KR20240097687A - 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 제1 연료탱크에서 배출되는 제1 연료 또는 화물탱크에서 배출되는 화물을 재액화하는 재액화부; 및 제2 연료탱크에 저장된 제2 연료를 수요처에 공급하는 연료 공급부를 포함하며, 상기 재액화부는, 제1 연료 및 제2 연료를 모두 이용하여 화물을 냉각하는 열교환기를 포함한다.

Description

가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{gas treatment system and ship having the same}
본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
선박은 대량의 화물을 저장한 상태로 출발지에서 목적지까지 이동하는 운송수단으로서, 화물의 종류에 따라 선박의 형태, 내부 구조 및 선박 운항 속도 등이 결정된다.
일례로 화물이 컨테이너인 경우 컨테이너가 탑재되기 위한 셀 가이드 등이 선박에 마련될 수 있고, 화물이 광물 등인 경우 화물을 대량으로 적재하기 위한 저장공간(홀드)이 선박 내에 마련된다.
또는 화물이 유체인 경우, 선박은 화물을 저장하기 위한 탱크를 탑재할 수 있다. 특히 화물이 비등점이 상온보다 낮은 가스 물질인 경우, 탱크는 화물을 액화시킨 상태로 저장하기 위한 타입으로 마련된다.
일례로 탱크는 비등점 이하로 액화된 화물을 안정적으로 저장하기 위해 방벽 및 단열벽 구조를 가질 수 있다. 탱크의 방벽/단열벽 구조는 화물의 비등점에 따라 달라질 수 있다.
선박에 의해 액화 상태로 운송되는 화물로는, 액화천연가스, 액화석유가스, 암모니아, 이산화탄소(CO2), 수소 등이 있으며, 선박은 운송하는 화물에 따라 액화천연가스 운반선, 액화석유가스 운반선, 이산화탄소 운반선 등으로 구분된다.
그런데 특정한 액화 화물을 운반하기 위한 목적으로 건조된 선박은, 비등점이 상이한 다른 액화 화물을 운송하기에는 적합하지 않다는 문제가 있다. 이는 운송 과정에서 자연 증발한 화물의 처리 등에 필요한 장치의 제원이 다르고, 운송해야 되는 화물의 저장 온도 등 물성 치가 서로 상이하기 때문이다.
즉 종래의 액화 화물 운반선은 운송하는 화물을 변경할 수 없는바, 다양한 종류의 액화 화물을 운반함에 있어서 막대한 운용 비용이 소모된다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 액화석유가스나 암모니아 등의 연료와, 이산화탄소 등의 화물을 겸용으로 운송할 수 있도록 하여, 액화 물질의 적재 및 운송에 대한 범용성을 확보할 수 있는 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 제1 연료탱크에서 배출되는 제1 연료 또는 화물탱크에서 배출되는 화물을 재액화하는 재액화부; 및 제2 연료탱크에 저장된 제2 연료를 수요처에 공급하는 연료 공급부를 포함하며, 상기 재액화부는, 제1 연료 및 제2 연료를 모두 이용하여 화물을 냉각하는 열교환기를 포함한다.
구체적으로, 상기 재액화부는, 상기 제1 연료탱크에서 배출되는 기상의 제1 연료를 압축하는 연료 압축기; 상기 연료 압축기에서 압축된 제1 연료를 냉각하는 응축기; 및 상기 응축기에서 냉각된 제1 연료를 상기 연료 압축기에서 적어도 부분적으로 압축된 제1 연료와 열교환하는 인터쿨러를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 연료 압축기는, 제1 압축단 및 제2 압축단이 직렬로 마련되고, 상기 인터쿨러는, 상기 제1 압축단에 의해 압축된 제1 연료를 상기 응축기에서 냉각된 제1 연료와 열교환하고, 기상의 제1 연료를 상기 제2 압축단에 전달할 수 있다.
구체적으로, 상기 재액화부는, 상기 화물탱크에서 배출되는 기상의 화물을 압축하는 화물 압축기; 및 제1 연료와 화물을 열교환하되 제2 연료의 냉열을 회수하는 상기 열교환기를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열교환기는, 상기 제1 연료탱크에서 배출되는 액상의 제1 연료와 화물을 열교환하되 제2 연료의 냉열을 회수할 수 있다.
구체적으로, 상기 열교환기는, 액상의 제1 연료가 유동하는 유로, 제2 연료가 유동하는 유로 및 기상의 화물이 유동하는 유로가 독립적으로 마련되는 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 제2 연료는, 제1 연료 및 화물 대비 비등점이 낮은 물질일 수 있다.
구체적으로, 제1 연료 또는 제2 연료는, 암모니아, 또는 탄화수소이며, 화물은, CO2일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 제1 연료탱크에서 배출되는 기상의 제1 연료를 재액화하는 제1 재액화부; 화물탱크에서 배출되는 기상의 화물을 재액화하는 제2 재액화부; 및 제2 연료탱크에 저장된 제2 연료를 수요처에 공급하는 연료 공급부를 포함하며, 상기 제1 재액화부 및 상기 제2 재액화부 중 적어도 어느 하나는, 상기 연료 공급부에서 상기 수요처로 공급되는 제2 연료를 냉매로 사용한다.
구체적으로, 상기 제1 재액화부는, 상기 제1 연료탱크에서 배출되는 기상의 제1 연료를 압축하는 연료 압축기; 상기 연료 압축기에서 압축된 제1 연료를 냉각하는 응축기; 및 상기 응축기에서 냉각된 제1 연료를 상기 연료 압축기에서 적어도 부분적으로 압축된 제1 연료와 열교환하는 인터쿨러를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 연료 압축기는, 제1 압축단 및 제2 압축단이 직렬로 마련되고, 상기 인터쿨러는, 상기 제1 압축단에 의해 압축된 제1 연료를 상기 응축기에서 냉각된 제1 연료와 열교환하고, 기상의 제1 연료를 상기 제2 압축단에 전달할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 재액화부는, 상기 화물탱크에서 배출되는 기상의 화물을 압축하는 화물 압축기; 및 상기 제1 연료탱크에서 배출되는 액상의 제1 연료 및 상기 연료 공급부에서 상기 수요처로 공급되는 제2 연료를 이용하여 상기 화물탱크에서 배출되는 기상의 화물을 냉각하는 열교환기를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 연료탱크에서 상기 열교환기로 전달되는 제1 연료는, 상기 제1 연료탱크에서 상기 연료 압축기로 전달되는 제1 연료와 독립적일 수 있다.
구체적으로, 상기 화물탱크는, 상기 제1 연료탱크 대비 상대적으로 높은 압력으로 화물을 저장할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 연료 처리 시스템을 갖는다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 비등점이 서로 다른 연료와 화물을 모두 적재하여 운송할 수 있으면서, 연료나 화물 등이 증발하더라도 이를 효과적으로 처리함으로써 운송 안정성을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 10은 본 발명의 제8 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 11은 본 발명의 제9 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 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 발명은 도면에 도시되지 않았더라도 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 개념도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명은 이하에서 도 2 등을 통해 설명하는 가스 처리 시스템(1)이 구비되는 선박(S)을 포함한다. 이때 선박(S)은 유체인 화물 및 연료를 적재하는 운반선일 수 있다. 다만 본 발명에서 선박(S)은 상선 외에도 FSRU, FPSO, Bunkering vessel, 해양플랜트 등을 모두 포함하는 개념이다.
본 발명의 선박(S)은, 저장탱크를 포함한다. 저장탱크는 연료탱크(10), 화물탱크(20) 등을 포함하며, 적어도 하나의 화물탱크(20)를 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 선박(S)은 연료나 화물 등을 처리하는 가스 처리 시스템(1)을 구비한다.
본 발명의 선박(S)은, 동종의 물질을 연료 및 화물로서 저장하는 선박(S)일 수 있고, 또는 연료나 화물 중 적어도 어느 하나를 다른 물질로 치환하여 저장하는 선박(S)일 수 있다.
즉 본 발명의 선박(S)은, 제1 물질 또는 제2 물질 중 어느 하나를 화물 및 연료로 저장하도록 사용될 수 있고, 또는 선박(S)은 제1 물질을 화물로 저장하고 제2 물질을 연료로 저장하도록 사용될 수 있다. 또는 선박(S)은 제2 물질을 화물로 저장하고 제1 물질을 연료로 저장하도록 사용될 수도 있다. 따라서 본 발명의 선박(S)은 화물과 연료 등을 전환할 수 있는 것으로서, 다양한 물질에 대한 저장이 가능한 다물질 겸용선으로 지칭될 수 있다. 이를 위해 저장탱크는 제1 물질 및 제2 물질 중 적어도 어느 하나인 물질을 저장하도록 마련될 수 있다.
더욱이, 본 발명에서 연료는 본 발명의 구성에 의해 소비되는 물질로 한정하지 않으며, 본 발명에 포함되지 않는 외부의 구성에 의해 소비되는 물질일 수 있다.
일례로 연료는 연소 등에 의해 소비되지 않고, 이하 화물탱크(20)의 치환이나 화물의 처리 등에 사용되는 물질일 수도 있다. 즉 본 발명에서 설명하는 연료(Fuel)는 이하에서 설명하는 화물(Cargo)에 포함되는 한 종류로 해석될 수 있다.
연료탱크(10)는 연료를 저장한다. 이때 연료는 LNG(메탄 등), LPG(프로판, 부탄 등) 등의 탄화수소이거나, 암모니아, 수소, 또는 CO2 등일 수 있다. 연료는 비등점이 상온보다 낮은 가스 물질일 수 있으며, 발열량을 가져서 엔진(E) 등에서 소비되는 물질이거나 또는 발열량이 없는 물질일 수 있다.
연료탱크(10)는 가스 물질인 연료를 액상으로 저장할 수 있다. 연료탱크(10)는 연료를 저장하기 위한 방벽 구조를 가지며, 연료의 증발을 막기 위하여 단열벽 구조를 가질 수 있다.
