KR101589243B1 - 연료 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료 공급 장치에 관한 것으로, 연료 공급 장치는, 에탄을 저장하는 에탄 카고 탱크; 전력을 생산하는 전력 생산 장치; 상기 에탄 카고 탱크와 상기 전력 생산 장치 간을 연결하는 연료 공급 라인; 및 상기 연료 공급 라인에 설치되고, 상기 에탄 카고 탱크로부터의 에탄을 포함하는 증발 가스를 메탄을 포함하는 연료로 개질하여 상기 전력 생산 장치 측으로 공급하는 에탄 개질기를 포함한다.

Description

연료 공급 장치{APPARATUS FOR FUEL PROVISION}

본 발명은 연료를 공급하는 장치에 관한 것이다.

에탄 캐리어(Ethane Carrier)의 경우, 에탄의 BOG(Boil Off Gas)를 활용한 발전 시스템에 대해서는 아직 실현된 바가 없다. 일반적으로 LNG 캐리어에서 발생하는 BOG를 DF(Dual Fuel) 엔진에서 연료로 활용하여 전력을 생산하고 선박의 모터를 추진하는 시스템이 알려져 있으나, 이 경우는 BOG의 주요 성분이 메탄(Methane)이라는 조건이 따른다. LNG 운반선에서 적용되는 DF 엔진 시스템에 에탄의 BOG를 연료로 사용할 경우, DF 엔진 시스템에 문제가 유발될 수 있다. 에탄은 그 연소 특성이 메탄과 달라서, 엔진 내에서 연소가 일어나지 않거나 더 높은 압력으로 분사해줄 필요가 있다. 이런 문제점들은 DF 엔진에서 에탄의 BOG를 연료로 활용하기 어렵게 한다. 에탄은 여러 가지 연료로서의 특성이 메탄과 달라 DF 엔진에 바로 활용하기 부적절하기 때문이다. 즉, 에탄(C2H6)을 액화하여 운반할 경우, 기존의 메탄용 엔진 또는 DF 엔진에 에탄이 주성분인 연료를 공급하는 것은 운전 조건을 부적절하게 하는 원인이 될 수 있으며, 심각하면 전력 생산이 불가능하게 된다.

