KR101801466B1 - 가스터빈 기반의 전기추진 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

가스터빈 기반의 전기추진 시스템 및 이를 포함하는 선박 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스터빈 기반의 전기추진 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 선박의 추진을 위해 전기를 생성하는 가스터빈; 상기 가스터빈에서 발생하는 배기열을 회수하여 스팀을 생성하는 배열회수장치; 상기 배열회수장치에서 발생하는 스팀을 이용하여 전기를 생성하는 스팀터빈을 포함하며, 상기 스팀터빈으로 추가적으로 스팀을 공급하는 보일러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스터빈 기반의 전기추진 시스템 및 이를 포함하는 선박{A gas supplying system for gas turbine and a ship having the same}
본 발명은 가스터빈 기반의 전기추진 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.
이러한 선박은 엔진 등을 구동함으로써 추력을 발생시키는데, 이때 엔진은 가솔린 또는 디젤을 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 함으로써, 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로펠러가 구동되도록 하는 것이 일반적이었다.
그러나 최근에는, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 엔진을 구동하는 LNG 연료공급 방식이 사용되고 있으며, 이와 같이 엔진의 연료로 LNG를 사용하는 방식은 LNG 운반선 외의 다른 선박에도 적용되고 있다.
일반적으로, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있고, 채광과 이송기술이 발달함에 따라 그 사용량이 급격히 증가하고 있다. 이러한 LNG는 주성분인 메탄을 1기압 하에서 -162℃도 이하로 온도를 내려서 액체 상태로 보관하는 것이 일반적인데, 액화된 메탄의 부피는 표준상태인 기체상태의 메탄 부피의 600분의 1 정도이고, 비중은 0.42로 원유비중의 약 2분의 1이 된다.
그러나 엔진이 구동되기 위해 필요한 온도 및 압력 등은, 탱크에 저장되어 있는 LNG의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 최근에는 액체 상태로 저장되는 LNG의 온도 및 압력 등을 제어하여 엔진 등에 공급하는 기술에 대하여, 지속적인 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 추진을 위한 에너지를 생성하기 위해 가스터빈과 스팀터빈으로 발전하면서 최적의 효율을 창출하는 가스터빈 기반의 전기추진 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 가스터빈 기반의 전기추진 시스템은, 선박의 추진을 위해 전기를 생성하는 가스터빈; 상기 가스터빈에서 발생하는 배기열을 회수하여 스팀을 생성하는 배열회수장치; 상기 배열회수장치에서 발생하는 스팀을 이용하여 전기를 생성하는 스팀터빈을 포함하며, 상기 스팀터빈으로 추가적으로 스팀을 공급하는 보일러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 보일러는, 상기 선박에 마련된 액화가스 저장탱크로부터 공급되는 가스 또는 상기 선박에 마련된 오일 저장탱크로부터 공급되는 오일을 소비하여 스팀을 생성할 수 있다.
구체적으로, 상기 배열회수장치 및 상기 보일러에서 상기 스팀터빈으로 연결되는 열매 공급라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 열매 공급라인은, 상기 배열회수장치 및 상기 보일러에 각각 연결된 후 합류되어 상기 스팀터빈으로 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 선박에 마련된 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 연소하는 가스연소장치를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 배열회수장치는, 상기 가스연소장치에서 발생하는 배기열을 회수하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 가스터빈 기반의 전기추진 시스템이 탑재되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 기반의 전기추진 시스템의 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하에서 액화가스는 LPG, LNG, 에탄 등일 수 있으며, 예시적으로 LNG(Liquefied Natural Gas)를 의미할 수 있으며, 증발가스는 자연 기화된 LNG 등인 BOG(Boil Off Gas)를 의미할 수 있다.
또한 액화가스는 액체 상태, 기체 상태, 액체와 기체 혼합 상태, 과냉 상태, 초임계 상태 등과 같이 상태 변화와 무관하게 지칭될 수 있으며, 증발가스 역시 마찬가지임을 알려 둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 기반의 전기추진 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스터빈 기반의 전기추진 시스템(1)은, 선박(100)에 탑재되며, 액화가스 저장탱크(10), 오일 저장탱크(20), 가스터빈(30), 배열회수장치(40), 스팀터빈(50), 가스연소장치(60), 오일 발전기(70), 전력 분배반(90)을 포함한다.
