KR102548338B1 - 선박의 가스 관리시스템 - Google Patents

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Abstract

선박의 가스 관리시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 액상 암모니아 및 이로부터 발생하는 암모니아 가스를 수용하는 저장탱크, 저장탱크의 액상 암모니아를 가압하여 엔진에 연료가스로 공급하는 연료가스 공급라인, 엔진에서 소비되지 않은 잉여가스를 순환시키는 연료가스 복귀라인, 연료가스 공급라인을 따라 이송되는 액상 암모니아의 압력 및 연료가스 복귀라인을 따라 이송되는 잉여가스의 압력 중 적어도 어느 하나를 이용하여 저장탱크의 암모니아 가스를 추출하는 가스처리부, 연료가스 복귀라인에 의해 순환되는 잉여가스를 연료가스 공급라인 측으로 합류시키는 가스혼합부를 포함하여 제공될 수 있다.

Description

선박의 가스 관리시스템{GAS MANAGEMENT SYSTEM IN SHIPS}
본 발명은 선박의 가스 관리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 설비 운용의 안정성을 도모함과 동시에, 액상 암모니아 및 이로부터 발생하는 증발가스의 효율적인 관리를 수행할 수 있는 선박의 가스 관리시스템 및 작동방법에 관한 것이다.
온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 환경규제가 강화됨에 따라 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 세계 각국은 친환경 및 저탄소 연료가스 사용 선박의 개발에 주력하고 있다.
기존의 화석연료를 대체할 에너지원으로서 천연가스(Natural Gas)를 사용하는 방법이 가장 유력하게 고려되어 왔다. 다만, 천연가스는 취급의 효율성을 위해 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)로 상 변화하여 관리 및 운용을 수행하게 되는데, 그 액화점이 약 -163℃로 매우 낮아 냉각에 어려움이 있고, 액화천연가스를 급유하는 항구 또는 벙커링 선박 등의 관련 인프라를 구축하는데 많은 비용이 들어간다는 단점이 있다.
이에 최근에는 차세대 친환경 에너지원으로서 암모니아(NH3)가 각광을 받고 있다. 일 예로, 암모니아를 이용하여 선박의 엔진이나 각종 발전설비의 동력원으로 활용하거나, 암모니아를 통해 전기를 생산하는 기술이 다양하게 개발되고 있다.
이러한 암모니아는 상압에서 액화점이 약 -33℃ 로서, 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송되는데, 액상 암모니아의 완전한 단열을 구현하는 것은 실질적으로 불가능하므로 저장탱크의 내부에는 액상 암모니아가 기화하여 발생하는 암모니아 가스가 축적된다.
암모니아 가스는 저장탱크의 내부압력을 상승시켜 저장탱크의 변형 및 훼손을 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 적은 농도에서도 인체에 매우 유해한 성질을 가진다. 또한 암모니아는 비중이 공기보다 낮아 확산이 쉽게 이루어짐에 따라 폭발 또는 인명사고 등의 안전에 위협이 될 우려가 매우 높다. 따라서 암모니아를 에너지원으로 이용함에 있어서 이로부터 발생하는 암모니아 가스를 안정적으로 처리 및 관리할 수 있는 방안이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0124365호(2018. 11. 21. 공개)
본 실시 예는 액상 암모니아 및 이로부터 발생하는 암모니아 가스를 효율적으로 활용 및 관리할 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 단순한 구조로서 효율적인 가스 운용을 수행할 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 엔진에 연료가스를 안정적으로 공급하고, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 설비의 구조 안정성을 도모할 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 실시 예는 폭발 또는 인명사고 등을 방지하여 설비 운용의 안전성을 도모할 수 있는 선박의 가스 관리시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 액상 암모니아 및 이로부터 발생하는 암모니아 가스를 수용하는 저장탱크; 상기 저장탱크의 액상 암모니아를 가압하여 엔진에 연료가스로 공급하는 연료가스 공급라인; 상기 엔진에서 소비되지 않은 잉여가스를 순환시키는 연료가스 복귀라인; 상기 연료가스 공급라인을 따라 이송되는 액상 암모니아의 압력 및 상기 연료가스 복귀라인을 따라 이송되는 잉여가스의 압력 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 저장탱크의 암모니아 가스를 추출하는 가스처리부; 및 상기 연료가스 복귀라인에 의해 순환되는 잉여가스를 상기 연료가스 공급라인 측으로 합류시키는 가스혼합부를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 가스처리부는 상기 연료가스 복귀라인 상에 마련되는 이젝터와, 상기 저장탱크와 상기 이젝터를 서로 연결하여, 상기 저장탱크의 암모니아 가스를 상기 이젝터 측으로 전달하는 가스 유도라인을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 가스처리부는 상기 연료가스 공급라인 상에 마련되는 이젝터와, 상기 저장탱크와 상기 이젝터를 서로 연결하여, 상기 저장탱크의 암모니아 가스를 상기 이젝터 측으로 전달하는 가스 유도라인을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 연료가스 공급라인은 상기 저장탱크의 액상 암모니아를 가압하는 부스팅펌프를 포함하고, 상기 가스혼합부는 상기 연료가스 공급라인 상 상기 부스팅펌프의 전단에 마련되고 상기 연료가스 복귀라인의 출구가 연결되는 혼합탱크를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 연료가스 공급라인은 입구 측 단부에 마련되어 상기 저장탱크의 액상 암모니아를 송출하는 이송펌프와, 상기 이송펌프에 의해 송출되는 액상 암모니아를 가압하는 부스팅펌프를 포함하고, 상기 이젝터는 상기 연료가스 공급라인 상 상기 이송펌프와 상기 부스팅펌프 사이에 마련될 수 있다.
