KR20230023987A - 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템 - Google Patents

Abstract

선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템은, 선박의 선미부에 구획되는 엔진룸 내에 탑재되며 연료가스를 사용하여 구동이 가능한 엔진; 연료가스를 엔진이 요구하는 조건으로 압축하여 공급하는 연료가스공급부; 연료가스공급부에서 압축된 연료가스를 엔진으로 공급하는 연료가스공급라인; 연료가스공급라인 상에 설치되어 엔진으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 조절하는 가스밸브유닛; 및 엔진 및 가스밸브유닛과 연결되어 엔진 및 가스밸브유닛 내부의 잔류가스를 배출하는 가스배출라인을 포함하고, 상기 가스배출라인은 엔진룸 후방에 위치하는 무어링 데크(Mooring Deck)로 연장되어, 무어링 데크 상에 설치되는 벤트 구조물에 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템 {Gas Venting and Purging System for Ship}

본 발명은 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 연료가스를 사용하여 구동되는 엔진을 탑재한 선박에서 엔진의 작동을 정지하거나 연료가스 공급에 문제가 생겼을 때, 연료가스가 공급되는 배관 계통을 포함하여 엔진 시스템 내부에 잔류하는 연료가스를 선외로 배출시키는 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박에서는 엔진 등 연소기관의 연료로서 HFO(Heavy Fuel Oil)나 MDO(Marine Diesel Oil)와 같은 연료유(연료오일)가 사용되어 왔다. 그러나 연료유는 연소시 발생하는 배기가스 중에 온실가스와 각종 유해물질을 포함하고 있기 때문에 환경오염의 주범이 되고 있다.

최근에는 환경오염 방지에 대한 필요성이 범세계적으로 요구됨에 따라 연료유 사용에 대한 규제도 점차 강화되고 있으며, 이러한 추세에 따라 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG)나 압축천연가스(Compressed Natural Gas, CNG)와 같은 청정 연료가스를 연료유를 대체하여 또는 연료유와 함께 선박의 연료로서 사용하는 것이 고려되고 있다.

또한, 최근에는 연료유와 연료가스를 모두 연료로 사용할 수 있는 이종연료 엔진(Dual Fuel Engine, 이하 'DF 엔진'이라 함)의 개발도 활발히 이루어지고 있다. DF 엔진은 혼소(混燒) 엔진이라고도 불리우는 일종의 하이브리드 개념의 엔진으로서, 연료 소모, 탄소 배출, 운항 경비를 획기적으로 줄일 수 있는 친환경 엔진으로 각광받고 있다. 일례로, MAN사에서 개발된 ME-GI 엔진(MAN Electronic-Gas Injection Engine)은 중유와 천연가스를 모두 연료로 사용할 수 있는 2-Stroke 고압가스 분사엔진으로서, 동급출력의 디젤 엔진과 비교하여 오염물질 배출량을 이산화탄소는 23%, 질소화합물은 80%, 황화합물은 95% 이상 줄일 수 있다.

한편, 가스연료선(Gas Fuel Ship)에 탑재된 엔진이 연료가스를 사용하여 운전되는 가스모드(Gas mode)에서 연료유를 사용하는 오일모드(Oil mode)로 동작을 전환할 때 또는 가스 트립(trip)이 발생하는 경우에는, 엔진 및 엔진으로 연료가스를 공급하는 라인 상에 잔류하는 연료가스를 외부로 벤팅(venting)시키고 퍼징(purging)을 실시해주어야 한다.

이를 위하여 기존의 LNGC(LNG Carrier)나 LFS(LNG Fuelled Ship) 호선은 화물창(Cargo hold)이 위치하는 화물구역(Cargo area) 상부에 설치되는 벤트마스트(Vent mast)에 가스 벤트라인을 연결하여 잔류 연료가스의 벤팅 및 퍼징을 실시하고 있었다.

이러한 종래의 선박 구조에 따르면, 가스 벤트라인이 엔진룸(Engine Room)에 탑재되는 엔진으로부터 화물창 상부에 구비되는 벤트마스트까지 연장되어야 하는데, 그 길이가 무려 200~300m에 달하여 야드(yard) 물량이 과다하게 소모되고, 통상 스테인리스강(Stainless steel) 재질로 마련되는 파이프를 맞대기 용접(butt welding)으로 연결하여 배치해야 하는 데에 어려움이 따를 수 밖에 없었다.

뿐만 아니라, 200~300m에 달하는 라인을 통해 잔류가스의 배출이 이루어지도록 하기 위해서는 상당한 압력이 제공되어야 하며, 라인 중간에 액체가 고여 기체가 방출되지 못하는 현상을 방지하기 위해서는 역구배가 형성되지 않게 배관을 배치해야 하는 설계상의 어려움도 뒤따랐다.

또한, 벤트마스트가 화물구역에 배치되는 종래의 선박은 전진 운항시 벤트마스트에서 배출되는 가스가 선실(Accommodation, 거주구)로 유입될 가능성이 크기 때문에, 선실(거주구)의 높이를 고려하여 벤트마스트를 높게 설치해야 하는 설계상 불리함도 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 연료가스를 사용하여 구동되는 엔진이 탑재된 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템의 최적 배치를 통하여 선박의 배치 간소화를 구현하고, 이로써 선박의 건조성 및 생산성을 크게 향상시키는 것을 발명의 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 선미부에 구획되는 엔진룸 내에 탑재되며 연료가스를 사용하여 구동이 가능한 엔진; 연료가스를 상기 엔진이 요구하는 조건으로 압축하여 공급하는 연료가스공급부; 상기 연료가스공급부에서 압축된 연료가스를 상기 엔진으로 공급하는 연료가스공급라인; 상기 연료가스공급라인 상에 설치되어 상기 엔진으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 조절하는 가스밸브유닛; 및 상기 엔진 및 상기 가스밸브유닛과 연결되어 상기 엔진 및 상기 가스밸브유닛 내부의 잔류가스를 배출하는 가스배출라인을 포함하고, 상기 가스배출라인은 상기 엔진룸 후방에 위치하는 무어링 데크(Mooring Deck)로 연장되어, 상기 무어링 데크 상에 설치되는 벤트 구조물에 연결되는 것을 특징으로 하는, 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템은, 상기 엔진룸과는 격리되는 별도의 독립적인 룸으로 마련되어 내부에 상기 가스밸브유닛이 배치되는 가스밸브유닛룸; 상기 가스밸브유닛룸의 벤틸레이션을 수행하기 위한 환기라인; 상기 환기라인 상에 설치되어 배출압력을 형성하는 배기팬; 상기 가스배출라인으로부터 분기되어 상기 배기팬과 연결되는 분기라인; 및 상기 배기팬 후단의 상기 환기라인으로부터 분기되어 상기 가스배출라인으로 합류되는 부스터라인을 더 포함할 수 있다.

상기 엔진 및 상기 가스밸브유닛 내부에 잔류하는 가스의 벤팅 또는 퍼징시, 상기 분기라인으로부터 상기 환기라인 및 상기 부스터라인을 거쳐 상기 가스배출라인으로 연결되는 유로를 개방하고 상기 유로 상에 설치되는 상기 배기팬을 가동함으로써 상기 가스배출라인을 통한 가스의 배출을 부스팅할 수 있다.

상기 엔진은 상기 선박의 추진 동력을 생산하는 메인엔진 및 상기 선박의 선내에서 필요로하는 전력을 생산하는 발전엔진을 포함하고, 상기 연료가스공급라인, 상기 가스밸브유닛, 상기 가스밸브유닛룸, 상기 가스배출라인, 상기 환기라인, 상기 배기팬 및 상기 부스터라인은 상기 메인엔진과 상기 발전엔진마다 각각 개별적으로 구비되며, 상기 가스배출라인은, 상기 메인엔진 및 상기 메인엔진으로 연료가스를 공급하는 제1 연료가스공급라인 상에 설치되는 제1 가스밸브유닛 내부의 잔류가스를 배출하는 제1 가스배출라인; 및 상기 발전엔진 및 상기 발전엔진으로 연료가스를 공급하는 제2 연료가스공급라인 상에 설치되는 제2 가스밸브유닛 내부의 잔류가스를 배출하는 제2 가스배출라인을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 가스배출라인 및 상기 제2 가스배출라인은 상기 무어링 데크 상에서 수직 방향으로 설치되되, 배기구가 상기 선박의 후미에 위치함에 따라 상기 선박에 구비되는 선실의 높이를 고려할 필요없이 상기 선박의 웨더데크(Weather Deck)보다 B/3(B: 선박의 폭) 또는 6미터 이상이 되는 것만 만족하도록 높이가 설계될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템은, 상기 무어링 데크 상에 설치되는 상기 벤트 구조물로서, 상기 제1 가스배출라인과 상기 제2 가스배출라인을 고정 및 지지하는 파이프 마스트를 더 포함할 수 있다.

