KR100726293B1 - 개선된 냉각장치를 포함하는 선박의 이중 연료 엔진의연료공급장치 - Google Patents

개선된 냉각장치를 포함하는 선박의 이중 연료 엔진의연료공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저장탱크 내에서 발생된 기화가스를 선박의 이중 연료 엔진(퓨얼 오일(fuel oil) 및 가스(gas)를 연료로 사용할 수 있는 엔진)에 공급하는 연료공급장치에 개선된 냉각 장치가 적용된 선박의 이중 연료 엔진의 연료공급장치에 관한 것으로, 엔진의 연료로 사용하기 위해서 저장탱크에 보관된 액화가스를 강제로 기화시키는 강제기화기; 상기 저장탱크에 보관된 액화가스를 상기 강제기화기로 공급하도록 인출시키는 강제기화용 액화가스공급펌프; 상기 강제기화기에 의해 생성된 강제 기화 가스 내의 미스트를 제거하는 미스트분리기; 일 단은 상기 강제기화기의 인렛부와 연결되며 타 단은 상기 저장탱크 내부의 스프레이어와 연결된 냉각 코일을 구비하여, 인출한 액화가스를 이용하여 1차적으로 연료로 사용될 자연 기화 가스를 적정 온도로 냉각하고, 2차적으로 상기 저장탱크 내부를 냉각하는 냉각장치; 연료로 사용될 자연 기화 가스를 엔진이 요구하는 적정 압력으로 가압하는 자연기화가스컴프레서; 및 상기 미스트분리기를 통과한 강제 기화 가스 또는 상기 자연기화가스컴프레서에 의해 가압된 자연 기화 가스를 엔진이 요구하는 적정 온도로 가열하는 연료용 온도조절히터;를 포함하되, 상기 연료용 온도조절히터를 통과한 자연 기화 가스 또는 강제 기화 가스를 선박 엔진의 연료로 사용하는 것을 특징으로 하는 개선된 냉각장치를 포함하는 선박의 이중 연료 엔진의 연료공급장치를 제공한다.
저장탱크, 강제 기화기, 냉각장치, 자연 기화 가스, 연료용 온도조절히터, 자연기화가스컴프레서, 냉각코일

Description

개선된 냉각장치를 포함하는 선박의 이중 연료 엔진의 연료공급장치{Fuel supplying device which comprises improved cooling device for dual fuel engine}
도 1은 종래의 전기추진 액화천연가스 수송선 내 이중 연료 엔진의 연료공급장치를 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 연료공급장치에 의해 액화가스가 저장탱크에서 이중 연료 엔진으로 공급되는 과정을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 개선된 냉각장치를 포함하는 선박의 이중 연료 엔진의 연료공급장치의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 실시예에 의해 액화가스가 저장탱크에서 이중 연료 엔진으로 공급되는 과정을 도시한 순서도이다.
도 5는 도 3에 도시된 실시예의 냉각장치를 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200 : 저장탱크 201 : 강제기화용 액화가스공급펌프
202 : 강제기화기 204 : 미스트분리기
206 : 연료용 온도조절히터 208 : 자연기화가스컴프레서
210 : 냉각장치 212 : 냉각유체 배출관
218 : 냉각유체 공급관 220 : 스프레이어
본 발명은 액화천연가스의 저장탱크 내에서 발생된 기화가스를 선박의 이중연료 엔진(퓨얼 오일(fuel oil) 및 가스(gas)를 연료로 사용할 수 있는 엔진)에 공급하는 연료공급장치에 개선된 냉각 장치가 적용된 전기추진 액화천연가스 수송선 내 이중 연료 엔진의 연료공급장치에 관한 것이다.
