는 냉각된 불응축가스 중 액상만 연료 저장탱크(10)로 전달할 수 있으며, 기상은 벤트라인(L23)을 통해 외부(vent header 등)로 배출하거나 별도의 수요처로 공급할 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 액화가스를 재액화하는 과정에서 제1 물질의 지속 순환이 발생함에 따라 응축기(40) 액화 효율이 저하되는 문제를, 리시버(50)에서 분리될 수 있는 불응축가스를 증발가스로 냉각 처리함으로써 해결할 수 있다. 따라서 본 실시예는 불응축가스 처리모드를 별도로 가동할 필요성을 생략하거나 낮출 수 있고, 안정적인 액화 성능을 유지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 처리 시스템(1)은, 연료가 암모니아일 수 있다. 본 실시예는 도 1 등에서 나타낸 경우와 달리, 인터쿨러(60)는 1개가 단독으로 구성될 수 있다. 또한 본 실시예에서 압축기(30)는 2단으로 마련될 수 있다.
이 경우 연료 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스는, 버퍼(20)를 거쳐 압축기 1단(30a)에서 압축된 후 인터쿨러(60)로 유입되며, 인터쿨러(60)에서 배출되는 기상 증발가스는 압축기 2단(30b)으로 유입된다. 압축기 2단(30b)에서 압축된 증발가스는 응축기(40), 리시버(50)를 거쳐 다시 인터쿨러(60)로 전달될 수 있다.
또한 본 실시예는, 도 1 등에서 설명한 것과 같이, 연료 저장탱크(10)에 저장되어 있는 저온의 액화가스를 인터쿨러(60)로 전달할 수 있다. 연료 저장탱크(10) 내에는 연료 펌프(90)가 마련되는데, 연료 펌프(90)는 적어도 일부의 액화가스를 인터쿨러(60)의 내부로 전달할 수 있다.
인터쿨러(60)는, 응축기(40)에서 응축된 증발가스 중 감압밸브(61)로 감압된 증발가스 일부를 내부에 저장하면서, 응축기(40)에서 응축된 증발가스 중 나머지의 증발가스를 내부에 통과시켜서 증발가스를 상호 열교환시킨다. 더 나아가 인터쿨러(60)는 증발가스의 상호 열교환 시 연료 펌프(90)로부터 전달되는 액화가스를 냉매로 활용하여, 액화가스에 의해 인터쿨러(60) 내부에 저장된 증발가스 및 인터쿨러(60) 내부를 통과하는 증발가스를 냉각할 수 있다.
또한 본 실시예는, 연료 펌프(90)에 의해 배출되는 연료를 버퍼(20)에 전달할 수 있다. 버퍼(20)는 연료 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스를 임시로 저장하였다가 압축기(30)로 전달할 수 있는데, 연료 펌프(90)는 버퍼(20) 내부 또는 버퍼(20)의 상류로 액화가스를 전달하여, 액화가스의 혼합에 의해 증발가스가 냉각되도록 할 수 있다.
인터쿨러(60) 또는 버퍼(20)로 액화가스를 전달하기 위해, 연료 전달라인(L30)이 마련될 수 있다. 연료 전달라인(L30)은 연료 저장탱크(10)로부터 엔진(E) 등의 수요처로 연결되는 연료 공급라인(L31)으로부터 분기될 수 있으며, 또한 일정 지점에서 분기되어 버퍼(20)/버퍼(20)의 상류/인터쿨러(60)의 내부 등으로 연결될 수 있다.
본 실시예의 인터쿨러(60)는, 내부에 저장된 액상 증발가스(증발가스의 상호 열교환 시 응축되는 액상 증발가스를 포함)를 연료 저장탱크(10)로 전달하는 것 외에, 버퍼(20)로도 전달할 수 있다. 이 경우 버퍼(20)에는 액상의 저온 증발가스가 유입되므로, 버퍼(20)에서 압축기 1단(30a)으로 유입되는 증발가스의 온도가 낮아짐에 따라, 압축 효율이 증가될 수 있다.
이를 위해 인터쿨러(60)에서 버퍼(20) 또는 버퍼(20) 상류의 증발가스 배출라인(L10)으로는, 증발가스 회수라인(L11)이 연결될 수 있다. 증발가스 회수라인(L11)에는 조절밸브(부호 도시하지 않음)가 마련되며, 조절밸브는 인터쿨러(60) 및 버퍼(20) 등의 내압에 따라 개도가 조절된다.
또한 본 실시예의 인터쿨러(60)는, 증발가스의 상호 열교환 시 내부에서 발생한 기상 증발가스를 압축기 2단(30b)으로 전달하는 것 외에, 버퍼(20)로도 전달할 수 있다. 이 경우 버퍼(20)에는 압축기 1단(30a)에서 압축되어 버퍼(20)의 내압 대비 상대적으로 고압인 증발가스가 유입될 수 있다.
이를 위해 인터쿨러(60)와 응축기(40) 사이, 구체적으로는 인터쿨러(60)와 압축기 2단(30b) 사이의 증발가스 액화라인(L20)에서, 증발가스 리턴라인(L12)이 분기될 수 있다. 증발가스 리턴라인(L12)에는 조절밸브(부호 도시하지 않음)가 마련될 수 있고, 조절밸브는 인터쿨러(60), 버퍼(20) 등의 내압에 따라 개도가 조절된다.
이러한 구성들을 통해, 버퍼(20)에는 연료 저장탱크(10)로부터 증발가스가 유입되고, 인터쿨러(60)로부터 액상 저온 증발가스가 전달될 수 있으며, 또한 인터쿨러(60)로부터 기상 증발가스가 전달될 수 있다. 더 나아가 버퍼(20)에는 연료 펌프(90)를 통해 저온 액화가스가 유입될 수 있다.
버퍼(20)는 인터쿨러(60)에서 전달되는 액상 저온 증발가스 및 연료 펌프(90)에 의해 전달되는 저온 액화가스를 통해, 연료 저장탱크(10)에서 전달되는 증발가스 및 인터쿨러(60)에서 전달되는 기상 증발가스를 냉각 및 액화시킬 수 있다.
따라서 버퍼(20)는, 압축기 1단(30a)에서의 증발가스 유입 온도를 낮춰 압축 효율을 높일 수 있으면서, 인터쿨러(60)에서 압축기 2단(30b)으로 유입되는 증발가스의 유량을 감소시켜 압축 효율을 더욱 높일 수 있다.
또한 버퍼(20)는 저온 액화가스나 액상 증발가스의 유입으로 인해 내압이 낮아지고, 증발가스나 기상 증발가스의 유입으로 인해 내압이 높아질 수 있다. 즉 버퍼(20)는 필요에 따라 내압의 상승 또는 하강이 유도될 수 있다.
또한 본 실시예는, 앞선 제1, 2 실시예와 마찬가지로 리시버(50)를 포함하되, 제2 실시예에서 유사하게, 리시버(50)에서 분리되는 불응축가스를 인터쿨러(60)로 처리할 수 있다.
리시버(50)는 응축기(40)에서 응축된 증발가스를 기액 분리하는데, 리시버(50)에서 분리된 액상 증발가스는 인터쿨러(60)로 전달된다. 이때 리시버(50)에서 인터쿨러(60)로 전달되는 액상 증발가스 중 일부는 감압밸브(61)로 감압되어 인터쿨러(60) 내부에 유입되고, 나머지는 인터쿨러(60) 내부를 통과함은 앞서 설명한 바와 같다.
