KR102426560B1

KR102426560B1 - 선박의 가스 퍼징시스템

Info

Publication number: KR102426560B1
Application number: KR1020210013092A
Authority: KR
Inventors: 김종현; 서민수; 최영환
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2022-07-29

Abstract

선박의 가스 퍼징시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 선박의 가스 퍼징시스템은, 액화가스를 연료로 공급받아 구동되는 고압가스 분사엔진; 고압가스 분사엔진 대비 저압의 액화가스를 연료로 공급받아 구동되는 저압가스 분사엔진; 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 압축 및 기화시켜 고압가스 분사엔진으로 공급하는 제1 연료공급라인; 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 압축 및 기화시켜 저압가스 분사엔진으로 공급하는 제2 연료공급라인; 고압가스 분사엔진의 내부 및 제1 연료공급라인을 퍼징시키기 위한 목적으로 고압가스 분사엔진으로 불활성가스를 공급하는 제1 퍼징라인; 및 저압가스 분사엔진의 내부 및 제2 연료공급라인을 퍼징시키기 위한 목적으로 저압가스 분사엔진으로 불활성가스를 공급하는 제2 퍼징라인을 포함하고, 제1 퍼징라인 및 제2 퍼징라인으로 공급되는 불활성가스는 고압가스 분사엔진과 저압가스 분사엔진에 각각 직접 공급되며, 고압가스 분사엔진의 퍼징은 고압가스 분사엔진의 내부로부터 제1 연료공급라인 측 방향으로 이루어지고, 저압가스 분사엔진의 퍼징은 저압가스 분사엔진의 내부로부터 제1 연료공급라인 측 방향으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 가스 퍼징시스템 {GAS PURGING SYSTEM FOR SHIP}

본 발명은 선박의 가스 퍼징시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료가스를 사용하는 엔진 시스템의 내부에 남아있는 잔류가스를 퍼징하는 순서를 변경함으로써 엔진룸 내부에 배치되는 가스 배관을 줄여 안정성을 극대화하고, 또한 엔진으로부터 연료가스가 역류하는 것을 방지하기 위해 설치되는 밸브들을 하나의 셋으로 통합시킴으로써 물량을 절감하고 역류 방지 컨트롤을 위한 로직을 단순화하는 선박의 가스 퍼징시스템에 관한 것이다.

일반적으로 각종 선박에 설치되는 엔진 등의 연소장치들은 MDO(Marine Diesel Oil), HFO(Heavy Fuel Oil) 등의 오일을 연료로서 사용하였다. 그런데 이러한 연료오일은 연소시 발생하는 온실가스와 각종 유해물질로 인하여 환경오염을 초래하는 주범이 되어 왔다. 또한, 화석연료의 고갈이나 국제정세 불안 등의 요인으로 유가가 상승하는 경우에는 연료비가 급등하는 등 선박 운영상의 문제도 발생하게 된다.

따라서 최근에는 선박의 추진을 위하여 전기를 사용하거나 LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Peroleum Gas) 등의 청정연료를 사용하는 방법이 고려되고 있는 추세이다.

또한, 최근 기술 개발에 따라 연료오일과 연료가스를 모두 연료로써 사용할 수 있는 DF 엔진(Dual Fuel Engine)이 개발되어 사용되고 있는데, DF 엔진은 중유(HFO)와 천연가스(natural gas)를 혼소(混燒)하여 연료로 사용하는 일종의 하이브리드 개념의 엔진으로 연료 소모량, 탄소 배출량, 운항 경비를 획기적으로 줄일 수 있는 친환경 엔진이다.

일례로, ME-GI 엔진은 중유와 천연가스를 모두 연료로 사용할 수 있는 2-Stroke 고압가스 분사엔진으로서, 동급출력의 디젤 엔진에 비해 오염물질 배출량을 이산화탄소는 23%, 질소화합물은 80%, 황화합물은 95% 이상 줄일 수 있는 차세대 친환경 엔진으로 각광받고 있다.

한편, 이와 같이 연료가스를 연료로 사용하는 엔진의 작동을 장시간 중지하거나 내부 시스템을 정비하고자 하는 경우 또는 엔진의 사용연료를 연료가스에서 연료오일로 교체하고자 하는 경우에는 엔진으로 연료가스를 공급하는 배관 계통을 포함하여 엔진 시스템 내부에 잔류하는 연료가스를 제거할 필요가 있다. 가연성의 연료가스가 시스템 내에 잔류하면 폭발 위험성이 있기 때문이다.

따라서 연료가스를 사용하는 엔진이 구비되는 선박에는 엔진 시스템 내부에 잔류하는 연료가스를 배출시키기 위한 가스 퍼징시스템(Gas Purging System)이 반드시 설치되어야 한다. 일반적으로 가스 퍼징시스템은 질소(N₂)와 같은 비활성가스를 이용하여 엔진 시스템 내부에 잔류하는 연료가스를 밀어내어 배출시키도록 구성되어 있다.

도 1은 종래 선박의 가스 퍼징시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래 선박의 가스 퍼징시스템은, 연료가스를 사용하는 엔진(1), 연료저장탱크(미도시)로부터 엔진(1)으로 연료가스를 공급하는 연료공급라인(2), 엔진(1)으로부터 배기가스가 배출되는 배기라인(3)을 포함하여 구성된다. 연료공급라인(2) 상에는 엔진(1)으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 제어하기 위하여 가스밸브유닛(GVU: Gas Valve Unit)(4)이 설치된다.

또한, 엔진 시스템 내부를 퍼징시키기 위한 목적으로 질소가스를 공급하는 질소공급라인(6)이 질소버퍼탱크(5)로부터 연료공급라인(2) 상으로 연결된다. 종래의 시스템에서는 이와 같이 질소버퍼탱크(5)로부터 공급되는 질소가스를 이용하여 연료공급라인(2) 및 엔진(1) 내부를 퍼징시키도록 구성된다.

종래 가스 퍼징시스템에 의한 퍼징 동작을 구체적으로 살펴보면, 연료공급라인(2) 상에 설치되는 연료공급밸브(2-1)가 차단되고 퍼징라인(6) 상에 설치되는 퍼징밸브(6-1)가 개방되어 질소버퍼탱크(5)로부터 연료공급라인(2) 상으로 질소가스가 공급된다. 연료공급라인(2) 상으로 공급된 질소가스는 가스밸브유닛(4)을 거쳐 엔진(1)으로 공급되며, 엔진 시스템 내부에 잔류하는 연료가스는 공급되는 질소가스에 밀려 배기라인(3)을 통해 안전한 구역(Safe Area)(예컨대, 외기)으로 배출된다. 즉, 종래 선박의 가스 퍼징시스템에서 질소가스에 의한 퍼징 작업은 가스밸브유닛(4) → 엔진(1) → Safe Area 순으로 이루어진다.

그런데, 상기와 같은 종래 선박의 가스 퍼징시스템에 따르면, 엔진 시스템으로부터 잔류가스가 퍼징되어 나가는 배기라인(3)이 엔진룸(Engine Room) 내에 배치되는 위험성이 있으며, 가스안전구역(Gas Safe Zone)으로 분류되는 엔진룸 내부에 벤트 파이프(vent pipe)를 구비하기 위해서는 이중관 또는 덕트 처리가 되어야 하기 때문에 YARD 물량이 많아지는 단점이 있다.

한국 등록특허공보 제10-1334146로 (2013.11.29)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, LNG와 같은 액화가스를 연료로 사용하는 엔진 시스템의 퍼징 과정에서 잔류가스가 배출되는 배관이 최대한 엔진룸 내부에 배치되지 않도록 설계를 변경 적용하여, 폭발의 위험으로부터 안정성을 확보하는 것이 가능한 선박의 가스 퍼징시스템을 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 가스 퍼징시스템에서 엔진으로부터 연료가스가 역류하는 것을 보다 확실하게 방지하고, 또한 연료가스의 역류를 방지하기 위해 설치되는 밸브들을 하나의 셋으로 통합시킴으로써 물량을 절감하고 역류 방지 컨트롤을 위한 로직을 단순화하고자 하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 연료로 공급받아 구동되는 고압가스 분사엔진; 상기 고압가스 분사엔진 대비 저압의 액화가스를 연료로 공급받아 구동되는 저압가스 분사엔진; 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 압축 및 기화시켜 상기 고압가스 분사엔진으로 공급하는 제1 연료공급라인; 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 압축 및 기화시켜 상기 저압가스 분사엔진으로 공급하는 제2 연료공급라인; 상기 고압가스 분사엔진의 내부 및 상기 제1 연료공급라인을 퍼징시키기 위한 목적으로 상기 고압가스 분사엔진으로 불활성가스를 공급하는 제1 퍼징라인; 및 상기 저압가스 분사엔진의 내부 및 상기 제2 연료공급라인을 퍼징시키기 위한 목적으로 상기 저압가스 분사엔진으로 불활성가스를 공급하는 제2 퍼징라인을 포함하고, 상기 제1 퍼징라인 및 상기 제2 퍼징라인으로 공급되는 불활성가스는 상기 고압가스 분사엔진과 상기 저압가스 분사엔진에 각각 직접 공급되며, 상기 고압가스 분사엔진의 퍼징은 상기 고압가스 분사엔진의 내부로부터 상기 제1 연료공급라인 측 방향으로 이루어지고, 상기 저압가스 분사엔진의 퍼징은 상기 저압가스 분사엔진의 내부로부터 상기 제1 연료공급라인 측 방향으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 선박의 가스 퍼징시스템이 제공될 수 있다.

