KR20120041879A - 대형선박용 친환경 추진 시스템 - Google Patents

대형선박용 친환경 추진 시스템 Download PDF

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김현진
최정호
안성일
권혁
장나형
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Abstract

본 발명은 대형선박용 친환경 추진 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 디젤이나 중유를 사용하는 엔진과 청정연료인 디메틸에테르를 사용하는 엔진을 선택적으로 사용하여 연안 또는 환경규제가 심한 지역 등을 항해할 때 디메틸에테르를 사용하는 엔진을 사용하여 환경오염물질의 배출을 최소화할 수 있도록 된 대형선박용 친환경 추진 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 디메틸에테르를 수용하는 제1저장탱크와; 디메틸에테르 이외의 다른 연료를 저장하는 제2저장탱크와; 상기 제1저장탱크와 상기 제2저장탱크와 연결되어 동력을 발생시키는 엔진; 상기 엔진의 동력을 전달받아 선박을 추진하는 프로펠러를 포함하는 대형선박용 친환경 추진 시스템을 제공한다.

Description

대형선박용 친환경 추진 시스템 {Eco friendly propulsion system for ship}
본 발명은 대형선박용 친환경 추진 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 디젤이나 중유 및 액화천연가스를 사용하는 엔진과 청정연료인 디메틸에테르를 사용하는 엔진을 선택적으로 사용하여 연안 또는 환경규제가 심한 지역 등을 항해할 때 디메틸에테르를 사용하는 엔진을 사용하여 환경오염물질의 배출을 최소화할 수 있도록 된 대형선박용 친환경 추진 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 대형선박의 추진 시스템은 중유(HFO; heavy fuel oil) 또는 경유(MDO; marine diesel oil)를 연료로 사용하고 있고, 액화천연가스 운반선인 경우 운송중인 액화천연가스에서 발생하는 보일오프가스(BOG; boil off gas)를 연료로 사용하고 있다.
하지만 최근 환경에 대한 관심이 고조되면서 온실가스 및 대기환경 오염물질에 대한 규제가 날로 강화되고 있다. 따라서 환경의 오염을 최소화하면서 선박을 추진할 수 있는 청정연료에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.
이러한 청정연료 대한 연구의 성과로 배출가스 중의 유황이나 분진 등의 오염물질 양이 종래의 벙커씨유(B-C oil)나 디젤보다 적고 동시에 세탄가가 높은 디메틸에테르(DimethylEther)가 대체연료로 주목받고 있다.
이러한 디메틸에테르는 화학식이 CH3OCH3로 물의 수소원자 2개를 모두 메틸기(－CH3)로 치환한 구조이다. 이러한 디메틸에테르는 주로 천연가스(LNG), 석탄, 바이오매스 등에 물, 산소, 이산화탄소 등의 원료를 혼합하여 제조되며 제조과정 중 지구 온난화의 원인이 되는 이산화탄소를 사용하므로 각광을 받고 있다.
아울러 디메틸에테르는 액화석유가스(LPG)와 물리적 특성이 유사해서 액화석유가스와 혼합하여 사용하는 것이 가능하고, 비교적 낮지 않은 온도에서 액화시킬 수 있으므로 수송과 저장이 간편한 장점이 있다.
또한 디메틸에테르는 세탄가가 55 내지 60으로 디젤엔진에 적합하여 경유의 대체연료로 사용가능성이 매우 높다.
한편 상기와 같은 선박에서 발생하는 오염물질의 양에 대한 규제는 대양보다는 공업지역과 도시가 인접해 있는 연안에서 매우 높다. 예를 들면 우리나라를 비롯하여 대부분의 국가가 국제 선박 대기오염 방지협약에 가입되어 있으므로 각국은 항만에서 오염물질의 배출을 금지할 수 있게 되었다. 따라서 대양보다는 선박이 정박해 있는 연안지역에서 환경오염물질의 양을 줄일 수 있는 방법이 더욱 필요하게 되었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 종래의 연료와 청정연료인 디메틸에테르를 필요에 따라 선택적으로 사용할 수 있도록 함으로써 각 항만에서 대기오염물질의 배출량을 줄일 수 있도록 된 대형선박용 친환경 추진 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 청정연료로서 세탄가가 높은 디메틸에테르를 연료로 사용함에 따라 종래의 디젤엔진을 재사용하여 친환경을 위한 설비비를 절감할 수 있도록 된 대형선박용 친환경 추진 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
