KR102273454B1 - 연료가스 공급시스템 - Google Patents

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Abstract

연료가스 공급시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 액화가스 및 증발가스로 이루어지는 연료가스를 수용하는 저장탱크, 저장탱크의 증발가스를 엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인 및 연료가스의 메탄가를 조절하기 위하여, 증발가스의 일부와 액화가스를 혼합 또는 응축시켜, 저장탱크 또는 엔진으로 공급하는 재응축기를 구비하는 메탄가 조절부를 포함하여 제공될 수 있다.

Description

연료가스 공급시스템{FUEL GAS SUPPLYING SYSTEM IN SHIPS}
본 발명은 연료가스 공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박의 엔진이 요구하는 연료가스의 조건 메탄가(Methane number)에 맞추어 연료가스를 효과적으로 공급할 수 있는 선박용 연료가스 공급시스템에 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.
연료가스 중에서 널리 이용되고 중요한 자원으로 여겨지는 천연가스(Natural Gas)는 메탄(methane)을 주성분으로 하며, 통상적으로 저장 및 수송의 용이성을 위해 천연가스를 약 섭씨 -162도로 냉각해 그 부피를 1/600로 줄인 무색 투명한 초저온 액체인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)로 상변화하여 관리 및 운용를 수행하고 있다.
이러한 액화천연가스는 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송되며, 선박의 엔진은 액화천연가스 또는 증발가스(Boiled Off Gas) 등을 연료가스로 공급받아 구동된다. 여기서 증발가스는 저장탱크 내부에 수용된 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생되는 자연증발가스 및 강제적으로 기화하여 발생되는 강제증발가스를 포함한다. 액화천연가스 또는 증발가스는 압축 및 기화 등의 처리과정을 거쳐 엔진이 요구하는 조건에 맞추어 공급된다.
한편 오늘날에는 선박의 추진용 또는 선박의 발전용으로 DFDE 엔진 등과 같은 저압(약 4.5 ~ 5.5 barg)의 이종연료 엔진이 널리 이용되고 있으며, 또한 중압(약 16 barg)의 연료가스로 연소가 가능한 X-DF 엔진이 개발되어 이용되고 있다.
천연가스는 메탄 외에도 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 부탄(Butane) 등을 포함하며, 생산지에 따라 조성이 달라지는데 액화천연가스 또는 기화된 증발가스를 X-DF 엔진 등에 연료가스로서 공급하기 위해서는 엔진에서 요구하는 조건 메탄가(methane number)의 조건에 맞추어 공급해야 한다. 엔진으로 공급되는 연료가스가 적정 메탄가보다 낮은 경우에는 엔진의 피스톤이 상사점에 도달하기 이전에 폭발 및 연소가 이루어져 엔진 피스톤의 마모, 엔진 효율 저하, 노킹(Knocking) 등의 문제가 야기될 수 있으며, 엔진이 요구하는 적정 메탄가에 맞추어 연료가스를 공급해야 엔진이 정상적인 출력을 낼 수 있기 때문이다.
한편 메탄의 끓는 점은 섭씨 -161.5도로써, 천연가스의 기타 성분인 에탄(끓는 점 섭씨 -89도), 프로판(끓는 점 섭씨 -45도) 등에 비해 낮다. 이에 따라 저장탱크 내부에서 자연적으로 기화되는 자연증발가스는 높은 메탄가를 가지게 되고, 저장탱크에 액화천연가스를 가득 실은 만선항해(Laden Voyage) 시에는 자연증발가스 발생량이 많으므로 엔진이 요구하는 적정 메탄가를 용이하게 맞출 수 있다.
