KR20190122942A - 선박 bog 처리시스템 - Google Patents

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KR20190122942A
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Abstract

본 발명에 따른 선박 BOG 처리시스템은 선박의 LNG(Liquid Natural Gas)화물창 내에 발생되는 BOG(Boil Off Gas)를 처리하기 위한 선박 BOG 처리시스템에 관한 것으로, 선박에 추진력을 발생시키며, LNG와 BOG를 연료로 사용하여 전기를 발생시키는 이중연료엔진부; 상기 이중연료엔진부와 연결되고, 기준량 이상의 BOG가 발생될 시, 상기 이중연료엔진부에서 발생된 전력을 이용하여 전기를 충전하는 배터리부; 및 상기 화물창에서 발생된 BOG의 압력에 대응하여 상기 배터리부의 구동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 선박 BOG 처리시스템은 배터리부를 통하여 상기 이중연료엔진부에서 발생된 전력을 소비시킴으로써, 기준량 이상으로 발생된 BOG를 처리시킬 수 있어 BOG처리효율을 향상시킬 수 있다. 또한 제어부가 선박의 운항상태를 판단하여, 배터리부의 구동을 제어함으로써, 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우 상기 배터리부를 구동시켜 상기 축 발전기에서 발생된 전력을 소비시킬 수 있다. 따라서, 선박의 운항 상태에 따라 필요시에만 배터리부를 이용하여 사용효율성이 높다. 더불어 배터리부를 통하여 충전된 전기를 선내에서 재사용할 수 있어 사용효율성을 증대시킬 수 있다.

Description

선박 BOG 처리시스템{BOG treatment system for ship}
본 발명은 BOG(Boil Off Gas) 처리시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액화천연가스(LNG;Liquid Natural Gas)선박의 LNG화물창에서 발생되는 BOG를 처리하기 위한 선박 BOG 처리시스템에 관한 것이다.
일반적으로 액화천연가스(LNG; Liquid Natural Gas)는 선박의 극저온 화물창 내에 저장되어 운반되며, 기체상태로 운반하는 경우보다 많은 양의 가스를 한번에 운반할 수 있는 장점이 있다. 상기한 바와 같은 LNG는 영하 163도에서 온도 및 압력을 조절하여 저장이 된다. LNG는 절연을 통해 액체 상태를 유지시킬 수 있으나, 상온 및 상압 상태에서 자연 기화가 되며, 자연기화로 인하여 NBOG(Natural Boil Off Gas)가 발생하게 된다. 상기한 바와 같이 LNG의 기화로 인하여 발생된 BOG를 처리하지 않게 되면, 화물창 내 압력이 상승하게 되어, 화물창의 형상이 변형되거나, 터질 수 있는 위험을 가지게 된다. 따라서 LNG선박은 LNG의 기화로 발생된 BOG를 처리하기 위한 방법 및 기술이 매우 중요한 요소로 작용한다.
종래의 BOG를 처리하기 위한 기술로는, 선박의 추진력을 발생시키는 메인엔진을 이중연료엔진(DFME : Dual Fuel Main Engine)으로 적용시켜 BOG를 연료로 사용하여 처리하는 방법, 별도의 소각장치를 통하여 발생되는 BOG를 소모시키는 GCU(Gas Combustion Unit), 재액화장치를 통해 BOG를 다시 액화가스로 응축시키는 RLU(Re Liquefaction Unit)방법 등이 있다.
상기한 바와 같은 이중연료엔진(DFME : Dual Fuel Main Engine)의 방법의 경우 사용되는 이중연료엔진은 LPG 외에 가스를 연료로 사용하여 회전력을 얻을 수 있도록 구성된 것으로, 엔진의 최대 출력을 기준으로 BOG의 소비량이 결정된다. 한편 종래의 선박의 이중연료엔진은 축 발전기(shaft generator)와 연결되어, 엔진으로 인한 회전력으로 축 발전기를 발전시킬 수 있으며, 축 발전기를 통하여 선박 내에 필요한 전력을 생산 할 수 있다. 따라서 엔진의 최대속력 및 최대로드(Load)의 이하가 되면 엔진에서 BOG를 모두 소모하지 못하는 경우가 발생될 수 있다.
