KR102100435B1 - 선박 - Google Patents

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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

선박은, 추진용의 주 가스 엔진과, LNG를 저장하는 탱크와, 탱크 내부에서 발생하는 BOG를 압축기로 유도하는 송기 라인과, 압축기에서 토출되는 BOG를 주 가스 엔진으로 인도하는 제1 공급 라인과, 발전용의 부 가스 엔진과, 탱크 내부에 배치된 펌프에서 토출되는 LNG를 강제 기화기로 인도하는 송액 라인과, 강제 기화기에서 생성되는 VG를 부 가스 엔진으로 인도하는 제2 공급 라인과, 제2 공급 라인으로부터 송기 라인에 VG를 인도하고 개도 변경이 가능한 제1 조정 밸브가 설치된 브리지 라인과, 제2 공급 라인으로부터 탱크에 연결되고 개도 변경이 가능한 제2 조정 밸브가 설치된 반송 라인과, 제1 조정 밸브 및 제2 조정 밸브를 제어하는 제어 장치를 구비한다.

Description

선박
본 발명은 추진용의 주 가스 엔진과 발전용의 부 가스 엔진을 포함하는 선박에 관한 것이다.
종래부터 추진용의 주 가스 엔진과 발전용 부 가스 엔진을 포함하는 선박이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는 도 4에 도시된 바와 같은 선박(100)이 개시되어 있다.
구체적으로, 선박(100)은 액화 천연 가스를 저장하는 탱크(110)와, 추진용 주 가스 엔진(130)과 발전용 부 가스 엔진(140)을 포함한다. 주 가스 엔진(130)은 연료 가스 분사 압력이 고압인 디젤 사이클 방식의 엔진이고, 부 가스 엔진(140)은 연료 가스 분사 압력이 저압인 이원 연료 엔진이다.
탱크(110)는 송기 라인(101)에 의해 고압 압축기(120)와 연결되어 있으며, 고압 압축기(120)는 제1 공급 라인(102)에 의해 주 가스 엔진(130)과 연결되어 있다. 송기 라인(101)은 탱크(110) 내부에서 발생하는 보일 오프 가스(boil-off gas)를 고압 압축기(120)로 인도하고, 고압 압축기(120)는 보일 오프 가스를 고압(예를 들면, 약 30 MPa)으로 압축한다. 제1 공급 라인(102)은 고압 압축기(120)에서 토출되는 고압의 보일 오프 가스를 주 가스 엔진(130)에 인도한다.
또한, 고압 압축기(120)의 중간으로부터 제2 공급 라인(103)이 부 가스 엔진(140)으로 연결되어 있다. 그리고, 보일 오프 가스의 발생량이 주 가스 엔진(130)의 연료 가스의 소비량보다 많은 경우에는 잉여 가스가 제2 공급 라인(103)을 통해 부 가스 엔진(140)에 공급된다.
또한, 도 4에 도시된 선박(100)에서는, 보일 오프 가스의 발생량이 주 가스 엔진(130)의 연료 가스의 소비량보다 적은 경우에도 주 가스 엔진(130)에 충분한 양의 연료 가스를 공급하기 위한 구성이 채용되어 있다. 구체적으로, 탱크(110)에 펌프(150)가 배치되고, 이 펌프(150)가 제1 보급 라인(104)에 의해 석션 드럼(suction drum)(160)과 연결되어 있다. 석션 드럼(160)은 제2 보급 라인(105)에 의해 고압 펌프(170)와 연결되고, 고압 펌프(170)는 제3 보급 라인(106)에 의해 가스 히터(180)와 연결되며, 가스 히터(180)로부터 제4 보급 라인(107)이 제1 공급 라인(102)에 연결되어 있다.
또한, 제1 공급 라인(102)으로부터는 제4 보급 라인(107)이 연결된 위치보다 하류 측에 연락 라인(190)이 분기하고 있으며, 이 연락 라인(190)은 제2 공급 라인(103)에 연결되어 있다. 연락 라인(190)에는 압력 조절 기능이 있는 체크 밸브(191)가 설치되어 있다. 즉, 제1 공급 라인(102)의 고압 가스는 감압된 후에 부 가스 엔진(140)에도 공급 가능하다.
일본 특개2015-145243호 공보
그러나, 도 4에 도시된 바와 같은 선박(100)에서는, 보일 오프 가스의 발생량이 주 가스 엔진(130)의 소비량보다 적은 경우에는 고압 압축기(120)에 더해서 고압 펌프(170)를 가동시킬 필요가 있다. 또한, 대기 오염 방지의 관점에서, 이원 연료 엔진인 부 가스 엔진(140)에서 연료 유의 소비량을 가능한 줄이는 것이 바람직하지만, 이를 실현하는 경우에도 고압 펌프(170)를 가동시킬 필요가 있다.
