KR101713857B1

KR101713857B1 - Lng 추진선박

Info

Publication number: KR101713857B1
Application number: KR1020140174015A
Authority: KR
Inventors: 박청기; 김동찬; 박하나; 최동규
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2017-03-09
Also published as: KR20160068365A

Abstract

LNG를 연소시켜 추진력을 얻는 LNG 추진선박이 개시된다.
상기 LNG 추진선박은, LNG를 저장하는 탱크(10)와; LNG를 연소시키는 엔진(20)과; 상기 탱크와 상기 엔진 사이를 연결하는 배관라인(L1)과; 상기 배관라인으로부터 분기하는 압력제어라인(L5); 을 포함할 수 있다. 상기 압력제어라인(L5)에는, 개방시, 상기 배관라인(L1)을 통하여 유동하는 연료를 상기 배관라인의 외부로 배출시킬 수 있는 압력제어밸브(46)가 설치될 수 있다.

Description

LNG 추진선박 {LNG FUELED SHIP}

본 발명은 LNG를 연료로 사용하여 추진력을 얻는 LNG 추진선박에 관한 것이다.

선박은 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)등의 액화가스를 연료로 사용하여 추진되거나 발전을 할 수 있도록 건조될 수 있다.

따라서, 선박에는 액화가스를 연료로서 사용할 수 있는 각종 엔진과, 연료용 액화가스를 저장하기 위한 연료탱크가 설치된다.

선박의 추진 또는 발전용 엔진으로서는, 상대적으로 고압으로 압축된 액화가스를 연료로서 공급받는 고압가스 분사엔진(예를 들어, MAN B&W Diesel사 제품인 ME-GI 엔진이나 ME-LGI 엔진 등)이나, 상대적으로 저압으로 압축된 액화가스를 연료로서 공급받는 저압가스 분사엔진(예를 들어, DF 엔진, 터빈이나 보일러 등)이 설치될 수 있다.

연료로서 사용되는 액화가스 중에서, 예를 들어 천연가스의 액화온도는 상압 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 선박의 연료탱크의 경우 필요시 단열처리가 될 수는 있지만, 단열처리가 되어 있더라도 외부의 열이 액화가스에 전달되는 것을 완벽하게 차단할 수는 없으므로, 선박의 사용(운항 또는 발전) 중에 연료탱크 내에서 액화가스가 지속적으로 기화되어 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.

액화가스를 각종 엔진의 연료로 사용하는 선박은, 연료탱크 내에 증발가스가 축적되어 연료탱크 내의 압력이 과도하게 상승하는 것이 방지되도록 건조되어야 한다.

또한, 선박에는 연료탱크에 저장된 연료를 엔진에 공급하기 위한 연료공급 시스템과, 연료공급용 배관 등이 설치된다.

연료공급 시스템은, 엔진에 최종적으로 공급되는 연료의 물성(즉, 연료의 압력 및 온도)이 해당 엔진에서 요구하는 값과 가능한 한 일치되도록 연료를 처리하여야 한다. 이를 위해, 연료공급 시스템은 연료의 압력을 조절하기 위한 수단과 연료의 온도를 조절하기 위한 수단을 포함한다.

LNG 추진선박은, 한정된 공간 내에서 연료공급 시스템과 연료공급용 배관이 적절하게 배치될 수 있도록 건조되어야 한다. 또한, LNG 추진선박은, 연료공급 시스템 내에 포함된 각종 장치들과 연료공급용 배관을 통하여 연료가 엔진에 공급되고 있는 도중에, 엔진에서 요구하는 연료의 양이 급격하게 변화할 경우를 대비하여, 급격한 연료 압력의 변화를 보상할 수 있도록 건조되어야 한다.

가스연료를 사용하는 엔진은 연료공급 시스템(FUEL GAS SUPPLY SYSTEM; FGSS)를 통해 액체가스연료(예컨대 LNG)를 가압 및 기화하여 사용한다. 이와 같이 FGSS를 통하여 엔진에 가스를 공급하는 도중에 다양한 원인으로 인하여 FGSS의 내부의 압력이 높아질 때가 있다.

이러한 경우는 다음과 같다.

(1) FGSS에 포함된 밸브 및 배관에서 압력강하(Pressure drop)가 크게 걸릴 때

(2) 엔진 측으로의 가스공급을 서서히 중단(Stop)할 때

(3) 엔진 측으로의 가스공급을 갑자기 중단(Shut-down)할 때

상기 (1)의 경우는 FGSS에 포함되어 있는 Valve position 설정 오류, GVU 필터에 이물질이 있는 경우 그리고 안전 밸브(Safety valve) 등에서 유체의 유출이 있는 경우에 해당한다. 이때에 FGSS는 엔진 측 가스공급압력 및 유량을 맞추기 위하여 연료를 더욱 가압하도록 제어될 것이다.

