KR102269400B1 - 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선체에 설치되고 제1연료를 저장하기 위한 제1연료탱크, 상기 제1연료탱크에 연결되게 설치되고 상기 제1연료를 개질시키기 위한 개질기, 상기 개질기에 연결되게 설치되고 상기 개질기에서 배출되는 제1연료로부터 수소, 일산화탄소 및 메탄을 분리시키기 위한 분리기, 상기 분리기에서 분리된 수소와 일산화탄소를 이용해 물을 가열하여 스팀(H2O)을 생성하기 위한 보일러, 상기 제1연료탱크와 이격된 위치에 위치하도록 상기 선체에 설치되고 제2연료를 저장하기 위한 제2연료탱크, 및 유해물질의 배출이 제한되는 제1영역, 및 상기 제1영역을 제외한 제2영역에 따라 상기 분리기로부터 배출되는 메탄 및 상기 제2연료 중 적어도 하나를 이용하여 선체를 추진시키기 위한 구동력을 발생시키는 엔진을 포함하는 선박에 관한 것이다.

Description

선박{Ship}
본 발명은 환경 친화적인 선박에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 추진력을 발생시키기 위한 엔진, 전기를 생산하기 위한 엔진 등 여러 엔진을 포함한다. 이러한 엔진이 배출하는 배기가스에는 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등과 같이 환경을 오염시키는 유해물질이 포함되어 있다.
최근에는 국제해사기구(IMO)가 해양의 환경규제를 위하여 해양을 배기가스 배출이 제한되는 배출제한구역(Emission Control Area) 및 배출제한구역 이외의 무제한구역(Global)으로 구분하여, 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)에 대하여 규제하고 있을 뿐만 아니라 이산화탄소(CO2) 배출량에 대해서도 규제를 하고 있다.
한편, 종래 기술에 따른 선박은 고유황연료유(High Sulfur Fuel Oil, HFO)와 디젤유(Marine Diesel Oil, MDO)를 연료로 사용하는 혼소엔진(Dual Fuel Engine)을 이용하여 추진한다. 그러나, 전술한 바와 같이 최근 환경규제가 강화됨에 따라 고유황연료유(HFO)와 디젤유(MDO)만을 이용하여 선박을 항해하는 것이 어려워지고 있는 실정이다. 따라서, 상기와 같은 환경규제를 만족시키기 위해 다음과 같은 방안이 마련되고 있다.
첫째, 고유황연료유(HFO)와 디젤유(MDO)에 비해 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)과 같은 유해물질의 배출이 적은 액화천연가스(LNG)를 연료로 사용하는 제1방안이 있다. 그러나, 제1방안은 액화천연가스(LNG)를 저장하기 위한 LNG탱크가 고가(高價)이므로 설치비용이 많이 드는 문제가 있다.
둘째, LNG탱크에 비해 저렴한 압축천연가스(CNG)를 연료로 사용하는 제2방안이 있다. 그러나, 제2방안은 200바(Bar)에서 300바(Bar)의 고압 CNG탱크를 설치하여야 하므로, 폭발과 같은 안전사고가 발생할 수 있는 위험이 클 뿐만 아니라, LNG탱크 대비 큰 저장용량이 필요하므로 한정된 크기를 갖는 선박에서 LNG탱크를 설치할 경우에 비해 화물 적재량이 상대적으로 적은 문제가 있다.
셋째, 액화천연가스(LNG)에 비해 운전비용 및 투자비가 저렴한 액화석유가스(LPG)를 연료로 사용하는 제3방안이 있다. 그러나, 제3방안은 액화석유가스(LPG)의 메탄가(Methane Number, MN)가 낮은 문제가 있다.
따라서, 강화되는 환경규제를 만족시키면서 상기와 같은 문제점들을 해결할 수 있는 기술의 개발이 절실히 필요하다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 액화천연가스(LNG) 또는 압축천연가스(CNG)를 대체하는 연료를 사용하고 환경규제를 만족시킬 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 선박은 선체에 설치되고 제1연료를 저장하기 위한 제1연료탱크; 상기 제1연료탱크에 연결되게 설치되고 상기 제1연료를 개질시키기 위한 개질기; 상기 개질기에 연결되게 설치되고 상기 개질기에서 배출되는 제1연료로부터 수소, 일산화탄소 및 메탄을 분리시키기 위한 분리기; 상기 분리기에서 분리된 수소와 일산화탄소를 이용해 물을 가열하여 스팀(H2O)을 생성하기 위한 보일러; 상기 제1연료탱크와 이격된 위치에 위치하도록 상기 선체에 설치되고 제2연료를 저장하기 위한 제2연료탱크; 및 유해물질의 배출이 제한되는 제1영역, 및 상기 제1영역을 제외한 제2영역에 따라 상기 분리기로부터 배출되는 메탄 및 상기 제2연료 중 적어도 하나를 이용하여 선체를 추진시키기 위한 구동력을 발생시키는 엔진을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 선박은 상기 제1연료탱크와 상기 개질기를 연결하는 제1배관, 상기 제1배관에 설치되고 상기 제1배관을 개폐하기 위한 제1밸브, 상기 제2연료탱크와 상기 엔진을 연결하는 제2배관, 상기 제2배관에 설치되고 상기 제2배관을 개폐하기 위한 제2밸브, 및 상기 제1밸브와 상기 제2밸브에 연결되게 설치되고 상기 제1밸브와 상기 제2밸브를 제어하기 위한 제어부를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 제1영역에서 상기 제1배관이 개방되고, 상기 제2배관이 폐쇄되도록 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 제어부는 상기 제2영역에서 상기 제2배관이 개방되고, 상기 제1배관이 개방 또는 폐쇄되도록 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 선박은 상기 개질기에 공급되는 제1연료가 가열되도록 상기 개질기로 공급되는 제1연료, 및 상기 보일러에서 발생하는 열을 열교환시키는 제1열교환부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 개질기는 상기 보일러에서 생성된 스팀(H2O), 및 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 제1연료를 개질시킬 수 있다.