연료탱크(10)는 선박(S)의 내부 또는 외부 등에 마련될 수 있으며, 도면에 나타난 것과 같이 선박(S)의 갑판 상에 마련될 수 있다. 연료탱크(10)는 선박(S)의 갑판에서 선수, 선미 또는 중앙부 등에 마련될 수 있고, 복수로 구비될 수 있다.
연료탱크(10)는 독립형으로 마련될 수 있으며, 연료를 대기압 이상으로 저장하기 위한 압력용기 형태(Type C)로 구비될 수 있다. 연료탱크(10)의 내부에서는 연료가 자연 증발하여 기상의 연료가 발생하는데, 압력용기 형태의 연료탱크(10)는 기상의 연료를 축적할 수 있다.
연료탱크(10) 내에서 기상의 연료가 발생하면, 연료탱크(10)의 내부 압력이 상승한다. 이때 연료탱크(10)는 압력 상승을 해소하기 위해, 기상의 연료를 배출할 수 있다. 기상의 연료는 후술할 재액화부(200)에 의해 처리될 수 있다.
화물탱크(20)는, 화물을 저장한다. 본 발명에서 화물은, 앞서 연료와 관련하여 언급한 물질 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 화물은 연료와 동일한 물질이거나 또는 상이한 물질일 수 있다. 일례로 본 발명은 비등점이 서로 다른 연료와 화물을 모두 처리하는 것일 수 있다.
본 발명에서 화물과 연료는 얼마든지 상호 치환되어 해석될 수 있다. 즉 이하에서 제1 물질을 연료로 처리하고 제2 물질을 화물로 처리한다는 실시예가 기재되어 있는 경우, 본 발명은 제1 물질을 화물로 처리하고 제2 물질을 연료로 처리하는 실시예와, 제1 물질 또는 제2 물질을 연료 및 화물로 처리하는 실시예 등을 더 포함한다.
화물탱크(20)는, 연료탱크(10)에서 설명한 것과 마찬가지로 가스 물질인 화물을 액상으로 저장한다. 화물탱크(20)는 방벽 구조 및 단열벽 구조를 가질 수 있으며, 화물탱크(20)의 방벽/단열벽 구조는 연료탱크(10)의 구조와 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
화물탱크(20)는 선박(S)의 내부에 마련될 수 있다. 화물탱크(20)는 복수로 마련될 수 있고, 도면에 나타난 것과 같이 선박(S)의 길이 방향으로 복수의 화물탱크(20)가 나란하게 마련될 수 있다.
또는 선박(S)의 내부에 길이 방향으로 마련되는 복수의 저장탱크 중 일부는 화물탱크(20)로 사용되고 나머지 중 적어도 일부는 연료탱크(10)로 사용될 수도 있다.
화물탱크(20)는 독립형, 멤브레인형 등으로 마련될 수 있다. 다만 화물이 CO2인 경우, 화물탱크(20)는 CO2의 결빙으로 인한 드라이아이스 발생을 억제하기 위해, CO2의 삼중점 이상의 내압을 가질 수 있다. 즉 CO2를 저장하는 화물탱크(20)는 압력용기 형태(Type C)로 구비될 수 있다.
다만 화물탱크(20) 역시 연료탱크(10)에서 설명한 것과 동일하게, 내부에서 화물이 자연 증발하여 기상의 화물이 발생한다. 이때 기상의 화물은 화물탱크(20)의 압력 상승을 야기하게 되므로, 필요에 따라 화물탱크(20)의 외부로 배출 처리될 수 있다. 화물탱크(20)에서 배출된 기상의 화물은 후술할 재액화부(200)에 의해 액화되어 회수될 수 있다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)을 설명한다.
도 2 및 도 3에 따르면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 연료 공급부(100), 재액화부(200) 등을 포함한다. 참고로 도 2는 연료 공급부(100)를 중점적으로 도시하였고, 도 3은 재액화부(200)를 중점적으로 도시한 것이다.
연료 공급부(100)는, 연료탱크(10)에 저장된 연료를 수요처에 공급한다. 이때 수요처는 엔진(E) 등일 수 있고, 선박(S)을 추진하기 위한 추진엔진(E), 선내 전력 부하를 커버하기 위한 발전엔진(E) 등일 수 있다.
연료탱크(10)에 저장되어 있는 연료는 액화석유가스, 암모니아 등일 수 있는데, 이러한 연료는 비등점이 저온인 물질로서, 극저온으로 액화된 후 연료탱크(10)에 저장된다.
반면 수요처인 엔진(E) 등이 요구하는 연료의 제원은 상온 및 고압일 수 있다. 따라서 연료 공급부(100)는, 저온&저압인 연료를 고온&고압으로 전환하는 구성들을 포함한다.
구체적으로 연료 공급부(100)는, 저압 펌프(101), 고압 펌프(102), 저압 열교환기(103a), 고압 열교환기(103b)를 포함한다.
저압 펌프(101)는, 연료탱크(10)에 저장된 연료를 외부로 인출하는 기능을 담당하며, 고정용량형 또는 가변용량형(VFD) 등으로 마련될 수 있다. 저압 펌프(101)는 연료탱크(10) 내에 배치될 수 있지만, 도면과 달리 연료탱크(10)의 하류에 배치되는 것도 가능하다. 더 나아가 연료탱크(10)의 타입과 내압 등에 따라 저압 펌프(101)가 생략될 수도 있다.
저압 펌프(101)는 복수로 마련되어 상호 백업 가능한 구조를 이룰 수 있다. 또한 복수 개의 저압 펌프(101)는 동시 작동하며 부하를 분담하도록 마련될 수 있다. 또는 저압 펌프(101)는 복수 개가 직렬로 구비되어 다단 가압 방식을 활용할 수도 있다.
저압 펌프(101)의 하류에는 필터(부호 도시하지 않음)가 마련될 수 있다. 필터는 연료에 포함될 수 있는 불순물을 걸러낼 수 있다. 필터는 복수로 마련되며 복수의 필터가 병렬로 배치될 수 있다. 또한 도면에 나타난 것과 같이, 필터는 고압 펌프(102)의 하류에도 구비될 수 있다. 물론 본 발명에서 필터의 배치는 도면에 도시된 것으로 제한되지 않는다.
고압 펌프(102)는, 저압 펌프(101)에 의해 가압된 연료를 엔진(E)의 요구압력에 대응되도록 가압한다. 고압 펌프(102)는 저압 펌프(101)에서 설명한 것과 마찬가지로 하나 이상이 직렬 또는 병렬 등으로 마련될 수 있다.
고압 펌프(102)는 가변용량형 등으로 마련될 수 있으며, 저압 펌프(101)와 고압 펌프(102) 사이 등에 마련될 수 있는 유량계의 측정값에 따라 부하가 가변될 수 있다. 이때 유량계는 엔진(E)으로부터 회수되는 잉여 연료의 유량이 반영되는 위치에 마련될 수 있다.
액상 연료는 공급량의 미세 조절이 어렵다는 특성으로 인해, 엔진(E)에는 필요 이상의 연료가 공급된다. 이 경우 엔진(E)으로부터 잉여 연료가 배출되어 회수된다. 잉여 연료는 엔진(E) 내에서 사용되는 윤활유가 혼입된 상태일 수 있으므로, 연료탱크(10)로 회수되지 않고 다시 엔진(E)으로 공급될 수 있다.
따라서 고압 펌프(102)로 유입되는 연료의 유량은, 저압 펌프(101)에 의해 연료탱크(10)로부터 배출된 연료량보다 많을 수 있다. 따라서 고압 펌프(102)는 엔진(E)으로부터 회수되는 연료의 유량, 압력 및 온도 등을 토대로 부하가 조절될 수 있다.
엔진(E)에서 배출되는 잉여 연료는 고압 펌프(102)로 회수될 수 있는데, 고압 펌프(102)는 제원 상 기상의 유입이 바람직하지 않을 수 있다. 따라서 고압 펌프(102) 상류의 연료는 액상으로만 존재하는 것이 요구되며, 이를 위해 고압 펌프(102) 상류의 온도 및 압력 등이 적절히 제어될 수 있다.
일례로 엔진(E)으로부터 회수되는 잉여 연료는 후술할 쿨러(104)에 의해 냉각될 수 있으며, 고압 펌프(102) 상류의 연료 압력은 비교적 높게 유지된다. 따라서 고압 펌프(102) 상류에서 연료의 비등점은 상향되므로, 연료의 기화가 억제될 수 있다.
고압 펌프(102)의 상류 및 하류에는 각각 저압 열교환기(103a)와 고압 열교환기(103b)가 마련될 수 있다. 본 발명은 저압 열교환기(103a) 및 고압 열교환기(103b) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
저압 열교환기(103a)는, 연료의 온도를 조절한다. 저압 열교환기(103a)는 고압 펌프(102)의 상류, 즉 저압 펌프(101)와 고압 펌프(102) 사이에 마련될 수 있다. 저압 열교환기(103a)는 청수, 글리콜 워터(GW), 해수, 스팀 등의 제한되지 않는 열매를 이용하여 연료의 온도를 조절할 수 있다.
저압 열교환기(103a)는 열매와 연료를 상호 열교환시키는 형태로 마련될 수 있다. 즉 저압 열교환기(103a)는 Shell&Tube 또는 PCHE 등의 구조를 가질 수 있다. 또는 저압 열교환기(103a)는 열매가 담겨 있는 수조 내부를 연료가 경유하는 water bath 타입일 수도 있다.
저압 열교환기(103a)는 연료를 가열하는 히터일 수 있다. 다만 저압 열교환기(103a)는 고압 펌프(102)의 상류에 구비된다는 점을 감안하여, 고압 펌프(102)에 기상의 연료가 유입되지 않도록, 연료의 온도를 적절히 조절할 수 있다. 이때 저압 열교환기(103a)는 고압 펌프(102)의 상류에서 엔진(E)으로부터 잉여 연료가 회수되는 것을 고려하여 연료의 가열 온도를 제어할 수 있다.