리시버(50)에서 분리되는 기상 증발가스는 불응축가스로서, 제1 실시예의 경우 외부로 배출될 수 있다. 그러나 연료가 암모니아 등의 경우 독성으로 인해 외부 배출이 극도로 제한된다.
따라서 본 실시예는 리시버(50)에서 분리되는 불응축가스를 인터쿨러(60)로 전달하여, 인터쿨러(60)가 리시버(50)에서 분리된 액상 증발가스의 일부(감압밸브(61)에 의해 감압)와 나머지 및 리시버(50)에서 분리된 기상 증발가스(불응축가스)를 상호 열교환시키도록 하여, 불응축가스의 적어도 일부를 응축 처리할 수 있다.
이때 인터쿨러(60)는, 리시버(50)에서 분리되고 감압밸브(61)로 감압된 일부 증발가스를 냉매로서 내부에 저장하고, 리시버(50)에서 분리된 액상 증발가스 중 나머지 및 리시버(50)에서 분리된 기상 증발가스가 인터쿨러(60) 내부를 통과하면서 냉각되도록 할 수 있다.
본 실시예는 불응축가스 처리를 위해 기액분리기(80)를 포함하며, 기액분리기(80)는 리시버(50)에서 기상으로 분리되고 인터쿨러(60)를 경유한 증발가스를 기액 분리한다.
기액분리기(80)는 액상을 연료 저장탱크(10)로 전달할 수 있고, 기상은 규제나 안전 등의 조건에 따라 제한적으로 외부 배출될 수 있다. 또는 기액분리기(80)에서 분리된 기상은 버퍼(20)나 압축기(30) 등으로 전달될 수도 있음은 물론이다.
본 실시예는 연료 공급부(100)를 포함한다. 연료 공급부(100)는 연료 펌프(90)에서 배출되는 액화가스의 온도 및 압력을 조절하는 구성을 포함한다. 구체적으로 연료 공급부(100)는 고압 펌프 및 열교환기(120)를 포함할 수 있다.
고압 펌프는, 액화가스를 수요처의 요구압력에 대응하여 가압한다. 고압 펌프는 연료 공급라인(L31) 상에서 연료 펌프(90)의 하류에 마련되며, 캐비테이션 방지를 위해 내부에 액상이 유입될 수 있다.
열교환기(120)는, 액화가스의 온도를 수요처의 요구온도에 대응하여 조절한다. 열교환기(120)는 액화가스의 온도를 낮추거나 또는 높이는 역할을 할 수 있으며, 이를 위해 열교환기(120)는 별도의 열매체가 유동하는 구조를 가질 수 있다.
열교환기(120)는 고압 펌프의 상류에 마련될 수 있다. 즉 고압 펌프는 열교환기(120)의 하류에 마련된다. 이 경우 열교환기(120)는 고압 펌프에 의해 가압될 때의 온도 상승을 고려해 액화가스의 온도를 조절할 수 있다. 다만 고압 펌프에는 기상의 유입이 바람직하지 않으므로, 열교환기(120)는 연료의 기화가 억제되는 범위 내에서 액화가스의 가열을 구현할 수 있다.
열교환기(120)는, 적어도 액화가스와 증발가스가 열교환할 수 있다. 구체적으로 열교환기(120)는 응축기(40)와 인터쿨러(60) 사이의 증발가스와 수요처로 공급되는 액화가스를 열교환하여, 액화가스는 가열시키고 증발가스는 냉각되도록 할 수 있다.
열교환기(120)는 응축기(40)와 인터쿨러(60) 사이에서 분기되는 증발가스를 전달받을 수 있다. 즉 응축기(40)와 인터쿨러(60) 사이의 증발가스 액화라인(L20)에는 연료 공급라인(L31) 상에 마련되는 열교환기(120)를 향해 증발가스 공급라인(L24)이 분지 연결될 수 있다.
따라서 리시버(50)에서 인터쿨러(60)로 전달되는 증발가스는 적어도 일부가 열교환기(120)로 전달되어 처리(액화가스에 의해 응축)될 수 있으므로, 본 실시예는 이를 통해 재액화 효율의 향상이 가능하다.
반면 액화가스는 수요처 상류에서 증발가스에 의해 가열되므로, 본 실시예는 액화가스의 가열에 필요한 열 에너지를 절약할 수 있다. 물론 열교환기(120)에서 증발가스에 의해 액화가스가 가열되어 기화되는 경우 고압 펌프의 가동에 문제가 발생할 수 있는 바, 열교환기(120)로의 증발가스 유입은 조절될 수 있다. 즉 리시버(50)와 인터쿨러(60) 사이에서 열교환기(120)를 향해 증발가스를 전달하는 증발가스 공급라인(L24)은, 조절밸브(부호 도시하지 않음)에 의해 증발가스의 유동/유량이 조절될 수 있다.
열교환기(120)에서 열교환된 증발가스 중 적어도 일부는, 수요처로 공급되는 액화가스에 혼합될 수 있다. 일례로 열교환기(120) 하류의 증발가스는, 열교환기(120) 하류의 액화가스에 혼합된 후 고압 펌프로 전달될 수 있다.
이 경우 증발가스 공급라인(L24)에 의한 증발가스 공급량은, 열교환기(120)에서 액화가스가 증발가스로 인해 가열되는 정도와, 열교환기(120) 하류에서 액화가스에 증발가스가 혼합될 때 온도 변화 정도 등을 고려하여 결정될 수 있다.
또한 본 실시예는, 제2 열교환기(130)를 더 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해 앞서 설명한 열교환기(120)는 제1 열교환기(120)로 정의한다.
제2 열교환기(130)는, 연료 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스와 연료 저장탱크(10)로 회수되는 증발가스 및 연료 저장탱크(10)에서 배출되는 액화가스 중 적어도 둘 이상을 상호 열교환한다.
특히 제2 열교환기(130)는, 연료 저장탱크(10)에서 배출되는 저온의 액화가스로, 증발가스 배출라인(L10)의 증발가스 및 증발가스 액화라인(L20)의 증발가스를 모두 냉각시킬 수 있다.
이를 통해 본 실시예는 버퍼(20) 및 압축기(30)로 전달되는 증발가스의 온도를 낮춰 압축 효율을 높이고, 인터쿨러(60)에서 연료 저장탱크(10)로 전달되는 증발가스의 온도를 낮춰서 액화 효율 및 연료 저장탱크(10)에서의 기화 방지 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 압축기(30)와 인터쿨러(60), 응축기(40) 등을 통해 증발가스를 액화하되, 저온 액화가스를 충분히 활용해 액화 효율을 극대화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 처리 시스템(1)은, 제3 실시예와 대비할 때 열교환기(120)를 포함한다는 점에서 유사하나, 증발가스 공급라인(L24) 등에서 차이가 있다.
본 실시예의 열교환기(120)는, 리시버(50)와 인터쿨러(60) 사이의 증발가스와 수요처로 공급되는 액화가스를 열교환할 수 있다. 앞선 실시예는 증발가스 액화라인(L20)에서 분기되는 일부의 증발가스가 열교환기(120)로 유입되는 반면, 본 실시예는 리시버(50)에서 액상으로 분리된 후 인터쿨러(60)로 유입되는 모든 증발가스가 열교환기(120)를 경유할 수 있다.
