WO2017007167A1 - 엔진을 포함하는 선박 - Google Patents

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정제헌
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a ship including an engine, and more particularly, liquefied liquefied natural gas using the evaporated gas remaining as the fuel of the engine and the evaporated gas itself as a refrigerant, and then returned to the storage tank. It is about a ship containing an engine, sending.
  • Natural gas is usually liquefied and transported over long distances in the form of Liquefied Natural Gas (LNG).
  • Liquefied natural gas is obtained by cooling natural gas to an extremely low temperature of about -163 ° C., and its volume is drastically reduced compared to that of gas, so it is very suitable for long distance transportation through sea.
  • the boil-off gas When the pressure of the storage tank exceeds the set safety pressure due to the generation of the boil-off gas, the boil-off gas is discharged to the outside of the storage tank through the safety valve.
  • the boil-off gas discharged out of the storage tank is used as fuel for the ship or liquefied and returned to the storage tank.
  • engines that can use natural gas as fuel among engines used in ships generally include a DF (Dual Fuel) engine and a ME-GI engine.
  • the DF engine is composed of four strokes and adopts the Otto Cycle, which injects natural gas with a relatively low pressure of about 6.5 bar into the combustion air inlet and compresses the piston as it rises.
  • the ME-GI engine is composed of two strokes and employs a diesel cycle that directly injects high pressure natural gas near 300 bar into the combustion chamber near the top dead center of the piston. Recently, there has been a growing interest in ME-GI engines with better fuel efficiency and propulsion efficiency.
  • the boil-off gas reliquefaction apparatus has a refrigeration cycle, and the boil-off gas is re-liquefied by cooling the boil-off gas by this freezing cycle.
  • heat exchange with the cooling fluid is carried out, and a partial re-liquefaction system (PRS) which uses boil-off gas as a cooling fluid and heat-exchanges itself is used.
  • PRS partial re-liquefaction system
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a partial reliquefaction system applied to a vessel including a conventional high pressure engine.
  • a partial reliquefaction system applied to a ship including a conventional high pressure engine includes a self-heat exchanger 410 after passing the boil-off gas discharged from the storage tank 100 through the first valve 610. Send to).
  • the boil-off gas discharged from the storage tank 100 heat-exchanged as the refrigerant in the self-heat exchanger 410 is a plurality of compression cylinders (210, 220, 230, 240, 250) and a plurality of coolers (310, 320, 330, 340).
  • a multi-stage compression process by the multi-stage compressor 200 including 350, some are sent to the high-pressure engine to be used as fuel, and the other is sent back to the self-heat exchanger 410, from the storage tank 100 It is cooled by heat exchange with the discharged evaporated gas.
  • the boil-off gas cooled by the self-heat exchanger 410 is partially liquefied through the decompression device 720, and liquefied natural gas and gaseous state re-liquefied by the gas-liquid separator 500.
  • the remaining boil off gas is separated.
  • the liquefied natural gas separated by the gas-liquid separator 500 is sent to the storage tank 100, and the vaporized gaseous gas separated by the gas-liquid separator 500 passes through the second valve 620 and the storage tank 100. It is integrated with the boil-off gas discharged from) and sent to the self-heat exchanger 410.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a partial reliquefaction system applied to a vessel including a conventional low pressure engine.
  • the partial reliquefaction system applied to the ship including the conventional low pressure engine is the same as the partial reliquefaction system applied to the ship including the conventional high pressure engine, and evaporated from the storage tank 100.
  • the gas After passing the gas through the first valve 610, the gas is sent to the self-heat exchanger 410.
  • the boil-off gas passing through the self-heat exchanger 410 is subjected to a multi-stage compression process by the multi-stage compressors 201 and 202, as in the case of including the high-pressure engine shown in FIG. ),
  • the evaporated gas discharged from the storage tank 100 is cooled by heat exchange with a refrigerant.
  • the boil-off gas cooled by the self-heat exchanger 410 is partially liquefied through the decompression device 720 as in the case of including the high-pressure engine shown in FIG. 1, and the gas-liquid separator
  • the liquefied natural gas re-liquefied by the 500 and the evaporated gas remaining in the gaseous state is separated, the liquefied natural gas separated by the gas-liquid separator 500 is sent to the storage tank 100, the gas-liquid separator 500
  • the gaseous boil-off gas separated by the gas is passed through the second valve 620 and integrated with the boil-off gas discharged from the storage tank 100 and sent to the self-heat exchanger 410.
  • the evaporation gas passed through only a part of the multi-stage compression process is branched and sent to the generator and the engine, and all the evaporated gas passed through the multi-stage compression process is sent to the self-heat exchanger 410. Since low pressure engines require natural gas at a pressure similar to that required by the generator, the low pressure engine supplies both the low pressure engine and the generator with boil-off gas that has undergone some compression.
  • the partial reliquefaction system applied to the ship including the conventional low pressure engine the cost increases as the capacity of the compressor increases, so that the capacity of the compressor is optimized according to the required amount of compression, two multistage compressors (201, 202) There was a disadvantage that maintenance is cumbersome.
  • the present invention focuses on the fact that the evaporation gas having a relatively low temperature and pressure is partially diverted and sent to the generator (in the case of a low pressure engine, the generator and the engine). It is an object of the present invention to provide a ship including an engine.
  • a heat exchanger for heat-exchanging the boil-off gas discharged from the storage tank;
  • a multistage compressor for compressing the boil-off gas passed through the self-heat exchanger after being discharged from the storage tank in multiple stages;
  • a first pressure reducing device for expanding a portion of the boil-off gas passed through the self-heat exchanger after being compressed by the multistage compressor;
  • a second decompression device configured to expand another part of the boil-off gas passed through the self-heat exchanger after being compressed by the multi-stage compressor, wherein the self-heat exchanger includes the boil-off gas discharged from the storage tank and the first reduced pressure.
  • the evaporated gas in the gas-liquid mixed state passing through the second decompression device may be sent to the storage tank.
  • the vessel including the engine may further include a second gas-liquid separator installed at a rear end of the second pressure reducing device to separate the liquefied liquefied natural gas and the gaseous evaporated gas, and by the second gas-liquid separator.
  • the separated liquefied natural gas may be sent to the storage tank, and the vaporized gaseous gas separated by the second gas-liquid separator may be sent to the self-heat exchanger.
  • Part of the boil-off gas passing through the multi-stage compressor may be sent to the high pressure engine.
  • the high pressure engine may be a ME-GI engine.
  • the high pressure engine may use natural gas at a pressure of 150 to 400 bar as a fuel.
  • the boil-off gas passed through the first pressure reducing device and the self-heat exchanger may be sent to one or more of a generator and a low pressure engine.
  • the low pressure engine may be any one of a DF engine, an X-DF engine, and a gas turbine.
  • the low pressure engine may use natural gas of 6 to 20 bar pressure as a fuel.
  • the low pressure engine may use natural gas at 55 bar pressure as fuel.
  • the generator may use natural gas of 6 to 10 bar pressure as fuel.
  • the multistage compressor may compress the boil-off gas to a pressure above a critical point.
  • the multistage compressor may compress the boil-off gas to a pressure of 100 bar or more.
  • the vessel including the engine may further include a valve which is separated by the second gas-liquid separator and controls a flow rate of the gaseous evaporated gas sent to the self-heat exchanger.
  • the vessel including the engine may further include a heater installed on a line for sending the boil-off gas passed through the first pressure reducing device and the self-heat exchanger to the generator.
  • the vessel including the engine separates the liquefied liquefied natural gas and the boil-off gas remaining in the gas state after being compressed by the multistage compressor and cooled by the self-heat exchanger and expanded by the first decompression device.
  • the self-heat exchanger may further include a first gas-liquid separator, the evaporation gas discharged from the storage tank, a liquefied natural gas separated by the first gas-liquid separator, and an evaporation separated by the first gas-liquid separator.
  • the liquefied natural gas separated by the first gas-liquid separator and passed through the self-heat exchanger, and the evaporated gas passed through the self-heat exchanger after being separated by the first gas-liquid separator, are joined to at least one of a generator and a low pressure engine. Can be sent to.
  • step 6) separating the partially liquefied boil-off gas after the expansion in step 5) into liquefied natural gas and gaseous boil-off gas, and 7) the liquefied natural gas separated in step 6) is sent to the storage tank,
  • the vaporized gaseous gas separated in step 6) may be used as a refrigerant for heat exchange in step 2) in combination with the evaporated gas discharged from the storage tank.
  • step 1) a part of the boil-off gas compressed in multiple stages may be sent to the high pressure engine.
  • the c flow used as the 'other refrigerant' in step 4) may be sent to at least one of a generator and a low pressure engine.
  • the multi-stage evaporated gas (Hereinafter referred to as 'b flow') is heat-exchanged with the evaporated gas (a flow), the 'first refrigerant' and the 'second refrigerant' discharged from the storage tank, and 3) the heat exchanged evaporated gas (b flow) And branched into two flows, 4) expanding the boil-off gas in one of the flows branched in two in step 3), and 5) gas-liquid separating the boil-off gas expanded in step 4), and 6) step 5).
  • 'c flow' Liquefied natural gas
  • 'd flow' Gas
  • the c flow used as the 'first refrigerant' in step 6) and the d flow used as the 'second refrigerant' in step 7) may be combined to be sent to at least one of a generator and a low pressure engine. have.
  • step 1) a part of the boil-off gas compressed in multiple stages may be sent to the high pressure engine.
  • the boil-off gas discharged from the storage tank can be used as a refrigerant in the self-heat exchanger, so that the re-liquefaction efficiency can be increased and the low-pressure engine is included. Even if one multistage compressor is installed, maintenance is easy.
  • the ship including the engine of the present invention after separating the liquefied natural gas and the evaporated gas by the first gas-liquid separator, the separated liquefied natural gas and the evaporated gas is sent to the self-heat exchanger to use as a refrigerant, respectively, It is possible to increase the efficiency in the heat exchanger.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a partial reliquefaction system applied to a vessel including a conventional high pressure engine.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a partial reliquefaction system applied to a vessel including a conventional low pressure engine.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a partial reliquefaction system applied to a ship including a high pressure engine according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a partial reliquefaction system applied to a ship including a low pressure engine according to the first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a partial reliquefaction system applied to a ship including a high pressure engine according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic structural diagram of a partial reliquefaction system applied to a ship including a low pressure engine according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph schematically showing the phase change of methane with temperature and pressure.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a partial reliquefaction system applied to a ship including a high pressure engine according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • the boil-off gas is a generic term for the boil-off gas discharged from the storage tank 100.
  • the boil-off gas is not necessarily a gaseous state, but a gaseous state, a gas-liquid mixture state, or a liquid state. , And supercritical fluid states.
  • the vessel including the engine of the present embodiment includes a self-heat exchanger 410 for heat-exchanging boil-off gas discharged from the storage tank 100; A multi-stage compressor (200) for compressing the evaporated gas passed through the self-heat exchanger (410) in multiple stages after discharged from the storage tank (100); A first decompression device 710 which expands a part of the boil-off gas passed through the self-heat exchanger 410 after being compressed by the multi-stage compressor 200; And a second decompression device 720 which expands another part of the boil-off gas passed through the self-heat exchanger 410 after being compressed by the multi-stage compressor 200.
  • the self-heat exchanger 410 of the present embodiment includes the evaporated gas (a flow in FIG. 3) discharged from the storage tank 100, the evaporated gas (b flow in FIG. 3) compressed by the multistage compressor 200, The expanded boil-off gas (flow c in FIG. 3) is exchanged by the first decompression device 710. That is, the self heat exchanger 410, the evaporated gas (a flow in FIG. 3) discharged from the storage tank 100; And the boil-off gas expanded by the first decompression device 710 (flow c in FIG. 3) as a refrigerant to cool the boil-off gas compressed by the multistage compressor 200 (b flow in FIG. 3).
