KR101278912B1 - 유류운반선내 ｖｏｃ 저감장치용 압력조절밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유류운반선내 VOC 저감장치용 압력조절밸브에 관한 것으로, 펌프에 의해 탱크로 이송되는 유체의 관로 상에 설치되어 펌핑된 유체를 상기 탱크로 이송하되, 산소농도 조절용 불활성가스를 함께 흡입 토출하도록 설치된 이덕터의 토출측과 상기 탱크 사이에 설치되어 이덕터를 통해 토출되는 유체의 압력을 VOC 응축 압력으로 일정하게 유지시키면서 상기 탱크로 공급하도록 설치된 압력조절밸브에 있어서; 인렛바디; 인렛바디와 플랜지 결합되는 아웃렛바디; 아웃렛바디의 내부에 구비되며, 연결편을 통해 간격이 유지되면서 유지된 간격 사이의 공간은 유출통로를 형성하는 내통; 내통의 바닥면 중앙을 관통하여 고정된 잭 브라켓; 잭 브라켓에 고정된 작동실린더; 선단부는 원추형상이고, 후단으로 가면서 원통형상을 가지며, 내통에 삽입되고, 원추형상 부분에는 둘레를 따라 다수의 통공이 형성되며, 작동실린더의 실린더로드에 원추형상 부분의 중앙이 고정된 디스크; 인렛바디의 내부에 삽입되고, 후단부는 디스크의 원추형상 부분과 원통형상 부분의 경계선까지 끼워지며, 둘레 방향을 따라 다수의 구멍이 형성된 트림부재; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유류운반선내 VOC 저감장치용 압력조절밸브를 제공한다.
본 발명에 따르면, 선박내 VOC 발생을 효과적으로 억제할 수 있고 처리효율이 향상되어 해양 오염을 막고, 선박내 거류하는 선원들의 건강 위해 요인이 제거될 뿐만 아니라, 갈수록 강화되고 있는 국제 규제에도 적극적으로 대응할 수 있어 경쟁력을 확보하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 VOC 배출로 발생하는 화물의 손실을 저감할 수 있으므로 경제적으로 이득이 발생된다.

Description

유류운반선내 ＶＯＣ 저감장치용 압력조절밸브{PRESSURE ADJUSTING VALVE FOR REDUCING VOC IN THE TANKER}

본 발명은 유류운반선내 VOC 저감장치용 압력조절밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유류운반선내의 액체화물에서 발생되는 VOC를 저감하여 해양 오염을 방지할 수 있도록 유류운반선 내부에 장착된 VOC 저감장치의 압력조절밸브의 기능을 더욱 개선한 유류운반선내 VOC 저감장치용 압력조절밸브에 관한 것이다.

최근 해상에서도 환경의 보호를 위해서 선박에서 배출되는 각종 유해가스에 대한 규제를 시행하고 있다.

이것은 해상 물동량이 증가하면서 선박이 해상의 주요 오염원으로 대두되면서 점차 강화되고 있다.

실예로 MEPC(Marine Environment Protection Committee)에서 개정된 MARPOL Annex VI와 NOx Technical Code 2008을 채택하게 되면서 이러한 움직임은 국제 규정에 따라 강제화가 되고 있으며, 선박에서의 배출규제에 해당하는 물질은 다음과 같다.

-오존파괴물질

-질소 산화물(NOx)

-황 산화물(SOx)

-휘발성 유기화합물(VOC:VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS)

이러한 물질들은 해양 환경 및 지구온난화에 영향을 미치는 주요인자이므로 그 배출은 엄격하게 규제되어야 하고 전 세계적으로 동일한 움직임이 발생하고 있다.

특히, 대량의 유류를 운반하는 선박에서는 VOC 발생확률이 상당히 높은데, 이것은 운반되는 화물이 상온/상압의 조건하에서도 휘발을 할 수 있는 낮은 포화증기압을 가지고 있기 때문이다.

또한, 선박내 탱크의 용적은 정해진 상태이기 때문에 화물이 지속적으로 휘발하게 되면 탱크 내부의 압력이 상승하게 되고, 통상적으로 탱크에 설치되어 있는 릴리프밸브(RELIEF VALVE)의 설정압력 이상으로 도달되면 대기로 방출된다.

따라서, 선박내 발생된 VOC는 해상 오염원으로 작용하게 된다.

이에, 이러한 문제들을 해결하기 위해 본 출원인은 "유류운반선내 VOC 저감장치"를 개발하여 특허출원 제2009-0116518호(2009.11.30.)로 출원한 바 있다.

