KR20190073971A - 가스 처리 시스템 및 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 처리 시스템 및 선박에 관한 것으로서, 액화가스 저장탱크의 액화가스를 선박에 마련되는 엔진으로 공급하기 위해 열매를 이용하여 가열하는 열교환기; 상기 엔진에서 사용되는 냉각수를 이용하여 열매를 가열하는 열매 히터를 갖고, 상기 열교환기에 열매를 공급하는 열매 공급부; 및 상기 엔진에서 상기 열매 히터로 냉각수를 전달하는 냉각수 전달부를 포함하며, 상기 냉각수 전달부는, 상기 엔진에서 상기 열매 히터로 전달되는 냉각수를 가열하는 히트 부스팅 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 처리 시스템 및 선박{Gas treatment system and ship having the same}
본 발명은 가스 처리 시스템 및 선박에 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 엔진이나 가스 터빈 등을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 가솔린 또는 디젤 등의 오일 연료를 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 하고, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하며, 반면 가스 터빈은 압축 공기와 함께 연료를 연소시키고, 연소 공기의 온도/압력을 통해 터빈 날개를 회전시킴으로써 발전하여 프로펠러에 동력을 전달하는 방식을 사용한다.
그러나 최근에는, 액화가스의 일종인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진이나 터빈 등의 수요처를 구동하는 LNG 연료공급 방식이 사용되고 있으며, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하기 때문에, 수요처의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
그러나 아직까지는 디젤과 같은 오일 연료를 이용하는 종래의 경우와 대비할 때, 가스 연료인 LNG를 이용하는 경우에서 해결해야 하는 문제들이 다수 존재하는 상황이어서, 청정연료인 LNG를 이용하여 선박 내의 수요처에 공급하는 기술에 대해 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진 냉각수를 이용하여 액화가스를 가열할 때, 엔진 동작 여부와 무관하게 안정적인 액화가스 가열이 가능하도록 하는 가스 처리 시스템 및 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 액화가스 저장탱크의 액화가스를 선박에 마련되는 엔진으로 공급하기 위해 열매를 이용하여 가열하는 열교환기; 상기 엔진에서 사용되는 냉각수를 이용하여 열매를 가열하는 열매 히터를 갖고, 상기 열교환기에 열매를 공급하는 열매 공급부; 및 상기 엔진에서 상기 열매 히터로 냉각수를 전달하는 냉각수 전달부를 포함하며, 상기 냉각수 전달부는, 상기 엔진에서 상기 열매 히터로 전달되는 냉각수를 가열하는 히트 부스팅 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 히트 부스팅 유닛은, 상기 엔진의 가동이 기설정 부하 이하일 경우 또는 가동 정지 시 상기 냉각수를 가열할 수 있다.
구체적으로, 상기 엔진에서 배출되는 냉각수를 냉각하여 상기 엔진으로 리턴시키는 냉각수 순환부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 냉각수 순환부는, 상기 엔진에서 배출되는 냉각수를 상기 엔진으로 리턴시키는 냉각수 순환라인; 상기 냉각수 순환라인에 마련되며 냉각수를 냉각하는 냉각수 쿨러; 및 상기 냉각수 순환라인에 마련되며 냉각수를 펌핑하는 냉각수 순환펌프를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 냉각수 전달부는, 상기 냉각수 순환라인에서 분기되어 상기 열매 히터를 경유한 뒤 상기 냉각수 순환라인으로 연결되는 냉각수 전달라인; 상기 냉각수 전달라인에 마련되며 냉각수를 펌핑하는 냉각수 부스터 펌프; 및 상기 냉각수 순환라인 또는 상기 냉각수 전달라인에 마련되어 상기 냉각수 전달라인의 흐름을 제어하는 냉각수 전달밸브를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 냉각수 전달부는, 상기 냉각수 전달라인에서 냉각수가 상기 열매 히터를 우회하도록 마련되는 히터 우회라인; 및 상기 히터 우회라인의 흐름을 제어하는 히터 우회밸브를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 히트 부스팅 유닛은, 상기 냉각수 전달라인에서 상기 열매 히터의 상류에 마련될 수 있다.
