KR20200002563A - 액화가스 저장탱크, 가스연료 공급 시스템 및 선박 - Google Patents

액화가스 저장탱크, 가스연료 공급 시스템 및 선박 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액화가스 저장탱크, 가스연료 공급 시스템 및 선박에 관한 것으로서, 액화가스를 화물로서 운송하는 액화가스 운반선에 마련되는 가스연료 공급 시스템으로서, 내부에 액화가스를 저장하며 액화가스가 증발한 증발가스가 공존하는 복수 개의 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크의 내부에 저장된 액화가스 또는 증발가스를 유동하여 액화가스와 증발가스의 경계면인 액면에서의 액화가스 온도를 상기 액화가스 저장탱크의 내부 바닥에서의 액화가스 온도에 가까워지는 방향으로 떨어뜨리는 성층화 억제부; 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 수요처로 공급하는 액화가스 공급부; 및 상기 액화가스 저장탱크의 증발가스를 전달받아 처리하는 증발가스 처리부를 포함하며, 상기 증발가스 처리부는, 상기 성층화 억제부가 성층화 현상을 억제하여 상기 액화가스 저장탱크의 압력 상승을 지연시킴에 따라, 운항 중 증발가스를 상기 수요처에 공급하지 않는 것을 특징으로 한다.

Description

액화가스 저장탱크, 가스연료 공급 시스템 및 선박{liquefied gas tank, fuel gas supply system, and ship having the same}
본 발명은 액화가스 저장탱크, 가스연료 공급 시스템 및 선박에 관한 것이다.
최근 환경 규제 등이 강화됨에 따라, 각종 연료 중에서 친환경 연료에 가까운 천연가스(Natural Gas)의 사용이 증대되고 있다. 천연가스는 내륙 또는 해양의 지층에 위치한 가스정(well)으로부터 기체 상태로 추출될 수 있으며, 추출된 천연가스는 수은 제거나 건조, NGL 제거 등과 같은 전처리를 거친 뒤, 보관 및 운송을 위하여 액화 공정을 통해 액화될 수 있다.
천연가스는 냉매와 열교환하면서 비등점(일례로 1기압 하에서 -162℃도) 이하로 냉각되어 액체 상태로 변화할 수 있으며, 액체 상태가 될 경우 기체 상태 대비 부피가 600분의 1로 축소되므로 저장 및 운반 효율이 증대될 수 있다.
이와 같이 액화된 천연가스는 독립형, 멤브레인형, 가압형 등의 타입으로 이루어지며 단열 구조를 구비한 저장탱크에 액상으로 저장되며, 저장탱크를 탑재한 가스 운반선에 의하여 운송된다.
그러나 저장탱크에 구비된 단열 구조는 외부 열침투를 완벽하게 차단할 수 없으므로, 액상의 천연가스로 외부 열이 전달됨에 따라, 일부의 천연가스는 자연 기화하여 증발가스로 변화한다.
따라서 저장탱크 내에는 액상의 천연가스와 기상의 증발가스가 공존하게 된다. 그런데 저장탱크에 침투되는 열용량은 저장탱크 내부에서 골고루 분산되지 못하며, 또한 천연가스와 증발가스는 열용량이 다르므로(열이 가해질 때 온도 상승의 폭이 다르게 나타나므로), 액면을 기준으로 높이별 천연가스의 온도와 증발가스의 온도는 상이하게 이루어진다.
일례로 천연가스는 저장탱크 내부의 바닥부터 액면까지의 온도가 비교적 일정하게 나타나는 반면, 증발가스는 액면으로부터 저장탱크 내부의 상단까지의 온도가 점차 상승하는 상태가 된다.
이러한 상태가 일정 시간 지속되면, 액면으로부터 하방으로 일정 깊이까지의 액화가스가 액면에 가까워질수록 온도가 올라가는 구간을 형성하게 되며, 이러한 구간의 발생을 성층화 현상(stratification)이라 한다. 성층화 현상이 발생하면, 액화가스와 증발가스가 만나는 액면에서의 온도가 상승하게 되는데, 액면에서의 온도 상승은 증발가스의 발생을 촉진하게 되므로 저장탱크 내압 상승으로 이어진다.
특히 가스 운반선의 경우 저장탱크 내부에 화물인 천연가스를 약 98%로 가득 채우고 일정 기간동안 운항하게 되므로, 운항 도중 화물량을 유지함에 따라 증발가스 발생에 의한 내압 상승이 지속적으로 이루어져 문제될 수 있다.
따라서 종래의 저장탱크는, 가스 운반선의 운항 기간 동안 외부 열침투로 인해 발생할 기본 증발가스량에 더하여, 성층화 현상에 의해 추가로 기화하여 발생할 추가 증발가스량을 고려하여 단열 구조를 구축해야 하므로, 과도한 설계가 이루어져 비용 낭비 등이 야기되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 액면에서의 온도를 낮춰 성층화 현상을 억제함으로써, 저장탱크의 내압 상승을 지연시킴으로써 액화가스의 운송 안정성을 보장할 수 있는 액화가스 저장탱크, 가스연료 공급 시스템 및 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스연료 공급 시스템은, 액화가스를 화물로서 운송하는 액화가스 운반선에 마련되는 가스연료 공급 시스템으로서, 내부에 액화가스를 저장하며 액화가스가 증발한 증발가스가 공존하는 복수 개의 액화가스 저장탱크; 상기 액화가스 저장탱크의 내부에 저장된 액화가스 또는 증발가스를 유동하여 액화가스와 증발가스의 경계면인 액면에서의 액화가스 온도를 상기 액화가스 저장탱크의 내부 바닥에서의 액화가스 온도에 가까워지는 방향으로 떨어뜨리는 성층화 억제부; 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 수요처로 공급하는 액화가스 공급부; 및 상기 액화가스 저장탱크의 증발가스를 전달받아 처리하는 증발가스 처리부를 포함하며, 상기 증발가스 처리부는, 상기 성층화 억제부가 성층화 현상을 억제하여 상기 액화가스 저장탱크의 압력 상승을 지연시킴에 따라, 운항 중 증발가스를 상기 수요처에 공급하지 않는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 성층화 억제부는, 성층화 현상을 억제하여 상기 액화가스 저장탱크의 내압이 기설정값으로 도달하는 기간을 지연시키며, 상기 기설정값은, 상기 액화가스 저장탱크에서 증발가스의 배출이 필요한 압력일 수 있다.
