KR102189738B1 - 연료공급시스템 - Google Patents

Abstract

연료공급시스템을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 액화가스를 저장하는 저장탱크; 저장탱크의 증발가스를 압축하여 엔진으로 공급하는 연료공급라인; 압축된 증발가스를 열교환하고, 감압 팽창시킨 후 기액분리기에서 액체성분과 기체성분을 분리하여, 액체성분을 상기 저장탱크로 공급하는 재액화라인; 기액분리기 내의 기체성분을 연료공급라인으로 공급하는 제1배출라인; 및 기액분리기 내의 기체성분을 외부로 배출시키는 제2배출라인을 포함한다.

Description

연료공급시스템{FUEL SUPPLY SYSTEM}

본 발명은 연료공급라인의 부하를 고려해 기액분리기에서 발생하는 기체성분을 연료공급라인으로 공급하거나 외부로 배출시킬 수 있는 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 펌프를 이용해 높은 압력으로 상승시킨 후 기화기에서 기화한 다음 엔진으로 공급하는 방식 등이 알려져 있다.

일 예로 대한민국 공개특허공보 10-2014-0052898호(2014. 05. 07. 공개)는 선박의 엔진으로 연료를 공급하는 연료공급시스템을 제시한 바 있다. 이 연료공급시스템은 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 다단 압축기에서 엔진의 공급압력으로 압축한 후 엔진으로 공급한다. 또 다단 압축기에서 압축된 증발가스를 다단 압축기 전 단계의 열교환기에서 열교환 후 감압팽창시켜 액화한 후 기액분리기로 공급한다. 기액분리기의 액화가스는 다시 저장탱크로 보내고, 기액분리기의 기체성분은 연료공급라인의 다단 압축기 상류로 공급한다.

대한민국 공개특허공보 10-2014-0052898호(2014. 05. 07. 공개)

본 발명의 실시 예는 연료공급라인의 부하를 고려해 재액화라인의 기액분리기에서 발생하는 기체성분을 연료공급라인으로 공급하거나 외부로 배출시킬 수 있는 연료공급시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크의 증발가스를 압축하여 엔진으로 공급하는 연료공급라인; 상기 압축된 증발가스를 열교환하고, 감압 팽창시킨 후 기액분리기에서 액체성분과 기체성분을 분리하여, 상기 액체성분을 상기 저장탱크로 공급하는 재액화라인; 상기 기액분리기 내의 기체성분을 상기 연료공급라인으로 공급하는 제1배출라인; 및 상기 기액분리기 내의 기체성분을 외부로 배출시키는 제2배출라인;을 포함하는 연료공급시스템이 제공될 수 있다.

상기 연료공급시스템은 상기 연료공급라인에 설치된 압력센서, 상기 제1배출라인을 개폐하는 제1배출밸브, 상기 제2배출라인을 개폐하는 제2배출밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 연료공급시스템은 상기 연료공급라인의 부하를 고려하여, 상기 압력센서 값이 설정압력 이상이면, 상기 제2배출밸브를 제어하여 상기 기체성분을 상기 제2배출라인으로 공급하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 연료공급라인의 부하를 고려해 재액화라인의 기액분리기에서 발생하는 기체성분을 연료공급라인으로 공급하거나 외부로 방출 또는 연소를 통해 소진시킬 수 있기 때문에 연료공급라인이 늘 적정한 압력을 유지하도록 할 수 있고, 이를 통해 안정적인 연료공급을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템의 동작제어를 나타낸 흐름도이다.

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 증발가스를 압축기(11)에서 압축하여 엔진(2)의 연료로 공급하는 연료공급라인(10), 연료공급라인(10)의 압축된 증발가스를 액화하여 저장탱크(1)로 공급하기 위한 재액화라인(20)을 구비한다.

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(2)은 대략 15bar 내외의 압력으로 연료가스를 공급받아 동작하는 중압가스엔진이거나, 대략 300bar 내외의 압력으로 연료가스를 공급받아 동작하는 고압가스엔진일 수 있다. 물론, 엔진(2)은 다양한 방식이 채용될 수 있을 것이므로 엔진의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다.

연료공급라인(10)의 압축기(11)는 증발가스를 단계적으로 순차 압축하여 엔진(2)의 공급압력에 이르도록 하는 다단 압축기일 수 있다.

재액화라인(20)은 압축기(11) 하류의 연료공급라인(10)으로부터 분기되어 저장탱크(1) 내부로 연장된다. 재액화라인(20)은 압축기(11) 하류의 고온 고압 증발가스가 연료공급라인(10)의 압축기(11) 상류 저온 저압 증발가스와 열교환을 하도록 하기 위해 압축기(11) 상류의 연료공급라인(10)에 설치된 열교환부(21), 열교환부(21)를 거친 증발가스를 감압 팽창시켜 액화하기 위한 팽창장치(22), 팽창장치(22)를 거치며 액화된 유체를 액체성분과 기체성분으로 분리하기 위한 기액분리기(23)를 포함한다.

