KR101371890B1

KR101371890B1 - Lng 연료 공급 시스템

Info

Publication number: KR101371890B1
Application number: KR1020130037603A
Authority: KR
Inventors: 박남기
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2013-04-05
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2014-03-07

Abstract

본 발명은 LNG 연료 공급 시스템에 관한 것으로서, 진공상태인 단열부를 갖는 진공단열형의 LNG 저장탱크로부터 엔진까지 연결된 연료 공급 라인; 상기 연료 공급 라인 상에 마련되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 고압으로 가압하여 상기 엔진으로 공급하는 고압 펌프; 상기 엔진과 상기 고압 펌프 사이의 상기 연료 공급 라인 상에 마련되며, 상기 고압 펌프로부터 공급되는 LNG를 가열하여 상기 엔진에 공급하는 열교환기; 상기 연료 공급 라인의 일단에 연결되며, 상기 LNG 저장탱크 내에 구비되어 상기 LNG 저장탱크의 LNG를 상기 고압 펌프로 공급하는 부스팅 펌프; 및 상기 LNG 저장탱크의 상부에 구비되며, 상기 부스팅 펌프에 연결된 상기 연료 공급 라인의 통로를 마련하고, 상기 LNG 저장탱크의 상부로부터 내부쪽으로 연장되어 상기 부스팅 펌프를 내부에 수용하는 맨홀 프레임과, 상기 맨홀 프레임의 하단부에 설치되어 상기 맨홀 프레임의 통로 입구를 개폐하는 풋밸브를 포함하는 연료 공급 출구부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, LNG 저장탱크의 내부에 부스팅 펌프를 설치하고, LNG 저장탱크의 상부에 부스팅 펌프에 연결되는 연료 공급 라인이 지나는 맨홀 프레임과 맨홀 뚜껑을 포함하는 연료 공급 출구부를 설치하여, LNG를 LNG 저장탱크의 상부로 배출할 수 있게 구성함으로써, LNG 저장탱크에 추가적으로 드립 트레이, 가압 설비 또는 증발가스 처리 장치를 설치하지 않아도 되어, LNG 저장탱크의 제작 단가를 절감할 수 있어 타사와의 경쟁력을 높일 수 있고, LNG 저장탱크의 설치 공간 확보가 용이하여 동일한 조건하에서 LNG 저장탱크의 설치 용량을 최대화할 수 있다.

Description

LNG 연료 공급 시스템{A Fuel Gas Supply System of Liquefied Natural Gas}

본 발명은 LNG 연료 공급 시스템에 관한 것이다.

선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.

이러한 선박은 엔진을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 가솔린 또는 디젤을 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 함으로써, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하는 것이 일반적이었다.

그러나 최근에는, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 사용되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.

일반적으로, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄을 1기압 하에서 -162℃도 이하로 온도를 내려서 액체상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1 정도이고, 비중은 0.42로 원유비중의 약 2분의 1이 된다.

그러나 엔진이 구동되기 위해 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 LNG의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체상태로 저장되는 LNG의 온도 및 압력 등을 제어하여 엔진에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.

구체적으로 LNG 연료공급 방식은, 진공단열형(Vacuum Insulated Type)의 LNG 저장탱크나 폴리우레탄폼을 적용하는 싱글쉘형(Single Shell Type)의 LNG 저장탱크에 보관되어 있던 LNG를 부스팅 펌프, 고압 펌프, 히터 등을 사용하여 온도나 압력을 변환하여 엔진에 공급함으로써 엔진이 구동되도록 할 수 있다.

부스팅 펌프는, 고압 펌프에 충분한 양의 LNG가 공급되도록 하여 고압 펌프의 공동현상(Cavitation)을 방지하기 위하여, LNG 저장탱크와 고압 펌프 사이에 구비될 수 있다.

부스팅 펌프는, 진공단열형의 LNG 저장탱크의 경우에 일반적으로 LNG 저장탱크의 외부 즉, 하부 또는 상부에 구비시키고 있으며, 싱글쉘형의 LNG 저장탱크의 경우에 일반적으로 LNG 저장탱크의 상부에 구비시킬 수 있다.

그런데, 부스팅 펌프를 진공단열형의 LNG 저장탱크의 하부에 구비시킬 경우(LNG가 LNG 저장탱크의 하부로 배출), LNG의 누설에 대비하여 드립 트레이(Drip Tray)를 설치해야 하고, 부스팅 펌프를 진공단열형의 LNG 저장탱크의 상부에 구비시킬 경우(LNG가 LNG 저장탱크의 상부로 배출), LNG 저장탱크 내부를 가압하는 가압 설비를 추가로 설치해야 한다.

또한, 싱글쉘형의 LNG 저장탱크의 경우에는, LNG 저장탱크에서 자연적으로 발생되는 증발가스(BOG: Boil Off Gas)를 처리할 수 있는 장치를 설치해야 한다.