이후, 선출원 내용을 더욱 개량하여 효율을 높이기 위한 후속 연구가 지속적으로 수행되었으며, 그 과정에서 상기 VOC 저감장치의 기능 향상은 압력조절밸브와 밀접한 관련성이 있다는 것을 확인하고 이의 구조 개선에 집중하게 되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 개량 기술의 필요성 때문에 창출된 것으로, 선박내에서 발생된 VOC가 탱크 내부의 압력 상승에 따라 방출되는 점을 감안하여 온도와 압력을 용이하게 제어할 수 있고, 설치와 조작의 편리성을 증진시킴으로써 효율성을 높이며, VOC 발생량을 저감시켜 해양 오염을 방지하고, 국제적인 규제에 대응할 수 있도록 한 유류운반선내 VOC 저감장치용 압력조절밸브를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 펌프에 의해 탱크로 이송되는 유체의 관로 상에 설치되어 펌핑된 유체를 상기 탱크로 이송하되, 산소농도 조절용 불활성가스를 함께 흡입 토출하도록 설치된 이덕터의 토출측과 상기 탱크 사이에 설치되어 이덕터를 통해 토출되는 유체의 압력을 VOC 응축 압력으로 일정하게 유지시키면서 상기 탱크로 공급하도록 설치된 압력조절밸브에 있어서; 인렛바디; 인렛바디와 플랜지 결합되는 아웃렛바디; 아웃렛바디의 내부에 구비되며, 연결편을 통해 간격이 유지되면서 유지된 간격 사이의 공간은 유출통로를 형성하는 내통; 내통의 바닥면 중앙을 관통하여 고정된 잭 브라켓; 잭 브라켓에 고정된 작동실린더; 선단부는 원추형상이고, 후단으로 가면서 원통형상을 가지며, 내통에 삽입되고, 원추형상 부분에는 둘레를 따라 다수의 통공이 형성되며, 작동실린더의 실린더로드에 원추형상 부분의 중앙이 고정된 디스크; 인렛바디의 내부에 삽입되고, 후단부는 디스크의 원추형상 부분과 원통형상 부분의 경계선까지 끼워지며, 둘레 방향을 따라 다수의 구멍이 형성된 트림부재; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유류운반선내 VOC 저감장치용 압력조절밸브를 제공한다.

이때, 상기 실린더로드는 로드볼트에 의해 디스크의 선단부인 원추형 부분의 중앙에 볼트고정되고, 볼트고정된 부분은 디스크캡이 씌워져 보호되는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 디스크의 원추형 부분과 원통형 부분의 경계선에는 둘레방향으로 일정간격을 두고 요입된 타원형상의 유출안내홈이 더 형성된 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 트림부재는 인너트림과, 인너트림의 선단부 외주면에 외주면과 간격을 두고 고정된 아웃터트림으로 구성되되, 인너트림의 선단부에는 둘레방향을 따라 다수의 제1 소공이 형성되고 나머지 부위에는 제1 소공보다 큰 대공이 형성되며, 아웃터트림에는 둘레방향을 따라 제1 소공보다 작은 제2 소공이 다수 형성된 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 선박내 VOC 발생을 효과적으로 억제할 수 있고 처리효율이 향상되어 해양 오염을 막고, 선박내 거류하는 선원들의 건강 위해 요인이 제거될 뿐만 아니라, 갈수록 강화되고 있는 국제 규제에도 적극적으로 대응할 수 있어 경쟁력을 확보하는 효과를 얻을 수 있다. 또한 VOC 배출로 발생하는 화물의 손실을 저감할 수 있으므로 경제적으로 이득이 발생된다.

도 1은 본 발명에 따른 장치를 설명하기 위한 선박내 탱크 배관 구조도,
도 2는 본 발명에 적용되는 이덕터의 예시적인 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 압력조절밸브의 요부 구조를 보인 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 압력조절밸브의 일부 절개 외관 사시도.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 선박 특히, 유류운반선에서는 탱크(100) 내부의 폭발을 방지하기 위해 IG라인(INERT GAS LINE)(200)을 통해 IG(불활성가스)를 주입하여 산소의 농도를 제어하고 있다.

이때, IG라인(200) 내부에는 IG, VOC & AIR가 공존하고 있으며, 모든 선박내 탱크(100)와 파이프로 연결되어 있다.

따라서, 본 발명에서는 IG라인(200)의 기체혼합물을 도입/가압하는 방식으로 모든 탱크(100)내의 VOC를 포화증기압이상으로 응축시킴으로써 VOC의 발생을 저감시킬 수 있도록 구성된다.

종래에도 벤트리(VENTURI) 효과를 이용한 이덕터(EDUCTOR)는 많이 사용되어 왔다.