이러한 재액화라인(20)의 기액분리기(23)에서 분리된 액체성분은 저장탱크(1)로 공급되고, 기액분리기(23)에서 분리된 기체성분은 배출라인(30)을 통해 연료공급라인(10)으로 공급되거나 외부로 방출 또는 소진될 수 있다.

배출라인(30)은 기액분리기(23)의 기체성분을 압축기(11) 상류의 연료공급라인(10)으로 공급하는 제1배출라인(31)과, 기액분리기(23)의 기체성분을 외부로 배출시키거나 연소시켜 소진하기 위한 제2배출라인(32)을 구비한다. 제1배출라인(31)에는 유로를 개폐하는 제1배출밸브(31a)가 설치되고, 제2배출라인(32)에는 역시 유로를 개폐하는 제2배출밸브(32a)가 설치된다. 또 제2배출라인(32)은 기체성분을 외부로 방출하기 위해 벤트마스트(3)에 연결되거나, 기체성분을 연소시켜 소진하기 위해 가스연소장치(4)에 연결될 수 있다.

이러한 배출라인(30)은 연료공급라인(10)의 부하를 고려해 기액분리기(23)에서 발생하는 기체성분을 제1배출라인(31)을 통해 연료공급라인(10)으로 공급하거나, 제2배출라인(32)을 통해 외부로 배출 또는 연소시켜 소진할 수 있도록 한 것이다.

또 본 실시 예의 연료공급시스템은 연료공급라인(10)의 부하 감지를 위한 제1압력센서(41)와, 제2압력센서(42)를 구비하고, 제1압력센서(41)와 제2압력센서(42)의 감지정보를 토대로 연료공급라인(10)의 부하를 판단한 후 이를 토대로 제1배출밸브(31a)와 제2배출밸브(32a)를 개폐하여 기체성분의 배출을 제어하는 제어부(40)를 포함한다.

제1압력센서(41)는 압축기(11) 상류의 연료공급라인(10) 압력을 감지하기 위해 저장탱크(1)에 설치되거나, 압축기(11) 상류 쪽의 연료공급라인(10)에 설치될 수 있다. 제2압력센서(42)는 압축기(11) 하류의 연료공급라인(10) 압력을 감지하기 위해 압축기(11) 하류의 연료공급라인(10)에 설치될 수 있다.

제어부(40)는 제1압력센서(41)와 제2압력센서(42)의 감지를 통해 압축기(11) 상류 및 하류의 연료공급라인(10) 압력이 각각 설정압력 이상으로 상승하는지 여부를 감지하여 연료공급라인(10)의 부하를 판단할 수 있고, 이를 토대로 기액분리기(23)의 기체성분을 제1배출라인(31)을 통해 연료공급라인(10)으로 공급할지, 제2배출라인(32)으로 배출시킬지 판단할 수 있다. 즉 제어부(40)는 연료공급라인(10)의 압축기(11) 상류 측 또는 하류 측의 압력이 각각 설정한 압력 이상으로 상승할 경우 기액분리기(23)의 기체성분을 제2배출라인(32)을 통해 외부로 방출시킬 수 있고, 연료공급라인(10)의 압축기(10) 상류 측 또는 하류 측의 압력이 각각 설정한 압력 미만인 경우 기액분리기(23)의 기체성분을 제1배출라인(31)을 통해 연료공급라인(10)의 압축기(11) 상류 측으로 공급하도록 제어할 수 있다.

연료공급라인(10)의 압력이 설정압력 이상으로 상승한 상태에서 기액분리기(23)의 기체성분을 연료공급라인(10)으로 공급할 경우에는 연료공급라인(10)의 압력이 과도하게 상승하는 등 연료공급라인(10)의 압력을 안정화하기 어렵게 되고, 이로 인해 엔진(2)으로의 안정적인 연료공급이 어려울 수 있다. 따라서 제어부(40)는 연료공급라인(10)의 압축기(11) 상류 측 또는 하류 측의 압력이 설정한 압력 이상으로 상승할 경우 기액분리기(23)의 기체성분을 제2배출라인(32)을 통해 외부로 방출시킨다. 그리고 연료공급라인(10)의 압축기(11) 상류 측 또는 하류 측의 압력이 설정한 압력 미만인 경우에만 기액분리기(23)의 기체성분을 제1배출라인(31)을 통해 연료공급라인(10)의 압축기(11) 상류 측으로 공급하도록 제어한다.

한편, 본 실시 예는 압축기(11) 상류 측 연료공급라인(10)의 압력과 압축기(11) 하류 측 연료공급라인(10)의 압력을 각각 감지하기 위해 제1압력센서(41)와 제2압력센서(42)를 채용한 경우를 제시하고 있으나, 제어부(40)는 제1압력센서(41)와 제2압력센서(42) 중 어느 하나의 정보만으로도 연료공급라인(10)의 부하를 판단할 수 있다. 따라서 연료공급라인(10)에는 제1압력센서(41)와 제2압력센서(42) 중 어느 하나가 선택적으로 설치될 수 있다. 물론 보다 정확한 부하 감지를 위해서는 본 실시 예처럼 제1압력센서(41) 제2압력센서(42)가 모두 설치될 수 있다.

