KR20150115126A - 액화가스 처리 시스템 - Google Patents

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KR20150115126A
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장광필
김기홍
곽정민
김주일
이진광
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결된 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며 증발가스를 압축하는 증발가스 압축기; 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 증발가스 공급라인까지 연결된 액화가스 공급라인; 상기 액화가스 공급라인과 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출된 액화가스 및 증발가스를 가열하는 강제 기화기; 및 상기 강제 기화기에 열을 공급하며, 상기 액화가스와 상기 증발가스의 냉열을 이용하여 동력을 생성하는 열매 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크와 증발가스 압축기 사이에 강제 기화기로서, BOG/LNG/열매 열교환기를 설치하거나, BOG/열매 열교환기와 LNG/열매 열교환기를 설치함으로써, 액화가스 또는 증발가스의 버려지는 냉열을 효율적으로 이용할 수 있고, 액화가스 또는 증발가스를 가열하기 위해 사용되는 열매가 순환 유동하도록 하되, 열매의 팽창 시 에너지가 생성되도록 하여 발전을 수행할 수 있어, 시스템 운영 비용을 현저히 감축할 수 있다.

Description

액화가스 처리 시스템{A Treatment System of Liquefied Gas}
본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것이다.
선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.
이러한 선박은 수요처를 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 수요처는 가솔린 또는 디젤을 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 하는 엔진으로서, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하는 것이 일반적이었다.
그러나 최근에는, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 수요처를 구동하는 LNG 연료공급 방식이 사용되고 있으며, 이와 같이 수요처의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
일반적으로, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄을 1기압 하에서 -162℃ 이하의 온도로 내려서 액체 상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1 정도이고, 비중은 0.42로 원유비중의 약 2분의 1이 된다.
그러나 수요처가 구동되기 위해 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 LNG의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 LNG의 온도 및 압력 등을 제어하여 수요처에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
등록실용신안공보 제20-0394721호(2005.08.29 공고)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 액화가스 저장탱크로부터 배출되는 액화가스 또는 증발가스의 냉열과 액화가스 또는 증발가스를 가열하기 위해 사용되는 열매의 온열을 열교환시킴으로써, 액화가스 또는 증발가스의 냉열과 열매의 온열을 효율적으로 이용할 수 있는 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결된 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며 증발가스를 압축하는 증발가스 압축기; 상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 증발가스 공급라인까지 연결된 액화가스 공급라인; 상기 액화가스 공급라인과 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출된 액화가스 및 증발가스를 가열하는 강제 기화기; 및 상기 강제 기화기에 열을 공급하며, 상기 액화가스와 상기 증발가스의 냉열을 이용하여 동력을 생성하는 열매 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 열매 공급부는, 상기 강제 기화기에 열매를 순환시키는 열매 순환라인; 상기 열매 순환라인 상에 마련되며, 상기 강제 기화기로부터 공급되는 상기 열매를 순환시키는 열매 펌프; 상기 열매 순환라인 상에 마련되며, 상기 열매 펌프로부터 공급되는 상기 열매를 가열시키는 열매 히터; 상기 열매 순환라인 상에 마련되며, 상기 열매 히터로부터 공급되는 상기 열매를 팽창시키는 열매 팽창기; 및 상기 열매 팽창기에 연결되어 상기 열매의 팽창을 이용해 발전하여 상기 수요처에 전달할 보조 동력을 생성하는 열매 발전기를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 수요처는, 증발가스를 소비하는 가스 터빈; 및 상기 가스 터빈에 연결되는 제1 터빈 발전기를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 수요처는, 상기 가스 터빈에서 발생된 배기를 이용하여 스팀을 생성하는 스팀 생성기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 수요처는, 상기 스팀 생성기에 연결되어 스팀을 소비하는 스팀 터빈; 및 상기 스팀 터빈에 연결되는 제2 터빈 발전기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 수요처는, 상기 스팀 터빈에서 배출되는 스팀을 응축시켜 상기 스팀 생성기에 공급하는 스팀 응축기를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 강제 기화기는, 상기 증발가스 공급라인과, 상기 액화가스 공급라인과, 상기 열매 순환라인 상에 마련되는 3-스트림 구조의 BOG/LNG/열매 열교환기일 수 있다.