구체적으로, 상기 수요처는, 상기 액화가스 저장탱크의 액화가스만을 소비하여 가동할 수 있다.
구체적으로, 상기 증발가스 처리부는, 상기 액화가스 저장탱크의 증발가스를 상기 수요처로 공급하기 위한 압축기를 생략할 수 있다.
구체적으로, 상기 증발가스 처리부는, 상기 액화가스 저장탱크로의 벙커링 시 발생하는 증발가스를 주유원으로 리턴시키기 위해 압축하는 HD(High-Duty) 압축기 및 상기 액화가스 저장탱크의 증발가스를 상기 수요처로 공급하기 위해 압축하는 LD(Low-Duty) 압축기 중, 상기 HD 압축기만을 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 증발가스 처리부는, 상기 액화가스 저장탱크의 증발가스를 재액화하는 장치를 생략할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 액화가스 운반선은, 상기 가스연료 공급 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액화가스 저장탱크, 가스연료 공급 시스템 및 선박은, 다양한 구성을 활용하여 액화가스와 증발가스의 경계면의 온도를 떨어뜨려서, 저장탱크의 내압이 상승하는 기간을 늦춤으로써, 증발가스 처리 구성의 최소화/생략이 가능하고, 저장탱크를 탑재한 선박에 대해 안정적인 운항을 가능케 한다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 5는 액화가스 저장탱크에서 성층화 현상이 발생하는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 액화가스 저장탱크에서 성층화 현상에 의한 내압 상승을 나타내는 도면이다.
도 7은 액화가스와 증발가스의 온도 차이로 인한 액면에서의 온도 변화를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 성층화 파악부가 마련된 액화가스 저장탱크의 개념도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 성층화 억제부가 마련된 액화가스 저장탱크의 개념도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 성층화 억제를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 성층화 억제부가 마련된 액화가스 저장탱크의 개념도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 성층화 억제를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 성층화 억제부가 마련된 액화가스 저장탱크의 개념도이다.
도 14는 본 발명의 제6 실시예에 따른 성층화 억제를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제7 실시예에 따른 성층화 억제부가 마련된 액화가스 저장탱크의 개념도이다.
도 16은 본 발명의 제7 실시예에 따른 성층화 억제를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명에 따른 멤브레인형/독립형의 액화가스 저장탱크에서 성층화 억제로 인한 내압 상승 지연을 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명에 따른 가압형의 액화가스 저장탱크에서 성층화 억제로 인한 내압 상승 지연을 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 가압형의 액화가스 저장탱크에서 성층화 억제로 인한 내압 변화를 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명에 따른 가압형의 액화가스 저장탱크에서 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명에 따른 가압형의 액화가스 저장탱크에서 시간에 따른 압력 변화를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크에서 시간에 따른 온도/압력 변화를 나타내는 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. 이하에서 가스는 LPG, LNG, 에탄 등의 탄화수소로서 비등점이 상온보다 낮은 물질을 의미할 수 있으며, 다만 편의상 본 발명은 LNG(메탄)를 최종적으로 생산 및 저장하는 것으로 한정하여 설명한다. 또한 본 명세서에서 가스는, 용어 표현에도 불구하고 그 상태가 기상으로 한정되지 않는다.
이하에서 고압(HP: High pressure), 저압(LP: Low pressure), 고온, 저온은 상대적인 것으로서, 절대적인 수치를 나타내는 것은 아님을 알려둔다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 액화가스를 운반하는 액화가스 운반선일 수 있다. 액화가스 운반선은 액화가스를 화물로서 운송하는 선박(1)이며, 이때 선내에는 멤브레인형 또는 독립형의 액화가스 저장탱크(10)(카고탱크)가 복수 개 탑재될 수 있다.
액화가스 운반선의 경우 각 액화가스 저장탱크(10)에 최대한의 액화가스가 채워진 상태(만재상태, 일례로 98.5% filling)로 운항하거나, 액화가스 저장탱크(10)가 비어있는 상태(경하상태)로 운항할 수 있다.
또는 본 발명에 따른 선박(1)은, 액화가스 외의 화물을 운반하는 액화가스 운반선 외의 선박(1)일 수 있으며, 일례로 선박(1)은 컨테이너선, 벌크선 등일 수 있다. 이 경우 선박(1)은 액화가스를 추진용 연료로서 적재하는 액화가스 추진선일 수 있다.
액화가스 운반선 외의 선박(1)의 경우, 연료인 액화가스를 적재하기 위해 멤브레인형, 독립형 또는 가압형의 액화가스 저장탱크(10)(연료탱크)가 선내/선외에 탑재될 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)는 화물 적재공간과 간섭되지 않는 다양한 위치에 설치될 수 있다.
물론 이외에도 본 발명에 따른 선박(1)은, 일반상선이 아닌 벙커링 선박(1), FSRU, FPSO와 같은 해양 구조물 등을 모두 포괄하는 의미로 해석될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스연료 공급 시스템(2)은, 앞서 설명한 선박(1)에 설치되며, 액화가스 저장탱크(10), 액화가스 공급부(20), 증발가스 공급부(30), 증발가스 액화부(40)를 포함한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 내부에 액화가스를 저장한다. 이때 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스는 외부 열침투로 인하여 자연 기화할 수 있는바, 액화가스 저장탱크(10) 내에는 액화가스 및 증발가스가 함께 존재할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스 운반선에 카고탱크로서 탑재될 경우 멤브레인형 또는 독립형일 수 있고, 액화가스 운반선 외의 선박(1)에 연료탱크로서 탑재될 경우 멤브레인형, 독립형 또는 가압형일 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
액화가스 공급부(20)는, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 수요처(50)로 공급한다. 이때 수요처(50)는 선박(1)을 추진시키기 위한 추진용 엔진일 수 있지만, 이로 한정하는 것은 아니며 발전기, 육상 소비처 등일 수도 있다.
액화가스 공급부(20)는 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 외부로 이송하는 이송 펌프(21), 액화가스를 수요처(50)의 요구압력으로 가압하는 고압 펌프(22), 그리고 저온의 액화가스를 수요처(50)의 요구온도로 가열하는 기화기(23) 등을 포함할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)에서 수요처(50)까지는 액화가스 공급라인(L20)이 마련될 수 있다.
