KR20130049085A - 원유운반선의 불활성가스 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불활성가스 충전시(I/G Topping Up Mode) 요구되는 불활성가스의 양에 따라 블로워 용량을 선택적으로 조절함으로써 보일러의 가동 부하를 낮춰 연료 손실을 절감할 수 있는 원유운반선의 불활성가스 공급장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 원유운반선의 불활성가스 공급장치는 연료를 연소하여 배기가스를 생성하는 보일러와, 상기 배기가스를 정제하는 스크러버와, 상기 스크러버로부터 배출되는 불활성가스를 흡입하여 원유 저장탱크에 공급하는 블로워 및 상기 스크러버와 블로워 사이에 구비되며, 상기 스크러버와 블로워 사이의 불활성가스 배관의 압력을 조절하는 불활성가스 유량조절장치를 포함하여 이루어지며, 상기 불활성가스 유량조절장치에 의해 불활성가스 배관의 압력이 높아지면 상기 블로워에 흡입되는 불활성가스의 양이 줄어들고, 상기 불활성가스 유량조절장치에 의해 불활성가스 배관의 압력이 낮아지면 상기 블로워에 흡입되는 불활성가스의 양이 증가하는 것을 특징으로 한다.

Description

원유운반선의 불활성가스 공급장치{Inert gas supply system for oil tanker}

본 발명은 원유운반선의 불활성가스 공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 불활성가스 충전시(I/G Topping Up Mode) 요구되는 불활성가스의 양에 따라 블로워 용량을 선택적으로 조절함으로써 보일러의 가동 부하를 낮춰 연료 손실을 절감할 수 있는 원유운반선의 불활성가스 공급장치에 관한 것이다.

원유운반선 내에는 원유를 저장하는 원유 저장탱크가 구비된다. 원유의 충진(I/G Topping Up Mode)시 또는 선박 항해시에 원유 저장탱크 내에 유증기가 발생되며, 유증기로 인한 폭발 가능성이 상존한다. 폭발을 방지하기 위해 원유 주입 또는 하역시에 원유 저장탱크 내에 불활성가스가 주입된다.

한편, 원유 저장탱크 내에 충전된 불활성가스는 일정 시간 경과 후 누설되거나 원유 내에 용해되는데, 이에 따라 불활성가스의 충전(I/G Topping Up)이 요구되며, 불활성가스의 충전은 선박 내에 구비된 불활성가스 공급장치에 의해 진행된다.

불활성가스 공급장치는 크게 원유운반선에 적용되는 IGS 방식(Fuel Inert Gas System)과 석유화학제품, LNG/LPG 운반선에 적용되는 IGG 방식(Inert Gas Generator)으로 구분된다. IGS 방식은 선박용 보일러에서 배출되는 배기가스를 불활성가스로 이용하는 방식이며, IGG 방식은 선박용 디젤유를 직접 연소하여 불활성가스를 생성하는 방식이다. IGG 방식의 일 예는 한국등록특허 제729665호에 개시되어 있다.

IGS 방식의 불활성가스 공급장치는 일반적으로 보일러(Boiler), 스크러버(Scrubber) 및 블로워(Blower)를 구비하며, 보일러에서 생성된 불활성가스는 스크러버를 통해 정제 및 냉각되며 이후 블로워에 의해 원유 저장탱크에 공급된다.

이와 같은 종래의 IGS 방식의 불활성가스 공급장치는, 블로워 용량은 고정되어 있고 해당 블로워 용량에 해당되는 배기가스를 생성하기 위해 보일러가 가동되는 방식을 택하고 있다. 예를 들어, 블로워 용량이 100이면 100 이상의 불활성가스가 블로워에 공급되어야 하며, 이를 위해 보일러는 100 이상(예를 들어, 115)의 배기가스를 생성하도록 가동된다.

