KR102111525B1 - 친환경 선박의 연료공급시스템 - Google Patents

친환경 선박의 연료공급시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102111525B1
KR102111525B1 KR1020190056203A KR20190056203A KR102111525B1 KR 102111525 B1 KR102111525 B1 KR 102111525B1 KR 1020190056203 A KR1020190056203 A KR 1020190056203A KR 20190056203 A KR20190056203 A KR 20190056203A KR 102111525 B1 KR102111525 B1 KR 102111525B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
engine
ammonia
supply system
fuel supply
Prior art date
Application number
KR1020190056203A
Other languages
English (en)
Inventor
권혁
류민철
강금준
Original Assignee
대우조선해양 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대우조선해양 주식회사 filed Critical 대우조선해양 주식회사
Priority to KR1020190056203A priority Critical patent/KR102111525B1/ko
Priority to SG11202112322QA priority patent/SG11202112322QA/en
Priority to EP20806212.5A priority patent/EP3971083A4/en
Priority to CN202080035272.9A priority patent/CN113811486A/zh
Priority to US17/607,263 priority patent/US11731750B2/en
Priority to PCT/KR2020/001198 priority patent/WO2020230979A1/ko
Priority to JP2021560008A priority patent/JP7311624B2/ja
Application granted granted Critical
Publication of KR102111525B1 publication Critical patent/KR102111525B1/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/38Apparatus or methods specially adapted for use on marine vessels, for handling power plant or unit liquids, e.g. lubricants, coolants, fuels or the like
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B17/00Vessels parts, details, or accessories, not otherwise provided for
    • B63B17/0027Tanks for fuel or the like ; Accessories therefor, e.g. tank filler caps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/14Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven relating to internal-combustion engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0602Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/0613Switch-over from one fuel to another
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0639Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
    • F02D19/0642Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions
    • F02D19/0644Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions the gaseous fuel being hydrogen, ammonia or carbon monoxide
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0663Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0665Tanks, e.g. multiple tanks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0663Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0673Valves; Pressure or flow regulators; Mixers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/081Adjusting the fuel composition or mixing ratio; Transitioning from one fuel to the other
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M31/00Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/12Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating electrically
    • F02M31/125Fuel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5209

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

본 발명은 2050년까지 주요 기점마다 단계적으로 강화되는 선박 온실가스 규제를 준수할 수 있도록, 기존의 연료와 암모니아 연료를 선택적으로 또는 혼합하여 선박의 추진엔진 및 발전엔진의 연료로 사용하는 친환경 선박의 연료공급시스템을 제공한다.

Description

친환경 선박의 연료공급시스템 {Fuel Supply System of Eco-Friendly Ship}
본 발명은 친환경 선박의 연료공급시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2050년까지 주요 기점마다 단계적으로 강화되는 선박 온실가스 규제를 준수할 수 있도록, 기존의 연료와 암모니아 연료를 선택적으로 또는 혼합하여 선박의 엔진으로 공급하는, 친환경 선박의 연료공급시스템에 관한 것이다.
지구온난화 및 기후변화 방지를 위한 환경규제 대비 측면에서 국제적인 선박 배출가스 규제 강화로 인해 세계 각국은 친환경, 저탄소연료 사용 선박 개발에 주력하고 있다.
그리고 전 세계적인 기후변화와 대기오염 증대에 따라 국제해사기구(IMO: International Maritime Organization), 유럽연합, 미국 등에서 선박으로부터 배출되는 오염물질에 대한 규제가 대폭 강화될 예정이다.
그동안 기존의 화석연료를 대체할 연료로서 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)를 사용하는 방법이 가장 유력하게 고려되어 왔다. 실제로 LNG 선박은 지난해 2018년 9월 기준 432척 이상이 운항중으로 SOx와 NOx의 저감에 큰 역할을 하고 있다. (HFO 대비 SOx 92% 저감, NOx 80% 저감)
LNG 연료의 단점은, LNG 벙커 항구, 벙커링 선박 등 관련 인프라 구축이 미흡하고, LNG 연료의 가격변동성, LNG 엔진의 메탄 슬립 문제로 온실가스의 증가 우려, 누출이나 화재·폭발의 위험도 상존한다는 것이다.
