KR20100137758A - 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치 - Google Patents

선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이산화탄소를 액화시켜 선박으로 운송시 액화 이산화탄소가 저장된 탱크에서 발생하는 증발기체(BOG)를 결빙없이 배출시키는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치에 관한 것으로, 선박의 이송탱크에서 발생한 증발기체가 가열되어 배출됨에 따라 증발기체의 배출시 급격한 압력하강으로 기온이 급격히 떨어지지 않도록 하여 결빙이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
증발기체, 선박, 배출장치

Description

선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치{BOG venting structure}
본 발명은 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이산화탄소를 액화시켜 선박으로 운송시 액화 이산화탄소가 저장된 탱크에서 발생하는 증발기체(BOG)를 결빙없이 배출시키는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치에 관한 것이다.
전 세계적으로 환경문제 특히, 지구 온난화 문제가 심각해지고 있다. 지구 온난화는 지구 표면의 평균온도가 상승하는 현상으로, 땅이나 물에 있는 생태계가 변화하거나 해수면이 올라가서 해안선이 달라지는 등 기온이 올라감에 따라 발생하는 문제를 포함된다.
이러한 지구 온난화의 주요원인은 온실효과를 일으키는 온실가스에 의한 것으로, 화석 연료의 사용 증가에 따라 대량으로 배출되는 이산화탄소는 지구온난화 현상을 야기하는 온실가스(Greenhouse Gas, GHG)중 하나로 지정되어 있다.
이산화탄소의 지구온난화지수는 다른 온실가스에 비하여 낮지만, 전체 온실가스 배출의 대략 80%를 차지하는 점과 또한 배출량을 규제 가능한 점에서 매우 중요한 온실가스로 분류되고 있다. 따라서 다양한 국제 협약을 통하여 각국에서 온실 가스의 배출을 저감하도록 규제하고 있으며, 이로부터 파생되는 기술 중 하나로 각종 산업현장에서 발생되는 이산화탄소를 회수하여 별도의 장소에 격리 저장함으로써 대기 중에 방출되는 이산화탄소의 량을 저감시키는 이산화탄소 처리 기술이 등장하게 되었다.
이러한 온실 가스의 배출을 저감시키기 위한 방법 중의 하나로 이산화탄소를 회수해서 선박으로 운송시킨 후 유정이나 지하 저장소 등의 별도의 공간에 저장시키는 방법이 있다. 이는 대량의 이산화탄소를 액화시킨 뒤 이를 운반탱크에 저장하여 수송하는 것으로, 이에 사용되는 이산화탄소 운반용 선박은 통상 천연가스를 운송하는 운반탱크가 있는 선박을 사용할 수 있다.
상기와 같은 운반탱크를 갖는 기존의 선박으로는 가압, 저온의 액화 가스를 운반할 수 있는 압축천연가스(PLNG) 운반용 선박(엑손모빌, US2005/037245)이 있다. 천연가스를 대략 1.7MPa, -115℃의 액화 상태에서 수송하기 위한 운반 탱크를 제시하였다.
또한, 유사 분야의 기술로 가압된 LPG(Pressurezied LPG)를 수송하는 LPG운반선이 있다. 널리 사용되고 있는 LPG운반선 중 하나의 형태로 저온, 고압의 압력형 탱크가 구비되어 있어, 대략 0.5MPa, -50℃의 액화 상태에서 수송되는 이산화탄소용 운반 탱크의 조건과 유사한 것이다.
한편, 이산화탄소나 천연가스 등의 운반시 운반 탱크에 저장된 이산화탄소 또는 천연가스는 운송시 태양의 직사광과 같은 외부열이 운반탱크에 전달됨으로 인 하여 운반탱크 내부에서 증발기체(BOG : Boil Off Gas)가 발생하게 된다.
이와 같은 증발기체는 운반탱크의 기압을 변화시켜 사고를 유발할 수 있기 때문에 이를 배출하여 주어야하는데, 천연가스 운반탱크의 경우 증발기체를 선박의 연료로 사용하거나, 재액화시켜 운반탱크에 저장하거나, 별도의 벤트마스트를 통해 배출시킴으로써 운반탱크의 증발기체를 배출시킨다.
이산화탄소 운반탱크의 경우에는 연료로의 사용은 불가능하고, 재액화하는데에도 많은 비용이 소모되기 때문에 별도의 벤트마스트를 통해 배출시키는 것이 일반적이다.
그러나 상압, -163℃에서 운용되는 천연가스 운반탱크와 달리 이산화탄소 운반탱크는 0.5MPa 이상의 높은 압력에서 운용되기 때문에 벤트마스트를 통해 증발기체를 배출하는 경우 벤트마스트 부분이 상압이기 때문에 급격한 압력하강이 발생하여 온도가 급격히 떨어지게 되며, 이에 따라 증발기체가 결빙될 수 있다.
이와 같이 증발기체의 결빙이 발생하면 증발기체를 배출하는 통로가 막히게 되어 증발기체의 원활한 배출을 막고, 펌프 등의 작동을 방해하게 된다. 특히 화재 등의 긴급 상황시 증발기체가 빠르게 배출되지 않아 더 큰 사고가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,
증발기체의 결빙없이 이산화탄소 운반탱크의 외부로 증발기체를 배출할 수 있는 선박용 이산화탄소 운반탱크의 증발기체 배출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 별도의 가열수단 없이 증발기체의 온도가 급하강되는 것을 방지하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 배기가스로 인하여 벤트파이프가 오염되는 것을 방지하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 증발기체의 결빙을 보다 효과적으로 방지할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 보다 효율적으로 증발기체의 결빙이 방지되도록 하는데 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여
액화된 이산화탄소를 저장하는 선박의 이송탱크에서 발생한 증발기체가 가열되어 배출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 증발기체는 상기 이송탱크와 연결되는 벤트파이프를 통해 배출되 고,
상기 벤트파이프는 선박의 배기가스로 가열된 배기굴뚝의 측부와 연결되어 상기 벤트파이프를 통과하는 증발기체가 가열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 벤트파이프는 배기굴뚝의 측부를 관통하여 배기굴뚝을 따라 배기굴뚝의 배출구까지 연장되어 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 벤트파이프에는 벤트파이프를 통과하고 있는 증발기체를 가열시키기 위한 가열수단이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열수단은 벤트파이프의 외주면을 따라 감기는 열선인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열수단은 벤트파이프의 외주면을 따라 열교환파이프가 구비되고, 상기 열교환파이프로 배기굴뚝의 배기가스가 배출된 후 열교환파이프를 통과하여 다시 배기굴뚝으로 배출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열수단은 벤트파이프의 외주면에 설치되고 내부에 냉매가 순환되는 열교환파이프와; 엔진실에서 발생한 가열된 배기가스가 유통되는 배기가스 파이프와; 상기 열교환파이프와 상기 배기가스 파이프의 사이에 위치되어 냉매와 배기가스가 서로 열교환되도록 하는 열교환기;로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열수단은 벤트파이프의 압력구배에 따라 가열구간을 구획하여 각 가열구간마다 열용량이 다르도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열수단은 압력이 급하강되는 벤트파이프의 압력밸브 후단의 가열구간이 벤트파이프의 다른 가열구간 보다 열용량이 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열수단은 배기굴뚝으로부터 거리가 먼 가열구간일수록 열용량이 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 증발기체는 상기 이송탱크와 연결되는 벤트파이프를 통해 배출되고,
상기 벤트파이프는 선박에 구비된 이산화탄소용 굴뚝의 측부와 연결되어 상기 벤트파이프를 통과하는 증발기체가 배출되며,
상기 벤트파이프에는 가열수단이 구비되어 증발기체가 가열된 상태로 배출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열수단은 벤트파이프의 외주면을 따라 감기는 열선인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열수단은 벤트파이프의 압력구배에 따라 가열구간을 구획하여 각 가열구간마다 열용량이 다르도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가열수단은 압력이 급하강되는 벤트파이프의 압력밸브 후단의 가열구간이 벤트파이프의 다른 가열구간 보다 열용량이 큰 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 벤트파이프를 통과하여 배출되는 증발기체가 가열될 수 있도록 하여 압력의 하강으로 온도가 급격히 저하되는 것을 방지하고, 이를 통해 증발기체가 벤트파이프 내에서 결빙되는 것을 방지하는 효과를 갖는다.
또한, 증발기체가 배기굴뚝을 통해 배출됨에 따라 선박에 증발기체를 배출하 기 위한 별도의 이산화탄소용 굴뚝을 설치하지 않아도 증발기체의 배출이 가능함은 물론, 배기굴뚝에서 전달되는 배기가스의 열로 인하여 별도의 가열수단을 구비하지 않아도 증발기체의 결빙을 방지할 수 있다는 효과를 갖는다.
또한, 벤트파이프의 배출부분으로 배기굴뚝 내의 배기가스가 유입될 수 없도록 하여 벤트파이프의 오염을 방지할 수 있고, 상기 벤트파이프의 내부를 통과하는 증발기체와 배기굴뚝을 통해 배출되는 고온의 배기가스 사이의 열교환이 이루어지기 때문에 압력하강으로 인한 증발기체의 결빙 또한 방지가능한 효과를 갖는다.
또한, 벤트파이프에 가열수단이 구비됨에 따라 급격한 압력하강이 일어나는 벤트파이프 부분부터 증발기체의 온도가 급격히 떨어지는 것을 방지하여 증발기체의 결빙이 보다 효과적으로 방지될 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 벤트파이프의 가열구간별로 열용량이 다른 가열수단을 설치하여 보다 에너지를 효율적으로 사용하면서 증발기체의 결빙을 방지할 수 있다는 효과를 갖는다.
이하에서는 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 도시된 실시예에 따라 구체적으로 설명하기는 하나, 본 발명이 도면에 도시된 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 선박의 운송시 태양열 등으로 인하여 이산화탄소 이송탱크에서 발생되는 증발기체(BOG:Boil Off Gas)를 외부로 배출시 0.5MPa 이상의 압력으로 운용 되는 이송탱크에 있던 증발기체가 대기압으로 배출됨에 따라 그 압력이 급하강되고, 이에 따라 온도가 저하되어 결빙이 발생되는 것을 방지하기 위한 것으로, 액화된 이산화탄소를 저장하는 선박의 이송탱크에서 발생한 증발기체가 가열되어 배출되도록 하여 기온의 저하로 증발기체가 결빙되는 것을 방지한다.
여기서 상기 선박은 해양선박, FPSO, FSRU, 바지선, 도로상 트레일러선 등 다양한 운반 선박 및 해양부유체를 모두 포함하는 것으로, 상기 선박에는 고압, 저온으로 냉각된 이산화탄소의 액화상태를 유지할 수 있는 탱크시설을 갖추고 있는 것을 사용한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치를 개략적으로 나타낸 도면으로, 이를 통하여 본 발명에 대하여 보다 자세히 살펴보기로 한다.
이에 도시된 바와 같이 본 발명의 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치는 상기 증발기체가 상기 이송탱크(10)와 연결되는 벤트파이프(20)를 통해 배출되고, 상기 벤트파이프(20)는 선박(a)의 배기가스로 가열된 배기굴뚝(60)의 측부와 연결되어 상기 벤트파이프(20)를 통과하는 증발기체가 가열되는 것이다.
상기 이송탱크(10)는 액화시킨 이산화탄소가 저장되는 곳으로, 액화 이산화탄소가 안정적으로 저장될 수 있도록 특정압력 및 온도를 유지할 수 있어야 한다. 이러한 이송탱크(10)는 가압된 LPG(Pressurezied LPG)를 수송하는 LPG 운반선에 구비되는 저온, 고압의 압력형 탱크를 0.5MPa 이상의 압력에서 수송되는 이송탱 크(10)로 전용함으로써 이루어질 수 있으며, 이러한 이송탱크(10)는 선박(a)내에 다수개 적재된다.
이러한 이송탱크(10)에는 일측에 벤트파이프(20)가 연결되는데, 다수개의 이송탱크(10)에서 연결되어 나온 벤트파이프(20)가 하나 혹은 복수개의 통로로 연결되어 하나의 배기굴뚝(60)의 측부에 연결된다. 이때 상기 벤트파이프(20)는 천연가스 등의 기체가스를 이송하는데 사용되는 통상의 파이프를 사용하면 되며, 이송탱크(10)측의 벤트파이프(20)에는 압력밸브(PSV)가 구비되어 이송탱크(10)의 압력이 일정압력이상이 되면 상기 압력밸브가 열려 증발기체가 배출되도록 한다.