상기 가스혼합부는 상기 연료가스 공급라인 상 상기 이젝터와 상기 부스팅펌프 사이에 마련되고 상기 연료가스 복귀라인의 출구가 연결되는 혼합탱크를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 연료가스 공급라인은 상기 저장탱크의 액상 암모니아를 가압하는 부스팅펌프를 포함하고, 상기 연료가스 복귀라인의 출구는 상기 연료가스 공급라인 상 상기 부스팅펌프의 전단 측에 합류하도록 연결될 수 있다.
상기 가스혼합부는 상기 연료가스 복귀라인으로부터 분기되는 가스 저장라인과, 상기 가스 저장라인에 연결되어 상기 이젝터에 의해 혼합된 가스흐름을 일시적으로 수용하는 혼합탱크를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 연료가스 복귀라인은 상기 잉여가스를 냉각시키는 연료쿨러와, 상기 이젝터에 의해 혼합된 가스흐름을 감압시키는 팽창밸브를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 연료가스 복귀라인은 상기 잉여가스를 냉각시키는 연료쿨러를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 연료가스 공급라인은 상기 부스팅펌프에 의해 가압된 액상 암모니아를 가열하는 연료히터를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 연료가스 공급라인으로 유입된 액상 암모니아를 상기 혼합탱크의 내부 상측에 분사하는 분사라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 액상 암모니아 및 이로부터 발생하는 암모니아 가스를 효율적으로 활용 및 관리할 수 있다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 엔진에 연료가스를 안정적으로 공급하고, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 단순한 구조로서 효율적인 가스 운용을 수행할 수 있다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 설비의 구조 안정성을 도모할 수 있다.
본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템은 폭발 또는 인명사고 등을 미연에 방지하여 설비 운용의 안전성을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템을 나타내는 개념도이다.
이하에서는 본 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(100)을 나타내는 개념도이다.
암모니아(NH3)는 차세대 친환경 에너지원으로서 각광을 받고 있다. 그러나 암모니아는 매우 적은 농도에서도 인체에 유해한 성질을 가지며, 특히 공기보다 비중이 낮아 확산이 쉽게 이루어짐에 따라 폭발 또는 인명사고 등 안전에 위협이 발생할 우려가 매우 높다.
이에 본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(100)은 선박의 엔진(10)에서 암모니아를 연료가스로 사용함에 있어서, 액상 암모니아로부터 자연적으로 기화하여 발생하는 암모니아 가스를 안정적으로 관리 및 처리하도록 마련된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(100)은 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 액상 암모니아를 엔진(10)에 연료가스로 공급하는 연료가스 공급라인(120), 엔진(10)에서 소비되지 않은 잉여의 연료가스(이하, '잉여가스'라고 함.)를 재공급하도록 순환시키는 연료가스 복귀라인(130), 저장탱크(110)의 기상 암모니아(이하, '암모니아 가스'라고 함.)를 추출하여 처리하는 가스처리부(140), 연료가스 복귀라인(130)에 의해 순환된 잉여가스를 연료가스 공급라인(120) 측으로 혼합 및 합류시키는 가스혼합부(150)를 포함하여 마련될 수 있다.
본 실시 예에서는 발명에 대한 이해를 돕기 위해, 암모니아(NH3)를 적용하여 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며 액화에탄가스, 액화프로판가스(LPG) 등 액화점이 높은 다양한 액화가스 및 이로부터 발생하는 증발가스가 적용되는 경우에도 동일한 기술적 사상으로 이해될 수 있다.
