KR101302006B1 - Apparatus and Method for Supplying Fuel Gas of Ship Engine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질소 산화물의 발생을 최소화하는 선박용 엔진의 연료 공급장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, LNG 저장탱크로부터 LNG를 빼내어 선박용 엔진으로 공급하는 주연료 공급라인, 상기 LNG 저장탱크로부터 개질기로 천연가스를 공급하는 개질용연료 공급라인, 별도로 공급된 증기를 공급받아 상기 개질용연료 공급라인에서 공급된 천연가스로부터 수소 가스를 발생시키는 개질기(reformer) 및 상기 주연료 공급라인에서 공급되는 기화된 LNG 및 상기 개질기에서 발생된 수소 가스를 혼합하여 상기 선박용 엔진으로 공급하는 매니폴드를 포함하여 구성되는 선박용 엔진의 연료 공급장치가 개시된다.The present invention relates to a fuel supply apparatus of a marine engine for minimizing the generation of nitrogen oxides, according to an embodiment of the present invention, the main fuel supply line for extracting the LNG from the LNG storage tank and supply to the marine engine, the LNG storage tank Reform fuel supply line for supplying natural gas to the reformer from the reformer, a reformer (reformer) for generating hydrogen gas from the natural gas supplied from the reforming fuel supply line receives the steam supplied separately and from the main fuel supply line Disclosed is a fuel supply apparatus for a marine engine, comprising a manifold for mixing vaporized LNG and hydrogen gas generated in the reformer and supplying the gas to the marine engine.
Description
본 발명은 선박용 엔진의 연료 공급장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 천연가스로부터 수소 가스를 생산하여 이를 천연가스와 혼합하여 엔진에 공급함으로써 엔진의 착화성능을 향상시키고 질소 산화물의 발생을 최소화한 선박용 엔진의 연료 공급장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel supply apparatus and method for a marine engine, and more particularly, to produce hydrogen gas from natural gas, and mix it with natural gas to supply the engine to improve the ignition performance of the engine and minimize the generation of nitrogen oxides. It relates to a fuel supply device and a method of a marine engine.
일반적으로, 천연가스는 생산지에서 상압 -163℃의 극저온으로 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas: 이하 'LNG'라 함) 상태로 만들어진 후 LNG 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 수송된다.In general, natural gas is produced in the form of liquefied natural gas (Liquefied Natural Gas, hereinafter referred to as 'LNG') at a cryogenic temperature of -163 ° C at the production site, and then transported to a destination by an LNG carrier over a long distance.
천연가스의 액화온도는 극저온이기 때문에, LNG는 온도가 조금만 올라가도 증발된다. LNG 운반선에 구비된 LNG 저장탱크의 경우 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG 저장탱크 내부로 지속적으로 전달되기 때문에, LNG를 수송하는 도중에 LNG가 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(Boil-Off Gas: BOG)가 발생한다.Since the liquefaction temperature of natural gas is extremely low, LNG will evaporate even if the temperature rises slightly. Although LNG storage tanks equipped with LNG carriers are insulated, the external heat is continuously transferred into the LNG storage tanks, so LNG is continuously vaporized during the transportation of LNG and the evaporated gas in the LNG storage tanks. (Boil-Off Gas: BOG) occurs.
이와 같이, LNG 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 LNG 저장탱크 내의 압력이 과도하게 상승하므로, LNG 저장탱크 내에서 발생되는 증발가스를 처리하기 위해 증발가스를 선박 추진 엔진의 연료로 사용하거나 가스연소기에서 소각 또는 일부를 재액화시켜 LNG 저장탱크로 재유입시킨다.As such, when the boil-off gas accumulates in the LNG storage tank, the pressure in the LNG storage tank is excessively increased, so that the boil-off gas is used as a fuel of a ship propulsion engine or in a gas combustor to treat the boil-off gas generated in the LNG storage tank. Incineration or part is reliquefied and reflowed into LNG storage tanks.
그리고, 최근에는 LNG를 선박용 추진 엔진의 주연료로 사용하면서 BOG를 재액화시키는 공급 장치에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.In recent years, development of a supply device for reliquefaction of BOG while using LNG as a main fuel of a marine propulsion engine has been actively performed.
도 1을 참조하여, 종래 LNG 연료공급 및 재액화 장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 1, the configuration of a conventional LNG fuel supply and re-liquefaction apparatus is as follows.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 연료공급 및 재액화 장치는 LNG 운반선의 LNG 저장탱크(1)로부터 LNG를 빼내어서 선박용 엔진으로 공급하는 연료가스 공급라인(L1)을 설치하고, 이 연료가스 공급라인(L1)의 도중에, LNG를 LNG 저장탱크(1)로부터 빼내어지는 증발가스와 열교환시키는 열교환기(3)를 설치한 것이다.As shown in FIG. 1, the conventional fuel supply and reliquefaction apparatus is provided with a fuel gas supply line L1 which extracts LNG from an LNG storage tank 1 of an LNG carrier and supplies it to a marine engine. In the middle of the line L1, the
열교환기(3)의 상류의 연료가스 공급라인(L1)에는 LNG를 선박용 엔진의 요구 압력에 맞게 압축시켜서 선박용 엔진으로 공급하기 위한 1차 펌프(2)가 설치된다.The fuel gas supply line L1 upstream of the
열교환기(3)에는 LNG 저장탱크(1)의 상부로부터 증발가스를 빼내어서 LNG 저장탱크(1)의 일측으로 복귀시키는 증발가스 액화라인(L2)이 통과한다.In the
상기 열교환기(3)에서, LNG는 증발가스와의 열교환에 의해 온도가 상승되어 선박용 엔진으로 공급되고, 증발가스는 LNG와의 열교환에 의해 액화되어 LNG 저장탱크(1)로 복귀된다.In the heat exchanger (3), the LNG is raised by heat exchange with the boil-off gas and supplied to the marine engine, and the boil-off gas is liquefied by heat-exchange with the LNG and returned to the LNG storage tank (1).
상기 열교환기(3)의 하류의 연료가스 공급라인(L1)에는 열교환기(3)에서 증발가스와 열교환된 LNG를 선박용 엔진의 요구 압력에 맞게 압축시켜서 선박용 엔진으로 공급하기 위한 2차 펌프(4)가 설치되어 있다.Fuel pump supply line (L1) downstream of the heat exchanger (3) is a secondary pump (4) for supplying to the marine engine by compressing LNG heat exchanged with the boil-off gas in the heat exchanger (3) to the required pressure of the marine engine (4) ) Is installed.
2차 펌프(4)의 하류의 연료가스 공급라인(L1)에는 열교환기(3)에서 열교환된 LNG를 가열하여 선박용 엔진으로 공급하기 위한 히터(5)가 설치되어 있다.The fuel gas supply line L1 downstream of the
열교환기(3)의 상류의 증발가스 액화라인(L2)에는 LNG 저장탱크에서 빼내어지는 증발가스를 압축 및 냉각시킨 다음 LNG와 열교환시키기 위하여 증발가스용 압축기(6) 및 냉각기(7)가 차례로 설치되어 있다.In the boil-off gas liquefaction line (L2) upstream of the heat exchanger (3), the compressor (6) and the cooler (7) for the boil-off gas are installed in order to compress and cool the boil-off gas extracted from the LNG storage tank and then heat-exchange with the LNG. It is.
