KR200287599Y1 - 기화가스 덤핑 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 액화천연가스(LNG)를 운반하는 선박에 채용되는 기화가스 덤핑 시스템에 관한 것으로서, 액화천연가스를 저장하는 카고 탱크와; 상기 프로펠러에 회전 동력을 전달하는 동력추진장치와; 상기 동력추진장치에 연결되며, 상기 카고 탱크 내에서 발생된 자연기화가스가 소정의 허용압력을 초과할 경우 상기 동력추진장치로부터의 전기를 방열하는 워터히터를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 전기추진 시스템을 동력추진장치로 채용하고 있는 선박의 경우, 카고 탱크 내의 압력이 허용압력을 초과하지 않도록 카고 탱크 내에서 자연발생된 자연기화가스를 적절하게 소각시킬 수 있도록 한 기화가스 덤핑 시스템이 제공된다.

Description

기화가스 덤핑 시스템{Boil Off Gas dumping system}

본 고안은, LNG 선박의 기화가스 덤핑 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전기추진 시스템을 동력추진장치로 채용하고 있는 선박의 경우, 카고탱크 내의 압력이 허용압력을 초과하지 않도록 카고탱크 내에서 자연발생된 자연기화가스를 적절하게 소각시킬 수 있도록 한 기화가스 덤핑 시스템에 관한 것이다.

통상의 선박들은 그 후미에 장착된 프로펠러를 회전구동 시키기 위한 동력추진장치를 구비하고 있다. 동력추진장치로는 공지된 여러 종류의 것이 있으나 대표적으로는 스팀터빈 시스템과 전기추진 시스템이 있다.

스팀터빈 시스템은 회전식 증기력 원동기로써 보일러에서 발생한 고압의 증기를 노즐로부터 분출시켜 고속의 증기분류를 만들고, 이를 회전하는 날개차에 분사하므로써 동력을 얻는 외연기관의 일종이다.

이러한 스팀터빈은 진동이 적고 능률이 좋을 뿐만 아니라 고속, 대마력을 얻을 수 있기 때문에 화력발전은 물론 선박의 추진기관에 널리 채용되고 있다. 그러나, 소음이 심할 뿐만 아니라 그 크기가 거대하여 선박에 불필요한 무게를 증가시키는 단점이 있다.

이에 근자에 들어서는 스팀터빈에 비해 대체로 소음이 적을 뿐만 아니라 오염을 적게 시키며 추진력이 강한 전기모터를 이용한 전기추진 시스템이 적용되고 있다. 그러나, 전기추진 시스템의 경우, LNG를 저장하고 있는 카고 탱크 내에서 발생한 자연기화가스(Natural boil off gas)를 소각시키는 별도의 가스소각 수단을 구비해야만 한다.

즉, LNG 운반선에는 LNG를 보관하기 위한 카고탱크가 마련되어 있으며, 카고탱크와 동력추진장치 사이에는 압축기가 설치되어 있다. 카고탱크 내에는 가스전(田)에서 채취한 천연가스를 액화시킨 것으로 메탄의 부피 백분율이 약 90% 이상인 LNG(Liquefied Natural Gas)가 저장되어 있다.

동력추진장치로 공급되는 연료는 카고탱크 내에서 LNG가 자연적으로 자연기화된 자연기화가스와 LNG를 기화기 등을 이용하여 강제적으로 기화시킨 강제기화가스(Forced Boil Off Gas)이다.

이러한 자연기화가스 및 강제기화가스는 선박이 운항되는 연료원으로 이용되기 때문에 선박이 운항되는 동안에는 문제를 야기시키지 않는다. 그러나, 카고 탱크 내의 LNG를 하역하기 위하여 터미널 또는 항구에 정박되어 있는 동안에는 카고탱크 내에서 자연적으로 발생한 자연기화가스가 소비되지 못하기 때문에 그 압력이 허용압력을 초과할 수 있어 카고탱크의 안전에 문제를 일으킨다.

따라서, LNG 운반선이 대기상태에 있는 동안에는 카고탱크 내의 압력이 허용압력을 초과하지 않도록 자연기화가스를 적절하게 소각해야만 한다.

이 때, 스팀터빈 시스템을 동력추진장치로 구비하고 있는 선박의 경우에는 보일러에서 발생한 증기를 덤핑하는 시스템으로 자연기화가스를 소각할 수 있으나, 전기추진 시스템을 동력추진장치로 채용하고 있는 선박의 경우에는 자연기화가스를 적절하게 소각시키는 수단을 구비하고 있지 않다.

이에, 전기추진 시스템을 동력추진장치로 채용하고 있는 선박의 경우, 정박되어 있는 동안 카고탱크 내에서 자연적으로 발생한 자연기화가스를 적절하게 소각시켜 카고탱크 내의 압력이 허용압력을 초과하지 않도록 한 가스소각장치의 필요성이 대두된다.

