KR102105071B1 - 선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 증발가스 재액화 시스템은, 선박에 마련되는 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 상기 선박에 마련된 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 압축가스의 일부를 공급받아, 상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 추가 냉각하여 재액화시키는 재액화부; 상기 압축기에서 압축된 압축가스의 다른 일부를 공급받아 추가 압축하여 상기 열교환기로 도입시키는 컴팬더 압축기; 및 상기 컴팬더 압축기에서 추가 압축 후 열교환기를 거쳐 냉각된 압축가스를 공급받아 팽창 냉각시키는 컴팬더 팽창기;를 포함하며, 상기 컴팬더 압축기는 상기 컴팬더 팽창기와 연결되어 상기 압축가스의 팽창에너지에 의해 상기 압축가스를 추가 압축시키고, 상기 컴팬더 팽창기에서 팽창 냉각된 상기 압축가스는, 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기에 공급되는 상기 미압축 증발가스의 흐름에 합류되어 상기 열교환기의 냉매로 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 증발가스 재액화 시스템 및 방법{Boil-Off Gas Reliquefaction System and Method for Ship}

본 발명은 액화가스로부터 발생하는 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 증발가스 자체의 냉열로 재액화시키는 재액화 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 -162℃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 5.5bar 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.

본 출원인은 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 방법을 발명한 바 있고, 이와 같은 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 있어, 본 출원인은 증발가스를 더 많이 재액화시킬 수 있도록 PRS를 개량한 기술을 발명하였다.

PRS의 개량 기술로, 증발가스 자체를 냉매로 사용한 냉매 사이클에 의해 증발가스를 추가로 냉각시킬 수 있도록 한 시스템을 일명 MRS(Methane Refrigeration System)라고 한다.

본 발명은 여기서 더 나아가, MRS와 같이 냉매 열교환기를 추가로 마련하지 않고, 효과적으로 재액화될 증발가스를 냉각하여 재액화 성능을 높일 수 있는 시스템을 제안하고자 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면 선박의 저장탱크에 저장된 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 상기 선박에 마련된 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 압축기;

상기 압축기에서 압축된 압축가스의 일부를 공급받아, 상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기;

상기 열교환기에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 추가 냉각하여 재액화시키는 재액화부;

상기 압축기에서 압축된 압축가스의 다른 일부를 공급받아 추가 압축하여 상기 열교환기로 도입시키는 컴팬더 압축기; 및

상기 컴팬더 압축기에서 추가 압축 후 열교환기를 거쳐 냉각된 압축가스를 공급받아 팽창 냉각시키는 컴팬더 팽창기;를 포함하며,

상기 컴팬더 압축기는 상기 컴팬더 팽창기와 연결되어 상기 압축가스의 팽창에너지에 의해 상기 압축가스를 추가 압축시키고,

상기 컴팬더 팽창기에서 팽창 냉각된 상기 압축가스는, 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기에 공급되는 상기 미압축 증발가스의 흐름에 합류되어 상기 열교환기의 냉매로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.

바람직하게는 상기 재액화부는, 상기 열교환기에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 감압하여 냉각시키는 감압장치; 상기 감압장치에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기;를 포함하고, 상기 기액분리기에서 분리된 액체는 상기 저장탱크로 공급되고, 분리된 기체는 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기로 도입되는 상기 미압축 증발가스에 합류될 수 있다.

바람직하게는 시스템은, 상기 압축기와 상기 열교환기 사이에 마련되어, 압축 후 상기 열교환기 및 재액화부를 거쳐 재액화될 상기 압축가스를 공급받아 추가 압축하고 상기 열교환기로 도입시키는 부스팅 압축기; 및 상기 컴팬더 압축기와 상기 열교환기 사이에 마련되어, 압축된 상기 압축가스를 냉각하여 상기 열교환기로 도입시키는 쿨러;를 더 포함할 수 있다.

상기 압축기는, 상기 증발가스를 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 주압축기; 및 상기 주압축기와 병렬로 마련되는 리던던시 압축기;를 포함할 수 있다.