따라서, 본 발명은 고압 펌프를 사용하지 않고 주 가스 엔진 및 부 가스 엔진에 충분한 양의 연료 가스를 공급할 수 있는 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 선박은, 추진용의 주 가스 엔진과, 액화 천연 가스를 저장하는 탱크와, 상기 탱크 내부에서 발생하는 보일 오프 가스를 압축기로 유도하는 송기 라인과, 상기 압축기에서 토출되는 보일 오프 가스를 상기 주 가스 엔진으로 인도하는 제1 공급 라인과, 발전용의 부 가스 엔진과, 상기 탱크 내부에 배치된 펌프에서 토출되는 액화 천연 가스를 강제 기화기로 인도하는 송액 라인과, 상기 강제 기화기에서 생성되는 증발 가스를 상기 부 가스 엔진으로 인도하는 제2 공급 라인과, 상기 제2 공급 라인으로부터 상기 송기 라인에 상기 증발 가스를 인도하고 개도 변경이 가능한 제1 조정 밸브가 설치된 브리지(bridge) 라인과, 상기 제2 공급 라인으로부터 상기 탱크에 연결되고 개도 변경이 가능한 제2 조정 밸브가 설치된 반송 라인과, 상기 제1 조정 밸브 및 상기 제2 조정 밸브를 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 액화 천연 가스가 강제 기화기에서 강제로 기화되어 그 증발 가스가 부 가스 엔진에 공급되기 때문에, 고압 펌프를 이용하지 않고도 부 가스 엔진에 충분한 양의 연료 가스를 공급할 수 있다. 따라서, 부 가스 엔진에서의 연료 유의 연소를 불필요하게 해주어 연료 유의 소비를 억제할 수 있다. 게다가, 보일 오프 가스가 주 가스 엔진의 연료 가스 소비량에 대해 부족한 경우에는 강제 기화기에서 생성되는 증발 가스를 브리지 라인을 통해 압축기로 흡입되는 보일 오프 가스에 합류시킬 수 있다. 따라서, 고압 펌프를 사용하지 않고도 주 가스 엔진에 충분한 양의 연료 가스를 공급할 수 있다. 여기서, 「고압 펌프를 사용하지 않고」라는 말은 압축기의 고장시 대체 수단으로 고압 펌프가 선박에 장착되는 것을 배제하는 취지는 아니다.
그런데, 브리지 라인에 증발 가스가 흐르고 있는 동안, 다시 말해서 브리지 라인에 설치된 제1 조정 밸브가 개방된 동안, 제2 공급 라인을 통해 부 가스 엔진에 공급되는 증발 가스가 남는 수가 있다. 이 경우 반송 라인에 설치된 제2 조정 밸브를 개방하면 잉여의 증발 가스를 탱크로 반송할 수 있다.
상기 선박은 상기 탱크 내부의 보일 오프 가스 또는 상기 송기 라인에 흐르는 보일 오프 가스의 압력을 검출하는 제1 압력계와, 상기 제2 공급 라인에 흐르는 증발 가스의 압력을 검출하는 제2 압력계를 더 구비하고, 상기 제어 장치는 상기 탱크 내부의 액화 천연 가스의 양 및 상기 제1 압력계에서 검출되는 보일 오프 가스의 압력으로부터 보일 오프 가스의 이용 가능량을 산출하고, 상기 보일 오프 가스의 이용 가능량이 상기 주 가스 엔진의 연료 가스 소비량보다 적은 경우에는 상기 제1 조정 밸브를 소정의 개도로 개방하는 것과 동시에, 상기 제1 조정 밸브를 소정의 개도로 개방한 동안에, 상기 제2 압력계에서 검출되는 증발 가스의 압력이 임계 값을 상회하는 경우, 상기 제2 조정 밸브를 전폐 상태에서 소정의 개도까지 개방하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 강제 기화기의 응답 지연, 즉 발생시키는 증발 가스량의 과부족에 영향을 받지 않고 제2 공급 라인의 압력 변화에 추종할 수 있다. 또한, 부 가스 엔진의 연료 가스 소비량이 감소해도 강제 기화기의 최소 유량을 유지할 수 있다.
상기 선박은 상기 탱크 내부의 보일 오프 가스 또는 상기 송기 라인에 흐르는 보일 오프 가스의 압력을 검출하는 제1 압력계와, 상기 제2 공급 라인에 흐르는 증발 가스의 압력을 검출하는 제2 압력계를 더 구비하고, 상기 제어 장치는 상기 탱크 내부의 액화 천연 가스의 양 및 상기 제1 압력계에서 검출되는 보일 오프가스의 압력으로부터 보일 오프 가스의 이용 가능량을 산출하고, 상기 보일 오프 가스의 이용 가능량이 상기 주 가스 엔진의 연료 가스 소비량보다 적은 경우에는 상기 제1 조정 밸브를 소정의 개도로 개방하는 동시에, 상기 제1 조정 밸브를 소정의 개도로 개방한 동안에, 상기 제2 압력계에서 검출되는 증발 가스의 압력이 임계 값을 상회하는 경우, 상기 제1 조정 밸브의 개도를 상기 소정의 개도보다 더 크게 하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 상술한 강제 기화기의 응답 지연에 영향을 받지 않고 제2 공급 라인의 압력 변화를 추종할 수 있다는 효과 및 강제 기화기의 최소 유량을 유지할 수 있는 효과에 더하여 반송 라인을 통해 잉여의 증발 가스를 탱크로 반송하는 경우에 비해 탱크에 입열량을 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기 제어 장치는 상기 제1 조정 밸브를 전폐(全閉) 상태로 유지하는 동안, 상기 제2 압력계에서 검출되는 증발 가스의 압력이 임계 값을 상회하는 경우, 상기 제2 조정 밸브를 전폐 상태에서 소정의 개도까지 개방하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 브리지 라인에 증발 가스가 흐르지 않을 때에, 제2 공급 라인을 통해 부 가스 엔진에 공급되는 증발 가스가 남은 경우에도 잉여의 증발 가스를 탱크로 반송할 수 있다.
