KR101280152B1 - Fuel gas supply system of the indirect heat exchange form using heat of intake air - Google Patents
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Abstract
본 발명은 흡기 열을 활용한 간접 열교환 방식의 연료가스 공급장치에 관한 것이다. 본 발명의 연료가스 공급장치는, LNG 탱크(20)로부터 엔진(10)까지 연결되는 연료가스 공급라인(L1); 상기 연료가스 공급라인(L1)의 도중에 설치되어 LNG 탱크(20)로부터 LNG를 펌핑하여 엔진(10) 측으로 보내는 공급 펌프(22); 상기 공급 펌프(22)와 엔진(10) 사이의 연료가스 공급라인(L1) 상에 설치되어 LNG를 기화시키는 기화기(23); 과급기(12)로부터 엔진(10)으로 연결되는 흡기 라인(13)을 분기하여 형성한 흡기 바이패스 라인(30); 상기 흡기 바이패스 라인(30) 상에 설치되어 흡기 바이패스 라인(30)을 흐르는 흡기와 열교환 매체의 열교환이 이루어지도록 하는 흡기열 이용 열교환기(40); 상기 흡기열 이용 열교환기(40)와 상기 기화기(23)에 걸쳐 열교환 매체가 순환하도록 형성되어, 열교환 매체가 상기 흡기열 이용 열교환기(40)에서 흡기와 열교환 하여 흡기의 열을 빼앗은 후 상기 기화기(23)로 들어가 기화기(23)를 통과하는 LNG와 다시 열교환하여 LNG를 기화시키도록 하는 열교환 매체 순환 라인(50); 및 상기 열교환 매체 순환 라인(50) 상에 설치되어 열교환 매체를 순환시키는 순환펌프(52)를 포함한다. 이러한 본 발명은 과급기로부터 엔진으로 공급되는 고온의 흡기를 LNG 기화를 위한 열원으로 활용함으로써, LNG의 기화를 위한 별도의 가열장치를 설치할 필요가 없어 설비비용과 동력손실을 줄이고, 전체 동력 시스템의 효율을 향상시킨 것이다.The present invention relates to a fuel gas supply apparatus of an indirect heat exchange method using intake heat. The fuel gas supply device of the present invention, the fuel gas supply line (L1) connected from the LNG tank 20 to the engine 10; A feed pump 22 installed in the middle of the fuel gas supply line L1 and pumping LNG from the LNG tank 20 to the engine 10; A vaporizer 23 installed on the fuel gas supply line L1 between the feed pump 22 and the engine 10 to vaporize LNG; An intake bypass line 30 formed by branching the intake line 13 connected to the engine 10 from the supercharger 12; An intake heat using heat exchanger (40) installed on the intake bypass line (30) to allow heat exchange between the intake air flowing through the intake bypass line (30) and the heat exchange medium; The heat exchange medium is formed to circulate through the intake heat using heat exchanger 40 and the vaporizer 23, and the heat exchange medium exchanges heat with the intake air in the intake heat using heat exchanger 40 to extract heat from the intake air. A heat exchange medium circulation line 50 which enters 23 and heat exchanges again with LNG passing through the vaporizer 23 to vaporize the LNG; And a circulation pump 52 installed on the heat exchange medium circulation line 50 to circulate the heat exchange medium. The present invention utilizes a high temperature intake air supplied from the supercharger to the engine as a heat source for LNG vaporization, there is no need to install a separate heating device for vaporization of LNG, reducing the installation cost and power loss, the efficiency of the entire power system Will be improved.
Description
본 발명은 LNG를 엔진의 연료로서 사용하는 선박, 해상 부유구조물, 또는 육상 발전설비의 연료가스 공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG 탱크로부터 공급되는 LNG를 기화시키기 위한 열원을 별도의 가열 장치에서 공급하는 대신에 엔진 연소실에 공급되는 흡기(흡입 공기)로부터 얻도록 함으로써 시스템 유지비용을 절감하고 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있도록 한 흡기 열을 활용한 간접 열교환 방식의 연료가스 공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel gas supply apparatus for a ship, an offshore floating structure, or an onshore power plant using LNG as an engine fuel, and more particularly, a separate heating device for a heat source for vaporizing LNG supplied from an LNG tank. Indirect heat exchange fuel gas supply system utilizing intake heat to reduce system maintenance cost and improve energy efficiency by obtaining from intake air (intake air) supplied to engine combustion chamber instead of supply from .
