KR20140038763A - 액화천연가스 운반용 선박 - Google Patents

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Abstract

액화천연가스를 운반하는 선박의 액화천연가스 화물창(LNG cargo tank)에서 발생하는 증발가스(Boil off gas)를 효율적으로 이용할 수 있는 연료전지 시스템을 구비한 액화천연가스 운반용 선박을 개시한다.
본 발명의 액화천연가스 운반용 선박은, 액화천연가스가 수용되는 액화천연가스 화물창과, 상기 선박의 데크 하우스 주변 또는 메인데크 또는 카고 홀드 주변 또는 무어링 데크의 주변 또는 엔진 케이싱에 설치된 구조물 중의 어느 하나에 설치되는 연료전지 시스템, 그리고 상기 액화천연가스 화물창에 있는 증발가스를 상기 연료전지 시스템에 공급하는 연료공급관을 포함할 수 있다.

Description

액화천연가스 운반용 선박{Ship having fuel cell system for carrying Liquefied Natural Gas}
본 발명은 액화천연가스를 운반하는 선박의 액화천연가스 화물창(LNG cargo tank)에서 발생하는 증발가스(Boil off gas)를 효율적으로 이용할 수 있는 연료전지 시스템을 구비한 액화천연가스 운반용 선박에 관한 것이다.
일반적으로 액화천연가스를 운반하는 선박은 액화천연가스 화물창에 액화천연가스를 약 -162℃의 초저온으로 저장하여 운반한다. 이러한 액화천연가스 화물창에서는 여러가지 원인으로 액체가 증발하여 증발가스가 발생된다.
증발가스는 디에프 엔진(이중연료 엔진, Dual Fuel Engine)의 연료로 사용할 수 있다. 그리고 증발가스가 다량으로 급격하게 발생하는 경우에는 가스연소유닛(GCU, Gas Combustion Unit)에서 연소시키거나 또는 배기관(Vent Mast)를 통해 공기 중으로 배출할 수 있다.
이러한 종래의 액화천연가스를 운반하는 선박은 액화천연가스 화물창에서 발생하는 증발가스의 일부만을 디에프 엔진의 연료로 사용하고 나머지는 연소시켜버리거나 또는 외부로 배출함으로 효율적으로 에너지를 사용하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 액화천연가스 운반용 선박의 액화천연가스 화물창에서 발생하는 증발가스를 연료전지의 연료로 사용하여 에너지 낭비를 줄이며 환경 오염을 예방할 수 있는 액화천연가스 운반용 선박을 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 액화천연가스 운반용 선박에 있어서, 액화천연가스가 수용되는 액화천연가스 화물창과, 상기 선박의 데크 하우스 주변 또는 메인데크 또는 카고 홀드 주변 또는 무어링 데크의 주변 또는 엔진 케이싱에 설치된 구조물 중의 어느 하나에 설치되는 연료전지 시스템, 그리고 상기 액화천연가스 화물창에 있는 증발가스를 상기 연료전지 시스템에 공급하는 연료공급관을 포함할 수 있다.
상기 증발가스를 사용하는 엔진, 상기 증발가스를 연소시키는 가스연소유닛, 그리고 상기 증발가스를 외부로 배출하는 배기관을 더 포함하되, 상기 연료공급관은 상기 엔진, 상기 가스연소유닛, 상기 배기관중 어느 하나와 연결될 수 있다.
상기 연료공급관과 연결되고, 컨트롤러에 의해 제어되는 방향전환밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 연료전지 시스템에 관로로 연결되며 상기 액화천연가스 화물창에서 발생한 증발가스를 다시 액화시키는 액화부를 더 포함할 수 있다.
상기 연료공급관과 연결되고, 컨트롤러에 의해 제어되는 유량조절밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 연료전지 시스템은 연료와 공기로 전력을 생산하는 스택모듈과, 상기 스택모듈의 발전을 위해 연료, 물 및 공기를 공급하는 연료공급부, 그리고 상기 스택모듈에서 생산되는 전력을 선박 내 전력 계통으로 공급하는 전력변환부를 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명은 액화천연가스 운반용 선박에 제공된 액화천연가스 화물창에서 발생하는 증발가스를 연료전지의 연료로 사용하여 에너지의 낭비를 줄이고 환경오염을 방지하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 연료전지 시스템이 액화천연가스 운반용 선박에 배치되는 예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 액화천연가스 화물창에서 발생되는 증발가스를 연료전지 시스템에서 소비할 수 있는 예시를 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 설명하기 위해 액화천연가스 화물창의 증발가스를 연료전지 시스템에 공급하는 다른 예시를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 연료전지 시스템에 증발가스를 연료로 공급하는 또 다른 예시를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 연료전지 시스템에 증발가스를 연료로 공급하는 또 다른 예시를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 연료전지 시스템에 증발가스를 연료로 공급하는 또 다른 예시를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면으로, 액화천연가스를 운반하는 액화천연가스 운반용 선박을 도시하고 있다.
본 발명의 액화천연가스 운반용 선박(이하, '선박'이라고 함)은 데크 하우스(1), 메인데크(3), 카고홀드(5)를 구비하고 있으며, 다수의 액화천연가스 화물창(7), 연료전지 시스템(9, 11, 13), 그리고 연료공급관(15)을 포함한다.
본 발명의 실시예의 선박에 제공된 데크 하우스(1)는 선미 측에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 메인데크(3)는 선박에서 윗부분에 노출되어 있는 갑판을 의미한다.
액화천연가스 화물창(7)는 액화천연가스가 수용되는 곳으로 메인데크(3)의 하부에 배치되며 다수로 이루어진다.
그리고 액화천연가스 화물창(7)와 연료전지 시스템(9, 11, 13)은 액화천연가스 화물창(7)와 연료공급관(15)로 연결된다.
본 발명의 실시예에서 연료전지 시스템은 데크 하우스(1) 주변에 배치(번호 9로 표시함)되거나 메인데크(3)의 주변에 배치(번호 11로 표시함)되거나 또는 카고홀드(5)에 배치(번호 13으로 표시함)될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 데크하우스(1)의 주변의 의미는 데크 하우스(1)의 앞쪽 또는 사이드 쪽 또는 뒤쪽을 의미한다. 또한 메인데크(3)의 주변은 메인 데크(3)의 상부를 포함하여 그 사이드 측을 의미한다.
특히, 본원발명의 실시예에서 도 1에 도시한 연료전지 시스템(9, 11, 13)은 3개를 도시하고 있으나, 그 중에 하나만 설치될 수 있다.