액화가스 저장탱크(10)는, 액화가스를 저장한다. 이때 액화가스는 액화가스 저장탱크(10) 내에서 액상으로 저장될 수 있으며, 다만 외부로부터의 열 침투로 인하여 액화가스 저장탱크(10) 내에는 액화가스가 기화된 증발가스가 존재할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스 및 증발가스는 가스로 통칭될 수 있으며, 이하에서 가스는 액화가스 및 증발가스 중 적어도 어느 하나를 의미하는 표현임을 알려둔다.
오일 저장탱크(20)는, 오일을 저장한다. 이때 오일은 MGO 등일 수 있으며, 상온에서도 액체 상태를 갖는 유체일 수 있다. 오일의 종류는 특별하게 한정하지 않으며 현재 선박(100) 분야에서 다양하게 사용되고 있는 모든 유체 연료를 의미할 수 있다.
가스터빈(30)은, 액화가스 저장탱크(10)로부터 공급되는 가스를 소비하여 발전한다. 가스터빈(30)은 발전기(부호 도시하지 않음)를 구비하며 가스의 연소에 의해 발생하는 임펠러(도시하지 않음)의 회전력을 이용하여 에너지(전력)를 생성할 수 있다.
가스터빈(30)은 액화가스 저장탱크(10)에서 발생한 증발가스 또는 액화가스를 소비할 수 있다. 이를 위하여 액화가스 저장탱크(10)에서 가스터빈(30)으로 가스 공급라인(12) 및 액화가스 공급라인(15)이 연결될 수 있으며 각 라인에는 증발가스 또는 액화가스의 유량을 조절하기 위한 밸브(121, 151)가 마련될 수 있다.
가스 공급라인(12)에는, 예열기(14)와 압축기(13)가 마련될 수 있다. 예열기(14)는 액화가스 저장탱크(10)에서 극저온으로 저장되어 있는 증발가스를 예열하여 압축기(13)의 부하를 절감하고 압축기(13)를 보호하며, 다양한 열원을 이용할 수 있다.
압축기(13)는 다단으로 구성되며, 예열기(14)에 의해 예열된 증발가스를 압축하여 가스터빈(30)으로 공급한다. 압축기(13)가 압축하는 증발가스의 압력은 10 내지 50bar일 수 있고 일례로 30bar 내외일 수 있다.
액화가스 공급라인(15)에는, 액화가스 펌프(16), 기화기(17), 기액분리기(18), 액화가스 열교환기(19)가 마련될 수 있다. 액화가스 펌프(16)는, 액화가스 저장탱크(10)의 내부 및 외부 중 적어도 어느 하나에 마련되어 액화가스 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 액화가스 공급라인(15)으로 이송한다.
액화가스 펌프(16)는 액화가스를 10 내지 50bar로 가압할 수 있으며, 액화가스 펌프(16)가 압축기(13) 하류의 증발가스가 갖는 압력까지 액화가스를 가압할 경우에는 액화가스 공급라인(15)이 압축기(13)의 하류에서 가스 공급라인(12)과 합류할 수 있다.
다만 액화가스 펌프(16)가 가압한 액화가스의 압력이 압축기(13) 하류의 증발가스가 갖는 압력에 미치지 못할 경우, 액화가스 공급라인(15)은 압축기(13)의 상류에서 또는 다단 압축기(13)의 중간에서 가스 공급라인(12)에 합류될 수 있다.
기화기(17)는, 액화가스 펌프(16)에 의해 이송되는 액화가스를 기화시킨다. 이때 기화는 반드시 액체 상태에서 기체 상태인 것을 의미하는 것은 아니며, 가열을 의미할 수 있다.
기액분리기(18)는, 기화된 액화가스를 기체와 액체로 분리한다. 액체는 기액분리기(18)에서 액화가스 저장탱크(10)로 연결되는 액화가스 회수라인(181)을 따라 액화가스 저장탱크(10)로 회수될 수 있다.
