KR102367178B1 - boil-off gas treatment system of LNG fueled ship equipped with hybrid power generation system - Google Patents

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조배석
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재단법인한국조선해양기자재연구원
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Abstract

The present invention relates to a BOG treatment system for an LNG fueled ship equipped with a hybrid power generation system, and more specifically to the BOG treatment system for an LNG fueled ship equipped with a hybrid power generation system that generates power by supplying boil off gas (BOG) generated in a process of supplying LNG to an LNG fuel-powered ship to a solid oxide fuel cell, uses the generated power as power used inside the ship during bunkering, and is able to compress and store the BOG and use the BOG after the bunkering is completed when surplus BOG occurs.

Description

하이브리드 발전 시스템을 장착한 LNG 연료선박의 BOG 처리 시스템{boil-off gas treatment system of LNG fueled ship equipped with hybrid power generation system}BOG treatment system of LNG fueled ship equipped with hybrid power generation system {boil-off gas treatment system of LNG fueled ship equipped with hybrid power generation system}

본 발명은 하이브리드 발전 시스템을 장착한 LNG 연료선박의 BOG 처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LNG 연료추진선에 LNG를 공급하는 과정에서 발생하는 기화가스를(BOG)를 고체산화물 연료전지로 공급하여 전력을 발생시키고, 발생된 전력을 활용하여 벙커링시 선내에서 사용되는 전력으로 이용하며, 잉여 BOG가 발생할 경우 해당 BOG를 압축 저장하였다가 벙커링이 완료된 시점 이후에 활용이 가능한 하이브리드 발전 시스템을 장착한 LNG 연료선박의 BOG 처리 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a BOG treatment system for an LNG fueled ship equipped with a hybrid power generation system, and more particularly, to a solid oxide fuel cell by supplying vaporized gas (BOG) generated in the process of supplying LNG to an LNG fueled ship. A hybrid power generation system that can be used after bunkering is completed by compressing and storing the surplus BOG when bunkering is used. It relates to the BOG processing system of LNG fueled ships.

국제해사기구(IMO)에서 2020년부터 선박 연료유의 황 함유량을 기존 3.5%에서 0.5%로 대폭 낮추는 환경 강화 규제를 시행할 예정임이 확정되는 등 세계적으로 선박 배출가스의 규제가 강화되고 있는 가운데, 현재 LNG를 연료로 사용하는 선박(이후, LNG 연료선박) 에 대한 시장 수요가 매우 높아진 상황이다. 이에 따라 LNG 연료선박의 연료인 LNG를 공급받는 과정인 LNG 벙커링에 대한 관심도 커져, 국내외에서는 LNG 벙커링 인프라 구축을 위해 다양한 국책사업을 진행하고 LNG 벙커링 활성화를 위한 인센티브 제도 등을 진행하고 있다. As the International Maritime Organization (IMO) has confirmed that it will implement environmental strengthening regulations to drastically lower the sulfur content of ship fuel oil from 3.5% to 0.5% from 2020, regulations on ship exhaust gas are being strengthened worldwide. The market demand for ships using LNG as fuel (hereafter, LNG-fueled ships) is very high. Accordingly, interest in LNG bunkering, which is the process of receiving LNG, the fuel for LNG fueled ships, has grown.

이와 관련하여, LNG 벙커링 과정 중 육상 운송 차량, 선박 등 운송수단의 LNG 연료탱크에서 다량으로 발생할 수 있는 가스를 환경 오염을 유발할 수 있는 대기 방출을 하지 않는 방식으로 적절히 처리함으로써 LNG 연료 탱크 및 LNG 저장탱크의 내압 상승을 방지하고, 가스 폭발 위험성을 감소시키기 위한 기술이 필수적으로 요구되고 있다. 이렇게 증발되는 가스를 처리하기 위하여 종래에는 증발가스를 대기중으로 무단 방출시키거나 또는 소각 처리하는 방법이 사용되어 왔는데, 이는 지구 온난화 환경 문제, 위험성 문제를 야기한다는 문제점이 있어, 최근 상기 증발가스를 재액화처리하여 다시 연료로서 활용할 수 있도록 하는 기술이 주목받고 있다. In this regard, the LNG fuel tank and LNG storage by appropriately treating the gas that may be generated in large amounts in the LNG fuel tank of transportation means such as land transportation vehicles and ships during the LNG bunkering process in a way that does not emit air that may cause environmental pollution. A technology for preventing an increase in the internal pressure of a tank and reducing the risk of gas explosion is essential. In order to treat the evaporated gas in this way, conventionally, a method of discharging BOG into the atmosphere or incineration has been used. Techniques that allow liquefaction treatment to be reused as fuel are attracting attention.

