KR102002951B1

KR102002951B1 - Lng 연료공급시스템

Info

Publication number: KR102002951B1
Application number: KR1020180010896A
Authority: KR
Inventors: 이수태; 이수규; 성재봉; 임대경; 이재복
Original assignee: 주식회사 파나시아
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2019-07-24

Abstract

본 발명은 LNG 연료공급시스템에 관한 것으로서, LNG 연료탱크의 압력을 생성하는 압력생성부를 펌프식으로 구성하였고, 특히 연료공급부에 분리기를 설치하여 중질탄화수소를 제거하여 엔진으로 공급되는 가스의 메탄가를 높였으며, 엔진의 냉각수를 열교환기(기화기, 가열기)에 사용되는 열교환 매체로 사용함으로써 시스템 전체의 에너지 효율성을 도모하였으며, 엔진으로 유입되는 냉각수 배관라인에 가스감지기 및 제어부를 추가하여 시스템의 안정성을 담보하였다.

Description

LNG 연료공급시스템{LNG Fuel Gas Supply System}

본 발명은 LNG 연료공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LNG 연료탱크로부터 천연가스를 연료로 사용하는 엔진으로 가스를 이송하는 LNG 연료공급시스템에 관한 것이다.

선박에 있어서 기존 석유계 추진 시스템은 다량의 유황이 함유된 중유 및 디젤연료를 사용하므로 황산화물(SO_x), 질소산화물(NO_x), 매연 등의 대기오염과 선박운항 중 발생할 수 있는 기름유출에 의한 해양오염이 문제된다. 최근 국제적으로 선박의 배출가스 규제가 점점 강화됨에 따라 차세대 선박연료로서 천연가스가 주목받고 있다.

메탄을 주성분으로 하는 천연가스는 기존 석유계연료에 비하여 황산화물(SO_x)의 배출이 거의 없고, 질소산화물(NO_x)은 90%이상, 온실가스도 20%이상 감축하여 환경오염대응에 적합하며, 연비도 거의 대등하고, 특히 천연가스 가격이 석유보다 저렴하여 경제적인 측면도 만족시킨다.

액화된 천연가스(이하 LNG: Liquefied Natural Gas)는 가스 상태일 때보다 그 부피가 1/600으로 줄어들므로, LNG 연료추진선에 있어서 천연가스는 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 액화된 상태로 연료탱크에 저장된다. 그러나 엔진이 구동되기 위해 필요한 천연가스의 상태는 기체이고, 또한 엔진에서 요구하는 온도 및 압력 등도 탱크에 저장되어 있는 LNG의 상태와는 다르다. 따라서 LNG 연료추진선에 있어서는 연료탱크에 저장된 LNG를 엔진에서 요구하는 상태로 변환하여 공급하는 LNG 연료공급시스템이 필요로 하게 된다.

도 1은 종래의 LNG 연료공급시스템의 개념도로서, 상기 종래기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1535759호(2015.07.03)에 개시되어 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 LNG 연료공급시스템은 LNG 연료탱크에 펌프를 연결하여 저온의 LNG를 가압 송출하고, 전기히터를 사용하여 LNG를 직접 가열하여 기화시켜서 엔진에 연료를 공급하였다. 그러나 기화기를 가동하기 위해서 별도의 전기에너지가 필요하기 때문에 연료 소비에 의한 비용문제가 발생할 수 있다.

