KR102189728B1 - 연료공급시스템 - Google Patents

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KR102189728B1
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

연료공급시스템을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 액화가스를 저장하는 저장탱크; 저장탱크 하방에 이격 배치되며 저장탱크로부터 액화가스공급라인을 통해 액화가스를 공급받는 제1보조탱크와 제2보조탱크; 제1보조탱크와 제2보조탱크 중 적어도 하나에 담긴 액화가스를 기화하여 엔진으로 공급하는 연료공급라인; 및 제1보조탱크 및 제2보조탱크의 내부압력을 조절하는 압력조절부를 포함한다.

Description

연료공급시스템{FUEL SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 저장탱크의 액화가스를 보조탱크로 공급해 엔진의 공급압력으로 상승시킨 후 연료로 공급하는 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.
선박의 연료공급시스템으로는 액화가스를 저장하는 저장탱크의 증발가스를 다단의 압축기에서 공급조건에 맞도록 압축한 후 엔진으로 공급하는 방식, 저장탱크에서 직접 액화가스를 빼내어 고압펌프를 이용해 높은 압력으로 상승시킨 후 고압기화기에서 기화한 다음 엔진으로 공급하는 방식, 저장탱크의 증발가스를 압축기에서 압축한 후 극저온 열교환기에서 재액화하여 고압펌프 쪽으로 공급하는 방식 등이 알려져 있다.
일 예로 대한민국 공개특허공보 10-2008-0103500호(2008. 11. 27. 공개)는 고압가스엔진으로 연료를 공급하는 연료가스 공급장치를 제시한 바 있다. 이 장치는 LNG 연료탱크로부터 LNG를 빼내어 압축기에서 고압으로 압축한 후 기화기에서 기화시켜 엔진으로 공급한다.
그러나 종래 연료공급시스템들은 증발가스를 엔진의 공급압력으로 압축하기 위한 다단 압축기나, 액화가스를 엔진의 공급압력으로 압송하기 위한 고압펌프를 채용하기 때문에 설비의 비용이 증가하였다.
대한민국 공개특허공보 10-2008-0103500호(2008. 11. 27. 공개)
본 발명의 실시 예는 펌프나 압축기가 없이도 엔진의 공급압력으로 안정적인 연료공급을 구현할 수 있는 연료공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크 하방에 이격배치되며, 상기 저장탱크로부터 액화가스공급라인을 통해 액화가스를 공급받는 제1보조탱크와 제2보조탱크; 상기 제1보조탱크와 상기 제2보조탱크 중 적어도 하나에 담긴 액화가스를 기화하여 엔진으로 공급하는 연료공급라인; 및 상기 제1보조탱크 및 상기 제2보조탱크의 내부압력을 조절하는 압력조절부를 포함하는 연료공급시스템이 제공될 수 있다.
상기 연료공급시스템은 상기 제1보조탱크와 상기 제2보조탱크에 연결되며, 상기 저장탱크로부터 액화가스를 공급받을 때, 상기 제1 또는 제2보조탱크의 내부압력을 상기 저장탱크의 내부압력 이하로 유지하기 위해 상기 제1 또는 제2보조탱크의 가스를 배출시키는 가스배출라인을 더 포함할 수 있다.
상기 가스배출라인의 일단은 상기 저장탱크에 연결될 수 있다.
상기 연료공급시스템은 상기 연료공급라인으로 액화가스를 공급하기 위하여, 상기 제1보조탱크 또는 상기 제2보조탱크의 내부압력을 특정압력으로 유지하도록 상기 압력조절부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 연료공급시스템은 상기 제1 및 제2보조탱크의 압력과 액화가스 레벨을 판단하기 위해, 상기 제1 및 제2보조탱크에 각각 구비되는 압력센서 및 레벨센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 저장탱크의 액화가스를 제1보조탱크와 제2보조탱크에 번갈아 채울 수 있고, 제1 및 제2보조탱크에 저장된 액화가스를 번갈아 엔진의 연료로 공급할 수 있기 때문에 연료공급을 안정적으로 수행할 수 있다.
또 본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 엔진으로 연료를 공급할 때 제1 또는 제2압력조절부를 이용해 제1 또는 제2보조탱크의 압력을 엔진의 연료공급압력으로 유지할 수 있기 때문에 펌프나 압축기가 없이도 엔진의 연료공급을 안정적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템을 나타낸다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 액화가스를 저장하는 저장탱크(1), 저장탱크(1)의 하부에 설치되며 저장탱크(1)로부터 액화가스를 공급받아 저장하는 제1보조탱크(2)와 제2보조탱크(3)를 구비한다.