한국공개특허 제10-2016-0012296호 '가스 벙커링 라인 및 이를 포함하는 가스 벙커링 시스템'에서는, 액화가스가 유동하는 내부관, 및 상기 내부관의 외측을 둘러싸며 냉매가 유동하는 외부관을 포함하고, 액화가스 저장탱크와 벙커링 스테이션을 연결하며 상기 액화가스 저장탱크로 액화가스를 벙커링하는 가스 벙커링 라인; 상기 외부관에 연결되며 상기 냉매를 공급하는 냉매 공급라인; 상기 냉매 공급라인 상에 구비되며 상기 냉매를 공급하는 냉매 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하여, 벙커링시 발생되는 증발가스의 발생을 최소화한다. In Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2016-0012296 'Gas bunkering line and gas bunkering system including the same', it includes an inner tube through which liquefied gas flows, and an outer tube through which a refrigerant flows while surrounding the outer side of the inner tube, , a gas bunkering line connecting the liquefied gas storage tank and the bunkering station and bunkering the liquefied gas to the liquefied gas storage tank; a refrigerant supply line connected to the outer tube and supplying the refrigerant; It is provided on the refrigerant supply line and characterized in that it includes a refrigerant supply device for supplying the refrigerant, thereby minimizing the generation of boil-off gas generated during bunkering.

상기 기술은 가스 벙커린 라인을 이중관으로 형성하고 외부관에 냉매를 유동시켜 벙커링 과정 중 증발가스 발생량을 최소화하는 효과를 갖기는 하나, 이미 발생되어 LNG 연료탱크에 저장된 증발가스를 처리할 수 없는 한계가 있다. Although the above technology has the effect of minimizing the amount of BOG generated during the bunkering process by forming a gas bunker line with a double pipe and flowing a refrigerant through the outer pipe, there is a limitation in that BOG that has already been generated and stored in the LNG fuel tank cannot be treated there is

한국공개특허 제10-2016-0012296호 '가스 벙커링 라인 및 이를 포함하는 가스 벙커링 시스템'Korean Patent Laid-Open Patent No. 10-2016-0012296 'Gas bunkering line and gas bunkering system including the same'

본 발명의 목적은 LNG 선박의 운항시 또는 LNG 벙커링 시 LNG 연료탱크 내에서 과도하게 발생하는 증발가스(BOG)를 LNG 벙커링 선박으로 재송부시키지 않고, 상기 LNG 연료 추진선박 내부에 별도의 배관을 통해 고체산화물 연료전지의 연료로 직접 공급될 수 있도록 처리함으로써 벙커링시 육상 혹은 벙커링 선박으로부터의 전력공급 없이 자체 발전 전력을 활용할 수 있는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to not re-send boil-off gas (BOG), which is excessively generated in an LNG fuel tank during operation of an LNG vessel or during LNG bunkering, to an LNG bunkering vessel, It aims to utilize self-generated power without power supply from land or bunkering ships during bunkering by treating it so that it can be directly supplied as fuel to the oxide fuel cell.

또한, SOFC에서 요구되는 연료량을 초과하는 BOG가 발생될 경우, 해당 가스를 압축할 수 있는 압축기가 구비되어 BOG를 압축 및 저장 후에 향후 고체산화물 연료전지의 연료로 활용할 수 있는 것을 목적으로 한다. In addition, when BOG exceeding the amount of fuel required in the SOFC is generated, a compressor capable of compressing the gas is provided to compress and store the BOG and then utilize it as a fuel for a solid oxide fuel cell in the future.