저장탱크(110)는 액상 암모니아 및 이로부터 발생하는 암모니아 가스를 수용 또는 저장하도록 마련된다. 저장탱크(110)는 외부의 열 침입에 의한 액상 암모니아의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 화물창으로 마련될 수 있다. 저장탱크(110)는 암모니아의 생산지 등으로부터 액상 암모니아를 공급받아 수용 또는 저장하며, 목적지에 이르러 하역하기까지 액상 암모니아 및 암모니아 가스를 안정적으로 보관하거나, 후술하는 바와 같이 선박의 추진용 또는 발전용 엔진(10)의 연료가스로 이용되도록 보관할 수 있다.
저장탱크(110)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(110) 내부에는 액상 암모니아가 자연적으로 기화하여 발생하는 암모니아 가스가 존재하게 된다. 이러한 암모니아 가스는 저장탱크(110)의 내부압력을 상승시켜 저장탱크(110)의 변형 및 폭발 등의 위험을 잠재하고 있으므로 암모니아 가스를 저장탱크(110)로부터 제거 또는 처리할 필요성이 있다. 이에 따라 저장탱크(110)의 내부에 발생 및 수용된 암모니아 가스는 후술하는 가스처리부(140)에 의해 추출 및 재액화되어 엔진(10)에 연료가스로 공급될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
엔진(10)은 저장탱크(110)에 수용된 액상 암모니아를 연료가스로 공급받아 선박의 추진력을 발생시키거나 선박의 내부 설비 등의 발전용 전원을 발생시킬 수 있다. 도 1에서는 하나의 엔진(10)이 마련된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받아 선체의 추진력을 발생시키는 고압 엔진과, 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 선박의 발전용 전원을 발생시키는 저압 엔진 등 복수개로 이루어질 수 있다.
연료가스 공급라인(120)은 저장탱크(110)에 수용된 액상 암모니아를 엔진(10)에 연료가스로 공급하도록 마련된다.
연료가스 공급라인(120)은 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연결되어 마련되되, 중단부에 후술하는 가스혼합부(150)가 마련될 수 있으며, 연료가스 공급라인(120)의 출구 측 단부는 엔진(10)을 매개로 후술하는 연료가스 복귀라인(130)의 입구 측 단부에 연결될 수 있다.
연료가스 공급라인(120)의 입구 측 단부에는 저장탱크(110)에 수용된 액상 암모니아를 엔진(10) 측으로 송출하기 위한 이송펌프(125)가 마련될 수 있다. 또한, 연료가스 공급라인(120)은 이송펌프(125)에 의해 송출된 액상 암모니아를 엔진(10)이 요구하는 연료가스 압력조건에 상응하게 가압하는 부스팅펌프(121)가 마련될 수 있다. 부스팅펌프(121)의 전단에는 후술하는 가스혼합부(150)가 마련되어 가스처리부(140)을 통해 추출된 암모니아 가스 및 연료가스 복귀라인(130)에 의해 순환되는 잉여가스의 혼합된 가스흐름이 합류될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.
부스팅펌프(121)의 후단에는 연료가스 공급라인(120)을 따라 이송되는 가압된 액상 암모니아를 가열하는 연료히터(122)가 마련될 수 있다. 연료히터(122)는 부스팅펌프(121)를 거쳐 가압된 액상 암모니아를 엔진(10)이 요구하는 연료가스의 온도 조건에 상응하게 가열 또는 기화시킬 수 있다. 연료히터(122)는 열교환장치로 마련되어 가압된 액상 암모니아를 열원과 열교환함으로써 액상 암모니아를 가열 또는 기화시킬 수 있다.
연료가스 복귀라인(130)은 엔진(10)의 출력 변화에 따라 엔진(10)에서 소비되지 못한 잉여의 연료가스를 순환하여 재공급하도록 마련된다.
