KR101814446B1 - 연료가스 공급시스템 - Google Patents

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KR101814446B1
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문성재
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Abstract

연료가스 공급시스템을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 연료가스 공급시스템은 액화가스 및 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크; 액화가스를 기화시키는 기화기; 기화된 액화가스를 이용하여 제1발전기를 구동시켜 전기를 생산하는 터빈; 터빈을 거쳐 감압된 액화가스를 기체와 액체 성분으로 분리시키는 세퍼레이터; 및 증발가스와 분리된 기체 성분의 혼합물을 이용하여 전기를 생산하는 제2발전기;를 포함한다.

Description

연료가스 공급시스템{FUEL GAS SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 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.
연료가스 중에서 널리 이용되고 있는 천연가스(Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하며, 통상적으로 그 부피를 1/600로 줄인 액화가스(Liquefied Gas) 상태로 변화되어 저장 및 운반되고 있다.
액화가스 운반선은 액화가스를 저장할 수 있도록 단열 처리된 저장탱크를 구비한다. 또, 액화가스 운반선은 저장탱크에서 자연적으로 발생하는 증발가스(Boiled Off Gas) 및 연료가스 공급시스템에 의해 기화된 액화가스를 연료로 이용한다.
여기서, 액화가스 운반선의 추진용 또는 발전용으로 DFDE(Dual Fuel Disel Electric) 엔진 등과 같은 저압(약 5~8bar)의 분사엔진 및 ME-GI 엔진(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)과 같은 고압(약 150~400bar)의 분사엔진이 널리 이용되고 있다. 또한 중압(약 16~18bar)의 연료가스로 연소가 가능한 중압가스 분사엔진이 개발되어 이용되고 있다.
한편, 엔진의 부하량 감소로 연료 사용량이 줄어든 경우, 상술한 증발가스 및 기화된 액화가스는 재액화되어 저장탱크에 저장될 수 있다. 그러나, 저장탱크가 감당할 수 있는 압력 범위를 초과할 경우 저장탱크에 저장된 가스를 외부로 방출시키거나 연소 장치에 의해 연소시킬 수 있다. 이와 관련된 종래 기술로서 한국공개특허 제10-2012-0000972호(2012.01.04. 공개)를 참조하기 바란다.
이 경우, 배출된 가스로 인해 환경을 오염시킬 수 있고, 가스를 낭비하게 되므로 에너지 효율 면에서 바람직하지 않다.
한국공개특허 제10-2012-0000972호(2012.01.04. 공개)
본 발명의 실시 예는 기화된 액화가스 및 액화가스 증발가스를 이용하여 전기를 생산함으로 효율적인 운용이 이루어질 수 있도록 하는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크; 상기 액화가스를 기화시키는 기화기; 상기 기화된 액화가스를 이용하여 제1발전기를 구동시켜 전기를 생산하는 터빈; 상기 터빈을 거쳐 감압된 액화가스를 기체와 액체 성분으로 분리시키는 세퍼레이터; 및 상기 증발가스와 상기 분리된 기체 성분의 혼합물을 이용하여 전기를 생산하는 제2발전기;를 포함하는 연료가스 공급시스템이 제공될 수 있다.
상기 저장탱크로부터 공급된 액화가스를 엔진 쪽으로 보내는 액화가스 공급라인과, 상기 액화가스를 압축하여 상기 기화기로 송출하는 펌프와, 상기 터빈과 상기 제2발전기에 의해 생산된 전기를 저장하는 전기저장부와, 상기 액화가스 공급라인의 상기 기화기와 상기 엔진 사이에서 분기되어 상기 터빈과 상기 전기저장부를 연결하는 액화가스 전기생산라인을 더 포함할 수 있다.
상기 저장탱크로부터 공급된 증발가스를 압축하는 압축기와, 상기 압축된 증발가스를 가열시키는 히터와, 상기 압축기, 상기 히터 및 상기 제2발전기와 상기 액화가스 전기생산라인의 터빈과 상기 전기저장부 사이를 연결하는 증발가스 전기생산라인과, 상기 터빈과 상기 세퍼레이터와 상기 증발가스 전기생산라인의 상기 히터와 상기 제2발전기 사이를 연결하는 혼합라인과, 상기 혼합라인의 상기 세퍼레이터 후단에 마련되고, 상기 세퍼레이터에 의해 분리된 기체 성분의 압력을 설정값을 기초로 낮추는 감압밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 액화가스 공급라인의 상기 엔진 전단에 설치되며, 상기 엔진으로 공급되는 상기 기화된 액화가스의 압력 및 공급량 중 하나 이상을 측정하는 측정부와, 상기 측정부에 의해 측정된 값을 기초로 상기 엔진이 필요로 하는 연료공급량을 제외한 잉여의 기화된 액화가스를 상기 터빈 쪽으로 보내는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 연료가스 공급시스템은 기화된 액화가스 및 액화가스 증발가스를 이용하여 전기를 생산함으로 효율적인 운용이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료가스 공급시스템을 도시한다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 연료가스 공급시스템(100)은 액화가스 및 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크(110), 액화가스를 기화시키는 기화기(120), 기화된 액화가스를 이용하여 제1발전기(135)를 구동시켜 전기를 생산하는 터빈(130), 터빈(130)을 거쳐 감압된 액화가스를 기체와 액체 성분으로 분리시키는 세퍼레이터(140), 및 증발가스와 분리된 기체 성분의 혼합물을 이용하여 전기를 생산하는 제2발전기(150)를 포함한다.