이러한 이덕터(EDUCTOR)(300)의 일반적인 용도는 일정한 높이 이상으로 흡입측의 액체/기체를 이송시키거나 높은 속도로 인해 발생되는 진공 현상을 이용하여 흡입측에 위치한 액체/기체를 원활하게 배출하기 위한 것이었다.

본 발명에서는 상기 이덕터(300)를 이용하여 이 이덕터(300)가 IG와 VOC 혼합기체를 탱크(100)의 기저부로 가압하는 기능과 이송시키는 기능 두가지를 구현하도록 함으로써 VOC를 응축시킬 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 상기 이덕터(300)의 배출단에 압력조절밸브(400)를 더 포함한다.

상기 압력조절밸브(PRESSURE ADJUSTING VALVE)는 그 입구측에서 압력을 발생시켜 화물의 포화증기압 이상으로 유지시키기 위한 것으로, 이를 위해 전단부의 압력을 측정하고 이 신호를 컨트롤러(CONTROLLER)(500)에서 수신하여 상기 압력조절밸브(400)의 스트로크가 조정되도록 구성된다.

또한, 상기 압력조절밸브(400)의 토출측은 탱크(100)의 기저부와 연결되게 되므로 상기 탱크(100) 내에 수두만 형성된다면 이 수두를 통해 기화된 VOC를 충분히 응축시킬 수 있게 된다.

한편, 탱크(100)내 화물의 양은 상황에 따라서 변동될 수 있으므로 만약 압력조절밸브(400)가 설치되지 않는다면 이덕터(EDUCTOR)(300)의 토출부에서 나온 안정되지 않은 화물이 탱크(100) 내부에서 지속적으로 VOC를 발생시킬 수 있다.

그러나, 본 발명에서는 압력조절밸브(400)의 전단부에서 압력을 일정하게 유지시키기 때문에 탱크(100)내 화물의 양은 인입라인과 토출라인이 잠길 수 있을 정도이면 VOC를 충분히 응축시킬 수 있게 된다.

즉, 본 발명에서 활용되는 이덕터(300)는 도 2에 예시된 바와 같이, 좌측 일단은 오일펌프와 연결되고, 상기 오일펌프와 연결된 일단과 대향되는 타단은 압력조절밸브(400)의 입구측과 연결된다.

이때, 상기 이덕터(300)의 반경방향으로 상기 오일펌프와 연결되는 일단과 분리되되 그 최종 배출단에서 합류하도록 IG라인(200)이 경사 연결된다.

따라서, 상기 이덕터(300) 가동시 고속으로 배출되는 유류에 의해 합류되는 지점의 직상방, 즉 도시상 "A" 지점에는 진공이 형성되게 되고, 오일펌프와 연결된 인입라인으로부터 송출되는 화물과 상기 진공으로 인입된 IG와 VOC 혼합물이 혼합되고 토출측으로 이동될 수 있으며 이를 통해 토출측의 압력이 화물의 포화증기압 이상으로 유지될 수 있도록 충분히 높은 압력을 유지할 수 있게 된다.

다른 한편, 이덕터(200)의 토출측 압력은 후단부의 상황(BACK PRESSURE 등)에 따라 가변적이므로 이덕터(200)만을 사용하여 압력을 일정이상 유지한다는 것은 사실상 어렵기 때문에 앞서 설명하였듯이 그 부분에 도 3과 같은 압력조절밸브(400)를 설치하여 이덕터(200)의 토출측 압력을 지속적으로 일정하게 유지시켜야 한다.

이를 구현하기 위한 압력조절밸브(400)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 인렛바디(Inlet Body)(410)와 아웃렛바디(Outlet Body)(420)를 포함한다.

그리고, 상기 인렛바디(410)와 아웃렛바디(420)는 플랜지를 사이에 두고 볼팅되는 형태로 상호 조립고정되어 하나의 하우징을 구성한다.

특히, 상기 아웃렛바디(420)의 내부에는 내통(422)이 더 구비되는데, 상기 내통(422)은 연결편(424)에 의해 아웃렛바디(420)에 고정된다.

이 경우, 상기 연결편(424)은 내통(422)의 반경방향으로 일정간격을 두고 몇군데 설치되므로, 연결편(424)이 설치된 부분을 제외한 나머지 부분, 즉 아웃렛바디(420)와 내통(422) 사이의 공간은 오일, 즉 유체가 통과할 수 있는 유출통로(426)가 된다.

아울러, 상기 내통(422)의 바닥면 중앙에는 구멍이 천공되고, 상기 구멍에는 잭 브라켓(Jack Bracket)(430)이 설치된다.

