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KR20160128641A - 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법 - Google Patents

선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법 Download PDF

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KR20160128641A
KR20160128641A KR1020150060316A KR20150060316A KR20160128641A KR 20160128641 A KR20160128641 A KR 20160128641A KR 1020150060316 A KR1020150060316 A KR 1020150060316A KR 20150060316 A KR20150060316 A KR 20150060316A KR 20160128641 A KR20160128641 A KR 20160128641A
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Abstract

선박에 설치된 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위하여 증발가스를 냉각 유체로 사용하는 재액화 장치가 개시된다.
상기 선박용 증발가스 재액화 장치는, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 다단계로 압축시키는 다수개의 압축기; 상기 다수개의 압축기에 의해 다단계로 압축된 증발가스와 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 열교환기; 상기 다수개의 압축기에 의해 압축된 후 상기 열교환기를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시키는 제 1 팽창수단; 상기 다수개의 압축기에 의해 압축된 후 열교환기를 통과한 증발가스의 다른 일부의 온도를 낮추는 상기 제 1 중간냉각기; 상기 제 1 중간냉각기를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시키는 제 2 팽창수단; 상기 제 1 중간냉각기를 통과한 증발가스의 다른 일부의 온도를 낮추는 제 2 중간냉각기; 및 상기 제 2 중간냉각기를 통과한 증발가스를 팽창시키는 제 3 팽창수단;을 포함하고, 상기 제 1 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스는 상기 제 1 중간냉각기에서 냉매로 사용되고, 상기 제 2 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스는 상기 제 2 중간냉각기에서 냉매로 사용된다.

Description

선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법{BOG Re-liquefaction Apparatus and Method for Vessel}
본 발명은 선박에 적용되는 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 재액화 장치 및 방법에 관한 것이다.
천연가스는 통상 액화되어 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 상태로 원거리에 걸쳐 수송된다. 액화천연가스는 천연가스를 대략 상압 -163℃ 근처의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
한편, 액화석유가스(LPG; Liquefied Petroleum Gas)는, 일반적으로 프로판가스(Liquefide Propane Gas)라고도 하며, 석유 채굴시 유전에서 원유와 함께 분출하는 천연가스를, -200℃에서 냉각시키거나 상온에서 대략 7 내지 10기압으로 압축하여 액화시킨 연료이다.
석유가스의 주성분은 프로판, 프로필렌, 부탄, 부틸렌 등이며, 프로판을 약 15℃ 하에서 액화시키면 부피가 대략 1/260으로 줄어들고, 부탄을 약 15℃ 하에서 액화시키면 부피가 대략 1/230으로 줄어들므로, 저장 및 운송의 편의를 위해 석유가스도 천연가스와 마찬가지로 액화시켜 이용되고 있다.
액화석유가스의 발열량은 액화천연가스에 비하여 비교적 높은 편이며, 액화석유가스는 액화천연가스에 비하여 비교적 분자량이 큰 성분을 많이 포함하고 있으므로, 액화 및 기화가 액화천연가스보다 용이하다.
액화천연가스, 액화석유가스 등의 액화가스는 저장탱크에 보관되어 육상 소요처로 공급되는데, 저장탱크를 단열하여도 외부의 열을 완벽하게 차단시키는데에는 한계가 있고, 저장탱크 내부로 전달되는 열에 의해 액화가스는 저장탱크 내에서 지속적으로 기화하게 된다. 저장탱크 내부에서 기화된 액화가스를 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)라고 한다.
증발가스의 발생으로 인하여 저장탱크의 압력이 설정된 압력 이상이 되면, 증발가스는 저장탱크의 외부로 배출되어 선박의 연료로 사용되거나 재액화되어 다시 저장탱크로 돌려보내진다.
증발가스 중 에탄, 에틸렌 등을 주성분으로 포함하는 증발가스(이하, '에탄 증발가스'라고 한다.)를 재액화시키기 위해서는 에탄 증발가스를 대략 -100℃ 이하로 냉각시켜야 하므로, 대략 -25℃의 액화점을 가지는 액화석유가스 증발가스를 재액화시키는 경우보다 냉열이 추가적으로 더 필요하다. 따라서, 추가적인 냉열을 공급하기 위한 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클(Cycle)을 액화석유가스 재액화 공정에 추가하여 에탄 재액화 공정으로 사용하고 있다. 냉열 공급 사이클로는 일반적으로 프로필렌 냉동사이클이 이용된다.
본 발명은, 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클 없이 에탄 등의 증발가스를 재액화시키는, 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 설치된 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위하여 증발가스를 냉각 유체로 사용하는 재액화 장치에 있어서, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 다단계로 압축시키는 다수개의 압축기; 상기 다수개의 압축기에 의해 다단계로 압축된 증발가스와 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 열교환기; 상기 다수개의 압축기에 의해 압축된 후 상기 열교환기를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시키는 제 1 팽창수단; 상기 다수개의 압축기에 의해 압축된 후 열교환기를 통과한 증발가스의 다른 일부의 온도를 낮추는 상기 제 1 중간냉각기; 상기 제 1 중간냉각기를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시키는 제 2 팽창수단; 상기 제 1 중간냉각기를 통과한 증발가스의 다른 일부의 온도를 낮추는 제 2 중간냉각기; 및 상기 제 2 중간냉각기를 통과한 증발가스를 팽창시키는 제 3 팽창수단;을 포함하고, 상기 제 1 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스는 상기 제 1 중간냉각기에서 냉매로 사용되고, 상기 제 2 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스는 상기 제 2 중간냉각기에서 냉매로 사용되는, 선박용 증발가스 재액화 장치가 제공된다.
