KR101701724B1 - 연료가스 공급시스템 - Google Patents

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Abstract

연료가스 공급시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 액화가스 및 증발가스를 수용하는 저장탱크, 저장탱크의 증발가스를 순차적으로 가압하는 제1압축부 및 제2압축부를 구비하고 제1압축부 및 제2압축부를 통과하여 가압된 증발가스를 제1엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인, 제1압축부를 통과하여 가압된 증발가스를 제2엔진으로 공급하는 제2연료가스 공급라인 및 제1연료가스 공급라인 또는 제2연료가스 공급라인 내 가압된 증발가스를 공급받아 재액화시키는 재액화라인을 포함하여 제공될 수 있다.

Description

연료가스 공급시스템{FUEL GAS SUPPLYING SYSTEM IN SHIPS}
본 발명은 연료가스 공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료가스의 효율적인 이용 및 관리를 도모할 수 있는 선박용 연료가스 공급시스템에 관한 것이다.
온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.
천연가스(Natural Gas)는 통상적으로 저장 및 수송의 용이성을 위해, 천연가스를 약 섭씨 -162도로 냉각해 그 부피를 1/600로 줄인 무색 투명한 초저온 액체인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)로 상 변화하여 관리 및 운용을 수행하고 있다.
이러한 액화천연가스는 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송된다. 그러나 액화천연가스를 완전히 단열시켜 수용하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 외부의 열이 저장탱크의 내부로 지속적으로 전달되어 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생되는 증발가스가 저장탱크의 내부에 축적되게 된다.
이러한 증발가스는 저장탱크의 내부압력을 상승시켜 저장탱크의 변형 및 훼손을 유발할 수 있으며, 액화천연가스를 수송하는 과정에서 선박의 진동에 의해 저장탱크 및 선박의 구조적인 문제를 야기할 수 있으므로, 증발가스의 발생을 억제하거나 증발가스를 처리 및 제거할 필요가 있다.
이에 종래에는 저장탱크의 상측에 마련되는 벤트마스트(Vent mast)로 증발가스를 흘려 보내거나, GCU(Gas Combustion Unit)을 이용하여 증발가스를 태워버리는 방안 등이 이용되었다. 그러나 이는 에너지 효율 면에서 바람직하지 못하므로 증발가스를 액화천연가스와 함께 또는 각각 선박의 엔진에 연료가스로 공급하거나, 재액화장치를 이용해 증발가스를 재액화시켜 활용하는 방안이 이용되고 있다.
증발가스를 선박의 엔진에 연료가스로 이용 시, 증발가스를 엔진이 요구하는 압력 및 온도조건 등에 맞추어 가압 등의 공정을 거치게 된다. 일 예로 증발가스를 연료가스로서 공급받는 엔진이 저압가스 분사엔진인 경우에는 5 ~ 8 bar의 저압의 압력조건, 고압가스 분사엔진인 경우에는 150 ~ 300 bar의 매우 고압의 압력조건으로 가압된다.
한편 선박의 엔진이 운용 중에 긴급상황에 직면하여 엔진을 정지시키는 등 엔진출력을 급격히 감소해야 하는 경우 엔진으로의 연료가스 공급을 차단하는 방안 등이 사용되고 있다. 그러나 전술한 바와 같이 연료가스는 매우 고압 및 고온의 상태이므로, 엔진으로 공급되는 연료가스를 급히 차단 시 연료가스 공급설비 상에 고압 및 고온의 연료가스가 잔존하게 되어 폭발 등의 안전사고의 위험 및 설비의 안정성에 위협을 가할 우려가 있다.
