KR102066634B1 - 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 - Google Patents
선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102066634B1 KR102066634B1 KR1020170171972A KR20170171972A KR102066634B1 KR 102066634 B1 KR102066634 B1 KR 102066634B1 KR 1020170171972 A KR1020170171972 A KR 1020170171972A KR 20170171972 A KR20170171972 A KR 20170171972A KR 102066634 B1 KR102066634 B1 KR 102066634B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- compressor
- gas
- boil
- heat exchanger
- refrigerant
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B25/00—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby
- B63B25/02—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods
- B63B25/08—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid
- B63B25/12—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed
- B63B25/16—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed heat-insulated
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
- B63H21/38—Apparatus or methods specially adapted for use on marine vessels, for handling power plant or unit liquids, e.g. lubricants, coolants, fuels or the like
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
- F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
- F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
- F02M21/0209—Hydrocarbon fuels, e.g. methane or acetylene
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
- F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
- F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
- F02M21/0215—Mixtures of gaseous fuels; Natural gas; Biogas; Mine gas; Landfill gas
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C6/00—Methods and apparatus for filling vessels not under pressure with liquefied or solidified gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
- F17C9/02—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure with change of state, e.g. vaporisation
-
- B63B2770/00—
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
- F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
- F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
- F17C2205/0323—Valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
- F17C2221/03—Mixtures
- F17C2221/032—Hydrocarbons
- F17C2221/033—Methane, e.g. natural gas, CNG, LNG, GNL, GNC, PLNG
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
- F17C2227/01—Propulsion of the fluid
- F17C2227/0128—Propulsion of the fluid with pumps or compressors
- F17C2227/0171—Arrangement
- F17C2227/0185—Arrangement comprising several pumps or compressors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
- F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
- F17C2227/0337—Heat exchange with the fluid by cooling
- F17C2227/0339—Heat exchange with the fluid by cooling using the same fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
- F17C2265/01—Purifying the fluid
- F17C2265/015—Purifying the fluid by separating
- F17C2265/017—Purifying the fluid by separating different phases of a same fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
- F17C2265/03—Treating the boil-off
- F17C2265/031—Treating the boil-off by discharge
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
- F17C2265/03—Treating the boil-off
- F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
- F17C2265/03—Treating the boil-off
- F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
- F17C2265/033—Treating the boil-off by recovery with cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
- F17C2265/03—Treating the boil-off
- F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
- F17C2265/037—Treating the boil-off by recovery with pressurising
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
- F17C2265/03—Treating the boil-off
- F17C2265/032—Treating the boil-off by recovery
- F17C2265/038—Treating the boil-off by recovery with expanding
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
- F17C2265/06—Fluid distribution
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
- F17C2265/06—Fluid distribution
- F17C2265/066—Fluid distribution for feeding engines for propulsion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2270/00—Applications
- F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
- F17C2270/0102—Applications for fluid transport or storage on or in the water
- F17C2270/0105—Ships
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T70/00—Maritime or waterways transport
- Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
- Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
선박용 증발가스 재액화 방법이 개시된다.
상기 선박용 증발가스 재액화 방법은, 1) 증발가스의 일부 또는 전부를, 우회라인을 따라 제1 열교환기를 우회시키거나, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용하는 단계; 2) 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기를 우회하거나 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스가 합류된 흐름을 두 흐름으로 분기시키는 단계; 3) 상기 2)단계에서 두 흐름으로 분기된 흐름 중, 한 흐름은 제1 압축기로 보내고, 나머지 흐름은 제2 압축기로 보내는 단계; 4) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기로 공급된 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계; 5) 상기 4)단계에서 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및 6) 상기 5)단계에서 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 단계;를 포함하고, 상기 냉매 사이클을 순환하는 증발가스는, 5-1) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축되는 단계; 5-2) 상기 5-1)단계에서 압축된 후 상기 제2 열교환기에 의해 냉각되는 단계; 5-3) 상기 5-2)단계에서 냉각된 후 감압되는 단계; 5-4) 상기 5-3)단계에서 감압된 후 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용되는 단계; 및 5-5) 상기 5-4)단계에서 상기 제2 열교환기의 냉매로 사용된 후 압축되는 단계;를 포함하는 과정을 거치고, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스 압력이, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우; 및 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 온도를 낮춰 재액화량 및 재액화효율을 높이는 경우; 중 하나 이상의 경우에 상기 1)단계에서 증발가스의 일부 또는 전부를 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시킨다.
상기 선박용 증발가스 재액화 방법은, 1) 증발가스의 일부 또는 전부를, 우회라인을 따라 제1 열교환기를 우회시키거나, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용하는 단계; 2) 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기를 우회하거나 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스가 합류된 흐름을 두 흐름으로 분기시키는 단계; 3) 상기 2)단계에서 두 흐름으로 분기된 흐름 중, 한 흐름은 제1 압축기로 보내고, 나머지 흐름은 제2 압축기로 보내는 단계; 4) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기로 공급된 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계; 5) 상기 4)단계에서 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및 6) 상기 5)단계에서 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 단계;를 포함하고, 상기 냉매 사이클을 순환하는 증발가스는, 5-1) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축되는 단계; 5-2) 상기 5-1)단계에서 압축된 후 상기 제2 열교환기에 의해 냉각되는 단계; 5-3) 상기 5-2)단계에서 냉각된 후 감압되는 단계; 5-4) 상기 5-3)단계에서 감압된 후 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용되는 단계; 및 5-5) 상기 5-4)단계에서 상기 제2 열교환기의 냉매로 사용된 후 압축되는 단계;를 포함하는 과정을 거치고, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스 압력이, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우; 및 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 온도를 낮춰 재액화량 및 재액화효율을 높이는 경우; 중 하나 이상의 경우에 상기 1)단계에서 증발가스의 일부 또는 전부를 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시킨다.
Description
본 발명은 액화가스가 자연 기화하여 생성되는 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 재액화시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.
액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -163℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.
그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -163 ℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다.
증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 증발가스의 처리를 위해, 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료수요처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.
증발가스를 재액화하기 위한 방법으로는, 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비하여 증발가스를 냉매와 열교환하여 재액화하는 방법, 별도의 냉매가 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여 재액화하는 방법 등이 있다.
한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE, X-DF 엔진, ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.
DFDE은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.
X-DF 엔진은, 2행정으로 구성되고, 16 bar 정도의 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클을 채택하고 있다.
ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다.
별도의 냉매 없이 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 증발가스를 재액화시키는 방법으로, 압축기에 의해 압축시킨 증발가스를, 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스와 열교환시켜 냉각시킨 후 J-T 밸브 등에 의해 팽창시켜 증발가스의 일부를 재액화시키는 방법이 있고, 이와 같은 방법을 채용한 시스템을 일명 PRS(Partial Re-liquefaction System)라고 한다.
저장탱크 내부의 액화가스의 양이 많아 증발가스의 발생량이 많은 경우, 선박이 정박하고 있거나 낮은 속도로 운항하여 엔진에서 사용되는 증발가스가 적은 경우 등, 재액화시켜야 할 증발가스의 양이 많은 경우, PRS만으로 요구되는 재액화량을 만족시키지 못할 수가 있다.
증발가스를 더 많이 재액화시킬 수 있도록 PRS를 개량하여, 증발가스 자체를 냉매로 사용한 냉매 사이클에 의해 증발가스를 추가로 냉각시킬 수 있도록 하였는데, 이와 같은 방법을 채용한 시스템을 일명 MRS(Methane Refrigeration System)라고 한다.
본 발명은 종래의 MRS를 개량하여, 기존에 MRS를 운용하며 발생하던 문제점들을 보완하고 더욱 효율적으로 증발가스를 재액화시킬 수 있도록 구성한, 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 1) 증발가스의 일부 또는 전부를, 우회라인을 따라 제1 열교환기를 우회시키거나, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용하는 단계; 2) 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기를 우회하거나 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스가 합류된 흐름을 두 흐름으로 분기시키는 단계; 3) 상기 2)단계에서 두 흐름으로 분기된 흐름 중, 한 흐름은 제1 압축기로 보내고, 나머지 흐름은 제2 압축기로 보내는 단계; 4) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기로 공급된 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계; 5) 상기 4)단계에서 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및 6) 상기 5)단계에서 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 단계;를 포함하고, 상기 냉매 사이클을 순환하는 증발가스는, 5-1) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축되는 단계; 5-2) 상기 5-1)단계에서 압축된 후 상기 제2 열교환기에 의해 냉각되는 단계; 5-3) 상기 5-2)단계에서 냉각된 후 감압되는 단계; 5-4) 상기 5-3)단계에서 감압된 후 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용되는 단계; 및 5-5) 상기 5-4)단계에서 상기 제2 열교환기의 냉매로 사용된 후 압축되는 단계;를 포함하는 과정을 거치고, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스 압력이, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우; 및 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 온도를 낮춰 재액화량 및 재액화효율을 높이는 경우; 중 하나 이상의 경우에 상기 1)단계에서 증발가스의 일부 또는 전부를 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 1) 증발가스의 일부 또는 전부를, 우회라인을 따라 제1 열교환기를 우회시키거나, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용하고, 2) 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기를 우회하거나 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스가 합류된 흐름을 두 흐름으로 분기시키고, 3) 상기 2)단계에서 두 흐름으로 분기된 흐름 중, 한 흐름은 제1 압축기로 보내고, 나머지 흐름은 제2 압축기로 보내고, 4) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 연료수요처로 보내고(이하, 연료수요처로 증발가스를 공급하는 압축기를 '연료공급용 압축기'라고 한다.), 5) 상기 '연료공급용 압축기'에 의해 압축된 증발가스 중 상기 연료수요처에서 사용되지 않은 나머지 증발가스를, 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기로 공급된 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키고, 6) 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기 중 상기 '연료공급용 압축기'가 아닌 나머지 압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉매 사이클로 보내고(이하, 냉매 사이클로 증발가스를 공급하는 압축기를 '냉매 사이클용 압축기'라고 한다.), 7) 상기 5)단계에서 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 상기 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키고, 8) 상기 7)단계에서 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법이 제공된다.
