KR102132151B1

KR102132151B1 - Lpg 선박 추진 시스템

Info

Publication number: KR102132151B1
Application number: KR1020190061431A
Authority: KR
Inventors: 송달호
Original assignee: 송달호
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2020-07-10

Abstract

본 개시는 추진용 엔진과 발전용 엔진에 연료를 동시에 공급하여 시스템의 단순화가 가능하고, 발전기 등으로부터 발생된 폐열을 공급하여 열교환하도록 함으로써 열교환을 위해 사용되는 글리콜 워터를 공급하기 위한 배관 및 이를 위한 제반시설이 필요하지 않아 경제적이면서 라인 단순화를 통한 구조의 개선이 가능한 장점을 갖는 LPG 선박 추진 시스템에 관한 것이다.
본 개시의 실시예에 따른 LPG 선박 추진 시스템은, 액화석유가스의 생산지인 로딩으로부터 LPG를 운반선에 공급하도록 구비된 벙커링 스테이션부와, 상기 운반선에 구비되며 상기 벙커링 스테이션부로부터 상기 LPG를 공급받아 저장하는 LPG 연료 공급 탱크부와, 상기 LPG 연료 공급 탱크부로부터 상기 LPG를 공급받아 기화시키는 연료 가스 공급 탱크부 및 상기 연료 가스 공급 탱크부로부터 기화된 상기 LPG를 공급받아 저장하고 상기 운반선의 가스터빈으로 전달되게 하는 LPG 가스 밸브 유닛부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

LPG 선박 추진 시스템{SHIP PROPELLED BY LIQUEFIED PETROLEUM GAS}

본 명세서에 개시된 내용은 LPG 선박 추진 시스템에 관한 것으로, 특히, 연료 가스 공급 계통부에 발전기 등으로부터 발생된 폐열을 공급하여 열교환하도록 함으로써 열교환을 위해 사용되는 글리콜 워터를 공급하기 위한 배관 및 이를 위한 제반시설이 필요하지 않아 경제적이면서 라인 단순화를 통한 구조의 개선 등이 가능한 LPG 선박 추진 시스템에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

일반적으로, 액화석유가스 즉, LPG(LIQUEFIED PETROLEUM GAS)는 석유 성분 중 프로페인 및 뷰테인 등 끓는점이 낮은 탄화수소를 주성분으로 가스를 상온에서 가압하여 액화한 것이며, 이 액화석유가스를 소형의 가벼운 압력용기(봄베)에 충전해서 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 이용하게 된다.

상기와 같은 액화석유가스를 에너지원으로 사용하기 위해서는 액화석유가스의 생산기지로부터 수요자까지 대량 이송하는 것이 필요하며, 이를 위해 액화석유가스 운반선(LPG 탱커)이 필요하게 된다.

즉, 액화석유가스의 생산지인 로딩(LOADING) 항구에서 기체 상태인 액화석유가스를 액화시켜 액화석유가스 운반선의 저장탱크에 저장함과 아울러 언로딩(UNLOADING) 항구에 도착한 후에는 압력용기에 충전해서 수요자에게 공급하게 된다.

이러한 액화석유가스의 비등점은 영하 42℃이므로 상기 액화석유가스를 운반하기 위한 운반선은 이보다 낮은 온도를 유지하기 위한 여러 가지 배려가 필요하다.

상기 액화석유가스를 보관하는 저장탱크는 저온에 강한 저온(Low Temperature Carbon Steel 및 Nickel Steel)을 쓰게 되며 완벽하게 용접해야 하고 재액화설비와 보온설비도 필요하다.

상기와 같은 액화석유가스 운반선은, 석유가스를 액화시키는 방법에 따라 저온식 액화석유가스 운반선과 가압식 액화석유가스 운반선이 있다.

가압식 액화석유가스 운반선은 선체에 설치된 압력용기에 상온의 가압된 액화석유가스를 수송하는 것으로 연안수송에 이용되며, 수천톤 이하의 소형선에 이용된다.

저온식 액화석유가스 운반선은 대기압과 거의 같은 압력에서 냉각시켜 수송하는 것으로 대량 수송에 적합한 방식이다.

이러한, 액화석유가스 운반선은 통상 선미 측에 형성된 선원들의 거주구(DECK HOUSE)를 제외하고, 나머지 선체 내부에 액화석유가스를 저장하는 화물창이 구비된다.

또한, 상기 액화석유가스 운반선은 통상 선미 내측에는 엔진룸이 구비되고, 상기 엔진룸에 선박 추진용 엔진이 탑재되어 상기 선박 추진용 엔진에서 얻어진 출력에 의해 액화석유가스 운반선이 항해할 수 있는 동력을 얻게 된다.

한편, 도 1은 종래의 액화석유가스 운반선의 액화가스 연료공급 시스템의 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 액화석유가스 운반선의 액화석유가스 연료공급 시스템은, LPG 탱크(10), 추진용 엔진(20a), 발전용 엔진(20b), 펌프(30), 스팀증발기(40), 증발가스 압축기(50)를 포함한다.