한편, 불활성가스 충전시(I/G Topping Up Mode) 원유 저장탱크에서 요구되는 불활성가스는 보일러에서 생성된 배기가스가 산소함유량(4～5%)만 만족하면 되나, 4～5% 미만의 산소함유량을 갖는 배기가스는 그 총량이 일반적으로 블로워 용량보다 작다. 이런 경우에도 블로워 용량에 해당되는 만큼의 배기가스를 생성하도록 가동되며 이에 따라, 보일러 가동을 위한 불필요한 연료 손실이 발생된다.

즉, 원유 저장탱크에 채워져야 할 불활성가스의 양이 블로워 용량(예를 들어, 100)보다 작은 경우(예를 들어, 50)에도 블로워 용량(100) 이상의 배기가스(예를 들어, 115)를 생성하도록 보일러를 가동하는 문제점이 있다. 달리 표현하여, 불활성가스의 요구량에 무관하게 보일러가 블로워 요구 용량에 맞추어 가동됨에 따라, 불필요한 연료 손실이 발생된다.

또한, 보일러의 가동부하를 감소시켜 배기가스의 생성량을 줄이게 되면 블로워는 부족한 가스의 양을 대기 중 공기로 채워 원유 저장탱크로 공급하게 되며, 이 경우 산소 농도가 증가됨에 따라 불활성가스로서의 기능을 상실하여 원유 저장탱크로 공급함에 부적합하다.

한국등록특허 제729665호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 불활성가스 충전시(I/G Topping Up Mode) 요구되는 불활성가스의 양에 따라 블로워 용량을 선택적으로 조절함으로써 보일러의 가동 부하를 낮춰 연료 손실을 절감할 수 있는 원유운반선의 불활성가스 공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원유운반선의 불활성가스 공급장치는 연료를 연소하여 배기가스를 생성하는 보일러와, 상기 배기가스를 정제하는 스크러버와, 상기 스크러버로부터 배출되는 불활성가스를 흡입하여 원유 저장탱크에 공급하는 블로워 및 상기 스크러버와 블로워 사이에 구비되며, 상기 스크러버와 블로워 사이의 불활성가스 배관의 압력을 조절하는 불활성가스 유량조절장치를 포함하여 이루어지며, 상기 불활성가스 유량조절장치에 의해 불활성가스 배관의 압력이 높아지면 상기 블로워에 흡입되는 불활성가스의 양이 줄어들고, 상기 불활성가스 유량조절장치에 의해 불활성가스 배관의 압력이 낮아지면 상기 블로워에 흡입되는 불활성가스의 양이 증가하는 것을 특징으로 한다.

상기 불활성가스 유량조절장치는 유량조절밸브를 포함하여 구성되며, 상기 유량조절밸브는 상기 불활성가스 배관의 단면적을 증가시키거나 감소시키는 형태로 작동될 수 있다.

상기 불활성가스 유량조절장치는, 스크러버와 블로워 사이의 불활성가스 배관 내에 작용하는 압력을 조절하는 유량조절밸브와, 인가된 공압에 따라 상기 유량조절밸브를 기계적으로 이동시키는 공압 액추에이터와, 상기 공압 액추에이터에 임의의 공기량을 선택적으로 공급하는 공기량 조절수단과, 상기 공기량 조절수단에 공기를 공급하는 공기공급수단을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 공기량 조절수단 내에 서보모터가 구비되고, 상기 서보모터에 의해 상기 공압 액추에이터에 공급되는 공기량이 조절되며, 상기 서보모터의 동작은 제어수단에 의해 인가되는 전원을 통해 제어되며, 상기 서보모터에 인가되는 전원은 상기 유량조절밸브를 통해 제어하고자 하는 압력값에 상응할 수 있다.

유압조절 및 보일러가동 제어장치가 더 구비되며, 상기 유압조절 및 보일러가동 제어장치는, 상기 불활성가스 유량조절장치를 통해 불활성가스의 유압을 제어함과 함께 상기 불활성가스 유량조절장치에 의해 제어되는 유압에 상응하도록 보일러 가동부하를 제어할 수 있다.

상기 유압조절 및 보일러가동 제어장치는, 상기 불활성가스 유량조절장치의 제어수단에 전기적 신호를 인가하여 상기 불활성가스 유량조절장치의 제어수단이 제어하고자 하는 유압에 상응하는 전원을 상기 공기량 조절수단의 서보모터에 인가하도록 함과 함께, 제어하고자 하는 유압에 상응하는 만큼 보일러가 가동되도록 보일러의 제어부에 전기적 신호를 인가할 수 있다.

상기 보일러에 의해 생성되는 배기가스를 추출하는 배기가스 추출관을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 스크러버 내에는 냉각수를 공급하는 냉각수 노즐이 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 원유운반선의 불활성가스 공급장치는 다음과 같은 효과가 있다.

블로워에 흡입되는 불활성가스의 양을 선택적으로 조절할 수 있음에 따라, 보일러에 의해 생성되는 배기가스의 양을 제어할 수 있으며, 이를 통해 보일러 가동부화를 최적화하여 연료 손실을 최소화할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원유운반선의 불활성가스 공급장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 유압조절장치의 구성도.

본 발명은 불활성가스 충전시(I/G Topping Up Mode) 원유 저장탱크에 요구되는 불활성가스의 양이 블로워의 정상 용량 대비 낮은 경우, 블로워에 공급되는 불활성가스의 양을 불활성가스 유량조절장치를 통해 낮춰 블로워의 입구 압력(P)을 높이고 블로워의 용량(V)을 줄임으로써 블로워에 의해 공급되는 불활성가스의 양을 감소시키며, 궁극적으로 요구되는 불활성가스의 양에 상응하도록 보일러를 가동하여 보일러 가동부하를 최적화하는 것을 특징으로 하며, 이를 통해 불필요한 보일러 가동으로 인한 연료 손실을 방지할 수 있게 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원유운반선의 불활성가스 공급장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원유운반선의 불활성가스 공급장치는 보일러(110), 배기가스 추출관(120), 스크러버(130)(scrubber), 불활성가스 유량조절장치(140) 및 블로워(150)(blower)를 포함하여 구성된다.

상기 보일러(110)는 연료의 연소를 통해 배기가스 즉, 불활성가스를 생성하는 역할을 하며, 상기 배기가스 추출관(120)은 상기 보일러(110)의 일측에 구비되어 상기 보일러(110)에 의해 생성된 배기가스를 추출한다. 또한, 상기 스크러버(130)는 배기가스를 냉각, 정제하는 역할을 한다. 상기 스크러버(130) 내에는 냉각수 예를 들어, 해수를 공급하는 냉각수 노즐(131)이 구비된다.

상기 스크러버(130)에 의해 냉각, 정제된 불활성가스는 상기 블로워(140)를 거쳐 최종적으로 원유 저장탱크(160)에 공급된다. 상기 블로워(140)는 상기 스크러버(130)에서 배출되는 불활성가스를 흡입하여 원유 저장탱크(160)에 공급하는데, 통상 블로워(140)는 일정 용량을 갖추고 해당 용량만큼 가스를 흡입하는 바, 종래 기술에서 설명한 바와 같이 블로워(140)에 공급되는 불활성가스의 양이 줄어들게 되면 블로워(140) 용량을 채우기 위해 대기를 흡입하여 산소 농도가 증가되는 문제점이 있다.

본 발명에서는, 블로워(140) 전단의 불활성가스가 공급되는 배관의 압력을 불활성가스 유량조절장치(140)를 이용하여 증가시킴으로써 블로워(140)에 의해 흡입되는 가스의 양을 감소시키는 원리를 적용한다. 즉, 일정 용량의 블로워(140)가 일정 압력 상태에서 일정한 힘으로 가스를 흡입하는 것으로 정의한다면, 블로워(140) 전단의 가스 유입배관의 압력을 높이게 되면 블로워(140)에 유입되는 가스의 양을 줄일 수 있게 된다. 달리 표현하여, 가스 유입배관의 압력 증가에 의해 블로워(140)의 흡입 능력이 저하된다고 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 불활성가스 유량조절장치(140)가 상기 스크러버(130)와 블로워(140) 사이 즉, 블로워 입구측 불활성가스 배관에 구비되어 상기 블로워(140)에 공급되는 불활성가스의 압력을 증가 또는 감소시키는 역할을 한다.