또한, LNG를 벙커링 하는 동안 발생할 수 있는 LNG 연료탱크의 내압이 조절되도록 하여 전체 시스템의 안전성을 향상시키는 것을 주요 목적으로 한다.In addition, the main purpose is to improve the safety of the entire system by regulating the internal pressure of the LNG fuel tank, which may occur during bunkering of LNG.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하이브리드 발전 시스템을 장착한 LNG 연료 추진선박의 BOG 처리 시스템에 있어서, 상기 LNG 연료 추진선박 내부에 구비되며, 선박의 연료로 활용되는 LNG를 저장하는 LNG 연료탱크;와 상기 LNG 연료탱크에 저장된 연료가 제1배관을 통해 전달되어, 선박에 필요한 전력 및 동력을 생산하는 선박용 이중연료 엔진;과 상기 LNG 연료탱크에 저장된 연료가 상기 제1배관에서 분기된 제2배관을 통해 전달되며, 전기화학반응에 의해 전력을 발생시켜 선박에 필요한 전력을 공급하는 고온형 고체산화물 연료전지(SOFC);와 상기 제1배관 및 상기 제2배관의 분기되는 지점의 전단에 마련되며, 상기 선박용 이중연료 엔진 및 상기 고온형 고체산화물 연료전지 중 적어도 하나 이상의 시스템에 상기 LNG 연료탱크에 저장된 연료를 공급하는 연료공급시스템(FGSS);과 일측이 상기 LNG 연료탱크의 상부 일측과 연결되고, 타측이 상기 고온형 고체산화물 연료전지의 선단에 연결되며, 상기 LNG 연료탱크 내부에서 발생된 증발가스(BOG) 및 벙커링시 상기 LNG 연료탱크에서 발생하는 증발가스가 이송되도록 유로상에 제1 가스밸브유닛을 구비한 BOG 이송배관;을 포함한다. In order to achieve the above object, in the BOG processing system of an LNG fuel-propelled ship equipped with a hybrid power generation system according to the present invention, the LNG fuel is provided inside the LNG fuel-propelled ship and stores LNG used as a fuel of the ship. A dual fuel engine for a vessel in which a tank and the fuel stored in the LNG fuel tank are delivered through a first pipe to produce electric power and power required for the vessel; and the fuel stored in the LNG fuel tank is branched from the first pipe A high-temperature solid oxide fuel cell (SOFC) that is transmitted through two pipes and supplies power required for a ship by generating power through an electrochemical reaction; and at the front end of the branching point of the first pipe and the second pipe A fuel supply system (FGSS) that is provided and supplies the fuel stored in the LNG fuel tank to at least one of the dual fuel engine for ships and the high-temperature solid oxide fuel cell; and one side is an upper side of the LNG fuel tank; connected, and the other end is connected to the tip of the high-temperature solid oxide fuel cell, and is disposed on the flow path so that boil-off gas (BOG) generated inside the LNG fuel tank and boil-off gas generated from the LNG fuel tank during bunkering are transferred. 1 BOG transfer pipe having a gas valve unit; includes.

또한, 상기 제1배관은, 상기 연료공급시스템과 상기 선박용 이중연료 엔진 을 연결하는 유로상에 마련되어 연료의 이송, 차단 및 공급량 조절을 할 수 있도록 구비되는 제2 가스밸브유닛을 포함하고, In addition, the first pipe includes a second gas valve unit provided on a flow path connecting the fuel supply system and the dual fuel engine for ships to transport, block, and control the supply amount of fuel,

상기 제2배관은, 일측이 상기 연료공급시스템에 연결되고, 타측이 상기 제1 가스밸브유닛의 일측에 결합되며, 상기 제2배관의 압력수준으로 공급되는 가스의 압력을 조절할 수 있도록 유로상에 압력조절밸브가 더 구비되며, 연료를 상기 고온형 고체산화물 연료전지 측으로 전달할 수 있도록 구비되는 것을 특징으로 한다. The second pipe has one side connected to the fuel supply system, the other side coupled to one side of the first gas valve unit, and is on the flow path to adjust the pressure of the gas supplied to the pressure level of the second pipe. A pressure control valve is further provided, and it is characterized in that it is provided to deliver fuel to the high-temperature solid oxide fuel cell.