LNG(액화천연가스: Liquefied Natural Gas)를 취급(저장, 운반)하는 선박(예; LNG 수송선), 해상 부유구조물(예; 해상 가스 저장 설비(FSRU, Floating Storage Regasification Unit) 등), 또는 육상 발전설비에는, LNG 탱크에 저장된 LNG를 기화시켜 기관동력으로 활용을 극대화하기 위한 일련의 기화설비가 구비된다.Vessels handling (storing, transporting) LNG (Liquefied Natural Gas) (e.g., LNG carriers), offshore floating structures (e.g., Floating Storage Regasification Units (FSRUs)), or onshore power generation The facility is equipped with a series of vaporization facilities for vaporizing the LNG stored in the LNG tank to maximize utilization by the engine power.
근래 LNG 운반선의 경우는 스팀구동에 따른 터빈기관(엔진)보다는 오히려 디젤기관을 적용하고 있는 추세이므로, LNG 탱크의 내부에서 발생한 기화가스를 회수하여 LNG로 재액화시킨 다음 이를 다시 LNG 탱크로 보내는 재액화장치가 LNG 운반선에 적용되고 있다.In recent years, LNG carriers tend to use diesel engines rather than turbine engines due to steam driving. Therefore, gaseous gas recovered in the LNG tank is recovered, liquefied into LNG, and then sent back to the LNG tank. Liquefaction equipment is being applied to LNG carriers.
그러나 이러한 재액화장치는 기화가스의 재액화에 따른 이점보다 재액화장치의 설비 및 운전에 따른 경비의 지출이 훨씬 큰 불합리한 문제점이 있다.However, such a reliquefaction apparatus has an unreasonable problem in that the expenditure of the expense of the facility and operation of the reliquefaction apparatus is much greater than the advantage of reliquefaction of the vaporized gas.
이러한 상황에서, 최근에 들어서는 LNG를 디젤기관의 주연료가 되는 중유와 함께 엔진의 보조 연료로서 교대로 사용할 수 있도록 한 이중(또는 이종)연료 엔진(Dual Fuel Engine)이 사용되고 있다. 이러한 이중 연료 엔진은, 두 가지 연소 모드를 가진다. 두 가지 연소 모드의 일례로서, 디젤 연료 모드에서 주연료(예; Heavy Fuel Oil, Marine Diesel Oil)를 분사하기 전에 보조연료(예; Marine Diesel Oil, Marine Gas Oil)를 분사하여 연소실의 연소환경을 개선하여 매연, NOx 개선 및 연소 성능을 향상시킨다. 또한, 가스 연료 모드에서는 연료 분사량 조절 장치(governor)의 조정으로 보조 연료만을 분사하여 가스 유입 밸브(gas admission valve)를 통해 유입된 가스 연료의 안정적인 점화를 도모할 수 있다.In this situation, recently, a dual (or heterogeneous) fuel engine has been used in which LNG can be alternately used as an auxiliary fuel of an engine together with heavy oil that is a main fuel of a diesel engine. This dual fuel engine has two combustion modes. As an example of two combustion modes, the secondary fuel (eg Marine Diesel Oil, Marine Gas Oil) is injected before the main fuel (eg, Heavy Fuel Oil, Marine Diesel Oil) is injected in the diesel fuel mode to control the combustion environment of the combustion chamber. Improves soot, NOx improvement and combustion performance. In addition, in the gas fuel mode, only the auxiliary fuel is injected by adjusting the fuel injection amount control device (governor) to achieve stable ignition of the gas fuel introduced through the gas admission valve.
이와 더불어, LNG 가스연료를 주연료로서 고압 분사하여 연소시켜 추진용 기관이나 메인 기관으로 사용하는 엔진(예; MAN Diesel & Turbo사의 ME-GI 엔진)이 개발됨으로써, LNG에 대한 연료화가 다시금 부각되고 있다.In addition, the development of an engine (for example, MAN Diesel & Turbo's ME-GI engine) that burns and burns LNG gas fuel as a main fuel under high pressure injection and uses it as a propulsion engine or a main engine, fueling LNG again. have.
도 1은 종래 LNG 가스를 연료로서 사용하는 엔진 및 기화가스 공급 장치의 구성을 보인 계통도이다.1 is a system diagram showing a configuration of an engine and a vaporization gas supply apparatus using a conventional LNG gas as a fuel.