연료가스 복귀라인(130)의 입구 측 단부는 엔진(10)을 매개로 연료가스 공급라인(120)에 연결되고, 출구 측 단부는 후술하는 가스혼합부(150)에 연결됨으로써, 엔진(10)에서 소비되지 못한 엔진(10) 소비되지 못한 잉여가스가 연료가스 공급라인(120) 측으로 순환 및 재공급될 수 있다. 연료가스 복귀라인(130)에는 연료쿨러(131)가 마련되어 엔진(10)으로부터 회수되는 고온의 잉여가스가 냉각될 수 있으며, 연료쿨러(131)에 의해 냉각된 잉여가스는 후술하는 가스처리부(140)의 이젝터(141)로 유입되어 저장탱크(110)의 암모니아 가스와 혼합된 가스흐름을 형성한 후 팽창밸브(132)로 진입할 수 있다. 팽창밸브(132)는 후술하는 이젝터(141)로부터 토출되는 가압 및 혼합된 가스흐름을 연료가스 공급라인(120) 상 부스팅펌프(121) 전단의 액상 암모니아의 압력에 상응하는 수준으로 감압될 수 있다. 연료쿨러(131)는 열교환장치로 마련되어, 고온의 잉여가스를 해수 등과 열교환함으로써 잉여가스를 냉각시킬 수 있다.
가스처리부(140)은 연료가스 복귀라인(130)을 따라 이송되는 잉여가스의 압력을 이용하여 저장탱크(110)의 내부에 발생 및 수용된 암모니아 가스를 추출하도록 마련된다.
이를 위해, 가스처리부(140)는 연료가스 복귀라인(130) 상 팽창밸브(132)의 전단에 마련되는 이젝터(141)와, 저장탱크(110)와 이젝터(141)를 서로 연결하여 저장탱크(110)에 수용된 암모니아 가스의 이젝터(141) 측 추출을 안내하는 가스 유도라인(142)을 포함할 수 있다. 가스 유도라인(142)은 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부 상측에 연결되고, 출구 측 단부가 이젝터(141)의 흡인실 측에 연결될 수 있다.
이젝터(141)는 연료가스 복귀라인(130)에 연결되어 일정 수준으로 가압된 잉여가스가 유입되는 제1 입구와, 가스 유도라인(142)에 연결되는 제2 입구를 구비하는 흡인실과, 흡인실에 흡입된 가스흐름의 압력을 증가시키는 병목부를 포함한다. 제1 입구를 통해 유입된 잉여가스가 병목부를 거쳐 분출 시, 잉여가스의 압력에 의해 가스 유도라인(142)이 연결되는 제2 입구 측 압력이 순간적으로 감소하게 되고, 이를 통해 저장탱크(110)에 수용된 암모니아 가스가 가스 유도라인(142)을 통해 이젝터(141)로 흡입 및 추출될 수 있다. 이젝터(141)로 유입 및 흡입된 잉여가스와 암모니아 가스는 혼합된 가스흐름을 형성할 수 있으며, 이후 이젝터(141)로부터 분출되어 연료가스 복귀라인(130)을 따라 팽창밸브(132)로 진입할 수 있다.
한편, 팽창밸브(132)는 개방 정도를 조절함으로써 이젝터(141)에서 암모니아 가스가 원활하게 추출 및 흡입될 수 있도록 연료가스 복귀라인(130)을 따라 이송되는 잉여가스의 압력을 일정 수준 이상 유지할 수 있다. 구체적으로, 연료쿨러(131)를 거친 잉여가스가 이젝터(141) 측으로 유입 시 이젝터(141)의 출구 측인 연료가스 복귀라인(130)의 후단이 후술하는 혼합탱크(151) 등을 향해 개방된 경우, 잉여가스의 압력이 급격히 하강할 우려가 있으며, 이에 따라 이젝터(141)에서 암모니아 가스의 흡입 및 추출량이 감소할 우려가 있다. 따라서 팽창밸브(132)가 연료가스 복귀라인(130) 상 이젝터(141)의 후단에서 개방 정도를 조절하도록 마련됨으로써 이젝터(141)로 유입되는 잉여가스의 압력을 일정 범위로 유지할 수 있으며, 이를 통해 이젝터(141)의 암모니아 가스 흡입량 또는 추출량을 극대화할 수 있다. 팽창밸브(132)는 제어부(미도시)에 의해 개방 정도 또는 폐쇄 정도가 자동적으로 조절되거나, 작업자에 의해 수동적으로 작동이 조절될 수 있다.
가스혼합부(150)는 연료가스 복귀라인(130)을 통해 순환된 잉여가스 및 가스처리부(140)을 통해 추출된 저장탱크(110)의 암모니아 가스를 포함하는 혼합된 가스흐름 중 적어도 어느 하나를 연료가스 공급라인(120) 측으로 혼합 및 합류시키도록 마련된다.