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스 압력이, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우에, 상기 1)단계에서 증발가스의 일부 또는 전부를 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시킬 수 있다.
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건에 비해, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 압력이 많이 부족할수록, 상기 1)단계에서 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시키는 증발가스의 양을 증가시킬 수 있다.
상기 1)단계에서 증발가스를 전부 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시켜도 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 없는 경우, 상기 제1 압축기 내부에 설치되는 재순환라인 또는 상기 제2 압축기 내부에 설치되는 재순환라인에 의해 증발가스의 일부 또는 전부를 재순환시킬 수 있다.
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 온도를 낮춰 증가시킬 수 있는 증발가스의 양과, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용되는 증발가스의 양이 줄어들어 낮아지는 재액화효율 및 재액화량을 고려하여, 재액화효율 및 재액화량을 최대로 확보할 수 있는 유량의 증발가스를, 상기 1)단계에서 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시킬 수 있다.
재액화시킬 증발가스의 양이 적은 경우, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 제1 열교환기에 의해서만 냉각시키고, 상기 제2 열교환기는 우회시켜 바로 상기 제1 감압장치로 보낼 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 증발가스를 압축시키는 제1 압축기; 상기 제1 압축기와 병렬로 설치되어, 상기 제1 압축기로 보내지지 않은 다른 흐름의 증발가스를 압축시키는 제2 압축기; 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여, 열교환시켜 냉각시키는 제1 열교환기; 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 추가로 열교환시켜 냉각시키는 제2 열교환기; 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 제1 감압장치; 증발가스가 상기 제1 열교환기를 우회하는 경로를 제공하는 우회라인; 및 상기 우회라인에 설치되는 우회밸브;를 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스는 연료수요처로 보내질 수 있고(이하, 연료수요처로 증발가스를 공급하는 압축기를 '연료공급용 압축기'라고 한다.), 상기 '연료공급용 압축기'에 의해 압축된 증발가스 중 상기 연료수요처에서 사용되지 않은 나머지 증발가스는 상기 제1 열교환기로 보내질 수 있고, 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기 중 상기 '연료공급용 압축기'가 아닌 나머지 압축기에 의해 압축된 증발가스는 상기 냉매 사이클로 보내질 수 있다. (이하, 냉매 사이클로 증발가스를 공급하는 압축기를 '냉매 사이클용 압축기'라고 한다.)
상기 냉매 사이클은, 상기 '냉매 사이클용 압축기'에 의해 압축된 후 상기 냉매 사이클로 공급된 증발가스를 감압시키는 제2 감압장치; 및 상기 제2 감압장치에 의해 감압된 후 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체를 압축시키는 제4 압축기;를 포함할 수 있다.
상기 '냉매 사이클용 압축기'에 의해 압축된 후 상기 냉매 사이클로 공급된 증발가스는, 상기 제2 열교환기에 의해 냉각되고 상기 제2 감압장치에 의해 추가로 감압되어 냉각된 후, 다시 상기 제2 열교환기로 공급되어 냉매로 사용될 수 있다.
상기 냉매 사이클은, 상기 '냉매 사이클용 압축기', 상기 제2 열교환기, 상기 제2 감압장치, 다시 상기 제2 열교환기, 상기 제4 압축기, 및 다시 상기 '냉매 사이클용 압축기'를 연결하는 폐루프를 형성할 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 상기 제1 열교환기 하류에 설치되어, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 제1 열교환기 하류에 설치되어, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 압력을 측정하는 압력센서;중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 상기 온도센서로부터 전송된 온도 값 및 상기 압력센서로부터 전송된 압력 값 중 하나 이상에 의해, 상기 우회밸브를 제어하는 제어장치를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 제1 열교환기로 보내는 라인 상에 설치되어, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축시키는 제3 압축기를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 압축기는 증발가스를 150 내지 300 bar로 압축시킬 수 있다.
상기 제3 압축기는 증발가스를 150 내지 170 bar로 압축시킬 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 상기 제1 감압장치 하류에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함할 수 있다.
상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용되기 전의 증발가스와 합류되어 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용될 수 있다.
상기 제1 열교환기는 PCHE일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 압력이, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우, 증발가스의 일부 또는 전부를 우회라인(BL)을 통해 제1 열교환기(110)를 우회시킬 수 있으므로, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 압력이 낮아지는 경우에도 원활한 시스템 운용이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 우회라인(BL)을 활용하여 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 온도를 낮출 수 있으므로, 재액화 과정을 거치는 증발가스의 양을 증가시킬 수 있고, 최대의 재액화량을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 2는 온도 및 압력에 따른 메탄의 상변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 3은 서로 다른 압력하에서 열류량에 따른 메탄의 온도 값을 각각 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5는 PRS(Partial Re-liquefaction System)에서 증발가스 압력에 따른 재액화량을 나타낸 그래프이다.
도 2는 온도 및 압력에 따른 메탄의 상변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 3은 서로 다른 압력하에서 열류량에 따른 메탄의 온도 값을 각각 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5는 PRS(Partial Re-liquefaction System)에서 증발가스 압력에 따른 재액화량을 나타낸 그래프이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법은, 천연가스를 연료로 사용하는 엔진을 탑재한 선박, 액화가스 저장탱크를 포함하는 선박 또는 해양 구조물 등에 다양하게 응용되어 적용될 수 있다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 각 라인에서의 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기액 혼합 상태, 기체 상태, 초임계유체 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 제1 열교환기(110), 제1 압축기(210), 제2 압축기(220), 제2 열교환기(120), 제1 감압장치(410), 냉매 사이클(RC), 및 우회라인(BL)을 포함한다.
제1 열교환기(110)는, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시킨다.
제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용되는 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스일 수 있다.
제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 증발가스는, 두 흐름으로 분기되어, 한 흐름은 제1 압축기(210)로 보내지고 다른 흐름은 제2 압축기(220)로 보내진다.
제1 압축기(210)는, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 후 두 흐름으로 분기된 증발가스 중 한 흐름을 압축시킨다. 제1 압축기(210)는 다단압축기일 수 있으며, 제1 압축기(210) 하류에는 제1 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 제1 냉각기(310)가 설치될 수 있다.
제2 압축기(220)는, 제1 압축기(210)와 병렬로 설치되어, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 후 두 흐름으로 분기된 증발가스 중, 제1 압축기(210)로 보내지지 않은 나머지 흐름을 압축시킨다. 제2 압축기(220)는 다단압축기일 수 있으며, 제2 압축기(220) 하류에는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 제2 냉각기(320)가 설치될 수 있다.
제1 압축기(210)와 제2 압축기(220) 중 어느 한 대는 연료수요처(E)로 증발가스를 공급하고, 다른 한 대는 냉매 사이클(RC)로 증발가스를 공급한다. 또한, 연료수요처(E)로 증발가스를 공급하는 압축기에 의해 압축된 증발가스 중, 연료수요처(E)에서 사용되지 않은 잉여 증발가스가 제1 열교환기(110)로 보내져 재액화 과정을 거치게 된다.
연료수요처(E)는 대략 300 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 ME-GI 엔진, 대략 16 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 X-DF 엔진, 대략 6.5 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 DF 엔진(DFGE, DFDE), 및 가스연소장치(GCU; Gas Combustion Unit) 중 하나 이상일 수 있다.
연료수요처(E)가 엔진인 경우, 제1 압축기(210)와 제2 압축기(220) 중 연료수요처(E)로 연료를 공급하는 압축기는, 연료수요처(E)의 요구 압력으로 증발가스를 압축시킨다.
선박 규정상 엔진으로 연료를 공급하는 압축기는, 비상 상황을 대비하여 리던던시(Redundancy) 설계를 하여야 하는데, 리던던시 설계란, 어느 한 대를 고장, 유지보수 등의 이유로 사용할 수 없을 때 다른 한 대를 대신 사용 할 수 있도록 설계하는 것을 의미한다.