이에 따라 엔진의 출력변화에 안정적으로 대처하면서 연료가스를 효율적으로 이용 및 관리함과 동시에, 여분의 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있는 방안이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0035223호(2010. 04. 05. 공개)
본 발명의 실시 예는 엔진의 출력변화에 능동적으로 대응할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 증발가스의 재액화 효율을 향상시킬 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 연료가스를 효율적으로 이용 및 관리할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 단순한 구조로서 안정적이고 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 및 증발가스를 수용하는 저장탱크, 상기 저장탱크의 증발가스를 순차적으로 가압하는 제1압축부 및 제2압축부를 구비하고 상기 제1압축부 및 상기 제2압축부를 통과하여 가압된 증발가스를 제1엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인, 상기 제1압축부를 통과하여 가압된 증발가스를 제2엔진으로 공급하는 제2연료가스 공급라인 및 상기 제1연료가스 공급라인 또는 상기 제2연료가스 공급라인 내 가압된 증발가스를 공급받아 재액화시키는 재액화라인을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 재액화라인은 상기 제1압축부 후단으로부터 분기되는 제1도입라인과, 상기 제2압축부 후단으로부터 분기되되 증발가스를 감압시키는 팽창부를 구비하는 제2도입라인과, 상기 제1도입라인 및 상기 제2도입라인을 통해 공급된 증발가스를 냉각시키는 냉각부 및 상기 냉각부를 통과한 증발가스를 감압시키는 팽창기를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 냉각부는 상기 제1도입라인 및 상기 제2도입라인을 통해 공급된 증발가스를 상기 제1압축부 전단의 증발가스와 열교환하는 제1열교환기 및 상기 제1열교환기를 통과한 증발가스를 냉매와 열교환하는 제2열교환기를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 팽창부는 상기 제2도입라인을 통해 공급되는 증발가스를 상기 제1도입라인을 통해 공급되는 증발가스의 압력 크기에 상응하는 압력으로 감압시키도록 마련되어 제공될 수 있다.
상기 팽창부는 상기 제1열교환기의 전단에 마련되어 증발가스를 1차적으로 감압시키는 제1팽창밸브 및 상기 제1열교환기의 후단에 마련되되 상기 제1도입라인 및 상기 제2도입라인이 합류하는 지점 전단에 마련되어 증발가스를 2차적으로 감압시키는 제2팽창밸브를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 팽창기는 상기 냉각부를 통과한 증발가스를 상기 저장탱크의 내부압력 크기에 상응하는 압력으로 감압시키도록 마련되어 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 연료가스를 효율적으로 이용 및 관리할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 엔진의 출력변화에 능동적으로 대응할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 증발가스의 재액화 효율 및 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 단순한 구조로서 안정적이고 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템을 나타내는 개념도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템(100)을 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템(100)은 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 증발가스를 순차적으로 가압하는 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)를 구비하고 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)를 통과하여 가압된 증발가스를 제1엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인(120), 제1압축부(121)를 통과하여 가압된 증발가스를 제2엔진으로 공급하는 제2연료가스 공급라인(130) 및 제1연료가스 공급라인(120) 또는 제2연료가스 공급라인(130)에 잔존하는 잉여의 가압된 증발가스를 공급받아 재액화시키는 재액화라인(140)을 포함하여 마련될 수 있다.
이하 실시 예에서는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 적용하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 액화에탄가스, 액화탄화수소가스 등 다양한 액화가스 및 이로부터 발생하는 증발가스가 적용되는 경우에도 동일한 기술적 사상으로 동일하게 이해되어야 한다.
저장탱크(110)는 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 수용 또는 저장하도록 마련된다. 저장탱크(110)는 외부의 열 침입에 의한 액화천연가스의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다. 저장탱크(110)는 천연가스의 생산지 등으로부터 액화천연가스를 공급받아 수용 또는 저장하여 목적지에 이르러 하역하기까지 액화천연가스 및 증발가스를 안정적으로 보관하되 후술하는 바와 같이 선박의 추진용 엔진 또는 선박의 발전용 엔진 등의 연료가스로 이용되도록 마련될 수 있다.
