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KR101376531B1 - 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템 - Google Patents

천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템 Download PDF

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Publication number
KR101376531B1
KR101376531B1 KR1020120132938A KR20120132938A KR101376531B1 KR 101376531 B1 KR101376531 B1 KR 101376531B1 KR 1020120132938 A KR1020120132938 A KR 1020120132938A KR 20120132938 A KR20120132938 A KR 20120132938A KR 101376531 B1 KR101376531 B1 KR 101376531B1
Authority
KR
South Korea
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natural gas
liquefied natural
heat
flow path
heat exchanger
Prior art date
Application number
KR1020120132938A
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English (en)
Inventor
최영종
Original Assignee
주식회사 코헥스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to KR1020120132938A priority Critical patent/KR101376531B1/ko
Application filed by 주식회사 코헥스 filed Critical 주식회사 코헥스
Priority to CN201380060920.6A priority patent/CN105102800B/zh
Priority to US14/646,601 priority patent/US10365045B2/en
Priority to PL13856397T priority patent/PL2923061T3/pl
Priority to JP2015543965A priority patent/JP6184511B2/ja
Priority to PCT/KR2013/010551 priority patent/WO2014081182A1/en
Priority to EP13856397.8A priority patent/EP2923061B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101376531B1 publication Critical patent/KR101376531B1/ko
Priority to JP2017101619A priority patent/JP6449936B2/ja
Priority to JP2018192571A priority patent/JP6606248B2/ja
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Abstract

본 발명은 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 액화천연가스가 흐르는 가스배관, 액화천연가스의 기화용 열원을 제공하는 열교환매체가 흐르는 열공급배관 및 액화천연가스와 열교환매체의 열이 교환되고, 열교환된 액화천연가스가 기화되는 열교환기를 포함하되, 열교환기는 복수의 유로를 포함하고, 복수의 유로는, 가스배관과 연결되어 액화천연가스가 흐르는 제 1 유로, 열공급배관과 연결되어 열교환매체가 흐르는 제 2 유로 및 제 2 유로의 동결현상으로 인해 열교환매체의 흐르는 양이 소정 기준 이하로 적어지는 경우, 제 2 유로의 적어도 일부에 열을 전달하여 동결현상을 해소시키는 제 3 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템에 관한 것이다.

Description

천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템{Liquefied Natural Gas Evaporating System for Natural Gas Fueled Ship}
본 발명은 고압의 천연가스를 선박추진을 위한 연료로 사용할 수 있도록 연료공급시스템에 장착되는 포토에칭(photoetching)을 통해 미세유로를 가공한 금속판을 디퓨젼본딩(diffusion bonding)한 후 헤더를 용접하여 제작하는 인쇄회로기판형 열교환기 시스템에 관한 것으로서, 극저온 고압 환경하에서 사용이 가능하고, 기존의 쉘앤드튜브(Shell & Tube)형 열교환기 대비 부피가 현저하게 작으며, 극저온 유체에 열을 공급하기 위해 유로 내부에 흐르는 열원의 동결 막힘 현상이나 온도 및 압력차에 의한 피로파괴 현상을 최소화하고, 천연가스의 누출이나 열원의 동결 막힘 현상 발생시 안전하게 처치 수리할 수 있는 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템에 관한 것이다.
국제 해사기구(International Maritime Organization)는 선박으로부터의 대기오염을 줄이기 위해 MARPOL(Prevention of Pollution from Ship) 규정을 발효하여 현재 배출량의 5 ~ 20% 수준으로 줄이고자 하는 노력을 하고 있으며, 이에 따라 전세계적으로 선박의 연료를 기존의 중유계열의 벙커유에서 LNG(liquefied natural gas)로 대체하는 연구를 수행하고 있다.
이러한 규제 사항에 맞추어 LNG(liquefied natural gas)를 연료로 하는 소형 선박이 유럽 연안에 등장하게 되었다. 소형 선박의 경우 액화천연가스 사용량이 적고, 운항거리가 짧기 때문에 액화천연가스 연료탱크의 용량이 작고, 저압의 연료가스를 사용하고 있다. 하지만 대형 선박의 경우 대용량의 액화천연가스 연료탱크가 필요하며, 사용하는 연료의 양이 매우 많고 추진력이 크므로 연료 효율을 높이기 위하여 직접 구동 방식 방식의 2행정 싸이클(Cycle) 엔진을 사용하여야 한다.
