KR101865056B1 - 선박 추진용 연료가스 공급장치 - Google Patents

선박 추진용 연료가스 공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박 추진용 연료가스 공급장치에 관한 것이다. 이는, 연료용 가스를 수용하는 메인탱크로부터 공급된 액화가스를 펌핑하는 고압펌프와; 상기 고압펌프에 의해 펌핑된 액화가스를 기화시켜 추진엔진 측으로 보내는 제 1기화기와; 상기 메인탱크 내의 가스 일부를 에너지원으로 삼아 토오크를 발생하고, 발생 토오크를 상기 고압펌프에 전달하여 고압펌프가 작동하게 하는 고압펌프구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 선박 추진용 연료가스 공급장치는, 고가의 전기모터를 대체하는 유압모터를 사용하므로 복잡한 기어박스나 방폭 장치 등을 제거하여 저중량 및 콤펙트화를 이루고, 전기에너지를 사용하지 않으므로 운항비용을 크게 절감할 수 있게 한다.

Description

선박 추진용 연료가스 공급장치{Apparatus for supplying high pressure natural gas for ship propulsion}
본 발명은 대형선박의 추진엔진에 가스연료를 공급하는 고압펌프 구동부를 구비한 선박 추진용 연료가스 공급장치에 관한 것이다.
대양을 횡단하는 대형 선박, 가령 벌크선이나 컨테이너선 또는 유조선등은 저속 고마력의 엔진을 사용하는데 이러한 엔진의 연료로서는 주로 벙커C유나 중유가 사용된다.
그런데, 상기한 연료들은 저급유로서 완전연소가 되지 않기 때문에, 매우 심각한 대기오염 물질을 발생한다. 가령 벙커C유는 LNG에 비해 미세먼지는 20배 이상, 미세먼지를 생성하는 질산화물은 2배이고, 황산화물은 무려 수백 배를 발생한다.
이러한 문제로, 지구온난화는 물론 미세먼지 등의 환경오염 이슈가 국제적으로 부각되며 그에 따라 상기한 저급유의 사용에 대한 규제도 강화되고 있다. 이에, 최근에는 대형 선박의 운행을 위하여 전기에너지나 LNG나 CNG 등의 청정연료를 사용하거나, 가스와 오일을 선택적으로 사용하는 하이브리드 방식도 연구되고 있다.
가령, 국내공개특허공보 제10-2012-0049199호(연료가스 공급 시스템)에는, 증발가스의 재액화를 위한 냉동부하를 줄일 수 있는 증발가스 재액화 장치에 관한 내용이 개시되어 있다. 이는 LNG탱크에서 발생하는 증발가스의 냉열과 연료가스 공급라인의 LNG의 냉열을 이용해 증발가스 재액화를 위한 부하를 줄이는 목적을 갖는다.
그런데 상기한 연료가스 공급시스템은, LNG를 압축하는 고압펌프를 구동하기 위하여 전기에너지 사용하기 때문에 에너지 소모가 심하고, 또한 고압펌프의 회전수를 제어하기 위한 인버터나 모터의 회전수를 제어하기 위한 각종 제어 장치가 필요함으로써 전체적인 시스템이 복잡해지게 되는 문제를 갖는다.
특히, 고압펌프가 압축하는 LNG는 가연성이므로 전기의 절연파괴로 인한 폭발의 위험을 가지므로, 고가의 방폭형 전기모터를 사용할 수 밖에 없었다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 고가의 전기모터를 대체하는 유압모터를 사용하므로 복잡한 기어박스나 방폭 장치 등을 제거하여 저중량 및 콤펙트화를 이루고, 전기에너지를 사용하지 않으므로 운항비용을 크게 절감할 수 있는 선박 추진용 연료가스 공급장치를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선박 추진용 연료가스 공급장치는, 연료용 가스를 수용하는 메인탱크로부터 공급된 액화가스를 펌핑하는 고압펌프와; 상기 고압펌프에 의해 펌핑된 액화가스를 기화시켜 추진엔진 측으로 보내는 제 1기화기와; 상기 메인탱크 내의 가스 일부를 에너지원으로 삼아 토오크를 발생하고, 발생 토오크를 상기 고압펌프에 전달하여 고압펌프가 작동하게 하는 고압펌프구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고압펌프구동부는; 상기 메인탱크 내의 가스 일부를 받아 수용하는 서브탱크와, 상기 서브탱크 내부의 액화가스를 공급받아 기화시키는 제 2기화기와, 상기 제 2기화기에 의해 기화된 가스를 연료로 동작하여 토오크를 발생하는 가스엔진을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고압펌프구동부에는; 상기 고압펌프에 대해 가스엔진과 병렬로 연결되며, 외부로부터 공급된 연료에 의해 동작하여 토오크를 출력하는 가솔린엔진 또는 디젤엔진이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선박 추진용 연료가스 공급장치는, 연료용 가스를 수용하는 메인탱크로부터 공급된 액화가스를 펌핑하는 고압펌프와; 상기 고압펌프에 의해 펌핑된 액화가스를 기화시켜 추진엔진측으로 보내는 제 1기화기와; 상기 고압펌프에 연결되며, 외부로부터 공급된 연료에 의해 동작하여 토오크를 출력하고, 출력된 토오크를 고압펌프로 전달하여 고압펌프가 작동하게 하는 가솔린엔진 또는 디젤엔진을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메인탱크에는, 메인탱크 내부의 상층부에 위치한 기화상태의 가스를 액화시키는 재액화부가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 선박 추진용 연료가스 공급장치는, 고가의 전기모터를 대체하는 유압모터를 사용하므로 복잡한 기어박스나 방폭 장치 등을 제거하여 저중량 및 콤펙트화를 이루고, 전기에너지를 사용하지 않으므로 운항비용을 크게 절감할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진용 연료가스 공급장치의 구성 및 작동방식을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진용 연료가스 공급장치의 다른 예를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진용 연료가스 공급장치의 또 다른 예를 나타내 보인 블록도이다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