일반적으로 기액분리기(18)는 메탄가를 높이기 위해 사용될 수 있는데, 기화기(17)가 액화가스 내의 메탄만 기상으로 변화되도록 가열하면, 헤비카본(프로판, 부탄)은 액상으로 잔류할 수 있다. 이때 기액분리기(18)가 액화가스를 기체와 액체로 분리하면, 액체인 헤비카본 대비 메탄의 비중이 높은 액화가스가 가스터빈(30)으로 공급될 수 있다.
다만 본 발명은, 액화가스가 가스터빈(30)에 의해 소비되는 것이며, 가스터빈(30)은 메탄가에 영향을 받지 않는다. 따라서 본 발명의 기액분리기(18)는 단순히 액상의 액화가스가 가스터빈(30)으로 유입되는 것을 차단하는 역할을 하며, 메탄가 조절과는 직접적인 관련이 없을 수 있다. 따라서 기액분리기(18) 및 이에 연결된 액화가스 회수라인(181)은 생략 가능하다.
액화가스 열교환기(19)는, 기액분리기(18)에서 분리된 기체 상태의 액화가스(강제증발가스에 해당하며, 앞서 설명한 증발가스는 자연증발가스임)를 가스터빈(30)의 요구 온도에 맞게 가열할 수 있다. 이때 가스터빈(30)의 요구 온도는 0 내지 50도일 수 있다.
액화가스 열교환기(19)에서 가열된 액화가스는 압축기(13)에서 압축된 증발가스와 합류하여 가스터빈(30)으로 공급될 수 있다. 이때 증발가스는 압축기(13)의 하류에서 별도로 가열되지 않을 수 있는데, 이는 압축기(13)가 가스터빈(30)의 요구온도까지 증발가스를 압축할 때 수반되는 온도 상승 때문이다.
물론 압축기(13)에서 토출되는 증발가스의 온도가 가스터빈(30)의 요구온도를 충족하지 못할 경우를 대비해, 액화가스 열교환기(19)가 가스터빈(30)의 요구온도보다 높은 온도로 액화가스를 가열하고, 액화가스가 증발가스에 혼합되면서 혼합된 가스가 가스터빈(30)의 요구온도를 충족시키도록 할 수도 있다.
이와 같이 액화가스 및/또는 증발가스를 공급받는 가스터빈(30)은, 전기를 생산하여 선박(100)의 추진을 구현할 수 있다. 즉 가스터빈(30)에 의해 생산된 에너지는, 프로펠러(도시하지 않음)가 마련된 회전축(94)의 회전을 위해 모터(93)를 가동하는데 사용될 수 있다.
배열회수장치(40)는, 배기를 이용하여 열매를 생성한다. 이때 열매는 스팀일 수 있으며, 배열회수장치(40)는 이코노마이저(economizer)일 수 있다. 이하에서 편의상 열매는 스팀인 것을 한정해 설명한다. 배열회수장치(40)는 물을 배기로 가열하여 스팀을 만들고, 스팀을 스팀터빈(50)에 공급할 수 있다.
이때 배열회수장치(40)가 사용하는 배기는 가스터빈(30)에서 발생하는 배기일 수 있다. 즉 가스터빈(30)이 가스를 소비하면서 배기를 방출할 때, 방출되는 배기는 배기 회수라인(41)을 따라 배열회수장치(40)로 공급되어 스팀 생산에 일조할 수 있다.
배열회수장치(40)는 가스터빈(30)의 100% 가동 시 발생하는 배기를 모두 소화할 수 있는 용량으로 마련될 수 있는데, 다만 배열회수장치(40)의 가동에 문제가 발생할 경우, 배기 회수라인(41)을 통해 공급되는 배기의 처리가 문제될 수 있다. 따라서 본 발명은 배열회수장치(40)의 가동 중단 등의 상황을 대비하기 위해서, 가스터빈(30)의 배기가 배열회수장치(40)를 우회하여 외부로 배출되도록 하는 배기 방출라인(42)을 마련할 수 있다.
배기 방출라인(42)은, 배기 회수라인(41)에서 분기되어 배기를 외부로 배출할 수 있다. 이때 외부는 본 시스템에서 언급되지 않는 별도의 수요처이거나 대기중일 수 있다.
