KR20170084121A - 액화 가스 냉각 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화 가스를 냉각하기 위한 증발 장치(4)로서; 상기 증발 장치(1)는:
- 액화 가스(3)로 충전되도록 된 컨테이너(2, 19)의 내부 공간에 배치된 증발 챔버(14)로서, 증발 챔버(14)의 내부 공간과 컨테이너(2, 19)의 내부 공간에 존재하는 액화 가스(3) 사이에 열교환을 허용하는 열교환 벽체들(6)을 포함하는 증발 챔버(14);
- 컨테이너(2, 19)로부터의 액체상인 액화 가스의 유동을 인출하기 위해 컨테이너(2, 19)의 내부 공간으로 드러난 인입구 및 인출된 가스 유동을 팽창시키기 위해 증발 챔버(14)의 내부공간으로 드러난 수두 손실 부재(13)를 포함하는 인입 회로(5);
- 인출된 가스 유동을 증발 챔버(14)로부터 증기상 가스 이용 회로(8)로 기체상으로 제거하도록 배치된 배출 회로(7)로서; 가스 유동을 증발 챔버(14)로 흡입하고 증기상 가스 이용 회로(8)로 배출하며 즈발 챔버914) 내에서 대기압보다 더 낮은 절대 압력을 유지할 수 있는 진공 펌프(9)를 포함하는 배출 회로(7)
를 포함하는 증발 장치에 관한 것이다.

Description

액화 가스 냉각 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR COOLING A LIQUEFIED GAS}
본 발명은 액화된 형태로 저장된 기체상 물질의 냉각 분야에 관한 것이며, 특히 액화 천연 가스(LNG)와 같은 연료 가스의 냉각에 관련되어 있다.
액화 천연 가스는 극저온에서 밀봉되고 단열된 탱크들에 저장된다. 이런 탱크들은 육상 저장 시설의 일부를 형성하거나 예컨대 메탄 수송선과 같은 부유식 구조물에 설치될 수 있다.
액화 천연 가스 저장 탱크들의 단열 배리어들은 필연적으로 탱크의 내용물을 재가열하는 경향이 있는 열유속(thermal flux)이 발생하는 자리이다. 이 재가열은 탱크 내용물의 엔탈피의 증가에 반영되며, 결과적으로 화물의 전부 또는 일부를 준대기압(quasi-atmospheric pressure)의 평형 상태로부터 멀어지게 하는 데에 반영된다. 이 엔탈피의 증가는 따라서 액화 천연 가스의 기화와 액체 상태로 저장된 천연 가스의 손실을 초래하는 경향이 있다.
액화 천연 가스의 엔탈피 증가를 제한하기 위해, 탱크들의 단열이 규칙적으로 향상된다. 그러나 탱크의 단열 성능이 증대되는 경향이 있더라도, 액화 천연 가스의 재가열율은 여전히 상당하다.
이에 더하여, 액화 천연 가스의 증발을 제한하기 위해, 액화 천연 가스를 가압하여 탱크 내에 저장함으로써 액화 가스의 액상-기상 평형 곡선 상에서의 천이를 획득하고 따라서 그 기화 온도의 상승을 얻어내는 방식도 알려져 있다. 따라서 액화 천연 가스가 천연 가스의 증발을 제한하는 효과를 가진 더 높은 온도에서 저장될 수 있다. 그러나 이런 가압 저장은 모든 유형의 탱크들에서는 제공되지 않는, 특히 액화 천연 가스 수송선들의 대부분에 설치된 다면체 구조의 탱크들에서 제공되지 않는 기계적 강도를 필요로 한다.
자연적인 증발로부터 추출된 가스를 이용하여 천연 가스를 연료로 사용하는 유닛으로 공급하는 것은 사실 종래 기술에서 알려진 방식이다. 따라서 예를 들어 메탄 수송선에서, 증발한 가스는 선박을 추진하기 위해 이용되는 파워 트레인 또는 선상 장비들의 작동에 필요한 전기를 공급하는 발전기 세트에 공급되는 데에 이용된다. 그러나 이런 방식이 탱크 내에서 증발한 가스의 기화를 가능하게 하기는 하지만, 자연적인 증발을 상당한 정도로 감소시키는 것을 가능하게 하지는 않는다.
본 발명이 기초로 하고 있는 아이디어는, 액화 가스가 지속 가능하게 저장되도록 하는 열역학적 상태를 유지하면서 액화 가스의 자연적인 증발을 제한할 수 있게 하는 액화 가스의 냉각 장치를 제안하는 것이다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 액화 가스를 냉각하기 위한 증발 장치를 제공하는데, 상기 증발 장치는:
- 액화 가스로 채워질 컨테이너의 내부 공간에 배치된 증발 챔버로서, 증발 챔버의 내부 공간과 컨테이너의 내부 공간에 존재하는 액화 가스 사이의 열교환을 가능하게 하는 열교환 벽체를 포함하는 증발 챔버;
- 컨테이너로부터 액체상인 액화 가스의 유동을 인출하기 위해 컨테이너의 내부 공간으로 드러나 있는 인입구와, 인출된 가스 유동을 팽창시키기 위해 증발 챔버의 내부 공간으로 드러나 있는 수두 손실(head loss) 부재를 포함하는 인입 회로;
- 인출된 가스 유동을 기체상으로 기화 챔버로부터 증기상 가스 이용 회로로 제거하도록 배치된 배출 회로로서; 증발 챔버로 가스 유동을 흡입하고 증기상 가스 이용 회로로 배출하며 증발 챔버에서 절대 압력을 대기압보다 낮게 유지할 수 있는 진공 펌프를 포함하는 배출 회로
를 포함하는 기화 장치를 제공한다.
따라서, 이런 장치는 액화 가스로부터 증발 잠열을 덜어냄으로써 탱크에 저장된 액화 가스를 냉각하기 위해 증기상인 가스를 소비하는 장비로 공급하도록 되어 있는 가스의 증발을 충분히 활용하는 것을 가능하게 한다.
또한, 이런 장치의 덕택으로, 해수, 매개 액체 또는 동력화로부터 또는 특정한 버너들로부터 도출된 연소 가스와의 열교환을 이용하는 강제 증발 설비들과 달리, 증기상인 가스를 소비하는 장비에 공급하도록 되어 있는 액화 가스의 증발이 외부 열원을 이용하지 않고 생성될 수 있다. 컨테이너의 내부 공간에 존재하는 액화 가스는 그러면 증기상으로 가스를 소비하는 장비를 위해 프랙션에 대해 열원으로서 기능한다. 그러나 몇몇 실시예들에서, 이런 외부 열원 역시 추가로 제공될 수 있다.
또한, 증발 챔버 내부를 순환하는 가스 유동을 대기압보다 낮은 절대 압력으로 유지함으로써, 탱크에 저장된 액화 가스는 대기압에서 그 증발 평형 온도보다 낮은 온도로 냉각될 수 있다. 결과적으로, 액화 가스는 액화 가스가 대기압 또는 준대기압에서 탱크 내에 저장되거나 탱크로 이송되도록 하는 한편 액화 가스의 낮은 증발율 또는 0인 증발율을 유지하는 과냉각된 열역학적 상태로 유지될 수 있다.
이런 장치는 또한 탱크에 저장된 액화 가스의 성분 및 이용 회로로 이끌어지는 기체상인 가스의 성분에서의 변화를 제한하는 장점을 제공한다. 실제로, 액화 가스가 복수의 성분들로 만들어진 가스 혼합물인 경우, 자연적인 증발로부터 도출된 기체상은 액체상에 비해 가장 휘발성 높은 성분들, 특히 질소가 더 풍부한 구성을 보인다. 이에 더하여, 기체상의 구성은 시간에 걸쳐 변화하는 경향이 있다. 따라서 자연적인 증발이 우세한 경우, 이런 구성의 변화들은 자연적인 증발로부터 도출된 가스의 발열량을 탱크에 남아 있는 액화 가스의 발열량과 같이 시간에 걸쳐 가변적이 되도록 초래한다. 이제 열용량이 상당한 변화를 겪는 연료 가스를 공급하는 장비는 가스의 불완전 연소, 장비 작동 고장 및 가변적인 장비 효율로 귀결될 수 있다. 결과적으로 가스 소비 장비에 공급하도록 된 가스를 액화된 형태로 추출함으로써 가스의 성분의 변화가 제한된다.
다른 유리한 실시예들에 따르면, 이런 장치는 다음의 특성들 중 하나 또는 그 이상을 구비할 수 있다:
- 진공 펌프는 증발 챔버 내를 순환하는 가스 유동을 120mbar와 950mbar 사이, 바람직하게는 500mbar와 950mbar 사이의 절대 압력 하에 둘 수 있다.
- 인입 회로는 수두 손실 부재의 상류에서 압력 레귤레이터를 포함한다.
- 인입 회로는 수두 손실 부재의 상류에서, 액체상인 액화 가스의 유동을 흡입할 수 있고 컨테이너의 내부 공간에서 도달될 수 있는 유체 정역학적 최대 압력보다 높은 배출 압력을 인입 회로의 인입구에서 생성할 수 있는 추가 펌프를 포함한다.
- 인입 회로는 인입 덕트에서 추가 펌프에 의해 배출되는 액화 가스의 압력을 추가 펌프의 배출 압력보다 낮은 문턱 압력으로 제한할 수 있으면서 추가 펌프의 하류에 배치된 압력 레귤레이터를 더 포함한다.
- 일실시예에 따르면, 인입 회로는 증발 챔버 내부로 액화 가스를 분사할 수 있는 스프레이 노즐들로부터 형성된 복수의 수두 손실 부재들을 포함한다. 유리하게는 스프레이 노즐들은 증발 챔버의 내부 벽체에 대해 액화 가스를 미세하고 균일하게 분사한다.
- 인입 회로는 하나 또는 그 이상의 수두 손실 부재들을 포함할 수 있다.
- 일실시예에 따르면, 상기 또는 각각의 수두 손실 부재는 인입 덕트와 증발 챔버 사이에 배치된 횡단 벽체에 형성된 오리피스와 같이 인입 회로의 유동 단면의 변형으로부터 선택되고 인입 덕트의 직경보다 작은 직경을 가지며 다공성 소재 또는 등엔트로피 팽창 기기이다.
- 열교환 벽체들은 증발 챔버의 열교환면을 증강하도록 된 핀들을 포함한다.
- 본 장치는, 증발 챔버와 연계되며 인출된 액화 가스의 헤비 프랙션을 회수 및 제거하기 위한 장치를 포함한다.
- 증발 챔버는 경사면을 구비하며, 액화 가스의 헤비 프랙션을 회수 및 제거하기 위한 장치는 헤비 프랙션을 중력에 의해 수집하도록 증발 챔버의 낮은 지점에 연결된 수용기를 포함한다.