또한, LNG 연료를 강제 기화하여 엔진에 공급할 경우에는 LNG 연료에 포함된 중질탄화수도 함께 공급됨으로써, 엔진은 비정상적인 폭발행정에 의한 노킹현상이 발생하고 이는 진동유발 및 엔진 수명을 단축시키는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, LNG 연료탱크의 압력을 생성하는 압력생성부와, 상기 LNG 연료탱크로부터 LNG 연료를 기화시켜 엔진측으로 공급하는 연료공급부와, 엔진을 냉각하는데 사용되는 냉각수가 LNG와 열교환가능한 상태로 순환하는 열순환회로부를 포함하는 LNG 연료공급시스템을 구성하여, 추가적인 열원 공급 구성을 구비하지 않더라도 엔진의 폐열을 활용하여 LNG 가열이 가능하도록 함으로써 구성을 간소화하고, 에너지를 효율적으로 운영할 수 있는 LNG 연료공급시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 압력생성부는 상기 LNG 연료탱크 내의 LNG 연료를 흡인하여 상기 연료공급부로 가압송출하는 펌프를 구성하여, LNG 연료의 원활한 가압송출을 할 수 있는 LNG 연료공급시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 연료공급부는 상기 LNG 연료탱크와 LNG를 소정량 인출가능하도록 연결되고 인출된 LNG가 기화되도록 상기 열순환회로부와 열교환가능한 상태로 연결되어, 에너지를 효율적으로 운영할 수 있는 LNG 연료공급시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 연료공급부에 상기 열순환회로부와 열교환가능한 상태로 연결된 기화기를 구성하여, 저온의 LNG를 엔진에서 요구하는 기체상태 및 온도로 변환하여 연료를 공급할 수 있는 LNG 연료공급시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 기화기는 상기 열순환회로부와 열교환가능하게 연결되지만 열순환회로부의 냉각수와 상기 LNG 연료탱크로부터 인출된 연료가 혼합되지 않도록 연결함으로써, LNG연료가 냉각수로 유입되는 것을 차단할 수 있는 LNG 연료공급시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 연료공급부는 LNG 연료에 포함된 중질탄화수소를 외부로 배출하는 분리기를 더 포함하고, 상기 열순환회로부와 열교환가능한 상태로 연결된 가열기를 추가로 포함함으로써, 양질의 천연가스연료를 엔진에 공급할 수 있는 LNG 연료공급시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 열순환회로부는 엔진에서 유출된 냉각수가 기화기로 유입되는 기화기열유입관과, 엔진에서 유출된 냉각수가 가열기로 유입되는 가열기열유입관과, 기화기와 가열기로부터 유출된 냉각수가 흐르는 열유출관을 구성하여, 엔진의 폐열을 활용하여 LNG 가열이 가능하도록 함으로써 에너지를 효율적으로 운영할 수 있는 LNG 연료공급시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 열유출관은 상기 기화기에서 유출된 냉각수가 흐르는 기화기열유출관과, 상기 가열기에서 유출된 냉각수가 흐르는 가열기열유출관을 포함하도록 구성하여, LNG와 열교환한 뒤에 냉각된 냉각수가 엔진을 순환하여 냉각시킴으로써 열순환회로를 구성할 수 있는 LNG 연료공급시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 기화기열유출관과 가열기열유출관이 합류되는 지점 후단에 가스에 반응하는 감지기를 구성하여, 열순환회로부를 흐르는 냉각수에 가스가 혼합되어있는지 여부를 검지할 수 있는 LNG 연료공급시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 열순환회로부의 일정 위치에 연결되어 소정량의 냉각수를 저장하는 버퍼탱크를 구성하여 가스검지 성능을 향상시키고, 제어부를 추가로 구성하여 가스의 검지 여부에 따라서 시스템을 제어할 수 있는 LNG 연료공급시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은, LNG 연료탱크의 압력을 생성하는 압력생성부와, 상기 LNG 연료탱크로부터 LNG 연료를 기화시켜 엔진측으로 공급하는 연료공급부와, 엔진을 냉각하는데 사용되는 냉각수가 LNG와 열교환가능한 상태로 순환하는 열순환회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 압력생성부는 상기 LNG 연료탱크 내의 LNG 연료를 흡인하여 상기 연료공급부로 가압송출하는 펌프로 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 연료공급부는 상기 LNG 연료탱크와 LNG를 소정량 인출가능하도록 연결되고 인출된 LNG가 기화되도록 상기 열순환회로부와 열교환가능한 상태로 연결된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 연료공급부는 상기 열순환회로부와 열교환가능한 상태로 연결된 기화기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 기화기는 상기 열순환회로부와 열교환가능하게 연결되지만 열순환회로부의 냉각수와 상기 LNG 연료탱크로부터 인출된 연료가 혼합되지 않도록 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 연료공급부는 LNG 연료에 포함된 중질탄화수소를 외부로 배출하는 분리기를 더 포함하고, 상기 열순환회로부와 열교환가능한 상태로 연결된 가열기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 열순환회로부는 엔진에서 유출된 냉각수가 기화기로 유입되는 기화기열유입관과, 엔진에서 유출된 냉각수가 가열기로 유입되는 가열기열유입관과, 기화기와 가열기로부터 유출된 냉각수가 흐르는 열유출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 열유출관은 상기 기화기에서 유출된 냉각수가 흐르는 기화기열유출관과, 상기 가열기에서 유출된 냉각수가 흐르는 가열기열유출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 열순환회로부를 흐르는 냉각수에 가스가 혼합되어있는지 여부를 검지하는 가스검지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 가스검지부는 기화기열유출관과 가열기열유출관이 합류되는 지점 후단에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 가스검지부는 가스에 반응하는 감지기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 가스검지부에서 가스의 검지 여부에 따라 시스템을 제어하는 제어부를 추가로 포함하고, 상기 가스검지부는 상기 열순환회로부의 일정 위치에 연결되어 소정량의 냉각수를 저장하는 버퍼탱크를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은, LNG 연료탱크의 압력을 생성하는 압력생성부와, 상기 LNG 연료탱크로부터 LNG 연료를 기화시켜 엔진측으로 공급하는 연료공급부와, 엔진을 냉각하는데 사용되는 냉각수가 LNG와 열교환가능한 상태로 순환하는 열순환회로부를 포함하는 LNG 연료공급시스템을 구성하여, 추가적인 열원 공급 구성을 구비하지 않더라도 엔진의 폐열을 활용하여 LNG 가열이 가능하도록 함으로써 구성을 간소화하고, 에너지를 효율적으로 운영할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명은, 상기 압력생성부는 상기 LNG 연료탱크 내의 LNG 연료를 흡인하여 상기 연료공급부로 가압송출하는 펌프를 구성하여, LNG 연료의 원활한 가압송출을 할 수 있는 효과를 도출한다.