배기 회수라인(41)에서 배기 방출라인(42)이 분기되는 지점에는 밸브(411)가 마련되며, 밸브(411)는 제어부(80)에 의하여 개도가 조절될 수 있다. 배열회수장치(40)가 처리하지 못하는 잉여분의 배기가 발생하면, 제어부(80)가 밸브(411)를 조절해 잉여분의 배기가 배열회수장치(40) 대신 외부로 배출되도록 할 수 있다.
배열회수장치(40)가 가스터빈(30)에 의한 배기를 이용하여 스팀을 생성할 경우 발생되는 스팀은 스팀터빈(50)의 100% 가동을 보장하는 양일 수 있다. 그런데 가스터빈(30)에 의해 배기가 생성되는 것은 가스터빈(30)의 가동에 의해 에너지가 생성되고 있음을 의미하므로, 스팀터빈(50)이 100%로 가동될 필요는 없다. 따라서 스팀 중 일부는 스팀터빈(50)에 의해 소비되지 못하는 잉여분이 되며, 이는 배기 방출라인(42)을 통해 외부로 빠져나간다.
즉 제어부(80)는 밸브(411)를 조절하기 위하여 가스터빈(30)의 부하를 고려해 가스터빈(30)의 부하가 기준값 이상이면 밸브(411)의 개도를 일정값 이상으로 높여서 배기 방출라인(42)을 통한 배기의 방출량을 증대할 수 있다.
배기 방출라인(42)은, 외부로 직접 연결되거나 및/또는 배기 방출라인(42)과 배기 배출라인(62)을 서로 연결하는 배기 연통라인(43)을 통해 가스연소장치(60)의 배기 배출라인(62)에 합류될 수 있다.
따라서 가스연소장치(60)의 배기와 가스터빈(30)의 배기는 혼합되어 외부로 배출될 수 있다. 물론 가스연소장치(60)의 배기가 배기 연통라인(43)을 통해 배기 방출라인(42)에 합류될 수 있다. 또한 배기 배출라인(62) 또는 배기 방출라인(42)은, 외부로 연결되지 않고 배기 연통라인(43)을 통해 배기 방출라인(42) 또는 배기 배출라인(62)에 연결될 수 있다.
가스터빈(30)에서 발생한 배기는 배열회수장치(40)로 전달되어 스팀을 생성하는데, 가스터빈(30)의 부하가 줄어들 경우 배열회수장치(40)에서 생성되는 스팀이 부족해질 수 있다. 이를 대비하기 위해 본 발명은 보일러(44)를 마련할 수 있다.
보일러(44)는 가스 또는 오일을 이용하여 가동되는 이종연료 보일러(44)이며, 보일러(44)에서 스팀터빈(50)으로 열매 공급라인(51)이 연결될 수 있고, 보일러(44)에서 스팀터빈(50)으로 연결되는 열매 공급라인(51)은 배열회수장치(40)에서 스팀터빈(50)으로 연결되는 열매 공급라인(51)과 합류될 수 있다.
따라서 본 발명은, 보일러(44)를 구비함에 따라 유지보수 등을 위해 배열회수장치(40)의 가동이 중단되었거나, 가스터빈(30)에 의한 배기 생성에 문제가 발생한 상황에서도 스팀터빈(50)의 가동을 안정적으로 유지할 수 있다.
배열회수장치(40)는 가스터빈(30)의 배기를 이용할 뿐 가스연소장치(60)에서 발생하는 배기는 회수하지 않을 수 있는데, 이때 배기가 부족함에 따라 나타나는 스팀의 부족분은 보일러(44)에 의해 채워질 수 있다. 가스연소장치(60)의 배기를 배열회수장치(40)로 전달하려면 매우 큰 직경의 배관이 설치되어야 하는 문제가 있지만, 본 발명은 보일러(44)를 마련하므로 그러한 문제를 수반하지 않을 수 있다.
스팀터빈(50)은, 배열회수장치(40)로부터 스팀을 공급받아 발전한다. 스팀터빈(50)은 배열회수장치(40)로부터 공급받은 스팀을 이용하여 임펠러(도시하지 않음)를 돌려 에너지를 생산할 수 있고, 스팀터빈(50)에 의해 생산된 에너지는 추진 등에 활용될 수 있다.