바람직하게는 시스템에서, 상기 주압축기와 리던던시 압축기는 어느 하나만 구동되거나, 동시에 구동될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박에 마련되어 액화가스를 저장하는 저장탱크로부터 상기 선박의 주엔진으로 연결되는 증발가스 공급라인;

상기 증발가스 공급라인에 마련되며 상기 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 압축기;

상기 압축기의 하류에서 상기 증발가스 공급라인으로부터 분기되어 상기 저장탱크로 연결되며, 상기 주엔진의 연료로 공급되고 남는 압축가스를 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각하고 재액화하여 상기 저장탱크로 재저장하는 재액화 라인;

상기 재액화 라인에 마련되며 상기 압축가스를, 상기 저장탱크로부터 상기 증발가스 공급라인을 따라 상기 압축기로 공급될 상기 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기;

상기 압축기의 하류에서 상기 증발가스 공급라인으로부터 분기되어 상기 증발가스 공급라인의 상기 열교환기 전단으로 연결되는 냉매보충라인; 및

상기 냉매보충라인에 마련되며 상기 압축기에서 압축되어 상기 냉매보충라인으로 분기된 압축가스를 공급받아 추가 압축하여 상기 열교환기로 도입시키고, 열교환기를 거쳐 냉각된 상기 압축가스를 팽창 냉각시키는 컴팬더;를 포함하며,

상기 컴팬더는 상기 압축가스의 팽창에너지에 의해 상기 압축가스를 추가 압축하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 재액화 시스템이 제공된다.

바람직하게는 상기 컴팬더는, 상기 압축기에서 압축되어 상기 냉매보충라인으로 분기된 상기 압축가스를 공급받아 추가 압축하여 상기 열교환기로 도입시키는 컴팬더 압축기; 및 상기 컴팬더 압축기에서 추가 압축 후 열교환기를 거쳐 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 팽창 냉각시키는 컴팬더 팽창기;를 포함하며, 상기 컴팬더 압축기는 상기 컴팬더 팽창기와 축으로 연결되어 상기 압축가스의 팽창에너지를 전달받아 구동될 수 있다.

바람직하게는 상기 재액화라인에는, 상기 열교환기에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 감압하여 냉각시키는 감압장치; 상기 감압장치에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기;를 포함하고, 상기 기액분리기에서 분리된 액체는 상기 재액화라인을 따라 저장탱크로 공급되고, 분리된 기체는 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기로 도입되는 상기 미압축 증발가스에 합류될 수 있다.

바람직하게는 시스템은, 상기 재액화라인에서 상기 열교환기의 상류에 마련되어, 압축 후 상기 열교환기를 거쳐 재액화될 상기 압축가스를 공급받아 추가 압축하여 상기 열교환기로 도입시키는 부스팅 압축기; 및 상기 냉매보충라인에서 상기 컴팬더 압축기와 상기 열교환기 사이에 마련되어, 압축된 상기 압축가스를 냉각하여 상기 열교환기로 도입시키는 쿨러;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는 상기 압축기는, 상기 증발가스를 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 주압축기; 및 상기 주압축기와 병렬로 마련되는 리던던시 압축기;를 포함할 수 있다.

바람직하게는 시스템에서 상기 증발가스 공급라인은 상기 주압축기 및 리던던시 압축기 전단에서 분기되었다가 상기 주압축기 및 리던던시 압축기 후단에서 합류되고, 상기 증발가스 공급라인에서 상기 주압축기의 후단과, 상기 리던던시 압축기와의 합류 지점 사이에 마련되는 제1 밸브; 상기 증발가스 공급라인에서 상기 리던던시 압축기의 후단과 상기 합류 지점 사이에 마련되는 제2 밸브; 상기 냉매보충라인에서 상기 컴팬더 압축기의 상류에 마련되는 제3 밸브;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는 시스템에서 상기 증발가스 공급라인의 상기 합류 지점 상류에서 상기 주압축기 및 리던던시 압축기의 후단을 연결하는 연동라인이 마련되고, 상기 연동라인으로부터 상기 냉매보충라인의 상기 제3 밸브 후단으로 연결되는 연결라인이 마련되며, 상기 연동라인에서 상기 주압축기와 상기 연결라인의 분기 지점 사이에 마련되는 제4 밸브; 및 상기 연동라인에서 상기 리던던시 압축기와 상기 연결라인의 분기 지점 사이에 마련되는 제5 밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 선박에 마련되어 액화가스를 저장하는 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기에서 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하고,