구체적으로, 상기 BOG/LNG/열매 열교환기를 우회하며, 증발가스 우회밸브가 구비되는 증발가스 우회라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 강제 기화기는, 상기 증발가스 공급라인과 상기 액화가스 공급라인 상에 마련되는 2-스트림 구조의 BOG/열매 열교환기와, 상기 액화가스 공급라인과 상기 열매 순환라인 상에 마련되는 2-스트림 구조의 LNG/열매 열교환기로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 BOG/열매 열교환기는, 상기 열매 순환라인 내부를 유동하는 상기 열매 흐름 방향을 기준으로 상기 LNG/열매 열교환기보다 상류 또는 하류에 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 BOG/열매 열교환기를 우회하며, 증발가스 우회밸브가 구비되는 증발가스 우회라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크와 증발가스 압축기 사이에 강제 기화기로서, BOG/LNG/열매 열교환기를 설치하거나, BOG/열매 열교환기와 LNG/열매 열교환기를 설치함으로써, 액화가스 또는 증발가스의 버려지는 냉열을 효율적으로 이용할 수 있고, 액화가스 또는 증발가스를 가열하기 위해 사용되는 열매가 순환 유동하도록 하되, 열매의 팽창 시 에너지가 생성되도록 하여 발전을 수행할 수 있어, 시스템 운영 비용을 현저히 감축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 강제 기화기의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템의 강제 기화기의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 수요처(20), 증발가스 공급라인(30), 증발가스 압축기(40), 액화가스 공급라인(50), 강제 기화기(60), 열매 공급부(70), 증발가스 복귀라인(80), 증발가스 재액화부(90)를 포함한다.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG를 의미할 수 있고, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 기체 상태나 과냉 상태, 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 배경기술에서 언급한 바와 같이 선박에 적용되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 선박이나 육상 등에 설치될 수 있고, LNG를 소비하여 동력을 생산하는 모든 장비에 적용될 수 있음은 물론이다.
액화가스 저장탱크(10)는, 수요처(20)에 공급될 액화가스를 저장한다. 액화가스 저장탱크(10)는 액화가스를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 액화가스 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부(도시하지 않음)를 포함한다. 외조 탱크는 액화가스 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 내조 탱크는 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 1bar 내지 10bar의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 그리고 단열부는, 내조 탱크와 외조 탱크의 사이에 구비되며, 외부 열에너지가 내조 탱크로 전달되는 것을 차단할 수 있도록, 진공 구조로 형성하거나, 단열재로 형성할 수 있다.
수요처(20)는, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 증발가스를 통해 구동되어 동력을 발생시킨다. 이때 수요처(20)는 가스 터빈(21), 제1 터빈 발전기(22), 스팀 생성기(23), 스팀 터빈(24), 제2 터빈 발전기(25)를 포함할 수 있다.
가스 터빈(21)은, 액화가스 저장탱크(10)에서 자연 발생되어 배출되거나 또는 후술할 강제 기화기(60)에 의해 강제로 생성된 증발가스를 공급받아 소비한다. 가스 터빈(21)은 증발가스를 압축된 소기와 함께 연소해서 터빈 휠(도시하지 않음)을 회전시킬 수 있다.
가스 터빈(21)은 제1 터빈 발전기(22)와 연결될 수 있으며. 가스 터빈(21)에 의해 증발가스가 소비됨에 따라 제1 터빈 발전기(22)가 동력을 생산할 수 있다. 동력의 필요량에 따라서 가스 터빈(21)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 각 가스 터빈(21)마다 제1 터빈 발전기(22)가 연결될 수 있다. 가스 터빈(21)이 복수 개로 구비될 경우 증발가스 공급라인(30)은 각 가스 터빈(21)에 연결되기 위하여 가스 터빈(21)의 상류에서 분지될 수 있다.
제1 터빈 발전기(22)는, 가스 터빈(21)에 연결되어 동력을 생산한다. 이때 제1 터빈 발전기(22)는 출력 모터(27)에 전기적으로 연결되고(전류 또는 전압 변환을 위한 수단(부호 미도시)이 출력 모터(27)의 전단에 구비될 수 있다.), 출력 모터(27)는 감속 기어부(28)를 거쳐 추진축에 연결됨에 따라, 프로펠러(29) 등을 회전시켜 선박의 전진 또는 후진을 구현할 수 있다. 물론 제1 터빈 발전기(22)에 의해 생성된 동력은 선박의 전후진 외에도, 동력 소비가 필요한 수단에 전달될 수 있다.
