KR101303619B1 - 선박 엔진용 엘엔지 연료 공급시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LNG가 저장되는 LNG 연료탱크와, 상기 LNG 연료탱크와 연결되며 순환될 수 있도록 저장되는 작동유체를 이용하여 LNG를 기화시켜 일부는 엔진 연료로 제공되도록 하고, 또 다른 일부는 상기 LNG 연료탱크로 재공급되도록 하는 작동유체 저장조와, 상기 작동유체 저장조에 의해 기화된 천연가스(NG)를 연료로 사용하는 선박 엔진과, 상기 작동유체 저장조와 선박 엔진을 연결하여 기화된 천연가스를 선박 엔진으로 공급하는 연료공급라인과, 상기 선박 엔진과 연결되어 냉각수가 순환되는 냉각수 순환라인과, 상기 작동유체 저장조와 연결되어 상기 작동유체가 순환되는 작동유체 순환라인과, 상기 냉각수 순환라인 및 상기 작동유체 순환라인과 연결되어 냉각수와 작동유체가 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 열교환기로 이루어지는 선박 엔진용 엘엔지 연료 공급시스템으로서, 상기 작동유체 저장조는, 바닥판과 상판에 의해 밀폐되며 작동유체 유입구와 작동유체 배출구가 형성되는 케이싱; 상기 상판에 결합되며 복수의 연결홀이 형성되고 상기 LNG 연료탱크와 연결되는 제1공급라인에 연결되는 인렛측 튜브시트; 상기 인렛측 튜브시트와 이격되어 상기 상판에 결합되며, 복수의 연결홀이 형성되되, 상기 연료공급라인과 연결되는 아웃렛측 튜브시트; 상부 일단은 상기 인렛측 튜브시트의 상기 연결홀에 연결되고, 상부 타단은 상기 아웃렛측 튜브시트의 상기 연결홀에 연결되도록 상기 케이싱 내부에 마련되어 LNG가 기화될 수 있도록 하는 메인튜브; 상기 케이싱의 내부 하단 근처에 마련되며, 상기 LNG 연료탱크와 연결되는 제2공급라인을 통해 유입되는 LNG가 기화된 후 재순환라인을 따라 상기 LNG 연료탱크의 내부 공간으로 공급되도록 하는 보조튜브; 상기 케이싱의 내부에 마련되어 상기 복수의 메인튜브를 지지하면서 지그재그 형태로 배치되어 작동유체가 지그재그 흐름을 이룰 수 있도록 하는 복수의 배플;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박 엔진용 엘엔지 연료 공급시스템{LNG FUEL SUPPLY SYSTEM FOR VESSEL ENGINE}

본 발명은 선박 엔진의 연료 공급시스템에 관한 것으로서, 특히 LNG를 기화시켜서 연료로 제공할 수 있도록 하기 위한 기술이다.

LNG(Liquified natural gas)는 가스전에서 채취한 천연가스를 액화시킨 것을 의미하며, 주성분이 메탄이라는 점에서 LPG와 구별된다. LNG는 압력을 가해 액화시키면 부피가 1/600로 줄어들지만, 메탄의 비점이 －162℃로 낮아 냉각 또는 압축하여 액화시키고, 특수하게 단열된 전용 탱크로 유전지대에서 반출된다.

LNG의 국제적 운송은 LNG 전용선을 이용하게 되며, LNG의 비점이 지극히 낮기 때문에 LNG 저장탱크에 저장되는 LNG는 기화되어 LNG 저장탱크 내부의 압력을 상승시키는 작용을 하게 된다.

LNG 저장탱크가 특수하게 제작된다고 하지만 과도한 내부 압력 상승은 선박의 안전에 심각한 위협요인이 될 수 있다. 따라서 LNG 저장탱크 내부에서 발생되는 천연가스를 배출시켜서 엔진 연료로 사용하거나 별도의 연소장치로 보내 태워없애기도 한다.

본 발명과 관련한 종래기술로 대한민국 등록특허번호 제10-0835090호(2008.05.28 등록)의 "LNG 운반선의 연료가스 공급 시스템 및 방법"에 관한 기술이 공지된 바 있다.

첨부되는 도 1은 종래기술에 대한 구성도로서, LNG 운반선의 LNG 저장탱크(1)로부터 LNG를 빼내어서 고압가스 분사엔진으로 공급하는 연료가스 공급라인(L1)을 설치하고, 이 연료가스 공급라인(L1)의 도중에 LNG를 LNG 저장탱크(1)로부터 빼내어지는 증발가스와 열교환시키는 열교환기(3)를 설치한다.

그리고 연료가스 공급라인 도중에 LNG를 압축하기 위한 압축수단이 마련되며, 압축수단의 하류에 압축된 LNG를 기화시키는 기화수단이 마련된다.

종래기술에서는 LNG를 압축한 후 기화되도록 하고 열교환기는 LNG 저장탱크의 증발가스를 열원으로 이용한다는 특징이 있다.