1차 펌프(2), 2차 펌프(4), 증발가스용 압축기(6) 및 냉각기(7)를 통과하는 유체의 압력을 조절하기 위하여 유량 조절형 압력조절밸브(11)가 각 장치마다 설치되어 있다.In order to control the pressure of the fluid passing through the primary pump (2), the secondary pump (4), the compressor for the boil-off gas (6) and the cooler (7), a flow regulating pressure regulating valve (11) is provided for each device. It is.
또한, 히터(5)의 전후의 연료가스 공급라인(L1)에는 라인을 통과하는 유체의 온도를 조절하기 위하여 유량 조절형 온도조절 밸브(12)가 병렬로 설치되어 있다.In addition, in the fuel gas supply line L1 before and after the heater 5, in order to adjust the temperature of the fluid which passes through a line, the flow regulating
1차 펌프(2)의 하류의 연료가스 공급라인(L1)과, 2차 펌프(4)의 하류의 연료가스 공급라인(L1)과, 증발가스용 압축기(6) 및 냉각기(7)의 하류의 증발가스 액화라인(L2)과, 각각의 압력조절밸브(11)들 사이에는 압력 센서(13)가 연결되어 있다. 또한, 히터(5)의 하류의 연료가스 공급라인(L1)과 온도 조절 밸브(12) 사이에는 온도센서(15)가 연결되어 있다.Fuel gas supply line L1 downstream of the
유량 조절형 압력조절밸브(11)와 온도 조절 밸브(12)는 유량을 조절함으로써 통과하는 유체의 압력 또는 온도를 조절한다. 또한, 열교환기(3)의 하류의 증발가스 액화라인(L2)의 도중에는 통과하는 유체의 압력을 제어하기 위하여 팽창형 압력조절밸브(12a)가 설치되어 있다.The flow regulating
열교환기(3)의 하류의 증발가스 액화라인(L2)에 설치된 압력조절밸브(12a)의 전단의 증발가스 액화라인(L2)과 압력조절밸브(12a) 사이에도 압력 센서(13)가 연결되어 있다.A
하지만, 상술한 종래의 종래 연료공급 및 재액화 장치는, 천연가스를 주연료로 사용함에 따라, 질소 산화물이 다량 발생하는 한계를 가지고 있다. However, the conventional conventional fuel supply and reliquefaction apparatus described above has a limitation in that a large amount of nitrogen oxides are generated by using natural gas as the main fuel.
최근 친환경 엔진 기술에 관한 관심이 높은 상황이고 특히 엔진 연소에 의해 발생하는 질소산화물의 저감은 매우 민감한 이슈로 되고 있다. 따라서, LNG를 사용하는 엔진의 질소산화물을 더욱 획기적으로 저감해야 하는 필요성이 대두되고 있다. 질소산화물이 다량 발생하는 원인은 엔진 연소실 내의 높은 온도에 의한 것으로서, 연소 온도를 낮추면서도 안정적인 연소 반응을 위해서는 가연한계를 더 낮출 수 있는 방법이 요구된다고 하겠다.Recently, there is a high interest in environmentally friendly engine technology, and in particular, the reduction of nitrogen oxides generated by engine combustion has become a very sensitive issue. Therefore, there is a need to further reduce nitrogen oxides in engines using LNG. A large amount of nitrogen oxides are caused by a high temperature in the engine combustion chamber, and a method for lowering the flammable limit is required for a stable combustion reaction while lowering the combustion temperature.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 엔진의 착화 성능을 향상시키고 질소 산화물의 발생을 최소화한 친환경적인 선박용 엔진의 연료 공급장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, to provide an environmentally friendly marine fuel supply device and method for improving the ignition performance of the engine and minimize the generation of nitrogen oxides.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, LNG 저장탱크로부터 LNG를 빼내어 선박용 엔진으로 공급하는 주연료 공급라인, 상기 LNG 저장탱크로부터 개질기(reformer)로 천연가스를 공급하는 개질용연료 공급라인, 별도로 공급된 증기를 공급받아 상기 개질용연료 공급라인에서 공급된 천연가스로부터 수소 가스와 일산화탄소를 포함하는 혼합가스를 발생시키는 개질 반응부, 상기 개질 반응부로부터 발생된 상기 혼합가스가 공급되며 상기 혼합가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 일산화탄소 저감부 및 내부에 상기 개질 반응부를 수용하며 고온의 상태를 유지시키는 반응공간을 포함하는 개질기(reformer) 및 상기 주연료 공급라인에서 공급되는 기화된 LNG 및 상기 개질기에서 발생된 수소 가스를 혼합하여 상기 선박용 엔진으로 공급하는 매니폴드를 포함하는 선박용 엔진의 연료 공급장치가 개시된다.In order to solve the above problems, according to an embodiment of the present invention, the main fuel supply line for extracting LNG from the LNG storage tank and supplying it to the marine engine, supplying natural gas to the reformer (reformer) from the LNG storage tank Reforming fuel supply line, reforming reaction unit for receiving a separately supplied steam to generate a mixed gas containing hydrogen gas and carbon monoxide from the natural gas supplied from the reforming fuel supply line, the mixture generated from the reforming reaction unit In the reformer (reformer) and the main fuel supply line including a carbon monoxide reduction unit for reducing the concentration of carbon monoxide contained in the mixed gas and a reaction space therein to accommodate the reforming reaction unit and maintaining a high temperature state For the vessel by mixing the vaporized LNG supplied and the hydrogen gas generated from the reformer A fuel supply apparatus for a marine engine including a manifold for supplying an engine is disclosed.
상기 개질기는 열 에너지에 의한 개질 촉매 반응을 통하여 수소 가스를 발생시키도록 구성할 수 있다.The reformer may be configured to generate hydrogen gas through a reforming catalytic reaction by thermal energy.
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본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급장치는, 상기 반응공간 내부에 구비되어 상기 반응공간 내부의 고온 상태를 이용하여 외부에서 공급받은 물을 증기로 상변화시키는 증기발생기를 더 포함할 수 있다. The fuel supply apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a steam generator provided in the reaction space to change the water supplied from the outside into steam using a high temperature state inside the reaction space.
그리고, 상기 개질기는 상기 LNG 저장탱크로부터 공급된 천연가스와 외부에서 공급된 공기에 의한 연소 반응에 의해 상기 반응공간 내로 열을 공급하는 연소버너를 포함할 수 있다.The reformer may include a combustion burner that supplies heat into the reaction space by a combustion reaction by natural gas supplied from the LNG storage tank and air supplied from the outside.