스팀 생성기(23)는, 가스 터빈(21)에서 발생된 배기를 이용하여 스팀을 생성한다. 가스 터빈(21)은 증발가스를 연료와 함께 연소시키면서 배기가스를 방출하는데, 스팀 생성기(23)는 가스 터빈(21)으로부터 방출되는 배기열을 활용하여 스팀을 발생시켜서 스팀 터빈(24)에 공급할 수 있다.
스팀 터빈(24)은, 스팀 생성기(23)에 연결되어 스팀을 소비한다. 스팀 터빈(24)은 스팀의 압력에 의해 터빈 휠(도시하지 않음)을 회전시킬 수 있으며, 스팀 터빈(24)에는 제2 터빈 발전기(25)가 연결되어 동력을 생산할 수 있다.
제2 터빈 발전기(25)는, 스팀 터빈(24)에 연결되며 제1 터빈 발전기(22)와 마찬가지로 동력을 생산한다. 제2 터빈 발전기(25)는 제1 터빈 발전기(22)의 보조 발전기로 작동할 수 있는데, 이는 제1 터빈 발전기(22)가 연결된 가스 터빈(21)이 구동됨에 따라 배기가 생성되어야 제2 터빈 발전기(25)가 연결된 스팀 터빈(24)이 구동될 수 있기 때문이다.
수요처(20)는, 스팀 터빈(24)에서 배출되는 스팀을 응축시켜 스팀 생성기(23)에 공급하는 스팀 응축기(26)를 더 포함할 수 있다. 스팀은 강한 압력으로 스팀 터빈(24)을 돌린 후 스팀 터빈(24)으로부터 배출되는데, 스팀 응축기(26)는 스팀 터빈(24)에서 배출된 스팀을 재활용하기 위해서, 냉각시켜 응축수를 생성한 후 스팀 생성기(23)에 공급할 수 있다. 이 경우 스팀 생성기(23)에 유입된 응축수는 가스 터빈(21)의 배기에 의해 스팀으로 변화되어 스팀 터빈(24)에 다시 유입될 수 있다.
증발가스 공급라인(30)은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 수요처(20)까지 연결된다. 증발가스 공급라인(30) 상에는 후술할 증발가스 압축기(40)가 구비될 수 있으며, 또한 액화가스 공급라인(50)이 합류될 수 있고, 증발가스 복귀라인(80)이 분기될 수 있다. 또한, 증발가스 공급라인(30) 상에는 후술할 증발가스 압축기(40) 상류에 후술할 강제 기화기(60)가 마련될 수 있으며, 증발가스 공급라인(30) 상에 마련되는 강제 기화기(60)를 우회하는 증발가스 우회라인(32)이 구비될 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
증발가스 공급라인(30)에는 증발가스 공급밸브(31)가 구비되어, 증발가스 공급밸브(31)의 개도 조절에 따라 가스 터빈(21)에 유입되는 증발가스의 공급량이 조절될 수 있다. 증발가스 공급밸브(31)는 가스 터빈(21)의 전단에 마련되며, 가스 터빈(21)이 복수 개로 구비될 경우 각 가스 터빈(21)의 전단에 증발가스 공급밸브(31)가 각각 마련될 수 있다.
증발가스 압축기(40)는, 증발가스 공급라인(30) 상에 마련되며 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 압축한다. 이때 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)에서 자연 발생되어 배출된 증발가스뿐만 아니라, 후술할 강제 기화기(60)를 통해 액화가스가 가열되면서 생성된 증발가스를 포함할 수 있다.
증발가스 압축기(40)는 복수 개가 직렬로 구비되어 증발가스를 다단 가압시킬 수 있다. 일례로 증발가스는 3개가 구비되어 증발가스가 3단 가압되도록 할 수 있으며, 가압된 증발가스는 10 내지 50bar의 압력을 가질 수 있다.
또한, 증발가스 압축기(40)는, 복수 개가 병렬로 구비되어, 어느 하나의 증발가스 압축기(40)가 파손되거나 작동을 할 수 없는 경우, 다른 하나의 증발가스 압축기(40)를 이용하여 증발가스를 원활하게 압축시켜서 수요처(20)의 작동 정지를 방지할 수 있다.
