KR20210000920A - Liquefied gas re-gasification system - Google Patents

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KR20210000920A
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오유택
류시진
이종철
최병윤
박건일
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

Disclosed is a liquefied gas regasification system used for the regasification of liquefied gas. According to an embodiment of the present invention, the liquefied gas regasification system includes: a liquefied gas transfer line for sending liquefied gas to a consumer by gasifying the same; a thermal medium circulation line provided to deliver heat for gasifying the liquefied gas from a heat source, and circulating a mixed refrigerant of at least triaxial refrigerants having different boiling points; a pump installed on the thermal medium circulation line, and circulating the mixed refrigerant in the thermal medium circulation line; an evaporator installed on the thermal medium circulation line, and gasifying the mixed refrigerant through a heat exchange with the heat source; and a gasifier installed on the thermal medium circulation line, and gasifying the liquefied gas in the liquefied gas transfer line through a heat exchange with the mixed refrigerant by using latent heat and thermal energy of the gasified mixed refrigerant. A refrigerant with the highest boiling point and a refrigerant with the lowest boiling point, of the at least triaxial refrigerants, can have a boiling point difference of at least 20°C such that the temperature of the mixed refrigerant can increase during a phase changing procedure wherein the mixed refrigerant is gasified by the heat source in the evaporator.

Description

액화가스 재기화 시스템{LIQUEFIED GAS RE-GASIFICATION SYSTEM}Liquefied gas regasification system {LIQUEFIED GAS RE-GASIFICATION SYSTEM}

본 발명은 액화가스 재기화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 끓는점 차이에 의한 온도 상승 효과(Temperature gliding effect)를 가지는 3성분 이상의 혼합 냉매(Mixed Refrigerant)를 이용하여 액화가스를 재기화하는 액화가스 재기화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a liquefied gas regasification system, and more particularly, a liquefied gas that regasifies a liquefied gas using a mixed refrigerant of three or more components having a temperature gliding effect due to a difference in boiling point. It relates to a regasification system.

오존층 파괴, 지구온난화 등의 환경 부작용 문제가 대두되면서 냉매 사용에 대한 규제가 점차 강화되고 있으며, 환경 오염 물질의 배출이 적은 천연가스와 같은 연료의 수요가 증가하고 있다. 천연가스를 수요처로 공급하기 위하여, 액화가스 저장탱크 내에 액화 상태로 저장된 액화천연가스를 재기화시키는 시스템을 필요로 한다. 종래의 액화가스 재기화 시스템은 주로 프로판(Propane)과 같은 증발성 열매체를 사용하여 해수로부터 열을 받아 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)로 열을 전달시켜 액화천연가스를 천연가스로 재기화시키고 있다.As environmental side effects such as the destruction of the ozone layer and global warming emerge, regulations on the use of refrigerants are gradually strengthening, and demand for fuels such as natural gas that emit less environmental pollutants is increasing. In order to supply natural gas to a consumer, a system for regasifying liquefied natural gas stored in a liquefied state in a liquefied gas storage tank is required. Conventional liquefied gas regasification system mainly uses evaporative heat medium such as propane to receive heat from seawater and transfer heat to liquefied natural gas (LNG) to regasify liquefied natural gas into natural gas. I'm making it.

프로판을 이용하여 한번의 열교환 처리에 의해 액화천연가스를 기화시키도록 설계할 경우, 열교환기 크기가 매우 커져야 하므로 경제성이 떨어지며, 프로판의 온도 조건을 매우 제한적인 범위로 제어해야 하고, 열교환기 내 압력 강하 및 해수 온도 변화시 수요처에서 요구하는 온도로 천연가스를 공급하기 어려워지는 단점이 있다. 이러한 이유로 종래의 액화천연가스의 재기화 시스템은 통상적으로 액화천연가스를 기화시키는 재기화기(Vaporizer)와, 재기화기에 의해 기화된 천연가스를 가열하는 트림 히터(Trim heater)로 나누어 설계된다.In the case of designing to vaporize liquefied natural gas by one heat exchange treatment using propane, the size of the heat exchanger must be very large, so economic efficiency is low, and the temperature condition of propane must be controlled within a very limited range, and the pressure in the heat exchanger There is a disadvantage in that it becomes difficult to supply natural gas at a temperature required by a customer when a drop or seawater temperature changes. For this reason, the conventional liquefied natural gas regasification system is typically designed by dividing into a vaporizer for vaporizing liquefied natural gas and a trim heater for heating natural gas vaporized by the regasifier.

종래의 액화가스 재기화 시스템에서, 프로판은 순환펌프를 통해 순환하며 해수로부터 열을 받아 제1의 열교환기(트림 히터)에서 천연가스와 1차 열교환하여 차가워지며, 다시 해수로부터 열을 받아 기화한 후 제2의 열교환기(재기화기)에서 2차로 액화천연가스와 열교환하여 액화된다. 이때 트림 히터에서는 액체 상태의 프로판의 현열을 이용하여 가열이 이루어진다.In a conventional liquefied gas regasification system, propane is circulated through a circulation pump, receives heat from seawater, and is cooled by first heat exchange with natural gas in a first heat exchanger (trim heater), and then vaporized by receiving heat from seawater. After that, it is liquefied by heat exchange with liquefied natural gas in a second heat exchanger (regasifier). At this time, in the trim heater, heating is performed using sensible heat of liquid propane.

이와 같은 액화가스 재기화 시스템의 경우, 재기화기에서 LNG 기화를 위해 요구되는 열량이 트림 히터에서 천연가스 가열을 위해 요구되는 열량에 비해 많은 반면, 트림 히터에서 액체 상태의 프로판의 현열을 이용하여 가열이 이루어지는 관계로, 트림 히터에서 재기화기보다 큰 냉매 유량을 필요로 하게 된다. 따라서 종래의 액화가스 재기화 시스템은 불필요하게 많은 유량의 냉매를 과도한 압력 차이로 순환시켜야 하므로, 운전 비용이 상승하고 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.In the case of such a liquefied gas regasification system, while the amount of heat required for LNG vaporization in the regasifier is higher than that for natural gas heating in the trim heater, the trim heater uses sensible heat of liquid propane to heat it. Due to this, the trim heater requires a larger refrigerant flow rate than the regasifier. Accordingly, the conventional liquefied gas regasification system has to circulate a refrigerant having an unnecessarily large flow rate at an excessive pressure difference, resulting in an increase in operating cost and a decrease in efficiency.

또한, 트림 히터에서는 기화되지 않은 냉매를 사용하기 위해 고압의 조건을 필요로 하고, 이후 재기화기로 공급되는 냉매를 기화시키기 위해 저압의 상태를 필요로 하므로, 펌프에 의해 냉매를 고압으로 가압하여 트림 히터로 공급한 후, 트림 히터를 통과한 냉매에 큰 압력 강하를 시켜주어야 하는데, 이는 에너지 효율을 떨어뜨리는 요인이 된다. 또한, 냉매로 사용되는 프로판의 경우, 가연성이 크므로 시스템의 안전성을 저하시킬 수 있다.In addition, the trim heater requires a high-pressure condition to use the refrigerant that has not been vaporized, and then requires a low-pressure condition to vaporize the refrigerant supplied to the regasifier. After supply to the heater, a large pressure drop must be applied to the refrigerant that has passed through the trim heater, which is a factor that degrades energy efficiency. In addition, propane used as a refrigerant is highly flammable, and thus the safety of the system may be degraded.

종래의 프로판이나 글리콜-워터를 이용한 간접식 재기화 시스템의 경우, 천연가스의 송출 온도와 해수 온도 차이가 크지 않을 경우, 냉매를 기화시켜 사용하는 데에 제약이 따를 수 있다. 도 1은 종래의 액화가스 재기화 시스템에 사용되는 프로판 냉매의 열 흐름량(Heat flow)에 따른 온도 변화를 보여주는 그래프이다. 액화천연가스(LNG)와 해수(SW) 사이에 프로판(Propane)을 열매체로 사용하고, 프로판을 해수에 의해 기화시켜 액화천연가스를 기화시키는 경우, 해수와 열교환에 의해 프로판이 기화되는 상 변화 과정(②)에서 압력 손실이 생기고 프로판의 온도가 감소하게 된다. 프로판과 액화천연가스의 열교환 효율을 높이기 위해서는 프로판의 P-H선도에서 프로판의 온도 변화 그래프가 도 1에 음영으로 표시된 부분과 중첩되지 않도록, 천연가스의 송출 온도(예를 들어, 8℃)보다 최소 온도차(minimum temperature approach) 이상 높아야 하고, 해수의 온도보다는 최소 온도차 이상 낮아야 한다.In the case of a conventional indirect regasification system using propane or glycol-water, if the difference between the delivery temperature of natural gas and seawater temperature is not large, there may be restrictions on using the refrigerant to vaporize. 1 is a graph showing a temperature change according to a heat flow of a propane refrigerant used in a conventional liquefied gas regasification system. When propane is used as a heat medium between liquefied natural gas (LNG) and seawater (SW), and propane is vaporized by seawater to evaporate liquefied natural gas, a phase change process in which propane is vaporized by heat exchange with seawater Pressure loss occurs in (②) and the temperature of propane decreases. In order to increase the heat exchange efficiency between propane and liquefied natural gas, the minimum temperature difference from the delivery temperature of natural gas (for example, 8°C) so that the graph of the temperature change of propane does not overlap with the shaded portion in FIG. It should be higher than (minimum temperature approach) and lower than the temperature of seawater by at least a minimum temperature difference.