이러한, 종래의 액화가스 연료공급 시스템은, 액화가스를 저장하는 LPG 탱크(10)로부터 선박의 추진 동력을 얻기 위해 액화가스를 연료가스로 사용하는 추진용 엔진(20a)까지 연결되는 액화가스 공급라인(21) 상에 LPG 탱크(10)로부터 배출된 액화가스를 추진용 엔진(20a)으로 가압 공급하는 펌프(30)가 구비되고, 추진용 엔진(20a)과 펌프(30) 사이의 액화가스 공급라인(21) 상에 스팀증발기(40)가 구비된다.

또한, 종래의 액화가스 연료공급 시스템은, LPG 탱크(10)로부터 전기를 생산하기 위해 증발가스를 연료가스로 사용하는 발전용 엔진(20b)까지 연결되는 증발가스 공급라인(22) 상에 LPG 탱크(10)로부터 배출되는 증발가스를 발전용 엔진으로 가압 공급하는 증발가스 압축기(50)가 구비된다.

이때, 스팀증발기(40)는 글리콜 히터(도시하지 않음)로부터 공급되는 글리콜 워터를 이용하여 액화가스를 가열하거나, 전기에너지를 이용하여 액화가스를 가열하는게 일반적이다.

그런데, 상기와 같은 종래의 액화가스 연료공급 시스템은, 추진용 엔진으로 고압 엔진을 사용하고 발전용 엔진으로 저압 엔진을 사용함으로써, 2개의 엔진 각각에서 요구하는 압력이 크게 차이가 나서 압력 제어가 용이하지 않고, 연료공급도 별도의 라인을 통해 공급해야 하기 때문에 시스템 자체가 복잡한 문제점을 갖는다.

또한, 전술된 바와 같이 스팀증발기(310)에 글리콜 히터가 연결된 경우 글리콜 워터를 공급하기 위한 배관 및 이를 위한 별도의 제반시설이 필요하며, 이는 배관 및 제반시설로 인해 복잡한 라인 구조가 형성되는 문제점이 있으며, 이를 유지 및 관리하기 위한 비용이 발생되는 문제점이 있다.

1. 한국 등록특허 제10-1368796호(2014.02.24.) 2. 한국 등록특허 제10-1302027호(2013.08.26.)

추진용 엔진과 발전용 엔진에 연료를 동시에 공급하여 시스템의 단순화가 가능한 LPG 선박 추진 시스템을 제공하고자 한다.

발전기 등으로부터 발생된 폐열을 공급하여 열교환하도록 함으로써 열교환을 위해 사용되는 글리콜 워터를 공급하기 위한 배관 및 이를 위한 제반시설이 필요하지 않아 경제적이면서 라인 단순화를 통한 구조의 개선이 가능한 LPG 선박 추진 시스템을 제공하고자 한다.

실시예에 의한 LPG 선박 추진 시스템은, 액화석유가스의 생산지인 로딩으로부터 LPG를 운반선에 공급하도록 구비된 벙커링 스테이션부와, 상기 운반선에 구비되며 상기 벙커링 스테이션부로부터 상기 LPG를 공급받아 저장하는 LPG 연료 공급 탱크부와, 상기 LPG 연료 공급 탱크부로부터 상기 LPG를 공급받아 기화시키는 연료 가스 공급 탱크부 및 상기 연료 가스 공급 탱크부로부터 기화된 상기 LPG를 공급받아 저장하고 상기 운반선의 가스터빈으로 전달되게 하는 LPG 가스 밸브 유닛부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 LPG 선박 추진 시스템이 제공된다.

실시예에 의하면, 상기 LPG 연료 공급 탱크부와 상기 연료 가스 공급 탱크부의 연료공급라인에는 상기 LPG를 상기 연료 가스 공급 탱크부로 전달하도록 가압하는 LPG 펌프가 구비된다.

실시예에 의하면, 상기 연료 가스 공급 탱크부는, LPG 연료 공급 탱크부로부터 공급받은 상기 LPG를 스팀으로 열교환하여 기화하는 스팀증발기와, 상기 스팀증발기로부터 공급받은 상기 LPG를 전기로 열교환하여 기화하는 전기증발기로 이루어진다.

실시예에 의하면, 상기 스팀증발기는 상기 LPG를 기화시 열교환을 위한 온도가 되도록 폐열을 이용하는 열교환부의 열을 이용하여 상기 LPG를 가열한다.

실시예에 의하면, 상기 열교환부는 운반선에 구비된 발전기로부터 발생된 스팀 형태의 폐열을 이용한다.

실시예에 의하면, 벙커링 스테이션부로부터 상기 LPG 가스 밸브 유닛부로 상기 LPG를 공급하는 연료공급라인에는 벤트마스트가 구비된다.

이상에서와 같은 LPG 선박 추진 시스템은, 추진용 엔진과 발전용 엔진에 연료를 동시에 공급하여 시스템의 단순화가 가능한 장점을 갖는다.

발전기 등으로부터 발생된 폐열을 공급하여 열교환하도록 함으로써 열교환을 위해 사용되는 글리콜 워터를 공급하기 위한 배관 및 이를 위한 제반시설이 필요하지 않아 경제적이면서 라인 단순화를 통한 구조의 개선이 가능한 장점을 갖는다.

