KR101884765B1

KR101884765B1 - 선박용 연료 공급 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101884765B1
Application number: KR1020170093714A
Authority: KR
Inventors: 김인웅; 김남수
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2017-07-24
Publication date: 2018-08-02
Also published as: KR20180032170A

Abstract

선박용 연료 공급 시스템이 개시된다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스에 포함된 오일을 분리하는 오일분리기; 상기 오일분리기에 의해 오일이 분리된 증발가스를, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 및 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 팽창시키는 감압장치;를 포함하고, 상기 오일분리기에 의해 오일이 분리된 증발가스는 두 흐름으로 분기되어, 일부는 고압엔진으로 보내지고 나머지는 상기 열교환기로 보내진다.

Description

선박용 연료 공급 시스템 및 방법{Fuel Supply System and Method for Vessel}

본 발명은 선박용 엔진에 증발가스를 연료로 공급하는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 압축된 증발가스에 포함된 오일을 분리한 후 선박용 엔진에 공급하는 연료 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.

근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.

액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.

그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -162 ℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다. 이는 에탄 등 다른 저온 액화가스의 경우에도 마찬가지이다.

증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 증발가스의 처리를 위해, 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료소비처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.

증발가스를 재액화하기 위한 방법으로는 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비하여 증발가스를 냉매와 열교환하여 재액화하는 방법, 및 별도의 냉매가 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여 재액화하는 방법 등이 있다. 특히, 후자의 방법을 채용한 시스템을 부분 재액화 시스템(Partial Re-liquefaction System, PRS)이라고 한다.

한편, 일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE 및 ME-GI 엔진 등의 가스연료엔진이 있다.

DFDE은, 4행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.

ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다. 최근에는 연료 효율 및 추진 효율이 더 좋은 ME-GI 엔진에 대한 관심이 커지고 있는 추세이다.

엔진에 연료로 공급되는 증발가스를 엔진이 요구하는 압력으로 맞추기 위하여, 또는 증발가스의 재액화 효율을 높이기 위하여, 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축기에 의해 압축시킨다.

압축기의 냉각 및 윤활과, 압축기에 의해 압축되는 유체의 누출을 방지하기 위하여, 압축기는 윤활유를 사용하는데, 증발가스를 압축기에 의해 압축시키는 과정에서 증발가스에 소량의 윤활유가 혼합된다.

증발가스에 혼합된 소량의 윤활유는, 엔진으로 증발가스를 공급하는 배관을 막을 수 있고, 증발가스의 재액화 과정에서 자가열교환에 의한 증발가스 냉각시 열교환기의 유로가 윤활유에 의해 막힐 수도 있으며, 재액화 과정을 통해 재액화된 액화천연가스에 소량의 윤활유가 혼합된 상태로 저장탱크에 복귀될 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 압축된 증발가스에 포함되어 있는 윤활유를 제거한 후 엔진에 공급하거나 재액화시키는 선박용 연료 공급 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스에 포함된 오일을 분리하는 오일분리기; 상기 오일분리기에 의해 오일이 분리된 증발가스를, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 및 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 팽창시키는 감압장치;를 포함하고, 상기 오일분리기에 의해 오일이 분리된 증발가스는 두 흐름으로 분기되어, 일부는 고압엔진으로 보내지고 나머지는 상기 열교환기로 보내지는, 선박용 연료 공급 시스템이 제공된다.

상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 오일분리기 후단에 설치되는 제1 오일필터를 더 포함할 수 있다.

상기 오일분리기 및 상기 제1 오일필터를 통과한 증발가스는 두 흐름으로 분기되어, 일부는 상기 고압엔진으로 보내지고, 나머지는 상기 열교환기로 보내질 수 있다.

상기 오일분리기를 통과한 증발가스는 두 흐름으로 분기되어, 일부는 상기 고압엔진으로 보내지고, 나머지는 상기 제1 오일필터를 통과한 후 상기 열교환기로 보내질 수 있다.

상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 제1 오일필터 후단에 설치되는 제2 오일필터; 및 상기 제1 오일필터 후단에 설치되는 오일흡착체; 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 오일필터 및 상기 오일흡착체 중 하나 이상을 통과한 증발가스는 상기 열교환기로 보내질 수 있다.

상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 압축기를 통과한 후 상기 열교환기로 보내지는 증발가스에 포함된 오일을 탐지하는 오일탐지기를 더 포함할 수 있다.

상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 압축기, 상기 열교환기, 및 상기 감압장치를 통과하며 재액화된 액화천연가스와, 재액화되지 못하고 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함할 수 있고, 상기 기액분리기에 의해 분리된 액화천연가스는 상기 저장탱크로 보내질 수 있다.

