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KR20030077978A - 액화가스 운반선박의 에너지생산 시스템에 가스연료를공급하기 위한 설비 - Google Patents

액화가스 운반선박의 에너지생산 시스템에 가스연료를공급하기 위한 설비 Download PDF

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KR20030077978A
KR20030077978A KR10-2003-0016709A KR20030016709A KR20030077978A KR 20030077978 A KR20030077978 A KR 20030077978A KR 20030016709 A KR20030016709 A KR 20030016709A KR 20030077978 A KR20030077978 A KR 20030077978A
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KR
South Korea
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conduit
gas
pump
tank
vaporizer
Prior art date
Application number
KR10-2003-0016709A
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English (en)
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KR100980103B1 (ko
Inventor
로제 꾸르떼
Original Assignee
알스톰
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Publication date
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Abstract

본 발명은 액화가스 운반선박의 일체의 에너지생산 시스템에 가스연료를 공급하기 위한 설비에 관한 것으로, 본 설비는 압축기(6)를 구비하고, 압축기 입구는 선박의 탱크(1) 내부의 액체가스 표층 상부의 가스를 흡입하며 출구는 에너지생산 장치에 연료를 공급하는 콜렉터(7)에 연결된다. 그리고 펌프(8)가 탱크 내부에 잠겨있고 도관(9)을 통해 기화장치(10)의 입구에 연결되며, 이 기화장치(10)의 출구는 콜렉터(7)에 연결되고, 펌프(8)와 기화장치(10)를 이어주는 도관(9)에는 액화가스의 역류도관(11)이 연결되며 이 역류도관(11)에는 조절판(12)이 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

액화가스 운반선박의 에너지생산 시스템에 가스연료를 공급하기 위한 설비{An installation for supplying gaseous fuel to a power generation system of a ship for transporting liquefied gas}
본 발명은 액화가스 운반선박의 탱크 내용물로 일체의 에너지생산 시스템에 가스연료를 공급하기 위한 설비에 관한 것이다.
기존의 메탄운반선은 에너지생산장치에 증기생성기관이 포함되어 있는데 이것이 프로펠러 구동용 터빈을 가동시킨다. 이 증기생성기관은 연료로서 선적된 가스를 이용한다. 단열된 탱크 내에 메탄은 액체 상태로 존재하며 액화가스 표면 위에 기체 형태로 존재하고 있는 부분의 압력은 1bar에 가깝다.
기관에 연료를 공급하는 방법은 첫째로, 액화가스 표면 위에 존재하는 기체상태의 가스를 공급함으로써 이루어지는데, 일정 압력 하에서 축으로 연결된 압축기가 직접 상기 가스를 흡입하여 기관의 버너로 공급한다. 둘째로는 탱크 내 액화가스를 펌프질하여 기화장치로 보냄으로써 연료공급이 이루어진다. 즉, 가스는 나오면서 압력이 줄어들어 1bar에 가까운 압축기 입구 압력이 되며, 자연증발로 탱크 내에 기체 형태로 존재하는 부분으로부터 직접 나온 가스와 함께 이 압축기로 들어간다.
액체가스를 펌프질 해 기체로 만들어내는 작업은 자연증발된 가스만으로는 선박의 에너지 요구량을 채우는 데에 불충분할 때 이루어진다.
이러한 설비는 터빈 가동용 기관과 별도로 일체의 에너지생산을 위한 장치에 가스연료를 공급하는 용도로 쓰일 수 있다. 프로펠러 구동용 전기기관을 움직이는 교류발전기의 구동을 위한 열기관에 가스 연료를 공급하는 이런 설비에 대해 특허 FR 2 772 760 은 그같이 설명한다.