따라서, 본 고안의 목적은, 전기추진 시스템을 동력추진장치로 채용하고 있는 LNG 운반선에서 카고탱크 내의 압력이 허용압력을 초과하지 않도록 카고탱크 내에서 자연발생된 자연기화가스를 적절하게 소각시킬 수 있도록 한 기화가스 덤핑 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 기화가스 덤핑 시스템의 개략적인 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 워터히터의 평면도,

도 3은 도 1의 제어블럭도,

도 4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 기화가스 덤핑 시스템의 개략적인 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 카고탱크 11 : 가스펌프

12 : 압축기 14 : 동력추진장치

16 : 가스쿨러 20 : 연결배관

30 : 워터히터 40 : 제어부

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 전기추진방식에 의해 운항하는 LNG 운반선에 채용되는 기화가스 덤핑 시스템에 있어서, 카고탱크내에서 발생된 자연기화가스가 허용압력을 초과할 경우 상기 동력추진장치로부터의 전기를 방열하는 워터히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기화가스 덤핑 시스템에 의해 달성된다.

여기서, 상기 워터히터는, 상기 동력추진장치와 연결되어 상기 동력추진장치에서 발생된 전기를 제공받는 커넥터와; 일부분이 바닷물에 침지되어 상기 전기로 인해 발열하는 발열코일과; 상기 커넥터에 마련되어 상기 발열코일로 향하는 전기를 온오프하는 스위치와; 상기 발열코일을 상기 커넥터에 연결고정하는 연결고정부를 포함할 수 있다.

상기 발열코일은 지그재그 형상으로 배치되어 있으며, 상기 발열코일은 지지부재에 의해 지지되어 있다.

상기 카고탱크 내의 압력을 측정하는 압력측정부와; 상기 압력측정부에 의해 측정된 상기 카고탱크 내의 압력이 허용압력을 초과할 경우 상기 스위치를 턴온하여 상기 발열코일을 작동시키는 제어부를 더 마련하는 것이 유리하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 고안에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 기화가스 덤핑 시스템의 개략적인 구성도이다. 기화가스 덤핑 시스템은 LNG를 저장하는 카고탱크(10)와, 카고탱크(10) 내의 가스를 일정한 토출 압력으로 토출시키는 압축기(12)와, 압축기(12)로부터 토출된 가스를 통해 프로펠러(22)에 회전 동력을 전달하는 동력추진장치(14)를 포함한다.

카고탱크(10) 내에는 LNG가 저장되어 있다. LNG는 천연가스의 주성분인 메탄을 1atm하에서 －161.5℃ 이하로 온도를 하강시킴으로써 액상으로 상변화시킨 것이다. 이 때, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 1/600 정도이고 비중은 0.42로 원유비중의 약 1/2이 된다. 카고탱크(10)에는 카고탱크(10) 내의 가스 압력을 측정하는 압력측정부(42, 도 3 참조)가 마련되어 있다.

카고탱크(10)로부터 압축기(12) 및 동력추진장치(14)로 공급되는 가스는 두 가지의 형태로 구분된다. 하나는 카고탱크(10) 내에 존재하는 액상의 가스가 자연적으로 자연기화된 자연기화가스이며, 다른 하나는 강제적으로 기화시킨 강제기화가스이다.

이들 자연기화가스 및 강제기화가스는 모두 연결배관(20)을 통해 후술할 압축기(12)에 의한 적정한 토출 압력으로 동력추진장치(14)로 공급된다. 도 1의 실시예에서는 단일의 연결배관(20)으로 자연기화가스 및 강제기화가스가 모두 유동하는 것에 관해 개략적으로 설명하고 있다. 이들에 대한 보다 구체적인 유동관계는 후술할 도 4의 다른 실시예에서 설명하기로 한다.

압축기(12)는 도시하고 있지는 않으나, 통상의 것과 마찬가지로 케이싱과, 케이싱 내에 마련된 압축실 및 피스톤 등을 가지고 있다. 이에, 후술할 공급배관(18)을 통해 압축실 내에 유입된 자연기화가스 및 강제기화가스를 피스톤으로 가압하면 소정의 토출 압력으로 토출배관(19)을 통해 동력추진장치(14)로 제공할 수 있다. 이 때, 동력추진장치(14)의 정상 가동을 위해서는 토출배관(19)을 통해 압축기(12)로부터 동력추진장치(14)로 토출되는 가스의 토출 압력은 일정해야 함은 물론이다.