하지만, 프로판의 상변화 과정(②)에서 프로판의 온도 감소에 의해 천연가스의 송출 온도보다 최소 온도차 이상 높고, 해수의 온도보다 최소 온도차 이상 낮은 조건을 확보하기 어려워지게 되고, 프로판의 온도 제어 범위가 줄어들게 된다. 이와 같이, 프로판 냉매의 운전 가능 범위가 좁아지면, 온도, 압력, 유량 등의 작은 변화에도 시스템이 제대로 운전되지 않을 수 있으며, 프로판이 천연가스의 송출 온도로부터 최소 온도차 조건을 만족하지 못하여 열교환이 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 종래의 액화가스 재기화 시스템의 경우, 해수의 설계 온도 조건에서 열전달 매체의 상변화시 발생하는 잠열을 이용하여 천연가스 수요처에서 요구하는 온도를 맞추는 시스템을 구성하기가 어려워진다.However, due to the decrease in the temperature of propane in the phase change process of propane (②), it becomes difficult to secure a condition higher than the minimum temperature difference higher than the transmission temperature of natural gas and lower than the minimum temperature difference higher than the temperature of seawater, and the temperature control range of propane Will decrease. As such, if the operating range of the propane refrigerant is narrowed, the system may not operate properly even with small changes in temperature, pressure, and flow rate, and the propane does not satisfy the minimum temperature difference condition from the delivery temperature of natural gas, so that heat exchange is properly performed. It may not be done. Therefore, in the case of the conventional liquefied gas regasification system, it is difficult to construct a system that meets the temperature required by the natural gas consumer by using the latent heat generated when the phase change of the heat transfer medium under the design temperature condition of seawater.

본 발명은 상변화 과정에서 온도 상승(Temperature gliding) 효과를 가지는 3성분 이상의 혼합 냉매(Mixed Refrigerant)를 이용하여 액화가스를 높은 효율로 재기화시킬 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a liquefied gas regasification system capable of regasifying liquefied gas with high efficiency by using a mixed refrigerant having a temperature gliding effect during a phase change process.

또한, 본 발명은 시스템을 간소화하고 운용 비용을 줄일 수 있으며, 환경 친화적으로 액화가스를 재기화시킬 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a liquefied gas regasification system capable of simplifying the system and reducing operating costs, and environmentally friendly liquefied gas regasification.

또한, 본 발명은 혼합 냉매의 3성분 이상의 냉매들의 혼합 비율을 제어하여 액화가스의 재기화 효율을 높이고 설비 비용을 줄일 수 있는 액화가스 재기화 시스템을 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a liquefied gas regasification system capable of increasing regasification efficiency of liquefied gas and reducing equipment cost by controlling a mixing ratio of three or more refrigerants of a mixed refrigerant.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above. Other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템은, 액화가스의 재기화에 사용되는 액화가스 재기화 시스템에 있어서, 상기 액화가스를 기화시켜 수요처로 송출하기 위한 액화가스 이송라인; 열원으로부터 상기 액화가스를 기화시키기 위한 열을 전달하기 위해 제공되며, 끓는점이 상이한 3성분 이상의 냉매들이 혼합된 혼합 냉매가 순환되는 열매체 순환라인; 상기 열매체 순환라인에 설치되고, 상기 혼합 냉매를 상기 열매체 순환라인에서 순환시키는 펌프; 상기 열매체 순환라인에 설치되고, 상기 열원과의 열교환에 의해 상기 혼합 냉매를 기화시키는 증발기; 및 상기 열매체 순환라인에 설치되고, 기화된 혼합 냉매의 열에너지 및 잠열을 이용하여 상기 혼합 냉매와의 열교환에 의해 상기 액화가스 이송라인의 액화가스를 기화시키는 기화기를 포함한다. 상기 3성분 이상의 냉매들 중 가장 끓는점이 높은 냉매와 가장 끓는점이 낮은 냉매는, 상기 증발기에서 상기 혼합 냉매가 상기 열원에 의해 기화되는 상변화 과정에서 상기 혼합 냉매의 온도가 상승되도록 적어도 20℃ 이상의 끓는점 차이를 가진다.A liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention is a liquefied gas regasification system used for regasification of liquefied gas, comprising: a liquefied gas transfer line for vaporizing the liquefied gas and sending it to a customer; A heat medium circulation line provided to transfer heat for vaporizing the liquefied gas from a heat source, and circulate a mixed refrigerant mixed with three or more refrigerants having different boiling points; A pump installed in the heating medium circulation line and circulating the mixed refrigerant in the heating medium circulation line; An evaporator installed in the heat medium circulation line and vaporizing the mixed refrigerant by heat exchange with the heat source; And a vaporizer installed in the heating medium circulation line and vaporizing the liquefied gas of the liquefied gas transfer line by heat exchange with the mixed refrigerant using thermal energy and latent heat of the vaporized mixed refrigerant. Among the three or more refrigerants, the refrigerant having the highest boiling point and the refrigerant having the lowest boiling point have a boiling point of at least 20° C. or higher so that the temperature of the mixed refrigerant is increased during a phase change process in which the mixed refrigerant is vaporized by the heat source in the evaporator. Has a difference.

상기 증발기는, 상기 혼합 냉매의 50℃ 온도 기준으로 증기압 25 barg를 견디도록 설계되고, 상기 3성분 이상의 냉매들은, 50℃ 온도에서 증기압이 25 barg 이하인 조건을 만족시킬 수 있다.The evaporator is designed to withstand a vapor pressure of 25 barg based on a temperature of 50°C of the mixed refrigerant, and the three or more refrigerants may satisfy a condition in which the vapor pressure is 25 barg or less at a temperature of 50°C.

본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템은 상기 열매체 순환라인에서 상기 기화기와 상기 펌프 사이에 설치되는 팽창 탱크를 더 포함할 수 있다. 상기 팽창 탱크는, 상기 액화가스와의 열교환 과정에서 액화된 혼합 냉매를 저장하고, 상기 혼합 냉매의 압력 변화를 흡수하여 상기 열매체 순환라인의 압력을 일정하게 유지시키고, 상기 펌프로 기체 상태의 혼합 냉매가 유입되지 않도록 할 수 있다.The liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention may further include an expansion tank installed between the vaporizer and the pump in the heat medium circulation line. The expansion tank stores the liquefied mixed refrigerant during heat exchange with the liquefied gas, absorbs a pressure change of the mixed refrigerant to maintain a constant pressure in the heat medium circulation line, and uses the pump to maintain a gaseous mixed refrigerant. Can be prevented from entering.

본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템은 상기 팽창 탱크 내의 상기 혼합 냉매의 조성을 분석하는 조성분석기; 및 상기 조성분석기에 의해 분석된 상기 혼합 냉매의 조성에 따라 상기 3성분 이상의 냉매들 중 적어도 하나를 상기 팽창 탱크로 공급하는 냉매 보충부를 더 포함할 수 있다. 상기 냉매 보충부는, 상기 3성분 이상의 냉매들을 구성하는 제1 냉매, 제2 냉매 및 제3 냉매가 혼합된 혼합 냉매의 보충액을 저장하는 보충 탱크; 상기 보충 탱크에 저장된 보충액을 상기 팽창 탱크에 보충하기 위한 보충 라인; 상기 보충 라인에 설치되어 상기 보충액의 공급 유량을 제어하는 유량 제어 밸브; 상기 제1 냉매를 상기 보충 탱크에 공급하고, 상기 혼합 냉매의 조성에 따라 상기 제1 냉매의 보충 유량을 조절하는 제1 냉매 보충라인; 상기 제2 냉매를 상기 보충 탱크에 공급하고, 상기 혼합 냉매의 조성에 따라 상기 제2 냉매의 보충 유량을 조절하는 제2 냉매 보충라인; 및 상기 제3 냉매를 상기 보충 탱크에 공급하고, 상기 혼합 냉매의 조성에 따라 상기 제3 냉매의 보충 유량을 조절하는 제3 냉매 보충라인을 포함할 수 있다.Liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention comprises a composition analyzer for analyzing the composition of the mixed refrigerant in the expansion tank; And a refrigerant supplement for supplying at least one of the three or more refrigerants to the expansion tank according to the composition of the mixed refrigerant analyzed by the composition analyzer. The refrigerant replenishing unit may include a replenishment tank for storing a replenishment liquid of a mixed refrigerant in which a first refrigerant, a second refrigerant, and a third refrigerant are mixed, which constitute the three or more refrigerants; A replenishment line for replenishing the replenishment liquid stored in the replenishment tank to the expansion tank; A flow rate control valve installed in the replenishment line to control a supply flow rate of the replenishment liquid; A first refrigerant replenishment line supplying the first refrigerant to the replenishment tank and adjusting a replenishment flow rate of the first refrigerant according to a composition of the mixed refrigerant; A second refrigerant replenishment line supplying the second refrigerant to the replenishment tank and adjusting a replenishment flow rate of the second refrigerant according to a composition of the mixed refrigerant; And a third refrigerant supplement line configured to supply the third refrigerant to the replenishment tank and adjust the replenishment flow rate of the third refrigerant according to a composition of the mixed refrigerant.

상기 혼합 냉매는 R32, R134a, R227ea, R125, R600, R601, R601a, R1234z(E), R1234yf 및 R1234ze(E) 중에서 선택되는 3성분 이상의 냉매들을 포함할 수 있다. 상기 혼합 냉매는 제1 냉매, 상기 제1 냉매보다 낮은 끓는점을 가지는 제2 냉매 및 상기 제2 냉매보다 낮은 끓는점을 가지는 제3 냉매를 포함할 수 있다. 상기 제1 냉매는 R32 및 R125 중의 어느 하나의 냉매이고, 상기 제3 냉매는 R227ea, R601, R1234ze(E), R134a 및 R601a 중의 어느 하나의 냉매이고, 상기 제2 냉매는 R134a, R600, R125, R1234yf 및 R227ea 중 상기 제1 냉매 및 상기 제3 냉매와 중복되지 않은 하나 이상의 냉매를 포함할 수 있다.The mixed refrigerant may include three or more refrigerants selected from R32, R134a, R227ea, R125, R600, R601, R601a, R1234z (E), R1234yf and R1234ze (E). The mixed refrigerant may include a first refrigerant, a second refrigerant having a boiling point lower than that of the first refrigerant, and a third refrigerant having a boiling point lower than that of the second refrigerant. The first refrigerant is any one of R32 and R125, the third refrigerant is any one of R227ea, R601, R1234ze (E), R134a and R601a, and the second refrigerant is R134a, R600, R125, Among R1234yf and R227ea, one or more refrigerants that do not overlap with the first refrigerant and the third refrigerant may be included.

상기 혼합 냉매는 비가연성을 가지고, 오존파괴지수가 0 이고, 지구온난화지수가 1650 미만일 수 있다.The mixed refrigerant may be non-flammable, has an ozone depletion index of 0, and a global warming index of less than 1650.

