KR102685101B1 - 화물 운송 및 연료 공급 통합형 카고돔 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화물 운송 및 연료 공급 통합형 카고돔 시스템에 있어서: 카고탱크(11)의 카고펌프(24)를 가동하여 하역배관부재(22)로 LNG를 송출하는 하역수단(20); 카고탱크(11)의 통합펌프(34)를 가동하여 하역배관부재(22) 또는 연료배관부재(32)로 LNG를 송출하는 통합수단(30); 및 상기 하역수단(20)과 상기 통합수단(30)을 제어하는 제어수단(40);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 친환경 운반선에서 통합형 펌프를 기반으로 카고돔 공간을 축소하여 온데크(ON-DECK) 상의 여유공간 확보와 공간활용성 증대로 신규 장비 배치에 이점을 주면서 운영자에게는 유지관리의 편의성을 향상하는 효과가 있다.

Description

화물 운송 및 연료 공급 통합형 카고돔 시스템 {Cargo dome system with integrated cargo and fuel feed}
본 발명은 LNG 선박의 카고돔 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 친환경 연료를 카고탱크에 저장하는 동시에 연료로 활용하도록 개선하기 위한 화물 운송 및 연료 공급 통합형 카고돔 시스템에 관한 것이다.
LNG, LPG 등의 친환경연료는 여타 화석연료에 비해 황산화물의 배출이 거의 없고 미립자 물질과 질소 산화물의 배출은 미미하므로 오염배출량을 20~30% 크게 감축시킬 수 있다. 글로벌 조선/해운 산업에 있어 온실가스 배출량을 절반으로 줄이기 위해서 관련된 투자를 늘려 선박의 저탄소 연료화가 절실하다. 예를 들어, LNG를 운반하면서 이를 연료로 사용하는 액화천연가스 운반선(LNGC), 카고탱크를 연료탱크로 겸용으로 사용하는 LPG운반선 등이 있다.
이에 국내 조선 업계는 고부가가치 친환경 선박 건조의 경쟁력 우위를 유지하기 위해 부단한 기술축적의 노력을 경주하고 있다.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록실용신안공보 제0413790호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제2017343호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1은 카고탱크의 펌프타워에서 수직부위가 제거된 충전파이프의 상부 절곡부위의 수평부위 일단을 인접한 응급파이프에 연결하여 응급파이프 응급기능과 함께 액체화물의 충전기능을 겸한다. 이에, 펌프타워에 소요되는 자재의 절감과 중량의 감소를 기대한다.
선행문헌 2는 다수의 액화천연가스 탱크를 이중진공 배관으로 연결하는 제1단계; 하나의 탱크 내부에만 펌프를 설치하여 액화천연가스를 외부로 이송하는 제2단계; 펌프가 없는 탱크의 압력을 펌프가 있는 탱크의 압력보다 높게 유지하는 제3단계;를 포함한다. 이에, 하나의 펌프만으로 다수의 탱크를 운용하여 펌프 관련 비용을 줄이는 효과를 기대한다.
선행문헌 1 및 2에 의하여 어느 정도의 효과가 기대되기는 하지만 여전히 많은 부분에서 개선의 여지를 보이고 있다.
한국 등록실용신안공보 제0413790호 "엘엔지 선박의 액체화물 양하역을 위한 카고탱크의 펌프타워" (공개일자 : 2006.04.11.) 한국 등록특허공보 제2017343호 "다수의 액화천연가스 탱크를 가진 선박의 액화천연가스 이송 방법" (공개일자 : 2014.06.11.)
상기와 같은 배경기술과 선행기술에서 착안하기 위한 본 발명의 목적은, 친환경연료를 사용하는 운반선에서 동시에 작동할 필요가 없는 장치를 단일화함으로써 공정의 전반적인 장비 CAPEX를 최소화하고 운영의 편의성을 향상하는 화물 운송 및 연료 공급 통합형 카고돔 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 화물 운송 및 연료 공급 통합형 카고돔 시스템에 있어서: 카고탱크의 카고펌프를 가동하여 하역배관부재로 LNG를 송출하는 하역수단; 카고탱크의 통합펌프를 가동하여 하역배관부재 또는 연료배관부재로 LNG를 송출하는 통합수단; 및 상기 하역수단과 상기 통합수단을 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 통합수단은 통합펌프에 가변 주파수 구동식(VFD)의 통합모터를 연결하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 통합수단은 연료배관부재를 거쳐 주기와 보기에 선택적으로 연료를 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단은 통합제어기를 기반으로 카고하역 또는 연료공급의 알고리즘을 수행하고, 관로 유량과 압력에 이상이 발생하면 가동을 중단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단은 인접한 복수의 카고돔에서 보기에 선택적으로 연료를 공급하는 알고리즘을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 친환경 운반선에서 통합형 펌프를 기반으로 카고돔 공간을 축소하여 온데크(ON-DECK) 상의 여유공간 확보와 공간활용성 증대로 신규 장비 배치에 이점을 주면서 운영자에게는 유지관리의 편의성을 향상하는 효과가 있다.