그러나 액화천연가스를 하역한 이후 등 저장탱크에 액화천연가스가 많이 수용되지 않은 공선항해(Ballast Voyage) 시에는 자연증발가스 발생량이 대폭 감소하므로 엔진이 요구하는 적정 메탄가를 맞추기 어려운 문제점이 있으며, 이에 따라 공선항해 시에도 엔진에 공급되는 연료가스의 메탄가를 엔진이 요구하는 수준으로 맞추어 공급할 수 있는 방안이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0035223호(2010. 04. 05. 공개)
본 발명의 실시 예는 엔진에 공급되는 연료가스의 메탄가를 효과적으로 조절할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 엔진에 공급되는 연료가스의 메탄가가 감소하는 것을 효과적으로 억제할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 증발가스를 효과적으로 처리 또는 이용할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 단순한 구조로서 효율적인 운용을 도모할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 엔진의 효율을 향상시키고 엔진에 가해지는 부하를 최소화할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 및 증발가스로 이루어지는 연료가스를 수용하는 저장탱크, 상기 저장탱크의 증발가스를 엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인 및 상기 연료가스의 메탄가를 조절하기 위하여, 상기 증발가스의 일부와 상기 액화가스를 혼합 또는 응축시켜, 상기 저장탱크 또는 상기 엔진으로 공급하는 재응축기를 구비하는 메탄가 조절부를 포함하여 제공될 수 있다.
상기 메탄가 조절부는 상기 저장탱크의 액화가스를 상기 재응축기로 공급하는 액화가스 공급라인과, 상기 제1연료가스 공급라인으로부터 분기되어, 상기 증발가스의 일부를 상기 재응축기로 공급하는 메탄가 조절라인, 및 상기 재응축기에 의해 응축된 증발가스 또는 액화가스를 상기 저장탱크로 공급하는 회수라인을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 메탄가 조절부는 상기 재응축기에 의해 응축된 증발가스 또는 액화천연가스를 상기 엔진으로 공급하는 제2연료가스 공급라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 회수라인의 출구 측 단부에는 상기 저장탱크의 증발가스 측으로 응축된 증발가스 또는 액화천연가스를 분사하는 적어도 하나의 분사 노즐, 및 상기 저장탱크의 액화천연가스 측으로 응축된 증발가스 또는 액화천연가스를 주입하는 주입관이 마련되어 제공될 수 있다.
상기 메탄가 조절부는 상기 메탄가 조절라인에 마련되는 개폐밸브를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 메탄가 조절부는 상기 엔진으로 공급되는 연료가스의 메탄가를 분석하는 가스 애널라이져를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 가스 애널라이져로부터 분석된 메탄가를 이용하여, 상기 개폐밸브의 작동을 조절하는 제어부를 더 포함하여 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 엔진에 공급되는 연료가스의 메탄가를 엔진이 요구하는 적정 수준으로 효과적으로 조절하여 공급할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 공선항해 시 엔진에 공급되는 연료가스의 메탄가가 감소하는 것을 효과적으로 억제할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 엔진의 효율을 향상시키고 엔진의 노킹, 피스톤의 마모 등 엔진에 가해지는 부하를 최소화하여 엔진의 내구성 및 수명을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 액화천연가스를 수용하는 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 효과적으로 처리 또는 이용할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템은 단순한 구조로서 효율적인 운용을 도모할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템을 나타내는 개념도이다.
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.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템(100)을 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템(100)은 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 증발가스를 엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인(120), 제1연료가스 공급라인(120)을 통과하는 증발가스의 일부와 저장탱크(110)의 액화천연가스를 혼합 및 응축시키는 재응축기(145)를 구비하는 메탄가 조절부 및 재응축기(145)에 의해 응축된 증발가스 또는 액화천연가스를 엔진으로 공급하는 제2연료가스 공급라인(130)을 포함할 수 있다.
저장탱크(110)는 액화천연가스 및 증발가스를 수용 또는 저장하도록 마련된다. 저장탱크(110)는 외부의 열 침입에 의한 액화천연가스의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다. 저장탱크(110)는 천연가스의 생산지 등으로부터 액화천연가스를 공급받아 수용 또는 저장하여 목적지에 이르러 하역하기까지 액화천연가스 및 증발가스를 안정적으로 보관하되 후술하는 바와 같이 선박의 추진용 엔진 또는 선박의 발전용 엔진 등의 연료가스로 이용되도록 마련될 수 있다.
