KR20240041862A

KR20240041862A - 세장형 저장 탱크로부터 가열된 중유를 추출하기 위한 시스템

Info

Publication number: KR20240041862A
Application number: KR1020237039824A
Authority: KR
Inventors: 칼 비고 쇠르고르드
Original assignee: 엥글란 에이에스
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2022-04-08
Publication date: 2024-04-01
Also published as: JP2024518659A; CN117203420A; NO346791B1; WO2022223329A1; NO20210481A1; EP4326983A1

Abstract

본 발명은 세장형 중유 저장 탱크(1)로부터 가열된 중유 연료를 추출하기 위한 시스템을 설명한다. 시스템은 폐쇄된 상단(8) 및 측면(9)과 실질적으로 개방된 하단을 갖는 대류 차폐부(2)를 포함하고, 대류 차폐부(2)는 중유가 개방된 하단을 통해 가열 요소(4) 및 연료 흡인 라인(3)이 내부에 배치된 대류 차폐부 내로 진입하는 것을 허용하기 위해 저장 탱크(1)의 하단과 대류 차폐부의 하부 에지 사이에 간극을 두고 장착된다. 시스템은 세장형 유입 대류 차폐부(10)가 대류 차폐부(2)의 하부 에지에 연결되고 내부에 유입 가열 요소(15)를 가지며, 공통의 내부를 공유함으로써 유입 대류 차폐부로부터 대류 차폐부로의 가열된 중유의 방해받지 않는 유동을 허용하는 것을 특징으로 한다.

Description

세장형 저장 탱크로부터 가열된 중유를 추출하기 위한 시스템

본 발명은 중유(heavy fuel oil)로 운전되는 대형 선박의 연료 시스템에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 낮은 높이를 갖는 세장형 저장 탱크로부터 가열된 중유를 추출하기 위한 시스템에 관한 것이다.

대부분의 대형 선박은 중유로 운전된다. 중유는 용이하게 이용가능한 연료이지만, 점도가 높고, 저장 탱크로부터 소비자 탱크로의 중유의 유동을 가능하게 하도록 가열될 필요가 있다. 종래 기술에서, 중유 저장 탱크 전체를 가열하여 에너지를 낭비하는 것이 일반적이다.

EP2630402 B1은 특허에 따른 완전한 탱크를 가열할 필요 없이 탱크로부터의 펌핑을 가능하게 하는 내부에 가열 요소를 갖는 대류 차폐부가 구비된 중유 연료 또는 다른 고점성 유체용 저장 탱크를 설명한다.

그러나, 많은 저장 탱크는 선박의 하단 근처에 위치설정되며, 종종 낮은 높이를 갖는 세장형 직사각형 용적으로서 형상설정된다. EP2630402 B1에 따른 시스템이 연료 가열시 에너지를 절약하기 위해 이러한 저장 탱크에 설치되는 경우 두 가지 문제가 발생한다. 하나는 벌크 가열 밸브가 개방될 때 탱크 전체가 가열되지 않는다는 것인데, 이는 대류 패턴이 저온 조건 중의 큰 점도로 인해서 대류 차폐부로부터 먼 단부에 도달하지 않기 때문이다. 두 번째 문제는 특히 연료 레벨이 낮을 때 저온 조건 동안 EP2630402 B1에 따른 대류 차폐부로의 유동이 불충분해진다는 것이다. 이러한 조건 중에 겪게되는 문제는 충분한 연료가 대류 차폐부에 진입할 수 없고 따라서 연료 흡인 라인이 적절히 기능하지 못할 것이라는 것이다.

본 발명의 목적은 언급된 문제를 해결하고 또한 저온 조건 중에 신뢰가능한 연료의 유동을 공급하는 것이다.

본 발명은 독립 청구항에 기재되고 특징지어지며, 한편 종속 청구항은 본 발명의 다른 특징을 설명한다.

일 양태에서, 본 발명은 세장형 중유 저장 탱크로부터 가열된 중유를 추출하기 위한 시스템을 설명한다. 시스템은 폐쇄된 상단 및 측면과 실질적으로 개방된 하단을 갖는 대류 차폐부를 포함하고, 대류 차폐부는 개방된 하단을 통해 대류 차폐부 내로의 중유의 진입을 허용하도록 저장 탱크의 하단과 대류 차폐부의 하부 에지 사이에 간극을 두고 장착된다.