상기 압축기의 하류에서 압축가스 일부를 분기하여 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환기에서 열교환으로 냉각하여 재액화하여 상기 저장탱크로 재저장하되,

상기 압축기에서 압축된 상기 압축가스 일부를 분기하여 컴팬더에서 추가 압축하여 상기 열교환기로 도입시켜 냉각시키고, 냉각된 상기 압축가스를 팽창 냉각시켜, 상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 공급될 상기 미압축 증발가스에 합류시켜 상기 열교환기의 냉매로 공급하는 것을 특징으로 하는 선박의 증발가스 처리 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 컴팬더는 상기 압축가스의 팽창에너지에 의해 상기 압축가스를 추가 압축할 수 있다.

본 발명의 시스템에서는 압축된 증발가스 일부를 압축, 냉각 및 팽창 냉각시켜 열교환기 상류로 공급하여, 열교환기로 도입되는 냉매의 유량을 늘릴 수 있다.

이와 같이 열교환기의 냉매 유량을 늘림으로써, 재액화될 증발가스를 보다 효과적으로 냉각하여 재액화율을 높일 수 있다.

또한, 냉매로 보충될 증발가스의 추가 압축에 압축가스의 팽창에너지를 이용할 수 있도록 컴팬더를 적용하여, 증발가스를 추가 압축하기 위해 소모되는 전력 사용을 줄일 수 있고, 선박의 에너지 효율을 높일 수 있다.

한편, 재액화될 증발가스는 부스팅 압축기로 추가 압축하고, 냉매로 보충될 증발가스는 컴팬더에 의해 압축가스의 팽창에너지로 추가 압축하므로, 압축기는 선내 주엔진의 연료공급압력으로 증발가스를 압축하도록 설계할 수 있어 모터 사이즈를 줄이고 압축기에서 소요되는 동력을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 증발가스 재액화 시스템의 개략도이다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

이하 본 발명에서의 선박은, 액화가스 및 액화가스에서 발생하는 증발가스를 추진용 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되거나 액화가스 또는 증발가스를 선내 기관의 연료로 사용하는 모든 종류의 선박으로, 대표적으로 LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.

또한, 본 발명에서 액화가스는, 가스를 저온으로 액화시켜 수송할 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하며 엔진 등의 연료로 사용될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함할 수 있다. 이러한 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스 중 하나인 LPG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

한편, 본 실시예들의 각 라인을 흐르는 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기액 혼합 상태, 기체 상태, 초임계유체 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있다.

도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 증발가스 재액화 시스템을, 도 2에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 증발가스 재액화 시스템을 각각 개략적으로 도시하였다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 제1 및 제2 실시예의 시스템은, 선박에 마련되어 액화가스를 저장하는 저장탱크(T)로부터 선박의 주엔진으로 연결되는 증발가스 공급라인(GL), 증발가스 공급라인에 마련되며 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 공급받아 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 압축기(100), 압축기의 하류에서 증발가스 공급라인으로부터 분기되어 저장탱크로 연결되며, 주엔진의 연료로 공급되고 남는 압축가스를 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각하고 재액화하여 저장탱크로 재저장하는 재액화 라인(RL)과, 재액화 라인에 마련되며 압축가스를, 저장탱크로부터 증발가스 공급라인을 따라 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환으로 냉각시키는 열교환기(200)를 포함하여 구성된다.

본 제1 및 제2 실시예의 시스템은 추가로 압축기의 하류에서 증발가스 공급라인으로부터 분기되어 증발가스 공급라인의 열교환기 전단으로 연결되는 냉매보충라인(CL)을 마련하고, 냉매보충라인에 압축기에서 압축되어 냉매보충라인으로 분기된 압축가스를 공급받아 추가 압축하여 열교환기로 도입시키고, 열교환기를 거쳐 냉각된 압축가스를 팽창 냉각시키는 컴팬더(400)를 구성하여 열교환기로 도입되는 냉매의 유량을 늘릴 수 있도록 구성하였다. 이와 같이 열교환기의 냉매(cold BOG) 유량을 늘림으로써, 재액화될 증발가스를 보다 효과적으로 냉각하여 재액화율을 높일 수 있다.

