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KR102294228B1 - 압축기 시스템 - Google Patents

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KR102294228B1
KR102294228B1 KR1020150037303A KR20150037303A KR102294228B1 KR 102294228 B1 KR102294228 B1 KR 102294228B1 KR 1020150037303 A KR1020150037303 A KR 1020150037303A KR 20150037303 A KR20150037303 A KR 20150037303A KR 102294228 B1 KR102294228 B1 KR 102294228B1
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surge
inlet
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황영수
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한화파워시스템 주식회사
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Abstract

압축기 시스템은, 외부에서 제1 가변 디퓨저를 구비하는 제1 압축기와, 제2 가변 디퓨저를 구비하며 제1 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제2 압축기와, 제2 압축기의 하류에 차례대로 배치된 제4 압축기와, 제5 압축기와, 제2 압축기의 출구와 제3 압축기의 입구를 연결하는 제1 유로를 개폐하는 제1 밸브와, 제2 압축기의 출구와 제3 압축기의 입구를 연결하는 제2 유로를 개폐하는 제2 밸브와, 제2 유로를 통과하는 유체를 냉각하는 제1 인터쿨러와, 제4 압축기와 출구와 제5 압축기의 입구의 사이에서 유체를 냉각하는 제2 인터쿨러와, 제1 밸브와 제2 밸브와 제1 가변 디퓨저와 제2 가변 디퓨저를 제어하는 제어기를 구비한다.

Description

압축기 시스템{Compressor system}
실시예들은 압축기 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증발 가스를 적어도 5개의 압축 단을 통해 고압으로 압축함으로써 액화 천연 가스 운반선의 엔진에 고압의 연료를 공급할 수 있는 압축기 시스템에 관한 것이다.
액화 천연 가스 운반선은 액화 천연 가스(LNG; Liquefied Natural Gas)를 저장 탱크(LNG 화물창) 내에 액상 상태로 저장하여 운반하는 선박이다. 액화 천연 가스 운반선에는 항해를 위한 추진용 엔진과, 선박에 설치되는 압축기와 펌프와 같은 각종 기계장치들 및 편의 시설에 전원을 공급하는 발전용 엔진이 장착된다. 따라서 액화 천연 가스 운반선에는 메탄을 주성분으로 포함하는 천연 가스를 엔진들의 에너지원으로서 공급하기 위한 액화 천연 가스 공급 시스템이 사용된다.
액화 천연 가스 운반선의 운항 중에는 LNG 화물창 내의 액화 천연 가스가 외부로부터 가해지는 열로 인하여 가열되므로 기화 작용이 계속적으로 이루어진다. 이와 같이 LNG 화물창에서 기화된 가스를 증발 가스(BOG; boil off gas)라고 부른다.
기화된 증발 가스를 방치한다면, 증발 가스의 팽창으로 인해 저장 탱크의 압력이 높아져 저장 탱크가 파손될 위험이 있다. 따라서 액화 천연 가스 운반선의 액화 천연 가스 공급 시스템에는 저장 탱크에서 기화된 증발 가스를 압축하여 액화 천연 가스 운반선의 추진을 위한 연료로 공급하기 위한 압축기 시스템이 포함된다.
액화 천연 가스 운반선은 저장 탱크 내부에 액화 천연 가스를 가득 실은 적선(laden) 상태로 운항하거나, 액화 천연 가스를 생산지로부터 수요지로 모두 운반한 이후 운항을 위한 최소한의 액화 천연 가스만을 실은 바닥짐(ballast) 상태로 운항한다.
가스 운반선이 바닥짐 상태로 운항하는 동안에는 저장 탱크의 외부로부터 전달된 열이 저장 탱크의 비어 있는 공간에 채워진 증발 가스로 전달되어 증발 가스의 온도가 상승한다.
통상적으로 액화 천연 가스 운반선의 액화 천연 가스 공급 시스템에 포함되는 압축기 시스템은 2대의 압축기를 필요로 한다. 2대의 압축기를 이용하는 종래의 압축기 시스템은 항상 -120도의 입구 온도로 가스를 흡입하는 동일한 사양의 2단의 로우 듀티(Low duty; LD) 압축기를 사용하거나, -120도 내지 대략 +40도의 입구 온도의 범위에서 작동하며 엔진에서 필요한 6.5 barA(절대 압력; absolute pressure)의 압력을 유지하는 3 내지 4단의 LD 압축기를 사용한다.
한국 등록특허 제1257937호에는 극저온의 입구온도에서 작동하는 압축기와, 상온 및 극저온에서 작동할 수 있는 LD 압축기를 조합한 압축기 시스템이 설명된다. 이러한 압축기 시스템에 의하면 6.5 barA의 일정한 압력을 갖는 연료가스를 운반선의 엔진에 공급을 할 수 있지만, 증발 가스의 온도가 증가하는 경우에 대응하기 위하여 압축기 흡입 배관에 입구 냉각기(Inlet chiller)를 별도로 설치해야 할 필요가 있다.
가스 운반선이 바닥짐 상태로 운항하는 동안에는 증발 가스가 빨리 가열되어 증발 가스의 온도가 -120도를 초과하므로 압축기 흡입 배관의 입구 냉각기를 가동하여 압축기의 입구 온도를 -120도로 유지해야 한다. 따라서 이러한 압축기 시스템은 에너지 활용 및 환경의 측면에서 비효율적이다.
한국 등록특허 제1257937호 (2013.04.17)
실시예들의 목적은 액화 천연 가스 운반선의 화물창에서 발생하는 증발 가스를 압축하여 엔진의 연료로 공급할 수 있는 압축기 시스템을 제공하는 데 있다.
실시예들의 다른 목적은 증발 가스를 압축하여 액화 천연 가스 운반선의 엔진에서 요구되는 수준의 압력의 연료를 공급할 수 있는 압축기 시스템을 제공하는 데 있다.
실시예들의 또 다른 목적은 별도의 냉각 장치를 가동하지 않아도 극저온에서부터 상온에 이르는 온도 범위의 증발 가스를 압축할 수 있는 효율적인 압축기 시스템을 제공하는 데 있다.
일 실시예에 관한 압축기 시스템은, 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제1 가변 디퓨저를 구비하며 증발 가스를 압축하는 제1 압축기와, 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제2 가변 디퓨저를 구비하며 제1 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제2 압축기와, 제2 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제3 압축기와, 제3 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제4 압축기와, 제4 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제5 압축기와, 제2 압축기의 출구와 제3 압축기의 입구를 연결하는 제1 유로와, 제1 유로에 배치되어 외부에서 인가된 신호에 의해 작동하여 제1 유로를 개폐하는 제1 밸브와, 제2 압축기의 출구와 제3 압축기의 입구를 연결하는 제2 유로와, 제2 유로에 배치되어 외부에서 인가된 신호에 의해 작동하여 제2 유로를 개폐하는 제2 밸브와, 제2 유로에 배치되어 제2 유로를 통과하는 유체를 냉각하는 제1 인터쿨러와, 제4 압축기와 출구와 제5 압축기의 입구의 사이에 배치되어 유체를 냉각하는 제2 인터쿨러와, 제1 밸브와 제2 밸브와 제1 가변 디퓨저와 제2 가변 디퓨저를 제어하는 제어기를 구비한다.
압축기 시스템은 제3 압축기의 입구와 제1 압축기의 입구를 연결하는 제1 서지유로와, 제1 서지유로에 배치되어 제1 서지유로를 개폐하는 제1 서지밸브를 더 구비할 수 있다.
압축기 시스템은 제5 압축기의 출구와 제3 압축기의 입구를 연결하는 제2 서지유로와, 제2 서지유로에 배치되어 제2 서지유로를 개폐하는 제2 서지밸브를 더 구비할 수 있다.
압축기 시스템은 제5 압축기의 출구와 연결되어 제5 압축기에서 배출된 유체를 냉각하는 애프터 쿨러를 더 구비할 수 있다.
압축기 시스템은 제1 압축기로 공급되는 증발 가스의 온도를 감지하는 센서를 더 구비할 수 있다.
압축기 시스템은 제5 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제6 압축기를 더 구비할 수 있다.
다른 실시예에 관한 압축기 시스템은, 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제1 가변 디퓨저를 구비하며 증발 가스를 압축하는 제1 압축기와 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제2 가변 디퓨저를 구비하며 제1 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제2 압축기와 제2 압축기의 하류에 직렬적으로 차례로 배치되어 유체를 압축하는 제3 압축기와 제4 압축기와 제5 압축기와 제2 압축기의 출구와 제3 압축기의 입구를 연결하는 제1 유로를 개폐하는 제1 밸브와 제2 압축기의 출구와 제3 압축기의 입구를 연결하는 제2 유로를 개폐하는 제2 밸브와 제2 유로에 배치되어 유체를 냉각하는 제1 인터쿨러와,
제4 압축기와 출구와 제5 압축기의 입구의 사이에 배치되어 유체를 냉각하는 제2 인터쿨러를 구비하는 제1 압축장치와, 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제3 가변 디퓨저를 구비하며 증발 가스를 압축하는 제6 압축기와 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제4 가변 디퓨저를 구비하며 제6 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제7 압축기와 제7 압축기의 하류에 직렬적으로 배치되어 유체를 압축하는 제8 압축기와 제9 압축기와 제10 압축기와 제7 압축기의 출구와 제8 압축기의 입구를 연결하는 제3 유로를 개폐하는 제3 밸브와 제7 압축기의 출구와 제8 압축기의 입구를 연결하는 제4 유로를 개폐하는 제4 밸브와 제4 유로에 배치되어 유체를 냉각하는 제3 인터쿨러와 제9 압축기와 출구와 제10 압축기의 입구의 사이에 배치되어 유체를 냉각하는 제4 인터쿨러를 구비하는 제2 압축장치와,
제1 밸브와 제2 밸브와 제3 밸브와 제4 밸브와 제1 가변 디퓨저와 제2 가변 디퓨저와 제3 가변 디퓨저와 제4 가변 디퓨저를 제어하는 제어기를 구비한다.
