KR20200096057A - 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 중탄화수소를 주성분으로 하는 액화가스를 저장하는 연료 저장부; 상기 연료 저장부의 액화가스를 선박의 추진엔진에 액상으로 공급하는 연료 공급부; 및 상기 추진엔진에서 배출되며 윤활유가 섞인 잉여분의 액상 액화가스를 회수하는 연료 회수부를 포함하며, 상기 연료 저장부는, 액화가스를 화물로 저장하는 복수 개의 카고탱크로서 어느 하나의 상기 카고탱크의 액화가스를 상기 연료 공급부로 전달하는 이송펌프가 마련되며, 상기 연료 공급부는, 복수 개의 상기 카고탱크를 적어도 두 그룹으로 나누어 서로 연결하는 제1 메인라인과 제2 메인라인을 갖고, 상기 이송펌프는, 상기 제1 메인라인과 상기 제2 메인라인에 각각 연결되도록 복수 개로 마련되는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{Gas treatment system and ship having the same}

본 발명은 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

일반적으로, 액화석유가스 즉, LPG(Liquefied petroleum gas)는 석유 성분 중 프로판 및 부탄 등 비등점이 낮은 탄화수소를 주성분으로 가스를 상온에서 가압하여 액화한 것이다. 이러한 액화석유가스를 소형의 가벼운 압력용기(봄베)에 충전해서 가정용, 업무용, 공업용, 자동차용 등의 연료로 널리 이용하게 된다.

액화석유가스는 생산지에서 기체 상태로 추출되며, 액화석유가스 처리 설비를 통해 액화되어 저장되었다가, 액화석유가스 운반선에 의해 액상을 유지하면서 육상으로 수송된 후, 기체 등의 다양한 형태로 수요처에 공급된다.

이러한 액화석유가스의 비등점은 약 -50℃ 내외이므로, 액화석유가스를 운반하기 위한 액화석유가스 운반선은 이보다 낮은 온도를 유지해야 한다. 따라서 액화석유가스를 보관하는 저장탱크는 저온에 강한 저온강(Low Temperature Carbon Steel 및 Nickel Steel)을 사용하며, 액화석유가스 운반선에는 재액화설비도 마련된다.

이러한 액화석유가스 운반선은, 종래의 경우 디젤유를 사용하여 엔진을 가동함으로써 추진력을 발생시켰다. 그런데 디젤유는 선박 추진용 엔진에서 연소하는 과정에서 유해성분인 질소산화물(NOx), 유황산화물(SOx), 이산화탄소(CO2)가 발생하게 되고, 이러한 유해성분이 대기로 방출됨으로써 환경을 오염시키는 문제가 있다.

따라서 최근에는 디젤유를 사용하는 경우와 대비할 때 배기의 오염도를 대폭 낮출 수 있도록, 액화석유가스를 이용하여 가동하는 엔진의 개발 및 액화석유가스를 엔진에 공급하는 제반 시스템의 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 액화석유가스를 이용하여 추진력을 발생시킬 수 있는 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 가스 처리 시스템은, 중탄화수소를 주성분으로 하는 액화가스를 저장하는 연료 저장부; 상기 연료 저장부의 액화가스를 선박의 추진엔진에 액상으로 공급하는 연료 공급부; 및 상기 추진엔진에서 배출되며 윤활유가 섞인 잉여분의 액상 액화가스를 회수하는 연료 회수부를 포함하며, 상기 연료 저장부는, 액화가스를 화물로 저장하는 복수 개의 카고탱크로서 어느 하나의 상기 카고탱크의 액화가스를 상기 연료 공급부로 전달하는 이송펌프가 마련되며, 상기 연료 공급부는, 복수 개의 상기 카고탱크를 적어도 두 그룹으로 나누어 서로 연결하는 제1 메인라인과 제2 메인라인을 갖고, 상기 이송펌프는, 상기 제1 메인라인과 상기 제2 메인라인에 각각 연결되도록 복수 개로 마련되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 제1 그룹에 속한 상기 카고탱크 또는 제2 그룹에 속한 상기 카고탱크는, 상기 추진엔진의 연료로 적합한 액화가스 또는 상기 추진엔진의 연료로 부적합한 액화가스 중 어느 하나를 저장할 수 있다.

구체적으로, 상기 추진엔진의 연료로 적합한 액화가스는, 부탄 또는 프로판을 주성분으로 하며, 상기 추진엔진의 연료로 부적합한 액화가스는, 프로필렌을 주성분으로 할 수 있다.

구체적으로, 상기 이송펌프를 갖는 카고탱크는, 상기 이송펌프를 갖는 카고탱크와 동일한 그룹에 속하며 상기 이송펌프가 없는 상기 카고탱크와 상이한 액화가스를 저장할 수 있다.

구체적으로, 상기 이송펌프를 갖는 카고탱크는, 상기 이송펌프를 갖는 카고탱크와 상이한 그룹에 속하며 상기 이송펌프가 없는 상기 카고탱크와 동일한 액화가스를 저장할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 메인라인은, 제1 그룹에 속한 복수 개의 상기 카고탱크 간의 기상 액화가스를 통합하는 제1 기상 메인라인과, 제1 그룹에 속한 복수 개의 상기 카고탱크 간의 액상 액화가스를 통합하는 제1 액상 메인라인을 갖고, 상기 제2 메인라인은, 제2 그룹에 속한 복수 개의 상기 카고탱크 간의 기상 액화가스를 통합하는 제2 기상 메인라인과, 제2 그룹에 속한 복수 개의 상기 카고탱크 간의 액상 액화가스를 통합하는 제2 액상 메인라인을 가질 수 있다.

구체적으로, 상기 연료 공급부는, 고압펌프와, 액화가스의 온도를 변화시키는 열교환기를 포함하고, 상기 연료 회수부는, 액상 액화가스를 상기 고압펌프로 전달할 수 있다.

구체적으로, 상기 연료 회수부는, 액상 액화가스를 감압하는 감압밸브와, 감압된 액화가스를 비등점 이하로 냉각해 상기 고압펌프에 액상으로 유입되도록 하는 쿨러를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 가스 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 액화가스 운반선일 수 있다.

본 발명에 따른 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 디젤유만을 사용하던 종래의 시스템을 벗어나서, 액화석유가스를 추진 연료로 사용할 수 있도록 하여 환경 오염을 저감하고 에너지 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 9는 본 발명의 제9 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 10은 본 발명의 제10 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 11은 본 발명의 제11 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.
도 12는 본 발명의 제12 실시예에 따른 가스 처리 시스템이 적용된 선박의 부분 측면도이다.
도 13은 본 발명의 제12 실시예에 따른 가스 처리 시스템이 적용된 선박의 부분 평면도이다.
도 14는 본 발명의 제13 실시예에 따른 가스 처리 시스템이 적용된 선박의 중앙단면도이다.
도 15는 본 발명의 제14 실시예에 따른 가스 처리 시스템이 적용된 선박의 평면도이다.
도 16은 본 발명의 제15 실시예에 따른 가스 처리 시스템이 적용된 선박의 개념도이다.
도 17은 본 발명의 제15 실시예에 따른 가스 처리 시스템이 적용된 선박의 정단면도이다.

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. 참고로 본 명세서에서 액화가스는 LPG일 수 있지만 이로 한정하는 것은 아니며, 비등점이 상온보다 낮아 저장을 위해 강제로 액화되며 발열량을 갖는 모든 물질을 포괄할 수 있다.

또한 본 명세서에서 액화가스/증발가스는 탱크 내부에서의 상태를 기준으로 구분되는 것이고, 명칭으로 인하여 액상 또는 기상으로 반드시 한정되는 것은 아님을 알려둔다.

본 발명은 이하에서 설명하는 가스 처리 시스템(1)이 구비되는 선박(100)을 포함한다. 이때 선박(100)은 가스 운반선, 가스가 아닌 화물이나 사람을 운반하는 상선, FSRU, FPSO, Bunkering vessel, 해양플랜트 등을 모두 포함하는 개념이며, 다만 예시로서 액화석유가스 운반선일 수 있음을 알려둔다.

본 발명의 도면에서 PT는 압력센서, TT는 온도센서를 나타내며, 각 센서에 의한 측정값은 이하에서 설명하는 구성들의 운영에 제한 없이 다양하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 연료 저장부(10), 연료 공급부(20), 연료 회수부(30), 재액화부(40)를 포함한다.

연료 저장부(10)는, 중탄화수소를 주성분으로 하는 액화가스를 저장한다. 여기서 액화가스는 앞서 설명한 LPG 등일 수 있고, 부탄, 프로판, 프로필렌, 에틸렌 등일 수 있지만 이로 한정하는 것은 아니다.

연료 저장부(10)는, 선박(100)이 가스 운반선일 경우 선박(100)의 선내에 마련되는 복수 개의 카고탱크(11)일 수 있으며, 선박(100)이 가스 운반선 외의 선종일 경우에는 별도로 마련되는 탱크나 용기 등일 수 있다.

카고탱크(11)는 대기압에서 액화가스를 저온 액상으로 저장하는 탱크이며, 액화가스의 기화를 방지하기 위하여 벽체에 다양한 단열 구조가 부가될 수 있다. 또한 카고탱크(11)는 멤브레인형 탱크이거나 독립형 탱크 등일 수 있으며, 그 형태나 제원 등은 한정되지 않는다.

연료 저장부(10)는, 액화가스를 배출하여 연료 공급부(20)로 전달하는 이송펌프(111)를 갖는다. 이송펌프(111)는 카고탱크(11)의 내부에 마련될 수 있으며, 액화가스에 잠겨있는 submerged type으로 마련될 수 있다.

다만 이송펌프(111)는, 복수 개의 카고탱크(11) 중 일부에만 마련될 수 있다. 카고탱크(11)는 기본적으로 화물 운송을 목적으로 하는 것으로서 화물의 언로딩(unloading)을 위한 카고펌프(111a)(하역펌프, 스트리핑펌프 등, 도시하지 않음)가 각 카고탱크(11)마다 약 2개씩 마련되는데, 적어도 어느 하나의 카고탱크(11)는 내부에 저장된 액화가스를 추진엔진(E)(ME-LGI) 또는 발전엔진(DFDE, 도시하지 않음) 등의 연료로도 사용하기 위해, 카고펌프(111a)에 더하여 이송펌프(111)가 추가될 수 있다.

일례로 카고탱크(11)가 4개일 때, 추진엔진(E)이 수용된 엔진룸에 근접한 4번 카고탱크(11)에 저장된 액화가스가 추진엔진(E)의 연료로 사용될 수 있고, 이를 위해 4번 카고탱크(11)에만 이송펌프(111)가 마련될 수 있다.

연료 저장부(10)가 포함하는 복수 개의 카고탱크(11)에는 기상 액화가스를 전달하기 위한 기상 메인라인(VM)(vapour main)과 액상 액화가스를 전달하기 위한 액상 메인라인(LM)(liquid main)이 마련될 수 있다. 이때 기상 메인라인(VM)과 액상 메인라인(LM)은, 카고탱크(11) 중에서 적어도 둘 이상을 서로 연결하도록 마련될 수 있다.

참고로 메인라인(VM, LM)은 카고탱크(11)에 마련된 돔(115)을 관통하는 라인들에 연결되는 것으로서, 돔(115)을 관통하는 라인들은 액화가스나 증발가스를 배출/회수하는 라인일 수 있다. 따라서 메인라인(VM, LM)에서의 유동 방향은 도면에 나타난 것으로 한정 해석되지 않으며, 카고탱크(11) 내부에서 외부를 향하는 방향이거나, 또는 카고탱크(11) 외부에서 내부를 향하는 방향이 모두 가능하다.

복수 개의 카고탱크(11)는, 적어도 두 그룹으로 나뉠 수 있다. 일례로 선내에 4개의 카고탱크(11)가 마련되는 경우, 카고탱크(11)는 2개의 그룹으로 나뉜다.

그룹은 메인라인(VM, LM)의 연결에 따라 구분될 수 있으며, 일례로 제1 메인라인(VM, LM)에 의해 서로 연결되는 적어도 2개의 카고탱크(11a)가 속한 제1 그룹, 제2 메인라인(VM, LM)에 의해 서로 연결되는 적어도 2개의 카고탱크(11b)가 속한 제2 그룹으로 구분될 수 있다.

제1 그룹의 카고탱크(11a)들을 서로 연결하는 제1 메인라인(VM, LM)은, 복수 개의 카고탱크(11a) 간의 기상 액화가스를 통합하는 제1 기상 메인라인(VM1), 복수 개의 카고탱크(11a) 간의 액상 액화가스를 통합하는 제1 액상 메인라인(LM1)을 포함한다.

물론 제2 메인라인(VM, LM) 역시, 제1 메인라인(VM, LM)과 마찬가지로 제2 그룹에 속한 카고탱크(11b)들의 기상 액화가스 또는 액상 액화가스를 통합하기 위해 제2 기상 메인라인(VM2)과 제2 액상 메인라인(LM2)을 포함할 수 있다.

카고탱크(11)에 저장되는 액화가스는, 조성에 따라 추진엔진(E)에 사용되지 못할 수도 있다. 일례로 액화가스가 프로판이나 부탄일 경우에는 이송펌프(111)를 통해 연료 공급부(20)를 거쳐 추진엔진(E)에 공급됨으로써 추진력을 얻을 수 있지만, 액화가스가 프로필렌일 경우 현재 개발된 추진엔진(E)들로는 소비가 불가능하거나 바람직하지 않다.

앞서 설명한 바와 같이 4개의 카고탱크(11)는 2개씩 서로 다른 그룹으로 구분될 수 있고, 제1 그룹과 제2 그룹이 동종의 액화가스를 저장하거나, 이송펌프(111)가 없는 제1 그룹의 카고탱크(11a)들은 추진엔진(E)의 연료로 부적합한 액화가스를 저장하고, 이송펌프(111)가 마련된 카고탱크(11b)를 포함한 제2 그룹의 카고탱크(11b)들은 추진엔진(E)의 연료로 적합한 액화가스를 저장하는 경우가 있다.