본 실시예들에서 컴팬더는 압축가스의 팽창에너지에 의해 압축가스를 추가 압축하여, 압축가스의 추가 압축을 위한 동력 소모를 줄일 수 있도록 한다.

이러한 컴팬더(400)는, 압축기에서 압축되어 냉매보충라인으로 분기된 압축가스를 공급받아 추가 압축하여 열교환기로 도입시키는 컴팬더 압축기(410)와, 컴팬더 압축기에서 추가 압축 후 열교환기를 거쳐 냉각된 압축가스를 공급받아 팽창 냉각시키는 컴팬더 팽창기(420)를 포함하여 구성되며, 컴팬더 압축기는 컴팬더 팽창기와 축(shaft)으로 연결되어 압축가스의 팽창에너지를 전달받아 구동될 수 있도록 한다.

냉매보충라인(CL)에서 컴팬더 압축기와 열교환기 사이에는 쿨러(450)가 마련되어, 추가 압축된 압축가스를 냉각하여 열교환기(200)로 도입시킬 수 있다.

한편, 열교환기는 PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger) 타입으로 마련될 수 있다. 열교환기로 도입될 증발가스는 오일 필터(미도시)를 거쳐 혼입된 윤활유를 제거한 후 열교환기로 도입될 수 있다.

한편, 재액화라인(RL)에는 재액화부가 마련되며, 재액화부는 열교환기에서 냉각된 압축가스를 공급받아 감압하여 냉각시키는 감압장치(310), 감압장치에서 냉각된 상기 압축가스를 공급받아 기액분리하는 기액분리기(320)가 마련된다.

감압장치(310)는 압축 및 냉각된 증발가스를 단열팽창시켜 냉각하는 팽창기 또는 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브로 구성될 수 있다.

압축기, 열교환기, 감압장치를 거쳐 압축, 냉각 및 팽창냉각된 증발가스는 전부 또는 일부가 재액화되어 기액분리기(320)로 도입된다. 기액분리기를 구성하지 않고 감압장치에서 감압되며 추가 냉각된 증발가스를 바로 저장탱크로 보내어 저장탱크에 저장된 액화천연가스에 녹일 수도 있다.

기액분리기에서 분리된 액체는 재액화라인(RL)을 따라 저장탱크로 공급되어 저장되고, 분리된 기체는 증발가스 공급라인(GL)으로 합류되어 저장탱크로부터 열교환기로 도입되는 미압축 증발가스와 함께 열교환기에 냉매로 공급될 수 있다.

재액화라인에서 열교환기의 상류에는 압축 후 열교환기를 거쳐 재액화될 압축가스를 공급받아 추가 압축하여 열교환기로 도입시키는 부스팅 압축기(500)가 마련된다.

LNG의 주성분인 메탄의 경우, 약 -80℃, 55bar 상태가 임계점이다. LNG에서 발생한 증발가스를 재액화시킬 때 증발가스의 압축 압력을 높일수록 재액화율이 높아지며, 150 내지 170 bar 내외로 압축 시 재액화량이 가장 많지만, 150 내지 300 bar 사이에서는 재액화량에 큰 변화가 없음을 발견하였다. 따라서, 증발가스를 효과적으로 재액화하기 위해서는 100 bar 이상, 바람직하게는 150 bar 내지 300 bar로 압축하는 것이 바람직하다. 그러나 증발가스를 연료로 공급받는 주엔진이 그와 같은 고압 연료를 필요로 하지 않는다면, 재액화만을 위해 증발가스 전부를 고압으로 압축하는 것은 전력 소모가 많아 에너지가 낭비되고, 고압 압축기는 고가로 설치비용도 많이 든다. 따라서 본 발명은 압축기에서는 주엔진의 연료공급압력까지만 압축하고, 재액화될 증발가스와 냉매로 보충될 증발가스는 각각 부스팅 압축기(500)와 컴팬더 압축기(410)에 의해 추가 압축할 수 있도록 하였다.

