KR102040002B1 - 증발가스 처리시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 증발가스 처리시스템은 저장탱크와 수요처를 연결하는 공급라인; 상기 공급라인에 마련되어 저장탱크 내의 증발가스를 가압하여 수요처 쪽으로 송출하는 압축기; 엔진에서 배출되는 배기가스를 이용하여 상기 엔진에 공급되는 흡입유체를 가압하는 터보차저;를 포함하고, 상기 터보차저는 상기 흡입유체를 가압하고 남은 에너지를 상기 압축기를 구동시키는 동력으로 이용할 수 있다.

Description

증발가스 처리시스템{TREATMENT SYSTEM OF BOIL-OFF GAS}
본 발명은 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 처리하는 증발가스 처리시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 선박에 사용되는 2행정 또는 4행정 디젤 엔진은 다양한 온도 조건 내지 기후에서 운행된다. 따라서 여름에서 겨울, 극지방에서 열대지방까지 모든 온도 조건하에서 운행이 가능해야 한다. 이러한 온도변화는 SFOC(Specific Fuel Oil Consumption), 배기가스의 양 및 온도(Exhaust gas amount & temperature) 등의 변화 원인으로 작용한다. 이러한 디젤 엔진의 연소공기 흡입 시스템을 설명하면 다음과 같다.
종래에 따른 디젤 엔진의 연소공기 흡입 시스템은 외기 또는 엔진룸의 연소공기가 터보차저(turbo charger)의 컴프레서를 통해서 디젤 엔진의 흡기매니폴드로 공급되기 위한 경로를 제공하는 흡입라인을 포함하며, 디젤 엔진의 배기매니폴드로부터 배기되는 배기가스는 배기라인을 따라서 터보 차져의 터빈을 통해서 외부로 배기된다. 이와 같은 디젤 엔진은 연소공기의 온도가 낮을수록 SFOC가 낮아져서 연비가 좋아진다.
특허문헌 0001 한국 공개특허 10-2012-0007642호(2012.02.14)
본 발명은 연료공급 성능 향상을 이루고자 하는 증발가스 처리시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크와 수요처를 연결하는 공급라인; 상기 공급라인에 마련되어 저장탱크 내의 증발가스를 가압하여 수요처 쪽으로 송출하는 압축기; 엔진에서 배출되는 배기가스를 이용하여 상기 엔진에 공급되는 흡입유체를 가압하는 터보차저;를 포함하고, 상기 터보차저는 상기 흡입유체를 가압하고 남은 에너지를 상기 압축기를 구동시키는 동력으로 이용할 수 있다.
상기 터보차저는 상기 배기가스가 통과하는 터빈과 상기 흡입유체가 통과하는 컴프레서를 포함하고, 상기 압축기는 동력전달부를 통해 상기 컴프레서로부터 동력을 제공받을 수 있다.
상기 터보차저는 상기 엔진의 좌우 양쪽에 각각 마련되는 제1 터보차저와 제2 터보차저를 포함하고, 상기 압축기는 상기 제1 터보차저와 제1 동력전달부를 이용해 연결되고, 상기 제2 터보차저와 제2 동력전달부를 이용해 연결될 수 있다.
저장탱크와 수요처를 연결하는 공급라인; 상기 공급라인에 마련되어 저장탱크 내의 증발가스를 가압하여 엔진 쪽으로 송출하는 압축기; 상기 엔진에서 배출되는 배기가스를 이용하여 상기 엔진에 공급되는 흡입유체를 가압하는 터보차저;를 포함하고, 상기 터보차저는 상기 흡입유체를 가압하고 남은 에너지를 상기 압축기를 구동시키는 동력으로 이용할 수 있다.