상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 합류되어 상기 열교환기로 보내질 수 있다.

상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 합류되지 않고 바로 상기 열교환기로 보내질 수 있다.

상기 압축기는 다수개의 실린더를 포함할 수 있고, 상기 다수개의 실린더의 일부는 급유 윤활 방식일 수 있고, 적어도 한 대의 상기 급유 윤활 방식의 실린더를 통과한 증발가스는 상기 오일분리기로 보내질 수 있다.

상기 압축기는 증발가스를 150 bar 내지 350 bar 압력으로 압축시킬 수 있다.

상기 압축기는 증발가스를 6 bar 내지 20 bar 압력으로 압축시킬 수 있다.

상기 다수개의 실린더 중 일부를 통과한 증발가스는 분기되어 저압엔진 및 GCU 중 하나 이상으로 보내질 수 있다.

상기 저압엔진은, 6 bar 내지 10 bar 압력의 증발가스를 연료로 사용할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 1) 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축시키는 단계; 2) 상기 1)단계에서 압축된 증발가스에 포함된 오일을 오일분리기에 의해 분리하는 단계; 3) 상기 2)단계에서 상기 오일분리기에 의해 오일이 분리된 증발가스의 일부를 고압엔진으로 보내는 단계; 4) 상기 2)단계에서 상기 오일분리기에 의해 오일이 분리된 증발가스의 다른 일부를 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및 5) 상기 4)단계에서 냉각된 증발가스를 감압시키는 단계;를 포함하는, 선박용 연료 공급 방법이 제공된다.

상기 4)단계에서, 상기 오일분리기에 의해 오일이 분리된 증발가스의 다른 일부를, 제1 오일필터에 의해 추가적으로 오일을 분리한 후, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 열교환시켜 냉각시킬 수 있다.

2-1) 상기 2)단계에서 상기 오일분리기에 의해 오일이 분리된 증발가스를, 제1 오일필터에 의해 추가적으로 오일을 분리하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 3)단계에서, 상기 2-1)단계에서 상기 제1 오일필터에 의해 오일이 분리된 증발가스의 일부를 고압엔진으로 보낼 수 있고, 상기 4)단계에서, 상기 2-1)단계에서 상기 제1 오일필터에 의해 오일이 분리된 증발가스의 다른 일부를 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 열교환시켜 냉각시킬 수 있다.

상기 4)단계에서, 상기 2-1)단계에서 상기 제1 오일필터에 의해 오일이 분리된 증발가스의 다른 일부를, 제2 오일필터 및 오일흡착체 중 하나 이상에 의해 추가적으로 오일을 분리한 후, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 열교환시켜 냉각시킬 수 있다.

상기 4)단계에서, 증발가스를 열교환시켜 냉각시키기 전에 증발가스에 포함된 오일을 오일탐지기에 의해 탐지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 고압엔진에 연료를 공급하는 배관이 막히는 현상을 방지할 수 있고, 열교환기의 유로가 응축된 오일에 의해 막히는 현상을 방지할 수 있으며, 재액화된 액화천연가스가 저장탱크로 복귀되며 저장탱크 내부에 윤활유가 혼합되는 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 저온 액체화물 또는 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 설치된 모든 종류의 선박과 해상 구조물, 즉 액화천연가스 운반선, 액화에탄가스(Liquefied Ethane Gas) 운반선, LNG RV와 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 구조물에 적용될 수 있다. 다만, 후술하는 실시예들에서는 설명의 편의상 대표적인 저온 액체화물인 액화천연가스를 예로 들어 설명한다.

또한, 본 발명의 각 라인에서의 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기액 혼합 상태, 기체 상태, 초임계유체 상태 중 어느 하나의 상태일 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 열교환기(100), 압축기(200), 오일분리기(300), 및 감압장치(600)를 포함한다.

저장탱크(T)는 액화천연가스 등의 액화가스를 극저온 상태로 저장할 수 있도록 밀봉 및 단열 방벽을 갖추고 있지만, 외부로부터 전달되는 열을 완벽하게 차단할 수는 없고, 저장탱크(T) 내에서는 액화가스의 증발이 지속적으로 이루어지며 내압이 상승할 수 있다. 증발가스에 의한 압력의 과도한 상승을 방지하고 적정한 수준의 내압을 유지하기 위해, 저장탱크(T) 내부의 증발가스를 배출시킨다.