상기 (2), (3)의 경우는 FGSS를 통해 가압 및 기화되어 공급되던 가스가 서서히 또는 갑자기 수요처(엔진의 가스 소모)를 잃어버려 FGSS 내부에서 처리가능한 허용치보다 가압되는 속도가 더 빨라질 수 있다. 위 경우 모두 엔진의 부하(Load) 및 설정압력에 따라 허용할 수 있는 압력범위를 벗어나 위험을 초래할 수 있다.

이러한 사태를 미연에 방지하기 위하여 예를 들어 FGSS 후단, 즉 엔진의 GVU 전단에 초과압력 제어밸브(Overpressure control valve)를 설치할 수 있다. 상기 (1) 내지 (3)의 경우처럼 허용압력을 초과할 경우 안전 밸브(Safety valve)가 개방되기 전에 초과압력 제어밸브가 빠르게 개방되어 배관 및 장비의 손상 및 폭발을 방지할 수 있다. 이렇게 초과압력 제어밸브가 개방되는 경우는 긴급한 경우이므로 초과압력 제어밸브를 통과한 유체는 감압되어 벤트 마스트를 통해 대기방출(도 1 및 3 참조)되거나 연료탱크의 유형에 따라 다시 연료탱크로 복귀(도 2 참조)될 수 있다. 초과압력 제어밸브는 고압의 가스연료를 사용하는 ME-GI 엔진뿐만 아니라 저압의 가스연료를 사용하는 이중연료엔진(예컨대 DF 엔진)에도 통용될 수 있다.

초과압력 제어밸브를 통해 분기되어 나온 연료는, 연료탱크가 IMO type B인 독립형 탱크일 경우, 벤트마스트, GCU 등으로 보내져 처리될 수 있고, 연료탱크가 IMO type C의 압력용기일 경우, 이 압력용기로 회수하여 처리될 수 있다.

상기 내용과 같이 초과압력 제어밸브를 포함하는 FGSS를 통하여 실시간으로 엔진에 안전하고 안정적인 가스 공급을 할 수 있다.

고압으로 많은 유량을 이송할 때에는 순간적으로 압력이 높아지는 경우가 발생할 수 있기 때문에, 실시간으로 압력을 제어할 수 있는 기술이 필요하며, 이를 위해 초과압력 제어밸브가 설치될 필요가 있다. 초과압력 제어밸브가 개방되더라도 엔진에 대한 연료공급이 중단되는 것은 아니며, 초과압력 제어밸브가 잠시 개방되어 연료의 압력을 낮춘 후 초과압력 제어밸브가 폐쇄됨으로써 실시간으로 연료의 압력을 조절하면서 안정적인 연료공급이 가능하다.

초과압력 제어밸브(Overpressure control valve)를 통해 분기된 연료는 벤트 마스트로 공급되어 배출되거나 연료탱크로 복귀하는 것 이외에도, 선박 내에 설치된 발전용 엔진 등의 소비처에 연료로 공급되거나 연료탱크 이외의 별도의 압력용기에 저장될 수도 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, LNG를 연소시켜 추진력을 얻는 LNG 추진선박으로서, LNG를 저장하는 탱크와; LNG를 연소시키는 엔진과; 상기 탱크와 상기 엔진 사이를 연결하는 배관라인과; 상기 배관라인으로부터 분기하는 압력제어라인; 을 포함하며, 상기 압력제어라인에는, 개방시, 상기 배관라인을 통하여 유동하는 연료를 상기 배관라인의 외부로 배출시킬 수 있는 압력제어밸브가 설치되는, LNG 추진선박이 제공될 수 있다.

상기 LNG 추진선박은, 상기 압력제어라인에 설치되어 연료의 압력을 측정하는 압력 검출수단과, 상기 압력 검출수단에서 검출된 압력값에 근거하여 상기 압력제어밸브를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 LNG 추진선박은, 상기 압력제어라인을 통하여 상기 배관라인의 외부로 배출되는 연료를 처리하는 초과연료 처리수단을 더 포함할 수 있다.

상기 탱크는 압력용기이며, 상기 압력제어라인을 통하여 상기 배관라인의 외부로 배출되는 연료는 상기 탱크에 복귀할 수 있다.