즉, 선박이 항해상태(Voyage 또는 sea going condition)인 경우, BOG는 엔진의 연료로 원활하게 사용되어 발생되는 BOG가 모두 처리될 수 있으나. 그 외에 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박과 같은 경우, 엔진이 프로펠러 축과 연결이 끊어져(disengaged) 축 발전기(shaft generator)에서 전력을 발생시키는 것 외에 부하가 걸리지 않게 되면, NBOG가 모두 처리되지 못한다는 문제점이 있다.
그리고, 상기한 바와 같은 BOG를 처리하는 방법 중, GCU, RLU를 이용하는 경우, 초기 투자비용이 매우 높으며, 설치 공간이 많이 필요하여 소형선(Small scale)에서 적용하는데 많은 어려움이 있다는 단점이 있다.
상기한 바와 같은 종래의 BOG를 처리하는 기술은 대한민국 공개특허 10-2007-0042420호가 개시된 바 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 선박의 운항상태가 항해상태 이외에도 BOG를 효율적으로 처리시킬 수 있어, BOG의 처리효율을 향상시키고, 작은 공간에도 설치 가능하여 공간효율성을 향상시킨 선박 BOG 처리시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박 BOG 처리시스템은, 선박의 LNG(Liquid Natural Gas)화물창 내에 발생되는 BOG(Boil Off Gas)를 처리하기 위한 선박 BOG 처리시스템에 관한 것으로, 선박에 추진력을 발생시키며, LNG와 BOG를 연료로 사용하여 전기를 발생시키는 이중연료엔진부; 상기 이중연료엔진부와 연결되고, 기준량 이상의 BOG가 발생될 시, 상기 이중연료엔진부에서 발생된 전력을 이용하여 전기를 충전하는 배터리부; 및 상기 화물창에서 발생된 BOG의 압력에 대응하여 상기 배터리부의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.
여기서 상기 이중연료엔진부는, 선박의 프로펠러와 연결되어 선박에 추진력을 제공하는 이중연료엔진과, 상기 이중연료엔진과 연결되어, 상기 이중연료엔진의 구동력을 이용하여 발전하는 축 발전기를 포함할 수 있다.
또한 상기 배터리부는, 상기 축 발전기에 연결되어, 상기 축 발전기에서 발생된 전력을 소비시키는 것이 바람직하다.
또한 상기 제어부는, 선박의 운항상태를 판단하는 운항판단부와, 상기 운항판단부와 연결되어, 상기 운항판단부에서 판단된 선박의 운항상태에 대응하여 상기 배터리부의 구동을 제어하는 배터리제어부를 포함할 수 있다.
또한 상기 운항판단부는, 선박의 운항상태를 화물하역상태, 항구정박상태 또는 항해상태로 판단하며, 상기 배터리제어부는, 상기 운항판단부가 판단한 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우, 상기 배터리부를 구동시켜 상기 축 발전기에서 발생된 전력을 소비시키는 것이 바람직하다.
또한 상기 이중연료엔진과 상기 선박의 프로펠러는 클러치를 포함하는 프로펠러축으로 연결되며, 상기 제어부는, 상기 운항판단부와 연결되어, 상기 운항판단부에서 판단된 선박의 운항상태에 대응하여 상기 클러치를 제어하는 클러치제어부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 운항판단부는, 선박의 운항상태를 화물하역상태, 항구정박상태 또는 항해상태로 판단하며, 상기 클러치제어부는, 상기 운항판단부가 판단한 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우, 상기 클러치를 개방시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 선박 BOG 처리시스템은 배터리부를 통하여 상기 이중연료엔진부에서 발생된 전력을 소비시킴으로써, 기준량 이상으로 발생된 BOG를 처리시킬 수 있어 BOG처리효율을 향상시킬 수 있다.
