KR20060124759A

KR20060124759A - 해상선박의 가스공급 구조 및 해상선박내로의 가스공급방법

Info

Publication number: KR20060124759A
Application number: KR1020067019011A
Authority: KR
Inventors: 요니 카쿠르
Original assignee: 바르실라 핀랜드 오이
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2006-12-05
Also published as: EP1725448B1; FI118681B; US20070199496A1; DE602005020597D1; ATE464229T1; EP1725448A1; KR101130383B1; FI20045081A0; US7438012B2; JP4843602B2; NO337027B1; WO2005087586A1; JP2007529359A; CN100460280C; NO20064683L; FI20045081A; CN1934002A

Abstract

누설공간(4.1) 및 액상공간(4.2)을 가지는 가스 탱크(4)내에 채워진 액화가스를 수송하도록 채택된 해양선박(6)에, 그 선박의 수요에 대한 가스를 공급하기 위하여, 가스탱크내에 형성된 가스를 소비장치(5)로 보내기 위하여 마련된 가스 공급라인(2)과,가스를 누설공간으로 도입하기 위하여, 적어도 한개의 펌프(3.1)가 마련된 가스탱크(4)의 액상공간(4.2)로부터 누설공간(4.1)으로 연장되는 배관을 포함하여 구성되는 가스 공급구조. 배관에는 도입된 가스의 온도에 영향을 주기 위한 열전달 유니트(3.6)가 마련된다. 본 발명은 또한 액화가스 탱크가 구비된 해양선박(6)내로 가스를 공급하는 방법에도 관련된다.

Description

해상선박의 가스공급 구조 및 해상선박내로의 가스 공급방법{GAS SUPPLY ARRANGEMENT OF A MARINE VESSEL AND METHOD OF PROVIDING GAS IN A MARINE VESSEL}

본 발명은 청구항 1의 서문에 따른 해상선박의 가스공급 구조 및, 청구항 5의 서문에 따른 해상선박의 가스공급 구조로 가스를 공급하는 방법에 관한 것이다.

해상선박에서의 에너지원으로서 가스를 사용하는 것은, 그의 효율적인 연소 및 낮은 배기가스 때문에 장점이 있다. 통상 가스는 액화상태로 저장되는데, 그렇게 저장하는 것이 적은 공간을 요하기 때문이다.

LNG(액화천연가스) 탱커의 추진시스템은 통상 그 화물인 가스를 이용함으로써 힘을 얻게 된다. 탱커내에 가스를 저장하는 것은 누설공간과 액상공간이 형성되는 단열된 화물탱크를 이용함으로써 형성된다. 화물탱크내의 압력은 대략 대기압 수준이며 액화가스의 온도는 대략 -163℃이다. 비록 화물탱크의 단열상태가 극도로 양호하다 하더라도, LNG온도의 점차적인 상승은 소위 자연 증발(boil-off) 가스의 형성을 야기한다. 증발된 가스는 화물탱크내의 압력의 과도한 증가를 피하기 위하여 제거되어야 하는데, 화물탱크들은 압력의 변화에 매우 민감하기 때문이다. 증발가스는 추진 시스템과 같은 탱커의 소모장치내에서 사용될 수도 있다. 그러 나, 자연 증발가스의 양은 모든 조건에 필요한 모든 추진에너지를 제공하기에 충분하지는 않으며, 따라서 선박에는 소위 강제증발 가스로 불리우는 여분의 가스를 얻기 위한 부가수단을 마련하고 있어야만 한다.

예를 들어 프랑스 특허공보 FR2722760 호에서는, 액화가스가 강제증발기로 공급되고, 여기에서 액화가스는 기체상태로 증발되고, 자연증발 가스류와 혼합될 수 있도록 하는 구성이 개시되어 있다.