엔진(E)으로부터 회수되는 잉여 연료는 저압 열교환기(103a)와 고압 펌프(102) 사이의 연료에 합류될 수 있다. 잉여 연료는 엔진(E)을 경유하면서 비교적 고온 상태로 회수될 수 있으므로, 잉여 연료의 유량에 따라 저압 열교환기(103a)는 가열 정도를 다르게 할 수 있다.
더 나아가 저압 열교환기(103a)는, 고압 펌프(102)로 기상의 연료가 유입되지 않도록 하기 위해, 연료를 냉각하는 구성일 수도 있다. 즉 저압 열교환기(103a)는 연료를 가열 또는 냉각할 수 있는바, 연료 온도변환기로 정의될 수 있다.
고압 열교환기(103b)는, 고압 펌프(102)의 하류에 마련되며, 고압 펌프(102)에서 배출되는 연료를 엔진(E)의 요구 온도까지 가열한다. 고압 열교환기(103b)는 저압 열교환기(103a)에서 설명한 것과 마찬가지로, 다양한 열매를 이용할 수 있고, 그 타입이 제한되지 않는다.
고압 열교환기(103b)는 연료를 엔진(E)의 요구온도인 20도 내지 40도로 가열한다. 고압 펌프(102)에 의해 가압된 연료는 압력 상승으로 인하여 비등점이 충분히 상승한 상태이므로, 고압 열교환기(103b)에 의해 가열되더라도 기화되지 않을 수 있다. 즉 고압 열교환기(103b)는 고압의 연료를 고압&고온 연료로 변환하되, 액상으로 엔진(E)에 전달한다.
엔진(E)에서 회수되는 잉여 연료는 고압 펌프(102)의 상류로 전달되므로, 고압 펌프(102)의 하류에 마련되는 고압 열교환기(103b)는 잉여 연료의 회수량과 무관하게 작동될 수 있다.
또한 고압 열교환기(103b)는, 엔진(E)의 요구 온도에 대응되는 해수를 대량으로 공급하여, 고압 열교환기(103b)에서 해수와 열교환하는 연료가 자연스럽게 엔진(E)의 요구 온도에 맞춰지도록 할 수 있다.
고압 열교환기(103b)는 저압 열교환기(103a)와 열매를 공유할 수 있고, 또는 독립적으로 열매를 사용할 수 있다. 고압 열교환기(103b)는 저압 열교환기(103a) 대비 상대적으로 많은 양의 열매를 사용할 수 있다.
고압 열교환기(103b)의 하류에는 필터(부호 도시하지 않음)가 마련된다. 앞서 저압 펌프(101)와 고압 펌프(102) 사이의 필터는 잉여 연료가 유동하지 않는 부분에 마련되므로, 상류의 필터는 윤활유를 걸러낼 필요가 없다. 반면 고압 열교환기(103b)의 하류에 마련된 필터는, 엔진(E)에서 회수된 후 다시 엔진(E)으로 유입되는 잉여 연료가 경유하게 되므로, 하류의 필터는 윤활유를 걸러내도록 마련될 수 있다.
연료 공급부(100)는 엔진(E)의 직전에서 연료의 공급 유량 등을 조절하기 위한 밸브를 구비할 수 있다. 이때 이러한 밸브는 공급 밸브 트레인(SVT: Supply Valve Train)으로 정의될 수 있다.
또한 연료 공급부(100)에 포함되는 저압 열교환기(103a), 고압 펌프(102) 및 고압 열교환기(103b) 등이 마련되며 연료탱크(10)에서 엔진(E)까지 연료가 유동하도록 하는 라인을 연료 공급라인(L10)으로 정의할 수 있다.
이하에서는 연료 공급부(100)에서 엔진(E)으로부터 잉여 연료가 회수되는 부분과 관련되는 구성에 대해 설명한다.
연료 공급부(100)는, 엔진(E)으로부터 회수되는 잉여 연료의 처리를 위해 쿨러(104), 콜렉팅 탱크(105), 녹아웃 드럼(106) 등을 포함한다. 엔진(E)은 연료를 액상으로 공급받아 소비하되, 필요 유량을 안정적으로 공급받기 위해 잉여 연료를 더 공급받는 구조를 가질 수 있다.
이때 잉여 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 잉여 연료는 오염된 상태로서, 연료탱크(10)로의 복귀가 바람직하지 않다.
다만 이러한 잉여 연료는 엔진(E)에서 소비 가능한 상태이므로, 연료 공급부(100)는 엔진(E)에서 배출된 잉여 연료를 다시 엔진(E)으로 전달할 수 있다. 구체적으로 연료 공급부(100)는 잉여 연료를 연료 공급라인(L10)에서 고압 펌프(102)의 상류로 전달할 수 있다. 이러한 잉여 연료의 전달은 연료 회수라인(L11)에 의해 이루어진다. 연료 회수라인(L11)에는 쿨러(104), 콜렉팅 탱크(105) 등이 마련될 수 있다.
쿨러(104)는, 엔진(E)에서 배출되는 잉여 연료를 냉각한다. 잉여 연료는 엔진(E)의 요구 온도에 맞게 가열된 후 엔진(E)을 경유하였기 때문에, 그대로 고압 펌프(102)로 유입되면 고압 펌프(102) 내에서 기상의 연료가 존재함에 따라 캐비테이션이 발생할 수 있다. 따라서 쿨러(104)는 잉여 연료를 청수 등으로 냉각해 저압 열교환기(103a)와 고압 펌프(102) 사이로 전달하여, 고압 펌프(102)에 기상의 연료가 유입되는 것을 억제한다.
콜렉팅 탱크(105)는, 연료 회수라인(L11)의 일부분에 병렬로 마련되며, 잉여 연료를 임시로 저장한다. 콜렉팅 탱크(105)는 엔진(E)에서 고압 펌프(102)로 전달되는 잉여 연료의 흐름을 기준으로 고압 펌프(102)의 상류에서 분기 연결된다. 콜렉팅 탱크(105)는 엔진(E)에서 회수되는 잉여 연료 중 적어도 일부를 저장해 기액분리함으로써, 기상의 연료가 고압 펌프(102)로 유입되는 것을 방지한다.
녹아웃 드럼(106)은, 잉여 연료에 포함되어 있는 윤활유를 제거하도록 마련될 수 있다. 엔진(E)에서 배출되는 잉여 연료는 콜렉팅 탱크(105)에 유입되어 기상과 액상이 분리되고, 액상의 연료는 고압 펌프(102)로 전달되며, 기상의 연료는 녹아웃 드럼(106)으로 전달될 수 있다.
녹아웃 드럼(106)은 콜렉팅 탱크(105)와 유사하게 기액분리 기능을 구현할 수 있으며, 윤활유는 액상으로 배출될 수 있다. 녹아웃 드럼(106)에서 분리된 기상의 연료는 연료 배출라인(L12)을 통해 배출될 수 있다.
또한 본 실시예는, 녹아웃 드럼(106)을 복수로 마련할 수 있다. 이 경우 어느 하나의 녹아웃 드럼(106)은 콜렉팅 탱크(105)에 연결될 수 있고, 다른 하나의 녹아웃 드럼(106)은 이하에서 설명하는 리턴 밸브 트레인에 연결될 수 있다.
연료 공급부(100)는 엔진(E)의 직후에서 연료의 회수 유량 등을 조절하기 위한 밸브를 구비한다. 이때 밸브는 리턴 밸브 트레인(RVT: Return Valve Train)으로 지칭할 수 있다. 특히 공급 밸브 트레인(SVT)과 리턴 밸브 트레인(RVT)은 포괄하여 연료 밸브 트레인(FVT: Fuel Valve Train)으로 지칭될 수 있다.
복수의 녹아웃 드럼(106)은, 콜렉팅 탱크(105)에서 분리된 기상의 연료를 전달받거나, 리턴 밸브 트레인에서 배출되는 연료를 전달받을 수 있다. 또한 녹아웃 드럼(106)은 필요 시 내부에 저장된 연료를 외부로 배출할 수 있다.
녹아웃 드럼(106)에서 배출되는 연료는, 대기 중으로 방출될 수 있다. 일례로 연료가 액화석유가스 등인 경우, 연료는 녹아웃 드럼(106)에서 배출된 후 대기 내에서 확산될 수 있다. 다만 녹아웃 드럼(106)은 선박(S) 내 작업자들의 보호를 위해, 벤트 마스트로 연료를 전달하여 일정 높이 이상에서 연료가 배출되도록 할 수 있다.
연료 공급부(100)는, 퍼징유닛(107)을 더 포함한다. 퍼징유닛(107)은 연료 공급부(100)에서 연료가 유동하는 공간을 퍼징(Purging)하는 구성으로서, 연료 공급라인(L10), 연료 회수라인(L11) 등에 퍼징 가스로서 질소, 불활성가스를 주입한다.
퍼징유닛(107)은 퍼징라인(L13)을 통해 콜렉팅 탱크(105) 또는 연료 밸브 트레인 등으로 퍼징 가스를 주입할 수 있다. 연료 밸브 트레인 또는 콜렉팅 탱크(105) 등에 주입된 퍼징 가스는 엔진(E), 고압 펌프(102) 등을 경유한 뒤 녹아웃 드럼(106) 등을 통해 외부로 배출될 수 있다.
퍼징을 수행한 퍼징 가스는 대기 중으로 배출되거나, 퍼징유닛(107)이나 녹아웃 드럼(106) 등에 의해 수집될 수 있다. 연료 공급부(100)의 내부를 경유한 퍼징 가스는 연료 공급라인(L10) 등에 잔류해 있던 연료와 혼합된 상태일 수 있으므로, 퍼징유닛(107) 등은 퍼징 가스와 혼합된 연료를 재사용할 수 있다.