그런데 앞서 설명한 바와 같이 4번 카고탱크(11)만 연료 전용으로 사용되는데, 이 경우 4번 카고탱크(11)가 속한 그룹에서의 메인라인(VM, LM)이나 연료 공급부(20)와의 연결 부분에 문제가 발생하는 경우에는, 액화가스에 의한 추진이 불가능해지는 문제가 발생한다.

즉, 카고탱크(11)들을 서로 연통시키는 메인라인(VM, LM)이 적어도 2개의 그룹으로 분할되어 있고, 액화가스를 연료로 사용하기 위한 카고탱크(11)는 어느 하나의 그룹에만 속하기 때문에, 연료 전용 카고탱크(11)에 할당된 메인라인(VM, LM)을 통한 흐름이 항상 보장되어야 하는 부담이 존재한다.

본 실시예는 이를 개선하기 위하여, 연료 전용인 4번 카고탱크(11)에 이송펌프(111)를 복수 개 설치하고, 이송펌프(111)가 제1 메인라인(VM, LM)과 제2 메인라인(VM, LM)에 각각 연결되도록 마련될 수 있다.

구체적으로 어느 하나의 이송펌프(111)는 연료 전용인 카고탱크(11)가 속한 그룹에 할당되는 메인라인(VM, LM)(일례로 제2 액상 메인라인(LM2))에 연결되는 반면, 다른 하나의 이송펌프(111)는 연료 전용인 카고탱크(11)가 속하지 않는 다른 그룹에 할당된 메인라인(VM, LM)(일례로 제1 액상 메인라인(LM1))에 연결되도록 할 수 있다.

따라서 본 실시예는, 연료 전용으로 사용되는 카고탱크(11)가 어느 하나의 그룹에 할당된 메인라인(VM, LM)에만 연결되는 것이 아니라, 모든 그룹에 다 연결되도록 함으로써, 하나의 카고탱크(11)로 복수 개의 그룹을 통한 연료 공급이 가능하도록 할 수 있다. 즉 서로 다른 그룹이 연료 공급을 서로 백업하는 구조로 마련되도록 할 수 있다.

또한 연료 전용인 카고탱크(11)가 둘 이상의 그룹에 할당된 메인라인(VM, LM)에 연결되도록 마련됨에 따라, 화물 적재 운영 방식도 아래와 같이 확장될 수 있다.

그룹 기본 본 발명

1 1, 3번 카고탱크 1, 3번 카고탱크 1, 3, 4번 카고탱크

2 2, 4번 카고탱크 2, 4번 카고탱크 2번 카고탱크

즉 본 실시예에서 이송펌프(111)를 갖는 카고탱크(11)는, 아래와 같이 동일한 그룹에 속하며 이송펌프(111)가 없는 카고탱크(11)와 상이하거나 동일한 액화가스의 저장이 가능하다. 참고로 이하에서 P는 프로필렌, B는 부탄을 의미한다.

카고탱크(11)

1번 2번 3번 4번

기본 P P P P

B B B B

P B P B

B P B P

본 발명 B P B B

P B P P

즉 본 실시예의 연료 저장부(10)는, 두 그룹으로 나뉘는 카고탱크(11)들 및 어느 하나의 그룹에 속한 연료 전용 카고탱크(11)를 구비하는 것에서 더 나아가, 연료 전용 카고탱크(11)가 다른 그룹에 할당된 메인라인(VM, LM)에도 연결되는 구조를 갖도록 함으로써, 어느 하나의 그룹에 의한 액화가스 전달에 문제가 발생하더라도 연료 공급에는 중단이 없도록 보장할 수 있다.

연료 공급부(20)는, 연료 저장부(10)의 액화가스를 선박(100)의 추진엔진(E)에 액상으로 공급하며, 이를 위해 연료 공급부(20)는 메인라인(VM, LM)으로부터 추진엔진(E)으로 연결되는 연료 공급라인(L20)을 구비한다. 일반적으로 LNG의 경우에는 엔진에 기상으로 공급되어야 하므로 LNG는 가열에 의해 기화된 후 엔진에 공급되지만, 본 발명에서 연료 공급부(20)는 추진엔진(E)에 LPG 등을 액상으로 공급하게 된다.

이때 추진엔진(E)은 MAN사에서 개발한 ME-LGI 등의 LPG엔진일 수 있지만, 그에 한정하지 않으며 LPG 등을 소비할 수 있는 모든 엔진 제품을 포괄할 수 있다.

다만 연료 공급부(20)가 가압해 추진엔진(E)에 공급하는 액상 액화가스의 상태는, 구체적으로 임계압력(이하에서 임계압력은 액화가스 고유의 임계압력이 아닌, 상온(20도씨 이상)에서 기화되지 않는 압력을 의미하는 표현일 수도 있음을 알려둔다.) 이상 및 임계온도 이하인 과냉 상태일 수 있다. 즉 본 명세서에서 액상이라 함은 과냉을 포괄하는 표현일 수 있다.

연료 공급부(20)는, 카고탱크(11)에 마련된 이송펌프(111)를 통해 전달된 액화가스를 추진엔진(E)에서 요구하는 온도(일례로 20 내지 50도씨)와 압력(일례로 20 내지 60bar)을 맞춰서 추진엔진(E) 등에 공급할 수 있으며, 물론 추진엔진(E)의 상류에서 액화가스 중 적어도 일부를 분기하여 발전엔진, 보일러(B) 등의 기타 수요처에 공급할 수 있다.

이 경우 발전엔진 등이 요구하는 액화가스의 조건이 추진엔진(E)에서와 다를 수 있는 바, 연료 공급부(20)는 발전엔진 등으로 분기되는 액화가스에 대해서도 온도나 압력 등을 추가로 조정할 수 있는 수단이 부가될 수 있음은 물론이다.

연료 공급부(20)는, 연료 공급라인(L20) 상에 마련되는 열교환기(22), 고압펌프(21), 필터(23)를 포함한다.

열교환기(22)는 액화가스의 온도를 변화시킨다. 열교환기(22)는 액화가스의 온도를 상승시킬 수 있고 또는 낮출 수도 있으므로, fuel conditioner로 지칭될 수도 있다.

일례로 본 실시예의 초기 가동 시에는, 후술할 연료 회수부(30)에 의하여 회수되는 고온 액화가스의 유량이 많기 때문에, 열교환기(22)는 액화가스의 온도를 낮출 수 있으며, 안정 가동에 접어들 경우 열교환기(22)는 액화가스의 온도를 높일 수 있다.

또한 열교환기(22)는, 열교환기(22)의 하류에 마련된 고압펌프(21)에 기상 액화가스가 유입되지 않도록, 액화가스의 비등점 이하로 액화가스의 온도를 조절할 수 있다.

또한 열교환기(22)는, 연료 회수부(30)에 의해 리턴되는 액화가스에는 추진엔진(E)에서 사용된 윤활유가 혼입되는 점을 고려, 고압펌프(21)에 유입되는 액화가스에서 윤활유가 결빙되지 않는 온도 이상으로 액화가스의 온도를 조절할 수 있다.

즉 열교환기(22)는 연료 저장부(10)로부터 고압펌프(21)로 전달되는 액화가스와 연료 회수부(30)로부터 고압펌프(21)로 전달되는 액화가스가 혼합되었을 때, 액화가스의 비등점 이하 및 윤활유의 결빙점 이상이 되도록, 액화가스의 온도를 제어하게 된다.

열교환기(22)는 매체 공급라인(L21)을 통해 공급되는 다양한 열교환 매체를 이용하여 액화가스와의 열교환을 구현할 수 있으며, 일례로 열교환 매체는 해수, 청수, 글리콜워터, 배기 등일 수 있지만, 이로 한정되는 것은 아니다.

열교환기(22)가 가열하는 액화가스의 온도는 추진엔진(E)의 요구온도와 다를 수 있는데, 이는 열교환기(22) 하류에 마련된 고압펌프(21)에 의한 가압 시, 액화가스의 온도가 다소 증가할 수 있기 때문이다. 따라서 열교환기(22)는 고압펌프(21)의 가압 과정에서 액화가스의 온도 상승을 고려하여, 추진엔진(E)에 유입되는 액화가스의 온도가 적정해지도록 액화가스의 가열 또는 냉각을 제어할 수 있다.

고압펌프(21)는, 연료 공급라인(L20)에서 열교환기(22)의 하류에 마련되며 열교환기(22)에 의해 온도가 조절된 액화가스를 추진엔진(E)이 요구하는 압력으로 가압한다. 추진엔진(E)이 요구하는 압력은 20 내지 50bar일 수 있지만, 추진엔진(E)의 제원에 따라 달라질 수 있다.

고압펌프(21)의 타입은 특별히 한정하지 않으며, 또한 고압펌프(21)는 도면에 나타난 것과 같이 복수 개가 서로 백업 가능하게 병렬로 마련될 수 있다.

다만 고압펌프(21)는, 가압 과정에서 캐비테이션(cavitation)의 발생을 억제하기 위해, 액화가스가 액상으로 유입될 수 있다. 이를 위해 열교환기(22)가 액화가스의 온도를 제어할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.

고압펌프(21)에 흡입되는 액화가스의 압력은, 이송펌프(111)에 의하여 토출되는 액화가스의 압력에 대응될 수 있다. 또한 후술할 연료 회수부(30)의 감압밸브(31)에 의해 감압된 액화가스의 압력에도 대응될 수 있다.

고압펌프(21)의 흡입 압력을 높이게 되면(일례로 액화가스의 임계압력인 약 20bar 이상) 고압펌프(21)의 부하가 줄어드는 반면, 이송펌프(111)의 부하가 커지게 된다. 다만 연료 회수부(30)에서 감압밸브(31)에 의한 감압 정도가 줄어들게 되면서(비등점이 비교적 높은 상태) 회수되는 액상 액화가스가 기화되는 것을 방지할 수 있다.

반면 고압펌프(21)의 흡입 압력을 낮추게 되면(일례로 액화가스의 임계압력 이하로 약 5 내지 10bar), 고압펌프(21)의 부하가 커지는 반면 이송펌프(111)의 부하가 줄어들게 된다. 이 경우 고압펌프(21)의 흡입 압력을 맞추기 위해 감압밸브(31)에 의한 감압 정도가 커지게 되며(비등점이 낮은 상태), 회수되는 액상 액화가스가 기화되어 고압펌프(21)에 유입될 우려가 있다.

그럼에도 불구하고 본 실시예는, 고압펌프(21)의 흡입 압력을 낮출 수 있다. 일례로 고압펌프(21)의 흡입 압력(이송펌프(111)의 토출 압력)은 1 내지 10bar일 수 있다. 이를 통해 본 실시예는, 연료 저장부(10)에서 고압펌프(21) 전단까지의 장치 및 라인들의 구성들에 대해, 운전 압력을 낮출 수 있게 되어 설치 비용은 물론이고 유지보수 비용의 혁신적인 절감이 가능하다.

다만 앞서 언급한 바와 같이 고압펌프(21)로 유입될 액화가스의 기화 문제가 남아있게 되는데, 본 실시예는 이를 해소하기 위해 연료 회수부(30)에 쿨러(32)를 부가할 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.

필터(23)는, 연료 공급라인(L20)에서 고압펌프(21)의 하류에 마련되며, 고압펌프(21)에서 가압된 액화가스를 필터(23)링하여 추진엔진(E)에 전달한다. 필터(23)가 필터(23)링하는 물질은 추진엔진(E)의 효율을 떨어뜨리는 다양한 이물질을 의미할 수 있으며, 종류는 제한되지 않는다.

연료 공급부(20)는 필터(23)와 추진엔진(E) 사이에 연료공급밸브(도시하지 않음)를 마련할 수 있으며, 이때 연료공급밸브와 후술할 연료 회수부(30)의 감압밸브(31)는, 하나의 트레인으로 구성되어 FVT(fuel valve train)로 지칭될 수 있음을 알려둔다.

연료 회수부(30)는, 추진엔진(E)에서 배출되며 윤활유가 섞인 잉여분의 액상 액화가스를 회수한다. LNG를 기상으로 공급받아 소비하는 상용 엔진(ME-GI, XDF 등)과 달리, 본 발명에서의 추진엔진(E)(ME-LGI 등)은 LPG 등을 액상으로 공급받아 소비하면서 잉여분의 액상 연료를 배출하는 구조를 갖는다.

이는 기상의 경우와 달리 액상의 경우 연료공급량의 미세 제어가 용이하지 않아, 추진엔진(E)이 충분한 양의 액상 연료를 공급받음에 따라 잉여분의 연료가 발생하기 때문이다.

다만 추진엔진(E)에서 회수되는 액화가스는 추진엔진(E)에 유입되기 전의 액화가스가 아니라, 추진엔진(E)의 내부를 거친 액화가스로서, 추진엔진(E)의 요구압력에 대응되는 온도/압력을 갖는 상태이면서(일례로 45bar 내외, 50도씨 이상), 액화가스 내부에는 추진엔진(E)에서 사용되는 윤활유가 혼입될 수 있다.

따라서 연료 회수부(30)가 회수하는 잉여분의 액화가스에는, 윤활유가 섞여 있게 되므로, 연료 회수부(30)는 화물 오염을 방지하기 위하여 액화가스를 카고탱크(11)로 전달하지 않는 것이 바람직하다. 즉 연료 회수부(30)는 액상 액화가스를 카고탱크(11)가 아닌 고압펌프(21)로 전달하여 추진엔진(E)에 재유입되도록 할 수 있다.

