KR20190114456A

KR20190114456A - 벙커링 선박

Info

Publication number: KR20190114456A
Application number: KR1020180037186A
Authority: KR
Inventors: 한상호; 이상봉
Original assignee: 한국조선해양 주식회사
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2019-10-10
Also published as: KR102438790B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박은, 본선(Receiving vessel)에 공급하기 위한 연료를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크에서 상기 본선의 연료탱크로 연결되는 벙커링 라인; 상기 본선의 연료탱크에 연료를 공급하는 벙커링 시 상기 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 회수하는 증발가스 회수라인; 상기 본선 또는 상기 저장탱크로부터 회수되는 증발가스를 이용하여 전력을 생산하는 발전기; 및 상기 발전기에서 생산된 전력을 저장하는 에너지 저장 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

벙커링 선박{BUNKERING VESSEL}

본 발명은 벙커링 선박에 관한 것이다.

최근 기술 개발에 따라 가솔린이나 디젤을 대체하여 액화천연가스(Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas) 등과 같은 액화가스를 널리 사용하고 있다.

액화천연가스는 가스전에서 채취한 천연가스를 정제하여 얻은 메탄을 냉각해 액화시킨 것이며, 무색ㆍ투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이다. 반면 액화석유가스는 유전에서 석유와 함께 나오는 프로판(C₃H₈)과 부탄(C₄H₁₀)을 주성분으로 한 가스를 상온에서 압축하여 액체로 만든 연료이다. 액화석유가스는 액화천연가스와 마찬가지로 무색무취이고 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 사용되고 있다.

이와 같은 액화가스는 지상에 설치되어 있는 액화가스 저장탱크에 저장되거나 또는 대양을 항해하는 운송수단인 선박에 구비되는 액화가스 저장탱크에 저장되는데, 액화천연가스는 액화에 의해 1/600의 부피로 줄어들고, 액화석유가스는 액화에 의해 프로판은 1/260, 부탄은 1/230의 부피로 줄어들어 저장 효율이 높다는 장점이 있다.

그러나 액화가스는 압력을 높이거나 온도를 낮추어 강제로 액화시킨 상태로 보관하기 때문에, 외부 열침투에 의한 상변화가 우려되어 액화가스 저장탱크의 단열성 확보가 중요하다. 다만, 액화가스 저장탱크가 완벽한 단열을 구현할 수는 없기 때문에, 액화가스 저장탱크에 저장되어 있는 일부 액화가스는, 외부로부터 전달되는 열에 의하여 기체인 증발가스로 상변화 하게 된다.

이때 기체로 상변화한 증발가스는 부피가 대폭 증가하므로 액화가스 저장탱크의 내부 압력을 높이는 요인이 되며, 액화가스 저장탱크의 내압이 액화가스 저장탱크가 견딜 수 있는 압력을 초과하게 되면 액화가스 저장탱크가 파손될 우려가 있다.

따라서 종래에는, 액화가스 저장탱크의 내압을 일정하게 유지하기 위해서, 필요 시 증발가스를 외부로 방출하여 액화가스 저장탱크의 내압을 낮추는 방법을 사용하였다. 또는 증발가스를 액화가스 저장탱크의 외부로 배출한 뒤, 별도로 구비한 재액화장치를 사용하여 액화시킨 후 다시 액화가스 저장탱크로 회수하였다.

그러나 증발가스를 단순히 외부로 방출하는 경우에는 외부 환경의 오염 문제가 발생할 수 있으며, 재액화장치를 사용할 경우에는 재액화장치를 구비하고 운영하기 위해 필요한 비용, 인력 등의 문제가 발생하게 된다. 따라서 외부 열침투에 의해 발생되는 증발가스의 효과적인 처리방법의 개발이 요구되는 실정이다.

또한, 액화가스 저장탱크는 비어 있는 동안 외부로부터의 자연적인 열침투에 의해 내부 온도가 주유되는 액화가스의 온도보다 높은 상태를 유지하고 있어, 주유원으로부터 액화가스를 액화가스 저장탱크에 벙커링(Bunkering)할 때, 액화가스 저장탱크 내부로 공급된 액화가스가 기화되어 다량의 증발가스(BOG: Boil off Gas)를 발생시키게 되는데, 기존에는 발생된 증발가스로 인해 증폭된 액화가스 저장탱크의 내부 압력을 낮춰 탱크의 파손 위험을 제거하기 위하여, 증발가스를 단순히 외부로 방출 또는 연소 처리하였으나, 증발가스를 전혀 활용하지 못하여 에너지 낭비가 발생한다는 문제점이 있었다. 따라서 액화가스 벙커링 시에 액화가스 저장탱크 내부에서 발생되는 증발가스의 효과적인 처리방법의 개발 또한 요구되는 실정이다.