본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 개질기는 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 스팀(H2O)을 공급받아 상기 제1연료를 개질시킬 수 있다.
본 발명에 따른 선박은 상기 개질기와 상기 분리기 사이에 위치하도록 설치되고, 상기 개질기에서 배출되는 제1연료를 압축하기 위한 압축기를 포함할 수 있다. 상기 압축기는 상기 개질기에서 배출되는 제1연료의 압력이 기설정된 기준압력이하일 경우 상기 제1연료를 압축할 수 있다.
본 발명에 따른 선박은 물을 공급하기 위한 물공급부, 및 상기 압축기에 공급되는 제1연료가 냉각되도록 상기 개질기에서 배출되는 제1연료 및 상기 물공급부에서 공급되는 물을 열교환시키는 제2열교환부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 선박은 상기 분리기로부터 배출되는 수소를 공급받아 전기를 생산하기 위한 연료전지를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 제1열교환부는 상기 연료전지에서 발생하는 열을 추가로 이용하여 상기 개질기에 공급되는 제1연료를 가열시킬 수 있다.
본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 제1연료는 액화석유가스(LPG), 디젤유(MDO), 프로판/부탄가스 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 개질기는 200℃ - 500 ℃의 온도 조건에서 운전할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 액화천연가스(LNG) 또는 압축천연가스(CNG)를 대체하여 액화석유가스(LPG)와 같은 연료의 메탄가를 높일 수 있도록 구현됨으로써, 구역에 따라 다양한 연료를 사용할 수 있으므로 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)과 같은 유해물질의 배출량을 감소시켜 환경규제를 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 액화천연가스(LNG)를 사용하는 경우에 비해 설치비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 개략적인 블록도
도 2는 본 발명에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 3은 본 발명에 따른 선박에서 제1열교환부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 4는 본 발명에 따른 선박에서 압축기를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 5는 본 발명에 따른 선박에서 제2열교환부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 6은 본 발명에 따른 선박에서 연료전지를 설명하기 위한 개략적인 블록도
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 선박에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 개략적인 블록도, 도 2는 본 발명에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 3은 본 발명에 따른 선박에서 제1열교환부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 4는 본 발명에 따른 선박에서 압축기를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 5는 본 발명에 따른 선박에서 제2열교환부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 6은 본 발명에 따른 선박에서 연료전지를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 1 내지 도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 선박(1)은 강화된 환경규제를 만족시키기 위해 해상지역에 따라 다양한 연료를 이용하여 추진력을 얻기 위한 것이다. 특히, 본 발명에 따른 선박(1)은 고가의 설치비용이 요구되는 액화천연가스(LNG), 폭발 위험이 높은 압축천연가스(CNG)를 대체한 액화석유가스(LPG)를 메탄가(MN)를 높여 엔진의 연료로 사용하여 추진할 수 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 선박(1)은 크게 제1연료탱크(2), 개질기(3), 분리기(4), 보일러(5), 제2연료탱크(6) 및 엔진(7)을 포함한다.
본 발명에 따른 선박(1)은 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등과 같은 유해물질의 배출이 제한되는 제1영역, 및 상기 제1영역을 제외한 제2영역에 따라 사용하는 연료를 달리하여 추진할 수 있다. 예컨대, 상기 제1영역은 배출제한구역(Emission Control Area, ECA)일 수 있다. 본 발명에 따른 선박(1)은 제1영역에서 액화석유가스(LPG)를 연료로 이용하여 항해할 수 있다. 상기 제2영역은 유해물질의 배출량이 완화되는 배출완화구역(Global)일 수 있다. 상기 배출완화구역(Global)은 공해상(公海上)일 수 있다. 본 발명에 따른 선박(1)은 제2영역에서 고유황연료유(HFO) 및 액화석유가스(LPG) 중 적어도 하나의 연료를 이용하여 항해할 수 있다.