연료 회수부(30)는 추진엔진(E)으로부터 연장되는 연료 회수라인(L30)을 구비하며, 연료 회수라인(L30)에 마련되는 감압밸브(31), 쿨러(32)를 포함한다.

감압밸브(31)는, 액상 액화가스를 감압한다. 감압밸브(31)는 줄-톰슨 밸브일 수 있고, 앞서 설명한 바와 같이 연료 공급부(20)의 연료공급밸브와 함께 연료공급트레인(FVT)을 구성하도록 마련될 수 있다.

감압밸브(31)는 추진엔진(E)에서 회수되는 고압(약 30 내지 50bar 내외)의 액화가스를 감압하여 고압펌프(21)의 흡입압력에 맞출 수 있다. 이때 감압밸브(31)가 액화가스를 임계압력(일례로 20bar) 이상으로 감압하게 되면, 연료 저장부(10)로부터 공급되는 액화가스와 혼합된 후 고압펌프(21)에 유입되는 과정에서 기상 액화가스가 생성되지 않을 수 있다. 그러나 이 경우에는 고압펌프(21)의 흡입압력이 입계압력 이상인 것으로서, 이송펌프(111) 및 고압펌프(21) 상류에서의 구성들이 모두 임계압력 이상에 맞춘 고가의 제원으로 세팅되어야 한다.

그러나 본 실시예는, 감압밸브(31)가 임계압력 이상의 액화가스를 임계압력 이하(일례로 1 내지 10bar)로 감압할 수 있으며, 이를 통해 고압펌프(21)의 흡입압력을 낮춤으로써, 이송펌프(111)의 토출 압력이 감압밸브(31)의 압력 강하에 대응하여 임계압력 이하로 설정되도록 하여, 이송펌프(111) 및 고압펌프(21) 상류의 연료 공급라인(L20) 등이 비교적 낮은 압력에 맞춘 저가의 제원으로 설치되도록 할 수 있다.

다만 이 경우 액화가스는 압력 강하로 인해 비등점이 하강하게 되는데, 추진엔진(E)에서 회수되는 액화가스는 추진엔진(E)의 요구온도에 맞게 가열되고 추진엔진(E)을 경유하면서 추가로 가열된 상태(약 60도씨 내외)일 수 있기 때문에, 감압 시 액화가스는 기화될 수 있다.

물론 회수되는 액화가스는 연료 공급부(20)를 통해 공급되는 액화가스와 혼합되면서 일부 다시 액화될 수도 있지만, 기상의 액화가스가 고압펌프(21)로 유입되면 캐비테이션 문제가 발생할 수 있음은 분명하다. 따라서 연료 회수라인(L30)에서 감압밸브(31) 하류에는, 쿨러(32)가 마련되어 액화가스의 기화를 방지할 수 있다.

쿨러(32)는, 감압된 액화가스를 냉각해 고압펌프(21)에 액상으로 유입되도록 한다. 쿨러(32)는 제한되지 않는 다양한 냉매를 활용할 수 있으며, 감압된 액화가스의 비등점 이하로 액화가스를 냉각할 수 있다.

쿨러(32)에 의한 냉각은, 연료 저장부(10)로부터 고압펌프(21)로 전달되는 액화가스와의 혼합을 고려하여 이루어질 수 있으므로, 쿨러(32)는 감압된 액화가스의 비등점보다 다소 높은 온도로 액화가스를 냉각하는 제어도 가능하다.

쿨러(32)에 의해 냉각된 액상(또는 액상에 근접한 상태) 액화가스는, 연료 회수라인(L30)을 통해 연료 공급라인(L20)에서 고압펌프(21)의 상류에 혼입되며, 연료 회수라인(L30)이 연료 공급라인(L20)에 연결되는 지점에는 믹서(도시하지 않음)가 마련될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 회수되는 액화가스가 감압밸브(31)에 의하여 임계압력 이하로 감압되도록 하여, 고압펌프(21) 상류에 마련되는 구성들의 제원을 낮춰 설치 비용은 물론이고 운영, 유지/보수 비용을 모두 절감하는 효과를 거둘 수 있다.

또한 연료 회수부(30)는, 연료 회수라인(L30)이 부분적으로 병렬 구조를 갖도록 마련될 수 있으며, 병렬의 연료 회수라인(L30)에서 일측에 포집탱크(34)(collecting tank)가 마련되며, 포집탱크(34)에는 벤트마스트(36)가 연결된다.

연료 회수라인(L30)은 감압밸브(31) 하류에서 분기되어 부분적으로 병렬로 구성되었다가 다시 합류되어 연료 공급라인(L20)에 연결될 수 있으며, 포집탱크(34)는 감압밸브(31) 하류에 배치된다.

포집탱크(34)는 연료 회수부(30)를 통해 회수되는 액화가스 중 일부를 저장할 수 있는데, 이때 포집탱크(34)로 전달되는 액화가스는 연료 저장부(10)로부터 공급되는 액화가스의 유량과 추진엔진(E)의 요구유량, 회수되는 액화가스의 상태 등을 전반적으로 고려하여 결정될 수 있다. 일례로 회수되는 액화가스의 유량이 많을 경우 적어도 일부의 액화가스가 포집탱크(34)에 임시 저장될 수 있다.

또는 포집탱크(34)는 퍼징을 위해 마련될 수 있다. 퍼징 시 연료 공급부(20) 등에 외부로부터 퍼징가스가 주입되며, 추진엔진(E)까지 경유하는 퍼징가스는 연료 회수라인(L30)을 통해 회수되면서 포집탱크(34)로 전달된다. 이때 퍼징가스는 포집탱크(34)에 연결된 벤트마스트(36)를 이용해 외부로 배출될 수 있다.

벤트마스트(36)는, 포집탱크(34)로부터 벤트라인(L32)을 통해 연결되며, 추진엔진(E)의 가동 중단 등과 같이 벤트가 필요한 비정상운전 상황에서 액화가스 등을 외부로 벤트시킬 수 있다. 물론 이를 위해 포집탱크(34)는 비정상운전에서 액화가스를 전달받아 벤트마스트(36)로 배출할 수 있다.

또는 벤트마스트(36)는 연료 공급부(20) 등의 퍼징 시 포집탱크(34)로 순환되는 퍼징가스를 외부로 배출하여 퍼징을 구현하는 구성으로 사용될 수도 있음은 물론이다.

재액화부(40)는, 연료 저장부(10)에서 발생하는 증발가스를 액화하여 연료 저장부(10)로 리턴한다. 재액화부(40)는 다양한 냉매를 이용하여 증발가스를 비등점 이하로 냉각하는 액화기(41)를 포함할 수 있다.

액화기(41)는 질소, 혼합냉매(MR: Mixed Refrigerant) 등을 이용하여 증발가스를 냉각해 액화시킨다. 이때 연료 저장부(10)인 카고탱크(11)로부터 액화기(41)로는 재액화라인(L40)이 순환되도록 연결될 수 있다.

카고탱크(11)에서 액화기(41)로 연결된 재액화라인(L40)에는 카고탱크(11)의 기상 메인라인(VM)을 통해 배출된 기상 증발가스가 유동할 수 있으며, 액화기(41)에서 카고탱크(11)로 연결된 재액화라인(L40)에는 액화기(41)에서 냉각되어 액화된 액상 증발가스가 유동할 수 있다.

다만 액화 효율을 높이기 위하여, 증발가스의 비등점을 상승시키는 압축기(도시하지 않음)가 카고탱크(11)와 액화기(41) 사이의 재액화라인(L40) 상에 배치될 수도 있다. 다만 압축기(124)를 구비하는 경우에도 액화기(41)에서 카고탱크(11) 사이의 재액화라인(L40)에는 감압기가 생략될 수 있는데, 이는 재액화라인(L40)을 통해 카고탱크(11)로 증발가스가 리턴되는 과정에서 부피가 큰 공간인 카고탱크(11)로 유입되면서 자연스럽게 감압이 이루어질 수 있기 때문이다.

액화기(41)에서 카고탱크(11)로 연결되는 재액화라인(L40)은, 카고탱크(11)에 마련된 액상 메인라인(LM)을 통해 카고탱크(11) 내부로 액상 증발가스를 전달할 수 있으며, 액상 증발가스는 카고탱크(11) 내에서 액화가스 내에 주입되도록 하측에 전달되거나, 카고탱크(11)에서 발생한 증발가스 위에 뿌려져 증발가스의 배출량을 줄일 수 있도록 상측에서 분무될 수 있다. 물론 액상 증발가스가 카고탱크(11) 내에 리턴되는 방식은 상기로 한정하지 않는다.

이와 같이 본 실시예는, 연료 저장부(10)에 저장된 액화가스를 연료 공급부(20)가 액상으로 추진엔진(E)에 공급하되, 추진엔진(E)에서 액상 액화가스가 회수될 때 액화가스를 임계압력 이하로 감압하여, 고압펌프(21) 상류 부분의 제원을 다운시켜 비용을 대폭 절감할 수 있으면서도, 액화가스가 기상으로 고압펌프(21)에 유입되는 것을 막아 안정적인 가동이 가능하다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다. 이는 후술하는 제3 실시예 등의 내용에서도 마찬가지로 적용된다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 연료 회수부(30)가 기액분리부(35)를 구비할 수 있다.

기액분리부(35)는, 연료 회수라인(L30)에서 감압밸브(31)의 하류에 마련되어, 감압된 액화가스를 기액분리하여 액상만 고압펌프(21)에 유입되도록 한다. 이를 위해 기액분리부(35)는 액화가스가 회수되는 연료 회수라인(L30) 중 일부가 부분적으로 확관된 형태이거나, 또는 밀도 차를 이용하여 기체와 액체를 분리하는 용기 형태 등으로 마련될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 연료 회수부(30)의 감압밸브(31)가 액화가스를 임계압력 이하로 감압하게 되면, 액화가스는 온도에 따라 기화될 수 있는 상태가 된다. 그런데 추진엔진(E)을 거쳐 회수되는 액화가스의 온도가 높기 때문에, 감압 시 온도가 일부 떨어지더라도 액화가스는 기화될 우려가 있고, 이로 인해 액화가스가 유입되는 고압펌프(21)에서의 캐비테이션이 문제된다.

물론 이를 해결하기 위해 감압밸브(31) 하류에 액화가스를 냉각하는 쿨러(32)를 추가하는 것도 가능하나, 본 실시예는 보다 안정적인 가동을 위하여 기액분리부(35)를 쿨러(32)에 대체하여 또는 쿨러(32)와 함께 사용할 수 있다. 쿨러(32)와 기액분리기를 모두 구비할 경우 쿨러(32)는 감압된 액화가스를 냉각해 기액분리부(35)로 전달할 수 있다.

기액분리부(35)는, 회수되는 액화가스에 포함된 질소 성분을 분리할 수 있다. 질소 성분은 비등점이 액화가스보다 상당히 낮은 물질로서 쉽게 기화하므로, 기액분리부(35)는 질소 등을 분리하여 외부로 배출할 수 있다. 이때 외부는 질소 수요처나 대기 중일 수 있다.

기액분리부(35) 내에서 기체가 축적되면, 기액분리부(35) 내의 압력이 상승하게 된다. 이 경우 액화가스의 비등점이 올라가게 되면서 기체가 액체 내에 자연적으로 응축될 수 있으므로, 기액분리부(35)는 효과적으로 고압펌프(21)로의 기체 유입 방지를 구현할 수 있다.

다만 질소 성분의 경우 기액분리부(35) 내압 상승에도 불구하고 기액분리부(35) 내의 액체에 의해 응축되지 못할 것이어서, 앞서 설명한 바와 같이 질소 성분은 기액분리부(35)의 상측을 통해 외부로 배출될 수 있다. 질소 성분의 배출은 기액분리부(35)의 내압, 저장 레벨 등에 따라 밸브의 개도 조절을 통해 제어될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 연료 회수라인(L30) 상에 확장 배관 형태 등으로 마련되는 기액분리부(35)를 두어, 액체만 고압펌프(21)로 리턴시킴으로써 고압펌프(21)의 공동현상을 억제할 수 있다. 물론 감압밸브(31)가 액화가스를 임계압력 이상으로 감압하는 경우에도, 질소 성분 분리를 위해 기액분리부(35)가 활용될 수 있다.

참고로 감압밸브(31)가 액화가스를 감압하는 정도는 본 발명 전체에서 임계압력 이상이거나 임계압력보다 낮을 수 있고, 다만 임계압력보다 낮게 감압하는 경우에는 기화를 방지하기 위한 다양한 수단이 사용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 연료 공급부(20)의 열교환기(22)가 앞선 실시예와 다르게 구성될 수 있다.

열교환기(22)는, 연료 저장부(10)로부터 추진엔진(E)으로 공급되는 액화가스의 온도를 변화시킨다는 점에서는 앞선 실시예에서와 동일하다. 다만 본 실시예의 열교환기(22)는, 연료 회수부(30)를 통해 회수되는 액화가스를 열교환에 활용할 수 있다.

즉 열교환기(22)는, 연료 저장부(10)로부터 추진엔진(E)으로 공급되는 액화가스와, 연료 회수부(30)에서 회수되는 액화가스를 열교환시킬 수 있다. 이 경우 열교환기(22)는 연료 회수부(30)의 액화가스를 추진엔진(E)으로 공급되는 액화가스로 냉각하여, 고압펌프(21)에 액상으로 유입되도록 한다.

본 발명에서는 연료 회수부(30)를 통해 회수되는 액화가스가 고압펌프(21)로 유입될 때 기체가 발생하지 않도록 하는 것이 중요한데, 앞선 실시예에서는 쿨러(32), 기액분리부(35) 등을 활용할 수 있는 반면, 본 실시예는 열교환기(22)를 (추가로) 이용할 수 있다.