구체적으로, 상기 엔진의 스탠바이 시 상기 냉각수 전달부는, 상기 냉각수 전달밸브 및 상기 히터 우회밸브를 조절하여 상기 냉각수 순환부의 냉각수가 상기 히터 부스팅 유닛을 거쳐 상기 열매 히터를 우회한 뒤 상기 냉각수 순환부로 리턴되도록 하여, 상기 히터 부스팅 유닛을 통해 냉각수를 프리 히팅하여 상기 냉각수 순환부에서 상기 냉각수 프리히터가 생략되도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 엔진이 액화가스 외의 연료로 가동 시 상기 냉각수 전달부는, 상기 냉각수 전달밸브 및 상기 히터 우회밸브를 조절하여 상기 냉각수 순환부의 냉각수가 상기 히터 부스팅 유닛을 거쳐 상기 열매 히터를 우회한 뒤 상기 냉각수 순환부로 리턴되도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 엔진이 액화가스로 가동 시 상기 냉각수 전달부는, 상기 냉각수 전달밸브 및 상기 히터 우회밸브를 조절하여 상기 냉각수 순환부의 냉각수가 상기 히터 부스팅 유닛과 상기 열매 히터를 차례로 거친 뒤 상기 냉각수 순환부로 리턴되도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 냉각수 순환부는, 상기 냉각수 순환라인에서 상기 냉각수 전달라인의 합류점의 하류로부터 상기 냉각수 전달라인의 분기점의 상류로 연결되는 보조 냉각수 순환라인; 및 상기 보조 냉각수 순환라인의 흐름을 제어하는 보조 냉각수 순환밸브를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 엔진이 정지 시, 상기 냉각수 전달부는, 상기 냉각수 전달밸브 및 상기 히터 우회밸브를 조절하여 상기 냉각수 순환부의 냉각수가 상기 히터 부스팅 유닛과 상기 열매 히터를 차례로 거친 뒤 상기 냉각수 순환부로 리턴되도록 하며, 상기 냉각수 순환부는, 상기 보조 냉각수 순환밸브를 조절하여 상기 열매 히터를 거친 냉각수가 상기 엔진을 우회하여 상기 냉각수 전달부로 리턴되도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 냉각수 순환부는, 상기 냉각수 순환라인에서 상기 냉각수 쿨러의 상류에 마련되며 상기 엔진에서 배출되는 고온의 냉각수를 이용하여 해수로부터 청수를 생성하는 청수 생성기를 더 포함하며, 상기 엔진이 정지 시 상기 냉각수 순환부는, 상기 보조 냉각수 순환밸브를 조절하여 상기 히트 부스팅 유닛을 거친 냉각수가 상기 청수 생성기를 거친 뒤 엔진을 우회하여 상기 냉각수 전달부로 리턴되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 가스 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가스 처리 시스템 및 선박은, 엔진 냉각수(Jacket cooling water)를 활용하여 액화가스의 열매를 가열하되, 엔진이 동작하지 않는 경우 냉각수가 열매의 가열에 활용될 수 없는 문제를 해소하여, 액화가스 공급의 안정성을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 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. 이하에서는 본 발명의 가스 처리 시스템에 대해 설명하며, 본 발명은 가스 처리 시스템과 이를 가지는 선박을 포함하는 것이다.
이때 선박은 액화가스를 적재하는 액화가스 운반선 외에도 컨테이너선 등 선종을 제한하지 않는 일반상선이거나, FSRU, FLNG 등의 해양 플랜트를 모두 포괄하는 의미로 사용됨을 알려둔다.
또한 선박은 액화가스를 적재하거나 연료로 사용하기 위하여 공급받는 선박 외에도, 액화가스를 다른 선박이나 육상 등으로 공급하기 위한 벙커링 선박(bunkering vessel)도 포괄할 수 있다.
이하 본 명세서에서, 액화가스는 LNG 또는 LPG, 에틸렌, 암모니아 등과 같이 일반적으로 액체 상태로 보관되는 모든 가스 연료를 포괄하는 의미로 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 1은 액화가스 흐름 관점에서 나타낸 개념도이고, 도 2 내지 도 5는 냉각수 흐름 관점에서 나타낸 개념도이다.
또한 도 2는 엔진(50)이 액화가스 외의 연료(디젤 등)로 가동하는 경우를 나타내고, 도 3은 엔진(50)이 액화가스로 가동하는 경우를 나타내며, 도 4는 엔진(50)이 정지되는 경우를 나타낸다. 또한 도 5는 프리 부스팅 유닛을 이용한 냉각수 프리 히팅을 나타낸다. 참고로 도 2 및 도 3은 운항 중인 경우(at Normal Sea Going condition)이고 도 4 및 도 6는 항구 접안 중인 경우(at Port condition)일 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 액화가스 저장탱크(10), 액화가스 펌프(20), 열교환기(30), 열매 공급부(40), 냉각수 순환부(60), 냉각수 전달부(70)를 포함한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 비등점이 상온보다 낮은 가스를 액화시켜서 극저온 상태로 저장할 수 있다. 액화가스 저장탱크(10)는 멤브레인형, 독립형, 압력용기형 등의 타입으로 이루어질 수 있지만 특별히 한정되지 않는다.
액화가스 저장탱크(10)는 선박이 액화가스 운반선인 경우 선박의 선내에 복수 개로 마련될 수 있으며, 선박이 컨테이너선 등과 같이 액화가스 운반선을 제외한 일반 상선인 경우 상갑판 상부에 마련되거나 엔진룸 내부, 선실 하부 등의 제한되지 않는 다양한 위치에 하나 이상 배치될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에 저장되어 있는 액상의 액화가스는, 엔진(50)의 연료로 사용된다. 엔진(50)은 선박에 마련되며 선박을 추진시키는 추진기관일 수 있다. 다만 선박이 전기추진 방식일 경우 엔진(50)은 발전엔진일 수 있으며, 엔진(50)은 용어로 그 의미가 한정되지 않고 터빈 등을 포함하는 개념일 수 있다.