상기 제1 퍼징라인을 통해 상기 고압가스 분사엔진으로 공급되는 불활성가스에 의해 밀려 배출되는 상기 고압가스 분사엔진 내부의 잔류가스는 상기 제1 연료공급라인 상에 설치되는 고압 가스밸브유닛을 통해 외기로 방출되고, 상기 제2 퍼징라인을 통해 상기 저압가스 분사엔진으로 공급되는 불활성가스에 의해 밀려 배출되는 상기 저압가스 분사엔진 내부의 잔류가스는 상기 제2 연료공급라인 상에 설치되는 저압 가스밸브유닛을 통해 외기로 방출될 수 있다.

상기 고압 가스밸브유닛은 상기 고압가스 분사엔진으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 제어하는 장치로서 가스위험구역으로 분류되는 카고컴프레서룸(Cargo Compressor Room) 또는 가스밸브유닛룸(GVU Room) 내에 배치되고, 상기 저압 가스밸브유닛은 상기 저압가스 분사엔진으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 제어하는 장치로서 상기 가스밸브유닛룸 내에 배치될 수 있다.

상기 제1 연료공급라인에서 상기 고압 가스밸브유닛이 배치되는 카고컴프레서룸 또는 가스밸브유닛룸으로부터 상기 고압가스 분사엔진에 이르는 라인은 이중관으로 형성되고, 상기 제2 연료공급라인에서 상기 저압 가스밸브유닛이 배치되는 가스밸브유닛룸으로부터 상기 저압가스 분사엔진에 이르는 라인은 이중관으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박의 가스 퍼징시스템은, 상기 제1 퍼징라인 상에 설치되어 상기 고압가스 분사엔진으로부터 연료가스가 역류하는 것을 방지하는 제1 역류방지 밸브셋; 및 상기 제2 퍼징라인 상에 설치되어 상기 저압가스 분사엔진으로부터 연료가스가 역류하는 것을 방지하는 제2 역류방지 밸브셋을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박의 가스 퍼징시스템은, 상기 제1 역류방지 밸브셋 후단의 상기 제1 퍼징라인으로부터 분기되어 상기 제2 연료공급라인으로 연결되는 제3 퍼징라인을 더 포함하고, 상기 제3 퍼징라인을 통해 공급되는 불활성가스는 상기 제2 연료공급라인 상에 설치되어 상기 저압가스 분사엔진 측으로 연료가스의 공급을 제어하는 마스터밸브의 후단으로부터 상기 저압 가스밸브유닛이 설치되는 지점에 이르는 상기 제2 연료공급라인 내부를 퍼징시킬 수 있다.

상기 제1 역류방지 밸브셋은, 내부에 불활성가스의 유동 통로를 형성하는 제1 유로; 상기 제1 유로 상에 순차적으로 설치되어 상기 제1 유로를 개폐시키는 제1 차단밸브 및 제2 차단밸브; 상기 제1 유로 상에서 상기 제2 차단밸브의 후단에 설치되는 체크밸브; 상기 제1 차단밸브와 상기 제2 차단밸브 사이의 상기 제1 유로로부터 분기되어 누수된 가스를 배츨하는 제2 유로; 및 상기 제2 유로 상에 설치되는 블리드밸브를 포함할 수 있다.

상기 고압가스 분사엔진이 가스 모드로 운전시 상기 제1 역류방지 밸브셋에서 상기 제1 차단밸브 및 상기 제2 차단밸브는 차단되고 상기 블리드밸브는 개방되며, 상기 고압가스 분사엔진의 퍼징시에는 상기 제1 역류방지 밸브셋에서 상기 제1 차단밸브 및 상기 제2 차단밸브는 개방되고 상기 블리드밸브는 차단될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박의 가스 퍼징시스템은, 상기 제2 퍼징라인 상에서 상기 제2 역류방지 밸브셋과 상기 저압가스 분사엔진 사이에 순차적으로 설치되는 질소공급밸브 및 체크밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 저압가스 분사엔진이 가스 모드로 운전시, 상기 제2 역류방지 밸브셋은 상기 제2 퍼징라인이 개방된 상태가 되도록 제어되어 상기 질소공급밸브가 설치되는 지점까지의 상기 제2 퍼징라인은 불활성가스의 공급 압력을 제공받을 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박의 가스 퍼징시스템은, 상기 질소공급밸브의 전단에 설치되는 제1 압력센서를 더 포함하고, 상기 제1 압력센서에 의해 측정되는 불활성가스의 공급 압력이 일정값 이하로 떨어지는 경우 상기 저압가스 분사엔진의 가스 모드 운전을 중단할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박의 가스 퍼징시스템은, 상기 질소공급밸브와 상기 체크밸브 사이에 설치되는 제2 압력센서를 더 포함하고, 상기 제2 압력센서는 상기 저압가스 분사엔진으로부터의 역류 발생시 압력 증가를 감지하여, 상기 저압가스 분사엔진의 가스 모드 운전을 중단할 수 있다.

상기 제2 역류방지 밸브셋은, 내부에 불활성가스의 유동 통로를 형성하는 제1 유로; 상기 제1 유로 상에 순차적으로 설치되어 상기 제1 유로를 개폐시키는 제1 차단밸브 및 제2 차단밸브; 상기 제1 유로 상에서 상기 제2 차단밸브의 후단에 설치되는 체크밸브; 상기 제1 차단밸브와 상기 제2 차단밸브 사이의 상기 제1 유로로부터 분기되어 누수된 가스를 배츨하는 제2 유로; 및 상기 제2 유로 상에 설치되는 블리드밸브를 포함할 수 있다.

상기 저압가스 분사엔진이 가스 모드로 운전시 상기 제2 역류방지 밸브셋에서 상기 제1 차단밸브 및 상기 제2 차단밸브는 개방되고 상기 질소공급밸브 및 상기 블리드밸브는 차단되며, 상기 저압가스 분사엔진의 가스 모드 운전을 중단할 시에는 상기 제2 역류방지 밸브셋에서 상기 제1 차단밸브 및 상기 제2 차단밸브는 차단되고 상기 블리드밸브는 개방될 수 있다.

상기 저압가스 분사엔진의 퍼징시에는, 상기 제2 역류방지 밸브셋에서 상기 제1 차단밸브, 상기 제2 차단밸브 및 상기 질소공급밸브는 개방되고 상기 블리드밸브는 차단될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박의 가스 퍼징시스템은, 상기 제1 차단밸브, 상기 제2 차단밸브 및 상기 블리드밸브의 개폐를 제어하는 적어도 하나의 액추에이터; 상기 액추에이터의 가동을 위하여 작동유체를 공급하는 솔레노이드밸브 그룹; 상기 솔레노이드밸브 그룹으로부터 상기 액추에이터로 작동유체를 공급하는 튜빙라인; 및 상기 튜빙라인 상에 설치되어 상기 작동유체의 압력을 제어하는 솔레노이드밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 튜빙라인은 상기 액추에이터의 개수에 대응되게 마련되되, 단일의 상기 솔레노이드밸브가 상기 튜빙라인이 통합된 라인 상에 설치될 수 있다.

상기 제1 차단밸브, 상기 제2 차단밸브, 상기 체크밸브, 상기 블리드밸브 및 상기 솔레노이드밸브는 하나의 바디에 통합 구성되어 일체형 셋으로 제작될 수 있다.

본 발명에 의하면, LNG와 같은 액화가스를 연료로 사용하는 엔진 시스템의 내부에 남아있는 잔류가스를 퍼징하는 순서를 변경함으로써 엔진룸 내부에 배치되는 가스 배관을 줄여 안정성이 극대화되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 가스 퍼징시스템에서 연료가스의 역류를 방지하기 위해 설치되는 밸브들을 하나의 밸브셋으로 통합시킴으로써 물량 절감의 효과 및 역류 방지 컨트롤을 위한 로직이 단순화되는 효과가 있다.

