KR101394791B1

KR101394791B1 - Lng 연료 공급 시스템 및 lng 충전 방법

Info

Publication number: KR101394791B1
Application number: KR1020130029589A
Authority: KR
Inventors: 전성하
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2013-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2014-05-15

Abstract

본 발명은 LNG 연료 공급 시스템 및 LNG 충전 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 LNG 연료 공급 시스템은, 엔진에 공급될 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크; 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 가압하는 펌프부; 상기 펌프부에 의해 가압된 LNG를 가열하여 상기 엔진에 공급하는 열교환기; 및 상기 LNG 저장탱크에 연결 구비되며, LNG 충전탱크에 결합되는 LNG 충전 설비를 포함하되, 상기 LNG 충전 설비는, 일단이 상기 LNG 충전탱크에 결합되고, 타단이 상기 LNG 저장탱크의 상부 및 하부에 연결된 LNG 충전라인부에 구비되는 LNG 충전밸브부; 및 상기 LNG 충전밸브부가 개방되면, LNG 충전 중인 것으로 감지하여 자동으로 폐쇄되며, 일단이 상기 LNG 저장탱크의 하부에 연결되고 타단이 상기 펌프부에 연결되는 연료 공급라인에 구비되는 출구밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템 및 LNG 충전 방법은, LNG 저장탱크의 상부에 연결 구비되는 압력조절밸브와 제2 LNG 충전밸브를 이용하여 LNG 충전 동안에 LNG 저장탱크의 내압을 낮출 수 있도록 하고, LNG 저장탱크의 하부에 연결 구비되는 출구밸브를 이용하여 LNG 충전 동안에 자동적으로 LNG가 배출되지 못하도록 하는 LNG 충전 설비를 LNG 저장탱크에 구비시킴으로써, LNG 충전탱크와 LNG 저장탱크 사이의 압력 차이를 유지시키면서 LNG를 충전시킬 수 있어, LNG를 LNG 저장탱크에 원활하게 충전할 수 있다.

Description

LNG 연료 공급 시스템 및 LNG 충전 방법{A Fuel Gas Supply System of Liquefied Natural Gas and Method for Refueling Liquefied Natural Gas}

본 발명은 LNG 연료 공급 시스템 및 LNG 충전 방법에 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; LNG)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 있으며, 이와 더불어 LNG 충전탱크(LNG supply tank)로부터 LNG 연료 공급 시스템의 LNG 저장탱크에 LNG를 원활하게 충전하는 기술에 대하여도 모색되고 있다.