즉 본 명세서에서 엔진(50)은 액화가스를 소비하여 동력 등의 에너지를 발생시키는 기관을 모두 포괄한다. 다만 본 명세서에서 엔진(50)은, 냉각수가 필요한 기관으로 제한 해석될 수 있다.
물론 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 엔진(50) 외에도 가스보일러(51), 발전엔진(51)(위 엔진(50)이 추진엔진인 경우) 등과 같이 다른 수요처에서도 소비될 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에서 엔진(50)까지는 액화가스 공급라인(12)이 마련될 수 있으며, 액화가스 공급라인(12)의 일단에는 이송펌프(11)가 마련된다. 이때 이송펌프(11)는 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 잠겨있는 잠형 펌프일 수 있지만, 액화가스 저장탱크(10) 내부에 마련될 수도 있다.
액화가스 펌프(20)는, 액화가스 공급라인(12)에 마련되며 엔진(50)의 요구 압력에 맞게 액화가스를 가압한다. 다만 이송펌프(11)에 의해 가압되어 액화가스 공급라인(12)으로 배출된 액화가스의 압력이 엔진(50)의 요구 압력에 대응되는 경우, 액화가스 펌프(20)는 생략될 수 있다.
반대로 엔진(50)이 고압 엔진인 경우, 액화가스 펌프(20)는 이송펌프(11)에 의해 가압된 액화가스를 2차로 가압할 수 있으며, 액화가스 펌프(20)는 액화가스를 일례로 200bar 이상으로 가압하는 고압 펌프일 수 있다.
열교환기(30)는, 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스를 선박에 마련되는 엔진(50)으로 공급하기 위해 가열한다. 액화가스는 액상을 유지하기 위해 극저온 상태로 액화가스 저장탱크(10)에 저장되어 있을 수 있는데, 엔진(50)이 요구하는 액화가스의 온도는 적어도 0도 이상(일례로 20 내지 40도)일 수 있다.
따라서 열교환기(30)는 액화가스 공급라인(12)에서 액화가스 펌프(20)의 하류에 마련되어, 엔진(50)의 요구 압력까지 가압된 액화가스를 열매로 가열해서 엔진(50)의 요구 온도로 맞춰줄 수 있다.
열교환기(30)가 이용하는 열매는 특별히 제한되지 않으나, 다만 본 명세서에서 편의상 열매는 글리콜 워터인 것으로 보고 설명한다.
열교환기(30)는 적어도 2개의 유로를 갖는 구조를 이루는 플레이트 타입일 수 있으며, 하나의 유로는 액화가스 공급라인(12)과 나란하고, 다른 유로는 열매 공급부(40)의 열매 공급라인(41)과 나란할 수 있다.
물론 열교환기(30)의 타입은 상기로 한정되지 않으며, 일례로 열교환기(30)는 PCHE 타입 등일 수도 있다. 즉 열교환기(30)는 글리콜 워터를 이용하여 액화가스를 충분히 가열해줄 수 있는 다양한 구조로 이루어질 수 있다.
열매 공급부(40)는, 열교환기(30)에 열매를 공급한다. 열매 공급부(40)는 열교환기(30)의 유로에 연결되는 열매 공급라인(41)을 포함하며, 열매 공급라인(41) 상에 마련되는 열매 히터(42), 열매 펌프(43), 열매 탱크(44) 등을 포함한다.
열매 히터(42)는, 열매를 가열한다. 열매는 열교환기(30)에서 액화가스와 열교환하면서 냉각되는데, 열매 공급부(40)는 냉각된 열매를 가열해 열교환기(30)로 순환시킬 수 있다.
열매 히터(42)가 열매를 가열하기 위해 사용하는 열원은 엔진(50)에서 사용되는 냉각수일 수 있으며, 냉각수는 Jacket cooling water 등일 수 있다. 냉각수는 엔진(50)에서 고온 상태로 배출될 수 있는데, 이때 냉각수에 포함된 열이 열매의 가열에 사용될 수 있다.
열매 펌프(43)는, 열매를 이송한다. 열매는 열교환기(30)에서 저온 상태로 배출되며, 열매 펌프(43)에 의해서 열매 히터(42)로 이송될 수 있다. 이때 열매 펌프(43)는 부하 저감 및 백업 등을 이유로 복수 개가 병렬/직렬로 마련될 수 있다.