상기 파이프 마스트는 상하부가 개방된 구조물로서 상기 제1 가스배출라인 및 상기 제2 가스배출라인의 배기구 주변부 둘레에 설치될 수 있다.

상기 파이프 마스트의 내부에는 상부 개구부로부터 유입되는 빗물을 수집하여 측면부로 배출시킴으로써 상기 제1 가스배출라인 및 상기 제2 가스배출라인의 배기구로 빗물이 유입되는 것을 차단하는 드레인 플레이트(Drain Plate)가 설치될 수 있다.

상기 제1 가스배출라인 및 상기 제2 가스배출라인은 물이 고여있는 U자 모양의 트랩 배관을 포함하는 유-씰(U-seal) 구조를 포함하여 상기 제1 가스배출라인 또는 상기 제2 가스배출라인의 내부로 유입된 빗물이 상기 메인엔진 또는 상기 발전엔진 측으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 엔진룸과 가깝게 위치하는 선미부의 무어링 데크를 활용하여 가스배출라인의 연장 경로를 형성하고 벤트 구조물을 설치함으로써, 엔진 시스템 내부에 잔류하는 연료가스의 벤팅 및 퍼징을 위해 마련되는 가스배출라인의 길이를 종래의 가스 벤트라인과 대비하여 현저하게 단축시키는 것이 가능하고, 이에 따라 선박의 배치 구조가 간소화되며, 야드 물량이 감축됨에 따라 선박의 건조성 및 생산성이 크게 향상되는 효과가 있다.

기존의 가스 벤트라인은 엔진룸 전방의 화물구역 상부에 위치하는 벤트마스트까지 연결되어야 하기에 배관만 대략 200m 이상 배치되어야 했다. 가스를 벤팅하는 라인은 가스가 정체되는 구간이 없도록 경사를 주는 것이 일반적인데, 상기한 종래의 가스 벤트라인은 200m 이상으로 형성되는 긴 배관을 선수 쪽으로 끌고 가야 함에 따라 선체 구조물과의 간섭 회피 등의 이유로 수평으로 형성되는 구간이 부득이하게 존재하였고, 따라서 계속적인 경사를 주기가 현실적으로 어려웠다. 이에 반해, 본 발명은 가스배출라인이 엔진과 가까운 선미의 무어링 데크로 연장되어 비교적 짧은 경로를 가지도록 시스템이 구성됨으로써, 배관의 수평 구간이 줄어들어 기존 대비 경사를 유지하는 것이 훨씬 용이하고, 따라서 잔류가스의 배출이 보다 원활하게 이루어지게 할 수 있다.

본 발명에 따른 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템은, 엔진 시스템 내부의 잔류가스가 최종적으로 배출되는 배기구가 선박의 후미에 위치하게 되므로, 선박의 운항시 벤트가스가 선실(거주구)로 유입될 가능성도 현저하게 줄어든다.

또한, 선박의 전진 운항시 벤트가스가 선실(거주구)로 유입될 가능성이 거의 없으므로, '액화가스연료추진선 안전기준'인 IGF CODE에 의거하여 벤트 구조물의 높이 결정시 선실(거주구)의 높이를 고려할 필요가 없고, 벤트 구조물을 웨더데크(Weather Deck)보다 B/3(B: 선박의 폭) 또는 6미터 이상만 높게 형성되면 된다. 따라서 본 발명은 벤트 구조물의 설치에 있어서 설계 유연성이 크게 향상되는 효과를 가질 수 있다.

더불어, IGF CODE에서는 가스 벤트라인의 구스 넥(Goose neck) 적용을 금지하고 있으므로 가스 벤트라인이 수직으로 설치되어야 하며, 따라서 빗물 등이 가스 벤트라인을 따라 엔진 등의 장비에 유입될 가능성이 있었다. 그러나 본 발명은 가스배출라인을 따라 빗물이 유입되는 것을 방지하기 위한 구조로서, 벤트 구조물인 파이프 마스트에서 가스배출라인의 배기구로의 빗물 유입을 1차적으로 차단하고, 추가적으로 가스배출라인 상에 형성되는 유-씰(U-seal) 구조에 의하여 빗물의 유입을 2차적으로 차단함으로써, 이중 차단 구조를 통하여 빗물의 유입을 확실하게 방지할 수 있는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템은, 가스밸브유닛룸의 벤틸레이션을 수행하는 배기팬과의 연계를 통해 가스배출라인을 통한 잔류가스의 보다 신속한 배출을 유도할 수 있으며, 배기팬을 이용한 강제 배출에 의한 가스 벤팅 및 퍼징시 분산 효과도 가질 수 있다.

본 발명의 효과는 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템의 개략도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적 및 효과를 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조해야 한다.

본 명세서에 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와는 다소 상이할 수 있으며, 도면에 도시된 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장되거나 축소될 수 있고 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예컨대, 본 명세서에서 어떤 구성요소를 '포함'한다고 하는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결'된다고 하는 것은 직접적인 연결은 물론 간접적인 연결을 포함하는 것이며, 두 구성요소 사이에 다른 구성요소가 존재할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 의미로 해석될 수 있다.

본 발명에 따른 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템은, 바람직하게는 연료가스를 사용하여 구동이 가능한 엔진을 탑재하는 선박에 적용될 수 있다.

여기서 '연료가스'는 대표적인 LNG를 비롯하여 LPG(Liquefied Petroleum Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas) 및 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같이, 저온으로 액화시켜 저장 및 수송될 수 있고 기화된 상태에서 엔진의 연료로 사용될 수 있는 다양한 액화가스를 포함할 수 있다.

또한, 상기에서 '선박'은 엔진의 연료로서 연료가스를 사용할 수 있는 모든 종류의 선박을 포함하는 개념으로 해석될 수 있다. 대표적으로는 LNG를 연료로 사용하여 추진하는 LNGC(LNG Carrier)나 LFS(LNG Fueled Ship)를 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 선박의 개념에 포함될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로서 이에 의하여 본 발명이 한정되지는 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 선박에는, 엔진룸(E/R) 내에 탑재되는 엔진(110); 및 엔진(110)으로 연료가스를 공급하기 위한 연료가스공급부(200)가 구비될 수 있다.

엔진(110)은 연료가스를 사용하여 구동이 가능한 엔진일 수 있으며, 따라서 연료유와 연료가스를 모두 연료로 사용할 수 있는 DF 엔진도 포함될 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명에서 엔진(110)은, 선박의 선미에 설치되는 프로펠러 등의 추진장치와 연결되어 선박의 추진력을 발생시키는 메인엔진(111); 및 선내에 필요한 전력을 생산하는 발전엔진(112)을 포함할 수 있다.

메인엔진(111)은 ME-GI 엔진(MAN Electronic-Gas Injection Engine) 또는 X-DF 엔진(eXtra long stroke Dual Fuel Engine)일 수 있으며, 발전엔진(112)은 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric Engine), DFDG(Dual Fuel Diesel Generator), DFGE(Dual Fuel GEnerator) 등과 같은 일반적인 발전기엔진일 수 있다. 다만, 본 발명에서 엔진(110)이 어떤 특정한 엔진로 한정되는 것은 아니며, LNG를 포함하여 다양한 연료가스를 사용하여 구동될 수 있는 것이라면 어떠한 엔진이라도 적용이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 선박에는 선내에 필요한 증기를 생산하기 위한 장비로서 보일러(120)가 더 구비될 수 있으며, 보일러(120)도 연료가스의 사용이 가능한 가스 보일러(Gas Boiler) 또는 연료유와 연료가스의 혼소가 가능한 이종연료 보일러(DF Boiler)로 마련될 수 있다.