상기 제 1 팽창수단을 지나 상기 제 1 중각냉각기로 보내진 증발가스는, 상기 다수개의 압축기 중 어느 하나의 압축기 후단으로 보내질 수 있고, 상기 제 2 팽창수단을 지나 상기 제 2 중간냉각기로 보내진 증발가스는, 상기 다수개의 압축기 중 어느 하나의 압축기 후단으로 보내질 수 있고, 상기 제 1 팽창수단을 지나 상기 제 1 중간냉각기로부터 배출된 증발가스는, 상기 제 2 팽창수단을 지나 상기 제 2 중간냉각기로부터 배출된 증발가스보다, 더 하류 쪽으로 보내질 수 있다.
상기 제 1 팽창수단 및 상기 제 1 중간냉각기로 보내지는 증발가스의 비율은, 상기 제 1 중간냉각기에서 증발가스를 냉각시켜야 하는 정도에 따라 조절될 수 있고, 상기 제 2 팽창수단 및 상기 제 2 중간냉각기로 보내지는 증발가스의 비율은, 상기 제 2 중간냉각기에서 증발가스를 냉각시켜야 하는 정도에 따라 조절될 수 있다.
상기 제 3 팽창수단을 지나면서 일부 재액화된 증발가스와 기체상태로 남은 증발가스는 함께 상기 저장탱크로 보내질 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 장치는, 상기 제 3 팽창수단을 지나면서 일부 재액화된 증발가스와 기체상태로 남은 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함할 수 있다.
상기 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 상기 열교환기 전단으로 보내질 수 있고, 상기 기액분리기에 의해 분리된 재액화된 증발가스는 상기 저장탱크로 보내질 수 있다.
상기 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 재액화된 증발가스는 함께 상기 저장탱크로 보내질 수 있다.
상기 상기 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 재액화된 증발가스는 분리되어 별도로 상기 저장탱크로 보내질 수 있다.
상기 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 액화천연가스가 채워진 공간인 상기 저장탱크 하부로 보내질 수 있다.
상기 저장탱크는 에탄 또는 에틸렌을 주성분으로 하는 액화가스를 보관할 수 있다.
상기 선박용 증발가스 재액화 장치는, 상기 다수개의 압축기 후단에 각각 설치되어 증발가스의 온도를 낮추는 다수개의 냉각기를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 팽창수단, 제 2 팽창수단 및 제 3 팽창수단은 팽창밸브 또는 팽창기일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위하여 증발가스를 냉각 유체로 사용하는 재액화 방법에 있어서, 상기 저장탱크로부터 증발가스가 배출되고, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스는 다단계로 압축되고, 상기 압축된 증발가스와 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스는 열교환되고, 상기 열교환기를 통과한 증발가스의 일부는 제 1 팽창수단에 의해 팽창되어 제 1 중간냉각기로 보내지고, 상기 열교환기를 통과한 증발가스의 다른 일부는 상기 제 1 중간냉각기에서 상기 제 1 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스와 열교환되어 냉각되고, 상기 제 1 중간냉각기를 통과한 증발가스의 일부는 제 2 팽창수단에 의해 팽창되어 제 2 중간냉각기로 보내지고, 상기 제 1 중간냉각기를 통과한 증발가스의 다른 일부는 상기 제 2 중간냉각기에서 상기 제 2 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스와 열교환되어 냉각되고, 상기 제 2 중간냉각기를 통과한 증발가스는 제 3 팽창수단에 의해 팽창되어 일부가 재액화되는, 선박용 증발가스 재액화 방법이 제공된다.
상기 제 1 팽창수단을 통과한 증발가스 및 상기 제 2 팽창수단을 통과한 증발가스는, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스가 다단계로 압축되는 과정 중 유사한 압력의 증발가스와 각각 통합될 수 있다.
상기 제 3 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스는 기액 혼합 상태로 상기 저장탱크로 보내질 수 있다.
상기 제 3 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스 중 재액화된 증발가스는 상기 저장탱크로 보내질 수 있고, 상기 제 3 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스 중 기체상태로 남은 증발가스는 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 함께 상기 압축된 증발가스와 열교환될 수 있다.
상기 제 3 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스 중 재액화된 증발가스는 상기 저장탱크로 보내질 수 있고, 상기 제 3 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스 중 기체상태로 남은 증발가스는 액화천연가스가 채워진 공간인 상기 저장탱크 하부로 보내질 수 있다.
본 발명의 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법에 의하면, 별도의 독립적인 냉열 공급 사이클을 설치할 필요가 없으므로 설치 비용을 절감할 수 있고, 에탄 등의 증발가스를 자가열교환시키는 방법으로 재액화시키므로, 추가적인 냉열 공급 사이클 없이도 종래의 재액화 장치와 동등한 재액화 효율을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법에 의하면, 냉열 공급 사이클을 설치할 필요가 없어 냉열 공급 사이클의 구동에 소요되는 전력을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 4 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 5 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 선박용 증발가스 재액화 장치 및 방법은 액화천연가스 화물창이 설치되는 선박 및 육상에서 다양하게 응용되어 적용될 수 있다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스를 다단계로 압축시키는 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34); 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 다단계로 압축된 증발가스와 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 열교환기(20); 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 후 열교환기(20)를 통과한 증발가스를 팽창시키는 제 1 팽창수단(71); 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 후 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 온도를 낮추는 제 1 중간냉각기(51); 제 1 중간냉각기(51)를 통과한 증발가스를 팽창시키는 제 2 팽창수단(72); 제 1 중간냉각기(51)를 통과한 증발가스의 온도를 낮추는 제 2 중간냉각기(52); 제 2 중간냉각기(52)를 통과한 증발가스를 팽창시키는 제 3 팽창수단(73); 및 제 3 팽창수단(73)을 지나면서 일부 재액화된 증발가스와 기체상태로 남은 증발가스를 분리하는 기액분리기(60);를 포함한다.
