KR101441242B1

KR101441242B1 - Lng 연료 공급 시스템

Info

Publication number: KR101441242B1
Application number: KR1020130045723A
Authority: KR
Inventors: 강민호; 한주석; 백은성
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2013-04-24
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2014-09-17

Abstract

본 발명은 LNG 연료 공급 시스템에 관한 것으로서, LNG 저장탱크에 연결된 LNG 공급 라인; 상기 LNG 공급 라인으로부터 분지되어 엔진까지 연결된 제1 LNG 공급 라인; 상기 제1 LNG 공급 라인에 설치되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 가압하는 펌프; 상기 엔진과 상기 펌프 사이의 상기 제1 LNG 공급 라인에 마련되는 열교환기; 상기 LNG 저장탱크와 상기 엔진 사이의 증발가스 공급 라인에 설치되며, 증발가스를 압축하는 증발가스 압축기; 및 상기 펌프와 상기 열교환기 사이의 상기 제1 LNG 공급라인에 마련되되, 상기 증발가스 공급라인으로부터 분지되는 증발가스 회수 라인이 연결되는 제1 BOG/LNG 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기를 통해 다단 압축하되, 중간 압축 단계에서 일부 회수되는 증발가스가 고압 엔진 또는 저압 엔진으로 공급되는 LNG와 제1 또는 제2 BOG/LNG 열교환기에서 열교환하고, 제1 또는 제2 열교환기에서 열교환 후의 증발가스를 임시 저장탱크에서 재액화함으로써, 에너지 효율성을 향상시킬 수 있고, 증발가스를 재활용도를 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기를 통해 다단 압축하여 고압 엔진에 공급하거나, 중간 압축 단계에서 저압 엔진에서 공급할 수 있게 함으로써, 증발가스를 활용하여 연료를 절감할 수 있어, 에너지 효율을 향상시킬 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.

또한 LNG를 액상으로 보관할 때 탱크로 열침투가 발생함에 따라 일부 LNG가 기화되어 증발가스(BOG: Boil off Gas)가 생성되는데, 기존에는 탱크 압력을 낮춰 탱크의 파손 위험을 제거하기 위하여 증발가스를 단순히 외부로 배출 처리하였다. 그러나 최근에는 탱크에서 생성된 증발가스를 재액화시켜 엔진에 공급하는 등의 활용 방안에 대해서도 개발의 필요성이 점차 증대되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기를 통해 다단 압축하되, 중간 압축 단계에서 일부 회수되는 증발가스가 고압 엔진 또는 저압 엔진으로 공급되는 LNG와 열교환하고, 열교환 후의 증발가스를 재액화함으로써, 에너지 효율성을 향상시킬 수 있고, 증발가스를 재활용할 수 있게 하는 LNG 연료 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은, LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기를 통해 다단 압축하여 고압 엔진에서 요구하는 압력으로 가압시켜서 고압 증발가스를 고압 엔진에 공급함으로써, 증발가스를 활용하여 연료를 절감할 수 있는 LNG 연료 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은, LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기를 통해 다단 압축하되, 중간 압축 단계에서 저압 엔진에서 요구하는 압력으로 가압시켜서 저압 증발가스를 저압 엔진에 공급함으로써, 증발가스를 활용하여 연료를 절감할 수 있는 LNG 연료 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, LNG 저장탱크에 연결된 LNG 공급 라인; 상기 LNG 공급 라인으로부터 분지되어 엔진까지 연결된 제1 LNG 공급 라인; 상기 제1 LNG 공급 라인에 설치되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 가압하는 펌프; 상기 엔진과 상기 펌프 사이의 상기 제1 LNG 공급 라인에 마련되는 열교환기; 상기 LNG 저장탱크와 상기 엔진 사이의 증발가스 공급 라인에 설치되며, 증발가스를 압축하는 증발가스 압축기; 및 상기 펌프와 상기 열교환기 사이의 상기 제1 LNG 공급라인에 마련되되, 상기 증발가스 공급라인으로부터 분지되는 증발가스 회수 라인이 연결되는 제1 BOG/LNG 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 엔진은, 고압 엔진인 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 증발가스 압축기는, 상기 증발가스 공급 라인에 복수 개로 구비되어 상기 증발가스를 다단 압축시키는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 증발가스 공급 라인은, 일단이 상기 LNG 저장탱크에 연결되고, 타단이 상기 열교환기와 상기 고압 엔진 사이의 상기 제1 LNG 공급 라인에 연결되며, 상기 증발가스 공급 라인과 상기 제1 LNG 공급 라인의 연결지점에는, 상기 고압 엔진으로 공급되는 LNG 또는 증발가스의 유량을 제어하는 개도 조절 밸브가 구비되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 LNG 저장탱크에 연결된 상기 LNG 공급 라인으로부터 분지되며, 저압 엔진까지 연결되는 제2 LNG 공급 라인; 상기 제2 LNG 공급 라인에 마련되되, 상기 증발가스 회수 라인이 연결되는 제2 BOG/LNG 열교환기; 및 상기 제2 BOG/LNG 열교환기와 상기 저압 엔진 사이의 상기 제2 LNG 공급 라인에 설치되는 히터를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제2 BOG/LNG 열교환기는, 상기 증발가스 회수 라인을 기준으로 상기 제1 BOG/LNG 열교환기의 하류에 마련되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 증발가스 회수 라인은, 상기 제2 BOG/LNG 열교환기로부터 연장되어 상기 LNG 저장탱크에 연결되며, 상기 제2 BOG/LNG 열교환기와 상기 LNG 저장탱크 사이의 상기 증발가스 회수 라인에 임시 저장탱크가 설치되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 임시 저장탱크는, 기액 분리기인 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 증발가스 공급 라인과 상기 증발가스 회수 라인의 연결지점에는, 상기 임시 저장탱크로 공급되는 상기 증발가스의 유량 또는 상기 고압 엔진으로 공급되는 상기 증발가스의 유량을 제어하는 증발가스 회수 밸브가 구비되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 일단이 상기 증발가스 공급 라인 상에서 상기 복수 개의 증발가스 압축기 사이에 연결되고, 타단이 상기 저압 엔진과 상기 히터 사이의 상기 제2 LNG 공급 라인에 연결되어, 상기 증발가스 압축기로부터 유출되는 상기 증발가스를 상기 저압 엔진으로 공급하는 저압 증발가스 공급 라인을 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 증발가스 공급 라인과 상기 저압 증발가스 공급 라인의 연결지점에는, 상기 저압 엔진으로 공급되는 상기 증발가스의 유량 또는 상기 고압 엔진으로 공급되는 상기 증발가스의 유량을 제어하는 증발가스 공급 밸브가 구비되는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 복수 개의 증발가스 압축기 중에서, 상기 저압 증발가스 공급 라인의 상류에 위치한 증발가스 압축기에서 토출되는 증발가스는, 상기 저압 엔진에서 요구하는 압력 및 온도를 갖는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 복수 개의 증발가스 압축기 중에서, 가장 하류에 위치한 증발가스 압축기에서 토출되는 증발가스는, 상기 고압 엔진에서 요구하는 압력 및 온도를 갖는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 고압 엔진에서 요구하는 압력은 200bar 내지 400bar일 수 있다.