액화가스 공급라인(50)은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 증발가스 공급라인(30)까지 연결된다. 액화가스 공급라인(50)은 일단이 액화가스 저장탱크(10) 측에 구비되며, 타단이 증발가스 공급라인(30) 상에서 증발가스 압축기(40)의 상류 지점에 연결될 수 있다.
액화가스 공급라인(50)에서 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 구비되는 일단에는 액화가스 펌프(52)가 구비될 수 있다. 액화가스 펌프(52)는 잠형 펌프로서 액화가스 저장탱크(10) 내부에 위치하여 액화가스 저장탱크(10)에 저장되어 있는 액화가스를 외부로 배출시킬 수 있다.
액화가스 공급라인(50) 상에는 후술할 강제 기화기(60)가 마련됨에 따라, 액화가스 펌프(52)에 의해 배출된 액화가스가 증발가스 상태로 증발가스 공급라인(30)에 공급되도록 할 수 있다.
액화가스 공급라인(50)에는 액화가스의 공급여부 및 공급량을 조절하는 액화가스 공급밸브(51)가 구비될 수 있다. 액화가스 공급밸브(51)는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스의 양이 수요처(20)에서 요구하는 양보다 크거나 같을 경우, 즉 증발가스의 양이 충분한 경우에는 액화가스 공급라인(50)을 폐쇄하고, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스의 양이 수요처(20)의 요구량에 미치지 못할 경우에는 액화가스 공급라인(50)을 적절히 개방하여 액화가스가 강제 기화기(60)를 거쳐 증발가스 공급라인(30)에 공급되도록 할 수 있다. 이를 위하여 본 실시예는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생된 증발가스의 양을 감지하는 증발가스 센서(도시하지 않음)를 구비할 수 있다.
강제 기화기(60)는, 액화가스 공급라인(50)과 증발가스 공급라인(30) 상에 마련되며, 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출된 액화가스 및 증발가스를 가열한다.
강제 기화기(60)는 액화가스를 열매와 열교환시켜서 액화가스를 가열하고 열매를 냉각시킬 수 있으며, 가열된 액화가스는 특정 압력에서의 비등점(1bar일 경우 약 -162℃)보다 높은 온도를 가짐에 따라 증발가스로 변화될 수 있다. 이때 열매로는 글리콜 워터 등을 사용할 수 있다.
또한, 강제 기화기(60)는, 증발가스를 열매와 열교환시켜서 증발가스를 가열하고 열매를 냉각시킬 수 있다.
상기한 강제 기화기(60)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 증발가스 공급라인(30)과, 액화가스 공급라인(50)과, 후술할 열매 순환라인(71) 상에 마련되는 3-스트림 구조의 BOG/LNG/열매 열교환기(60a)일 수 있다.
또한, 상기한 강제 기화기(60)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 증발가스 공급라인(30)과 액화가스 공급라인(50) 상에 마련되는 2-스트림 구조의 BOG/열매 열교환기(60b)와, 액화가스 공급라인(50)과 후술할 열매 순환라인(71) 상에 마련되는 2-스트림 구조의 LNG/열매 열교환기(60c)로 이루어질 수 있다. 이때, 후술할 열매 순환라인(71) 내부를 유동하는 열매 흐름 방향을 기준으로 BOG/열매 열교환기(60b)가 LNG/열매 열교환기(60c)보다 상류 또는 하류에 배치될 수 있는데, 증발가스(BOG)의 온도가 액화가스(LNG)의 온도보다 높은 것을 고려할 때, BOG/열매 열교환기(60b)가 LNG/열매 열교환기(60c)보다 상류에 배치되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, BOG/LNG/열매 열교환기(60a) 또는 BOG/열매 열교환기(60b)를 우회하는 증발가스 우회라인(32)을 구비할 수 있다. 증발가스 우회라인(32)은, 일단이 액화가스 저장탱크(10)와 BOG/LNG/열매 열교환기(60a) 사이 또는 액화가스 저장탱크(10)와 BOG/열매 열교환기(60b) 사이의 증발가스 공급라인(30)에 연결되며, 타단이 BOG/LNG/열매 열교환기(60a)과 증발가스 압축기(40) 사이 또는 BOG/열매 열교환기(60b)와 증발가스 압축기(40) 사이의 증발가스 공급라인(30)에 연결될 수 있다.
