KR101559316B1

KR101559316B1 - 연료가스 공급 시스템

Info

Publication number: KR101559316B1
Application number: KR1020150050189A
Authority: KR
Inventors: 김한열; 이선해; 박성출
Original assignee: 김한열; 정우이앤이 주식회사
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2015-10-20

Abstract

연료가스 공급 시스템의 LNG 탱크 기화연료 재액화장치에 관한 것으로,
LNG 탱크; LNG 탱크로부터 인출한 LNG를 고압으로 압축하는 고압펌프; 고압펌프 후단의 연료가스 공급라인에 설치되어 LNG를 기화하여 주엔진에 연료가스를 공급하는 기화기; 상기 고압펌프와 기화기 사이에 마련되는 바이패스라인; 상기 바이패스라인에 마련되는 팽창밸브; LNG 탱크의 내부 상부에 설치되고, 상기 팽창밸브가 접속되는 열교환기;를 포함하는 기술 구성을 통해
적은 수의 부품으로 간편하게 LNG 탱크 내부의 기화연료를 재액화시킬 수 있게 되어 효율 향상과 비용 절감을 도모할 수 있게 되는 것이다.

Description

연료가스 공급 시스템 { FUEL GAS SUPPLYING SYSTEM }

본 발명은 연료가스 공급 시스템에 관한 것으로, 더 자세하게는 고압펌프를 통해 기화기로 이송되는 고압의 액체 상태의 LNG의 일부를 사용하여 LNG 탱크에서 기화된 LNG를 다시 액화시키는 것에 관한 것이다.

일반적으로 벌크 화물선, 컨테이너선, 여객선 등의 각종 선박에서는 추진 연료로서 벙커C유 등의 중유(HFO) 또는 MGO(Marine Gas Oil) 등을 사용하는 디젤 엔진시스템을 널리 채용하고 있다.

그런데, 상기 디젤 엔진의 연료 공급 시스템에서 연료로서 사용하고 있는 중유 등을 연소시킬 때에는, 배기 중의 온실가스와 각종 유해물질로 인한 환경오염이 초래되는 문제가 있으며, 환경오염 방지라는 범세계적 요구가 커지고 있으므로, 중유를 연료유로 사용하는 추진장치에 대한 규제도 강화되고 있다.

또한 화석연료 고갈이나 국제 정세불안 등의 요인으로 유가가 상승하는 경우, 중유를 연료로 사용하는 선박은 연료비가 급등하는 등 선박 운영상의 문제도 발생한다.

이에 선박의 추진을 위하여 전기를 사용하거나 LNG나 CNG 등의 청정연료를 사용하는 등 다른 연료의 사용이 고려되고 있는 실정이며, 가스와 오일을 선택적으로 사용하는 방식도 연구되고 있다.

하기의 특허문헌 1에는 LNG를 사용하는 연료가스 공급 시스템(Fuel Gas Supplying System)이 개시되어 있고, 특허문헌 2에는 LNG를 사용하는 선박의 연료가스 공급 시스템(System For Supplying Fuel Gas in Ships)이 개시되어 있다.

특허문헌 1 및 특허문헌 2과 같이 LNG를 연료로 하는 연료가스 공급 시스템은 LNG 탱크; LNG 탱크로부터 인출한 LNG를 고압으로 압축하는 고압펌프; 고압펌프 후단의 연료가스 공급라인에 설치되어 LNG를 기화하는 기화기;를 포함한다.

상기 연료가스 공급 시스템이 장착된 선박의 추진은 LNG 탱크에 저장된 LNG를 빼내어서 고압펌프에서 고압으로 압축한 후, 기화기에서 기화시켜 고압가스 분사엔진에서 연소시킴으로써 이루어진다.

한편, 특허문헌 1의 연료가스 공급 시스템에는 압축기, 팽창기, 냉매와 증발가스 사이에 열교환이 이루어지는 액화용 열교환기를 포함하는 재액화장치가 개시되어 있다.

그리고 특허문헌 2의 선박의 연료가스 공급 시스템에는 LNG 탱크로부터 LNG를 빼내어서 고압가스 분사엔진으로 공급하는 연료가스 공급라인에 LNG를 LNG 연료탱크로부터 빼내어지는 증발가스와 열교환시키는 열교환기를 설치함으로써 증발가스를 액화시키는 기술이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는 액화된 탄화수소가스로부터 증발된 증발가스를 가압한 후, 가압하기 전의 증발가스와 열교환하여 탄화수소가스를 액화시키는 탄화수소가스의 액화 시스템 및 방법이 개시되어 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0049199호 (2012년 05월 16일 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0030149호 (2011년 03월 23일 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0006814호 (2015년 01월 19일 공개)

그런데 특허문헌 1 내지 특허문헌 3을 포함한 종래 기술에 따른 증발가스 재액화장치는 LNG 탱크 내부의 증발가스를 인출하여 LNG 탱크의 외부에서 증발가스를 압축한 후 열교환기를 통해 응축시키는 방식으로 재액화하고, 재액화된 LNG를 다시 LNG 탱크로 이송하는 방식이어서 제작이 번거롭고 비용이 많이 들게 된다.