즉 열교환기(120)는, 리시버(50)와 인터쿨러(60) 사이의 증발가스 액화라인(L20)에서 증발가스 분기라인(L21)의 분기점보다 상류에 마련될 수 있다. 그렇다 하더라도 열교환기(120)를 거쳐 수요처로 공급되는 액화가스의 유량은, 리시버(50)에서 열교환기(120)를 거쳐 인터쿨러(60)를 향하여 유동하는 증발가스의 유량 대비 상대적으로 클 수 있다. 따라서 열교환기(120)에서 액화가스의 가열보다 증발가스의 응축이 주로 일어날 수 있으므로, 열교환기(120) 하류의 고압 펌프에는 액상의 액화가스가 주로 유입될 수 있다.
이는 연료가 암모니아일 때 특히 두드러지게 나타난다. 암모니아의 경우 LNG 등과 대비할 때 발열량이 작아 엔진(E)에 공급하는 연료량이 큰 반면, 잠열이 일반 탄화수소에 비해 상대적으로 커서 증발가스 발생량이 적다.
즉 암모니아는 연료 저장탱크(10) 내에서의 증발율(BOR: Boil-Off Rate)이 적은 대신 발열량이 작은 특성을 갖고 있어서, 재액화 대상이 되는 증발가스의 유량은 탄화수소 연료 대비 상대적으로 작지만, 엔진(E)에는 상대적으로 많은 유량이 유입되어야 한다.
이 경우 통상적인 선박의 엔진(E)이 요구하는 유량을 감안하면, 연료 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스의 유량을 모두 엔진(E)에 전달하는 경우라 하더라도, 연료 펌프(90)를 통해 엔진(E)에 보충해야 하는 액화가스의 유량이 많을 수 있다.
따라서 열교환기(120)에 유입되는 증발가스의 유량은, 열교환기(120)를 거쳐 엔진(E)에 유입되는 액화가스의 유량 대비 상대적으로 적을 수 있다. 이로 인해 열교환기(120)를 경유하는 액화가스는 증발가스에 의해 가열되더라도, 기화되지 않는 수준으로 승온된다.
본 실시예에서 증발가스 공급라인(L24)은, 열교환기(120) 상류에서 연료 공급라인(L31)에 합류될 수 있다. 즉 열교환기(120)를 경유한 증발가스 중 적어도 일부는, 열교환기(120)로 공급되는 액화가스에 혼합될 수 있다.
증발가스 공급라인(L24)에는 조절밸브(부호 도시하지 않음)가 마련될 수 있고, 또한 증발가스 액화라인(L20)에도 증발가스 공급라인(L24)의 분기점에 인접하여 조절밸브(부호 도시하지 않음)가 마련될 수 있다.
앞서 제3 실시예에서 설명한 것과 같이, 캐비테이션 발생을 대비하고자 고압 펌프에는 기상의 유입이 권장되지 않는다. 따라서 본 실시예는 열교환기(120) 상류의 액화가스의 유량 대비 증발가스 공급라인(L24)으로 유동하는 증발가스의 유량의 비율 등을 조절밸브로 제어함으로써, 고압 펌프에는 액상인 연료가 유입될 수 있다.
즉 증발가스 공급라인(L24) 등에 마련되는 적어도 하나 이상의 조절밸브는, 열교환기(120)를 경유하고 고압 펌프에 유입되는 액화가스에, 기상이 임계비율 이내가 되도록 개도가 조절될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이고, 도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료 처리 시스템에서 재액화 성능을 나타내는 그래프이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료 처리 시스템(1)은, 앞선 제3, 4 실시예 대비 열교환기(120)가 변경될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(120)는, 응축기(40)와 리시버(50) 사이의 증발가스와 수요처로 공급되는 액화가스를 열교환할 수 있다. 이 경우 증발가스는 압축기 2단(30b)에서 압축된 후 응축기(40)에서 해수 등으로 1차 냉각되고, 열교환기(120)에서 액화가스에 의해 2차 냉각될 수 있다.
이를 통해 본 실시예는, 리시버(50) 상류에서의 증발가스를 저온의 액화가스로 응축시켜서 리시버(50)에서 기액분리 시 기상 증발가스인 불응축가스의 배출을 최소화 또는 생략할 수 있다.
연료 공급라인(L31)에는 연료 분기라인(L32)이 마련된다. 연료 분기라인(L32)은 연료 펌프(90) 하류의 연료 공급라인(L31)에서 분기되어 열교환기(120)를 경유한 뒤 고압 펌프 상류의 연료 공급라인(L31)에 합류될 수 있다.
다만 연료 공급라인(L31)은, 연료 분기라인(L32)이 분기되는 지점 및 합류되는 지점 사이를 연결하여, 액화가스가 필요에 따라 열교환기(120) 등을 우회하도록 마련될 수 있다. 즉 연료 공급라인(L31)을 따라 수요처로 유동하는 액화가스는 연료 분기라인(L32)으로 전달되지 않고 연료 공급라인(L31)을 통해 수요처로 공급됨으로써, 열교환기(120)에 의한 가열을 회피할 수 있다.
따라서 연료 펌프(90)는 고압 펌프의 상류에서 적어도 일부의 액화가스가 열교환기(120) 또는 리시버(50)로 전달되도록 하거나, 반대로 고압 펌프의 상류에서 적어도 일부의 액화가스가 열교환기(120)나 리시버(50)의 경유 없이 고압 펌프로 전달되도록 할 수 있다.
수요처로 공급되는 액화가스가 열교환기(120)를 우회하는 것은 앞서 제3 실시예 등에도 모두 적용될 수 있음은 당연하다. 특히 제3 실시예의 경우 제1 열교환기(120) 및 제2 열교환기(130)에 대한 액화가스의 우회를 적용할 수 있다.
본 실시예는, 리시버(50) 내에 유입된 증발가스를 액화가스로 냉각할 수 있다. 이를 위해 연료 펌프(90)는, 적어도 일부의 액화가스를 리시버(50)로 전달할 수 있다.
리시버(50)는, 연료 펌프(90)에 의해 전달되는 액화가스를 내부에 통과시켜서, 내부에 저장된 증발가스와 상호 열교환시킬 수 있다. 이때 연료 분기라인(L32)은 열교환기(120) 및 리시버(50)로 분기 연결된다.
리시버(50) 내에 저온 액화가스를 통과시킴에 따라, 본 실시예는 저온의 연료로 리시버(50) 내 응축물을 추가적으로 냉각시킬 수 있다. 특히 리시버(50)의 응축물 온도의 포화 압력은 압축기(30) 토출 압력을 주로 결정하는 요소인바, 응축물 온도는 재액화장치의 전력 소모 및 재액화 성능에 지대한 영향을 미친다. 이는 도 6에서 명확히 확인할 수 있는데, 도 6에서 성능 계수는 냉각 효과(kW) / 전력(kW)이다.
즉 비등점과 리시버(50) 내압 간의 관계를 고려할 때, 리시버(50)의 응축물 온도가 높다는 것은 액화를 위해 압축기(30)의 토출 압력을 높여야 한다는 것이고, 반대로 리시버(50)의 응축물 온도가 낮다는 것은 액화를 위한 압축기(30)의 토출 압력을 상대적으로 낮출 수 있음을 의미한다.