도 1은 종래 선박의 가스 퍼징시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 선박의 가스 퍼징시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋을 개략적으로 도식화한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋을 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋을 나타낸 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋을 나타낸 저면도이다.

본 발명은 액화가스를 추진 연료로 사용하는 선박에 적용되는 기술로서, 본 명세서에서 '선박'이란, LNG를 연료로 사용하여 추진하는 LFS(LNG Fueled Ship)나 화물창 내에 저장된 LNG 또는 화물창에서 발생하는 BOG(증발가스)를 엔진의 연료로 사용하는 LNGC(LNG Carrier)와 같이 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading) 또는 LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 해상에 부유하고 있는 해상 구조물을 포함하여, 액화가스 저장탱크를 구비하는 모든 종류의 선박을 포함하는 개념으로 해석될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 '액화가스'란, 가장 대표적인 LNG를 비롯하여 LPG, LEG(Liquefied Ethane Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같이 저온으로 저장 및 수송될 수 있고, 기화된 상태에서 엔진의 연료로 공급될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함할 수 있다. 다만, 이하 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 대표적인 액화가스인 LNG를 예로 들어 설명하기로 한다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 선박의 가스 퍼징시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 선박의 가스 퍼징시스템은, LNG와 같은 액화가스를 연료로 사용하는 엔진(100)과, 엔진(100)으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 제어하는 가스밸브유닛(210, 220)과, 엔진(100) 및 엔진(100)으로 연료가스가 공급되는 라인(L1, L2) 내부를 퍼징시키기 위한 목적으로 불활성가스를 공급하는 버퍼탱크(300)를 포함한다.

본 발명에서 엔진(100)은 LNG를 연료로 사용하여 구동이 가능한 엔진일 수 있으며, 따라서 중유와 천연가스를 모두 연료로 사용할 수 있는 DF 엔진도 이에 포함된다.

또한, 본 발명에서 엔진(100)은, 고압으로 압축된 LNG 가스를 공급받아 구동되는 고압가스 분사엔진(110)과, 저압으로 압축된 LNG 가스를 공급받아 구동되는 저압가스 분사엔진(120)을 포함할 수 있다.

고압가스 분사엔진(110)은 10 bar 이상으로 압축 및 기화된 LNG 가스를 공급받아 구동될 수 있으며, 예컨대 ME-GI 엔진과 같은 추진엔진일 수 있다.

저압가스 분사엔진(120)은 10 bar 미만으로 압축 및 기화된 LNG 가스를 공급받아 구동될 수 있으며, 예컨대 DFDG(Dual Fuel Diesel Generator) 등과 같은 일반적인 DF 발전기엔진 또는 X-DF(eXtreme Dual Fuel)과 같은 추진엔진일 수 있다.

고압가스 분사엔진(110) 및 저압가스 분사엔진(120)은 선박의 선미 측에 구획되는 엔진룸(Engine Room) 내에 배치된다.

본 발명에서 선박에는 엔진(100)으로 공급되는 LNG 가스를 액화 상태로 저장하는 LNG 저장탱크(미도시)가 구비될 수 있으며, LNG 저장탱크에 저장된 LNG는 연료공급시스템(FGSS: Fuel Gas Supply System)(400)에서 압축 및 기화되어 엔진(100)의 연료로써 공급될 수 있다. 또한, LNG 저장탱크에서 발생하는 BOG가 연료공급시스템(400)에서 압축되어 엔진(100)의 연료로써 공급될 수도 있다.

연료공급시스템(400)은 LNG를 강제 기화시키기 위한 기화기(vaporizer) 및 LNG 가스를 엔진이 요구하는 압력으로 압축하기 위한 압축기(compressor) 등의 장비를 포함할 수 있으며, 통상적으로 카고컴프레서룸(Cargo Compressor Room) 내에 배치된다.

연료공급시스템(400)에서 압축 및 기화된 LNG 가스는 연료공급라인(L1, L2)을 따라 엔진(100)으로 공급될 수 있는데, 고압가스 분사엔진(110)과 저압가스 분사엔진(120)이 각각 요구하는 압력과 온도가 상이하기에, 고압가스 분사엔진(110)으로 연결되는 제1 연료공급라인(L1)과 저압가스 분사엔진(120)으로 연결되는 제2 연료공급라인(L2)이 각각 별도의 라인으로 구비된다.

구체적으로, 연료공급시스템(400)에서 고압으로 압축 및 기화된 LNG 가스는 제1 연료공급라인(L1)을 따라 고압가스 분사엔진(110)으로 공급되고, 저압으로 압축 및 기화된 LNG 가스는 제2 연료공급라인(L2)을 따라 저압가스 분사엔진(120)으로 공급된다.

이와 같이 LNG를 연료로 사용하는 선박에는 LNG 저장탱크로부터 연결되는 배관을 통해 LNG 가스를 엔진(110, 120)으로 공급하는데, LNG 가스를 엔진(110, 120)으로 공급하는 라인(L1, L2) 상에는 가스밸브유닛(210, 220)이 구비된다.

가스밸브유닛(210, 220)은 엔진(100)으로 공급되는 LNG 가스의 압력 및 유량을 제어하는 밸브들을 그룹화한 장비로서, 엔진(100)과 LNG 저장탱크의 사이에 설치되어 LNG 가스를 엔진(100)의 부하에 대응되는 압력으로 공급하며, 여과필터, 가스공급밸브 및 가스유량계 등을 포함한다.

본 발명에서 가스밸브유닛(210, 220)은, 고압가스 분사엔진(110)으로 공급되는 LNG 가스를 제어하는 고압 가스밸브유닛(210)과, 저압가스 분사엔진(120)으로 공급되는 LNG 가스를 제어하는 저압 가스밸브유닛(220)을 포함할 수 있다. 고압 가스밸브유닛(210)을 가스밸브트레인(GVT: Gas Valve Train)이라 부르기도 한다.

고압 가스밸브유닛(210)은 제1 연료공급라인(L1) 상에 설치되며, 통상적으로 도면에 도시된 바와 같이 카고컴프레서룸 내에 배치되나, 후술하는 가스밸브유닛룸 내에 저압 가스밸브유닛(220)과 함께 배치될 수도 있다.

저압 가스밸브유닛(220)은 제2 연료공급라인(L2) 상에 설치되며, 가스밸브유닛룸(GVU Room) 내에 배치될 수 있다. 가스밸브유닛룸은 엔진룸과는 격리되도록 별도로 마련된 구역에 위치하며, 도면에 도시된 바와 같이 엔진룸의 선미 측 후방에 배치될 수 있다.

상술한 카고컴프레서룸과 가스밸브유닛룸은 가스위험구역(Gas Hazardous Zone)으로 분류되는 공간으로서, 기화된 LNG 가스를 다루는 공간이기에 안전상의 이유로 주기적인 벤틸레이션(ventilation)이 이루어져야 하며, 통상 건조된 공기를 시간당 30번 교환될 수 있도록 하여 가스의 누출에 대비한다. 따라서 카고컴프레서룸과 가스밸브유닛룸에는 상시 벤틸레이션이 가능하도록 배기 팬(F)이 구비될 수 있다.

제1 연료공급라인(L1)에서 적어도 카고컴프레서룸으로부터(고압 가스밸브유닛(210)이 가스밸브유닛룸에 마련되는 경우에는 가스밸브유닛룸으로부터) 고압가스 분사엔진(110)으로 이르는 라인은 이중관(double pipe)으로 구성되는 것이 바람직하며, 이중관 내부는 시간당 30번의 공기를 교환하도록 구성될 수 있다.

유사하게, 제2 연료공급라인(L2)에서 적어도 가스밸브유닛룸으로부터 저압가스 분사엔진(120)으로 이르는 라인은 이중관으로 구성되는 것이 바람직하며, 이중관 내부는 시간당 30번의 공기를 교환하도록 구성될 수 있다.

버퍼탱크(300)에는 엔진(100)과 연료공급라인(L1, L2) 내부를 퍼징시키기 위해 공급되는 불활성가스가 저장된다. 불활성가스로는 질소가스가 이용되는 것이 일반적이며 이하에서는 질소가스를 예로 들어 설명을 이어 나가도록 한다.

본 발명의 선박에는 퍼징가스(purging gas)로서 질소를 이용하기 위하여 질소 발생기(미도시)가 별도로 구비될 수 있으며, 질소 발생기에서 생성된 질소는 버퍼탱크(300)에 임시적으로 저장된 후 엔진 시스템의 퍼징시 공급될 수 있다.