  • Self- of the self-heat exchanger means that the low-temperature evaporation gas itself is used as a cooling fluid to exchange heat with the high-temperature evaporation gas.
  • the boil-off gas passing through the first decompression device 710 is used as the refrigerant for additional heat exchange in the self-heat exchanger 410, the re-liquefaction efficiency can be improved.
  • the boil-off gas discharged from the storage tank 100 of the present embodiment is largely operated in three ways, and is compressed to a pressure above a critical point to be used as fuel of an engine, or compressed to a relatively low pressure below a critical point and sent to a generator, or And the remaining evaporated gas after the generator meets the required amount is liquefied and returned to the storage tank (100).
  • the boil-off gas expanded by the first decompression device 710 is sent back to the self-heat exchanger as a refrigerant for heat exchange. After use, it is sent to the generator.
  • the multistage compressor 200 of this embodiment compresses the evaporated gas passed through the self-heat exchanger 410 after being discharged from the storage tank 100 in multiple stages.
  • the multistage compressor 200 according to the present embodiment includes a plurality of compression cylinders 210, 220, 230, 240 and 250 for compressing the boil-off gas, and a plurality of compression cylinders 210, 220, 230, 240 and 250, respectively. It is installed, and includes a plurality of coolers (310, 320, 330, 340, 350) for cooling the boil-off gas is compressed by the compression cylinder (210, 220, 230, 240, 250) and the temperature as well as the pressure is raised.
  • the multistage compressor 200 includes five compression cylinders 210, 220, 230, 240, 250 and five coolers 310, 320, 330, 340, 350.
  • the case where the boil-off gas passes through the compression process of five steps is described as an example, but is not limited thereto.
  • the methane is in a supercritical fluid state at a temperature of about ⁇ 80 ° C. or more and a pressure of about 50 bar or more. That is, in the case of methane, the critical point is approximately -80 ° C, 50 bar state.
  • the supercritical fluid state is a third state different from the liquid state or the gas state.
  • the critical point may vary depending on the nitrogen content of the boil-off gas.
  • having a temperature lower than the critical point at a pressure above the critical point may result in a state similar to a dense supercritical fluid state unlike a general liquid state, including a fluid having a pressure above the critical point and a temperature below the critical point.
  • a critical fluid in this specification, the state of the boil-off gas which has the pressure above a critical point and the temperature below a critical point is called a "high pressure liquid state.”
  • a natural gas in a relatively low pressure gas state may still be in a gas state (X ′ in FIG. 7) even though the temperature and pressure are decreased, but after increasing the pressure of the gas ( It can be seen that even if Y) temperature and pressure of FIG. 7 are lowered equally, some of them may be liquefied to be in a gas-liquid mixed state (Y ′ of FIG. That is, the higher the pressure of the natural gas before the natural gas passes through the self-heat exchanger 410, the higher the liquefaction efficiency, and if the pressure can be sufficiently increased, theoretically, 100% liquefaction is also possible (Z ⁇ Z ′ in FIG. 7). It can be seen.
  • the multistage compressor 200 of the present embodiment compresses the boil-off gas discharged from the storage tank 100 to re-liquefy the boil-off gas.
  • the first decompression device 710 of the present embodiment expands a portion of the boil-off gas (flow in FIG. 3c) passing through the self-heat exchanger 410 after the multi-stage compressor 200 undergoes a multi-stage compression process.
  • the first pressure reducing device 710 may be an expander or an expansion valve.
  • the second pressure reducing device 720 of the present embodiment expands another part of the boil-off gas passed through the self-heat exchanger 410 after the multi-stage compressor 200 undergoes a multi-stage compression process.
  • the second pressure reducing device 720 may be an expander or an expansion valve.
  • the vessel including the engine of the present embodiment separates the liquefied natural gas and the boil-off gas remaining in the gas state by passing through the self-heat exchanger 410 and being cooled and expanded by the second decompression device 720.
  • the liquefied natural gas separated by the gas-liquid separator 500 may be sent to the storage tank 100, and the vaporized gaseous gas separated by the gas-liquid separator 500 may be transferred from the storage tank 100 to the self-heat exchanger 410. Can be sent on the line where the evaporated gas is sent.
  • the ship including the engine of the present embodiment, the first valve 610 for blocking the boil-off gas discharged from the storage tank 100 if necessary; And a heater 800 for increasing the temperature of the boil-off gas (c flow in FIG. 3) sent to the generator after passing through the first pressure reducing device 710 and the self-heat exchanger 410. It may further comprise one or more of.
  • the first valve 610 is normally maintained in an open state, and may be closed when necessary for management and maintenance work of the storage tank 100.
  • the vessel including the engine of the present embodiment includes the gas-liquid separator 500
  • the vessel containing the engine of the present embodiment the gas is separated by the gas-liquid separator 500 and sent to the self-heat exchanger 410 It may further include a second valve 620 for adjusting the flow rate of the boil-off gas in a state.
  • the flow of the fluid in this embodiment is as follows.
  • the temperature and pressure of the boil-off gas to be described below are approximate theoretical values, and may vary according to the temperature of the boil-off gas, the required pressure of the engine, the design method of the multistage compressor, the speed of the ship, and the like.
  • the evaporation gas of about -130 to -80 ° C discharged from the storage tank 100 is mixed with the approximately -160 to -110 ° C, atmospheric pressure of the evaporation gas separated by the gas-liquid separator 500, and is approximately -140 to- At 100 ° C., atmospheric pressure may be sent to the self-heat exchanger 410.
  • the evaporated gas (a flow in FIG. 3) sent from the storage tank 100 to the self-heat exchanger 410 is approximately 40 to 50 ° C. and 150 to 400 bar of the evaporated gas passed through the multistage compressor 200 (FIG. 3). b flow); And about -140 to -110 ° C and 6 to 10 bar of the evaporated gas (flow of c in FIG. 3) passed through the first decompression device 710, and may be approximately -90 to 40 ° C and atmospheric pressure. have.
  • the boil-off gas (a flow in FIG. 3) discharged from the storage tank 100 is compressed by the multistage compressor 200 together with the boil-off gas (flow in FIG. 3 c) passing through the first decompression device 710. After that, it is used as a refrigerant to cool the boil-off gas (b flow in FIG. 3) sent to the self-heat exchanger 410.
  • the evaporated gas which has passed from the storage tank 100 and passed through the self-heat exchanger 410, is compressed in multiple stages by the multistage compressor 200.
  • the multi-stage compressor 200 since a part of the boil-off gas passing through the multi-stage compressor 200 is used as the fuel of the high-pressure engine, the multi-stage compressor 200 compresses the boil-off gas to the pressure required by the high-pressure engine.
  • the high pressure engine is a ME-GI engine
  • the boil-off gas that has passed through the multistage compressor 200 is in a state of approximately 40 to 50 ° C. and 150 to 400 bar.
  • the boil-off gas compressed by the multi-stage compressor 200 to a pressure above a critical point through a multi-stage compression process is partially used as fuel in a high-pressure engine, and the other part is sent to the self-heat exchanger 410.
  • the boil-off gas passed through the self-heat exchanger 410 after being compressed by the multistage compressor 200 may be approximately ⁇ 130 to ⁇ 90 ° C. and 150 to 400 bar.
  • the boil-off gas (flow b in FIG. 3) which has passed through the self-heat exchanger 410 is branched into two flows, and one flow is expanded by the first decompression device 710, The other flow is expanded by the second pressure reducing device 720.
  • the boil-off gas expanded by the first decompression device 710 (flow c in FIG. 3) is sent to the self-heat exchanger 410 again, and passes through the multi-stage compressor 200. It is heat-exchanged as a refrigerant for cooling the boil-off gas (flow b in FIG. 3) and then sent to a generator.
  • the boil-off gas expanded by the first pressure reducing device 710 after passing through the self-heat exchanger 410 may be approximately ⁇ 140 to ⁇ 110 ° C. and 6 to 10 bar. Since the boil-off gas expanded by the first decompression device 710 is sent to the generator, it is expanded to approximately 6 to 10 bar, which is the required pressure of the generator. In addition, the boil-off gas passing through the first decompression device 710 may be in a gas-liquid mixed state.
  • the boil-off gas passed through the self-heat exchanger 410 after being expanded by the first decompression device 710 may be approximately ⁇ 90 to 40 ° C. and 6 to 10 bar, and may have passed through the first decompression device 710.
  • the boil-off gas may take the cold heat from the self-heat exchanger 410 and become a gas state.
  • the boil-off gas sent to the generator after passing through the first decompression device 710 and the self-heat exchanger 410 may be adjusted to a temperature required by the generator by the heater 800 installed in front of the generator.
  • the boil-off gas passing through the heater 800 may be in a gaseous state of about 40 to 50 ° C. and 6 to 10 bar.
  • the boil-off gas expanded by the second decompression device 720 may be approximately ⁇ 140 to ⁇ 110 ° C. and 2 to 10 bar.
  • a part of the boil-off gas passing through the second decompression device 720 is liquefied. Partial liquefied evaporated gas passing through the second decompression device 720 may be directly sent to the storage tank 100 in a gas-liquid mixed state, or may be sent to the gas-liquid separator 500 to separate the liquid phase and the gas phase.
  • the liquefied natural gas of about -163 °C, atmospheric pressure separated by the gas-liquid separator 500 is sent to the storage tank 100, gas-liquid separator 500
  • the vaporized gaseous gas of about -160 to -110 ° C and atmospheric pressure separated by the gas is sent to the self-heat exchanger 410 together with the boiled gas discharged from the storage tank 100.
  • the boil-off gas separated by the gas-liquid separator 500 and sent to the self-heat exchanger 410 may have a flow rate controlled by the second valve 620.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a partial reliquefaction system applied to a ship including a low pressure engine according to the first preferred embodiment of the present invention.
  • the distinction between the high pressure engine included in the vessel to which the partial reliquefaction system shown in FIG. 3 is applied and the low pressure engine included in the vessel to which the partial reliquefaction system shown in FIG. It depends on whether the engine uses fuel. That is, an engine using natural gas with a pressure above the critical point as a fuel is called a high pressure engine, and an engine using natural gas with a pressure below the critical point as a fuel is called a low pressure engine. The same applies to the high pressure engine included in the vessel to which the partial reliquefaction system shown in FIG. 5 is applied, and the low pressure engine including the vessel to which the partial reliquefaction system shown in FIG. 6 is applied.
  • the high pressure engine may be a ME-GI engine using about 300 bar of natural gas as fuel
  • the low pressure engine may be a DF engine using about 6 bar of natural gas as fuel
  • the present invention can be applied to a ship including a medium pressure engine such as an X-DF engine using about 20 bar of natural gas as fuel. The same applies to the second embodiment shown in FIGS. 5 and 6.
  • the vessel including the engine of the present embodiment includes a self-heat exchanger 410, a multistage compressor 200, and a first decompression device 710, similarly to the case of including the high-pressure engine illustrated in FIG. 3. And a second decompression device 720.
  • the self-heat exchanger 410 of the present embodiment as in the case of including the high-pressure engine shown in Figure 3, to the boil-off gas discharged from the storage tank 100 (a flow in FIG. 4) and the multistage compressor 200 Heat exchanges the compressed boil-off gas (b flow in FIG. 4) and the boil-off gas expanded by the first decompression device 710 (flow in FIG. 4). That is, the self heat exchanger 410, the evaporation gas (a flow in FIG. 4) discharged from the storage tank 100; And the boil-off gas expanded by the first decompression device 710 (flow in FIG. 4) as a refrigerant to cool the boil-off gas compressed in the multistage compressor 200 (b flow in FIG. 4).
  • the multi-stage compressor 200 compresses the boil-off gas passed through the self-heat exchanger 410 after being discharged from the storage tank 100 in multiple stages.
  • the multistage compressor 200 according to the present embodiment includes a plurality of compression cylinders 210, 220, 230, 240, 250, and a plurality of coolers 310, 320, similarly to the case of including the high-pressure engine illustrated in FIG. 3. 330, 340, 350.