이를 위해 개발된 독일의 MAN Diesel & Turbo사의 ME-GI엔진은 이중연료를 사용하는 엔진으로 250기압 이상의 고압의 연료가스를 요구하고 있으며, 국내 조선사들에 의해 이 엔진을 사용한 천연가스 연료 추진선박의 개발이 진행되고 있다.
고압의 천연가스를 얻기 위해서는 극저온 물질을 기화시키기 위한 고압용 열교환기가 필요하며, 이런 요구조건을 만족시키는 열교환기로는 백여년전에 개발되어 현재까지 사용중인 쉘앤드튜브(Shell & Tube)형 열교환기나 다수의 튜브 다발을 가진 코일드 튜브(coiled tube)형 열교환기가 있다.
그러나 쉘앤드튜브형 열교환기나 코일드 튜브형 열교환기는 다음과 같은 문제점으로 인해 천연가스 추진선박용 고압 액화천연가스 기화기로의 사용이 적합하지 않은 것으로 보고되고 있다.
첫째, 고압, 극저온의 환경에서 사용하기 위해 설계 제작된 쉘앤드튜브(Shell & Tube)형 열교환기 등은 고압을 견디기 위해 사용하는 두꺼운 튜브 시트(tube sheet)와 이에 비해 상대적으로 얇은 두께의 튜브(tube)와의 열용량 차이로 인해 접합부에서 피로 파괴가 발생하기 쉽다.
둘째, 쉘앤드튜브(Shell & Tube)형 열교환기 등은 전열면적을 크게 하기 위해서는 튜브(tube)의 길이에 의존할 수밖에 없으며, 이로 인해 콤팩트니스가 낮아 큰 크기와 무게를 필요로 한다.
셋째, 큰 크기 때문에 열의 출입을 막기 위한 단열박스의 크기가 더욱 커지게 되며, 이로 인한 비용증가와 선박내 설치공간의 증가가 상당하다.
그러나 이러한 문제에도 불구하고 고압용 열교환기에 적합하다고 알려진 인쇄회로기판형 열교환기(Printed-circuit Heat Exchanger, PCHE)의 적용은 몇가지 해결하기 쉽지 않은 문제를 가지고 있어 현재까지 이를 적용한 시스템의 출현은 이루어지지 않고 있다.
첫째, 극저온 온도로 유입되는 액화천연가스의 온도로 인해 이를 가열하기 위한 열원이 지나가는 유로의 표면이 어는 현상, 즉 아이싱(icing)이 발생하게 되며, 이를 피하기 위해서는 기존의 포토에칭 공정으로 제작가능한 유로크기인 평균수력직경 2mm 이상의 큰 유로가 필요하다. 그러나 이렇게 큰 수력직경을 갖는 유로는 포토에칭 공정의 기술적인 한계와 경제성 한계를 벗어나기 때문에 기존의 인쇄회로기판형 열교환기의 적용을 어렵게 하는 요소이다.
둘째, 인쇄회로기판형 열교환기의 디퓨젼본딩 접합부의 접합강도와 기밀도가 매우 높음에도 불구하고 면대면 접합방식의 특성상 접합부가 넓어 고압의 유체를 고유량으로 장시간 통과시키다보면 미세한 누설량이 축적될 우려가 있다.
따라서, 인쇄회로기판형 열교환기의 연료공급 시스템 적용을 위해서는 상기와 같은 문제에 대한 해결이 요구된다.
10-2006-0061472
본 발명은 인쇄회로기판형 열교환기를 천연가스 추진선박용 연료공급 시스템에 적용하기 위해 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 인쇄회로기판형 열교환기를 사용하여 기존의 쉘앤튜브형 열교환기가 갖는 극저온 고압 사용조건하에서의 피로파괴 현상을 극복하되, 열원이 흐르는 유로의 평균수력직경을 일반적인 인쇄회로기판형 열교환기가 기술적 경제적 이유로 가질 수 있는 한계치인 2mm 이상으로 키워 열원 공급유로의 동결 막힘 현상을 최소화하고, 부피를 최소화하며, 열원 공급유로의 소재에 부가되는 온도 차이를 완만하도록 구성하여 극심한 온도차로 발생되는 열변형을 최소화하며, 동결막힘 현상 발생시에도 즉각적인 해동을 통한 수리가 가능하며, 열교환기를 진공상태인 단열박스 내에 설치하여 가스 누출시 안전성을 확보할 수 있으며, 엔진의 트립을 방지할 수 있도록 지속적인 연료공급이 가능한 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적은 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템에 있어서, 액화천연가스가 흐르는 가스배관, 액화천연가스의 기화용 열원을 제공하는 열교환매체가 흐르는 열공급배관 및 액화천연가스와 열교환매체의 열이 교환되고, 열교환된 액화천연가스가 기화되는 열교환기를 포함하되, 열교환기는 복수의 유로를 포함하고, 복수의 유로는 가스배관과 연결되어 액화천연가스가 흐르는 제 1 유로, 열공급배관과 연결되어 열교환매체가 흐르는 제 2 유로 및 제 2 유로의 동결현상으로 인해 열교환매체의 흐르는 양이 소정 기준 이하로 적어지는 경우 제 2 유로의 적어도 일부에 열을 전달하여 동결현상을 해소시키는 제 3 유로를 포함할 수 있다.
열교환기는 2개 이상 구비되어 있고, 외부에는 열손실을 막아주는 단열박스가 감싸여져 있게 될 수 있다.
열교환기는 열교환매체와 액화천연가스가 서로 열을 교환하는 열교환부를 더 포함하며, 열교환부에는 복수개의 열교환판이 구비될 수 있다.
열교환판의 단면 또는 양면에 유로를 제공하는 유로홈이 복수로 형성될 수 있다.
유로홈은 에칭법, 펀칭법 및 기계가공법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.
제 2 유로 및 제 3 유로는 복수이고, 복수의 제 2 유로는 제 1 유로와 가장 인접하게 배치되고, 복수의 제 3 유로는 복수의 제 2 유로와 인접하게 배치될 수 있다.
제 2 유로의 크기는 직경 2 ~ 10mm인 것을 특징일 수 있다.
열교환매체는 온수, 고온수증기 및 혼합물 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
가스배관은 액화천연가스가 흐르는 제 1 가스배관 및 열교환기를 통해 기화된 액화천연가스가 흐르는 제 2 가스배관을 포함할 수 있다.
가스배관은 액화천연가스가 유입되는 가스유입구 및 액화천연가스가 열교환기를 통해 기화하여 유출되는 가스유출구를 포함하고, 열공급배관은 고온의 열교환매체가 유입되는 매체유입구 및 고온의 열교환매체가 열교환기를 통해 저온의 열교환매체로 유출되는 매체유출구를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템에 의하면, 사용중인 열원 공급유로에 동결 막힘 현상이 발생했을 때 예비 열교환기로 스위칭되어 지속적인 천연가스 연료공급을 보장함과 동시에 예비 유로로 열을 공급하여 열원 공급 유로의 동결 막힘 현상을 녹여 주어 안전성을 더욱 강화할 수 있다.
또한, 열교환기의 제 2 유로의 크기가 일반적인 인쇄회로기판형 열교환기의 제작 가능범위보다 훨씬 커서 동결에 따른 유로막힘 현상이 현저하게 개선되며, 열교환매체 유로의 주변에 극저온의 액화천연가스 유로와 아무것도 흐르지 않는 예비 유로가 위치하게 되어 열교환매체 유로의 한면이 냉기로부터 보호되고 주변의 온도 기울기가 완만해져서 동결에 따른 유로막힘 현상이 개선되는 효과와 함께 열응력이나 열충격을 완화하는 효과를 가져온다.
또한, 열교환기를 진공상태인 단열박스 내에 설치하여 선원의 안전 뿐만 아니라 가스 누출시 인지 및 벤트 등의 안전성을 확보할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템의 회로도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환부의 정단면도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환부의 정단면도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환부의 정단면도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템의 작동 흐름도를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면을 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템의 구성 및 작용에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템의 회로도를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템은 가스배관(100), 열공급배관(200), 열교환기(300), 밸브(400), 플랜지(500) 및 단열박스(600)를 포함할 수 있다. 다만, 도 1에 도시된 구성요소들은 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템이 구현될 수 있다.
이하, 상기 도 1에 포함된 구성요소들 각각에 대해 차례로 살펴본다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서는 가스배관(100)은 제 1 가스배관(110), 제 2 가스배관(120)을 포함한다. 제 1 가스배관(110)은 액화천연가스가 흐르는 배관이며, 제 2 가스배관(120)은 열교환기(300)를 통해 기화된 천연가스가 흐르는 배관이다.
또한, 가스배관은(100) 가스유입구(130), 가스유출구(140)를 포함한다. 액화천연가스가 가스유입구(130)에 유입되어 열교환기(300)를 통해 기화천연가스로 변환되어 가스유출구(140)로 유출하게 된다.
열공급배관(200)은 매체유입구(210), 매체유출구(220)를 포함한다. 고온의 열교환매체가 매체유입구(210)를 통해 유입되어 열교환기(300)를 통해 액화천연가스와 열교환과정을 거친 후, 저온의 열교환매체로 변환되어 매체유출구(220)로 유출하게 된다.
여기서, 열교환매체로는 온수, 고온수증기 및 프로판, 에탄, 암모니아 등의 냉매 또는 물에 글리콜 등의 부동액성분이 혼합된 혼합물이 사용될 수 있다.
또한, 가스배관(100) 및 열공급배관(200) 전체가 용접으로 연결형성되어 있고, 열교환기(300) 수리를 위해 탈부착할 수 있도록 장착된 플랜지(500)는 단열박스(600) 내부에 위치하여 누출 발생시 바로 인지 및 벤트가 가능하도록 구성된다.
열교환기(300)는 2 ~ 4개가 구비된다. 열교환기(300)는 각각 33 ~ 100%의 성능을 가지며, 평상시 1 ~ 3개의 열교환기(300)가 작동되다가 고장이 나거나 추가 필요시 이용될 수 있는 예비용 열교환기(300)가 1 ~ 2개 더 구비되어 있다.
또한, 열교환기(300)는 고온의 열교환매체가 액화천연가스와 열을 교환하는 열교환부(310)를 더 포함하며, 열교환부(310)는 복수개의 열교환판(320)이 적층되어 있다.
액화천연가스 및 열교환매체의 흐름을 조절하는 밸브(400), 배관을 결합하는 플랜지(500) 및 외부와의 열을 차단하는 단열박스(600)의 자세한 구성 및 작용은 후술하기로 한다.
한편, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열교환부의 정단면도를 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 열교환판(320)의 유로홈(321)은 열교환판(320) 각각의 표면에 감광성 피막을 발라서 필요 부분을 감광시키고, 미감광 부분을 부식시키는 포토에칭(Photoetching)법을 사용하여 가공된다.
또한, 3차원 에칭(Etching)을 하여 양면에 반원형태의 복수의 유로홈(321)을 형성하여, 후술되는 제 2 유로(311b)를 제공할 수 있다.
유로(311)는 제 1 유로(311a), 제 2 유로(311b), 제 3 유로(311c)로 구성되어 있다. 상기 각 유로는 복수로 형성되어 있다.
가스배관(100)과 연결되어 액화천연가스가 흐르는 제 1 유로(311a), 열공급배관(200)과 연결되어 열교환매체가 흐르는 제 2 유로(311b), 제 2 유로(311b)의 동결현상으로 인해 열교환매체의 흐르는 양이 소정 기준 이하로 적어지는 경우, 제 2 유로의 적어도 일부에 열을 전달하여 동결현상을 해소시키는 제 3 유로를 포함한다.
여기서, 제 3 유로(311c)는 사용중인 제 2 유로(311b)에 동결현상으로 열교환매체의 흐르는 양이 소정 기준 이하로 적어지는 현상이 발생했을 때 제 3 유로(311c)를 통해 열을 공급하여 제 2 유로(311b)의 동결현상이 발생한 부위를 녹여주는 역할을 수행한다.
제 1 유로(311a)는 상기 설명대로 유로홈(321)이 서로 대응하도록 2개의 열교환판(320)이 배치된다. 설명의 편의를 위해 이를 제 1 열교환판이라 지칭한다.
상기와 동일한 방법으로 제작된 제 2 열교환판은 제 1 열교환판 상하단면에 밀착되어 배치된다.
여기서, 제 2 열교환판에 형성된 제 2 유로(311b)는 다수의 유로가 합쳐져 평균수력직경의 크기는 직경 2 ~ 10mm인 것으로 형성된다.
또한, 상기와 동일한 방법으로 제작된 제 3 열교환판은 제 2 열교환판이 제 1 열교환판에 밀착된 면의 타측에 배치되어 제 3 유로(311c)를 형성하고, 제 3 열교환판이 제 2 열교환판과 밀착된 면의 타측에는 동일한 배열구조를 갖는 다수의 열교환판 유닛들이 배치되며 그 끝에는 열교환판을 구조적으로 지지하는 커버(330)가 배치되어 있다.
따라서, 제 1 유로(311a)와 제 2 유로(311b)는 가장 인접하게 배치되고, 제 2 유(311b)로는 제 3 유로(311c)와 인접하게 배치된다.
한편, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환부의 정단면도를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환부의 구조는 기본적으로 본 발명의 일실시예와 동일한 구조를 구비하게 된다.
다만, 기계가공으로 유로홈(321)을 형성할 때, 기계 동력을 사용하여 원하는 부위의 홈을 파내게 됨으로 일반적인 에칭법으로 형성된 유로홈(321)보다 수직직경이 깊게 형성되어 막힘 현상이 현저하게 줄어들 수 있게 된다.
또한, 2개의 열교환판(320)이 대응하여 제 2 유로(311b)를 형성하지 않고, 하나의 열교환판(320)의 유로홈(321)이 제 2 유로(311b)를 형성하게 된다.
한편, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환부의 정단면도를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환부의 구조는 기본적으로 본 발명의 제 1 실시예와 동일한 구조를 구비하게 된다. 다만, 제 1실시예에서와 달리, 펀칭법은 기계의 압력을 사용함으로써, 에칭법과 기계가공법으로 제작된 끝단이 오목한 반원형상의 유로홈(321)이 생성되지 않고, 직사각형 형상의 넓은 제 2 유로(311b)가 형성하게 된다.
이로써, 더욱 넓은 제 2 유로(311b)를 가질 수 있게 된다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 밸브(400)는 가스배관(100) 및 열공급배관(200) 일측에 복수개가 설치되어 있다. 밸브(400)는 액화천연가스량 및 열교환매체량을 조절하는 기능을 가지고 있으며, 가스 누출을 막아주는 역할을 한다.
한편, 플랜지(500)는 열교환기(300)를 수리하기 위해 장착되고, 단열박스(600) 내부에 위치하여 누출 발생시 바로 인지 및 벤트가 가능하도록 구성된다.
단열박스(600)는 열교환기(300) 외부에 설치되어 있다. 본 발명에서의 열교환기(300)는 일반적인 열교환기(300)보다 크기가 작아 단열박스(600) 내부에 구비된다.
단열박스(600)는 진공단열을 통해 열교환기(300)가 외부공기와 접촉하는 것을 차단시켜, 열교환기(300) 외부에 발생되는 결로나 빙결을 방지하며, 동상이나 화상으로부터 작업자를 보호하며, 기체 누출시 인지와 원활한 벤트가 될 수 있도록 하는 역할을 수행한다.
또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 단열박스(600) 내부에는 진공 / back - fill용 포트, 릴리프(Relief) 밸브를 위한 포트, 벤트(Vents)를 위한 포트, 열교환기 입출구 연결 포트, 내부의 진공 / 압력을 측정할 수 있는 센서 포트, 내부에서 계측된 전기적 신호를 통과시키는 전기 피드쓰루(Feed Through) 등이 장착되어 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템의 작동 방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템의 흐름도를 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 고온의 열교환매체가 모든 열교환기(300)의 매체유입구(210)를 통해 공급된다(S101). 이후 고압펌프에서 가압된 액화천연가스가 극저온(약 -163℃)의 상태로 가스유입구(130)를 통해 사용하는 열교환기(300)로만 공급된다(S102).
공급된 액화천연가스가 배관을 통해 열교환기(300)에 도달하여 통과하면서 얻어진 출구온도와 열교환매체가 배관을 통해 열교환기(300)에 도달하여 통과하면서 발생시키는 압력차를 측정하여 열교환기(300)에 있는 유로(311)가 막혀 있는지 확인한다(S103).
상기 과정(S103)을 거쳐 열교환기(300)의 제 2유로(311b)가 안 막혀 있을 시에 단열박스(600)내 압력상승이 있는지 점검한다(S106).
이때, 단열박스(600)내 압력상승이 없을시 액화천연가스와 열교환매체에서 열교환(300)을 하게되고(S109), 압력상승이 있을시 문제가 발생된 열교환기(300)를 차단하고 예비 열교환기(300)를 작동시킨다(S107).
다음으로 문제발생 열교환기(300)를 단열박스(600) 퍼징벤트 후에 진공복구하고, 예비 열교환기(300)로 사용한다(S108).
한편, 상기 과정(S103)에서 열교환기(300)의 제 2 유로(311b)가 막혀 있을 경우에 문제가 발생한 열교환기(300)를 차단하고, 예비 열교환기(300)를 작동시킨다(S104).
문제발생 열교환기(300)의 제 3유로(311c)로 열교환매체를 공급하여 동결 복구 후 예비 열교환기(300)로 사용한다(S105).
그리고 액화천연가스는 열교환으로 기화작용을 일으켜 기화된 천연가스로 변하게 되어 가스유출구(140)를 통해 유출하게 되며(S109), 고온의 열교환매체는 열교환을 통하여 저온으로 매체유출구(320)를 통해 배출하게 된다(S110).
이로써, 사용중인 열원 제 2 유로(311b)에 동결 막힘 현상이 발생했을 때 예비 열교환기(300)로 스위칭되어 지속적인 천연가스 연료공급이 이루어지며, 예비 유로인 제 3 유로(311c)로 열을 공급하여 제 2 유로(311b)의 동결 막힘 현상을 녹여 주어 정상적인 작동을 하게 되어, 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템의 안전성을 더욱 강화할 수 있다.
상기와 같이 설명된 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템 및 작동방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100. 가스배관
110. 제 1 가스배관
120. 제 2 가스배관
130. 가스유입구
140. 가스유출구
200. 열공급배관
210. 매체유입구
220. 매체유출구
300. 열교환기
310. 열교환부
311. 유로
311a. 제 1 유로
311b. 제 2 유로
311c. 제 3 유로
320. 열교환판
321. 유로홈
330. 커버
400. 밸브
500. 플랜지
600. 단열박스

Claims (10)

  1. 액화천연가스가 흐르는 가스배관(100);
    상기 액화천연가스의 기화용 열원을 제공하는 열교환매체가 흐르는 열공급배관(200); 및
    상기 액화천연가스와 상기 열교환매체의 열이 교환되고, 상기 열교환된 액화천연가스가 기화되는 열교환기(300);를 포함하되,
    상기 열교환기(300)는 복수의 유로(311)를 포함하고,
    상기 복수의 유로(311)는,
    상기 가스배관(100)과 연결되어 상기 액화천연가스가 흐르는 제 1 유로(311a);
    상기 열공급배관(200)과 연결되어 상기 열교환매체가 흐르는 제 2 유로(311b); 및
    상기 제 2 유로(311b)의 동결현상으로 인해 상기 열교환매체의 흐르는 양이 소정 기준 이하로 적어지는 경우, 상기 제 2 유로(311b)의 적어도 일부에 열을 전달하여 상기 동결현상을 해소시키는 제 3 유로(311c);를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환기(300)는 2개 이상 구비되어 있고, 상기 열교환기(300)의 외부에는 열손실을 막아주는 단열박스(600)가 감싸여져 있는 것을 특징으로 하는 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환기(300)는 상기 열교환매체와 상기 액화천연가스가 서로 열을 교환하는 열교환부(310)를 더 포함하며,
    상기 열교환부(310)에는 복수개의 열교환판(320)이 구비되는 것을 특징으로 하는 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템.
  4. 제 5항에 있어서,
    상기 열교환판(320)의 단면 또는 양면에 상기 유로(311)를 제공하는 유로홈(321)이 복수로 형성되는 것을 특징으로 하는 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 유로홈(321)은 에칭법, 펀칭법 및 기계가공법 중 적어도 어느 하나의 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 유로(311b) 및 상기 제 3 유로(311c)는 복수이고,
    상기 복수의 제 2 유로(311b)는 상기 제 1 유로(311a)와 가장 인접하게 배치되고,
    상기 복수의 제 3 유로는(311c)는 상기 복수의 제 2 유로(311b)와 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 유로(311b)의 크기는 직경 2 ~ 10mm인 것을 특징으로 하는 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환매체는 온수, 고온수증기 및 혼합물 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 가스배관(100)은,
    상기 액화천연가스가 흐르는 제 1 가스배관(110); 및
    상기 열교환기(300)를 통해 기화된 액화천연가스가 흐르는 제 2 가스배관(120)을 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 가스배관(100)은,
    상기 액화천연가스가 유입되는 가스유입구(130); 및
    상기 액화천연가스가 상기 열교환기(300)를 통해 기화하여 유출되는 가스유출구(140);를 포함하고,
    상기 열공급배관(200)은,
    상기 고온의 열교환매체가 유입되는 매체유입구(210); 및
    상기 고온의 열교환매체가 상기 열교환기(300)를 통해 상기 저온의 열교환매체로 유출되는 매체유출구(220);를 포함하는 것을 특징으로 하는 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템.
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