상기 터보차저는 상기 배기가스가 통과하는 터빈과 상기 흡입유체가 통과하는 컴프레서를 포함하고, 상기 압축기는 상기 컴프레서와 직접 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 증발가스 처리시스템은 터보차져 구동시 발생되는 잉여 에너지를 증발가스 승압용으로 활용할 수 있다. 터보차저가 엔진 또는 수요처에서 발생된 배기가스를 이용하여 공급되는 흡입유체를 가압하고 남는 에너지를 증발가스 승압용으로 이용하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 증발가스 처리시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 증발가스 처리시스템을 도시한다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 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 제1실시예에 따른 증발가스 처리시스템을 도시한다. 도면을 참조하면, 제1실시예에 따른 증발가스 처리시스템은 저장탱크(10)와 수요처(50)를 연결하는 공급라인(20,40), 공급라인(20,40)에 마련되어 저장탱크(10) 내의 증발가스를 가압하여 수요처(50) 쪽으로 송출하는 압축기(30), 엔진(60)에서 배출되는 배기가스를 이용하여 엔진(60)에 공급되는 흡입유체를 가압하는 터보차저(70)를 포함하고, 터보차저(70)는 흡입유체를 가압하고 남은 에너지를 압축기(30)를 구동시키는 동력으로 이용할 수 있다.
저장탱크(10)는 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(LPG: Liquefied Petroleum Gas), 디메틸에테르(DME: Dimethyl Ether) 등 극저온의 액화가스(liquefied gas)를 저장하는데 이용될 수 있다. 즉 저장탱크(10)는 LNG 운반선, LNG RV(Regasification Vessel) 운반선, LPG 운반선, 또는 에틸렌(Ethylene) 운반선 등 액화가스 화물을 운송하는 운반선, 또는 FSRU(Floating Storage Regasification Unit), FPSO(Floating Production Storage Offloading), BMPP(Barge Mounted Power Plant) 등 액화가스의 저장 및 생산을 위한 해상 부유설비에 적용될 수 있다. 또 저장탱크(10)는 해상설비 뿐만 아니라 액화가스를 저장하기 위한 육상설비에도 적용될 수 있다.
제1 공급라인(20)과 제2 공급라인(40)은 저장탱크(10)와 수요처(50)를 연결하며, 저장탱크(10) 내의 증발가스를 압축기(30)를 이용하여 가압 및 수요처(50)로 송출할 수 있다. 이때 공급라인(20,40)은 입구 측 단부가 저장탱크(10)의 내부에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 공급라인(20,40)을 거쳐 수요처(50)에 연결될 수 있다. 공급라인(20,40)에는 증발가스를 엔진이 요구하는 조건에 맞추어 처리할 수 있도록 복수단의 컴프레서(미도시)를 구비하는 압축기(30)가 마련될 수 있다.
수요처(50)는 발전을 위한 엔진, 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 수요처(50)는 압축기(30)에 의하여 가압된 증발가스를 공급받아 구동력을 얻을 수 있다. 그리고 엔진(60)은 저장탱크(10)에 수용된 액화천연가스 및 증발가스 등의 연료가스를 공급받아 선박의 추진력을 발생시키거나 선박의 내부 설비 등의 발전용 전원을 발생시킬 수 있다.
이처럼, 요구하는 연료가스에 따라 엔진(60)은 상대적으로 고압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 ME-GI 엔진 또는 X-DF 엔진으로 이루어지고, 수요처(50)는 상대적으로 저압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 DFDE 엔진 등으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수의 엔진 및 다양한 종류의 엔진이 이용되는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.
터보차저(70)는 선박 내에서 사용되는 엔진(60)의 연소를 돕기 위하여 마련되는 것으로, 엔진(60)의 폭발행정 후 발생되는 고압, 고안의 배기가스(Exhaust gas)의 힘을 이용하여 터보차저(70)(Turbocharger)를 구동하고 그 힘으로 흡입유체를 압축하여 엔진(60)의 연소실로 공급할 수 있다.
한편, 터보차저(70)는 흡입유체를 가압하고 남은 에너지를 압축기(30)를 구동시키는 동력으로 이용할 수 있다. 터보차저(70)는 배기가스가 통과하는 터빈(71,73)과 흡입유체가 통과하는 컴프레서(72,74)를 포함하고, 압축기(30)는 동력전달부(90)를 통해 컴프레서(72,74)로부터 동력을 제공받을 수 있다. 이때 터보차저(70)는 압축기(30) 우측에 마련되는 제1 터빈(71)과 제1 컴프레서(72), 압축기(30) 좌측에 마련되는 제2 터빈(73)과 제2 컴프레서(74)를 포함하고, 압축기(30)는 제1 터빈(71)과 제1 컴프레서(72)를 포함하는 제1 터보차저와 제1 동력전달부(91)를 이용해 연결되고, 제2 터빈(73)과 제2 컴프레서(74)를 포함하는 제2 터보차저와는 제2 동력전달부(92)를 이용해 연결될 수 있다.
