KR101411184B1 - 가스구동선박용 연료시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스가 액화가스로서 해양선박내의 적어도 한개의 연료저장 탱크 (6)내에 저장되는 해양선박(1)내의 가스구동 피스톤 엔진(2)용 연료 시스템에 관한 것이다. 연료공급 시스템은 가스가 액상이면서 상승된 압력을 받는 별도의 연료공급 탱크(8)를 포함하여 구성된다. 그 가스는 그 액화가스에 의하여 야기되는 유체정역학적 압력만이 존재하는 연료저장 탱크(6)내에서도 또한 액상이다.

Description

가스구동선박용 연료시스템{FUEL SYSTEM FOR GAS DRIVEN VESSEL}
본 발명은 해양선박의 가스구동 피스톤 엔진용 연료시스템에 관한 것으로서, 이 가스는 특허청구의 범위 제 1 항의 서문에 따른 액화가스로서 선박내의 적어도 한개의 연료저장탱크내에 저장된다.
가스는 선박의 주 구동원 및 보조엔진용으로서 점점 더 관심을 끄는 연료가 되고 있다. 특히 천연가스(natuarl gas: 이하 NG라 함)는 입수가 용이하기 때문에 매우 가능성이 큰 연료이다. 대기환경에서는, 천연가스는 주로 메탄 및 적은 양의 에탄, 프로판, 부탄 및 질소로 구성된 기체혼합물이다. 또한 천연가스는 석탄과 비교할 때 높은 수소함유량을 가지기 때문에, 무엇보다도 연소시에 낮은 배출량과, 매우 청결한 연소과정을 제공하며, 기본적으로 오염물질이 없다. 특히, 승객들이 탑승하고 있는 유람선, 페리 및 로팩스(ropax)선에 있어서는, 선박의 엔진으로부터의 배기가스에 매연배출 및 눈에 보이는 연기가 없다는 것은, 엔진용의 연료로서 NG를 사용함으로써 기대할 수 있는 매우 중요한 장점이다. 통상 천연가스는 -162℃의 온도에서 액화천연가스(LNG)로서 저장된다. 따라서 LNG가 높은 압력, 예를 들어 가스운전 피스톤엔진이 요구하는 레벨인 약 5bar로 저장되어 있을 때에는, 문제를 야기할 수 있다. 이 경우에, 탱크가 통상 원통형으로 만들어진 압력용기의 상태로 되어 있어야 하고, 탱크들의 체적은 약 500-1000㎥ 의 크기를 가질 수 있다는 점을 고려하면, 통상 단면이 사각형인 공간을 가지는 선박내에 대형의 원통형 탱크들을 배치하는 것은 많은 공간의 낭비를 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 종래의 기술에 있어서의 상술한 것 및 기타의 문제점을 해결하기 위한 가스구동 선박용 연료시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 특허청구의 범위 제 1 항에 기술된 내용에 의하여 달성될 수 있다. 기타의 특허청구의 범위는 본 발명의 다른 실시예들의 보다 상세한 특징을 기술한다.
본 발명의 기본 개념은, 가스가 액상이고 상승한 압력하에 있는 별도의 연료공급 탱크와, 가스가 또한 액상이지만 그 액화된 가스에 의하여 발생되는 유체정역학적 압력이 지배하는 개별적인 연료저장 탱크를 제공하는 것이다. 이러한 방식으로 연료저장 탱크는 단순하고도 경제적으로 만들어질 수 있다. 액화가스는 낮은 온도이기 때문에 탱크는 내열상태로 될 수 있다.
연료공급 탱크는 압력용기이며, 압력공급 탱크는 연료저장 탱크와 연결된다. 피스톤 엔진과 연료공급 탱크의 바닥부를 연결하는 연료공급 라인내에는 제 1 열교환기가 배치되고, 제 1 열교환기는 액화가스를 피스톤 엔진에 공급하기 전에 기화시키도록 채택된다. 따라서, 대체로 소형인 연료공급 탱크만이 압력용기로 되며, 대부분의 경우에 연료공급 탱크의 체적은 선박내의 연료저장 탱크의 전체 용적의 30% 이하다.