또 다른 실시예에 관한 압축기 시스템은, 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제1 가변 디퓨저를 구비하며 증발 가스를 압축하는 제1 압축기와, 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제2 가변 디퓨저를 구비하며 제1 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제2 압축기와, 제2 압축기의 하류에 직렬적으로 차례로 배치되어 유체를 압축하는 제3 압축기와, 제4 압축기와, 제5 압축기와, 제2 압축기의 출구와 제3 압축기의 입구를 연결하는 제1 유로를 개폐하는 제1 밸브와, 제2 압축기의 출구와 제3 압축기의 입구를 연결하는 제2 유로를 개폐하는 제2 밸브와, 제2 유로에 배치되어 유체를 냉각하는 제1 인터쿨러와, 제4 압축기와 출구와 제5 압축기의 입구의 사이에 배치되어 유체를 냉각하는 제2 인터쿨러를 구비하는 제1 압축장치와,
외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제3 가변 디퓨저를 구비하며 증발 가스를 압축하는 제6 압축기와, 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제4 가변 디퓨저를 구비하며 제6 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제7 압축기와, 제7 압축기의 하류에 직렬적으로 배치되어 유체를 압축하는 제8 압축기와, 제9 압축기와, 제10 압축기와, 제7 압축기의 출구와 제8 압축기의 입구를 연결하는 제3 유로를 개폐하는 제3 밸브와, 제7 압축기의 출구와 제8 압축기의 입구를 연결하는 제4 유로를 개폐하는 제4 밸브를 구비하는 제2 압축장치와,
제1 밸브와, 제2 밸브와, 제3 밸브와, 제4 밸브와, 제1 가변 디퓨저와, 제2 가변 디퓨저와, 제3 가변 디퓨저와, 제4 가변 디퓨저를 제어하는 제어기를 구비하고,
제1 인터쿨러와 제2 인터쿨러의 어느 하나는 제4 유로와 연결되어 유체를 냉각하고, 제1 인터쿨러와 제2 인터쿨러의 다른 하나는 제9 압축기와 출구와 제10 압축기의 입구의 사이에 연결되어 유체를 냉각한다.
또 다른 실시예에 관한 압축기 시스템은, 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제1 가변 디퓨저를 구비하며 증발 가스를 압축하는 제1 압축기와, 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제2 가변 디퓨저를 구비하며 제1 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제2 압축기와, 제2 압축기의 하류에 직렬적으로 차례로 배치되어 유체를 압축하는 제3 압축기와, 제4 압축기와, 제5 압축기와, 제2 압축기의 출구와 제3 압축기의 입구를 연결하는 제1 유로를 개폐하는 제1 밸브와, 제2 압축기의 출구와 제3 압축기의 입구를 연결하는 제2 유로를 개폐하는 제2 밸브와, 제2 유로에 배치되어 유체를 냉각하는 제1 인터쿨러와, 제4 압축기와 출구와 제5 압축기의 입구의 사이에 배치되어 유체를 냉각하는 제2 인터쿨러를 구비하는 제1 압축장치와,
제6 압축기 내지 제9 압축기가 직렬적으로 차례로 연결되어 4개의 압축단계를 가지며 제1 압축장치와 병렬적으로 배치되어 제2 압축장치와,
제1 밸브와, 제2 밸브와, 제1 가변 디퓨저와, 제2 가변 디퓨저를 제어하며, 증발 가스의 온도 범위에 따라 제1 압축장치와 제2 압축장치의 어느 하나를 선택하여 구동하는 제어기를 구비한다.
상술한 바와 같은 실시예들에 관한 압축기 시스템은 적어도 5개의 압축 단을 통해 유체를 고압으로 압축할 수 있다. 따라서 압축기 시스템을 이용하면 증발 가스를 압축하여 액화 천연 가스 운반선의 엔진에 고압의 연료를 공급할 수 있다.
또한 압축기 시스템에 포함된 일부 압축기에 가변 형상 디퓨저와 서지밸브가 설치되므로 압축기 서지 현상의 발생을 방지하면서 증발 가스의 온도 변화에 대응하여 압축기 시스템의 전체적인 작동 조건을 효율적으로 제어할 수 있다.
또한 압축기 시스템에 포함되는 제1 압축장치는 극저온 온도 범위에서만 작동시키고 제2 압축장치를 상온을 포함하는 저온의 온도 범위에서 작동시킬 수도 있으므로, 압축기의 입구에 별도의 냉각장치를 설치하지 않고도 넓은 범위의 온도 범위에서 원활히 작동하는 압축 시스템을 설계할 수 있다.
또한 5단 이상의 압축단을 갖는 제1 압축장치와 제2 압축장치를 병렬적으로 배치한 압축기 시스템을 사용하는 경우, 제1 압축장치와 제2 압축장치의 내부 구성요소들을 동일하게 설계할 수 있으므로, 정비시 부품의 호환성을 극대화할 수 있다.
또한 5단 이상의 압축단을 갖는 제1 압축장치와 제2 압축장치를 병렬적으로 배치함과 아울러 제1 압축장치와 제2 압축장치가 인터쿨러와 애프터 쿨러와 같은 구성 요소들을 공유하게 하는 경우 설치 공간을 최소화할 수 있으므로 설비투자비용을 줄일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 관한 압축기 시스템의 일부 구성요소들의 결합 구조를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 압축기 시스템의 압축기들의 결합 구조를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 압축기 시스템을 압축기들의 연결 관계를 배치 구조에 따라 도시한 회로도이다.
도 4는 도 1의 압축기 시스템을 유체 흐름을 따라 도시한 회로도이다.
도 5는 다른 실시예에 관한 압축기 시스템을 포함하는 LNG 운반선 엔진의 연료 공급 시스템의 구성 요소들의 연결 관계를 개략적으로 도시한 설명도이다.
도 6은 도 5의 연료 공급 시스템에 포함된 압축기 시스템의 각 구성 요소들의 연결 관계를 도시한 회로도이다.
도 7은 도 5의 연료 공급 시스템에 포함될 수 있는 압축기 시스템으로서 도 6에 도시된 예와 다른 변형예에 관한 압축기 시스템의 각 구성 요소들의 연결 관계를 도시한 회로도이다.
도 8은 도 5의 연료 공급 시스템에 포함될 수 있는 압축기 시스템으로서 도 6 및 도 7에 도시된 예와 또 다른 변형예에 관한 압축기 시스템의 각 구성 요소들의 연결 관계를 도시한 회로도이다.
이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 실시예들에 관한 압축기 시스템의 구성과 작용을 상세히 설명한다. 설명 중에 사용되는 '및/또는'의 표현은 관련 요소들의 하나 또는 요소들의 조합을 의미한다.
도 1은 일 실시예에 관한 압축기 시스템의 일부 구성요소들의 결합 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 압축기 시스템의 압축기들의 결합 구조를 도시한 사시도이며, 도 3은 도 1의 압축기 시스템을 압축기들의 연결 관계를 배치 구조에 따라 도시한 회로도이고, 도 4는 도 1의 압축기 시스템을 유체 흐름을 따라 도시한 회로도이다.
도 1 내지 도 4에 나타난 실시예에 관한 압축기 시스템(60)은 C1 내지 C5의 총 5개의 압축기 단(compressor stage)을 갖는 5단 압축기로 설계되었으며, 압축기 시스템에 의해 처리되는 유체의 흐름에서 볼 때 제1 압축기(1)와 제2 압축기(2)와 제3 압축기(3)와 제4 압축기(4)와 제5 압축기(5)가 유체의 흐름을 따라 차례대로 직렬적으로 연결된다.
압축기 시스템(60)은 액화 천연 가스 운반선에 설치되어 LNG 화물창에서 기화된 증발 가스(BOG)를 압축하여 엔진의 연료로 공급하는 시스템이다. 제1 압축기(1) 내지 제5 압축기(5)가 유체의 흐름의 관점에서는 직렬적으로 연결되지만, 설치 면적을 최소화하며 유체의 흐름을 최적화하기 위해 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 입체적인 구조로 배치될 수 있다. 도 1 및 도 2에서는 제2 압축기(2)가 도시되지 않았으나, 제2 압축기(2)는 제1 압축기(1)의 축의 연장선을 따라 제1 압축기(1)에 대해 대칭되는 위치에 배치될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면 제1 압축기(1)와 제2 압축기(2)의 각각은 제1 가변 디퓨저(15)와 제2 가변 디퓨저(25)를 구비한다. 제1 가변 디퓨저(15)와 제2 가변 디퓨저(25)의 각각은 외부의 신호에 의해 작동함으로써 제1 압축기(1)와 제2 압축기(2)의 각각의 디퓨저 면적을 변화시키는 기능을 수행한다.