이를 감안하여 본 실시예는 리시버(50) 내에 액화가스를 통과시켜 리시버(50)의 응축물 온도를 낮춰서, 압축기(30) 토출 압력을 줄여 전력 소모를 줄일 수 있다.
더 나아가 본 실시예는, 리시버(50) 내에 액화가스가 직접 주입되는 것도 가능하게 할 수 있다. 즉 연료 분기라인(L32)은 열교환기(120) 및 리시버(50)로 분기되는데, 리시버(50)를 향하는 연료 분기라인(L32)은 리시버(50)의 내부를 통과하는 부분과, 리시버(50) 내부로 개방되는 부분을 가질 수 있다.
따라서 리시버(50)는, 연료 펌프(90)에 의해 전달되는 액화가스를 내부에 저장된 증발가스에 혼합함으로써, 내부 응축물 온도를 낮춰서 압축기(30) 토출압력을 하향시킬 수 있다.
다만 리시버(50) 내압을 적정 수준으로 맞추기 위해, 응축기(40) 상류의 증발가스 중 적어도 일부가 리시버(50)로 전달될 수 있다. 즉 압축기 2단(30b)과 응축기(40) 사이의 증발가스 액화라인(L20)에는, 리시버(50)를 향해 분지되는 가압라인(L25)이 마련된다.
가압라인(L25)은 압축기 2단(30b)에서 압축되고 응축기(40)를 경유하지 않은 고압/고온 증발가스를 리시버(50)로 전달한다. 이를 통해 본 실시예는 리시버(50) 내에서의 압력을 일정 수준 이상으로 유지할 수 있어서, 리시버(50) 내에서의 응축 정도를 보장할 수 있다.
즉 리시버(50)는, 응축기(40)에서 응축된 증발가스가 내부에 저장되며, 연료 펌프(90)에 의해 전달되는 저온의 액화가스가 내부를 통과하거나 또는 내부에 주입됨에 따라, 리시버(50) 내에서 응축물 온도를 낮출 수 있다. 반면 리시버(50) 내에서의 기화를 방지하고자, 응축기(40) 상류의 고압 증발가스가 리시버(50) 내압 상승을 위해 사용될 수 있다.
본 실시예는 리시버(50)를 경유한 증발가스 중 적어도 일부가, 고압 펌프로 공급되는 액화가스에 혼합되도록 할 수 있다. 일례로 리시버(50)와 인터쿨러(60) 사이의 증발가스 액화라인(L20)에는, 연료 공급라인(L31)을 향해 증발가스 공급라인(L24)이 연결될 수 있다.
증발가스 공급라인(L24)에 의한 증발가스와 액화가스의 혼합은 앞서 제3 실시예에서 설명한 것과 유사하며, 본 실시예 역시 증발가스 공급라인(L24)과 연료 공급라인(L31) 사이의 열교환을 구현하는 구성(제1 열교환기(120))이 부가될 수 있음은 물론이다.
본 실시예의 증발가스 공급라인(L24)은 연료 공급라인(L31)에서 연료 분기라인(L32)이 분기되는 지점의 상류에 마련될 수 있다. 이 경우 연료 공급라인(L31)을 따라 유동하는 액화가스(또는 증발가스) 중 적어도 일부는, 연료 분기라인(L32)을 통해 리시버(50)의 내부로 유입된 후, 증발가스 액화라인(L20) 및 증발가스 공급라인(L24)을 통해 연료 공급라인(L31)으로 순환될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 연료 처리 시스템(1)은, 앞선 제5 실시예와 대비할 때 리시버(50) 내부를 통과하는 연료 분기라인(L32)이 달라질 수 있다.
구체적으로 본 실시예에서 연료 분기라인(L32)은, 리시버(50) 내부에서 코일 형태를 가질 수 있다. 따라서 액화가스는 리시버(50) 내부에서 증발가스를 충분히 냉각시키면서 가열된 후 고압 펌프로 전달될 수 있다.
이로 인해 본 실시예는 제5 실시예에서와 같이, 저온의 연료로 리시버(50)에서의 응축물 온도를 낮추게 되는 바, 압축기(30) 토출 압력의 감소를 유도하여 재액화 성능을 향상시킬 수 있다.
참고로 본 실시예는, 제5 실시예 대비 열교환기(120) 및 리시버(50) 내부로의 액화가스 주입 중 적어도 어느 하나가 생략될 수 있다. 이 경우 리시버(50)는 저온 액화가스가 연료 분기라인(L32)을 통해 리시버(50)의 내부를 통과함에 따라 응축물 온도가 낮아질 수 있고, 반면 가압라인(L25)을 통해 고온 증발가스가 리시버(50) 내부에 유입됨에 따라 응축물 온도가 높아질 수 있다.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 연료 처리 시스템(1)은, 앞선 제5 실시예 대비 저온의 연료인 액화가스가 리시버(50) 내로 유입된다는 점에서 공통된다.
반면 본 실시예는, 제5 실시예 대비 열교환기(120) 및 리시버(50) 내부로 액화가스가 통과되는 흐름 중 적어도 어느 하나가 생략될 수 있다. 이 경우 리시버(50)는 저온 액화가스가 연료 분기라인(L32)을 통해 리시버(50)의 내부에 주입됨에 따라 응축물 온도가 낮아질 수 있다.
본 실시예 역시 제5, 6 실시예에서 언급한 것과 같은 가압라인(L25)을 구비할 수 있으므로, 가압라인(L25)에 의해 고온 증발가스가 리시버(50) 내로 유입되면, 리시버(50) 내부의 응축물 온도가 상승할 수 있다.
본 실시예는 증발가스 공급라인(L24)을 포함할 수 있는데, 연료 공급라인(L31)에서 증발가스 공급라인(L24)이 합류되는 지점은, 연료 공급라인(L31)에서 연료 분기라인(L32)이 분기되는 지점의 상류일 수 있다. 따라서 저온 액화가스는 연료 분기라인(L32), 증발가스 공급라인(L24)을 통해 리시버(50)를 경유한 뒤 고압 펌프로 전달될 수 있다. 또는 저온 액화가스는 연료 공급라인(L31)을 따라 유동하면서 리시버(50)를 우회하고 고압 펌프로 전달될 수도 있다. 즉 연료 공급라인(L31) 중 적어도 일부분은 리시버(50)에 대한 액화가스의 우회 기능을 구현할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 연료 처리 시스템(1)은, 앞선 제3 실시예에서 설명한 증발가스 공급라인(L24) 및 제2 열교환기(130)를 포함할 수 있다.
제2 열교환기(130)는, 저온의 액화가스로 연료 저장탱크(10)에서 배출되는 증발가스 및 재액화 리턴되는 증발가스를 냉각할 수 있다. 이를 통해 본 실시예는 액화가스의 냉열을 충분히 회수함으로써 재액화 효율을 높이게 된다.
도 10은 본 발명의 제9 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 연료 처리 시스템(1)은, 리시버(50)에서 분리되는 불응축가스를 인터쿨러(60)로 처리할 수 있다는 점에서 제3 실시예와 관련된다.
본 실시예의 인터쿨러(60)는, 응축기(40)에서 응축된 액상 증발가스 중 감압밸브(61)로 감압된 일부를 내부에 저장하고, 응축기(40)에서 응축된 액상 증발가스 중 나머지를 내부에 통과시켜서 증발가스를 상호 열교환시킬 수 있다.