상기 LNG 추진선박은, 상기 배관라인에 설치되어, 상기 탱크 내의 LNG를 상기 엔진에서 요구하는 압력으로 가압하는 가압수단을 더 포함할 수 있다.

상기 LNG 추진선박은, 상기 엔진에서 요구하는 압력이 변화함에 따라 상기 가압수단의 운전속도를 실시간으로 가변하는 가변구동수단을 더 포함할 수 있다.

상기 LNG 추진선박은, 상기 배관라인의 상기 가압수단 하류측에서 분기하는 재순환라인과, 상기 재순환라인에 설치되어, 개방시, 상기 가압수단에 의해 가압된 연료를 상기 배관라인의 외부로 배출시킬 수 있는 재순환밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 LNG 추진선박은, 상기 배관라인의 상기 가압수단 하류측에 설치되어, 가압된 LNG를 상기 엔진에서 요구하는 온도로 가열하는 가열수단을 더 포함할 수 있다.

상기 LNG 추진선박은, 상기 배관라인의 상기 가열수단 하류측에 설치되어 연료의 압력을 측정하는 압력 검출수단과, 상기 압력 검출수단에서 검출된 압력값에 근거하여, 상기 배관라인의 상기 가압수단 하류측에서 분기하는 재순환라인에 설치된 재순환밸브를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 압력 검출수단에서 검출된 압력값에 근거하여, 상기 가압수단의 운전속도를 실시간으로 가변하는 가변구동수단을 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, LNG를 연소시켜 추진력을 얻는 LNG 추진선박으로서, LNG를 저장하는 탱크와; LNG를 연소시키는 엔진과; 상기 탱크와 상기 엔진 사이를 연결하는 배관라인과; 상기 배관라인에 설치되어 상기 탱크 내의 LNG를 상기 엔진에서 요구하는 압력으로 가압하는 가압수단과; 상기 배관라인의 상기 가압수단 하류측에 설치되어, 가압된 LNG를 상기 엔진에서 요구하는 온도로 가열하는 가열수단과; 상기 배관라인의 상기 가열수단 상류측으로부터 분기하여, 가열되기 전의 LNG를 상기 배관라인의 외부로 배출함으로써 상기 배관라인의 압력을 조절하는 재순환라인과; 상기 배관라인의 상기 가열수단 하류측으로부터 분기하여, 가열된 LNG를 상기 배관라인의 외부로 배출함으로써 상기 배관라인의 압력을 조절하는 압력제어라인; 을 포함하는, LNG 추진선박이 제공될 수 있다.

상기 LNG 추진선박은, 상기 재순환라인을 통한 압력조절을 제어하는 제1 제어부와, 상기 압력제어라인을 통한 압력조절을 제어하는 제2 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 재순환라인을 통한 압력조절은, 상기 가열수단의 하류측에서 측정된 상기 배관라인의 압력에 근거하여 수행될 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 추진 또는 발전용 엔진과, 연료탱크와, 연료탱크 내의 연료를 적절한 압력 및 온도로 처리하여 엔진에 공급하는 연료공급 시스템 및 연료공급용 배관을 갖춘 LNG 추진선박이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시형태에 따른 LNG 추진선박에 의하면, 선박 내에 추진이나 발전을 위하여 설치되는 엔진에 대하여, 연료를 안정적으로 공급할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 LNG 추진선박에서의 LNG 공급과정을 설명하기 위한 개략도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 LNG 추진선박에서의 LNG 공급과정을 설명하기 위한 개략도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 LNG 추진선박에서의 LNG 공급과정을 설명하기 위한 개략도면이다.

LNG와 같은 액화가스를 연소시켜 추진력을 얻는 선박의 예로서는 LNG 운반선, LPG 운반선 등의 액화가스 운반선이나, 컨테이너선, 액체나 고체를 운반하는 각종 화물선, 여객선, LNG RV (Regasification Vessel), LNG FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), LNG FPSO (Floating, Production, Storage and Off-loading), 및 BMPP (Barge Mounted Power Plant) 등과 같은 구조물 등을 들 수 있으며, 이러한 선박에는 추진 또는 발전을 위해 액화가스를 연료로서 사용하는 엔진이 설치될 수 있다.

LNG RV는 자력 항해 및 부유가 가능한 액화천연가스 운반선에 LNG 재기화 설비를 설치한 것이다. LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 액화천연가스를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 액화천연가스를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 구조물이고, LNG FPSO는 채굴된 천연가스를 해상에서 정제한 후 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요시 이 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 구조물이다. 그리고 BMPP는 바지선에 발전설비를 탑재하여 해상에서 전기를 생산하기 위해 사용되는 구조물이다.