또한, 상기 BOG 이송배관은, 상기 증발가스의 온도가 상기 고온형 고체산화물 연료전지가 요구하는 온도로 승온되어 공급될 수 있도록 상기 제1 가스밸브유닛 전단의 유로상에 열교환기가 마련되며, 일측이 상기 고온형 고체산화물 연료전지에 결합되고, 타측이 상기 열교환기의 일측에 연결되어 상기 고온형 고체산화물 연료전지에서 배출되는 고온의 배가스를 상기 열교환기의 열매체로 공급하도록 제3배관이 구비되는 것을 특징으로 한다. In addition, in the BOG transfer pipe, a heat exchanger is provided on the flow path in front of the first gas valve unit so that the temperature of the boil-off gas can be increased to a temperature required by the high-temperature type solid oxide fuel cell and supplied. A third pipe is coupled to the high-temperature solid oxide fuel cell and the other end is connected to one side of the heat exchanger to supply the high-temperature exhaust gas discharged from the high-temperature solid oxide fuel cell as the heat medium of the heat exchanger. characterized.

또한, 상기 BOG 이송배관은, LNG 벙커링시, 상기 열교환기를 거친 상기 증발가스가 상기 고온형 고체산화물 연료전지에서 요구하는 양만큼 공급되고 남은 상기 증발가스를 압축 저장하되, 필요시 상기 고체산화물 연료전지 또는 상기 선박용 이중연료 엔진으로 공급할 수 있도록 상기 BOG 이송배관의 유로상에 압축저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the BOG transfer pipe is configured to compress and store the remaining BOG after the BOG passed through the heat exchanger is supplied in an amount required by the high-temperature solid oxide fuel cell during LNG bunkering, and if necessary, the solid oxide fuel cell Or it is characterized in that it comprises a compression storage unit on the flow path of the BOG transfer pipe so as to be supplied to the dual fuel engine for ships.

마지막으로, 상기 압축저장부는, 상기 열교환기의 후단에서 분기된 제4배관 상에 압축기가 마련되고, 압축된 상기 증발가스를 보관할 수 있도록 압축저장탱크가 마련되며, 상기 압축저장탱크 후단과 상기 BOG 이송배관을 연결하는 제5배관 및 상기 제5배관에서 분기되어 상기 선박용 이중연료 엔진의 전단에 연결되는 제6배관을 따라 필요시 압축되어 저장된 상기 증발가스가 상기 고온형 고체산화물 연료전지 또는 상기 선박용 이중연료 엔진으로 공급되는 것을 특징으로 한다. Finally, in the compression storage unit, a compressor is provided on a fourth pipe branched from the rear end of the heat exchanger, and a compression storage tank is provided to store the compressed boil-off gas, the rear end of the compression storage tank and the BOG A fifth pipe connecting the transfer pipe and a sixth pipe branched from the fifth pipe and connected to the front end of the dual fuel engine for ships, the boil-off gas compressed and stored when necessary is stored in the high-temperature solid oxide fuel cell or for the ship It is characterized in that it is supplied to a dual fuel engine.

본 발명에 따르면, LNG 연료탱크의 압력을 유지하기 위하여 LNG 벙커링 선박 혹은 육상으로 가스를 송출하기 위한 설비를 구비하지 않아도 되는 효과를 갖는다.According to the present invention, in order to maintain the pressure of the LNG fuel tank, there is an effect that it is not necessary to provide a facility for sending gas to an LNG bunkering vessel or land.

또한, 증발가스를 직접 연료로 활용할 수 있는 고온형 연료전지를 고려함으로써 시스템 운용에서 요구되는 전력량을 자체적으로 충당할 수 있으며, 고온형 연료전지에서 공급되는 온열을 열원으로 활용하여 에너지 효율을 극대화할 수 있다.In addition, by considering a high-temperature fuel cell that can directly utilize boil-off gas as fuel, the amount of power required for system operation can be met by itself, and energy efficiency can be maximized by using the heat supplied from the high-temperature fuel cell as a heat source. can