액화천연가스는 통상적으로 액화천연가스 운반선의 극저온 탱크 내에서 액체상태로 저장되어 운반되는데, 이는 기체상태로 운반하는 경우보다 많은 양의 가스를 한번에 운반할 수 있기 때문이다. 그러나, 액화천연가스가 극저온 상태로 보관되더라도 기화현상이 발생하게 되고, 많은 양의 가스가 기화되면 탱크의 압력이 높아져 탱크가 파손될 위험이 높아지게 된다. 탱크가 파손되는 것을 방지하기 위해 기화된 가스를 다시 액화시키는 방법을 고려할 수 있으나, 이 경우에는 비용이 상당히 소요된다. 따라서, 저장탱크에서 기화된 가스를 선박 추진을 위한 연료로 사용한다.
도 1은 종래의 전기추진 액화천연가스 수송선 내 이중 연료 엔진의 연료공급장치를 도시한 것이고, 도 2는 도 1에 도시된 연료공급장치에 의해 액화가스가 저장탱크에서 이중 연료 엔진으로 공급되는 과정을 도시한 순서도이다.
종래의 이중 연료 엔진의 연료공급장치는 자연기화가스와 강제기화가스를 각 각 다른 루트로 엔진에 공급한다. 강제기화가스가 엔진에 공급되는 루트를 먼저 설명한다.
종래의 전기추진 연료공급장치는 강제기화기(102)를 포함하고 있다. 상기 강제기화기(102)는 저장탱크(100) 내에서 발생된 자연기화가스의 양이 엔진의 요구량에 미치지 못할 경우 강제로 액화가스를 기화시킨다. 상기 강제기화기(102) 사용 시 저장탱크(100) 내부에 있는 펌프(101)를 구동하여 상기 저장탱크(100) 내부의 액화가스를 상기 강제기화기(102)로 공급한다. 상기 강제기화기(102)의 아웃렛부의 가스는 -40℃의 온도, 6.5 bar의 압력을 갖는다.
상기 강제기화기(102)를 거친 가스는 제 1미스트분리기(104)로 유입된다. 상기 제 1미스트분리기(104)는 상기 강제기화기(102)의 아웃렛부에서 발생된 미스트를 제거하는데, 이는 상기 미스트가 이중 연료 엔진으로 유입되는 경우 엔진의 작동에 문제가 생기기 때문이다. 상기 강제기화기(102)의 아웃렛부의 온도와 압력을 기준으로 만재항해의 경우 미스트 발생의 가능성이 없으나, 공선항해의 경우에는 미스트의 발생가능성이 있기 때문에 강제기화기(102)를 거친 가스가 상기 제 1미스트분리기를 거치게 한다.
상기 제 1미스트분리기(104)를 거친 가스는 히터(106)로 유입된다. 상기 히터(106)는 상기 제 1미스트분리기(104)를 거친 가스의 온도를 엔진의 작동에 요구되는 온도(0℃~50℃)까지 높여준다. 상기 히터(106)를 거친 가스는 엔진으로 공급된다.
이하, 저장탱크(100) 내에서 자연 기화된 가스가 이중 연료 엔진으로 공급되 는 루트를 설명한다.
상기 저장탱크(100)내에서 자연 기화된 가스는 컴프레서(114) 또는 쿨러(110)로 유입된다. 저장탱크(100) 내에서 자연 기화된 가스의 온도는 만선상태일 때 -140℃, 공선상태일 때 -100℃~-70℃이다. 만선상태일 경우 저장탱크(100) 내에서 자연 기화된 가스의 온도가 충분히 낮아 컴프레서(114)에 의해 가스의 온도가 상승하더라도 이중 연료 엔진의 작동에 요구되는 온도범위를 벗어나지 않는다. 따라서, 이 경우에는 자연 기화된 가스는 바로 컴프레서(114)로 유입된다.
그러나, 공선상태일 경우에는 저장탱크(100) 내에서 자연 기화된 가스의 온도가 높기 때문에 컴프레서(114)에 의해 가스의 온도가 상승하면 이중 연료 엔진 작동에 요구되는 최대의 온도인 50℃를 초과할 수 있다. 따라서, 컴프레서(114)로 유입되기 전 미리 가스의 온도를 낮춰줄 필요가 있는데, 쿨러(110)가 이러한 역할을 한다. 상기 쿨러(110)는 상기 펌프(101)에 의해 공급되는 액화 천연가스를 자연기화가스에 직접 분사시켜 상기 가스의 온도를 만선상태에서 자연 기화된 가스의 온도 정도로 낮추어 준다.
