KR101447824B1 - 고압가스연료 추진선박의 자연증발가스 처리 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압가스연료 추진선박의 경우 연료가스탱크 내부에서 자연적으로 발생되는 자연증발가스를 컴프레서를 이용하지 않고도 가스수요처에 적합한 압력으로 승압하는 한편 다시 액화시키지 않고 이를 곧바로 연료로 소비할 수 있도록 효율적으로 처리하는 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면 연료가스탱크 내부에서 지속적으로 발생하는 자연증발가스를 처리하기 위한 컴프레서 및 재액화 장치를 구비할 필요가 없으므로 이러한 컴프레서 및 재액화 장치의 구입 또는 유지보수 및 관리에 소요되는 비용과 시간을 절약할 수 있으며 저렴한 비용과 시간으로 자연증발가스를 곧바로 연료로 소비할 수 있게 된다.

Description

고압가스연료 추진선박의 자연증발가스 처리 시스템 및 방법{BOG treatment system and method for high pressure gas fueled vessel}

본 발명은 고압가스연료 추진선박의 자연증발가스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 고압가스연료 추진선박의 경우 연료가스탱크 내부에서 자연적으로 발생되는 자연증발가스를 컴프레서를 이용하지 않고도 가스수요처에 적합한 압력으로 승압하는 한편 다시 액화시키지 않고 이를 곧바로 연료로 소비할 수 있도록 효율적으로 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

고압가스연료 추진선박의 경우 연료가스탱크 내부의 압력을 적절하게 유지하기 위해서는 지속적으로 발생하는 자연증발가스(BOG)의 처리가 필요한바, 이 경우 자연증발가스를 다시 연료로 사용하기 위해 컴프레서를 이용하여 자연증발가스를 가스수요처(MEGI, DFDE, DF boiler, GCU 등)에 적합한 압력으로 승압하며, 자연증발가스를 연료가스탱크로 되돌려 보내기 위해 재액화 장치를 이용하여 액화시킨 후 저장한다.

한편, 이와 관련한 특허기술로는 LNG 운반선에서 가스 수요처로의 천연가스 공급방법 및 그 장치(특허출원 제10-2006-0045018호)(도 2), 선박용 다중연료 공급장치(특허출원 제10-2011-0130059호)(도 3), 엘엔지 선에서의 전력발생 및 증발가스 처리 시스템 및 방법(특허출원 제10-2007-0140014호)(도 4) 등이 있다.

그런데, 컴프레서 및 재액화 장치는 극저온 유체를 다루는 장비로서 상당히 고가이며, 장비의 사용을 위한 기동과 정지에 상당한 시간이 필요할 뿐만 아니라, 유지보수 및 관리에도 상당한 비용과 시간이 소요된다.

고압가스연료 추진선박의 경우 연료가스탱크 내부의 액화가스는 선박의 연료 용도이며 따라서 최종 소비형태는 액체가 아닌 기체(가스) 상태이다. 따라서 자연적으로 발생되는 자연증발가스를 다시 액화시키는 작업은 비효율적이며 이를 곧바로 연료로 소비하는 것이 보다 효율적이다.

1. LNG 운반선에서 가스 수요처로의 천연가스 공급방법 및 그 장치(특허출원 제10-2006-0045018호) 2. 선박용 다중연료 공급장치(특허출원 제10-2011-0130059호) 3. 엘엔지 선에서의 전력발생 및 증발가스 처리 시스템 및 방법(특허출원 제10-2007-0140014호)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 고압가스연료 추진선박의 경우 연료가스탱크 내부에서 자연적으로 발생되는 자연증발가스를 컴프레서를 이용하지 않고도 가스수요처에 적합한 압력으로 승압하는 한편 다시 액화시키지 않고 이를 곧바로 연료로 소비할 수 있도록 효율적으로 처리하는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

액체 상태의 액화가스를 저장하는 연료가스탱크;

상기 연료가스탱크의 내부 또는 외부에 위치하며 상기 연료가스탱크에 저장된 액화가스를 고압펌프로 공급하는 연료가스공급펌프;

상기 연료가스공급펌프와 연결되며 상기 연료가스공급펌프에 의해 공급된 액화가스를 가압하여 기화기로 공급하는 고압펌프;

상기 고압펌프와 연결되며 상기 고압펌프에 의해 공급된 액화가스를 열 교환을 통하여 기체 상태의 기화가스로 변환시킨 후 고압가스엔진으로 공급하는 기화기;