본 실시예의 저장탱크(10)는, 에탄, 에틸렌 등의 액화가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다. 본 실시예에서는 저장탱크(10)로부터 액화가스가 배출되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 엔진에 연료로 공급하기 위하여 액화가스를 저장하는 연료탱크로부터 액화가스가 배출될 수도 있다.
본 실시예의 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)는, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 본 실시예에서는 네 개의 압축기를 포함하여, 네 단계의 압축과정을 거치는 것을 예를 들어 설명하였으나, 압축기의 개수가 한정되는 것은 아니다.
다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)의 후단에는, 압축기(31, 32, 33, 34)를 통과한 후 압력뿐만 아니라 온도가 올라간 증발가스의 온도를 낮추는 다수개의 냉각기(41, 42, 43, 44)가 각각 설치될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(20)는, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 증발가스를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다. 즉, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축되어 압력이 높아진 증발가스는, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 이용하여 열교환기(20)에서 온도가 낮아진다.
본 실시예의 제 1 팽창수단(71)은, 열교환기(20)로부터 제 1 중간냉각기(51)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 후 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시킨다. 제 1 팽창수단(71)은 팽창밸브 또는 팽창기일 수 있다.
다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 후 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 일부는, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진다. 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스는 제 1 중간냉각기(51)로 공급되어, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 후 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 다른 일부의 온도를 낮추는 냉매로 사용된다.
본 실시예의 제 1 중간냉각기(51)는, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 후 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 일부를, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스를 열교환시켜, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34) 및 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 온도를 낮춘다.
다수개의 압축기(31, 32, 33, 34) 및 열교환기(20)를 통과한 후 제 1 중간냉각기(51)에 의해 온도가 낮아진 증발가스는 제 2 팽창수단(72) 및 제 2 중간냉각기(52)로 보내지고, 제 1 팽창수단(71)를 통과하여 제 1 중간냉각기(51)로 보내진 증발가스는, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34) 중 어느 하나의 압축기(32)의 후단으로 보내지게 된다.
본 실시예의 제 2 팽창수단(72)은, 제 1 중간냉각기(51)로부터 제 2 중간냉각기(52)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부를 팽창시킨다. 제 2 팽창수단(72)은 팽창밸브 또는 팽창기일 수 있다.
열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부는, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진다. 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스는 제 2 중간냉각기(52)로 공급되어, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 다른 일부의 증발가스의 온도를 낮추는 냉매로 사용된다.
본 실시예의 제 2 중간냉각기(52)는, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스를, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스와 열교환시켜, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스의 온도를 더 낮춘다.
열교환기(20), 제 1 중간냉각기(51) 및 제 2 중간냉각기(52)에 의해 온도가 낮아진 증발가스는, 제 3 팽창수단(73)을 지나 기액분리기(60)로 보내지고, 제 2 팽창수단(72)을 지나 제 2 중간냉각기(52)로 보내진 증발가스는, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34) 중 어느 하나의 압축기(31)의 후단으로 보내지게 된다.
제 1 중간냉각기(51)에서는, 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스에 의해 열교환기(20)에서 1차로 냉각된 증발가스의 온도를 낮추면 되나, 제 2 중간냉각기(52)에서는, 열교환기(20)에서 1차로 냉각된 후 제 1 중간냉각기(51)에서 2차로 냉각된 증발가스의 온도를 낮추어야 하므로, 제 2 중간냉각기(52)에 냉매로 공급되는 증발가스는, 제 1 중간냉각기(51)에 냉매로 공급되는 증발가스보다, 온도가 더 낮아야 한다. 즉, 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스보다 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스는 더 많이 팽창된 상태가 되고, 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스보다 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스의 압력이 더 낮아지게 된다. 따라서, 제 1 중간냉각기(51)로부터 배출되는 증발가스는, 제 2 중간냉각기(52)로부터 배출되는 증발가스보다, 더 하류 쪽에 위치하는 압축기 후단으로 보내지게 된다. 제 1 및 제 2 중간냉각기(51, 52)로부터 배출되는 증발가스는, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 다단계의 압축 과정을 거치는 증발가스 중 유사한 압력의 증발가스와 각각 통합되어 압축과정을 거치게 된다.
한편, 제 1 팽창수단(71) 및 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스는, 각각 제 1 중각냉각기(51) 및 제 2 중각냉각기(52)에서 증발가스를 냉각시키기 위한 냉매로 사용되므로, 제 1 중각냉각기(51) 및 제 2 중각냉각기(52)에서 증발가스를 냉각시켜야 하는 정도에 따라, 제 1 팽창수단(71) 및 제 2 팽창수단(72)으로 보내지는 증발가스의 양을 조절할 수 있다. 즉, 다수기의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 후 열교환기(20)를 통과한 증발가스는, 제 1 팽창수단(71)과 제 1 중각냉각기(51)로 나누어져 보내지게 되는데, 제 1 중각냉각기(51)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제 1 중각냉각기(51)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
제 1 중각냉각기(51)로부터 제 2 중각냉각기(52)로 보내지는 증발가스도, 열교환기(20)로부터 제 1 중각냉각기(51)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로, 제 2 중각냉각기(52)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제 2 중각냉각기(52)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
본 실시예에서는 두 개의 중간냉각기(51, 52) 및 각 중간냉각기(51, 52) 전단에 설치되는 두 개의 팽창수단(71, 72)을 포함하는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 필요에 따라 중간냉각기 및 중간냉각기 전단에 설치되는 팽창수단의 개수는 변경될 수 있다. 또한, 본 실시예의 중간냉각기(51, 52)는 도 1에 도시된 바와 같은 선박용 중간냉각기를 사용할 수도 있고, 일반 열교환기를 사용할 수도 있다.