본 발명은 특히 압축기의 파워를 줄일 수 있는 새로운 장치를 제안한다. 이 장치의 목적은 액화가스 운반선박의 탱크 내용물로 일체의 에너지생산장치에 가스형태의 연료를 공급하는 데에 있다. 상기 탱크는 액화가스와 그 표층 위에 기체 상태로 존재하는 가스를 싣고 있으며 모터로 구동되는 압축기를 갖고 있다. 이 압축기 입구는 상기 탱크 내에서 액체 표면 위의 가스를 흡입하며 압축기 출구는 상기 일체 에너지생산을 위한 연료공급용 콜렉터에 연결된다. 1개의 펌프가 탱크의 내부에 잠겨 도관을 통하여 기화장치의 입구와 연결된다. 특히 이 기화장치의 출구는상기 콜렉터에 연결되어 있으며, 기화장치와 펌프를 연결하는 도관에는 탱크 내 액체의 역류도관이 연결되고, 이 역류도관에는 제1조절판이 설치된다.
본 발명의 또 다른 특징은 펌프와 기화장치를 잇는 도관 상에 제2조절판이 설치되고, 이 조절판은 특히 펌프와 기화장치를 잇는 도관과 역류도관의 이음부보다 하류부분에 위치한다.
본 발명의 또 다른 특징은 상기 콜렉터와 가스산화장치를 연결하는 도관에 제3조절판이 설치된다는 점이다.
본 발명의 또 다른 특징은 제2자동제어장치가 탱크 내 압력에 따라 펌프의 시동 및 정지, 동시에 펌프와 기화장치를 잇는 도관 상에 위치하고 있는 조절판의 개폐여부, 그리고 가스산화장치에 연료를 공급하는 조절판의 개폐를 제어하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은 펌프와 기화장치를 잇는 도관 내에서 측정된 압력에 따라 제3자동제어장치가 역류도관 상에 위치한 조절판의 개폐를 제어한다는 점이다.
본 발명의 또 다른 특징은 일체의 에너지생산장치에 연료를 공급하는 콜렉터 내부에서 측정된 압력에 따라 제1자동제어장치가 상기 압축기의 구동모터 회전속도와 압축기 입구의 터빈날개 각도를 제어한다는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 설비의 개략도,
도 2는 탱크 내 압력에 따를 펌프의 작동 및 정지 상태, 두개의 조절판의 개폐상태를 나타내는 그래프,
도 3은 조절 예시 그래프이다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조한 실시예를 통하여 설명한다.
도 1은 메탄운반선 혹은 그 외의 액화가스 운반선에서 탱크(1)가 그림과 같은 일체 에너지생산을 위한 장치에 가스연료를 공급하는 설비를 도시한 것이다.
참조번호(2)로 표시되어 있는 이러한 에너지생산장치 일체에는 선박의 전기설비와 선박의 추진을 위한 전기에너지를 생산하는 교류발전기의 구동을 위한 디젤엔진을 포함할 수 있다. 하지만 또 다른 방식으로는 기존의 에너지생산장치가 프로펠러를 구동용 증기터빈을 가동시키는 증기생성기관을 포함하고 있어 이 에너지생산장치에 연료를 공급할 수 있을 것이다.
탱크(1)는 -163℃의 액화가스(3)를 싣고 있는데 액체가스의 표층(5) 위의 공간(4)에서는 기체 상태로 존재한다. 탱크 압력은 기압과 유사하다. 본 설비는 압축기(6)를 포함하고 있는데 압축기의 입구에서 공간(4)에 있는 기체상태의 가스를 흡입하며 압축기 출구는 에너지발생장치(2)에 연료를 공급하는 콜렉터(7)에 연결되어 있다. 또한, 펌프(8)가 탱크 내에 잠겨 있는데, 이 펌프는 도관(9)을 통하여 기화장치(10) 입구에 연결되고, 기화장치 출구는 콜렉터(7)에 연결된다.
탱크(1)에 연결된 역류도관(11)은 제1조절판(12)을 구비하고, 도관(9)에 연결된다. 한편 제2조절판(13)이 도관(9) 상에 설치되는데, 역류도관(11)과 도관(9)이 만나는 연결부보다 하류부분에 위치된다.
상기 콜렉터(7)에는 기화장치(10) 출구와 만나는 이음부보다 하류부분에 도관(14)이 연결되고, 상기 도관(14)은 타단이 가스산화장치(16)에 닿아있으며, 제3조절판(15)을 구비한다. 가스산화장치는 간혹 소각로 혹은 영어로 "oxydiser"라 불리기도 한다.