버퍼탱크(300)는 엔진룸 내에 배치될 수 있다. 엔진룸은 가스안전구역으로 분류되며 가스위험구역으로부터의 안전이 확보되어야 하는 구역이다. 예컨대, 가스위험구역으로부터 가스안전구역으로의 직접적인 출입은 금지되며(필요시 Air-Lock 설치), 가스안전구역을 통과하는 연료공급관은 이중관 또는 덕트에 의해 완전히 폐위되어야 한다.

버퍼탱크(300)로부터 엔진(100) 측으로 질소가스를 공급하기 위하여 퍼징라인(PL)이 연결될 수 있다. 퍼징라인(PL)은 버퍼탱크(300)로부터 공급되는 질소가스를 고압가스 분사엔진(110) 측으로 전달하는 제1 퍼징라인(PL1)과 저압가스 분사엔진(120) 측으로 전달하는 제2 퍼징라인(PL2)을 포함할 수 있다.

퍼징라인(PL) 상에는 엔진(100) 내부의 LNG 가스가 버퍼탱크(300) 측으로 역류하는 것을 방지하기 위한 역류방지 밸브셋(500)이 설치될 수 있다.

이때, 역류방지 밸브셋(500)은, 제1 퍼징라인(PL1) 상에 설치되어 고압가스 분사엔진(110)으로부터 연료가스의 역류 방지를 관장하는 제1 역류방지 밸브셋(500A)과, 제2 퍼징라인(PL2) 상에 설치되어 저압가스 분사엔진(120)으로부터 연료가스의 역류 방지를 관장하는 제2 역류방지 밸브셋(500B)을 포함할 수 있다.

고압가스 분사엔진(110)용 제1 역류방지 밸브셋(500A)과 저압가스 분사엔진(120)용 제2 역류방지 밸브셋(500B)은 제어 로직(Control Logic)이 다르게 적용될 수 있는데 이에 대해서는 뒤에서 자세히 다루도록 한다.

역류방지 밸브셋(500)은 엔진당 하나의 셋이 구성되어 설치되거나 또는 선박의 추진을 위해 설치되는 메인엔진(Main Engine)과 선내 필요한 전력을 생산하기 위해 설치되는 발전기엔진(Generator Engine)으로 나누어 2개만 설치될 수도 있다.

역류방지 밸브셋(500)은 배기팬(F)을 통해 상시 벤틸레이션이 수행(시간당 30번의 공기 교환)되는 구역, 즉 가스위험구역에 배치될 수 있다. 이때, 역류방지 밸브셋(500)은 고가의 장비를 많이 포함하고 있으므로 물량 절감을 위하여 엔진(100) 및 버퍼탱크(300)와 최대한 가까운 곳에 배치되는 것이 좋다. 따라서, 본 발명에서는 엔진룸으로부터 근접한 가스밸브유닛룸에 역류방지 밸브셋(500)을 배치하는 것을 바람직한 실시예로 제시한다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 역류방지 밸브셋(500)이 카고컴프레서룸이나 기타 다른 가스위험구역에 배치되는 것도 가능함은 물론이다.

엔진 시스템의 퍼징을 위해 버퍼탱크(300)로부터 공급되는 질소가스는 엔진(100) 내부의 잔류가스를 밀어내며, 엔진(100)으로부터 밀려 나가는 잔류가스와 질소가스는 가스밸브유닛(210, 220)을 통하여 안전한 구역(Safe Area)(예컨대, 외기)으로 방출될 수 있다.

가스밸브유닛(210, 220)에는 엔진(100)으로부터 배출되는 잔류가스 및 질소가스를 안전한 구역으로 방출시키기 위하여 벤트라인(VL1, VL2)이 연결될 수 있으며, 각각의 벤트라인(VL1, VL2) 상에는 라인을 개폐시키는 퍼징밸브(PV1, PV2)가 설치될 수 있다.

고압가스 분사엔진(110)과 저압가스 분사엔진(120) 측의 퍼징 동작을 각각 나누어 살펴보면 다음과 같다.

고압가스 분사엔진(110) 측의 퍼징시에는, 우선 연료공급시스템(400)으로부터 고압가스 분사엔진(110) 측으로의 LNG 가스의 공급을 중단한다. 그리고 버퍼탱크(300)로부터 퍼징라인(PL→PL1)을 통해 고압가스 분사엔진(110) 내부로 질소가스를 공급하는 동시에 고압 가스밸브유닛(210)에 연결된 벤트라인(VL1) 상의 퍼징밸브(PV1)를 개방한다. 버퍼탱크(300)로부터 공급되는 질소가스에 의해 고압가스 분사엔진(110)에서 밀려나가는 잔류가스는 질소가스와 함께 제1 연료공급라인(L1)의 일부를 거쳐 고압 가스밸브유닛(210)을 통해 안전한 구역으로 방출된다. 고압가스 분사엔진(110) 측의 퍼징은 매뉴얼 퍼징 시스템(Manual Puging System)과 연계하여 동작될 수 있는데 이에 대해서는 뒤에서 자세히 다룬다.

저압가스 분사엔진(120) 측의 퍼징도 유사하게 이루어질 수 있다. 저압가스 분사엔진(120)의 퍼징시에는, 우선 연료공급시스템(400)으로부터 저압가스 분사엔진(120) 측으로의 LNG 가스의 공급을 중단한다. 그리고 버퍼탱크(300)로부터 퍼징라인(PL→PL2)을 통해 저압가스 분사엔진(120) 내부로 질소가스를 공급하는 동시에 저압 가스밸브유닛(220)에 연결된 벤트라인(VL2) 상의 퍼징밸브(PV2)를 개방한다. 버퍼탱크(300)로부터 공급되는 질소가스에 의해 저압가스 분사엔진(120)에서 밀려나가는 잔류가스는 질소가스와 함께 제2 연료공급라인(L2)의 일부를 거쳐 저압 가스밸브유닛(220)을 통해 안전한 구역으로 방출된다.

이와 같이 본 발명은, 종래에 엔진 시스템 내부를 퍼징시키기 위하여 질소가스를 연료공급라인 상으로 주입하는 것과는 달리, 질소가스를 엔진(100) 측으로 바로 공급하여 엔진 시스템 내부의 잔류가스가 엔진(100)으로부터 가스밸브유닛(210, 220) 측으로 퍼징된다.

즉, 종래(도 1 참조)에는 엔진 시스템의 퍼징이 가스밸브유닛(4) → 엔진(1) → Safe Area 순으로 이루어지는 것과는 반대로, 본 발명에서는 엔진 시스템의 퍼징이 엔진(100) → 가스밸브유닛(210, 220) → Safe Area 순으로 이루어지는 것이다. 또한, 본 발명에서는 엔진(100)의 연료로써 LNG 가스가 공급되는 방향과 엔진 시스템 내부를 퍼징시키는 방향이 역으로 이루어진다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 버퍼탱크(300)로부터 질소가스가 엔진(100)으로 직접 공급되고, 엔진(100) 내부의 잔류가스는 가스밸브유닛(210, 220)을 통해 배출되기 때문에, 엔진룸 내부에 별도의 벤트 파이프를 구비할 필요가 없어 종래 대비 YARD 물량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서 엔진(100)으로부터 잔류가스가 퍼징되어 배출되는 배관은 대부분 가스밸브유닛룸 또는 카고컴프레서룸 내에 배치되기 때문에 엔진룸 내에 배치되는 가스 배관을 대폭 줄일 수 있어 안정성을 극대화하는 효과가 있다. 엔진룸에는 전기 장비나 오일류를 다루는 장비, 점화 장비 등이 많기 때문에 본 발명에서와 같이 가스 배관을 최대한 엔진룸 내에 배치하지 않는 것이 효과적이다. 그리고 가스밸브유닛룸(가스위험구역)은 가스가 누출될 수 있다는 가정 하에 설계되기 때문에 시간당 30번의 공기 교환이 항시 실시되고 있으므로, 해당 구역을 이용하여 엔진 시스템의 잔류가스를 배출하는 것이 벤틸레이션에 매우 유리하다.

더불어, 본 발명에서와 같이 엔진(100)으로부터 가스밸브유닛(210, 220) 측으로 퍼징을 실시하면 잔류가스가 이미 이중관으로 구성되어 있는 연료공급라인(L1, L2)을 통해 배출되기 때문에, 기존 설비의 활용도가 높아지고 잔류가스의 배출을 위한 별도의 이중관을 더 구비할 필요가 없어 비용적인 측면에서도 바람직하다.