제1 배기가스(81)와 제2 배기가스(82)는 제1 터빈(71)를 통과하면서 제1 컴프레서(72)을 작동시키는 구동력을 발생시키고, 제1 컴프레서(72)은 이 에너지를 이용하여 제1 흡입유체(83)를 제2 흡입유체(84) 상태로 가압할 수 있다. 이때 제1 배기가스(81)와 제2 배기가스(82) 사이의 에너지 차는 제3 배기가스(85)와 제4 배기가스(86)의 에너지 차보다 클 수 있다. 이 경우 제1 터빈(71)에서 제1 컴프레서(72)를 구동시키고 남는 에너지는 압축기(30)를 가압하는 에너지로 사용될 수 있다. 마찬가지로, 제2 터빈(73)에서 생성되는 에너지는 제2 컴프레서(74)를 가압시키며, 남는 에너지는 압축기(30)를 가압하도록 사용될 수 있다.
그리고 동력전달부(90)는 제1 동력전달부(91)와 제2 동력전달부(92)를 포함하며, 회전축을 이용한 동력전달방식으로 터빈(71,73)과 컴프레서(72,74)를 포함하는 터보차저(70)에서 생성된 에너지를 압축기(30)로 공급할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 엔진(60)에서 생성되는 배기가스의 에너지를 엔진(60)에서 유체를 흡입하는데 쓰면서, 동시에 압축기(30)를 이용한 증발가스 승압용으로 사용할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 증발가스 처리시스템은 저장탱크(100)와 수요처(500)를 연결하는 공급라인(200,400), 공급라인(200,400)에 마련되어 저장탱크(100) 내의 증발가스를 가압하여 엔진(500) 쪽으로 송출하는 압축기(300), 엔진(500)에서 배출되는 배기가스를 이용하여 엔진(600)에 공급되는 흡입유체를 가압하는 터보차저(700)를 포함하고, 터보차저(700)는 흡입유체를 가압하고 남은 에너지를 압축기(300)를 구동시키는 동력으로 이용할 수 있다.
저장탱크(100)는 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas), 액화석유가스(LPG: Liquefied Petroleum Gas), 디메틸에테르(DME: Dimethyl Ether) 등 극저온의 액화가스(liquefied gas)를 저장하는데 이용될 수 있다. 즉 저장탱크(100)는 LNG 운반선, LNG RV(Regasification Vessel) 운반선, LPG 운반선, 또는 에틸렌(Ethylene) 운반선 등 액화가스 화물을 운송하는 운반선, 또는 FSRU(Floating Storage Regasification Unit), FPSO(Floating Production Storage Offloading), BMPP(Barge Mounted Power Plant) 등 액화가스의 저장 및 생산을 위한 해상 부유설비에 적용될 수 있다. 또 저장탱크(100)는 해상설비 뿐만 아니라 액화가스를 저장하기 위한 육상설비에도 적용될 수 있다.
제1 공급라인(200)과 제2 공급라인(400)은 저장탱크(100)와 수요처(500)를 연결하며, 저장탱크(100) 내의 증발가스를 압축기(300)를 이용하여 가압 및 수요처(500)로 송출할 수 있다. 이때 공급라인(200,400)은 입구 측 단부가 저장탱크(100)의 내부에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 공급라인(200,400)을 거쳐 수요처(500)에 연결될 수 있다. 공급라인(200,400)에는 증발가스를 엔진이 요구하는 조건에 맞추어 처리할 수 있도록 복수단의 컴프레서(미도시)를 구비하는 압축기(300)가 마련될 수 있다.