상기한 증발가스 우회라인(32)에는 증발가스 압축기(40)에 공급되는 증발가스의 온도에 따라 공급량을 조절하는 증발가스 우회밸브(33)가 구비될 수 있다. 증발가스 우회밸브(51)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 저온의 증발가스가 증발가스 압축기(40)로 직접 공급되는 양을 조절하여, BOG/LNG/열매 열교환기(60a) 또는 BOG/열매 열교환기(60b)에서 가열된 증발가스와 혼합되게 함으로써, 채용된 증발가스 압축기(40)가 견딜 수 있는 적합한 온도의 증발가스를 공급할 수 있게 한다. 즉, 증발가스 압축기(40)는 증발가스의 부피가 클수록 소비전력이 커지므로 증발가스의 온도를 낮게 유지시키는 것이 바람직한 반면, 증발가스의 온도가 너무 낮을 경우 증발가스 압축기(40)가 파손되는 우려가 있으므로, 증발가스 우회밸브(40)를 통해 적합한 온도의 증발가스를 증발가스 압축기(40)에 공급될 수 있게 하는 것이다. 이를 위하여 본 실시예는 증발가스 압축기(40)에서 공급되는 증발가스의 온도를 감지하는 증발가스 센서(도시하지 않음)를 구비할 수 있다.
열매는 강제 기화기(60)를 순환할 수 있는데, 구체적으로 열매는 강제 기화기(60)를 거쳐서 열매 펌프(74), 열매 히터(75), 열매 팽창기(72)를 통해 강제 기화기(60)에 다시 유입된다. 상세한 내용은 이하 후술하도록 한다.
열매 공급부(70)는, 강제 기화기(60)에 열을 공급한다. 열매 공급부(70)는 열매 순환라인(71), 열매 팽창기(72), 열매 발전기(73), 열매 펌프(74), 열매 히터(75)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 강제 기화기(60)는, 열매 공급부(70)의 열매 응축기일 수 있다.
열매 순환라인(71)은, 강제 기화기(60)에 열매를 순환시킨다. 앞서 언급한 바와 같이 열매는 강제 기화기(60)에서 액화가스에 의해 냉각되는데, 냉각된 열매는 열매 순환라인(71)을 따라 열매 팽창기(72)에 유입되어 열매 발전기(73)로 하여금 동력을 생산할 수 있도록 한다.
열매 순환라인(71)은 폐순환 구조이며, 물론 열매 순환라인(71)에는 외부로부터 열매를 공급받거나 외부로 열매를 방출할 수 있는 열매 버퍼탱크(도시하지 않음)가 더 구비될 수 있다.
열매 팽창기(72)는, 열매 순환라인(71) 상에 마련되며, 열매 히터(75)로부터 공급되는 열매를 팽창시킨다. 열매는 열매 팽창기(72)에서 팽창함에 따라 회전력을 생성하게 되고, 회전력은 열매 발전기(73)에 전달되어 동력 생산에 사용된다.
열매 발전기(73)는, 열매 팽창기(72)에 연결되어 열매의 팽창을 이용해 발전하여 수요처(20)에 전달할 보조 동력을 생성한다. 열매 발전기(73)는 열매 팽창기(72)에서 발생되는 회전력을 통해 동력을 생성할 수 있으며, 생성된 동력은 수요처(20)에 전달될 수 있다. 구체적으로 열매 발전기(73)에서 생성된 동력은 앞서 언급한 출력 모터(27)에 전달될 수 있다.
열매 발전기(73)는 열매 팽창기(72)가 구동될 시 동력을 생성하는 것이며, 열매 팽창기(72)는 강제 기화기(60)의 작동이 필요한 경우 열매가 순환함에 따라 구동되는 것이므로, 액화가스 저장탱크(10)에서 증발가스가 충분히 발생되는 경우에는 열매의 순환이 이루어지지 않아 열매 발전기(73)에 의한 동력 생산이 중단될 수 있다. 따라서 열매 발전기(73)에 의해 생성되는 동력은 증발가스를 소비하는 가스 터빈(21)에 연결된 제1 터빈 발전기(22)에 의해 생성되는 동력과 대비할 때 보조 동력으로 활용될 수 있다.
