KR20120012302A - 온수 발생 시스템 - Google Patents

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KR20120012302A
KR20120012302A KR1020100074384A KR20100074384A KR20120012302A KR 20120012302 A KR20120012302 A KR 20120012302A KR 1020100074384 A KR1020100074384 A KR 1020100074384A KR 20100074384 A KR20100074384 A KR 20100074384A KR 20120012302 A KR20120012302 A KR 20120012302A
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박병태
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 온수 발생 시스템은, 해양 시설물의 갑판에 설치된 플레어 타워; 및 상기 플레어 타워로부터 발생된 복사열과 열교환을 함으로써 온수(heated water)를 생성하는 온수 발생 탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

온수 발생 시스템{Heated water generating system}
본 발명은 온수 발생 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 해양 유전으로부터 원유를 채취하기 위해 드릴쉽(drillship)이나 해양 플랜트(plant)가 사용된다. 최근에는 부유식 원유생산저장하역설비(FPSO, Floating Production Storage and Offloading)를 사용하여 해상에서 채취한 원유를 현장에서 가공하고 있다.
또한, 위에서 언급한 FPSO 이외에도 예컨대 액화천연가스(LNG)용 FPSO나 기타 다양한 해양 플랜트(plant)가 존재한다.
상기 FPSO을 비롯하여 다양한 해양 시설물에서 사용하는 온수(heated water)는 대부분 본선에 설치되어 있는 온수 발생 시스템을 이용하여 발생하도록 되어 있다. 그런데, 상기 온수 발생 시스템은 해양 시설물 내부에서 기름이나 전기를 이용하여 구동되도록 되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 온수 발생 시스템은 청수(fresh water)를 공급하는 청수 공급기(fresh water generator, 1)에 의해 공급된 청수가 저장되는 청수 탱크(2, fresh water tank)로부터 공급된 청수를 가열하는 온수 발생기(3, calorifier)를 통해 선실에 온수가 공급되도록 구성되어 있다. 즉, 상기 온수 발생 시스템의 주 연료 소스(source)는 선박에 적재된 기름(oil)이나 천연가스 등이다. 따라서, 온수 발생을 위해 적재된 기름이나 천연가스 등을 소비하게 되어 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, FPSO를 비롯한 부유식 해양 시설물에서 온수 발생을 위해 적재된 기름이나 천연가스를 사용하지 않고 온수 발생이 가능하도록 구조가 개선된 온수 발생 시스템을 구비한 선박을 제공하고자 하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 온수 발생 시스템은, 해양 시설물의 갑판에 설치된 플레어 타워; 및
상기 플레어 타워로부터 발생된 복사열과 열교환을 함으로써 온수(heated water)를 생성하는 온수 발생 탱크를 포함하는 점에 특징이 있다.
상기 온수 발생 탱크는 상기 플레어 타워 또는 상기 플레어 타워의 하부의 갑판 상에 설치되어 상기 플레어 타워의 복사열과 열교환하는 것이 바람직하다.
상기 플레어 타워로부터 발생된 복사열을 집열하는 집열판을 더 포함하고,
상기 온수 발생 탱크는 상기 집열판에 집열된 열과 열교환에 의해 온수가 생성되는 것이 바람직하다.
상기 온수 발생 탱크는, 상기 온수 발생 탱크에 수용된 물의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 온수 발생 탱크에 수용된 물의 수위를 특정하는 수위센서를 포함할 수 있다.
상기 온수 발생 탱크에는 상기 온수 발생탱크에 수용된 물을 가열하는 히팅부가 설치되어 상기 온수 발생탱크에 수용된 물을 미리 설정된 온도까지 가열할 필요가 있는 경우에 작동될 수 있다.