동력추진장치(14)는 압축기(12)에 의해 제공받은 연료 가스에 의해 작동하는 엔진(14a)과, 엔진(14a)에 의해 구동하는 전기발전기(14b)를 포함한다. 엔진(14a)은 단일의 엔진(14a)을 적용할 수도 있으나 본 실시예에서는 복식연료엔진(Dual fuel engine)을 채용하고 있다. 전기발전기(14b)에는 프로펠러(22)를 회전구동시키기 위한 전기모터(25)가 연결되어 있으며, 전기모터(25)와 프로펠러(22) 사이에는 변환부(26)가 마련되어 있다.

이에, 압축기(12)로부터의 자연기화가스 및 강제기화가스가 토출배관(19)을 통해 동력추진장치(14)의 엔진(14a)으로 공급되면 엔진(14a)의 구동에 의해 전기발전기(14b)가 작동된다. 전기발전기(14b)가 작동되면 이에 연결되어 있는 전기모터(25)가 턴온되어 변환부(26)를 통해 프로펠러(22)를 회전시킴으로써 선박은 운항할 수 있다.

한편, 동력추진장치(14)에는 카고탱크(10) 내에서 발생된 자연기화가스가 허용압력을 초과할 경우 동력추진장치(14)로부터의 전기를 방열하는 워터히터(30)가연결되어 있다.

워터히터(30)는 통상의 전기히터와 같은 것으로 채용할 수 있는 바, 본 실시예에서는 도 2에 평면도를 도시하고 도 3에 그 개략적인 구성을 소개하고 있다. 워터히터(30)는 동력추진장치(14)와 연결되어 동력추진장치(14)에서 발생된 전기를 제공받는 커넥터(30a)와, 적어도 일부분이 바닷물에 침지되어 동력추진장치(14)에서 제공받은 전기로 인해 발열하는 발열코일(30c)과, 커넥터(30a)에 마련되어 발열코일(30c)로 향하는 전기를 온오프하는 스위치(30b)와, 발열코일(30c)을 커넥터(30a)에 연결고정하는 연결고정부(30d)를 포함한다. 발열코일(30c)은 지그재그 형상으로 배치되어 있으며, 지지부재(30e)에 의해 지지되어 있다.

이러한 워터히터(30)는 제어부(40)와 연결되어 동작한다. 즉, 제어부(40)는 압력측정부(42)에 의해 측정된 카고탱크(10) 내의 압력이 허용압력을 초과할 경우 스위치(30b)를 턴온하여 발열코일(30c)을 작동시킨다.

발열코일(30c)은 그 일부분이 바닷물에 침지되어 있으므로 바닷물을 가열하는 방열과정에 의해 불필요하게 카고탱크(10)에 충전되어 있는 자연기화가스를 소각한다. 이러한 과정에 의해 카고탱크(10) 내의 압력은 허용압력 이하로 감소될 수 있다.

이처럼 카고탱크(10) 내의 자연기화가스를 소각하는 것은 동력추진장치(14)가 구동되어 선박이 항구에 대기상태에 있는 동안에 이루어질 수도 있거니와 선박이 운항하는 도중에도 이루어질 수 있으며, 혹은 선박의 운항과는 무관하게, 압력측정부(42)에 의해 측정된 카고탱크(10) 내의 압력이 허용압력을 초과할 경우 행해질 수도 있다.

이러한 구성을 갖는 가스 덤핑 시스템의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

동력추진장치(14)가 작동되어 선박이 운항을 위해 대기하고 있는 동안, 카고탱크(10)의 내부는 자연기화된 자연기화가스로 인해 그 압력이 상승할 수 있다. 이 때, 제어부(40)는 압력측정부(42)의 측정압력에 기초하여 측정압력이 허용압력을 초과할 경우, 워터히터(30)의 스위치(30b)를 턴온한다.

스위치(30b)가 턴온되면 동력추진장치(14)에서 발생한 전기는 커넥터(30a)를 통해 발열코일(30c)로 향하면서 발열코일(30c)을 작동시킨다. 발열코일(30c)은 그 일부분이 바닷물에 침지되어 있으므로 바닷물을 가열하는 방열과정에 의해 불필요하게 카고탱크(10)에 충전되어 있는 자연기화가스는 소각될 수 있다. 따라서, 자연기화가스에 의한 카고탱크(10) 내의 압력은 소정의 허용압력 이하로 감소될 수 있다.

이와 같이, 본 고안에 의하면, 전기추진 시스템을 동력추진장치(14)로 채용하고 있는 선박의 경우, 카고탱크(10) 내에서 자연발생된 자연기화가스를 적절하게 소각시킴으로써 카고탱크(10) 내의 압력이 허용압력을 초과하지 않게 된다.

