KR101654643B1 - 선박용 연료 공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

액화천연가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축하여 엔진에 공급하는 선박용 연료 공급 시스템이 개시된다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 액화천연가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 다단계로 압축시키는 다수개의 압축기; 부동액을 저장하였다가 상기 다수개의 압축기에 부동액을 공급하는 부동액 팽창 탱크; 및 상기 액화천연가스 저장탱크로부터 배출되는 액화천연가스와, 상기 다수개의 압축기를 냉각시킨 후 배출된 부동액을 열교환시켜, 액화천연가스를 강제 기화시키는 기화기;를 포함한다.

Description

선박용 연료 공급 시스템{Fuel Gas Supply System for Vessel}
본 발명은 선박에 적용되는 연료 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 선박에 설치된 액화가스 저장탱크에서 발생된 증발가스를 고압으로 압축시켜 엔진에 연료로 공급하는 시스템에 관한 것이다.
천연가스는 통상 액화되어 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 상태로 원거리에 걸쳐 수송된다. 액화천연가스는 천연가스를 대략 상압 -163℃ 근처의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
액화천연가스 저장탱크를 단열하여도 외부의 열을 완벽하게 차단시키는데에는 한계가 있고, 액화천연가스 내부로 전달되는 열에 의해 액화천연가스는 저장탱크 내에서 지속적으로 기화하게 된다. 저장탱크 내부에서 기화된 액화천연가스를 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)라고 한다.
증발가스의 발생으로 인하여 저장탱크의 압력이 설정된 안전압력 이상이 되면, 증발가스는 안전밸브를 통하여 저장탱크의 외부로 배출된다. 저장탱크 외부로 배출된 증발가스는 선박의 연료로 사용되거나 재액화되어 다시 저장탱크로 돌려보내진다.
한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DF(Dual Fuel)엔진 및 ME-GI엔진이 있다.
DF엔진은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.
ME-GI엔진은, 2행정으로 구성되며, 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다. 최근에는 연료 효율 및 추진 효율이 더 좋은 ME-GI엔진에 대한 관심이 커지고 있는 추세이다.
ME-GI엔진은 대략 300bar 정도의 고압의 천연가스를 연료로 사용하므로, 액화천연가스 저장탱크에서 배출되는 증발가스를 ME-GI 엔진의 연료로 사용하기 위해서는 다수개의 압축기에 의해 다단계의 압축 과정을 거쳐야 한다. 또한, DF엔진은 대략 6.5bar 정도의 상대적으로 저압인 천연가스를 연료로 사용하므로, 증발가스를 다단계로 압축시키는 과정의 중간 단계에서 일부 증발가스를 DF엔진으로 보내거나, 액화천연가스를 강제 기화시켜 DF엔진으로 공급하게 된다.
따라서, ME-GI엔진과 DF엔진을 모두 탑재하고 있는 선박의 경우, 증발가스를 압축시키기 위한 다수개의 압축기와 액화천연가스를 강제 기화시키기 위한 기화기를 모두 포함할 수 있는데, 기존의 ME-GI엔진과 DF엔진을 모두 탑재하고 있는 선박의 경우에는, 증발가스를 압축시키는 시스템과 액화천연가스를 강제 기화시키는 시스템이 별도로 구성되었다. 또한, 강제 기화시킨 액화천연가스를 가열시켜 DF엔진으로 공급하기 위한 시스템도 별도로 구성되었다.
본 발명은, 압축기를 냉각시키기 위하여 사용되는 부동액을 재사용하여 액화천연가스를 강제 기화시키거나 가열시키는, 선박용 연료 공급 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축하여 엔진에 공급하는 선박용 연료 공급 시스템에 있어서, 상기 액화천연가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 다단계로 압축시키는 다수개의 압축기; 부동액을 저장하였다가 상기 다수개의 압축기에 부동액을 공급하는 부동액 팽창 탱크; 및 상기 액화천연가스 저장탱크로부터 배출되는 액화천연가스와, 상기 다수개의 압축기를 냉각시킨 후 배출된 부동액을 열교환시켜, 액화천연가스를 강제 기화시키는 기화기;를 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템이 제공된다.