제1 가변 디퓨저(15)와 제2 가변 디퓨저(25)의 각각은 제1 구동부(15b) 및 제2 구동부(25b)에 의해 구동된다. 제1 구동부(15b) 및 제2 구동부(25b)는 제어기(70)로부터 인가되는 제어 신호에 의해 작동함으로써 제1 가변 디퓨저(15)와 제2 가변 디퓨저(25)를 구동한다. 제1 가변 디퓨저(15)와 제2 가변 디퓨저(25)는 압축기 터빈의 유로의 개도를 조절하여 임펠러로부터 나오는 작동가스의 통과 유량을 제어하기 위한 가변 형상 디퓨저(VGD; variable geometry diffuser)로 구현된다.
제1 압축기(1)는 LNG 화물창에서 발생한 증발 가스를 포집한 포집부(41)로부터 증발 가스를 공급받아 압축한 후 제2 압축기(2)로 배출한다. 제2 압축기(2)는 제1 압축기(1)에서 배출된 유체를 압축한 후 제3 압축기(3)로 배출한다. 제4 압축기(4)는 제3 압축기(3)에서 배출된 유체를 압축한 후 제5 압축기(5)로 배출한다.
도 3을 참조하면 제1 압축기(1) 내지 제5 압축기(5)는 기어박스(80)에 기계적으로 연결되어 있으며, 모터(40)의 구동력이 기어박스(80)에 전달됨으로써 제1 압축기(1) 내지 제5 압축기(5)가 회전할 수 있다.
제4 압축기(4)와 제5 압축기(5)는 모터(40)에 의해 회전하는 구동축(75)에 연결되어 회전하며, 구동축(75)에는 구동기어(81)가 배치된다. 구동축(75)이 회전하면 구동축(75)과 함께 구동기어(81)가 회전하며, 구동기어(81)에 맞물려 있는 제1 종동기어(82)와, 제2 종동기어(83)에 구동축(75)의 힘이 전달된다. 이로 인해 제1 종동기어(82)에 연결된 제3 압축기(3)와 제2 종동기어(83)에 연결된 제1 압축기(1) 및 제2 압축기(2)도 회전한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제2 압축기(2)의 출구와 제3 압축기(3)의 입구는 제1 유로(31)에 의해 연결된다. 또한 제1 유로(31)에는 외부에서 인가된 신호에 의해 작동함으로써 제1 유로(31)를 개폐하는 제1 밸브(31a)가 설치된다.
제1 밸브(31a)는 유압이나 공압 신호에 의해 작동하는 유압 작동식 밸브 또는 공압 작동식 밸브로 구현될 수 있고, 전자기적 신호에 의해 작동하는 솔레노이드 밸브로 구현될 수 있다. 따라서 제어기(70)로부터 제1 밸브(31a)에 신호가 인가되면 제1 밸브(31a)가 '개방' 작동하여 제1 유로(31)를 개방하거나 '폐쇄' 작동하여 제1 유로(31)를 폐쇄함으로써 제1 유로(31)를 통과하는 유체의 흐름을 허용하거나 차단할 수 있다. 이하에서 밸브의 '개방'은 유로를 개방하기 위한 밸브의 개방 작동을 의미하고, 밸브의 '폐쇄'는 유로를 폐쇄하기 위한 밸브의 폐쇄 작동을 의미한다.
제2 압축기(2)의 출구와 제3 압축기의 입구의 사이에는 제1 유로(31)와 병렬적으로 배치되는 제2 유로(32)가 설치된다. 제2 유로(32)에는 마찬가지로 외부에서 인가된 신호에 의해 작동함으로써 제2 유로(32)를 개폐하는 제2 밸브(32a)가 설치된다. 제2 밸브(32a)도 제1 밸브(31a)와 마찬가지로 제어기(70)로부터 인가된 신호에 의해 제2 유로(32)를 개방하거나 폐쇄함으로써 제2 유로(32)를 통과하는 유체의 흐름을 허용하거나 차단할 수 있다.
제2 유로(32)에는 제2 유로(32)를 통과하는 유체를 냉각하는 제1 인터쿨러(91)가 설치된다. 제1 인터쿨러(91)는 예를 들어 냉매가 흐르는 냉각용 관을 제2 유로(32)를 감싸도록 배치하여 냉각용 관과 제2 유로(32)의 사이에 열교환이 이루어지게 하는 액체 냉각식 열교환기나, 냉각용 송풍기를 이용한 공랭식 냉각장치로 구현될 수 있다.
제1 유로(31)와 제2 유로(32)는 제1 압축기(1)와 제2 압축기(2)를 병렬적으로 연결함과 동시에, 제1 밸브(31a)와 제2 밸브(32a)의 작동으로 인해 제1 유로(31)와 제2 유로(32)가 선택적으로 개방될 수 있다. 즉 제1 유로(31)가 개방되고 제2 유로(32)가 폐쇄되는 경우, 제1 압축기(1)에서 배출된 유체는 제2 압축기(2)로 바로 전달될 수 있다. 또한 제1 유로(31)가 폐쇄되고 제2 유로(32)가 개방될 때에는 제1 압축기(1)에서 배출된 유체가 제1 인터쿨러(91)에 의해 냉각되어 제2 압축기(2)로 전달된다.
제3 압축기(3)의 출구와 제4 압축기(4)는 중간 유로(33)에 의해 서로 연결되므로, 제3 압축기(3)에서 압축되어 배출된 유체가 제4 압축기(4)로 전달된다.
제4 압축기(4)의 출구와 제5 압축기(5)의 사이를 연결하는 중간 유로(34)에는 제2 인터쿨러(92)가 배치된다. 제2 인터쿨러(92)도 제1 인터쿨러(91)와 같은 기능을 수행한다. 즉 제2 인터쿨러(92)는 제4 압축기(4)에서 배출된 유체를 냉각하여 제5 압축기(5)로 전달한다.
제1 인터쿨러(91)와 제2 인터쿨러(92)의 각각은 제3 압축기(3)와 제5 압축기(5)로 유입되는 유체(가스)의 온도를 냉각함으로써 제3 압축기(3)와 제5 압축기(5)의 작동 유량 범위를 확대할 수 있으므로 동력을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
제5 압축기(5)의 출구에는 애프터 쿨러(93)가 연결될 수 있다. 애프터 쿨러(93)는 제5 압축기(5)에 배출된 유체를 압축한 후 엔진으로 연료를 공급하는 연료 공급부(42)로 전달한다.
도 1에 도시된 것과 같이 제1 인터쿨러(91)와 제2 인터쿨러(92)와 애프터 쿨러(93)는 제1 압축기(1)와 제2 압축기(2)와 제3 압축기(3)와 제4 압축기(4)와 제5 압축기(5)가 장착되는 스키드(skid)에 설치되지만, 실시예는 이러한 구성에 의해 한정되는 것은 아니다. 따라서 제1 인터쿨러(91)와 제2 인터쿨러(92)와 애프터 쿨러(93)는 제1 압축기(1)와 제2 압축기(2)와 제3 압축기(3)와 제4 압축기(4)와 제5 압축기(5)가 장착되는 스키드(skid)의 외부에 설치될 수도 있다.
압축기 시스템(60)은 제3 압축기(3)의 입구와 제1 압축기(1)의 출구를 연결하는 제1 서지유로(51)와, 제1 서지유로(51)에 배치되어 제1 서지유로(51)를 개방하거나 폐쇄하는 제1 서지밸브(51a)를 구비할 수 있다.
또한 압축기 시스템(60)은 제5 압축기(5)의 출구 측과 제3 압축기(3)의 입구를 연결하는 제2 서지유로(52)와, 제2 서지유로(52)에 배치되어 제2 서지유로(52)를 개방하거나 폐쇄하는 제2 서지밸브(52a)를 구비할 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 제2 서지유로(52)는 제5 압축기(5)의 출구 측에서 배출된 유체가 애프터 쿨러(93)를 통과한 이후의 지점을 제3 압축기(3)의 입구로 연결한다.
제1 서지밸브(51a)와 제2 서지밸브(52a)는 압축기 시스템(60)에서 발생할 수 있는 서지 현상을 방지하는 서지 방지 밸브(ASV; anti-surge valve)의 기능을 수행한다.
서지(surge) 현상은 압축기가 전체 유체 제어 시스템의 압력 저항보다 큰 압력을 생산하지 못하는 경우 압축기의 내부에서 발생하는 유동의 주기적인 역류 현상을 말한다.
서지 현상이 발생하면 유동이 주기적으로 역류함으로 인하여 압력과 유량이 섭동한다. 이러한 섭동 작용은 기계적인 진동을 발생시키며, 베어링, 임펠러 등의 부속 요소들을 손상시킨다.
이와 같이 서지 현상은 압축기의 성능을 저하시킬 뿐만 아니라, 압축기의 수명을 단축시킬 수 있으므로 압축기의 운용에 있어서 서지 현상을 방지하는 기능(안티 서지; anti-surge)이 압축기 제어 시스템에서 중요하다.