본 발명은 에탄을 DF 엔진과 같은 전력 생산 장치에 적합한 연료 조성으로 개질한 후 공급하여, 에탄 캐리어에 대한 BOG를 활용하여 전력을 생산하는 연료 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 에탄을 낮은 비용으로 전력 생산 장치에 적합한 연료 조성으로 개질할 수 있는 연료 공급 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 연료 공급 장치는, 에탄을 저장하는 에탄 카고 탱크; 전력을 생산하는 전력 생산 장치; 상기 에탄 카고 탱크와 상기 전력 생산 장치 간을 연결하는 연료 공급 라인; 및 상기 연료 공급 라인에 설치되고, 상기 에탄 카고 탱크로부터의 에탄을 포함하는 증발 가스를 메탄을 포함하는 연료로 개질하여 상기 전력 생산 장치 측으로 공급하는 에탄 개질기를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 연료 공급 장치는, 상기 연료 공급 라인에서 상기 증발 가스가 흐르는 방향을 기준으로 상기 에탄 개질기의 전방에 설치되고, 상기 증발 가스를 가열하여 상기 에탄 개질기로 공급하는 히터; 및 상기 히터와 상기 전력 생산 장치의 사이에 연결되고, 상기 전력 생산 장치의 배기 가스를 상기 히터로 공급하는 배기가스 공급 라인을 더 포함하며, 상기 히터는 상기 배기가스 공급 라인을 통해 공급된 상기 전력 생산 장치의 배기 가스를 이용하여 상기 증발 가스를 가열한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 연료 공급 장치는, 상기 연료 공급 라인에서 상기 에탄 개질기와 상기 전력 생산 장치의 사이에 연결되고, 상기 에탄 개질기로부터의 메탄을 포함하는 연료를 냉각하는 냉각기; 및 상기 히터에 의해 가열된 후 상기 에탄 개질기에 의해 개질되기 전의 증발 가스와, 상기 에탄 개질기에 의해 개질된 후 상기 냉각기에 의해 냉각되기 전의 연료와, 상기 냉각기에 의해 냉각된 후의 연료를 혼합하여 상기 전력 생산 장치로 공급하는 혼합기를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 연료 공급 장치는, 상기 연료 공급 라인에서 상기 증발 가스가 흐르는 방향을 기준으로 상기 히터의 전방에 설치되고, 상기 에탄 카고 탱크로부터의 상기 증발 가스를 예열하여 상기 히터로 공급하는 예열기; 및 상기 예열기와 상기 에탄 개질기의 사이에 연결되고, 상기 에탄 개질기에 의해 개질된 연료의 일부를 상기 예열기로 공급하는 개질연료 공급 라인을 더 포함하며, 상기 예열기는 상기 개질연료 공급 라인을 통해 공급된 상기 에탄 개질기로부터의 개질된 연료를 이용하여 상기 증발 가스를 예열한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 연료 공급 장치는, 상기 에탄 개질기로부터 상기 개질연료 공급 라인을 통해 공급되어 상기 예열기에서 상기 증발 가스를 예열시킨 후 상기 예열기로부터 배출된 연료와, 상기 에탄 개질기에 의해 개질된 후 상기 개질연료 공급 라인을 통해 상기 예열기로 공급되지 않은 나머지 연료를 혼합하여 상기 전력 생산 장치로 공급하는 혼합기를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 연료 공급 장치는, 상기 에탄 개질기와 상기 전력 생산 장치의 사이에 연결되고, 상기 전력 생산 장치의 배기 가스를 상기 에탄 개질기로 공급하는 배기가스 공급 라인을 더 포함하며, 상기 에탄 개질기는 상기 배기가스 공급 라인을 통해 공급된 상기 전력 생산 장치의 배기 가스를 이용하여 상기 증발 가스를 가열한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 연료 공급 장치는, 에탄을 저장하는 에탄 카고 탱크; 전력을 생산하는 제1 전력 생산 장치; 전력을 생산하는 제2 전력 생산 장치; 상기 에탄 카고 탱크와 상기 제1 전력 생산 장치 간을 연결하는 제1 연료 공급 라인; 상기 에탄 카고 탱크와 상기 제2 전력 생산 장치 간을 연결하는 제2 연료 공급 라인; 상기 제1 연료 공급 라인에 설치되고, 상기 에탄 카고 탱크로부터의 에탄을 포함하는 증발 가스를 수소를 포함하는 연료로 개질하는 제1 에탄 개질기; 및 상기 제2 연료 공급 라인에 설치되고, 상기 에탄 카고 탱크로부터의 에탄을 포함하는 증발 가스를 메탄을 포함하는 연료로 개질하는 제2 에탄 개질기를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 연료 공급 장치는, 상기 증발 가스가 흐르는 방향을 기준으로 상기 제1 에탄 개질기와 상기 제2 에탄 개질기의 전방에 설치되고, 상기 에탄 카고 탱크로부터의 증발 가스를 가열하여 상기 제1 에탄 개질기 및 상기 제2 에탄 개질기로 공급하는 히터; 상기 제1 에탄 개질기와 상기 제1 전력 생산 장치의 사이에 연결되고, 상기 제1 전력 생산 장치의 배기 가스를 상기 제1 에탄 개질기로 공급하는 제1 배기가스 공급 라인; 상기 제2 에탄 개질기와 상기 제2 전력 생산 장치의 사이에 연결되고, 상기 제2 전력 생산 장치의 배기 가스를 상기 제2 에탄 개질기로 공급하는 제2 배기가스 공급 라인; 및 상기 제1 에탄 개질기와 상기 제2 에탄 개질기의 사이에 연결되며, 상기 제1 전력 생산 장치로부터 공급되어 상기 제1 에탄 개질기에서 상기 증발 가스를 가열시킨 후 상기 제1 에탄 개질기로부터 배출된 배기 가스를 상기 제2 에탄 개질기로 공급하는 제3 배기가스 공급 라인을 더 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 제1 에탄 개질기는 상기 제1 배기가스 공급 라인을 통해 상기 제1 전력 생산 장치로부터 공급된 배기가스를 이용하여 상기 증발 가스를 제1 온도로 가열하고, 상기 제2 에탄 개질기는 상기 제2 배기가스 공급 라인을 통해 상기 제2 전력 생산 장치로부터 공급된 배기가스 및 상기 제3 배기가스 공급 라인을 통해 상기 제1 에탄 개질기로부터 공급된 배기가스를 이용하여 상기 증발 가스를 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 가열한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 연료 공급 장치는, 상기 제1 연료 공급 라인에서 상기 제1 에탄 개질기와 상기 제1 전력 생산 장치의 사이에 설치되고, 상기 제1 에탄 개질기에 의해 개질된 연료의 온도를 조절하는 제1 온조기; 상기 제1 연료 공급 라인에서 상기 제1 에탄 개질기에 의해 개질된 후 상기 제1 온조기에 의해 온도 조절되기 전의 연료와, 상기 제1 온조기에 의해 온도 조절된 연료를 혼합하여 상기 제1 전력 생산 장치로 공급하는 제1 혼합기; 상기 제2 연료 공급 라인에서 상기 제2 에탄 개질기와 상기 제2 전력 생산 장치의 사이에 설치되고, 상기 제2 에탄 개질기에 의해 개질된 연료의 온도를 조절하는 제2 온조기; 및 상기 히터에 의해 가열된 증발 가스와, 상기 제2 온조기에 의해 온도 조절된 연료를 혼합하여 상기 제2 전력 생산 장치로 공급하는 제2 혼합기를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 연료 공급 장치는, 에탄을 저장하는 에탄 카고 탱크; 상기 에탄 카고 탱크와 연결되고, 상기 에탄을 포함하는 증발 가스를 공급하는 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인에 설치되고, 상기 증발 가스를 가열하는 히터; 가열된 에탄을 포함하는 증발 가스를 메탄을 포함하는 연료로 개질하는 에탄 개질기; 전력을 생산하는 복수 개의 전력 생산 장치; 및 상기 에탄 개질기와 각 전력 생산 장치 간을 연결하는 복수 개의 연료 공급 라인을 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 연료 공급 장치는, 상기 각 전력 생산 장치와 상기 에탄 개질기의 사이에 연결되고, 상기 각 전력 생산 장치의 배기 가스를 상기 에탄 개질기로 공급하는 복수 개의 배기가스 공급 라인을 더 포함하며, 상기 에탄 개질기는 상기 복수 개의 배기가스 공급 라인을 통해 상기 각 전력 생산 장치로부터 공급된 배기가스를 이용하여 상기 증발 가스를 가열한다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 에탄을 DF 엔진과 같은 전력 생산 장치에 적합한 연료 조성으로 개질한 후 공급하여, 에탄 캐리어에 대한 BOG를 활용하여 전력을 생산할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 에탄을 낮은 비용으로 전력 생산 장치에 적합한 연료 조성으로 개질할 수 있다.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 연료 공급 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 연료 공급 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 연료 공급 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 연료 공급 장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 연료 공급 장치의 구성도이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성요소에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우, 그 상세한 설명은 생략될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 연료 공급 장치는 에탄 카고 탱크와 전력 생산 장치 간의 연료 공급 라인에 에탄을 메탄으로 개질하는 에탄 개질기(Ethane Reformer)가 설치된다. 에탄 개질기는 에탄 카고 탱크로부터의 증발 가스(BOG; Boil Off Gas)(이하, 'BOG'로 칭해질 수 있음)를 전력 생산 장치(예를 들어, DF 엔진 등)에 적합한 연료 조성(메탄)으로 변환한 후 이를 전력 생산 장치에 연료로서 공급한다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 에탄을 DF 엔진과 같은 전력 생산 장치에 적합한 연료 조성으로 개질한 후 공급함으로써, 에탄 캐리어에 대한 BOG를 활용하여 전력을 생산할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 연료 공급 장치는, 전력 생산 장치의 배기 가스를 이용하여 에탄 개질기의 전방에 설치된 히터 또는 에탄 개질기에서 증발 가스를 개질에 적합한 온도로 가열하거나, 에탄 개질기의 개질된 연료를 이용하여 히터의 전방에 설치된 예열기에서 증발 가스를 예열한다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 전력 생산 장치의 배기 가스나 에탄 개질기의 개질된 연료를 활용하여 증발 가스를 가열하거나 예열하므로, 히터나 예열기를 가동하는데 필요한 연료의 소비량을 줄일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 연료 공급 장치는, 에탄 개질기로부터 예열기로 공급되어 예열기에서 증발 가스를 예열시킨 후 예열기로부터 배출된 저온의 연료가 에탄 개질기로부터 개질된 나머지 연료와 혼합되어 전력 생산 장치로 공급한다. 이러한 본 발명의 실시 예에 의하면, 에탄 개질기에 의해 개질된 연료를 냉각시키기 위한 별도의 냉각기 없이도, 예열기를 예열시킨 연료를 활용하여 전력 생산에 가장 적합한 온도로 냉각된 연료를 전력 생산 장치로 공급할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 연료 공급 장치는 에탄을 수소로 개질하는 제1 에탄 개질기와, 에탄을 메탄으로 개질하는 제2 에탄 개질기를 구비한다. 제1 에탄 개질기에 의해 개질된 연료는 연료 전지와 같은 제1 전력 생산 장치로 공급되고, 제2 에탄 개질기에 의해 개질된 연료는 DF 엔진과 같은 제2 전력 생산 장치로 공급된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료 공급 장치는 제1 에탄 개질기에서 증발 가스를 가열한 후 배출된 연료 전지의 배기 가스가 제2 에탄 개질기에서 증발 가스를 가열하는데 활용된다.