또한, 종래 기술에 따른 증발가스 재액화장치는 기액분리기, 압축기, 열교환기 등의 고가의 부품 및 제어수단이 필요하게 되어 장치가 복잡하게 되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적이 LNG 탱크의 내부에서 기화된 기화연료를 LNG 탱크 내부에서 재액화시키는 데에 있어 LNG 탱크의 액화가스를 고압으로 압축시켜 이를 팽창밸브를 통해 단열팽창시킨 후 이를 LNG 탱크 내부에서 기화연료와 열교환시키는 방식을 사용하여 액체를 압축시킴으로써 압축동력이 적게 소모되고, LNG 탱크 내부에서 열교환시킴으로써 별도의 응축 열교환기가 필요 없고 재액화라인이 짧게 순환되도록 하여 재액화효율을 높일 수 있도록 하는 연료가스 공급 시스템을 제공하는 데에 있는 것이다.

본 발명은 그 다른 목적이 별도의 재액화부품인 응축기를 사용하지 않고 고압펌프에서 기화기로 공급되는 고압의 LNG를 이용하여 간편하게 LNG 탱크 내부의 기화연료를 재액화시킬 수 있도록 하는 연료가스 공급 시스템을 제공하는 데에 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 연료가스 공급 시스템은 LNG 탱크; LNG 탱크로부터 인출한 LNG를 고압으로 압축하는 고압펌프; 고압펌프 후단의 연료가스 공급라인에 설치되어 LNG를 기화하여 주엔진에 연료가스를 공급하는 기화기; 상기 고압펌프와 기화기 사이에 마련되는 바이패스라인; 상기 바이패스라인에 마련되는 팽창밸브; LNG 탱크의 내부 상부에 설치되고, 상기 팽창밸브가 접속되는 열교환기;를 포함하고, 상기 팽창밸브에서 단열팽창되고 상기 열교환기에서 LNG 탱크의 기화연료와 열교환되어 기화된 기화연료와, LNG 탱크에서 기화된 기화연료는 피딩펌프에서 저압엔진으로 공급되는 연료공급라인과 합류되고 보조기화기를 통해 저압엔진으로 공급되는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따른 연료가스 공급 시스템은 LNG 탱크; LNG 탱크의 LNG를 기화기로 공급하는 피딩펌프; LNG를 기화하여 저압엔진에 연료가스를 공급하는 기화기; 상기 피딩펌프와 기화기 사이의 연료가스 공급경로에 마련되는 바이패스라인; 상기 바이패스라인에 설치되는 고압펌프; 상기 고압펌프의 토출측에 접속되는 팽창밸브; LNG 탱크의 내부 상부에 설치되고, 상기 팽창밸브가 접속되는 열교환기;를 포함하고, 상기 팽창밸브에서 단열팽창되고 상기 열교환기에서 LNG 탱크의 기화연료와 열교환되어 기화된 기화연료와, LNG 탱크에서 기화된 기화연료는 피딩펌프에서 저압엔진으로 공급되는 연료공급라인과 합류되고 보조기화기를 통해 저압엔진으로 공급되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 연료가스 공급 시스템에 의하면, LNG 탱크의 내부에서 간편하게 기화연료를 재액화시킬 수 있게 되므로 재액화를 위해 기화연료를 외부로 인출할 필요가 없게 되고, 재액화 효율을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 연료가스 공급 시스템에 의하면, 고압펌프로부터 기화기로 공급되는 액체 상태의 고압 LNG를 단열 팽창시켜 기화연료와 열교환시킴으로써 적은 수의 부품으로 콤팩트하게 재액화장치를 구성할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 연료가스 공급 시스템에 의하면, 기화연료 재액화에 사용된 LNG를 보조엔진의 연료로 사용할 수 있게 되므로 연료가스 공급 시스템의 상품성 및 기능성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료가스 공급 시스템의 LNG 탱크 기화연료 재액화장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료가스 공급 시스템의 LNG 탱크 기화연료 재액화장치의 구성도.