또, 연료가스 공급시스템(100)은 저장탱크(110)로부터 공급된 액화가스를 엔진(E) 쪽으로 보내는 액화가스 공급라인(L1)과, 액화가스 공급라인(L1) 상에 마련되며, 액화가스를 압축하여 기화기(120)로 송출하는 펌프(115)와, 상술한 터빈(130)과 제2발전기(150)에 의해 생산된 전기를 저장하는 전기저장부(160)와, 액화가스 공급라인(L1)의 기화기(120)와 엔진(E) 사이에서 분기되어 터빈(130)과 전기저장부(160)를 연결하는 액화가스 전기생산라인(L2)을 포함한다. 상술한 엔진(E)은 예컨대 ME-GI 엔진(E)(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)과 같은 고압가스 분사엔진일 수 있다.
또, 연료가스 공급시스템(100)은 저장탱크(110)로부터 공급된 증발가스를 압축하는 압축기(112)와, 압축된 증발가스를 가열시키는 히터(113)와, 상술한 압축기(112), 히터(113) 및 제2발전기(150)와 액화가스 전기생산라인(L2)의 터빈(130)과 전기저장부(160) 사이를 연결하는 증발가스 전기생산라인(L3)과, 터빈(130) 및 세퍼레이터(140)와 증발가스 전기생산라인(L3)의 히터(113)와 제2발전기(150) 사이를 연결하는 혼합라인(L4)과, 혼합라인(L4)의 세퍼레이터(140) 후단에 마련되고, 세퍼레이터(140)에 의해 분리된 기체 성분의 압력을 설정값을 기초로 낮추는 감압밸브(170)를 포함한다.
이러한 연료가스 공급시스템(100)은 각종 액화연료 운반선, 액화연료 RV(Regasification Vessel), 컨테이너선, 일반상선, LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등을 포함하는 선박에 적용될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 저장탱크(110)에 저장된 액화가스는 액화상태로 저장할 수 있는 LNG(Liquefied Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), DME(Dimethylether), 에탄(Ethane) 중 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 저장탱크(110)는 단열상태를 유지하면서 연료를 액화상태로 저장하는 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크 등을 포함할 수 있다. 저장탱크(110) 내부압력은 저장하는 액화가스가 LNG일 경우 1bar로 유지되거나 연료공급조건을 고려해 그보다 높은 압력으로 유지될 수 있다. 저장탱크(110) 내부온도는 예컨대 LNG의 액화상태 유지를 위해 ―163℃도 정도로 유지될 수 있다. 저장탱크(110)에 저장된 액화가스는 액화가스 공급라인(L1)을 통해 엔진(E) 쪽으로 공급되고, 저장탱크(110)에 저장된 액화가스의 증발가스는 증발가스 전기생산라인(L3)을 통해 제2발전기(150) 쪽으로 공급된다.
펌프(115)는 예컨대, 왕복동식 고압펌프를 포함할 수 있으며, 저장탱크(110)로부터 공급된 액화가스를 가압하여 기화기(120)로 송출시킨다.
기화기(120)는 고압기화기를 포함하며, 엔진(E)의 연료가스 공급조건에 따라 펌프(115)에 의해 가압된 액화가스를 기화시킨다.
터빈(130)은 기화기(120)에 의해 기화된 액화가스를 이용하여 제1발전기(135)를 구동시켜 전기를 생산하며, 생산된 전기는 전기저장부(160)에 저장된다.
세퍼레이터(140)는 터빈(130)을 거쳐 감압된 액화가스를 기체와 액체 성분으로 분리시킨다. 이때, 분리된 액체 성분은 회수라인(L5)을 통해 저장탱크(110)에 저장되고, 분리된 기체 성분은 감압밸브(170)를 통해 감압된 상태에서 증발가스 전기생산라인(L3)으로 합류된다.
제2발전기(150)는 저장탱크(110)로부터 압축기(112) 및 히터(113)를 거쳐 공급된 증발가스와 세퍼레이터(140)에 의해 분리된 기체 성분의 혼합물을 이용하여 전기를 생산하고, 생산된 전기를 전기저장부(160)에 저장한다.
전기저장부(160)는 대용량 축전기를 포함할 수 있으며, 전기저장부(160)에 저장된 전기는 수요처(195)로 공급되어 다양하게 활용될 수 있다. 수요처(195)는 발전기, 터빈 등을 포함할 수 있다. 이외에도 전기저장부(160)에 저장된 전기는 기존의 비상용 발전기 대용으로 사용될 수 있고, 연료가스 공급시스템(100) 내의 다양한 장비를 구동시키는 전력으로 이용 가능하다.
측정부(180)는 액화가스 공급라인(L1)의 엔진(E) 전단에 설치될 수 있으며, 엔진(E)으로 공급되는 상술한 기화된 액화가스의 압력 및 공급량 중 하나 이상을 측정할 수 있다. 예컨대, 엔진(E)이 연료가스(기화된 액화가스)를 많이 끌어다 쓰는 경우, 액화가스 공급라인(L1)을 통해 엔진(E)으로 공급되는 기화된 액화가스의 압력은 측정부(180)에 의해 낮게 측정된다.
반면, 엔진(E)의 부하량 감소로 측정부(180)에 의해 측정된 기화된 액화가스의 압력이 설정압력보다 높거나 엔진(E)이 필요로 하는 연료공급량에 비해 많은 양의 기화된 액화가스가 공급된 경우, 제어부(190)는 측정부(180)에 의해 측정된 값을 기초로 제1 및 제2밸브(V1,V2)를 조절할 수 있다. 이때, 제어부(190)는 제2밸브(V2)를 개방시켜, 엔진(E)이 필요로 하는 연료공급량을 제외한 잉여의 기화된 액화가스를 터빈(130) 쪽으로 보낼 수 있다.
이와 같이 연료가스 공급시스템(100)은 기화된 액화가스 및 액화가스 증발가스를 이용하여 전기를 생산함으로 효율적인 운용이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
110: 저장탱크 112: 압축기
113: 히터 115: 펌프
120: 기화기 130: 터빈
135: 제1발전기 140: 세퍼레이터
150: 제2발전기 160: 전기저장부
170: 감압밸브 180: 측정부
190: 제어부 L1: 액화가스 공급라인
L2: 액화가스 전기생산라인 L3: 증발가스 전기생산라인
L4: 혼합라인 L5: 회수라인