또한 액화가스 공급라인(L20)에는 이송 펌프(21)로부터 배출된 액화가스 중 잉여분의 액화가스를 액화가스 저장탱크(10)로 리턴시키는 액화가스 리턴라인(L21)이 마련되며, 액화가스 리턴라인(L21)은 액화가스 공급라인(L20)에서 액화가스 저장탱크(10)의 외부로부터 분기되어 액화가스 저장탱크(10)의 내부로 연장된다. 물론 액화가스 리턴라인(L21)이 액화가스 저장탱크(10) 내부에서 액화가스 공급라인(L20)으로부터 분기되어 하방으로 연장되는 것도 가능하다.
증발가스 공급부(30)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스를 수요처(50)로 공급할 수 있다. 다만 증발가스 공급부(30)는 증발가스를 수요처(50) 외에도 가스연소장치(도시하지 않음) 등으로 전달할 수 있다.
증발가스 공급부(30)는 액화가스 저장탱크(10)에서 배출된 증발가스를 압축하는 증발가스 압축기(31)와, 압축에 의해 가열된 증발가스의 온도를 수요처(50)의 요구온도에 맞게 조절하는 쿨러(32)를 포함할 수 있으며, 쿨러(32)를 대신하여 히터가 마련될 수도 있음은 물론이다. 또한 증발가스 공급부(30)는 액화가스 저장탱크(10)에서 수요처(50)로 연결되는 증발가스 공급라인(L30)을 구비한다.
다만 증발가스 공급부(30)의 압축기(31)는, 액화가스 저장탱크(10)로의 벙커링 시 발생하는 증발가스를 주유원으로 리턴시키기 위해 압축하는 HD(High-Duty) 압축기가 아니라, 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스를 수요처(50)로 공급하기 위해 압축하는 LD(Low-Duty) 압축기를 의미한다.
증발가스 액화부(40)는, 증발가스 공급라인(L30)을 통해 유동하는 증발가스 중에서 수요처(50)가 소비하지 못하는 잉여 증발가스를 액화하여 액화가스 저장탱크(10)로 되돌린다.
증발가스 액화부(40)는 냉매를 이용해 증발가스를 냉각하여 액화시키는 액화기(41)를 구비할 수 있으며, 액화부에는 냉매 펌프(411)와 냉매 팽창기(412) 등이 배치되는 냉매 순환라인(L41)이 연결될 수 있다.
증발가스 액화부(40)는 증발가스 공급라인(L30)으로부터 분기되어 액화가스 저장탱크(10)로 연결되는 증발가스 액화라인(L40)이 마련될 수 있고, 증발가스 액화라인(L40)에는 액화기(41)의 하류에 기액분리기(42)가 구비된다.
기액분리기(42)는 증발가스를 액화기(41)에서 냉매와 열교환하였음에도 기체 상태로 잔류하는 가스(플래시가스, 질소가 주성분)를 플래시가스 배출라인(L42)으로 배출하여, 액화가스 저장탱크(10)에는 액상의 액화된 증발가스만 리턴되도록 할 수 있다.
참고로 이하 본 명세서에서 액화가스/증발가스를 처리하는 구성(액화가스 공급부(20), 증발가스 공급부(30), 증발가스 액화부(40))은 가스연료 처리부로 포괄 지칭될 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)에서 증발가스를 배출해 처리하는 구성(증발가스 공급부(30), 증발가스 액화부(40) 등)은 증발가스 처리부로 포괄 지칭될 수 있음을 알려둔다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스연료 공급 시스템(2)은, 증발가스 처리부가 증발가스 액화부(40)를 생략할 수 있다. 이는 증발가스의 배출량이 잉여 증발가스를 발생시키지 않을 정도이기 때문인데, 이에 대해서는 후술하겠지만 액화가스 저장탱크(10)에서의 성층화가 억제됨에 따라 가능한 것이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스연료 공급 시스템(2)은, 도 3에서의 제2 실시예와 대비할 때 증발가스 공급부(30)도 생략 가능하다.
즉 본 실시예는 가스연료 처리부가 액화가스 저장탱크(10)의 액화가스만을 수요처(50)에 공급하며, 운항 중에서 증발가스는 액화가스 저장탱크(10)로부터 배출되지 않을 수 있다. 이러한 구성은 제2 실시예와 마찬가지로 액화가스 저장탱크(10)에서의 성층화 억제가 이루어짐에 따라 가능하다.
이하에서는 본 발명의 가스연료 공급 시스템(2)이, 도 3 및 도 4 등과 같이 증발가스의 처리 구성을 축소/생략할 수 있는 이유에 대해 자세히 설명한다.
도 5는 액화가스 저장탱크에서 성층화 현상이 발생하는 것을 나타내는 도면이고, 도 6은 액화가스 저장탱크에서 성층화 현상에 의한 내압 상승을 나타내는 도면이다. 또한 도 7은 액화가스와 증발가스의 온도 차이로 인한 액면에서의 온도 변화를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하여 설명한 선박(1)에 마련되는 액화가스 저장탱크(10)는, 내부에 액화가스를 저장하며 액화가스가 증발한 증발가스가 공존할 수 있다. 액화가스 저장탱크(10) 내부의 증발가스는, 액화가스 저장탱크(10)에 액화가스가 로딩될 때 발생한 것이거나, 또는 액화가스가 외부 열침투로 인해 자연 증발하여 발생한 것일 수 있다.
액화가스와 증발가스가 공존하는 액화가스 저장탱크(10)에 있어서, 액화가스와 증발가스의 온도가 동일한 초기 조건에서, 도 5의 좌측 상단과 같은 온도 그래프가 나타날 수 있다.
다만 액화가스 저장탱크(10)에는 지속적으로 외부로부터 열침투가 이루어지므로, 도 5의 우측 상단과 같이 액화가스와 증발가스의 온도는 균일하게 상승할 수 있다.
위와 같은 경우는 액화가스와 증발가스의 성질이 동일한 경우(homogeneous model)에서만 가능한데, 실제로는 액화가스와 증발가스의 열용량 등이 다르기 때문에, 액화가스 저장탱크(10) 내부의 온도 그래프는 도 5의 상측과 달리 도 5의 하측과 같이 나타난다.