엔진(110)은 선박의 선미 측 선체 내부 공간에 구획되는 엔진룸(E/R) 내에 탑재될 수 있고, 보일러(120)는 엔진룸(E/R) 내부 또는 엔진룸(E/R)의 상측 어퍼데크(Upper Deck) 상에 설치되는 구조물로서 엔진룸(E/R)에서 발생하는 배기가스를 외부로 배출하기 위한 각종 배관 및 연돌(funnel) 그리고 기타 장비들이 배치되는 엔진케이싱(Engine Casing, 미도시) 내부에 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 선박에는 엔진(110)의 연료로 사용되는 연료가스를 저장하는 연료가스저장탱크(미도시)가 구비될 수 있다. 연료가스저장탱크(미도시)는 연료가스를 극저온에서 액화시킨 상태로 저장하는 극저온용 탱크일 수 있다. 연료가스저장탱크(미도시)에 저장되는 연료가스는 보일러(120)의 연료로도 사용될 수 있다.

연료가스공급부(FGSS: Fuel Gas Supply System, 200)는 선박에 구비되는 연료가스저장탱크(미도시)로부터 연료가스를 전달받아 엔진(110)이 요구하는 조건에 맞추어 공급하기 위한 것으로서, 엔진(110)이 연료가스를 사용하여 운전될 때 연료가스저장탱크(미도시)에 저장된 액화가스를 강제로 기화 및 압축시켜 엔진(110)으로 공급하거나 또는 연료가스저장탱크(미도시) 내의 액화가스가 자연 기화되어 발생하는 증발가스(BOG: Boil-Off Gas)를 압축하여 엔진(110)으로 공급할 수 있다.

연료가스공급부(200)에는 연료가스저장탱크(미도시)로부터 전달받은 액화가스를 강제 기화기시키 위한 기화기(Vaporizer), 기화된 액화가스 또는 증발가스를 엔진이 요구하는 압력으로 압축하기 위한 압축기(Compressor), 연료가스의 온도를 조절하기 위한 히터(Heater) 등이 구비될 수 있다.

한편, 저압의 연료가스를 공급받아 구동되는 발전엔진(112)과 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받아 구동되는 메인엔진(111)이 요구하는 연료가스의 압력 및 온도 조건이 서로 상이하기 때문에, 연료가스공급부(200)는 각각의 엔진(111, 112)이 요구하는 연료가스의 조건을 맞추어 공급할 필요가 있다.

이를 위하여 연료가스공급부(200)로부터 메인엔진(111) 및 발전엔진(112)으로 연료가스를 공급하는 라인이 각각 마련될 수 있다. 보다 구체적으로는, 연료가스공급부(200)로부터 메인엔진(111)으로 연료가스를 공급하는 제1 연료가스공급라인(SL1)과, 연료가스공급부(200)로부터 발전엔진(112)으로 연료가스를 공급하는 제2 연료가스공급라인(SL2)이 각각 구비될 수 있다. 또한, 또 다른 조건을 요구하는 보일러(120)로 연료가스를 공급하는 제3 연료가스공급라인(SL3)이 별도의 라인으로 더 구비될 수 있다.

연료가스공급라인(SL1~SL3) 상에는 엔진(110) 또는 보일러(120)로 공급되는 연료가스의 압력을 엔진(110) 또는 보일러(120)의 부하에 따라 신속하게 제어하고, 필요시 연료가스의 공급을 빠르게 차단할 수 있도록 제어하는 밸브류 장치가 설치된다. 통상 이러한 밸브류 장치들을 그룹화하여 가스밸브유닛(GVU: Gas Valve Unit)이라고 부르며, 연료가스공급부(200)에서 압축된 연료가스는 가스밸브유닛에 의해 최종적으로 압력 및 유량 등이 제어되어 엔진(110) 또는 보일러(120)의 부하에 대응되는 압력으로 공급될 수 있다. 가스밸브유닛은 여과필터, 가스공급밸브 및 가스유량계 등을 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이 메인엔진(111)과 발전엔진(112) 그리고 보일러(120)가 요구하는 연료가스의 조건이 상이함에 따라, 이들에 공급되는 연료가스를 제어하는 가스밸브유닛도 각각 개별적으로 구비되는 것이 바람직하다.

구체적으로, 제1 연료가스공급라인(SL1) 상에는 메인엔진(111)으로 공급되는 연료가스를 제어하는 제1 가스밸브유닛(310)이, 제2 연료가스공급라인(SL2) 상에는 발전엔진(112)으로 공급되는 연료가스를 제어하는 제2 가스밸브유닛(320)이, 그리고 제3 연료가스공급라인(SL3) 상에는 보일러(120)로 공급되는 연료가스를 제어하는 제3 가스밸브유닛(330)이 설치될 수 있다.

한편, 가스밸브유닛은 가스를 취급하는 밸브류 장치들로 구성되는 특성상 항시 가스의 누출 위험에 노출될 수 밖에 없다. 이러한 위험성을 고려하여 규정된 선급 룰(Rule)에 의하면, 가스밸브유닛은 별도의 하우징으로 기밀하게 둘러싸인 밀폐형 타입(Enclosed type, 'GVU-ED'라고도 함)으로 구비되거나, 별도의 하우징 없이 개방형 타입(Open type, 'GVU-OD'라고도 함)으로 구비되는 경우에는 항시 벤틸레이션(시간당 30번 공기 교환)이 수행되는 가스위험구역(Gas Dangerous Zone)에 배치되어야 한다.

반면, 전술한 엔진룸(E/R)은 가스안전구역(Gas Safety Zone)으로 분류되는 구역으로서 가스위험구역으로부터의 안전이 확보되어야 한다. 규정된 선급 룰에 의하면, 가스위험구역으로부터 가스안전구역으로의 직접적인 출입은 금지되고(필요시 Air Lock 설치), 가스안전구역을 통과하는 가스배관은 이중관 또는 덕트에 의해 완전히 폐위되어야 한다.

본 발명은 상기한 선급 룰을 만족시키면서 최적 배치를 구현하기 위하여, 메엔진(111) 및 발전엔진(112)으로 연료가스의 공급을 제어하는 제1 및 제2 가스밸브유닛(310, 320)은 개방형 타입으로 구비하되 엔진룸(E/R)과 별도의 룸으로 격리 구획되는 가스밸브유닛룸(GVU Room) 내에 배치시키고, 보일러(120)로 연료가스의 공급을 제어하는 제3 가스밸브유닛(330)은 밀폐형 타입으로 구비하여 엔진룸(E/R) 내에 배치시키는 구조를 적용한다.

보다 구체적으로, 본 발명은 2개의 독립적인 가스밸브유닛룸(GR1, GR2)을 엔진룸(E/R)과 격리된 별도의 룸으로 각각 구획하고, 해당 룸 내에 제1 가스밸브유닛(310) 및 제2 가스밸브유닛(320)을 각각 배치할 수 있다.

제1 가스밸브유닛(310)이 배치되는 제1 가스밸브유닛룸(GR1)은 제2 가스밸브유닛룸(GR2)보다 전방에 배치될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이 제1 가스밸브유닛룸(GR1)이 엔진룸(E/R)의 중간에 위치하는 경우에는, 가스위험구역으로 분류되는 제1 가스밸브유닛룸(GR1)으로부터 가스안전구역으로 분류되는 엔진룸(E/R)으로의 직접적인 출입이 금지되므로, 제1 가스밸브유닛룸(GR1)으로의 출입은 어퍼데크를 통해 이루어지도록 시스템을 구성할 수 있다.

한편, 본 발명에서 제1 가스밸브유닛룸(GR1)의 배치 위치가 도면에 도시된 실시예에 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 엔진룸(E/R)과 별개의 독립적인 룸으로 구획되고 메인엔진(111)으로 연료가스를 공급하기에 용이한 위치라면 어디에든 제1 가스밸브유닛룸(GR1)의 배치가 가능하다. 일례로, 제1 가스밸브유닛룸(GR1)은 별도의 독립적인 룸으로 구획되어 엔진룸(E/R)의 선수 측 전방에 바로 인접하게 배치될 수도 있다.

제2 가스밸브유닛(320)이 배치되는 제2 가스밸브유닛룸(GR2)은 엔진룸(E/R)의 선미 측 후방에 별도의 룸으로 구획 배치될 수 있으며, 엔진룸(E/R)의 후방에 바로 인접하게 배치될 수 있다.