한편, 상기 일산화탄소 저감부는, 고온용 수성가스전환 촉매를 이용하는 고온 전환반응부 및 저온용 수성가스전환 촉매를 이용하는 저온 전환반응부를 포함할 수 있다.The carbon monoxide reduction unit may include a high temperature conversion reaction unit using a high temperature water gas conversion catalyst and a low temperature conversion reaction unit using a low temperature water gas conversion catalyst.
그리고, 상기 증기발생기에서 발생한 증기는 상기 고온 전환반응부 및 저온 전환반응부 각각에 공급되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 주연료 공급라인 도중에는 제1열교환기가 구비되며, 상기 LNG 저장탱크의 상부에서 증발가스를 빼내어 상기 제1열교환기를 거치고 재차 상기 LNG 저장탱크로 연결한 증발가스 액화라인을 더 포함할 수 있다.The steam generated in the steam generator may be configured to be supplied to each of the high temperature conversion reaction unit and the low temperature conversion reaction unit. In addition, a first heat exchanger is provided during the main fuel supply line, and may further include an boil-off gas liquefaction line which removes the boil-off gas from the upper portion of the LNG storage tank, passes through the first heat exchanger, and is connected to the LNG storage tank again. .
이와 달리, 증발가스 액화라인은 상기 LNG 저장탱크의 상부에서 증발가스를 빼내어 상기 제1열교환기를 거치고 상기 주연료 공급라인의 상기 제1열교환기 하류 상에 연결되도록 구성될 수 있다.Alternatively, the boil-off gas liquefaction line may be configured to withdraw the boil-off gas from the top of the LNG storage tank and pass through the first heat exchanger and connected downstream of the first heat exchanger of the main fuel supply line.
여기서, 상기 증발가스 액화라인에는 증발가스용 압축기가 설치될 수 있다.Here, a boil-off gas compressor may be installed in the boil-off gas liquefaction line.
그리고, 상기 증발가스 액화라인에서 상기 증발가스용 압축기의 하류에는 제2열교환기가 구비되며, 상기 증발가스용 압축기의 하류에는, 외부에서 공급받은 물이 상기 제2열교환기를 거치도록 구성될 수 있다.In addition, a second heat exchanger may be provided downstream of the compressor for the boil-off gas in the boil-off gas liquefaction line, and downstream of the compressor for the boil-off gas may be configured such that water supplied from the outside passes through the second heat exchanger.
한편, 상기 개질기는 병렬로 복수 개가 연결되어, 각각이 상기 개질용연료 공급라인에서 공급된 천연가스 및 별도로 공급된 증기를 공급받아 수소 가스를 발생시켜 상기 매니폴드로 공급할 수 있다.On the other hand, a plurality of reformers are connected in parallel, each of which receives the natural gas and steam supplied separately from the reforming fuel supply line to generate hydrogen gas to supply to the manifold.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 개질기는 상기 개질용연료 공급라인에서 공급된 천연가스와 별도로 공급된 증기를 유입하여 외부 전원에 의해 플라즈마 반응시켜 수소가스를 발생시키도록 구성할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급방법은, 고온의 상태를 유지시키는 반응공간 내부에서, 별도로 공급된 증기를 공급받아 개질용연료 공급라인에서 공급된 천연가스로부터 수소 가스와 일산화탄소를 포함하는 혼합가스를 발생시키는 혼합가스 발생단계, 상기 혼합가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 일산화탄소 저감단계 및 상기 주연료 공급라인에서 공급된 기화된 LNG와, 상기 개질기에서 발생된 수소 가스를 상기 선박용 엔진으로 혼합하여 공급하는 단계를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the reformer may be configured to generate a hydrogen gas by introducing a steam supplied separately from the natural gas supplied from the reforming fuel supply line by plasma reaction by an external power source.
In addition, a fuel supply method according to an embodiment of the present invention includes hydrogen gas and carbon monoxide from natural gas supplied from a reforming fuel supply line by receiving steam supplied separately in a reaction space maintaining a high temperature state. Mixing gas generating step of generating a mixed gas, carbon monoxide reduction step of reducing the concentration of carbon monoxide contained in the mixed gas and vaporized LNG supplied from the main fuel supply line and hydrogen gas generated in the reformer for the vessel It may include mixing and supplying to the engine.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급방법은, 고온의 상태를 유지시키는 반응공간 내부에서, 별도로 공급된 증기를 공급받아 개질용연료 공급라인에서 공급된 천연가스로부터 수소 가스와 일산화탄소를 포함하는 혼합가스를 발생시키는 혼합가스 발생단계, 상기 혼합가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 일산화탄소 저감단계 및 상기 주연료 공급라인에서 공급된 기화된 LNG와, 상기 개질기에서 발생된 수소 가스를 상기 선박용 엔진으로 혼합하여 공급하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, a fuel supply method according to an embodiment of the present invention includes hydrogen gas and carbon monoxide from natural gas supplied from a reforming fuel supply line by receiving steam supplied separately in a reaction space maintaining a high temperature state. Mixing gas generating step of generating a mixed gas, carbon monoxide reduction step of reducing the concentration of carbon monoxide contained in the mixed gas and vaporized LNG supplied from the main fuel supply line and hydrogen gas generated in the reformer for the vessel It may include mixing and supplying to the engine.
본 발명에 따른 선박용 엔진의 연료 공급장치 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to the fuel supply apparatus and method of the marine engine according to the present invention has the following effects.
첫째, 개질기에 의해 LNG 저장탱크에서 공급된 천연가스로부터 직접 수소 가스를 얻고 이를 LNG와 혼합하여 엔진으로 공급함으로써, 엔진 연소의 가연한계를 넓히고 결과적으로 질소 산화물의 발생을 최소화할 수 있는 이점이 있다.First, by directly obtaining hydrogen gas from the natural gas supplied from the LNG storage tank by the reformer and mixing it with LNG and supplying it to the engine, it is possible to widen the flammability limit of engine combustion and minimize the generation of nitrogen oxides as a result. .
특히, LNG 저장탱크의 연료를 연소버너에서 연소시켜 개질 반응에 필요한 고온의 상태를 조성함으로써, 개질 반응을 위한 추가적인 구성을 최소할 수 있다.In particular, by combusting the fuel of the LNG storage tank in the combustion burner to create a state of high temperature required for the reforming reaction, it is possible to minimize the additional configuration for the reforming reaction.
둘째, 반응공간 내에 증기발생기가 구비되어, 고온의 상태에서 물을 증기로 상변화시키고 이렇게 발생한 증기를 개질 반응과 일산화탄소 저감을 위한 수성가스 전환반응에 사용하기 때문에, 수소 가스 발생을 위해 필요한 에너지를 저감할 수 있다.Second, a steam generator is provided in the reaction space to change the water into steam at a high temperature and use the generated steam for reforming reaction and water gas conversion for reducing carbon monoxide. Can be reduced.
또한, 증기발생기를 거치기 전에 물 공급라인 상에서 증발가스 액화라인과 열교환시켜 온도를 상승시킴으로써, 증기 발생에 필요한 에너지를 더욱 절감할 수 있다.In addition, heat exchange with the boil-off gas liquefaction line on the water supply line before passing through the steam generator to increase the temperature, it is possible to further reduce the energy required for steam generation.