본 명세서에서 선박이란, LNG나 LPG 등의 액화가스를 운반하는 액화가스 운반선, LNG RV, 컨테이너선, 각종 화물선, 여객선 등과 같이 해상에서 자력으로 운항할 수 있는 구조물은 물론, LNG FPSO, LNG FSRU, BMPP 등과 같이 해상에서 계류 혹은 고정된 채 사용되는 해상 플랜트까지도 모두 포함하는 개념이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1 내지 3은 본 발명의 제1 내지 제3 실시형태에 따른 LNG 추진선박에서의 LNG 공급과정을 설명하기 위한 개략도면이다. 도시된 바와 같이, 선박의 연료공급 시스템은 선박의 엔진에 연료를 공급할 수 있다.

엔진은 선박의 추진용 엔진일 수도 있고, 발전용 엔진일 수도 있다. 선박의 추진 또는 발전용 엔진으로서는, 상대적으로 고압으로 압축된 액화가스를 연료로서 공급받는 고압가스 분사엔진(예를 들어, MAN B&W Diesel사 제품인 ME-GI 엔진이나 ME-LGI 엔진 등)이나, 상대적으로 저압으로 압축된 액화가스를 연료로서 공급받는 저압가스 분사엔진(예를 들어, DF 엔진, 터빈이나 보일러 등)이 설치될 수 있다.

엔진에서 사용하는 연료는, LNG나 LPG 등과 같이 탄화수소를 주성분으로 하면서 상온 상압에서 기체상태로 존재하는 액화가스일 수 있다. 또한, 엔진은, 연료로서, 중유, 디젤유, HFO 등과 같이 탄화수소를 주성분으로 하면서 상온 상압에서 액체상태로 존재하는 오일을, 전술한 액화가스와 함께 사용할 수 있는 이중연료 엔진일 수 있다.

본 발명에 따른 선박의 건조방법에 의해 선체 내에 설치되는 연료가스 공급 시스템은, 선박의 연료탱크(10)로부터 액화가스, 예컨대 LNG를 빼내어서 추진 혹은 발전용의 엔진(20)(예를 들어, ME-GI 엔진과 같은 선박 추진용 고압가스 분사엔진)으로 공급하는 연료공급라인(L1)을 설치하고, 이 연료공급라인(L1)의 도중에, 연료의 압력 및 온도를 엔진(20)에서 요구하는 값으로 조절하기 위해 가압수단(14)(예컨대, 고압펌프 등) 및 가열수단(16)(예컨대, 고압기화기 등)을 설치한 것이다.

본 명세서에서 '고압'이란, 엔진(20)에서 요구하는 압력에 대응되는 압력을 의미하는 것으로서, 예를 들어 엔진으로서 ME-GI 엔진이 사용될 경우에 '고압'은 150 내지 400 bara 정도의 압력을 의미한다.

연료탱크(10)로서는 LNG 운반선용으로 일반적으로 사용되는 LNG 저장탱크를 사용할 수 있다. 예를 들어, 연료탱크(10)는, 화물의 하중이 단열층에 직접 가해지지 않는 독립탱크형(Independent Type) 탱크로 만들어질 수 있으며, 또는 화물의 하중이 단열층에 직접 가해지는 멤브레인형(Membrane Type) 탱크로 만들어질 수 있다. 연료탱크(10)로서 독립탱크형 탱크가 사용될 경우, 2 바(게이지압) 이상의 압력에 견디도록 설계된 압력용기 등의 LNG 저장탱크를 사용하는 것도 가능하다.

연료공급라인(L1)의 가열수단(16)과 엔진(20) 사이에는 밸브(18)(예컨대, MGV) 및 가스밸브유닛(19)이 설치되어 엔진(20)에 대한 연료의 공급을 제어할 수 있다.

연료탱크(10)의 내부에는, 저장된 액화가스를 연료탱크의 외부로 배출시키기 위한 배출펌프(12)가 설치될 수 있다. 액화가스 연료는 1차 펌프인 배출펌프(12)에 의해서 1차적으로 가압된 후 2차 펌프인 가압수단(14)에 의해서 2차적으로 가압될 수 있다. 가압수단(14)은 연료가스를 예를 들어 100 ~ 400바(게이지압) 정도로 압축할 수 있다.