이하 본 발명에 따른 연료가스 공급 시스템을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 정의한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료가스 공급 시스템의 LNG 탱크 기화연료 재액화장치의 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료가스 공급 시스템의 LNG 탱크 기화연료 재액화장치(100)는

연료가스인 LNG가 저장되는 LNG 탱크(110);

LNG 탱크(110)로부터 인출한 LNG를 고압으로 압축하는 고압펌프(120);

고압펌프(120) 후단의 연료가스 공급라인에 설치되어 LNG를 기화하여 주엔진(210)에 연료가스를 공급하는 기화기(130);를 포함하는 연료가스 공급 시스템에 적용되는 것으로,

상기 고압펌프(120)와 기화기(130) 사이에 마련되는 바이패스라인(L1);

상기 바이패스라인(L1)에 마련되는 팽창밸브(140);

LNG 탱크(110)의 내부 상부에 설치되고, 상기 팽창밸브(140)가 접속되는 열교환기(150);를 포함한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료가스 공급 시스템의 LNG 탱크 기화연료 재액화장치(100)는

LNG 탱크(110)의 내부에 설치되어 고압펌프(120)로 LNG를 공급하는 피딩펌프(160);

피딩펌프(160) 및 상기 열교환기(150)와 접속되어 보조엔진(220)에 공급되는 연료가스를 기화하는 보조기화기(170);를 포함한다.

상기 보조엔진(220)에는 선박에 필요한 전기에너지를 생산하는 발전기(180)가 접속된다.

상기 보조엔진(220)은 보일러 등의 가스연소기일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료가스 공급 시스템의 LNG 탱크 기화연료 재액화장치(100)는 LNG 탱크(100)에는 액체 상태의 LNG가 충전되고, 이는 피딩펌프(160)를 통해 고압펌프(120)로 이송된다.

상기 고압펌프(120)는 액체 상태의 LNG를 기화기(130)로 공급하고, 기화기(130)는 액체 상태의 LNG를 기화하여 주엔진(210)에 공급하게 된다.

한편, 상기 고압펌프(120)에서 기화기(130)로 이송되는 액체 상태의 LNG의 일부는 바이패스라인(L1)을 통해 팽창밸브(140)로 공급된다.

참고적으로 상기 기화기(130)로 이송되거나 팽창밸브(140)로 공급되는 액체 상태의 LNG의 온도, 압력은 예를 들면 -115℃, 320bar 내외이다.

상기 팽창밸브(140)는 상기 액체 상태의 LNG를 단열팽창시켜 LNG 탱크(110)의 내부 상부에 설치된 열교환기(150)로 공급하게 되며, 열교환기(150)는 LNG 탱크(110)의 내부 하부로부터 기화되어 LNG 탱크(110)의 내부 상부로 올라온 기화연료를 액화하게 된다.

그리고 상기 열교환기(150)에 의해 다시 액화된 LNG는 중력에 의해 LNG 탱크(110)의 내부 하부로 낙하하게 된다.

상기 팽창밸브(140)에서 단열팽창된 액체상태의 LNG는 기체상태의 NG로 변환되며, 이때 기체상태의 NG의 온도, 압력은 -220 ~ -200℃, 6-10bar 정도이다.

한편, 열교환기(150)의 토출측으로 토출되는 기체상태의 LNG는 LNG 탱크(110) 내부 상부에서 재액화되지 않은 기화연료와 함께 보조기화기(170)를 거쳐 보조엔진(220)으로 공급된다.

상기 보조엔진(220)에는 도시된 실시 예와 같이 발전기(180)가 접속될 수 있다.

이처럼 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료가스 공급 시스템의 LNG 탱크 기화연료 재액화장치(100)는 바이패스라인(L1)과 팽창밸브(140)의 적은 구성요소만을 사용하여 LNG 탱크(110) 내부에서 기화된 LNG를 다시 액화시킬 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료가스 공급 시스템의 재액화장치는 LNG 탱크(110)의 액체연료를 압축시키므로, 기화연료를 압축시키는 종래기술에 비하여 압축동력이 적게 소모되고, 압축된 액체연료의 온도가 -115℃ 내외이므로 별도의 응축기가 필요없으며, 320bar의 고압의 액체연료를 LNG 탱크로 보내 단열팽창시켜 기화연료와 열교환시킴으로 인하여 효율이 높고, 열교환에 의해 액상으로 변화된 기화연료는 중력에 의해 하부의 LNG 탱크(110)로 낙하된다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료가스 공급 시스템의 LNG 탱크 기화연료 재액화장치의 구성도이다.

도 2에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료가스 공급 시스템의 LNG 탱크 기화연료 재액화장치(100)는 고압분사 엔진(MEGI 엔진)에 비해 상대적으로 낮은 압력의 천연가스를 연료로서 사용할 수 있는 저압엔진(GCU, DFGenerator(DFDG), 가스 터빈)을 사용하는 연료가스 공급 시스템에 적용되는 것이다.

저압엔진(230)을 사용하는 연료가스 공급 시스템에서는 LNG 탱크(110)로부터 인출한 LNG를 고압으로 압축할 필요가 없다.

