KR102334527B1 - 연료 공급시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료 공급시스템은 저장탱크의 액화가스를 기화시켜 제1 수요처로 공급하는 기화가스 공급라인; 상기 저장탱크의 증발가스를 제2 수요처로 공급하는 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인에 마련되는 이젝터; 및 상기 기화가스 공급라인에서 분기되고 기화된 액화가스를 상기 이젝터로 공급하는 이젝터라인;을 포함한다.

Description

연료 공급시스템{FUEL SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 저장탱크로부터 연료를 필요로 하는 수요처로 연료를 공급하기 위한 연료 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 있는 천연가스(Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하며, 통상적으로 그 부피를 1/600로 줄인 액화가스(Liquefied Gas) 상태로 변화되어 저장 및 운반되고 있다.
액화가스를 운반하는 선박은 액화가스를 저장할 수 있도록 단열 처리된 저장탱크를 구비한다. 이러한 선박은 저장탱크에서 자연적으로 발생하는 증발가스(Boiled Off Gas) 또는 저장탱크의 액화가스를 기화시켜 엔진의 연료로 공급하는 연료공급시스템을 마련할 수 있다. 선박의 엔진에는 DFDE(Dual Fuel Disel Electric) 엔진 등과 같은 저압(약 5~8bar)의 분사엔진, ME-GI 엔진(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)과 같은 고압(약 150~700bar)의 분사엔진 및 중압(약 16~18bar)의 연료가스로 연소가 가능한 중압가스 분사엔진이 이용될 수 있다.
상술한 연료공급시스템은 저장탱크로부터 공급된 증발가스를 압축부에 의해 압축시켜 엔진의 연료로 공급할 수 있다. 그러나 이러한 압축부는 에너지 소비가 높아 시간이 지날수록 가동효율이 떨어지는 문제가 있다.
특허문헌 0001)한국공개특허 제10-2014-0052898호(2014.05.07. 공개)
본 발명의 실시 예는 종래의 압축부 대신 이젝터를 이용하여 유체를 효과적으로 압축하여 수요처의 연료로 공급하는 연료공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크의 액화가스를 기화시켜 제1 수요처로 공급하는 기화가스 공급라인; 상기 저장탱크의 증발가스를 제2 수요처로 공급하는 증발가스 공급라인; 상기 증발가스 공급라인에 마련되는 이젝터; 및 상기 기화가스 공급라인에서 분기되고 기화된 액화가스를 상기 이젝터로 공급하는 이젝터라인;을 포함하는 연료 공급시스템이 제공될 수 있다.
상기 기화가스 공급라인에는 액화가스를 가압하는 고압펌프; 상기 고압펌프 후단에서 액화가스를 기화하는 열교환기; 및 상기 제1 수요처 전단에 마련되는 제1 감지센서;를 포함하고, 제어부는 상기 제1 감지센서에서 계측된 정보로 고압펌프의 작동을 조절할 수 있다.
상기 증발가스 공급라인에는 상기 이젝터 후단에서 증발가스를 가압하는 압축기; 상기 제2 수요처 전단에 마련되는 제2 감지센서;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제2 감지센서에서 계측된 정보로 상기 이젝터라인에 마련되는 제1 조절밸브의 작동을 조절할 수 있다.
상기 압축기 전단에서 분기하여 제3 수요처로 연결되는 분기라인;을 더 포함하고, 상기 분기라인에는 제2 조절밸브와, 상기 제3 수요처 전단에 마련되는 제3 감지센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제3 감지센서에서 계측된 정보로 상기 제2 조절밸브의 작동을 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 종래의 압축부 대신 이젝터를 이용하여 유체를 효과적으로 압축하여 수요처로 공급할 수 있다. 즉, 제2 수요처로 공급되는 연료의 압축을 이젝터가 수행하도록 함으로써 전체 시스템에서의 CAPEX(Capital expenditures)와 OPEX(Operating Expenditure)를 줄일 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료공급시스템을 나타낸다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료공급시스템을 나타낸다. 도면을 참조하면, 연료공급시스템은 저장탱크(10)의 액화가스를 기화시켜 제1 수요처(20)로 공급하는 기화가스 공급라인(100), 저장탱크(10)의 증발가스를 제2 수요처(30)로 공급하는 증발가스 공급라인(200), 증발가스 공급라인(200)에 마련되는 이젝터(210), 기화가스 공급라인(100)에서 분기되고 기화된 액화가스를 이젝터(210)로 공급하는 이젝터라인(150)을 포함한다.
