KR101825605B1 - 선박용 연료 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에서는, 액화천연가스가 수용되는 액화천연가스 탱크; 상기 액화천연가스 탱크에 연결되고, 상기 액화천연가스 탱크에 수용된 액화천연가스가 배출되는 제1 배출관; 상기 액화천연가스 탱크에 연결되고, 상기 액화천연가스로부터 발생된 BOG(Boil Off Gas)가 배출되는 제2 배출관; 수소가 수용되는 수소 탱크; 상기 수소 탱크에 연결되고, 상기 수소 탱크 내에 수용된 수소가 배출되는 제3 배출관; 상기 제1 배출관을 통해 배출된 상기 액화천연가스를 기화가스로 상변화시키는 기화기; 상기 기화기에서 기화된 상기 기화가스가 배출되는 기화가스 배출관; 및 상기 기화가스 배출관에서 배출된 상기 기화가스, 상기 제2 배출관에서 배출된 상기 BOG 및 상기 제3 배출관에서 배출된 상기 수소가 유입되어 혼합되는 혼합연료 탱크;를 포함하는 선박용 연료 공급 장치를 제공하고자 한다.

Description

선박용 연료 공급 장치{APPARATUS FOR SUPPLYING FUEL FOR VESSEL}
본 발명은 선박용 연료 공급 장치에 관한 것이다.
환경문제에 대한 규제가 강화되면서 선박에 대해 NOx(질산화합물) 배출 규제가 지속적으로 엄격해지고 있으며, 이를 만족시키기 위한 방안들이 대두되고 있다.
예컨대, 선박용 디젤(Diesel) 엔진에 SCR(Selective Catalytic Reduction), EGR(Exhaust Gas Recirculation) 등의 NOx 저감 장치를 추가하는 방안과, 하이브리드 연료(디젤 또는 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 LNG라 함)) 엔진을 선박에 적용하여 NOx 규제 지역을 운항할 때 규제를 만족시킬 수 있는 LNG 연료를 선택적으로 사용하는 방안이 적용되고 있다.
최근에는, 차량 연료로 수소-혼합 천연가스(Hydrogen and Compressed Natural Gas, 이하 HCNG라 함)를 사용하는 엔진이 개발 중이며, 이러한 HCNG는 CO(탄소화합물) 및 NOx 배출량을 최소화할 수 있는 연료로 각광받고 있다.
차량은 그 구조상 각 기관들 간의 간격이 긴밀하기 때문에 CNG(Compressed Natural Gas)와 수소연료 탱크에서 직접 엔진 실린더 내부로 연료를 유입하여 실린더 내부에서 혼합 및 연소시키는 방식을 채용하고 있다. 또한, 정확한 연료 혼합비율이 요구되기 때문에 연료 유량 제어 시스템이 연료 탱크와 엔진 사이에 설치되어 혼합비율을 조절한다. 예컨대, 연료 유량 제어 시스템 내의 MFC(Mass Flow Meter)를 통해 CNG의 유량을 체크하고, 수소의 유량을 제어하여 정확한 비율로 연료가 이동되도록 한다.
그런데, 선박의 경우에는 연료 저장소에서 엔진까지의 거리가 상당히 길기 때문에, 차량에 적용되는 연료 유량 제어 시스템을 적용하여 HCNG를 연료로 사용하기에는 한계가 있다.
