KR101750950B1 - 연료유 저장탱크의 이중배관 장치 - Google Patents

Abstract

연료유 저장탱크의 이중배관 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연료유 저장탱크의 이중배관 장치는 시프터(shifter) 시스템에 이용되는 연료유 저장탱크의 소구획 내에 배치되며, 연료유가 공급 혹은 배출되는 공통 배관에서 연장되는 메인 배관 몸체; 상기 메인 배관 몸체의 외주면에 설치되며, 상방 경사를 가지도록 절곡되며 하단부에 사이드 유입구가 형성되고 상단부가 상기 메인 배관 몸체에 연통된 사이드 배관 몸체; 상기 메인 배관 몸체 내에 설치되며, 상기 연료유의 배출 흐름에 따른 역류를 방지하는 역류방지부를 포함할 수 있다.

Description

연료유 저장탱크의 이중배관 장치{Double pipe device of HFO storage tank}

본 발명은 연료유 저장탱크의 이중배관 장치에 관한 것이다.

선박의 메인엔진 연료로 사용되는 벙커 씨유와 같은 중유(HFO, Heavy Fuel Oil)는 저온의 저장탱크에서는 그 점도가 매우 크다. 따라서 메인엔진으로 연료를 공급하기 위해서는 대용량의 펌프가 필요하고 초크 유동 등으로 인한 많은 어려움이 있다.

따라서, 일반적으로는 저장탱크에 스팀을 이용한 히팅코일을 설치하여 저장탱크 자체를 가열하여 HFO의 온도를 높여 메인엔진으로 공급을 한다. 하지만, 이러한 방식은 저장탱크 전체를 가열하여야 하고 저장탱크 전체 표면을 통해 열손실이 일어나므로 에너지 낭비가 심하다.

이러한 단점을 개선하기 위해 시프터(shifter) 시스템이 사용된다.

도 1은 시프터 시스템의 구성 블록도이고, 도 2는 시프터 시스템에 포함되는 연료유 저장탱크의 배관 장치를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 저장탱크(18)에 소구획(22)을 만들어 세틀링 탱크(12) 혹은 서비스 탱크(14) 내의 중온의 일부 HFO를 히터(16)에서 다시 가열시킨 후 저장탱크(18)의 소구획(22)으로 공급하고, 소구획의 저온 HFO와 혼합되어 일정 온도 이상의 중온 HFO가 되면 소구획(22)에서 배출하여 세틀링 탱크(12)로 공급한다. 서비스 탱크(14)에서 메인 엔진(main engine)으로 소정 온도의 HFO를 공급한다.

시프터 시스템(10)은 이처럼 소구획(22)으로의 공급/배출을 반복하여 세틀링 탱크(12)의 HFO가 일정 온도, 수위가 유지되도록 한다.

도 2를 참조하면, 저장탱크(18) 내의 고온 HFO 공급 배관과 중온 HFO의 배출 배관은 하나의 배관(20)을 사용한다.

이처럼 하나의 배관으로 공급/배출이 이루어지는 시스템에서는 고온의 HFO가 소구획(22)으로 공급되면, 고온의 HFO는 밀도가 낮기 때문에 소구획(22)의 상부로 이동하고, 배출구의 입구는 여전히 저온의 HFO가 머물기 때문에 배출 시 저온의 HFO가 그대로 배출되어 효율이 떨어질 수 있는 문제점이 있다.

선박용 중유 저장탱크의 가열 방식과 관련하여 한국공개특허 10-2013-0006057호에는 냉각용 청수를 이용한 선박용 중유저장탱크 가열 시스템이 개시되어 있기도 하다.

한국공개특허 10-2013-0006057호 (2013.01.16. 공개) - 냉각용 청수를 이용한 선박용 중유저장탱크 가열 시스템

본 발명은 연료유 저장탱크로의 공급/배출에 공통 이용되는 배관을 이중 배관으로 만들어 고온의 HFO가 소구획의 하부로 공급되고 중온의 HFO가 배출될 때 소구획의 상부를 통해 배출될 수 있도록 하는 연료유 저장탱크의 이중배관 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 배관 내부에서 HFO가 공급될 때와 배출될 때의 유동이 다르게 형성되도록 하는 연료유 저장탱크의 이중배관 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 시프터(shifter) 시스템에 이용되는 연료유 저장탱크의 소구획 내에 배치되는 이중배관 장치로서, 연료유가 공급 혹은 배출되는 공통 배관에서 연장되는 메인 배관 몸체; 상기 메인 배관 몸체의 외주면에 설치되며, 상방 경사를 가지도록 절곡되며 하단부에 사이드 유입구가 형성되고 상단부가 상기 메인 배관 몸체에 연통된 사이드 배관 몸체; 상기 메인 배관 몸체 내에 설치되며, 상기 연료유의 배출 흐름에 따른 역류를 방지하는 역류방지부를 포함하는 연료유 저장탱크의 이중배관 장치가 제공된다.