연료가스는 수요처에서 연료로 사용될 수 있는 가스로, 증발가스가 가압되어 압축되거나 액화가스가 기화기에 의해 기화되어 생성될 수 있다. 이러한 연료가스는 고압수요처와 저압수요처(3)에서의 요구 압력에 따라 고압상태의 연료가스와 저압상태의 연료가스로 나뉠 수 있다. 이하에서는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일례로서, 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 적용하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
저장탱크(10)는 액화가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 저장한다. 저장탱크(10)는 외부의 열 침입에 의한 액화가스의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다.
저장탱크(10)는 천연가스의 생산지 등으로부터 액화가스를 공급받아 수용 및 저장하여, 목적지에 이르러 하역하기까지 액화가스를 안정적으로 보관한다. 저장탱크(10)에 저장되는 액화가스는 선박의 추진용 엔진, 발전용 엔진 및 GCU 등의 연료가스로 이용된다.
수요처(20,30,40)는 저장탱크(10)에 저장된 연료를 공급받아 소비한다. 수요처(20,30,40)는 소비하는 연료의 필요 압력에 따라 제1 내지 제3 수요처로 구분될 수 있다. 제1 수요처(20)는 상대적으로 고압 상태의 연료를 필요로 하는 설비로써, ME-GI(M-type, Electronically Controlled, Gas Injection) 등의 가스 추진 엔진일 수 있다. 제2 수요처(30)는 상대적으로 중압 상태의 연료를 필요로 하는 설비로써, DF 발전기(Dual Fuel Generator)일 수 있다. 그리고 제3 수요처(40)는 상대적으로 저압 상태의 연료를 필요로 하는 설비로써, DF 보일러(Dual Fuel Boiler)일 수 있다.
기화가스 공급라인(100)은 저장탱크(10)와 제1 수요처(20)를 연결하는 연료 운송라인으로써, 제1 수요처(20)로 공급되는 연료의 압력을 감지하기 위한 제1 감지센서(100a)가 마련될 수 있다. 그리고 기화가스 공급라인(100)에는 액화가스를 가압하는 고압펌프(120), 고압펌프(120) 후단에서 액화가스를 기화하는 열교환기(130)를 포함하고, 제어부는 제1 감지센서(100a)에서 계측된 정보로 고압펌프(120)의 작동을 조절할 수 있다.
예를 들어, 탱크펌프(110)는 저장탱크(10)에 저장된 액화가스를 낮은 곳에서 높은 곳으로 퍼올리는 양수기이고, 고압펌프(120)는 탱크펌프(110)에 의해 끌어올려진 액화가스를 고압 상태로 가압하는 펌프장치이며, 열교환기(130)는 고압펌프(120)를 거친 액화가스를 기체 상태로 상 변화시키는 기화기일 수 있다.
저장탱크(10)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(10) 내부에는 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스가 존재하게 된다. 이러한 증발가스는 저장탱크(10)의 내부압력을 상승시켜 저장탱크(10)의 변형 및 폭발 등의 위험을 잠재하고 있으므로 증발가스를 저장탱크(10)로부터 제거할 필요가 있다.
증발가스 공급라인(200) 저장탱크(10)와 제2 수요처(30)를 연결하는 연료 운송라인으로써, 저장탱크(10)의 증발가스를 수요처에 연료로 공급한다. 이러한 증발가스 공급라인(200)에는 이젝터(210)와 압축기(220)와 제2 감지센서(200a)가 마련될 수 있다.
이젝터(210)는 기화가스 공급라인(100)을 흐르는 고압상태의 연료가스를 구동력(Motive)으로 이용, 저장탱크(10) 내부에 수용된 저압의 증발가스가 석션(suction)되도록 제2 수요처(30) 쪽으로 토출할 수 있다. 그리고 압축기(220)는 제2 수요처(30) 전단에서 그로 공급되는 유체의 압력을 조절하기 위하여 마련되고, 제2 감지센서(200a)는 제2 수요처(30)로 공급되는 연료의 압력을 감지할 수 있다.
이젝터라인(150)은 기화가스 공급라인(100)의 열교환기(130) 후단에서 분기하여 이젝터(210)로 연결된다. 제1 조절밸브(151)는 이젝터라인(150) 상에 마련되어 이젝터라인(150)을 흐르는 연료의 양을 조절할 수 있다. 이때 제어부는 제2 감지센서(200a)에서 계측된 정보로 이젝터라인(150)에 마련되는 제1 조절밸브(151)의 작동을 조절할 수 있다.