따라서 열교환기(22)는, 연료 회수부(30)의 감압밸브(31)에 의해 감압된 액화가스를 냉각해 고압펌프(21)에 액상으로 유입되도록 함으로써, 고압펌프(21)에서의 공동현상을 방지할 수 있게 된다.

또한 열교환기(22)는, 회수되는 액화가스를 연료 저장부(10)에서 전달되는 액화가스와 열교환하는 것에서 더 나아가, 열교환 매체를 활용할 수도 있다. 이 경우 열교환기(22)는 연료 저장부(10)로부터 추진엔진(E)으로 공급되는 액화가스가 흐르는 스트림(연료 공급라인(L20)에 연결)과, 연료 회수부(30)에서 회수되는 액화가스가 흐르는 스트림(연료 회수라인(L30)에 연결)과, 열교환 매체가 흐르는 스트림을 갖는 적어도 3스트림 구조일 수 있다.

이때 열교환기(22)는 핀-튜브 타입이거나, PCHE 타입 등으로 마련될 수 있으며, 공간 활용성 증대를 위해서 PCHE 타입으로 마련되는 것이 바람직하다. 이는 본 명세서 내에서 열교환을 구현하는 모든 구성에 적용된다.

연료 회수라인(L30)을 기준으로 열교환기(22)의 하류에는, 혼합기(33)가 마련될 수 있다. 혼합기(33)는 연료 공급라인(L20)을 기준으로 열교환기(22)와 고압펌프(21) 사이에 마련되어, 열교환기(22)를 경유한 액화가스와, 연료 저장부(10)로부터 공급되는 액화가스를 혼합해 고압펌프(21)로 전달한다.

혼합기(33)만을 사용할 경우 추진엔진(E)에서 회수되는 고온의 액화가스가 연료 저장부(10)로부터 전달되는 저온의 액화가스와 직접 만나면서 냉각될 수는 있지만, 이 경우 급격한 냉각으로 인해 회수되는 액화가스에 포함된 윤활유가 결빙될 우려가 있다.

따라서 본 실시예는 회수되는 액화가스가 저온 액화가스에 의해 냉각된 후 저온 액화가스에 혼합되도록 온도 강하를 단계적으로 구현하여, 윤활유의 급격한 냉각으로 인한 결빙을 방지할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 추진엔진(E)으로부터 회수되는 액화가스가 연료 저장부(10)로부터 전달되는 액화가스에 의하여 열교환 및 혼합되면서 냉각되도록 하여, 추진엔진(E)에서 회수된 후 고압펌프(21)로 재유입되는 액화가스가 액상으로 이루어지게 함으로써 고압펌프(21)를 보호할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 연료 공급부(20)의 열교환기(22)가 앞선 제3 실시예와 다르게 배치된다.

앞선 실시예의 경우 고압펌프(21) 상류에서 액화가스의 온도 제어가 이루어지는 반면, 본 실시예의 경우 종래에 널리 알려져 있는 LNG 연료공급 시스템과 유사하게 고압펌프(21) 하류에서 액화가스의 온도 제어가 이루어질 수 있다.

본 실시예의 열교환기(22)는, 제3 실시예에서와 반대로 연료 공급라인(L20)에서 고압펌프(21)의 하류에 마련될 수 있다. 이 경우 열교환기(22)는 고압펌프(21)에서 가압된 고압 액화가스와, 연료 회수부(30)에서 회수되는 액화가스를 열교환시킬 수 있다.

구체적으로 열교환기(22)는, 고압펌프(21)에 의해 임계압력 이상으로 가압된 고압 액화가스를, 연료 회수부(30)의 액화가스로 가열하게 된다. 따라서 본 실시예는 앞선 실시예와 유사하게, 추진엔진(E)으로 공급되는 액화가스를 가열해야 하는 부하를 절감할 수 있다.

또한 열교환기(22)는 앞선 실시예와 유사하게, 연료 저장부(10)로부터 추진엔진(E)으로 공급되는 액화가스가 흐르는 스트림과, 연료 회수부(30)에서 회수되는 액화가스가 흐르는 스트림과, 열교환 매체가 흐르는 스트림을 갖는 3 스트림 이상의 구조로 마련될 수 있음은 물론이다.

본 실시예의 열교환기(22)는 추진엔진(E)으로부터 회수되어 감압밸브(31)에 의하여 감압된 액화가스를 고압펌프(21)에 의해 가압된 고압 액화가스로 냉각하기 때문에, 앞선 실시예 대비 냉각 정도가 낮을 수 있으므로, 윤활유의 결빙을 충분히 억제할 수 있다.

이때 추진엔진(E)에서 회수되고 열교환기(22)에서 냉각된 액화가스는, 연료 회수라인(L30)에서 고압펌프(21) 상류에 마련되는 혼합기(33)를 통해 연료 저장부(10)로부터 전달되는 액화가스와 혼합될 수 있고, 혼합되면서 고압펌프(21)로의 유입에 문제없는 상태(액상)가 될 수 있다.

즉 혼합기(33)는 고압펌프(21)의 상류에 마련되어 열교환기(22)를 경유한 액화가스와, 연료 저장부(10)로부터 공급되는 액화가스를 혼합해 (대부분) 액상인 상태로 고압펌프(21)로 전달할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 회수되는 윤활유의 결빙을 방지하고자, 고압펌프(21) 하류의 액화가스를 이용하여 회수되는 액화가스를 냉각할 수 있으며, 또한 고압펌프(21)로 유입되는 액화가스에 vapor 생성을 억제할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 연료 회수부(30)에 마련되는 포집탱크(34)의 배치가 앞선 실시예들과 달라질 수 있다.

포집탱크(34)는, 회수되는 액화가스를 전달받아 임시 저장한다. 포집탱크(34)는 연료 회수라인(L30)에 마련되는데, 앞선 실시예의 경우 연료 회수라인(L30)에서 포집탱크(34)가 마련되는 부분은 적어도 부분적으로 병렬로 구비되는 반면, 본 실시예의 경우 연료 회수라인(L30)이 연료 공급라인(L20)에 연결되는 지점에 포집탱크(34)가 구비될 수 있다.

즉 포집탱크(34)는, 연료 회수라인(L30)과 연료 공급라인(L20)의 합류 지점에 마련되어 혼합기(33)의 기능을 구현할 수 있다. 또한 포집탱크(34)는 연료 공급라인(L20)을 기준으로 고압펌프(21)의 상류에 마련되는데, 포집탱크(34)에 유입된 액화가스에서 액상만 고압펌프(21)로 전달될 수 있다. 즉 포집탱크(34)는 기액분리부(35)의 기능도 구현할 수 있다.

또한 포집탱크(34)는 내부에 저장된 액화가스를 가열하는 히터(341)를 구비할 수 있다. 즉 포집탱크(34)는 앞서 설명한 혼합기(33)나 기액분리부(35)의 기능에 더하여, 열교환기(22)의 기능을 구현하도록 마련될 수 있다.

이때 히터(341)는, 포집탱크(34) 내부에 코일 형태로 마련되는 in-tank heater일 수 있으며, 전기를 이용하거나 별도의 매체 공급라인(L31)을 통해 유입되는 열교환 매체를 이용할 수 있다.

따라서 포집탱크(34)는 임시 저장된 액화가스를 가열해 고압펌프(21)로 전달할 수 있다. 다만 반복적으로 언급한 바와 같이 고압펌프(21)에는 기상이 유입되면 캐비테이션이 문제될 수 있는바, 포집탱크(34)가 가열하는 액화가스의 온도는 비등점 이하의 온도일 수 있다.

이 경우 연료 공급부(20)는, 고압펌프(21)의 하류에 마련되며 액화가스의 온도를 변화시키는 열교환기(22)를 더 포함할 수 있으며, 열교환기(22)는 열교환 매체를 활용하거나, 아니면 연료 회수부(30)에서 회수되는 액화가스를 활용할 수 있다. 후자의 경우 열교환기(22)는 연료 저장부(10)로부터 추진엔진(E)으로 공급되는 액화가스와, 연료 회수부(30)에서 회수되는 액화가스를 열교환시키는 적어도 2스트림 이상의 구조로 마련될 수 있다.

위의 경우 고압펌프(21)로 전달되는 액화가스의 압력이 임계압력 이하일 수 있는데, 감압밸브(31)는 액화가스를 임계압력 이하로 감압할 수 있고 고압펌프(21) 상류에서의 유동 압력은 임계압력 이하일 수 있으므로, 고압펌프(21) 상류의 구성들에 대한 제원을 하향할 수 있다. 이때 고압펌프(21)로의 기체 유입은 포집탱크(34)에 의해 방지된다.

또는 포집탱크(34)에서 고압펌프(21)로 전달되는 액화가스의 압력은 상온에서 기화가 이루어지지 않는 임계압력 이상일 수 있다. 이 경우 고압펌프(21) 상류에서의 유동 압력이 임계압력 이상이므로 고압펌프(21) 상류의 구성들의 제원이 상향될 수 있지만, 반면 쿨러(32) 등과 같은 구성을 생략할 수 있게 된다.

포집탱크(34)에는, 벤트라인(L32)을 통해 벤트마스트(36)가 연결된다. 벤트마스트(36)는 포집탱크(34)로 회수되는 액화가스 중 적어도 일부를 외부로 벤트하며, 이때 벤트는 시스템이 비정상상태인 경우거나, 퍼징의 경우 등에 이루어질 수 있다.

벤트라인(L32)은 포집탱크(34)에서 벤트마스트(36)로 연결될 수 있는데, 벤트라인(L32)은 연료 공급부(20) 등의 퍼징 후 포집탱크(34)로 회수되는 퍼징가스를 벤트마스트(36)에 전달할 수 있다. 즉 퍼징 시 퍼징가스는 연료 공급부(20)와 추진엔진(E)을 거쳐 연료 회수라인(L30)을 따라 포집탱크(34)에 포집된 후, 벤트라인(L32)을 따라 벤트마스트(36)로 전달됨으로써 처리될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 고압펌프(21) 상류에서의 액화가스 온도 조절 구성과, 회수되는 액화가스를 연료 저장부(10)로부터 공급되는 액화가스와 혼합하는 구성 등을 하나의 포집탱크(34)로 구성함으로써, 시스템을 간소화하고 설치/유지/보수 등의 비용을 대폭 절감할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 연료 공급부(20)의 연료 공급라인(L20) 상에 열교환기(22), 고압펌프(21), 히터(24)가 차례로 마련된다. 이하 본 실시예에 대해서는 도 3에 나타난 제3 실시예와 대비하여 비교 설명하도록 한다.

제3 실시예 대비 본 실시예는, 연료 공급부(20)가 고압펌프(21) 하류에 히터(24)를 추가로 구비할 수 있다. 즉 연료 공급부(20)는 고압펌프(21)와, 고압펌프(21) 상류에 마련되어 액화가스의 온도를 변화시키는 열교환기(22)와, 고압펌프(21)의 하류에 마련되는 히터(24)를 포함할 수 있다.

이때 열교환기(22)는, 연료 회수부(30)의 감압밸브(31)에 의해 감압된 액화가스를 냉각해 고압펌프(21)에 액상으로 유입되도록 하는 구성으로서, 연료 저장부(10)로부터 추진엔진(E)으로 공급되는 액화가스와, 연료 회수부(30)에서 회수되는 액화가스를 열교환시킬 수 있다.

구체적으로 열교환기(22)는, 연료 저장부(10)로부터 추진엔진(E)으로 공급되는 액화가스가 흐르는 스트림과, 연료 회수부(30)에서 회수되는 액화가스가 흐르는 스트림을 갖는 적어도 2 스트림 이상의 구조로 마련될 수 있다.

히터(24)는, 고압펌프(21) 하류에서 액화가스를 가열하여 추진엔진(E)의 요구온도에 맞춰 변화시킨다. 즉 본 실시예는 고압펌프(21) 상류에서 액화가스의 온도 제어가 이루어지고, 또한 고압펌프(21) 하류에서도 액화가스의 온도 제어가 이루어질 수 있는데, 추진엔진(E)의 요구온도에 따른 액화가스 온도 제어는 고압펌프(21) 하류의 히터(24)에서 주로 이루어질 수 있다.

연료 회수부(30)에 의하여 회수되는 액화가스는, 열교환기(22)로 전달되어 열교환기(22)에서 냉각된 후, 연료 공급라인(L20)에서 열교환기(22)와 고압펌프(21) 사이에 마련되는 혼합기(33)를 통해, 연료 저장부(10)로부터 공급되는 액화가스에 혼합될 수 있다.

또한 연료 회수부(30)는, 감압밸브(31)를 거쳐 열교환기(22)를 경유해 혼합기(33)로 연결되는 연료 회수라인(L30)에 더하여, 바이패스라인(L34)을 추가로 구비할 수 있다. 바이패스라인(L34)은 회수되는 액화가스가 열교환기(22)를 우회하여 추진엔진(E)으로 공급되는 액화가스에 전달되도록 한다.

바이패스라인(L34)은, 혼합기(33)와 고압펌프(21) 사이의 연료 공급라인(L20)에 연결될 수 있고, 또는 혼합기(33)에 직접 연결되는 것도 가능하다. 바이패스라인(L34)에는 바이패스밸브(부호 도시하지 않음)가 마련되어, 추진엔진(E)의 가동 상태에 따라 바이패스가 제어될 수 있다.

구체적으로 연료 회수부(30)는, 추진엔진(E)의 정상 가동 시 액화가스를 연료 회수라인(L30)을 따라 열교환기(22)로 전달하고, 추진엔진(E)의 초기 가동 시 액화가스를 바이패스라인(L34)을 따라 열교환기(22)를 우회하여 고압펌프(21)로 전달할 수 있다.

이는 초기 가동(start-up) 시에는 연료 회수부(30)를 통해 회수되는 액화가스가 정상 가동 시의 액화가스 대비 유량, 온도 등에서 차이가 있기 때문에(일례로 유량이 많거나 온도가 높음), 열교환기(22)를 경유하지 않더라도 윤활유의 결빙 우려가 없을 수 있다.

