KR102287836B1 - 증발가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크; 및 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 상변화하는 냉매로 액화하는 재액화장치를 포함하며, 상기 재액화장치는, 압축 시 냉매에 윤활유가 혼입될 수 있는 냉매 압축기; 압축된 냉매를 냉각하는 냉매 쿨러; 냉매와 증발가스를 열교환하는 액화기; 상기 액화기에 유입된 냉매를 기액분리해 액상과 기상의 냉매가 상기 액화기에서 서로 다른 흐름에 합류되도록 하는 냉매 분리기; 및 상기 액화기에서 증발가스와 열교환한 냉매를 감압 후 상기 액화기로 리턴하는 감압밸브를 포함하며, 상기 재액화장치에서 냉매에 혼입되는 윤활유를 처리하는 윤활유 처리부를 더 포함하고, 상기 윤활유 처리부는, 상기 냉매 압축기와 상기 냉매 쿨러 사이에서 냉매를 기액분리해 윤활유를 분리하여 상기 냉매 압축기로 순환하는 윤활유 순환부; 및 상기 냉매 흐름 상에서 적어도 두 위치에 마련되며 상기 윤활유의 상에 따라 서로 다른 제원을 갖는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

증발가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박{liquefaction system of boil-off gas and ship having the same}

본 발명은 증발가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 엔진의 연료로 사용하고 있다.

액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C3H8)과 부탄(C4H10)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.

이와 같은 액화가스는 선박에 구비되는 엔진의 연료로 사용되기 위하여 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 약 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 약 1/260의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.

그러나 액화가스는 온도를 비등점 이하로 낮추어 강제로 액화시킨 극저온 상태로 보관되기 때문에, 외부로부터 열이 침투됨에 따라 액화가스 일부가 자연적으로 기화하여 증발가스로 변화하게 된다.

이때 기체로 상변화한 증발가스는 부피가 대폭 증가하므로 액화가스 저장탱크의 내부 압력을 높이는 요인이 되며, 액화가스 저장탱크의 내압이 액화가스 저장탱크가 견딜 수 있는 압력을 초과하게 되면 액화가스 저장탱크가 파손될 우려가 있다.

따라서 종래에는, 액화가스 저장탱크의 내압을 일정하게 유지하기 위해서, 증발가스를 외부로 방출해 연소시켜서 액화가스 저장탱크의 내압을 낮추거나, 별도의 냉매를 이용하는 재액화장치를 통해 증발가스를 액화시킨 후 액화가스 저장탱크로 회수하는 방식을 사용하였다.

그러나 증발가스를 단순히 외부로 방출하는 경우에는 환경오염 문제가 발생하며, 재액화장치를 사용할 경우에는 재액화장치를 구비하고 운영하기 위해 필요한 비용, 인력 등의 문제가 발생하게 된다. 따라서 외부 열침투에 의해 발생되는 증발가스의 효과적인 처리방법의 개발이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 냉매로 재액화하면서, 내부에 잔류하는 윤활유를 효과적으로 제거하여 재액화 효율을 보장할 수 있는 증발가스 재액화 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 증발가스 재액화 시스템은, 액화가스 저장탱크; 및 액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 상변화하는 냉매로 액화하는 재액화장치를 포함하며, 상기 재액화장치는, 압축 시 냉매에 윤활유가 혼입될 수 있는 냉매 압축기; 압축된 냉매를 냉각하는 냉매 쿨러; 냉매와 증발가스를 열교환하는 액화기; 상기 액화기에 유입된 냉매를 기액분리해 액상과 기상의 냉매가 상기 액화기에서 서로 다른 흐름에 합류되도록 하는 냉매 분리기; 및 상기 액화기에서 증발가스와 열교환한 냉매를 감압 후 상기 액화기로 리턴하는 감압밸브를 포함하며, 상기 재액화장치에서 냉매에 혼입되는 윤활유를 처리하는 윤활유 처리부를 더 포함하고, 상기 윤활유 처리부는, 상기 냉매 압축기와 상기 냉매 쿨러 사이에서 냉매를 기액분리해 윤활유를 분리하여 상기 냉매 압축기로 순환하는 윤활유 순환부; 및 상기 냉매 흐름 상에서 적어도 두 위치에 마련되며 상기 윤활유의 상에 따라 서로 다른 제원을 갖는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 필터부는, 상기 냉매 쿨러와 상기 액화기 사이에서 액상의 윤활유를 제거하는 액상 필터; 상기 냉매 분리기에서 분리된 기상의 윤활유를 제거하는 기상 필터; 및 상기 감압밸브에서 감압된 냉매 중 고상의 윤활유를 제거하는 고상 필터 중 적어도 어느 둘을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 액상 필터는, 코알레서 필터(coalescer)이고, 상기 기상 필터는, 흡착 필터(Adsorber)이며, 상기 고상 필터는, 솔리드 필터(solid filter)일 수 있다.

