KR102363309B1

KR102363309B1 - 선박용 연료가스 공급장치

Info

Publication number: KR102363309B1
Application number: KR1020200161274A
Authority: KR
Inventors: 허철구; 허철기; 정일웅; 주동욱; 권종정; 남지태
Original assignee: 주식회사 영광
Priority date: 2020-11-26
Filing date: 2020-11-26
Publication date: 2022-02-17

Abstract

본 발명은, 선박의 엔진으로 연료가스를 공급하는 선박용 연료가스 공급장치에 있어서, LNG를 저장하는 LNG저장탱크, LNG 저장탱크와 연결하며, LNG저장탱크 내 일부의 LNG를 가열하여 기화한 후, 다시 LNG저장탱크로 공급하면서 LNG저장탱크의 압력을 상승시키는 탱크 압력상승부, LNG저장탱크 및 엔진과 연결하며, LNG저장탱크의 LNG를 기화시킨 후 가스상태로 엔진에 공급하는 연료가스 공급부, 엔진과 연결하며, 엔진의 동작시 발생하는 엔진의 열을 회수하는 엔진열 회수부, 엔진의 배기라인과 연결하며, 엔진의 동작시 발생하는 고온의 배기가스로부터 열을 회수하는 폐열 회수부, 연료가스 공급부와 폐열 회수부를 연결되게 설치하며, 연료가스 공급부에 폐열 회수부로부터 회수되는 열이 전달되도록 열전달유체를 순환 이동되게 가이드하는 폐열 공급라인, 폐열 공급라인과 엔진열 회수부를 연결되게 설치하며, 연료가스 공급부에 엔진열 회수부로부터 회수되는 열이 전달되도록 열전달유체를 순환 이동되게 가이드하는 엔진열 공급라인, 엔진과 폐열 공급라인 및 엔진열 공급라인에 연결하며, 엔진의 부하를 측정한 후, 측정된 엔진의 부하 정도에 따라 연료가스 공급부로 폐열 공급라인 또는 엔진열 공급라인의 열전달유체를 통한 열 전달이 이루어지게 하는 열전달 제어부를 포함하는 선박용 연료가스 공급장치를 제공한다.

Description

선박용 연료가스 공급장치{Marine Fuel Gas Supply System}

본 발명은 액화가스를 저장 및 수송하는 선박의 엔진에 연료가스를 공급하는 선박용 연료가스 공급장치에 관한 것이다.

일반적으로, 천연가스는 생산지에서 극저온으로 액화된 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 LNG라 함)의 상태로 만들어진 후 LNG 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 수송된다.

이때, 천연가스의 액화온도는 상압 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. LNG 운반선의 LNG 저장탱크의 경우 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(Boil-Off Gas)가 발생한다.

이러한, LNG 운반선에서는, LNG 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 LNG 저장탱크 내의 압력이 과도하게 상승하므로, LNG 저장탱크 내에서 발생되는 증발가스를 처리하기 위해 증발가스를 선박 추진 엔진의 연료로 사용하거나 가스연소기에서 소각한다.

만약, LNG 운반선의 선박 추진 엔진으로서 증발가스와 디젤오일을 선택적으로 사용하는 듀얼 연료 엔진이 사용될 경우, 종래의 연료가스 공급 장치에서는 증발가스를 고압으로 압축하기 위해 다단의 압축기가 적용되는데, 이러한 다단 압축으로 인해 연료가스 공급장치가 매우 복잡해지고 기체 상태인 증발가스를 고압으로 압축하는 데에 과도한 동력이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 선박 엔진의 초기 냉간시, 즉 엔진의 부하가 30% 미만일 경우에는 엔진을 냉각하면서 발생하는 열만으로 LNG를 증발가스로 기화시킬 수 없어 디젤오일을 사용하여 엔진을 구동해야 하는 바, 연료 절약에 한계가 있는 문제점이 있다.

이러한, 종래의 선박용 연료가스 공급장치에 대한 관련기술은, 대한민국공개특허 제10-2009-008900호(2009.01.22)에 제시된다.

본 발명은, 선박의 듀얼 연료 엔진 부하가 낮은 상태에서도 별도의 LNG를 기화시키기 위한 별도의 열원이 필요없이 엔진 동작시 발생하는 열만으로 LNG를 안정적으로 기화시켜 연료로 사용할 수 있게 하는 선박용 연료가스 공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 선박의 엔진으로 연료가스를 공급하는 선박용 연료가스 공급장치에 있어서, LNG를 저장하는 LNG저장탱크, 상기 LNG 저장탱크와 연결하며, LNG저장탱크 내 일부의 LNG를 가열하여 기화한 후, 다시 LNG저장탱크로 공급하면서 LNG저장탱크의 압력을 상승시키는 탱크 압력상승부, 상기 LNG저장탱크 및 엔진과 연결하며, LNG저장탱크의 LNG를 기화시킨 후 가스상태로 엔진에 공급하는 연료가스 공급부, 상기 엔진과 연결하며, 엔진의 동작시 발생하는 엔진의 열을 회수하는 엔진열 회수부, 상기 엔진의 배기라인과 연결하며, 엔진의 동작시 발생하는 고온의 배기가스로부터 열을 회수하는 폐열 회수부, 상기 연료가스 공급부와 폐열 회수부를 연결되게 설치하며, 연료가스 공급부에 폐열 회수부로부터 회수되는 열이 전달되도록 열전달유체를 순환 이동되게 가이드하는 폐열 공급라인, 상기 폐열 공급라인과 엔진열 회수부를 연결되게 설치하며, 연료가스 공급부에 엔진열 회수부로부터 회수되는 열이 전달되도록 열전달유체를 순환 이동되게 가이드하는 엔진열 공급라인, 상기 엔진과 폐열 공급라인 및 엔진열 공급라인에 연결하며, 엔진의 부하를 측정한 후, 측정된 엔진의 부하 정도에 따라 연료가스 공급부로 폐열 공급라인 또는 엔진열 공급라인의 열전달유체를 통한 열 전달이 이루어지게 하는 열전달 제어부를 포함하는 선박용 연료가스 공급장치를 제공한다.