상기 온수 발생 탱크에 수용된 물의 수위를 측정해서 미리 설정된 수위 아래로 내려갈 경우 상기 미리 설정된 수위에 도달하도록 상기 온수 발생 탱크에 물을 공급하거나, 상기 온수 발생 탱크에 수용된 물의 온도를 측정해서 미리 설정된 온도에 도달할 경우 상기 온수 발생 탱크에 수용된 물을 공급처로 공급하도록 상기 온수 발생 탱크에 연결된 펌프;
상기 펌프를 통과하는 물의 공급을 개폐하는 밸브;를 포함하며,
상기 펌프, 상기 밸브 및 상기 히팅부의 작동을 통합적으로 제어하는 제어부가 더 구비될 수 있다.
본 발명은 FPSO의 정유 생산 공정 중에 발생하는 가스나 오일(oil)을 소각하는 장치인 플레어 타워(flare tower)의 복사열을 이용하여 온수 발생이 가능한 온수 발생 시스템을 제공함으로써 적재된 기름(oil)이나 천연가스를 소비하지 않도록 하여 에너지의 효율성을 현저하게 향상시키는 효과를 제공한다.
도 1은 종래 선박의 온수 발생 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 온수 발생 시스템을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 온수 발생 시스템을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 온수 발생 시스템을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 제1실시 예의 변형된 실시 예를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 온수 발생 시스템을 보여주는 도면이다. 도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 온수 발생 시스템을 보여주는 도면이다. 도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 온수 발생 시스템을 보여주는 도면이다. 도 5는 도 2에 도시된 제1실시 예의 변형된 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시 예 예에 따른 온수 발생 시스템(10a)은 플레어 타워(20)와, 온수 발생 탱크(30)를 포함하고 있다.
상기 플레어 타워(20, flare tower)는 예컨대 부유식 원유생산저장하역설비(FPSO)와 같은 해양 시설물의 갑판에 설치되어 있다. 상기 플레어 타워(20)는 해양 유전에서 채취된 원유를 가공하는 과정에서 발생되는 불필요한 가스 또는 기름(oil) 찌꺼기를 소각할 수 있도록 마련된 것이다. 상기 플레어 타워(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 하부가 갑판(25)에 고정되어 있다. 상기 플레어 타워(20)는 철골 트러스 구조물로서 상기 갑판(25)으로부터 상측으로 연장되어 있다. 상기 플레어 타워(20)의 높이는 수십 미터에 이른다. 상기 플레어 타워(20)의 소각 활동에 따라 연소되는 가스 또는 기름 찌꺼기로부터 많은 복사 열이 발생하게 된다. 상기 플레어 타워(20)의 소각부는 상기 갑판(25)으로부터 상당한 거리에 위치함에도 불구하고 상기 갑판(25)에서 측정되는 복사열의 온도는 30℃ 내지 50℃에 이른다.
상기 온수 발생 탱크(30)는 상기 플레어 타워(20)로부터 발생된 복사열과 열교환을 함으로써 온수(heated water)를 생성할 수 있다. 상기 온수 발생 탱크(30)는 상기 플레어 타워 (20) 또는 상기 플레어 타워(10)의 하부의 갑판 상에 설치될 수 있다. 상기 온수 발생 탱크(30)에는 그 온수 발생 탱크(30)에 청수를 공급하기 위해 청수 공급관(40)이 연결되어 있다. 또한, 상기 온수 발생 탱크(30)의 온수를 선실(미도시)과 같은 사용처에 공급하기 위해 온수 공급관(50)이 설치되어 있다.
상기 온수 발생 탱크(30)에는 상기 온수 발생 탱크(30)에 수용된 물을 미리 설정된 온도까지 가열할 필요가 있는 경우에 작동하는 히팅부(미도시)가 더 구비될 수 있다.
상기 온수 발생 탱크(30)에는 상기 온수 발생 탱크(30)에 수용된 물의 온도를 측정하기 위한 온도센서(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 온수 발생 탱크(30)에는 상기 온수 발생 탱크(30)에 수용된 물의 수위를 측정하기 위한 수위센서(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 온수 발생 탱크(30)에 수용된 물의 온도와 수량을 미리 설정된 온도와 수량으로 유지하기 위한 제어부(미도시)가 더 구비될 수 있다.