구체적으로, 상기 액화기는, 상기 냉매 쿨러에서 냉각된 냉매를 증발가스와 부분 열교환 후 상기 냉매 분리기로 전달하는 제1 스트림; 상기 냉매 분리기에서 분리된 기상 냉매를 증발가스와 열교환 후 상기 감압밸브로 전달하는 제2 스트림; 및 상기 감압밸브에서 감압된 냉매로 증발가스를 액화하며 상기 냉매 분리기에서 분리된 액상 냉매가 합류되는 제3 스트림을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 윤활유 순환부는, 냉매를 기액분리해 기상 냉매는 상기 냉매 쿨러로 전달하고 액상 윤활유는 상기 냉매 압축기로 전달하는 윤활유 분리기; 상기 윤활유 분리기에서 분리된 액상 냉매를 전달하는 윤활유 펌프; 및 상기 윤활유 펌프의 상류 또는 하류에 마련되는 윤활유 쿨러를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 냉매 분리기는, 상기 제1 스트림에서 전달된 냉매 중 기상 냉매는 상기 제2 스트림으로 전달하고 액상 냉매는 상기 제3 스트림으로 전달할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 증발가스 재액화 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 냉매로 재액화하되, 냉매가 순환하는 흐름 상에 잔존하는 윤활유를 제거해 재액화 효율의 저하를 방지함으로써 OPEX 절감 등이 가능하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 참고로 본 명세서에서 액화가스는 LNG일 수 있지만 이로 한정하는 것은 아니며, 비등점이 상온보다 낮아 저장을 위해 강제로 액화되며 발열량을 갖는 모든 물질을 포괄할 수 있다.

또한 본 명세서에서 액화가스/증발가스는 연료탱크 내부에서의 상태를 기준으로 구분되는 것이고, 명칭으로 인하여 액상 또는 기상으로 반드시 한정되는 것은 아님을 알려둔다.

본 발명은 이하에서 설명하는 증발가스 재액화 시스템(1)이 구비되는 선박을 포함하며, 이때 선박은 가스를 화물로 저장하는 가스 운반선, FSRU, FLNG, Bunkering vessel 등일 수 있지만, 가스가 아닌 화물(컨테이너, 광물 등)이나 사람을 운반하는 상선, 해양플랜트 등에도 적용 가능함을 알려둔다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 재액화장치(20)를 포함한다.

액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 액상으로 저장한다. 본 실시예의 액화가스 저장탱크(10)는 가스 운반선 등의 카고 탱크일 수 있으며, 멤브레인형, 독립형의 SPB 타입이나 MOSS 타입 등일 수 있고, 물론 독립형의 고압용기 타입도 가능하다.

액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액상의 액화가스는 외부 열침투로 인해 자연기화하여 증발가스로 변화하며, 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되어 추진엔진이나 발전엔진의 연료로 사용되거나 재액화 후 액화가스 저장탱크(10)로 리턴될 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)에는 돔을 경유하는 라인들이 마련되는데, 증발가스를 배출하는 증발가스 배출라인과, 이송펌프를 통해 액화가스를 배출하는 액화가스 배출라인, 그리고 액화가스 배출라인에서 적어도 일부의 액화가스가 리턴되는 액화가스 리턴라인이 돔을 관통하도록 마련될 수 있다. 또한 후술할 재액화장치(20)에 의해 재액화된 증발가스를 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시키는 응축 리턴라인 역시 돔을 관통하도록 마련될 수 있다.

여기서 증발가스 배출라인과 응축 리턴라인은, 후술하는 증발가스 액화라인(L1)으로 통칭될 수 있다.

