KR101372168B1

KR101372168B1 - Lng 연료 공급 시스템

Info

Publication number: KR101372168B1
Application number: KR1020130033199A
Authority: KR
Inventors: 허희승
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-03-10

Abstract

본 발명은 LNG 연료 공급 시스템에 관한 것으로서, LNG 저장탱크로부터 엔진까지 연결된 연료 공급 라인; 상기 LNG 저장탱크로부터 배출되는 LNG를 가압하는 펌프; 상기 펌프로부터 공급되는 LNG를 가열하여 상기 엔진에 공급하는 열교환기; 및 상기 열교환기와 상기 엔진 사이의 상기 연료 공급 라인에 구비되며, 스탠바이 모드 및 LNG 공급 모드 시 작동되어 상기 엔진에서 요구되는 최적 압력의 LNG를 상기 열교환기로부터 상기 엔진으로 공급되게 하는 LNG 공급/방출 설비를 포함하되, 상기 LNG 공급/방출 설비는 벤트 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, 열교환기와 엔진 사이의 연료 공급 라인에 제1 제어 밸브, 제2 제어 밸브, 벤트 라인, 센서를 포함하는 LNG 공급/방출 설비를 구비하여, 스탠바이 모드에서는 열교환기 후단의 연료 공급 라인에 설치된 제1 제어 밸브를 폐쇄하고, 엔진 전단의 연료 공급 라인에 연결되는 벤트 라인에 설치된 제2 제어 밸브를 개방하여 벤트 라인을 통해 연료 공급 라인의 내부에 존재하는 LNG를 방출시킴으로써, 연료 공급 라인 내부 압력을 감압시킬 수 있고, 연료 공급 라인 내부 압력이 감압된 상태에서 제1 제어 밸브를 개방하고 제2 제어 밸브를 폐쇄하는 LNG 공급 모드로 변환함으로써, 엔진에서 요구되는 최적 압력의 LNG를 엔진에 공급할 수 있어, 스탠바이 모드에서 LNG 공급 모드로 변환하여 엔진에 LNG를 공급할 때 발생될 수 있는 엔진의 작동 불량 및 엔진의 고장 원인을 미연에 방지할 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 액체 상태로 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 액체 상태로 저장되는 LNG의 온도 및 압력 등을 제어하여 엔진에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.

구체적으로 LNG 연료공급 방식은, LNG 저장탱크에 보관되어 있던 LNG를 부스팅 펌프, 고압 펌프, 열교환기 등으로 구성되는 LNG 연료 공급 시스템을 사용하여 온도나 압력을 변환하여 엔진에 공급함으로써 엔진이 구동되도록 할 수 있다.

열교환기는, 엔진과 고압 펌프 사이의 연료 공급 라인 상에 마련되며, 고압 펌프로부터 공급되는 LNG를 가열하여 엔진에 공급할 수 있다.