기본적으로, 본 실시예에 따른 선박추진용 연료가스 공급장치는, 가스를 펌핑하는 고압펌프(15)를 구동하기 위한 수단으로서, 종전의 전기모터를 대신하여 내연기관을 적용한다는 구조적 특징을 갖는다. 후술하는 바와같이, 상기 내연기관에는 가스엔진 가솔린엔진 디젤엔진 등이 포함될 수 있으며, 이러한 엔진들을 병렬 연결하여 선택적으로 사용한다.
아울러 상기 고압펌프(15)는 메인탱크(13)로부터 전달받은 액화가스를 펌핑하여 기화기(17)로 압송하는 역할을 하는 것으로서, 추진엔진(19)에 원활한 연료를 공급하기 위해 매우 강력한 파워를 출력한다.
아울러 후술하는 설명에서의 연료가스 공급장치는, 메인탱크(13) 내부에 저장되어 있는 액화가스를 추진엔진(19)으로 공급하는데 사용되는 구성요소를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진용 연료가스 공급장치(11)의 구성 및 작동방식을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1에 도시한 연료가스공급장치(11)는, 메인탱크(13)에 연결되며 메인탱크(13)로부터 공급된 액화가스를 받아 펌핑하는 고압펌프(15)와, 상기 고압펌프(15)를 구동하는 고압펌프구동부(25)와, 상기 고압펌프(15)에 의해 펌핑된 액화가스를 그 내부로 통과시키며 기화시키는 제 1기화기(17)를 포함한다. 상기 제 1기화기(17)에 의해 기화된 기화가스는 추진엔진(19)으로 공급되어 추진엔진(19)의 연료로 사용된다.
한편, 상기 고압펌프구동부(25)는, 서브탱크(27)와, 제 2기화기(29)와, 가스엔진(31)을 포함한다.
상기 서브탱크(27)는 메인탱크(13)에 공급되어 있는 액화가스의 일부를 받아 수용하는 역할을 한다. 말하자면, 가스엔진(31)의 연료통의 역할을 하는 것이다. 상기 서브탱크(27)의 용적은, 예컨대 일반적인 가스차량에 탑재되어 있는 가스통 정도일 수 있으며, 필요에 따라 서브탱크(27)의 적용 개수를 얼마든지 증가시킬 수 있다.
상기 메인탱크(13)와 서브탱크(27)를 연결하는 파이프에, 액화가스의 흐름을 제어하는 각종 밸브가 설치됨은 당연하다.
상기 제 2기화기(29)는 서브탱크(27)로부터 공급된 액화가스를 기화시키는 역할을 한다. 상기 제 2기화기(29)는 제 1기화기(17)에 비해 용량은 작지만, 액화가스를 기화시킨다는 역할은 동일하다.
또한 상기 가스엔진(31)은 제 2기화기(29)로부터 기화된 상태의 가스를 연료로서 받아 작동하여 회전 토오크를 출력한다. 상기 가스엔진(31)의 회전토오크나 rpm은 운전조건에 따라 실시간으로 제어할 수 있음은 물론이다.
아울러 상기 가스엔진(31)의 출력축은, 가령 전동샤프트(미도시)나 기어 등의 전동수단을 통해 고압펌프(15)로 전달되어 고압펌프(15)가 본연의 임무를 수행할 수 있게 한다.
도면부호 21은 재액화부이다. 상기 재액화부(21)는 메인탱크(13) 내부의 상측부에 모이는 기화상태의 가스를 액화시키는 역할을 한다. 상기 재액화부(21)에는 액화가스를 팽창시켜 온도를 강하하기 위한 팽창밸브(미도시)가 포함된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진용 연료가스 공급장치(11)의 다른 예를 도시한 블록도이다.
이하, 상기한 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재를 가리키며 그에 관한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
도시한 바와같이, 도 2에 도시한 고압펌프구동부(26)에는 가솔린엔진(33)과 디젤엔진(35)이 추가적으로 적용되어 있다.
상기 가솔린엔진(33)과 디젤엔진(35)은, 가스엔진(31)과 병렬 연결된 토오크 발생수단으로서, 별도의 연료탱크(37)로부터 공급된 연료에 의해 작동한다.
상기 가스엔진(31)과 가솔린엔진(33)과 디젤엔진(35) 각각은 클러치(미도시)를 통해 고압펌프(15)에 연결된다. 특히 상기 가스엔진(31), 가솔린엔진(33), 디젤엔진(35)은 고압펌프(15)에 대해 병렬연결된 구조를 가지며, 세 개 모두를 동시에 작동시킬 수 도 있고, 개별적로 작동시킬 수 도 있다. 더 나아가 가스엔진(31)과 가솔린엔진(33), 또는 가스엔진(31)과 디젤엔진(35), 또는 가솔린엔진(33)과 디젤엔진(35)을 두 개씩 선택하여 작동시킬 수 도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진용 연료가스 공급장치(11)의 또 다른 예를 나타내 보인 블록도이다.
도 3에 도시한 바와같이, 상기 고압펌프(15)를 작동시키기 위한 고압펌프구동부(41)로서, 상기 가스엔진(31)을 생략하고, 가솔린엔진(33)과 디젤엔진(35)만 운용할 수 도 있다.
상기 가솔린엔진(33)과 디젤엔진(35)도, 고압펌프(15)에 대해 병렬 연결되며, 동시에 구동할 수 도 있고, 개별적으로 운용할 수 도 있다.
상기 고압펌프구동부(41)로부터 출력된 회전 토오크는 고압펌프(15)로 전달되어 고압펌프(15)로 하여금 액화가스를 제 1기화기(17)로 펌핑하게 한다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
11:연료가스 공급장치 13:메인탱크
15:고압펌프 17:제 1기화기
19:추진엔진 21:재액화부
25,26,41:고압펌프구동부 27:서브탱크
29:제 2기화기 31:가스엔진
33:가솔린엔진 35:디젤엔진
37:연료탱크