이로 인하여, 종래에는 드립 트레이, 가압 설비 또는 증발가스 처리 장치를 제조 및 설치하는 비용이 상당히 소요되고, 선체의 크기에 따라 LNG 저장탱크의 설치 용량에 제약이 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 LNG 저장탱크의 내부에 부스팅 펌프를 설치하여, 드립 트레이, 가압 설비 또는 증발가스 처리 장치가 불필요한 LNG 연료 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 드립 트레이, 가압 설비 또는 증발가스 처리 장치를 설치하지 않아도 됨으로써, LNG 저장탱크의 제작 단가를 절감할 수 있어 타사와의 경쟁력을 높일 수 있는 LNG 연료 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 드립 트레이, 가압 설비 또는 증발가스 처리 장치를 설치하지 않아도 됨으로써, 공간 확보가 용이하여 동일한 조건하에서 LNG 저장탱크의 설치 용량을 최대화할 수 있는 LNG 연료 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, 진공상태인 단열부를 갖는 진공단열형의 LNG 저장탱크로부터 엔진까지 연결된 연료 공급 라인; 상기 연료 공급 라인 상에 마련되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 고압으로 가압하여 상기 엔진으로 공급하는 고압 펌프; 상기 엔진과 상기 고압 펌프 사이의 상기 연료 공급 라인 상에 마련되며, 상기 고압 펌프로부터 공급되는 LNG를 가열하여 상기 엔진에 공급하는 열교환기; 상기 연료 공급 라인의 일단에 연결되며, 상기 LNG 저장탱크 내에 구비되어 상기 LNG 저장탱크의 LNG를 상기 고압 펌프로 공급하는 부스팅 펌프; 및 상기 LNG 저장탱크의 상부에 구비되며, 상기 부스팅 펌프에 연결된 상기 연료 공급 라인의 통로를 마련하고, 상기 LNG 저장탱크의 상부로부터 내부쪽으로 연장되어 상기 부스팅 펌프를 내부에 수용하는 맨홀 프레임과, 상기 맨홀 프레임의 하단부에 설치되어 상기 맨홀 프레임의 통로 입구를 개폐하는 풋밸브를 포함하는 연료 공급 출구부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 부스팅 펌프는, 상기 LNG 저장탱크 내의 바닥쪽에 설치되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 맨홀 프레임은, 상기 LNG 저장탱크의 내부와 외부를 연통시키면서, 상기 연료 공급 라인이 지나가는 직하방 통로를 갖고, 하부가 상기 LNG 저장탱크의 내조 탱크로부터 내부쪽으로 연장되어 상기 부스팅 펌프를 내부에 수용하며, 상기 연료 공급 출구부는, 상기 맨홀 프레임의 상부 테두리를 따라 외측으로 절곡된 맨홀 받침부; 및 상기 연료 공급 라인이 삽입되는 중공이 형성되며, 상기 맨홀 받침부의 상부면에 결합 고정되는 맨홀 뚜껑을 더 포함할 수 있다.

구체적으로 상기 맨홀 프레임은, 원기둥 형태 또는 다각기둥 형태로 구성되며, 상부 외주면을 따라 상기 LNG 저장탱크의 외조 탱크와 상기 LNG 저장탱크의 내조 탱크가 연결되어, 상기 LNG 저장탱크의 상기 외조 탱크와 상기 내조 탱크 사이의 상기 단열부를 밀봉되게 하는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 맨홀 프레임은, 상부가 상기 LNG 저장탱크의 상기 외조탱크로부터 외부 상방으로 일정 길이 연장되고, 하부가 상기 LNG 저장탱크의 바닥 부근까지 연장되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 맨홀 프레임은, 내주면을 따라 단열재가 설치되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 맨홀 프레임 및 상기 맨홀 받침대 각각은, 스틸 재질이나 스테인레스 재질로 형성되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 맨홀 프레임과 상기 맨홀 받침부는, 일체화로 구성되는 것을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, LNG 저장탱크의 내부에 부스팅 펌프를 설치하고, LNG 저장탱크의 상부에 부스팅 펌프에 연결되는 연료 공급 라인이 지나는 맨홀 프레임과 맨홀 뚜껑을 포함하는 연료 공급 출구부를 설치하여, LNG를 LNG 저장탱크의 상부로 배출할 수 있게 구성함으로써, LNG 저장탱크에 추가적으로 드립 트레이, 가압 설비 또는 증발가스 처리 장치를 설치하지 않아도 되어, LNG 저장탱크의 제작 단가를 절감할 수 있어 타사와의 경쟁력을 높일 수 있고, LNG 저장탱크의 설치 공간 확보가 용이하여 동일한 조건하에서 LNG 저장탱크의 설치 용량을 최대화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템을 설명하기 위한 주요 구성부분에 대한 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템을 설명하기 위한 주요 구성부분에 대한 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템을 설명하기 위한 주요 구성부분에 대한 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템을 설명하기 위한 주요 구성부분에 대한 확대도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템을 설명하기 위한 주요 구성부분에 대한 확대도이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템을 설명하기 위한 주요 구성부분에 대한 확대도이고, 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템을 설명하기 위한 주요 구성부분에 대한 확대도이고, 도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템을 설명하기 위한 주요 구성부분에 대한 확대도이다. 이하 설명에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템(100)은, LNG 저장탱크(110), 엔진(120), 고압 펌프(130), 열교환기(140), 부스팅 펌프(150), 연료 공급 출구부(200, 300, 400, 500)를 포함한다.

LNG 저장탱크(110)는, 엔진(120)에 공급될 LNG를 저장하며, LNG 연료 공급 시스템(100)에서 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. LNG 저장탱크(110)는 LNG를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 LNG 저장탱크(110)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다. 이하 본 명세서에서, LNG는 편의상 액체상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있다.