현재, 국제해사기구(IMO)가 발표한 선박 온실가스와 이산화탄소 저감 목표는 다음과 같다.
1) 선박 온실가스(Greenhouse Gas) 배출 저감 목표: 2008년 국제해운(International Shipping)의 온실가스(GHG, Greenhouse Gas) 배출 대비, 2050년까지 50% 저감을 목표로 추구하고 있다. (참고로, 온실가스에 포함되는 가스는 메탄(CH4), 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 오존(O3), 염화불화탄소(CFCs) 등)
2) 탄소 집약도(Carbon Intensity) 저감 목표: 선박 운송작업(Transport Work) 당 이산화탄소(CO2) 배출량을 2008년 국제 해운(International Shipping) 대비, 2030년까지 40% 저감, 2050까지 70% 저감을 목표로 추구하고 있다.
향후 선박의 온실가스 배출 규제가 2050년까지 주요 기점마다 단계적으로 강화됨에 따라, 기존의 엔진 및 연료만으로는 온실가스 규정을 준수하기 어려울 것으로 전망된다.
이는 현재 선박 온실가스 배출 감소를 위한 대안으로 검증된 LNG 연료도 마찬가지이다. LNG 연료는 CO2의 저감에는 제한적(HFO 대비 15~25%에 불과)이라는 단점이 있기 때문에, 장기적인 관점에서는 기존의 다른 연료들과 마찬가지로 선박 온실가스 규제를 준수하기 어려울 것이다.
또한, UMAS의 보고서에 따르면, 2050년까지 교역 증가에 따른 선박의 운항 증가로 LNG를 통한 배출가스의 저감이 총량 기준으로는 효과가 없을 것이고, 불연소 메탄가스의 대기 누출에 따른 악영향이 저감 효과를 상쇄시킬 것이라고 한다.
향후 단계적으로 강화된 선박 온실가스의 배출 규제가 적용됨에 따라, 현재 사용되는 기존 화석연료의 사용이 어려울 것으로 예상되며, 앞으로 강화될 규제를 만족시킬 수 있는 대체연료의 발굴이 매우 시급하다.
또한, 중단기적으로는 기존의 화석연료를 LNG 등의 친환경 연료로 전환하더라도 장기적으로는 더 미래지향적인 대안이 필요할 것으로 보이며, 이러한 대안은 수소, 암모니아(NH3), 바이오연료(Biofuel), 태양에너지, 풍력에너지 등과 같은 비화석연로로 선박의 연료를 대체하는 것이다.
본 발명은 이 중에서도 이미 육상에서 100년 이상 사용되었으며, 생산/저장/운송/공급을 모두 포함한 공급사슬(Supply Chain)이 충분히 검증된 화학물질인 암모니아를 활용하여, 향후 강화될 선박 온실가스 배출 규제를 만족시킬 수 있는 친환경 선박을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 엔진; 상기 엔진에 연료로써 공급되는 제1연료가 저장되는 연료 저장탱크; 및 상기 엔진에 연료로써 공급되는 암모니아 저장탱크;를 포함하고, 상기 엔진은, 상기 연료 저장탱크에 저장되는 제1연료와 상기 암모니아 저장탱크에 저장되는 암모니아 연료를 선택적으로 공급받거나, 또는 상기 제1연료와 상기 암모니아 연료가 혼합된 연료를 공급받아 구동되는 것을 특징으로 하는, 친환경 선박의 연료공급시스템을 제공한다.
상기 연료공급시스템은, 상기 엔진으로 상기 제1연료를 단독으로 공급하는 제1연료 공급모드; 상기 엔진으로 상기 암모니아 연료를 단독으로 공급하는 암모니아 공급모드; 상기 엔진으로 상기 제1연료와 상기 암모니아 연료를 혼합하여 공급하는 혼합연료 공급모드; 중 어느 하나의 모드로 운전될 수 있다.
본 발명은 상기 엔진으로부터 배기가스가 배출되는 배기가스 배출라인 상에 설치되어, 상기 배기가스 중에 포함된 온실가스를 검출하는 온실가스 분석기;를 더 포함하고, 상기 온실가스 분석기에 의해 검출된 값을 토대로 상기 연료공급시스템의 운전 모드를 제어할 수 있다.
