KR20130121496A

KR20130121496A - 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치

Info

Publication number: KR20130121496A
Application number: KR1020120044745A
Authority: KR
Inventors: 이종일; 이재익; 정진원
Original assignee: 에스티엑스조선해양 주식회사
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-11-06

Abstract

본 발명은 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치에 관한 것으로, 극지방의 결빙해역을 쇄빙선과 함께 이동하는 LNG 운반선에 있어서, 액화천연가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 운반선의 주기관(DFDE) 추진 연료로 공급하는 연료공급수단; 상기 주기관으로부터 발생된 전류를 충전하는 축전지; 및 상기 축전지의 전류를 외부로 통전시키는 전류공급수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 극지방 결빙해역의 얼음층을 쇄빙하는 쇄빙선에 필요한 전류로 변환 공급할 수 있어 운반선의 저속 운항에 의해 발생하는 잉여 증발가스를 낭비 없이 효율적으로 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 저장탱크의 내부 압력이 상승하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치{BOG TREATMENT APPARATUS FOR ARCTIC LNG CARRIER}

본 발명은 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LNG 저장탱크 내에 저장된 액화천연가스로부터 발생하는 자연증발가스를 운반선의 추진 에너지로 활용함과 아울러 추진에 이용되지 않는 잉여 가스는 극지방 결빙해역의 얼음층을 쇄빙하는 쇄빙선에 필요한 전류로 변환 공급할 수 있는 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액화천연가스(liquefied natural gas)는 생산지에서 극저온으로 액화시킨 상태에서 운반선을 이용하여 원거리 목적지에 수송된다.

상기 운반선은, 액화천연가스를 실고 바다를 운항하여 육상 소요처에 상기 액화천연가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해 액화천연가스의 극저온을 견딜 수 있는 LNG 저장탱크를 포함한다.

상기 액화천연가스인 LNG의 액화온도는 대략 -160℃의 극저온 상태이므로, 운반선의 LNG 저장탱크를 단열하여도 외부의 열이 LNG 저장탱크에 전달되어 저장된 LNG가 기화되어 자연증발가스(이하, '증발가스'라 함)를 생성하게 된다. 따라서, 증발가스의 생성이 증가할수록 저장탱크의 내부 압력이 높아지는 위험성을 줄이기 위해 증발가스를 외부로 빼낸 후 다시 저장탱크로 공급될 수 있도록 액화시키는 냉각장치가 설치된다.

또한, 상기 운반선에는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 엔진의 연료를 공급받을 수 없기 때문에 상기 저장탱크에 저장된 액화천연가스를 활용하여 필요에 따라 대체 연료로 사용될 수 있도록 하는 주기관용 LNG 연료공급 장치가 설치되고 있다.

즉, 액화천연가스를 실은 운반선에는 상기 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 외부로 빼내어 압력을 조절한 후 다시 저장탱크로 재액화시켜 복귀시키는 냉각장치가 설치되고, 필요에 따라 상기 증발가스를 운반선의 주기관 연료로 사용할 수 있도록 하는 주기관용 LNG 연료공급 장치를 추가적으로 설치하여 막대한 연료 낭비를 줄일 수 있다.

한편, 극지방을 운행하는 운반선의 경우에는 결빙해역의 얼음을 쇄빙하면서 항로를 형성하는 쇄빙선의 도움을 받아 이동하게 된다.

이하, 도 1을 참조하여 종래기술에 따른 극지방 운항용 운반선의 주기관 LNG 연료 공급장치에 대하여 설명한다.

도시한 바와 같이, 종래기술에 따른 운반선의 주기관 LNG 연료 공급장치는, LNG 저장탱크(1)로부터 증발가스를 주기관(2)으로 공급하기 위한 공급라인(10)과, 상기 공급라인(10)에 설치되어 LNG 저장탱크(1) 내의 증발가스와 액체연료를 냉각시키는 제1 냉각부(20)와, 상기 제 1 냉각부(20)를 통과한 증발가스를 압축시키도록 상기 공급라인(10)에 설치되는 압축기(30)와, 상기 제 1 냉각부(20)와 상기 압축기(30) 사이에 설치되어 상기 제 1 냉각부(20)에 의해 냉각되는 증발가스 중 응축된 액상의 연료를 분리하는 기액분리기(40)와, 상기 압축기(30)를 통과한 증발가스를 다시 냉각시키는 제 2 냉각부(50)를 포함하여 구성된다.

즉, LNG 저장탱크(1)로부터 발생되는 증발가스와, 펌프(P)에 의해 수송되는 액화천연가스는 상기 제1 냉각부(20)에 의해 1차 냉각이 이루어진 상태에서 공급라인(10)을 따라 이동하는 과정에서 기액분리기(40)에 의해 액상의 연료는 다시 LNG 저장탱크(1)로 복귀하고 증발가스는 압축기(30)로 이동하게 된다. 상기 압축기(30)에 의해 압축된 증발가스는 제2 냉각부(50)를 통과한 후 주기관(2)으로 공급된다.

또한, 상기 주기관(2)에서 활용되지 못한 잉여 증발가스는 별도로 마련된 연소장치(3)로 공급하여 연소시킨다.

그런데, 종래기술에 따른 극지방 운항용 운반선의 주기관 LNG 연료 공급장치는 운반선이 일반 해양을 이동하는 17~19knots 가량의 운항속도를 기준으로 설계되어 있기 때문에 극지방 운행시, 쇄빙선의 도움을 받아 이동하는 경우에는 3~4knots의 운항속도를 유지해야 하므로 상기 저장탱크(1) 내에서 발생하는 증발가스가 주기관에서 모두 소모되지 못하고 상기 기액분리기(40)를 통해 다시 저장탱크(1)로 복귀함으로써 증발가스의 체적이 크게 증가하게 된다.

즉, 주기관(2)에서 소모하는 증발가스량 보다 상기 저장탱크(1) 내에서 발생하는 증발가스량이 크게 증가하면 상기 증발가스를 외부로 빼내어 재액화시키는 냉각 장치의 가동율이 높아졌을 뿐만 아니라, 저장탱크(1) 내부는 증발가스의 발생량이 계속해서 증가하는 악순환이 이어지는 문제점이 있었다.

또한, 냉각 장치의 가동율이 지나치게 높아지는 것을 방지하기 위해 주기관(2)에서 소모되지 못한 잉여 증발가스를 인위적으로 소각시키는 연소장치(3)로 공급할 경우, 천연에너지 자원을 활용 없이 고스란히 낭비시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 발명의 목적은 저장탱크로부터 발생하는 증발가스를 주기관의 추진 에너지로 활용함과 아울러 추진에 이용되지 않는 잉여 가스는 극지방 결빙해역의 얼음층을 쇄빙하는 쇄빙선에 필요한 전류로 변환 공급할 수 있는 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치는,

극지방의 결빙해역을 쇄빙선과 함께 이동하는 LNG 운반선에 있어서,

액화천연가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 운반선의 주기관(DFDE) 추진 연료로 공급하는 연료공급수단;

상기 주기관으로부터 발생된 전류를 충전하는 축전지; 및

상기 축전지의 전류를 외부로 통전시키는 전류공급수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 축전지에 충전된 전류는 전류공급수단을 통해 쇄빙선으로 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전류공급수단은,

상기 축전지로부터 전류를 공급받는 전류공급 케이블과,

상기 전류공급 케이블과 통전되며 일정 길이를 가지는 연장전류 케이블과,

상기 연장전류 케이블을 감거나 풀리는 방향으로 회전하는 권취릴을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 권취릴은 상기 연장전류 케이블을 탄력적으로 되감는 탄성복원 스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 운반선과 쇄빙선에는 각각 전류공급수단의 연장전류 케이블이 해수면에 닿지 않도록 이격시키는 가이드부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 가이드부재는 상기 운반선 또는 쇄빙선의 갑판 바닥면에 세워지는 수직부재와, 상기 수직부재의 일단에 대하여 관절식으로 힌지회동가능하게 결합되는 회전암으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전암의 일단과 타단에는 상기 연장전류 케이블과의 접촉마찰을 줄이기 위한 롤러가 설치된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 수직부재는 갑판의 바닥면에 안정적으로 고정될 수 있도록 받침대를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 주기관으로 공급되는 증발가스 중 추진 에너지로 활용되지 못한 잉여 증발가스를 연소하여 발전시킨 후 발전된 전류를 충전하는 축전지와, 상기 축전지의 전류를 외부로 통전시키는 전류공급수단을 구성함으로써, 극지방 결빙해역의 얼음층을 쇄빙하는 쇄빙선에 필요한 전류로 변환 공급할 수 있어 운반선의 저속 운항에 의해 발생하는 잉여 증발가스를 낭비 없이 효율적으로 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 저장탱크의 내부 압력이 상승하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 극지방 운항용 운반선의 주기관 LNG 연료 공급장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 도 2의 자연증발가스 처리장치를 나타낸 구성도이다.
도 4는 도 3의 권취릴의 탄성복원 스프링의 작용을 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 2의 가이드부재의 구성을 타나내 단면도이다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치는, 액화천연가스 저장탱크(100)에서 발생하는 증발가스를 운반선(V1)의 주기관(E) 추진 연료로 공급하는 연료공급수단(200)과, 상기 주기관(E)으로부터 발생된 전류를 충전하는 축전지(300)와, 상기 축전지(300)의 전류를 외부로 통전시키는 전류공급수단(400)을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 운반선(V1)은 극지방의 결빙해역을 쇄빙선(V2)의 도움을 받아 운항하는 것으로, 상기 쇄빙선(V2)을 따라 이동하는 운반선의 운항속도는 크게 감소하게 된다. 이때, 상기 운반선의 주기관(E)에서 소모되지 못한 잉여 증발가스를 전기에너지로 변환시켜 쇄빙선(V2)의 출력 에너지로 활용할 수 있는 구성을 포함한다.