연료가스 복귀라인(130)을 통해 순환되는 잉여가스 또는 가스처리부(140)를 통해 추출된 암모니아 가스로서 잉여가스와 혼합된 가스흐름은 팽창밸브(132)에 의해 일정 수준 냉각된 상태이기는 하나, 기체성분을 상당량 포함한다. 반면, 연료가스 공급라인(120)은 저장탱크(110)로부터 유입되는 상대적으로 온도가 낮은 액체 상태의 액상 암모니아가 이송된다. 따라서 가스혼합부(150)는 기체성분을 포함하는 잉여가스 또는 혼합된 가스흐름을 액체 상태의 액상 암모니아와 안정적으로 혼합함과 동시에, 기체성분을 포함하는 잉여가스 또는 혼합된 가스흐름을 재액화시켜 연료가스 공급라인(120)으로 합류시킴으로써 엔진(10)의 연료가스 활용을 도모할 수 있다.
가스혼합부(150)는 혼합탱크(151)를 포함할 수 있다. 혼합탱크(151)는 연료가스 공급라인(120) 상 부스팅펌프(121)의 전단에 마련될 수 있으며, 연료가스 복귀라인(130)의 출구 측 단부는 혼합탱크(151)에 연결될 수 있다. 이로써, 연료가스 공급라인(120)을 통해 이송되는 액상 암모니아와, 연료가스 복귀라인(130)을 통해 이송되는 잉여가스 또는 혼합된 가스흐름이 혼합탱크(151)로 함께 유입될 수 있으며, 혼합탱크(151)의 내부에서 잉여가스 또는 혼합된 가스흐름이 액상 암모니아와 혼합되어 냉각 및 재액화가 이루어질 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 연료가스 복귀라인(130)을 통해 순환되어 혼합탱크(151)로 유입되는 잉여가스 또는 가스흐름은 팽창밸브(132)를 경유하는 과정에서 발생되는 플래쉬 가스(Flash gas) 등 기체성분을 포함할 수 있다. 이러한 기체성분이 펌프 등에 유입될 경우, 펌프의 출력저하 또는 고장을 유발할 수 있으므로 펌프 측으로 액체성분을 선별하여 공급할 필요가 있다. 이에 혼합탱크(151)는 내부로 유입된 액상 암모니아와 잉여가스 및 혼합된 가스흐름을 공급받아 혼합 및 재액화하여 수용하되, 액체성분을 분리 선별하여 부스팅펌프(121) 측으로 공급할 수 있다. 혼합탱크(151)는 내부로 유입된 가스흐름의 압력에도 불구하고 안정적으로 이를 수용할 수 있도록 가압식 탱크로 마련될 수 있으며, 내부의 기액 혼합상태의 암모니아 성분 중 액체성분을 분리 및 선별하여 부스팅펌프(121)로 공급할 수 있도록 연료가스 공급라인(120)이 혼합탱크(151)의 저면 측에 연결되어 부스팅펌프(121) 측으로 연장될 수 있다.
혼합탱크(151) 내부의 기액 혼합상태의 가스흐름 중 액체성분의 비율을 증대시키기 위해 분사라인(160)이 마련될 수 있다. 분사라인(160)은 연료가스 공급라인(120)으로 유입된 액상 암모니아를 혼합탱크(151)의 내부 상측에 분사함으로써, 혼합탱크(151) 내부에 수용된 기체성분의 재액화를 도모할 수 있다. 이를 위해, 분사라인(160)의 입구 측 단부는 연료가스 공급라인(120)으로부터 분기되되 저온의 액상 암모니아를 공급받을 수 있도록 연료가스 공급라인(120) 상 부스팅펌프(121)의 전단으로부터 분기될 수 있으며, 출구 측 단부는 혼합탱크(151)의 내부 상측에 배치되되 액상 암모니아를 분사하는 복수의 분사노즐이 마련될 수 있다.
이와 같이, 가스처리부(140)와 가스혼합부(150)에 의해 별도의 이송설비나 처리설비 없이도 저장탱크(110)의 암모니아 가스와 엔진(10)에서 소비되지 못한 잉여가스를 액상 암모니아에 혼합 및 재액화하여 엔진(10)의 연료가스로 활용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(200)에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(200)을 나타내는 개념도로서, 도 2를 참조하면 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 액상 암모니아를 엔진(10)에 연료가스로 공급하는 연료가스 공급라인(120), 엔진(10)에서 소비되지 않은 잉여가스를 재공급하도록 순환시키는 연료가스 복귀라인(130), 저장탱크(110)의 암모니아 가스를 추출하여 처리하는 가스처리부(240), 연료가스 복귀라인(130)에 의해 순환된 잉여가스를 연료가스 공급라인(120) 측으로 혼합 및 합류시키는 가스혼합부(150)를 포함하여 마련될 수 있다.