엔진(20)이, 예를 들어, MAN B&W Diesel사에서 제조하여 판매하는 ME-GI 엔진인 경우, ME-GI 엔진에서 요구하는 연료가스의 압력은 150 바(게이지압) 내지 400 바(게이지압) 정도인데, 1차 펌프에서 1차적으로 압력이 상승된 후 액체 상태로 2차 펌프(즉 가압수단(14)으로서의 고압펌프)로 공급된 연료가스는 최종적으로 엔진에서 요구하는 압력인 150 ~ 400바(게이지압)로 압축될 수 있다. 이렇게 압축된 연료가스(예를 들어 LNG)는 임계점을 넘어선 상태일 수 있으므로 액체, 기체의 구분이 없는 초임계 상태일 수 있다.

이 상태의 연료가스는 가열수단(16)(예컨대 고압기화기)에 공급되어 가열된 후 기화될 수 있다. 연료가스가 초임계 상태에 있을 경우, 액체, 기체의 구분이 없으므로, "기화"란 표현은 "가열"을 의미하는 것으로 간주되어야 한다.

가압수단(14)으로서의 고압펌프는 가변구동수단(15)에 의해 엔진(20), 예컨대 ME-GI 엔진에서 요구하는 압력으로 연료를 가압하도록 운전될 수 있다. 엔진(20)에서 요구하는 연료의 압력은 선박의 운항속도, 화물의 무게 등 다양한 변수에 따라 실시간으로 가변될 수 있다. 선박의 운항속도가 감소되는 등의 이유로, 가압수단(14)에 의해 가압된 연료가스의 압력이 엔진(20)에서 요구하는 압력보다 높아지게 되면, 가압수단(14) 하류측의 연료공급라인(L1)으로부터 분기하는 재순환라인(L3)을 통해 연료를 연료탱크(10) 또는 가압수단(14) 상류측의 연료공급라인(L1)으로 되돌려보낼 수 있다. 이를 위해 재순환라인(L3)에는 재순환밸브(36)가 설치될 수 있다.

가압수단(14)의 운전속도를 실시간으로 제어하여 구동시킬 수 있는 가변구동수단(15)과 재순환밸브(36)는 제1 제어부(32)에 연결되어 제어될 수 있다. 가압수단(14) 하류측의 연료공급라인(L1)에는 이송되는 연료의 압력을 측정하여 제1 제어부(32)에 전달할 수 있는 제1 압력 트랜스미터(PT)(34)가 설치될 수 있다.

도면에서는 제1 압력 트랜스미터(34)가 가압수단(14) 하류측의 연료공급라인(L1), 더욱 상세하게는 가열수단(16)의 하류측에 설치된 것으로 예시되어 있는데, 제1 압력 트랜스미터(34)의 설치위치는 가열수단(16)의 상류측으로 변경될 수도 있다. 제1 압력 트랜스미터(34)가 가열수단(16)의 하류측에 설치되면, 가압수단(14)에 의해 압축된 연료가 가열수단(16)에 의해 가열되면서 압력변동이 발생하여도 이를 감안하여 재순환밸브(36)와 가변구동수단(15)을 제어할 수 있어 유리하다.

연료공급라인(L1)은, 가열수단(16)의 상류측이나 하류측에서 분기하는 초과압력 제어라인(L5)을 포함할 수 있다. 도면에는 초과압력 제어라인(L5)이 가열수단(16)의 하류측, 더욱 상세하게는 연료공급라인(L1)의 제1 압력 트랜스미터(34)가 설치된 위치와 밸브(18)와의 사이에서 분기하는 것으로 예시되어 있다.

엔진(20) 직전의 연료공급라인(L1)에는 안전밸브 등을 포함할 수 있는 가스밸브유닛(19)이 설치될 수 있다.

초과압력 제어라인(L5)에는 초과압력 제어밸브(Overpressure control valve)(46)가 설치될 수 있다. 초과압력 제어밸브(46) 상류측의 초과압력 제어라인(L5)에는 제2 압력 트랜스미터(44)가 설치되어 초과압력 제어라인(L5)의 압력을 측정한 후 제2 제어부(42)에 압력정보를 전달할 수 있다. 초과압력 제어라인(L5)이 밸브(18) 상류측의 연료공급라인(L1)에서 분기하므로, 초과압력 제어밸브(46)에서 측정한 값은 밸브(18) 상류측의 연료공급라인(L1)의 압력과 대략 동일한 값일 수 있다.

결과적으로, 제2 압력 트랜스미터(44)는, 제1 압력 트랜스미터(34)에 비해, 연료공급라인(L1)에 있어서 하류측의 압력을 측정할 수 있게 설치될 수 있다.