본 실시예의 열교환기(100)는, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다. 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스는 온도가 높아진 후 압축기(200)로 보내지고, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스는 감압장치(600)로 보내진다.

본 실시예의 압축기(200)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스를 압축시킨다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는 오일분리기(300)를 통과한 후 둘로 분기하여, 일부는 고압엔진의 연료로 공급되고 나머지는 열교환기(100)로 보내져 재액화 과정을 거친다.

압축기(200)는 증발가스를 고압엔진이 요구하는 압력까지 압축시킬 수 있으며, 고압엔진은 대략 150 bar 내지 350 bar 압력의 증발가스를 연료로 사용하는 ME-GI엔진일 수도 있고, 대략 6 bar 내지 20 bar 압력의 증발가스를 연료로 사용하는 X-DF엔진일 수도 있다.

압축기(200)는 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)와, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 후단에 각각 설치되는 다수개의 냉각기(211, 221, 231, 241, 251)를 포함할 수 있다. 냉각기(211, 221, 231, 241, 251)는 실린더(210, 220, 230, 240, 250)에 의해 압축되며 압력뿐만 아니라 온도도 높아진 증발가스를 냉각시킨다.

도 1에는, 압축기(200)에 포함된 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)를 전부 통과한 증발가스가 오일분리기(300)로 보내지는 경우를 도시하였으나, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 중 일부를 통과한 증발가스를 압축기(200) 중간에서 분기시켜 오일분리기(300)로 보낼 수도 있다.

또한, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 중 일부를 통과한 증발가스를 압축기(200) 중간에서 분기시켜 저압엔진으로 보내 연료로 사용할 수 있고, 잉여 증발가스는 가스연소장치(GCU; Gas Combustion Unit)로 보내 연소시킬 수도 있다.

저압엔진은 대략 6 bar 내지 10 bar 압력의 증발가스를 연료로 사용하는 DF엔진일 수 있고, 고압엔진이 ME-GI엔진인 경우 저압엔진은 ME-GI엔진보다 낮은 압력의 증발가스를 연료로 사용하는 X-DF엔진일 수도 있다.

압축기(200)에 포함되는 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)는, 일부는 무급유 윤활(oil-free lubricated) 방식으로 동작하고 나머지는 급유 윤활(oil lubricated) 방식으로 동작할 수 있다. 급유 윤활 방식의 실린더를 통과한 증발가스는 오일분리기(300)로 보내지도록 구성되고, 무급유 윤활 방식의 실린더만을 통과한 증발가스는 오일분리기(300)를 통과하지 않고 바로 고압엔진 및 열교환기(100)로 보내지도록 구성될 수도 있다.

일례로 본 실시예의 압축기(200)는 5개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)를 포함하고, 전단 3개의 실린더(210, 220, 230)는 무급유 윤활 방식이고 후단 2개의 실린더(240, 250)는 급유 윤활 방식일 수 있는데, 3단 이하에서 증발가스를 분기시키는 경우에는 증발가스가 오일분리기(300)를 통과하지 않고 바로 고압엔진 및 열교환기(100)로 보내지고, 4단 이상에서 증발가스를 분기시키는 경우에는 증발가스가 오일분리기(300)를 통과한 후 고압엔진 및 열교환기(100)로 보내지도록 구성될 수 있다.

본 실시예의 오일분리기(300)는, 압축기(200)를 통과한 증발가스에 섞여있는 오일을 분리한다. 압축기(200)가 급유 윤활 방식의 실린더를 포함하는 경우, 급유 윤활 방식의 실린더를 통과한 증발가스에는 소량의 윤활유가 섞이게 된다.

증발가스에 섞인 윤활유는, 고압엔진에 연료를 공급하는 배관을 막을 수 있는데, 본 실시예에 의하면 증발가스에 혼합된 윤활유를 오일분리기(300)에 의해 분리한 후 고압엔진으로 공급하므로, 고압엔진에 연료를 공급하는 배관이 막히는 현상을 방지할 수 있다.

또한, 증발가스에 섞인 윤활유는, 열교환기(100)에서 증발가스를 냉각시킬 때 증발가스보다 먼저 응축되어 열교환기(100)의 유로를 막을 수 있는데, 본 실시예에 의하면 증발가스가 열교환기(100)에 의해 냉각되기 전에 오일분리기(300)에 의해 오일을 분리해내므로, 열교환기(100)의 유로가 응축된 오일에 의해 막히는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 재액화된 액화천연가스에 윤활유가 포함된 상태로 저장탱크로 복귀되면, 시스템을 가동시키는 시간이 길어질수록 저장탱크 내의 윤활유의 양이 점점 많아질 수 있다.