상기 부동액은, 상기 부동액 팽창 탱크, 상기 다수개의 압축기 및 상기 기화기를 거쳐 다시 상기 부동액 팽창 탱크로 회수될 수 있고, 상기 액화천연가스는, 상기 기화기에서 기화된 후 엔진으로 공급될 수 있다.
상기 기화기에서 기화된 액화천연가스는 DF엔진 또는 ME-GI엔진으로 공급될 수 있다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 기화기에서 기화된 액화천연가스가 상기 DF엔진으로 공급되는 라인 상에 설치되는 감압장치를 더 포함할 수 있다.
상기 감압장치는 팽창기 또는 팽창밸브일 수 있다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 다수개의 압축기 후단에 각각 설치되어, 상기 압축기를 통과한 증발가스의 온도를 낮추는 다수개의 증발가스 냉각기를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 기화기 전단에 설치되어, 상기 액화천연가스 저장탱크로부터 배출되는 액화천연가스를 가압시키는 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 다수개의 압축기를 냉각시킨 후 배출된 부동액을 상기 기화기로 보내는 라인 상에 설치되어, 부동액의 유량을 조절하는 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 다수개의 압축기를 냉각시킨 후 배출된 부동액의 일부를, 상기 선박용 연료 공급 시스템 외부로부터 공급되는 청수와 열교환시켜 부동액을 냉각시키는 부동액 냉각기를 더 포함할 수 있다.
상기 부동액은, 상기 부동액 팽창 탱크 및 상기 다수개의 압축기를 거쳐 상기 기화기 및 상기 부동액 냉각기로 각각 공급된 후, 상기 부동액 팽창 탱크로 각각 회수될 수 있고, 상기 액화천연가스는, 상기 기화기에서 기화된 후 엔진으로 공급될 수 있고, 상기 청수는, 상기 선박용 연료 공급 시스템 외부로부터 공급된 후 상기 부동액 냉각기를 거쳐 상기 선박용 연료 공급 시스템 외부로 배출될 수 있다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 부동액 냉각기로 보내지는 부동액의 유량을 조절할 수 있는 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 부동액 냉각기로 보내지는 청수의 유량을 조절할 수 있는 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 부동액 팽창 탱크로부터 배출되는 부동액을 가압하여 부동액의 순환을 용이하게 하는 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 기화기에서 기화된 액화천연가스를 엔진으로 보내는 라인 상에 설치되어, 상기 기화된 액화천연가스의 온도를 높이는 가열기를 더 포함할 수 있고, 상기 가열기는, 상기 다수개의 압축기를 냉각시킨 후 배출된 부동액과 상기 기화된 액화천연가스를 열교환시킬 수 있다.
상기 부동액은, 상기 부동액 팽창 탱크 및 상기 다수개의 압축기를 거쳐, 일부는 상기 기화기로 공급된 후 상기 부동액 팽창 탱크로 회수될 수 있고, 다른 일부는 상기 가열기로 공급된 후 상기 부동액 팽창 탱크로 회수되거나, 상기 가열기를 우회하여 바로 상기 부동액 팽창 탱크로 회수될 수 있고, 상기 액화천연가스는, 상기 기화기에서 기화되고 상기 가열기에서 가열된 후 엔진으로 공급될 수 있다.
상기 다수개의 압축기에 의해 압축된 증발가스가 공급되는 엔진은 ME-GI 엔진 또는 DF엔진일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화천연가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축하여 엔진에 공급하는 선박용 연료 공급 방법에 있어서, 압축기를 냉각시키는 데 사용한 부동액을, 액화천연가스와 열교환시켜 액화천연가스를 기화시키는 데 다시 한 번 사용하는 것을 특징으로 하는, 선박용 연료 공급 방법이 제공된다.
상기 압축기를 냉각시키는 데 사용한 부동액을, 기화된 천연가스를 가열하는 데 다시 한 번 사용할 수 있다.
본 발명의 선박용 연료 공급 시스템 및 방법에 의하면, 다수개의 압축기를 냉각시키는 용도로 사용된 부동액을 다시 기화기 또는 가열기에서 사용하므로, 액화천연가스를 강제 기화시키기 위한 설비 및 천연가스의 온도를 높이기 위한 설비를 축소할 수 있고, 에너지 절감에 기여할 수 있다.