Claims (5)

  1. 연료용 가스를 수용하는 메인탱크와;
    상기 메인탱크로부터 공급된 액화가스를 펌핑하는 고압펌프와;
    상기 메인탱크에 수용된 가스 중 일부를 고압펌프구동부로 보내도록 제어되는 밸브와;
    상기 고압펌프에 의해 펌핑된 액화가스를 기화시켜 추진엔진 측으로 보내는 제 1기화기와;
    상기 고압펌프구동부는 메인탱크로부터 공급된 가스를 에너지원으로 삼아 토오크를 발생하고, 발생 토오크를 상기 고압펌프에 전달하여 고압펌프가 작동하게 하고,
    상기 고압펌프구동부는;
    상기 메인탱크 내의 가스 일부를 받아 수용하는 서브탱크와,
    상기 서브탱크 내부의 액화가스를 공급받아 기화시키는 제 2기화기와,
    상기 제 2기화기에 의해 기화된 가스를 연료로 동작하여 토오크를 발생하는 가스엔진을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 추진용 연료가스 공급장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고압펌프구동부에는;
    상기 고압펌프에 대해 가스엔진과 병렬로 연결되며, 외부로부터 공급된 연료에 의해 동작하여 토오크를 출력하는 가솔린엔진 또는 디젤엔진이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 선박 추진용 연료가스 공급장치.
  4. 연료용 가스를 수용하는 메인탱크와;
    상기 메인탱크로부터 공급된 액화가스를 펌핑하는 고압펌프와;
    상기 고압펌프에 의해 펌핑된 액화가스를 기화시켜 추진엔진 측으로 보내는 제 1기화기와;
    가솔린엔진 또는 디젤엔진과;
    상기 가솔린엔진 또는 디젤엔진에 연료를 공급하는 연료탱크를 포함하여 구성되고;
    상기 가솔린엔진 또는 디젤엔진은 고압펌프에 연결되며, 연료탱크로부터 공급된 연료에 의해 동작하여 토오크를 출력하고, 출력된 토오크를 고압펌프로 전달하여 고압펌프가 작동하게 하는 것을 특징으로 하는 선박 추진용 연료가스 공급장치.
  5. 제1항 및 제3항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 메인탱크에는, 메인탱크 내부의 상층부에 위치한 기화상태의 가스를 액화시키는 재액화부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 선박 추진용 연료가스 공급장치.
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