KR101153660B1 - 선박의 에너지 생산 설비로 연료를 공급하기 위한 장치 - Google Patents

선박의 에너지 생산 설비로 연료를 공급하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

액화 가스를 운반하는 선박의 액화 가스의 하나 이상의 탱크로부터 선박 상의 탑재된 에너지 생산 설비로부터 연료를 공급하기 위한 장치로서, 상기 탱크의 바닥에 배치되는 펌프(20) 및 펌프 주위의 탱크에 배치되고 펌프의 흡입부를 잠긴 상태로 유지하도록 설계되는 저장부(23)를 포함하는, 장치에 있어서, 탱크의 바닥에 액화 가스를 흡입할 수 있도록 탱크에 배치되는 액체 이젝터(12), 및 한편으로는 펌프의 유출구를 이젝터의 유입구로, 그리고 다른 한편으로는 이젝터의 유출구를 저장부로 연결하는 액체 회로(21, 22, 24, 250)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 에너지 생산 설비로 연료를 공급하기 위한 장치 {DEVICE FOR SUPPLYING FUEL TO AN ENERGY PRODUCING INSTALLATION OF A SHIP}
본 발명은 액화 가스 수송 선박의 액화 가스 탱크로부터 액화 가스 수송 선박에 탑재된 에너지 생산 설비로 연료를 공급하기 위한 장치에 관한 것이다.
예를 들면 메탄 탱커 타입의 액화 가스 운반 선박에서, 에너지 생산 설비가 선박의 작동, 특히 선박의 추진 및/또는 선박의 장비용 전기 생산의 에너지 요구를 충족하기 위해 제공된다. 이러한 타입의 설비는 통상적으로 선박의 탱크로 운반되는 액화 가스 화물로부터 공급되는 증발기로부터 나오는 가스를 소모하는 열 엔진을 포함한다.
FR-A-2837783호는 선박의 탱크 바닥에서 잠기는 펌프를 이용한 추진을 위해 요구되는 이러한 타입의 증발기 및/또는 다른 시스템을 공급하기 위해 제공된다. 따라서 배치되는 펌프는 밸러스트 상태의 운항 동안 가스로 메탄 탱커의 추진을 공급하고자 할 때, 즉 탱크가 비워졌을 때, 단점을 가진다. 이 경우, 펌프의 작동을 가능하게 하기에 충분하도록 탱커의 바닥에 액화 가스 노우즈(nose)를 남기는 것이 필요하다. 실제로, 액체 레벨이 너무 낮은 경우, 펌프는 때때로 화물의 운동에 의한 액체 및 가스의 혼합물을 펌프로 공급하는데, 이는 펌프를 정지시키거나 펌프를 심각하게 손상시킨다(저급한 냉각(poor cooling), 세기 저하(intensity drop), 등).
FR-A-2832783호는 이러한 문제점을 예방하기 위하여 탱크가 완전히 채워지지 않고 그리고 선박이 피치 및 롤링 운동을 할 때조차 펌프의 흡입부의 연속적인 잠김(immersion)을 보장하기 위해 탱크의 바닥에 배치되는 펌프를 체크 밸브가 제공되는 수집 하우징으로 둘러싸는 것을 제안한다. 이러한 장치의 신뢰성 및 효율은 제한되는데, 이는 특히 밸브가 고장나서(stuck) 더 이상 자체 기능을 수행하지 않기 때문이며, 수집 하우징의 충전이, 잠김(submersion)으로써 하우징을 충전하는, 충분히 규칙적인 파동(regular wave) 운동을 요구하기 때문이다.
FR-A-2876981호는 탱크의 바닥에 배치되는 액체 분사기로 연결되는, 선박의 브리지(brideg) 상에 펌프를 제공하는 공급 장치를 기재하고 있다. 이러한 해결책은 선박의 브리지 상의 상보 요소, 특히 보조 저장부를 요구하며, 이 상보 요소의 단열이 보장되어야 한다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 상술된 단점들 중 적어도 일부를 가지지 않는 공급 장치를 제공하는 것이다. 특히 본 발명은 펌프의 정지(stalling) 또는 손상의 위험을 예방 또는 감소하는, 탱크 내에 배치되는 펌프 공급 장치를 제공하기 위한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 상기 선박의 하나 이상의 액화 가스 탱크로부터 액화 가스 수송 선박에 탑재된 에너지 생산 설비를 위해 연료를 공급하기 위한 장치를 제공하며, 이는 탱크의 바닥에 배치되는 펌프, 및 탱크의 펌프 주위에 배치되고 펌프의 흡입부를 잠긴 상태로 유지하기 위해 설계된 저장부를 포함하며, 탱크의 바닥에 액화 가스를 흡입할 수 있도록 탱크에 배치되는 액체 이젝터, 및 한편으로 펌프의 유출구를 이젝터의 유입구로, 다른 한편으로 이젝트의 유출구를 저장부로 연결하는 액체 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 또한 액체 제트 펌프로 지칭되는 액체 이젝터는 파이프를 포함하는 펌프의 타입을 지정하고, 이 펌프 안에는 분사된 가압 액체의 유동의 지속력(life force)이 파이프의 주변에 도달하는 액체를 흡입하도록 한다.