또한, 벙커링시, BOG를 배출시키는 BOG 이송배관을 이용하여 LNG 연료탱크 내부의 압력 조절이 가능하며, 종래의 LNG 벙커링 속도를 조절해야 하는 요구를 감소시킬 수 있다. In addition, it is possible to control the pressure inside the LNG fuel tank by using the BOG transfer pipe for discharging BOG during bunkering, and it is possible to reduce the need to control the conventional LNG bunkering speed.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 발전 시스템을 장착한 LNG 연료 추진선박의 연료 공급흐름을 나타낸 기본 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 LNG 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 처리하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른, 벙커링시 발생하는 증발가스의 잉여 부분을 처리하기 위한 압축저장부의 구성을 나타낸 모식도이다.
1 is a basic configuration diagram showing a fuel supply flow of an LNG-fueled propulsion ship equipped with a hybrid power generation system according to the present invention.
2 is a schematic diagram illustrating a process for treating boil-off gas generated in an LNG fuel tank according to the present invention.
3 is a schematic diagram showing the configuration of a compression storage unit for processing an excess portion of boil-off gas generated during bunkering according to the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.With reference to the accompanying drawings will be described in detail for the implementation of the present invention. Irrespective of the drawings, like reference numbers refer to like elements, and "and/or" includes each and every combination of one or more of the recited items.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. Although the first, second, etc. are used to describe various elements, these elements are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the spirit of the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments, and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” does not exclude the presence or addition of one or more other components in addition to the stated components.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 발전 시스템을 장착한 LNG 연료 추진선박의 연료 공급흐름을 나타낸 기본 구성도이다.1 is a basic configuration diagram showing a fuel supply flow of an LNG-fueled propulsion ship equipped with a hybrid power generation system according to the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 하이브리드 발전 시스템을 장착한 LNG 연료 추진선박(20)은 내부에 구비되는 LNG 연료탱크(210), 연료공급시스템(FGSS)(240), 선박용 이중연료 엔진(220), 고온형 고체산화물 연료전지(SOFC)(230) 및 BOG 이송배관(250)으로 구성된다.As shown in FIG. 1 , the LNG fuel-propelled ship 20 equipped with a hybrid power generation system has an LNG fuel tank 210 provided therein, a fuel supply system (FGSS) 240 , and a dual fuel engine for ships 220 . , a high-temperature solid oxide fuel cell (SOFC) 230 and a BOG transfer pipe 250 .

먼저, 상기 LNG 연료탱크(210)는 상기 LNG 연료 추진선박(20) 내부에 구비되며, LNG 벙커링 선박(10)으로부터 공급되는 연료인 LNG를 저장하는 공간으로 마련된다. First, the LNG fuel tank 210 is provided inside the LNG fuel propulsion ship 20 , and is provided as a space for storing LNG, which is fuel supplied from the LNG bunkering ship 10 .

상기 LNG 연료탱크(210)는 상기 LNG 연료 추진선박(20) 내부에 복수로 마련될 수 있으며, 상기 LNG 연료탱크(210)의 내부에는 천연가스가 극저온 상태로 액화되어 상기 LNG 연료탱크(210) 내에서 액체상태를 갖는 액화천연가스(LNG)가 저장된다. A plurality of the LNG fuel tanks 210 may be provided inside the LNG fuel-propelled ship 20 , and natural gas is liquefied at a cryogenic temperature in the LNG fuel tank 210 to the LNG fuel tank 210 . Liquefied natural gas (LNG) having a liquid state is stored therein.

일예로, LNG는 대기압 조건에서 -163℃에 액체상태를 유지할 수 있도록 상기 LNG 연료탱크는 LNG의 기화를 최소화 할 수 있도록 진공 보냉 또는 폴리우레탄 보냉이 적용될 수 있다. For example, vacuum cooling or polyurethane cooling may be applied to the LNG fuel tank to minimize vaporization of LNG so that LNG can be maintained in a liquid state at -163° C. under atmospheric pressure conditions.

그리고 상기 LNG 연료탱크(210)의 내부에는 상기 LNG 벙커링 선박(10)으로부터 LNG 공급받는 벙커링과정 또는 상기 LNG 연료 추진선박(20)이 운항시, 상기 LNG 연료탱크(210) 내부에는 LNG가 기화되어 증발가스 즉, BOG(Boil off gas)가 발생하게 된다. In addition, during the bunkering process in which LNG is supplied from the LNG bunkering vessel 10 or the LNG fuel propulsion vessel 20 is operated inside the LNG fuel tank 210, the LNG is vaporized inside the LNG fuel tank 210. BOG (Boil off gas) is generated.