종래 기화가스 공급 장치는, LNG 탱크(2)와, LNG 공급용 펌프(3), 기화기(4), 가열장치(5), 및 열교환매개체 공급용 펌프(7)를 포함하여 이루어진다.The conventional vaporization gas supply apparatus includes the
구체적으로, LNG 탱크(2)와 엔진(1) 사이의 연료가스 공급라인에는 LNG 탱크(2)에 저장된 LNG를 펌핑하는 공급 펌프(3)와, 공급 펌프(4)로부터 공급되는 연료를 기화시켜 엔진(1)으로 보내는 기화기(4)가 설치된다. 또한, 기화기(4)에는 별도의 열교환 매체 순환라인(6)이 설치되고, 열교환 매체 순환라인(6) 상에는 가열장치(5)와 열교환 매체 공급용 펌프(7)가 설치된다. 가열장치(5)에서 일정 온도로 가열된 열교환 매체는 공급용 펌프(7)에 의해 기화기(4)로 들어가서 기화기(4)를 지나는 LNG와 열교환 한 다음, 다시 가열장치(5)로 순환하게 된다. 결국, 기화기(4) 내에서는 열교환 매체와 LNG 간의 열교환을 통해 LNG를 기화시키고, 이렇게 기화된 LNG는 엔진(1)의 연료로서 공급된다.Specifically, the fuel gas supply line between the
하지만, 이러한 종래 기화가스 공급장치는 다음과 같은 문제점이 있다.However, such a conventional vaporized gas supply device has the following problems.
먼저, LNG를 기화시키기 위하여 열교환 매체의 가열원인 가열장치(5)를 추가로 필요로 하기 때문에, 엔진(1)으로부터 생성된 동력 에너지의 일부가 다시 열교환 매체를 가열시키는 가열장치(5)에 소모됨으로써 실질적으로 전체 동력 시스템의 에너지 측면을 고려하면 큰 효율을 기대할 수가 없다.First, since a
또한, LNG를 기화시키기 위한 가열장치(5)와 기화기(4)의 요건을 만족하기 위해서는 기화기(4), 가열장치(5) 등의 설비 및 엔진(1) 설비의 대형화가 필요하게 되어 시스템의 유지비용이 증가하는 결과를 초래하게 된다.In addition, in order to satisfy the requirements of the
또한, LNG에 기화열을 제공하기 위해 열교환 매체 순환라인(6)을 순환하는 열교환 매체로서는 글리콜 워터라고 불리는 부동액의 일종인 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol)이 주로 사용된다. 이러한 에틸렌글리콜은 분자량 62.07, 녹는점 -12.6 ℃, 끓는점 197.7 ℃, 비중 1.1131을 가지는 점도가 큰 무색 액체로서, 이는 비교적 녹는점이 낮음에도 고압 및 극저온(대략 -163℃) 상태로 액화된 LNG와 열교환 과정에서 결빙되는 현상이 발생할 수 있다. 특히, 가열장치(5)에 고장이 발생하기라도 하면 LNG의 낮은 온도로 인하여 열교환 매체 순환라인(6)의 배관뿐만 아니라 주위 기화설비가 결빙되거나 결빙에 의해 파손되는 등의 큰 위험이 초래될 염려가 있다.In addition, ethylene glycol (Ethylene Glycol), which is a kind of antifreeze called glycol water, is mainly used as the heat exchange medium for circulating the heat exchange
따라서 본 발명의 목적은, 엔진으로 공급되는 고온의 흡기가 지닌 열에너지를 LNG를 기화시키기 위한 열원으로 활용함으로써, 엔진에서 생성되는 동력의 손실을 방지하고, 열교환 매체의 가열을 위한 가열장치의 추가설치를 배제하며, 그에 따라 전체 동력 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 흡기 열을 활용한 간접 열교환 방식의 연료가스 공급장치연료가스 공급장치를 제공하는 것이다.Therefore, an object of the present invention, by utilizing the heat energy of the high temperature intake supplied to the engine as a heat source for vaporizing LNG, to prevent the loss of power generated in the engine, and additional installation of a heating device for heating the heat exchange medium Therefore, to provide an indirect heat exchange fuel gas supply unit fuel gas supply unit using intake heat that can improve the efficiency of the entire power system accordingly.