본 발명에 의하면, 고압 펌프를 사용하지 않고 주 가스 엔진 및 부 가스 엔진에 충분한 양의 연료 가스를 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 개략적인 구성도이다.
도 2는 탱크 내부의 보일 오프 가스의 압력과 설정 압력과의 편차와 보일 오프 가스의 이용 가능량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 변형예에 따른 선박의 개략적인 구성도이다.
도 4는 종래의 선박의 개략적인 구성도이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(1A)이 도시되어 있다. 이 선박(1A)은 액화 천연 가스(이하, LNG라 함)를 저장하는 탱크(11)와, 추진용의 주 가스 엔진(13)과 발전용(즉, 선내 전원용)의 부 가스 엔진(16)을 포함한다.
도면의 예에서는, 탱크(11)가 하나만 설치되어 있는데, 탱크(11)는 복수 개 설치되어 있어도 좋다. 본 실시예에서는 선박(1A)은 LNG 운반선이고, 선박(1A)에는 복수의 카고 탱크가 장착되어 있다. 즉, 도 1에 도시된 탱크(11)는 복수의 카고 탱크 각각이다. 또한, 도면의 예에서는 주 가스 엔진(13) 및 부 가스 엔진(16)이 한 개씩 설치되어 있지만, 주 가스 엔진(13)이 복수 개 설치되어 있어도 좋고, 부 가스 엔진(16)이 복수 개 설치되어 있어도 좋다.
본 실시예에 따른 선박(1A)은 기계 추진식이며, 주 가스 엔진(13)이 프로펠러(미도시)를 직접 회전 구동시킨다. 그러나, 선박(1A)이 전기 추진식이고, 주 가스 엔진(13)이 프로펠러를 발전기 및 모터를 통해 회전 구동하여도 좋다.
주 가스 엔진(13)은 연료 가스 분사 압력이 20 ~ 35 MPa 정도로 고압인 디젤 사이클 방식의 2 스트로크 엔진이다. 그러나, 주 가스 엔진(13)은 연료 가스 분사 압력이 예를 들어 1 ~ 2MPa 정도로 중압인 오토 사이클 방식의 2 스트로크 엔진이어도 좋다. 또는, 전기 추진의 경우는 주 가스 엔진(13)은 연료 가스 분사 압력이 예를 들면 0.5 ~ 1 MPa 정도로 저압인 오토 사이클 방식의 4 스트로크 엔진이어도 좋다. 또한, 주 가스 엔진(13)은 연료 가스만을 연소시키는 가스 연소 엔진이어도 좋고, 연료 가스와 연료 유의 한쪽 또는 양쪽을 연소시키는 이원 연료 엔진이어도 좋다(이원 연료 엔진의 경우, 연료 가스를 연소시킬 때가 오토 사이클, 연료 유를 연소시킬 때가 디젤 사이클이어도 좋다).
부 가스 엔진(16)은 연료 가스 분사 압력이 예를 들면 0.5 ~ 1 MPa 정도로 저압인 오토 사이클 방식의 4 스트로크 엔진이며, 발전기(미도시)와 연결되어 있다. 부 가스 엔진(16)은 연료 가스만을 연소시키는 가스 연소 엔진이어도 좋고, 연료 가스와 연료 유의 한쪽 또는 양쪽을 연소시키는 이원 연료 엔진이어도 좋다.
주 가스 엔진(13)의 연료 가스는 주로 자연 입열에 의해 탱크(11) 내부에서 발생하는 보일 오프 가스(이하, BOG라고 함)이며, 부 가스 엔진(16)의 연료 가스는 주로 LNG가 강제로 기화된 증발 가스(이하, VG라고 함)이다.
구체적으로, 탱크(11)는 송기 라인(21)에 의해 압축기(12)와 연결되어 있고, 압축기(12)는 제1 공급 라인(31)에 의해 주 가스 엔진(13)과 연결되어 있다. 또한, 탱크(11) 내부에는 펌프(14)가 배치되어 있고, 펌프(14)는 송액 라인(41)에 의해 강제 기화기(15)와 연결되어 있다. 강제 기화기(15)는 제2 공급 라인(51)에 의해 부 가스 엔진(16)과 연결되어 있다.
송기 라인(21)은 탱크 내부에서 발생하는 BOG를 압축기(12)로 인도한다. 본 실시예에서는, 압축기(12)는 다단식 고압 압축기이다. 압축기(12)는 BOG를 고압으로 압축한다. 제1 공급 라인(31)은 압축기(12)에서 토출되는 고압의 BOG를 주 가스 엔진(13)에 인도한다. 그러나, 압축기(12)는 예를 들어 주 가스 엔진(13)의 연료 가스 분사 압력이 저압인 경우는 저압 압축기여도 좋다.
송액 라인(41)은 펌프(14)로부터 토출되는 LNG를 강제 기화기(15)로 인도한다. 송액 라인(41)에는 개도 변경이 가능한 조정 밸브(42)가 설치되어 있다. 강제 기화기(15)는 예를 들면 보일러에서 생성된 증기를 열원으로 이용하여 LNG를 강제로 기화해 VG를 생성한다. 제2 공급 라인(51)은 강제 기화기(15)에서 생성된 VG를 부 가스 엔진(16)으로 인도한다.