구체적으로 액화가스 저장탱크(10) 내부에 저장된 증발가스는 액화가스보다 열용량이 작고(Lower heat capacity), 액화가스 저장탱크(10)의 설치 위치를 고려할 때 하측보다 상측을 통한 열침투가 활발하다.
따라서 외부 열침투로 인해 증발가스가 액화가스보다 더 가열되며, 이로 인해 액화가스와 증발가스의 경계면인 액면을 기준으로 액화가스 저장탱크(10)의 내부 상단으로 갈수록 증발가스의 온도가 증가하게 된다.
더 나아가, 증발가스가 액화가스 대비 더욱 쉽게 가열됨으로 인해, 액면에서의 증발가스는 액면에서의 액화가스보다 온도가 높아질 수 있다. 이 경우 열평형을 위해, 액면에서의 액화가스 온도가 증발가스에 의해 영향을 받아 상승하게 된다.
결국 액면을 기준으로 하방으로 일정 지점까지의 구간에서, 액화가스의 온도가 액면으로 갈수록 상승하여 액면에서의 액화가스 온도가 액화가스 저장탱크(10)의 내부 바닥에서의 액화가스 온도보다 높게 나타난다. 이러한 현상을 성층화 현상이라고 하며, 액화가스에서 온도가 점차 상승하는 구간을 성층화 구간이라 한다.
성층화 현상이 발생하게 되면, 액화가스의 기화가 촉진되어 증발가스 발생이 증대되고, 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승이 빨라진다. 도 6에 나타난 바와 같이 동일한 Liquid level을 가지는 액화가스 저장탱크(10)에 있어서, 성층화 현상이 발생하는 경우는 성층화 현상이 발생하지 않는 경우 대비, 시간이 흐를수록 내압이 빠르게 상승함을 알 수 있다.
다만 액화가스와 증발가스의 성질이 동일하다고 가정한 경우(homogeneous model)와, 성층화 현상이 발생하는 경우(thermal stratification model)는 liquid level에 따라 압력 상승에 있어서 반대의 경향성을 보여주고 있다.
이러한 성층화 현상은 액화가스와 증발가스의 가열이 서로 다르게 나타나기 때문에 발생하는 것인데, 이와 관련하여 액화가스와 증발가스의 가열 온도에 따른 액면에서의 응축, 기화, 압력에 대해 도 7을 참고하여 설명한다.
도 7의 (A)의 경우(증발가스 온도 > 액화가스 온도), 액면에 인접한 증발가스가 저온의 액화가스에 의하여 응축될 수 있고, 증발가스의 온도와 압력이 하락하게 된다. 이 경우 액면의 액화가스 온도가 상승하지만, 열 전달 및 확산 속도를 고려할 때 액화가스 전체의 온도가 상승하지 않고, 일정 구간에서 액화가스 온도의 점진적 상승이 나타난다. 따라서 도 7의 (A)는 성층화가 발생하고 액면에서 국부적인 평형에 도달한다.
반면 도 7의 (B)의 경우(증발가스 온도 < 액화가스 온도), 액면에서의 액화가스가 자연 증발하게 되어 증발가스의 온도와 압력이 상승하고, 액화가스의 온도와 압력은 하락한다. 따라서 액화가스 저장탱크(10) 전체의 온도는 균일한 값으로 평형을 이룬다.
그런데 액화가스의 열용량 대비 증발가스의 열용량이 작기 때문에, 도 7의 (B)의 경우는 현실적으로 발생할 가능성이 없고, 도 7의 (A)의 경우만 발생하게 된다.
즉 액화가스 저장탱크(10)에서 액화가스와 증발가스가 공존하는 한, 성층화 현상이 발생할 수밖에 없고, 이 경우 액면에서의 액화가스 온도 상승으로 인해, 액화가스의 기화가 촉진되어 내압 상승이 빠르게 이루어진다.
액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승은 증발가스의 배출 및 처리(연료 공급, 재액화, 연소) 등의 작업을 필요로 하게 되므로 문제될 수 있다. 따라서 성층화 현상의 발생을 측정할 필요가 있으며, 이하에서는 도 8을 참고하여 본 발명의 액화가스 저장탱크(10)에 설치되는 성층화 파악부(11)를 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 성층화 파악부가 마련된 액화가스 저장탱크의 개념도이다.
도 8을 참조하면 성층화 파악부(11)는, 액화가스와 증발가스의 경계면인 액면의 온도를 측정 또는 추정하여, 외부 열침투로 인하여 액화가스와 증발가스의 온도가 상이하게 가열됨에 따라 액면으로부터 하방으로 일정 지점까지의 구간에서 액화가스의 온도가 액면으로 갈수록 상승하여 액면에서의 액화가스 온도가 내부 바닥에서의 액화가스 온도보다 높게 나타나는 성층화 현상의 발생 여부를 판단한다.
이를 위해 성층화 파악부(11)는, 액화가스 저장탱크(10)의 내부에서 하단의 온도를 측정하는 하단 온도센서(111b)와, 액화가스 저장탱크(10)의 내부 압력을 측정하는 압력센서(112)를 포함할 수 있다.
도 8의 좌측에 나타난 바와 같이 액화가스 저장탱크(10)가 액화가스 운반선에 탑재되는 카고탱크인 경우, 성층화 파악부(11)는 액면 온도센서(111c)를 더 포함한다. 액화가스 저장탱크(10)가 카고탱크라면, 앞서 설명한 바와 같이 액화가스 저장탱크(10)는 만재 상태 또는 비어있는 상태에 놓이게 되므로, 액화가스 저장탱크(10)에서의 액면 높이는 비교적 고정된 위치가 된다.
따라서 성층화 파악부(11)는, 액화가스 저장탱크(10)의 내부에서 액화가스 저장탱크(10)의 만재 시의 액면 높이에 인버 설치되어 액면의 온도를 직접 측정하는 액면 온도센서(111c)를 구비할 수 있다.
이때 액면 온도센서(111c)는 기설정된 비율(98~99%, 일례로 98.5%)로 액화가스 저장탱크(10)에 액화가스가 채워지는 만재 시의 액면 높이에 고정 설치될 수 있다.