본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템은 상기 열매체 순환라인에서 상기 증발기와 상기 기화기의 사이에 설치되고, 상기 증발기에 의해 가열된 혼합 냉매의 온도가 미리 설정된 기준 온도에 미달하는 경우 상기 증발기에 의해 가열된 혼합 냉매를 추가로 가열하는 냉매 보조 히터; 및 상기 액화가스 이송라인에 설치되고, 상기 기화기에 의해 기화된 가스의 온도가 설정 온도보다 낮은 경우에 상기 기화기에 의해 기화된 가스를 추가로 가열하는 가스 보조 히터를 더 포함할 수 있다.The liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention is installed between the evaporator and the vaporizer in the heat medium circulation line, and when the temperature of the mixed refrigerant heated by the evaporator falls below a preset reference temperature, the evaporator A refrigerant auxiliary heater for further heating the mixed refrigerant heated by; And a gas auxiliary heater installed in the liquefied gas transfer line and additionally heats the gas vaporized by the vaporizer when the temperature of the gas vaporized by the vaporizer is lower than a set temperature.

본 발명의 실시예에 의하면, 상변화 과정에서 온도 상승(Temperature gliding) 효과를 가지는 3성분 이상의 혼합 냉매(Mixed Refrigerant)를 이용하여 액화가스를 높은 효율로 재기화시킬 수 있는 액화가스 재기화 시스템이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a liquefied gas regasification system capable of regasifying liquefied gas with high efficiency by using a mixed refrigerant having a temperature gliding effect during a phase change process is provided. Is provided.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 시스템을 간소화하고 운용 비용을 줄일 수 있으며, 환경 친화적으로 액화가스를 재기화시킬 수 있는 액화가스 재기화 시스템이 제공된다.In addition, according to an embodiment of the present invention, there is provided a liquefied gas regasification system capable of simplifying the system, reducing operating costs, and regasifying liquefied gas in an environmentally friendly manner.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 혼합 냉매의 3성분 이상의 냉매들의 혼합 비율을 제어하여 액화가스의 재기화 효율을 높이고 설비 비용을 줄일 수 있는 액화가스 재기화 시스템이 제공된다.In addition, according to an embodiment of the present invention, there is provided a liquefied gas regasification system capable of increasing regasification efficiency of liquefied gas and reducing equipment cost by controlling a mixing ratio of three or more refrigerants of the mixed refrigerant.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effect of the present invention is not limited to the above-described effects. Effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the present specification and the accompanying drawings.

도 1은 종래의 액화가스 재기화 시스템에 사용되는 프로판 냉매의 열 흐름량에 따른 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템에 사용되는 혼합 냉매의 열 흐름량에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 냉매의 안전등급 분류기준을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 구성도이다.1 is a graph showing a temperature change according to a heat flow amount of a propane refrigerant used in a conventional liquefied gas regasification system.
2 is a block diagram of a liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing a temperature change according to a heat flow amount of a mixed refrigerant used in a liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing the safety class classification criteria of refrigerant.
5 is a block diagram of a liquefied gas regasification system according to another embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of a liquefied gas regasification system according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.Other advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to embodiments to be described later in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Even if not defined, all terms (including technical or scientific terms) used herein have the same meaning as commonly accepted by universal technology in the prior art to which this invention belongs. General descriptions of known configurations may be omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention. In the drawings of the present invention, the same reference numerals are used as much as possible for the same or corresponding configurations. In order to help the understanding of the present invention, some configurations in the drawings may be somewhat exaggerated or reduced.

본 출원에서 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 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise", "have" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification. It is to be understood that the possibility of the presence or addition of other features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, or any further features, is not excluded in advance.

본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템은 적어도 20℃ 이상의 끓는점 차이를 가지는 3성분 이상의 냉매들이 혼합된 혼합 냉매를 이용하여 액화가스를 기화시킴으로써, 혼합 냉매가 증발기에서 기화되는 상변화 과정에서 온도가 감소하는 구간 없이 지속적으로 상승되도록 하고, 액화가스의 기화 효율을 높일 수 있다.The liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention vaporizes the liquefied gas using a mixed refrigerant mixed with three or more refrigerants having a boiling point difference of at least 20°C or more, so that the mixed refrigerant is vaporized in the evaporator. It is possible to continuously increase without a section in which the temperature decreases, and to increase the vaporization efficiency of the liquefied gas.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 액화가스 재기화 시스템(100)은 액화가스 이송라인(110), 열매체 순환라인(120), 펌프(130), 증발기(140), 압력조절밸브(150), 기화기(160), 팽창 탱크(170), 냉매 보충부(180) 및 조성분석기(190)를 포함할 수 있다.2 is a block diagram of a liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention. 2, the liquefied gas regasification system 100 includes a liquefied gas transfer line 110, a heat medium circulation line 120, a pump 130, an evaporator 140, a pressure control valve 150, and a vaporizer 160 ), an expansion tank 170, a refrigerant supplement 180, and a composition analyzer 190.

액화가스 재기화 시스템(100)은 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(LPG; Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스를 재기화하여 천연가스(NG; Natural Gas), 석유가스(Petroleum Gas) 등의 연료가스를 수요처(115)로 공급하기 위해 제공될 수 있다.The liquefied gas regasification system 100 regasifies liquefied gas such as liquefied natural gas (LNG) and liquefied petroleum gas (LPG) to regasify natural gas (NG) and petroleum gas (LNG). Petroleum Gas) may be provided to supply fuel gas, such as, to the consumer 115.

일 실시예에서, 액화가스 재기화 시스템(100)은 선박의 선체에 설치될 수 있다. 선박은 액화가스 저장탱크를 구비한 부유체로, 액화천연가스 운반선(LNG Carrier), FPSO(Floating Production Storage and Offloading), FSU(Floating and Storage Unit), FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등의 해상 플랫폼을 포함할 수 있다.In one embodiment, the liquefied gas regasification system 100 may be installed on the hull of a ship. A ship is a floating body equipped with a liquefied gas storage tank, and is a marine platform such as a liquefied natural gas carrier (LNG Carrier), a floating production storage and offloading (FPSO), a floating and storage unit (FSU), and a floating storage and regasification unit (FSRU) It may include.

액화가스 이송라인(110)은 선박에 마련된 액화가스 저장탱크(111)로부터 액화가스를 공급받고, 공급된 액화가스를 기화시켜 수요처로 송출하기 위해 제공될 수 있다. 액화가스 이송라인(110)에는 액화가스의 흐름을 기준으로 기화기(160)의 상류 측에 액화가스를 고압 송출하기 위한 액화가스 펌프(112)와 액화가스의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(113)가 구비되고, 기화기(160)의 하류 측에 기화된 액화가스(예를 들어, 천연가스 또는 석유가스)의 송출 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브(114)가 구비될 수 있다.The liquefied gas transfer line 110 may be provided to receive liquefied gas from a liquefied gas storage tank 111 provided on a ship, vaporize the supplied liquefied gas, and transmit it to a customer. The liquefied gas transfer line 110 includes a liquefied gas pump 112 for high-pressure delivery of liquefied gas to the upstream side of the carburetor 160 based on the flow of the liquefied gas, and a flow control valve 113 for controlling the flow rate of the liquefied gas. ) Is provided, and a flow control valve 114 for adjusting the delivery flow rate of the vaporized liquefied gas (eg, natural gas or petroleum gas) may be provided on the downstream side of the vaporizer 160.

열매체 순환라인(120)은 해수 등의 열원으로부터 액화가스를 기화시키기 위한 열을 전달하기 위해 제공될 수 있다. 열매체 순환라인(120)에는 3성분 이상의 비가연성 냉매들이 혼합된 혼합 냉매가 순환될 수 있다. 실시예에서, 액화가스 재기화 시스템(100)은 단일의 열매체 순환라인(120)으로 구성될 수 있다.The heating medium circulation line 120 may be provided to transfer heat for vaporizing liquefied gas from a heat source such as seawater. A mixed refrigerant in which three or more non-combustible refrigerants are mixed may circulate in the heat medium circulation line 120. In an embodiment, the liquefied gas regasification system 100 may be configured with a single heat medium circulation line 120.

기화기(160)와 수요처(115) 사이에는 가열기(트림 히터)가 구비되지 않을 수 있다. 또는, 기화기(160)와 수요처(115) 사이에 가열기가 구비되더라도, 열매체 순환라인(120)은 기화기(160)와 수요처(115) 사이에 마련된 가열기와는 열교환을 하지 않도록 설계될 수 있다.A heater (trim heater) may not be provided between the vaporizer 160 and the customer 115. Alternatively, even if a heater is provided between the vaporizer 160 and the consumer 115, the heat medium circulation line 120 may be designed not to perform heat exchange with the heater provided between the vaporizer 160 and the consumer 115.

혼합 냉매는 열매체 순환라인(120)을 통해 펌프(130)와 증발기(140) 및 기화기(160)를 순환한다. 혼합 냉매가 증발기(140)에서 기화되어 액체에서 기체로 상변화하는 과정에서 혼합 냉매의 온도가 상승되도록 하기 위하여, 혼합 냉매는 적어도 20℃ 이상의 끓는점 차이를 가지는 3성분 이상의 냉매들이 혼합된 냉매로 제공될 수 있다.The mixed refrigerant circulates through the pump 130, the evaporator 140, and the vaporizer 160 through the heat medium circulation line 120. The mixed refrigerant is provided as a mixed refrigerant of three or more refrigerants having a boiling point difference of at least 20°C or more in order to increase the temperature of the mixed refrigerant in the process of vaporizing the mixed refrigerant from liquid to gas phase change. Can be.

혼합 냉매의 3성분 이상의 냉매들은 50℃ 온도를 기준으로 증기압이 25 barg 이하인 조건을 만족시키도록 선택되고, 냉매들의 질량비(조성비)가 설정될 수 있다. 실시예에서, 혼합 냉매의 3성분 이상의 냉매들은 혼합 냉매가 10 ~ 25 barg 압력(증기압) 범위에서의 이슬점 온도와 끓는점 온도 간의 차이가 10℃ 이상이 되도록 냉매들의 혼합 비율이 설정될 수 있다.Refrigerants of three or more components of the mixed refrigerant are selected to satisfy a condition in which the vapor pressure is 25 barg or less based on a temperature of 50° C., and a mass ratio (composition ratio) of the refrigerants may be set. In an embodiment, for refrigerants of three or more components of the mixed refrigerant, the mixing ratio of the refrigerants may be set so that the difference between the dew point temperature and the boiling point temperature in the range of 10 to 25 barg pressure (vapor pressure) of the mixed refrigerant is 10°C or more.