  • the first pressure reducing device 710 of the present embodiment passes through a multi-stage compression process by the multistage compressor 200 and then passes through the self-heat exchanger 410. Expand a portion of the gas (c flow in FIG. 4).
  • the first pressure reducing device 710 may be an expander or an expansion valve.
  • the second decompression device 720 of the present embodiment undergoes a multi-stage compression process by the multistage compressor 200 and then passes through the self-heat exchanger 410. Inflate another portion of the gas.
  • the second pressure reducing device 720 may be an expander or an expansion valve.
  • the vessel including the engine of the present embodiment is cooled through the self-heat exchanger 410 and expanded by the second pressure reducing device 720 to partially reliquefy.
  • the gas-liquid separator 500 may further include a liquefied natural gas and a boil-off gas remaining in a gaseous state.
  • the liquefied natural gas separated by the gas-liquid separator 500 may be sent to the storage tank 100, and the vaporized gaseous gas separated by the gas-liquid separator 500 may be transferred from the storage tank 100 to the self-heat exchanger 410. Can be sent on the line where the evaporated gas is sent.
  • the vessel including the engine of the present embodiment, as in the case of including the high-pressure engine shown in Figure 3, the first valve 610 for blocking the boil-off gas discharged from the storage tank 100 if necessary; And a heater 800 for increasing the temperature of the boil-off gas (c flow in FIG. 4) sent to the generator after passing through the first pressure reducing device 710 and the self-heat exchanger 410. It may further comprise one or more of.
  • the vessel including the engine of the present embodiment includes a gas-liquid separator 500
  • the vessel including the engine of the present embodiment the gas-liquid separator 500, as in the case of including the high-pressure engine shown in FIG. It may further include a second valve 620 for controlling the flow rate of the gaseous boil-off gas separated by the to be sent to the self-heat exchanger (410).
  • the flow of the fluid in this embodiment is as follows.
  • the evaporation gas of about -130 to -80 ° C discharged from the storage tank 100 is about -160 to -110 ° C separated by the gas-liquid separator 500, as in the case of including the high pressure engine shown in FIG. And, it is mixed with the evaporation gas of atmospheric pressure, it is approximately -140 to -100 °C, it can be sent to the self-heat exchanger 410 in the normal pressure state.
  • the evaporated gas (a flow in FIG. 4) sent from the storage tank 100 to the self-heat exchanger 410 is approximately 40 to 50 ° C. and 100 to 300 bar of the evaporated gas (through FIG. 4) which has passed through the multi-stage compressor 200. b flow); And about -140 to -110 ° C and 6 to 20 bar of boil-off gas (C flow in FIG. 4) passing through the first decompression device 710, and may be in a state of about -90 to 40 ° C and atmospheric pressure. have.
  • the evaporated gas (a flow in FIG. 4) discharged from the storage tank 100 is compressed by the multistage compressor 200 together with the evaporated gas (c flow in FIG. 4) passing through the first decompression device 710. After that, it is used as a refrigerant for cooling the boil-off gas (b flow in FIG. 4) sent to the self-heat exchanger 410.
  • the evaporated gas discharged from the storage tank 100 and then passed through the self-heat exchanger 410 is compressed in multiple stages by the multistage compressor 200 as in the case of including the high-pressure engine shown in FIG.
  • the ship including the low pressure engine of the present embodiment includes one multistage compressor, which has an advantage of easy maintenance and repair.
  • the boil-off gas compressed by the multi-stage compressor 200 to the pressure above the critical point through the multi-stage compression process is not partly sent to the engine, and all the self Sent to heat exchanger 410.
  • the engine since a part of the boil-off gas passing through the multistage compressor 200 is not directly sent to the engine, the engine is required by the multistage compressor 200. It is not necessary to compress the boil-off gas to a pressure. However, for reliquefaction efficiency, it is preferable to compress the boil-off gas to a pressure above the critical point by the multistage compressor 200, and more preferably to 100 bar or more.
  • the boil-off gas passed through the multi-stage compressor 200 may be in a state of about 40 to 50 ° C. and 100 to 300 bar.
  • the boil-off gas passed through the self-heat exchanger 410 after being compressed by the multistage compressor 200 may be approximately -130 to -90 ° C and 100 to 300 bar.
  • the boil-off gas expanded by the first decompression device 710 (flow c of FIG. 4) is again subjected to the self-heat exchanger, as is the case with the high pressure engine shown in FIG. 410 is exchanged as a refrigerant for cooling the evaporated gas (b flow in FIG. 4) that has passed through the multi-stage compressor 200.
  • the boil-off gas expanded by the first pressure reducing device 710 may be approximately ⁇ 140 to ⁇ 110 ° C. and 6 to 20 bar. However, when the low pressure engine is a gas turbine, the boil-off gas expanded by the first pressure reducing device 710 after passing through the self-heat exchanger 410 may be approximately 55 bar.
  • the boil-off gas expanded by the first pressure reducing device 710 is sent to the low pressure engine and / or the generator, it is expanded to the required pressure of the low pressure engine and / or the generator.
  • the boil-off gas passing through the first decompression device 710 may be in a gas-liquid mixed state.
  • the boil-off gas passed through the self-heat exchanger 410 after being expanded by the first decompression device 710 may be approximately ⁇ 90 to 40 ° C. and 6 to 20 bar, and may have passed through the first decompression device 710.
  • the boil-off gas may take the cold heat from the self-heat exchanger 410 and become a gas state.
  • the boil-off gas passed through the self-heat exchanger 410 after being expanded by the first pressure reducing device 710 may be approximately 55 bar.
  • the boil-off gas sent to the low pressure engine and / or the generator is connected to the heater 800, as in the case of including the high pressure engine shown in FIG. Can be adjusted to the temperature required by the generator.
  • the boil-off gas passing through the heater 800 may be in a gaseous state of about 40 to 50 ° C. and 6 to 20 bar. However, when the low pressure engine is a gas turbine, the boil-off gas passing through the heater 800 may be approximately 55 bar.
  • the generator requires a pressure of approximately 6 to 10 bar and the low pressure engine requires a pressure of approximately 6 to 20 bar.
  • the low pressure engine may be a DF engine, an X-DF engine, or a gas turbine. However, if the low pressure engine is a gas turbine, the gas turbine requires a pressure of approximately 55 bar.
  • the boil-off gas expanded by the second pressure reducing device 720 after passing through the self-heat exchanger 410 is about -140 to -110 ° C, 2 to 10, similarly to the case of including the high pressure engine shown in FIG. may be bar.
  • a part of the boil-off gas passing through the second decompression device 720 is liquefied as in the case of including the high-pressure engine shown in FIG. 3.
  • Part of the liquefied evaporated gas passing through the second decompression device 720 may be sent directly to the storage tank 100 in a gas-liquid mixed state as in the case of including the high-pressure engine shown in FIG. 3, or the gas-liquid separator 500. May be separated into liquid and gas phases.
  • the boil-off gas separated by the gas-liquid separator 500 and sent to the self-heat exchanger 410 may have a flow rate controlled by the second valve 620.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a partial reliquefaction system applied to a ship including a high pressure engine according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • the ship including the engine of the present embodiment includes a self-heat exchanger 410 for heat-exchanging boil-off gas discharged from the storage tank 100;
  • a multi-stage compressor (200) for compressing the evaporated gas passed through the self-heat exchanger (410) in multiple stages after discharged from the storage tank (100);
  • a first pressure reducing device 710 which expands a part of the boil-off gas passed through the self-heat exchanger 410 after being compressed by the multi-stage compressor 200;
  • a second decompression device 720 which expands another part of the boil-off gas passed through the self-heat exchanger 410 after being compressed by the multi-stage compressor 200;
  • the heat exchanger 410 of the present embodiment includes the evaporated gas (a flow) discharged from the storage tank 100, the evaporated gas (b flow) compressed by the multistage compressor 200, and the first gas-liquid separator 520.
  • the liquefied natural gas (c flow) separated by) is exchanged with the boil-off gas (d flow) separated by the first gas-liquid separator (520).
  • the self heat exchanger 410 the evaporated gas (a flow in FIG. 5) discharged from the storage tank 100; Liquefied natural gas (c flow) separated by the first gas-liquid separator 520; And the evaporated gas (d flow) separated by the first gas-liquid separator 520 as a refrigerant, and cools the evaporated gas (b flow) compressed by the multistage compressor 200.
  • the boil-off gas discharged from the storage tank 100 of the present embodiment is operated in three ways, which are compressed to a pressure above a critical point and used as a fuel of a high pressure engine, or compressed to a relatively low pressure below a critical point and sent to a generator. After the high pressure engine and the generator satisfy the required amount, the remaining evaporated gas is re-liquefied and returned to the storage tank (100).
  • the boil-off gas expanded by the first pressure reducing device 710 is sent back to the self-heat exchanger 410 by utilizing the fact that the boil-off gas expanded to be sent to the generator is lowered not only in pressure but also in temperature. It is used as a refrigerant for heat exchange and then sent to a generator.
  • the liquefied natural gas and the boil-off gas are separated by the first gas-liquid separator 520 without directly sending the boil-off gas expanded by the first pressure reducing device 710 to the self-heat exchanger 410. After the separated liquefied natural gas and evaporated gas is sent to the self-heat exchanger 410, respectively.
  • the multistage compressor 200 of this embodiment compresses the evaporated gas (a flow) passed through the self-heat exchanger 410 after being discharged from the storage tank 100 in multiple stages.
  • the multistage compressor 200 includes a plurality of compression cylinders 210, 220, 230, 240 and 250 for compressing the boil-off gas, and a plurality of compression cylinders 210, 220, 230, 240 and 250, respectively. Installed, it may include a plurality of coolers (310, 320, 330, 340, 350) to be cooled by the compression cylinder (210, 220, 230, 240, 250) to cool the boil-off gas is raised not only the pressure but also the temperature. .
  • the multistage compressor 200 includes five compression cylinders 210, 220, 230, 240, 250 and five coolers 310, 320, 330, 340, 350.
  • the case where the boil-off gas passes through the compression process of five steps is described as an example, but is not limited thereto.
  • the first pressure reducing device 710 of the present embodiment expands a part of the boil-off gas (b flow) that has passed through the self-heat exchanger 410 after undergoing a multi-stage compression process by the multistage compressor 200, and thus the first gas-liquid separator. Send to 520.
  • the first pressure reducing device 710 may be an expander or an expansion valve.
  • the reliquefaction efficiency can be increased.
  • the first gas-liquid separator 520 of this embodiment is compressed by the multistage compressor 200 and cooled by the self-heat exchanger 410 and then expanded by the first decompression device 710 and partially reliquefied liquefied natural gas. To separate the remaining evaporated gas in gaseous state.
  • the liquefied natural gas (c flow) separated by the first gas-liquid separator 520 and the evaporated gas (d flow) separated by the first gas-liquid separator 520 are respectively sent to the self-heat exchanger 410, and the multistage compressor ( 200 is used as a refrigerant to cool the boil-off gas (b flow) sent to the self-heat exchanger 410 after being compressed by the air.
  • the fluid in the gas-liquid mixed state is a self-heat exchanger (When the fluid flows into the self-heat exchanger 410 and flows into the self-heat exchanger 410, the fluid does not flow uniformly in the flow path inside the self-heat exchanger 410. Efficiency may be reduced. Therefore, in the present embodiment, the liquefied natural gas and the boil-off gas are separated by the first gas-liquid separator 520 and sent to the self-heat exchanger 410, respectively, thereby improving the efficiency deterioration problem of the self-heat exchanger 410.
  • the second decompression device 720 passes through a multi-stage compression process by the multistage compressor 200 to the first decompression device 710 of the evaporated gas (b flow) passing through the self-heat exchanger 410. Inflate some other evaporated gas that is not sent.