열매 탱크(44)는, 열매를 임시 저장한다. 열교환기(30)에서 배출된 열매는 열매 탱크(44)에 임시로 저장되었다가 열매 펌프(43)를 통해 열매 히터(42)로 유입될 수 있는데, 열매 탱크(44)는 열매 펌프(43)로 전달되는 열매의 유량을 안정적으로 유지해 열매 펌프(43)를 보호할 수 있다.
또한 열매 탱크(44)를 통해 열매 공급라인(41)에 외부로부터 열매가 보충될 수 있으며, 열매 탱크(44)는 열매 공급라인(41)을 따라 흐르는 열매의 압력을 적절하게 조절할 수 있다.
열매 공급부(40)는 보조 열매 히터(421)를 더 포함한다. 보조 열매 히터(421)는 스팀 등을 이용하여 열매를 가열해줄 수 있다. 종래의 경우에는 스팀을 이용해 열매를 가열하는 히터만을 구비하였는데, 본 실시예는 엔진(50)의 냉각수를 이용해 열매를 메인으로 가열하는 열매 히터(42)를 둠에 따라, 스팀으로 열매를 가열하는 히터를 보조 열매 히터(421)로 둘 수 있다.
물론 이하에서 서술하겠지만 본 실시예는 엔진(50) 작동과 무관하게 냉각수를 이용해 열매를 안정적으로 가열할 수 있으므로, 보조 열매 히터(421)는 생략될 수 있다.
따라서 본 실시예는 스팀을 이용하기 위해 보조보일러(Aux. Boiler)를 구비하거나, 보조보일러 가동을 위한 펌프나 팬 등의 부수장비 설치나 제어 등이 생략되거나 최소화될 수 있고, 발전 부하의 추가 상승을 억제할 수 있다.
열매 공급라인(41)에는 열매 히터(42) 및/또는 보조 열매 히터(421)를 우회할 수 있는 열매 우회라인(411)이 마련될 수 있으며, 열매 우회라인(411)은 일부의 열매가 열매 히터(42) 등을 우회한 후 열매 히터(42)를 거친 열매와 열교환기(30)의 상류에서 혼합되도록 함으로써, 열교환기(30)로 유입되는 열매의 온도를 조절하는데 사용될 수 있다.
냉각수 순환부(60)는, 엔진(50)에서 배출되는 냉각수를 냉각하여 엔진(50)으로 리턴시킨다. 냉각수 순환부(60)는 냉각수 순환라인(61), 냉각수 쿨러(62), 냉각수 순환펌프(63), 청수 생성기(64)를 포함한다.
냉각수 순환라인(61)은, 엔진(50)에서 냉각수가 배출되는 배출단으로부터, 엔진(50)으로 냉각수가 유입되는 유입단까지 연결되어 있을 수 있다. 즉 냉각수 순환라인(61)은 엔진(50)을 사이에 두고 냉각수가 순환하는 폐루프를 이루어서, 엔진(50)에서 배출되는 냉각수를 엔진(50)으로 리턴시킬 수 있다.
냉각수 순환라인(61)에는 후술할 냉각수 전달라인(71)이 분기/합류될 수 있으며, 또한 냉각수 순환라인(61)의 일부와 병렬로 구비되는 보조 냉각수 순환라인(65)이 마련될 수 있다. 보조 냉각수 순환라인(65)의 흐름은 보조 냉각수 순환밸브(651)에 의해 제어되는데, 보조 냉각수 순환밸브(651)는 히트 부스팅 유닛(73)을 이용한 냉각수 프리히팅을 위해 개도가 조절될 수 있다.
냉각수 쿨러(62)는, 냉각수 순환라인(61)에 마련되며 냉각수를 냉각한다. 이때 냉각수 쿨러(62)는 냉각수를 선박 내에 마련되는 센트럴 청수 쿨러(Central F.W. cooler)로 냉각수를 전달하는 방법 등을 통해 간접적으로 냉각수를 냉각시킬 수 있으며, 냉각수는 해수 등의 제한되지 않는 냉매에 의하여 냉각될 수 있따.
냉각수 순환라인(61)에서 냉각수 쿨러(62)의 상류에는 삼방밸브 등의 형태인 쿨러 우회밸브(611)가 마련되어 적어도 일부의 냉각수가 냉각수 쿨러(62)를 우회하여 엔진(50)으로 회수되도록 할 수 있다.
냉각수 순환펌프(63)는, 냉각수 순환라인(61)에 마련되며 냉각수를 펌핑한다. 냉각수 순환펌프(63)는 열매 펌프(43)와 유사하게 복수 개가 직렬/병렬로 마련될 수 있다. 냉각수 순환펌프(63)는 엔진(50)에서 배출되어 냉각수 쿨러(62) 등을 경유한 냉각수를 엔진(50)으로 리턴시킬 수 있다.
청수 생성기(64)는, 냉각수 순환라인(61)에서 냉각수 쿨러(62)의 상류에 마련되며, 엔진(50)에서 배출되는 고온의 냉각수를 이용하여 해수로부터 청수를 생성한다. 청수 생성기(64)는 해수를 냉각수의 고열로 가열해 염분 등의 불순물만 남기고 청수 성분을 증류시켜 분리할 수 있다.