상기 제어부는 상기 온수 발생 탱크(30)에 수용된 물의 수위를 측정해서 미리 설정된 수위 아래로 내려갈 경우 상기 온수 발생 탱크(30)에 물을 공급하여 상기 미리 설정된 수위에 도달하도록 상기 온수 발생 탱크(30)에 연결된 펌프(미도시)의 작동을 제어할 수 있다. 한편, 상기 제어부는 상기 온수 발생 탱크(30)에 수용된 물의 온도를 측정해서 미리 설정된 온도에 도달할 경우 상기 온수 발생 탱크(30)에 수용된 물을 공급처로 공급하도록 펌프(미도시)를 제어할 수 있다. 상기 펌프에는 그 펌프에 공급되는 물을 개폐하기 위한 밸브(미도시)가 설치될 수 있다.
한편, 상기 제어부는 상기 온수 발생 탱크(30)에 수용된 물을 미리 설정된 온도까지 가열할 필요가 있는 경우에 수동 신호 또는 미리 프로그래밍된 자동 신호에 의해 상기 히팅부를 가동할 수 있다. 상기 펌프, 밸브 등은 공지된 펌프나 밸브장치를 채용하여 설치할 수 있다. 이와 같은 구성요소는 공지된 구성요소들이므로 상세한 서술은 생략하기로 한다.
상기 제어부는 상기 펌프, 상기 밸브 및 상기 히팅부를 통합적으로 제어할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같은 구조의 온수 발생 시스템(10a)은 종래와 달리 적재된 기름이나 천연가스를 사용하지 않고, 원유 정제 과정 중에서 발생하는 불필요한 가스 또는 기름 찌꺼기를 사용하여 온수를 생성하므로 에너지 효율성이 현저하게 향상되는 효과를 제공한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시 예 예에 따른 온수 발생 시스템(10b)은 플레어 타워(20)와, 온수 발생 탱크(30)를 포함하고 있다.
상기 플레어 타워(20)는 도 2를 참조하여 서술한 제1실시 예의 플레어 타워(20)와 동일하므로 상세한 설명은 제1실시 예를 참조하기로 한다.
제2실시 예의 특징은 상기 온수 발생 탱크(30)가 상기 플레어 타워(20)의 하부의 갑판(25) 상에 설치되어 있다는 점이다. 상기 온수 발생 탱크(30)에는 그 온수 발생 탱크(30)에 청수를 공급하기 위해 청수 공급관(40)이 연결되어 있다. 또한, 상기 온수 발생 탱크(30)의 온수를 선실(미도시)과 같은 사용처에 공급하기 위해 온수 공급관(50)이 설치되어 있다.
상기 온수 발생 탱크(30)에 저장된 청수는 상기 플레어 타워(20)로부터 복사되는 복사열과 열교환이 이루어짐으로써 온도가 상승하여 온수가 된다는 점은 제1실시 예와 동일하다. 다만, 상기 온수 발생 탱크(30)는 갑판(25)에 설치되어 있으므로 제1실시 예에서 설명한 온수 발생 탱크(30)에 비하여 열원으로부터 멀리 떨어진 곳에 배치되어 있다. 따라서, 상기 온수 발생 탱크(30)에서 발생되는 온수의 온도는 상기 제1실시 예에 비하여 상대적으로 낮다.
이와 같은 구조의 온수 발생 시스템(10b)은 종래와 달리 적재된 기름이나 천연가스를 사용하지 않고, 원유 정제 과정 중에서 발생하는 불필요한 가스 또는 기름 찌꺼기를 사용하여 온수를 생성하므로 에너지 효율성이 현저하게 향상되는 효과를 제공한다는 점에서는 상기 제1실시 예의 효과와 동일성이 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시 예 예에 따른 온수 발생 시스템(10c)은 플레어 타워(20)와, 온수 발생 탱크(30)와, 집열판(60)과, 열 전송관(65)을 포함하고 있다.