제1보조탱크(2)와 제2보조탱크(3)는 저장탱크(1)로부터 아래 쪽으로 연장되는 액화가스공급라인(10)에 의해 연결된다. 액화가스공급라인(10)은 제1보조탱크(2)와 제2보조탱크(3) 내부로 선택적으로 액화가스를 공급할 수 있도록 제1보조탱크(2)와 제2보조탱크(3) 쪽으로 분기되며, 각각의 분기라인에 설치되어 유로를 개폐하는 제1충전밸브(11)와 제2충전밸브(12)를 구비한다.
이러한 구성은 제1충전밸브(11)를 개방할 때 상부에 배치된 저장탱크(1)로부터 하방에 이격 배치된 제1보조탱크(2)로 자연흐름방식에 의해 액화가스가 흘러 내려 충전되도록 하고, 제2충전밸브(12)를 개방할 때 같은 방식으로 저장탱크(1)의 액화가스가 제2보조탱크(3)로 흘러 내려 충전될 수 있도록 한 것이다. 즉 펌프와 같은 유체이송수단이 없이도 자연흐름에 의해 액화가스를 제1 또는 제2보조탱크(2,3)로 공급할 수 있도록 한 것이다.
또 연료공급시스템은 제1보조탱크(2)와 제2보조탱크(3) 중 적어도 하나에 담긴 액화가스를 기화하여 엔진(4)으로 공급할 수 있도록 제1보조탱크(2)와 제2보조탱크(3)에 각각 연결된 연료공급라인(20)과, 저장탱크(1)로부터 제1보조탱크(2)와 제2보조탱크(3)에 액화가스를 공급할 때 제1보조탱크(2) 또는 제2보조탱크(3)의 내부를 저장탱크(1)의 압력이하로 유지하기 위해 제1보조탱크(2) 또는 제2보조탱크(3)의 가스를 배출시키는 가스배출라인(30)을 구비한다.
연료공급라인(20)은 제1보조탱크(2)와 제2보조탱크(3)에 각각 연결되도록 분기된 형태이며, 각 분기라인에 설치되어 유로를 개폐하는 제1공급밸브(21)와 제2공급밸브(22)를 구비한다. 또 연료공급라인(20)에는 제1보조탱크(2) 또는 제2보조탱크(3)로부터 엔진(4) 쪽으로 공급되는 액화가스를 엔진(4)의 공급조건에 맞도록 기화시키는 기화기(24)가 설치된다.
가스배출라인(30)은 제1보조탱크(2)와 제2보조탱크(3)에 각각 연결되도록 분기된 형태이며, 각 분기라인에 설치되어 유로 개폐하는 제1배출밸브(31)와 제2배출밸브(32)를 구비한다. 가스배출라인(30)의 출구는 배출되는 가스가 저장탱크(1) 내부로 공급될 수 있도록 저장탱크(1) 상부에 연결될 수 있다. 또 가스배출라인(30)의 출구는 필요 시 배출되는 가스를 연소시켜 소진할 수 있도록 가스연소장치(40)에 연결될 수 있다.
저장탱크(1)에 저장되는 액화가스는 액화상태로 저장할 수 있는 LNG, LPG, DME(Dimethylether), 에탄(Ethane) 중 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 저장탱크(1)는 단열상태를 유지하면서 연료를 액화상태로 저장하는 탱크다. 예를 들어, 저장탱크(1)는 액화가스가 LNG일 경우 내부압력이 1bar를 유지하거나 연료공급조건을 고려해 그보다 높은 압력으로 유지할 수 있고, 액화상태 유지를 위해 내부온도가 -163도 정도를 유지할 수 있다.
엔진(4)은 대략 5 ~ 6bar의 압력으로 연료가스를 공급받아 동작하는 저압가스엔진이거나, 대략 15bar 내외의 압력으로 연료가스를 공급받아 동작하는 중압가스엔진일 수 있다. 물론, 엔진(4)은 다양한 방식이 채용될 수 있을 것이므로 엔진(4)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다.
제1보조탱크(2)와 제2보조탱크(3)는 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)의 분류에 따른 압력식 C형 탱크일 수 있고, 그 내부의 압력이 엔진(4)의 연료공급조건에 부합하도록 유지될 수 있다. 이를 위해 제1보조탱크(2)에는 내부를 설정한 압력(엔진의 연료공급압력)으로 유지할 수 있는 제1압력조절부(2a)가 설치되고, 제2보조탱크(3)에는 역시 내부를 설정한 압력으로 유지할 수 있는 제2압력조절부(3a)가 설치된다. 제1압력조절부(2a)는 제1보조탱크(2) 내부의 액화가스 일부를 가열하여 기화시킨 후 제1보조탱크(2) 내부로 공급함으로써 제1보조탱크(2) 내부의 압력을 상승시키는 방식이다. 제2압력조절부(3a)도 마찬가지다.