또한, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템에 의하면, 부동액을 액화천연가스를 기화시키는 데에 사용하거나 천연가스를 가열시키는 데에 사용하여 부동액의 온도를 낮출 수 있으므로, 부동액을 냉각시키기 위한 별도의 장치를 축소하거나 생략할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 선박용 연료 공급 시스템 및 방법은 액화천연가스 화물창이 설치되는 선박, 해상 구조물 및 육상에서 다양하게 응용되어 적용될 수 있다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 액화천연가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 다단계로 압축시키는 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315); 부동액을 저장하였다가 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에 부동액을 공급하는 부동액 팽창 탱크(100); 및 액화천연가스를 강제 기화시키는 기화기(210);를 포함한다.
본 실시예의 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)는 액화천연가스 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에 의해 고압으로 압축된 증발가스는 ME-GI 엔진으로 보내져 연료로 사용된다.
본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315) 후단에 각각 설치되어, 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 통과한 후 압력뿐만 아니라 온도가 올라간 증발가스의 온도를 낮추는 다수개의 증발가스 냉각기(321, 322, 323, 324, 325)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 부동액 팽창 탱크(100)는, 기화기(210)에서 액화천연가스를 강제 기화시키는데 사용된 부동액을 회수하여 저장하였다가, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에 부동액을 공급한다. 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에 공급된 부동액은, 증발가스를 압축시키면서 온도가 올라간 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨다.
팽창 탱크(Expansion Tank)란, 보일러 등의 순환계에서, 액체의 온도 변화에 따른 체적의 변화량을 흡수하고, 오버 플로우(Overflow)나 공기의 침입을 방지하기 위한 탱크이다.
본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은 부동액 팽창 탱크(100)를 포함함으로써, 부동액의 온도 변화에 따른 체적 변화를 수용할 수 있다.
또한, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 부동액 팽창 탱크(100)로부터 배출되는 부동액을 가압하여 부동액의 순환을 용이하게 하는 펌프(510)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 기화기(210)는, 액화천연가스 저장탱크로부터 배출된 액화천연가스와, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출된 부동액을 열교환시켜, 액화천연가스를 강제 기화시킨다. 기화된 액화천연가스는 DF엔진으로 보내져 연료로 사용된다. 본 실시예의 기화기(210)에서 기화된 액화천연가스를 DF엔진으로 보내는 라인 상에는 감압장치(450)가 설치되어, 기화된 액화천연가스의 압력을 DF엔진이 요구하는 조건으로 조절할 수 있다. 감압장치(450)는 팽창기 또는 팽창밸브일 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 기화기(210)를 포함하여, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시키는 용도로 사용된 부동액을 다시 기화기(210)에서 사용하므로, 액화천연가스를 강제 기화시키기 위한 설비를 축소할 수 있고, 에너지 절감에 기여할 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 액화천연가스를 가압시키는 펌프(500)를 더 포함할 수 있는데, 펌프(500)는 기화기(210) 전단에 설치되어, DF엔진이 요구하는 압력 조건을 맞춘다.
또한, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출된 부동액을 기화기(210)로 보내는 라인 상에 설치되는 밸브(410)를 더 포함할 수 있는데, 밸브(410)는, 부동액의 유량을 조절하여 액화천연가스가 기화되는 정도를 조절한다.
본 실시예의 액화천연가스 저장탱크로부터 배출된 증발가스는, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 거쳐 고압으로 압축되어 ME-GI 엔진으로 공급된다. 본 실시예에서는 다섯 개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 포함하여, 다섯 단계의 압축 과정을 거치는 것을 예를 들어 설명하였으나, 압축기(311, 312, 313, 314, 315)의 개수가 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 부동액 팽창 탱크(100)로부터 배출된 부동액은, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에 각각 공급되어 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 온도가 높아진다. 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 온도가 높아진 부동액은 기화기(210)로 보내지고, 기화기(210)로 보내진 부동액은, 액화천연가스 저장탱크로부터 배출되는 액화천연가스와 열교환되어 액화천연가스를 기화시킨다. 액화천연가스를 기화시킨 후의 부동액은 다시 부동액 팽창 탱크(100)로 회수된다.