상기 저압엔진(230)을 사용하는 연료가스 공급 시스템은 LNG 탱크(110)로부터 공급되는 액체상태의 LNG가 기화기(130)를 거쳐 기화된 후 저압엔진(230)에 공급된다.

상기 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료가스 공급 시스템의 LNG 탱크 기화연료 재액화장치(100)는 피딩펌프(160)와 기화기(130)의 사이의 연료공급라인에 마련되는 바이패스라인(L2);

상기 바이패스라인(L2)에 설치되는 고압펌프(120);

상기 고압펌프(120)의 토출측에 마련되는 팽창밸브(140);

본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료가스 공급 시스템의 LNG 탱크 기화연료 재액화장치(100)는 피딩펌프(160)로부터 기화기(130) 쪽으로 공급되는 액체 상태의 LNG가 고압펌프(120)로 공급되고, 고압펌프(120)에서 고압으로 압축된다.

상기 고압펌프(120)에 토출되는 액체 상태의 LNG는 팽창밸브(140)로 공급되고, 상기 팽창밸브(140)는 전술한 실시 예와 마찬가지로 상기 액체 상태의 LNG를 단열팽창시켜 LNG 탱크(110)의 내부 상부에 설치된 열교환기(150)로 공급하게 되며, 열교환기(150)는 LNG 탱크(110)의 내부 하부로부터 기화되어 LNG 탱크(110)의 내부 상부로 올라온 기화연료를 액화하게 된다.

상기 열교환기(150)에 의해 다시 액화된 LNG는 중력에 의해 LNG 탱크(110)의 내부 하부로 낙하하게 된다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료가스 공급 시스템의 LNG 탱크 기화연료 재액화장치(100)에서도 열교환기(150)의 토출측으로 토출되는 기체상태의 LNG는 LNG 탱크(110) 내부 상부에서 재액화되지 않은 기화연료와 함께 보조기화기(170)를 거쳐 저압엔진(230)으로 공급된다.

이처럼 저압엔진(230)을 사용하는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료가스 공급 시스템의 LNG 탱크 기화연료 재액화장치(100)는 피딩펌프(160)와 기화기(130) 사이를 통과하는 저압의 액체상태의 LNG의 일부를 바이패스시켜 고압펌프(120)로 압축한 후 그를 이용하여 LNG 탱크(110)의 내부 상부의 기화연료를 재액화시킨다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서 본 발명에 게시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 기화연료 재액화장치
110 : LNG 탱크
120 : 고압펌프
130 : 기화기
140 : 팽창밸브
150 : 열교환기
160 : 피딩펌프
170 : 보조 기화기
L1, L2 : 바이패스라인

Claims

LNG 탱크(110);
LNG 탱크(110)로부터 인출한 LNG를 고압으로 압축하는 고압펌프(120);
고압펌프(120) 후단의 연료가스 공급라인에 설치되어 LNG를 기화하여 주엔진(210)에 연료가스를 공급하는 기화기(130);
상기 고압펌프(120)와 기화기(130) 사이에 마련되는 바이패스라인(L1);
상기 바이패스라인(L1)에 마련되는 팽창밸브(140);
LNG 탱크(110)의 내부 상부에 설치되고, 상기 팽창밸브(140)가 접속되는 열교환기(150);를 포함하고,
상기 팽창밸브(140)에서 단열팽창되고 상기 열교환기(150)에서 LNG 탱크(110)의 기화연료와 열교환되어 기화된 기화연료와, LNG 탱크(110)에서 기화된 기화연료는 피딩펌프(160)에서 저압엔진(220)으로 공급되는 연료공급라인과 합류되고 보조기화기(170)를 통해 저압엔진(220)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 연료가스 공급 시스템.
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LNG 탱크(110);
LNG 탱크(110)의 LNG를 기화기(130)로 공급하는 피딩펌프(160);
LNG를 기화하여 저압엔진(230)에 연료가스를 공급하는 기화기(130);
상기 피딩펌프(160)와 기화기(130) 사이의 연료가스 공급경로에 마련되는 바이패스라인(L2);
상기 바이패스라인(L2)에 설치되는 고압펌프(120);
상기 고압펌프(120)의 토출측에 접속되는 팽창밸브(140);
LNG 탱크(110)의 내부 상부에 설치되고, 상기 팽창밸브(140)가 접속되는 열교환기(150);를 포함하고,
상기 팽창밸브(140)에서 단열팽창되고 상기 열교환기(150)에서 LNG 탱크(110)의 기화연료와 열교환되어 기화된 기화연료와, LNG 탱크(110)에서 기화된 기화연료는 피딩펌프(160)에서 저압엔진(220)으로 공급되는 연료공급라인과 합류되고 보조기화기(170)를 통해 저압엔진(220)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 연료가스 공급 시스템.