도 1은 종래의 액화가스 연료공급 시스템의 개념도.
도 2는 본 개시의 실시예에 따른 LPG 선박 추진 시스템의 개념도.
도 3은 도 2에 도시된 개념도의 세부 구성을 보여주는 흐름도.
도 4는 도 3에 도시된 스팀증발기의 예를 설명하기 위한 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

한편, 본 개시의 실시예에 따른 LPG 선박 추진 시스템은, 연료 가스 공급 계통부에 발전기 등으로부터 발생된 폐열을 공급하여 열교환하도록 함으로써 열교환을 위해 사용되는 글리콜 워터를 공급하기 위한 배관 및 이를 위한 제반시설이 필요하지 않아 경제적이면서 라인 단순화를 통한 구조의 개선 등이 가능한 LPG 선박 추진 시스템에 관한 것으로, 선박, 추진, LPG, 글리콜, 펌프, 밸브, 폐열, 스팀, 증발, 기화 등 본 개시가 속한 관련기술에서 통상적으로 사용되는 구성요소에 대해서는 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 개시의 실시예에 따른 LPG 선박 추진 시스템의 개념도, 도 3은 도 2에 도시된 개념도의 세부 구성을 보여주는 흐름도이다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 개시의 실시예에 따른 LPG 선박 추진 시스템은, 벙커링 스테이션부(100), LPG 연료 공급 탱크부(200), 연료 가스 공급 탱크부(300), LPG 가스 밸브 유닛부(400)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

벙커링 스테이션부(100)는 액화석유가스의 생산지인 로딩(110)으로부터 LPG를 운반선에 공급하도록 구비된다.

이러한, 벙커링 스테이션부(100)는 가스 벙커링 공급라인 및 가스 벙커링 회수라인을 통해 운반선 또는 육상 수요처 등과 같은 연료를 공급하는 벙커링 수단으로부터 운반선에 구비된 LPG 탱크(210)로 액화가스를 공급하는 벙커링 작업이 가능하도록 하는 연결구조를 가지며, 별도의 공간을 형성할 수 있으며, 별도의 케이싱으로 공간을 둘러싸도록 형성될 수 있으며, 운반선의 어퍼데크 상측에 구비되거나, 운반선의 양측면부에 설치될 수 있다.

이러한, 벙커링 스테이션부(100)는, 불활성 유체 스프레이, 드립 트레이(drip tray), 크레인(davit crane), 커넥션 조인트(connection joint), 화재 모니터링 시스템과 같은 다양한 벙커링 장비를 포함할 수 있다.

이때, LPG의 공급은 벙커링 스테이션부(100)의 온오프밸브(120)의 작동으로 가능하다.

여기서, 상기된 벙커링 스테이션부의 구성 및 온오프 밸브는 본 개시가 속한 분야에서 공지된 구성이므로 세부적인 구성 및 다세한 설명은 생략하기로 한다.

LPG 연료 공급 탱크부(200)는 운반선에 구비되며 벙커링 스테이션부로부터 LPG를 공급받아 저장하며, 이를 위해 LPG 탱크(210)가 구비된다.

LPG 탱크(210)는 본 개시에 기재된 LPG 뿐만 아니라 LNG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 액화가스를 액체상태로 보관하며, 액체 특성에 맞게 보관이 되도록 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.

이때, LPG 연료 공급 탱크부(200)와 후술될 연료 가스 공급 탱크부(300)의 연료공급라인에는 LPG를 연료 가스 공급 탱크부(300)로 전달하도록 가압하는 LPG 펌프(220)가 구비됨으로써 LPG의 공급이 가능하며, 이때 상기 LPG 펌프(220)는 고압펌프일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

한편, 앞서 기재된 연료공급라인은, 본 개시의 구성인 벙커링 스테이션부(100)와 LPG 연료 공급 탱크부(200)와 연료 가스 공급 탱크부(300) 및 LPG 가스 밸브 유닛부(400)를 이어주는 배관인 것으로서 생산지인 로딩(110)으로 부터 엔진의 가스터빈(500) 및 공급지의 언로딩(미도시)을 연결시키는 라인을 모두 포함할 수 있으며, 단수 또는 복수로 구성되거나 바이패스 되는 등 다양하게 구성될 수 있고, 이는 공지된 기술이므로 별도로 구분하지 않고 도면부호 또한 기재하지 않았다.

연료 가스 공급 탱크부(300)는 LPG 연료 공급 탱크부(200)로부터 LPG를 공급받아 기화시킨다.

연료 가스 공급 탱크부(300)는, 스팀증발기(310)와 전기증발기(320)로 이루어진다.

스팀증발기(310)는 LPG 연료 공급 탱크부(200)로부터 공급받은 LPG를 스팀으로 열교환하여 기화한다.

이러한, 스팀증발기(310)는 열매체가 유동되는 튜브의 외주면에 핀을 설치한 핀튜브형 방식 또는 쉘튜브형 방식일 수 있으나 핀튜브와 쉘튜브가 결합된 형태의 스팀증발기(310)가 구비될 수 있다.

도 4를 참조하면, 스팀증발기(310)는, 쉘(311), 상부챔버, 하부챔버, 배플, 튜브를 포함하는 구성으로 이루어진다.

쉘(311)은 상부측 측면에 오일이 유입되는 오일인렛(312)과 하부측 측면에 오일이 배출되는 오일아웃렛이 구비되며, 내부에 오일이 유동되는 공간이 형성된 원통형으로 구비될 수 있다.