한편, LNGC나 LFS와 같은 선박에서 엔진 시스템의 퍼징을 위한 배관이 다이렉트로 연결되는 경우, 엔진 시스템 내부의 연료가스가 질소 공급부로 역류하는 것을 방지하기 위하여 체크밸브(Check Valve)를 설치하고 그에 추가하여 이중블록밸브(Double Block Valve) 및 블리드밸브(Bleed Valve)를 설치하여 원격 제어가 가능하도록 구성할 것을 선급에서 요구하고 있다. 이러한 요구사항은 이미 IGF CODE에서는 필수로 적용하도록 되어 있으며, 향후 LFS 선박의 증가가 예상되고 있는 만큼 해당 사항이 필수로 적용되어야 할 것이다.

그런데 상기와 같은 밸브들은 필히 가스위험구역에 배치되어야 하고, 폭발을 방지하기 위하여 방폭이 적용되어야 하므로 상당히 고가이다. 따라서 해당 포인트(퍼징 배관이 다이렉트로 연결되는 부분)가 발생하는 지점마다 고가의 밸브를 3개씩 설치하는 것은 선박의 건조 가격에 있어서 상당한 영향을 미칠 것으로 예상된다.

이에 본 발명은 이중블록밸브와 블리드밸브 및 체크밸브를 하나의 밸브셋으로 통합 구성하는 컨셉이 개발 적용된 역류방지 밸브셋(500)을 제공하고자 하며, 이하에서는 이러한 본 발명명의 역류방지 밸브셋(500)의 특징에 대하여 구체적으로 살펴본다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋(500)은 버퍼탱크(300)로부터 엔진(100) 측으로 질소가스를 공급하는 퍼징라인(PL) 상에 설치되며, 가스밸브유닛룸과 같은 가스위험구역에 배치될 수 있다.

또한, 본 발명에서 역류방지 밸브셋(500)은 고압가스 분사엔진(110) 측의 역류 방지를 관장하는 제1 역류방지 밸브셋(500A)과 저압가스 분사엔진(120) 측의 역류 방지를 관장하는 제2 역류방지 밸브셋(500B)을 포함하고, 이들의 제어 로직이 다르게 구성될 수 있음은 전술한 바 있으나 기본 구조는 동일하게 구성되므로, 먼저 역류방지 밸브셋(500)의 기본 구조에 대하여 살펴보도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋을 개략적으로 도식화한 도면이다. 그리고 도 4는 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋을 나타낸 정면도, 도 5는 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋을 나타낸 측면도, 도 6은 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋을 나타낸 저면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋(500)은, 질소가스의 유동 통로를 형성하도록 내측에 형성되는 제1 유로(501); 제1 유로(501) 상에 순차적으로 설치되는 에어필터 레귤레이터(503), 제1 차단밸브(510), 제2 차단밸브(520) 및 체크밸브(530); 제1 차단밸브(510)와 제2 차단밸브(520) 사이의 제1 유로(501)로부터 분기되어 누수된 가스를 배출하는 제2 유로(502); 제2 유로(502) 상에 설치되는 블리드밸브(540); 그리고 제1 유로(501)의 출구단에 설치되는 가스블록(504)을 포함할 수 있다.

후술하겠지만, 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋(500)은, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 하나의 바디(B)에 일체형으로 통합 구성됨에 따라, 바디(B) 내부에 질소가스 및 누수가스가 유동하는 유로(501, 502)가 형성될 수 있다.

에어필터 레귤레이터(503)는 제1 유로(501) 상에서 가장 상류측에 설치되어 유입되는 질소가스에 포함된 이물질을 걸러주고, 질소가스의 압력, 속도, 유량 등을 조정해주는 기능을 한다.

가스블록(504)은 제1 유로(501)를 엔진(100) 측으로 이어지는 퍼징라인(PL1, PL2)과 연결하는 커넥터 역할을 하는 것으로서, 질소가스와 엔진으로부터 역류하는 가스가 실제로 만날 수 있는 구역이다.

도면에서 'Outer Pipe'는 제2 유로(502)로부터 배출되는 누수가스를 외부의 안전한 구역으로 배출시키기 위한 배관을 의미한다.

제1 차단밸브(510)와 제2 차단밸브(520)는 제1 유로(501)를 개방 또는 차단하는 밸브로서, 예컨대 볼밸브(ball valve) 등과 같이 개폐 기능을 가진 밸브로 마련될 수 있다.

제1 차단밸브(510)와 제2 차단밸브(520)는 제1 유로(501)의 상류측과 하류측에 각각 순차적으로 설치되며, 항상 동시에 열리거나 닫힘으로써 제1 유로(501)로 공급되는 질소가스의 흐름을 이중으로 차단 또는 개방한다.

체크밸브(530)는 제1 유로(501)에서 가장 하류측에 설치되어 엔진(100) 측으로부터 LNG 가스가 역류하는 것을 방지한다. 체크밸브(530)는 항시 개방 상태이지만 유체의 흐름을 한쪽 방향으로만 흐르게 하는 기능을 하므로, 엔진(100) 측으로부터 LNG 가스가 역류하는 것을 1차적으로 방지하는 역할을 한다.

본 발명에서 체크밸브(530)는 유지보수시 차단이 가능하도록 클로저블 체크밸브(Closable Check Valve)로 마련될 수 있으며, 수동으로 개폐가 가능하게 구비될 수도 있다.

블리드밸브(540)는 제1 차단밸브(510)와 제2 차단밸브(520) 사이에 설치되어, 제1 차단밸브(510)와 제2 차단밸브(520)의 차단시 그 내부의 잔류 압력을 제거하는 역할을 한다.

제2 차단밸브(520)에서 누수 발생시 제1 차단밸브(510)와 제2 차단밸브(520) 사이로 스며든 누수가스는 블리드밸브(540)의 개방에 의해 제2 유로(502)를 통해 안전한 구역으로 배출될 수 있다. 이때, 제1 차단밸브(510)가 누수된 가스를 다시 막아주고 있기 때문에 엔진(100) 측으로부터의 역류를 이중으로 방지하는 효과를 가진다.

블리드밸브(540)는 제1 차단밸브(510) 및 제2 차단밸브(520)가 개방될 시에는 차단된다. 즉, 제1 및 제2 차단밸브(510, 520)와 블리드밸브(540)는 개폐 동작이 항상 반대로 이루어진다.

한편, 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋(500)은, 제1 및 제2 차단밸브(510, 520) 그리고 블리드밸브(540)를 개폐시키기 위한 액추에이터(511, 521, 541)를 더 포함할 수 있으며, 이러한 액추에이터(511, 521, 541)의 구동을 위하여 압축공기(또는 작동유)를 공급하는 튜빙라인(TL)이 연결되고, 튜빙라인(TL) 상에는 공급유체의 압력을 제어하는 솔레노이드밸브(550)가 설치될 수 있다.

도면에는 개폐 동작이 필요한 제1 차단밸브(510), 제2 차단밸브(520) 및 블리드밸브(540) 각각에 대응하여 3개의 액추에이터(511, 521, 541)가 마련되는 것이 도시되어 있으나, 본 발명에서 액추에이터는 3개 미만으로 마련되는 것이 가능하다.

전술한 바와 같이 본 발명의 역류방지 밸브셋(500)에서 개폐 동작이 필요한 제1 차단밸브(510), 제2 차단밸브(520) 및 블리드밸브(540)는 개폐 동작이 일정한 특성을 가지게 된다. 즉, 제1 차단밸브(510)와 제2 차단밸브(520)는 항시 같은 방향으로 개폐되고 블리드밸브(540)는 이와는 반대 방향으로 개폐된다. 이러한 밸브들(510, 520, 540)의 동작 특성을 이용하여 2개 내지 3개의 밸브를 하나의 액추에이터에 의해 한꺼번에 동작시킬 수 있으며, 따라서 액추에이터를 3개 미만으로 마련하는 것이 가능해진다.

구체적으로, 본 발명에서 제1 및 제2 차단밸브(510, 520)와 블리드밸브(540)의 동작은 언제나 반대로 이루어지므로, 제1 및 제2 차단밸브(510, 520)와 블리드밸브(540)를 하나의 액추에이터에 방향만 반대로 하여 연결함으로써 한꺼번에 동작이 가능하도록 구성할 수 있으며, 이로써 1개의 액추에이터로 동작되는 본 발명의 역류방지 밸브셋(500)을 구현할 수 있다.