액면 온도센서(111c)를 구비하는 성층화 파악부(11)는, 액면 온도센서(111c)의 측정값이 하단 온도센서(111b)의 측정값 대비 기설정값 이상으로 높을 경우, 성층화 현상이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이 경우 성층화 파악부(11)는 압력센서(112)를 통해 액화가스 저장탱크(10)의 내압 상승을 모니터링할 수 있다.
반면 도 8의 우측에 나타난 바와 같이 액화가스 저장탱크(10)가 액화가스 추진선에 탑재되는 연료탱크 또는 벙커링 선박(1)에 탑재되는 벙커링용 탱크일 경우, 액화가스 운반선에서와 달리 액면이 일정하지 않을 수 있다.
따라서 성층화 파악부(11)는, 액면에서의 온도가 하단 온도센서(111b)의 측정값과 동일하다고 가정하고 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 추정하며, 압력센서(112)의 측정값이 추정된 내압 대비 기설정값 이상으로 높을 경우, 성층화 현상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
내압의 추정과 관련하여 성층화 파악부(11)는, 액면에서의 온도에 대응되는 액화가스 저장탱크(10)의 내압 정보가 저장된 테이블데이터를 이용하여 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 추정할 수 있다.
이때 테이블데이터는 액면에서의 온도 및 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스량에 따른 액화가스 저장탱크(10)의 내압 정보가 저장된 것일 수 있고, 액화가스량은 액화가스 저장탱크(10)에 일반적으로 구비되는 액위계(도시하지 않음)를 통해 측정되어 사용될 수 있다.
또한 성층화 파악부(11)는, 액화가스 저장탱크(10)의 내부에서 상단의 온도를 측정하는 상단 온도센서(111a)를 더 포함하고, 하단 온도센서(111b)의 측정값, 상단 온도센서(111a)의 측정값, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스량을 토대로 액화가스 저장탱크(10)의 내압을 계산하여 추정하는 것도 물론 가능하다.
이와 같이 추정된 내압이 압력센서(112)에 의한 측정값보다 큰 차이로 높다면, 액면에서의 온도가 하단 온도센서(111b)의 측정값과 동일하다는 가정이 잘못된 것임을 의미하며, 액면에서의 온도가 하단 온도센서(111b)의 측정값보다 높은 상황이므로, 성층화 파악부(11)는 성층화가 발생하였다고 판단할 수 있다.
이러한 성층화 파악부(11)는, 기설정 시간마다 반복적으로 성층화 현상의 발생 여부를 판단할 수 있으며, 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스량이 기설정값 이상으로 변화할 때마다 성층화 현상의 발생 여부를 판단할 수 있다.
본 발명은 성층화 파악부(11)에 의하여 액화가스 저장탱크(10) 내부에서의 성층화 발생이 파악되면, 후술할 성층화 억제부(60)를 이용해 성층화 현상을 억제해 내압 상승을 지연시킬 수 있다.
성층화 억제부(60)는 성층화 현상 발생 시 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 저장된 액화가스 또는 증발가스를 유동하여 액면에서의 액화가스 온도를 내부 바닥에서의 액화가스 온도에 가까워지는 방향으로 떨어뜨리는 구성으로서, 이하에서 도 9 등을 참고하여 상세히 서술한다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 성층화 억제부가 마련된 액화가스 저장탱크의 개념도이고, 도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 성층화 억제를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 성층화 억제부(60)는 도 9의 (A)에서와 같이 액화가스 저장탱크(10)의 내부에 상하 방향으로 마련되는 액화가스 공급라인(L20) 또는 액화가스 리턴라인(L21) 중 적어도 어느 하나에 마련되는 액면 노즐(61a)을 포함할 수 있다.
다만 액면 노즐(61a)은 액화가스 공급라인(L20) 등에 고정적으로 설치될 것이므로, 액면 노즐(61a)이 구비되는 경우는 성층화 억제부(60)가 마련되는 액화가스 저장탱크(10)가 액화가스 운반선에 탑재되는 것이어서 액면이 비교적 일정한 높이에 위치하는 경우일 수 있다.
액면 노즐(61a)은, 이송 펌프(21)에 의하여 전달되는 액화가스 저장탱크(10)의 내부 하단의 액화가스를, 액면에 직접 공급한다. 이 경우 액면의 액화가스는, 내부 하단의 저온 액화가스가 혼합되면서 온도가 하강하게 된다.
이와 달리 성층화 억제부(60)는, 도 9의 (B)에서와 같이 교반기(62)를 포함할 수 있다. 교반기(62)는 모터 등의 동력원을 이용하여 임펠러를 회전시켜서, 액화가스 저장탱크(10)의 내부 하단 액화가스와 액면에서의 액화가스가 혼합되도록 할 수 있으며, 교반기(62)의 형태가 배치, 개수 등은 특별히 한정되지 않는다.
또는 성층화 억제부(60)는, 도 9의 (C)에서와 같이 이송 펌프(21)에 의해 이송되는 액화가스를 내부 바닥에서 액면을 향해 상방으로 분사하는 하부 노즐(61b)을 포함할 수 있다.
도 9의 (A), (B), (C)로 나타난 성층화 억제부(60)를 가동함에 따라, 액화가스 저장탱크(10)의 온도 분포는 도 10에서와 같이 변화할 수 있다.
도 10을 참조하면, 초기(t0) 조건에서 B0 - A0 - D0를 연결하는 온도 구배가 형성된다. 액화가스의 온도는 상하에 관계없이 일정하지만(B0 = A0), 증발가스의 온도는 상부로 올라갈수록 높아지며(D0 > A0), 액화가스 저장탱크(10)의 압력은 액면 온도에서의 포화압력으로 결정된다(P = Psat(A0)).
외부로부터 열 유입이 생기면서 일정 시간(t) 후에는, B - C - A - D를 연결하는 온도 구배가 형성된다. 열용량의 차이로 인하여 증발가스의 온도가 액화가스의 온도보다 빠르게 상승하며, 온도가 높아진 증발가스의 열이 액화가스로 전달되고, 액면에서 하방으로 일정 구간까지 액화가스의 온도가 상승하게 된다.