서두에서 설명한 바와 같이 연료는 암모니아일 수 있다. 암모니아의 경우 독성물질이기 때문에, 대기 방출이 극도로 제한된다. 따라서 본 실시예는 암모니아를 연료로 선택한 경우, 녹아웃 드럼(106) 등에서 배출되는 연료가 대기로 방출되지 않도록 할 수 있다.
일례로 본 실시예의 연료 공급부(100)는, 녹아웃 드럼(106) 등에서 배출되는 기상의 연료를 처리하는 개질기(108)를 더 포함할 수 있다. 개질기(108)는 기상의 연료를 엔진(E) 외의 수요처로 전달하기 위하여 화학적으로 처리하는 구성이다.
엔진(E) 외의 수요처는 연료전지(D), 수소엔진(E) 등일 수 있으며, 개질기(108)는 암모니아에 포함된 질소와 수소를 분리한다. 개질기(108)에서 분리되는 질소는 대기 중으로 방출될 수 있고, 수소는 연료전지(D)로 공급되어 소비될 수 있다.
즉 본 실시예는, 녹아웃 드럼(106)이나 퍼징유닛(107)으로부터 배출되는 연료를 개질한 뒤, 개질에 의해 생성된 수소 등을 수요처로 전달하여 처리한다. 이때 개질기(108) 하류의 수요처는 수소를 소비하는 다양한 수요처일 수 있다. 따라서 본 실시예는 암모니아를 대기로 방출하지 않도록 함으로써 작업자 등을 보호할 수 있다.
개질기(108)로 유입되는 연료는 녹아웃 드럼(106)에서 배출되는 기상의 연료일 수 있고, 또는 연료 공급라인(L10)으로부터 배출되는 연료일 수 있다. 연료 공급라인(L10)으로부터 개질기(108)로 전달되는 연료는, 퍼징 시 퍼징 가스와 함께 배출되는 연료일 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)이 포함하는 재액화부(200)에 대해 설명한다.
재액화부(200)는, 저장탱크에서 배출되는 기상의 물질을 재액화한다. 앞서 언급한 바와 같이 저장탱크는 연료탱크(10) 또는 화물탱크(20) 등을 포함하는바, 재액화부(200)는 화물탱크(20) 등에 저장된 물질을 재액화할 수 있다.
재액화부(200)는, 연료탱크(10)에 저장된 연료 또는 화물탱크(20)에 저장된 화물을 재액화한다. 앞서 설명한 바와 같이 연료탱크(10) 및 화물탱크(20)는, 연료나 화물을 극저온 액상으로 저장한다. 이 경우 연료탱크(10), 화물탱크(20) 등의 내부에서는 기상의 연료, 기상의 화물이 발생한다.
재액화부(200)는 연료탱크(10) 등으로부터 배출되는 기상의 연료 등을 재액화하여 회수할 수 있다. 일례로 재액화부(200)는 기상의 액화석유가스, 기상의 암모니아 등을 재액화하거나, 기상의 CO2 등을 재액화하도록 마련된다.
구체적으로 재액화부(200)는, 버퍼(201), 연료 압축기(202), 응축기(203), 리시버(204), 인터쿨러(205)를 포함한다.
버퍼(201)는, 연료탱크(10)에서 배출되는 기상의 연료를 임시 저장한다. 버퍼(201)는 연료탱크(10)로부터 연장되는 연료 재액화라인(L20) 상에서 연료 압축기(202)의 상류에 마련된다. 버퍼(201)는 연료를 기상과 액상으로 분리하는 세퍼레이터로서, 연료탱크(10)에서 배출되는 연료를 기액분리하여 기상의 연료만 연료 압축기(202)로 공급해, 연료 압축기(202)의 damage를 방지할 수 있다.
버퍼(201)에서 분리된 기상의 연료는, 연료 재액화라인(L20)을 통해 연료 압축기(202)로 전달된다. 연료 재액화라인(L20)은 버퍼(201)로부터 연장되어 응축기(203)를 경유해 연료탱크(10)로 연료를 전달하는데, 연료 재액화라인(L20)에는 연료 압축기(202), 응축기(203), 리시버(204), 인터쿨러(205) 등이 마련된다.
연료 압축기(202)는, 연료탱크(10)에서 배출되는 기상의 연료를 압축한다. 연료 압축기(202)는 원심형 또는 왕복동형 등일 수 있으며, 복수의 압축단을 포함하는 다단으로 마련될 수 있다. 즉 연료 압축기(202)는 제1 압축단 및 제2 압축단 등을 포함한다. 또한 연료 압축기(202)는 백업이나 부하 분담을 위해 병렬로 마련될 수도 있다.
연료 압축기(202)는 연료탱크(10)의 내압에 대응되는 압력을 갖는 기상의 연료를 충분한 압력으로 압축할 수 있으며, 연료 압축기(202)에 의해 연료가 압축되면 연료의 비등점이 상승하게 된다. 따라서 압축된 연료는 대기압에서의 비등점(일례로 액화석유가스의 경우 -55도)까지 냉각하지 않더라도 액화가 가능할 수 있다.
버퍼(201)로부터 응축기(203)로 연결되는 연료 재액화라인(L20)에는 제1, 2 압축단이 직렬로 마련되어 연료 압축기(202)를 이룰 수 있다. 연료 재액화라인(L20) 상에서 제1 압축단과 제2 압축단 사이에는 인터쿨러(205)가 연결된다.
제1 압축단을 빠져나온 저압의 연료는 인터쿨러(205)를 거친 뒤 제2 압축단으로 유입될 수 있다. 제2 압축단에서 배출되는 고압의 연료는 응축기(203)로 전달된다.
후술하겠지만, 인터쿨러(205)는 별도의 냉매 없이 감압된 연료를 냉매로 이용하는 냉각 장치로, 연료 압축기(202)로부터 유입되는 기상의 연료를 냉각시킬 수 있다. 따라서 인터쿨러(205)는 연료 압축기(202)의 중간단에서 냉각을 구현할 수 있다.
연료 압축기(202)는 제1 압축단과 제2 압축단 사이에서 인터쿨러(205)를 우회하여 전달되도록 할 수도 있다. 인터쿨러(205)의 우회는 인터쿨러(205)의 내압, 연료의 온도 등의 변수에 따라 다양하게 제어될 수 있다.
응축기(203)는, 압축된 연료를 냉각하여 적어도 일부를 재액화시킨다. 이때 응축기(203)는 연료를 재액화시킬 수 있지만, 실제 가동 시 다양한 요인에 의하여 연료의 재액화가 전혀 이루어지지 않거나 연료 중 일부만 재액화되는 상황을 배제하는 것은 아님을 알려둔다.
응축기(203)는 다단으로 마련되는 연료 압축기(202)의 하류에 마련되며, 제한되지 않는 다양한 냉매(일례로 해수, 청수, 글리콜 워터, 질소, LNG, LPG, 프로판, R134a, CO2 등)를 이용하여 연료를 냉각시킬 수 있다.
리시버(204)는, 응축기(203)에서 액화된 연료를 임시로 저장한다. 리시버(204)는 연료 재액화라인(L20) 상에서 응축기(203)의 하류 및 인터쿨러(205)의 상류에 배치될 수 있다. 리시버(204)는 버퍼(201)와 유사하게 기액분리 기능을 가질 수 있으며, 응축기(203)에서 냉각된 연료 중 액화된 연료를 인터쿨러(205)로 전달할 수 있다.
리시버(204)는 냉각된 연료 중 액화되지 않은 연료(불응축 연료)를 외부로 배출하지 않고 저장해둘 수 있으며, 이 경우 리시버(204)의 내압이 상승하게 될 수 있다. 물론 리시버(204)는 불응축 연료를 외부로 배출하거나 연료탱크(10) 등으로 전달할 수 있고, 또는 연료 압축기(202)에서의 일 지점으로 전달하는 등의 다양한 변형이 가능하다.
인터쿨러(205)는, 응축기(203)에서 냉각된 연료 중 일부와 나머지를 열교환한다. 구체적으로, 응축기(203)에서 냉각된 연료 중 일부가 감압밸브(부호 도시하지 않음)에 의해 감압된 후 인터쿨러(205)의 내부로 유입되며, 인터쿨러(205)는 감압된 연료를 냉매로 하여, 감압되지 않은 나머지 연료를 냉각한다.
또한 인터쿨러(205)는, 응축기(203)에서 냉각된 연료를 이용하여 연료 압축기(202)에서 적어도 부분적으로 압축된 연료를 냉각한다. 인터쿨러(205)는 응축기(203)에서 냉각된 연료 중 감압밸브에 의해 감압된 일부를 제1 압축단에 의해 압축된 연료와 혼합한다. 또한 인터쿨러(205)는 응축기(203)에서 냉각된 연료 중 감압되지 않은 나머지를, 제1 압축단에 의해 압축된 연료 및 응축기(203)에서 냉각된 연료 중 감압된 일부와 열교환한다. 이때 인터쿨러(205)는 열교환 시 인터쿨러(205)의 내부에서 발생하는 기상의 연료를 제2 압축단에 전달한다.
인터쿨러(205)는, 감압밸브에 의해 감압된 일부의 연료를 수용하는 공간을 갖는다. 또한 인터쿨러(205) 내부에는 응축기(203)에서 냉각된 연료 중 감압되지 않는 연료가 지나가도록 하는 유로가 마련될 수 있다. 즉 응축기(203) 하류의 연료 재액화라인(L20)은 감압밸브로 분기되거나, 인터쿨러(205)의 내부와 분리된채 인터쿨러(205)를 경유하도록 마련될 수 있다.
인터쿨러(205)는 감압밸브에 의해 감압되면서 액화된 연료의 내부에 연료 재액화라인(L20)이 경유하도록 함으로써, 별도의 냉매 없이 연료 간의 비접촉식 열교환으로 액화를 구현할 수 있다.