본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 증발가스의 낭비가 없고, 선박의 공간이 낭비되지 않는 벙커링 선박을 제공하기 위한 것이다.

구체적으로, 상기 에너지 저장 시스템에 대한 전력 저장을 제어하는 전력 제어부를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 전력 제어부는, 상기 발전기에서 생산된 전력 중, 벙커링 시 상기 벙커링 선박에서 사용되는 전력을 제외한 나머지 중 적어도 일부의 전력을 에너지 저장 시스템에 전달할 수 있다.

구체적으로, 상기 전력 제어부는, 상기 본선으로부터 벙커링 시 필요 전력 정보를 전달받고, 상기 발전기에서 생산된 전력에서 상기 본선의 필요 전력을 제외한 나머지 중 적어도 일부를 에너지 저장 시스템에 전달할 수 있다.

구체적으로, 상기 전력을 상기 본선으로 전달하는 전력 공급라인을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 벙커링 선박은, 증발가스를 버리지 않아 연료의 낭비를 방지할 수 있으며, 본선에서 발생된 증발가스를 별도로 보관할 필요가 없어 증발가스 보관을 위한 공간이 생략될 수 있음은 물론, 증발가스의 재액화가 필요 없도록, 증발가스를 즉시 연료로 활용하여 전력을 생산할 수 있으므로, 재액화를 위한 장비를 구비할 필요가 없어, 선박의 제조비/건조시간 절감/단축할 수 있고, 증발가스를 이용하여 생산된 전력을 본선으로 전달하여 증발가스 및 전력의 낭비를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 벙커링 선박을 도시한 도면이다.

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 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 벙커링 선박을 도시한 도면이다. 여기서, 일 실시예와 다른 실시예는 압축기(15)의 위치가 달리 이루어지는 것이고, 다른 구성이 동일하게 적용될 수 있으므로, 중복되는 설명을 생략하고 함께 기술하도록 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 벙커링 선박(1)은, 저장탱크(11), 벙커링 라인(12), 증발가스 회수라인(13), 증발가스 전달라인(14), 압축기(15), 발전기(16), 전력 공급라인(17), 에너지 저장 시스템(18), 전력 제어부(19)를 포함한다.

여기서 벙커링 선박(1)은, 해상에 설치되는 주유원으로서, 액화가스를 운반하거나 액화가스를 연료로 사용하는 액화가스 운반선 또는 액화가스 추진선 등과 같은 본선(Receiving vessel)에 액화가스를 공급할 수 있으며, 벙커링 라인(12)에 의해 후술할 연료탱크(21)에 연결될 수 있다.

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. 그리고 LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 이러한 LNG로부터 발생되는 증발가스도 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

저장탱크(11)는, 본선(2)(Receiving vessel)에 공급하기 위한 연료를 저장할 수 있고 액체 상태의 액화가스를 저정하기는 하나 일정한 압력을 견딜 수 있도록 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.

이는 연료탱크(21)가 압력 탱크 형태를 가지는 것과 유사할 수 있다. 즉 저장탱크(11)가 벙커링 선박(1)에 마련되어 연료를 저장하는 반면, 연료탱크(21)는 본선(2)에 마련되어 연료를 저장하는 바와 같이, 저장탱크(11)와 연료탱크(21) 모두가 연료가스(액화가스)에 의한 압력을 견딜 수 있도록 마련되는 것이 유사하기 때문이다.

다만 저장탱크(11)는, 후술되는 벙커링 라인(12)을 통해 액화가스를 배출하는 반면, 연료탱크(21)는, 벙커링 라인(12)을 통해 액화가스를 공급받는 것에 차이가 있고, 증발가스에 의한 내압 상승에 따라 저장탱크(11)와 연료탱크(21)의 내압이 서로 상이할 수 있는 바와 같이, 압력 등의 상태가 서로 다르게 이루어질 수 있다. 또한, 저장탱크(11)에는, 액화가스를 배출하기 위한 펌프(도시하지 않음)가 마련되어 액화가스를 토출할 수도 있는 바와 같이 구성 관예의 유기적 관계가 상이할 수도 있다.