펌프(130)는 혼합 냉매를 열매체 순환라인(120)에 순환시키기 위한 것으로, 열매체 순환라인(120)에서 팽창 탱크(170)의 후단, 증발기(140)의 전단에 설치되고, 팽창 탱크(170)로부터 공급되는 액체 상태의 혼합 냉매를 열매체 순환라인(120)을 통해 가압하여 증발기(140)로 공급하도록 구성될 수 있다.The pump 130 is for circulating the mixed refrigerant in the heat medium circulation line 120, and is installed at the rear end of the expansion tank 170 and the front end of the evaporator 140 in the heat medium circulation line 120, and the expansion tank 170 It may be configured to pressurize the mixed refrigerant in a liquid state supplied from the heat medium circulation line 120 and supply it to the evaporator 140.

팽창 탱크(expansion tank)(170)는 열매체 순환라인(120)에서 기화기(160)와 펌프(130) 사이에 설치되고, 기화기(160)에서 액화가스와의 열교환 과정에서 액화된 혼합 냉매를 저장한다. 팽창 탱크(170)는 운전 조건에 따른 혼합 냉매의 압력 변화를 흡수하여 열매체 순환라인(120)의 압력을 일정하게 유지시키고, 팽창 탱크(170)로 회수되는 혼합 냉매가 설정된 온도 범위를 유지하여 정해진 압력 범위에서 운전되도록 하고, 펌프(130)로 기체 상태의 혼합 냉매가 유입되지 않도록 한다. 팽창 탱크(170)에는 3종 이상의 액화 냉매들이 저장될 수 있다. 기화기(160)로부터 팽창 탱크(170)로 회수되는 혼합 냉매의 유량은 유량조절밸브(도시생략)에 의해 조절될 수 있다.The expansion tank 170 is installed between the vaporizer 160 and the pump 130 in the heat medium circulation line 120, and stores the mixed refrigerant liquefied in the process of heat exchange with the liquefied gas in the vaporizer 160 . The expansion tank 170 absorbs the pressure change of the mixed refrigerant according to the operating conditions to maintain a constant pressure in the heat medium circulation line 120, and the mixed refrigerant recovered to the expansion tank 170 maintains a set temperature range. It operates in the pressure range and prevents the gaseous mixed refrigerant from flowing into the pump 130. Three or more types of liquefied refrigerants may be stored in the expansion tank 170. The flow rate of the mixed refrigerant recovered from the carburetor 160 to the expansion tank 170 may be adjusted by a flow control valve (not shown).

증발기(140)는 열매체 순환라인(120)에 설치되고, 팽창 탱크(170)로부터 공급되는 액상의 혼합 냉매를 열원과의 열교환에 의해 기화시킬 수 있다. 증발기(140)는 혼합 냉매의 압력(증기압)을 견딜 수 있도록 제작될 수 있다. 실시예에서, 증발기(140)는 혼합 냉매의 50℃ 온도를 기준으로 혼합 냉매의 증기압 25 barg를 견딜 수 있도록 설계될 수 있다.The evaporator 140 is installed in the heat medium circulation line 120 and may vaporize the liquid mixed refrigerant supplied from the expansion tank 170 through heat exchange with a heat source. The evaporator 140 may be manufactured to withstand the pressure (vapor pressure) of the mixed refrigerant. In an embodiment, the evaporator 140 may be designed to withstand a vapor pressure of 25 barg of the mixed refrigerant based on a temperature of 50° C. of the mixed refrigerant.

실시예에서, 열원으로는 해수가 사용될 수 있다. 열원은 해수 가압 펌프(144)에 의해 해수 공급라인(142)을 통해 증발기(140)로 공급될 수 있다. 열원의 증발기(140)로의 유입 온도는 약 14℃ 이상이고, 증발기(140)로부터의 배출 온도는 약 7 ~ 8℃ 일 수 있다.In an embodiment, seawater may be used as the heat source. The heat source may be supplied to the evaporator 140 through the seawater supply line 142 by the seawater pressure pump 144. The temperature of the heat source entering the evaporator 140 may be about 14°C or higher, and the discharge temperature from the evaporator 140 may be about 7 to 8°C.

압력조절밸브(150)는 열매체 순환라인(120)에 설치되고, 기화기(160)로 공급되는 혼합 냉매의 압력(유량)을 조절하도록 제공될 수 있다. 기화기(160)는 열매체 순환라인(120)에 설치되고, 증발기(140)에 의해 기화된 혼합 냉매의 열에너지 및 잠열을 이용하여 액화가스 이송라인(110)의 액화가스를 재기화시킬 수 있다.The pressure control valve 150 is installed in the heat medium circulation line 120 and may be provided to adjust the pressure (flow rate) of the mixed refrigerant supplied to the vaporizer 160. The vaporizer 160 is installed in the heating medium circulation line 120 and may regasify the liquefied gas of the liquefied gas transfer line 110 by using thermal energy and latent heat of the mixed refrigerant vaporized by the evaporator 140.

조성분석기(190)는 팽창 탱크(170) 내의 혼합 냉매의 조성을 분석한다. 냉매 보충부(180)는 조성분석기(190)에 의해 분석된 팽창 탱크(170) 내의 혼합 냉매의 조성에 따라 3성분 이상의 냉매들 중 적어도 하나를 팽창 탱크(170)로 공급한다. 실시예에서, 조성분석기(190)는 가스크로마토그래피(GC; Gas Chromatography)와 같은 조성 분석장치를 이용하여 혼합 냉매의 조성을 주기적으로 분석할 수 있다.The composition analyzer 190 analyzes the composition of the mixed refrigerant in the expansion tank 170. The refrigerant supplement unit 180 supplies at least one of three or more refrigerants to the expansion tank 170 according to the composition of the mixed refrigerant in the expansion tank 170 analyzed by the composition analyzer 190. In an embodiment, the composition analyzer 190 may periodically analyze the composition of the mixed refrigerant using a composition analysis device such as gas chromatography (GC).

냉매 보충부(180)는 보충 탱크(181), 보충 라인(182), 유량제어밸브(183), 제1 냉매 보충라인(184), 제1 냉매 보충밸브(185), 제2 냉매 보충라인(186), 제2 냉매 보충밸브(187), 제3 냉매 보충라인(188) 및 제3 냉매 보충밸브(189)를 포함할 수 있다.The refrigerant replenishment unit 180 includes a replenishment tank 181, a replenishment line 182, a flow control valve 183, a first refrigerant replenishment line 184, a first refrigerant replenishment valve 185, and a second refrigerant replenishment line ( 186), a second refrigerant supplement valve 187, a third refrigerant supplement line 188, and a third refrigerant supplement valve 189.

보충 탱크(181)는 3성분 이상의 냉매들을 구성하는 제1 냉매, 제2 냉매 및 제3 냉매가 혼합된 혼합 냉매의 보충액을 저장할 수 있다. 보충 라인(182)는 보충 탱크(181)에 저장된 보충액을 팽창 탱크(170)에 보충하도록, 보충 탱크(181)와 팽창 탱크(170) 사이에 연결될 수 있다. 유량제어밸브(183)는 보충 라인(182)에 설치되어 혼합 냉매의 보충액의 공급 유량을 제어할 수 있다.The replenishment tank 181 may store a replenishment liquid of a mixed refrigerant in which a first refrigerant, a second refrigerant, and a third refrigerant are mixed constituting three or more refrigerants. The replenishment line 182 may be connected between the replenishment tank 181 and the expansion tank 170 to replenish the replenishment tank 170 with the replenishment liquid stored in the replenishment tank 181. The flow control valve 183 is installed in the replenishment line 182 to control the supply flow rate of the replenishment liquid of the mixed refrigerant.

제1 냉매 보충라인(184)은 제1 냉매를 보충 탱크(181)에 공급하고, 혼합 냉매의 조성에 따라 제1 냉매 보충밸브(185)에 의해 제1 냉매의 보충 유량을 조절할 수 있다. 제2 냉매 보충라인(186)은 제2 냉매를 보충 탱크(181)에 공급하고, 혼합 냉매의 조성에 따라 제2 냉매 보충밸브(187)에 의해 제2 냉매의 보충 유량을 조절할 수 있다. 제3 냉매 보충라인(188)은 제3 냉매를 보충 탱크(181)에 공급하고, 혼합 냉매의 조성에 따라 제3 냉매 보충밸브(189)에 의해 제3 냉매의 보충 유량을 조절할 수 있다.The first refrigerant replenishment line 184 supplies the first refrigerant to the replenishment tank 181 and adjusts the replenishment flow rate of the first refrigerant by the first refrigerant replenishment valve 185 according to the composition of the mixed refrigerant. The second refrigerant supplement line 186 supplies the second refrigerant to the replenishment tank 181 and adjusts the replenishment flow rate of the second refrigerant by the second refrigerant supplement valve 187 according to the composition of the mixed refrigerant. The third refrigerant supplement line 188 supplies the third refrigerant to the replenishment tank 181 and adjusts the replenishment flow rate of the third refrigerant by the third refrigerant supplement valve 189 according to the composition of the mixed refrigerant.

본 발명의 실시예에 의하면, 팽창 탱크(170)에 직접 제1 내지 제3 냉매를 공급하지 않고, 별도의 보충 탱크(181)에서 냉매들의 조성비를 제어해둔 상태에서 냉매들이 혼합된 혼합 냉매를 팽창 탱크(170)로 공급하므로, 팽창 탱크(170) 내의 혼합 냉매의 조성비를 안정적으로 조절할 수 있다. 혼합 냉매의 목표 조성비는 혼합 냉매의 운전 조건 및 압력, 열원(해수)과 액화가스의 온도 등에 따라 설정될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first to third refrigerants are not directly supplied to the expansion tank 170, but a mixed refrigerant mixed with refrigerants is expanded while the composition ratio of refrigerants is controlled in a separate supplement tank 181. Since it is supplied to the tank 170, the composition ratio of the mixed refrigerant in the expansion tank 170 can be stably adjusted. The target composition ratio of the mixed refrigerant may be set according to the operating conditions and pressure of the mixed refrigerant, the temperature of the heat source (seawater) and the liquefied gas.