따라서 액화가스 저장탱크(10)에서의 온도 구배에 따라, 액화가스 저장탱크(10)의 내부는 액화가스 구간(내부 바닥에서 일정 지점까지 액화가스의 온도가 일정한 구간, B = C), 성층화 구간(일정 지점에서 액면까지 액화가스의 온도가 점차 상승하는 구간, A > C), 증발가스 구간(액면에서 내부 상단까지 증발가스의 온도가 점차 상승하는 구간, D > A)으로 나뉠 수 있고, 액화가스 저장탱크(10)의 압력은 액면 온도에서의 포화압력으로 결정된다(P = Psat(A)).
이와 같이 성층화가 일어난 상태에서, 도 9의 성층화 억제부(60)는, 액화가스 구간의 액화가스를 성층화 구간에 전달하여, 성층화 구간에서의 온도 분포를 액화가스 구간에서의 온도 분포와 나란하게 유도하여 액면에서의 액화가스 온도를 떨어뜨릴 수 있다. 다만 액화가스의 전달은 내부 상단에서의 증발가스에는 영향을 미치지 않으므로, 성층화 억제부(60)는 증발가스 구간에서의 높이에 따른 온도 변화폭을 증가시키게 된다.
이 경우 온도 구배는, B - C - A1 - D로 변화하게 된다. 이때 액화가스 저장탱크(10)의 압력은, 액면 온도에서의 포화압력(P = Psat(A1))으로 결정되는데, A1의 온도가 A 대비 현저히 낮아짐에 따라, 액화가스 저장탱크(10)의 압력 역시 낮아질 수 있다.
즉 도 9의 성층화 억제부(60)는, 성층화 구간에 마련되며 액화가스 공급라인(L20) 등에서 유동하는 액화가스를 성층화 구간 내로 분사하는 액면 노즐(61a), 액화가스 구간의 액화가스와 성층화 구간의 액화가스가 섞이도록 하는 교반기(62), 및/또는 액화가스 구간에 마련되며 액화가스 리턴라인(L21)에서 유동하는 액화가스를 성층화 구간을 향해 상방 분사하는 하부 노즐(61b)을 구비함에 따라, 액면에서의 액화가스 온도를 A에서 A1으로 대폭 떨어뜨릴 수 있다. 이로 인해 액화가스 저장탱크(10)는, 압력이 낮아지게 되어 증발가스 배출의 필요성이 제거되거나 축소될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 성층화 억제부가 마련된 액화가스 저장탱크의 개념도이고, 도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 성층화 억제를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 성층화 억제부(60)는, 도 11의 (D)에 나타난 바와 같이 액화가스 공급라인(L20)이나 액화가스 리턴라인(L21)에서 분기되는 성층화 억제라인(L60)을 갖고, 성층화 억제라인(L60)에는 상부 노즐(61c)이 마련된다.
상부 노즐(61c)은, 증발가스 구간에 마련되며 성층화 억제라인(L60)에서 유동하는 액화가스를 증발가스 구간 내에서 액면을 향해 하방 분사할 수 있다.
또는 도 11의 (E)에 나타난 바와 같이, 성층화 억제부(60)는 액화가스 공급라인(L20)에서 분기되어 쿨러(63)를 경유해 상부 노즐(61c)로 연결되는 성층화 억제라인(L60)을 구비할 수도 있다.
도 11의 (D), (E)에 나타난 성층화 억제부(60)는, 액화가스 구간의 액화가스를 증발가스 구간에 전달하여, 증발가스 구간에서의 높이에 따른 온도 변화폭을 감소시키고 증발가스 구간에서의 온도를 떨어뜨리면서, 성층화 구간 중 적어도 상측 일부분에서의 온도 변화폭을 감소시켜, 액면에서의 액화가스 온도를 떨어뜨릴 수 있다.
즉 도 11의 성층화 억제부(60)에 의해, 도 12에 나타난 바와 같이 B - C - A - D의 온도 구배는 B - C - A - D2를 거쳐 B - C - E - A2 - D2'로 변화하게 된다. 따라서 본 실시예는, 증발가스 구간 및 성층화 구간 중 적어도 상측 일부분에서의 온도 분포를 나란하게 유도하면서 액면의 온도를 A에서 A2로 떨어뜨려 성층화를 억제할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 성층화 억제부가 마련된 액화가스 저장탱크의 개념도이고, 도 14는 본 발명의 제6 실시예에 따른 성층화 억제를 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 성층화 억제부(60)는, 액화가스를 활용하는 앞선 제4 실시예 및 제5 실시예와 달리, 증발가스를 활용할 수 있다.
도 13의 (F)에 나타난 바와 같이 성층화 억제부(60)는, 증발가스 공급라인(L30)으로부터 분기되어 내부 바닥으로 연장되는 성층화 억제라인(L60)과, 하부 노즐(61b)을 구비할 수 있다.
이때 하부 노즐(61b)은, 액화가스 구간에 마련되며, 성층화 억제라인(L60)에서 유동하는 증발가스를 액화가스 구간 내에서 액면을 향해 상방 분사할 수 있다.
이를 통해 성층화 억제부(60)는, 증발가스 구간의 증발가스를 액화가스 구간에 전달하여, 증발가스 구간에서의 온도는 떨어뜨리고 액화가스 구간에서의 온도는 높이면서, 성층화 구간에서의 온도 변화폭을 감소시켜, 액면에서의 액화가스 온도를 떨어뜨릴 수 있다.
즉 도 14에 나타난 바와 같이 B - C - A - D인 온도 구배가 B3 - C3 - A3 - D3으로 변화하여 액면의 온도가 A에서 A3으로 떨어지므로, 성층화가 억제될 수 있다.
도 15는 본 발명의 제7 실시예에 따른 성층화 억제부가 마련된 액화가스 저장탱크의 개념도이고, 도 16은 본 발명의 제7 실시예에 따른 성층화 억제를 나타내는 도면이다.
도 15의 (G)를 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 성층화 억제부(60)는, 앞선 도 11에서의 (E)와 다르게, 액화가스 구간에서의 액화가스를 가열해 기포로 만든 후, 내부 바닥으로 연장되어 있는 성층화 억제라인(L60)을 따라 유동시켜서, 내부 바닥의 하부 노즐(61b)을 통해 액면으로 전달한다.