그런데 엔진 정지시 열교환기와 엔진 사이의 연료 공급 라인에 존재하는 LNG로 인하여 연료 공급 라인의 내부 압력이 상승되고, 이러한 상태에서 엔진 재가동을 하게 되면 엔진에 요구되는 압력보다 높은 압력이 순간적으로 열교환기로부터 엔진에 공급될 수 있어 엔진의 작동 불량 및 엔진의 고장 원인이 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 엔진에 LNG를 공급하기 전의 스탠바이 모드에서 엔진 전단의 연료 공급 라인의 내부 압력을 감압시킨 후에 LNG 공급 모드로 변환하여 엔진에 LNG를 공급함으로써, 엔진에서 요구되는 최적 압력의 LNG를 엔진에 공급할 수 있도록 하는 LNG 연료 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, LNG 저장탱크로부터 엔진까지 연결된 연료 공급 라인; 상기 LNG 저장탱크로부터 배출되는 LNG를 가압하는 펌프; 상기 펌프로부터 공급되는 LNG를 가열하여 상기 엔진에 공급하는 열교환기; 및 상기 열교환기와 상기 엔진 사이의 상기 연료 공급 라인에 구비되며, 스탠바이 모드 및 LNG 공급 모드 시 작동되어 상기 엔진에서 요구되는 최적 압력의 LNG를 상기 열교환기로부터 상기 엔진으로 공급되게 하는 LNG 공급/방출 설비를 포함하되, 상기 LNG 공급/방출 설비는 벤트 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 LNG 공급/방출 설비는, 상기 열교환기 후단의 연료 공급 라인(21)에 설치되는 제1 제어 밸브; 및 상기 엔진 전단의 상기 연료 공급 라인에 연결되는 벤트 라인에 설치되는 제2 제어 밸브를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 제어 밸브는, 상기 스탠바이 모드에서 폐쇄되며, 상기 LNG 공급 모드로 변환시 개방되어 상기 열교환기로부터 배출되는 상기 LNG를 상기 엔진에 공급되도록 하는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제2 제어 밸브는, 상기 스탠바이 모드에서 개방되어 상기 벤트 라인을 통해 상기 연료 공급 라인의 내부에 존재하는 LNG를 방출시켜 상기 연료 공급 라인 내부 압력을 감압시키고, 상기 LNG 공급 모드로 변환시 폐쇄되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 벤트 라인은, 상기 제1 제어 밸브와 상기 엔진 사이의 상기 연료 공급 라인에 연결 구비되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 LNG 공급/방출 설비는, 상기 제1 제어 밸브와 상기 엔진 사이의 상기 연료 공급 라인에 연결 구비되는 센서를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 센서는, 상기 연료 공급 라인 내부의 LNG 상태를 체크하고, 상기 스탠바이 모드일 때, 상기 제1 제어 밸브가 폐쇄되도록 하고 상기 제2 제어 밸브가 개방되도록 하여 상기 연료 공급 라인 내부 압력이 감압되도록 하고, 상기 LNG 공급 모드일 때, 체크 값과 상기 엔진에서 요구되는 설정 값을 비교하여 상기 연료 공급 라인 내부의 상기 LNG가 상기 설정 값으로 유지되도록 상기 제1 및 제2 제어 밸브가 자동적으로 개도 조절되게 하는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 펌프는, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출되는 LNG를 가압하는 부스팅 펌프; 및 상기 부스팅 펌프로부터 배출되는 상기 LNG를 고압으로 가압하는 고압 펌프를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, 열교환기와 엔진 사이의 연료 공급 라인에 제1 제어 밸브, 제2 제어 밸브, 벤트 라인, 센서를 포함하는 LNG 공급/방출 설비를 구비하여, 스탠바이 모드에서는 열교환기 후단의 연료 공급 라인에 설치된 제1 제어 밸브를 폐쇄하고, 엔진 전단의 연료 공급 라인에 연결되는 벤트 라인에 설치된 제2 제어 밸브를 개방하여 벤트 라인을 통해 연료 공급 라인의 내부에 존재하는 LNG를 방출시킴으로써, 연료 공급 라인 내부 압력을 감압시킬 수 있고, 연료 공급 라인 내부 압력이 감압된 상태에서 제1 제어 밸브를 개방하고 제2 제어 밸브를 폐쇄하는 LNG 공급 모드로 변환함으로써, 엔진에서 요구되는 최적 압력의 LNG를 엔진에 공급할 수 있어, 스탠바이 모드에서 LNG 공급 모드로 변환하여 엔진에 LNG를 공급할 때 발생될 수 있는 엔진의 작동 불량 및 엔진의 고장 원인을 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템에서 LNG 저장탱크의 단면도이다.

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

도 1은 종래의 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 LNG 연료 공급 시스템(1)은, LNG 저장탱크(10), 엔진(20), 펌프(30), 열교환기(40)를 포함한다. 이때 펌프(30)는 부스팅 펌프(Boosting Pump; 31)와, 고압 펌프(High Pressure Pump; 32)를 포함할 수 있다. 이하 본 명세서에서, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있다.