하지만, 압축기를 두어야 하기 때문에 장치가 복잡해지는 문제점이 있으며, LNG 저장탱크 내부에서 발생되는 증발가스를 이용하여 열교환기를 작동시키기 때문에 LNG의 온도를 상황에 따라 적절히 제어할 수 없다는 문제점도 있었다. 즉, 엔진 출력을 급격히 높여야 하는 경우에 LNG의 기화 속도를 빠르게 해야 할 필요가 있으나 종래기술로서는 이러한 목적을 달성하기에 한계가 있다.

그리고 종래기술에서는 LNG 저장탱크의 LNG가 소모됨에 따라 LNG 저장탱크의 내부압력이 변화되어 압력 관리가 이루어지지 않게 된다는 문제점이 있다. 반복적으로 LNG 저장탱크의 내부 압력이 급격하게 변하게 되면 LNG 저장탱크에 나쁜 영향을 미칠 수 있기 때문에 LNG 저장탱크의 내부 압력은 일정하게 유지되도록 할 필요성이 있다.

1. 대한민국 등록특허번호 제10-0835090호(2008.05.28 등록)

따라서 본 발명에 의한 선박 엔진용 LNG 연료 공급시스템은 선박 엔진의 폐열을 이용하여 작동유체 저장조의 작동유체를 열교환기에서 가열되게 하며, 작동유체의 유량 제어를 통해 작동유체 저장조에서 이루어지는 LNG의 기화량을 제어하여 선박 엔진의 요구 출력에 신속하게 대응할 수 있도록 하는 기술을 제공하고자 한다.

그리고 본 발명은 작동유체 저장조를 이용하여 기화된 LNG의 일부가 다시 LNG 연료탱크로 공급되게 함으로써 LNG 연료탱크의 내부 압력을 일정한 범위에서 관리하여 안정성을 높일 수 있도록 하는 기술을 제공하고자 한다.

그리고 본 발명은 초저온의 LNG가 작동유체 저장조로 유입되는 부위와 기화된 상온의 NG가 작동유체 저장조로부터 배출되는 부위를 서로 독립적으로 구성하여 높은 온도차에 따른 열충격으로부터 안전할 수 있도록 하는 기술을 제공하고자 한다.

그리고 본 발명은 작동유체의 효율을 높이기 위해 케이싱 내부에 다수의 배플을 마련하고, 씰링플레이트로 케이싱 내부 공간을 분리하여 데드스페이스로 작동유체가 흐르지 않도록 함으로써 효율을 극대화시킬 수 있는 기술을 제공하고자 한다.

제시한 바와 같은 과제 해결을 위한 본 발명의 선박 엔진용 LNG 연료 공급시스템은, LNG가 저장되는 LNG 연료탱크와, 상기 LNG 연료탱크와 연결되며 순환될 수 있도록 저장되는 작동유체를 이용하여 LNG를 기화시켜 일부는 엔진 연료로 제공되도록 하고, 또 다른 일부는 상기 LNG 연료탱크로 재공급되도록 하는 작동유체 저장조와, 상기 작동유체 저장조에 의해 기화된 천연가스(NG)를 연료로 사용하는 선박 엔진과, 상기 작동유체 저장조와 선박 엔진을 연결하여 기화된 천연가스를 선박 엔진으로 공급하는 연료공급라인과, 상기 선박 엔진과 연결되어 냉각수가 순환되는 냉각수 순환라인과, 상기 작동유체 저장조와 연결되어 상기 작동유체가 순환되는 작동유체 순환라인과, 상기 냉각수 순환라인 및 상기 작동유체 순환라인과 연결되어 냉각수와 작동유체가 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 열교환기로 이루어지는 선박 엔진용 엘엔지 연료 공급시스템으로서, 상기 작동유체 저장조는, 바닥판과 상판에 의해 밀폐되며 작동유체 유입구와 작동유체 배출구가 형성되는 케이싱; 상기 상판에 결합되며 복수의 연결홀이 형성되고 상기 LNG 연료탱크와 연결되는 제1공급라인에 연결되는 인렛측 튜브시트; 상기 인렛측 튜브시트와 이격되어 상기 상판에 결합되며, 복수의 연결홀이 형성되되, 상기 연료공급라인과 연결되는 아웃렛측 튜브시트; 상부 일단은 상기 인렛측 튜브시트의 상기 연결홀에 연결되고, 상부 타단은 상기 아웃렛측 튜브시트의 상기 연결홀에 연결되도록 상기 케이싱 내부에 마련되어 LNG가 기화될 수 있도록 하는 메인튜브; 상기 케이싱의 내부 하단 근처에 마련되며, 상기 LNG 연료탱크와 연결되는 제2공급라인을 통해 유입되는 LNG가 기화된 후 재순환라인을 따라 상기 LNG 연료탱크의 내부 공간으로 공급되도록 하는 보조튜브; 상기 케이싱의 내부에 마련되어 상기 복수의 메인튜브를 지지하면서 지그재그 형태로 배치되어 작동유체가 지그재그 흐름을 이룰 수 있도록 하는 복수의 배플;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에서 상기 인렛측 튜브시트는 상기 제1공급라인과 연통되면서 상기 연결홀에 끼워진 상기 메인튜브의 상단부를 감싸는 인렛측 덮개와 상기 인렛측 덮개 내부에 마련되는 충돌판을 포함하여 이루어지고, 상기 아웃렛측 튜브시트는 상기 연료공급라인과 연통되면서 상기 연결홀에 끼워진 상기 메인튜브의 상단부를 감싸는 아웃렛측 덮개와 상기 아웃렛측 덮개 내부에 마련되는 충돌판을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에서 상기 케이싱은, 상기 보조튜브 하부에 형성되는 데드스페이스를 줄이기 위해 제1씰링플레이트가 마련되고, 상기 보조튜브 보다 상측으로 상기 케이싱 내부의 좌우 양측을 밀폐시켜 작동유체가 유입되지 않도록 하는 제2씰링플레이트가 마련되는 것을 특징으로 한다.