증발기(140)가 예를 들어, 티타늄 재질의 판형 열교환기(PHE; Plate type Heat Exchanger)로 제작되는 경우, 0.6mm 이하 두께의 티타늄을 열교환 플레이트로 사용하기 위해서는 혼합 냉매의 설계 압력(증기압)이 25 barg 이하인 것이 바람직하다. 설계 압력을 높이기 위해 0.7mm 또는 그 이상의 두께를 가지는 티타늄 플레이트를 사용하게 되면 0.6mm 두께의 플레이트와 비교하여 가격이 10배 이상 상승하기 때문에 설비 비용이 크게 증가한다.When the evaporator 140 is made of, for example, a plate type heat exchanger (PHE) made of titanium, in order to use titanium with a thickness of 0.6 mm or less as a heat exchange plate, the design pressure (vapor pressure) of the mixed refrigerant is It is preferably 25 barg or less. If a titanium plate having a thickness of 0.7mm or more is used to increase the design pressure, the cost of the equipment is greatly increased because the price increases by more than 10 times compared to a plate having a thickness of 0.6mm.

혼합 냉매의 경우, 혼합된 냉매들의 종류 및 냉매들의 혼합 비율에 따라, 혼합 냉매의 이슬점과 끓는점이 변화하여 혼합 냉매의 상 변화시의 온도 변화 특성에 영향을 미치는 것은 물론, 증발기(140)에서의 상 변화 과정에서 혼합 냉매의 압력(증기압) 또한 변화하게 된다. 따라서, 증발기(140)의 설비 비용을 최소화하면서 혼합 냉매의 상 변화 구간에서 바람직한 온도 변화 특성을 구현할 수 있도록, 냉매들의 종류를 선택하고, 혼합 비율(중량비)을 설정할 필요가 있다.In the case of the mixed refrigerant, the dew point and the boiling point of the mixed refrigerant are changed according to the type of the mixed refrigerants and the mixing ratio of the refrigerants, thereby affecting the temperature change characteristics when the phase change of the mixed refrigerant is changed, as well as in the evaporator 140. During the phase change process, the pressure (vapor pressure) of the mixed refrigerant also changes. Accordingly, it is necessary to select the types of refrigerants and to set the mixing ratio (weight ratio) so as to realize desirable temperature change characteristics in the phase change section of the mixed refrigerant while minimizing the equipment cost of the evaporator 140.

본 발명의 실시예에서, 혼합 냉매가 증발기(140)에서 상 변화하는 과정에서 혼합 냉매의 온도가 증가하도록 하기 위하여, 끓는점 차이가 20℃ 이상인 냉매들이 혼합된 혼합 냉매를 이용하여 액화가스를 재기화할 수 있다. 또한, 혼합 냉매는 약 10 ~ 25 barg 압력에서 혼합 냉매의 이슬점(dew point) 온도와, 끓는점(bubble point) 온도 간의 차이가 적어도 10℃ 이상이 되는 동시에, 혼합 냉매의 압력이 약 25 barg 이하가 되도록, 3성분 이상의 냉매들의 혼합 비율(중량비)이 설정될 수 있다.In an embodiment of the present invention, in order to increase the temperature of the mixed refrigerant during the phase change of the mixed refrigerant in the evaporator 140, the liquefied gas may be regasified by using a mixed refrigerant mixed with refrigerants having a boiling point difference of 20°C or higher. I can. In addition, in the mixed refrigerant, the difference between the dew point temperature and the boiling point temperature of the mixed refrigerant at a pressure of about 10 ~ 25 barg is at least 10°C or more, and the pressure of the mixed refrigerant is about 25 barg or less. In such a way, a mixing ratio (weight ratio) of three or more refrigerants may be set.

혼합 냉매는 가장 끓는 점이 높은 제1 냉매와, 제1 냉매보다 끓는점이 낮은 제2 냉매와, 제2 냉매보다 끓는점이 낮고 제1 냉매보다 20℃ 이상 끓는점이 낮은 제3 냉매를 포함할 수 있다. 혼합 냉매가 증발기(140)에서 상 변화하는 과정에서 혼합 냉매의 온도가 증가하는 효과를 증대시키는 관점에서, 제3 냉매의 끓는점은 제1 냉매의 끓는점보다 30℃ 이상 낮은 것이 바람직하고, 제1 냉매와 제3 냉매의 끓는점 차이는 50℃ 이상인 것이 보다 바람직하다.The mixed refrigerant may include a first refrigerant having the highest boiling point, a second refrigerant having a boiling point lower than that of the first refrigerant, and a third refrigerant having a boiling point lower than that of the second refrigerant and having a boiling point lower than that of the first refrigerant by 20°C or more. From the viewpoint of increasing the effect of increasing the temperature of the mixed refrigerant during the phase change of the mixed refrigerant in the evaporator 140, the boiling point of the third refrigerant is preferably 30° C. or more lower than the boiling point of the first refrigerant, and the first refrigerant It is more preferable that the boiling point difference between the and the third refrigerant is 50°C or higher.

본 발명의 실시예에 의하면, 제1 냉매 보다 끓는점이 낮고 제3 냉매보다 끓는점이 높은 제2 냉매가 혼합 냉매에 포함되므로, 제2 냉매의 조성비를 제어함으로써 제1 냉매와 제3 냉매의 끓는점 차이에 따른 온도 상승 효과(Temperature Gliding Effect)를 정교하게 제어할 수 있다. 제2 냉매의 끓는점은 제1 냉매의 끓는점보다 20℃ 이상 낮고, 제3 냉매의 끓는점보다 20℃ 이상 높은 것이 바람직하다.According to an embodiment of the present invention, since the second refrigerant having a boiling point lower than that of the first refrigerant and having a higher boiling point than the third refrigerant is included in the mixed refrigerant, the boiling point difference between the first refrigerant and the third refrigerant is controlled by controlling the composition ratio of the second refrigerant. Temperature gliding effect can be controlled precisely. The boiling point of the second refrigerant is preferably 20° C. or more lower than the boiling point of the first refrigerant, and 20° C. or higher than the boiling point of the third refrigerant.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 액화가스 재기화 시스템에 사용되는 혼합 냉매의 열 흐름량에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3에서 가로축은 유체들(해수, LNG, 혼합 냉매)의 열 흐름량을 나타내고, 세로축은 유체들의 온도를 나타낸다. 'SW'로 표기된 선은 해수의 열 흐름량에 따른 온도 변화 그래프, 'LNG'로 표기된 선은 액화천연가스의 열 흐름량에 따른 온도 변화 그래프이다.3 is a graph showing a temperature change according to a heat flow amount of a mixed refrigerant used in a liquefied gas regasification system of a ship according to an embodiment of the present invention. In FIG. 3, the horizontal axis represents the heat flow amount of fluids (seawater, LNG, mixed refrigerant), and the vertical axis represents the temperature of the fluids. The line marked'SW' is a graph of temperature change according to the heat flow of seawater, and the line marked'LNG' is a graph of temperature change according to the heat flow of liquefied natural gas.

본 실시예에 의하면, 끓는점 차이가 큰 냉매들이 혼합 냉매로 이용되어, 혼합 냉매의 열 흐름량에 따른 온도 변화 그래프에서, 액체 상태에서 기화되는 상 변화 시에 온도가 증가하는 온도 상승(temperature gliding) 구간(A)이 나타나고, 이에 따라 액화천연가스의 온도 대비 최소 온도차(△T) 조건을 만족시키며 혼합 냉매와 액화천연가스를 열교환시킬 수 있게 된다.According to the present embodiment, refrigerants having a large boiling point difference are used as the mixed refrigerant, and in the temperature change graph according to the heat flow amount of the mixed refrigerant, a temperature gliding section in which the temperature increases when a phase change vaporized in a liquid state (A) appears, thereby satisfying the condition of the minimum temperature difference (ΔT) compared to the temperature of the liquefied natural gas, and heat exchange between the mixed refrigerant and the liquefied natural gas.

단일 냉매의 경우, 상변화가 일어나는 동안 온도가 일정하거나 온도가 감소하지만, 끓는 점이 설정값 이상의 차이를 가지는 냉매들을 혼합하면 증발기(140)에서 혼합 냉매의 상변화가 일어나는 동안 혼합 냉매의 온도가 점점 올라가면서 혼합 냉매가 기화되는 온도 상승(temperature gliding) 효과가 나타난다.In the case of a single refrigerant, the temperature is constant or the temperature decreases during the phase change, but when refrigerants having a boiling point difference greater than or equal to a set value are mixed, the temperature of the mixed refrigerant gradually increases while the phase change of the mixed refrigerant occurs in the evaporator 140. As it rises, a temperature gliding effect occurs at which the mixed refrigerant vaporizes.

혼합 냉매의 상변화시 온도 상승량은 2~3℃ 혹은 그 이상, 바람직하게는 10℃ 이상이 되도록, 끓는점 차이가 큰 3성분 이상의 냉매들을 이용하는 동시에, 낮은 끓는점을 갖는 냉매의 혼합 비율을 일정 수준 이상(혼합 냉매를 기준으로 5중량% 이상)으로 혼합하는 것이 바람직하다. 따라서, 천연가스와 혼합 냉매 간에 최소 온도차가 확보되는 조건을 만족시키는 재기화 시스템을 구현할 수 있으며, 기화기 후단에 트림 히터(trim heater)를 설치할 필요가 없이, 혼합 냉매의 열에너지 및 잠열을 충분히 활용하여 액화가스를 효율적으로 기화시킬 수 있다.When the phase change of the mixed refrigerant, the temperature increase is 2 to 3°C or higher, preferably 10°C or higher, using three or more refrigerants having a large difference in boiling point, and at the same time increasing the mixing ratio of the refrigerant having a low boiling point to a certain level or higher. It is preferable to mix (5% by weight or more based on the mixed refrigerant). Therefore, it is possible to implement a regasification system that satisfies the condition that the minimum temperature difference between natural gas and mixed refrigerant is secured, and there is no need to install a trim heater at the rear end of the carburetor, and the thermal energy and latent heat of the mixed refrigerant are sufficiently utilized. Liquefied gas can be vaporized efficiently.