상기 쿨러(110)를 통과한 가스는 제 2미스트분리기(112)를 거치는데, 상기 제 2미스트분리기(112)는 상기 쿨러(110)에서 액화 천연가스가 분사됨으로써 발생한 미스트를 제거하는데 사용된다.
상기 제 2미스트분리기(112)를 통과한 가스와 저장탱크(100)에서 직접 공급되는 자연 기화된 가스는 컴프레서(114)로 유입된다. 상기 컴프레서(114)는 상기 가스를 6.5 bar로 압축하며, 이를 위해 2단계 원심압축방식(two stage centrifugal type)이 적용된다. 즉, 1단계에서 가스를 회전시켜 압축시킨 후, 상기 압축가스를 2단계에서 다시 회전시켜 압축시킨다. 상기 2단계 원심압축방식의 컴프레서(114)는 두 단계의 스피드로 구동되는 모터에 의해 작동한다. 상기 모터는 노멀상태에서는 빠른 속도로 구동되나, 테스트 및 스타팅 모드에서는 저속으로 구동된다. 테스트 및 스타팅 모드 시에는 상기 컴프레서의 아웃렛부나 아웃렛부에 위치하는 배관의 온도가 상온의 상태에 있는데, 이러한 상태에서 빠른 속도로 구동하면 컴프레서의 아웃렛부의 온도가 급격하게 상승하여 엔진의 작동에 요구되는 최고한계온도인 50℃를 초과하게 되어 이중 연료 엔진을 작동시킬 수가 없기 때문이다. 그러나, 테스트나 스타팅 모드에서 엔진의 작동에 요구되는 온도를 맞추기 위해 낮은 속도로 모터를 구동하는 경우에는 원심력이 부족해 가스가 6.5 bar로 압축되지 아니한다. 따라서, 이 경우에 가스는 엔진으로 유입되지 아니하고 상기 히터(106)에서 0℃이상으로 온도를 높인 후 가스소각기(116)로 유입되어 소각된다.
상기 모터가 노멀상태에서 빠른 속도로 구동되는 경우에는 상기 컴프레서(114)를 통과한 가스는 온도가 0℃이상인 경우에는 히터(106)를 거치지 아니하고 이중 연료 엔진으로 유입되며, 온도가 0℃이하인 경우에는 히터(106)를 거쳐 0℃이상으로 된 후 이중 연료 엔진으로 유입된다.
그러나, 상기와 같은 연료공급장치에서는 강제 기화 가스 공급관(118)을 통해 공급되는 강제 기화 가스를 자연 기화 가스에 분사시켜 자연 기화 가스의 온도를 낮추는데, 이 경우, 상기 분사에 의해 발생한 미스트를 제거하기 위한 미스트분리기 및 상기 분리된 미스트를 상기 저장탱크로 이송시키기 위한 배관이 부가적으 로 설치되어야 하는 문제가 있다.
또한, 상기 쿨러(110)는 배관을 통해 이송되는 자연기화가스 자체를 냉각시키는 것이고, 상기 저장탱크(100) 내부의 자연기화가스를 냉각시키는 것이 아니므로 배관을 통해 이송되는 자연기화가스를 지속적으로 냉각시켜야 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 배관을 통해 이송되는 자연기화가스를 냉각시키는 경우에도 미스트가 발생하지 아니하고, 배관을 통해 이송되는 자연 기화 가스와 저장탱크 내부의 자연 기화 가스를 함께 냉각시킬 수 있는 냉각 장치를 포함하는 선박의 이중 연료 엔진의 연료공급장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 엔진의 연료로 사용하기 위해서 저장탱크에 보관된 액화가스를 강제로 기화시키는 강제기화기; 상기 저장탱크에 보관된 액화가스를 상기 강제기화기로 공급하도록 인출시키는 강제기화용 액화가스공급펌프; 상기 강제기화기에 의해 생성된 강제 기화 가스 내의 미스트를 제거하는 미스트분리기; 일 단은 상기 강제기화기의 인렛부와 연결되며 타 단은 상기 저장탱크 내부의 스프레이어와 연결된 냉각 코일을 구비하여, 인출한 액화가스를 이용하여 1차적으로 연료로 사용될 자연 기화 가스를 적정 온도로 냉각하고, 2차적으로 상기 저장탱크 내부를 냉각하는 냉각장치; 연료로 사용될 자연 기화 가스를 엔진이 요구하는 적정 압력으로 가압하는 자연기화가스컴프레서; 및 상기 미스트분리기를 통과한 강제 기화 가스 또는 상기 자연기화가스컴프레서에 의해 가압된 자연 기화 가스를 엔진이 요구하는 적정 온도로 가열하는 연료용 온도조절히터;를 포함하되, 상기 연료용 온도조절히터를 통과한 자연 기화 가스 또는 강제 기화 가스를 선박 엔진의 연료로 사용하는 것을 특징으로 하는 개선된 냉각장치를 포함하는 선박의 이중 연료 엔진의 연료공급장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 실시예들이 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 개선된 냉각장치를 포함하는 선박의 이중 연료 엔진의 연료공급장치의 일 실시예를 도시한 것이고, 도 4는 도 3에 도시된 실시예에 의해 액화가스가 저장탱크에서 이중 연료 엔진으로 공급되는 과정을 도시한 순서도이며, 도 5는 도 3에 도시된 실시예의 냉각장치를 도시한 것이다.
본 실시예는 자연기화가스와 강제기화가스를 각각 다른 루트로 엔진에 공급한다. 강제기화가스가 엔진에 공급되는 루트를 먼저 설명한다.
본 실시예는 강제기화기(202)를 포함하고 있다. 상기 강제기화기(202)는 저장탱크(200) 내에서 발생된 자연기화가스의 양이 엔진의 요구량에 미치지 못할 경우 강제로 액화가스를 기화시켜 부족량을 보충한다. 상기 강제기화기(202) 사용 시 저장탱크(200) 내부에 있는 강제기화용 액화가스공급펌프(201)를 구동하여 상기 저장탱크(200) 내부의 액화가스를 상기 강제기화기(202)로 공급한다. 상기 강제기화기(202)의 아웃렛부의 가스는 -40℃의 온도, 6.5 bar의 압력을 갖는다.
상기 강제기화기(202)를 거친 가스는 미스트분리기(204)로 유입된다. 상기 미스트분리기(204)는 상기 강제기화기(202)의 아웃렛부에서 발생된 미스트를 제거하는데, 이는 상기 미스트가 이중 연료 엔진으로 유입되는 경우 엔진의 작동에 문제가 생기기 때문이다. 상기 강제기화기(202)의 아웃렛부의 온도와 압력을 기준으 로 만재항해의 경우 미스트 발생의 가능성이 없으나, 공선항해의 경우에는 미스트의 발생가능성이 있기 때문에 강제기화기(202)를 거친 가스가 상기 미스트분리기(204)를 거치게 한다.
상기 미스트분리기(204)를 거친 가스는 연료용 온도조절히터(206)로 유입된다. 상기 연료용 온도조절히터(206)는 상기 미스트분리기(204)를 거친 가스의 온도를 엔진의 작동에 요구되는 온도(0℃~50℃)까지 높여준다. 상기 연료용 온도조절히터(206)를 거친 가스는 엔진으로 공급된다.
이하, 저장탱크(200) 내에서 자연 기화된 가스가 이중 연료 엔진으로 공급되는 루트를 설명한다.
상기 저장탱크(200)내에서 자연 기화된 가스는 자연기화가스컴프레서(214) 또는 냉각장치(210)로 유입된다. 저장탱크(200) 내에서 자연 기화된 가스의 온도는 만선상태일 때 -140℃, 공선상태일 때 -100℃~-70℃인데, 만선상태일 경우 저장탱크(200) 내에서 자연 기화된 가스의 온도가 충분히 낮아 자연기화가스컴프레서(214)에 의해 가스의 온도가 상승하더라도 이중 연료 엔진의 작동에 요구되는 온도범위를 벗어나지 않는다. 따라서, 이 경우에는 자연 기화된 가스는 바로 자연기화가스컴프레서(214)로 유입된다.
그러나, 공선상태일 경우에는 저장탱크(200) 내에서 자연 기화된 가스의 온도가 높기 때문에 자연기화가스컴프레서(214)에 의해 가스의 온도가 상승하면 이중 연료 엔진 작동에 요구되는 최대의 온도인 50℃를 초과할 수 있다. 따라서, 자연기화가스컴프레서(214)로 유입되기 전 미리 가스의 온도를 낮춰줄 필요가 있는데, 상기 냉각장치(210)가 이러한 역할을 한다.
상기 냉각장치(210)는 냉각코일(302)을 포함하고 있는데, 상기 냉각코일(302)은 자연 기화 가스가 이송되는 배관(304)의 내부에 위치하고 있으며, 상기 냉각코일(302)의 일 단은 냉각유체 공급관(218)과, 타 단은 냉각유체 배출관(212)과 연결되어 있다. 상기 냉각유체 공급관(218)의 일 단은 상기 강제 기화기(202)의 인렛부와 연결되어 있고, 상기 냉각유체 배출관(212)의 일 단은 저장탱크(200) 내부에 위치하고 있는 스프레이어(220)와 연결되어 있다.
본 실시예에서는 상기 저장탱크(200) 내부에 위치하고 있는 강제기화용 액화가스공급펌프(201)에 의해 상기 강제 기화기(202)로 공급되는 액화 천연가스를 냉각 유체로 사용한다. 상기 강제 기화기(202)로 유입되는 액화 천연가스 중 일부는 상기 냉각유체 공급관(218)을 따라 상기 배관(304)의 내부에 위치하고 있는 냉각 코일(302)로 공급되어 상기 배관을 따라 흐르는 자연 기화 가스를 냉각시킨 후, 상기 냉각유체 배출관(212)을 따라 상기 저장탱크(200) 내부에 위치하는 스프레이어(220)로 공급된다. 상기 스프레이어는 상기 냉각유체 배출관(212)을 따라 공급된 액화 천연가스를 저장탱크(200) 내부로 분사시켜 상기 저장탱크(200) 내부의 자연 기화 가스를 2차적으로 냉각시킨다.
상기 스프레이어(220)는 종래에는 액화 천연가스를 저장탱크(200)에 처음으로 저장할 경우, 미리 저장탱크(200)의 온도를 낮추기 위해 액화 천연가스를 저장탱크(200) 내부로 분사하는 용도로 사용되었으나, 본 실시예에서는 이러한 용도와 더불어 상기와 같은 용도로도 사용된다.
상기 냉각장치(210)를 통과한 자연기화가스와 저장탱크(200)에서 자연 기화된 가스는 자연기화가스컴프레서(214)로 유입된다. 상기 자연기화가스컴프레서(214)는 상기 가스를 6.5 bar로 압축하며, 이를 위해 2단계 원심압축방식(two stage centrifugal type)이 적용된다. 즉, 1단계에서 가스를 회전시켜 압축시킨 후, 상기 압축가스를 2단계에서 다시 회전시켜 압축시킨다. 상기 2단계 원심압축방식의 자연기화가스컴프레서(214)는 두 단계의 스피드로 구동되는 모터에 의해 작동한다. 상기 모터는 노멀상태에서는 빠른 속도로 구동되나, 테스트 및 스타팅 모드에서는 저속으로 구동된다. 테스트 및 스타팅 모드 시에는 상기 자연기화가스컴프레서(214)의 아웃렛부나 상기 아웃렛부에 위치하는 배관의 온도가 상온의 상태에 있는데, 이러한 상태에서 빠른 속도로 구동하면 자연기화가스컴프레서(214)의 아웃렛부의 온도가 급격하게 상승하여 엔진의 작동에 요구되는 최고온도를 초과하게 되어 자연 기화 가스를 연료로 사용할 수 없다. 그러나, 테스트나 스타팅 모드에서 엔진의 작동에 요구되는 온도를 맞추기 위해 낮은 속도로 모터를 구동하는 경우에는 원심력이 부족해 가스가 6.5 bar로 압축되지 아니한다. 따라서, 이 경우에 가스는 엔진으로 유입되지 아니하고 상기 연료용 온도조절히터(206)에서 0℃이상으로 온도를 높인 후 가스소각기(216)로 유입되어 소각된다.
상기 모터가 노멀상태에서 빠른 속도로 구동되는 경우에는 상기 자연기화가스컴프레서(214)를 통과한 가스는 온도가 0℃이상인 경우에는 연료용 온도조절히터(206)를 거치지 아니하고 이중 연료 엔진으로 유입되며, 온도가 0℃이하인 경우에는 연료용 온도조절히터(206)를 거쳐 0℃이상으로 된 후 이중 연료 엔진으로 유입된다.
본 실시예에 의하면 냉각 유체로 사용되는 액화 천연가스가 자연 기화 가스가 흐르는 배관의 내부를 흐르게 하여 상기 자연 기화 가스를 냉각시키기 때문에 액화 천연가스를 분사시킬 때 발생하는 미스트가 발생하지 않아 미스트분리기가 불 필요하다. 또한, 본 실시예에 의하면 냉각 유체로 쓰이는 액화 천연가스를 저장탱크(200)로 재분사하여 상기 저장탱크(200) 내부의 자연 기화 가스를 냉각시키는데, 이러한 과정이 반복적으로 일어나면 점진적으로 저장탱크(200) 내부의 온도가 낮아지기 때문에 자연 기화 가스를 지속적으로 냉각시키지 않아도 된다.
본 발명에 의하면 자연 기화 가스를 냉각시켜도 미스트가 발생하지 않아 미스트분리기 및 상기 분리된 미스트를 상기 저장탱크로 이송시키기 위한 배관이 불필요하고, 저장탱크 내부의 온도를 점진적으로 낮출 수 있어, 자연 기화 가스를 지속적으로 냉각시킬 필요가 없다.

Claims (1)

  1. 엔진의 연료로 사용하기 위해서 저장탱크에 보관된 액화가스를 강제로 기화시키는 강제기화기;
    상기 저장탱크에 보관된 액화가스를 상기 강제기화기로 공급하도록 인출시키는 강제기화용 액화가스 공급펌프;
    상기 강제기화기에 의해 생성된 강제 기화 가스 내의 미스트를 제거하는 미스트분리기;
    일 단은 상기 강제기화기의 인렛부와 연결되며 타 단은 상기 저장탱크 내부의 스프레이어와 연결된 냉각 코일을 구비하여, 인출한 액화가스를 이용하여 1차적으로 연료로 사용될 자연 기화 가스를 적정 온도로 냉각하고, 2차적으로 상기 저장탱크 내부를 냉각하는 냉각장치;
    연료로 사용될 자연 기화 가스를 엔진이 요구하는 적정 압력으로 가압하는 자연기화가스컴프레서;
    상기 미스트분리기를 통과한 강제 기화 가스 또는 상기 자연기화가스컴프레서에 의해 가압된 자연 기화 가스를 엔진이 요구하는 적정 온도로 가열하는 연료용 온도조절히터;를 포함하되,
    상기 연료용 온도조절히터를 통과한 자연 기화 가스 또는 강제 기화 가스를 선박의 엔진의 연료로 사용하는 것을 특징으로 하는 개선된 냉각장치를 포함하는 선박의 이중 연료 엔진의 연료공급장치.
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