KR20160083438A

KR20160083438A - 액화가스 처리 시스템

Info

Publication number: KR20160083438A
Application number: KR1020140194861A
Authority: KR
Inventors: 이상봉; 이진광
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2016-07-12

Abstract

본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것으로서, 에탄을 저장하는 제1 연료저장탱크; 선박의 데크 상부에 구비되며 에탄 외의 연료를 저장하는 제2 연료저장탱크; 상기 제1 연료저장탱크에서 에탄을 토출시키는 보조펌프; 상기 제1 연료저장탱크에서 공급되는 에탄 또는 상기 제2 연료저장탱크에서 공급되는 연료를 가압하는 메인 펌프; 및 상기 메인 펌프에서 가압된 에탄 또는 연료를 가열하는 열교환기를 포함하고, 상기 열교환기에서 가열된 에탄 또는 연료가 수요처로 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 에탄 처리 시스템 및 액화천연가스 처리 시스템을 함께 구비하여 에탄 또는 액화천연가스를 동시 또는 이시에 사용할 수 있음으로써, 선박의 추진연료의 공급이 유연해지는 효과가 있으며, 연료에 대한 선주의 선택 유연성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 에탄 케리어에 적용하는 경우, 액화천연가스를 저장하는 액화천연가스 저장탱크의 크기를 줄이고 반대급부로 그만큼의 에탄을 더 저장할 수 있어 에탄 이송능력이 증가하는 효과가 있다.

Description

액화가스 처리 시스템{A Treatment System Of Liquefied Gas}

본 발명은 액화가스 처리 시스템에 관한 것이다.

선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.

이러한 선박은 엔진을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때, 엔진은 가솔린 또는 디젤을 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복 운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 함으로써, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하는 것이 일반적이였다.

그러나 근래에는 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 사용되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.

일반적으로, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄(80~90％)을 1기압 하에서 -162℃도 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1 정도이고, 비중은 0.42로 원유비중의 약 2분의 1이 된다.

이러한 LNG에는 메탄 외에도 에탄, 부탄, 프로판 등을 탄화수소류의 성분들을 함유하고 있다. 탄화수소류에 대해 화학식을 살펴보면, 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 부탄(C4H10), 프로판(C3H8) 으로 탄소와 수소가 n: 2n+2의 비율로 결합되어 있으며, n 값이 커질수록 무거운 물질이 되고, 상온 상태에서 가벼운 물질은 기체, 무거운 물질은 액체, 더 무거운 물질은 고체 상태로 간다.

LNG는 석유가 기원인 것으로 LNG의 생성과정을 살펴보면, 처음 석유가 생산될 때는 n 값이 매우 큰 고분자 물질로 생산되고 점점 시간이 경과하여 화학적 안정성이 높은 가벼운 상태의 물질로 바뀌게 된다. 따라서 처음엔 Oil 상태로만 있던 물질들이 점점 메탄화 되어간다.

온도는 지하로 갈수록 높아지며 압력은 온도보다 더욱 많이 증가하게 된다. 따라서, 석유는 지하에서 더욱 치밀한 상(고체>액체>기체)로 존재하게 된다. 따라서, 지하의 압력과 온도 조건에서 석유는 대부분 액체 상태로 존재하게 되나 약간의 기체 성분들이 액상의 물질들에 용해되어 있는 상태인 Dissolved Gas 인 경우도 있다.

석유는 이러한 모든 조건을 견디어 내어 기체상태로 존재하는 경우도 있는데 이 경우엔 액체보다 가벼운 기체상의 물질들이 액체들 위에 모자처럼 모여 있게 되며 이를 Gas Cap 이라고 한다.

Gas Cap을 이루려면 자신이 액화되는 조건을 버틸 수 있을 정도로 가벼운 물질이여야하므로 대부분의 Gas Cap은 가장 가벼운 메탄으로 이루어져있다. 이렇게 지하에서 Gas 상태로 있는 물질들을 생산한 것을 Dry Gas라고 하며 이를 Natural Gas(NG) 즉 천연가스라고 한다.

이와 같이 천연가스에는 메탄이 다량 함유되어 있고 에탄은 적게 함유되어 있다. 따라서, 에탄을 연료로 하는 경우에는 LNG에서 에탄을 따로 정제하여 분별해내야 하며 소량의 에탄은 공급이 적어 메탄에 비해 그 가격이 상당히 고가로 책정되었었다. 따라서, 에탄을 운반하는 에탄 케리어에서 에탄을 추진연료로 사용하지 않고, 상대적으로 가격이 저렴한 LNG를 추진 연료로 사용하여왔다.