본 실시예에서는 제2 공급 라인(51)에 상류 측에서 순서대로 냉각기(52), 기액 분리기(53) 및 가열기(54)가 설치되어 있다. 냉각기(52)는 강제 기화기(15)에서 생성된 VG를 냉각하고, 메탄 이외의 성분을 주성분으로 하는 액체 성분을 생성한다. 생성된 액체 성분은 기액 분리기(53)에 의해 수집된다. 따라서, VG에서 중질 성분의 많은 것(예를 들어, 에탄, 프로판, 부탄 등)이 제거되므로 메탄가가 높은 VG를 부 가스 엔진(16)에 공급할 수 있다. 기액 분리기(53)에서 수집된 액체 성분은 드레인 라인을 통해 탱크(11)로 반송된다. 기액 분리기(53)를 통과한 VG는 가열기(54)에 의해 가열된다. 따라서, 부 가스 엔진(16)에 적절한 온도의 VG를 공급할 수 있다.
냉각기(52)에 관해서, 더 상세하게는 냉각기(52)에는 추출 라인(44)이 연결되어 있다. 추출 라인(44)은 조정 밸브(42)의 상류 측에서 송액 라인(41)으로부터 분기한다. 추출 라인(44)에는 개도 변경이 가능한 조정 밸브(45)가 설치되어 있다. 냉각기(52)는 추출 라인(44)으로부터 공급되는 LNG를 VG 중에 분사하여 VG를 냉각한다.
또한, 제2 공급 라인(51)으로부터는 제1 브리지 라인(61)이 송기 라인(21)에 연결되어 있다. 본 실시예에서는 제1 브리지 라인(61)의 상류단이 냉각기(52)와 기액 분리기(53)의 사이에서 제2 공급 라인(51)에 연결되어 있으나, 제1 브리지 라인(61)의 상류단은 냉각기(52)의 상류 측, 기액 분리기(53)와 가열기(54) 사이, 또는 가열기(54)의 하류 측에서 제2 공급 라인(51)에 연결되어 있어도 좋다. 제1 브리지 라인(61)은 BOG가 주 가스 엔진(13)의 연료 가스 소비량(Q1)에 대해 부족한 경우, 제2 공급 라인(51)에서 송기 라인(21)으로 VG를 인도한다. 그 결과, 주 가스 엔진(13)에는 연료 가스로서 BOG 및 VG가 공급된다.
압축기(12)의 중간에서 제2 브리지 라인(63)이 제2 공급 라인(51)에 연결되어 있다. 본 실시예에서는 제2 브리지 라인(63)의 하류단이 가열기(54)의 하류 측에서 제2 공급 라인(51)에 연결되어 있으나, 제2 브리지 라인(63)의 하류단은 가열기(54)의 상류 측에서 제2 공급 라인(51)에 연결되어 있어도 좋다. 제2 브리지 라인(63)은 BOG가 주 가스 엔진(13)의 연료 가스 소비량(Q1)에 대해서 남는 경우, 압축기(12)로부터 제2 공급 라인(51)에 BOG를 인도한다. 그 결과, 부 가스 엔진(16)에는 연료 가스로서 VG 및 BOG(경우에 따라서는 BOG 만)가 공급된다.
제1 브리지 라인(61)에는 개도 변경이 가능한 조정 밸브(62)(본 발명의 제1 조정 밸브에 해당)가 설치되어 있고, 제2 브리지 라인(63)에는 개도 변경이 가능한 조정 밸브(64)가 설치되어 있다. 본 실시예에서는 조정 밸브(62, 64) 각각이 브리지 라인(61 또는 63)를 개방하거나 차단하는 역할을 한다. 다만, 제1 브리지 라인(61) 및 제2 다리 라인(63) 각각에는 조정 밸브(62 또는 64)와 별도로 개폐 밸브가 설치되어 있어도 좋다.
본 실시예에서는, 펌프(14)가 강제 기화기(15)에서 생성된 VG의 압력(다시 말해, 강제 기화기(15)의 출구 압력)이 부 가스 엔진(16)의 연료 가스 공급 압력보다 높도록 하기 위해서, LNG를 토출한다. 즉, 제2 공급 라인(51)에 흐르는 VG의 압력은 탱크(11)의 BOG의 압력보다 높다. 따라서, 조정 밸브(62)는 제1 브리지 라인(61)을 개방할 때는 VG의 압력을 탱크(11) 내부의 BOG의 압력과 동일한 정도까지 저감시킨다. 또한, 송기 라인(21)에는 제1 브리지 라인(61)이 연결된 위치보다 상류 측에 체크 밸브(22)가 설치되어 있다. 따라서, 제1 브리지 라인(61)로부터의 VG가 탱크(11)로 유입되는 것을 방지한다.
또한, 본 실시예에서는 제2 공급 라인(51)으로부터 탱크(11)로 반송 라인(71)이 연결되어 있다. 본 실시예에서는, 반송 라인(71)의 상류단이 기액 분리기(53)와 가열기(54)의 사이에서 제2 공급 라인(51)에 연결되어 있지만, 반송 라인(71)의 상류단은 냉각기(52)와 기액 분리기(53) 사이에서 제2 공급 라인(51)에 연결되어 있어도 좋다. 반송 라인(71)의 하류단은 탱크(11) 내부의 LNG의 액면보다 상방에 위치하여도 좋고, 액면보다 하방에 위치하여도 좋다.