본 발명은, 상기 연료공급부는 상기 LNG 연료탱크와 LNG를 소정량 인출가능하도록 연결되고 인출된 LNG가 기화되도록 상기 열순환회로부와 열교환가능한 상태로 연결되어, 에너지를 효율적으로 운영할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은, 상기 연료공급부에 상기 열순환회로부와 열교환가능한 상태로 연결된 기화기를 구성하여, 저온의 LNG를 엔진에서 요구하는 기체상태 및 온도로 변환하여 연료를 공급할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명은, 상기 기화기는 상기 열순환회로부와 열교환가능하게 연결되지만 열순환회로부의 냉각수와 상기 LNG 연료탱크로부터 인출된 연료가 혼합되지 않도록 연결함으로써, LNG연료가 냉각수로 유입되는 것을 차단할 수 있는 효과를 도출한다.

본 발명은, 상기 연료공급부는 상기 열순환회로부와 열교환가능한 상태로 연결된 가열기를 더 포함하고, 상기 기화기의 하부에 설치되어 LNG 연료에 포함된 중질탄화수소를 외부로 배출하는 분리기를 추가로 포함함으로써, 양질의 천연가스연료를 엔진에 공급할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은, 상기 열순환회로부는 엔진에서 유출된 냉각수가 기화기로 유입되는 기화기열유입관과, 엔진에서 유출된 냉각수가 가열기로 유입되는 가열기열유입관과, 기화기와 가열기로부터 유출된 냉각수가 흐르는 열유출관을 구성하여, 엔진의 폐열을 활용하여 LNG 가열이 가능하도록 함으로써 에너지를 효율적으로 운영할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은, 열유출관은 상기 기화기에서 유출된 냉각수가 흐르는 기화기열유출관과, 상기 가열기에서 유출된 냉각수가 흐르는 가열기열유출관을 포함하도록 구성하여, LNG와 열교환한 뒤에 냉각된 냉각수가 엔진을 순환하여 냉각시킴으로써 열순환회로를 구성할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명은, 기화기열유출관과 가열기열유출관이 합류되는 지점 후단에 가스에 반응하는 감지기를 구성하여, 열순환회로부를 흐르는 냉각수에 가스가 혼합되어있는지 여부를 검지할 수 있는 효과를 도출한다.