구체적으로, 상기 엔진과 상기 열교환기 사이의 상기 제1 LNG 공급 라인에 설치되되, 상기 증발가스 압축기로부터 연장되는 상기 증발가스 공급 라인에 연결되는 혼합기를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 혼합기는, 상기 증발가스 압축기에서 상기 증발가스 공급 라인을 통해 공급되는 상기 증발가스와 상기 열교환기에서 상기 제1 LNG 공급 라인을 통해 공급되는 LNG를 혼합시켜 상기 엔진에 공급하는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 혼합기는, 상기 엔진으로 공급되는 상기 LNG 또는 상기 증발가스의 유량을 제어하여 상기 엔진에서 요구하는 연료량을 일정하게 공급하는 것을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 BOG/LNG 열교환기 또는 상기 제2 BOG/LNG 열교환기를 우회하는 증발가스 우회 라인이 상기 증발가스 회수 라인에 더 구비되는 것을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기를 통해 다단 압축하되, 중간 압축 단계에서 일부 회수되는 증발가스가 고압 엔진 또는 저압 엔진으로 공급되는 LNG와 제1 또는 제2 BOG/LNG 열교환기에서 열교환하고, 제1 또는 제2 열교환기에서 열교환 후의 증발가스를 임시 저장탱크에서 재액화함으로써, 에너지 효율성을 향상시킬 수 있고, 증발가스를 재활용도를 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템은, LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기를 통해 다단 압축하여 고압 엔진에 공급하거나, 중간 압축 단계에서 저압 엔진에서 공급할 수 있게 함으로써, 증발가스를 활용하여 연료를 절감할 수 있어, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이다.

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 엔진(20)은 고압 엔진인 MEGI 엔진 또는 저압 엔진인 이중연료 엔진일 수 있고, 펌프(30)는 부스팅 펌프(Boosting Pump; 31)와 고압 펌프(High Pressure Pump; 32)를 포함하여 구성될 수 있다.

이하 본 명세서에서, LNG는 편의상 액체 상태인 NG(Natural Gas) 뿐만 아니라 초임계 상태 등인 NG를 모두 포괄하는 의미로 사용될 수 있으며, 증발가스는 기체 상태의 증발가스뿐만 아니라 액화된 증발가스를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

종래의 LNG 연료 공급 시스템(1)은, LNG 저장탱크(10)로부터 액체 상태의 LNG를 빼내어 부스팅 펌프(31), 고압 펌프(32)를 통해 가압시킨 후 열교환기(40)에서 글리콜 워터 등으로 가열하여 엔진(20)에 공급하는 방식을 사용하였다.

그러나 이 경우 LNG 저장탱크(10)에 저장된 액체 상태의 LNG만을 사용하기 때문에, 외부 열침투에 의하여 LNG 저장탱크(10) 내에서 자연스럽게 발생되는 증발가스는 LNG 저장탱크(10)의 내압을 낮추기 위해 증발가스 배출 라인(11)을 따라 외부로 배출 처리하였다. 따라서 종래의 LNG 연료 공급 시스템(1)은 증발가스를 전혀 활용하지 못하여 에너지 낭비가 발생한다는 문제점이 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템(2)은, LNG 저장탱크(10), 고압 엔진(20a), 저압 엔진(20b), 펌프(30), 열교환기(40), 증발가스 압축기(50), 제1 BOG/LNG 열교환기(60), 제2 BOG/LNG 열교환기(70), 히터(80), 임시 저장탱크(90)를 포함한다. 본 발명의 제1 실시예에서 LNG 저장탱크(10), 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, 후술할 엔진(20a, 20b)에 공급될 LNG를 저장한다. LNG 저장탱크(10)는 LNG를 액체상태로 보관하여야 하는데, 이때 LNG 저장탱크(10)는 압력 탱크 형태를 가질 수 있다.