삭제

그리고 본 발명에서 상기 배플들은 복수의 타이로드에 의해 연결되되 타이로드에 끼워지는 간격유지구에 의해 상기 배플들은 일정한 간격을 유지하게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 선박 엔진용 LNG 연료 공급시스템은 선박 엔진의 폐열을 활용한다는 효과가 있고, 열교환기에 의해 가열되는 작동유체 저장조의 작동유체의 유량 제어를 통해 LNG의 기화량을 제어함으로써 선박 엔진의 요구출력에 신속하게 대응하여 연료를 공급할 수 있다는 효과가 있다.

그리고 기화되는 LNG의 일부를 LNG 연료탱크로 공급되게 하여 LNG 연료탱크의 내부압력을 일정범위에서 관리하여 안전성을 높일 수 있다는 효과도 있다.

그리고 본 발명은 작동유체의 상부에 인렛측 튜브시트와 아웃렛측 튜브시트를 독립적으로 구성함으로써 급격한 온도차로 인한 튜브시트의 손상을 방지할 수 있다는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 케이싱 내부에 복수의 배플을 마련하고, 씰링플레이트를 설치하여 열교환 효율이 원활하게 이루어질 수 있도록 할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 종래기술인 LNG 운반선의 연료가스 공급 시스템 및 방법에 대한 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진용 LNG 연료 공급시스템의 개념도.
도 3은 작동유체 저장조의 평면도.
도 4는 도 3에서 수평축 단면도.
도 5는 도 3에서 수직축 단면도.
도 6은 케이싱에 대한 평면도.
도 7은 도 6에 대한 수평방향 단면도.
도 8은 도 6에 대한 수직방향 단면도.
도 9는 배플의 평면도.
도 10은 상판에 결합된 인렛측 튜브시트와 아웃렛측 튜브시트의 평면도.
도 11은 타이로드 및 간격유지구의 예시도.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

첨부되는 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진용 LNG 연료 공급시스템의 개념도이며, 도 3은 작동유체 저장조의 평면도이며, 도 4는 도 3에서 수평축 단면도이며, 도 5는 도 3에서 수직축 단면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 선박 엔진용 LNG 연료 시스템은 LNG 연료탱크(100), 작동유체 저장조(200), 선박 엔진(300) 및 열교환기(400)를 포함한다.

물론 본 선박 엔진용 LNG 연료 공급시스템을 제어하기 위한 제어부(500)가 마련되며, 제어부(500)에 의해 작동유체 저장조(200), 판형 열교환기(400)의 작동, LNG 연료탱크(100)로부터의 LNG의 배출, 선박 엔진(300)으로의 기화된 LNG의 공급 등이 자동 제어된다.

LNG 연료탱크(100)는 특수하게 제작된 것으로 기본적으로 LNG를 저장하여 선박 엔진(300) 연료로 배출될 수 있도록 한다. 바람직하게 LNG 연료탱크(100)로 LNG를 주입하기 위한 벙커링 시스템이 결합될 수 있다.

작동유체 저장조(200)는 LNG 연료탱크(100)와 연결되며, LNG 연료탱크(100)에 저장된 LNG가 작동유체 저장조(200)로 유입되어 기체 상태의 천연가스(NG)로 상변화하게 된다.

작동유체 저장조(200)로 유입되는 LNG는 기화되고, 기화된 천연가스(NG)의 일부는 선박 엔진(300) 연료로 제공되고, 또 다른 일부 천연가스는 LNG 연료탱크(100)로 재공급된다.

작동유체 저장조(200)는 액상의 LNG를 기상의 천연가스(NG)로 만들기 위한 것이며, LNG 연료탱크(100)와 작동유체 저장조(200)는 제1공급라인(L1), 제2공급라인(L2) 및 재순환라인(L3)에 의해 연결된다.

제1공급라인(L1)은 LNG 연료탱크(100)의 상부로 연결되어 LNG를 작동유체 저장조(200)로 유입되도록 하며, 제1공급라인(L1)을 통해 공급되는 LNG는 작동유체 저장조(200)에 의해 기화된 후 엔진 연료로 제공된다. 기화된 천연가스는 연료공급라인(L4)을 통해 선박 엔진(300)으로 제공된다.

즉, 제1공급라인(L1)과 연료공급라인(L4)은 작동유체 저장조(200) 내부의 메인튜브(240)와 각각 연결되어 LNG가 메인튜브(240)을 거치면서 NG로 변화되어 연료공급라인(L4)으로 공급된다.