- 수용기는 밸브, 덕트, 역지 밸브 또는 트랩에 의해 증발 챔버에 결합된다.
- 액화 가스의 헤비 프랙션을 회수 및 제거하기 위한 장치는 수용기에 연결된 제거 덕트를 더 포함한다.
- 제거 덕트에는 제거 덕트를 통해 액체상인 헤비 프랙션을 배출하기 위한 펌프가 설치된다.
- 액화 가스의 헤비 프랙션을 회수 및 제거하기 위한 장치는 헤비 프랙션을 증발시키기 위해 수용기의 내부 공간을 가열할 수 있는 가열 장치를 더 포함하고; 제거 덕트는 증기상인 헤비 프랙션을 제거할 수 있다.
- 제거 덕트는 밸브 또는 역지 밸브를 통해 수용기에 연결되어 있다.
- 수용기의 내부 공간은 장치의 배출 회로와 연결되며, 배출 회로는 수용기에 수용된 헤비 프랙션을 제거 덕트로 배출하도록 유체를 배출 회로를 통해 수용기로 배출할 수 있게 Y커플링을 통해 유체 공급 장치로 결합된다.
- 제거 덕트는 증기상 가스 이용 회로에 연결되어 있다.
- 제거 덕트는 수용기로부터 컨테이너로, 또는 헤비 프랙션 조절 장치로 연장되어 있다.
- 일실시예에 따르면, 본 장치는 상류에서 증발 챔버에 결합되고 하류에서 배출 회로에 결합되는 추가 열교환기를 더 포함하고, 상기 추가 열교환기는 적어도 부분적으로 액화 가스로 충전되도록 된 컨테이너의 내부 공간의 상측 부분에 배치된다. 이런 추가 열교환기는 컨테이너 내부에서 자연적인 증발로부터 도출된 기체상의 재응축을 허용하며 따라서 상기 컨테이너 내부에서 과도압력을 제한하는 것을 가능하게 한다는 점에서 특히 유리하다.
- 추가 열교환기는 인출된 가스 유동과 컨테이너에 저장된 액화 가스의 기체상 사이의 열교환을 허용하기 위해 적어도 부분적으로 컨테이너의 최대 충전 레벨 위에 배치된다. 바꾸어 말해 추가 열교환기는 컨테이너에 저장된 액화 가스의 기체상과 적어도 부분적으로 접촉 상태에 있다.
- 일실시예에 따르면, 본 장치는 제1 바이패스 라인과, 증발 챔버를 추가 열교환기 및 제1 바이패스 라인으로 결합하는 첫 번째 3방향 커플링과, 증발 챔버로부터 제1 바이패스 라인으로의 인출된 가스 유동의 통로를 선택적으로 허용 또는 차단할 수 있는 밸브를 더 포함한다. 일실시예에 따르면, 밸브는 증발 챔버를 추가 열교환기 또는 제1 바이패스 라인으로 선택적으로 결합할 수 있는 3방향 밸브이다. 바꾸어 말해, 3방향 밸브는, 인출된 가스 유동이 증발 챔버로부터 추가 열교환기로 이끌어지는 제1 위치와, 추가 열교환기를 짧게 우회하기 위해 인출된 가스 유동이 증발 챔버로부터 제1 바이패스 덕트로 이끌어지는 제2 위치를 선택적으로 취할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 밸브는 제1 바이패스 라인에 설치된 2방향 밸브이다.
- 일실시예에 따르면, 본 장치는 추가 열교환기를 배출 회로에 결합하고 바이패스 라인을 배출 회로에 결합할 수 있는 두 번째 3방향 커플링을 포함한다. 변형예에 따르면, 두 번째 3방향 커플링은 추가 열교환기 또는 제1 바이패스 라인을 배출 회로로 선택적으로 결합할 수 있는 스위칭 가능한 커플링이다. 다른 실시예에 따르면 두 번째 3방향 커플링은 그 3방향들이 영구적으로 결합되어 있도록 스위칭하는 기능을 갖고 있지 않다.
- 일실시예에 따르면, 증발 챔버 및 추가 열교환기는 연속적으로 교대로, 말하자면 중단없이 배치되어 있다. 바꾸어 말해, 추가 열교환기의 열교환면들은 증발 챔버의 열교환면들의 연장선 상으로 연장된다.
- 본 장치는 인출된 액화 가스 유동의 적어도 일부를 인입 회로로부터 바이패스 라인으로 이끌기 위해 한편으로 수두 손실 부재의 상류에서 인입 회로에 결합되고 다른 한편으로 추가 열교환기에 결합된 제2 바이패스 라인을 더 포함하며, 본 장치는 증발 챔버를 통해 그리고 상기 제2 바이패스 라인을 통해 각각 순환하는 가스 유동들의 유동율들을 조절할 수 있는 레귤레이션 수단을 더 포함한다. 따라서 인출된 액화 가스 유동의 적어도 일부는 증발 챔버를 통과하지 않고 제2 바이패스 라인을 통과하며, 그러면 인출된 가스 유동의 상기 일부의 증발이 추가 열교환기 내에서 일어난다. 레귤레이션 수단은 각각 증발 챔버를 통해, 그리고 상기 제2 바이패스 라인을 통해 순환하는 가스 유동율을, 컨테이너의 내부 공간에 있는 기체상의 압력의 대표 변수의 함수로써 조절할 수 있다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 내부 공간을 구비한 컨테이너와 앞서 언급된 증발 장치를 포함하고, 상기 증발 장치의 증발 챔버는 상기 컨테이너의 내부 공간에 배치된 액화 가스 저장 및 냉각 설비도 제공한다.
다른 유리한 실시예들에 따르면, 이런 설비는 다음의 특성들 중 하나 또는 그 이상을 가질 수 있다:
- 컨테이너는 밀봉되고 단열된 탱크이다.
- 컨테이너는 밀봉되고 단열된 보조 탱크이고, 상기 설비는 밀봉되고 단열된 메인 탱크, 전달 덕트 및 메인 탱크와 보조 탱크를 연결하는 복귀 덕트, 메인 탱크와 보조 탱크 사이에서 전달 덕트와 복귀 덕트를 통해 액화 가스를 순환시킬 수 있는 펌프를 더 포함한다.
- 컨테이너는 액화 천연 가스, 에탄 및 액화 석유 가스로부터 선택된 액화 연료 가스로 충전된다.
- 일실시예에서, 밀봉되고 단열된 탱크는 멤브레인 탱크이다. 다른 실시예들에서, 탱크는 타입B 또는 타입 C 구조의 탱크이다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 또한 컨테이너의 내부 공간에 수용된 액화 가스를 냉각하기 위한 방법으로서, 상기 냉각 방법은:
- 냉각되어야 할 일정량의 액화 가스를 수용하는 컨테이너로 액화 가스의 유동을 인출하고 그것을 컨테이너의 내부 공간에 배치된 증발 챔버로 이끄는 단계;
- 증발 챔버의 내부에서 대기압보다 낮은 절대 압력을 생성하는 단계;
- 컨테이너에 수용된 액화 가스로부터 칼로리를 흡수함으로써 인출된 가스 유동을 증발시키도록, 인출되어 증발 챔버에서 팽창된 가스 유동과 컨테이너에 수용된 액화 가스 사이에서 증발 챔버의 벽체들을 통해 열교환을 일으키는 단계; 및
- 증기상인 인출된 가스 유동을 증기상 가스 이용 회로로 이끄는 단계
를 포함하는 냉각 방법도 제공한다.
일실시예에 따르면 120mbar와 950mbar 사이, 바람직하게는 650mbar와 850mbar 사이에 놓인 절대 압력이 증발 챔버(14) 내부에서 유지된다.
일실시예에 따르면, 액화 가스는 2상 평형(two-phase equilibrium) 상태 및 하측 액체상 및 상측 기체상으로 컨테이너의 내부 공간에 저장되고, 증발 챔버로부터 인출된 가스 유동은, 인출된 가스 유동을 증기상 가스 이용 회로로 이끌기 전에, 인출된 가스 유동과 상측 기체상 사이에 열교환을 일으키기 위해 상측 기체상과 적어도 부분적으로 접촉하고 있는 추가 열교환기로 이끌어진다.
유리하게는, 증발 챔버는 추가 열교환기에 결합되고 첫 번째 3방향 커플링을 통해 추가 열교환기를 우회하는 것을 가능하게 하는 바이패스 라인에 결합되며, 밸브는 바이패스 라인으로의 인출된 가스 유동의 통로를 선택적으로 허용하거나 차단할 수 있으며, 상기 밸브는 바이패스 라인으로의 인출된 가스 유동의 통로를 허용하거나 차단하기 위해 상측 기체상의 압력의 대표 변수의 함수로써 제어된다.
일실시예에 따르면, 밸브는 스위칭 가능한 3방향 밸브이고 상기 3방향 밸브는 인출된 가스 유동을 증발 챔버로부터 추가 열교환기로, 또는 바이패스 라인으로 이끌기 위해 상측 기체상의 압력의 대표 변수의 함수로써 스위칭된다.
변형예에 따르면, 기체상의 압력은 컨테이너 내부에서 측정되며, 밸브는 압력 문턱값의 함수로써, 그리고 기체상의 측정된 압력의 함수로써 제어된다. 더욱 특정적으로, 기체상의 측정된 압력이 상기 압력 문턱값 위에 있을 때 인출된 가스 유동은 증발 챔버로부터 추가 열교환기로 이끌어진다. 유사하게, 기체상의 측정된 압력이 압력 문턱값 아래에 있을 때 추가 열교환기를 짧게 우회하기 위해, 인출된 가스 유동은 증발 챔버로부터 바이패스 라인으로 이끌어진다.
일실시예에 따르면, 액화 가스의 유동은 컨테이너로부터 인출되고, 상기 인출된 가스 유동과 상측 기체상 사이의 열교환을 일으키기 위해 상측 기체상과 적어도 부분적으로 접촉하고 있는 추가 열교환기로 이끌어진다. 이 작동 모드는 추가 열교환기의 수준에서 수행되는 열교환을 증대시키는 것을 가능하게 하며 결과적으로 기체상의 압력이 문턱값을 초과할 때 수행된다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 위에 언급된 액화 가스의 저장 및 냉각을 위한 설비를 포함하는 선박에 관한 것이다.
일실시예에 따르면, 증기상 가스 이용 회로는 선박의 추진을 위한 유닛과 같은 에너지 생산 유닛이다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 이런 선박을 적재 또는 하역하기 위한 방법도 제공하는데, 여기서 유체는 부유식 또는 육상 저장 설비로부터 선박의 탱크로, 또는 선박의 탱크로부터 부유식 또는 육상 저장 설비로 단열된 라인들을 통해 보내진다.