이러한, 쉘(311)은 오일과 같은 유체가 내부에 유동되기 때문에 압력과 온도 및 부식 등에 견딜수 있는 내구성을 가진 금속체로 구비된다.

상부챔버는 오일인렛(312)이 구비된 쉘(311)의 상부를 개폐하며, 이를 위해 원형 단면을 갖는 쉘(311)의 상부를 개폐되게 대략 반구형 형태를 가진 금속체로 구비되어 플랜지 결합될 수 있다.

하부챔버는 오일아웃렛이 구비된 쉘(311)의 하부를 개폐하고, 유체가 공급 및 배출되는 워터인렛(314)과 워터아웃렛(315)이 구비된다.

이러한, 하부챔버는 상부챔버와 같은 반구형 형태를 가진 금속체로 쉘(311)의 하부에 플랜지 결합되되, 반구형태의 하부측에 워터인렛(314)과 워터아웃렛(315)이 상호 이격되며 구비된다.

배플은 쉘(311)의 내부에 서로 이격되며 지그재그 형식으로 교대 배치되어 쉘(311)의 공간을 다수의 파티션으로 구획하는 다수로 구비된다.

따라서, 전술된 바에 따른 스팀증발기(310)는 오일인렛(312)으로부터 열교환을 위한 오일이 공급되면, 쉘(311)의 내부에 다수로 구비된 배플에 의해 쉘(311)의 내부에서 지그재그로 유동하며 쉘(311)을 통과한 후, 오일아웃렛을 통해 배출된다.

튜브(도시하지 않음)는 워터인렛(314)으로부터 공급된 유체가 쉘(311)을 통과하여 워터아웃렛(315)으로 배출되도록 배플을 관통하여 쉘(311)의 길이방향으로 구비된다.

이러한, 튜브는 내부에 열교환을 위한 유체가 유동되는 봉상의 금속체로 구비되되, 쉘(311)의 길이방향에 동일한 길이방향으로 하여 상호간이 이격되며 쉘(311)의 내부에 다수 탑재된다.

이때, 튜브는 쉘(311)과 동일한 길이로 구비됨이 바람직 하나 이에 한정되는 것은 아니고, 직경도 동일한 직경이 아닌 다양한 직경을 가질 수 있음은 물론이다.

이러한, 본 개시의 튜브는 외주면에 길이방향을 따라 서로 이격되며 다수로 구비된 핀(316)을 포함한다.

핀(316)은, 도시된 바와 같이 쉘(311)의 내경에 거의 일치되는 4개의 모서리를 가진 사각의 판상체 형태로 구비되어, 기설정된 간격으로 서로 이격되며 핀(316)의 외주면에 길이방향을 따라 다수 구비된다.

이때, 핀(316)은 내부에 다수의 삽입공(317)을 구비되며, 이 삽입공(317)을 통해 튜브가 쉘(311)의 내부에 다수 탑재된 핀(316)을 관통하여 쉘(311)의 내부에 유동없이 설정된 간격을 유지하며 구비되게 된다.

여기서, 핀(316)은 삽입공(317)이 다수 형성된 하나의 판체로 구비되어 각 삽입공(317)에 다수의 튜브가 결합된 것으로 도시 및 기재되어 있으나, 하나의 판체에 하나의 삽입공(317)이 형성되어 하나의 튜브에 상호간 이격된 다수로 구비되고 이러한 튜브가 다수로 쉘(311)의 내부에 구비되도록 할 수 있음은 물론이다.

이때, 핀(316)에 결합된 튜브는 확관에 의해 핀(316)과 결합되는 것으로, 유체가 유동되는 공간이 형성되고 내측에 위치되는 이너튜브(미도시)와, 이너튜브의 외주면에 내주면이 밀착되어 이너튜브의 외측에 위치되고 외주면에 다수의 핀(316)이 길이방향으로 상호 이격되며 구비된 아우터튜브(미도시)의 2중관 구조로 이루어질 수 있다.

이때, 튜브는 이너튜브와 아우터튜브의 각각의 단부측에 이너튜브시트와 아우터튜브시트가 구비될 수 있는데, 이는 상부챔버와 하부챔버가 쉘(311)에 플랜지 결합되었을 시 각각의 단부측에서 유체가 누출되지 않도록 기밀 유지 및 외부의 충격으로 인한 파손 방지 기능을 한다.

이러한, 튜브는 워터인렛(314)으로부터 공급받은 유체가 내부에 유동되는 동안 쉘(311)의 내부를 열교환하도록 한 후 워터아웃렛(315)으로 배출되게 된다.

이를 위해, 본 개시의 튜브의 양단부가 각각 위치되는 쉘(311)의 상부측과 하부측에서 하부측에 결합된 하부챔버는 워터인렛과 워터아웃렛이 분리되게 내부가 구획되어 워터인렛(314)으로 공급된 유체가 하부챔버 내부 그리고 쉘(311)과 상부챔버(110) 내부 및 다시 쉘(311)을 거쳐 워터아웃렛(315)으로 배출되는 2패스 순환으로 일방향 유동될 수 있다.