또한 제어부가 선박의 운항상태를 판단하여, 배터리부의 구동을 제어함으로써, 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우 상기 배터리부를 구동시켜 상기 축 발전기에서 발생된 전력을 소비시킬 수 있다. 따라서, 선박의 운항 상태에 따라 필요시에만 배터리부를 이용하여 사용효율성이 높다.
더불어 배터리부를 통하여 충전된 전기를 선내에서 재사용할 수 있어 사용효율성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박 BOG 처리시스템의 개략적으로 도시한 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박 BOG 처리시스템의 배터리부의 구성을 개략적으로 도시한 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선박 BOG 처리시스템의 선박의 운항상태가 항해상태일 경우를 도시한 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선박 BOG 처리시스템의 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박 BOG 처리시스템(10)은 LNG선박의 LNG(Liquid Natural Gas)화물창(C)에서 발생하는 BOG(Boil Off Gas)를 처리하기 위한 것으로, LNG선박에 한정하는 것은 아니며, BOG가 발생되는 LPG(liquefied petroleum gas), LEG(liquefied ethylene gas) 등의 가스선에도 적용 가능 할 것이다. 상기 선박 BOG 처리시스템(10)은 이중연료엔진부(100), 배터리부(200) 및 제어부(300)를 포함 할 수 있다.
상기 이중연료엔진부(100)는 선박에 추진력을 발생시키기 위한 구성으로, LNG와 BOG를 연료로 사용하여 전기를 발생시킨다. 상기 이중연료엔진부(100)는 이중연료엔진(110)과 축 발전기(120)를 포함 할 수 있다.
상기 이중연료엔진(110)은 디젤과 같은 오일(Oil)과 화물창(C)에 수용된 LNG를 연료로 사용할 수 있는 엔진(engine)인 것으로, 선박의 프로펠러(P)와 연결되어 선박에 추진력을 발생시킨다. 상기 이중연료엔진(110)과 선박의 프로펠러(P)는 프로펠러축(20)으로 연결되며, 상기 프로펠러축(20)은 클러치(21)를 포함할 수 있다.부연하면 상기 이중연료엔진(110)의 구동력을 통하여 상기 프로펠러축(20)이 회전할 수 있으며, 프로펠러축(20)이 회전함으로써, 상기 프로펠러(P)가 회전하여 선박을 추진시킬 수 있다. 상기 이중연료엔진(110)은 회전속도를 제어하는 감속기어(RG) 등과 같은 부품을 더 포함할 수 있으나, 이는 상용화된 기술인 것으로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
상기 축 발전기(120)는 상기 이중연료엔진(110)과 연결되어, 상기 이중연료엔진(110)의 구동력을 이용하여 발전한다. 즉 상기 축 발전기(120)는 상기 이중연료엔진(110)과 연결되어, 상기 이중연료엔진(110)이 상기 프로펠러 축(20)을 회전시키는 구동력을 전달받아, 전력을 생산할 수 있으며, 생산된 전력을 통하여 선박 내에 필요한 전기를 공급할 수 있다.