본 실시예의 제 3 팽창수단(73)은, 제 1 중간냉각기(51) 및 제 2 중간냉각기(52)를 통과한 증발가스를 대략 상압까지 팽창시킨다.
본 실시예의 기액분리기(60)는, 제 3 팽창수단(73)을 통과하면서 일부 재액화된 증발가스와 액화되지 않고 기체상태로 남은 증발가스를 분리한다. 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는, 열교환기(20) 전단으로 보내져 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스와 함께 다시 재액화 과정을 거치게 되고, 기액분리기(60)에 의해 분리된 재액화된 증발가스는 저장탱크(10)로 돌려보내진다. 본 실시예의 증발가스가 연료탱크로부터 배출된 경우에는, 재액화된 증발가스는 연료탱크로 보내지게 된다.
도 1을 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 열교환기(20)를 통과한 후 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된다. 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 증발가스의 압력은 대략 40bar 내지 100bar이며, 바람직하게는 대략 80bar이다. 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 증발가스는 기체와 액체의 구분이 없는 제 3의 상태인 초임계 유체 상태가 된다.
다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)를 통과한 증발가스는, 열교환기(20), 제 1 중간냉각기(51) 및 제 2 중간냉각기(52)를 통과하여 제 3 팽창수단(73)을 통과하기 전까지는, 압력이 대략 비슷하게 유지되므로 초임계 유체 상태로 유지된다. 단, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)를 통과한 증발가스는, 열교환기(20), 제 1 중간냉각기(51) 및 제 2 중간냉각기(52)를 통과할 때마다 온도가 내려가고, 공정의 운용 방법에 따라 열교환기(20), 제 1 중간냉각기(51) 및 제 2 중간냉각기(52)를 통과할 때마다 압력이 내려갈 수도 있으므로, 열교환기(20), 제 1 중간냉각기(51) 및 제 2 중간냉각기(52)를 통과하여 제 3 팽창수단(73)을 통과하기 전까지 기액 혼합 상태일 수도 있고 액체 상태일 수도 있다.
다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)를 통과한 증발가스는 다시 열교환기(20)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환 된다. 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34) 및 열교환기(20)를 통과한 증발가스는, 일부는 제 1 팽창수단(71)으로 보내지고, 다른 일부는 제 1 중간냉각기(51)로 보내진다. 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 1 중간냉각기(51)로 보내지고, 열교환기(20)를 통과한 후 제 1 중간냉각기(51)로 보내진 증발가스는, 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
열교환기(20)를 통과한 후 일부가 분기되어 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스는, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창되어 기액 혼합 상태가 될 수 있다. 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창되어 기액 혼합 상태가 된 증발가스는, 제 1 중간냉각기(51)에서 열교환된 후 기체 상태가 될 수 있다.
제 1 중간냉각기(51)에서 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 일부는 제 2 팽창수단(72)으로 보내지고, 다른 일부는 제 2 중간냉각기(52)로 보내진다. 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 2 중간냉각기(52)로 보내지고, 제 1 중간냉각기(51)를 통과한 후 제 2 중간냉각기(52)로 보내진 증발가스는, 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 1 중간냉각기(51)를 통과한 후 일부가 분기되어 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스는, 열교환기(20)를 통과한 후 일부가 분기되어 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스와 마찬가지로, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창되어 기액 혼합 상태가 될 수 있다. 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창되어 기액 혼합 상태가 된 증발가스는, 제 2 중간냉각기(52)에서 열교환된 후 기체 상태가 될 수 있다.
제 2 중간냉각기(52)에서 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제 3 팽창수단(73)에 의하여 온도가 대략 상압으로 낮아지며 일부가 재액화된다. 제 3 팽창수단(73)을 통과한 증발가스는 기액분리기(60)로 보내져, 재액화된 증발가스와 기체상태의 증발가스가 분리되고, 재액화된 증발가스는 저장탱크(10)로 보내지고, 기체상태의 증발가스는 열교환기(20) 전단으로 보내지게 된다.
본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스 및 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스를 냉매로 이용하여, 자가열교환 방식으로 증발가스를 냉각시키므로, 별도의 냉열 공급 사이클 없이도 증발가스를 재액화시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 종래의 별도의 냉열 공급 사이클이 추가된 재액화 장치는, 1kW의 열을 회수하기 위하여 대략 2.4kW의 전력이 소모되는 반면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의하면, 1kW의 열을 회수하기 위하여 대략 1.7kW의 전력이 소모되어, 재액화 장치를 구동시키는데에 소모되는 에너지를 절감할 수 있음을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2에 도시된 제 2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 도 1에 도시된 제 1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기액분리기에 의해 분리된 재액화된 증발가스가, 기체상태의 증발가스와 함께 저장탱크로 보내진다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제 1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치와 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34); 열교환기(20); 제 1 팽창수단(71); 제 1 중간냉각기(51); 제 2 팽창수단(72); 제 2 중간냉각기(52); 제 3 팽창수단(73); 및 기액분리기(60);를 포함한다.
본 실시예의 저장탱크(10)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 에탄, 에틸렌 등의 액화가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다.