이하에서는 상기 제1연료탱크(2), 상기 개질기(3), 상기 분리기(4), 상기 보일러(5), 상기 제2연료탱크(6) 및 상기 엔진(7)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 6을 참고하면, 상기 제1연료탱크(2)는 제1연료를 저장하기 위한 것이다. 상기 제1연료는 액화석유가스(LPG), 디젤유(MDO), 프로판/부탄가스 중 어느 하나일 수 있다. 상기 제1연료탱크(2)는 선체에 설치될 수 있다. 상기 선체는 본 발명에 따른 선박(1)의 몸체를 형성한다. 상기 제1연료탱크(2)는 선체의 내부에 설치될 수 있지만, 선체의 외부에 설치될 수도 있다. 상기 제1연료탱크(2)는 전체적으로 내부가 비어 있는 직방체로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 내부에 제1연료를 저장할 수 있는 형태이면 내부가 비어 있는 원통형태, 구(球) 형태 등 다른 형태로 형성될 수도 있다. 상기 제1연료탱크(2)는 상기 엔진(7)에 제1연료를 공급할 수 있도록 상기 개질기(3)에 연결될 수 있다. 예컨대, 상기 제1연료탱크(2)는 후술할 제1배관(8)을 통해 상기 개질기(3)에 연결될 수 있다. 상기 제1배관(8)은 제1연료가 이동할 수 있는 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다.
상기 개질기(3)는 제1연료를 개질시키기 위한 것이다. 상기 개질기(3)는 상기 제1연료탱크(2)에 연결되게 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 개질기(3)는 상기 제1연료탱크(2)로부터 제1연료를 공급받을 수 있다. 상기 개질기(3)는 상기 보일러(5)에 관로를 통해 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 개질기(3)는 상기 보일러(5)로부터 스팀(H2O)을 공급받을 수 있다. 상기 개질기(3)는 상기 제1연료탱크(2)로부터 공급되는 제1연료 및 상기 보일러(5)로부터 공급되는 스팀(H2O)의 개질반응을 진행하여 수소(H2), 일산화탄소(CO), 및 메탄(CH4)을 포함하는 개질가스를 발생시킨다. 이 경우, 상기 개질기(3)는 상기 엔진(7)으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 제1연료를 개질시킬 수 있다. 이 때, 상기 개질기(3)로부터 물 또는 스팀(H2O)이 잉여물질로 배출될 수 있다. 상기 개질기(3)는 200℃ - 500 ℃의 온도 조건에서 운전할 수 있다. 상기 개질기(3)는 상기 보일러(5)에서 공급되는 스팀(H2O) 뿐만 아니라, 상기 엔진(7)으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 스팀(H2O)을 추가로 공급받아 제1연료를 개질반응시키는데 사용할 수도 있다. 상기 엔진(7)의 배기가스에 포함된 스팀(H2O)은 응축기(미도시) 및 기수분리기(미도시) 등을 통해 상기 엔진(7)의 배기가스로부터 추출될 수 있다. 상기 개질기(3)로부터 배출되는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 및 메탄(CH4)을 포함하는 개질가스는 상기 분리기(4)로 공급될 수 있다.
상기 개질기(3)는 개질반응을 촉발시키는 개질촉매층을 포함하여 구현된다. 개질촉매층은 개질촉매가 담체에 담지된 촉매를 충전한 구조로 이루어진다. 개질촉매는 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 백금(Pt) 등으로 이루어지며, 촉매를 담지하는 담체의 형상은, 예컨대 입상, 펠릿형상 및 허니컴형상 등이 될 수 있고, 담체를 구성하는 재료는 세라믹, 내열성금속 등, 예컨대 알루미나(Al2O3)나 티타니아(TiO2) 등이 될 수 있다. 상기 개질기(3)는 프리리포머(Pre-Reformer)일 수 있다.
상기 분리기(4)는 상기 개질기(3)에 연결되게 설치될 수 있다. 상기 분리기(4)는 관 또는 파이프와 같은 관로를 통해 상기 개질기(3)에 연결될 수 있다. 상기 분리기(4)는 상기 개질기(3)에서 배출되는 제1연료로부터 수소(H2), 일산화탄소(CO), 및 메탄(CH4)을 분리시키기 위한 것이다. 상기 분리기(4)는 상기 개질기(3)에서 공급되는 개질반응된 제1연료를 분자량에 따라 분리할 수 있다. 예컨대, 상기 분리기(4)는 상기 제1연료에서 분자량이 작은 수소(H2)와 일산화탄소(CO)를 분리시키고, 분자량이 큰 메탄(CH4)을 상기 엔진(7)으로 통과시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 분리기(4)는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 및 메탄(CH4)을 분리시킬 수 있다. 상기 분리기(4)에서 분리된 수소(H2)와 일산화탄소(CO)는 상기 보일러(5)로 공급될 수 있다. 상기 분리기(4)에서 분리된 메탄(CH4)은 상기 엔진(7)으로 공급되어 본 발명에 따른 선박(1)을 추진시키기 위한 연료로 사용될 수 있다. 상기 분리기(4)는 멤브레인분리기(Membrane Separator)일 수 있다.