본 실시예에 의하면 증발가스가 열교환기(100)에 의해 냉각되기 전에 오일분리기(300)에 의해 오일을 분리해내므로, 재액화된 액화천연가스가 저장탱크로 복귀되며 저장탱크 내부에 윤활유가 혼합되는 현상을 방지할 수 있다.

본 실시예의 감압장치(600)는, 압축기(200), 오일분리기(300), 및 열교환기(100)를 통과한 증발가스를 팽창시킨다. 압축기(200)에 의한 압축, 열교환기(100)에 의한 냉각, 및 감압장치(600)에 의한 팽창과정을 거친 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다. 본 실시예의 감압장치(600)는 팽창기일수도 있고 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일 수도 있다.

본 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템은, 오일분리기(300) 후단에 설치되는 제1 오일필터(410)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예의 제1 오일필터(410)는, 오일분리기(300)를 통과한 증발가스 중 고압엔진으로 보내지지 않고 열교환기(100)로 보내지는 증발가스에 포함된 오일을 한 번 더 분리한다. 오일분리기(300)에 의하여서는 액체 상태의 오일만 분리되고, 안개(mist) 상태 또는 기체 상태의 오일은 분리되지 않을 수 있는데, 본 실시예의 제1 오일필터(410)는 오일분리기(300)가 분리해내지 못한 안개(mist) 상태 및 기체 상태의 오일을 분리할 수 있다. 본 실시예의 제1 오일필터(410)는 코어레서 타입(Coalescing Type)의 오일필터일 수 있으며, 다수개가 병렬로 설치될 수 있다.

오일분리기(300) 또는 제1 오일필터(410)에 의해 분리된 오일은, 압축기(200)에 윤활유를 공급하는 윤활유 탱크(미도시)에 다시 저장될 수도 있고, 별도로 설치되는 슬러지 탱크(Sludge Tank, 미도시) 등에 저장될 수도 있다.

본 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템은, 압축기(200), 열교환기(100), 및 감압장치(600)를 통과하며 재액화된 액화천연가스와, 재액화되지 못하고 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기(700)를 더 포함할 수 있다.

기액분리기(700)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(T)로 보내질 수 있고, 기액분리기(700)에 의해 분리된 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스와 합류되어 열교환기(100)로 보내질 수 있다.

또한, 도 1에는 기액분리기(700)에 의해 분리된 증발가스가 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스와 합류되어 열교환기(100)로 보내지는 것이 도시되어 있으나, 본 실시예에 의하면, 기액분리기(700)에 의해 분리된 증발가스가 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스와 합류되지 않고 바로 열교환기(100)로 보내져 냉매로 사용될 수도 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략도이다. 도 2에 도시된 제2 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 도 1에 도시된 제1 실시예의 선박용 연료 공급 시스템에 비해, 고압엔진으로 보내지는 증발가스도 열교환기(100)로 보내지는 증발가스와 마찬가지로 제1 오일필터(410)에 의해 한 번 더 오일이 분리된다는 점과, 오일탐지기(900)를 더 포함한다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제1 실시예의 선박용 연료 공급 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 열교환기(100), 압축기(200), 오일분리기(300), 및 감압장치(600)를 포함한다.

본 실시예의 열교환기(100)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다. 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스는 온도가 높아진 후 압축기(200)로 보내지고, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스는 감압장치(600)로 보내진다.

본 실시예의 압축기(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스를 압축시킨다. 단, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는, 제1 실시예와는 달리, 오일분리기(300) 및 제1 오일필터(410)를 모두 통과한 후 둘로 분기되어, 일부는 고압엔진의 연료로 공급되고 나머지는 열교환기(100)로 보내져 재액화 과정을 거친다.

압축기(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 증발가스를 고압엔진이 요구하는 압력까지 압축시킬 수 있으며, 고압엔진은 ME-GI엔진일 수도 있고 X-DF엔진일 수도 있다.

압축기(200)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)와, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 후단에 각각 설치되는 다수개의 냉각기(211, 221, 231, 241, 251)를 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 중 일부를 통과한 증발가스를 압축기(200) 중간에서 분기시켜 오일분리기(300)로 보낼 수도 있고, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 중 일부를 통과한 증발가스를 압축기(200) 중간에서 분기시켜 저압엔진으로 보내 연료로 사용할 수 있으며, 잉여 증발가스는 가스연소장치(GCU)로 보내 연소시킬 수도 있다. 저압엔진은 DF엔진일 수 있고, 고압엔진이 ME-GI엔진인 경우 저압엔진은 X-DF엔진일 수도 있다.