게다가 연료탱크(21)는, 저장탱크(11)로부터 액화가스를 공급받기 전까지 비어 있기 때문에, 액화가스가 비어 있는 동안에 외부로부터의 자연적인 열침투가 발생한다. 이에 따라 연료탱크(21)의 내부 온도가 액화가스의 온도(예를 들어, 액화가스가 LNG 액화가스일 경우 비등점이 -163℃)보다 높은 상태를 유지하고 있어, 저장탱크(11)로부터 액화가스를 연료탱크(21)에 벙커링(Bunkering)할 때, 연료탱크(21) 내부로 공급된 액화가스가 기화되면서 다량의 증발가스(BOG: Boil off Gas)가 발생되나, 후술되는 증발가스 회수라인(13)을 통해 증발가스가 회수되어 연료탱크(21)의 내압이 조절될 수 있다.

아울러, 저장탱크(11)에는 증발가스를 회수하기 위한 별도의 라인(11A)이 마련될 수도 있음은 물론이며, 라인(11A)은 저장탱크(11)로부터 발전기(16)까지 연결되어, 저장탱크(11)에서 발생된 증발가스를 배출시킬 수도 있다.

벙커링 라인(12)은, 저장탱크(11)로부터 연료탱크(21)가 액화가스를 공급받기 위하여 마련되는 것으로, 저장탱크(11)에서 본선(2)의 연료탱크(21)까지 또는 추가적인 보조 라인이 더해져 연결될 수 있다.

여기서 벙커링은, 간략하게 설명하면, 연료탱크(21)에 건조공기를 넣어 연료탱크(21)의 내부 수분을 제거하는 드라잉(Drying) 작업, 그리고 나서 연료탱크(21)에 불활성 가스를 채우는 이너팅(Inerting) 작업, 그리고 나서 불활성가스에 포함된 CO2를 제거하는 가싱 업(Gassing up)작업, 그리고 나서 연료탱크(21) 내부를 차가운 상태로 만드는 쿨 다운(Cool down) 작업을 하고, 마지막으로 연료탱크(21) 내부에 액화가스를 채우는 로딩(Loading) 작업을 통해 이루어질 수 있다.

이와 같은 벙커링을 통해, 저장탱크(11)로 연료탱크(21)로 액화가스가 공급되어, 연료탱크(21)가 액화가스로 채워질 수 있다.

물론 벙커링 라인(12)은, 매니폴드를 포함할 수 있어, 하나 이상의 저장탱크(11)로부터 하나 이상의 연료탱크(21)로 동시에 또는 개별로 벙커링을 수행할 수도 있는 바와 같이, 다양한 실시예가 가능하다.

증발가스 회수라인(13)은, 본선(2)의 연료탱크(21)에 연료를 공급하는 벙커링 시, 연료탱크(21)에서 발생하는 증발가스를 회수할 수 있다. 여기서 증발가스 회수라인(13)은, 연료탱크(21)에서 저장탱크(11)로 연결될 수 있다.

특히 본 명세서에서 증발가스의 회수는, 벙커링 이후 이루어지는 것이 아닌, 벙커링 작업과 동시에 이루어질 수 있어, 벙커링 선박(1)과 본선(2)의 연결 시간을 단축시켜 선박의 운항 효율을 향상시킬 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이 다량으로 발생된 증발가스는, 연료탱크(21)의 내부 압력을 과다 상승시켜 연료탱크(21)에 손상을 입힐 위험이 있으므로, 증발가스 회수라인(13)을 통해 연료탱크(21)로부터 증발가스를 배출시켜 연료탱크(21)의 내압을 조절할 수 있다.

또한, 회수된 증발가스는 후술되는 발전기(16)로 공급되어 연료로 이용될 수 있으므로, 저장탱크(11)로 회수되는 증발가스의 양이 과도해지는 것을 방지할 수 있다.

압축기(15)는, 증발가스 회수라인(13)에 마련될 수 있다.