바람직하게 제1공급라인(L1)과 연료공급라인(L4)에는 LNG 또는 NG의 흐름을 단속하거나 유량을 제어할 수 있는 제어밸브(V)가 마련되며, 이들 제어밸브(V)는 제어부(500)에 의해 개폐여부 및 개폐정도가 제어된다.

본 실시예에서 LNG 연료탱크(100)의 하부와 작동유체 저장조(200)를 연결시키는 제2공급라인(L2)이 마련되는 것으로 하며, 재순환라인(L3)은 작동유체 저장조(200)와 LNG 연료탱크(100)의 상부가 연결되도록 마련된다.

한편, 작동유체 저장조(200)의 내부에는 제2공급라인(L2)과 재순환라인(L3)을 연결되게 하는 보조튜브(250)가 마련된다. 메인튜브(240)와 보조튜브(250)는 서로 독립적이며, 제2공급라인(L2)을 따라 유입되는 LNG는 보조튜브(250)를 거치면서 기화되어 NG가 되어 재순환라인(L3)을 통해 NG는 LNG 연료탱크(100)로 공급되어 LNG 연료탱크(100)의 내부 압력이 일정범위에서 관리될 수 있도록 한다.

언급한 바와 같이 LNG 연료탱크(100), 열교환기(400), 선박엔진(300)과 연결되는 작동유체 저장조(200)의 보다 구체적인 구조에 대해 설명하도록 한다.

본 발명의 실시예에서 작동유체 저장조(200)는 크게 케이싱(210), 인렛측 튜브시트(220), 아웃렛측 튜브시트(230), 메인튜브(240), 보조튜브(250)를 포함하여 이루어진다.

케이싱(210)은 중공형의 길다란 원통체이며, 케이싱(210)의 하단부에 바닥판(211)이 결합되고 상단부에 상판(212)이 결합되어 밀폐가 이루어진다. 그리고 케이싱(210)의 일측에 작동유체 유입구(213)와 작동유체 배출구(214)가 하나씩 마련된다.

바람직하게 케이싱(210)의 하단 근처 외면에 작동유체 유입구(213)가 마련되며, 케이싱(210)의 상단 근처 외면에 작동유체 배출구(214)가 마련된다. 작동유체 유입구(213)와 작동유체 배출구(214)는 작동유체 순환라인(L6)과 연결됨으로써 작동유체는 열교환기(400)에서 열교환이 이루어지게 된다.

그리고 케이싱(210)의 내부 하부측에 비스듬히 경사지게 제1씰링플레이트(P1)가 마련되고, 케이싱(210)의 상부로부터 소정의 깊이까지 케이싱(210)의 내부 좌우 양측을 밀폐시키는 제2씰링플레이트(P2)가 마련된다.

제1씰링플레이트(P1)와 제2씰링플레이트(P2)에 의해 형성되는 공간부는 빈 공간으로 남아있도록 밀폐되므로 작동유체는 해당 공간부로 유입되지 않는다.

케이싱(210)의 내부에 제1씰링플레이트(P1) 및 제2씰링플레이트(P2)를 두는 것은 케이싱(210) 내부로 유입되는 작동유체가 보다 효율적으로 LNG를 NG로 기화시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

즉, 케이싱(210) 내부에 설치되는 메인튜브(240) 및 보조튜브(250)는 작동유체에 의해 둘러싸이게 되는데, 케이싱(210) 내부에 불필요하게 많은 공간이 형성되면 그만큼 작동유체는 메인튜브(240) 및 보조튜브(250)와 실질적인 열교환 효율이 떨어지게 된다. 그리고 제1씰링플레이트(P1) 및 제2씰링플레이트(P2)로 밀폐되는 공간부는 일종의 단열재로 작용하기 때문에 외부공기의 영향에 의한 작동유체의 온도손실을 줄일 수도 있다.

도 6은 케이싱에 대한 평면도이며, 도 7은 도 6에 대한 수평방향 단면도이고, 도 8은 도 6에 대한 수직방향 단면도를 나타낸 것이다. 도 9는 배플의 평면도이고, 도 10은 상판 결합된 인렛측 튜브시트와 아웃렛측 튜브시트의 평면도를 보여준다. 도 11은 타이로드 및 간격유지구의 예시도이다.

케이싱(210)의 내부 하부측에 보조튜브(250)가 마련되는데, 보조튜브(250)는 코일형태를 이루게 된다. 보조튜브(250)의 형태적 특성상 케이싱(210)의 하부 내측에는 데드스페이스가 존재하게 된다. 따라서 데드스페이스를 줄이기 위해 비스듬히 경사진 형태로 제1씰링플레이트(P1)가 마련되어 제1씰링플레이트(P1) 하부는 밀폐되는 상태가 되도록 한다.

제2씰링플레이트(P2)는 케이싱(210) 내부 상단으로부터 형성되어 보조튜브(250)와 인접한 부근까지 길게 형성되며, 케이싱(210) 내부의 전후 또는 좌우 양측을 밀폐시키게 된다.

케이싱(210) 내부에 제1씰링플레이트(P1) 및 제2씰링플레이트(P2)가 결합되면 케이싱(210) 내부는 작동유체로 채워지는 공간과 작동유체가 유입되지 않는 빈 공간으로 나누어지게 된다.