또 본 실시 예는 연료공급라인(10)의 부하를 감지하는 수단으로 제1압력센서(41)와 제2압력센서(42)를 제시하였으나, 연료공급라인(10)의 부하를 감지하는 수단이 이에 한정되는 것은 아니다. 도면에 나타내지는 않았지만, 연료공급라인(10)의 부하를 감지하는 수단은 연료공급라인(10)에 설치되는 유량센서, 열교환부(21) 전후에서 연료공급라인(10)의 온도를 감지하는 온도센서 등을 포함할 수 있다.

다음은 도 2의 흐름도를 참조하면서 연료공급시스템의 제어방법에 대하여 설명한다.

연료공급라인(10)으로 연료의 공급이 이루어질 때 제어부(40)는 제1압력센서(41) 또는 제2압력센서(42)를 통하여 연료공급라인(10)의 압축기(11) 상류 측 또는 하류 측의 압력(P)을 감지한다(61). 그리고 이러한 압력(P)이 설정압력 이상인지 여부를 판단한다(62).

단계 62에서 연료공급라인(10)의 압력이 설정압력 이상인 것으로 판단되면, 제어부(40)는 제1밸브(31a)를 폐쇄하고 제2밸브(32a)를 개방시킨다(63). 이때는 기액분리기(23)의 기체성분이 연료공급라인(10)으로 공급되지 않고, 제2배출라인(32)을 통해 벤트마스트(3)로 공급되어 외부로 방출되거나, 가스연소장치(4)로 공급되어 연소되어 소진될 수 있도록 한다.

단계62에서 연료공급라인(10)의 압력이 설정압력 미만인 것으로 판단되면, 제어부(40)는 제1밸브(31a)를 개방하고 제2밸브(32a)를 폐쇄시킨다. 이때는 기액분리기(23)의 기체성분을 제1배출라인(31)을 통해 연료공급라인(10)의 압축기(11) 상류 측으로 공급함으로써 기액분리기(23)의 기체성분이 엔진(2)의 연료로 이용되거나 재액화라인(20)을 통해 재액화될 수 있도록 한다.

이처럼 본 실시 예의 연료공급시스템은 연료공급라인(10)의 부하를 고려해 재액화라인(20)의 기액분리기(23)에서 발생하는 기체성분을 연료공급라인(10)으로 공급하거나 외부로 방출 또는 연소를 통해 소진시킬 수 있기 때문에 연료공급라인(10)이 늘 적정한 압력을 유지하도록 할 수 있고, 이를 통해 안정적인 연료공급을 구현할 수 있다.

1: 저장탱크, 2: 엔진,
10: 연료공급라인, 11: 압축기,
20: 재액화라인, 21: 열교환부,
22: 팽창장치, 23: 기액분리기,
30: 배출라인, 31: 제1배출라인,
31a: 제1배출밸브, 32: 제2배출라인,
32a: 제2배출밸브, 40: 제어부,
41: 제1압력센서, 42: 제2압력센서.

Claims (3)

1. 액화가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 저장하는 저장탱크;
   상기 저장탱크의 증발가스를 엔진으로 공급하는 연료공급라인;
   상기 연료공급라인에 구비되며, 상기 연료공급라인을 통과하는 증발가스를 압축하는 압축기;
   상기 압축기 하류의 연료공급라인으로부터 분기되어 상기 저장탱크 내부로 연장된 재액화라인;
   상기 재액화라인에 구비되며, 상기 연료공급라인 중 상기 압축기 상류에 연결되어 상기 재액화라인의 증발가스와 상기 연료공급라인의 증발가스 상호간에 열교환되도록 하는 열교환부;
   상기 재액화라인 중 상기 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 열교환부를 거친 상기 재액화라인의 증발가스를 감압 팽창시켜 액화시키는 팽창장치;
   상기 재액화라인 중 상기 팽창장치 하류 지점에 설치되며, 상기 팽창장치를 거친 액화된 증발가스를 액체성분과 기체성분으로 분리하는 기액분리기;
   상기 기액분리기 내의 기체성분을 상기 연료공급라인으로 공급하는 제1배출라인; 및
   상기 기액분리기 내의 기체성분을 외부로 배출시키는 제2배출라인;을 포함하는 연료공급시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연료공급라인에 설치된 압력센서, 상기 제1배출라인을 개폐하는 제1배출밸브, 상기 제2배출라인을 개폐하는 제2배출밸브를 더 포함하는 연료공급시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 연료공급라인의 부하를 고려하여,
   상기 압력센서 값이 설정압력 이상이면, 상기 제2배출밸브를 제어하여 상기 기체성분을 상기 제2배출라인으로 공급하는 제어부를 더 포함하는 연료공급장치.

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