본 발명의 다른 목적은, 과급기를 통해 압축되어 과급공기 냉각기에 이르기 전의 흡기를 LNG를 기화시키는데 활용함으로써, 엔진의 연소실로 들어가는 흡기를 1차적으로 냉각시킴으로써 냉각기의 냉각효율을 증대시키는 한편, 냉각기의 부하를 줄이거나 냉각설비의 용량 감소를 가능케 하여 운전비용을 최소화하고 시스템 효율을 극대화하도록 하는 것이다.Another object of the present invention is to utilize the intake air that is compressed through the supercharger before reaching the supercharged air cooler to vaporize LNG, thereby increasing the cooling efficiency of the cooler by primarily cooling the intake air entering the combustion chamber of the engine, It is possible to reduce the load or reduce the capacity of the cooling system to minimize operating costs and maximize system efficiency.
본 발명의 또 다른 목적은, 흡기 열과 LNG가 간접적으로 열교환 하는 시스템을 제공함으로써, 직접 열교환 방식에 비해 기화가스의 흡기 유입에 대한 염려를 제거하도록 하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a system in which heat of intake heat and LNG are indirectly exchanged, thereby eliminating the concern about intake of intake gas from the vaporized gas as compared to the direct heat exchange method.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 흡기 열을 활용한 간접 열교환 방식의 연료가스 공급장치는, LNG 탱크로부터 엔진까지 연결되는 연료가스 공급라인; 상기 연료가스 공급라인의 도중에 설치되어 LNG 탱크로부터 LNG를 펌핑하여 엔진 측으로 보내는 공급 펌프; 상기 공급 펌프와 엔진 사이의 연료가스 공급라인 상에 설치되어 LNG를 기화시키는 기화기; 과급기로부터 엔진으로 연결되는 흡기 라인을 분기하여 형성한 흡기 바이패스 라인; 상기 흡기 바이패스 라인 상에 설치되어 흡기 바이패스 라인을 흐르는 흡기와 열교환 매체의 열교환이 이루어지도록 하는 흡기열 이용 열교환기; 상기 흡기열 이용 열교환기와 상기 기화기에 걸쳐 열교환 매체가 순환하도록 형성되어, 열교환 매체가 상기 흡기열 이용 열교환기에서 흡기와 1차로 열교환 하여 흡기의 열을 빼앗은 후 상기 기화기로 들어가 기화기를 통과하는 LNG와 2차로 열교환하여 LNG를 기화시키도록 하는 열교환 매체 순환 라인; 및 상기 열교환 매체 순환 라인 상에 설치되어 열교환 매체를 순환시키는 순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the indirect heat exchange fuel gas supply apparatus using the intake heat according to the present invention, the fuel gas supply line is connected to the engine from the LNG tank; A supply pump installed in the middle of the fuel gas supply line and pumping LNG from the LNG tank to the engine side; A vaporizer installed on a fuel gas supply line between the feed pump and the engine to vaporize LNG; An intake bypass line formed by branching an intake line connected to the engine from the supercharger; An intake heat using heat exchanger installed on the intake bypass line to perform heat exchange between the intake flowing through the intake bypass line and the heat exchange medium; A heat exchange medium is circulated between the intake heat using heat exchanger and the vaporizer, and the heat exchange medium first exchanges heat with the intake in the intake heat using heat exchanger to extract heat from the intake, and then passes through the carburetor with the LNG; A heat exchange medium circulation line for vaporizing the LNG by second heat exchange; And a circulation pump installed on the heat exchange medium circulation line to circulate the heat exchange medium.
상기 흡기 바이패스 라인은, 과급기를 통과한 흡기를 엔진으로 공급되기 전에 냉각시키는 과급공기 냉각기의 상류 측에서 분기하는 것이 바람직하다.It is preferable that the intake bypass line branches on an upstream side of the charge air cooler that cools the intake air that has passed through the supercharger before being supplied to the engine.
상기 흡기 바이패스 라인의 분기점에는 3방향 밸브를 설치하여, 상기 3방향 밸브는 과급기를 나온 흡기의 일부 또는 전부를 흡기 바이패스 라인으로 유입되도록 조절하도록 하는 것이 바람직하다.It is preferable to install a three-way valve at the branch point of the intake bypass line, so that the three-way valve adjusts some or all of the intake air from the supercharger to flow into the intake bypass line.
상기 LNG 탱크와 상기 공급 펌프 사이의 연료가스 공급라인 상에는, LNG를 일시 저장하고 자체 내압에 의하여 저장된 LNG를 배출하는 버퍼 탱크를 설치할 수 있다.On the fuel gas supply line between the LNG tank and the feed pump, a buffer tank for temporarily storing LNG and discharging the stored LNG by internal pressure may be installed.