케이싱(210) 내부에 작동유체가 채워지는 공간에 메인튜브(240)와 보조튜브(250)가 설치되고, 메인튜브(240)와 보조튜브(250) 각각으로 공급되는 LNG는 작동유체로부터 열을 받아 NG로 기화된다.

또한 바람직하게 케이싱(210)의 내부에는 메인튜브(240)를 지지하면서 작동유체의 흐름을 유도하는 복수의 배플(B)이 마련될 수 있다.

복수의 배플(B)은 작동유체가 지그재그 형태의 흐름을 이룰 수 있도록 지그재그로 배치된다.

케이싱(210)의 내부, 즉 제2씰링플레이트(P2)에 의해 트랙 형태로 구획되는 빈 공간부에 복수의 메인튜브(240)가 배치되며, 각각의 메인튜브(240)는 U 자형의 튜브로 이루어진다.

복수의 메인튜브(240)들은 양단부가 고정된 채 케이싱(210) 내부에 삽입되는 상태가 되므로 메인튜브(240)들은 흔들림없이 일정한 위치에 고정되어야 한다. 이에 본 발명의 실시예는 작동유체의 체류시간을 증가시켜 LNG가 NG로 기화되는 효율을 높이기 위한 방안으로 마련되는 복수의 배플(B)을 이용하여 메인튜브(240)들을 안정적으로 고정시킬 수 있도록 한다.

도 9는 배플의 평면도를 보여주는 것이며, 도시된 바와 같이 각 배플(B)은 판상 형태이되 3면은 직선으로 이루어지고 한 면은 볼록한 곡면으로 이루어진다. 각 배플(B)에는 메인튜브(240)가 삽입된 복수의 튜브홀(h)이 형성된다.

본 실시예의 경우 총 9개의 배플(B)이 사용되며, 하부로부터 제1배플(B1), 제2배플(B2), 제3배플(B3), 제4배플(B4), 제5배플(B5), 제6배플(B6), 제7배플(B7), 제8배플(B8), 제9배플(B9)이라 부르도록 한다.

각 배플(B)의 곡면부가 케이싱(210)의 내면에 고정 연결되고, 곡면부와 마주보는 직선면부는 케이싱(210) 내면과 이격되어 작동유체가 이동될 수 있도록 한다. 그리고 곡면부의 좌우 양측면은 제2씰링플레이트(P2)와 연결되도록 한다.

이웃하는 배플(B)들은 서로 엇갈리게 배치됨으로써 지그재그 형태를 이루고 예를들어 제1배플(B1)은 우측단부인 곡면부가 케이싱(210) 내면과 결합되고, 제2배플(B2)은 좌측단부인 곡면부가 케이싱 내면과 결합된다.

본 실시예는 총 15개의 U 자형 메인튜브(240)가 케이싱(210) 내부에 마련되도록 하며, 각 배플(B)에는 메인튜브(240)가 끼워질 수 있는 복수의 튜브홀(h)이 마련된다.

그리고 복수의 배플(B)들은 일정한 상하 간격을 이루면서 고정될 필요가 있기 때문에 타이로드(T)와 간격유지구(S)가 마련되도록 한다.

타이로드(T)의 일단은 케이싱(210)의 상단부에 결합되는 상판(212)에 연결되며, 타이로드(T)의 타단은 제1배플(B1) 하부면에서 너트로 체결된다.

이에 각 배플(B)의 네 모서리 부근에 타이로드(T)가 끼워지는 타이로드홀(h1)이 하나씩 형성되도록 한다. 이웃하는 배플(B)간 상하 간격이 일정하게 유지될 수 있도록 하기 위해 타이로드(T) 외면을 감싸는 튜브 형상의 간격유지구(S)가 타이로드(T)에 끼워지도록 한다.

간격유지구(S)는 규정된 길이로 절단되어 있으며, 간격유지구(S)의 길이는 고정이므로 케이싱(210) 내부에 설치되는 배플(B)들을 일정한 위치에 유지시킬 수 있다.

케이싱(210) 상단부에 결합되는 상판(212)에 인렛측 튜브시트(220)와 아웃렛측 튜브시트(230)가 마련된다.

인렛측 튜브시트(220)는 제1공급라인(L1)을 통해서 LNG 연료탱크(100)와 연결되며, 아웃렛측 튜브시트(230)는 연료공급라인(L4)과 연결되어 기화된 NG를 선박엔진(300)으로 제공하게 된다.

인렛측 튜브시트(220)에는 메인튜브(240)의 일단이 연결되는 복수의 연결홀(221)이 형성되며, 아웃렛측 튜브시트(230)에도 메인튜브(240)의 타단이 연결되는 복수의 연결홀(231)이 형성된다.

인렛측 튜브시트(220)와 아웃렛측 튜브시트(230)는 별개로서 서로 독립적이며 소정의 이격거리를 두고서 상판(212)에 결합된다.