제 1 연료공급 라인은 연료저장 탱크와 연료공급 탱크를 접속하며, 제 1 연료공급 라인에는 연료저장 탱크로부터 연료공급 탱크로 액화된 가스를 압송하는 펌프가 마련되며, 이 펌프는 연료 저장탱크내의 대략 대기압상태에 있는 액화가스의 압력을, 명목상의 운전압력은 대략 3-5bar 이지만, 약 10bar의 압력으로 상승시키도록 채택된다. 이러한 압력은 피스톤 엔진의 필요에 따라 결정되며, 연료공급 탱크가 적절한 압력하에 있기 때문에 액화가스가 기화된 후에 별도의 가스 압축기가 필요하지 않다.
연료저장 탱크내의 연료는 상승된 압력하에 있지 않으므로, 연료저장 탱크는 대체적으로 사각형상의 벽들을 가지며, 이는 선박내의 가용공간을 유효하게 사용할 수 있도록 한다. 연료저장 탱크는 주로 액화가스의 유체정역학적 압력에 의하여 야기되는 압력을 감당하도록 구성된다.
연료공급 탱크에는, 연료공급 탱크의 바닥부로부터 상부로 연장되는 순환덕트를 가지며 제 2 열교환기가 마련되는 압력설정 시스템이 마련된다. 압력설정 시스템은 연료공급 탱크내의 압력이 소정의 레벨로 유지되도록 조정한다.
가스누출의 위험을 최소화하기 위하여, 제 1 연료공급라인, 제 2 연료공급라인및 연료도입 라인등은 기밀성 튜브로 배치된다. 또한, 적어도 한개의 연료저장 탱크 및 연료공급 탱크들은 기밀성 구획 내에 구성되어 있고, 상기 기밀성 구획내로 개방된 기밀성 튜브는 기밀성 공간을 형성한다. 가스누출의 경우에, 불활성 가스, 또는 기타 보호성 매체가 기밀성 구획 및/또는 튜브내에 마련된 불활성 가스용 투입구를 통하여 그 공간내로 공급될 수 있다.
본 발명은 이하의 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 연료공급 시스템의 일 실시예가 구비된 유람선을 나타낸다.
도 2는 도 1 의 선박의 길이방향 단면을 나타내며,
도 3은 본 발명에 따른 연료공급 시스템의 일 실시예를 나타낸다.
도 1에 있어서는, 매우 간략화된 형태로, 예를 들면 유람선인 선박(1)이 도시된다. 이 선박에는 가스구동 피스톤 엔진(2)이 구비된다. 예를 들어, 천연가스는 배기가스에 어떠한 매연이나 가시적인 연기를 가지지 않는다는 사실로부터, 환경적으로 친화적이고 선박의 승객에게 매우 쾌적하다. 가스구동 선박용의 연료시스템(4)은 적어도 한개의 연료저장 탱크(6)를 포함하여 구성된다. 저장탱크는, 가스가 대략 -162℃의 온도에서 액화된 형태로 저장되기 때문에, 내열구조로 되어 있다. 선박의 공간을 효율적으로 이용하기 위하여, 저장탱크(6)들은 대략 사각형의 벽(6.1)들로 구성된다. 선박내의 공간의 효율적 이용은 도 2도에서 볼 수 있다. 비교를 위하여, 도면에는 저장탱크(6)와 동일한 단면적인 압력용기(=원통형 단면) 와, 압력용기의 구형상에 의하여 남기게 되는 실제의 공간(빗금친 영역)을 나타내었다. 따라서, 도 2로부터 명확한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료시스템은 선박내의 공간의 활용을 효과있게 한다.
가용공간의 이용을 효과적으로 하는 것에 부가하여, 본 발명에 따른 연료저 장 탱크들은 압력용기로 만들때 보다 상당히 저렴하다.