액화가스 저장탱크(10)는 복수로 마련될 수 있으며, 적어도 둘 이상의 액화가스 저장탱크(10)에 마련된 증발가스 배출라인은 하나로 통합된 후 증발가스 압축기로 연결된다. 이때 증발가스 배출라인을 통합하는 부분을 베이퍼 메인(vapor main)이라 지칭한다.

또한 적어도 둘 이상의 액화가스 저장탱크(10)에 마련된 액화가스 배출라인도 통합된 후 강제기화기로 연결되며, 액화가스 배출라인을 통합하는 부분은 리퀴드 메인(liquid main)이라 지칭된다.

따라서 액화가스나 증발가스는, 베이퍼 메인과 리퀴드 메인을 이용하여 각 액화가스 저장탱크(10)로부터 혼합되거나, 거꾸로 각 액화가스 저장탱크(10)로 분배가 가능하다.

재액화장치(20)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스를 냉매로 액화한다. 재액화장치(20)는 증발가스 액화라인(L1)에서 증발가스 배출라인 부분을 통해 유입된 증발가스를 액화시킨 뒤, 증발가스 액화라인(L1)에서 응축 리턴라인 부분을 통해 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시킬 수 있다.

재액화장치(20)가 사용하는 냉매는, 상변화하는 냉매일 수 있다. 일례로 냉매는 프로판, 혼합냉매(Mixed Refrigerant) 등일 수 있지만 냉매 종류나 조성을 특별히 한정하는 것은 아니다. 다만 이하에서는 편의상 냉매가 MR냉매인 것으로 가정하고 설명한다.

이하에서는 재액화장치(20)의 구성들을 상세 설명한다. 다만 기상 또는 액상은 기액분리하는 지점에서의 상태를 기준으로 구분한 것이며, 그 표현으로 인해 냉매의 상태가 한정되는 것은 아님을 알려둔다.

재액화장치(20)는, 냉매 압축기(21), 냉매 쿨러(22), 액화기(23), 냉매 분리기(24), 감압밸브(25), 냉매 리시버(26)를 포함하며, 냉매 순환라인(L2)이 위 구성들을 직렬로 연결할 수 있다.

냉매 압축기(21)는, 냉매를 압축한다. 이때 냉매 압축기(21)는, 냉매 압축 시 윤활유가 혼입되는 급유(오일-인젝티드: oil-injected) 타입으로 마련될 수 있다.

냉매 쿨러(22)는, 압축된 냉매를 냉각한다. MR냉매는 비등점이 서로 다른 물질이 혼합된 것으로서, 압축에 의해 일부 물질의 비등점이 상승하게 되므로, 냉매 쿨러(22)에 의한 냉각 시 MR냉매의 일부가 액화될 수 있다.

액화기(23)는, 냉매와 증발가스를 열교환하여 증발가스를 액화한다. 액화기(23)는 다수의 스트림을 갖는 열교환기 타입일 수 있고, 핀&튜브 타입, PCHE 타입 등으로서 구조는 제한되지 않는다.

액화기(23)는, 적어도 3개의 냉매 스트림과, 적어도 1개의 증발가스 스트림을 갖는다. 구체적으로 액화기(23)는, 냉매 쿨러(22)에서 냉각된 냉매를 증발가스와 부분 열교환 후 냉매 분리기(24)로 전달하는 제1 스트림과, 냉매 분리기(24)에서 분리된 기상 냉매를 증발가스와 열교환 후 감압밸브(25)로 전달하는 제2 스트림, 감압밸브(25)에서 감압된 냉매로 증발가스를 액화하며 냉매 분리기(24)에서 분리된 액상 냉매가 합류되는 제3 스트림을 포함할 수 있다.

냉매 분리기(24)는, 압축 및 냉각된 냉매를 기액분리한다. 이때 분리된 기상의 냉매가 액화기(23)로 유입된다.

냉매는 냉매 쿨러(22)에서 냉각된 후 냉매 분리기(24)로 유입되기 전에 액화기(23)를 부분적으로 경유할 수 있고, 이를 통해 윤활유가 모두 액상으로 잔존하도록 하여 기상의 냉매에 윤활유가 없도록 할 수 있다.