이때 도 16에서와 같이 온도 구배는 B - C - A - D에서 B4 - C4 - A4 - D로 변화하게 되며, 액면에서의 온도는 A에서 A4로 낮아지면서 성층화가 억제될 수 있다.
이와 같은 성층화 억제부(60)를 가동함에 따라 나타나는 효과를, 이하 도 17 등을 참고해 설명한다.
도 17은 본 발명에 따른 멤브레인형/독립형의 액화가스 저장탱크에서 성층화 억제로 인한 내압 상승 지연을 나타내는 도면이고, 도 18은 본 발명에 따른 가압형의 액화가스 저장탱크에서 성층화 억제로 인한 내압 상승 지연을 나타내는 도면이다.
도 17을 참조하면, 증발가스의 배출이 필요한 압력이 약 0.6barg라고 할 경우, 성층화 억제부(60)를 구비하지 않는 경우 증발가스의 배출은 약 14일 경과 시 발생한다.
반면 성층화 억제부(60)를 성층화 파악부(11)에 따라 가동하는 경우 증발가스의 배출은 약 22일 경과 시로 지연될 수 있으며, 성층화 억제부(60)를 연속 운전하는 경우 증발가스의 배출은 약 29일 경과 시까지 지연될 수 있다.
또한 도 18을 참조하면, 증발가스의 배출이 필요한 압력이 약 5.5barg일 때, 성층화 억제부(60)를 구비하지 않는 경우(12일 경과 시 증발가스 배출) 대비, 성층화 억제부(60)를 성층화 파악부(11)에 따라 가동하는 경우(24일 경과 시 증발가스 배출)와 성층화 억제부(60)를 연속 가동하는 경우(26일 경과 시 증발가스 배출)는, 증발가스 배출이 상당히 지연될 수 있다.
즉 본 발명은 성층화 억제부(60)를 이용해 성층화 현상을 억제하여, 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 기설정값(액화가스 저장탱크(10)에서 증발가스의 배출이 필요한 압력)으로 도달하는 기간을 지연시킬 수 있다.
따라서 본 발명은, 성층화 현상을 억제하여 액화가스 저장탱크(10)의 압력 상승을 지연시킴에 따라, 액화가스 저장탱크(10)에서 증발가스가 배출되어야 하는 기간을 단축할 수 있고, 성층화 억제부(60)가 없는 경우 대비, 운항 중 증발가스 처리부의 가동 횟수, 가동 시간, 또는 부하를 낮출 수 있다.
이러한 점을 고려할 때, 앞서 설명한 제1 실시예에 성층화 억제부(60)가 적용되면 증발가스 액화부(40)의 부하나 가동 횟수가 절감될 수 있을 것이며, 제2 실시예에서의 가스연료 공급 시스템(2)과 같이 증발가스를 재액화하는 장치인 증발가스 액화부(40)의 생략도 가능하다.
이 경우 증발가스 처리부는 증발가스 액화부(40)와 증발가스 공급부(30) 중 증발가스 공급부(30)만을 구비할 수 있으며, 다만 성층화 억제로 인해 운항 중 압축기(31)(HD 압축기)의 가동 시작 시점이 지연되거나, 운항 중 압축기(31)의 가동이 생략될 수 있다.
또한 가스연료 처리부 관점에서 보면, 가스연료 처리부는 액화가스를 수요처(50)의 메인연료로 공급하거나 운항 중 증발가스를 수요처(50)에 공급하지 않을 수 있고, 운항 기간에 따라서는 증발가스를 재액화하지 않고 액화가스 저장탱크(10)에 저장해두는 것도 가능하다.
선박(1)이 1회 운항하는 기간이 15일 내지 20일 정도라고 한다면, 본 발명에 따른 선박(1)은 성층화 억제부(60)를 사용함에 따라 운항 중 증발가스의 배출을 전혀 하지 않고 저장하더라도, 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 안전한 범위 내로 유지되도록 할 수 있다.
따라서 제2 실시예에서 더 나아가, 제3 실시예에서의 가스연료 공급 시스템(2)과 같이 증발가스 공급부(30)가 생략될 수 있다. 즉 증발가스 처리부는 증발가스를 압축하는 압축기(31)(LD 압축기)가 생략됨에 따라(벙커링을 위한 HD 압축기는 구비 가능) 운항 중 증발가스를 수요처(50)에 공급하지 않을 수 있고, 수요처(50)는 액화가스만을 소비하여 가동할 수 있다.
이와 달리 본 발명은, 증발가스 처리부가 증발가스를 재액화하는 장치인 증발가스 액화부(40)를 구비하는 대신 증발가스 공급부(30)를 생략하는 것도 가능하며, 이때 증발가스 액화부(40)는 HD 압축기에 의해 압축된 증발가스를 액화시킬 수 있다.
이하에서는 도 19 내지 도 22를 참조하여, 액화가스 운반선 외의 선박(1)으로 가압형의 액화가스 저장탱크(10)를 갖는 경우에서, 성층화 억제부(60)의 가동 방식에 대해 설명한다.
도 19는 본 발명에 따른 가압형의 액화가스 저장탱크에서 성층화 억제로 인한 내압 변화를 나타내는 도면이고, 도 20은 본 발명에 따른 가압형의 액화가스 저장탱크에서 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 도면이고, 도 21은 본 발명에 따른 가압형의 액화가스 저장탱크에서 시간에 따른 압력 변화를 나타내는 도면이며, 도 22는 본 발명에 따른 액화가스 저장탱크에서 시간에 따른 온도/압력 변화를 나타내는 도면이다.
도 19를 참고하면, 성층화 현상이 발생하면 내압이 점차 상승하게 되지만, 성층화 억제부(60)의 가동에 의해 액면의 액화가스 온도가 저하되면 내압이 단시간 내에 하강하게 된다. 그러나 지속적으로 이루어지는 외부 열침투로 인해, 다시 성층화 현상이 발생하면서 내압의 상승이 야기된다.
따라서 본 발명은, 성층화 억제부(60)의 가동을 주기적으로/연속적으로 구현할 수 있으며, 다만 전력 등을 고려할 때 성층화 억제부(60)는 비연속적으로 반복 가동되어 액화가스 저장탱크(10)의 압력 상승을 지연시킬 수 있다.