  • the second pressure reducing device 720 may be an expander or an expansion valve. Some or all of the boil-off gas passed through the multi-stage compressor 200, the self-heat exchanger 410, and the second decompression device 720 is reliquefied.
  • the vessel including the engine of this embodiment passes through the multi-stage compressor 200, the self-heat exchanger 410, and the second decompression device 720 to partially liquefy the liquefied natural gas and the evaporated gas remaining in the gaseous state.
  • Separating may further include a second gas-liquid separator 510.
  • the liquefied natural gas separated by the second gas-liquid separator 510 may be sent to the storage tank 100, and the vaporized gaseous gas separated by the second gas-liquid separator 510 is discharged from the storage tank 100.
  • the evaporated gas (a flow) may be combined and sent to the self-heat exchanger 410.
  • the ship including the engine of the present embodiment, the first valve 610 for blocking the boil-off gas discharged from the storage tank 100 if necessary; And the liquefied natural gas (c flow) used as a refrigerant in the self-heat exchanger 410 after being separated by the first gas-liquid separator 520, and the self-heat exchanger 410 after being separated by the first gas-liquid separator 520.
  • a heater 800 installed on a line through which a flow in which evaporated gas (d flow) used as a refrigerant is joined to the generator is sent to a generator to increase the temperature of the boiled gas; It may further comprise one or more of.
  • the first valve 610 is normally maintained in an open state, and may be closed when necessary for management and maintenance work of the storage tank 100.
  • the ship including the engine of the present embodiment includes the second gas-liquid separator 510
  • the ship including the engine of the present embodiment is separated by the second gas-liquid separator 510
  • the self-heat exchanger 410 It may further include a second valve 620 for adjusting the flow rate of the gaseous evaporated gas sent to the.
  • FIG. 6 is a schematic structural diagram of a partial reliquefaction system applied to a ship including a low pressure engine according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • the vessel including the engine of the present embodiment includes a self-heat exchanger 410, a multistage compressor 200, and a first pressure reducing device 710, similarly to the case of including the high-pressure engine illustrated in FIG. 5. , A second pressure reducing device 720, and a first gas-liquid separator 520.
  • the self-heat exchanger 410 of the present embodiment is compressed by the multi-stage compressor 200 and the evaporated gas (a flow) discharged from the storage tank 100 as in the case of including the high-pressure engine shown in FIG.
  • the boil-off gas (b flow), the liquefied natural gas (c flow) separated by the first gas-liquid separator 520, and the boil-off gas (d flow) separated by the first gas-liquid separator 520 are heat-exchanged. That is, the self heat exchanger 410, the evaporated gas (a flow in FIG.
  • the multi-stage compressor 200 is evacuated from the storage tank 100 and then passed through the self-heat exchanger 410 in multiple stages.
  • the multistage compressor 200 according to the present embodiment includes a plurality of compression cylinders 210, 220, 230, 240, 250, and a plurality of coolers 310, 320, similarly to the case of including the high-pressure engine illustrated in FIG. 5. 330, 340, 350.
  • the first pressure reducing device 710 of the present embodiment undergoes a multi-stage compression process by the multistage compressor 200 and then passes through the self-heat exchanger 410. A portion of the gas (b flow) is expanded and sent to the first gas-liquid separator 520.
  • the first pressure reducing device 710 may be an expander or an expansion valve.
  • the first gas-liquid separator 520 of the present embodiment is the first pressure reducing device after being compressed by the multistage compressor 200 and cooled by the self-heat exchanger 410 similarly to the case of including the high-pressure engine shown in FIG.
  • the 710 is expanded by separating liquefied liquefied natural gas and the boil-off gas remaining in the gaseous state.
  • the liquefied natural gas (c flow) separated by the first gas-liquid separator 520 and the evaporated gas (d flow) separated by the first gas-liquid separator 520 are respectively sent to the self-heat exchanger 410, and the multistage compressor ( 200 is used as a refrigerant to cool the boil-off gas (b flow) sent to the self-heat exchanger 410 after being compressed by the air.
  • the second decompression device 720 of the present embodiment undergoes a multi-stage compression process by the multistage compressor 200 and then passes through the self-heat exchanger 410.
  • the other part of the gas (b flow) which is not sent to the first decompression device 710 is expanded.
  • the second pressure reducing device 720 may be an expander or an expansion valve.
  • the vessel including the engine of the present embodiment passes through the multi-stage compressor 200, the self-heat exchanger 410 and the second pressure reducing device 720, as in the case of including the high pressure engine shown in FIG. It may further include a second gas-liquid separator 510 for separating the liquefied natural gas and the evaporated gas remaining in the gaseous state.
  • the liquefied natural gas separated by the second gas-liquid separator 510 may be sent to the storage tank 100, and the vaporized gaseous gas separated by the second gas-liquid separator 510 is discharged from the storage tank 100.
  • the evaporated gas (a flow) may be combined and sent to the self-heat exchanger 410.
  • the vessel including the engine of the present embodiment, as in the case of including the high-pressure engine shown in Figure 5, the first valve 610 for blocking the boil-off gas discharged from the storage tank 100 if necessary; And the liquefied natural gas (c flow) used as a refrigerant in the self-heat exchanger 410 after being separated by the first gas-liquid separator 520, and the self-heat exchanger 410 after being separated by the first gas-liquid separator 520.
  • a heater 800 installed on a line through which a flow in which evaporated gas (d flow) used as a refrigerant is joined to the generator is sent to a generator to increase the temperature of the boiled gas; It may further comprise one or more of.
  • the vessel including the engine of the present embodiment includes the second gas-liquid separator 510
  • the vessel including the engine of the present embodiment is the second gas-liquid, similarly to the case of including the high pressure engine shown in FIG. It may further include a second valve 620 for controlling the flow rate of the gaseous evaporated gas is separated by the separator 510 and sent to the self-heat exchanger 410.

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Abstract

엔진을 포함하는 선박이 개시된다. 상기 엔진을 포함하는 선박은, 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 자가열교환기; 상기 저장탱크로부터 배출된 후 상기 자가열교환기를 통과한 증발가스를 다단계로 압축시키는 다단압축기; 상기 다단압축기에 의해 압축된 후 상기 자가열교환기를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시키는 제 1 감압장치; 상기 다단압축기에 의해 압축된 후 상기 자가열교환기를 통과한 증발가스의 다른 일부를 팽창시키는 제 2 감압장치;를 포함하고, 상기 자가열교환기는, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와, 상기 제 1 감압장치에 의해 팽창된 증발가스를 냉매로 하여, 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉각시킨다.

Description

엔진을 포함하는 선박
본 발명은 엔진을 포함하는 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 엔진의 연료 등으로 사용하고 남은 증발가스를, 증발가스 자체를 냉매로 사용하여 액화시킨 후 액화된 액화천연가스를 저장탱크로 되돌려보내는, 엔진을 포함하는 선박에 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.
액화천연가스 저장탱크를 단열하여도 외부의 열을 완벽하게 차단시키는데에는 한계가 있고, 액화천연가스 내부로 전달되는 열에 의해 액화천연가스는 저장탱크 내에서 지속적으로 기화하게 된다. 저장탱크 내부에서 기화된 액화천연가스를 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)라고 한다.
증발가스의 발생으로 인하여 저장탱크의 압력이 설정된 안전압력 이상이 되면, 증발가스는 안전밸브를 통하여 저장탱크의 외부로 배출된다. 저장탱크 외부로 배출된 증발가스는 선박의 연료로 사용되거나 재액화되어 다시 저장탱크로 돌려보내진다.
한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DF(Dual Fuel)엔진 및 ME-GI엔진이 있다.
DF엔진은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.
ME-GI엔진은, 2행정으로 구성되며, 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다. 최근에는 연료 효율 및 추진 효율이 더 좋은 ME-GI엔진에 대한 관심이 커지고 있는 추세이다.
통상 증발가스 재액화 장치는 냉동 사이클을 가지며, 이 냉동 사이클에 의해 증발가스를 냉각시킴으로써 증발가스를 재액화시킨다. 증발가스를 냉각시키기 위하여 냉각 유체와 열교환을 시키는데, 증발가스를 자체를 냉각 유체로 사용하여 자가 열교환 시키는 부분 재액화 시스템(PRS; Partial Re-liquefaction System)이 사용되고 있다.
도 1은 종래의 고압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 고압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템은, 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스를, 제 1 밸브(610)를 통과시킨 후 자가열교환기(410)로 보낸다. 자가열교환기(410)에서 냉매로서 열교환된 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스는, 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250) 및 다수개의 냉각기(310, 320, 330, 340, 350)를 포함하는 다단압축기(200)에 의해 다단계의 압축과정을 거친 후, 일부는 고압 엔진으로 보내져 연료로 사용되고, 나머지 일부는 다시 자가열교환기(410)로 보내져, 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스와 열교환되어 냉각된다.
다단계의 압축과정을 거친 후 자가열교환기(410)에 의해 냉각된 증발가스는, 감압장치(720)를 거치며 일부가 재액화되고, 기액분리기(500)에 의해 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남아있는 증발가스가 분리된다. 기액분리기(500)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(100)로 보내지고, 기액분리기(500)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 제 2 밸브(620)를 지나, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스와 통합되어 자가열교환기(410)로 보내진다.
한편, 저장탱크(100)로부터 배출된 후 자가열교환기(410)를 지난 증발가스 중 일부는, 다단계의 압축과정 중 일부의 압축과정만 거친 후(일례로, 다섯 개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250) 및 냉각기(310, 320, 330, 340, 350) 중, 두 개의 압축실린더(210, 220) 및 냉각기(310, 320)를 지난 후) 분기되어 제 3 밸브(630)를 지난 후 발전기로 보내진다. 발전기에서는 고압 엔진에서 필요로하는 압력보다 낮은 압력의 천연가스를 요구하므로, 일부 압축과정만을 거친 증발가스를 발전기에 공급하는 것이다.
도 2는 종래의 저압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 저압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템은, 종래의 고압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템과 마찬가지로, 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스를, 제 1 밸브(610)를 통과시킨 후 자가열교환기(410)로 보낸다. 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스는, 도 1에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 다단압축기(201, 202)에 의해 다단계의 압축과정을 거친 후, 다시 자가열교환기(410)로 보내져, 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환되어 냉각된다.
다단계의 압축과정을 거친 후 자가열교환기(410)에 의해 냉각된 증발가스는, 도 1에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 감압장치(720)를 거치며 일부가 재액화되고, 기액분리기(500)에 의해 재액화된 액화천연가스와 기체상태로 남아있는 증발가스가 분리되고, 기액분리기(500)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(100)로 보내지며, 기액분리기(500)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 제 2 밸브(620)를 지나, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스와 통합되어 자가열교환기(410)로 보내진다.
단, 종래의 저압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템에 의하면, 도 1에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와는 달리, 다단계의 압축과정을 전부 거친 증발가스의 일부가 엔진으로 보내지는 것이 아니라, 다단계의 압축과정 중 일부만을 거친 증발가스가 분기되어 발전기 및 엔진으로 보내지고, 다단계의 압축과정을 전부 거친 증발가스는 모두 자가열교환기(410)로 보내진다. 저압 엔진은 발전기에서 필요로 하는 압력과 유사한 압력의 천연가스를 요구하므로, 일부 압축과정만을 거친 증발가스를 저압 엔진 및 발전기에 모두 공급하는 것이다.
종래의 고압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템의 경우에는, 다단계의 압축과정을 모두 거친 증발가스의 일부를 고압 엔진으로 보내므로, 고압 엔진이 필요로 하는 용량의 하나의 다단압축기(200)를 설치하면 되었다.
그러나, 종래의 저압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템의 경우에는, 일부 압축과정만을 거친 증발가스를 발전기 및 엔진으로 보내고, 다단계의 압축과정을 모두 거친 증발가스는 엔진으로 보내지 않으므로, 모든 압축 단계에서 대용량의 압축실린더를 사용할 필요가 없다.