더욱이 인터쿨러(60)는, 리시버(50)에서 분리되는 액상 증발가스의 일부와 나머지 및 리시버(50)에서 분리된 기상 증발가스를 상호 열교환시킬 수 있다.
구체적으로 인터쿨러(60)는, 감압밸브(61)로 감압된 증발가스 일부를 냉매로서 내부에 저장하고, 리시버(50)에서 인터쿨러(60)의 내부를 통과하도록 전달되는 액상 증발가스와, 리시버(50)에서 인터쿨러(60)의 내부를 통과하도록 전달되는 기상 증발가스를 냉각시킬 수 있다.
본 실시예는 기액분리기(80)를 구비하는데, 기액분리기(80)는 리시버(50)에서 기상으로 분리되고 인터쿨러(60)를 경유한 증발가스를 기액 분리한다. 기액분리기(80)는 기액 분리 후 액상을 연료 저장탱크(10)으로 전달할 수 있으며, 기상은 외부로 배출하거나 또는 버퍼(20)나 압축기(30), 리시버(50) 등으로 전달할 수 있다.
또한 본 실시예는 연료 펌프(90)를 이용하여 액화가스가 인터쿨러(60) 내부에 유입되도록 할 수 있다. 따라서 인터쿨러(60)는 저온의 액화가스 및 감압된 액상 증발가스를 냉매로 사용하여, 리시버(50)에서 분리된 액상 증발가스 중 감압되지 않은 증발가스를 냉각하거나, 리시버(50)에서 분리된 기상 증발가스를 냉각할 수 있다.
또는 본 실시예는, 연료 펌프(90)에 의해 유동하는 저온 액화가스가 기액분리기(80)로 전달될 수도 있다. 이 경우 불응축가스가 저온 액화가스에 의해 응축된 후 연료 저장탱크(10)로 회수될 수 있을 것이다.
도 11은 본 발명의 제10 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제10 실시예에 따른 연료 처리 시스템(1)은, 증발가스와 액화가스를 상호 열교환시키는 열교환기(120)를 포함한다.
열교환기(120)는, 연료 펌프(90)를 통해 엔진(E)에 공급되는 액화가스로, 불응축가스를 냉각시킬 수 있다. 구체적으로 열교환기(120)는 리시버(50)에서 분리된 기상 증발가스를 수요처로 공급되는 액화가스와 열교환할 수 있다. 이를 위해 열교환기(120)는 연료 공급라인(L31) 및 불응축가스 처리라인(L22) 상에 마련된다.
리시버(50)에서 연장되는 불응축가스 처리라인(L22)은 열교환기(120)를 경유하고 기액분리기(80)로 연결될 수 있다. 기액분리기(80)는 리시버(50)에서 기상으로 분리되고 열교환기(120)를 경유한 증발가스를 기액 분리한다. 기액분리기(80)는 기액 분리된 액상을 연료 저장탱크(10)로 전달할 수 있으며, 기상은 외부로 배출하거나 내부의 적정한 지점으로 전달한다.
앞서 다른 실시예에서 언급한 것과 같이, 연료 공급라인(L31)은 열교환기(120)를 우회할 수 있도록 마련될 수 있다. 또한 저온의 액화가스가 기액분리기(80)의 내부에 유입되거나 또는 기액분리기(80)의 내부를 경유하는 것도 가능하다.
또한 본 실시예는 앞서 제3 실시예 등에서 설명한 것과 같이, 연료 펌프(90)를 이용하여 액화가스가 인터쿨러(60) 내부에 유입되도록 할 수 있다. 따라서 인터쿨러(60)는 저온의 액화가스 및 감압된 액상 증발가스를 냉매로 사용하여, 리시버(50)에서 분리된 액상 증발가스 중 감압되지 않은 증발가스를 냉각할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제11 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
앞서 도 1 내지 도 12의 경우 증발가스를 재액화하는 관점에서 주로 설명하였다면, 본 실시예는 엔진(E)에 액화가스를 공급하는 관점에서 주로 설명한다. 또한 편의상 이하 실시예에서 연료/액화가스/증발가스는 암모니아인 것으로 가정하여 설명한다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제11 실시예에 따른 연료 처리 시스템(1)은, 연료 저장탱크(10), 연료 공급부(100), 연료 회수부(200), 연료 배출부(300)를 포함한다.
연료 저장탱크(10)는, 연료를 저장한다. 연료는 엔진(E) 등의 수요처에 의해 소비되는 연료로 사용되며, 이때 엔진(E)은 암모니아 전용 엔진(E)이거나, 암모니아 혼소 엔진(E) 등일 수 있다. 물론 본 명세서에서 엔진(E)은 연료를 소비하여 에너지를 얻는 기관으로서, 터빈 등을 포괄하는 의미로 해석된다. 또한 수요처는 엔진(E) 외에 다양한 소비처를 포함한다.
연료 저장탱크(10)는 연료를 액상으로 저장하며, 이를 위해 연료 저장탱크(10)의 내부 또는 외부 중 적어도 일측에는 단열이 적용될 수 있다. 또는 연료 저장탱크(10)는 고압으로 연료를 저장함으로써 연료의 액화를 방지할 수 있고, 이 경우 연료 펌프(90)가 축소 또는 생략될 수 있다.
연료 저장탱크(10)는 선박 내부에 화물창을 이루도록 마련될 수 있고, 또는 선박의 내부 또는 갑판 상에 별도로 마련되는 연료탱크일 수 있다. 이러한 연료 저장탱크(10)는 하나 이상으로 마련되며, 복수의 연료 저장탱크(10)가 마련될 경우 연료는 택일적으로 또는 동시에 소비될 수 있다.
연료 저장탱크(10)에는 벙커링 스테이션(도시하지 않음)이 연결되며, 벙커링 스테이션은 외부의 주유원으로부터 연료 저장탱크(10)로 연료를 전달한다. 외부의 주유원은 육상의 연료 공급원이거나, 또는 해상의 연료 벙커링선 등일 수 있다.
연료 저장탱크(10)에는 압력 조절부(도시하지 않음)가 마련될 수 있다. 압력 조절부는 연료 저장탱크(10)에서 배출되는 연료를 가열 또는 기화시킨 뒤 연료 저장탱크(10) 내부로 주입하여 연료 저장탱크(10)의 내압을 높이는 PBU(Pressure Build-up Unit)이거나, 또는 연료를 냉각/과냉시켜 리턴하는 과냉기일 수 있다.
이외에도 압력 조절부는 연료 저장탱크(10)로부터 배출되는 기상 연료(증발가스)를 재액화하여 연료 저장탱크(10)로 리턴시키는 재액화장치일 수 있다. 이러한 압력 조절부는 연료 저장탱크(10)의 내압을 상승 또는 하강하여 연료 공급의 안정성을 확보할 수 있다.
참고로 재액화장치는 앞서 제1 실시예 등에서 설명한 버퍼(20), 압축기(30), 응축기(40), 인터쿨러(60), 그리고 증발가스 액화라인(L20) 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
연료 공급부(100)는, 연료 저장탱크(10)의 연료를 엔진(E)에 공급한다. 연료 공급부(100)는 연료 저장탱크(10)에 저장되어 있는 연료 중, 액상의 연료를 엔진(E)에 공급할 수 있다. 특히 현재 암모니아를 소비하는 엔진(E)의 제원을 고려하여, 연료 공급부(100)는 연료를 액상으로 엔진(E)에 공급하도록 마련된다. 물론 연료 공급부(100)는 엔진(E) 제원의 변경에 대응하여 연료의 상태를 다양하게 조절할 수 있다.