도 1에 도시된 제1 실시형태와 도 3에 도시된 제3 실시형태에 따르면, 제2 압력 트랜스미터(44)에서 측정된 압력이 엔진(20)에서 요구하는 압력보다 클 때, 초과압력 제어밸브(46)가 개방되고, 여분의 연료는 벤트 마스트, GCU, 보일러, 터빈 등의 초과연료 처리수단(22) 등으로 공급되어 배출되거나 연소될 수 있다.

도 2에 도시된 제2 실시형태에 따르면, 제2 압력 트랜스미터(44)에서 측정된 압력이 엔진(20)에서 요구하는 압력보다 클 때, 초과압력 제어밸브(46)가 개방되고, 여분의 연료는 초과압력 제어라인(L5)을 통해 연료탱크(10)로 공급되어 저장될 수 있다. 이를 위해 초과압력 제어라인(L5)은 연료탱크(10)까지 연장할 수 있다. 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 초과압력 제어라인(L5)은 재순환라인(L3)과 합류되어 연료탱크(10)까지 연장할 수 있다.

도 3을 참조하면, 연료로서의 액화가스를 엔진(20)에서 요구하는 압력 및 온도로 처리하여 엔진(20)에 공급하기 위한 연료공급 시스템(100)은, 도 1 및 도 2에 도시된 것과는 상이하게 구성될 수 있다. 연료공급 시스템(100)이 어떠한 구성을 가지더라도, 엔진(20)의 상류측에 초과압력 제어라인(L5) 및 초과압력 제어밸브(46)를 설치함으로써 엔진(20)으로 공급되는 연료의 압력이 엔진(20)에서 요구하는 연료의 압력보다 크더라도 이를 제어할 수 있다.

제1 제어부(32)는 제1 압력 트랜스미터(34)에서 측정한 압력값에 근거하여 가변구동수단(15) 및 재순환밸브(36)를 제어하고, 제2 제어부(42)는 제2 압력 트랜스미터(44)에서 측정한 압력값에 근거하여 초과압력 제어밸브(46)를 제어한다. 제1 제어부(32) 및 제2 제어부(42)의 작동은 서로 연계될 수도 있고, 각각 별개로 수행될 수도 있다.

전술한 연료공급 시스템은, 엔진(20)에서의 부하에 따라 연료의 압력을 조절하여 공급할 수 있다. 평상시에도 가압수단(14)은 엔진(20)에서의 부하를 추종하도록 가변구동수단(15)을 통해 제어될 수 있으며, 그에 따라 가압수단(14)은 엔진의 부하에 따라 실시간으로 연료의 압력을 가변시킬 수 있다.

엔진(20)에서의 부하가 감소하거나 연료공급 시스템 내부에서 연료의 압력이 상승하여, 연료공급라인(L1) 내부의 연료의 압력이 엔진(20)에서 요구하는 연료의 압력에 비해 커지게 되면, 제1 제어부(32)는 가변구동수단(15)을 통해 가압수단(14)의 운전속도를 조절한다. 즉, 제1 제어부(32)는 가압수단(14)의 운전속도를 감소시키도록 제어한다.

가압수단(14)은 왕복동식 펌프로 이루어질 수 있는데, 움직이는 장치의 특성상, 관성에 의해, 제어부의 신호에 즉각적으로 반응하는 것이 쉽지 않을 수 있다. 가압수단(14)의 운전속도를 제어하여도 연료공급라인(L1) 내부의 연료의 압력이 엔진(20)에서 요구하는 연료의 압력에 비해 크면, 제1 제어부(32)는 재순환밸브(36)를 개방시켜 가압수단(14)에 의해 가압된 연료 중 일부를 가압수단(14)의 상류측으로 재순화시킴으로써 엔진(20)에 공급되는 연료의 압력이 감소되도록 제어한다.

제1 제어부(32)에 의한 가압수단(14)의 제어 및 재순환밸브(36)의 제어는 순차적으로 이루어질 수도 있고, 동시에 이루어질 수도 있다. 본 실시형태에 따르면, 제1 제어부(32)는 가열수단(16)의 상류측에서 연료공급라인(L1)을 통해 이송되는 연료, 즉 가열수단(16)에 의해 가열되어 기화되기 전의 연료(예컨대, 액체상태의 LNG)의 압력을 제어할 수 있다.