본 발명의 흡기 열을 활용한 간접 열교환 방식의 연료가스 공급장치에 의하면, 과급기로부터 엔진으로 공급되는 고온의 흡기를 LNG 기화를 위한 열원으로 활용함으로써, LNG의 기화를 위한 별도의 가열장치를 설치할 필요가 없게 된다. 따라서 본 발명에 의하면, 동력의 손실이 줄어들고, 전체 동력 시스템의 효율이 향상된다.According to the fuel gas supply device of the indirect heat exchange method using the intake heat of the present invention, by using a high temperature intake air supplied from the supercharger to the engine as a heat source for LNG vaporization, it is necessary to install a separate heating device for vaporization of LNG There will be no. Therefore, according to the present invention, the loss of power is reduced, and the efficiency of the entire power system is improved.
또한, 본 발명의 흡기 열을 활용한 연료가스 공급장치에 의하면, 과급기를 통해 압축되어 냉각기에 이르기 전의 흡기를 LNG를 기화시키는 열교환 매체로 활용함으로써, 흡기와 LNG의 열교환에 의해 엔진 연소실로 들어가는 흡기를 냉각기에 이르기 전에 1차적으로 냉각시킴으로써, 냉각기의 부하를 줄이고 냉각효율을 증대시킬 수 있다. 이에 따르면, 냉각설비의 용량 감소도 가능하게 됨은 물론 유지비용이 최소화되고 전체 시스템 효율을 극대화할 수 있다.In addition, according to the fuel gas supply apparatus utilizing the intake heat of the present invention, the intake air entering the engine combustion chamber by heat exchange between the intake and the LNG is utilized by utilizing the intake air before being compressed through the supercharger to vaporize the LNG. By first cooling the coolant before reaching the cooler, the load on the cooler can be reduced and the cooling efficiency can be increased. According to this, it is possible to reduce the capacity of the cooling installation, as well as to minimize the maintenance cost and to maximize the overall system efficiency.
도 1은 종래의 기화가스 공급장치의 계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 흡기 열을 활용한 기화가스 공급장치의 계통도이다.1 is a system diagram of a conventional vaporization gas supply apparatus.
2 is a system diagram of a vaporization gas supply apparatus utilizing intake heat according to the present invention.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2에는 본 발명에 따른 흡기 열을 활용한 기화가스 공급장치의 계통도가 도시되어 있다.2 is a schematic diagram of a vaporization gas supply apparatus utilizing intake heat according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 흡기 열을 활용한 기화가스 공급장치에서, 엔진(10)은 흡기를 고압으로 압축함으로써 엔진 출력을 증대시키기 위한 과급기(charger)(12)를 구비하고, 과급기(12)에서 압축된 흡기를 냉각시켜 밀도를 높이고 충전효율을 증대시키기 위한 과급공기 냉각기(cooler 또는 inter cooler)(14)를 구비하는 엔진이다.Referring to Figure 2, in the vaporization gas supply apparatus using the intake heat according to the present invention, the
도 2에 도시된 과급기(12)는 배기가스 라인(11)으로 배출되는 엔진 배기가스의 유동 에너지에 의해 터빈을 구동하고, 터빈의 회전에 의해 흡기를 압축하는 배기가스 과급기(exhaust gas turbo-charger) 방식이지만, 엔진의 동력을 이용하여 구동하는 기계식 과급기(mechanical super charger) 방식이어도 좋다.The