또한, 상기 탱크 압력상승부는, 상기 LNG저장탱크에 연결 설치하며, LNG저장탱크에서 배출된 후 다시 LNG저장탱크로 유입되도록 LNG 저장탱크 내 일부의 LNG를 순환 이동되게 가이드하는 LNG순환라인, 상기 LNG순환라인에 연결되게 설치하며, 외부에서 공급되는 열을 LNG순환라인으로 전달하면서 LNG순환라인을 통해 LNG저장탱크로 이동하는 LNG를 기화시키는 LNG탱크 압력상승 열교환기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 연료가스 공급부는, 상기 LNG 저장탱크와 엔진을 연결 설치하며, LNG저장탱크 내 LNG를 엔진으로 이동되게 가이드하는 LNG공급라인, 상기 LNG공급라인과 폐열 공급라인 및 엔진열 공급라인과 연결되게 설치하며, 폐열 공급라인 또는 엔진열 공급라인의 열을 LNG공급라인으로 전달하면서 LNG공급라인을 통해 엔진으로 이동하는 LNG를 기화시키는 LNG연료공급 열교환기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 연료가스 공급부는, 상기 LNG공급라인에 연결 설치하며, LNG연료공급 열교환기를 통해 기화된 NG를 저장한 후, 엔진으로 공급되게 하는 기화연료 저장탱크, 상기 LNG공급라인에 연결 설치하며, 기화연료 저장탱크에서 엔진으로 기화된 NG를 공급시, 기화된 NG의 공급량을 조절하는 연료공급 제어밸브를 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 엔진열 회수부는, 내부에 냉각수가 마련되며, 냉각수가 엔진의 내부로 유입된 후, 다시 엔진의 외부로 배출되는 순환 이동이 이루어지도록 가이드하는 엔진냉각라인, 상기 엔진냉각라인 및 엔진열 공급라인과 연결되게 설치하며, 엔진으로부터 회수되는 열을 엔진열 공급라인으로 전달하는 엔진 열교환기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 엔진냉각라인에는 엔진 열교환기를 통과한 엔진열 공급라인 내 열전달유체의 온도가 설정된 온도를 초과할 경우, 엔진냉각라인을 통한 엔진 열교환기로의 냉각수 전달을 차단한 상태로 엔진냉각라인을 따라 순환 이동되게 하는 냉각수 차단밸브 및 냉각수 차단라인을 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 폐열 회수부는, 상기 엔진의 배기라인에 연결 설치하며, 엔진으로부터 배출되는 고온의 배기가스로부터 폐열을 회수하는 이코너마이저, 내부에 열전달유체가 마련된 상태로 이코너마이저 및 폐열 공급라인과 연결하여, 이코너마이저로부터 열을 회수하는 열전달유체가 이코너마이저를 순환 이동 및 폐열 공급라인으로 공급되게 가이드하는 폐열 회수라인을 포함할 수 있다.

또한, 상기 폐열 회수라인과 폐열 공급라인이 연결되는 부분에는 이코노마이저를 통과한 폐열 공급라인 내 열전달유체의 온도가 설정된 온도를 초과할 경우, 이코너마이저로 열전달유체의 이동을 차단한 상태로 폐열 공급라인을 통한 열전달유체의 순환 이동이 이루어지게 하는 폐열 차단밸브 및 폐열 차단라인을 더 구비할 수 있다.

또한, 상기 열전달 제어부는, 상기 폐열 공급라인에 연결 설치되어, 폐열 회수부로 폐열 공급라인 내 열전달유체의 전달 여부를 제어하는 폐열 공급 제어밸브, 상기 엔진열 공급라인에 연결 설치되어, 엔진열 회수부로 엔진열 공급라인 내 열전달유체의 전달 여부를 제어하는 엔진 공급 제어밸브, 상기 엔진과 폐열 공급 제어밸브 및 엔진열 공급 제어밸브와 연결되어, 엔진의 부하를 측정한 후, 측정된 엔진의 부하수치에 따라 폐열 공급 제어밸브 및 엔진열 공급 제어밸브의 개폐동작을 제어하는 밸브 제어수단을 포함할 수 있다.