다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 온도가 올라간 부동액은, 온도가 낮아져야 다시 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킬 수 있으므로 부동액 팽창 탱크(100)로 회수되기 전에 냉각 과정을 거쳐야하는데, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템에 의하면, 부동액을 액화천연가스를 기화시키는 데에 사용함으로써 부동액을 냉각시키기 위한 별도의 장치를 생략할 수 있다.
부동액 팽창 탱크(100)로부터 배출된 부동액은 대략 40℃인 것이 바람직하고, 대략 40℃의 부동액은 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 대략 48℃ 내지 50℃가 된다. 대략 48℃ 내지 50℃의 부동액은, 기화기(210)에서 액화천연가스와 열교환된 후 대략 40℃로 온도가 낮아져, 부동액 팽창 탱크(100)로 회수된다.
본 실시예의 액화천연가스 저장탱크로부터 배출된 액화천연가스는, 기화기(210)로 보내져 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후의 부동액과 열교환되어 기화된 후, 일부는 ME-GI엔진으로 보내지고, 다른 일부는 감압된 후 DF엔진으로 보내진다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2에 도시된 제 2 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 도 1에 도시된 제 1 실시예의 선박용 연료 공급 시스템에 비해, 부동액 냉각기(220)를 더 포함한다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제 1 실시예의 선박용 연료 공급 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 액화천연가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 다단계로 압축시키는 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315); 부동액을 저장하였다가 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에 부동액을 공급하는 부동액 팽창 탱크(100); 및 액화천연가스를 강제 기화시키는 기화기(210);를 포함한다.
단, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제 1 실시예와는 달리, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출된 부동액의 일부를 냉각시키는 부동액 냉각기(220)를 더 포함한다.
본 실시예의 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 액화천연가스 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에 의해 고압으로 압축된 증발가스는 ME-GI 엔진으로 보내져 연료로 사용된다.
본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315) 후단에 각각 설치되어, 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 통과한 후 압력뿐만 아니라 온도가 올라간 증발가스의 온도를 낮추는 다수개의 증발가스 냉각기(321, 322, 323, 324, 325)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 부동액 팽창 탱크(100)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 기화기(210)에서 액화천연가스를 강제 기화시키는데 사용된 부동액을 회수하여 저장하였다가, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에 부동액을 공급한다. 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에 공급된 부동액은, 증발가스를 압축시키면서 온도가 올라간 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨다.
또한, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 부동액 팽창 탱크(100)로부터 배출되는 부동액을 가압하여 부동액의 순환을 용이하게 하는 펌프(510)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 기화기(210)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 액화천연가스 저장탱크로부터 배출된 액화천연가스와, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출된 부동액을 열교환시켜, 액화천연가스를 강제 기화시킨다. 기화된 액화천연가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, DF엔진으로 보내져 연료로 사용되고, 본 실시예의 기화기(210)에서 기화된 액화천연가스를 DF엔진으로 보내는 라인 상에는 감압장치(450)가 설치되어, 기화된 액화천연가스의 압력을 DF엔진이 요구하는 조건으로 조절할 수 있다. 감압장치(450)는 팽창기 또는 팽창밸브일 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 액화천연가스를 가압시키는 펌프(500); 및 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출된 부동액을 기화기(210)로 보내는 라인 상에 설치되어 부동액의 유량을 조절하는 밸브(410);를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 부동액 냉각기(220)는, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출된 부동액을 기화기(210)로 보내는 라인에서 분기되어 부동액 팽창 탱크(100)로 연결되는 라인 상에 설치되어, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출된 부동액의 일부와 청수를 열교환 시킨다.
즉, 본 실시예의 부동액 냉각기(220)는, 청수를 냉매로 이용하여, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 온도가 올라간 부동액의 일부를 냉각시킨다.
본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은 부동액 냉각기(220)를 포함하므로, 기화시켜야 할 액화천연가스의 양에 비하여 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출되는 부동액의 양이 많은 경우에, 부동액의 일부를 부동액 냉각기(220)로 보내어 온도를 낮출 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 부동액 냉각기(220)로 보내지는 부동액의 유량을 조절할 수 있는 밸브(420); 및 부동액 냉각기(220)로 보내지는 청수의 유량을 조절하여 부동액의 냉각 정도를 조절할 수 있는 밸브(430);를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 액화천연가스 저장탱크로부터 배출된 증발가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 거쳐 고압으로 압축되어 ME-GI 엔진으로 공급된다. 본 실시예에서는 다섯 개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 포함하여, 다섯 단계의 압축 과정을 거치는 것을 예를 들어 설명하였으나, 압축기(311, 312, 313, 314, 315)의 개수가 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 부동액 팽창 탱크(100)로부터 배출된 부동액은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에 각각 공급되어 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 온도가 높아진다.