LNG 저장탱크(10)는, 외조 탱크(도시하지 않음), 내조 탱크(도시하지 않음), 단열부(도시하지 않음)를 포함한다. 외조 탱크는 LNG 저장탱크(10)의 외벽을 이루는 구조로서, 스틸로 형성될 수 있으며, 단면이 다각형 형태일 수 있다.

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

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

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

단열부는, 내조 탱크와 외조 탱크의 사이에 구비되며 외부 열에너지가 내조 탱크로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이때 단열부는 진공상태일 수 있다. 단열부를 진공으로 형성함에 따라, LNG 저장탱크(10)는 일반적인 탱크와 비교할 때 높은 압력에 더욱 효율적으로 견뎌낼 수 있다. 일례로 LNG 저장탱크(10)는 진공의 단열부를 통해 5bar 내지 20bar의 압력을 버텨낼 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 진공 형태의 단열부를 외조 탱크와 내조 탱크 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.

또한 본 실시예는, LNG 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 후술할 증발가스 압축기(50)로 공급하여 후술할 저압 엔진(20b) 또는 후술할 고압 엔진(20a)의 연료로 활용하거나, 증발가스 압축기(50)로부터 일부 회수되는 증발가스가 제1 또는 제2 BOG/LNG 열교환기(60, 70)에서 LNG와 열교환되도록 하거나, LNG와 열교환된 증발가스를 임시 저장탱크(90)를 거쳐 LNG 저장탱크(10)로 회수함으로써, 증발가스를 효율적으로 이용할 수 있다.

엔진(20a, 20b)은, LNG 저장탱크(10)로부터 공급되는 LNG를 통해 구동되어 동력을 발생시킨다. 이때 엔진(20a, 20b)은 고압 엔진(20a)과 저압 엔진(20b)을 포함하며, 고압 엔진(20a)은 MEGI 엔진일 수 있고, 저압 엔진(20b)은 이중연료 엔진일 수 있다.

엔진(20a, 20b)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(20a, 20b) 구동 시 샤프트에 연결된 프로펠러(도시하지 않음)가 회전함에 따라, 선체가 전진 또는 후진할 수 있다.

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

고압 엔진(20a)은, 초임계 상태의 LNG를 후술할 열교환기(40)로부터 공급받아 구동력을 발생시키거나, 후술할 증발가스 압축기(50)를 거치면서 가압된 초임계 상태의 증발가스를 공급받아 구동력을 발생시킬 수 있다. 반면, 저압 엔진(20b)은, 증발가스 압축기(50)에 의하여 가압된 증발가스를 공급받아 구동력을 발생시키거나, 후술할 제2 BOG/LNG 열교환기(70) 및 히터(80)를 경유하는 LNG를 공급받아 구동력을 얻을 수 있다. 여기서 고압 엔진(20a)이 공급받는 초임계 상태의 LNG 또는 증발가스는, 예를 들어 온도가 30℃ 내지 60℃이고 압력이 200bar 내지 400bar일 수 있다. 물론 고압 엔진(20a)과 저압 엔진(20b)에 공급되는 LNG 또는 증발가스의 상태는, 각 엔진(20a, 20b)이 요구하는 상태에 따라 달라질 수 있다.

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

LNG 저장탱크(10)와 고압 엔진(20a) 사이에는 LNG 공급 라인(21)과 LNG 공급라인(21)으로부터 분지되는 제1 LNG 공급 라인(21a)이 설치될 수 있고, 제1 LNG 공급 라인(21a)에는 후술할 펌프(30), 후술할 제1 BOG/LNG 열교환기(60), 후술할 열교환기(40) 등이 구비되어 LNG가 고압 엔진(20a)에 공급되도록 할 수 있다. 열교환기(40)와 고압 엔진(20a) 사이의 제1 LNG 공급 라인(21a)에는 증발가스 공급 라인(22)이 연결될 수 있다. LNG 공급 라인(21)에는 연료 공급 밸브(부호 도시하지 않음)가 설치되어, 연료 공급 밸브의 개도 조절에 따라 LNG의 공급량이 조절될 수 있다.

또한 LNG 저장탱크(10)와 고압 엔진(20a) 사이에는 증발가스 공급라인(22)이 설치될 수 있고, 증발가스 공급라인(22)에는 후술할 증발가스 압축기(50) 등이 구비되어 증발가스가 고압 엔진(20a)에 공급되도록 할 수 있다.

LNG 저장탱크(10)와 저압 엔진(20b) 사이에는 LNG 공급 라인(21)과 LNG 공급 라인(21)으로부터 분지되는 제2 LNG 공급 라인(21b)이 설치될 수 있고, 제2 LNG 공급 라인(21b)에는 후술할 제2 BOG/LNG 열교환기(70), 후술할 히터(80) 등이 구비되어 LNG가 저압 엔진(20b)에 공급되도록 할 수 있다. 저압 엔진(20b)과 후술할 히터(80) 사이의 제2 LNG 공급 라인(21b)에는 후술할 증발가스 압축기(50)로부터 공급되는 증발가스가 저압 엔진(20b)에 공급될 수 있도록 저압 증발가스 공급 라인(23)이 연결될 수 있다.

또한 LNG 저장탱크(10)와 저압 엔진(20b) 사이에는 증발가스 공급 라인(22)과 증발가스 공급 라인(22)으로부터 분지되는 저압 증발가스 공급 라인(23)이 설치될 수 있고, 증발가스 공급라인(22)에는 후술할 증발가스 압축기(50) 등이 구비되어 증발가스가 저압 엔진(20b)에 공급되도록 할 수 있다.