종래에는 LNG 충전탱크로부터 LNG 저장탱크에 LNG를 충전할 때, LNG 충전탱크와 LNG 저장탱크 사이의 압력 차이를 유지하기가 어려운 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, LNG 충전탱크와 LNG 저장탱크 사이의 압력 차이를 유지시킬 수 있도록 하여, LNG의 원활한 충전이 가능하도록 하는 LNG 연료 공급 시스템 및 LNG 충전 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, LNG 충전탱크로부터 LNG 저장탱크로 LNG를 충전시킬 때, LNG 저장탱크 내의 LNG가 출구로 배출되지 못하도록 하여, LNG의 원활한 충전이 가능하도록 하는 LNG 연료 공급 시스템 및 LNG 충전 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, 엔진에 공급될 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크; 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 가압하는 펌프부; 상기 펌프부에 의해 가압된 LNG를 가열하여 상기 엔진에 공급하는 열교환기; 및 상기 LNG 저장탱크에 연결 구비되며, LNG 충전탱크에 결합되는 LNG 충전 설비를 포함하되, 상기 LNG 충전 설비는, 일단이 상기 LNG 충전탱크에 결합되고, 타단이 상기 LNG 저장탱크의 상부 및 하부에 연결된 LNG 충전라인부에 구비되는 LNG 충전밸브부; 및 상기 LNG 충전밸브부가 개방되면, LNG 충전 중인 것으로 감지하여 자동으로 폐쇄되며, 일단이 상기 LNG 저장탱크의 하부에 연결되고 타단이 상기 펌프부에 연결되는 연료 공급라인에 구비되는 출구밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 LNG 충전라인부는, 제1 내지 제3 LNG 충전라인을 포함하고, 상기 LNG 충전밸브부는, 제1 내지 제3 충전밸브를 포함하고, 상기 제1 충전밸브는, 일단이 상기 LNG 충전탱크에 연결되는 상기 제1 LNG 충전라인에 구비되며, 상기 제2 충전밸브는, 일단이 상기 제1 LNG 충전라인의 타단에 연결되고, 타단이 상기 LNG 저장탱크의 상부에 연결되는 상기 제2 LNG 충전라인에 구비되며, 상기 제3 LNG 충전밸브는, 일단이 상기 제1 LNG 충전라인의 타단에 연결되고, 타단이 상기 LNG 저장탱크의 하부에 연결되는 상기 제3 LNG 충전라인에 구비되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 출구밸브는, 상기 제1 내지 제3 LNG 충전밸브 중 어느 하나가 개방되면, LNG 충전 중인 것으로 감지하여 자동으로 폐쇄되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 내지 제3 LNG 충전밸브는, LNG가 차압에 의해 상기 LNG 충전탱크로부터 상기 LNG 저장탱크로 이송되는 시점에 개방되고, LNG 저장탱크에 LNG 충전이 완료되면 폐쇄되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 내지 제3 LNG 충전밸브는, 상기 제1 LNG 충전밸브가 개방된 후, 상기 제2 LNG 충전밸브가 상기 제3 LNG 충전밸브보다 먼저 개방되거나 상기 제3 LNG 충전밸브와 동시에 개방되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 LNG 저장탱크의 상부에 연결된 벤트라인에 구비되며, 상기 LNG 저장탱크의 내부 압력을 조절하는 압력조절밸브를 더 포함하는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 압력조절밸브는, 상기 LNG 저장탱크의 내부 압력을 체크하여, 상기 LNG 저장탱크의 내부 압력이 정해진 제1 설정 값보다 높을 경우 개방되고, 상기 제1 설정 값보다 낮을 경우 폐쇄되어, 상기 LNG 저장탱크의 내부 압력이 상기 LNG 충전탱크의 내부 압력보다 낮게 유지되도록 하는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 설정 값은, 상기 LNG 저장탱크의 내부 압력을 나타내는 값으로, LNG가 차압에 의해 상기 LNG 충전탱크로부터 상기 LNG 저장탱크로 이송될 수 있는 최소 값 이하인 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 압력조절밸브는, 상기 LNG 저장탱크 및 상기 LNG 충전탱크 각각의 내부 압력을 체크하여, 상기 LNG 충전탱크의 내부 압력과 상기 LNG 저장탱크의 내부 압력과의 압력 차이가 정해진 제2 설정 값보다 낮을 경우 개방되고, 상기 제2 설정 값보다 높을 경우 폐쇄되어, 상기 LNG 저장탱크의 내부 압력이 상기 LNG 충전탱크의 내부 압력보다 낮게 유지되도록 하는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제2 설정 값은, 상기 LNG 충전탱크의 내부 압력과 상기 LNG 저장탱크의 내부 압력과의 압력 차이를 나타내는 값으로, 상기 LNG가 압력 차이에 의해 상기 LNG 충전탱크로부터 상기 LNG 저장탱크로 이송될 수 있는 최소 값 이상인 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 압력조절밸브는, 상기 LNG 충전 설비에서 LNG 충전 시작 모드로부터 LNG 충전 완료 모드 전까지 개방되는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 LNG 충전 방법은, LNG 충전탱크가 LNG 충전 설비의 제1 LNG 충전라인에 연결되고, LNG 충전 설비가 작동 모드로 세팅되는 단계; 상기 LNG 충전탱크에 연결되는 상기 제1 LNG 충전라인에 구비되는 제1 LNG 충전밸브를 개방시키는 단계; 상기 제1 LNG 충전라인으로부터 분지되며 LNG 저장탱크의 상부에 연결된 제2 LNG 충전라인에 구비되는 제2 LNG 충전밸브를 개방시켜, 상기 LNG 충전탱크로부터 상기 LNG 저장탱크로 LNG를 충전하는 단계; 상기 제1 LNG 충전라인으로부터 분지되며 상기 LNG 저장탱크의 하부에 연결된 제3 LNG 충전라인에 구비되는 제3 LNG 충전밸브를 개방시켜, 상기 LNG 충전탱크로부터 상기 LNG 저장탱크로 LNG를 충전하는 단계; 상기 제1 내지 제3 LNG 충전밸브 중 어느 하나가 개방되면, 일단이 상기 LNG 저장탱크의 하부에 연결되는 연료 공급라인에 구비되는 출구밸브가 이를 감지하여 상기 연료 공급라인을 자동으로 폐쇄시키는 단계; 및 상기 LNG 저장탱크에서 요구되는 량의 LNG가 충전되면, 상기 LNG 충전 설비의 모든 작동을 중지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 LNG 충전 설비가 작동 모드로 세팅되는 단계에서는, 상기 LNG 충전 설비의 상기 제1 내지 제3 LNG 충전밸브 각각이 폐쇄 상태를 유지하는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제3 LNG 충전밸브는, 상기 제2 LNG 충전밸브와 동시에 개방하여 상기 LNG 충전탱크로부터 상기 LNG 저장탱크로 LNG를 충전하는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 LNG 충전밸브를 개방시키는 단계 이전에, 압력조절밸브가 구비되는 벤트라인을 통해 상기 LNG 저장탱크 내부의 증발 가스를 방출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템 및 LNG 충전 방법은, LNG 저장탱크의 상부에 연결 구비되는 압력조절밸브와 제2 LNG 충전밸브를 이용하여 LNG 충전 동안에 LNG 저장탱크의 내압을 낮출 수 있도록 하고, LNG 저장탱크의 하부에 연결 구비되는 출구밸브를 이용하여 LNG 충전 동안에 자동적으로 LNG가 배출되지 못하도록 하는 LNG 충전 설비를 LNG 저장탱크에 구비시킴으로써, LNG 충전탱크와 LNG 저장탱크 사이의 압력 차이를 유지시키면서 LNG를 충전시킬 수 있어, LNG를 LNG 저장탱크에 원활하게 충전할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템에서 LNG 저장탱크에 구비되는 LNG 충전 설비를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 LNG 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 LNG 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템에서 LNG 저장탱크에 구비되는 LNG 충전 설비를 설명하기 위한 구성도이다. 도 1 및 도 2는 도 4를 참고하여 설명되는 다른 실시예에도 적용될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템(100)은, LNG 저장탱크(110), 엔진(120), 펌프부(130), 열교환기(140), LNG 충전 설비(150)를 포함한다.

LNG 저장탱크(110)는, 후술할 엔진(120)에 LNG를 공급할 수 있도록, LNG 충전탱크(200)에 결합되는 후술할 LNG 충전 설비(150)를 이용하여 LNG를 충전하여 저장한다. LNG 저장탱크(110)는 천연가스를 액체 상태로 보관하여야 하는데, 이때 LNG 저장탱크(110)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다. 여기서 LNG 충전탱크(200)는 LNG 탱크로리(LNG tank lorry)일 수 있다. 이하 본 명세서에서, LNG는 편의상 액체 상태인 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, 후술할 LNG 충전 설비(150)가 구비될 수 있다.

외조 탱크(111)는 LNG 저장탱크(110)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸 재질로 형성될 수 있으며, 단면이 원형 또는 다각형 형태일 수 있다.

내조 탱크(112)는, 외조 탱크(111)의 내부에 구비되며, 서포트(114)에 의해 외조 탱크(111)의 내부에 지지 설치될 수 있다. 이때 서포트(114)는 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.

내조 탱크(112)의 내부에는 배플(Baffle; 도시하지 않음)이 구비될 수 있다. 배플은 격자 형태의 플레이트를 의미하며, 배플이 설치됨에 따라 내조 탱크(112) 내부의 압력은 고르게 분포되어 내조 탱크(112)가 일부분에 집중 압력을 받는 것을 방지할 수 있다.