또한, 혼합 냉매의 잠열을 이용해 액화가스에 효율적인 열전달이 가능하며, 액화가스 재기화 시스템을 단순화하고 운전 효율을 증대시킬 수 있으며, 혼합 냉매를 비가연성 냉매들로 구성하여 프로판과 같이 가연성이 높은 열전달 매체를 사용하는 시스템보다 안전성을 높일 수 있다.In addition, efficient heat transfer to the liquefied gas is possible using the latent heat of the mixed refrigerant, the liquefied gas regasification system can be simplified and the operation efficiency can be increased, and the mixed refrigerant is composed of non-combustible refrigerants to transfer heat with high flammability such as propane. It can be more secure than a system using media.

종래의 액화가스 재기화 시스템은 재기화기(Vaporizer)와 트림 히터(Trimheater)으로 운용되고, 트림 히터에서 냉매를 액체 상태로 운전하기 위해 냉매에 기화가 일어나지 않도록 높은 압력에서 운전해야 하는 관계로 재기화기와 트림 히터 간에 냉매의 운전 압력에 차이가 크다.The conventional liquefied gas regasification system is operated by a vaporizer and a trim heater, and in order to operate the refrigerant in a liquid state in the trim heater, the regasifier must be operated at a high pressure so that vaporization does not occur. There is a large difference in the operating pressure of the refrigerant between the and trim heater.

그러나, 본 실시예에 의하면, 열매체 순환라인(120)의 순환 루프 내의 압력 차이가 작고, 냉매가 단일 열교환 루프만을 순환하기 때문에 순환에 소비되는 압력과 수두 손실만큼 가압을 해주기만 하면 되어 액화가스 재기화를 위한 에너지 소비를 줄일 수 있다.However, according to the present embodiment, the pressure difference in the circulation loop of the heat medium circulation line 120 is small, and since the refrigerant circulates only a single heat exchange loop, it is only necessary to pressurize the pressure consumed in circulation and the head loss to recover liquefied gas. Energy consumption for fire can be reduced.

이와 같이, 본 실시예에 의하면, 혼합 냉매의 잠열 사용 효과를 극대화하여 액화가스 기화 성능을 향상시키고, 액화가스 재기화 시스템에 필요한 냉매의 사용양을 줄일 수 있고, 또한, 트림 히터를 설치할 필요가 없이 하나의 기화기로도 액화가스를 기화시킬 수 있어 시스템 구성을 간소화 할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, it is possible to maximize the effect of using latent heat of the mixed refrigerant to improve liquefied gas vaporization performance, to reduce the amount of refrigerant used in the liquefied gas regasification system, and to install a trim heater. It is possible to vaporize the liquefied gas with only one vaporizer without it, thus simplifying the system configuration.

또한, 2단계의 열교환을 거치지 않고 단일 열교환 프로세스에 의해 액화가스를 재기화시킬 수 있으며, 혼합 냉매의 순환 유량을 줄여 펌프에 필요한 에너지 및 배관 사이즈를 줄일 수 있어, 시스템 설비 비용과, 공정/운용 비용도 줄일 수 있다.In addition, the liquefied gas can be regasified by a single heat exchange process without going through the two-stage heat exchange, and the energy required for the pump and the pipe size can be reduced by reducing the circulation flow rate of the mixed refrigerant, thereby reducing the cost of system equipment and process/operation. The cost can also be reduced.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 낮은 해수 설계 온도 범위에서도 혼합 냉매를 상변화시키면서 혼합 냉매의 잠열을 효율적으로 이용하는 액화가스 재기화 시스템을 구현할 수 있다. 증발성 혼합 냉매를 사용할 경우에는 잠열이 현열보다 훨씬 크기 때문에 순환하는 혼합 냉매의 사용 유량을 줄일 수 있고, 이로 인해 혼합 냉매의 순환에 필요한 에너지도 감소한다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to implement a liquefied gas regasification system that efficiently utilizes the latent heat of the mixed refrigerant while changing the phase of the mixed refrigerant even in a low seawater design temperature range. In the case of using the evaporative mixed refrigerant, since the latent heat is much greater than the sensible heat, the flow rate of the circulating mixed refrigerant can be reduced, and thus the energy required for circulation of the mixed refrigerant is also reduced.

혼합 냉매의 압력을 증발기(140)의 설계 압력 이하로 제어하고, 동시에 증발기(140)에서의 혼합 냉매의 상변화시 온도 상승 효과를 얻을 수 있도록 하기 위하여, 혼합 냉매의 3성분 이상의 냉매들 중 가장 낮은 끓는점을 가지는 제3 냉매는 혼합 냉매의 중량을 기준으로 0.05 ~ 0.30 의 중량비를 가지도록 제1 냉매 및 제2 냉매와 혼합될 수 있다.In order to control the pressure of the mixed refrigerant below the design pressure of the evaporator 140 and at the same time obtain a temperature increase effect when the phase change of the mixed refrigerant in the evaporator 140 is obtained, the most The third refrigerant having a low boiling point may be mixed with the first refrigerant and the second refrigerant to have a weight ratio of 0.05 to 0.30 based on the weight of the mixed refrigerant.

혼합 냉매는 비가연성을 가지는 동시에, 오존파괴지수가 0 이고, 지구온난화지수가 1650 미만인 냉매들로 이루어질 수 있다. 도 4는 냉매의 안전등급 분류기준을 보여주는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매는 독성(Toxicity)과 가연성(Flammability)에 따라 안전등급이 분류된다.The mixed refrigerant may be composed of refrigerants having a non-flammable property, an ozone depletion index of 0, and a global warming index of less than 1650. 4 is a view showing the safety class classification criteria of refrigerant. As shown in FIG. 4, refrigerants are classified into safety grades according to toxicity and flammability.

실시예에서, 혼합 냉매의 냉매들은 안전등급(Safety group)이 B1~B3 또는 A2~A3인 냉매를 제외하고, 안전등급이 A1인 냉매 중에서 선택될 수 있다. 즉, 낮은 독성 및 낮은 가연성을 가지는 안전등급을 가지는 냉매들만을 고려하여 혼합 냉매를 조성할 수 있다. 또한, 혼합 냉매의 냉매들은 오존파괴지수(ODP; Ozone Depletion Potential)가 0 이고, 지구온난화지수(GWP; Global Warming Potential)가 1650 미만인 친환경 냉매 중에서 선택되는 것이 바람직하다.In an embodiment, the refrigerants of the mixed refrigerant may be selected from refrigerants having a safety class of A1 except for refrigerants having a safety group of B1 to B3 or A2 to A3. That is, a mixed refrigerant can be formed in consideration of only refrigerants having a safety grade having low toxicity and low flammability. In addition, the refrigerants of the mixed refrigerant are preferably selected from eco-friendly refrigerants having an Ozone Depletion Potential (ODP) of 0 and a Global Warming Potential (GWP) of less than 1650.

혼합 냉매의 3성분 이상의 냉매들 중 가장 끓는점이 높은 제3 냉매는 혼합 냉매의 중량을 기준으로 5 ~ 30% 중량비로 함유될 수 있다. 제3 냉매가 5 중량% 미만으로 함유되는 경우, 끓는점 차이에 의한 혼합 냉매의 상변화시 온도 상승 효과를 얻기 어렵다. 반대로, 제3 냉매의 30 중량%를 초과하는 경우, 높은 휘발성을 갖는 제3 냉매의 높은 함유량으로 인해 증발기(140)에서 혼합 냉매의 압력이 25 barg 를 초과할 수 있으며, 25 barg 이상의 높은 압력을 견딜 수 있도록 하기 위해 증발기(140)의 설계 두께를 증가시켜야만 하는 문제점이 생길 수 있다.The third refrigerant having the highest boiling point among refrigerants of three or more components of the mixed refrigerant may be contained in a weight ratio of 5 to 30% based on the weight of the mixed refrigerant. When the third refrigerant is contained in an amount of less than 5% by weight, it is difficult to obtain an effect of increasing the temperature when the mixed refrigerant phase changes due to the difference in boiling point. Conversely, when it exceeds 30% by weight of the third refrigerant, the pressure of the mixed refrigerant in the evaporator 140 may exceed 25 barg due to the high content of the third refrigerant having high volatility, and a high pressure of 25 barg or more may be applied. There may be a problem in that the design thickness of the evaporator 140 must be increased in order to withstand it.

혼합 냉매는 R32(difuloromethane, 끓는점 -52℃), R134a(1,1,1,2-tetrafluoroethane, 끓는점 -26℃), R227ea(1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane, 끓는점 -16℃), R125(1,1,1,2,2-pentafluoroethane, 끓는점 -48℃), R600(isobutane, 끓는점 -12℃), R601(n-pentane, 끓는점 36℃), R601a(isopentane, 끓는점 28℃), R1234yf(2,3,3,3-tetrafluoropropene, 끓는점 -30℃) 및 R1234ze(E)(trans-1,3,3,-tetrafluroro-1-propene, 끓는점 -19℃) 중에서 선택되는 3성분 이상의 냉매들을 포함할 수 있다.Mixed refrigerants include R32 (difuloromethane, boiling point -52℃), R134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane, boiling point -26℃), R227ea (1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane, boiling point -16℃), R125(1,1,1,2,2-pentafluoroethane, boiling point -48℃), R600(isobutane, boiling point -12℃), R601(n-pentane, boiling point 36℃), R601a(isopentane, Boiling point 28℃), R1234yf (2,3,3,3-tetrafluoropropene, boiling point -30℃) and R1234ze(E) (trans-1,3,3,-tetrafluroro-1-propene, boiling point -19℃) It may contain three or more refrigerants.

실시예에서, 혼합 냉매의 3성분 이상의 냉매들 중 제1 냉매는 R32(끓는점 -52℃) 및 R125(끓는점 -48℃) 중의 어느 하나의 냉매, 제3 냉매는 R227ea(끓는점 -16℃), R601(끓는점 36℃), R1234ze(E)(끓는점 -19℃), R134a(끓는점 -26℃) 및 R601a(끓는점 28℃) 중의 어느 하나의 냉매, 제2 냉매는 R134a, R600, R125, R1234yf 및 R227ea 중의 하나 이상의 냉매(제1 냉매 및 제3 냉매와 중복되지 않은 냉매)를 포함할 수 있다.In an embodiment, among the three or more refrigerants of the mixed refrigerant, the first refrigerant is one of R32 (boiling point -52°C) and R125 (boiling point -48°C), and the third refrigerant is R227ea (boiling point -16°C), R601 (boiling point 36°C), R1234ze (E) (boiling point -19°C), R134a (boiling point -26°C), and R601a (boiling point 28°C). The second refrigerant is R134a, R600, R125, R1234yf and It may include one or more refrigerants of R227ea (refrigerants that do not overlap with the first refrigerant and the third refrigerant).