특허문헌1: 공개특허공보 10-2013-0043760 (2013년05월02일) 특허문헌2: 등록특허공보 10-1623098 (2016년05월16일)
본 발명은 HCNG 혼합연료를 사용하는데 적합한 선박용 연료 공급 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 장치는, 액화천연가스가 수용되는 액화천연가스 탱크; 상기 액화천연가스 탱크에 연결되고, 상기 액화천연가스 탱크에 수용된 액화천연가스가 배출되는 제1 배출관; 상기 액화천연가스 탱크에 연결되고, 상기 액화천연가스로부터 발생된 BOG(Boil Off Gas)가 배출되는 제2 배출관; 수소가 수용되는 수소 탱크; 상기 수소 탱크에 연결되고, 상기 수소 탱크 내에 수용된 수소가 배출되는 제3 배출관; 상기 제1 배출관을 통해 배출된 상기 액화천연가스를 기화가스로 상변화시키는 기화기; 상기 기화기에서 기화된 상기 기화가스가 배출되는 기화가스 배출관; 및 상기 기화가스 배출관에서 배출된 상기 기화가스, 상기 제2 배출관에서 배출된 상기 BOG 및 상기 제3 배출관에서 배출된 상기 수소가 유입되어 혼합되는 혼합연료 탱크;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 선박용 연료 공급 장치는, 상기 기화가스 배출관에 제공되는 기화가스 공급 밸브; 상기 제2 배출관에 제공되는 BOG 공급 밸브; 상기 제3 배출관에 제공되는 수소 공급 밸브; 및 상기 기화가스 공급 밸브, 상기 BOG 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 비례 제어(proportional control)를 통해 상기 혼합연료의 혼합비율을 결정하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 선박용 연료 공급 장치의 엔진 출력 정보와, 상기 기화가스 공급 밸브, 상기 BOG 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 유량 정보에 따라 상기 기화가스 공급 밸브, 상기 BOG 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 개폐 시간을 결정할 수 있다.
또한, 상기 선박용 연료 공급 장치는, 상기 혼합연료 탱크에 연결되고, 상기 혼합연료가 배출되는 혼합연료 배출관; 및 상기 혼합연료 배출관을 통해 배출되는 상기 혼합연료가 기설정 온도로 유지되도록 하는 히터;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 선박용 연료 공급 장치는 상기 혼합연료 탱크에 연결된 통풍관(ventilation pipe); 및 상기 통풍관에 연결되어 통풍 압력이 기설정 압력을 유지하도록 조절하는 압력 조절부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 혼합연료 대비 수소의 혼합비율이 5% 이상, 30% 이하가 되도록 상기 기화가스 공급 밸브, 상기 BOG 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 개도량을 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 연료 공급 장치는, 액화천연가스가 수용되는 액화천연가스 탱크; 상기 액화천연가스 탱크에 연결되고, 상기 액화천연가스 탱크에 수용된 액화천연가스가 배출되는 제1 배출관; 상기 제1 배출관을 통해 배출된 상기 액화천연가스를 기화가스로 상변화시키는 기화기; 상기 액화천연가스 탱크에 연결되고, 상기 액화천연가스로부터 발생된 BOG가 배출되는 제2 배출관; 상기 제2 배출관을 통해 배출된 BOG를 압축하는 압축기; 상기 기화기에서 기화된 상기 기화가스와 상기 압축기에서 압축된 상기 BOG가 혼합된 혼합 기화가스가 배출되는 기화가스 배출관; 수소가 수용되는 수소 탱크; 상기 수소 탱크에 연결되고, 상기 수소 탱크 내에 수용된 수소가 배출되는 제3 배출관; 및 상기 기화가스 배출관에서 배출된 상기 혼합 기화가스, 상기 제3 배출관에서 배출된 상기 수소가 유입되어 혼합되는 혼합연료 탱크;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 선박용 연료 공급 장치는, 상기 기화가스 배출관에 제공되는 기화가스 공급 밸브; 상기 제2 공급관에 연결된 수소 공급 밸브; 및 상기 기화가스 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 비례 제어를 통해 상기 혼합연료의 혼합비율을 결정하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 선박용 연료 공급 장치의 엔진 출력 정보와, 상기 기화가스 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 유량 정보에 따라 상기 기화가스 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 개폐 시간을 결정할 수 있다.