전술한 일실시예에서는 단일의 연결배관(20)을 통해 자연기화가스 및 강제기화가스가 유동한다고 설명하였다. 그러나, 이는 하나의 실시예에 불과할 뿐, 도 4와 같이 연결배관(20)을 자연기화가스 및 강제기화가스가 유동하는 것으로 각각 구분할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 카고탱크(10)와 압축기(12) 사이에는 증발기(24)와 연결배관(20)이 마련되어 있다.

연결배관(20)은, 카고탱크(10)로부터의 자연기화가스를 압축기(12)로 전달하는 자연기화가스배관(20a)과, 카고탱크(10) 내에 마련된 가스펌프(11)에 의해 펌핑된 후 자연기화가스배관(20a)에 연결되어 카고탱크(10)로부터의 강제기화가스를 압축기(12)로 전달하는 강제기화가스배관(20b)과, 압축기(12) 사이에 마련된 공급배관(18)을 포함한다. 강제기화가스배관(20b)에는 액상의 가스를 기체상태로 강제 상변화시키는 기화기(24)가 설치되어 있다.

자연기화가스배관(20a)으로는 카고탱크(10) 내에서 자연기화된 자연기화가스가 유동한다. 그러나, 강제기화가스배관(20b)의 초기구간(H)으로는 가스펌프(11)에 의해 펌핑된 액상의 가스가 유동한다.

이 때, 카고탱크(10) 내의 가스펌프(11)로부터 펌핑된 액상의 가스가 기화기(24)를 거쳐 강제 기화될 경우에는 자연기화가스배관(20a)과 합쳐진 후, 자연기화가스와 더불어 압축기(12)로 향하게 된다.

이에, 선박의 구동을 위해 소정의 동력전원이 인가되면, 카고탱크(10) 내에서 자연기화된 자연기화가스는 자연기화가스배관(20a)을 통해 압축기(12)로 공급된다.

이와 동시에, 카고탱크(10) 내의 가스펌프(11)가 작동되어 액상의 가스를 펌핑하기 시작한다. 가스펌프(11)에 의해 펌핑된 액상의 가스는 강제기화가스배관(20b)의 초기구간(H)을 경유하여 기화기(24)로 향한 다음, 기화기(24)에서 기화가스로 강제 상변화한 후, 자연기화가스배관(20a)을 통해 자연기화가스와 더불어 압축기(12)로 공급된다.

압축기(12)에서는 공급된 가스를 토출배관(19)을 통해 일정한 토출 압력으로 동력추진장치(14)로 토출할 수 있게 된다. 따라서, 동력추진장치(14)는 정상상태로 작동될 수 있다.

만일, 전술한 바와 같이, 카고탱크(10)의 내부가 자연기화된 자연기화가스로 인해 그 압력이 상승하게 되면 제어부(40)에 의한 워터히터(30)가 작동되어 자연기화가스를 소각시킴으로써 카고탱크(10) 내의 압력을 하강시킨다. 이에 대한 설명은 전술한 일실시예의 설명으로 대체한다.

이와 같이, 본 고안에 의하면, 전기추진 시스템을 동력추진장치(14)로 채용하고 있는 선박의 경우, 카고탱크(10) 내에서 자연발생된 자연기화가스를 적절하게 소각시킴으로써 카고탱크(10) 내의 압력이 허용압력을 초과하지 않게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 고안에 따르면, 전기추진 시스템을 동력추진장치로 채용하고 있는 선박의 경우, 카고탱크 내의 압력이 허용압력을 초과하지 않도록 카고탱크 내에서 자연발생된 자연기화가스를 적절하게 소각시킬 수 있도록 한 기화가스 덤핑 시스템이 제공된다.

Claims (4)

1. 카고탱크와 동력추진장치 사이의 기화가스 덤핑 시스템에 있어서,

   상기 카고탱크 내압이 허용압력을 초과할 경우 상기 동력추진장치를 가동시켜 전기를 발생하고,

   상기 동력추진장치에 연결되며 상기 발생된 전기를 방열하는 워터히터;

   상기 카고탱크 내압이 허용압력을 초과할 경우 상기 워터히터를 작동시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기화가스 덤핑 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 워터히터는 상기 동력추진장치로부터 전기를 제공받는 커넥터와;

   일부분이 바닷물에 침지되어 상기 전기로 인해 발열하는 발열코일과;

   상기 커넥터에 마련되어 상기 발열코일로 향하는 전기를 온오프하는 스위치와;

   상기 발열코일을 상기 커넥터에 연결고정하는 연결고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기화가스 덤핑 시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 발열코일은 지그재그 형상으로 배치되어 있으며, 상기 워터히터는 상기 발열코일을 지지하는 지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기화가스 덤핑시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   카고탱크 내의 압력을 측정하는 압력측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기화가스 덤핑 시스템.