하나의 제1공급라인(L1)을 통해서 LNG가 메인튜브(240)의 일단으로 공급되기 때문에 바람직하게 인렛측 튜브시트(220)는 메인튜브(240)의 상단부를 감쌀 수 있는 인렛측 덮개(220a)를 포함하며, 인렛측 덮개(220a) 내부에 충돌판(220b)이 마련되도록 한다.

인렛측 튜브시트(220)에 15개의 연결홀(221)이 형성되어 연결홀(221)에 메인튜브(240)의 일단이 결합된다. 따라서 인렛측 덮개(220a)는 반원 원통 형태가 적합하고 연결홀(221)에 결합된 메인튜브(240)를 덮도록 결합된다.

인렛측 덮개(220a)의 상부에 제1공급라인(L1)이 연통되게 연결되고, 제1공급라인(L1)이 연결되는 직하부로 인렛측 덮개(220a) 내부에 충돌판(220b)이 마련된다. 충돌판(220b)은 유입되는 LNG가 넓게 확산되어 복수의 메인튜브(240)로 골고루 LNG가 공급될 수 있도록 하기 위한 것이다.

메인튜브(240)를 유동하면서 기화된 LNG는 NG가 되어 연료공급라인(L4)을 통해 선박엔진(300)으로 공급되는데, 아웃렛측 튜브시트(230) 역시 연료공급라인(L4)과 연통되는 아웃렛측 덮개(230a)와 아웃렛측 덮개(230a) 내부에 마련되는 충돌판(230b)을 포함하여 이루어진다.

인렛측 튜브시트(220)로 유입되는 LNG는 초저온 상태이며, 대략 -160℃ 정도에 이르며, 메인튜브(240)를 거치면서 LNG는 기화되어 상온 정도의 NG로 변화되어 아웃렛측 튜브시트(230)와 연결되는 연료공급라인(L4)을 따라 배출된다.

즉, 인렛측 튜브시트(220)와 아웃렛측 튜브시트(230) 간에는 높은 온도차가 발생하게 된다. 급격한 온도차가 발생되는 인렛측 튜브시트(220)와 아웃렛측 튜브시트(230)를 일체로 구성하거나 하면 열변형으로 인해 크랙이 발생되는 등과 같은 문제점이 발생될 가능성이 높다.

따라서 본 발명은 인렛측 튜브시트(220)와 아웃렛측 튜브시트(230)를 완전히 분리시켜 상판(212)에 결합되도록 함으로써 열영향을 최소화하도록 하고자 한다.

케이싱(210) 내부에 마련되는 U 자형의 메인튜브(240)는 그 일단이 인렛측 튜브시트(220)의 연결홀(221)에 연결되고, 타단이 아웃렛측 튜브시트(230)의 연결홀(231)에 연결된다. 그리고 메인튜브(240) 내부에는 트위스트 핀 튜브(twist pin tube)(241)가 내장될 수 있다. 트위스트 핀 튜브(241)는 메인튜브(240)로 유입되는 LNG가 NG로 보다 효율적으로 기화되도록 하는 작용을 한다. 트위스트 핀 튜브는 열전달 효율을 높이기 방안으로 일반적으로 사용되는 것인 바 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

케이싱(210) 내부 하단 근처에 보조튜브(250)가 마련되며, 제2공급라인(L2)을 통해 LNG 연료탱크(100)의 LNG가 보조튜브(250)로 유입되고, LNG는 기화되어 재순환라인(L3)을 통해서 다시 LNG 연료탱크(100)로 공급된다.

즉, 본 발명의 실시예는 LNG 연료탱크(100)로부터 메인튜브(240)로 LNG가 배출됨에 따라 LNG 연료탱크(100)의 내부 압력이 감소되는 것을 보조튜브(250)에서 기화되는 NG를 LNG 연료탱크(100)로 공급되게 하여 LNG 연료탱크의 내부압력을 보상할 수 있도록 하는 듀얼 기화방식이 되도록 한다.

또한 바람직하게 케이싱(210)의 상판(212)에는 에어벤트나 안전밸브가 마련될 수 있다.

제2공급라인(L2)이나 재순환라인(L3)에도 제어밸브(V)를 마련하여 제어부(500)에 의해 제어밸브(V)의 개폐여부나 개폐정도가 조정될 수 있도록 한다. 예를 들어 LNG 연료탱크(100)의 내부압력이 급격히 떨어지는 경우에는 제어밸브(V)를 최대한 열어 LNG 연료탱크(100) 내부로 NG가 많이 공급될 수 있도록 하는 것과 같다. 바람직하게 LNG 연료탱크(100)에는 내부 압력을 측정할 수 있는 압력측정기를 마련하여 제어부(500)로 LNG 연료탱크(100)의 내부 압력치가 제공될 수 있도록 한다.

선박 엔진(300)은 작동유체 저장조(200)에 의해 기화된 천연가스(NG)를 연료로 사용하게 되며, 연료공급라인(L4)을 통해 작동유체 저장조(200)와 연결된다.

바람직하게 선박 엔진(300)은 천연가스를 연료로 사용할 수 있지만 가솔린이나 경유를 연소시켜서 작동될 수도 있는 것으로 한다. 즉, 초기 기동시에는 가솔린이나 경유를 연료로 사용하도록 하고, 어느 정도 선박 엔진이 가열된 후에는 천연가스를 연료로 사용하도록 한다.