또한, 상기 선박용 연료 공급 장치는, 상기 혼합연료 탱크에 연결되고, 상기 혼합연료가 배출되는 혼합연료 배출관; 및 상기 혼합연료 배출관을 통해 배출되는 상기 혼합연료가 기설정 온도로 유지되도록 하는 히터;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 선박용 연료 공급 장치는, 상기 혼합연료 탱크에 연결된 통풍관; 및 상기 통풍관에 연결되어 통풍 압력이 기설정 압력을 유지하도록 조절하는 압력 조절부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 혼합연료 대비 수소의 혼합비율이 5% 이상, 30% 이하가 되도록 상기 기화가스 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 개도량을 제어할 수 있다.
또한, 상기 액화천연가스 탱크는 이중 격벽 구조 또는 멤브레인(membrane) 구조일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, HCNG의 혼합비율을 정확히 조절하여 선박에 혼합연료를 공급함으로써 대형 선박에도 HCNG 혼합연료가 용이하게 사용될 수 있다. 이로 인해, 선박의 배출가스 규제에 대한 적극적인 대처가 가능할 것으로 예상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 선박용 연료 공급 장치를 제어하기 위한 제어 장치의 블록도이다.
도 3은 도 1의 선박용 연료 공급 장치의 압력 조절부의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 연료 공급 장치의 구성도이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 장치의 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 장치는, LNG가 수용되는 LNG 탱크(100), 수소가 수용되는 수소 탱크(200), LNG 탱크(100)로부터 배출된 LNG를 기화가스로 상변화시키는 기화기(110), LNG 탱크(100)로부터 배출된 BOG(Boil Off Gas)와 기화기(110)로부터 배출된 기화가스, 그리고 수소 탱크(200)로부터 배출된 수소가 유입되어 혼합되는 혼합연료 탱크(300) 등을 포함할 수 있다. 혼합연료 탱크(300)에서 혼합되는 혼합연료는, 예를 들어 HCNG 혼합연료일 수 있으며, HCNG 혼합연료에 대한 수소의 혼합비율은, 예를 들어 5% 내지 30%일 수 있다.
여기서, LNG 탱크(100)에는 수용된 LNG가 배출되는 제1 배출관(P1)과, LNG로부터 발생된 BOG가 배출되는 제2 배출관(P2)이 연결될 수 있다. 이때, BOG는 초저온 환경의 LNG 탱크(100) 내에서 액체 상태의 LNG가 증발됨으로써 발생되는 가스를 말한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 탱크(100)는 고압 내성을 가지며 크기가 상대적으로 작은 압력용기 구조가 적용될 수 있다.
LNG 탱크(100) 내에 수용된 LNG를 배출하는 제1 배출관(P1)에는 LNG 공급 밸브(104) 및 버퍼 탱크(106)가 연결되며, LNG 탱크(100)로부터 배출되는 LNG는 액화가스 공급 밸브(104)에 의해 공급량이 조절된 후 버퍼 탱크(106)에 임시 저장될 수 있다.
버퍼 탱크(106)에는 기화기(vaporizer)(110)가 연결되며, 버퍼 탱크(106)를 통해 제공되는 LNG를 기화가스로 상변화시키는 역할을 할 수 있다.
수소 탱크(200)는 수용된 수소가 배출되는 제3 배출관(P3)이 연결될 수 있다. 수소 탱크(200)의 경우는 수소가 기체 상태로 저장되어 있기 때문에 제3 배출관(P3)을 통해 혼합연료 탱크(300)로 이송될 수 있다.
혼합연료 탱크(300)에는, 기화기(110)에서 기화된 기화가스가 공급되는 기화가스 배출관(P4), 제2 배출관(P2)을 통해 배출된 BOG가 공급되는 제2 공급관(P5) 및 제3 배출관(P3)을 통해 배출된 수소를 공급하는 제3 공급관(P6)이 연결될 수 있다.