분기라인(300)은 이젝터(210) 후단에서 분기하여 제3 수요처(40)로 연결되는 연료 운송라인으로써, 제3 수요처(40)로 공급되는 연료의 압력을 감지하기 위한 제3 감지센서(300a)가 마련될 수 있다.
분기라인(300)에는 제2 조절밸브(301)가 마련되어 제3 수요처(40)로 공급되는 연료의 양을 조절할 수 있다. 분기라인(300)은 압축기(220) 전단에서 분기하여 제3 수요처(40)로 연결되고, 제어부는 제3 수요처(40) 전단에 마련되는 제3 감지센서(300a)에서 계측된 정보로 제2 조절밸브(301)의 작동을 조절할 수 있다.
이상으로 본 발명의 일실시예에 따른 연료공급시스템을 구성하는 각 부분들을 살펴보았다. 제어부는 이들 요소들을 제어하여 액화가스의 양 또는 증발가스의 양에 따라 각 수요처로 공급되는 연료량과 압력을 조절할 수 있다.
예를 들어, 제1 감지센서(100a)에서의 측정 압력이 설정치보다 작은 경우 고압펌프(120)의 출력을 높여 제1 수요처(20)로 공급되는 연료의 압력을 높이고, 제2 감지센서(200a)에서의 측정 압력이 설정치보다 작은 경우 제1 조절밸브(151)를 조절해 이젝터라인(150)의 유량을 높이고, 제3 감지센서(300a)에서의 측정 압력이 설정치보다 작은 경우 제2 조절밸브(301)를 조절해 분기라인(300)의 유량을 높이는 방식이다.
이처럼, 본 발명의 일실시예에 따른 연료공급시스템은 종래의 압축부 대신 이젝터(210)를 이용하여 유체를 효과적으로 압축하여 각 수요처(30,40)로 공급할 수 있다. 즉, 수요처(30,40)로 공급되는 연료의 압축을 이젝터(210)가 수행하도록 함으로써 전체 시스템에서의 CAPEX(Capital expenditures)와 OPEX(Operating Expenditure)를 줄이는 것이다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
10: 저장탱크 20: 제1 수요처
30: 제2 수요처 40: 제3 수요처
100: 기화가스 공급라인 100a: 제1 감지센서
110: 탱크펌프 120: 고압펌프
130: 열교환기 150: 이젝터라인
151: 제1 조절밸브 200: 증발가스 공급라인
200a: 제2 감지센서 210: 이젝터
220: 압축기 300: 분기라인
300a: 제3 감지센서 301: 제2 조절밸브

Claims (4)

  1. 저장탱크의 액화가스를 기화시켜 제1 수요처로 공급하는 기화가스 공급라인;
    상기 저장탱크의 증발가스를 제2 수요처로 공급하는 증발가스 공급라인;
    상기 증발가스 공급라인에 마련되는 이젝터; 및
    상기 기화가스 공급라인에서 분기되고 기화된 액화가스를 상기 이젝터로 공급하는 이젝터라인;
    상기 이젝터라인에 마련되며, 상기 이젝터라인을 흐르는 상기 기화된 액화가스의 양을 조절하는 제1 조절밸브; 및
    상기 제2 수요처 전단에 마련되며, 상기 증발가스 공급라인의 압력을 감지하는 제2 감지센서;를 포함하되,
    상기 제2 감지센서에 의해 계측된 정보를 기초로, 상기 제1 조절밸브의 작동이 조절되는 연료 공급시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기화가스 공급라인은
    액화가스를 가압하는 고압펌프;
    상기 고압펌프 후단에서 액화가스를 기화하는 열교환기; 및
    상기 제1 수요처 전단에 마련되는 제1 감지센서;를 포함하고,
    상기 제1 감지센서에 의해 계측된 정보를 기초로 상기 고압펌프의 작동이 조절되는 연료 공급시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 증발가스 공급라인은
    상기 이젝터 후단에서 증발가스를 가압하는 압축기;
    상기 압축기 전단에서 분기하여 제3 수요처로 연결되는 분기라인;을 포함하고,
    상기 분기라인에는 제2 조절밸브와, 상기 제3 수요처 전단에 마련되는 제3 감지센서를 더 포함하고,
    상기 제3 감지센서에 의해 계측된 정보를 기초로 상기 제2 조절밸브의 작동이 조절되는 연료 공급시스템.
  4. 삭제
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