상기와 같이 제1 가스밸브유닛룸(GR1)과 제2 가스밸브유닛룸(GR2)을 각각 엔진룸(E/R)의 전방 및 후방에 배치하는 것은, 메인엔진(111)과 발전엔진(112)이 요구하는 연료가스의 압력조건이 다름을 고려한 설계이다. 저압의 연료가스를 취급하는 제2 가스밸브유닛(320)은 상대적으로 고압의 연료가스를 취급하는 제1 가스밸브유닛(310)에 대비하여 충분한 압력을 제공받기 힘들기 때문에 발전엔진(111)과 가깝게 배치될 필요가 있다. 이를 위해 본 발명은 제2 가스밸브유닛룸(GR2)을 엔진룸(E/R)의 후방에 바로 인접하게 배치하여, 제2 가스밸브유닛(320)으로부터 발전엔진(111)으로 연결되는 제2 연료가스공급라인(SL2)을 최단으로 구성하는 것이다.

또한, 상대적으로 크기가 작은 발전엔진(112)의 경우에는 선미 쪽에 배치하고, 크기가 큰 메인엔진(111)은 좁은 선미보다는 상대적으로 선수 쪽에 배치하는 것이기도 하다.

가스위험구역으로 분류되는 제1 및 제2 가스밸브유닛룸(GR1, GR2)은 가스의 누출에 대비하기 위하여 주기적인 벤틸레이션이 수행될 수 있다. 벤틸레이션은 건조된 공기가 시간당 30번 교환되는 방식으로 수행될 수 있으며, 이를 위하여 가스밸브유닛룸(GR1, GR2)에는 벤틸레이션의 수행을 위한 환기라인(RL1, RL2) 및 배기팬(F1, F2)이 각각 구비될 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 가스밸브유닛룸(GR1)의 내부 공기를 흡입하여 외부로 배출하기 위한 제1 환기라인(RL1)이 제1 가스밸브유닛룸(GR1)의 내부로부터 외부로 연장되게 설치될 수 있으며, 제1 배기팬(F1)은 제1 환기라인(RL1) 상에 설치될 수 있다. 또한, 제1 환기라인(RL1) 상에는 제1 가스밸브유닛룸(GR1)의 룸 내 공기 흡입에 관여하는 제1 석션밸브(RV11)와 제1 배기팬(F1)의 후단에서 공기의 배출에 관여하는 제1 아웃렛밸브(RV12)가 설치될 수 있다.

유사하게, 제2 가스밸브유닛룸(GR2)의 내부 공기를 흡입하여 외부로 배출하기 위한 제2 환기라인(RL2)이 제2 가스밸브유닛룸(GR2)의 내부로부터 외부로 연장 설치될 수 있으며, 제2 배기팬(F2)은 제2 환기라인(RL2) 상에 설치될 수 있다. 또한, 제2 환기라인(RL2) 상에는 제2 가스밸브유닛룸(GR2)의 룸 내 공기 흡입에 관여하는 제2 석션밸브(RV21)와 제2 배기팬(F2)의 후단에서 공기의 배출에 관여하는 제2 아웃렛밸브(RV22)가 설치될 수 있다.

엔진(110)이 연료가스를 사용하여 운전되는 가스모드에서는 반드시 해당 엔진(111, 112)으로 연료가스의 공급을 제어하는 가스밸브유닛(310, 320)이 설치되는 가스밸브유닛룸(GR1, GR2)에 대한 벤틸레이션이 수행되어야 한다.

구체적으로, 메인엔진(111)의 가스모드 운전시에는 제1 가스밸브유닛룸(GR1)의 벤틸레이션을 위하여 제1 환기라인(RL1)이 개방되고 제1 배기팬(F1)이 가동되어야 한다. 이를 위해 제1 석션밸브(RV11)와 제1 아웃렛밸브(RV12)가 개방되어 제1 가스밸브유닛룸(GR1)의 내부 공기가 제1 환기라인(RL1)을 통해 흡입 및 배출되도록 한다. 제1 가스밸브유닛룸(GR1)의 벤틸레이션이 필요하지 않은 경우 제1 석션밸브(RV11)와 제1 아웃렛밸브(RV12)은 차단될 수 있다.

발전엔진(112)의 가스모드 운전시에는 제2 가스밸브유닛룸(GR2)의 벤틸레이션을 위하여 제2 환기라인(RL2)이 개방되고 제2 배기팬(F2)이 가동되어야 한다. 이를 위해 제2 석션밸브(RV21)와 제2 아웃렛밸브(RV22)가 개방되어 제2 가스밸브유닛룸(GR2)의 내부 공기가 제2 환기라인(RL2)을 통해 흡입 및 배출되도록 한다. 제2 가스밸브유닛룸(GR2)의 벤틸레이션이 필요하지 않은 경우 제2 석션밸브(RV21)와 제2 아웃렛밸브(RV22)은 차단될 수 있다.

상술한 제1 및 제2 아웃렛밸브(RV12, RV22)는 각각 메인엔진(111) 및 발전엔진(112)의 시스템 내부에 잔류하는 연료가스의 신속한 배출이 필요한 경우에 가스의 배출을 부스팅하기 위한 목적으로 제어될 수 있으며, 이에 대해서는 뒤에서 더 자세히 다룬다.

이하에서는 본 발명에 따른 선박의 가스모드 운전시 엔진(110)으로 연료가스가 공급되는 동작에 대하여 간략히 살펴보고 넘어간다.

먼저, 연료가스저장탱크(미도시) 내부의 액화가스 또는 증발가스가 연료가스공급부(200)로 전달되어 엔진(110)이 요구하는 조건에 맞추어 압축된다. 액화가스를 직접 연료로 사용하는 경우에는 액화가스를 기화시키는 과정이 더 수반될 수 있다.

연료가스공급부(200)에서 압축된 연료가스는 제1 연료가스공급라인(SL1)을 따라 메인엔진(111)으로 공급되거나 제2 연료가스공급라인(SL2)을 따라 발전엔진(112)으로 공급될 수 있으며, 메인엔진(111) 및 발전엔진(112)으로의 연료가스 공급이 동시에 이루어질 수도 있다.

연료가스는 연료가스공급라인(SL1, SL2)을 따라 공급되는 과정에서 각 라인에 설치되는 가스밸브유닛(310, 320)에 의해 최종적으로 압력 및 유량이 제어된 후 해당 엔진(111, 112)으로 공급될 수 있다.

연료가스공급부(200)로부터 보일러(120)로 연료가스가 공급되는 동작도 유사하게 이루어질 수 있다.

한편, 연료가스공급라인(SL1, SL2) 중에서 연료가스공급부(200)로부터 가스밸브유닛룸(GR1, GR2)에 이르는 라인은 외기와 통하는 웨더데크 상에 배치되기 때문에 단일관(Single-pipe)으로 구성될 수 있다. 또한, 항시 벤틸레이션이 수행되고 있는 가스밸브유닛룸(GR1, GR2) 내부에 배치되는 연료가스공급라인(SL1, SL2)도 단일관으로 구성될 수 있다.

반면, 연료가스공급라인(SL1, SL2) 중에서 가스밸브유닛(310, 320)으로부터 엔진(111, 112)으로 연결되는 라인은 가스안전구역으로 분류되는 엔진룸(E/R)을 관통하여 배치되어야 하기 때문에 전술한 선급 룰을 만족시키기 위해 이중관(Double-pipe)으로 구성됨이 바람직하며, 이중관의 외부관(Outer-pipe)에 대하여 시간당 30번의 공기 교환이 이루어지도록 벤틸레이션이 수행될 수 있다.

그리고 연료가스공급부(200)로부터 보일러(120)로 연결되는 제3 연료가스공급라인(SL3)은 엔진룸(E/R) 내에 바로 배치되기 때문에 모두 이중관으로 구성됨이 바람직하다.

한편, 엔진(110)의 작동을 장시간 중지하거나 시스템 내부를 정비하고자 하는 경우 또는 엔진(110)의 연료를 연료가스에서 연료유로 교체(가스모드에서 오일모드로의 전환)하고자 하는 경우에는, 연료가스가 공급되는 배관 계통을 포함하여 엔진(110) 시스템 내부에 잔류하는 연료가스를 제거할 필요가 있다. 가연성의 연료가스가 시스템 내부에 잔류하면 폭발의 위험성이 있기 때문이다.

또한, 엔진(110)으로 연료가스를 공급하는 배관 계통에서 연료가스의 누출이 발생하거나 엔진(110)의 가스 트립이 발생하는 경우에도 엔진(110)은 더 이상 가스모드로 동작할 수 없으며, 이 경우에도 마찬가지로 연료가스공급부(200)에 의한 연료가스의 공급을 중단하고 엔진(110) 시스템 내부에 잔류하는 연료가스를 제거하는 작업이 수행되어야 한다.

따라서 본 발명과 같이 연료가스를 사용하는 엔진(110)이 구비되는 선박에는 엔진(110) 시스템 내부에 잔류하는 연료가스를 배출시키기 위한 가스 벤팅 및 퍼징시스템이 반드시 구비되어야 한다.

이하에서는 연료가스를 사용하여 구동되는 엔진(110) 그리고 보일러(120)를 포함하는 본 발명에 따른 선박에 구비되는 '가스 벤팅 및 퍼징 시스템'에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템은, 메인엔진(111) 및 제1 가스밸브유닛(310)과 연결되어 메인엔진(111) 및 제1 가스밸브유닛(310) 내부의 잔류 연료가스를 배출하는 제1 가스배출라인(VL1); 발전엔진(112) 및 제2 가스밸브유닛(320)과 연결되어 발전엔진(112) 및 제2 가스밸브유닛(320) 내부의 잔류 연료가스를 배출하는 제2 가스배출라인(VL2); 그리고 보일러(120) 및 제3 가스밸브유닛(330)과 연결되어 보일러(120) 및 제3 가스밸브유닛(330) 내부의 잔류 연료가스를 배출하는 제3 가스배출라인(VL3)을 포함할 수 있다.

제1 내지 제3 가스배출라인(VL1~VL3)은 각각 메인엔진(111), 발전엔진(112) 및 보일러(120)로부터 선미에 위치하는 무어링 데크(Mooring Deck)까지 후방으로 연장되어 잔류 연료가스를 외기로 배출하는 경로를 형성할 수 있다. 여기서 무어링 데크는 엔진룸(E/R) 후방의 가장 선미측에 구획되는 조타 장치실(Steering Gear Room)의 상부에 형성되는 데크로서, 선박의 계류에 필요한 계류용 라인 및 유압장치 등이 구비되는 데크이다.

본 발명에 따른 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템은, 엔진(110) 및 보일러(120) 내부의 잔류 연료가스를 배출하는 가스배출라인(VL1~VL3)이 선미의 무어링 데크로 연장되도록 시스템이 구성됨에 따라 잔류가스가 최종 배출되는 배기구가 선박의 후미에 위치하게 되고, 따라서 선박의 전진 운항시 벤트가스가 선실(거주구)로 유입될 가능성을 현저하게 줄일 수 있다.

이러한 본 발명에 따르면, '액화가스연료추진선 안전기준'인 IGF CODE에 의거하여 벤트 구조물의 높이 결정시 선실(거주구)의 높이를 고려할 필요가 없고, 벤트 구조물을 웨더데크보다 B/3(B: 선박의 폭) 또는 6미터 이상만 높게 형성되면 된다.

이는 즉 가스배출라인(VL1~VL3)을 과도하게 높게 설치할 필요가 없다는 것을 의미하고, 가스배출라인(VL1~VL3)의 높이 축소가 가능함에 따라 중량이나 부피적인 측면에서도 구조가 대폭 간소화될 수 있으므로, 가스배출라인(VL1~VL3)을 고정/지지하고 보호하기 위한 구조물을 종래의 벤트마스트와 같은 대형의 굴뚝 구조물로 제작할 필요가 없게 된다.

본 발명은 이러한 이점을 이용한 벤트 구조물로서, 가스배출라인(VL1~VL3)의 배기구 주변부 둘레에 설치되어 가스배출라인(VL1~VL3)을 고정 및 지지하는 파이프 마스트(Pipe Mast, 400)를 제공할 수 있다.

파이프 마스트(400)는 내부에 공간을 가지되 상하가 개방된 구조물로서, 하부 개구부를 통해 인입되는 가스배출라인(VL1~VL3)의 배기구가 파이프 마스트(400)의 내부에 위치하게 되고, 가스배출라인(VL1~VL3)으로부터 배출되는 벤트가스는 파이프 마스트(400)의 상부 개구부를 통해 배출될 수 있다.

파이프 마스트(400)는 무어링 데크 상에 설치되되 데크 바닥면에서부터 연장될 필요없이 가스배출라인(VL1~VL3)의 배기구 주변부에만 설치되면 족하다. 이는 본 발명이 가스배출라인(VL1~VL3)의 길이 및 높이를 단축할 수 있는 이점을 가짐에 따라 벤트 구조물의 간소화가 가능해지기 때문이다.

따라서, 파이프 마스트(400)는 가스배출라인(VL1~VL3)의 배기구 주변부를 커버하는 정도의 사이즈로 제작되면 충분하고, 파이프 마스트(400) 및 파이프 마스트(400)에 의해 보호되지 않는 가스배출라인(VL1~VL3)의 나머지 부분은 무어링 데크 상에 설치되는 빔(beam) 구조물과 같은 단순 서포트 구조물에 의해 고정 및 지지될 수 있다. 또는 가스배출라인(VL1~VL3)을 엔진케이싱(미도시)의 후방벽 상에 고정 및 지지시키는 것도 가능하다.

파이프 마스트(400)의 구비 목적은, 복수의 가스배출라인(VL1~VL3)을 통합하는 벤트 구조물로서 제공되어 복수의 배관을 고정 및 지지하고 보호하는 기능을 수행하고자 하는 것이고, 이와 더불어 가스배출라인(VL1~VL3)의 배기구를 통해 빗물이 유입되는 것을 방지하기 위함이다.

파이프 마스트(400)는 여러 개의 배관을 결합하여 설치하는 것이 가능하도록 구조가 설계될 수 있으며, 전술한 제1 내지 제3 가스배출라인(VL1~VL3) 중 적어도 2 이상의 라인이 파이프 마스트(400)를 통해 통합 설치될 수 있다.

바람직하게는, 메인엔진(111)과 발전엔진(112)을 포함하는 엔진(110) 측의 잔류가스 배출에 관여하는 제1 가스배출라인(VL1) 및 제2 가스배출라인(VL2)은 무어링 데크 상에 설치되는 파이프 마스트(400)에 결합되는 것이 좋고, 보일러(120)의 잔류가스 배출에 관여하는 제3 가스배출라인(VL3)은 엔진케이싱 내부에 별도로 배치하여도 좋다(특히 보일러가 엔진케이싱 내부에 배치되는 경우).

파이프 마스트(400)의 내부에는 상부 개구부로부터 유입되는 빗물을 수집하여 측면부로 배출시키는 드레인 플레이트(Drain Plate, 미도시)가 설치될 수 있으며, 드레인 플레이트(미도시)는 파이프 마스트(400) 내부에 배기구가 위치하게 되는 가스배출라인(VL1~VL3)으로 빗물이 유입되는 것이 1차적으로 차단하는 역할을 할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 가스위험구역인 제1 및 제2 가스밸브유닛룸(GR1, GR2)에는 벤틸레이션 수행을 위한 배기팬(F1, F2)이 구비되는데, 이들 배기팬(F1, F2)은 엔진(110)의 가스모드 운전시에는 항상 가동되어야 하지만, 엔진(110)이 가스모드로 운전되지 않는 경우에는 가동될 필요가 없다.

본 발명은 상기와 같이 엔진(110)의 가스모드 중단시 가동을 휴지(休止)하는 배기팬(F1, F2)을 이용하여 엔진(110) 시스템 내부의 잔류가스를 보다 신속하게 배출시킬 수 있도록 부스팅(boosting)하는 목적으로 활용하고자 한다.

이를 위한 시스템의 구조를 보다 자세히 살펴보면, 제1 가스밸브유닛룸(GR1) 내에 배치되는 제1 가스배출라인(VL1)은 선미 측으로 연장되는 라인으로부터 분기되는 라인(VL1')이 제1 배기팬(F1)과 연결될 수 있다. 즉, 제1 가스배출라인(VL1)의 분기라인(VL1')은 제1 가스밸브유닛룸(GR1)의 벤틸레이션을 수행하는 제1 환기라인(RL1)에 합류될 수 있다.