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 단열재로 형성되거나 진공 상태일 수 있다. 단열부(113)가 진공일 경우 LNG 저장탱크(110)는 5bar 내지 20bar의 압력을 버텨낼 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 공급라인(101)이 설치될 수 있고, 연료 공급라인(101)에는 후술할 펌프부(130), 후술할 열교환기(140) 등이 구비되어 LNG가 엔진(120)에 공급되도록 할 수 있다.

이때 연료 공급라인(101)에는 후술할 LNG 충전 설비(150)의 구성 요소인 출구밸브(159)를 포함하여 엔진(120)에 공급되는 LNG의 량을 조절하는 유량조절밸브(도시하지 않음)를 비롯한 복수 개의 밸브가 설치될 수 있다.

펌프부(130)는, LNG 저장탱크(110)로부터 배출된 LNG를 가압하여, 후술할 열교환기(140)를 통해 엔진(120)에 LNG가 공급되도록 하며, 부스팅 펌프(Boosting Pump; 131)와 고압 펌프(High Pressure Pump; 132)를 포함하여 구성된다.

부스팅 펌프(131)는, LNG 저장탱크(110)와 후술할 고압 펌프(132) 사이의 연료 공급라인(101) 또는 LNG 저장탱크(110) 내에 구비될 수 있으며, 후술할 고압 펌프(132)에 충분한 양의 LNG가 공급되도록 하여 고압 펌프(132)의 공동현상(cavitation)을 방지한다. 또한 부스팅 펌프(131)는 LNG 저장탱크(110)로부터 LNG를 빼내어서 LNG를 수 내지 수십 bar 이내로 가압할 수 있으며, 부스팅 펌프(131)를 거친 LNG는 1bar 내지 25bar로 가압될 수 있다.

고압 펌프(132)는, 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 부스팅 펌프(131)에 의해 1차로 가압되는데, 고압 펌프(132)는 부스팅 펌프(131)에 의해 가압된 액체상태의 LNG를 2차로 가압하여, 후술할 열교환기(140)에 공급한다.

이때 고압 펌프(132)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 펌프부(130) 사이의 연료 공급라인(101) 상에 마련될 수 있으며, 펌프부(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.

LNG 충전 설비(150)는, LNG 저장탱크(110)에 연결 구비되며, LNG 충전탱크(200)와 결합되어, LNG 충전 동안에 LNG 저장탱크(110)의 내압을 낮추면서 LNG 저장탱크(110) 내의 LNG가 LNG 공급 라인(101)을 통해 배출되지 못하도록 하여, LNG가 원활하게 LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)에 충전될 수 있도록 한다. LNG 충전 설비(150)는, 압력조절밸브(151), LNG 충전밸브부(도면부호 미도시), LNG 충전라인부(도면부호 미도시), 출구밸브(155)를 포함한다. LNG 충전밸브부는, 제1 LNG 충전밸브(152), 제2 LNG 충전밸브(153), 제3 LNG 충전밸브(154)를 포함하며, LNG 충전라인부는, 제1 LNG 충전라인(157), 제2 LNG 충전라인(158), 제3 LNG 충전라인(159)을 포함한다.

압력조절밸브(151)는, LNG 충전시 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력을 조절하기 위한 밸브로서, LNG 저장탱크(110)의 상부에 연결되는 벤트라인(vent line; 156)에 구비될 수 있다.

압력조절밸브(151)는, LNG 충전탱크(200)를 LNG 충전 설비(150)에 연결시킨 상태에서, LNG 충전 설비(150)를 작동 모드로 세팅한 후, LNG 충전 시작 모드를 선택하면, LNG 저장탱크(110)의 내부 압력을 체크하여, LNG 저장탱크(110)의 내부 압력이 정해진 제1 설정 값보다 높을 경우 자동적으로 개방되고, 제1 설정 값보다 낮을 경우 자동적으로 폐쇄되는, 즉 제1 설정 값에 따라 개도가 자동적으로 조절되어, LNG 저장탱크(110) 내부의 증발 가스를 벤트라인(156)을 통해 대기중으로 방출시켜 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력을 낮출 수 있다. 이 과정을 통해 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력은 LNG 충전탱크(200)의 내부 압력보다 낮은 수 bar 수준으로 감소하게 된다.

여기서, LNG 저장탱크(110)의 내부 압력을 나타내는 제1 설정 값은 LNG가 차압에 의해 LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 이송될 수 있는 최소 값 이하일 수 있다. 예를 들어, LNG 충전탱크(200)가 LNG 탱크로리일 경우, LNG 탱크로리(200)의 내부 압력이 6bar 내지 7bar이면, LNG 저장탱크(110)에 LNG를 충전하기 위해서는 LNG 탱크로리(200)의 내부 압력보다 2bar 내지 3bar정도 낮게 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력을 4bar로 유지시켜야 한다. 이때 제1 설정 값은 4bar 이하일 수 있다.

또한, 압력조절밸브(151)는, LNG 충전 설비(150)에서 LNG 충전 시작 모드를 선택하면, LNG 저장탱크(110) 및 LNG 충전탱크(200) 각각의 내부 압력을 체크하여, LNG 충전탱크(200)의 내부 압력과 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력과의 압력 차이가 정해진 제2 설정 값보다 낮을 경우 자동적으로 개방되고, 제2 설정 값보다 높을 경우 자동적으로 폐쇄되는, 즉 제2 설정 값에 따라 개도가 자동적으로 조절되어, LNG 저장탱크(110) 내부의 증발 가스를 벤트라인(156)을 통해 대기중으로 방출시켜 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력을 낮출 수 있다. 이 과정을 통해 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력은 LNG 충전탱크(200)의 내부 압력보다 낮은 수 bar 수준으로 감소하게 된다.

여기서, LNG 충전탱크(200)의 내부 압력과 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력과의 압력 차이를 나타내는 제2 설정 값은 LNG가 압력 차이에 의해 LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 이송될 수 있는 최소 값 이상일 수 있다. 예를 들어, LNG 충전탱크(200)가 LNG 탱크로리일 경우, LNG 탱크로리(200)의 내부 압력이 6bar 내지 7bar이면, LNG 저장탱크(110)에 LNG를 충전하기 위해서는 LNG 탱크로리(200)의 내부 압력보다 2bar 내지 3bar정도 낮게 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력을 4bar로 유지시켜야 한다. 이때 제2 설정 값은 2bar 내지 3bar 이상일 수 있다.