상기 잭 브라켓(430)은 천공된 구멍을 막으면서 후술되는 작동실린더(440)를 안정적으로 지지 고정하기 위한 수단이다.

작동실린더(440)는 유압식 엑츄에이터로서, 상세하게 도시되지 않았지만 유압라인이 상기 잭 브라켓(430)의 내부를 관통하여 배치될 수 있으므로 타 부재들과의 간섭이 최소화되고 외부로의 유출이 쉬워 설치의 용이성과 안정성을 확보할 수 있다.

특히, 당해 분야에 구비되는 통상의 엑츄에이터는 주로 외부로 돌출 혹은 노출되는 형태로 마련되기 때문에 설치시 간섭의 문제가 빈번하게 발생되지만 본 발명에서는 내장되는 형태를 갖기 때문에 이러한 문제를 일소하는 커다란 특징을 갖는다.

그리고, 상기 작동실린더(440)의 상단에는 디스크(450)가 고정되는데, 상기 디스크(450)는 상기 내통(422) 내부에 끼워진 상태로 작동실린더(440)에 의해 움직일 수 있도록 배치되며, 길이방향으로는 원통형상이고 선단부는 원추형상을 갖는다.

따라서, 상기 디스크(450)는 상기 작동실린더(440)를 내부 중심축으로 하여 고정되는 형태를 가지며, 원추형상을 갖는 선단부의 중앙은 상기 작동실린더(440)의 실린더로드(442)와 로드볼트(444)로 견고히 고정되고, 로드볼트(444)가 고정된 부분의 외측, 즉 원추형상의 선단부 외면에는 상기 로드볼트(444)를 밀폐 보호하기 위한 디스크캡(446)이 씌워진다.

뿐만 아니라, 상기 디스크(450)의 선단부인 원추형상 부분에는 반경방향으로 다수의 통공(452)이 형성되어 있어 인렛바디(410)를 통해 유입된 기름이 디스크(450)에 작용하는 힘을 줄일 수 있도록 설계되며, 유입된 기름은 상기 디스크(450)에 의해 반경방향 테두리 쪽으로 흘러가게 되고, 흐른 기름은 앞서 설명한 내통(422)과 아웃렛바디(420) 사이의 공간인 유출통로(426)를 타고 이동되게 된다.

이 경우, 상기 디스크(450)는 컨트롤러(500)의 제어하에 동작되는 작동실린더(440)의 스트로크를 조절함으로써 인렛바디(410)를 통해 유입되는 기름의 압력을 조절할 수 있게 되고, 이를 통해 기름이 휘발할 수 있는 압력 이상으로 유지할 수 있게 된다.

또한, 상기 디스크(450)의 원추형상 부분과 원통형상 부분이 만나는 경계에는 테두리를 따라 다수의 타원형상의 유출안내홈(454)을 일정간격으로 다수 형성함으로써 디스크(450)의 외곽으로 안내된 기름이 보다 원활하게 유출통로(426)로 넘어 갈 수 있도록 구성하면 더욱 좋다.

한편, 상기 인렛바디(410)의 내부에는 트림부재(460)가 구비되는데, 상기 트림부재(460)는 원통형상으로 이루어지며, 인너트림(Inner Trim)(462)과 아웃터트림(Outer Trim)(464)으로 이루어진다.

여기에서, 상기 트림부재(460)는 유체 이동시 밸브를 중심으로 전,후단부 사이에서 발생할 수 있는 급격한 압력변화를 막게 되는데, 이러한 현상 발생시 상기 트림부재(460)에 형성된 후술할 유출공을 통해 유체의 일부가 릴리프됨으로써 급격한 압력변화를 막게 된다.

즉, 통상의 밸브는 급격한 압력차에 의해 밸브 후단부에서 공동화 현상이 발생되고, 이러한 공동화 현상은 진공이 발생하는 것과 동일하며, 진공에 의해 내부 유체가 기화되는 현상을 유발시키게 되므로 결국 유체에 포함된 VOC의 발생을 촉진하게 되는 것이다.

그러나, 본 발명에서는 유체가 상기 트림부재(460)를 통과하도록 하여 밸브의 전단부 압력을 일정하게 유지시키는 것에 큰 특징을 가진다.

그리고, 인너트림(462)에 형성된 제 1소공(463), 아웃터트림(464)에 형성된 제 2소공(467) 및 이 둘 사이의 간격은 캐비테이션(Cavitation)을 방지하기 위해서 낮은 압력강하를 형성시킨다. 아울러, 미설명부호 "465"는 제 1소공(463)을 제외한 인너트림(462) 상에 형성되는 대공이다.