또한 인터쿨러(205)는, 연료 압축기(202)의 중간 냉각을 구현할 수 있다. 인터쿨러(205)는 연료 재액화라인(L20)에서 연료 압축기(202)의 제1 압축단과 제2 압축단 사이에 마련되어, 감압밸브에 의해 감압된 연료를 이용하여 제1 압축단에서 압축된 연료를 냉각하고, 열교환 시 발생하는 기상의 연료를 제2 압축단에 전달할 수 있다. 즉 인터쿨러(205)는 제1 압축단을 거쳐 내부로 유입되는 연료가 감압밸브에 의해 감압된 연료와 접촉되면서 냉각/액화되도록 한다. 이러한 접촉식 열교환을 통해 연료 압축기(202) 중간단에서의 냉각이 인터쿨러(205)에 의해 구현될 수 있다.
인터쿨러(205)의 하류에는 압력조절밸브(부호 도시하지 않음)가 마련될 수 있다. 압력조절밸브는 인터쿨러(205)를 경유한 연료의 압력을 연료탱크(10)의 내압과 유사한 수준으로 떨어뜨린다. 압력조절밸브는 감압밸브와 마찬가지로 줄-톰슨 밸브 등으로 이루어질 수 있으며, 감압에 의해 연료의 적어도 일부가 액화되도록 할 수 있다.
위와 같이 설명한 재액화부(200)는, 연료를 재액화하거나 또는 화물을 재액화할 수 있다. 따라서 앞서 설명한 연료 압축기(202) 등은 화물을 처리하는데 사용될 수 있음은 물론이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다. 이는 이하 다른 실시예에도 동일하다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 재액화부(200)에 대해 열교환기(207)를 더 구비할 수 있다. 열교환기(207)는 응축기(203)에서 냉각된 연료 또는 화물을 냉각한다.
앞서 설명한 것과 같이 연료나 화물 등은 액화석유가스나 암모니아 등일 수 있고, CO2 등일 수도 있다. 그런데 CO2는 액화석유가스 등과 대비할 때 비등점이 낮기 때문에, 도 3에서 설명한 것과 같은 냉매 없는 재액화로는 응축이 충분하지 않을 수 있다.
따라서 도 4는 CO2 등과 같이 액화석유가스나 암모니아 대비 비등점이 낮은 물질을 재액화하기 위해, 도 3 대비 열교환기(207)를 부가할 수 있다. 이하에서는 편의상 도 4에서 CO2 연료를 재액화하는 경우로 한정하여 설명하나, 본 발명은 이로 한정되지 않는다. 또한 본 실시예에서 CO2는 화물일 수도 있다.
열교환기(207)는, 별도의 냉매를 이용하여 CO2를 재액화한다. CO2는 버퍼(201), 제1 압축단, 인터쿨러(205), 제2 압축단, 그리고 응축기(203)를 거치면서 압력이 상승하고 온도가 내려간다. 이러한 CO2에 대해 열교환기(207)는 별도의 냉매를 이용하여 온도를 더 하강시켜서 충분한 액화를 구현할 수 있다.
열교환기(207)는 응축기(203)와 리시버(204) 사이에 마련될 수 있으며, 질소, 혼합냉매(MR: Mixed Refrigerant), 탄화수소 등의 냉매를 사용할 수 있다. 이를 위해 냉매유닛(209)이 마련될 수 있다. 냉매유닛(209)은 냉매를 저온으로 열교환기(207)에 공급하기 위해, 냉매를 압축, 냉각, 팽창하는 구성 등을 포함할 수 있다.
열교환기(207)는 CO2가 유동하는 유로와 냉매가 유동하는 유로가 각각 마련되는 형태로 구비될 수 있고, Shell&Tube 또는 PCHE 등의 타입으로 마련될 수 있다. 물론 열교환기(207)의 구조나 타입은 다양하게 변경될 수 있다.
도 4에 나타난 재액화부(200)는, 도 3 대비 열교환기(207)를 추가하여 액화석유가스나 암모니아 외에도 CO2를 재액화할 수 있는 기능을 가질 수 있다. 물론 도 4는 액화석유가스나 암모니아 등의 액화도 가능하며, 액화석유가스 등의 재액화 시에는 열교환기(207)에서의 냉각이 우회 또는 생략될 수 있다.
다만 CO2의 경우, 드라이아이스의 발생을 억제하기 위해 삼중점 이상의 압력으로 연료탱크(10)에 저장된다. 이러한 CO2의 저장 압력은, 제1 압축단의 유입 압력보다 높을 수 있다.
따라서 본 실시예는, CO2를 재액화하는 경우 CO2가 제1 압축단을 우회하여 인터쿨러(205)로 유입되도록 할 수 있다. 이를 위해 연료탱크(10)에는 연료 재액화라인(L20) 외에도 우회라인(L21)이 마련될 수 있다.
우회라인(L21)은 연료 재액화라인(L20)과 별도로 연료탱크(10)에 마련되거나, 연료 재액화라인(L20)으로부터 분기되도록 마련될 수 있다. 우회라인(L21)은 연료탱크(10)에서 배출되는 기상의 연료를 연료 압축기(202)에 의한 압축 없이 인터쿨러(205)로 전달한다.
우회라인(L21)은 연료 압축기(202)에서 제1 압축단을 우회하도록 마련될 수 있다. 따라서 CO2는 연료탱크(10)로부터 배출된 후, 제1 압축단에 의해 압축되지 않고 인터쿨러(205)로 유입된다.
다만 우회라인(L21)은 연료탱크(10)와 인터쿨러(205) 사이에서의 CO2 압축을 생략하는 것으로, CO2는 인터쿨러(205) 하류의 제2 압축단에 의해 압축된 후 응축기(203)로 전달될 수 있다.
우회라인(L21)이 연료탱크(10)와 인터쿨러(205) 사이에서 제1 압축단을 우회하도록 마련됨에 따라, CO2는 별도의 압축 없이 연료탱크(10)로부터 배출된 후 인터쿨러(205)로 바로 유입된다. 다만 연료탱크(10)에 저장된 CO2의 압력과 인터쿨러(205)의 운용 압력 간의 차이를 보상하기 위해, 우회라인(L21)에는 압력을 조절할 수 있는 밸브(도시하지 않음)가 마련될 수 있다.
또한 우회라인(L21)에는, 연료 압축기(202)와 별도로 보조 압축기(도시하지 않음)가 마련될 수도 있다. 보조 압축기는 연료 압축기(202)의 제1 압축단보다 높은 유입압력을 갖되, 연료 압축기(202)의 제1 압축단과 동일한 토출압력을 가질 수 있다.
연료탱크(10)는 제1 연료 또는 제1 연료로 전환 사용될 수 있다. 일례로 연료탱크(10)는 암모니아, 탄화수소 또는 수소 등의 제1 연료를 상대적 저압으로 저장할 수 있다. 반면 연료탱크(10)는 연료를 전환하여, CO2 등의 제1 연료를 상대적 고압으로 저장할 수 있다.
본 실시예는, 연료탱크(10)가 제1 연료를 저장하는 경우로서 연료탱크(10)가 상대적 저압으로 운용될 시, 우회라인(L21)이 차단되고 열교환기(207)의 작동이 정지 또는 최소화될 수 있다. 따라서 연료탱크(10)에서 배출되는 기상의 제1 연료는 제1 압축단을 거쳐 인터쿨러(205)로 전달된 후 제2 압축단으로 유입된다.
반면 연료탱크(10)가 제2 연료를 저장하는 경우로서 연료탱크(10)가 상대적 고압으로 운용될 시, 우회라인(L21)은 개방되고 열교환기(207)는 정상 작동할 수 있다. 이 경우 연료탱크(10)에서 배출되는 기상의 제2 연료는 우회라인(L21)을 통해 제1 압축단을 우회한 뒤 인터쿨러(205)로 전달되며, 이후 제2 압축단으로 유입될 수 있다.
제1 압축단의 압축비는, 연료탱크(10)의 제2 연료 저장압력과 연료탱크(10)의 제1 연료 저장압력 간의 차이에 대응될 수 있다. 물론 제1 압축단에서 유입압력과 토출압력의 차이가, 제1 연료 저장압력과 제2 연료 저장압력의 차이와 동일하지 않을 수 있고, 이를 위해 압력조절밸브 또는 보조 압축기 등이 마련될 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
이와 같이 설명한 본 실시예는, 액화석유가스나 암모니아 등의 재액화에 적절한 도 3의 재액화부(200)에 열교환기(207)를 부가하고 제1 압축단의 우회를 조절하여, 재액화부(200)가 재액화할 수 있는 대상에 CO2 등이 추가되도록 확장하였다.
따라서 본 실시예는 CO2를 재액화하기 위한 재액화부(200)와 액화석유가스나 암모니아를 재액화하기 위한 재액화부(200)를 별도로 두지 않고, 하나의 재액화부(200)를 통해 액화석유가스나 암모니아 및 CO2를 모두 처리할 수 있으므로, 시스템을 간소화하고 설치 비용 및 운영 비용을 크게 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
앞서 도 4 등을 참조하여 설명한 재액화부(200)는, 기상의 연료 또는 기상의 화물을 재액화할 수 있도록 마련된다. 반면 이하 도 5 등을 참조하여 설명하는 재액화부(200)는, 연료와 화물에 대해 각각 구분되어 마련될 수 있다.
일례로, 기상의 연료에 대한 재액화를 담당하는 부분은 제1 재액화부(200a)로 지칭되고, 기상의 화물에 대한 재액화를 담당하는 부분은 제2 재액화부(200b)로 지칭될 수 있다. 재액화부(200)는 제1 재액화부(200a)와 제2 재액화부(200b)를 포함할 수 있지만, 제1 재액화부(200a)와 제2 재액화부(200b)는 상호 부분적으로 구성이 공유될 수 있다. 즉 재액화부(200) 내에서 제1 재액화부(200a)와 제2 재액화부(200b)는 명확히 구분되지 않을 수 있다. 이하 도 5를 토대로 자세히 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 연료탱크(10)와 화물탱크(20)에 대해 각각 재액화 처리를 위한 제1 재액화부(200a) 및 제2 재액화부(200b)를 포함한다. 이때 연료의 재액화를 담당하는 제1 재액화부(200a)는 앞서 도 3 또는 도 4 등에서 설명한 재액화부(200)일 수 있다. 즉 제1 재액화부(200a)는 버퍼(201), 연료 압축기(202), 응축기(203), 리시버(204), 인터쿨러(205)를 포함한다.