상기된 바와 같은 2패스 순환이 적용된 이유는 새로운 유체를 지속 공급하여 열교환 효율을 증대와 아울러 기존의 스팀증발기(310)의 쿨러 제작의 형태 변경없는 적용이 가능하고, 이를 통해 유체의 유속 및 공급량 확인이 유리하기 때문이다.

이러한, 튜브는 핀(316)을 관통할 뿐만 아니라 쉘(311)의 내부에 다수 구비된 배플도 함께 관통하며, 쉘(311)의 내부에 지그재그로 구비되기 위해 일측이 쉘(311)의 내주면에 일치되는 볼록부를 갖는 대략 사각의 판상체 형태로 구비된다.

이때, 배플의 내부에는 다수의 삽입구멍이 구비되어 튜브가 핀(316)을 설정된 갯수로 관통한 후 배플에 관통되며 쉘(311)의 내부에 구비되게 한다.

상기된 바에 따른 본 개시의 튜브와 핀(316)은 전술된 바에 따른 쉘(311)튜브형 방식에 의한 오일의 열교환과 함께 동시에 유체의 유동으로 열교환이 이루어지도록 하여 쉘(311)의 설정된 사이즈에서 크기 등의 형태의 변경없이 열교환의 효율이 증대 되게 한다.

한편, 전술된 바에 따른 본 개시의 스팀증발기(310)의 쉘(311)은 오일이 배플의 측면측 쉘(311)의 내주면에 접촉하지 않고 쉘(311)을 따라 유동되게 하는 격벽(313)이 구비된다.

격벽(313)은 판상체로 구비되어 쉘(311)의 내부에 길이방향으로 구비되되 두께방향 양측면 중 일측면이 쉘(311)의 내부에 다수 구비된 핀(316)의 측면에 맞닿고 반대쪽 타측면이 쉘(311)의 내주에 이격되게 측면 가장자리가 쉘(311)의 내주에 맞닿게 구비된다.

이러한, 격벽(313)은 쉘(311)의 내부 공간을 내측과 외측으로 구획된 공간으로 형성되게 함으로써 핀(316)이 구비된 내측의 공간을 좁혀 오일 및 유체의 열교환이 보다 집중되게 하여 열효율이 증가되게 하고, 외측의 빈 공간을 두어 쉘(311)의 외주면에 유체가 집적적인 접촉으로 인한 열효율이 떨어지지 않도록 하며, 동시에 쉘(311)의 내부구조 변경없이 핀튜브형 방식의 열교환이 접목되도록 한다.

이러한, 본 개시의 스팀증발기(310)는 LPG를 기화시 열교환을 위한 온도가 되도록 폐열을 이용하는 열교환부(600)의 열로서 LPG를 가열하는데, 이때 열교환부(600)는 운반선에 구비된 발전기(미도시)로부터 발생된 스팀 형태의 폐열을 이용한다.

이를 통해, 종래 방법인 스팀증발기(310)에 글리콜 히터로부터 공급되는 글리콜 워터를 이용하여 액화가스를 가열하는 방식을 사용하지 않을 수 있으며, 이에 따라 글리콜 워터를 공급하기 위한 배관 및 이를 위한 제반시설이 필요하지 않게 된다. 특히, 폐열을 이용하므로 에너지 낭비가 없게 된다.

전술된 바에 따른 본 개시의 스팀증발기(310)는 발전기와 연결된 스팀인렛(610)을 통해 스팀을 공급받고, 연료 가스 공급 탱크부(300)에 구비된 스팀증발기(310)의 내부를 유동하여 열교환 되도록 하고, 스팀아웃렛(620)을 통해 배출되게 된다.

전기증발기(320)는 스팀증발기(310)로부터 공급받은 LPG를 전기로 열교환하여 기화한다.

이러한, 전기증발기(320)는 전기를 사용하는 것만 상이하고, 전술된 스팀증발기(310)의 작용 및 효과가 대동소이하며, 공지된 기술이므로 구성 및 결합관계 등 자세한 설명은 생략하기로 한다.

LPG 가스 밸브 유닛부(400)는 연료 가스 공급 탱크부(300)로부터 기화된 LPG를 공급받아 저장하고 운반선의 가스터빈(500)으로 전달되게 하며, 이를 위해 LPG 가스 밸브 유닛(410)을 구비한다.

이러한, LPG 가스 밸브 유닛부(400)의 LPG 가스 밸브 유닛(410)은 버퍼 탱크로서 추진용 엔진과 발전용 엔진 각각에서 요구하는 압력으로 LPG를 공급할 수 있도록 하며, LPG 연료 공급 탱크부(200)로부터 해당 버퍼 탱크까지는 연료를 동시에 공급할 수 있도록 구성된다.

상기된 바에 따르면 추진용 엔진과 발전용 엔진 각각의 압력 제어를 용이하게 이루어져 시스템의 연료공급 효율을 향상시킬 수 있고, 추진용 엔진과 발전용 엔진에 연료를 동시에 공급하여 시스템을 단순화가 가능하다.

한편, LPG 탱크(210)에서 발전기로는 도시되지 않았지만 별도의 가스 공급라인이 구비될 수 있으며, 이 가스 공급라인은 극저온의 액화가스 또는 증발가스를 발전기로 전달하기 위한 배관으로서 이중 구조를 구비하여 단열을 구현 가능하다.