즉 냉매 분리기(24)는 액화기(23)에 유입된 냉매를 기액분리해 액상과 기상의 냉매가 액화기(23)에서 서로 다른 흐름에 합류되도록 할 수 있다.

물론 냉매 쿨러(22)에서 냉매를 냉각하는 정도 및 냉매 분리기(24) 상류에서 액화기(23)를 부분적으로 경유해 냉각되는 정도는, 윤활유가 응고되지 않도록 하는 정도로 설정될 수 있다. 냉매 분리기(24)에서 분리된 액상의 냉매는, 액화기(23)의 제3 스트림의 중간에 합류될 수 있다.

감압밸브(25)는, 액화기(23)에서 증발가스와 열교환한 냉매를 감압 후 액화기(23)로 리턴한다. 구체적으로 감압밸브(25)는 냉매 분리기(24)에서 분리된 기상 냉매를 액화기(23)의 하류에서 감압해 액화기(23)로 재유입한다. 감압밸브(25)는 줄-톰슨밸브일 수 있고, 감압 시 냉매는 줄-톰슨 효과에 의해 냉각되어 액화될 수 있다.

냉매 리시버(26)는, 감압 후 액화기(23)를 경유한 냉매를 임시 저장하고 냉매 압축기(21)로 전달한다. 냉매 리시버(26)는 탱크 형태일 수 있으며, 액상이 냉매 압축기(21)로 유입되지 않도록 버퍼 역할을 할 수 있다.

냉매 리시버(26)에 존재하는 액상의 냉매는, 냉매 압축기(21)로 전달되는 대신 냉매 리시버(26)에 저장되어 있을 수 있고, 냉매 분리기(24)나, 냉매 분리기(24)와 액화기(23) 사이의 냉매 순환라인(L2)에 전달하는 것도 가능하다.

냉매 리시버(26) 내 액상을 기상으로 변화시키기 위해, 냉매 압축기(21) 하류의 압축된 냉매를 냉매 리시버(26)로 되돌리는 냉매 리턴라인(L22)이 냉매 압축기(21)와 냉매 쿨러(22) 사이의 냉매 순환라인(L2)에서 분기되어 냉매 리시버(26) 상류로 연결될 수 있다.

냉매 압축기(21)에서 압축된 고압/고온 냉매가 냉매 리시버(26)로 되돌아가면, 냉매 리시버(26) 내의 액상 냉매가 기화되어 냉매 압축기(21)로 전달될 수 있는 것이다.

냉매 순환라인(L2)을 따라 흐르는 냉매 흐름을 설명하면 다음과 같다. 냉매는 냉매 쿨러(22)에서 냉각된 후 액화기(23)의 제1 스트림을 부분적으로 거친 뒤 냉매 분리기(24)로 유입된다. 이후 냉매 분리기(24)에서 분리된 기상 냉매는 액화기(23)의 제2 스트림을 경유하여 빠져나간다.

빠져나온 기상 냉매는, 감압밸브(25)로 유입되어 감압 시 줄-톰슨 효과에 의해 냉각(액화)된다. 감압밸브(25)를 거친 냉매는 다시 액화기(23)로 유입되면서 증발가스와 열교환하여 증발가스를 액화시키게 된다.

물론 액화기(23) 내에서 증발가스는 감압밸브(25)를 거친 냉매 외에 다른 스트림의 냉매와도 열교환하면서 냉각될 수 있으며, 반대로 감압밸브(25)를 거친 가장 저온의 냉매만 증발가스와 열교환하도록 마련할 수도 있다. 또한 액화기(23) 내에서는 냉매 간 열교환이 이루어질 수 있다.

냉매 분리기(24)에서 분리된 액상의 냉매는 윤활유가 혼입된 상태일 수 있는데, 이 냉매는 액상냉매 분기라인(L21)을 통해 액화기(23)에서 제3 스트림(감압 후 재유입되는 냉매의 스트림)의 중간에 합류될 수 있다.

즉 본 실시예는 윤활유가 증발가스와 저온 열교환하면서 결빙되지 않도록, 윤활유가 섞인 냉매는 스트림의 시작점이 아니라 중간점에서 합류되도록 마련된다.

물론 도 1에서의 재액화장치(20)는, 도 2 등을 통해 이하에서 후술하는 것처럼, 액화기(23) 상류에서 윤활유를 별도로 분리해내고 분리된 윤활유를 냉매 압축기(21)로 순환하는 윤활유 펌프(312), 윤활유 쿨러(313) 등을 구비할 수도 있다.