본 발명의 특정한 측면들은 현실에서 가압 상태에서 액화 천연 가스의 저장이 액체-증기 평형 곡선 상에서 가스의 2상 평형 지점을 이동시키게 된다는 관찰로부터 출발한다. 따라서 가압 상태에서 저장된 액화 천연 가스가, 액화 천연 가스가 대기압과 같은 낮은 압력에서 저장되는 설비로 이송될 때, 천연 가스가 복잡하고 고비용인 종래 기술의 냉각 처리를 받지 않았다면, 이 이송에는 액화 천연 가스의 강력한 증발이 수반된다.
첨부된 도면을 참조로 순수하게 설명적이고 비한정적인 방식으로 주어진 본 발명의 몇몇 특정한 실시예들의 이어지는 설명으로부터 본 발명이 더욱 잘 이해될 것이며 그 다른 목적, 상세, 특성 및 장점들이 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 액화 가스 저장 및 냉각 설비를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 제2 실시예에 따른 액화 가스 저장 및 냉각 설비를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 메탄의 액체-증기 평형도의 다이어그램이다.
도 4는 일실시예에 따른 증발 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 5는 도 4의 증발 장치의 부분적으로 절개된 사시도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 증발 장치의 사시도이다.
도 7은 멤브레인 탱크와 탱크 내에 잠긴 증발 장치의 사시도이다.
도 8은 제1 실시예에 따라 액화 가스의 헤비 프랙션을 회수 및 제거하기 위한 장치가 설치된 증발 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 9는 제2 실시예에 따라 액화 가스의 헤비 프랙션을 회수 및 제거하기 위한 장치가 설치된 증발 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 10은 제3 실시예에 따라 액화 가스의 헤비 프랙션을 회수 및 제거하기 위한 장치가 설치된 증발 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 11은 메탄 수송선과 이 탱크를 위한 적재/하역 터미널의 단면적인 개략 설명도이다.
도 12는 액화 가스 저장 및 냉각 설비의 다른 개략 설명도이다.
도 13은 제3 실시예에 따른 액화 가스 저장 및 냉각 설비를 나타낸다.
도 14는 제4 실시예에 따른 액화 가스 저장 및 냉각 설비를 나타낸다.
도 15는 제5 실시예에 따른 액화 가스 저장 및 냉각 설비를 나타낸다.
도 16은 제6 실시예에 따른 액화 가스 저장 및 냉각 설비를 나타낸다.
도 17은 제7 실시예에 따른 액화 가스 저장 및 냉각 설비를 나타낸다.
발명의 설명 및 청구범위에서 '가스'라는 용어는 단일한 순수 물질로 이루어진 가스 또는 복수의 성분들로 이루어진 가스 혼합물과 같은 선입견 없이 포괄적인 속성 및 목적을 가진다. 따라서 액화 가스는 저온에서 액체상으로 되었으며 통상적인 온도 및 압력 조건에서 증기상으로 나타나는 화학 물질 또는 화학물질들의 혼합물을 의미한다.
도 1에 제1 실시예에 따른 액화 가스 저장 ?? 냉각 설비(1)가 나타나 있다. 이런 설비(1)는 육상 또는 부유식 구조물에 설치될 수 있다. 육상 구조물의 경우, 이 설비는 증기 형태로 가스를 소비하는 유닛들을 구비한 액화 천연 가스 저장을 위해 의도될 수 있다. 이런 소비 유닛들은 발전기 세트, 증기 발전기, 버너 또는, 저장소에 인접하든 상기 저장소에 의해 공급되는 증기 가스 분배 네트워크 상에 있든, 증기 형태로 가스를 소비하는 임의의 다른 유닛들일 수 있다.
부유식 구조물의 경우, 이 설비는 메탄 수송선과 같은 액화 천연 가스 수송선을 위해 의도된 것일 수 있지만 파워 트레인(power train), 발전기 세트, 증기 발전기 또는 임의의 다른 소비 유닛들이 가스를 공급받는 임의의 선박을 위해 의도된 것일 수도 있다. 따라서 이것은 예시적으로 상품 수송 선박, 승객 수송 선박, 낚시용 선박, 부유식 전기 생산 유닛 등일 수 있다.
이 설비(1)는 액화 가스(3)가 저장되는 내부 공간을 구비한 컨테이너를 포함한다. 여기서 이 컨테이너는 밀봉되고 단열된 탱크(2)이다.
일실시예에 따르면, 탱크(2)는 액화 가스를 대기압 또는 준대기압으로 저장하는 것을 가능하게 하는 멤브레인 탱크이며 이런 탱크 내부의 압력은 대기압에 대해 최대 300mbar만큼 변할 수 있다.
이런 멤브레인 탱크는 특히 탱크(2)의 외부로부터 내부로 지지 구조체에 대해 놓인 단열 엘리먼트들을 포함하는 2차 단열 배리어, 2차 밀봉 멤브레인, 2차 밀봉 멤브레인에 대해 놓인 단열 엘리먼트를 포함하는 1차 단열 배리어 및 탱크에 수용된 액화 가스와 접촉하도록 된 1차 밀봉 멤브레인을 포함하는 다층 구조물을 포함할 수 있다. 일례로서, 이런 멤브레인 탱크들은 특히 특허출원 WO14057221, FR2691520 및 FR2877638에 설명되어 있다.
다른 대안적인 실시예에 따르면, 탱크(1)는 타입B 또는 타입C 탱크이다. 이런 탱크는 자립형(self-standing)이며 특히 평행육면체, 다면체, 구체, 실린더형 또는 다엽형(multilobe) 형상을 가질 수 있다. 타입C 탱크들은 실질적으로 대기압보다 높은 압력에서 액화 천연 가스의 저장을 가능하게 하는 특정한 특성을 가진다.
액화 가스(3)는 연료 가스이다. 액화 가스(3)는 특히 액화 천연 가스(LNG)일 수 있는데, 이는 말하자면 대부분의 메탄과, 에탄, 프로판, n-부탄, i-부탄, n-펜탄, 네오펜탄과 같은 하나 또는 그 이상의 다른 탄화수소와 적은 분율로 질소를 포함하는 가스 혼합물이다. 액화 천연 가스는 약 -162°C의 온도에서 대기압으로 저장된다.
연료 가스는 에탄 또는 액화 석유 가스(LPG)일 수 있는데, 이는 말하자면 원유 정재로부터 도출된 본질적으로 프로판과 부탄을 포함하는 탄화수소의 혼합물이다.
이 설비(1)는 컨테이너로부터 액체상인 가스의 유동을 인출하고, 컨테이너에 남아 있는 액화 가스(3)를 냉각하기 위해 가스의 증발 잠열을 이용함으로써 그것을 증발시키기 위해 그것을 팽창시키도록 된 증발 장치(4)를 포함한다.
이런 증발 장치(4)의 작동 원리는 메탄의 액체-기체 평형 상태도를 나타내는 도 3과 관련하여 연상된다. 이 곡선은 X축 상에 나타낸 압력과 Y축 상에 나타낸 온도의 함수로써, 메탄이 액상으로 나타나는, L로 표기된 변역(domain)과 메탄이 기상으로 나타나는, V로 표기된 변역을 나타내고 있다.
지점(P1)은 대기압 및 약 -162°C의 온도에서 탱크(2)에 저장된 메탄의 상태에 상응하는 2상(two-phase) 평형 상태를 나타낸다. 이런 평형 상태의 메탄이 탱크(2)로부터 인출되어 예컨대 약 500mbar의 절대 압력에서 증발 장치(4)에서 팽창되면, 팽창된 메탄의 평형은 좌측으로 지점(P2)에 이르기까지 이동한다. 따라서 적절히 팽창된 메탄은 약 7°C의 온도 감소를 겪는다. 결과적으로, 인출된 메탄은 증발 장치(4)를 통해 탱크(2)에 남아있는 메탄과 접촉하게 배치되며, 증발에 의해 적어도 부분적으로 기화되며 그 기화에 필요한 칼로리를 탱크(2)에 저장된 액체 메탄으로부터 빼앗는데, 이는 탱크(2)에 남아있는 액체 메탄을 냉각하는 것을 가능하게 한다.
도 1에 돌아오면, 증발 장치(4)는:
- 탱크(2)에 저장된 액화 가스(3)에 잠긴 인입구를 포함하는 인입 회로(5);
- 탱크(2)에 저장된 액화 가스(3)에 잠겨 있고, 인출된 가스 유동을 탱크(2)에 남아있는 액화 가스(3)와 열적으로 접촉하도록 배치하기 위해 탱크(2)에 저장된 액화 가스(3)에 잠긴 열교환 벽체들(6)을 포함하는 하나 또는 그 이상의 증발 챔버들(14); 및
- 기체상인 가스의 유동을 증기상 가스 이용 회로(8)로 배출하기 위한 배출 회로(7)
를 포함한다는 것이 관찰된다.
인입 회로(5)에는 도 1에는, 수두 손실을 가능하게 하고 인출된 액화 가스 유동을 팽창시키기 위해 증발 챔버(14) 내부로 드러난 도시되지 않은 하나 또는 그 이상의 수두 손실 부재들에 설치되어 있다.
증발 장치(4)에는 또한 탱크의 외부에 배치되어 있고 배출 회로(7)에 연계된 진공 펌프(9)가 설치되어 있다. 진공 펌프(9)는 탱크(2)에 저장된 액화 가스의 유동을 증발 챔버(14)로 흡입하여 증기상 가스 이용 회로(8)로 기체상으로 방출하는 것을 가능하게 한다.
진공 펌프(9)는 또한 대기압보다 낮은 절대 압력 하에서 증발 챔버(14)를 유지하기 위한 크기로 되어 있다.
액화 천연 가스에 대해, 증발 챔버(14) 내부에서 지배적인 절대 작동 압력은 120mbar와 950mbar 사이, 유리하게는 500mbar와 950mbar 사이, 더욱 특정적으로는 650mbar와 850mbar 사이, 바람직하게는 750mbar의 수준으로 놓여 있다.
증발 챔버(14) 내부의 천연 가스의 고체화를 피하기 위해 증발 챔버(14) 내부의 작동 압력이 메탄 상태도의 삼중점에 대응하는 압력보다 큰 것은 사실상 필수적이다. 이에 더하여, 작동 압력의 증가는 증발 챔버(14) 내부의 가스의 온도와 탱크(2)에 남아 있는 액화 가스의 온도 사이의 온도 차이를 감소시키는 효과를 가진다. 이 경우, 동일한 냉각 용량을 획득하기 위해 요구되는 증발 챔버(14)의 열교환면이 증대되어야 한다. 다른 한편으로, 작동 압력의 감소는 위에 언급한 온도 차이를 증가시키는 효과를 가지며, 따라서 결과적으로 동일한 냉각 용량을 획득하기 위해 필요한 열교환면을 감소시킨다. 그러나 작동 압력의 감소는 열교환 효율을 떨어뜨리는 단점이 있다. 결과적으로, 위에 언급한 작동 압력 범위들이 증발 장치(14)의 컴팩트함과 그 성능 수준 사이의 우수한 타협점을 제공하는 것을 가능하게 한다.