본 실시예에서는 제1 압축기(210)와 제2 압축기(220)가 서로 리던던시의 역할을 할 수 있는데, 종래에는, 제1 압축기(210)와 제2 압축기(220) 중 어느 한 대에 의해 증발가스를 압축시켜 연료수요처(E)로 공급하고, 사용하지 않는 다른 한 대는 대기(Standby) 상태로 두어, 연료수요처(E)로 증발가스를 공급하던 압축기를 사용할 수 없게 되면, 즉각적으로 대기(Standby) 상태의 압축기를 사용하여 연료수요처(E)로 증발가스를 공급할 수 있도록 운용하였다.
그런데, 종래와 같은 운용 방식에 의하면, 연료수요처(E)로 증발가스로 공급하는 압축기를 사용할 수 없게 되는 것은 발생할 확률이 낮고 발생하더라도 지속시간이 길지 않은 상황임에도 불구하고, 만약이라도 일어날 비상 상황을 대비하기 위하여 여분의 압축기를 설치하고 여분의 압축기를 대기(Standby) 상태로 유지해야 하므로, 실제로 발생하는 위험 대비 비용이 낭비된다는 문제점이 있었다.
본 실시예에 의하면, 제1 압축기(210)와 제2 압축기(220)를 모두 정상적으로 사용할 수 있는 경우에는, 한 대는 연료수요처(E)로 연료를 공급하는 용도로 사용하고, 다른 한 대는 냉매 사이클(RC)에 증발가스를 공급하는 용도로 사용하고, 연료수요처(E)에 증발가스를 공급하던 압축기를 사용할 수 없게 되면, 냉매 사이클(RC)에 증발가스를 공급하여 재액화량 및 재액화 효율을 높이는 것을 포기하고, 냉매 사이클(RC)에 증발가스를 공급하던 압축기에 의해 증발가스를 연료수요처(E)에 공급한다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 리던던시 설계를 요구하는 선박 규정을 만족시키면서도, 비상 상황을 대비하기 위해 설치되는 여분의 압축기를 활용하여 재액화량 및 재액화 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.
제1 압축기(210)와 제2 압축기(220)는, 서로 리던던시 역할을 할 수 있도록 동일한 성능의 압축기인 것이 바람직하다.
제2 열교환기(120)는, 냉매 사이클(RC)을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(110)에 의해 냉각된 유체를, 추가로 열교환시켜 냉각시킨다. 제2 열교환기(120)에 의해 추가로 냉각된 유체는 제1 감압장치(410)로 보내진다.
본 실시예에 의하면, 증발가스가 제1 열교환기(110)뿐만 아니라 제2 열교환기(120)에서도 추가적으로 냉각되어, 제1 열교환기(110)에 의하여만 냉각된 증발가스가 제1 감압장치(410)로 보내지는 경우에 비해, 더 온도가 낮아진 상태의 증발가스가 제1 감압장치(410)로 보내지므로, 재액화 효율 및 재액화량이 높아지게 된다. 이에 대해 보다 자세히 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 온도 및 압력에 따른 메탄의 상변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하면, 메탄은 대략 -80℃ 이상의 온도 및 대략 55bar 이상의 압력 조건이 되면 초임계유체 상태가 된다. 즉, 메탄의 경우, 대략 -80℃, 55bar 상태가 임계점이 된다. 초임계유체 상태는, 액체 상태나 기체상태와는 다른 제3의 상태이다.
증발가스가 임계점 이상의 압력에서 임계점보다 낮은 온도를 갖게 되면, 일반적인 액체 상태와는 다른, 밀도가 높은 초임계유체 상태와 유사한 상태가 될 수도 있는데, 임계점이상의 압력 및 임계점 이하의 온도를 가지는 증발가스의 상태를 이하 "고압액체상태"라고 한다.
재액화 과정을 거치기 위하여 제1 열교환기(110)로 보내지는 증발가스는, 압축된 정도에 따라 기체상태일 수도 있고, 초임계유체 상태일 수도 있다. 제1 열교환기(110)로 보내지는 증발가스가 기체상태인 경우에는, 기체상태의 증발가스가 제1 열교환기(110)를 통과하며 온도가 낮아져 액체와 기체의 혼합상태가 될 수 있고, 제1 열교환기(110)로 보내지는 증발가스가 초임계유체 상태인 경우에는, 초임계유체 상태의 유체가 제1 열교환기(110)를 통과하며 온도가 낮아져 "고압액체상태"가 될 수 있다.
제1 열교환기(110)에 의해 냉각된 유체는 제2 열교환기(120)를 통과하면서 온도가 더 낮아지게 되는데, 제1 열교환기(110)를 통과한 유체가 액체와 기체의 혼합상태인 경우에는, 액체와 기체의 혼합상태인 유체가 제2 열교환기(120)를 통과하며 온도가 더 낮아져 액체의 비율이 더 높은 혼합상태가 되거나 액체상태가 되고, 제1 열교환기(110)를 통과한 유체가 "고압액체상태"인 경우에는, "고압액체상태"의 유체가 제2 열교환기(120)를 통과하며 온도가 더 낮아져 온도가 더 낮아진 "고압액체상태"가 된다.
또한, 제2 열교환기(120)를 통과한 유체가 "고압액체상태"인 경우에도, 제2 열교환기(120)를 통과한 "고압액체상태"의 유체는 제1 감압장치(410)를 통과하면서 압력이 낮아져 액체상태가 되거나 액체와 기체의 혼합상태가 된다.
증발가스가 제1 감압장치(410)에 의해 압력이 같은 정도(도 2의 P)로 낮아진다고 하더라도, 온도가 더 높은 상태에서 감암되는 경우(도 2의 X→X')보다 온도가 더 낮은 상태에서 감압된 경우(도 2의 Y→Y')에 액체의 비율이 더 높은 혼합상태가 되는 것을 알 수 있다. 또한, 온도를 더 낮출 수 있다면 이론적으로 증발가스를 100% 재액화 시킬 수 있음(도 2의 Z→Z')을 알 수 있다. 따라서, 제1 열교환기(110)에 의해 냉각된 유체를 제2 열교환기(120)에 의해 추가적으로 냉각시킨 후 제1 감압장치(410)로 보내면, 재액화 효율 및 재액화량이 높아진다.
제1 감압장치(410)는, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(110) 및 제2 열교환기(120)에 의해 냉각된 증발가스를 감압시킨다. 제1 감압장치(410)는, 증발가스를 감압시켜 냉각시킬 수 있는 모든 수단을 포함하며, 줄-톰슨(Joule-Thomson) 밸브 등의 팽창밸브일 수도 있고 팽창기일 수 있다. 본 실시예에서는 제1 감압장치(410)가 팽창밸브인 것이 바람직하다. 팽창밸브는 팽창기에 비해 가격도 저렴하고 고장날 위험도 적다는 장점이 있다.
제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의한 압축 과정과, 제1 열교환기(110) 및 제2 열교환기(120)에 의한 냉각 과정과, 제1 감압장치(410)에 의한 감압 과정을 거친 증발가스는, 일부 또는 전부가 재액화된다.
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 제1 감압장치(410) 하류에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체 상태로 남아 있는 증발가스를 분리하는 기액분리기(500)를 더 포함할 수 있다.
기액분리기(500)에 의해 분리된 액화가스는 저장탱크(T)로 보내질 수 있고, 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스는, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용되기 전의 증발가스와 합류되어, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용될 수 있다.
제1 열교환기(110)가 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 사용하는 경우, 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스는, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스와 합류되어 제1 열교환기(110)로 보내질 수 있다.
또한, 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스는, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용되기 전의 증발가스와 합류되지 않고 별도로 분리되어 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용될 수도 있고, 이 경우 제1 열교환기(110)는 세 유로로 구성될 수 있다.
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템이 기액분리기(500)를 포함하지 않는 경우, 일부 또는 전부 재액화된 증발가스는 제1 감압장치(410)로부터 바로 저장탱크(T)로 보내질 수 있다.
제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용되는 증발가스가 순환하는 냉매 사이클(RC)에는, 제2 감압장치(420) 및 제4 압축기(240)가 포함될 수 있다.
제2 감압장치(420)는, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 냉매 사이클(RC)로 공급된 증발가스를 감압시켜 온도를 낮춘다. 제2 감압장치(420)는, 증발가스를 감압시켜 냉각시킬 수 있는 모든 수단을 포함하며, 줄-톰슨(Joule-Thomson) 밸브 등의 팽창밸브일 수도 있고 팽창기일 수 있다. 본 실시예에서는 제2 감압장치(420)가 팽창기인 것이 바람직하다.
제2 감압장치(420)에 의해 감압된 유체는, 제2 열교환기(120)로 공급되어, 제1 열교환기(110)에 의해 냉각된 유체를 추가로 냉각시키는 냉매로 사용된다.