한편, 상기 LNG 벙커링 선박(10)으로부터 LNG 공급받는 벙커링과정 또는 상기 LNG 연료 추진선박(20)이 운항시, 상기 LNG 연료탱크(210) 내부에 발생되는 상기 증발가스(BOG)는 대부분이 메탄으로 구성되어 있으며, 바람직하게는 -120℃의 조건으로 존재하게 된다.On the other hand, during the bunkering process of receiving LNG supply from the LNG bunkering vessel 10 or the operation of the LNG fuel propulsion vessel 20, the boil-off gas (BOG) generated inside the LNG fuel tank 210 is mostly methane. It is constituted, and preferably exists under the condition of -120°C.

상기 증발가스(BOG)의 이송과 관련해서는 후술할 도2에서 자세히 설명하기로 한다. The transfer of the boil-off gas (BOG) will be described in detail with reference to FIG. 2 to be described later.

다음으로, 상기 LNG 연료탱크(210)에 저장되어 있는 연료는 후술할 연료공급시스템(FGSS)(240)에 의해 상기 LNG 연료탱크(210)에 연결되어 있는 제1배관(222)을 따라 선박용 이중연료 엔진(220)으로 전달된다. Next, the fuel stored in the LNG fuel tank 210 is double for ships along the first pipe 222 connected to the LNG fuel tank 210 by a fuel supply system (FGSS) 240 to be described later. Fuel is delivered to engine 220 .

상기 선박용 이중연료 엔진(220)은 발전기(225)에 연결되어 교류전력을 생산하는 발전기 엔진(220a)과 선박의 추진력을 확보하기 위한 선박추진부(224)에 연결되며 동력을 발생시키는 추진용 엔진(220b)으로 구분될 수 있다.The dual fuel engine for ships 220 is connected to the generator 225 to generate AC power and to the ship propulsion unit 224 for securing the propulsion of the ship and a propulsion engine for generating power. (220b) can be distinguished.

상기 제1배관(222)은, 상기 연료공급시스템(240)과 상기 발전기 엔진(220a)을 연결하는 유로상에 마련되어 연료를 이송, 차단 및 공급량 조절을 할 수 있도록 구비되는 제2 가스밸브유닛(221)이 구비되며, 상기 추진용 엔진(220b)의 전단에도 연료를 이송, 차단 및 공급량 조절을 할 수 있도록 제3 가스밸브유닛(223)이 마련된다. The first pipe 222 is provided on a flow path connecting the fuel supply system 240 and the generator engine 220a, and a second gas valve unit ( 221) is provided, and a third gas valve unit 223 is also provided at the front end of the propulsion engine 220b to transfer, block, and control the amount of fuel supplied.

이때, 상기 제2 가스밸브유닛(221) 및 상기 제3 가스밸브유닛(223)은 각각의 엔진에서 요구하는 연료 압력으로 공급할 수 있도록 개별적으로 구비되는 것이 바람직하다. In this case, it is preferable that the second gas valve unit 221 and the third gas valve unit 223 are separately provided to supply the fuel pressure required by each engine.

일예로, 상기 발전기 엔진(220a)은, 바람직하게는, DFDE(Dual Fuel Diesel Engine)로 마련될 수 있다.For example, the generator engine 220a may be provided as a Dual Fuel Diesel Engine (DFDE).

한편, 상기 추진용 엔진(220b)은 ME-GI 혹은 X-DF과 같은 저속 2행정 사이클 엔진이 적용될 수 있으며, 발생되는 동력은 샤프트를 통해 상기 선박추진부(224)로 전달되어 선박의 구동에 관여하게 되며, 상기 발전기 엔진(220a)은 상기 발전기(225)를 통해 전기를 생성하여 선내에서 요구되는 전력으로 사용되도록 전력공급회로(234)로 전달하게 된다. On the other hand, the propulsion engine 220b may be a low-speed two-stroke cycle engine such as ME-GI or X-DF, and the generated power is transmitted to the ship propulsion unit 224 through the shaft to drive the ship. The generator engine 220a generates electricity through the generator 225 and transmits it to the power supply circuit 234 to be used as power required in the ship.