따라서, 비교적 용량이 큰 제 1 다단압축기(201)에 의해 증발가스를 압축시킨 후 일부를 분기시켜 발전기 및 엔진으로 보내고, 비교적 용량이 작은 제 2 다단압축기(202)에 의해 나머지 증발가스를 추가적으로 압축시킨 후 자가열교환기(410)로 보냈다.
종래의 저압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템은, 압축기의 용량이 커질수록 비용도 증가하므로, 요구되는 압축량에 따라 압축기의 용량을 최적화시킨 것인데, 두 대의 다단압축기(201, 202)를 설치하다보니 유지 보수가 번거롭다는 단점이 있었다.
본 발명은, 상대적으로 온도 및 압력이 낮은 증발가스를 일부 분기시켜 발전기로(저압 엔진의 경우에는 발전기 및 엔진으로) 보내게 된다는 점에 착안하여, 발전기로 보내는 증발가스를 열교환의 냉매로 사용하는, 엔진을 포함하는 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 자가열교환기; 상기 저장탱크로부터 배출된 후 상기 자가열교환기를 통과한 증발가스를 다단계로 압축시키는 다단압축기; 상기 다단압축기에 의해 압축된 후 상기 자가열교환기를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시키는 제 1 감압장치; 상기 다단압축기에 의해 압축된 후 상기 자가열교환기를 통과한 증발가스의 다른 일부를 팽창시키는 제 2 감압장치;를 포함하고, 상기 자가열교환기는, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와, 상기 제 1 감압장치에 의해 팽창된 증발가스를 냉매로 하여, 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는, 엔진을 포함하는 선박이 제공된다.
상기 제 2 감압장치를 통과한 기액혼합상태의 증발가스는 상기 저장탱크로 보내질 수 있다.
상기 엔진을 포함하는 선박은, 상기 제 2 감압장치 후단에 설치되어 재액화된 액화천연가스와 기체상태의 증발가스를 분리하는 제 2 기액분리기를 더 포함할 수 있고, 상기 제 2 기액분리기에 의해 분리된 액화천연가스는 상기 저장탱크로 보내지고, 상기 제 2 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 상기 자가열교환기로 보내질 수 있다.
상기 다단압축기를 통과한 증발가스의 일부는 고압 엔진으로 보내질 수 있다.
상기 고압 엔진은 ME-GI 엔진일 수 있다.
상기 고압 엔진은 150 내지 400 bar 압력의 천연가스를 연료로 사용할 수 있다.
상기 제 1 감압장치 및 상기 자가열교환기를 통과한 증발가스는 발전기 및 저압 엔진 중 하나 이상으로 보내질 수 있다.
상기 저압 엔진은 DF 엔진, X-DF 엔진, 및 가스터빈 중 어느 하나일 수 있다.
상기 저압 엔진은 6 내지 20 bar 압력의 천연가스를 연료로 사용할 수 있다.
상기 저압 엔진은 55 bar 압력의 천연가스를 연료로 사용할 수 있다.
상기 발전기는 6 내지 10 bar 압력의 천연가스를 연료로 사용할 수 있다.
상기 다단압축기는 증발가스를 임계점 이상의 압력으로 압축시킬 수 있다.
상기 다단압축기는 증발가스를 100 bar 이상의 압력으로 압축시킬 수 있다.
상기 엔진을 포함하는 선박은, 상기 제 2 기액분리기에 의해 분리되어 상기 자가열교환기로 보내지는 기체상태의 증발가스의 유량을 조절하는 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 엔진을 포함하는 선박은, 상기 제 1 감압장치 및 상기 자가열교환기를 통과한 증발가스를 상기 발전기로 보내는 라인상에 설치되는, 가열기를 더 포함할 수 있다.
상기 엔진을 포함하는 선박은, 상기 다단압축기에 의해 압축되고 상기 자가열교환기에 의해 냉각된 후 상기 제1 감압장치에 의해 팽창되며 일부 재액화된 액화천연가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 제 1 기액분리기를 더 포함할 수 있고, 상기 자가열교환기는, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와, 상기 제 1 기액분리기에 의해 분리된 액화천연가스와, 상기 제 1 기액분리기에 의해 분리된 증발가스를 냉매로 하여, 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉각시킬 수 있다.
상기 제 1 기액분리기에 의해 분리된 후 상기 자가열교환기를 통과한 액화천연가스와, 상기 제 1 기액분리기에 의해 분리된 후 상기 자가열교환기를 통과한 증발가스는, 합류되어 발전기 및 저압 엔진 중 하나 이상으로 보내질 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 1) 저장탱크로부터 배출된 증발가스(이하, 'a 흐름'이라고 함.)를 다단계로 압축시키고, 2) 상기 다단계로 압축한 증발가스(이하, 'b 흐름'이라고 함.)를 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스(a 흐름) 및 '또 다른 냉매'와 열교환시키고, 3) 열교환된 증발가스(b 흐름)를 두 흐름으로 분기시키고, 4) 상기 3)단계에서 둘로 분기된 흐름 중 한 흐름의 증발가스를 팽창시켜(이하, 'c 흐름'이라고 함.), 상기 2)단계에서 상기 b 흐름과 열교환되는 상기 '또 다른 냉매'로 사용하고, 5) 상기 3)단계에서 둘로 분기된 흐름 중 다른 한 흐름을 팽창시키는, 방법이 제공된다.
6) 상기 5)단계에서 팽창된 후 일부 액화된 증발가스를, 액화천연가스와 기체상태의 증발가스로 분리하고, 7) 상기 6)단계에서 분리된 액화천연가스는 상기 저장탱크로 보내고, 상기 6)단계에서 분리된 기체상태의 증발가스는, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 통합하여 상기 2)단계에서의 열교환의 냉매로 사용할 수 있다.
상기 1)단계에서 다단계로 압축된 증발가스의 일부를 고압 엔진으로 보낼 수 있다.
상기 4)단계에서 상기 '또 다른 냉매'로 사용된 상기 c 흐름을 발전기 및 저압 엔진 중 하나 이상으로 보낼 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 1) 저장탱크로부터 배출된 증발가스(이하, 'a 흐름'이라고 함.)를 다단계로 압축시키고, 2) 상기 다단계로 압축한 증발가스(이하, 'b 흐름'이라고 함.)를 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스(a 흐름), '제1 냉매' 및 '제2 냉매'와 열교환시키고, 3) 열교환된 증발가스(b 흐름)를 두 흐름으로 분기시키고, 4) 상기 3)단계에서 둘로 분기된 흐름 중 한 흐름의 증발가스를 팽창시키고, 5) 상기 4)단계에서 팽창된 증발가스를 기액분리하고, 6) 상기 5)단계에서 분리된 액화천연가스(이하, 'c 흐름'이라고 함.)를, 상기 2)단계에서 상기 b 흐름과 열교환되는 상기 '제1 냉매'로 사용하고, 7) 상기 5)단계에서 분리된 증발가스(이하, 'd 흐름'이라고 함.)를, 상기 2)단계에서 상기 b 흐름과 열교환되는 상기 '제2 냉매'로 사용하고, 8) 상기 3)단계에서 둘로 분기된 흐름 중 다른 한 흐름을 팽창시키는, 방법이 제공된다.
상기 6)단계에서 상기 '제1 냉매'로 사용된 상기 c 흐름과, 상기 7)단계에서 상기 '제2 냉매'로 사용된 상기 d 흐름을 합류시켜, 발전기 및 저압 엔진 중 하나 이상으로 보낼 수 있다.
상기 1)단계에서 다단계로 압축된 증발가스의 일부를 고압 엔진으로 보낼 수 있다.
본 발명의 엔진을 포함하는 선박에 의하면, 저장탱크로부터 배출되는 증발가스뿐만 아니라, 발전기로 보내는 증발가스 또한 자가열교환기에서의 냉매로 사용하므로 재액화 효율이 높아질 수 있고, 저압 엔진을 포함하는 경우에도 하나의 다단압축기를 설치하면 족하므로 유지 보수가 쉬워진다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 엔진을 포함하는 선박에 의하면, 제1 기액분리기에 의해 액화천연가스와 증발가스를 분리한 후, 분리된 액화천연가스와 증발가스를 각각 자가열교환기로 보내 냉매로 사용하므로, 자가열교환기에서의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래의 고압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 종래의 저압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른, 고압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른, 저압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른, 고압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른, 저압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 7은 온도 및 압력에 따른 메탄의 상변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 엔진을 포함하는 선박은, 해상 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 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른, 고압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
본 실시예에서의 증발가스는, 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스를 통칭하는 것으로서, 반드시 기체상태인 경우만을 의미하는 것이 아니라, 기체상태인 경우, 기액혼합상태인 경우, 액체상태인 경우, 및 초임계 유체 상태인 경우를 포괄한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 자가열교환기(410); 저장탱크(100)로부터 배출된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스를 다단계로 압축시키는 다단압축기(200); 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시키는 제 1 감압장치(710); 및 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스의 다른 일부를 팽창시키는 제 2 감압장치(720);를 포함한다.
본 실시예의 자가열교환기(410)는, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스(도 3의 a 흐름)와, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스(도 3의 b 흐름)와, 제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 증발가스(도 3의 c 흐름)를 열교환시킨다. 즉, 자가열교환기(410)는, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스(도 3의 a 흐름); 및 제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 증발가스(도 3의 c 흐름);를 냉매로 하여, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스(도 3의 b 흐름)를 냉각시킨다. 자가열교환기의 자가(Self-)는 저온의 증발가스 자체를 냉각 유체로 이용하여 고온의 증발가스와 열교환 시킨다는 의미를 가진다.
본 실시예의 엔진의 포함하는 선박은, 제 1 감압장치(710)를 통과한 증발가스를 자가열교환기(410)에서 추가적인 열교환의 냉매로 사용하므로, 재액화 효율을 높일 수 있다.
본 실시예의 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스는 크게 세 가지 방법으로 운용되는데, 임계점 이상의 압력으로 압축되어 엔진의 연료로 사용되거나, 임계점 이하의 비교적 낮은 압력으로 압축되어 발전기로 보내지거나, 엔진 및 발전기가 필요로 하는 양을 충족시킨 후 남은 증발가스는 재액화되어 저장탱크(100)로 돌려보내진다.
본 실시예에서는, 발전기로 보내기 위하여 팽창시키는 증발가스가, 압력뿐만 아니라 온도도 낮아진다는 점을 이용하여, 제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 증발가스를 다시 자가열교환기로 보내 열교환의 냉매로 사용한 후 발전기로 보내는 것이다.
본 실시예의 다단압축기(200)는, 저장탱크(100)로부터 배출된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 본 실시예의 다단압축기(200)는, 증발가스를 압축시키는 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250)와, 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250) 후단에 각각 설치되어, 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250)에 의해 압축되어 압력뿐만 아니라 온도도 올라간 증발가스를 냉각시키는 다수개의 냉각기(310, 320, 330, 340, 350)를 포함한다. 본 실시예에서는, 다단압축기(200)가 다섯 개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250) 및 다섯 개의 냉각기(310, 320, 330, 340, 350)를 포함하여, 다단압축기(200)를 통과하는 증발가스가 다섯 단계의 압축과정을 거치는 경우를 예를 들어 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7은 온도 및 압력에 따른 메탄의 상변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다. 도 7을 참조하면, 메탄은 대략 -80℃ 이상의 온도 및 대략 50bar 이상의 압력 조건이 되면 초임계유체 상태가 된다. 즉, 메탄의 경우, 대략 -80℃, 50bar 상태가 임계점이 된다. 초임계유체 상태는, 액체 상태나 기체상태와는 다른 제 3의 상태이다. 단, 증발가스 포함하는 질소의 함량에 따라 임계점은 변화될 수 있다.