제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 냉매 사이클(RC)로 공급된 증발가스는, 제2 감압장치(420)에 의해 감압되기 전에 제2 열교환기(120)를 통과할 수 있다. 이 경우, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 냉매 사이클(RC)로 공급된 증발가스는, 제2 열교환기(120)에 의해 열교환되어 냉각되고 제2 감압장치(420)에 의해 추가로 감압되어 냉각된 후, 다시 제2 열교환기(120)로 보내져 냉매로 사용된다.
제4 압축기(240)는, 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용된 유체를 압축시켜, 냉매 사이클(RC)을 순환하는 증발가스의 압력 평균을 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 제4 압축기(240)는 제2 감압장치(420)와 컴팬더(C)를 형성하여 제2 감압장치(420)가 유체를 팽창시키면서 생산하는 동력에 의해 구동될 수 있으며, 제4 압축기(240) 하류에는 제4 압축기(240)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 제4 냉각기(340)가 설치될 수 있다.
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템에 의하면, 제4 압축기(240)에 의해 압축된 증발가스를 제1 압축기(210) 상류로 보낼 수도 있고 제2 압축기(220) 상류로 보낼 수도 있도록 하여, 제1 압축기(210)를 포함하여 냉매 사이클(RC)을 구성할 수도 있고 제2 압축기(220)를 포함하여 냉매 사이클을 구성할 수도 있도록 하였다.
제1 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스를 연료수요처(E)로 공급하고, 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 냉매 사이클(RC)로 공급하는 경우에는, 제2 압축기(220), 제2 감압장치(420), 제2 열교환기(120), 제4 압축기(240), 및 다시 제2 압축기(220)를 연결하는 폐루프의 냉매 사이클(RC)이 형성된다. 냉매 사이클(RC)로 공급되는 증발가스를 제2 열교환기(120)에 의해 냉각시킨 후에 제2 감압장치(420)로 보내는 경우에는, 제2 압축기(220), 제2 열교환기(120), 제2 감압장치(420), 다시 제2 열교환기(120), 제4 압축기(240), 및 다시 제2 압축기(220)를 연결하는 폐루프의 냉매 사이클(RC)이 형성된다.
제1 압축기(210)에 의해 압축된 증발가스를 냉매 사이클(RC)로 공급하고, 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 연료수요처(E)로 공급하는 경우에는, 제1 압축기(210), 제2 감압장치(420), 제2 열교환기(120), 제4 압축기(240), 및 다시 제1 압축기(210)를 연결하는 폐루프의 냉매 사이클(RC)이 형성된다. 냉매 사이클(RC)로 공급되는 증발가스를 제2 열교환기(120)에 의해 냉각시킨 후에 제2 감압장치(420)로 보내는 경우에는, 제1 압축기(210), 제2 열교환기(120), 제2 감압장치(420), 다시 제2 열교환기(120), 제4 압축기(240), 및 다시 제1 압축기(210)를 연결하는 폐루프의 냉매 사이클(RC)이 형성된다.
본 실시예에 의하면, 제1 압축기(210) 및 제2 압축기(220) 중 어느 하나를 선택하여 연료수요처(E)나 제1 열교환기(110)로 증발가스를 공급하도록 하고, 연료수요처(E)나 제1 열교환기(110)로 증발가스를 공급하지 않는 다른 압축기에 의해 압축된 증발가스로 냉매 사이클(RC)을 순환시킬 수 있으므로, 시스템의 운용이 자유롭다는 장점이 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 종래에 선박에 설치되어 있음에도 평상시에는 사용되지 않던 리던던시용 압축기를 활용하여 증발가스의 재액화 효율 및 재액화량을 높일 수 있다는 장점이 있다.
한편, 저장탱크(T) 내부에 저장된 액화가스의 양이 적어 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스의 양이 적거나, 엔진 등의 연료수요처(E)에서 연료로 사용되는 증발가스가 많은 경우 등, 재액화시킬 증발가스의 양이 적은 경우에는, 재액화 과정을 거치는 증발가스를 제1 열교환기(110)에 의해서만 냉각시키고, 제2 열교환기(120)는 우회(Bypass)시켜 바로 제1 감압장치(410)로 보낼 수도 있다.
재액화 과정을 거치는 증발가스를 제1 열교환기(110)에 의해서만 냉각시키고 제2 열교환기(120)는 우회(Bypass)시키는 경우, 제2 열교환기(120)에 냉매를 공급할 필요가 없으므로, 냉매 사이클(RC)에 증발가스를 공급하지 않을 수 있다.
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 제1 열교환기(110)로 보내는 라인 상에 설치되어, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축시키는 제3 압축기(230)를 더 포함할 수 있다. 또한, 제3 압축기(230) 하류에는, 제3 압축기(230)에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는 제3 냉각기(330)가 설치될 수 있다.
제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 제1 열교환기(110)로 보내지는 증발가스를 제3 압축기(230)에 의해 추가로 압축시키는 이유는, 재액화 과정을 거치는 증발가스의 압력을 높여 재액화량 및 재액화 효율을 높이기 위함인데, 이에 대해 자세히 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 서로 다른 압력하에서 열류량에 따른 메탄의 온도 값을 각각 나타낸 그래프인데, 도 3을 참조하면, 재액화 과정을 거치는 증발가스의 압력이 높을수록, 자가열교환의 효율이 높아짐을 확인할 수 있다. 자가열교환의 자가(Self-)는 저온의 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 고온의 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다는 의미이다.
도 3의 (a)는, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템이 제3 압축기(230)를 포함하지 않은 경우에 제2 열교환기(120)의 상류 및 하류에서의 각 유체의 상태를 나타낸 것이고, 도 3의 (b)는 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템이 제3 압축기(230)를 포함하는 경우에 제2 열교환기(120)의 상류 및 하류에서의 각 유체의 상태를 나타낸 것이다.
도 3에서는, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 후 냉매 사이클(RC)로 공급된 증발가스가, 제2 열교환기(120)에 의해 냉각되고 제2 감압장치(420)에 의해 감압된 후 다시 제2 열교환기(120)로 공급되는 경우를 도시하였다.
도 3의 (a) 및 (b)의 가장 위쪽의 그래프 I는, 제2 열교환기(120)로 공급되는 도 1의 P1지점의 유체 상태를 나타낸 것이고, 가장 아래쪽의 그래프 L은, 제2 열교환기(120) 및 제2 감압장치(420)를 통과한 후 냉매로 사용되기 위하여 제2 열교환기(120)로 다시 공급되는 도 1의 P2지점의 유체 상태를 나타낸 것이며, 중간 부분의 그래프 K와 겹쳐져서 그려진 그래프 J는, 제1 열교환기(110)를 통과한 후 제2 열교환기(120)로 공급되는 도 1의 P3지점의 유체 상태를 나타낸 것이다.
냉매로 사용되는 유체는, 열교환 과정에서 냉열을 빼앗겨 점점 온도가 증가하므로, 그래프 L은 시간의 흐름에 따라 왼쪽으로부터 오른쪽으로 진행되고, 냉매와 열교환되어 냉각되는 유체는, 열교환 과정에서 냉매로부터 냉열을 공급받아 점점 온도가 낮아지므로, 그래프 I 및 그래프 J는 시간의 흐름에 따라 오른쪽부터 왼쪽으로 진행된다.
도 3의 (a) 및 (b)의 중간 부분의 그래프 K는, 그래프 I와 그래프 J를 결합하여 나타낸 것이다. 즉, 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용되는 유체는 그래프 L로 그려지고, 제2 열교환기(120)에서 냉매와 열교환되어 냉각되는 유체는 그래프 K로 그려진다.
열교환기를 설계할 때에는, 열교환기로 공급되는 유체(즉, 도 1의 P1지점, P2지점, 및 P3지점의 유체)의 온도 및 열류량은 고정시키고, 냉매로 사용되는 유체의 온도가 냉각되는 유체의 온도보다 높아지지 않도록(즉, 그래프 L과 그래프 K가 교차되어 그래프 L이 그래프 K보다 위쪽에 나타나지 않도록) 하면서, 대수평균온도차(LMTD; Logarithmic Mean Temperature Difference)가 최대한 작아질 수 있도록 한다.
대수평균온도차(LMTD)는, 고온 유체와 저온 유체가 서로 반대 방향에서 주입되고 반대쪽에서 배출되는 열교환 방식인 대향류의 경우, 저온 유체가 열교환기를 통과하기 전의 온도를 tc1, 저온 유체가 열교환기를 통과한 후의 온도를 tc2, 고온 유체가 열교환기를 통과하기 전의 온도를 th1, 고온 유체가 열교환기를 통과한 후의 온도를 th2라고 하고, d1= th2-tc1, d2=th1-tc2라고 하였을 때, (d2-d1)/ln(d2/d1)으로 표현되는 값인데, 대수평균온도차가 작을수록 열교환기의 효율은 높아진다.