대체로 이젝터는 종래의 펌프 보다 더 낮은 액체 레벨에서 흡입을 허용하며, 이는 탱크 내의 액체 레벨이 낮을 때조차, 펌프의 흡입을 잠긴 상태로 유지하는 저장부의 충전 가능성을 의미한다. 따라서, 선박의 방출 말단부(terminal)에서 더 많은 액체를 방출하는 것을 가능하게 한다. 더욱이, 큰 파도가 펌프의 흡입부의 잠긴 상태에 영향을 미치지 않는다.
이젝터는 손상 또는 정지의 위험 없이 빈 상태(흡입하기 위한 액체가 없는 상태)에서 작동할 수 있다. 작동 중, 기계 부분의 부재는 용이한 배치 및 더 큰 신뢰성, 및 선박의 기술적 중단을 요구하는 수리가 거의 없거나 전혀 없다는 것을 의미한다.
일 실시예에 따라, 저장부는 이젝터로부터 이격하여 위치한다. 이는 액체 회로에 의해 연결되는 저장부 및 이젝터를 위치설정하는데 큰 자유를 허용한다. 예를 들면, 이젝터는 선박의 운송 동안 탱크 내의 액체의 운동을 고려할 때 액체를 포획(capture)하기 위하여 탱크 내에서 액체의 존재 가능성이 가장 큰 곳에 배치될 수 있다. 펌프 및 저장부 조립체는 이 조립체의 크기 및 기계적 강도를 고려하여 탱크 내에 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에 따라, 이젝터는 저장부와 접촉하거나 저장부 내에 위치한다. 저장부 및 이젝터에 의해 형성된 조립체는 예비 조립될 수 있고 탱크 내에 용이하게 설치된다. 액체 회로는 더 간단하다.
유용하게는, 저장부는 탱크의 액체의 파동 운동에 의해 액체의 회수를 용이하게 하는 프로파일을 가진다. 더욱이, 액체 회로는 이젝터의 유출구를 저장부로 연결한다.
특별한 일 실시예에 따라, 저장부는 1m3 보다 더 작은 용적을 가진다.
유용하게는, 이젝터는 흡입 튜브를 포함하며 흡입 튜브의 하나의 유입구는 펌프의 흡입부의 높이 보다 더 낮은 높이에 위치한다.
바람직하게는, 공급 장치는 액체 회로를 에너지 생산 설비로 연결하는 공급 도관을 포함한다.
유용하게는, 공급 도관은 이젝터의 유출구와 저장부 사이의 액체 회로로 연결된다. 이러한 경우, 펌프가 제공하여야 하는 유동이 제한된다. 더욱이, 공급 도관과 저장부 사이에 회수 도관을 제공하는 것이 필요하지 않다.
특별한 일 실시예에 따라, 상기 유체 회로는 공급 도관으로부터 상류부에 그리고 펌프로부터 하류부에 펌프용 제어 밸브, 및 이젝터로부터 상류부에 그리고 공급 도관으로부터 하류부에 이젝트용 제어 밸브를 포함한다.
유용하게는, 공급 장치는 공급 도관을 저장부로 연결하는 회수 도관, 회수 도관에 배치되고 공급 도관 상에 배치되는 압력 센서에 의해 제어되는 회수 제어 밸브를 포함한다.
바람직하게는, 공급 장치는 이젝터로부터 상류부에 상기 액체 회로로 연결되는 방출 펌프를 포함한다.