시스템은 대류 차폐부 내부의 중유를 가열하기 위해 대류 차폐부 내부에 배치된 가열 요소 및 중유 저장 탱크로부터 가열된 중유를 추출하기 위해 대류 차폐부 내부에 배치된 연료 흡인 라인을 더 포함한다. 시스템은 세장형 유입 대류 차폐부를 더 포함하고, 세장형 유입 대류 차폐부는 다시 상단 및 측면을 포함하는 폐쇄된 상부 부분과, 하부 부분으로서, 하부 부분을 통한 유입 대류 차폐부 내로의 중유의 진입을 허용하기 위해 대류 차폐부의 하부 에지와 동일한 높이 또는 그보다 낮은 높이에 위치설정되는, 관통유동을 위한 개구를 갖는 하부 부분을 포함한다. 유입 대류 차폐부는 대류 차폐부의 하부 에지에 연결되어, 공통의 내부를 공유함으로써 유입 대류 차폐부로부터 대류 차폐부로의 가열된 중유의 방해받지 않는 유동을 허용한다. 유입 대류 차폐부 내부의 중유 연료를 가열하기 위해 유입 대류 차폐부의 길이를 따라 그리고 유입 대류 차폐부 내부에 유입 가열 요소가 위치설정되고, 유입 대류 차폐부는 저장 탱크의 하단을 따라 그 길이방향으로 연장된다.

일 실시예에서, 유입 가열 요소는 대류 차폐부(2)로부터 나와서 단부 단편까지 갔다가 다시 되돌아오는 하나의 루프로 유입 대류 차폐부 내부에서 연장되는 가열 파이프이다.

다른 실시예에서, 유입 대류 차폐부는 상단, 2개의 측면 및 유입 대류 차폐부의 외측 단부의 단부 단편과 복수의 개구를 갖는 하단을 갖는 세장형 직사각형 용적의 형상을 갖는다.

또 다른 실시예에서, 유입 대류 차폐부는 저장 탱크의 길이 또는 폭의 10% 초과, 바람직하게는 저장 탱크의 길이의 30% 초과를 따라 연장된다.

또 다른 실시예에서, 대류 차폐부는 대류 차폐부의 상단에 장착된 벌크 가열 밸브를 갖는다.

또 다른 실시예에서, 연료 흡인 라인은 상단 근처에서 대류 차폐부 내부에 위치설정된다.

또 다른 실시예에서, 시스템에는 대류 차폐부의 하류의 제2 단계 히터가 제공되고, 제2 단계 히터는 폐쇄된 상단 및 측면과 주로 폐쇄된 하단을 갖는 제2 단계 대류 차폐부, 제2 단계 대류 차폐부 내부에 위치설정되는 제2 단계 가열 요소, 부분적으로 가열된 중유를 제2 단계 대류 차폐부의 상단으로부터 제2 단계 히터의 하단으로 유도하는 제2 단계 채널, 및 유입 대류 차폐부 내부에 위치설정되는 연료 흡인 라인을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 연료 흡인 라인은 상단 근처에서 제2 단계 대류 차폐부 내부에 위치설정된다.

또 다른 실시예에서, 제2 단계 대류 차폐부는 대류 차폐부의 상단에 장착된 벌크 가열 밸브를 갖는다.

또 다른 실시예에서, 제2 단계 대류 차폐부는 제2 단계 대류 차폐부의 하단에 배수 구멍을 갖는다.

본 발명의 제2 양태에서, 본 발명의 제1 양태에 따른 시스템을 포함하는 외항 선박이 설명된다.

이하의 도면은 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서 첨부된다. 도면은 본 발명의 실시예를 도시하며, 이는 이제 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 유입 대류 차폐부가 장착된 대류 차폐부를 도시한다.
도 2는 유입 대류 차폐부가 장착된 대류 차폐부를 갖는 중유 연료 탱크를 도시한다.
도 3은 장착된 유입 대류 차폐부의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 4는 제2 단계 히터가 장착되고 능동 시스템을 통한 중유의 통상적인 유동 패턴을 갖는 도 2의 실시예를 도시한다.
도 5는 개방 벌크 히터 밸브를 갖는 본 발명의 실시예를 사용하는 저장 탱크 내의 유동 패턴을 도시한다.

