KR101945525B1

KR101945525B1 - 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템

Info

Publication number: KR101945525B1
Application number: KR1020170118753A
Authority: KR
Inventors: 송용석; 김재관
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2019-02-07

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템은, 액화가스가 저장된 연료탱크와, 연료탱크로부터 공급받은 액화가스를 가압 및 가열하여 제1 연소기관으로 공급하는 액화가스공급라인과, 액화가스공급라인에 설치되어 액화가스를 가열하는 히터와, 연료탱크 내부에서 액화가스가 기화하여 생성된 증발가스를 제2 연소기관으로 공급하는 증발가스공급라인과, 액화가스공급라인에서 분기되며 히터를 통과한 액화가스를 감압하는 제1 감압밸브가 설치된 액화가스감압라인과, 액화가스감압라인과 연결되어 액상의 가스와 기상의 가스로 분리하는 기액분리기와, 증발가스공급라인에서 분기되어 액화가스감압라인에 합류되는 증발가스분기라인, 및 증발가스분기라인에 설치된 압축기를 포함할 수 있다.

Description

액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템{Fuel supply system for liquefied gas fueled vessel}

본 발명은 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 별도의 재액화 장치 없이 간단한 장치 구성으로 증발가스를 재액화할 수 있어 효율적인 운용이 가능한 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)나 액화석유가스(LPG; Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온(LNG의 경우 약 -163℃, LPG의 경우 약 -47℃)으로 냉각하여 얻어지며, 환경 오염물질의 배출이 적어 친환경 연료로 대두되고 있다. 특히, 액화석유가스를 선박의 연료로 사용할 경우, 종래에 선박유로 사용되는 중유(HFO; Heavy Fuel oil) 대비 황산화물(SOx)은 99%, 질소산화물(NOx)은 15~20% 적게 배출하며, 미세분진과 이산화탄소 배출량도 감소시킬 수 있다. 또한, 연료비가 저렴할 뿐만 아니라 연료의 이동 및 공급이 용이하며, 타 가스체 대비 연료탱크 등의 초기설비 투자비용도 적게 들어, 액화가스를 연료로 사용하는 선박의 개발이 활발하게 이루어지고 있는 실정이다.

한편, 액화가스는 극저온으로 냉각하여 부피를 현저하게 줄인 상태이므로, 연료로 공급하기 전 가열하여 연소기관에서 요구하는 온도 및 압력으로 높일 필요가 있다.

이에, 연료탱크에 저장된 액화가스를 연소기관에서 요구하는 온도 및 압력으로 용이하게 높일 수 있고, 연료탱크에서 액화가스가 증발하여 발생한 증발가스를 효율적으로 재액화할 수 있는 장치가 필요하게 되었다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0052886호 (2014. 05. 07.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 별도의 재액화 장치 없이 간단한 장치 구성으로 증발가스를 재액화할 수 있어 효율적인 운용이 가능한 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템은, 액화가스가 저장된 연료탱크와, 상기 연료탱크로부터 공급받은 상기 액화가스를 가압 및 가열하여 제1 연소기관으로 공급하는 액화가스공급라인과, 상기 액화가스공급라인에 설치되어 상기 액화가스를 가열하는 히터와, 상기 연료탱크 내부에서 상기 액화가스가 기화하여 생성된 증발가스를 제2 연소기관으로 공급하는 증발가스공급라인과, 상기 액화가스공급라인에서 분기되며, 상기 히터를 통과한 상기 액화가스를 감압하는 제1 감압밸브가 설치된 액화가스감압라인과, 상기 액화가스감압라인과 연결되어 액상의 가스와 기상의 가스로 분리하는 기액분리기와, 상기 증발가스공급라인에서 분기되어 상기 액화가스감압라인에 합류되는 증발가스분기라인, 및 상기 증발가스분기라인에 설치된 압축기를 포함한다.

상기 액화가스공급라인은, 가압된 상기 액화가스를 제1 온도로 가열하는 제1 히터가 설치된 제1 액화가스공급라인과, 가압된 상기 액화가스를 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 가열하는 제2 히터가 설치되며 상기 제1 액화가스공급라인과 병렬로 연결된 제2 액화가스공급라인을 포함할 수 있다.

상기 제2 히터는 상기 증발가스분기라인과 열교환하여 상기 제2 액화가스공급라인을 통과하는 상기 액화가스를 가열하는 열교환기일 수 있다.

상기 증발가스분기라인은 상기 제1 감압밸브 전단의 상기 액화가스감압라인에 합류될 수 있다.

상기 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템은, 상기 제2 히터 후단의 상기 증발가스분기라인에 설치되어 상기 액화가스감압라인으로 공급되는 상기 증발가스를 감압하는 제2 감압밸브를 더 포함하되, 상기 증발가스분기라인은 상기 제1 감압밸브 후단의 상기 액화가스감압라인에 합류될 수 있다.

상기 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템은, 상기 제2 액화가스공급라인에서 분기되어 상기 제2 히터를 우회하는 우회라인을 더 포함할 수 있다.