작동유체 저장조(200)는 소정의 온도로 가열되는 작동유체에 의해 작동유체 저장조(200)로 유입되는 LNG를 천연가스인 NG로 기화시키게 된다.

본 발명의 실시예에서 작동유체를 가열시키기 위한 수단으로 열교환기(400)를 두는 것으로 한다. 특히, 열교환기(400)는 선박 엔진(300)의 폐열을 이용하여 작동유체의 온도를 상승시키도록 한다.

바람직하게 열교환기(400)는 판형 열교환기가 적합하며, 선박 엔진(300)의 냉각수가 열교환기(400) 내부를 거쳐서 순환되도록 냉각수 순환라인(L5)이 마련된다. 또한 열교환기(400)에는 작동유체 저장조(200)와 연결되는 작동유체 순환라인(L6)이 마련된다.

냉각수 순환라인(L5)에는 고온의 냉각수가 흐르게 되며, 작동유체 순환라인(L6)에는 상대적으로 저온인 작동유체가 흐르게 된다. 따라서 열교환기(400) 내부에서 열교환을 통해 작동유체는 열을 흡수하여 가열된 후 작동유체 저장조(200) 내부로 공급된다.

작동유체로는 물이 사용될 수 있지만 본 실시예의 경우 글리콜 워터(Glycol Water)를 이용하는 것으로 한다. 글리콜 워터는 물에 약 50%의 글리콜이 혼합된 것과 같은 것을 의미한다. 글리콜 워터는 열전달 특성이 우수하기 때문에 작동유체로 매우 적합하다.

본 발명의 열교환기(400)는 선박 엔진(300)의 폐열을 이용하여 작동유체를 가열하기 때문에 불필요한 에너지 소비를 줄일 수 있도록 한다는 장점이 있다.

또한, 냉각수 순환라인(L5)과 작동유체 순환라인(L6)에도 제어밸브(V)를 마련하여 냉각수나 작동유체의 유량을 제어할 수 있도록 한다.

특히, 본 발명의 실시예의 경우 작동유체의 유량을 조정하는 것으로 작동유체 저장조(200)에서 이루어지는 LNG의 기화정도를 제어할 수 있다.

즉, 선박 엔진(300)의 출력을 급격히 높여야 하는 경우 최대한 LNG가 빠르게 NG로 상변화되어 연료공급라인(L4)을 통해 신속하게 공급되어야 한다.

이 경우 작동유체 순환라인(L6)의 제어밸브(V)를 최대한 열어 작동유체의 유량이 최대가 되게 하며, 열교환기(400)에서의 열교환도 최대가 될 수 있도록 냉각수 순환라인(L5)의 제어밸브(V)도 열어 냉각수도 빠르게 순환될 수 있도록 한다.

열교환기(400)를 거치면서 작동유체의 온도는 빠르게 상승되며, 가열된 작동유체는 작동유체 저장조(200)로 공급되어 LNG의 기화속도가 증가되도록 한다.

이 경우 제1공급라인(L1)의 제어밸브(V)도 최대로 열어 LNG의 공급량을 늘리도록 하면 선박 엔진(300)이 필요로 하는 출력에 적당한 천연가스를 신속하게 공급할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에서 제1공급라인(L1), 제2공급라인(L2), 재순환라인(L3), 연료공급라인(L4), 냉각수 순환라인(L5), 작동유체 순환라인(L6)에는 다양한 측정센서가 부착될 수 있으며, 소정의 펌프와 같은 강제 이송수단이 마련될 수도 있다. 이러한 부분은 공지의 기술인 바 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다. 즉, 각종센서나 펌프와 같은 기타 구성요소는 본 발명의 실시 상황에 따라 선택적으로 부가될 수 있는 것이다. 각종 센서로는 온도센서, 압력센서, 유량센서 등과 같은 것을 의미한다.

그리고 제어부(500)는 본 발명에 의한 선박 엔진용 LNG 연료 시스템을 전체적으로 자동 콘트롤하게 되며, 제어부(500)로 입력되는 각종 데이타와 기 설정된 조건 등을 바탕으로 하여 각종 제어밸브(V)의 제어를 통해 선박 엔진(300)에 적절한 양의 천연가스를 연료로 공급할 수 있도록 한다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 선박 엔진용 엘엔지 연료공급시스템은 LNG 연료탱크(100)의 LNG를 뽑아 선박엔진(300)의 연료로 사용할 수 있도록 하되, 저온상태의 LNG를 상온의 NG로 기화시키는 작용을 하는 작동유체 저장조(200)의 구조를 개선시킴으로써 LNG의 기화효율을 극대화시키고 구조적 안정성도 높일 수 있게 된다.

특히 본 발명은 작동유체 저장조(200)로 LNG가 유입되는 부위와 기화된 LNG가 NG로 배출되는 부위의 온도차가 큼에 따라 유발될 수 있는 열변형으로 인한 작동유체 저장조(200)의 손상을 방지하기 위해 상판(212)에 독립적인 인렛측 튜브시트(220)와 아웃렛측 튜브시트(230)를 마련함으로써 높은 온도차로 인한 열손상을 방지하도록 하여 내구성을 높이도록 한다.