본 발명은 또한 액체 가스의 하나 이상의 탱크 및 탑재된 에너지 생산 설비를 포함하며, 이러한 탱크로부터 상기 에너지 생산 설비로 연료를 공급하기 위해 상기 탱크를 상기 에너지 생산 설비로 연결하는 본 발명에 따른 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 용이하게 이해될 것이고 본 발명의 다른 목적, 상세함, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하며 단지 비 제한적인 실시예가 제공되는 본 발명의 수 개의 특별한 실시예의 후술되는 상세한 설명에서 더욱 명백하게 나타날 것이다.
메탄 탱크는 예를 들면 액화 가스(예를 들면 약 -160℃에서 높은 메탄 함량을 가진 가스) 화물의 저장을 위해 기밀(leaktight) 및 단열되는 4개의 탱크를 포함한다. 선박의 후방에서 기계실은 탱크로부터 나오는 가스의 연소에 의해 작동되는 열 엔진, 예를 들면 선박의 추진 및/또는 전기 생산을 위해 공급 증기 터빈으로 작용하는 증기 생선 보일러를 포함한다.
선박이 채워진 탱크로 순항할 때, 탱크 내의 자연적인 증발은 일반적으로 충분한 양의 연료를 생산하여 기계실 내의 기계의 작동을 보장한다. 종래에는, 이러한 증발 가스는 선박의 상부 브리지 상에서 순환하는 증기 수집기(도시안됨)에 의해 수집된다. 그러나, 선박이 밸러스팅되어 작동될 때, 즉 탱크를 비운 후, 선박의 추진 시스템을 공급하기 위하여 하나 또는 수 개의 탱크에 남아있는 액화 가스 노우즈를 펌핑하는 것이 필요하고 선박은 도 1에 도시된 바와 같은 공급 장치가 이러한 목적을 위해 구비된다.
도 1의 공급 장치는 탱크(2)의 바닥에 배치되는 액체 이젝터(12)를 포함한다. 이러한 타입의 액체 이젝터는 본 기술분야의 기술자에 의해 널리 공지되어, 액체 이젝터의 상세한 설명이 특별히 제공되지 않았다. 도식적으로, 이젝터는 수렴/발산 노즐을 포함하며 이 노즐을 통하여 구동 흐름(drive current)으로서 기능하는 액체의 스트림이 순환한다. 또한 탱크의 바닥을 향하여 지향되는 흡입 튜브(14)를 포함하며 이 튜브는 노즐 내로 측방향으로 개방된다. 노즐 내의 구동 흐름은 화살표(15)에 의해 표시된 바와 같이 흡입 튜브(14)를 통하여 액화 가스를 흡입시킨다.
구동 흐름을 생성하기 위하여, 탱크(2)의 바닥에 배치되는 펌프(20)가 제공된다. 펌프(20)의 유출구는 도관(24), 도관(250) 및 도관(21)에 의해 이젝터의 유입구(16)에 연결된다. 도관(22)은, 펌프(20) 내의 탱크(2) 주위에 배치되는, 저장부(23)로 이젝터의 유출구(13)를 연결한다. 저장부(23)는 도관(22)으로부터 나오는 액화 가스 또는 액체의 파동을 수용하도록 설계된다. 저장부는 1m3 보다 작은 용적을 가지며 펌프(20)의 흡입부를 잠긴 상태로 유지하기 위하여 이젝터(12)에 의해 주입되는 액체를 임시적으로 저장하는 기능을 한다. 따라서 도관(21, 22, 24, 250) 및 저장부(23)는 루프 내의 이젝터(12)를 통하여 구동 흐름의 순환을 허용하는 액체 회로를 형성한다.
제어 밸브(25)는 도관(21) 내의 구동 액체의 유동을 조절하기 위하여 이젝터(12)의 유입구와 펌프(20)의 유출구 사이의 도관(250) 상에 장착된다. 밸브(25)의 개구는 자동적으로 조절된다. 이 같은 조절은, 펌프(20)의 정지 및 펌프의 손상을 일으킬 위험이 있는, 저장부(23) 내의 액체(27)의 레벨이 소정의 임계치 아래로 떨어지는 것을 예방한다. 저장부(23)는 작동 중 예를 들면 팽창 상태의 화물 운동에 의해 이젝터(12)가 임시적으로 돌출되고 그리고 이젝터(12)로부터 액화 가스 출력의 유동이 불규칙하게 되는 경우 조차, 펌프(20) 내로의 연속적인 유입 유동을 보장하는 것을 가능하게 한다.