상기 기액분리기는, 상기 액상의 가스를 액화가스회수라인을 통해 상기 연료탱크로 공급하고, 상기 기상의 가스는 증발가스회수라인을 통해 상기 연료탱크와 상기 제2 연소기관 중 적어도 하나에 공급할 수 있다.

상기 연료탱크는 상기 증발가스회수라인을 통해 상기 기상의 가스를 공급받아 내부 압력이 유지 또는 상승되어 상기 제2 연소기관과 상기 제1 연소기관 사이의 압력으로 유지될 수 있다.

본 발명에 따르면, 연료탱크에서 발생한 증발가스를 압축하여 액화가스의 가열원으로 사용함으로써, 별도의 가열원을 생성하기 위한 비용을 절감할 수 있다. 또한, 액화가스의 가열원으로 사용된 증발가스를 감압하여 재액화시킴으로써, 별도의 재액화 장치 없이 간단한 장치 구성으로 증발가스를 재액화할 수 있어 시스템의 효율적인 운용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2 내지 도 6은 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템의 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템은 선박에 액화가스를 연료로 공급하는 것으로, 예를 들어, LPG 추진선, LNG 추진선 등에 적용될 수 있다.

액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템은 연료탱크에서 발생한 증발가스를 압축하여 액화가스의 가열원으로 사용함으로써, 별도의 가열원을 생성하기 위한 비용을 절감할 수 있다. 또한, 액화가스의 가열원으로 사용된 증발가스를 감압하여 재액화시킴으로써, 별도의 재액화 장치 없이 간단한 장치 구성으로 증발가스를 재액화할 수 있어 시스템의 효율적인 운용이 가능한 특징이 있다.

이하, 도 1을 참조하여, 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템의 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템(1)은 연료탱크(10)와, 액화가스공급라인(20)과, 히터(30)와, 증발가스공급라인(40)과, 액화가스감압라인(50)과, 기액분리기(60)와, 증발가스분기라인(70), 및 압축기(80)를 포함한다.

연료탱크(10)는 선박의 연료로 사용될 액화가스가 저장된 탱크로, 적어도 하나 이상이 구비될 수 있다. 여기서, 액화가스라 함은, 가스 상태의 화합물이나 혼합물을 냉각하거나 압축하여 액화(液化)한 가스로, 예를 들어, 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas, LPG)나 액화천연가스(Liquefied Natural Gas; LNG)일 수 있다. 연료탱크(10)는 외부로부터 전달되는 열에 의한 액화가스의 기화를 최소화하기 위해 밀봉 및 단열 처리되며, 예를 들어, 국제해사기구(International Maritime Organization; IMO)의 압력식 C-타입 탱크일 수 있다. 연료탱크(10)가 압력식 C-타입 탱크일 경우, 운전 압력이 멤브레인(membrane) 탱크에 비해 높아 액화가스가 자연 기화하여 생성된 증발가스를 외부로 배출하지 않고 내부에 저장할 수 있다. 다시 말해, 증발가스의 저장에 따른 압력 및 온도 증가를 허용 범위 내에서 버텨낼 수 있을 뿐만 아니라 허용할 수 있는 범위도 커 더 많은 양의 증발가스를 더 오랜 시간동안 저장할 수 있다. 그러나, 연료탱크(10)가 압력식 C-타입 탱크인 것으로 한정될 것은 아니며, 연료탱크(10)의 종류는 다양하게 변형될 수 있다.

연료탱크(10)의 일 측에는 액화가스공급라인(20)이 연결된다.

액화가스공급라인(20)은 연료탱크(10)로부터 공급받은 액화가스를 가압 및 가열하여 제1 연소기관(C1)으로 공급하는 라인으로, 일단이 연료탱크(10) 하부에 배치되고 타단이 제1 연소기관(C1)에 연결될 수 있다. 여기서, 제1 연소기관(C1)이라 함은, 선박의 추진에 필요한 동력을 생성하는 메인 엔진을 의미할 수 있다. 액화가스공급라인(20)에는 액화가스를 가압하는 고압펌프(11)와, 고압펌프(11)에서 가압된 액화가스를 가열하는 히터(30)가 설치될 수 있다. 연료탱크(10)는 내부 압력이 약 8 bar 정도로 유지될 수 있으며, 고압펌프(11)는 약 8 bar의 액화가스를 약 50 bar 정도로 가압하여 압축할 수 있다. 이 때, 연료탱크(10) 내부에 저장된 액화가스가 액화석유가스인 경우, 액화가스는 고압펌프(11)에 의해 가압되어 약 23℃ 에서 약 27.5℃로 승온될 수 있다. 도면 상에는 고압펌프(11)가 단일 개로 형성되어 연료탱크(10) 외부에 배치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 고압펌프(11)는 복수 개로 형성될 수도 있고, 연료탱크(10) 내부에 배치될 수도 있다. 액화가스공급라인(20)은 제1 액화가스공급라인(21)과 제2 액화가스공급라인(22)을 포함한다.