상기 불활성가스 유량조절장치(140)는 세부적으로, 스크러버(130)와 블로워(150) 사이의 불활성가스 배관의 압력을 증가(또는 감소)시켜 블로워(150)에 의해 흡입되는 배기가스의 양을 감소(또는 증가)시키며, 이를 위해 스크러버(130)와 블로워(150) 사이의 불활성가스 배관에는 유량조절밸브(141)가 구비되며 상기 유량조절밸브(141)의 작동에 따라 불활성가스 배관의 압력이 증가 또는 감소된다. 일 예로, 상기 유량조절밸브(141)는 불활성가스 배관의 단면적을 감소시키거나 증가시키는 형태로 작동될 수 있다.

상기 유량조절밸브(141)의 작동을 위해 공압 액추에이터(142), 공기량 조절수단(143), 공기공급수단(144)이 더 구비된다(도 2 참조). 상기 공압 액추에이터(142)는 공압에 따라 상기 유량조절밸브(141)를 기계적으로 이동시키는 역할을 하며, 상기 공기량 조절수단(143)은 상기 공압 액추에이터(142)에 임의의 공기량을 선택적으로 공급하며, 상기 공기공급수단(144)은 상기 공기량 조절수단(143)에 공기를 공급한다. 또한, 상기 공기량 조절수단(143) 내에는 서보모터(servo motor)가 구비될 수 있으며, 상기 서보모터에 의해 상기 공압 액추에이터(142)에 공급되는 공기량을 조절할 수 있다. 상기 서보모터의 동작은 제어수단(145)에 의해 인가되는 전원을 통해 제어된다.

상기 불활성가스 유량조절장치(140)의 동작에 대해 설명하면, 먼저 상기 공기공급수단(144)에 의해 상기 공기량 조절수단(143)에 공기가 공급되는 상태에서, 상기 제어수단(145)은 상기 공기량 조절수단(143)의 서보모터에 전원을 인가한다. 이 때, 상기 서보모터에 인가되는 전원은 상기 유량조절밸브(141)를 통해 제어하고자 하는 압력값에 상응한다.

상기 서보모터는 인가된 전원에 상응하는 만큼 동작하게 되고, 이에 의해 일정량의 공기가 상기 공압 액추에이터(142)에 공급된다. 이어, 상기 공압 액추에이터(142)는 인가된 공압만큼 상기 유량조절밸브(141)를 작동시켜 불활성가스 배관의 압력을 조절한다.

이상, 상기 불활성가스 유량조절장치(140)에 의해 상기 블로워(150)에 공급되는 배기가스의 압력을 조절할 수 있고 이를 통해 블로워(150)에 흡입되는 배기가스의 양을 제어할 수 있음을 설명하였다.

상술한 바와 같은 구성에 더해, 본 발명은 유압조절 및 보일러가동 제어장치(170)가 더 구비할 수 있다. 상기 유압조절 및 보일러가동 제어장치(170)는 상기 불활성가스 유량조절장치(140)를 통한 배기가스의 유압을 제어함과 함께 상기 불활성가스 유량조절장치(140)에 의해 제어되는 유압에 상응하도록 보일러(110) 가동부하를 제어하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 불활성가스 유량조절장치(140)의 제어수단(145)에 전기적 신호를 인가하여 상기 불활성가스 유량조절장치(140)의 제어수단(145)이 제어하고자 하는 유압에 상응하는 전원을 상기 공기량 조절수단(143)의 서보모터에 인가하도록 함과 함께, 제어하고자 하는 유압에 상응하는 만큼 보일러(110)가 가동되도록 보일러(110)의 제어부(도시하지 않음)에 전기적 신호를 인가하는 역할을 한다.

상기 유압조절 및 보일러가동 제어장치(170)를 통해 블로워(150)에 공급되는 배기가스의 양을 조절함과 함께 보일러(110)에서 생성되는 배기가스의 양을 동시에 제어할 수 있다.