상기 보일러(5)는 상기 분리기(4)에서 분리되어 공급되는 수소(H2)와 일산화탄소(CO)를 이용해 물을 가열하여 스팀(H2O)을 생성하기 위한 것이다. 상기 보일러(5)는 상기 분리기(4)와 상기 개질기(3) 사이에 위치하도록 상기 선체에 설치될 수 있다. 상기 보일러(5)는 관로를 통해 상기 분리기(4)와 상기 개질기(3)에 각각 결합될 수 있다. 상기 보일러(5)는 상기 수소(H2)와 상기 일산화탄소(CO)를 연소시켜 발생하는 연소열로 물을 가열하여 스팀(H2O)을 생성할 수 있다. 상기 보일러(5)에 공급되는 물은 후술할 물공급부에서 공급될 수 있다. 상기 보일러(5)에서 생성된 스팀(H2O)은 상기 제1연료를 개질시키기 위해 상기 개질기(3)로 공급될 수 있다. 상기 보일러(5)는 후술할 제1열교환부에 연결되게 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 보일러(5)는 상기 수소(H2)와 상기 일산화탄소(CO) 연소 시 발생하는 배기가스를 상기 제1열교환부로 공급할 수 있다. 상기 보일러(5)의 배기가스의 폐열은 상기 제1열교환부로 공급되어 상기 개질기(3)로 공급되는 제1연료를 가열하기 위한 열원으로 사용될 수 있다.
상기 제2연료탱크(6)는 상기 제2연료를 저장하기 위한 것이다. 상기 제2연료는 상기 제1연료와 다른 종류의 연료일 수 있다. 예컨대, 상기 제2연료는 고유황연료유(HFO)일 수 있다. 상기 제2연료탱크(6)는 상기 제1연료탱크(2)와 이격된 위치에 위치하도록 상기 선체에 설치될 수 있다. 상기 제2연료탱크(6)는 선체의 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 상기 제2연료탱크(6)는 전체적으로 내부가 비어 있는 직방체로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 내부에 제2연료를 저장할 수 있는 형태이면 내부가 비어 있는 원통형태, 구(球) 형태 등 다른 형태로 형성될 수도 있다. 상기 제2연료탱크(2)는 상기 엔진(7)에 연결되게 설치될 수 있다. 상기 제2연료탱크(2)는 관 또는 파이프와 같은 관로를 통해 상기 엔진(7)에 연결될 수 있다. 상기 제2연료탱크(2)와 상기 엔진(7)을 연결하는 관로는 후술할 제2배관(10)일 수 있다. 이에 따라, 상기 엔진(7)은 상기 제2연료탱크(2)로부터 제2연료를 공급받아 본 발명에 따른 선박(1)을 추진시키기 위한 동력을 발생시킬 수 있다.
상기 엔진(7)은 선체를 추진시키기 위한 구동력을 발생시킨다. 상기 엔진(7)은 유해물질의 배출이 제한되는 제1영역, 및 상기 제1영역을 제외한 제2영역에 따라 상기 분리기(4)로부터 배출되는 메탄(CH4) 및 상기 제2연료 중 적어도 하나를 이용하여 구동력을 발생시킬 수 있다. 상기 제1영역은 배출제한구역(ECA)이고, 상기 제2영역은 배출완화구역(Global)일 수 있다. 상기 엔진(7)은 서로 다른 제1연료 및 제2연료를 각각 또는 동시에 사용할 수 있는 혼소엔진(Dual Fuel Engine)일 수 있다.
예컨대, 상기 엔진(7)은 제1영역에서 상기 액화석유가스(LPG)로부터 개질 및 분리되어 공급되는 메탄(CH4)을 연료로 이용하여 선체를 추진시키기 위한 구동력을 발생시킬 수 있다. 상기 액화석유가스(LPG)는 상기 제2연료인 고유황연료유(HFO)에 비해 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)과 같은 유해물질의 배출량이 적다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(1)은 상기 제1영역에서 액화석유가스(LPG)를 연료로 이용하여 항해할 수 있으므로 강화된 환경규제를 만족시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 선박(1)은 상기 개질기(3) 및 상기 분리기(4)를 이용하여 상기 액화석유가스(LPG)의 메탄가(MN)를 높일 수 있으므로, 상기 엔진(7)이 구동력을 발생시키기 위한 연료로 충분히 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(1)은 고가인 액화천연가스(LNG) 및 폭발위험이 큰 압축천연가스(CNG)를 사용하지 않아도 되므로, 설치비용 및 운영비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 안전사고가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
예컨대, 상기 엔진(7)은 제2영역에서 제2연료를 이용하여 선체를 추진시키기 위한 구동력을 발생시킬 수 있다. 상기 제2연료는 고유황연료유(HFO)일 수 있다. 상기 제2영역은 배출완화구역(Global)으로 배기가스에 포함된 유해물질의 배출이 완화되는 구역이다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(1)은 상기 제2영역에서 고유황연료유(HFO)를 연료로 이용하여 항해할 수 있으므로, 환경규제를 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 고출력으로 항해할 수 있으므로 화물, 사람 등을 이송하는 이송시간을 단축시킬 수 있다. 본 발명에 따른 선박(1)은 상기 제2영역에서 제2연료 및 제1연료를 함께 사용하여 선체를 추진시키기 위한 출력을 더욱 높임으로써, 화물, 사람 등을 이송하는 이송시간을 더욱 단축시킬 수 있다.