제1 서지밸브(51a)와 제2 서지밸브(52a)와 같은 안티 서지 밸브를 설치함으로써 압축기 시스템의 저항을 감소시켜 서지 현상의 발생을 방지할 수 있다.
특히, 제5 압축기(5)의 출구 측의 하류에 연결되는 제2 서지유로(52)와 제2 서지밸브(52a)는 제3 단 내지 제5 단(C3~C5)에 해당하는 제3 압축기(3)와, 제4 압축기(4)와, 제5 압축기(5)에서의 서지 현상의 발생을 방지할 수 있다.
또한 제1 서지밸브(51a)는 질소(N2)를 이용한 초기 냉각 단계에서 사용될 수도 있고, 압축기 정지상태에서 천연가스가 흐르는 조건(NG free flow condition)에서 사용될 수 있다.
제3 압축기(3)의 입구에 연결된 제1 유로(31)에 설치된 제1 밸브(31a)는 증발 가스 온도가 315.15 K(섭씨 42도)의 이상인 경우 작동함으로써 서지 현상의 발생을 방지할 수 있다.
압축기 시스템(60)은 제1 압축기(1)로 공급되는 증발 가스의 온도를 감지하는 센서(71)를 구비할 수 있다. 센서(71)는 제어기(70)와 전기적으로 연결되므로, 감지된 증발 가스의 온도와 관련된 전기 신호가 제어기(70)로 공급된다. 이로써 제어기(70)는 증발 가스의 온도의 변화에 기초하여 압축기 시스템(60)의 압축기들의 작동을 제어할 수 있다.
제어기(70)는 제1 밸브(31a)와, 제2 밸브(32a)와, 제1 서지밸브(51a)와, 제2 서지밸브(52a)와, 제1 가변 디퓨저(15)를 구동하는 제1 구동부(15b)와, 제2 가변 디퓨저(25)를 구동하는 제2 구동부(25b)와 전기적으로 연결되어 각 구성요소들을 제어하는 기능을 수행한다. 또한 제어기(70)는 센서(71)와 전기적으로 연결되어 센서(71)로부터 전기 신호를 수신한다.
일반적으로 저장 탱크 내에 액화 천연 가스가 거의 없는 경우, 즉, 힐 아웃 상태(heel out condition)에서는 압축기의 작동이 불가하므로 증발 가스를 활용하지 못하고 가스 연소 유니트에서 연소시키는 경우가 많았다.
상술한 구성의 압축기 시스템(60)이 저장 탱크 내에 액화 천연 가스가 없는 힐 아웃 상태에서 운행되어야 하거나, 특히 운행에 필요한 최소한의 연료만이 남은 최대 힐 아웃 상태(maximum heel out condition)에서 압축기 시스템(60)이 운행되어야 할 경우, 제어기(70)가 제1 밸브(31a), 제2 밸브(32a)와, 제1 서지밸브(51a)와, 제2 서지밸브(52a)와, 제1 구동부(15b)와, 제2 구동부(25b)를 동시에 제어함으로써 힐 아웃 상태에 최적화되도록 제1 압축기(1) 내지 제5 압축기(5)의 작동 상태를 제어할 수 있다.
제어기(70)는 표 1에 나타나는 것과 같은 조건에 기초하여 압축기 시스템(60)을 제어할 수 있다.
작동 조건 DGV #1, #2 유량 재순환 밸브 작동 상태(예시)
조건 온도
(섭씨) 		압력
(barA) 		% %(질량유량 기준) 제1 밸브 제2 밸브 제1 서지밸브 제2 서지밸브
적선
(laden)		 -140~-90 1.03 100/80/70/50/30 0/0/20/50/80 개방 폐쇄 폐쇄 폐쇄: ~70%
개방: ~30%
바닥짐
(ballast)		 +35 1.03 100/80/70/50/30 0/0/30/60/80 개방 폐쇄 폐쇄 폐쇄: ~70%
개방: ~30%
최소 유량 -84~+35 1.03 100/80/70/50/30 0/0/30/50/80 폐쇄 개방 폐쇄 폐쇄: ~80%
개방: ~20%
표 1에서 DGV #1은 제1 가변 디퓨저(15)에 의한 유로의 개방 정도를 나타내고, DGV #2는 제2 가변 디퓨저(25)에 의한 유로의 개방 정도를 나타낸다.
제어기(70)는 예를 들어 반도체칩이나, 반도체칩과 회로들을 포함하여 인쇄회로기판의 형태로 제작된 제어보드나, 반도체칩이나 제어보드에 포함되는 소프트웨어나, 반도체칩 장착 장비에 설치되는 컴퓨터에 포함된 제어용 알고리즘 등의 다양한 형태로 구현될 수 있다.
1970년대부터 1900년대까지는 액화 천연 가스 운반선에 스팀 터빈과 디젤 엔진이 설치되었으나, 2000년대에 들어와 액화 천연 가스 운반선에 DFDE(duel fuel diesel electric) 엔진이 채택되었다.
일반적으로 DFDE 엔진에 연료를 공급하기 위해 6.5 barG의 압축 연료를 공급할 수 있는 3단 또는 4단의 저압 LD 압축기가 사용된다. 그러나 최근 액화 천연 가스 운반선에 채택되는 엔진은 16 barG에 이르는 높은 압력의 연료 가스를 필요로 하고, 그 이상의 압력에서는 1단의 압축기를 추가하여 최대 25barG(게이지 압력, gauge pressure)까지도 구현이 가능하며, 종래의 저압 LD 압축기를 사용하여 엔진에 연료 가스를 공급하는 것은 불가능하다.
상술한 바와 같은 실시예에 관한 압축기 시스템(60)에 의하면 총 5개의 단(C1~C5)을 형성하는 제1 압축기(1) 내지 제5 압축기(5)의 배치 구조를 채택하여 유체를 고압으로 압축할 수 있으므로, 높은 연료 가스 압력에 의해 작동하는 엔진의 고압 연료 공급 조건을 충족시킬 수 있다.
상술한 실시예에서는 압축기 시스템(60)이 5개의 단을 갖는 구성에 대해 설명되었으나, 실시예는 이러한 구성에 의해 한정되는 것은 아니다. 따라서 예를 들어 설계조건에 의해 16barG 이상의 압력이 필요한 경우 제5 압축기의 후단에 6번째의 압축기를 추가로 연결하여 총 6개의 단을 갖는 압축기 시스템으로 변형할 수 있다.
또한 제1 단(C1)에 해당하는 제1 압축기(1)와 제2 단(C2)에 해당하는 제2 압축기(2)가 각각 제1 가변 디퓨저(15)와 제2 가변 디퓨저(25)를 구비하므로, 압축기 시스템(60)의 최대 부하에 미치지 못하는 부분 부하(partial loads) 조건 하에서 압축기 시스템(60)이 작동할 때에는 제1 압축기(1)와 제2 압축기(2)가 작동하는 유량 범위를 조절함으로써 동력 손실을 최소화할 수 있다.
또한 제1 압축기(1)와 제2 압축기(2)의 제1 가변 디퓨저(15)와 제2 가변 디퓨저(25)를 작동시켜 제1 압축기(1)와 제2 압축기(2)가 작동하는 유량 범위를 조절함으로써 서지 현상의 발생을 방지할 수 있다. 이로 인해 재생용 인터쿨러를 갖는 회귀라인의 설치의 필요성을 최소화할 수 있으며, 제3 단(C3) 내지 제5 단(C5)에 해당하는 제3 압축기(3) 내지 제5 압축기(5)의 운용 영역을 제어하기 위해 제3 압축기(3) 내지 제5 압축기(5)의 입구에 입구 가이드 베인(inlet guide vane; IGV)을 설치하지 않고 압축기 시스템(60)을 컴팩트하게 설계할 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 관한 압축기 시스템을 포함하는 LNG 운반선 엔진의 연료 공급 시스템(100)의 구성 요소들의 연결 관계를 개략적으로 도시한 설명도이다.
도 5에 나타난 실시예에 관한 압축기 시스템(160)을 포함하는 연료 공급 시스템(100)은 액화 천연 가스 저장 탱크(101)와, 강제 증발기(103)와, 엔진(104)과, 가스 연소 유니트(GCU; gas combustion unit, 105)와, 배관(106)을 포함한다.
저장 탱크(101)는 섭씨 약 -162도로 냉각된 액화 천연 가스(107)를 저장하도록 복수 개가 설치될 수 있다. 액화 천연 가스 공급 시스템(100)에 구비된 저장 탱크(101)는 본 실시예처럼 복수 개의 독립된 저장 탱크 방식 이외에도 멤브레인형 저장 탱크일 수 있다.
저장 탱크(101)의 각각의 내부에는 액화 천연 가스(107)를 외부로 배출하기 위한 펌프(108)가 설치된다. 저장 탱크(101)에는 이상 고압 발생을 억제하기 위한 벤트 마스트(113; vent mast)가 설치된다.
저장 탱크(101)로부터 발생한 증발 가스는 배관(106)을 통하여 압축기 시스템(160)에 공급된다. 압축기 시스템(160)은 증발 가스를 압축하여 엔진(104)으로 공급하는 기능을 수행한다.