상기 사이드 유입구는 상기 소구획의 총 높이의 1/2 지점에 위치할 수 있다.

상기 역류방지부는, 상부 개구부가 상기 메인 배관 몸체의 내부 단면과 동일한 형상을 가지고 있는 깔때기 형상을 가지는 제1 역류방지부를 포함하되, 상기 제1 역류방지부는 상기 사이드 배관 몸체의 연통 지점 하부에 배치될 수 있다.

상기 역류방지부는, 상기 제1 역류방지부의 하방에 위치하며, 하면이 개방된 원통 몸체와, 상기 원통 몸체 상에 원뿔 형상의 캡이 설치된 제2 역류방지부를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 역류방지부는 상기 제1 역류방지부의 하부 개구부의 직하방에 설치되며, 상기 원통 몸체의 외경은 상기 하부 개구부의 내경보다 작을 수 있다.

상기 제2 역류방지부는 상기 원통 몸체의 측면과 상기 메인 배관 몸체의 내벽 사이에 개재되어, 상기 원통 몸체를 지지하는 지지대를 더 포함할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 연료유 저장탱크로의 공급/배출에 공통 이용되는 배관을 이중 배관으로 만들어 고온의 HFO가 소구획의 하부로 공급되고 중온의 HFO가 배출될 때 소구획의 상부를 통해 배출될 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 배관 내부에서 HFO가 공급될 때와 배출될 때의 유동이 다르게 형성되도록 하는 효과가 있다.

도 1은 시프터 시스템의 구성 블록도,
도 2는 시프터 시스템에 포함되는 연료유 저장탱크의 배관 장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료유 저장탱크를 나타낸 도면,
도 4는 연료유 저장탱크에 설치되는 이중배관 장치의 단면도,
도 5는 제1 역류방지부 및 제2 역류방지부의 사시도,
도 6은 연료유의 공급/배출에 따른 이중배관 장치 내에서의 유체 흐름을 나타낸 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈", "…유닛" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료유 저장탱크를 나타낸 도면이고, 도 4는 연료유 저장탱크에 설치되는 이중배관 장치의 단면도이며, 도 5는 제1 역류방지부 및 제2 역류방지부의 사시도이고, 도 6은 연료유의 공급/배출에 따른 이중배관 장치 내에서의 유체 흐름을 나타낸 도면이다.

도 3 내지 도 6에는 연료유 저장탱크(18), 소구획(22), 유출입구(24), 공통 배관(20), 이중배관 장치(100), 메인 배관 몸체(110), 주 유입구(112), 주 유출구(114), 사이드 배관 몸체(120), 사이드 유입구(122), 제1 역류방지부(130), 상부 개구부(132), 하부 개구부(134), 제2 역류방지부(140), 지지대(146), 캡(142), 원통 몸체(144)가 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료유 저장탱크의 이중배관 장치는 시프터 시스템에서 연료유(예컨대, HFO)가 연료유 저장탱크로 공급되거나 연료유 저장탱크에서 배출될 때 공통 이용되는 배관으로, 배관 내부에서 연료유가 공급될 때와 배출될 때의 유동을 다르게 형성하여 소구획 내에서 효과적인 가열이 가능하게 한다.

시프터 시스템은 소구획으로의 연료유 공급/배출을 반복하여 세틀링 탱크 내의 연료유가 일정 온도 및 일정 수위를 유지하도록 한다. 이러한 시프터 시스템에 포함되는 세틀링 탱크, 서비스 탱크, 히터 등의 구성요소는 당업자에게 자명한 바 상세한 설명은 생략하기로 하고, 이하에서는 연료유 저장탱크에 설치되는 연료유의 공급/배출을 위한 배관을 중심으로 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 이중배관 장치(100)는 공통 배관(20)의 끝단에 설치되며, 연료유 저장탱크(18)의 소구획(22) 내에 배치된다.

소구획(22)은 연료유 저장탱크(18) 중에서 일정 크기로 구획된 공간이다. 세틀링 탱크 혹은 서비스 탱크에서 히터를 통해 다시 가열된 고온의 연료유가 공급된 경우, 연료유 저장탱크(18)의 전체 공간 내에서 혼합된다면 히터에서의 가열 효과가 낮아지게 된다. 따라서, 일정 크기의 공간 내에서 고온의 연료유가 주로 머물도록 하여 연료유 저장탱크(18)에서 세틀링 탱크로 일정 크기의 공간(즉, 소구획(22)) 내에서 혼합된 중온의 연료유가 공급되도록 하면, 연료유 저장탱크(18)의 전체 공간에 혼합된 경우에 비해 높은 온도의 연료유를 공급할 수 있고, 히터의 잦은 사용을 억제하여 시프터 시스템 전체적으로 에너지 소모를 절감하게 된다.