본 발명에 따른 선박(1)은 제1배관(8), 제1밸브(9), 제2배관(10), 제2밸브(11), 및 제어부(12)를 포함할 수 있다.
상기 제1배관(8)은 상기 개질기(3)에 제1연료가 공급되도록 상기 제1연료탱크(2)와 상기 개질기(3)를 연결하기 위한 것이다. 상기 제1배관(8)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 상기 제1배관(8)에는 상기 제1연료탱크(2)에서 상기 개질기(3)로 제1연료를 이송하기 위한 이송력을 제공하는 펌프가 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 개질기(3)는 상기 제1배관(8)을 통해 상기 제1연료탱크(2)로부터 제1연료를 공급받아 제1연료의 메탄가를 높이기 위해 제1연료를 개질반응시킬 수 있다.
상기 제1밸브(9)는 상기 제1배관(8)을 개폐하기 위한 것이다. 상기 제1밸브(9)는 상기 제1배관(8)에 설치될 수 있다. 상기 제1밸브(9)는 상기 제1배관(8)의 개도를 개방함으로써, 상기 제1연료탱크(2)에서 상기 개질기(3)로 제1연료를 공급할 수 있다. 상기 제1밸브(9)는 상기 제1배관(8)의 개도를 폐쇄함으로써, 상기 제1연료탱크(2)에서 상기 개질기(3)로 공급되는 제1연료를 차단할 수 있다. 상기 제1밸브(9)는 밸브(Valve)일 수 있다. 상기 제1밸브(9)는 상기 제어부(12)에 유선통신 및 무선통신 중 적어도 하나의 방법으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1밸브(9)는 상기 제어부(12)에 의해 제어되어 상기 제1배관(8)을 개폐할 수 있다.
상기 제2배관(10)은 상기 엔진(7)에 제2연료가 공급되도록 상기 제2연료탱크(6)와 상기 엔진(7)을 연결하기 위한 것이다. 상기 제2배관(10)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 상기 제2배관(10)에는 상기 제2연료탱크(6)에서 상기 엔진(7)으로 제2연료를 이송하기 위한 이송력을 제공하는 펌프가 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 엔진(7)는 상기 제2배관(10)을 통해 상기 제2연료탱크(6)로부터 제2연료를 공급받아 선체를 추진시키기 위한 구동력을 발생시킬 수 있다.
상기 제2밸브(11)는 상기 제2배관(10)을 개폐하기 위한 것이다. 상기 제2밸브(11)는 상기 제2배관(10)에 설치될 수 있다. 상기 제2밸브(11)는 상기 제2배관(10)의 개도를 개방함으로써, 상기 제2연료탱크(6)에서 상기 엔진(7)으로 제2연료를 공급할 수 있다. 상기 제2밸브(11)는 상기 제2배관(10)의 개도를 폐쇄함으로써, 상기 제2연료탱크(6)에서 상기 엔진(7)으로 공급되는 제2연료를 차단할 수 있다. 상기 제2밸브(11)는 밸브(Valve)일 수 있다. 상기 제2밸브(11)는 상기 제어부(12)에 유선통신 및 무선통신 중 적어도 하나의 방법으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2밸브(11)는 상기 제어부(12)에 의해 제어되어 상기 제2배관(10)을 개폐할 수 있다.
상기 제어부(12)는 상기 제1밸브(9) 및 상기 제2밸브(11)를 제어하기 위한 것이다. 상기 제어부(12)는 상기 선체가 제1영역 또는 제2영역에 위치함에 따라 상기 제1밸브(9) 및 상기 제2밸브(11)를 다르게 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 제어부(12)는 상기 선체가 상기 제1영역에 위치할 경우, 상기 제1배관(8)을 개방시키고, 상기 제2배관(10)이 폐쇄되도록 상기 제1밸브(9) 및 상기 제2밸브(11)를 제어할 수 있다. 이 경우, 상기 엔진(7)은 상기 분리기(4)로부터 메탄(CH4)이 포함된 제1연료를 공급받아 선체를 추진시키기 위한 구동력을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(1)은 제1영역에서 유해물질의 배출량을 감소시킴으로써, 강화된 환경규제를 만족시키면서 항해할 수 있다.
예컨대, 상기 제어부(12)는 상기 선체가 상기 제2영역에 위치할 경우, 상기 제2배관(10)을 개방시키고, 상기 제1배관(8)이 폐쇄되도록 상기 제1밸브(9) 및 상기 제2밸브(11)를 제어할 수 있다. 이 경우, 상기 엔진(7)은 상기 제2연료탱크(6)로부터 제2연료를 공급받아 선체를 추진시키기 위한 구동력을 발생시킬 수 있다. 상기 제어부(12)는 상기 선체가 상기 제2영역에 위치할 경우, 상기 선체에 대한 추진력을 높이기 위해 상기 제2배관(10)과 상기 제1배관(8)을 모두 개방할 수 있다. 이 경우, 상기 엔진(7)은 상기 제1연료와 상기 제2연료를 모두 공급받아 구동력을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(1)은 제2영역에서 제1연료만을 이용하여 항해하는 경우에 비해 상기 제2연료 또는 상기 제2연료와 상기 제1연료를 모두 연료로 사용하여 선체를 추진시키기 위한 추진력을 높일 수 있으므로, 화물, 사람을 이송시키는데 걸리는 이송시간을 단축시킬 수 있다. 상기 제어부(12)는 상기 선체의 위치를 파악하기 위해 위치추적장치(GPS)(미도시)에 연결되게 설치될 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 선박(1)은 제1열교환부(13)를 포함할 수 있다.