그리고 제1 환기라인(RL1) 상에서 제1 배기팬(F1)의 후단으로부터 분기되는 제1 부스터라인(BL1)이 제1 가스배출라인(VL1)으로 재합류될 수 있다. 제1 부스터라인(BL1)은 제1 배기팬(F1)이 형성하는 배출압력을 제1 가스배출라인(VL1)으로 전달하여 잔류가스의 신속한 배출을 유도(부스팅)할 수 있다.

상기의 구조는 발전엔진(112) 측의 잔류가스를 배출을 부스팅하는 데에도 동일하게 적용될 수 있다. 구체적으로, 제2 가스밸브유닛룸(GR2) 내에 배치되는 제2 가스배출라인(VL2)은 선미 측으로 연장되는 라인으로부터 분기되는 라인(VL2')이 제2 환기라인(RL2)에 합류되어 제2 배기팬(F2)과 연결될 수 있다.

그리고 제2 환기라인(RL2) 상에서 제2 배기팬(F2)의 후단으로부터 분기되는 제2 부스터라인(BL2)이 제2 가스배출라인(VL2)으로 재합류될 수 있다. 제2 부스터라인(BL2)은 제2 배기팬(F2)이 형성하는 배출압력을 제2 가스배출라인(VL2)으로 전달하여 잔류가스의 신속한 배출을 유도(부스팅)할 수 있다.

상기와 같이 가스밸브유닛룸(GR1, GR2)에 구비되는 배기팬(F1, F2)의 배출압력을 이용하여 엔진(110) 시스템 내부에 잔류하는 연료가스를 빠르고 완벽한 배출이 가능하도록 시스템을 구성할 수 있는 것은, 가스배출라인(VL1~VL3)이 연장되는 최종 목적지인 무어링 데크와 가스밸브유닛룸(GR1, GR2)에 구비되는 배기팬(F1, F2)과의 위치가 매우 가깝기 때문에 가능한 배치로 볼 수 있다. 룸 벤틸레이션 후단의 압력강하(Pressure drop)이 최소화될 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명은 엔진(110) 내부에 잔류하는 연료가스의 배출시에는 엔진(110)의 가스모드 운전이 중단되기 때문에 가스밸브유닛룸(GR1, GR2)에 구비되는 배기팬(F1, F2)을 해당 룸의 벤틸레이션 외 다른 용도로 활용이 가능하다는 점에서 착안된 것이다.

한편, 도면에 도시된 바와 같이, 잔류가스를 외기로 최종 배출시키기 위하여 무어링 데크 상에 배치되는 가스배출라인(VL1~VL3)에서 수직으로 형성되는 라인으로부터 수평으로 전환되는 부위에는 유-씰(U-Seal) 구조가 적용될 수 있다.

유-씰 구조란 U자 모양의 트랩(trap) 배관을 포함하는 구조로서, 통상 물이 고여있어 내부 가스가 외부로 방출되는 것을 막고 물만 넘쳐서 흘러갈 수 있도록 배관을 U자 형태로 꺾어서 배치한 것이다.

이러한 유-씰 구조를 포함하는 본 시스템에 의하면, 가스배출라인(VL1~VL3)의 내부로 빗물이 유입되더라도 유입되는 빗물이 흘러 넘쳐서 하단의 배출구를 통해 외부로 배출될 수 있고, U자 형태의 배관에 항시 물이 고여 있으므로 하단 배출구를 통해 배관 내부 가스가 누출될 우려는 없다.

즉, 전술한 파이프 마스트(400) 내부에 설치되는 드레인 플레이트(미도시)가 가스배출라인(VL1~VL3)의 빗물 유입을 차단하는 예방적인 구성이라면, 유-씰 구조는 가스배출라인(VL1~VL3)으로 유입된 빗물을 제거하는 조치적인 구성으로 볼 수 있으며, 본 발명은 이러한 이중 차단 구조를 통하여 가스배출라인(VL1~VL3)의 빗물 유입을 확실하게 방지할 수 있는 효과가 있다.

유-씰 구조는 제1 내지 제3 가스배출라인(VL1~VL3) 각 라인의 최하단부나 최저점(Lowest Point)이 발생하는 지점에 적용될 수 있다. 도면에는 편의상 유-씰 구조의 심볼(symbol)이 제1 가스배출라인(VL1) 측에만 도시되어 있으나, 제2 및 제3 가스배출라인(VL2, VL3) 상에 점선 원으로 표시한 부분에도 유-씰 구조가 적용될 수 있다는 의미로 이해되어야 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템에 의한 잔류가스 배출 동작에 대하여 구체적으로 설명한다.

전술한 바와 같이, 엔진(110)을 장시간 운전하지 않거나 시스템 내부를 정비하고자 할 때 또는 엔진(110)의 가스 공급에 문제가 생기는 경우, 엔진(110)으로 연료가스를 공급하는 배관 계통을 포함하여 엔진(110) 시스템 내부에 잔류하는 연료가스를 배출하여 제거할 필요가 있다. 이는 보일러(120)의 운용에 있어서도 마찬가지이다.

엔진(110) 및 보일러(120)의 시스템 내부에 잔류하는 연료가스를 배출하는 동작은 크게 '벤팅'과 '퍼징'으로 나누어볼 수 있다. 벤팅은 시스템 내부의 잔류 연료가스를 외기 등의 안전한 구역으로 배출하는 것이고, 퍼징은 불활성가스를 이용하여 시스템 내부에 잔류하는 연료가스를 밀어내어 보다 완벽하게 제거하기 위해 수행되는 것이다. 가스의 벤팅 및 퍼징은 엔진(110) 또는 보일러(120)의 가스모드 운전시에는 수행하지 않고 가스모드 중단시에만 실시할 수 있다.

'벤팅'은 시스템 내부의 잔류가스를 대기압으로 그대로 방출함으로써 이루어질 수 있다. 본 발명에서는 이를 '자연 벤팅'이라고 정의할 수 있는데, 자연 벤팅은 연료가스(예컨대, LNG 가스)가 공기보다 가볍기 때문에 자연스럽게 외부로 배출되는 것이다. 대신 속도는 느리다.

메인엔진(111) 측의 자연 벤팅 동작에 대하여 먼저 살펴보면, 제1 가스배출라인(VL1) 상에 구비되는 밸브들의 개방에 의해 메인엔진(111) 및 제1 가스밸브유닛(310)에 잔류하는 연료가스가 제1 가스배출라인(VL1)을 통해 외기로 자연스럽게 배출될 수 있다.

발전엔진(112) 측의 자연 벤팅도 유사한 방식으로 제2 가스배출라인(VL2)을 통해 이루어질 수 있으며, 보일러(120) 측의 자연 벤팅도 마찬가지로 제3 가스배출라인(VL3)을 통해 이루어질 수 있다.

한편, 엔진(110) 시스템 내부에 잔류하는 연료가스의 신속한 배출이 요구되는 경우에는 속도가 느린 자연 벤팅으로는 상기한 요구를 만족시킬 수 없기 때문에, 이러한 경우에 대비하여 본 발명은 전술한 배기팬(F1, F2)을 활용하여 배출압력을 형성하여 줌으로써 엔진(110) 시스템 내부에 잔류하는 연료가스의 빠른 배출을 유도할 수 있다.

본 발명에서 배기팬(F1, F2)의 배출압력을 이용하여 시스템 내부의 잔류가스를 배출하는 것을 '강제 벤팅'이라 정의할 수 있다. 엔진(110) 시스템 내부에 잔류하는 연료가스의 강제 벤팅시에는 배기팬(F1, F2)이 가동되어 배출압력을 형성하여 주게 되며, 이러한 배출압력을 전달받아 가스배출라인(VL1, VL2)을 통한 잔류가스의 배출이 신속하게 이루어질 수 있다.

메인엔진(111) 측의 강제 벤팅 동작에 대하여 먼저 살펴보면, 메인엔진(111)의 강제 벤팅시에는 일시적으로 제1 배기팬(F1) 쪽으로 밸브를 열어 유로를 형성한다. 그리고 제1 환기라인(RL1) 상에 설치되는 제1 아웃렛밸브(RV12)를 잠그고, 제1 부스터라인(BL1) 상에 설치되는 제1 부스터밸브(BV1)는 개방한다.