다만 스팀터빈(50)에 의하여 생산될 수 있는 에너지는, 가스터빈(30)의 가동을 전제로 할 수 있다. 따라서 스팀터빈(50)에 의해 생산되는 에너지의 양은 가스터빈(30) 대비 작을 수 있다.
배열회수장치(40)에서 스팀터빈(50)으로 열매 공급라인(51)이 연결될 수 있다. 열매 공급라인(51)은 배열회수장치(40)에서 생성된 스팀을 스팀터빈(50)으로 전달한다. 이때 스팀은 스팀터빈(50)을 돌린 후 응축될 수 있고, 응축수는 스팀터빈(50)에서 배열회수장치(40)로 연결된 열매 회수라인(53)을 따라 회수될 수 있다. 열매 회수라인(53)에는 열매 펌프(54)가 마련되어 응축수를 이송할 수 있다.
다만 스팀터빈(50)의 가동에 문제가 발생하였을 경우, 배열회수장치(40)에서 생성된 스팀의 처리가 문제된다. 스팀터빈(50)의 가동은 멈추더라도 가스터빈(30)의 가동은 유지된다면, 스팀은 지속 생성될 수 있기 때문이다.
따라서 본 발명은 스팀을 외부로 배출하는 열매 분기라인(52)을 마련할 수 있다. 열매 분기라인(52)은 열매 공급라인(51)에서 분기되거나 스팀터빈(50)에서 분기되어 스팀을 외부로 배출하는데, 이때 외부는 본 시스템의 구성들이 아닌 별도의 소비처이거나 또는 대기중을 의미할 수 있다.
열매 분기라인(52)이 스팀터빈(50)에서 분기되는 것은, 스팀터빈(50)이 다단으로 마련될 때 중간에서 분기됨을 의미한다. 스팀터빈(50)은 약 7bar로 스팀을 공급받아 가동될 수 있는데, 이때 중간에서 분기되는 스팀은 스팀터빈(50)의 부분적 가동을 구현한 후 배출되는 것이어서 감압되었을 수 있다.
열매 분기라인(52)은, 배열회수장치(40)로부터 스팀터빈(50)으로 공급되는 스팀에 잉여분이 발생할 경우, 잉여분을 외부로 배출할 수 있다. 스팀터빈(50)의 가동이 완전히 멈추게 되면 배열회수장치(40)에서 생성되는 스팀의 전량이 잉여분으로서 외부로 배출될 수 있다.
다만 스팀터빈(50)은 가동하더라도 스팀을 소비할 수 있는 유량이 줄어들 수 있는바, 본 발명은 스팀터빈(50)의 부하 및 열매 공급라인(51)을 따라 흐르는 스팀의 유량을 토대로, 열매 분기라인(52)을 통해 외부로 배출하는 스팀의 유량이 조절되도록 할 수 있으며, 이를 위해 제어부(80)가 마련될 수 있다.
제어부(80)는, 스팀터빈(50)의 부하와 열매 공급라인(51)으로 흐르는 스팀의 유량을 감지하고, 열매 분기라인(52)의 개폐(및/또는 개도)를 조절할 수 있다. 스팀터빈(50)의 부하는 스팀터빈(50)에 의해 소비될 수 있는 스팀의 유량을 나타내는 지표이므로, 제어부(80)는 스팀터빈(50)에 공급될 스팀의 유량을 열매 공급라인(51)에서의 스팀 유량과 대비하여, 잉여분을 산출해 열매 분기라인(52)에 마련되는 밸브(521)를 제어할 수 있다.
또한 제어부(80)는, 열매 분기라인(52)에 마련되는 밸브(521)의 개도를 조절하여, 열매 분기라인(52)에서 스팀터빈(50)으로 공급되는 스팀의 압력을 조절할 수 있다. 즉 잉여분보다 많은 양의 스팀이 외부로 배출되도록 밸브(521)를 열어두면 스팀의 압력이 저하될 것이고, 잉여분보다 적은 양의 스팀이 외부로 배출되도록 밸브(521)를 열어두거나 밸브(521)를 열지 않으면 스팀의 압력이 상승할 것이다. 이러한 원리로 제어부(80)는 스팀터빈(50)의 스팀 공급압력을 조절할 수 있다.
가스연소장치(60)는, 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 연소한다. 이를 위해 가스연소장치(60)로는 가스 연소라인(61)이 연결될 수 있으며, 가스 연소라인(61)은 가스 공급라인(12)에서 압축기(13)의 하류(또는 다단 압축기(13)의 중간단 등)에서 분기되어 가스연소장치(60)로 연결될 수 있고, 가스 연소라인(61)에는 증발가스의 압력을 가스연소장치(60)에서 연소되기 위한 압력으로 조절(감압 등)하기 위한 밸브(611)가 마련될 수 있다. 가스연소장치(60)가 증발가스를 연소하는 과정에서 발생하는 배기는 배기 배출라인(62)을 통하여 외부로 배출될 수 있다.
밸브(611)는 제어부(80)에 의해 제어될 수 있으며, 또한 밸브(611)의 제어와 연동되어 제어부(80)는 배기 회수라인(41)에서 배기 방출라인(42)이 분기되는 지점에서의 밸브(411)를 제어할 수 있다.
본 발명에서 가스연소장치(60)는 증발가스 외에 오일도 연소할 수 있다. 즉 가스연소장치(60)는, 증발가스 또는 오일 저장탱크(20)로부터 공급되는 오일을 연소하여 배기를 생성할 수 있다. 이를 위해 오일 저장탱크(20)에서 가스연소장치(60)까지 오일 공급라인(21)이 마련될 수 있으며, 가스연소장치(60)는 가스 버너(도시하지 않음)에 더하여 오일 버너(도시하지 않음)를 마련할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에서 가스연소장치(60)로는 가스 공급라인(12) 및 가스 연소라인(61)이 마련될 뿐만 아니라, 프리플로우 라인(64)이 마련될 수 있다.
프리플로우 라인(64)은, 액화가스 저장탱크(10)에서 가스연소장치(60)로 연결되어 증발가스를 가스연소장치(60)에 전달하는 구성이며, 가스 공급라인(12)에서 압축기(13)가 마련되는 부분과 병렬로 배치될 수 있다.
즉 프리플로우 라인(64)은, 가스 공급라인(12)에서 예열기(14)의 상류에서 분기되며, 가스 연소라인(61)과 독립적으로 가스연소장치(60)에 연결되거나 또는 가스 연소라인(61)과 합류되어 가스연소장치(60)로 연결될 수 있다. 이때 프리플로우 라인(64)은 액화가스 저장탱크(10)와 가스연소장치(60)의 압력 차이를 통해 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 압축하지 않고 가스연소장치(60)로 전달할 수 있다.
액화가스 저장탱크(10)에 증발가스가 많아져 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 상승하면, 증발가스는 자연스럽게 프리플로우 라인(64)을 따라 가스연소장치(60)로 흐를 수 있다. 반대로 액화가스 저장탱크(10)의 증발가스가 줄어들면 액화가스 저장탱크(10)의 내압이 하강하므로, 프리플로우 라인(64)을 따라 흐르는 증발가스의 유량이 줄어들거나 없어질 수 있다.
프리플로우 라인(64)은 액화가스 저장탱크(10)의 내압에 따라 증발가스를 전달할 뿐이므로, 프리플로우 라인(64)을 통해 전달되는 증발가스의 압력은, 압축기(13)의 하류에서 가스 연소라인(61)을 통해 전달되는 증발가스의 압력보다 상대적으로 낮을 수 있다.
이 경우 프리플로우 라인(64)을 따라 흐르는 증발가스의 유량과 가스 연소장치를 따라 흐르는 증발가스의 유량을 맞춰주기 위해, 프리플로우 라인(64)의 직경은 가스 공급라인(12) 및 가스 연소라인(61) 대비 상대적으로 클 수 있다.
프리플로우 라인(64)의 전체 압력은 액화가스 저장탱크(10)의 압력에 귀속되는데, 이는 프리플로우 라인(64)에 압축기(13)가 마련되지 않아 액화가스의 유동에 저항이 없기 때문이다. 이때 프리플로우 라인(64)은 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스의 100%를 소화할 수 있는 직경을 갖는다.