수요처(500)는 발전을 위한 엔진 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진일 수 있다. 수요처(500)는 압축기(300)에 의하여 가압된 증발가스를 공급받아 구동력을 얻을 수 있다. 그리고 수요처(500)는 저장탱크(100)에 수용된 액화천연가스 및 증발가스 등의 연료가스를 공급받아 선박의 추진력을 발생시키거나 선박의 내부 설비 등의 발전용 전원을 발생시킬 수 있다.
터보차저(700)는 배기가스가 통과하는 터빈(710)과 흡입유체가 통과하는 컴프레서(720)를 포함하고, 압축기(300)는 동력전달부(900)를 통해 컴프레서(720)로부터 동력을 제공받을 수 있다. 이때 압축기(300)는 효율적인 동력전달을 위하여 컴프레서(720)와 직접 연결될 수 있다.
터보차저(700)는 흡입유체를 가압하고 남은 에너지를 압축기(300)를 구동시키는 동력으로 이용할 수 있다. 상세히 설명하면, 제1 배기가스(810)와 제2 배기가스(820)는 터빈(710)을 통과하면서 컴프레서(720)를 작동시키는 구동력을 발생시키고, 컴프레서(720)는 이 에너지를 이용하여 제1 흡입유체(830)를 제2 흡입유체(840) 상태로 가압하는데, 이때 남는 잉여 에너지를 압축기(300)를 구동시키는 동력으로 이용할 수 있다.
이처럼 제2 실시예에 따르면, 수요처(500) 자체적으로 증발가스(BOG)를 승압하여 수요처(500)에서 요구되는 가스 압력(5~8bar)을 형성하여 공급하는 용으로 사용될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 저장탱크 20: 제1 공급라인
30: 압축기 40: 제2 공급라인
50: 수요처 60: 엔진
70: 터보차저 71: 제1 터빈
72: 제1 컴프레서 73: 제2 터빈
74: 제2 컴프레서 81: 제1 배기가스
82: 제2 배기가스 83: 제1 흡입유체
84: 제2 흡입유체 85: 제3 배기가스
86: 제4 배기가스 87: 제3 흡입유체
88: 제4 흡입유체 90: 동력전달부
91: 제1 동력전달부 92: 제2 동력전달부
100: 저장탱크 200: 제1 공급라인
300: 압축기 400: 제2 공급라인
500: 수요처 700: 터보차저
710: 터빈 720: 컴프레서
810: 제1 배기가스 820: 제2 배기가스
830: 제1 흡입유체 840: 제2 흡입유체

Claims (5)

  1. 저장탱크와 수요처를 연결하는 공급라인;
    상기 공급라인에 마련되어 저장탱크 내의 증발가스를 가압하여 수요처 쪽으로 송출하는 압축기; 및
    엔진에서 배출되는 배기가스를 이용하여 상기 엔진에 공급되는 흡입유체를 가압하는 터보차저;를 포함하고,
    상기 터보차저는 상기 흡입유체를 가압하고 남은 에너지를 상기 압축기를 구동시키는 동력으로 이용하고,
    상기 터보차저는 상기 배기가스가 통과하는 터빈과 상기 흡입유체가 통과하는 컴프레서를 구비하고 상기 엔진의 좌우 양쪽에 각각 마련되는 제1 터보차저와 제2 터보차저를 포함하고,
    상기 압축기는 동력전달부를 통해 상기 컴프레서로부터 동력을 제공받고, 상기 제1 터보차저와 제1 동력전달부를 이용해 연결되고, 상기 제2 터보차저와 제2 동력전달부를 이용해 연결되는 증발가스 처리시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 저장탱크와 수요처를 연결하는 공급라인;
    상기 공급라인에 마련되어 저장탱크 내의 증발가스를 가압하여 수요처 쪽으로 송출하는 압축기; 및
    상기 수요처에서 배출되는 배기가스를 이용하여 상기 수요처에 공급되는 흡입유체를 가압하는 터보차저;를 포함하고,
    상기 터보차저는 상기 흡입유체를 가압하고 남은 에너지를 상기 압축기를 구동시키는 동력으로 이용하고,
    상기 터보차저는 상기 배기가스가 통과하는 터빈과 상기 흡입유체가 통과하는 컴프레서를 포함하고, 상기 압축기는 상기 컴프레서와 직접 연결되는 증발가스 처리시스템.
  5. 삭제
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