냉각수 순환라인(61)에는 냉각수 프리히터(66)가 마련될 수 있다. 엔진(50)이 가동 중인 경우에는 냉각수가 적절한 온도를 갖고 순환될 수 있지만, 엔진(50)이 가동하기 전의 경우에는 냉각수의 온도가 엔진(50)에서 필요로 하는 온도보다 낮을 수 있다.
따라서 냉각수 순환라인(61)에 마련되는 냉각수 프리히터(66)는, 엔진(50)의 가동 전에 냉각수를 가열하여 엔진(50)으로 주입할 수 있으며, 이때 열원은 특별히 한정되지 않는다.
그런데 본 실시예는, 냉각수를 이용하여 액화가스 가열용 열매를 가열하면서도, 냉각수가 충분한 열을 가질 수 있도록 냉각수를 가열하는 히트 부스팅 유닛(73)을 마련하기 때문에, 냉각수 프리히터(66)는 생략될 수 있다. 이에 대해서는 이하에서 자세히 설명하도록 한다.
냉각수 전달부(70)는, 엔진(50)에서 열매 히터(42)로 냉각수를 전달한다. 냉각수는 엔진(50)을 순환하도록 마련되지만 고열을 내포하고 있는바, 본 실시예는 냉각수에 포함된 열을 액화가스의 가열에 활용할 수 있다.
냉각수 전달부(70)는, 냉각수 전달라인(71), 냉각수 부스터 펌프(72), 히트 부스팅 유닛(73)을 포함한다.
냉각수 전달라인(71)은, 냉각수 순환라인(61)에서 분기되어 열매 히터(42)를 경유한 뒤 냉각수 순환라인(61)으로 연결된다. 냉각수 전달라인(71)은 냉각수 순환라인(61)에서 청수 생성기(64)의 상류로부터 분기될 수 있으며, 청수 생성기(64)의 상류에서 다시 냉각수 순환라인(61)에 합류될 수 있다.
이때 냉각수 순환라인(61)에서 냉각수 전달라인(71)의 분기점과 합류점 사이에는 냉각수 전달밸브(711)가 마련될 수 있는데, 냉각수 전달밸브(711)의 개폐 조절에 의하여 냉각수가 냉각수 전달부(70)로 유동하는 것이 제어될 수 있다.
물론 냉각수 전달밸브(711)는, 냉각수 전달라인(71)의 흐름을 제어하는 구성으로서 냉각수 순환라인(61) 및/또는 냉각수 전달라인(71) 등의 다양한 위치에 적어도 하나 이상 마련될 수 있다.
냉각수 순환라인(61) 상에는 냉각수 부스팅 펌프와 열매 히터(42)가 직렬로 마련될 수 있는데, 냉각수 부스팅 펌프와 열매 히터(42) 사이에는 히트 부스팅 유닛(73)이 마련될 수 있다.
냉각수 순환라인(61)에서 열매 히터(42)의 전후에는 열매 히터(42)를 우회하는 히터 우회라인(712)이 마련될 수 있다. 히터 우회라인(712)은, 액화가스의 소비가 필요하지 않아 액화가스가 열교환기(30)에서 가열될 필요가 없는 경우, 보조 열매 히터(421)만을 가동해야 하는 경우 등에서 냉각수가 열매 히터(42)로 전달되지 않도록 할 수 있다. 히터 우회라인(712)에는 냉각수가 열매 히터(42)를 우회하는 흐름을 제어하기 위해 히터 우회밸브(713)가 마련될 수 있다.
냉각수 부스터 펌프(72)는, 엔진(50)에서 배출된 냉각수를 열매 히터(42)로 전달한다. 냉각수 부스터 펌프(72)는 냉각수 순환펌프(63) 등과 동일/유사하게 복수 개가 직렬/병렬로 마련될 수 있다.
히트 부스팅 유닛(73)은, 엔진(50)에서 열매 히터(42)로 전달되는 냉각수를 가열한다. 냉각수는 엔진(50)에서 배출되면 충분히 고온 상태일 수 있지만, 엔진(50)이 가동하지 않는 경우 등에는 냉각수를 이용한 열매 가열이 불가능할 수 있다.
즉 열매 가열을 위해 활용되는 냉각수가 순환하는 엔진(50)이 동작하지 않는 경우에는 냉각수가 충분한 열을 갖지 못하므로, 앞서 언급한 보조 열매 히터(421)를 사용할 수밖에 없고, 이는 결국 보조보일러를 충분히 운용해야 하는 등의 불편함과 비용 증대와 같은 문제를 초래한다.
