KR20230082736A - 선박의 액화가스 운용 시스템 - Google Patents

선박의 액화가스 운용 시스템 Download PDF

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Abstract

선박의 액화가스 운용 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스가 저장되는 저장탱크; 상기 액화가스(LNG)를 기화시켜 제1 수요처로 공급하도록 기화기가 마련되는 제1 라인; 상기 저장탱크에서 발생된 증발가스(BOG)를 가열하여 제2 수요처로 공급하도록 가열기가 마련되는 제2 라인; 상기 제2 라인으로부터 분기되어 제2 수요처로 증발가스를 공급하는 제3 라인; 및 상기 제3 라인 상에 마련되어 증발가스로부터 냉열을 제공받는 냉동 컨테이너;를 포함하는 선박의 액화가스 운용 시스템이 제공될 수 있다.

Description

선박의 액화가스 운용 시스템{System for application liquefied gas of ship}
본 발명은 선박의 액화가스 운용 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 컨테이너선의 냉동 컨테이너에 필요한 냉각열을 공급할 수 있는 선박의 액화가스 운용 시스템에 관한 것이다.
온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.
연료가스 중에서 널리 이용되고 있는 천연가스(Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하며, 통상적으로 그 부피를 1/600로 줄인 액화가스(Liquefied Gas) 상태로 변화되어 저장 및 운반되고 있다.
이러한 액화가스는 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송된다. 예컨대, LNG(액화가스)를 운반하는 선박의 경우, 저장탱크에서 자연적으로 발생하는 증발가스(Boiled Off Gas) 또는 저장탱크의 액화가스를 기화시켜 엔진의 연료로 공급하는 연료공급 시스템이 마련될 수 있다.
연료가스 공급시스템은 엔진으로 연료가스를 공급하도록 마련되어, 각종 액화연료 운반선, 액화연료 RV(Regasification Vessel), 컨테이너선, 일반상선, LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등을 포함하는 선박에 적용될 수 있다.
또한, 연료가스 공급시스템은 액화가스 또는 증발가스를 압축 및 기화 등의 처리과정을 거쳐 엔진 뿐만 아니라 각 수요처(발전기, 보일러 등)가 요구하는 조건에 맞추어 공급하도록 이루어진다.
그러나, 액화가스 또는 증발가스를 엔진 등의 연료로 사용하기 위해서는 요구되는 온도로 액화가스나 증발가스를 가열시켜야 하며, 이를 위해 스팀 또는 다른 열매를 사용하여야 한다. 이에, 액화가스 및 증발가스를 효율적으로 처리하기 위한 시스템 및 방법에 대한 연구 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 선박의 액화가스 운용 시스템은 증발가스를 통하여 컨테이너선의 냉동 컨테이너에 필요한 냉각열을 제공함은 물론, 선박에 필요한 연료를 공급할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스가 저장되는 저장탱크; 상기 액화가스(LNG)를 기화시켜 제1 수요처로 공급하도록 기화기가 마련되는 제1 라인; 상기 저장탱크에서 발생된 증발가스(BOG)를 가열하여 제2 수요처로 공급하도록 가열기가 마련되는 제2 라인; 상기 제2 라인으로부터 분기되어 제2 수요처로 증발가스를 공급하는 제3 라인; 및 상기 제3 라인 상에 마련되어 증발가스로부터 냉열을 제공받는 냉동 컨테이너;를 포함하는 선박의 액화가스 운용 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제3 라인의 상기 냉동 컨테이너 후단 측은 제2 라인과 합류하도록 연결될 수 있다.
또한, 상기 제2 라인에는 상기 제3 라인과 합류되는 후단 측에 압축기 및 조절밸브가 마련될 수 있다.