상기 배터리부(200)는 상기 이중연료엔진부(100)와 연결되며, 상기 이중연료엔진부(100)에서 발생된 전력을 이용하여 전기를 충전한다. 즉 상기 배터리부(200)는 기준량 이상의 BOG가 발생될 시, 상기 이중연료엔진부(100)에서 발생된 전력을충전함으로써 소비시킬 수 있다. 더욱 구체적으로 상기 배터리부(200)는, 상기 축 발전기(120)에 연결되어, 상기 축 발전기(120)에서 발생되는 전력을 소비시킨다. 즉 상기 배터리부(200)는 BOG가 상기 이중연료엔진부(100)에서 처리 가능한 BOG의 기준량 이상 발생될 경우, 상기 축 발전기(120)의 전력을 소비시킴으로써 BOG를 효율적으로 처리할 수 있다. 부연하면 상기 배터리부(200)는 선박 내에 전기가 요구되는 장비와 연결될 수 있으며, 충전된 전기를 장비로 제공하며 재사용가능하다. 또한 상기 배터리부(200)는 배터리판넬(Battery panel), 트랜스퍼(Transformer, T) 및 컨버터(converter, V) 등과 같은 구성을 더 포함할 수 있으나, 이는 상용화된 기술로서 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
상기 제어부(300)는 상기 배터리부(200)의 구동을 제어한다. 즉 상기 제어부(300)는 상기 화물창(C)에서 발생된 BOG의 압력에 대응하여, BOG가 기준량 이상 발생될 경우 상기 배터리부(200)의 구동을 제어할 수 있다. 상기 제어부(300)는, 운항판단부(310), 배터리제어부(320), 클러치제어부(330)를 포함 할 수 있다.
상기 운항판단부(310)는 선박의 운항상태를 판단한다. 상기 운항판단부(310)는, 선박의 운항 상태를 화물하역상태(Cargo handling), 항구정박상태(Port in rest) 또는 항해상태(Seagoing)로 판단할 수 있다.
상기 배터리제어부(320)는 상기 배터리부(200)의 구동을 제어하기 위한 것으로, 상기 운항판단부(310)와 연결되어, 상기 운항판단부(310)에서 판단된 선박의 운항상태에 대응하여 상기 배터리부(200)의 구동을 제어한다. 상기 배터리제어부(320)는, 상기 운항판단부(310)가 판단한 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우, 상기 배터리부(200)를 구동시켜 상기 축 발전기(120)에서 발생된 전력을 소비시킨다. 즉 상기 배터리제어부(320)는 상기 운항판단부(310)가 판단한 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박 상태일 경우, 상기 이중연료엔진(110)의 부하가 낮아 발생되는 BOG가 처리되지 못한다고 판단하여 상기 배터리부(200)를 구동시킴으로써, 상기 축 발전기(120)에서 발생된 전력을 소비시킴으로써, 기준량 이상 발생된 BOG를 처리할 수 있다.
상기 클러치제어부(330)는 상기 클러치(21)를 제어하는 것으로, 상기 운항판단부(310)와 연결되어, 상기 운항판단부(310)에서 판단된 선박의 운항상태에 대응하여 상기 클러치(21)를 제어한다. 상기 클러치(21)는 상기 프로펠러 축(20)에 구비되어, 상기 이중연료엔진(110)과 상기 프로펠러(P)의 연결을 제어할 수 있는 것으로, 상기 클러치제어부(330)가 상기 클러치(21)를 제어하며, 상기 이중연료엔진(110)과 상기 프로펠러(P)의 연결을 제어할 수 있다.
상기 클러치제어부(330)는, 상기 운항판단부(310)가 판단한 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우, 상기 클러치(21)를 개방시킨다. 즉 상기 클러치제어부(330)는 상기 운항판단부(310)가 판단한 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우, 상기 이중연료엔진(110)과 상기 프로펠러(P)의 연결이 불필요하다고 판단하여, 상기 클러치(21)를 개방하여 상기 이중연료엔진(110)과 상기 프로펠러(P)의 연결을 중단시킬 수 있다. 이때 상기 배터리제어부(320)는 상기 배터리부(200)를 구동시켜, 상기 축 발전기(120)에서 발생되는 전력을 소비시킬 수 있다. 따라서 상기 클러치제어부(330)는 상기 프로펠러(P)의 구동을 제한함으로써 전력이 불필요하게 이동되는 것을 방지할 수 있다. 또한 상기 클러치제어부(330)는, 상기 운항판단부(310)가 판단한 선박의 운항상태가 항해상태일 경우, 상기 클러치(21)를 폐쇄하여 상기 이중연료엔진(110)과 상기 프로펠러(P)의 연결을 유지시켜, 상기 이중연료엔진부(100)를 통하여 BOG를 용이하게 처리시킬 수 있다.