Figure pat00001
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표 1은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템에 사용될 수 있는 혼합 냉매의 예들을 나타낸 것이다. 혼합 냉매는 플루오르화탄소 냉매(HFC) 또는 수소불화올레핀계 냉매(HFO)일 수 있으며, ASHRAE(American Society of Heating Refrigerating and Air-conditioning Engineers) 안전등급 분류기준 A1 등급이고, 비가연성을 가지고, 오존파괴지수가 0 이고, 지구온난화지수가 1650 미만인 특성을 가질 수 있다.Table 1 shows examples of mixed refrigerants that can be used in a liquefied gas regasification system according to an embodiment of the present invention. The mixed refrigerant may be a fluorocarbon refrigerant (HFC) or a hydrogen fluorinated olefin refrigerant (HFO), and is rated A1 in the American Society of Heating Refrigerating and Air-conditioning Engineers (ASHRAE) safety class, and has non-flammable, ozone depletion. The index may be 0, and the global warming index may be less than 1650.

실시예에서, 액화가스 재기화 시스템은 팽창 탱크(170) 내의 혼합 냉매의 온도와 압력, 또는 팽창 탱크(170)로부터 공급되는 혼합 냉매의 온도와 압력을 측정하는 온도/압력 측정기(도시생략)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 혼합 냉매의 운전 온도 및 압력이 설정 범위에서 벗어나는 경우, 냉매 보충부(180)에 의해 3성분 이상의 냉매들의 조성비를 조절할 수 있다.In an embodiment, the liquefied gas regasification system includes a temperature/pressure measuring device (not shown) that measures the temperature and pressure of the mixed refrigerant in the expansion tank 170 or the temperature and pressure of the mixed refrigerant supplied from the expansion tank 170. Can be equipped. For example, when the operating temperature and pressure of the mixed refrigerant are out of the set range, the composition ratio of three or more refrigerants may be adjusted by the refrigerant supplement unit 180.

냉매 보충부(180)는 혼합 냉매의 온도/압력 측정값을 기반으로, 혼합 냉매의 온도, 압력 등의 다양한 공정 상황에 따라 재기화 효율이 극대화되는 최적 냉매 혼합 비율 정보를 미리 저장해두어, 혼합 냉매의 공정 상황, 열원(해수) 및 수요처에서 요구하는 NG 온도 등에 따라 최적 냉매 혼합 비율이 되도록 냉매들을 팽창 탱크(170)에 공급할 수 있다.The refrigerant supplement unit 180 pre-stores information on the optimal refrigerant mixing ratio that maximizes regasification efficiency according to various process conditions such as temperature and pressure of the mixed refrigerant based on the measured temperature/pressure of the mixed refrigerant. The refrigerants may be supplied to the expansion tank 170 so that the optimum refrigerant mixing ratio may be obtained according to the process situation, heat source (seawater), and NG temperature required by the customer.

따라서, 본 실시예에 의하면, 혼합 냉매의 온도와 압력을 일정하게 유지함으로써, 혼합 냉매의 기화 온도가 변화됨으로 인해 열교환 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 혼합 냉매의 압력이 높아질 경우, 기화온도가 올라가고 압력이 낮아지면 기화온도가 내려가게 되고, 최초의 설계값 대비 차이가 발생하는 경우 열교환 효율이 떨어질 수 있으나, 본 실시예에 의하면, 혼합 냉매의 온도와 압력 변화가 방지되도록 혼합 냉매의 조성 비율을 허용 범위 내에서 실시간 적응적으로 조절해줌으로써, 온도, 압력 등의 변화로 인한 열교환 효율 저하를 방지할 수 있다.Accordingly, according to the present embodiment, by maintaining a constant temperature and pressure of the mixed refrigerant, it is possible to prevent a decrease in heat exchange efficiency due to a change in the vaporization temperature of the mixed refrigerant. For example, when the pressure of the mixed refrigerant increases, the vaporization temperature increases, and when the pressure decreases, the vaporization temperature decreases, and when there is a difference from the initial design value, the heat exchange efficiency may decrease, but according to this embodiment, By adaptively adjusting the composition ratio of the mixed refrigerant within an allowable range in real time to prevent temperature and pressure changes of the mixed refrigerant, it is possible to prevent a decrease in heat exchange efficiency due to changes in temperature and pressure.

혼합 냉매의 혼합 비율에 따라 액화가스의 기화 흐름에 대한 온도의 변화 기울기가 변화한다. 혼합 냉매의 기울기 변화는 유량 변화와도 밀접한 관계가 있으며, 운전 효율에 영향을 미친다. 극단적인 경우에는 열교환기 성능의 한계에 의해 공정이 정상작동하지 않거나 액화가스 재기화 시스템이 실현 불가능한 영역에 들어갈 수도 있다. 따라서, 냉매 보충부(180)는 혼합 냉매의 혼합 비율에 따른 혼합 냉매의 온도 기울기 변화를 사전에 시뮬레이션하여, 시뮬레이션 결과를 기반으로 재기화 시스템에 고장이 발생하거나, 재기화 불능 상태로 진입할 가능성이 있는 것으로 판단되는 경우, 혼합 냉매의 혼합 비율을 제한 범위 내에 유지하거나, 혼합 냉매의 유량을 조절하는 등의 제어를 수행할 수 있다.Depending on the mixing ratio of the mixed refrigerant, the gradient of temperature change with respect to the vaporization flow of the liquefied gas changes. The change in the slope of the mixed refrigerant is also closely related to the change in flow rate, and affects the operation efficiency. In extreme cases, the process may not operate normally or the liquefied gas regasification system may enter areas where it is not feasible due to the limited performance of the heat exchanger. Therefore, the refrigerant supplement unit 180 simulates a change in the temperature gradient of the mixed refrigerant according to the mixing ratio of the mixed refrigerant in advance, and a failure occurs in the regasification system based on the simulation result, or the regasification is not possible. When it is determined that there is a control, such as maintaining the mixing ratio of the mixed refrigerant within a limited range or adjusting the flow rate of the mixed refrigerant may be performed.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 구성도이다. 도 5의 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소와 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 도 5의 실시예는 열매체 순환라인(120)에서 증발기(140)와 기화기(160)의 사이에 증발기(140)의 열원이 부족한 경우 열량을 보충하기 위한 냉매 보조 히터(200)가 설치되는 점에서 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다. 냉매 보조 히터(200)는 증발기(140)에 의해 가열된 혼합 냉매의 온도가 미리 설정된 기준 온도에 미달하는 경우 증발기(140)에 의해 가열된 혼합 냉매를 추가로 가열할 수 있다.5 is a block diagram of a liquefied gas regasification system according to another embodiment of the present invention. In describing the embodiment of FIG. 5, descriptions that are the same as the above-described embodiment or overlapped with corresponding components may be omitted. In the embodiment of FIG. 5, in the heat medium circulation line 120, between the evaporator 140 and the vaporizer 160, when the heat source of the evaporator 140 is insufficient, a refrigerant auxiliary heater 200 is installed to supplement the amount of heat. There is a difference from the embodiment described above. The refrigerant auxiliary heater 200 may additionally heat the mixed refrigerant heated by the evaporator 140 when the temperature of the mixed refrigerant heated by the evaporator 140 is less than a preset reference temperature.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액화가스 재기화 시스템의 구성도이다. 도 6의 실시예를 설명함에 있어서, 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성요소와 중복되는 설명은 생략될 수 있다. 도 6의 실시예는 열매체 순환라인(120)에서 액화가스 이송라인(110)에 가스 보조 히터(116)가 설치된 점에서 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다. 가스 보조 히터(116)는 기화기(160)에 의해 기화된 가스의 온도가 설정 온도보다 낮은 경우에 기화기(160)에 의해 기화된 가스를 추가로 가열할 수 있다.6 is a block diagram of a liquefied gas regasification system according to another embodiment of the present invention. In describing the embodiment of FIG. 6, descriptions that are the same as those of the above-described embodiment or overlapped with corresponding components may be omitted. The embodiment of FIG. 6 is different from the above-described embodiment in that the gas auxiliary heater 116 is installed in the liquefied gas transfer line 110 in the heating medium circulation line 120. The gas auxiliary heater 116 may additionally heat the gas vaporized by the vaporizer 160 when the temperature of the gas vaporized by the vaporizer 160 is lower than the set temperature.

이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.It should be understood that the above embodiments have been presented to aid the understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention, and various deformable embodiments are also within the scope of the present invention. The technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the claims, and the technical protection scope of the present invention is not limited to the literal description of the claims per se, but the invention of the scope of which the technical value is substantially equal. It should be understood that it reaches to.