또는, 같은 방향으로 개폐되는 제1 차단밸브(510)와 제2 차단밸브(520)를 하나의 액추에이터에 연결하고 반대 방향으로 개폐되는 블리드밸브(540)를 또 다른 액추에이터에 연결하거나, 제1 차단밸브(510)와 제2 차단밸브(520) 중 어느 하나와 블리드밸브(520)를 하나의 액추에이터에 연결하되 기계적 링크(link)를 이용하여 동작이 반대로 이루어지도록 연동시키고 나머지 밸브(510 또는 520)를 또 다른 액추에이터에 연결함으로써, 2개의 액추에이터로 동작되는 본 발명의 역류방지 밸브벳(500)을 구현할 수도 있다

이때, 액추에이터는 전기신호나 압축공기의 페일(fail)이 발생하는 비상시에 스프링 등의 힘으로 제1 및 제2 차단밸브(510, 520)를 차단시키고 블리브밸브(540)는 개방될 수 있도록 싱글 액팅 액추에이터(Single Acting Actuator, '스프링 리턴 액추에이터'라고도 함)로 마련되어, 페일 세이프(Fail Safe) 기능을 수행하도록 구성할 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 액추에이터(511, 521, 541)가 하나 이상 마련되는 경우에는 액추에이터(511, 521, 541)로 연결되는 튜빙라인(TL)도 하나 이상 구비될 수 있다. 다만, 본 발명에서 튜빙라인(TL)이 하나 이상 구비되더라도 솔레노이드밸브(550)는 통합된 라인 상에 하나만 구비되는 것이 바람직하다. 솔레노이드밸브(550)의 경우에는 가스를 취급하는 구성이 아니지만 가스밸브유닛룸에 배치될 시에는 전장품이라는 이유로 고가의 방폭 장비를 적용해야 하므로 개수를 줄이는 것이 비용 측면에서 이득이 되기 때문이다.

솔레노이드밸브(550)는 역류방지 밸브셋(500)과 함께 가스밸브유닛룸 내에 배치될 수 있으며, 본 발명에서는 상술한 바와 같이 최소 3개 미만(가장 바람직하게는 1개)의 솔레노이드밸브(550)가 구비됨에 따라 고가의 방폭 장비 설계에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 솔레노이드밸브(550)가 구비되는 솔레노이드밸브 그룹(600)을 가스밸브유닛룸과 엔진룸을 구획하는 벽 쪽에 최근접한 위치에서 엔진룸(가스안전구역)의 내부에 위치시키고, 솔레노이드밸브 그룹(600)으로부터 액추에이터(511, 521, 541)로 연결되는 튜빙라인(TL)만 가스밸브유닛룸으로 관통 연장되게 하여 일반 솔레노이드밸브의 적용이 가능하게 구성할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명의 구조에 따르면, 고가의 방폭 장비가 적용되는 솔레노이드밸브(550)의 개수를 1개로 최소화시키거나 또는 솔레노이드밸브 그룹(600)을 가스안전구역인 엔진룸 내부에 배치시킴으로써 고가의 방폭 장비의 적용이 불필요하게 되어 비용적인 측면에서 매우 유리한 설계가 가능하다. 또한, 후술하겠지만 본 발명에서 솔레노이드밸브(550)는 역류방지 밸브셋(500)에 일체의 구성으로 포함되도록 설계되어 선내에 용이하게 설치가 이루어질 수 있다.

도 4 내지 도 6에는 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋(500)의 외관 구조가 보다 구체적으로 도시되어 있다. 도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋(500)은 위에서 설명한 밸브들(510, 520, 530, 540) 및 기타 구성들(503, 504)이 하나의 바디(B)를 통해 일체화되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋(500)은 하나의 셋(set)으로 구성 및 제작될 수 있다.

해당 도면들에서는 보이지 않지만, 역류방지 밸브셋(500)의 몸체를 이루는 바디(B)에는 도 3에 도시된 바와 같은 유로(501, 502)가 내측으로 관통 형성될 수 있으며, 내부에 형성되는 유로(501, 502)를 개폐시키기 위한 밸브들(510, 520, 540) 및 유체를 일방향으로만 흐르게 하는 체크밸브(530)가 바디(B)의 외측에서 제어 가능하도록 설치될 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 차단밸브(510, 520)와 체크밸브(530)는 바디(B)의 측부에 그리고 블리드밸브(540)는 바디(B)의 상단부에 각각 바디(B)의 외측으로부터 관입되어 바디(B) 내측에 형성되는 유로(501, 502)를 개폐시키도록 설치될 수 있다.

또한, 바디(B)의 외측부에는 내부에 형성되는 제1 유로(501)로 질소가스를 유입시키는 질소가스 유입구(505)와, 유입된 질소가스를 배출시키는 질소가스 배출구(506)와, 내부에 형성되는 제2 유로(502)을 통해 누수가스가 배출되는 누수가스 배출구(507)가 형성될 수 있다. 질소가스 유입구(505)와 질소가스 배출구(506)를 형성하는 스풀피스(spool piece)는 아이볼트(eye bolt)에 의해 바디(B)의 외측에 고정될 수 있다. 질소가스 유입구(505)에는 버퍼탱크(300, 도 2 참조)로부터 연장되는 퍼징라인(PL)이 연결될 수 있으며, 질소가스 배출구(506)에는 전술한 가스블록(504)이 커넥터 형식으로 구비되어 엔진으로 연결되는 퍼징라인(PL1, PL2)이 연결될 수 있다. 그리고 누수가스 배출구(507)에는 도 3에 도시된 Outer Pipe가 연결될 수 있다.

바디(B)의 저면부에는 전술한 에어필터 레귤레이터(503)와 솔레노이드밸브(550)의 장착을 위한 브라켓(508)이 설치될 수 있다. 브라켓(508)은 바디(B)의 측면 하단부에 고정된 후 바디(B)의 저면과 수평한 면을 이루도록 절곡된 형태를 가질 수 있다. 에어필터 레귤레이터(503)는 바디(B)의 외측으로부터 제1 유로(501) 상으로 관입될 수 있다. 전술한 바와 같이 본 발명에서 솔레노이드밸브(550)는 하나로만 구성될 수 있다.

또한, 바디(B)는 압력센서와 같은 기타 센서류 등의 추가 장착이 가능하도록 구성될 수 있다.

이와 같이 각종 밸브류(510, 520, 540, 550)와 기타 구성들(503, 504, 505, 506, 507, 508)이 하나의 바디(B)에 일체로 통합 구성되는 본 발명의 역류방지 밸브셋(500)은, 콤팩트한 구성이 가능하여 가스밸브유닛룸과 같은 협소한 공간에도 용이한 배치가 가능하므로 선내 공간 활용도를 높이는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋(500)은 고가의 방폭 장비가 적용되는 구성을 최소화하고, 개폐 동작이 필요한 밸브(510, 520, 540)를 3개 미만의 액추에이터를 통해 연동시키는 등의 최적 설계를 통하여 물량 절감의 효과 및 역류 방지를 위한 제어 로직이 단순화되는 효과를 도모할 수 있다.

한편, 본 발명에서 제안되는 역류방지 밸브셋(500)은, 도 2에 도시된 본 발명의 가스 퍼징시스템에만 적용이 제한되는 것이 아니라 엔진의 연료로써 공급되는 액화가스가 유동하는 배관으로 퍼징라인이 직접 연결되는 어떠한 시스템에라도 적용이 가능하며, 종래와 같이 질소가스를 연료공급라인 상으로 주입하는 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 역류방지 밸브셋(500)은 가스 퍼징시스템 뿐만 아니라 유체의 역류 발생 우려가 있는 기타 다른 가스 취급시스템에도 적용이 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 역류방지 밸브셋(500)은 고압가스 분사엔진(110) 측과 저압가스 분사엔진(120) 측에 대하여 각각 아래와 같이 두 가지 컨셉으로 운용될 수 있다. 여기서 고압가스 분사엔진(110) 측과 연결되는 제1 퍼징라인(PL1) 상에 설치되는 제1 역류방지 밸브셋(500A)과 저압가스 분사엔진(120) 측과 연결되는 제2 퍼징라인(PL2) 상에 설치되는 제2 역류방지 밸브셋(500B)의 동작이 서로 다르게 이루어질 수 있으므로, 각각의 경우에 대하여 나누어 살펴보도록 한다.

1) 제1 역류방지 밸브셋(500A)의 동작 특성

고압가스 분사엔진(110)의 노멀 가스 운전(Nomal Gas Operation)시, 제1 역류방지 밸브셋(500A)에서 제1 차단밸브(510) 및 제2 차단밸브(520)는 차단(Normal Colse)된 상태를 유지하고, 블리드밸브(540)는 개방(Normal Open)되어 연료가스의 누출시 누수된 가스가 제2 유로(502)를 통해 안전한 구역으로 빠져나갈 수 있도록 한다. 여기서 '노멀 가스 운전'이란 엔진이 LNG 가스를 연료로 사용하여 구동되는 '가스 모드(Gas mode)'의 운전 상태를 의미한다.

고압가스 분사엔진(110)의 퍼징시에는, 제1 역류방지 밸브셋(500A)의 제1 및 제2 차단밸브(510, 520)를 개방하여 버퍼탱크(300)로부터 고압가스 분사엔진(110)으로 질소가스를 공급하여 퍼징이 실시되도록 한다.