다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 온도가 높아진 부동액은, 제 1 실시예와는 달리, 기화기(210)뿐만 아니라 부동액 냉각기(220)로도 보내진다. 기화기(210)로 보내진 부동액은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 액화천연가스 저장탱크로부터 배출되는 액화천연가스와 열교환되어 액화천연가스를 기화시키고, 부동액 냉각기(220)로 보내진 부동액은, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템 외부로부터 공급되는 청수와 열교환되어 온도가 낮아진다. 기화기(210)에서 열교환된 부동액과 부동액 냉각기(220)에서 열교환된 부동액은, 각각 부동액 팽창 탱크(100)로 회수된다.
본 실시예의 청수는, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템 외부로부터 공급되어, 부동액 냉각기(220)에서 부동액을 냉각시키는 냉매로서 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후의 부동액과 열교환된 후, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템 외부로 배출된다. 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템 외부로 배출된 청수는, 선박의 청수 냉각 시스템에 의해 해수를 냉매로 하여 냉각된 후 다시 선박용 연료 공급 시스템으로 공급된다.
부동액 팽창 탱크(100)로부터 배출된 부동액은 대략 40℃인 것이 바람직하고, 대략 40℃의 부동액은 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 대략 48℃ 내지 50℃가 된다. 대략 48℃ 내지 50℃의 부동액 중, 기화기(210)로 보내진 부동액은, 액화천연가스와 열교환된 후 대략 40℃로 온도가 낮아져 부동액 팽창 탱크(100)로 회수되고, 부동액 냉각기(220)로 보내진 부동액은, 대략 36℃의 청수와 열교환된 후 대략 40℃로 온도가 낮아져 부동액 팽창 탱크(100)로 회수된다.
본 실시예의 액화천연가스 저장탱크로부터 배출된 액화천연가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 기화기(210)로 보내져 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후의 부동액과 열교환되어 기화된 후, 일부는 ME-GI엔진으로 보내지고, 다른 일부는 감압된 후 DF엔진으로 보내진다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3에 도시된 제 3 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 도 1에 도시된 제 1 실시예의 선박용 연료 공급 시스템에 비해, DF엔진으로 공급되는 기화된 액화천연가스의 온도를 높여주는 가열기(Heater, 600)를 더 포함한다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제 1 실시예의 선박용 연료 공급 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 액화천연가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 다단계로 압축시키는 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315); 부동액을 저장하였다가 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에 부동액을 공급하는 부동액 팽창 탱크(100); 및 액화천연가스를 강제 기화시키는 기화기(210);를 포함한다.
단, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제 1 실시예와는 달리, 기화기(210)에서 기화된 액화천연가스를 DF엔진으로 보내는 라인 상에 설치되어, 기화된 액화천연가스의 온도를 높여 DF엔진이 요구하는 조건으로 조절하는 가열기(600)를 더 포함한다.
본 실시예의 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 액화천연가스 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 다단계로 압축시킨다. 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에 의해 고압으로 압축된 증발가스는 ME-GI엔진으로 보내져 연료로 사용된다. 고압으로 압축된 증발가스를 ME-GI엔진으로 보내는 라인 상에는 압력 조절 밸브(462)가 설치될 수 있다.
또한, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315) 중 일부 압축기만을 통과하여 저압으로 압축된 증발가스의 일부는 DF엔진으로 보내진다. 저압으로 압축된 증발가스를 DF엔진으로 보내는 라인 상에는 압력 조절 밸브(464)가 설치될 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315) 후단에 각각 설치되어, 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 통과한 후 압력뿐만 아니라 온도가 올라간 증발가스의 온도를 낮추는 다수개의 증발가스 냉각기(321, 322, 323, 324, 325)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 부동액 팽창 탱크(100)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 기화기(210)에서 액화천연가스를 강제 기화시키는데 사용된 부동액을 회수하여 저장하였다가, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에 부동액을 공급한다. 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에 공급된 부동액은, 증발가스를 압축시키면서 온도가 올라간 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨다.