따라서 본 실시예는, 추진엔진(E)의 가동 상태를 고려하여 회수되는 액화가스가 연료 저장부(10)에서 공급되는 액화가스와 열교환하거나 열교환을 우회하도록 함으로써, 효율적인 액화가스의 온도 제어가 가능하다.

이와 같이 본 실시예는, 연료 회수라인(L30)에 바이패스라인(L34)을 두어 추진엔진(E)의 초기 가동 시 추진엔진(E)에서 배출되는 액화가스의 상태를 고려하여, 회수되는 액화가스가 열교환기(22)를 우회해 추진엔진(E)으로 재유입되도록 함으로써, 운영 상의 효율을 대폭 개선할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 앞선 제6 실시예에서와 유사하게, 고압펌프(21)의 상류와 하류 모두에서 액화가스의 온도 변화가 가능하다. 다만 앞선 실시예의 경우 고압펌프(21) 상류 또는 하류 중 적어도 일측에서 액화가스 간의 열교환이 활용되는 반면, 본 실시예는 고압펌프(21) 상류와 하류 모두에서 열교환 매체에 의한 열교환을 이용할 수 있다.

구체적으로 연료 공급부(20)는, 고압펌프(21)와, 고압펌프(21)의 상류에 마련되어 액화가스의 온도를 변화시키는 열교환기(22)와, 고압펌프(21)의 하류에 마련되는 히터(24)를 포함한다.

이 경우 연료 회수부(30)의 감압밸브(31)는, 회수되는 액화가스를 임계압력 이하로 감압하여 고압펌프(21)로 전달할 수 있다. 다만 고압펌프(21)로 기상이 유입되는 것을 억제하기 위하여, 감압밸브(31)의 하류에는 감압된 액화가스를 냉각해 고압펌프(21)에 액상으로 유입되도록 하는 쿨러(32)가 마련될 수 있다.

이와 같이 감압밸브(31)에 의한 감압을 액화가스의 임계압력 이하(일례로 6 내지 10bar)로 하면, 연료 저장부(10)의 이송펌프(111) 등은 연료 공급부(20)의 고압펌프(21)에 액화가스를 임계압력 이하(일례로 6 내지 10bar)로 전달할 수 있다.

따라서 본 실시예는 이송펌프(111)나 메인라인(VM, LM) 등에서의 유동압력이 임계압력 이하로 세팅될 수 있으므로, 본 실시예는 관련 구성들의 design pressure를 낮춰 비용을 대폭 절감할 수 있다.

다만 고압펌프(21)로의 기체 유입 방지를 위하여, 열교환기(22)는 열교환 매체를 이용해 액화가스를 가열할 때, 액화가스의 온도를 연료 저장부(10)로부터 전달되는 액화가스의 압력에서의 비등점 이하로 제어할 수 있다.

또한 회수되는 액화가스에 윤활유가 혼입되어 있음을 고려, 열교환기(22)는 연료 회수부(30)의 액화가스에 혼합되는 윤활유의 결빙점(약 -18도씨) 이상의 온도로 액화가스의 온도를 제어할 수 있다. 즉 열교환기(22)는 액화가스의 온도를 비등점과 윤활유의 결빙점 사이의 온도로 제어한다.

다만 연료 저장부(10)로부터 고압펌프(21)로 공급되는 액화가스는, 회수되는 액화가스와 혼합되면서 온도가 상승할 수 있으므로, 열교환기(22)는 연료 회수부(30)에 의해 고압펌프(21)에 전달되는 액화가스의 온도에 따라, 연료 저장부(10)로부터 전달되는 액화가스의 온도를 제어하여, 고압펌프(21)로 유입되는 액화가스의 온도가 비등점 이하가 되도록 할 수 있다. 즉 연료 저장부(10)로부터 전달되는 액화가스는, 열교환기(22)에서 비등점보다 충분한 온도간격(회수되는 액화가스의 혼합으로 인한 가열분 고려) 만큼 낮은 온도까지 가열될 수 있다.

고압펌프(21) 하류에 마련되는 히터(24)는, 열교환 매체를 이용하여 액화가스를 추진엔진(E)의 요구온도로 가열할 수 있다. 이때 히터(24)는, 스팀을 이용하여 액화가스를 직접 가열하는 구조로 마련된다.

즉 본 실시예는 연료 공급라인(L20)에 마련되는 액화가스의 온도 조절 구성이 글리콜워터 등과 같은 열교환 매체를 사용하는 대신, 스팀을 직접 사용하도록 할 수 있으며, 이를 통해 연료 공급부(20) 전체에서 글리콜워터를 순환 공급하는 사이클의 유량을 약 60%까지 감소시킬 수 있고, 관련된 구성들을 모두 감축할 수 있게 된다.

이와 같이 본 실시예는, 고압펌프(21) 상류와 하류 모두에서 액화가스의 온도를 조절하면서 회수되는 액화가스의 압력을 낮춰서 이송펌프(111) 등의 제원을 낮춰 비용 절감이 가능하고, 히터(24)가 스팀 직접 가열방식을 사용함으로써 글리콜워터의 공급 구성을 컴팩트화 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제8 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 앞선 실시예들 대비 연료 저장부(10)가 연료탱크(12)를 더 포함할 수 있고, 이와 관련된 구성들이 추가/변경될 수 있다.

연료 저장부(10)는, 액화가스를 화물로 저장하는 복수 개의 카고탱크(11)와, 액화가스를 추진엔진(E)에 공급할 연료로 저장하는 연료탱크(12)를 포함한다. 이때 카고탱크(11)에 저장된 액화가스는 연료 공급부(20)에 직접 전달되지 않고, 대신 연료탱크(12)에 전달되었다가 연료탱크(12)를 통해 추진엔진(E)으로 공급될 수 있다.

이 경우 카고탱크(11)에서 연료탱크(12)로는 액화가스 보충라인(L12)이 마련될 수 있으며, 액화가스 보충라인(L12)에는 펌프(부호 도시하지 않음)가 마련되어 액화가스를 카고탱크(11)로부터 연료탱크(12)로 전달해줄 수 있다. 물론 액화가스 보충라인(L12)은 카고탱크(11) 내에 마련되어 액화가스를 언로딩(unloading)하는데 사용되는 카고펌프(111a)를 통해 액화가스를 연료탱크(12)로 전달할 수 있으므로 별도의 펌프는 없을 수 있다.

카고탱크(11)는 복수의 그룹으로 구분될 수 있음을 앞서 설명하였는데, 적어도 두 그룹의 카고탱크(11) 중에서 일부 그룹의 카고탱크(11)에는 추진엔진(E)의 연료로 적합하지 않은 액화가스(프로필렌 등)가 적재되어 있을 수 있다.

따라서 연료탱크(12)는, 카고탱크(11) 중 추진엔진(E)의 연료로 적합한 액화가스(프로판, 부탄 등)가 적재된 카고탱크(11)로부터 액화가스를 넘겨받아 연료 공급부(20)로 전달할 수 있다.

연료탱크(12)는 대기압으로 액화가스를 대량 저장하는 독립형(SPB타입, MOSS타입)이나 멤브레인형인 카고탱크(11)와 달리, 고압으로 액화가스를 저장하는 독립형(Type C, 압력용기타입)일 수 있다. 이때 연료탱크(12)의 저장 압력은 액화가스의 임계압력 이하인 5bar 내외일 수 있고, 액화가스의 기화 방지를 위해 벽체의 내부 또는 외부 중 적어도 일측에 단열구조가 마련될 수 있다.

연료탱크(12)는 선박(100)에서 상갑판(101) 상에 탑재될 수 있고, 새들(saddle)을 통해 상갑판(101)에 지지되도록 마련된다. 연료탱크(12)는 상갑판(101)에서 카고탱크(11)의 액화가스 로딩/언로딩을 위한 구성들(메인라인(VM, LM), 매니폴드 등)과 간섭되지 않으면서, 선박(100)의 항해 시 시야(visibility)를 가리지 않는 위치에 배치될 수 있다. 일례로 연료탱크(12)는 상갑판(101)에서 선수 측의 좌현 또는 우현에 마련될 수 있다.

독립형 압력용기인 연료탱크(12)는, 액화가스를 임계압력 미만으로 저장할 수 있는데, 이 경우 연료탱크(12)에 저장된 액화가스는 연료탱크(12) 내에 마련된 이송펌프(121)에 의하여 연료 공급부(20)로 전달될 수 있다. 연료탱크(12)의 이송펌프(121)는, 앞선 실시예에서 설명한 카고탱크(11)의 이송펌프(111)와 동일유사한 구성일 수 있다.

다만 연료탱크(12)의 경우 카고탱크(11)와 달리 액화가스의 저장량이 작기 때문에, 추진엔진(E)에서 요구하는 유량을 맞춰주기 위해서는 연료탱크(12)에 충분한 액화가스의 저장량이 보장될 필요가 있다. 이를 위해 연료탱크(12)의 레벨에 따라 카고탱크(11)에서 연료탱크(12)로 액화가스 보충라인(L12)을 통해 액화가스의 로딩이 제어될 수 있다.

또한 연료탱크(12)에서의 내압이 낮으면 연료탱크(12) 내 이송펌프(121)의 펌핑 부하가 증가하게 될 수 있다. 일례로 외기가 저온(약 -20도씨)인 겨울 상태일 때에는 연료탱크(12)에 저장된 액화가스 내압이 낮아지게 될 수 있다.

따라서 본 실시예는, 연료탱크(12)에서 연료 공급부(20)로의 액화가스 배출을 원활하게 구현하기 위해, 연료탱크(12)에 내압 상승부(122)를 둘 수 있다. 이때 내압 상승부(122)는 연료탱크(12) 내에 저장된 액화가스를 전달받아 가열한 뒤 연료탱크(12) 내부로 다시 주입시키는 PBU(Pressure Build-up Unit)일 수 있다.

즉 연료탱크(12)는 저장된 액화가스를 가열하는 내압 상승부(122)를 이용하여 연료 공급부(20)의 고압펌프(21) 흡입유량을 보장해줄 수 있다. 이때 내압 상승부(122)는 연료탱크(12)의 외기온도, 연료탱크(12)의 액화가스 저장량, 및/또는 연료탱크(12)의 내압 등에 따라 가동될 수 있다.

연료 공급부(20)와 연료 회수부(30)는, 앞서 설명한 실시예들과 동일/유사하므로 자세한 설명은 생략한다. 다만 본 실시예의 재액화부(40)는, 카고탱크(11) 및 연료탱크(12)의 증발가스를 모두 재액화하도록 마련될 수 있다.

다만 카고탱크(11)에는 추진엔진(E)의 연료로 적합하지 않은 프로필렌 등이 적재될 수도 있고, 프로필렌에 대해서도 재액화가 필요하다. 그런데 카고탱크(11)와 연료탱크(12)가 재액화부(40)의 액화기(41)를 공유하게 되면, 카고탱크(11)의 프로필렌이 재액화된 후 재액화부(40)에 잔류되었다가 연료탱크(12)로 회수되어 연료탱크(12) 내 액화가스의 품질을 변형시키는 문제가 발생할 수 있다.

따라서 본 실시예는, 재액화부(40)의 액화기(41)가 카고탱크(11)의 증발가스와 연료탱크(12)의 증발가스 모두를 액화해 리턴시킬 수 있도록 하면서도, 연료로 적합하지 않은 액화가스가 카고탱크(11)에 적재되는 경우를 고려하여, 연료탱크(12)의 증발가스가 액화기(41)로부터 기설정 범위 내에서 카고탱크(11)에서 액화기(41)로 유입되는 흐름에 합류되도록 할 수 있다.

및/또는, 액화기(41)에서 액화된 연료탱크(12)의 증발가스는 액화기(41)로부터 기설정 범위 내에서 액화기(41)에서 카고탱크(11)로 전달되는 흐름에서 분기되어 연료탱크(12)로 전달되도록 할 수 있다.

이때 기설정 범위는, 액화기(41)를 기준으로 카고탱크(11)로부터의 흐름 또는 카고탱크(11)를 향하는 흐름의 10% 이내의 위치일 수 있다.

구체적으로 재액화부(40)는, 카고탱크(11)에서 배출된 증발가스를 액화기(41)를 경유해 카고탱크(11)로 리턴하는 재액화라인(L40)이 마련되고, 연료탱크(12)에서 배출된 증발가스를 액화기(41) 상류의 재액화라인(L40)에 전달하고 액화기(41) 하류의 재액화라인(L40)으로부터 분기되어 연료탱크(12)로 연결되는 연료 재액화라인(L41)을 포함할 수 있는데, 연료 재액화라인(L41)이 재액화라인(L40)에 합류되는 지점은 카고탱크(11)와 액화기(41) 사이에서 액화기(41) 측에 근접한 위치(액화기(41)에 10% 이내로 근접한 위치)일 수 있고, 연료 재액화라인(L41)이 재액화라인(L40)에서 분기되는 지점 역시 액화기(41)와 카고탱크(11) 사이에서 액화기(41) 측에 근접한 위치(액화기(41)에서 10% 범위 내)일 수 있다.

따라서 본 실시예는, 카고탱크(11)와 연료탱크(12)의 증발가스가 액화기(41)를 공유하도록 하면서도, 추진엔진(E)의 연료로 적합하지 않은 카고탱크(11)의 증발가스가 연료탱크(12)의 증발가스 재액화 시 연료탱크(12)로 넘어가는 것이 방지되도록 하여, 추진엔진(E)의 가동 효율을 보장할 수 있다.

참고로 연료 재액화라인(L41)을 따라 흐르는 연료탱크(12)의 증발가스는, 액화기(41)로 유입될 수도 있지만 일부는 보일러(B)로 분기되어 보일러(B)에서의 스팀 생성에 일조할 수 있다.