본 발명은 통상적으로 연료용으로 사용되는 세장형 중유 저장 탱크(1)로부터 가열된 중유를 추출하기 위한 시스템을 설명한다. 시스템은 낮은 높이를 갖는 중유 탱크에서 특히 유용하다. 대부분, 중유의 추출은 예컨대 엔진 또는 소비자 탱크에 연료를 공급하는 느린 공정이지만, 일부의 경우에 저장 탱크를 즉각적으로 비울 필요성이 일어날 수 있다.

시스템은, 도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이, 폐쇄된 상단(8) 및 폐쇄된 측면(9)과 주로 개방된 하단측을 갖는 대류 차폐부(2)를 포함한다. 통상적으로, 대류 차폐부(2)는 박스 형상이거나, 대안적으로 뒤집힌 양동이 또는 원형 상단을 갖는 중공 실린더의 형상을 갖는다. 가열 요소(3)가 대류 차폐부(2) 내부에 위치설정되고, 가열 요소가 중유를 가열할 때 대류 유동(6)이 발생한다. 예시적인 유동 패턴이 도 2에 도시되어 있다. 가열된 중유는 연료 흡인 라인(4)에 의해 대류 차폐부(2)의 내부로부터 추출된다. 연료 흡인 라인(4)의 흡입부는 중유의 온도가 높은 상단 근처의 대류 차폐부의 상부 부분에 위치설정된다. 대류 차폐부(2)는 저장 탱크(1)의 하단 근처에 장착되지만, 중유가 개방된 하단을 통해서 대류 차폐부(2) 내로 진입할 수 있게 하기 위해 저장 탱크(1)의 하단과 대류 차폐부의 하부 에지 사이에 간극을 갖는다. 대류 차폐부의 하부 에지와 저장 탱크의 하단 사이의 간극은 5 내지 70 cm, 더 바람직하게는 10 내지 15 cm이다.

낮은 높이를 갖는 저장 탱크에 대해 앞에서 언급된 문제를 완화시키기 위해, 본 발명은 상단(12) 및 측면(13)을 포함하는 폐쇄된 상부 부분(11) 그리고 유입 대류 차폐부(10)의 외측 단부에서의 단부 단편(14)을 갖는 세장형 유입 대류 차폐부(10)를 설명한다. 유입 대류 차폐부는, 개구(17)를 갖는 하부 부분(16)을 더 포함하고, 하부 부분 하단의 개구를 통한 대류 차폐부 내로의 중유의 진입을 허용하기 위해 대류 차폐부의 하부 에지와 동일한 높이 또는 그보다 낮은 높이에 장착된다. 일 실시예에서, 유입 대류 차폐부(10)는 개방된 하단을 갖는 세장형 직사각형 용적의 형상을 갖는다. 유입 대류 차폐부는 대류 차폐부의 하부 에지에 연결된다. 바람직하게는, 유입 대류 차폐부의 단면과 일치하는 개구가 유입 대류 차폐부가 체결되는 대류 차폐부의 하부측 내로 절단되어, 추가 가열을 위해 부분적으로 가열된 중유가 유입 대류 차폐부(10)로부터 대류 차폐부(2)로 방해받지 않고 유동할 수 있게 한다. 대류 차폐부 및 유입 대류 차폐부는 공통의 내부를 공유하여, 유입 대류 차폐부로부터 대류 차폐부로의 가열된 중유의 방해받지 않는 유동을 허용한다.

유입 가열 요소(15)가 유입 대류 차폐부(10)의 길이를 따라 그리고 그 내부에 위치설정된다. 바람직하게는, 유입 가열 요소는 대류 차폐부(2)로부터 나와서 단부 단편(14)까지 갔다가 다시 되돌아오는 하나의 루프로 연장되는 히트 파이프이다. 히트 파이프는 증기 또는 열 유체와 같은 가열 매체를 갖는다.

