KR102239831B1

KR102239831B1 - 중압가스 분사엔진을 구비하는 선박의 연료공급시스템

Info

Publication number: KR102239831B1
Application number: KR1020190112507A
Authority: KR
Inventors: 김용훈; 유진열; 류승각; 장재형; 이두영; 손수정
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2021-04-14
Also published as: KR20210031551A

Abstract

저압가스 분사엔진을 구비하는 선박의 연료공급시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 선박의 연료공급시스템은, LNG 저장탱크; LNG 저장탱크 내에 저장된 LNG를 선박의 추력을 발생시키는 메인엔진으로 공급하는 LNG 공급라인; LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 선내 필요한 전력을 생산하는 발전엔진으로 공급하는 BOG 공급라인; LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 가압하여 LNG 공급라인으로 이송시키는 피드펌프; LNG 공급라인 상에 설치되며, 피드펌프에 의해 가압된 LNG를 기화시키는 기화기; BOG 공급라인 상에 설치되며, BOG 공급라인을 통해 이송되는 증발가스를 발전엔진이 요구하는 온도로 가열하는 히터; 기화기의 하류측 LNG 공급라인으로부터 히터의 하류측 BOG 라인으로 연결되어, LNG 공급라인 상에 존재하는 가스를 BOG 공급라인 측으로 전달하여 압력을 분산시키는 제1 압력해소라인; 및 제1 압력해소라인이 연결되는 지점의 하류측 BOG 공급라인으로부터 분기되어 증기헤더(Vapour Header)로 연결되어, BOG 공급라인 상에 존재하는 가스를 증기헤더로 전달하여 압력을 해소하는 제2 압력해소라인을 포함한다.

Description

중압가스 분사엔진을 구비하는 선박의 연료공급시스템 {FUEL SUPPLY SYSTEM OF SHIP WITH MEDIUM PRESSURE GAS INJECTION ENGINE}

본 발명은 중압가스 분사엔진을 구비하는 선박의 연료공급시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 선박의 추진용 엔진으로서 X-DF 엔진과 같은 중압가스 분사엔진을 구비하고, 선박의 추진 및 발전엔진으로 연료가스를 공급함에 있어서 배관 내 압력 제어를 위한 배관 및 밸브의 구성을 최적 설계함으로써, 시스템이 단순화되고 간편한 제어가 가능한 선박의 연료공급시스템에 관한 것이다.

액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스(Natural Gas)를 약 -162℃의 극저온으로 냉각하여 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가지므로 선박에 의한 원거리 수송에 매우 효율적이다.

또한, LNG는 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로서, 최근에는 LNG를 선박의 추진 및 발전에 필요한 에너지원으로 사용하는 다양한 기술들이 제시되고 있다.

선박의 추진용 엔진으로는, 통상적으로 MAN Diesel&Turbo 社에서 개발한 ME-GI 엔진이 주로 사용되고 있다. ME-GI 엔진은 약 150 내지 400 bar의 고압의 가스를 공급받아 구동되는 고압가스 분사엔진이다.

또한, 선내 필요한 전력을 생산하는 발전용 엔진으로는, 고압가스 분사엔진의 운전압력에 비해 상대적으로 낮은 압력의 가스를 사용하는 저압가스 분사엔진이 탑재될 수 있다. 예를 들면, 발전용 엔진은 DFDG(Dual Fuel Diesel Generator) 엔진이나 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진일 수 있다. 발전용 엔진은 대략 5 내지 7 bar의 압력으로 운용된다.

이러한 엔진을 구동하기 위해 요구되는 연료가스의 온도 및 압력 등은, 저장탱크(연료탱크)에 저장되어 있는 LNG의 상태와는 다를 수 있다. 따라서 LNG를 연료로 사용하는 선박에는, 저장탱크에 액체 상태로 저장되어 있는 LNG의 온도 및 압력 등을 제어하여 엔진으로 공급하기 위한 연료공급시스템이 구비된다.

도 1은 종래 선박의 연료공급시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래 선박의 연료공급시스템은, LNG 저장탱크(T)로부터 LNG를 메인엔진(ME)으로 이송시키기 위한 경로를 제공하는 LNG 공급라인(10)과, LNG 저장탱크(T) 내부에서 발생하는 증발가스(BOG: Boil-Off Gas)를 발전엔진(GE)으로 이송시키기 위한 경로를 제공하는 BOG 공급라인(20)을 포함한다.