소구획(22)에는 유출입구(24)가 형성되어 있어, 연료유 저장탱크(18)에 저장된 연료유 중 일부가 유입되거나 소구획(22) 내의 연료유가 일부 배출되어 혼합될 수 있다. 즉, 소구획(22)에는 항상 연료유가 차 있게 되며, 공통 배관(20)을 통해 원활한 연료유 배출이 이루어지도록 할 수 있다.

소구획(22) 내에 배치되는 공통 배관(20)의 끝단에 이중배관 장치(100)가 설치된다.

이중배관 장치(100)는 공통 배관(20)에서 연장되는 메인 배관 몸체(110)를 기본 골격으로 한다. 메인 배관 몸체(110)는 상방에 주 유입구(112)과 형성되고 하방에 주 유출구(114)가 형성된다. 여기서, 유입구와 유출구는 고온의 연료유가 공급되는 경우를 중심으로 표현된 것으로, 중온의 연료유가 배출될 때에는 유입구와 유출구의 기능이 반대가 될 수 있을 것이다.

메인 배관 몸체(110)의 둘레에 사이드 유입구(122)를 가지는 사이드 배관 몸체(120)가 설치되어 있다.

사이드 배관 몸체(120)는 상부가 상방으로의 경사를 가지도록 절곡되어 메인 배관 몸체(110)에 연결된다. 여기서, 사이드 배관 몸체(120)의 상단은 메인 배관 몸체(110)에 연통되며, 메인 배관 몸체(110) 내부로 돌출 설치될 수 있다.

사이드 배관 몸체(120)의 하단부에는 사이드 유입구(122)가 형성되어 있어, 소구획(22) 내의 연료유가 배출될 때 유입될 수 있다. 여기서, 사이드 유입구(122)는 소구획(22)의 상면에서 1/2 정도 되는 높이(즉, 총 높이의 1/2 지점)에 위치하며, 소구획 상부에 놓여질 수 있다.

메인 배관 몸체(110) 내에는 사이드 배관 몸체(120)가 연통되는 지점의 하부에 제1 역류방지부(130)가 설치될 수 있다.

제1 역류방지부(130)는 상부 개구부(132)가 메인 배관 몸체(110)의 내부 단면과 동일한 형상을 가지고 있는 깔때기 형상을 가질 수 있다. 즉, 하부 개구부(134)의 단면적이 상부 개구부(132)의 단면적보다 작고, 상부에서 하부로 갈수록 그 단면적이 점차 감소하는 테이퍼진 형상일 수 있다. 이러한 형상으로 인해 하방으로 내려가는 흐름은 잘 통과시키지만, 상방으로 올라오는 흐름은 잘 통과시키지 않게 되어 상방으로의 역류를 방지하게 된다. 하부 개구부(134)에는 동일 내경을 가지는 원통 몸체가 소정 길이만큼 연장되어 있을 수 있다.

제1 역류방지부(130)의 하방에는 제2 역류방지부(140)가 설치될 수 있다.

제2 역류방지부(140)는 하면이 개방된 원통 몸체(144) 상에 원뿔 형상의 캡(142)이 설치된 구조를 가진다.

원통 몸체(144)의 외경은 제1 역류방지부(130)의 하부 개구부(134)의 내경보다 작을 수 있다. 이는 고온의 연료유가 공급되어 하방으로 흘러 내려갈 때 제1 역류방지부(130)를 통과한 유체 흐름이 큰 간섭 없이 하방으로 진행할 수 있도록 하기 위함이다.

원통 몸체(144)의 측면에는 메인 배관 몸체(110)의 내벽과의 사이에 지지대(146)가 결합되어 있어, 제2 역류방지부(140)가 메인 배관 몸체(110)의 중심부에 고정되도록 할 수 있다. 지지대(146)는 제2 역류방지부(140)의 안정적인 지지가 이루어질 수 있도록 제2 역류방지부(140)를 중심으로 방사상으로 배치될 수 있으며, 그 수량은 다양할 수 있다.

본 실시예에 따른 이중배관 장치(100)에서 고온의 연료유가 공급되는 경우와 중온의 연료유가 배출되는 경우의 유체 흐름에 대해 관련 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

고온의 연료유가 공급되는 경우(도 6의 (a) 참조), 메인 배관 몸체(110)의 주 유입구(112)로부터 주 유출구(114)로 고온의 연료유가 하강하는 방향으로 흐르게 된다.