유입 대류 차폐부는 주로 대류 차폐부의 하부 에지와 동일한 높이에서 저장 탱크의 하단을 따라 연장된다. 이것의 효과는 중유가 훨씬 더 긴 거리를 따라 가열된 섹션 내로 유동되게 한다는 것이다. 바람직하게는, 유입 대류 차폐부는 저장 탱크(1)의 길이의 10% 초과, 더 바람직하게는 30% 초과에 걸쳐 연장된다. 바람직하게는, 대류 차폐부는 저장 탱크의 후미/선미 측에 위치설정된다. 이는 선박이 일반적으로 하부 선미를 향해 트리밍(trimming)되고 이어서 대류 차폐부가 저장 탱크의 최저 지점에 위치설정될 것이기 때문에 유리하다. 즉, 대류 차폐부는 바람직하게는 저장 탱크의 최저 지점에 위치설정된다.

일 실시예에서, 개방 및 폐쇄 위치를 갖는 벌크 가열 밸브(5)가 대류 차폐부(2)의 상단(8) 상에 장착된다. 개방 위치에서, 가열된 중유는 대류 차폐부로부터 상향으로 배출될 것이고, 가열되지 않은 중유는 유입 대류 차폐부(10)로부터 그리고 대류 차폐부(2)의 하단측으로부터 인입될 것이고, 대류 유동(7)이 도 5에 표시된 바와 같이 저장 탱크의 벌크 내에서 발생할 것이다. 벌크 가열 밸브(5)의 폐쇄 위치에서, 대류 차폐부(2) 내의 중유만이 가열될 것이다. 밸브의 크기는 상단(8)의 영역의 2% 내지 30%, 더 바람직하게는 2% 내지 10%이다. 다시 말해서, 본 발명은 벌크 가열 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 통상의 대류 차폐부로서 그리고 벌크 가열 밸브(5)가 개방 위치에 있을 때 벌크 히터로서 기능할 것이다. 벌크 가열 밸브의 크기는 대류 차폐부로부터 저장 탱크의 벌크 내로 방출되는 열의 비율을 결정할 것이다. 낮은 높이를 갖는 저장 탱크에서, 레벨이 벌크 가열 밸브(5)의 높이에 도달할 때 중유 연료의 많은 부분이 탱크 내에 잔류할 것이고, 이 시점에 언급된 유동 패턴이 정지할 것이다.

본 발명의 일 실시예에서, 제2 단계 히터(21)가 대류 차폐부의 하류에 연결된다. 제2 단계 히터의 목적은, 대류 차폐부의 낮은 높이, 및 결과적으로 또한 가열 요소(3)의 낮은 높이가 연료 흡인 라인(4)에 진입하는 중유의 온도의 더 큰 변화를 초래하고, 이는 흡인 라인의 막힘을 초래할 수 있기 때문에 더 안정적인 온도를 제공하는 것이다. 제2 단계 히터(21)는 폐쇄된 상단(9) 및 측면(8), 주로 폐쇄된 하단(24) 및 제2 단계 가열 요소(20)를 갖는 제2 단계 대류 차폐부(19)를 포함한다. 2차 대류 차폐부의 하단(24)은 2차 연료 흡인 파이프(23)가 2차 대류 차폐부로부터 중유를 추출하기 때문에 대류 차폐부(2)로부터 2차 대류 차폐부(19)로의 가열된 중유의 흡인을 생성하기 위해 주로 폐쇄되어야 한다. 일 실시예에서, 하단(24)은 배수 구멍을 갖는다. 제2 단계 채널(22)이 부분적으로 가열된 중유를 대류 차폐부의 상단으로부터 제2 단계 히터(21)의 하단으로 유도한다. 제2 단계 연료 흡인 라인(23)은 제2 단계 대류 차폐부(19) 내부에 위치설정된다.

1. 중유 저장 탱크
2. 대류 차폐부
3. 가열 요소
4. 연료 흡인 라인
5. 벌크 가열 밸브
6. 대류 차폐부 내부의 대류 유동
7. 전체 중유 저장 탱크에서의 대류 유동
8. (대류 차폐부의) 상단
9. (대류 차폐부의) 측면
10. 유입 대류 차폐부
11. 유입 대류 차폐부의 상부 부분
12. (유입 대류 차폐부의) 상단
13. (유입 대류 차폐부의) 측면
14. (유입 대류 차폐부의) 단부 단편
15. 유입 가열 요소
16. 하부 부분
17. 개구
18. 대류 챔버
19. 제2 단계 대류 차폐부
20. 제2 단계 가열 요소
21. 제2 단계 히터
22. 제2 단계 채널
23. 제2 단계 연료 흡인 라인
24. 제2 단계 대류 차폐부의 하단