이때, 가스 공급라인에는 LPG 탱크(210)에서 발전기로 전달되는 증발가스를 압축하는 압축기(미도시)가 구비될 수 있으며, 가스 공급라인은 증발가스 공급라인일 수 있다.

여기서, 압축기는 LPG 탱크에서 발생한 증발가스의 압력을, 발전기가 요구하는 압력으로 높이기 위해 증발가스를 압축하는 구성이며, 복수 개의 압축기가 가스 공급라인 상에 직렬로 배치되어 증발가스를 다단 압축할 수 있다.

그리고, 가스 공급라인에서 압축기의 하류에는 유량계가 구비될 수 있으며, 이 유량계는 압축기를 통해 압축된 후 발전기로 전달되는 증발가스량을 측정한다.

상기한 구성에 따르면, 액화가스 및 증발가스를 저장하는 LPG 탱크(210)를 갖는 선박의 전력을 제어하는 시스템을 구성할 수 있으며, 이를 위해 발전량 확인부, 전력량 확인부, 제어부를 포함할 수 있다.

발전량 확인부는, 선박에 구비되어 증발가스로 전력을 생성하는 발전기로 공급되는 증발가스량을 토대로 발전기의 발전가능량을 파악한다. 이때 발전기는 선내 전력 수요처로 전력을 공급하기 위해 구비되는 것이지만, 선박의 추진을 추가로 담당할 수도 있다.

발전량 확인부는, 유량계 및 압력계를 이용하여 발전기로 공급되는 증발가스량을 확인할 수 있다. 일례로 발전량 확인부가 유량계를 이용하는 경우, 유량계의 측정값은 압축기에서 압축되어 발전기로 공급되는 증발가스량일 수 있으므로, 발전량 확인부는 유량계의 측정값을 토대로 발전기의 시간별 발전가능량을 파악할 수 있다.

반면, 발전량 확인부가 압력계를 이용하는 경우, 발전량 확인부는 압력계의 측정값을 통해 증발가스량을 추정할 수 있다. 이때 LPG 탱크의 내압과 증발가스량은 테이블 데이터 등을 이용하여 서로 매칭될 수 있으며, 다만 LPG 탱크 내에 저장된 액화가스의 양이 내압에 영향을 미칠 수 있는바, LPG 탱크에는 레벨계(도시하지 않음)가 구비되고 발전량 확인부는 LPG 탱크(210)의 레벨을 고려하면서 LPG 탱크(210)의 내압을 통해 증발가스량을 파악할 수 있다.

이때 파악된 증발가스량은 유량계의 측정값과는 달리 시간 단위의 값이 아닐 수 있는바, 발전량 확인부는 추정된 증발가스량을 발전기로 전달되는 시간별 증발가스량으로 환산할 수 있다. 즉 발전량 확인부는, 압력계를 통해 산출된 증발가스량을, 가스 공급라인이나 압축기, 발전기 등의 제원 등을 고려하여 발전기로 전달되는 시간별 증발가스량으로 치환할 수 있으며, 치환 과정에는 LPG 탱크(210)에 저장된 증발가스량에 따라 시간별로 발전기에 전달되는 증발가스량을 측정해둔 테이블 데이터 등이 이용될 수 있지만, 구체적인 계산 방법은 특별히 한정되지 않는다.

또는, 압력계에 의해 LPG 탱크(210)의 내압이 소정의 압력범위를 넘어설 경우, LPG 탱크(210)의 보호를 위해 증발가스의 배출이 자동적으로 이루어질 수 있으며, 이때 압축기의 부하에 따라 발전기로 전달되는 시간별 증발가스량이 산출될 수도 있다.

즉 발전량 확인부는, 유량계, 압력계, 압축기의 부하 등 발전기로 전달되는 증발가스량을 산출할 수 있는 어떠한 데이터도 이용 가능하며, 발전량 데이터는 발전기로 전달되는 시간별 증발가스량을 토대로 발전기의 시간별 발전가능량을 파악할 수 있다.

전력량 파악부는, 선박의 필요전력량을 파악한다. 선박의 필요전력량은 순시 전력으로 시간 단위의 값일 수 있다. 즉 전력량 파악부는 선박의 시간별 필요전력량을 파악하게 될 수 있다. 따라서 후술하겠지만, 필요전력량을 발전가능량과 대비하기 위해서 발전량 확인부는 발전가능량을 필요전력량과 동일한 단위로 맞출 수 있다.

전력량 파악부가 파악하는 필요전력량은, 선박이 운항 중인 경우가 아니라 정박 중인 경우에 발생하는 것일 수 있으며, 이는 선박이 항구 등에 접안하였을 때 육상 등에 구비되는 외부전원으로부터 전력을 공급받는 과정에서 사용되는 것이므로, 전력량 파악부는 선박의 정박 시 필요전력량을 파악할 수 있다.

선박이 일례로 컨테이너선인 경우, 전력량 파악부에 의하여 파악되는 필요전력량은, 선실 등에 의해 발생하되 주로 냉동 컨테이너 등에 의해 발생할 수 있으므로, 컨테이너선이 정박하였을 때 외부전원으로부터 냉동 컨테이너로 전력이 전달되도록 하여, 냉동 화물을 안정적으로 보관할 수 있다.