이하에서 설명하는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(200)에 대한 설명 중 별도의 도면부호를 들어 추가적으로 설명하는 경우 외에는 앞서 설명한 본 발명의 제1 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(100)에 대한 설명과 동일한 것으로서 내용의 중복을 방지하기 위해 설명을 생략한다.
가스처리부(240)은 연료가스 공급라인(120)을 따라 이송되는 액상 암모니아의 압력을 이용하여 저장탱크(110)의 내부에 발생 및 수용된 암모니아 가스를 추출하도록 마련된다.
이를 위해, 가스처리부(240)는 연료가스 공급라인(120) 상 이송펌프(125)의 후단에 마련되는 이젝터(241)와, 저장탱크(110)와 이젝터(241)를 서로 연결하여 저장탱크(110)에 수용된 암모니아 가스의 이젝터(241) 측 추출을 안내하는 가스 유도라인(242)을 포함할 수 있다. 가스 유도라인(242)은 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부 상측에 연결되고, 출구 측 단부가 이젝터(241)의 흡인실 측에 연결될 수 있다.
이젝터(241)는 연료가스 공급라인(120) 상 이송펌프(125)와 가스혼합부(150)의 혼합탱크(151) 사이에 마련되어, 이송펌프(125)에 의해 일정 수준으로 가압 및 송출되는 액상 암모니아가 유입되는 제1 입구와, 가스 유도라인(242)에 연결되는 제2 입구를 구비하는 흡인실과, 흡인실에 흡입된 가스흐름의 압력을 증가시키는 병목부를 포함한다. 제1 입구를 통해 유입된 액상 암모니아가 병목부를 거쳐 분출 시, 액상 암모니아의 압력에 의해 가스 유도라인(242)이 연결되는 제2 입구 측 압력이 순간적으로 감소하게 되고, 이를 통해 저장탱크(110)에 수용된 암모니아 가스가 가스 유도라인(242)을 통해 이젝터(241)로 흡입 및 추출될 수 있다. 이젝터(241)로 유입 및 흡입된 액상 암모니아와 암모니아 가스는 혼합된 가스흐름을 형성할 수 있으며, 이후 이젝터(241)로부터 분출되어 연료가스 공급라인(120)을 따라 가스혼합부(150)의 혼합탱크(151)로 진입할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(200)은 가스처리부(240)에 의해 별도의 이송설비 없이도 저장탱크(110)의 내부에 발생 및 수용된 암모니아 가스를 액상 암모니아에 혼합하여 엔진(10)의 연료가스로 활용할 수 있다. 이와 동시에, 가스혼합부(150)의 혼합탱크(151)에 의해 엔진(10)에서 소비되지 못한 잉여가스를 액상 암모니아에 혼합 및 재액화하여 엔진(10)의 연료가스로 재활용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(300)에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(300)을 나타내는 개념도로서, 도 3을 참조하면 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 액상 암모니아를 엔진(10)에 연료가스로 공급하는 연료가스 공급라인(120), 엔진(10)에서 소비되지 않은 잉여가스를 재공급하도록 순환시키는 연료가스 복귀라인(130), 저장탱크(110)의 암모니아 가스를 추출하여 처리하는 가스처리부(140), 연료가스 복귀라인(130)에 의해 순환된 잉여가스를 연료가스 공급라인(120) 측으로 혼합 및 합류시키는 가스혼합부(350)를 포함하여 마련될 수 있다.
이하에서 설명하는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(300)에 대한 설명 중 별도의 도면부호를 들어 추가적으로 설명하는 경우 외에는 앞서 설명한 본 발명의 제1 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(100)에 대한 설명과 동일한 것으로서 내용의 중복을 방지하기 위해 설명을 생략한다.
가스혼합부(350)는 연료가스 복귀라인(130)을 통해 순환된 잉여가스 및 가스처리부(140)을 통해 추출된 저장탱크(110)의 암모니아 가스를 포함하는 혼합된 가스흐름 중 적어도 어느 하나를 공급받되, 이를 연료가스 공급라인(120) 측으로 혼합 및 합류시키도록 마련된다.
가스혼합부(350)는 연료가스 복귀라인(130) 상 팽창밸브(132)의 후단으로부터 분기되는 가스 저장라인(351)과, 가스 저장라인(351)에 연결되어 연료가스 복귀라인(130)을 통해 순환되는 잉여가스 또는 가스처리부(140)를 통해 추출된 암모니아 가스로서 잉여가스와 혼합된 가스흐름을 공급받아 일시적으로 수용하는 혼합탱크(352)를 포함하여 마련될 수 있다.