상기 연료공급시스템이 혼합연료 공급모드로 운전시, 상기 온실가스 분석기에서 검출된 값을 토대로 상기 제1연료와 상기 암모니아 연료의 혼합 비율을 조절할 수 있다.
본 발명은 상기 연료 저장탱크로부터 상기 엔진으로 연료를 공급하는 연료 공급라인 상에 설치되는 제1 제어밸브; 및 상기 암모니아 저장탱크로부터 상기 엔진으로 암모니아를 공급하는 암모니아 공급라인 상에 설치되는 제2 제어밸브;를 더 포함하고, 상기 제1 제어밸브 및 상기 제2 제어밸브는, 상기 온실가스 분석기에서 검출된 값을 토대로 제어될 수 있다.
상기 엔진은 상온에서 액체 상태인 연료를 사용하는 오일 엔진(oil engine)이고, 상기 제1연료는 HFO, LSFO, ULSFO, MGO, MeOH 중 어느 하나일 수 있다.
이때 본 발명은 상기 연료 공급라인 상에 설치되어 액화 상태의 상기 제1연료를 강제 기화시키는 기화기; 및 상기 기화기에 의해 기화된 상기 제1연료를 상기 엔진에 적합한 온도로 조절하는 히터를 더 포함할 수 있다.
또는, 상기 엔진은 상온에서 기체 상태인 연료를 사용하는 가스 엔진(gas engine)이고, 상기 제1연료는 LNG, LPG, LEG, DME 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명은 상기 암모니아 공급라인 상에 설치되어 상기 암모니아 연료를 상기 엔진에 적합한 온도로 조절하는 히터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 HFO, LSFO, ULSFO, MGO, MeOH, LNG, LPG, LEG, DME 중 어느 하나로 마련되는 제1연료와 암모니아 연료를 선택적으로 또는 혼합하여 엔진으로 공급함으로써 추진 및 발전하는, 친환경 선박의 연료공급시스템을 제공한다.
본 발명은 기존의 연료와 암모니아 연료를 선택적으로 또는 혼합하여 선박의 추진엔진 및 발전엔진의 연료로써 공급함으로써, 엔진에서 배출되는 온실가스의 저감률을 향상시키고, 이에 따라 향후 강화될 선박 온실가스 규제에 대응 가능한 친환경 선박을 제공한다.
또한, 본 발명은 기존의 연료공급시스템을 최대한 활용하되 부족한 온실가스 저감량은 암모니아 연료를 이용하여 저감시킴으로써, 기존에 구축된 연료공급시스템을 전면적으로 개편할 필요가 없으므로 선박의 온실가스 저감을 위한 추가적인 투자비용 및 공간을 최소화할 수 있다.
도 1은 선박 온실가스의 감소를 위한 2050년까지의 전망을 나타낸 도면으로서, (a)는 선박의 연료 변화 전망을 나타낸 것이고, (b)는 선박의 에너지 전환 전망을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 친환경 선박의 연료공급시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 친환경 선박의 연료공급시스템을 나타낸 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
기존에 사용되는 선박의 연료로는, HFO(High sulfur Feul Oil), LSFO(Low Sulphur Fuel Oil), ULSFO(Ultra-Low Sulphur Fuel Oil), MGO(Marine Gas Oil), LNG(Liquefied Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), LEG(Liquefied Ethylene Gas), MeOH(methanol), DME(dimethyl ether) 등이 있다.
이러한 기존 연료들은 화석연료를 기반으로 한 연료들로서, 연소시 CxHy + zO2 → xCO2 + (y/2)H2O 의 반응식을 가지게 되어 선박 온실가스 배출 규제에 대응이 어렵다.
본 발명은 2050년까지 주요 기점마다 단계적으로 강화되는 선박 온실가스 규제를 준수할 수 있도록, 상기에 기술된 기존 연료와 암모니아 연료를 선택적으로 또는 혼합하여 선박의 추진엔진 및 발전엔진의 연료로써 공급할 수 있는 연료공급시스템을 제안한다.