열매 펌프(74)는, 열매 순환라인(71) 상에 마련되며, 강제 기화기(60)로부터 공급되는 열매를 순환시킨다. 열매 펌프(74)는 원심형 펌프일 수 있고, 증발가스 압축기(40)와 마찬가지로 병렬 또는 직렬로 복수 개가 구비될 수 있다. 열매 펌프(74)에서 방출되는 열매는 열매 히터(75)에 유입될 수 있다.
열매 히터(75)는, 열매 순환라인(71) 상에 마련되며, 열매 펌프(74)로부터 공급되는 열매를 가열시킨다. 열매 히터(75)는 선박 내 폐열을 이용하여 열매를 가열할 수 있고, 또는 스팀 생성기(23)로부터 스팀을 공급받아 열매를 가열시킬 수 있다. 이를 위해 스팀 생성기(23)에서 열매 히터(75)까지는 스팀 공급라인(751)이 별도로 구비될 수 있다.
본 실시예는 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스의 양이 충분하지 않을 경우 액화가스를 수요처(20)에 공급하는데, 수요처(20)가 요구하는 연료의 상태는 증발된 상태일 수 있으므로, 액화가스를 기화시킬 필요가 있다. 이때 본 실시예는 가스 터빈(21)에서 발생된 배기를 이용하여 스팀을 생성하고, 스팀을 통해 열매를 가열하여 액화가스 기화에 사용할 수 있으며, 열매를 순환시키는 과정에서 열매의 팽창 시 발생하는 회전력을 통해 에너지를 발생시켜서, 부가적인 동력을 획득할 수 있다.
즉 본 실시예는 액화가스의 기화가 필요한 경우 액화가스의 기화에 가스 터빈(21)의 배기열을 간접 활용함으로써 별도의 열 에너지 생성 장치를 구비하지 않도록 하여, 시스템 설치 및 운영 비용 등을 절감할 수 있으며, 또한 액화가스를 기화할 때 순환하는 열매를 통해서 동력을 생산하여 에너지 효율을 극대화할 수 있다.
증발가스 복귀라인(80)은, 증발가스 공급라인(30)에서 분지되어 액화가스 저장탱크(10)로 연결된다. 증발가스 복귀라인(80)은 증발가스 공급라인(30)을 따라 수요처(20)로 공급되는 증발가스가 과다하다고 판단될 경우, 증발가스의 적어도 일부를 액화가스 저장탱크(10)로 복귀시킬 수 있다. 이때 증발가스 복귀라인(80)은 증발가스 공급라인(30) 상에서 액화가스 공급라인(50)이 합류하는 지점의 하류에서 분지될 수 있다. 이는 액화가스를 기화하여 증발가스 공급라인(30)에 공급하였을 때 필요 이상의 액화가스가 수요처(20)로 공급되는 것을 방지하기 위함이다.
증발가스 복귀라인(80)은 증발가스 공급라인(30) 상에서 증발가스 압축기(40)의 하류 또는 상류에 구비될 수 있으며, 증발가스 복귀라인(80)이 증발가스 공급라인(30)에서 분지되는 지점에는 3way 밸브인 증발가스 복귀밸브(81)가 구비되고, 증발가스 복귀밸브(81)는 증발가스 센서 및 수요처(20)의 요구 유량에 따라 개도를 조절하여 증발가스의 복귀 여부 및 복귀량을 제어할 수 있다.
증발가스 재액화부(90)는, 증발가스 복귀라인(80) 상에 마련되어 증발가스를 재액화시킨다. 증발가스 복귀라인(80)을 따라 유동하는 증발가스는 기체 형태로서, 액화가스 저장탱크(10)에 그대로 유입될 경우 액화가스 저장탱크(10)의 압력을 높일 수 있고, 이는 액화가스 저장탱크(10)의 파손 위험을 증가시킬 수 있다. 또한, 증발가스가 기체 상태로 액화가스 저장탱크(10)에 유입된다면, 유입된 증발가스는 다시 증발가스 공급라인(30)을 따라 방출되므로 수요처(20)로 공급되는 증발가스의 유량 감소가 제대로 이루어지지 못할 수 있다. 따라서 증발가스 재액화부(90)는 증발가스를 액화시켜서 액화가스 저장탱크(10)에 공급함에 따라 액화가스 저장탱크(10)를 보호하고 시스템 내에서 증발가스의 유량이 원활히 조절되도록 할 수 있다.