압축기(200)에 포함되는 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 일부는 무급유 윤활(oil-free lubricated) 방식으로 동작하고 나머지는 급유 윤활(oil lubricated) 방식으로 동작할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 급유 윤활 방식의 실린더를 통과한 증발가스는 오일분리기(300)로 보내지도록 구성되고, 무급유 윤활 방식의 실린더만을 통과한 증발가스는 오일분리기(300)를 통과하지 않고 바로 고압엔진 및 열교환기(100)로 보내지도록 구성될 수도 있다.

본 실시예의 오일분리기(300)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 압축기(200)를 통과한 증발가스에 섞여있는 오일을 분리한다.

본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 고압엔진에 연료를 공급하는 배관이 막히는 현상을 방지할 수 있고, 열교환기(100)의 유로가 응축된 오일에 의해 막히는 현상을 방지할 수 있으며, 재액화된 액화천연가스가 저장탱크로 복귀되며 저장탱크 내부에 윤활유가 혼합되는 현상을 방지할 수 있다.

본 실시예의 감압장치(600)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 압축기(200), 오일분리기(300), 및 열교환기(100)를 통과한 증발가스를 팽창시킨다. 압축기(200)에 의한 압축, 열교환기(100)에 의한 냉각, 및 감압장치(600)에 의한 팽창과정을 거친 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다. 본 실시예의 감압장치(600)는 팽창기일수도 있고 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일 수도 있다.

본 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템은, 오일분리기(300) 후단에 설치되는 제1 오일필터(410)를 더 포함한다. 단, 본 실시예의 제1 오일필터(410)는, 제1 실시예와는 달리, 오일분리기(300)를 통과한 증발가스가 분기되는 지점의 후단에 설치되어 열교환기(100)로 보내지는 증발가스에 포함된 오일만 분리하는 것이 아니라, 증발가스가 분기되는 지점 전단에 설치되어, 고압엔진으로 보내지는 증발가스에 포함된 오일과 열교환기(100)로 보내지는 증발가스에 오일을 모두 분리한다.

즉, 본 실시예에 의하면, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스가, 오일분리기(300) 및 제1 오일필터(410)를 모두 통과한 후 두 흐름으로 분기되어, 일부는 고압엔진으로 보내지고 나머지는 열교환기(100)로 보내진다.

본 실시예에 의하면, 고압엔진으로 보내지는 증발가스에 포함된 오일을 제1 오일필터(410)에 의해 한 번 더 분리하므로, 제1 실시예에 비해, 고압엔진으로 연료를 공급하는 배관이 오일에 의해 막힐 가능성을 더욱 낮출 수 있다.

본 실시예의 제1 오일필터(410)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 오일분리기(300)가 분리해내지 못한 안개(mist) 상태 및 기체 상태의 오일을 분리할 수 있고, 코어레서 타입(Coalescing Type)의 오일필터일 수 있으며, 다수개가 병렬로 설치될 수 있다.

오일분리기(300) 또는 제1 오일필터(410)에 의해 분리된 오일은, 제1 실시예와 마찬가지로, 압축기(200)에 윤활유를 공급하는 윤활유 탱크(미도시)에 다시 저장될 수도 있고, 별도로 설치되는 슬러지 탱크(Sludge Tank, 미도시) 등에 저장될 수도 있다.

본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제1 실시예와는 달리, 제1 오일필터(410) 후단에서 분기된 후 열교환기(100)로 보내지는 증발가스에 포함된 오일을 탐지하는 오일탐지기(900)를 더 포함할 수 있다.

고압엔진으로 보내지는 증발가스에 포함된 오일은 고압엔진 점화시 함께 연소되므로, 증발가스를 고압엔진으로 보내는 라인 상에 오일탐지기를 설치하지 않아도 큰 문제가 없다. 오일탐지기(900)에 의해 탐지된 오일의 양이 기준치를 초과하면, 증발가스를 재액화시키는 과정을 멈추고, 오일을 걸러내는 장치들을 점검한다.

본 실시예에 의하면, 오일탐지기(900)에 의해 열교환기(100)로 보내지는 증발가스에 포함된 오일의 양을 확인할 수 있으므로, 열교환기(100)의 유로가 응축된 오일에 의해 막힐 가능성을 더욱 낮출 수 있다.

본 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 압축기(200), 열교환기(100), 및 감압장치(600)를 통과하며 재액화된 액화천연가스와, 재액화되지 못하고 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기(700)를 더 포함할 수 있다.

