KR20160112609A - 부유식 구조물 - Google Patents

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KR20160112609A
KR20160112609A KR1020150038651A KR20150038651A KR20160112609A KR 20160112609 A KR20160112609 A KR 20160112609A KR 1020150038651 A KR1020150038651 A KR 1020150038651A KR 20150038651 A KR20150038651 A KR 20150038651A KR 20160112609 A KR20160112609 A KR 20160112609A
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박태근
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Abstract

본 발명은 부유식 구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온의 유체가 저장된 저장 탱크를 포함하는 부유식 구조물에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고온의 유체 화물이 저장되는 저장 탱크; 상기 고온의 유체 화물보다 낮은 온도를 갖는 저온 열원; 상기 저장 탱크 및 상기 저온 열원 사이에 제공되고 상기 저장 탱크; 및 상기 저온 열원의 온도 차이를 이용하는 전기를 생산하는 발전부를 포함하는 부유식 구조물이 제공될 수 있다.

Description

부유식 구조물{FLOATING STRUCTURE}
본 발명은 부유식 구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온의 유체가 저장된 저장 탱크를 포함하는 부유식 구조물에 관한 것이다.
유조선과 같은 부유식 구조물은 석유류, 당밀(糖蜜), 포도주원액, 화공약품 및 액화천연가스(LNG) 등의 유체 화물을 저장 탱크 등에 저장하여 대량 수송하는 선박이다.
액화천연가스는 천연가스를 극저온(약 -163℃)으로 냉각시킴으로써 얻어질 수 있으며, 액화천연가스는 기체 상태일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다. 그리고 이러한 액화천연가스를 수송하는 부유식 구조물은 액화처연가스의 극저온 상태를 유지시킬 수 있는 저장 탱크를 포함하며, 일반적으로 액화천연가스용 저장 탱크는 복수 개의 단열보드 및 방벽 구조를 포함한다.
한편, 부유식 구조물을 이용하여 석유류와 같은 오일을 해상 운반할 경우, 오일이 저장된 저장 탱크에는 오일을 가열하기 위한 히팅 장치 등이 구비될 수 있으며, 오일이 히팅 장치에 의해 가열됨으로써 오일의 점도가 일정 범위로 유지될 수 있다. 하지만 일반적인 오일용 저장 탱크에는 별도의 단열구조가 구비되어 있지 않아 오일의 열에너지가 저장 탱크 외부로 방출되어 열에너지가 유실되는 문제점이 있었다.
또한, 오일의 열에너지가 해수로 유입되어 해수의 수온이 상승되는 문제점이 있었다.
한국공개특허공보 2013-0040363
본 발명의 실시예들은, 고온의 유체가 저장된 저장 탱크 및 저장 탱크의주변 시설물을 이용하여 전기를 생산할 수 있는 부유식 구조물을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고온의 유체 화물이 저장되는 저장 탱크; 상기 고온의 유체 화물보다 낮은 온도를 갖는 저온 열원; 및 상기 저장 탱크 및 상기 저온 열원 사이에 제공되고 상기 저장 탱크 및 상기 저온 열원의 온도 차이를 이용하는 전기를 생산하는 발전부를 포함하는 부유식 구조물이 제공될 수 있다.
또한, 상기 저온 열원은, 상기 저장 탱크의 둘레에 제공된 밸러스트 탱크인 부유식 구조물이 제공될 수 있다.
또한, 상기 저온 열원은, 상기 발전부에 연결되고 상기 고온의 유체 화물보다 낮은 온도를 갖는 저온 유체가 저장된 저온 탱크이며, 상기 저온 탱크에는 상기 저온 유체를 공급하는 저온 유체 공급관; 및 상기 저온의 유체의 공급 여부를 조절하는 컨트롤 밸브가 제공된 부유식 구조물이 제공될 수 있다.
또한, 상기 저온 탱크는, 상기 저장 탱크의 둘레에 제공된 밸러스트 탱크 내부에 제공되며, 상기 저온 유체 공급관은 상기 밸러스트 탱크에 기 제공된 밸러스트 수 공급관과 연결되는 부유식 구조물이 제공될 수 있다.
또한, 상기 발전부는, 상기 온도 차이를 이용하여 전기를 생산하는 발전 부재; 및 상기 저장 탱크 또는 상기 저온 열원 중 어느 하나와 접촉하여 상기 저장 탱크 또는 상기 저온 열원으로부터 공급 받은 열에너지를 상기 발전 부재로 전달하는 열전달 부재를 포함하는 부유식 구조물이 제공될 수 있다.