LNG 저장탱크(110)는, 외조 탱크(111), 내조 탱크(112), 단열부(113)를 포함하며, 저장된 LNG를 LNG 저장탱크(110)의 상부쪽으로 배출할 수 있도록, LNG 저장탱크(110)의 상부에 후술할 연료 공급 출구부(200, 300, 400, 500)를 더 포함할 수 있다. 외조 탱크(111)는 LNG 저장탱크(110)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸 재질로 형성될 수 있으며, 단면이 원형 형태 또는 다각형 형태 등 여러 가지 형태일 수 있다.

내조 탱크(112)는, 외조 탱크(111)의 내부에 구비되며, 서포트(Support; 도시하지 않음)에 의해 외조 탱크(111)의 내부에 지지 설치될 수 있다. 이때 서포트는 내조 탱크(112)의 하단에 구비될 수 있고, 물론 내조 탱크(112)의 좌우 유동을 억제하기 위해 내조 탱크(112)의 측면에도 구비될 수 있다.

내조 탱크(112)는 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 5bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 내조 탱크(112)를 이와 같이 일정 압력에 견딜 수 있도록 설계하는 것은, 내조 탱크(112)의 내부에 구비된 LNG가 증발되어 증발가스가 생성됨에 따라 내조 탱크(112)의 내압이 상승될 수 있기 때문이다.

단열부(113)는, 내조 탱크(112)와 외조 탱크(111)의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크(112)로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이때 단열부(113)는 진공상태일 수 있다. 단열부(113)가 진공상태인 진공단열형(Vacuum Insulated Type)의 LNG 저장탱크(110)는 일반적인 탱크와 비교할 때 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있을 뿐만 아니라, 단열성이 매우 우수하다. 일례로 진공단열형의 LNG 저장탱크(110)는 진공의 단열부(113)를 통해 5bar 내지 20bar의 압력을 버텨낼 수 있을 뿐만 아니라, 외부 환경으로 인해 증발가스가 생성되는 것을 효과적으로 억제시킬 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 진공 형태의 단열부(113)를 외조 탱크(111)와 내조 탱크(112) 사이에 구비하는 진공단열형 LNG 저장탱크(110)를 사용함으로써, 증발가스의 발생을 최소화할 수 있고, 내압이 상승하더라도 LNG 저장탱크(110)가 파손되는 등의 문제가 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.

엔진(120)은, LNG 저장탱크(110)로부터 공급되는 LNG를 통해 구동되어 추력을 발생시킨다. 이때 엔진(120)은 MEGI 엔진일 수 있고, 이종연료 엔진일 수도 있다.

엔진(120)이 이종연료 엔진일 경우, LNG 또는 오일이 선택적으로 공급될 수 있고, LNG와 오일이 혼합되어 공급되지 않을 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 엔진(120)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.

엔진(120)은 LNG의 연소에 의해 실린더(도시하지 않음) 내부의 피스톤(도시하지 않음)이 왕복운동 함에 따라, 피스톤에 연결된 크랭크 축(도시하지 않음)이 회전되고, 크랭크 축에 연결되는 샤프트(도시하지 않음)가 회전될 수 있다. 따라서 엔진(120) 구동 시 최종적으로 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체(도시하지 않음)가 전진 또는 후진하게 된다.

물론 본 실시예에서 엔진(120)은 프로펠러를 구동하기 위한 엔진(120)일 수 있으나, 발전을 위한 엔진(120) 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진(120)일 수 있다. 즉, 본 실시예는 엔진(120)의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 엔진(120)은 LNG의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.

LNG 저장탱크(110)와 엔진(120) 사이에는 LNG를 전달하는 연료 공급 라인(160)이 설치될 수 있고, 연료 공급 라인(160)에는 고압 펌프(130), 열교환기(140) 등이 구비되어 LNG가 엔진(120)에 공급되도록 할 수 있다.

이때 연료 공급 라인(160)에는 연료 공급 밸브(170)가 설치되어, 연료 공급 밸브(170)의 개도 조절에 따라 LNG의 공급량이 조절될 수 있다.

고압 펌프(130)는, 후술할 열교환기(140)와 후술할 부스팅 펌프(150) 사이의 연료 공급 라인(160) 상에 마련될 수 있으며, LNG 저장탱크(110)로부터 배출된 LNG를 고압으로 가압하여, 후술할 열교환기(140)를 통해 엔진(120)에 LNG가 공급되도록 한다. LNG는 LNG 저장탱크(110)로부터 약 10bar 정도의 압력으로 배출된 후 후술할 부스팅 펌프(150)에 의해 1차로 가압되는데, 고압 펌프(130)는 후술할 부스팅 펌프(150)에 의해 가압된 액체상태의 LNG를 2차로 가압하여, 후술할 열교환기(140)에 공급한다.

이때 고압 펌프(130)는 LNG를 엔진(120)에서 요구하는 압력, 예를 들어 200bar 내지 400bar까지 가압하여 엔진(120)에 공급함으로써, 엔진(120)이 LNG를 통해 추력을 생산하도록 할 수 있다.

열교환기(140)는, 엔진(120)에서 요구하는 연소 온도로 LNG를 가열하여 엔진(120)에 공급한다. 열교환기(140)는, 엔진(120)과 고압 펌프(130) 사이의 연료 공급 라인(160) 상에 마련될 수 있으며, 고압 펌프(130)로부터 배출되는 200bar 내지 400bar의 압력을 유지하면서 LNG를 가열시킬 수 있다.