이러한 시장상황에서 최근 미국발 셰일 가스가 대량 생산되면서, 셰일 가스에 다량함유되어 있는 에탄의 공급이 증가하게 되었다. 이로 인해 에탄의 가격은 LNG의 가격과 동등하게 책정되기 시작하였으며, 그에 따라 에탄을 추진연료로 하는 시장의 니즈가 반영되고 있으며, 에탄을 추진연료로 하기 위한 수많은 연구 및 개발이 이루어지고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 에탄 케리어를 추진하는 연료로 에탄을 주 연료로 이용하고 액화천연가스를 부 연료로 사용하도록 하기 위한 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 액화천연가스 저장탱크를 데크 상부에 위치하도록 하여 액화천연가스를 연료로 사용하는 경우 부스팅 펌프를 생략할 수 있도록 하기 위한 액화가스 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템은, 에탄을 저장하는 제1 연료저장탱크; 선박의 데크 상부에 구비되며 에탄 외의 연료를 저장하는 제2 연료저장탱크; 상기 제1 연료저장탱크에서 에탄을 토출시키는 보조펌프; 상기 제1 연료저장탱크에서 공급되는 에탄 또는 상기 제2 연료저장탱크에서 공급되는 연료를 가압하는 메인 펌프; 및 상기 메인 펌프에서 가압된 에탄 또는 연료를 가열하는 열교환기를 포함하고, 상기 열교환기에서 가열된 에탄 또는 연료가 수요처로 공급되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 제1 연료저장탱크에서 공급되는 에탄 또는 상기 제2 연료저장탱크에서 공급되는 연료는, 상기 메인 펌프로 공급되기 전에 합류될 수 있다.

구체적으로, 상기 메인 펌프는, 상기 제1 연료저장탱크에서 공급되는 에탄을 가압하는 제1 메인펌프; 상기 제2 연료저장탱크에서 공급되는 연료를 가압하는 제2 메인펌프를 포함하고, 상기 열교환기는, 상기 제1 메인 펌프에서 가압된 에탄을 가열하는 제1 열교환기; 및 상기 제2 메인 펌프에서 가압된 연료를 가열하는 제2 열교환기를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 열교환기에서 가열된 에탄 또는 상기 제2 열교환기에서 가열된 연료가 상기 수요처로 공급되기 전에 합류할 수 있다.

구체적으로, 상기 수요처는, 고압가스분사엔진(ME-GI)일 수 있다.

구체적으로, 상기 에탄 외의 연료는, 액화천연가스(LNG)일 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 연료저장탱크와 상기 수요처를 연결하는 제1 연료공급라인; 및 상기 제2 연료저장탱크와 상기 수요처를 연결하는 제2 연료공급라인을 더 포함하고, 상기 제1 메인펌프 또는 상기 제1 열교환기는, 상기 제1 연료공급라인 상에 구비되고, 상기 제2 메인펌프 또는 상기 제2 열교환기는, 상기 제2 연료공급라인 상에 구비될 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 연료저장탱크와 상기 메인 펌프를 연결하는 제1 연료공급라인; 및 상기 제2 연료저장탱크와 상기 수요처를 연결하는 제2 연료공급라인을 더 포함하고, 상기 제1 연료공급라인은 상기 제2 연료공급라인 상의 상기 제2 연료저장탱크와 상기 메인 펌프 사이에 연결될 수 있다.

구체적으로, 상기 수요처로 공급되는 에탄 또는 연료는, 동시 또는 이시에 공급될 수 있다.

본 발명에 따른 액화가스 처리 시스템은, 에탄 처리 시스템 및 액화천연가스 처리 시스템을 함께 구비하여 에탄 또는 액화천연가스를 동시 또는 이시에 사용할 수 있음으로써, 선박의 추진연료의 공급이 유연해지는 효과가 있으며, 연료에 대한 선주의 선택 유연성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 에탄 케리어에 적용하는 경우, 액화천연가스를 저장하는 액화천연가스 저장탱크의 크기를 줄이고 반대급부로 그만큼의 에탄을 더 저장할 수 있어 에탄 이송능력이 증가하는 효과가 있다.

도 1은 선박의 측면을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 탑재한 선박의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 탑재한 선박의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 탑재한 선박의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 탑재한 선박의 개념도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 선박의 측면을 도시한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 탑재한 선박의 개념도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(100)은 제1 연료 처리 시스템(2), 제2 연료 처리 시스템(3) 및 수요처(20)를 포함한다.

이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우 등도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다. 이는 증발가스도 마찬가지로 적용될 수 있다. 또한 LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

도 1 을 살펴보면 일반적으로 선박(1)은, 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 데크(1a)를 기준으로 데크 상부(1b) 또는 데크 하부(1c)에 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 추력연료를 수요처(20)가 소비하는 과정을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.

보통 종래에는 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 추력연료로 사용하여 엔진(20)을 구동하는 LNG 연료공급 방식을 사용하여 왔다. LNG는 가격이 저렴하고 그 매장량이 풍부하며 환경오염을 일으키지 않아 추진연료로 각광받아왔다. 이에 반해 에탄은 생성하기 위해 추가비용이 들며 그 생산량이 많지 않아 가격이 고가인 문제점이 있어 추진연료로는 사용되지 않았었다.