제1 액화가스공급라인(21)은 연료탱크(10)와 제1 연소기관(C1) 사이를 연결하며, 고압펌프(11)에 의해 가압된 액화가스를 제1 온도로 가열하는 제1 히터(31)가 설치될 수 있다. 제1 히터(31)는 해수 또는 냉매와 열교환을 통해 액화가스를 가열하며, 예를 들어, 고압펌프(11)에 의해 약 27.5℃로 승온된 액화가스를 약 80℃로 가열할 수 있다. 즉, 연료탱크(10) 내부에 저장된 약 232℃, 8 bar의 액화가스는 고압펌프(11)에 의해 약 27.5℃, 50 bar로 승온 및 가압된 후, 제1 히터(31)에 의해 가열되어 약 35℃ 내지 80℃, 50 bar 상태가 될 수 있다. 고압펌프(11), 및 제1 히터(31)를 차례로 통과한 약 35℃ 내지 80℃, 50 bar의 액화가스는 직접 제1 연소기관(C1)에 공급되거나, 후술할 제2 액화가스공급라인(22) 또는 우회라인(23)을 통과한 액화가스와 혼합되어 제1 연소기관(C1)에 공급될 수 있다. 그러나, 이에 한정될 것은 아니며, 고압펌프(11)의 압축 압력, 및 제1 히터(31)의 가열 온도는 필요에 따라 가감될 수 있다.

제2 액화가스공급라인(22)은 연료탱크(10)로부터 공급되는 액화가스를 제1 히터(31)를 후회하여 제1 연소기관(C1)으로 공급하며, 양단이 각각 제1 히터(31) 전단의 제1 액화가스공급라인(21)과 제1 히터(31) 후단의 제1 액화가스공급라인(21)에 연결되어 제1 액화가스공급라인(21)을 통하여 유동하는 액화가스 중 일부를 우회시킬 수 있다. 여기서, 제1 히터(31)의 전단이라 함은, 제1 액화가스공급라인(21)을 따라 유동한 액화가스가 제1 히터(31)로 유입되는 입구 측을 의미하고, 제1 히터(31)의 후단이라 함은, 제1 히터(31)에서 가열된 액화가스가 배출되는 출구 측을 의미한다. 다시 말해, 제2 액화가스공급라인(22)은 일단이 고압펌프(11)와 제1 히터(31) 사이의 제1 액화가스공급라인(21)에 연결되고, 타단이 제1 히터(31)와 제1 연소기관(C1) 사이의 제1 액화가스공급라인(21)에 연결된다. 제2 액화가스공급라인(22)은 제1 액화가스공급라인(21)과 병렬로 연결될 수 있으며, 증발가스의 재액화가 필요한 경우, 또는 액화가스의 재기화가 필요한 경우에만 선택적으로 개방될 수 있다. 제1 액화가스공급라인(21)과 제2 액화가스공급라인(22)의 연결 부분에는 액화가스의 유동을 제어하는 제어밸브가 마련되며, 제어밸브는 삼방밸브(3-way valve) 형태로 형성되어 제1 액화가스공급라인(21) 측 유동과 제2 액화가스공급라인(22) 측 유동을 동시에 제어할 수 있다. 제2 액화가스공급라인(22) 상에는 제2 히터(32)가 설치된다.

제2 히터(32)는 고압펌프(11)에 의해 가압된 액화가스를 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 가열하며, 후술할 증발가스분기라인(70)과 열교환을 통해 액화가스를 가열할 수 있다. 예를 들어, 제2 히터(32)는 고압펌프(11)에 의해 약 27.5 ℃로 승온된 액화가스를 약 45℃로 가열할 수 있다. 즉, 연료탱크(10) 내부에 저장된 약 23℃, 8 bar의 액화가스는 고압펌프(11)에 의해 약 27.5℃, 50 bar로 승온 및 가압된 후, 일부가 제1 히터(31)에 의해 가열되어 약 80℃, 50 bar 로 승온되고, 나머지 일부가 제2 히터(32)에 의해 가열되어 약 45℃, 50 bar로 승온될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제2 액화가스공급라인(22)은 타단이 제1 히터(31) 후단의 제1 액화가스공급라인(21)에 연결되므로, 제2 히터(32)에 의해 승온된 액화가스는 제1 히터(31)에 의해 승온된 액화가스에 합류되어 제1 연소기관(C1)에 공급될 수 있다. 이 때, 제2 액화가스공급라인(22) 후단의 제1 액화가스공급라인(21)은 제1 히터(31)를 통과한 액화가스와 제2 히터(32)를 통과한 액화가스가 합류되어 공급될 수 있도록 관 직경이 확장 형성될 수 있다.

제1 히터(31)가 액화가스를 제2 히터(32)의 제2 온도보다 높은 제1 온도로 가열함으로써, 후술할 제1 감압밸브(51)에서 액화가스의 기화가 용이하게 이루어질 수 있으며, 제1 연소기관(C1)에서 소비되는 연료량이 기준량보다 많은 경우에도 액화가스의 공급이 원활하게 이루어질 수 있다. 제1 히터(31)와 제2 히터(32)는 가열할 수 있는 액화가스의 양이 각각 정해져 있으므로, 제1 히터(31) 또는 제2 히터(32)에 공급되는 액화가스의 양을 증가시키더라도 가열된 후 배출되는 액화가스의 양은 일정할 수 밖에 없다. 고압펌프(11)에서 압축된 액화가스 중 일부가 제1 히터(31)에서 가열되고 나머지 일부가 분지되어 제2 히터(32)에서 가열된 후 제1 액화가스공급라인(21)을 유동하는 액화가스의 흐름에 합류됨에 따라, 제1 연소기관(C1)으로 공급되는 연료량을 증가시킬 수 있다.