유럽특허공보 EP 1348620 A1 에서는, 자연증발 가스가 압축기로 유도되고, 여기에서 공급라인을 통하여 소비되도록 공급하기 전에 가스의 압력을 증가시키는 가스공급장치를 개시한다. 부가적으로, 이 장치는 또한 높은 압력으로 사전에 압축된 액화가스가 증발되는 강제증발기를 포함하고 있다. 이 구성에서, 강제증발 가스의 부분은 자연증발 가스의 압력이 증가된 후에 자연증발 가스와 혼합된다. 그러나, 이것은, 화물탱크로부터 가스메인 공급라인으로 2개의 병렬적인 가스공급시스템을 요하는 다소 복잡한 시스템이다. 이러한 종류의 구성은 도한 복잡한 제어시스템을 필요로 한다.

본 발명의 목적은 종래기술의 상술한 및 기타의 문제점을 해결하는 가스공급 구조를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 액화가스 탱커를 구비한 해상선박에 대한 직접적이고도 신뢰할만한 구성 및 방법을 제공하는 것으로서, 선박의 연료소모장치로의 신뢰할만한 가스공급 및 공급라인상의 균일한 압력을 제공할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 목적은 실질적으로 청구항 1 및 5와, 기타 항에서 보다 상세하게 개시된 바와 같은 내용에 합치시키는 것이다. 이하에서, 본 발명은 주로 하나의 가스탱크를 참고로 하여 기술될 것이다. 그러나, 해상선박에는 각각 개별적인 가스공급구조를 가지는 다수개의 가스탱크가 마련될 수 있거나 또는 다수개의 가스탱크들은 공유의 가스공급 구조를 가지고 병렬로 연결될 수도 있다.

해상선박의 가스공급구조는, 누설공간과 액상공간을 가지는 가스탱크내로 액화가스를 운반하도록 채택된다. 선박에서 필요로 하는 가스를 공급하기 위한 본 발명의 구성에 따르면, 그 구성은 가스탱크내에 형성된 가스를 소비장치로 보내도록 마련된 가스공급라인을 포함하여 구성된다. 본 발명의 기본적인 개념은 특히 누설공간 및/또는 액상공간의 표면위에 상(相)변이 현상을 위한 유리한 조건을 제공함으로써 가스탱크 자체내에 제어가능하게 가스를 증발하도록 하는 것이다.

하나의 바람직한 실시예에 따르면, 그 구조는 누설공간내로 가스를 도입하기 위하여, 액상공간으로부터 적어도 한개의 펌프가 구비된 가스탱크의 누설공간으로 연장되는 배관이 마련된다. 이 배관에는 도입된 가스의 온도에 작용하기 위한 열전달 유니트가 마련된다. 이러한 방식으로, 이 구조는 선박의 수요에 대하여 기체상태의 가스의 제어가능한 분량을 생산할 수 있다. 이 구조는 바람직하기로는 제 1 센서가 마련되며, 이 센서는 가스탱크의 누설공간내의 압력을 측정하도록 채택된다. 이 배관에는 그 배관내의 가스의 유량을 제어하기 위한 제어밸브가 마련되며, 제 1 센서는 제어밸브와 제어유통상태로 배치된다. 이러한 방식으로, 배관을 통하는 가스의 유량은 가스탱크의 누설공간내의 측정된 압력에 기초하여 제어된다.

열전달 유니트는 열교환기를 포함하여 구성된다. 열교환기는 배관내에 배치되며, 따라서 가스가 이를 통하여 흐르게 된다. 또한 배관에는 열교환기를 우회하는 우회도관 및, 열교환기와 우회도관 사이의 가스유량을 제어하기 위한 3방향 밸브가 마련된다. 이 구조에는 바람직하게는 제 2 의 센서가 마련되어 있어서, 가스탱크의 누설공간내의 온도를 측정하도록 채택된다. 제 2 센서는 3방향밸브와 제어유통상태로 배치되어, 누설공간내의 주된 온도에 기초하여 열교환기와 우회도관사이의 가스의 유량을 분할하게 된다.