연료 공급부(100)는 연료 펌프(90)를 포함한다. 연료 펌프(90)는 연료 저장탱크(10)에 저장된 연료를 외부로 인출하는 기능을 담당하며, 고정용량형 또는 가변용량형(VFD) 등으로 마련될 수 있다.
연료 펌프(90)는 연료 저장탱크(10) 내에 배치될 수 있지만, 도면과 달리 연료 저장탱크(10)의 하류에 배치되는 것도 가능하다. 더 나아가 연료 저장탱크(10)의 타입과 내압 등에 따라 연료 펌프(90)가 생략될 수도 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
연료 펌프(90)는 도면에서와 달리 복수로 마련되어 상호 백업 가능한 구조를 이룰 수 있고, 또한 복수 개의 연료 펌프(90)는 동시 작동하며 부하를 분담하도록 마련될 수 있다. 또는 연료 펌프(90)는 복수 개가 직렬로 구비되어 다단 가압 방식을 활용할 수도 있다.
연료 공급부(100)는 고압 펌프, 열교환기(120)를 더 포함한다. 고압 펌프는 연료 펌프(90)에 의해 가압된 연료를 엔진(E)의 요구압력에 대응되도록 가압한다. 고압 펌프는 연료 펌프(90)에서 설명한 것과 마찬가지로 하나 이상이 직렬 또는 병렬 등으로 마련될 수 있다.
고압 펌프는 가변용량형으로 마련될 수 있으며, 연료 펌프(90)와 고압 펌프 사이에 마련될 수 있는 유량계의 측정값에 따라 부하가 가변될 수 있다. 이때 유량계는 연료 회수부(200)에 의해 회수되는 잉여 연료의 유량이 반영되는 위치에 마련될 수 있다.
후술할 연료 회수부(200)는 엔진(E)에서 배출되는 잉여 연료를 고압 펌프로 전달할 수 있는데, 고압 펌프는 제원 상 기상의 유입이 바람직하지 않다. 따라서 고압 펌프 상류의 연료는 액상으로만 존재하는 것이 요구되며, 이를 위해 고압 펌프 상류의 온도 및 압력 등이 효과적으로 제어될 수 있다.
일례로 연료 회수부(200)에 의해 회수되는 연료는 냉각될 수 있으며, 고압 펌프 상류의 연료 압력은 높게 유지되어 연료의 비등점을 높여서 기화를 억제할 수 있다.
열교환기(120)는, 연료의 온도를 조절한다. 열교환기(120)는 고압 펌프의 상류, 즉 연료 펌프(90)와 고압 펌프 사이에 마련될 수 있다. 또는 열교환기(120)는 고압 펌프의 하류에 마련될 수 있으며, 고압 펌프의 상류 및 하류에 각각 마련될 수도 있다. 열교환기(120)는 글리콜 워터, 해수, 청수, 스팀 등의 제한되지 않는 열매를 이용해 연료의 온도를 엔진(E)의 요구 온도에 대응하여 조절할 수 있다.
열교환기(120)는 연료를 가열하는 히터일 수 있다. 일반적으로 연료 저장탱크(10)의 저장 온도(대기압에서의 연료 비등점 이하)보다 엔진(E)의 요구 온도가 높으며, 연료 펌프(90) 및 고압 펌프의 가압 시 발생하는 온도 상승분만으로는 엔진(E)의 요구 온도를 맞추기 부족하므로, 열교환기(120)가 사용될 수 있다.
다만 열교환기(120)는 고압 펌프의 상류에 마련되어 고압 펌프에 연료 기상이 유입되지 않도록, 연료의 온도를 적절히 조절할 수 있다. 이때 열교환기(120)는 연료 회수부(200)에 의해 연료가 회수되는 것을 고려하여 연료의 가열 온도를 제어한다.
열교환기(120)에는 열매가 공급되어 연료의 가열에 사용될 수 있다. 즉 열교환기(120)는 열매와 연료를 상호 열교환시키는 형태로 마련될 수 있다.
또는 열교환기(120)는, 물이 담겨있는 수조 내부를 연료가 경유하는 Water bath type 히터일 수 있다. 이때 Water bath type 히터로는, 내부의 물을 스팀으로 가열하는 water bath type 스팀 히터이거나, 또는 발전엔진(E) 등으로부터 생성된 전기로 내부의 물을 가열하는 water bath type 전기 히터 등이 사용될 수 있다.
연료 공급부(100)는 엔진(E)의 직전에서 연료의 공급 유량 등을 조절하기 위한 밸브를 구비하며, 이때 이러한 밸브를 연료 공급 밸브 트레인(SVT)으로 지칭할 수 있다.
또한 연료 공급부(100)에 포함되는 고압 펌프 및 열교환기(120) 등이 마련되며 액화가스 저장탱크에서 엔진(E)까지 연료가 유동하도록 하는 라인을 연료 공급라인(L31)으로 정의할 수 있다.
연료 공급라인(L31) 상에는 필터(부호 도시하지 않음)가 마련될 수 있으며, 필터는 고압 펌프의 상류나 하류 및 열교환기(120)의 상류나 하류 등에 배치될 수 있다.
연료 회수부(200)는, 엔진(E)에서 리턴되는 잉여 연료를 회수한다. 현재 개발되었거나 개발 중인 암모니아용 엔진(E)은 연료를 액상으로 공급받아 소비하되, 필요 유량을 안정적으로 공급받기 위해 잉여분을 더 공급받는 구조를 갖는다.
이때 잉여분의 연료는 엔진(E)의 적어도 일부분을 경유한 뒤 엔진(E)에서 배출될 수 있는데, 이 경우 엔진(E) 내에서 사용되는 윤활유가 연료에 혼입될 수 있다. 따라서 엔진(E)에서 배출되는 잉여분의 연료는 오염된 상태로서, 연료 저장탱크(10)로의 복귀가 바람직하지 않다.
다만 이러한 잉여분의 연료는 엔진(E)에서 소비 가능한 상태이므로, 연료 회수부(200)는 엔진(E)에서 배출된 잉여분의 연료를 연료 공급부(100)로 전달한다. 구체적으로 연료 회수부(200)는 잉여분의 연료를 연료 공급부(100)에서 고압 펌프로 전달할 수 있다. 이러한 연료의 전달은 연료 리턴라인(L40)에 의해 이루어진다. 연료 리턴라인(L40)에는 쿨러(210), 콜렉팅 탱크(220) 등이 마련될 수 있다.
쿨러(210)는, 엔진(E)에서 배출된 잉여 연료를 냉각한다. 잉여 연료는 엔진(E)을 경유하였기 때문에 엔진(E) 발열에 의해 가열된 상태일 수 있고, 그대로 리턴되어 고압 펌프로 유입되면 고압 펌프 내 기상의 유입을 유발할 수 있다. 따라서 쿨러(210)는 잉여 연료를 청수 등으로 냉각해 연료 공급부(100)에서 연료 펌프(90)와 고압 펌프 사이로 전달하여, 고압 펌프에 연료 기상이 유입되는 것을 억제한다.