일례로, 도 1을 참조하면, 압축기(15)는 증발가스 회수라인(13) 상에서 증발가스 전달라인(14)의 하류에 마련될 수 있고, 이와 달리, 도 2를 참조하면, 압축기(15)는 증발가스 전달라인(14)의 상류에 마련될 수도 있다.

이러한 압축기(15)는, 증발가스 회수라인(13) 상에서 증발가스를 가압하여 연료탱크(21)로부터 저장탱크(11)로 증발가스가 회수되도록 할 수 있으며, 더욱이 증발가스 전달라인(14)의 상류에 압축기(15)가 마련되는 경우에는 발전기(16)에서 요구되는 증발가스의 압력으로 높여 발전기(16)로 공급할 수도 있다.

한편 압축기(15)는, 증발가스 전달라인(14) 상에 마련될 수도 있으며, 이때 압축기(15)는 발전기(16)에서 요구하는 증발가스의 압력만을 맞추도록 이루어질 수도 있는 바와 같이 다양한 변형예가 가능하다.

증발가스 전달라인(14)은, 증발가스 회수라인(13)에서 분기되어 발전기(16)로 연결됨으로써, 발전기(16)로 증발가스를 공급할 수 있다.

여기서 증발가스 전달라인(14)에는 유량조절밸브(14A)가 마련될 수 있다. 유량조절밸브(14A)는, 저장탱크(11)로 회수되는 증발가스에 의해 저장탱크(11) 내압이 연료탱크(21) 내압보다 높게 유지되도록 개도를 조절할 수 있다.

예를 들어 증발가스 전달라인(14)을 경유하는 증발가스를 발전기(16)에 공급하지 않고 저장탱크(11)에 공급하면, 저장탱크(11) 내압이 계속 올라가게 된다. 이를 적용하여 연료탱크(21)의 내압보다 저장탱크(11)의 내압이 높게 유지되는 한도에서 유량조절밸브(14A)를 열어줄 수 있다. 이때 연료탱크(21)와 저장탱크(11)의 내압을 각각 측정하는 압력계(도시하지 않음)가 사용될 수도 있다.

이와 같이 유량조절밸브(14A)는, 증발가스 전달라인(14) 상에서 발전기(16)로 공급되는 증발가스의 유량을 조절하여 간접적으로 저장탱크(11)로 회수되는 증발가스의 유량을 조절할 수 있다. 즉 발전기(16)로 공급되는 증발가스의 양을 늘려 상대적으로 저장탱크(11)로 회수되는 증발가스의 양을 줄일 수 있다.

한편, 유량조절밸브(14A)는, 증발가스 회수라인(13) 상에서 증발가스 전달라인(14)이 분기되는 지점에 마련되는 삼방밸브로 이루어질 수도 있는 바와 같이, 다양한 변형예가 가능하다.

발전기(16)는 본선(2) 또는 저장탱크(11)로부터 회수되는 증발가스를 이용하여 전력을 생산할 수 있다.

즉 증발가스 회수라인(13)을 통해 본선(2)의 연료탱크(21)로부터 벙커링 선박(1)의 저장탱크(11)로 회수되는 증발가스 중, 증발가스 회수라인(13)에서 분기되는 증발가스 전달라인(14)을 통해 발전기(16)로 증발가스가 공급되도록 하여, 벙커링 시 연료탱크(21)에서 발생된 증발가스를 연료로 바로 활용할 수 있다.

물론, 별도의 라인(11A)을 통해 저장탱크(11)로부터 발전기(16)로 증발가스가 공급되어 연료로 이용될 수도 있다.

이때 발전기(16)에서 생산된 전력은, 추진용 발전용으로 이용되지 않고, 벙커링 선박(1) 및/또는 본선(2)의 전등과 같이 즉 제너럴 서비스에 이용될 수 있다.

전력 공급라인(17)은, 발전기(16)에서 생산된 전력을 본선(2)으로 전달할 수 있다.

이는 증발가스의 양이 과도하게 발생시, 즉 벙커링 선박(1)의 제너럴 서비스를 위한 전력의 양보다 전기가 많아질 경우, 발전기(16)를 통해 생산된 전력을 본선(2)에 공급함으로써 본선(2)의 제너럴 서비스를 위한 전력으로 활용하기 위함이며, 이는 전력 제어부(19)에 의해 제어될 수 있다.