Claims (4)

  1. 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크;
    상기 액화가스를 기화시키는 기화기;
    상기 기화된 액화가스를 이용하여 제1발전기를 구동시켜 전기를 생산하는 터빈;
    상기 터빈을 거쳐 감압된 액화가스를 기체와 액체 성분으로 분리시키는 세퍼레이터;
    상기 증발가스와 상기 분리된 기체 성분의 혼합물을 이용하여 전기를 생산하는 제2발전기;
    상기 저장탱크로부터 공급된 액화가스를 엔진 쪽으로 보내는 액화가스 공급라인;
    상기 액화가스를 압축하여 상기 기화기로 송출하는 펌프;
    상기 터빈과 상기 제2발전기에 의해 생산된 전기를 저장하는 전기저장부; 및
    상기 액화가스 공급라인의 상기 기화기와 상기 엔진 사이에서 분기되어 상기 터빈과 상기 전기저장부를 연결하는 액화가스 전기생산라인;을 포함하는 연료가스 공급시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 공급된 증발가스를 압축하는 압축기와,
    상기 압축된 증발가스를 가열시키는 히터와,
    상기 압축기, 상기 히터 및 상기 제2발전기와 상기 액화가스 전기생산라인의 터빈과 상기 전기저장부 사이를 연결하는 증발가스 전기생산라인과,
    상기 터빈과 상기 세퍼레이터와 상기 증발가스 전기생산라인의 상기 히터와 상기 제2발전기 사이를 연결하는 혼합라인과,
    상기 혼합라인의 상기 세퍼레이터 후단에 마련되고, 상기 세퍼레이터에 의해 분리된 기체 성분의 압력을 설정값을 기초로 낮추는 감압밸브를 더 포함하는 연료가스 공급시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액화가스 공급라인의 상기 엔진 전단에 설치되며, 상기 엔진으로 공급되는 상기 기화된 액화가스의 압력 및 공급량 중 하나 이상을 측정하는 측정부와,
    상기 측정부에 의해 측정된 값을 기초로 상기 엔진이 필요로 하는 연료공급량을 제외한 잉여의 기화된 액화가스를 상기 터빈 쪽으로 보내는 제어부를 더 포함하는 연료가스 공급시스템.
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