펌프(30)는, LNG 공급 라인(21)으로부터 분지되는 제1 LNG 공급 라인(21a) 상에 마련되며, LNG 저장탱크(10)로부터 배출된 LNG를 가압한다. 펌프(30)는 부스팅 펌프(31)와 고압 펌프(32)를 포함할 수 있다.

부스팅 펌프(31)는, LNG 저장탱크(10) 내부에 구비되거나, LNG 저장탱크(10) 외부에 구비될 수 있으며, 외부에 구비될 경우 후술할 제1 및 제2 LNG 공급 라인(21a, 21b)의 상류인 LNG 공급 라인(21)에 구비될 수 있다. 이와 같이 부스팅 펌프(31)를 LNG 저장탱크(10) 내부에 구비하거나, 후술할 제1 및 제2 LNG 공급 라인(21a, 21b)의 상류인 LNG 공급 라인(21)에 구비함으로써, 제1 LNG 공급 라인(21a)에 설치되는 고압 펌프(32)에 충분한 양의 LNG가 공급되도록 하여 고압 펌프(32)의 공동현상(cavitation)을 방지할 수 있고, 제2 LNG 공급 라인(21b)에 마련되는 후술할 제2 BOG/LNG 열교환기(70)에 LNG를 원활하게 공급되도록 할 수 있다.

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.

고압 펌프(32)는, LNG 저장탱크(10)로부터 배출된 LNG를 고압으로 가압하여, 고압 엔진(20a)에 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 제1 BOG/LNG 열교환기(60) 및 열교환기(40)에 공급한다.

이때 고압 펌프(32)는 LNG를 고압 엔진(20a)에서 요구하는 압력, 예를 들어 200bar 내지 400bar까지 가압하여 고압 엔진(20a)에 공급함으로써, 고압 엔진(20a)이 LNG를 통해 동력을 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 상태란 LNG의 압력이 임계압력보다 높고, 온도가 임계온도보다 낮은 상태를 의미한다.

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, 고압 엔진(20a)과 펌프(30) 사이의 제1 LNG 공급 라인(21a) 상에 마련되며, 펌프(30)로부터 후술할 제1 BOG/LNG 열교환기(60)를 거쳐 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, 30℃ 내지 60℃의 초임계 상태의 LNG로 변환한 후 고압 엔진(20a)에 공급할 수 있다. 여기서 열교환기(40)는, 고압 펌프(32)의 하류에 마련되는 후술할 제1 BOG/LNG 열교환기(60)에서 증발가스와 열교환된 LNG를 2차로 가열하게 되는데, 이로써 제1 실시예는 고압 엔진(20a)에서 요구하는 LNG의 온도로 가열할 때 열교환기(40)에서의 열에너지 소모를 절감할 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.

증발가스 압축기(50)는, 증발가스 공급라인(22)에 설치되며, LNG 저장탱크(10)에서 발생되어 10bar 내외의 압력으로 배출되는 증발가스를 가압하여, 고압 엔진(20a)이나 저압 엔진(20b) 또는 후술할 제1 및 제2 BOG/LNG 열교환기(60, 70)를 거쳐 후술할 임시 저장탱크(90)로 공급할 수 있다.

증발가스 압축기(50)는, 복수로 구비되어 증발가스를 다단 압축시킬 수 있다. 일례로 증발가스 압축기(50)는 5개가 구비되어 증발가스가 5단 압축되도록 할 수 있는데, 이때 2단 압축된 증발가스는 저압 증발가스 공급 라인(23)을 통해 저압 엔진(20b)에 공급될 수 있고, 3단 압축된 증발가스는 증발가스 회수라인(24)을 통해 후술할 제1 및 제2 BOG/LNG 열교환기(60, 70)와 후술할 임시 저장탱크(90)를 거쳐 LNG 저장탱크(10)로 복귀될 수 있고, 5단 압축된 증발가스는 증발가스 공급라인(22)에 연결되는 제1 LNG 공급라인(21a)을 통해 고압 엔진(20a)에 공급될 수 있다.

증발가스 공급 라인(22)은, 일단이 LNG 저장탱크(10)의 상부에 연결되고 타단이 고압 엔진(20a) 전단의 제1 LNG 공급 라인(21a)에 연결되어, 복수 개의 증발가스 압축기(50)에 의해 가압된 증발가스를 고압 엔진(20a)에 공급하는 통로를 제공할 수 있으며, 복수 개의 증발가스 압축기(50) 사이에서 분지되는 저압 증발가스 공급 라인(23)을 통해 증발가스를 저압 엔진(20b)에 공급하는 통로를 제공할 수 있으며, 또한 복수 개의 증발가스 압축기(50) 사이에서 분지되는 증발가스 회수 라인(24)을 통해 증발가스를 제1 및 제2 BOG/LNG 열교환기(60. 70)에서 LNG와 열교환 시키고 임시 저장탱크(90)에서 재액화 시키고, LNG 저장탱크(10)에 저장시키는 통로를 제공할 수 있다.

증발가스 공급 라인(22)과 제1 LNG 공급 라인(21a)의 연결지점 상에는 개도 조절 밸브(도시하지 않음)가 구비될 수 있고, 개도 조절 밸브는 고압 엔진(20a)으로 공급되는 LNG 또는 증발가스의 유량을 제어하여 고압 엔진(20a)에서 요구하는 연료량이 되도록 개도 조절될 수 있다. 즉, 개도 조절 밸브는 증발가스 공급 라인(22)을 통해 공급되는 증발가스의 유량이 많을 경우 제1 LNG 공급 라인(21a)을 통해 고압 엔진(20a)으로 공급되는 LNG의 유량을 줄일 수 있고, 반대로 증발가스의 유량이 적을 경우 LNG의 유량을 늘릴 수 있도록 개도 조절되어, 고압 엔진(20a)에서 요구하는 연료량을 일정하게 공급될 수 있도록 한다.