진공 펌프(9)는 기체상 가스 이용 회로(8)의 증기상 가스 수요에 따라 크기가 정해질 수 있다. 일실시예에서, 진공 펌프(9)는 증기상 가스 이용 회로(8)에 공급될 필요가 있는 증기상의 가스의 모든 공급을 보장하기 위해 충분한 증기 유동율을 전달하는 것이 가능하다. 따라서 진공 펌프(9)는 증기상 가스 이용 회로(8)의 수요에 적합하게 된 유동율/압력 특성을 가져야 한다. 일례로써, Ventmeca 126이라는 참조 하에 VentMeca®사에 의해 시판되는 원심팬이 특정한 적용예들에서 적합한 것으로 증명될 수 있다. 이런 원심팬은 250mbar의 진공을 만들어냄으로써 3.3 m3/s의 유동율을 보장하는 것을 가능하게 한다.
진공 펌프(9)는 극저온 펌프인데, 이것은 말하자면 -150°C보다 낮은 극저온을 지원하는 것이 가능하다. 이것은 또한 ATEX 규정에 부합하여야 하는데, 이것은 말하자면 어떤 폭발의 위험도 없애도록 설계된 것이다.
도 1의 실시예에서, 단일한 진공 펌프(9)가 탱크(2)에 저장된 액화 가스(3)의 냉각과 에너지 생산 유닛을 위해 증기상 가스의 공급을 보장하기 위해 증발 챔버(14)를 통한 가스 유동의 순환을 보장하는 것을 가능하게 한다. 도 1로부터 또한, 배출 회로(7)만이 탱크(2)의 구조물을 통과하여 지나가는 것을 볼 수 있는데, 이는 열적인 손실을 제한하고 밀폐 손실의 위험을 감소시키며 밀봉되고 단열된 배리어들 모두와 함께 구조물의 설계를 단순화한다.
선박에 탑재된 설비(1)의 경우, 증기상 가스 이용 회로(8)는 특히 도시되지 않았으나 선박의 추진에 이용되는 파워 트레인의 에너지 생산 유닛에 연결될 수 있다. 이런 에너지 생산 유닛은 특히 열기관, 연료 전지 및 가스 터빈들로부터 선택될 수 있다. 에너지 생산 유닛이 열기관인 경우, 이 엔진은 디젤-천연 가스의 혼합 공급원을 가질 수 있다. 이런 엔진들은 엔진이 디젤에 의해 완전히 동력 공급되는 디젤 모드나 연소를 개시하기 위해 소량의 파일럿 디젤이 분사되지만 엔진의 연료가 대부분 천연 가스로 이루어진 천연 가스 모드로 작동할 수 있다.
이에 더하여, 일실시예에 따르면, 증발된 가스 이용 회로(8)는 가스 소비 유닛의 작동에 적합한 온도로 증기상 가스 유동을 추가적으로 가열하는 것을 가능하게 하는 도시되지 않은 보조적인 열교환기를 더 포함한다. 보조 열교환기는 특히 기체상 가스 유동과 해수 또는 에너지 생산 유닛에 의해 생성된 연료 가스들 사이의 열적인 접촉을 보장할 수 있다.
일실시예에 따르면, 기체상 가스 이용 회로(8)는 또한 증기상 가스 유동을 가열하고 연료 가스를 공급받는 에너지 생산 유닛들의 명세에 부합하는, 예컨대 몇몇 에너지 생산 유닛들을 위해 절대적인 5bar에서 6bar 수준의 압력으로 압축하는 것을 가능하게 하는 압축기를 포함할 수도 있다.
인입 회로(5)에는 증발 장치(4)의 인입구에서 액화 가스의 공급을 차단하는 것을 가능하게 하는 밸브(32)가 설치된다.
일실시예에 따른 증발 장치(4)의 구조가 도 4 및 도 5에 도시되어 있다.
증발 장치(4)는 인입 회로(5)의 상류 끝단에서 탱크(2)에 수용된 불순물이 증발 장치(4)의 인입 회로(5)로 도입되는 것을 방지하는 것을 가능하게 하는 도 5에 나타낸 필터(10)를 포함한다.
이에 더하여, 인입 회로(5)는 몇몇의 스프레이 붐(spray boom)(11)을 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 스프레이 붐(11)은, 스프레이어(sprayer) 및/또는 아토마이저(atomizer)로도 불리며 각각 액체상인 가스를 미세한 방울의 형태로 분사하는 것을 가능하게 하는 하나 또는 그 이상의 오리피스를 구비한 복수의 스프레이 노즐들(13)이 설치된 튜브(12)를 포함한다. 각각의 스프레이 붐(11)은 튜브 형태로 증발 챔버(14)의 내부로 연장된다. 각각의 스프레이 노즐(13)에 의해 생성되는 유동 단면의 변화에 따라 인출된 가스 유동을 팽창시키는 것을 가능하게 하는 수두 손실이 생성된다. 이에 더하여, 미세한 방울들로의 파쇄는 액체상 열교환면의 증대를 통해 증발을 촉진한다.
나타내지 않은 다른 실시예들에서, 인출된 가스 유동을 팽창시키는 것을 가능하게 하는 수두 손실이 스프레이 노즐들에 의해 생성되는 것이 아니라:
- 인입 덕트와 증발 챔버 사이에 배치된 횡단 벽체에 형성되고 각각이 인입 덕트의 직경보다 훨씬 작은 직경을 가지는, 예를 들어 전기적 또는 서모스탯(thermostatic) 파일러팅(piloting)을 가진 모세관 또는 팽창 니들의 형태로 된 하나 또는 그 이상의 오리피스와 같은 유동 단면의 단순한 변형에 의해,
- 증발 챔버(14)의 상류에서 인입 회로에 수용된 세라믹 폼, 금속 폼 또는 오픈 셀(open-cell) 폴리머 폼에 의해, 또는
- 팽창 터빈 또는 수동 팽창 휠과 같은 등엔트로피 팽창 기기에 의해
생성된다는 것에 주목하여야 한다.
나타낸 실시예에서, 증발 챔버들(14)에는 증발 챔버들(14)의 열교환 벽체들(6)과 연계되고 탱크(2)에 수용된 액화 가스(3)와의 열교환면을 강화하는 것을 가능하게 하는 핀(fin)(15)이 설치되어 있다. 핀(15)들은 증발 챔버들(14)의 외부에 배치되어 있고 증발 챔버(14)의 길이 방향에 직각으로 서로 평행하게 연장된다. 증발 챔버들(14)과 핀들(15)은 함께 전반적으로 평행육면체 형태인 열교환기를 구성하는데, 이는 특히 컴팩트하다.
스프레이 노즐들(13)은 액화 가스 방울들이 증발 챔버들(14)의 벽체들(6)의 최대 표면적에 도달할 수 있도록 증발 챔버들(14)을 따라 균일하게 분포되어 있다.
스프레이 노즐들(13)을 통한 팽창 덕택으로, 액화 가스 방울들은 탱크(2)에 저장된 액화 가스(3)로부터 증발 챔버들(14)의 핀들(15)과 벽체(6)를 통해 액화 가스의 증발 잠열을 취함으로써 증발된다.
이에 더하여, 증발 챔버들(14)은, 진공 펌프(9)를 통해 증기상 가스 이용 회로(8)에 결합된 배출 회로(7)의 일부를 형성하는 가스 증기 수집 매니폴드(16) 내로 드러나 있다.
일례로써, 인출된 가스 유동의 증발 온도와 탱크에 저장된 액화 가스의 온도 사이에서 3°C 수준의 온도 차이를 가지고 표준 메탄 수송선의 4개의 탱크들에서의 열플럭스에 상당하는 300KW 급의 냉각 성능을 전달하기 위해, 증발 챔버들(14)의 열교환 벽체들(6)은 탱크 하나당 90 m2 수준의 열교환면을 가질 필요가 있다. 이런 열교환면을 획득하기 위해, 200mm 튜브형 증발 챔버(14)와, 50mm 간격으로 서로로부터 이격되고 1m의 측변을 가진 정사각 형태의 핀들을 포함하는 위에 설명한 바와 같은 핀 열교환기는 대략 4.7m의 길이를 가져야만 할 것이다.
위에 설명된 바와 같은 핀 열교환기가 설치된 증발 장치가 제한적인 공간에서 만족할 만한 열적 성능 수준을 획득하는 것을 가능하게 하지만, 예컨대 코일 또는 플레이트 또는 마이크로 채널 열교환기들과 같은 다른 열교환 기술의 이용 역시 예상될 수 있을 것이다.
도 5에 나타낸 실시예에서, 인입 회로(5)는 또한 스프레이 붐들(11)의 상류에서 액화 가스의 압력을 문턱 압력으로 제한하는 것을 가능하게 하는 압력 레귤레이터(17)를 증발 장치(4)의 인입구에서 포함한다. 이런 압력 레귤레이터(17)는 탱크(2) 내부에서 액화 가스(3)에 의해 가해지는 유체 정역학적 압력과 무관하게, 그리고 결과적으로 탱크(2)의 충전 높이와 무관하게 인입 회로(5)로의 인입구에서 액화 가스 압력을 일정하게 유지하는 것을 가능하게 한다. 일례로써, 압력 레귤레이터(17)에 의해 적용되는 문턱 압력은 대기압 수준의 것이다.
도 6에 나타낸 대안적인 실시예에서, 인입 덕트(5)는 스프레임 붐들(11)의 상류에서, 인입 회로(5)의 인입구에서 탱크(1) 내부의 액화 가스(3)에 의해 가해지는 유체 정역학적 압력보다 큰 배출 압력을 생성할 수 있는 추가 펌프(33)를 포함한다. 인입 회로(5)에는 또한 추가 펌프(33)의 하류에 배치되며 그 문턱 압력이 이번에는 대기압보다 높지만 추가 펌프(33)의 배출 압력보다는 낮은 값으로 설정된 압력 레귤레이터(17)가 설치되어 있다. 이런 배치는 또한 증발 장치(4)에서 취해진 액화 가스 유동의 압력을 탱크(2)에 저장된 액화 가스(3)에 의해 가해지는 유체 정역학적 압력과 무관하게 일정하게 유지하는 것을 가능하게 한다. 이에 더하여, 이 실시예는 또한 스프레이 노즐들(13)에서 구동 압력이 앞선 실시예에서보다 크다는 점에서 유리한데, 이는 한편으로는 필요한 스프레이 노즐들(13)의 수를 제한하며 다른 한편으로 더 큰 유동율 안정성을 보장하는 것을 가능하게 한다. 일례로써, 추가 펌프(33)는 압력 제한기(17)의 문턱 압력이 대략 5bar로 설정되는 한편, 6bar 내지 8bar 수준의 압력으로 액화 가스를 배출하도록 제어될 수 있다. 따라서 진공 펌프(9)가 증발 챔버(14)에서 0.25bar 수준, 즉 말자하면 0.76bar 수준의 절대 압력의 상대적 진공을 생성한다고 가정하면, 스프레이 노즐들(13)에서 구동 압력은 5.25bar 수준의 것이 될 것이다.