저장탱크(110)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(110) 내부에는 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스가 존재하게 된다. 이러한 증발가스는 저장탱크(110)의 내부압력을 상승시켜 저장탱크(110)의 변형 및 폭발 등의 위험을 잠재하고 있으므로 증발가스를 저장탱크(110)로부터 제거 또는 처리할 필요성이 있다. 이에 따라 저장탱크(110) 내부에 발생된 증발가스는 본 발명의 실시 예와 같이 제1연료가스 공급라인(120) 또는 제2연료가스 공급라인(130)에 의해 엔진의 연료가스로 이용되거나 재액화라인(140)에 의해 재액화되어 저장탱크(110)로 재공급될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나 저장탱크(110)의 상부에 마련되는 벤트 마스트(미도시)로 공급하여 증발가스를 처리 또는 소모시킬 수도 있다.
엔진은 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스 및 증발가스 등의 연료가스를 공급받아 선박의 추진력을 발생시키거나 선박의 내부 설비 등의 발전용 전원을 발생시킬 수 있다. 엔진은 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제1엔진과, 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제2엔진으로 이루어질 수 있다. 일 예로 제1엔진은 상대적으로 고압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 ME-GI 엔진 또는 X-DF 엔진으로 이루어지고, 제2엔진은 상대적으로 저압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 DFDE 엔진 등으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수의 엔진 및 다양한 종류의 엔진이 이용되는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.
제1연료가스 공급라인(120)은 저장탱크(110)에 존재하는 증발가스를 가압하여 제1엔진에 연료가스로서 공급하도록 마련될 수 있다. 제1연료가스 공급라인(120)은 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 제1엔진으로 연결되되, 그 중단에는 후술하는 제1압축부(121)의 후단으로부터 제2연료가스 공급라인(130) 및 재액화라인(140)의 제1도입라인(141)이 분기되고, 후술하는 제2압축부(122)의 후단에는 재액화라인(140)의 제2도입라인(142)이 분기되어 마련될 수 있다. 제1연료가스 공급라인(120)에는 증발가스를 엔진이 요구하는 조건에 맞추어 처리할 수 있도록 증발가스를 순차적으로 가압하는 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)가 마련된다.
제1압축부(121)는 증발가스를 1차적으로 압축하는 컴프레서(121a)와 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 쿨러(121b)를 포함할 수 있다. 제1압축부(121)는 제2엔진이 요구하는 연료가스의 압력 및 온도조건에 상응하는 수준으로 저장탱크의 증발가스를 가압할 수 있다.
제1압축부(121)의 후단에는 제1압축부(121)를 통과하여 일부 가압된 증발가스를 2차적으로 가압하는 제2압축부(122)가 마련될 수 있다. 제2압축부(122)는 제1압축부(121)와 마찬가지로, 증발가스를 압축하는 컴프레서(122a)와 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 쿨러(122b)를 포함할 수 있다. 제2압축부(122)는 제1압축부(121)를 통과한 증발가스를 추가적으로 가압하여 제1엔진이 요구하는 압력 및 온도조건에 상응하는 수준으로 증발가스를 가압할 수 있다.
도 1에서는 제1압축부(121)가 2단의 컴프레서(121a) 및 쿨러(121b)로 이루어지고, 제2압축부(122)가 3단의 컴프레서(122a) 및 쿨러(122b)로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서 엔진의 요구 압력조건 및 온도에 따라 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)는 다양한 수의 컴프레서 및 쿨러로 이루어질 수 있다.
제1연료가스 공급라인(120) 상의 제1압축부(121) 전단에는 후술하는 재액화라인(140)의 냉각부(143)가 설치될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
제2연료가스 공급라인(130)은 제1연료가스 공급라인(120) 상의 제1압축부(121) 후단으로부터 분기되어, 제1압축부(121)에 의해 가압된 증발가스를 제2엔진에 연료가스로서 공급하도록 마련된다. 이를 위해 제2연료가스 공급라인(130)은 입구 측 단부가 제1압축부(121) 후단으로부터 분기되어 마련되고, 출구 측 단부가 제2엔진에 연결되어 마련될 수 있다. 또한 잉여의 연료가스를 소비하도록 출구 측 단부가 분기되어 GCU(Gas Combustion Unit)에 연결되도록 마련될 수도 있다.