본 발명은, 열순환회로부의 일정 위치에 연결되어 소정량의 냉각수를 저장하는 버퍼탱크를 구성하여 가스검지 성능을 향상시키고, 제어부를 추가로 구성하여 가스의 검지 여부에 따라서 시스템을 제어할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 LNG 연료공급시스템의 개념도.
도 2는 본 발명의 LNG 연료공급시스템의 개략도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 LNG 연료공급시스템의 블럭도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LNG 연료공급시스템의 전체 개념도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 압력생성부의 블럭도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 압력생성부의 개념도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 연료공급부의 블럭도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 연료공급부의 개념도.
도 9는 발명의 일실시예에 따른 연료공급관의 블럭도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 열순환회로부의 블럭도.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 열순환회로부와 가스검지부 및 제어부의 개념도.

이하에서는 본 발명에 따른 LNG 연료공급시스템의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지의 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에서 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에서 사용된 정의에 따른다. 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 각 구성요소의 위치 및 이동은 각 도면에 화살표로 표현된 방향에 따라 정의되며, 필요에 따라 본문 내에서 별도로 정의된다.

도 2는 본 발명의 LNG 연료공급시스템의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 액화된 천연가스(이하 LNG: Liquefied Natural Gas)는 가스 상태일 때보다 그 부피가 1/600으로 줄어들므로, LNG 연료추진선에 있어서 천연가스는 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 액화된 상태로 LNG 연료탱크(61)에 저장된다. 그러나 엔진(62)이 구동되기 위해 필요한 천연가스의 상태는 기체이고, 또한 엔진에서 요구하는 온도 및 압력 등도 상기 LNG 연료탱크(61)에 저장되어 있는 천연가스의 상태와는 다르다. 본 발명의 LNG 연료공급시스템(F)은 상기 LNG 연료탱크(61)에 저장되어 있는 LNG 연료를 상기 엔진(62)에서 요구하는 기체 상태로 변환하여 엔진(62)에 공급한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LNG 연료공급시스템의 블럭도이다. 도 3을 참조하면,

본 발명인 LNG 연료공급시스템(F)은 LNG 연료탱크(61) 내에 압력을 생성하는 압력생성부(1), 상기 LNG 연료탱크로부터 가압송출된 LNG 연료를 기화시켜 가스상태로 엔진에 공급하는 연료공급부(3), 엔진(62)에서 발생되는 폐열과, 시스템에서 필요로 하는 열을 순환시켜서 시스템 전체의 에너지효율을 증대시키는 열순환회로부(5), 상기 열순환회로부의 열교환 매체로 사용되는 냉각수에 가스가 혼입되어있는지 여부를 검지하는 가스검지부(7), 검지 결과에 따라 LNG 연료공급시스템(F)을 제어하는 제어부(9)를 포함한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LNG 연료공급시스템의 전체 개념도이고, 도 5와 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력생성부의 블럭도와 개념도이다. 도 4, 도 5, 도 6을 참조하면,

상기 압력생성부(1)는 LNG 연료탱크(61) 내의 압력을 생성하여 LNG 연료탱크(61)에 저장된 LNG 연료가 연료공급부(3)를 통하여 엔진(62)에 공급될 수 있도록 하는데, 펌프(11)를 포함한다.