상기 배기굴뚝(60)은 선박(a)의 엔진실(b)에서 선박(a)의 운행함에 따라 발생되는 배기가스가 배출되는 곳으로, 이송탱크(10)에서 발생한 증발기체는 상기 벤트파이프(20)를 통해 배출되어 벤트파이프(20)를 따라 배기굴뚝(60)으로 배출된다. 이때 상기 배기굴뚝(60)에서 배출되는 가열된 상태의 배기가스로 인해 배기굴뚝(60)으로 배출되는 증발기체와 배기굴뚝(60)과 연결된 측의 벤트파이프(20)로 배기가스의 열이 전달되어 압력하강으로 인해 증발기체의 온도가 급격히 저하되어 결빙되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이 배기굴뚝을 통해 배출되는 증발기체는 선박에 증발기체를 배출하기 위한 별도로 이산화탄소를 배출시키기 위한 굴뚝을 설치하지 않아도 증발기체의 배출이 가능함은 물론, 배기굴뚝에서 전달되는 배기가스의 열로 인하여 별도의 가열수단을 구비하지 않아도 증발기체의 결빙을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치의 요부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이에 도시된 바와 같이 상기 벤트파이프(20)는 배기굴뚝(60)의 측부를 관통하여 배기굴뚝(60)을 따라 배기굴뚝(60)의 배출구까지 연장되어 형성된 것이 바람직하다.
이는 배기굴뚝(60)을 통해 증발기체를 배출시키는 경우 본래 배기굴뚝(60)을 통해 배출되는 배기가스가 배기굴뚝(60)과 연결된 벤트파이프(20)로 유입되어 벤트파이프(20)가 오염되는 것을 방지하기 위한 것이다.
즉, 배기굴뚝(60)과 연결되는 벤트파이프(20)가 배기굴뚝(60)의 측부를 완전히 관통하여 배기굴뚝(60)의 배출구 방향으로 절곡되고, 절곡된 벤트파이프(20)가 배기굴뚝(60)의 배출구까지 연장형성되어 증발기체가 배기굴뚝(60)의 배기가스와 접촉없이 벤트파이프(20)를 통해 배출되는 것이다.
이에 따라 벤트파이프의 배출부분으로 배기굴뚝 내의 배기가스가 유입될 수 없기 때문에 배기가스로 인한 벤트파이프의 오염을 방지할 수 있고, 상기 벤트파이프의 내부를 통과하는 증발기체와 배기굴뚝을 통해 배출되는 고온의 배기가스 사이의 열교환이 이루어지기 때문에 압력하강으로 인한 기체 이산화탄소의 결빙 또한 방지가능하다.
한편, 본 발명은 증발기체의 결빙을 보다 효과적으로 방지하기 위하여 상기 벤트파이프(20)에는 벤트파이프(20)를 통과하고 있는 증발기체를 가열시키기 위한 가열수단이 구비될 수도 있다.
상기 가열수단은 압력하강이 가장 크게 발생하는 벤트파이프(20)의 이송탱크(10) 측에 구비된 압력밸브 부분에서의 압력하강으로 온도가 저하되어 벤트파이프(20)가 배기굴뚝(60)으로 이송되기 전에 증발기체가 결빙되는 것을 방지하기 위한 것으로, 벤트파이프(20)의 전체 또는 일부에 가열수단으로 열을 가하여 증발기체의 온도가 급격히 저하되는 것을 방지한다.
이러한 가열수단은 벤트파이프(20)의 온도가 일정온도 이하로 내려가는 경우 작동되도록 하여 벤트파이프(20) 내의 증발기체 온도저하로 인한 결빙을 방지하는 것이며, 이를 위해 온도센서 및 센서의 감지신호에 따라 가열수단을 제어하기 위한 제어부가 함께 구비되는 것이 바람직하다.
이와 같이 벤트파이프에 가열수단이 구비되면 급격한 압력하강이 일어나는 벤트파이프 부분부터 증발기체의 온도가 급격히 떨어지는 것을 방지하여 증발기체의 결빙이 보다 효과적으로 방지될 수 있는 것이다.
이때 상기 가열수단은 도 2에 도시된 바와 같이 벤트파이프(20)의 외주면을 따라 감기는 열선(40)이다. 여기서 상기 열선(40)으로는 니크롬선 등 일반적으로 전기로 가열하여 배관 등의 온도를 높이는 일반적인 열선(40)이 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 제3실시예에 따른 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치의 요부를 개략적으로 나타낸 도면인 도 3에 도시된 바와 같이 상기 가열 수단은 벤트파이프(20)의 외주면을 따라 열교환파이프(50)가 구비되고, 상기 열교환파이프(50)로 배기굴뚝(60)의 배기가스가 배출된 후 열교환파이프(50)를 통과하여 다시 배기굴뚝(60)으로 배출되는 것이 바람직하다.