본 발명에 따르면, 누설공간 및 액상공간을 가지는 액화가스 탱크와, 가스 소비장치를 가지는 해상선박으로 가스를 공급하는 방법에 있어서, 가스는 가스탱크내에서 증발되고 가스공급라인을 통하여 소비장치로 도입된다. 동시에 가스탱크내의 압력은 제 1 센서에 의하여 연속적으로 측정된다. 가스탱크내의 가스의 증발율은 누설공간내로 액화가스를 제어가능하게 분무함으로써 제어되고, 분무된 액화가스의 유량은 제 1 센서의 압력측정에 근거하여 제어된다. 이러한 방식으로 누설공간내 및/또는 액상공간의 표면상에서의 상변이 현상에 대한 조건이 제공되고, 상전이는 제 1 센서의 압력측정에 기초하여 제어된다.

분무된 가스의 온도는 가스탱크의 누설공간과 접속되어 마련된 제 2 센서에 의하여 측정된 온도값에 근거하여 제어된다.

본 발명은 여러 장점을 가진다. 먼저, 필요한 구성부의 수가 최소화되며, 이는 용이하고도 공간절약적인 설치가 가능하게 한다. 압력 및 기체상태의 가스생산 제어는 압력제어의 신규한 방식에 의하여 매우 정확하게 이루어진다. 본 발명에 따르면 액화가스로부터 무거운 탄화수소의 증발을 최소화함으로써 가스엔진 운전에 보다 적절한 가스를 제공하는 것이 가능하다.

이하에서, 본 발명은 첨부된 도식적인 도면을 참조하여 상세히 기술되며,

도 1 은 본 발명에 다른 가스공급구조의 일 실시예를 나타낸다.

도 1 은 LNG탱커와 같은 해상선박(6)의 단면을 도식적으로 나타낸다. 선박(6)은 액화가스를 그의 가스탱크(4)내에서 운반하도록 채택된다. 일반적으로 한개의 LNG탱커내에는 다수개의 탱크가 있지만, 도면에는 명확성을 위하여 한개의 가스탱크(4)만이 도시되었다. 가스탱크(4)는, 항상 누설공간(4.1)에 기체상태의 가스로 채워지고 액상공간(4.2)에는 액화가스로 채워지도록, 채워져 있다. 액화가스의 저장시에, 가스는 그의 상이 변화되면서 증발되고 증발공간(4.1)내로 이동하게 된다. 증발된 가스는 선박(6)의 소비장치(5)내에서 이용될 수 있다. 소비장치(5)는 예를 들면 선박용으로 추진력을 제공하는 가스엔진일 수 있다. 도 1에서는 오직 한개의 소비장치(5)만이 도시되었으나, 다수의 장치가 있을 수 있음은 명백하다.

선박(6)에는 콤프레서 유니트(2.1)가 마련되는 가스공급라인(2)을 포함하여 구성되는 가스공급 구조(1)가 마련된다. 가스공급라인(2)은 가스탱크(4)의 누설공간(4.1)으로부터 소비장치(5)로 연장된다. 기타의 가스탱크(도시않됨)들도 대응하여 콤프레서 유니트(2.1)의 입력측에 마찬가지로 접속된다. 가스공급라인(2)은 가 스탱크(4)로부터의 증발된 가스를 선박(6)의 소비장치(5)로 보내도록 구성된다. 가스탱크(4)는 약간 과중한 압력이 걸리도록 유지된다. 가스공급라인(2)에는 가스탱크(4)내의 압력을 원하는 수준으로 유지하고 증발가스의 압력을 소비장치(5)내에서 사용하기에 적당한 수준으로 상승하기 위한 콤프레서 유니트(2.1)가 구비된다. 그 하한은 전형적으로는 소비장치(5)로서의 선박의 가스엔진의 요구에 의하여 지배된다. 가스탱크(4)내의 원하는 압력수준은 콤프레서 유니트(2.1)에 의하여 유지된다. 콤프레서 유니트(2.1)는 바람직하게는 콤프레서 뒤쪽의 가스공급라인(2)내에 마련된 제 1 압력측정장치910) 및 콤프레서 앞쪽의 가스공급라인(2)내에 마련된 제 2 압력측정장치(10')를 이용함으로써 제어된다. 콤프레서 유니트(2.1)에는 입구판 제어부가 마련되어 있어서, 용량에 있어서의 가변성이 허용된다. 가스의 메인공급라인내의 압력[장치(10)에 의하여 측정된]이 감소되고 동시에 가스탱크내의 압력이 지나치게 낮으면, 더 많은 양의 가스를 생산하기 위한 선택적인 방법이 제공되어야만 한다. 이에 대하여 이하에서 설명된다.

가스탱크(4)에는 가스탱크(4)내의 액화가스로부터 기체상태의 가스를 생산하기 위한 구성(3)이 마련된다. 도면에 나타낸 구성은, 가스탱크(4)의 액상공간 (4.2)로부터 누설공간(4.1)에 이르는 배관(3.1)을 포함하여 구성된다. 도시되지는 않았으나 배관을 2개의 별도의 가스탱크의 사이로 연장되도록 배치하는 것도 가능함을 알 수 있다. 배관은 바람직하기로는 가스탱크(4)의 액상공간에 위치되는 펌프(3.2)를 포함하여 구성된다. 배관(3.1)의 다른 끝단에는 노즐 유니트(3.4)가 마련되어 있어서, 가스탱크(4)의 누설공간(4.1)내로 개방되도록 배치된다. 배관에는 또한 그 배관(3.1)내의 유량을 제어하기 위한 제어밸브(3.5)가 마련된다. 사용시에는, 배관은 구조내의 다른 장치와 일체적으로 되는 튜브 시스템 또는 채널과 같은 적절한 덕트를 포함하여 구성될 수 있다.

부가적으로, 배관(3.1)내에는 열전달 유니트(3.6)가 마련되며, 그에 의하여 분무된 액화가스의 온도를 제어하는 것이 가능하다.

열전달 유니트에는 가스가 흐르는 방향으로 제어밸브(3.5)의 뒤쪽에서 배관내에 배치된 열교환기(3.7)가 마련되며, 그를 통하여 가스가 흐르고 가열된다. 열교환기(3.7)는 열전달 회로(3.8)에 접속되며 여기에는 예를 들면 물-클리콜 혼합물이 흐르도록 배치되어 가스를 가열하게 된다. 열전달 회로(3.8)는 또한 가스공급라인(2)내의 가스의 온도를 제어하기 위하여 제 2 열교환기(2.3)에 접속될 수 있으며, 소비장치(5)로부터 열을 회수하기 위하여 제 3 열교환기(5.1)에 접속될 수 있다. 이러한 방식으로 소비장치(5)내의 과도한 열이 효율적으로 이용될 수 있다. 점선에 의하여 도식적으로 나타낸 바와 같이, 열전달 회로는 기타의 부분이나 요소를 포함할 수 있다.

배관(3.1)은 물-글리콜 혼합물이 열교환기(3.7)를 우회하는 우회도관(3.10)을 부가적으로 구비할 수 있다. 우회로는 3방향 밸브(3.9)에 의하여 제어되며, 이는 가스의 흐름방향에서 열교환기(3.7)의 뒤쪽 배관에 위치된다. 3방향 밸브는 열교환기(3.7)를 통과하는 유로 및 우회도관(3.10)을 통과하는 유로를 연계하게 된다. 이러한 결합은 노즐 유니트(3.4)를 통하여 분무되는 가스에 대한 가스온도 제어기능을 제공한다.