또한 연료탱크(12)의 증발가스는, 카고탱크(11)에서 액화기(41)로 유입되는 흐름과 독립적으로 액화기(41)에 유입되거나, 액화기(41)에서 카고탱크(11)로 전달되는 흐름과 독립적으로 액화기(41)에서 배출되도록 하여, 서로 다른 조성의 액화가스가 혼합되지 않도록 할 수 있다. 즉 카고탱크(11)의 증발가스 재액화와 연료탱크(12)의 증발가스 재액화는 서로 다른 시각(이시)에 처리될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 연료탱크(12)를 설치하여 연료탱크(12)로부터 액화가스가 추진엔진(E)에 전달되도록 하면서, 연료탱크(12)의 액화가스 배출을 원활하게 하면서도, 연료탱크(12)의 증발가스를 재액화 리턴할 때 연료 품질이 오염되지 않도록 할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제9 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 적어도 2개의 연료탱크(12)를 구비할 수 있으며, 이하 자세히 설명한다.

연료탱크(12)는, 독립형 압력용기이며 액화가스를 임계압력 이상으로 저장하는 고압 연료탱크(12a)와, 독립형 압력용기이며 액화가스를 임계압력 미만으로 저장하는 저압 연료탱크(12b)를 가질 수 있다.

이때 고압 연료탱크(12a)는 약 18bar 이상의 압력으로 액화가스를 저장하여, 본 시스템의 운영 과정에서 고압 연료탱크(12a)에 적용되는 온도 대역에서 액화가스의 기화가 이루어지지 않도록 할 수 있다. 따라서 고압 연료탱크(12a)에는 증발가스가 (거의) 발생하지 않으며, 고압 연료탱크(12a)는 fully-pressurized type으로 지칭될 수 있다.

반면 저압 연료탱크(12b)는, 약 5bar 내외의 압력으로 액화가스를 저장한다. 이 경우 저압 연료탱크(12b)는 외기 온도 등의 상태 조건에 따라 내부에서 증발가스가 발생할 수 있으며, semi-pressurized type으로 지칭될 수 있다.

위와 같은 구성을 위해, 고압 연료탱크(12a)는 저압 연료탱크(12b) 대비 높은 압력을 견딜 수 있는 제원으로 마련된다. 이를 위해 고압 연료탱크(12a)는 벽체에 마련된 단열구조의 두께가 저압 연료탱크(12b) 대비 클 수 있다.

또한 고압 연료탱크(12a)는, 18bar 이상으로 액화가스를 가두면서 선박(100)의 상갑판(101) 상에 빈 공간에 배치되기 위하여, 기설정된 크기 이하의 사이즈로 설계될 수 있다. 즉 고압 연료탱크(12a)는, 선박(100) 설계 시 일반적으로 고려되는 항해거리(voyage range)인 10,000NM을 커버할 수 없는 용량(일례로 1,300m3)으로 마련될 수 있다.

특히 고압 연료탱크(12a)는 저장 압력이 높아져서 카고탱크(11)의 98% filling limit 보다 낮은 filling limit(일례로 80% 내외)이 설정된다는 점을 추가로 고려할 때, 선박(100) 운항을 위한 액화가스 저장을 위하여, 저압 연료탱크(12b)는 고압 연료탱크(12a)보다 큰 용적을 갖도록 마련될 수 있다.

즉 고압 연료탱크(12a)만으로는 선박(100)의 운항을 대비할 수 없기 때문에, 저압 연료탱크(12b)는 10,000NM을 커버할 수 있는 용적(일례로 2,350m3 내외)으로 마련될 수 있다. 또한 저압 연료탱크(12b)는 고압 연료탱크(12a) 대비 저장 압력이 낮으므로, filling limit가 더 확보될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 고압 연료탱크(12a)는 액화가스를 임계압력 이상으로 저장함에 따라 상온에서 증발가스의 발생이 억제되는 반면, 저압 연료탱크(12b)는 액화가스를 임계압력 미만으로 저장함에 따라 외부 열침투에 의해 증발가스가 발생하므로, 본 실시예의 재액화부(40)는, 카고탱크(11)의 증발가스 및 저압 연료탱크(12b)의 증발가스를 재액화하도록 마련되고, 고압 연료탱크(12a)와는 연결되지 않을 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 연료탱크(12)를 고압 연료탱크(12a)와 저압 연료탱크(12b)로 나누어, 고압 연료탱크(12a)로는 액화가스를 기화되지 않은 압력으로 저장하고, 저압 연료탱크(12b)로는 액화가스를 일정 압력 이상으로 저장하여, 고압 연료탱크(12a)나 저압 연료탱크(12b)에서의 이송펌프(121)를 이용해 연료를 공급할 수 있다.

이때 이송펌프(121)를 통해 고압펌프(21)로 전달되는 액화가스의 압력은, 고압 연료탱크(12a)의 저장압력 이상이 되므로, 이와 연계하여 연료 회수부(30)에 의해 고압펌프(21)로 회수되는 액화가스의 압력 역시 임계압력 이상일 수 있다. 따라서 연료 회수부(30)에 의해 감압 및 회수되는 액화가스는 기화가 이루어지지 않으므로 쿨러(32) 등의 구성이 생략될 수 있다.

또한 본 실시예는 서로 다른 압력으로 액화가스를 저장하는 2개의 연료탱크(12)를 구비함으로써, 연료탱크(12)들이 서로 백업하도록 할 수 있고, 또한 연료탱크(12)(특히 고압 연료탱크(12a))가 카고탱크(11)의 유지/보수 시 액화가스를 저장해두는 용기로 활용될 수도 있다. 이에 대해서는 이하 다른 실시예에서 자세히 설명한다.

도 10은 본 발명의 제10 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제10 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 고압 연료탱크(12a)와 저압 연료탱크(12b)를 구비하면서도, 연료 저장부(10)가 저압 연료탱크(12b)와 고압 연료탱크(12a)를 직접 서로 연결하는 연료 전달부(123)를 구비할 수 있다.

연료 전달부(123)는, 저압 연료탱크(12b)에서 고압 연료탱크(12a)로 연결된 액화가스 전달라인(L13)을 통해 액화가스를 전달한다. 앞서 설명한 바와 같이 고압 연료탱크(12a)는 액화가스를 임계압력 이상으로 저장함에 따라 상온에서 증발가스의 발생이 억제되므로, 재액화부(40)는 카고탱크(11)의 증발가스와 저압 연료탱크(12b)의 증발가스를 재액화하도록 마련된다.

그런데 운항 중일 경우에는 저압 연료탱크(12b)에서 발생한 증발가스는 액화기(41)로 액화해 리턴하면 되나, 정박 중일 경우에는 일반적으로 재액화부(40)를 가동하기 위한 전력을 생산하지 않게 되므로(선박(100) 내 hotel load를 위한 최소전력만을 발전하거나 육상으로부터 최소전력을 전달받음), 카고탱크(11)나 저압 연료탱크(12b)에서 증발가스가 발생하는 것에 대한 대처가 필요하다.

따라서 본 실시예는, 연료 전달부(123)를 두어 카고탱크(11)의 로딩 또는 언로딩을 위한 선박(100)의 정박 시, 저압 연료탱크(12b)의 액화가스를 고압 연료탱크(12a)로 전달해 고아 연료탱크(12)가 액화가스를 보관하도록 하여(또는 추진엔진(E)에 축발전기가 마련되고 프로펠러와 클러치로 탈착될 수 있는 경우나 추진엔진(E)이 전기추진 방식인 경우에는 추진엔진(E)에 공급도 가능), 정박 기간 동안 재액화부(40)의 가동을 생략하거나 줄일 수 있다.

즉 연료 전달부(123)가 고압 연료탱크(12a)의 액화가스를 저압 연료탱크(12b)로 넘기게 되면, 고압 연료탱크(12a)는 액화가스를 기화 없이 저장하게 되므로, 고압 연료탱크(12a)에서의 증발가스에 대한 처리가 생략되도록 할 수 있다.

또한 로딩 전에 카고탱크(11)에 남아있는 액화가스(heel)의 경우에는, 액화가스 보충라인(L12)을 통해 고압 연료탱크(12a)로 전달됨으로써, 정박 중일 때 카고탱크(11) 및 저압 연료탱크(12b) 모두에서 증발가스가 발생하지 않도록 하여, 재액화부(40)의 가동을 생략하거나 줄일 수 있다.

더 나아가 본 실시예는, 카고탱크(11)에 저장하는 액화가스의 조성을 변경할 경우 연료 전달부(123)를 활용할 수 있다. 일례로 카고탱크(11)와 저압 연료탱크(12b)에 A라는 액화가스가 저장되어 있는데, 카고탱크(11)의 화물을 A에서 B로 변경하고자 하는 경우에, 연료 전달부(123)는 저압 연료탱크(12b)의 A를 고압 연료탱크(12a)로 전달하며, 또한 카고탱크(11)에 잔류한 A 역시 고압 연료탱크(12a)로 포집될 수 있다.

이 경우 연료 전달부(123)에 의해 저압 연료탱크(12b)가 비어있는 상태가 되므로, 이후 B를 로딩할 때, B는 카고탱크(11) 및 저압 연료탱크(12b)에 모두 로딩 가능하게 된다. 물론 여기서 A, B는 추진엔진(E)에 적합한 연료일 수 있다.

따라서 본 실시예는, 터미널 등에 정박한 상태에서 (액화가스 화물 종류를 변경하여) 로딩하는 과정에서, 고압 연료탱크(12a)를 활용하여 증발가스 처리가 생략/최소화되도록 하여 운항 비용을 혁신적으로 감축할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제10 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제10 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 제9 실시예에서의 연료 전달부(123)가 액화가스 대신(혹은 액화가스에 더하여) 증발가스의 전달을 구현한다.

본 실시예의 연료 전달부(123)는, 저압 연료탱크(12b)에서 고압 연료탱크(12a)로 증발가스를 전달할 수 있다. 이때 저압 연료탱크(12b)와 고압 연료탱크(12a) 간에 내압 차이가 존재하는 것을 고려하여, 연료 전달부(123)는 저압 연료탱크(12b)에서 발생한 증발가스를 고압 연료탱크(12a)의 내압에 대응되도록 압축기(124)로 압축하여 고압 연료탱크(12a)에 전달할 수 있다.

즉 연료 전달부(123)의 압축기(124)는, 저압 연료탱크(12b)와 고압 연료탱크(12a) 간의 내압 차이만큼 증발가스를 압축하되, 저압 연료탱크(12b)의 증발가스를 임계압력 이상으로 압축하여 고압 연료탱크(12a)로 전달하며, 고압 연료탱크(12a)는 연료 전달부(123)에 의해 전달된 증발가스를 보관 또는 추진엔진(E)에 공급할 수 있다.

이와 같이 저압 연료탱크(12b)의 증발가스가 고압 연료탱크(12a)로 전달될 경우, 저압 연료탱크(12b)의 증발가스를 재액화하여 리턴할 필요가 생략/최소화 될 수 있다. 따라서 재액화부(40)는, 연료탱크(12)에 대한 재액화부(40)의 가동을 생략할 수 있다.

즉 본 실시예는, 저압 연료탱크(12b)의 증발가스를 고압 연료탱크(12a)로 전달하는 연료 전달부(123)를 둠으로써, 재액화부(40)가 연료탱크(12)가 아닌 카고탱크(11)의 증발가스의 액화만 처리할 수 있는 제원으로 마련되도록 하여, 재액화부(40)의 사이즈를 컴팩트화 할 수 있고 액화 시 소요되는 냉매 처리 비용 등을 절감할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제11 실시예에 따른 가스 처리 시스템의 개념도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 제11 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 연료 회수부(30)가 액화가스를 회수하여 고압펌프(21)로 전달하되, 연료 회수부(30)에 의해 회수되는 액화가스가 연료 공급부(20)에 회수되는 대신, 연료 저장부(10)의 연료탱크(12)에 회수될 수 있다.

즉 연료 저장부(10)의 연료탱크(12)(일례로 고압 연료탱크(12a))는, 연료 회수라인(L30)이 직접 연결되며, 연료 회수라인(L30)에 의해 회수되는 액화가스가 내부로 주입될 수 있다. 이때 연료 회수라인(L30)은, 연료탱크(12) 내에서 상부에 스프레이 방식으로 액화가스를 뿌려줄 수 있지만, 주입 방식은 이로 한정하지 않는다.

연료 회수부(30)는, 추진엔진(E)에서 배출되는 고압/고온의 액화가스를 감압밸브(31)에 의하여 감압 후 연료탱크(12)로 회수하게 되며, 회수되는 고온의 액화가스를 고압 연료탱크(12a)로 전달하여 고압 연료탱크(12a)의 내압 및 온도를 상승시킬 수 있다. 즉 회수되는 액화가스를 활용해 앞서 도 8에서 설명한 내압 상승부(122)의 기능을 구현할 수 있다.

따라서 본 실시예는, 추진엔진(E)이 요구하는 액화가스의 양이 일례로 시간당 3 내지 4m3일 경우, 리턴되는 고온 액화가스를 고압 연료탱크(12a) 내에 스프레이하여 연료 저장부(10)에서 추진엔진(E)으로 전달되는 액화가스의 배출량을 증가시켜서, 추진엔진(E)의 안정적 가동을 보장할 수 있다.

연료 회수부(30)에 의해 액화가스가 회수되는 고압 연료탱크(12a)는, 비정상 동작 시 액화가스의 벤트 및 퍼징가스의 배출을 위해, 벤트마스트(36)에 연결될 수 있다. 즉 고압 연료탱크(12a)에서 벤트마스트(36)로 벤트라인(L32)이 연결되어, 고압 연료탱크(12a)의 액화가스나 연료 회수라인(L30)을 통해 회수되는 퍼징가스가, 벤트라인(L32)을 따라 벤트마스트(36)로 전달되어 외부로 방출될 수 있다.