본 발명은, 상기와 같이 기존의 엔진에 이미 설치되어 운용되는 과급기(12)를 통해 흡기 라인(13)을 흐르는 고온 고압의 흡기(공기)가 지닌 열을 LNG를 기화시키는 열원으로 활용함으로써, 별도의 가열 장치 없이 LNG를 기화시킬 수 있도록 한 것이다.The present invention, by utilizing the heat of the intake (air) of the high temperature and high pressure flowing through the
구체적으로 본 발명에 따른 흡기 열을 활용한 간접 열교환 방식의 연료가스 공급장치는, LNG 탱크(20)로부터 엔진(10)까지 연결되는 연료가스 공급라인(L1)과, 연료가스 공급라인(L1)의 도중에 설치되어 LNG 탱크(20)로부터 LNG를 펌핑하여 엔진(10) 측으로 보내는 공급 펌프(22)와, 공급 펌프(22)와 엔진(10) 사이의 연료가스 공급라인(L1) 상에 설치되어 LNG를 기화시키는 기화기(23)와, 과급기(12)로부터 엔진(10)으로 연결되는 흡기 라인(13)을 분기하여 형성한 흡기 바이패스 라인(30)과, 흡기 바이패스 라인(30) 상에 설치되어 흡기 바이패스 라인(30)을 흐르는 흡기와 열교환 매체의 열교환이 이루어지도록 하는 흡기열 이용 열교환기(40)와, 흡기열 이용 열교환기(40)와 기화기(23)에 걸쳐 열교환 매체가 순환하도록 형성되어, 열교환 매체가 상기 흡기열 이용 열교환기(40)에서 흡기와 열교환 하여 흡기의 열을 빼앗은 후 상기 기화기(23)로 들어가 기화기(23)를 통과하는 LNG와 다시 열교환하여 LNG를 기화시키도록 하는 열교환 매체 순환 라인(50)과, 열교환 매체 순환 라인(50) 상에 설치되어 열교환 매체를 순환시키는 순환펌프(52)를 포함한다.Specifically, the fuel gas supply apparatus of the indirect heat exchange method using intake heat according to the present invention includes a fuel gas supply line L1 connected from the
따라서, 엔진의 흡기 라인(13)을 분기한 흡기 바이패스 라인(30)을 따라 흡기를 흡기열 이용 열교환기(40)로 유동시켜 열교환 매체와 열교환 하도록 하고, 흡기열 이용 열교환기(40)에서 흡기로부터 열을 빼앗은 열교환 매체를 다시 기화기(23)로 순환시켜 기화기(23)를 통과하는 LNG와 열교환하여 LNG를 기화시키게 된다.Accordingly, the intake air flows along the intake
여기서, 흡기 바이패스 라인(30)은, 과급기(12)를 통과한 흡기를 엔진으로 공급되기 전에 냉각시키는 과급공기 냉각기(14)의 상류 측에서 분기한다.Here, the
이렇게 함으로써, 과급공기 냉각기(14)에서 냉각되기 전의 고온 고압의 흡기 열을 그대로 이용하여 흡기열 이용 열교환기(40)에서의 열교환 효율을 높인다.By doing so, the heat exchange efficiency in the intake heat utilizing
또한, 흡기가 과급공기 냉각기(14)에 들어가기 전에 미리 흡기열 이용 열교환기(40)에서 1차적으로 냉각되도록 함으로써, 과급공기 냉각기(14)에서의 냉각 효율을 극대화할 수 있고, 과급공기 냉각기(14)의 효율이 증대하는 만큼 용량이 적은 과급공기 냉각기(14)를 사용할 수도 있다.In addition, by allowing the intake air to be primarily cooled in the intake heat using
또한, 흡기 바이패스 라인(30)의 분기점에는 3방향 밸브(32)가 설치된다. 이의 3방향 밸브(32)는, 과급기(12)를 나온 흡기의 일부를 흡기 바이패스 라인(30)으로 유입되도록 조절하거나 과급기(12)를 나온 흡기의 일부를 흡기 바이패스 라인(30)으로 유입되도록 조절할 수 있다.In addition, a three-
또한, LNG 탱크(20)와 공급 펌프(22) 사이의 연료가스 공급라인(L1) 상에는, LNG를 일시 저장하고 자체 내압에 의하여 저장된 LNG를 배출하는 버퍼 탱크(21)가 설치된다.In addition, on the fuel gas supply line L1 between the
버퍼 탱크(21)는 이른바 '석션 드럼(suction drum)'으로도 불리는 것으로서, LNG가 LNG 탱크(20)로부터 공급용 펌프(22)로 곧바로 펌핑되는 것이 아니라 버퍼 탱크(21)에 LNG를 임시로 저장한 다음, LNG가 안정된(일정한) 압력상태로 공급 펌프(22)에 공급될 수 있도록 한다.The
만일 LNG 탱크(20) 내에 극저온(-163℃)으로 압축되어 있는 LNG를 곧바로 공급 펌프(22)로 공급하게 될 경우에는 LNG의 제어가 쉽지 않기 때문에 기화기(23)에 적정 압력과 용량의 LNG를 공급하기가 원활치 않다.If LNG, which is compressed at low temperature (-163 ° C.) in the