도 1은 종래와 본 발명의 시스템을 비교한 카고돔의 모식도
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 주요부를 나타내는 배관도
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 변형예를 나타내는 배관도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 화물 운송 및 연료 공급 통합형 카고돔 시스템에 관하여 제안한다. LNG를 운반하면서 이를 연료로 사용하는 액화천연가스 운반선(LNGC)과 카고탱크를 연료탱크로 겸용으로 사용하는 LPG운반선에 유용하게 적용되지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면 종래와 본 발명의 카고돔(10)을 평면에서 개략적으로 나타낸다. 카고돔(10)은 온데크(ON-DECK) 설비로서 그 하측에 배치되는 카고탱크(11)와 연결된다. 친환경 선박에서 카고탱크(11)의 LNG는 주기(15)의 연료는 물론 보기(16)의 연료로 활용이 가능하다.
본 발명에 따르면 하역수단(20)이 카고탱크(11)의 카고펌프(24)를 가동하여 하역배관부재(22)로 LNG를 송출하는 구조를 이루고 있다.
도 1(b) 및 도 2를 참조하면, 하역수단(20)을 구성하는 하역배관부재(22), 카고펌프(24), 카고모터(26) 등이 나타난다. 하역배관부재(22)는 하역배관, 카고매니폴드 리퀴드라인, 쇼어/쉽 커넥션 등을 포함한다. 카고펌프(24)는 각각의 카고탱크(11)에 설치되고, 카고모터(26)는 각각의 카고돔(10)에 설치된다. 카고탱크(11)의 깊이가 깊기(30m) 때문에 카고펌프(24)-카고모터(26) 조립체는 각각의 카고돔(10)-카고탱크(11)에 복수로 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면 통합수단(30)이 카고탱크(11)의 통합펌프(34)를 가동하여 하역배관부재(22) 또는 연료배관부재(32)로 LNG를 송출하는 구조를 이루고 있다.
도 1(b) 및 도 2에서, 통합수단(30)을 구성하는 하역배관부재(22), 연료배관부재(32), 통합펌프(34), 통합모터(36) 등이 나타난다. 하역배관부재(22)는 전술한 바와 같으며 복수의 관로를 포함할 수 있다. 연료배관부재(32)는 연료배관, 액상연료 공급기, 공급밸브 트레인 등을 구비한다. 선박의 운영 여건상 카고하역과 연료공급은 동시에 수행되지 않으므로 화물(LNG)을 하역하는 동안은 선박은 고정되어 있어야 하므로 연료공급이 불필요하고, 반대의 경우도 마찬가지다.
이때, 연료배관부재(32)는 일측 하역배관부재(22)에 유량제여밸브(48)를 개재하여 연결된다. 유량제여밸브(48)는 주기(15)와 보기(16)의 연료소모량에 대응하도록 LNG 연료의 송출유량을 조절한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 통합수단(30)은 통합펌프(34)에 가변 주파수 구동식(VFD)의 통합모터(36)를 연결하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 2에서, 통합펌프(34)-통합모터(36) 조립체가 카고펌프(24)-카고모터(26) 조립체와 인접하게 배치된다. 카고펌프와 연료펌프 중 용량이 큰 모터에 VFD(가변 주파수 드라이브) 기능을 적용함으로써 카고하역 또는 연료공급의 두 가지 공정을 하나의 펌프로 수행할 수 있다. 경우에 따라 통합모터(36)는 VFD 방식이 아닌 상대적으로 단순한 2변속 방식을 적용할 수도 있다.
도 1(a)처럼 카고돔(10)의 일측 영역에 연료펌프(Fuel Feed Pump)가 별로도 설치되는 경우에 비하여 도 1(b)처럼 통합펌프(34)로 대체되면 원가절감의 효과는 물론 가용영역(13)에 여타 의장품을 배치하는 공간활용성도 기대된다. 예를 들어 좌우현을 가로지르는 배관과 의장품이 카고돔(10)을 벗어나도록 우회하지 않고 가용영역(13) 상으로 직접 배치될 수 있다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 통합수단(30)은 연료배관부재(32)를 거쳐 주기(15)와 보기(16)에 선택적으로 연료를 공급하는 것을 특징으로 한다.
도 2에서, 연료배관부재(32)의 말단에 주기(15)와 보기(16)가 연결된 상태를 나타낸다. 연료배관부재(32)는 주기(15) 그리고/또는 보기(16)에 요구되는 온도, 압력 등의 조건으로 LNG 연료를 이송한다. 전술한 것처럼 화물(LNG)의 하역 중에 주기(15)에 연료 공급이 필요한 경우가 없지만 보조전원이나 점검을 위해 보기(16)에 연료 공급이 가능한 것이 좋다.