110 : 보일러 120 : 배기가스 추출관
130 : 스크러버 131 : 냉각수 노즐
140 : 불활성가스 유량조절장치 141 : 유량조절밸브
142 : 공압 액추에이터 143 : 공기량 조절수단
144 : 공기공급수단 145 : 제어수단
150 : 블로워 160 : 원유 저장탱크
170 : 유량조절 및 보일러가동 제어장치

Claims (8)

1. 연료를 연소하여 배기가스를 생성하는 보일러;
   상기 배기가스를 정제하는 스크러버;
   상기 스크러버로부터 배출되는 불활성가스를 흡입하여 원유 저장탱크에 공급하는 블로워; 및
   상기 스크러버와 블로워 사이에 구비되며, 상기 스크러버와 블로워 사이의 불활성가스 배관의 압력을 조절하는 불활성가스 유량조절장치를 포함하여 이루어지며,
   상기 불활성가스 유량조절장치에 의해 불활성가스 배관의 압력이 높아지면 상기 블로워에 흡입되는 불활성가스의 양이 줄어들고, 상기 불활성가스 유량조절장치에 의해 불활성가스 배관의 압력이 낮아지면 상기 블로워에 흡입되는 불활성가스의 양이 증가하는 것을 특징으로 하는 원유운반선의 불활성가스 공급장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 불활성가스 유량조절장치는 유량조절밸브를 포함하여 구성되며, 상기 유량조절밸브는 상기 불활성가스 배관의 단면적을 증가시키거나 감소시키는 형태로 작동되는 것을 특징으로 하는 원유운반선의 불활성가스 공급장치.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 불활성가스 유량조절장치는,
   스크러버와 블로워 사이의 불활성가스 배관 내에 작용하는 압력을 조절하는 유량조절밸브와, 인가된 공압에 따라 상기 유량조절밸브를 기계적으로 이동시키는 공압 액추에이터와, 상기 공압 액추에이터에 임의의 공기량을 선택적으로 공급하는 공기량 조절수단과, 상기 공기량 조절수단에 공기를 공급하는 공기공급수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원유운반선의 불활성가스 공급장치.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 공기량 조절수단 내에 서보모터가 구비되고, 상기 서보모터에 의해 상기 공압 액추에이터에 공급되는 공기량이 조절되며, 상기 서보모터의 동작은 제어수단에 의해 인가되는 전원을 통해 제어되며,
   상기 서보모터에 인가되는 전원은 상기 유량조절밸브를 통해 제어하고자 하는 압력값에 상응한 것을 특징으로 하는 원유운반선의 불활성가스 공급장치.
   
5. 제 1 항에 있어서, 유압조절 및 보일러가동 제어장치가 더 구비되며,
   상기 유압조절 및 보일러가동 제어장치는, 상기 불활성가스 유량조절장치를 통해 불활성가스의 유압을 제어함과 함께 상기 불활성가스 유량조절장치에 의해 제어되는 유압에 상응하도록 보일러 가동부하를 제어하는 것을 특징으로 하는 원유운반선의 불활성가스 공급장치.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 유압조절 및 보일러가동 제어장치는, 상기 불활성가스 유량조절장치의 제어수단에 전기적 신호를 인가하여 상기 불활성가스 유량조절장치의 제어수단이 제어하고자 하는 유압에 상응하는 전원을 상기 공기량 조절수단의 서보모터에 인가하도록 함과 함께, 제어하고자 하는 유압에 상응하는 만큼 보일러가 가동되도록 보일러의 제어부에 전기적 신호를 인가하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 원유운반선의 불활성가스 공급장치.
   
7. 제 1 항에 있어서, 상기 보일러에 의해 생성되는 배기가스를 추출하는 배기가스 추출관을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원유운반선의 불활성가스 공급장치.
   
8. 제 1 항에 있어서, 상기 스크러버 내에는 냉각수를 공급하는 냉각수 노즐이 구비되는 것을 특징으로 하는 원유운반선의 불활성가스 공급장치.

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