먼저, 상기 연료공급수단(200)은 액화천연가스를 저장하고 있는 저장탱크(100)에서 발생하는 증발가스를 외부로 빼내어 운반선(V1)의 주기관(E, DFDE) 연료로 사용할 수 있도록 된 구성이다.

구체적으로, 상기 연료공급수단(200)은 저장탱크 내의 증발가스를 주기관으로 안내하는 연료공급라인(210)과, 상기 연료공급라인(210)에 설치되어 상기 주기관(E)에서 요구하는 조건을 맞추기 위한 압축기, 냉각기, 가열기 등을 구성하는 연료생성유닛(220)을 포함한다.

상기 연료생성유닛(220)은 주기관(E)에서 요구하는 압력 및 온도조건에 맞추도록 증발가스를 압축, 냉각, 가열 및 분리하는 역할을 수행한다. 이러한 상기 연료생성유닛(220)은 해당 업계에서 일반적으로 사용되는 공지기술로서, 그 구체적인 구성과 작용설명은 생략한다.

여기서, 상기 주기관(E)은 발전용 엔진으로, 상기 연료공급수단(200)을 통해 공급되는 증발가스를 추진 에너지로 사용함과 동시에 발전 에너지를 생성한다.

이러한 상기 주기관(E)은 운반선(V1)의 감속에 따른 증발가스를 추진 연료로 사용하고 남는 잉여 증발가스를 지속적으로 연소시켜 전기 에너지로 변환시키도록 한다.

이는 극지방을 운항하는 운반선(V1)이 결빙해역에 도달하게 되면, 결빙해역의 얼음층을 파단시키는 쇄빙선(V2)의 평균 속도인 3~4knots에 맞추어 감속하는 것에 의해 주기관(E)에서 소모되지 못한 잉여 증발가스를 발전을 위한 기계동력을 작동시켜 전기 에너지를 생성하고 이를 상기 쇄빙선(V2)으로 공급할 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 상기 축전지(300)는 주기관(E)으로부터 발생된 전류를 공급받아 충전하는 것으로, 충전된 상태의 전류는 전기 에너지를 공급하는 전원으로 사용되며, 충전과 방전을 반복한다.

한편, 상기 전류공급수단(400)은 상기 축전지(300)의 전류를 외부전원(쇄빙선) 사용처로 전류를 통전시키는 것으로, 상기 축전지(300)로부터 전류를 공급받는 전류공급 케이블(410)과, 상기 전류공급 케이블(410)과 통전되며 일정 길이를 가지는 연장전류 케이블(420)과, 상기 연장전류 케이블(420)을 감거나 풀리는 방향으로 회전하는 권취릴(430)을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 상기 축전지(300)에 충전된 전류는 전류공급수단(400)을 통해 쇄빙선(V2)으로 공급된다. 즉, 극지방 결빙해역의 얼음층을 파단시키는 쇄빙선(V2)의 추진 에너지로 활용할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 권취릴(430)은 상기 연장전류 케이블(420)이 운반선(V1)으로부터 쇄빙선(V2)까지의 거리 변화에 대응하여 길이조절이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.

이를 위해, 상기 권취릴(430)은 연장전류 케이블(420)을 탄력적으로 되감는 탄성복원 스프링(431)을 포함하여 구성된다.