혼합탱크(352)는 가스 저장라인(351)을 통해 연료가스 복귀라인(130)에 연결됨으로써, 연료가스 복귀라인(130)을 따라 이송되는 잉여가스 또는 혼합된 가스흐름을 일시적으로 수용하거나, 필요 시 수용된 가스흐름을 연료가스 공급라인(120) 측으로 전달할 수 있다. 이를 위해 가스 저장라인(351)에는 이를 따라 이송되는 가스흐름의 유량을 조절하는 개폐밸브가 마련될 수 있으며, 연료가스 복귀라인(130)의 출구 측 단부는 연료가스 공급라인(120) 상 부스팅펌프(121)의 전단에 합류하도록 연결될 수 있다.
한편, 앞서 언급한 바와 같이 펌프에 기체성분이 유입될 경우 펌프의 출력저하 또는 고장을 유발할 수 있으므로 펌프 측으로 액체성분을 선별하여 공급할 필요가 있다. 이에 혼합탱크(352)는 내부로 유입된 기액 혼합상태의 가스흐름을 공급받아 일시적으로 수용하되, 액체성분을 분리 선별하여 연료가스 공급라인(120) 상 부스팅펌프(121) 측으로 공급할 수 있다. 혼합탱크(352)는 내부로 유입된 가스흐름의 압력에도 불구하고 안정적으로 이를 수용할 수 있도록 가압식 탱크로 마련될 수 있으며, 내부의 기액 혼합상태의 암모니아 성분 중 액체성분을 분리 및 선별하여 부스팅펌프(121)로 공급할 수 있도록 가스 저장라인(351)이 혼합탱크(352)의 저면 측에 연결될 수 있다.
가스혼합부(350)는 선박의 운용상황에 따라 작동할 수 있다. 일 예로, 선박 또는 엔진(10)의 정상적인 운용 시에는 개입하지 않도록 개폐밸브가 폐쇄됨으로써, 연료가스 복귀라인(130)과 가스처리부(140)를 통해 추출 및 발생된 가스흐름이 혼합탱크(352) 측으로 유입되지 않고, 연료가스 공급라인(120)으로 전달되어 엔진(10)의 연료가스로 활용될 수 있다. 이와는 달리, 엔진(10)의 시동 정지 또는 긴급 상황에서 엔진(10)의 비상 정지 등 엔진(10)의 출력 감소가 급격하게 이루어지는 경우, 개폐밸브는 개방됨으로써 연료가스 복귀라인(130)과 가스처리부(140)를 통해 추출 및 발생된 잉여가스를 포함한 가스흐름을 혼합탱크(352)로 전달하여 수용 및 저장할 수 있다. 이 후, 다시 선박의 운항을 위해 엔진(10)에 연료가스 공급이 필요한 경우, 혼합탱크(352)에 수용된 가스흐름 중 액체성분을 배출시켜 연료가스 공급라인(120) 측으로 전달할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(300)은 가스처리부(140)가 별도의 이송설비 없이도 저장탱크(110) 내부에 발생 및 수용된 암모니아 가스를 추출할 수 있음과 동시에, 가스혼합부(350)에 의해 엔진(10)에서 소비되지 못한 잉여가스와 저장탱크(110)의 암모니아 가스를 혼합하여 엔진(10)의 연료가스로 활용할 수 있다. 아울러, 가스혼합부(350)의 혼합탱크(352)가 여분의 가스흐름을 일시적으로 수용할 수 있도록 마련됨에 따라 연료가스의 활용성을 도모하고 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 실시 예에 의한 선박의 가스 관리시스템(100, 200, 300)은 암모니아를 에너지원으로 사용함에 있어서 우려되는 기상의 암모니아 가스를 별도의 이송설비, 냉각설비 또는 재액화설비 없이도 안정적으로 추출하여 재액화하여 처리할 수 있으므로 설비 운용의 효율성과 설비의 구조 안정성이 향상될 수 있다. 나아가, 다양한 선체 운용 상황에서도 암모니아 가스의 재액화 효율을 극대화할 수 있으므로 에너지 효율의 향상과 안전사고의 위험 방지를 도모할 수 있다.