이러한 이유 때문에, LNG 탱크(20)와 공급 펌프(22) 사이에 버퍼 탱크(21)를 설치함으로써 항상 안정된 압력과 용량의 LNG가 공급 펌프(102)로 공급될 수 있게 한다.For this reason, the
도 2에 도시하지는 않았지만, 상기 버퍼 탱크(21)에는 내부로 유입되는 LNG의 저장압력, 저장용량을 조절할 수 있는 수단을 포함함으로써, LNG 공급용 펌프(102)를 향해 항상 일정한 압력과 용량의 LNG가 안정적으로 공급될 수 있게 할 수 있다.Although not shown in FIG. 2, the
예를 들어, 버퍼 탱크(21) 내의 저장압력 조절수단으로는, 압력 컨트롤러와, 압력 조절밸브 및 압력센서로 이루어질 수 있다. 압력 컨트롤러는 버퍼 탱크(21) 내에 위치한 압력센서로부터 압력정보를 제공받아 압력 조절밸브를 개폐시키며 버퍼 탱크(21) 내의 LNG 수위 상부에 위치하는 자연 기화가스를 LNG 탱크(20)로 회귀시키는 정도에 따라 버퍼 탱크(21) 내부의 압력을 소정의 압력으로 일정하게 유지할 수 있다.For example, the storage pressure regulating means in the
버퍼 탱크(21)의 저장용량 조절수단으로는, 용량 컨트롤러와, 용량센서 및 용량 제어밸브로 이루어질 수 있다. 용량 컨트롤러는 버퍼 탱크(21) 내의 용량센서로부터 LNG의 용량(수위) 정보를 제공받아 용량 제어밸브를 개폐함으로써 LNG의 수위를 일정하게 유지할 수 있다.The storage capacity adjusting means of the
한편, 열교환 매체 순환라인(50)을 흐르는 열교환 매체로서는 부동액과 냉각수 혼합용액이 적당하다. 부동액으로서는 에틸렌 글리콜이 적당하며 그외의 다른 부동액을 사용할 수 있다.On the other hand, as the heat exchange medium flowing through the heat exchange
이와 같이, 열교환 매체로서 부동액과 냉각수 혼합용액을 사용하더라도, 본 발명에서는 엔진의 흡기를 이용하여 열교환 매체를 가열하기 때문에, 별도의 가열장치를 사용하던 기존의 경우처럼 가열장치의 고장 및 그에 따른 배관 등의 결빙을 염려할 필요가 없다.As described above, even if an antifreeze and a coolant mixed solution are used as the heat exchange medium, in the present invention, since the heat exchange medium is heated by using the intake of the engine, as in the conventional case of using a separate heating device, the failure of the heating device and the piping accordingly There is no need to worry about freezing of the back.
또한, 엔진으로 공급되는 흡기의 열을 이용하여 열교환 매체를 1차적으로 가열하고, 열교환 매체를 다시 기화기로 순환시켜 LNG와 열교환 하도록 하는 간접 열교환 방식이기 때문에 고압의 LNG 가스가 흡기와 함께 엔진으로 유입될 염려가 없다. 예컨대, 바이패스관(30)을 직접 기화기(23)로 연결하여 흡기와 LNG를 직접 열교환 시키는 직접 열교환 방식을 사용하는 경우에는, 기화기(23) 내에서 바이패스관(30)을 연장하여 형성한 열교환 관군(管群, bundle)이 열 수축 및 팽창을 반복하는 과정에서 혹여 미세 균열이 발생하기라도 하면, 고압의 LNG 가스가 바이패스관(30)으로 침투하여 엔진 흡기계통으로 들어가서 사고를 일으킬 염려가 있다. 그러나 본 발명과 같이 간접 열교환 방식을 사용하면 LNG 가스가 흡기계통으로 들어가는 사고에 대한 염려만큼은 불식시킬 수 있다.In addition, since the indirect heat exchange system heats the heat exchange medium primarily by using the heat of intake air supplied to the engine, and circulates the heat exchange medium back to the vaporizer to exchange heat with LNG, high-pressure LNG gas flows into the engine together with the intake air. There is no concern. For example, in the case of using a direct heat exchange method in which the
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.The foregoing is a description of certain preferred embodiments of the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein, but may be modified and altered without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.