따라서 저장부(23)의 존재에 의해 탱크(2)의 충전 레벨을 추가로 감소시키는 것이 가능하게 되며 저장부를 경유하여 기계의 공급이 가능하게 된다. 이젝터(12)는 사실 단속(intermittence)에 의해, 즉 이젝터의 각각의 통로에서 탱크의 바닥에서 왕복되는 액화 가스의 파동을 포획함(capture)으로써 작동될 수 있다. 도 1에서, 탱크(2) 내의 액체 레벨이 펌프(20)의 흡입부 아래, 그러나 흡입 튜브(14)의 유입구 위로 도시된다. 저장부(23)는 펌프의 흡입부 위의 레벨(27)을 유지하기 때문에 이러한 상태에서 정확한 작동을 가능하게 한다.
공급 도관(28)은 펌프(20) 유출구와 밸브(25) 사이의 도관(250) 상에 연결된다. 공급 도관(28)은 도관(250) 내에서 순환되는 액화 가스 부분을 기계실(5) 내로 공급되는 것이 요구되는 에너지 생산 설비를 향하게 하는 것을 가능하게 한다. 공급 도관(28)을 통한 유출 유동을 조정하기 위하여, 유동 제어 밸브(29)가 제공되며, 이 밸브의 개방 및 폐쇄는 기계실(5) 내의 열 기계의 제어 장치로부터 나오는 화살표(30)에 의해 도시된 요구 신호를 이용하여 기계실의 소모에 따라 제어된다. 밸브(29)로부터 하류부에, 공급 도관(28)은 증발기(31) 내로 개방되며, 증발기는 공급되는 기계로 액화 가스를 기상 형태로 제공하기 위해 증발시키는 기능을 한다. 회수 도관(32)은 밸브(29)로부터 상류부에 공급 도관(28) 상에 연결하고 저장부(23) 내로 개방한다. 회수 도관(32)은 공급 도관(28) 내의 압력이 너무 높을 때 저장부(23)를 향하여 액화 가스의 회수를 허용한다. 이를 위해, 도관(32)은 도관(28) 내의 압력을 측정하는 압력 게이지(34)의 측정 신호에 따라 조절되는 제어 밸브(33)가 제공된다. 밸브(29)로부터 상류부에, 도관(35)은 공급 도관(28) 상에 연결하고 보조 시스템(36) 내로 개방한다.
작동 중, 펌프(20)로부터 하류부의 유동은 도관(24) 상에 배치되는 밸브(200)에 의해 제어된다. 밸브(200)에는 체크 밸브(201)가 구비된다.
공급 장치를 시동하기 위하여, 펌프(20)가 아닌 수단을 이용하여 액체 이젝터(12)를 채우는 것이 필요할 수 있다. 이를 위해, 말단부에서 탱크(2)를 비우기 위해 이용되는, 방출 펌프(54) 또는 도관(55)을 경유하는 소정의 다른 펌프는, 충전 제어 밸브(410) 및 방출 제어 밸브(540)가 제공되는, 충전 도관(40)에 의해 도관(21)으로 연결된다. 밸브(41 및 540)는 각각 체크 밸브(410 및 541)가 구비된다.
설명된 장치는 선박의 하나 또는 수 개의 탱크(2)로부터 연료를 공급하는 것이 가능하다. 제 2 케이스에서, 펌프(20), 저장부(23) 및 액체 이젝터(12)가 이용되는 탱크 각각에 유사하게 배치된다.
도 2는 공급 장치의 또 다른 실시예에서 도시된다. 이러한 도면에서, 동일한 도면부호는 도 1의 실시예에 대응하는 동일하거나 유사한 요소를 나타내기 위하여 이용된다.
도 2의 실시예에서, 이젝터(12) 및 펌프(20)의 위치는 도 1과 반대가 된다, 즉 펌프(20)는 이젝터(12)로부터 상류부에 있다. 펌프(20)는 액체를 순환시키기 위하여 이용되지만, 액체는 공급 도관(28)을 경유하여 에너지 생산 장치에 공급되는 이젝터(12)에 의해 역으로 구동되는 유동이다. 유동 잉여분은 도관(250 및 21)에 의해 저장부(23)로 회수되어 액체의 충분한 레벨이 펌프(20)의 정지를 예방하는 것을 보장한다.
도 1의 실시예에 대해, 펌프가 역으로 구동하여야 하는 유동은 더 낮아진다. 실제로, 펌프는 단지 이젝터의 작업을 위해 충분한 유동을 공급하여야 하는 반면, 도 1의 실시예에서, 또한 공급 도관(28)을 위한 유동이 제공되어야 한다.