콜렉팅 탱크(220)는, 연료 리턴라인(L40)의 일부분에 병렬로 마련되며 연료를 임시 저장한다. 콜렉팅 탱크(220)는 엔진(E)에서 고압 펌프로 전달되는 연료의 흐름을 기준으로 고압 펌프의 상류에서 분기 연결된다. 콜렉팅 탱크(220)는 엔진(E)에서 리턴되는 잉여 연료 중 적어도 일부를 저장해 기액분리함으로써, 기상이 고압 펌프로 유입되지 않도록 할 수 있다.
또한 콜렉팅 탱크(220)는 잉여 연료에 포함되어 있는 윤활유를 제거하도록 마련될 수도 있다. 콜렉팅 탱크(220)는 기액분리기(80) 및 녹아웃 드럼(KOD: Knock-Out Drum)을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 이 경우 잉여 연료는 먼저 기액분리기(80)에 유입되어 기상이 분리되고, 액상의 잉여 연료 중 적어도 일부는 녹아웃 드럼에 유입되어 윤활유가 분리된다. 즉 앞서 설명한 기상과 윤활유의 분리는 별도의 구성에 의해 이루어질 수 있지만, 편의상 이러한 기능들을 구현하는 구성을 콜렉팅 탱크(220)로 포괄할 수 있다.
연료 회수부(200)는 엔진(E)의 직후에서 연료의 리턴 유량 등을 조절하기 위한 밸브를 구비하며, 이때 이러한 밸브는 연료 리턴 밸브 트레인(RVT)으로 지칭할 수 있다. 특히 연료 공급 밸브 트레인(SVT)과 연료 리턴 밸브 트레인을 포괄하여 연료 밸브 트레인(FVT: Fuel Valve Train)으로 정의할 수 있다.
연료 배출부(300)는, 연료 공급부(100) 및 연료 회수부(200)로부터 배출되는 연료를 포집한다. 연료 배출부(300)는 연료가 저장되거나 또는 유동하는 부분에서 Normal stop 또는 Emergency stop 시 등의 상황에서 연료 공급부(100)나 연료 회수부(200)로부터 배출되는 연료를 저장할 수 있다.
일례로 연료 배출부(300)는, 연료 공급부(100)/연료 회수부(200)의 연료 밸브 트레인 또는 연료 회수부(200)의 콜렉팅 탱크(220) 등으로부터 배출되는 연료를 포집할 수 있으며, 이를 위해 배출드럼(310a, 310b)을 포함할 수 있다.
배출드럼(310a, 310b)은 복수 개로 마련되며, 연료 공급부(100) 또는 연료 회수부(200)로부터 배출되는 연료를 각각 포집할 수 있다. 일례로 배출드럼(310a, 310b)은 연료 밸브 트레인에서 배출되는 연료를 포집하는 배출드럼(310a)과, 콜렉팅 탱크(220)에서 배출되는 연료를 포집하는 배출드럼(310b) 등으로 구분될 수 있으며, 각각의 배출드럼(310a, 310b)에는 연료 배출라인(L50a, L50b)이 독립적으로 연결될 수 있다.
배출드럼(310a, 310b)은, 연료인 암모니아를 효율적으로 처리하기 위해 물을 이용할 수 있다. 암모니아는 물에 쉽게 녹아 암모니아수(폐수)로 변환된다. 이를 이용하여 배출 드럼은 연료 공급부(100) 또는 연료 회수부(200) 등에서 배출되는 암모니아를 물에 녹여 포집할 수 있다.
배출드럼(310a, 310b)은 암모니아에 물을 분사하여 암모니아가 암모니아수로 변화하여 포집될 수 있도록 하는 스크러버일 수 있다. 또한 배출드럼(310a, 310b)은 물을 이용하여 암모니아를 포집해 암모니아수를 생성하는 흡수탱크일 수 있다. 물론 배출드럼(310a, 310b)은 스크러버와 흡수탱크가 상하로 결합된 형태 등일 수도 있다.
배출드럼(310a, 310b)은, 내부에 저장되는 연료를 필요에 따라 외부로 배출한다. 이 경우 벤트 마스트(320a, 320b)를 통해 대기 중으로 연료가 방출될 수 있다.
그런데 연료가 암모니아인 경우, 암모니아는 독성 물질로서 사람이 머무는 공간에 대한 방출이 엄격히 금지된다. 즉 암모니아는 사람에게 위해를 가하지 않는 수준인 일정 농도 이하(일례로 30ppm)로만 배출이 허용된다.
따라서 배출드럼(310a, 310b)은, 포집된 암모니아를 충분히 저장해 두었다가, 연료 저장탱크(10)로 전달할 수 있다. 배출드럼(310a, 310b)은 연료 공급부(100) 또는 연료 회수부(200)에서 배출되는 연료를 포집하는 것으로서, 배출드럼(310a, 310b) 내에는 엔진(E)에서 사용되는 윤활유 등이 유입될 수 있다. 그러나 배출드럼(310a, 310b)은 앞서 녹아웃 드럼에서 설명한 것과 같이 윤활유 분리 기능을 구현할 수 있다. 특히 배출드럼(310a, 310b)은 내부에서 기화된 연료만을 연료 저장탱크(10)로 전달하여, 윤활유 등의 이물질이 연료 저장탱크(10)로 전달되지 않게 할 수 있다.
배출드럼(310a, 310b)에서 연료 저장탱크(10)로는 연료 회수라인(L60a, L60b)이 마련될 수 있으며, 연료 회수라인(L60a, L60b) 또는 배출드럼(310a, 310b)에는 감지기(311)가 구비된다. 감지기(311)는 배출드럼(310a, 310b) 내의 암모니아 농도 또는 배출드럼(310a, 310b)에서 연료 저장탱크(10)로 회수되는 암모니아의 농도를 센싱한다.
감지기(311)에 의해 측정된 암모니아의 농도가 대기 방출이 가능한 농도인 경우, 배출드럼(310a, 310b)은 암모니아를 벤트 마스트(320a, 320b)로 대기 방출할 수 있다. 즉 배출드럼(310a, 310b)은 암모니아인 연료에 대해 대기 방출 및 연료 저장탱크(10)로의 회수를 선택적으로 구현할 수 있다. 다만 배출드럼(310a, 310b)에 의하여 연료가 배출되는 흐름은, 배출드럼(310a, 310b) 내 연료의 농도에 따라 달라질 수 있다.
이를 통해 본 실시예는, 배출드럼(310a, 310b)에서 연료의 농도가 낮을 때에는 연료 저장탱크(10)로의 회수를 제한하여, 연료 저장탱크(10) 내에 저장된 연료의 품질을 관리할 수 있다. 연료에는 질소 등의 불응축가스가 포함될 수 있으므로, 배출드럼(310a, 310b)에서 연료 저장탱크(10)로 연료가 무조건 회수된다면, 연료 저장탱크(10) 내에서 발열 가능한 성분의 비율이 줄어 엔진(E)의 가동 효율이 저해될 수 있기 때문이다.
즉 본 실시예는 연료 공급부(100) 및 연료 회수부(200)에서 배출되는 연료를 배출드럼(310a, 310b)으로 포집하되, 배출드럼(310a, 310b) 내에서 연료에 포함된 에너지원(암모니아 등)의 농도를 고려하여 연료를 연료 저장탱크(10)로 회수하거나 또는 대기로 방출할 수 있다. 따라서 본 실시예는 연료 저장탱크(10)에 저장된 연료의 품질을 일정 수준으로 보장하면서도 안전성을 확보할 수 있다.