본 실시예의 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)의 후단에는 다수개의 냉각기(41, 42, 43, 44)가 각각 설치될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(20)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 증발가스를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다.
본 실시예의 제 1 팽창수단(71)은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 열교환기(20)로부터 제 1 중간냉각기(51)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 후 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 1 중간냉각기(51)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 후 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 일부를, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스를 열교환시켜, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34) 및 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 온도를 낮춘다.
본 실시예의 제 2 팽창수단(72)은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(51)로부터 제 2 중간냉각기(52)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 2 중간냉각기(52)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스를, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스와 열교환시켜, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스의 온도를 더 낮춘다.
제 1 중간냉각기(51)로부터 배출되는 증발가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(52)로부터 배출되는 증발가스보다, 더 하류 쪽에 위치하는 압축기 후단으로 보내지게 된다.
또한, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 중각냉각기(51)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제 1 중각냉각기(51)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
제 1 중각냉각기(51)로부터 제 2 중각냉각기(52)로 보내지는 증발가스도, 열교환기(20)로부터 제 1 중각냉각기(51)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로, 제 2 중각냉각기(52)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제 2 중각냉각기(52)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
본 실시예의 제 3 팽창수단(73)은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(51) 및 제 2 중간냉각기(52)를 통과한 증발가스를 대략 상압까지 팽창시킨다.
본 실시예의 기액분리기(60)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)을 통과하면서 일부 재액화된 증발가스와 액화되지 않고 기체상태로 남은 증발가스를 분리한다.
단, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는, 제 1 실시예와는 달리, 재액화된 증발가스와 함께 저장탱크(10)로 보내진다. 저장탱크(10)로 보내진 기체상태의 증발가스는, 저장탱크(10) 내부의 증발가스와 함께 열교환기(20)로 보내져 다시 재액화 과정을 거치게 된다.
도 2를 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 열교환기(20)를 통과한 후 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된다.
다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)를 통과한 증발가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 다시 열교환기(20)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환 된다. 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34) 및 열교환기(20)를 통과한 증발가스는, 일부는 제 1 팽창수단(71)으로 보내지고, 다른 일부는 제 1 중간냉각기(51)로 보내진다. 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 1 중간냉각기(51)로 보내지고, 열교환기(20)를 통과한 후 제 1 중간냉각기(51)로 보내진 증발가스는, 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 1 중간냉각기(51)에서 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 일부는 제 2 팽창수단(72)으로 보내지고, 다른 일부는 제 2 중간냉각기(52)로 보내진다. 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 2 중간냉각기(52)로 보내지고, 제 1 중간냉각기(51)를 통과한 후 제 2 중간냉각기(52)로 보내진 증발가스는, 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 2 중간냉각기(52)에서 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)에 의하여 온도가 대략 상압으로 낮아지며 일부가 재액화된다. 제 3 팽창수단(73)을 통과한 증발가스는 기액분리기(60)로 보내져, 재액화된 증발가스와 기체상태의 증발가스가 분리된다.
단, 제 1 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 액체상태의 증발가스는 모두 저장탱크(10)로 보내진다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3에 도시된 제 3 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 도 1에 도시된 제 1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기체상태의 증발가스가 저장탱크로 보내진다는 점에서 차이점이 존재하며, 도 2에 도시된 제 2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기체상태의 증발가스가 재액화된 증발가스와 분리되어 별도로 저장탱크로 보내진다는 점에서 차이점이 존재한다. 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제 1 실시예 및 제 2 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치와 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34); 열교환기(20); 제 1 팽창수단(71); 제 1 중간냉각기(51); 제 2 팽창수단(72); 제 2 중간냉각기(52); 제 3 팽창수단(73); 및 기액분리기(60);를 포함한다.
본 실시예의 저장탱크(10)는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 에탄, 에틸렌 등의 액화가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다.
본 실시예의 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)의 후단에는 다수개의 냉각기(41, 42, 43, 44)가 각각 설치될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(20)는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 증발가스를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다.
본 실시예의 제 1 팽창수단(71)은, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(20)로부터 제 1 중간냉각기(51)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 후 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 1 중간냉각기(51)는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 후 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 일부를, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스를 열교환시켜, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34) 및 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 온도를 낮춘다.
본 실시예의 제 2 팽창수단(72)은, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(51)로부터 제 2 중간냉각기(52)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 2 중간냉각기(52)는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스를, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스와 열교환시켜, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스의 온도를 더 낮춘다.
제 1 중간냉각기(51)로부터 배출되는 증발가스는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(52)로부터 배출되는 증발가스보다, 더 하류 쪽에 위치하는 압축기 후단으로 보내지게 된다.
또한, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 제 1 중각냉각기(51)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제 1 중각냉각기(51)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
제 1 중각냉각기(51)로부터 제 2 중각냉각기(52)로 보내지는 증발가스도, 열교환기(20)로부터 제 1 중각냉각기(51)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로, 제 2 중각냉각기(52)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제 2 중각냉각기(52)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
본 실시예의 제 3 팽창수단(73)은, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(51) 및 제 2 중간냉각기(52)를 통과한 증발가스를 대략 상압까지 팽창시킨다.
본 실시예의 기액분리기(60)는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)을 통과하면서 일부 재액화된 증발가스와 액화되지 않고 기체상태로 남은 증발가스를 분리한다.
단, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는, 제 1 실시예와는 달리, 저장탱크(10)로 보내지고, 제 2 실시예와는 달리, 기체상태의 증발가스가 재액화된 증발가스와 함께 저장탱크(10)로 보내지는 것이 아니라, 재액화된 증발가스와 분리되어 별도로 저장탱크(10)로 보내진다.