즉, 배기굴뚝(60)에서 배출되는 배기가스를 펌프(70)등의 시설을 통해 벤트파이프(20)의 외주면에 감긴 열교환파이프(50)로 보내고, 열교환파이프(50)로 보내진 배기가스가 열교환파이프(50)를 따라 이송되면서 벤트파이프(20)와의 열교환이 이루어져 이송탱크(10)에서 배출되어 벤트파이프(20)를 통과하는 증발기체의 온도를 높여주는 것이다.
상기와 같이 배기가스를 통해 벤트파이프 내의 증발기체를 가열하면 증발기체를 가열시키기 위한 별도의 에너지 사용량을 줄일 수 있어 바람직하게 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 제4실시예에 따른 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치의 요부를 개략적으로 나타낸 도면인 도 4에 도시된 바와 같이 상기 가열수단은 벤트파이프(20)의 외주면에 설치되고 내부에 냉매가 순환되는 열교환파이프(50)와; 엔진실(b)에서 발생한 가열된 배기가스가 유통되는 배기가스 파이프(80)와; 상기 열교환파이프(50)와 상기 배기가스 파이프(80)의 사이에 위치되어 냉매와 배기가스가 서로 열교환되도록 하는 열교환기(90);로 구성된 것이 바람직하다.
즉, 상기 열교환파이프(50)는 벤트파이프(20)의 외주면을 따라 감긴 채 설치되되, 상기 열교환파이프(50)가 열교환기(90)를 통과하여 폐순환되도록 하고, 상기 열교환파이프(50)의 내부에 물과 같은 액체 냉매가 순환되도록 한 것이다. 이때 상기 액체 냉매는 펌프(70)에 의해 지속적인 순환이 이루어진다.
또한, 상기 배기가스 파이프(80)는 엔진실(b)의 측부를 통해 배출된 배기가스가 열교환기(90)를 통과하여 배기굴뚝(60)으로 유통되도록 연결된다.
이와 같이 구성된 가열수단은 상기 열교환기(90)를 통과하는 배기가스 파이프(80) 내부의 가열된 배기가스와 열교환파이프(50)를 순환하는 냉매간에 열교환이 이루어져 상기 냉매가 데워진 상태로 열교환파이프(50)를 따라 벤트파이프(20)의 외주면을 순환하게 되며, 이로 인해 벤트파이프(20)를 통과하는 증발기체의 온도가 상승될 수 있도록 한 것이다.
따라서 상기와 같은 가열수단으로 인해 본 발명의 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치는 벤트파이프 내에서 증발기체의 결빙을 방지할 수 있게 되며, 이와 같은 결빙 방지를 위해 증발기체를 가열시키기 위한 별도의 에너지 사용량을 줄일 수 있게 된다.
한편, 상기 가열수단은 벤트파이프(20)의 외주면에 감긴 열교환파이프(50)로 가열된 증기가 순환되도록 하여 벤트파이프(20) 내부의 증발기체의 온도가 급격히 저하되는 것을 방지하도록 할 수도 있다.
또한, 본 발명의 상기 가열수단은 벤트파이프(20)의 압력구배에 따라 가열구간을 구획하여 각 가열구간마다 열용량이 다르도록 한 것이 바람직하다.
이는 벤트파이프(20)가 이송탱크(10)측에서 배기굴뚝(60)측으로 갈수록 압력의 변화가 다르고, 그에 따른 온도하강정도에 차이가 있기 때문에 각 압력구배에 따라 가열구간을 구획하여 보다 효율적으로 가열이 이루어질 수 있도록 하기 위한 것이다.
따라서 압력하강이 큰 가열구간에는 열용량이 높은 열선이나 열교환파이프(50)와 같은 가열수단을 장착하는 것이 바람직하고, 압력하강이 상대적으로 작은 가열구간에는 온도의 하강도 약하므로 열용량이 낮은 열선이나 열교환파이프(50)와 같은 가열수단을 장착하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는 상기 가열수단은 압력이 급하강되는 벤트파이프(20)의 압력밸브 후단의 가열구간이 벤트파이프(20)의 다른 가열구간 보다 열용량이 큰 것이 바람직하다.
상기 압력밸브는 이송탱크(10) 측에 위치한 압력밸브는 증발기체로 압력이 상승되어 있다가 일정압력에 도달하여 압력밸브가 개방되면서 증발기체의 압력이 급격히 하강하게 되기 때문에 다른 가열구간의 벤트파이프(20) 부분보다 압력하강에 따른 온도저하가 크게 발생하게 되고, 이에 따라 결빙이 발생되기 쉽다.
따라서 벤트파이프(20)의 다른 가열구간보다 압력이 급하강되는 벤트파이프(20)의 압력밸브 후단의 가열구간에 열용량이 큰 열선 또는 열교환파이프(50)와 같은 가열수단을 장착하는 것이 보다 효율적으로 증발기체의 결빙을 방지할 수 있어 바람직하다.
또한, 상기 벤트파이프(20)의 가열수단은 배기굴뚝(60)으로부터 거리가 먼 가열구간일수록 열용량이 큰 것이 보다 바람직하다.
배기굴뚝(60)으로 갈수록 대기압과 압력이 비슷해지기 때문에 증발기체 배출시 압력하강이 이송탱크(10) 측에서 처음 배출될때 보다 상기 배기굴뚝(60)으로 갈수록 그 압력하강이 작아지게 된다.
따라서 상기와 같이 배기굴뚝과 상대적으로 멀리 위치한 이송탱크측의 가열구간에 열용량이 높은 가열수단을 사용하고, 배기굴뚝에 가까운 가열구간에 상대적으로 열용량이 낮은 가열수단을 사용하는 것이 보다 에너지를 효율적으로 사용하면서 증발기체의 결빙을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이에 도시된 바와 같이 상기 증발기체는 상기 이송탱크(10)와 연결되는 벤트파이프(20)를 통해 배출되고, 상기 벤트파이프(20)는 선박(a)에 구비된 이산화탄소용 굴뚝(30)의 측부와 연결되어 상기 벤트파이프(20)를 통과하는 증발기체가 배출되며, 상기 벤트파이프(20)에는 가열수단이 구비되어 증발기체가 가열된 상태로 배출된다.
먼저, 상기 이송탱크(10)는 전술한 바와 같이 가압된 LPG(Pressurezied LPG)를 수송하는 LPG 운반선에 구비되는 저온, 고압의 압력형 탱크를 0.5MPa 이상의 압 력에서 수송되는 이송탱크(10)로 전용함으로써 이루어질 수 있다.
이러한 이송탱크(10)에는 일측에 벤트파이프(20)가 연결되는데, 다수개의 이송탱크(10)에서 연결되어 나온 벤트파이프(20)가 하나 혹은 복수개의 통로로 연결되어 하나의 이산화탄소용 굴뚝(30)의 측부에 연결되거나, 복수개의 이산화탄소용 굴뚝에 각각 연결된다. 이때 상기 벤트파이프(20)는 전술한 바와 같이 천연가스 등의 기체가스를 이송하는데 사용되는 통상의 파이프를 사용하면 되며, 이송탱크(10)측의 벤트파이프(20)에는 압력밸브(PSV)가 구비되어 이송탱크(10)의 압력이 일정압력이상이 되면 상기 압력밸브가 열려 증발기체가 배출되도록 한다.
또한, 상기 벤트파이프(20)에는 가열수단이 구비되어 상기 벤트파이프(20)를 통과하는 증발기체를 가열하도록 한다.
상기 가열수단은 제2실시예에서 설명한 바와 같이 벤트파이프(20)의 온도가 일정온도 이하로 내려가는 경우 작동되도록 하여 벤트파이프(20) 내의 증발기체 온도저하로 인한 결빙을 방지하는 것이며, 이를 위해 온도센서 및 센서의 감지신호에 따라 가열수단을 제어하기 위한 제어부가 함께 구비되는 것이 바람직하다.
상기 이산화탄소용 굴뚝(30)은 선박(a)의 일측에 증발기체를 배출하기 위하여 구비되는 것으로, 각각의 이송탱크(10)에서 벤트파이프를 통해 배출된 증발기체가 서로 공용되는 하나의 통로 또는 복수개의 통로를 통과하여 이산화탄소용 굴뚝(30)으로 배출되는 것이다.
즉, 본 발명은 상기 벤트파이프(20)에 가열수단을 구비하여 벤트파이프(20)를 통과하여 배출되는 증발기체를 가열시킴으로써 압력의 하강으로 온도가 급격히 저하되는 것을 방지하고, 이를 통해 증발기체가 벤트파이프(20) 내에서 결빙되는 것을 방지하는 것이다.
이때 상기 가열수단은 도시된 바와 같이 벤트파이프(20)의 외주면을 따라 감기는 열선(40)인 것이 바람직하다. 여기서 상기 열선(40)으로는 니크롬선 등 일반적으로 전기로 가열하여 배관 등의 온도를 높이는 일반적인 열선(40)이 사용될 수 있다.
한편, 본 발명은 제3실시예에서 설명한 바와 같이 상기 가열수단으로 벤트파이프(20)의 외주면을 따라 열교환파이프가 구비되고, 상기 열교환파이프로 배기굴뚝(60)의 배기가스가 배출된 후 열교환파이프를 통과하여 다시 배기굴뚝(60)으로 배출되도록 한 것을 사용할 수도 있다.
즉, 배기가스가 펌프등을 통해 벤트파이프(20)의 외주면에 감긴 열교환파이프를 따라 이송되면서 벤트파이프(20)와의 열교환이 이루어져 증발기체의 온도를 높여주는 것이며, 이는 배기가스를 통해 벤트파이프 내의 증발기체를 가열하기 때문에 증발기체를 가열시키기 위한 별도의 에너지 사용량을 줄일 수 있어 바람직하게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 제4실시예에서 설명한 바와 같이 상기 가열수단은 벤트파이프(20)의 외주면에 설치되고 내부에 냉매가 순환되는 열교환파이프와; 엔진실에서 발생한 가열된 배기가스가 유통되는 배기가스 파이프와; 상기 열교환파이프와 상기 배기가스 파이프의 사이에 위치되어 냉매와 배기가스가 서로 열교환되도록 하는 열 교환기;로 구성될 수도 있는 것으로, 자세한 설명은 전술한 바 있으므로 생략하기로 한다.
이와 같이 구성된 가열수단은 상기 열교환기를 통과하는 배기가스 파이프 내부의 가열된 배기가스와 열교환파이프를 순환하는 냉매간에 열교환이 이루어져 상기 냉매가 데워진 상태로 열교환파이프를 따라 벤트파이프(20)의 외주면을 순환하게 되며, 이로 인해 벤트파이프(20)를 통과하는 증발기체의 온도가 상승될 수 있으며, 이를 통해 벤트파이프 내에서 증발기체의 결빙을 방지할 수 있게 되며, 이와 같은 결빙 방지를 위해 증발기체를 가열시키기 위한 별도의 에너지 사용량을 줄일 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 상기 가열수단은 전술한 바와 같이 벤트파이프(20)의 압력구배에 따라 가열구간을 구획하여 각 가열구간마다 열용량이 다르도록 한 것이 바람직하다.
이는 벤트파이프(20)가 이송탱크(10)측에서 이산화탄소용 굴뚝(30)측으로 갈수록 압력의 변화가 다르고, 그에 따른 온도하강정도에 차이가 있기 때문에 각 압력구배에 따라 가열구간을 구획하여 보다 효율적으로 가열이 이루어질 수 있도록 하기 위한 것으로, 압력하강이 큰 가열구간에는 열용량이 높은 열선(40)이나 열교환파이프 등의 가열수단을 장착하는 것이 바람직하고, 압력하강이 상대적으로 작은 가열구간에는 온도의 하강도 약하므로 열용량이 낮은 열선(40)이나 열교환파이프 등의 가열수단을 장착하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는 상기 가열수단에서 압력이 급하강되는 벤트파이프(20)의 압력밸브 후단의 가열구간이 벤트파이프(20)의 다른 가열구간 보다 열용량이 큰 것이 바람직하다.
상기 압력밸브는 이송탱크(10) 측에 위치한 압력밸브는 증발기체로 압력이 상승되어 있다가 일정압력에 도달하여 압력밸브가 개방되면서 증발기체의 압력이 급격히 하강하게 되기 때문에 다른 가열구간의 벤트파이프(20) 부분보다 압력하강에 따른 온도저하가 크게 발생하게 되고, 이에 따라 결빙이 발생되기 쉽다.
따라서 벤트파이프(20)의 다른 가열구간보다 압력이 급하강되는 벤트파이프(20)의 압력밸브 후단의 가열구간에 열용량이 큰 열선(40)또는 열교환파이프 등과 같은 가열수단을 장착하는 것이 보다 효율적으로 증발기체의 결빙을 방지할 수 있어 바람직하다.
또한, 상기 벤트파이프(20)의 가열수단은 이산화탄소용 굴뚝(30)으로부터 거리가 먼 가열구간일수록 열용량이 큰 것이 보다 바람직하다.
이산화탄소용 굴뚝(30)으로 갈수록 대기압과 압력이 비슷해지기 때문에 증발기체 배출시 압력하강이 이송탱크(10) 측에서 처음 배출될때 보다 상기 이산화탄소용 굴뚝(30)으로 갈수록 그 압력하강이 작아지게 된다.
따라서 상기와 같이 이산화탄소용 굴뚝(30)과 상대적으로 멀리 위치한 이송탱크측의 가열구간에 열용량이 높은 가열수단을 사용하고, 이산화탄소용 굴뚝(30)에 가까운 가열구간에 상대적으로 열용량이 낮은 가열수단을 사용하는 것이 보다 에너지를 효율적으로 사용하면서 증발기체의 결빙을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치의 요부를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 선박용 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치의 요부를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치의 요부를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치를 개략적으로 나타낸 도면.
<도면의 주요부호에 대한 상세한 설명>
a: 선박 b: 엔진실
10: 이송탱크 20: 벤트파이프
30: 이산화탄소용 굴뚝
40: 열선 50: 열교환파이프
60: 배기굴뚝 70: 펌프
80: 배기가스 파이프 90: 열교환기

Claims (14)

  1. 액화된 이산화탄소를 저장하는 선박(a)의 이송탱크(10)에서 발생한 증발기체가 가열되어 배출되는 것을 특징으로 하는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 증발기체는 상기 이송탱크(10)와 연결되는 벤트파이프(20)를 통해 배출되고,
    상기 벤트파이프(20)는 선박(a)의 배기가스로 가열된 배기굴뚝(60)의 측부와 연결되어 상기 벤트파이프(20)를 통과하는 증발기체가 가열되는 것을 특징으로 하는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 벤트파이프(20)는 배기굴뚝(60)의 측부를 관통하여 배기굴뚝(60)을 따라 배기굴뚝(20)의 배출구까지 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 벤트파이프(20)에는 벤트파이프(20)를 통과하고 있는 증발기체를 가열 시키기 위한 가열수단이 구비된 것을 특징으로 하는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가열수단은 벤트파이프(20)의 외주면을 따라 감기는 열선(40)인 것을 특징으로 하는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 가열수단은 벤트파이프(20)의 외주면을 따라 열교환파이프(50)가 구비되고, 상기 열교환파이프(50)로 배기굴뚝(60)의 배기가스가 배출된 후 열교환파이프(50)를 통과하여 다시 배기굴뚝(60)으로 배출되는 것을 특징으로 하는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 가열수단은 벤트파이프(20)의 외주면에 설치되고 내부에 냉매가 순환되는 열교환파이프(50)와; 엔진실(b)에서 발생한 가열된 배기가스가 유통되는 배기가스 파이프(80)와; 상기 열교환파이프(50)와 상기 배기가스 파이프(80)의 사이에 위치되어 냉매와 배기가스가 서로 열교환되도록 하는 열교환기(90);로 구성된 것을 특징으로 하는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 가열수단은 벤트파이프(20)의 압력구배에 따라 가열구간을 구획하여 각 가열구간마다 열용량이 다르도록 한 것을 특징으로 하는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 가열수단은 압력이 급하강되는 벤트파이프(20)의 압력밸브 후단의 가열구간이 벤트파이프(20)의 다른 가열구간 보다 열용량이 큰 것을 특징으로 하는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 가열수단은 배기굴뚝(60)으로부터 거리가 먼 가열구간일수록 열용량이 큰 것을 특징으로 하는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 증발기체는 상기 이송탱크(10)와 연결되는 벤트파이프(20)를 통해 배출되고,
    상기 벤트파이프(20)는 선박(a)에 구비된 이산화탄소용 굴뚝(30)의 측부와 연결되어 상기 벤트파이프(20)를 통과하는 증발기체가 배출되며,
    상기 벤트파이프(20)에는 가열수단이 구비되어 증발기체가 가열된 상태로 배 출되는 것을 특징으로 하는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 가열수단은 벤트파이프(20)의 외주면을 따라 감기는 열선(40)인 것을 특징으로 하는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 가열수단은 벤트파이프(20)의 압력구배에 따라 가열구간을 구획하여 각 가열구간마다 열용량이 다르도록 한 것을 특징으로 하는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 가열수단은 압력이 급하강되는 벤트파이프(20)의 압력밸브 후단의 가열구간이 벤트파이프(20)의 다른 가열구간 보다 열용량이 큰 것을 특징으로 하는 선박용 이산화탄소 이송탱크의 증발기체 배출장치.
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