배출드럼(310a, 310b)에서 연료 저장탱크(10) 내부로 연장되는 연료 회수라인(L60a, L60b)은, 연료 저장탱크(10) 내에서 다공성 배관에 연결될 수 있다. 따라서 연료 배출부(300)는 연료를 연료 저장탱크(10) 내에 배치되는 다공성 배관으로 주입한다. 이를 통해 본 실시예는 연료 저장탱크(10) 내에서 수두에 의한 Back pressure 영향을 줄일 수 있다.
연료 배출부(300) 또는 연료 배출부(300)로 연료가 배출되는 지점에는 퍼징부(330)가 마련될 수 있다. 퍼징부(330)는 질소 등과 같은 비폭발성가스인 퍼징가스를 이용하여 연료 공급부(100), 연료 회수부(200) 등을 퍼징할 수 있다. 또한 퍼징부(330)는 연료 배출부(300)를 퍼징할 수 있으며, 배출드럼(310a, 310b) 내부를 퍼징할 수 있다.
또는 퍼징부(330)는 퍼징하기 위한 상태가 아니더라도 배출드럼(310a, 310b) 내에 퍼징가스를 주입할 수 있다. 이 경우 본 실시예는 퍼징부(330)를 통해 배출드럼(310a, 310b)에서의 암모니아 농도를 낮출 수 있는 바, 배출드럼(310a, 310b)에서 연료가 대기 방출이 가능한 조성이 되도록 하여, 배출드럼(310a, 310b)에서 연료 저장탱크(10)로의 연료 전달량을 감축할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제12 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제12 실시예에 따른 연료 처리 시스템(1)은, 앞선 제11 실시예 대비 배출드럼(310a, 310b)에서 대기 중으로 연료의 방출이 없는 형태로 마련될 수 있다.
즉 본 실시예는, 연료 공급부(100)나 연료 회수부(200)에서 Vent 되는 연료를 배출 드럼으로 포집한 후, 배출드럼(310a, 310b) 자체에서 윤활유 등을 제거하여 윤활유의 carry over를 방지한다. 이후 배출드럼(310a, 310b)은 연료를 연료 저장탱크(10)로 회수할 수 있다.
다만 배출드럼(310a, 310b)에 포집되는 연료에는 질소 등이 포함될 수 있고, 배출드럼(310a, 310b)에서 연료의 대기 방출 없이 연료 저장탱크(10)로의 회수만 이루어질 경우, 연료 저장탱크(10) 내에 질소가 누적될 수 있다.
이를 해소하고자 연료 저장탱크(10)의 압력 조절부가 사용될 수 있다. 압력 조절부는 연료 저장탱크(10) 내에서 질소가 누적되는 경우, 질소 등을 외부로 배출시켜서 연료 저장탱크(10)의 압력을 낮출 수 있다.
다만 이 경우 질소와 함께 기상의 연료가 배출될 수 있으므로, 압력 조절부는 연료 저장탱크(10)의 기상을 배출하되 앞서 언급한 감지기(311) 등을 통해 연료의 농도를 파악할 수 있다. 압력 조절부는 연료의 농도에 따라 대기 방출을 제한할 수 있다.
또는 압력 조절부는 재액화장치로 마련될 수 있는데, 이 경우 연료는 재액화되어 연료 저장탱크(10)로 회수되고, 질소 등과 같이 비등점이 매우 낮은 불응축가스는 대기 방출될 수 있다. 따라서 연료 저장탱크(10) 내에서 질소 등의 비율이 낮아질 수 있다.
본 발명은 앞서 설명된 실시예 외에도, 상기 실시예들의 조합과 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지기술의 조합에 의해 발생하는 실시예들을 모두 포괄한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 연료 처리 시스템 E: 엔진
10: 연료 저장탱크 20: 버퍼
30: 압축기 30a: 압축기 1단
30b: 압축기 2단 30c: 압축기 3단
40: 응축기 50: 리시버
60: 인터쿨러 60a: 제1 인터쿨러
60b: 제2 인터쿨러 60c: 추가 인터쿨러
61: 감압밸브 62: 냉각 유로
70: 압력조절밸브 80: 기액분리기
90: 연료 펌프 100: 연료 공급부
110: 고압펌프 120: 제1 열교환기
130: 제2 열교환기 200: 연료 회수부
210: 쿨러 220: 콜렉팅 탱크
300: 연료 배출부 310a, 310b: 배출드럼
311: 감지기 320a, 320b: 벤트 마스트
330: 퍼징부 L10: 증발가스 배출라인
L11: 증발가스 회수라인 L12: 증발가스 리턴라인
L20: 증발가스 액화라인 L21: 증발가스 분기라인
L21a: 제1 증발가스 분기라인 L21b: 제2 증발가스 분기라인
L22: 불응축가스 처리라인 L23: 벤트라인
L24: 증발가스 공급라인 L25: 가압라인
L30: 연료 전달라인 L31: 연료 공급라인
L32: 연료 분기라인 L40: 연료 리턴라인
L50a, L50b: 연료 배출라인 L60a, L60b: 연료 회수라인

Claims (9)

  1. 연료 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 증발가스를 응축시키는 응축기;
    상기 응축기에서 응축된 액상 증발가스 중 일부와 나머지를 상호 열교환시키며, 기상 증발가스를 상기 응축기에 전달하고 액상 증발가스를 상기 연료 저장탱크로 전달하는 인터쿨러;
    상기 응축기에서 응축된 증발가스를 기액 분리하고 상기 인터쿨러로 전달하는 리시버;
    연료 저장탱크의 액화가스를 가압하여 수요처로 공급하는 연료 펌프; 및
    상기 응축기와 상기 리시버 사이의 증발가스와 상기 수요처로 공급되는 액화가스를 열교환하는 열교환기를 포함하는, 연료 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 응축기에서 응축된 액상 증발가스 중 일부를 감압하는 감압밸브를 더 포함하고,
    상기 인터쿨러는,
    상기 응축기에서 응축된 액상 증발가스 중 상기 감압밸브로 감압된 일부를 내부에 저장하고, 상기 응축기에서 응축된 액상 증발가스 중 나머지를 내부에 통과시켜서 증발가스를 상호 열교환시키는, 연료 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 펌프는,
    적어도 일부의 액화가스를 상기 리시버로 전달하는, 연료 처리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 리시버는,
    상기 연료 펌프에 의해 전달되는 액화가스를 내부에 통과시켜서, 내부에 저장된 증발가스와 상호 열교환시키는, 연료 처리 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 리시버는,
    상기 연료 펌프에 의해 전달되는 액화가스를 내부에 저장된 증발가스에 혼합하는, 연료 처리 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 수요처의 상류에 마련되는 고압 펌프를 더 포함하며,
    상기 연료 펌프는,
    상기 고압 펌프의 상류에서 적어도 일부의 액화가스가 상기 열교환기 또는 상기 리시버로 전달되도록 하는, 연료 처리 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 리시버를 경유한 증발가스 중 적어도 일부는,
    상기 고압 펌프로 공급되는 액화가스에 혼합되는, 연료 처리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 응축기 상류의 증발가스 중 적어도 일부는,
    상기 리시버로 전달되는, 연료 처리 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 상기 연료 처리 시스템을 갖는, 선박.
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