이러한 기화가스 배출관(P4)의 전단에는 기화가스 공급 밸브(112)가 제공될 수 있으며, 제2 공급관(P5)의 전단에는 제2 배출관(P2)에 제공되는 BOG 공급 밸브(102)가 배치될 수 있다. 또한, 제3 공급관(P6)의 전단에는 제3 배출관(P3)에 제공되는 수소 공급 밸브(202)가 각각 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 선박용 연료 공급 장치는, 이러한 기화가스 공급 밸브(112), BOG 공급 밸브(102) 및 수소 공급 밸브(202)의 비례 제어(proportional control)를 통해 혼합연료 탱크(300)로 공급되는 각각의 연료에 대한 혼합비율을 결정할 수 있다.
한편, 혼합연료 탱크(300)에는 통풍관(ventilation pipe)(P8)이 연결되며, 상기 통풍관(P8)에는 통풍 압력이 기설정 압력으로 유지되도록 조절하는 압력 조절부(310)가 연결될 수 있다.
또한, 혼합연료 탱크(300)에는 혼합연료를 배출하기 위한 혼합연료 배출관(P7)이 연결되며, 혼합연료 배출관(P7)을 통해 배출되는 혼합연료는 혼합연료 공급 밸브(320)에 의해 배출량이 조절될 수 있다.
혼합연료 공급 밸브(320)에는 혼합연료 배출관(P7)을 통해 배출량이 조절된 혼합연료를 기설정 온도로 유지시키는 히터(330)가 연결될 수 있다.
히터(330)에는 엔진(400)이 최종적으로 연결되며, 이러한 엔진(400)으로 공급되는 연료는, 예컨대 HCNG 혼합연료일 수 있다. 여기서, 상기 HCNG 혼합연료는 압력 조절부(310)에 의해 일정 압력이 유지되고 히터(330)에 의해 일정 온도로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 액화가스 공급 밸브(104), 기화가스 공급 밸브(112), BOG 공급 밸브(102), 수소 공급 밸브(202), 혼합연료 공급 밸브(320), 히터(330) 및 압력 조절부(310)는, 각각의 제어신호들(L1~L7)에 의해 동작될 수 있다.
도 2는 이러한 제어신호들(L1~L7)을 제공하는 제어 장치를 예시적으로 나타낸 블록도이다. 이러한 제어 장치는, 예를 들어 서버(server) 기반의 단말 장치, 데스크탑(desk-top) 기반의 단말 장치, 모바일(mobile) 기반의 단말 장치 등 다양한 종류의 단말 장치들을 포함할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 선박용 연료 공급 장치를 제어하기 위한 제어 장치는, 입력부(10), 제어부(20), 표시부(30), 저장부(40) 등을 포함할 수 있다.
입력부(10)는 제어부(20)로 사용자 명령을 입력하기 위한 것으로, 예를 들어 키 패드(key pad), 터치 패드(touch pad) 등의 입력 수단들을 포함할 수 있다. 또한, 입력부(10)를 통해 선박의 엔진 출력 정보가 입력될 수 있으며, 입력되는 엔진 출력 정보는 제어부(20)로 인가될 수 있다.
제어부(20)는 입력부(10)를 통해 입력되는 사용자 명령, 엔진 출력 정보, 유량 정보 등에 대응하여 상술한 LNG 공급 밸브(104), 기화가스 공급 밸브(112), BOG 공급 밸브(102), 수소 공급 밸브(202), 혼합연료 공급 밸브(320), 히터(330) 및 압력 조절부(310)를 제어하는 역할을 할 수 있다.
예컨대, 제어부(20)는 LNG 공급 밸브(104)로 LNG 공급 제어 신호(L1)를 제공하여 LNG 탱크(100)에 저장된 LNG가 버퍼 탱크(106)로 배출될 수 있게 한다.