암모니아는 무탄소 연료로 연소 반응시 질소와 물만 생성되고 이산화탄소의 발생이 없기 때문에(반응식: 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O), 선박 온실가스 배출 규제에 대응이 가능하다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 친환경 선박의 연료공급시스템을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 친환경 선박의 연료공급시스템을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 친환경 선박의 연료공급시스템은, 선박의 엔진(E)에 연료로써 공급되는 제1연료가 저장되는 연료 저장탱크(10); 선박의 엔진(E)에 연료로써 공급되는 암모니아가 저장되는 암모니아 저장탱크(20); 및 엔진(E)으로부터 배기가스가 배출되는 배기가스 배출라인(EL) 상에 설치되어 배기가스 중에 포함되는 온실가스를 측정하는 온실가스 분석기(30)를 포함한다.
본 발명에서 엔진(E)은 선박의 추진을 위한 메인엔진(M/E)과 발전엔진(G/E)을 모두 포함할 수 있다.
연료 저장탱크(10)에 저장되는 제1연료는, 상기에서 설명한 HFO, LSFO, ULSFO, MGO, MeOH, LNG, LPG, LEG, DME 등 기존의 연료일 수 있다.
도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예는, 선박의 엔진(E)이 상온에서 액체 상태인 연료를 사용하는 오일 엔진(oil engine)으로 구비되는 경우에 적용되는 것이다. 따라서 이때 제1연료는 HFO, LSFO, ULSFO, MGO, MeOH 등 상온에서 액체 상태인 연료일 수 있다.
그리고 도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시예는, 선박의 엔진(E)이 상온에서 기체 상태인 연료를 사용하는 가스 엔진(gas engine)으로 구비되는 경우에 적용되는 것이다. 따라서 이때 제1연료는 LNG, LPG, LEG, DME 등 상온에서 기체 상태인 연료일 수 있다.
제1 실시예(도 2)에서 연료 저장탱크(10)에 저장되는 제1연료는 HFO, LSFO, ULSFO, MGO, MeOH 중 어느 하나일 수 있으며, 액체 상태 그대로 연료 저장탱크(10)에 저장될 수 있다.
제2 실시예(도 3)에서 연료 저장탱크(10)에 저장되는 제1연료는 LNG, LPG, LEG, DME 중 어느 하나일 수 있으며, 액화된 상태로 연료 저장탱크(10)에 저장될 수 있다. 따라서 제2 실시예의 연료 저장탱크(10)는 내부의 액화된 상태의 연료가 기화되는 것을 방지하기 위하여 단열 및 밀봉처리가 이루어진 탱크일 수 있다.
또한, 제2 실시예에서는 액화된 연료를 엔진(E)에서 사용되기에 적합하도록 강제 기화시키는 기화기(11)와, 기화된 연료를 엔진(E)에 적합한 온도로 조절하는 히터(12)가 더 구비될 수 있다.
암모니아 저장탱크(20)에는 암모니아가 저장된다. 암모니아는 암모니아수 형태의 액체 상태로 보관될 수 있다. 한편, 본 발명은 암모니아를 직접 저장하는 대신, 우레아(Urea)를 저장하고 필요시 우레아를 가수분해하여 생성되는 암모니아를 사용하는 방식으로 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 연료공급시스템은, 연료 저장탱크(10)에 저장되는 제1연료와 암모니아 저장탱크(20)에 저장되는 암모니아를 엔진(E)의 연료로써 사용할 수 있다. 이때 제1연료와 암모니아는 엔진(E)으로 선택적으로 공급되거나 또는 함께 공급될 수 있다.
즉, 본 발명에서 엔진(E)은, 연료 저장탱크(10)로부터 제1연료를 단독으로 공급받아 구동되거나, 암모니아 저장탱크(20)에 저장되는 암모니아 연료를 단독으로 공급받아 구동되거나, 또는 제1연료와 암모니아 연료를 함께 공급받아 혼합된 연료로 구동될 수 있다.
본 발명에 따른 연료공급시스템은, 제1연료만을 엔진(E)의 연료로써 공급하는 '제1연료 공급모드', 암모니아 연료만을 엔진(E)의 연료로써 공급하는 '암모니아 공급모드', 그리고 제1연료와 암모니아가 혼합된 혼합연료를 엔진(E)의 연료로써 공급하는 '혼합연료 공급모드' 중 어느 하나로 운전될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료공급시스템은, 선박이 운항하는 지역에 따라 상기 세 가지 모드 중 어느 하나를 선택하여 운전될 수 있다.