제1보조탱크(2)는 내부의 압력을 감지하는 제1압력센서(2b)와, 내부에 담기는 액화가스의 레벨을 감지하는 제1레벨센서(2c)를 구비한다. 제2보조탱크(3)도 내부의 압력을 감지하는 제2압력센서(3b)와, 내부에 담기는 액화가스의 레벨을 감지하는 제2레벨센서(3c)를 구비한다.
또 본 실 시예의 연료공급시스템은 전반적인 동작을 제어하는 제어부(50)를 구비한다. 제어부(50)는 제1압력센서(2b), 제2압력센서(3b), 제1레벨센서(2c), 제2레벨센서(3c)를 통해 제1보조탱크(2)와 제2보조탱크(3)의 압력과 액화가스 레벨을 판단할 수 있고, 이러한 정보에 근거하여 제1보조탱크(2) 및 제2보조탱크(3)와 각각 연결된 연료공급라인(20), 가스배출라인(30), 액화가스공급라인(10)의 개폐를 제어할 수 있다. 즉 저장탱크(1)로부터 제1 또는 제2보조탱크(2,3)로 액화가스를 공급하거나, 제1 또는 제2보조탱크(2,3)로부터 엔진(4) 쪽으로 액화가스를 공급하기 위해 제1 및 제2충전밸브(11,12), 제1 및 제2공급밸브(21,22), 제1 및 제2배출밸브(31,32), 제1 및 제2압력조절부(2a,3a)의 동작을 제어할 수 있다.
다음은 이러한 연료공급시스템의 동작 및 운용방법에 대하여 설명한다.
저장탱크(1)로부터 제1 또는 제2보조탱크(2,3)로 액화가스를 공급할 때는 제어부(50)가 액화가스공급라인(10)의 제1 또는 제2충전밸브(11,12)를 선택적으로 개방시킴으로써 자연흐름에 의해 제1 또는 제2보조탱크(2,3)로 액화가스가 공급되도록 할 수 있다. 이때 액화가스를 공급받는 제1 또는 제2보조탱크(2,3)의 압력은 자연흐름에 의한 액화가스 공급이 가능하도록 저장탱크(1)의 압력 이하로 유지되어야 한다. 따라서 제어부(50)는 가스배출라인(30)의 제1 또는 제2배출밸브(31,32)를 선택적으로 개방하여 제1 및 제2보조탱크(2,3) 중 액화가스를 공급받는 것 내부의 가스가 배출되도록 한다.
물론, 본 실시 예의 연료공급시스템은 위와 같은 방식으로 저장탱크(1)로부터 제1 또는 제2보조탱크(2,3)에 선택적으로 액화가스가 공급되도록 할 수 있지만, 연료공급시스템 동작 초기처럼 제1보조탱크(2)와 제2보조탱크(3) 모두에 액화가스 공급이 필요할 경우에는 제1 및 제2보조탱크(2,3) 내부로 액화가스가 동시에 공급되도록 할 수도 있다.
제1보조탱크(2)와 제2보조탱크(3)에 채워진 액화가스를 엔진(4)의 연료로 공급할 때는 두 보조탱크(2,3)로부터 동시에 액화가스를 공급하는 것도 가능하지만, 두 보조탱크(2,3) 중 어느 하나로부터 엔진(1)으로 액화가스를 공급하는 것도 가능하다.
예를 들어, 제1보조탱크(2)로부터 엔진(4) 쪽으로 액화가스를 공급할 때는 제1압력조절부(2a)가 동작하여 제1보조탱크(2)의 내부의 압력을 엔진(4)의 연료공급압력으로 상승시킨다. 그리고 제1보조탱크(2)의 압력이 엔진(4)의 연료공급압력으로 상승된 후 제1공급밸브(21)가 개방됨으로써 제1보조탱크(2)로부터 연료공급라인(20)의 기화기(24) 쪽으로 액화가스가 공급되도록 한다. 이때 제1보조탱크(2)에서 제1압력조절부(2a)가 동작하여 그 내부의 압력을 계속 엔진(4)의 공급압력으로 유지시킨다. 물론 이때는 제1충전밸브(11), 제1배출밸브(31)가 폐쇄된 상태를 유지하고, 제2보조탱크(3) 쪽의 제2공급밸브(22)가 폐쇄된 상태를 유지한다.