한편, 전술한 바와 같이 제1엔진 및 제2엔진이 요구하는 연료가스의 압력, 온도 등의 조건에 맞추어 증발가스를 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)를 통해 가압한 후 엔진에 공급하게 되는데, 비상상황에 의한 엔진의 급격한 정지 또는 엔진의 출력을 급격하게 감소시켜야 하는 경우 제1연료가스 공급라인(120) 또는 제2연료가스 공급라인(130) 상에는 미쳐 엔진에 공급되지 못한 고압의 연료가스가 잔존하게 된다.
이들은 매우 고압 및 고온의 상태이므로 제1연료가스 공급라인(120) 또는 제2연료가스 공급라인(130)에 잔존할 경우에는 설비에 큰 부하를 가하여 설비의 안정성에 영향을 미치며, 화재 및 폭발 등의 사고를 유발할 우려가 있다. 나아가 제1엔진 및 제2엔진이 요구하는 연료가스의 요구량에 비해 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)에 의해 가압되는 증발가스의 공급량이 많도록 운용하는 것은 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)의 컴프레서를 불필요하게 대용량 또는 고사양으로 구축하는 것이므로 설비 구축 및 운용의 비효율을 초래하게 된다. 따라서 엔진을 급격히 정지하거나 엔진 출력을 급격하게 감소시키는 등 엔진 출력의 변화에 능동적으로 대응하여 제1연료가스 공급라인(120) 및 제2연료가스 공급라인(130) 상에 잔존하는 잉여의 가압된 증발가스를 안전하게 처리하되, 이를 효율적으로 이용 및 운용할 수 있는 방안이 요구된다.
재액화라인(140)은 제1연료가스 공급라인(120) 및 제2연료가스 공급라인(130)을 통해 제1엔진 및 제2엔진으로 공급되는 연료가스 중 제1엔진 및 제2엔진으로 공급되지 않고 잔존하는 잉여의 가압된 증발가스를 공급받아 재액화시키도록 마련된다.
재액화라인(140)은 제1연료가스 공급라인(120) 상의 제1압축부(121) 후단으로부터 분기되어 마련되는 제1도입라인(141), 제1연료가스 공급라인(120) 상의 제2압축부(122) 후단으로부터 분기되어 마련되되 추가적으로 가압된 증발가스를 감압시키는 팽창부를 구비하는 제2도입라인(142), 제1도입라인(141) 및 제2도입라인(142)을 통해 공급된 증발가스를 냉각시키는 냉각부, 냉각부를 통과한 증발가스를 감압시키는 팽창기(145)를 포함할 수 있다.
제1도입라인(141)은 제1연료가스 공급라인(120) 상의 제1압축부(121) 후단, 나아가 제2연료가스 공급라인(130)이 제1압축부(121) 후단으로부터 분기되는 지점에 함께 분기되어 마련되되, 후술하는 제2도입라인(142)과 합류하여 재액화라인(140)을 구성할 수 있다. 제1도입라인(141)은 제1압축부(121)를 통과하여 가압된 증발가스 중 제1엔진 및 제2엔진에 공급되지 않아 제1연료가스 공급라인(120) 또는 제2연료가스 공급라인(130)에 잔존하는 잉여의 가압된 증발가스를 공급받도록 마련된다. 제1도입라인(141)으로 도입된 잉여의 증발가스는 후술하는 냉각부의 제1열교환기(143)를 거쳐 냉각된 후, 제2도입라인(142)으로 도입되는 잉여의 증발가스와 합류하여 냉각부의 제2열교환기(144) 및 팽창기(145)로 공급되어 재액화될 수 있다.
도 1에는 도시하지 않았으나, 제1도입라인(141)이 제1연료가스 공급라인(120)의 제1압축부(121) 후단 및 제2연료가스 공급라인(130)과 분기되는 지점에는 3방 밸브(3-way Valve)가 마련되어, 각 라인으로 공급되는 증발가스의 공급량을 조절하도록 마련될 수 있다.