메인엔진(ME)은 선박의 추진 동력을 생산하기 위한 엔진으로서, 전술한 ME-GI 엔진이 적용될 수 있으며, 약 150 내지 400 bar의 고압의 연료가스를 공급받아 구동된다.

이를 위해 LNG 공급라인(10) 상에는, 피드펌프(11)에 의해 LNG 저장탱크(T)로부터 토출된 LNG를 메인엔진(ME)이 요구하는 압력으로 승압시키기 위한 고압펌프(HD Pump, 12)와, 고압펌프(12)에 의해 고압으로 압축된 LNG를 기화시키기 위한 고압기화기(HD Vaporizer, 13)가 설치된다.

LNG 저장탱크(T)에 저장된 LNG는, 피드펌프(11)에 의해 1차적으로 가압된 후, 고압펌프(12)에 의해 2차적으로 가압되어 최종적으로 메인엔진(ME)이 요구하는 150 내지 400 bar의 압력으로 압축된다.

발전엔진(GE)은 발전기 등을 구동하여 선내 필요한 전력을 생산하기 위한 엔진으로서, 전술한 DFDG 엔진이나 DFDE 엔진이 적용될 수 있으며, 약 5 내지 7 bar의 저압의 연료가스를 공급받아 구동된다.

발전엔진(GE)의 경우에는 추진용을 사용되는 메인엔진(ME)보다 연료가스의 소모량이 적으므로, LNG 저장탱크(T)에서 발생하는 증발가스를 연료로 공급받아 구동될 수 있다.

BOG 공급라인(20) 상에는, 증발가스를 발전엔진(GE)이 요구하는 압력(예를 들어 5 내지 7 bar)으로 압축시키기 위한 저압압축기(LP Compressor, 21)와, 저압압축기(21)에 의해 압축된 증발가스를 발전엔진(GE)이 요구하는 온도조건에 맞추어 가열하기 위한 히터(22)가 설치된다.

BOG 공급라인(20)을 통해 공급되는 연료가스는, 발전엔진(GE) 뿐만 아니라 보일러(Boiler)나 터빈 등의 연료로서 공급될 수도 있다.

이와 같이 저압의 연료가스를 요구하는 발전엔진(GE)은 기본적으로 증발가스를 소비하여 구동될 수 있다. 그런데 LNG 저장탱크(T)에 저장된 LNG의 저장량의 감소 등의 요인으로 인하여, BOG 공급라인(20)을 통해 충분한 압력의 연료가스를 발전엔진(GE)으로 공급할 수 없는 경우가 발생할 수 있다.

따라서 BOG 공급라인(20)의 압력이 충분히 확보되지 못하는 경우에, LNG 공급라인(10)에서 고압으로 압축 및 기화된 가스의 일부를 BOG 공급라인(20)으로 보충할 수 있도록, 고압기화기(13)의 하류측 LNG 공급라인(10)에서 감압라인(33)이 분기되어 BOG 공급라인(20)으로 연결될 수 있다.

즉, 감압라인(33)은, LNG 공급라인(10)을 유동하는 고압의 가스를 이용하여 BOG 공급라인(20)의 압력을 제어하는 라인이다. 감압라인(33)에는 압력제어밸브(PCV: Pressure Control Valve)가 설치된다. 압력제어밸브(PCV)는 고압의 가스를 발전엔진(GE)으로 공급하기에 적정한 압력, 예를 들어 5 내지 7 bar로 감압시킬 수 있도록 감압밸브로 마련될 수 있다.

한편, 종래의 감압라인(33)은 BOG 공급라인(20)에서 히터(22)의 상류측에 설치되어야 한다. 이는 LNG 공급라인(10)과 BOG 공급라인(20)의 압력 차이에 의해 두 라인 내에 존재하는 가스의 온도 차이도 클 것이므로, 감압라인(33)을 통해 합류되는 가스가 발전엔진(GE)에서 요구하는 온도로 맞춰질 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 압축된 가스가 유동하는 LNG 공급라인(10)에서 고압기화기(13)의 하류측 배관과 BOG 공급라인(20)에서 저압압축기(21)의 하류측 배관은, 다양한 원인으로 인하여 배관 내부의 압력이 높아지는 경우가 있으므로 과압이 발생하지 않도록 배관 내 압력이 제어될 필요가 있다.