도 7에 나타낸 일실시예에 따르면, 증발 장치(4)의 증발 챔버(들)(14), 다시 말해 열교환기가 탱크(2)의 충전 높이와 무관하게 그 잠김을 보장하기 위해 탱크(2)의 바닥에 배치되어 있다. 목표하는 탱크(2)의 타입에 따라 증발 장치(4)의 고정 및 지지가 다양한 방식으로 이루어질 수 있을 것이다.
그 내부 표면 상에 직접적인 고정을 견디는 타입B 또는 타입C 구조의 탱크의 경우, 열 교환기는 탱크(2)의 바닥 벽체에 대해 직접적으로 유지되거나 고정될 수 있다. 이런 실시예에서, 배출 회로(7)에는 팽창/수축을 보상하는 것을 가능하게 하는 벨로즈(bellows)나 보상 피그테일(pigtail)과 같은 보상 수단이 설치된다.
멤브레인 탱크들과 같이 그 내부 표면이 증발 장치(4)의 열교환기를 지지할 수 없는 탱크(2)의 경우, 증발 장치(4)의 열교환기는 단열 배리어들을 통해 탱크(2)의 지지 구조물로 하중을 전달하기 위해 탱크(2)의 지지 구조물에 대해 지지된 지지 푸트(supporting foot)에 고정되어 지지될 수 있다. 일례로써, 지지 푸트가 설치된 밀봉되고 단열된 멤브레인 탱크가 문헌 WO2011/157915에 개시되어 있다.
대안적으로, 증발 장치(2)의 열교환기는 또한 도 6에 도시된 적재/하역 마스트 또는 타워(18)에 고정될 수도 있다. 이런 적재/하역 마스트는 선박의 상부 갑판으로부터 매달려 있으며 갑판에 대한 마스트의 고정 지점에서 가해지는 모멘트를 제한하기 위해 그 바닥 단부에서 가이드된다. 이런 적재/하역 마스트(18)는 예를 들어 문헌 FR2785034에 개시되어 있다.
도 2는 제2 실시예에 따른 액화 가스 저장 및 냉각 설비(1)를 나타내고 있다.
이 실시예에서, 이 설비는 메인 탱크(20)와 밀봉되고 단열된 보조 탱크(19)를 포함한다. 보조 탱크(19)는 메인 탱크(20)보다 더 작은 용량을 가진다. 보조 탱크(19)는 특히 증발 장치(4)의 증발 챔버(1)를 수용하도록 되어 있고 증발 장치(7)를 통해 인출된 가스의 유동과 메인 탱크(20)에 저장된 액화 가스(3) 사이의 열교환의 생성을 위한 챔버를 제공하도록 되어 있다.
이를 위해, 보조 탱크(19)는 전달 덕트(21)와 복귀 덕트(22)를 통해 메인 탱크(20)에 연결되어 있다. 이 설비(1)는 또한 액화 가스를 전달 덕트(21)와 복귀 덕트(22)를 통해 메인 탱크(20)와 보조 탱크(19) 사이로 순환시키는 것을 가능하게 하는 펌프(23)도 포함한다. 전달 덕트(21)는 그 충전 수준이 낮더라도 메인 탱크(20)에 저장된 액화 가스의 펌핑을 가능하게 하도록 메인 탱크(20)의 바닥 근처까지 드러나 있다.
이런 실시예는 액화 가스의 온도의 더 나은 표준화를 가능하게 하며 메인 탱크(20) 내부에서 열 층상화(thermal layering)의 발생을 제한한다는 점에서 유리하다. 또한, 보조 탱크(19)가 메인 탱크(20)보다 작은 크기를 가졌기 때문에, 이 실시예는 또한 증발 장치(4)의 증발 챔버가 거의 메인 탱크(20)가 비워질 때까지 잠긴 채로 유지되는 것을 보장하는 것을 가능하게 하기도 한다. 끝으로, 이런 보조 탱크(19)는 또한 증발 장치(4)가 잠겨있도록 하기 위해 보조 탱크(19)가 몇몇의 메인 탱크들(20)에 결합되는 변형된 실시예들도 가능하게 해준다.
일반적으로, 본 발명은 증발 장치가 밀봉되고 단열된 탱크의 내부 공간에 배치되는 설비들로 한정되지 않으며, 한편으로는 증발 장치가 액화 가스 화물로부터 액화 가스 유동을 인출하며 다른 한편으로 인출된 유동을 증발시키기 위해 그 동일한 화물의 잔여 부분으로부터 칼로리를 추출하는 모든 설비들을 대상으로 한다. 따라서, 발명의 설명 및 청구범위에서, 그 내부에 증발 장치(4)의 증발 챔버(14)가 배치되는 객체를 대상으로 하는 '컨테이너'라는 용어는 포괄적인 속성을 가지며 예컨대 탱크 또는 파이프 라인과 같이, 액화 천연 가스를 수용하거나 이송할 수 있는 임의의 객체를 대상으로 한다.
도 8 내지 도 10은 세 가지 구별되는 실시예들에 따라 액화 가스의 헤비 프랙션(heavy fraction)을 회수하거나 없애기 위한 장치(24)가 설치된 증발 장치들(4)을 개략적으로 나타내고 있다. 이런 헤비 프랙션 회수 및 제거 장치(24)는 더 특징적으로는 액화 천연 가스와 같은 기체상 혼합물의 저장을 위해 의도된 설비들(1)을 대상으로 한다.
가스의 헤비 프랙션은 가스의 가장 휘발성 적은 성분, 다시 말해 액화 천연 가스에 대해 가장 긴 탄소 연쇄를 가진 탄화수소들로 이루어진다. 그 낮은 휘발성을 고려하면, 가스의 헤비 프랙션은 적어도 부분적으로 액체상으로 남아 있거나 증발 장치(4)의 증발 챔버들(14) 내부에 응축되기 쉽다. 따라서 증발 챔버(14)가 헤비 프랙션으로 포화되는 것을 막기 위해 증발 장치(4)에 헤비 프랙션 회수 장치(24)를 구비하는 것이 적절하다.
액체상으로 헤비 프랙션의 이런 회수를 가능하게 하기 위해, 증발 챔버들(14)은 액체가 중력에 의해 흐르도록 하는 경사면을 구비하며 액체를 경사면의 낮은 지점에 배치된 수용기(25)로 인도한다. 부유식 구조물로의 적용예에 대해, 증발 챔버는 이상적으로 그것의 가장 안정적인 축을 따라 배향될 것이다. 예를 들어, 선박의 경우 선박의 축을 따른다.
도 8의 실시예에서, 헤비 프랙션 회수 수용기(25)는 펌프(27)가 구비된 제거 덕트(26)과 연계된다. 제거 덕트(26)는 에너지 생산 유닛으로의 전달 이전에 이 헤비 프랙션의 온도를 설정하고 증발시키도록 된 도시하지 않은 헤비 프랙션 조절 장치로 헤비 프랙션을 이끄는 것을 가능하게 한다.
도 9에 나타낸 실시예에서, 헤비 프랙션 회수 수용기(25)에는 전기 저항(들) 또는 액체상인 가스의 헤비 프랙션과 해수 또는 에너지 생산 유닛에 의해 생성된 연료 가스 사이의 열교환을 보장하는 열교환기를 구비한 장치와 같은 가열 장치(28)가 설치되어 있다. 따라서 가열 장치는, 제거 덕트(26)를 통해 헤비 프랙션을 에너지 생산 유닛으로 이끌기 위해 회수 수용기(25)에 저장된 헤비 프랙션을 증발시키는 것을 가능하게 한다. 이 실시예에서 수용기(25) 및 제거 덕트(26)는 헤비 프랙션의 증기상으로부터 탱크(2)에 저장된 액화 가스(3)로의 칼로리 전달을 제한하고 따라서 헤비 프랙션의 재응축을 회피하기 위해 열적으로 단열된다. 이에 더하여, 이런 실시예에서, 헤비 프랙션 회수 수용기(26)는 증발된 헤비 프랙션이 증발 장치(4)의 증발 챔버들(14)로 재진입되는 것을 방지하는 것을 가능하게 하는 트랩(29) 또는 역지 밸브(non-return valve)를 통해 증발 챔버들(14)에 결합된다.
도 10에 나타낸 실시예에서, 수용기(25)는 배출 회로(7)에 결합되어 있다. 이 경우 배출 회로(7)는 Y커플링을 통해 도시하지 않은 유체 공급 회로에 결합되어 있다. 따라서, 헤비 프랙션들을 헤비 프랙션 제거 라인(26)으로 배출하기 위해, 유체를 배출 회로(7)로 통과시키는 것이 가능하다. 일실시예에서, 유체 공급 회로는 증기상인 가스에 의해 헤비 프랙션들을 배출하기 위해 탱크(2)의 기체 정상부에 결합될 수 있다. 그러면 헤비 프랙션 제거 라인(26)이 헤비 프랙션 조절 장치에 결합된다. 다른 실시예에서, 유체 공급 회로는 가스를 액화된 형태로 공급하는 회로일 수 있다. 그러면 헤비 프랙션 제거 라인(26)은 탱크(2)에 결합될 수 있다. 그러면 헤비 프랙션이 탱크(2)로 배출된다.
이에 더하여, 수용기(25)는 밸브 또는 역지 밸브(30)를 통해 제거 덕트(26)에 결합되어 있다. 또한 수용기(25)는 밸브 또는 역지 밸브(31)를 통해 튜브형 챔버들(14)에 결합되어 있다.
따라서, 헤비 프랙션을 제거할 때, 밸브 또는 역지 밸브(31)는 폐쇄 상태로 있는 반면, 밸브 또는 역지 밸브(30)는 개방 상태로 있다. 그러면 증발 챔버들(14)을 통한 가스의 순환이 중단된다. 다른 한편, 증발 챔버들(14)을 통한 가스의 순환이 재확립될 때, 밸브 또는 역지 밸브(31)는 개방 상태로 있는 반면 밸브 또는 역지 밸브(30)은 폐쇄 상태로 있다. 따라서 밸브 또는 역지 밸브(31)는 헤비 프랙션이 제거되고 있는 중일 때 증발 챔버(14)에서 증기상인 가스가 탱크(2)로 이끌어지지 않는 것을 보장하는 것을 가능하게 하며, 밸브 또는 역지 밸브(30)는 진공 펌프(9)가 배출 회로(7)를 감압할 때 특히 탱크(2)에 수용된 액화 가스가 수용기(25)로 펌핑되도록 하는 것을 방지하는 것을 가능하게 한다.