그래프 상에서 대수평균온도차(LMTD)는, 냉매로 사용되는 저온 유체(도 3의 그래프 L)와 냉매와 열교환되어 냉각되는 고온 유체(도 3의 그래프 K)의 간격으로 나타내어 지는데, 도 3의 (a)보다 도 3의 (b)가 그래프 L과 그래프 K의 간격이 더 좁게 나타남을 알 수 있다.
이러한 차이는, 둥근 원으로 표시한 지점인 그래프 J의 초기값, 즉, 제1 열교환기(110)를 통과한 후 제2 열교환기(120)로 공급되는 도 1의 P3지점의 유체의 압력이, 도 3의 (a)보다 도 3의 (b)가 더 높기 때문에 나타난다.
즉, 시뮬레이션 결과, 제3 압축기(230)를 포함하지 않는 도 3의 (a)의 경우에는, 도 1의 P3지점에서의 유체는 대략 -111℃, 20bar일 수 있고, 제3 압축기(230)를 포함하는 도 3의 (b)의 경우에는, 도 1의 P3지점에서의 유체는 대략 -90℃, 50bar일 수 있는데, 이러한 초기 조건 하에서 대수평균온도차(LMTD)가 가장 작아질 수 있도록 열교환기를 설계하면, 재액화 과정을 거치는 증발가스의 압력이 높은 도 3의 (b)의 경우에 열교환기의 효율이 더 높아지고, 결국 시스템 전반의 재액화량 및 재액화 효율이 높아지게 된다.
도 3의 (a)의 경우에는, 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용되는 증발가스의 유량이 대략 6401 kg/h일 때, 냉매로 사용되는 유체(그래프 L)로부터 냉매와 열교환되어 냉각되는 유체(그래프 K)로 전달되는 총 열류량은 대략 585.4 kW이며, 재액화된 증발가스의 유량은 대략 3441 kg/h이다.
도 3의 (b)의 경우에는, 제2 열교환기(120)에서 냉매로 사용되는 증발가스의 유량이 대략 5368 kg/h일 때, 냉매로 사용되는 유체(그래프 L)로부터 냉매와 열교환되어 냉각되는 유체(그래프 K)로 전달되는 총 열류량은 대략 545.2 kW이며, 재액화된 증발가스의 유량은 대략 4325 kg/h이다.
즉, 제3 압축기(230)를 포함하여 재액화 과정을 거치는 증발가스의 압력을 높이면 더 적은 냉매를 사용해도 더 많은 양의 증발가스를 재액화시킬 수 있음을 알 수 있다.
제3 압축기(230)에 의해 증발가스를 추가적으로 압축시켜 재액화량 및 재액화 효율을 높이면, 제2 열교환기(120)에 의해 증발가스를 추가적으로 냉각시키지 않아도 증발가스를 전량 재액화시킬 수 있는 경우가 증가하고, 결국 냉매 사이클(RC)에 증발가스를 공급해야 하는 시간이 줄어들므로, 연료수요처(E)로 증발가스를 공급하는 압축기가 고장난 경우를 대비한다는 리던던시(Redundancy) 설계의 효과를 충분히 확보할 수 있다.
한편, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템이 어떤 경우에 제3 압축기(230)를 더 포함하는 것이 유리한지와, 제3 압축기(230)가 증발가스를 압축시키는 바람직한 압력을 살펴보면 다음과 같다.
도 4 및 도 5은 PRS(Partial Re-liquefaction System)에서 증발가스 압력에 따른 재액화량을 나타낸 그래프이다. 재액화 대상 증발가스란, 냉각되어 재액화되는 증발가스를 의미하며, 냉매로 사용되는 증발가스와 구별하기 위해 명명하였다.
단, 도 4 및 도 5은 PRS에서의 증발가스 압력에 따른 재액화량을 그래프를 나타난 그래프이므로, 냉매 사이클을 순환하는 증발가스에 의해 증발가스를 추가적으로 재액화시키는 MRS에 비하여 재액화량이 더 낮게 나타난다. MRS의 경우, 시간당 대략 3300kg 정도의 증발가스를 재액화시킬 수 있다.
도 4 및 도 5을 참조하면, 증발가스의 압력이 150 내지 170 bar 부근인 경우에 재액화량이 최대값을 나타내고, 150 내지 300 bar 사이에서는 액화량 변화가 거의 없다는 점을 알 수 있다.
제1 압축기(210) 및 제2 압축기(220) 중 어느 하나에 의해 연료수요처(E)의 요구 압력으로 압축된 증발가스가 연료수요처(E)로 보내지고, 연료수요처(E)로 증발가스를 공급하는 압축기에 의해 압축된 증발가스 중, 연료수요처(E)에서 사용되지 않은 잉여 증발가스가 제1 열교환기(110)로 보내져 재액화 과정을 거치게 되므로, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템이 제3 압축기(230)를 포함하지 않는 경우, 연료수요처(E)의 요구 압력으로 압축된 증발가스의 일부가 제1 열교환기(110)로 보내져 재액화 과정을 거치게 된다.
연료수요처(E)가 대략 300 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 ME-GI 엔진인 경우 등, 150 bar 이상의 천연가스를 연료로 사용하는 엔진인 경우에는, 연료수요처(E)가 요구하는 압력으로 압축된 증발가스 중 연료수요처(E)에서 사용되지 않은 잉여 증발가스를 바로 재액화 과정을 거치도록 하여도 문제가 없으나, 연료수요처(E)가 대략 16 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 X-DF 엔진이나 대략 6.5 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 DF 엔진(DFGE, DFDE)인 경우 등, 150 bar 미만의 천연가스를 연료로 사용하는 엔진인 경우에는, 증발가스를 제3 압축기(230)에 의해 추가로 압축시킨 후에 재액화 과정을 거치도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 제3 압축기(230)는, 최대의 재액화량을 확보할 수 있도록, 증발가스를 대략 150 내지 300 bar로 압축시키는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 대략 150 내지 170 bar로 압축시킬 수 있다. 또한, 제3 압축기(230)가 증발가스를 압축시키는 정도가 적어질수록 제3 압축기(230)에서 소모되는 에너지를 절감할 수 있으므로, 제3 압축기(230)는, 더더욱 바람직하게는 대략 150 bar로 증발가스를 압축시킬 수 있다.
제3 압축기(230)는, 일반적으로 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)의 대략 1/2 용량을 가지는 것으로 충분하다.
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 시스템은, 증발가스가 제1 열교환기(110)를 우회하는 경로를 제공하는 우회라인(BL)을 포함한다. 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용될 예정이었던 증발가스는, 우회라인(BL)을 따라 제1 열교환기(110)를 우회하여 바로 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급될 수 있다. 제1 열교환기(110)가 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 사용하는 경우, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스는, 우회라인(BL)을 따라 제1 열교환기(110)를 우회한 후 두 흐름으로 분기되어, 한 흐름은 제1 압축기(210)로 공급되고, 나머지 흐름은 제2 압축기(220)로 공급될 수 있다.
우회라인(BL)에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 우회밸브(V)가 설치된다. 우회밸브(V)의 개도를 조절하여 제1 열교환기(110)를 우회하는 증발가스의 양을 조절할 수 있으며, 우회밸브(V)를 개폐를 조절하여 증발가스가 제1 열교환기(110)를 우회하도록 할지 여부를 조절할 수 있다.
우회라인(BL)은, 제1 열교환기(110)를 고장, 유지 보수 등의 이유를 사용할 수 없는 경우 이외에도, 다음과 같이 사용할 수 있다.
1) 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스 압력이, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우
제1 열교환기(110)에는 극저온의 증발가스가 공급되므로, 제1 열교환기(110) 내부에 결빙이 생길 수 있고, 제1 열교환기(110) 내부에 생긴 결빙은 제1 열교환기(110)의 유로를 막을 수 있다. 제1 열교환기(110)의 유로가 결빙에 의해 막히게 되면, 증발가스가 제1 열교환기(110)를 통과하며 급격히 압력이 떨어지게 되고, 제1 열교환기(110)를 통과하며 급격히 압력이 떨어진 증발가스는, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하게 될 수 있다.
제1 열교환기(110)는, 재액화시켜야 할 증발가스의 압력 및/또는 유량, 재액화 효율 등을 고려하여 PCHE인 것이 바람직한데, 특히, 제1 열교환기(110)로 PCHE를 적용하는 경우, PCHE는 유로가 좁고(마이크로채널형의 유로) 굴곡지게 형성되어, 내부 결빙에 의해 유로가 쉽게 막힐 수 있고, 결빙에 의한 압력 강하의 폭도 크게 나타날 수 있다.
PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger)는 유로가 새겨진 판을 적층하는 방식으로 만들어지는 열교환기로, DCHE(Diffusion-bonded Compact Heat Exchanger)라고도 하며, 코벨코(Kobelko) 사(社), 알파라발(Alfalaval) 사(社) 등의 업체에서 생산한다.
또한, 제1 열교환기(110)가 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 사용하는 경우, 저장탱크(T) 내부의 액화가스의 양이 적어 생성되는 증발가스의 양이 적거나, 선박의 속도가 빨라 선박의 추진을 위해 엔진에 공급되는 증발가스의 양이 많은 경우 등, 저장탱크(T)의 내부 압력이 낮은 경우에, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
특히, 제1 열교환기(110)가 PCHE인 경우, PCHE는 유로가 좁아 압력 강하의 폭이 크게 나타날 수 있어, 저장탱크(T) 내부 압력에 따라 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우가 빈번하게 나타날 수 있다.
본 실시예에 의하면, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 압력이, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우, 증발가스의 일부 또는 전부를 우회라인(BL)을 통해 제1 열교환기(110)를 우회시킬 수 있다.
종래에는 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우, 압축기 내부에 설치되는 재순환라인에 의해 증발가스의 일부 또는 전부를 재순환시켜 압축기를 보호하였다.
그런데, 증발가스를 재순환시키는 방식으로 압축기의 흡입 압력 조건을 만족시키면, 결국 압축기에 의해 압축되는 증발가스의 양이 감소되는 결과를 초래하므로, 재액화 성능이 감소되고, 엔진이 요구하는 연료 소모량을 만족시키지 못하게 될 수도 있다.
특히, 엔진이 요구하는 연료 소모량을 만족시키지 못하게 되면 선박 운항에 크게 지장이 생기므로, 제1 열교환기(110)의 유로가 결빙에 의해 막힌 경우나, 저장탱크(T) 내부 압력이 낮은 경우에도, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키면서도 엔진이 요구하는 연료 소모량을 만족시킬 수 있는 방법이 요구되었다.
본 실시예에 따르면, 별도의 추가적인 장비의 설치 없이, 제1 열교환기(110)의 유지 및 보수를 위해 사용되는 우회라인(BL)을 활용하여, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 있다.
구체적으로, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 압력이 일정값 이하가 되면, 우회밸브(V)를 열어 증발가스의 일부 또는 전부를 우회라인(BL)을 통해 제1 열교환기(110)를 우회시켜 바로 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 보내며, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건에 비해, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 압력이 얼마나 부족한지에 따라, 우회라인(BL)으로 보내지는 증발가스의 양을 조절한다.
즉, 우회밸브(V)를 전부 열어 증발가스를 전부 우회라인(BL)으로 보낼 수도 있고, 우회밸브(V)를 일부만 열어, 증발가스의 일부만 우회라인(BL)으로 보내고 나머지는 제1 열교환기(110)로 보낼 수도 있다.
우회라인(BL)을 통해 제1 열교환기(110)를 우회하는 증발가스의 양이 증가할수록 증발가스의 압력 강하는 적어지므로, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건에 비해, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 압력이 많이 부족할수록, 우회라인을 따라 제1 열교환기를 우회시키는 증발가스의 양을 증가시킨다.
증발가스를 제1 열교환기(110)를 우회시켜 바로 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 보내면, 압력 강하를 최소화할 수 있다는 장점이 있지만, 증발가스의 냉열을 증발가스 재액화에 사용할 수 없게 된다. 따라서, 선박 속도에 따라 엔진이 요구하는 연료 소모량, 재액화시켜야할 증발가스의 양 등을 고려하여, 압력 강하를 줄이기 위해 우회라인(BL)을 사용할지 여부와, 얼만큼의 양의 증발가스를 우회라인(BL)으로 보낼지를 결정하게 된다.
본 실시예에 의하면, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 압력이 일정값 이하가 되는지 여부를 측정하기 위해, 제1 열교환기(110)로 하류에 압력센서(620)가 설치될 수 있다.
압력센서(620)에 의해 측정된 압력 값은 제어장치(630)로 전송되고, 제어장치(630)는 압력센서(620)에 의해 측정된 압력 값이 설정값보다 낮은 경우에 우회밸브(V)가 열리도록 제어할 수 있다. 또한, 제어장치(630)는 압력센서(620)에 의해 측정된 압력 값이 설정값에 비해 많이 낮을수록 우회밸브(V)가 더 많이 열리도록 제어할 수 있다.
제어장치(630)의 설정값은, 제1 압축기(210) 및 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건에 의해 설정된다. 일례로, 증발가스가 배관을 따라 흐르면서 점점 압력이 낮아진다는 점을 고려하여, 제어장치(630)의 설정값은, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건보다 조금 더 높게 설정될 수 있다.
한편, 증발가스를 전부 우회라인(BL)을 통해 제1 열교환기(110)를 우회시켜도 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 없을 수도 있는데, 이 경우에는 종래와 같이 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220) 내부에 설치되는 재순환라인을 사용하여 흡입 압력 조건을 만족시킨다.
즉, 종래에는, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 없게 되면 바로 재순환라인을 사용하여 압축기를 보호했던 반면, 본 실시예에 의하면, 1차로 우회라인(BL)을 활용하여 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키고, 증발가스를 전부 우회라인(BL)을 통해 제1 열교환기(110)를 우회시켜도 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 없을 때에, 2차로 재순환라인을 사용한다.
본 실시예에 의하면, 1차로 우회라인(BL)을 활용한 후 2차로 재순환라인을 통해 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)가 요구하는 흡입 압력 조건을 맞추기 위하여, 재순환라인을 사용하는 조건인 압력 설정값보다 우회밸브(V)가 열리는 조건인 압력 설정값을 더 높게 설정할 수 있다.
또한, 우회밸브(V)는, 압력 변화에 따른 개도 조절이 신속하게 이루어질 수 있도록, 통상적인 경우보다 반응 속도가 빠른 밸브인 것이 바람직하다.
2) 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 온도를 낮추고자 하는 경우
제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용되는 증발가스는 제1 열교환기(110)를 통과하며 온도가 증가하는데, 온도가 증가되면 밀도가 낮아지므로, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 증발가스는 밀도가 낮아지게 된다.
제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 증발가스는 두 흐름으로 분기되어 한 흐름은 제1 압축기(210)로 공급되고 나머지 흐름은 제2 압축기(220)로 공급되므로, 제1 압축기(210) 및 제2 압축기(220)로 밀도가 낮아진 증발가스가 공급되게 된다.
일반적으로 압축기는 설계 단계에서 압축시킬 수 있는 유체의 부피가 정해지는데, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 밀도가 낮아진 증발가스가 공급되면, 동일한 부피의 증발가스를 압축시켜도 밀도가 더 낮아진 상태이므로, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축되는 증발가스의 양이 줄어들게 된다.
제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축되는 증발가스의 양이 줄어들면, 연료수요처(E)에서 동일한 양의 증발가스를 사용한다고 하더라도, 연료수요처(E)에서 사용되고 남은 증발가스, 즉, 재액화 과정을 거치는 증발가스의 양이 줄어들게 된다.
따라서, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용된 후 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 온도를 최대한 낮게 유지시키면, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축되는 증발가스의 밀도가 높아지고, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축되는 증발가스의 양을 증가시킬 수 있으며, 결국, 연료수요처(E)에서 동일한 양의 증발가스를 사용하더라도 재액화 과정을 거치는 증발가스의 양을 증가시킬 수 있다.
본 실시예에 의하면, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 온도를 낮추기 위해, 증발가스의 일부가 우회라인(BL)을 통해 제1 열교환기(110)를 우회하도록 한다.
증발가스의 일부가 우회라인(BL)을 통해 제1 열교환기(110)를 우회하도록 하면, 우회라인(BL)을 통해 제1 열교환기(110)를 우회한 증발가스와 제1 열교환기(110)를 통과하며 냉매로 사용된 증발가스가 합류된 후, 다시 둘로 분기하여 한 흐름은 제1 압축기(210)로 공급되고 다른 흐름은 제2 압축기(220)로 공급되며, 제1 열교환기(110)를 우회하는 증발가스는 온도가 높아지지 않으므로, 증발가스 전부를 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용하는 경우에 비해, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 온도가 낮아지게 된다.
한편, 우회라인(BL)을 통해 증발가스의 일부가 제1 열교환기(110)를 우회하도록 하면, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 온도를 낮춰 재액화 과정을 거치는 증발가스의 양을 증가시킬 수는 있지만, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용되는 증발가스의 양이 줄어들므로 재액화효율 및 재액화량이 감소되는 측면도 있다.
따라서, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 온도를 낮춰 증가시킬 수 있는 증발가스의 양과, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용되는 증발가스의 양이 줄어들어 낮아지는 재액화효율 및 재액화량을 모두 고려하여, 재액화효율 및 재액화량을 최대로 확보할 수 있는 유량의 증발가스가 우회라인(BL)을 따라 제1 열교환기(110)를 우회할 수 있도록, 우회밸브(V)의 개도를 조절한다.
본 실시예에 의하면, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 온도를 측정하기 위해, 제1 열교환기(110)로 하류에 온도센서(610)가 설치될 수 있다. 온도센서(610)에 의해 측정된 온도 값은 제어장치(630)로 전송되고, 제어장치(630)는 온도센서(610)에 의해 측정된 온도 값에 따라 우회밸브(V)의 개도를 조절할 수 있다.
제어장치(630)는, 설정값에 비해 온도센서(610)에 의해 측정된 온도 값이 높을수록, 우회밸브(V)가 더 많이 열리도록 조절할 수 있다.
제어장치(630)의 설정값은, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)로 공급되는 증발가스의 온도를 낮춰 증가시킬 수 있는 증발가스의 양과, 제1 열교환기(110)에서 냉매로 사용되는 증발가스의 양이 줄어들어 낮아지는 재액화효율 및 재액화량을 모두 고려하여, 재액화효율 및 재액화량을 최대로 확보할 수 있는 증발가스의 온도로 설정된다.
한편, 저장탱크(T) 내부에 저장된 액화가스의 양이 적어 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스의 양이 적거나, 엔진 등의 연료수요처에서 연료로 사용되는 증발가스가 많은 경우 등, 재액화시킬 증발가스의 양이 적은 경우에는, 제1 압축기(210) 또는 제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 제1 열교환기(110)에 의해서만 냉각시키고, 제2 열교환기는 우회(Bypass)시켜 바로 제2 감압장치(320)로 보내, PRS와 동일하게 운용할 수도 있다.
제2 압축기(220)에 의해 압축된 증발가스를 제1 열교환기(110)에 의해서만 냉각시키고 제2 열교환기(120)는 우회(Bypass)시키는 경우, 제2 열교환기(120)에 냉매를 공급할 필요가 없으므로, 냉매 사이클(RC)에 증발가스를 공급하지 않을 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
T : 저장탱크 RC : 냉매 사이클
BL : 우회라인 V : 우회밸브
C : 컴팬더 E : 연료수요처
110 : 제1 열교환기 120 : 제2 열교환기
210 : 제1 압축기 220 : 제2 압축기
230 : 제3 압축기 240 : 제4 압축기
310 : 제1 냉각기 320 : 제2 냉각기
330 : 제3 냉각기 340 : 제4 냉각기
410 : 제1 감압장치 420 : 제2 감압장치
500 : 기액분리기 610 : 온도센서
620 : 압력센서 630 : 제어장치
BL : 우회라인 V : 우회밸브
C : 컴팬더 E : 연료수요처
110 : 제1 열교환기 120 : 제2 열교환기
210 : 제1 압축기 220 : 제2 압축기
230 : 제3 압축기 240 : 제4 압축기
310 : 제1 냉각기 320 : 제2 냉각기
330 : 제3 냉각기 340 : 제4 냉각기
410 : 제1 감압장치 420 : 제2 감압장치
500 : 기액분리기 610 : 온도센서
620 : 압력센서 630 : 제어장치
Claims (20)
1) 증발가스의 일부 또는 전부를, 우회라인을 따라 제1 열교환기를 우회시키거나, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용하는 단계;
2) 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기를 우회하거나 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스가 합류된 흐름을 두 흐름으로 분기시키는 단계;
3) 상기 2)단계에서 두 흐름으로 분기된 흐름 중, 한 흐름은 제1 압축기로 보내고, 나머지 흐름은 제2 압축기로 보내는 단계;
4) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기로 공급된 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계;
5) 상기 4)단계에서 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및
6) 상기 5)단계에서 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 단계;를 포함하고,
상기 냉매 사이클을 순환하는 증발가스는,
5-1) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축되는 단계;
5-2) 상기 5-1)단계에서 압축된 후 상기 제2 열교환기에 의해 냉각되는 단계;
5-3) 상기 5-2)단계에서 냉각된 후 감압되는 단계;
5-4) 상기 5-3)단계에서 감압된 후 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용되는 단계; 및
5-5) 상기 5-4)단계에서 상기 제2 열교환기의 냉매로 사용된 후 압축되는 단계;를 포함하는 과정을 거치고,
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스 압력이, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우; 및
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 온도를 낮춰 재액화량 및 재액화효율을 높이는 경우;
중 하나 이상의 경우에 상기 1)단계에서 증발가스의 일부 또는 전부를 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
2) 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기를 우회하거나 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스가 합류된 흐름을 두 흐름으로 분기시키는 단계;
3) 상기 2)단계에서 두 흐름으로 분기된 흐름 중, 한 흐름은 제1 압축기로 보내고, 나머지 흐름은 제2 압축기로 보내는 단계;
4) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기로 공급된 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계;
5) 상기 4)단계에서 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및
6) 상기 5)단계에서 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 단계;를 포함하고,
상기 냉매 사이클을 순환하는 증발가스는,
5-1) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축되는 단계;
5-2) 상기 5-1)단계에서 압축된 후 상기 제2 열교환기에 의해 냉각되는 단계;
5-3) 상기 5-2)단계에서 냉각된 후 감압되는 단계;
5-4) 상기 5-3)단계에서 감압된 후 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용되는 단계; 및
5-5) 상기 5-4)단계에서 상기 제2 열교환기의 냉매로 사용된 후 압축되는 단계;를 포함하는 과정을 거치고,
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스 압력이, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우; 및
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 온도를 낮춰 재액화량 및 재액화효율을 높이는 경우;
중 하나 이상의 경우에 상기 1)단계에서 증발가스의 일부 또는 전부를 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
1) 증발가스의 일부 또는 전부를, 우회라인을 따라 제1 열교환기를 우회시키거나, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용하고,
2) 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기를 우회하거나 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스가 합류된 흐름을 두 흐름으로 분기시키고,
3) 상기 2)단계에서 두 흐름으로 분기된 흐름 중, 한 흐름은 제1 압축기로 보내고, 나머지 흐름은 제2 압축기로 보내고,
4) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 연료수요처로 보내고(이하, 연료수요처로 증발가스를 공급하는 압축기를 '연료공급용 압축기'라고 한다.),
5) 상기 '연료공급용 압축기'에 의해 압축된 증발가스 중 상기 연료수요처에서 사용되지 않은 나머지 증발가스를, 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기로 공급된 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키고,
6) 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기 중 상기 '연료공급용 압축기'가 아닌 나머지 압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉매 사이클로 보내고(이하, 냉매 사이클로 증발가스를 공급하는 압축기를 '냉매 사이클용 압축기'라고 한다.),
7) 상기 5)단계에서 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 상기 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키고,
8) 상기 7)단계에서 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키되,
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스 압력이, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우에, 상기 1)단계에서 증발가스의 일부 또는 전부를 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
2) 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기를 우회하거나 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용된 증발가스가 합류된 흐름을 두 흐름으로 분기시키고,
3) 상기 2)단계에서 두 흐름으로 분기된 흐름 중, 한 흐름은 제1 압축기로 보내고, 나머지 흐름은 제2 압축기로 보내고,
4) 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 연료수요처로 보내고(이하, 연료수요처로 증발가스를 공급하는 압축기를 '연료공급용 압축기'라고 한다.),
5) 상기 '연료공급용 압축기'에 의해 압축된 증발가스 중 상기 연료수요처에서 사용되지 않은 나머지 증발가스를, 상기 1)단계에서 상기 제1 열교환기로 공급된 증발가스를 냉매로 사용하여, 상기 제1 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키고,
6) 상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기 중 상기 '연료공급용 압축기'가 아닌 나머지 압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉매 사이클로 보내고(이하, 냉매 사이클로 증발가스를 공급하는 압축기를 '냉매 사이클용 압축기'라고 한다.),
7) 상기 5)단계에서 상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 상기 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 제2 열교환기에 의해 열교환시켜 냉각시키고,
8) 상기 7)단계에서 상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키되,
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스 압력이, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시키지 못하는 경우에, 상기 1)단계에서 증발가스의 일부 또는 전부를 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
삭제
청구항 2에 있어서,
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건에 비해, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 압력이 많이 부족할수록, 상기 1)단계에서 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시키는 증발가스의 양을 증가시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건에 비해, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 압력이 많이 부족할수록, 상기 1)단계에서 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시키는 증발가스의 양을 증가시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 1)단계에서 증발가스를 전부 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시켜도 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 없는 경우, 상기 제1 압축기 내부에 설치되는 재순환라인 또는 상기 제2 압축기 내부에 설치되는 재순환라인에 의해 증발가스의 일부 또는 전부를 재순환시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
상기 1)단계에서 증발가스를 전부 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시켜도 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기가 요구하는 흡입 압력 조건을 만족시킬 수 없는 경우, 상기 제1 압축기 내부에 설치되는 재순환라인 또는 상기 제2 압축기 내부에 설치되는 재순환라인에 의해 증발가스의 일부 또는 전부를 재순환시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 온도를 낮춰 증가시킬 수 있는 증발가스의 양과, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용되는 증발가스의 양이 줄어들어 낮아지는 재액화효율 및 재액화량을 고려하여, 재액화효율 및 재액화량을 최대로 확보할 수 있는 유량의 증발가스를, 상기 1)단계에서 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 온도를 낮춰 증가시킬 수 있는 증발가스의 양과, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용되는 증발가스의 양이 줄어들어 낮아지는 재액화효율 및 재액화량을 고려하여, 재액화효율 및 재액화량을 최대로 확보할 수 있는 유량의 증발가스를, 상기 1)단계에서 상기 우회라인을 따라 상기 제1 열교환기를 우회시키는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
청구항 2, 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
재액화시킬 증발가스의 양이 적은 경우, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 제1 열교환기에 의해서만 냉각시키고, 상기 제2 열교환기는 우회시켜 바로 제1 감압장치로 보내는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
재액화시킬 증발가스의 양이 적은 경우, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 제1 열교환기에 의해서만 냉각시키고, 상기 제2 열교환기는 우회시켜 바로 제1 감압장치로 보내는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
증발가스를 압축시키는 제1 압축기;
상기 제1 압축기와 병렬로 설치되어, 상기 제1 압축기로 보내지지 않은 다른 흐름의 증발가스를 압축시키는 제2 압축기;
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여, 열교환시켜 냉각시키는 제1 열교환기;
상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 추가로 열교환시켜 냉각시키는 제2 열교환기;
상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 제1 감압장치;
증발가스가 상기 제1 열교환기를 우회하는 경로를 제공하는 우회라인; 및
상기 우회라인에 설치되는 우회밸브;를 포함하되,
상기 제1 열교환기 하류에는, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 압력을 측정하는 압력센서; 중 하나 이상이 설치되고,
상기 온도센서로부터 전송된 온도 값 및 상기 압력센서로부터 전송된 압력 값 중 하나 이상에 의해, 상기 우회밸브를 제어하는 제어장치를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
상기 제1 압축기와 병렬로 설치되어, 상기 제1 압축기로 보내지지 않은 다른 흐름의 증발가스를 압축시키는 제2 압축기;
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축되기 전의 증발가스를 냉매로 사용하여, 열교환시켜 냉각시키는 제1 열교환기;
상기 제1 열교환기에 의해 냉각된 유체를, 냉매 사이클을 순환하는 증발가스를 냉매로 사용하여, 추가로 열교환시켜 냉각시키는 제2 열교환기;
상기 제2 열교환기에 의해 냉각된 유체를 감압시키는 제1 감압장치;
증발가스가 상기 제1 열교환기를 우회하는 경로를 제공하는 우회라인; 및
상기 우회라인에 설치되는 우회밸브;를 포함하되,
상기 제1 열교환기 하류에는, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기로 공급되는 증발가스의 압력을 측정하는 압력센서; 중 하나 이상이 설치되고,
상기 온도센서로부터 전송된 온도 값 및 상기 압력센서로부터 전송된 압력 값 중 하나 이상에 의해, 상기 우회밸브를 제어하는 제어장치를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스는 연료수요처로 보내지고(이하, 연료수요처로 증발가스를 공급하는 압축기를 '연료공급용 압축기'라고 한다.),
상기 '연료공급용 압축기'에 의해 압축된 증발가스 중 상기 연료수요처에서 사용되지 않은 나머지 증발가스는 상기 제1 열교환기로 보내지고,
상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기 중 상기 '연료공급용 압축기'가 아닌 나머지 압축기에 의해 압축된 증발가스는 상기 냉매 사이클로 보내지는(이하, 냉매 사이클로 증발가스를 공급하는 압축기를 '냉매 사이클용 압축기'라고 한다.), 선박용 증발가스 재액화 시스템.
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스는 연료수요처로 보내지고(이하, 연료수요처로 증발가스를 공급하는 압축기를 '연료공급용 압축기'라고 한다.),
상기 '연료공급용 압축기'에 의해 압축된 증발가스 중 상기 연료수요처에서 사용되지 않은 나머지 증발가스는 상기 제1 열교환기로 보내지고,
상기 제1 압축기 및 상기 제2 압축기 중 상기 '연료공급용 압축기'가 아닌 나머지 압축기에 의해 압축된 증발가스는 상기 냉매 사이클로 보내지는(이하, 냉매 사이클로 증발가스를 공급하는 압축기를 '냉매 사이클용 압축기'라고 한다.), 선박용 증발가스 재액화 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 냉매 사이클은,
상기 '냉매 사이클용 압축기'에 의해 압축된 후 상기 냉매 사이클로 공급된 증발가스를 감압시키는 제2 감압장치; 및
상기 제2 감압장치에 의해 감압된 후 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체를 압축시키는 제4 압축기;
를 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
상기 냉매 사이클은,
상기 '냉매 사이클용 압축기'에 의해 압축된 후 상기 냉매 사이클로 공급된 증발가스를 감압시키는 제2 감압장치; 및
상기 제2 감압장치에 의해 감압된 후 상기 제2 열교환기에서 냉매로 사용된 유체를 압축시키는 제4 압축기;
를 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 '냉매 사이클용 압축기'에 의해 압축된 후 상기 냉매 사이클로 공급된 증발가스는, 상기 제2 열교환기에 의해 냉각되고 상기 제2 감압장치에 의해 추가로 감압되어 냉각된 후, 다시 상기 제2 열교환기로 공급되어 냉매로 사용되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
상기 '냉매 사이클용 압축기'에 의해 압축된 후 상기 냉매 사이클로 공급된 증발가스는, 상기 제2 열교환기에 의해 냉각되고 상기 제2 감압장치에 의해 추가로 감압되어 냉각된 후, 다시 상기 제2 열교환기로 공급되어 냉매로 사용되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 냉매 사이클은, 상기 '냉매 사이클용 압축기', 상기 제2 열교환기, 상기 제2 감압장치, 다시 상기 제2 열교환기, 상기 제4 압축기, 및 다시 상기 '냉매 사이클용 압축기'를 연결하는 폐루프를 형성하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
상기 냉매 사이클은, 상기 '냉매 사이클용 압축기', 상기 제2 열교환기, 상기 제2 감압장치, 다시 상기 제2 열교환기, 상기 제4 압축기, 및 다시 상기 '냉매 사이클용 압축기'를 연결하는 폐루프를 형성하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
삭제
삭제
청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 제1 열교환기로 보내는 라인 상에 설치되어, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축시키는 제3 압축기를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 상기 제1 열교환기로 보내는 라인 상에 설치되어, 상기 제1 압축기 또는 상기 제2 압축기에 의해 압축된 증발가스를 추가로 압축시키는 제3 압축기를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 제3 압축기는 증발가스를 150 내지 300 bar로 압축시키는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
상기 제3 압축기는 증발가스를 150 내지 300 bar로 압축시키는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
청구항 16에 있어서,
상기 제3 압축기는 증발가스를 150 내지 170 bar로 압축시키는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
상기 제3 압축기는 증발가스를 150 내지 170 bar로 압축시키는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 감압장치 하류에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
상기 제1 감압장치 하류에 설치되어, 재액화된 액화가스와 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
청구항 18에 있어서,
상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용되기 전의 증발가스와 합류되어 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는, 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용되기 전의 증발가스와 합류되어 상기 제1 열교환기에서 냉매로 사용되는, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 열교환기는 PCHE인, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
상기 제1 열교환기는 PCHE인, 선박용 증발가스 재액화 시스템.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170171972A KR102066634B1 (ko) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170171972A KR102066634B1 (ko) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20190071180A KR20190071180A (ko) | 2019-06-24 |
KR102066634B1 true KR102066634B1 (ko) | 2020-02-11 |
Family
ID=67056138
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170171972A KR102066634B1 (ko) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102066634B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102608687B1 (ko) * | 2021-11-26 | 2023-12-04 | 한화오션 주식회사 | 선박의 암모니아 연료공급시스템 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2703368C2 (ru) * | 2015-06-02 | 2019-10-16 | Дэу Шипбилдинг Энд Марин Инджиниринг Ко., Лтд. | Судно |
KR101751854B1 (ko) * | 2015-11-12 | 2017-06-28 | 대우조선해양 주식회사 | 선박 |
KR101805498B1 (ko) * | 2016-05-11 | 2017-12-07 | 대우조선해양 주식회사 | 선박 |
-
2017
- 2017-12-14 KR KR1020170171972A patent/KR102066634B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20190071180A (ko) | 2019-06-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6802775B2 (ja) | 船舶 | |
KR102676811B1 (ko) | 증발가스 재액화 방법 | |
KR101599404B1 (ko) | 선박 | |
KR20170127232A (ko) | 선박 | |
KR102011863B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
JP6741691B2 (ja) | 船舶 | |
JP6204609B2 (ja) | 船舶 | |
KR101981700B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
KR101751859B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
KR102066634B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
KR102394953B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
KR20180031217A (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
JP2019509929A (ja) | 船舶 | |
KR102011865B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
KR102010880B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
KR101767557B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
KR102473946B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
KR101767558B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
KR102010879B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
KR101805505B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
KR102442553B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
KR102011864B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
KR102010881B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
KR101957325B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 | |
KR102513004B1 (ko) | 선박용 증발가스 재액화 시스템 및 방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |