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KR20230079091A - 고압 및 저압 가스 소비 기기를 위한 가스 공급 시스템 - Google Patents

고압 및 저압 가스 소비 기기를 위한 가스 공급 시스템 Download PDF

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KR20230079091A
KR20230079091A KR1020237011943A KR20237011943A KR20230079091A KR 20230079091 A KR20230079091 A KR 20230079091A KR 1020237011943 A KR1020237011943 A KR 1020237011943A KR 20237011943 A KR20237011943 A KR 20237011943A KR 20230079091 A KR20230079091 A KR 20230079091A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
heat exchanger
pressure
return line
tank
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
KR1020237011943A
Other languages
English (en)
Inventor
베르나르 아운
로맹 남
Original Assignee
가즈트랑스포르 에 떼끄니가즈
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 claimed from FR2010112A external-priority patent/FR3114797B1/fr
Priority claimed from FR2107081A external-priority patent/FR3124830A1/fr
Application filed by 가즈트랑스포르 에 떼끄니가즈 filed Critical 가즈트랑스포르 에 떼끄니가즈
Publication of KR20230079091A publication Critical patent/KR20230079091A/ko
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Abstract

본 발명은 가스를 담는 탱크(8)를 포함하는 부유 구조물의 고압 가스 소비 기기(4) 및 저압 가스 소비 기기(5)를 위한 가스 공급 시스템(1)에 관한 것으로, 상기 공급 시스템(1)은 제1 공급 회로(2) 및 제2 공급 회로(3)를 포함하는 것을 포함하고, 공급 시스템(1)은 가스 리턴 라인(14)을 포함하고, 공급 시스템(1)은 제1 공급 회로(2)의 가스와 리턴 라인(14)에서 순환하는 가스 사이의 열 교환을 수행하도록 구성된 제1 열 교환기(6) 및 제2 열 교환기(7)를 포함하며, 상기 제1 공급 회로(2)는 추가 펌프(10)를 포함한다.

Description

고압 및 저압 가스 소비 기기를 위한 가스 공급 시스템
본 발명은 액체상태 가스의 저장 및/또는 운송선 분야에 관한 것이며, 특히 그러한 선박에 포함된 소비 장치를 위한 가스 공급 시스템에 관한 것이다.
소비되거나 목적지까지 전달되도록 의도된 액체 상태 가스의 탱크를 포함하는 선박이 항해하는 동안, 이 선박은 가스 공급 시스템을 통해 적어도 하나의 엔진에 공급하기 위해 액체 상태의 이 가스의 적어도 일부를 사용할 수 있을 것이다. ME-GI 타입의 추진엔진을 구비한 선박의 경우가 이에 해당한다. 이러한 유형의 엔진을 공급하려면 최대 300 bar까지 가스를 압축할 수 있는 특수 압축기를 통해 가스를 매우 높은 압력으로 압축해야 하지만, 이러한 압축기는 비용이 많이 들기 때문에 상당한 유지보수 비용이 들고 선박에서 진동이 발생한다.
이러한 고압 압축기 설치의 대안은 가스를 추진 엔진으로 보내기 전에 300bar에서 액체 형태의 가스를 기화시키는 것이다. 이러한 용액은 화물을 적어도 부분적으로 담고 있는 탱크 내에서 자연적으로 형성되는 증기 형태의 가스(또는 "Boil-Off Gas"를 의미하는 BOG)를 제거할 수 없다. 저압 증기 형태로 가스를 소비할 수 있는 보조 엔진을 공급하기 위하여 저압 압축기를 설치할 수 있다. 다른 한편으로, 이러한 구성에서, 증기 형태의 가스가 너무 많은 양, 또는 일반적으로 보조 엔진의 소비 필요량보다 많은 양으로 존재하는 경우, 보조 엔진에 의해 소비되지 않는 증기 형태의 가스는 일정 한도 내에서 탱크 내 압력의 형태로 축적된 다음 연소에 의해 제거되거나, 최후의 수단으로 대기로 방출되어 제거된다. 이러한 종류의 제거는 연료의 낭비를 유발하며 환경에 해로운 결과를 초래한다.
본 발명은, 가스를 포함하도록 구성된 하나 이상의 탱크를 포함하는 부유 구조물의 하나 이상의 고압 가스 소비 장치와 하나 이상의 저압 가스 소비 장치를 위한 가스 공급 시스템을 제안함으로써, 이러한 손실을 제거할 수 있게 한다. 전원 공급 시스템은,
- 액체 상태로 수집된 가스를 탱크로 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 펌프를 포함하는 고압 가스 소비 장치의 제 1 가스 공급 회로,
- 1차 가스 공급 회로에서 순환되는 가스를 증발시키도록 구성된 하나 이상의 고압 증발기,
- 저압 가스 소비 장치의 요구 사항에 적합한 압력으로 증기 상태로 취해진 가스를 탱크 내로 압축하도록 구성된 적어도 하나의 압축기를 포함하는, 저압 가스 소비 장치에 가스를 공급하는 하나 이상의 제 2 회로를 포함하며,
공급 시스템은 압축기의 하류에 제 2 공급 회로로 연결되고 탱크까지 연장된 가스 리턴 라인을 포함하고, 공급 시스템은 각각 증기 상태 리턴 라인에서 순환하는 가스와 1차 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스 사이에서 열 교환을 수행하도록 구성된 적어도 제 1 열 교환기와 적어도 제 2 열 교환기를 포함하고, 제 1 공급회로는 제 1 열 교환기와 제 2 열 교환기 사이에 개재된 추가 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 공급 시스템의 덕택에, 탱크에 존재하고 저압 가스 소비 장치의 소비에 사용되지 않는 증기 상태의 가스는 응축될 수 있으며, 따라서 제거되는 대신 액체 상태에서 탱크에 반환된다. 그런 다음 탱크에 존재하는 증기 상태의 과잉 가스의 손실이 최소한 감소한다.
제 1 가스 공급 회로는 고압 가스 소비 장치의 연료 수요를 충족시킬 수 있다. 상기 장치는 예를 들어 부유 구조물을 추진하기 위한 수단, 예를 들어, ME-GI 엔진일 수 있다. 제 1 공급 회로는 탱크에서 고압 가스 소비 장치로 연장된다. 펌프는 탱크 바닥에 설치되며 제 1 공급 회로에서 순환할 수 있도록 액체 상태의 가스를 펌핑할 수 있도록 보장한다.
고압 가스 소비 장치에 가스를 공급하려면 가스가 증기 상태에 있어야 하므로, 고압 증발기는 고압 가스 소비 장치에 가스를 공급하기 전에 가스가 증발되는 것을 보장한다. 고압 증발기는 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태 가스와 열 전달 유체(예: 글리콜수, 해수 또는 수증기) 사이의 열 교환이 이뤄지는 장소이다. 이 열 전달 유체는 고압 가스 소비 장치에 공급할 수 있도록 가스의 상태 변화를 일으켜 증기나 초임계 상태가 될 수 있을 만큼 충분히 높은 온도에 있어야 한다.
제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 액체가 고압 증발기를 통해 증발되기 전에 액체 상태의 기체는 제 1 열 교환기를 통과한 다음 제 2 열 교환기를 통과한다. 이를 위해, 제 1 열 교환기와 제 2 열 교환기는 제 1 공급 회로의 일부에 의해 서로 연결되어 액체 상태의 가스가 두 개의 열 교환기를 연속적으로 통과할 수 있다. 따라서 액체 상태의 이러한 기체의 온도는 고압 증발기를 통과하기 전에 상승하는 경향이 있다. 따라서 제 1 공급 회로에서 순환하는 가스는 제 2 열 교환기의 출구에서 2상 상태가 될 수 있다.
일반적으로, 탱크에 들어있는 기체는 자연적으로 변하거나, 부유식 구조물에 의해 강제로 증기 상태로 될 수 있다. 탱크 내에서 과압이 발생하지 않도록 하려면 증기 상태로 전환되는 탱크 내부의 가스는 반드시 배출되어야 한다.
이러한 기능은 저압 가스 소비 장치의 제 2 가스 공급 회로에 의해 제공된다. 이러한 제 2 공급 회로는 탱크에서 저압 가스 소비 장치로 연장된다. 상기 장치는 예를 들어 전기 발전기와 같은 보조 모터일 수 있다. 제 2 공급 회로에 배열된 압축기는 저압 가스 소비 장치에 공급할 뿐 아니라 탱크 내 압력을 조절하는 양자가 가능하도록 하기 위해 탱크 공간에 존재하는 가스를 끌어들이는 역할을 한다.
압축기의 출구에서 증기 상태의 가스는 저압 가스 소비 장치에 공급되거나 저압 가스 소비 장치가 연료 흡기를 필요로 하지 않은 경우 리턴 라인을 통해 순환할 수 있다. 리턴 라인은 압축기의 하류에 연결되어 있기 때문에, 압축기에 의해 유입되는 증기 상태의 가스가 그 안에 순환할 수 있다.
리턴 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스는 탱크로 돌아가기 전에 먼저 제 2 열 교환기를 통과한 다음 제 1 열 교환기를 통과한다. 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스와 리턴 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스 사이에서 발생하는 열량 교환 덕분에, 증기 상태의 가스의 온도는, 제 1 열 교환기를 떠날 때 가스가 응축되어 액체 상태로 상당 부분이 돌아갈 때까지 두 열교환기를 통과하면서 온도가 감소한다. 그런 다음 재응축된 가스는 탱크로 순환한다.
한 예에 따르면, 제 1 열 교환기와 제 2 열 교환기는 제 1 공급 회로를 따라 고압 증발기의 상류에 있다. 이는 가스가 제 2 열 교환기 내 및 제 1 열교환기 내에 위치한 제 1 공급 회로 부분에서 액체 상태가 되도록 보장한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 제 1 열 교환기, 제 2 열 교환기 및 고압 증발기는 물리적으로 분리된 열 교환기이다.
추가 펌프를 사용하면 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스의 압력을 증가시킬 수 있으므로 가스가 고압 가스 소비 장치에 공급하기에 적합한 압력을 가질 수 있다.
두 열교환기 사이에 추가 펌프를 배치하는 것이 특히 유리하다. 실제로, 추가 펌프를 제 1 열 교환기의 상류에 배치하면 제 1 열 교환기를 통과하자마자 액체 상태의 가스의 압력 및 온도가 상승하여 리턴 라인에서 순환하고 제 1 열 교환기를 통과하는 증기 상태의 가스가 응축되는 데 해롭다. 또한, 제 1 공급 회로에서 순환하는 가스가 제 2 열 교환기의 출구에서 2상 상태에 있을 수 있으므로, 제 2 열 교환기의 하류에 추가 펌프를 배치하면 추가 펌프는 액체 상태의 유체만 펌핑할 수 있다는 점에서 후자의 올바른 작동에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서 최적의 배열은 두 열교환기 사이에 펌프를 배치하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 리턴 라인은 리턴 라인을 제 1 섹션과 제 2 섹션으로 분할하는 발산 지점을 포함할 수 있으며, 이들은 모두 분기점에서 탱크로 연장되고, 제 1 열 교환기는 리턴 라인의 제 1 섹션에서 증기 상태로 순환하는 가스와 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스 사이에서 열을 교환하도록 구성되는 반면, 제 2 섹션은 제 1 열 교환기를 우회한다. 리턴 라인을 두 개의 구별된 섹션으로 나누는 것은 본 발명에 따른 공급 시스템의 제 2 실시예에 해당하며, 제 1 실시예는 상술한 바와 같은 공급 시스템, 즉 리턴 라인이 분기점을 갖지 않거나 두 개의 섹션으로 분할되지 않는 공급 시스템에 해당한다.
제 2 실시예에 따르면, 탱크에 존재하고 저압 가스 소비 장치의 소비에 사용되지 않는 증기 상태의 가스는 리턴 라인의 제 1 섹션을 통해 순환함으로써 응축될 수 있으며, 따라서 제거되는 대신 액체 상태에서 탱크에 반환된다.
또한, 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스의 유량이 리턴 라인에서 순환하는 증기 상태의 모든 가스를 응축하기에 충분하지 않을 때, 가스의 초과 분율은 탱크로 직접 리턴하기 위해 리턴 라인의 제 2 섹션으로 향햐게 할 수 있다. 이러한 상황은 본 발명에 따른 공급 시스템을 구비한 부유 구조물이 추진을 위해 액체 상태의 많은 양의 가스를 필요로 하지 않는 경우, 예를 들어 부유 구조물이 저속으로 움직이는 경우 발생할 수 있다. 앞서 언급한 리턴 라인의 특수성을 제외하고, 제 1 실시예와 제 2 실시예는 동일한 특징을 가지고 있다.
그것은 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스의 양이 리턴 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스의 양의 6배 이상일 때만 리턴 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스의 완전한 응축이 가능하다는 것이 발명자에 의해 결정되었다. 이러한 예는 압축기가 증기 상태의 가스를 약 10bar로 압축할 때 적용 가능하지만, 압축기가 전달하는 압력에 따라 비율은 달라질 수 있다. 이 조건이 충족되면 증기 상태의 가스는 응축되기 위해 리턴 라인의 제 1 섹션에서 순환한다. 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스의 양이 리턴 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스의 양의 6배 미만인 경우, 증기 상태의 가스를 리턴 라인의 제 2 섹션에서 적어도 부분적으로 순환시킨 다음, 증기 상태의 가스의 일부를 응축이 완료되는 양으로 제 1 섹션에서 순환시키는 것이 유리하다.
리턴 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스는 분기점으로부터 제 1 섹션 또는 제 2 섹션에서 순환할 수 있다. 리턴 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스는 탱크로 돌아가기 전에 먼저 제 2 열 교환기를 통과한 다음 제 1 열 교환기를 통과한다. 이 구성에 따르면, 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스와 리턴 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스 사이에서 발생하는 열량 교환 덕분에, 증기 상태의 가스의 온도는, 가스가 제 1 열 교환기의 출구에서 응축되어 액체 상태로 상당 부분이 돌아갈 때까지 두 열교환기를 통과하면서 온도가 감소한다. 그런 다음 응축된 가스는 탱크로 순환한다. 증기 상태의 가스가 제 2 섹션에서 순환하면, 제 2 교환기를 통과한 다음 탱크로 직접 돌아간다. 이 구성에 따르면, 제 2 열 교환기에서 수행되는 열량의 교환으로 인해 증기 상태의 가스 온도가 감소하지만 응축되지는 않는다. 따라서 가스는 증기 상태에서 탱크로 돌아가지만, 그럼에도 불구하고 냉각된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 분기점은 제 1 열 교환기와 제 2 열 교환기 사이의 리턴 라인에 배열될 수 있다. 즉, 증기 상태의 가스는 제 2 열 교환기를 통과한 후 제 1 섹션 또는 제 2 섹션에서 순환한다. 보다 구체적으로, 제 2 열 교환기를 통과하는 것은 리턴 라인의 메인 섹션이고, 메인 섹션은 증기 상태의 가스의 순환 방향에 대하여 분기점의 상류의 리턴 라인의 섹션에 대응한다. 이러한 특징은 앞서 언급한 바와 같이 공급 시스템의 제 2 실시예와 관련된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 분기점은 제 2 공급 회로에 대한 연결부와 제 2 열 교환기 사이의 리턴 라인 상에 배열될 수 있으며, 제 1 섹션과 제 2 섹션은 제 2 열 교환기를 통과한다. 이는 본 발명에 따른 공급 시스템의 제 3 실시예이다. 이 제 3 실시예에 따르면, 분기점은 제 2 열 교환기의 상류에 배열된다. 제 2 열 교환기는 특히 리턴 라인의 증기 상태의 가스와 열 교환을 수행하도록 구성되고, 제 1 섹션과 제 2 섹션의 각 섹션은 제 2 열 교환기를 통과한다. 따라서, 제 2 열 교환기는 적어도 3개의 통로, 즉 액체 상태의 가스가 제 1 공급 회로로부터 순환하는 통로 외에 리턴 라인의 각 섹션을 위한 2개의 통로를 포함한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 리턴 라인의 제 2 섹션은 탱크에 들어 있는 액체에 잠겨 있는 일 단부를 포함하고, 제 2 섹션은 상기 잠긴 단부에 배치된 배출 부재를 포함한다. 배출 부재는 특히 가스가 탱크로 분산되기 전에 리턴 라인의 제 2 섹션에서 순환하는 증기 상태의 가스를 팽창시킬 수 있다. 잠긴 단부가 탱크의 바닥에 우선적으로 배열된다는 사실과 관련된 증기 상태의 가스 팽창은, 탱크로 돌아갈 때 증기 상태의 가스 중 적어도 일부를 액화하는 것을 가능하게 하고, 또한 탱크에 존재하는 액체 형태 가스의 온도를 증가시킨다. 배출 부재는 이젝터 또는 버블링 장치일 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 리턴 라인의 제 2 섹션은 유량 조절 부재를 포함한다. 예를 들어, 유량 조절 부재는 제 2 열 교환기가 분기점으로부터 하류에 배열된 경우 제 2 열 교환기의 하류에 배열된 밸브일 수 있다. 유량 조절 부재도 팽창 밸브로서 작동할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이 리턴 라인의 제 2 섹션에 배출 부재가 제공되는 경우, 유량 조절 부재는 증기 상태의 가스의 팽창을 제한하기 위해 선택된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 제 1 열 교환기는 리턴 라인에서 순환하는 가스를 응축하도록 구성된다. 제 1 열 교환기는 제 1 공급 회로의 액체 상태의 기체가 액체 상태의 기체가 가장 낮은 온도에 있을 때 통과하는 교환기이다. 따라서 리턴 라인에서 순환하는 가스의 상태를 변경하여 증기 상태에서 액체 상태로 바꾸는 것은 제 1 열 교환기에서 발생하는 열 교환이다. 예를 들어 제 2 실시예 또는 제 3 실시예에 따라, 리턴 라인이 두 개의 섹션으로 나뉘는 경우, 리턴 라인의 제 2 섹션에서 순환하는 가스가 제 1 열 교환기를 우회하기 때문에, 리턴 라인의 제 1 섹션에서 순환하는 가스만 응축된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 제 2 열 교환기는 리턴 라인에서 순환하는 가스를 예냉하도록 구성된다. 제 1 열 교환기의 출구에서, 제 1 공급 회로에서 순환하는 액화 가스는 제 2 열 교환기의 입구에서 덜 차갑고, 열 교환은 리턴 라인의 증기 상태의 가스를 응축시키는 데 사용되었다. 그 후 액체 상태의 가스는 추가 펌프에 의해 압축된 다음 제 2 열 교환기를 통과한다. 또한 제 2 열 교환기에서 열을 교환하여 리턴 라인에서 증기 상태의 가스를 사전 냉각할 수 있다. 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스의 유량이 리턴 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스의 전체 응축을 수행하기에 충분하지 않더라도 제 2 열 교환기에서 냉각이 수행된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 리턴 라인은 제 1 열 교환기의 하류에 배열된 팽창 부재를 포함한다. 팽창 부재는 가스가 제 1 열 교환기를 통과할 때 응축되면 리턴 라인에서 순환하는 가스의 압력을 낮출 수 있게 한다. 팽창 부재 덕분에 액체 상태의 가스는 LNG의 액체-증기 평형 온도에 가까운 온도에서 탱크로 되돌아간다. 팽창 부재의 역할은 또한 리턴 라인에서 순환하는 응축되는 가스의 유량을 조절하는 것이다. 리턴 라인이 두 섹션으로 나뉘는 경우, 팽창 부재는 리턴 라인의 제 1 섹션, 항상 제 1 열 교환기의 하류에 위치한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 공급 시스템은 제 1 열 교환기의 상류인 제 1 공급 회로에 연결되고 압축기의 하류인 제 2 공급 회로까지 연장되는 보조 공급 라인을 포함하고, 공급 시스템은 보조 공급 라인에서 순환하는 가스를 증발시키도록 구성된 저압 증발기를 포함한다. 이러한 보조 공급 라인은 저압 가스 소비 장치에 증기 상태의 가스를 공급해야 하지만 탱크 공간에 충분한 양이 없을 때 사용된다. 따라서 보조 공급 라인은 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스 일부를 유도할 수 있다. 그런 다음 이 부분은 고압 증발기와 유사한 작동, 즉 글리콜수, 해수 또는 수증기와 같은 열 전달 유체와의 열 교환에 따라 저압 증발기에 의해 증발된다. 따라서 저압 증발기는 보조 공급 라인을 순환하는 액체 상태의 가스와 이 열 전달 유체 사이에서 열 교환을 유도한다.
증기 상태로 변경되면 가스는 보조 공급 라인을 순환한 다음 제 2 공급 회로에 합류하여 저압 가스 소비 장치에 공급된다.
증기 상태의 가스가 탱크 공간에 충분한 양으로 존재하는 경우 보조 공급 라인은 사용되지 않으며 예를 들어 밸브에 의해 닫힐 수 있다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 펌프는 액체 상태의 가스 압력을 6 - 17bar 사이의 값으로 상승시키도록 구성되고, 추가 펌프는 액체 상태의 가스 압력을 30 - 400bar 사이의 값으로 상승시키도록 구성된다. 이러한 압력 범위를 통해 액체 상태의 액체를 각 가스 소비 장치와 호환되는 압력으로 상승시킬 수 있다.
추가 펌프를 사용하면 액체 상태의 가스 압력을 특히 암모니아 또는 수소와 함께 사용할 경우 30 ~ 400 bar, 액화 석유 가스와 함께 사용할 경우 30 ~ 70 bar, 그리고 선호적으로는 에탄, 에틸렌 또는 주로 메탄으로 구성된 액화 천연가스와 함께 사용할 경우 150 - 400 bar 사이의 값으로 상승시킬 수 있다.
따라서, 탱크 안에 배치된 펌프는 액체 상태의 가스의 압력을, 보조 공급 라인이 열려 있는 경우 저압 가스 소비 장치의 공급이 가능한 압력으로 상승시킨다.
제 1 고압 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스의 압력을 증가시켜서 가스가 고압 가스 소비 장치에 공급하기에 적합한 압력으로 만들 수 있도록 하는 것은 펌프이다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 압축기는 가스 압력을 절대 압력 6 ~ 20 bar의 값으로 상승시키도록 구성되어 있다. 이 압력 값은 탱크 공간에 존재하고 제 2 공급 회로로 흡입 된 증기 상태의 가스의 저압 가스 소비 장치와의 호환성을 보장한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 고압 증발기는 고압 가스 소비 장치의 제 1 가스 공급 회로 상에서 제 2 열 교환기의 하류에 배열된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 제 2 열 교환기 및 고압 증발기는 단일 열 교환기를 형성한다. 그런 다음, 제 1 열 교환기는 제 2 열 교환기와 고압 증발기를 결합하는 단일 열 교환기의 상류에 구분되어 배열된다. 이러한 구성은 예를 들어 공급 시스템의 기계적 부피를 줄이기 위해 유리할 수 있다. 그런 다음 형성된 단일 교환기는 액체 상태의 가스가 제 1 공급 회로에서 순환하는 제 1 통로, 증기 상태의 가스가 리턴 라인에서 순환하는 제 2 통로, 그리고 열 전달 유체가 고압 증발기로부터 순환하는 제 3 통로를 포함한다. 이러한 단일 열 교환기의 배치는 위에서 설명한 모든 실시예들과 호환된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 제 1 가스 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스의 양에 대한 열 교환기에 의해 응축되어 리턴 라인에서 순환하는 가스의 비율은 16% +/- 5%이다. 제 1 공급 회로는 해당 회로에서 순환하는 가스 유량이 시간당 약 6톤이 되도록 구성된다. 열 교환기를 통해 순환하는 시간당 6톤의 액체 상태의 가스에 대해, 증기 상태의 가스의 시간당 약 1톤의 가스가 응축된 리턴 라인에서 순환한다.
본 발명은 적어도 하나의 액체 상태의 가스 탱크, 적어도 하나의 고압 가스 소비 장치, 적어도 하나의 저압 가스 소비 장치 및 이들 장치에 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 시스템을 포함하는, 액체 상태의 가스를 저장 및/또는 운반하기 위한 부유 구조물을 또한 포함한다.
또한 본 발명은 액상 가스를 저장 및/또는 운반하기 위해 적어도 하나의 육상 및/또는 항만 시설과 적어도 하나의 부유식 구조물을 결합하는 액상 가스의 적재 또는 하역 시스템을 포함한다.
마지막으로, 본 발명은, 부유 구조물의 상부 갑판에 배치된 액상 가스 적재 및/또는 하역 파이프들이 적절한 커넥터를 통해 액체상태의 가스를 탱크에서 또는 탱크로 이송하기 위하여 해상터미널 또는 항만터미널까지 연결될 수 있는, 가스 저장 및/또는 운송을 위한 부유 구조물로부터 액상 가스를 적재하거나 하역하는 방법을 다룬다.
기술적 문제를 해결하기 위해, 가스를 담도록 구성된 적어도 하나의 탱크를 포함하는 부유 구조물의 하나 이상의 고압 가스 소비 장치 및 하나 이상의 저압 가스 소비 장치를 위하여 가스 공급 시스템이 또한 제공될 수 있으며, 상기 공급 시스템은,
- 액체 상태로 수집된 가스를 탱크로 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 펌프를 포함하는 고압 가스 소비 장치의 제 1 가스 공급 회로,
- 제 1 가스 공급 회로에서 순환되는 가스를 증발시키도록 구성된 하나 이상의 고압 증발기,
- 저압 가스 소비 장치의 요구 사항에 접합한 압력으로 증기 상태로 취해진 가스를 탱크 내로 압축하도록 구성된 하나 이상의 압축기를 포함하는, 저압 가스 소비 장치에 가스를 공급하는 하나 이상의 제 2 회로를 포함하며,
공급 시스템은 압축기의 하류에서 제 2 공급 회로에 연결되고 탱크로 연장되는 가스 리턴 라인을 포함하고, 공급 시스템은 고압 증발기를 제 1 열 교환기와 결합하고, 제 2 열 교환기와 결합하는 하나 이상의 단일 열 교환기를 포함하며, 각 열 교환기는 증기 상태 리턴 라인에서 순환하는 가스와 제 1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스 사이에서 열을 교환하도록 구성된 것을 특징으로 한다. 따라서 단일 열 교환기는 하나의 동일한 구성품이며 콤팩트한 설치가 가능하다.
이 솔루션의 한 측면에 따르면, 단일 열 교환기는, 탱크 내의 액체 상태에서 유입되고 제 1 공급 회로에서 순환하는 가스에 의해 횡단되는 제 1 통로, 리턴 라인에서 순환하는 가스의 제 2 통로 및 탱크에서 액체 상태로 제거된 가스를 가열하는 것을 담당하는 열 전달 유체의 제 3 통로 등 적어도 3개의 통로를 포함한다.
이 솔루션의 한 측면에 따르면, 제 1 통로는, 세 개의 개별 부분, 특히 제 2 통로와 열 교환을 위한 제 1 부분, 제 2 통로와 열 교환을 위한 제 2 부분, 제 3 통로와 열교환을 위한 제 3 부분으로 분리된다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 제 1 통로의 제 1 부분은 압축기에 의해 제 1 통로의 제 2 부분으로부터 분리된다.
본 발명의 다른 특징과 장점은 뒤따르는 설명과 몇 가지 예시적인 실시예 모두로부터 나타나는데, 이는 첨부된 개략도를 참조하여 예시적인 목적으로 그리고 제한되지 않도록 제공된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공급 시스템의 개략도이고.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공급 시스템의 개략도이며.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예의 대안에 따른 공급 시스템의 개략도이고,
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 공급 시스템의 개략도이며,
도 5는 본 발명의 근간이 되는 기술적 문제를 해결하는 공급 시스템의 개략도이고,
도 6은 이 탱크를 적재 및/또는 하역하기 위한 부유 구조물 또는 터미널의 탱크의 절단된 개략도이다.
다음 설명에 사용된 "상류" 및 "하류"라는 용어는 액체 상태 또는 증기 상태의 가스 회로 내에서 요소들의 위치를 나타내는 데 사용되며 해당 회로 내 해당 가스의 순환 방향을 가리킨다.
도 1 ~ 5는 부유 구조물에 배열된 가스 공급 시스템(1)을 나타낸다. 공급 시스템(1)은 상기 기기에 연료를 공급하기 위해 액체 상태, 증기 상태, 2상 상태 또는 초임계 상태일 수 있는 가스를 저장 및/또는 운반 탱크(8)로부터 고압 가스 소비 장치(4) 및/또는 저압 가스 소비 장치(5)로 순환시킬 수 있게 한다.
이러한 부유 구조물은 예를 들어 액체 상태의 가스를 저장 및/또는 운송할 수 있는 선박일 수 있다. 이 경우, 공급 시스템(1)은 부유 구조물이 저장 및/또는 운반하는 액체 상태의 가스를 사용하여, 예를 들어 추진 엔진일 수 있는 고압 가스 소비 장치(4) 및 부유 구조물에 전기를 공급하는 발전기일 수 있는 저압 가스 소비 장치(5)에 공급할 수 있다.
탱크(8)에 담긴 가스가 고압 가스 소비 장치(4)로 순환되도록 하기 위해, 공급 시스템(1)에는 제1 가스 공급 회로(2)가 제공된다. 제1 공급 회로(2)는 탱크(8)에 배치된 펌핑 부재(9)를 포함한다. 펌프(9)는 액체 상태의 가스를 펌핑하고 특히 제1 공급 회로(2)에서 가스를 순환시키는 것을 가능하게 한다. 펌프(9)는 액체 상태의 가스를 끌어들이는 방식으로 그 압력을 6~17바 사이의 값으로 상승시킨다.
액체 상태의 가스는 탱크(8)로부터 고압 가스 소비 장치(4)로 순환하는 방향으로 제1 열 교환기(6)를 통과하고, 추가 펌프(10)에 의해 펌핑된 후 제2 열 교환기(7)를 통과한다. 두 개의 열교환기(6, 7)에 대한 자세한 내용은 아래에서 설명한다.
제2 열교환기(7)를 통과한 가스는 고압 증발기(11)로 순환한다. 고압 증발기(11)는 제1 공급 회로(2)에서 순환하는 가스의 상태를 수정하여 증기 또는 초임계 상태로 변경할 수 있게 한다. 이러한 상태는 가스가 고압 가스 소비 장치(4)를 공급하기에 적합하도록 허용한다. 예를 들어 액체 상태의 기체를 증발시킬 수 있을 만큼 높은 온도에서 열전달 유체(이 경우 글리콜수, 해수 또는 수증기)와의 열 교환을 통해 액체 상태의 기체를 증발시킬 수 있다.
도 1에 도시된 제1 실시예에 따르면, 제1 열교환기(6), 제2 열교환기(7) 및 고압 증발기(11)는 서로 분리된 열교환기이다. 이러한 구성을 통해 열교환기를 통과하는 유체의 압력에 적합한 기술로 각 열교환기를 설계하고 제조할 수 있다. 예를 들어, 제1 열교환기(6)에서의 압력은 제2 열교환기(7)에서의 압력보다 상당히 낮기 때문에, 제2 열교환기(7)를 제조하는 데 사용되는 기술보다 저렴한 기술에 따라 제조될 수 있다. 동일한 것이 고압 증발기(11)에도 적용된다.
가스 압력의 증가는 액체 상태의 가스를 펌핑할 때 추가 펌프(10)에 의해 보장된다. 추가 펌프를 사용하면 액체 상태의 가스 압력을 액화 석유 가스와 함께 사용할 경우 30 ~ 70 bar, 그리고 선호적으로는 에탄, 에틸렌 또는 주로 메탄으로 구성된 액화 천연가스와 함께 사용할 경우 150 - 400 bar 사이의 값으로 상승시킬 수 있다.
추가 펌프(10)와 고압 증발기(11)의 조합에 의해, 가스는 고압 소비 장치(4)의 공급을 위한 압력 및 호환 가능한 상태에 있다. 이러한 구성을 통해 비용 제약이 있고 강한 진동을 발생시키는 제 1 공급 회로(2)에 고압 압축기를 설치하지 않을 수 있다.
탱크(8) 내에서, 가스 화물의 일부는 자연적으로 증기 상태로 변화하여 탱크(12)의 공간으로 확산될 수 있다. 탱크(8) 내의 과압을 피하기 위해 탱크 공간(12)에 포함된 증기 상태의 가스를 배출해야 한다. 그러나, 제1 공급 회로(2)는 액체 상태의 가스를 이용하여 고압 가스 소비 장치(4)에 공급하도록 구성된다.
따라서 공급 시스템(1)은 증기 상태의 가스를 사용하여 저압 가스 소비 장치(5)를 공급하는 제2 가스 공급 회로(3)를 포함한다. 제 2 공급 회로(3)는 탱크 공간(12)과 저압 가스 소비 장치(5) 사이에서 연장된다. 탱크 공간(12)에 포함된 증기 상태의 가스를 흡입하기 위해, 제 2 공급 회로(3)는 압축기(13)를 포함한다. 압축기(13)는 증기 상태의 가스를 끌어들이는 것 외에도, 제 2 공급 회로(3)에서 순환하는 증기 상태의 가스의 압력을 절대 6 내지 20바 사이의 압력으로 상승시켜, 증기 상태의 가스가 저압 가스 소비 장치(5)의 공급에 적합한 압력에 있도록 할 수 있다. 따라서, 제 2 공급 회로(3)는 탱크 공간(12)에 존재하는 증기 상태의 가스를 흡입하여 탱크(8) 내의 압력을 조절하면서 저압 가스 소비 장치(5)를 공급하는 것을 가능하게 한다.
탱크 공간(12) 내에 과도한 양의 증기 상태의 가스가 존재하면 탱크(8) 내에 과압이 발생한다. 따라서 탱크(8) 내의 압력을 낮추기 위해 증기 상태의 가스를 배출할 필요가 있다. 초과 증기 상태는 예를 들어 버너(18)에 의해 제거될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 공급 시스템(1)은 제 2 공급 회로(3)로부터 탱크(8)로 연장되는 리턴 라인(14)을 포함한다.
리턴 라인(14)은 제 2 공급 회로(3)에서 순환하는 증기 상태의 가스의 순환 방향을 기준으로 압축기(13)의 하류에서 제2 공급 회로(3)에 연결된다. 리턴 라인(14)에서 순환하는 증기 상태의 가스의 순환 방향에 따라, 상기 가스는 제 1 단계로 제 2 열교환기(7)를 통과한 후, 제 1 열교환기(6)를 통과한다. 따라서 열량 교환은 제1 열교환기(6) 내에서 이루어지며, 제2 열교환기(7)는 제1 공급 회로(2)에서 순환하는 액체 상태의 가스와 리턴 라인(14)에서 순환하는 증기 상태의 가스 사이에 있다. 이러한 열량 교환의 목적은 리턴 라인(14)의 증기 상태의 가스를 응축하여, 후자가 액체 상태로 통과하여 버너(18)에 의해 제거되는 대신 이 상태로 탱크(8)로 되돌아가는 것이다.
제1 열교환기(6)의 입구는 제1 공급 회로(2)의 액체 상태의 가스가 가장 낮은 온도를 갖는 곳이다. 따라서, 리턴 라인(14)에서 순환하는 가스가 응축되는 것은 제1 열교환기(6)를 통과한 후이다. 따라서 리턴 라인(14)의 가스는 제1 열교환기(6)의 입구에서 증기 상태로 있고, 제1 열교환기(6) 내에서 열량 교환이 이루어진 후 액체 상태로 배출된다.
리턴 라인에서 순환하는 가스의 압력을 탱크(8)에서 우세한 압력과 일치시키기 위해, 리턴 라인(14)은 가스의 압력을 1 내지 3 바의 절대 압력으로 낮추는 팽창 부재(15)를 포함할 수 있다. 가스가 응축되면 탱크(8)로 순환한다. 따라서 제 1 열교환기(6)는 응축기 역할을 한다.
제1 공급 회로(2)에서 순환하는 액체 상태의 가스의 양에 대한 응축된 증기 상태의 가스의 양의 비율은 약 16% +/- 5%이다. 다시 말해, 제 1 공급 회로(2)에서 순환하는 시간당 6톤의 액체 상태의 가스에 대해, 리턴 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스의 시간당 약 1톤의 가스가 응축된다.
제2 열교환기(7)는 제1 공급 회로(2)에서 가스가 순환하는 방향으로 제1 열교환기(6)의 하류에 위치하며, 리턴 라인(14)에서 가스가 순환하는 방향으로 제1 열교환기(6)의 상류에 위치한다. 따라서 제 2 열교환기(7)는 가스가 제1 열교환기(6)에서 응축되기 전에 리턴 라인(14)에서 순환하는 증기 상태의 가스를 사전 냉각하는 것을 보장한다. 제1 공급 회로(2)에서, 제2 열교환기(7)의 입구에서 액체 상태의 가스는 이전에 제1 열교환기(6)를 통과하여 추가 펌프(10)에 의해 펌핑되어 온도와 압력을 증가시켰다. 따라서, 제 2 열교환기(7)에서 발생하는 열량 교환 후, 제 1 공급 회로(2)에서 순환하는 가스는 제 2 열교환기(7)를 2상 상태로 떠나는 것이 가능하다. 따라서 리턴 라인(14)에서 순환하는 가스의 온도는 제2 열교환기(7)를 통과한 후 낮아져 위에 표시된 예냉을 구현한다.
