BOG 저감 시스템을 구비한 LNG 저장 탱크 어셈블리 및 이를 구비한 LNG 선박{LNG Storage Tank with BOG Reduction System, LNG Ship Having the Same}

본 발명은 BOG 저감 시스템을 구비한 LNG 저장 탱크 어셈블리 및 이를 구비한 LNG 선박에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탱크 홀드 스페이스에 밀봉 상태로 채워져 있는 불활성 기체의 온도를 실시간으로 측정하고, 측정된 온도에 따라 불활성 기체의 온도를 설정도 온도로 낮추기 위한 BOG 저감 시스템을 운전시켜 단열에 대한 성능 향상과 함께 BOG를 효과적으로 저감 및 억제할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, LNG(Liquefied Natural Gas)는 천연가스를 대략 -163℃로 냉각하여 얻어지는 것으로서, 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소 되어 해상을 위한 원거리 운반에 적합하다.

이러한 LNG는 LNG 선박을 이용하여 바다를 통해 육상의 소요처로 운반되며, LNG 선박에는 LNG의 극저온에 견딜 수 있는 LNG 저장 탱크가 마련되어 있다. 나아가, LNG 저장탱크는 앞서 언급한 LNG 선박뿐만 아니라, 해양 구조물에도 설치되고 있다.

일반적으로 LNG 선박의 경우를 살펴보면, LNG 저장탱크와 선체의 벽면 사이에는 발라스트가 채워지는 발라스트 탱크가 배치되어 있다. 상기 발라스트 탱크와 LNG 저장탱크 사이에는 불활성 기체가 밀봉 상태로 채워져 있는 탱크 홀드 스페이스가 마련되는 구조를 취하고 있다.

다시 말해, 상기 탱크 홀드 스페이스의 불활성 기체와 발라스트 탱크의 발라스트수는 외부의 열이 LNG 저장탱크로 전달되는 것을 방지하는 단열기능에 공통성이 있고, 특히 불활성 기체는 LNG 누설에 의한 화재발생을 방지하는 기능을 더 지니고 있다.

그런데, 위와 같이 불활성 기체를 채운 탱크 홀드 스페이스와 발라스트수를 채운 발라스트 탱크가 있음 에도 불구하고 외부로부터 전달되는 열에 의해 불활성 기체의 온도가 상승하게 되고, 그로 인해 LNG의 기화가 심화 되어 증발가스(Boil-Off Gas, 이하, "BOG"라 함)를 다량으로 발생시키게 된다.

위와 같이 LNG 저장탱크에서 발생 되는 BOG는 LNG 저장탱크 내의 압력을 증가시켜 폭발을 야기하게 되는 원인이 되며, 아울러 선박의 동요에 따라 LNG의 유동을 가속시켜 구조적인 문제를 일으킬 수 있기 때문에 그 발생을 저감 및 억제시 킬 필요가 있다.

일반적으로 LNG 저장탱크 내에서 발생 된 BOG를 처리하기 위한 방법으로 BOG를 LNG 저장탱크의 외부로 배출시켜서 소각시키는 방법과, BOG를 LNG 저장탱크의 외부로 배출시켜서 재 액화시킨 후 다시 LNG 저장탱크에 저장하는 방법과, BOG를 선박의 발전기나 추진기관에서 연료로서 사용하는 방법 등이 있다.

그런데, LNG 저장탱크 내에서 BOG가 과대하게 발생시에는 선박의 발전기나 추진기관에서 BOG를 100% 소모하지 못하여 해당 관련 규정을 만족하지 못하는 문제가 발생하므로 BOG를 100% 소모하기 위해 BOG를 연료로 사용하는 다른 각종 장치들을 불필요하게 가동하여야 하는 문제가 있었다.

위와 같이 종래 BOG의 처리 방법은 BOG의 발생을 실질적으로 저감 및 억제하는 것이 아니라, 발생 된 BOG를 재 액화하여 재저장 또는 BOG를 연료로 사용함으로써 연료 절감 효과를 기대하는 수동적 처리 방법에 불과할 뿐이다.

본 발명은 배경기술에서 설명된 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탱크 홀드 스페이스에 밀봉 상태로 채워져 있는 불활성 기체의 온도를 실시간으로 측정하고, 측정된 온도에 따라 불활성 기체의 온도를 설정도 온도로 낮추기 위한 BOG 저감 시스템을 운전시켜 단열에 대한 성능 향상과 함께 BOG를 효과적으로 저감 및 억제할 수 있도록 한 BOG 저감 시스템을 구비한 LNG 저장 탱크 어셈블리 및 이를 구비한 LNG 선박을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에서는 LNG 저장탱크와, 상기 LNG 저장탱크를 감싸는 형태로 구비되는 발라스트 탱크와, 상기 발라스트 탱크와 LNG 저장탱크 사이에 형성되며 불활성 기체가 밀봉 상태로 채워지는 탱크 홀드 스페이스를 포함하여 구성되는 LNG 저장 탱크 어셈블리에 있어서, 상기 탱크 홀드 스페이스의 내부에 적어도 하나 이상 설치되어 불활성 기체의 온도를 실시간으로 측정하는 온도측정부재와; 상기 탱크 홀드 스페이스의 내부에 적어도 하나 이상 설치되어 운전시 불활성 기체를 냉각시키는 냉각수단과; 상기 온도측정부재 및 냉각수단과 각각 전기적으로 신호 연결되며 불활성 기체의 측정 온도에 따라 냉각수단의 운전을 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성되는 BOG 저감 시스템을 구비한 LNG 저장 탱크 어셈블리가 제공된다.

또한, 탱크 홀드 스페이스와 구획되는 발라스트 탱크의 벽면에 대한 열교환 면적을 넓히기 위해 곡면 구조, 요철구조, 굴곡 구조 중 어느 하나의 구조로 이루어지는 열교환 증대부가 형성되는 BOG 저감 시스템을 구비한 LNG 저장 탱크 어셈블리가 제공된다.

또한, LNG 저장탱크와, 상기 LNG 저장탱크를 감싸는 형태로 구비되는 발라스트 탱크와, 상기 발라스트 탱크와 LNG 저장탱크 사이에 형성되며 불활성 기체가 밀봉 상태로 채워지는 탱크 홀드 스페이스를 포함하여 구성되는 LNG 저장 탱크 어셈블리에 있어서, 탱크 홀드 스페이스의 내부에 입구부와 출구부가 발라스트 탱크와 연결되는 구조로 설치되는 열교환라인과; 상기 열교환라인에 발라스트수의 순환 공급을 제공하는 구동펌프; 상기 탱크 홀드 스페이스의 내부에 적어도 하나 이상 설치되어 불활성 기체의 온도를 실시간으로 측정하는 온도측정부재와; 상기 구동펌프 및 온도측정부재와 각각 전기적으로 신호 연결되며 불활성 기체의 측정 온도에 따라 구동펌프의 운전을 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성되는 BOG 저감 시스템을 구비한 LNG 저장 탱크 어셈블리가 제공된다.

또한, 탱크 홀드 스페이스와 구획되는 발라스트 탱크의 벽면에 대한 열교환 면적을 넓히기 위해 곡면 구조, 요철구조, 굴곡 구조 중 어느 하나의 구조로 이루어지는 열교환 증대부가 형성되는 BOG 저감 시스템을 구비한 LNG 저장 탱크 어셈블리가 제공된다.

또한, 본 발명에 따른 BOG 저감 시스템을 구비한 LNG 저장 탱크 어셈블리가 구비된 LNG 선박이 제공된다.

이와 같이 본 발명은 따른 BOG 저감 시스템을 구비한 LNG 저장 탱크 어셈블리 및 이를 구비한 LNG 선박을 적용하게 되면, 측정된 불활성 기체의 온도에 따라 BOG 저감 시스템이 운전되어 불활성 기체의 온도를 신속히 낮추면서 아울러 안정적인 온도 유지가 가능하여 단열 기능의 향상과 함께 BOG 발생을 현저히 저감 및 억제할 수 있는 효과를 기대할 수 있고, 그로 인해 LNG의 소모량도 줄일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 종래와 같이 BOG의 완전한 소진을 위해 각종 구동장치들의 불필요한 구동과 에너지 낭비 없이도 발생 된 BOG의 완전한 소진이 가능하여 경제적인 운전을 도모할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명에 대한 BOG 저감 시스템을 구비한 LNG 저장 탱크 어셈블리 및 이를 구비한 LNG 선박을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 대한 BOG 저감 시스템을 구비한 LNG 저장 탱크 어셈블리 및 이를 구비한 LNG 선박에 따른 다른 실시 예를 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 LNG 선박의 경우를 살펴보면, 먼저 LNG 저장탱크(10)와 선체(12) 벽면 사이에는 발라스트수(14)를 채우기 위한 발라스트 탱크(16)가 배치되는 구조로 형성되어 있고, 상기 발라스트 탱크(16)와 LNG 저장 탱크(10) 사이에는 불활성 기체(18)가 밀봉 상태로 채워져 있는 탱크 홀드 스페이스(20)가 배치 형성되어 있다.

여기서, 본 발명에 따른 BOG 저감 시스템을 구비한 LNG 저장 탱크 어셈블리의 구성을 살펴보면, 먼저 상기 탱크 홀드 스페이스(20)의 내부에 설치되는 냉각수단(22) 및 온도측정부재(24)와, 상기 냉각수단(22) 및 온도측정부재(24)와 각각 전기적으로 신호(E1)(E2) 연결되는 제어부(26)를 포함하여 구성된다.

구체적으로, 상기 탱크 홀드 스페이스(20)의 내부에는 온도측정부재(24)와 냉각수단(22)이 여러 위치에 각각 설치되는데, 상기 온도측정부재(24)와 냉각수단(22)이 여러 위치에 설치되는 이유는 예를 들어, 어느 하나의 온도측정부(24)와 냉각수단(22)이 고장 시에 온도 측정과 냉각 운전이 중단됨을 방지하기 위한 것과, 불활성 기체(18)에 대한 온도 측정이 여러 위치에서 측정될 수 있도록 하기 위한 것과, 냉각 운전시에 모든 냉각수단(22)이 동시에 운전되어 불활성 기체(18)의 온도를 빠른 시간 내에 신속히 낮추기 위함이다.

또한, 앞서 설명된 바와 같이 상기 냉각수단(22)은 제어부(26)와 각각 전기적으로 신호(E1)(E2)로 연결되어 있기 때문에 제어부(26)로부터 인가 받는 전기적 신호(E1)(E2)에 따라 냉각 운전과 정지를 반복하는 제어 운전을 하게 된다. 상기 냉각수단(22)으로는 유닛 쿨러 또는 팬 코일 유닛이 적용될 수 있다.

따라서, 상기 온도측정부재(24)가 여러 위치에서 불활성 기체(18)의 온도를 실시간으로 측정하고, 측정된 불활성 기체(18)의 측정 온도값을 제어부(26)로 입력하게 된다. 상기 제어부(26)에서는 측정된 측정 온도값과 제어부(26)에 사전 설정된 설정 온도값을 비교 판단하여 측정 온도값이 설정 온도값 미만인 경우, 제어부(26)는 냉각수단(22)에 해당하는 신호를 인가하여 냉각수단(22)에 대한 운전 정지 상태를 계속 유지시키게 된다.

예컨대, 상기 제어부(26)에 입력되는 측정 온도값이 설정 온도값을 초과하는 것으로 판단되는 경우, 상기 제어부(26)는 냉각수단(22)에 해당하는 신호를 인가하여 정지하고 있던 냉각수단(22)을 운전시키게 됨으로써 불활성 기체(18)의 온도를 낮추게 된다. 이러한 냉각 운전은 불활성 기체(18)의 온도가 제어부(26)에 설정된 설정 온도값 미만으로 낮아질 때까지 계속 운전하게 된다.

위와 같은 냉각 운전에 의해 불활성 기체(18)의 온도가 설정 온도값 이하로 낮아지게 되면, 앞서 설명된 바와 같이 제어부(26)가 해당 신호를 냉각 수단(22)에 인가하여 냉각 수단(22)의 운전을 정지시키게 된다.

그에 따라, 상기 탱크 홀드 스페이스(20)에 채워져 있는 불활성 기체(18)의 온도는 앞서 설명된 BOG 저감 시스템에 의해 설정된 온도로 안정적인 유지가 가능하여 외부의 열이 불활성 기체(18)를 통해 LNG로 전달되는 것이 더욱 방지될 수 있고 단열 기능도 더 향상될 수 있게 된다. 그로 인해 BOG 발생을 현저히 저감 할 수 있게 되고 더불어 LNG의 소모량도 줄일 수 있게 된다.

물론, 위와 같이 구성되는 BOG 저감 시스템이 적용되더라도 발생 되는 BOG는 배경기술에서 설명된 선박의 발전기나 추진기관에서 연료로서 사용하는 것으로 활용되는데, 이때 종래에는 BOG의 완전한 소진을 위해 발전기의 가동과 함께 각종 구동장치들이 불필요하게 구동되어 불필요한 가동과 더불어 에너지 낭비를 초래하였으나, 본 발명에서는 BOG 발생이 저감 및 억제되어 BOG 발생량이 많지 않아 각종 불필요한 구동장치들의 가동이 필요없이도 BOG의 완전한 소진이 가능하여 경제적인 운전을 도모할 수 있게 된다.

앞서 설명된 도 1에서는 불활성 기체(18)의 온도를 낮추기 위하여 냉각수단(22) 즉, 유닛 쿨러 또는 팬 코일 유닛이 적용되는 것으로 바람직하지만 반드시 유닛 쿨러 또는 팬 코일 유닛으로 이루어지는 냉각수단(22)으로 한정할 필요는 없으며, 하기에서 설명되는 도 2에서는 탱크 홀드 스페이스(20)의 내에 열교환라인(30)이 설치되는 구조가 제시된다.

구체적으로 살펴보면, 상기 탱크 홀드 스페이스(20)의 내부에는 입구부(30a)와 출구부(30b)가 발라스트 탱크(16)와 연결되는 상태로 열교환라인(30)이 설치되어 있고, 상기 열교환라인(30)에는 구동펌프(34)가 설치되어 있다.

아울러, 상기 열교환라인(30)에는 열교환을 극대화하기 위해 방열판(30c)이 더 설치될 수 있다.

또한, 상기 탱크 홀드 스페이스(20)의 내부에는 온도측정부재(32)가 여러 위치에 각각 설치되어 있으며, 상기 온도측정부재(32)와 구동펌프(34)는 각각 제어부(36)와 신호 연결되어 있다.

즉, 상기 온도측정부재(32)가 불활성 기체(18)의 온도를 실시간으로 측정하고, 그 측정된 온도값을 제어부로 입력하게 된다. 상기 제어부(36)에서는 측정 온도값과 제어부에 입력된 설정 온도값을 비교 판단하여 측정 온도값이 설정 온도값 미만인 경우, 제어부(36)는 구동펌프(34)에 해당하는 신호를 인가하여 구동펌프(34)의 운전 정지를 계속 유지시키게 된다.

예컨대, 상기 제어부(36)에 입력되는 측정 온도값이 설정 온도값 이상으로 판단되는 경우, 상기 제어부(36)는 구동펌프(34)에 해당하는 신호를 인가하여 정지하고 있던 구동펌프(34)를 운전시키게 되고, 이러한 구동펌프(34)의 운전을 통해 발라스트 탱크(16)의 발라스트수(14)가 열교환라인(30)을 따라 순환 공급되면서 발라스트수(14)와 불활성 기체(18) 간 열교환을 통해 불활성 기체(18)의 온도를 낮추게 된다.

이러한 상기 발라스트수(14)와 불활성 기체(18) 간 열교환은 불활성 기체(18)의 온도가 설정 온도값 미만으로 낮아질 때까지 구동펌프(34)의 운전이 계속되며, 불활성 기체(18)의 온도가 설정 온도값 이하로 낮아게 되면, 앞서 설명된 바와 같이 제어부(36)가 해당 신호를 구동펌프(34)에 인가하여 구동펌프(34)의 운전을 정지시키게 되는 운전을 반복하게 된다.

나아가, 앞서 설명된 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 불활성 기체(18)의 온도를 낮추기 위하여 냉각수단(22)과, 발라스트수(14)가 순환하도록 구동펌프(34)를 구비한 열교환라인(30)이 설치되는 것으로 설명하였으나 이러한 구성으로 한정할 필요는 없으며, 탱크 홀드 스페이스(20)와 구획되는 상태로 접하고 있는 발라스트 탱크(16)의 벽면을 곡면구조, 요철구조, 굴곡 구조 중 어느 하나의 구조로 형성하여 열교환 면적을 넓히는 형태의 열교환 증대부(40)를 형성하여 불활성 기체(18)와 발라스트수(14)와의 열교환을 증대하는 구조로 불활성 기체(18)의 온도 상승을 방지하는 구조로 제시될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실기 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 구성 및 변형 가능함은 물론이다.

10 : LNG 저장탱크 12 : 선체
14 : 발라스트수 16 : 발라스트 탱크
18 : 불활성 기체 20 : 탱크 홀드 스페이스
22 : 냉각 수단 24 : 온도측정부재
26, 36 : 제어부 30 : 열교환라인
32 : 온도측정부재 34 : 구동펌프
40 : 열교환증대부