제어부는, 발전가능량 및 필요전력량을 고려하여, 선박의 외부에 구비되며 선박으로 전력을 전달하는 외부전원을 제어할 수 있다. 이때 외부전원은, 선박이 정박 시 선박으로 전력을 전달하는 육상전원일 수 있으며, 외부전원으로부터 선박으로 전달되는 전력은, 대부분 선박에 탑재된 냉동 컨테이너로 전달될 수 있음은 앞서 언급한 바와 같다.

물론 외부전원은 육상전원이 아니라 타 선박이나 해양구조물 등에 구비되는 전원일 수 있고, 외부전원으로부터 선박으로 전달되는 전력은 액화가스 운반선인 경우 카고 핸들링 장비(도시하지 않음)로 전달될 수도 있다. 즉 외부전원의 종류나 형태, 위치, 선박 내에서 외부전원으로부터 공급된 전력의 사용처 등은 특별히 한정되지 않는다.

제어부는, 필요전력량에서 발전가능량을 비교한다. 이때 필요전력량은 순시 전력으로 시간 단위로 나타나는 값이며, 이를 고려하여 발전량 확인부 역시 시간별로 발전가능량을 파악하였는바, 제어부는 시간별로 발전가능량 및 필요전력량을 고려하여 외부전원을 제어할 수 있다.

구체적으로 발전가능량이 필요전력량을 넘어서는 경우에는, 선박 내에서 증발가스를 이용하여 발전기로 전력을 생성하여 사용하도록 함으로써, 증발가스를 연소시켜 버리지 않고 선박 내 전력 수요처의 요구를 충족시켜주도록 하면서, 외부전원이 불필요하게 가동하지 않도록 할 수 있다.

반면 발전가능량이 필요전력량에 미치지 못하는 경우에는, 선박 내에서 증발가스를 이용하여 발전기가 가동되더라도 전력 수요처가 제대로 가동되지 못할 수 있는바, 제어부는 육상 등에 구비되는 외부전원을 구동하여 선박 내 전력 수요처의 요구를 충족시켜줄 수 있다.

이때 제어부는, 필요전력량에서 발전가능량을 제외한 부족분만큼 외부전원이 전력을 선박으로 전달하도록 외부전원을 제어할 수 있다. 즉 제어부는, 외부전원의 가동을 선박 내 증발가스량과 연계하여 가동되도록 하여, 선박 내에서 발생하는 증발가스가 버려지는 것을 방지하면서 외부전원의 부하를 절감할 수 있으며, 또는 발전가능량 및 필요전력량의 대소에 따라, 외부전원에 의한 전력 전달 또는 발전기에 의한 발전을 택일적으로 구현하여 필요전력량이 충족되도록 할 수도 있다. 이를 통해 발전가능량과 필요전력량의 비교 시 외부전원의 가동이 반복적으로 On/Off 되는 것을 최소화할 수 있어 선박이 육상에 접안해 있을 때 선박 내에서 발생하는 증발가스를 이용하여 발전을 구현하되, 증발가스를 이용한 발전과 외부전원으로부터 전력 전달을 서로 연계하여 제어함으로써 에너지 운용의 효율성을 구현하게 된다.

한편, 본 개시의 LPG 선박 추진 시스템은 전술된 구성 이외에 벙커링 스테이션부(100)로부터 LPG 가스 밸브 유닛부(400)로 LPG를 공급하는 연료공급라인에는 벤트마스트(도시하지 않음)가 구비될 수 있다.

벤트마스트는, LPG를 저장하도록 운반선에 구비된 탱크가 단열 처리를 하더라도 외부의 열이 LPG에 지속적으로 전달되어 그 열에 의해 증발가스(BOG; Boil off Gas)가 발생하게 됨으로써 탱크 내의 압력이 점차적으로 높아져 탱크가 손상될 위험이 높아지는 것을 방지하도록 하는 것으로서, 증발가스 발생량 재액화 시스템 또는 가스소각기가 처리할 수 있는 양을 초과하여 탱크의 설계압력까지 증가할 경우 비상상황으로 인식하여 증발가스를 대기중으로 방출한다.

이러한, 벤트마스트는 벙커링 스테이션부(100)와 LPG 연료 공급 탱크부(200)와 연료 가스 공급 탱크부(300) 및 LPG 가스 밸브 유닛부(400)에 연결된 연료공급라인 각각에 연통하여 구비될 수 있다.

한편, 본 개시의 벙커링 스테이션부(100)와 LPG 연료 공급 탱크부(200)와 연료 가스 공급 탱크부(300) 및 LPG 가스 밸브 유닛부(400)의 각각의 탱크에는 안전밸브가 구비되며, 스팀증발기(310)와 전기증발기(320)를 연결하는 연료공급라인에는 온오프밸브가 구비 될 수 있다.

이상에서와 같은 LPG 선박 추진 시스템은, 추진용 엔진과 발전용 엔진에 연료를 동시에 공급하여 시스템의 단순화가 가능하고, 발전기 등으로부터 발생된 폐열을 공급하여 열교환하도록 함으로써 열교환을 위해 사용되는 글리콜 워터를 공급하기 위한 배관 및 이를 위한 제반시설이 필요하지 않아 경제적이면서 라인 단순화를 통한 구조의 개선이 가능한 장점을 갖는다.