또한, 상기 냉동 컨테이너는 복수개로 마련되고, 상기 제3 라인은 상기 복수의 냉동 컨테이너와 각각 연결되도록 분기되어 합류하도록 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 액화가스 운용 시스템은 수요처의 연료로 사용하기 위해 증발가스를 가열시키며 버려지는 냉열을 냉동 컨테이너에 필요한 냉각열로 공급함으로써 냉동 컨테이너의 냉동기 운용을 위한 전력을 저감시킬 수 있는 효과를 가진다. 이에, 컨테이너선의 냉동 컨테이너에 냉기를 공급하기 위한 냉동기 등을 제거할 수 있어 컨테이너선의 운용 비용을 줄일 수 있다.
또한, 냉동 컨테이너에 냉각열을 제공하는 증발가스를 이용하여 선박에 필요한 연료를 공급할 수 있어 증발가스의 활용성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 아래 도면들에 의해 구체적으로 설명될 것이지만, 이러한 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것이므로 본 발명의 기술사상이 그 도면에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박의 액화가스 운용 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박의 액화가스 운용 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 액화가스 운용 시스템(100)은, 액화가스가 저장되는 저장탱크(10)와, 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 제1 수요처(110)로 이송시키기 위한 경로를 제공하는 제1 라인(L1)과, 저장탱크(10)로부터 발생되는 증발가스(BOG : Boil Off Gas)를 제2 수요처(120)로 이송시키기 위한 경로를 제공하는 제2 라인(L2)과, 제2 라인(L2)으로부터 분기되어 제2 수요처(120)와 연결되는 제3 라인(L3) 및 제3 라인(L3) 상에 마련되는 냉동 컨테이너(130)를 포함할 수 있다.
또한, 본 실시 예에 따른 선박의 액화가스 운용 시스템(100)은, 제1 라인(L1)을 통해서 액화가스를 펌프(20) 및 기화기(140)에 의해 연료로서 제1 수요처(110)에 공급하고, 제2 라인(L2)을 통해서 증발가스를 가열기(150) 및 압축기(160)로 압축시켜서 연료로서 제2 수요처(120)에 공급하거나 제3 라인(L3)을 통해서 냉동 컨테이너(130)를 거쳐 압축기(160)에 의해 연료로서 제2 수요처(120)에 공급할 수 있다.
한편, 선박에 마련되는 제1 수요처(110) 및 제2 수요처(120)는 서로 다른 압력조건 또는 서로 다른 온도조건의 연료를 필요로 하는 엔진, 발전기, 보일러 등으로 마련될 수 있다. 예컨대, 제1 수요처(110)는 고압의 압력상태인 연료가스의 공급이 요구되는 제1 엔진(111) 및 저압의 압력상태인 연료가스의 공급이 요구되는 제2 엔진(112)을 포함하도록 마련될 수 있다. 제2 수요처(120)는 제1 수요처(110)에 비해 상대적으로 낮은 압력상태인 연료가스가 요구되는 엔진일 수 있다. 예를 들면, 대략 5 ~ 7bar정도의 연료가스를 이용하는 것으로 DFDE 엔진과 같은 발전용 엔진일 수 있다.
이와 같은 선박의 각 수요처(110, 120)에 연료를 제공함은 물론, 이를 운용하는 구조에 대하여 상세시 설명하기로 한다.
제1 라인(L1)은 저장탱크(10)로부터 펌프(20)의 구동에 의해 공급되는 액화가스를 제1 수요처(110)으로 이송시키기 위한 경로를 제공한다. 전술한 바와 같이, 제1 라인(L1)에는 저장탱크(10) 내부에서 액화가스를 펌핑하는 펌프(20), 제1 수요처(110)가 요구하는 온도를 갖도록 제1 라인(L1)을 통과하는 액화가스를 기화시키는 기화기(140)가 마련된다.
또한, 제1 라인(L1)에는 저장탱크(10) 쪽으로 연장되는 리턴라인(11)과 리턴라인(11)에 마련되는 제1 개폐밸브(V1)를 포함하여, 제1 수요처(110) 쪽으로 공급되는 액화가스의 양을 조절할 수 있다.