한편, 상기에서는 압력조절밸브(151)가 제1 설정 값 또는 제2 설정 값에 따라 개도가 자동적으로 조절되는 것을 설명하였는데, LNG 충전 설비(150)에서 LNG 충전 시작 모드를 선택하는 시점부터 LNG가 LNG 저장탱크(110)에 충전 완료되는 시점까지 압력조절밸브(151)가 개방되도록 하여 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력을 낮추는데 기여할 수 있도록 하고, LNG 충전 진행 모드에서 LNG 충전 완료 모드로 변환될 때에 압력조절밸브(151)가 폐쇄되도록 할 수 있다.

압력조절밸브(151)가 개방되면, 벤트라인(156)을 통해 LNG 저장탱크(110) 내부의 증발 가스가 외부로 방출되는데, 상기한 바와 같이 대기중으로 방출시킬 수도 있지만, 벤트라인(156)에 증발 가스 회수장치(도시하지 않음)를 구비시켜 폐기되는 증발 가스를 재활용할 수 있다.

이해를 돕기 위하여, 본 실시예에서 언급되는 LNG 충전 설비(150)의 작동 모드를 먼저 설명하면, LNG 충전 설비(150)의 작동 모드는, LNG 충전 시작 모드, LNG 충전 진행 모드, LNG 충전 완료 모드로 크게 구분될 수 있다.

LNG 충전 시작 모드는, LNG 저장탱크(110)에 차압에 의해 LNG를 충전시킬 수 있는 분위기를 만들기 위해, LNG 충전탱크(200)가 후술할 제1 LNG 충전라인(157)에 연결된 상태에서, 압력조절밸브(151)의 자동 개도에 의해 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력을 나타내는 제1 설정 값이나 LNG 충전탱크(200)의 내부 압력과 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력과의 압력 차이를 나타내는 제2 설정 값을 충족할 때까지 작동되는 상태이다.

LNG 충전 진행 모드는, LNG 충전 시작 모드의 조건이 충족되면 변환되는 단계로, 후술할 제1 LNG 충전밸브(152), 제2 LNG 충전밸브(153) 및 제3 LNG 충전밸브(154)가 개방되어 LNG 충전 시작 모드에서 발생된 차압에 의해 LNG 충전탱크(200)로부터 LNG가 LNG 저장탱크(110)로 충전이 진행되는 상태이며, 이때 압력조절밸브(151)는 폐쇄 또는 개방 상태를 유지할 수 있고, 후술할 출구밸브(155)는 폐쇄 상태를 유지한다.

LNG 충전 완료 모드는, LNG 충전 진행 모드의 조건이 충족되면 변환되는 단계로, LNG 충전 설비(150)의 모든 작동이 중지되는 상태며, 이때 압력조절밸브(151)는 물론 후술할 제1 LNG 충전밸브(152), 제2 LNG 충전밸브(153), 제3 LNG 충전밸브(154) 및 출구밸브(155) 각각도 폐쇄 상태를 유지하고, LNG 충전탱크(200)를 LNG 충전 설비(150)로부터 분리시킬 수 있다.

제1 LNG 충전밸브(152)는, LNG 충전 진행 모드일 때 LNG 저장탱크(110)에 LNG를 충전하기 위하여 개방되는 메인 밸브로서, 일단이 LNG 충전탱크(200)에 결합되는 제1 LNG 충전라인(157)에 구비되며, 후술할 제2 LNG 충전밸브(153)와 후술할 제3 LNG 충전밸브(154)를 통해 LNG 저장탱크(110)에 LNG를 충전할 수 있도록 한다.

제1 LNG 충전밸브(152)는, LNG 충전 진행 모드일 때 개방되어 LNG 저장탱크(110)에서 요구되는 량의 LNG가 충전될 때까지 개방 상태를 유지하고, 이후 LNG 충전 완료 모드가 되면 폐쇄된다.

제2 LNG 충전밸브(153)는, LNG 충전 진행 모드일 때 제1 LNG 충전밸브(152)의 개방에 이어 개방되는 매뉴얼 밸브(manual valve)로서, 일단이 제1 LNG 충전라인(157)의 타단에 연결되고, 타단이 LNG 저장탱크(110)의 상부에 연결되는 제2 LNG 충전라인(158)에 구비될 수 있다. 제2 LNG 충전밸브(153)가 개방됨으로써, LNG 충전탱크(200)로부터 LNG가 차압에 의해 LNG 저장탱크(110)에 충전이 시작된다. 본 실시예에서는 제2 LNG 충전밸브(153)의 목적이 LNG의 충전에도 있지만, 충전되는 저온의 LNG에 의해 LNG 저장탱크(110) 내부의 온도를 낮추어 LNG 저장탱크(110) 내부의 압력을 떨어뜨리는데도 있다.

제2 LNG 충전밸브(153)는, 후술할 제3 LNG 충전밸브(154)와 동시에 개방되어 제3 LNG 충전밸브(154)와 함께 LNG 저장탱크(110)에 LNG를 충전시킬 수 있지만, 먼저 개방시키는 것이 바람직한데, 이는 상기한 바와 같이 LNG 저장탱크(110)의 상부로 저온의 LNG를 공급하여 LNG 저장탱크(110) 내부의 온도를 낮추어 LNG 저장탱크(110) 내부 압력을 떨어뜨림으로써, 두 탱크(200, 110) 사이의 차압이 감소되는 것이 방지되어, 제2 LNG 충전밸브(153) 뿐만 아니라 후술할 제3 LNG 충전밸브(154)를 통해서도 LNG의 충전이 원활히 이루어질 수 있기 때문이다.

즉, 후술할 제3 LNG 충전밸브(154)는 후술할 제3 LNG 충전라인(159)을 통해 LNG 저장탱크(110)의 하부로 LNG를 충전하게 되는데, LNG 저장탱크(110)가 비어있는 상태일 때는 제2 LNG 충전밸브(153)와 동시에 개방해도 문제가 없으나, LNG 저장탱크(110)에 LNG가 채워지면서 LNG의 이송에 더 큰 차압이 요구되기 때문에, 제2 LNG 충전밸브(153)를 먼저 개방하여 충분한 차압 상태를 유지시키는 것이 바람직하다.