개시된 내용은 예시에 불과하며, 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 개시된 내용의 보호범위는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 않는다.

100 : 벙커링 스테이션부
110 : 로딩 항구
120 : 온오프밸브
200 : LPG 연료 공급 탱크부
210 : LPG 탱크
220 : LPG 펌프
300 : 연료 가스 공급 탱크부
310 : 스팀증발기
311 : 쉘
312 : 오일인렛
313 : 격벽
314 : 워터인렛
315 : 워터아웃렛
316 : 핀
317 : 삽입공
320 : 전기증발기
400 : LPG 가스 밸브 유닛부
410 : LPG 가스 밸브 유닛
500 : 가스터빈
600 : 열교환부
610 : 스팀인렛
620 : 스팀아웃렛

Claims

액화석유가스의 생산지인 로딩으로부터 LPG를 운반선에 공급하도록 구비된 벙커링 스테이션부;
상기 운반선에 구비되며 상기 벙커링 스테이션부로부터 상기 LPG를 공급받아 저장하는 LPG 연료 공급 탱크부;
상기 LPG 연료 공급 탱크부로부터 상기 LPG를 공급받아 기화시키는 연료 가스 공급 탱크부; 및
상기 연료 가스 공급 탱크부로부터 기화된 상기 LPG를 공급받아 저장하고 상기 운반선의 가스터빈으로 전달되게 하는 LPG 가스 밸브 유닛부;를 포함하며,
연료 가스 공급 탱크부는,
LPG 연료 공급 탱크부로부터 공급받은 상기 LPG를 스팀으로 열교환하여 기화하는 스팀증발기(310)와, 상기 스팀증발기(310)로부터 공급받은 상기 LPG를 전기로 열교환하여 기화하는 전기증발기로 이루어지며,
상기 스팀증발기(310)는, 쉘(311), 상부챔버, 하부챔버, 배플, 튜브를 포함하며,
상기 쉘(311)은 상부측 측면에 오일이 유입되는 오일인렛(312)과 하부측 측면에 오일이 배출되는 오일아웃렛이 구비되며, 내부에 오일이 유동되는 공간이 형성된 원통형으로 구비되며,
상기 상부챔버는 오일인렛(312)이 구비된 상기 쉘(311)의 상부를 개폐하며, 이를 위해 원형 단면을 갖는 상기 쉘(311)의 상부를 개폐되게 반구형 형태를 가진 금속체로 구비되어 플랜지 결합되고,
상기 하부챔버는 오일아웃렛이 구비된 상기 쉘(311)의 하부를 개폐하고, 유체가 공급 및 배출되는 워터인렛(314)과 워터아웃렛(315)이 구비되며,
상기 하부챔버는 상기 상부챔버와 같은 반구형 형태를 가진 금속체로 쉘(311)의 하부에 플랜지 결합되되, 반구형태의 하부측에 상기 워터인렛(314)과 상기 워터아웃렛(315)이 상호 이격되며 구비되며,
배플은 상기 쉘(311)의 내부에 서로 이격되며 지그재그 형식으로 교대 배치되어 상기 쉘(311)의 공간을 다수의 파티션으로 구획하며,
튜브(도시하지 않음)는 상기 워터인렛(314)으로부터 공급된 유체가 상기 쉘(311)을 통과하여 상기 워터아웃렛(315)으로 배출되도록 배플을 관통하여 상기 쉘(3l1)의 길이방향으로 구비되고,
상기 튜브는 이너튜브와 아우터튜브의 각각의 단부측에 이너튜브시트와 아우터튜브시트가 구비되고, 상기 튜브의 양단부가 각각 위치되는 쉘(311)의 상부측과 하부측에서 하부측에 결합된 하부챔버는 워터인렛과 워터아웃렛이 분리되게 내부가 구획되어 상기 워터인렛(314)으로 공급된 유체가 상기 하부챔버 내부,상기 쉘(311)과 상기 상부챔버(110) 내부 및 상기 쉘(311)을 거쳐 상기 워터아웃렛(315)으로 배출되는 2패스 순환으로 일방향 유동되는 것을 것을 특징으로 하는 LPG 선박 추진 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 LPG 연료 공급 탱크부와 상기 연료 가스 공급 탱크부의 연료공급라인에는 상기 LPG를 상기 연료 가스 공급 탱크부로 전달하도록 가압하는 LPG 펌프가 구비된 것을 특징으로 하는 LPG 선박 추진 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 스팀증발기는 상기 LPG를 기화시 열교환을 위한 온도가 되도록 폐열을 이용하는 열교환부의 열을 이용하여 상기 LPG를 가열하는 것을 특징으로 하는 LPG 선박 추진 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 열교환부는 운반선에 구비된 발전기로부터 발생된 스팀 형태의 폐열을 이용하는 것을 특징으로 하는 LPG 선박 추진 시스템.
청구항 1에 있어서,
벙커링 스테이션부로부터 상기 LPG 가스 밸브 유닛부로 상기 LPG를 공급하는 연료공급라인에는 벤트마스트가 구비된 것을 특징으로 하는 LPG 선박 추진 시스템.