KR20230060846A

KR20230060846A - Lng 연료 선박의 벤틸레이션 시스템

Info

Publication number: KR20230060846A
Application number: KR1020210145486A
Authority: KR
Inventors: 김종현
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2021-10-28
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2023-05-08
Also published as: KR102600610B1

Abstract

LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템이 개시된다. 본 발명은 엔진으로 연료가스의 공급을 제어하는 가스밸브유닛이 OD 타입으로 구비되어 엔진룸과는 별도로 격리 구획된 GVU룸 내에 배치되는 LNG 연료 선박의 연료가스공급라인의 벤틸레이션을 수행함에 있어서, 기존의 벤틸레이션 팬을 이용하는 방식 대신 건조된 압축공기를 압력으로 밀어서 순환시키도록 시스템을 구성함으로써, 압력강하 없이 안정된 순환 공기의 공급이 가능하고, 전기히터의 설치 없이도 응축수의 발생을 완벽하게 방지하여 이중관 내부의 부식을 예방할 수 있는 효과가 있다.

Description

LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템 {Ventilation System for LNG Fueled Ship}

본 발명은 LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 엔진의 연료로서 공급되는 LNG의 유량 및 압력을 제어하기 위한 가스밸브유닛이 OD 타입으로 구비되는 LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템에 관한 것이다.

최근 선박의 에너지원으로서 기존의 연료유를 대체하여 황산화물과 질소산화물의 함유량이 낮은 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas) 등의 청정연료가 각광받고 있으며, 연료유와 천연가스를 모두 사용할 수 있는 이중연료 엔진(Dual Fuel Engine)이 개발되어 선박에 적용되고 있다.

이미 LNG의 대량 수송을 위한 목적으로 건조되는 LNG 운반선(LNGC: LNG Carrier)에서는 화물창 내에 저장된 LNG를 엔진의 연료로 공급하여 선박의 추진동력 및 전력을 생산하는 기술이 적용되고 있고, 최근 대기오염 규제가 점차 강화됨에 따라 LNGC 이외의 선박에도 LNG 연료의 사용이 점차 확대 적용되고 있는 추세이다.

한편, LNG를 연료로 사용하는 LNG 연료 선박(LFS: LNG Fueld Ship)은 LNG를 강제 기화시키거나 LNG로부터 자연 발생하는 증발가스(BOG: Boil-Off Gas)를 엔진의 연료로 사용함에 따라 LNG 연료탱크로부터 엔진으로 연료가스를 공급하기 위한 연료가스 공급라인이 구비되어야 한다.

이러한 연료가스 공급라인은 폭발의 위험성이 있는 연료가스가 유동하는 가스 배관으로서, 엔진룸(Engine Room)과 같이 가스안전구역(Gas Safety Zone)으로 분류되는 구역을 통과하는 경우에는 LNG의 누출에 대비하여 이중관(double pipe)으로 구성되어야 하고, 이중관의 내부관(inner pipe)과 외부관(outer pipe) 사이의 공간에 대하여 시간당 30번의 공기 교환이 이루어지도록 벤틸레이션(ventilation)이 수행되어야 한다.

LNG 연료탱크로부터 엔진으로 연료가스를 공급하는 연료가스 공급라인 상에는 연료가스의 압력 및 유량을 제어하는 가스밸브유닛(GVU: Gas Valve Unit)이 설치된다. 이러한 가스밸브유닛은 가스를 취급하는 밸브류 장치들로 구성되는 특성상 항시 가스의 누출 위험에 노출될 수 밖에 없다.

이러한 위험성을 고려하여 규정된 선급 룰에 의하면, 가스밸브유닛은 하우징으로 기밀하게 둘러싸인 밀폐형 타입(Encolsed type, 'ED type'이라고도 함)으로 구비되어 밀폐된 공간에 대한 주기적인 벤틸레이션이 수행될 것이 요구되며, 별도의 하우징이 없는 개방형 타입(Opened type, 'OD type'이라고도 함)으로 구비되는 경우에는 항시 벤틸레이션이 수행되는 가스위험구역(Gas Danger Zone) 내에 배치되어야 한다.

종래에는 가스밸브유닛이 OD 타입으로 구비되는 경우 엔진룸과 격리 구획되는 별도의 GVU룸(GVU Room)을 마련하여 배치하였다. GVU룸은 가스위험구역으로 분류되며, 외기나 화물구역 등 비위험 개방 구역(Non-Hazardous Open Area)으로부터 벤틸레이션 공기를 석션하여 룸 내부에 대한 벤틸레이션이 수행되어야 한다. 또한, GVU룸 내부의 벤틸레이션을 수행하기 위한 팬(fan)이 구비되어야 한다.

가스밸브유닛이 OD 타입으로 마련되는 경우에도 GVU룸으로부터 엔진룸을 관통하도록 배치되는 연료가스 공급라인은 이중관으로 구성되어야 하며, 이중관에 대한 벤틸레이션이 수행될 것이 여전히 요구된다.

이와 관련하여, LNG 선박 관련 안전기준에 관한 IGF Code에서는 이중관의 벤틸레이션을 위한 공기로서 엔진룸의 내부 공기가 아닌 외기를 가져오거나 화물구역(Cargo Area)의 공기를 석션하여 사용해야 한다는 사항이 규정되어 있다.

그런데 이중관의 공기 순환을 위하여 외기를 가져오는 경우, 이중관이 대략 70m 이상의 상당한 길이로 형성되기 때문에 벤틸레이션 팬에 의한 원활한 공기 교환이 수행될 수 있는지가 관건이 된다.

또한, 구조적으로 이중관은 벤틸레이션 팬에 의한 공기 순환시 에어 밸런싱이 원활이 이루어지기 어렵고, 압력강하(pressure drop)에 민감하게 반응하기 때문에 설계 후 시운전 단계에서 이중관을 통한 공기의 순환이 잘 이루어지지 않는 문제점이 다수 발생하였다.

더불어, 종래에는 벤틸레이션 수행을 위한 공기로서 습기가 많은 외기를 석션하는 경우 응축수(condensate)가 발생하여 이중관 내부가 부식될 위험이 있으므로, 이를 방지하기 위하여 외기를 석션하는 라인 상에 전기히터를 설치하고 라인의 히트 트레이싱(heat tracing)을 실시해주어야 하는 불편함이 있었다.

본 발명의 목적은, 엔진으로 연료가스의 공급을 제어하는 가스밸브유닛이 OD 타입으로 구비되어 엔진룸과는 별도로 격리 구획된 GVU룸 내에 배치되는 LNG 연료 선박에 있어서, 엔진으로 연료가스를 공급하는 연료가스공급라인의 이중관에 대한 벤틸레이션을 효과적으로 구현하고, 필요시 GVU룸 내부에 대한 벤틸레이션을 수행하는 설비들과의 연계 구성을 통하여 최적의 벤틸레이션 시스템을 구축하는데 있다.

특히, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존의 벤틸레이션 팬을 이용하는 대신 건조된 압축공기를 이용하여 처음부터 건도가 높은 공기를 압력으로 밀어서 순환시키도록 함으로써, 압력강하 없이 안정된 순환 공기의 공급이 가능하고, 전기히터의 설치 없이도 응축수의 발생을 완벽하게 방지하여 이중관 내부의 부식을 예방할 수 있는 LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 엔진룸 내에 탑재되며 LNG를 연료로 사용하여 구동이 가능한 엔진; 상기 엔진으로 연료가스를 공급하는 연료가스공급라인; 상기 연료가스공급라인 상에 설치되어 상기 엔진으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 제어하며, 하우징 없이 개방된 OD 타입으로 구비되어 상기 엔진룸과는 별도로 격리 구획되는 GVU룸 내에 배치되는 가스밸브유닛; 상기 GVU룸으로부터 상기 엔진룸을 관통하는 부분으로부터 상기 엔진에 이르는 배관이 이중관으로 구성되는 상기 연료가스공급라인의 외부관에 대한 벤틸레이션을 수행하기 위하여 상기 GVU룸 내부의 공기를 석션하여 상기 연료가스공급라인의 외부관으로 공급하는 에어공급라인; 상기 에어공급라인 상에 설치되며, 상기 에어공급라인을 통해 상기 연료가스공급라인의 외부관으로 공급되는 공기를 압축 및 건조시키는 압축공기공급부; 및 상기 연료가스공급라인의 외부관과 연결되어 상기 연료가스공급라인의 외부관의 내부 공기를 외기로 배출하는 벤트라인을 포함하고, 상기 압축공기공급부에 의해 발생되는 압축공기의 압력을 이용하여 상기 연료가스공급라인의 외부관의 내부 공기를 상기 벤트라인 측으로 밀어내고 순환시키는 것을 특징으로 하는, LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템이 제공될 수 있다.

상기 압축공기공급부는, 상기 GVU룸의 내부 공기를 석션하여 압축하는 컴프레서; 상기 컴프레서에 의해 압축된 공기를 저장하는 압축공기저장소; 상기 압축공기저장소에 저장된 압축공기를 전달받아 건조시키는 건조기; 및 상기 건조기의 후단에 설치되어 상기 연료가스공급라인의 외부관으로 공급되는 건조된 압축공기의 유량을 조절하는 공기조절밸브를 포함할 수 있다.

상기 에어공급라인은 상기 GVU룸 내부에 구성되고, 상기 컴프레서는 방폭 설계되어 상기 GVU룸 내부에 배치될 수 있다.

또는, 상기 에어공급라인은 공기를 석션하는 흡입구가 상기 GVU룸 내부에 위치하되 상기 엔진룸을 경유한 후 상기 GVU룸으로 복귀되어 상기 연료가스공급라인의 외부관으로 연결되고, 상기 컴프레서는 상기 엔진룸 내에 구성되는 상기 에어공급라인 상에 설치될 수 있다.

상기 컴프레서가 엔진룸 내에 배치되는 경우, 상기 컴프레서는 방폭 설계가 적용되지 않을 수 있다.

또한, 상기 컴프레서가 엔진룸 내에 배치되는 경우, 상기 엔진룸 내에 구성되는 상기 에어공급라인은 이중관으로 구성되고, 상기 공기조절밸브 후단의 상기 에어공급라인으로부터 분기되는 에어분기라인이 상기 에어공급라인의 외부관과 연결되어 상기 에어공급라인의 외부관의 벤틸레이션을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템은, 상기 GVU룸의 내부 벤틸레이션을 수행하기 위하여 상기 GVU룸의 내부 공기를 석션하여 외기로 배출하는 룸 벤트라인; 상기 룸 벤트라인 상에 설치되어 공기의 배출 압력을 형성하는 GVU룸 팬; 및 상기 GVU룸의 후방에 배치되며 댐퍼를 통해 외부 공기를 흡입하여 상기 GVU룸으로 공급하는 GVU룸 배기덕트를 더 포함할 수 있다.

상기 벤트라인은, 상기 엔진으로부터 상기 엔진룸을 관통하도록 형성되어 상기 연료가스공급라인의 외부관의 내부 공기를 외기로 바로 배출시키는 직접 벤트라인; 및 상기 엔진으로부터 상기 GVU룸 팬 전단의 상기 룸 벤트라인으로 연결되어 상기 연료가스공급라인의 외부관의 내부 공기를 상기 GVU룸 팬을 통해 외기로 배출시키는 연계 벤트라인을 포함할 수 있다. 이때 상기 직접 벤트라인 및 상기 연계 벤트라인은 중 어느 하나가 선택적으로 또는 동시에 적용될 수 있다.

상기 연계 벤트라인을 따라 배출되는 상기 연료가스공급라인의 외부관의 내부 공기와 상기 룸 벤트라인을 따라 배출되는 상기 GVU룸의 내부 공기가 서로 합류되어 상기 GVU룸 팬을 통해 함께 외기로 배출될 수 있다.

상기 직접 벤트라인과 상기 연계 벤트라인이 모두 적용되는 경우, 상기 연계 벤트라인은 상기 직접 벤트라인으로부터 분기되어 상기 GVU룸 팬 전단의 상기 룸 벤트라인으로 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템은, 기존의 벤틸레이션 팬을 이용하는 방식 대신에 건조된 압축공기를 이용하여 처음부터 건도가 높은 공기를 압력으로 밀어서 공기를 순환시키는 방식으로서, 압력강하 없이 안정된 순환 공기의 공급이 가능하고, 전기히터의 설치 없이도 응축수의 발생을 완벽하게 방지하여 이중관 내부의 부식을 예방할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 연료가스공급라인의 이중관으로 공급되는 공기를 압축시키는 컴프레서를 GVU룸이나 엔진룸에 선택적으로 적용하는 것이 가능하고, GVU룸 내부에 대한 벤틸레이션을 수행하는 설비들과의 연계 구성이 가능하다는 등 설계 유연성이 매우 뛰어난 장점이 있으며, 궁극적으로는 선박의 건조성 및 생산성을 크게 향상시키는데 기여할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템의 변형예를 나타낸 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적 및 효과를 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조해야 한다.

본 명세서에 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와는 다소 상이할 수 있으며, 도면에 도시된 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장되거나 축소될 수 있고 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예컨대, 본 명세서에서 어떤 구성요소를 '포함'한다고 하는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결'된다고 하는 것은 직접적인 연결은 물론 간접적인 연결을 포함하는 것이며, 두 구성요소 사이에 다른 구성요소가 존재할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 의미로 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로서 이에 의하여 본 발명이 한정되지는 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템은, 엔진룸 내에 탑재되며 LNG를 연료로 사용하여 구동이 가능한 복수의 엔진(11, 12); 엔진(11, 12)으로 LNG를 연료로서 공급하기 위한 연료가스공급라인(SL1, SL2); 연료가스공급라인(SL1, SL2) 상에 설치되어 엔진(11, 12)으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 제어하는 가스밸브유닛(21, 22); 연료가스공급라인(SL1, SL2) 중에서 이중관으로 구성되는 배관에 대한 벤틸레이션(공기 순환)을 수행하기 위하여 건조된 압축공기를 연료가스공급라인(SL1, SL2)의 이중관으로 공급하는 압축공기공급부(100); 및 연료가스공급라인(SL1, SL2)의 이중관의 외부관과 연결되어 외부관 내부의 공기를 배출하는 벤트라인(VL1~VL5)을 포함하여 구성될 수 있다.

복수의 엔진(11, 12)은 선박의 추진동력을 생산하는 추진엔진('메인엔진'이라고도 함)과 선내 필요한 전력을 생산하는 발전엔진을 포함할 수 있으며, MDO, HFO 의 연료유와 천연가스를 모두 연료로 사용하여 구동 가능한 이중연료 엔진으로 구비될 수 있다.

바람직하게는 본 발명의 엔진(11, 12)은 발전에 의해 전력을 생산하여 선내 각종 수요처로 공급하는 발전엔진으로 구비될 수 있으며, 예컨대 DFGE(Dual Fuel GEnerator), DFDG(Dual Fuel Diesel Generator), DFDE(Dual Fuel Diesel Electric Engine) 등으로 마련될 수 있다.

이하에서는 선박에 총 2기의 엔진(11, 12)이 구비되는 것을 바람직한 실시예로 들어 설명하고 있으나, 엔진(11, 12)의 대수가 이에 제한되거나 한정되는 것은 아니며, 요구되는 선박의 부하 수준에 따라 대수가 증감될 수 있음은 당연하다.

복수의 엔진(11, 12)이 탑재되는 엔진룸은 본 발명에 따른 LNG 연료 선박의 선미부에 구획될 수 있다. 엔진룸은 가스안전구역으로 분류되는 공간으로서 가스위험구역으로부터의 안전이 확보되어야 한다. 선급 룰에 규정된 바에 의하면, 가스위험구역으로부터 가스안전구역으로의 직접적인 출입은 금지(필요시 air-lock 설치)되고, 가스안전구역을 통과하는 가스 배관은 이중관으로 구성되거나 덕트에 의해 완전히 폐위되어야 한다.

한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 본 발명에 따른 LNG 연료 선박에는 엔진(11, 12)의 연료로서 사용되기 위한 LNG를 저장하는 LNG 연료탱크와, LNG 연료탱크에 저장된 LNG 혹은 LNG 연료탱크 내부에서 자연 발생하는 BOG를 적절히 처리하여 엔진(11, 12)의 연료로서 공급하는 연료가스 공급시스템(FGSS: Fuel Gas Supply System)이 구비될 수 있다.

LNG 연료탱크는 극저온으로 액화된 LNG를 수용하기 위하여 적절한 수준의 단열 및 밀봉 시스템을 포함할 수 있으며, 선체 내벽을 이용하여 제작되는 멤브레인형 탱크(Membrane type tank)는 물론 선체와 분리 제작되어 선박에 독립적으로 탑재 가능한 독립형 탱크(Independent type tank)가 타입의 제약 없이 자유롭게 이용될 수 있다.

LNG 연료탱크에 저장된 LNG가 연료로 사용되기 위해서는 엔진(11, 12)이 요구하는 압력 및 온도 등의 조건에 부합되어야 하며, 이를 위해 LNG 연료탱크로부터 추출되는 LNG 혹은 BOG는 연료가스 공급시스템으로 전달되어 압축 및 가열을 포함하는 일련의 처리를 거친 후 엔진(11, 12)으로 공급된다. LNG 연료탱크 내부의 LNG를 직접 추출하여 연료로 사용하는 경우에는 LNG를 강제로 기화시키는 처리 과정이 더 수반될 수 있다. 이러한 처리를 수행하기 위하여 연료가스 공급시스템은 고압 펌프(HP pump), 기화기(vaporizer), 압축기(compressor) 및 히터(heater) 등의 장비를 포함할 수 있다.

연료가스 공급시스템에 의해 처리가 이루어진 LNG 연료(이하 '연료가스'라 함)는 연료가스공급라인(SL1, SL2)을 따라 엔진(11, 12)으로 공급될 수 있다. 이때 복수의 엔진(11, 12)의 가동 상태 및 요구하는 연료가스 조건이 서로 상이할 수 있으므로, 연료가스공급라인(SL1, SL2)은 각 엔진(11, 12)에 대응하여 복수의 라인으로 마련되어 개별적으로 연결될 수 있다.

구체적으로, 연료가스 공급시스템으로부터 제1 엔진(11)으로 연료가스를 공급하는 제1 연료가스공급라인(SL1)과, 연료가스 공급시스템으로부터 제2 엔진(12)으로 연료가스를 공급하는 제2 연료가스공급라인(SL2)이 각각 마련된다.

각 연료가스공급라인(SL1, SL2) 상에는 각 엔진(11, 12)으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 제어하는 가스밸브유닛(21, 22)이 설치될 수 있다. 구체적으로, 제1 연료가스공급라인(SL1) 상에는 제1 엔진(11)으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 제어하는 제1 가스밸브유닛(21)이, 그리고 제2 연료가스공급라인(SL2) 상에는 제2 엔진(12)으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 제어하는 제2 가스밸브유닛(22)이 각각 설치될 수 있다.

가스밸브유닛(21, 22)은 엔진(11, 12)으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 제어하는 밸브들을 그룹화한 장치로서, 엔진(11, 12)으로 공급되는 연료가스의 압력을 엔진의 부하에 따라 신속하게 제어하며, 필요에 따라 연료가스의 공급을 빠르고 안정적으로 차단하는 장치이다.

이러한 가스밸브유닛(21, 22)은 폭발의 위험성이 있는 연료가스의 유동을 제어하는 장치로서, 가스안전구역에 위치하는 경우에는 하우징으로 밀폐된 ED 타입으로 구비되어 주기적인 벤틸레이션이 수행되어야 하고, OD 타입으로 구비하고자 할 때에는 항시 벤틸레이션이 수행되는 가스위험구역 내에 배치되어야 한다.

그런데 본 발명의 엔진(11, 12)이 발전엔진으로 구비되는 경우, 발전엔진은 메인엔진과 대비하여 비교적 저압의 연료가스를 공급받으며 부하에 따라 요구하는 연료가스의 유량이 탄력적으로 가변되는 특성이 있으므로, 가스밸브유닛(21, 22)을 엔진(11, 12)으로부터 멀리 배치하면 엔진(11, 12)의 부하 변동에 적절히 대처하기 어려운 문제점이 생기게 된다.

상기와 같은 특성을 고려하여, 본 발명은 가스밸브유닛(21, 22)을 별도의 하우징으로 밀폐됨 없이 개방된 OD 타입으로 하여 엔진룸과는 별도로 구획되는 GVU룸 내부에 구성하되, GVU룸을 엔진룸의 선미 측 후방에 바로 인접하게 구획하여 배치시킴으로써 가스밸브유닛(21, 22)이 최대한 엔진(11, 12)과 근접하게 위치할 수 있도록 한다.

전술한 바와 같이 GVU룸은 가스위험구역으로 분류되며, 외기나 화물구역 등 비위험 개방 구역으로부터 벤틸레이션 공기를 석션하여 룸 내부에 대한 벤틸레이션이 수행되어야 한다.

GVU룸의 벤틸레이션 수행을 위하여, 본 발명에 따른 LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템은, GVU룸 내부의 공기를 석션하여 배출하는 룸 벤트라인(RVL); 및 룸 벤트라인(RVL) 상에 설치되어 공기의 배출 압력을 형성하는 GVU룸 팬(GVU Room Fan, 200)을 더 포함할 수 있다.

룸 벤트라인(RVL)은 공기를 석션하기 위한 공기 흡입구가 GVU룸 내부에 위치하고, 어퍼데크(Upper Deck)를 관통하여 상방으로 연장될 수 있다. GVU룸의 내부에 대하여 시간당 30번의 공기를 교환할 수 있도록 용량이 설계될 수 있다.

GVU룸 팬(200)은 전기에 의해 구동되는 장비이므로 GVU룸의 외부에 배치되는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 엔진룸 상부에 구성되는 엔진케이싱(Engine Casing)을 이용하여 GVU룸 팬(200)을 배치할 수 있다. 바람직하게 GVU룸 팬(200)은 엔진케이싱의 B-데크 상에 배치될 수 있다.

GVU룸의 내부 공기는 GVU룸 팬(200)의 가동에 의해 외기로 배출되고, GVU룸의 후방에 배치되는 GVU룸 배기덕트(GVU Room EXH. Duct)를 통해 흡입(intake)되는 새로운 공기로 대체된다. GVU룸 배기덕트의 상부에는 외기를 흡입하기 위한 댐퍼(damper, D)가 설치될 수 있다.

한편, 연료가스공급라인(SL1, SL2)은 폭발의 위험성이 있는 연료가스가 유동하는 가스 배관이므로, 가스안전구역으로 분류되는 엔진룸 내에 배치되는 연료가스공급라인(SL1, SL2)은 이중관으로 구성한다. 도면을 참조하면, GVU룸에서 엔진룸으로 인입되는 부분으로부터 엔진(11, 12)에 이르는 연료가스공급라인(SL1, SL2)이 이중관으로 구성되는 것을 알 수 있다.

이중관으로 구성되는 연료가스공급라인(SL1, SL2)은 폭발의 위험성을 가지는 연료가스가 유동하는 가스 배관이므로, 선급 룰에 의하여 주기적인 벤틸레이션이 수행될 것이 요구된다.

선급 룰을 만족시키기 위하여, 본 발명은 이중관으로 구성되는 연료가스공급라인(SL1, SL2)의 외부관으로 건조된 압축공기를 공급하는 압축공기공급부(100)와 연료가스공급라인(SL1, SL2)의 외부관 내 공기를 배출하는 벤트라인(VL1~VL5)을 마련하고, 압축공기공급부(100)에 의해 발생되는 압축공기의 압력을 이용하여 연료가스공급라인(SL1, SL2)의 이중관 내부 공기를 순환시키도록 시스템을 구성한다. 압축공기공급부(100)에 의해 공급되는 건조된 압축공기에 의해 밀려 배출되는 기존의 공기는 벤트라인(VL1~VL5)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

보다 구체적으로, 압축공기공급부(100)는 연료가스공급라인(SL1, SL2)의 외부관으로 연결되는 에어공급라인(AL) 상에 설치되는 것으로서, 외기를 석션하여 압축하는 컴프레서(110); 컴프레서(110)에 의해 압축된 공기를 저장하는 압축공기저장소(120); 압축공기저장소(120)에 저장된 압축공기를 전달받아 건조시키는 건조기(130); 및 건조된 압축공기의 유량을 조절하는 공기조절밸브(140)를 포함할 수 있다.

압축공기공급부(100)를 구성하는 컴프레서(110), 압축공기저장소(120), 건조기(130) 및 공기조절밸브(140)는 GVU룸 내에 배치될 수 있다.

컴프레서(110)는 외부 공기를 석션하여 대략 3 내지 7 bar, 보다 바람직하게는 5 bar로 압축할 수 있다. 이때 GVU룸은 이미 그 후방에 구성되는 GVU룸 배기덕트의 상부에 설치된 댐퍼(D)를 통하여 비위험 개방구역의 공기를 흡입하고 있으므로, 컴프레서(110)는 GVU룸 내부의 공기를 이용하여 압축할 수 있다.

즉, 본 발명은 이미 외기의 흡입이 이루어지고 있는 GVU룸 내부에 압축공기공급부(100)를 구성함으로써, 에어공급라인(AL)이 댐퍼(D)를 통해 벤틸레이션 공기를 석션하는 것과 동일한 효과를 도모할 수 있다. 이러한 본 발명에 따르면, 외기를 직접 석션하도록 구성하는 경우보다 에어공급라인(AL)을 짧은 라인으로 구성할 수 있게 되고, 라인 단축에 따른 공기 교환 용량의 감소 효과를 얻을 수 있다.

컴프레서(110)와 같이 전기로 구동되는 장비는 가스위험구역에 배치될 경우 방폭 설계가 적용되어야 하며, 따라서 GVU룸 내에 배치되는 컴프레서(110)는 방폭 설계가 적용될 수 있다.

컴프레서(110)는 가변속 드라이브(VFD: Variable Frequency Drive)로 제어되는 VFD TYPE으로 마련될 수도 있다.

압축공기저장소(120)는 컴프레서(110)에 의해 압축된 공기를 일시적으로 저장하는 일종의 버퍼탱크(buffer tank) 역할을 할 수 있다. 압축공기저장소(120) 내부에는 압력센서(121)가 설치될 수 있으며, 압력센서(121)에 의해 측정되는 압력값을 참조하여 컴프레서(110)의 동작을 연계 제어할 수 있다.

압축공기저장소(120)에 저장되는 압축공기는 건조기(130)로 공급되어 수분이 제거됨으로써 건도가 매우 높은 공기로 전환된 후 공기조절밸브(140) 측으로 공급된다.

공기조절밸브(140)는 벤틸레이션에 요구되는 양에 따라 공기의 유량을 조절하여 공급하기 위한 장치로서, 밸브유량계수(Cv)를 조절하여 연료가스공급라인(SL1, SL2)의 외부관으로 공급되는 공기의 유량을 조절한다. 공기조절밸브(140)를 통해 공급되는 공기의 유량은 공기조절밸브(140)의 전단 및 후단에 설치되는 압력센서(151, 152)에 의해 측정될 수 있다.

공기조절밸브(140)의 밸브유량계수(Cv)는 연료가스공급라인(SL1, SL2)의 이중관 내부 볼륨(volume)에 대하여 시간당 30번의 공기 교환을 수행할 수 있도록 조절될 수 있으며, 구체적으로는 아래와 같은 식에 의하여 공기조절밸브(140)의 밸브유량계수(Cv) 값이 결정될 수 있다. 통상 70m³/h의 공기가 공급될 수 있다.

상기와 같이 압축공기공급부(100)에 의해 압축 및 건조 처리된 공기는 에어공급라인(AL)을 따라 연료가스공급라인(SL1, SL2)의 이중관의 외부관으로 공급될 수 있다. 이때 에어공급라인(AL)은 2개의 라인으로 분기되어 제1 연료가스공급라인(SL1) 및 제2 연료가스공급라인(SL2)의 외부관에 각각 연결될 수 있다.

벤트라인(VL1~VL5)은 연료가스공급라인(SL1, SL2)의 외부관 내 공기를 외부로 배출하기 위한 것으로, 제1 엔진(11)과 연결되어 제1 연료가스공급라인(SL1)의 외부관 내 공기를 배출시키는 제1 벤트라인(VL1); 제2 엔진(12)과 연결되어 제2연료가스공급라인(SL2)의 외부관 내 공기를 배출시키는 제1 벤트라인(VL2); 제1 벤트라인(VL1)과 제2 벤트라인(VL2)이 통합되는 제3 벤트라인(VL3); 제3 벤트라인(VL3)으로부터 연장되어 순환되는 공기를 외부로 배출하는 제4 벤트라인(VL4); 및 제3 벤트라인(VL3)으로부터 분기되어 GVU룸 내부의 공기 순환을 위해 설치되는 GVU룸 팬(200) 전단의 룸 벤트라인(RVL)과 연결되는 제5 벤트라인(VL5)을 포함할 수 있다.

제1 벤트라인(VL1)은 제1 엔진(11)을 통해 제1 연료가스공급라인(SL1)의 이중관과 연결될 수 있다. 제1 엔진(11)의 내부에도 연료가스 공급을 위한 이중관이 구성되며 함께 벤틸레이션이 이루어진다.

제2 벤트라인(VL2)은 제2 엔진(12)을 통해 제2 연료가스공급라인(SL2)의 이중관과 연결될 수 있다. 제2 엔진(12)의 내부에도 연료가스 공급을 위한 이중관이 구성되며 함께 벤틸레이션이 이루어진다.

제3 벤트라인(VL3)은 제1 벤트라인(VL1)과 제2 벤트라인(VL2)이 통합된 라인으로서, 제1 엔진(11) 및 제2 엔진(12)의 가스모드 운전 여부에 따라 제1 벤트라인(VL1) 및 제2 벤트라인(VL2) 중 어느 하나 또는 둘 다로부터 배출되는 공기가 통합 배출되는 통로를 형성한다.

제4 벤트라인(VL4)은 제3 벤트라인(VL3)으로부터 엔진룸을 관통하여 외부로 연장되며, 전술한 압축공기공급부(100)에 의해 공급되는 압축공기의 압력에 의해 순환되는 공기를 외기로 배출한다.

제5 벤트라인(VL5)은 제3 벤트라인(VL3)으로부터 분기되어 GVU룸 내부의 공기 순환을 위해 설치되는 GVU룸 팬(200) 전단의 룸 벤트라인(RVL)로 연결될 수 있으며, 연료가스공급라인(SL1, SL2)의 이중관으로부터 제5 벤트라인(VL5)을 따라 배출되는 공기는 GVU룸 내부로부터 룸 벤트라인(RVL)을 따라 배출되는 공기와 함께 외기로 배출될 수 있다.

상기와 같이 제3 벤트라인(VL3)으로부터 분기되는 제5 벤트라인(VL5)을 룸 벤트라인(RVL)으로 연결시키는 설계에 의하면, 압축공기공급부(100)에 의해 발생되는 압축공기의 압력 뿐만 아니라 GVU룸 팬(200)에 의해 형성되는 배출 압력을 이용하여 연료가스공급라인(SL1, SL2)의 이중관 내부 공기를 순환시킬 수 있으므로 보다 원활한 벤틸레이션이 이루어질 수 있으며, 또는 압축공기의 보조에 의해 GVU룸의 벤틸레이션을 위해 구비되는 GVU룸 팬(200)의 용량을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명은 상기한 제4 벤트라인(VL4) 및 제5 벤트라인(VL5)을 선택적으로 적용할 수 있다. 구체적으로는, 제4 및 제5 벤트라인(VL4, VL5) 중에서 제4 벤트라인(VL4)만 단독으로 구성하여 연료가스공급라인(SL1, SL2)의 이중관 내부 공기가 제4 벤트라인(VL4)을 통해서만 배출되도록 하거나, 제5 벤트라인(VL5)만 구성하여 연료가스공급라인(SL1, SL2)의 이중관 내부 공기가 GVU룸 팬(200)을 통해 배출되도록 할 수 있으며, 또는 제4 벤트라인(VL4) 및 제5 벤트라인(VL5)을 모두 적용하는 것도 가능하다.

본 발명에서 연료가스공급라인(SL1, SL2)의 이중관에 대한 벤틸레이션 수행시 공기의 흐름은 GVU룸 → 엔진(11, 12) → 제1 및 제2 벤트라인(VL1, VL2) → 제3 벤트라인(VL3) → 제4 벤트라인(VL4) 및/또는 제5 벤트라인(VL5) 순으로 형성되어 외기로 최종 배출될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 본 발명에서 벤틸레이션을 위한 공기의 순환은 압축공기의 압력에 의해 이루어질 수 있으므로, 벤트라인(VL1~VL5) 상에 별도의 벤틸레이션 팬은 설치되지 않는다.

순환되는 공기를 최종 배출하는 제4 벤트라인(VL4) 상에는 벤틸레이션 수행시 교환되는 공기의 성분을 분석하여 연료가스의 누출을 감지하는 가스감지기, 폭발 사고 발생시 화염이 다른 곳으로 전파되는 것을 방지하기 위한 화염스크린(flame screen), 라인 내에서 에어 플로(air flow)가 원활히 이루어지고 있는지를 감지하는 플로스위치(flow switch) 등이 설치될 수 있다. 가스감지기에서 연료가스의 누출이 감지되는 경우에는 엔진(11, 12)의 가스 트립(gas trip)을 실시할 수 있다. 플로스위치는 에어 플로가 원활히 이루어지는 경우 엔진(11, 12)의 가스모드 운전이 가능하다는 신호를 줄 수 있다.

제5 벤트라인(VL5)이 구성되는 경우에는 상기 가스감지기, 화염스크린 및 플로스위치 등이 GVU룸 팬(200) 측에 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템의 변형예를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하여 설명되는 본 발명의 변형예는 전술한 실시예에서 압축공기공급부(100)의 컴프레서(110)의 배치 위치만 변경된 것으로서, 이하에서는 변경된 부분에 대해서만 자세히 살펴보도록 한다.

본 발명의 변형예에서, 컴프레서(110)는 GVU룸이 아니라 엔진룸 내부에 배치될 수 있다. 본 실시예에서 전기장비인 컴프레서(110)를 엔진룸 내부에 배치하면 별도의 방폭 설계를 적용할 필요가 없으므로 원가 절감이 가능한 효과를 추가로 얻을 수 있다.

이 경우 엔진룸 내부에 배치되는 에어공급라인(AL)은 이중관으로 구성될 수 있으며, 공기조절밸브(140) 후단의 에어공급라인(AL)으로부터 분기되어 에어공급라인(AL)의 외부관으로 연결되는 에어분기라인(DL)을 추가로 구성하여 에어공급라인(AL)의 외부관에 대한 공기 교환을 실시해줄 수 있다. 여기서 에어공급라인(AL)은 가스 배관은 아니지만 가스위험구역인 GVU룸으로부터 엔진룸으로 바로 관통하는 배관이기 때문에 이중관으로 구성하는 것이다.

이상에서 설명된 본 발명에 따른 NG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템은, 기존의 벤틸레이션 팬을 이용하는 방식 대신에 건조된 압축공기를 이용하여 처음부터 건도가 높은 공기를 압력으로 밀어서 공기를 순환시키는 방식으로서, 압력강하 없이 안정된 순환 공기의 공급이 가능하고, 전기히터의 설치 없이도 응축수의 발생을 완벽하게 방지하여 이중관 내부의 부식을 예방할 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명이 LNG를 연료로 사용하는 선박에 적용되는 것으로 설명하고 있으나, 본 발명은 가장 대표적인 액화가스인 LNG 외에도 LPG(Liquefied Petroleum Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas) 및 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같이 저온으로 액화시켜 저장 및 수송될 수 있고 기화된 상태에서 엔진의 연료로 사용될 수 있는 다양한 액화가스를 연료로 사용하는 선박에 적용될 수 있다.

또한, 본 발명에서 '선박'은 다양한 액화가스를 엔진의 연료로 사용하는 모든 종류의 선박을 포함하는 개념으로 해석될 수 있다. 대표적으로 LNGC, LFS와 같이 자체 추진력을 갖춘 선박은 물론이고, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 본 발명의 선박의 개념에 포함될 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

11: 제1 엔진
12: 제2 엔진
21: 제1 가스밸브유닛
22: 제2 가스밸브유닛
100: 압축공기공급부
110: 컴프레서
120: 압축공기저장소
121: 압력센서
130: 건조기
140: 공기조절밸브
151, 152: 압력센서
200: GUV룸 팬
SL1: 제1 연료가스공급라인
SL2: 제2 연료가스공급라인
AL: 에어공급라인
DL: 에어분기라인
VL1: 제1 벤트라인
VL2: 제2 벤트라인
VL3: 제3 벤트라인
VL4: 제4 벤트라인
VL5: 제5 벤트라인
RVL: 룸 벤트라인

Claims

엔진룸 내에 탑재되며 LNG를 연료로 사용하여 구동이 가능한 엔진;
상기 엔진으로 연료가스를 공급하는 연료가스공급라인;
상기 연료가스공급라인 상에 설치되어 상기 엔진으로 공급되는 연료가스의 압력 및 유량을 제어하며, 하우징 없이 개방된 OD 타입으로 구비되어 상기 엔진룸과는 별도로 격리 구획되는 GVU룸 내에 배치되는 가스밸브유닛;
상기 GVU룸으로부터 상기 엔진룸을 관통하는 부분으로부터 상기 엔진에 이르는 배관이 이중관으로 구성되는 상기 연료가스공급라인의 외부관에 대한 벤틸레이션을 수행하기 위하여 상기 GVU룸 내부의 공기를 석션하여 상기 연료가스공급라인의 외부관으로 공급하는 에어공급라인;
상기 에어공급라인 상에 설치되며, 상기 에어공급라인을 통해 상기 연료가스공급라인의 외부관으로 공급되는 공기를 압축 및 건조시키는 압축공기공급부; 및
상기 연료가스공급라인의 외부관과 연결되어 상기 연료가스공급라인의 외부관의 내부 공기를 외기로 배출하는 벤트라인을 포함하고,
상기 압축공기공급부에 의해 발생되는 압축공기의 압력을 이용하여 상기 연료가스공급라인의 외부관의 내부 공기를 상기 벤트라인 측으로 밀어내고 순환시키는 것을 특징으로 하는,
LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 압축공기공급부는,
상기 GVU룸의 내부 공기를 석션하여 압축하는 컴프레서;
상기 컴프레서에 의해 압축된 공기를 저장하는 압축공기저장소;
상기 압축공기저장소에 저장된 압축공기를 전달받아 건조시키는 건조기; 및
상기 건조기의 후단에 설치되어 상기 연료가스공급라인의 외부관으로 공급되는 건조된 압축공기의 유량을 조절하는 공기조절밸브를 포함하는,
LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 에어공급라인은 상기 GVU룸 내부에 구성되고, 상기 컴프레서는 방폭 설계되어 상기 GVU룸 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는,
LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 에어공급라인은 공기를 석션하는 흡입구가 상기 GVU룸 내부에 위치하되 상기 엔진룸을 경유한 후 상기 GVU룸으로 복귀되어 상기 연료가스공급라인의 외부관으로 연결되고,
상기 컴프레서는 상기 엔진룸 내에 구성되는 상기 에어공급라인 상에 설치되는 것을 특징으로 하는,
LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 컴프레서는 방폭 설계가 적용되지 않는 것을 특징으로 하는,
LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 엔진룸 내에 구성되는 상기 에어공급라인은 이중관으로 구성되고,
상기 공기조절밸브 후단의 상기 에어공급라인으로부터 분기되는 에어분기라인이 상기 에어공급라인의 외부관과 연결되어 상기 에어공급라인의 외부관의 벤틸레이션을 수행하는 것을 특징으로 하는,
LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 GVU룸의 내부 벤틸레이션을 수행하기 위하여 상기 GVU룸의 내부 공기를 석션하여 외기로 배출하는 룸 벤트라인;
상기 룸 벤트라인 상에 설치되어 공기의 배출 압력을 형성하는 GVU룸 팬; 및
상기 GVU룸의 후방에 배치되며 댐퍼를 통해 외부 공기를 흡입하여 상기 GVU룸으로 공급하는 GVU룸 배기덕트를 더 포함하는,
LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 벤트라인은,
상기 엔진으로부터 상기 엔진룸을 관통하도록 형성되어 상기 연료가스공급라인의 외부관의 내부 공기를 외기로 바로 배출시키는 직접 벤트라인; 및
상기 엔진으로부터 상기 GVU룸 팬 전단의 상기 룸 벤트라인으로 연결되어 상기 연료가스공급라인의 외부관의 내부 공기를 상기 GVU룸 팬을 통해 외기로 배출시키는 연계 벤트라인을 포함하고,
상기 직접 벤트라인 및 상기 연계 벤트라인은 중 어느 하나가 선택적으로 또는 동시에 적용되는 것을 특징으로 하는,
LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 연계 벤트라인을 따라 배출되는 상기 연료가스공급라인의 외부관의 내부 공기와 상기 룸 벤트라인을 따라 배출되는 상기 GVU룸의 내부 공기가 서로 합류되어 상기 GVU룸 팬을 통해 함께 외기로 배출되는 것을 특징으로 하는,
LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 직접 벤트라인과 상기 연계 벤트라인이 모두 적용되는 경우, 상기 연계 벤트라인은 상기 직접 벤트라인으로부터 분기되어 상기 GVU룸 팬 전단의 상기 룸 벤트라인으로 연결되는 것을 특징으로 하는,
LNG 연료 선박의 벤틸레이션 시스템.