이와 같은 재액화장치(20)는, 압축 시 윤활유가 혼입되는 냉매 압축기(21)를 사용한다는 점에서, 냉매 압축 시 윤활유가 혼입되지 않는 무급유(오일-프리: oil-free) 타입의 냉매 압축기(21)를 사용하는 non-lube oil type과 반대로 lube oil type으로 지칭될 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템(1)은, 앞선 제1 실시예에서의 lube oil type 재액화장치(20)를 구비하면서도, 냉매 흐름 상에서 윤활유를 효과적으로 제거하기 위해 윤활유 처리부(30)를 구비할 수 있다.

윤활유 처리부(30)는, 재액화장치(20)에서 냉매에 혼입되는 윤활유를 처리한다. 윤활유 처리부(30)는 윤활유 순환부(31)와 필터부(32)를 구비한다.

윤활유 순환부(31)는, 냉매 압축기(21)와 냉매 쿨러(22) 사이에서 냉매를 기액분리해 윤활유를 분리하여 냉매 압축기(21)로 순환한다. 윤활유 순환부(31)는 냉매를 기액분리해 기상 냉매는 냉매 쿨러(22)로 전달하고 액상 윤활유는 냉매 압축기(21)로 전달하는 윤활유 분리기(311)를 포함할 수 있다.

또한 윤활유 순환부(31)는, 윤활유 분리기(311)에서 분리된 액상 냉매를 전달하는 윤활유 펌프(312)와, 윤활유 펌프(312)의 상류 또는 하류 중 적어도 일측에 마련되는 윤활유 쿨러(313)를 포함할 수 있으며, 윤활유 분리기(311)와 윤활유 펌프(312) 및 윤활유 쿨러(313)는 직렬로 윤활유 순환라인(L3)에 의하여 연결될 수 있다.

필터부(32)는, 냉매 흐름 상에서 적어도 두 위치에 마련되며 윤활유의 상(狀)에 따라 서로 다른 제원을 가질 수 있다. 필터부(32)는, 액상 필터(321), 기상 필터(322) 및 고상 필터(323) 중 적어도 어느 둘을 포함할 수 있다.

액상 필터(321)는 냉매 쿨러(22)와 액화기(23) 사이에 마련되어 냉매 쿨러(22)의 냉각 후 액상을 갖고 있는 윤활유를 제거한다. 냉매에 포함된 윤활유는 윤활유 분리기(311)에서 1차로 분리되나, 윤활유 분리기(311)에서는 기상으로 존재했다가 냉매 쿨러(22)에서 액화될 수 있다. 따라서 액상 필터(321)는 윤활유 분리기(311)에서 기상이었다가 냉매 쿨러(22)에서 액상으로 변화한 윤활유를 걸러낸다. 이러한 액상 필터(321)는 코알레서 필터(coalescer) 등일 수 있다.

기상 필터(322)는 냉매 분리기(24)에서 분리된 기상의 윤활유를 제거한다. 냉매 쿨러(22)에서 일부 윤활유는 액화되지 못하여 액상 필터(321)에서 필터링되지 못할 수 있는데, 이때 윤활유가 포함된 냉매는 액화기(23)에서 다른 냉매나 증발가스와 부분적으로 열교환한 뒤 냉매 분리기(24)에 유입된다.

냉매 분리기(24)에서 분리된 기상 냉매에 액상 필터(321)를 통과한 기상 윤활유가 혼합되어 있을 수 있어서, 기상 필터(322)는 이러한 윤활유를 제거해낼 수 있으며, 흡착 필터(Adsorber) 등일 수 있다.

고상 필터(323)는 감압밸브(25)에서 감압된 냉매 중 고상의 윤활유를 제거한다. 기상 필터(322)에서도 걸러내지 못한 윤활유는 액화기(23)에 다시 유입되면서 다른 냉매나 증발가스와 열교환한 뒤 감압밸브(25)에서 감압되면서 냉각된다.

이때 감압에 의한 냉각 시, 냉매는 액화되고 윤활유는 응고될 수 있으며, 응고된 윤활유는 솔리드 필터(solid filter) 등인 고상 필터(323)에 의하여 걸러내질 수 있다.