또한, 상기 밸브 제어수단은, 상기 엔진의 부하수치가 설정된 수치보다 낮을 경우에는, 폐열 공급 제어밸브를 온(ON) 상태로 열림되게 하고, 엔진열 공급제어밸브를 오프(OFF) 상태로 닫힘되게 하고, 상기 엔진의 부하수치가 설정된 수치보다 높을 경우에는, 폐열 공급 제어밸브를 오프(OFF) 상태로 닫힘되게 하고, 엔진열 공급제어밸브를 온(ON) 상태로 열림되게 하며, 상기 엔진의 설정된 부하수치는 엔진 구동시 전체 부하의 30%를 기준으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 연료가스 공급장치는, 엔진의 시동이 걸린 상태에서 엔진의 부하 정도에 따라 배기라인을 통해 배출되는 배기가스의 열을 회수하는 폐열 회수부 또는 엔진의 열을 회수하는 엔진열 회수부를 통해 LNG저장탱크에서 배출되는 LNG가 연료가스 공급부로 이동하면서 NG로 기화한 후 엔진의 연료로 공급되게 하여 사용할 수 있게 하는 바, 엔진의 부하가 낮은 상태에서도 LNG를 안정적으로 기화되게 하면서 엔진의 연료로 사용할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료가스 공급장치를 나타내는 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료가스 공급장치는, LNG저장탱크(100), 탱크 압력상승부(200), 연료가스 공급부(300), 엔진열 회수부(400), 폐열 회수부(500), 폐열 공급라인(600), 엔진열 공급라인(700), 열전달 제어부(800)를 구비한 상태로 선박의 엔진(10)과 연결되어, 엔진(10)으로 LNG를 기화시킨 연료가스를 연료로 공급되게 한다. 여기서, 선박의 엔진(10)은 LNG와 오일을 연료로 하는 듀얼 연료 엔진일 수 있다. 도면부호 12는 엔진(10)의 구동시 전기를 생산하는 발전기이다.

상기 LNG저장탱크(100)는 LNG를 저장하도록 내측에 공간부가 마련된 용기 부분이다. 이러한, LNG저장탱크(100)는 이후 설명될 탱크 압력상승부(200)와 연료가스 공급부(300)에 연결되게 배치한다. 여기서, LNG저장탱크(100)는 단열 성능을 가짐과 더불어 LNG를 안정적으로 저장할 수 있는 강도를 가지도록 형성된다.

상기 탱크 압력상승부(200)는 LNG저장탱크(100)의 압력을 상승시켜 LNG저장탱크(100)에 저장된 LNG가 연료가스 공급부(300)의 LNG공급라인(310)으로 일정 압력 및 유량으로 공급이 이루어질 수 있게 하는 부분이다. 즉, 탱크 압력상승부(200)는 LNG저장탱크(100) 내 LNG 중 일부의 LNG를 기화시킨 후, 기화상태의 NG를 다시 LNG저장탱크(100) 내부로 공급되게 하면서 LNG저장탱크(100) 내부의 압력을 상승되게 하고, 이를 통해 별도의 펌핑장치가 설치되지 않더라도 연료가스 공급부(300)를 통해 공급되는 LNG의 압력 및 유량을 일정하게 유지하는 바, 에너지소비 및 설치비용을 감소시킬 수 있게 한다. 이러한, 탱크 압력상승부(200)는 LNG저장탱크(100)와 연결되게 설치하며, LNG순환라인(210), 압력상승 열교환기(220)를 포함한다.

상기 LNG순환라인(210)은 LNG저장탱크(100)에 저장된 일부의 LNG를 LNG저장탱크(100)에서 배출되게 한 후, 다시 LNG저장탱크(100) 내부로 유입되도록 순환 이동되게 가이드하는 관 라인이다. 이러한, LNG순환라인(210)의 길이방향 일단 및 길이방향 타단, 즉 LNG순환라인(210)의 출구 단부 및 입구 단부는 각각 LNG저장탱크(100)의 상측에 연결되게 설치한다. 여기서, 도면부호 211은 LNG순환라인(210)을 통해 압력상승 열교환기(220)로 공급되는 LNG 유량을 조절하는 밸브이다.

상기 압력상승 열교환기(220)는 외부의 열발생수단(도면미도시)에서 공급되는 열을 LNG순환라인(210)으로 전달하면서 LNG순환라인(210)을 통해 LNG저장탱크(100)에서 배출된 후 다시 LNG저장탱크(100)로 유입되는 LNG를 기화되게 한다. 이러한, 압력상승 열교환기(220)는 LNG순환라인(210)의 일측에 연결되게 설치한다. 여기서, 압력상승 열교환기(220)는 별도의 열발생수단으로부터 열을 전달받을 경우 외에, 폐열 공급라인(600)과 연결되어, 폐열 공급라인(600)을 이동하는 열전달유체의 열을 LNG순환라인(210)으로 이동하는 LNG로 전달되게 할 수 있음은 물론이다.

상기 연료가스 공급부(300)는 LNG저장탱크(100)에 저장된 LNG를 기화시킨 후, 가스상태인 NG를 엔진(10)으로 공급되게 하는 부분이다. 즉, 연료가스 공급부(300)는 LNG저장탱크(100)에서 엔진(10)으로 공급되는 LNG를 폐열 공급라인(600) 또는 엔진열 공급라인(700)에서 전달되는 열을 통해 기화시킨 후, 가스상태의 NG로 엔진(10)에 공급되게 하면서 엔진(10)이 NG를 연료로 하여 구동이 이루어질 수 있게 한다. 이러한, 연료가스 공급부(300)는 엔진(10)과 LNG저장탱크(100) 및 이후 설명될 폐열 공급라인(600)과 연결되게 설치하며, LNG공급라인(310), LNG연료공급 열교환기(320)를 포함한다.

