KR20240088431A

KR20240088431A - 연료 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박

Info

Publication number: KR20240088431A
Application number: KR1020220174156A
Authority: KR
Inventors: 조상현
Original assignee: 에이치디현대중공업 주식회사; 에이치디현대삼호 주식회사
Priority date: 2022-12-13
Filing date: 2022-12-13
Publication date: 2024-06-20

Abstract

본 발명은 연료의 누출시 연료를 처리하기 위한 시스템에 관한 것으로, 연료 저장탱크로부터 배출되는 연료를 엔진에 공급하는 연료 공급부; 상기 엔진에서 리턴되는 잉여 연료를 회수하는 연료 회수부; 및 상기 엔진이 배치되는 엔진룸;을 포함하며, 상기 엔진룸은, 외부의 공기를 내부로 공급하는 벤트라인; 내부의 공기를 외부로 배출하는 배출라인; 및 바닥에서 공기의 흐름을 형성하여 상기 엔진룸 하부 공기가 외부로 배출되는 것을 촉진하는 벤트팬을 포함할 수 있다.

Description

연료 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박{Fuel treatment system and ship having the same}

본 발명은 연료 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

전 세계적으로 대기오염이 심각해지고 대기오염으로 기후변화가 일어나고 있다. 선박에서 배출되는 오염물질이 대기오염에 미치는 영향이 크기 때문에, 대기오염을 줄이기 위해 국제해사기구(IMO:International Maritime Organization), 유럽연합, 미국 등은 선박으로부터 배출되는 오염물질에 대한 규제를 강화하고 있다.

향후 선박의 온실가스 배출 규제가 2050년까지 주요 기점마다 단계적으로 강화됨에 따라, 기존의 엔진 및 연료만으로는 오염물질에 대한 규제를 준수하기 어려울 것으로 전망된다.

따라서 강화된 선박 온실가스의 배출 규제가 적용됨에 따라, 현재 사용되는 기존 화석연료의 사용이 어려울 것으로 예상되며, 앞으로 강화될 규제를 만족시킬 수 있는 대체연료의 발굴이 매우 시급하다. 대체연료로서, 암모니아(NH₃), 바이오연료(Biofuel), 태양에너지, 풍력에너지 등과 같은 비화석연료가 고려되고 있는 실정이다.

그 중에서 암모니아는 생산, 저장, 운송 및 공급이 가능한 화학물질로서, 암모니아를 연료로 사용하는 암모니아 선박이 개발되고 있다.

기존 암모니아 선박은 암모니아 연료를 액체로 저장하는데, 암모니아는 상온보다 낮은 끓는점(대기압 기준, -33℃)을 가지므로, 암모니아를 액체로 저장하기 위해서는 연료 저장탱크도 일정 사양을 갖춰야 한다. 또한, 암모니아를 액체 상태로 유지하기 위해 탱크 내부를 저온 상태로 유지해야 하므로, 저장탱크를 냉각해야 하고 냉각하는 과정에서 많은 에너지가 소비된다.

또한, 액체 암모니아의 저장탱크는 탱크 내에서 증발 기체가 발생할 수 있어, 상기 증발 기체로 인해 저장탱크 내부 압력이 상승하여 탱크가 폭발할 위험이 있으며, 액체 암모니아가 탱크 외부로 유출될 경우에 폭발이 일어날 수 있고, 암모니아의 독성으로 인한 인명피해의 위험이 있다.

이와 같이 기존 암모니아 선박은 액체 암모니아 연료를 저장하고, 암모니아 연료를 엔진에 공급하는데 있어, 설비 비용과 운영 비용 측면에서 효율성이 떨어지며, 시설의 안전성도 떨어진다는 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 암모니아 등의 액화가스를 엔진의 연료로 공급하되, 연료의 누출이 발생할 때 누출된 연료를 포집하여 선박의 외부로 배출하거나, 선박 내에서 안전하게 처리하여 선원들의 안전을 확보할 수 있는 연료 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.

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

본 발명의 일 측면에 따른 연료 처리 시스템은, 연료의 누출시 연료를 처리하기 위한 시스템에 관한 것으로, 연료 저장탱크로부터 배출되는 연료를 엔진에 공급하는 연료 공급부; 상기 엔진에서 리턴되는 잉여 연료를 회수하는 연료 회수부; 및 상기 엔진이 배치되는 엔진룸;을 포함하며, 상기 엔진룸은, 외부의 공기를 내부로 공급하는 벤트라인; 내부의 공기를 외부로 배출하는 배출라인; 및 바닥에서 공기의 흐름을 형성하여 상기 엔진룸 하부 공기가 외부로 배출되는 것을 촉진하는 벤트팬을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 벤트라인은, 상기 엔진룸의 높이에 따라 하나 이상의 배출구가 구비될 수 있다.

구체적으로, 상기 벤트라인은, 상기 엔진룸의 상부에서 외부의 공기를 내부로 공급할 수 있다.

구체적으로, 상기 배출라인은, 선박의 선수 방향과 선미 방향에 각각 구비될 수 있다.

구체적으로, 상기 배출라인에는, 흡수제를 분사하는 흡수제 분사부가 구비될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 연료 처리 시스템을 갖는다.

본 발명에 따른 연료 처리 시스템 및 이를 포함하는 선박은, 연료의 누출이 발생할 때 누출된 연료를 포집하여 선박의 외부로 배출하거나, 선박 내에서 안전하게 처리하여 선원들의 안전을 확보할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에서 연료는 암모니아, LPG(프로판, 부탄 등)일 수 있지만, 이로 한정하는 것은 아니다. 연료는 메탄올, 에탄올, LNG 등과 같이 비등점이 상온보다 낮고 수용성인 모든 종류의 물질을 포함할 수 있다. 연료는 고체, 액체 또는 기체 연료일 수 있으며, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명은 이하에서 설명하는 연료 처리 시스템이 구비되는 선박을 포함한다. 이때 선박은 암모니아 운반선, 암모니아가 아닌 화물이나 사람을 운반하는 상선, FSRU, FPSO, Bunkering vessel, 해양플랜트 등을 모두 포함하는 개념이다.

본 발명의 도면에 도시하지 않았으나, 압력센서(PT), 온도센서(TT), 유량센서(FT) 등이 제한 없이 적절한 위치에 구비될 수 있음은 물론이며, 각 센서에 의한 측정값은 이하에서 설명하는 구성들의 운영에 제한 없이 다양하게 사용될 수 있다.

또한 본 발명의 도면에서 직선은 암모니아나 열매, 비폭발성가스 등의 다양한 유체가 이동하는 유로를 나타나는 것으로서, 파이프 라인으로 해석될 수 있다.

또한 본 명세서에서 액화가스/증발가스는 탱크 내부에서의 상태를 기준으로 구분되는 것이고, 명칭으로 인하여 액상 또는 기상으로 반드시 한정되는 것은 아님을 알려둔다.

이하에서, “흡수제”는 암모니아를 흡수시키기 위한 물질로서, 세정제 등을 포함하는 의미로 해석될 수 있으며, 그 물질의 종류, pH, 상 등에 의해 제한되지 않는다.

이하에서, 연료 처리 시스템과 관련하여, 누출 연료를 처리하는 것을 기준으로 설명하였으나, 본 발명의 연료 처리 시스템은 연료의 배기가스를 처리할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.

이하 실시예에서 연료/액화가스/증발가스는 암모니아인 것으로 가정하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 처리 시스템(1)은, 연료 공급부(100), 연료 회수부(200) 및 엔진룸(400)을 포함한다.

연료 공급부(100)는, 연료 저장탱크(110), 연료 펌프(120), 열교환기(130), 필터부(140) 및 고압 펌프(150)를 포함할 수 있다.

연료 공급부(100)는, 연료 저장탱크(110)의 연료를 엔진(E)에 공급한다. 연료 공급부(100)는 연료 저장탱크(110)에 저장되어 있는 연료 중, 액상의 연료를 엔진(E)에 공급할 수 있다. 특히 현재 암모니아를 소비하는 엔진(E)의 제원을 고려하여, 연료 공급부(100)는 연료를 액상으로 엔진(E)에 공급하도록 마련된다. 물론 연료 공급부(100)는 엔진(E) 제원의 변경에 대응하여 연료의 상태를 다양하게 조절할 수 있다.

연료 저장탱크(110)는, 연료를 저장한다. 연료는 엔진(E) 등의 수요처에 의해 소비되는 연료로 사용되며, 이때 엔진(E)은 암모니아 전용 엔진(E)이거나, 암모니아 혼소 엔진(E) 등일 수 있다. 물론 본 명세서에서 엔진(E)은 연료를 소비하여 에너지를 얻는 기관으로서, 터빈 등을 포괄하는 의미로 해석된다. 또한 수요처는 엔진(E) 외에 다양한 소비처를 포함한다.

연료 저장탱크(110)는 연료를 액상으로 저장하며, 이를 위해 연료 저장탱크(110)의 내부 또는 외부 중 적어도 일측에는 단열이 적용될 수 있다. 또는 연료 저장탱크(110)는 고압으로 연료를 저장함으로써 연료의 액화를 방지할 수 있고, 이 경우 연료 펌프(120)가 축소 또는 생략될 수 있다.

연료 저장탱크(110)는 선박 내부에 화물창을 이루도록 마련될 수 있고, 또는 선박의 내부 또는 갑판 상에 별도로 마련되는 연료탱크일 수 있다. 이러한 연료 저장탱크(110)는 하나 이상으로 마련되며, 복수의 연료 저장탱크(110)가 마련될 경우 연료는 택일적으로 또는 동시에 소비될 수 있다.

연료 저장탱크(110)에는 벙커링 스테이션(도시하지 않음)이 연결되며, 벙커링 스테이션은 외부의 주유원으로부터 연료 저장탱크(110)로 연료를 전달한다. 외부의 주유원은 육상의 연료 공급원이거나, 또는 해상의 연료 벙커링선 등일 수 있다.

연료 저장탱크(110)에는 압력 조절부(도시하지 않음)가 마련될 수 있다. 압력 조절부는 연료 저장탱크(110)에서 배출되는 연료를 가열 또는 기화시킨 뒤 연료 저장탱크(110) 내부로 주입하여 연료 저장탱크(110)의 내압을 높이는 PBU(Pressure Build-up Unit)이거나, 또는 연료를 냉각/과냉시켜 리턴하는 과냉기일 수 있다.

이외에도 압력 조절부는 연료 저장탱크(110)로부터 배출되는 기상 연료(증발가스)를 재액화하여 연료 저장탱크(110)로 리턴시키는 재액화장치일 수 있다. 이러한 압력 조절부는 연료 저장탱크(110)의 내압을 상승 또는 하강하여 연료 연료 공급의 안정성을 확보할 수 있다. 상기 재액화장치는 버퍼, 압축기, 응축기 및 인터쿨러 등을 포함하여 이루어질 수 있다.

연료 공급부(100)는 연료 펌프(120)를 포함한다. 연료 펌프(120)는 연료 저장탱크(110)에 저장된 연료를 외부로 인출하는 기능을 담당하며, 고정용량형 또는 가변용량형(VFD) 등으로 마련될 수 있다.

연료 펌프(120)는 연료 저장탱크(110)의 하류에 배치될 수 있으며, 도면과 달리 연료 저장탱크(110) 내에 배치되는 것도 가능하다. 더 나아가 연료 저장탱크(110)의 타입과 내압 등에 따라 연료 펌프(120)가 생략될 수도 있음은 앞서 설명한 바와 같다.

연료 펌프(120)는 도면에서와 달리 복수로 마련되어 상호 백업 가능한 구조를 이룰 수 있고, 또한 복수 개의 연료 펌프(120)는 동시 작동하며 부하를 분담하도록 마련될 수 있다. 또는 연료 펌프(120)는 복수 개가 직렬로 구비되어 다단 가압 방식을 활용할 수도 있다.

열교환기(130)는, 연료의 온도를 조절한다. 열교환기(130)는 고압 펌프(150)의 상류, 즉 연료 펌프(120)와 고압 펌프(150) 사이에 마련될 수 있다. 또는 열교환기(130)는 고압 펌프(150)의 하류에 마련될 수 있으며, 고압 펌프(150)의 상류 및 하류에 각각 마련될 수도 있다. 열교환기(130)는 글리콜 워터, 해수, 청수, 스팀 등의 제한되지 않는 열매를 이용해 연료의 온도를 엔진(E)의 요구 온도에 대응하여 조절할 수 있다.

열교환기(130)는 연료를 가열하는 히터일 수 있다. 일반적으로 연료 저장탱크(110)의 저장 온도(대기압에서의 연료 비등점 이하)보다 엔진(E)의 요구 온도가 높으며, 연료 펌프(120) 및 고압 펌프(150)의 가압 시 발생하는 온도 상승분만으로는 엔진(E)의 요구 온도를 맞추기 부족하므로, 열교환기(130)가 사용될 수 있다.

다만 열교환기(130)는 고압 펌프(150)의 상류에 마련되어 고압 펌프(150)에 기상의 연료가 유입되지 않도록, 연료의 온도를 적절히 조절할 수 있다. 이때 열교환기(130)는 연료 회수부(200)에 의해 연료가 회수되는 것을 고려하여 연료의 가열 온도를 제어한다.

열교환기(130)에는 열매가 공급되어 연료의 가열에 사용될 수 있다. 즉 열교환기(130)는 열매와 연료를 상호 열교환시키는 형태로 마련될 수 있다.

또는 열교환기(130)는, 물이 담겨있는 수조 내부를 연료가 경유하는 Water bath type 히터일 수 있다. 이때 Water bath type 히터로는, 내부의 물을 스팀으로 가열하는 water bath type 스팀 히터이거나, 또는 발전기관(GE) 등으로부터 생성된 전기로 내부의 물을 가열하는 water bath type 전기 히터 등이 사용될 수 있다.

연료 공급라인(L1) 상에는 필터부(140)가 마련될 수 있으며, 필터부(140)는 고압 펌프의 상류나 하류 및 열교환기(130)의 상류나 하류 등에 배치될 수 있다.

고압 펌프(150)는 연료 펌프(120)에 의해 가압된 연료를 엔진(E)의 요구압력에 대응되도록 가압한다. 고압 펌프(150)는 연료 펌프(120)에서 설명한 것과 마찬가지로 하나 이상이 직렬 또는 병렬 등으로 마련될 수 있다.

고압 펌프(150)는 가변용량형으로 마련될 수 있으며, 연료 펌프(120)와 고압 펌프(150) 사이에 마련될 수 있는 유량계의 측정값에 따라 부하가 가변될 수 있다. 이때 유량계는 연료 회수부(200)에 의해 회수되는 잉여 연료의 유량이 반영되는 위치에 마련될 수 있다.

후술할 연료 회수부(200)는 엔진(E)에서 배출되는 잉여 연료를 고압 펌프로 전달할 수 있는데, 고압 펌프(150)에 기상 연료가 유입되는 것은 제원 상 바람직하지 않다. 따라서 고압 펌프(150) 상류의 연료는 액상으로만 존재하는 것이 요구되며, 이를 위해 고압 펌프(150) 상류의 온도 및 압력 등이 효과적으로 제어될 수 있다.

일례로 연료 회수부(200)에 의해 회수되는 연료는 냉각될 수 있으며, 고압 펌프 상류의 연료 압력은 높게 유지되어 연료의 비등점을 높여서 기화를 억제할 수 있다.

연료 공급부(100)는 엔진(E)의 직전에서 연료의 공급 유량 등을 조절하기 위한 밸브를 구비하며, 이때 이러한 밸브를 연료 공급 밸브 트레인(SVT)으로 지칭할 수 있다.

또한 연료 공급부(100)에 포함되는 고압 펌프(150) 및 열교환기(130) 등이 마련되며, 연료 저장탱크(110)에서 엔진(E)까지 연료가 유동하도록 하는 라인을 연료 공급라인(L1)으로 정의할 수 있다.

연료 공급라인(L1)은 이중 관(Double wall pipe)으로 구성될 수 있으며, 이중 관의 연료 공급라인(L1)에서 안쪽 관에는 연료가 흐르고, 바깥쪽 관에는 흡수제가 흐를 수 있다. 바깥쪽 관의 흡수제의 pH, 연료의 농도 등을 측정하여 연료의 누출 여부를 검사할 수 있다.

이중 관에서 용접부와 같은 누출 발생 가능성이 높은 지점에 암모니아와 반응성이 우수한 성분(구리, 황동, 청동, 알루미늄)으로 이루어진 덮개를 설치할 수 있다. 이 경우 덮개에 부식 여부에 따라 연료의 누출 여부를 판단할 수 있다.

또한 연료의 환기 배출구에 암모니아와 반응성이 우수한 성분으로 이루어진 메쉬(mesh)를 설치할 수 있고, 연료 공급라인(L1)의 파이프들을 서로 연결하는 플랜지(flange)에 암모니아와 반응성이 우수한 성분으로 이루어진 희생 플랜지(Sacrificial flange)가 설치될 수 있다.

암모니아 연료의 누출 가능성이 높은 곳에 암모니아와 반응성이 우수한 성분을 배치하여, 암모니아와 반응성이 우수한 성분이 부식되는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 부식된 곳에서 암모니아 연료의 누출이 발생한 것을 확인할 수 있다.

암모니아와 반응성이 우수한 성분이 구성된 부분에서 전위 차를 지속적으로 측정하여, 화학 반응(부식)에 의한 전위 차를 확인하는 경우 암모니아가 누출된 것으로 판단할 수 있다.

누출 발생 가능성이 높은 지점에 리트머스 종이를 부착할 수 있다. 리트머스 종이는 용액이 산성인지 또는 염기성인지에 따라서 색이 변화(산성은 파란색, 염기성은 빨간색)한다. 그에 따라 암모니아 연료의 누출 여부를 시각적으로 판단할 수 있다.

연료 회수부(200)는, 쿨러(210), 콜렉팅 탱크(220)를 포함할 수 있다. 연료 회수부(200)는, 엔진(E)에서 리턴되는 잉여 연료를 회수한다. 현재 개발되었거나 개발 중인 암모니아용 엔진(E)은 연료를 액상으로 공급받아 소비하되, 필요 유량을 안정적으로 공급받기 위해 잉여분을 더 공급받는 구조를 갖는다.

이때 잉여분의 연료는 엔진(E)의 적어도 일부분을 경유한 뒤 엔진(E)에서 배출될 수 있는데, 이 경우 엔진(E) 내에서 사용되는 윤활유가 연료에 혼입될 수 있다. 따라서 엔진(E)에서 배출되는 잉여분의 연료는 오염된 상태로서, 연료 저장탱크(110)로의 복귀가 바람직하지 않다.

다만 이러한 잉여분의 연료는 엔진(E)에서 소비 가능한 상태이므로, 연료 회수부(200)는 엔진(E)에서 배출된 잉여분의 연료를 연료 공급부(100)로 전달한다. 구체적으로 연료 회수부(200)는 잉여분의 연료를 연료 공급부(100)에서 고압 펌프(150)로 전달할 수 있다. 이러한 연료의 전달은 연료 리턴라인(L2)에 의해 이루어진다. 연료 리턴라인(L2)에는 쿨러(210), 콜렉팅 탱크(220) 등이 마련될 수 있다.

쿨러(210)는, 엔진(E)에서 배출된 잉여 연료를 냉각한다. 잉여 연료는 엔진(E)을 경유하였기 때문에 엔진(E) 발열에 의해 가열된 상태일 수 있고, 그대로 리턴되어 고압 펌프(150)로 유입되면 고압 펌프 내 기상의 유입을 유발할 수 있다. 따라서 쿨러(210)는 잉여 연료를 청수 등으로 냉각해 연료 공급부(100)에서 연료 펌프(120)와 고압 펌프(150) 사이로 전달하여, 고압 펌프(150)에 기상의 연료가 유입되는 것을 억제한다.

콜렉팅 탱크(220)는, 연료 리턴라인(L2)에 마련되며 연료를 임시 저장한다. 콜렉팅 탱크(220)는 엔진(E)에서 고압 펌프(150)로 전달되는 연료의 흐름을 기준으로 고압 펌프(150)의 상류에서 분기 연결된다. 콜렉팅 탱크(220)는 엔진(E)에서 리턴되는 잉여 연료 중 적어도 일부를 저장해 기액분리함으로써, 기상의 연료가 고압 펌프(150)로 유입되지 않도록 할 수 있다.

콜렉팅 탱크(220)는 녹아웃 드럼(230, KOD: Knock-Out Drum) 또는 퍼징부(240)와 연결될 수 있다. 액상의 잉여 연료 중 적어도 일부는 녹아웃 드럼(230)에 유입되어 윤활유가 분리될 수 있다. 퍼징부(240)는 질소 등과 같은 비폭발성가스인 퍼징가스를 이용하여 연료 공급부(100), 연료 회수부(200) 등을 퍼징할 수 있다.

또한 콜렉팅 탱크(220)는 잉여 연료에 포함되어 있는 윤활유를 제거하도록 구성될 수도 있다. 콜렉팅 탱크(220)는 기액분리기 및 녹아웃 드럼을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 이 경우 잉여 연료는 먼저 기액분리기에 유입되어 기상이 분리되고, 액상의 잉여 연료 중 적어도 일부는 녹아웃 드럼에 유입되어 윤활유가 분리된다. 즉 앞서 설명한 기상의 연료와 윤활유의 분리는 별도의 구성에 의해 이루어질 수 있지만, 편의상 이러한 기능들을 구현하는 구성을 콜렉팅 탱크(220)가 포괄하는 것으로 한다.

연료 회수부(200)는 잉여 연료가 회수되는 방향을 기준으로 엔진(E)의 하류에서 연료의 리턴 유량 등을 조절하기 위한 밸브를 구비하며, 이때 이러한 밸브는 연료 리턴 밸브 트레인(RVT)으로 지칭할 수 있다. 연료 공급 밸브 트레인(SVT)과 연료 리턴 밸브 트레인을 포괄하여 연료 밸브 트레인(FVT: Fuel Valve Train)으로 정의할 수 있다.

도면에는 도시되지 않았으나, 연료 공급부(100) 및 연료 회수부(200)로부터 배출되는 연료를 포집하는 연료 배출부가 포함될 수 있다. 연료 배출부는 연료가 저장되거나 또는 유동하는 부분에서 Normal stop 또는 Emergency stop 시 등의 상황에서 연료 공급부(100)나 연료 회수부(200)로부터 배출되는 연료를 저장할 수 있다. 일례로 연료 배출부는, 연료 공급부(100)/연료 회수부(200)의 연료 밸브 트레인 또는 연료 회수부(200)의 콜렉팅 탱크(220) 등으로부터 배출되는 연료를 포집할 수 있으며, 이를 위해 별도의 드럼을 포함할 수 있다.

연료 공급부(100) 및 연료 회수부(200)에는 온도 센서가 구비될 수 있다. 연료 공급부(100)에서 공급되는 연료와 연료 회수부(200)에서 회수되는 연료는 온도가 일정 범위 내에 있으므로, 상기 범위를 벗어나는 온도가 측정되는 경우 연료의 누출이 있는 것으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 연료 공급부(100)는 암모니아 연료를 25 내지 45 ℃에서 공급하는데, 연료 공급부(100)에서 누출이 발생하는 경우 암모니아 연료의 기화로 인해 주변 온도가 25 내지 45 ℃ 보다 낮게 측정된다. 이 경우 암모니아 연료의 누출이 발생한 것으로 판단될 수 있다.

연료 처리 시스템(1)은, 엔진룸(400)을 포함하며, 엔진룸(400)에는 엔진(E), 연료 공급 밸브 트레인(SVT) 및 연료 리턴 밸브 트레인(RVT)이 마련될 수 있다. 도면 상으로 엔진룸(400)에 엔진(E)이 구비되는 것으로 도시하였으나, 엔진룸(400)에는 하나 이상의 수요처가 마련될 수 있으며, 상기 수요처는 선박에 마련되는 엔진, 터빈, 보일러, 연료전지, 버너 등일 수 있으며, 선박을 추진시키는 추진기관이거나 선박 내부 전력 부하를 커버하기 위한 발전기관 등일 수 있다.

엔진룸(400)에 둘 이상의 수요처가 구비되는 경우, 각 수요처는 벽 등의 차단 부재로 서로 분리될 수 있다. 그에 따라 하나의 수요처에서 연료의 누출이 발생할 때 다른 수요처로 연료 누출 확산을 방지할 수 있다.

수요처가 실린더로 구성되는 엔진 등의 장치인 경우, 실린더를 냉각하기 위한 쿨러(미도시)가 구비될 수 있다. 쿨러에 산도 측정 센서(미도시)를 구비하여, 산도 변화를 이용하여 연료 누출 여부를 판단할 수 있다.

수요처 하부에는 엔진에서 연료가 누출되는 경우, 연료가 수용되는 코밍(Coaming)이 형성될 수 있다. 이때 코밍은 암모니아와 반응성이 우수한 성분(구리, 황동, 청동, 알루미늄)으로 구성되어, 암모니아가 유출되는 경우 코밍이 부식되면서 암모니아 연료의 누출이 쉽게 파악될 수 있다.

연료는 연료 밸브 트레인(FVT)을 통해 엔진룸(400)의 엔진(E)으로 전달될 수 있다. 엔진(E)을 비상 정지하는 경우 또는 연료 밸브 트레인(FVT) 내에 구비된 밸브들이 고장나는 경우 등 엔진룸(400)에 구비된 장치들이 정상적으로 작동하지 못하는 경우에 엔진룸(400)에서는 연료가 다량으로 누출될 수 있다.

이때 누출되는 연료를 모두 외부로 배출하게 되면 환경문제가 발생할 수 있으므로, 외부로 배출할 수 있는 양이 정해져 있어 엔진룸(400)에서 누출된 연료를 외부로 전부 배출할 수 없으며, 누출된 연료를 배출하는 경우에 연료가 낭비되는 문제가 있다.

따라서 엔진룸(400)에서 누출되는 연료를 포집, 수용하기 위해서 엔진룸(400)에는, 흡수제 공급부(410)가 마련될 수 있다. 상기 흡수제 공급부(410)는 엔진룸(400) 내부에 흡수제를 공급하는 장치로, 흡수제는 엔진룸(400) 내 누출된 연료를 흡수할 수 있다. 상기 흡수제 공급부(410)는 미스트 형태로 흡수제를 공급할 수 있고, 엔진룸(400) 내부에 물의 미스트를 공급하는 가습 장치일 수 있고 바람직하게는 초음파 진동식 가습 장치일 수 있다.

흡수제 공급부(410)는 엔진룸(400)의 상부 영역에 설치될 수 있으며, 엔진룸(400) 상부에서 흡수제를 분사할 수 있으며, 일 실시예로 엔진룸(400)에 구비되는 스프링쿨러 또는 소화제 공급 장치일 수 있다. 흡수제가 분사되면 엔진룸(400) 내부에 누출된 연료가 흡수제에 흡수될 수 있다.

엔진룸(400)의 일부 영역에는 연료누출감지 센서가 구비될 수 있고, 상기 연료누출감지 센서에서 연료의 누출이 감지되면 자동적으로 흡수제 공급부(410)가 가동될 수 있다.

엔진룸(400)에는 흡수제 회수부(420)가 구비될 수 있다. 흡수제 회수부(420)는 누출된 연료를 흡수한 흡수제를 회수할 수 있다. 흡수제 회수부(420)는 제습 장치일 수 있으며, 바람직하게는 압축식 제습 장치이다.

흡수제는 엔진룸(400) 내 기상 및 액상의 연료를 흡수할 수 있고, 연료를 흡수하고 있는 흡수제를 포집하여 연료를 회수할 수 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, 농도센서가 구비되어 농도센서에 의해 회수된 흡수제에 포함된 연료의 농도는 측정될 수 있고, 상기 연료의 농도가 일정 기준 이하인 경우에 흡수제는 흡수제 공급부(410)에서 재사용될 수 있다.

일 실시예로, 흡수제 공급부(410)는 가습 장치로 물의 미스트를 엔진룸(400)에 공급할 수 있다. 연료인 암모니아는 미스트에 흡수될 수 있다. 이때 흡수제 회수부(420)는 암모니아를 흡수한 미스트를 포집할 수 있다. 암모니아 미스트는 응축수의 형태로 포집될 수 있다.

흡수제로 인해 엔진룸(400) 내 연료 밸브 트레인(FVT) 또는 엔진룸(400) 등의 장치가 부식되거나 고장날 수 있으므로 흡수제 회수부(420)는 엔진룸(400) 내 잔류하는 흡수제를 주기적으로 흡수할 수 있다. 또한, 엔진룸(400) 내 습도 측정 장치(도시되지 않음)가 구비되어 측정된 습도가 일정 수준 이상인 경우 흡수제 회수부(420)가 가동될 수 있다.

도면에는 도시되지 않았으나, 엔진룸(400) 내 적어도 일부 공간은 벽 등의 차단부재로 엔진룸(400)의 다른 공간과 분리될 수 있다. 분리된 공간 내에 흡수제 공급부(410) 및 흡수제 회수부(420)가 구비될 수 있다. 따라서 분리된 공간 내에서만 흡수제가 공급되고 연료가 회수될 수 있다.

상기 분리된 공간에는 에어락(Air Lock) 장치가 구비될 수 있다. 에어락 장치는 분리된 공간 내부와 외부의 압력 차이를 유지하여 기체가 유출입하는 것을 방지할 수 있다. 따라서 에어락 장치는 분리된 공간으로 엔진룸(400)의 연료가 유입되는 것을 방지할 수 있다.

일 실시예로 상기 분리된 공간은 선원들이 거주할 수 있는 선실(cabin)이 될 수 있다. 선실로 선원이 들어갈 때 상기 분리된 공간 내로 흡수제가 분사될 수 있다.

또한, 분리된 공간의 내부와 외부에서는 기체가 필터를 사이에 두고 이동할 수 있다. 이 경우 연료는 필터에서 걸러질 수 있고, 연료가 외부에서 내부로 유입되는 것이 방지될 수 있다.

엔진룸(400)이 추진기관(ME)룸, 발전기관(GE)룸, 보일러(BLR)룸 및 정화룸(Purifier room) 등으로 구성되는 경우, 각 룸에는 각 룸의 외부 공간으로부터 기체가 유입되는 것을 방지하는 에어락이 구비될 수 있다. 이때, 엔진룸(400)에는 각 룸에 구비된 에어락을 모두 연결하는 통합팬이 형성될 수 있다. 통합팬은 엔진룸(400) 외부로 환기시켜 각 룸 외부의 음압을 유지할 수 있다.

엔진룸(400)에는 흡수제 또는 배기가스를 외부로 배출하기 위한 환기부(도시되지 않음)가 구비될 수 있다. 흡수제로 인해 엔진룸(400) 내 연료 밸브 트레인(FVT) 또는 엔진룸(400) 등의 장치가 부식되거나 고장날 수 있으므로 환기부(도시되지 않음)가 엔진룸(400) 내 잔류하는 흡수제를 주기적으로 배출할 수 있다. 또한, 엔진룸(400) 내 습도 측정 장치(도시되지 않음)가 구비되어 측정된 습도가 일정 수준 이상인 경우 환기부(도시되지 않음)가 가동될 수 있다.

환기부(도시되지 않음)에는 연료 감지 센서가 구비될 수 있다. 연료 감지 센서는 흡수제 또는 배기가스에 포함된 연료를 감지할 수 있다.

엔진룸(400) 내 연료의 누출은 드론 또는 로봇 등의 이동식 감지 수단을 통해서 감지될 수 있다. 이동식 감지 수단은 카메라, 저온탐지 수단, 가스탐지 수단 등의 연료 누출을 탐지할 수 있는 수단을 구비할 수 있다.

한편, 엔진룸(400)은 이중 벽으로 외부와 분리될 수 있으며, 이중 벽의 내부에는 엔진(E)이 구비되고, 이중 벽 사이에는 흡수제가 채워질 수 있다. 따라서 엔진(E)에서 연료가 외부로 배출되더라도 이중 벽 사이에 흡수에 흡수될 수 있다.

또한 엔진룸(400)에는 엔진 제어룸(Engine control room), 스위치룸(Switchboard room), 워크샵룸(Workshop room) 등의 공간이 구비될 수 있다. 상기 공간의 냉각을 위해서는 통상적으로 유닛쿨러가 사용된다. 유닛쿨러에서 냉매로 사용되는 물은 흡수제로 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.

이하에서는 본 실시예가 다른 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다. 이하 다른 실시예에서도 마찬가지임을 알려둔다.

도 2를 참조하여 보면, 연료 처리 시스템(1)은 저온 회수부(300)를 더 포함할 수 있다.

저온 회수부(300)는 엔진룸(400)에서 누출된 연료를 액화시켜 포집할 수 있다. 특히, 암모니아 연료는 저인화점 연료(Low flashpoint fuel) 중에서 비교적 끓는 점이 높기 때문에(약 -33 ℃), 냉매를 이용하여 액화시켜 포집하는 것이 용이하다.

상기 저온 회수부(300)는 냉매를 사용하여 상기 연료를 냉각시키는 쿨러를 포함하고, -33 ℃ 이하로 상기 엔진룸에서 누출된 연료를 냉각시킬 수 있다. 상기 저온 회수부(300)에서 냉각되어 회수된 연료는 별도의 저장탱크에 저장될 수 있으며, 상기 연료는 다시 연료 공급부(100)로 공급될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.

도 3을 참조하여 보면, 연료 처리 시스템(1)은 엔진룸(400) 내 외기팬(11) 벤트라인(12), 제2층 배출구(13), 제3층 배출구(14), 선수 벤트팬(15), 선미 벤트팬(16), 선수 배출라인(17) 및 선미 배출라인(18)을 포함할 수 있다.

엔진룸(400)은 바닥부터 천장을 향하여 4층으로 구분될 수 있다. 외기팬(11)은 엔진룸(400) 내부로 외기를 불어넣을 수 있다. 벤트라인(12)을 따라 외기는 엔진룸(400) 내부로 공급되며, 도면에는 제2층 배출구(13), 제3층 배출구 (14)를 따라 제2층 및 제3층 각각에 외기가 공급되는 것으로 도시되었으나, 엔진룸(400)의 하나 이상의 층에 외기가 공급될 수 있다.

제1층에는 선수 벤트팬(15) 및 선미 벤트팬(16)이 구비될 수 있다. 선수 벤트팬(15) 및 선미 벤트팬(16)는 제1층에 공기의 흐름을 형성하며 여기서 형성된 공기의 흐름을 따라 제1층에 잔류하는 연료가 선수 배출라인(17) 및 선미 배출라인(18)으로 배출할 수 있다. 즉, 엔진룸(400)의 아래에 벤트팬(15, 16)을 구비하여 엔진룸(400) 바닥에 잔류하는 연료를 상부로 배출할 수 있다.

외기팬(11), 선수 벤트팬(15) 및 선미 벤트팬(16)은 공기의 흐름을 형성하는 장치로, 외부 공기의 내부 공극 또는 내부 공기의 외부 배출을 촉진할 수 있다.

도면에서는 선수 배출라인(17) 및 선미 배출라인(18)이 엔진룸(400) 내부에 구비되는 것으로 표시되었으나, 선수 배출라인(17) 및 선미 배출라인(18)의 일부는 엔진룸(400) 외부로 돌출된 형태일 수 있다.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.

도 4을 참조하여 보면, 엔진룸(400) 내에 추진기관(ME), 발전기관(GE) 및 보일러(BLR)가 구비될 수 있다. 엔진룸(400)에 연료의 누출이 발생하면 엔진룸(400)의 하부에 구비된 외기분사부(30)는 외기를 추진기관(ME), 발전기관(GE) 및 보일러(BLR)를 향하여 분사할 수 있다. 외기분사부(30)는 도 3의 선수 벤트팬(15) 및 선미 벤트팬(16)과 동일한 구성일 수 있다.

이때 연료는 선수 배출라인(17)로 배출될 수 있으며, 도면에는 도시되지 않았으나 연료가 선미 배출라인(18)을 통해서도 배출될 수 있다. 선수 배출라인(17)의 입구에는 선수 벤트팬(15)이 구비되어, 선수 배출라인(17)을 따라 배출되는 흐름의 속도를 높일 수 있다.

흡수제분사라인(L3)에는 흡수제 순환부(20)가 구비될 수 있다. 흡수제 순환부(20)에 구비되는 흡수제 분사부(21)는 선수 배출라인(17)을 향해 흡수제를 분사할 수 있다. 흡수제는 선수 배출라인(17)의 연료를 흡수하고 흡수제분사라인(L3)을 따라 순환할 수 있다.

흡수제 분사부(21)의 하류에는 흡수제 공급탱크(22)가 구비될 수 있다. 흡수제 공급탱크(22)에서는 흡수제분사라인(L3)으로 흡수제를 공급할 수 있고, 흡수제는 흡수제펌프(23)에 의해 다시 흡수제 분사부(21)로 전달될 수 있다(A'-A).

흡수제펌프(23)의 하류에는 연료 드레인탱크(24)가 구비될 수 있다. 연료 드레인탱크(24)에서는 연료를 흡수하고 있는 흡수제의 일부가 포집될 수 있다. 연료 드레인탱크(24)에 포집된 흡수제는, 연료와 분리되고 연료는 회수될 수 있다.

흡수제 분사부(21)는 워터커튼(water curtain)으로서, 연속적으로 물을 선수 배출라인(17)을 향하여 흘려보냄으로써, 외부로 연료가 배출되는 것을 차단할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.

도 5를 참조하여 보면, 엔진룸(400)에 연료의 누출이 발생하면 엔진룸(400)의 하부에 구비된 하부분사부(40)는 흡수제를 추진기관(ME), 발전기관(GE) 및 보일러(BLR)를 향하여 분사할 수 있다.

추진기관(ME), 발전기관(GE) 및 보일러(BLR)의 하부에는 트레이(41)가 각각 구비될 수 있다. 상기 트레이(41)는 추진기관(ME), 발전기관(GE) 및 보일러(BLR)에서 누출된 연료가 흡수제를 통해 포집될 수 있다.

선박의 운항시, 외판이나 파이프(pipe)를 통해 누설되는 물, 갑판에서 기름에 오염된 물, 화물에서 나온 물 등의 빌지워터(bilge water)는 빌지웰(bilge well)이라는 공간에서 포집 및 저장될 수 있다.

본 발명에 따른 연료 처리 시스템(1)은, 선박의 운행시 발생하는 빌지워터가 저장되는 빌지웰 외에 연료를 포함한 흡수제를 저장하기 위한 빌지웰을 구비할 수 있다. 연료를 포함한 흡수제는 흡수제는 빌지웰라인(L4)을 따라 제1 빌지웰(42, bilge well)과 제2 빌지웰(43)에서 저장될 수 있다. 물론, 제1 빌지웰(42, bilge well)과 제2 빌지웰(43)에서도 선박의 운항시 발생되는 빌지워터가 일부 저장될 수 있다.

제1 빌지웰(42) 및 제2 빌지웰(43)에서 배출되는 연료를 포함한 흡수제는 오일라인(L5)을 따라 정화조(46)로 전달되거나, 연료라인(L6)을 따라 드레인 저장부(44) 또는 드레인배출부(47)로 전달되거나, 육상라인(L7)을 따라 육상시설(48)로 전달되거나, 선외라인(L8)을 따라 선외(50)로 배출될 수 있다. 드레인 저장부(44)는 연료 드레인탱크(24)와 연료를 포집하여 저장하는 점에서 서로 동일한 기능을 수행할 수 있다.

정화조(46)는 선박에서 발생되는 오수를 처리하는 장치로, 오수 처리 시설을 포함할 수 있다. 드레인 저장부(44)는 배출되는 연료를 저장하는 별도의 장치일 수 있다. 드레인 저장부(44)에 저장된 연료는 드레인배출부(47)를 통해 외부로 배출될 수 있다.

엔진룸(400)의 상부에도 흡수제 분사 장치가 구비될 수 있다. 엔진룸(400)에서 흡수제를 분사하는 장치는 화재 발생시 소화수를 분사하는 소화수 분사 장치 대비 엔진룸(400)에 넓게 분포될 수 있다. 그에 따라 흡수제는 엔진룸(400)에 전체적으로 고르게 분사될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 연료 처리 시스템의 개념도이다.

도 6을 참조하여 보면, 연료 처리 시스템(1)은 미생물 처리부(60)를 더 포함할 수 있다.

선박의 화장실 등에서 배출되는 오수와, 엔진 등에서 누출된 연료는 미생물 처리부(60)에서 처리될 수 있다. 미생물 처리부(60)는 오수 처리장치(Sewage treatment plant)로서 암모니아 연료와 같은 약 염기성 액체를 처리할 수 있다.

구체적으로, 미생물 처리부(60)는, 내부에 호기성 미생물을 포함하는 유체가 수용되며, 미생물 처리부(60)로 유입되는 오수 및 누출연료를 호기성 미생물과 혼합하여 오수 및 누출연료에 포함되는 암모니아를 질산으로 산화시킬 수 있다.

미생물 처리부(60) 상류에는, 내부에 탈질 미생물을 포함하는 유체가 수용되며, 오수에 탈질 미생물을 혼합하여 오수에 포함된 유기물과 질소성 물질을 제거하는 무산소조가 구비될 수 있다.

미생물 처리부(60)에서 처리된 오수와 누출연료는 드레인 저장부(44)에 저장되어, 정화조(46) 또는 드레인배출부(47)로 전달될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 연료 처리 시스템(1)은, 암모니아 연료의 누출을 방지하고, 암모니아 연료를 포집하여 회수할 수 있다.

본 발명은 앞서 설명된 실시예 외에도, 상기 실시예들의 조합과 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지기술의 조합에 의해 발생하는 실시예들을 모두 포괄한다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 연료 처리 시스템
11: 외기팬 12: 벤트라인
13: 제2층 배출구 14: 제3층 배출구
15: 선수 벤트팬 16: 선미 벤트팬
17: 선수 배출라인 18: 선미 배출라인
20: 흡수제 순환부 21: 흡수제 분사부
22: 흡수제 공급탱크 23: 흡수제펌프
24: 연료 드레인탱크
30: 외기분사부
40: 하부분사부 41: 트레이
42: 제1 빌지웰 43: 제2 빌지웰
44: 드레인 저장부 45: 드레인 펌프
46: 정화조 47: 드레인배출부
48: 육상시설 49: 빌지웰펌프50: 선외 60: 미생물 처리부
100: 연료 공급부
110: 연료 저장탱크 120: 연료 펌프
130: 열교환기 140: 필터부
150: 고압 펌프
200: 연료 회수부 210: 쿨러
220: 콜렉팅 탱크 230: 녹아웃 드럼
240: 퍼징부
300: 저온 회수부
400: 엔진룸 410: 흡수제 공급부
420: 흡수제 회수부
L1: 연료 공급라인 L2: 연료 리턴라인
L3: 흡수제분사라인 L4: 빌지웰라인
L5: 오일라인 L6: 연료라인
L7: 육상라인 L8: 선외라인
E: 엔진 ME: 추진기관
GE: 발전기관 BLR: 보일러
RVT: 연료 리턴 밸브 트레인 SVT: 연료 공급 밸브 트레인
FVT: 연료 밸브 트레인

Claims

연료의 누출시 연료를 처리하기 위한 시스템에 관한 것으로,
연료 저장탱크로부터 배출되는 연료를 엔진에 공급하는 연료 공급부;
상기 엔진에서 리턴되는 잉여 연료를 회수하는 연료 회수부; 및
상기 엔진이 배치되는 엔진룸;을 포함하며,
상기 엔진룸은,
외부의 공기를 내부로 공급하는 벤트라인;
내부의 공기를 외부로 배출하는 배출라인; 및
바닥에서 공기의 흐름을 형성하여 상기 엔진룸 하부 공기가 외부로 배출되는 것을 촉진하는 벤트팬을 포함하는, 연료 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 벤트라인은,
상기 엔진룸의 높이에 따라 하나 이상의 배출구가 구비되는, 연료 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 벤트라인은,
상기 엔진룸의 상부에서 외부의 공기를 내부로 공급하는, 연료 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 배출라인은,
선박의 선수 방향과 선미 방향에 각각 구비되는, 연료 처리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 배출라인에는,
흡수제를 분사하는 흡수제 분사부가 구비되는, 연료 처리 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 상기 연료 처리 시스템을 갖는, 선박.