상기 제1열교환부(13)는 상기 제1밸브(9)와 상기 개질기(3) 사이에 위치하도록 상기 선체에 설치될 수 있다. 상기 제1열교환부(13)는 상기 개질기(3)에 공급되는 제1연료를 가열하기 위한 것이다. 상기 제1열교환부(13)는 상기 제어부(12)에 의해 상기 제1배관(8)이 개방되면, 제1연료를 공급받을 수 있다. 상기 제1열교환부(13)는 상기 제1연료탱크(2)에서 상기 개질기(3)로 공급되는 제1연료, 및 상기 보일러(5)에서 발생하는 열을 열교환시킴으로써, 상기 개질기(3)에 공급되는 제1연료를 가열할 수 있다. 예컨대, 상기 보일러(5)에서 발생하는 열은 상기 보일러(5)에서 배출되는 배기가스의 폐열일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1열교환부(13)는 상기 보일러(5)에서 배출되는 배기가스, 및 상기 제1연료탱크(2)에서 공급되는 제1연료를 열교환시킬 수 있다. 이 경우, 상기 보일러(5)에서 배출되는 배기가스의 폐열이 제1연료를 가열하기 위한 열원이 될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(1)은 상기 개질기(3)에 공급되는 제1연료를 미리 가열시킴으로써, 상기 개질기(3)에서 제1연료에 대한 개질반응 속도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(1)은 제1연료에 포함된 수소(H2), 일산화탄소(CO), 및 메탄(CH4)을 신속하게 생성할 수 있다. 상기 제1열교환부(13)는 후술할 연료전지로부터 발생하는 열을 추가로 공급받아 상기 개질기(3)에 공급되는 제1연료를 가열할 수도 있다.
도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 선박(1)은 압축기(14)를 포함할 수 있다.
상기 압축기(14)는 상기 개질기(3)에서 배출되는 제1연료를 압축하기 위한 것이다. 상기 압축기(14)는 상기 개질기(3)와 상기 분리기(4) 사이에 위치하도록 상기 선체에 설치될 수 있다. 상기 압축기(14)는 컴프레셔(Compressor)일 수 있다. 상기 압축기(14)는 상기 개질기(3)에서 개질반응되어 배출되는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 및 메탄(CH4)을 압축시킬 수 있다. 상기 압축기(14)는 상기 개질기(3)에서 배출되는 제1연료의 압력이 기설정된 기준압력 이하일 경우 상기 제1연료를 압축할 수 있다. 상기 기준압력은 상기 분리기(4)가 제1연료에 포함된 수소(H2), 일산화탄소(CO), 및 메탄(CH4)을 분리시킬 수 있는 압력을 의미하며, 작업자에 의해 미리 설정될 수 있다. 예컨대, 상기 기준압력은 2바(Bar)일 수 있다. 상기 압축기(14)는 상기 개질기(3)에서 공급되는 제1연료의 압력이 2바(Bar)이하일 경우, 상기 제1연료를 압축할 수 있다. 이에 따라, 상기 분리기(4)는 상기 압축기(14)에서 압축된 제1연료를 공급받을 수 있다. 상기 분리기(4)가 공급받는 압축된 제1연료의 압력은 10바(Bar)이하일 수 있다. 따라서, 상기 분리기(4)는 상기 제1연료에서 수소(H2), 일산화탄소(CO), 및 메탄(CH4)을 용이하게 분리시킬 수 있다. 상기 분리기(4)에서 분리된 수소(H2)와 일산화탄소(CO)는 상기 보일러(5)로 공급될 수 있다. 상기 분리기(4)에서 분리된 메탄(CH4)은 상기 엔진(7)으로 공급될 수 있다. 상기 분리기(4)에서 분리된 수소(H2) 중 일부는 후술할 연료전지(17)로 공급될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(1)은 상기 분리기(4)에 공급되는 제1연료의 압력이 기준압력이하일 경우 상기 제1연료의 압력을 높이도록 구현됨으로써, 상기 분리기(4)가 제1연료에 포함된 메탄(CH4)을 용이하게 분리하도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(1)은 기준압력 이하 시 상기 엔진(7)에 공급되는 메탄(CH4)의 양이 급격하게 감소되는 것을 방지함으로써, 상기 선체를 추진시키기 위한 추진력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 선박(1)은 물공급부(15) 및 제2열교환부(16)를 포함할 수 있다.
상기 물공급부(15)는 물을 공급하기 위한 것이다. 상기 물공급부(15)는 선체의 내부 또는 외부에 위치하는 물을 상기 제2열교환부(16)에 공급할 수 있다. 상기 물공급부(15)는 상기 제2열교환부(16)에 연결되게 설치되는 관로, 물을 이송하기 위한 이송력을 제공하는 펌프(Pump), 및 물을 저장하기 위한 물탱크를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 물공급부(15)는 상기 제2열교환부(16)에 물을 공급할 수 있다.