100, 200, 300: 가스 관리시스템
110: 저장탱크 120: 연료가스 공급라인
121: 부스팅펌프 130: 연료가스 복귀라인
140, 240: 가스처리부 141, 241: 이젝터
142, 242: 가스 유도라인 150, 350: 가스혼합부
151, 352: 혼합탱크 351: 가스 저장라인

Claims (12)

  1. 액상 암모니아 및 이로부터 발생하는 암모니아 가스를 수용하는 저장탱크;
    상기 저장탱크의 액상 암모니아를 가압하여 엔진에 연료가스로 공급하는 연료가스 공급라인;
    상기 연료가스 공급라인에서 공급되는 액상 암모니아와 상기 엔진에서 소모되지 않은 잉여가스를 공급받아 혼합하는 혼합탱크를 갖는 가스혼합부;
    상기 잉여가스를 상기 혼합탱크에 공급하는 연료가스 복귀라인; 및
    상기 연료가스 공급라인을 따라 이송되는 액상 암모니아의 압력 및 상기 연료가스 복귀라인을 따라 이송되는 잉여가스의 압력 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 저장탱크의 암모니아 가스를 추출하는 가스처리부;를 포함하고,
    상기 가스처리부는
    상기 연료가스 복귀라인 상에 마련되는 이젝터를 포함하고,
    상기 연료가스 복귀라인은
    상기 연료가스 복귀라인 상 이젝터의 후단에 마련되어 상기 이젝터로 유입되는 잉여가스의 압력을 일정 범위로 유지하는 팽창밸브를 포함하는 선박의 가스 관리시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스처리부는
    상기 저장탱크와 상기 이젝터를 서로 연결하여, 상기 저장탱크의 암모니아 가스를 상기 이젝터 측으로 전달하는 가스 유도라인을 포함하는 선박의 가스 관리시스템.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 연료가스 공급라인은
    상기 저장탱크의 액상 암모니아를 가압하는 부스팅펌프를 포함하고,
    상기 혼합탱크는
    상기 연료가스 공급라인 상 상기 부스팅펌프의 전단에 마련되고 상기 연료가스 복귀라인의 출구가 연결되는 선박의 가스 관리시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 액상 암모니아 및 이로부터 발생하는 암모니아 가스를 수용하는 저장탱크;
    상기 저장탱크의 액상 암모니아를 가압하여 엔진에 연료가스로 공급하는 연료가스 공급라인;
    상기 엔진에서 소비되지 않은 잉여가스를 순환시키는 연료가스 복귀라인;
    상기 연료가스 복귀라인을 따라 이송되는 잉여가스의 압력을 이용하여 상기 저장탱크의 암모니아 가스를 추출하는 가스처리부; 및
    상기 연료가스 복귀라인에 의해 순환되는 잉여가스를 상기 연료가스 공급라인 측으로 합류시키는 가스혼합부를 포함하고,
    상기 가스처리부는
    상기 연료가스 복귀라인 상에 마련되는 이젝터와,
    상기 저장탱크와 상기 이젝터를 서로 연결하여, 상기 저장탱크의 암모니아 가스를 상기 이젝터 측으로 전달하는 가스 유도라인을 포함하고,
    상기 연료가스 공급라인은
    상기 저장탱크의 액상 암모니아를 가압하는 부스팅펌프를 포함하고,
    상기 연료가스 복귀라인의 출구는
    상기 연료가스 공급라인 상 상기 부스팅펌프의 전단 측에 합류하도록 연결되고,
    상기 연료가스 복귀라인은
    상기 연료가스 복귀라인 상 이젝터의 후단에 마련되어 상기 이젝터로 유입되는 잉여가스의 압력을 일정 범위로 유지하는 팽창밸브를 포함하는 선박의 가스 관리시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가스혼합부는
    상기 연료가스 복귀라인으로부터 분기되는 가스 저장라인과,
    상기 가스 저장라인에 연결되어 상기 이젝터에 의해 혼합된 가스흐름을 일시적으로 수용하는 혼합탱크를 포함하는 선박의 가스 관리시스템.
  9. 제4항 또는 제8항에 있어서,
    상기 연료가스 복귀라인은
    상기 잉여가스를 냉각시키는 연료쿨러를 포함하는 선박의 가스 관리시스템.
  10. 삭제
  11. 제4항 또는 제7항에 있어서,
    상기 연료가스 공급라인은
    상기 부스팅펌프에 의해 가압된 액상 암모니아를 가열하는 연료히터를 더 포함하는 선박의 가스 관리시스템.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 연료가스 공급라인으로 유입된 액상 암모니아를 상기 혼합탱크의 내부 상측에 분사하는 분사라인을 더 포함하는 선박의 가스 관리시스템.
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