또한, 제어부(20)는 기화가스 공급 밸브(112), BOG 공급 밸브(102) 및 수소 공급 밸브(202) 각각에 대해 제어 신호(L2, L3, L4)를 제공하여 기화가스, BOG 및 수소에 대한 혼합비율을 결정할 수 있게 한다.
이러한 기화가스 공급 밸브(112), BOG 공급 밸브(102) 및 수소 공급 밸브(202)는, 예컨대 비례 제어 밸브가 적용될 수 있으며, 제어부(20)의 비례 제어를 통해 동작될 수 있다. 예를 들어, 제어부(20)는 선박의 엔진 출력 정보와, 각각의 밸브(112, 102, 202)의 유량 정보에 따라 각각의 밸브(112, 102, 202)의 개폐 시간, 즉 개도량을 결정할 수 있다. 엔진 출력 정보는 도시 생략된 엔진 샤프트(shaft)에 토크미터(torque meter) 등을 설치하여 토크미터를 통해 측정되는 토크값을 피드백 받아 구하거나, 선박의 선속을 측정하여 선박 엔진의 출력을 추산하여 구하는 방법 등이 있다. 또한, 유량 정보는 기화가스 공급 밸브(112), BOG 공급 밸브(102), 수소 공급 밸브(202)에 플로우 미터(flow meter) 또는 센서를 장착하여 플로우 미터 또는 센서를 통해 측정되는 유량을 피드백 받아 구할 수 있다.
이와 같은 엔진 출력 정보와 유량 정보를 구하는 방법은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있는 바, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
또한, 제어부(20)는 혼합연료 공급 밸브(320)로 제어 신호(L5)를 제공하여 혼합연료 배출관(P7)을 통해 배출되는 혼합연료의 배출 여부를 결정할 수 있으며, 히터(330) 및 압력 조절부(310)로 각각 제어 신호(L6, L7)를 제공하여 히터(330)의 온도를 조절하거나 압력 조절부(310)의 압력을 조절하도록 한다.
표시부(30)는 제어부(20)의 제어에 의거하여 입력부(10)를 통해 입력된 사용자 명령에 대응하는 정보들을 외부로 표시할 수 있다. 이러한 표시부(30)는, 예를 들어 LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode) 등의 다양한 디스플레이 수단들을 포함할 수 있다.
저장부(40)는 본 발명의 실시예에 따라 기화가스 공급 밸브(112), BOG 공급 밸브(102) 및 수소 공급 밸브(202)의 비례 제어를 위한 조정값이 테이블화되어 저장되는 수단으로서, 입력부(10)를 통해 입력되는 비례 제어 조정값이 제어부(20)의 제어에 따라 저장되거나 해당 비례 제어 조정값이 제어부(20)에 의해 취사 선택될 수 있다.
본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 비례 제어 조정값은, 예를 들어 아래 [표 1]의 룩업 테이블(look-up table)과 같이 엔진 출력 정보 대비 비례 제어 조정값으로 저장부(40)에 저장될 수 있다.
엔진 출력정보(kW) 비례 제어 조정값
10kW 수소 혼합비율 30% 수소 공급 밸브(202) 오픈 시간: T1
BOG 공급 밸브(102) 오픈 시간: T2
20kW 수소 혼합비율 20% 수소 공급 밸브(202) 오픈 시간: T3
BOG 공급 밸브(102) 오픈 시간: T4
30kW 수소 혼합비율 10% 수소 공급 밸브(202) 오픈 시간: T5
BOG 공급 밸브(102) 오픈 시간: T6
[표 1]과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 선박용 연료 공급 장치는, 엔진 출력 정보가 제어부(20)로 실시간 입력될 수 있으며, 이러한 엔진 출력 정보에 따라 수소 공급 밸브(202) 및 BOG 공급 밸브(102)의 오픈 시간을 결정할 수 있다. 예를 들어, 현재 선박의 엔진 출력 정보가 10kW인 경우, 엔진 출력을 상대적으로 높일 필요가 있으므로 수소 혼합비율을 30%로 설정하기 위한 밸브 오픈 시간을 결정할 수 있다.