종래 선박의 연료공급시스템은, LNG 공급라인(10)의 하류측에 연결되는 제1 배출라인(31)과, BOG 공급라인(20)의 하류측에 연결되는 제1 배출라인(32)을 통하여, 배관 내 압력 상승시 해당 배관 내부에 존재하는 가스를 배출시킴으로써 과압이 발생하는 것을 방지한다.

제1 배출라인(31)에는 제1 과압밸브(OPV1)가 설치된다. 제1 과압밸브(OPV1)는 LNG 공급라인(10)에서 고압기화기(13)의 하류측 배관의 압력을 감지하고 감지된 압력값을 토대로 압력을 제어하는 제1 압력제어기(P1)의 제어를 받는다. LNG 공급라인(10) 내에 압력 상승이 감지되는 경우, 제1 압력제어기(P1)는 제1 과압밸브(OPV1)를 열어 LNG 공급라인(10) 내부에 존재하는 고압의 가스를 신속하게 배출시킨다.

제2 배출라인(32)에는 제2 과압밸브(OPV2)가 설치된다. 제2 과압밸브(OPV2)는 BOG 공급라인(20)에서 히터(22)의 하류측 배관의 압력을 감지하고 감지된 압력값을 토대로 압력을 제어하는 제2 압력제어기(P2)의 제어를 받는다. BOG 공급라인(20) 내에 압력 상승이 감지되는 경우, 제2 압력제어기(P2)는 제2 과압밸브(OPV2)를 열어 BOG 공급라인(20) 내부에 존재하는 증발가스를 신속하게 배출시킨다.

제2 배출라인(32)은 제1 배출라인(31) 측으로 합류될 수 있으며, 제1 배출라인(31) 및 제2 배출라인(32)을 통해 배출되는 가스는 벤트 마스트(Vent mast)를 통해 외부로 배출된다.

이때 제1 배출라인(31) 및 제2 배출라인(32)을 통해 배출되는 가스를 LNG 저장탱크(T)로 회수하여 재사용하는 방법을 생각해볼 수도 있는데, 압축된 가스를 다시 LNG 저장탱크(T)에 저장하기 위해 적절한 압력으로 감압시키는 작업이 이루어져야 한다. 특히, 제1 배출라인(31)에서 배출되는 가스는 약 150 내지 400bar의 압력을 가지게 되어, LNG 저장탱크(T)의 저장압력(대략 1 bar)과는 차이가 매우 크므로, 이를 감압시키기 위해 고가의 감압밸브 또는 압력조정장치가 필요하게 된다.

상술한 종래 선박의 연료공급시스템은, 배관 내 압력을 제어하기 위한 라인으로서 제1 배출라인(31) 및 제2 배출라인(32) 그리고 감압라인(33)까지 적어도 총 3개의 라인이 필요하며, 각각의 라인마다 제어를 위한 밸브(OPV1, OPV2, PCV)가 설치되어야 하므로, 배관 및 배관에 설치되는 밸브의 구성이 복잡한 단점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 선박의 추진 및 발전엔진으로 연료가스를 공급함에 있어서, 배관 내 압력 제어를 위한 배관 및 밸브의 구성을 최적 설계함으로써, 시스템이 단순화되고 간편한 제어가 가능한 선박의 연료공급시스템을 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명은 선박의 추진용 엔진으로서, 전력소모가 막대하고 구성이 복잡하여 설치 비용 및 면적이 많이 요구되는 ME-GI 엔진을 대체하여, 저속 2행정 중압가스 분사엔진인 X-DF 엔진을 적용하고, X-DF 엔진의 적용에 최적 설계된 선박의 연료공급시스템을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, LNG 저장탱크; 상기 LNG 저장탱크 내에 저장된 LNG를 선박의 추력을 발생시키는 메인엔진으로 공급하는 LNG 공급라인; 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 선내 필요한 전력을 생산하는 발전엔진으로 공급하는 BOG 공급라인; 상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 가압하여 상기 LNG 공급라인으로 이송시키는 피드펌프; 상기 LNG 공급라인 상에 설치되며, 상기 피드펌프에 의해 가압된 LNG를 기화시키는 기화기; 상기 BOG 공급라인 상에 설치되며, 상기 BOG 공급라인을 통해 이송되는 증발가스를 상기 발전엔진이 요구하는 온도로 가열하는 히터; 상기 기화기의 하류측 상기 LNG 공급라인으로부터 상기 히터의 하류측 상기 BOG 라인으로 연결되어, 상기 LNG 공급라인 상에 존재하는 가스를 상기 BOG 공급라인 측으로 전달하여 압력을 분산시키는 제1 압력해소라인; 및 상기 제1 압력해소라인이 연결되는 지점의 하류측 상기 BOG 공급라인으로부터 분기되어 증기헤더(Vapour Header)로 연결되어, 상기 BOG 공급라인 상에 존재하는 가스를 상기 증기헤더로 전달하여 압력을 해소하는 제2 압력해소라인을 포함하는, 선박의 연료공급시스템을 제공한다.

본 발명은 상기 제1 압력해소라인에 설치되는 제1 감압밸브; 및 상기 제2 압력해소라인에 설치되는 제2 감압밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 LNG 공급라인 상에서 상기 제1 압력해소라인이 분기되는 지점의 하류측 배관 내 압력을 감지하고 압력을 제어하는 제1 압력제어기; 및 상기 BOG 공급라인상에서 상기 제1 압력해소라인이 연결되는 지점과 상기 제2 압력해소라인이 분기되는 지점 사이의 배관 내 압력을 감지하고 압력을 제어하는 제2 압력제어기를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 압력제어기는 상기 제1 감압밸브 및 상기 제2 감압밸브의 제어에 관여하고, 상기 제2 압력제어기는 상기 제1 감압밸브 및 상기 제2 감압밸브의 제어에 관여할 수 있다.

상기 제1 감압밸브 및 상기 제2 감압밸브는, 상기 제1 압력제어기 및 상기 제2 압력제어기에서 감지된 압력값을 동시에 고려하여 제어될 수 있다.

상기 제1 감압밸브의 개방에 의해 상기 BOG 공급라인 내 압력 증가가 예상되는 경우, 상기 제1 압력제어기는 상기 제1 감압밸브의 개방과 동시에 상기 제2 감압밸브가 개방되도록 선제적으로 제어할 수 있다.

상기 메인엔진은 8 내지 20 bar의 연료가스를 공급받아 구동되는 중압가스 분사엔진이고, 상기 발전엔진은 2 내지 8 bar의 연료가스를 공급받아 구동되는 저압가스 분사엔진일 수 있다.

상기 메인엔진은 X-DF 엔진이고, 상기 발전엔진은 DFDG 엔진 또는 DFDE 엔진일 수 있다.

상기 피드펌프는, 상기 메인엔진에서 요구하는 연료가스의 적정압력으로 상기 LNG를 가압하여 상기 LNG 공급라인으로 공급할 수 있다.

상기 LNG 공급라인 상에는, 상기 피드펌프 외에 상기 LNG를 상기 메인엔진이 요구하는 압력으로 맞추기 위한 2차적인 가압 펌프는 설치되지 않을 수 있다.

상기 LNG 저장탱크는 내압성 탱크로 마련되되, 상기 발전엔진의 운전압력보다 높은 설계압력을 가질 수 있다.

따라서 상기 BOG 공급라인 상에 별도의 압축기가 설치되지 않더라도, 상기 LNG 저장탱크의 내압에 의해 상기 LNG 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 상기 BOG 라인으로 공급하는 것이 가능할 수 있다.

상기 LNG 저장탱크는 IMO C Type 탱크일 수 있다.

본 발명에 따른 선박의 연료공급시스템은, 선박의 추진 및 발전엔진으로 연료가스를 공급하는 배관 및 밸브의 구성을 최적 설계함으로써, 시스템이 단순화되어 가격 경쟁력을 높일 수 있음은 물론, 간편한 제어가 가능하여 운영을 간소화를 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 선박의 연료공급시스템을 개략적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 선박의 연료공급시스템을 개략적으로 도시한 도면

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. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

이하 본 명세서에서 선박은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여 해상에 부유하고 있는 해상 구조물을 모두 포함하는 개념이며, 특히 LFS(LNG Fuelled ship)과 같이 액화가스를 연료로 사용하여 추진하는 선박에 바람직하게 적용될 수 있다.