제1 실시예와 마찬가지로, 기액분리기(700)에 의해 분리된 액화천연가스는, 저장탱크(T)로 보내질 수 있고, 기액분리기(700)에 의해 분리된 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스와 합류되어 열교환기(100)로 보내질 수 있다.

또한, 제1 실시예와 마찬가지로, 기액분리기(700)에 의해 분리된 증발가스가 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스와 합류되지 않고 바로 열교환기(100)로 보내져 냉매로 사용될 수도 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략도이다. 도 3에 도시된 제3 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 도 2에 도시된 제2 실시예의 선박용 연료 공급 시스템에 비해, 제2 오일필터(420) 및 오일흡착체(430)를 더 포함한다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제2 실시예의 선박용 연료 공급 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제2 실시예와 마찬가지로, 열교환기(100), 압축기(200), 오일분리기(300), 및 감압장치(600)를 포함한다.

본 실시예의 열교환기(100)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 냉매로 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다. 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스는 온도가 높아진 후 압축기(200)로 보내지고, 압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스는 감압장치(600)로 보내진다.

본 실시예의 압축기(200)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스를 압축시킨다. 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스는, 제2 실시예와 마찬가지로, 오일분리기(300) 및 제1 오일필터(410)를 모두 통과한 후 둘로 분기되어, 일부는 고압엔진의 연료로 공급되고 나머지는 열교환기(100)로 보내져 재액화 과정을 거친다.

압축기(200)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 증발가스를 고압엔진이 요구하는 압력까지 압축시킬 수 있으며, 고압엔진은 ME-GI엔진일 수도 있고 X-DF엔진일 수도 있다.

압축기(200)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)와, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 후단에 각각 설치되는 다수개의 냉각기(211, 221, 231, 241, 251)를 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 제2 실시예와 마찬가지로, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 중 일부를 통과한 증발가스를 압축기(200) 중간에서 분기시켜 오일분리기(300)로 보낼 수도 있고, 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250) 중 일부를 통과한 증발가스를 압축기(200) 중간에서 분기시켜 저압엔진으로 보내 연료로 사용할 수 있으며, 잉여 증발가스는 가스연소장치(GCU)로 보내 연소시킬 수도 있다. 저압엔진은 DF엔진일 수 있고, 고압엔진이 ME-GI엔진인 경우 저압엔진은 X-DF엔진일 수도 있다.

압축기(200)에 포함되는 다수개의 실린더(210, 220, 230, 240, 250)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 일부는 무급유 윤활(oil-free lubricated) 방식으로 동작하고 나머지는 급유 윤활(oil lubricated) 방식으로 동작할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 제2 실시예와 마찬가지로, 급유 윤활 방식의 실린더를 통과한 증발가스는 오일분리기(300)로 보내지도록 구성되고, 무급유 윤활 방식의 실린더만을 통과한 증발가스는 오일분리기(300)를 통과하지 않고 바로 고압엔진 및 열교환기(100)로 보내지도록 구성될 수도 있다.

본 실시예의 오일분리기(300)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 압축기(200)를 통과한 증발가스에 섞여있는 오일을 분리한다.

본 실시예에 의하면, 제2 실시예와 마찬가지로, 고압엔진에 연료를 공급하는 배관이 막히는 현상을 방지할 수 있고, 열교환기(100)의 유로가 응축된 오일에 의해 막히는 현상을 방지할 수 있으며, 재액화된 액화천연가스가 저장탱크로 복귀되며 저장탱크 내부에 윤활유가 혼합되는 현상을 방지할 수 있다.

본 실시예의 감압장치(600)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 압축기(200), 오일분리기(300), 및 열교환기(100)를 통과한 증발가스를 팽창시킨다. 압축기(200)에 의한 압축, 열교환기(100)에 의한 냉각, 및 감압장치(600)에 의한 팽창과정을 거친 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다. 본 실시예의 감압장치(600)는 팽창기일수도 있고 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일 수도 있다.

본 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템은, 제2 실시예와 마찬가지로, 오일분리기(300) 후단에 설치되는 제1 오일필터(410)를 더 포함한다. 본 실시예의 제1 오일필터(410)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 증발가스가 분기되는 지점의 전단에 설치되어, 고압엔진으로 보내지는 증발가스에 포함된 오일과 열교환기(100)로 보내지는 증발가스에 오일을 모두 분리한다.

