JP6475871B2 - 船舶の燃料ガス供給システム - Google Patents

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Description

本発明は船舶の燃料ガス供給システムに関するものであって、さらに詳細には蒸発ガスを効率的に処理および管理できる船舶の燃料ガス供給システムに関するものである。
温室ガスおよび各種大気汚染物質の排出に対する国際海事機関(IMO)の規制が強化されるにつれて、造船および海運業系では既存の燃料である重油、軽油を利用する代わりに、清浄エネルギー源である天然ガスを船舶の燃料ガスとして利用する場合が多くなっている。
燃料ガスの中で広く利用され重要な資源と思われる天然ガス(Natural Gas)は、メタン(methane)を主成分とし、通常貯蔵および輸送の容易性のために天然ガスを略摂氏−162度に冷却してその体積を1/600に減らした無色透明な超低温液体である液化天然ガス(Liquefied Natural Gas)に相変化して管理および運用を遂行している。
このような液化天然ガスは、船体に断熱処理されて設置される貯蔵タンクに収容されて貯蔵および輸送される。しかし、液化天然ガスを完全に断熱させて収容することは実質的に不可能であるため、外部の熱が貯蔵タンクの内部に持続的に伝達されて液化天然ガスが気化して発生する蒸発ガスが貯蔵タンクの内部に蓄積される。
このような蒸発ガスは、貯蔵タンクの内部圧力を上昇させて貯蔵タンクの変形および毀損を誘発する恐れがあり、液化天然ガスを輸送する過程で船舶の振動によって貯蔵タンクおよび船舶の構造的な問題を引き起こす恐れがあるので、蒸発ガスの発生を抑制するか蒸発ガスを処理および除去する必要がある。
そこで、従来は貯蔵タンクの上側に設けられるベントマスト(Vent mast)に蒸発ガスを流すか、GCU(Gas Combustion Unit)を利用して蒸発ガスを焼く方案などが利用されていた。しかし、これはエネルギー効率の面で好ましくないだけでなく、蒸発ガスを焼く過程で火災および爆発の危険が存在する問題点があった。したがって、蒸発ガスを効率的に利用および処理して、蒸発ガスを船舶の燃料ガスとして容易に供給できる方案が要求される。
本発明の実施例は蒸発ガスを効果的に処理または利用するとともに、蒸発ガスの再液化効率を向上できる船舶の燃料ガス供給システムを提供しようとする。
本発明の実施例は単純な構造で効率的かつ安定した運用を図り得る船舶の燃料ガス供給システムを提供しようとする。
本発明の実施例はエネルギー効率を向上できる船舶の燃料ガス供給システムを提供しようとする。
本発明の実施例は蒸発ガスまたは液化ガスの組成品質を向上できる船舶の燃料ガス供給システムを提供しようとする。
本発明の一側面によれば、液化ガスおよび蒸発ガスからなる燃料ガスを収容する貯蔵タンク、前記貯蔵タンクの蒸発ガスを加圧する圧縮部を具備し、前記圧縮部を通過した蒸発ガスをエンジンに供給する蒸発ガス供給ラインおよび前記圧縮部を通過した蒸発ガスの一部を熱交換して再液化させる再液化ラインを含み、前記再液化ラインは前記圧縮部を通過した蒸発ガスを追加的に加圧する加圧ユニットと、前記加圧ユニットを通過した蒸発ガスと前記圧縮部前段の蒸発ガスを互いに熱交換する熱交換装置と、前記熱交換装置を通過した蒸発ガスを減圧させる膨張バルブおよび前記膨張バルブを通過して再液化された蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する気液分離器を含んで提供され得る。
前記再液化ラインに供給される蒸発ガスを第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れと第2濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れとに分離するように前記再液化ライン上の前記加圧ユニットの前段に設けられる窒素分離器をさらに含み、前記第1ガスの流れは前記蒸発ガス供給ラインまたは前記エンジンに供給し、前記第2ガスの流れは前記加圧ユニットに供給するように設けられ得る。
前記エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定および調節する発熱量調節部をさらに含み、前記発熱量調節部は前記エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定する発熱量測定機および前記再液化ラインに供給される蒸発ガスの供給量を調節する流量調節装置を含むものの、前記流量調節装置は前記発熱量測定機によって測定された燃料ガスの発熱量情報に基づいてその作動が制御され得る。
前記エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定および調節する発熱量調節部をさらに含み、前記発熱量調節部は前記エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定する発熱量測定機と、入口側端部が前記再液化ライン上の前記窒素分離器前段に連結されて出口側端部が前記再液化ライン上の前記窒素分離器後段に連結される発熱量調節ラインおよび前記発熱量調節ラインに沿って移送される蒸発ガスの供給量を調節する流量調節バルブを含むものの、前記流量調節バルブは前記発熱量測定機によって測定された燃料ガスの発熱量情報に基づいてその作動が制御され得る。
前記エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定および調節する発熱量調節部をさらに含み、前記発熱量調節部は前記エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定する発熱量測定機と、前記第1ガスの流れの一部を前記再液化ライン上の前記窒素分離器後段に循環させる発熱量調節ラインおよび前記発熱量調節ラインに沿って移送される第1ガスの流れの供給量を調節する流量調節バルブを含むものの、前記流量調節バルブは前記発熱量測定機によって測定された燃料ガスの発熱量情報に基づいてその作動が制御され得る。
液化ガスおよび蒸発ガスからなる燃料ガスを収容する貯蔵タンク、前記貯蔵タンクの蒸発ガスを加圧する圧縮部を具備し、前記圧縮部を通過した蒸発ガスをエンジンに供給する蒸発ガス供給ラインおよび前記蒸発ガス供給ラインで分岐されて、前記圧縮部を通過した圧縮された蒸発ガスを供給受けて加圧する加圧ユニット、前記加圧ユニットを通過した加圧された蒸発ガスに含まれたオイルを除去するオイル除去部、前記オイル除去部を通過した蒸発ガスと前記圧縮部前段の蒸発ガスを熱交換する熱交換装置、前記熱交換装置を通過した蒸発ガスを減圧させる膨張バルブおよび前記膨張バルブを通過して減圧された蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する気液分離器を含む再液化ラインを含んで提供され得る。
液化ガスおよび蒸発ガスからなる燃料ガスを収容する貯蔵タンク、前記貯蔵タンクの蒸発ガスを加圧する圧縮部を具備し、前記圧縮部を通過した蒸発ガスを第1エンジンに供給する蒸発ガス供給ラインおよび前記圧縮部を通過した蒸発ガスの一部を供給受けて再液化させる再液化ラインを含み、前記再液化ラインは前記圧縮部を通過した蒸発ガスを加圧する加圧ユニットと、前記加圧ユニットを通過した蒸発ガスを冷却させる冷却部と、前記冷却部を通過して冷却された蒸発ガスを1次減圧させる第1膨張バルブと、前記第1膨張バルブを通過して気液混合状態の蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する第1気液分離器と、前記第1気液分離器で分離された気体成分を第2エンジンに供給する蒸発ガス循環ラインと、前記第1気液分離器で分離された液体成分を2次減圧させる第2膨張バルブおよび前記第2膨張バルブを通過して気液混合状態の蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する第2気液分離器を含んで提供され得る。
前記再液化ラインに供給される蒸発ガスを第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れと第2濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れとに分離するように前記再液化ライン上の前記加圧ユニットの前段に設けられる窒素分離器をさらに含んで提供され得る。
前記再液化ラインに供給される蒸発ガスに含まれたオイルを除去するオイル除去部をさらに含んで提供され得る。
前記第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定して調節する発熱量調節部をさらに含み、前記発熱量調節部は前記第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定する発熱量測定機および前記再液化ラインに供給される蒸発ガスの供給量を調節する流量調節バルブを含むものの、前記流量調節バルブは前記発熱量測定機によって測定された燃料ガスの発熱量に基づいて制御され得る。
前記オイル除去部は前記再液化ライン上の加圧ユニットの後段に設けられて提供され得る。
前記再液化ラインは前記第2気液分離器で分離された気体成分を前記貯蔵タンクまたは前記蒸発ガス供給ラインの圧縮部前段に供給する蒸発ガス回収ラインおよび前記第2気液分離器で分離された液体成分を前記貯蔵タンクに供給する液化ガス回収ラインをさらに含んで提供され得る。
前記加圧ユニットは前記圧縮部を通過した蒸発ガスを50bar〜150barで加圧するように設けられ得る。
前記窒素分離器は、メンブレンフィルタ、サイクロン(Cyclone)、ガス遠心分離機(Gas centrifuge)およびボルテックスチューブ(Vortex tube)のうち少なくとも一つを含んで提供され得る。
前記第1濃度の窒素成分は前記第2濃度の窒素成分より高濃度の窒素成分を含有することができる。
本発明の実施例による船舶の燃料ガス供給システムは蒸発ガスを効果的に処理または利用し、蒸発ガスの再液化効率を向上できる効果を有する。
本発明の実施例による船舶の燃料ガス供給システムはエネルギー効率を向上させ、単純な構造で効率的かつ安定した運用を図り得る効果を有する。
本発明の実施例による船舶の燃料ガス供給システムは蒸発ガスまたは液化ガスの取り扱い時に発生し得る組成品質の低下を防止できる効果を有する。
本発明の第1実施例による船舶の燃料ガス供給システムを示す概念図。 本発明の第2実施例による船舶の燃料ガス供給システムを示す概念図。 本発明の第3実施例による船舶の燃料ガス供給システムを示す概念図。 本発明の第4実施例による船舶の燃料ガス供給システムを示す概念図。 本発明の第5実施例による船舶の燃料ガス供給システムを示す概念図。 本発明の第6実施例による船舶の燃料ガス供給システムを示す概念図。 本発明の第7実施例による船舶の燃料ガス供給システムを示す概念図。 本発明の第8実施例による船舶の燃料ガス供給システムを示す概念図。
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。以下の実施例は本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者に本発明の思想を十分に伝達するために提示するものである。本発明はここに提示された実施例だけに限定されず、他の形態でも具体化され得る。図面は本発明を明確にするために、説明にかかわらない部分の図示は省略し、理解を助けるために構成要素の大きさは多少誇張して表現され得る。
本発明の実施例による船舶の燃料ガス供給システムに対する説明において、船舶は多様な海洋構造物を含む意味と理解され得る。船舶は液化ガスを輸送する液化ガス輸送船だけでなく、液化ガスを燃料に使って推進または発電できる多様な構造の海洋構造物を含む。また、液化ガスを燃料に使用できるものであればその形態を問わず、本発明の船舶に含まれ得る。一例として、LNG運搬船、LNG RVのような船舶をはじめとして、LNG FPSO、LNG FSRUのような海洋プラン卜などをすべて含む概念で理解されるべきである。
また、本実施例では本発明に対する理解を助けるための一例として、液化天然ガスおよびこれから発生する蒸発ガスを適用して説明したが、これに限定されるものではなく、液化エタンガス、液化炭化水素ガスなどの多様な液化ガスおよびこれから発生する蒸発ガスが適用される場合にも同じ技術的思想と理解されるべきである。
図1は本発明の第1実施例による船舶の燃料ガス供給システム1100を示す概念図である。
図1を参照すれば、本発明の第1実施例による船舶の燃料ガス供給システム1100は、貯蔵タンク1110、貯蔵タンク1110の蒸発ガスをエンジンに供給する液化ガス供給ライン1140、蒸発ガス供給ライン1120を通過する蒸発ガスの一部を再液化させる再液化ライン1130および貯蔵タンク1110の液化ガスをエンジンに供給する液化ガス供給ライン1140を含むことができる。
貯蔵タンク1110は液化天然ガスおよび蒸発ガスを収容または貯蔵するように設けられる。貯蔵タンク1110は外部の熱侵入による液化天然ガスの気化を最小化できるように断熱処理されたメンブレンタイプの貨物倉で設けられ得る。貯蔵タンク1110は天然ガスの生産地などから液化天然ガスを供給受けて収容または貯蔵して目的地に到着して荷下ろしするまで液化天然ガスおよび蒸発ガスを安定的に保管するものの、後述するように、船舶の推進用エンジンまたは船舶の発電用エンジンなどの燃料ガスに利用されるように設けられ得る。
貯蔵タンク1110は一般に断熱処理されて設置されるが、外部の熱侵入を完全に遮断することは実質的に難しいため、貯蔵タンク1110の内部には液化天然ガスが自然に気化して発生する蒸発ガスが存在する。このような蒸発ガスは、貯蔵タンク1110の内部圧力を上昇させて貯蔵タンク1110の変形および爆発などの危険が潜在されているため、蒸発ガスを貯蔵タンク1110から除去または処理する必要性がある。これに伴い、貯蔵タンク1110の内部に発生した蒸発ガスは本発明の第1実施例のように蒸発ガス供給ライン1120によってエンジンの燃料ガスに利用されるか再液化ライン1130によって再液化されて貯蔵タンク1110に再供給され得る。これとは違って、図示してはいないが、貯蔵タンク1110の上部に設けられるベントマスト(図示せず)またはGCU(Gas Combustion Unit、図示せず)に供給して蒸発ガスを追加的に処理または消耗させることもできる。
エンジンは貯蔵タンク1110に収容された液化天然ガスおよび蒸発ガスなどの燃料ガスを供給受けて船舶の推進力を発生させるか船舶の内部設備などの発電用電源を発生させることができる。エンジンは相対的に高圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第1円珍菓、相対的に低圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第2エンジンで構成され得る。一例として、第1エンジンは相対的に高圧の燃料ガスで出力を発生させることができるX−DFエンジン(約16bar)で構成され、第2エンジンは相対的に低圧の燃料ガスで出力を発生させることができるDFDEエンジン(3bar〜5bar)などで構成され得る。しかし、これに限定されず、多様な数のエンジンおよび多様な種類のエンジンが利用される場合にも同一に理解されるべきである。