상기 LNG공급라인(310)은 LNG저장탱크(100)에서 배출되는 LNG를 LNG연료공급 열교환기(320)를 통과한 후 엔진(10)으로 공급되게 가이드하는 배관 라인이다. 이러한, LNG공급라인(310)은 LNG저장탱크(100)와 엔진(10)을 연결하도록 LNG공급라인(310)의 길이방향 일단은 LNG저장탱크(100)의 하단 일측에 연결하고, LNG공급라인(310)의 길이방향 타단은 엔진(10)에 연결되게 설치한다. 여기서, 도면부호 311은 LNG공급라인(310)을 통해 LNG연료공급 열교환기(320)로 공급되는 LNG 유량을 조절할 수 있게 하는 밸브이다

상기 LNG연료공급 열교환기(320)는 폐열 공급라인(600) 또는 엔진열 공급라인(700)을 통해 이동하는 열전달유체의 열을 LNG공급라인(310)으로 전달하면서 LNG공급라인(310)을 통해 이동하는 LNG를 가스상태의 NG로 기화되게 한다. 이러한, LNG연료공급 열교환기(320)는 폐열 공급라인(600)을 이동하는 열전달유체의 열을 LNG공급라인(310)으로 이동하는 LNG로 전달할 수 있도록 LNG공급라인(310)과 폐열 공급라인(600) 및 엔진열 공급라인(700)에 연결되게 설치한다.

그리고, 상기 LNG공급라인(310)에는 엔진(10)의 부하정도에 상관없이 NG를 엔진에 안정적으로 공급되게 하는 기화연료 저장탱크(330)와, 연료공급 제어밸브(340)를 연결 구비할 수 있다. 여기서, 기화연료 저장탱크(330)는 LNG연료공급 열교환기(320)와 엔진(10) 사이에 배치되도록 LNG공급라인(310)에 연결 설치되어, LNG연료공급 열교환기(320)를 통해 기화된 NG를 저장한 후, 엔진으로 공급될 수 있게 한다. 그리고, 연료공급 제어밸브(340)는 기화연료 저장탱크(330)와 엔진(10) 사이에 배치되도록 LNG공급라인(310)에 연결 설치되어, 기화연료 저장탱크(330)에서 엔진(10)으로 기화된 LNG를 공급시, 기화된 NG의 공급량을 조절하여 엔진(10)으로 안정적인 NG의 공급이 이루어질 수 있게 한다.

상기 엔진열 회수부(400)는 선박의 엔진(10) 구동시 발생하는 열을 회수한 후, 이후 설명될 엔진열 공급라인(700)으로 전달하는 부분이다. 즉, 엔진열 회수부(400)는 엔진(10)으로 냉각수를 순환 이동되게 하면서 엔진(10)의 열을 냉각수에서 회수한 후, 냉각수의 열을 다시 엔진열 공급라인(700)으로 전달되게 한다. 이러한, 엔진열 회수부(400)는 엔진냉각라인(410), 엔진 열교환기(420)를 포함한다.

상기 엔진냉각라인(410)은 내부에 엔진(10)의 열을 회수하는 냉각수를 구비하는 배관 부분이다. 이러한, 엔진냉각라인(410)은 냉각수를 엔진(10)의 내부로 유입되게 한 후, 다시 엔진(10)의 외부로 배출되는 순환 이동이 이루어지도록 가이드한다. 여기서, 엔진냉각라인(410)은 엔진(10) 및 엔진 열교환기(420)에 연결되게 설치한다.

이러한, 상기 엔진열 회수부(400)는 엔진냉각라인(410)에 일측 연결 설치하며, 엔진냉각라인(410)으로 냉각수를 안정적으로 공급되게 하도록 냉각수가 저장된 냉각수저장탱크(도면미도시)와, 엔진냉각라인(410)에 일측 연결 설치하며, 엔진냉각라인(410)에서 냉각수가 엔진(10)의 내외부로 순환 이동되게 냉각수를 펌핑하는 냉각수이동펌프(도면미도시)를 포함할 수도 있다.

그리고, 상기 엔진냉각라인(410)에는 엔진열 공급라인(700) 내 열전달유체의 온도가 설정된 온도를 초과할 경우, 엔진냉각라인(410)을 통한 엔진 열교환기(420)로의 냉각수 공급을 차단하는 냉각수 차단밸브(411)를 연결 구비할 수 있다. 즉, 냉각수 차단밸브(411)는 엔진 열교환기(420)를 통과한 엔진열 공급라인(700)의 열전달유체 온도가 설정된 온도 이상이 될 경우, 엔진냉각라인(410)의 냉각수가 엔진 열교환기(420)로 전달되지 않고 냉각수 차단라인(412)을 통해 이동되게 한다. 여기서, 냉각수 차단밸브(411)가 엔진 열교환기(420)로의 냉각수 공급을 차단되게 하는 엔진열 공급라인(700) 내 열전달유체의 설정 온도는 55℃일 수 있다.

상기 엔진 열교환기(420)는 엔진(10)의 동작에 따라 가열된 엔진냉각라인(410)의 냉각수의 열을 엔진열 공급라인(700)으로 전달되게 한다. 이러한, 엔진 열교환기(420)는 엔진열 공급라인(700)을 이동하는 열전달유체에 엔진냉각라인(410)을 통해 순환 이동하는 냉각수의 열을 전달할 수 있도록 엔진냉각라인(410) 및 엔진열 공급라인(700)에 연결되게 설치한다.