종래의 LNG 연료 공급 시스템(1)은, 부스팅 펌프(31)가 LNG 저장탱크(10)로부터 배출되는 LNG를 수 내지 수십 bar로 가압한 뒤, 고압 펌프(32)가 엔진(20)에서 요구하는 압력(일례로 200bar 내지 400bar)으로 LNG를 가압하여 열교환기(40)에 공급한다. 이후 열교환기(40)는 펌프(30)로부터 공급받은 LNG의 온도를 높여 엔진(20)에 공급되도록 할 수 있다. 이때 엔진(20)에 공급되는 LNG는 200 내지 400bar의 압력을 가지며 30 내지 60도의 온도를 갖는 초임계 상태일 수 있다.

이때 고압 펌프(32)에는 일정한 유량의 LNG가 공급되어야 하며, 고압 펌프(32)가 요구하는 유량은 NPSHr(Net Positive Suction Head)로 표현된다. 고압 펌프(32)에 일정량의 LNG가 유입되지 않으면 공동현상(Cavitation)이 발생하여 고압 펌프(32)가 파손될 수 있으므로, 고압 펌프(32)의 요구 유량을 만족시키는 것이 매우 중요하다.

따라서 종래에는 고압 펌프(32)의 요구 유량을 지속적으로 만족시키기 위해, 고압 펌프(32)의 전단에 부스팅 펌프(31)를 배치하고, 부스팅 펌프(31)가 LNG 저장탱크(10)로부터 배출되는 LNG를 가압한 후 고압 펌프(32)에 전달하도록 함으로써, 고압 펌프(32)의 파손을 방지하였다.

열교환기(40)는, 엔진(20)과 고압 펌프(32) 사이의 연료 공급 라인(21) 상에 마련되며, 고압 펌프(32)로부터 공급되는 LNG를 가열하여 엔진(20)에 공급할 수 있다.

그런데 엔진(200) 정지시 열교환기(40)와 엔진(20) 사이의 연료 공급 라인(21)에 존재하는 LNG로 인하여 연료 공급 라인(21)의 내부 압력이 상승되고, 이러한 상태에서 엔진(20) 재가동을 하게 되면 엔진(20)에 요구되는 압력보다 높은 압력이 순간적으로 열교환기(40)로부터 엔진(20)에 공급될 수 있어 엔진(20)의 작동 불량 및 엔진(20)의 고장 원인이 되는 문제가 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템에서 LNG 저장탱크의 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템(2)은, LNG 저장탱크(10), 엔진(20), 펌프(30), 열교환기(40), LNG 공급/방출 설비(50)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 LNG 저장탱크(10), 엔진(20), 펌프(30), 열교환기(40) 등은 종래의 LNG 연료 공급 시스템(1)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

LNG 저장탱크(10)는, 엔진(20)에 공급될 LNG를 저장한다. LNG 저장탱크(10)는 LNG를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 LNG 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, LNG 저장탱크(10)는, 외조 탱크(11), 내조 탱크(12), 단열부(13)를 포함한다. 외조 탱크(11)는 LNG 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 단면이 다각형 형태일 수 있다.

내조 탱크(12)는, 외조 탱크(11)의 내부에 구비되며, 서포트(Support; 14)에 의해 외조 탱크(11)의 내부에 지지 설치될 수 있다. 이때 서포트(14)는 내조 탱크(12)의 하단에 구비될 수 있고, 물론 내조 탱크(12)의 좌우 유동을 억제하기 위해 내조 탱크(12)의 측면에도 구비될 수 있다.

내조 탱크(12)는 스테인레스 재질로 형성될 수 있으며, 5bar 내지 10bar(일례로 6bar)의 압력을 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 내조 탱크(12)를 이와 같이 일정 압력에 견딜 수 있도록 설계하는 것은, 내조 탱크(12)의 내부에 구비된 LNG가 증발되어 증발가스가 생성됨에 따라 내조 탱크(12)의 내압이 상승될 수 있기 때문이다.