그리고 본 발명은 복수의 배플(B), 제1씰링플레이트(P1), 제2씰링플레이트(P2)를 이용하여 메인튜브(240) 및 보조튜브(250)에서 LNG로부터 NG로 기화되는 기화효율을 높일 수 있는 독특한 구조를 제공하게 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 LNG 전용선이나 기타 LNG를 연료로 사용하는 선박에 이용될 수 있다.

100 : LNG 연료탱크 200 : 작동유체 저장조
210 : 케이싱 211 : 바닥판
212 : 상판 213 : 작동유체 유입구
214 : 작동유체 배출구 220 : 인렛측 튜브시트
221 : 연결홀 220a: 인렛측 덮개
220b: 충돌판 230 : 아웃렛측 튜브시트
231 : 연결홀 230a: 아웃렛측 덮개
230b: 충돌판 240 : 메인튜브
250 : 보조튜브 P1 : 제1씰링플레이트
P2 : 제2씰링플레이트 B : 배플
T : 타이로드 S : 간격유지구
300 : 선박 엔진 400 : 열교환기
500 : 제어부 L1 : 제1공급라인
L2 : 제2공급라인 L3 : 재순환라인
L4 : 연료공급라인 L5 : 냉각수 순환라인
L6 : 작동유체 순환라인 V : 제어밸브

Claims (5)

1. LNG가 저장되는 LNG 연료탱크와, 상기 LNG 연료탱크와 연결되며 순환될 수 있도록 저장되는 작동유체를 이용하여 LNG를 기화시켜 일부는 엔진 연료로 제공되도록 하고, 또 다른 일부는 상기 LNG 연료탱크로 재공급되도록 하는 작동유체 저장조와, 상기 작동유체 저장조에 의해 기화된 천연가스(NG)를 연료로 사용하는 선박 엔진과, 상기 작동유체 저장조와 선박 엔진을 연결하여 기화된 천연가스를 선박 엔진으로 공급하는 연료공급라인과, 상기 선박 엔진과 연결되어 냉각수가 순환되는 냉각수 순환라인과, 상기 작동유체 저장조와 연결되어 상기 작동유체가 순환되는 작동유체 순환라인과, 상기 냉각수 순환라인 및 상기 작동유체 순환라인과 연결되어 냉각수와 작동유체가 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 열교환기로 이루어지는 선박 엔진용 엘엔지 연료 공급시스템으로서,
   상기 작동유체 저장조는,
   바닥판과 상판에 의해 밀폐되며 작동유체 유입구와 작동유체 배출구가 형성되는 케이싱;
   상기 상판에 결합되며 복수의 연결홀이 형성되고 상기 LNG 연료탱크와 연결되는 제1공급라인에 연결되는 인렛측 튜브시트;
   상기 인렛측 튜브시트와 이격되어 상기 상판에 결합되며, 복수의 연결홀이 형성되되, 상기 연료공급라인과 연결되는 아웃렛측 튜브시트;
   상부 일단은 상기 인렛측 튜브시트의 상기 연결홀에 연결되고, 상부 타단은 상기 아웃렛측 튜브시트의 상기 연결홀에 연결되도록 상기 케이싱 내부에 마련되어 LNG가 기화될 수 있도록 하는 메인튜브;
   상기 케이싱의 내부 하단 근처에 마련되며, 상기 LNG 연료탱크와 연결되는 제2공급라인을 통해 유입되는 LNG가 기화된 후 재순환라인을 따라 상기 LNG 연료탱크의 내부 공간으로 공급되도록 하는 보조튜브;
   상기 케이싱의 내부에 마련되어 상기 복수의 메인튜브를 지지하면서 지그재그 형태로 배치되어 작동유체가 지그재그 흐름을 이룰 수 있도록 하는 복수의 배플;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 엘엔지 연료 공급시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 인렛측 튜브시트는 상기 제1공급라인과 연통되면서 상기 연결홀에 끼워진 상기 메인튜브의 상단부를 감싸는 인렛측 덮개와 상기 인렛측 덮개 내부에 마련되는 충돌판을 포함하여 이루어지고,
   상기 아웃렛측 튜브시트는 상기 연료공급라인과 연통되면서 상기 연결홀에 끼워진 상기 메인튜브의 상단부를 감싸는 아웃렛측 덮개와 상기 아웃렛측 덮개 내부에 마련되는 충돌판을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 엘엔지 연료 공급시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 케이싱은,
   상기 보조튜브 하부에 형성되는 데드스페이스를 줄이기 위해 제1씰링플레이트가 마련되고, 상기 보조튜브 보다 상측으로 상기 케이싱 내부의 좌우 양측을 밀폐시켜 작동유체가 유입되지 않도록 하는 제2씰링플레이트가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 엘엔지 연료 공급시스템.
4. 삭제
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 배플들은 복수의 타이로드에 의해 연결되되 타이로드에 끼워지는 간격유지구에 의해 상기 배플들은 일정한 간격을 유지하게 되는 것을 특징으로 하는 선박 엔진용 엘엔지 연료 공급시스템.
   

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