다만 퍼징가스의 경우 퍼징 과정에서 연료 공급부(20) 등에 잔류해 있던 폭발성 물질이 혼입될 수 있기 때문에, 벤트마스트(36)를 통해 바로 배출하는 것은 환경 오염을 유발할 수 있다.

따라서 본 실시예는 고압 연료탱크(12a)로부터 벤트라인(L32)을 통해 배출된 퍼징가스가 벤트마스트(36)로 전달되는 대신, 저압 연료탱크(12b)로 전달되도록 할 수 있다. 이를 위해 벤트라인(L32)에는, 저압 연료탱크(12b)로 연결되는 퍼징가스 회수라인(L33)이 분기될 수 있다.

따라서 연료 회수부(30)에 의해 연료 공급부(20)의 퍼징 후 회수되는 퍼징가스는, 연료 회수라인(L30)을 따라 고압 연료탱크(12a)로 유입된 후, 벤트라인(L32)을 따라 빠져나오다가 퍼지가스 회수라인을 통해 저압 연료탱크(12b)에 저장될 수 있다.

이때 퍼징가스 회수라인(L33)을 통해 회수되는 퍼징가스는, 저압 연료탱크(12b)의 내압 이상의 압력을 가질 수 있다. 따라서 퍼징가스의 유입 시 저압 연료탱크(12b)의 압력이 상승하게 된다.

이 경우 본 실시예는, 저압 연료탱크(12b)가 이송펌프(121) 없이 내압에 의해 액화가스를 연료 공급부(20)로 전달하도록 할 수 있다. 즉 저압 연료탱크(12b)는 퍼징가스의 유입에 의해 내압이 상승함으로써, 이송펌프(121)를 생략하거나 이송펌프(121)의 부하를 줄일 수 있게 된다.

따라서 특정 터미널 조건에 따라 추진엔진(E)이 트립(Trip) 되는 정지 등의 비정상 상황에서, 본 실시예는 퍼징가스를 외기에 방출하지 않고 내압 조절이 가능(재액화부(40) 활용)한 저압 연료탱크(12b)로 회수 및 포집하여, 외기로의 퍼징가스 방출을 제어하여 안전성 향상 및 대기오염 방지 효과를 얻을 수 있다.

특히 저압 연료탱크(12b)는 증발가스의 액화 리턴 등을 통해 내압 조절이 가능하므로, 고압의 퍼징가스에 의해 저압 연료탱크(12b)의 내압이 상승하도록 저압 연료탱크(12b)의 내압이 유지됨으로써, 저압 연료탱크(12b)에서의 액화가스 방출 부하를 줄일 수 있다.

물론 위와 같이 퍼징가스가 저압 연료탱크(12b)로 전달될 수 있지만, 퍼징가스 외에도 회수되는 액화가스 역시 퍼징가스의 흐름과 동일하게 고압 연료탱크(12a)를 거쳐 저압 연료탱크(12b)로 전달되어 저압 연료탱크(12b)의 내압을 상승시키는 것도 물론 가능하다.

일례로 고압 연료탱크(12a)는 상온에서 기화가 이루어지지 않는 압력으로 액화가스를 저장하지만, 상온 이상의 액화가스가 연료 회수부(30)를 통해 고압 연료탱크(12a)로 유입됨에 따라, 고압 연료탱크(12a)에서 증발가스가 발생하여 벤트라인(L32)과 퍼징가스 회수라인(L33)을 통해 저압 연료탱크(12b)로 전달될 수 있다.

물론 앞서 설명한 다른 실시예에서와 마찬가지로, 본 실시예 역시 고압 연료탱크(12a)는 액화가스를 임계압력 이상으로 저장함에 따라 상온에서 증발가스의 발생이 억제되고, 저압 연료탱크(12b)는 독립형 압력용기이면서 액화가스를 임계압력 미만으로 저장하므로, 재액화부(40)는 카고탱크(11)의 증발가스 및 저압 연료탱크(12b)의 증발가스를 재액화하되, 고압 연료탱크(12a)와는 연결되지 않을 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 회수되는 액화가스가 고압 연료탱크(12a)로 직접 유입되도록 하여 고압 연료탱크(12a)의 내압을 높여 액화가스의 연료 공급을 안정적으로 구현하고, 퍼징가스가 저압 연료탱크(12b)에 포집되도록 하여 환경오염의 우려를 해소할 수 있다.

도 12는 본 발명의 제12 실시예에 따른 가스 처리 시스템이 적용된 선박의 부분 측면도이고, 도 13은 본 발명의 제12 실시예에 따른 가스 처리 시스템이 적용된 선박의 부분 평면도이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 제12 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 연료 저장부(10)가 복수 개의 카고탱크(11)를 구비할 수 있으며, 별도의 연료탱크(12)를 구비하지 않더라도 추진엔진(E)의 연료로 공급되는 액화가스를 별도로 저장하는 공간을 구비할 수 있다.

구체적으로 연료 저장부(10)는, 복수 개의 카고탱크(11) 중 적어도 어느 하나의 카고탱크(11)에, 화물 저장공간(113)과 연료 저장공간(114)이 한꺼번에 마련되도록 할 수 있다.

이때 카고탱크(11)는, 전후 방향 또는 좌우 방향 등의 다양한 방향으로 공간을 둘 이상으로 분리하는 밀폐형의 격벽(112)이 마련될 수 있으며, 격벽(112)에 의해 화물 저장공간(113)과 추진엔진(E)에 공급될 액화가스를 저장하는 연료 저장공간(114)이 구획되는 구조일 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 카고탱크(11)는 상압으로 액화가스를 저장할 수 있으며, 멤브레인형이거나 독립형 탱크(Type C 제외)일 수 있으므로 카고탱크(11) 내에 형성되는 연료 저장공간(114) 역시 98%의 filling limit이 적용되므로 특정 용적에 최대한의 액화가스를 저장할 수 있다.

이때 격벽(112)은 카고탱크(11)에 마련되는 돔(115)의 위치를 고려하여 돔(115)의 하측에 마련됨으로써, 화물 저장공간(113)과 연료 저장공간(114)이 하나의 돔(115)을 공유하도록 마련될 수 있다.

화물 저장공간(113)의 액화가스는 카고펌프(111a)와 메인라인(VM, LM)을 통해서 로딩/언로딩되며, 연료 저장공간(114)의 액화가스는 이송펌프(111)와 연료 공급라인(L20)을 통해서 추진엔진(E)에 공급된다. 이때 화물 저장공간(113)과 연료 저장공간(114) 모두 외부로 연통되는 구조(라인 및 돔(115))이 필요하므로, 본 실시예는 카고탱크(11)에 기본적으로 마련되는 돔(115)이 연료 저장공간(114)의 액화가스 배출에도 활용되도록 할 수 있다.

카고탱크(11)의 돔(115)은 도 13에 나타난 것과 같이 카고탱크(11)를 수용하는 선박(100)의 선수 또는 선미 측으로 치우쳐 마련될 수 있는데, 돔(115)의 배치를 고려하여 격벽(112)은 카고탱크(11) 내부에서 전후 방향으로 일측에 치우쳐 마련될 수 있다.

물론 돔(115)은 좌우 방향으로는 중앙에 배치될 수 있으므로, 격벽(112)이 좌우 방향으로 카고탱크(11)의 내부를 분할하는 경우에는 격벽(112)은 중앙에 배치될 수 있다. 또한 이외에도 격벽(112)은 하나 이상으로 마련되어, 하나 이상의 연료 저장공간(114)을 형성할 수 있다.

격벽(112)에 의해 분할되는 화물 저장공간(113)과 연료 저장공간(114)은, 동일한 용적이거나 상이한 용적으로 마련될 수 있으며, 또는 격벽(112)에 의해 분할되는 공간들의 용적은 동일하나, 공간들 중 적은 수의 공간이 연료 저장공간(114)이고, 나머지 많은 수의 공간이 화물 저장공간(113)으로 사용될 수 있다.

일례로 2개의 격벽(112)에 의해 카고탱크(11)의 내부가 4개의 공간으로 구획될 경우, 1개의 공간만 연료 저장공간(114)으로 사용될 수 있으며, 이 경우 4개의 공간으로 구획된 공간들이 모두 하나의 돔(115)을 공유하도록 마련될 수 있다.

돔(115)을 공유하도록 하기 위해 격벽(112)은 카고탱크(11) 내부 공간을 완전히 격리시키는 대신, 도 12에서와 같이 돔(115) 내에서 두 공간을 연통시키는 높이를 가질 수 있다. 즉 격벽(112)에 의해 분리되는 공간들은 서로 돔(115)을 통해 증발가스가 이동하도록 연통될 수 있다.

화물 저장공간(113)이나 연료 저장공간(114)에서 발생하는 증발가스가 돔(115)을 향해 유동할 경우, 증발가스는 액화가스 대비 가벼우므로 연료 저장공간(114)의 증발가스가 화물 저장공간(113)의 액화가스로 전달되거나, 화물 저장공간(113)의 증발가스가 연료 저장공간(114)의 액화가스로 유입될 우려는 적다.

그러나 화물 저장공간(113)의 증발가스가 연료 저장공간(114)의 증발가스와 섞인 뒤 재액화하여 리턴될 때, 연료 저장공간(114)의 액화가스 품질이 변질될 우려가 존재한다. 특히 화물 저장공간(113)에는 추진엔진(E)의 연료로 적합 또는 부적합한 액화가스(부탄/프로판이나 가 저장되는 반면, 연료 저장공간(114)에는 화물 저장공간(113)과 달리 추진엔진(E)의 연료로 적합한 액화가스만 저장하기 때문에, 두 저장공간에 저장된 액화가스의 조성이 다를 수 있기 때문이다.

따라서 격벽(112)은 증발가스의 격리가 가능하도록, 적어도 화물 저장공간(113)과 연료 저장공간(114)을 구분하는 격벽(112)은 도면에서와 달리 두 공간을 완전히 격리시키는 구조로 마련될 수도 있다.

격벽(112)에 의해 분리된 두 공간은 액화가스 펌핑 및 재액화 등이 독립적으로 이루어질 수 있는데, 다만 화물 저장공간(113)에 추진엔진(E)의 연료로 적합한 액화가스를 적재하는 경우에는, 화물 저장공간(113)의 액화가스가 연료 저장공간(114)으로 보충되도록 할 수도 있다.

이를 위해 격벽(112)에는 부분적으로 관통된 개구가 형성되고 액화가스 전달밸브(도시하지 않음)가 마련될 수 있어서 격벽(112)을 통한 액화가스 전달이 이루어질 수 있다. 또는 화물 저장공간(113)에 적재된 액화가스가 카고탱크(11)로부터 배출된 후, 메인라인(VM, LM)이나 연료 공급라인(L20)에서 연료 저장공간(114)을 향해 연장되는 액화가스 보충라인(L12)을 통하여 액화가스가 전달될 수도 있음은 물론이다.

이와 같이 본 실시예는, 카고탱크(11) 중 어느 하나 내부에 격벽(112)을 이용해 분리된 공간(segregated space)을 형성하고, 분리된 공간이 연료 저장공간(114)으로 사용되도록 하여(프로필렌을 제외한 액화가스 적재), 상갑판(101) 상에 연료탱크(12)를 두지 않아도 되므로 visibility 문제를 해소할 수 있으면서, 상갑판(101) 내의 다른 장비들과의 간섭 문제를 야기하지 않는다.

도 14는 본 발명의 제13 실시예에 따른 가스 처리 시스템이 적용된 선박의 중앙단면도이다.

도 14을 참조하면, 본 발명의 제13 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 멤브레인형 또는 독립형 탱크(Type C 제외)인 카고탱크(11)에 격벽(112)을 마련한다는 점에서는 제12 실시예와 유사하나, 격벽(112)이 밀폐형으로 마련되어 격벽(112)에 의해 공간이 완전히 분리된다는 특징이 있다.

즉 연료 저장부(10)에 포함되는 복수 개의 카고탱크(11) 중 적어도 어느 하나에는, 저장공간을 완전히 둘 이상으로 분할하는 밀폐형의 격벽(112)이 구비된다. 이 경우 격벽(112)에 의해 분할된 둘 이상의 저장공간은, 카고탱크(11) 내에서 서로 연통되지 않는다. 따라서 카고탱크(11) 내에 마련되어 액화가스를 외부로 배출하는 화물펌프나 이송펌프(111)는, 격벽(112)에 의해 분할되는 복수 개의 저장공간마다 독립적으로 마련될 수 있다.

격벽(112)은 저장공간을 좌우로 완전히 분할하는 형태일 수 있다. 즉 격벽(112)은 선박(100)의 전후 방향으로 마련되는 종격벽(112)일 수 있다.

액화가스를 화물로 저장하는 카고탱크(11)를 갖는 액화가스 운반선의 경우, IGC 코드(International code for construction & equipment of ships carrying liquefied gases in bulk, 국제 액화가스 운송선의 구조 및 설비 규칙)에 따라 카고탱크(11)와 선측외판(102) 사이에 일정한 간격을 두어야 한다.

일례로 LPG 운반선의 경우 카고탱크(11) 외부에 단일벽의 선측외판(102)이 둘러싸는 single hull 구조로 마련되는데, 선측외판(102)과 카고탱크(11) 벽체 사이의 간격은, 카고탱크(11)의 용적에 따라 달라진다.

즉 카고탱크(11)는, 저장공간의 용적을 기준으로 IGC 코드에 따른 상기 카고탱크(11)와 선측외판(102) 간의 간격에 맞춰 선측외판(102)으로부터 내측에 배치되며, 간격 만큼은 선내에서 액화가스의 적재량을 확보할 수 없게 된다. 이때 카고탱크(11)의 용적이 클수록 간격이 커지게 된다.