저장탱크(110)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(110) 내부에는 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스가 존재하게 된다. 이러한 증발가스는 저장탱크(110)의 내부압력을 상승시켜 저장탱크(110)의 변형 및 폭발 등의 위험을 잠재하고 있으므로 증발가스를 저장탱크(110)로부터 제거할 필요성이 있다. 이에 따라 저장탱크(110) 내부에 발생된 증발가스는 본 발명의 실시 예와 같이 제1연료가스 공급라인(120)에 의해 엔진의 연료가스로 이용될 수 있으며, 도면에는 도시하지 않았으나 저장탱크(110)의 상부에 마련되는 벤트마스트(미도시) 또는 GCU(Gas Combustion Unit, 미도시)로 공급하여 증발가스를 처리 또는 소모시킬 수도 있다.
엔진은 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스 및 증발가스 등의 연료가스를 공급받아 선박의 추진력을 발생시키거나 선박의 내부 설비 등의 발전용 전원을 발생시킬 수 있다. 엔진은 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제1엔진과, 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제2엔진으로 이루어질 수 있다. 일 예로 제1엔진은 상대적으로 저압(4.5 ~ 5.5 barg)의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 DFDE 엔진으로 이루어지고, 제2엔진은 상대적으로 고압(16 barg)의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 X-DF 엔진으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 연료가스의 메탄가에 영향을 받는 엔진이라면 선박의 규모 등 필요에 따라 다양한 수로 이루어질 수 있으며, 다른 방식의 엔진으로 이루어지는 경우를 모두 포함한다.
엔진에 공급되는 연료가스가 천연가스인 경우에, 연료가스의 메탄가(Methane number)를 엔진이 요구하는 조건 메탄가로 맞추어 공급해 주어야 한다. 천연가스는 주성분이 메탄(Methane)으로서, 메탄 외에도 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 부탄(Butane) 등을 포함하는데 엔진이 요구하는 조건 메탄가에 맞추어 연료가스를 공급해야 엔진의 노킹(Knocking), 엔진 효율 저하, 엔진 피스톤의 마모를 방지할 수 있으며, 엔진이 정상적인 출력을 발휘할 수 있기 때문이다.
제1연료가스 공급라인(120)은 저장탱크(110)에 발생된 증발가스를 엔진에 연료가스로서 공급하도록 마련된다. 제1연료가스 공급라인(120)은 그 일단이 저장탱크(110)의 내부에 연결되어 마련되고, 타단은 후술하는 제2연료가스 공급라인(130)과 합류하여 엔진에 연결되어 마련된다. 제1연료가스 공급라인(120)의 일단은 저장탱크(110) 내부의 증발가스를 공급받을 수 있도록 저장탱크(110) 내부의 상측에 배치될 수 있으며, 증발가스를 엔진이 요구하는 조건에 맞추어 처리할 수 있도록 복수개의 압축부(121)를 구비할 수 있다.
압축부(121)는 증발가스를 압축하는 컴프레서(121a)와 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 쿨러(121b)를 포함할 수 있다. 압축부(121)는 제1연료가스 공급라인(120) 상에 후술하는 메탄가 조절라인(140)이 분기되는 지점의 전단에 마련되어 증발가스를 1차적으로 압축 및 냉각시켜줄 수 있다. 또한 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받는 제2엔진의 전단부에 압축부(121)가 추가적으로 마련되어, 증발가스를 2차적으로 압축 및 냉각하여 제2엔진이 요구하는 고압의 상태로 연료가스로서 공급될 수 있다.