상기 기화기와 연결되며 상기 기화기에 의해 공급된 기화가스를 소비하는 고압가스엔진;

상기 기화기와 상기 고압가스엔진 사이에 위치하며 상기 기화기로부터 상기 고압가스엔진으로 공급되는 기화가스의 일부를 분기하여 자연증발가스흡인장치로 공급하는 분기라인;

상기 연료가스탱크와 연결되며 상기 연료가스탱크 내부에서 지속적으로 발생하는 자연증발가스를 상기 자연증발가스흡인장치로 공급하는 자연증발가스라인;

상기 분기라인과 상기 자연증발가스라인이 교차하는 지점에 위치하며 상기 분기라인에 의해 공급된 고압/고속 유동의 기화가스를 이용하여 상기 자연증발가스라인에 의해 공급된 저압/저속 유동의 자연증발가스를 흡인한 후 기화가스와 자연증발가스를 함께 가스수요처에 연료로 공급하는 자연증발가스흡인장치; 및

상기 자연증발가스흡인장치와 연결되며 상기 자연증발가스흡인장치에 의해 공급된 기화가스와 자연증발가스를 함께 소비하는 가스수요처;

를 포함하는, 고압가스연료 추진선박의 자연증발가스 처리 시스템 및 그 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 고압가스연료 추진선박의 경우 연료가스탱크 내부에서 지속적으로 발생하는 자연증발가스를 처리하기 위한 컴프레서 및 재액화 장치를 구비할 필요가 없으므로 이러한 컴프레서 및 재액화 장치의 구입 또는 유지보수 및 관리에 소요되는 비용과 시간을 절약할 수 있으며 저렴한 비용과 시간으로 자연증발가스를 곧바로 연료로 소비할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 고압가스연료 추진선박의 자연증발가스 처리 시스템.
도 2는 선행기술문헌으로서, LNG운반선에서 가스 수요처로의 천연가스 공급방법 및 그 장치(특허출원 제10-2006-0045018호).
도 3은 선행기술문헌으로서, 선박용 다중연료 공급장치(특허출원 제10-2011-0130059호).
도 4는 선행기술문헌으로서, 엘엔지 선에서의 전력발생 및 증발가스 처리 시스템 및 방법(특허출원 제10-2007-0140014호).

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 고압가스연료 추진선박의 자연증발가스 처리 시스템을 보여준다.

본 발명은 고압가스연료 추진선박의 경우 연료가스탱크 내부에서 자연적으로 발생되는 자연증발가스를 컴프레서를 이용하지 않고도 가스수요처에 적합한 압력으로 승압하는 한편 다시 액화시키지 않고 이를 곧바로 연료로 소비할 수 있도록 효율적으로 처리하는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연료가스탱크(1), 연료가스공급펌프(2), 고압펌프(3), 기화기(4), 고압가스엔진(5), 분기라인(6), 자연증발가스라인(7), 자연증발가스흡인장치(8) 및 가스수요처(9)를 포함하여 이루어진다.

본 발명은, 간단하게 말하면, 고압가스엔진(5)으로 공급되는 고압/고속 유동의 기화가스를 일부 분기하여 이를 동기(motive) 유체로 활용해서 연료가스탱크(1) 내부에서 발생하는 저압/저속 유동의 자연증발가스를 흡인한 후 기화가스와 자연증발가스를 함께 가스수요처(9)의 연료로 공급하는 것이다.

이하, 본 발명의 각 구성요소를 따라 자연증발가스가 액화 과정을 거치지 않고 곧바로 연료로 처리되는 과정에 대하여 상세히 설명한다.

연료가스탱크(1)는 액체 상태의 액화가스를 저장한다. 그리고 연료가스공급펌프(2)는 연료가스탱크(1)의 내부 또는 외부에 위치하며 연료가스탱크(1)에 저장된 액화가스를 고압펌프(3)로 공급한다. 그리고 고압펌프(3)는 연료가스공급펌프(2)와 연결되며 연료가스공급펌프(2)에 의해 공급된 액화가스를 가압(200~300bar)하여 기화기(4)로 공급한다. 그리고 기화기(4)는 고압펌프(3)와 연결되며 고압펌프(3)에 의해 공급된 액화가스를 열 교환을 통하여 기체 상태의 기화가스로 변환시킨 후 고압가스엔진(5)으로 공급한다. 그리고 고압가스엔진(5)은 기화기(4)와 연결되며 기화기(4)에 의해 공급된 기화가스를 소비한다.