본 실시예는 IGC 코드에 따른 간격은 충족하면서도, 선내에서의 액화가스 저장용량을 최대로 확보할 수 있도록, 카고탱크(11)의 저장공간을 완전히 분할하는 격벽(112)을 두어, 전체 저장공간의 용적을 기준으로 IGC 코드에 따른 카고탱크(11)와 선측외판(102) 간의 간격(D0)보다 작은 간격(D1)만큼 선박(100)의 선측외판(102)과 좌우로 이격 배치될 수 있다.

IGC 코드에 따른 간격은 격리되는 저장공간의 용적에 따라 결정되는 것이므로, 본 실시예는 밀폐형 격벽(112)을 통해 IGC 코드의 간격을 산정할 때 기준이 되는 용적을 절반으로 줄일 수 있게 되므로, 간격을 D0에서 D1으로 줄일 수 있다. 즉 본 실시예는 카고탱크(11) 내에 저장공간을 좌우로 완전히 분할하는 형태의 격벽(112)을 둠으로써 카고탱크(11)와 선측외판(102)의 간격을 축소해 카고탱크(11) 자체가 커질 수 있다.

다만 격벽(112)을 둘 이상으로 마련하게 되면 밀폐형의 격벽(112)에 의해 형성되는 복수 개의 저장공간마다 펌프가 구비되어야 하는 문제가 있으므로, 격벽(112)은 카고탱크(11)의 저장공간을 둘로 나누도록 하나만 마련될 수 있고, 어느 하나의 저장공간은 연료 저장공간(114)이 되며 다른 하나의 저장공간은 화물 저장공간(113)이 될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 카고탱크(11)와 선측외판(102) 사이의 간격에 의해 선내 액화가스 적재공간이 줄어들게 되는 부분을 보완하고자, 밀폐형의 격벽(112)을 활용해 IGC 코드의 간격 계산 시의 용적을 줄여, 카고탱크(11) 자체의 전체 용적을 확장할 수 있다.

도 15는 본 발명의 제14 실시예에 따른 가스 처리 시스템이 적용된 선박의 평면도이다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 제14 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 연료 저장부(10)가 앞선 제9 내지 제11 실시예에서 설명한 것과 같이 선내에 탑재되는 카고탱크(11) 및 둘 이상의 독립형 압력용기인 연료탱크(12)를 구비할 수 있다.

카고탱크(11)는 대기압으로 액화가스를 저장하며 팔각형의 단면을 갖고 선내에 마련되나, 카고탱크(11)의 돔(115)은 선박(100)의 상갑판(101)으로 노출될 수 있는데, 돔(115)의 좌측 또는 우측에는 선박(100)의 전후 방향으로 길게 이동통로(120)(piping area & access way)가 마련될 수 있다. 도면에 표시한 이동통로(120)는 이동통로(120) 자체가 아닌 이동통로(120)가 설치되는 일정한 구역을 의미하며, 본 명세서에서 이동통로(120)는 선원이 이동하여 각 시설에 접근할 수 있도록 하는 통로(access way)이면서, 주요 라인이 지나가는 구역(piping area)으로서, 다른 구성과 간섭이 이루어지면 안되는 공간을 의미한다.

연료 저장부(10)의 연료탱크(12)는, 선내가 아닌 상갑판(101) 상에 마련될 수 있는데, 이때 이동통로(120)와의 간섭이 문제될 수 있다. 따라서 연료탱크(12)는, 상갑판(101)에서 이동통로(120)가 마련된 일측(도면에서 좌현측)에서 이동통로(120)와 선측외판(102) 사이에 제1 연료탱크(12)를 마련할 수 있고, 반면 상갑판(101)에서 이동통로(120)가 마련된 일측의 반대측(도면에서 우현측)에서 돔(115)과 선측외판(102) 사이에 제2 연료탱크(12)를 마련할 수 있다.

이때 제1 연료탱크(12)는, 제2 연료탱크(12) 대비 돔(115)으로부터 이격된 거리가 더 크게 형성되어, 제1 연료탱크(12)가 설치되는 면적은 제2 연료탱크(12)가 설치되는 면적보다 작을 수 있으므로, 이동통로(120)와의 간섭 해소를 위해 제1 연료탱크(12)는 제2 연료탱크(12) 대비 용적이 작게 마련될 수 있다.

일례로 제1 연료탱크(12)는 액화가스를 임계압력 이상으로 저장하여 상온에서 증발가스의 발생이 억제되는 고압 연료탱크(12a)이며, 제2 연료탱크(12)는 액화가스를 임계압력 미만으로 저장하는 저압 연료탱크(12b)일 수 있다. 이 경우 제1 연료탱크(12)는 제2 연료탱크(12)보다 부피가 작고 외벽의 두께가 크며, 제2 연료탱크(12) 대비 밀도가 클 수 있다.

이와 같이 연료탱크(12)를 복수 개로 마련하면서 좌우 비대칭으로 두는 것은, LNG(0.65kg/m3)보다 밀도가 큰 LPG(프로판 1.8kg/m3, 2.4kg/m3)의 경우 상갑판(101)에 하나의 연료탱크(12)만을 구비하게 되면 좌우 균형을 맞추지 못하여 선체 안정성이 문제되기 때문이다.

즉 본 실시예는 선박(100)의 좌우 균형을 맞추기 위해 상갑판(101)에서 돔(115)을 기준으로 좌우에 각각 연료탱크(12)를 배치하되, 크기가 상대적으로 작은 고압 연료탱크(12a)(제1 연료탱크(12))는 이동통로(120)의 좌우방향 외측에 배치할 수 있다.

이때 제1 연료탱크(12)는, 상하 방향으로 카고탱크(11)의 상면에 투영되지 않는 위치에 배치될 수 있고, 제2 연료탱크(12)는 상하 방향으로 카고탱크(11)의 상면에 투영되는 위치에 마련될 수 있다. 이는 제1 연료탱크(12)가 이동통로(120)와의 간섭 회피를 위해, 돔(115) 보다는 선측외판(102)에 가까운 위치에 배치되기 때문이다.

이와 같이 본 실시예는, 둘 이상의 연료탱크(12)를 상갑판(101)에 마련할 때 이동통로(120) 등과 간섭이 이루어지지 않도록 하면서 선박(100)의 좌우 균형을 보장해, 선박(100)에서 치명적으로 일어나는 rolling을 감소시킬 수 있다.

도 16은 본 발명의 제15 실시예에 따른 가스 처리 시스템이 적용된 선박의 개념도이고, 도 17은 본 발명의 제15 실시예에 따른 가스 처리 시스템이 적용된 선박의 정단면도이다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 본 발명의 제15 실시예에 따른 가스 처리 시스템(1)은, 연료 저장부(10)가 카고탱크(11)와 별도로 연료탱크(12)를 구비할 수 있는데, 연료탱크(12)가 독립형 압력용기이면서 선내에 탑재될 수 있다..

복수 개의 카고탱크(11)가 선박(100)의 전후 방향으로 3개 또는 4개 등이 마련될 수 있는데, 이‹š 연료탱크(12)는, 도 16에 나타난 것처럼 복수 개의 카고탱크(11)의 후방에 배치될 수 있다. 즉 연료탱크(12)는 최후방 카고탱크(11)의 후방에 배치된다.

연료탱크(12)는, 도 16에서와 같이 엔진룸 내부에 배치될 수 있으며, 또는 도면과 달리 엔진룸 외부에서 엔진룸 전방격벽(112)과 최후방 카고탱크(11) 사이에 배치되는 것도 가능하다.

추진엔진(E)은 액화가스 외에도 오일을 연료로 사용하는 이종연료엔진(Duel-Fuel engine)일 수 있는데, 추진엔진(E)에 공급할 오일을 저장하는 오일탱크(13)가 필요하다.

본 실시예에서 설명한 연료탱크(12)가 없다면 오일탱크(13)는 엔진룸 내에서 엔진룸의 전방격벽(112)에 마련될 수 있지만, 본 실시예의 경우에는 도 17에서와 같이 연료탱크(12)의 좌우에 오일탱크(13)를 마련할 수 있다.

즉 엔진룸 내부 또는 엔진룸 전방격벽(112)과 최후방 카고탱크(11) 사이 공간의 선내에서 선저판(103) 상측에는 종방향 격벽(112)이 둘 이상 마련되며, 가운데 공간에는 연료탱크(12)가 수납되고, 좌우 공간은 오일이 저장되는 오일탱크(13)로서 활용될 수 있으며, 연료탱크(12)와 오일탱크(13) 주변에 발라스트 탱크(110)가 배치될 수 있다.

이때 연료탱크(12)는 독립형 압력용기로서, 엔진룸 등의 다양한 구조적 형상에 대응되면서도 액화가스의 용적을 최대한 확보할 수 있는 형상을 갖기 위해 래티스(lattice) 타입의 압력용기일 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 오일탱크(13)가 마련되던 자리를 활용하여 연료탱크(12)가 배치되도록 하여, 상갑판(101) 내 공간을 확보하면서 액화가스를 외부 충격 등으로부터 충분히 보호할 수 있다.

본 발명은 앞서 설명된 실시예 외에도, 상기 실시예들 중 적어도 둘 이상의 조합 또는 적어도 하나 이상의 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: 연료 저장부
11: 카고탱크 11a: 카고탱크(제1 그룹)
11b: 카고탱크(제2 그룹) 111: 이송펌프
111a: 카고펌프 112: 격벽
113: 화물 저장공간 114: 연료 저장공간
115: 돔 12: 연료탱크
12a: 고압 연료탱크 12b: 저압 연료탱크
121: 이송펌프 122: 내압 상승부
123: 연료 전달부 124: 압축기
13: 오일탱크 VM: 기상 메인라인
LM: 액상 메인라인 VM1: 제1 기상 메인라인
LM1: 제1 액상 메인라인 VM2: 제2 기상 메인라인
LM2: 제2 액상 메인라인 L12: 액화가스 보충라인
L13: 액화가스 전달라인 20: 연료 공급부
21: 고압펌프 22: 열교환기
23: 필터 24: 히터
L20: 연료 공급라인 L21: 매체 공급라인
30: 연료 회수부 31: 감압밸브
32: 쿨러 33: 혼합기
34: 포집탱크 341: 히터
35: 기액분리부 36: 벤트마스트
L30: 연료 회수라인 L31: 매체 공급라인
L32: 벤트라인 L33: 퍼징가스 회수라인
L34: 바이패스라인 40: 재액화부
41: 액화기 L40: 재액화라인
L41: 연료 재액화라인 E: 추진엔진
B: 보일러 100: 선박
101: 상갑판 102: 선측외판
103: 선저판 110: 발라스트 탱크
120: 이동통로

Claims (10)

1. 중탄화수소를 주성분으로 하는 액화가스를 저장하는 연료 저장부;
   상기 연료 저장부의 액화가스를 선박의 추진엔진에 액상으로 공급하는 연료 공급부; 및
   상기 추진엔진에서 배출되며 윤활유가 섞인 잉여분의 액상 액화가스를 회수하는 연료 회수부를 포함하며,
   상기 연료 저장부는, 액화가스를 화물로 저장하는 복수 개의 카고탱크로서 어느 하나의 상기 카고탱크의 액화가스를 상기 연료 공급부로 전달하는 이송펌프가 마련되며,
   상기 연료 공급부는, 복수 개의 상기 카고탱크를 적어도 두 그룹으로 나누어 서로 연결하는 제1 메인라인과 제2 메인라인을 갖고,
   상기 이송펌프는, 상기 제1 메인라인과 상기 제2 메인라인에 각각 연결되도록 복수 개로 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 제1 그룹에 속한 상기 카고탱크 또는 제2 그룹에 속한 상기 카고탱크는,
   상기 추진엔진의 연료로 적합한 액화가스 또는 상기 추진엔진의 연료로 부적합한 액화가스 중 어느 하나를 저장하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 추진엔진의 연료로 적합한 액화가스는, 부탄 또는 프로판을 주성분으로 하며,
   상기 추진엔진의 연료로 부적합한 액화가스는, 프로필렌을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 이송펌프를 갖는 카고탱크는,
   상기 이송펌프를 갖는 카고탱크와 동일한 그룹에 속하며 상기 이송펌프가 없는 상기 카고탱크와 상이한 액화가스를 저장하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
5. 제 2 항에 있어서, 상기 이송펌프를 갖는 카고탱크는,
   상기 이송펌프를 갖는 카고탱크와 상이한 그룹에 속하며 상기 이송펌프가 없는 상기 카고탱크와 동일한 액화가스를 저장하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 메인라인은, 제1 그룹에 속한 복수 개의 상기 카고탱크 간의 기상 액화가스를 통합하는 제1 기상 메인라인과, 제1 그룹에 속한 복수 개의 상기 카고탱크 간의 액상 액화가스를 통합하는 제1 액상 메인라인을 갖고,
   상기 제2 메인라인은, 제2 그룹에 속한 복수 개의 상기 카고탱크 간의 기상 액화가스를 통합하는 제2 기상 메인라인과, 제2 그룹에 속한 복수 개의 상기 카고탱크 간의 액상 액화가스를 통합하는 제2 액상 메인라인을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 연료 공급부는, 고압펌프와, 액화가스의 온도를 변화시키는 열교환기를 포함하고,
   상기 연료 회수부는, 액상 액화가스를 상기 고압펌프로 전달하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 연료 회수부는,
   액상 액화가스를 감압하는 감압밸브와, 감압된 액화가스를 비등점 이하로 냉각해 상기 고압펌프에 액상으로 유입되도록 하는 쿨러를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 처리 시스템.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 상기 가스 처리 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.
10. 제 9 항에 있어서,
    액화가스 운반선인 것을 특징으로 하는 선박.

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