위에서 설명된 바와 같은 액화 가스 저장 및 냉각 설비(1)는 액화 가스의 증발율을 상당히 감소시키는 것을 가능하게 한다. 이런 저장 및 냉각 설비(1)의 효율은 증기상 가스 이용 회로(8)의 증발된 가스 공급 필요량과 탱크(2)의 용량 사이의 비율에 따라 달라진다. 따라서, 천연 가스 필요량이 전형적으로 0.1 내지 1.5 kg/s의 수준이고 150,000 m3보다 클 수 있는 저장 용량을 가진 메탄 수송선의 경우, 액화 천연 가스의 자연적인 증발이 완전히 없어지지는 않지만 그래도 절반으로 감소될 수 있어서 0.04와 0.06% 사이의 일일 증발율을 얻을 수 있다. 설비의 목적이 선박의 추진을 보장하는 것만인 선박의 경우, 탱크의 용량은 예컨대 수백에서 수천 m3의 수준으로 더 제한되는 반면, 메탄 수송선과 유사한, 말하자면 0.1에서 1.5 kg/s 수준의 천연 가스 필요량을 가진다. 이런 설비의 효율은 상당한 천연 가스 소비량과 제한된 용량의 탱크들을 구비한 구동 시스템들을 포함하는 선박들이 거의 0인 자연 증발율을 획득하는 것을 가능하게 한다.
도 12는 증발 장치(4)가 탱크(2)에 수용된 액화 가스에 냉각 용량 P를 공급하고 이용 회로(8)에 증기상인 가스의 유동율 Q를 공급하는 것을 가능하게 하는 점을 나타낸 설비(1)를 개략적으로 나타내고 있다. 증발 장치(4)의 크기 및 그 구성 요소들, 특히 진공 펌프(9)와 증발 챔버(14)의 크기를 결정하기 위해, 다음과 같은 사항들이 고려될 수 있다:
- 영구적인 작동 조건에서, 크기 결정은 액화 가스를 수용한 컨테이너에서 요구되는 냉각 용량 및/또는 이용 회로에서 요구되는 증기상인 가스의 유동율에 의해 좌우된다.
몇몇 적용예에서, 이용 회로(8)에서 요구되는 기체상인 가스의 유동율은 증발 장치(4)에 대한 주요 크기 결정 규준일 수 있다. 일례로서, 원양 선박들에서 메인 엔진의 평균 출력은 전형적으로 수 MW에서 수십 MW의 수준이다. 증발 장치(4)로부터 기체상인 가스의 유동율 Q가 저장 탱크에서의 모든 필요량에 상응하는 냉각 용량을 생산하는 것을 가능하게 하지 않는다면, 저장 탱크에 수용된 액화 가스에 보조적인 냉각 성능 Paux 를 더하기 위해 보조 냉각 장치(미도시)를 제공하는 것이 가능하다.
다른 적용예에서, 특히 이용 회로(8)의 증기상인 가스에 대한 필요량이 높고 컨테이너에 수용된 액체상 가스를 지나치게 냉각하는 것 및/또는 증발 장치(4)를 지나치게 크게 만드는 것이 바람직하지 않다면, 대기압 하에서 그 증발 온도보다 낮은 온도에서 컨테이너에 수용된 가스를 유지하기 위해 필요한 냉각 성능은 증발 장치(4)의 주요 크기 결정 규준일 수 있다. 따라서, 증발 장치(4)로부터의 냉각 용량 P가 이용 회로(8)에서의 모든 필요량에 상응하는 기체상인 가스의 유동율을 생성하는 것을 가능하게 하지 않는다면, 이용 회로(8)에 보조적인 증기 유동율 Qaux를 더하기 위해 보조 증발 장치(미도시)를 제공하는 것이 가능하다. 대응하는 실시예에서, 액체상인 화물을 냉각하고, 생산되어야 하는 증기상인 가스의 유동의 일부를 공급하기 위해 증발 장치(4)가 LNG 재가스화 터미널에 채택된다.
- 증발 챔버에서, 증발 챔버(14)의 최적화된 이용을 위해, 인출된 액화 가스의 유동의 모든 라이트 프랙션(light fraction), 말하자면 액화 천연 가스의 경우 메탄을 증발시키는 것이 바람직하다.
- 획득되는 냉각 용량 P는 몇가지 파라미터들의 조합에 따라 달라진다: 진공 펌프(9)의 질량 유동율 및 액화 가스의 증발 잠열
- 열교환기는 이 냉각 용량 P를 컨테이너의 내용물로 전달할 수 있는 크기로 되어야 한다.
도 13 내지 도 17에 나타낸 액화 가스 저장 및 냉각 설비들은 증발 장치(4)가 추가적인 열교환기(34)를 포함한다는 점에서 도 1에 나타낸 것과 다르다.
도 13을 참조하면, 추가 열교환기(34)가 상류에서 증발 챔버(14)에, 그리고 하류에서 배출 회로(7)에 결합되어 있는 것을 볼 수 있다. 바꾸어 말해, 추가 열교환기(34)는, 가스의 유동이 증발 챔버(14)로부터 추가 열교환기(34)로, 이어서 추가 열교환기(34)로부터 배출 회로(7)로 안내되도록, 증발 챔버(14)의 배출구와 배출 회로(7)의 인입구 사이에 배치되어 있다.
추가 열교환기(34)는 탱크(2)에 저장된 유체의 기체상(35)과 접촉하여 배치되도록 되어 있으며, 인출된 가스 유동과 탱크(2)에 저장된 유체의 기체상 사이에서의 열교환을 목적으로 한다. 탱크(2)에 저장된 유체의 기체상(35)과의 열교환을 가능하게 하기 위해, 추가 열교환기(35)는 탱크(2) 상측 부분, 더욱 특정적으로는 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 탱크(2)의 최대 충전 한계 위에 배치된다. 일례로써, 메탄 수송선의 경우, 이 최대 충전 한계는 탱크(2)의 내부 공간의 용적의 98% 수준의 충전에 상당한다.
따라서 이 추가 열교환기(34)는 탱크(2)에서의 자연적인 증발로부터 도출된 기체상(35)의 일부를 응축 및/또는 냉각하는 것을 가능하게 하는 응축기로서 기능한다. 그러므로 추가 열교환기(34)는 탱크(2)로부터 인출된 가스 유동과 탱크 내에 남아 있는 가스 사이의 열교환을 증강하는 것을 가능하게 한다. 사실상, 증발 챔버(6)는 교환될 칼로리 전체를 전달할 수는 없으며, 그 배출구에는 증발 챔버(6)의 배출구에서 증발된 가스 유동의 온도와 탱크(2)에 남아 있는 액체상(3)의 온도 사이에 10분의 몇 도에서 몇 도 수준의 차이가 불가피하게 존재한다. 바꾸어 말해, 증발된 가스 유동은 증발 챔버(14)를 탱크에 저장된 액체상보다 낮은 온도로 남겨둔다. 따라서 추가 열교환기(34)는 이 이용가능한 칼로리를 탱크(2)에서의 자연적인 증발로부터 도출된 기체상(35)의 일부를 응축하는 데에 활용하는 것을 가능하게 한다.
일례로써, 증발 챔버(6)의 배출구에서 증발된 가스 유동의 온도와 탱크(2) 내에 남아 있는 액체상의 온도 사이에 2°C의 차이와 1 kg/s의 유동율을 고려하면, 4kW의 냉각 용량이 증기의 일부를 응축하는 데에 이용될 수 있다.
또한, 탱크(2)가 그 최대 충전 높이까지 충전되어 있지 않다면, 기체상은 탱크 내부에서 층상을 이루기 쉬워서 탱크의 상측 부분의 기체상의 온도가 탱크에 저장된 가스의 액체상의 평형 온도보다 훨씬 높다.
일례로써, -161°C 수준의 온도에서 저장된 액화 천연 가스의 경우, 기체상의 온도는 탱크(2)의 상측 부분에서 80°C에 도달할 수 있다. 이 경우, 유동율이 1 kg/s라고 하면, 165 kW 의 수준인 훨씬 큰 냉각 용량이 기체상의 일부를 냉각하고 응축시키는 데에 이용될 수 있다.
추가 열교환기(34)는 특히 증발 챔버(14)의 열교환 벽체들(6)과 유사한 구조를 가질 수 있다. 추가 열교환기(34)는 특히 핀(fin) 열교환기일 수 있다. 그러나 예컨대 코일 열교환기 또는 플레이트 열교환기와 같은 임의의 다른 열교환기 기술을 이용하는 것을 예상하는 것도 가능할 것이다. 추가 열교환기(34)는 또한 도 7과의 관계에서 설명되고 묘사된 하역 마스트 또는 타워에 고정될 수도 있다. 나타내지 않은 실시예에 따르면, 증발 챔버(14)와 추가 열교환기(34)는 동일한 열교환기 안에서 교대로 형성되는데, 여기서 잠긴 부분은 탱크(2)에 저장된 가스의 액체상(3)과의 열교환을 보장하는 한편 드러난 부분은 기체상(35)과의 열교환을 보장한다.
도 13에 나타낸 실시에에서, 증발 장치(4)는 추가 열교환기(34)의 짧은 우회(short-circuiting)를 허용하는 바이패스 라인(36)을 더 포함한다. 이를 위해, 증발 장치(4)는, 여기서 3방향 밸브(37)가 구비된 첫 번째 3방향 커플링을 포함하는데, 이것은 증발 챔버(14), 바이패스 라인(36) 및 추가 열교환기(34)에 결합되어 있다. 3방향 밸브(37)는 증발 챔버(14)로부터 추가 열교환기(34)로 가스의 유동을 수행하는 제1 위치와, 추가 열교환기(34)를 짧게 우회하기 위해 증발 챔버(14)로부터 바이패스 라인(36)으로 가스의 유동을 수행하는 제2 위치 중 어느 하나를 선택적으로 취할 수 있다.
이 장치는 바이패스 라인(36)을 배출 회로(7)에 결합하고 추가 열교환기(34)를 배출 회로(7)에 결합하는 두 번째 3방향 커플링을 더 포함한다. 도 13에서, 두 번째 3방향 커플링에도 역시 3방향 밸브(38)가 설치되어 있다.
3방향 밸브(37) 및 선택적으로 3방향 밸브(38)는 특히 압력 문턱값 아래의 압력으로 기체상(35)을 유지하기 위해 탱크 내의 기체상의 압력의 대표 변수의 함수로써 제어될 수 있다. 따라서, 탱크 내부에 저장된 액화 천연 가스의 자연적인 증발에 의해 생성될 수 있으며 탱크(2)에 손상을 줄 수 있는 과도압력의 생성이 방지된다.