윤활유 처리부(30)의 필터부(32)는, 위와 같이 냉매 흐름 상에서 윤활유가 주로 존재할 수 있는 상을 고려하여, 서로 다른 제원의 필터들을 사용할 수 있다. 일례로 액상 필터(321)+기상 필터(322)를 사용하거나, 기상 필터(322)+고상 필터(323) 등을 조합 사용할 수 있고, 물론 3가지 필터를 모두 사용하는 것도 가능하다.

즉 필터부(32)는 적어도 둘 이상의 서로 다른 필터를 이용해 윤활유를 적어도 2단으로 분리해냄으로써, 윤활유의 혼입으로 인한 액화효율 저하를 방지하고, 액화기(23) 등에 윤활유가 잔류하여 maintenance 문제를 야기하는 것을 억제하게 된다.

이와 같이 본 실시예는, 혼합냉매를 이용하여 증발가스를 재액화할 때, 냉매 압축기(21)에서 냉매에 혼입될 수 있는 윤활유를 2단계 또는 3단계로 분리해낼 수 있고, 특히 냉매 흐름의 각 지점에서 윤활유가 존재하는 상을 고려하여 서로 다른 필터를 사용하여(역으로 설명하면, 윤활유를 필터링하기 위한 필터의 설치 위치로 냉매 흐름 상에서 윤활유가 서로 다른 상으로 존재하는 지점들을 선정) 윤활유의 효과적인 제거가 가능하다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템(1)은, 앞선 제2 실시예와 대비할 때 필터부(32)가 적어도 고상 필터(323)를 구비하는 경우에 있어서, 고상 필터(323)의 필터링 효과를 확보하기 위해, 윤활유 처리부(30)가 필터 재생부(33)를 구비한다.

이하에서는 본 실시예가 앞선 제2 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 본 실시예에서 필터부(32)는 기상 필터(322)와 고상 필터(323)를 포함하는 것으로 설명되나, 이로 한정하는 것은 아니며 액상 필터(321)와 고상 필터(323)를 구비하는 것도 가능하다.

필터부(32)의 고상 필터(323)는, 감압밸브(25)에서 감압에 의해 응고되는 윤활유를 걸러낼 수 있는 솔리드 필터일 수 있으며, 이때 분리된 윤활유는, 고상 필터(323)에 연결된 윤활유 드레인라인(L31)을 통해 외부로 드레인될 수 있다.

윤활유 처리부(30)는, 윤활유 드레인라인(L31)에 마련되는 필터 재생부(33)를 구비한다. 필터 재생부(33)는 개도 조절을 통해 필터부(32)에 맥동을 부여하여, 필터부(32)에 누적된 윤활유를 제거할 수 있다.

즉 필터 재생부(33)는, 필터부(32)에서 분리되는 고상의 윤활유의 드레인 흐름 상에 마련되는 맥동부여 밸브일 수 있다. 필터 재생부(33)는 고상 필터(323)의 전후 압력차를 차압계(부호 도시하지 않음) 등을 통하여 확인하고, 차압이 일정 이상으로 확인되면 맥동부여 밸브가 윤활유 드레인라인(L31)의 개도를 조절하도록 한다.

따라서 필터 재생부(33)는 고상 필터(323)의 Maintenance를 위한 별도의 Operation Stop 없이도, Operation 도중에 고상 필터(323)의 Element 외벽 등에 잔류하고 있는 윤활유를 효과적으로 Cleaning 할 수 있게 된다.

이와 같이 본 실시예는, 둘 이상의 서로 다른 제원을 갖는 필터를 구비하면서 고상 필터(323)를 구비할 때, 재액화 가동 중에 고상 필터(323)의 재생을 위해 맥동을 고상 필터(323)에 적용함으로써 고상 필터(323)의 필터링 기능을 보장할 수 있다.

이때 필터 재생부(33)는, 앞서 제2 실시예에서 설명한 액상 필터(321)나 기상 필터(322)에도 적용될 수 있음은 물론이다. 즉 본 실시예의 필터 재생부(33)는, 액상 필터(321)나 기상 필터(322)에 연결되는 윤활유 드레인라인(L31)에 마련되어 액상 필터(321) 또는 기상 필터(322)에 맥동을 부여하여 윤활유가 잔류하지 않도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템의 개념도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 증발가스 재액화 시스템(1)은, 앞선 실시예 대비 보조냉매를 사용하는 시스템일 수 있다.