압축기 시스템(160)은 서로 병렬적으로 배치되며 서로 다른 온도의 운용 범위에서 운용되는 제1 압축장치(161)와 제2 압축장치(162)를 구비한다. 제1 압축장치(161)와 제2 압축장치(162)의 각각은 다단의 압축기들을 구비하며, 증발 가스의 온도 및 유량에 따라 증발 가스를 복수 개의 단계로 압축할 수 있는 다단 압축장치이다.
저장 탱크(101)로부터 기화된 증발 가스가 압축기 시스템(160)으로 전달되면, 증발 가스는 압축기 시스템(160)의 내부의 제1 압축장치(161)와 제2 압축장치(162)의 어느 하나로 선택적으로 공급될 수 있다.
압축기 시스템(160)이 증발 가스를 엔진(104)에 필요한 압력과 온도로 압축한 후 엔진(104)에 공급하므로, 저장 탱크(101)로부터 기화된 증발 가스가 액화 천연 가스 운반선을 추진하기 위한 엔진(104)의 에너지원으로 사용될 수 있다.
가스 연소 유니트(105)는 상기 이중 연료 엔진(104)으로 증발 가스가 공급되는 과정에서 증발 가스가 과잉으로 공급되는 경우에는 남은 증발 가스를 연소시키는 장치이다.
강제 증발기(103)는 저장 탱크(101) 내부에 증발 가스가 적게 존재할 경우 액화 천연 가스를 강제로 기화시켜서 엔진(104)으로 공급하기 위한 장치이다.
압축기 시스템(160)의 제1 압축장치(161)는 극저온의 운용 영역 범위에서 운용되고, 제2 압축장치(162)는 상온을 포함하는 고온의 운용 영역 범위에서 운용된다.
도 6은 도 5의 연료 공급 시스템에 포함된 압축기 시스템의 각 구성 요소들의 연결 관계를 도시한 회로도이다.
도 6은 도 5의 연료 공급 시스템(100)의 압축기 시스템(160)의 구성을 구체적으로 나타낸다. 도 6에서는 제어기의 도시가 생략되었으나, 압축기 시스템(160)의 밸브들과 구동부를 제어하기 위하여 도 3 및 도 4에서와 같은 동일한 제어기가 사용된다.
도 6에 나타난 압축기 시스템(160)의 제1 압축장치(161) 및 제2 압축장치(162)의 각각은 도 4에 나타난 실시예에 관한 압축기 시스템과 동일한 두 개를 병렬적으로 배치한 것이다.
제1 압축장치(161)는 제1 단(C1)에서부터 제5 단(C5)의 각각의 압축 단계를 담당하며 유체의 흐름을 따라 직렬적으로 연결되는 제1 압축기(1)와, 제2 압축기(2)와, 제3 압축기(3)와, 제4 압축기(4)와, 제5 압축기(5)를 구비한다.
제2 압축장치(162)는 제1 단(C1)에서부터 제5 단(C5)의 각각의 압축 단계를 담당하며 유체의 흐름을 따라 직렬적으로 연결되는 제6 압축기(6)와, 제7 압축기(7)와, 제8 압축기(8)와, 제9 압축기(9)와, 제10 압축기(10)를 구비한다.
제1 압축장치(161)의 제1 압축기(1)와 제2 압축기(2) 및 제2 압축장치(162)의 제6 압축기(6) 및 제7 압축기(7)는 각각 제1 가변 디퓨저(15), 제2 가변 디퓨저(25), 제3 가변 디퓨저(35), 및 제4 가변 디퓨저(35)를 구비한다. 제1 가변 디퓨저(15), 제2 가변 디퓨저(25), 제3 가변 디퓨저(35), 및 제4 가변 디퓨저(35)의 각각은 구동부들(15b, 25b, 35b, 45b)에 의해 구동된다.
제1 압축장치(161)의 제2 압축기(2)의 출구와 제3 압축기(3)의 입구를 연결하는 제1 유로(126)에는 제1 밸브(126a)가 배치되어 제1 유로(126)를 개방하거나 폐쇄한다. 또한 제2 압축기(2)의 출구와 제3 압축기(3)의 입구를 제1 유로(126)에 대해 병렬적으로 연결하는 제2 유로(127)에는 제2 밸브(127a)와 제1 인터쿨러(191)가 배치된다.
제1 압축장치(161)의 제4 압축기(4)의 출구와 제5 압축기(5)의 사이에는 제2 인터쿨러(192)가 배치된다.
제1 압축장치(161)의 제3 압축기(3)의 입구와 제1 압축기(1)의 입구를 연결하는 제1 서지유로(141)에는 제1 서지유로(141)를 개폐하는 제1 서지밸브(141a)가 배치된다. 또한 제5 압축기(5)의 출구와 제3 압축기(3)의 입구를 연결하는 제2 서지유로(142)에는 제2 서지유로(142)를 개폐하는 제2 서지밸브(142a)가 배치된다.
제2 압축장치(162)의 제7 압축기(7)의 출구와 제8 압축기(8)의 입구를 연결하는 제3 유로(131)에는 제3 밸브(131a)가 배치되어 제3 유로(131)를 개방하거나 폐쇄한다. 또한 제7 압축기(7)의 출구와 제8 압축기(8)의 입구를 제3 유로(131)에 대해 병렬적으로 연결하는 제4 유로(132)에는 제4 밸브(132a)와 제3 인터쿨러(194)가 배치된다.
제2 압축장치(162)의 제9 압축기(9)의 출구와 제10 압축기(10)의 사이에는 제4 인터쿨러(195)가 배치된다.
제2 압축장치(162)의 제8 압축기(8)의 입구와 제6 압축기(6)의 입구를 연결하는 제3 서지유로(151)에는 제3 서지유로(151)를 개폐하는 제3 서지밸브(151a)가 배치된다. 또한 제10 압축기(10)의 출구와 제8 압축기(8)의 입구를 연결하는 제4 서지유로(152)에는 제4 서지유로(152)를 개폐하는 제2 서지밸브(152a)가 배치된다.
제1 압축장치(161)의 제5 압축기(5)의 출구 측과 제2 압축장치(162)의 제10 압축기(10)의 출구 측에는 각각 제1 애프터 쿨러(193)와 제2 애프터 쿨러(196)가 배치될 수 있다. 제1 애프터 쿨러(193)와 제2 애프터 쿨러(196)는 각각 제5 압축기(5)와 제10 압축기(10)에서 배출된 증발 가스를 엔진에 사용될 수 있는 온도로 냉각하는 기능을 수행할 수 있다. 제1 애프터 쿨러(193)와 제2 애프터 쿨러(196)에서 냉각되어 배출되는 증발 가스는 엔진으로 연료를 공급하는 연료 공급부(42)로 전달된다.
제1 선택밸브(168)가 개방되었을 때에 LNG 화물창에서 발생한 증발 가스를 포집한 포집부(41)가 제1 압축장치(161)에 증발 가스를 공급하며, 이 때 제2 선택밸브(169)는 폐쇄된 상태로 유지된다. 반대로 제2 선택밸브(169)가 개방되었을 때에 포집부(41)가 제2 압축장치(162)에 증발 가스를 공급하며, 이 때 제1 선택밸브(168)는 폐쇄된 상태로 유지된다.
따라서 제어기(미도시)가 센서(71)에서 감지된 증발 가스의 온도에 기초하여 제1 선택밸브(168)와 제2 선택밸브(169)의 동작을 제어함으로써 제1 압축장치(161)와 제2 압축장치(162)를 선택하여 구동할 수 있다.
제1 압축장치(161)는 적선 항해(laden voyage) 조건에서 운용된다. 제1 압축장치(161)는 제1 압축기(1)의 입구 온도 범위가 섭씨 -140도 내지 -90도의 극저온의 온도 범위에서 운용된다.
제2 압축장치(162)는 바닥짐 항해(ballast voyage) 조건에서 운용된다. 제2 압축장치(162)는 제6 압축기(6)의 입구 온도 범위가 섭씨 -84도 내지 +35도의 상온을 포함하는 온도 범위에서 운용된다.
상술한 바와 같이 제1 압축장치(161)는 극저온 온도 범위에서만 작동시키고, 제1 압축장치(161)에 고장이 발생하였을 때 제1 압축장치(161)를 대신하여 제2 압축장치(162)를 작동시킬 수 있다.
상술한 구성의 압축기 시스템(160)에서는 제1 압축장치(161)와 제2 압축장치(162)의 구성이 동일하므로 100% 호환이 가능하다. 또한 제1 압축장치(161)와 제2 압축장치(162)의 내부 구성요소들을 동일하게 설계할 수 있으므로, 정비 시 부품의 호환성을 극대화할 수 있다.
도 7은 도 5의 연료 공급 시스템에 포함될 수 있는 압축기 시스템으로서 도 6에 도시된 예와 다른 변형예에 관한 압축기 시스템의 각 구성 요소들의 연결 관계를 도시한 회로도이다. 도 7에서는 제어기의 도시가 생략되었으나, 압축기 시스템(260)의 밸브들과 구동부를 제어하기 위하여 도 3 및 도 4에서와 같은 동일한 제어기가 사용된다.