또한, 이하 본 명세서에서 액화가스는, LNG를 비롯하여 LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같이, 저온으로 액화시켜 저장/수송될 수 있고 저장된 상태에서 증발가스가 발생하여 엔진의 연료로 공급될 수 있는 모든 종류의 액화가스를 포함하는 개념이다. 그리고 가열이나 가압에 의해 액체 상태가 아닌 경우, 예를 들어 초임계 상태인 경우에도 편의상 액화가스로 표현할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 선박의 연료공급시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 선박의 연료공급시스템은, LNG 저장탱크(T)로부터 LNG를 메인엔진(ME)으로 이송시키기 위한 경로를 제공하는 LNG 공급라인(10)과, LNG 저장탱크(T) 내부에서 발생하는 증발가스(BOG: Boil-Off Gas)를 발전엔진(GE)으로 이송시키기 위한 경로를 제공하는 BOG 공급라인(20)을 포함한다.

본 발명에서 메인엔진(ME)은, 선박의 추진 동력을 생산하기 위한 엔진으로서, 고압가스 분사엔진인 종래의 ME-GI 엔진을 대체하여 저속 2행정 중압가스 분사엔진인 X-DF 엔진이 적용될 수 있다.

그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 메인엔진(ME)은 대략 50 bar 이하의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시킬 수 있는 다양한 엔진이 적용될 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 메인엔진(ME)으로서 대표적인 중압가스 분사엔진인 X-DF 엔진이 적용되는 것을 예로 들어 설명한다.

구체적으로 X-DF 엔진은 8 내지 20 bar(더욱 바람직하게는 15 내지 18 bar)의 요구 압력을 가질 수 있으며, 비교적 더 저압의 연료가스를 요구하는 발전용 엔진(DFDG, DFDE 등)과 구분되기 위하여 중압가스 분사엔진으로 지칭되기도 한다.

본 발명에서 발전엔진(GE)은, 선내 필요한 전력을 생산하기 위하여 발전 동력 또는 기타 동력을 발생시키기 위한 엔진으로서, DFDG(Dual Fuel Diesel Generator) 엔진 또는 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진으로 구비될 수 있으며, 약 2 내지 8 bar(더욱 바람직하게는 5 내지 7 bar)의 연료가스를 공급받아 구동될 수 있다.

본 발명에서 LNG 공급라인(10)은, LNG 저장탱크(T)와 메인엔진(ME) 사이를 연결하며, 피드펌프(11) 및 기화기(13)를 구비할 수 있다.

피드펌프(11)는 LNG 저장탱크(T)에 저장된 LNG를 약 8 내지 20 bar(더욱 바람직하게는 15 내지 18 bar)로 가압하여 LNG 공급라인(10)으로 공급할 수 있고, 이는 메인엔진(ME)인 저속 2행정 중압가스 분사엔진(X-DF 엔진)으로 공급되는 연료가스의 적정압력에 해당될 수 있다.

즉, 본 발명에서는 메인엔진(ME)이 X-DF 엔진으로 마련됨에 따라, 피드 펌프(11)에 의해 LNG를 X-DF 엔진의 요구 압력으로 한 번에 압축시킬 수 있으며, 이에 따라 2차적인 가압 펌프는 필요하지 않다.

기화기(13)는 피드펌프(11)에 의해 압축된 LNG를 기화시키는 구성으로서, 메인엔진(ME)인 X-DF 엔진이 종래 대비 저압의 연료가스로 구동되므로 고압 기화기로 마련될 필요는 없다. 기화기(13)의 상류에는, LNG 저장탱크(T)로부터 메인엔진(ME)으로 공급되는 LNG의 유량을 조절하기 위한 제1 조절밸브(V1)가 설치된다. 제1 조절밸브(V1)는 후술하는 제1 압력제어기(PIC1)의 제어를 받아 ON/OFF 제어 또는 개도가 조절될 수 있다.

본 발명에서 BOG 공급라인(20)은, LNG 저장탱크(T)와 발전엔진(GE) 사이를 연결하며, 히터(22)를 구비할 수 있다.

본 발명에서 LNG 저장탱크(T)는, 탱크 내부에서 발생하는 증발가스를 일정 압력 하에서 수용할 수 있는 내압성 탱크로 마련될 수 있으며, 발전엔진(GE)의 운전압력보다 높게 설계되어, 별도의 압축기를 구성하지 않고도 발전엔진(GE)이 요구하는 압력으로 증발가스를 공급할 수 있다. 예컨대, 발전엔진(GE)의 운전압력이 5.5 barg 라면, LNG 저장탱크(T)의 설계압력은 5.5 barg 보다 높은 게이지압으로 설계될 수 있다.