반송 라인(71)은 개도 변경이 가능한 조정 밸브(72)(본 발명의 제2 조정 밸브에 해당)가 설치되어 있다. 본 실시예에서는 조정 밸브(72)가 반송 라인(71)을 개방하고 차단하는 역할을 한다. 그러나, 반송 라인(71)에는 조정 밸브(72)와 별도로 개폐 밸브가 설치되어 있어도 좋다.
상술한 조정 밸브(42, 45, 62, 64, 72)는 제어 장치(8)에 의해 제어된다. 여기서, 도 1에서는 도면의 간략화를 위해 일부의 신호선만을 도시하고 있다. 또한, 제어 장치(8)에는 송기 라인(21)에 설치된 제1 압력계(81), 제2 공급 라인(51)에 설치된 제2 압력계(82), 제1 브리지 라인(61)에 설치된 유량계(83) 및 제2 공급 라인(51)에 설치된 온도계(84)가 연결되어 있다.
제1 압력계(81)는 송기 라인(21)에 흐르는 BOG의 압력(Pb)을 검출한다. 제1 압력계(81)는 송기 라인(21)에서 제1 브리지 라인(61)이 연결된 위치보다 상류 측에 위치한다면, 체크 밸브(22)의 상류 측과 하류 측 어디에 설치되어 있어도 좋다. 또한, 제1 압력계(81)는 탱크(11)에 설치되어 탱크(11) 내부의 BOG의 압력(Pt)을 검출하여도 좋다.
제2 압력계(82)는 제2 공급 라인(51)에 흐르는 VG의 압력(Pv)을 검출한다. 제2 압력계(82)는 제2 공급 라인(51)에서 제2 브리지 라인(63)이 연결된 위치보다 하류 측에 위치하고 있다. 다만, 제2 압력계(82)가 후술하는 반송 라인(71)에 설치되는 조정 밸브(72)의 제어에만 사용되는 경우는, 제2 압력계(82)는 제2 공급 라인(51)에서 제2 브리지 라인(63)이 연결된 위치보다 상류 측에 위치하고 있어도 좋다. 유량계(83)는 제1 브리지 라인(61)에 흐르는 VG의 유량(Fv)을 검출한다. 온도계(84)는 냉각기(52)의 출구 온도를 감지한다.
제어 장치(8)에는 주 가스 엔진(13)의 연료 가스 분사 타이밍 등을 제어하는 제1 가스 엔진 제어기(미도시) 및 부 가스 엔진(16)의 연료 가스 분사 타이밍 등을 제어하는 제2 가스 엔진 제어기(미도시)로부터 각종 신호가 전달된다. 그리고, 제어 장치(8)는 제1 가스 엔진 제어기에서 전송되는 신호로부터 주 가스 엔진(13)의 연료 가스 소비량(Q1)을 산출하고, 제2 가스 엔진 제어기에서 전송되는 신호로부터 부 가스 엔진(16)의 연료 가스 소비량(Q2)을 산출한다. 다만, 제어 장치(8)는 제1 가스 엔진 제어기에서 연료 가스 소비량(Q1)을 직접 취득하여도 좋고, 제2 가스 엔진기에서 연료 가스 소비량(Q2)를 직접 취득하여도 좋다.
제어 장치(8)는 먼저 탱크(11) 내부의 LNG의 양 및 제1 압력계(81)에서 검출되는 BOG의 압력(Pb)으로부터 BOG의 이용 가능량(Qa)을 산출한다. 구체적으로, 제어 장치(8)는 제1 압력계(81)에서 검출되는 BOG의 압력(Pb)에 송기 라인(21)의 상류단에서 제1 압력계(81)의 위치까지의 압력 손실을 가산하여, 탱크(11) 내부의 BOG의 압력(Pt)을 산출한다. 도 2에 도시된 바와 같이, BOG의 이용 가능량(Qa)은 탱크(11) 내부의 BOG의 압력(Pt)과 설정 압력(Ps)의 편차(ΔP)(= Pt - Ps)가 커질수록 많아진다. 여기에서, 설정 압력(Ps)은 BOG의 이용 가능량(Qa)이 BOG의 발생량(Qn)과 같아질 때의 압력이다. 여기서, BOG의 발생량(Qn)은 탱크(11) 내부의 BOG의 압력에 따라 변화하기는 하지만, 탱크(11) 내부의 LNG의 양에 거의 의존한다. 또한, 카고 탱크인 탱크(11)의 용량이 매우 크기 때문에 BOG 및/또는 LNG가 연료 가스로서 사용되어도 탱크(11) 내부의 LNG의 액면의 높이가 그다지 변화하지 않는다. 따라서, 본 실시예에서, 탱크(11) 내부의 LNG의 양은 변수가 아닌 상수 값(가득 찼을 때와 비었을 때가 다르다)으로 취급된다. 그리고, 제어 장치(8)는 탱크(11) 내부의 LNG의 양 및 산출한 탱크(11) 내부의 BOG의 압력(Pt) 및 설정 압력(Ps)의 편차(ΔP)에서 BOG의 이용 가능량(Qa)을 산출한다. 다만, 탱크(11)의 용량이 작은 경우에는 탱크(11)에 탱크(11) 내부의 LNG의 양을 감지하는 레벨 미터가 설치되고, 탱크(11) 내부의 LNG의 양이 변수로 취급되어도 좋다.