상기 펌프(11)는 LNG 연료탱크(61) 내의 LNG 연료를 흡인하여 연료공급부로 가압송출하여, LNG 연료탱크(61)에 저장된 LNG 연료가 연료공급부(3)를 통하여 엔진(62)에 공급될 수 있도록 한다. 상기 펌프(11)는 LNG 연료탱크(61) 내에 구비하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 LNG 연료탱크(61)의 외부인 연료공급관(31) 상에 상기 펌프(11)가 마련되는 경우에는 외부 열침투에 의하여 상기 연료공급관(31) 내에서 LNG의 일부가 증발되어 기포가 생성될 수 있으며, 이에 따른 펌프(11)의 기계적인 파손이 발생할 수 있기 때문이다.

상기 펌프(11)는 저온펌프(Cryogenic Pump)로 구성될 수 있다. 상기 저온펌프(111)는 Entrapment 펌프의 하나로서, 오일이 없는 깨끗한 진공환경과 높은 배기속도를 제공하는 장점이 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LNG 연료공급시스템의 전체 개념도이고, 도 7과 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료공급부의 블럭도와 개념도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료공급관의 블럭도이다. 도 4, 도 7, 도 8, 도9를 참조하면,

상기 연료공급부(3)는 LNG 연료탱크(61)로부터 가압송출된 LNG 연료를 기화시켜 가스상태로 엔진(62)에 공급하는데, 연료공급관(31), 기화기(33)를 포함한다. 엔진에 공급되는 가스 연료의 메탄가를 높이기 위하여 상기 연료공급부(3)를 2단 가열로 구성하는 경우에는 분리기(35), 가열기(37)를 추가로 포함한다.

상기 연료공급관(31)은 상기 LNG 연료탱크(61)에서 가압 송출된 LNG를 상기 기화기(33), 상기 분리기(35), 상기 가열기(37)를 통하여 고온의 천연가스 상태로 엔진(62)에 공급하는데, 기화기연료유입관(311), 분리기연료유입관(313), 분리기연료유출관(315), 가열기연료유출관(317)을 포함한다.

상기 기화기연료유입관(311)의 일단은 LNG 연료탱크(61) 내의 펌프(11)와 연결되어 상기 펌프(11)로부터 가압송출된 LNG 연료를 공급받고, 타단은 상기 펌프(11)로부터 송출된 LNG 연료를 상기 기화기(33)에 공급가능하도록 상기 기화기(33)와 연결된다.

상기 분리기연료유입관(313)의 일단은 상기 기화기(33)에 연결되고, 타단은 상기 분리기(35)에 연결되어 상기 기화기(33)로부터 공급받은 저온으로 가열된 LNG를 상기 분리기(35)에 공급한다.

상기 분리기연료유출관(315)의 일단은 상기 분리기(35)에 연결되고, 타단은 상기 가열기(37)에 연결되어 상기 분리기(35)에서 중질탄화수소가 제거된 저온의 천연가스를 상기 가열기(37)에 공급한다.

상기 가열기연료유출관(317)의 일단은 상기 가열기(37)에 연결되고, 타단은 엔진(62)에 연결되어 상기 가열기(37)에서 고온으로 가열된 천연가스를 상기 엔진(62)에 공급한다.

상기 기화기(33)는 LNG 연료탱크(61)에서 가압 송출된 LNG를 상기 기화기연료유입관(311)을 통하여 공급받고, LNG를 기화시키켜서 엔진(62)에 천연가스 연료를 공급하게 된다. LNG는 혼합물로서 주성분은 메탄(91.6%)이지만, 그 외에도 에탄, 프로판, 부탄 등(이하 중질탄화수소)이 포함되어 있다. 중질탄화수소가 엔진에 공급이 되면 연소 특성상 엔진 내부의 피스톤 압축 과정에서 조기 폭발되는 노킹(Knocking)현상이 발생되며, 이는 금속성 소음이나 진동, 출력 저하, 부품손상 등을 초래하게 된다. 중질탄화수소가 제거된 양질의 가스 연료를 엔진에 공급하기 위하여 연료공급부(3)를 2단 가열로 구성할 수 있다.