본 발명의 LNG 저장탱크(T)는, 바람직하게는 독립형 탱크로 마련될 수 있고, 더욱 바람직하게는 국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)에서 규정하는 IMO C type 탱크일 수 있다.

히터(22)는 LNG 저장탱크(T)로부터 BOG 공급라인(20)으로 공급되는 증발가스를 발전엔진(GE)이 요구하는 온도조건에 맞추어 가열한다. 히터(22)의 상류에는, LNG 저장탱크(T)로부터 발전엔진(GE)으로 공급되는 증발가스의 유량을 조절하기 위한 제2 조절밸브(V2)가 설치된다.

한편, 본 발명에 따른 선박의 연료공급시스템은, LNG 공급라인(10)에서 기화기(13)의 하류측으로부터 분기되어 BOG 공급라인(20)에서 히터(22)의 하류측으로 연결되는 제1 압력해소라인(41)과, BOG 공급라인(20)에서 제1 압력해소라인(41)이 합류되는 지점의 하류측으로부터 분기되어 증기헤더(Vapour Header)로 연결되는 제2 압력해소라인(42)을 더 포함한다.

제1 압력해소라인(41)은, LNG 공급라인(10)의 압력이 상승할 경우, 내부압력을 BOG 공급라인(20) 측으로 분산시키는 역할을 한다. 제1 압력해소라인(41)에는 제1 감압밸브(PRV1)가 설치될 수 있다.

본 발명에서 X-DF 엔진으로 마련되는 메인엔진(ME)이 필요로 하는 압력(15 내지 17 bar)으로부터 발전엔진(GE)이 필요로 압력(5 내지 7 bar)으로 연료가스의 감압시 온도 변화가 크게 발생하지 않으므로, 제1 압력해소라인(41)은 히터(22)의 하류측 BOG 공급라인(20) 상으로 바로 연결될 수 있다.

종래(도 1 참조)에는 메인엔진(ME)이 필요로 하는 압력(150 내지 400 bar)으로부터 발전엔진(GE)이 필요로 하는 압력(5 내지 7 bar)으로 연료가스의 감압시 온도 변화가 크게 발생하므로, 감압라인(33)이 반드시 히터(22)의 상류측 BOG 공급라인(20)으로 연결되어야 했다. 따라서 감압라인(33)을 이용하여 LNG 공급라인(10) 상의 압력 상승을 즉각적으로 해소시키기는 어려웠으며, LNG 공급라인(10)의 압력 상승을 즉각적으로 해소시키기 위한 목적으로 제1 배출라인(31)이 별도로 구비되어야만 했다.

반면, 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 제1 압력해소라인(41)이 제2 공급라인(20) 상에서 히터(22)의 하류측으로 연결됨에 따라, LNG 공급라인(10)의 압력 상승을 제1 압력해소라인(41)을 통해 즉각적으로 해소할 수 있다.

이때 LNG 공급라인(10)으로부터 BOG 공급라인(20) 측으로 분기되는 연료가스에 의해 BOG 공급라인(20)의 압력이 상승할 것이지만, 이는 제2 압력해소라인(42)을 통해 증기헤더(Vapour Header)로 감압시킬 수 있다. 제2 압력해소라인(42)에는 제2 감압밸브(PRV2)가 설치될 수 있다.

제2 압력해소라인(42)을 통해 감압되어 증기헤더(Vapour Header)로 이송된 가스는, LNG 저장탱크(T)로 회수되어 저장될 수 있다.

본 발명에 따른 선박의 연료공급시스템은, LNG 공급라인(10) 상에서 제1 압력해소라인(41)이 분기되는 지점의 하류측 배관 내 압력을 감지하고 압력을 제어하는 제1 압력제어기(PIC1)와, BOG 공급라인(20)상에서 제1 압력해소라인(41)이 연결되는 지점과 제2 압력해소라인(42)이 분기되는 지점 사이의 배관 내 압력을 감지하고 압력을 제어하는 제2 압력제어기(PIC2)를 더 포함한다.

제1 압력해소라인(41) 상에 설치되는 제1 감압밸브(PRV1) 및 제2 압력해소라인(42) 상에 설치되는 제2 감압밸브(PRV2)는, 제1 압력제어기(PIC1)와 제2 압력제어기(PIC2)에서 감지된 압력값을 동시에 고려하여 제어될 수 있다.