상기한 동작에 따라, 제1 가스배출라인(VL1)에서 분기되는 라인(VL1')으로부터 시작하여 제1 환기라인(RL1) 및 제1 부스터라인(BL1)을 거쳐 다시 제1 가스배출라인(VL1)으로 재합류되는 유로(VL1→VL1'→RL1→BL1→VL1)가 형성되며, 해당 유로 상에 설치되는 제1 배기팬(F1)이 제공하는 배출압력에 의해 제1 가스배출라인(VL1)을 통한 잔류가스의 배출이 부스팅(가속화)될 수 있다. 제1 아웃렛밸브(RV12)와 제1 부스터밸브(BV1)는 제1 가스배출라인(VL1)을 통한 벤팅을 부스팅하기 위한 유로 조절 장치로서의 기능을 한다.

발전엔진(112) 측의 강제 벤팅도 유사한 방식으로 이루어질 수 있다. 구체적으로는 발전엔진(112)의 강제 벤팅시 일시적으로 제2 배기팬(F2) 쪽으로 밸브를 열어 유로를 형성하고, 제2 아웃렛밸브(RV22)는 폐쇄, 제2 부스터밸브(BV2)는 개방한다. 이에 따라 제2 가스배출라인(VL2)에서 분기되는 라인(VL2')으로부터 시작하여 제2 환기라인(RL2) 및 제2 부스터라인(BL2)을 거쳐 다시 제2 가스배출라인(VL2)으로 재합류되는 유로(VL2→VL2'→RL2→BL2→VL2)가 형성되며, 해당 유로 상에 설치되는 제2 배기팬(F2)이 제공하는 배출압력에 의해 제2 가스배출라인(VL2)을 통한 잔류가스의 배출이 부스팅(가속화)될 수 있다. 이 때에는 제2 아웃렛밸브(RV22)와 제2 부스터밸브(BV2)가 제2 가스배출라인(VL2)을 통한 벤팅을 부스팅하기 위한 유로 조절 장치로서의 기능을 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 시스템에 의한 벤팅 동작은, 통상 제1 내지 제3 가스배출라인(VL1~VL3)만 열어 시스템 내부의 잔류가스를 벤팅시키고 퍼징 작업을 대기하는 자연 벤팅 방식이나, 배기팬(F1, F2)을 활용하여 추가적인 배출압력을 형성하여 줌으로써 잔류가스를 빠르게 배출시키는 강제 벤팅 방식으로 수행될 수 있다. 여기서 강제 벤팅은 가스위험구역으로 분류되는 가스밸브유닛룸(GR1, GR2)과 해당 룸의 벤틸레이션을 수행하기 위해 배기팬(F1, F2)을 구비하는 엔진(110) 측 시스템 내부의 벤팅에 적용될 수 있다.

'퍼징'은 엔진(110) 시스템 내부에 잔류하는 연료가스를 불활성가스로 치환하여 확실하게 제거하고자 하는 것이다. 위에서 설명한 벤팅 동작에 의하여 엔진(110) 시스템 내부의 잔류 연료가스가 외기로 배출되더라도 시스템 내부에는 소량의 잔류 연료가스가 남아 있을 수 있으며, 이러한 시스템 내부의 잔류가스를 더욱 확실하게 제거하기 위하여 퍼징을 실시하는 것이다. 보일러(120)의 경우에도 마찬가지이다.

본 발명에서 엔진(110) 및 보일러(120)의 퍼징을 수행하기 위해 가스밸브유닛(310~330)으로 불활성가스가 공급될 수 있고, 이를 위해 가스밸브유닛(310~330)에는 각각 불활성가스 공급라인이 연결될 수 있다. 여기서 가스밸브유닛(310~330)으로 공급되는 불활성가스로는 질소가스(N₂ gas)가 이용됨이 바람직하다. 통상 선박에는 질소 발생기(미도시)가 구비되어 있으므로 질소가스의 수급이 용이하기 때문이다.

가스밸브유닛(310~330)으로 공급되는 질소가스는 연료가스공급라인(SL1~SL3)의 일부를 거쳐 엔진(110) 또는 보일러(120)로 공급되어 시스템 내부의 잔류가스를 밀어내고 가스배출라인(VL1~VL3)을 통해 배출될 수 있다.

이하, 메인엔진(111), 발전엔진(112) 및 보일러(120)에 대한 퍼징 동작을 각각 개별적으로 살펴본다.

먼저, 메인엔진(111)의 퍼징시에는, 제1 가스밸브유닛(310)으로 질소가스가 공급되고, 제1 가스밸브유닛(310)으로 공급된 질소가스는 이중관으로 구성되는 제1 연료가스공급라인(SL1)을 따라 메인엔진(111)으로 공급되어 배관 및 엔진(111) 내부에 잔류하는 연료가스를 밀어낸다. 질소가스의 공급에 의해 밀려나가는 잔류 연료가스는 질소가스와 함께 제1 가스배출라인(VL1)을 따라 안전한 구역(예컨대, 외기)로 배출될 수 있다. 메인엔진(111)의 퍼징이 완료되면 시스템 내부에 잔류하던 가스는 모두 불활성가스인 질소가스로 치환된 상태가 되며, 제1 가스밸브유닛(310)으로의 질소가스의 공급을 중단할 수 있다.

발전엔진(112)의 퍼징 동작도 유사하게 수행될 수 있다. 제2 가스밸브유닛(320)으로 질소가스가 공급되고, 제2 가스밸브유닛(320)으로 공급된 질소가스는 이중관으로 구성되는 제2 연료가스공급라인(SL2)을 따라 발전엔진(112)으로 공급되어 배관 및 엔진(112) 내부에 잔류하는 연료가스를 밀어낸다. 질소가스의 공급에 의해 밀려나가는 잔류 연료가스는 질소가스와 함께 제2 가스배출라인(VL2)을 따라 안전한 구역(예컨대, 외기)로 배출될 수 있다. 발전엔진(112)의 퍼징이 완료되면 시스템 내부에 잔류하던 가스는 모두 불활성가스인 질소가스로 치환된 상태가 되며, 제2 가스밸브유닛(320)으로의 질소가스의 공급을 중단할 수 있다.

한편, 전술한 강제 벤팅에서와 유사하게, 엔진(110) 측의 퍼징을 수행함에 있어서 배기팬(F1, F2)의 배출압력을 활용할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 가스밸브유닛(310, 320)으로 공급되는 질소가스가 퍼징에 필요한 압력을 공급해 줄 수 있으나, 퍼징이 보다 신속하게 이루어질 수 있도록 배기팬(F1, F2)을 가동하여 추가적인 배출압력을 공급하여 줄 수 있다.

보일러(120)의 퍼징 동작도 유사하게 제3 가스밸브유닛(330)으로 공급되는 질소가스가 제3 연료가스공급라인(SL3) 및 보일러(120)의 내부를 거쳐 제3 가스배출라인(VL3)으로 배출되면서 시스템 내부의 잔류가스를 밀어내는 방식으로 수행될 수 있다.

본 발명은 엔진룸과 가깝게 위치하는 선미부의 무어링 데크를 활용하여 가스배출라인의 연장 경로를 형성하고 벤트 구조물을 설치함으로써, 엔진 시스템 내부에 잔류하는 연료가스의 벤팅 및 퍼징을 위해 마련되는 가스배출라인의 길이를 종래의 가스 벤트라인과 대비하여 현저하게 단축시키는 것이 가능하고, 이에 따라 선박의 배치 구조가 간소화되며, 야드 물량이 감축됨에 따라 선박의 건조성 및 생산성이 크게 향상되는 효과가 있다.