제3 LNG 충전밸브(154)는, 제2 LNG 충전밸브(153)와 마찬가지로 LNG 충전 진행 모드일 때 개방되는 매뉴얼 밸브(manual valve)로서, 일단이 제1 LNG 충전라인(157)의 타단에 연결되고, 타단이 LNG 저장탱크(110)의 하부에 연결되는 제3 LNG 충전라인(159)에 구비될 수 있다. 제3 LNG 충전밸브(154)가 개방됨으로써, 차압에 의해 LNG 충전탱크(200)로부터 LNG가 LNG 저장탱크(110)에 충전된다.

제3 LNG 충전밸브(154)는, 제2 LNG 충전밸브(153)보다 나중에 개방시키는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기한 바와 같다.

출구밸브(155)는, LNG 저장탱크(110)에 LNG를 충전시키기 위하여, 제1 내지 제3 LNG 충전밸브(152, 153, 154) 중 어느 하나가 개방되면, LNG 충전 중인 것으로 감지하여 자동으로 폐쇄되는 밸브로서, 일단이 LNG 저장탱크(110)의 하부에 연결되고 타단이 펌프부(130)에 연결되는 연료 공급라인(101)에 구비될 수 있다.

출구밸브(155)는, LNG 충전 동안에 LNG 저장탱크(110) 내부의 LNG가 연료 공급라인(101)을 통해 외부로 유출되는 것을 방지하여, LNG의 원활한 충전이 가능하도록 한다.

이후, LNG 저장탱크(110)에서 요구되는 량의 LNG가 충전되면, LNG 충전 진행모드는 LNG 충전 완료 모드로 변환되고, LNG 충전 설비(150)의 모든 작동이 중지된다. 이때 압력조절밸브(151)는 물론 제1 LNG 충전밸브(152), 제2 LNG 충전밸브(153), 제3 LNG 충전밸브(154) 및 출구밸브(155) 각각도 폐쇄 상태를 유지하고, LNG 충전탱크(200)를 LNG 충전 설비(150)로부터 분리시킬 수 있다.

이를 통해 본 실시예는, LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 LNG를 충전시키기 위해서 LNG 이송을 위한 펌프를 사용하지 않고 LNG 충전탱크(200)와 LNG 저장탱크(110) 사이의 압력 차이를 이용하여 LNG를 충전시킬 수 있도록 하고, LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 LNG를 충전시킬 때, LNG 저장탱크(110) 내부의 LNG가 외부로 유출되지 못하도록 하여, LNG의 원활한 충전이 가능하도록 한다.

상기한 구성을 갖는 LNG 연료 공급 시스템(100)을 이용한 LNG 충전 방법을 도 3 및 도 4를 참고하여 하기에서 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 LNG 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 LNG 충전 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템(100)의 LNG 충전 방법은, LNG 충전탱크(200)가 LNG 충전 설비(150)의 제1 LNG 충전라인(157)에 연결되고, LNG 충전 설비(150)가 작동 모드로 세팅되는 단계(S310), LNG 충전 시작 모드를 선택하여, 압력조절밸브(151)가 구비되는 벤트라인(156)을 통해 LNG 저장탱크(110) 내부의 증발 가스를 방출시키는 단계(S320), LNG 충전탱크(200)와 LNG 저장탱크(110) 사이에 발생되는 차압에 의해 LNG 충전탱크(220)로부터 LNG가 LNG 저장탱크(110)로 이송될 수 있는지 확인하는 단계(S330), LNG 충전 시작 모드에서 LNG 충전 진행 모드로 변환되고, LNG 충전탱크(200)에 연결되는 제1 LNG 충전라인(157)에 구비되는 제1 LNG 충전밸브(152)가 개방되는 단계(S340), 제1 LNG 충전라인(157)으로부터 분지되며 LNG 저장탱크(110)의 상부에 연결된 제2 LNG 충전라인(158)에 구비되는 제2 LNG 충전밸브(153)를 개방시켜, 차압에 의해 LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 LNG를 충전하는 단계(S350), 충전되는 저온의 LNG에 의해 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력이 낮아지게 되어, 차압이 감소되는 것을 방지하는 단계(S360), 제1 LNG 충전라인(157)으로부터 분지되며 LNG 저장탱크(110)의 하부에 연결된 제3 LNG 충전라인(159)에 구비되는 제3 LNG 충전밸브(154)를 개방시켜, 차압에 의해 LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 LNG를 충전하는 단계(S370), 및 LNG 저장탱크(110)에서 요구되는 량의 LNG가 충전되면, LNG 충전 진행모드는 LNG 충전 완료 모드로 변환되고, LNG 충전 설비(150)의 모든 작동이 중지되는 단계(S380)를 포함한다.

단계 S310에서는, LNG 충전탱크(200)가 LNG 충전 설비(150)의 제1 LNG 충전라인(157)에 연결되고, LNG 충전 설비(150)가 작동 모드로 세팅된다.

이때, LNG 충전 설비(150)의 압력조절밸브(151), 제1 LNG 충전밸브(152), 제2 LNG 충전밸브(153), 제3 LNG 충전밸브(154) 및 출구밸브(155) 각각은 폐쇄 상태를 유지한다.

단계 S320에서는, LNG 충전 시작 모드를 선택하여, 압력조절밸브(151)가 구비되는 벤트라인(156)을 통해 LNG 저장탱크(110) 내부의 증발 가스를 방출시킨다.

압력조절밸브(151)는, LNG 충전 시작 모드가 선택됨에 따라 LNG 저장탱크(110) 내부의 압력을 체크하여, LNG 저장탱크(110)의 내부 압력이 정해진 제1 설정 값보다 높을 경우 자동적으로 개방되고, 제1 설정 값보다 낮을 경우 자동적으로 폐쇄될 수 있다.

제1 설정 값은, LNG 저장탱크(110)의 내부 압력을 나타내는 것으로, LNG가 차압에 의해 LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 이송될 수 있는 최소 값 이하일 수 있다.