셋째, 복수 개의 개질기를 병렬로 연결하여 유량을 분산시킴으로써, 개질기 자체에서 발생하는 수소 가스의 용량 한계를 극복하고, 선박용 엔진에 필요한 대량의 수소 가스를 생산할 수 있고 결과적으로 주연료와 혼합되는 수소 가스의 함량을 높일 수 있는 이점이 있다.Third, by distributing the flow rate by connecting a plurality of reformers in parallel, it is possible to overcome the capacity limitation of the hydrogen gas generated in the reformer itself, to produce a large amount of hydrogen gas required for the marine engine, and consequently hydrogen gas mixed with the main fuel. There is an advantage to increase the content of.
넷째, 주연료 공급라인과 열교환되는 증발가스 액화라인이 구비되어, LNG 저장탱크 내의 증발가스 축적에 따른 과도한 압력 상승을 방지할 수 있는 이점이 있다.Fourth, the boil-off gas liquefaction line that is heat-exchanged with the main fuel supply line is provided, there is an advantage that can prevent excessive pressure rise due to the accumulation of boil-off gas in the LNG storage tank.
도 1은 종래 기술에 따른 선박용 엔진의 연료가스 공급장치를 나타내는 구성도;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 선박용 엔진의 연료 공급장치를 나타내는 구성도;
도 3은 도 2의 개질기에 대한 원리를 설명하기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 선박용 엔진의 연료 공급장치를 나타내는 구성도;
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 선박용 엔진의 연료 공급장치를 나타내는 구성도;
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 선박용 엔진의 연료 공급장치를 나타내는 구성도; 및
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 선박용 엔진의 연료 공급장치를 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram showing a fuel gas supply apparatus for a marine engine according to the prior art;
2 is a block diagram showing a fuel supply apparatus for a marine engine according to a first embodiment of the present invention;
3 is a view for explaining the principle of the reformer of FIG.
4 is a configuration diagram showing a fuel supply apparatus for a marine engine according to a second embodiment of the present invention;
5 is a configuration diagram showing a fuel supply apparatus for a marine engine according to a third embodiment of the present invention;
6 is a block diagram showing a fuel supply apparatus for a marine engine according to a fourth embodiment of the present invention; And
7 is a configuration diagram showing a fuel supply apparatus for a marine engine according to a fifth embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the present embodiment, the same designations and the same reference numerals are used for the same components, and further description thereof will be omitted.
제1실시예First Embodiment
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 연료 공급장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 2 and 3, the configuration of the fuel supply apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described.
본 실시예에 따른 연료 공급장치는, 크게 4 개의 공급라인으로 구성되며, 구체적으로 주연료 공급라인(L10), 개질용연료 공급라인(L20), 증발가스 액화라인(L30) 및 물 공급라인(L40)을 포함하여 구성된다.The fuel supply device according to the present embodiment is composed of four supply lines, specifically, the main fuel supply line (L10), reforming fuel supply line (L20), boil-off gas liquefaction line (L30) and water supply line ( L40).
상기 주연료 공급라인(L10)은 LNG 저장탱크(110)로부터 LNG를 빼내어 선박용 엔진(130)으로 공급하는 이송라인으로서, 상기 주연료 공급라인(L10) 상에 구비된 펌프(114)에 의해 LNG를 선박용 엔진(130) 측으로 공급하도록 구성된다.The main fuel supply line (L10) is a transfer line for extracting the LNG from the
상기 주연료 공급라인(L10)은 도중에 제1열교환기(112)를 통과하면서, 후술하는 증발가스 액화라인(L30)과 열교환된다. 이 과정에서, 주연료 공급라인(L10) 내의 LNG는 온도가 상승하여 기화된 상태로 선박용 엔진(130)으로 공급된다.The main fuel supply line (L10) is a heat exchange with the boil-off gas liquefaction line (L30) to be described later while passing through the first heat exchanger (112) on the way. In this process, LNG in the main fuel supply line (L10) is supplied to the
주연료 공급라인(L10)의 펌프(114)에는 통과하는 유체의 압력을 조절하기 위하여 유량 조절형 압력조절밸브(116)가 병렬로 구비된다.The
그리고, 상기 압력조절밸브(116)들과 압력조절밸브(116)와 연결된 각각의 라인들 사이에는 압력 센서(118)가 구비되어 있어, 계측되는 압력에 따라 유량 조절형 압력조절밸브(116)의 유량을 조절함으로써 적절한 압력을 유지할 수 있다.In addition, a
도면에는 도시되지 않았지만, 주연료 공급라인(L10)에서 제1열교환기(112)의 하류에는 제1열교환기(112)에 의해 열교환되어 기화된 LNG를 선박용 엔진으로 공급하기 전에 추가적인 가열을 위한 히터가 구비될 수 있다.Although not shown in the figure, a heater for additional heating before supplying vaporized LNG heat-exchanged by the
상기 개질용연료 공급라인(L20)은 LNG 저장탱크(110)로부터 기체 상태의 천연가스를 빼내어 후술하는 개질기(reformer: 210)로 공급하는 이송라인이다. 상기 개질용연료 공급라인(L20)을 통해 공급된 천연가스는 개질기(210)를 통과하면서 수소 가스를 발생시킨다.The reforming fuel supply line L20 is a transport line which extracts gaseous natural gas from the
일반적으로, 개질기(210)는 화석연료로부터 수소를 만들어내는 장치로서, 특히 연료전지 분야에서 활발히 연구가 이루어지고 있다.In general, the
본 실시예에서는 여러 가지 개질 방법 중 수증기 개질 방법이 적용된 형태로서, 후술하는 증기발생기(218)에서 공급된 증기를 공급받고 상기 개질용연료 공급라인(L20)에서 공급된 기화된 LNG로부터 수소 가스를 발생시키도록 구성된다.In this embodiment, a steam reforming method is applied among various reforming methods, and the hydrogen gas is supplied from vaporized LNG supplied from the reforming fuel supply line (L20) by receiving steam supplied from the