또한, 엔진(20)에서의 부하가 감소하거나 연료공급 시스템 내부에서 연료의 압력이 상승하여, 연료공급라인(L1) 내부의 연료의 압력이 엔진(20)에서 요구하는 연료의 압력에 비해 커지게 되면, 제2 제어부(42)는 초과압력 제어밸브(46)를 개방시켜 가압수단(14)에 의해 가압된 후 가열수단(16)에 의해 가열된 연료 중 일부를 우회처리(즉, 연료공급 시스템의 외부로 배출시키거나, GCU 등에서 연소시키거나, 연료탱크(10)로 복귀)함으로써 엔진(20)에 공급되는 연료의 압력이 감소되도록 제어한다.

제2 제어부(42)에 의한 초과압력 제어밸브(46)의 제어는, 제1 제어부(32)에 의한 가압수단(14)의 제어 및 재순환밸브(36)의 제어와 순차적으로 이루어질 수도 있고, 동시에 이루어질 수도 있다. 본 실시형태에 따르면, 제2 제어부(42)는 가열수단(16)의 하류측에서 연료공급라인(L1)을 통해 이송되는 연료, 즉 가열수단(16)에 의해 가열되어 기화된 전의 연료(예컨대, 기체상태의 LNG)의 압력을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 액화가스를 저장할 수 있는 연료탱크(10)와, 액화가스를 연료로서 사용할 수 있는 엔진(20)과, 연료탱크(10) 내의 연료를 엔진(20)에서 요구하는 압력 및 온도로 처리하여 엔진(20)에 공급하는 연료공급 시스템을 갖춘 LNG 추진선박이 제공될 수 있다. 연료탱크(10)와 연료공급 시스템 사이 그리고 연료공급 시스템과 엔진(20) 사이는, 연료공급용 배관 라인으로 연결될 수 있다.

여기에서, 연료공급용 배관, 즉 연료공급라인(L1)에는, 엔진(20)에서 요구하는 연료의 압력보다 상기 엔진에 공급되는 연료의 압력이 높을 때 초과압력을 제어하기 위한 초과압력 제어라인(L5)이 연결될 수 있으며, 이 초과압력 제어라인(L5)에는 초과압력 제어밸브(46)가 설치될 수 있다.

연료탱크(10), 엔진(20) 및 연료공급 시스템은, 선체의 외부에서 하나의 모듈로 제작된 후, 선체의 내부로 옮겨 설치될 수 있다.

엔진에 대한 연료 공급 도중에 초과압력 제어라인(L5)을 통해 연료공급 시스템으로부터 배제되는 연료의 초과분을 처리하기 위해서, LNG 추진선박 내에는, 벤트 마스트, GCU, 보일러, 터빈 등의 초과연료 처리수단(22)이 설치될 수 있다.

또는, 엔진에 대한 연료 공급 도중에 초과압력 제어라인(L5)을 통해 연료공급 시스템으로부터 배제되는 연료의 초과분을 처리하기 위해서, 초과압력 제어라인(L5)이 연료탱크(10)까지 연장되도록 설치될 수 있다.

연료공급 시스템은, 고압가스 분사엔진의 연료가스로서 사용하기 위해 연료탱크의 내부에 발생된 증발가스를 기체 상태로 고압으로 압축하지 않고, 연료탱크 내부에 저장된 액체상태의 연료만을 고압으로 가압하여 엔진에 공급할 수 있다.

또한, 연료공급 시스템에 사용되는 연료탱크는, 선박의 운항 기간 동안에 내부에서 발생되는 증발가스에 의한 압력 상승을 허용하기 위해 증발가스에 의한 압력 상승분을 견딜 수 있는 강도를 가지도록 설계된 연료탱크일 수도 있다.

또한, 연료공급 시스템은, LNG 등의 가스연료를 저장하는 연료탱크와 별개로 중유, 디젤유 등의 오일을 연료로서 저장하는 오일 연료탱크(도시생략)를 더 포함할 수 있다. MEGI 엔진 등의 고압가스 분사엔진은 이중 연료를 사용하므로 선박의 운항상태나 엔진의 연료모드에 따라 엔진에 공급되는 연료로서 LNG와 오일을 적절한 비율로 함께 사용할 수 있다. 오일 연료탱크에 저장된 연료로서의 오일은, 펌프 등의 가압수단과 히터 등의 가열수단에 의해 엔진에서 요구하는 압력 및 온도를 가지도록 처리된 후 엔진에 공급될 수 있다.

이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.