연료시스템내에는, 가스구동 엔진(2)으로 연료가 공급되는 연료공급 탱크(8)가 있다. 공급탱크는 내열성의 압력용기이지만, 저장탱크(6)보다 상당히 작은 체적을 가진다. 따라서, 압력용기를 사용함에 따른 단점이 최소화된다. 공급탱크의 크기는 대략 전속력에서 4시간동안 소비되는 양이 되도록 규격화된다. 그 크기는 또한 신속한 부하의 변동시에도 탱크가 압력을 유지하도록 결정된다. 이는, 엔진의 출력에 따르는 것이다. 연료공급 탱크(8)는 저장탱크(6)의 체적의 10% 이하이다. 이러한 방식으로 연료는 필요한 압력으로 엔진으로 보내지지만, 불필요한 공간의 낭비는 피한다. 제 1 연료 공급라인(12)내에는 펌프(10)가 마련된다. 제 1 연료 공급라인(12)은 연료저장 탱크(6)와 연료공급 탱크(8)를 접속하며, 연료저장 탱크의 바닥부로 연장되어 액화가스가 탱크내에 도달하도록 한다. 연료는 공급탱크내에 액화된 상태로 압축송출되며, 동시에 전형적으로는 약 3-5 bar인 선박내의 피스톤엔진(2)이 요구하는 레벨보다 높은 레벨의 온도로 상승된다. 이에 반하여, 연료저장 탱크(6)는 대기압이며, 실제적으로는 주로 액화가스에 의하여 야기되는 유체 정역학적 압력으로 된다.
제 2 연료 공급라인(14)도 연료저장 탱크(6)와 연료공급 탱크(8)를 접속하지만, 공급라인(14)은 가스가 기체상태로만 있게 되는 연료저장 탱크(6)의 상부로 연장된다. 제 2 연료공급 라인(14)은 기화상태의 가스를 저장탱크(6)로부터 연료공급 탱크(8)로 반송하기 위하여 마련된 것이다. 연료저장 탱크는 낮은 압력상태이므로, 제 2 연료공급 라인에는 연료공급 탱크(8)를 지배하는 가스의 압력을 상승하 기 위한 압축기 유니트(16)가 마련된다.
연료공급 탱크(8)로부터의 연료는 연료도입 라인(20)을 통하여 엔진(2)으로 도입된다. 상술한 바와 같이, 연료공급 탱크(8)내의 가스는 주로 액상이므로, 연료 도입라인(20)에는 액화가스를 피스톤 엔진(2)으로 도입하기 전에 기화시키기 위하여 기화기인 제 1 열교환기(22)가 마련된다. 연료도입 라인은 연료공급 탱크(8)의 바닥으로부터 엔진으로 연장되며, 따라서 액화가스를 흡인하게 된다. 연료공급 탱크(8)에는 연료공급탱크(8)의 바닥으로부터 연료공급탱크의 상부까지 연장되며 제 2 열교환기(28)가 마련된 순환덕트(26)를 가지는 압력설정 시스템(24)이 마련된다.
도 3에서는, 가능한한 동일한 참조부호를 사용하여, 본 발명에 따른 연료공급 시스템의 보다 상세한 예를 나타낸다. 도 3에서는, 연료공급 탱크내의 압력설정 시스템(24)에 제 2 열교환기(28)의 작용을 제어하는 압력센서(30)가 마련되어 있는 것을 나타낸다. 연료공급 탱크(8)내의 압력이 소정의 레벨이하로 감소되면, 제 2 열교환기의 출력이 증가되며, 이 출력의 증가는 연료공급 탱크(8)내의 액화가스의 기화율을 증가시키고, 압력을 정상레벨로 증가시킨다. 도 3은 또한 연료공급 탱크에, 제 1 연료공급라인(12)의 작용을 제어하여, 연료공급 탱크내의 액화가스의 양을 적절한 레벨로 유지하는 액면 레벨 프로우브(32)가 마련되어 있는 것을 나타낸다.
본 발명의 기타 부가적인 특징은, 제 1 연료공급 라인(12), 제 2 연료공급 라인(14) 및 연료도입 라인(20)에 주변환경으로부터 공급라인들을 격리하는 기밀성 튜브(34)가 마련된다는 점이다. 이것은 가스누출의 위험을 최소화시키기 위하여 취해지는 안전수단이다. 또한, 동일한 이유로 연료저장 탱크(6) 및 연료공급 탱크(8)는 기밀성 구획(36) 내에 구성된다. 기밀성 튜브(34)는 가스 밀폐공간을 형성하는 기밀성 구획으로 개방된다. 기밀성 구획(36) 및 튜브(34)는 불활성가스용 투입구(38)를 포함하여 구성된다. 가스누출시에는, 불활성 가스를 공간내로 투입함으로써 기밀성 공간의 안전을 보장할 수 있다.