상기 플레어 타워(20)는 도 2를 참조하여 서술한 제1실시 예의 플레어 타워(20)와 동일하므로 상세한 설명은 제1실시 예를 참조하기로 한다.
상기 온수 발생 탱크(30)는 제2실시 예와 마찬가지로 갑판(25) 상에 설치되어 있다. 상기 온수 발생 탱크(30)에 저장된 청수는 상기 플레어 타워(20)로부터 복사되는 복사열과 열교환이 이루어짐으로써 온도가 상승하여 온수가 된다는 점은 제1실시 예와 동일하다. 상기 온수 발생 탱크(30)에는 그 온수 발생 탱크(30)에 청수를 공급하기 위해 청수 공급관(40)이 연결되어 있다. 또한, 상기 온수 발생 탱크(30)의 온수를 선실(미도시)과 같은 사용처에 공급하기 위해 온수 공급관(50)이 설치되어 있다.
상기 집열판(60)은 상기 플레어 타워(20)에 설치되어 있다. 더 구체적으로 상기 집열판(60)은 상기 플레어 타워(20)의 소각부 하측에 설치되어 있다. 상기 집열판(60)은 상기 플레어 타워(20)의 소각활동으로 발생하는 복사열을 모으는 기능을 한다. 상기 집열판(60)은 일반적으로 태양열을 집열하기 위해 사용되는 공지의 집열판(60)을 채용할 수 있다.
상기 열 전송관(65)은 상기 집열판(60)에서 집열된 열을 상기 온수 발생 탱크(30) 측으로 전달하도록 하기 위해 마련되는 것이다. 상기 열 전송관(65)은 열 전도율이 우수한 소재를 사용할 수 있다. 한편, 상기 열 전송관(65)의 내부에 열전달 유체를 충전하여 상기 온수 발생 탱크(30)와 상기 집열판(60) 사이를 순환하도록 할 수 있다.
제3실시 예의 특징은 상기 온수 발생 탱크(30)를 갑판(25) 상에 설치하더라도 상기 집열판(60)을 상기 플레어 타워(20)에 설치함으로써 상기 온수 발생 탱크(30)에 전달되는 열은 상기 제1실시 예와 유사하도록 구성한 점에 있다.
이와 같은 구조의 온수 발생 시스템(10c)은 종래와 달리 적재된 기름이나 천연가스를 사용하지 않고, 원유 정제 과정 중에서 발생하는 불필요한 가스 또는 기름 찌꺼기를 사용하여 온수를 생성하므로 에너지 효율성이 현저하게 향상되는 효과를 제공한다는 점에서는 상기 제1실시 예의 효과와 동일성이 있다.
이하 상술한 바와 같은 온수 발생 시스템(10a,10b,10c)의 작용을 제1실시 예, 제2실시 예, 제3실시 예를 예로 들어 순차적으로 상세하게 서술하기로 한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 제1실시 예의 온수 발생 시스템(10a)의 작용을 설명하기로 한다.
온수 발생 탱크(30)에 상기 청수 공급관(40)을 통하여 청수를 공급한다. 이 과정에서 상기 온수 공급관(50)은 밸브 등과 같은 수단에 의해 폐쇄되어 있다. 상기 플레어 타워(20)의 소각 활동이 진행되면 그 플레어 타워(20)의 소각부에서 발생되는 고열이 상기 온수 발생 탱크(30)에 복사되어 그 온수 발생 탱크(30)에 저장된 청수를 가열하여 온수를 생성한다. 이와 같이 생성된 상기 온수 발생 탱크(30)의 온수의 온도가 미리 설정된 온도에 도달하면 상기 온수 공급관(50)에 설치된 밸브(미도시) 등의 수단을 개방하여 선실 등과 같이 온수가 필요한 사용처로 온수가 공급된다. 상기 온수 발생 탱크(30)의 수위가 일정치 이하로 떨어지게 되면 상기 청수 공급관(40)을 통하여 청수가 공급된다.