공급펌프(20)는 저장탱크(10) 내부에 저장된 액화가스를 제 수요처(110) 쪽으로 송출하기 위한 수단으로써, 저장탱크(10) 저면에 설치될 수 있다.
기화기(140)는 제1 라인(L1)을 흐르는 액화가스를 기화시키기 위한 수단으로써, 열교환 방식을 이용하여 액상의 기화가스를 기상의 연료가스로 변환시킬 수 있다. 여기서, 기화기(140)는 제1 수요처(110)의 제1 엔진(111) 및 제2 엔진(112)으로 각각 요구되는 연료를 공급하도록 마련될 수 있다. 즉, 제1 라인(L1)은 각 엔진(111, 112)과 연결되게 분기되며, 기화기(140)는 분기된 제1 라인(L1)에 각가 마련될 수 있다. 예컨대, 기화기(140)는 고압의 제1 엔진(111)으로 제공하는 라인상에 마련되어 고압에서 사용될 수 있는 HP 기화기(High Pressure vaporizer : 141)가 사용될 수 있으며, 저압의 제2 엔진(112)으로 제공하는 라인상에 마련되어 저압에서 사용될 수 있는 LP 기화기(Low Pressure vaporizer : 142)가 사용될 수 있다.
제2 라인(L2) 및 제3 라인(L3)은 저장탱크(10)로부터 기화되어 발생되는 증발가스를 제2 수요처(120)로 이송시키기 위한 경로를 제공할 수 있다.
제2 라인(L2)은 제2 수요처(120)로 증발가스를 공급하도록 마련된다. 도시된 바에 따르면, 제2 라인(L2)에는 제2 수요처로 증발가스의 흐름을 제어하는 제2 개폐밸브(V2)와, 제2 수요처(120)에 요구되는 온도로 증발가스를 가열시키는 가열기(150)가 마련될 수 있다. 또한, 제2 라인(L2)에는 압축기(160) 및 조절밸브(162)가 마련될 수 있다.
가열기(150)는 가스의 연소열을 이용한 가스히터이거나, 그 밖에도 열매의 순환에 의해 가열을 위한 열원을 제공하는 열매 순환 공급부를 비롯하여, 다양한 히팅수단이 사용될 수 있다.
압축기(160)는 제2 라인(L2)에 설치되어 가열기(150) 또는 냉동 컨테이너(130)을 통과하는 증발가스를 압축시킨다. 도 1에는 하나의 압축기(160)만이 도시되어 있지만, 압축기(160)는 종래의 일반적인 연료 공급 시스템에서와 같이 이원화설계(redundancy) 요구사항을 만족시키기 위해 동일한 사양의 압축기 2대가 병렬로 연결되도록 시스템이 구성될 수 있다.
조절밸브(162)는 가열기(150)로부터 가열되어 제2 수요처(120)로 공급되는 증발가스의 흐름을 조절함은 물론, 과도한 압력을 저감시키는 압력감소밸브로 마련될 수 있다.
제3 라인(L3)은 제2 라인(L2)으로부터 분기되어 제2 수요처(120)로 증발가스를 공급하도록 마련될 수 있다. 도시된 바에 따르면, 제3 라인(L3)은 제2 라인(L2)의 제2 개폐밸브(V2) 전단 측으로부터 분기되어 가열기(150)와 압축기(160) 사이에서 제2 라인(L2)과 연결될 수 있다.
제3 라인(L3)에는 냉동 컨테이너(130)가 마련되어 증발가스로부터 냉열을 공급받도록 마련된다. 즉, 냉동 컨테이너(130)는 증발가스를 제2 수요처(120)의 연료로서 공급받도록 증발가스를 가열시켜야 하는 열교환의 매체로서 마련되어 증발가스의 냉각열을 공급받게 된다. 이에, 냉동 컨테이너(130)의 냉동기 운용을 위한 전력을 저감시킬 수 있게 된다. 또한, 선박(컨테이너선)의 냉동 컨테이너(130)에 냉기를 공급하기 위한 냉동기 등을 제거할 수 있어 선박의 운용 비용을 줄일 수 있게 된다.
또한, 냉동 컨테이너(130)에 냉각열을 제공하는 증발가스는 가열되어 제2 수요처(120)로 공급되기 때문에 선박에 필요한 연료를 공급할 수 있어 증발가스의 활용성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 냉동 컨테이너(130)는 복수개로 마련될 수 있다. 이에, 제3 라인(L3)은 복수의 냉동 컨테이너(130)와 각각 연결되도록 분기되어 합류하도록 마련될 수 있다. 또한, 냉동 컨테이너(130) 전단 측 제3 라인(L3)에는 냉동 컨테이너(130)로 제공되는 증발가스의 흐름을 제어하는 제3 개폐밸브(V3)가 마련될 수 있다.