한편, 본 발명에 따른 선박의 가스 퍼징시스템은, 제1 퍼징라인(PL1)에서 제1 역류방지 밸브셋(500A)의 후단으로부터 분기되어 제2 연료공급라인(L2)으로 연결되는 제3 퍼징라인(PL3)을 포함할 수 있다. 제3 퍼징라인(PL3) 상에는 개폐가 가능한 퍼징밸브(PV3)가 설치될 수 있다.

제3 퍼징라인(PL3)을 통해 공급되는 질소가스는, 제2 연료공급라인(L2) 상에 설치되어 저압가스 분사엔진(120)으로의 연료(LNG 가스)의 공급을 관장하는 마스터밸브(MV)의 후단으로부터 저압 가스밸브유닛(220)까지 이르는 제2 연료공급라인(L2)을 퍼징시킨 후, 저압 가스밸브유닛(200)에 연결된 벤트라인(VL2)을 통해 배출될 수 있다.

이와 같이 제3 퍼징라인(PL3)을 통해 이루어지는 퍼징을 오토 퍼징(Auto Purging)과 구분하기 위하여 매뉴얼 퍼징(Manual Purging)이라고 한다. 오토 퍼징은 엔진(110, 120)의 가스 트립(gas trip)과 연계되어 엔진의 트립시 자동으로 퍼징되는 것으로서 가스밸브유닛(210, 220)으로부터 엔진(110, 120) 사이의 퍼징을 의미한다. 본 발명에서 제3 퍼징라인(PL3)을 통한 매뉴얼 퍼징은 저압가스 분사엔진(120)의 유지보수시 또는 가스 모드를 오랫동안 사용하지 않을 시에 조작 버튼을 눌러 수행될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서 고압가스 분사엔진(110) 측에 설치되는 제1 역류방지 밸브셋(500A)은 매뉴얼 퍼징 시스템과 연계하여 구성될 수 있으며, 이에 따른 물량 절감의 효과를 기대할 수 있다.

2) 제2 역류방지 밸브셋(500B)의 동작 특성

저압가스 분사엔진(120) 측에 설치되는 제2 역류방지 밸브셋(500B)의 동작 특성을 살펴보기 이전에, 본 발명에서 제2 역류방지 밸브셋(500B)과 저압가스 분사엔진(120) 사이의 제2 퍼징라인(PL2) 상에는 질소공급밸브(NV) 및 체크밸브(CV)가 설치될 수 있다.

질소공급밸브(NV)는 저압가스 분사엔진(120)의 퍼징을 실시할 때 개방되는 밸브로서 평상시에는 닫힌 상태를 유지한다. 그리고 체크밸브(CV)는 퍼징라인(PL)과 저압가스 분사엔진(120)의 연결 부위에서의 역류를 방지하는 밸브이다.

즉, 저압가스 분사엔진(120) 측에서는 제2 역류방지 밸브셋(500B)과 저압가스 분사엔진(120) 사이에 설치되는 질소공급밸브(NV) 및 체크밸브(CV)에 의해 저압가스 분사엔진(120)으로부터 연료가스의 역류가 선제적으로 방지될 수 있다.

질소공급밸브(NV)의 전단에는 제1 압력센서(PT1)가 설치될 수 있다. 제1 압력센서(PT1)은 제2 퍼징라인(PL2)을 통해 질소가스의 압력이 정상적으로 공급되고 있는지를 감지하며, 질소가스의 압력이 일정 압력(예컨대, 약 7bar) 이하로 떨어질 시에는 저압가스 분사엔진(120)이 더 이상 가스 모드로 운전될 수 없도록 제어한다.

또한, 질소공급밸브(NV)와 체크밸브(CV) 사이에는 제2 압력센서(PT2)가 설치될 수 있다. 제2 압력센서(PT2)는 저압가스 분사엔진(120)으로부터 연료가스가 역류할 시 압력이 상승하는 것을 감지하여 저압가스 분사엔진(120)의 가스 모드 운전 중단을 선언할 수 있다.

이하, 제2 역류방지 밸브셋(500B)의 동작 특성을 살펴보면, 저압가스 분사엔진(120)의 노멀 가스 운전시, 제2 역류방지 밸브셋(500B)의 제1 차단밸브(510) 및 제2 차단밸브(520)는 개방(Normal Open)되어 퍼징라인(PL2)을 통한 질소가스의 압력이 충분히 제공되도록 한다. 이때 블리드밸브(540)는 차단(Normal Close)된다. 이와 같이 질소가스가 저압가스 분사엔진(120)의 전단까지 가압되어 있는 상태로 시스템을 구성하면 빠른 응답속도를 가질 수 있다는 장점이 있다.

이때, 질소공급밸브(NV)의 전단에 설치되는 제1 압력센서(PT1)에서 감지되는 질소가스의 압력이 일정 압력(예컨대, 약 7bar) 이하로 떨어지면 제2 역류방지 밸브셋(500B)의 제1 및 제2 차단밸브(510, 520)를 차단하고 블리드밸브(540)는 개방하는 컨트롤을 수행한다. 질소가스의 압력이 낮아지면 연료가스의 압력이 질소가스의 압력보다 높아져 역류할 가능성이 높은 것으로 판단되므로, 제2 역류방지 밸브셋(500B) 측에서도 역류 방지 기능을 수행할 수 있도록 제어하는 것이다. 여기서, 제1 및 제2 차단밸브(510, 520)가 차단되더라도 질소공급밸브(NV)는 계속 차단된 상태로 유지될 수 있다. 질소공급밸브(NV)는 저압가스 분사엔진(120)의 가스 트립 시그널에 의해 퍼징의 실시 여부에 따라 제어된다.

또한, 질소공급밸브(NV)와 체크밸브(CV) 사이에 설치되는 제2 압력센서(PT2)에서 저압가스 분사엔진(120)으로부터의 역류가 감지될 시에도 동일하게 제2 역류방지 밸브셋(500B)의 제1 및 제2 차단밸브(510, 520)를 차단하고 블리드밸브(540)는 개방하는 컨트롤이 수행될 수 있다. 이때, 저압가스 분사엔진(120)으로부터 역류가 감지되면 저압가스 분사엔진(120)의 가스 모드 운전을 중단해야 하지만, 제2 역류방지 밸브셋(500B)에 의해 역류가 방지되도록 함으로써 단기간 동안 저압가스 분사엔진(120)의 가스 모드 운전을 유지할 수 있다.

저압가스 분사엔진(120)의 퍼징시에는, 상기 질소공급밸브(NV)와 제2 역류방지 밸브셋(500B)의 제1 및 2 차단밸브(510, 520)를 모두 개방하여 버퍼탱크(300)로부터 저압가스 분사엔진(120) 측으로 질소가스가 공급되도록 한다.

한편, 본 발명에서 저압가스 분사엔진(120) 측에 설치되는 제2 역류방지 밸브셋(500B)은 제1 및 제2 차단밸브(510, 520)가 노멀 오픈(Normal Open) 상태이므로 매뉴얼 퍼징 시스템과 연계하여 구성하지 않는다.

본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 엔진
110 : 고압가스 분사엔진
120 : 저압가스 분사엔진
210 : 고압 가스밸브유닛
220 : 저압 가스밸브유닛
300 : 버퍼탱크
400 : 연료공급시스템
500 : 역류방지 밸브셋
B : 바디
501 : 제1 유로
502 : 제2 유로
503 : 에어필터 레귤레이터
504 : 가스블록
505 : 질소가스 유입구
506 : 질소가스 배출구
507 : 누수가스 배출구
508 : 브라켓
510 : 제1 차단밸브
511 : 액추에이터
520 : 제2 차단밸브
521 : 액추에이터
530 : 체크밸브
540 : 블리드밸브
541 : 액추에이터
550 : 솔레노이드밸브
600 : 솔레노이드밸브유닛
L1 : 제1 연료공급라인
L2 : 제2 연료공급라인
PL : 퍼징라인
PL1 : 제1 퍼징라인
PL2 : 제2 퍼징라인
VL1, VL2 : 벤트라인
PV1, PV2, PV3 : 퍼징밸브
TL : 튜빙라인