또한, 압력조절밸브(151)는, LNG 충전 시작 모드가 선택됨에 따라, LNG 저장탱크(110) 및 LNG 충전탱크(200) 각각의 내부 압력을 체크하여, LNG 충전탱크(200)의 내부 압력과 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력과의 압력 차이가 정해진 제2 설정 값보다 낮을 경우 자동적으로 개방되고, 제2 설정 값보다 높을 경우 자동적으로 폐쇄될 수 있다.

제2 설정 값은, LNG 충전탱크(200)의 내부 압력과 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력과의 압력 차이를 나타내는 것으로, LNG가 압력 차이에 의해 LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 이송될 수 있는 최소 값 이상일 수 있다.

더욱이, 압력조절밸브(151)는, LNG 충전 시작 모드를 선택하는 시점부터 LNG가 LNG 저장탱크(110)에 충전 완료되는 시점까지 개방된 상태를 유지할 수 있다.

단계 S330에서는, LNG 충전탱크(200)와 LNG 저장탱크(110) 사이에 발생되는 차압에 의해 LNG 충전탱크(220)로부터 LNG가 LNG 저장탱크(110)로 이송될 수 있는지 확인한다.

차압은, 수 bar 정도로서, 전술한 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력을 나타내는 제1 설정 값일 수 있고, LNG 충전탱크(200)의 내부 압력과 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력과의 압력 차이를 나타내는 제2 설정 값일 수 있다.

단계 S340에서는, LNG 충전 시작 모드에서 LNG 충전 진행 모드로 변환되고, LNG 충전탱크(200)에 연결되는 제1 LNG 충전라인(157)에 구비되는 제1 LNG 충전밸브(152)가 개방된다.

제1 LNG 충전밸브(152)는, 제2 LNG 충전밸브(153)와 제3 LNG 충전밸브(154)를 통해 LNG 저장탱크(110)에 LNG를 충전할 수 있도록 하며, LNG 충전 진행 모드일 때 개방되어 LNG 저장탱크(110)에서 요구되는 량의 LNG가 충전될 때까지 개방 상태를 유지하고, 이후 LNG 충전 완료 모드가 되면 폐쇄된다.

단계 S350에서는, 제1 LNG 충전라인(157)으로부터 분지되며 LNG 저장탱크(110)의 상부에 연결된 제2 LNG 충전라인(158)에 구비되는 제2 LNG 충전밸브(153)를 개방시켜, 차압에 의해 LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 LNG를 충전한다.

단계 S350에서, 제2 LNG 충전밸브(153)가 개방되어, LNG 저장탱크(110)의 상부로 저온의 LNG가 충전되면서, LNG 저장탱크(110)의 내부 온도를 낮추어 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력을 떨어뜨릴 수 있다.

단계 S360에서는, 충전되는 저온의 LNG에 의해 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력이 낮아지게 되어, 차압이 감소되는 것을 방지한다.

단계 S370에서는, 제1 LNG 충전라인(157)으로부터 분지되며 LNG 저장탱크(110)의 하부에 연결된 제3 LNG 충전라인(159)에 구비되는 제3 LNG 충전밸브(154)를 개방시켜, 차압에 의해 LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 LNG를 충전한다.

한편, 단계 S370에서는 제2 LNG 충전밸브(153)를 먼저 개방하여 차압을 발생시킨 후에 제3 LNG 충전밸브(154)를 개방하여 LNG를 충전하는 것을 설명하였지만, 제3 LNG 충전밸브(154)를 제2 LNG 충전밸브(153)와 동시에 개방하여 차압에 의해서도 LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 LNG를 충전할 수 있다.

단계 S380에서는, LNG 저장탱크(110)에서 요구되는 량의 LNG가 충전되면, LNG 충전 진행모드는 LNG 충전 완료 모드로 변환되고, LNG 충전 설비(150)의 모든 작동이 중지된다.

이때 LNG 충전 설비(150)의 압력조절밸브(151), 제1 LNG 충전밸브(152), 제2 LNG 충전밸브(153), 제3 LNG 충전밸브(154) 및 출구밸브(155) 각각은 폐쇄되며, LNG 충전탱크(200)를 LNG 충전 설비(150)로부터 분리시킬 수 있다.

한편, 제1 내지 제3 LNG 충전밸브(152, 153, 154) 중 어느 하나가 개방되는 단계(S340, S350, S370)에서, 일단이 LNG 저장탱크(110)의 하부에 연결되는 연료 공급라인(101)에 구비되는 출구밸브(155)가 이를 감지하여 연료 공급라인(101)을 자동으로 폐쇄시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템(100)의 LNG 충전 방법은, LNG 충전탱크(200)가 LNG 충전 설비(150)의 제1 LNG 충전라인(157)에 연결되고, LNG 충전 설비(150)가 작동 모드로 세팅되는 단계(S410), LNG 충전탱크(200)에 연결되는 제1 LNG 충전라인(157)에 구비되는 제1 LNG 충전밸브(152)를 개방시키는 단계(S420), 제1 LNG 충전라인(157)으로부터 분지되며 LNG 저장탱크(110)의 상부에 연결된 제2 LNG 충전라인(158)에 구비되는 제2 LNG 충전밸브(153)를 개방시켜, LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 LNG를 충전하는 단계(S430), 제1 LNG 충전라인(157)으로부터 분지되며 LNG 저장탱크(110)의 하부에 연결된 제3 LNG 충전라인(159)에 구비되는 제3 LNG 충전밸브(154)를 개방시켜, LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 LNG를 충전하는 단계(S440), 제1 내지 제3 LNG 충전밸브(152, 153, 154) 중 어느 하나가 개방되면, 일단이 LNG 저장탱크(110)의 하부에 연결되는 연료 공급라인(101)에 구비되는 출구밸브(155)가 이를 감지하여 연료 공급라인(101)을 자동으로 폐쇄시키는 단계(S450), 및 LNG 저장탱크(110)에서 요구되는 량의 LNG가 충전되면, LNG 충전 설비(150)의 모든 작동을 중지시키는 단계(S460)를 포함한다.