상기 폐열 회수부(500)는 엔진(10)의 구동시 발생하는 배기가스로부터 열을 회수한 후, 이후 설명될 폐열 공급라인(600)으로 전달하는 부분이다. 즉, 폐열 회수부(500)는 엔진(10)의 배기라인(11)으로 열전달유체를 순환 이동되게 하면서 엔진(10)의 배기가스 열을 열전달유체에서 회수한 후, 열전달유체의 열을 다시 폐열 공급라인(600)으로 전달되게 한다. 이러한, 폐열 회수부(500)는 엔진(10)의 배기라인(11) 및 폐열 공급라인(600)과 연결되게 설치하며, 이코너마이저(510), 폐열회수라인(520)을 포함한다.

상기 이코너마이저(510)는 엔진(10)으로부터 배출되는 고온의 배기가스로부터 폐열을 회수하는 열교환 장치이다. 이러한, 이코노마이저(510)는 엔진(10)의 배기라인(11)에 연결되게 설치한다.

상기 폐열회수라인(520)은 내부에 열전달유체를 마련한 상태로 이코너마이저(510)로부터 열을 회수할 수 있게 열전달유체의 순환 이동을 가능하게 가이드하는 배관 부분이다. 즉, 폐열회수라인(520)은 이코노마이저(510)로부터 배기가스의 열을 회수하는 열전달유체가 이코너마이저(510)로 유입된 후 배출되도록 순환 이동되게 가이드함과 더불어 폐열 공급라인(600)으로 이동되게 가이드한다. 이러한, 폐열회수라인(520)은 이코노마이저(510) 및 폐열 공급라인(600)과 연결되게 설치한다.

그리고, 상기 폐열 회수라인(520)과 이후 설명될 폐열 공급라인(600)의 연결되는 부분에는 폐열 공급라인(600) 내 열전달유체의 온도가 설정된 온도를 초과할 경우, 폐열 회수라인(520)을 통한 이코너마이저(510)로 열전달유체의 이동을 차단한 상태로 열전달유체의 순환 이동이 이루어지게 하는 폐열 차단밸브(530)를 연결 구비할 수 있다. 즉, 폐열 차단밸브(530)는 이코노마이저(510)를 통과한 폐열 공급라인(600)의 열전달유체 온도가 설정된 온도 이상이 될 경우, 폐열 공급라인(600)의 열전달유체가 이코노마이저(510)로 전달되지 않고 폐열 차단라인(531)을 통해 이동되게 한다. 여기서, 폐열 차단밸브(530)가 이코노마이저(510)로의 열전달유체 이동을 차단되게 하는 열전달유체의 설정 온도는 55℃일 수 있다.

상기 폐열 공급라인(600)은 폐열 회수부(500)의 이코노마이저(510)로부터 회수되는 열을 연료가스 공급부(300)의 LNG연료공급 열교환기(320)로 순환 이동되게 전달하는 배관 부분이다. 즉, 폐열 공급라인(600)은 폐열 회수부(500)에서 회수된 열을 연료가스 공급부(300)의 LNG연료공급 열교환기(320)로 전달하면서 LNG를 기화되게 한다. 이러한, 폐열 공급라인(600)은 연료가스 공급부(300)와 엔진열 회수부(400)과 폐열 회수부(500) 및 엔진열 공급라인(700)에 연결되게 설치한다. 보다 상세하게는 폐열 공급라인(600)의 길이방향 양단은 각각 폐열 회수부(500)의 폐열회수라인(520)에 연결되어 폐열 회수부(500)로부터 열전달유체를 공급받아 다시 폐열 회수부(500)로 전달하는 순환 이동이 이루어지게 가이드한다. 그리고 폐열 공급라인(600)의 일측에는 연료가스 공급부(300)의 LNG연료공급 열교환기(320) 및 엔진열 회수부(400)의 엔진 냉각라인(410)을 연결되게 한다. 여기서, 도면부호 620은 폐열 공급라인(600)과 폐열회수라인(520)과 엔진냉각라인(410) 및 엔진열 공급라인(700) 내 열전달유체의 순환 이동이 이루어지도록 펌핑하는 펌프이다.

더불어, 상기 폐열 공급라인(600)의 일측에는 폐열회수라인(520)과 폐열 공급라인(600) 및 엔진열 공급라인(700)으로 열전달유체를 공급하도록 열전달유체를 저장하는 열전달유체 저장탱크(610)를 연결 구비할 수 있다. 즉, 열전달유체 저장탱크(610)는 열전달유체를 저장한 상태에서 이코너마이저(510)와 엔진열 회수부(400)에 의해 가열된 열전달유체의 증발에 따라 부족한 열전달유체를 폐열회수라인(520)과 폐열 공급라인(600) 및 엔진열 공급라인(700)으로 공급되게 하면서 이코너마이저(510) 및 엔진열 회수부(400)로부터 열을 폐열회수라인(520)과 폐열 공급라인(600) 및 엔진열 공급라인(700)에서 안정적으로 전달받을 수 있게 한다. 여기서, 열전달유체 저장탱크(610)에 저장되는 열전달유체는 증발율은 낮으면서 열전달효율이 높은 글리콜워터(Glycol water)을 사용할 수 있으나, 이에 한정하지 않음은 물론이다.