제1보조탱크(2)의 액화가스 레벨이 설정레벨 이하로 내려갈 경우에는 제1보조탱크(2)로부터의 연료공급을 중단하고, 대신 제2보조탱크(3)의 액화가스를 엔진(4)의 연료로 공급한다. 제2보조탱크(3)의 액화가스를 엔진(4)의 연료로 공급하는 방식도 제1보조탱크(2)의 연료공급방식과 동일하다.
제2보조탱크(3)의 액화가스를 엔진(4)의 연료로 공급하는 동안에는 저장탱크(1)의 액화가스를 제1보조탱크(2)로 공급해 채운다. 이때는 제1압력조절부(2a)의 동작을 멈추고, 제1배출밸브(31)를 개방하여 제1보조탱크(2)의 압력을 저장탱크(1) 압력 미만으로 유지시킨 상태에서 제1충전밸브(11)를 개방한다. 이렇게 하면, 저장탱크(1)로부터 제1보조탱크(2)로 액화가스가 자연흐름방식으로 흘러 내려 채워진다. 이때 제1공급밸브(21), 제2배출밸브(32), 제2충전밸브(12)는 폐쇄된 상태를 유지한다.
다시 제1보조탱크(2)의 액화가스를 엔진(4)의 연료로 공급할 때는 제2보조탱크(3) 쪽에 액화가스를 채운다. 즉 제1보조탱크(2)에 액화가스를 채우는 방식과 동일하게 제2보조탱크(3)에 액화가스를 채운다.
이처럼 본 실시 예의 연료공급시스템은 저장탱크(1)의 액화가스를 제1보조탱크(2)와 제2보조탱크(3)에 번갈아 채울 수 있고, 제1 및 제2보조탱크(2,3)에 저장된 액화가스를 번갈아 엔진(4)의 연료로 공급할 수 있기 때문에 안정적인 연료의 공급이 가능하다.
또 본 실시 예의 연료공급시스템은 엔진(4)으로 연료를 공급할 때 제1 또는 제2압력조절부(2a,3a)를 이용해 제1 또는 제2보조탱크(2,3)의 압력을 엔진(4)의 연료공급압력으로 유지할 수 있기 때문에 펌프나 압축기가 없이도 엔진(4)의 연료공급을 안정적으로 구현할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서는 두 개의 보조탱크, 즉 제1 및 제2보조탱크(2,3)를 이용하여 연료공급시스템을 구축하는 경우를 설명하였으나, 이러한 보조탱크는 더 많은 수량으로 구성되는 것이 가능하다. 이럴 경우 복수의 보조탱크로부터 엔진(4)으로 연료를 공급하는 가운데 나머지 보조탱크에 액화가스가 채울 수 있고, 저장탱크(1)로부터 복수의 보조탱크로 액화가스가 공급하는 가운데 다른 보조탱크에서 엔진으로 연료를 공급할 수도 있다.
1: 저장탱크, 2: 제1보조탱크,
2a: 제1압력조절부, 3: 제2보조탱크,
3a: 제2압력조절부, 4: 엔진,
10: 액화가스공급라인, 11: 제1충전밸브,
12: 제2충전밸브, 20: 연료공급라인,
21: 제1공급밸브, 22: 제2공급밸브,
24: 기화기, 30: 가스배출라인,
31: 제1배출밸브, 32: 제2배출밸브,
40: 가스연소장치, 50: 제어부.

Claims (5)

  1. 액화가스를 저장하는 저장탱크;
    상기 저장탱크 하방에 이격 배치되며, 상기 저장탱크로부터 액화가스공급라인을 통해 액화가스를 공급받는 제1보조탱크와 제2보조탱크;
    상기 제1보조탱크와 상기 제2보조탱크 중 적어도 하나에 담긴 액화가스를 기화하여 엔진으로 공급하는 연료공급라인;
    상기 제1보조탱크 및 상기 제2보조탱크의 내부압력을 조절하는 압력조절부; 및
    상기 제1보조탱크와 상기 제2보조탱크에 연결되며, 상기 저장탱크로부터 액화가스를 공급받을 때, 상기 제1 또는 제2보조탱크의 내부압력을 상기 저장탱크의 내부압력 이하로 유지하기 위해 상기 제1 또는 제2보조탱크의 가스를 배출시키는 가스배출라인을 포함하고,
    상기 가스배출라인의 일단은 상기 저장탱크에 연결되는 연료공급시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연료공급라인으로 액화가스를 공급하기 위하여, 상기 제1보조탱크 또는 상기 제2보조탱크의 내부압력을 특정압력으로 유지하도록 상기 압력조절부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 연료공급시스템.
  5. 삭제
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