이러한 종래의 상황과 달리 근래에는, 기술적인 제약에 의해 개발하지 못하였던 셰일가스가 과학의 발전으로 활발히 개발 및 생산되고 있으며, 이러한 셰일 가스에는 에탄이 가장 많은 비중을 차지하고 있어, 셰일 가스의 대량 생산에 의해 에탄의 생산량이 급증하고 있다.

따라서, 이러한 에탄을 운송하기 위한 에탄 운반선의 수요가 급증함에 따라 에탄의 가격 경쟁력이 커져 에탄을 추진연료로 사용하려는 시도가 대두되고 있으며, 에탄을 연료로 하는 추진엔진도 상용화되고 있으며, 이러한 시류에 의해 본 출원인은 에탄을 추진연료로 사용하기 위한 시스템을 개발하였다.

이에 이하에서는 에탄을 수송하는 선박(1; 바람직하게는 에탄 케리어)에서 에탄을 주 추력연료로 사용하여 엔진(20)을 구동하는 방식에 대해서 설명하고자 한다.

제1 연료 처리 시스템(2)은, 에탄을 추진연료로 사용하기 위한 처리 시스템으로 제1 연료 저장탱크(10), 제1 펌프(30), 제1 열교환기(40), 제1 압력조절수단(12)을 포함한다.

제1 연료 저장탱크(10)는, 에탄을 저장하며 복수 개 구비되어 다량의 에탄을 운송하기 위해 에탄을 저장할 수 있다. 제1 연료저장탱크(10)는, 에탄을 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 제1 연료저장탱크(10)는, 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.

또한, 제1 연료저장탱크(10)는 끓는점이 섭씨 영하 89도에 이르는 극저온의 에탄을 액체상태로 저장하기 위해서 단열구조를 구비할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서는 제1 연료공급라인(11)을 더 포함할 수 있다. 제1 연료공급라인(11)은, 제1 연료저장탱크(10)와 수요처(20)를 연결하여 에탄을 공급할 수 있으며, 제1 압력조절수단(12), 제1 보조 펌프(31), 제1 메인 펌프(32), 제1 열교환기(40)를 구비할 수 있다.

제1 연료공급라인(11)은, 제1 열교환기(40)와 수요처(20) 사이에 후술할 제2 연료공급라인(51)이 합류할 수 있으며 이에 대해서는 이하에서 상세하게 기술하도록 한다. 이때, 제1 연료공급라인(11)에는 각각 공급 밸브(도시하지 않음)가 설치되어, 공급밸브의 개도 조절에 따라 에탄의 공급량이 조절될 수 있다.

제1 압력조절수단(12)은, 제1 연료공급라인(11) 상에 구비되어 제1 열교환기(40)에서 공급되는 에탄의 압력을 조절할 수 있다. 구체적으로, 제1 압력조절수단(12)은, 제1 연료공급라인(11) 상의 제1 열교환기(40)와 수요처(20)사이에 구비되어 수요처(20)가 요구하는 압력으로 에탄을 수요처(20)로 공급할 수 있다.

또한 제1 압력조절수단(12)은, 수요처(20)로 공급되는 에탄의 압력이 수요처(20)로 공급되는 제2 연료의 압력보다 상당히 높으므로 이를 조절하기 위해 에탄의 압력을 낮출 수 있다. 즉, 제1 압력조절수단(12)은, 감압 수단일 수 있다.

제1 펌프(30)는, 제1 보조 펌프(31)와 제1 메인 펌프(32)를 포함할 수 있으며, 에탄을 공급 또는 가압하는데 사용될 수 있다.

제1 보조 펌프(31)는, 제1 연료저장탱크(10)에 저장된 에탄을 1차 가압하여 제1 메인 펌프(32)로 공급할 수 있다. 구체적으로. 제1 보조 펌프(31)는, 제1 연료공급라인(11)상에 제1 연료저장탱크(10)와 후술할 제1 메인 펌프(32)사이에 구비되어 제1 연료저장탱크(10)에 저장된 에탄을 제1 메인 펌프(32)로 공급할 수 있다.

제1 보조 펌프(31)는, 제1 연료저장탱크(10)의 내부에 구비되거나, 제1 연료저장탱크(10)에 저장된 에탄의 수위보다 낮은 위치의 외부에 구비될 수 있으며, 잠형 또는 왕복동형일 수 있다.