도 7에 나타난 압축기 시스템(260)은 제1 압축장치(262) 및 제2 압축장치(261)를 구비한다. 제1 압축장치(262)의 구성은 도 4에 나타난 실시예에 관한 압축기 시스템과 동일하다. 제2 압축장치(261)의 구성은 도 4에 나타난 실시예에 관한 압축기 시스템과 유사하지만, 제1 인터쿨러(291)와 제2 인터쿨러(292)과 애프터 쿨러(293)를 제1 압축장치(262)와 공유하도록 변형되었다.
제1 압축장치(262)는 제1 단(C1)에서부터 제5 단(C5)의 각각의 압축 단계를 담당하며 유체의 흐름을 따라 직렬적으로 연결되는 제1 압축기(1)와, 제2 압축기(2)와, 제3 압축기(3)와, 제4 압축기(4)와, 제5 압축기(5)를 구비한다.
제2 압축장치(261)는 제1 단(C1)에서부터 제5 단(C5)의 각각의 압축 단계를 담당하며 유체의 흐름을 따라 직렬적으로 연결되는 제6 압축기(6)와, 제7 압축기(7)와, 제8 압축기(8)와, 제9 압축기(9)와, 제10 압축기(10)를 구비한다.
제1 압축장치(262)의 제1 압축기(1)와 제2 압축기(2) 및 제2 압축장치(261)의 제6 압축기(6) 및 제7 압축기(7)는 각각 제1 가변 디퓨저(15), 제2 가변 디퓨저(25), 제3 가변 디퓨저(35), 및 제4 가변 디퓨저(35)를 구비한다. 제1 가변 디퓨저(15), 제2 가변 디퓨저(25), 제3 가변 디퓨저(35), 및 제4 가변 디퓨저(35)의 각각은 구동부들(15b, 25b, 35b, 45b)에 의해 구동된다.
제1 압축장치(262)의 제2 압축기(2)의 출구와 제3 압축기(3)의 입구를 연결하는 제1 유로(231)에는 제1 밸브(231a)가 배치되어 제1 유로(231)를 개방하거나 폐쇄한다. 또한 제2 압축기(2)의 출구와 제3 압축기(3)의 입구를 제1 유로(231)에 대해 병렬적으로 연결하는 제2 유로(232)에는 제2 밸브(232a)와 제1 인터쿨러(291)가 배치된다.
제1 압축장치(262)의 제4 압축기(4)의 출구와 제5 압축기(5)의 사이에는 제2 인터쿨러(292)가 배치된다.
제1 압축장치(262)의 제3 압축기(3)의 입구와 제1 압축기(1)의 입구를 연결하는 제1 서지유로(251)에는 제1 서지유로(251)를 개폐하는 제1 서지밸브(251a)가 배치된다. 또한 제5 압축기(5)의 출구와 제3 압축기(3)의 입구를 연결하는 제2 서지유로(252)에는 제2 서지유로(252)를 개폐하는 제2 서지밸브(252a)가 배치된다.
제2 압축장치(261)의 제7 압축기(7)의 출구와 제8 압축기(8)의 입구를 연결하는 제3 유로(226)에는 제3 밸브(226a)가 배치되어 제3 유로(226)를 개방하거나 폐쇄한다. 또한 제7 압축기(7)의 출구와 제8 압축기(8)의 입구를 제3 유로(226)에 대해 병렬적으로 연결하는 제4 유로(227)에는 제4 밸브(227a)가 배치되어 제4 유로(227)를 개방하거나 폐쇄한다. 또한 제4 유로(227)에는 제1 압축장치(262)의 제1 인터쿨러(291)가 연결되므로, 제2 압축장치(261)는 제1 압축장치(262)와 제1 인터쿨러(291)를 공유한다.
제2 압축장치(261)의 제9 압축기(9)의 출구와 제10 압축기(10)의 사이에는 제1 압축장치(262)의 제2 인터쿨러(292)가 연결된다. 즉 제2 압축장치(261)는 제1 압축장치(262)와 제2 인터쿨러(292)를 공유한다.
제2 압축장치(261)의 제8 압축기(8)의 입구와 제6 압축기(6)의 입구를 연결하는 제3 서지유로(241)에는 제3 서지유로(241)를 개폐하는 제3 서지밸브(241a)가 배치된다. 또한 제10 압축기(10)의 출구와 제8 압축기(8)의 입구를 연결하는 제4 서지유로(242)에는 제4 서지유로(242)를 개폐하는 제2 서지밸브(242a)가 배치된다.
제1 압축장치(262)의 제5 압축기(5)의 출구 측과 제2 압축장치(261)의 제10 압축기(10)의 출구 측에는 애프터 쿨러(293)가 연결된다. 애프터 쿨러(293)는 각각 제5 압축기(5)와 제10 압축기(10)에서 배출된 증발 가스를 엔진에 사용될 수 있는 온도로 냉각하는 기능을 수행할 수 있다. 애프터 쿨러(293)에서 냉각되어 배출되는 증발 가스는 엔진으로 연료를 공급하는 연료 공급부(42)로 전달된다. 이와 같이 제1 압축장치(262)와 제2 압축장치(261)는 애프터 쿨러(293)를 공유할 수 있다.
제1 선택밸브(268)가 개방되었을 때에 LNG 화물창에서 발생한 증발 가스를 포집한 포집부(41)가 제1 압축장치(262)에 증발 가스를 공급하며, 이 때 제2 선택밸브(269)는 폐쇄된 상태로 유지된다. 반대로 제2 선택밸브(269)가 개방되었을 때에 포집부(41)가 제2 압축장치(261)에 증발 가스를 공급하며, 이 때 제1 선택밸브(268)는 폐쇄된 상태로 유지된다.
따라서 제어기(미도시)가 센서(71)에서 감지된 증발 가스의 온도에 기초하여 제1 선택밸브(268)와 제2 선택밸브(269)의 동작을 제어함으로써 제1 압축장치(262)와 제2 압축장치(261)를 선택하여 구동할 수 있다.
제1 압축장치(262)는 적선 항해(laden voyage) 조건에서 운용된다. 제1 압축장치(262)는 제1 압축기(1)의 입구 온도 범위가 섭씨 -140도 내지 -90도의 극저온의 온도 범위에서 운용된다.
제2 압축장치(261)는 바닥짐 항해(ballast voyage) 조건에서 운용된다. 제2 압축장치(261)는 제6 압축기(6)의 입구 온도 범위가 섭씨 -84도 내지 +35도의 상온을 포함하는 저온의 온도 범위에서 운용된다.
상술한 바와 같이 제1 압축장치(262)는 극저온 온도 범위에서만 작동시키고, 제1 압축장치(262)에 고장이 발생하였을 때 제1 압축장치(262)를 대신하여 제2 압축장치(261)를 작동시킬 수 있다.
상술한 구성의 압축기 시스템(260)에서는 제1 압축장치(262)와 제2 압축장치(261)의 사이에 제1 인터쿨러(291) 및 제2 인터쿨러(292)와 애프터 쿨러(293)를 공유할 수 있다. 즉 제1 압축장치(262)가 작동할 때에는 제1 인터쿨러(291) 및 제2 인터쿨러(292)와 애프터 쿨러(293)가 제1 압축장치(262)를 위하여 작동하고, 제2 압축장치(261)가 작동할 때에는 제1 인터쿨러(291) 및 제2 인터쿨러(292)와 애프터 쿨러(293)가 제2 압축장치(261)를 위하여 작동할 수 있다.
이와 같은 구성의 압축기 시스템(260)에 의하면, 인터쿨러와 애프터쿨러를 설치하기 위한 공간을 최소화할 수 있으므로, 설비투자비용(CAPEX; capital expenditure)을 줄일 수 있다.
상술한 실시예에서 제1 압축장치(262)와 제2 압축장치(261)가 인터쿨러와 애프터쿨러를 공용하는 구성에 대해 설명이 되었지만, 실시예는 이러한 구성에 의해 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 압축장치(262)와 제2 압축장치(261)가 쿨러(cooler) 이외에도 오일 탱크나 오일 쿨러 등과 같은 윤활 시스템과 관련된 구성 요소들을 공유할 수 있다.
도 8은 도 5의 연료 공급 시스템에 포함될 수 있는 압축기 시스템으로서 도 6 및 도 7에 도시된 예와 또 다른 변형예에 관한 압축기 시스템의 각 구성 요소들의 연결 관계를 도시한 회로도이다. 도 8에서는 제어기의 도시가 생략되었으나, 압축기 시스템(360)의 밸브들과 구동부를 제어하기 위하여 도 3 및 도 4에서와 같은 동일한 제어기가 사용된다.
도 8에 나타난 압축기 시스템(360)은 제1 압축장치(362) 및 제2 압축장치(361)를 구비한다. 제1 압축장치(362)의 구성은 도 4에 나타난 실시예에 관한 압축기 시스템과 동일하다. 제2 압축장치(361)는 제1 단(C1) 내지 제4 단(C4)의 4단 압축기로 설계되므로, 제1 압축장치(362)와는 상이한 사양을 갖는다.