연료공급부(3)를 2단 가열로 구성하는 경우에는, 1단 가열인 상기 기화기(33)에서 기화된 가스의 온도는 -100℃ ~ -120℃를 유지하도록 상기 기화기(33)에 공급되는 열을 후술하는 제어부(9)를 이용하여 조정한다. 왜냐하면, 메탄의 끓는 점은 -163℃이고, 에탄은 -89℃, 프로판은 -44℃, 부탄은 -1℃이므로, 1단 가열인 상기 기화기(33)에서 가스의 온도를 -100℃ ~ -120℃로 유지하면 메탄만 기화시킬 수가 있다.

상기 분리기(35)는 메탄과 중질탄화수소의 끓는 점의 차이를 이용하여 LNG 내에 포함된 중질탄화수소를 외부로 배출하는데, 분리탱크(351), 배출관(353), 배출밸브(355)를 포함한다.

상기 분리탱크(351)는 상기 기화기(33)를 통과하여 메탄은 기화되었지만, 액화상태로 있는 중질탄화수소를 저장한다.

상기 배출관(353)은 상기 분리탱크(351)에 액화상태인 중질탄화수소가 일정량으로 저장되면, 상기 배출밸브(355)를 개방하여 상기 중질탄화수소를 외부로 배출한다.

상기 가열기(37)는 상기 기화기(31) 및 상기 분리기(35)를 통과한 중질탄화수소가 제거된 저온의 천연가스를 열순환회로부(5)의 냉각수와의 열교환을 통하여 엔진(62)에서 요구하는 온도로 가열하여, 고온의 천연가스를 엔진(62)에 공급한다.

상기 기화기(33) 및 상기 가열기(37)가 필요로 하는 열은, 시스템 전체의 에너지효율을 증대하기 위하여 엔진의 폐열을 활용한다. 엔진의 폐열과 상기 기화기(33) 및 상기 가열기(37)의 열 교환은 후술할 열순환회로부(5)를 통하여 이루어진다.

상기 연료공급관(31)의 후단인 엔진 유입단에는 밸브(361)가 추가될 수 있다. 상기 밸브(361)을 조절함으로써 엔진에 공급되는 가스 연료의 양을 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LNG 연료공급시스템의 전체 개념도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열순환회로부의 블럭도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 열순환회로부와 가스검지부 및 제어부의 개념도이다. 도 4, 도 10, 도 11을 참조하면,

상기 열순환회로부(5)는 열유입관(51), 열유출관(55)를 포함하며, 엔진의 냉각시스템(63)과 열교환가능한 상태로 배열되고, 엔진의 냉각시스템(63)으로부터 전달 받은 열은 열전달 매체인 냉각수를 통하여 기화기(33)와 가열기(37)에서 소비된다.

상기 열순환회로부(5)와 상기 기화기(33)의 연결 및 상기 열순환회로부(5)와 상기 가열기(37)의 연결은 하나의 회로로 연결하여 구성하며, 병렬연결이 바람직하다. 병렬로 연결하는 것이 상기 기화기(33)와 상기 가열기(37)에 유입되는 냉각수의 양을 각각 별도로 제어할 수 있다는 장점이 있다.

상기 열유입관(51)은 엔진의 냉각시스템(63)에서 유출된 냉각수를 상기 기화기(33)와 상기 가열기(37)에 안내하며, 하나의 관으로 나와서 2개의 관으로 분기되어 기화기열유입관(511)과 가열기열유입관(513)을 포함한다.

상기 기화기열유입관(511)은 엔진의 냉각시스템(63)에서 유출된 냉각수를 상기 기화기(33)로 안내하고, 상기 가열기열유입관(513)은 엔진의 냉각시스템(63)에서 유출된 냉각수를 상기 가열기(37)로 안내한다.