적어도 2개의 센서가 가스탱크와 접속되어 마련되며, 이는 가스공급 구조(1)의 작동에 사용하도록 마련된 것이다. 제 1 센서(3.3)는 가스탱크(4)의 누설공간 (4.1)내의 압력을 측정하기 위하여 마련된 것이며, 제 2 센서(3.11)는 가스탱크(4)의 누설공간(4.1)내의 온도를 측정하기 위하여 마련된 것이다.

본 발명의 기본적인 개념은 특히 누설공간내 및/또는 액상공간의 표면위의 상변이 현상에 대하여 유리한 조건을 제공함으로써 가스탱크(4)내의 가스를 제어가능하게 증발시키는 것이다. 이는, 이하에서 설명되는 바와 같이 달성될 수 있다. 액화가스는 탱크의 액상공간내의 액화가스의 온도를 실질적으로 증가시키지 않고서 액상공간으로부터 누설공간으로 도입된다. 누설공간(4.1)내의 온도는 액화가스의 온도보다 높으며, 본 발명에 있어서 이러한 사실은 가스의 증발과 관련하여 제어가능하게 이용된다.

자연증발된 가스의 양이 소비장치(5)에 공급되기에는 충분치 않을 때, 부가적인 증발가스가 필요하게 된다. 본 발명에 따르면, 자연증발된 것보다 훨씬 많은 양의 가스가, 누설공간(4.1)내로 액화가스를 제어가능하게 분무함으로써 달성될 수 있다. 밸브(3.5)의 액츄에이터는 제 1 센서(3.3)로부터 얻어진 압력치를 사용함으로써 제어된다. 가스공급라인(2)을 통한 가스의 소비가 증가되는 경우에는 누설공간내의 압력이 감소하게 되고, 이는 측정에 근거한 제어시스템(도시않됨)에 의하여 등록된다. 계속하여 제어시스템은 밸브(3.5)가 더 개방되도록 구동하고, 분무된 가스의 유량을 증가하게 한다. 자연히 펌프(3.2)가 작동하게 된다. 분무된 가스의 흐르는 패턴은 방울들이 매우 작거나 또는 가능하게는 균일한 안개의 형태를 가지 게 된다. 누설공간내의 온도는 액화가스보다는 높기 때문에, 분무된 가스의 일부가 증발하게 되고, 따라서 가스의 소비양을 보상하고, 또한 누설공간내의 압력이 떨어지게 된다. 따라서 누설공간내 및/또는 액상공간표면 위의 상변이 현상에 대한 유리한 환경이 제공된다. 이러한 방식으로 본 발명에 따르면 누설공간(4.1)내의 압력수준이 원하는 수준으로 유지되며, 또한 부가적인 가스가 생산된다.

가스의 증발은 에너지를 소비하며 누설공간내의 온도는 가스의 증발에 따라 내려가는 경향이 있다. 누설공간(4.1)내의 온도는 제 2 센서(3.11)의 측정에 근거하여 제어시스템(도시않됨)에 의하여 등록된다. 이제, 제어시스템은 3방향 밸브(3.9)를 구동하여 더 많은 가스가 열교환기(3.7)를 통과하도록 하고 분무된 가스를 덥힌다. 이는 가스의 증발에 열소비가 더 적게 되도록 한다. 본 발명에 따르면, 분무된 가스의 온도는 대략 -130℃ 로 유지된다. 가스를 대략 이 온도로 유지함으로써 가스의 세분화를 보조하게 되고, 대부분의 경우에 질소 및 메탄만이 증발하도록 한다. 액화가스에 포함된 무거운 탄화수소는 액상으로 남아 있고 가스탱크(4)의 액상부로 돌아가게 된다.

선박의 밸러스트 조건을 위하여, 하나의 탱크로부터 다른 탱크로 액화가스를 전달하도록 적어도 2개의 탱크(도시않됨)의 사이가 접속될 수 있다. 또한 밸러스트 항해를 위하여 탱크를 적당히 채워두는 것도 가능하다.