상기 엔진열 공급라인(700)은 엔진열 회수부(400)로부터 회수되는 열을 연료가스 공급부(300)의 LNG연료공급 열교환기(320)로 전달되도록 열전달유체를 순환 이동되게 가이드하는 배관 부분이다. 즉, 엔진열 공급라인(700)은 엔진열 회수부(400)의 엔진 열교환기(420)로부터 회수된 열을 전달받은 후, 연료가스 공급부(300)의 LNG연료공급 열교환기(320)에서 LNG공급라인(310)을 통해 이동하는 LNG와 열교환이 이루어지게 한다. 이러한, 엔진열 공급라인(700)은 폐열 공급라인(500)과 엔진열 회수부(400)에 연결되게 설치한다. 보다 상세하게는 엔진열 공급라인(700)의 길이방향 양단은 각각 폐열 공급라인(500)에 연결되게 설치하고, 엔진열 공급라인(700)의 일측에는 엔진열 회수부(400)의 엔진 열교환기(420)를 연결되게 배치한다.

상기 열전달 제어부(800)는 엔진(10)의 부하를 측정한 후, 측정된 엔진(10)의 부하 정도에 따라 연료가스 공급부(300)로 폐열 공급라인(600) 또는 엔진열 공급라인(700)의 열전달유체를 통한 열 전달이 이루어지게 하는 부분이다. 즉, 열전달 제어부(800)는 엔진(10)의 부하 정도에 따라 연료가스 공급부(300)의 LNG연료공급 열교환기(320)로 폐열 공급라인(600)을 통한 폐열 회수부(500)의 열을 전달되게 하거나, 연료가스 공급부(300)의 LNG연료공급 열교환기(320)로 엔진열 공급라인(700)을 통한 엔진열 회수부(400)의 열을 전달되게 한다. 이러한, 열전달 제어부(800)는 엔진(10)과 폐열 공급라인(600) 및 엔진열 공급라인(700)에 연결되게 설치한다. 여기서, 열전달 제어부(800)는 폐열 공급 제어밸브(810), 엔진열 공급 제어밸브(820), 밸브 제어수단(830)을 포함한다.

상기 폐열 공급 제어밸브(810)는 폐열 회수부(500)로 폐열 공급라인(600) 내 열전달유체의 전달 여부를 제어하는 밸브이다. 이러한, 폐열 공급 제어밸브(810)는 폐열 공급라인(600)의 일측, 보다 상세하게는 폐열 회수부(500)의 이코노마이저(510)로 열전달유체를 공급하는 폐열 회수라인(520)의 입구와 연결되는 폐열 공급라인(600) 일측에 연결되게 설치한다. 따라서, 폐열 공급 제어밸브(810)가 온(ON) 상태로 열림시, 폐열 공급라인(600)의 열전달유체가 폐열 회수라인(520)을 통해 이코노마이저(510)로부터 열을 전달받도록 이동이 이루어지게 되고, 오프(OFF) 상태로 잠김시, 폐열 회수라인(520)을 통한 이코노마이저(510)로 열전달유체의 전달이 차단되면서 폐열 공급라인(600)을 통한 연료가스 공급부(300)의 LNG연료공급 열교환기(320)로 폐열 회수부(500)의 열 전달이 이루어지지 않게 한다.

상기 엔진열 공급 제어밸브(820)는 엔진열 회수부(400)로 엔진열 공급라인(700) 내 열전달유체의 전달 여부를 제어하는 밸브이다. 이러한, 엔진열 공급 제어밸브(820)는 엔진열 공급라인(700)의 일측, 보다 상세하게는 엔진열 회수부(400)의 엔진 열교환기(420)로 열전달유체를 공급하는 엔진 열교환기(420)의 입구와 연결되는 엔진열 공급라인(700) 일측에 연결되게 설치한다. 따라서, 엔진열 공급 제어밸브(820)가 온(ON) 상태로 열림시, 엔진열 공급라인(700)의 열전달유체가 엔진 열교환기(420)로부터 열을 전달받도록 이동이 이루어지게 되고, 오프(OFF) 상태로 잠김시, 엔진 열교환기(420)로 열전달유체의 전달이 차단되면서 연료가스 공급부(300)의 LNG연료공급 열교환기(320)로 엔진열 회수부(400)의 열 전달이 이루어지지 않게 한다.

상기 밸브 제어수단(830)은 엔진(10)의 구동시 엔진(10) 부하를 측정한 후, 측정된 엔진(10)의 부하수치에 따라 폐열 공급 제어밸브(810) 및 엔진열 공급 제어밸브(820)의 개폐동작을 제어하는 부분이다. 이러한, 밸브 제어수단(830)은 엔진(10)과 폐열 공급 제어밸브(810) 및 엔진열 공급 제어밸브(820)와 전선과 같은 유선수단 또는 와이파이나 블루투스 또는 적외선통신과 같은 무선수단을 통해 연결할 수 있다.

여기서, 상기 밸브 제어수단(830)에는 폐열 공급 제어밸브(810)와 엔진열 공급 제어밸브(820)의 온(ON) 또는 오프(OFF) 동작이 이루어지게 하는 엔진(10)의 부하 수치가 설정되어, 엔진(10)의 부하수치가 설정된 수치보다 낮을 경우에는, 폐열 공급 제어밸브(810)를 온(ON) 상태로 열림되게 하고, 엔진열 공급제어밸브(820)를 오프(OFF) 상태로 닫힘되게 하여 폐열 회수부(500)에서만 열전달유체를 통한 열을 전달받은 후, 연료가스 공급부(300)의 LNG연료공급 열교환기(320)로 열을 공급되게 한다. 그리고, 밸브 제어수단(830)은 엔진(10)의 부하수치가 설정된 수치보다 높을 경우, 폐열 공급 제어밸브(810)를 오프(OFF) 상태로 닫힘되게 하고, 엔진열 공급제어밸브(820)를 온(ON) 상태로 열림되게 하여 엔진열 회수부(500에서만 열전달유체를 통한 열을 전달받은 후, 연료가스 공급부(300)의 LNG연료공급 열교환기(320)로 열을 공급되게 한다. 이때, 밸브 제어수단(830)에 저장되는 엔진(10)의 설정된 부하수치는 엔진(10) 구동시 전체 부하 30%를 기준으로 할 수 있다.