즉, 본 실시예에 의하면, 제2 실시예와 마찬가지로, 압축기(200)에 의해 압축된 증발가스가, 오일분리기(300) 및 제1 오일필터(410)를 모두 통과한 후 두 흐름으로 분기되어, 일부는 고압엔진으로 보내지고 나머지는 열교환기(100)로 보내진다.

본 실시예에 의하면, 제2 실시예와 마찬가지로, 고압엔진으로 보내지는 증발가스에 포함된 오일을 제1 오일필터(410)에 의해 한 번 더 분리하므로, 고압엔진으로 연료를 공급하는 배관이 오일에 의해 막힐 가능성을 더욱 낮출 수 있다.

본 실시예의 제1 오일필터(410)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 오일분리기(300)가 분리해내지 못한 안개(mist) 상태 및 기체 상태의 오일을 분리할 수 있고, 코어레서 타입(Coalescing Type)의 오일필터일 수 있으며, 다수개가 병렬로 설치될 수 있다.

본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제2 실시예와는 달리, 제2 오일필터(420) 및 오일흡착체(430) 중 하나 이상을 더 포함한다.

본 실시예의 제2 오일필터(420)는, 제1 오일필터(410) 후단에서 분기된 후 열교환기(100)로 보내지는 증발가스에 포함된 오일을 추가적으로 분리한다. 본 실시예의 제2 오일필터(420)는, 오일분리기(300) 및 제1 오일필터(410)가 분리해내지 못한 안개(mist) 상태 및 기체 상태의 오일을 한 번 더 분리하며, 코어레서 타입(Coalescing Type)의 오일필터일 수 있다.

오일분리기(300), 제1 오일필터(410), 및 제2 오일필터(420) 중 어느 하나에 의해 분리된 오일은, 압축기(200)에 윤활유를 공급하는 윤활유 탱크(미도시)에 다시 저장될 수도 있고, 별도로 설치되는 슬러지 탱크(Sludge Tank, 미도시) 등에 저장될 수도 있다.

본 실시예의 오일흡착체(430)는, 제1 오일필터(410) 후단에서 분기된 후 열교환기(100)로 보내지는 증발가스에 포함된 오일을 추가적으로 분리한다. 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템이 제2 오일필터(420)와 오일흡착체(430)를 모두 포함하는 경우, 오일흡착체(430)는 제2 오일필터(420) 후단에 설치되는 것이 바람직하다.

본 실시예에 의하면, 열교환기(100)로 보내지는 증발가스에 포함된 오일을 제2 오일필터(410) 및 오일흡착체(430) 중 하나 이상에 의해 추가적으로 분리하므로, 제1 실시예 및 제2 실시예에 비해, 열교환기(100)의 유로가 응축된 오일에 의해 막힐 가능성을 더욱 낮출 수 있다.

본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제2 실시예와 마찬가지로, 제1 오일필터(410) 후단에서 분기된 후 열교환기(100)로 보내지는 증발가스에 포함된 오일을 탐지하는 오일탐지기(900)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 오일탐지기(900)는, 제2 오일필터(420) 및 오일흡착체(430)에 후단에 설치되는 것이 바람직하다.

본 실시예에 의하면, 제2 실시예와 마찬가지로, 오일탐지기(900)에 의해 열교환기(100)로 보내지는 증발가스에 포함된 오일의 양을 확인할 수 있으므로, 열교환기(100)의 유로가 응축된 오일에 의해 막힐 가능성을 더욱 낮출 수 있다.

본 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템은, 제2 실시예와 마찬가지로, 압축기(200), 열교환기(100), 및 감압장치(600)를 통과하며 재액화된 액화천연가스와, 재액화되지 못하고 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기(700)를 더 포함할 수 있다.

제2 실시예와 마찬가지로, 기액분리기(700)에 의해 분리된 액화천연가스는, 저장탱크(T)로 보내질 수 있고, 기액분리기(700)에 의해 분리된 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스와 합류되어 열교환기(100)로 보내질 수 있다.

또한, 제2 실시예와 마찬가지로, 기액분리기(700)에 의해 분리된 증발가스가 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스와 합류되지 않고 바로 열교환기(100)로 보내져 냉매로 사용될 수도 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

100 : 열교환기 200 : 압축기
210, 220, 230, 240, 250 : 실린더
211, 221, 231, 241, 251 : 냉각기
300 : 오일분리기 410 : 제1 오일필터
420 : 제2 오일필터 430 : 오일흡착체
600 : 감압장치 700 : 기액분리기
900 : 오일탐지기