도 1에서는 압축부(121)가 제1연료가스 공급라인(120) 상에 한 개 마련되고, 제2엔진의 전단에 한 개가 더 추가적으로 마련된 것으로 도시되어 있으나, 압축부(121)의 수와 이에 포함되는 컴프레서(121a) 및 쿨러(121b)의 수는 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
한편 액화천연가스의 주성분인 메탄의 끓는 점은 섭씨 -161.5도로써, 천연가스의 기타 성분인 에탄(끓는 점 섭씨 -89도), 프로판(끓는 점 섭씨 -45도) 등에 비해 낮다. 따라서 저장탱크(110) 내부에서 액화천연가스가 자연적으로 기화되는 증발가스에는 상대적으로 메탄의 함유량이 많아지게 되고, 이와는 반대로 액화천연가스는 증발가스가 발생될수록 메탄을 잃게 되어 액화천연가스의 메탄가는 점점 감소하게 된다. 저장탱크(110)에 액화천연가스를 가득 실은 만선항해(Laden Voyage) 시에는 자연적으로 발생하는 증발가스의 발생량도 많아지므로 엔진이 요구하는 적정 메탄가를 용이하게 맞출 수 있다.
그러나 반대로 저장탱크(110) 내부의 액화천연가스를 모두 소비한 이후 또는 하역한 이후인 공선항해(Ballast Voyage) 시에는 저장탱크(110) 내부에 액화천연가스의 저장량이 상대적으로 적다. 따라서 자연적으로 발생하는 증발가스의 발생량 역시 감소하여 연료가스의 메탄가가 감소하므로 엔진이 요구하는 적정 메탄가를 맞추기 어려운 문제점이 있다.
본 실시 예에서 설명하는 만선항해 및 공선항해는 각각 저장탱크(110)에 액화천연가스의 수용량에 기인하는 의미와 더불어, 별도의 장치 없이 증발가스 및 액화천연가스로 이루어지는 연료가스를 엔진에 공급하더라도 연료가스의 메탄가를 엔진이 요구하는 조건 메탄가로 용이하게 맞출 수 있는 상태와, 별도의 장치 없이 액화천연가스와 증발가스를 엔진에 공급할 경우 연료가스의 메탄가가 엔진이 요구하는 조건 메탄가보다 낮은 경우를 각각 포함하는 포괄적인 개념으로 보아야 한다.
메탄가 조절부는 제1연료가스 공급라인(120)을 통과하는 증발가스의 일부와 저장탱크(110)의 액화천연가스를 혼합 및 응축시키는 재응축기(145), 저장탱크(110)의 액화천연가스를 재응축기(145)로 공급하는 액화가스 공급라인(141), 제1연료가스 공급라인(120)으로부터 분기되어 재응축기(145)와 연결되어 마련되는 메탄가 조절라인(140), 재응축기(145)에 의해 응축된 증발가스 또는 액화천연가스를 저장탱크(110)로 공급하는 회수라인(143), 메탄가 조절라인(140)에 마련되는 개폐밸브(146), 엔진에 공급되는 연료가스의 메탄가를 분석하는 가스 애널라이져(147)를 포함하여 마련될 수 있다.
재응축기(145)는 제1연료가스 공급라인(120)을 통과하는 증발가스의 일부와 저장탱크(110)의 액화천연가스를 혼합 및 응축시키도록 마련된다. 재응축기(145)는 후술하는 메탄가 조절라인(140)을 통해 제1연료가스 공급라인(120)을 통과하는 증발가스의 일부를 공급받고, 후술하는 액화가스 공급라인(141)을 통해 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스를 공급받는다. 재응축기(145)는 내부에서 증발가스와 액화천연가스를 혼합함으로써, 증발가스를 응축하고, 응축된 증발가스 또는 액화천연가스를 후술하는 제2연료가스 공급라인(130)에 의해 엔진에 연료가스로 공급하거나, 후술하는 회수라인(143)에 의해 저장탱크(110)의 내부로 공급한다.