본 실시예는, 기상의 화물에 대한 재액화를 담당하는 제2 재액화부(200b)를 별도로 구비한다. 제2 재액화부(200b)는 화물탱크(20)로부터 배출되는 기상의 화물을 압축, 냉각하고 화물탱크(20) 등으로 회수할 수 있다.
구체적으로 제2 재액화부(200b)는, 화물 압축기(206), 열교환기(207), 기액분리기(208) 등을 포함하며, 화물 압축기(206), 열교환기(207) 등은 화물 재액화라인(L22)을 따라 직렬로 마련될 수 있다.
화물 압축기(206)는 화물탱크(20)에서 배출되는 기상의 화물을 압축할 수 있다. 화물 압축기(206)는 화물의 압력을 높여서 화물의 비등점이 상승되도록 하여, 액화 효율을 높여줄 수 있다.
화물 압축기(206)는 복수의 압축단이 다단으로 이루어진 형태로 마련될 수 있으며, 도면과 달리 복수의 화물 압축기(206)가 상호 백업 또는 부하 분담이 가능하도록 마련될 수 있다.
화물탱크(20)는, 연료탱크(10) 대비 상대적으로 높은 압력으로 화물을 저장할 수 있다. 일례로 연료가 액화석유가스나 암모니아 등이고, 화물이 CO2 등일 수 있으며, 화물탱크(20)는 CO2의 삼중점 이상으로 화물을 저장한다.
이때 화물 압축기(206)의 유입압력은 연료 압축기(202)의 유입압력보다 높을 수 있다. 따라서 화물 압축기(206)는 연료 압축기(202) 대비 토출압력이 상대적으로 높거나, 또는 연료 압축기(202)와 토출압력은 동일하되 압축비가 상대적으로 낮을 수 있다. 또는 화물 압축기(206)의 압축단 수는 연료 압축기(202) 대비 상대적으로 적을 수 있다.
열교환기(207)는, 화물 압축기(206)에서 압축된 화물을 냉각한다. 앞서 도 4에서 설명한 열교환기(207)의 경우 연료를 재액화하는 제1 재액화부(200a)에 포함되는 구성이었다면, 본 실시예의 열교환기(207)는 화물을 재액화하는 제2 재액화부(200b)에 포함되는 것일 수 있다.
열교환기(207)는, 화물을 연료와 열교환하여 화물을 냉각한다. 도 4의 열교환기(207)는 별도의 냉매를 사용하였으나, 본 실시예의 열교환기(207)는 화물과 연료 사이에서의 열교환을 이용한다.
구체적으로 열교환기(207)는, 응축기(203)에서 액화된 후 인터쿨러(205)를 경유한 액상의 연료를 냉매로 사용할 수 있다. 즉 열교환기(207)가 사용하는 냉매는 연료탱크(10)로부터 배출된 후 연료 재액화라인(L20)을 따라 액화된 저온의 연료일 수 있다.
즉 열교환기(207)는, 응축기(203)에서 냉각된 후 인터쿨러(205)를 경유한 연료를 이용하여 화물탱크(20)에서 배출되는 기상의 화물을 냉각한다. 이때 연료 재액화라인(L20)은 액화된 연료를 연료탱크(10)로 회수하지 않고, 다시 연료 압축기(202)로 전달할 수 있다. 따라서 연료 재액화라인(L20)은 연료탱크(10)로부터 배출되는 연료를 받아 순환시키는 형태로 마련되며, 연료 재액화라인(L20)에서 연료가 순환되는 부분은 열교환기(207)에서의 화물 냉각을 위한 냉매 사이클을 이룰 수 있다.
따라서 열교환기(207)를 포함하는 제2 재액화부(200b)는, 연료탱크(10)에서 기상으로 배출된 후 제1 재액화부(200a)를 통해 응축된 저온의 연료를 냉매로 하여, 화물탱크(20)에서 기상으로 배출되는 화물을 냉각하여 재액화시킬 수 있다. 이를 통해 본 실시예는 연료 외의 별도의 냉매를 사용하지 않을 수 있다.
기액분리기(208)는, 열교환기(207)에서 액화된 화물을 기상과 액상으로 분리한다. 기액분리기(208)는 액상의 화물을 화물탱크(20)로 전달할 수 있다. 또한 기액분리기(208)는 기상의 화물을 외부로 배출할 수 있다.
또는 기액분리기(208)는, 내부에서 분리되고 외부로 배출된 기상의 화물 중 적어도 일부를, 기액분리기(208)에서 화물탱크(20)로 전달되는 액상의 화물에 전달할 수 있다. 이를 통해 화물탱크(20)로 회수되는 화물의 온도 및 유량 등이 달라질 수 있고, 화물탱크(20)의 내부 압력이 조절될 수 있다.
즉 기액분리기(208)에서 분리되는 기상의 화물은, 기상 배출라인(L23)을 통해 배출되며, 기상 배출라인(L23)은 기상의 화물을 외부로 방출하도록 마련되며, 또한 기상의 화물 중 적어도 일부를 기액분리기(208)와 화물탱크(20) 사이에 마련되는 화물 재액화라인(L22)으로 전달하도록 마련될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시예는, 서로 비등점이 상이한 연료 및 화물을 각각 저장하는 연료탱크(10) 및 화물탱크(20)를 구비할 때, 연료/화물을 재액화하는 제1 재액화부(200a)/제2 재액화부(200b)를 마련하면서, 제1 재액화부(200a)에서 응축된 연료를 냉매로 하여 제2 재액화부(200b)에서 화물의 재액화가 이루어지도록 한다. 따라서 본 실시예는 CO2 등의 화물을 재액화하기 위해 별도의 냉매 사이클을 두지 않을 수 있으므로 고효율의 재액화를 보장할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 제1 연료, 제2 연료 및 화물을 모두 처리하도록 마련된다. 제2 연료는 제1 연료 및 화물 대비 비등점이 낮은 물질일 수 있다. 제1 연료 또는 제2 연료는 암모니아, 탄화수소 또는 수소 등일 수 있는데, 제1 연료가 암모니아 또는 액화석유가스인 경우 제2 연료는 액화천연가스 또는 수소 등일 수 있고, 제1 연료가 액화천연가스인 경우 제2 연료는 에탄, 수소 등일 수 있다.
구체적으로 본 실시예는, 제1 연료탱크(10a), 제2 연료탱크(10b), 화물탱크(20)를 포함할 수 있으며, 이 경우 제1 연료는 제1 재액화부(200a)에 의해 재액화될 수 있고, 화물은 제2 재액화부(200b)에 의해 재액화될 수 있다.
또한 본 실시예는, 제2 연료탱크(10b)에 저장된 제2 연료를 수요처에 공급하는 연료 공급부(100)를 더 포함한다. 연료 공급부(100)는 제2 연료의 온도 및 압력을 모두 높이는 구성으로서, 도 2에서 설명한 구성들 중 적어도 일부(고압 펌프(102), 고압 열교환기(103b) 등)를 포함할 수 있다.
더 나아가 본 실시예는, 도 5 대비 화물을 재액화하기 위한 열교환기(207)가 제1 연료 및 제2 연료를 모두 사용한다는 점에서 차이가 있다. 구체적으로 열교환기(207)는, 제1 연료 및 제2 연료를 모두 이용하여 기상의 화물을 냉각하도록 마련된다.
열교환기(207)는 제1 연료가 유동하는 유로, 제2 연료가 유동하는 유로 및 화물이 유동하는 유로가 독립적으로 마련되는 구조를 가질 수 있다. 제1 연료는 열교환기(207)의 유로에서 액상으로 유동하며, 제2 연료는 열교환기(207)의 유로에서 유동하면서 기화될 수 있다. 또한 화물은 열교환기(207)의 유로에서 유동하면서 제1 연료 및 제2 연료의 냉열을 전달받아 액화될 수 있다.
즉 본 실시예의 제2 재액화부(200b)는, 제1 재액화부(200a)에서 응축된 제1 연료 및 연료 공급부(100)의 제2 연료를 모두 이용하여 기상의 화물을 재액화할 수 있다. 따라서 본 실시예는 2종의 연료를 적재하면서 화물을 운반하는 선박(S)에 대해, 별도의 냉매 없이도 화물의 재액화를 충분히 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 연료탱크(10) 및 화물탱크(20)를 포함하며, 연료를 재액화하기 위한 제1 재액화부(200a), 화물을 재액화하기 위한 제2 재액화부(200b)를 포함한다.
이때 제1 재액화부(200a)는 앞서 도 3 등을 통해 설명한 구성들을 포함할 수 있다. 즉 제1 재액화부(200a)는 버퍼(201), 연료 압축기(202), 응축기(203), 리시버(204) 및 인터쿨러(205) 등을 포함한다.
반면 제2 재액화부(200b)는, 도 5 등에서 설명한 구성들을 포함할 수 있다. 즉 제2 재액화부(200b)는 화물 압축기(206), 열교환기(207), 기액분리기(208) 등을 포함한다.
다만 본 실시예는, 도 5에서 설명한 실시예와 대비할 때, 제2 재액화부(200b)와 제1 재액화부(200a)가 독립적으로 마련될 수 있다. 즉 도 5에 대응되는 실시예의 경우 제2 재액화부(200b)에 마련된 열교환기(207)가 제1 재액화부(200a)에서 응축된 연료를 냉매로 사용하는데 반해, 본 실시예의 제2 재액화부(200b)는 열교환기(207)가 제1 재액화부(200a)에서 유동하는 연료가 아닌, 다른 연료를 냉매로 이용할 수 있다.