증발가스 재액화부(90)는, 냉매 압축기(92), 냉매 팽창기(93), 증발가스 응축기(94), 냉매 열교환기(95)를 포함할 수 있다. 증발가스 재액화부(90)의 각 구성은 냉매 순환라인(91)에 의하여 연결될 수 있고, 냉매는 질소일 수 있으며 냉매 순환라인(91)을 따라서 냉매 압축기(92), 냉매 열교환기(95), 냉매 팽창기(93), 증발가스 응축기(94)를 거쳐 순환할 수 있다.
냉매 압축기(92)는, 냉매를 압축시킨다. 냉매 압축기(92)는 증발가스 압축기(40)와 유사하게 복수 개가 직렬로 구비되어 냉매를 다단 압축시킬 수 있다. 냉매 압축기(92)는 후술할 냉매 팽창기(93)와 하나의 축으로 연결되어, 냉매 압축기(92)와 냉매 팽창기(93)가 냉매 컴팬더를 구성할 수 있다. 냉매 압축기(92)는 증발가스 응축기(94)에서 증발가스와 열교환하면서 가열된 냉매를 압축할 수 있고, 냉매 압축기(92)에 의해 압축된 냉매는 냉매 열교환기(95)에 유입될 수 있다.
냉매 팽창기(93)는, 압축된 냉매를 팽창시킨다. 냉매 팽창기(93)는 냉매 열교환기(95)에서 배출된 냉매를 팽창시킬 수 있고, 냉매 팽창기(93)에서 냉매가 팽창됨에 따라 발생된 회전력은 냉매 팽창기(93)와 하나의 축으로 연결된 냉매 압축기(92)에 전달될 수 있다.
냉매 팽창기(93)가 냉매를 팽창시킴에 따라 냉매는 감압되면서 일정 온도 냉각될 수 있고, 냉각된 냉매는 증발가스 응축기(94)에 유입되어 증발가스를 액화시킬 수 있다.
증발가스 응축기(94)는, 냉매를 이용하여 증발가스를 냉각시킨다. 냉매는 증발가스를 1bar에서 -162℃ 이하의 온도로 냉각함으로써 증발가스가 액화가스로 변화되도록 할 수 있다. 물론 증발가스 응축기(94)에서 증발가스가 냉각되는 온도는 증발가스의 압력에 따라 상이할 수 있으며, 일례로 증발가스가 3bar일 경우에는 냉매가 증발가스를 3bar에서의 비등점인 약 -150℃ 이하의 온도로 냉각하여 액화시킬 수 있다.
즉 증발가스 응축기(94)에서 냉매는 증발가스의 현재 압력에 대응되는 비등점보다 낮은 온도로 증발가스를 냉각시켜서, 증발가스가 액화되도록 할 수 있다. 이때 냉매는 증발가스와 열교환 시 증발가스에 냉열을 제공하면서 가열될 수 있다.
냉매 열교환기(95)는, 압축된 냉매와 증발가스 응축기(94)에서 가열된 냉매를 서로 열교환시켜서, 압축된 냉매는 냉각시켜 냉매 팽창기(93)로 전달하고, 증발가스 응축기(94)에서 가열된 냉매는 가열하여 압축기로 전달할 수 있다.
냉매 팽창기(93)에서 팽창된 냉매는 증발가스 응축기(94)에서 1차로 가열되고 냉매 열교환기(95)에서 2차로 가열된 후 냉매 압축기(92)에 유입될 수 있으며, 냉매 압축기(92)에서 배출된 냉매는 냉매 열교환기(95)에서 냉각된 후 냉매 팽창기(93)로 유입될 수 있다. 이를 통해 본 실시예는 냉매 팽창기(93)로 유입되는 냉매의 온도를 감소시켜서 냉매의 부피를 줄여 냉매 팽창기(93)의 부하를 절감할 수 있다. 이는 냉매 팽창기(93)의 부하가 냉매의 부피에 따라서 비례적으로 결정되기 때문이다.
이와 같이 본 실시예는, 액화가스 저장탱크(10)와 증발가스 압축기(40) 사이에 강제 기화기(60)로서, BOG/LNG/열매 열교환기(60a)를 설치하거나, BOG/열매 열교환기(60b)와 LNG/열매 열교환기(60c)를 설치함으로써, 액화가스 또는 증발가스의 버려지는 냉열을 효율적으로 이용할 수 있고, 액화가스 또는 증발가스를 가열하기 위해 사용되는 열매가 순환 유동하도록 하되, 열매의 팽창 시 에너지가 생성되도록 하여 발전을 수행할 수 있어, 시스템 운영 비용을 현저히 감축할 수 있다.