본 발명에 의한 선박 BOG 처리시스템은 배터리부를 통하여 상기 이중연료엔진부에서 발생된 전력을 소비시킴으로써, 기준량 이상으로 발생된 BOG를 처리시킬 수 있어 BOG처리효율을 향상시킬 수 있다.
또한 제어부가 선박의 운항상태를 판단하여, 배터리부의 구동을 제어함으로써, 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우 상기 배터리부를 구동시켜 상기 축 발전기에서 발생된 전력을 소비시킬 수 있다. 따라서, 선박의 운항 상태에 따라 필요시에만 배터리를 이용하여 사용효율성이 높다.
더불어 배터리부를 통하여 충전된 전기를 선내에서 재사용할 수 있어 사용효율성을 증대시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 선박 BOG 처리시스템 20 : 프로펠러축
21 : 클러치 100 : 이중연료엔진부
110 : 이중연료엔진 120 : 축 발전기
200 : 배터리부 300 : 제어부
310 : 운항판단부 320 : 배터리제어부
330 : 클러치제어부 C : 화물창
P : 프로펠러

Claims (7)

  1. 선박의 LNG(Liquid Natural Gas)화물창 내에 발생되는 BOG(Boil Off Gas)를 처리하기 위한 선박 BOG 처리시스템에 있어서,
    선박에 추진력을 발생시키며, LNG와 BOG를 연료로 사용하여 전기를 발생시키는 이중연료엔진부;
    상기 이중연료엔진부와 연결되고, 기준량 이상의 BOG가 발생될 시, 상기 이중연료엔진부에서 발생된 전력을 이용하여 전기를 충전하는 배터리부; 및
    상기 화물창에서 발생된 BOG의 압력에 대응하여 상기 배터리부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 선박 BOG 처리시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이중연료엔진부는,
    선박의 프로펠러와 연결되어 선박에 추진력을 제공하는 이중연료엔진과,
    상기 이중연료엔진과 연결되어, 상기 이중연료엔진의 구동력을 이용하여 발전하는 축 발전기를 포함하는 선박 BOG 처리시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리부는,
    상기 축 발전기에 연결되어, 상기 축 발전기에서 발생된 전력을 소비시키는 선박 BOG 처리시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    선박의 운항상태를 판단하는 운항판단부와,
    상기 운항판단부와 연결되어, 상기 운항판단부에서 판단된 선박의 운항상태에 대응하여 상기 배터리부의 구동을 제어하는 배터리제어부를 포함하는 선박 BOG 처리시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 운항판단부는,
    선박의 운항상태를 화물하역상태, 항구정박상태 또는 항해상태로 판단하며,
    상기 배터리제어부는,
    상기 운항판단부가 판단한 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우, 상기 배터리부를 구동시켜 상기 이중연료엔진부에서 발생된 전력을 소비시키는 선박 BOG 처리시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 이중연료엔진과 상기 선박의 프로펠러는 클러치를 포함하는 프로펠러축으로 연결되며,
    상기 제어부는,
    상기 운항판단부와 연결되어, 상기 운항판단부에서 판단된 선박의 운항상태에 대응하여 상기 클러치를 제어하는 클러치제어부를 더 포함하는 선박 BOG 처리시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 운항판단부는,
    선박의 운항상태를 화물하역상태, 항구정박상태 또는 항해상태로 판단하며,
    상기 클러치제어부는,
    상기 운항판단부가 판단한 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우, 상기 클러치를 개방시키는 선박 BOG 처리시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110937095A (zh) * 2019-12-13 2020-03-31 江苏科技大学海洋装备研究院 一种使用lng-电池混合动力推进系统货船
CN112498648A (zh) * 2020-11-27 2021-03-16 沪东中华造船(集团)有限公司 一种lng运输船挥发气再利用蓄能系统
WO2022158565A1 (ja) * 2021-01-22 2022-07-28 川崎重工業株式会社 船舶
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