상기 제2열교환부(16)는 상기 압축기(14)에 공급되는 제1연료를 냉각시키기 위한 것이다. 또한, 상기 제2열교환부(16)는 상기 개질기(3)에서 미반응된 스팀(H2O)을 응축 및 분리시킬 수 있다. 상기 제2열교환부(16)에서 분리된 스팀(H2O)은 상기 개질기(3)로 공급될 수 있다. 상기 제2열교환부(16)는 상기 개질기(3)와 상기 압축기(14) 사이에 위치하도록 상기 선체에 설치될 수 있다. 상기 제2열교환부(16)는 상기 개질기(3)에서 배출되는 제1연료, 및 상기 물공급부(15)에서 공급되는 물을 열교환시킴으로써, 상기 압축기(14)에 공급되는 제1연료를 냉각시킬 수 있다. 이 경우, 상기 물공급부(15)에서 공급되는 물이 제1연료를 냉각시키기 위한 냉각매체가 될 수 있다. 상기 제2열교환부(16)에서 제1연료에 의해 가열된 물은 스팀(H2O)으로 상변화되어 상기 개질기(3)에 공급될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(1)은 상기 압축기(14)에 공급되는 제1연료를 냉각시킴으로써, 상기 압축기(14)가 압축하는 제1연료의 압축률을 증대시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(1)은 상기 엔진(7)에 공급되는 메탄(CH4)의 양을 증가시킴으로써, 선체를 추진시키기 위한 구동력을 높일 수 있다.
도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 선박(1)은 연료전지(17)를 더 포함할 수 있다.
상기 연료전지(17)는 상기 선체에 설치되는 유틸리티(Utility)들이 사용하는 전기를 생산하기 위한 것이다. 상기 연료전지(17)에서 생산된 전기는 전기모터가 선체를 추진시키기 위한 구동력을 발생시키는데 사용될 수도 있다. 상기 연료전지(17)는 관 또는 파이프와 같은 관로를 통해 일측이 상기 분리기(4)에 연결되게 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지(17)는 상기 분리기(4)로부터 분리되는 수소(H2)를 공급받을 수 있다. 상기 수소(H2)는 상기 연료전지(17)의 연료로 사용될 수 있다. 상기 연료전지(17)는 타측이 상기 제1열교환부(13)에 연결되게 설치될 수 있다. 상기 연료전지(17)는 연료전지 스택(Stack)을 포함하여 구현된다. 상기 연료전지 스택은 공기극(Cathode)과 연료극(Anode) 사이에 전해질(Electrolyte)층이 형성되고, 연료극(Anode)에는 수소(H2)가 연료로 공급되고 공기극(Cathode)에는 공기가 공급될 수 있다. 상기 연료전지(17)는 분리판이 설치되어 있는 단위전지 모듈을 필요수량만큼 직렬 연결된 형태로 구성될 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지(17)는 전기를 생산할 수 있다. 상기 연료전지(17)는 고체산화물 연료전지(SOFC)일 수 있다. 상기 연료전지(17)는 상기 분리기(4)로부터 수소(H2)를 공급받아 약 650~1000℃에서 운전될 수 있다. 상기 연료전지(17)는 연료극(Anode)에서 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2)와 같은 전기화학 미반응물질, 미반응 수소(H2)와 같은 잔여물질, 및 반응생성물인 물(액체 또는 기체상태로서의 H2O)을 배출할 수 있다. 상기 연료전지(17)는 공기극(Cathode)에서 미반응 산소(O2) 및 질소(N2) 등을 배출할 수 있다.
상기 제1열교환부(13)는 상기 보일러(5)에서 발생하는 열 뿐만 아니라, 상기 연료전지(17)에서 발생하는 열을 추가로 이용하여 상기 개질기(3)에 공급되는 제1연료를 가열할 수 있다. 상기 연료전지(17)의 연료극(Anode) 또는 공기극(Cathode)에서 배출되는 물질 중 적어도 하나는 관 또는 파이프와 같은 관로를 통해 상기 제1열교환부(13)로 공급될 수 있다. 상기 연료전지(17)에서 배출되는 물질들은 약 600~800℃의 고온 상태이므로 상기 제1열교환부(13)에 공급되는 제1연료를 가열할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(1)은 상기 제1열교환부(13)에서 제1연료를 가열하기 위한 가열장치를 별도로 설치할 필요가 없으므로, 상기 개질기(3)에 공급되는 제1연료를 예열시키기 위한 설치비용을 절감할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 선박(1)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 선박(1)은 제1영역 및 제2영역에 따라 서로 다른 연료를 사용하도록 구현됨으로써, 영역에 따라 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)과 같은 유해물질의 배출량을 조절하여 강화된 환경규제를 만족시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 선박(1)은 고가의 액화천연가스(LNG) 및 폭발위험이 큰 압축천연가스(CNG)를 사용하지 않고 액화석유가스(LPG)를 연료로 사용하여 선체를 추진시킬 수 있으므로, 상기 액화천연가스(LNG)를 연료로 사용하여 선체를 추진시키는 경우에 비해 운전비용 및 투자비를 절약할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 선박(1)은 개질기(3) 및 분리기(4)를 이용하여 액화석유가스(LPG)의 메탄가를 높일 수 있으므로, 액화석유가스(LPG)를 선체를 추진시키기 위한 엔진(7)의 연료로 충분히 사용할 수 있다.