따라서 본 실시예는, 히트 부스팅 유닛(73)을 두어 엔진(50)의 가동이 기설정 부하 이하일 경우 또는 가동 정지 시, 냉각수를 가열하여 열매 히터(42)에 전달함으로써 열매가 문제없이 가열되도록 할 수 있다.
이를 위해 히트 부스팅 유닛(73)은, 냉각수 전달라인(71)에서 열매 히터(42)의 상류에 마련되며, 스팀을 이용하여 냉각수를 가열할 수 있다. 이 경우 본 실시예는, 엔진(50)의 정상 가동 시에는 고온의 냉각수를 이용하여 열매를 가열해 액화가스가 엔진(50)의 요구 온도에 도달할 수 있도록 하며, 다만 엔진(50)이 가동하지 않는 경우 등에만 히트 부스팅 유닛(73)을 활용하여, 열매를 가열하기 위해 스팀을 사용하는 것을 최소화할 수 있다.
또한 히트 부스팅 유닛(73)을 두면 엔진(50)의 가동 부하와 무관하게 냉각수가 일정 온도 이상이 되도록 할 수 있는바, 청수 생성기(64)가 최대 성능(Max capacity)을 항상 발휘할 수 있다. 따라서 본 실시예는 청수 생성기(64)의 capacity 및 운용 condition에 대한 제약조건을 완화시킬 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 5를 참고하여 엔진(50)의 가동 상태에 따라 달라지는 본 발명에서의 냉각수 흐름을 자세히 설명한다.
도 2를 먼저 참고하면, 엔진(50)이 액화가스 외의 연료(디젤 등)로 가동하는 경우, 냉각수는 냉각수 순환부(60)에 의하여 순환할 수 있다. 또한 엔진(50)의 가동 부하가 달라짐에 따라 냉각수 온도가 변화하면 청수 생성기(64)의 capacity가 불필요하게 변동되므로, 이를 해소하기 위해 냉각수 중 적어도 일부는 냉각수 전달부(70)로 전달되어 히트 부스팅 유닛(73)에 의해 가열된 후 청수 생성기(64)로 유입될 수 있다.
이때 냉각수 전달부(70)는, 냉각수 전달밸브(711) 및 히터 우회밸브(713)를 조절하여, 냉각수 순환부(60)의 냉각수가 히트 부스팅 유닛(73)을 거쳐 열매 히터(42)를 우회한 뒤 냉각수 순환부(60)로 리턴되도록 할 수 있다.
반면 도 3을 참고하면, 엔진(50)이 액화가스로 가동하는 경우, 냉각수는 엔진(50)에서 배출되어 냉각수 전달부(70)를 경유하여 엔진(50)으로 회수될 수 있다.
이때 냉각수 전달부(70)는, 냉각수 전달밸브(711) 및 히터 우회밸브(713)를 조절하여 냉각수 순환부(60)의 냉각수가 히트 부스팅 유닛(73)과 열매 히터(42)를 차례로 거친 뒤 냉각수 순환부(60)로 리턴되도록 한다.
히트 부스팅 유닛(73)은 냉각수의 가열 온도를 체크할 수 있는데, 일례로 히트 부스팅 유닛(73)은 냉각수 전달라인(71)을 통해 냉각수 순환라인(61)으로 합류되는 냉각수의 흐름 상에 마련되는 온도센서(714)로부터 냉각수의 온도를 전달받아, 히트 부스팅 유닛(73)으로 공급되는 스팀의 유량을 조절하는 스팀밸브(731)의 개도를 조절할 수 있다.
물론 히트 부스팅 유닛(73)이 냉각수의 온도를 적절하게 조절하는 방식은 상기로 한정되지 않는다. 다만 본 실시예는 히트 부스팅 유닛(73)을 이용하여 열매 히터(42)나 청수 생성기(64) 등으로 전달되는 냉각수의 온도를, 엔진(50)의 부하와 무관하게 일정하게 유지시킬 수 있다.
따라서 엔진(50)이 액화가스 외의 연료로 가동하거나 액화가스로 가동하는 경우 등에 대해서, 본 실시예는 청수 생성의 capacity를 최대화하거나 열매 히터(42)에서 열매가 원하는 온도로 적절히 가열되도록 할 수 있다.
도 4를 참고하면 엔진(50)이 정지 시, 냉각수 순환부(60)는 엔진(50)으로 냉각수를 순환시키지 않을 수 있다. 그런데 엔진(50) 외에 열교환기(30)에서 가열된 액화가스를 소비하는 다른 수요처(일례로 발전엔진(51)이나 가스보일러(51) 등)가 가동 중일 경우에는, 액화가스의 가열을 위해 고온의 냉각수가 필요하다.
따라서 이 경우 냉각수 전달부(70)는, 냉각수 전달밸브(711) 및 히터 우회밸브(713)를 조절하여 냉각수 순환부(60)의 냉각수가 히트 부스팅 유닛(73)과 열매 히터(42)를 차례로 거친 뒤 냉각수 순환부(60)로 리턴되도록 한다. 이러한 냉각수 전달부(70)의 동작은 엔진(50)이 액화가스로 가동하는 도 3의 경우와 동일/유사하다.