또한, 상기 열전달 부재는, 상기 발전 부재의 일면에 접촉되는 제1 열전달판; 및 상기 제1 열전달판으로부터 상기 저온 열원을 향해 연장된 제2 열전달판을 포함하는 부유식 구조물이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 고온의 유체가 저장된 저장 탱크 및 저장 탱크의주변 시설물을 이용하여 전기를 생산할 수 있는 부유식 구조물을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 부유식 구조물의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 부유식 구조물의 저장 탱크 및 밸러스트 탱크 사이에 발전부가 제공된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 부유식 구조물의 저장 탱크 및 밸러스트 탱크 사이에 발전부 및 저온 탱크가 제공된 모습을 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 기술 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예들에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 아울러, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 부유식 구조물(10)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 부유식 구조물(10)은 고온의 유체 화물(1)이 저장될 수 있는 저장 탱크(100), 유체 화물(1)의 온도보다 낮은 온도를 갖는 저온 열원 및 저장 탱크(100)와 저온 열원 사이에 제공되는 발전부(300)를 포함한다. 본 실시예에 따른 부유식 구조물(10)은 고온의 유체 화물(1)을 수송하는 유조선, 화물선, FPSO 등일 수 있으며, 이외에 유체 화물(1)을 수송하지 않더라도 고온의 유체 화물(1)이 저장될 수 있는 저장 탱크(100)를 포함하는 부유식 구조물(10)을 모두 포함할 수 있다.
저장 탱크(100)는 고온의 유체 화물(1)이 저장될 수 있는 탱크로, 외벽(110)으로 둘러 싸여진 용기일 수 있다. 저장 탱크(100)에는 유체 화물(1)을 선적(Loading) 및 하역(Unloading)하기 위한 유체 화물 이송관(미도시)이 제공될 수 있다. 저장 탱크(100)에 저장되는 유체 화물의 종류는 원유, 석유 등과 같은 오일일 수 있으나 유체 화물은 오일 이외에도 해수(3), 밸러스트 수(2) 또는 주변 시설물보다 높은 온도를 갖는 다양한 종류의 유체일 수 있다.
저장 탱크(100)에 제공되는 유체 화물(1)이 오일과 같이 점도가 큰 유체일 경우, 유체 화물(1)의 온도가 일정 범위 이하로 낮아질 경우 유체 화물(1)의 점도가 높아지면서, 즉 유체 화물(1)의 유동성이 작아지면서 유체 화물(1)의 선적 및 하역이 어려워지는 문제점이 있다. 이에 따라 유체 화물(1)은 일정 수준 이상의 유동성이 확보되어야 하며, 이를 위해서 저장 탱크(100)의 내부에는 유체 화물(1)의 고온 상태를 유지시키기 위한 별도의 히팅 장치(미도시)가 제공될 수 있다.
히팅 장치는 일 예로 튜브(Tube) 내측에 열선을 장착하여 유체를 가열하거나 또는 가열 증기가 튜브 내측에서 순환하면서 유체와 열교환함으로써 유체를 가열시키는 구조를 가질 수 있다. 그러나 히팅 장치는 전술된 구조 이외에도 유체를 가열할 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있으며, 유체가 별도의 열원 없이 고온의 상태가 유지될 수 있는 경우 히팅 장치는 생략될 수 있다.
저온 열원은 저장 탱크(100)에 저장된 유체 화물(1)보다 낮은 온도를 갖는 것으로, 저장 탱크(100) 주변에 제공된 모든 시설물 또는 물질일 수 있다. 일 예로 저온 열원은 저장 탱크(100)를 둘러싸는 형태로 제공된 밸러스트 탱크(200)일 수 있으며, 본 실시예에서는 저온 열원이 밸러스트 탱크(200)인 경우를 예로 하여 설명한다.
밸러스트 탱크(200)는 부유식 구조물(10)의 운항 시 본체(11)의 흘수 조정을 위해 본체(11)에 제공될 수 있다. 밸러스트 탱크(200)에는 밸러스트 수(2)가 공급되거나 밸러스트 탱크(200)로부터 밸러스트 수(2)가 배출될 수 있으며, 밸러스트 탱크(200)에 채워진 밸러스트 수(2)의 양에 따라 본체(11)의 흘수가 조정될 수 있다.
밸러스트 탱크(200)는 밸러스트 수(2)가 저장될 수 있는 탱크로, 외벽(210)으로 둘러 싸여진 용기일 수 있다. 밸러스트 탱크의 외벽(210)은 저장 탱크의 외벽(110) 둘레를 간격을 두고 감싸는 형태로 제공될 수 있으며, 밸러스트 탱크(200)의 상측 외벽(210)은 본체(11)의 갑판(12) 하측에 배치되거나 갑판(12)을 구성할 수 있다. 그리고 밸러스트 탱크(200)에는 밸러스트 수(2)를 공급하기 위한 밸러스트 수 공급관(220, 도4) 및 배출관(미도시) 등이 제공될 수 있다.
밸러스트 탱크(200)에 채워지는 밸러스트 수(2)는 해수(3) 또는 수처리된 해수 또는 기타 다른 용수일 수 있으며, 유체 화물(1)의 온도보다 낮은 온도를 갖는다. 그리고, 밸러스트 탱크(200)는 본체(11)에 접하는 형태로 배치될 수 있으며, 이 경우 해수면(S)아래에 배치되는 밸러스트 탱크 외벽(210)은 해수(3)와의 열교환이 지속적으로 이루어질 수 있다. 이에 따라 해수면(S) 아래에 위치하는 밸러스트 탱크 외벽(210)의 온도는 해수(3)의 온도와 실질적으로 동일한 범위일 수 있다. 즉, 밸러스트 탱크(200)는 해수(3)와 지속적인 열교환이 이루어질 수 있으므로 별도의 냉각이 이루어지지 않아도 저온 상태가 유지될 수 있다.
도 3은 도 2의 부유식 구조물(10)의 저장 탱크(100) 및 밸러스트 탱크(200) 사이에 발전부(300)가 제공된 모습을 나타낸 도면이다.
발전부(300)는 저장 탱크(100) 및 밸러스트 탱크(200) 사이에 설치되어 저장 탱크(100) 및 밸러스트 탱크(200)의 온도 차이를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 발전부(300)는 전기를 생산하는 발전 부재(310) 및 열교환 효율을 증가시키기 위한 열전달 부재(320)를 포함할 수 있다.
발전부(300)는 도 3에 도시된 것과 같이 저장 탱크(100)의 하측 외벽(110)에 부착될 수 있으며, 하측 외벽(100) 이외에도 저장 탱크(100)에 저장된 유체 화물(1)의 열에너지가 전달될 수 있는 다양한 지점에 부착될 수 있다. 또한, 발전부(300)는 저장 탱크(100)에 단순히 부착되지 않고 저장 탱크(100) 외벽(110)에 일부가 매립되는 형태로 장착될 수도 있다.
발전부(300)와 저장 탱크(100)의 외벽에는 서로 연결되기 위한 브래킷(311,312)이 각각 제공될 수 있으며, 양 브래킷(311,312)은 볼트 등과 같은 체결 부재(313)에 의해 체결될 수 있다. 이는 용접 방식 또는 접착 물질 등을 이용하여 발전부(300)를 저장 탱크(100)에 장착시킬 경우 발전부(300)를 구성하는 발전 부재(310) 및 열전달 부재(320) 물리적 특성(열전류 발생 및 열전달) 발현이 용접 비드 또는 접착 물질에 의해 차단될 수 있기 때문이나. 그러나 발전부(300)와 저장 탱크(100) 간의 연결 구조는 도시된 체결 구조로 한정되는 것은 아니며, 발전부(300)의 물리적 특성 발현을 방해하지 않는다면 용접 방식 및 접착 방식을 통한 연결도 이루어질 수 있다.
발전 부재(310)는 폐회로 상에서 온도차에 의해 전위차가 발생되는 제베크 효과(Seebeck Effect)를 이용한 열전 소자일 수 있으며 발전 부재(310)에 의해 생산된 전기는 별도의 축전기 등에 저장될 수 있으며 축전기에 저장된 전기는 전자기기로 공급될 수 있다. 열전 소자를 이용하여 전기를 생산하는 기술은 공지된 내용이므로 자세한 내용은 생략한다.
열전달 부재(320)는 열전달률이 높은 금, 백금, 구리 등과 같은 금속일 수 있으며, 발전 부재(310)와 밸러스트 탱크(200) 사이에 설치되어 발전 부재(310)와 밸러스트 탱크(200) 사이의 열전달 효율을 증가시킬 수 있다. 열전달 부재(320)는 시간 당 전달되는 열량을 증가시키기 위해서 두께는 얇되 발전 부재(310) 및 밸러스트 탱크(200)와 접촉되는 면적이 큰 형태를 가질 수 있다. 일 예로 열전달 부재(320)는 발전 부재(310)의 일면에 접촉되는 제1 열전달판(321) 및 제1 연전달판(321)으로부터 밸러스트 탱크(200)를 향해 연장된 제2 열전달판(322)을 포함할 수 있다. 제2 열전달판(322)의 단부는 밸러스트 탱크(200)의 외벽(210)까지 연장된 형태로 제공될 수 있으며, 제2 열전달판(322)과 외벽(210)이 연결된 지점에는 기밀을 위한 기밀 부재가 장착될 수 있다.
제2 열전달판(322)이 제1 열전달판(321)으로부터 연장됨으로써 열전달 부재(320)의 열전달 면적이 확대될 수 있으며, 본체(11)로부터 열에너지를 직접적으로 전달받을 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 일 측면에 따른 부유식 구조물의 작용 및 효과에 대해 설명한다.
본 실시예에 따른 부유식 구조물(10)은 고온의 유체를 저장하는 유체 화물(1)과 밸러스트 탱크(200) 간의 온도 차이를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 구체적으로, 부유식 구조물(10)이 유체 화물(1)을 운반하고자 할 경우, 저장 탱크(100)에는 유체 화물(1)이 선적될 수 있다. 그리고 부유식 구조물(10)의 안정적인 운항을 위해서 밸러스트 탱크(200)에는 밸러스트 수(2)가 채워질 수 있다.
유체 화물(1)의 선적이 완료되고 부유식 구조물(10)의 해상 운항이 개시되면, 유체 화물(1)은 히팅 장치 등에 의해 가열되거나 자체적인 열에너지로 인해 고온 상태가 유지될 수 있다.
반면에 고온의 유체(1)가 저장되는 저장 탱크(100) 외부는 상대적으로 저온을 갖는 밸러스트 탱크(200)로 둘러 싸여져 있으므로 고온의 열이 저장 탱크(100)에서 밸러스트 탱크(200)로 방출되게 된다. 즉, 저장 탱크(100)와 밸러스트 탱크(200)사이에서는 온도 차이로 인한 열교환이 이루어지게 된다.
이 때, 본 실시예에 따른 발전부(300)는 상대적으로 고온을 갖는 저장 탱크(100)와 상대적으로 저온을 갖는 밸러스트 탱크(200) 사이에 설치되어 온도 차에 의해 발생되는 열전류로 전기를 생산할 수 있다.
구체적으로 저장 탱크의 외벽(110)과 접촉하고 있는 발전 부재(310) 일면은 저장 탱크(100)로부터 온열 에너지를 공급받을 수 있으며, 열전달 부재(320)와 접촉하고 있는 발전 부재(320)의 타면은 열전달 부재(320)를 통해 밸러스트 탱크(200)의 냉열 에너지를 공급받을 수 있다. 발전 부재(310)는 공급받은 열 에너지에 의해 발전 부재(310)의 자유 전자가 이동함에 따라 전기가 생산될 수 있으며, 생산된 전기는 부유식 구조물(10)에 구비된 전기기기의 전력원으로 사용될 수 있다.
따라서 본 실시예에 따른 부유식 구조물(10)은 기존에 해상으로 방출되던 고온의 유체 화물(1)의 열에너지를 전력원으로써 활용할 수 있으며, 부유식 구조물(10)의 외부로 방출되는 열에너지가 감소됨에 따라 해수의 온도 상승을 방지할 수 있다.
또한, 열전 소자를 이용하여 전기를 생산하기 위해 별도의 가열 장치 또는 냉각 장치를 사용하지 않고 부유식 구조물(10)에 기 제공된 열원(고온의 유체 화물(1))과 해수만을 이용하므로 무상에 가까운 전력원을 얻을 수 있다.
이하 본 발명의 다른 측면에 따른 부유식 구조물에 대해 설명한다.
도 4는 도 2의 부유식 구조물의 저장 탱크 및 밸러스트 탱크 사이에 발전부 및 저온 탱크가 제공된 모습을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 부유식 구조물(10)은 전술된 실시예에서의 저온 열원이 밸러스트 탱크(200)에서 저온 탱크(410)로 치환된 것에 차이가 있을 뿐이므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 상기 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.
본 실시예에 따른 저온 열원은 밸러스트 탱크(200) 내부에 제공된 저온 탱크(410)일 수 있다.
저온 탱크(410)는 저온을 갖는 탱크로 밸러스트 탱크(200) 내부에 제공될 수 있다. 저온 탱크(410)는 유체 화물(1)보다 낮은 온도를 갖는 저온 유체가 공급된 탱크일 수 있으며, 저온 탱크(410)는 전술된 발전부(300)와 접촉하여 발전부(300)에 냉열 에너지를 제공할 수 있다.
저온 탱크(410)에는 저온 유체를 공급하기 위한 저온 유체 공급관(420), 저온 유체의 공급 여부 및 공급량 등을 조절하기 위한 컨트롤 밸브(430)를 포함할 수 있다. 그리고 저온 탱크(410)에 공급되는 저온 유체가 밸러스트 수(2) 일 경우, 저온 유체 공급관(420)은 밸러스트 수 이송관(220)과 연결되어 밸러스트 수(2)를 공급받을 수 있다.
본 실시예에 따른 저온 열원이 밸러스트 탱크(200)와는 별도로 제공된 저온 탱크(410)임에 따라 밸러스트 탱크(200)에 채워지는 밸러스트 수(2)의 양과는 상관없이 저온 탱크(410)는 발전부(300)로 냉열 에너지를 공급할 수 있다. 구체적으로, 본체(11)에 다른 화물이 많이 선적되어 흘수 조정을 위해 밸러스트 탱크(200)로부터 밸러스트 수(2)가 배출될 경우에도, 저온 탱크(410)는 밸러스트 수 공급관(220)과 연결된 저온 유체 공급관(420)에 의해 저온 유체를 공급받을 수 있으며, 컨트롤 밸브(430)를 조절하여 저온 탱크(410)에 빈 공간이 발생하지 않도록 저온 탱크(410)를 가득 채울 수 있다.
또한, 저온 탱크(410)에 공기 배출관(440)이 제공될 경우 저온 탱크(410) 상측에 잔존하는 공기가 저온 탱크(410) 외부로 배출될 수 있다. 이에 따라 저온 탱크(410)의 상부는 저온 유체로 가득 채워질 수 있으며, 냉열 에너지가 발전부(300)에 효율적으로 전달될 수 있다.
본 실시예에 따른 부유식 구조물(10)은 밸러스트 탱크(200)와는 별도로 저온 열원의 냉열 에너지 전달 여부 및 전달 양을 조절할 수 있으므로 전기 생산 조절이 용이하고 효율적으로 이루어질 수 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 기술 사상의 일부 예를 설명한 것에 불과하고, 본 기술 사상의 범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 기술 사상의 범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이고, 그와 같은 실시는 모두 본 기술 사상의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
1: 유체 화물 2: 밸러스트 수
3: 해수 10: 부유식 구조물
11: 본체 100: 저장 탱크
200: 밸러스트 탱크 300: 발전부
310: 발전 부재 320: 열전달 부재
410: 저온 탱크 420: 저온 유체 공급관
430: 컨트롤 밸브

Claims (6)

  1. 고온의 유체 화물이 저장되는 저장 탱크;
    상기 고온의 유체 화물보다 낮은 온도를 갖는 저온 열원; 및
    상기 저장 탱크 및 상기 저온 열원 사이에 제공되고 상기 저장 탱크 및 상기 저온 열원의 온도 차이를 이용하는 전기를 생산하는 발전부를 포함하는 부유식 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저온 열원은,
    상기 저장 탱크의 둘레에 제공된 밸러스트 탱크인 부유식 구조물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 저온 열원은,
    상기 발전부에 연결되고, 상기 고온의 유체 화물보다 낮은 온도를 갖는 저온 유체가 저장된 저온 탱크이며,
    상기 저온 탱크에는 상기 저온 유체를 공급하는 저온 유체 공급관; 및
    상기 저온의 유체의 공급 여부를 조절하는 컨트롤 밸브가 제공된 부유식 구조물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 저온 탱크는,
    상기 저장 탱크의 둘레에 제공된 밸러스트 탱크 내부에 제공되며,
    상기 저온 유체 공급관은 상기 밸러스트 탱크에 기 제공된 밸러스트 수 공급관과 연결되는 부유식 구조물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전부는,
    상기 온도 차이를 이용하여 전기를 생산하는 발전 부재; 및
    상기 저장 탱크 또는 상기 저온 열원 중 어느 하나와 접촉하여 상기 저장 탱크 또는 상기 저온 열원으로부터 공급 받은 열에너지를 상기 발전 부재로 전달하는 열전달 부재를 포함하는 부유식 구조물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 열전달 부재는,
    상기 발전 부재의 일면에 접촉되는 제1 열전달판; 및
    상기 제1 열전달판으로부터 상기 저온 열원을 향해 연장된 제2 열전달판을 포함하는 부유식 구조물.
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