또한, 제3 라인(L3)에는 냉동 컨테이너(130)의 후단 측에 제4 개폐밸브(V4)가 마련될 수 있다. 제4 개폐밸브(V4)는 제3 라인(L3)이 제2 라인(L2)의 압축기(160) 전단 측과 연결됨에 따라 제2 라인(L2)을 통한 증발가스가 제3 라인(L3)으로 역류되는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
그러면, 상기와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 액화가스 처리 시스템의 작용을 설명하기로 한다.
저장탱크(10) 내의 압력이 정해진 압력 이상이거나 증발가스의 발생량이 많으면, 압축기(160)의 구동에 의해 증발가스를 압축하여 제2 수요처(120)에 연료로서 공급한다. 또한, 저장탱크(10) 내의 압력이 정해진 압력 미만이거나 증발가스 발생량이 적으면, 펌프(20)와 기화기(140)의 구동에 의해 액화가스를 이송 및 기화시켜서 제1 수요처(110)에 연료로서 공급될 수 있도록 한다.
이때, 증발가스를 제2 수요처(120)에 연료를 공급 시 선택적으로 제2 라인(L2)에 마련된 가열기(150)를 통하여 증발가스를 가열시켜 공급하거나 제3 라인(L3)에 마련된 냉동 컨테이너(130)를 통하여 증발가스를 가열시켜 공급할 수 있다.
제2 라인(L2)을 통해 증발가스를 제2 수요처(120)로 공급할 경우 제2 개폐밸브(V2)를 개방하고, 제3 및 제4 개폐밸브(V3, V4)를 폐쇄시키도록 제어될 수 있다.
또한, 제3 라인(L3)을 통해 증발가스를 제2 수요처(120)로 공급할 경우 제2 개폐밸브(V2)를 폐쇄하고, 제3 및 제4 개폐밸브(V3, V4)를 개방시키도록 제어될 수 있다.
증발가스를 제2 수요처(120)로 공급할 때 냉동 컨테이너(130)에 필요한 냉기를 공급하도록 제3 라인(L3)을 우선적으로 운용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 증발가스를 이용하여 컨테이너선의 냉동 컨테이너(130)에 필요한 냉기를 공급함으로써 냉동기 운용을 위한 전력을 저감시킬 수 있음은 물론, 냉동 컨테이너(130)에 냉기를 공급하기 위한 냉동기 등을 제거할 수 있어 컨테이너선의 운용 비용을 줄일 수 있다. 또한, 냉동 컨테이너(130)에 필요한 냉기를 공급한 증발가스는 가열된 상태로 압축기(160)로 전달되어 이를 이용하여 제2 수요처(120)의 연료로서 사용할 수 있어 증발가스를 효과적으로 활용 및 처리하여 시스템 전체의 효율성을 높일 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 저장탱크
100 : 선박의 액화가스 운용 시스템
110 : 제1 수요처
120 : 제2 수요처
130 : 냉동 컨테이너
140 : 기화기
150 : 가열기
160 : 압축기

Claims (4)

  1. 액화가스가 저장되는 저장탱크;
    상기 액화가스(LNG)를 기화시켜 제1 수요처로 공급하도록 기화기가 마련되는 제1 라인;
    상기 저장탱크에서 발생된 증발가스(BOG)를 가열하여 제2 수요처로 공급하도록 가열기가 마련되는 제2 라인;
    상기 제2 라인으로부터 분기되어 제2 수요처로 증발가스를 공급하는 제3 라인; 및
    상기 제3 라인 상에 마련되어 증발가스로부터 냉열을 제공받는 냉동 컨테이너;를 포함하는 선박의 액화가스 운용 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 라인의 상기 냉동 컨테이너 후단 측은 제2 라인과 합류하도록 연결되는 선박의 액화가스 운용 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 라인에는 상기 제3 라인과 합류되는 후단 측에 압축기 및 조절밸브가 마련되는 선박의 액화가스 운용 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉동 컨테이너는 복수개로 마련되고,
    상기 제3 라인은 상기 복수의 냉동 컨테이너와 각각 연결되도록 분기되어 합류하도록 마련되는 선박의 액화가스 운용 시스템.
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