다만 도 3과 달리, 냉각수 순환부(60)는 보조 냉각수 순환밸브(651)를 조절하여 열매 히터(42)를 거친 냉각수가 엔진(50)을 우회하여 냉각수 전달부(70)로 리턴되도록 한다. 앞서 언급한 보조 냉각수 순환라인(65)은 냉각수 순환라인(61)에서 냉각수 전달라인(71)의 합류점의 하류(일례로 청수 생성기(64)의 하류)로부터 냉각수 전달라인(71)의 분기점의 상류로 연결될 수 있는데, 보조 냉각수 순환밸브(651)가 보조 냉각수 순환라인(65)의 흐름을 허용하게 되면, 냉각수는 히트 부스팅 유닛(73)에서 가열되어 열매 히터(42)에서 열매를 가열하는데 사용된 후, 냉각수 순환부(60)로 유입되더라도 엔진(50)으로 유입되지 않고 다시 냉각수 전달부(70)로 순환될 수 있다.
이 경우 히트 부스팅 유닛(73)에 의해 냉각수가 가열되므로, 열매 역시 문제없이 가열될 수 있고, 따라서 엔진(50)이 동작하지 않더라도 가스보일러(51) 등과 같은 수요처의 가동에는 지장이 없도록 할 수 있다.
또는 본 실시예는 엔진(50)이 정지 시 냉각수 순환부(60)는 보조 냉각수 순환밸브(651)를 조절하여 히트 부스팅 유닛(73)을 거친 냉각수가 청수 생성기(64)를 거친 뒤 엔진(50)을 우회하여 냉각수 전달부(70)로 리턴되도록 하여, 엔진(50)이 동작하지 않더라도 청수 생성기(64)의 운용이 가능할 수 있다.
도 5를 참조하면, 엔진(50)이 스탠바이(엔진(50)이 가동을 대기하는 경우) 시 냉각수는 냉각수 프리히터(66)에 의해 가열되어 엔진(50)으로 유입될 필요가 있다. 그러나 본 실시예는 냉각수 전달부(70)가 냉각수 전달밸브(711) 및 히터 우회밸브(713)를 조절하여 냉각수 순환부(60)의 냉각수가 히트 부스팅 유닛(73)을 거쳐 열매 히터(42)를 우회한 뒤 냉각수 순환부(60)로 리턴되도록 한다.
이 경우 히트 부스팅 유닛(73)을 통해 냉각수가 프리 히팅되고 쿨러 우회밸브(611)에 의해 냉각수 쿨러(62)를 우회하여 엔진(50)으로 유입될 수 있으므로, 냉각수 순환부(60)에는 냉각수 프리히터(66)가 생략될 수 있다. 물론 청수 생성기(64)의 가동 보장도 가능하다.
이와 같이 본 실시예는, 엔진(50)의 부하와 상관없이 엔진(50)에서 사용되는 냉각수를 이용하여 열교환기(30)에 열매를 안정적으로 공급할 수 있는 히트 부스팅 유닛(73)을 구비함에 따라, 엔진(50)의 부하 변동과 무관하게 액화가스 공급의 상시 운용이 가능하도록 하며, 스팀을 생성해야 하는 보조보일러의 동작 빈도를 최소화하고 발전 부하 상승요인을 최소화할 수 있다. 또한 본 실시예는 기존 장비들의 역할을 대체하거나 다른 장비의 운용에 도움을 줌으로써, 전체 시스템 효율의 극대화를 기대할 수 있다.
본 발명은 앞서 설명된 실시예 외에도, 상기 실시예와 공지기술의 조합에 의해 발생하는 실시예들을 모두 포괄한다.