저압 증발가스 공급 라인(23)은, 일단이 증발가스 공급 라인(22) 상에서 복수 개의 증발가스 압축기(50) 사이에 연결되고, 타단이 저압 엔진(20b)과 후술할 히터(80) 사이의 제2 LNG 공급 라인(21b)에 연결되어, 증발가스 압축기(50)에서 압축된 증발가스를 저압 엔진(20b)으로 공급하는 통로를 제공할 수 있다. 일례로 5개의 증발가스 압축기(50)가 구비될 경우, 증발가스의 흐름을 기준으로 2번째 증발가스 압축기(50)의 하류에 저압 증발가스 공급 라인(23)이 연결될 수 있다. 따라서 2번째 증발가스 압축기(50)에서 압축된 증발가스는, 저압 엔진(20b) 또는 3번째 증발가스 압축기(50)로 각각 분기되어 공급될 수 있다.

저압 증발가스 공급 라인(23)과 증발가스 공급 라인(22)의 연결지점 상에는 증발가스 공급 밸브(도시하지 않음)가 구비될 수 있고, 증발가스 공급 밸브는 저압 엔진(20b)으로 공급되는 증발가스의 유량 또는 3번째 내지 5번째 증발가스 압축기(50)를 통하여 고압 엔진(20a)으로 공급되는 증발가스의 유량을 제어할 수 있으며, 삼방 밸브일 수 있다.

저압 증발가스 공급 라인(23)과 제2 LNG 공급 라인(21b)의 연결지점 상에는 개도 조절 밸브(도시하지 않음)가 구비될 수 있고, 개도 조절 밸브는 저압 엔진(20b)으로 공급되는 LNG 또는 증발가스의 유량을 제어하여 저압 엔진(20b)에서 요구하는 연료량이 되도록 개도 조절될 수 있다. 즉, 개도 조절 밸브는 저압 증발가스 공급 라인(23)을 통해 공급되는 증발가스의 유량이 많을 경우 제2 LNG 공급 라인(21b)을 통해 저압 엔진(20b)으로 공급되는 LNG의 유량을 줄일 수 있고, 반대로 증발가스의 유량이 적을 경우 LNG의 유량을 늘릴 수 있도록 개도 조절되어, 저압 엔진(20b)에서 요구하는 연료량을 일정하게 공급될 수 있도록 한다.

증발가스 회수 라인(24)은, 일단이 증발가스 공급 라인(22) 상에서 복수 개의 증발가스 압축기(50) 사이에 연결되고, 타단이 후술할 임시 저장탱크(90)에 연결되어, 압축된 증발가스를 제1 및 제2 BOG/LNG 열교환기(60, 70)를 거쳐 임시 저장탱크(90)로 공급하는 통로를 제공할 수 있다. 또한 증발가스 회수 라인(24)은, 일단이 증발가스 공급 라인(22) 상에서 복수 개의 증발가스 압축기(50) 사이에 연결되고, 타단이 LNG 저장탱크(10)에 연결되어, 압축된 증발가스를 제1 및 제2 BOG/LNG 열교환기(60, 70)와 임시 저장탱크(90)를 거쳐 LNG 저장탱크(10)로 공급하는 통로를 제공할 수 있다. 일례로 5개의 증발가스 압축기(50)가 구비될 경우, 증발가스의 흐름을 기준으로 3번째 증발가스 압축기(50)의 하류에 증발가스 회수 라인(24)이 연결될 수 있다. 따라서 3번째 증발가스 압축기(50)에서 압축된 증발가스는, 임시 저장탱크(90) 또는 4번째 증발가스 압축기(50)로 각각 분기되어 공급될 수 있다.

증발가스 회수 라인(24)과 증발가스 공급 라인(22)의 연결지점 상에는 증발가스 회수 밸브(도시하지 않음)가 구비될 수 있고, 증발가스 회수 밸브는 임시 저장탱크(90)로 공급되는 증발가스의 유량 또는 4번째 및 5번째 증발가스 압축기(50)를 통하여 고압 엔진(20a)으로 공급되는 증발가스의 유량을 제어할 수 있으며, 삼방 밸브일 수 있다.

복수 개의 증발가스 압축기(50) 사이에는 증발가스 냉각기(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 증발가스 압축기(50)에 의하여 증발가스가 압축되면, 압력 상승에 따라 온도 역시 상승될 수 있기 때문에, 본 실시예는 증발가스 냉각기를 사용하여 증발가스의 온도를 다시 낮춰줄 수 있다. 증발가스 냉각기는 증발가스 압축기(50)와 동일한 수로 설치될 수 있으며, 각 증발가스 냉각기는 각 증발가스 압축기(50)의 하류에 마련될 수 있다.

