KR101521611B1

KR101521611B1 - 선박의 코퍼댐 가열장치

Info

Publication number: KR101521611B1
Application number: KR1020130147373A
Authority: KR
Inventors: 최시훈; 하영; 김동춘; 이철호; 정태석
Original assignee: 에스티엑스조선해양 주식회사
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-05-19

Abstract

본 발명은 선박의 코퍼댐 가열장치에 관한 것으로서, 코퍼댐 측 선체 내판의 저온 취성을 막기 위하여 설치되는 히팅파이프에 지속적으로 열을 공급하되, 상기 히팅파이프에 지속적으로 열을 공급하는 열원으로 선박 엔진의 폐열을 이용함으로써, 히팅파이프의 가열에 필요한 에너지를 절감할 수 있는 선박의 코퍼댐 가열장치에 관한 것이다.

Description

선박의 코퍼댐 가열장치{HEATING SYSTEM OF COFFER DAM IN SHIP}

본 발명은 선박의 코퍼댐 가열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 코퍼댐(Cofferdam)에 설치된 가열수단에 지속적으로 열을 공급할 수 있도록 한 선박의 코퍼댐 가열장치에 관한 것이다.

일반적으로 천연가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(이하, LNG라고 함)의 상태로 LNG 수송선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다.

상기 LNG는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

상기 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하기 위한 LNG 수송선이나, 마찬가지로 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역하는 LNG RV(Regasification Vessel)는, 액화천연가스의 극저온에 견딜 수 있는 연료탱크(흔히, '화물창'이라고 함)를 포함한다.

최근에는 LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading)나 LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 부유식 해상 구조물에 대한 수요가 점차 증가하고 있으며, 이러한 부유식 해상 구조물에도 LNG 수송선이나 LNG RV에 설치되는 연료탱크가 포함된다.

LNG FPSO는, 생산된 천연가스를 해상에서 직접 액화시켜 연료탱크 내에 저장하고, 필요시 이 연료탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다. 또 LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 연료탱크에 저장한 후 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 부유식 해상 구조물이다.

이와 같이 LNG와 같은 액체화물을 해상에서 수송하거나 보관하는 LNG 수송선, LNG RV, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 구조물 내에는 LNG를 극저온 상태로 저장하기 위한 연료탱크가 설치되어 있다.

특히 상기 해상 구조물의 경우, 엔진, 가스터빈, 보일러와 같은 동력발생장치에서 요구하는 연료는 주로 LNG 연료탱크 내의 자연 BOG(Boil-Off Gas, 증발가스)를 사용하게 된다.

다만, 자연 증발가스가 필요량보다 적은 경우에는 LNG를 인위적으로 기화시켜 연료로 사용하게 된다.

이와 같은 선박의 액화천연가스 재기화장치에 관한 예가 대한민국 공개특허공보 제2012-0059167호(이하, '종래기술'이라 한다)에 개시되어 있다.

그런데, LNG 선박의 경우 자연적으로 발생하는 증발가스를 연료로 사용하는 경우가 대부분이어서 LNG를 재기화시키는 경우가 많지 않아 위와 같은 종래기술을 사용하여 에너지를 절감할 수 있는 방안이 상대적으로 줄어드는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제2012-0059167호(2012.06.08)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 코퍼댐 측 선체 내판의 저온 취성을 막기 위하여 설치되는 히팅파이프에 선박 엔진의 폐열을 지속적으로 공급할 수 있는 선박의 코퍼댐 가열장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 선박의 코퍼댐 가열장치는, 코퍼댐에 설치되는 히팅파이프; 상기 히팅파이프를 순환하는 순환수에 열을 제공하는 순환수 열교환기; 상기 순환수와 열교환을 위한 열원으로 담수공급수단으로부터 제공되는 담수를 사용하되, 상기 순환수 열교환기를 통과하여 냉각된 담수와 엔진에서 제공되는 고온의 엔진 냉각수와 열교환하는 복합 열교환기; 상기 복합 열교환기를 통과한 담수와 엔진 냉각수를 혼합하는 제1담수 혼합탱크; 상기 제1담수 혼합탱크에서 혼합된 담수를 분기시켜 상기 엔진으로 공급하고 다시 상기 복합 열교환기로 순환시키는 엔진냉각수 펌프; 및, 상기 제1담수 혼합탱크에서 혼합된 담수를 상기 순환수 열교환기로 공급하는 담수 펌프를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 복합 열교환기는, 상기 순환수 열교환기에서 냉각된 담수가 흐르는 담수라인과, 상기 엔진을 통과하는 엔진 냉각수가 흐르는 엔진 냉각수 라인과, 외부로부터 유입되어 상기 복합 열교환기를 통과하는 해수가 상기 엔진 냉각수를 냉각하거나 상기 담수라인의 냉각된 담수를 가열하는 해수라인이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1담수 혼합탱크에서 출력되는 담수를 분기시켜 펌핑하는 폐열회수 담수 펌프와, 상기 폐열회수 담수 펌프에 의해 펌핑된 담수를 상기 엔진의 배기가스에 의해 가열하는 배기가스 폐열 회수장치와, 상기 배기가스 폐열 회수장치를 통과하면서 가열된 담수를 상기 제1담수 혼합탱크에서 배출되는 담수와 혼합하여 상기 담수 펌프로 공급하는 제2담수 혼합탱크를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 히팅파이프에 공급되는 순환수의 공급라인에는 통과하는 순환수의 온도 상태에 따라 유량을 조절하는 유량 조절형 온도조절밸브가 설치된 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 선박의 코퍼댐 가열장치에 의하면, 순환수 열교환기에 지속적으로 열을 공급하는 열원으로 선박 엔진의 폐열을 이용하므로 히팅파이프의 가열에 필요한 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 종래 선박의 액화천연가스 재기화장치에 비해 에너지 효율을 더 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 선박의 코퍼댐을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 선박의 코퍼댐 가열장치를 나타내는 도면이다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 선박은, GTT사의 멤브레인형 LNG선으로 단열재 및 선체가 직접적인 하중을 받아 화물 탱크 사이에 기계적/열적 특성에 의한 위험성을 피하기 위하여 코퍼댐(Cofferdam, 100)이 설치되어 있다.