제1 메인 펌프(32)는, 제1 보조 펌프(31)로부터 1차 가압된 에탄을 2차 가압하여 고압으로 가압할 수 있으며, 약 400~600bar 정도로 가압할 수 있다. 구체적으로, 제1 메인 펌프(32)는, 제1 연료공급라인(11) 상에 제1 보조 펌프(31)와 후술할 제1 열교환기(40) 사이에 구비될 수 있으며, 약 400~600bar의 고압으로 가압된 에탄을 제1 열교환기(40)로 공급할 수 있다.

제1 열교환기(40)는 제1 펌프(30)에서 가압된 에탄을 가열한다. 구체적으로, 제1 열교환기(40)는, 제1 연료공급라인(11) 상에 수요처(20)와 제1 메인 펌프(32) 사이에 구비되어, 제1 메인 펌프(32)에서 2차 가압된 에탄을 수요처(20)가 요구하는 온도까지 가열할 수 있다.

제2 연료 처리 시스템(3)은 에탄 외의 연료를 추진연료로 사용하기 위한 처리 시스템으로 제2 연료 저장탱크(50), 제2 펌프(60), 제2 열교환기(70)를 포함한다.

제2 연료 저장탱크(50)는, 에탄 외의 연료를 저장하며 에탄 외의 연료는 액화천연가스 즉, LNG일 수 있다. 제2 연료 저장탱크(50)는, 에탄 외의 연료를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때, 제2 연료 저장탱크(50)는, 압력 탱크 형태를 가질 수 있으며, 제2 연료는 제1 연료인 에탄에 비해 그 저장량이 상대적으로 작을 수 있다.

이하에서부터 에탄 외의 연료는 액화천연가스(LNG)를 토대로 기술하나 이에 한정되지 않고 선박(1)에 사용되는 연료(일례로 오일)일 수 있다.

제2 연료 저장탱크(50)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부(도시하지 않음)를 포함한다. 외조 탱크는 제2 연료 저장탱크(50)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 단면이 다각형 형태일 수 있다.

내조 탱크는, 외조 탱크의 내부에 구비되며, 서포트(Support; 도시하지 않음)에 의해 외조 탱크의 내부에 지지 설치될 수 있다. 이때, 서포트는 내조 탱크의 하단에 구비될 수 있고, 물론 내조 탱크의 좌우 유동을 억제하기 위해 내조 탱크의 측면에도 구비될 수 있다.

내조 탱크는 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 1bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 내조 탱크를 이와 같이 일정 압력에 견딜 수 있도록 설계하는 것은, 내조 탱크의 내부에 구비된 액화가스가 증발되어 증발가스가 생성됨에 따라 내조 탱크의 내압이 상승될 수 있기 때문이다.

내조 탱크의 내부에는 배플(Baffle; 도시하지 않음)이 구비될 수 있다. 배플은 격자 형태의 플레이트를 의미하며, 배플이 설치됨에 따라 내조 탱크 내부의 압력은 고르게 분포되어 내조 탱크가 일부분에 집중 압력을 받는 것을 방지할 수 있다.

단열부는, 내조 탱크와 외조 탱크의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이때, 단열부는 진공상태일 수 있다. 단열부를 진공으로 형성함에 따라, 제2 연료 저장탱크(50)는 일반적인 탱크와 비교할 때, 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있다. 일례로 제2 연료 저장탱크(50)는 진공의 단열부를 통해 5bar 내지 20bar의 압력을 버텨낼 수 있다.

이와 같이 본 발명의 제1 실시예에는 진공 형태의 단열부를 외조 탱크와 내조 탱크 사이에 구비하는 압력 탱크형 제2 연료 저장탱크(50)를 사용함으로써, 증발가스의 발생을 최소화할 수 있고, 내압이 상승하더라도 제2 연료 저장탱크(50)가 파손되는 등의 문제가 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서는 제2 연료공급라인(51)을 더 포함할 수 있다. 제2 연료공급라인(51)은, 제2 연료저장탱크(50)와 수요처(20)를 연결하여 에탄을 공급할 수 있으며, 제2 압력조절수단(52), 제2 보조 펌프(61), 제2 메인 펌프(62), 제2 열교환기(70)를 구비할 수 있다.

제2 연료공급라인(51)은, 제2 열교환기(70)와 수요처(20) 사이에 제1 연료공급라인(11)이 합류될 수 있으며 수요처(20)로 가열된 에탄 또는 가열된 액화천연가스를 혼합하여 공급할 수 있다.

이때, 제2 연료공급라인(51)에는 각각 공급 밸브(도시하지 않음)가 설치되어, 공급밸브의 개도 조절에 따라 액화천연가스의 공급량이 조절될 수 있다.

제2 압력조절수단(52)은, 제2 연료공급라인(51) 상에 구비되어 제2 열교환기(70)에서 공급되는 액화천연가스의 압력을 조절할 수 있다. 구체적으로, 제2 압력조절수단(52)은, 제2 연료공급라인(51) 상의 제2 열교환기(70)와 수요처(20)사이에 구비되어 수요처(20)가 요구하는 압력으로 액화천연가스를 수요처(20)로 공급할 수 있다.