소비장치(5)에 낮은 부하가 걸리는 경우에는, 열적인 산화기(11)가 설치된다. 그 목적은 가스탱크로부터의 증발가스의 생성이 소비된 것보다 높을 경우에는 열적인 산화기내에서 과도한 증발가스를 태우기 위한 것이다. 예시의 목적상, 도 면에는 제어부가 점선으로 나타내었다. 그러나, 제어시스템은 중앙집중식 또는 분포된 제어구조를 이용하여 다양한 방식으로 실현될 수 있다.

본 발명은 도시된 실시예에 한정되지는 않으며, 첨부된 특허청구의 범위내에서 다양한 변형이 가능함을 알 수 있다.

Claims

누설공간(4.1) 및 액상공간(4.2)을 가지는 가스 탱크(4)내에 채워진 액화가스를 수송하도록 채택된 해양선박(6)에, 그 선박의 수요에 대한 가스를 공급하기 위하여:

- 가스탱크내에 형성된 가스를 소비장치(5)로 보내기 위하여 마련된 가스 공급라인(2)과,

- 가스를 누설공간으로 도입하기 위하여, 적어도 한개의 펌프(3.1)가 마련된 가스탱크(4)의 액상공간(4.2)로부터 누설공간(4.1)으로 연장되는 배관을 포함하여 구성되는 가스 공급구조(1)에 있어서,

배관에는 도입된 가스의 온도에 영향을 주기 위한 열전달 유니트(3.6)가 마련된 것을 특징으로 하는 해양선박(6)의 가스공급구조(1).
제 1 항에 있어서, 가스탱크(4)의 누설공간(4.1)내의 압력을 측정하도록 채택된 제 1 센서(3.3)가 마련되며, 배관에는 제어밸브(3.5)가 마련되고, 상기 제 1 센서(3.3)는 제어밸브(3.5)와 제어유통관계로 배치되는 것을 특징으로 하는 해양선박의 가스공급구조(1).
제 1 항에 있어서, 열전달 유니트(3.6)는 배관내에 배치된 열전달기(3.7)를 포함하여 구성되며, 배관에는 열교환기(3.7)를 우회하는 우회도관(3.10) 및, 열교 환기와 우회도관(3.10) 사이의 가스의 유량을 제어하기 위한 3방향 밸브(3.9)를 구비하는 것을 특징으로 하는 해양선박(6)의 가스공급구조(1).
제 3 항에 있어서, 가스탱크(4)의 누설공간(4.1)내의 온도를 측정하도록 채택되는 제 2 센서(3.11)가 마련되며, 제 2 센서(3.11)는 3방향 밸브(3.5)와 제어유통상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 해양선박(6)의 가스공급구조(1).
누설공간(4.1) 및 액상공간(4.2)를 가지는 액화탱크(4)와, 가스소비장치(5)를 구비하며, 가스탱크(4)내에서 가스가 증발하고 가스공급라인(2)을 통하여 소비장치(5)로 도입되고, 가스탱크(4)내의 압력이 제 1 센서(3.3)에 의하여 연속적으로 측정되는 해양선박(6)내로 가스를 공급하는 방법에 있어서,

가스탱크(4)내의 가스의 증발량이, 액화가스를 누설공간내로 제어가능하게 분무함으로써 제어되고, 분무되는 액화가스의 유량은 제 1 센서(3.3)의 압력측정에 근거하여 제어되는 것을 특징으로 하는 해양선박(6)내로 가스를 공급하는 방법.
제 5 항에 있어서, 가스의 증발율은 분무된 가스의 온도를 제어함으로써 제어되는 것을 특징으로 하는 해양선박(6)내로 가스를 공급하는 방법.
제 6 항에 있어서, 분무된 가스(3.4)의 온도는, 가스탱크(4)의 누설공간(4.1)과 접속되어 마련되는 제 2 센서(3.11)에 의하여 측정된 온도값에 근거하여 제어되는 것 을 특징으로 하는 해양선박(6)내로 가스를 공급하는 방법.