제2도입라인(142)은 제1연료가스 공급라인(120) 상의 제2압축부(122) 후단으로부터 분기되어 마련될 수 있다. 제2도입라인(142)은 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)를 통과하여 가압된 증발가스 중 제1엔진에 공급되지 않아 제1연료가스 공급라인(120)에 잔존하는 잉여의 가압된 증발가스를 공급받도록 마련된다. 전술한 바와 같이, 제2압축부(122)는 제1압축부(121)를 통과한 증발가스를 추가적으로 가압하여 제1엔진으로 공급하는 바, 제2도입라인(142)으로 도입되는 잉여의 가압된 증발가스의 압력은 제1도입라인(141)으로 도입되는 잉여의 가압된 증발가스의 압력보다 더 큰 상태이다. 따라서 제2도입라인(142)에는 도입된 증발가스의 압력을 감압시켜주는 팽창부가 마련되어, 제2도입라인(142)으로 도입된 증발가스의 압력을 제1도입라인(141)으로 도입된 증발가스의 압력에 상응하는 수준으로 감압시켜 줄 수 있다.
팽창부는 후술하는 냉각부의 제1열교환기(143)의 전단에 마련되어 제2도입라인(142)으로 도입되는 증발가스를 1차적으로 감압시키는 제1팽창밸브(142a)와, 냉각부의 제1열교환기(143)의 후단에 마련되되 제1도입라인(141) 및 제2도입라인(142)이 합류하는 지점의 전단에 마련되어 증발가스를 2차적으로 감압시키는 제2팽창밸브(142b)를 포함할 수 있다.
후술하는 냉각부의 제1열교환기(143)는 제1도입라인(141)으로 도입되는 증발가스 및 제2도입라인(142)으로 도입되는 증발가스를 제1연료가스 공급라인(120) 상의 제1압축부(121) 전단의 증발가스와 열교환하여 냉각시키도록 마련되는 바, 냉각의 효율성을 도모하기 위해 제1열교환기(143)로 공급되는 제1도입라인(141) 상의 증발가스와 제2도입라인(142) 상의 증발가스의 온도를 서로 상응하는 수준으로 맞춰줄 필요성이 있다. 이를 위해 제1팽창밸브(142a)가 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)에 의해 가압되어 고압 및 고온의 증발가스를 1차적으로 감압시킴으로써, 제2도입라인(142)을 통해 제1열교환기(143)로 공급되는 증발가스의 온도를 제1도입라인(141)을 통해 제1열교환기(143)를 공급되는 증발가스의 온도에 상응하는 수준으로 냉각시켜줄 수 있다.
일 예로, 제1엔진이 ME-GI 엔진으로 이루어지고 제2엔진이 DFDE 엔진으로 이루어지는 경우, 제1압축부(121)를 통과한 가압된 증발가스는 그 압력이 약 8 bar에 해당하고, 제1압축부(121) 및 제2압축부(122)를 통과한 가압된 증발가스는 그 압력이 약 300 bar 수준에 해당한다. 이 때 제1팽창밸브(142a)는 제2도입라인(142)으로 공급되는 약 300 bar 수준의 증발가스를 약 130 내지 150 bar 수준으로 감압시켜 줄 수 있으며, 이를 통해 제1팽창밸브(142a)를 통과하여 제1열교환기(143)로 흐르는 증발가스의 온도(섭씨 약 35 내지 45도)를 제1도입라인(141)으로 도입되어 제1열교환기(143)를 흐르는 증발가스의 온도(섭씨 약 45도)에 상응하는 수준으로 냉각시킬 수 있다. 다만, 상기 예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서 당해 수치에 한정되는 것은 아니며, 엔진의 종류, 증발가스의 가압정도 및 감압정도에 따라 그 수치가 가변적일 수 있음은 자명하다 할 것이다.