증발가스 압축기(50)가 증발가스를 가압하는 것은, 증발가스의 액화 효율을 높이기 위함이다. 증발가스는 압력이 상승할 경우 끓는점이 상승하게 되며, 이는 곧 상대적으로 높은 온도에서도 액화될 수 있음을 의미한다. 따라서 본 실시예는 증발가스 압축기(50)로 증발가스의 압력을 높임으로써, 증발가스가 쉽게 액화되도록 할 수 있다. 이때 가장 하류에 위치한 증발가스 압축기(50)에서 토출된 증발가스는 고압 엔진(20a)에서 요구하는 압력 및 온도 예를 들어 200bar 내지 400bar의 압력과 30℃ 내지 60℃의 온도를 가질 수 있고, 저압 증발가스 공급 라인(23)의 상류에 위치한 증발가스 압축기(50)에서 토출된 증발가스는 저압 엔진(20b)에서 요구하는 압력 및 온도 예를 들어, 1bar 내지 50bar의 압력과 30℃ 내지 60℃의 온도를 가질 수 있고, 증발가스 회수 라인(23)의 상류에 위치한 증발가스 압축기(50)에서 토출된 증발가스는 예를 들어, 30bar 내지 60bar(일례로 45bar)의 압력을 가질 수 있다.

제1 BOG/LNG 열교환기(60)는, 펌프(30)와 열교환기(40) 사이의 제1 LNG 공급라인(21a)에 마련되되, 증발가스 공급라인(22)으로부터 분지되는 증발가스 회수 라인(24)이 연결될 수 있다. 여기서 펌프(30)는 고압 펌프(32)일 수 있으며, 제1 BOG/LNG 열교환기(60)는 고압 펌프(32)의 하류에 마련되므로, 고압 펌프(32)의 상류에서는 LNG와 증발가스의 열교환이 일어나지 않는다.

제1 BOG/LNG 열교환기(60)에서는, 제1 LNG 공급라인(21a)에 LNG 저장탱크(10)에서 유출되는 초저온의 LNG가 채워지고, 증발가스 회수 라인(24)에 증발 가스가 채워져, LNG와 증발가스가 상호 열교환이 이루어질 수 있다. 이러한 열교환을 통해, LNG는 증발가스로부터 열을 얻게 되어 가열되며, 가열된 LNG가 제1 BOG/LNG 열교환기(60)의 하류에 설치되는 열교환기(40)에 공급되므로, 고압 엔진(20a)에서 요구하는 LNG의 온도로 가열할 때 열교환기(40)에서의 열에너지 소모를 절감할 수 있다. 반면에, 증발가스는 LNG로 열을 빼앗기게 되어 냉각되며, 냉각된 증발가스가 제1 BOG/LNG 열교환기(60)의 하류에 설치되는 후술할 임시 저장탱크(90)에 공급되므로, 임시 저장탱크(90)에서 증발가스의 재액화가 용이하게 이루어질 수 있다.

제2 BOG/LNG 열교환기(70)는, LNG 저장탱크(10)와 후술할 히터(80) 사이의 제2 LNG 공급라인(21b)에 마련되되, 증발가스 공급라인(22)으로부터 분지되며 제1 BOG/LNG 열교환기(60)로부터 연장되는 증발가스 회수 라인(24)이 연결될 수 있다.

제2 BOG/LNG 열교환기(70)에서는, 제2 LNG 공급라인(21b)에 LNG 저장탱크(10)에서 유출되는 초저온의 LNG가 채워지고, 증발가스 회수 라인(24)에 증발 가스가 채워져, LNG와 증발가스가 상호 열교환이 이루어질 수 있다. 이러한 열교환을 통해, LNG는 증발가스로부터 열을 얻게 되어 가열되며, 가열된 LNG가 제2 BOG/LNG 열교환기(70)의 하류에 설치되는 후술할 히터(80)에 공급되므로, 저압 엔진(20b)에서 요구하는 LNG의 온도로 가열할 때 히터(80)에서의 열에너지 소모를 절감할 수 있다. 반면에, 증발가스는 LNG로 열을 빼앗기게 되어 냉각되며, 냉각된 증발가스가 제2 BOG/LNG 열교환기(70)의 하류에 설치되는 후술할 임시 저장탱크(90)에 공급되므로, 임시 저장탱크(90)에서 증발가스의 재액화가 용이하게 이루어질 수 있다.

상기에서, 증발가스 회수 라인(24)을 기준으로 제2 BOG/LNG 열교환기(70)가 제1 BOG/LNG 열교환기(60)의 하류에 마련되므로, 증발가스 공급 라인(22)에서 증발가스 회수 라인(24)으로 유입되는 증발가스가 제1 및 제2 BOG/LNG 열교환기(60, 70)를 통해 2번의 열교환이 일어나면서 더욱 냉각되어 임시 저장탱크(90)에서 증발가스의 재액화가 더욱 용이하게 이루어질 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 증발가스 회수 라인(24)이 제1 및 제2 BOG/LNG 열교환기(60, 70) 각각에 포함될 수 있으나, 제1 BOG/LNG 열교환기(60) 또는 제2 BOG/LNG 열교환기(70)를 우회하는 증발가스 우회 라인(도시하지 않음)을 증발가스 회수 라인(24)에 더 구비시켜, 증발가스 압축기(50)로부터 유출되는 증발가스가 제1 및 제2 BOG/LNG 열교환기(60, 70) 중에서 적어도 어느 하나 이상에 선택적으로 공급되게 할 수 있다.

히터(80)는, 제2 BOG/LNG 열교환기(70)와 저압 엔진(20b) 사이의 제2 LNG 공급 라인(21b)에 설치될 수 있으며, 제2 BOG/LNG 열교환기(70)를 경유한 LNG를 저압 엔진(20b)에서 요구하는 온도, 예를 들어 30℃ 내지 60℃의 온도가 되도록 가열할 수 있다. 여기서 히터(80)는, 저압 펌프(31)의 하류에 마련되는 제2 BOG/LNG 열교환기(70)에서 증발가스와 열교환된 LNG를 2차로 가열하게 되는데, 이로써 제1 실시예는 저압 엔진(20b)에서 요구하는 LNG의 온도로 가열할 때 히터(80)에서의 열에너지 소모를 절감할 수 있다.