한편, 본 발명의 경우 자연증발가스의 처리를 위한 별도의 기능을 하는 분기라인(6), 자연증발가스라인(7) 및 자연증발가스흡인장치(8)가 더욱 구비된다.

분기라인(6)은 기화기(4)와 고압가스엔진(5) 사이에 위치하며 기화기(4)로부터 고압가스엔진(5)으로 공급되는 기화가스의 일부를 분기하여 자연증발가스흡인장치(8)로 공급한다. 그리고 자연증발가스라인(7)은 연료가스탱크(1)와 연결되며 연료가스탱크(1) 내부에서 지속적으로 발생하는 자연증발가스를 자연증발가스흡인장치(8)로 공급한다. 따라서 자연증발가스흡인장치(8) 쪽으로는 고압/고속 유동의 기화가스와 저압/저속 유동의 자연증발가스가 함께 도달하게 된다.

자연증발가스흡인장치(8)는 분기라인(6)과 자연증발가스라인(7)이 교차하는 지점에 위치하며 분기라인(6)에 의해 공급된 고압/고속 유동의 기화가스를 이용하여 자연증발가스라인(7)에 의해 공급된 저압/저속 유동의 자연증발가스를 흡인한 후 기화가스와 자연증발가스를 함께 가스수요처(9)에 연료로 공급한다. 그러면 자연증발가스흡인장치(8)와 연결된 가스수요처(9)에서 기화가스와 자연증발가스를 함께 연료로 소비하게 된다. 이 때 자연증발가스흡인장치(8)에서 기화가스와 자연증발가스가 섞이면서 기화가스의 압력은 이전보다 낮아지고 자연증발가스의 압력은 이전보다 높아지면서 전체적으로는 가스수요처(9)에 적합한 압력 상태를 유지하게 된다.

본 발명의 경우, 자연증발가스흡인장치(8)로는 이덕터(eductor), 이젝터(ejector), 제트펌프(jet pump) 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있는데, 이러한 자연증발가스흡인장치(8)는 고압의 기체(기화가스)가 좁아진 관로를 빠른 속도로 유동하면서 베르누이 정리에 따라 압력이 떨어질 때 압력이 떨어진 부분에서 저압의 기체(자연증발가스)를 흡인하는 벤츄리 효과를 응용한 것으로, 고가의 컴프레서 및 재액화 장치를 사용하지 않고도 자연증발가스를 효율적으로 연료로 사용할 수 있게 한다.

또한, 자연증발가스흡인장치(8)는 별도의 구동부가 없어 고장이 없고 가격이 저렴하며 유지보수 및 관리비용이 현저히 적을 뿐만 아니라 간단한 밸브의 동작만으로도 기화가스 및 자연증발가스를 제어할 수 있어 그 사용이 매우 간편하다.

즉, 본 발명에 따르면, 고압가스연료 추진선박의 경우 연료가스탱크 내부에서 지속적으로 발생하는 자연증발가스를 처리하기 위한 컴프레서 및 재액화 장치를 구비할 필요가 없으므로 이러한 컴프레서 및 재액화 장치의 구입 또는 유지보수 및 관리에 소요되는 비용과 시간을 절약할 수 있으며 저렴한 비용과 시간으로 자연증발가스를 곧바로 연료로 소비할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 연료가스탱크 2 : 연료가스공급펌프
3 : 고압펌프 4 : 기화기
5 : 고압가스엔진 6 : 분기라인
7 : 자연증발가스라인 8 : 자연증발가스흡인장치
9 : 가스수요처

Claims (6)