제2팽창밸브(142b)는 냉각부의 제1열교환기(143)를 통과한 제2도입라인(142) 상의 증발가스를 제1도입라인(141)으로 도입되는 증발가스의 압력 수준으로 감압시켜주도록 마련된다. 상기 예를 들어 설명하자면, 제2팽창밸브(142b)는 제1열교환기(143)를 통과한 증발가스의 압력을 제1도입라인(141)으로 도입된 증발가스의 압력인 약 8 bar 수준으로 감압하여, 제1도입라인(141)으로 도입된 증발가스와 제2도입라인(142)으로 도입된 증발가스가 안정적으로 합류하여 후술하는 냉각부의 제2열교환기(144) 및 팽창기(145)를 함께 통과하여 재액화될 수 있다.
제1팽창밸브(142a) 및 제2팽창밸브(142b)는 줄-톰슨 밸브(Joule-Thomson Valve)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 팽창기(Expander) 등 다양한 장치로 이루어지는 경우를 포함한다.
냉각부는 제1도입라인(141) 및 제2도입라인(142)을 통해 공급된 증발가스를 제1압축부(121) 전단의 증발가스와 열교환하는 제1열교환기(143) 및 제1열교환기(143)를 통과한 증발가스를 냉매와 열교환하는 제2열교환기(144)를 포함할 수 있다.
제1열교환기(143)는 제1도입라인(141)으로 도입되는 증발가스 및 제2도입라인(142)으로 도입되되 제1팽창밸브(142a)를 통과하여 감압 및 냉각된 증발가스를 제1연료가스 공급라인(120) 상의 제1압축부(121) 전단의 저온의 증발가스와 열교환하도록 마련된다. 제1도입라인(141)으로 도입되는 증발가스 및 제2도입라인(142)으로 도입되는 증발가스는 제1압축부(121), 제2압축부(122)에 의해 가압되어 온도가 상승한 상태이므로, 제1압축부(121) 전단의 저온의 증발가스와 열교환함으로써 냉각될 수 있다. 이와 같이 제1열교환기(143)를 연료가스 공급시스템(100) 내의 저온의 증발가스와 열교환하여 냉각시키도록 마련함으로써, 설비를 단순화시킬 수 있으며, 불필요한 전원의 낭비를 방지하여 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있다.
제2열교환기(144)는 제1도입라인(141) 및 제2도입라인(142)을 통해 공급되는 증발가스를 추가적으로 냉각시키도록 마련된다. 제2열교환기는 제1도입라인(141) 및 제2도입라인(142)이 합류한 지점 후단에 마련되고 냉매와의 열교환을 통해 재액화라인(140)을 흐르는 증발가스의 냉각을 수행할 수 있다.
냉매는 냉각시스템(50)에 의해 압축 및 팽창의 순환을 통해 저온으로 냉각되어 재액화라인(140) 상의 제2열교환기(144)를 통과하는 증발가스를 냉각시킬 수 있다. 냉각시스템(50)은 제2열교환기(144)를 통과한 냉매를 압축하는 압축기(51), 압축기(51)를 통과하여 압축된 냉매를 냉각시키는 냉각기(52) 및 냉각된 냉매를 팽창시키는 팽창기(53)를 포함할 수 있으며, 냉매는 질소로 이루어질 수 있다. 다만 도 1에 도시된 냉각시스템(50)에 관한 구성은 일 예로서, 재액화라인(140)을 따라 공급되는 증발가스를 냉각시킬 수 있다면 다양한 방식 및 종류의 냉각장치로 이루어지는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.