기존의 가스 벤트라인은 엔진룸 전방의 화물구역 상부에 위치하는 벤트마스트까지 연결되어야 하기에 배관만 대략 200m 이상 배치되어야 했다. 가스를 벤팅하는 라인은 가스가 정체되는 구간이 없도록 경사를 주는 것이 일반적인데, 상기한 종래의 가스 벤트라인은 200m 이상으로 형성되는 긴 배관을 선수 쪽으로 끌고 가야 함에 따라 선체 구조물과의 간섭 회피 등의 이유로 수평으로 형성되는 구간이 부득이하게 존재하였고, 따라서 계속적인 경사를 주기가 현실적으로 어려웠다. 이에 반해, 본 발명은 가스배출라인이 엔진과 가까운 선미의 무어링 데크로 연장되어 비교적 짧은 경로를 가지도록 시스템이 구성됨으로써, 배관의 수평 구간이 줄어들어 기존 대비 경사를 유지하는 것이 훨씬 용이하고, 따라서 잔류가스의 배출이 보다 원활하게 이루어지게 할 수 있다.

본 발명에 따른 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템은, 엔진 시스템 내부의 잔류가스가 최종적으로 배출되는 배기구가 선박의 후미에 위치하게 되므로, 선박의 운항시 벤트가스가 선실(거주구)로 유입될 가능성도 현저하게 줄어든다.

또한, 선박의 전진 운항시 벤트가스가 선실(거주구)로 유입될 가능성이 거의 없으므로, '액화가스연료추진선 안전기준'인 IGF CODE에 의거하여 벤트 구조물의 높이 결정시 선실(거주구)의 높이를 고려할 필요가 없고, 벤트 구조물을 웨더데크(Weather Deck)보다 B/3(B: 선박의 폭) 또는 6미터 이상만 높게 형성되면 된다. 따라서 본 발명은 벤트 구조물의 설치에 있어서 설계 유연성이 크게 향상되는 효과를 가질 수 있다.

더불어, IGF CODE에서는 가스 벤트라인의 구스 넥(Goose neck) 적용을 금지하고 있으므로 가스 벤트라인이 수직으로 설치되어야 하며, 따라서 빗물 등이 가스 벤트라인을 따라 엔진 등의 장비에 유입될 가능성이 있었다. 그러나 본 발명은 가스배출라인을 따라 빗물이 유입되는 것을 방지하기 위한 구조로서, 벤트 구조물인 파이프 마스트에서 가스배출라인의 배기구로의 빗물 유입을 1차적으로 차단하고, 추가적으로 가스배출라인 상에 형성되는 유-씰(U-seal) 구조에 의하여 빗물의 유입을 2차적으로 차단함으로써, 이중 차단 구조를 통하여 빗물의 유입을 확실하게 방지할 수 있는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템은, 가스밸브유닛룸의 벤틸레이션을 수행하는 배기팬과의 연계를 통해 가스배출라인을 통한 잔류가스의 보다 신속한 배출을 유도할 수 있으며, 배기팬을 이용한 강제 배출에 의한 가스 벤팅 및 퍼징시 분산 효과도 가질 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

110: 엔진
111: 메인엔진
112: 발전엔진
120: 보일러
200: 연료가스공급부
310: 제1 가스밸브유닛
320: 제2 가스밸브유닛
330: 제3 가스밸브유닛
400: 파이프마스트
E/R: 엔진룸
GR1: 제1 가스밸브유닛룸
GR2: 제2 가스밸브유닛룸
F1: 제1 배기팬
F2: 제2 배기팬
RL1: 제1 환기라인
RV11: 제1 석션밸브
RV12: 제1 아웃렛밸브
RL2: 제2 환기라인
RV21: 제2 석션밸브
RV22: 제 아웃렛밸브
SL1: 제1 연료가스공급라인
SL2: 제2 연료가스공급라인
SL3: 제3 연료가스공급라인
VL1: 제1 가스배출라인
VL2: 제2 가스배출라인
VL3: 제3 가스배출라인
BL1: 제1 부스터라인
BV1: 제1 부스터밸브
BL2: 제2 부스터라인
BV2: 제2 부스터밸브

Claims (9)

1. 선박의 선미부에 구획되는 엔진룸 내에 탑재되며 연료가스를 사용하여 구동이 가능한 엔진;
   연료가스를 상기 엔진이 요구하는 조건으로 압축하여 공급하는 연료가스공급부;
   상기 연료가스공급부에서 압축된 연료가스를 상기 엔진으로 공급하는 연료가스공급라인;
   상기 연료가스공급라인 상에 설치되어 상기 엔진으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 조절하는 가스밸브유닛; 및
   상기 엔진 및 상기 가스밸브유닛과 연결되어 상기 엔진 및 상기 가스밸브유닛 내부의 잔류가스를 배출하는 가스배출라인을 포함하고,
   상기 가스배출라인은 상기 엔진룸 후방에 위치하는 무어링 데크(Mooring Deck)로 연장되어, 상기 무어링 데크 상에 설치되는 벤트 구조물에 연결되는 것을 특징으로 하는,
   선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 엔진룸과는 격리되는 별도의 독립적인 룸으로 마련되어 내부에 상기 가스밸브유닛이 배치되는 가스밸브유닛룸;
   상기 가스밸브유닛룸의 벤틸레이션을 수행하기 위한 환기라인;
   상기 환기라인 상에 설치되어 배출압력을 형성하는 배기팬;
   상기 가스배출라인으로부터 분기되어 상기 배기팬과 연결되는 분기라인; 및
   상기 배기팬 후단의 상기 환기라인으로부터 분기되어 상기 가스배출라인으로 합류되는 부스터라인을 더 포함하는,
   선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 엔진 및 상기 가스밸브유닛 내부에 잔류하는 가스의 벤팅 또는 퍼징시, 상기 분기라인으로부터 상기 환기라인 및 상기 부스터라인을 거쳐 상기 가스배출라인으로 연결되는 유로를 개방하고 상기 유로 상에 설치되는 상기 배기팬을 가동함으로써 상기 가스배출라인을 통한 가스의 배출을 부스팅하는 것을 특징으로 하는,
   선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 엔진은 상기 선박의 추진 동력을 생산하는 메인엔진 및 상기 선박의 선내에서 필요로하는 전력을 생산하는 발전엔진을 포함하고,
   상기 연료가스공급라인, 상기 가스밸브유닛, 상기 가스밸브유닛룸, 상기 가스배출라인, 상기 환기라인, 상기 배기팬 및 상기 부스터라인은 상기 메인엔진과 상기 발전엔진마다 각각 개별적으로 구비되며,
   상기 가스배출라인은,
   상기 메인엔진 및 상기 메인엔진으로 연료가스를 공급하는 제1 연료가스공급라인 상에 설치되는 제1 가스밸브유닛 내부의 잔류가스를 배출하는 제1 가스배출라인; 및
   상기 발전엔진 및 상기 발전엔진으로 연료가스를 공급하는 제2 연료가스공급라인 상에 설치되는 제2 가스밸브유닛 내부의 잔류가스를 배출하는 제2 가스배출라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
   선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1 가스배출라인 및 상기 제2 가스배출라인은 상기 무어링 데크 상에서 수직 방향으로 설치되되, 배기구가 상기 선박의 후미에 위치함에 따라 상기 선박에 구비되는 선실의 높이를 고려할 필요없이 상기 선박의 웨더데크(Weather Deck)보다 B/3(B: 선박의 폭) 또는 6미터 이상이 되는 것만 만족하도록 높이가 설계되는 것을 특징으로 하는,
   선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 무어링 데크 상에 설치되는 상기 벤트 구조물로서, 상기 제1 가스배출라인과 상기 제2 가스배출라인을 고정 및 지지하는 파이프 마스트를 더 포함하는,
   선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 파이프 마스트는 상하부가 개방된 구조물로서 상기 제1 가스배출라인 및 상기 제2 가스배출라인의 배기구 주변부 둘레에 설치되는 것을 특징으로 하는,
   선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 파이프 마스트의 내부에는 상부 개구부로부터 유입되는 빗물을 수집하여 측면부로 배출시킴으로써 상기 제1 가스배출라인 및 상기 제2 가스배출라인의 배기구로 빗물이 유입되는 것을 차단하는 드레인 플레이트(Drain Plate)가 설치되는 것을 특징으로 하는,
   선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 제1 가스배출라인 및 상기 제2 가스배출라인은 물이 고여있는 U자 모양의 트랩 배관을 포함하는 유-씰(U-seal) 구조를 포함하여 상기 제1 가스배출라인 또는 상기 제2 가스배출라인의 내부로 유입된 빗물이 상기 메인엔진 또는 상기 발전엔진 측으로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는,
   선박의 가스 벤팅 및 퍼징 시스템.

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