10 : 엔진
11 : 배기가스 라인
12 : 과급기
13 : 흡기 라인
14 : 과급공기 냉각기
20 : LNG 탱크
21 : 버퍼 탱크
22 : 공급 펌프
23 : 기화기
30 : 흡기 바이패스 라인
40 : 열교환기
50 : 열교환 매체 순환 라인
52 : 순환 펌프10: Engine
11: exhaust gas line
12: supercharger
13: intake line
14: supercharged air cooler
20: LNG tank
21: buffer tank
22: feed pump
23: carburetor
30: intake bypass line
40: heat exchanger
50: heat exchange medium circulation line
52: circulation pump
Claims (4)
상기 연료가스 공급라인(L1)의 도중에 설치되어 LNG 탱크(20)로부터 LNG를 펌핑하여 엔진(10) 측으로 보내는 공급 펌프(22);
상기 공급 펌프(22)와 엔진(10) 사이의 연료가스 공급라인(L1) 상에 설치되어 LNG를 기화시키는 기화기(23);
과급기(12)로부터 엔진(10)으로 연결되는 엔진의 흡기 라인(13)을 분기하여 형성한 흡기 바이패스 라인(30);
상기 흡기 바이패스 라인(30) 상에 설치되어 흡기 바이패스 라인(30)을 흐르는 흡기에 의해 열교환 매체를 가열하는 흡기열 이용 열교환기(40);
상기 흡기열 이용 열교환기(40)와 상기 기화기(23)에 걸쳐 상기 열교환 매체가 순환하도록 형성되어, 상기 열교환 매체가 상기 흡기열 이용 열교환기(40)에서 흡기와 1차적으로 열교환 하여 흡기의 열을 빼앗은 후 상기 기화기(23)로 들어가 기화기(23)를 통과하는 LNG와 2차로 열교환하여 LNG를 기화시키도록 하는 열교환 매체 순환 라인(50); 및
상기 열교환 매체 순환 라인(50) 상에 설치되어 열교환 매체를 순환시키는 순환펌프(52)를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 열을 활용한 간접 열교환 방식의 연료가스 공급장치.A fuel gas supply line L1 connected to the engine 10 from the LNG tank 20;
A feed pump 22 installed in the middle of the fuel gas supply line L1 and pumping LNG from the LNG tank 20 to the engine 10;
A vaporizer 23 installed on the fuel gas supply line L1 between the feed pump 22 and the engine 10 to vaporize LNG;
An intake bypass line 30 formed by branching the intake line 13 of the engine connected to the engine 10 from the supercharger 12;
An intake heat using heat exchanger (40) installed on the intake bypass line (30) to heat the heat exchange medium by intake air flowing through the intake bypass line (30);
The heat exchange medium is circulated through the intake heat using heat exchanger 40 and the vaporizer 23, and the heat exchange medium is primarily heat exchanged with the intake in the intake heat using heat exchanger 40 to heat the intake air. A heat exchange medium circulation line (50) which enters the vaporizer (23) and then heat-exchanges with LNG passing through the vaporizer (23) to vaporize the LNG; And
Indirect heat exchange fuel gas supply apparatus using the intake heat, characterized in that it comprises a circulating pump (52) installed on the heat exchange medium circulation line (50) for circulating the heat exchange medium.
상기 흡기 바이패스 라인(30)은, 과급기(12)를 나온 흡기가 엔진으로 공급되기 전에 냉각시키는 과급공기 냉각기(14)의 상류 측에서 분기되는 것을 특징으로 하는 흡기 열을 활용한 간접 열교환 방식의 연료가스 공급장치.The method of claim 1,
The intake bypass line 30 is branched from an upstream side of the charge air cooler 14 for cooling the intake air from the supercharger 12 before being supplied to the engine. Fuel gas supply.
상기 흡기 바이패스 라인(30)의 분기점에는 3방향 밸브(32)가 설치되고, 상기 3방향 밸브(32)는 과급기(12)를 나온 흡기의 일부 또는 전부를 흡기 바이패스 라인(30)으로 유입하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 흡기 열을 활용한 간접 열교환 방식의 연료가스 공급장치.The method of claim 1,
A three-way valve 32 is installed at the branch point of the intake bypass line 30, and the three-way valve 32 introduces a part or all of the intake air from the supercharger 12 into the intake bypass line 30. Indirect heat exchange fuel gas supply apparatus using intake heat, characterized in that to be adjusted to.
상기 LNG 탱크(20)와 상기 공급 펌프(22) 사이의 연료가스 공급라인(L1) 상에는, LNG를 일시 저장하고 자체 내압에 의하여 저장된 LNG를 배출하는 버퍼 탱크(21)가 설치되는 것을 특징으로 하는 흡기 열을 활용한 간접 열교환 방식의 연료가스 공급장치.The method of claim 1, wherein
On the fuel gas supply line L1 between the LNG tank 20 and the feed pump 22, a buffer tank 21 for temporarily storing LNG and discharging the stored LNG by internal pressure is installed. Indirect heat exchanger fuel gas supply system using intake heat.
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