히터(80)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.

임시 저장탱크(90)는, 제2 BOG/LNG 열교환기(70)와 LNG 저장탱크(10) 사이의 증발가스 회수 라인(24)에 설치될 수 있으며, 제2 BOG/LNG 열교환기(70)를 경유한 증발가스를 임시로 저장한다.

임시 저장탱크(90)는, 기액 분리기일 수 있으며, 증발가스 압축기(50)에 의해 가압되고 제2 BOG/LNG 열교환기(70)에서 열교환된 증발가스를 불활성가스(일례로 N2) 등을 통해 충분히 냉각시켜 액화시키고, LNG 저장탱크(10)로 복귀시켜 재활용할 수 있게 한다. 또한 임시 저장탱크(90)는 액화되지 않은 증발가스를 상부에 설치된 벤트 라인(25)을 통해 대기중으로 배출시키거나, 증발가스 회수장치(도시하지 않음)를 별도로 구비시켜 폐기되는 BOG를 저장하여 다른 용도로 재활용할 수도 있다.

이를 통해 본 제1 실시예는, 증발가스 압축기(50)로부터 일부 회수되는 증발가스를 고압 엔진(20a) 또는 저압 엔진(20b)으로 공급되는 LNG와 제1 또는 제2 BOG/LNG 열교환기(60, 70)에서 열교환시킴으로써, 열교환기(40) 또는 히터(80)의 열에너지를 절감할 수 있고, 임시 저장탱크(90)에서 증발가스의 재액화를 용이하게 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템의 개념도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LNG 연료 공급 시스템(3)은, LNG 저장탱크(10), 고압 엔진(20a), 저압 엔진(20b), 펌프(30), 열교환기(40), 증발가스 압축기(50), 제1 BOG/LNG 열교환기(60), 제2 BOG/LNG 열교환기(70), 히터(80), 임시 저장탱크(90), 혼합기(100), LNG 공급 라인(21), 제1 및 제2 LNG 공급 라인(21a, 21b), 증발가스 공급 라인(22), 저압 증발가스 공급 라인(23), 증발가스 회수 라인(24), 벤트 라인(25)을 포함하며, 혼합기(100)를 제외한 나머지 구성은 제1 실시예에서 설명한 바와 동일하므로, 각 구성에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.

본 실시예에서의 혼합기(100)는, 고압 엔진(20a)과 열교환기(40) 사이의 제1 LNG 공급 라인(21a)에 설치되되, 증발가스 압축기(50)로부터 연장되는 증발가스 공급 라인(22)에 연결될 수 있다.

혼합기(100)는, 증발가스 압축기(50)에서 증발가스 공급 라인(22)을 통해 공급되는 증발가스와 열교환기(40)에서 제1 LNG 공급 라인(21a)을 통해 공급되는 LNG를 혼합시켜, 고압 엔진(20a)에 연료를 공급할 수 있게 한다.

또한 혼합기(100)는, 증발가스 압축기(50)에서 증발가스 공급 라인(22)을 통해 공급되는 증발가스가 공급되지 않을 때, 열교환기(40)를 경유한 LNG를 제1 LNG 공급 라인(21a)을 통해 고압 엔진(20a)으로 공급되도록 할 수 있다.

이러한 혼합기(100)는, LNG와 증발가스를 혼합하는 기능뿐만 아니라, 고압 엔진(20a)으로 공급되는 LNG 또는 증발가스의 유량을 제어하여 고압 엔진(20a)에서 요구하는 연료량이 되도록 개도 조절될 수 있다. 즉, 혼합기(100)는 증발가스 공급 라인(22)을 통해 공급되는 증발가스의 유량이 많을 경우 고압 엔진(20a)으로 공급되는 LNG의 유량을 줄일 수 있고, 반대로 증발가스의 유량이 적을 경우 LNG의 유량을 늘릴 수 있도록 하여, 고압 엔진(20a)에서 요구하는 연료량을 일정하게 공급될 수 있도록 한다.

이를 통해 본 제2 실시예는, 혼합기(100)에서 LNG와 증발가스를 적절하게 혼합하여 고압 엔진(20a)의 연료로 사용할 수 있고, 고압 엔진(20a)에서 요구하는 연료량을 일정하게 공급할 수 있도록 함으로써, 에너지 효율성을 향상시킬 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, LNG 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기(50)를 통해 다단 압축하되, 중간 압축 단계에서 일부 회수되는 증발가스가 고압 엔진(20a) 또는 저압 엔진(20b)으로 공급되는 LNG와 제1 또는 제2 BOG/LNG 열교환기(60, 70)에서 열교환하고, 제1 또는 제2 열교환기(60, 70)에서 열교환 후의 증발가스를 임시 저장탱크(90)에서 재액화함으로써, 에너지 효율성을 향상시킬 수 있고, 증발가스를 재활용도를 향상시킬 수 있다.