또한, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 부동액 팽창 탱크(100)로부터 배출되는 부동액을 가압하여 부동액의 순환을 용이하게 하는 펌프(510)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 기화기(210)는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 액화천연가스 저장탱크로부터 배출된 액화천연가스와, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출된 부동액을 열교환시켜, 액화천연가스를 강제 기화시킨다. 기화된 액화천연가스는, ME-GI엔진 및 DF엔진으로 보내져 연료로 사용된다.
본 실시예의 가열기(600)는, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출된 부동액과, 기화기(210)에서 기화된 액화천연가스를 열교환시켜, 기화기(210)에서 기화된 액화천연가스의 온도를 높인다. 가열기(600)에 의해 온도가 올라간 천연가스의 온도는 대략 40℃ ~ 50℃인 것이 바람직하다.
본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출된 부동액을, 다시 한 번 기화된 액화천연가스를 가열시키는데에 사용할 수 있으므로 에너지 절감에 기여할 수 있다.
본 실시예의 기화기(210)에서 기화된 액화천연가스를 DF엔진으로 보내는 라인 상에는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 감압장치(450)가 설치되어, 기화된 액화천연가스의 압력을 DF엔진이 요구하는 조건으로 조절할 수 있다. 감압장치(450)는 팽창기 또는 팽창밸브일 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 액화천연가스를 가압시키는 펌프(500)를 더 포함할 수 있는데, 펌프(500)는 기화기(210) 전단에 설치되어, DF엔진 또는 ME-GI엔진이 요구하는 압력 조건을 맞춘다.
또한, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출된 부동액을 기화기(210)로 보내는 라인 상에 설치되는 제 1 삼방 밸브(441)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 제 1 삼방 밸브(441)는, 가열기(600)와 연결되는 라인과도 연결되어, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출된 부동액의 일부는 기화기(210)로 보내고, 나머지 일부는 가열기(600) 또는 부동액 팽창 탱크(100)로 보낸다. 제 1 삼방 밸브(441)는, 부동액의 유량을 조절하여, 기화기(210)에서 액화천연가스가 기화되는 정도 및 가열기(600)에서 천연가스가 가열되는 정도를 조절한다.
본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 가열기(600) 전단에 설치되어, 한쪽은 제 1 삼방 밸브(441)와 연결되고, 다른 쪽은 가열기(600)와 연결되고, 또 다른 쪽은 부동액 팽창탱크(100)와 연결되는 제 2 삼방 밸브(442)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 제 2 삼방 밸브(442)는, 제 1 삼방 밸브(441)를 통해 보내진 부동액을 가열기(600)로 보낼지, 가열기(600)를 우회시켜 바로 부동액 팽창 탱크(100)로 보낼지 선택한다.
다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출된 부동액이 제 1 삼방 밸브(441) 및 제 2 삼방 밸브(442)를 통해 가열기(600)로 보내지면, 기화된 액화천연가스가 부동액과 가열기(600)에서 열교환되어, 기화된 액화천연가스의 온도가 높아진다. 기화기(210)에서 기화된 액화천연가스의 온도를 높일 필요가 없는 경우에는, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출된 부동액의 일부는, 제 1 삼방 밸브(441) 및 제 2 삼방 밸브(442)를 통과한 후 바로 부동액 팽창 탱크(100)로 회수된다.
본 실시예의 액화천연가스 저장탱크로부터 배출된 증발가스는, 제 1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 거쳐 고압으로 압축되어 ME-GI 엔진으로 공급된다. 본 실시예에서는 다섯 개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 포함하여, 다섯 단계의 압축 과정을 거치는 것을 예를 들어 설명하였으나, 압축기(311, 312, 313, 314, 315)의 개수가 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 부동액 팽창 탱크(100)로부터 배출된 부동액은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)에 각각 공급되어 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 온도가 높아진다.
다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 온도가 높아진 부동액은, 제 1 실시예와는 달리, 일부는 기화기(210)로 보내지고, 다른 일부는 가열기(600)로 보내지거나 바로 부동액 팽창 탱크(100)로 회수된다.