이를 위해, 일실시예에 따르면, 이 장치는 기체상(35)의 압력의 대표 신호를 3방향 밸브(37)의 제어 유닛으로 전달할 수 있는, 나타내지 않은 측정 센서를 포함한다.
제어 유닛은 측정된 압력을 압력 문턱값과 비교하고, 측정된 압력이 압력 문턱값보다 커질 때 3방향 밸브(37)를, 증발 챔버(14)로부터 추가 열교환기(34)로의 가스의 유동을 수행하는 그 제1 위치로 작동시킨다. 다른 한편, 측정된 압력이 제2 압력 문턱값 이하일 때 제어 유닛은 3방향 밸브(37)의 변위를, 증발 챔버(14)로부터 바이패스 라인(36)으로의 가스의 유동을 수행하는 그 제2 위치로 작동시킨다. 이 제2 압력 문턱값은 제1 압력 문턱값과 같거나 더 낮을 수 있는데, 후자의 경우 3방향 밸브(37)의 시기 부적절한 스위치 전환을 방지하는 것을 가능하게 하는 이력 현상(hysteresis phenomenon)을 생성하는 것을 가능하게 한다.
일례로써, 3방향 밸브(37)의 변위를 그 제2 위치로부터, 증발 챔버(14)로부터 추가 열교환기(34)로의 가스의 유동을 수행하는 그 제1 위치로 이끌 수 있는 제1 압력 문턱값은 1200mbar의 수준이며, 3방향 밸브(37)의 변위를 그 제1 위치로부터, 증발 챔버(14)로부터 바이패스 라인(36)으로의 가스의 유동을 수행하는 그 제2 위치로 이끌 수 있는 제2 압력 문턱값은 1050mbar의 수준이다. 따라서, 이런 동작은 기체상의 압력이 정해진 압력 범위 내에 남아있는 것을 보장하는 것을 가능하게 한다. 이것은 그 밀봉 멤브레인이 상당한 과도 압력 또는 압력 강하의 경우에 손상될 수 있는 멤브레인 탱크의 경우에 특히 유리하다.
도 14는 바이패스 라인(36)을 배출 회로(7)에 결합하고 추가 열교환기(34)를 배출 회로(7)에 결합하는 두 번째 3방향 커플링에 3방향 밸브(38)가 설치되지 않았다는 점에서만 도 13의 실시예와 차이가 있는 증발 장치(4)를 나타내고 있는데, 이는 장치를 단순화하는 것을 가능하게 한다.
도 15에 나타낸 증발 장치는 증발 챔버(14)를 바이패스 라인(36)과 추가 열교환기(34)에 결합하는 것을 가능하게 하는 첫 번째 3방향 커플링에 3방향 밸브(37)가 설치되지 않았다는 점에서만 도 14의 실시예와 다르다. 그러나 바이패스 라인(46)에는 바이패스 라인(36)을 통한 가스 유동의 통로를 선택적으로 허용하거나 차단하는 것을 가능하게 하는 밸브(39)가 설치되어 있다. 따라서, 밸브(39)가 폐쇄되어 있을 때 가스의 유동은 추가 열교환기(34)로 이루어지는 한편, 밸브가 개방되어 있을 때 가스의 유동은, 추가 열교환기(34)를 통과하는 것에 비해 바이패스 라인(36)을 통과하는 것의 손실 수두가 더 낮기 때문에 우선적으로 바이패스 라인(36)을 통과하여 이루어진다.
도 16의 증발 장치(14)는 증발 챔버의 상류에서 인출된 유동의 전부 또는 일부를 그 유동이 증발 챔버(14)를 통과하지 않고 추가 열교환기(34)로 이루어지도록 하기 위해 분기하는 것을 가능하게 하는 바이패스 라인(40)을 포함한다는 점에서 도 13 내지 도 15의 실시예들과 다르다. 그러면 인출된 가스 유동의 전부 또는 일부의 증발이 추가 열교환기(34)를 통해 수행되고 후자에는 이 경우에 수두 손실 부재가 설치되어 있다. 바이패스 라인(40)은 한편으로 증발 챔버의 상류에서 인입 회로(5)에 결합되고 다른 한편으로 추가 열교환기(34)의 인입구에 결합되어 있다.
바이패스 라인(36)에는 증발 챔버(14)를 통과하지 않고 추가 열교환기(34)로 이끌어지는 액화 가스 유동율을 조절하는 것을 가능하게 하는 유동 미터(42)와 연계된 밸브(41)가 설치되어 있다.
유사하게, 증발 챔버(14)의 배출구를 추가 열교환기(34)의 인입구로 연결하는 덕트에도, 증발 챔버(14)로부터 추가 열교환기(34)로 이끌어지는 액화 가스의 유동율을 조절하는 것을 가능하게 하는 유동 미터(43)와 연계된 밸브(43)가 설치되어 있다.
그러므로 이런 배치는 따라서 증발 챔버(14)와 추가 열교환기(34)가 병행 작동하는 것을 허용한다. 이 병행 작동 모드는 탱크의 냉각율을 증대시키고 따라서 특정한 압력 특정값을 초과할 때 탱크의 기체 정상부에서의 압력을 신속히 감소시키는 것을 가능하게 한다는 점에서 유리하다.
일실시예에 따르면, 인출된 가스 유동의 증발 챔버(14)를 통과하는 일부와 증발 챔버(14)를 통과하지 않고 추가 열교환기(34)를 통과하는 일부의 비율은 기체상의 압력의 함수로써 결정된다.
도 17은 또 다른 변형 실시예를 도시하는데, 여기서 증발 장치에는 2개의 진공 펌프들(9, 45)이 설치되어 있다. 진공 펌프들 중 하나(9)는 바이패스 라인(36)에 결합되어 있으며 따라서 증발 챔버(14)를 통해 순환하는 가스 유동율을 제어하는 것을 가능하게 하는 한편, 다른 진공 펌프(45)는 추가 열교환기(34)의 배출구에 결합되어 있고 따라서 추가 열교환기(34)를 통해 순환하는 가스 유동율을 제어하는 것을 가능하게 한다. 이런 배치는 증발 챔버(14)와 추가 열교환기(34)를 통해 순환하는 가스의 유동율들을 완전히 독립적으로 제어하는 것을 가능하게 함으로써 작동의 더 큰 유연성을 제공한다.
도 11을 참조하면, 이런 액화 천연 가스 저장 및 냉각 설비가 설치된 메탄 수송선(70)의 단면도를 볼 수 있다. 도 11은 선박의 이중 선체(72)에 장착된 전반적으로 다면체 형태의 밀봉되고 단열된 탱크(71)를 보여주고 있다. 탱크(71)의 벽체는 탱크에 수용된 액화 천연 가스와 접촉하도록 된 1차 밀봉 배리어, 1차 밀봉 배리어와 선박의 이중 선체(72) 사이에 배치된 2차 밀봉 배리어, 그리고 각각 1차 밀봉 배리어와 2차 밀봉 배리어의 사이와 2차 밀봉 배리어와 이중 선체(72)의 사이에 배치된 2개의 단열 배리어들을 포함한다.
그 자체로서 알려진 바와 같이, 선박의 상갑판에 배치된 적재/하역 라인들(73)은 적절한 커넥터들에 의해 액화 천연 가스 화물을 탱크(71)로부터 또는 탱크(71)로 수송하기 위한 해상 또는 항만 터미널에 결합될 수 있다.
도 11은 또한 적재 및 하역 스테이션(75), 해저 덕트(76) 및 육상 설비(77)를 포함하는 해상 터미널의 일례를 나타내고 있다. 적재 및 하역 스테이션(75)은 이동식 암(arm)(74)과 이동식 암(74)을 지지하는 타워(78)를 포함하는 고정된 연안 설비이다. 이동식 암(74)은 적재/하역 라인들(73)에 연결될 수 있는 단열된 유연성 파이프 다발(79)을 갖고 있다. 지향 가능한 이동식 암(74)은 모든 메탄 수송선 템플레이트(template)에 적응된다. 나타내지 않은 링크 덕트가 타워(78) 내부로 연장되어 있다. 적재 및 하역 스테이션(75)은 메탄 수송선(70)을 육상 설비(77)로부터 적재하거나 육상 설비(77)로 하역하는 것을 가능하게 한다. 후자는 액화 가스 저장 탱크들(80) 및 해저 덕트(76)에 의해 적재 및 하역 스테이션(75)으로 연결된 링크 덕트들(81)을 포함한다. 해저 덕트(76)는 적재 및 하역 스테이션(75)과 육상 설비(77) 사이에서 먼 거리, 예컨대 5km에 걸쳐 액화 가스를 이송하는 것을 가능하게 하는데, 이는 적재 및 하역 작업 중에 메탄 수송선(70)이 해안으로부터 먼 거리 떨어져 있는 것을 가능하게 한다.
액화 가스의 이송에 필요한 압력을 생성하기 위해, 선박(70) 내의 탑재 펌프들 및/또는 육상 설비(77)에 설치된 펌프들 및/또는 적재 및 하역 스테이션(75)에 설치된 펌프들이 이용된다.
본 발명이 몇몇 특정한 실시예들과 관련하여 설명되었으나 명백하게도 본 발명은 어떤 식으로도 이에 한정되지 않으며 본 발명의 범위에 속한다면 설명된 수단들의 모든 기술적인 동등물들 및 그들의 조합들을 포함한다.
"포함하다" 또는 "이루어지다" 및 이들의 활용형들의 사용은 청구항에서 언급된 것 이외의 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 구성요소 또는 단계에 대한 부정관사 "a" 또는 "an"(즉, "하나의")의 사용은 달리 명기되지 않는다면 그런 구성요소 또는 단계가 복수로 존재하는 것을 배제하지 않는다.
청구항들에서 괄호 안의 참조기호는 청구항의 한정으로 해석되어서는 안된다.

Claims (29)

  1. 액화 가스를 냉각하기 위한 증발 장치(4)로서; 상기 증발 장치(1)는:
    - 액화 가스(3)로 충전되도록 된 컨테이너(2, 19)의 내부 공간에 배치된 증발 챔버(14)로서, 증발 챔버(14)의 내부 공간과 컨테이너(2, 19)의 내부 공간에 존재하는 액화 가스(3) 사이에 열교환을 허용하는 열교환 벽체들(6)을 포함하는 증발 챔버(14);
    - 컨테이너(2, 19)로부터의 액체상인 액화 가스의 유동을 인출하기 위해 컨테이너(2, 19)의 내부 공간으로 드러난 인입구 및 인출된 가스 유동을 팽창시키기 위해 증발 챔버(14)의 내부공간으로 드러난 수두 손실 부재(13)를 포함하는 인입 회로(5);
    - 인출된 가스 유동을 증발 챔버(14)로부터 증기상 가스 이용 회로(8)로 기체상으로 제거하도록 배치된 배출 회로(7)로서; 가스 유동을 증발 챔버(14)로 흡입하고 증기상 가스 이용 회로(8)로 배출하며 증발 챔버(14) 내에서 대기압보다 더 낮은 절대 압력을 유지할 수 있는 진공 펌프(9)를 포함하는 배출 회로(7)
    를 포함하는 증발 장치.