제어 장치(8)는 주 가스 엔진(13)의 연료 가스 소비량(Q1)과 부 가스 엔진(16)의 연료 가스 소비량(Q2)의 합계인 연료 가스 총 소비량(Qt)에서 BOG의 이용 가능량(Qa)을 뺀 부족량의 LNG가 송액 라인(41)을 통해 강제 기화기(15)로 공급되도록 송액 라인(41)에 설치된 조정 밸브(42)를 제어한다. 여기서, 송액 라인(41)에서는 조정 밸브(42)의 상류 측에 반송 라인(43)이 분기하고 있으며, 펌프(14)로부터 토출된 LNG 중에서 조정 밸브(42)에서 제한되는 분은 반송 라인(43)를 통해 탱크(11) 내부로 반송된다. 또한, 제어 장치(8)는 온도계(84)에서 검출되는 냉각기(52)의 출구 온도에 따라 추출 라인(44)에 설치된 조정 밸브(45)를 제어한다.
또한, 제어 장치(8)는 BOG의 이용 가능량(Qa)이 주 가스 엔진(13)의 연료 가스 소비량(Q1)보다 많은 경우(BOG가 주 가스 엔진(13)의 연료 가스 소비량(Q1)에 대해 남는 경우), 제1 브리지 라인(61)에 설치된 조정 밸브(62)를 전폐하는 동시에, 제2 브리지 라인(63)에 설치된 조정 밸브(64)를 소정의 개도로 개방한다.
반대로, BOG의 이용 가능량(Qa)이 주 가스 엔진(13)의 연료 가스 소비량(Q1)보다 적은 경우(BOG가 주 가스 엔진(13)의 연료 가스 소비량(Q1)애 대해 부족한 경우), 제어 장치(8)는 제2 브리지 라인(63)에 설치된 조정 밸브(64)를 전폐하는 동시에, 제1 브리지 라인(61)에 설치된 조정 밸브(62)를 소정의 개도로 개방한다. 이 때, 제어 장치(8)는 유량계(83)에서 검출되는 VG의 유량(Qv)이 주 가스 엔진(13)의 연료 가스 소비량(Q1) 및 BOG의 이용 가능량(Qa)의 편차(ΔA)(= Q1 - Qa)가 되도록, 조정 밸브(62)를 제어한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박(1A)에서는, LNG가 강제 기화기(15)에서 강제로 기화되고, 그 VG가 부 가스 엔진(16)에 공급되기 때문에 고압 펌프를 이용하지 않고, 부 가스 엔진(16)에 충분한 양의 연료 가스를 공급할 수 있다. 이에 따라서, 부 가스 엔진(16)에서의 연료 유의 연소가 필요치 않거나 연료 유의 소비를 억제할 수 있다. 게다가 BOG가 주 가스 엔진(13)의 연료 가스 소비량(Q1)에 대해 부족한 경우에는 강제 기화기(15)에서 생성된 VG를 제1 브리지 라인(61)을 통해 압축기(12)에 흡입되는 BOG에 합류시킬 수 있다. 따라서, 고압 펌프를 사용하지 않고 주 가스 엔진(13)에 충분한 양의 연료 가스를 공급할 수 있다.
그런데, 제1 브리지 라인(61)에 VG가 흐르고 있는 동안, 다시 말해 제1 브리지 라인(61)에 설치된 조정 밸브(62)가 개방된 동안에 제2 공급 라인(51)을 통해 부 가스 엔진(16)에 공급되는 VG가 남을 수 있다. 이에 대해서, 본 실시예에서는 반송 라인(71)이 설치되어 있기 때문에, 그러한 VG가 남는 경우에 반송 라인(71)에 설치된 조정 밸브(72)을 개방하면 잉여의 VG를 탱크(11)로 반송할 수 있다.
특히, 강제 기화기(15)가 증기를 열원으로 이용하는 것이고 강제 기화기(15)의 하류 측에 냉각기(52)가 설치되는 경우, 냉각기(52)의 출구 온도의 제어성을 확보하기 위해 강제 기화기(15)에는 어느 정도의 유량의 LNG를 공급할 필요가 있다. 다시 말해, 강제 기화기(15)에는 최소 유량이 존재한다. 이러한 구성에서는 부 가스 엔진(16)의 부하 감소에 따라 일시적으로 잉여의 VG가 발생할 뿐만 아니라 부 가스 엔진(16)의 연료 가스 소비량이 강제 기화기(15)의 최소 유량을 밑도는 경우 잉여의 VG가 정상적으로 발생한다. 따라서, 반송 라인(71)은 이러한 구성에 특히 유용하다.