기화기(210)로 보내진 부동액은, 제 1 실시예와 마찬가지로, 액화천연가스 저장탱크로부터 배출되는 액화천연가스와 열교환되어, 액화천연가스를 기화시킨 후 부동액 팽창 탱크(100)로 회수된다.
가열기(600)로 보내진 부동액은, 액화천연가스 저장탱크로부터 배출된 후 기화기(210)에서 기화된 액화천연가스와 열교환되어, 기화된 액화천연가스의 온도를 높인 후 부동액 팽창 탱크(100)로 회수된다.
본 실시예의 액화천연가스 저장탱크로부터 배출된 액화천연가스는, 기화기(210)로 보내져, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후의 부동액과 열교환되어 기화된 후, 일부는 ME-GI엔진으로 보내진다. 기화된 액화천연가스의 일부를 ME-GI엔진으로 보내는 라인 상에는 압력 조절 밸브(463)가 설치될 수 있다.
기화기(210)에서 기화된 액화천연가스의 다른 일부는, 가열기(600)로 보내져, 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후의 부동액과 열교환되어 온도가 높아진 후, 감압되어 DF엔진으로 보내진다. 기화된 액화천연가스의 다른 일부를 DF엔진으로 보내는 라인 상에는 압력 조절 밸브(461)가 설치될 수 있다.
본 발명의 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315) 및 다수개의 증발가스 냉각기(321, 322, 323, 324, 325)를 포함하는 시스템을 HICOM이라고도 하는데, HICOM은 일반적으로 액화천연가스 저장탱크 내부의 액화천연가스의 양이 많아 증발가스도 많이 발생하는 경우에, 잉여 증발가스를 압축시켜 ME-GI 엔진으로 공급하기 위하여 사용된다.
또한, 본 발명의 펌프(500) 및 기화기(210)를 포함하는 시스템을 HIVAR라고도 하는데, HIVAR는 일반적으로 액화천연가스 저장탱크 내부의 액화천연가스의 양이 비교적 적어 증발가스도 적게 발생하는 경우에, 엔진이 필요로 하는 연료의 양을 충족시키기 위하여 사용된다.
즉, 기존에는 액화천연가스 저장탱크 내부의 액화천연가스의 양에 따라 HICOM과 HIVAR를 구분하여 운용하였는데, 실제로 액화천연가스를 수요처에 하역시키고 난 후 등 액화천연가스 저장탱크 내부의 액화천연가스의 양이 비교적 적은 경우에도 상당량의 증발가스가 발생하여, HICOM을 사용할 필요성이 대두되었다.
따라서, 액화천연가스 저장탱크 내부의 액화천연가스의 양이 비교적 적은 경우에 HICOM과 HIVAR를 동시에 운용하는 시스템이 개발되었는데(이하, 'HICOM HIVAR 동시 모드'라고 한다.), 'HICOM HIVAR 동시 모드'에서 HICOM과 HIVAR는 다음과 같이 운용될 수 있다.
1. 발생된 증발가스는 HICOM에 의해 압축하여 ME-GI엔진으로 보내고, 부족한 연료는 HIVAR에 의해 액화천연가스를 기화시켜 ME-GI엔진 및 DF엔진으로 보낸다.
2. 발생된 증발가스는 HICOM에 의해 압축하여 DF엔진으로 보내고, HIVAR에 의해 액화천연가스를 기화시켜 ME-GI엔진으로 보낸다. 또는, HICOM에 의해 압축된 증발가스는 ME-GI엔진으로 보내고, HIVAR에 의해 기화된 액화천연가스는 DF엔진으로 보낸다. 1. 및 2.의 운용 방법은 각 엔진에의 공급 압력을 별도로 조절할 수 있기 때문에 안정성이 높다는 장점이 있다.
3. HICOM에 의해 압축된 증발가스와 HIVAR에 의해 기화된 액화천연가스를 섞어(Mixing) ME-GI엔진 및 DF엔진에 함께 공급한다. 이 경우, 천연가스의 서로 다른 압력을 유지해 주는 것이 중요하다.
액화천연가스 저장탱크 내부의 액화천연가스의 양이 비교적 적은 경우뿐만 아니라, 액화천연가스의 양이 많은 경우에도 'HICOM HIVAR 동시 모드'를 운용함으로써, 증발가스 발생량, 액화천연가스와 연료유의 가격 차이, 배기가스 규제 지역인지 여부 등을 고려하여 선박 운전의 효율성을 극대화할 수 있다.