이 경우 사이드 배관 몸체(120)는 메인 배관 몸체(110)의 둘레에 형성되어 있되, 상단이 내벽보다 돌출되어 있어 고온의 연료유가 사이드 배관 몸체(120)를 따라 흘러가는 것을 최대한 억제할 수 있다.

그리고 메인 배관 몸체(110) 내의 제1 역류방지부(130)는 깔때기 형상을 가지고 있어 고온의 연료유가 중심부분으로 모여 빠른 속도로 하강할 수 있도록 해준다.

그리고 제1 역류방지부(130)를 통과한 고온의 연료유는 제2 역류방지부(140)에 의해 메인 배관 몸체(110) 내의 내벽 쪽으로 퍼져서 흘러 내려가서 유출구(114)를 통해 소구획(22)의 하부로 배출된다.

이 과정에서 제1 역류방지부(130) 및 제2 역류방지부(140)는 하방 경사를 가지고 있어, 고온의 연료유의 흐름을 방해하지 않고 원활히 흘러 내려갈 수 있도록 해 준다.

고온의 연료유가 소구획(22)의 하부로 배출되면, 고온의 연료유가 소구획(22)의 상부로 상승하면서 주변의 연료유와 혼합되어 소구획(22)의 중간 지점에 위치하는 연료유는 중온을 가지게 된다.

연료유가 배출되는 겨우(도 6의 (b) 참조), 소구획(22)의 상부와 하부 사이에 위치하는 중온의 연료유가 사이드 유입구(122)로 유입되어 사이드 배관 몸체(120)를 따라 메인 배관 몸체(110)로 유입되어 상승하게 된다.

이 과정에서 소구획(22)의 하부에 위치하는 저온의 연료유가 메인 배관 몸체(110)를 따라 상승하다가 중심 부분에서는 제2 역류방지부(140)에 의해 상승이 억제되어 다시 하강하게 되고, 가장자리 부분에서는 제1 역류방지부(130)에 의해 상승이 억제되어 다시 하강하게 된다.

따라서, 소구획(22)의 하부에 위치하는 저온의 연료유는 배출되지 않고 중간에 위치하는 중온의 연료유가 배출되어 세틀링 탱크로 공급되게 된다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 시프터 시스템 18: 연료유 저장탱크
20: 공통 배관 22: 소구획
24: 유출입구 100: 이중배관 장치
110: 메인 배관 몸체 112: 주 유입구
114: 주 유출구 120: 사이드 배관 몸체
122: 사이드 유입구 130: 제1 역류방지부
132: 상부 개구부 134: 하부 개구부
140: 제2 역류방지부 142: 캡
144: 원통 몸체 146: 지지대

Claims (6)

1. 연료유 저장탱크의 소구획 내에 배치되는 이중배관 장치로서,
   연료유가 공급 혹은 배출되는 공통 배관에서 연장되는 메인 배관 몸체;
   상기 메인 배관 몸체의 외주면에 설치되며, 상방 경사를 가지도록 절곡되며 하단부에 사이드 유입구가 형성되고 상단부가 상기 메인 배관 몸체에 연통된 사이드 배관 몸체;
   상기 메인 배관 몸체 내에 설치되며, 상기 연료유의 배출 흐름에 따른 역류를 방지하는 역류방지부를 포함하되,
   상기 역류방지부는, 상부 개구부가 상기 메인 배관 몸체의 내부 단면과 동일한 형상을 가지고 있는 깔때기 형상을 가지는 제1 역류방지부를 포함하되,
   상기 제1 역류방지부는 상기 사이드 배관 몸체의 연통 지점 하부에 배치되는 연료유 저장탱크의 이중배관 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 사이드 유입구는 상기 소구획의 총 높이의 1/2 지점에 위치하는 연료유 저장탱크의 이중배관 장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 역류방지부는,
   상기 제1 역류방지부의 하방에 위치하며, 하면이 개방된 원통 몸체와, 상기 원통 몸체 상에 원뿔 형상의 캡이 설치된 제2 역류방지부를 더 포함하는 연료유 저장탱크의 이중배관 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2 역류방지부는 상기 제1 역류방지부의 하부 개구부의 직하방에 설치되며,
   상기 원통 몸체의 외경은 상기 하부 개구부의 내경보다 작은 연료유 저장탱크의 이중배관 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제2 역류방지부는 상기 원통 몸체의 측면과 상기 메인 배관 몸체의 내벽 사이에 개재되어, 상기 원통 몸체를 지지하는 지지대를 더 포함하는 연료유 저장탱크의 이중배관 장치.

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