구체적으로, 제2 재액화부(200b)에 포함되는 열교환기(207)는, 연료탱크(10)에서 배출되는 저온의 연료를 냉매로 이용한다. 다만 연료탱크(10)에는 기상의 연료가 배출되는 연료 재액화라인(L20) 외에, 액상의 저온 연료가 배출되는 냉열 전달라인(L24)이 마련될 수 있다. 이 경우 제1 연료탱크(10a)에서 냉열 전달라인(L24)을 통해 열교환기(207)로 전달되는 제1 연료는, 제1 연료탱크(10a)에서 연료 재액화라인(L20)을 통해 연료 압축기(202)로 전달되는 제1 연료와 독립적일 수 있다.
냉열 전달라인(L24)은 연료탱크(10)에 저장되어 있던 액상의 연료가 유입된다. 냉열 전달라인(L24)은 일단이 연료탱크(10)의 내부에 마련되며, 타단 역시 연료탱크(10)의 내부에 배치된다. 다만 냉열 전달라인(L24)은 일단과 타단 사이에서 열교환기(207)를 경유하도록 마련된다.
따라서 연료탱크(10)에서 냉열 전달라인(L24)으로 유입되는 연료는, 열교환기(207)를 거치면서 화물에 의해 가열된 후 연료탱크(10)로 회수될 수 있다. 즉 냉열 전달라인(L24)에서의 연료 유량이 증가하면 연료탱크(10)의 내부에서 기상의 연료 발생량이 증가할 수 있는데, 이는 제1 재액화부(200a)를 통한 연료의 재액화로 해소될 수 있다.
즉 본 실시예는, 열교환기(207)에서 액상의 연료를 냉매로 이용하여 기상의 화물을 재액화함으로써 화물의 재액화를 우선적으로 처리할 수 있으며, 화물에 냉열을 전달함에 따라 연료탱크(10)에서 기상의 연료가 발생하는 부분은, 제1 재액화부(200a)에서 연료를 재액화하여 처리될 수 있다.
특히 본 실시예는 화물 대비 연료의 비등점이 상대적으로 낮고, 화물 대비 연료의 저장량이 적은 경우 유리하게 활용될 수 있다. 즉 기상의 연료를 재액화하는 것이 기상의 화물을 재액화하는 것보다 상대적으로 적은 에너지를 소모하는 경우에, 연료에서 화물로의 냉열 전달 및 연료에 대한 별도의 재액화를 이용하면, 운영 비용을 크게 줄일 수 있다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 도 7 대비 냉열 전달라인(L24)이 연료 공급부(100)와 연결될 수 있다.
냉열 전달라인(L24)은 연료탱크(10)에 저장되어 있던 저온의 연료를 열교환기(207)로 전달하며, 열교환기(207)에서 화물을 냉각함에 따라 가열된 연료를 다시 연료탱크(10)로 전달할 수 있다.
다만 본 실시예는, 열교환기(207)에서 가열된 연료 중 적어도 일부를 연료 공급부(100)로 전달할 수 있다. 일반적으로 연료를 소비하는 엔진(E) 등은 연료탱크(10)에 저장된 연료의 온도보다 높은 온도의 연료를 요구한다. 본 실시예는 이를 감안하여, 열교환기(207)에서 가열된 연료가 연료 공급부(100)로 전달되도록 함으로써, 연료탱크(10) 내의 온도 상승을 방지할 수 있다.
즉 냉열 전달라인(L24)에서 열교환기(207)의 하류 지점에는 연료 공급라인(L10)이 연결될 수 있다. 다만 냉열 전달라인(L24)에서 연료 공급라인(L10)으로 연료가 분기되는 유량은 밸브에 의해 제어될 수 있으며, 밸브는 엔진(E)의 부하, 연료탱크(10)의 내압 등의 변수에 따라 개도가 조절될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 도 7과 대비할 때 열교환기(207)에 제2 연료의 유로가 추가될 수 있다.
본 실시예는 제1 연료를 저장하는 제1 연료탱크(10a) 및 제2 연료를 저장하는 제2 연료탱크(10b)를 포함하고, 화물을 저장하는 화물탱크(20)를 구비한다. 또한 본 실시예는 제1 연료를 재액화하거나 화물을 재액화하는 재액화부(200)를 포함하고, 제2 연료를 수요처에 공급하는 연료 공급부(100)를 포함한다.
이때 재액화부(200)는, 제1 연료 및 제2 연료를 모두 이용하여 화물을 냉각하는 열교환기(207)를 포함할 수 있다. 앞서 도 7에서 설명한 실시예의 경우, 열교환기(207)는 연료탱크(10)로부터 배출된 후 연료탱크(10)로 회수되는 제1 연료만을 이용하여 화물을 냉각하도록 구성될 수 있고, 도 8에서 설명한 실시예의 경우 연료탱크(10)로부터 배출된 후 엔진(E) 등으로 공급되는 제1 연료만을 이용하여 화물을 냉각하도록 구성될 수 있다. 반면 본 실시예는, 제1 연료탱크(10a)로부터 배출된 후 제1 연료탱크(10a)로 회수되는 제1 연료의 냉열과, 제2 연료탱크(10b)에서 엔진(E) 등으로 공급되는 제2 연료의 냉열을 한꺼번에 활용하여 화물의 재액화 효율을 높일 수 있다.
열교환기(207)는, 제1 연료탱크(10a)에서 배출되는 액상의 제1 연료와 화물을 열교환하면서 제2 연료의 냉열을 회수한다. 열교환기(207)는 제1 연료가 유동하는 유로, 제2 연료가 유동하는 유로 및 화물이 유동하는 유로가 독립적으로 마련되는 구조를 가질 수 있다.
제1 연료는 제1 연료탱크(10a)로부터 배출된 후 열교환기(207)의 유로에서 액상으로 유동하며, 제2 연료는 열교환기(207)의 유로에서 유동하면서 기화될 수 있다. 또한 화물은 열교환기(207)의 유로에서 유동하면서 제1 연료 및 제2 연료의 냉열을 전달받아 액화될 수 있다.
따라서 본 실시예는, 제1 연료탱크(10a)에 저장되어 있던 저온 액상의 제1 연료 및 연료 공급부(100)의 제2 연료를 모두 이용하여 기상의 화물을 재액화함으로써, 2종의 연료를 적재하면서 화물을 운반하는 선박(S)에 있어서 화물의 재액화 성능을 개선할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제8 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 냉열 전달의 흐름이 앞선 실시예들과 다를 수 있다.
구체적으로 본 실시예는, 화물탱크(20)에서 배출되는 기상의 화물을 재액화하기 위해, 화물 압축기(206), 열교환기(207), 기액분리기(208) 등을 포함할 수 있고, 이때 열교환기(207)는 냉매유닛(209)에 의해 공급되는 별도의 냉매를 이용할 수 있다.
반면 연료탱크(10)에서 배출되는 기상의 연료는, 연료 압축기(202) 및 응축기(203)를 통해 액화될 수 있다. 이때 응축기(203)는 해수 등과 같은 별도의 냉매를 이용하는 대신, 저온의 액상 화물을 이용할 수 있다.
본 실시예에서 화물은 연료 대비 비등점이 낮은 물질일 수 있고, 화물탱크(20)에 냉열 전달라인(L24)이 마련될 수 있다. 냉열 전달라인(L24)은 일단과 타단이 모두 화물탱크(20)에 마련되며, 일단과 타단 사이에서 응축기(203)를 경유하도록 구비된다.
따라서 화물탱크(20)에 저장된 화물은, 냉열 전달라인(L24)으로 유입되고 응축기(203)로 전달되어, 응축기(203)에서 기상의 고압 연료와 열교환할 수 있다. 열교환 과정에서 화물은 연료에 의해 가열되고, 냉열 전달라인(L24)의 하류를 따라 화물탱크(20) 내부로 회수된다.
이때 화물탱크(20)는 가열된 화물이 유입되는데, 화물탱크(20)는 연료탱크(10) 대비 상대적 고압으로 화물을 저장할 수 있으므로, 가열된 화물이 유입되더라도 화물의 증발은 비교적 크지 않을 수 있다. 또한 일부 화물이 기화되는 경우, 기화된 화물은 제2 재액화부(200b)를 통해 충분히 처리될 수 있다.
또한 본 실시예는, 연료를 재액화하는 구성을 간소화할 수 있다. 제1 재액화부(200a)는 연료 압축기(202) 및 응축기(203)를 포함하도록 마련될 수 있고, 인터쿨러(205) 등을 생략할 수 있다. 또한 연료 압축기(202)의 토출압력은 앞선 다른 실시예에서 설명한 제2 압축단의 토출압력보다 낮을 수 있고, 연료 압축기(202)는 블로어(Blower)로 대체될 수도 있다.
즉 본 실시예는, 비등점이 낮고 상대적으로 고압으로 저장된 화물의 냉열을 활용하여 연료의 재액화를 구현하고, 화물의 증발에 대해서는 제2 재액화부(200b)를 통해 처리할 수 있으므로, 재액화 성능은 보장하면서 연료의 재액화에 필요한 구성을 최소화하는 효과를 얻을 수 있다.
도 11은 본 발명의 제9 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 앞선 실시예 대비 화물의 로딩에 대한 구성들을 포함할 수 있다.
화물탱크(20)에는, 외부의 공급원(T)으로부터 액상의 화물이 로딩된다. 이를 위해 로딩라인(L30)이 공급원(T)으로부터 선박(S) 내 화물탱크(20)까지 연장되어 있을 수 있다.
화물탱크(20)는 내부에 공기가 존재하는 상태에서 극저온의 화물을 안전하게 저장하기 위해, Drying(건조) - Inerting(이너팅) - Gassing Up(치환) - Cool down(쿨다운)을 거친 뒤 화물이 Loading(적재)된다.
