KR20150042405A - 재액화 장치를 구비한 이중 압력 연료가스 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

재액화 장치를 구비한 이중 압력 연료가스 공급 시스템이 개시된다. 이중 압력 연료 가스 공급 시스템은, LNG 저장탱크 내의 액상 LNG를 제1 압력의 연료 가스로 변환하여 제1 소비처로 공급하기 위한 액상 LNG 배출 라인; 상기 LNG 저장탱크 내의 증발가스를 상기 제1 압력보다 상대적으로 저압인 제2 압력의 연료 가스로 변환하여 제2 소비처로 공급하기 위한 증발가스 배출라인; 및 상기 변환된 제2 압력의 연료 가스 중 일부를 상기 액상 LNG 배출 라인을 통해 흐르는 액상 LNG를 냉매로 이용하여 액화한 액상 LNG를 상기 LNG 저장탱크로 회수하기 위한 액상 LNG 유입라인을 포함한다.

Description

재액화 장치를 구비한 이중 압력 연료가스 공급 시스템{System having re-liquefaction device to supply dual pressure fuel gas}

본 발명은 재액화 장치를 구비한 이중 압력 연료가스 공급 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 천연가스는 생산지에서 극저온으로 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 LNG라 함)의 상태로 만들어진 후 LNG 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 수송된다.

천연가스의 액화온도는 상압 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. LNG 운반선의 LNG 저장탱크의 경우 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(Boil-Off Gas)가 발생한다.

LNG 운반선에서는, LNG 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 LNG 저장탱크 내의 압력이 과도하게 상승하므로, LNG 저장탱크 내에서 발생되는 증발가스를 처리하기 위해 증발가스를 선박 추진 엔진의 연료로 사용하거나 가스 연소기에서 소각한다.

LNG 운반선에서 고압가스 분사엔진으로 연료가스를 공급함에 있어 LNG 저장탱크 내의 증발가스 축적에 따른 과도한 압력 상승을 방지할 수 있도록 하는 기술적 사상이 한국등록특허 제0835090호(LNG 운반선의 연료가스 공급 시스템 및 방법)에서 개시되고 있다.

해당 등록특허의 연료가스 공급 시스템이 도시된 도 1을 참조하면, LNG 탱크(1) 내에 발생된 증발가스는 증발가스용 냉각기(7)와 열교환기(3)에서의 냉각 처리에 의해 액화되고, 팽창형 압력 조절 밸브(12a)에 의해 유체 압력이 제어되어 LNG 저장탱크(1)로 다시 유입되도록 구성되어 있다.

그러나, 해당 등록특허는 증발가스용 냉각기(7)와 열교환기(3) 각각에서 순차적인 냉각 처리가 수행되어 그 구성이 복잡하고, 이러한 냉각 처리 과정에서 증발가스의 일부는 기상(기체상태)/액상(액체상태) 혼합 상태로 존재할 수 있어, 이를 LNG 저장탱크(1)로 유입시키는 경우 LNG 저장탱크(1) 내에서 증발가스의 발생이 조장되는 문제점이 있다.

또한 연료가스 추진 수단에 단일의 압력인 연료 가스를 공급하도록 구성되어 있어 고압/저압 엔진이 혼합 적용되는 경우에는 별도의 추가 시스템이 고려되어야 하는 문제점도 있다.

본 발명은 증발가스(BOG)의 냉각에 따른 기상 또는 액상의 증발 가스를 분리하여 이용할 수 있고, 선박에 구비된 고압 및 저압 엔진들 각각에 적절한 압력의 연료 가스를 개별 공급할 수 있는 재액화 장치를 구비한 이중 압력 연료가스 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 이중 압력 연료 가스 공급 시스템에 있어서, LNG 저장탱크 내의 액상 LNG를 제1 압력의 연료 가스로 변환하여 제1 소비처로 공급하기 위한 액상 LNG 배출 라인; 상기 LNG 저장탱크 내의 증발가스(BOG)를 상기 제1 압력보다 상대적으로 저압인 제2 압력의 연료 가스로 변환하여 제2 소비처로 공급하기 위한 증발가스 배출라인; 및 상기 변환된 제2 압력의 연료 가스 중 일부를 상기 액상 LNG 배출 라인을 통해 흐르는 액상 LNG를 냉매로 이용하여 액화한 액상 LNG를 상기 LNG 저장탱크로 회수하기 위한 액상 LNG 유입라인을 포함하는 이중 압력 연료 가스 공급 시스템이 제공된다.

상기 액상 LNG 배출라인에는, 상기 LNG 저장탱크로부터 액상 LNG를 공급받아 저장하는 버퍼 탱크; 상기 버퍼 탱크로부터 공급되는 액상 LNG를 기화시켜 상기 제1 소비처로 공급하는 기화기; 및 상기 버퍼 탱크로부터 상기 기화기로 공급되는 액상 LNG에 이송 압력을 제공하는 펌프가 설치되되, 상기 펌프와 상기 기화기 사이의 액상 LNG 이송 구간에는 상기 변환된 제2 압력의 연료 가스를 액화시키기 위해 일부의 액상 LNG가 열교환기를 경유하여 상기 액상 LNG 배출라인으로 복귀하도록 형성되는 제1 분기라인이 형성될 수 있다.