구체적으로, ECA(Emission Control Area) 구간에서는 기존의 연료(제1연료)와 암모니아를 혼합한 연료를 사용하는 '혼합연료 공급모드'로, Global 구간에서는 기존의 연료(제1연료)만 사용하는 '제1연료 공급모드'로, 환경 규제가 특별히 높은 지역(ex. 피요르드 해안, 북극 등의 세계청정구역)에서는 암모니아 연료만 사용하는 '암모니아 공급모드'로 운전될 수 있다.
그러나 상기와 같은 구분은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 따른 연료공급시스템의 운전 모드가 운항 지역에 따라 반드시 정해지는 것은 아니다. 배기가스 중의 온실가스를 저감할 필요성이 발생하는 경우라면, 운항 지역에 상관없이 언제라도 모드를 변경하여 운전될 수 있다.
연료 저장탱크(10)와 암모니아 저장탱크(20)는 각각의 공급라인(L1, L2)을 통해 엔진(E)과 연결될 수 있다. 제1연료 공급라인(L1)과 암모니아 공급라인(L2)에는 제1연료와 암모니아의 공급을 조절하는 제어밸브(V1, V2)가 각각 설치될 수 있으며, 암모니아 공급라인(L2) 상에는 암모니아를 엔진(E)에 적합한 온도로 조절하는 히터(21)가 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 연료공급시스템이 '제1연료 공급모드'로 운전되는 경우, 제1 제어밸브(V1)는 개방되고 제2 제어밸브(V2)는 차단되며, '암모니아 공급모드'로 운전되는 경우에는 상기 밸브의 동작이 반대로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료공급시스템이 '혼합연료 공급모드'로 운전되는 경우, 제1 제어밸브(V1)와 제2 제어밸브(V2)의 개도가 조절되어 제1연료와 암모니아의 혼합 비율이 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 연료공급시스템은, 온실가스 분석기(30)에 의해 검출된 값을 토대로 운전 모드가 제어될 수 있다. 따라서 상기 제1 및 제2 제어밸브(V1, V2)의 제어는 온실가스 분석기(30)에 의해 검출된 값을 토대로 이루어진다고 할 수 있다.
또한, 제1연료와 암모니아의 혼합 비율은 온실가스 분석기(30)에 의해 결정될 수 있다. 온실가스 분석기(30)는 엔진(E)으로부터 배기가스가 배출되는 배기가스 배출라인(EL) 상에 설치되어 배기가스 중에 포함된 온실가스를 검출하고, 검출된 값을 토대로 제어밸브(V1, V2)를 제어하여 제1연료와 암모니아의 혼합 비율을 조절한다.
'혼합연료 공급모드'에서 제1연료 공급라인(L1)을 따라 공급되는 제1연료와, 암모니아 공급라인(L2)을 따라 공급되는 암모니아는, 엔진(E)으로 공급되기 전 또는 엔진(E)으로 공급 된 이후 연소되기 전에 골고루 섞이도록 혼합되는 과정을 거칠 수 있다.
암모니아와 혼합된 연료는 암모니아로 대체된만큼 이산화탄소의 발생을 줄일 수 있다. 예컨데 기존 연료(제1연료)의 70%를 암모니아로 대체한 경우, 연소후 발생하는 이산화탄소의 양을 기존 연료(제1연료)만을 사용한 경우보다 70% 감소시킬 수 있다. 기존의 연료(제1연료)와 암모니아가 혼합된 연료는 연소시 CxHy + 4NH3 + (3+z)O2 → xCO2 + 2N2 + (6+y/2)H2O 의 반응식을 가진다.
본 발명은 기존의 연료와 암모니아 연료를 선택적으로 또는 혼합하여 선박의 엔진으로 공급할 수 있는 연료공급시스템을 구비하고, 선박 온실가스 저감이 필요한 경우, 기존 연료와 암모니아를 혼합하거나 또는 암모니아 연료를 단독으로 엔진의 연료로써 공급함으로써, 선박에서 배출되는 온실가스를 간단하게 저감시킬 수 있다.
즉, 본 발명은 기존의 연료와 암모니아 연료를 선택적으로 또는 혼합하여 선박의 추진엔진 및 발전엔진의 연료로써 공급함으로써, 엔진에서 배출되는 온실가스의 저감률을 향상시키고, 이에 따라 향후 강화될 선박 온실가스 규제에 대응 가능한 친환경 선박을 제공한다.