도 4에 도시한 바와 같이 상기 탄성복원 스프링(431)은 탄력성이 강한 강철을 나선형으로 감아 놓은 태엽 형상으로, 상기 연장전류 케이블(420)을 당기는 외부의 힘에 의해 직경이 작아지는 방향으로 수축하였다가 상기 연장전류 케이블(420)을 당기는 외부의 힘이 제거되면 다시 원상태로 복귀하는 탄성을 이용하여 상기 연장전류 케이블(420)을 권취하는 방향으로 회전시키는 역할을 수행한다.

또한, 상기 운반선(V1)과 쇄빙선(V2)에는 각각 전류공급수단(400)의 연장전류 케이블(420)이 해수면에 닿지 않도록 이격시키는 가이드부재(500)를 포함하여 구성된다.

도 5에 도시한 바와 같이 상기 가이드부재(500)는 상기 운반선(V1) 또는 쇄빙선(V2)의 갑판 바닥면에 세워지는 수직부재(510)와, 상기 수직부재(510)의 일단에 대하여 관절식으로 힌지회동가능하게 결합되는 회전암(520)으로 구성된다.

아울러, 상기 회전암(520)의 일단과 타단에는 상기 연장전류 케이블(420)과의 접촉마찰을 줄이기 위한 롤러(521)를 설치하는 것이 좋다.

또한, 상기 수직부재(510)는 갑판의 바닥면에 안정적으로 고정될 수 있도록 받침대(530)를 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 주기관(E)으로 공급되는 증발가스 중 추진 에너지로 활용되지 못한 잉여 증발가스를 연소하여 발전시킨 후 발전된 전류를 충전하는 축전지(300)와, 상기 축전지(300)의 전류를 외부로 통전시키는 전류공급수단(400)을 구성함으로써, 극지방 결빙해역의 얼음층을 쇄빙하는 쇄빙선(V2)에 필요한 전류로 변환 공급할 수 있어 운반선(V1)의 저속 운항에 의해 발생하는 잉여 증발가스를 낭비 없이 효율적으로 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 저장탱크(100)의 내부 압력이 상승하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

100 : 저장탱크
200 : 연료공급수단
210 : 연료공급라인
220 : 연료생성유닛
300 : 축전지
400 : 전류공급수단
410 : 전류공급 케이블
420 : 연장전류 케이블
430 : 권취릴
500 : 가이드부재
510 : 수직부재
520 : 회전암
E : 주기관
V1 : 운반선
V2 : 쇄빙선

Claims

극지방의 결빙해역을 쇄빙선과 함께 이동하는 LNG 운반선에 있어서,
액화천연가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 운반선의 주기관(DFDE) 추진 연료로 공급하는 연료공급수단;
상기 주기관으로부터 발생된 전류를 충전하는 축전지; 및
상기 축전지의 전류를 외부로 통전시키는 전류공급수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치.
제1항에 있어서,
상기 축전지에 충전된 전류는 전류공급수단을 통해 쇄빙선으로 공급되는 것을 특징으로 하는 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치.
제2항에 있어서,
상기 전류공급수단은,
상기 축전지로부터 전류를 공급받는 전류공급 케이블과,
상기 전류공급 케이블과 통전되며 일정 길이를 가지는 연장전류 케이블과,
상기 연장전류 케이블을 감거나 풀리는 방향으로 회전하는 권취릴을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치.
제3항에 있어서,
상기 권취릴은 상기 연장전류 케이블을 탄력적으로 되감는 탄성복원 스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 운반선과 쇄빙선에는 각각 전류공급수단의 연장전류 케이블이 해수면에 닿지 않도록 이격시키는 가이드부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치.
제5항에 있어서,
상기 가이드부재는 상기 운반선 또는 쇄빙선의 갑판 바닥면에 세워지는 수직부재와, 상기 수직부재의 일단에 대하여 관절식으로 힌지회동가능하게 결합되는 회전암으로 구성된 것을 특징으로 하는 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치.
제6항에 있어서,
상기 회전암의 일단과 타단에는 상기 연장전류 케이블과의 접촉마찰을 줄이기 위한 롤러가 설치된 것을 특징으로 하는 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치.
제6항에 있어서,
상기 수직부재는 갑판의 바닥면에 안정적으로 고정될 수 있도록 받침대를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 극지방 운항용 액화천연가스 운반선의 자연증발가스 처리장치.