다만, [표 1]의 룩업 테이블은 본 발명의 실시예를 구현하기 위한 예시일 뿐이며, 엔진 출력 정보와 각 밸브(202, 102, 112)의 유량 정보를 함께 취합하여 각 밸브(202, 102, 112)의 오픈 시간을 결정할 수도 있음을 주지할 필요가 있다.
여기서, 저장부(40)는, 예를 들어 비휘발성 메모리(non-volatile memory) 등이 적용될 수 있다. 도 2에서 저장부(40)는 제어부(20)와 별개의 구성으로 도시하였으나 이는 예시일 뿐이며, 제어부(20)가 저장부(40)를 포함하도록 구성될 수도 있음을 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 3은 도 1의 선박용 연료 공급 장치의 압력 조절부(310)의 상세 구성도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 조절부(310)는 압력 측정부(312) 및 압력 조절 밸브(314)를 포함할 수 있다.
압력 측정부(312)를 통해 통풍관(P8)을 통한 통풍 압력이 측정될 수 있으며, 측정되는 통풍 압력은 제어부(20)로 제공될 수 있다.
압력 조절 밸브(314)는 제어부(20)의 제어에 따라 구동될 수 있으며, 제어부(20)의 제어에 의해 통풍 압력이 기설정 압력을 유지하도록 조절될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 연료 공급 장치의 구성도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 연료 공급 장치는, LNG가 수용되는 LNG 탱크(1000), 수소가 수용되는 수소 탱크(2000), LNG 탱크(1000)로부터 배출된 LNG를 기화가스로 상변화시키는 기화기(1100), LNG 탱크(1000)로부터 배출된 BOG를 압축하는 압축기(1002), 기화기(1100)로부터 배출된 기화가스 및 압축기(1002)에서 압축된 BOG, 그리고 수소 탱크(2000)로부터 배출된 수소가 유입되어 혼합되는 혼합연료 탱크(3000) 등을 포함할 수 있다. 혼합연료 탱크(3000)에서 혼합되는 혼합연료는, 예를 들어 HCNG 혼합연료일 수 있으며, HCNG 혼합연료에 대한 수소의 혼합비율은, 예를 들어 5% 내지 30%일 수 있다.
여기서, LNG 탱크(1000)는 수용된 LNG가 배출되는 제1 배출관(P10)과, LNG로부터 발생된 BOG가 배출되는 제2 배출관(P20)이 연결될 수 있다. 이때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LNG 탱크(1000)는 이중 격벽 구조 또는 멤브레인(membrane) 구조일 수 있다. 이러한 이중 격벽 구조 또는 멤브레인 구조의 LNG 탱크(1000)는 도 1의 LNG 탱크(100)에 비해 고압 내성은 약한 반면, 크기를 상대적으로 크게 제작할 수 있기 때문에 보다 넓은 LNG 용적량을 확보할 수 있다.
LNG 탱크(1000) 내에 수용된 LNG를 배출하는 제1 배출관(P10)에는 기화기(1100)가 연결되며, LNG 탱크(1000)를 통해 제공되는 LNG를 기화가스로 상변화시키는 역할을 할 수 있다.
LNG 탱크(1000)의 BOG를 배출하기 위한 제2 배출관(P20)에는 압축기(1002)가 연결될 수 있다. 이러한 압축기(1002)는 이중 격벽 구조 또는 멤브레인 구조의 LNG 탱크(1000)로부터 배출되는 상대적으로 저압 상태의 BOG를 압축하는 역할을 할 수 있다.
수소 탱크(2000)는 수용된 수소가 배출되는 제3 배출관(P30)이 연결될 수 있다. 수소 탱크(2000)의 경우는 수소가 기체 상태로 저장되어 있기 때문에 제3 배출관(P30)을 통해 혼합연료 탱크(3000)로 이송될 수 있다.