100: 액화가스 재기화 시스템 110: 액화가스 이송라인
111: 액화가스 저장탱크 112: 액화가스 펌프
114: 유량조절밸브 115: 수요처
120: 열매체 순환라인 130: 펌프
140: 증발기 142: 해수 공급라인
144: 해수 가압 펌프 150: 압력조절밸브
160: 기화기 170: 팽창 탱크
180: 냉매 보충부 181: 보충 탱크
182: 보충 라인 183: 유량제어밸브
184: 제1 냉매 보충라인 185: 제1 냉매 보충밸브
186: 제2 냉매 보충라인 187: 제2 냉매 보충밸브
188: 제3 냉매 보충라인 189: 제3 냉매 보충밸브
190: 조성분석기 200: 냉매 보조 히터100: liquefied gas regasification system 110: liquefied gas transfer line
111: liquefied gas storage tank 112: liquefied gas pump
114: flow control valve 115: customer
120: heating medium circulation line 130: pump
140: evaporator 142: seawater supply line
144: seawater pressure pump 150: pressure control valve
160: carburetor 170: expansion tank
180: refrigerant supplement 181: supplement tank
182: supplement line 183: flow control valve
184: first refrigerant supplement line 185: first refrigerant supplement valve
186: second refrigerant supplement line 187: second refrigerant supplement valve
188: third refrigerant supplement line 189: third refrigerant supplement valve
190: composition analyzer 200: refrigerant auxiliary heater

Claims (8)

액화가스의 재기화에 사용되는 액화가스 재기화 시스템에 있어서,
상기 액화가스를 기화시켜 수요처로 송출하기 위한 액화가스 이송라인;
열원으로부터 상기 액화가스를 기화시키기 위한 열을 전달하기 위해 제공되며, 끓는점이 상이한 3성분 이상의 냉매들이 혼합된 혼합 냉매가 순환되는 열매체 순환라인;
상기 열매체 순환라인에 설치되고, 상기 혼합 냉매를 상기 열매체 순환라인에서 순환시키는 펌프;
상기 열매체 순환라인에 설치되고, 상기 열원과의 열교환에 의해 상기 혼합 냉매를 기화시키는 증발기; 및
상기 열매체 순환라인에 설치되고, 기화된 혼합 냉매의 열에너지 및 잠열을 이용하여 상기 혼합 냉매와의 열교환에 의해 상기 액화가스 이송라인의 액화가스를 기화시키는 기화기를 포함하고,
상기 3성분 이상의 냉매들 중 가장 끓는점이 높은 냉매와 가장 끓는점이 낮은 냉매는, 상기 증발기에서 상기 혼합 냉매가 상기 열원에 의해 기화되는 상변화 과정에서 상기 혼합 냉매의 온도가 상승되도록 적어도 20℃ 이상의 끓는점 차이를 가지는 액화가스 재기화 시스템.In the liquefied gas regasification system used for regasification of liquefied gas,
A liquefied gas transfer line for vaporizing the liquefied gas and sending it to a customer;
A heat medium circulation line provided to transfer heat for vaporizing the liquefied gas from a heat source, and circulate a mixed refrigerant mixed with three or more refrigerants having different boiling points;
A pump installed in the heating medium circulation line and circulating the mixed refrigerant in the heating medium circulation line;
An evaporator installed in the heat medium circulation line and vaporizing the mixed refrigerant by heat exchange with the heat source; And
A vaporizer installed in the heating medium circulation line and vaporizing the liquefied gas of the liquefied gas transfer line by heat exchange with the mixed refrigerant using thermal energy and latent heat of the vaporized mixed refrigerant,
Among the three or more refrigerants, the refrigerant having the highest boiling point and the refrigerant having the lowest boiling point have a boiling point of at least 20° C. or higher so that the temperature of the mixed refrigerant is increased during a phase change process in which the mixed refrigerant is vaporized by the heat source in the evaporator. Liquefied gas regasification system with a difference. 제1항에 있어서,
상기 증발기는, 상기 혼합 냉매의 50℃ 온도 기준으로 증기압 25 barg를 견디도록 설계되고, 상기 3성분 이상의 냉매들은, 50℃ 온도에서 증기압이 25 barg 이하인 조건을 만족시키는 액화가스 재기화 시스템.The method of claim 1,
The evaporator is designed to withstand a vapor pressure of 25 barg based on a temperature of 50° C. of the mixed refrigerant, and the three or more refrigerants satisfy a condition in which a vapor pressure of 25 barg or less at a temperature of 50° C. is satisfied. 제1항에 있어서,
상기 열매체 순환라인에서 상기 기화기와 상기 펌프 사이에 설치되는 팽창 탱크를 더 포함하고,
상기 팽창 탱크는, 상기 액화가스와의 열교환 과정에서 액화된 혼합 냉매를 저장하고, 상기 혼합 냉매의 압력 변화를 흡수하여 상기 열매체 순환라인의 압력을 일정하게 유지시키고, 상기 펌프로 기체 상태의 혼합 냉매가 유입되지 않도록 하는 액화가스 재기화 시스템.The method of claim 1,
Further comprising an expansion tank installed between the vaporizer and the pump in the heat medium circulation line,
The expansion tank stores the liquefied mixed refrigerant during heat exchange with the liquefied gas, absorbs a pressure change of the mixed refrigerant to maintain a constant pressure in the heat medium circulation line, and uses the pump to maintain a gaseous mixed refrigerant. Liquefied gas regasification system to prevent inflow of gas. 제3항에 있어서,
상기 팽창 탱크 내의 상기 혼합 냉매의 조성을 분석하는 조성분석기; 및
상기 조성분석기에 의해 분석된 상기 혼합 냉매의 조성에 따라 상기 3성분 이상의 냉매들 중 적어도 하나를 상기 팽창 탱크로 공급하는 냉매 보충부를 더 포함하고,
상기 냉매 보충부는,
상기 3성분 이상의 냉매들을 구성하는 제1 냉매, 제2 냉매 및 제3 냉매가 혼합된 혼합 냉매의 보충액을 저장하는 보충 탱크;
상기 보충 탱크에 저장된 보충액을 상기 팽창 탱크에 보충하기 위한 보충 라인;
상기 보충 라인에 설치되어 상기 보충액의 공급 유량을 제어하는 유량 제어 밸브;
상기 제1 냉매를 상기 보충 탱크에 공급하고, 상기 혼합 냉매의 조성에 따라 상기 제1 냉매의 보충 유량을 조절하는 제1 냉매 보충라인;
상기 제2 냉매를 상기 보충 탱크에 공급하고, 상기 혼합 냉매의 조성에 따라 상기 제2 냉매의 보충 유량을 조절하는 제2 냉매 보충라인; 및
상기 제3 냉매를 상기 보충 탱크에 공급하고, 상기 혼합 냉매의 조성에 따라 상기 제3 냉매의 보충 유량을 조절하는 제3 냉매 보충라인을 포함하는 액화가스 재기화 시스템.The method of claim 3,
A composition analyzer for analyzing the composition of the mixed refrigerant in the expansion tank; And
Further comprising a refrigerant supplement to supply at least one of the three or more refrigerants to the expansion tank according to the composition of the mixed refrigerant analyzed by the composition analyzer,
The refrigerant supplement part,
A replenishment tank for storing a replenishment liquid of a mixed refrigerant in which a first refrigerant, a second refrigerant, and a third refrigerant are mixed, constituting the three or more refrigerants;
A replenishment line for replenishing the replenishment liquid stored in the replenishment tank to the expansion tank;
A flow rate control valve installed in the replenishment line to control a supply flow rate of the replenishment liquid;
A first refrigerant replenishment line supplying the first refrigerant to the replenishment tank and adjusting a replenishment flow rate of the first refrigerant according to a composition of the mixed refrigerant;
A second refrigerant replenishment line supplying the second refrigerant to the replenishment tank and adjusting a replenishment flow rate of the second refrigerant according to a composition of the mixed refrigerant; And
And a third refrigerant supplement line configured to supply the third refrigerant to the replenishment tank and adjust the replenishment flow rate of the third refrigerant according to a composition of the mixed refrigerant. 제1항에 있어서,
상기 혼합 냉매는 R32, R134a, R227ea, R125, R600, R601, R601a, R1234z(E), R1234yf 및 R1234ze(E) 중에서 선택되는 3성분 이상의 냉매들을 포함하는 액화가스 재기화 시스템.The method of claim 1,
The mixed refrigerant is a liquefied gas regasification system comprising three or more refrigerants selected from R32, R134a, R227ea, R125, R600, R601, R601a, R1234z (E), R1234yf and R1234ze (E). 제5항에 있어서,
상기 혼합 냉매는 제1 냉매, 상기 제1 냉매보다 낮은 끓는점을 가지는 제2 냉매 및 상기 제2 냉매보다 낮은 끓는점을 가지는 제3 냉매를 포함하고,
상기 제1 냉매는 R32 및 R125 중의 어느 하나의 냉매이고, 상기 제3 냉매는 R227ea, R601, R1234ze(E), R134a 및 R601a 중의 어느 하나의 냉매이고, 상기 제2 냉매는 R134a, R600, R125, R1234yf 및 R227ea 중 상기 제1 냉매 및 상기 제3 냉매와 중복되지 않은 하나 이상의 냉매를 포함하는 액화가스 재기화 시스템.The method of claim 5,
The mixed refrigerant includes a first refrigerant, a second refrigerant having a boiling point lower than that of the first refrigerant, and a third refrigerant having a boiling point lower than that of the second refrigerant,
The first refrigerant is any one of R32 and R125, the third refrigerant is any one of R227ea, R601, R1234ze (E), R134a and R601a, and the second refrigerant is R134a, R600, R125, Liquefied gas regasification system comprising at least one refrigerant not overlapping with the first refrigerant and the third refrigerant among R1234yf and R227ea. 제1항에 있어서,
상기 혼합 냉매는 비가연성을 가지고, 오존파괴지수가 0 이고, 지구온난화지수가 1650 미만인 액화가스 재기화 시스템.The method of claim 1,
The mixed refrigerant is non-flammable, has an ozone depletion index of 0, and a global warming index of less than 1650 liquefied gas regasification system. 제1항에 있어서,
상기 열매체 순환라인에서 상기 증발기와 상기 기화기의 사이에 설치되고, 상기 증발기에 의해 가열된 혼합 냉매의 온도가 미리 설정된 기준 온도에 미달하는 경우 상기 증발기에 의해 가열된 혼합 냉매를 추가로 가열하는 냉매 보조 히터; 및
상기 액화가스 이송라인에 설치되고, 상기 기화기에 의해 기화된 가스의 온도가 설정 온도보다 낮은 경우에 상기 기화기에 의해 기화된 가스를 추가로 가열하는 가스 보조 히터를 더 포함하는 액화가스 재기화 시스템.The method of claim 1,
A refrigerant auxiliary that is installed between the evaporator and the vaporizer in the heat medium circulation line, and additionally heats the mixed refrigerant heated by the evaporator when the temperature of the mixed refrigerant heated by the evaporator falls below a preset reference temperature heater; And
The liquefied gas regasification system further comprises a gas auxiliary heater installed on the liquefied gas transfer line and further heating the gas vaporized by the vaporizer when the temperature of the gas vaporized by the vaporizer is lower than a set temperature.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102488817B1 (en) * 2021-07-20 2023-01-18 한국생산기술연구원 A high-efficiency cryogenic cooling apparatus including preliminarily cooling and using a mixed refrigerant, and a cooling method using the same

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