이러한 코퍼댐(100) 내부의 공기 온도는 코퍼댐(100) 측 선체 내판의 저온 취성을 막기 위하여 일정한 온도, 예컨대 5℃이상 유지해야 하고, 이를 위하여 일반적으로 증기 또는 고온수와 같은 열원이 지속적으로 공급되도록 히팅파이프(Heating coil,110)와 같은 가열수단이 설치되어 있다.

그리고 전술한 바와 같이 상기 히팅파이프(110)의 온도를 유지하기 위하여, 상기 히팅파이프(110)에 공급되는 순환수 라인(A)에는 통과하는 순환수의 온도 상태에 따라 유량을 조절하는 유량 조절형 온도조절밸브(130)가 설치되어 있다.

예컨대, 상기 히팅파이프(110)를 순환하는 순환수의 온도가 5℃ 이상으로 상승하게 되면 온도조절밸브(130)가 차단되고, 5℃ 미만으로 하강하게 되면 온도조절밸브(130)가 개방되어 순환수가 재순환하게 되는 구성이다.

이와 같이 구성되는 히팅파이프(110)는 LNG 선을 운항 시에 항시 가동하여야 하는데, 본 발명에서는 선박의 엔진(140) 폐열을 이용하여 상기 히팅파이프(110)를 순환하는 순환수(글리콜 워터)에 열을 제공하는데 그 주안점이 있다.

상기 히팅파이프(110)를 순환하는 순환수에 공급하기 위한 열은 선박의 트렁크 데크(Trunk Deck)에 설치되는 순환수 열교환기(120)에서 제공되며, 상기 순환수 열교환기(120)의 열원으로는 선박의 내부에 설치되는 담수공급수단(미도시)으로부터 염분이 제거된 상태로 제공되는 담수를 순환시켜 열교환하는 담수 열교환수단(200)을 이용하게 된다.

본 발명에 따르면, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 순환수 열교환기(120)의 열원으로 담수를 사용하는 담수 열교환수단(200)은, 상기 담수공급수단으로부터 순환수 열교환기(120)를 통과하여 냉각된 담수와 엔진(140)에서 제공되는 고온의 엔진 냉각수가 열교환하는 복합 열교환기(210)와, 상기 복합 열교환기(210)를 통과한 담수와 엔진 냉각수를 혼합하는 제1담수 혼합탱크(220)와, 상기 제1담수 혼합탱크(220)에서 혼합된 담수(엔진 냉각수 포함)를 분기시켜 상기 엔진(140)으로 공급하고 다시 상기 복합 열교환기(210)로 순환시키는 엔진냉각수 펌프(250)와, 상기 제1담수 혼합탱크(220)에서 혼합된 고온의 담수를 상기 순환수 열교환기(120)로 공급하는 담수 펌프(240)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 담수 열교환수단(200)은, 상기 복합 열교환기(210)에서 상기 순환수 열교환기(120)를 거쳐 냉각된 담수와 상기 엔진(140)에서 제공되는 고온의 엔진 냉각수가 열교환이 이루어지고, 상기 복합 열교환기(210)를 통과한 담수와 엔진 냉각수는 제1담수 혼합탱크(220)에서 혼합된다.

상기 제1담수 혼합탱크(220)의 출구에서 분기된 담수는 엔진냉각수 펌프(250)를 통해 상기 엔진(140)의 엔진 냉각수로 공급되어 엔진(140)을 거친 후, 상기 복합 열교환기(210)로 순환하게 된다.

그리고, 상기 제1담수 혼합탱크(220)에서 배출되는 담수의 일부는 히팅파이프(110)로 이루어진 가열수단의 가열을 위한 담수 펌프(240)를 통해 펌핑되어 상기 순환수 열교환기(120)로 순환된다.