제2 펌프(60)는, 제2 보조 펌프(61)와 제2 메인 펌프(62)를 포함할 수 있으며, 액화천연가스를 공급 또는 가압하는데 사용될 수 있다.

제2 보조 펌프(61)는, 제2 연료저장탱크(50)에 저장된 액화천연가스를 1차 가압하여 제2 메인 펌프(62)로 공급할 수 있다. 구체적으로. 제2 보조 펌프(61)는, 제2 연료공급라인(51)상에 제2 연료저장탱크(50)와 후술할 제2 메인 펌프(62)사이에 구비되어 제2 연료저장탱크(50)에 저장된 액화천연가스를 제2 메인 펌프(62)로 공급할 수 있다.

제2 보조 펌프(61)는, 제2 연료저장탱크(50)의 내부에 구비되거나, 제2 연료저장탱크(50)에 저장된 액화천연가스의 수위보다 낮은 위치의 외부에 구비될 수 있으며, 잠형 또는 왕복동형일 수 있다.

제2 메인 펌프(62)는, 제2 보조 펌프(61)로부터 1차 가압된 액화천연가스를 2차 가압하여 고압으로 가압할 수 있으며, 약 400~600bar 정도로 가압할 수 있다. 구체적으로, 제2 메인 펌프(62)는, 제2 연료공급라인(51) 상에 제2 보조 펌프(61)와 후술할 제2 열교환기(70) 사이에 구비될 수 있으며, 약 400~600bar의 고압으로 가압된 액화천연가스를 제2 열교환기(70)로 공급할 수 있다.

제2 열교환기(70)는 제2 펌프(60)에서 가압된 액화천연가스를 가열한다. 구체적으로, 제2 열교환기(70)는, 제2 연료공급라인(51) 상에 수요처(20)와 제2 메인 펌프(62) 사이에 구비되어, 제2 메인 펌프(62)에서 2차 가압된 액화천연가스를 수요처(20)가 요구하는 온도까지 가열할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서는, 수요처(20)와 제1 열교환기(40) 또는 제2 열교환기(70) 사이에 가열된 에탄 또는 가열된 액화천연가스를 임시저장하는 임시저장탱크(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.

임시저장탱크는 가열된 에탄 또는 가열된 액화천연가스를 동시에 또는 이시에 저장할 수 있으며, 에탄과 액화천연가스의 압력이 동일하게 조절할 수 있도록 압력 용기형일 수 있다.

이와 같이 제1 연료 처리 시스템(2) 및 제2 연료 처리 시스템(3)이 수요처(20)의 상류측에서 연결됨으로써, 병렬로 연료를 공급할 수 있으며, 제1 열교환기(40)에서 가열된 에탄 또는 제2 열교환기(70)에서 가열된 액화천연가스가 동시에 또는 이시에 수요처(20)로 공급될 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서는, 제1 열교환기(40)에서 가열된 에탄이 우선적으로 수요처(20)에 공급될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 상기와 같이 동시에 공급될 수 있다.

따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(100)은, 연료공급을 탄력적으로 조절할 수 있으며 에탄 운반선(1)에 적용하는 경우, 에탄을 주 연료로 사용함으로써, 에탄의 운반능력을 향상시키는 효과가 있다.

수요처(20)는 제1 연료저장탱크(10)로부터 공급되는 에탄 또는 제2 연료저장탱크(20)로부터 공급되는 연료를 통해 구동된다. 즉, 수요처(20)는, 에탄 또는 액화천연가스 등을 필요로 하며 이를 원료로 하여 구동되는 모든 장치 및 기구가 포함될 수 있다.

수요처(20)는, 액화가스, 증발가스, 오일 또는 에탄의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서 수요처(20) 구동 시 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진할 수 있다.

물론 본 실시예에서 수요처(20)는 프로펠러를 구동하기 위한 엔진일 수 있으나, 발전을 위한 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 즉 본 실시예는 수요처(20)의 종류를 특별히 한정하지 않는다.

수요처(20)는, 고압가스분사엔진(일례로 MEGI)으로 기체연료 엔진일 수 있고, 초임계 상태(섭씨 30도 내지 60도, 200bar 내지 400bar)의 액화가스 또는 400bar 내지 600bar의 에탄을 공급받아 동력을 발생시킬 수 있으며, 공급되는 액화가스 또는 에탄의 상태는 고압가스분사엔진이 요구하는 상태에 따라 달라질 수 있다.

수요처(20)는, 에탄을 구동연료로 사용하기 위해서는 액화천연가스보다 더 고압의 조건을 가진 상태에서 수요처(20)로 공급되어야 한다. MEGI 엔진이 에탄을 추진연료로 사용하는 방법에 대해서는 기 공지된 사항으로 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.