도 3을 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(20)를 통과한 후 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된다.
다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)를 통과한 증발가스는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 다시 열교환기(20)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환 된다. 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34) 및 열교환기(20)를 통과한 증발가스는, 일부는 제 1 팽창수단(71)으로 보내지고, 다른 일부는 제 1 중간냉각기(51)로 보내진다. 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 1 중간냉각기(51)로 보내지고, 열교환기(20)를 통과한 후 제 1 중간냉각기(51)로 보내진 증발가스는, 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 1 중간냉각기(51)에서 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 일부는 제 2 팽창수단(72)으로 보내지고, 다른 일부는 제 2 중간냉각기(52)로 보내진다. 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 2 중간냉각기(52)로 보내지고, 제 1 중간냉각기(51)를 통과한 후 제 2 중간냉각기(52)로 보내진 증발가스는, 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 2 중간냉각기(52)에서 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)에 의하여 온도가 대략 상압으로 낮아지며 일부가 재액화된다. 제 3 팽창수단(73)을 통과한 증발가스는 기액분리기(60)로 보내져, 재액화된 증발가스와 기체상태의 증발가스가 분리된다.
단, 제 1 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 액체상태의 증발가스는 모두 저장탱크(10)로 보내지고, 제 2 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 액체상태의 증발가스와 분리되어 별도로 저장탱크(10)로 보내진다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제 4 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4에 도시된 제 4 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 도 1에 도시된 제 1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기체상태의 증발가스가 저장탱크로 보내진다는 점에서 차이점이 존재하며, 도 3에 도시된 제 3 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기체상태의 증발가스가 저장탱크 하부로 보내진다는 점에서 차이점이 존재한다. 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제 1 실시예 및 제 3 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치와 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34); 열교환기(20); 제 1 팽창수단(71); 제 1 중간냉각기(51); 제 2 팽창수단(72); 제 2 중간냉각기(52); 제 3 팽창수단(73); 및 기액분리기(60);를 포함한다.
본 실시예의 저장탱크(10)는, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 에탄, 에틸렌 등의 액화가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다.
본 실시예의 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)는, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)의 후단에는 다수개의 냉각기(41, 42, 43, 44)가 각각 설치될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(20)는, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 증발가스를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다.
본 실시예의 제 1 팽창수단(71)은, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 열교환기(20)로부터 제 1 중간냉각기(51)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 후 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 1 중간냉각기(51)는, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 후 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 일부를, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스를 열교환시켜, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34) 및 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 온도를 낮춘다.
본 실시예의 제 2 팽창수단(72)은, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(51)로부터 제 2 중간냉각기(52)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 2 중간냉각기(52)는, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스를, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스와 열교환시켜, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스의 온도를 더 낮춘다.
제 1 중간냉각기(51)로부터 배출되는 증발가스는, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(52)로부터 배출되는 증발가스보다, 더 하류 쪽에 위치하는 압축기 후단으로 보내지게 된다.
또한, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 제 1 중각냉각기(51)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제 1 중각냉각기(51)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
제 1 중각냉각기(51)로부터 제 2 중각냉각기(52)로 보내지는 증발가스도, 열교환기(20)로부터 제 1 중각냉각기(51)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로, 제 2 중각냉각기(52)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제 2 중각냉각기(52)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
본 실시예의 제 3 팽창수단(73)은, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(51) 및 제 2 중간냉각기(52)를 통과한 증발가스를 대략 상압까지 팽창시킨다.
본 실시예의 기액분리기(60)는, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)을 통과하면서 일부 재액화된 증발가스와 액화되지 않고 기체상태로 남은 증발가스를 분리한다.
단, 제 1 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 액체상태의 증발가스는 모두 저장탱크(10)로 보내지고, 제 3 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 저장탱크(10) 상부로 보내지는 것이 아니라, 액화천연가스가 채워져 있는 공간인 저장탱크(10) 하부로 보내진다.
기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스가 저장탱크(10)의 하부로 보내지면, 액화천연가스의 냉열에 의해 기체상태의 증발가스의 온도가 낮아지거나 증발가스의 일부가 액화될 수도 있으므로, 재액화 효율이 높아질 수 있다. 또한, 저장탱크(10) 내부의 액화천연가스는 수위가 높은 부분보다 수위가 낮은 부분의 온도가 더 낮으므로, 기체상태의 증발가스가 저장탱크(10)의 하부로 보내지는 경우에는, 저장탱크(10)의 최하부로 보내지는 것이 바람직하다.
도 4를 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 열교환기(20)를 통과한 후 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된다.
다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)를 통과한 증발가스는, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 다시 열교환기(20)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환 된다. 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34) 및 열교환기(20)를 통과한 증발가스는, 일부는 제 1 팽창수단(71)으로 보내지고, 다른 일부는 제 1 중간냉각기(51)로 보내진다. 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 1 중간냉각기(51)로 보내지고, 열교환기(20)를 통과한 후 제 1 중간냉각기(51)로 보내진 증발가스는, 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 1 중간냉각기(51)에서 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 일부는 제 2 팽창수단(72)으로 보내지고, 다른 일부는 제 2 중간냉각기(52)로 보내진다. 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 2 중간냉각기(52)로 보내지고, 제 1 중간냉각기(51)를 통과한 후 제 2 중간냉각기(52)로 보내진 증발가스는, 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 2 중간냉각기(52)에서 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제 1 실시예 및 제 3 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)에 의하여 온도가 대략 상압으로 낮아지며 일부가 재액화된다. 제 3 팽창수단(73)을 통과한 증발가스는 기액분리기(60)로 보내져, 재액화된 증발가스와 기체상태의 증발가스가 분리된다.