넷째, 본 발명에 따른 선박(1)은 상기 분리기(4)로부터 분리된 수소(H2) 중 일부를 연료전지(17)의 연료로 사용함으로써, 전자제품들이 사용할 수 있는 전기를 생산할 수 있다.
다섯째, 본 발명에 따른 선박(1)은 상기 연료전지(17)에서 배출되는 고온의 물질을 이용하여 상기 개질기(3)에 공급되는 제1연료를 미리 가열시킬 수 있으므로, 상기 제1연료를 예열시키기 위한 가열장치를 별도로 설치하지 않아도 되므로 제1연료의 예열에 필요한 설치비용을 절감할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
1 : 선박
2 : 제1연료탱크 3 : 개질기
4 : 분리기 5 : 보일러
6 : 제2연료탱크 7 : 엔진
8 : 제1배관 9 : 제1밸브
10 : 제2배관 11 : 제2밸브
12 : 제어부 13 : 제1열교환부
14 : 압축기 15 : 물공급부
16 : 제2열교환부 17 : 연료전지

Claims (12)

  1. 선체에 설치되고 제1연료를 저장하기 위한 제1연료탱크;
    상기 제1연료탱크에 연결되게 설치되고 상기 제1연료를 개질시키기 위한 개질기;
    상기 개질기에 연결되게 설치되고 상기 개질기에서 배출되는 제1연료로부터 수소, 일산화탄소 및 메탄을 분리시키기 위한 분리기;
    상기 분리기에서 분리된 수소와 일산화탄소를 이용해 물을 가열하여 스팀(H2O)을 생성하기 위한 보일러;
    상기 제1연료탱크와 이격된 위치에 위치하도록 상기 선체에 설치되고 제2연료를 저장하기 위한 제2연료탱크; 및
    유해물질의 배출이 제한되는 제1영역, 및 상기 제1영역을 제외한 제2영역에 따라 상기 분리기로부터 배출되는 메탄 및 상기 제2연료 중 적어도 하나를 이용하여 선체를 추진시키기 위한 구동력을 발생시키는 엔진을 포함하며,
    상기 개질기와 상기 분리기 사이에 위치하도록 설치되고, 상기 개질기에서 배출되는 제1연료를 압축하기 위한 압축기를 포함하고,
    상기 압축기는 상기 개질기에서 배출되는 제1연료의 압력이 기설정된 기준압력이하일 경우 상기 제1연료를 압축하는 선박.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1연료탱크와 상기 개질기를 연결하는 제1배관;
    상기 제1배관에 설치되고 상기 제1배관을 개폐하기 위한 제1밸브;
    상기 제2연료탱크와 상기 엔진을 연결하는 제2배관;
    상기 제2배관에 설치되고 상기 제2배관을 개폐하기 위한 제2밸브; 및
    상기 제1밸브와 상기 제2밸브에 연결되게 설치되고 상기 제1밸브와 상기 제2밸브를 제어하기 위한 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1영역에서 상기 제1배관이 개방되고, 상기 제2배관이 폐쇄되도록 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2영역에서 상기 제2배관이 개방되고, 상기 제1배관이 개방 또는 폐쇄되도록 상기 제1밸브 및 상기 제2밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 개질기에 공급되는 제1연료가 가열되도록 상기 개질기로 공급되는 제1연료, 및 상기 보일러에서 발생하는 열을 열교환시키는 제1열교환부를 포함하는 선박.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 개질기는 상기 보일러에서 생성된 스팀(H2O), 및 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 제1연료를 개질시키는 것을 특징으로 하는 선박.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 개질기는 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 스팀(H2O)을 공급받아 상기 제1연료를 개질시키는 것을 특징으로 하는 선박.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    물을 공급하기 위한 물공급부; 및
    상기 압축기에 공급되는 제1연료가 냉각되도록 상기 개질기에서 배출되는 제1연료, 및 상기 물공급부에서 공급되는 물을 열교환시키는 제2열교환부를 포함하는 선박.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분리기로부터 배출되는 수소를 공급받아 전기를 생산하기 위한 연료전지를 포함하는 선박.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 분리기로부터 배출되는 수소를 공급받아 전기를 생산하기 위한 연료전지를 포함하고,
    상기 제1열교환부는 상기 연료전지에서 발생하는 열을 이용하여 상기 개질기에 공급되는 제1연료를 가열시키는 것을 특징으로 하는 선박.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1연료는 액화석유가스(LPG), 디젤유(MDO), 프로판/부탄가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 선박.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 개질기는 200℃ - 500 ℃의 온도 조건에서 운전하는 것을 특징으로 하는 선박.
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