단계 S410에서는, LNG 충전탱크(200)가 LNG 충전 설비(150)의 제1 LNG 충전라인(157)에 연결되고, LNG 충전 설비(150)가 작동 모드로 세팅된다.

이때, LNG 충전 설비(150)의 제1 LNG 충전밸브(152), 제2 LNG 충전밸브(153) 및 제3 LNG 충전밸브(154) 각각은 폐쇄 상태를 유지한다.

단계 S420에서는, LNG 충전탱크(200)에 연결되는 제1 LNG 충전라인(157)에 구비되는 제1 LNG 충전밸브(152)가 개방된다.

제1 LNG 충전밸브(152)는, 제2 LNG 충전밸브(153)와 제3 LNG 충전밸브(154)를 통해 LNG 저장탱크(110)에 LNG를 충전할 수 있도록 하며, LNG 저장탱크(110)에서 요구되는 량의 LNG가 충전될 때까지 개방 상태를 유지하고, 이후 LNG의 충전이 완료되면 폐쇄된다.

단계 S430에서는, 제1 LNG 충전라인(157)으로부터 분지되며 LNG 저장탱크(110)의 상부에 연결된 제2 LNG 충전라인(158)에 구비되는 제2 LNG 충전밸브(153)를 개방시켜, LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 LNG를 충전한다.

단계 S430에서, 제2 LNG 충전밸브(153)가 개방되어, LNG 저장탱크(110)의 상부로 저온의 LNG가 충전되면서, LNG 저장탱크(110)의 내부 온도를 낮추어 LNG 저장탱크(110)의 내부 압력을 떨어뜨릴 수 있다.

단계 S440에서는, 제1 LNG 충전라인(157)으로부터 분지되며 LNG 저장탱크(110)의 하부에 연결된 제3 LNG 충전라인(159)에 구비되는 제3 LNG 충전밸브(154)를 개방시켜, LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 LNG를 충전한다.

한편, 단계 S440은 상기한 단계 430과 동시에 진행할 수 있다. 즉, 제2 LNG 충전밸브(153)와 제3 LNG 충전밸브(154)를 동시에 개방하여 LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 LNG를 충전할 수 있다.

단계 S450에서는, 제1 내지 제3 LNG 충전밸브(152, 153, 154) 중 어느 하나가 개방되면, 일단이 LNG 저장탱크(110)의 하부에 연결되는 연료 공급라인(101)에 구비되는 출구밸브(155)가 이를 감지하여 연료 공급라인(101)을 자동으로 폐쇄시킨다.

단계 S460에서는, LNG 저장탱크(110)에서 요구되는 량의 LNG가 충전되면, LNG 충전 설비(150)의 모든 작동이 중지된다.

이때 LNG 충전 설비(150)의 제1 LNG 충전밸브(152), 제2 LNG 충전밸브(153), 제3 LNG 충전밸브(154) 및 출구밸브(155) 각각은 폐쇄되며, LNG 충전탱크(200)를 LNG 충전 설비(150)로부터 분리시킬 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, LNG 저장탱크(110)의 상부에 연결 구비되는 압력조절밸브(151)와 제2 LNG 충전밸브(152)를 이용하여 LNG 충전 동안에 LNG 저장탱크(110)의 내압을 낮출 수 있도록 하고, LNG 저장탱크(110)의 하부에 연결 구비되는 출구밸브(155)를 이용하여 LNG 충전 동안에 자동적으로 LNG가 배출되지 못하도록 하는 LNG 충전 설비(150)를 LNG 저장탱크(110)에 구비시킴으로써, LNG 충전탱크(200)로부터 LNG 저장탱크(110)로 LNG를 충전시키기 위해서 LNG 이송을 위한 펌프를 사용하지 않고 LNG 충전탱크(200)와 LNG 저장탱크(110) 사이의 압력 차이를 이용하여 LNG를 충전시킬 수 있고, 충전시설에서 동력을 과도하게 소모하는 펌프의 사용을 배제할 수 있어, 운전비 절감, 건설비용 절감 및 유지보수의 편의성을 증대시킬 뿐만 아니라, LNG를 LNG 저장탱크(110)에 원활하게 충전할 수 있다.

따라서 본 실시예는, 충전 직전에 펌프를 냉각(cool-down)하여 사용하거나, 펌프 본체가 탱크 내의 LNG에 잠겨 있어 항상 냉각된 상태로 유지될 수 있는 액잠형 펌프(submerged pump)를 사용함으로써, 충전 직전에 펌프를 냉각하여 사용할 경우에는 충전에 소요되는 시간이 길어지는 문제가 있고, 액잠형 펌프를 사용할 경우에는 냉열이 과도하게 소모되며 이에 따른 증발 가스(Boil-Off Gas; BOG)의 발생에 의해 탱크 내부 압력을 적정하게 유지하는데 어려움이 있고, 액잠형 펌프를 구동하기 위한 운전비, 초기 설치비 및 유지보수 비용이 과다하게 소요되는 종래의 문제를 모두 해결할 수 있다.

100: LNG 연료 공급 시스템 101: 연료 공급라인
110: LNG 저장탱크 111: 외조 탱크
112: 내조 탱크 113: 단열부
114: 서포트 120: 엔진
130: 펌프부 131: 부스팅 펌프
132: 고압 펌프 140: 열교환기
150: LNG 충전 설비 151: 압력조절밸브
152: 제1 LNG 충전밸브 153: 제2 LNG 충전밸브
154: 제3 LNG 충전밸브 155: 출구밸브
156: 벤트라인 157: 제1 LNG 충전라인
158: 제2 LNG 충전라인 159: 제3 LNG 충전라인
200: LNG 충전탱크