에너지 저장 시스템(18)은, 발전기(16)에서 과잉 생산된 전력을 저장할 수 있으며, 저정된 전력을 필요시 송전하는 구성으로서, 전기를 모아두는 배터리와 배터리를 효율적으로 관리해 주는 관련 장치들이 포함될 수 있고, 리튬이온, 황산화나트륨 또는 바나듐레독스 등을 사용할 수 있다.

전력 제어부(19)는, 전력 전달을 제어 및/또는 전력 저장을 제어할 수 있다.

전력 제어부(19)가, 전력 공급라인(17)을 통한 전력의 전달을 조절하는 경우, 발전기(16)에서 생산된 전력 중, 벙커링 시 벙커링 선박(1)에서 사용되는 전력(제너럴 서비스)을 제외한 나머지 중 적어도 일부의 전력을 본선(2)으로 전달할 수 있다.

또한, 전력 제어부(19)는, 본선(2)으로부터 벙커링 시 필요 전력 정보를 전달받아 본선(2)의 필요 전력만큼 본선(2)으로 전달하고 나머지 중 적어도 일부를 에너지 저장 시스템(18)에 전달할 수 있다.

그리고 전력 제어부(19)는, 다른 예로 에너지 저장 시스템(18)에 대한 전력 저장을 제어할 수도 있다.

여기서 전력 제어부(19)는, 발전기(16)에서 생산된 전력 중, 벙커링 시 벙커링 선박(1)에서 사용되는 전력을 제외한 나머지 중 적어도 일부의 전력을 에너지 저장 시스템(18)에 전달할 수 있다.

또한, 전력 제어부(19)는, 본선(2)으로부터 벙커링 시 필요 전력 정보를 전달받고, 발전기(16)에서 생산된 전력에서 본선(2)의 필요 전력을 제외한 나머지 중 적어도 일부를 에너지 저장 시스템(18)에 전달할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 증발가스를 버리지 않아 연료의 낭비를 방지할 수 있으며, 본선(2)에서 발생된 증발가스를 별도로 보관할 필요가 없어 증발가스 보관을 위한 공간이 생략될 수 있음은 물론, 증발가스의 재액화가 필요 없도록, 증발가스를 즉시 연료로 활용하여 전력을 생산할 수 있으므로, 재액화를 위한 장비를 구비할 필요가 없어, 선박의 제조비/건조시간 절감/단축할 수 있고, 증발가스를 이용하여 생산된 전력을 본선(2)으로 전달하여 증발가스 및 전력의 낭비를 최소화할 수 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: 벙커링 선박 11: 저장탱크
12: 벙커링 라인 13: 증발가스 회수라인
14: 증발가스 전달라인 14A: 유량조절밸브
15: 압축기 16: 발전기
17: 전력 공급라인 18: 에너지 저장 시스템
19: 전력 제어부 2: 본선
21: 연료탱크

Claims

본선(Receiving vessel)에 공급하기 위한 연료를 저장하는 저장탱크;
상기 저장탱크에서 상기 본선의 연료탱크로 연결되는 벙커링 라인;
상기 본선의 연료탱크에 연료를 공급하는 벙커링 시 상기 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 회수하는 증발가스 회수라인;
상기 본선 또는 상기 저장탱크로부터 회수되는 증발가스를 이용하여 전력을 생산하는 발전기; 및
상기 발전기에서 생산된 전력을 저장하는 에너지 저장 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 벙커링 선박.
제1항에 있어서,
상기 에너지 저장 시스템에 대한 전력 저장을 제어하는 전력 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벙커링 선박.
제2항에 있어서, 상기 전력 제어부는,
상기 발전기에서 생산된 전력 중, 벙커링 시 상기 벙커링 선박에서 사용되는 전력을 제외한 나머지 중 적어도 일부의 전력을 에너지 저장 시스템에 전달하는 것을 특징으로 하는 벙커링 선박.
제2항에 있어서, 상기 전력 제어부는,
상기 본선으로부터 벙커링 시 필요 전력 정보를 전달받고, 상기 발전기에서 생산된 전력에서 상기 본선의 필요 전력을 제외한 나머지 중 적어도 일부를 에너지 저장 시스템에 전달하는 것을 특징으로 하는 벙커링 선박.
제1항에 있어서,
상기 전력을 상기 본선으로 전달하는 전력 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벙커링 선박.