제1 압축장치(362)는 제1 단(C1)에서부터 제5 단(C5)의 각각의 압축 단계를 담당하며 유체의 흐름을 따라 직렬적으로 연결되는 제1 압축기(1)와, 제2 압축기(2)와, 제3 압축기(3)와, 제4 압축기(4)와, 제5 압축기(5)를 구비한다.
제2 압축장치(361)는 제1 단(C1)에서부터 제4 단(C4)의 각각의 압축 단계를 담당하며 유체의 흐름을 따라 직렬적으로 연결되는 제6 압축기(6)와, 제7 압축기(7)와, 제8 압축기(8)와, 제9 압축기(9)를 구비한다.
제1 압축장치(362)의 제1 압축기(1)와 제2 압축기(2)는 각각 제1 가변 디퓨저(15), 및 제2 가변 디퓨저(25)를 구비한다. 제1 가변 디퓨저(15), 및 제2 가변 디퓨저(25)의 각각은 구동부들(15b, 25b)에 의해 구동된다.
제1 압축장치(362)의 제2 압축기(2)의 출구와 제3 압축기(3)의 입구를 연결하는 제1 유로(331)에는 제1 밸브(331a)가 배치되어 제1 유로(331)를 개방하거나 폐쇄한다. 또한 제2 압축기(2)의 출구와 제3 압축기(3)의 입구를 제1 유로(331)에 대해 병렬적으로 연결하는 제2 유로(332)에는 제2 밸브(332a)와 제1 인터쿨러(391)가 배치된다.
제1 압축장치(362)의 제4 압축기(4)의 출구와 제5 압축기(5)의 사이에는 제2 인터쿨러(392)가 배치된다.
제1 압축장치(362)의 제3 압축기(3)의 입구와 제1 압축기(1)의 입구를 연결하는 제1 서지유로(351)에는 제1 서지유로(351)를 개폐하는 제1 서지밸브(351a)가 배치된다. 또한 제5 압축기(5)의 출구와 제3 압축기(3)의 입구를 연결하는 제2 서지유로(352)에는 제2 서지유로(352)를 개폐하는 제2 서지밸브(352a)가 배치된다.
제1 압축장치(362)의 제5 압축기(5)의 출구 측에는 제1 애프터 쿨러(393)가 연결된다. 제2 압축장치(361)의 제9 압축기(9)의 출구 측에는 제2 애프터 쿨러(394)가 연결된다. 제1 애프터 쿨러(393)와 제2 애프터 쿨러(394)의 각각은 제5 압축기(5)와 제9 압축기(9)에서 배출된 증발 가스를 엔진에 사용될 수 있는 온도로 냉각하는 기능을 수행할 수 있다. 제1 애프터 쿨러(393)와 제2 애프터 쿨러(394)의 각각에서 냉각되어 배출되는 증발 가스는 엔진으로 연료를 공급하는 연료 공급부(42)로 전달된다.
도 8에서 도시되지 않았으나, 제6 압축기(6) 내지 제9 압축기(9)의 사이에 인터쿨러를 배치할 수 있으며, 필요한 경우 안티 서지 기능을 수행하는 유로와 밸브를 설치할 수 있다.
제1 선택밸브(368)가 개방되었을 때에 LNG 화물창에서 발생한 증발 가스를 포집한 포집부(41)가 제1 압축장치(362)에 증발 가스를 공급하며, 이 때 제2 선택밸브(369)는 폐쇄된 상태로 유지된다. 반대로 제2 선택밸브(369)가 개방되었을 때에 포집부(41)가 제2 압축장치(361)에 증발 가스를 공급하며, 이 때 제1 선택밸브(368)는 폐쇄된 상태로 유지된다.
따라서 제어기(미도시)가 센서(71)에서 감지된 증발 가스의 온도에 기초하여 제1 선택밸브(368)와 제2 선택밸브(369)의 동작을 제어함으로써 제1 압축장치(362)와 제2 압축장치(361)를 선택하여 구동할 수 있다.
제1 압축장치(362)는 적선 항해(laden voyage) 조건에서 운용된다. 제1 압축장치(362)는 제1 압축기(1)의 입구 온도 범위가 섭씨 -140도 내지 -90도의 극저온의 온도 범위에서 운용된다.
제2 압축장치(361)는 바닥짐 항해(ballast voyage) 조건에서 운용된다. 제2 압축장치(361)는 제6 압축기(6)의 입구 온도 범위가 섭씨 -84도 내지 +35도의 상온을 포함하는 온도 범위에서 운용된다.
상술한 바와 같이 제1 압축장치(362)는 극저온 온도 범위에서만 작동시키고, 제1 압축장치(362)에 고장이 발생하였을 때 제1 압축장치(362)를 대신하여 제2 압축장치(361)를 작동시킬 수 있다.
만일, 제2 압축장치(361)에 고장이 발생한 경우, 상온의 온도 범위를 포함하는 섭씨 -84도 내지 +20도의 온도 범위에서는 제1 압축장치(362)를 작동시켜 엔진에서 요구하는 최저 압력인 약 12 barA의 유체를 출력하도록 제어하거나, 엔진의 출력을 증가시킬 필요가 있을 때에는 도 5에 도시된 강제 증발기(103)를 구동하여 엔진의 출력의 요구 조건을 충족시킬 수 있다. 또한 섭씨 -20도 내지 +35도의 범위에서는 도 5에 도시된 가스 연소 유니트(105)를 구동하여 증발 가스를 연소시키거나, 강제 증발기(103)를 구동할 수 있다.
상술한 구성의 압축기 시스템(360)에 의하면 극저온의 온도 범위에서는 제1 압축장치(362)를 구동하고, 상온을 포함하는 온도 범위에서는 제2 압축장치(361)를 구동할 수 있으므로, 별도의 냉각장치를 설치하지 않고도 넓은 범위의 온도 범위에서 원활히 작동할 수 있는 압축기 시스템을 설계할 수 있다.
상술한 실시예들에서는 압축기 시스템에서 제1 단(C1)에 해당하는 압축기와 제2 단(C2)에 해당하는 압축기에 가변 형상 디퓨저를 설치하지만, 실시예의 구성은 이러한 구성에 의해 한정되는 것은 아니다. 따라서 예를 들어 제3 단(C3)에 해당하는 압축기에도 추가적으로 가변 형상 디퓨저를 설치할 수도 있다.
상술한 실시예들에 대한 구성과 효과에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 제1 압축기 51a: 제1 서지밸브
2: 제2 압축기 51: 제1 서지유로
3: 제3 압축기 52a: 제2 서지밸브
4: 제4 압축기 52: 제2 서지유로
5: 제5 압축기 60: 압축기 시스템
6: 제6 압축기 70: 제어기
7: 제7 압축기 71: 센서
8: 제8 압축기 75: 구동축
9: 제9 압축기 80: 기어박스
10: 제10 압축기 81: 구동기어
15: 제1 가변 디퓨저 82: 제1 종동기어
15b: 제1 구동부 83: 제2 종동기어
25: 제2 가변 디퓨저 91: 제1 인터쿨러
25b: 제2 구동부 92: 제2 인터쿨러
31a: 제1 밸브 93: 애프터 쿨러
31: 제1 유로 101: 저장 탱크
32a: 제2 밸브 103: 강제 증발기
32: 제2 유로 104: 엔진
33: 중간 유로 105: 가스 연소 유니트
34: 중간 유로 106: 배관
35: 가변 디퓨저 107: 액화 천연 가스
40: 모터 108: 펌프
41: 포집부 113: 벤트 마스트
42: 연료 공급부

Claims (20)

  1. 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제1 가변 디퓨저를 구비하며 증발 가스를 압축하는 제1 압축기;
    외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제2 가변 디퓨저를 구비하며 상기 제1 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제2 압축기;
    상기 제2 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제3 압축기;
    상기 제3 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제4 압축기;
    상기 제4 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제5 압축기;
    상기 제2 압축기의 출구와 상기 제3 압축기의 입구를 연결하는 제1 유로;
    상기 제1 유로에 배치되어 외부에서 인가된 신호에 의해 작동하여 상기 제1 유로를 개폐하는 제1 밸브;
    상기 제2 압축기의 출구와 상기 제3 압축기의 입구를 연결하는 제2 유로;
    상기 제2 유로에 배치되어 외부에서 인가된 신호에 의해 작동하여 상기 제2 유로를 개폐하는 제2 밸브;
    상기 제2 유로에 배치되어 상기 제2 유로를 통과하는 유체를 냉각하는 제1 인터쿨러;
    상기 제4 압축기와 출구와 상기 제5 압축기의 입구의 사이에 배치되어 유체를 냉각하는 제2 인터쿨러; 및
    상기 제1 밸브와, 상기 제2 밸브와, 상기 제1 가변 디퓨저와, 상기 제2 가변 디퓨저를 제어하는 제어기;를 구비하는, 압축기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 압축기의 입구와 상기 제1 압축기의 입구를 연결하는 제1 서지유로와, 상기 제1 서지유로에 배치되어 상기 제1 서지유로를 개폐하는 제1 서지밸브를 더 구비하는, 압축기 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제5 압축기의 출구와 상기 제3 압축기의 입구를 연결하는 제2 서지유로와, 상기 제2 서지유로에 배치되어 상기 제2 서지유로를 개폐하는 제2 서지밸브를 더 구비하는, 압축기 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제5 압축기의 출구와 연결되어 상기 제5 압축기에서 배출된 유체를 냉각하는 애프터 쿨러를 더 구비하는, 압축기 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 압축기로 공급되는 증발 가스의 온도를 감지하는 센서를 더 구비하는, 압축기 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제5 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제6 압축기를 더 구비하는 압축기 시스템.