따라서, 상기 순환수 열교환기(120)의 열원으로 사용되는 담수는, 상기 복합 열교환기(210)를 거치면서 엔진 냉각수와 열교환된 후 제1담수 혼합탱크(220)에서 혼합되면서 가열되어 순환수 열교환기(120)로 순환되고, 엔진 냉각수는 복합 열교환기(210), 제1담수 혼합탱크(220)를 거쳐 냉각된 후 엔진(140)으로 재 순환된다.

상기 복합 열교환기(210)는 냉각된 담수를 이용하여 엔진(140)의 냉각수를 냉각하고, 그 열을 이용하여 코퍼댐(100)의 히팅파이프(110)에 열을 공급하는 데 사용된다.

또한, 상기 복합 열교환기(210)는, 상기 순환수 열교환기(120)에서 냉각된 담수가 흐르는 담수라인(B)과, 상기 엔진(140)을 통과하는 엔진 냉각수가 흐르는 엔진 냉각수 라인(C)과, 외부로부터 유입되어 상기 복합 열교환기(210)를 통과하는 해수가 상기 엔진 냉각수를 냉각하거나 상기 담수라인(B)의 냉각된 담수를 가열하는 해수라인(D)이 더 포함되어 있다.

이때, 상기 복합 열교환기(210)는, 상기 해수라인(D)을 통해 흐르는 해수가 냉각된 담수를 가열하거나 가열된 엔진 냉각수를 냉각하는바, 상기 복합 열교환기(210)는 통과하는 담수의 온도 및 엔진(140)의 냉각수 온도를 제어하여 해수 온도가 변하더라도 전체 열 용량의 밸런스를 쉽게 조절하게 된다.

또한, 상기 담수 열교환수단(200)은, 상기 제1담수 혼합탱크(220)에서 출력되는 담수를 분기시켜 펌핑하는 폐열회수 담수 펌프(260)와, 상기 폐열회수 담수 펌프(260)에 의해 펌핑된 담수를 상기 엔진(140)의 배기가스에 의해 가열하는 배기가스 폐열 회수장치(270)와, 상기 배기가스 폐열 회수장치(270)를 통과하면서 가열된 담수를 상기 담수 펌프(240)로 공급하는 제2담수 혼합탱크(230)를 더 포함하여 구성된다.

따라서, 본 발명은, 폐열 회수 시스템을 이용하되, 코퍼댐(100)의 히팅파이프(110)에 열을 공급하는 담수를 순환시킴으로써, 폐열 회수에 의한 에너지 절감을 도모할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예의 기재에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위의 기재를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 보호범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 코퍼댐 110 : 히팅파이프
120 : 순환수 열교환기 130 : 온도조절밸브
140 : 엔진 200 : 담수 열교환수단
210 : 복합 열교환기 220 : 제1담수 혼합탱크
230 : 제2담수 혼합탱크 240 : 담수 펌프
250 : 엔진 냉각수 펌프 260 : 폐열회수 담수 펌프
270 : 폐열 회수장치

Claims

코퍼댐에 설치되는 히팅파이프;
상기 히팅파이프를 순환하는 순환수에 열을 제공하는 순환수 열교환기;
상기 순환수와 열교환을 위한 열원으로 담수공급수단으로부터 제공되는 담수를 사용하되, 상기 순환수 열교환기를 통과하여 냉각된 담수와 엔진에서 제공되는 고온의 엔진 냉각수와 열교환하는 복합 열교환기;
상기 복합 열교환기를 통과한 담수와 엔진 냉각수를 혼합하는 제1담수 혼합탱크;
상기 제1담수 혼합탱크에서 혼합된 담수를 분기시켜 상기 엔진으로 공급하고 다시 상기 복합 열교환기로 순환시키는 엔진냉각수 펌프; 및,
상기 제1담수 혼합탱크에서 혼합된 담수를 상기 순환수 열교환기로 공급하는 담수 펌프;를 포함하며,
상기 복합 열교환기는,
상기 순환수 열교환기에서 냉각된 담수가 흐르는 담수라인과,
상기 엔진을 통과하는 엔진 냉각수가 흐르는 엔진 냉각수 라인과,
외부로부터 유입되어 상기 복합 열교환기를 통과하는 해수가 상기 엔진 냉각수를 냉각하거나 상기 담수라인의 냉각된 담수를 가열하는 해수라인이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 선박의 코퍼댐 가열장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1담수 혼합탱크에서 출력되는 담수를 분기시켜 펌핑하는 폐열회수 담수 펌프와,
상기 폐열회수 담수 펌프에 의해 펌핑된 담수를 상기 엔진의 배기가스에 의해 가열하는 배기가스 폐열 회수장치와,
상기 배기가스 폐열 회수장치를 통과하면서 가열된 담수를 상기 제1담수 혼합탱크에서 배출되는 담수와 혼합하여 상기 담수 펌프로 공급하는 제2담수 혼합탱크를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 선박의 코퍼댐 가열장치.
제1항에 있어서,
상기 히팅파이프에 공급되는 순환수의 공급라인에는 통과하는 순환수의 온도 상태에 따라 유량을 조절하는 유량 조절형 온도조절밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 선박의 코퍼댐 가열장치.