이와 같이 배치되는 연료전지 시스템(9, 11, 13)은 연료공급관(15)의 설치 길이를 최소시킬 수 있어 연료전지에 연료를 용이하게 공급할 수 있다. 또한, 연료전지 시스템(9, 11, 13)이 상술한 바와 같이 설치되는 것은 연료공급관(15)이 공기 중에 노출되는 위치에 설치되어 안전성을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 적용되는 연료전지 시스템(9, 11, 13)은 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치가 사용될 수 있으며, 용융탄산염연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC) 또는 고체산화물연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)가 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 적용되는 연료전지 시스템(9, 11, 13)은, 연료와 공기의 전기 화학적 반응으로 전력을 생산하는 스택모듈(도시생략), 스택모듈의 발전을 위해 연료, 물 및 공기를 공급하는 연료공급부(도시생략), 그리고 스택모듈에서 생산되는 직류 전력을 상용 교류 전원으로 변환하여 선박 내 전력 계통으로 공급하는 전력변환부(도시생략)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 액화천연가스 화물창(7)에서 발생하는 증발가스를 효율적으로 소비하기 위한 구성을 나타내는 구성도이다.
액화천연가스 화물창(7)와 연료전지 시스템(9, 11, 13)들을 연결하는 연료공급관(15)를 분지한 분지관로(23)들을 통해 이중연료 엔진(17), 가스연소유닛(19), 그리고 배기관(21)이 연결될 수 있다.
그리고 연료공급관(15) 또는 분지관로(23)에는 방향전환밸브(25)가 배치될 수 있다. 방향전환밸브(25)는 컨트롤러(도시생략)에 의해 제어될 수 있으며, 증발가스를 이중연료 엔진(17) 또는 가스연소유닛(19) 또는 배기관(21), 또는 연료전지 시스템(9, 11, 13)에 선택적으로 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 아주 급박한 비상상황에서만 증발가스를 가스연소유닛(19) 또는 배기관(21)을 통해 소비하거나 배출할 수 있으며, 평상시에는 연료전지 시스템(9, 11, 13)으로 공급하여 연료로 사용하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명의 실시예는 액화천연가스 운반용 선박에 제공된 액화천연가스 화물창(7)에서 발생하는 증발가스를 연료전지 시스템(9, 11, 13)의 연료로 사용할 수 있어 에너지를 낭비하지 않고 효율적으로 이용할 수 있다.
상술한 실시예에서는 연료전지 시스템(9, 11, 13)에 각각 하나의 액화천연가스 화물창(7)이 대응하여 연료공급관(15)에 의해 연결되어 있는 예를 도시하여 설명하였으나, 도 3에 도시하여 설명하는 다른 예시에는 하나의 연료전지 시스템(13)에 여러 개의 액화천연가스 화물창(7)이 연료공급관(15)으로 연결되어 있다.
즉, 도 3에 도시한 본 발명의 실시예의 다른 예시는 선박에 설치된 액화천연가스 화물창(7)들을 모두 연료공급관(15)으로 연결하여 연료전지 시스템(13)에 공급하여 액화천연가스 화물창(7)에서 발생된 증발가스를 더욱 효율적으로 사용할 수 있음을 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 다른 예시로, 연료전지 시스템을 구비한 액화천연가스 운반용 선박을 도시하고 있다.
도 4에 도시한 본 발명의 실시예의 다른 예시는 이중연료 엔진(17)과 연료전지 시스템(13, 편의상 카고홀드(3)에 설치된 예를 들어 설명함)에서 증발가스를 연료로 사용하여 에너지 자원을 효율적으로 이용할 수 있음을 보여준다.
즉, 선박에 제공된 액화천연가스 화물창(7)들은 연료공급관(15)을 통해 연료전지 시스템(13)에 연결된다. 그리고 연료공급관(15)에는 컨트롤러(도시생략)에 의해 제어되는 유량조절밸브(27)가 제공될 수 있다.
그리고 연료전지 시스템(13)과 화물기계실(CMR, Cargo machinery room)에 설치된 액화부(31)가 관로로 연결된다. 연료전지 시스템(13)에서 소비하지 못한 증발가스는 액화부(31)에서 다시 액화되어 액화천연가스 화물창(7)으로 리턴시키거나 이중연료 엔진(17)으로 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예는 연료전지 시스템(9, 11, 13)을 선박에 탑재하고 연료전지 시스템(9, 11, 13)에 액화천연가스 화물창(7)에서 발생한 증발가스를 연료로 공급하여 활용함으로써 에너지를 낭비하지 않고 효율적으로 이용할 수 있다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예의 다른 예시를 도시한 도면으로, 연료전지 시스템이 설치된 액화천연가스 운반용 선박을 도시하고 있다.
본 발명의 실시예의 다른 예시는 상술한 실시예와 비교하여 다른 점 만을 설명하기로 하고 동일한 부분은 상술한 설명으로 대치하기로 한다.
상술한 실시예에서는 연료전지 시스템이 데크하우스의 주변 또는 메인데크 또는 카고 홀드 주변 중의 어느 한 부분에 설치된 예를 도시하여 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 무어링 데크(34, Mooring deck)의 주변에 연료전지 시스템(35, 도 5 참조)이 설치되거나 또는 엔진 케이싱(36, Engine casing)에 추가 구조물을 설치하여 이 추가 구조물에 연료전지 시스템(37, 도 6 참조)이 설치될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 무어링 데크(34)의 주변은 무어링 데크(34)의 상부 또는 사이드측을 의미한다.
물론, 도 5 및 도 6에서 설명하는 본 발명의 실시예의 다른 예시의 연료전지 시스템(35, 37)도 액화천연가스 화물창(7)들과 연결된 연료공급관(15)에 연결되어 증발가스를 연료로 공급받을 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예의 다른 예시는 연료전지 시스템에서 배출되는 고온의 배기가스에 대한 처리가 용이할 뿐 만 아니라 안전 측면에서도 다소 유리한 점이 있다. 또한, 본 발명의 실시예의 다른 예시는 엔진 룸이나 엔진 케이싱에 있는 선박 내 여러 유틸리티들 즉, 스팀 라인, 엔진 폐기구 내 엔진 배기가스열 회수장치, 에어 블로워 등)을 연료전지 시스템과 연계하여 활용할 수 있는 장점이 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1. 데크 하우스, 3. 메인데크,
5. 카고홀드, 7. 액화천연가스 화물창,
9, 11, 13. 연료전지 시스템, 15. 연료공급관,
17. 이중연료 엔진, 19. 가스연소유닛,
21. 배기관, 23. 분지관로,
25. 방향전환밸브, 27. 유량조절밸브,
31. 액화부