앞선 제1 내지 제3 실시예에서 설명한 재액화장치(20)는, 하나의 혼합냉매를 사용한다는 점에서 SMR(single MR) 재액화 시스템으로 지칭될 수 있고, 본 실시예는 프로판(C3) 등을 보조냉매로 사용한다는 점에서 C3MR 재액화 시스템으로 지칭될 수 있다.

본 실시예의 재액화장치(20)는, 보조냉매를 이용하여 냉매를 냉각하는 냉매 열교환기(27)를 포함할 수 있다. 냉매는 냉매 압축기(21)와 냉매 쿨러(22)를 경유한 뒤, 냉매 분리기(24)로 유입되기 전에 냉매 열교환기(27)에서 냉각될 수 있다.

이 경우 냉매 분리기(24)는, 앞선 실시예와 달리 보조냉매로 냉각되고 액화기(23)로 유입되지 않은 냉매를 전달받아 기액분리하여, 기상 냉매와 액상 냉매를 액화기(23) 내에서 서로 다른 스트림에 전달할 수 있다.

따라서 액화기(23)의 스트림에도 앞선 실시예와 차이가 발생한다. 액화기(23)는 냉매 분리기(24)에서 분리된 기상 냉매를 감압밸브(25)로 전달하는 제1 스트림과, 감압밸브(25)에서 감압된 냉매로 증발가스를 액화하는 제2 스트림이 마련될 수 있다.

즉 냉매 쿨러(22)와 냉매 분리기(24)에서 액화기(23)를 경유하는 스트림은 생략될 수 있으며, 냉매 분리기(24)에서 분리된 액상 냉매는 제2 스트림에 합류된다.

또한 재액화장치(20)는 예냉기(285)를 구비할 수 있고, 예냉기(285)는 액화기(23)로 유입되는 증발가스를 보조냉매로 예냉한다. 따라서 증발가스는 보조냉매로 예냉된 후 냉매에 의해 액화기(23)에서 액화될 수 있다.

따라서 보조냉매는 액화기(23)로 유입되는 냉매를 냉각하거나, 액화기(23)로 유입되는 증발가스를 예냉하기 위하여 마련된다. 이를 위해 재액화장치(20)는 냉매 처리 구성과 유사하게, 보조냉매 압축기(281), 압축된 보조냉매를 냉각하는 보조냉매 쿨러(282), 냉각된 보조냉매를 기액분리하여 기상 보조냉매는 보조냉매 압축기(281)로 리턴하고 액상 보조냉매를 예냉기(285) 등으로 전달하는 보조냉매 분리기(283) 등을 구비한다.

또한 보조냉매 리시버(284)를 포함할 수 있는데, 보조냉매 리시버(284)는 냉각 및 기액분리된 액상 보조냉매를 저장하였다가 예냉기(285) 또는 냉매 열교환기(27)로 전달할 수 있다.

보조냉매 압축기(281), 보조냉매 쿨러(282), 보조냉매 분리기(283), 보조냉매 리시버(284) 등은 보조냉매 순환라인(L23)에 의해 직렬 순환 연결된다.

또한 보조냉매 리시버(284)와 예냉기(285)는, 예냉라인(L23a)에 의하여 보조냉매가 순환되도록 연결될 수 있으며, 보조냉매 리시버(284)와 냉매 열교환기(27)는, 냉매 열교환라인(L23b)에 의하여 보조냉매가 순환되도록 연결될 수 있다. 이때 예냉라인(L23a)과 냉매 열교환라인(L23b)은 적어도 일부(보조냉매 리시버(284)에서 배출되는 부분 등)는 공유되도록 마련될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 제3 실시예 등의 윤활유 처리부(30)를 가지면서 SMR이 아니라 보조냉매를 사용하는 C3MR로 구비될 수 있다. 물론 제2 실시예 등의 윤활유 처리부(30)가 본 실시예에 적용될 수도 있을 것이다. 또한 본 실시예의 보조냉매는 프로판(C3)으로 한정되지 않으며 상변화가 가능한 모든 냉매 물질이 사용될 수 있다.