이러한 소공들은 캐비테이션을 방지하기 위해 지속적으로 유체를 충돌시키고 유체의 흐름을 분산시켜 에너지 손실을 높이므로 모든 구간에서의 압력이 유체의 포화증기압 이하로 급작스럽게 떨어지는 것을 방지한다.

이러한 과정에서 생성된 기포는 체적이 작으므로 탱크 내부의 동일한 압력하에서 체적이 큰 기포에 비해서 빠른 시간 내에 액화될 수 있으며, 기포가 탱크 내부에서 상승하는 시간이 큰 기포와 비교할 때 길어지므로 액화의 가능성을 한층 더 높인다.

그리하여, 밸브의 전단부 압력이 설정압력보다 낮으면 디스크(450)로 막고 높으면 디스크(450)를 개방하면서 조절하게 되며, 그 구동은 작동실린더(440)에 의해 이루어진다.

이때, 밸브의 전단부에는 압력측정센서(미도시)가 더 설치될 수 있고, 컨트롤러(500)와 연결되어 측정압에 따라 상기 컨트롤러(500)가 상기 디스크(450)를 제어하여 유로의 개방정도를 자동조절할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 VOC 저감장치용 압력조절밸브는 이덕터(300)의 토출측에 설치되어 탱크(100)로 공급되는 압력을 일정하게 유지시킴으로써 VOC의 기화를 최대한 억제하는 것, 즉 응축시키는 것에 의해 선박내 VOC의 발생을 저감시킬 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 구동원인 작동실린더(450)를 내장형으로 구비할 수 있어 설치의 편리성, 동작의 안정성 및 타 부재들과의 간섭 배제성, 제어의 용이성 등의 효과도 얻을 수 있게 된다.

100 : 탱크 200 : IG라인
300 : 이덕터 400 : 압력조절밸브
410 : 인렛바디 420 : 아웃렛바디
430 : 잭 브라켓 440 : 작동실린더
450 : 디스크 460 : 트림부재
500 : 컨트롤러

Claims (4)

1. 펌프에 의해 탱크로 이송되는 유체의 관로 상에 설치되어 펌핑된 유체를 상기 탱크로 이송하되, 산소농도 조절용 불활성가스를 함께 흡입 토출하도록 설치된 이덕터의 토출측과 상기 탱크 사이에 설치되어 이덕터를 통해 토출되는 유체의 압력을 VOC 응축 압력으로 일정하게 유지시키면서 상기 탱크로 공급하도록 설치된 압력조절밸브에 있어서;
   인렛바디;
   인렛바디와 플랜지 결합되는 아웃렛바디;
   아웃렛바디의 내부에 구비되며, 연결편을 통해 간격이 유지되면서 유지된 간격 사이의 공간은 유출통로를 형성하는 내통;
   내통의 바닥면 중앙을 관통하여 고정된 잭 브라켓;
   잭 브라켓에 고정된 작동실린더;
   선단부는 원추형상이고, 후단으로 가면서 원통형상을 가지며, 내통에 삽입되고, 원추형상 부분에는 둘레를 따라 다수의 통공이 형성되며, 작동실린더의 실린더로드에 원추형상 부분의 중앙이 고정된 디스크;
   인렛바디의 내부에 삽입되고, 후단부는 디스크의 원추형상 부분과 원통형상 부분의 경계선까지 끼워지며, 둘레 방향을 따라 다수의 구멍이 형성된 트림부재; 를 포함하고,
   상기 디스크의 원추형 부분과 원통형 부분의 경계선에는 둘레방향으로 일정간격을 두고 요입된 타원형상의 유출안내홈이 더 형성된 것을 특징으로 하는 유류운반선내 VOC 저감장치용 압력조절밸브.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 실린더로드는 로드볼트에 의해 디스크의 선단부인 원추형 부분의 중앙에 볼트고정되고, 볼트고정된 부분은 디스크캡이 씌워져 보호되는 것을 특징으로 하는 유류운반선내 VOC 저감장치용 압력조절밸브.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서;
   상기 트림부재는 인너트림과, 인너트림의 선단부 외주면에 외주면과 간격을 두고 고정된 아웃터트림으로 구성되되, 인너트림의 선단부에는 둘레방향을 따라 다수의 제1 소공이 형성되고 나머지 부위에는 제1 소공보다 큰 대공이 형성되며, 아웃터트림에는 둘레방향을 따라 제1 소공보다 작은 제2 소공이 다수 형성된 것을 특징으로 하는 유류운반선내 VOC 저감장치용 압력조절밸브.

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