이에 반해 가스 연소라인(61)은, 직경이 상대적으로 작으므로 액화가스 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스의 100%를 가스연소장치(60)로 공급하기 위해서는, 유동 압력을 높여야 한다. 따라서 가스 연소라인(61)의 유동 압력은 압축기(13)에 의하여 최저 5bar 이상을 유지하도록 압축기(13)의 하류 또는 다단으로 마련되는 압축기(13)의 중간단에 연결될 수 있다.
프리플로우 라인(64)에는 증발가스를 가열하는 히터(65)가 마련될 수 있다. 이때 히터(65)가 가열하는 증발가스의 압력은 예열기(14)가 가열하는 증발가스의 압력과 동일할 수 있는데, 이는 예열기(14)가 압축기(13)의 상류에 마련되기 때문이다.
오일 발전기(70)는, 오일 저장탱크(20)로부터 공급되는 오일을 소비하여 발전한다. 오일 발전기(70)는 액화가스 저장탱크(10)의 가스가 부족하거나, 가스를 공급하는 구성에 문제가 발생하거나, 가스터빈(30)과 스팀터빈(50)의 가동에 문제가 발생할 경우를 대비하는 여분의 발전 설비일 수 있다.
오일 발전기(70)가 공급받는 오일의 압력은 약 5bar 일 수 있으며, 이는 오일 펌프(22)에 의하여 맞춰질 수 있다. 오일 저장탱크(20)의 오일 저장 압력은 1bar 내외이지만, 오일 펌프(22)에 의하여 오일이 압축되어 오일 발전기(70)로 전달될 수 있다.
전력 분배반(90)은, 가스터빈(30), 스팀터빈(50), 오일 발전기(70)에서 생산된 에너지를 처리한다. 전력 분배반(90)은 가스터빈(30) 등에서 생산된 에너지인 전기를 선박(100) 내의 각종 수요처로 전달해줄 수 있으며, 이때 수요처 중 가장 대표적인 것은 선박(100)의 추진을 위해 회전축(94)을 돌리는 모터(93)일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 가스터빈 기반의 전기추진 시스템 10: 액화가스 저장탱크
20: 오일 저장탱크 30: 가스터빈
40: 배열회수장치 50: 스팀터빈
60: 가스연소장치 70: 오일 발전기
80: 제어부 90: 전력 분배반

Claims (7)

  1. 선박의 추진을 위해 가스를 소비하여 전기를 생성하는 가스터빈;
    상기 가스터빈에서 발생하는 배기열을 회수하여 스팀을 생성하는 배열회수장치;
    상기 배열회수장치에서 발생하는 스팀을 이용하여 전기를 생성하는 스팀터빈;
    상기 스팀터빈으로 스팀을 공급하는 보일러; 및
    상기 가스터빈 및 상기 스팀터빈과 별도로 전기를 생성하는 발전기를 포함하며,
    상기 보일러는,
    가스 또는 오일을 이용하여 스팀을 생성하는 이종연료 보일러이고, 상기 가스터빈으로의 가스의 공급 또는 상기 가스터빈의 가동에 문제 발생 시 상기 스팀터빈의 가동을 구현하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 기반의 전기추진 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보일러는,
    상기 선박에 마련된 액화가스 저장탱크로부터 공급되는 가스 또는 상기 선박에 마련된 오일 저장탱크로부터 공급되는 오일을 소비하여 스팀을 생성하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 기반의 전기추진 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배열회수장치 및 상기 보일러에서 상기 스팀터빈으로 연결되는 열매 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 기반의 전기추진 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 열매 공급라인은,
    상기 배열회수장치 및 상기 보일러에 각각 연결된 후 합류되어 상기 스팀터빈으로 연결되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 기반의 전기추진 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 선박에 마련된 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 연소하는 가스연소장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 기반의 전기추진 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 배열회수장치는,
    상기 가스연소장치에서 발생하는 배기열을 회수하지 않는 것을 특징으로 하는 가스터빈 기반의 전기추진 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 가스터빈 기반의 전기추진 시스템이 탑재되는 것을 특징으로 하는 선박.
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