이를 위하여, 상기 개질기(210)는 반응공간(213), 연소버너(212), 개질 반응부(211) 및 일산화탄소 저감부(도면부호 미부여)를 포함하여 구성된다.To this end, the
상기 개질기(210)는 내부에 상기 개질 반응부(211)를 수용하며, 고온의 상태를 유지시키는 상기 반응공간(213)을 가진다. The
그리고, 상기 연소버너(212)는 상기 반응공간(213) 내부에 구비되며, 상기 LNG 저장탱크(110)로부터 공급된 천연가스를 연소 연료로 하여, 외부 공기와 함께 연소반응을 일으키며 반응공간(213) 내부를 개질에 필요한 온도로 가열시킨다.In addition, the
본 실시예에서는, 상기 개질용연료 공급라인(L20)에서 분기되어 연소버너(212)의 연소에 필요한 천연가스를 공급하도록 구성되어 있으나, 이와 달리 별도의 연소를 위한 공급라인이 구비되는 형태도 가능하다.In this embodiment, the branched from the reforming fuel supply line (L20) is configured to supply the natural gas required for the combustion of the
일반적으로, 천연가스는 약 500℃ 이상에서 개질 반응이 일어나기 때문에, 연소버너(212)의 연소에 의해 반응공간(213) 내부를 개질 반응에 필요한 온도로 유지시킨다.In general, since the reforming reaction occurs at about 500 ° C. or more, the natural gas maintains the inside of the
상기 개질 반응부(211)는, 반응공간(213) 내의 고온의 상태에서 별도로 공급된 증기를 공급받아 상기 개질용연료 공급라인(L20)에서 공급된 천연가스로부터 수소 가스와 일산화탄소를 포함하는 혼합가스를 발생시킨다. The reforming
도 3을 참조하면, 상기 개질 반응부(211)는 촉매(40)가 함유된 반응기 몸체(20)로 천연가스와 수증기를 같이 유입시키고, 아래 화학식과 같이 반응하여 수소와 일산화탄소로 개질된다.Referring to FIG. 3, the reforming
그런 다음, 개질 반응에 의해 분해된 수소 기체가 중앙부의 수소분리막(30)에 의해 선택적으로 분리되도록 구성된다. 여기서, 상기 수증기 개질 촉매(40)는 일반적으로 니켈이나 루테늄 등이 적용될 수 있으며, 수소분리막(30)은 팔라듐이 적용될 수 있다. Then, the hydrogen gas decomposed by the reforming reaction is configured to be selectively separated by the
상기 일산화탄소 저감부는 상기 개질 반응부(211)에서 개질하는 과정에서 필연적으로 발생하는 일산화탄소를 최소화하기 위한 구성요소이다.The carbon monoxide reduction unit is a component for minimizing carbon monoxide inevitably generated in the process of reforming in the reforming
본 실시예에서는, 일산화탄소 저감부가 수성가스 전환(Water Gas Shift)에 의한 방식으로 이루어진다. In this embodiment, the carbon monoxide reduction unit is made in a manner by water gas shift.
참고로, 수성가스 전환은 수증기를 첨가하여 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 전환하는 반응으로 그 반응식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.For reference, the conversion of water gas is a reaction for converting carbon monoxide to hydrogen and carbon dioxide by adding water vapor, and the reaction formula may be expressed as follows.
이 반응은 이산화탄소(CO2)를 생성하는 쪽으로 진행될 경우, 일산화탄소(CO)를 제거할 뿐만 아니라 추가로 수소 기체를 생산할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 일반적으로 수성가스 전환 반응은 평형에 지배를 받아 온도와 압력에 의해 반응 조성이 결정되며, 이산화탄소를 생성하는 방향은 발열반응으로, 저온에서 보다 쉽게 진행된다. 반면에 고온에서는 흡열반응인 역반응이 진행되어 수소를 소모하여 일산화탄소를 생성한다. When the reaction proceeds to produce carbon dioxide (CO 2 ), it has the advantage of not only removing carbon monoxide (CO) but also producing additional hydrogen gas. In general, the water gas shift reaction is controlled by equilibrium, and the reaction composition is determined by temperature and pressure, and the direction of generating carbon dioxide is exothermic, which is more easily performed at low temperature. On the other hand, at high temperatures, an endothermic reaction, which is an endothermic reaction, consumes hydrogen to produce carbon monoxide.
본 실시예에서 상기 일산화탄소 저감부는, 고온용 수성가스전환 촉매를 이용하는 고온 전환반응부(214) 및 저온용 수성가스전환 촉매를 이용하는 저온 전환반응부(215)를 포함하여 구성된다In the present embodiment, the carbon monoxide reduction unit includes a high temperature
본 실시예는, 상기 고온 전환반응부(214)에 의한 고온 수성가스 변환 (High-Temperature Water-Gas Shift: HT WGS) 반응과 저온 전환반응부(215)에 의한 저온 수성가스 변환 (Low-Temperature Water-Gas Shift: LT WGS) 반응의 두 단계를 거쳐 일산화탄소 농도를 감소시킨다. 고온 전환반응부(214)에서는 500 ℃ 부근에서 Cr/Fe 계열의 촉매를 이용하여 10% 이상의 일산화탄소 농도를 5 % 이하로 저감시키며, 이어지는 저온 전환반응부(215)에서는 200 ℃ 부근에서 Cu 계열의 촉매를 이용하여 일산화탄소 농도를 약 0.5 % 정도로 감소시킬 수 있다.In this embodiment, the high-temperature water-gas shift (HT WGS) reaction by the high temperature
본 실시예에서는 일산화탄소 저감부가 수성가스 전환 방식에 의해 이루어지는 형태를 예시하고 있지만, 이와 달리 선택적 산화방식이나 수소분리막 방식, 흡착 분리방식 등 다른 형태의 일산화탄소 저감 방법이 적용될 수 있다.In this embodiment, the carbon monoxide reduction unit is illustrated by the water gas conversion method, but alternatively, other types of carbon monoxide reduction methods such as selective oxidation, hydrogen separation membrane, and adsorptive separation can be applied.
상기 증발가스 액화라인(L30)은 상기 LNG 저장탱크(110)의 상부에서 발생하는 증발가스(BOG)를 빼내어 재액화시킨 후 다시 LNG 저장탱크(110)로 재유입시키는 이송라인이다.The boil-off gas liquefaction line (L30) is a transfer line for removing the boil-off gas (BOG) generated from the upper portion of the
상기 증발가스 액화라인(L30)은 도중에 상술한 제1열교환기(112)를 통과하면서, 주연료 공급라인(L10)과 열교환된다. 이 과정에서, 증발가스 액화라인(L30) 상의 증발가스는 LNG와 열교환에 의해 액화되어 LNG 저장탱크(110)로 재유입된다.The boil-off gas liquefaction line (L30) is heat exchanged with the main fuel supply line (L10) while passing through the first heat exchanger (112) described above. In this process, the boil-off gas on the boil-off gas liquefaction line (L30) is liquefied by heat exchange with the LNG is re-introduced into the LNG storage tank (110).