본 발명은 앞서 설명된 실시예 외에도, 상기 실시예와 공지기술의 조합에 의해 발생하는 실시예들을 모두 포괄한다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 증발가스 재액화 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20: 재액화장치 21: 냉매 압축기
22: 냉매 쿨러 23: 액화기
24: 냉매 분리기 25: 감압밸브
26: 냉매 리시버 27: 냉매 열교환기
281: 보조냉매 압축기 282: 보조냉매 쿨러
283: 보조냉매 분리기 284: 보조냉매 리시버
285: 예냉기 L1: 증발가스 액화라인
L2: 냉매 순환라인 L21: 액상냉매 분기라인
L22: 냉매 리턴라인 L23: 보조냉매 순환라인
L23a: 예냉라인 L23b: 냉매 열교환라인
L3: 윤활유 순환라인 L31: 윤활유 드레인라인
30: 윤활유 처리부 31: 윤활유 순환부
311: 윤활유 분리기 312: 윤활유 펌프
313: 윤활유 쿨러 32: 필터부
321: 액상 필터 322: 기상 필터
323: 고상 필터 33: 필터 재생부

Claims (7)

1. 액화가스 저장탱크; 및
   액화가스 저장탱크에서 발생한 증발가스를 상변화하는 냉매로 액화하는 재액화장치를 포함하며,
   상기 재액화장치는,
   압축 시 냉매에 윤활유가 혼입될 수 있는 냉매 압축기;
   압축된 냉매를 냉각하는 냉매 쿨러;
   냉매와 증발가스를 열교환하는 액화기;
   상기 액화기에 유입된 냉매를 기액분리해 액상과 기상의 냉매가 상기 액화기에서 서로 다른 흐름에 합류되도록 하는 냉매 분리기; 및
   상기 액화기에서 증발가스와 열교환한 냉매를 감압 후 상기 액화기로 리턴하는 감압밸브를 포함하며,
   상기 재액화장치에서 냉매에 혼입되는 윤활유를 처리하는 윤활유 처리부를 더 포함하고,
   상기 윤활유 처리부는,
   상기 냉매 압축기와 상기 냉매 쿨러 사이에서 냉매를 기액분리해 윤활유를 분리하여 상기 냉매 압축기로 순환하는 윤활유 순환부; 및
   냉매 흐름 상에서 적어도 두 위치에 마련되며 상기 윤활유의 상에 따라 서로 다른 제원을 갖는 필터부를 포함하며,
   상기 필터부는,
   상기 냉매 쿨러와 상기 액화기 사이에서 액상의 윤활유를 제거하는 코알레서 필터(coalescer)인 액상 필터, 또는 상기 감압밸브에서 감압된 냉매 중 고상의 윤활유를 제거하는 솔리드 필터(solid filter)인 고상 필터; 및
   상기 냉매 분리기에서 분리된 기상의 윤활유를 제거하는 흡착 필터(Adsorber)인 기상 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 액화기는,
   상기 냉매 쿨러에서 냉각된 냉매를 증발가스와 부분 열교환 후 상기 냉매 분리기로 전달하는 제1 스트림;
   상기 냉매 분리기에서 분리된 기상 냉매를 증발가스와 열교환 후 상기 감압밸브로 전달하는 제2 스트림; 및
   상기 감압밸브에서 감압된 냉매로 증발가스를 액화하며 상기 냉매 분리기에서 분리된 액상 냉매가 합류되는 제3 스트림을 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 윤활유 순환부는,
   냉매를 기액분리해 기상 냉매는 상기 냉매 쿨러로 전달하고 액상 윤활유는 상기 냉매 압축기로 전달하는 윤활유 분리기;
   상기 윤활유 분리기에서 분리된 액상 냉매를 전달하는 윤활유 펌프; 및
   상기 윤활유 펌프의 상류 또는 하류에 마련되는 윤활유 쿨러를 포함하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 냉매 분리기는,
   상기 제1 스트림에서 전달된 냉매 중 기상 냉매는 상기 제2 스트림으로 전달하고 액상 냉매는 상기 제3 스트림으로 전달하는 것을 특징으로 하는 증발가스 재액화 시스템.
7. 제 1 항, 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 상기 증발가스 재액화 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.

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