한편, 카고탱크(11)의 BOG가 연료배관부재(32)를 거쳐 주기(15) 그리고/또는 보기(16)에 투입되도록 구성될 수 있다. 주기(15)와 보기(16)에서 회수되는 LNG 연료는 냉각을 거쳐 재순환될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 제어수단(40)이 상기 하역수단(20)과 상기 통합수단(30)을 제어하는 구조를 이루고 있다.
도 2에서, 제어수단(40)이 하역수단(20)과 통합수단(30)에 연계되는 상태를 나타낸다. 제어수단(40)은 마이컴 회로로 구성된 통합제어기(42)를 갖추며, 통합제어기(42)는 선박의 IAS(Integrated Automation System)와 연계된다. IAS는 선박의 전체적인 운항 정보 외에 카고하역 및 연료공급과 관련되는 정보를 입력, 저장, 갱신한다. IAS의 정보에는 관리자가 수동으로 선택 가능한 모드 스위치의 입력도 포함된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단(40)은 통합제어기(42)를 기반으로 카고하역 또는 연료공급의 알고리즘을 수행하고, 관로 유량과 압력에 이상이 발생하면 가동을 중단하는 것을 특징으로 한다.
통합제어기(42)의 마이컴 회로는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 포함한다. 제어 알고리즘은 메모리에 데이터와 프로그램 형태로 저장되고 마이크로프로세서에 의하여 실행된다. 입력인터페이스에는 하역검출기(44), 연료검출기(46) 등이 연결된다. 하역검출기(44)는 하역배관부재(22) 상에서 유량, 압력 등을 검출한다. 연료검출기(46)는 연료배관부재(32) 상에서 유량, 압력 등을 검출한다. 출력인터페이스에는 카고모터(26), 통합모터(36), 유량제여밸브(48) 등이 연결된다.
이에 따라, 통합제어기(42)의 마이크로프로세서는 IAS의 정보를 기반으로 카고모터(26)와 통합모터(36)를 가동하여 카고하역 모드 및 연료공급 모드 중의 어느 하나를 유지하지만, 하역배관부재(22)와 연료배관부재(32)에서 검출되는 유량 또는 압력 신호로 오작동이 감지되는 경우 모터-펌프의 가동을 중단한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단(40)은 인접한 복수의 카고돔(10)에서 보기(16)에 선택적으로 연료를 공급하는 알고리즘을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 3을 참조하면, 인접한 부호 11A의 카고탱크와 부호 11B의 카고탱크가 보기(16)에 선택적으로 연료를 공급하도록 연결된다. 친환경 운반선에 전체적으로 4개의 카고탱크(11)를 탑재한다면 2개의 카고탱크(11)를 보기(16)에 연결할 수 있다. 통합제어기(42)는 특정 서브루틴 프로그램을 실행하여 카고하역 모드에서 보기(16)에 LNG 연료를 제공할 수 있다. 통합제어기(42)는 유량제여밸브(48)에 대한 출력으로 어느 하나의 연료배관부재(32)를 가동한다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 카고돔 11: 카고탱크
15: 주기 16: 보기
20: 하역수단 22: 하역배관부재
24: 카고펌프 26: 카고모터
30: 통합수단 32: 연료배관부재
34: 통합펌프 36: 통합모터
40: 제어수단 42: 통합제어기
44: 하역검출기 46: 연료검출기
48: 유량제어밸브

Claims (5)

  1. 화물 운송 및 연료 공급 통합형 카고돔 시스템에 있어서:
    카고탱크(11)의 카고펌프(24)를 가동하여 하역배관부재(22)로 LNG를 송출하는 하역수단(20);
    카고탱크(11)의 통합펌프(34)를 가동하여 하역배관부재(22) 또는 연료배관부재(32)로 LNG를 송출하는 통합수단(30); 및
    상기 하역수단(20)과 상기 통합수단(30)을 제어하는 제어수단(40);을 포함하되,
    상기 통합수단(30)은 통합펌프(34)에 가변 주파수 구동식(VFD)의 통합모터(36)를 연결하여 구성되고,
    상기 통합수단(30)은 연료배관부재(32)를 거쳐 주기(15)와 보기(16)에 선택적으로 연료를 공급하며,
    상기 제어수단(40)은 통합제어기(42)를 기반으로 카고하역 또는 연료공급의 알고리즘을 수행하고, 관로 유량과 압력에 이상이 발생하면 가동을 중단하고,
    상기 제어수단(40)은 인접한 복수의 카고돔(10)에서 보기(16)에 선택적으로 연료를 공급하는 알고리즘을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화물 운송 및 연료 공급 통합형 카고돔 시스템.
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