Claims

액화가스를 연료로 공급받아 구동되는 고압가스 분사엔진;
상기 고압가스 분사엔진 대비 저압의 액화가스를 연료로 공급받아 구동되는 저압가스 분사엔진;
액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 압축 및 기화시켜 상기 고압가스 분사엔진으로 공급하는 제1 연료공급라인;
상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 압축 및 기화시켜 상기 저압가스 분사엔진으로 공급하는 제2 연료공급라인;
상기 고압가스 분사엔진의 내부 및 상기 제1 연료공급라인을 퍼징시키기 위한 목적으로 상기 고압가스 분사엔진으로 불활성가스를 공급하는 제1 퍼징라인;
상기 저압가스 분사엔진의 내부 및 상기 제2 연료공급라인을 퍼징시키기 위한 목적으로 상기 저압가스 분사엔진으로 불활성가스를 공급하는 제2 퍼징라인;
상기 제1 퍼징라인 상에 설치되어 상기 고압가스 분사엔진으로부터 연료가스가 역류하는 것을 방지하는 제1 역류방지 밸브셋; 및
상기 제2 퍼징라인 상에 설치되어 상기 저압가스 분사엔진으로부터 연료가스가 역류하는 것을 방지하는 제2 역류방지 밸브셋; 및
상기 제1 역류방지 밸브셋 후단의 상기 제1 퍼징라인으로부터 분기되어 상기 제2 연료공급라인으로 연결되는 제3 퍼징라인을 포함하고,
상기 제1 퍼징라인 및 상기 제2 퍼징라인으로 공급되는 불활성가스는 상기 고압가스 분사엔진과 상기 저압가스 분사엔진에 각각 직접 공급되고,
상기 고압가스 분사엔진의 퍼징은 상기 고압가스 분사엔진의 내부로부터 상기 제1 연료공급라인 측 방향으로 이루어지고, 상기 저압가스 분사엔진의 퍼징은 상기 저압가스 분사엔진의 내부로부터 상기 제1 연료공급라인 측 방향으로 이루어지며,
상기 제1 퍼징라인을 통해 상기 고압가스 분사엔진으로 공급되는 불활성가스에 의해 밀려 배출되는 상기 고압가스 분사엔진 내부의 잔류가스는 상기 제1 연료공급라인 상에 설치되는 고압 가스밸브유닛을 통해 외기로 방출되고,
상기 제2 퍼징라인을 통해 상기 저압가스 분사엔진으로 공급되는 불활성가스에 의해 밀려 배출되는 상기 저압가스 분사엔진 내부의 잔류가스는 상기 제2 연료공급라인 상에 설치되는 저압 가스밸브유닛을 통해 외기로 방출되며,
상기 제3 퍼징라인을 통해 공급되는 불활성가스는 상기 제2 연료공급라인 상에 설치되어 상기 저압가스 분사엔진 측으로 연료가스의 공급을 제어하는 마스터밸브의 후단으로부터 상기 저압 가스밸브유닛이 설치되는 지점에 이르는 상기 제2 연료공급라인 내부를 퍼징시키는 것을 특징으로 하는,
선박의 가스 퍼징시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 고압 가스밸브유닛은 상기 고압가스 분사엔진으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 제어하는 장치로서 가스위험구역으로 분류되는 카고컴프레서룸(Cargo Compressor Room) 또는 가스밸브유닛룸(GVU Room) 내에 배치되고,
상기 저압 가스밸브유닛은 상기 저압가스 분사엔진으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 제어하는 장치로서 상기 가스밸브유닛룸 내에 배치되는 것을 특징으로 하는,
선박의 가스 퍼징시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 제1 연료공급라인에서 상기 고압 가스밸브유닛이 배치되는 카고컴프레서룸 또는 가스밸브유닛룸으로부터 상기 고압가스 분사엔진에 이르는 라인은 이중관으로 형성되고,
상기 제2 연료공급라인에서 상기 저압 가스밸브유닛이 배치되는 가스밸브유닛룸으로부터 상기 저압가스 분사엔진에 이르는 라인은 이중관으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
선박의 가스 퍼징시스템.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제1 역류방지 밸브셋은,
내부에 불활성가스의 유동 통로를 형성하는 제1 유로;
상기 제1 유로 상에 순차적으로 설치되어 상기 제1 유로를 개폐시키는 제1 차단밸브 및 제2 차단밸브;
상기 제1 유로 상에서 상기 제2 차단밸브의 후단에 설치되는 체크밸브;
상기 제1 차단밸브와 상기 제2 차단밸브 사이의 상기 제1 유로로부터 분기되어 누수된 가스를 배츨하는 제2 유로; 및
상기 제2 유로 상에 설치되는 블리드밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는,
선박의 가스 퍼징시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 고압가스 분사엔진이 가스 모드로 운전시 상기 제1 차단밸브 및 상기 제2 차단밸브는 차단되고 상기 블리드밸브는 개방되며,
상기 고압가스 분사엔진의 퍼징시에는 상기 제1 차단밸브 및 상기 제2 차단밸브는 개방되고 상기 블리드밸브는 차단되는 것을 특징으로 하는,
선박의 가스 퍼징시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 퍼징라인 상에서 상기 제2 역류방지 밸브셋과 상기 저압가스 분사엔진 사이에 순차적으로 설치되는 질소공급밸브 및 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
선박의 가스 퍼징시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 저압가스 분사엔진이 가스 모드로 운전시, 상기 제2 역류방지 밸브셋은 상기 제2 퍼징라인이 개방된 상태가 되도록 제어되어 상기 질소공급밸브가 설치되는 지점까지의 상기 제2 퍼징라인은 불활성가스의 공급 압력을 제공받는 것을 특징으로 하는,
선박의 가스 퍼징시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 질소공급밸브의 전단에 설치되는 제1 압력센서를 더 포함하고,
상기 제1 압력센서에 의해 측정되는 불활성가스의 공급 압력이 일정값 이하로 떨어지는 경우 상기 저압가스 분사엔진의 가스 모드 운전을 중단하는 것을 특징으로 하는,
선박의 가스 퍼징시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 질소공급밸브와 상기 체크밸브 사이에 설치되는 제2 압력센서를 더 포함하고,
상기 제2 압력센서는 상기 저압가스 분사엔진으로부터의 역류 발생시 압력 증가를 감지하여, 상기 저압가스 분사엔진의 가스 모드 운전을 중단하는 것을 특징으로 하는,
선박의 가스 퍼징시스템.
청구항 12에 있어서,
상기 제2 역류방지 밸브셋은,
내부에 불활성가스의 유동 통로를 형성하는 제1 유로;
상기 제1 유로 상에 순차적으로 설치되어 상기 제1 유로를 개폐시키는 제1 차단밸브 및 제2 차단밸브;
상기 제1 유로 상에서 상기 제2 차단밸브의 후단에 설치되는 체크밸브;
상기 제1 차단밸브와 상기 제2 차단밸브 사이의 상기 제1 유로로부터 분기되어 누수된 가스를 배츨하는 제2 유로; 및
상기 제2 유로 상에 설치되는 블리드밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는,
선박의 가스 퍼징시스템.
청구항 13에 있어서,
상기 저압가스 분사엔진이 가스 모드로 운전시 상기 제1 차단밸브 및 상기 제2 차단밸브는 개방되고 상기 질소공급밸브 및 상기 블리드밸브는 차단되며,
상기 저압가스 분사엔진의 가스 모드 운전을 중단할 시에는 상기 제1 차단밸브 및 상기 제2 차단밸브는 차단되고 상기 블리드밸브는 개방되는 것을 특징으로 하는,
선박의 가스 퍼징시스템.
청구항 14에 있어서,
상기 저압가스 분사엔진의 퍼징시에는, 상기 제1 차단밸브, 상기 제2 차단밸브 및 상기 질소공급밸브는 개방되고 상기 블리드밸브는 차단되는 것을 특징으로 하는,
선박의 가스 퍼징시스템.
청구항 8 또는 청구항 15에 있어서,
상기 제1 차단밸브, 상기 제2 차단밸브 및 상기 블리드밸브의 개폐를 제어하는 적어도 하나의 액추에이터;
상기 액추에이터의 가동을 위하여 작동유체를 공급하는 솔레노이드밸브 그룹;
상기 솔레노이드밸브 그룹으로부터 상기 액추에이터로 작동유체를 공급하는 튜빙라인; 및
상기 튜빙라인 상에 설치되어 상기 작동유체의 압력을 제어하는 솔레노이드밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
선박의 가스 퍼징시스템.
청구항 16에 있어서,
상기 튜빙라인은 상기 액추에이터의 개수에 대응되게 마련되되, 단일의 상기 솔레노이드밸브가 상기 튜빙라인이 통합된 라인 상에 설치되는 것을 특징으로 하는,
선박의 가스 퍼징시스템.
청구항 17에 있어서,
상기 제1 차단밸브, 상기 제2 차단밸브, 상기 체크밸브, 상기 블리드밸브 및 상기 솔레노이드밸브는 하나의 바디에 통합 구성되어 일체형 셋으로 제작되는 것을 특징으로 하는,
선박의 가스 퍼징시스템.