한편, 임계점 이상의 압력에서 임계점보다 낮은 온도를 갖게 되면 일반적인 액체 상태와는 다른, 밀도가 높은 초임계유체 상태와 유사한 상태가 될 수도 있는데, 임계점 이상의 압력 및 임계점 이하의 온도를 가지는 유체도 포괄하여 초임계유체라고 하는 경우도 있으나, 본 명세서에서는, 임계점이상의 압력 및 임계점 이하의 온도를 가지는 증발가스의 상태를, 이하, "고압액체상태"라고 한다.
도 7을 참조하면, 비교적 저압인 기체 상태(도 7의 X)의 천연가스는, 온도 및 압력을 낮추어도 여전히 기체 상태(도 7의 X')일 수 있으나, 기체의 압력을 높인 후에는(도 7의 Y) 온도 및 압력을 동일하게 낮추어도 일부가 액화되어 기액혼합상태(도 7의 Y')가 될 수 있음을 알 수 있다. 즉, 천연가스가 자가열교환기(410)를 통과하기 전에 천연가스의 압력을 높일수록 액화 효율이 높아지고, 압력을 충분히 높일 수만 있다면, 이론적으로 100% 액화도 가능함(도 7의 Z→Z')을 알 수 있다.
따라서, 본 실시예의 다단압축기(200)는, 증발가스를 재액화시킬 수 있도록, 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스를 압축시킨다.
본 실시예의 제 1 감압장치(710)는, 다단압축기(200)에 의해 다단계의 압축과정을 거친 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스의 일부(도 3의 c 흐름)를 팽창시킨다. 제 1 감압장치(710)는, 팽창기 또는 팽창밸브일 수 있다.
본 실시예의 제 2 감압장치(720)는, 다단압축기(200)에 의해 다단계의 압축 과정을 거친 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스의 다른 일부를 팽창시킨다. 제 2 감압장치(720)는, 팽창기 또는 팽창밸브일 수 있다.
본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 자가열교환기(410)를 통과하며 냉각되고 제 2 감압장치(720)에 의해 팽창되어 일부 재액화된 액화천연가스와, 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는, 기액분리기(500)를 더 포함할 수 있다. 기액분리기(500)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(100)로 보내질 수 있고, 기액분리기(500)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는, 저장탱크(100)로부터 자가열교환기(410)로 증발가스가 보내지는 라인상으로 보내질 수 있다.
본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 필요시 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스를 차단하는 제 1 밸브(610); 및 제 1 감압장치(710)와 자가열교환기(410)를 통과한 후 발전기로 보내지는 증발가스(도 3의 c 흐름)의 온도를 높이는 가열기(800); 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 제 1 밸브(610)는 평상시에는 주로 열린 상태로 유지되다가, 저장탱크(100)의 관리 및 보수 작업에 필요할 경우 등에 닫힐 수 있다.
또한, 본 실시예의 엔진을 포함하는 선박이 기액분리기(500)를 포함하는 경우, 본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 기액분리기(500)에 의해 분리되어 자가열교환기(410)로 보내지는 기체상태의 증발가스의 유량을 조절하는 제 2 밸브(620)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서의 유체의 흐름을 설명하면 다음과 같다. 이하 설명하는 증발가스의 온도 및 압력은, 이론적인 값을 대략적으로 나타낸 것이며, 증발가스의 온도, 엔진의 요구 압력, 다단압축기의 설계 방식, 선박의 속도 등에 따라 달라질 수 있다.
외부로부터의 열침입에 의해 저장탱크(100) 내부에서 발생된, 대략 -130 내지 -80℃, 상압의 증발가스는, 일정한 압력 이상이 되면 배출되어 자가열교환기(410)로 보내진다.
저장탱크(100)로부터 배출된 대략 -130 내지 -80℃의 증발가스는, 기액분리기(500)에 의해 분리된 대략 -160 내지 -110℃, 상압의 증발가스와 혼합되어, 대략 -140 내지 -100℃, 상압 상태가 되어 자가열교환기(410)로 보내질 수 있다.
저장탱크(100)로부터 자가열교환기(410)로 보내진 증발가스(도 3의 a 흐름)는, 다단압축기(200)를 통과한 대략 40 내지 50℃, 150 내지 400 bar의 증발가스(도 3의 b 흐름); 및 제 1 감압장치(710)를 통과한 대략 -140 내지 -110℃, 6 내지 10 bar의 증발가스(도 3의 c 흐름);와 열교환 되어, 대략 -90 내지 40℃, 상압 상태가 될 수 있다. 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스(도 3의 a 흐름)는, 제 1 감압장치(710)를 통과한 증발가스(도 3의 c 흐름)와 함께, 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 자가열교환기(410)로 보내진 증발가스(도 3의 b 흐름)를 냉각시키는 냉매로 사용된 것이다.
저장탱크(100)로부터 배출된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스는, 다단압축기(200)에 의해 다단계로 압축된다. 본 실시예에서는 다단압축기(200)를 통과한 증발가스의 일부를 고압 엔진의 연료로 사용하므로, 다단압축기(200)에 의해 증발가스를 고압 엔진이 요구하는 압력까지 압축시킨다. 고압 엔진이 ME-GI 엔진인 경우, 다단압축기(200)를 통과한 증발가스는, 대략 40 내지 50℃, 150 내지 400 bar 상태가 된다.
다단압축기(200)에 의해 다단계의 압축과정을 거쳐 임계점 이상의 압력까지 압축된 증발가스는, 일부는 고압 엔진으로 연료로 사용되고, 다른 일부는 자가열교환기(410)로 보내진다. 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스는, 대략 -130 내지 -90℃, 150 내지 400 bar 상태일 수 있다.
다단압축기(200)에 의해 압축된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스(도 3의 b 흐름)는 두 흐름으로 분기되어, 한 흐름은 제 1 감압장치(710)에 의해 팽창되고, 다른 흐름은 제 2 감압장치(720)에 의해 팽창된다.
자가열교환기(410)를 통과한 후 제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 증발가스는(도 3의 c 흐름), 다시 자가열교환기(410)로 보내져, 다단압축기(200)를 통과한 증발가스(도 3의 b 흐름)을 냉각시키는 냉매로서 열교환된 후, 발전기로 보내진다.
자가열교환기(410)를 통과한 후 제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 증발가스는, 대략 -140 내지 -110℃, 6 내지 10 bar일 수 있다. 제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 증발가스는 발전기로 보내지므로, 발전기의 요구 압력인 대략 6 내지 10 bar까지 팽창시키는 것이다. 또한, 제 1 감압장치(710)를 통과한 증발가스는 기액혼합상태일 수 있다.
제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스는, 대략 -90 내지 40℃, 6 내지 10 bar일 수 있고, 제 1 감압장치(710)를 통과한 증발가스는 자가열교환기(410)에서 냉열을 빼앗겨 기체상태가 될 수 있다.
제 1 감압장치(710) 및 자가열교환기(410)를 통과한 후 발전기로 보내지는 증발가스는, 발전기 전단에 설치된 가열기(800)에 의해 발전기가 요구하는 온도로 조절될 수 있다. 가열기(800)를 통과한 증발가스는 대략 40 내지 50℃, 6 내지 10 bar의 기체 상태일 수 있다.
자가열교환기(410)를 통과한 후 제 2 감압장치(720)에 의해 팽창된 증발가스는 대략 -140 내지 -110℃, 2 내지 10 bar일 수 있다. 또한, 제 2 감압장치(720)를 통과한 증발가스는 일부가 액화된다. 제 2 감압장치(720)를 통과하며 일부 액화된 증발가스는, 기액혼합상태로 바로 저장탱크(100)로 보내질 수도 있고, 기액분리기(500)로 보내져 액체상과 기체상이 분리될 수도 있다.
일부 액화된 증발가스가 기액분리기(500)로 보내지는 경우, 기액분리기(500)에 의해 분리된 대략 -163℃, 상압의 액화천연가스는 저장탱크(100)로 보내지고, 기액분리기(500)에 의해 분리된 대략 -160 내지 -110℃, 상압의 기체상태의 증발가스는, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스와 함께 자가열교환기(410)로 보내진다. 기액분리기(500)에 의해 분리되어 자가열교환기(410)로 보내지는 증발가스는 제 2 밸브(620)에 의해 유량이 조절될 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른, 저압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4에 도시된 저압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템은, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우에 비해, 다단압축기(200)에 의해 다단계로 압축된 증발가스의 일부가 엔진으로 보내지는 것이 아니라, 제 1 감압장치(710) 및 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스가 발전기 및/또는 엔진으로 보내진다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 고압 엔진을 포함하는 선박과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 3에 도시된 부분 재액화 시스템이 적용되는 선박이 포함하는 고압 엔진과, 도 4에 도시된 부분 재액화 시스템이 적용되는 선박이 포함하는 저압 엔진의 구별은, 임계점 이상의 압력을 가지는 천연가스를 엔진이 연료로 사용하는지 여부에 따른다. 즉, 임계점 이상 압력의 천연가스를 연료로 사용하는 엔진을 고압 엔진이라고 하고, 임계점 미만 압력의 천연가스를 연료로 사용하는 엔진을 저압 엔진이라고 한다. 도 5에 도시된 부분 재액화 시스템이 적용되는 선박이 포함하는 고압 엔진과, 도 6에 도시된 부분 재액화 시스템이 적용되는 선박이 포함하는 저압 엔진도 동일하다.
고압 엔진은, 대략 300 bar 정도의 천연가스를 연료로 사용하는 ME-GI엔진일 수 있고, 저압 엔진은 대략 6 bar 정도의 천연가스를 연료로 사용하는 DF엔진일 수 있다. 그 밖에도 본 발명은, 대략 20 bar 정도의 천연가스를 연료로 사용하는 X-DF엔진 등의 중압 엔진을 포함하는 선박에도 응용될 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 제2 실시예도 동일하다.
도 4을 참조하면, 본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 자가열교환기(410), 다단압축기(200), 제 1 감압장치(710), 및 제 2 감압장치(720)를 포함한다.
본 실시예의 자가열교환기(410)는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스(도 4의 a 흐름)와, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스(도 4의 b 흐름)와, 제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 증발가스(도 4의 c 흐름)를 열교환시킨다. 즉, 자가열교환기(410)는, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스(도 4의 a 흐름); 및 제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 증발가스(도 4의 c 흐름);를 냉매로 하여, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스(도 4의 b 흐름)를 냉각시킨다.
본 실시예의 다단압축기(200)는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 저장탱크(100)로부터 배출된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 또한, 본 실시예의 다단압축기(200)는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250) 및 다수개의 냉각기(310, 320, 330, 340, 350)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 제 1 감압장치(710)는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 다단압축기(200)에 의해 다단계의 압축과정을 거친 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스의 일부(도 4의 c 흐름)를 팽창시킨다. 제 1 감압장치(710)는, 팽창기 또는 팽창밸브일 수 있다.
본 실시예의 제 2 감압장치(720)는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 다단압축기(200)에 의해 다단계의 압축 과정을 거친 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스의 다른 일부를 팽창시킨다. 제 2 감압장치(720)는, 팽창기 또는 팽창밸브일 수 있다.
본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 자가열교환기(410)를 통과하며 냉각되고 제 2 감압장치(720)에 의해 팽창되어 일부 재액화된 액화천연가스와, 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는, 기액분리기(500)를 더 포함할 수 있다. 기액분리기(500)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(100)로 보내질 수 있고, 기액분리기(500)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는, 저장탱크(100)로부터 자가열교환기(410)로 증발가스가 보내지는 라인상으로 보내질 수 있다.
본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 필요시 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스를 차단하는 제 1 밸브(610); 및 제 1 감압장치(710)와 자가열교환기(410)를 통과한 후 발전기로 보내지는 증발가스(도 4의 c 흐름)의 온도를 높이는 가열기(800); 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예의 엔진을 포함하는 선박이 기액분리기(500)를 포함하는 경우, 본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 기액분리기(500)에 의해 분리되어 자가열교환기(410)로 보내지는 기체상태의 증발가스의 유량을 조절하는 제 2 밸브(620)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서의 유체의 흐름을 설명하면 다음과 같다.