또한 본 실시예는, LNG 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 복수 개의 증발가스 압축기(50)를 통해 다단 압축하여 고압 엔진(20a)에 공급하거나, 중간 압축 단계에서 저압 엔진(20b)에서 공급할 수 있게 함으로써, 증발가스를 활용하여 연료를 절감할 수 있어, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

1: 종래의 LNG 연료 공급 시스템
2, 3: 본 발명의 LNG 연료 공급 시스템
10: LNG 저장탱크 11: 증발가스 배출 라인
20: 엔진 20a: 고압 엔진
20b: 저압 엔진 21: LNG 공급 라인
21a: 제1 LNG 공급 라인 21b: 제2 LNG 공급 라인
22: 증발가스 공급 라인 23: 저압 증발가스 공급 라인
24: 증발가스 회수 라인 25: 벤트 라인
30: 펌프 31: 부스팅 펌프
32: 고압 펌프 40: 열교환기
50: 증발가스 압축기 60: 제1 BOG/LNG 열교환기
70: 제2 BOG/LNG 열교환기 80: 히터
90: 임시 저장탱크 100: 혼합기

Claims

LNG 저장탱크에 연결된 LNG 공급 라인;
상기 LNG 공급 라인으로부터 분지되어 제1 엔진까지 연결된 제1 LNG 공급 라인;
상기 제1 LNG 공급 라인에 설치되며, 상기 LNG 저장탱크로부터 배출된 LNG를 가압하는 펌프;
상기 제1 엔진과 상기 펌프 사이의 상기 제1 LNG 공급 라인에 마련되는 열교환기;
상기 LNG 저장탱크와 상기 제1 엔진 사이의 증발가스 공급 라인에 설치되며, 증발가스를 압축하는 증발가스 압축기;
상기 펌프와 상기 열교환기 사이의 상기 제1 LNG 공급라인에 마련되되, 상기 증발가스 공급라인으로부터 분지되는 증발가스 회수 라인이 연결되는 제1 BOG/LNG 열교환기;
상기 LNG 저장탱크에 연결된 상기 LNG 공급 라인으로부터 분지되며, 제2 엔진까지 연결되는 제2 LNG 공급 라인; 및
상기 제2 LNG 공급 라인에 마련되되, 상기 증발가스 회수 라인이 연결되는 제2 BOG/LNG 열교환기 를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 엔진은,
고압 엔진인 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 증발가스 압축기는,
상기 증발가스 공급 라인에 복수 개로 구비되어 상기 증발가스를 다단 압축시키는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 증발가스 공급 라인은, 일단이 상기 LNG 저장탱크에 연결되고, 타단이 상기 열교환기와 상기 고압 엔진 사이의 상기 제1 LNG 공급 라인에 연결되며,
상기 증발가스 공급 라인과 상기 제1 LNG 공급 라인의 연결지점에는, 상기 고압 엔진으로 공급되는 LNG 또는 증발가스의 유량을 제어하는 개도 조절 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 제2 엔진은, 저압 엔진이며,
상기 제2 BOG/LNG 열교환기와 상기 저압 엔진 사이의 상기 제2 LNG 공급 라인에 설치되는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 제2 BOG/LNG 열교환기는,
상기 증발가스 회수 라인을 기준으로 상기 제1 BOG/LNG 열교환기의 하류에 마련되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 증발가스 회수 라인은,
상기 제2 BOG/LNG 열교환기로부터 연장되어 상기 LNG 저장탱크에 연결되며, 상기 제2 BOG/LNG 열교환기와 상기 LNG 저장탱크 사이의 상기 증발가스 회수 라인에 임시 저장탱크가 설치되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 임시 저장탱크는,
기액 분리기인 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 증발가스 공급 라인과 상기 증발가스 회수 라인의 연결지점에는,
상기 임시 저장탱크로 공급되는 상기 증발가스의 유량 또는 상기 고압 엔진으로 공급되는 상기 증발가스의 유량을 제어하는 증발가스 회수 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 5 항에 있어서,
일단이 상기 증발가스 공급 라인 상에서 상기 복수 개의 증발가스 압축기 사이에 연결되고, 타단이 상기 저압 엔진과 상기 히터 사이의 상기 제2 LNG 공급 라인에 연결되어, 상기 증발가스 압축기로부터 유출되는 상기 증발가스를 상기 저압 엔진으로 공급하는 저압 증발가스 공급 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 증발가스 공급 라인과 상기 저압 증발가스 공급 라인의 연결지점에는,
상기 저압 엔진으로 공급되는 상기 증발가스의 유량 또는 상기 고압 엔진으로 공급되는 상기 증발가스의 유량을 제어하는 증발가스 공급 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 복수 개의 증발가스 압축기 중에서, 상기 저압 증발가스 공급 라인의 상류에 위치한 증발가스 압축기에서 토출되는 증발가스는, 상기 저압 엔진에서 요구하는 압력 및 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 복수 개의 증발가스 압축기 중에서, 가장 하류에 위치한 증발가스 압축기에서 토출되는 증발가스는, 상기 고압 엔진에서 요구하는 압력 및 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 고압 엔진에서 요구하는 압력은 200bar 내지 400bar인 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 엔진과 상기 열교환기 사이의 상기 제1 LNG 공급 라인에 설치되되, 상기 증발가스 압축기로부터 연장되는 상기 증발가스 공급 라인에 연결되는 혼합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 15 항에 있어서, 상기 혼합기는,
상기 증발가스 압축기에서 상기 증발가스 공급 라인을 통해 공급되는 상기 증발가스와 상기 열교환기에서 상기 제1 LNG 공급 라인을 통해 공급되는 LNG를 혼합시켜 상기 제1 엔진에 공급하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 16 항에 있어서, 상기 혼합기는,
상기 제1 엔진으로 공급되는 상기 LNG 또는 상기 증발가스의 유량을 제어하여 상기 제1 엔진에서 요구하는 연료량을 일정하게 공급하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 BOG/LNG 열교환기 또는 상기 제2 BOG/LNG 열교환기를 우회하는 증발가스 우회 라인이 상기 증발가스 회수 라인에 더 구비되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 공급 시스템.