상기 열유출관(55)은 상기 기화기(33)와 상기 가열기(37)에서 유출된 냉각수를 엔진의 냉각시스템으로 안내하고, 기화기열유출관(551)과 가열기열유출관(553)을 포함하며, 이들 열유출관들은 하나로 합쳐져서 엔진냉각시스템(63)으로 연결된다.

상기 기화기열유출관(551)은 상기 기화기(33)에서 유출된 냉각수를 엔진의 냉각시스템(63)으로 안내하고, 상기 가열기열유출관(553)은 상기 가열기(37)에서 유출된 냉각수를 엔진의 냉각시스템(63)으로 안내한다.

상기 열유입관(51) 및/또는 상기 열유입관(51)에서 분기되는 기화기열유입관(511)과 가열기열유입관(513) 및/또는 상기 열유출관(55)은 각각 밸브(561, 562, 563, 564)가 추가될 수 있다. 밸브를 조절하여 기화기(33) 및/또는 가열기(37)에 공급되는 냉각수 유량이 조절됨으로써, 상기 기화기(33)와 가열기(37)에서 필요로 하는 열의 양에 따라서 열순환회로부가 전달하는 열의 양을 제어할 수 있다.

또한, 상기 열순환회로부(5)는 열순환 매체인 냉각수의 흐름을 원활하게 하기 위하여 순환펌프(53)가 추가로 포함될 수 있다.

열순환회로부(5)와 기화기(33) 및 열순환회로부(5)와 가열기(37) 각각은 열교환가능하게 연결되지만 LNG 연료탱크(61)로부터 인출된 연료와 혼합되지 않도록 연결된다. 그러나 시스템의 노후 등으로 인하여 균열 등이 발생할 수 있으므로, 열순환회로부(5)의 열전달 매체인 냉각수에 가스가 혼입될 가능성이 있고, 이는 시스템에 심각한 위험을 초래할 수 있다. 이에 대한 안전대책으로서 가스검지부(7) 및 제어부(9)가 LNG 연료공급시스템(F)에 추가로 포함될 수 있다.

상기 가스검지부(7)는 감지기(71)를 포함한다. 상기 감지기(71)는 열순환회로부를 흐르는 냉각수에 가스가 혼입되어있는지 여부를 검지한다. 상기 감지기(71)는 열순환회로부 열유출관(55)의 후단인 엔진냉각시스템(63)의 유입단에 위치하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 냉각수에 가스가 혼입될 가능성이 있는 곳은 열순환회로부(5)와 기화기(33) 및 열순환회로부(5)와 가열기(37)가 연결되는 지점이고, 또한, 냉각수가 엔진냉각시스템(63)으로 유입되기 직전에 가스의 혼입 여부를 감지하는 것이 시스템의 효율성을 높일 수 있기 때문이다.

상기 가스검지부(7)는 버퍼탱크(73)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 버퍼탱크(73)는 열순환회로부 열유출관(55)의 후단에 연결되어 소정량의 냉각수를 저장한다. 상기 버퍼탱크(73)에 저장된 냉각수는 일정시간 정체되어 머물러 있기 때문에, 상기 감지기(71)를 버퍼탱크(73)에 위치시키게 되면, 열순환회로부 열유출관(55)에 감지기(71)를 위치시켰을 때보다 냉각수에 혼입된 가스의 검지성능을 향상시킬 수 있다.

상기 제어부(9)는 상기 감지부(7)에서 냉각수에서 혼입된 가스를 감지하면 LNG 연료공급시스템(F)을 제어하여 시스템을 정지시키고, 각종 밸브를 제어하여 열순환회로부 내의 냉각수의 유량이나 연료의 유량을 제어하며, 작업자가 장비의 점검, 유지 및 보수 등을 신속하게 대처할 수 있게 해준다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 압력생성부 11: 펌프
3: 연료공급부 31: 연료공급관
311: 기화기연료유입관 313: 분리기연료유입관
315: 분리기연료유출관 317: 가열기연료유출관
33: 기화기 35: 분리기
351: 분리탱크 353: 배출관
355: 배출밸브 37: 가열기
5: 열순환회로부 51: 열유입관
511: 기화기열유입관 513: 가열기열유입관
53: 순환펌프 55: 열유출관
551: 기화기열유출관 553: 가열기열유출관
61: LNG 연료탱크 62: 엔진
63: 엔진냉각시스템 7: 가스검지부
71: 감지기 73: 버퍼탱크
9: 제어부 F: LNG 연료공급시스템
361, 561, 562, 563, 564: 밸브

Claims

LNG 연료탱크의 압력을 생성하는 압력생성부와, 상기 LNG 연료탱크로부터 LNG 연료를 기화시켜 엔진 측으로 공급하는 연료공급부와, 엔진을 냉각하는데 사용되는 냉각수가 LNG와 열교환가능한 상태로 순환하는 열순환회로부와, 상기 열순환회로부를 흐르는 냉각수에 가스가 혼합되어 있는지 여부를 검지하는 가스검지부를 포함하고,
상기 연료공급부는, 상기 열순환회로부와 열교환 가능한 상태로 연결된 기화기와, 상기 열순환회로부와 열교환 가능한 상태로 연결된 가열기를 포함하며,
상기 열순환회로부는, 상기 엔진에서 유출된 냉각수가 상기 기화기로 유입되도록 하는 기화기열유입관과, 상기 엔진에서 유출된 냉각수가 상기 가열기로 유입되도록 하는 가열기열유입관과, 상기 기화기와 상기 가열기로부터 유출된 냉각수가 상기 엔진으로 유입되도록 하는 열유출관을 포함하고,
상기 가스검지부는, 상기 열유출관과 엔진냉각시스템 사이의 관로 상에 위치하여 상기 열유출관에서 유출된 냉각수를 저장해 일정시간 정체되어 머물게 한 후 상기 엔진냉각시스템으로 유입시키는 버퍼탱크와, 상기 버퍼탱크 내에 저장된 냉각수에 가스가 혼입되어 있는지 여부를 검지하는 감지기를 포함하여, 엔진 폐열을 활용해 LNG를 기화시키거나 기화된 LNG 가스를 가열시킬 때 상기 엔진으로 들어가는 모든 냉각수를 검지하여 냉각수에 포함된 LNG 가스에 의한 엔진의 폭발 위험을 차단하는 것을 특징으로 하는, LNG 연료공급시스템.
제1항에 있어서, 상기 압력생성부는 상기 LNG 연료탱크 내의 LNG 연료를 흡인하여 상기 연료공급부로 가압송출하는 펌프를 포함하는 LNG 연료공급시스템.
제1항에 있어서, 상기 연료공급부는 상기 LNG 연료탱크와 LNG를 소정량 인출가능하도록 연결되고 인출된 LNG가 기화되도록 상기 열순환회로부와 열교환가능한 상태로 연결된 LNG 연료공급시스템.
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제3항에 있어서, 상기 기화기는 상기 열순환회로부와 열교환가능하게 연결되지만 열순환회로부의 냉각수와 상기 LNG 연료탱크로부터 인출된 연료가 혼합되지 않도록 연결되는 LNG 연료공급시스템.
제1항에 있어서, 상기 연료공급부는 LNG 연료에 포함된 중질탄화수소를 외부로 배출하는 분리기를 더 포함하는 LNG 연료공급시스템.
삭제
제1항에 있어서, 상기 열유출관은 상기 기화기에서 유출된 냉각수가 흐르는 기화기열유출관과, 상기 가열기에서 유출된 냉각수가 흐르는 가열기열유출관을 포함하는 LNG 연료공급시스템.
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제8항에 있어서, 상기 가스검지부는 상기 기화기열유출관과 상기 가열기열유출관이 합류되는 지점 후단에 위치하는 LNG 연료공급시스템.
삭제
제1항에 있어서, 상기 LNG 연료공급시스템은 상기 가스검지부에서 가스의 검지 여부에 따라 시스템을 제어하는 제어부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, LNG 연료공급시스템.