외부로부터의 열침입에 의해 저장탱크(100) 내부에서 발생된, 대략 -130 내지 -80℃, 상압의 증발가스는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 일정한 압력 이상이 되면 배출되어 자가열교환기(410)로 보내진다.
저장탱크(100)로부터 배출된 대략 -130 내지 -80℃의 증발가스는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 기액분리기(500)에 의해 분리된 대략 -160 내지 -110℃, 상압의 증발가스와 혼합되어, 대략 -140 내지 -100℃, 상압 상태가 되어 자가열교환기(410)로 보내질 수 있다.
저장탱크(100)로부터 자가열교환기(410)로 보내진 증발가스(도 4의 a 흐름)는, 다단압축기(200)를 통과한 대략 40 내지 50℃, 100 내지 300 bar의 증발가스(도 4의 b 흐름); 및 제 1 감압장치(710)를 통과한 대략 -140 내지 -110℃, 6 내지 20 bar의 증발가스(도 4의 c 흐름);와 열교환 되어, 대략 -90 내지 40℃, 상압 상태가 될 수 있다. 저장탱크(100)로부터 배출된 증발가스(도 4의 a 흐름)는, 제 1 감압장치(710)를 통과한 증발가스(도 4의 c 흐름)와 함께, 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 자가열교환기(410)로 보내진 증발가스(도 4의 b 흐름)을 냉각시키는 냉매로 사용된 것이다.
저장탱크(100)로부터 배출된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 다단압축기(200)에 의해 다단계로 압축된다.
본 실시예의 저압 엔진을 포함하는 선박은, 도 2에 도시된 종래의 경우와는 달리, 하나의 다단압축기를 포함하므로, 유지 및 보수가 쉬워진다는 장점이 있다.
단, 다단압축기(200)에 의해 다단계의 압축과정을 거쳐 임계점 이상의 압력까지 압축된 증발가스는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와는 달리, 일부가 엔진으로 보내지지 않고, 전부 자가열교환기(410)로 보내진다.
본 실시예에서는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와는 달리, 다단압축기(200)를 통과한 증발가스의 일부가 바로 엔진으로 보내지지 않으므로, 다단압축기(200)에 의해 엔진이 요구하는 압력까지 증발가스를 압축시킬 필요는 없다. 그러나, 재액화 효율을 위해, 다단압축기(200)에 의해 증발가스를 임계점 이상의 압력까지 압축시키는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100 bar 이상까지 압축되는 것이 유리하다. 다단압축기(200)를 통과한 증발가스는, 대략 40 내지 50℃, 100 내지 300 bar 상태가 될 수 있다.
다단압축기(200)에 의해 압축된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스(도 4의 b 흐름)는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 두 흐름으로 분기되어, 한 흐름은 제 1 감압장치(710)에 의해 팽창되고, 다른 흐름은 제 2 감압장치(720)에 의해 팽창된다. 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스는, 대략 -130 내지 -90℃, 100 내지 300 bar 상태일 수 있다.
자가열교환기(410)를 통과한 후 제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 증발가스는(도 4의 c 흐름), 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 다시 자가열교환기(410)로 보내져, 다단압축기(200)를 통과한 증발가스(도 4의 b 흐름)을 냉각시키는 냉매로서 열교환된다.
단, 제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 후 다시 자가열교환기(410)에서 열교환된 증발가스는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와는 달리, 발전기뿐만 아니라 저압 엔진으로도 보내질 수 있다.
자가열교환기(410)를 통과한 후 제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 증발가스는, 대략 -140 내지 -110℃, 6 내지 20 bar일 수 있다. 단, 저압 엔진이 가스터빈인 경우, 자가열교환기(410)를 통과한 후 제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 증발가스는, 대략 55 bar일 수 있다.
제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 증발가스는 저압 엔진 및/또는 발전기로 보내지므로, 저압 엔진 및/또는 발전기의 요구 압력까지 팽창시키는 것이다. 또한, 제 1 감압장치(710)를 통과한 증발가스는 기액혼합상태일 수 있다.
제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스는, 대략 -90 내지 40℃, 6 내지 20 bar일 수 있고, 제 1 감압장치(710)를 통과한 증발가스는 자가열교환기(410)에서 냉열을 빼앗겨 기체상태가 될 수 있다. 단, 저압 엔진이 가스터빈인 경우, 제 1 감압장치(710)에 의해 팽창된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스는, 대략 55 bar일 수 있다.
제 1 감압장치(710) 및 자가열교환기(410)를 통과한 후 저압 엔진 및/또는 발전기로 보내지는 증발가스는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 가열기(800)에 의해 발전기가 요구하는 온도로 조절될 수 있다. 가열기(800)를 통과한 증발가스는 대략 40 내지 50℃, 6 내지 20 bar의 기체 상태일 수 있다. 단, 저압 엔진이 가스터빈인 경우, 가열기(800)를 통과한 증발가스는, 대략 55 bar일 수 있다.
발전기는 대략 6 내지 10 bar의 압력을 요구하고, 저압 엔진은 대략 6 내지 20 bar의 압력을 요구한다. 저압 엔진은, DF 엔진, X-DF 엔진, 또는 가스터빈일 수 있다. 단, 저압 엔진이 가스터빈인 경우, 가스터빈은 대략 55 bar의 압력을 요구한다.
자가열교환기(410)를 통과한 후 제 2 감압장치(720)에 의해 팽창된 증발가스는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 대략 -140 내지 -110℃, 2 내지 10 bar일 수 있다. 또한, 제 2 감압장치(720)를 통과한 증발가스는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 일부가 액화된다. 제 2 감압장치(720)를 통과하며 일부 액화된 증발가스는, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 기액혼합상태로 바로 저장탱크(100)로 보내질 수도 있고, 기액분리기(500)로 보내져 액체상과 기체상이 분리될 수도 있다.
일부 액화된 증발가스가 기액분리기(500)로 보내지는 경우, 도 3에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 기액분리기(500)에 의해 분리된 대략 -163℃, 상압의 액화천연가스는 저장탱크(100)로 보내지고, 기액분리기(500)에 의해 분리된 대략 -160 내지 -110℃, 상압의 기체상태의 증발가스는, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스와 함께 자가열교환기(410)로 보내진다. 기액분리기(500)에 의해 분리되어 자가열교환기(410)로 보내지는 증발가스는 제 2 밸브(620)에 의해 유량이 조절될 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른, 고압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 자가열교환기(410); 저장탱크(100)로부터 배출된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스를 다단계로 압축시키는 다단압축기(200); 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시키는 제1 감압장치(710); 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스의 다른 일부를 팽창시키는 제2 감압장치(720); 및 다단압축기(200)에 의해 압축되고 자가열교환기(410)에 의해 냉각된 후 제1 감압장치(710)에 의해 팽창되며 일부 재액화된 액화천연가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 제1 기액분리기(520);를 포함한다.
본 실시예의 자가열교환기(410)는, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스(a 흐름)와, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스(b 흐름)와, 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 액화천연가스(c 흐름)와, 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 증발가스(d 흐름)를 열교환시킨다.
즉, 자가열교환기(410)는, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스(도 5의 a 흐름); 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 액화천연가스(c 흐름); 및 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 증발가스(d 흐름);을 냉매로 하여, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스(b 흐름)를 냉각시킨다.
본 실시예의 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스는 크게 세 가지 방법으로 운용되는데, 임계점 이상의 압력으로 압축되어 고압 엔진의 연료로 사용되거나, 임계점 이하의 비교적 낮은 압력으로 압축되어 발전기로 보내지거나, 고압 엔진 및 발전기가 필요로 하는 양을 충족시킨 후 남은 증발가스는 재액화되어 저장탱크(100)로 돌려 보내진다.
본 실시예에서는, 발전기로 보내기 위하여 팽창시키는 증발가스가, 압력뿐만 아니라 온도도 낮아진다는 점을 이용하여, 제1 감압장치(710)에 의해 팽창된 증발가스를 다시 자가열교환기(410)로 보내 열교환의 냉매로 사용한 후 발전기로 보내는 것이다.
단, 후술하는 바와 같이, 제1 감압장치(710)에 의해 팽창된 증발가스를 바로 자가열교환기(410)로 보내지 않고, 제1 기액분리기(520)에 의해 액화천연가스와 증발가스를 분리한 후 분리된 액화천연가스와 증발가스를 각각 자가열교환기(410)로 보낸다.
본 실시예의 다단압축기(200)는, 저장탱크(100)로부터 배출된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스(a 흐름)를 다단계로 압축시킨다. 본 실시예의 다단압축기(200)는, 증발가스를 압축시키는 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250)와, 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250) 후단에 각각 설치되어, 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250)에 의해 압축되어 압력뿐만 아니라 온도도 올라간 증발가스를 냉각시키는 다수개의 냉각기(310, 320, 330, 340, 350)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는, 다단압축기(200)가 다섯 개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250) 및 다섯 개의 냉각기(310, 320, 330, 340, 350)를 포함하여, 다단압축기(200)를 통과하는 증발가스가 다섯 단계의 압축과정을 거치는 경우를 예를 들어 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 제1 감압장치(710)는, 다단압축기(200)에 의해 다단계의 압축과정을 거친 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스(b 흐름)의 일부를 팽창시켜 제1 기액분리기(520)로 보낸다. 제1 감압장치(710)는, 팽창기 또는 팽창밸브일 수 있다.
본 실시예의 엔진의 포함하는 선박은, 제1 감압장치(710)를 통과한 유체를 자가열교환기(410)에서 추가적인 열교환의 냉매로 사용하므로, 재액화 효율을 높일 수 있다.
본 실시예의 제1 기액분리기(520)는, 다단압축기(200)에 의해 압축되고 자가열교환기(410)에 의해 냉각된 후 제1 감압장치(710)에 의해 팽창되며 일부 재액화된 액화천연가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리한다. 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 액화천연가스(c 흐름)와 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 증발가스(d 흐름)는 각각 자가열교환기(410)로 보내져, 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 자가열교환기(410)로 보내진 증발가스(b 흐름)를 냉각시키는 냉매로 사용된다.
만약 제1 기액분리기(520)를 포함하지 않고, 제1 감압장치(710)에 의해 팽창된 유체를 바로 자가열교환기(410)로 보내 냉매로 사용하면, 기액 혼합 상태의 유체가 자가열교환기(410) 내부로 유입되고, 기액 혼합 상태의 유체가 자가열교환기(410) 내부로 유입되면, 자가열교환기(410) 내부의 유로에 유체가 균일하게 흐르지 못하게 되어, 자가열교환기(410)의 열교환 효율이 떨어질 수 있다. 따라서 본 실시예는, 제1 기액분리기(520)에 의해 액화천연가스와 증발가스를 분리하여 각각 자가열교환기(410)로 보내, 자가열교환기(410)의 효율 저하 문제를 개선하였다.
본 실시예의 제2 감압장치(720)는, 다단압축기(200)에 의해 다단계의 압축 과정을 거친 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스(b 흐름) 중 제1 감압장치(710)로 보내지지 않은 다른 일부의 증발가스를 팽창시킨다. 제 2 감압장치(720)는, 팽창기 또는 팽창밸브일 수 있다. 다단압축기(200), 자가열교환기(410) 및 제2 감압장치(720)를 통과한 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다.
본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 다단압축기(200), 자가열교환기(410) 및 제2 감압장치(720)를 통과하며 일부 재액화된 액화천연가스와, 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는, 제2 기액분리기(510)를 더 포함할 수 있다. 제2 기액분리기(510)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(100)로 보내질 수 있고, 제2 기액분리기(510)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스(a 흐름)와 합류되어 자가열교환기(410)로 보내질 수 있다.