또한, 본 발명은 기존의 연료공급시스템을 최대한 활용하되 부족한 온실가스 저감량은 암모니아 연료를 이용하여 저감시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 향후 강화될 선박 온실가스 규제를 만족시키기 위하여 기존에 구축된 연료공급시스템을 전면적으로 개편할 필요가 없으며, 기존의 연료공급시스템에 암모니아의 저장 및 공급을 위한 시스템만 추가하면 되므로, 선박의 온실가스 저감을 위한 추가적인 투자비용 및 공간을 최소화할 수 있다.
이와 같은 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10 : 연료 저장탱크 L1 : 제1연료 공급라인
20 : 암모니아 저장탱크 L2 : 암모니아 공급라인
30 : 온실가스 분석기

Claims (10)

  1. 엔진;
    상기 엔진에 연료로써 공급되는 제1연료가 저장되는 연료 저장탱크; 및
    상기 엔진에 연료로써 공급되는 암모니아 저장탱크; 및
    상기 엔진으로부터 배기가스가 배출되는 배기가스 배출라인 상에 설치되어 상기 배기가스 중에 포함된 온실가스를 검출하는 온실가스 분석기;를 포함하고,
    상기 엔진은, 상기 연료 저장탱크에 저장되는 제1연료와 상기 암모니아 저장탱크에 저장되는 암모니아 연료를 선택적으로 공급받거나, 또는 상기 제1연료와 상기 암모니아 연료가 혼합된 연료를 공급받아 구동되되,
    상기 온실가스 분석기는 이산화탄소(CO2)를 포함하는 온실가스의 농도를 검출하고,
    상기 제1연료와 상기 암모니아 연료의 공급 비율은 상기 온실가스 분석기에서 검출된 값을 토대로 제어되는 것을 특징으로 하는,
    친환경 선박의 연료공급시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료공급시스템은,
    상기 엔진으로 상기 제1연료를 단독으로 공급하는 제1연료 공급모드;
    상기 엔진으로 상기 암모니아 연료를 단독으로 공급하는 암모니아 공급모드;
    상기 엔진으로 상기 제1연료와 상기 암모니아 연료를 혼합하여 공급하는 혼합연료 공급모드;
    중 어느 하나의 모드로 운전되는 것을 특징으로 하는,
    친환경 선박의 연료공급시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 연료공급시스템이 혼합연료 공급모드로 운전시, 상기 온실가스 분석기에서 검출된 값을 토대로 상기 제1연료와 상기 암모니아 연료의 혼합 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는,
    친환경 선박의 연료공급시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 연료 저장탱크로부터 상기 엔진으로 연료를 공급하는 연료 공급라인 상에 설치되는 제1 제어밸브; 및
    상기 암모니아 저장탱크로부터 상기 엔진으로 암모니아를 공급하는 암모니아 공급라인 상에 설치되는 제2 제어밸브;를 더 포함하고,
    상기 제1 제어밸브 및 상기 제2 제어밸브는, 상기 온실가스 분석기에서 검출된 값을 토대로 제어되는 것을 특징으로 하는,
    친환경 선박의 연료공급시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 엔진은 상온에서 액체 상태인 연료를 사용하는 오일 엔진(oil engine)이고, 상기 제1연료는 HFO, LSFO, ULSFO, MGO, MeOH 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    친환경 선박의 연료공급시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 엔진은 상온에서 기체 상태인 연료를 사용하는 가스 엔진(gas engine)이고, 상기 제1연료는 LNG, LPG, LEG, DME 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    친환경 선박의 연료공급시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 연료 공급라인 상에 설치되어 액화 상태의 상기 제1연료를 강제 기화시키는 기화기; 및
    상기 기화기에 의해 기화된 상기 제1연료를 상기 엔진에 적합한 온도로 조절하는 히터를 더 포함하는,
    친환경 선박의 연료공급시스템.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 암모니아 공급라인 상에 설치되어 상기 암모니아 연료를 상기 엔진에 적합한 온도로 조절하는 히터를 더 포함하는,
    친환경 선박의 연료공급시스템.