상기 기화기로부터 상기 제1 소비처로의 액상 LNG 이송 구간에는 상기 액상 LNG 배출라인과 상기 증발가스 배출라인을 연결하는 제2 분기라인이 형성되고, 상기 제2 분기라인에는 상기 제1 압력의 연료 가스를 상기 제2 압력의 연료 가스로 변환하기 위한 압력 조절 밸브가 개재(介在)될 수 있다.

상기 증발가스 배출라인에는 상기 증발가스를 상기 제2 압력의 연료 가스로 변환하여 상기 제2 소비처로 공급하는 압축기가 설치될 수 있다.

상기 액상 LNG 유입라인에는, 상기 압축기로부터 일부의 연료 가스를 공급받아 상기 액상 LNG 배출라인으로부터 제1 분기라인을 통해 흐르는 액상 LNG를 이용하여 액화시키는 상기 열교환기; 및 상기 열교환기에 의해 액화되지 않은 연료 가스를 액화시키기 위해 냉각 처리하는 냉동기가 설치되는, 이중 압력 연료 가스 공급 시스템.

상기 액상 LNG 유입라인에는 액화된 액상 LNG가 상기 버퍼 탱크로 유입되도록 하는 분기관이 형성될 수 있다.

상기 냉동기는 줄(Joul)-톰슨(Thomson) 냉동기(Refrigerator)일 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 증발가스(BOG)의 냉각에 따른 기상 또는 액상의 증발 가스를 분리하여 이용할 수 있고, 선박에 구비된 고압 및 저압 엔진들 각각에 적절한 압력의 연료 가스를 개별 공급할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 LNG 운반선의 연료가스 공급 시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 압력 연료가스 시스템의 개략적인 구성도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 압력 연료가스 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, LNG 저장탱크(210)는 3개의 라인, 즉 액상 LNG 배출라인(L1), 증발가스(BOG) 배출라인(L2) 및 액상 LNG 유입라인(L3)에 각각 연결된다.

LNG 저장탱크(210) 내에 저장된 액상 LNG는 제1 펌프(270a)가 제공하는 압력에 의해 액상 LNG 배출라인(L1)을 통해 배출되어 버퍼 탱크(220)로 공급되고, 버퍼 탱크(220)에 저장된 액상 LNG는 제2 펌프(270b)가 제공하는 압력에 의해 기화기(230)로 공급된다.

이때, 버퍼 탱크(220)에 저장된 액상 LNG의 일부는 증발가스 배출라인(L2)을 통해 공급되는 증발가스를 액화시키는 냉매로 이용되기 위해 열교환기(250)를 거쳐 다시 액상 LNG 배출라인(L1)으로 복귀하는 경로(제1 분기 라인)를 따라 흐를 수 있다.

제2 펌프(270b)와 기화기(230) 사이의 액상 LNG 이송 구간, 즉 제1 분기 라인의 분기 위치와 복귀 위치의 사이에 액상 LNG의 이송을 단속하기 위한 밸브가 개재(介在)될 수 있다.

기화기(230)는 액상 LNG 배출라인(L1) 및 제1 분기 라인으로부터 공급되는 액상 LNG(또는 기상/액상 혼합 LNG)를 기화시켜 고압(예를 들어 200 내지 300바(bar)) 가스를 연료로 하는 제1 소비처로 기상 LNG를 공급한다.

제1 소비처로 기상 LNG를 공급하기 위한 공급 라인은 제2 분기 라인을 통해 제2 소비처로 저압의 기상 LNG를 공급하기 위한 공급 라인(즉, 증발가스 배출라인(L2))과 연결될 수 있으며, 제2 분기 라인에는 고압의 기상 LNG가 저압(예를 들어 5 내지 10바)의 기상 LNG로 변환하기 위한 압력 조절 밸브(PRV, Pressure Regulating Valve)(275)가 설치될 수 있다.

또한, LNG 저장탱크(210) 내에 존재하는 증발가스는 저압 가스를 원료로 하여 구동되는 제2 소비처에 공급하기 위해 증발가스 배출라인(L2)을 통해 배출되어 압축기(240)로 공급된다.

압축기(240)는 공급되는 증발가스를 제2 소비처에 공급하기 위해 적절한 압력(예를 들어 5 내지 10바)으로 증발가스를 압축시킨 후 제2 소비처로 공급한다.

압축기(240)에서 압축된 증발가스 중 일부는 열교환기(250)로 공급되어 제1 분기라인을 통해 흐르는 액상 LNG와 열교환되어 액상 LNG로 액화된 후 트랩(280)을 통해 액상 LNG 유입 라인(L3)으로 유입될 수 있다.