Claims

저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축시키는 압축기;
상기 압축기에 의해 압축된 증발가스에 포함된 오일을 분리하는 오일분리기;
상기 오일분리기에 의해 오일이 분리된 증발가스를, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 열교환시켜 냉각시키는 열교환기;
상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 팽창시키는 감압장치; 및
상기 오일분리기 후단에 설치되는 제1 오일필터;를 포함하고,
상기 오일분리기 및 상기 제1 오일필터를 통과한 증발가스가 두 흐름으로 분기되어, 일부는 고압엔진으로 보내지고 나머지는 상기 열교환기로 보내지거나,
상기 오일분리기를 통과한 증발가스가 두 흐름으로 분기되어, 일부는 상기 고압엔진으로 보내지고 나머지는 상기 제1 오일필터를 통과한 후 상기 열교환기로 보내지며,
상기 오일분리기는 액체 상태의 오일을 분리하고,
상기 제1 오일필터는 안개 상태 및 기체 상태의 오일을 분리하고,
오일이 분리된 후의 증발가스를 상기 고압엔진으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 선박용 연료 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 오일필터 후단에 설치되는 제2 오일필터; 및
상기 제1 오일필터 후단에 설치되는 오일흡착체;
중 하나 이상을 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 오일필터 및 상기 오일흡착체 중 하나 이상을 통과한 증발가스는 상기 열교환기로 보내지는, 선박용 연료 공급 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축기를 통과한 후 상기 열교환기로 보내지는 증발가스에 포함된 오일을 탐지하는 오일탐지기를 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축기, 상기 열교환기, 및 상기 감압장치를 통과하며 재액화된 액화천연가스와, 재액화되지 못하고 기체상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함하고,
상기 기액분리기에 의해 분리된 액화천연가스는 상기 저장탱크로 보내지는, 선박용 연료 공급 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 합류되어 상기 열교환기로 보내지는, 선박용 연료 공급 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 합류되지 않고 바로 상기 열교환기로 보내지는, 선박용 연료 공급 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축기는 다수개의 실린더를 포함하고,
상기 다수개의 실린더의 일부는 급유 윤활 방식이고,
적어도 한 대의 상기 급유 윤활 방식의 실린더를 통과한 증발가스는 상기 오일분리기로 보내지는, 선박용 연료 공급 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축기는 증발가스를 150 bar 내지 350 bar 압력으로 압축시키는, 선박용 연료 공급 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축기는 증발가스를 6 bar 내지 20 bar 압력으로 압축시키는, 선박용 연료 공급 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 다수개의 실린더 중 일부를 통과한 증발가스는 분기되어 저압엔진 및 GCU 중 하나 이상으로 보내지는, 선박용 연료 공급 시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 저압엔진은, 6 bar 내지 10 bar 압력의 증발가스를 연료로 사용하는, 선박용 연료 공급 시스템.
1) 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 압축시키는 단계;
2) 상기 1)단계에서 압축된 증발가스에 포함된 오일을 오일분리기에 의해 분리하는 단계;
3) 상기 2)단계에서 상기 오일분리기에 의해 오일이 분리된 증발가스의 일부를 고압엔진으로 보내는 단계;
4) 상기 2)단계에서 상기 오일분리기에 의해 오일이 분리된 증발가스의 다른 일부를 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및
5) 상기 4)단계에서 냉각된 증발가스를 감압시키는 단계;를 포함하고,
상기 2)단계에서 상기 오일분리기에 의해 오일이 분리된 증발가스를 제1 오일필터에 의해 추가적으로 오일을 분리한 후, 상기 3)단계에서 상기 제1 오일필터에 의해 오일이 분리된 증발가스의 일부를 고압엔진으로 보내고, 상기 4)단계에서 상기 제1 오일필터에 의해 오일이 분리된 증발가스의 다른 일부를 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 열교환시켜 냉각시키며,
상기 오일분리기는 액체 상태의 오일을 분리하고,
상기 제1 오일필터는 안개 상태 및 기체 상태의 오일을 분리하고,
오일이 분리된 후의 증발가스를 상기 고압엔진으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 선박용 연료 공급 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 4)단계에서, 상기 제1 오일필터에 의해 오일이 분리된 증발가스의 다른 일부를, 제2 오일필터 및 오일흡착체 중 하나 이상에 의해 추가적으로 오일을 분리한 후, 상기 저장탱크로부터 배출되는 증발가스와 열교환시켜 냉각시키는, 선박용 연료 공급 방법.
청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
상기 4)단계에서, 증발가스를 열교환시켜 냉각시키기 전에 증발가스에 포함된 오일을 오일탐지기에 의해 탐지하는, 선박용 연료 공급 방법.