Claims

엔진에 공급될 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크;
상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 가압하는 펌프부;
상기 펌프부에 의해 가압된 LNG를 가열하여 상기 엔진에 공급하는 열교환기; 및
상기 LNG 저장탱크에 연결 구비되며, LNG 충전탱크에 결합되는 LNG 충전 설비를 포함하되,
상기 LNG 충전 설비는,
일단이 상기 LNG 충전탱크에 결합되고, 타단이 상기 LNG 저장탱크의 상부 및 하부에 연결된 LNG 충전라인부에 구비되며, 상기 LNG 저장탱크의 내부 압력을 상기 LNG 충전탱크의 내부 압력보다 낮게 유지되도록 하여 차압에 의해 LNG가 이송되도록 하는 LNG 충전밸브부; 및
상기 LNG 충전밸브부가 개방되면, LNG 충전 중인 것으로 감지하여 자동으로 폐쇄되며, 일단이 상기 LNG 저장탱크의 하부에 연결되고 타단이 상기 펌프부에 연결되는 연료 공급라인에 구비되는 출구밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 LNG 충전라인부는, 제1 내지 제3 LNG 충전라인을 포함하고,
상기 LNG 충전밸브부는, 제1 내지 제3 충전밸브를 포함하고,
상기 제1 충전밸브는, 일단이 상기 LNG 충전탱크에 연결되는 상기 제1 LNG 충전라인에 구비되며,
상기 제2 충전밸브는, 일단이 상기 제1 LNG 충전라인의 타단에 연결되고, 타단이 상기 LNG 저장탱크의 상부에 연결되는 상기 제2 LNG 충전라인에 구비되며,
상기 제3 LNG 충전밸브는, 일단이 상기 제1 LNG 충전라인의 타단에 연결되고, 타단이 상기 LNG 저장탱크의 하부에 연결되는 상기 제3 LNG 충전라인에 구비되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 출구밸브는,
상기 제1 내지 제3 LNG 충전밸브 중 어느 하나가 개방되면, LNG 충전 중인 것으로 감지하여 자동으로 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 LNG 충전밸브는,
LNG가 차압에 의해 상기 LNG 충전탱크로부터 상기 LNG 저장탱크로 이송되는 시점에 개방되고, LNG 저장탱크에 LNG 충전이 완료되면 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 LNG 충전밸브는,
상기 제1 LNG 충전밸브가 개방된 후, 상기 제2 LNG 충전밸브가 상기 제3 LNG 충전밸브보다 먼저 개방되거나 상기 제3 LNG 충전밸브와 동시에 개방되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 LNG 저장탱크의 상부에 연결된 벤트라인에 구비되며, 상기 LNG 저장탱크의 내부 압력을 조절하는 압력조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 압력조절밸브는,
상기 LNG 저장탱크의 내부 압력을 체크하여, 상기 LNG 저장탱크의 내부 압력이 정해진 제1 설정 값보다 높을 경우 개방되고, 상기 제1 설정 값보다 낮을 경우 폐쇄되어, 상기 LNG 저장탱크의 내부 압력이 상기 LNG 충전탱크의 내부 압력보다 낮게 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 제1 설정 값은,
상기 LNG 저장탱크의 내부 압력을 나타내는 값으로, LNG가 차압에 의해 상기 LNG 충전탱크로부터 상기 LNG 저장탱크로 이송될 수 있는 최소 값 이하인 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 압력조절밸브는,
상기 LNG 저장탱크 및 상기 LNG 충전탱크 각각의 내부 압력을 체크하여, 상기 LNG 충전탱크의 내부 압력과 상기 LNG 저장탱크의 내부 압력과의 압력 차이가 정해진 제2 설정 값보다 낮을 경우 개방되고, 상기 제2 설정 값보다 높을 경우 폐쇄되어, 상기 LNG 저장탱크의 내부 압력이 상기 LNG 충전탱크의 내부 압력보다 낮게 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 제2 설정 값은,
상기 LNG 충전탱크의 내부 압력과 상기 LNG 저장탱크의 내부 압력과의 압력 차이를 나타내는 값으로, 상기 LNG가 압력 차이에 의해 상기 LNG 충전탱크로부터 상기 LNG 저장탱크로 이송될 수 있는 최소 값 이상인 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 압력조절밸브는,
상기 LNG 충전 설비에서 LNG 충전 시작 모드로부터 LNG 충전 완료 모드 전까지 개방되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
LNG 충전탱크가 LNG 충전 설비의 제1 LNG 충전라인에 연결되고, LNG 충전 설비가 작동 모드로 세팅되는 단계;
LNG 저장탱크의 내부 압력을 상기 LNG 충전탱크의 내부 압력보다 낮게 유지되도록 하여 차압에 의해 LNG가 이송되도록, 압력조절밸브가 구비되는 벤트라인을 통해 상기 LNG 저장탱크 내부의 증발 가스를 방출시키는 단계;
상기 LNG 충전탱크에 연결되는 상기 제1 LNG 충전라인에 구비되는 제1 LNG 충전밸브를 개방시키는 단계;
상기 제1 LNG 충전라인으로부터 분지되며 상기 LNG 저장탱크의 상부에 연결된 제2 LNG 충전라인에 구비되는 제2 LNG 충전밸브를 개방시켜, 상기 LNG 충전탱크로부터 상기 LNG 저장탱크로 LNG를 충전하는 단계;
상기 제1 LNG 충전라인으로부터 분지되며 상기 LNG 저장탱크의 하부에 연결된 제3 LNG 충전라인에 구비되는 제3 LNG 충전밸브를 개방시켜, 상기 LNG 충전탱크로부터 상기 LNG 저장탱크로 LNG를 충전하는 단계;
상기 제1 내지 제3 LNG 충전밸브 중 어느 하나가 개방되면, 일단이 상기 LNG 저장탱크의 하부에 연결되는 연료 공급라인에 구비되는 출구밸브가 이를 감지하여 상기 연료 공급라인을 자동으로 폐쇄시키는 단계; 및
상기 LNG 저장탱크에서 요구되는 량의 LNG가 충전되면, 상기 LNG 충전 설비의 모든 작동을 중지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템의 LNG 충전 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 LNG 충전 설비가 작동 모드로 세팅되는 단계에서는, 상기 LNG 충전 설비의 상기 제1 내지 제3 LNG 충전밸브 각각이 폐쇄 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템의 LNG 충전 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 제3 LNG 충전밸브는,
상기 제2 LNG 충전밸브와 동시에 개방하여 상기 LNG 충전탱크로부터 상기 LNG 저장탱크로 LNG를 충전하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템의 LNG 충전 방법.
삭제