즉 도 20을 참조하면, 성층화 억제부(60)는 액면에서의 액화가스 온도와 내부 바닥에서의 액화가스 온도 간의 차이가 제1 기설정값 이상이 될 때마다 반복 가동하여, 액면에서의 액화가스 온도와 내부 바닥에서의 액화가스 온도 간의 차이가 제2 기설정값 이하가 되도록 할 수 있으며, 이때 제2 기설정값은 제1 기설정값보다 작은 값이거나 0일 수 있다.
다만 시간에 따른 온도의 변화는 비례적으로 발생하지 않을 수 있는 바, 제1 기설정값은 운항 중 내부 바닥에서의 액화가스 온도가 증가함에 따라 감소하는 값일 수 있다.
반면 도 21을 참조하면, 기설정값의 변화 없이 성층화 억제부(60)의 가동이 가능하다. 즉 성층화 억제부(60)는, 시간에 따른 압력의 변화는 비례적으로 발생할 수 있음을 고려하여, 액화가스 저장탱크(10)의 내압과 내부 바닥에서의 액화가스 온도로부터 도출되는 내부 바닥에서의 포화압력 간의 차이가 제1 기설정값 이상이 될 때마다 반복 가동하여, 액화가스 저장탱크(10)의 내압과 내부 바닥에서의 포화압력 간의 차이가 제2 기설정값 이하가 되도록 할 수 있으며, 이때 제2 기설정값은 제1 기설정값보다 작은 값이거나 0일 수 있다.
물론 액면에서의 액화가스 온도와 내부 바닥에서의 액화가스 온도 간의 차이가 제1 기설정값 이상인지 여부나, 액화가스 저장탱크(10)의 내압과 내부 바닥에서의 액화가스 온도로부터 도출되는 내부 바닥에서의 포화압력 간의 차이가 제1 기설정값 이상인지 여부는, 성층화 파악부(11)에 의하여 연속적 또는 주기적으로 체크될 수 있고, 성층화 파악부(11)에 의해 성층화 억제부(60)의 가동이 제어될 수 있다.
도 22는 도 20의 온도 변화와 도 21의 압력 변화를 함께 도시한 것인데, 도 22에 나타난 바와 같이 성층화 억제부(60)가 가동되면, 성층화 억제부(60)가 가동하는 일정 시간 동안 온도와 압력이 모두 하강하게 됨을 알 수 있다. 다만 성층화 억제부(60)에 의해 내부 바닥의 액화가스가 유동함에 따라, 내부 바닥의 액화가스 온도가 다소 상승할 수는 있다.
이와 같이 본 실시예는, 액화가스와 증발가스가 공존하는 액화가스 저장탱크(10)에 있어서, 성층화 현상이 발생함에 따라 내압이 빠르게 상승하는 문제를 해결함으로써, 증발가스 처리 구성을 간소화하거나 생략해 시스템 전체 효율을 대폭 개선할 수 있다.
본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 선박 2: 가스연료 공급 시스템
10: 액화가스 저장탱크 11: 성층화 파악부
111a: 상단 온도센서 111b: 하단 온도센서
111c: 액면 온도센서 112: 압력센서
20: 액화가스 공급부 21: 이송 펌프
22: 고압 펌프 23: 기화기
L20: 액화가스 공급라인 L21: 액화가스 리턴라인
30: 증발가스 공급부 31: 압축기
32: 쿨러 L30: 증발가스 공급라인
40: 증발가스 액화부 41: 액화기
411: 냉매 펌프 412: 냉매 팽창기
42: 기액분리기 L40: 증발가스 액화라인
L41: 냉매 순환라인 L42: 플래시가스 배출라인
50: 수요처 60: 성층화 억제부
61a: 액면 노즐 61b: 하부 노즐
61c: 상부 노즐 62: 교반기
63: 쿨러 L60: 성층화 억제라인

Claims (7)

  1. 액화가스를 화물로서 운송하는 액화가스 운반선에 마련되는 가스연료 공급 시스템으로서,
    내부에 액화가스를 저장하며 액화가스가 증발한 증발가스가 공존하는 복수 개의 액화가스 저장탱크;
    상기 액화가스 저장탱크의 내부에 저장된 액화가스 또는 증발가스를 유동하여 액화가스와 증발가스의 경계면인 액면에서의 액화가스 온도를 상기 액화가스 저장탱크의 내부 바닥에서의 액화가스 온도에 가까워지는 방향으로 떨어뜨리는 성층화 억제부;
    상기 액화가스 저장탱크의 액화가스를 수요처로 공급하는 액화가스 공급부; 및
    상기 액화가스 저장탱크의 증발가스를 전달받아 처리하는 증발가스 처리부를 포함하며,
    상기 증발가스 처리부는, 상기 성층화 억제부가 성층화 현상을 억제하여 상기 액화가스 저장탱크의 압력 상승을 지연시킴에 따라, 운항 중 증발가스를 상기 수요처에 공급하지 않는 것을 특징으로 하는 가스연료 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 성층화 억제부는,
    성층화 현상을 억제하여 상기 액화가스 저장탱크의 내압이 기설정값으로 도달하는 기간을 지연시키며,
    상기 기설정값은, 상기 액화가스 저장탱크에서 증발가스의 배출이 필요한 압력인 것을 특징으로 하는 가스연료 공급 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 수요처는,
    상기 액화가스 저장탱크의 액화가스만을 소비하여 가동하는 것을 특징으로 하는 가스연료 공급 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 증발가스 처리부는,
    상기 액화가스 저장탱크의 증발가스를 상기 수요처로 공급하기 위한 압축기를 생략한 것을 특징으로 하는 가스연료 공급 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 증발가스 처리부는,
    상기 액화가스 저장탱크로의 벙커링 시 발생하는 증발가스를 주유원으로 리턴시키기 위해 압축하는 HD(High-Duty) 압축기 및 상기 액화가스 저장탱크의 증발가스를 상기 수요처로 공급하기 위해 압축하는 LD(Low-Duty) 압축기 중, 상기 HD 압축기만을 구비한 것을 특징으로 하는 가스연료 공급 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 증발가스 처리부는,
    상기 액화가스 저장탱크의 증발가스를 재액화하는 장치를 생략한 것을 특징으로 하는 가스연료 공급 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 상기 가스연료 공급 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선.
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