본 발명은 제1 압력해소라인(41) 및 제2 압력해소라인(42)을 통하여 LNG 공급라인(10)으로부터 증기헤더(Vapour Header)로 빠른 감압이 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 제1 압력제어기(PIC1)를 제2 감압밸브(PRV2)와 연결하여, BOG 공급라인(20)의 압력이 높아지기 전에 선제적으로 제2 감압밸브(PRV2)를 제어할 수 있다.

즉, 제1 압력제어기(PIC1)는 제2 압력제어기(PIC2)에서 감지되는 압력값을 함께 고려하여 BOG 공급라인(20)의 압력 상승이 예상되는 경우에는, 제1 감압밸브(PRV1)를 개방시킴과 동시에 제2 감압밸브(PRV2)도 함께 개방함으로써, LNG 공급라인(10)으로부터 분산되는 압력이 제1 압력해소라인(41) 및 제2 압력해소라인(42)을 통해 증기헤더(Vapour Header)로 빠른 감압이 이루어질 수 있도록 선제적으로 제어할 수 있다.

본 발명에서 LNG 저장탱크(T)로부터 발전엔진(GE)으로 공급되는 BOG의 유량을 제어하는 제2 조절밸브(V2)는, 제2 압력제어기(PIC2)와는 별도로 BOG 공급라인(20) 상에서 제1 압력해소라인(41)이 연결되는 지점의 상류측 배관 내 압력을 감지하고 압력을 제어하는 제3 압력제어기(PIC3)에 의해 제어될 수 있다.

미설명부호 MV1은 LNG 공급라인(10)으로부터 메인엔진(ME)으로 공급되는 연료가스의 공급을 최종적으로 조절하는 마스터 밸브(master valve)이고, MV2는 BOG 공급라인(20)으로부터 발전엔진(GE) 및 보일러 등으로 공급되는 연료가스의 공급을 조절하는 마스터 밸브이다.

본 발명은 선박의 추력을 발생시키는 메인엔진(ME)으로서, 고압가스 분사엔진인 종래의 ME-GI 엔진을 대체하여 저속 2행정 중압가스 분사엔진인 X-DF 엔진을 적용함으로써, 다음과 같은 이점을 도모할 수 있다.

우선, ME-GI 엔진은 요구 압력이 대략 150 내지 400 bar의 고압으로, 구동을 위한 소모 전력이 약 210 내지 220 KW 정도로 상당히 많은 전력이 필요한 문제점이 있었다. 이에 반해 X-DF 엔진은 요구 압력이 8 내지 20 bar(바람직하게는 15 내지 18bar)의 저압으로, 구동을 위한 소모 전력이 약 13 내지 17 KW 정도 밖에 되지 않으므로, ME-GI 엔진에 비해 많은 전력을 저감할 수 있는 효과가 있다.

그리고 ME-GI 엔진은 구동 압력이 상당히 높아 엔진이 필요로 하는 압력을 생성하기 위해 수반하는 연료공급시스템이 매우 복잡하고 많은 공간을 차지하는 문제점이 있었다. 이에 반해 X-DF 엔진은 구동압력이 낮아 연료공급시스템이 매우 간단하고 차지하는 공간이 적은 이점이 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 본 발명은 메인엔진(ME)을 X-DF 엔진으로 적용함에 따라, LNG 공급라인(10)의 과압 방지 목적으로 설치되는 제1 압력해소라인(41)을 히터(22)의 하류측 BOG 공급라인(20) 상으로 연결하는 것이 가능하다.

따라서 종래(도 1 참조)에 배관 내 압력 제어 목적으로 설치되는 제1 배출라인(31), 제2 배출라인(32) 및 감압라인(33)과 해당 라인마다 설치되는 밸브(OPV1, OPV2, PCV)의 구성을 제1 및 제2 압력해소라인(42)의 두 라인으로 대폭 감소시켜 연료공급시스템의 단순화를 도모하는 효과가 있다.