혼합연료 탱크(3000)에는, 기화기(1100)에서 기화된 기화가스 및 압축기(1002)에서 압축된 BOG가 공급되는 기화가스 배출관(P40), 제3 배출관(P30)을 통해 배출된 수소를 공급하는 제2 공급관(P60)이 연결될 수 있다.
이러한 기화가스 배출관(P40)의 전단에는 기화가스 공급 밸브(1120)가, 제2 공급관(P60)의 전단에는 수소 공급 밸브(2020)가 각각 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 이러한 기화가스 공급 밸브(1120) 및 수소 공급 밸브(2020) 각각에 대한 비례 제어를 통해 혼합연료 탱크(3000)로 공급되는 각각의 연료에 대한 혼합비율을 결정할 수 있다.
한편, 혼합연료 탱크(3000)에는 통풍관(P80)이 연결되며, 이 통풍관(P80)에는 통풍 압력이 기설정 압력으로 유지되도록 조절하는 압력 조절부(3100)가 연결될 수 있다.
또한, 혼합연료 탱크(3000)에는 혼합연료를 배출하기 위한 혼합연료 배출관(P70)이 연결되며, 혼합연료 배출관(P70)을 통해 배출되는 혼합연료는 혼합연료 공급 밸브(3200)에 의해 그 배출량이 조절될 수 있다.
혼합연료 공급 밸브(3200)에는 혼합연료 배출관(P70)을 통해 배출량이 조절된 혼합연료를 기설정 온도로 유지시키는 히터(3300)가 연결될 수 있다.
히터(3300)에는 엔진(4000)이 최종적으로 연결되며, 이러한 엔진(4000)으로 공급되는 연료는, 예컨대 압력 조절부(3100)에 의해 일정 압력이 유지되고 히터(3300)에 의해 일정 온도로 유지되는 HCNG 혼합연료일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 기화가스 공급 밸브(1120), 수소 공급 밸브(2020), 혼합연료 공급 밸브(3200), 히터(3300) 및 압력 조절부(3100)는, 각각의 제어신호들(L2, L4, L5, L6, L7)에 의해 동작될 수 있다.
이러한 제어신호들(L2, L4, L5, L6, L7)도 도 1의 실시예에서와 마찬가지로 제어부(20)에 의해 제공될 수 있으며, 중복을 피하기 위해 도 4의 실시예에서의 제어 동작에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 의하면, HCNG의 혼합비율을 정확히 조절하여 선박에 혼합연료를 공급함으로써 대형 선박에도 HCNG 혼합연료가 용이하게 사용될 수 있게 구현하였다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
100: LNG 탱크 102: BOG 공급 밸브
106: 버퍼 탱크 110: 기화기
112: 기화가스 공급 밸브 200: 수소 탱크
202: 수소 공급 밸브 300: 혼합 연료 탱크
310: 압력 조절부

Claims (12)

  1. 액화천연가스가 수용되는 액화천연가스 탱크;
    상기 액화천연가스 탱크에 연결되고, 상기 액화천연가스 탱크에 수용된 액화천연가스가 배출되는 제1 배출관;
    상기 액화천연가스 탱크에 연결되고, 상기 액화천연가스로부터 발생된 BOG(Boil Off Gas)가 배출되는 제2 배출관;
    수소가 수용되는 수소 탱크;
    상기 수소 탱크에 연결되고, 상기 수소 탱크 내에 수용된 수소가 배출되는 제3 배출관;
    상기 제1 배출관을 통해 배출된 상기 액화천연가스를 기화가스로 상변화시키는 기화기;
    상기 기화기에서 기화된 상기 기화가스가 배출되는 기화가스 배출관;
    상기 기화가스 배출관에서 배출된 상기 기화가스, 상기 제2 배출관에서 배출된 상기 BOG 및 상기 제3 배출관에서 배출된 상기 수소가 유입되어 혼합되는 혼합연료 탱크;
    상기 혼합연료 탱크에 연결된 통풍관(ventilation pipe);
    상기 통풍관에 연결되어 통풍 압력이 기설정 압력을 유지하도록 조절하는 압력 조절부;
    상기 기화가스 배출관에 제공되는 기화가스 공급 밸브;
    상기 제2 배출관에 제공되는 BOG 공급 밸브;
    상기 제3 배출관에 제공되는 수소 공급 밸브; 및