이와 같이 구성된 일 실시예의 선박용 연료가스 공급장치를 이용한 선박 엔진으로의 연료가스 공급흐름을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 외부에서 공급되는 열이 탱크 압력상승부(200)의 압력상승 열교환기(220)로 전달되면서 LNG순환라인(210) 내 LNG를 가열하면서 NG기화되게 하고, 기화된 NG는 다시 LNG저장탱크(100)로 유입되면서 LNG저장탱크(100) 내부의 압력을 상승시킨다.

이같이, LNG저장탱크(100) 내 압력이 상승되면, LNG저장탱크(100) 내 저장된 LNG는 연료가스 공급부(300)의 LNG공급라인(310)을 통해 엔진(10)으로 공급되게 한다.

여기서, 엔진(10)의 초기 구동이 이루어진 상태, 즉 엔진(10)의 부하가 30%미만일 경우, 열전달 제어부(800)는 폐열 회수부(500)의 이코너마이저(510)에서 회수된 열이 폐열회수라인(520)을 통해 폐열 공급라인(600) 내 열전달유체로 전달되게 한다.

이렇게, 상기 폐열 공급라인(600) 내 열전달유체의 열은 LNG공급라인(310)을 통해 LNG연료공급 열교환기(320)로 전달하고, LNG공급라인(310)을 통해 엔진(10)으로 이동하는 LNG로 열이 전달되면서 NG로 기화시킨 후, 엔진(10)으로 공급하여 엔진(10)의 연료로 사용한다.

만약, 엔진(10)의 부하가 30%를 초과할 경우에는, 열전달 제어부(800)는 엔진열 회수부(400)의 엔진 열교환기(420)에서 회수된 열이 엔진열 공급라인(700) 내 열전달유체로 전달되게 한다.

이렇게, 상기 엔진열 공급라인(700) 내 열전달유체의 열은 LNG공급라인(310)을 통해 LNG연료공급 열교환기(320)로 전달하고, LNG공급라인(310)을 통해 엔진(10)으로 이동하는 LNG로 열이 전달되면서 NG로 기화시킨 후, 엔진(10)으로 공급하여 엔진(10)의 연료로 사용한다.

이와 같이, 일 실시예의 선박용 연료가스 공급장치는, 엔진(10)의 시동이 걸린 상태에서 엔진(10)의 부하 정도에 따라 배기라인(11)을 통해 배출되는 배기가스의 열을 회수하는 폐열 회수부(500) 또는 엔진(10)의 열을 회수하는 엔진열 회수부(400)를 통해 LNG저장탱크(100)에서 배출되는 LNG가 연료가스 공급부(300)로 이동하면서 NG로 엔진(10)에 기화상태로 공급되어 연료로 사용할 수 있게 하는 바, 엔진(10)의 부하가 낮은 상태에서도 LNG를 안정적으로 기화되게 하면서 엔진(10)의 연료로 사용할 수 있게 한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 엔진 11: 배기라인
100: LNG저장탱크 200: 탱크 압력상승부
210: LNG순환라인 220: 압력상승 열교환기
300: 연료가스 공급부 310: LNG공급라인
320: LNG연료공급 열교환기 400: 엔진열 회수부
410: 엔진냉각라인 420: 엔진 열교환기
500: 폐열 회수부 510: 이코노마이저
520: 폐열회수라인 600: 폐열 공급라인
700: 엔진열 공급라인 800: 열전달 제어부
810: 폐열 공급 제어밸브 820: 엔진열 공급 제어밸브
830: 밸브 제어수단