수요처(20)는, 이중연료가 가능할 수 있다. 이중 연료가 가능한 엔진은 통상 디젤 사이클로 구동되는 2 행정 엔진이다. 이러한 디젤 사이클은 기본적으로, 공기가 피스톤에 의해서 압축되고, 압축된 고온의 공기는 점화연료(Pilot Fuel)에 의해서 점화가 이루어지며, 나머지 고압의 가스가 분사되어 폭발이 이루어진다.

이때 점화연료는 HFO(Heavy Fuel Oil) 또는 MDO(Marine Diesel Oil)를 사용하게 되며, 보통 점화연료와 고압 가스의 비율은 약 5:95 이고, 점화연료의 분사량은 5~100%까지 조정이 가능하다. 따라서 점화연료는 엔진의 구동 연료로도 이용가능하다.

이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(100)은, 에탄 처리 시스템(2) 및 액화천연가스 처리 시스템(3)을 함께 구비하여 에탄 또는 액화천연가스를 동시 또는 이시에 사용할 수 있음으로써, 선박(1)의 추진연료의 공급이 유연해지는 효과가 있으며, 연료에 대한 선주의 선택 유연성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 에탄 케리어(1)에 적용하는 경우, 액화천연가스를 저장하는 액화천연가스 저장탱크(50)의 크기를 줄이고 반대급부로 그만큼의 에탄을 더 저장할 수 있어 에탄 이송능력이 증가하는 효과가 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 탑재한 선박의 개념도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(200)은, 제1 연료 처리 시스템(2), 제2 연료 처리 시스템(3), 하이브리드 처리 시스템(4) 및 수요처(20)를 포함한다.

본 발명의 제2 실시예에서 각 구성은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(100)에서의 구성과 편의상 동일한 도면 부호를 사용하나 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

또한, 이하에서 에탄 외의 연료는 액화천연가스일 수 있으며, 이에 한정되지는 않으나 설명의 편의를 위해 에탄 외의 연료는 액화천연가스로 기술하였다.

본 발명의 제2 실시예에서는, 본 발명의 제1 실시예에서의 제1 연료 처리 시스템(2) 및 제2 연료 처리 시스템(3)에서 제1 메인 펌프(32), 제2 메인 펌프(62), 제1 열교환기(40) 및 제2 열교환기(70)가 생략되고 하이브리드 처리 시스템(4)이 도입되었으며, 이에 대해서는 이하에서 상세하게 설명하도록 한다.

하이브리드 처리 시스템(4)은 제1 연료 처리 시스템(2) 및 제2 연료 처리 시스템(3)에서 처리된 에탄 또는 액화천연가스를 하나의 시스템으로 처리할 수 있으며, 하이브리드 펌프(80) 및 하이브리드 열교환기(90)를 포함한다.

구체적으로, 하이브리드 처리 시스템(4)은, 제1 연료저장탱크(10)에서 공급되는 에탄 또는 제2 연료저장탱크(50)에서 공급되는 액화천연가스가 합류된 상태에서 공급받을 수 있으며, 에탄 또는 액화천연가스가 혼합된 상태의 연료를 처리하여 수요처(20)로 공급할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에서는, 제1 연료공급라인(11)이 제1 연료저장탱크(10)와 하이브리드 펌프(80)를 연결하며, 제2 연료공급라인(51)이 제2 연료저장탱크(50)와 수요처(20)를 연결하고, 제1 연료공급라인(11)은, 제2 연료공급라인(51) 상의 제2 연료저장탱크(50)와 하이브리드 펌프(80) 사이에 연결될 수 있다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에서는, 제1 연료저장탱크(10)에서 공급되는 에탄 또는 제2 연료저장탱크(50)에서 공급되는 액화천연가스가 하이브리드 펌프(80)로 공급되기 전에 합류된다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에서는, 제2 연료공급라인(51)이 제2 연료저장탱크(50)와 수요처(20)를 연결하며, 제2 보조 펌프(61), 하이브리드 펌프(80), 제2 열교환기(90)를 구비할 수 있다. 여기서 제2 연료공급라인(51)은 제2 열교환기(90)와 수요처(20) 사이에 제2 압력조절수단(52)을 구비하여 수요처(20)로 공급되는 연료의 압력을 조절할 수 있다.

하이브리드 펌프(80)는, 제1 연료저장탱크(10)에서 공급되는 에탄 또는 제2 연료저장탱크(50)에서 공급되는 액화천연가스를 가압한다. 구체적으로, 하이브리드 펌프(80)는, 제2 연료공급라인(51) 상에 구비되며, 1차적으로 가압된 에탄 또는 1차적으로 가압된 액화천연가스를 2차적으로 가압하여 에탄 또는 액화천연가스를 고압의 상태로 만들 수 있다.