  2. 제1항에 있어서, 진공 펌프(9)는 증발 챔버(14) 내를 순환하는 가스 유동을 120mbar와 950mbar 사이의 절대 압력 하에 둘 수 있는 증발 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 인입 회로(5)는 수두 손실 부재(13)의 상류에서 압력 레귤레이터(17)를 포함하는 증발 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서, 인입 회로(5)는 수두 손실 부재(13)의 상류에서, 액체상인 액화 가스의 유동을 흡입할 수 있고 컨테이너(2, 19)의 내부 공간에서 도달될 수 있는 유체 정역학적 최대 압력보다 높은 배출 압력을 인입 회로(5)의 인입구에서 생성할 수 있는 추가 펌프(33)를 포함하는 증발 장치.
  5. 제4항에 있어서, 인입 회로(5)는 인입 덕트(5)에서 추가 펌프(33)에 의해 배출되는 액화 가스의 압력을 추가 펌프(33)의 배출 압력보다 낮은 문턱 압력으로 제한할 수 있으면서 추가 펌프(33)의 하류에 배치된 압력 레귤레이터(17)를 더 포함하는 증발 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서, 인입 회로(5)는 증발 챔버(14) 내부로 액화 가스를 분사할 수 있는 스프레이 노즐들(13)로부터 형성된 복수의 수두 손실 부재들을 포함하는 증발 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 열교환 벽체들(6)은 증발 챔버(14)의 열교환면을 증강하도록 된 핀들(15)을 포함하는 증발 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 한 항에 있어서, 증발 챔버(14)와 연계되며, 인출된 액화 가스의 헤비 프랙션을 회수 및 제거하기 위한 장치(24)를 포함하는 증발 장치.
  9. 제8항에 있어서, 증발 챔버(14)는 경사면을 구비하며, 액화 가스의 헤비 프랙션을 회수 및 제거하기 위한 장치(24)는 헤비 프랙션을 중력에 의해 수집하도록 증발 챔버(14)의 낮은 지점에 연결된 수용기(25)를 포함하는 증발 장치.
  10. 제9항에 있어서, 수용기(25)는 밸브, 덕트, 역지 밸브(31) 또는 트랩(29)에 의해 증발 챔버(14)에 결합된 증발 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 액화 가스의 헤비 프랙션을 회수 및 제거하기 위한 장치(24)는 수용기(25)에 연결된 제거 덕트(26)를 더 포함하고, 제거 덕트(26)는 수용기(25)로부터 컨테이너(2, 19) 또는 헤비 프랙션 조절 장치로 연장된 증발 장치.
  12. 제11항에 있어서, 제거 덕트(26)에는 제거 덕트(26)를 통해 액체상인 헤비 프랙션을 배출하기 위한 펌프(27)가 설치된 증발 장치.
  13. 제11항에 있어서, 액화 가스의 헤비 프랙션을 회수 및 제거하기 위한 장치(24)는 헤비 프랙션을 증발시키기 위해 수용기(25)의 내부 공간을 가열할 수 있는 가열 장치를 더 포함하고; 제거 덕트(26)는 증기상인 헤비 프랙션을 제거할 수 있는 증발 장치.
  14. 제11항에 있어서, 제거 덕트(26)는 밸브 또는 역지 밸브(30)를 통해 수용기(25)에 연결되어 있고, 수용기(25)의 내부 공간은 장치의 배출 회로(7)와 연결되며, 배출 회로(7)는 수용기(25)에 수용된 헤비 프랙션을 제거 덕트(26)로 배출하도록 유체를 배출 회로(7)를 통해 수용기(25)로 배출할 수 있게 Y커플링을 통해 유체 공급 장치로 결합된 증발 장치.
  15. 제1항 내지 제15항 중 한 항에 있어서, 상류에서 증발 챔버(14)에 결합되고 하류에서 배출 회로(7)에 결합되는 추가 열교환기(34)를 더 포함하고, 상기 추가 열교환기(34)는 적어도 부분적으로 액화 가스(3)로 충전되도록 된 컨테이너(2)의 내부 공간의 상측 부분에 배치된 증발 장치.
  16. 제15항에 있어서, 제1 바이패스 라인(36)과, 증발 챔버(14)를 추가 열교환기(34) 및 제1 바이패스 라인(36)으로 결합하는 첫 번째 3방향 커플링과, 증발 챔버(14)로부터 제1 바이패스 라인(36)으로의 인출된 가스 유동의 통로를 선택적으로 허용 또는 차단할 수 있는 밸브(37, 39)를 포함하는 증발 장치.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 인출된 액화 가스의 적어도 일부를 인입 회로로부터 제2 바이패스 라인(40)으로 이끌기 위해 한편으로 수두 손실 부재(13)의 상류에서 인입 회로(5)에 결합되고 다른 한편으로 추가 열교환기(34)에 결합된 제2 바이패스 라인(40)을 포함하고, 증발 챔버(14)를 통해 그리고 상기 제2 바이패스 라인(40)을 통해 각각 순환하는 가스 유동들의 유동율들을 조절할 수 있는 레귤레이션 수단(40, 42, 43, 44)을 더 포함하는 증발 장치.
  18. 내부 공간을 구비한 컨테이너(2, 19)와 제1항 내지 제17항 중 한 항의 증발 장치를 포함하고, 상기 증발 장치의 증발 챔버(14)는 상기 컨테이너(2, 19)의 내부 공간에 배치된 액화 가스 저장 및 냉각 설비.
  19. 제18항에 있어서, 컨테이너(2, 19)는 밀봉되고 단열된 탱크인 설비.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 컨테이너는 밀봉되고 단열된 보조 탱크(19)이고, 상기 설비(1)는 밀봉되고 단열된 메인 탱크(20), 전달 덕트(21) 및 메인 탱크(20)와 보조 탱크(19)를 연결하는 복귀 덕트(22), 메인 탱크(20)와 보조 탱크(19) 사이에서 전달 덕트(21)와 복귀 덕트(22)를 통해 액화 가스를 순환시킬 수 있는 펌프(23)를 더 포함하는 설비.
  21. 제18항 내지 제20항 중 한 항에 있어서, 컨테이너(2, 19)는 액화 천연 가스, 에탄 및 액화 석유 가스로부터 선택된 액화 가연성 가스로 충전된 설비.
  22. 컨테이너(2, 19)의 내부 공간에 수용된 액화 가스를 냉각하기 위한 방법으로서, 상기 냉각 방법은:
    - 냉각되어야 할 일정량의 액화 가스를 수용하는 컨테이너(2, 19)로 액화 가스의 유동을 인출하고 그것을 컨테이너(2, 19)의 내부 공간에 배치된 증발 챔버(14)로 이끄는 단계;
    - 증발 챔버(14)의 내부에서 대기압보다 낮은 절대 압력을 생성하는 단계;
    - 컨테이너(2, 19)에 수용된 액화 가스(3)로부터 칼로리를 흡수함으로써 인출된 가스 유동을 증발시키도록, 인출되어 증발 챔버(14)에서 팽창된 가스 유동과 컨테이너(2, 19)에 수용된 액화 가스(3) 사이에서 증발 챔버(14)의 벽체들(6)을 통해 열교환을 일으키는 단계; 및
    - 증기상인 인출된 가스 유동을 증기상 가스 이용 회로(8)로 이끄는 단계
    를 포함하는 냉각 방법.
  23. 제22항에 있어서, 120mbar와 950mbar 사이, 바람직하게는 650mbar와 850mbar 사이에 놓인 절대 압력이 증발 챔버(14) 내부에서 유지되는 냉각 방법.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 액화 가스는 2상 평형(two-phase equilibrium) 상태 및 하측 액체상 및 상측 기체상(35)으로 컨테이너(2)의 내부 공간에 저장되고, 증발 챔버(14)로부터 인출된 가스 유동은, 인출된 가스 유동을 증기상 가스 이용 회로(8)로 이끌기 전에, 인출된 가스 유동과 상측 기체상(35) 사이에 열교환을 일으키기 위해 상측 기체상(35)과 적어도 부분적으로 접촉하고 있는 추가 열교환기(34)로 이끌어지는 냉각 방법.
  25. 제24항에 있어서, 증발 챔버(14)는 추가 열교환기(34)에 결합되고 첫 번째 3방향 커플링을 통해 추가 열교환기(35)를 우회하는 것을 가능하게 하는 바이패스 라인(36)에 결합되며, 밸브(37, 39)는 바이패스 라인(36)으로의 인출된 가스 유동의 통로를 선택적으로 허용하거나 차단할 수 있으며, 상기 밸브(37, 39)는 바이패스 라인(36)으로의 인출된 가스 유동의 통로를 허용하거나 차단하기 위해 상측 기체상(35)의 압력의 대표 변수의 함수로써 제어되는 냉각 방법.
  26. 제22항 내지 제25항 중 한 항에 있어서, 액화 가스는 2상 평형 상태로 컨테이너의 내부 공간에 저장되고 하측 액체상과 상측 기체상(35)을 구비하며, 액화 가스의 유동이 컨테이너로부터 인출되고, 이것은 상기 인출된 가스 유동과 상측 기체상(35) 사이에서 열교환을 일으키기 위해 상측 기체상(35)과 적어도 부분적으로 접촉하고 있는 추가 열교환기(34)로 이끌어지는 냉각 방법.
  27. 제18항 내지 제21항 중 한 항의 설비(10)를 포함하는 선박(70)으로서, 증기상 가스 이용 회로(8)는 에너지 생산 유닛인 선박.
  28. 제27항의 선박(70)을 적재 또는 하역하기 위한 방법으로서, 유체가 부유식 또는 육상 저장 설비(77)로부터 선박의 탱크(71)로, 또는 선박의 탱크(71)로부터 부유식 또는 육상 저장 설비(77)로 단열된 라인들(73, 79, 76, 81)을 통해 보내지는 방법.
  29. 유체를 위한 이송 시스템으로서, 제27항의 선박(70), 선박의 선체에 설치된 탱크(71)를 부유식 또는 육상 저장 설비(77)로 연결하기 위해 배치된 단열된 라인들(73, 79, 76, 81) 및 단열된 라인들을 통해 유체를 부유식 또는 육상 저장 설비로부터 선박의 탱크로, 또는 선박의 탱크로부터 부유식 또는 육상 저장 설비로 구동하기 위한 펌프를 포함하는 이송 시스템.
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