아울러 본 발명은 청정연료인 디메틸에테르를 사용하여 전기를 생산하므로 선박이 항만에 정박시 대기오염물질의 배출량을 최소화할 수 있도록 된 대형선박용 친환경 추진 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 제2탱크에 경유 또는 중유를 저장하고 엔진으로서 디젤엔진 또는 ME-GI 엔진을 선택적으로 사용할 수 있으므로 연료의 선택폭이 넓은 대형선박용 친환경 추진 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 제1저장탱크에 디메틸에테르를 기화하기 위한 기화기를 더 포함하므로 디메틸에테르를 기화시켜 ME-GI 엔진에 사용할 수 있도록 하는 대형선박용 친환경 추진 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
아울러 본 발명은 액화천연가스와 경유 또는 중유를 함께 쓰던 기존의 추진시스템에서 액화천연가스의 대체연료로 디메틸에테르를 사용할 수 있도록 된 대형선박용 친환경 추진 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 디메틸에테르를 수용하는 제1저장탱크와; 디메틸에테르 이외의 다른 연료를 저장하는 제2저장탱크와; 상기 제1저장탱크와 상기 제2저장탱크와 연결되어 동력을 발생시키는 엔진; 상기 엔진의 동력을 전달받아 선박을 추진하는 프로펠러를 포함하는 대형선박용 친환경 추진 시스템을 제공한다.
여기서 상기 제2저장탱크는 경유 또는 중유를 저장하고, 상기 엔진은 디젤엔진 또는 ME-GI 엔진인 것이 바람직하다.
아울러 상기 엔진은 ME-GI 엔진이고, 상기 디메틸에테르를 기화시키기 위하여 설치된 기화기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 엔진의 동력에 의해 전기를 발전시키는 발전기와, 상기 발전기와 프로펠러 사이에 연결 설치되어 상기 발전기에서 발전된 전기로 프로펠러를 회전시키는 모터를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명에 따른 대형선박용 친환경 추진 시스템은 종래의 연료와 청정연료인 디메틸에테르를 필요에 따라 선택적으로 사용할 수 있도록 함으로서 각 항만에서 대기오염물질의 배출량을 줄일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 대형선박용 친환경 추진 시스템은 청정연료로서 세탄가가 높은 디메틸에테르를 연료로 사용함에 따라 종래의 디젤엔진을 재사용하여 친환경을 위한 설비비를 절감할 수 있다.
아울러 본 발명에 따른 대형선박용 친환경 추진 시스템은 청정연료인 디메틸에테르를 사용하여 전기를 생산하므로 선박이 항만에 정박시 대기오염물질의 배출량을 최소화할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 대형선박용 친환경 추진 시스템은 제2저장탱크에 경유 또는 중유를 저장하고, 엔진으로서 디젤엔진 또는 ME-GI 엔진을 선택적으로 사용할 수 있으므로 연료의 선택폭이 넓어진다.
또한 본 발명에 따른 대형선박용 친환경 추진 시스템은 제1저장탱크에 디메틸에테르를 기화하기 위한 기화기를 더 포함하므로 디메틸에테르를 기화시켜 디메틸에테르를 ME-GI 엔진에 사용할 수 있다.
아울러 본 발명에 따른 대형선박용 친환경 추진 시스템은 액화천연가스와 경유 또는 중유를 함께 쓰던 종래의 추진시스템에 액화석유가스의 대체연료로 디메틸에테르를 사용할 수 있으므로 기존의 설비를 재사용 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 대형선박용 친환경 추진 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 대형선박용 친환경 추진 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 대형선박용 친환경 추진 시스템을 나타내는 개념도이다.
이하, 본 발명에 따른 대형선박용 친환경 추진 시스템의 실시예들을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
[제1실시예]
본 발명의 제1실시예에 따른 대형선박용 친환경 추진 시스템은 제1저장탱크(10)와, 제2저장탱크(20)와, 상기 제1저장탱크(10)와 상기 제2저장탱크(20)와 연통되며 동력을 발생시키는 엔진(30)과, 상기 엔진(30)의 동력을 전달받아 선박을 추진하는 프로펠러(40)를 포함한다.
제1저장탱크(10)는 디메틸에테르를 수용하도록 구비된다. 상기 제1저장탱크(10)는 대기압 하에서 디메틸에테르의 끓는점(boiling point)이 -25℃ 이므로 상온에서 기체상태임에 따라 기밀용기로 구비되는 것이 바람직하다. 아울러 상기 제1저장탱크(10)는 상온에서 디메틸에테르의 끓는점이 6bar이므로 상기 디메틸에테르를 액상으로 분사하기 위해서는 6bar 이상의 압력을 유지할 수 있도록 압력수단(12)이 설치되는 것이 바람직하다. 또한 상기 제1저장탱크(10)는 액화천연가스 운반용 선박의 경우 극저온에서 강성을 유지해야 하기 때문에 알루미늄으로 제작되지만 상기 제1저장탱크(10)는 극저온까지 온도를 내릴 필요가 없기 때문에 철재를 사용할 수 있다. 또한 제1저장탱크(10)의 형성방식은 독립탱크 방식이나 멤브레인식 모두 필요에 따라 채택하여 사용할 수 있음은 물론이다. 아울러 상기 제1저장탱크(10)는 외벽에는 보온재를 시공하여 외부의 열이 내부로 침투하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제2저장탱크(20)는 액체연료를 수용하는 탱크로서 중유 또는 경유를 저장할 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다. 상기 제2저장탱크(20)는 종래의 일반적인 유류저장탱크이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다. 상기 제2저장탱크(20)와 상기 제1저장탱크(10)는 엔진(30)과 공급배관(22)으로 연통 형성되어 있으므로 상기 공급배관(22)을 통하여 연료를 엔진(30)에 공급하게 된다.
상기 엔진(30)은 상기 제1저장탱크(10)와 상기 제2저장탱크(20)로부터 연료를 공급받아 동력을 발생시키는 장치이다. 상기 엔진(30)은 다양한 연료를 사용하기 위해서는 저속 2행정 디젤엔진인 것이 바람직하다. 상기 저속 2행정 디젤엔진은 평균유효압력이 4행정 디젤엔진보다 낮으므로 고압의 출력이 현저히 떨어지므로 출력을 향상시키고 열효율을 유지하기 위해서는 고압분사방식을 채택하는 것이 바람직하다. 상기 엔진(30)은 해상의 경우 대처가 용이하지 않으므로 복수로 구비되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 엔진으로 디젤엔진을 사용하였지만 필요에 따라 독일의 MAN B&W사가 개발한 ME-GI(Man B&W Electronic Gas Injection Engine) 엔진을 사용할 수 있음은 물론이다. 이러한 ME-GI 엔진은 기상과 액상의 연료를 소정의 비율로 혼합하여 동시에 연소시킬 수 있도록 된 저속 2행정 이중연료 엔진이다.
상기 프로펠러(40)는 엔진(30)에서 발생한 동력으로 회전하여 선박을 추진시키는 장치이다. 상기 프로펠러(40)는 선미에 설치되며 물과의 상호작용을 통하여 추력을 발생시켜 선박이 추진되도록 한다.
[제2실시예]
본 발명의 제2실시예에 따른 대형선박용 친환경 추진 시스템은 제1저장탱크(10)와, 제2저장탱크(20)와, 상기 제1저장탱크(10)와 상기 제2저장탱크(20)와 연통되며 동력을 발생시키는 엔진(30)과, 엔진(30)의 회전동력으로 전기를 발전시키는 발전기(50)와, 상기 발전기(50)에서 생산된 전기로 회전력을 발생시키는 모터(60)와, 상기 모터(60)의 동력을 전달받아 선박을 추진하는 프로펠러(40)로 이루어진다.
본 실시예에서 제1저장탱크(10), 제2저장탱크(20), 엔진(30) 및 프로펠러(40)의 구성은 제1실시예의 구성과 유사하므로 본 실시예의 특징에 따른 발전기(50)와 모터(60)의 구성에 대해서 상세히 설명한다.
발전기(50)는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 기기로서 엔진(30)에서 발생된 회전동력을 전기로 변환시키는 장치이다. 상기 발전기(50)에서 생산한 전기는 선박의 추진력 뿐만 아니라 선박의 의장설비 등에 사용될 수 있음은 물론이다.
모터(60)는 전기적 에너지를 다시 기계적 에너지인 회전동력으로 변환시키는 장치로서 변환된 회전동력으로 프로펠러(40)를 회전시키게 된다. 상기 모터(60)에 의해 프로펠러(40)를 회전시킬 경우 엔진(30)에서 나오는 회전력을 바로 사용하는 것보다 안정적이고 섬세하게 선박의 추진을 제어할 수 있는 장점이 있다.
[제3실시예]
본 발명의 제3실시예에 따른 대형선박용 친환경 추진 시스템은 제1저장탱크(10)와, 제2저장탱크(20)와, 상기 제1저장탱크(10)에 설치된 기화기(14)와, 상기 제1저장탱크(10)와 상기 제2저장탱크(20)와 연통되며 동력을 발생시키는 엔진(30)과, 상기 엔진(30)의 동력을 전달받아 선박을 추진하는 프로펠러(40)를 포함한다.