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 : LNG 공급라인
11 : 피드펌프
13 : 기화기
20 : BOG 공급라인
22 : 히터
41 : 제1 압력해소라인
42 : 제2 압력해소라인
PIC1 : 제1 압력제어기
PIC2 : 제2 압력제어기
PIC3 : 제3 압력제어기
PRV1 : 제1 감압밸브
PRV2 : 제2 감압밸브
V1 : 제1 조절밸브
V2 : 제2 조절밸브

Claims

LNG 저장탱크;
8 내지 20 bar의 연료가스를 공급받아 구동되는 중압가스 분사엔진으로 마련되어 선박의 추력을 발생시키는 메인엔진;
2 내지 8 bar의 연료가스를 공급받아 구동되는 저압가스 분사엔진으로 마련되어 선내 필요한 전력을 생산하는 발전엔진;
상기 LNG 저장탱크 내에 저장된 LNG를 상기 메인엔진으로 공급하는 LNG 공급라인;
상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 발전엔진으로 공급하는 BOG 공급라인;
상기 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 가압하여 상기 LNG 공급라인으로 이송시키는 피드펌프;
상기 LNG 공급라인 상에 설치되며, 상기 피드펌프에 의해 가압된 LNG를 기화시키는 기화기;
상기 BOG 공급라인 상에 설치되며, 상기 BOG 공급라인을 통해 이송되는 증발가스를 상기 발전엔진이 요구하는 온도로 가열하는 히터; 및
상기 기화기의 하류측 상기 LNG 공급라인으로부터 상기 히터의 하류측 상기 BOG 라인으로 바로 연결되어, 상기 LNG 공급라인 상에 존재하는 가스를 상기 BOG 공급라인 측으로 전달하여 압력을 분산시키는 제1 압력해소라인을 포함하는,
선박의 연료공급시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 압력해소라인이 연결되는 지점의 하류측 상기 BOG 공급라인으로부터 분기되어 증기헤더(Vapour Header)로 연결되어, 상기 BOG 공급라인 상에 존재하는 가스를 상기 증기헤더로 전달하여 압력을 해소하는 제2 압력해소라인;
상기 제1 압력해소라인에 설치되는 제1 감압밸브; 및
상기 제2 압력해소라인에 설치되는 제2 감압밸브를 더 포함하는,
선박의 연료공급시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 LNG 공급라인 상에서 상기 제1 압력해소라인이 분기되는 지점의 하류측 배관 내 압력을 감지하고 압력을 제어하는 제1 압력제어기; 및
상기 BOG 공급라인상에서 상기 제1 압력해소라인이 연결되는 지점과 상기 제2 압력해소라인이 분기되는 지점 사이의 배관 내 압력을 감지하고 압력을 제어하는 제2 압력제어기를 더 포함하는,
선박의 연료공급시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 제1 압력제어기는 상기 제1 감압밸브 및 상기 제2 감압밸브의 제어에 관여하고,
상기 제2 압력제어기는 상기 제1 감압밸브 및 상기 제2 감압밸브의 제어에 관여하는 것을 특징으로 하는,
선박의 연료공급시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 감압밸브 및 상기 제2 감압밸브는, 상기 제1 압력제어기 및 상기 제2 압력제어기에서 감지된 압력값을 동시에 고려하여 제어되는 것을 특징으로 하는,
선박의 연료공급시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 감압밸브의 개방에 의해 상기 BOG 공급라인 내 압력 증가가 예상되는 경우, 상기 제1 압력제어기는 상기 제1 감압밸브의 개방과 동시에 상기 제2 감압밸브가 개방되도록 선제적으로 제어하는 것을 특징으로 하는,
선박의 연료공급시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 메인엔진은 X-DF 엔진이고,
상기 발전엔진은 DFDG 엔진 또는 DFDE 엔진인 것을 특징으로 하는,
선박의 연료공급시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 피드펌프는, 상기 메인엔진에서 요구하는 연료가스의 적정압력으로 상기 LNG를 가압하여 상기 LNG 공급라인으로 공급하는 것을 특징으로 하는,
선박의 연료공급시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 LNG 공급라인 상에는, 상기 피드펌프 외에 상기 LNG를 상기 메인엔진이 요구하는 압력으로 맞추기 위한 2차적인 가압 펌프는 설치되지 않는 것을 특징으로 하는,
선박의 연료공급시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 LNG 저장탱크는 내압성 탱크로 마련되되, 상기 발전엔진의 운전압력보다 높은 설계압력을 가지는 것을 특징으로 하는,
선박의 연료공급시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 BOG 공급라인 상에 별도의 압축기가 설치되지 않더라도, 상기 LNG 저장탱크의 내압에 의해 상기 LNG 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 상기 BOG 라인으로 공급하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는,
선박의 연료공급시스템.
청구항 12에 있어서,
상기 LNG 저장탱크는 IMO C Type 탱크인 것을 특징으로 하는,
선박의 연료공급시스템.