이와 같은 과정이 반복됨으로써 온수가 필요한 선실 등에 온수가 공급될 수 있다. 이 과정에서 사용되는 에너지는 원유 정제 공정에서 발생되는 불필요한 가스 또는 기름 찌꺼기이므로 적재된 기름이나 천연가스를 소비하지 않는다. 따라서, 에너지 효율성이 현저하게 향상될 수 있다.
이제 도 3에 도시된 바와 같이 제2실시 예의 온수 발생 시스템(10b)의 작용을 설명하기로 한다.
온수 발생 탱크(30)에 상기 청수 공급관(40)을 통하여 청수를 공급한다. 이 과정에서 상기 온수 공급관(50)은 밸브 등과 같은 수단에 의해 폐쇄되어 있다. 상기 플레어 타워(20)의 소각 활동이 진행되면 그 플레어 타워(20)의 소각부에서 발생되는 고열이 상기 온수 발생 탱크(30)에 복사되어 그 온수 발생 탱크(30)에 저장된 청수를 가열하여 온수를 생성한다. 이와 같이 생성된 상기 온수 발생 탱크(30)의 온수의 온도가 미리 설정된 온도에 도달하면 상기 온수 공급관(50)에 설치된 밸브(미도시) 등의 수단을 개방하여 선실 등과 같이 온수가 필요한 사용처로 온수가 공급된다. 상기 온수 발생 탱크(30)의 수위가 일정치 이하로 떨어지게 되면 상기 청수 공급관(40)을 통하여 청수가 공급된다.
이와 같은 과정이 반복됨으로써 온수가 필요한 선실 등에 온수가 공급될 수 있다. 이 과정에서 사용되는 에너지는 원유 정제 공정에서 발생되는 불필요한 가스 또는 기름 찌꺼기이므로 적재된 기름이나 천연가스를 소비하지 않는다. 따라서, 에너지 효율성이 현저하게 향상될 수 있다.
이와 같이 제2실시 예의 온수 발생 시스템(10b)은 제1실시 예의 그것과 거의 동일하다. 다만, 온수 발생 탱크(30)가 갑판(25) 상에 설치되어 있으므로 열원인 플레어 타워(20)의 소각부로부터 상대적으로 멀리 떨어져 있다는 점이 다를 뿐이다.
이제 도 4에 도시된 바와 같이 제3실시 예의 온수 발생 시스템(10c)의 작용을 설명하기로 한다.
온수 발생 탱크(30)에 상기 청수 공급관(40)을 통하여 청수를 공급한다. 이 과정에서 상기 온수 공급관(50)은 밸브 등과 같은 수단에 의해 폐쇄되어 있다. 상기 플레어 타워(20)의 소각 활동이 진행되면 그 플레어 타워(20)의 소각부에서 발생되는 열에너지가 상기 집열판(60)에 의해 집열된다. 상기 집열판(60)에 집열된 열에너지는 상기 열 전송관(65)을 통해 상기 온수 발생 탱크(30)에 전달된다. 상기 온수 발생 탱크(30)에서는 상기 열 전송관(65)을 통해 전달된 열에너지와 상기 온수 발생 탱크(30) 내에 저장된 청수간에 열교환이 일어나면서 온수가 생성된다. 이와 같이 생성된 상기 온수 발생 탱크(30)의 온수의 온도가 미리 설정된 온도에 도달하면 상기 온수 공급관(50)에 설치된 밸브(미도시) 등의 수단을 개방하여 선실 등과 같이 온수가 필요한 사용처로 온수가 공급된다. 상기 온수 발생 탱크(30)의 수위가 일정치 이하로 떨어지게 되면 상기 청수 공급관(40)을 통하여 청수가 공급된다.