제1저장탱크(10)는 디메틸에테르를 수용하도록 구비된다. 상기 제1저장탱크(10)는 대기압 하에서 디메틸에테르의 끓는점(boiling point)이 -25℃ 이므로 상온에서 기체상태임에 따라 기밀용기로 구비되는 것이 바람직하다. 또한 일반적인 액화천연가스 운반용 선박의 경우 극저온에서 강성을 유지해야 하기 때문에 알루미늄으로 제작되지만 상기 제1저장탱크(10)는 극저온까지 온도를 내릴 필요가 없기 때문에 철재를 사용할 수 있다. 또한 제1저장탱크(10)의 형성방식은 독립탱크 방식이나 멤브레인식 모두 필요에 따라 채택하여 사용할 수 있음은 물론이다. 아울러 상기 제1저장탱크(10)는 외벽에는 보온재를 시공하여 외부의 열이 내부로 침투하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
아울러 상기 제1저장탱크(10)에는 기화기(14)가 설치된다. 상기 기화기(14)는 제1저장탱크(10)에 수용된 디메틸에테르를 기화하기 위하여 설치된다. 이러한 기화기(14)는 디메틸에테르가 대기압 하에서 끓는점이 -25℃ 이기 때문에 저위도 지방에서는 필요 없지만 선박의 항해시 고위도 지방이나 극지방을 항해할 경우 디메틸에테르를 기화시켜 공급하기 위해 설치되는 것이다.
상기 제2저장탱크(20)는 액체연료를 수용하는 탱크로서 중유 또는 경유를 저장할 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 제2저장탱크(20)는 종래의 일반적인 유류저장탱크이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다. 상기 제2저장탱크(20)와 상기 제1저장탱크(10)는 엔진(30)과 공급배관(22)으로 연통 형성되어 있으므로 상기 공급배관(22)을 통하여 연료를 엔진(30)에 공급하게 된다.
상기 엔진(30)은 상기 제1저장탱크(10)와 상기 제2저장탱크(20)로부터 연료를 공급받아 동력을 발생시키는 장치이다. 상기 엔진(30)은 다양한 연료를 사용하기 위해서는 저속 2행정 디젤엔진인 것이 바람직하다. 상기 저속 2행정 디젤엔진은 평균유효압력이 4행정 디젤엔진보다 낮으므로 고압의 출력이 현저히 떨어지므로 출력을 향상시키고 열효율을 유지하기 위해서는 고압분사방식을 채택하는 것이 바람직하다. 상기 엔진(30)은 해상의 경우 대처가 용이하지 않으므로 복수로 구비되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 엔진(30)으로 저속 2행정 디젤엔진을 사용하였지만 필요에 따라 독일의 MAN B&W사가 개발한 ME-GI(Man B&W Electronic Gas Injection Engine) 엔진을 사용할 수 있음은 물론이다. 이러한 ME-GI 엔진은 기상과 액상의 연료를 소정의 비율로 혼합하여 동시에 연소시킬 수 있도록 된 저속 2행정 이중연료 엔진이다.
상기 프로펠러(40)는 엔진에서 발생한 동력으로 회전하여 선박을 추진시키는 장치이다. 상기 프로펠러(40)는 선미에 설치되며 물과의 상호작용을 통하여 추력을 발생시켜 선박이 추진되도록 한다.
10 : 제1저장탱크 12 : 압력수단
14 : 기화기 20 : 제2저장탱크
22 : 공급배관 30 : 엔진
40 : 프로펠러 50 : 발전기
60 : 모터

Claims (4)

  1. 디메틸에테르를 수용하는 제1저장탱크와;
    디메틸에테르 이외의 다른 연료를 저장하는 제2저장탱크와;
    상기 제1저장탱크와 상기 제2저장탱크와 연결되어 동력을 발생시키는 엔진;
    상기 엔진의 동력을 전달받아 선박을 추진하는 프로펠러를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형선박용 친환경 추진 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2저장탱크는 경유 또는 중유를 저장하고, 상기 엔진은 디젤엔진 또는 ME-GI 엔진인 것을 특징으로 하는 대형선박용 친환경 추진 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 엔진은 ME-GI 엔진이고, 상기 디메틸에테르를 기화시키기 위하여 설치된 기화기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형선박용 친환경 추진 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 엔진의 동력에 의해 전기를 발전시키는 발전기와, 상기 발전기와 프로펠러 사이에 연결 설치되어 상기 발전기에서 발전된 전기로 프로펠러를 회전시키는 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형선박용 친환경 추진 시스템.
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