이러한 실시예에서, 센서(34)는 또한, 이 경우 밸브(25) 상에 작용함으로써 증발기(31)로부터 상류부의 압력을 조정하는 것을 가능하게 한다. 도관(250 및 21)은 회수 도관으로서 기능하고 도 1 및 도 3의 실시예의 도관(32)과 같은 특정 도관을 제공하는 것이 필요하지 않다.
도시되지 않은 하나의 변형예에서, 상 분리기가 이젝터(12)로부터 하류부에 배치된다.
도 3은 공급 장치의 또 다른 실시예를 부분적으로 도시한다. 이 경우, 동일한 도면 부호는 도 1의 실시예의 대응 요소와 동일하거나 유사한 요소를 나타내기 위하여 이용되었다.
도 3의 실시예에서, 이젝터(12)는 저장부(23) 내에 배치된다. 이젝터의 흡입 튜브(14)는 저장부(23)의 바닥에서 발견되고 탱크(2) 내로 개방된다. 유출구(13)는 저장부(23) 내로 펌핑된 액체를 자유롭게 유출한다. 이러한 실시예에서, 저장부(23) 및 이젝터(12)는 탱크(2) 내에서 설치되는 단일 요소로 조합될 수 있다.
비록 본 발명은 수 개의 특별한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 제한하기 위한 것이 아니고, 본 발명의 구성 내에 있는 경우, 본 발명은 설명된 수단들 및 이들의 조합에 대한 모든 기술적인 균등물을 포함하는 것이 명백하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공급 장치의 작동도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공급 장치의 작동도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 공급 장치의 부분적인 작동도.

Claims (10)

  1. 액화 가스 운반 선박의 하나 이상의 액화 가스 탱크(2)로부터 상기 선박의 에너지 생산 설비로 연료를 공급하기 위한 공급 장치로서,
    탱크의 바닥에 배치되는 펌프(20),
    상기 탱크 내에서 상기 펌프 주위에 배치되고 상기 펌프의 흡입부를 잠긴 상태(submerged state)로 유지하도록 설계되는 저장부(23),
    상기 탱크의 바닥에서 상기 액화 가스를 흡입할 수 있도록 상기 탱크 내에 배치되는 액체 이젝터(12),
    상기 펌프의 유출구를 상기 이젝터의 유입구로 연결하는 제 1 액체 회로(24),
    상기 이젝터의 유출구를 상기 저장부로 연결하는 제 2 액체 회로(21, 22, 250),
    상기 제 2 액체 회로를 상기 에너지 생산 설비로 연결하고 상기 이젝터의 유출구와 상기 저장부 사이의 상기 제 2 액체 회로에 연결되는, 공급 도관(28)을 포함하는,
    선박의 에너지 생산 설비로 연료를 공급하기 위한 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장부는 상기 이젝터로부터 떨어져 위치하는,
    선박의 에너지 생산 설비로 연료를 공급하기 위한 공급 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이젝터는 상기 저장부와 접촉(contact)하거나 상기 저장부 내에 위치되는,
    선박의 에너지 생산 설비로 연료를 공급하기 위한 공급 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장부는 상기 연료 탱크로부터 나오는 액체에 의하여 또는 액화 가스의 파동(wave)에 의하여 충전을 허용하는 프로파일을 가지는,
    선박의 에너지 생산 설비로 연료를 공급하기 위한 공급 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장부는 1m3 보다 작은 용적을 가지는,
    선박의 에너지 생산 설비로 연료를 공급하기 위한 공급 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이젝터는 흡입 튜브(14)를 포함하며 상기 흡입 튜브(14)의 하나의 유입구가 상기 펌프의 흡입부 높이 아래 높이에 위치하는,
    선박의 에너지 생산 설비로 연료를 공급하기 위한 공급 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이젝터로부터 상류부의 상기 제 2 액체 회로에 연결되는 도관(55)을 경유하여 액화 가스를 방출하도록 배치되는 방출 펌프(54) 또는 상기 선박의 소정의 다른 펌프를 포함하는,
    선박의 에너지 생산 설비로 연료를 공급하기 위한 공급 장치.
  10. 하나 이상의 액화 가스 탱크 및 탑재된 에너지 생산 설비를 포함하는 액화 가스 운반 선박에 있어서,
    상기 탱크로부터 상기 에너지 생산 설비로 연료를 공급하기 위하여 상기 탱크를 상기 에너지 생산 설비로 연결하는 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 공급 장치를 포함하는,
    액화 가스 운반 선박.
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