에탄을 수소로 개질하기 위한 온도는 에탄을 메탄으로 개질하기 위한 온도보다 높기 때문에, 연료 전지의 배기 가스는 제1 에탄 개질기에서의 열 교환을 거쳐서 온도가 낮아지지만, 제2 에탄 개질기에서 증발 가스를 에탄을 메탄으로 개질하기 위한 온도로 높이는데 활용될 수 있다. 이러한 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 연료 전지의 배기 가스가 순차적으로 제1 에탄 개질기와 제2 에탄 개질기에서 2중으로 증발 가스를 필요한 온도로 높이는데 활용되므로, 높은 온도를 갖는 연료 전지의 배기 가스를 효율적으로 활용할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 연료 공급 장치에 의하면, 하나의 에탄 개질기를 이용하여 연료 전지와 같은 제1 전력 생산 장치와 DF 엔진과 같은 제2 전력 생산 장치 각각으로 개질된 연료를 공급하는 것과 동시에, 제1 전력 생산 장치의 배기 가스와 제2 전력 생산 장치의 배기 가스를 동시에 에탄 개질기로 공급하거나, 제1 전력 생산 장치의 배기 가스와 제2 전력 생산 장치의 배기 가스를 선택적으로 활용하여 에탄 개질기의 열원으로 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 연료 공급 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 연료 공급 장치(100)는 에탄 카고 탱크(110), 컴프레서(111), 증발기(112), 연료 공급 라인(113), 히터(120), 에탄 개질기(130), 냉각기(140), 혼합기(150), 전력 생산 장치(160) 및 배기가스 공급 라인(171)을 포함한다.

에탄 카고 탱크(ethane cargo tank)(110)는 에탄을 저장한다. 에탄 카고 탱크(110)의 증발 가스(BOG; Boil Off Gas)는 에탄 카고 탱크(110)와 전력 생산 장치(160) 간을 연결하는 연료 공급 라인(113)을 통해 이동하며, 연료 공급 라인(113)에 설치된 에탄 개질기(130)에 의해 전력 생산 장치(160)에서 전력을 생산하기에 적합한 연료 조성으로 변환된 후 전력 생산 장치(160)로 공급된다.