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: 가스 처리 시스템 10: 액화가스 저장탱크
11: 이송펌프 12: 액화가스 공급라인
20: 액화가스 펌프 30: 열교환기
40: 열매 공급부 41: 열매 공급라인
411: 열매 우회라인 42: 열매 히터
421: 보조 열매 히터 43: 열매 펌프
44: 열매 탱크 50: 엔진
51: 발전엔진, 가스보일러 60: 냉각수 순환부
61: 냉각수 순환라인 611: 쿨러 우회밸브
62: 냉각수 쿨러 63: 냉각수 순환펌프
64: 청수 생성기 65: 보조 냉각수 순환라인
651: 보조 냉각수 순환밸브 66: 냉각수 프리히터
70: 냉각수 전달부 71: 냉각수 전달라인
711: 냉각수 전달밸브 712: 히터 우회라인
713: 히터 우회밸브 714: 온도센서
72: 냉각수 부스터 펌프 73: 히트 부스팅 유닛
731: 스팀밸브

Claims (14)

  1. 액화가스 저장탱크의 액화가스를 선박에 마련되는 엔진으로 공급하기 위해 열매를 이용하여 가열하는 열교환기;
    상기 엔진에서 사용되는 냉각수를 이용하여 열매를 가열하는 열매 히터를 갖고, 상기 열교환기에 열매를 공급하는 열매 공급부;
    상기 엔진에서 상기 열매 히터로 냉각수를 전달하는 냉각수 전달부를 포함하며,
    상기 냉각수 전달부는,
    상기 엔진에서 상기 열매 히터로 전달되는 냉각수를 가열하는 히트 부스팅 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 히트 부스팅 유닛은,
    상기 엔진의 가동이 기설정 부하 이하일 경우 또는 가동 정지 시 상기 냉각수를 가열하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진에서 배출되는 냉각수를 냉각하여 상기 엔진으로 리턴시키는 냉각수 순환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 냉각수 순환부는,
    상기 엔진에서 배출되는 냉각수를 상기 엔진으로 리턴시키는 냉각수 순환라인;
    상기 냉각수 순환라인에 마련되며 냉각수를 냉각하는 냉각수 쿨러; 및
    상기 냉각수 순환라인에 마련되며 냉각수를 펌핑하는 냉각수 순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 냉각수 전달부는,
    상기 냉각수 순환라인에서 분기되어 상기 열매 히터를 경유한 뒤 상기 냉각수 순환라인으로 연결되는 냉각수 전달라인;
    상기 냉각수 전달라인에 마련되며 냉각수를 펌핑하는 냉각수 부스터 펌프; 및
    상기 냉각수 순환라인 또는 상기 냉각수 전달라인에 마련되어 상기 냉각수 전달라인의 흐름을 제어하는 냉각수 전달밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 냉각수 전달부는,
    상기 냉각수 전달라인에서 냉각수가 상기 열매 히터를 우회하도록 마련되는 히터 우회라인; 및
    상기 히터 우회라인의 흐름을 제어하는 히터 우회밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 히트 부스팅 유닛은,
    상기 냉각수 전달라인에서 상기 열매 히터의 상류에 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 엔진의 스탠바이 시 상기 냉각수 전달부는,
    상기 냉각수 전달밸브 및 상기 히터 우회밸브를 조절하여 상기 냉각수 순환부의 냉각수가 상기 히터 부스팅 유닛을 거쳐 상기 열매 히터를 우회한 뒤 상기 냉각수 순환부로 리턴되도록 하여, 상기 히터 부스팅 유닛을 통해 냉각수를 프리 히팅하여 상기 냉각수 순환부에서 상기 냉각수 프리히터가 생략되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 엔진이 액화가스 외의 연료로 가동 시 상기 냉각수 전달부는,
    상기 냉각수 전달밸브 및 상기 히터 우회밸브를 조절하여 상기 냉각수 순환부의 냉각수가 상기 히터 부스팅 유닛을 거쳐 상기 열매 히터를 우회한 뒤 상기 냉각수 순환부로 리턴되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 엔진이 액화가스로 가동 시 상기 냉각수 전달부는,
    상기 냉각수 전달밸브 및 상기 히터 우회밸브를 조절하여 상기 냉각수 순환부의 냉각수가 상기 히터 부스팅 유닛과 상기 열매 히터를 차례로 거친 뒤 상기 냉각수 순환부로 리턴되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  11. 제 5 항에 있어서, 상기 냉각수 순환부는,
    상기 냉각수 순환라인에서 상기 냉각수 전달라인의 합류점의 하류로부터 상기 냉각수 전달라인의 분기점의 상류로 연결되는 보조 냉각수 순환라인; 및
    상기 보조 냉각수 순환라인의 흐름을 제어하는 보조 냉각수 순환밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 엔진이 정지 시,
    상기 냉각수 전달부는, 상기 냉각수 전달밸브 및 상기 히터 우회밸브를 조절하여 상기 냉각수 순환부의 냉각수가 상기 히터 부스팅 유닛과 상기 열매 히터를 차례로 거친 뒤 상기 냉각수 순환부로 리턴되도록 하며,
    상기 냉각수 순환부는, 상기 보조 냉각수 순환밸브를 조절하여 상기 열매 히터를 거친 냉각수가 상기 엔진을 우회하여 상기 냉각수 전달부로 리턴되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 냉각수 순환부는, 상기 냉각수 순환라인에서 상기 냉각수 쿨러의 상류에 마련되며 상기 엔진에서 배출되는 고온의 냉각수를 이용하여 해수로부터 청수를 생성하는 청수 생성기를 더 포함하며,
    상기 엔진이 정지 시 상기 냉각수 순환부는, 상기 보조 냉각수 순환밸브를 조절하여 상기 히트 부스팅 유닛을 거친 냉각수가 상기 청수 생성기를 거친 뒤 엔진을 우회하여 상기 냉각수 전달부로 리턴되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 상기 가스 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.
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