단, 제 1 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 액체상태의 증발가스는 모두 저장탱크(10)로 보내지고, 제 3 실시예와는 달리, 본 실시예의 기액분리기(60)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 저장탱크(10) 상부로 보내지는 것이 아니라, 액화천연가스가 채워져있는 공간인 저장탱크(10) 하부로 보내진다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 5 실시예에 따른 선박용 증발가스 재액화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 5에 도시된 제 5 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 도 1에 도시된 제 1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 비해, 기액분리기를 포함하지 않는다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제 1 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치와 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34); 열교환기(20); 제 1 팽창수단(71); 제 1 중간냉각기(51); 제 2 팽창수단(72); 제 2 중간냉각기(52); 및 제 3 팽창수단(73);를 포함한다. 단, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는, 제 1 실시예와는 달리, 기액분리기(60)를 포함하지 않는다.
본 실시예의 저장탱크(10)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 에탄, 에틸렌 등의 액화가스를 보관하며, 외부에서 전달되는 열에 의해 액화가스가 기화되어 생성되는 증발가스를 일정 압력 이상이 되면 외부로 배출시킨다.
본 실시예의 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)의 후단에는 다수개의 냉각기(41, 42, 43, 44)가 각각 설치될 수 있다.
본 실시예의 열교환기(20)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 증발가스를, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환시킨다.
본 실시예의 제 1 팽창수단(71)은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 열교환기(20)로부터 제 1 중간냉각기(51)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 후 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 1 중간냉각기(51)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된 후 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 일부를, 제 1 팽창수단(71)에 의해 팽창된 증발가스를 열교환시켜, 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34) 및 열교환기(20)를 통과한 증발가스의 온도를 낮춘다.
본 실시예의 제 2 팽창수단(72)은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(51)로부터 제 2 중간냉각기(52)로 증발가스가 공급되는 라인으로부터 분기되는 라인 상에 설치되어, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스의 일부를 팽창시킨다.
본 실시예의 제 2 중간냉각기(52)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스를, 제 2 팽창수단(72)에 의해 팽창된 증발가스와 열교환시켜, 열교환기(20) 및 제 1 중간냉각기(51)를 통과하며 냉각된 증발가스의 온도를 더 낮춘다.
제 1 중간냉각기(51)로부터 배출되는 증발가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 2 중간냉각기(52)로부터 배출되는 증발가스보다, 더 하류 쪽에 위치하는 압축기 후단으로 보내지게 된다.
또한, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 중각냉각기(51)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 높이고, 제 1 중각냉각기(51)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
제 1 중각냉각기(51)로부터 제 2 중각냉각기(52)로 보내지는 증발가스도, 열교환기(20)로부터 제 1 중각냉각기(51)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로, 제 2 중각냉각기(52)에서 증발가스를 더 낮은 온도로 냉각시키려면 제 2 팽창수단(72)으로 더 많은 비율의 증발가스를 보내고, 제 2 중각냉각기(52)에서 증발가스를 적게 냉각시키려면 제 1 팽창수단(71)으로 보내는 증발가스의 비율을 낮춘다.
본 실시예의 제 3 팽창수단(73)은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 중간냉각기(51) 및 제 2 중간냉각기(52)를 통과한 증발가스를 대략 상압까지 팽창시킨다.
단, 본 실시예의 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치는 기액분리기(60)를 포함하지 않으므로, 제 3 팽창수단(73)을 통과하며 일부 재액화된 증발가스와 기체상태로 남아있는 증발가스가, 혼합된 상태로 함께 저장탱크(10)로 보내진다.
제 2 실시예 내지 제 5 실시예에서와 같이, 기체상태의 증발가스가 열교환기(20) 전단으로 보내지지 않고 저장탱크(10)로 보내지는 경우에는, 저장탱크(10)가 가압탱크인 경우, 별도의 펌프의 작동 없이도 저장탱크(10) 내부의 압력에 의해 증발가스가 저장탱크(10)로부터 원활하게 배출될 수 있다는 장점이 있다.
도 5를 참조하여, 본 실시예의 선박용 증발가스 재액화 장치에 의한 증발가스의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 열교환기(20)를 통과한 후 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)에 의해 압축된다.
다수개의 압축기(31, 32, 33, 34)를 통과한 증발가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 다시 열교환기(20)로 보내져, 저장탱크(10)로부터 배출된 증발가스와 열교환 된다. 다수개의 압축기(31, 32, 33, 34) 및 열교환기(20)를 통과한 증발가스는, 일부는 제 1 팽창수단(71)으로 보내지고, 다른 일부는 제 1 중간냉각기(51)로 보내진다. 제 1 팽창수단(71)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 1 중간냉각기(51)로 보내지고, 열교환기(20)를 통과한 후 제 1 중간냉각기(51)로 보내진 증발가스는, 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 1 중간냉각기(51)에서 제 1 팽창수단(71)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 일부는 제 2 팽창수단(72)으로 보내지고, 다른 일부는 제 2 중간냉각기(52)로 보내진다. 제 2 팽창수단(72)으로 보내진 증발가스는, 팽창되어 온도 및 압력이 낮아진 후 제 2 중간냉각기(52)로 보내지고, 제 1 중간냉각기(51)를 통과한 후 제 2 중간냉각기(52)로 보내진 증발가스는, 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환되어 온도가 낮아진다.