일 실시 예로, 에탄 카고 탱크(110)의 증발 가스(BOG)는 천연 증발 가스(NBOG; Natural Boil Off Gas) 및/또는 강제 기화 증발 가스(FBOG; Forced Boil Off Gas)일 수 있다. 천연 증발 가스(NBOG)는 에탄 카고 탱크(110) 내에 저온에서 액체 상태로 저장되어 있는 에탄의 일부가 자연적으로 증발되어 존재한다. 천연 증발 가스(NBOG)는 컴프레서(111)에 의해 압축되어 연료 공급 라인(113)으로 제공될 수 있다. 강제 기화 증발 가스(FBOG)는 에탄 카고 탱크(110)의 펌프(미도시)에 의해 공급된 액체 상태의 에탄이 증발기(112)에 의해 강제 기화되어 생성되며, 선택적으로 연료 공급 라인(113)으로 제공될 수 있다.

히터(120)는 연료 공급 라인(113)에서 증발 가스(BOG)가 흐르는 방향을 기준으로 에탄 개질기(130)의 전방 측에 설치되고, 증발 가스를 예를 들어 300℃ 이상의 온도로 가열하여 에탄 개질기(130)로 공급한다. 히터(120)와 전력 생산 장치(160)의 사이에는 배기가스 공급 라인(171)이 연결되고, 이를 통해 전력 생산 장치(160)의 배기 가스가 히터(120)로 공급된다. 증발 가스는 배기가스 공급 라인(171)을 통해 공급된 전력 생산 장치(160)의 배기 가스에 의하여 히터(120)에서 열 교환 방식으로 가열될 수 있다. 전력 생산 장치(160)의 배기 가스는 히터(120)에서 증발 가스와 열 교환된 후 배출된다. 한편, 히터(120)에는 전력 생산 장치(160)의 배기 가스를 이용한 열 교환 방식의 가열 수단 외에, 필요에 따라 증발 가스를 가열하기 위한 버너(미도시) 등의 가열 수단이 더 구비될 수도 있다.

에탄 개질기(130)는 연료 공급 라인(113)에서 히터(120)의 후방 측에 설치되고, 에탄 카고 탱크(110)로부터의 에탄을 포함하는 증발 가스(BOG)를 메탄을 포함하는 연료로 개질하여 전력 생산 장치(160) 측으로 공급한다. 에탄 개질기(130)는 약 300~400℃ 온도에서 촉매를 이용하여 에탄을 메탄으로 개질할 수 있다. 냉각기(140)는 연료 공급 라인(113)에서 에탄 개질기(130)와 전력 생산 장치(160)의 사이에 연결되고, 에탄 개질기(130)로부터의 메탄을 포함하는 연료를 예를 들어 60℃ 이하의 온도로 냉각하여 전력 생산 장치(160)로 공급한다.

혼합기(150)는 에탄 개질기(130)에 의해 개질된 후 냉각기(140)에 의해 냉각되기 전의 연료를 가스 공급 라인(181)을 통해 공급받고, 히터(120)에 의해 가열된 후 에탄 개질기(130)에 의해 개질되기 전의 증발 가스를 가스 공급 라인(182)을 통해 공급받고, 가스 공급 라인(181,182)을 통해 공급받은 개질되지 않은 증발 가스와 개질된 연료 및 냉각기(140)에 의해 냉각된 후의 개질된 연료를 혼합한다. 혼합된 연료는 전력 생산 장치(160)로 공급된다. 전력 생산 장치(160)는 개질된 메탄 연료를 이용하여 전력을 생산한다. 전력 생산 장치(160)는 엔진, 발전기 등을 예로 들 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 연료 공급 장치(100)는 에탄 카고 탱크(110)로부터의 에탄을 포함하는 증발 가스를 연료 공급 라인(113)에서 메탄과 같이 DF 엔진과 같은 전력 생산 장치(160)에 적합한 연료 조성으로 개질한 후 전력 생산 장치(160)로 공급함으로써, 에탄 캐리어에 대한 증발 가스(BOG)를 활용하여 전력을 생산할 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 연료 공급 장치(100)는 전력 생산 장치(160)가 가동되면서 배출하는 고온의 배기 가스(예를 들어, 400℃)를 이용하여 에탄 개질기(130)의 전방에 설치된 히터(120)에서 증발 가스를 개질에 적합한 온도로 가열함으로써, 예를 들어 히터(120)의 가스 버너 또는 전기 히터를 가동하는데 필요한 연료의 소비량을 줄이거나, 가스 버너나 전기 히터 없이 증발 가스를 가열할 수 있다.

일 실시 예에 있어서, 연료 공급 라인(113), 가스 공급 라인(181,182) 및 배기 가스 공급 라인(171)에는 하나 이상의 밸브(예를 들어, 개폐 밸브 및/또는 유량 조절 밸브)(미도시)가 설치될 수 있다. 각 밸브는 밸브 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있으며, 필요에 따라 가스 공급 라인(181,182)은 밸브에 의하여 차단될 수도 있다. 대안적으로, 에탄 개질기(130)에서 개질된 연료의 온도가 적정 수준으로 냉각되어 있는 경우, 냉각기(140)와 혼합기(150) 사이의 밸브(미도시)를 차단하여, 제1 가스 공급 라인(181)을 따라 흐르는 연료만을 혼합기(150)를 통하여 전력 생산 장치(160)로 공급할 수 있다.