내조 탱크(12)의 내부에는 배플(Baffle; 15)이 구비될 수 있다. 배플(15)은 격자 형태의 플레이트를 의미하며, 배플(15)이 설치됨에 따라 내조 탱크(12) 내부의 압력은 고르게 분포되어 내조 탱크(12)가 일부분에 집중 압력을 받는 것을 방지할 수 있다.

단열부(13)는, 내조 탱크(12)와 외조 탱크(11)의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크(12)로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이때 단열부(13)는 진공상태일 수 있다. 단열부(13)를 진공으로 형성함에 따라, LNG 저장탱크(10)는 일반적인 탱크와 비교할 때 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있다. 일례로 LNG 저장탱크(10)는 진공의 단열부(13)를 통해 5bar 내지 20bar의 압력을 버텨낼 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 진공 형태의 단열부(13)를 외조 탱크(11)와 내조 탱크(12) 사이에 구비하는 압력 탱크형 LNG 저장탱크(10)를 사용함으로써, 증발가스의 발생을 최소화할 수 있고, 내압이 상승하더라도 LNG 저장탱크(10)가 파손되는 등의 문제가 일어나는 것을 미연에 방지할 수 있다.

엔진(20)은, LNG 저장탱크(10)로부터 공급되는 LNG를 통해 구동되어 추력을 발생시킨다. 이때 엔진(20)은 MEGI 엔진일 수 있고, 이중연료 엔진일 수도 있다.

엔진(20)이 이중연료 엔진일 경우, LNG와 오일이 혼합되어 공급되지 않고 LNG 또는 오일이 선택적으로 공급될 수 있다. 이는 연소 온도가 상이한 두 물질이 혼합 공급되는 것을 차단하여, 엔진(20)의 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.

엔진(20)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(20) 구동 시 최종적으로 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진하게 된다.

물론 본 실시예에서 엔진(20)은 프로펠러를 구동하기 위한 엔진(20)일 수 있으나, 발전을 위한 엔진(20) 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진(20)일 수 있다. 즉 본 실시예는 엔진(20)의 종류를 특별히 한정하지 않는다. 다만 엔진(20)은 LNG의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 내연기관일 수 있다.

LNG 저장탱크(10)와 엔진(20) 사이에는 LNG를 전달하는 연료 공급 라인(21)이 설치될 수 있고, 연료 공급 라인(21)에는 펌프(30), 열교환기(40) 등이 구비되어 LNG가 엔진(20)에 공급되도록 할 수 있다.

이때 연료 공급 라인(21)에는 연료 공급 밸브(부호 도시하지 않음)가 설치되어, 연료 공급 밸브의 개도 조절에 따라 LNG의 공급량이 조절될 수 있다.

펌프(30)는, 연료 공급 라인(21) 상에 마련되며, LNG 저장탱크(10)로부터 배출된 LNG를 고압으로 가압한다. 펌프(30)는 부스팅 펌프(31)와 고압 펌프(32)를 포함한다.

부스팅 펌프(31)는, LNG 저장탱크(10)와 고압 펌프(32) 사이의 연료 공급 라인(21) 상에, 또는 LNG 저장탱크(10) 내에 구비될 수 있으며, 고압 펌프(32)에 충분한 양의 LNG가 공급되도록 하여 고압 펌프(32)의 공동현상(cavitation)을 방지한다. 또한 부스팅 펌프(31)는 LNG 저장탱크(10)로부터 LNG를 빼내어서 LNG를 수 내지 수십 bar 이내로 가압할 수 있으며, 부스팅 펌프(31)를 거친 LNG는 1bar 내지 25bar로 가압될 수 있다.

LNG 저장탱크(10)에 저장된 LNG는 액체 상태에 놓여있다. 이때 부스팅 펌프(31)는 LNG 저장탱크(10)로부터 배출되는 LNG를 가압하여 압력 및 온도를 다소 높일 수 있으며, 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 LNG는 여전히 액체 상태일 수 있다.