열교환기(140)는, LNG를 가열하는 열원으로 선박 내의 엔진 배기, 보일러 또는 발전기의 폐열 등을 이용할 수 있으며, 또한 특정한 화학 물질을 이용하여 LNG와 열 교환시켜서, 화학 물질이 열을 방출하고 LNG가 열을 제공받도록 할 수 있다. 이때 화학 물질은, 별도의 사이클을 순환함으로써 스팀 등에 의해 열을 공급받아 가열된 후, 공급받은 열을 LNG에 제공하는 글리콜 워터 등일 수 있다.

부스팅 펌프(150)는, 연료 공급 라인(160)의 일단에 연결되어 LNG 저장탱크(110) 내에 구비될 수 있으며, 고압 펌프(130)에 충분한 양의 LNG가 공급되도록 하여 고압 펌프(130)의 공동현상(cavitation)을 방지한다. 또한 부스팅 펌프(150)는 LNG 저장탱크(110)로부터 LNG를 빼내어서 LNG를 수 내지 수십 bar 이내로 가압할 수 있으며, 부스팅 펌프(150)를 거친 LNG는 1bar 내지 25bar로 가압될 수 있다.

부스팅 펌프(150)는, LNG 저장탱크(110)에 저장된 LNG의 양이 줄어들었을 때도 잔류된 LNG를 용이하게 고압 펌프(130)에 공급시킬 수 있도록, LNG 저장탱크(110) 내의 바닥쪽에 설치하는 것이 바람직하다.

연료 공급 출구부(200, 300, 400, 500)는, LNG 저장탱크(110)에 저장된 LNG를 LNG 저장탱크(110)의 상부쪽으로 배출할 수 있도록, LNG 저장탱크(110)의 상부에 구비될 수 있으며, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5를 참고하여 이하 본 발명의 각 실시예에 대해 하기에서 설명하기로 한다. 다만, 제1 내지 제4 실시예에서 연료 공급 출구부(200, 300, 400, 500)를 제외한 다른 구성은 도 1을 참고하여 설명한 본 발명의 실시예와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템을 설명하기 위한 주요 구성부분에 대한 확대도이다.

상기한 도 1의 본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템(100)에 대한 제1 실시예를 도 2를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 공급 출구부(200)는, 저장된 LNG를 LNG 저장탱크(110)의 상부쪽으로 배출할 수 있도록, LNG 저장탱크(110)의 상부에 구비될 수 있으며, 맨홀 프레임(210), 맨홀 받침부(220), 맨홀 뚜껑(230)을 포함한다.

맨홀 프레임(210)은, LNG 저장탱크(110)의 내부와 외부를 연통시키면서 연료 공급 라인(160)이 지나갈 수 있도록 직하방 통로(211)를 갖는 원기둥 형태 또는 다각기둥 형태로 구성될 수 있다. 맨홀 프레임(210)은, 상부(210a) 외주면을 따라 LNG 저장탱크(110)의 외조 탱크(111)가 연결되고, 하부(210b) 외주면을 따라 LNG 저장탱크(110)의 내조 탱크(112)가 연결되어, LNG 저장탱크(110)의 단열부(113)를 밀봉되게 한다.

맨홀 프레임(210)의 상부(210a)는, 후술할 맨홀 뚜껑(230)을 용이하게 설치할 수 있도록 LNG 저장탱크(110)의 외조 탱크(111)로부터 외부 상방으로 일정 길이 연장되도록 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 맨홀 프레임(210)의 상부(210a) 테두리를 따라 외측으로 절곡된 후술할 맨홀 받침부(220)가 형성될 수 있다.

맨홀 프레임(210)의 하부(210b)는, LNG 저장탱크(110)의 내부쪽으로 연장되지 않도록 적어도 LNG 저장탱크(110)의 내조 탱크(112)의 천장에 위치되도록 형성하는 것이 바람직한데, 이는 맨홀 프레임(210)의 통로(211)를 따라 LNG 저장탱크(110)의 외부로부터 LNG 저장탱크(110)의 내부로 열이 침투되는 것을 최소화하기 위해서이다. 즉, 맨홀 프레임(210)의 통로(211)가 LNG 저장탱크(110)에 저장된 LNG에 근접할수록 LNG에 열 전달이 잘 되어 증발가스가 발생될 확률이 높기 때문이다.

이러한 외부로부터의 열 침투를 더욱 최소화하기 위하여, 맨홀 프레임(210)의 내주면을 따라 단열재(212)를 더 설치할 수 있다. 단열재(212)는, LNG 저장탱크(110)에 사용되는 일반적인 단열재를 포함할 수 있으므로, 본 실시예에서는 구체적인 단열 재료의 종류를 언급하지 않기로 한다.

맨홀 프레임(210)은, LNG 저장탱크(110)의 외조 탱크(111)와 같이 스틸 재질로 형성하거나, LNG 저장탱크(110)의 내조 탱크(112)와 같이 스테인레스 재질로 형성할 수 있다. 맨홀 프레임(210)은, LNG 저장탱크(110)의 내부에 직접 노출되어 있어 LNG 저장탱크(110)의 내조 탱크(112)와 같은 스테인레스 재질로 형성하는 것이 바람직할 수 있다.

맨홀 받침부(220)는, 맨홀 프레임(210)의 상부(210a) 테두리를 따라 외측으로 절곡되도록 형성되며, 후술할 맨홀 뚜껑(230)을 결합 고정시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 맨홀 받침부(220)는, 맨홀 프레임(210)과 일체화로 구성될 수도 있다.

맨홀 받침부(220)는, LNG 저장탱크(110)의 외조 탱크(111)와 같이 스틸 재질로 형성하거나, LNG 저장탱크(110)의 내조 탱크(112)와 같이 스테인레스 재질로 형성할 수 있다. 맨홀 받침부(220)는, LNG 저장탱크(110)의 내부에 직접 노출되는 부분이 적을 수 있으므로, 경제적인 측면을 고려하여 스테인레스 재질 보다는 스틸 재질로 형성하는 것이 유리할 수 있다.

맨홀 뚜껑(230)은, 연료 공급 라인(160)이 삽입될 수 있도록 중공(231)이 형성되며, 맨홀 프레임(210)의 통로(211) 출구를 막을 수 있도록 맨홀 받침부(220)의 상부면에 결합 고정될 수 있다. 맨홀 뚜껑(230)은, LNG 저장탱크(110)의 내부와 외부를 차단하는 최후의 보루로서, 연료 공급 라인(160)이 삽입되는 중공(231)과 맨홀 프레임(210)의 통로(211) 출구를 막는 맨홀 받침부(220)에서 LNG가 외부로 새어나오지 못하도록 밀봉하는 수단을 구비함은 물론이다. 이러한 밀봉 수단은 LNG 저장탱크(110)에 적용되는 일반적인 밀봉 수단일 수 있어, 본 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템을 설명하기 위한 주요 구성부분에 대한 확대도이다.

상기한 도 1의 본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템(100)에 대한 제2 실시예를 도 3을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 공급 출구부(300)는, 저장된 LNG를 LNG 저장탱크(110)의 상부쪽으로 배출할 수 있도록, LNG 저장탱크(110)의 상부에 구비될 수 있으며, 맨홀 프레임(310), 맨홀 받침부(320), 맨홀 뚜껑(330), 풋밸브(340)를 포함한다.

맨홀 프레임(310)은, LNG 저장탱크(110)의 내부와 외부를 연통시키면서 연료 공급 라인(160)이 지나갈 수 있도록 직하방 통로(311)를 갖는 원기둥 형태 또는 다각기둥 형태로 구성될 수 있다. 맨홀 프레임(310)은, 상부(310a) 외주면을 따라 LNG 저장탱크(110)의 외조 탱크(111)와 LNG 저장탱크(110)의 내조 탱크(112)가 연결되어, LNG 저장탱크(110)의 단열부(113)를 밀봉되게 한다.

맨홀 프레임(310)의 상부(310a)는, 후술할 맨홀 뚜껑(330)을 용이하게 설치할 수 있도록 LNG 저장탱크(110)의 외조 탱크(111)로부터 외부 상방으로 일정 길이 연장되도록 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 맨홀 프레임(310)의 상부(310a) 테두리를 따라 외측으로 절곡된 후술할 맨홀 받침부(320)가 형성될 수 있다.

맨홀 프레임(310)의 하부(310b)는, LNG 저장탱크(110)의 내조 탱크(112)로부터 내부쪽으로 연장되되, LNG 저장탱크(110)의 바닥 부근까지 연장되도록 한다. 이는 LNG 저장탱크(110) 내의 바닥쪽에 설치되는 부스팅 펌프(150)를 맨홀 프레임(310)의 내부에 수용되도록 하기 위함이다. 또한, 맨홀 프레임(310)의 하단부에는 후술할 풋밸브(340)가 설치될 수 있다.

이와 같이, 맨홀 프레임(310)의 내부에 부스팅 펌프(150)가 설치되도록 하고, 맨홀 프레임(310)의 하단부에 후술할 풋밸브(340)를 설치하는 것은, 맨홀 프레임(310)의 통로(311)를 따라 LNG 저장탱크(110)의 내부로 열이 침투되는 것을 효율적으로 방지할 수 있도록 하기 위함이며, 그 이유는 후술할 풋밸브(340)를 설명할 때 기술하기로 한다.

한편, 맨홀 프레임(310)은 상부(310a)가 LNG 저장탱크(110)의 외부로 돌출되어 있어, 맨홀 프레임(310)의 통로(311)를 따라 LNG 저장탱크(110)의 내부로 열이 침투될 수 있는데, 이러한 외부로부터의 열 침투를 최소화하기 위하여, 맨홀 프레임(310)의 내주면을 따라 단열재(312)를 더 설치할 수 있다. 단열재(312)는, LNG 저장탱크(110)에 사용되는 일반적인 단열재를 포함할 수 있으므로, 본 실시예에서는 구체적인 단열 재료의 종류를 언급하지 않기로 한다.

맨홀 받침부(320)는, 맨홀 프레임(310)의 상부(310a) 테두리를 따라 외측으로 절곡되도록 형성되며, 후술할 맨홀 뚜껑(330)을 결합 고정시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 맨홀 받침부(320)는, 맨홀 프레임(310)과 일체화로 구성될 수도 있다.

맨홀 뚜껑(330)은, 연료 공급 라인(160)이 삽입될 수 있도록 중공(331)이 형성되며, 맨홀 프레임(310)의 통로(311) 출구를 막을 수 있도록 맨홀 받침부(320)의 상부면에 결합 고정될 수 있다. 맨홀 뚜껑(330)은, 제1 실시예에서 설명한 맨홀 뚜껑(230)과 동일하므로, 제2 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

풋밸브(340)는, 맨홀 프레임(310)의 하단부에 설치되어 맨홀 프레임(310)의 통로(311) 입구를 개폐할 수 있도록 구성될 수 있다.

풋밸브(340)는, 연료 공급 시에 개방되어 맨홀 프레임(310)의 통로(311) 내부에 LNG가 채워져서 부스팅 펌프(150)가 잠기도록 하여, 부스팅 펌프(150)가 LNG를 가압하여 연료 공급 라인(160)을 통해 LNG를 고압 펌프(130)로 공급될 수 있도록 하며, 연료 공급 중단시에는 풋밸브(340)가 폐쇄되어 맨홀 프레임(310)의 통로(311)로 LNG가 유입되지 못하도록 한다.

풋밸브(340)가 폐쇄되었을 때, 부스팅 펌프(150)는 적어도 맨홀 프레임(310)의 통로(311) 내부에 잔류하고 있는 LNG가 없어질 때까지 작동하여, 맨홀 프레임(310)의 통로(311)가 진공상태에 가깝게 되도록 하는데, 이는 맨홀 프레임(310)의 통로(311)를 따라 LNG 저장탱크(110)의 내부로 열이 침투되는 것을 효율적으로 방지할 수 있도록 하기 위함이다. 즉, LNG 저장탱크(110)의 바닥쪽에 부스팅 펌프(150)가 위치되도록 하되, 이러한 부스팅 펌프(150)를 맨홀 프레임(310)의 내부에 설치하고, 맨홀 프레임(310)의 하단부에 풋밸브(340)를 설치함으로써, 연료 공급이 필요 없을 때, 맨홀 프레임(310)의 통로(311) 내부를 LNG가 없는 진공상태에 가깝게 유지시킬 수 있어, 저장탱크(110)의 내부로 열이 침투되는 것을 방지하여 증발가스의 발생을 억제할 수 있게 되는 것이다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템을 설명하기 위한 주요 구성부분에 대한 확대도이다.

상기한 도 1의 본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템(100)에 대한 제3 실시예를 도 4를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 공급 출구부(400)는, 저장된 LNG를 LNG 저장탱크(110)의 상부쪽으로 배출할 수 있도록, LNG 저장탱크(110)의 상부에 구비될 수 있으며, 맨홀 프레임(410), 맨홀 받침부(420), 맨홀 뚜껑(430)을 포함한다.

맨홀 프레임(410)은, LNG 저장탱크(110)의 내부와 외부를 연통시키면서 연료 공급 라인(160)이 지나갈 수 있도록 직하방 통로(411)를 갖는 원기둥 형태 또는 다각기둥 형태로 구성될 수 있다. 맨홀 프레임(410)은, 상부(410a) 외주면을 따라 LNG 저장탱크(110)의 외조 탱크(111)가 연결되고, 하부(410b) 외주면을 따라 LNG 저장탱크(110)의 내조 탱크(112)가 연결되어, LNG 저장탱크(110)의 단열부(113)를 밀봉되게 한다.

맨홀 프레임(410)의 상부(410a)는, 후술할 맨홀 뚜껑(430)을 용이하게 설치할 수 있도록 LNG 저장탱크(110)의 외조 탱크(111)로부터 외부 상방으로 일정 길이 연장되도록 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 맨홀 프레임(410)의 상부(410a) 테두리를 따라 외측으로 절곡된 후술할 맨홀 받침부(420)가 형성될 수 있다.

맨홀 프레임(410)의 하부(410b)는, LNG 저장탱크(110)의 내부쪽으로 연장되지 않도록 적어도 LNG 저장탱크(110)의 내조 탱크(112)의 천장에 위치되도록 형성하는 것이 바람직한데, 이는 맨홀 프레임(410)의 통로(411)를 따라 LNG 저장탱크(110)의 외부로부터 LNG 저장탱크(110)의 내부로 열이 침투되는 것을 최소화하기 위해서이다. 즉, 맨홀 프레임(410)의 통로(411)가 LNG 저장탱크(110)에 저장된 LNG에 근접할수록 LNG에 열 전달이 잘 되어 증발가스가 발생될 확률이 높기 때문이다.

이러한 외부로부터의 열 침투를 최소화하기 위하여, 맨홀 프레임(410)의 외주면과 내주면 사이에 진공부(412)가 형성되도록 할 수 있다. 진공부(412)를 갖는 진공단열형의 맨홀 프레임(410)은, 예를 들어, 제1 실시예의 맨홀 프레임(210)과 비교할 때 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있을 뿐만 아니라, 단열성이 매우 우수하여 증발가스의 발생을 억제할 수 있고, LNG 저장탱크(110)의 내압이 상승하더라도 파손되는 등의 문제가 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.

맨홀 받침부(420)는, 맨홀 프레임(410)의 상부(410a) 테두리를 따라 외측으로 절곡되도록 형성되며, 후술할 맨홀 뚜껑(430)을 결합 고정시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 맨홀 받침부(420)는, 맨홀 프레임(410)과 일체화로 구성될 수도 있다.

맨홀 받침부(420)는, 맨홀 프레임(410) 보다는 LNG 저장탱크(110)의 내부에 직접 노출되는 부분이 적을 수 있으나, 맨홀 받침부(420)를 통해 외부의 열이 침투할 수 있기 때문에 이를 방지하기 위하여, 맨홀 받침부(420)의 외주면과 내주면 사이에 진공부(421)가 형성되도록 할 수 있다. 진공부(421)를 갖는 진공단열형의 맨홀 받침부(420)는, 예를 들어, 제1 실시예의 맨홀 받침부(220)과 비교할 때 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있을 뿐만 아니라, 단열성이 매우 우수하여 증발가스의 발생을 억제할 수 있고, LNG 저장탱크(110)의 내압이 상승하더라도 파손되는 등의 문제가 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.

맨홀 뚜껑(430)은, 연료 공급 라인(160)이 삽입될 수 있도록 중공(431)이 형성되며, 맨홀 프레임(410)의 통로(411) 출구를 막을 수 있도록 맨홀 받침부(420)의 상부면에 결합 고정될 수 있다.

맨홀 뚜껑(430)은, LNG 저장탱크(110)의 내부로 외부의 열이 침투하는 것을 더욱 방지할 수 있도록, 진공부(431)를 갖는 진공단열형의 맨홀 뚜껑(430)일 수 있으며, LNG 저장탱크(110)의 내부와 외부를 차단하는 최후의 보루로서, 연료 공급 라인(160)이 삽입되는 중공(431)과 맨홀 프레임(410)의 통로(211) 출구를 막는 맨홀 받침부(420)에서 LNG가 외부로 새어나오지 못하도록 밀봉하는 수단을 구비함은 물론이다. 이러한 밀봉 수단은 LNG 저장탱크(110)에 적용되는 일반적인 밀봉 수단일 수 있어, 제3 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템을 설명하기 위한 주요 구성부분에 대한 확대도이다.

상기한 도 1의 본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템(100)에 대한 제4 실시예를 도 5를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 연료 공급 출구부(500)는, 저장된 LNG를 LNG 저장탱크(110)의 상부쪽으로 배출할 수 있도록, LNG 저장탱크(110)의 상부에 구비될 수 있으며, 맨홀 프레임(510), 맨홀 받침부(520), 맨홀 뚜껑(530)을 포함한다.

맨홀 프레임(510)은, LNG 저장탱크(110)의 내부와 외부를 연통시키면서 연료 공급 라인(160)이 지나갈 수 있도록 직하방 통로(511)를 갖는 원기둥 형태 또는 다각기둥 형태로 구성될 수 있으며, 도 2 내지 도 4를 참고하여 설명한 제1 내지 제3 실시예의 맨홀 프레임(210, 310, 410) 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 따라서 제4 실시예의 맨홀 프레임(510)의 세부 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 제4 실시예의 연료 공급 출구부(500)는, 제4 실시예의 맨홀 프레임(510)이 제2 실시예의 맨홀 프레임(310)의 구성으로 형성될 경우, 제2 실시예의 맨홀 프레임(310)의 하단부에 설치된 풋밸브(340)와, 부스팅 펌프(150)가 제2 실시예의 맨홀 프레임(310)의 내부에 설치되는 구성도 포함할 수 있다.

맨홀 받침부(520)는, 맨홀 프레임(510)의 테두리를 따라 외측으로 절곡되도록 형성되며, 후술할 맨홀 뚜껑(530)을 결합 고정시킬 수 있도록 구성될 수 있으며, 도 2 내지 도 4를 참고하여 설명한 제1 내지 제3 실시예의 맨홀 받침부(220, 320, 420) 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 따라서 제4 실시예의 맨홀 받침부(520)의 세부 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

맨홀 뚜껑(530)은, 연료 공급 라인(160)이 삽입될 수 있도록 중공(531)이 형성되며, 맨홀 프레임(510)의 통로(511) 출구를 막을 수 있도록 맨홀 받침부(520)의 상부면에 결합 고정될 수 있으며, 도 2 내지 도 4를 참고하여 설명한 제1 내지 제3 실시예의 맨홀 뚜껑(230, 330, 430) 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 따라서 제4 실시예의 맨홀 프레임(510)의 세부 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템(100)은, 댐퍼(540)를 더 포함한다.

댐퍼(540)는, LNG 저장탱크(110)의 상부를 지나는 연료 공급 라인(160)에 설치될 수 있다. 댐퍼(540)는, 부스팅 펌프(150)의 가압에 의해 LNG가 고압 펌프(130)로 공급될 때, 연료 공급 라인(160)에 맥동현상이 발생되는데, 이를 미연에 방지하여 진동으로 인한 주변 기기의 고장 발생 확률을 줄일 수 있게 한다. 이와 같은 댐퍼(540)는, 가요성 호스(flexible hose), 루프 파이프(다수회 절곡된 파이프) 및 진동저감장치 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, LNG 저장탱크(110)의 내부에 부스팅 펌프(150)를 설치하고, LNG 저장탱크(110)의 상부에 부스팅 펌프(150)에 연결되는 연료 공급 라인(160)이 지나는 맨홀 프레임(210, 310, 410, 510)과 맨홀 뚜껑(230, 330, 430, 530)을 포함하는 연료 공급 출구부(200, 300, 400, 500)를 설치하여, LNG를 LNG 저장탱크(110)의 상부로 배출할 수 있게 구성함으로써, LNG 저장탱크(110)에 추가적으로 드립 트레이, 가압 설비 또는 증발가스 처리 장치를 설치하지 않아도 되어, LNG 저장탱크의 제작 단가를 절감할 수 있어 타사와의 경쟁력을 높일 수 있고, LNG 저장탱크의 설치 공간 확보가 용이하여 동일한 조건하에서 LNG 저장탱크의 설치 용량을 최대화할 수 있다.

이에 따라, 본 실시예는, 부스팅 펌프를 진공단열형의 LNG 저장탱크의 하부에 구비시킬 경우(LNG가 LNG 저장탱크의 하부로 배출), LNG의 누설에 대비하여 드립 트레이(Drip Tray)를 설치해야 하고, 부스팅 펌프를 진공단열형의 LNG 저장탱크의 상부에 구비시킬 경우(LNG가 LNG 저장탱크의 상부로 배출), LNG 저장탱크 내부를 가압하는 가압 설비를 추가로 설치해야 하고, 싱글쉘형의 LNG 저장탱크의 경우, LNG 저장탱크에서 자연적으로 발생되는 증발가스(BOG: Boil Off Gas)를 처리할 수 있는 장치를 설치해야 함으로써, 드립 트레이, 가압 설비 또는 증발가스 처리 장치를 제조 및 설치하는 비용이 상당히 소요되고, 선체의 크기에 따라 LNG 저장탱크의 설치 용량에 제약이 있는 종래 문제를 모두 해결할 수 있다.

100: LNG 연료 공급 시스템 110: LNG 저장탱크
111: 외조 탱크 112: 내조 탱크
113: 단열부 120: 엔진
130: 고압 펌프 140: 열교환기
150: 부스팅 펌프 160: 연료 공급 라인
170: 연료 공급 밸브
200, 300, 400, 500: 연료 공급 출구부
210, 310, 410, 510: 맨홀 프레임
211, 311, 411, 511: 통로 212, 312: 단열재
412, 421, 432: 진공부 220, 320, 420, 520: 맨홀 받침부
230, 330, 430, 530: 맨홀 뚜껑 231, 331, 431, 531: 중공
340: 풋밸브 540: 댐퍼

Claims

진공상태인 단열부를 갖는 진공단열형의 LNG 저장탱크로부터 엔진까지 연결된 연료 공급 라인;
상기 연료 공급 라인 상에 마련되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 고압으로 가압하여 상기 엔진으로 공급하는 고압 펌프;
상기 엔진과 상기 고압 펌프 사이의 상기 연료 공급 라인 상에 마련되며, 상기 고압 펌프로부터 공급되는 LNG를 가열하여 상기 엔진에 공급하는 열교환기;
상기 연료 공급 라인의 일단에 연결되며, 상기 LNG 저장탱크 내에 구비되어 상기 LNG 저장탱크의 LNG를 상기 고압 펌프로 공급하는 부스팅 펌프; 및
상기 LNG 저장탱크의 상부에 구비되며, 상기 부스팅 펌프에 연결된 상기 연료 공급 라인의 통로를 마련하고, 상기 LNG 저장탱크의 상부로부터 내부쪽으로 연장되어 상기 부스팅 펌프를 내부에 수용하는 맨홀 프레임과, 상기 맨홀 프레임의 하단부에 설치되어 상기 맨홀 프레임의 통로 입구를 개폐하는 풋밸브를 포함하는 연료 공급 출구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 부스팅 펌프는,
상기 LNG 저장탱크 내의 바닥쪽에 설치되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 맨홀 프레임은,
상기 LNG 저장탱크의 내부와 외부를 연통시키면서, 상기 연료 공급 라인이 지나가는 직하방 통로를 갖고, 하부가 상기 LNG 저장탱크의 내조 탱크로부터 내부쪽으로 연장되어 상기 부스팅 펌프를 내부에 수용하며,
상기 연료 공급 출구부는,
상기 맨홀 프레임의 상부 테두리를 따라 외측으로 절곡된 맨홀 받침부; 및
상기 연료 공급 라인이 삽입되는 중공이 형성되며, 상기 맨홀 받침부의 상부면에 결합 고정되는 맨홀 뚜껑을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 맨홀 프레임은,
원기둥 형태 또는 다각기둥 형태로 구성되며, 상부 외주면을 따라 상기 LNG 저장탱크의 외조 탱크와 상기 LNG 저장탱크의 내조 탱크가 연결되어, 상기 LNG 저장탱크의 상기 외조 탱크와 상기 내조 탱크 사이의 상기 단열부를 밀봉되게 하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 맨홀 프레임은,
상부가 상기 LNG 저장탱크의 상기 외조 탱크로부터 외부 상방으로 일정 길이 연장되고,
하부가 상기 LNG 저장탱크의 바닥 부근까지 연장되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 맨홀 프레임은,
내주면을 따라 단열재가 설치되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 맨홀 프레임 및 상기 맨홀 받침대 각각은,
스틸 재질이나 스테인레스 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 맨홀 프레임과 상기 맨홀 받침부는,
일체화로 구성되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.