제2 액화가스공급라인(22)에는 우회라인(23)이 분기될 수 있다. 우회라인(23)은 제2 히터(32) 전단의 제2 액화가스공급라인(22)에서 분기되어 제2 히터(32) 후단의 제2 액화가스공급라인(22)에 연결되며, 제2 히터(32)를 우회할 수 있다. 여기서, 제2 히터(32)의 전단이라 함은, 제2 액화가스공급라인(22)을 따라 유동한 액화가스가 제2 히터(32)로 유입되는 입구 측을 의미하고, 제2 히터(32)의 후단이라 함은, 제2 히터(32)에서 가열된 액화가스가 배출되는 출구 측을 의미한다. 우회라인(23)은 제1 연소기관(C1)에서 요구하는 액화가스의 온도가 제1 온도보다 낮은 경우에 개방되며, 제1 히터(31)를 통과한 액화가스의 흐름에 합류되어 제1 연소기관(C1)으로 공급되는 액화가스의 온도를 낮출 수 있다. 제2 액화가스공급라인(22)과 우회라인(23)의 연결 부분에는 액화가스의 유동을 제어하는 제어밸브가 마련되며, 제어밸브는 삼방밸브(3-way valve) 형태로 형성되어 제2 액화가스공급라인(22) 측 유동과 우회라인(23) 측 유동을 동시에 제어할 수 있다.

또한, 연료탱크(10)의 일 측에는 증발가스공급라인(40)이 연결된다.

증발가스공급라인(40)은 연료탱크(10) 내부에서 액화가스가 자연 기화하여 생성된 증발가스를 제2 연소기관(C2)으로 공급하는 라인으로, 일단이 연료탱크(10) 상부에 배치되고 타단이 제2 연소기관(C2)에 연결될 수 있다. 여기서, 제2 연소기관(C2)이라 함은, 선박 내부에 설치된 각종 장치 및 설비에 전력을 공급하기 위한 발전용 엔진일 수 있으며, 요구하는 압력범위가 약 5~6 bar로 제1 연소기관(C1)보다 낮을 수 있다. 다시 말해, 제1 연소기관(C1)은 요구하는 압력범위가 약 50 bar로 제2 연소기관(C2)보다 높고, 연료탱크(10)는 내부 압력이 제2 연소기관(C2)과 제1 연소기관(C1) 사이의 압력, 예를 들어, 약 8 bar로 유지될 수 있다. 연료탱크(10) 내부의 압력이 제2 연소기관(C2)과 제1 연소기관(C1) 사이의 압력으로 유지됨으로써, 증발가스공급라인(40) 상에 증발가스를 가압하기 위한 별도의 펌프장치를 구비하지 않아도 증발가스의 공급이 원활하게 이루어질 수 있다. 또한, 펌프장치가 생략됨에 따라 이에 따른 설치 및 유지 비용을 절감할 수 있으며, 장치를 보다 간단하게 구성할 수 있다.

한편, 액화가스공급라인(20), 특히, 제1 액화가스공급라인(21)의 일 측에는 액화가스감압라인(50)이 분기된다. 액화가스감압라인(50)은 히터(30), 특히, 제1 히터(31)를 통과한 액화가스를 감압하는 라인으로, 제1 히터(31) 후단의 제1 액화가스공급라인(21)에서 분기되어 증발가스공급라인(40)에 연결될 수 있다. 제1 액화가스공급라인(21)과 액화가스감압라인(50)의 연결 부분에는 액화가스의 유동을 제어하는 제어밸브가 마련되며, 제어밸브는 삼방밸브(3-way valve) 형태로 형성되어 제1 액화가스공급라인(21) 측 유동과 액화가스감압라인(50) 측 유동을 동시에 제어할 수 있다. 액화가스감압라인(50) 상에는 제1 감압밸브(51)가 설치된다.

제1 감압밸브(51)는 고압펌프(11)에서 고압으로 가압되고 제1 히터(31)에서 가열된 액화가스를 연료탱크(10)의 내부 압력보다 높은 압력, 예를 들어, 약 8.5 bar로 감압할 수 있다. 제1 액화가스공급라인(21)에서 분기되어 액화가스감압라인(50)을 유동하는 액화가스는 제1 히터(31)에서 고온으로 가열된 상태이므로, 제1 감압밸브(51)를 통과하며 일부가 기화될 수 있다. 즉, 별도의 기화기를 구비하지 않더라도 액화가스를 기화시킬 수 있어 이에 따른 설치 및 유지 비용을 절감할 수 있으며, 장치를 보다 간단하게 구성할 수 있다. 또한, 제1 감압밸브(51)가 연료탱크(10)의 내부 압력보다 높은 압력으로 액화가스를 감압함으로써, 제1 감압밸브(51)를 통과한 후 기화되지 않은 액화가스가 연료탱크(10)로 용이하게 복귀할 수 있다.