10: 연료탱크
12: 배출펌프
14: 가압수단(예컨대 고압펌프)
15: 가변구동수단
16: 가열수단(예컨대 고압기화기)
20: 엔진(예컨대 고압가스 분사엔진으로서의 ME-GI ENGINE)
36: 재순환밸브
46: 초과압력 제어밸브
L1: 연료공급라인
L3: 재순환라인
L5: 초과압력 제어라인

Claims

LNG를 연소시켜 추진력을 얻는 LNG 추진선박으로서,
LNG를 저장하는 탱크와;
LNG를 연소시키는 엔진과;
상기 탱크와 상기 엔진 사이를 연결하는 배관라인과;
상기 배관라인으로부터 분기하는 압력제어라인과;
상기 배관라인에 설치되어, 상기 탱크 내의 LNG를 상기 엔진에서 요구하는 압력으로 가압하는 가압수단과;
상기 배관라인의 상기 가압수단 하류측에 설치되어, 가압된 LNG를 상기 엔진에서 요구하는 온도로 가열하는 가열수단과;
상기 배관라인의 상기 가압수단 하류측에서 분기하는 재순환라인과;
상기 재순환라인에 설치되어, 개방시, 상기 가압수단에 의해 가압된 연료를 상기 배관라인의 외부로 배출시킬 수 있는 재순환밸브와;
상기 배관라인의 상기 가열수단 하류측에 설치되어 연료의 압력을 측정하는 압력 검출수단과;
상기 압력 검출수단에서 검출된 압력값에 근거하여, 상기 배관라인의 상기 가압수단 하류측에서 분기하는 재순환라인에 설치된 재순환밸브를 제어하는 제어부; 를 포함하며,
상기 압력제어라인에는, 개방시, 상기 배관라인을 통하여 유동하는 연료를 상기 배관라인의 외부로 배출시킬 수 있는 압력제어밸브가 설치되며,
상기 제어부에 의해, 상기 압력 검출수단에서 검출된 상기 가열수단 하류측의 상기 배관라인 내부의 연료의 압력값에 근거하여, 상기 가열수단 상류측의 연료가 상기 재순환라인을 통해 상기 배관라인의 외부로 배출되는, LNG 추진선박.
청구항 1에 있어서,
상기 압력제어라인에 설치되어 연료의 압력을 측정하는 압력 검출수단과,
상기 압력 검출수단에서 검출된 압력값에 근거하여 상기 압력제어밸브를 제어하는 제어부
를 더 포함하는, LNG 추진선박.
청구항 1에 있어서,
상기 압력제어라인을 통하여 상기 배관라인의 외부로 배출되는 연료를 처리하는 초과연료 처리수단을 더 포함하는, LNG 추진선박.
청구항 1에 있어서,
상기 탱크는 압력용기이며,
상기 압력제어라인을 통하여 상기 배관라인의 외부로 배출되는 연료는 상기 탱크에 복귀하는, LNG 추진선박.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 엔진에서 요구하는 압력이 변화함에 따라 상기 가압수단의 운전속도를 실시간으로 가변하는 가변구동수단을 더 포함하는, LNG 추진선박.
삭제
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는, 상기 압력 검출수단에서 검출된 압력값에 근거하여, 상기 가압수단의 운전속도를 실시간으로 가변하는 가변구동수단을 제어하는, LNG 추진선박.
LNG를 연소시켜 추진력을 얻는 LNG 추진선박으로서,
LNG를 저장하는 탱크와;
LNG를 연소시키는 엔진과;
상기 탱크와 상기 엔진 사이를 연결하는 배관라인과;
상기 배관라인에 설치되어 상기 탱크 내의 LNG를 상기 엔진에서 요구하는 압력으로 가압하는 가압수단과;
상기 배관라인의 상기 가압수단 하류측에 설치되어, 가압된 LNG를 상기 엔진에서 요구하는 온도로 가열하는 가열수단과;
상기 배관라인의 상기 가열수단 상류측으로부터 분기하여, 가열되기 전의 LNG를 상기 배관라인의 외부로 배출함으로써 상기 배관라인의 압력을 조절하는 재순환라인과;
상기 배관라인의 상기 가열수단 하류측으로부터 분기하여, 가열된 LNG를 상기 배관라인의 외부로 배출함으로써 상기 배관라인의 압력을 조절하는 압력제어라인; 을 포함하며,
상기 가열수단의 하류측에서 측정된 상기 배관라인의 압력에 근거하여, 상기 가열수단 상류측의 연료가 상기 재순환라인을 통해 상기 배관라인의 외부로 배출되는, LNG 추진선박.
청구항 11에 있어서,
상기 재순환라인을 통한 압력조절을 제어하는 제1 제어부와,
상기 압력제어라인을 통한 압력조절을 제어하는 제2 제어부
를 더 포함하는, LNG 추진선박.
삭제