연료저장 탱크(6)가 실제적인 압력용기가 아니고, 실질적으로 사각형인 벽 (6.1)들로 구성된다는 것은, 기밀성 구획으로 둘러싸이는 것을 보다 용이하게 하는데, 이는 구형의 단면을 가지는 압력용기보다 더 적은 공간을 요하기 때문이다.
연료공급 시스템에는 또한 연료창고 스테이션(44)이 마련되며, 이는 연료 충만 라인(40)을 각 연료저장 탱크(6)에 접속한다. 연료충만 라인들에는 마찬가지로 기밀튜브(42)가 마련된다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지는 않으며, 예를 들어 피스톤 엔진, 연료저장 탱크, 연료공급 탱크들의 수는 가변적이며, 본 발명의 개념의 범위내에서 다양한 실시예로서 실시될 수 있다.

Claims (10)

  1. 연료시스템(4)의 가스가 액화가스로서 해양선박(1)내의 적어도 한개의 연료저장 탱크 (6)내에 저장되고, 이 연료저장 탱크내에는 액화가스에 의한 유체정역학적 압력이 존재하며,
    상기 연료저장 탱크(6)와 접속되는 별도의 연료공급 탱크(8)를 더 포함하여 구성되며, 제 1 연료공급 라인(12)이 상기 연료저장 탱크(6) 및 연료공급 탱크(8)를 접속하며,
    연료도입 라인(20)이 연료공급 탱크(8)의 바닥부로부터 피스톤 엔진(2)으로 연장되며, 그에 의하여 연료도입 라인(20)내의 제 1 열교환기(22)는 액화가스를 피스톤엔진(2)으로 도입하기 전에 기화시키도록 채택되는 해양선박(1)내의 가스구동 피스톤 엔진(2)용 연료 시스템에 있어서,
    상기 연료공급 탱크(8)는 내열성 압력용기이고, 가스는 액상이면서 연료공급 탱크(8)내에서는 상승된 압력을 받으며, 연료공급 탱크(8)에는 연료공급 탱크(8)의 바닥부로부터 연료공급 탱크(8)의 상부로 연장되며 제 2 열교환기(28)가 마련되는 순환덕트를 가지는 압력설정 시스템(24)이 마련되고,
    연료저장 탱크(6) 및 연료공급 탱크(8)들은 기밀성 구획(36) 내에 구성되어 있고, 기밀성 튜브(34)가 기밀성 공간을 형성하는 상기 기밀성 구획(36) 내부로 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 연료시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 연료공급 탱크의 체적은 선박내의 연료저장 탱크의 체적의 30% 미만인 것을 특징으로 하는 연료시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 연료공급 라인(12)에는 연료저장 탱크(6)로부터 연료공급 탱크(8)로 액화된 가스를 압송하는 펌프(10)가 마련되며, 상기 펌프(10)는 연료 저장탱크(6)내에서 대기압상태에 있는 액화가스의 압력을, 10bar의 압력으로 상승시키도록 채택되는 것을 특징으로 하는 연료시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 연료저장 탱크(6)는 대체적으로 사각형상의 벽(6.1)들을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 연료저장 탱크(6)는 액화가스의 유체정역학적 압력에 의하여 야기되는 압력을 감당하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 연료시스템은 상기 연료저장 탱크(6)와 상기 연료공급 탱크(8)를 접속하는 제 2 연료공급 라인(14)을 더 포함하고, 상기 제 1 연료공급 라인(12), 상기 제 2 연료공급 라인(14) 및 연료도입 라인(20)은 기밀성 튜브(34) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료시스템.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 기밀성 구획(36) 또는 튜브(34)는, 불활성 가스용 투입구(38)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연료시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
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