액화가스감압라인(50)에는 기액분리기(60)가 연결될 수 있다. 기액분리기(60)는 제1 감압밸브(51) 후단에 배치되어 일종의 버퍼탱크(buffer tank) 역할을 함과 동시에 감압되어 일부 기화된 액화가스를 액상의 가스와 기상의 가스로 분리할 수 있다. 예를 들어, 기액분리기(60)는 중력분리기로 형성되어, 액상의 가스는 하부에 배치되고 기상의 가스는 상부에 배치될 수 있다. 기액분리기(60)에서 분리된 액상의 가스는 액화가스회수라인(61)을 통해 연료탱크(10)로 공급되며, 액화가스회수라인(61)은 연료탱크(10)에 직접 연결되거나 연료탱크(10)에 액화가스를 공급하는 로딩라인(L)에 합류될 수 있다. 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스는 증발가스회수라인(62)을 통해 연료탱크(10)와 제2 연소기관(C2) 중 적어도 하나로 공급되며, 증발가스회수라인(62)은 연료탱크(10)와 제2 연소기관(C2)에 직접 연결되거나 증발가스공급라인(40)에 합류될 수 있다. 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스가 증발가스회수라인(62)을 통해 연료탱크(10)로 공급되는 경우, 연료탱크(10)는 내부 압력이 유지 또는 상승되어 제2 연소기관(C2)과 제1 연소기관(C1) 사이의 압력으로 유지될 수 있다.

기액분리기(60)가 제1 감압밸브(51)에서 감압되어 일부 기화된 액화가스를 액상의 가스와 기상의 가스로 분리함으로써, 액상의 가스와 기상의 가스가 동시에 배관 내부를 유동할 경우 발생할 수 있는 배관 침식, 슬러그(slug) 발생 문제를 예방할 수 있다. 액화가스회수라인(61)과 로딩라인(L)의 연결 부분에는 액화가스의 유동을 제어하는 삼방밸브 형태의 제어밸브가 설치되고, 증발가스회수라인(62)과 증발가스공급라인(40)의 연결 부분에는 증발가스의 유동을 제어하는 삼방밸브(3-way valve) 형태의 제어밸브가 설치될 수 있다.

기액분리기(60) 후단의 증발가스공급라인(40) 상에는 제3 감압밸브(41)가 설치될 수 있다. 제3 감압밸브(41)는 기액분리기(60)와 제2 연소기관(C2) 사이의 증발가스공급라인(40) 상에 설치되어, 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스 또는 연료탱크(10)에서 공급되는 증발가스를 제2 연소기관(C2)에서 요구하는 압력범위, 예를 들어, 약 5~6 bar로 감압할 수 있다.

또한, 증발가스공급라인(40)의 일 측에는 증발가스분기라인(70)이 분기된다. 증발가스분기라인(70)은 증발가스를 재액화하는 라인으로, 증발가스공급라인(40)에서 분기되어 제2 히터(32)를 경유한 후 액화가스감압라인(50)에 합류될 수 있다. 즉, 제2 히터(32)는 증발가스분기라인(70)과 제2 액화가스공급라인(22)을 열교환하여 제2 액화가스공급라인(22)을 통과하는 액화가스를 가열하고, 동시에, 증발가스분기라인(70)을 유동하는 증발가스를 냉각한다.

증발가스분기라인(70) 상에는 증발가스를 압축하는 적어도 하나의 압축기(80)가 설치되므로, 증발가스공급라인(40)에서 증발가스분기라인(70)으로 분기된 증발가스는 압축기(80)에서 고온 고압으로 압축된 후 제2 히터(32)에서 액화가스와 열교환하여 저온 고압으로 냉각될 수 있다. 증발가스분기라인(70)은 제1 감압밸브(51) 전단의 액화가스감압라인(50)에 합류되므로, 저온 고압으로 냉각된 증발가스는 제1 감압밸브(51)를 통과하며 감압되어 일부가 재액화될 수 있다. 즉, 제1 감압밸브(51)는 제1 액화가스공급라인(21)에서 액화가스감압라인(50)으로 분기된 액화가스를 기화하는 역할을 함과 동시에, 증발가스분기라인(70)에서 액화가스감압라인(50)으로 합류된 증발가스를 액화하는 역할을 한다. 제1 감압밸브(51)가 액화가스를 기화함과 동시에 증발가스를 액화함으로써, 별도의 재액화 장치를 구비하지 않더라도 증발가스를 액화시킬 수 있어 이에 따른 설치 및 유지 비용을 절감할 수 있으며, 장치를 보다 간단하게 구성할 수 있다. 증발가스공급라인(40)과 증발가스분기라인(70)의 연결 부분, 및 증발가스분기라인(70)과 액화가스감압라인(50)의 연결 부분에는 각각 증발가스의 유동을 제어하는 제어밸브가 마련되며, 제어밸브는 삼방밸브(3-way valve) 형태로 형성되어 증발가스공급라인(40) 측 유동과 증발가스분기라인(70) 측 유동, 및 액화가스감압라인(50) 측 유동을 동시에 제어할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 7을 참조하여, 선박의 연료 공급장치(1)가 동작하는 과정에 관해 좀 더 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 6은 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.

본 발명에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템(1)은 연료탱크(10)에서 발생한 증발가스를 압축하여 액화가스의 가열원으로 사용함으로써, 별도의 가열원을 생성하기 위한 비용을 절감할 수 있다. 또한, 액화가스의 가열원으로 사용된 증발가스를 감압하여 재액화시킴으로써, 별도의 재액화 장치 없이 간단한 장치 구성으로 증발가스를 재액화할 수 있어 시스템의 효율적인 운용이 가능하다.

도 2는 제1 연소기관에서 소비되는 연료량이 기준량이고, 연료탱크 내부에 증발가스를 저장하는 경우의 연료 공급 과정을 도시한 도면이고, 도 3은 제1 연소기관에서 소비되는 연료량이 기준량이고 제2 연소기관에서 소비되는 연료량이 기준량보다 많은 경우의 연료 공급 과정을 도시한 도면이며, 도 4는 제1 연소기관과 제2 연소기관에서 각각 소비되는 연료량이 모두 기준량인 경우의 연료 공급 과정을 도시한 도면이다. 도 5는 증발가스의 발생량이 많고 제1 연소기관에서 소비되는 연료량이 기준량보다 많은 경우의 연료 공급 과정을 도시한 도면이며, 도 6은 증발가스의 발생량이 많고 제1 연소기관에서 소비되는 연료량이 기준량보다 적은 경우의 연료 공급 과정을 도시한 도면이다.

먼저, 도 2를 참조하여 설명하면, 제1 연소기관(C1)에서 소비되는 연료량이 기준량인 경우, 제1 액화가스공급라인(21)을 유동하는 액화가스 중 일부만 제1 연소기관(C1)으로 공급하고 나머지 일부는 액화가스감압라인(50)으로 분기한다.

연료탱크(10) 내부에 저장된 액화가스는 제1 액화가스공급라인(21)을 따라 유동하며 고압펌프(11)와 제1 히터(31)를 차례로 통과한다. 이 때, 선박의 연료로 사용될 액화가스가 액화석유가스인 경우, 약 23℃, 8 bar의 상태로 연료탱크(10) 내부에 저장되며, 고압펌프(11)에서 약 27.5℃, 50 bar로 승온 및 가압된 후 제1 히터(31)에서 약 80℃, 50 bar로 가열될 수 있다. 약 80℃, 40bar로 가열된 액화가스는 제2 액화가스공급라인(22)의 우회라인(23)을 통과한 액화가스와 혼합되어 제1 연소기관(C1)에 공급될 수 있다. 제1 액화가스공급라인(21)을 통과한 액화가스와 우회라인(23)을 통과한 액화가스가 혼합되어 제1 연소기관(C1)에 공급됨으로써, 제1 연소기관(C1)에서 요구되는 온도 및 압력 범위, 예를 들어, 약 35℃, 40bar로 액화가스를 공급할 수 있다.

한편, 제1 히터(31)에서 가열된 액화가스 중 일부는 액화가스감압라인(50)으로 분기될 수 있다. 액화가스감압라인(50) 상에는 제1 감압밸브(51)가 형성되므로, 고온 고압의 액화가스는 제1 감압밸브(51)를 통과하며 약 8.5 bar로 감압되어 일부 기화될 수 있다. 일부 기화된 액화가스는 기액분리기(60)에서 액상의 가스와 기상의 가스로 분리되며, 분리된 액상의 가스는 액화가스회수라인(61) 및 로딩라인(L)을 통해 연료탱크(10)로 회수될 수 있다. 분리된 기상의 가스는 일부가 증발가스회수라인(62) 및 증발가스공급라인(40)을 통해 연료탱크(10)로 회수되고 나머지 일부가 제3 감압밸브(41)를 통과한 후 약 5~6 bar로 감압되어 제2 연소기관(C2)으로 공급될 수 있다. 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스가 연료탱크(10)로 회수되어 저장됨으로써, 연료탱크(10)의 내부 압력이 일정 범위 이상, 예를 들어, 제2 연소기관(C2)과 제1 연소기관(C1) 사이의 압력으로 유지되어 액화가스의 공급이 원활하게 이루어질 수 있다. 즉, 도 2의 과정은 증발가스의 발생량이 적어 연료탱크(10)의 내부 압력이 일정 범위 이상으로 유지되지 않는 경우에 운용될 수 있다.

도 3을 참조하여 설명하면, 제1 연소기관(C1)에서 소비되는 연료량이 기준량인 경우, 제1 액화가스공급라인(21)을 유동하는 액화가스 중 일부만 제1 연소기관(C1)으로 공급하고, 제2 연소기관(C2)에서 소비되는 연료량이 기준량보다 많은 경우, 연료탱크(10) 내부의 증발가스와 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스를 동시에 공급한다.

연료탱크(10)는 압력식 탱크로 형성되어 액화가스가 기화하여 생성된 증발가스를 내부에 저장할 수 있다. 제2 연소기관(C2)에서 소비되는 연료량이 기준량보다 많은 경우, 연료탱크(10)에 저장된 증발가스와 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스를 각각 제2 연소기관(C2)에 공급한다. 이 때, 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스는 증발가스회수라인(62)을 통해 증발가스공급라인(40)을 따라 유동하는 증발가스에 합류되어 제3 감압밸브(41)에서 감압된 후 제2 연소기관(C2)에 공급될 수 있다.

즉, 도 3의 과정은 연료탱크(10) 내부의 증발가스를 제2 연소기관(C2)에 공급하고, 동시에, 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스를 모두 제2 연소기관(C2)에 공급하는 점을 제외하면 나머지 과정은 도 2의 과정과 동일하다.

도 4를 참조하여 설명하면, 제1 연소기관(C1)과 제2 연소기관(C2)에서 소비되는 연료량이 모두 기준량인 경우, 제1 액화가스공급라인(21)을 유동하는 액화가스와 우회라인(23)을 통과한 액화가스를 혼합하여 제1 연소기관(C1)에 공급하고, 증발가스공급라인(40)을 통해 증발가스를 제2 연소기관(C2)에 공급한다.

제2 연소기관(C2)에서 소비되는 연료량이 기준량인 경우, 액화가스를 강제로 기화하여 공급할 필요가 없다. 다시 말해, 제1 히터(31)를 통과한 액화가스 중 일부를 감압시키는 액화가스감압라인(50)이 폐쇄된다. 이에 따라, 기액분리기(60)에 연결된 액화가스회수라인(61)과 증발가스회수라인(62)도 폐쇄될 수 있다.

도 5를 참조하여 설명하면, 증발가스의 발생량이 많고 제1 연소기관(C1)에서 소비되는 연료량이 기준량보다 많은 경우, 제1 액화가스공급라인(21)과 제2 액화가스공급라인(22)을 통해 액화가스를 공급한다.

연료탱크(10) 내부의 증발가스 발생량이 많은 경우, 일부는 제2 연소기관(C2)으로 공급하고 나머지 일부는 증발가스분기라인(70)을 통해 재액화할 수 있다. 증발가스분기라인(70)과 제2 액화가스공급라인(22)은 연계하여 개방 및 폐쇄되므로, 증발가스분기라인(70)이 개방되면 제2 액화가스공급라인(22)도 개방된다. 증발가스분기라인(70)으로 분기된 증발가스는 압축기(80)에서 고온 고압으로 압축된 후 제2 히터(32)에서 액화가스와 열교환하여 저온 고압으로 냉각되며, 이와 동시에, 제2 액화가스공급라인(22)을 유동하는 액화가스는 가열될 수 있다.

증발가스분기라인(70)은 제1 감압밸브(51) 전단의 액화가스감압라인(50)에 합류되므로, 저온 고압으로 냉각된 증발가스는 제1 감압밸브(51)를 통과하며 감압되어 일부가 재액화될 수 있다. 일부가 재액화된 증발가스는 기액분리기(60)에서 액상의 가스와 기상의 가스로 분리될 수 있다.

한편, 제2 히터(32)에서 가열된 액화가스는 제1 액화가스공급라인(21)의 제1 히터(31)에서 가열된 액화가스와 혼합되어 제1 연소기관(C1)에 공급될 수 있다. 고압펌프(11)에서 승온 및 가압된 액화가스 중 일부가 제1 히터(31)에서 가열되고, 나머지 일부가 제2 히터(32)에서 가열된 후 제1 액화가스공급라인(21)을 유동하는 액화가스의 흐름에 합류됨으로써, 제1 연소기관(C1)에 공급되는 연료량을 증가시킬 수 있다. 제1 히터(31)와 제2 히터(32)에서 각각 가열된 액화가스가 혼합되어 제1 연소기관(C1)에 공급됨에 따라, 제1 히터(31)는 가열되는 액화가스의 온도를 일부 감소시킬 수도 있다.

도 6을 참조하여 설명하면, 증발가스의 발생량이 많고 제1 연소기관(C1)에서 소비되는 연료량이 기준량보다 적은 경우, 제2 액화가스공급라인(22)을 통해 액화가스를 공급한다.

증발가스의 발생량이 많아 증발가스분기라인(70)이 개방되면, 제2 액화가스공급라인(22)도 개방되어 증발가스를 재액화시킴과 동시에 액화가스를 가열할 수 있다. 제1 연소기관(C1)에서 소비되는 연료량이 기준량보다 적은 경우, 제2 히터(32)에서 가열되는 액화가스의 양으로 충족될 수 있으므로, 제1 액화가스공급라인(21)을 개방할 필요가 없다.

즉, 도 6의 과정은 제1 액화가스공급라인(21)이 폐쇄되는 점을 제외하면 나머지 과정은 도 5의 과정과 동일하다.

이하, 도 7을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템(1a)에 관하여 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템의 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템(1a)은 제2 히터(32) 후단의 증발가스분기라인(70)에 제2 감압밸브(71)가 설치되고, 증발가스분기라인(70)이 제1 감압밸브(51) 후단의 액화가스감압라인(50)에 합류된다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템(1a)은 제2 히터(32) 후단의 증발가스분기라인(70)에 제2 감압밸브(71)가 설치되고, 증발가스분기라인(70)이 제1 감압밸브(51) 후단의 액화가스감압라인(50)에 합류되는 것을 제외하면, 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한, 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.

도 7을 참조하면, 제2 히터(32) 후단의 증발가스분기라인(70)에는 제2 감압밸브(71)가 설치되고, 증발가스분기라인(70)은 제1 감압밸브(51) 후단의 액화가스감압라인(50)에 합류될 수 있다. 제2 히터(32) 후단의 증발가스분기라인(70)에 제2 감압밸브(71)가 설치됨으로써, 제2 히터(32)를 통과한 증발가스가 감압된 후에 액화가스감압라인(50)으로 공급될 수 있다. 다시 말해, 액화가스감압라인(50)에 설치된 제1 감압밸브(51)는 액화가스를 감압하여 기화하는 용도로만 쓰이고, 제2 히터(32)를 통과한 증발가스는 제2 감압밸브(71)에서 감압되어 액화된 후 액화가스감압라인(50)에 합류될 수 있다. 액화가스가 제1 감압밸브(51)에서 감압되고 증발가스가 제2 감압밸브(71)에서 감압됨으로써, 액화가스의 기화 및 증발가스의 액화가 보다 용이하게 이루어질 수 있다. 즉, 제1 감압밸브(51)의 감압 범위를 액화가스의 기화에 요구되는 적정 압력으로 설정할 수 있고, 제2 감압밸브(71)의 감압 범위를 증발가스의 액화에 요구되는 적정 압력으로 설정할 수 있어 보다 정밀한 운용이 가능하다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1, 1a: 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템
10: 연료탱크 11: 고압펌프
20: 액화가스공급라인 21: 제1 액화가스공급라인
22: 제2 액화가스공급라인 23: 우회라인
30: 히터 31: 제1 히터
32: 제2 히터 40: 증발가스공급라인
41: 제3 감압밸브 50: 액화가스감압라인
51: 제1 감압밸브 60: 기액분리기
61: 액화가스회수라인 62: 증발가스회수라인
70: 증발가스분기라인 71: 제2 감압밸브
80: 압축기
C1: 제1 연소기관 C2: 제2 연소기관

Claims

액화가스가 저장된 연료탱크;
상기 연료탱크로부터 공급받은 상기 액화가스를 가압 및 가열하여 제1 연소기관으로 공급하는 액화가스공급라인;
상기 액화가스공급라인에 설치되어 상기 액화가스를 가열하는 히터;
상기 연료탱크 내부에서 상기 액화가스가 기화하여 생성된 증발가스를 제2 연소기관으로 공급하는 증발가스공급라인;
상기 히터 후단의 상기 액화가스공급라인에서 분기되며, 상기 히터를 통과한 상기 액화가스를 상기 연료탱크의 내부 압력보다 높은 압력으로 감압하는 제1 감압밸브가 설치된 액화가스감압라인;
상기 액화가스감압라인과 연결되어 액상의 가스와 기상의 가스로 분리하는 기액분리기;
상기 증발가스공급라인에서 분기되어 상기 히터를 경유한 후 상기 액화가스감압라인에 합류되는 증발가스분기라인; 및
상기 증발가스분기라인에 설치된 압축기를 포함하는 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템.
제1 항에 있어서, 상기 액화가스공급라인은,
가압된 상기 액화가스를 제1 온도로 가열하는 제1 히터가 설치된 제1 액화가스공급라인과,
가압된 상기 액화가스를 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 가열하는 제2 히터가 설치되며 상기 제1 액화가스공급라인과 병렬로 연결된 제2 액화가스공급라인을 포함하는 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템.
제2 항에 있어서, 상기 제2 히터는 상기 증발가스분기라인과 열교환하여 상기 제2 액화가스공급라인을 통과하는 상기 액화가스를 가열하는 열교환기인 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템.
제3 항에 있어서, 상기 증발가스분기라인은 상기 제1 감압밸브 전단의 상기 액화가스감압라인에 합류되는 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템.
제3 항에 있어서, 상기 제2 히터 후단의 상기 증발가스분기라인에 설치되어 상기 액화가스감압라인으로 공급되는 상기 증발가스를 감압하는 제2 감압밸브를 더 포함하되,
상기 증발가스분기라인은 상기 제1 감압밸브 후단의 상기 액화가스감압라인에 합류되는 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템.
제2 항에 있어서, 상기 제2 액화가스공급라인에서 분기되어 상기 제2 히터를 우회하는 우회라인을 더 포함하는 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템.
제1 항에 있어서, 상기 기액분리기는, 상기 액상의 가스를 액화가스회수라인을 통해 상기 연료탱크로 공급하고, 상기 기상의 가스는 증발가스회수라인을 통해 상기 연료탱크와 상기 제2 연소기관 중 적어도 하나에 공급하는 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템.
제7 항에 있어서, 상기 연료탱크는 상기 증발가스회수라인을 통해 상기 기상의 가스를 공급받아 내부 압력이 유지 또는 상승되어 상기 제2 연소기관과 상기 제1 연소기관 사이의 압력으로 유지되는 액화가스 연료 선박의 연료 공급시스템.