추가 펌프(10)는 두 열교환기(6, 7) 사이에 유리하게 배치된다. 제1 열교환기(6)와 제2 열교환기(7) 사이에 추가 펌프(10)가 존재함으로써, 액체 상태의 기체만 추가 펌프(10)를 통해 순환하고, 상기 펌프를 손상시킬 수 있는 2상 상태의 기체는 순환하지 않도록 보장한다.
또한, 제1 열교환기(6)의 하류에 추가 펌프(10)가 존재함으로써, 제1 열교환기(6)에서 발생하는 열량 교환을 방해하지 않고 액체 상태의 가스의 압력 증가를 보장한다. 따라서 리턴 라인(14)에서 순환하는 증기 상태의 기체 응축이 최적으로 수행된다.
공급 시스템(1)은 펌프(9)와 제1 열교환기(6) 사이의 탭을 통해 제1 공급 회로(2)로부터 압축기(13)와 저압 가스 소비 장치(5) 사이에 연결되는 제2 공급 회로(3)로 연장되는 보조 공급 라인(16)을 더 포함한다. 보조 공급 라인(16)은 탱크 공간(12) 내에 형성된 증기 상태의 가스의 흐름이 불충분한 경우 저압 가스 소비 장치(5)에 전원을 공급할 수 있도록 한다.
증기 상태의 가스가 탱크 공간(12)에 충분한 양으로 존재하지 않는 경우, 펌프(9)에 의해 펌핑된 액체 가스는 저압 가스 소비 장치(5)에 공급하기 위해 이 보조 공급 라인(16)에서 순환할 수 있다. 이를 위해, 보조 공급 라인(16)은 저압 증발기(17)를 통과하여 보조 공급 라인(16)에서 순환하는 액체 상태의 가스가 증기 상태로 되도록 한다. 저압 증발기(17)의 작동은 예를 들어 고압 증발기(11)의 작동과 동일할 수 있으며, 즉 액체 상태의 가스를 끓일 수 있을 만큼 높은 온도에서 열 전달 유체와의 열 교환에 의해 가스를 증발시킨다. 저압 증발기(17)의 출구에서, 증기 상태의 가스는 보조 공급 라인(16) 내에서 순환한 후 제2 공급 회로(3)에 합류하여 저압 가스 소비 장치(5)에 공급된다.
전술한 바와 같이, 보조 공급 라인(16)은 탱크 공간(12)에 증기 상태의 가스가 충분하지 않은 경우에만 사용된다는 것이 이해된다. 따라서, 보조 공급 라인(16)은 그 사용이 필요하지 않을 때 보조 공급 라인(16)에서 가스의 순환을 제어하는 밸브(19)를 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 공급 시스템(1)의 제 2 실시예를 개략적으로 나타낸다. 이 제2 실시예는 리턴 라인(14)이 제2 공급 회로(3)와의 연결부에서 시작하여 분기점(53)까지 연장되는 메인 섹션(56)을 포함한다는 점에서 제1 실시예와 다르다. 분기점(53)에서, 리턴 라인(14)은 양자 모두 분기점(53)으로부터 탱크(8)까지 연장되는 제1 섹션(51)과 제2 섹션(52)으로 분할된다.
이 제 2 실시예에 따르면, 분기점(53)은 제 2 열 교환기(7)의 상류에 배열된다. 따라서 제2 열교환기(7)를 통과하는 것은 리턴 라인(14)의 메인 섹션(56)이다.
제2 열교환기(7)의 출구에서, 증기 상태의 가스는 분기점(53)으로 순환하고, 이어서 제1 섹션(51) 또는 제2 섹션(52)에서 순환할 수 있다. 제1 섹션(51)은 제1 열교환기(6)를 통과하고, 제2 섹션(52)은 제1 열교환기(6)를 우회하여 탱크(8)로 연장된다. 즉, 증기 상태의 기체는 제 1 섹션(51)에서 순환하여 제 1 열교환기(6)에서 발생하는 열량 교환에 의해 응축될 수도 있고, 제 2 섹션(52)에서 순환하여 기체 상태로 탱크(8)로 되돌아갈 수도 있다.
증기 상태의 기체가 순환하는 섹션의 선택은 특히 제1 공급 회로(2)에서 순환하는 액체 상태의 기체의 유량에 따라 달라지며, 상기 유량은 리턴 라인(14)에서 순환하는 증기 상태의 가스를 완전히 응축시키기에 충분해야 한다. 따라서, 제1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스의 양이 리턴 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스의 양의 6배 이상인 경우, 증기 상태의 가스를 제1 섹션(51)으로 향하게 하여 응축을 구현할 수 있다.
제1 공급 회로에서 순환하는 액체 상태의 가스의 양이 리턴 라인에서 순환하는 증기 상태의 가스의 양의 6배 미만인 경우, 증기 상태의 가스의 제1 분획은 제1 교환기(6)에서 완전히 응축되는 양으로 제1 섹션(51)에서 순환하고, 제1 섹션(51)에서 순환하지 않는 증기 상태의 가스의 양에 해당하는 증기 상태의 가스의 제2 분획은 탱크(8)로 직접 복귀하기 위하여 제2 섹션(52)에서 순환한다. 제1 공급 회로(2)에서 순환하는 액체 상태의 가스 순환이 거의 또는 전혀 없는 경우, 제1 열교환기(6)를 통과할 때 발생하는 압력 강하를 피하기 위해, 증기 상태의 가스 전체가 제2 섹션(52)에서 순환하여 탱크(8)로 직접 되돌아간다. 이 상태에서, 가스가 탱크(8)로 복귀하는 것은 증기 상태에서 이루어진다. 이러한 상황은 액체 상태의 가스가 고압 가스 소비 장치(4)에 공급하는 데 거의 사용되지 않을 때 발생한다.
리턴 라인(14)에서의 순환을 조절하기 위해, 팽창 부재(15)는 제1 열교환기(6)의 하류인 제1 섹션(51)에 배치되고, 제2 섹션(52)은 유량 조절 부재(54)를 포함한다. 팽창 부재(15) 및 유량 조절 부재(54)는 또한 어느 한 섹션에서 순환하는 가스를 팽창시키는 기능을 제공할 수 있다.
바람직하게는, 제 1 섹션(51) 또는 제 2 섹션(52)의 경우, 순환하는 가스는 탱크(8)의 바닥으로 또는 적어도 가스가 액체 형태인 영역으로 되돌아간다. 보다 구체적으로, 제 2 섹션(52)에서 증기 상태로 순환하는 가스는 증기 상태로 탱크 바닥으로 되돌아간다. 따라서 탱크(8)에 존재하는 액체 상태의 가스의 온도 및 밀도는 제2 섹션(52)을 떠나는 증기 상태의 가스를 응축할 수 있게 한다. 증기 상태의 가스의 이러한 응축을 용이하게 하기 위해, 제2 섹션(52)은 탱크(8)의 액체 내용물에 잠긴 제2 섹션(52)의 일 단부에 배치된 배출 부재(55)를 포함할 수 있다. 배출 부재(55)는 탱크(8)에서의 응축을 용이하게 하기 위해 제2 섹션(52)에서 순환하는 증기 상태의 가스를 팽창시킬 수 있게 한다. 배출 부재(55)는 예를 들어 이젝터 또는 버블링 장치일 수 있다. 제2 섹션(52)을 통해 탱크(8)에서 가스가 증기 상태로 복귀하면, 탱크(8)에 존재하는 액체 상태의 가스의 온도가 상승한다.
제2 실시예에서 설명되지 않은 특징은 제1 실시예의 특징과 동일하므로, 두 실시예에 공통적인 요소에 대한 설명은 도 1의 설명을 참조할 것이다.
도 3은 다음 요소를 제외하고 도 2에 설명된 것과 모든 지점에서 동일한 공급 시스템(1)에 대한 제2 실시예의 대안을 보여준다.
그러한 대안에 따르면, 제 2 열 교환기(7) 및 고압 증발기(11)는 단일 열 교환기(21)를 형성한다. 도 3에 도시된 솔루션은 제2 열교환기(7)와 고압 증발기(11)를 결합하는 단일 열교환기(21)를 설계 및 제조할 수 있게 하며, 이 두 구성요소는 이 공통 열교환기의 제조에 사용되는 기술을 좌우하는 동일한 고압에 노출된다. 이러한 해결책은 또한 제 2 열교환기(7)와 고압 증발기(11)가 서로 다른 것을 허용하지 않는 공간 부족에 의해 정당화될 수 있다.
제 2 실시예의 이 대안에 따르면, 분기점(53)은 단일 열교환기(21)의 하류에 배열된다. 따라서 단일 열교환기(21)를 통과하는 것은 리턴 라인(14)의 메인 섹션(56)이다. 따라서, 그런 다음 형성된 단일 열교환기(21)는 내부에서 액체 상태의 가스가 제 1 공급 회로(2)로부터 순환하는 제 1 통로(24), 내부에서 증기 상태의 가스가 리턴 라인(14)으로부터 순환하는 제 2 통로(28), 그리고 내부에서 열 전달 유체가 순환하고 제 1 통로(24)에서 순환하는 액체 상태의 가스를 증발시키는 제 3 통로를 포함한다.
제1 공급 회로(2)에서, 단일 열교환기(21)의 입구에서 액체 상태의 가스는 이전에 제1 열교환기(6)를 통과하여 추가 펌프(10)에 의해 펌핑되어 온도와 압력을 증가시켰다. 따라서, 단일 열교환기(21)에서 발생하는 열량 교환 후, 제 1 통로(24)에서 순환하는 가스는 단일 열교환기(21)를 액체 상태, 증기 상태, 2상 상태 또는 초임계 상태로 떠나는 것이 가능하다.
제2 실시예에 대한 대안에서 설명되지 않은 특징은 제 1 및 2 실시예의 특징과 동일하므로, 이들 실시예에 공통적인 요소에 대한 설명은 도 1 및 2의 설명을 참조할 것이다.
도 4는 공급 시스템(1)의 제 3 실시예를 개략적으로 보여준다. 제2 실시예에 대한 대안과 관련하여, 제2 열교환기(7)와 고압 증발기(11)가 결합되어 단일 열교환기(21)를 형성하지만, 본 제3 실시예는 도 2에 도시된 것처럼 제2 열교환기(7)와 고압 증발기(11)가 구분되는 경우에도 적용할 수 있다. 제 3 실시예는 분기점(53)은 단일 열교환기(21)의 상류에 배열된다는 사실에 의해 제 2 실시예의 대안과 다르다. 따라서, 단일 열교환기(21)를 통과하는 것은 메인 섹션(56)이 아니라, 양자 모두 단일 열교환기(21)를 통과하는 제1 섹션(51) 및 제2 섹션(52)이다.
따라서, 여기서 단일 열교환기(21)는 액체 상태의 가스가 제1 공급 회로(2)로부터 순환하는 제1 통로(24), 증기 상태의 가스가 리턴 라인(14)의 제1 섹션(51)으로부터 선택적으로 순환하는 제2 통로(28), 열 전달 유체가 순환하고 제1 통로(24)에서 순환하는 액체 상태의 기체를 증발시키는 제3 통로(29) 및 리턴 라인(14)의 제2 섹션(52)의 증기 상태의 가스가 선택적으로 순환하는 제4 통로(32)를 포함한다. 따라서, 공급 시스템(1)의 제3 실시예는 단일 열교환기(21)가 3개 대신에 4개의 통로를 포함한다는 점에서 제2 실시예의 대안과 상이하다.
단일 열교환기(21)의 출구에서, 제1 섹션(51)은 제1 열교환기(6)를 통과하여 탱크(8)로 연장되고, 제2 섹션(52)은 제1 열교환기(6)를 우회하여 탱크(8)로 연장된다.
도 5는 다음 요소를 제외하고는 모든 지점에서 도 1을 참조하여 위에서 설명한 것과 동일한 공급 시스템(1)을 보여준다.
제 1 열교환기(6), 제 2 열교환기(7) 및 고압 증발기(11)는 단일 열 교환기(32)를 형성한다. 따라서 이러한 구성요소는 적어도 세 개의 통로를 포함하는데, 탱크(8)에서 액체 상태로 수집되어 제1 공급 회로(2)에서 순환하는 가스에 의한 제1 통로(24), 리턴 라인(14)에서 순환하는 가스에 의한 제2 통로(28) 및 탱크(8)에서 액체 상태로 수집된 가스를 증발시켜 고압 가스 소비 장치(4)로 전달하기 위해 가열하는 열전달 유체에 의한 제3 통로(29)가 그것이다.
제1 열교환기(6), 제2 열교환기(7) 및 고압 증발기(11)와 유사한 이 단일 열교환기(36)는 세 개의 다른 부분 즉, 제2 통로(28)와의 열교환을 위한 제1 부분(33), 제2 통로(28)와의 열교환을 위한 제2 부분(34) 및 제3 통로(29)와의 열교환을 위한 제3 부분(35)으로 분리된 제 1 통로(24)를 포함한다는 점에 유의해야 한다. 제1 부분(33)은 단일 열 교환기(36) 외부에 배치되는 추가 펌프(10)의 존재에 의해 제2 부분(34)과 분리된다. 추가 펌프(10)는 제1 부분(33)의 출구에 연결된 흡기 포트 및 제2 부분(34)의 입구에 연결된 배출 포트를 포함한다.
도 5에 도시된 솔루션은 제1 열교환기(6), 제2 열교환기(7) 및 고압 증발기(11)를 결합하는 단일 열교환기(36)의 설계 및 제조를 가능하게 하고, 이 단일 열교환기(36)의 기술은 고압을 받는 제1 통로(24)에 의해 부과된다.
도 6은 액체 상태 및 증기 상태의 가스를 포함하는 탱크(8)를 보여주는 부유 구조물(20)의 단면도로서, 이 탱크(8)는 일반적으로 부유 구조물(20)의 이중 선체(22)에 장착되는 일반적인 각기둥 형상을 갖는다. 탱크(8)의 벽은 탱크(8)에 포함된 액체 상태의 가스와 접촉하기 위한 1차 밀봉막, 1차 밀봉막과 부유 구조물(20)의 이중 선체(22) 사이에 배치된 2차 밀봉막, 1차 밀봉막과 2차 밀봉막 사이 및 2차 밀봉막과 이중 선체(22) 사이에 각각 배치된 2개의 단열 배리어를 포함한다.
부유 구조물(20)의 상부 갑판에 배치된 액체 상태의 가스를 위한 적재 및/또는 하역 파이프(23)는 적절한 커넥터를 통해 해상 또는 항만 터미널에 연결하여 액체 상태의 가스 화물을 탱크(8)에서 또는 탱크로 이송할 수 있다.
도 6은 또한 적재 및/또는 하역 장비(25), 수중 파이프라인(26) 및 육상 및/또는 항만 시설(27)을 포함하는 해상 또는 항만 터미널의 예를 도시하고 있다. 육상 및/또는 항만 시설(27)은 예를 들어, 항구의 부두에 배치될 수 있고, 다른 예에 따르면, 콘크리트 중력 플랫폼에 배치될 수 있다. 육상 및/또는 항만 시설(27)은 액체 상태의 가스를 위한 저장 탱크(30) 및 수중 파이프(26)에 의해 적재 및 하역 장비(25)에 연결되는 연결 파이프(31)를 포함한다.
액체 상태의 가스를 이송하는 데 필요한 압력을 발생시키기 위해, 육상 및/또는 항만 시설(27)에 장착된 펌프 및/또는 부유 구조물(20)에 장착된 펌프가 구현된다.
물론, 본 발명은 방금 설명한 예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 이러한 예들에 대해 수많은 수정이 이루어질 수 있다.
방금 설명한 바와 같이, 본 발명은 설정된 목표를 명확하게 달성하고 고압 또는 저압에서 가스를 소비하는 장치용 가스 공급 시스템을 제안할 수 있으며, 그 중 고압은 펌프 및 증발기를 사용하여 수행되며 가스가 탱크로 반환되기 전에 증기 상태로 가스를 응축하는 수단을 포함한다. 여기서 설명되지 않은 변형들은 발명의 맥락을 벗어나지 않으면서 구현될 수 있는데, 이들은 본 발명에 따라 본 발명에 따른 가스 공급 시스템을 포함하기 때문이다.

Claims (17)

  1. 가스를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 탱크(8)를 포함하는 부유 구조물(20)의 적어도 하나의 고압 가스 소비 장치(4) 및 적어도 하나의 저압 가스 소비 장치(5)에 가스를 공급하기 위한 시스템(1)으로서,
    - 액체 상태로 수집된 가스를 상기 탱크(8)로 펌핑하도록 구성된 적어도 하나의 펌프(9)를 포함하는 고압 가스 소비 장치(4)의 적어도 제 1 가스 공급 회로(2),
    - 상기 제 1 가스 공급 회로(2)에서 순환되는 상기 가스를 증발시키도록 구성된 적어도 하나의 고압 증발기(11),
    - 상기 저압 가스 소비 장치(5)의 요구 사항에 적합한 압력으로 증기 상태로 취해진 가스를 상기 탱크(8) 내로 압축하도록 구성된 적어도 하나의 압축기(13)를 포함하는, 상기 저압 가스 소비 장치(5)에 가스를 공급하는 적어도 하나의 제 2 회로(3)을 포함하는 공급 시스템에 있어서,
    상기 공급 시스템(1)은 상기 압축기(13)의 하류에 제 2 공급 회로(3)로 연결되고 상기 탱크(8)까지 연장하는 가스 리턴 라인(14)을 포함하고, 상기 공급 시스템(1)은 증기 상태로 상기 리턴 라인(14)에서 순환하는 가스와 상기 제 1 공급 회로(2)에서 순환하는 액체 상태의 가스 사이에서 열을 교환하도록 각기 구성된 적어도 제 1 열 교환기(6)와 적어도 제 2 열 교환기(7)를 포함하고, 상기 제 1 공급 회로(2)는 제 1 열 교환기(6)와 제 2 열 교환기(7) 사이에 개재된 추가 펌프(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 리턴 라인(14)은 상기 리턴 라인(14)을 제 1 섹션(51)과 제 2 섹션(52)으로 분할하는 분기점(53)을 포함하며, 이들은 모두 상기 분기점(53)에서 상기 탱크(8)로 연장되고, 상기 제 1 열 교환기(6)는 상기 리턴 라인(14)의 제 1 섹션(51)에서 증기 상태로 순환하는 가스와 상기 제 1 공급 회로(2)에서 순환하는 액체 상태의 가스 사이에서 열을 교환하도록 구성되고, 상기 제 2 섹션(52)은 제 1 열 교환기(6)를 우회하는
    공급 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 분기점(53)은 상기 제 1 열 교환기(6)와 상기 제 2 열 교환기(7) 사이의 상기 리턴 라인(14)에 배열되는
    공급 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 분기점(53)은 상기 제 2 공급 회로(3)에 대한 연결부와 상기 제 2 열 교환기(7) 사이의 상기 리턴 라인(14) 상에 배열되며, 상기 제 1 섹션(51)과 제 2 섹션(52)은 상기 제 2 열 교환기(7)를 통과하는
    공급 시스템.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리턴 라인(14)의 상기 제 2 섹션(52)은 상기 탱크(8)에 들어 있는 액체에 잠겨 있는 일 단부를 포함하고, 상기 제 2 섹션(52)은 잠긴 단부에 배치된 배출 부재(55)를 포함하는
    공급 시스템.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리턴 라인(14)의 상기 제2 섹션(52)은 유량 제어 부재(54)를 포함하는
    공급 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 열 교환기(6)는 상기 리턴 라인(14)에서 순환하는 가스를 응축하도록 구성된
    공급 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 열 교환기(7)는 상기 리턴 라인(14)에서 순환하는 가스를 예냉하도록 구성된
    공급 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리턴 라인(14)은 상기 제 1 열교환기(6)의 하류에 배치된 팽창 부재(15)를 포함하는
    공급 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 열교환기(6)의 상류인 상기 제1 공급 회로(2)에 연결되고 상기 압축기(13)의 하류인 상기 제2 공급 회로(3)로 연장되는 보조 공급 라인(16)을 포함하고, 상기 보조 공급 라인(16)에서 순환하는 가스를 증발시키도록 구성된 저압 증발기(17)를 포함하는
    공급 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프(9)는 액체 상태의 가스의 압력을 6 - 17bar 사이의 값으로 상승시키도록 구성되고, 상기 추가 펌프(10)는 액체 상태의 가스의 압력을 30 - 400bar 사이의 값으로 상승시키도록 구성된
    공급 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축기(13)는 가스 압력을 절대 압력 6 ~ 20 bar 사이의 값으로 상승시키도록 구성된
    공급 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고압 증발기(11)는 상기 고압 가스 소비 장치(4)의 상기 제 1 가스 공급 회로(2) 상에서 상기 제 2 열 교환기(7)의 하류에 배열된
    공급 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 열 교환기(7) 및 상기 고압 증발기(11)는 단일 열 교환기(21)를 형성하는
    공급 시스템.
  15. 액체 상태의 가스를 저장 및/또는 운반하기 위한 부유 구조물(20)에 있어서,
    액체 상태의 가스를 위한 적어도 하나의 탱크(8)와, 적어도 하나의 고압 가스 소비 장치(4)와, 적어도 하나의 저압 가스 소비 장치(5)와, 이들 장치들에 가스를 공급하기 위한 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 하나의 시스템(1)을 포함하는
    부유 구조물.
  16. 적어도 하나의 육상 및/또는 항만 시설(27)과 액체 가스를 저장 및/또는 운반하기 위한 제 15 항에 기재된 적어도 하나의 부유 구조물(20)을 결합하는
    액체 가스의 적재 또는 하역 시스템.
  17. 제 15 항에 기재된 가스를 저장 및/또는 운반하기 위한 부유 구조물(20)로부터 액체 가스를 적재 또는 하역하는 방법에 있어서, 상기 부유 구조물(20)의 상부 갑판에 배치된 액체 상태의 가스를 적재 및/또는 하역하기 위한 파이프들(23)이 적절한 커넥터를 통해 액체 상태의 가스를 상기 탱크(8)에서 또는 상기 탱크(8)로 이송하기 위하여 해상 터미널 또는 항만 터미널까지 연결될 수 있는
    액체 가스의 적재 또는 하역 방법.
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