하이브리드 열교환기(90)는, 하이브리드 펌프(80)에서 가압된 에탄 또는 액화천연가스를 가열한다. 구체적으로, 하이브리드 열교환기(90)는 제2 연료공급라인(51) 상에 구비되며, 하이브리드 펌프(80)에서 고압으로 가압된 에탄 또는 액화천연가스를 수요처(20)로 공급할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에서는, 하이브리드 펌프(80)와 제1 연료저장탱크(10) 또는 제2 연료저장탱크(50) 사이에 에탄 또는 액화천연가스를 임시로 저장하는 임시저장탱크(도시하지 않음)를 구비할 수 있다.

임시저장탱크는 1차 가압된 에탄 또는 1차 가압된 액화천연가스를 동시에 또는 이시에 저장할 수 있으며, 에탄과 액화천연가스의 압력이 동일하게 조절할 수 있도록 압력 용기형일 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에서는, 제1 연료저장탱크(10)에 저장된 에탄이 우선적으로 하이브리드 펌프(80)에 공급될 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 제1 연료저장탱크(10)에 저장된 에탄과 제2 연료저장탱크(50)에 저장된 액화천연가스가 동시에 또는 이시에 하이브리드 펌프(80)로 공급될 수 있다.

따라서, 본 발명의 제2 실시예에서는, 하이브리드 처리 시스템(4)을 구비하여, 에탄과 액화천연가스를 하이브리드 펌프(80)의 상류에서 합류된 상태에서 하이브리드 펌프(80)로 공급되도록 함으로써, 펌프 또는 열교환기를 이중으로 구비할 필요가 없어 시스템의 구축비용이 절감되는 효과가 있으며, 고압으로 가압하기 전에 에탄 또는 액화천연가스가 합류되므로, 에탄 또는 액화천연가스의 공급을 쉽게 조절할 수 있는 효과가 있다.

이와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(200)은, 에탄 처리 시스템(2) 및 액화천연가스 처리 시스템(3)을 함께 구비하여 에탄 또는 액화천연가스를 동시 또는 이시에 사용할 수 있음으로써, 선박(1)의 추진연료의 공급이 유연해지는 효과가 있으며, 연료에 대한 선주의 선택 유연성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 탑재한 선박의 개념도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(300)은, 제1 연료 처리 시스템(2), 제2 연료 처리 시스템(3), 하이브리드 처리 시스템(4) 및 수요처(20)를 포함한다.

본 발명의 제3 실시예에서 각 구성은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(100)에서의 구성과 편의상 동일한 도면 부호를 사용하나 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

본 발명의 제3 실시예에서 제1 연료 처리 시스템(2), 제2 연료 처리 시스템(3) 및 하이브리드 처리 시스템(4)은, 본 발명의 제2 실시예에서의 구성과 동일하거나 또는 유사하므로 이에 갈음하도록 한다.

다만, 제2 연료 처리 시스템(3)은 제2 보조 펌프(61)가 생략되고 제2 연료저장탱크(50)의 구비 위치가 상이한 바 이에 대해서는 하기에 상세하게 기술하도록 한다.

본 발명의 제3 실시예에서는 제2 연료 저장탱크(50)가 선박(1)의 데크 상부(1b)에 구비된다. 구체적으로, 제2 연료 저장탱크(50)는, C-type 형태의 저장탱크일 수 있으며 착탈식 형태를 가질 수 있고, 선박(1)의 데크 상부(1b)에 구비될 수 있다.

C-type 형태의 저장탱크는, 저장물의 압력을 제어하여 액체 상태로 저장되도록 구성될 수 있으며, 2차 방벽이 존재하지 않는다. 보통 C-type형태의 저장탱크는 200bar에서 250bar로 저장물을 가압하여 액화시킨 상태로 저장한다.

제2 연료 저장탱크(50)는 상기와 같은 C-type형태의 저장탱크가 복수 개 구비되어 선박(1)의 데크 상부(1b)에 구비될 수 있으며, 이를 통해서 본 발명의 제3 실시예에서는 액화천연가스를 공급하는 제2 보조 펌프(61)를 생략할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제3 실시예에서는 제2 보조 펌프(61)를 생략할 수 있어 시스템의 구축 비용이 절감되는 효과가 있으며, 구축 필요 공간이 적게들어 선박(1)의 공간 활용을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 실시예에서는, 종래에 선박(1)의 데크 하부(1c)에 구비되었던 제2 연료 저장탱크(50)를 선박(1)의 데크 상부(1b)에 구비함으로써, 선박(1)의 데크 하부(1c)의 잉여공간을 에탄을 추가 저장하는데 사용할 수 있어 공간의 극대화를 이룰 수 있다.