Claims

세장형 중유 저장 탱크(1)로부터 가열된 중유를 추출하기 위한 시스템으로서,
폐쇄된 상단(8) 및 측면(9)과 실질적으로 개방된 하단을 갖는 대류 차폐부(2)로서, 대류 차폐부(2)는 중유 연료가 개방된 하단을 통해서 대류 차폐부 내로 진입할 수 있게 하기 위해서 저장 탱크(1)의 하단과 대류 차폐부의 하부 에지 사이에 간극을 두고 장착되는, 대류 차폐부(2),
대류 차폐부 내부에서 중유를 가열하기 위해 대류 차폐부(2) 내부에 배치된 가열 요소(3), 및
중유 저장 탱크로부터 가열된 중유를 추출하기 위해 대류 차폐부 내부에 배치된 연료 흡인 라인(4)을 포함하는 시스템에 있어서,
세장형 유입 대류 차폐부(10)를 포함하고, 세장형 유입 대류 차폐부(10)는,
상단(12) 및 측면(13)을 포함하는 폐쇄된 상부 부분(11), 및
하부 부분(16)으로서, 하부 부분(16)을 통한 유입 대류 차폐부 내로의 중유의 진입을 허용하기 위해 대류 차폐부(2)의 하부 에지와 동일한 높이 또는 그보다 낮은 높이에 위치설정되는, 관통유동을 위한 개구(17)를 갖는, 하부 부분(16)을 포함하고,
유입 대류 차폐부(10)는 대류 차폐부(2)의 하부 에지에 연결되어, 공통의 내부를 공유함으로써 유입 대류 차폐부로부터 대류 차폐부로의 가열된 중유의 유동을 허용하고,
유입 가열 요소(15)가 유입 대류 차폐부 내부의 중유를 가열하기 위해 유입 대류 차폐부(10)의 길이를 따라 그리고 그 내부에 위치설정되며,
유입 대류 차폐부는 저장 탱크의 하단을 따라 그 길이방향으로 연장되는 시스템.
제1항에 있어서,
유입 가열 요소(15)는 유입 대류 차폐부(10)의 길이를 따라 대류 차폐부(2)로부터 나왔다가 다시 되돌아오는 하나의 루프로 유입 대류 차폐부(10) 내부에서 연장되는 가열 파이프인 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
유입 대류 차폐부(10)는 상단(12), 2개의 측면(13), 및 유입 대류 차폐부(10)의 외측 단부의 단부 단편(14)과 복수의 개구(17)를 갖는 하단을 갖는 세장형 직사각형 용적의 형상을 갖는 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
유입 대류 차폐부(10)는 저장 탱크의 길이 또는 폭의 10% 초과, 바람직하게는 저장 탱크의 길이의 30% 초과를 따라 연장되는 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
대류 차폐부는 대류 차폐부(2)의 상단에 장착된 벌크 가열 밸브를 갖는 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
연료 흡인 라인(4)은 상단 근처에서 대류 차폐부 내부에 위치설정되는 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
시스템에는 대류 차폐부(2)의 하류에 제2 단계 히터(21)가 제공되고, 제2 단계 히터는,
폐쇄된 상단 및 측면과 주로 폐쇄된 하단을 갖는 제2 단계 대류 차폐부(19),
제2 단계 대류 차폐부 내부에 위치설정된 제2 단계 가열 요소(20),
부분적으로 가열된 중유를 대류 차폐부의 상단으로부터 제2 단계 히터(21)의 하단으로 유도하는 제2 단계 채널(22), 및
제2 단계 대류 차폐부(19) 내부에 위치설정된 제2 단계 연료 흡인 라인(23)을 포함하는 시스템.
제7항에 있어서,
연료 흡인 라인(23)이 상단 근처에서 제2 단계 대류 차폐부(19) 내부에 위치설정되는 시스템.
제7항 또는 제8항에 있어서,
제2 단계 대류 차폐부(19)는 제2 단계 대류 차폐부(19)의 상단에 장착된 벌크 가열 밸브(5)를 갖는 시스템.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
제2 단계 대류 차폐부(19)의 하단(24)은 배수 구멍을 갖는 시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 포함하는 외항 선박.