Claims (6)

  1. 액화천연가스 운반용 선박에 있어서,
    액화천연가스가 수용되는 액화천연가스 화물창,
    상기 선박의 데크 하우스 주변 또는 메인데크 또는 카고 홀드 주변 또는 무어링 데크의 주변 또는 엔진 케이싱에 설치된 구조물 중의 어느 하나에 설치되는 연료전지 시스템, 그리고
    상기 액화천연가스 화물창에 있는 증발가스를 상기 연료전지 시스템에 공급하는 연료공급관을 포함하는 액화천연가스 운반용 선박.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증발가스를 사용하는 엔진, 상기 증발가스를 연소시키는 가스연소유닛, 그리고 상기 증발가스를 외부로 배출하는 배기관을 더 포함하되,
    상기 연료공급관은 상기 엔진, 상기 가스연소유닛, 상기 배기관중 어느 하나와 연결되는 액화천연가스 운반용 선박.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연료공급관과 연결되고, 컨트롤러에 의해 제어되는 방향전환밸브를 더 포함하는 액화천연가스 운반용 선박.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 시스템에 관로로 연결되며 상기 액화천연가스 화물창에서 발생한 증발가스를 다시 액화시키는 액화부를 더 포함하는 액화천연가스 운반용 선박.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연료공급관과 연결되고, 컨트롤러에 의해 제어되는 유량조절밸브를 더 포함하는 액화천연가스 운반용 선박.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 시스템은
    연료와 공기로 전력을 생산하는 스택모듈,
    상기 스택모듈의 발전을 위해 연료, 물 및 공기를 공급하는 연료공급부, 그리고
    상기 스택모듈에서 생산되는 전력을 선박 내 전력 계통으로 공급하는 전력변환부를 포함하는 액화천연가스 운반용 선박.
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