이와 같이 본 발명의 제3 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(300)은, 에탄 처리 시스템(2) 및 액화천연가스 처리 시스템(3)을 함께 구비하여 에탄 또는 액화천연가스를 동시 또는 이시에 사용할 수 있음으로써, 선박(1)의 추진연료의 공급이 유연해지는 효과가 있으며, 연료에 대한 선주의 선택 유연성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템을 탑재한 선박의 개념도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(400)은, 제1 연료 처리 시스템(2), 제2 연료 처리 시스템(3) 및 수요처(20)를 포함한다.

본 발명의 제4 실시예에서 각 구성은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(100)에서의 구성과 편의상 동일한 도면 부호를 사용하나 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

본 발명의 제4 실시예에서 제1 연료 처리 시스템(2), 제2 연료 처리 시스템(3)은, 본 발명의 제1 실시예에서의 구성과 동일하거나 또는 유사하므로 이에 갈음하도록 한다.

다만, 제2 연료 처리 시스템(3)은 제2 보조 펌프(61)가 생략되고 제2 연료저장탱크(50)의 구비 위치가 상이하나 이에 대해서는 본 발명의 제3 실시예에서 상세하게 설명하였으므로, 이에 갈음하도록 한다.

이와 같이 본 발명의 제4 실시예에 따른 액화가스 처리 시스템(400)은, 에탄 처리 시스템(2) 및 액화천연가스 처리 시스템(3)을 함께 구비하여 에탄 또는 액화천연가스를 동시 또는 이시에 사용할 수 있음으로써, 선박(1)의 추진연료의 공급이 유연해지는 효과가 있으며, 연료에 대한 선주의 선택 유연성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 선박 1a: 데크
1b: 데크 상부 1c: 데크 하부
2: 제1 연료 처리 시스템 3: 제2 연료 처리 시스템
4: 하이브리드 처리 시스템 10: 제1 연료 저장탱크
11: 제1 연료 공급 라인 12: 제1 압력조절수단
20: 수요처 30: 제1 펌프
31: 제1 보조 펌프 32: 제1 메인 펌프
40: 제1 열교환기 50: 제2 연료 저장탱크
51: 제2 연료 공급 라인 52: 제2 압력조절수단
60: 제2 펌프 61: 제2 보조 펌프
62: 제2 메인 펌프 70: 제2 열교환기
80: 하이브리드 펌프 90: 하이브리드 열교환기
100,200,300,400: 제1,2,3,4 실시예의 액화가스 처리 시스템

Claims

에탄을 저장하는 제1 연료저장탱크;
선박의 데크 상부에 구비되며 에탄 외의 연료를 저장하는 제2 연료저장탱크;
상기 제1 연료저장탱크에서 에탄을 토출시키는 보조펌프;
상기 제1 연료저장탱크에서 공급되는 에탄 또는 상기 제2 연료저장탱크에서 공급되는 연료를 가압하는 메인 펌프; 및
상기 메인 펌프에서 가압된 에탄 또는 연료를 가열하는 열교환기를 포함하고,
상기 열교환기에서 가열된 에탄 또는 연료가 수요처로 공급되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 연료저장탱크에서 공급되는 에탄 또는 상기 제2 연료저장탱크에서 공급되는 연료는,
상기 메인 펌프로 공급되기 전에 합류되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 메인 펌프는,
상기 제1 연료저장탱크에서 공급되는 에탄을 가압하는 제1 메인펌프;
상기 제2 연료저장탱크에서 공급되는 연료를 가압하는 제2 메인펌프를 포함하고,
상기 열교환기는,
상기 제1 메인 펌프에서 가압된 에탄을 가열하는 제1 열교환기; 및
상기 제2 메인 펌프에서 가압된 연료를 가열하는 제2 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 열교환기에서 가열된 에탄 또는 상기 제2 열교환기에서 가열된 연료가 상기 수요처로 공급되기 전에 합류되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 수요처는,
고압가스분사엔진(ME-GI)인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 에탄 외의 연료는,
액화천연가스(LNG) 인 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 연료저장탱크와 상기 수요처를 연결하는 제1 연료공급라인; 및
상기 제2 연료저장탱크와 상기 수요처를 연결하는 제2 연료공급라인을 더 포함하고,
상기 제1 메인펌프 또는 상기 제1 열교환기는, 상기 제1 연료공급라인 상에 구비되고,
상기 제2 메인펌프 또는 상기 제2 열교환기는, 상기 제2 연료공급라인 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 연료저장탱크와 상기 메인 펌프를 연결하는 제1 연료공급라인; 및
상기 제2 연료저장탱크와 상기 수요처를 연결하는 제2 연료공급라인을 더 포함하고,
상기 제1 연료공급라인은 상기 제2 연료공급라인 상의 상기 제2 연료저장탱크와 상기 메인 펌프 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 수요처로 공급되는 에탄 또는 연료는,
동시 또는 이시에 공급되는 것을 특징으로 하는 액화가스 처리 시스템.