구체적으로, 본 실시예에서는 제어 장치(8)가 조정 밸브(62)를 소정의 개도로 개방하고 있는 동안, 제2 압력계(82)에서 검출되는 VG의 압력(Pv)가 임계값(α)을 상회할 때, 반송 라인(71)에 설치된 조정 밸브(72)을 전폐 상태에서 소정의 개도까지 개방한다. 이러한 제어에 따르면, 강제 기화기(15)의 응답 지연, 즉 발생시키는 VG 양의 과부족에 영향을 받지 않고 제2 공급 라인(51)의 압력 변화에 추종할 수 있다. 또한, 부 가스 엔진(16)의 연료 가스 소비량이 감소해도 강제 기화기(15)의 최소 유량을 유지할 수 있다.
또는, 제어 장치(8)는 조정 밸브(62)를 소정의 개도로 개방하고 있는 동안, 제2 압력계(82)에서 검출되는 VG의 압력(Pv)이 임계값(α)를 상회할 때에, 조정 밸브(72)를 전폐 상태에서 소정의 개도까지 개방하는 대신 조정 밸브(62)의 개도를 상기 소정의 개도보다 더 크게 하여도 좋다. 이러한 제어에 따르면, 상술한 강제 기화기(15)의 응답 지연에 영향을 받지 않고 제2 공급 라인(51)의 압력 변화에 추종할 수 있다는 효과 및 강제 기화기(15)의 최소 유량을 유지할 수 있는 효과에 추가하여, 반송 라인(71)을 통해 잉여의 VG를 탱크(11)로 반송하는 경우에 비해 탱크(11)에의 입열량을 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제어 장치(8)는 조정 밸브(62)를 전폐 상태로 유지하고 있는 동안에도, 제2 압력계(82)에서 검출되는 VG의 압력(Pv)이 임계값(α)를 상회할 때에, 조정 밸브(72)를 전폐 상태에서 소정의 개도까지 개방하여도 좋다. 이에 따르면, 제1 브리지 라인(61)에 VG가 흐르지 않을 때에 제2 공급 라인(51)을 통해 부 가스 엔진(16)에 공급되는 VG가 남은 경우에도 잉여의 VG를 탱크(11)로 반송할 수 있다.
(변형예)
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.
예를 들어, 펌프(14)가 강제 기화기(15)까지 LNG를 펌핑하는 것만의 기능을 가지고, 제2 공급 라인(51)에 압축기가 설치되어 있어도 좋다. 다만, 상기 실시예와 같이 펌프(14)에 의해 부 가스 엔진(16)의 연료 가스 분사 압력이 확보되면 제2 공급 라인(51)에 압축기를 설치할 필요가 없고, 비용을 절감할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 변형예에 따른 선박(1B)에 의하면, 제1 공급 라인(31)에서 반송 라인(91)이 분기하고 있고, 이 반송 라인(91)가 탱크(11)에 연결되어 있어도 좋다. 반송 라인(91)의 선단은 탱크(11) 내부의 LNG의 액면보다 상방에 위치하여도 좋고, 액면보다 하방에 위치하여도 좋다. 또한, 반송 라인(91)에는 팽창 밸브 등의 팽창 장치(92)가 설치된다. 반송 라인(91)이 채택되는 경우, 제2 브리지 라인(63)은 생략되어도 좋다.
또한, 반송 라인(91) 및 송액 라인(41)에는 열교환기(93)가 설치된다. 열교환기(93)는 팽창 장치(92)의 상류 측에서 반송 라인(91)에 흐르는 BOG(탱크 (11)로 반송되는 BOG)를 송액 라인(41)에 흐르는 LNG에 의해 냉각한다. 이러한 냉각 후에 팽창됨에 따라서, 탱크(11)로 반송되는 BOG는 부분적으로 재액화된다. 한편, 송액 라인(41)에 흐르는 LNG는 BOG에서 열을 빼앗는 것에 의해 부분적으로 기화되어 있다.
또한, 제1 브리지 라인(61)에 설치되는 조정 밸브(62)는 반드시 유량계(83)에서 검출되는 VG의 유량(Qv)에 기초하여 통제될 필요는 없다. 예를 들어, 제1 브리지 라인(61)이 연결된 위치보다 상류 측에서 송기 라인(21)에 유량계(미도시)가 설치되고, 이 유량계에서 검출된 BOG의 유량이 BOG의 이용 가능량(Qa)이 되도록 조정 밸브(62)가 제어되어도 좋다.
또는, 제1 브리지 라인(61)에 조정 밸브(62)의 하류 측에서 제1 브리지 라인(61)의 압력을 검출하는 제3 압력계(미도시)가 설치되고, 제1 압력계(81)에서 검출되는 BOG의 압력(Pb) 및 제3 압력계에서 검출되는 제1 브리지 라인(61)의 압력의 편차가 소정의 값이 되도록 조정 밸브(62)가 제어되어도 좋다.
또한, 제1 브리지 라인(61)에는 조정 밸브(62) 대신에, 일차 압력이 변해도 일정한 이차 압력을 출력하는 감압 밸브와 체크 밸브가 설치되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 송기 라인(21)에 흐르는 BOG의 압력이 감압 밸브의 이차 압력을 밑돌 때에 VG가 자동으로 공급된다.
또한, 부 가스 엔진(16)이 메탄가의 제약을 받지 않는 경우에는 제2 공급 라인(51)에 냉각기(52), 기액 분리기(53) 및 가열기(54)가 설치되어 있지 않아도 좋다.
또한, 주 가스 엔진(13) 및 부 가스 엔진(16)의 일방 또는 쌍방은 반드시 왕복 엔진일 필요는 없고, 가스 터빈 엔진이어도 좋다.