팽창기(145)는 냉각부의 제2열교환기(144)의 후단에 마련될 수 있다. 팽창기(145)는 제2열교환기(144)를 통과하여 냉각된 증발가스를 감압하여 증발가스의 재액화를 도모할 수 있다. 팽창기(145)는 저장탱크(110)의 내부 압력에 상응하는 압력 수준으로 증발가스를 감압시킬 수 있으며, 팽창기(145)를 통과하여 재액화된 증발가스는 저장탱크(110)로 회수되어 연료가스 공급시스템(100) 내에서 재순환 또는 재이용될 수 있다. 팽창기(145)는 일 예로 도 1에 도시된 바와 같이 줄-톰슨 밸브(Joule-Thomson Valve)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템(100)은 엔진의 출력변화의 대응하여 재액화라인(140)이 제1연료가스 공급라인(120) 또는 제2연료가스 공급라인(130)에 잔존하는 잉여의 연료가스를 재액화시켜 저장탱크로 회수함으로써, 연료가스를 효율적으로 이용 및 관리할 수 있으며, 설비의 안정적인 운용을 도모할 수 있는 효과를 가진다.
또한 재액화라인(140)이 제1압축부(121)의 후단의 잉여의 가압된 증발가스를 도입하는 제1도입라인(141)과 제2압축부(122) 후단의 잉여의 가압된 증발가스를 도입하는 제2도입라인(142)을 포함함으로써, 각 엔진의 출력변화에 능동적이고 효과적으로 대응할 수 있으며, 각 압축부(121, 122)의 컴프레서를 효율적으로 설치 또는 구축이 가능해져 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있다.
나아가 재액화라인(140)을 통한 잉여의 가압된 증발가스의 효율적인 이용이 가능해짐으로써, 에너지 효율이 향상될 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 연료가스 공급시스템 110: 저장탱크
120: 제1연료가스 공급라인 121: 제1압축부
122: 제2압축부 130: 제2연료가스 공급라인
140: 재액화라인 141: 제1도입라인
142: 제2도입라인 142a: 제1팽창밸브
142b: 제2팽창밸브 143: 제1열교환기
144: 제2열교환기 145: 팽창기

Claims (6)

  1. 액화가스 및 증발가스를 수용하는 저장탱크;
    상기 저장탱크의 증발가스를 순차적으로 가압하는 제1압축부 및 제2압축부를 구비하고 상기 제1압축부 및 상기 제2압축부를 통과하여 가압된 증발가스를 제1엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인;
    상기 제1압축부를 통과하여 가압된 증발가스를 제2엔진으로 공급하는 제2연료가스 공급라인; 및
    상기 제1연료가스 공급라인 또는 상기 제2연료가스 공급라인 내 가압된 증발가스를 공급받아 재액화시키는 재액화라인을 포함하고,
    상기 재액화라인은
    상기 제1압축부 후단으로부터 분기되는 제1도입라인과, 상기 제2압축부 후단으로부터 분기되되 증발가스를 감압시키는 팽창부를 구비하는 제2도입라인과, 상기 제1도입라인 및 상기 제2도입라인을 통해 공급된 증발가스를 냉각시키는 냉각부 및 상기 냉각부를 통과한 증발가스를 감압시키는 팽창기를 포함하는 연료가스 공급시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는
    상기 제1도입라인 및 상기 제2도입라인을 통해 공급된 증발가스를 상기 제1압축부 전단의 증발가스와 열교환하는 제1열교환기 및 상기 제1열교환기를 통과한 증발가스를 냉매와 열교환하는 제2열교환기를 포함하는 연료가스 공급시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 팽창부는
    상기 제2도입라인을 통해 공급되는 증발가스를 상기 제1도입라인을 통해 공급되는 증발가스의 압력 크기에 상응하는 압력으로 감압시키는 연료가스 공급시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 팽창부는
    상기 제1열교환기의 전단에 마련되어 증발가스를 1차적으로 감압시키는 제1팽창밸브 및
    상기 제1열교환기의 후단에 마련되되 상기 제1도입라인 및 상기 제2도입라인이 합류하는 지점 전단에 마련되어 증발가스를 2차적으로 감압시키는 제2팽창밸브를 포함하는 연료가스 공급시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 팽창기는
    상기 냉각부를 통과한 증발가스를 상기 저장탱크의 내부압력 크기에 상응하는 압력으로 감압시키는 연료가스 공급시스템.
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