전력 생산 장치(160)로 개질되지 않은 연료를 부분적으로 공급하기 위하여 제2 가스 공급 라인(182)은 부분적으로 개방될 수 있다. 일시적으로, 전력 생산 장치(160)로 개질되지 않은 연료만을 공급하기 위해서, 제2 가스 공급 라인(182)이 개방되고, 연료 공급 라인(113)과 제1 가스 공급 라인(181)이 차단될 수도 있다. 전력 생산 장치(160)의 전력 생산 기능에 최적화되도록, 각 공급 라인(113,171,181,182)에 설치된 밸브(미도시)의 개도를 조절하는 것에 의하여, 서로 다른 온도, 서로 다른 성분을 갖는 연료의 혼합 비율을 다양하게 조절할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 연료 공급 장치의 구성도이다. 도 2에 도시된 제2 실시 예에서, 도 1에 도시된 제1 실시 예와 동일한 기능을 수행하는 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략한다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 연료 공급 장치는 도 1에 도시된 제1 실시 예에서 히터(120)와 전력 생산 장치(160) 간에 배기가스 공급 라인이 연결되는 것과 달리, 에탄 개질기(130)와 전력 생산 장치(160)의 사이에 배기가스 공급 라인(172)이 연결된다.

전력 생산 장치(160)의 배기 가스는 배기가스 공급 라인(172)을 통해 에탄 개질기(130)로 공급된다. 증발 가스는 배기가스 공급 라인(172)을 통해 공급된 전력 생산 장치(160)의 배기 가스에 의하여 에탄 개질기(130)에서 열 교환 방식으로 가열된다. 본 발명의 제2 실시 예에 따른 연료 공급 장치(100)는 전력 생산 장치(160)의 배기 가스를 이용하여 에탄 개질기(130)에서 증발 가스를 개질에 적합한 온도로 가열함으로써, 증발 가스를 미리 가열하기 위해 히터(120)의 가스 버너(미도시)를 가동하는데 소비되는 연료의 소비량을 줄이거나, 히터(120)의 가스 버너 없이도 증발 가스를 에탄 개질기(130)에서 개질에 필요한 온도로 가열할 수 있다. 본 발명의 변형된 실시 예로서, 히터(120)와 전력 생산 장치(160) 간과, 에탄 개질기(130)와 전력 생산 장치(160) 간에 각각 배기가스 공급 라인을 연결하여, 전력 생산 장치(160)의 배기 가스를 이용하여 히터(120)와 에탄 개질기(130)에서 동시에 증발 가스를 가열할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 연료 공급 장치의 구성도이다. 도 3에 도시된 제3 실시 예에서, 도 1에 도시된 제1 실시 예 또는 도 2에 도시된 제2 실시 예와 동일한 기능을 수행하는 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략한다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 연료 공급 장치는 예열기(120a)와 개질 연료 공급 라인(173)을 구비한다. 예열기(120a)는 연료 공급 라인(113)에서 증발 가스가 흐르는 방향을 기준으로 히터(120)의 전방에 설치되고, 에탄 카고 탱크(110)로부터의 증발 가스를 예열하여 히터(120)로 공급한다. 개질연료 공급 라인(173)은 예열기(120a)와 에탄 개질기(130)의 사이에 연결되며, 에탄 개질기(130)에 의해 개질된 연료의 일부를 예열기(120a)로 공급한다. 예열기(120a)는 개질연료 공급 라인(173)을 통해 공급된 에탄 개질기(130)로부터의 개질된 연료를 이용하여 증발 가스를 예열한다.

혼합기(150)는 에탄 개질기(130)로부터 개질연료 공급 라인(173)을 통해 공급되어 예열기(120a)에서 증발 가스를 예열시킨 후 예열기(120a)로부터 배출된 연료를 가스 공급 라인(183)을 통해 공급받고, 가스 공급 라인(183)을 통해 공급받은 연료와, 에탄 개질기(130)에 의해 개질된 후 개질연료 공급 라인(173)을 통해 예열기로 공급되지 않은 나머지 연료를 혼합하여 전력 생산 장치(160)로 공급한다.

본 발명의 제3 실시 예에 따른 연료 공급 장치(100)는 전력 생산 장치(160)의 배기 가스를 이용하여 에탄 개질기(130)의 전방에 설치된 히터(120)에서 증발 가스를 개질에 적합한 온도로 가열하는 것과 동시에, 에탄 개질기(130)의 개질된 연료를 이용하여 히터(120)의 전방에 설치된 예열기(120a)에서 증발 가스를 예열한다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 전력 생산 장치(160)의 배기 가스 및 에탄 개질기(130)의 개질된 연료의 일부를 활용하여 증발 가스를 가열 및 예열하므로, 히터(120)나 예열기(120a)를 가동하는데 필요한 연료의 소비량을 줄일 수 있다.

에탄 개질기(130)로부터 개질연료 공급 라인(173)을 통해 예열기(120a)로 공급된 개질 연료는, 예열기(120a)에서 열 교환 방식으로 냉각된 후, 가스 공급 라인(183)을 통해 혼합기(150)로 공급된다. 따라서, 가스 공급 라인(183)을 통해 저온의 개질 연료가 공급되므로, 에탄 개질기(130)와 전력 생산 장치(160) 사이에 에탄 개질기(130)에 의해 개질된 연료를 냉각시키기 위한 별도의 냉각기가 설치되지 않더라도 정상적인 운용이 가능하다.

전력 생산 장치(160)로 입력되는 연료의 온도를 낮추고자 하는 경우, 가스 공급 라인(183)에 설치되는 밸브(미도시)의 개도를 넓히거나 에탄 개질기(130)와 혼합기(150) 간에 설치되는 밸브(미도시)의 개도를 좁히고, 전력 생산 장치(160)로 입력되는 연료의 온도를 높이고자 하는 경우, 가스 공급 라인(183)에 설치되는 밸브의 개도를 좁히거나 에탄 개질기(130)와 혼합기(150) 간에 설치되는 밸브의 개도를 넓힐 수 있다.

도 4는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 연료 공급 장치의 구성도이다. 도 4에 도시된 제4 실시 예에서, 도 1 내지 도 3에 도시된 실시 예들과 동일한 기능을 수행하는 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략한다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 연료 공급 장치(100)는 에탄 카고 탱크(110), 컴프레서(111), 증발기(112), 증발 가스 공급 라인(114), 히터(120), 제1 에탄 개질기(130a), 제2 에탄 개질기(130b), 제1 온조기(140a), 제2 온조기(140b), 제1 혼합기(150a), 제2 혼합기(150b), 제1 전력 생산 장치(160a), 제2 전력 생산 장치(160b), 제1 배기가스 공급 라인(170a), 제2 배기가스 공급 라인(170b) 및 제3 배기가스 공급 라인(제1 공급 라인, 170c)을 포함한다. 에탄 카고 탱크(110)의 증발 가스는 증발 가스 공급 라인(114)을 통해 히터(120)로 공급된다.

제1 연료 공급 라인(113a)은 히터(120)와 제1 전력 생산 장치(160a) 간을 연결한다. 제2 연료 공급 라인(113b)은 히터(120)와 제2 전력 생산 장치(160b) 간을 연결한다. 히터(120)는 증발 가스가 흐르는 방향을 기준으로 제1 에탄 개질기(130a)와 제2 에탄 개질기(130b)의 전방에 설치되고, 에탄 카고 탱크(110)로부터의 증발 가스를 가열하여 제1 에탄 개질기(130a) 및 제2 에탄 개질기(130b)로 공급한다.

제1 에탄 개질기(130a)는 제1 연료 공급 라인(113a)에 설치되고, 에탄 카고 탱크(110)로부터의 에탄을 포함하는 증발 가스를 제1 전력 생산 장치(160a)에서 전력을 생산하기에 적합하도록 수소를 포함하는 연료로 개질한다. 제2 에탄 개질기(130b)는 제2 연료 공급 라인(113b)에 설치되고, 에탄 카고 탱크(110)로부터의 에탄을 포함하는 증발 가스를 제2 전력 생산 장치(160b)에서 전력을 생산하기에 적합하도록메탄을 포함하는 연료로 개질한다.

제1 온조기(140a)는 제1 연료 공급 라인(113a)에서 제1 에탄 개질기(130a)와 제1 전력 생산 장치(160a)의 사이에 설치되고, 제1 에탄 개질기(130a)에 의해 개질된 연료의 온조를 조절한다. 제1 혼합기(150a)는 제1 연료 공급 라인(113a)에서 제1 에탄 개질기(130a)에 의해 개질된 후 제1 온조기(140a)에 의해 온도 조절되기 전의 연료를 가스 공급 라인(180a)을 통해 공급받고, 가스 공급 라인(180a)을 통해 공급받은 연료와, 제1 온조기(140a)에 의해 온도 조절된 연료를 혼합하여 제1 전력 생산 장치(160a)로 공급한다.

제2 온조기(140b)는 제2 연료 공급 라인(113b)에서 제2 에탄 개질기(130b)와 제2 전력 생산 장치(160b)의 사이에 설치되며, 제2 에탄 개질기(130b)에 의해 개질된 연료의 온조를 조절한다. 제2 혼합기(150b)는 히터(120)에 의해 가열된 증발 가스를 가스 공급 라인(180b)을 통해 공급받고, 가스 공급 라인(180b)을 통해 공급받은 증발 가스와, 제2 온조기(140b)에 의해 온도 조절된 연료를 혼합하여 제2 전력 생산 장치(160b)로 공급한다.

제1 배기가스 공급 라인(170a)은 제1 에탄 개질기(130a)와 제1 전력 생산 장치(160a)의 사이에 연결된다. 제1 전력 생산 장치(160a)의 배기 가스는 제1 배기가스 공급 라인(170a)을 통해 제1 에탄 개질기(130a)로 공급된다. 제2 배기가스 공급 라인(170b)은 제2 에탄 개질기(130b)와 제2 전력 생산 장치(160b)의 사이에 연결된다. 제2 전력 생산 장치(160b)의 배기 가스는 제2 배기가스 공급 라인(170b)을 통해 제2 에탄 개질기(130b)로 공급된다.