제 2 중간냉각기(52)에서 제 2 팽창수단(72)을 통과한 증발가스와 열교환된 증발가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 3 팽창수단(73)에 의하여 온도가 대략 상압으로 낮아지며 일부가 재액화된다. 단, 제 1 실시예와는 달리, 제 3 팽창수단(73)을 통과한 증발가스는 기액 혼합 상태로 저장탱크(10)로 보내진다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
10 : 저장탱크 20 : 열교환기
31, 32, 33, 34 : 압축기 41, 42, 43, 44 : 냉각기
51, 52 : 중간냉각기 60 : 기액분리기
71, 72, 73 : 팽창수단

Claims (17)

  1. 선박에 설치된 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위하여 증발가스를 냉각 유체로 사용하는 재액화 장치에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 다단계로 압축시키는 다수개의 압축기;
    상기 다수개의 압축기에 의해 다단계로 압축된 증발가스와 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 열교환기;
    상기 다수개의 압축기에 의해 압축된 후 상기 열교환기를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시키는 제 1 팽창수단;
    상기 다수개의 압축기에 의해 압축된 후 열교환기를 통과한 증발가스의 다른 일부의 온도를 낮추는 상기 제 1 중간냉각기;
    상기 제 1 중간냉각기를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시키는 제 2 팽창수단;
    상기 제 1 중간냉각기를 통과한 증발가스의 다른 일부의 온도를 낮추는 제 2 중간냉각기; 및
    상기 제 2 중간냉각기를 통과한 증발가스를 팽창시키는 제 3 팽창수단;을 포함하고,
    상기 제 1 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스는 상기 제 1 중간냉각기에서 냉매로 사용되고,
    상기 제 2 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스는 상기 제 2 중간냉각기에서 냉매로 사용되는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 팽창수단을 지나 상기 제 1 중각냉각기로 보내진 증발가스는, 상기 다수개의 압축기 중 어느 하나의 압축기 후단으로 보내지고,
    상기 제 2 팽창수단을 지나 상기 제 2 중간냉각기로 보내진 증발가스는, 상기 다수개의 압축기 중 어느 하나의 압축기 후단으로 보내지고,
    상기 제 1 팽창수단을 지나 상기 제 1 중간냉각기로부터 배출된 증발가스는, 상기 제 2 팽창수단을 지나 상기 제 2 중간냉각기로부터 배출된 증발가스보다, 더 하류 쪽으로 보내지는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 팽창수단 및 상기 제 1 중간냉각기로 보내지는 증발가스의 비율은, 상기 제 1 중간냉각기에서 증발가스를 냉각시켜야 하는 정도에 따라 조절되고,
    상기 제 2 팽창수단 및 상기 제 2 중간냉각기로 보내지는 증발가스의 비율은, 상기 제 2 중간냉각기에서 증발가스를 냉각시켜야 하는 정도에 따라 조절되는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 3 팽창수단을 지나면서 일부 재액화된 증발가스와 기체상태로 남은 증발가스는 함께 상기 저장탱크로 보내지는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 3 팽창수단을 지나면서 일부 재액화된 증발가스와 기체상태로 남은 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 상기 열교환기 전단으로 보내지고,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 재액화된 증발가스는 상기 저장탱크로 보내지는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 재액화된 증발가스는 함께 상기 저장탱크로 보내지는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 상기 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스와 재액화된 증발가스는 분리되어 별도로 상기 저장탱크로 보내지는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 액화천연가스가 채워진 공간인 상기 저장탱크 하부로 보내지는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장탱크는 에탄 또는 에틸렌을 주성분으로 하는 액화가스를 보관하는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수개의 압축기 후단에 각각 설치되어 증발가스의 온도를 낮추는 다수개의 냉각기를 더 포함하는, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 팽창수단, 제 2 팽창수단 및 제 3 팽창수단은 팽창밸브 또는 팽창기인, 선박용 증발가스 재액화 장치.
  13. 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 재액화하기 위하여 증발가스를 냉각 유체로 사용하는 재액화 방법에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 증발가스가 배출되고,
    상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스는 다단계로 압축되고,
    상기 압축된 증발가스와 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스는 열교환되고,
    상기 열교환기를 통과한 증발가스의 일부는 제 1 팽창수단에 의해 팽창되어 제 1 중간냉각기로 보내지고,
    상기 열교환기를 통과한 증발가스의 다른 일부는 상기 제 1 중간냉각기에서 상기 제 1 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스와 열교환되어 냉각되고,
    상기 제 1 중간냉각기를 통과한 증발가스의 일부는 제 2 팽창수단에 의해 팽창되어 제 2 중간냉각기로 보내지고,
    상기 제 1 중간냉각기를 통과한 증발가스의 다른 일부는 상기 제 2 중간냉각기에서 상기 제 2 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스와 열교환되어 냉각되고,
    상기 제 2 중간냉각기를 통과한 증발가스는 제 3 팽창수단에 의해 팽창되어 일부가 재액화되는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 1 팽창수단을 통과한 증발가스 및 상기 제 2 팽창수단을 통과한 증발가스는, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스가 다단계로 압축되는 과정 중 유사한 압력의 증발가스와 각각 통합되는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 3 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스는 기액 혼합 상태로 상기 저장탱크로 보내지는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 3 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스 중 재액화된 증발가스는 상기 저장탱크로 보내지고,
    상기 제 3 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스 중 기체상태로 남은 증발가스는 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 함께 상기 압축된 증발가스와 열교환되는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 3 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스 중 재액화된 증발가스는 상기 저장탱크로 보내지고,
    상기 제 3 팽창수단에 의해 팽창된 증발가스 중 기체상태로 남은 증발가스는 액화천연가스가 채워진 공간인 상기 저장탱크 하부로 보내지는, 선박용 증발가스 재액화 방법.
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