상기 압축기(6)는 모터(17)에 의해 구동되는데 이 모터의 회전속도는콜렉터(7) 내의 가스압력을 측정하는 압력게이지(19)로부터 정보를 받은 제1자동제어장치(18)의 명령으로 조절된다. 제1자동제어장치(18)는 압력게이지(19)가 측정한 압력에 따라 압축기(6) 입구의 터빈날개각도 역시 조절한다.
기화장치(10) 입구에 위치한 제2조절판(13)은 제2자동제어장치(20)에 의해 그 개폐가 완전개방 또는 완전폐쇄 방식으로 조절된다. 이 자동제어장치는 입구에서 압력게이지(21)가 보내준 탱크(1)의 압력 정보를 받아 제2조절판(13) 뿐만 아니라 개폐정도가 다양하게 조절되는 제3조절판(15)를 조절하고 펌프의 시동 및 정지를 제어한다. 끝으로 압력게이지(22)는 도관(9) 내부 압력을 측정하고 그 정보는 제3자동제어장치(23)로 전해진다. 제3자동제어장치(23)는 제1조절판(12)을 다양한 개폐정도로 조절한다.
상기된 설비는 이전 기술을 사용한 장치와는 반대로 기화장치 출구가 압축기 입구가 아니라 압축기 출구가 연결된 일체의 에너지생산장치(2)에 연료를 공급하는 콜렉터(7)에 연결된다. 따라서 펌프(8)에 의해 펌핑된 액체는 이미 압력을 받은 상태이므로 대기압에 가까운 압력으로 액체의 압력을 줄여줄 필요가 없어진다. 이는 기화장치에서 배출된 가스가 압축기 입구로 보내어지는 것과 동시에 가스가 탱크 안에서 자연적으로 기화되었던 기존의 기술에서는 꼭 필요했던 작업이다.
그러므로 탱크(2) 내 공간(4)의 기체로 존재하는 부분에서 나온 가스 이외에는 더 이상 압축시키지 않는다. 이는 일체의 에너지생산장치(2)를 향해 보내졌던 전체가스의 생성에 필요한 에너지 소모를 줄이는 결과를 가져온다.
작동은 다음과 같이 이루어진다.
압축기(6)는 계속 작동하여 공간(4)에서 지속적으로 기화하는 가스를 흡입한다.
탱크 내외의 열교환 조건, 탱크 내 액체상태의 가스의 양에 따라 탱크 내 압력은 조금씩 변화하므로 조절은 다음과 같은 방법으로 이루어진다.
도 2는 탱크(1) 내부압력에 따라 펌프(8)의 작동 및 정지상황과 제2조절판(13)의 개폐상황, 제3조절판(15)의 개폐율을 0%에서부터 100%까지 보여주고 있다. 제3조절판(15)의 개폐 상황은 이 그림 상에서 탱크 내 압력 P3과 P4사이에 있는 곡선(c)로 나타나 있다. 한편 곡선(b)는 탱크 내 압력이 증가하는 방향인 압력 P2로 가면 제2조절판(13)이 닫히고 펌프(8)가 정지하는 상황을 보여준다. 그리고 곡선(a)는 탱크 내 압력이 감소하는 방향인 압력 P1으로 가면 제2조절판(13)이 열리고 펌프(8)가 가동되는 상황을 보여준다.
압력이 P1이하이면 탱크 내 자연기화만으로는 선박의 에너지 수요를 충족시키는 데에 불충분하므로 펌프(8)가 이처럼 가동되고 제2조절판(13)은 열린다. 이는 탱크(1)가 거의 비어있는 상황에서 발생하는 일이다.