Claims

선박의 엔진으로 연료가스를 공급하는 선박용 연료가스 공급장치에 있어서,
LNG를 저장하는 LNG저장탱크;
상기 LNG 저장탱크와 연결하며, LNG저장탱크 내 일부의 LNG를 가열하여 기화한 후, 다시 LNG저장탱크로 공급하면서 LNG저장탱크의 압력을 상승시키는 탱크 압력상승부;
상기 LNG저장탱크 및 엔진과 연결하며, LNG저장탱크의 LNG를 기화시킨 후 가스상태로 엔진에 공급하는 연료가스 공급부;
상기 엔진과 연결하며, 엔진의 동작시 발생하는 엔진의 열을 회수하는 엔진열 회수부;
상기 엔진의 배기라인과 연결하며, 엔진의 동작시 발생하는 고온의 배기가스로부터 열을 회수하는 폐열 회수부;
상기 연료가스 공급부와 폐열 회수부를 연결되게 설치하며, 연료가스 공급부에 폐열 회수부로부터 회수되는 열이 전달되도록 열전달유체를 순환 이동되게 가이드하는 폐열 공급라인;
상기 폐열 공급라인과 엔진열 회수부를 연결되게 설치하며, 연료가스 공급부에 엔진열 회수부로부터 회수되는 열이 전달되도록 열전달유체를 순환 이동되게 가이드하는 엔진열 공급라인;
상기 엔진과 폐열 공급라인 및 엔진열 공급라인에 연결하며, 엔진의 부하를 측정한 후, 측정된 엔진의 부하 정도에 따라 연료가스 공급부로 폐열 공급라인 또는 엔진열 공급라인의 열전달유체를 통한 열 전달이 이루어지게 하는 열전달 제어부;
상기 엔진열 회수부는, 내부에 냉각수가 마련되며, 냉각수가 엔진의 내부로 유입된 후, 다시 엔진의 외부로 배출되는 순환 이동이 이루어지도록 가이드하는 엔진냉각라인, 상기 엔진냉각라인 및 엔진열 공급라인과 연결되게 설치하며, 엔진으로부터 회수되는 열을 엔진열 공급라인으로 전달하는 엔진 열교환기를 포함하고,
상기 엔진냉각라인에는 엔진 열교환기를 통과한 엔진열 공급라인 내 열전달유체의 온도가 설정된 55℃ 온도를 초과할 경우, 엔진냉각라인을 통한 엔진 열교환기로의 냉각수 전달을 차단한 상태로 엔진냉각라인을 따라 순환 이동되게 하는 냉각수 차단밸브 및 냉각수 차단라인을 구비하며,
상기 폐열 회수부는, 상기 엔진의 배기라인에 연결 설치하며, 엔진으로부터 배출되는 고온의 배기가스로부터 폐열을 회수하는 이코너마이저, 내부에 열전달유체가 마련된 상태로 이코너마이저 및 폐열 공급라인과 연결하여, 이코너마이저로부터 열을 회수하는 열전달유체가 이코너마이저를 순환 이동 및 폐열 공급라인으로 공급되게 가이드하는 폐열 회수라인을 포함하고,
상기 폐열 회수라인과 폐열 공급라인이 연결되는 부분에는 이코노마이저를 통과한 폐열 공급라인 내 열전달유체의 온도가 설정된 55℃ 온도를 초과할 경우, 이코너마이저로 열전달유체의 이동을 차단한 상태로 폐열 공급라인을 통한 열전달유체의 순환 이동이 이루어지게 하는 폐열 차단밸브 및 폐열 차단라인을 구비하며,
상기 열전달 제어부는, 상기 폐열 공급라인에 연결 설치되어, 폐열 회수부로 폐열 공급라인 내 열전달유체의 전달 여부를 제어하는 폐열 공급 제어밸브, 상기 엔진열 공급라인에 연결 설치되어, 엔진열 회수부로 엔진열 공급라인 내 열전달유체의 전달 여부를 제어하는 엔진열 공급 제어밸브, 상기 엔진과 폐열 공급 제어밸브 및 엔진열 공급 제어밸브와 연결되어, 엔진의 부하를 측정한 후, 측정된 엔진의 부하수치에 따라 폐열 공급 제어밸브 및 엔진열 공급 제어밸브의 개폐동작을 제어하는 밸브 제어수단을 포함하고,
상기 밸브 제어수단은, 상기 엔진의 부하수치가 설정된 수치보다 낮을 경우에는, 폐열 공급 제어밸브를 온(ON) 상태로 열림되게 하고, 엔진열 공급제어밸브를 오프(OFF) 상태로 닫힘되게 하고, 상기 엔진의 부하수치가 설정된 수치보다 높을 경우에는, 폐열 공급 제어밸브를 오프(OFF) 상태로 닫힘되게 하고, 엔진열 공급제어밸브를 온(ON) 상태로 열림되게 하며, 상기 엔진의 설정된 부하수치는 엔진 구동시 전체 부하의 30%를 기준으로 하는 선박용 연료가스 공급장치.
청구항 1에 있어서,
상기 탱크 압력상승부는,
상기 LNG저장탱크에 연결 설치하며, LNG저장탱크에서 배출된 후 다시 LNG저장탱크로 유입되도록 LNG 저장탱크 내 일부의 LNG를 순환 이동되게 가이드하는 LNG순환라인,
상기 LNG순환라인에 연결되게 설치하며, 외부에서 공급되는 열을 LNG순환라인으로 전달하면서 LNG순환라인을 통해 LNG저장탱크로 이동하는 LNG를 기화시키는 LNG탱크 압력상승 열교환기를 포함하는 선박용 연료가스 공급장치.
청구항 1에 있어서,
상기 연료가스 공급부는,
상기 LNG 저장탱크와 엔진을 연결 설치하며, LNG저장탱크 내 LNG를 엔진으로 이동되게 가이드하는 LNG공급라인,
상기 LNG공급라인과 폐열 공급라인 및 엔진열 공급라인과 연결되게 설치하며, 폐열 공급라인 또는 엔진열 공급라인의 열을 LNG공급라인으로 전달하면서 LNG공급라인을 통해 엔진으로 이동하는 LNG를 기화시키는 LNG연료공급 열교환기를 포함하는 선박용 연료가스 공급장치.
청구항 3에 있어서,
상기 연료가스 공급부는,
상기 LNG공급라인에 연결 설치하며, LNG연료공급 열교환기를 통해 기화된 NG를 저장한 후, 엔진으로 공급되게 하는 기화연료 저장탱크,
상기 LNG공급라인에 연결 설치하며, 기화연료 저장탱크에서 엔진으로 기화된 NG를 공급시, 기화된 NG의 공급량을 조절하는 연료공급 제어밸브를 더 구비하는 선박용 연료가스 공급장치.
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