1A, 1B: 선박
12: 압축기
13: 주 가스 엔진
14: 펌프
15: 강제 기화기
16: 부 가스 엔진
21: 송기 라인
31: 제 1 공급 라인
41: 송액 라인
44: 추출 라인
51: 제 2 공급 라인
52: 냉각기
53: 기액 분리기
61: 제 1 브리지 라인
62: 조정 밸브(제1 조정 밸브)
71: 반송 라인
72: 조정 밸브(제2 조정 밸브)
8: 제어 장치
81: 제1 압력계
82: 제 2 압력계

Claims (4)

  1. 추진용의 주 가스 엔진과,
    액화 천연 가스를 저장하는 탱크와,
    상기 탱크 내부에서 발생하는 보일 오프 가스를 압축기로 유도하는 송기 라인과,
    상기 압축기에서 토출되는 보일 오프 가스를 상기 주 가스 엔진으로 인도하는 제1 공급 라인과,
    발전용의 부 가스 엔진과
    상기 탱크 내부에 배치된 펌프에서 토출되는 액화 천연 가스를 강제 기화기로 인도하는 송액 라인과,
    상기 강제 기화기에서 생성되는 증발 가스를 상기 부 가스 엔진으로 인도하는 제2 공급 라인과,
    상기 제2 공급 라인으로부터 상기 송기 라인에 상기 증발 가스를 인도하고, 개도 변경이 가능한 제1 조정 밸브가 설치된 브리지 라인과,
    상기 제2 공급 라인으로부터 상기 탱크에 연결되고, 개도 변경이 가능한 제2 조정 밸브가 설치된 반송 라인과,
    상기 제1 조정 밸브 및 상기 제2 조정 밸브를 제어하는 제어 장치와,
    상기 탱크 내부의 보일 오프 가스 또는 상기 송기 라인에 흐르는 보일 오프 가스의 압력을 검출하는 제1 압력계와,
    상기 제2 공급 라인에 흐르는 증발 가스의 압력을 검출하는 제2 압력계를 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 탱크 내부의 액화 천연 가스의 양 및 상기 제1 압력계에서 검출되는 보일 오프 가스의 압력으로부터 보일 오프 가스의 이용 가능량을 산출하고, 상기 보일 오프 가스의 이용 가능량이 상기 주 가스 엔진의 연료 가스 소비량보다 적은 경우에는 상기 제1 조정 밸브를 소정의 개도로 개방하는 것과 동시에,
    상기 제1 조정 밸브를 소정의 개도로 개방한 동안에, 상기 제2 압력계에서 검출되는 증발 가스의 압력이 임계 값을 상회하는 경우, 상기 제2 조정 밸브를 전폐 상태에서 소정의 개도까지 개방하는 것을 특징으로 하는 선박.
  2. 추진용의 주 가스 엔진과,
    액화 천연 가스를 저장하는 탱크와,
    상기 탱크 내부에서 발생하는 보일 오프 가스를 압축기로 유도하는 송기 라인과,
    상기 압축기에서 토출되는 보일 오프 가스를 상기 주 가스 엔진으로 인도하는 제1 공급 라인과,
    발전용의 부 가스 엔진과
    상기 탱크 내부에 배치된 펌프에서 토출되는 액화 천연 가스를 강제 기화기로 인도하는 송액 라인과,
    상기 강제 기화기에서 생성되는 증발 가스를 상기 부 가스 엔진으로 인도하는 제2 공급 라인과,
    상기 제2 공급 라인으로부터 상기 송기 라인에 상기 증발 가스를 인도하고, 개도 변경이 가능한 제1 조정 밸브가 설치된 브리지 라인과,
    상기 제2 공급 라인으로부터 상기 탱크에 연결되고, 개도 변경이 가능한 제2 조정 밸브가 설치된 반송 라인과,
    상기 제1 조정 밸브 및 상기 제2 조정 밸브를 제어하는 제어 장치와,
    상기 탱크 내부의 보일 오프 가스 또는 상기 송기 라인에 흐르는 보일 오프 가스의 압력을 검출하는 제1 압력계와,
    상기 제2 공급 라인에 흐르는 증발 가스의 압력을 검출하는 제2 압력계를 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 탱크 내부의 액화 천연 가스의 양 및 상기 제1 압력계에서 검출되는 보일 오프가스의 압력으로부터 보일 오프 가스의 이용 가능량을 산출하고, 상기 보일 오프 가스의 이용 가능량이 상기 주 가스 엔진의 연료 가스 소비량보다 적은 경우에는 상기 제1 조정 밸브를 소정의 개도로 개방하는 동시에,
    상기 제1 조정 밸브를 소정의 개도로 개방한 동안에, 상기 제2 압력계에서 검출되는 증발 가스의 압력이 임계 값을 상회하는 경우, 상기 제1 조정 밸브의 개도를 상기 소정의 개도보다 더 크게 하는 것을 특징으로 하는 선박.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 제1 조정 밸브를 전폐 상태로 유지하는 동안, 상기 제2 압력계에서 검출되는 증발 가스의 압력이 임계 값을 상회하는 경우, 상기 제2 조정 밸브를 전폐 상태에서 소정의 개도까지 개방하는 것을 특징으로 하는 선박.
  4. 삭제
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