이러한 부스팅 펌프(31)는, 고압 펌프(32)의 요구 유량을 지속적으로 만족시켜, 고압 펌프(32)가 원활하게 구동될 수 있도록 할 뿐만 아니라 고압 펌프(32)의 파손을 방지할 수 있는 중요한 역할을 한다.

고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출된 LNG를 고압으로 가압하여, 엔진(20)에 LNG가 공급되도록 한다. LNG는 LNG 저장탱크(10)로부터 약 10bar 정도의 압력으로 배출된 후 부스팅 펌프(31)에 의해 1차로 가압되는데, 고압 펌프(32)는 부스팅 펌프(31)에 의해 가압된 액체상태의 LNG를 2차로 가압하여, 후술할 열교환기(40)에 공급한다.

이때 고압 펌프(32)는 LNG를 엔진(20)에서 요구하는 압력, 예를 들어 200bar 내지 400bar까지 가압하여 엔진(20)에 공급함으로써, 엔진(20)이 LNG를 통해 추력을 생산하도록 할 수 있다.

고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 LNG를 고압으로 가압하되, LNG가 초임계점(Critical Point)보다 높은 온도 및 높은 압력을 갖는 초임계 상태가 되도록 상변화시킬 수 있다. 이때 초임계 상태인 LNG의 온도는 임계온도보다 상대적으로 높은 -20℃ 이하일 수 있다.

또는 고압 펌프(32)는, 액체 상태의 LNG를 고압으로 가압하여 과냉액체 상태로 변화시킬 수 있다. 여기서 과냉액체 상태의 LNG란 LNG의 압력이 임계압력보다 높고, 온도가 임계온도보다 낮은 상태이다.

구체적으로 고압 펌프(32)는, 부스팅 펌프(31)로부터 배출되는 액체상태의 LNG를 200bar 내지 400bar까지 고압으로 가압하되, LNG의 온도가 임계온도보다 낮은 온도가 되도록 하여, LNG를 과냉액체 상태로 상변화시킬 수 있다. 여기서, 과냉액체 상태인 LNG의 온도는, 임계온도보다 상대적으로 낮은 -140℃ 내지 -60℃일 수 있다.

열교환기(40)는, 엔진(20)과 펌프(30) 사이의 연료 공급 라인(21) 상에 마련되며, 펌프(30)로부터 공급되는 LNG를 가열한다. 열교환기(40)에 LNG를 공급하는 펌프(30)는 고압 펌프(32)일 수 있으며, 열교환기(40)는 과냉액체 상태 또는 초임계 상태의 LNG를 고압 펌프(32)에서 배출되는 압력인 200bar 내지 400bar를 유지하면서 가열시켜서, 30도 내지 60도의 초임계 상태의 LNG로 변환한 후 엔진(20)에 공급할 수 있다.

열교환기(40)는 보일러(도시하지 않음)를 통해 공급되는 스팀이나 글리콜 히터(도시하지 않음)로부터 공급되는 글리콜 워터를 이용하여 LNG를 가열하거나, 전기에너지를 이용하여 LNG를 가열할 수 있고, 또는 선박에 구비되어 있는 발전기나 기타 설비 등으로부터 발생되는 폐열을 이용하여 LNG를 가열할 수 있다.

LNG 공급/방출 설비(50)는, 열교환기(40)와 엔진(20) 사이의 연료 공급 라인(21)에 구비되며, 스탠바이 모드 및 LNG 공급 모드 시 작동되어 엔진(20)에서 요구되는 최적 압력의 LNG를 열교환기(40)로부터 엔진(20)으로 공급할 수 있게 한다. LNG 공급/방출 설비(50)는, 제1 제어 밸브(51), 제2 제어 밸브(52), 벤트 라인(53), 센서(54)를 포함한다.

제1 제어 밸브(51)는, 열교환기(40) 후단의 연료 공급 라인(21)에 설치되며, 엔진(20)에 LNG를 공급하기 전인 스탠바이 모드에서 폐쇄되어 후술할 제2 제어 밸브(51)를 통해 연료 공급 라인(21) 내부 압력이 용이하게 감압될 수 있도록 하고, 엔진(20)에 LNG를 공급하기 시작하는 LNG 공급 모드로 변환시 개방되어 열교환기(40)로부터 배출되는 LNG를 엔진(20)에 공급될 수 있도록 한다. 제1 제어 밸브(51)는 후술할 센서(54)에 의해 자동적으로 개도 조절될 수 있다.

제2 제어 밸브(52)는, 엔진(20) 전단의 연료 공급 라인(21)에 연결되는 후술할 벤트 라인(53)에 설치되며, 스탠바이 모드에서 개방되어 벤트 라인(53)을 통해 연료 공급 라인(21)의 내부에 존재하는 LNG를 방출시켜 연료 공급 라인(21) 내부 압력을 감압(일례로, 대기압 수준으로 감압)시킬 수 있고, LNG 공급 모드로 변환시 폐쇄되어 열교환기(40)로부터 배출되는 LNG를 제1 제어 밸브(51)를 통해 엔진(20)에 원활하게 공급될 수 있도록 한다. 제2 제어 밸브(51)는 후술할 센서(54)에 의해 자동적으로 개도 조절될 수 있다.

벤트 라인(53)은, 엔진(20) 전단의 연료 공급 라인(21), 구체적으로 제1 제어 밸브(51)와 엔진(20) 사이의 연료 공급 라인(21)에 연결 구비되며, 제2 제어 밸브(52)의 개폐에 따라 LNG를 외부로 방출시키거나 차단시키는 통로를 제공한다. 이때 벤트 라인(53)을 통해 방출되는 LNG는 대기 중으로 방출시킬 수도 있지만, 벤트 라인(53)에 LNG 회수장치(도시하지 않음)를 구비시켜 폐기되는 LNG를 재활용할 수 있다.

센서(54)는, 엔진(20) 전단의 연료 공급 라인(21), 구체적으로 제1 제어 밸브(51)와 엔진(20) 사이의 연료 공급 라인(21)에 연결 구비되며, 연료 공급 라인(21) 내부의 LNG 상태를 체크, 예를 들어 압력, 온도, 조성 등을 체크하여, 스탠바이 모드일 때는 제1 제어 밸브(51)가 폐쇄되도록 하고 제2 제어 밸브(52)가 개방되도록 하여 연료 공급 라인(21) 내부 압력이 감압되도록 하고, LNG 공급 모드일 때는 센서(54)에서 실시간 또는 일정 시간 간격으로 체크한 LNG 상태 값과 엔진(20)에서 요구되는 설정 값을 비교하여 연료 공급 라인(21) 내부의 LNG가 설정 값으로 유지되도록 제1 및 제2 제어 밸브(51, 52)가 자동적으로 개도 조절될 수 있게 한다. 여기서 설정 값은, 일례로, 200bar 내지 400bar일 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 열교환기(40)와 엔진(20) 사이의 연료 공급 라인(21)에 제1 제어 밸브(51), 제2 제어 밸브(52), 벤트 라인(53), 센서(54)를 포함하는 LNG 공급/방출 설비(50)를 구비하여, 스탠바이 모드에서는 열교환기(40) 후단의 연료 공급 라인(21)에 설치된 제1 제어 밸브(51)를 폐쇄하고, 엔진(20) 전단의 연료 공급 라인(21)에 연결되는 벤트 라인(53)에 설치된 제2 제어 밸브(52)를 개방하여 벤트 라인(53)을 통해 연료 공급 라인(21)의 내부에 존재하는 LNG를 방출시킴으로써, 연료 공급 라인(21) 내부 압력을 감압시킬 수 있고, 연료 공급 라인(21) 내부 압력이 감압된 상태에서 제1 제어 밸브(51)를 개방하고 제2 제어 밸브(52)를 폐쇄하는 LNG 공급 모드로 변환함으로써, 엔진(20)에서 요구되는 최적 압력의 LNG를 엔진(20)에 공급할 수 있어, 스탠바이 모드에서 LNG 공급 모드로 변환하여 엔진(20)에 LNG를 공급할 때 발생될 수 있는 엔진(20)의 작동 불량 및 엔진의 고장 원인을 미연에 방지할 수 있다.

이에 따라 본 실시예는, 엔진 정지시 열교환기와 엔진 사이의 연료 공급 라인에 존재하는 LNG로 인하여 연료 공급 라인의 내부 압력이 상승되고, 이러한 상태에서 엔진 재가동을 하게 되면 엔진에 요구되는 압력보다 높은 압력이 순간적으로 열교환기로부터 엔진에 공급될 수 있어 엔진의 작동 불량 및 엔진의 고장 원인이 되는 종래 문제를 모두 해결할 수 있다.

1: 종래의 LNG 연료 공급 시스템 2: 본 발명의 LNG 연료 공급 시스템
10: LNG 저장탱크 11: 외조 탱크
12: 내조 탱크 13: 단열부
14: 서포트 15: 배플
20: 엔진 21: 연료 공급 라인
30: 펌프 31: 부스팅 펌프
32: 고압 펌프 40: 열교환기
50: LNG 공급/방출 설비 51: 제1 제어 밸브
52: 제2 제어 밸브 53: 벤트 라인
54: 센서

Claims

LNG 저장탱크로부터 엔진까지 연결된 연료 공급 라인;
상기 LNG 저장탱크로부터 배출되는 LNG를 가압하는 펌프;
상기 펌프로부터 공급되는 LNG를 가열하여 상기 엔진에 공급하는 열교환기; 및
상기 열교환기와 상기 엔진 사이의 상기 연료 공급 라인에 구비되며, 스탠바이 모드 및 LNG 공급 모드 시 작동되어 상기 엔진에서 요구되는 최적 압력의 LNG를 상기 열교환기로부터 상기 엔진으로 공급되게 하는 LNG 공급/방출 설비를 포함하되, 상기 LNG 공급/방출 설비는 벤트 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 LNG 공급/방출 설비는,
상기 열교환기 후단의 연료 공급 라인에 설치되는 제1 제어 밸브; 및
상기 엔진 전단의 상기 연료 공급 라인에 연결되는 상기 벤트 라인에 설치되는 제2 제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 제1 제어 밸브는,
상기 스탠바이 모드에서 폐쇄되며,
상기 LNG 공급 모드로 변환시 개방되어 상기 열교환기로부터 배출되는 상기 LNG를 상기 엔진에 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 제2 제어 밸브는,
상기 스탠바이 모드에서 개방되어 상기 벤트 라인을 통해 상기 연료 공급 라인의 내부에 존재하는 LNG를 방출시켜 상기 연료 공급 라인 내부 압력을 감압시키고,
상기 LNG 공급 모드로 변환시 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 벤트 라인은,
상기 제1 제어 밸브와 상기 엔진 사이의 상기 연료 공급 라인에 연결 구비되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 LNG 공급/방출 설비는,
상기 제1 제어 밸브와 상기 엔진 사이의 상기 연료 공급 라인에 연결 구비되는 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 센서는,
상기 연료 공급 라인 내부의 LNG 상태를 체크하고,
상기 스탠바이 모드일 때, 상기 제1 제어 밸브가 폐쇄되도록 하고 상기 제2 제어 밸브가 개방되도록 하여 상기 연료 공급 라인 내부 압력이 감압되도록 하고,
상기 LNG 공급 모드일 때, LNG 상태 값과 상기 엔진에서 요구되는 설정 값을 비교하여 상기 연료 공급 라인 내부의 상기 LNG가 상기 설정 값으로 유지되도록 상기 제1 및 제2 제어 밸브가 자동적으로 개도 조절되게 하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 펌프는,
상기 LNG 저장탱크로부터 배출되는 LNG를 가압하는 부스팅 펌프; 및
상기 부스팅 펌프로부터 배출되는 상기 LNG를 고압으로 가압하는 고압 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.