반대로 화물이 Unloading(하역)된 후에는, Warm up(웜업) - Inerting/Gas freeing(이너팅) - Aeration(에어레이션)을 거쳐 사람이 진입 가능한 상태로 전환될 수 있다.
화물의 종류가 변경되지 않으면서 하역과 적재만을 반복하는 Normal Operation에서는 Loading과 Unloading만 반복될 수 있고, 필요에 따라 Warm up이 사용될 수 있다.
또한 화물이 폭발성이 없는 CO2 등인 경우, Inerting/Gas freeing 등은 생략될 수 있다. 또한 화물의 하역 후 사람의 진입 절차 없이 다시 화물을 적재하고자 하는 경우에는, Aeratino 등이 생략될 수 있다.
본 실시예는, 화물로서 CO2를 저장하고자 할 때 드라이아이스 생성을 방지하고자, 화물탱크(20)의 내부 저장압력을 높일 수 있다. 특히 본 실시예는 Gassing Up과 Cool down 사이에서 가압 단계를 부가할 수 있다.
이를 위해 본 실시예는 기화기(300)를 포함한다. 기화기(300)는 화물을 기화시켜 화물탱크(20)로 전달함으로써, Gassing Up이 완료된 화물탱크(20)의 내부 압력을 화물의 삼중점 이상으로 가압할 수 있다. 이때 삼중점의 압력은 대기압 이상으로, 4barG 이상일 수 있다.
기화기(300)는 공급원(T)으로부터 전달되는 액상의 화물을 기화시켜 화물탱크(20)에 주입한다. 기화기(300)는 로딩라인(L30) 상에 마련될 수 있고, 해수, 청수, 글리콜워터 등의 제한되지 않는 열매를 사용하여 화물을 강제로 기화시킬 수 있다. 또한 기화기(300)는 연료 공급부(100)의 고압 열교환기(103b) 등에서 사용하는 열매를 공유할 수도 있다. 다만 기화기(300)가 마련되는 로딩라인(L30)과, 앞서 Loading 시 사용되는 로딩라인(L30)은 서로 상이한 것일 수 있다.
기화기(300)는, 내부 환경이 기상의 화물로 치환된 상태로서 Gassing Up이 완료된 화물탱크(20)에, 액상의 화물을 기화시켜 주입한다. 이 경우 화물탱크(20)의 내부에는 기상의 화물이 주입됨에 따라 압력이 상승하게 되어, 화물탱크(20)의 내압이 CO2 등의 삼중점 이상으로 세팅될 수 있다.
기화기(300)가 화물을 강제기화하여 화물탱크(20)에 주입하는 것은, 화물탱크(20)의 내부 환경이 저온의 화물에 의해 쿨다운되기 전 상태에 이루어질 수 있다. 기화기(300)에 의해 화물탱크(20)의 내압이 충분히 상승하면, 강제기화된 화물의 주입은 정지되고 저온의 화물이 화물탱크(20)로 주입될 수 있다.
따라서 본 실시예는, 화물탱크(20)의 초기 압력이 낮으면 저온의 CO2가 유입될 때 드라이아이스가 발생하는 문제를 해소할 수 있다. 또한 본 실시예는 화물탱크(20)에 대해 설계온도 이하로 온도 강하가 일어나는 것을 방지할 수 있다.
더욱이 기화기(300)는, Cool down 단계 이전의 화물탱크(20)에 화물을 강제기화해 주입하는 것 외에, Warm up 단계의 화물탱크(20)에 화물을 강제기화해 주입할 수도 있다.
즉 기화기(300)는, 내부에 저장된 화물의 하역 후 상태의 화물탱크(20)에, 액상의 화물을 기화시켜 화물탱크(20)에 주입하여, 화물탱크(20)에 잔류한 화물을 기화시킬 수 있다. 이때 기화기(300)로 전달되는 액상의 화물은, 화물탱크(20)에 남아있는 액상의 화물이거나, 공급원(T) 등으로부터 전달되는 화물일 수 있다.
이와 같이 본 실시예는, 결빙 방지를 위해 비교적 높은 압력으로 저장해야 하는 화물을 처리함에 있어서, Cool down 이전의 화물탱크(20)에 강제기화된 화물을 주입해 승압함으로써, Loading 시 화물이 결빙되거나 화물탱크(20)의 과도한 온도 강하를 방지할 수 있다.
본 발명은 앞서 설명된 실시예들 외에도, 상기 실시예들의 조합 및 적어도 어느 하나의 실시예와 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: 가스 처리 시스템 S: 선박
E: 엔진 D: 연료전지
T: 공급원 10: 연료탱크
10a: 제1 연료탱크 10b: 제2 연료탱크
20: 화물탱크 100: 연료 공급부
101: 저압 펌프 102: 고압 펌프
103a: 저압 열교환기 103b: 고압 열교환기
104: 쿨러 105: 콜렉팅 탱크
106: 녹아웃 드럼 107: 퍼징유닛
108: 개질기 L10: 연료 공급라인
L11: 연료 회수라인 L12: 연료 배출라인
L13: 퍼징라인 200: 재액화부
200a: 제1 재액화부 200b: 제2 재액화부
201: 버퍼 202: 연료 압축기
203: 응축기 204: 리시버
205: 인터쿨러 206: 화물 압축기
207: 열교환기 208: 기액분리기
209: 냉매유닛 L20: 연료 재액화라인
L21: 우회라인 L22: 화물 재액화라인
L23: 기상 배출라인 L24: 냉열 전달라인
300: 기화기 L30: 로딩라인

Claims (14)

  1. 제1 연료탱크에서 배출되는 제1 연료 또는 화물탱크에서 배출되는 화물을 재액화하는 재액화부; 및
    제2 연료탱크에 저장된 제2 연료를 수요처에 공급하는 연료 공급부를 포함하며,
    상기 재액화부는,
    제1 연료 및 제2 연료를 모두 이용하여 화물을 냉각하는 열교환기를 포함하는, 연료 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 재액화부는,
    상기 제1 연료탱크에서 배출되는 기상의 제1 연료를 압축하는 연료 압축기;
    상기 연료 압축기에서 압축된 제1 연료를 냉각하는 응축기; 및
    상기 응축기에서 냉각된 제1 연료를 상기 연료 압축기에서 적어도 부분적으로 압축된 제1 연료와 열교환하는 인터쿨러를 더 포함하는, 연료 처리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연료 압축기는,
    제1 압축단 및 제2 압축단이 직렬로 마련되고,
    상기 인터쿨러는,
    상기 제1 압축단에 의해 압축된 제1 연료를 상기 응축기에서 냉각된 제1 연료와 열교환하고, 기상의 제1 연료를 상기 제2 압축단에 전달하는, 연료 처리 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 재액화부는,
    상기 화물탱크에서 배출되는 기상의 화물을 압축하는 화물 압축기; 및
    제1 연료와 화물을 열교환하되 제2 연료의 냉열을 회수하는 상기 열교환기를 포함하는, 연료 처리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 열교환기는,
    상기 제1 연료탱크에서 배출되는 액상의 제1 연료와 화물을 열교환하되 제2 연료의 냉열을 회수하는, 연료 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 열교환기는,
    액상의 제1 연료가 유동하는 유로, 제2 연료가 유동하는 유로 및 기상의 화물이 유동하는 유로가 독립적으로 마련되는 구조를 갖는, 연료 처리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 제2 연료는,
    제1 연료 및 화물 대비 비등점이 낮은 물질인, 연료 처리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    제1 연료 또는 제2 연료는, 암모니아, 또는 탄화수소이며,
    화물은, CO2인, 연료 처리 시스템.
  9. 제1 연료탱크에서 배출되는 기상의 제1 연료를 재액화하는 제1 재액화부;
    화물탱크에서 배출되는 기상의 화물을 재액화하는 제2 재액화부; 및
    제2 연료탱크에 저장된 제2 연료를 수요처에 공급하는 연료 공급부를 포함하며,
    상기 제1 재액화부 및 상기 제2 재액화부 중 적어도 어느 하나는,
    상기 연료 공급부에서 상기 수요처로 공급되는 제2 연료를 냉매로 사용하는, 연료 처리 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 재액화부는,
    상기 제1 연료탱크에서 배출되는 기상의 제1 연료를 압축하는 연료 압축기;
    상기 연료 압축기에서 압축된 제1 연료를 냉각하는 응축기; 및
    상기 응축기에서 냉각된 제1 연료를 상기 연료 압축기에서 적어도 부분적으로 압축된 제1 연료와 열교환하는 인터쿨러를 포함하는, 연료 처리 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연료 압축기는,
    제1 압축단 및 제2 압축단이 직렬로 마련되고,
    상기 인터쿨러는,
    상기 제1 압축단에 의해 압축된 제1 연료를 상기 응축기에서 냉각된 제1 연료와 열교환하고, 기상의 제1 연료를 상기 제2 압축단에 전달하는, 연료 처리 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 제2 재액화부는,
    상기 화물탱크에서 배출되는 기상의 화물을 압축하는 화물 압축기; 및
    상기 제1 연료탱크에서 배출되는 액상의 제1 연료 및 상기 연료 공급부에서 상기 수요처로 공급되는 제2 연료를 이용하여 상기 화물탱크에서 배출되는 기상의 화물을 냉각하는 열교환기를 포함하는, 연료 처리 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 연료탱크에서 상기 열교환기로 전달되는 제1 연료는,
    상기 제1 연료탱크에서 상기 연료 압축기로 전달되는 제1 연료와 독립적인, 연료 처리 시스템.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 화물탱크는,
    상기 제1 연료탱크 대비 상대적으로 높은 압력으로 화물을 저장하는, 연료 처리 시스템.
KR1020230054530A 2022-12-19 2023-04-26 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 KR20240097687A (ko)

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