제3 배기가스 공급 라인(170c)은 제1 에탄 개질기(130a)와 제2 에탄 개질기(130b)의 사이에 연결된다. 제1 전력 생산 장치(160a)로부터 제1 배기가스 공급 라인(170a)을 통해 제1 에탄 개질기(130a)로 공급된 제1 전력 생산 장치(160a)의 배기 가스는 제1 에탄 개질기(130a)에서 열 교환 방식으로 증발 가스를 가열시킨 후 배출된 후, 제3 배기가스 공급 라인(170c)을 통해 제2 에탄 개질기(130b)로 공급된다.

제1 에탄 개질기(130a)는 제1 배기가스 공급 라인(170a)을 통해 제1 전력 생산 장치(160a)로부터 공급된 배기가스를 이용하여 열 교환 방식에 의해 증발 가스를 제1 온도로 가열한다. 제2 에탄 개질기(130b)는 제2 배기가스 공급 라인(170b)을 통해 제2 전력 생산 장치(160b)로부터 공급된 배기가스 및 제3 배기가스 공급 라인(170c)을 통해 제1 에탄 개질기(130a)로부터 배출되어 공급된 배기가스를 이용하여 증발 가스를 열 교환 방식에 의해 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 가열한다.

에탄을 수소로 개질하기 위한 온도는 에탄을 메탄으로 개질하기 위한 온도보다 높기 때문에, 제1 전력 생산 장치(160a)(예를 들어, 연료 전지)의 배기 가스는 제1 에탄 개질기(130a)에서의 열 교환을 거쳐서 온도가 낮아지지만, 제2 에탄 개질기(130b)에서 증발 가스를 에탄을 메탄으로 개질하기 위한 온도로 높이는데 활용될 수 있다. 이러한 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 연료 전지와 같은 제1 전력 생산 장치(160a)의 배기 가스가 순차적으로 제1 에탄 개질기(130a)와 제2 에탄 개질기(130b)에서 2중으로 증발 가스를 필요한 온도로 높이는데 활용되므로, 높은 온도를 갖는 연료 전지의 배기 가스를 효율적으로 활용할 수 있다.

도 4에는 제1 온조기(140a)와 제2 온조기(140b)가 에탄 개질기(130a,130b)에 의해 개질된 연료를 냉각하기 위한 냉각기로 이루어져 있는 예가 도시되어 있으나, 제1 온조기(140a)와 제2 온조기(140b) 중 적어도 하나는 에탄 개질기(130a,130b)에 의해 개질된 연료를 가열하기 위한 히터로 이루어질 수도 있다.

도 5는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 연료 공급 장치의 구성도이다. 도 5에 도시된 제5 실시 예에서, 도 1 내지 도 4에 도시된 실시 예들과 동일한 기능을 수행하는 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략한다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 연료 공급 장치(100)는 에탄 카고 탱크(110), 컴프레서(111), 증발기(112), 증발 가스 공급 라인(115), 연료 공급 라인들(131,132), 히터(120), 에탄 개질기(130), 제1 온조기(141), 제2 온조기(142), 혼합기(150), 전력을 생산하는 복수 개의 전력 생산 장치(연료 전지(161) 및 엔진(162)), 제1 배기가스 공급 라인(191) 및 제2 배기가스 공급 라인(192)을 포함한다.

증발가스 공급라인(115)은 에탄 카고 탱크(110)와 연결되고, 에탄을 포함하는 증발 가스를 공급한다. 히터(120)는 증발가스 공급라인(115)에 설치되고, 증발 가스를 가열한다. 에탄 개질기(130)는 히터(120)에 의해 가열된 에탄을 포함하는 증발 가스를 메탄을 포함하는 연료로 개질한다. 각 연료 공급 라인(131,132)은 에탄 개질기(130)와 각 전력 생산 장치(161,162) 간을 연결한다. 배기가스 공급 라인(191,192)은 각 전력 생산 장치(161,162)와 에탄 개질기(130)의 사이에 연결되고, 각 전력 생산 장치(161,162)의 배기 가스를 에탄 개질기(130)로 공급한다. 에탄 개질기(130)는 복수 개의 배기가스 공급 라인(191,192)을 통해 각 전력 생산 장치(161,162)로부터 공급된 배기가스를 이용하여 증발 가스를 가열한다.

제1 온조기(141)는 에탄 개질기(130)에 의해 개질된 연료를 연료 전지(161)의 전력 생산 기능에 적합한 온도로 조절한다. 혼합기(150)는 제1 온조기(141)에 의해 온도 조절된 연료와, 에탄 개질기(130)에 의해 개질되어 가스 공급 라인(184)을 통해 공급되는 개질 연료를 혼합하여 연료 전지(161)로 공급한다. 제2 온조기(142)는 에탄 개질기(130)에 의해 개질된 연료를 엔진(162)의 전력 생산 기능에 적합한 온도로 조절하여 엔진(162)을 공급한다.

본 발명의 제5 실시 예에 따른 연료 공급 장치(100)에 의하면, 하나의 에탄 개질기(130)를 이용하여 연료 전지와 같은 제1 전력 생산 장치(161)와 DF 엔진과 같은 제2 전력 생산 장치(162) 각각으로 개질된 연료를 공급하는 것과 동시에, 제1 전력 생산 장치(161)의 배기 가스와 제2 전력 생산 장치(162)의 배기 가스를 동시에 에탄 개질기(130)로 공급하거나, 배기가스 공급 라인(191,192)에 설치되는 밸브(미도시)의 제어를 통해 제1 전력 생산 장치(161)의 배기 가스와 제2 전력 생산 장치(162)의 배기 가스를 선택적으로 활용하여 에탄 개질기(130)의 열원으로 활용할 수 있다. 따라서, 히터(120)에서 연료 개질을 위해 증발 가스를 가열하기 위하여 소비되는 연료의 소비량을 줄일 수 있다.