蒸発ガス供給ライン1120は貯蔵タンク1110に発生した蒸発ガスをエンジンに燃料ガスとして供給するように設けられる。蒸発ガス供給ライン1120はその一端が貯蔵タンク1110の内部に連結されて設けられ、他端は後述する液化ガス供給ライン1140と合流してエンジンに連結されて設けられる。蒸発ガス供給ライン1120は貯蔵タンク1110の内部の蒸発ガスを供給受けることができるように入口側端部が貯蔵タンク1110の内部の上側に配置され得、蒸発ガスをエンジンが要求する圧力および温度条件に合わせて供給することができるように複数段のコンプレッサーを具備する圧縮部1121が設けられ得る。
圧縮部1121は蒸発ガスを圧縮するコンプレッサー1121aと圧縮されながら加熱した蒸発ガスを冷却させるクーラー1121bを含むことができる。圧縮部1121は蒸発ガス供給ライン1120上で後述する再液化ライン1130が分岐される地点の前段に設けられて蒸発ガスを加圧させることができる。また、エンジンが互いに異なる圧力条件を有する複数個のエンジンからなる場合には、図1に図示された通り、圧縮部1121の中間部位から蒸発ガス供給ラインが追加的に分岐されて第2エンジンに燃料ガスを供給するように設けられ得る。
図1では圧縮部1121が3段のコンプレッサー1121aおよびクーラー1121bからなるものと図示されているが、これは一例に過ぎず、エンジンの要求圧力条件および温度にしたがって、圧縮部1121は多様な数のコンプレッサーおよびクーラーで構成され得る。
また、蒸発ガス供給ライン1120上の圧縮部1121前段には後述する再液化ライン1130の熱交換装置1132が設置され得、これに対する詳細な説明は後述する。
再液化ライン1130は圧縮部1131を通過した蒸発ガスを追加的に加圧する加圧ユニット1131、加圧ユニット1131を通過した蒸発ガスを熱交換および冷却させる熱交換装置1132、熱交換装置を通過した蒸発ガスを減圧させる膨張バルブ1133、膨張バルブ1133を通過して再液化された蒸発ガスを収容する気液分離器1134、気液分離器1134で分離された液体成分の蒸発ガスを貯蔵タンク1110に再供給する回収ライン1135および気液分離器1134で分離された気体成分の蒸発ガスを貯蔵タンク1110または蒸発ガス供給ライン1120に供給する再循環ライン1136を具備することができる。
再液化ライン1130は蒸発ガス供給ライン1120上の圧縮部1121後段から分岐されて設けられ得る。再液化ライン1130と蒸発ガス供給ライン1120が分岐される地点には三方バルブ(図示せず)が設けられ得、三方バルブは第1エンジンまたは再液化ライン1130に供給される蒸発ガスの供給量を調節することができる。三方バルブは作業者が手動で開閉の可否および開閉程度を調節するか、制御部(図示せず)によってその作動を自動で具現することもできる。
加圧ユニット1131は圧縮部1121を通過した蒸発ガスを追加的に加圧するように設けられる。加圧ユニット1131は圧縮部1121を通過した蒸発ガスを追加的に圧縮するコンプレッサー1131aおよび圧縮されながら加熱した蒸発ガスを冷却させるクーラー1131bを具備することができる。
加圧ユニット1131は後述する熱交換装置1132および膨張バルブ1133に供給される蒸発ガスを50bar〜150barの圧力範囲で加圧するように設けられ得る。蒸発ガスを50bar〜150barの範囲で加圧した後冷却および減圧させる場合、蒸発ガスの再液化が非常に円滑に遂行され得るので、加圧ユニット1131はエンジンに供給される蒸発ガスの圧力条件とは別途に再液化効率または再液化量を向上できる圧力条件に合わせて蒸発ガスを追加的に加圧することができる。
図1では加圧ユニット1131がそれぞれ一個のコンプレッサー1131aおよびクーラー1131bで構成された場合を図示しているが、その数に限定されず、蒸発ガスを50bar〜150barの圧力範囲で加圧できるのであれば多様な数のコンプレッサーおよびクーラーを具備する場合を含む。
熱交換装置1132は、加圧ユニット1131を通過して加圧された蒸発ガスと蒸発ガス供給ライン1120を通過する圧縮部1121前段の蒸発ガスを互いに熱交換するように設けられる。加圧ユニット1131を通過した蒸発ガスはコンプレッサー1131aによって加圧されて温度が上昇した状態であるから、蒸発ガス供給ライン1120の圧縮部1121を通過する前の低温の蒸発ガスと互いに熱交換することによって再液化ライン1130を通過する加圧された蒸発ガスを冷却させることができる。このように別途の冷却装置なしに、加圧ユニット1131を通過して加圧された蒸発ガスを蒸発ガス供給ライン1120を通過する蒸発ガスと熱交換して冷却させることができるので、電源の無駄使いが防止され、設備運用の効率性を図ることができる。
膨張バルブ1133は熱交換装置1132の後段に設けられ得る。膨張バルブ1133は加圧ユニット1131および熱交換装置1132を通過して加圧および冷却された蒸発ガスを減圧して追加的に冷却および膨張させて蒸発ガスを再液化させることができる。膨張バルブ1133は一例として、ジュール−トムソンバルブ(Joule−Thomson Valve)で構成され得る。
気液分離器1134は膨張バルブ1133を通過して再液化された蒸発ガスを収容して再液化された蒸発ガスの液体成分と気体成分とを分離する。加圧された蒸発ガスが膨張バルブ1133を通過する時、ほとんどの蒸発ガスは再液化がなされるが、フラッシュガスが発生することによって再液化された蒸発ガスの気体成分が発生する可能性がある。これに伴い、気液分離器1134によって分離された再液化された蒸発ガスの液体成分は後述する回収ライン1135により貯蔵タンク1110に再供給され、分離された再液化された蒸発ガスの気体成分は後述する再循環ライン1136により貯蔵タンク1110または蒸発ガス供給ライン1120に再供給されるように設けられ得る。
回収ライン1135は気液分離器1134によって分離された蒸発ガスの液体成分を貯蔵タンク1110に再供給するように、気液分離器1134と貯蔵タンク1110を連結するように設けられ得る。回収ライン1135はその入口側端部が気液分離器1134の下側に連結されて設けられ、出口側端部が貯蔵タンク1110の内部に連結されて設けられ得る。回収ライン1135には貯蔵タンク1110に回収される再液化された蒸発ガスの供給量を調節する開閉バルブ(図示せず)が設けられ得る。
再循環ライン1136は気液分離器1134によって分離された再液化された蒸発ガスの気体成分を貯蔵タンク1110または蒸発ガス供給ライン1120に再供給するように、気液分離器1134と貯蔵タンク1110または気液分離器1134と蒸発ガス供給ライン1120を連結するように設けられ得る。図1では再循環ライン1136が気液分離器1134内部の気体成分の蒸発ガスが蒸発ガス供給ライン1120上の圧縮部1121前段に再供給するものと図示されているが、この他にも気液分離器1134から貯蔵タンク1110に再供給するか、蒸発ガス供給ライン1120および貯蔵タンク1110に共に再供給する場合を含む。
液化ガス供給ライン1140は貯蔵タンク1110に収容または貯蔵された液化天然ガスをエンジンに燃料ガスとして供給するように設けられる。液化ガス供給ライン1140はその一端が貯蔵タンク1110の内部に連結されて設けられ、他端は後述する蒸発ガス供給ライン1120と合流してエンジンに連結されて設けられ得る。液化ガス供給ライン1140の入口側端部は貯蔵タンク1110の内部の下側に配置され得、液化天然ガスをエンジン側に供給するための送出ポンプ1141が設けられ得る。
前述した通り、エンジンが相対的に高圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第1エンジンおよび相対的に低圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第2エンジンからなる場合には、液化ガス供給ライン1140は各エンジンの燃料ガス要求条件に合わせて液化天然ガスを処理することができるように第1液化ガス供給ライン1140aおよび第2液化ガス供給ライン1140bを含んで設けられ得る。
第1液化ガス供給ライン1140aは送出ポンプ1141によって送出された液化天然ガスを相対的に低圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第2エンジンに供給することができる。送出ポンプ1141が液化天然ガスを送出する過程で液化天然ガスは低圧(約3bar〜5bar)で圧縮されるので、第2エンジンがDFDEエンジンからなる場合には別途の加圧ポンプなしに、気化器1144が送出ポンプ1141によって送出された液化天然ガスを強制気化させて第2エンジンが要求する燃料条件に合わせて燃料ガスを供給することができる。
気化器1144後段には気液分離器1145が設けられ得る。第2エンジンがDFDEエンジンからなる場合には、燃料ガスが気体状態で供給されないと正常な出力を発生させることができず、エンジンの故障を防止することもできない。したがって、気化器1144を通過した液化天然ガスを気液分離器1145に供給し、気液分離器1145で気体状態の燃料ガスのみを第2エンジンに供給することによって、船舶の燃料ガス供給システム1100の信頼性を向上できる。
第2液化ガス供給ライン1140bは送出ポンプ1141によって送出された液化天然ガスを相対的に高圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第1エンジンに供給することができる。このために、第2液化ガス供給ライン1140bには液化天然ガスを圧縮する加圧ポンプ1142が設けられ得る。加圧ポンプ1142は第1エンジンが要求する燃料ガスの圧力条件に合わせて液化天然ガスを圧縮することができ、一例として、第1エンジンがX−DFエンジンからなる場合には、加圧ポンプ1142は液化天然ガスを約16barの圧力条件で圧縮させて供給することができる。加圧ポンプ1142によって圧縮された液化天然ガスは気化器1143を通過して強制気化した後、蒸発ガス供給ライン1120と合流して第1エンジンに燃料ガスとして供給され得る。
一方、加圧ポンプ1142のメンテナンスが要求されるか加圧ポンプ1142に負荷が加重されて電源を遮断しなければならない場合に、加圧ポンプ1142の電源を一時に遮断すると圧縮された液化天然ガスが加圧ポンプ1142またはその他の構成に影響を及ぼして加圧ポンプ1142の故障または安全事故などが発生する恐れがある。また、加圧ポンプ1142のメンテナンスが要求されるか加圧ポンプ1142が負荷が加重されて電源を遮断すべきであるが、エンジンの持続的な作動が要求される場合があり得る。
このために、第2液化ガス供給ライン1140bにはバイパスライン1140cが設けられ得る。バイパスライン1140cの入口側端部は第2液化ガス供給ライン1140b上の加圧ポンプ1142前段に連結され、出口側端部は第2液化ガス供給ライン1140b上の加圧ポンプ1142後段に連結されるものの、別途の加圧ポンプ1142を追加的に具備し、加圧ポンプ1142が並列に連結されるように設けられ得る。
別途の加圧ポンプ1142を具備するバイパスライン1140cにより複数個の加圧ポンプ1142が第2液化ガス供給ライン1140b上に並列に設けられるため、前述した状況でも加圧ポンプ1142およびその他の構成の故障や安全事故の発生を防止することができ、エンジンの長時間の持続的な運行を具現することができる。
以下では本発明の第2実施例による船舶の燃料ガス供給システム2100について説明する。
図2は本発明の第2実施例による船舶の燃料ガス供給システム2100を示す概念図である。
図2を参照すれば、本発明の第2実施例による船舶の燃料ガス供給システム2100は貯蔵タンク2110、貯蔵タンク2110の蒸発ガスをエンジンに供給する液化ガス供給ライン2140、蒸発ガス供給ライン2120を通過する蒸発ガスの一部を再液化させる再液化ライン2130、貯蔵タンク2110の液化ガスをエンジンに供給する液化ガス供給ライン2140、再液化ライン2130に供給される蒸発ガスを第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れと第2濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れとに分離する窒素分離器2150、エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定および調節する発熱量調節部を含んで設けられ得る。
貯蔵タンク2110は液化天然ガスおよび蒸発ガスを収容または貯蔵するように設けられる。貯蔵タンク2110は外部の熱侵入による液化天然ガスの気化を最小化できるように断熱処理されたメンブレンタイプの貨物倉で設けられ得る。貯蔵タンク2110は天然ガスの生産地などから液化天然ガスを供給受けて収容または貯蔵して目的地に到着して荷下ろしするまで液化天然ガスおよび蒸発ガスを安定的に保管するものの、後述するように、船舶の推進用エンジンまたは船舶の発電用エンジンなどの燃料ガスに利用されるように設けられ得る。
貯蔵タンク2110は一般に断熱処理されて設置されるが、外部の熱侵入を完全に遮断することは実質的に難しいため、貯蔵タンク2110の内部には液化天然ガスが自然に気化して発生する蒸発ガスが存在する。このような蒸発ガスは、貯蔵タンク2110の内部圧力を上昇させて貯蔵タンク2110の変形および爆発などの危険が潜在されているため、蒸発ガスを貯蔵タンク2110から除去または処理する必要性がある。これに伴い、貯蔵タンク2110の内部に発生した蒸発ガスは、本発明の実施例のように、蒸発ガス供給ライン2120によりエンジンの燃料ガスに利用されるか再液化ライン2130によって再液化されて貯蔵タンク2110に再供給され得る。これとは違って、図示してはいないが、貯蔵タンク2110の上部に設けられるベントマスト(図示せず)またはGCU(Gas Combustion Unit、図示せず)に供給して蒸発ガスを追加的に処理または消耗させることもできる。
エンジンは貯蔵タンク2110に収容された液化天然ガスおよび蒸発ガスなどの燃料ガスを供給受けて船舶の推進力を発生させるか船舶の内部設備などの発電用電源を発生させることができる。エンジンは相対的に高圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第1円珍菓、相対的に低圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第2エンジンで構成され得る。一例として、第1エンジンは相対的に高圧の燃料ガスで出力を発生させることができるX−DFエンジン(約16bar〜18bar)で構成され、第2エンジンは相対的に低圧の燃料ガスで出力を発生させることができるDFDEエンジン(約5bar〜8bar)などで構成され得る。しかし、これに限定されず、多様な数のエンジンおよび多様な種類のエンジンが利用される場合にも同一に理解されるべきである。
蒸発ガス供給ライン2120は貯蔵タンク2110に発生した蒸発ガスをエンジンに燃料ガスとして供給するように設けられる。蒸発ガス供給ライン2120はその一端が貯蔵タンク2110の内部に連結されて設けられ、他端は後述する液化ガス供給ライン2140と合流してエンジンに連結されて設けられる。蒸発ガス供給ライン2120は貯蔵タンク2110の内部の蒸発ガスを供給受けることができるように入口側端部が貯蔵タンク2110の内部の上側に配置され得、蒸発ガスをエンジンが要求する圧力および温度条件に合わせて供給することができるように複数段のコンプレッサーを具備する圧縮部2121が設けられ得る。
圧縮部2121は蒸発ガスを圧縮するコンプレッサー2121aと圧縮されながら加熱した蒸発ガスを冷却させるクーラー2121bを含むことができる。圧縮部2121は蒸発ガス供給ライン2120上で後述する再液化ライン2130が分岐される地点の前段に設けられて蒸発ガスを加圧させることができる。また、エンジンが互いに異なる圧力条件を有する複数個のエンジンからなる場合には、図2に図示された通り、圧縮部2121の中間部位から蒸発ガス供給ラインが追加的に分岐されて第2エンジンに燃料ガスを供給するように設けられ得る。
図2では圧縮部2121が3段のコンプレッサー2121aおよびクーラー2121bからなるものと図示されているが、これは一例に過ぎず、エンジンの要求圧力条件および温度にしたがって、圧縮部2121は多様な数のコンプレッサーおよびクーラーで構成され得る。
また、蒸発ガス供給ライン2120上の圧縮部2121前段には後述する再液化ライン2130の熱交換装置2132が設置され得、これに対する詳細な説明は後述する。
再液化ライン2130は圧縮部2131を通過した蒸発ガスを追加的に加圧する加圧ユニット2131、加圧ユニット2131を通過した蒸発ガスを熱交換および冷却させる熱交換装置2132、熱交換装置を通過した蒸発ガスを減圧させる膨張バルブ2133、膨張バルブ2133を通過して再液化された蒸発ガスを収容する気液分離器2134、気液分離器2134で分離された液体成分の蒸発ガスを貯蔵タンク2110に再供給する回収ライン2135および気液分離器2134で分離された気体成分の蒸発ガスを貯蔵タンク2110または蒸発ガス供給ライン2120に供給する再循環ライン2136を具備することができる。
再液化ライン2130は蒸発ガス供給ライン2120上の圧縮部2121後段から分岐されて設けられ得る。再液化ライン2130が蒸発ガス供給ライン2120から分岐される地点には後述する発熱量調節部の流量調節装置2161が設けられ得、これに対する詳細な説明は後述する。
加圧ユニット2131は圧縮部2121を通過した蒸発ガスを追加的に加圧するように設けられる。加圧ユニット2131は圧縮部2121を通過した蒸発ガスを追加的に圧縮するコンプレッサー2131aおよび圧縮されながら加熱した蒸発ガスを冷却させるクーラー2131bを具備することができる。
加圧ユニット2131は後述する熱交換装置2132および膨張バルブ2133に供給される蒸発ガスを50bar〜150barの圧力範囲で加圧するように設けられ得る。蒸発ガスを50bar〜150barの範囲で加圧した後冷却および減圧させる場合、蒸発ガスの再液化が非常に円滑に遂行され得るので、加圧ユニット2131はエンジンに供給される蒸発ガスの圧力条件とは別途に再液化効率または再液化量を向上できる圧力条件に合わせて蒸発ガスを追加的に加圧することができる。
図2では加圧ユニット2131がそれぞれ一個のコンプレッサー2131aおよびクーラー2131bで構成された場合を図示しているが、その数に限定されず、蒸発ガスを50bar〜150barの圧力範囲で加圧できるのであれば多様な数のコンプレッサーおよびクーラーを具備する場合を含む。
熱交換装置2132は加圧ユニット2131を通過して加圧された蒸発ガスと蒸発ガス供給ライン2120を通過する圧縮部2121前段の蒸発ガスを互いに熱交換するように設けられる。加圧ユニット2131を通過した蒸発ガスはコンプレッサー2131aによって加圧されて温度が上昇した状態であるから、蒸発ガス供給ライン2120の圧縮部2121を通過する前の低温の蒸発ガスと互いに熱交換することによって再液化ライン2130を通過する加圧された蒸発ガスを冷却させることができる。このように別途の冷却装置なしに、加圧ユニット2131を通過して加圧された蒸発ガスを蒸発ガス供給ライン2120を通過する蒸発ガスと熱交換して冷却させることができるので、電源の無駄使いが防止され、設備運用の効率性を図ることができる。
膨張バルブ2133は熱交換装置2132の後段に設けられ得る。膨張バルブ2133は加圧ユニット2131および熱交換装置2132を通過して加圧および冷却された蒸発ガスを蒸発ガスを減圧して追加的に冷却および膨張させて蒸発ガスを再液化させることができる。膨張バルブ2133は一例として、ジュール−トムソンバルブ(Joule−Thomson Valve)で構成され得る。
気液分離器2134は膨張バルブ2133を通過して再液化された蒸発ガスを収容して再液化された蒸発ガスの液体成分と気体成分とを分離する。加圧された蒸発ガスが膨張バルブ2133を通過する時、ほとんどの蒸発ガスは再液化がなされるが、フラッシュガスが発生することによって再液化された蒸発ガスの気体成分が発生する可能性がある。これに伴い、気液分離器2134によって分離された再液化された蒸発ガスの液体成分は後述する回収ライン2135により貯蔵タンク2110に再供給し、分離された再液化された蒸発ガスの気体成分は後述する再循環ライン2136により貯蔵タンク2110または蒸発ガス供給ライン2120に再供給するように設けられ得る。
回収ライン2135は気液分離器2134によって分離された蒸発ガスの液体成分を貯蔵タンク2110に再供給するように、気液分離器2134と貯蔵タンク2110を連結するように設けられ得る。回収ライン2135はその入口側端部が気液分離器2134の下側に連結されて設けられ、出口側端部が貯蔵タンク2110の内部に連結されて設けられ得る。回収ライン2135には貯蔵タンク2110に回収される再液化された蒸発ガスの供給量を調節する開閉バルブ(図示せず)が設けられ得る。
再循環ライン2136は気液分離器2134によって分離された再液化された蒸発ガスの気体成分を貯蔵タンク2110または蒸発ガス供給ライン2120に再供給するように、気液分離器2134と貯蔵タンク2110または気液分離器2134と蒸発ガス供給ライン2120を連結するように設けられ得る。図2では再循環ライン2136が気液分離器2134内部の気体成分の蒸発ガスが蒸発ガス供給ライン2120上の圧縮部2121前段に再供給するものと図示されているが、この他にも気液分離器2134から貯蔵タンク2110に再供給するか、蒸発ガス供給ライン2120および貯蔵タンク2110に共に再供給する場合を含む。
再液化ライン2130上の加圧ユニット2131前段には再液化ライン2130に供給される蒸発ガスの窒素成分を分離する窒素分離器2150が設けられ得る。これに対する詳細な説明は後述する。
液化ガス供給ライン2140は貯蔵タンク2110に収容または貯蔵された液化天然ガスをエンジンに燃料ガスとして供給するように設けられる。液化ガス供給ライン2140はその一端が貯蔵タンク2110の内部に連結されて設けられ、他端は後述する蒸発ガス供給ライン2120と合流してエンジンに連結されて設けられ得る。液化ガス供給ライン2140の入口側端部は貯蔵タンク2110の内部の下側に配置され得、液化天然ガスをエンジン側に供給するための送出ポンプ2141が設けられ得る。
前述した通り、エンジンが相対的に高圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第1エンジンおよび相対的に低圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第2エンジンからなる場合には、液化ガス供給ライン2140は各エンジンの燃料ガス要求条件に合わせて液化天然ガスを処理することができるように第1液化ガス供給ライン2140aおよび第2液化ガス供給ライン2140bを含んで設けられ得る。
第1液化ガス供給ライン2140aは送出ポンプ2141によって送出された液化天然ガスを相対的に低圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第2エンジンに供給することができる。送出ポンプ2141が液化天然ガスを送出する過程で液化天然ガスは低圧(約5bar〜8bar)で圧縮されるので、第2エンジンがDFDEエンジンからなる場合には別途の加圧ポンプなしに、気化器2144が送出ポンプ2141によって送出された液化天然ガスを強制気化させて第2エンジンが要求する燃料条件に合わせて燃料ガスを供給することができる。
気化器2144後段には気液分離器2145が設けられ得る。第2エンジンがDFDEエンジンからなる場合には、燃料ガスが気体状態で供給されないと正常な出力を発生させることができず、エンジンの故障を防止することもできない。したがって、気化器2144を通過した液化天然ガスを気液分離器2145に供給し、気液分離器2145で気体状態の燃料ガスのみを第2エンジンに供給することによって、船舶の燃料ガス供給システム2100の信頼性を向上できる。
第2液化ガス供給ライン2140bは送出ポンプ2141によって送出された液化天然ガスを相対的に高圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第1エンジンに供給することができる。このために、第2液化ガス供給ライン2140bには液化天然ガスを圧縮する加圧ポンプ2142が設けられ得る。加圧ポンプ2142は第1エンジンが要求する燃料ガスの圧力条件に合わせて液化天然ガスを圧縮することができ、一例として、第1エンジンがX−DFエンジンからなる場合には、加圧ポンプ2142は液化天然ガスを約16bar〜18barの圧力条件で圧縮させて供給することができる。加圧ポンプ2142によって圧縮された液化天然ガスは気化器2143を通過して強制気化した後、蒸発ガス供給ライン2120と合流して第1エンジンに燃料ガスとして供給され得る。
一方、加圧ポンプ2142のメンテナンスが要求されるか加圧ポンプ2142に負荷が加重されて電源を遮断しなければならない場合に、加圧ポンプ2142の電源を一時に遮断すると圧縮された液化天然ガスが加圧ポンプ2142またはその他の構成に影響を及ぼして加圧ポンプ2142の故障または安全事故などが発生する恐れがある。また、加圧ポンプ2142のメンテナンスが要求されるか加圧ポンプ2142が負荷が加重されて電源を遮断すべきであるが、エンジンの持続的な作動が要求される場合があり得る。
このために、第2液化ガス供給ライン2140bにはバイパスライン2140cが設けられ得る。バイパスライン2140cの入口側端部は第2液化ガス供給ライン2140b上の加圧ポンプ2142前段に連結され、出口側端部は第2液化ガス供給ライン2140b上の加圧ポンプ2142後段に連結されるものの、別途の加圧ポンプ2142を追加的に具備し、加圧ポンプ2142が並列に連結されるように設けられ得る。
別途の加圧ポンプ2142を具備するバイパスライン2140cにより複数個の加圧ポンプ2142が第2液化ガス供給ライン2140b上に並列に設けられるため、前述した状況でも加圧ポンプ2142およびその他の構成の故障や安全事故の発生を防止することができ、エンジンの長時間の持続的な運行を具現することができる。
窒素分離器2150は再液化ライン2130に供給される蒸発ガスに含まれた窒素成分を分離するように設けられる。
窒素分離器2150は再液化ライン2130上の加圧ユニット2131前段に設けられ得る。窒素分離器2150は再液化ライン2130に流入または供給される蒸発ガスを第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れおよび第2濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れに分類し、第1ガスの流れを蒸発ガス供給ライン2120に再合流させるか、エンジンに供給して燃料ガス利用されるようにして、第2ガスの流れはそのまま加圧ユニット2131に供給するように設けられる。
本実施例で説明する第1濃度の窒素成分および第2濃度の窒素成分はそれぞれ高濃度の窒素成分および低濃度の窒素成分を意味するものであって、第1濃度の窒素成分は第2濃度の窒素成分と比較して相対的に高濃度の窒素成分を有し、第2濃度の窒素成分は第1濃度の窒素成分と比較して相対的に低濃度の窒素成分を有する。第1濃度および第2濃度は特定数値に限定されるものではなく、第1濃度と第2濃度間の濃度差による相対的な意味と理解されるべきである。
天然ガスは主成分であるメタン(Methane)の他にもエタン(Ethane)、プロパン(Propane)、ブタン(Butane)、窒素(Nitrogen)などを含む混合物である。このうち窒素の沸点は摂氏約−195.8度であり、それ以外の成分であるメタン(沸点摂氏−161.5度)、エタン(沸点摂氏−89度)などに比べて非常に低い。これに伴い、貯蔵タンク2110の内部で自然に気化して発生する自然蒸発ガスは沸点が低い窒素成分が相対的に多く気化して窒素成分を多く含有することになる。このような蒸発ガスを再液化しようとする場合、窒素成分は沸点が低いため再液化が非常に難しく、蒸発ガスの窒素成分の濃度が増加するほど再液化効率が低下する。
そこで、窒素分離器2150が蒸発ガス供給ライン2120を経て再液化ライン2130に流入または供給される蒸発ガスに含まれた窒素成分を分離して、相対的に高濃度である第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れは蒸発ガス再供給ライン2151を通じて蒸発ガス供給ライン2120に再合流させるかエンジンの燃料ガスとして供給して窒素成分を消耗させるものの、相対的に低濃度である第2濃度の窒素成分はそのまま再液化ライン2130を経て再液化工程を経るようにすることによって、再液化ライン2130の再液化性能および効率を向上できる。
窒素分離器2150はメンブレンフィルタ、サイクロン、ガス遠心分離機またはボルテックスチューブのうち少なくともいずれか一つを含んで設けられ得る。
メンブレンフィルターは窒素成分との親和度が高い物質を具備し、加圧された蒸発ガスがその圧力によってメンブレンフィルターを通過することによって、窒素成分を高濃度で含有する第1ガスの流れがメンブレンフィルターによってろ過されて蒸発ガス再供給ライン2151を通じて蒸発ガス供給ライン2120または第1エンジンに供給され、メタンなどの窒素以外の成分を高濃度で含有する第2ガスの流れはそのまま通過して再液化ライン2130の加圧ユニット2131に供給され得る。
サイクロン(Cyclone)は窒素分離器2150に供給される蒸発ガスを旋回する流れに形成して、蒸発ガスに遠心力を作用させて窒素成分とメタン、エタンなどの窒素以外の成分を分離して相対的に高濃度である第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れおよび相対的に低濃度である第2濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れとに分離することができる。
ガス遠心分離機(Gas centrifuge)は混合気体状態である加圧された蒸発ガスの一部を遠心分離法によってその成分を分離するように設けられる。ガス遠心分離機は窒素分離器2150に供給される蒸発ガスを遠心力を利用して窒素成分と窒素以外の成分で分離して、蒸発ガスを第1ガスの流れおよび第2ガスの流れに分離することができる。
ボルテックスチューブ(Vortex tube)は狭い管を具備し、狭い管内部の接線型に高圧の気体を供給して高温の気流と低温の気流を分離する装置である。窒素分離器2150がボルテックスチューブからなる場合には、蒸発ガスをボルテックスチューブの内部に供給して相対的に沸点が低い低温の窒素成分と、相対的に沸点が高いメタン、エタンなどの窒素以外の成分を分離することによって、蒸発ガスを第1ガスの流れおよび第2ガスの流れに分離することができる。
このように窒素分離器2150がメンブレンフィルタ、サイクロン、ガス遠心分離機またはボルテックスチューブのうち少なくともいずれか一つを含んで設けられることによって、再液化ライン2130に供給される蒸発ガスを窒素成分の濃度により第1ガスの流れおよび第2ガスの流れに分離して、このうち低濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れを再液化ライン2130に通過させて再液化工程を遂行するように設けることによって、再液化ライン2130の再液化効率を向上できる。これとともに、高濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れは蒸発ガス再供給ライン2151を通じて蒸発ガス供給ライン2120に再合流させるか、エンジンに直接供給して燃料ガス炉消費することによって、燃料ガスシステム2100内の総窒素含量を漸進的に下げて設備運用の効率性を図ることができる。
図2では蒸発ガス再供給ライン2151の出口側端部が蒸発ガス供給ライン2120に再合流するものと図示されているが、エンジンに直接供給される場合など、出口側端部の位置は多様に変更され得る。
発熱量調節部はエンジン、特に第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定および調節するように設けられる。
発熱量(Heating Value)とは、単位質量の燃料ガスが完全燃焼した時に放出する熱量を意味する。天然ガスのうちメタン、ブタンおよびプロパンは相対的に発熱量が高いため燃料ガスの発熱量を上昇させる成分(メタンの発熱量:約12,000kcal/kg、ブータンの発熱量:約11,863kcal/kg、プロパンの発熱量:約2,000kcal/kg)である反面、窒素の発熱量は非常に低いため(窒素の発熱量:約60kcal/kg)、窒素成分の絶対的な含量または濃度が高いほど燃料ガスの総発熱量は低くなる。この時エンジンに供給される燃料ガスの総発熱量が過度に低いためエンジンが要求する最小条件発熱量を満たすことができない場合にはエンジンの出力に影響を及ぼし、エンジンに不要な負荷を発生させる原因となる。
前述した通り、再液化ライン2130の再液化効率上昇のために、窒素分離器2150が再液化ライン2130に流入または供給された蒸発ガスのうち低濃度である第2濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れは再液化ライン2130に通過させ、高濃度である第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れは取り除いて蒸発ガス供給ライン2120またはエンジンに供給するところ、第1ガスの流れに含まれる高濃度の窒素成分によって第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量が第1エンジンが要求する条件発熱量より低くなる恐れがある。
図2を参照すれば、本発明の第2実施例による船舶の燃料ガス供給システム2100の発熱量調節部は、第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定または算出する発熱量測定機2160および再液化ライン2130に供給される蒸発ガスの供給量を調節する流量調節装置2161を含んで設けられ得る。
発熱量測定機2160は、蒸発ガス供給ライン2120および蒸発ガス再供給ライン2151を通じて第1エンジンに供給される蒸発ガスおよび第1ガスの流れを含んだ燃料ガスの発熱量をリアルタイムで測定することができる。発熱量測定機2160は、ディスプレイなどからなる表示部(図示せず)に測定された燃料ガスの発熱量情報を伝送して船舶の搭乗者にこれを通知するか、測定された燃料ガスの発熱量情報を制御部(図示せず)に伝送し、制御部は既入力された第1エンジンの条件発熱量と発熱量測定機2160から伝送された燃料ガスの発熱量情報を比較分析して後述する流量調節装置2161の開閉程度を制御することができる。
流量調節装置2161は蒸発ガス供給ライン2120から再液化ライン2130が分岐される地点に設けられ得る。流量調節装置2161は一例として、三方バルブ(3 Way valve)で構成されて再液化ライン2130に供給される蒸発ガスの供給量を調節することができるが、これに限定されるものではない。流量調節装置2161は発熱量測定機2160によって測定された燃料ガスの発熱量情報および第1エンジンの条件発熱量情報に基づいて作業者による手動または制御部によって自動的にその開閉程度が調節され得る。
一例として、発熱量測定機2160が測定した燃料ガスの発熱量が第1エンジンの条件発熱量より小さい場合、流量調節装置2161が再液化ライン2130に供給される蒸発ガスの供給量を減少させ、蒸発ガス供給ライン2120に沿って第1エンジンに直に供給される蒸発ガスの供給量は増加させるように開閉作動され得る。したがって、再液化ライン2130に設置される窒素分離器2150を経て蒸発ガス再供給ライン2151に供給される第1ガスの流れの流量が減少するにつれて、第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を増加させることができる。
これとは反対に、発熱量測定機2160が測定した燃料ガスの発熱量が第1エンジンの条件発熱量を上回るか十分に満足させる場合には、流量調節装置2161が再液化ライン2130に供給される蒸発ガスの供給量を増加させ、蒸発ガス供給ライン2120に沿って第1エンジンに供給される蒸発ガスの供給量は減少させるように開閉作動され得る。したがって、再液化ライン2130に流入して窒素分離器2150を経て蒸発ガス再供給ライン2151に供給される第1ガスの流れの流量が増加して燃料ガスの発熱量を適正水準に調節するとともに、再液化ライン2130の加圧ユニット2131に供給される低濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れの流量を増加して蒸発ガスの再液化量を増加させることができる。
以下では本発明の第3実施例による船舶の燃料ガス供給システム2200について説明する。
以下で説明する本発明の第3実施例による船舶の燃料ガス供給システム2200に対する説明において、別途の図面番号を付して追加的に説明する場合を除いては前述した本発明の第2実施例による船舶の燃料ガス供給システム2100に対する説明と同じであり、内容の重複を防止するために説明を省略する。
本発明の第3実施例による船舶の燃料ガス供給システム2200の発熱量調節部は第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定または算出する発熱量測定機2260と、再液化ライン2130上の窒素分離器2150前段の蒸発ガスを窒素分離器2150後段に循環させる発熱量調節ライン2261および発熱量調節ライン2261に設けられる流量調節バルブ2262を含んで設けられ得る。
発熱量測定機2260は蒸発ガス供給ライン2120および蒸発ガス再供給ライン2151を通じて第1エンジンに供給される蒸発ガスおよび第1ガスの流れを含んだ燃料ガスの発熱量をリアルタイムで測定することができる。発熱量測定機2260はディスプレイなどからなる表示部(図示せず)に測定された燃料ガスの発熱量情報を伝送して船舶の搭乗者にこれを通知するか、測定された燃料ガスの発熱量情報を制御部(図示せず)に伝送し、制御部は既入力された第1エンジンの条件発熱量と発熱量測定機2260から伝送された燃料ガスの発熱量情報を比較分析して後述する発熱量調節ライン2261に設けられる流量調節バルブ2262の開閉程度を制御することができる。
発熱量調節ライン2261は再液化ライン2130に流入または供給された蒸発ガスのうち窒素分離器2150前段の蒸発ガスを窒素分離器2150後段に直に供給するように設けられる。このために、発熱量調節ライン2261は入口側端部が再液化ライン2130上の窒素分離器2150前段に連結されて出口側端部が再液化ライン2130上の窒素分離器2150後段に連結されるように設けられる。発熱量調節ライン2261は再液化ライン2130に流入または供給された蒸発ガスのうち一部を窒素分離器2150を経ずに直接再液化ライン2130の加圧ユニット2131に供給するように設けられ、窒素分離器2150で分離される第1ガスの流れの流量を減少させて第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を上昇させることができる。これに対する詳細な説明は後述する。
流量調節バルブ2262は発熱量調節ライン2261に設けられて発熱量調節ライン2261に沿って移送される蒸発ガスの供給量を調節するように設けられる。流量調節バルブ2262は発熱量測定機2260によって測定された燃料ガスの発熱量情報および第1エンジンの条件発熱量情報に基づいて作業者による手動または制御部(図示せず)により自動的にその開閉程度が調節され得る。
一例として、発熱量測定機2260が測定した燃料ガスの発熱量が第1エンジンの条件発熱量より小さい場合、流量調節バルブ2262は発熱量調節ライン2261に沿って移送される蒸発ガスの供給量を増加させるように開放され得る。発熱量調節ライン2261に沿って移送される蒸発ガスの供給量が増加するとともに、再液化ライン2130上の窒素分離器2150に供給される蒸発ガスの流量は相対的に減少することになって、これに伴い、窒素分離器2150で分離して蒸発ガス再供給ライン2151に沿って移送される高濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れの供給量も減少する。したがって、第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を増加させることができる。
これとは反対に、発熱量測定機2260が測定した燃料ガスの発熱量が第1エンジンの条件発熱量を上回るか十分に満足させる場合には、流量調節バルブ2262は発熱量調節ライン2261に沿って移送される蒸発ガスの供給量を減少させるように閉鎖され得る。燃料ガスの発熱量が第1エンジンの条件発熱量を十分に満足させる場合には、再液化ライン2130に流入した蒸発ガスを窒素分離器2150を経るようにして、高濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れの流量を増加させて窒素成分を効果的に消耗および処理することができる。
以下では本発明の第4実施例による船舶の燃料ガス供給システム2300について説明する。
以下で説明する本発明の第4実施例による船舶の燃料ガス供給システム2300に対する説明において、別途の図面番号を付して追加的に説明する場合を除いては前述した本発明の第2実施例による船舶の燃料ガス供給システム2100に対する説明と同じであり、内容の重複を防止するために説明を省略する。
本発明の第4実施例による船舶の燃料ガス供給システム2300の発熱量調節部は第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定または算出する発熱量測定機2360と、窒素分離器2150によって分離された第1ガスの流れの一部を窒素分離器2150後段に循環させる発熱量調節ライン2361および発熱量調節ライン2361に設けられる流量調節バルブ2362を含んで設けられ得る。
発熱量測定機2360は蒸発ガス供給ライン2120および蒸発ガス再供給ライン2151を通じて第1エンジンに供給される蒸発ガスおよび第1ガスの流れを含んだ燃料ガスの発熱量をリアルタイムで測定することができる。発熱量測定機2260はディスプレイなどからなる表示部(図示せず)に測定された燃料ガスの発熱量情報を伝送して船舶の搭乗者にこれを通知するか、測定された燃料ガスの発熱量情報を制御部(図示せず)に伝送し、制御部は既入力された第1エンジンの条件発熱量と発熱量測定機2360から伝送された燃料ガスの発熱量情報を比較分析して後述する発熱量調節ライン2361に設けられる流量調節バルブ2362の開閉程度を制御することができる。
発熱量調節ライン2361は窒素分離器2150によって分離された高濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れの一部を再液化ライン2130上の窒素分離器2150後段に循環させるように設けられる。このために、発熱量調節ライン2361は入口側端部が第1ガスの流れが移送される蒸発ガス再供給ライン2151に連結され、出口側端部が再液化ライン2130上の窒素分離器2150後段に連結されるように設けられる。発熱量調節ライン2361は蒸発ガス再供給ライン2151に沿って移送される高濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れの一部を再液化ライン2130側に循環させるように設けられ、第1エンジンに供給される第1ガスの流れの流量を減少させて第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を上昇させることができる。これに対する詳細な説明は後述する。
流量調節バルブ2362は発熱量調節ライン2361に設けられて発熱量調節ライン2361に沿って移送される第1ガスの流れの供給量を調節するように設けられる。流量調節バルブ2362は発熱量測定機2360によって測定された燃料ガスの発熱量情報および第1エンジンの条件発熱量情報に基づいて作業者による手動または制御部(図示せず)により自動的にその開閉程度が調節され得る。
一例として、発熱量測定機2360が測定した燃料ガスの発熱量が第1エンジンの条件発熱量より小さい場合、流量調節バルブ2362は発熱量調節ライン2361に沿って移送される第1ガスの流れの供給量を増加させるように開放され得る。発熱量調節ライン2361に沿って移送される第1ガスの流れの供給量が増加するとともに、蒸発ガス再供給ライン2151に沿って移送される第1ガスの流れの供給量は相対的に減少するので、その結果、第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を増加させることができる。
これとは反対に、発熱量測定機2360が測定した燃料ガスの発熱量が第1エンジンの条件発熱量を上回るか十分に満足させる場合には、流量調節バルブ2362は発熱量調節ライン2361に沿って移送される第1ガスの流れの供給量を減少させるように閉鎖され得る。燃料ガスの発熱量が第1エンジンの条件発熱量を十分に満足させる場合には、窒素分離器2150によって分離された高濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れを蒸発ガス再供給ライン2151に多く移送されるようにして、第1エンジンの燃料ガスとして消耗されるようにすることによって窒素成分を効果的に消耗および処理することができる。
以下では本発明の第5実施例による船舶の燃料ガス供給システム3100について説明する。
図5は本発明の第5実施例による船舶の燃料ガス供給システム3100を示す概念図である。
図5を参照すれば、本発明の第5実施例による船舶の燃料ガス供給システム3100は貯蔵タンク3110、貯蔵タンク3110の蒸発ガスをエンジンに供給する液化ガス供給ライン3140、蒸発ガス供給ライン3120を通過する蒸発ガスの一部を再液化させる再液化ライン3130、貯蔵タンク3110の液化ガスをエンジンに供給する液化ガス供給ライン3140および再液化ライン3130に供給される蒸発ガスに含まれたオイルを除去するオイル除去部3150を含むことができる。
貯蔵タンク3110は液化天然ガスおよび蒸発ガスを収容または貯蔵するように設けられる。貯蔵タンク3110は外部の熱侵入による液化天然ガスの気化を最小化できるように断熱処理されたメンブレンタイプの貨物倉で設けられ得る。貯蔵タンク3110は天然ガスの生産地などから液化天然ガスを供給受けて収容または貯蔵して目的地に到着して荷下ろしするまで液化天然ガスおよび蒸発ガスを安定的に保管するものの、後述するように、船舶の推進用エンジンまたは船舶の発電用エンジンなどの燃料ガスに利用されるように設けられ得る。
貯蔵タンク3110は一般に断熱処理されて設置されるが、外部の熱侵入を完全に遮断することは実質的に難しいため、貯蔵タンク3110の内部には液化天然ガスが自然に気化して発生する蒸発ガスが存在する。このような蒸発ガスは、貯蔵タンク3110の内部圧力を上昇させて貯蔵タンク3110の変形および爆発などの危険が潜在されているため、蒸発ガスを貯蔵タンク3110から除去または処理する必要性がある。これに伴い、貯蔵タンク3110の内部に発生した蒸発ガスは本発明の第5実施例のように蒸発ガス供給ライン3120によりエンジンの燃料ガスに利用されるか再液化ライン3130によって再液化されて貯蔵タンク3110に再供給され得る。これとは違って、図示してはいないが、貯蔵タンク3110の上部に設けられるベントマスト(図示せず)またはGCU(Gas Combustion Unit、図示せず)に供給して蒸発ガスを追加的に処理または消耗させることもできる。
エンジンは貯蔵タンク3110に収容された液化天然ガスおよび蒸発ガスなどの燃料ガスを供給受けて船舶の推進力を発生させるか船舶の内部設備などの発電用電源を発生させることができる。エンジンは相対的に高圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第1円珍菓、相対的に低圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第2エンジンで構成され得る。一例として、第1エンジンは相対的に高圧の燃料ガスで出力を発生させることができるX−DFエンジン(約16bar〜18bar)で構成され、第2エンジンは相対的に低圧の燃料ガスで出力を発生させることができるDFDEエンジン(約5bar〜8bar)などで構成され得る。しかし、これに限定されず、多様な数のエンジンおよび多様な種類のエンジンが利用される場合にも同一に理解されるべきである。
蒸発ガス供給ライン3120は貯蔵タンク3110に発生した蒸発ガスをエンジンに燃料ガスとして供給するように設けられる。蒸発ガス供給ライン3120はその一端が貯蔵タンク3110の内部に連結されて設けられ、他端は後述する液化ガス供給ライン3140と合流してエンジンに連結されて設けられる。蒸発ガス供給ライン3120は貯蔵タンク3110の内部の蒸発ガスを供給受けることができるように入口側端部が貯蔵タンク3110の内部の上側に配置され得、蒸発ガスをエンジンが要求する圧力および温度条件に合わせて供給することができるように複数段のコンプレッサーを具備する圧縮部3121が設けられ得る。
圧縮部3121は蒸発ガスを圧縮するコンプレッサー3121aと圧縮されながら加熱した蒸発ガスを冷却させるクーラー3121bを含むことができる。圧縮部3121は蒸発ガス供給ライン3120上で後述する再液化ライン3130が分岐される地点の前段に設けられて蒸発ガスを加圧させることができる。また、エンジンが互いに異なる圧力条件を有する複数個のエンジンからなる場合には、図5に図示された通り、圧縮部3121の中間部位から蒸発ガス供給ラインが追加的に分岐されて第2エンジンに燃料ガスを供給するように設けられ得る。
図5では圧縮部3121が3段のコンプレッサー3121aおよびクーラー3121bからなるものと図示されているが、これは一例に過ぎず、エンジンの要求圧力条件および温度にしたがって、圧縮部3121は多様な数のコンプレッサーおよびクーラーで構成され得る。
また、蒸発ガス供給ライン3120上の圧縮部3121前段には後述する再液化ライン3130の熱交換装置3132が設置され得、これに対する詳細な説明は後述する。
再液化ライン3130は圧縮部3131を通過した蒸発ガスを追加的に加圧する加圧ユニット3131、加圧ユニット3131を通過した蒸発ガスを熱交換および冷却させる熱交換装置3132、熱交換装置を通過した蒸発ガスを減圧させる膨張バルブ3133、膨張バルブ3133を通過して再液化された蒸発ガスを収容する気液分離器3134、気液分離器3134で分離された液体成分の蒸発ガスを貯蔵タンク3110に再供給する回収ライン3135および気液分離器3134で分離された気体成分の蒸発ガスを貯蔵タンク3110または蒸発ガス供給ライン3120に供給する再循環ライン3136を具備することができる。
再液化ライン3130は蒸発ガス供給ライン3120上の圧縮部3121後段から分岐されて設けられ得る。再液化ライン3130と蒸発ガス供給ライン3120が分岐される地点には三方バルブ(図示せず)が設けられ得、三方バルブは第1エンジンまたは再液化ライン3130に供給される蒸発ガスの供給量を調節することができる。三方バルブは作業者が手動で開閉の可否および開閉程度を調節するか、制御部(図示せず)によってその作動を自動で具現することもできる。
加圧ユニット3131は圧縮部3121を通過した蒸発ガスを追加的に加圧するように設けられる。加圧ユニット3131は圧縮部3121を通過した蒸発ガスを追加的に圧縮するコンプレッサー3131aおよび圧縮されながら加熱した蒸発ガスを冷却させるクーラー3131bを具備することができる。
加圧ユニット3131は後述する熱交換装置3132および膨張バルブ3133に供給される蒸発ガスを50bar〜150barの圧力範囲で加圧するように設けられ得る。蒸発ガスを50bar〜150barの範囲で加圧した後冷却および減圧させる場合、蒸発ガスの再液化が非常に円滑に遂行され得るので、加圧ユニット3131はエンジンに供給される蒸発ガスの圧力条件とは別途に再液化効率または再液化量を向上できる圧力条件に合わせて蒸発ガスを追加的に加圧することができる。
図5では加圧ユニット3131がそれぞれ一個のコンプレッサー3131aおよびクーラー3131bで構成された場合を図示しているが、その数に限定されず、蒸発ガスを50bar〜150barの圧力範囲で加圧できるのであれば多様な数のコンプレッサーおよびクーラーを具備する場合を含む。
熱交換装置3132は加圧ユニット3131を通過して加圧された蒸発ガスと蒸発ガス供給ライン3120を通過する圧縮部3121前段の蒸発ガスを互いに熱交換するように設けられる。加圧ユニット3131を通過した蒸発ガスはコンプレッサー3131aによって加圧されて温度が上昇した状態であるから、蒸発ガス供給ライン3120の圧縮部3121を通過する前の低温の蒸発ガスと互いに熱交換することによって再液化ライン3130を通過する加圧された蒸発ガスを冷却させることができる。このように別途の冷却装置なしに、加圧ユニット3131を通過して加圧された蒸発ガスを蒸発ガス供給ライン3120を通過する蒸発ガスと熱交換して冷却させることができるので、電源の無駄使いが防止され、設備運用の効率性を図ることができる。
膨張バルブ3133は熱交換装置3132の後段に設けられ得る。膨張バルブ3133は加圧ユニット3131および熱交換装置3132を通過して加圧および冷却された蒸発ガスを蒸発ガスを減圧して追加的に冷却および膨張させて蒸発ガスを再液化させることができる。膨張バルブ3133は一例として、ジュール−トムソンバルブ(Joule−Thomson Valve)で構成され得る。
気液分離器3134は膨張バルブ3133を通過して再液化された蒸発ガスを収容して再液化された蒸発ガスの液体成分と気体成分とを分離する。加圧された蒸発ガスが膨張バルブ3133を通過する時、ほとんどの蒸発ガスは再液化がなされるが、フラッシュガスが発生することによって再液化された蒸発ガスの気体成分が発生する可能性がある。これに伴い、気液分離器3134によって分離された再液化された蒸発ガスの液体成分は後述する回収ライン3135により貯蔵タンク3110に再供給し、分離された再液化された蒸発ガスの気体成分は後述する再循環ライン3136により貯蔵タンク3110または蒸発ガス供給ライン3120に再供給するように設けられ得る。
回収ライン3135は気液分離器3134によって分離された蒸発ガスの液体成分を貯蔵タンク3110に再供給するように、気液分離器3134と貯蔵タンク3110を連結するように設けられ得る。回収ライン3135はその入口側端部が気液分離器3134の下側に連結されて設けられ、出口側端部が貯蔵タンク3110の内部に連結されて設けられ得る。回収ライン3135には貯蔵タンク3110に回収される再液化された蒸発ガスの供給量を調節する開閉バルブ(図示せず)が設けられ得る。
再循環ライン3136は気液分離器3134によって分離された再液化された蒸発ガスの気体成分を貯蔵タンク3110または蒸発ガス供給ライン3120に再供給するように、気液分離器3134と貯蔵タンク3110または気液分離器3134と蒸発ガス供給ライン3120を連結するように設けられ得る。図5では再循環ライン3136が気液分離器3134内部の気体成分の蒸発ガスが蒸発ガス供給ライン3120上の圧縮部3121前段に再供給するものと図示されているが、この他にも気液分離器3134から貯蔵タンク3110に再供給するか、蒸発ガス供給ライン3120および貯蔵タンク3110に共に再供給する場合を含む。
液化ガス供給ライン3140は貯蔵タンク3110に収容または貯蔵された液化天然ガスをエンジンに燃料ガスとして供給するように設けられる。液化ガス供給ライン3140はその一端が貯蔵タンク3110の内部に連結されて設けられ、他端は後述する蒸発ガス供給ライン3120と合流してエンジンに連結されて設けられ得る。液化ガス供給ライン3140の入口側端部は貯蔵タンク3110の内部の下側に配置され得、液化天然ガスをエンジン側に供給するための送出ポンプ3141が設けられ得る。
前述した通り、エンジンが相対的に高圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第1エンジンおよび相対的に低圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第2エンジンからなる場合には、液化ガス供給ライン3140は各エンジンの燃料ガス要求条件に合わせて液化天然ガスを処理することができるように第1液化ガス供給ライン3140aおよび第2液化ガス供給ライン3140bを含んで設けられ得る。
第1液化ガス供給ライン3140aは送出ポンプ3141によって送出された液化天然ガスを相対的に低圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第2エンジンに供給することができる。送出ポンプ3141が液化天然ガスを送出する過程で液化天然ガスは低圧(約5bar〜8bar)で圧縮されるので、第2エンジンがDFDEエンジンからなる場合には別途の加圧ポンプなしに、気化器3144が送出ポンプ3141によって送出された液化天然ガスを強制気化させて第2エンジンが要求する燃料条件に合わせて燃料ガスを供給することができる。
気化器3144後段には気液分離器3145が設けられ得る。第2エンジンがDFDEエンジンからなる場合には、燃料ガスが気体状態で供給されないと正常な出力を発生させることができず、エンジンの故障を防止することもできない。したがって、気化器3144を通過した液化天然ガスを気液分離器3145に供給し、気液分離器3145で気体状態の燃料ガスのみを第2エンジンに供給することによって、船舶の燃料ガス供給システム3100の信頼性を向上できる。
第2液化ガス供給ライン3140bは送出ポンプ3141によって送出された液化天然ガスを相対的に高圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第1エンジンに供給することができる。このために、第2液化ガス供給ライン3140bには液化天然ガスを圧縮する加圧ポンプ3142が設けられ得る。加圧ポンプ3142は第1エンジンが要求する燃料ガスの圧力条件に合わせて液化天然ガスを圧縮することができ、一例として、第1エンジンがX−DFエンジンからなる場合には、加圧ポンプ3142は液化天然ガスを約16bar〜18barの圧力条件で圧縮させて供給することができる。加圧ポンプ3142によって圧縮された液化天然ガスは気化器3143を通過して強制気化した後、蒸発ガス供給ライン3120と合流して第1エンジンに燃料ガスとして供給され得る。
一方、加圧ポンプ3142のメンテナンスが要求されるか加圧ポンプ3142に負荷が加重されて電源を遮断しなければならない場合に、加圧ポンプ3142の電源を一時に遮断すると圧縮された液化天然ガスが加圧ポンプ3142またはその他の構成に影響を及ぼして加圧ポンプ3142の故障または安全事故などが発生する恐れがある。また、加圧ポンプ3142のメンテナンスが要求されるか加圧ポンプ3142が負荷が加重されて電源を遮断すべきであるが、エンジンの持続的な作動が要求される場合があり得る。
このために、第2液化ガス供給ライン3140bにはバイパスライン3140cが設けられ得る。バイパスライン3140cの入口側端部は第2液化ガス供給ライン3140b上の加圧ポンプ3142前段に連結され、出口側端部は第2液化ガス供給ライン3140b上の加圧ポンプ3142後段に連結されるものの、別途の加圧ポンプ3142を追加的に具備し、加圧ポンプ3142が並列に連結されるように設けられ得る。
別途の加圧ポンプ3142を具備するバイパスライン3140cにより複数個の加圧ポンプ3142が第2液化ガス供給ライン3140b上に並列に設けられるため、前述した状況でも加圧ポンプ3142およびその他の構成の故障や安全事故の発生を防止することができ、エンジンの長時間の持続的な運行を具現することができる。
オイル除去部3150は再液化ライン3130に流入または供給される蒸発ガスに含まれたオイルを除去するように設けられる。
蒸発ガス供給ライン3120の圧縮部3121および再液化ライン3130の加圧ユニット3131に備わるコンプレッサー3121a、131aは運用時潤滑油(Lubrication Oil)などのオイルが利用される。このようなオイルはコンプレッサーの円滑な作動および効果的な加圧工程を助けるか、蒸発ガスの加圧工程時蒸発ガスに混ざり合って再液化ラインなどのカン私のまたは膨張バルブなどの設備内に蓄積されて蒸発ガスの円滑な移送を妨害するか設備故障の原因となる恐れがあって、特に再液化された蒸発ガスの組成品質を低下させる問題点がある。
そこで、オイル除去部3150が再液化ライン3130上の加圧ユニット3131後段に設けられ、圧縮部3121および加圧ユニット3131のコンプレッサー3121a、131aを経ながら蒸発ガスに含まれた潤滑油などのオイルを除去することができる。したがって、船舶の燃料ガス供給システム3100の円滑な作動および設備運用の安定性を図るとともに、蒸発ガスおよび液化天然ガスの組成品質を向上できる。オイル除去部3150はフィルタまたはろ過膜などを含むことができるが、これに限定されるものではなく、多様な方式または形式の装置で構成され得る。
図6は本発明の第6実施例による船舶の燃料ガス供給システム4100を示す概念図である。
図6を参照すれば、本発明の第6実施例による船舶の燃料ガス供給システム4100は貯蔵タンク4110、貯蔵タンク4110の蒸発ガスをエンジンに供給する液化ガス供給ライン4140、蒸発ガス供給ライン4120を通過する蒸発ガスの一部を再液化させる再液化ライン4130および貯蔵タンク4110の液化ガスをエンジンに供給する液化ガス供給ライン4140を含むことができる。
貯蔵タンク4110は液化天然ガスおよび蒸発ガスを収容または貯蔵するように設けられる。貯蔵タンク4110は外部の熱侵入による液化天然ガスの気化を最小化できるように断熱処理されたメンブレンタイプの貨物倉で設けられ得る。貯蔵タンク4110は天然ガスの生産地などから液化天然ガスを供給受けて収容または貯蔵して目的地に到着して荷下ろしするまで液化天然ガスおよび蒸発ガスを安定的に保管するものの、後述するように、船舶の推進用エンジンまたは船舶の発電用エンジンなどの燃料ガスに利用されるように設けられ得る。
貯蔵タンク4110は一般に断熱処理されて設置されるが、外部の熱侵入を完全に遮断することは実質的に難しいため、貯蔵タンク4110の内部には液化天然ガスが自然に気化して発生する蒸発ガスが存在する。このような蒸発ガスは、貯蔵タンク4110の内部圧力を上昇させて貯蔵タンク4110の変形および爆発などの危険が潜在されているため、蒸発ガスを貯蔵タンク4110から除去または処理する必要性がある。これに伴い、貯蔵タンク4110の内部に発生した蒸発ガスは、本発明の実施例のように、蒸発ガス供給ライン4120によりエンジンの燃料ガスに利用されるか再液化ライン4130によって再液化されて貯蔵タンク4110に再供給され得る。これとは違って、図示してはいないが、貯蔵タンク4110の上部に設けられるベントマスト(図示せず)またはGCU(Gas Combustion Unit、図示せず)に供給して蒸発ガスを追加的に処理または消耗させることもできる。
エンジンは貯蔵タンク4110に収容された液化天然ガスおよび蒸発ガスなどの燃料ガスを供給受けて船舶の推進力を発生させるか船舶の内部設備などの発電用電源を発生させることができる。エンジンは相対的に高圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第1円珍菓、相対的に低圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第2エンジンで構成され得る。一例として、第1エンジンは相対的に高圧の燃料ガスで出力を発生させることができるX−DFエンジン(約16bar〜18bar)で構成され、第2エンジンは相対的に低圧の燃料ガスで出力を発生させることができるDFDEエンジン(約5bar〜8bar)などで構成され得る。しかし、これに限定されず、多様な数のエンジンおよび多様な種類のエンジンが利用される場合にも同一に理解されるべきである。
蒸発ガス供給ライン4120は貯蔵タンク4110に発生した蒸発ガスを第1エンジンに燃料ガスとして供給するように設けられる。蒸発ガス供給ライン4120はその一端が貯蔵タンク4110の内部に連結されて設けられ、他端は後述する液化ガス供給ライン4140と合流して第1エンジンに連結されて設けられる。蒸発ガス供給ライン4120は貯蔵タンク4110の内部の蒸発ガスを供給受けることができるように入口側端部が貯蔵タンク4110の内部の上側に配置され得、蒸発ガスをエンジンが要求する圧力および温度条件に合わせて供給することができるように複数段のコンプレッサーを具備する圧縮部4121が設けられ得る。
圧縮部4121は蒸発ガスを圧縮するコンプレッサー4121aと圧縮されながら加熱した蒸発ガスを冷却させるクーラー4121bを含むことができる。圧縮部4121は蒸発ガス供給ライン4120上で後述する再液化ライン4130が分岐される地点の前段に設けられて蒸発ガスを加圧させることができる。また、エンジンが互いに異なる圧力条件を有する複数個のエンジンからなる場合には、図6に図示された通り、圧縮部4121の中間部位から蒸発ガス供給ラインが追加的に分岐されて第2エンジンに燃料ガスを供給するように設けられ得る。
図6では圧縮部4121が3段のコンプレッサー4121aおよびクーラー4121bからなるものと図示されているが、これは一例に過ぎず、エンジンの要求圧力条件および温度にしたがって、圧縮部4121は多様な数のコンプレッサーおよびクーラーで構成され得る。
また、蒸発ガス供給ライン4120上の圧縮部4121前段には後述する再液化ライン4130の冷却部4132が設置され得、これに対する詳細な説明は後述する。
再液化ライン4130は圧縮部4131を通過した蒸発ガスを追加的に加圧する加圧ユニット4131、加圧ユニット4131を通過した蒸発ガスを冷却させる冷却部4132、冷却部4132を通過した蒸発ガスを一次的に減圧させる第1膨張バルブ4133、第1膨張バルブ4133を通過して気液混合状態の蒸発ガスを収容する第1気液分離器4134、第1気液分離器4134で分離された気体成分を第2エンジンに供給する蒸発ガス循環ライン4135、第1気液分離器4134で分離された液体成分を2次的に減圧させる第2膨張バルブ4136、第2膨張バルブ4136を通過して気液混合状態の蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する第2気液分離器4137、第2気液分離器4137で分離された気体成分を貯蔵タンク4110または蒸発ガス供給ライン4120に供給する蒸発ガス回収ライン4138および第2気液分離器4137で分離された液体成分を貯蔵タンク4110に再供給する液化ガス回収ライン4139を含んで設けられ得る。
再液化ライン4130は蒸発ガス供給ライン4120上の圧縮部4121後段から分岐されて設けられ得る。再液化ライン4130が蒸発ガス供給ライン4120から分岐される地点には後述する発熱量調節部の流量調節バルブ4161が設けられ得、これに対する詳細な説明は後述する。
加圧ユニット4131は圧縮部4121を通過して再液化ライン4130に供給される蒸発ガスを追加的に加圧するように設けられる。加圧ユニット4131は圧縮部4121を通過した蒸発ガスを追加的に圧縮するコンプレッサー4131aおよび圧縮されながら加熱した蒸発ガスを冷却させるクーラー4131bを具備することができる。
加圧ユニット4131は再液化ライン4130に供給される蒸発ガスを50bar〜150barの圧力範囲で加圧するように設けられ得る。蒸発ガスを50bar〜150barの範囲で加圧した後冷却および減圧させる場合、蒸発ガスの再液化が非常に円滑に遂行され得るので、加圧ユニット4131は再液化効率または再液化量を向上できる圧力条件に合わせて蒸発ガスを追加的に加圧することができる。
図6では加圧ユニット4131がそれぞれ一個のコンプレッサー4131aおよびクーラー4131bで構成された場合を図示しているが、その数に限定されず、蒸発ガスを50bar〜150barの圧力範囲で加圧できるのであれば多様な数のコンプレッサーおよびクーラーを具備する場合を含む。
冷却部4132は加圧ユニット4131を通過して追加的に加圧された蒸発ガスを冷却させるように設けられる。冷却部4132は加圧ユニット4131を通過した蒸発ガスを蒸発ガス供給ライン4120に沿って移送される圧縮部4121前段の蒸発ガスおよび後述する蒸発ガス循環ライン4135に沿って移送される第1気液分離器4134で分離された気体成分と熱交換する熱交換装置で構成され得る。加圧ユニット4131を通過した蒸発ガスは圧縮部4121および加圧ユニット4131によって加圧されて温度および圧力が上昇した状態であるから、蒸発ガス供給ライン4120の圧縮部4121を通過する前の低温の蒸発ガスおよび蒸発ガス循環ライン4135に沿って移送される低温の気体成分と熱交換することによって、再液化ライン4130に沿って移送される高温の加圧された蒸発ガスを冷却させることができる。このように冷却部4132を熱交換器で設けることによって、別途の冷却装置がなくても加圧された蒸発ガスを冷却させることがあるので、不要な電源の浪費を防止して設備が単純化され、設備運用の効率性を図ることができる。
第1膨張バルブ4133は冷却部4132の後段に設けられ得る。第1膨張バルブ4133は冷却部4132を通過した加圧された蒸発ガスを一次的に減圧することによって、冷却および膨張させて再液化を具現することができる。第1膨張バルブ4133は一例として、ジュール−トムソンバルブ(Joule−Thomson Valve)で構成され得る。第1膨張バルブ4133は冷却部4132を通過しながら冷却された蒸発ガスを第2エンジンが要求する燃料ガス圧力条件に相応する圧力水準に減圧させることができる。これに対する詳しい説明は後述する。
第1気液分離器4134は第1膨張バルブ4133を通過して一次的に冷却および減圧されて気液混合状態の蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離するように設けられる。冷却された蒸発ガスが第1膨張バルブ4133を通過時追加冷却および減圧されて再液化がなされるものの、減圧する過程でフラッシュガス(Flash Gas)が発生する可能性がある。これに伴い、第1膨張バルブ4133を通過して気液混合状態になった蒸発ガスを第1気液分離器4134が収容するとともに気体成分および液体成分に分離して再液化工程の信頼性を図り、各成分を別途扱いすることができる。
一方、天然ガスは主成分であるメタン(Methane)の他にもエタン(Ethane)、プロパン(Propane)、ブタン(Butane)、窒素(Nitrogen)などを含む混合物である。このうち窒素の沸点は摂氏約−195.8度であり、それ以外の成分であるメタン(沸点摂氏−161.5度)、エタン(沸点摂氏−89度)などに比べて非常に低い。窒素成分が非常に低い沸点を有することによって、貯蔵タンク4110の内部に自然に気化して発生する蒸発ガスは窒素成分が相対的に先に気化して窒素成分を多く含有するようになり、ひいては蒸発ガスの窒素成分の濃度が増加するほど蒸発ガスの再液化効率は減少する問題点が存在する。
特に蒸発ガスの再液化のために圧縮部4121および加圧ユニット4131による蒸発ガス加圧と冷却部4132による加圧された蒸発ガスの冷却以後、第1膨張バルブ4133によって加圧された蒸発ガスの減圧時第1気液分離器4134で分離されるフラッシュガスなどの気体成分に沸点が低い窒素成分が高濃度で含まれる。高濃度の窒素成分を含有する気体成分を再び燃料ガスシステム4100内に循環させる場合、蒸発ガスの再液化効率が低下するだけでなく、循環する気体成分によって圧縮部4121のコンプレッサー4121aなどに負荷を起こすか高仕様のコンプレッサー4121aの設置が要求されて設備運用の非効率を招く問題点がある。
蒸発ガス循環ライン4135は第1気液分離器4134で分離されて高濃度の窒素成分を含有する気体成分を第2エンジンに燃料ガスとして供給するように設けられる。前述した通り、第1膨張バルブ4133を経て冷却および加圧された蒸発ガスが減圧する過程で発生する気体成分に相対的に高濃度の窒素成分が含まれる。そこで、蒸発ガス循環ライン4135は、このうち再液化効率が劣る気体成分を供給受けて第2エンジンに燃料ガスとして供給および利用することによって、燃料ガスの効率的な利用を図るとともに、第1気液分離器4134によって分離されて相対的に低濃度の窒素成分を含有する液体成分の再液化効率を増大させることができる。
第1膨張バルブ4133は冷却部4132を通過した加圧された蒸発ガスを第2エンジンが要求する圧力条件に相応する水準に減圧するように設けられ、蒸発ガス循環ライン4135は別途の圧縮装置がなくても第1気液分離器4134で分離された気体成分を直に第2エンジンに燃料ガスとして供給することができる。
蒸発ガス循環ライン4135は熱交換装置で成り立つ冷却部4132を通過するように設けられる。蒸発ガス循環ライン4135に沿って流れる高濃度の窒素成分を含有する気体成分の冷熱を利用して再液化ライン4130に沿って流れる高温の加圧された蒸発ガスの冷却を遂行するとともに、再液化ライン4130に沿って流れる加圧された蒸発ガスの高温の熱を供給受けて第2エンジンが要求する燃料ガスの温度条件に相応する水準に蒸発ガス循環ライン4135に沿って流れる気体成分の温度を昇温させることができる。
蒸発ガス循環ライン4135は図6に図示された通り、蒸発ガス供給ライン4120が分岐される地点に合流するように連結され得るが、これに限定されるものではなく、第2エンジンに直接連結されて気体成分を燃料ガスとして供給するように設けられる場合を含む。
第1気液分離器4134によって分離された低濃度の窒素成分を含有する液体成分は第2膨張バルブ4136により2次的に減圧および再液化され得る。前述した通り、低濃度の窒素成分を含有するほど蒸発ガスの再液化効率が向上するところ、第1気液分離器4134によって分離された液体成分は低濃度の窒素成分を含有するので第2膨張バルブ4136により減圧を遂行してもフラッシュガスなどの気体成分の発生が低減され、再液化効率が向上することができる。第2膨張バルブ4136は一例として、ジュール−トムソンバルブ(Joule−Thomson Valve)で構成され得、第2膨張バルブ4136は貯蔵タンク4110の内部圧力に相応する圧力水準に減圧させることができる。
第2気液分離器4137は第2膨張バルブ4136を通過して2次的に冷却および減圧されて気液混合状態の蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離するように設けられる。第2膨張バルブ4136により追加的に減圧される第1気液分離器4134の液体成分は窒素成分を低濃度で含有してほとんど再液化がなされるものの、少量の窒素成分が存在するだけでなく、完全な再液化がなされることは実質的に不可能である。これに伴い、第2膨張バルブ4136を通過して気液混合状態になった蒸発ガスを第2気液分離器4137で気体成分および液体成分に分離して再液化工程の信頼性を図り、各成分を別途扱いすることができる。
蒸発ガス回収ライン4138は第2気液分離器4137によって分離された気体成分を貯蔵タンク4110または蒸発ガス供給ライン4120に再供給するように第2気液分離器4137と貯蔵タンク4110または第2気液分離器4137と蒸発燃料ガス供給ライン4120の間に設けられ得る。図6では蒸発ガス回収ライン4138が第2気液分離器4137の気体成分を蒸発ガス供給ライン4120上の圧縮部4121前段に再供給するものと図示されているが、この他にも第2気液分離器4137から貯蔵タンク4110に再供給するか、蒸発ガス供給ライン4120および貯蔵タンク4110に共に再供給する場合をすべて含む。
液化ガス回収ライン4139は第2気液分離器4137によって分離された液体成分を貯蔵タンク4110に再供給するように第2気液分離器4137と貯蔵タンク4110の間に設けられ得る。液化ガス回収ライン4139はその入口側端部が第2気液分離器4137の下側に連通して設けられ、出口側端部が貯蔵タンク4110の内部に連通して設けられ得る。液化ガス回収ライン4139には貯蔵タンク4110に回収される再液化された液化天然ガスの供給量を調節する開閉バルブ(図示せず)が設けられ得る。
液化ガス供給ライン4140は貯蔵タンク4110に収容または貯蔵された液化天然ガスをエンジンに燃料ガスとして供給するように設けられる。液化ガス供給ライン4140はその一端が貯蔵タンク4110の内部に連結されて設けられ、他端は後述する蒸発ガス供給ライン4120と合流して第1エンジンおよび第2エンジンにそれぞれ連結されて設けられ得る。液化ガス供給ライン4140の入口側端部は貯蔵タンク4110の内部の下側に配置され得、液化天然ガスをエンジン側に供給するための送出ポンプ4141が設けられ得る。
前述した通り、エンジンが相対的に高圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第1エンジンおよび相対的に低圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第2エンジンからなる場合には、液化ガス供給ライン4140は各エンジンの燃料ガス要求条件に合わせて液化天然ガスを処理することができるように第1液化ガス供給ライン4140aおよび第2液化ガス供給ライン4140bを含んで設けられ得る。
第1液化ガス供給ライン4140aは送出ポンプ4141によって送出された液化天然ガスを相対的に低圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第2エンジンに供給することができる。送出ポンプ4141が液化天然ガスを送出する過程で液化天然ガスは低圧(約5bar〜8bar)で圧縮されるので、第2エンジンがDFDEエンジンからなる場合には別途の加圧ポンプなしに、気化器4144が送出ポンプ4141によって送出された液化天然ガスを強制気化させて第2エンジンが要求する燃料条件に合わせて燃料ガスを供給することができる。
気化器4144後段には気液分離器4145が設けられ得る。第2エンジンがDFDEエンジンからなる場合には、燃料ガスが気体状態で供給されないと正常な出力を発生させることができず、エンジンの故障を防止することもできない。したがって、気化器4144を通過した液化天然ガスを気液分離器4145に供給し、気液分離器4145で気体状態の燃料ガスのみを第2エンジンに供給することによって、船舶の燃料ガス供給システム4100の信頼性を向上できる。
第2液化ガス供給ライン4140bは送出ポンプ4141によって送出された液化天然ガスを相対的に高圧の燃料ガスを供給受けて出力を発生させる第1エンジンに供給することができる。このために、第2液化ガス供給ライン4140bには液化天然ガスを圧縮する加圧ポンプ4142が設けられ得る。加圧ポンプ4142は第1エンジンが要求する燃料ガスの圧力条件に合わせて液化天然ガスを圧縮することができ、一例として、第1エンジンがX−DFエンジンからなる場合には、加圧ポンプ4142は液化天然ガスを約16bar〜18barの圧力条件で圧縮させて供給することができる。加圧ポンプ4142によって圧縮された液化天然ガスは気化器4143を通過して強制気化した後、蒸発ガス供給ライン4120と合流して第1エンジンに燃料ガスとして供給され得る。
一方、加圧ポンプ4142のメンテナンスが要求されるか加圧ポンプ4142に負荷が加重されて電源を遮断しなければならない場合に、加圧ポンプ4142の電源を一時に遮断すると圧縮された液化天然ガスが加圧ポンプ4142またはその他の構成に影響を及ぼして加圧ポンプ4142の故障または安全事故などが発生する恐れがある。また、加圧ポンプ4142のメンテナンスが要求されるか加圧ポンプ4142が負荷が加重されて電源を遮断すべきであるが、エンジンの持続的な作動が要求される場合があり得る。
このために、第2液化ガス供給ライン4140bにはバイパスライン4140cが設けられ得る。バイパスライン4140cの入口側端部は第2液化ガス供給ライン4140b上の加圧ポンプ4142前段に連結され、出口側端部は第2液化ガス供給ライン4140b上の加圧ポンプ4142後段に連結されるものの、別途の加圧ポンプ4142を追加的に具備し、加圧ポンプ4142が並列に連結されるように設けられ得る。
別途の加圧ポンプ4142を具備するバイパスライン4140cにより複数個の加圧ポンプ4142が第2液化ガス供給ライン4140b上に並列に設けられるため、前述した状況でも加圧ポンプ4142およびその他の構成の故障や安全事故の発生を防止することができ、エンジンの長時間の持続的な運行を具現することができる。
以下では本発明の第7実施例による船舶の燃料ガス供給システム4200について説明する。
以下で説明する本発明の第7実施例による船舶の燃料ガス供給システム4200に対する説明において、別途の図面番号を付して追加的に説明する場合を除いては前述した本発明の第6実施例による船舶の燃料ガス供給システム4100と同じであり、内容の重複を防止するために説明を省略する。
図7は本発明の第7実施例による船舶の燃料ガス供給システム4200を示す概念図である。図7を参照すれば、本発明の第7実施例による船舶の燃料ガス供給システム4200は貯蔵タンク4110、貯蔵タンク4110の蒸発ガスをエンジンに供給する液化ガス供給ライン4140、蒸発ガス供給ライン4120を通過する蒸発ガスの一部を再液化させる再液化ライン4130、貯蔵タンク4110の液化ガスをエンジンに供給する液化ガス供給ライン4140、再液化ライン4130に供給される蒸発ガスを第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れと第2濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れとに分離する窒素分離器4250、エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定および調節する発熱量調節部を含んで設けられ得る。
窒素分離器4250は再液化ライン4130に供給される蒸発ガスに含まれた窒素成分を分離するように設けられる。
窒素分離器4250は再液化ライン4130上の加圧ユニット4131前段に設けられ得る。窒素分離器4250は再液化ライン4130に流入または供給される蒸発ガスを第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れおよび第2濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れに分類し、第1ガスの流れを蒸発ガス供給ライン4120に再合流させるか、第1エンジンに供給して燃料ガス利用されるようにして、第2ガスの流れはそのまま加圧ユニット4131に供給するように設けられる。
本実施例で説明する第1濃度の窒素成分および第2濃度の窒素成分はそれぞれ高濃度の窒素成分および低濃度の窒素成分を意味するものであって、第1濃度の窒素成分は第2濃度の窒素成分と比較して相対的に高濃度の窒素成分を有し、第2濃度の窒素成分は第1濃度の窒素成分と比較して相対的に低濃度の窒素成分を有する。第1濃度および第2濃度は特定数値に限定されるものではなく、第1濃度と第2濃度間の濃度差による相対的な意味と理解されるべきである。
前述した通り、天然ガスは主成分であるメタン(Methane)の他にもエタン(Ethane)、プロパン(Propane)、ブタン(Butane)、窒素(Nitrogen)などを含む混合物として、このうち窒素の沸点は摂氏約−195.8度であり、それ以外の成分であるメタン(沸点摂氏−161.5度)、エタン(沸点摂氏−89度)などに比べて非常に低い。これに伴い沸点が低い窒素成分を高濃度で含有するほど蒸発ガスの再液化効率が低下する。
そこで、窒素分離器4250が蒸発ガス供給ライン4120を経て再液化ライン4130に流入または供給される蒸発ガスに含まれた窒素成分を分離して、相対的に高濃度である第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れは蒸発ガス再供給ライン4251を通じて蒸発ガス供給ライン4120に再合流させるか、第1エンジンの燃料ガスとして供給して窒素成分を消耗させるものの、相対的に低濃度である第2濃度の窒素成分はそのまま再液化ライン4130を経て再液化工程を経るようにすることによって、再液化ライン4130の再液化性能および効率を向上できる。
窒素分離器4250はメンブレンフィルタ、サイクロン、ガス遠心分離機またはボルテックスチューブのうち少なくともいずれか一つを含んで設けられ得る。
メンブレンフィルターは窒素成分との親和度が高い物質を具備し、加圧された蒸発ガスがその圧力によってメンブレンフィルターを通過することによって、窒素成分を高濃度で含有する第1ガスの流れがメンブレンフィルターによってろ過されて蒸発ガス再供給ライン4251を通じて蒸発ガス供給ライン4120または第1エンジンに供給され、メタンなどの窒素以外の成分を高濃度で含有する第2ガスの流れはそのまま通過して再液化ライン4130の加圧ユニット4131に供給され得る。
サイクロン(Cyclone)は窒素分離器4250に供給される蒸発ガスを旋回する流れに形成して、蒸発ガスに遠心力を作用させて窒素成分とメタン、エタンなどの窒素以外の成分を分離して相対的に高濃度である第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れおよび相対的に低濃度である第2濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れとに分離することができる。
ガス遠心分離機(Gas centrifuge)は混合気体状態である加圧された蒸発ガスの一部を遠心分離法によってその成分を分離するように設けられる。ガス遠心分離機は窒素分離器4250に供給される蒸発ガスを遠心力を利用して窒素成分と窒素以外の成分に分離して、蒸発ガスを第1ガスの流れおよび第2ガスの流れに分離することができる。
ボルテックスチューブ(Vortex tube)は狭い管を具備し、狭い管内部の接線型に高圧の気体を供給して高温の気流と低温の気流を分離する装置である。窒素分離器4250がボルテックスチューブからなる場合には、蒸発ガスをボルテックスチューブの内部に供給して相対的に沸点が低い低温の窒素成分と、相対的に沸点が高いメタン、エタンなどの窒素以外の成分を分離することによって、蒸発ガスを第1ガスの流れおよび第2ガスの流れに分離することができる。
このように窒素分離器4250がメンブレンフィルタ、サイクロン、ガス遠心分離機またはボルテックスチューブのうち少なくともいずれか一つを含んで設けられることによって、再液化ライン4130に供給される蒸発ガスを窒素成分の濃度により第1ガスの流れおよび第2ガスの流れに分離して、このうち低濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れを再液化ライン4130に通過させて再液化工程を遂行するように設けることによって、再液化ライン4130の再液化効率を向上できる。これとともに、高濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れは蒸発ガス再供給ライン4251を通じて蒸発ガス供給ライン4120に再合流させるか、エンジンに直接供給して燃料ガス炉消費することによって、燃料ガスシステム4200内の総窒素含量を漸進的に下げて設備運用の効率性を図ることができる。
図7では蒸発ガス再供給ライン4251の出口側端部が蒸発ガス供給ライン4120に再合流するものと図示されているが、エンジンに直接供給される場合など、出口側端部の位置は多様に変更され得る。
発熱量調節部はエンジン、特に第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定および調節するように設けられる。
発熱量(Heating Value)とは、単位質量の燃料ガスが完全燃焼した時に放出する熱量を意味する。天然ガスのうちメタン、ブタンおよびプロパンは相対的に発熱量が高いため燃料ガスの発熱量を上昇させる成分(メタンの発熱量:約12,000kcal/kg、ブータンの発熱量:約11,863kcal/kg、プロパンの発熱量:約2,000kcal/kg)である反面、窒素の発熱量は非常に低いため(窒素の発熱量:約60kcal/kg)、窒素成分の絶対的な含量または濃度が高いほど燃料ガスの総発熱量は低くなる。この時エンジンに供給される燃料ガスの総発熱量が過度に低いためエンジンが要求する最小条件発熱量を満たすことができない場合にはエンジンの出力に影響を及ぼし、エンジンに不要な負荷を発生させる原因となる。
前述した通り、再液化ライン4130の再液化効率上昇のために、窒素分離器4250が再液化ライン4130に流入または供給された蒸発ガスのうち低濃度である第2濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れは再液化ライン4130に通過させ、高濃度である第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れは取り除いて蒸発ガス供給ライン4120またはエンジンに供給するところ、第1ガスの流れに含まれる高濃度の窒素成分によって第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量が第1エンジンが要求する条件発熱量より低くなる恐れがある。
図7を参照すれば、本発明の第7実施例による船舶の燃料ガス供給システム4200の発熱量調節部は第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定または算出する発熱量測定機4260および再液化ライン4130に供給される蒸発ガスの供給量を調節する流量調節バルブ4261を含んで設けられ得る。
発熱量測定機4260は蒸発ガス供給ライン4120および蒸発ガス再供給ライン4251を通じて第1エンジンに供給される蒸発ガスおよび第1ガスの流れを含んだ燃料ガスの発熱量をリアルタイムで測定することができる。発熱量測定機4260はディスプレイなどからなる表示部(図示せず)に測定された燃料ガスの発熱量情報を伝送して船舶の搭乗者にこれを通知するか、測定された燃料ガスの発熱量情報を制御部(図示せず)に伝送し、制御部は既入力された第1エンジンの条件発熱量と発熱量測定機4260から伝送された燃料ガスの発熱量情報を比較分析して後述する流量調節バルブ4261の開閉程度を制御することができる。
流量調節バルブ4261は蒸発ガス供給ライン4120から再液化ライン4130が分岐される地点に設けられ得る。流量調節バルブ4261は三方バルブ(3 Way valve)で構成され、再液化ライン4130に供給される蒸発ガスの供給量を調節することができ、流量調節バルブ4261は発熱量測定機4260によって測定された燃料ガスの発熱量情報および第1エンジンの条件発熱量情報に基づいて作業者による手動または制御部によって自動的にその開閉程度が調節され得る。
一例として、発熱量測定機4260が測定した燃料ガスの発熱量が第1エンジンの条件発熱量より小さい場合、流量調節バルブ4261が再液化ライン4130に供給される蒸発ガスの供給量を減少させ、蒸発ガス供給ライン4120に沿って第1エンジンに直に供給される蒸発ガスの供給量は増加させるように開閉作動され得る。したがって、再液化ライン4130に設置される窒素分離器4250を経て蒸発ガス再供給ライン4251に供給される第1ガスの流れの流量が減少するにつれて、第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を増加させることができる。
これとは反対に、発熱量測定機4260が測定した燃料ガスの発熱量が第1エンジンの条件発熱量を上回るか十分に満足させる場合には、流量調節バルブ4261が再液化ライン4130に供給される蒸発ガスの供給量を増加させ、蒸発ガス供給ライン4120に沿って第1エンジンに供給される蒸発ガスの供給量は減少させるように開閉作動され得る。したがって、再液化ライン4130に流入して窒素分離器4250を経て蒸発ガス再供給ライン4251に供給される第1ガスの流れの流量が増加して燃料ガスの発熱量を適正水準に調節するとともに、再液化ライン4130の加圧ユニット4131に供給される第2ガスの流れの流量を増加して蒸発ガスの再液化量を増加させることができる。
以下では本発明の第8実施例による船舶の燃料ガス供給システム4300について説明する。
以下で説明する本発明の第8実施例による船舶の燃料ガス供給システム4300に対する説明において、別途の図面番号を付して追加的に説明する場合を除いては前述した本発明の第6実施例による船舶の燃料ガス供給システム4100と同じであり、内容の重複を防止するために説明を省略する。
図8は本発明の第8実施例による船舶の燃料ガス供給システム4300を示す概念図である。図8を参照すれば、本発明の第8実施例による船舶の燃料ガス供給システム4200は貯蔵タンク4110、貯蔵タンク4110の蒸発ガスをエンジンに供給する液化ガス供給ライン4140、蒸発ガス供給ライン4120を通過する蒸発ガスの一部を再液化させる再液化ライン4130、貯蔵タンク4110の液化ガスをエンジンに供給する液化ガス供給ライン4140および再液化ライン4130に供給される蒸発ガスに含まれたオイルを除去するオイル除去部4350を含んで設けられ得る。
オイル除去部4350は再液化ライン4130に流入または供給される蒸発ガスに含まれたオイルを除去するように設けられる。
蒸発ガス供給ライン4120の圧縮部4121および再液化ライン4130の加圧ユニット4131に備わるコンプレッサー4121a、131aは運用時に潤滑油(Lubrication Oil)などのオイルが利用される。このようなオイルはコンプレッサーの円滑な作動および効果的な加圧工程を助けるか、蒸発ガスの加圧工程時に蒸発ガスに混合されて再液化ラインなどの管内または膨張バルブなどの設備内に蓄積されて蒸発ガスの円滑な移送を妨害するか設備故障の原因となる恐れがあり、特に再液化された蒸発ガスの組成品質を低下させる問題点がある。
そこで、オイル除去部4350が再液化ライン4130上の加圧ユニット4131後段に設けられ、圧縮部4121および加圧ユニット4131のコンプレッサー4121a、131aを経ながら蒸発ガスに含まれた潤滑油などのオイルを除去することができる。したがって、船舶の燃料ガス供給システム4100の円滑な作動および設備運用の安定性を図るとともに、蒸発ガスおよび液化天然ガスの組成品質を向上できる。オイル除去部4350はフィルタまたはろ過膜などを含むことができるが、これに限定されるものではなく、多様な方式または形式の装置で構成され得る。
本発明は添付された図面に図示された一実施例を参照して説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野で通常の知識を有した者のであればこれから多様な変形および均等な他の実施例が可能であることを理解できるはずである。したがって、本発明の真の範囲は添付された特許請求の範囲によってのみ定められるべきである。

Claims (12)

  1. 液化ガスおよび蒸発ガスからなる燃料ガスを収容する貯蔵タンクと、
    前記貯蔵タンクの蒸発ガスを加圧する圧縮部を具備し、前記圧縮部を通過した蒸発ガスをエンジンに供給する蒸発ガス供給ラインと、
    前記圧縮部を通過した蒸発ガスの一部を熱交換して再液化させる再液化ラインと、
    前記エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定および調節する発熱量調節部とを含み、
    前記再液化ラインは、
    前記圧縮部を通過した蒸発ガスを追加的に加圧する加圧ユニットと、
    前記加圧ユニットを通過した蒸発ガスと前記圧縮部前段の蒸発ガスを互いに熱交換する熱交換装置と、
    前記熱交換装置を通過した蒸発ガスを減圧させる膨張バルブと、
    前記膨張バルブを通過して再液化された蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する気液分離器を含み、
    前記発熱量調節部は、
    前記エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定する発熱量測定機と、前記再液化ラインに供給される蒸発ガスの供給量を調節する流量調節装置とを含み、
    前記流量調節装置は、前記発熱量測定機によって測定された燃料ガスの発熱量情報に基づいてその作動が制御される
    船舶の燃料ガス供給システム。
  2. 前記再液化ラインに供給される蒸発ガスを第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れと第2濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れとに分離するように前記再液化ライン上の前記加圧ユニットの前段に設けられる窒素分離器をさらに含み、
    前記第1ガスの流れは前記蒸発ガス供給ラインまたは前記エンジンに供給し、
    前記第2ガスの流れは前記加圧ユニットに供給する、
    請求項1に記載の船舶の燃料ガス供給システム。
  3. 液化ガスおよび蒸発ガスからなる燃料ガスを収容する貯蔵タンクと、
    前記貯蔵タンクの蒸発ガスを加圧する圧縮部を具備し、前記圧縮部を通過した蒸発ガスをエンジンに供給する蒸発ガス供給ラインと、
    前記圧縮部を通過した蒸発ガスの一部を熱交換して再液化させる再液化ラインとを含み、
    前記再液化ラインは、
    前記圧縮部を通過した蒸発ガスを追加的に加圧する加圧ユニットと、
    前記加圧ユニットを通過した蒸発ガスと前記圧縮部の前段の蒸発ガスを互いに熱交換する熱交換装置と、
    前記熱交換装置を通過した蒸発ガスを減圧させる膨張バルブと、
    前記膨張バルブを通過して再液化された蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する気液分離器とを含む、
    船舶の燃料ガス供給システムであって、
    前記再液化ラインに供給される蒸発ガスを第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れと第2濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れとに分離するように前記再液化ライン上の前記加圧ユニットの前段に設けられる窒素分離器と、
    前記エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定および調節する発熱量調節部更に含み、
    前記第1ガスの流れは、前記蒸発ガス供給ラインまたは前記エンジンに供給し、前記第2ガスの流れは、前記加圧ユニットに供給し、
    発熱量調節部は、
    前記エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定する発熱量測定機と、入口側端部が前記再液化ライン上の前記窒素分離器の前段に連結されて出口側端部が前記再液化ライン上の前記窒素分離器後段に連結される発熱量調節ラインと、前記発熱量調節ラインに沿って移送される蒸発ガスの供給量を調節する流量調節バルブを含
    前記流量調節バルブは前記発熱量測定機によって測定された燃料ガスの発熱量情報に基づいてその作動が制御される、
    舶の燃料ガス供給システム。
  4. 液化ガスおよび蒸発ガスからなる燃料ガスを収容する貯蔵タンクと、
    前記貯蔵タンクの蒸発ガスを加圧する圧縮部を具備し、前記圧縮部を通過した蒸発ガスをエンジンに供給する蒸発ガス供給ラインと、
    前記圧縮部を通過した蒸発ガスの一部を熱交換して再液化させる再液化ラインとを含み、
    前記再液化ラインは、
    前記圧縮部を通過した蒸発ガスを追加的に加圧する加圧ユニットと、
    前記加圧ユニットを通過した蒸発ガスと前記圧縮部の前段の蒸発ガスを互いに熱交換する熱交換装置と、
    前記熱交換装置を通過した蒸発ガスを減圧させる膨張バルブと、
    前記膨張バルブを通過して再液化された蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する気液分離器とを含む、
    船舶の燃料ガス供給システムであって、
    前記再液化ラインに供給される蒸発ガスを第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れと第2濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れとに分離するように前記再液化ライン上の前記加圧ユニットの前段に設けられる窒素分離器と、
    前記エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定および調節する発熱量調節部更に含み、
    前記第1ガスの流れは、前記蒸発ガス供給ラインまたは前記エンジンに供給し、前記第2ガスの流れは、前記加圧ユニットに供給し、
    前記発熱量調節部は、
    前記エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定する発熱量測定機と、前記第1ガスの流れの一部を前記再液化ライン上の前記窒素分離器後段に循環させる発熱量調節ラインと、前記発熱量調節ラインに沿って移送される第1ガスの流れの供給量を調節する流量調節バルブを含
    前記流量調節バルブは前記発熱量測定機によって測定された燃料ガスの発熱量情報に基づいてその作動が制御される、
    舶の燃料ガス供給システム。
  5. 液化ガスおよび蒸発ガスからなる燃料ガスを収容する貯蔵タンクと、
    前記貯蔵タンクの蒸発ガスを加圧する圧縮部を具備し、前記圧縮部を通過した蒸発ガスを第1エンジンに供給する蒸発ガス供給ラインと、
    前記圧縮部を通過した蒸発ガスの一部を供給受けて再液化させる再液化ラインと
    前記第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定して調節する発熱量調節部とを含み、
    前記再液化ラインは前記圧縮部を通過した蒸発ガスを加圧する加圧ユニットと、前記加圧ユニットを通過した蒸発ガスを冷却させる冷却部と、前記冷却部を通過して冷却された蒸発ガスを1次減圧させる第1膨張バルブと、前記第1膨張バルブを通過して気液混合状態の蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する第1気液分離器と、前記第1気液分離器で分離された気体成分を第2エンジンに供給する蒸発ガス循環ラインと、前記第1気液分離器で分離された液体成分を2次減圧させる第2膨張バルブと、前記第2膨張バルブを通過して気液混合状態の蒸発ガスを気体成分と液体成分とに分離する第2気液分離器を含み、
    前記発熱量調節部は、
    前記第1エンジンに供給される燃料ガスの発熱量を測定する発熱量測定機と、前記再液化ラインに供給される蒸発ガスの供給量を調節する流量調節バルブとを含み、
    前記流量調節バルブは、前記発熱量測定機によって測定された燃料ガスの発熱量に基づいて制御される
    船舶の燃料ガス供給システム。
  6. 前記再液化ラインに供給される蒸発ガスを第1濃度の窒素成分を含有する第1ガスの流れと第2濃度の窒素成分を含有する第2ガスの流れとに分離するように前記再液化ライン上の前記加圧ユニットの前段に設けられる窒素分離器をさらに含む、請求項に記載の船舶の燃料ガス供給システム。
  7. 前記再液化ラインに供給される蒸発ガスに含まれたオイルを除去するオイル除去部をさらに含む、請求項に記載の船舶の燃料ガス供給システム。
  8. 前記オイル除去部は前記再液化ライン上の加圧ユニットの後段に設けられる、請求項に記載の船舶の燃料ガス供給システム。
  9. 前記再液化ラインは、
    前記第2気液分離器で分離された気体成分を前記貯蔵タンクまたは前記蒸発ガス供給ラインの圧縮部前段に供給する蒸発ガス回収ラインおよび前記第2気液分離器で分離された液体成分を前記貯蔵タンクに供給する液化ガス回収ラインをさらに含む、請求項に記載の船舶の燃料ガス供給システム。
  10. 前記加圧ユニットは前記圧縮部を通過した蒸発ガスを50bar〜150barで加圧するように設けられる、請求項1に記載の船舶の燃料ガス供給システム。
  11. 前記窒素分離器は、
    メンブレンフィルタ、サイクロン(Cyclone)、ガス遠心分離機(Gas centrifuge)およびボルテックスチューブ(Vortex tube)のうち少なくとも一つを含む、請求項2に記載の船舶の燃料ガス供給システム。
  12. 前記第1濃度の窒素成分は、
    前記第2濃度の窒素成分より高濃度の窒素成分を含有する、
    請求項2に記載の船舶の燃料ガス供給システム。
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