  7. 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제1 가변 디퓨저를 구비하며 증발 가스를 압축하는 제1 압축기와, 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제2 가변 디퓨저를 구비하며 상기 제1 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제2 압축기와, 상기 제2 압축기의 하류에 직렬적으로 차례로 배치되어 유체를 압축하는 제3 압축기와, 제4 압축기와, 제5 압축기와, 상기 제2 압축기의 출구와 상기 제3 압축기의 입구를 연결하는 제1 유로를 개폐하는 제1 밸브와, 상기 제2 압축기의 출구와 상기 제3 압축기의 입구를 연결하는 제2 유로를 개폐하는 제2 밸브와, 상기 제2 유로에 배치되어 유체를 냉각하는 제1 인터쿨러와, 상기 제4 압축기와 출구와 상기 제5 압축기의 입구의 사이에 배치되어 유체를 냉각하는 제2 인터쿨러를 구비하는 제1 압축장치;
    외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제3 가변 디퓨저를 구비하며 증발 가스를 압축하는 제6 압축기와, 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제4 가변 디퓨저를 구비하며 상기 제6 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제7 압축기와, 상기 제7 압축기의 하류에 직렬적으로 배치되어 유체를 압축하는 제8 압축기와, 제9 압축기와, 제10 압축기와, 상기 제7 압축기의 출구와 상기 제8 압축기의 입구를 연결하는 제3 유로를 개폐하는 제3 밸브와, 상기 제7 압축기의 출구와 상기 제8 압축기의 입구를 연결하는 제4 유로를 개폐하는 제4 밸브와, 상기 제4 유로에 배치되어 유체를 냉각하는 제3 인터쿨러와, 상기 제9 압축기와 출구와 상기 제10 압축기의 입구의 사이에 배치되어 유체를 냉각하는 제4 인터쿨러를 구비하는 제2 압축장치; 및
    상기 제1 밸브와, 상기 제2 밸브와, 상기 제3 밸브와, 상기 제4 밸브와, 상기 제1 가변 디퓨저와, 상기 제2 가변 디퓨저와, 상기 제3 가변 디퓨저와, 상기 제4 가변 디퓨저를 제어하는 제어기;를 구비하는, 압축기 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3 압축기의 입구와 상기 제1 압축기의 입구를 연결하는 제1 서지유로와, 상기 제1 서지유로에 배치되어 상기 제1 서지유로를 개폐하는 제1 서지밸브를 더 구비하는, 압축기 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제5 압축기의 출구와 상기 제3 압축기의 입구를 연결하는 제2 서지유로와, 상기 제2 서지유로에 배치되어 상기 제2 서지유로를 개폐하는 제2 서지밸브를 더 구비하는, 압축기 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제8 압축기의 입구와 상기 제6 압축기의 입구를 연결하는 제3 서지유로와, 상기 제3 서지유로에 배치되어 상기 제3 서지유로를 개폐하는 제3 서지밸브를 더 구비하는, 압축기 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제10 압축기의 출구와 상기 제8 압축기의 입구를 연결하는 제4 서지유로와, 상기 제4 서지유로에 배치되어 상기 제4 서지유로를 개폐하는 제4 서지밸브를 더 구비하는, 압축기 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제5 압축기의 출구와 연결되어 상기 제5 압축기에서 배출된 유체를 냉각하는 제1 애프터 쿨러를 더 구비하는, 압축기 시스템.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제10 압축기의 출구와 연결되어 상기 제5 압축기에서 배출된 유체를 냉각하는 제2 애프터 쿨러를 더 구비하는, 압축기 시스템.
  14. 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제1 가변 디퓨저를 구비하며 증발 가스를 압축하는 제1 압축기와, 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제2 가변 디퓨저를 구비하며 상기 제1 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제2 압축기와, 상기 제2 압축기의 하류에 직렬적으로 차례로 배치되어 유체를 압축하는 제3 압축기와, 제4 압축기와, 제5 압축기와, 상기 제2 압축기의 출구와 상기 제3 압축기의 입구를 연결하는 제1 유로를 개폐하는 제1 밸브와, 상기 제2 압축기의 출구와 상기 제3 압축기의 입구를 연결하는 제2 유로를 개폐하는 제2 밸브와, 상기 제2 유로에 배치되어 유체를 냉각하는 제1 인터쿨러와, 상기 제4 압축기와 출구와 상기 제5 압축기의 입구의 사이에 배치되어 유체를 냉각하는 제2 인터쿨러를 구비하는 제1 압축장치;
    외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제3 가변 디퓨저를 구비하며 증발 가스를 압축하는 제6 압축기와, 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제4 가변 디퓨저를 구비하며 상기 제6 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제7 압축기와, 상기 제7 압축기의 하류에 직렬적으로 배치되어 유체를 압축하는 제8 압축기와, 제9 압축기와, 제10 압축기와, 상기 제7 압축기의 출구와 상기 제8 압축기의 입구를 연결하는 제3 유로를 개폐하는 제3 밸브와, 상기 제7 압축기의 출구와 상기 제8 압축기의 입구를 연결하는 제4 유로를 개폐하는 제4 밸브를 구비하는 제2 압축장치; 및
    상기 제1 밸브와, 상기 제2 밸브와, 상기 제3 밸브와, 상기 제4 밸브와, 상기 제1 가변 디퓨저와, 상기 제2 가변 디퓨저와, 상기 제3 가변 디퓨저와, 상기 제4 가변 디퓨저를 제어하는 제어기;를 구비하고,
    상기 제1 인터쿨러와 상기 제2 인터쿨러의 어느 하나는 상기 제4 유로와 연결되어 유체를 냉각하고, 상기 제1 인터쿨러와 상기 제2 인터쿨러의 다른 하나는 상기 제9 압축기와 출구와 상기 제10 압축기의 입구의 사이에 연결되어 유체를 냉각하는, 압축기 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제3 압축기의 입구와 상기 제1 압축기의 입구를 연결하는 제1 서지유로와, 상기 제1 서지유로에 배치되어 상기 제1 서지유로를 개폐하는 제1 서지밸브를 더 구비하는, 압축기 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제5 압축기의 출구와 상기 제3 압축기의 입구를 연결하는 제2 서지유로와, 상기 제2 서지유로에 배치되어 상기 제2 서지유로를 개폐하는 제2 서지밸브를 더 구비하는, 압축기 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제8 압축기의 입구와 상기 제6 압축기의 입구를 연결하는 제3 서지유로와, 상기 제3 서지유로에 배치되어 상기 제3 서지유로를 개폐하는 제3 서지밸브를 더 구비하는, 압축기 시스템.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제10 압축기의 출구와 상기 제8 압축기의 입구를 연결하는 제4 서지유로와, 상기 제4 서지유로에 배치되어 상기 제4 서지유로를 개폐하는 제4 서지밸브를 더 구비하는, 압축기 시스템.
  19. 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제1 가변 디퓨저를 구비하며 증발 가스를 압축하는 제1 압축기와, 외부에서 인가된 신호에 의해 면적이 가변되는 제2 가변 디퓨저를 구비하며 상기 제1 압축기에서 배출된 유체를 압축하는 제2 압축기와, 상기 제2 압축기의 하류에 직렬적으로 차례로 배치되어 유체를 압축하는 제3 압축기와, 제4 압축기와, 제5 압축기와, 상기 제2 압축기의 출구와 상기 제3 압축기의 입구를 연결하는 제1 유로를 개폐하는 제1 밸브와, 상기 제2 압축기의 출구와 상기 제3 압축기의 입구를 연결하는 제2 유로를 개폐하는 제2 밸브와, 상기 제2 유로에 배치되어 유체를 냉각하는 제1 인터쿨러와, 상기 제4 압축기와 출구와 상기 제5 압축기의 입구의 사이에 배치되어 유체를 냉각하는 제2 인터쿨러를 구비하는 제1 압축장치;
    제6 압축기 내지 제9 압축기가 직렬적으로 차례로 연결되어 4개의 압축단계를 가지며 상기 제1 압축장치와 병렬적으로 배치되어 제2 압축장치; 및
    상기 제1 밸브와, 상기 제2 밸브와, 상기 제1 가변 디퓨저와, 상기 제2 가변 디퓨저를 제어하며, 상기 증발 가스의 온도 범위에 따라 상기 제1 압축장치와 상기 제2 압축장치의 어느 하나를 선택하여 구동하는 제어기;를 구비하는, 압축기 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제3 압축기의 입구와 상기 제1 압축기의 입구를 연결하는 제1 서지유로와, 상기 제1 서지유로에 배치되어 상기 제1 서지유로를 개폐하는 제1 서지밸브와, 상기 제5 압축기의 출구와 상기 제3 압축기의 입구를 연결하는 제2 서지유로와, 상기 제2 서지유로에 배치되어 상기 제2 서지유로를 개폐하는 제2 서지밸브를 더 구비하는, 압축기 시스템.
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