그러나 열교환기(250)에서의 열교환에 의해 액화되지 않은 증발가스는 냉동기(260)로 유입되어 액화된 후 액상 LNG 유입 라인(L3)으로 유입될 수 있다.

냉동기(260)는 예를 들어 압축된 냉매를 단열된 오리피스를 통해 배출할 때 발생하는 줄(Joul)-톰슨(Thomson) 효과를 이용하는 냉동기인 J-T 냉동기(Refrigerator)일 수 있다.

열교환기(250)에서의 열교환 및 냉동기(260)에서의 냉각 처리에 의해 액상 LNG 유입 라인(L3)에 유입된 액상 LNG는 LNG 저장탱크(210)로 회수되거나, 분기관을 통해 버퍼 탱크(220)로 공급될 수 있다.

그러나 냉동기(260)에서도 액화되지 않은 증발가스는 제3 분기 라인을 통해 압축기(240) 전단의 증발가스 배출 라인(L2)으로 복귀되어 압축기(240)의 압축을 통해 제2 소비처에 원료 가스로 공급되거나 열교환기(250) 등에 의해 액화처리된다.

전술한 과정을 통해 증발가스의 재액화 과정에서 기체 상태의 LNG를 제거하거나 최소화할 수 있고, 이를 통해 선박의 에너지 효율을 극대화할 수 있다.

또한 하나의 시스템에서 고압 가스와 저압 가스를 각각 연료 가스로 이용하는 다양한 소비처(예를 들어 엔진 등)에 공급할 수 있어 연료 가스 공급 시스템의 구성을 단순화할 수 있는 장점도 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

210 : LNG 저장탱크 220 : 버퍼 탱크
230 : 기화기 240 : 압축기
250 : 열교환기 260 : 냉동기
270a, 270b : 펌프 275 : 압력 조절 밸브

Claims (7)

1. 이중 압력 연료 가스 공급 시스템에 있어서,
   LNG 저장탱크 내의 액상 LNG를 제1 압력의 연료 가스로 변환하여 제1 소비처로 공급하기 위한 액상 LNG 배출 라인;
   상기 LNG 저장탱크 내의 증발가스(BOG)를 상기 제1 압력보다 저압인 제2 압력의 연료 가스로 변환하여 제2 소비처로 공급하기 위한 증발가스 배출라인; 및
   상기 변환된 제2 압력의 연료 가스 중 일부를 상기 액상 LNG 배출 라인을 통해 흐르는 액상 LNG를 냉매로 이용하여 액화한 액상 LNG를 상기 LNG 저장탱크로 회수하기 위한 액상 LNG 유입라인을 포함하는 이중 압력 연료 가스 공급 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 액상 LNG 배출라인에는,
   상기 LNG 저장탱크로부터 액상 LNG를 공급받아 저장하는 버퍼 탱크;
   상기 버퍼 탱크로부터 공급되는 액상 LNG를 기화시켜 상기 제1 소비처로 공급하는 기화기; 및
   상기 버퍼 탱크로부터 상기 기화기로 공급되는 액상 LNG에 이송 압력을 제공하는 펌프가 설치되되,
   상기 펌프와 상기 기화기 사이의 액상 LNG 이송 구간에는 상기 변환된 제2 압력의 연료 가스를 액화시키기 위해 일부의 액상 LNG가 열교환기를 경유하여 상기 액상 LNG 배출라인으로 복귀하도록 형성되는 제1 분기라인이 형성되는, 이중 압력 연료 가스 공급 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 기화기로부터 상기 제1 소비처로의 액상 LNG 이송 구간에는 상기 액상 LNG 배출라인과 상기 증발가스 배출라인을 연결하는 제2 분기라인이 형성되고,
   상기 제2 분기라인에는 상기 제1 압력의 연료 가스를 상기 제2 압력의 연료 가스로 변환하기 위한 압력 조절 밸브가 개재(介在)되는, 이중 압력 연료 가스 공급 시스템.
4. 제2항에 있어서,
   상기 증발가스 배출라인에는 상기 증발가스를 상기 제2 압력의 연료 가스로 변환하여 상기 제2 소비처로 공급하는 압축기가 설치되는, 이중 압력 연료 가스 공급 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 액상 LNG 유입라인에는,
   상기 압축기로부터 일부의 연료 가스를 공급받아 상기 액상 LNG 배출라인으로부터 제1 분기라인을 통해 흐르는 액상 LNG를 이용하여 액화시키는 상기 열교환기; 및
   상기 열교환기에 의해 액화되지 않은 연료 가스를 액화시키기 위해 냉각 처리하는 냉동기가 설치되는, 이중 압력 연료 가스 공급 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 액상 LNG 유입라인에는 액화된 액상 LNG가 상기 버퍼 탱크로 유입되도록 하는 분기관이 형성되는, 이중 압력 연료 가스 공급 시스템.
7. 제5항에 있어서,
   상기 냉동기는 줄(Joul)-톰슨(Thomson) 냉동기(Refrigerator)인, 이중 압력 연료 가스 공급 시스템.
   

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