본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 필요시 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스를 차단하는 제1 밸브(610); 및 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 후 자가열교환기(410)에서 냉매로 사용된 액화천연가스(c 흐름)와, 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 후 자가열교환기(410)에서 냉매로 사용된 증발가스(d 흐름)가 합류된 흐름이 발전기로 보내지는 라인 상에 설치되어 증발가스의 온도를 높이는 가열기(800); 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 제 1 밸브(610)는 평상시에는 주로 열린 상태로 유지되다가, 저장탱크(100)의 관리 및 보수 작업에 필요할 경우 등에 닫힐 수 있다.
또한, 본 실시예의 엔진을 포함하는 선박이 제2 기액분리기(510)를 포함하는 경우, 본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 제2 기액분리기(510)에 의해 분리되어 자가열교환기(410)로 보내지는 기체상태의 증발가스의 유량을 조절하는 제2 밸브(620)를 더 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른, 저압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 6에 도시된 저압 엔진을 포함하는 선박에 적용되는 부분 재액화 시스템은, 도 5에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우에 비해, 다단압축기(200)에 의해 다단계로 압축된 증발가스의 일부가 엔진으로 보내지는 것이 아니라, 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 액화천연가스와 증발가스가 각각 자가열교환기(410)를 통과한 후 합류되어 발전기 및/또는 엔진으로 보내진다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 고압 엔진을 포함하는 선박과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 도 5에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 자가열교환기(410), 다단압축기(200), 제1 감압장치(710), 제2 감압장치(720), 및 제1 기액분리기(520)를 포함한다.
본 실시예의 자가열교환기(410)는, 도 5에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스(a 흐름)와, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스(b 흐름)와, 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 액화천연가스(c 흐름)와, 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 증발가스(d 흐름)를 열교환시킨다. 즉, 자가열교환기(410)는, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스(도 5의 a 흐름); 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 액화천연가스(c 흐름); 및 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 증발가스(d 흐름);을 냉매로 하여, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스(b 흐름)를 냉각시킨다.
본 실시예의 다단압축기(200)는, 도 5에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 저장탱크(100)로부터 배출된 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스(a 흐름)를 다단계로 압축시킨다. 또한, 본 실시예의 다단압축기(200)는, 도 5에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250) 및 다수개의 냉각기(310, 320, 330, 340, 350)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 제1 감압장치(710)는, 도 5에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 다단압축기(200)에 의해 다단계의 압축과정을 거친 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스(b 흐름)의 일부를 팽창시켜 제1 기액분리기(520)로 보낸다. 제1 감압장치(710)는, 팽창기 또는 팽창밸브일 수 있다.
본 실시예의 제1 기액분리기(520)는, 도 5에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 다단압축기(200)에 의해 압축되고 자가열교환기(410)에 의해 냉각된 후 제1 감압장치(710)에 의해 팽창되며 일부 재액화된 액화천연가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리한다. 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 액화천연가스(c 흐름)와 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 증발가스(d 흐름)는 각각 자가열교환기(410)로 보내져, 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 자가열교환기(410)로 보내진 증발가스(b 흐름)를 냉각시키는 냉매로 사용된다.
본 실시예의 제2 감압장치(720)는, 도 5에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 다단압축기(200)에 의해 다단계의 압축 과정을 거친 후 자가열교환기(410)를 통과한 증발가스(b 흐름) 중 제1 감압장치(710)로 보내지지 않은 다른 일부의 증발가스를 팽창시킨다. 제 2 감압장치(720)는, 팽창기 또는 팽창밸브일 수 있다. 다단압축기(200), 자가열교환기(410) 및 제2 감압장치(720)를 통과한 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다.
본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 도 5에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 다단압축기(200), 자가열교환기(410) 및 제2 감압장치(720)를 통과하며 일부 재액화된 액화천연가스와, 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는, 제2 기액분리기(510)를 더 포함할 수 있다. 제2 기액분리기(510)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(100)로 보내질 수 있고, 제2 기액분리기(510)에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는, 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스(a 흐름)와 합류되어 자가열교환기(410)로 보내질 수 있다.
본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 도 5에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 필요시 저장탱크(100)로부터 배출되는 증발가스를 차단하는 제1 밸브(610); 및 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 후 자가열교환기(410)에서 냉매로 사용된 액화천연가스(c 흐름)와, 제1 기액분리기(520)에 의해 분리된 후 자가열교환기(410)에서 냉매로 사용된 증발가스(d 흐름)가 합류된 흐름이 발전기로 보내지는 라인 상에 설치되어 증발가스의 온도를 높이는 가열기(800); 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예의 엔진을 포함하는 선박이 제2 기액분리기(510)를 포함하는 경우, 도 5에 도시된 고압 엔진을 포함하는 경우와 마찬가지로, 본 실시예의 엔진을 포함하는 선박은, 제2 기액분리기(510)에 의해 분리되어 자가열교환기(410)로 보내지는 기체상태의 증발가스의 유량을 조절하는 제2 밸브(620)를 더 포함할 수 있다.
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.

Claims (24)

  1. 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 열교환시키는 자가열교환기;
    상기 저장탱크로부터 배출된 후 상기 자가열교환기를 통과한 증발가스를 다단계로 압축시키는 다단압축기;
    상기 다단압축기에 의해 압축된 후 상기 자가열교환기를 통과한 증발가스의 일부를 팽창시키는 제 1 감압장치;
    상기 다단압축기에 의해 압축된 후 상기 자가열교환기를 통과한 증발가스의 다른 일부를 팽창시키는 제 2 감압장치;를 포함하고,
    상기 자가열교환기는, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와, 상기 제 1 감압장치에 의해 팽창된 증발가스를 냉매로 하여, 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는, 엔진을 포함하는 선박.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 감압장치를 통과한 기액혼합상태의 증발가스는 상기 저장탱크로 보내지는, 엔진을 포함하는 선박.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 감압장치 후단에 설치되어 재액화된 액화천연가스와 기체상태의 증발가스를 분리하는 제 2 기액분리기를 더 포함하고,
    상기 제 2 기액분리기에 의해 분리된 액화천연가스는 상기 저장탱크로 보내지고,
    상기 제 2 기액분리기에 의해 분리된 기체상태의 증발가스는 상기 자가열교환기로 보내지는, 엔진을 포함하는 선박.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 다단압축기를 통과한 증발가스의 일부는 고압 엔진으로 보내지는, 엔진을 포함하는 선박.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 고압 엔진은 ME-GI 엔진인, 엔진을 포함하는 선박.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 고압 엔진은 150 내지 400 bar 압력의 천연가스를 연료로 사용하는, 엔진을 포함하는 선박.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 감압장치 및 상기 자가열교환기를 통과한 증발가스는 발전기 및 저압 엔진 중 하나 이상으로 보내지는, 엔진을 포함하는 선박.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 저압 엔진은 DF 엔진, X-DF 엔진, 및 가스터빈 중 어느 하나인, 엔진을 포함하는 선박.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 저압 엔진은 6 내지 20 bar 압력의 천연가스를 연료로 사용하는, 엔진을 포함하는 선박.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 저압 엔진은 55 bar 압력의 천연가스를 연료로 사용하는, 엔진을 포함하는 선박.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 발전기는 6 내지 10 bar 압력의 천연가스를 연료로 사용하는, 엔진을 포함하는 선박.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 다단압축기는 증발가스를 임계점 이상의 압력으로 압축시키는, 엔진을 포함하는 선박.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 다단압축기는 증발가스를 100 bar 이상의 압력으로 압축시키는, 엔진을 포함하는 선박.
  14. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 2 기액분리기에 의해 분리되어 상기 자가열교환기로 보내지는 기체상태의 증발가스의 유량을 조절하는 밸브를 더 포함하는, 엔진을 포함하는 선박.
  15. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 감압장치 및 상기 자가열교환기를 통과한 증발가스를 상기 발전기로 보내는 라인상에 설치되는, 가열기를 더 포함하는, 엔진을 포함하는 선박.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 다단압축기에 의해 압축되고 상기 자가열교환기에 의해 냉각된 후 상기 제1 감압장치에 의해 팽창되며 일부 재액화된 액화천연가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 제 1 기액분리기를 더 포함하고,
    상기 자가열교환기는, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와, 상기 제 1 기액분리기에 의해 분리된 액화천연가스와, 상기 제 1 기액분리기에 의해 분리된 증발가스를 냉매로 하여, 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스를 냉각시키는, 엔진을 포함하는 선박.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제 1 기액분리기에 의해 분리된 후 상기 자가열교환기를 통과한 액화천연가스와, 상기 제 1 기액분리기에 의해 분리된 후 상기 자가열교환기를 통과한 증발가스는, 합류되어 발전기 및 저압 엔진 중 하나 이상으로 보내지는, 엔진을 포함하는 선박.
  18. 1) 저장탱크로부터 배출된 증발가스(이하, 'a 흐름'이라고 함.)를 다단계로 압축시키고,
    2) 상기 다단계로 압축한 증발가스(이하, 'b 흐름'이라고 함.)를 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스(a 흐름) 및 '또 다른 냉매'와 열교환시키고,
    3) 열교환된 증발가스(b 흐름)를 두 흐름으로 분기시키고,
    4) 상기 3)단계에서 둘로 분기된 흐름 중 한 흐름의 증발가스를 팽창시켜(이하, 'c 흐름'이라고 함.), 상기 2)단계에서 상기 b 흐름과 열교환되는 상기 '또 다른 냉매'로 사용하고,
    5) 상기 3)단계에서 둘로 분기된 흐름 중 다른 한 흐름을 팽창시키는, 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    6) 상기 5)단계에서 팽창된 후 일부 액화된 증발가스를, 액화천연가스와 기체상태의 증발가스로 분리하고,
    7) 상기 6)단계에서 분리된 액화천연가스는 상기 저장탱크로 보내고, 상기 6)단계에서 분리된 기체상태의 증발가스는, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 통합하여 상기 2)단계에서의 열교환의 냉매로 사용하는, 방법.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 1)단계에서 다단계로 압축된 증발가스의 일부를 고압 엔진으로 보내는, 방법.
  21. 청구항 18에 있어서,
    상기 4)단계에서 상기 '또 다른 냉매'로 사용된 상기 c 흐름을 발전기 및 저압 엔진 중 하나 이상으로 보내는, 방법.
  22. 1) 저장탱크로부터 배출된 증발가스(이하, 'a 흐름'이라고 함.)를 다단계로 압축시키고,
    2) 상기 다단계로 압축한 증발가스(이하, 'b 흐름'이라고 함.)를 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스(a 흐름), '제1 냉매' 및 '제2 냉매'와 열교환시키고,
    3) 열교환된 증발가스(b 흐름)를 두 흐름으로 분기시키고,
    4) 상기 3)단계에서 둘로 분기된 흐름 중 한 흐름의 증발가스를 팽창시키고,
    5) 상기 4)단계에서 팽창된 증발가스를 기액분리하고,
    6) 상기 5)단계에서 분리된 액화천연가스(이하, 'c 흐름'이라고 함.)를, 상기 2)단계에서 상기 b 흐름과 열교환되는 상기 '제1 냉매'로 사용하고,
    7) 상기 5)단계에서 분리된 증발가스(이하, 'd 흐름'이라고 함.)를, 상기 2)단계에서 상기 b 흐름과 열교환되는 상기 '제2 냉매'로 사용하고,
    8) 상기 3)단계에서 둘로 분기된 흐름 중 다른 한 흐름을 팽창시키는, 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 6)단계에서 상기 '제1 냉매'로 사용된 상기 c 흐름과, 상기 7)단계에서 상기 '제2 냉매'로 사용된 상기 d 흐름을 합류시켜, 발전기 및 저압 엔진 중 하나 이상으로 보내는, 방법.
  24. 청구항 22에 있어서,
    상기 1)단계에서 다단계로 압축된 증발가스의 일부를 고압 엔진으로 보내는, 방법.
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