    상기 기화가스 공급 밸브, 상기 BOG 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 비례 제어(proportional control)를 통해 상기 BOG 및 상기 수소의 혼합비율을 결정하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 선박용 연료 공급 장치의 엔진 출력 정보와, 상기 기화가스 공급 밸브, 상기 BOG 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 유량 정보에 따라 상기 기화가스 공급 밸브, 상기 BOG 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 개폐 시간을 결정하는 선박용 연료 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합연료 탱크에 연결되고, 상기 혼합연료가 배출되는 혼합연료 배출관; 및
    상기 혼합연료 배출관을 통해 배출되는 상기 혼합연료가 기설정 온도로 유지되도록 하는 히터;를 더 포함하는
    선박용 연료 공급 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 혼합연료 대비 수소의 혼합비율이 5% 이상, 30% 이하가 되도록 상기 기화가스 공급 밸브, 상기 BOG 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 개도량을 제어하는,
    선박용 연료 공급 장치.
  7. 액화천연가스가 수용되는 액화천연가스 탱크;
    상기 액화천연가스 탱크에 연결되고, 상기 액화천연가스 탱크에 수용된 액화천연가스가 배출되는 제1 배출관;
    상기 제1 배출관을 통해 배출된 상기 액화천연가스를 기화가스로 상변화시키는 기화기;
    상기 액화천연가스 탱크에 연결되고, 상기 액화천연가스로부터 발생된 BOG가 배출되는 제2 배출관;
    상기 제2 배출관을 통해 배출된 BOG를 압축하는 압축기;
    상기 기화기에서 기화된 상기 기화가스와 상기 압축기에서 압축된 상기 BOG가 혼합된 혼합 기화가스가 배출되는 기화가스 배출관;
    수소가 수용되는 수소 탱크;
    상기 수소 탱크에 연결되고, 상기 수소 탱크 내에 수용된 수소가 배출되는 제3 배출관; 및
    상기 기화가스 배출관에서 배출된 상기 혼합 기화가스, 상기 제3 배출관에서 배출된 상기 수소가 유입되어 혼합되는 혼합연료 탱크;
    상기 혼합연료 탱크에 연결된 통풍관; 및
    상기 통풍관에 연결되어 통풍 압력이 기설정 압력을 유지하도록 조절하는 압력 조절부;
    상기 기화가스 배출관에 제공되는 기화가스 공급 밸브;
    상기 제2 공급관에 연결된 수소 공급 밸브; 및
    상기 기화가스 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 비례 제어를 통해 상기 혼합연료의 혼합비율을 결정하는 제어부;를 포함하고,
    상기 선박용 연료 공급 장치의 엔진 출력 정보와, 상기 기화가스 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 유량 정보에 따라 상기 기화가스 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 개폐 시간을 결정하는 선박용 연료 공급 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 혼합연료 탱크에 연결되고, 상기 혼합연료가 배출되는 혼합연료 배출관; 및
    상기 혼합연료 배출관을 통해 배출되는 상기 혼합연료가 기설정 온도로 유지되도록 하는 히터;를 더 포함하는
    선박용 연료 공급 장치.
  11. 삭제
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 혼합연료 대비 수소의 혼합비율이 5% 이상, 30% 이하가 되도록 상기 기화가스 공급 밸브 및 상기 수소 공급 밸브의 개도량을 제어하는
    선박용 연료 공급 장치.
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