  10. 삭제
KR1020190056203A 2019-05-14 2019-05-14 친환경 선박의 연료공급시스템 KR102111525B1 (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190056203A KR102111525B1 (ko) 2019-05-14 2019-05-14 친환경 선박의 연료공급시스템
SG11202112322QA SG11202112322QA (en) 2019-05-14 2020-01-23 Fuel supply system for environment-friendly ship
EP20806212.5A EP3971083A4 (en) 2019-05-14 2020-01-23 FUEL SUPPLY SYSTEM FOR ECO-FRIENDLY SHIP
CN202080035272.9A CN113811486A (zh) 2019-05-14 2020-01-23 环保型船舶的燃料供应系统
US17/607,263 US11731750B2 (en) 2019-05-14 2020-01-23 Fuel supply system for eco-friendly ship
PCT/KR2020/001198 WO2020230979A1 (ko) 2019-05-14 2020-01-23 친환경 선박의 연료공급시스템
JP2021560008A JP7311624B2 (ja) 2019-05-14 2020-01-23 船舶の燃料供給システム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190056203A KR102111525B1 (ko) 2019-05-14 2019-05-14 친환경 선박의 연료공급시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102111525B1 true KR102111525B1 (ko) 2020-05-15

Family

ID=70678659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190056203A KR102111525B1 (ko) 2019-05-14 2019-05-14 친환경 선박의 연료공급시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102111525B1 (ko)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102312060B1 (ko) * 2021-06-10 2021-10-14 선보공업주식회사 선박용 연료 공급 시스템 및 이의 실행 방법
KR20220113137A (ko) 2021-02-05 2022-08-12 삼성중공업 주식회사 암모니아 가스 저감시스템
WO2022210377A1 (ja) * 2021-03-31 2022-10-06 三菱造船株式会社 船舶
WO2022210390A1 (ja) * 2021-03-31 2022-10-06 三菱造船株式会社 船舶
CN115158562A (zh) * 2022-07-15 2022-10-11 上海佳豪船海工程研究设计有限公司 一种应用氨燃料的海洋石油支持船
KR20220155784A (ko) * 2021-05-17 2022-11-24 한국조선해양 주식회사 암모니아를 연료로 이용하는 선박
KR20220164936A (ko) * 2021-06-07 2022-12-14 (주)지이에스 Lng 암모니아 혼소엔진의 연료공급 시스템
KR20230017967A (ko) 2021-07-28 2023-02-07 삼성중공업 주식회사 선박의 누출 암모니아 관리시스템
KR20230024491A (ko) 2021-08-11 2023-02-21 삼성중공업 주식회사 선박의 암모니아 누출 방지구조
KR20230047250A (ko) * 2021-09-30 2023-04-07 대우조선해양 주식회사 선박의 암모니아 연료공급시스템 및 방법
KR20230072524A (ko) 2021-11-15 2023-05-25 삼성중공업 주식회사 선박의 암모니아 처리 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180025585A (ko) * 2016-09-01 2018-03-09 현대중공업 주식회사 가스 처리 시스템 및 선박
JP2018162751A (ja) * 2017-03-27 2018-10-18 株式会社Ihi 燃焼装置及びガスタービンエンジンシステム
KR20190004474A (ko) * 2017-07-04 2019-01-14 대우조선해양 주식회사 선박의 운항해역의 해수 염도를 고려한 배기가스 정화시스템, 정화방법, 및 그 배기가스 정화시스템을 구비하는 선박
KR20190048366A (ko) * 2017-10-31 2019-05-09 대우조선해양 주식회사 연료 공급 시스템 및 이를 포함하는 선박

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180025585A (ko) * 2016-09-01 2018-03-09 현대중공업 주식회사 가스 처리 시스템 및 선박
JP2018162751A (ja) * 2017-03-27 2018-10-18 株式会社Ihi 燃焼装置及びガスタービンエンジンシステム
KR20190004474A (ko) * 2017-07-04 2019-01-14 대우조선해양 주식회사 선박의 운항해역의 해수 염도를 고려한 배기가스 정화시스템, 정화방법, 및 그 배기가스 정화시스템을 구비하는 선박