탱크(1)가 채워져있을 때에는 탱크 외부와의 열교환 조건에 따라 혹은 공간(4)에서 자연 기화로 발생되는 가스가 충분하고 과도하지 않으면 압축기(6)만이 기능을 하게 되어 펌프(8)는 멈추고 제2조절판(13)은 닫힌다. 이는 탱크 내 압력이 P2이상으로 올라가면 발생하는 일이다. 혹은 탱크 내 압력이 P3에 달하고 자연기화로 발생되는 가스의 양이 과도하여 일체의 에너지발생 장치에 의해 소모되지 못한 잉여 가스를 비워야 할 필요가 생기면 제3조절판(15)이 단계적으로 열린다. 그러다가 압력이 P4가 되면 100% 열린다. 이 모든 과정은 압력게이지(21)가 측정한 탱크 내 압력에 따라 제2자동제어장치(20)가 조절한다. 도 3은 그 조절상황을 보여준다.
이와 마찬가지로 같은 도 3에서 보여주듯이 기화장치에 연료가 공급되는 압력은 지시압력 P0로 제어되는데, 이는 역류도관(11) 상에 있는 제1조절판(12)을 통해 조절되며, 0 내지 100%의 개폐정도가 압력게이지(22)가 측정한 도관(9)의 내부압력에 따라 제3자동제어장치(23)에 의해 조절된다 : 압력P5이하의 경우 제1조절판(12)은 닫힌다. 압력이 P5를 넘으면 조절판(12)이 단계적으로 열리다가 P6이 되면 완전히 열린다. 기화장치 출구의 압력은 콜렉터(7)의 압력과 일치하며 기화장치에 연료를 공급하는 압력과 거의 같다.
더구나 압축기는 조절지시로서 기화장치 내의 압력 강하로 생겨난 기화장치 압력(P0)와 같은 수치를 갖는다. 콜렉터(7) 내부 압력은 압력게이지(19)로 측정되는데 압축기의 자동제어장치에 의해 제공된 지시압력에 견줄만한 압력으로의 회귀가 이루어진다. 압축기는 탱크 내에서 직접 가스를 흡입하는데 이는 에너지생산장치(2)가 막대한 양의 가스를 소모하여 콜렉터(7)의 내압이 떨어질 때 더욱 그러하다. 이러한 압축기의 조절은 탱크 내부압력을 염두에 두지 않고 이루어진다. 압력게이지(19)는 콜렉터 내부압력을 측정하여 제1자동제어장치(18)에 해당정보를 전송하면 이 자동제어장치는 압축기(6)의 구동모터(17) 회전속도와 압축기 입구 터빈날개의 각도에 영향을 미친다. 이러한 조절은 신속히 이루어지며 콜렉터 내의 급작스런 압력 강하를 즉시 상쇄한다. 그리고 매우 중요한 가스 마개가 사용되는데 이는 압축기가 탱크로부터 흡입하는 가스의 양이 막대하기 때문이다.
기화장치(10)는 조절에 필요한 지시압력으로 P0를 갖는다. 탱크 압력은 압력게이지(21)가 측정한다. 이 탱크 압력이 P1이 안되면 펌프(8)의 작동이 시작되어 증발장치를 통해 콜렉터(7)에 가스를 공급한다. 이는 압축기(6)에 의해 탱크로부터 흡입되는 가스의 양을 줄여 탱크 내 압력의 강하를 제한하는 결과를 초래한다.
제3조절판(15)은 소각로 혹은 영어로'oxydiser'로 불리는 가스산화장치(16)에 연료를 공급하는데 만일의 사태에 발생할 수 있는 과도 압력으로부터 탱크를 보호하는 역할을 한다. 조절판(15)는 P3을 넘어서면서부터 열리기 시작한다.
본 실시예에서 P1, P2, P3과 P4의 각각의 압력은 1060, 1070, 1180, 1220 밀리바(millibars)이다. 콜렉터(7)의 내부압력과 펌프(8)가 작동할 때 기화장치(10)의 입구 압력 P5와 P6은 각각 5와 6 bar 이고 지시압력 P0는 5.5 bar이다.
물론 자동제어장치 18, 20, 23은 중앙통제제어시스템 아래에 둘 수 있다. 탱크(1) 내부압력, 도관(9) 내부압력과 콜렉터(7) 내부압력과 같은 필요한 모든 자료들이 이 중앙시스템으로 보내져 이 시스템을 통해 조종명령이 시동장치로 전달된다.
본 발명에 따른 설비는 액화가스 운반선박의 탱크 내용물로 일체의 에너지생산장치에 가스형태의 연료를 공급하기 위한 것으로, 특히 기화장치 출구가 압축기 입구가 아니라 압축기 출구가 연결된 일체의 에너지생산장치(2)에 연료를 공급하는 콜렉터(7)에 연결된다. 즉, 탱크(2) 내 공간(4)의 기체로 존재하는 부분에서 나온 가스 이외에는 더 이상 압축시키지 않고, 따라서 압축기의 파워를 줄일 수 있는 잇점이 있다. 이는 일체의 에너지생산장치(2)를 향해 보내졌던 전체가스의 생성에 필요한 에너지 소모를 줄이는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 액화가스(3)와 함께 그 표층(5) 상부에 기체 상태의 가스(4)를 싣고 있는 탱크(1)의 내용물을 연료로 공급하고, 모터(17)로 구동되는 압축기(6)를 구비하며, 상기 압축기(6)의 입구는 상기 탱크(1) 내부의 액체 상부에 존재하는 가스를 흡입하고 출구는 에너지생산장치(2)에 연료를 공급하는 콜렉터(7)에 연결되며, 펌프(8)가 탱크의 내부에 잠겨있고 도관(9)을 통해 기화장치(10)의 입구와 연결되며, 상기 기화장치(10)의 출구는 상기 콜렉터(7)와 연결되고, 상기 펌프(8)와 기화장치(10)를 잇는 도관(9)에는 역류도관(11)이 연결되고 상기 역류도관(11)에는 제1 조절판(12)이 설치되는 것을 특징으로 하는 액화가스 운반선박의 에너지생산 시스템에 가스연료를 공급하기 위한 설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프(8)와 기화장치(10)를 잇는 도관(9) 상에는 제2조절판(13)이 설치되고, 특히 상기 제2조절판(13)은 상기 역류도관(11)과 도관(9)의 이음부보다 하류부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 설비.
  3. 제 1 항에 있어서,
    가스산화장치(16)와 상기 가스산화장치(16)를 상기 콜렉터(7)에 연결하는 도관(14)을 구비하고, 상기 도관(14)에는 제3조절판(15)이 설치되는 것을 특징으로하는 설비.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 탱크 내 압력에 따라 펌프(8)의 작동을 조절하고, 이와 동시에 펌프(8)와 기화장치(10)를 잇는 도관(9) 상에 위치하는 제2조절판(13)의 개폐여부와 가스산화장치(16)에 연료를 공급하는 제3조절판(15)의 개폐여부를 조절하는 제2자동제어장치(20)를 구비하는 것을 특징으로 하는 설비.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프(8)와 기화장치(10)를 잇는 도관(9) 내에서 측정된 압력에 따라 역류도관(11) 상에 위치한 제1조절판(12)의 개폐여부를 조절하는 제3자동제어장치(23)를 구비하는 것을 특징으로 하는 설비.
  6. 제 1 항에 있어서,
    에너지생산장치(2)에 연료를 공급하는 콜렉터(7) 내부에서 측정된 압력에 따라 압축기(6)의 구동모터(17) 회전속도 및 압축기 입구 터빈날개 각도를 조절하는 제1자동제어장치(18)를 구비하는 것을 특징으로 하는 설비.
  7. 제 1 항 내지 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    중앙통제제어시스템이 구비되고, 이 중앙통제제어시템에 의하여, 탱크 내 압력에 따른 펌프(8)의 작동과 펌프(8)와 기화장치(10)을 잇는 도관(9) 상에 위치하는 제2조절판(13)의 개폐여부 및 가스산화장치(16)에 연료를 공급하는 제3조절판(15)의 개폐가 조절되고, 펌프(8)와 기화장치(10)를 연결하는 도관(9) 내부에서 측정된 압력에 따라 역류도관(11) 상에 위치하는 제1조절판(12)의 개폐여부가 조절되며, 에너지생산장치(2)에 연료를 공급하는 콜렉터(7) 내부에서 측정된 압력에 따라 압축기(6)의 구동모터(17)의 회전속도와 압축기 입구의 터빈날개 각도가 조절되는 것을 특징으로 하는 설비.
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