1. 고압가스연료 추진선박의 연료가스탱크(1) 내부에서 자연적으로 발생되는 자연증발가스를 컴프레서를 이용하지 않고도 가스수요처(9)에 적합한 압력으로 승압하는 한편, 다시 액화시키지 않고 이를 곧바로 연료로 소비할 수 있도록 효율적으로 처리하는, 고압가스연료 추진선박의 자연증발가스 처리 시스템으로서,
   액체 상태의 액화가스를 저장하는 연료가스탱크(1);
   상기 연료가스탱크(1)의 내부 또는 외부에 위치하며 상기 연료가스탱크(1)에 저장된 액화가스를 고압펌프(3)로 공급하는 연료가스공급펌프(2);
   상기 연료가스공급펌프(2)와 연결되며 상기 연료가스공급펌프(2)에 의해 공급된 액화가스를 가압하여 기화기(4)로 공급하는 고압펌프(3);
   상기 고압펌프(3)와 연결되며 상기 고압펌프(3)에 의해 공급된 액화가스를 열 교환을 통하여 기체 상태의 기화가스로 변환시킨 후 고압가스엔진(5)으로 공급하는 기화기(4);
   상기 기화기(4)와 연결되며 상기 기화기(4)에 의해 공급된 기화가스를 소비하는 고압가스엔진(5);
   상기 기화기(4)와 상기 고압가스엔진(5) 사이에 위치하며 상기 기화기(4)로부터 상기 고압가스엔진(5)으로 공급되는 기화가스의 일부를 분기하여 자연증발가스흡인장치(8)로 공급하는 분기라인(6);
   상기 연료가스탱크(1)와 연결되며 상기 연료가스탱크(1) 내부에서 지속적으로 발생하는 자연증발가스를 상기 자연증발가스흡인장치(8)로 공급하는 자연증발가스라인(7);
   상기 분기라인(6)과 상기 자연증발가스라인(7)이 교차하는 지점에 위치하며 상기 분기라인(6)에 의해 공급된 고압/고속 유동의 기화가스를 이용하여 상기 자연증발가스라인(7)에 의해 공급된 저압/저속 유동의 자연증발가스를 흡인한 후 기화가스와 자연증발가스를 함께 가스수요처(9)에 연료로 공급하는 자연증발가스흡인장치(8); 및
   상기 자연증발가스흡인장치(8)와 연결되며 상기 자연증발가스흡인장치(8)에 의해 공급된 기화가스와 자연증발가스를 함께 소비하는 가스수요처(9);
   를 포함하는, 고압가스연료 추진선박의 자연증발가스 처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 자연증발가스흡인장치(8)로는 이덕터(eductor), 이젝터(ejector), 제트펌프(jet pump) 중 어느 하나 이상이 사용되는 것을 특징으로 하는, 고압가스연료 추진선박의 자연증발가스 처리 시스템.
3. 고압가스연료 추진선박의 연료가스탱크(1) 내부에서 자연적으로 발생되는 자연증발가스를 컴프레서를 이용하지 않고도 가스수요처(9)에 적합한 압력으로 승압하는 한편, 다시 액화시키지 않고 이를 곧바로 연료로 소비할 수 있도록 효율적으로 처리하는, 고압가스연료 추진선박의 자연증발가스 처리 방법으로서,
   연료가스탱크(1)가 액체 상태의 액화가스를 저장하는 단계;
   연료가스공급펌프(2)가 상기 연료가스탱크(1)에 저장된 액화가스를 고압펌프(3)로 공급하는 단계;
   상기 고압펌프(3)가 상기 연료가스공급펌프(2)에 의해 공급된 액화가스를 가압하여 기화기(4)로 공급하는 단계;
   상기 기화기(4)가 상기 고압펌프(3)에 의해 공급된 액화가스를 열 교환을 통하여 기체 상태의 기화가스로 변환시킨 후 고압가스엔진(5)으로 공급하는 단계;
   상기 고압가스엔진(5)이 상기 기화기(4)에 의해 공급된 기화가스를 소비하는 단계;
   분기라인(6)이 상기 기화기(4)로부터 상기 고압가스엔진(5)으로 공급되는 기화가스의 일부를 분기하여 자연증발가스흡인장치(8)로 공급하는 단계;
   자연증발가스라인(7)이 상기 연료가스탱크(1) 내부에서 지속적으로 발생하는 자연증발가스를 상기 자연증발가스흡인장치(8)로 공급하는 단계;
   상기 자연증발가스흡인장치(8)가 상기 분기라인(6)에 의해 공급된 고압/고속 유동의 기화가스를 이용하여 상기 자연증발가스라인(7)에 의해 공급된 저압/저속 유동의 자연증발가스를 흡인한 후 기화가스와 자연증발가스를 함께 가스수요처(9)에 연료로 공급하는 단계; 및
   상기 가스수요처(9)가 상기 자연증발가스흡인장치(8)에 의해 공급된 기화가스와 자연증발가스를 함께 소비하는 단계;
   를 포함하는, 고압가스연료 추진선박의 자연증발가스 처리 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 자연증발가스흡인장치(8)로는 이덕터(eductor), 이젝터(ejector), 제트펌프(jet pump) 중 어느 하나 이상이 사용되는 것을 특징으로 하는, 고압가스연료 추진선박의 자연증발가스 처리 방법.
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