그리고, 상기 증발가스 액화라인(L30) 상에서 증발가스용 압축기(124)와 제1열교환기(112) 사이에는 상술한 제2열교환기(122)가 구비된다. 따라서, 증발가스는 물 공급라인(L40)상의 물과 열교환되면서 온도가 하강한 상태로 제1열교환기(112)측으로 공급된다.In addition, the above-described
한편, 상기 증발가스 액화라인(L30) 상에는 LNG 저장탱크(110)의 상부에서 빼내어진 증발가스를 압축하기 위한 증발가스용 압축기(124)가 구비된다. 또한, 본 실시예에서는 도시되지 않았지만, 추가적인 냉각을 위해 증발가스 액화라인(L30) 상에는 별도의 냉각기가 상기 증발가스용 압축기(124)의 하류측에 구비될 수 있다.On the other hand, on the boil-off gas liquefaction line (L30) is provided with a boil-off
한편, 증발가스용 압축기(124)에는, 유량 조절형 압력조절밸브(116)가 병렬로 연결되고, 압력조절밸브(116)와 상기 압력조절밸브(116)와 연결된 증발가스액화라인(L30) 사이에는 압력 센서(118)가 구비되어 있어, 계측되는 압력에 따라 유량 조절형 압력조절밸브(116)의 유량을 조절함으로써 적절한 압력을 유지할 수 있다.On the other hand, the
그리고, 상기 증발가스 액화라인(L30)에서 제1열교환기(112)의 하류에는, 통과하는 유체의 압력을 제어하기 위하여 팽창형 압력조절밸브(116a)가 구비된다.In addition, downstream of the
그리고, 증발가스 액화라인(L30)과 팽창형 압력조절밸브(116a) 사이에도 압력 센서(118)가 연결되어 있다. 제1열교환기(112)의 하류의 증발가스 액화라인(L30)에 설치된 팽창형 압력조절밸브(116a)는 통과하는 유체를 LNG 저장탱크(110)의 압력과 LNG 저장탱크(110) 내의 LNG의 수두에 의한 압력을 더한 값의 압력에 대응하도록 팽창시킴으로써 압력을 조절하는 팽창 밸브이며 팽창에 의해 LNG의 온도는 하강한다.The
또한, 본 발명의 연료 공급장치는 증발가스 재액화 장치를 포함할 수도 있다. 이 경우에도, 본 발명은 증발가스 액화라인(L30)이 주연료 공급라인(L10)과 열교환에 의해 증발가스를 액화시키므로, 별도로 설치되는 증발가스 재액화 장치의 용량을 작게 구성할 수 있게 된다.In addition, the fuel supply apparatus of the present invention may include a boil-off gas reliquefaction apparatus. Even in this case, the present invention can liquefy the boil-off gas by heat exchange with the main fuel supply line (L10) by the boil-off gas liquefaction line (L30), it is possible to configure a small capacity of the boil-off gas reliquefaction apparatus installed separately.
또한, 본 실시예에서는 증발가스 액화라인(L30)과 주연료 공급라인(L10)이 열교환되는 열교환기(112)가 구비되어 있으나, 이와 달리 LNG와 증발가스를 직접 혼합하는 재응축기가 구비되는 형태도 가능하다.In addition, the present embodiment is provided with a
상기 물 공급라인(L40)은 물탱크(120)에서 물을 빼내어 증기발생기(218) 측으로 물을 공급한다. 상기 물 공급라인(L40)은 물탱크(120)와 증기발생기(218) 사이에 제2열교환기(122)를 통과하면서, 후술하는 증발가스 액화라인(L30)과 열교환되며, 이 과정에서 물의 온도가 상승한 상태로 증기발생기(218)로 공급된다.The water supply line L40 extracts water from the
상기 증기발생기(218)는 물을, 고온의 상태를 유지하는 반응공간(213) 내부에서 열교환에 의해 증기 상태로 상변화시켜, 개질 반응부(211)로 공급하는 역할을 수행한다.The
본 실시예에서 증기발생기(218)는 물탱크(120)에서 공급된 물을 이용하여 증기를 발생시키지만, 이와 달리 해수를 이용하여 제2열교환기(122)에 의해 온도를 상승시킨 후 상기 반응공간(213) 내부로 유입시킴으로써 증기를 발생시키는 형태도 가능하다.In the present embodiment, the
또한, 본 실시예에서는, 증기발생기(218)에서 발생한 증기를, 일산화탄소 저감부를 구성하는 고온 전환반응부(214)와 저온 전환반응부(215) 각각에도 공급하여, 하나의 증기발생기(218)가 개질 반응부(211)와 일산화탄소 저감부의 반응에 필요한 증기를 모두 공급하도록 구성하여 보다 단순화된 구조 구현이 가능하다.In addition, in this embodiment, the steam generated in the
이상과 같이, 주연료 공급라인(L10)에서 공급된 기체 상태의 LNG와 상기 개질기(210)를 통해 얻어진 수소 가스는 매니폴드(310)에서 혼합되어, 최종적으로 선박용 엔진(130)으로 공급된다.As described above, the gaseous LNG supplied from the main fuel supply line L10 and the hydrogen gas obtained through the
이상과 같은 연료 공급장치에 의해, 주연료와 수소 가스가 혼합된 합성 가스를 엔진으로 공급함으로써, 연소의 가연한계를 넓힐 수 있으며 결과적으로 엔진의 가동 과정에서 발생하는 질소 산화물의 발생을 최소화할 수 있게 된다.By the fuel supply device as described above, by supplying the synthesis gas mixed with the main fuel and hydrogen gas to the engine, it is possible to increase the flammability limit of the combustion and, as a result, to minimize the generation of nitrogen oxides generated during the operation of the engine Will be.
제2실시예Second Embodiment
도 4를 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료 공급장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 4, the configuration of a fuel supply apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described.
본 실시예에서는, 증발가스 액화라인(L30)이 제1열교환기(112)와 팽창형 압력조절밸브(116a)를 거친 후 주연료 공급라인(L10) 도중에서 제1열교환기(112)의 하류에 연결된다. 이에 따라, 증발가스는 제1열교환기(112)에서 LNG와 열교환된 후 증발가스 액화라인(L30)에 설치된 팽창형 압력조절밸브(116)는 제1열교환기(112)를 거친 주연료 공급라인(L10)의 기화된LNG 압력에 대응하도록 조절할 수 있다.In this embodiment, the boil-off gas liquefaction line L30 passes through the
도면에는 도시되지 않았지만, 주연료 공급라인(L10)에서 증발가스 액화라인(L30)과 합쳐진 지점의 하류에는, 기화된 LNG를 선박용 엔진으로 공급하기 전에 추가적인 가열을 위한 히터가 구비될 수 있다.Although not shown in the drawing, downstream of the point where the main fuel supply line L10 is combined with the boil-off gas liquefaction line L30, a heater for additional heating may be provided before supplying the vaporized LNG to the marine engine.
제3실시예Third Embodiment
도 5를 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 연료 공급장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 5, the configuration of a fuel supply apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described.