KR20190048366A (ko) * 2017-10-31 2019-05-09 대우조선해양 주식회사 연료 공급 시스템 및 이를 포함하는 선박

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220113137A (ko) 2021-02-05 2022-08-12 삼성중공업 주식회사 암모니아 가스 저감시스템
WO2022210377A1 (ja) * 2021-03-31 2022-10-06 三菱造船株式会社 船舶
WO2022210390A1 (ja) * 2021-03-31 2022-10-06 三菱造船株式会社 船舶
KR102503179B1 (ko) * 2021-05-17 2023-02-23 한국조선해양 주식회사 암모니아를 연료로 이용하는 선박
KR102537939B1 (ko) * 2021-05-17 2023-05-31 에이치디한국조선해양 주식회사 암모니아를 연료로 이용하는 선박
KR20220155784A (ko) * 2021-05-17 2022-11-24 한국조선해양 주식회사 암모니아를 연료로 이용하는 선박
KR20220156475A (ko) * 2021-05-17 2022-11-25 한국조선해양 주식회사 암모니아를 연료로 이용하는 선박
KR20220164936A (ko) * 2021-06-07 2022-12-14 (주)지이에스 Lng 암모니아 혼소엔진의 연료공급 시스템
KR102524094B1 (ko) 2021-06-07 2023-04-20 (주)지이에스 Lng 암모니아 혼소엔진의 연료공급 시스템
KR102312060B1 (ko) * 2021-06-10 2021-10-14 선보공업주식회사 선박용 연료 공급 시스템 및 이의 실행 방법
KR20230017967A (ko) 2021-07-28 2023-02-07 삼성중공업 주식회사 선박의 누출 암모니아 관리시스템
KR20230024491A (ko) 2021-08-11 2023-02-21 삼성중공업 주식회사 선박의 암모니아 누출 방지구조
KR20230047250A (ko) * 2021-09-30 2023-04-07 대우조선해양 주식회사 선박의 암모니아 연료공급시스템 및 방법
KR102589457B1 (ko) * 2021-09-30 2023-10-17 한화오션 주식회사 선박의 암모니아 연료공급시스템 및 방법
KR20230072524A (ko) 2021-11-15 2023-05-25 삼성중공업 주식회사 선박의 암모니아 처리 시스템
CN115158562A (zh) * 2022-07-15 2022-10-11 上海佳豪船海工程研究设计有限公司 一种应用氨燃料的海洋石油支持船

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102111503B1 (ko) 친환경 선박의 연료공급시스템
KR102111525B1 (ko) 친환경 선박의 연료공급시스템
US11731750B2 (en) Fuel supply system for eco-friendly ship
US20090193780A1 (en) Power Generation System for a Marine Vessel
KR20090098387A (ko) 추진용 청정연료저장탱크를 상갑판에 구비한 선박
KR102397721B1 (ko) 연료 공급 시스템 및 이를 포함하는 선박
Dierickx et al. Strategies for introducing methanol as an alternative fuel for shipping
KR20220013510A (ko) 선박용 연료 공급 시스템 및 동 시스템을 구비한 선박
KR101456855B1 (ko) 배기가스 정화장치 및 이를 구비한 선박
KR102298854B1 (ko) 선박의 연료 공급 시스템
KR102610291B1 (ko) 친환경 선박의 연료 공급 시스템 및 이를 포함하는 선박
JP2001192683A (ja) 天然ガスの輸送及び貯蔵並びに利用方法
KR101391334B1 (ko) 배기가스 정화장치 및 이를 구비한 선박
KR20210036696A (ko) 선박용 배기가스 처리장치
KR102219051B1 (ko) Scr 시스템의 환원제 공급장치
KR20240102537A (ko) 선박의 이산화탄소 배출 저감 시스템
KR102538060B1 (ko) 선박의 연료공급시스템
Giulio Natural Gas Propulsion-The Greenest Way
Lambas et al. Reduction of gaseous emissions from ships: Comparative overview of methods and technologies
Popek Alternative Fuels–Prospects for the Shipping Industry
KR20230055692A (ko) 선박의 연료공급시스템 및 방법
KR20160044328A (ko) 선박의 엔진 운전 장치 및 방법
KR20230028666A (ko) 무탄소 연료를 이용하는 선박 운항 시스템
Ahamed APPLICATIONS OF ALTERNATIVE FUELS IN MARITIME INDUSTRY
Al Asiri et al. Natural gas as an alternative fuel in marine steam turbine of AL-HAMRA LNG carrier

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant