KR101996809B1 - 연료공급시스템 - Google Patents

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Abstract

연료공급시스템을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 저장탱크로부터 공급된 액화가스를 기화시키는 고압기화기; 기화된 액화가스를 고압으로 분출시키는 이젝터; 및 고압으로 분출되는 기화된 액화가스에 의해 저장탱크 내의 증발가스가 이젝터로 흡입되도록 상기 저장탱크와 상기 이젝터를 연결하는 흡입라인;을 포함하되, 이젝터를 거쳐 혼합된 기화된 액화가스와 증발가스의 혼합유체를 제1수요처의 연료로 공급한다.

Description

연료공급시스템{FUEL GAS SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 연료공급시스템에 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.
액화가스를 운반하는 선박은 액화가스를 저장할 수 있도록 단열 처리된 저장탱크를 구비한다. 또, 이러한 선박은 저장탱크에서 자연적으로 발생하는 증발가스(Boiled Off Gas) 또는 저장탱크의 액화가스를 기화시켜 엔진의 연료로 공급하는 연료공급시스템을 마련할 수 있다. 선박의 엔진에는 DFDE(Dual Fuel Disel Electric) 엔진 등과 같은 저압(약 5~8bar)의 분사엔진, ME-GI 엔진(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)과 같은 고압(약 150~700bar)의 분사엔진 및 X-DF 엔진인 중압(약 16~18bar)의 연료가스로 연소가 가능한 중압가스 분사엔진이 이용될 수 있다.
상술한 연료공급시스템은 저장탱크로부터 공급된 증발가스를 압축부에 의해 압축시켜 엔진의 연료로 공급한다.
그러나, 이러한 압축부는 에너지 소비가 높아 시간이 지날수록 가동효율이 떨어지는 문제점이 있다.
관련 기술로서, 한국공개특허 제10-2014-0052898호(2014.05.07. 공개)를 참조하기 바란다.
한국공개특허 제10-2014-0052898호(2014.05.07. 공개)
본 발명의 실시 예는 저장탱크의 액화가스를 이젝터를 통해 분출시켜 저장탱크의 증발가스를 이젝터로 흡입하고, 이젝터를 거쳐 혼합된 유체를 연료공급조건에 맞게 변형하여 수요처로 공급하는 연료공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크로부터 공급된 액화가스를 기화시키는 고압기화기; 상기 기화된 액화가스를 고압으로 분출시키는 이젝터; 및 상기 고압으로 분출되는 상기 기화된 액화가스에 의해 상기 저장탱크 내의 증발가스가 상기 이젝터로 흡입되도록 상기 저장탱크와 상기 이젝터를 연결하는 흡입라인;을 포함하되, 상기 이젝터를 거쳐 혼합된 상기 기화된 액화가스와 상기 증발가스의 혼합유체를 제1수요처의 연료로 공급하는 연료공급시스템이 제공될 수 있다.
상기 혼합유체를 상기 제1수요처의 연료공급조건에 맞게 가열시키는 히터와, 상기 저장탱크, 상기 고압기화기, 상기 이젝터, 상기 히터 및 상기 제1수요처를 연결하는 제1공급라인을 더 포함할 수 있다.
상기 저장탱크로부터 공급된 액화가스를 상기 제1수요처의 연료공급조건에 맞게 기화시키는 저압기화기와, 상기 저장탱크와 상기 저압기화기 사이에 구비되어 상기 액화가스를 감압시키는 감압밸브 및, 상기 제1공급라인의 상기 고압기화기 전단에서 분기되어 상기 감압밸브, 상기 저압기화기 및 상기 제1공급라인의 상기 히터 후단과 연결되는 제2공급라인을 더 포함할 수 있다.
상기 제1공급라인의 상기 이젝터 후단에서 분기되어 상기 제2공급라인의 상기 저압기화기 전단과 연결되는 분기라인을 더 포함할 수 있다.
상기 혼합유체를 상기 제1수요처의 연료공급조건에 맞게 기화시키는 저압기화기와, 상기 저장탱크, 상기 고압기화기, 상기 이젝터, 상기 저압기화기 및 상기 제1수요처를 연결하는 제1공급라인과, 상기 제1공급라인의 상기 고압기화기 전단에서 분기되어 상기 제1공급라인의 상기 이젝터와 상기 저압기화기 사이에 연결된 제2공급라인과, 상기 제2공급라인에 마련되며, 상기 저장탱크로부터 공급된 액화가스 중 일부를 공급받아 상기 제1수요처의 연료공급조건에 맞게 감압시키는 감압밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 고압기화기를 거쳐 기화된 액화가스 중 일부를 제2수요처로 공급하는 제3공급라인을 더 포함하고, 상기 제1수요처는 저압분사가스엔진을 포함하고, 상기 제2수요처는 중압분사가스엔진을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 저장탱크의 액화가스를 이젝터를 통해 분출시켜 저장탱크의 증발가스를 이젝터로 흡입하고, 이젝터를 거쳐 혼합된 유체를 연료공급조건에 맞게 변형하여 수요처로 공급할 수 있다.
또, 기존의 압축부 없이도 저장탱크의 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있고, 저장탱크 내의 압력을 적절하게 유지시킬 수 있다.
또, 이젝터를 통해 저장탱크의 증발가스를 흡입하여 제공하므로 높은 메탄가를 갖는 연료를 공급할 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 일 실시 예에 따른 연료공급시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료공급시스템을 나타낸다.
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 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료공급시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 연료공급시스템(100)은 저장탱크(102) 내 공급펌프(103)에 의해 공급된 액화가스를 기화시키는 고압기화기(110)와, 고압기화기(110)에 의해 기화된 액화가스를 고압으로 분출시키는 이젝터(120)와, 이젝터(120)를 통해 고압으로 분출되는 기화된 액화가스에 의해 저장탱크(102) 내의 증발가스가 이젝터(120)로 흡입되도록 하는 흡입라인(L11)을 포함한다.
여기서, 이젝터(120)를 거쳐 혼합된 기화된 액화가스와 증발가스의 혼합유체는 제1수요처(E1)의 연료로 공급될 수 있다. 제1수요처(E1)는 저압분사가스엔진을 포함할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 이젝터(120) 전단에 조절밸브 등이 마련되어 이젝터(120)에 공급될 유량이 조절될 수 있다. 또, 제1수요처(E1)에 마련된 밸브 유닛(미도시)에 의해 제1수요처(E1)의 로드에 따라 유량이 조절될 수 있다. 이는 일종의 감압 밸브 역할을 수행할 수 있다.
또, 연료공급시스템(100)은 이젝터(120) 거쳐 혼합된 유체를 제1수요처(E1)의 연료공급조건에 맞게 가열시키는 히터(130)와, 저장탱크(102), 고압기화기(110), 이젝터(120), 히터(130) 및 제1수요처(E1)를 연결하는 제1공급라인(L1)을 포함할 수 있다.
또, 연료공급시스템(100)은 저압기화기(140)와, 저장탱크(102)와 저압기화기(140) 사이에 구비된 감압밸브(150)와, 제1공급라인(L1)의 고압기화기(110) 전단에서 분기되어 감압밸브(150), 저압기화기(140) 및 제1공급라인(L1)의 히터(130) 후단과 연결되는 제2공급라인(L2)을 포함할 수 있다.
여기서, 제2공급라인(L2)을 통해 제1수요처(E1)로 공급되는 저장탱크(102)의 액화가스는 감압밸브(150)를 거쳐 감압된 후, 저압기화기(140)에 의해 제1수요처(E1)의 연료공급조건에 맞게 기화될 수 있다. 그리고, 저압기화기(140)에 의해 기화된 액화가스는 제1공급라인(L1)의 히터(130) 후단에 합류될 수 있다.
또, 연료공급시스템(100)은, 제1공급라인(L1)의 이젝터(120) 후단에서 분기되어 상술한 제2공급라인(L2)의 저압기화기(140) 전단과 연결되는 분기라인(L12)을 마련할 수 있다.
이 경우, 이젝터(120)를 거친 상술한 혼합유체는 분기라인(L12)을 통해 제2공급라인(L2)의 저압기화기(140) 전단으로 혼합되고, 이후 저압기화기(140)를 거쳐 제1수요처(E1)의 연료공급조건에 맞게 기화된 후, 제1공급라인(L1)의 히터(130) 후단에 합류되어 제1수요처(E1)로 공급될 수 있다.
또, 연료공급시스템(100)은 고압기화기(110)를 거쳐 기화된 액화가스 중 일부를 제2수요처(E2)로 공급하는 제3공급라인(L3)을 포함할 수 있다. 제2수요처(E2)는 중압분사가스엔진을 포함할 수 있다.
이러한 연료공급시스템(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.
이하, 도 1을 기초로 상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료공급시스템(100)의 각 구성 요소 및 동작에 대해 구체적으로 설명한다.
상술한 저장탱크(102)는 단열상태를 유지하면서 연료를 액화상태로 저장하는 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크, 타입 C 탱크 등을 포함할 수 있다. 저장탱크(102)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(102) 내부압력은 저장된 액화가스가 LNG일 경우 멤브레인형 탱크의 경우 2barg 이하, 기타의 탱크의 경우 대략 1bar로 유지되거나 연료공급조건을 고려해 그보다 높은 압력으로 유지될 수 있다. 저장탱크(102) 내부온도는 LNG의 액화상태 유지를 위해 대략 ―163℃도 정도로 유지될 수 있다.
또, 저장탱크(102)는 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)의 압력식 C타입 탱크일 수 있다.
저장탱크(102) 내에 마련된 공급펌프(103)는 저장탱크(102)의 액화가스를 펌핑하여 제1공급라인(L1)의 고압기화기(110)로 공급할 수 있다.
고압기화기(110)는 저장탱크(102) 내 공급펌프(103)에 의해 공급된 액화가스를 기화시킨다. 이때, 기화된 액화가스 중 일부는 제3공급라인(L3)을 통해 제2수요처(E2)로 공급될 수 있다. 제2수요처(E2)는 중압분사가스엔진일 수 있으며, 고압기화기(110)를 거친 기화된 액화가스는 대략 17bar를 유지할 수 있다.
또한 고압기화기(110)를 거친 기화된 액화가스는 제1공급라인(L1)의 이젝터(120)의 입구로 공급되어 분출될 수 있다.
이때, 도시하지는 않았으나 이젝터(120)의 제1입구를 통해 흡입되어 분출되는 상술한 기화된 액화가스에 의해 흡입라인(L11)과 연결된 이젝터(120)의 제2입구를 통해 저장탱크(102)의 증발가스가 흡입된다.
이러한 이젝터 내부로 흡입된 증발가스와 상술한 기화된 액화가스는 혼합된 상태로 이젝터(120)를 통해 토출된다.
이를 통해 기존의 압축부 없이도 이젝터(120)를 통해 저장탱크(102)의 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있고, 저장탱크(102) 내의 압력을 적절하게 유지시킬 수 있다.
이젝터(120)를 거친 상술한 혼합유체는 제1수요처(E1)의 연료공급조건에 맞게 히터(130)를 통해 가열되어 연료로 공급된다. 도시하지는 않았으나, 히터(130)뿐 아니라 제1수요처(E1)의 특성에 따라 압력, 상태 등을 변형시키기 위한 다양한 수단이 더 마련될 수 있다. 제1수요처(E1)는 예컨대 저압가스분사엔진일 수 있으며, 이젝터(120)를 거친 혼합유체는 대략 5bar 정도로 유지된 채로 제1수요처(E1)에 공급될 수 있다.
이때, 이젝터(120)를 통해 저장탱크(102)의 증발가스를 흡입하여 제공하므로 높은 메탄가를 갖는 연료가 공급될 수 있다.
또, 상술한 저장탱크(102)가 압력식 탱크인 경우, 저장탱크(102)의 축압성능을 향상시킬 수 있다.
또, 저장탱크(102) 설계 시 저장탱크(102)를 압력식 탱크로 제작할 경우, 이젝터(120)를 통해 저장탱크(102)의 증발가스를 흡입하여 압력을 조절할 수 있으므로, 저장탱크(102)의 설계 압력을 낮출 수 있어, 저장탱크(102) 제작 비용을 저감할 수 있다.
한편, 제2공급라인(L2)을 통해 제1수요처(E1)로 공급되는 저장탱크(102)의 액화가스는 감압밸브(150)를 거쳐 감압된 후, 저압기화기(140)에 의해 제1수요처(E1)의 연료공급조건에 맞게 기화될 수 있다. 그리고, 저압기화기(140)에 의해 기화된 액화가스는 제1공급라인(L1)의 히터(130) 후단에 합류될 수 있다
또, 이젝터(120)를 거친 상술한 혼합유체는 분기라인(L12)을 통해 제2공급라인(L2)의 저압기화기(140) 전단으로 혼합되고, 이후 저압기화기(140)를 거쳐 제1수요처(E1)의 연료공급조건에 맞게 기화된 후, 제1공급라인(L1)의 히터(130) 후단에 합류되어 제1수요처(E1)로 공급될 수 있다.
이를 통해 제1수요처(E1)의 연료공급량 및 연료공급조건을 효과적으로 맞출 수 있고, 기존의 압축부 대신 이젝터(120)를 통해 제1수요처(E1)로 연료공급을 원활하게 수행할 수 있다.
이하, 도 2를 기초로 본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료공급시스템(100)의 각 구성 요소 및 동작에 대해 구체적으로 설명한다. 다만 도 1과 중복된 내용은 되도록 생략한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 이젝터(120)를 거친 상술한 혼합유체는 저압기화기(140)를 거쳐 제1수요처(E1)의 연료공급조건에 맞게 감압 및 기화된 후, 제1수요처(E1)로 공급될 수 있다.
여기서, 제1공급라인(L1)은 저장탱크(102), 고압기화기(110), 이젝터(120), 저압기화기(140) 및 제1수요처(E1)를 연결할 수 있다.
또, 제2공급라인(L2)은 제1공급라인(L1)의 고압기화기(110) 전단에서 분기되어 감압밸브(150)를 거친 후, 제1공급라인(L1)의 이젝터(120)와 저압기화기(140) 사이에 연결될 수 있다. 감압밸브(150)는 저장탱크(102)로부터 공급된 액화가스 중 일부를 제2공급라인(L2)을 통해 공급받아 제1수요처(E1)의 연료공급조건에 맞게 감압시킬 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.
102: 저장탱크 103: 공급펌프
110: 고압기화기 120: 이젝터
130: 히터 140: 저압기화기
150: 감압밸브 L1: 제1공급라인
L2: 제2공급라인 L3: 제3공급라인
L11: 흡입라인 L12: 분기라인

Claims (6)

  1. 저장탱크로부터 공급된 액화가스를 기화시키는 고압기화기;
    상기 기화된 액화가스를 고압으로 분출시키는 이젝터; 및
    상기 고압으로 분출되는 상기 기화된 액화가스에 의해 상기 저장탱크 내의 증발가스가 상기 이젝터로 흡입되도록 상기 저장탱크와 상기 이젝터를 연결하는 흡입라인;을 포함하되,
    상기 이젝터를 거쳐 혼합된 상기 기화된 액화가스와 상기 증발가스의 혼합유체를 제1수요처의 연료로 공급하고,
    상기 혼합유체를 상기 제1수요처의 연료공급조건에 맞게 가열시키는 히터;
    상기 저장탱크, 상기 고압기화기, 상기 이젝터, 상기 히터 및 상기 제1수요처를 연결하는 제1공급라인;
    상기 저장탱크로부터 공급된 액화가스를 상기 제1수요처의 연료공급조건에 맞게 기화시키는 저압기화기;
    상기 저장탱크와 상기 저압기화기 사이에 구비되어 상기 액화가스를 감압시키는 감압밸브;
    상기 제1공급라인의 상기 고압기화기 전단에서 분기되어 상기 감압밸브, 상기 저압기화기 및 상기 제1공급라인의 상기 히터 후단과 연결되는 제2공급라인; 및
    상기 제1공급라인의 상기 이젝터 후단에서 분기되어 상기 제2공급라인의 상기 저압기화기 전단과 연결되는 분기라인;을 더 포함하고,
    상기 혼합유체는
    상기 히터에 의해 상기 제1수요처의 연료공급조건에 맞게 가열되거나, 상기 분기라인을 통해 상기 저압기화기 전단에서 혼합된 후 상기 저압기화기에 의해 상기 제1수요처의 연료공급조건에 맞게 기화되도록 마련되는 연료공급시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 에 있어서,
    상기 혼합유체를 상기 제1수요처의 연료공급조건에 맞게 기화시키는 저압기화기와,
    상기 저장탱크, 상기 고압기화기, 상기 이젝터, 상기 저압기화기 및 상기 제1수요처를 연결하는 제1공급라인과,
    상기 제1공급라인의 상기 고압기화기 전단에서 분기되어 상기 제1공급라인의 상기 이젝터와 상기 저압기화기 사이에 연결된 제2공급라인과,
    상기 제2공급라인에 마련되며, 상기 저장탱크로부터 공급된 액화가스 중 일부를 공급받아 상기 제1수요처의 연료공급조건에 맞게 감압시키는 감압밸브를 더 포함하는 연료공급시스템.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 고압기화기를 거쳐 기화된 액화가스 중 일부를 제2수요처로 공급하는 제3공급라인을 더 포함하고,
    상기 제1수요처는 저압분사가스엔진을 포함하고,
    상기 제2수요처는 중압분사가스엔진을 포함하는 연료공급시스템.
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