액화가스 공급라인(141)은 저장탱크(110)의 액화천연가스를 재응축기(145)로 공급하도록 입구 측이 저장탱크(110) 내부에 연결되어 마련되고, 타단이 재응축기(145)에 연결되어 마련된다. 액화가스 공급라인(141)의 일단은 저장탱크(110) 내부의 액화천연가스를 용이하게 공급받을 수 있도록 저장탱크(110) 내부의 하측에 배치될 수 있으며, 액화천연가스를 재응축기(145) 측으로 공급하기 위해 송출펌프(142)가 마련될 수 있다. 이와는 달리 저장탱크(110)에 압력생성장치(Pressure Build-up Unit, PBU)가 설치되어 저장탱크(110) 내부압력을 상승시켜 액화천연가스를 액화가스 공급라인(141)으로 공급하도록 마련될 수도 있다.
메탄가 조절라인(140)은 제1연료가스 공급라인(120)을 흐르는 증발가스의 일부를 재응축기(145)로 공급하도록 입구 측이 제1연료가스 공급라인(120)에 분기되어 마련되고, 타단이 재응축기(145)에 연결되어 마련된다. 메탄가 조절라인(140)에는 개폐밸브(146)가 마련되어 제1연료가스 공급라인(120)으로부터 공급되는 증발가스의 공급여부 및 공급량을 조절할 수 있다.
회수라인(143)은 재응축기(145)에 의해 응축된 증발가스 또는 액화천연가스를 저장탱크(110)로 공급하도록 입구 측이 재응축기(145)에 연결되어 마련되고, 출구 측이 저장탱크(110) 내부에 연결되어 마련될 수 있다. 회수라인(143)에는 저장탱크(110)로 공급되는 응축된 증발가스 및 액화천연가스의 공급량을 조절하는 개폐밸브(143c)가 마련될 수 있다.
회수라인(143)의 출구 측 단부에는 응축된 증발가스 또는 액화천연가스를 저장탱크(110) 내부의 증발가스와 용이하게 혼합될 수 있도록 증발가스 측으로 분사되는 적어도 하나의 분사 노즐(143a) 마련될 수 있다. 또한 응축된 증발가스 또는 액화천연가스를 저장탱크(110) 내부의 액화천연가스와 용이하게 혼합될 수 있도록 액화천연가스로 직접 주입시키는 주입관(143b)이 추가적으로 분기되어 마련될 수 있다.
전술한 바와 같이, 저장탱크(110)에서 자연적으로 발생하는 증발가스는 높은 메탄가를 갖게 되고, 이와는 반대로 액화천연가스는 메탄을 잃게 되어 낮은 메탄가를 갖게 된다. 이에 따라 재응축기(145)를 이용하여 메탄가가 높은 증발가스와 메탄가가 낮은 액화천연가스를 혼합 및 응축시키고, 이를 회수라인(143)을 통해 저장탱크(110)의 내부로 공급하여 저장탱크(110) 내부의 증발가스 또는 액화천연가스와 혼합시킴으로써, 저장탱크(110) 내부의 증발가스의 메탄가와 액화천연가스의 메탄가를 적정 수준으로 조절할 수 있게 된다.
구체적으로, 엔진이 요구하는 조건 메탄가보다 연료가스의 메탄가가 상회하는 경우에는 회수라인(143)의 분사 노즐(143a)을 통해 응축된 증발가스 및 액화천연가스를 저장탱크(110) 내부의 증발가스와 혼합시켜줌으로써, 저장탱크(110) 내부의 증발가스 메탄가를 적정 수준으로 낮춰준다. 이와 동시에, 저장탱크(110) 내부의 증발가스를 재액화시켜 액화천연가스의 메탄가 상승을 유도할 수 있다. 또한 회수라인(143)의 주입관(143b)을 통해 응축된 증발가스 및 액화천연가스를 저장탱크(110) 내부의 액화천연가스와 혼합시켜줌으로써, 저장탱크(110) 내부의 액화천연가스의 메탄가는 상승시켜줄 수 있게 된다. 이와 같이 저장탱크(110)의 연료가스 메탄가를 적정 수준으로 조절하여, 만선항해와 공선항해 시 발생하는 연료가스의 메탄가 차이를 상쇄시키고, 공선항해 시 유발될 수 있는 연료가스 메탄가의 급격한 감소를 예방할 수 있게 된다.
개폐밸브(146)는 메탄가 조절라인(140)을 통과하는 증발가스의 공급량을 조절하도록 마련된다. 개폐밸브(146)는 작업자에 의해 수동적으로 작동되거나, 후술하는 제어부(미도시)에 의해 자동적으로 개폐 작동되어 메탄가 조절라인(140)을 통과하는 증발가스의 흐름을 제어할 수 있다.
만선항해 시에는 저장탱크(110)의 증발가스 발생량이 증가함에 따라 엔진에 공급되는 연료가스의 메탄가를 엔진이 요구하는 조건 메탄가로 용이하게 맞출 수 있으며, 증발가스의 발생량이 풍부한 상태이다. 따라서 만선항해 시에는 개폐밸브(146)를 개방하고, 제1연료가스 공급라인(120)을 통과하는 높은 메탄가를 갖는 증발가스를 재응축기(145)로 공급하여, 증발가스와 액화천연가스를 혼합 및 응축시켜 저장탱크(110)로 회수 및 공급한다. 이로써 저장탱크(110) 내부의 증발가스 메탄가는 엔진이 요구하는 조건 메탄가에 상응하는 적정 수준으로 맞추어지고, 저장탱크(110) 내부의 액화천연가스의 메탄가는 상승시켜줌으로써, 공선항해 시 연료가스 메탄가의 급격한 저하를 예방한다.
또한 공선항해 시에는 개폐밸브(146)를 폐쇄시켜 저장탱크(110) 내부의 증발가스가 엔진으로 공급되도록 한다. 공선항해 시에는 저장탱크(110) 내부에 액화천연가스의 수용량이 적은 상태이므로 증발가스의 발생량이 감소한다. 따라서 공선항해 시에는 개폐밸브(146)를 폐쇄하여 메탄가 조절부에 의해 조절된 메탄가를 갖는 증발가스를 온전히 엔진에 공급하여 엔진의 정상적인 작동을 구현함과 동시에, 메탄가 조절부의 작동을 중지하여 불필요한 전력소모를 절감할 수 있다.
가스 애널라이져(147)는 엔진으로 공급되는 연료가스의 메탄가를 분석하도록 마련된다. 가스 애널라이져(147)는 연료가스의 메탄 함유량을 분석할 수 있도록 메탄 검지기로 이루어질 수 있으며, 정확한 분석을 위해 엔진으로 공급되기 직전의 제1연료가스 공급라인(120)과 제2연료가스 공급라인(130)이 합류하는 지점의 후단에 마련될 수 있다. 가스 애널라이져(147)는 연료가스의 메탄가를 일정 주기로 또는 연속적으로 분석하여 메탄가 데이터를 선박의 탑승자 또는 제어부(미도시)로 송출할 수 있다.
제어부(미도시)는 개폐밸브(146)의 개폐 작동을 조절하도록 마련될 수 있다. 제어부는 가스 애널라이져(147)로부터 수신된 메탄가 데이터를 기 입력된 조건 메탄가와 비교한 후 개폐밸브(146)의 개폐 작동을 제어할 수 있다. 구체적으로 제어부는 가스 애널라이져(147)로부터 수신된 메탄가 데이터가 기 입력된 조건 메탄가보다 큰 경우에는 개폐밸브(146)를 개방하여, 저장탱크(110) 내부의 연료가스 메탄가를 조절 및 상쇄시키고, 수신된 메탄가 데이터가 기 입력된 조건 메탄가보다 작은 경우에는 개폐밸브(146)를 폐쇄하여 저장탱크(110) 내부에서 조절 및 상쇄된 메탄가를 갖는 연료가스를 엔진으로 모두 공급하도록 한다. 제어부는 이외에도 압축부(121) 및 송출펌프(142) 등 각종 구성요소의 작동 등을 총괄적으로 제어하는 시스템으로 이루어질 수 있으며, 자동화시스템에 의해 엔진에 공급되는 연료가스의 공급량 및 메탄가를 종합적으로 분석 및 제어하도록 마련될 수도 있다.
제2연료가스 공급라인(130)은 재응축기(145)에 의해 응축된 증발가스 또는 액화천연가스를 엔진으로 공급하도록 마련된다. 제2연료가스 공급라인(130)의 입구 측은 재응축기(145)에 연결되어 마련되고, 출구 측은 제1연료가스 공급라인(120)과 합류하도록 마련될 수 있다. 제2연료가스 공급라인(130)은 엔진이 요구하는 연료가스의 조건에 부합하도록 응축된 증발가스 또는 액화천연가스를 기화시키는 기화기(131)를 구비할 수 있다. 또한 도면에는 도시하지 않았으나, 응축된 증발가스 및 액화천연가스를 가압하는 가압펌프(미도시)를 추가적으로 구비할 수 있으며, 엔진이 요구하는 연료가스의 조건에 따라 다양한 사양 또는 성능을 갖는 가압펌프 또는 기화기(131)가 설치될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템(100)의 작동에 대해 설명한다.
만선항해 시에는 저장탱크(110) 내부에 액화천연가스의 수용량이 많으므로 증발가스의 발생량도 많은 상태이다. 이에 따라 상대적으로 높은 메탄가를 갖는 증발가스에 의해 엔진에 공급되는 연료가스의 메탄가는 엔진이 요구하는 조건 메탄가에 용이하게 맞출 수 있음과 동시에, 증발가스의 발생량에 여유분이 존재한다.
이 때는 재응축기(145)로 증발가스를 공급하는 메탄가 조절라인(140)의 개폐밸브(146)를 개방하여, 제1연료가스 공급라인(120)을 통과하는 증발가스의 일부를 재응축기(145)로 공급한다. 재응축기(145)는 메탄가 조절라인(140)으로부터 공급받은 증발가스와 액화가스 공급라인(141)으로부터 공급받은 액화천연가스를 혼합 및 응축시키며, 응축된 증발가스 및 액화천연가스는 회수라인(143)을 통해 저장탱크(110)로 공급한다.
회수라인(143)에 의해 회수된 응축된 증발가스 및 액화천연가스는 저장탱크(110) 내부의 증발가스와 혼합되어 증발가스의 메탄가를 엔진이 요구하는 조건 메탄가에 상응하는 수준으로 조절해주거나, 저장탱크(110) 내부의 증발가스를 재액화시켜 액화천연가스의 메탄가를 상승시켜준다. 이와 동시에, 주입관(143b)에 의해 저장탱크(110) 내부의 액화천연가스와 혼합되어 액화천연가스의 메탄가를 상승시켜주어, 저장탱크(110) 내부의 연료가스의 메탄가를 적정수준으로 조절하고 공선항해 시 발생할 수 있는 메탄가의 급격한 감소를 예방하게 된다.
한편 제1연료가스 공급라인(120)에 의해 엔진으로 공급되는 증발가스의 메탄가가 엔진이 요구하는 조건 메탄가를 상회하는 경우에는 제2연료가스 공급라인(130)에 의해 응축된 증발가스 또는 액화천연가스도 엔진으로 함께 공급함으로써, 연료가스의 메탄가 조절 및 연료가스의 효율적인 이용을 도모할 수 있다.
공선항해 시에는 저장탱크(110) 내부의 액화천연가스 수용량이 적어지므로 증발가스의 발생량도 감소하게 된다. 이 때는 메탄가 조절라인(140)의 개폐밸브(146)를 폐쇄하여 저장탱크(110) 내부에 메탄가 조절부에 의해 조절 및 상쇄된 메탄가를 갖는 증발가스가 모두 엔진으로 공급되도록 하며, 메탄가 조절부의 작동을 중지하여 불필요한 전력소모를 저감하도록 한다.