본 실시예는 상술한 제1실시예와 기본적인 구성이 동일하며, 다만 개질기(210,220))가 병렬로 연결된 복수 개로 구성된다.The present embodiment has the same basic configuration as the first embodiment described above, but includes a plurality of
도 5는, 개질기(210,220)가 2 개로 이루어진 형태를 예시하고 있다. 이와 같이 개질기(210,220)를 복수 개가 병렬 연결된 형태로 구성함으로써, 유량을 분산시킬 수 있어 개질기(210,220) 자체에서 발생하는 수소 가스의 용량 한계를 극복하여 보다 많은 양의 수소 가스를 생산할 수 있다.5 illustrates a form in which two
특히, 선박의 경우는 대량의 수소가 요구되므로, 이와 같이 개질기(210,220)를 병렬로 복수 개 연결함으로써 주연료와 혼합되는 수소 가스의 함량을 높일 수 있게 된다.In particular, since a large amount of hydrogen is required in the case of a ship, it is possible to increase the content of hydrogen gas mixed with the main fuel by connecting a plurality of
이상과 같이 병렬로 연결된 복수 개의 개질기(210,220)에서 발생한 수소 가스들은 매니폴드(320)에서 주연료와 함께 혼합되어 선박용 엔진으로 공급된다.As described above, the hydrogen gases generated from the plurality of
제4실시예Fourth Embodiment
도 6을 참조하여, 본 발명의 제4실시예에 따른 연료 공급장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 6, the configuration of a fuel supply apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
본 실시예에서는, 상술한 제1실시예와 달리, LNG 저장탱크(110)으로부터 공급된 천연가스와 별도로 공급된 증기를 유입하여 외부 전원(250)에 의해 플라즈마 반응시켜 수소 가스를 발생시키도록 구성된다.In the present embodiment, unlike the first embodiment described above, the steam supplied separately from the natural gas supplied from the
상기 플라즈마 형태의 개질기(230,240)는 외부 전원에 의한 전기에너지를 이용하여 부가적인 오염물질의 생성이 없이 수소를 발생시키는 장점이 있다. 특히 저온 플라즈마는 저압 또는 상압 상태에 있는 유기 증기들을 전기적으로 방전시키면서 쉽게 얻을 수 있고 전력소모량이 낮은 장점이 있다.The
플라즈마 개질 반응의 반응식은 아래와 같다.The scheme of the plasma reforming reaction is shown below.
본 실시예에서는, 개질기(230, 240)는 빠른 시동 특성을 위해 부채꼴형 전극을 갖는 Glidarc 플라즈마 개질기가 적용될 수 있다. 그리고, 제1실시예와 달리, 증기발생기(238)가 개질기(230,240) 외부에 별도로 구비되어, 이를 통해 발생된 증기를 개질기(230,240) 각각에 공급하는 형태로 이루어진다.In the present embodiment, the
또한, 본 실시예는 개질용연료 공급라인(L20)이 LNG 저장탱크(110)와 직접 연결되지 않고, 상기 주연료 공급라인(L10)에서 분기되는 형태로 구성된다. 즉, 본 실시예는 상기 주연료 공급라인(L10)에서 공급된 LNG가 제1열교환기(112)를 거쳐 기화된 후, 상기 제1열교환기(112)의 하류에서 분기되어 일부가 상기 증기발생기(238)로 공급되는 형태로 이루어진다.In addition, the present embodiment is configured such that the reforming fuel supply line (L20) is not directly connected to the
한편, 본 실시예도 상술한 제3실시예와 같이, 개질기(230,240)가 병렬로 연결된 복수 개로 구성된다. 이를 통해, 유량을 분산시킬 수 있어 개질기(230,240) 자체에서 발생하는 수소 가스의 용량 한계를 극복하여 보다 많은 양의 수소 가스를 생산할 수 있다.On the other hand, the present embodiment also has a plurality of
그리고, 이렇게 발생한 수소 가스는 매니폴드(330)에서 주연료와 혼합된 후 선박용 엔진으로 공급된다.Then, the generated hydrogen gas is mixed with the main fuel in the manifold 330 is supplied to the marine engine.
도 6에는 도시되지 않았지만, 상기 개질기(230,240)의 개질 반응에서 발생한 일산화탄소를 저감하기 위해, 예를 들어 제1실시예와 같이 고온 전환반응부(214) 및 저온 전환반응부(215)가 상기 개질기(230,240)의 하류 측에 더 구비될 수 있다.Although not shown in FIG. 6, in order to reduce the carbon monoxide generated in the reforming reaction of the
상기 개질기(230,240)의 플라즈마 발생장치는, 예를 들어, 3개의 부채꼴 형태의 전극이 반응기 내부에 120° 간격으로 위치된 형태로 구성이 가능하다.The plasma generators of the
제5실시예Fifth Embodiment
도 7을 참조하여, 본 발명의 제5실시예에 따른 연료 공급장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 7, the configuration of a fuel supply apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described.
본 실시예의 기본적인 구성은 상술한 제4실시예와 유사하다. 다만, 본 실시예는 증발가스 액화라인(L30)이 제1열교환기(112)와 압력조절밸브(116)를 거친 후 주연료 공급라인(L10) 도중에서 제1열교환기(112)의 하류에 연결된다. 이에 따라, 증발가스는 제1열교환기(112)에서 LNG와 열교환된 후 주연료 공급라인(L10)으로 합쳐짐으로써, 선박용 엔진의 연료가스로 사용된다. The basic configuration of this embodiment is similar to that of the fourth embodiment described above. However, in the present embodiment, after the boil-off gas liquefaction line L30 passes through the
따라서, 제1열교환기(112)의 하류의 증발가스 액화라인(L30)에 설치된 팽창형 압력조절밸브(116a)는 제1열교환기(112)를 거친 주연료 공급라인(L10)의 기화된 LNG의 압력에 대응하도록 조절한다.Therefore, the expanded
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It is obvious to them. Therefore, the above-described embodiments should be regarded as illustrative rather than restrictive, and thus, the present invention is not limited to the above description and may be modified within the scope of the appended claims and their equivalents.
L10: 주연료 공급라인 L20: 개질용연료 공급라인
L30: 증발가스 공급라인 L40: 물 공급라인
110: LNG 저장탱크 112: 제1열교환기
114: 펌프 116: 압력조절밸브
118: 압력 센서 120: 물탱크
122: 제2열교환기 124: 증발가스용 압축기
130: 선박용 엔진 210: 개질기
211: 개질 반응부 212: 연소버너
213: 반응공간 214: 고온 전환반응부
215: 저온 전환반응부 218: 증기발생기
310: 매니폴드L10: main fuel supply line L20: reforming fuel supply line
L30: Evaporative gas supply line L40: Water supply line
110: LNG storage tank 112: the first heat exchanger
114: pump 116: pressure regulating valve
118: pressure sensor 120: water tank
122: second heat exchanger 124: compressor for boil-off gas
130: marine engine 210: reformer
211: reforming reaction unit 212: combustion burner
213: reaction space 214: high temperature conversion reaction unit
215: low temperature conversion reaction unit 218: steam generator
310: manifold
Claims (15)
상기 LNG 저장탱크로부터 개질기(reformer)로 천연가스를 공급하는 개질용연료 공급라인;
별도로 공급된 증기를 공급받아 상기 개질용연료 공급라인에서 공급된 천연가스로부터 수소 가스와 일산화탄소를 포함하는 혼합가스를 발생시키는 개질 반응부, 상기 개질 반응부로부터 발생된 상기 혼합가스가 공급되며 상기 혼합가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 일산화탄소 저감부 및 내부에 상기 개질 반응부를 수용하며 고온의 상태를 유지시키는 반응공간을 포함하는 개질기(reformer); 및
상기 주연료 공급라인에서 공급되는 기화된 LNG 및 상기 개질기에서 발생된 수소 가스를 혼합하여 상기 선박용 엔진으로 공급하는 매니폴드;
를 포함하는 선박용 엔진의 연료 공급장치.A main fuel supply line which extracts LNG from the LNG storage tank and supplies the LNG to a marine engine;
A reforming fuel supply line for supplying natural gas from the LNG storage tank to a reformer;
A reforming reaction unit for receiving a separately supplied steam to generate a mixed gas containing hydrogen gas and carbon monoxide from the natural gas supplied from the reforming fuel supply line, the mixed gas generated from the reforming reaction unit is supplied and mixed A reformer including a carbon monoxide reduction unit for reducing the concentration of carbon monoxide contained in a gas and a reaction space accommodating the reforming reaction unit therein and maintaining a high temperature state; And
A manifold for mixing vaporized LNG supplied from the main fuel supply line and hydrogen gas generated from the reformer and supplying the mixed gas to the marine engine;
Fuel supply of the marine engine comprising a.