도 5에는 제1 온조기(141)와 제2 온조기(142)가 에탄 개질기(130)에 의해 개질된 연료를 냉각하기 위한 냉각기로 이루어져 있는 예가 도시되어 있으나, 제1 온조기(141)와 제2 온조기(142) 중 적어도 하나는 에탄 개질기(130)에 의해 개질된 연료를 가열하기 위한 히터로 이루어질 수도 있다.

이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

100: 연료 공급 장치 110: 에탄 카고 탱크
111: 컴프레서 112: 증발기
113,113a,113b,131,132: 연료 공급 라인 114,115: 증발 가스 공급 라인
120: 히터 120a: 예열기
130,130a,130b: 에탄 개질기 140: 냉각기
140a,140b,141,142: 온조기
150,150a,150b: 혼합기 160,160a,160b: 전력 생산 장치
161: 연료 전지 162: 엔진
170a~c,171,172,191,192: 배기가스 공급 라인
173: 개질연료 공급 라인 180a,180b,181,182,183: 가스 공급 라인

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 에탄을 저장하는 에탄 카고 탱크;
   전력을 생산하는 제1 전력 생산 장치;
   전력을 생산하는 제2 전력 생산 장치;
   상기 에탄 카고 탱크와 상기 제1 전력 생산 장치 간을 연결하는 제1 연료 공급 라인;
   상기 에탄 카고 탱크와 상기 제2 전력 생산 장치 간을 연결하는 제2 연료 공급 라인;
   상기 제1 연료 공급 라인에 설치되고, 상기 에탄 카고 탱크로부터의 에탄을 포함하는 증발 가스를 수소를 포함하는 연료로 개질하는 제1 에탄 개질기; 및
   상기 제2 연료 공급 라인에 설치되고, 상기 에탄 카고 탱크로부터의 에탄을 포함하는 증발 가스를 메탄을 포함하는 연료로 개질하는 제2 에탄 개질기를 포함하고,
   상기 제1 에탄 개질기와 상기 제2 에탄 개질기의 사이에 연결되며, 상기 제1 전력 생산 장치로부터 공급되어 상기 제1 에탄 개질기에서 상기 증발 가스를 가열시킨 후 상기 제1 에탄 개질기로부터 배출된 배기 가스를 상기 제2 에탄 개질기로 공급하는 제1 공급 라인을 포함하는 연료 공급 장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 증발 가스가 흐르는 방향을 기준으로 상기 제1 에탄 개질기와 상기 제2 에탄 개질기의 전방에 설치되고, 상기 에탄 카고 탱크로부터의 증발 가스를 가열하여 상기 제1 에탄 개질기 및 상기 제2 에탄 개질기로 공급하는 히터;
   상기 제1 에탄 개질기와 상기 제1 전력 생산 장치의 사이에 연결되고, 상기 제1 전력 생산 장치의 배기 가스를 상기 제1 에탄 개질기로 공급하는 제1 배기가스 공급 라인; 및
   상기 제2 에탄 개질기와 상기 제2 전력 생산 장치의 사이에 연결되고, 상기 제2 전력 생산 장치의 배기 가스를 상기 제2 에탄 개질기로 공급하는 제2 배기가스 공급 라인을 더 포함하는 연료 공급 장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 제1 에탄 개질기는 상기 제1 배기가스 공급 라인을 통해 상기 제1 전력 생산 장치로부터 공급된 배기가스를 이용하여 상기 증발 가스를 제1 온도로 가열하고,
   상기 제2 에탄 개질기는 상기 제2 배기가스 공급 라인을 통해 상기 제2 전력 생산 장치로부터 공급된 배기가스 및 상기 제1 공급 라인을 통해 상기 제1 에탄 개질기로부터 공급된 배기가스를 이용하여 상기 증발 가스를 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 가열하는 연료 공급 장치.
10. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 연료 공급 라인에서 상기 제1 에탄 개질기와 상기 제1 전력 생산 장치의 사이에 설치되고, 상기 제1 에탄 개질기에 의해 개질된 연료의 온도를 조절하는 제1 온조기;
    상기 제1 연료 공급 라인에서 상기 제1 에탄 개질기에 의해 개질된 후 상기 제1 온조기에 의해 온도 조절되기 전의 연료와, 상기 제1 온조기에 의해 온도 조절된 연료를 혼합하여 상기 제1 전력 생산 장치로 공급하는 제1 혼합기;
    상기 제2 연료 공급 라인에서 상기 제2 에탄 개질기와 상기 제2 전력 생산 장치의 사이에 설치되고, 상기 제2 에탄 개질기에 의해 개질된 연료의 온도를 조절하는 제2 온조기; 및
    상기 히터에 의해 가열된 증발 가스와, 상기 제2 온조기에 의해 온도 조절된 연료를 혼합하여 상기 제2 전력 생산 장치로 공급하는 제2 혼합기를 더 포함하는 연료 공급 장치.
11. 삭제
12. 삭제

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