본 발명의 선박용 연료 공급 시스템 및 방법은, HICOM의 다수개의 압축기(311, 312, 313, 314, 315)를 냉각시킨 후 배출된 부동액을, HIVAR의 기화기(210); 및 기화기(210)에서 기화된 액화천연가스의 온도를 높이는 가열기(600);에서 다시 한 번 사용하므로, 'HICOM HIVAR 동시 모드'에서 특히 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100 : 부동액 팽창 탱크 210 : 기화기
220 : 부동액 냉각기 311, 312, 313, 314, 315 : 압축기
321, 322, 323, 324, 325 : 증발가스 냉각기
410, 420, 430 : 밸브 441, 442 : 삼방 밸브
450 : 감압장치 500, 510 : 펌프
600 : 가열기 461, 462, 463, 464 : 압력 조절 밸브

Claims (18)

  1. 액화천연가스 저장탱크로부터 배출되는 증발가스 또는 액화천연가스를 엔진에 공급하는 선박용 연료 공급 시스템에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축하여 ME-GI엔진으로 공급하는 하이컴(HICOM);
    상기 저장탱크로부터 배출되는 액화천연가스를 압축 및 기화시켜 DF엔진으로 공급하는 하이바(HIVIR);
    부동액을 저장하였다가 상기 하이컴 및 상기 하이바에 부동액을 공급하는 부동액 팽창 탱크; 및
    부동액의 유량 및 흐름을 조절하는 제1 삼방 밸브와 제2 삼방 밸브;를 포함하고,
    상기 하이컴은, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 다단계로 압축시키는 다수개의 압축기를 포함하고,
    상기 하이바는,
    상기 저장탱크로부터 배출되는 액화천연가스를 가압시키는 펌프;
    상기 펌프에 의해 가압된 액화천연가스를 기화시키는 기화기; 및
    상기 기화기에 의해 기화된 액화천연가스의 온도를 높이는 가열기;를 포함하고,
    상기 부동액 팽창 탱크로부터 배출된 부동액은, 상기 다수개의 압축기를 냉각시킨 후 상기 제1 삼방 밸브로 보내지고,
    상기 제1 삼방 밸브로 보내진 부동액은 두 흐름으로 분기하여, 한 흐름은 상기 기화기에서 열매로 사용된 후 상기 부동액 팽창 탱크로 회수되고, 나머지 흐름은 상기 제2 삼방 밸브로 보내지고,
    상기 제2 삼방 밸브로 보내진 부동액은 두 흐름으로 분기하여, 한 흐름은 상기 가열기에서 열매로 사용된 후 상기 부동액 팽창 탱크로 회수되고, 나머지 흐름은 바로 상기 부동액 팽창 탱크로 회수되고,
    상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스는, 상기 다수개의 압축기 중 일부를 통과한 흐름은 분기하여 상기 DF엔진으로 보내지고, 나머지 흐름은 상기 다수개의 압축기 중 나머지를 통과한 후 상기 ME-GI엔진으로 보내지고,
    상기 저장탱크로부터 배출된 액화천연가스는, 상기 펌프에 의해 압축되고, 상기 기화기에서 상기 제1 삼방 밸브로부터 보내진 부동액을 열매로 열교환되어 기화된 후, 일부 흐름은 분기하여 상기 ME-GI엔진으로 보내지고, 나머지 흐름은 상기 가열기에서 상기 제2 삼방 밸브로부터 보내진 부동액을 열매로 열교환되어 가열된 후 상기 DF엔진으로 보내지는, 선박용 연료 공급 시스템.
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  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기화기에서 기화된 액화천연가스가 상기 DF엔진으로 공급되는 라인 상에 설치되는 감압장치를 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 감압장치는 팽창기 또는 팽창밸브인, 선박용 연료 공급 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하이컴은,
    상기 다수개의 압축기 후단에 각각 설치되어, 상기 압축기를 통과한 증발가스의 온도를 낮추는 다수개의 증발가스 냉각기를 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
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  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 부동액 팽창 탱크로부터 배출되는 부동액을 가압하여 부동액의 순환을 용이하게 하는 펌프를 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
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