이와 같은 과정이 반복됨으로써 온수가 필요한 선실 등에 온수가 공급될 수 있다. 이 과정에서 사용되는 에너지는 원유 정제 공정에서 발생되는 불필요한 가스 또는 기름 찌꺼기이므로 적재된 기름이나 천연가스를 소비하지 않는다. 따라서, 에너지 효율성이 현저하게 향상될 수 있다.
상기 제1실시 예 내지 제3실시 예에서는 온수 발생 탱크(30)에서 적재된 온수가 선박에 직접적으로 공급되는 것으로 구성하였으나, 도 5에 도시된 바와 같이 변형된 실시 예에 따른 온수 발생 시스템(10d)에서 상기 온수 발생 탱크(30)는 종래의 선박에서 온수 공급을 위해 설치되어 있는 온수 공급용 탱크(70)에 연결되어 그 온수 공급용 탱크(70)의 보조적인 시스템으로 구성하는 것도 가능하다. 한편, 상기 온수 발생 탱크(30)에는 상기 플레어 타워(20)의 가동율이 낮거나 미가동되는 경우에도 선박에 온수를 공급할 수 있는 히팅부(75)가 설치될 수 있다.
이상, 바람직한 실시 예들을 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.
10a,10b,10c,10d : 온수 발생 시스템
20 : 플레어 타워 25 : 갑판
30 : 온수 발생 탱크 40 : 청수 공급관
50 : 온수 공급관 60 : 집열판
65 : 열 전송관 70 : 온수 공급용 탱크
75 : 히팅부

Claims (6)

  1. 해양 시설물의 갑판에 설치된 플레어 타워; 및
    상기 플레어 타워로부터 발생된 복사열과 열교환을 함으로써 온수(heated water)를 생성하는 온수 발생 탱크를 포함하는 온수 발생 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온수 발생 탱크는 상기 플레어 타워 또는 상기 플레어 타워의 하부의 갑판 상에 설치되어 상기 플레어 타워의 복사열과 열교환하는 것을 특징으로 하는 온수 발생 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플레어 타워로부터 발생된 복사열을 집열하는 집열판을 더 포함하고,
    상기 온수 발생 탱크는 상기 집열판에 집열된 열과 열교환에 의해 온수가 생성되는 것을 특징으로 하는 온수 발생 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 온수 발생 탱크는, 상기 온수 발생 탱크에 수용된 물의 온도를 측정하는 온도센서; 및 상기 온수 발생 탱크에 수용된 물의 수위를 특정하는 수위센서를 포함한 것을 특징으로 하는 온수 발생 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 온수 발생 탱크에는 상기 온수 발생탱크에 수용된 물을 가열하는 히팅부가 설치되어 상기 온수 발생탱크에 수용된 물을 미리 설정된 온도까지 가열할 필요가 있는 경우에 작동되는 것을 특징으로 하는 온수 발생 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 온수 발생 탱크에 수용된 물의 수위를 측정해서 미리 설정된 수위 아래로 내려갈 경우 상기 미리 설정된 수위에 도달하도록 상기 온수 발생 탱크에 물을 공급하거나, 상기 온수 발생 탱크에 수용된 물의 온도를 측정해서 미리 설정된 온도에 도달할 경우 상기 온수 발생 탱크에 수용된 물을 공급처로 공급하도록 상기 온수 발생 탱크에 연결된 펌프;
    상기 펌프를 통과하는 물의 공급을 개폐하는 밸브;를 포함하며,
    상기 펌프, 상기 밸브 및 상기 히팅부의 작동을 통합적으로 제어하는 제어부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 온수 발생 시스템.
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KR101531290B1 (ko) * 2014-04-22 2015-06-25 삼성중공업 주식회사 소방 기능을 갖는 플레어 타워
KR20170011383A (ko) 2015-07-22 2017-02-02 주형규 해양구조물용 온수공급장치

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