증발가스 발생량이 많은 만선항해 시에 메탄가 조절부에 의해 저장탱크(110) 내부의 증발가스 및 액화천연가스의 메탄가를 조절 및 상쇄시켜 놓음으로써, 공선항해에 접어들더라도 연료가스 메탄가의 급격한 감소를 예방할 수 있으며, 이로써 엔진의 정상적인 작동을 구현할 수 있다.
가스 애널라이져(147)는 엔진으로 공급되는 연료가스의 메탄가를 분석하고, 분석된 메탄가 데이터를 제어부로 송출한다. 제어부는 수신받은 메탄가 데이터와 엔진이 요구하는 기 입력된 조건 메탄가를 비교하여 개폐밸브(146)의 개폐 작동을 제어하여 연료가스의 메탄가 조절 및 연료가스의 이송경로를 조절할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템(100)은 연료가스의 메탄가를 엔진이 요구하는 조건 메탄가에 상응하는 수준으로 효과적으로 조절할 수 있는 효과를 가진다.
나아가, 연료가스의 효율적인 이용을 도모할 수 있으며 엔진의 효율을 향상시키고 엔진의 노킹, 피스톤의 마모 등 엔진에 가해지는 부하를 최소화하여 엔진의 내구성 및 수명을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
이상 실시 예에서는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 적용하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 액화에탄 등이 적용되는 경우에도 동일한 기술적 사상으로 동일하게 이해되어야 한다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 연료가스 공급시스템 110: 저장탱크
120: 제1연료가스 공급라인 121: 압축부
130: 제2연료가스 공급라인 131: 기화기
140: 메탄가 조절라인 141: 액화가스 공급라인
142: 송출펌프 143: 회수라인
145: 재응축기 146: 개폐밸브
147: 가스 애널라이져

Claims (7)

  1. 액화가스 및 증발가스로 이루어지는 연료가스를 수용하는 저장탱크;
    상기 저장탱크의 증발가스를 엔진으로 공급하는 제1연료가스 공급라인; 및
    상기 연료가스의 메탄가를 조절하기 위하여, 상기 증발가스의 일부와 상기 액화가스를 혼합 또는 응축시켜, 상기 저장탱크 또는 상기 엔진으로 공급하는 재응축기를 구비하는 메탄가 조절부를 포함하고,
    상기 메탄가 조절부는
    상기 제1연료가스 공급라인으로부터 분기되어, 상기 증발가스의 일부를 상기 재응축기로 공급하는 메탄가 조절라인과,
    상기 메탄가 조절라인에 마련되는 개폐밸브와,
    상기 엔진으로 공급되는 연료가스의 메탄가를 분석하는 가스 애널라이져를 포함하며,
    상기 개폐밸브는
    상기 가스 애널라이져로부터 수신된 메탄가 데이터가 기 입력된 조건 메탄가보다 큰 경우 상기 재응축기로 공급되는 증발가스가 증가하도록 개방되고, 상기 가스 애널라이져로부터 수신된 메탄가 데이터가 기 입력된 조건 메탄가보다 작은 경우 상기 저장탱크 내부의 증발가스가 상기 엔진으로 모두 공급되도록 폐쇄되는 연료가스 공급시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메탄가 조절부는
    상기 저장탱크의 액화가스를 상기 재응축기로 공급하는 액화가스 공급라인과,
    상기 재응축기에 의해 응축된 증발가스 또는 액화가스를 상기 저장탱크로 공급하는 회수라인을 더 포함하는 연료가스 공급시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메탄가 조절부는
    상기 재응축기에 의해 응축된 증발가스 또는 액화천연가스를 상기 엔진으로 공급하는 제2연료가스 공급라인을 더 포함하는 연료가스 공급시스템.
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