이를 통해 압축기(100)는 선내 주엔진의 연료공급압력으로 증발가스를 압축하도록 설계할 수 있어 모터 사이즈를 줄이고 설비비용을 절감하고, 압축기에서 소요되는 동력을 절감하여 운영비를 절감할 수 잇다.

예를 들어, 주엔진으로 X-DF 엔진이 채택된 경우라면 압축기에서는 16 bar 정도도 증발가스를 압축하고, 부스팅 압축기에서 압축가스를 100 bar 이상, 바람직하게는 150 bar 내지 170 bar로 추가 압축시킬 수 있다.

압축기(100)는, 증발가스를 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 주압축기(100a)와, 주압축기와 병렬로 마련되는 리던던시 압축기(100b)를 포함하여 구성된다.

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. 이를 위해 본 실시예들에서 압축기는 주압축기와 리던던시 압축기로 설계된다.

증발가스 공급라인(GL)은 주압축기와 리던던시 압축기로 증발가스를 공급할 수 있도록 주압축기 및 리던던시 압축기 전단에서 분기되었다가 주압축기 및 리던던시 압축기 후단에서 합류된다.

증발가스 공급라인에서 주압축기의 후단과, 리던던시 압축기와의 합류 지점 사이에는 제1 밸브(V1)가, 리던던시 압축기의 후단과 상기 합류 지점 사이에는 제2 밸브(V2)가 각각 마련되며, 냉매보충라인에서 컴팬더 압축기의 상류에는 제3 밸브(V3)가 마련된다.

도 2에 도시된 제2 실시예의 시스템은 전술한 시스템에 추가로, 증발가스 공급라인의 상기 합류 지점 상류에서 주압축기 및 리던던시 압축기의 후단을 연결하는 연동라인(NL)을 마련하고, 상기 연동라인으로부터 냉매보충라인의 제3 밸브 후단으로 연결되는 연결라인(NLa)을 마련한 것이다.

연동라인에서 주압축기와 연결라인의 분기 지점 사이에는 제4 밸브(V4)를, 연동라인에서 리던던시 압축기와 연결라인의 분기 지점 사이에는 제5 밸브(V5)를 각각 마련한다.

이와 같이 연동라인과 연결라인을 마련하고, 제1 내지 제5 밸브의 개폐를 통해 주압축기와 리던던시 압축기를 연료공급, 증발가스 재액화 및 냉매 보충을 위해 모두 사용할 수 있어 본 실시예는 시스템 운용의 탄력성을 보다 높이고, 활용도를 높일 수 있다.

예를 들어 제2, 제3 및 제4 밸브를 차단하고 제1 및 제5 밸브를 개방하면 주압축기는 연료공급 및 재액화용 증발가스를 공급하고, 리던던시 압축기는 냉매보충을 위해 구동시킬 수 있다.

주압축기의 고장 또는 유지보수시 제1 및 제4 밸브를 차단하고 제2, 제3 및 제5 밸브를 개방하여 연료공급, 재액화용 증발가스 공급 및 냉매보충을 모두 리던던시 압축기에 의해 할 수 있다.

그 외에도 다양하게 시스템 상황에 따라 밸브를 개폐하여 다양하게 운용할 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 자에게 있어서 자명한 것이다.

T: 저장탱크
GL: 증발가스 공급라인
RL: 재액화 라인
CL: 냉매보충라인
NL: 연동라인
NLa: 연결라인
V1, V2, V3, V4, V5: 제1 내지 제5 밸브
100: 압축기
100a: 주압축기
100b: 리던던시 압축기
300: 재액화부
310: 감압장치
320: 기액분리기
400: 컴팬더
410: 컴팬더 압축기
420: 컴팬더 팽창기
450: 쿨러
500: 부스팅 압축기

Claims (8)

1) 선박에 마련되어 액화가스를 저장하는 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 압축기에서 상기 선박의 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 단계;
2) 상기 압축기의 하류에서 압축가스 일부를 분기하여 상기 압축기로 공급될 미압축 증발가스와 열교환기에서 열교환으로 냉각하고 재액화하는 단계; 및
3) 상기 압축기에서 압축된 압축가스의 다른 일부를 분기하여 상기 열교환기를 거쳐 냉각시키고, 냉각된 상기 압축가스를 팽창 냉각시켜, 상기 저장탱크로부터 상기 압축기로 공급될 상기 미압축 증발가스에 합류시켜 상기 열교환기의 냉매로 공급하는 단계;를 포함하여,
상기 압축기에서 압축된 상기 압축가스를 상기 열교환기에서 냉각하고 팽창 냉각시켜 상기 열교환기로 도입되는 냉매의 유량을 늘리는 것을 특징으로 하는, 선박의 재액화용 냉매 유량증가 방법.

제 1항에 있어서,
상기 단계 3)에서 분기된 상기 압축가스는 상기 열교환기로 도입되어 냉각되기 전 컴팬더에서 추가 압축되되,
상기 컴팬더는 상기 압축가스를 팽창 냉각시킬 때의 팽창에너지에 의해 상기 압축가스를 추가 압축시키는 것을 특징으로 하는, 선박의 재액화용 냉매 유량증가 방법.

제 2항에 있어서,
상기 단계 2)에서 재액화될 상기 압축가스는 부스팅 압축기로 추가 압축된 후 상기 열교환기로 도입되어 냉각되는 것을 특징으로 하는, 선박의 재액화용 냉매 유량증가 방법.

제 3항에 있어서,
상기 단계 2)에서, 상기 열교환기에서 냉각된 상기 압축가스는 감압으로 추가 냉각되고, 기액분리하여 분리된 액체를 상기 저장탱크로 공급하되,
기액분리로 분리된 기체는 상기 저장탱크로부터 상기 열교환기로 도입되는 상기 미압축 증발가스에 합류되어 상기 열교환기의 냉매로 공급되는 것을 특징으로 하는, 선박의 재액화용 냉매 유량증가 방법.

제 4항에 있어서,
상기 압축기는, 상기 증발가스를 상기 주엔진의 연료공급압력으로 압축하는 주압축기; 및 상기 주압축기와 병렬로 마련되는 리던던시 압축기;를 포함하며,
상기 주압축기와 리던던시 압축기는 어느 하나만 구동되거나, 동시에 구동될 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 재액화용 냉매 유량증가 방법.

제 5항에 있어서,
상기 압축기의 하류에서 상기 압축가스를 분기시켜 상기 열교환기에서 냉각하고 팽창 냉각시켜 상기 열교환기의 냉매로 도입되도록 상기 열교환기 전단으로 연결되는 냉매보충라인이 마련되며,
상기 주압축기 및 리던던시 압축기의 후단을 연결하는 연동라인; 및 상기 연동라인으로부터 상기 냉매보충라인으로 연결되는 연결라인:이 마련되고,
상기 연동라인에서 주압축기와 연결라인의 분기 지점 사이; 상기 연동라인에서 리던던시 압축기와 연결라인의 분기 지점 사이; 및 상기 냉매보충라인에서 상기 연결라인의 연결 지점 상류:에 각각 밸브가 마련되어,
각 밸브의 개폐로 상기 주압축기 및 리던던시 압축기를 연료공급, 증발가스 재액화 및 냉매 보충을 위해 탄력적으로 구동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 선박의 재액화용 냉매 유량증가 방법.

제 3항에 있어서,
상기 압축기에서는 상기 주엔진의 연료공급압력으로 상기 증발가스를 압축하고, 상기 부스팅 압축기에서는 재액화될 상기 압축가스를 55 내지 300 bar로 추가 압축하는 것을 특징으로 하는 선박의 재액화용 냉매 유량증가 방법.

제 7항에 있어서,
상기 주엔진은 X-DF 엔진이고,
상기 부스팅 압축기에서는 재액화될 상기 압축가스를 100 내지 170 bar로 추가 압축하는 것을 특징으로 하는 선박의 재액화용 냉매 유량증가 방법.

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