상기 개질기는,
열 에너지에 의한 개질 촉매 반응을 통하여 수소 가스를 발생시키는 선박용 엔진의 연료 공급장치.The method of claim 1,
The reformer,
A fuel supply apparatus for a marine engine generating hydrogen gas through a reforming catalytic reaction by thermal energy.
상기 반응공간 내부에 구비되어,
상기 반응공간 내부의 고온 상태를 이용하여 외부에서 공급받은 물을 증기로 상변화시키는 증기발생기를 더 포함하는 선박용 엔진의 연료 공급장치.The method of claim 1,
It is provided inside the reaction space,
And a steam generator for changing the water supplied from the outside into steam by using a high temperature state inside the reaction space.
상기 개질기는,
상기 LNG 저장탱크로부터 공급된 천연가스와 외부에서 공급된 공기에 의한 연소 반응에 의해 상기 반응공간 내로 열을 공급하는 연소버너를 포함하는 선박용 엔진의 연료 공급장치.The method of claim 1,
The reformer,
And a combustion burner supplying heat into the reaction space by a combustion reaction by natural gas supplied from the LNG storage tank and air supplied from the outside.
상기 일산화탄소 저감부는,
고온용 수성가스전환 촉매를 이용하는 고온 전환반응부 및 저온용 수성가스전환 촉매를 이용하는 저온 전환반응부 중 어느 하나 이상을 포함하는 선박용 엔진의 연료 공급장치.The method of claim 1,
The carbon monoxide reduction unit,
A fuel supply apparatus for a marine engine including any one or more of a high temperature conversion reaction unit using a high temperature water gas conversion catalyst and a low temperature conversion reaction unit using a low temperature water gas conversion catalyst.
상기 반응공간 내부에 구비되어,
상기 반응공간 내부의 고온 상태를 이용하여 외부에서 공급받은 물을 증기로 상변화시키는 증기발생기를 더 포함하며;
상기 증기발생기에서 발생한 증기는 상기 고온 전환반응부 및 저온 전환반응부 각각에 공급되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급장치.The method of claim 7, wherein
It is provided inside the reaction space,
A steam generator which phase-changes water supplied from the outside into steam by using a high temperature state inside the reaction space;
Steam generated from the steam generator is supplied to each of the high temperature conversion reaction unit and the low temperature conversion reaction unit fuel supply apparatus for a marine engine.
상기 주연료 공급라인 도중에는 제1열교환기가 구비되며;
상기 LNG 저장탱크의 상부에서 증발가스를 빼내어 상기 제1열교환기를 거치고 재차 상기 LNG 저장탱크로 연결한 증발가스 액화라인을 더 포함하는 선박용 엔진의 연료 공급장치.The method of claim 1,
A first heat exchanger is provided during the main fuel supply line;
And a boil-off gas liquefaction line which extracts boil-off gas from the upper portion of the LNG storage tank, passes through the first heat exchanger, and is connected to the LNG storage tank again.
상기 주연료 공급라인 도중에는 제1열교환기가 구비되며;
상기 LNG 저장탱크의 상부에서 증발가스를 빼내어 상기 제1열교환기를 거치고 상기 주연료 공급라인의 상기 제1열교환기 하류 상에 연결한 증발가스 액화라인을 더 포함하는 선박용 엔진의 연료 공급장치.The method of claim 1,
A first heat exchanger is provided during the main fuel supply line;
And a boil-off gas liquefaction line which extracts boil-off gas from the upper portion of the LNG storage tank, passes the first heat exchanger, and is connected downstream of the first heat exchanger of the main fuel supply line.
상기 증발가스 액화라인에는 증발가스용 압축기가 설치된 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급장치.11. The method according to claim 9 or 10,
The boil-off engine fuel supply device, characterized in that the boil-off gas liquefied line compressor is installed.
상기 증발가스 액화라인에서 상기 증발가스용 압축기의 하류에는 제2열교환기가 구비되며;
상기 증발가스용 압축기의 하류에는, 외부에서 공급받은 물이 상기
제2열교환기를 거치는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급장치.12. The method of claim 11,
A second heat exchanger is provided downstream of the compressor for the boil-off gas in the boil-off gas liquefaction line;
Downstream of the compressor for boil-off gas, water supplied from the outside is
A fuel supply device for a marine engine, characterized by passing through a second heat exchanger.
상기 개질기는 병렬로 복수 개가 연결되어, 각각이 상기 개질용연료 공급라인에서 공급된 천연가스 및 별도로 공급된 증기를 공급받아 수소 가스를 발생시켜 상기 매니폴드로 공급하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급장치.The method of claim 1,
A plurality of reformers are connected in parallel, each of which receives the natural gas supplied from the reforming fuel supply line and the steam supplied separately to generate hydrogen gas and supply the hydrogen gas to the manifold. Feeder.
상기 개질기는,
상기 개질용연료 공급라인에서 공급된 천연가스와 별도로 공급된 증기를 유입하여 외부 전원에 의해 플라즈마 반응시켜 수소가스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료 공급장치.The method of claim 1,
The reformer,
The fuel supply apparatus for a marine engine, characterized in that the steam supplied separately from the natural gas supplied from the reforming fuel supply line to generate a hydrogen gas by plasma reaction by an external power source.
상기 혼합가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 일산화탄소 저감단계; 및
주연료 공급라인에서 공급된 기화된 LNG와, 개질기에서 발생된 수소 가스를 선박용 엔진으로 혼합하여 공급하는 단계;
를 수행하는,선박용 엔진의 연료 공급방법.A mixed gas generating step of generating a mixed gas including hydrogen gas and carbon monoxide from natural gas supplied from a reforming fuel supply line by receiving steam supplied separately in a reaction space maintaining a high temperature state;
A carbon monoxide reduction step of reducing the concentration of carbon monoxide contained in the mixed gas; And
Mixing and supplying vaporized LNG supplied from the main fuel supply line and hydrogen gas generated from the reformer to a marine engine;
To perform, the fuel supply method of the engine for ships.
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