1: 액화가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20: 수요처 21: 가스 터빈
22: 제1 터빈 발전기 23: 스팀 생성기
24: 스팀 터빈 25: 제2 터빈 발전기
26: 스팀 응축기 27: 출력 모터
28: 감속 기어부 29: 프로펠러
30: 증발가스 공급라인 31: 증발가스 공급밸브
32: 증발가스 우회라인 33: 증발가스 우회밸브
40: 증발가스 압축기 50: 액화가스 공급라인
51: 액화가스 공급밸브 52: 액화가스 펌프
60: 강제 기화기 60a: BOG/LNG/열매 열교환기
60b: BOG/열매 열교환기 60c: LNG/열매 열교환기
70: 열매 공급부 71: 열매 순환라인
72: 열매 팽창기 73: 열매 발전기
74: 열매 펌프 75: 열매 히터
751: 스팀 공급라인 80: 증발가스 복귀라인
81: 증발가스 복귀밸브 90: 증발가스 재액화부
91: 냉매 순환라인 92: 냉매 압축기
93: 냉매 팽창기 94: 증발가스 응축기
95: 냉매 열교환기

Claims (11)

  1. 액화가스 저장탱크로부터 수요처까지 연결된 증발가스 공급라인;
    상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며 증발가스를 압축하는 증발가스 압축기;
    상기 액화가스 저장탱크로부터 상기 증발가스 공급라인까지 연결된 액화가스 공급라인;
    상기 액화가스 공급라인과 상기 증발가스 공급라인 상에 마련되며, 상기 액화가스 저장탱크로부터 배출된 액화가스 및 증발가스를 가열하는 강제 기화기; 및
    상기 강제 기화기에 열을 공급하며, 상기 액화가스와 상기 증발가스의 냉열을 이용하여 동력을 생성하는 열매 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열매 공급부는,
    상기 강제 기화기에 열매를 순환시키는 열매 순환라인;
    상기 열매 순환라인 상에 마련되며, 상기 강제 기화기로부터 공급되는 상기 열매를 순환시키는 열매 펌프;
    상기 열매 순환라인 상에 마련되며, 상기 열매 펌프로부터 공급되는 상기 열매를 가열시키는 열매 히터;
    상기 열매 순환라인 상에 마련되며, 상기 열매 히터로부터 공급되는 상기 열매를 팽창시키는 열매 팽창기; 및
    상기 열매 팽창기에 연결되어 상기 열매의 팽창을 이용해 발전하여 상기 수요처에 전달할 보조 동력을 생성하는 열매 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 수요처는,
    증발가스를 소비하는 가스 터빈; 및
    상기 가스 터빈에 연결되는 제1 터빈 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 수요처는,
    상기 가스 터빈에서 발생된 배기를 이용하여 스팀을 생성하는 스팀 생성기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 수요처는,
    상기 스팀 생성기에 연결되어 스팀을 소비하는 스팀 터빈; 및
    상기 스팀 터빈에 연결되는 제2 터빈 발전기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 수요처는,
    상기 스팀 터빈에서 배출되는 스팀을 응축시켜 상기 스팀 생성기에 공급하는 스팀 응축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 강제 기화기는,
    상기 증발가스 공급라인과, 상기 액화가스 공급라인과, 상기 열매 순환라인 상에 마련되는 3-스트림 구조의 BOG/LNG/열매 열교환기인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 BOG/LNG/열매 열교환기를 우회하며, 증발가스 우회밸브가 구비되는 증발가스 우회라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 강제 기화기는,
    상기 증발가스 공급라인과 상기 액화가스 공급라인 상에 마련되는 2-스트림 구조의 BOG/열매 열교환기와, 상기 액화가스 공급라인과 상기 열매 순환라인 상에 마련되는 2-스트림 구조의 LNG/열매 열교환기로 이루어진 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 BOG/열매 열교환기는,
    상기 열매 순환라인 내부를 유동하는 상기 열매 흐름 방향을 기준으로 상기 LNG/열매 열교환기보다 상류 또는 하류에 배치되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 BOG/열매 열교환기를 우회하며, 증발가스 우회밸브가 구비되는 증발가스 우회라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
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