일예로, 상기 선박추진부(224)는 상기 저속 2행정 사이클을 활용한 경우 선박을 직접 구동하는 프로펠러와 축으로 연결 될 수 있으며, 또한, 프로펠러를 구동하는 모터에 간접적으로 연결되어 상기 LNG 연료 추진선박(20)을 구동할 수 있는 어떠한 구성으로도 마련될 수 있음은 물론이다. For example, when the low-speed two-stroke cycle is utilized, the ship propulsion unit 224 may be axially connected to a propeller that directly drives a ship, and is indirectly connected to a motor driving the propeller to propel the LNG fuel. Of course, it may be provided in any configuration capable of driving the vessel 20 .

다음으로, 상기 LNG 연료탱크(210)에 저장된 연료를 상기 제1배관(222)에서 분기된 제2배관(232)을 통해 전달되며, 전기화학반응에 의해 전력을 발생시켜 선박에 필요한 전력을 공급하는 고온형 고체산화물 연료전지(SOFC)(230)가 구비된다.Next, the fuel stored in the LNG fuel tank 210 is transmitted through the second pipe 232 branched from the first pipe 222, and power is generated by an electrochemical reaction to supply power required for the vessel. A high-temperature solid oxide fuel cell (SOFC) 230 is provided.

즉, 상기 제2배관(232)은 일측이 상기 연료공급시스템(240)에 연결되고, 타측이 후술할 제1 가스밸브유닛(GVU)(251)의 일측에 결합되어, 연료를 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230) 측으로 전달 할 수 있도록 구비된다.That is, one side of the second pipe 232 is connected to the fuel supply system 240 and the other side is coupled to one side of a first gas valve unit (GVU) 251 to be described later, thereby supplying fuel to the high-temperature solid. It is provided so as to be delivered to the oxide fuel cell 230 side.

일예로, 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)에서 요구되는 연료의 압력은 1bar로 공급되어야 함에 따라, 상기 제1 가스밸브유닛(251)에서는 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)에서 요구하는 압력으로 정교한 압력조절을 수행하게 되며, 한편, 상기 제3 가스밸브유닛(223)은 엔진에서 요구하는 연료 압력으로 공급하되, 상기 연료공급시스템으로부터 공급되는 기체의 압력을 최대 300bar,g의 범위에서 조절할 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다. For example, as the fuel pressure required by the high-temperature solid oxide fuel cell 230 is supplied at 1 bar, the first gas valve unit 251 requires the high-temperature solid oxide fuel cell 230 to supply the fuel pressure. The pressure is precisely controlled by the pressure, and the third gas valve unit 223 supplies the fuel pressure required by the engine, and the pressure of the gas supplied from the fuel supply system is in the range of up to 300 bar,g. It is preferable to be provided so that it can be adjusted.

한편, 상기 선박용 이중연료 엔진(220) 수리 혹은 교체시, 상기 제2 가스밸브유닛 및 상기 제3 가스밸브유닛은 차단되며, LNG 연료가 상기 연료공급시스템(240)에서 상기 제2배관(232)을 따라 이동하여 상기 제1 가스밸브유닛(251)을 거쳐 감압된 후 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230) 내부로 공급될 수 있도록 마련되는 것이다.On the other hand, when repairing or replacing the dual fuel engine 220 for ships, the second gas valve unit and the third gas valve unit are cut off, and the LNG fuel is transferred from the fuel supply system 240 to the second pipe 232 . It is provided to be supplied to the inside of the high-temperature solid oxide fuel cell 230 after the pressure is reduced through the first gas valve unit 251 by moving along the .

상기 제1배관(222) 및 상기 제2배관(232)은 저온의 LNG의 온도변화를 최소화 하며 이송할 수 있는 어떠한 구성이어도 무방하며, 바람직하게는, 2중 구조의 단열 파이프(미도시)로 구비되는 것이 바람직하다. The first pipe 222 and the second pipe 232 may have any configuration capable of transporting low-temperature LNG while minimizing the temperature change, and preferably, a double-structured heat-insulating pipe (not shown). It is preferable to be provided.

한편, 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)는 연료로 공급되는 천연가스를 화학적 반응을 통하여 직접 전기에너지로 바꾸는 장치로써, 고체 세라믹(미도시)을 전해질로 700℃ ~ 1000℃의 높은 온도에서 운전된다. On the other hand, the high-temperature solid oxide fuel cell 230 is a device that directly converts natural gas supplied as fuel into electrical energy through a chemical reaction, and uses a solid ceramic (not shown) as an electrolyte at a high temperature of 700°C to 1000°C. is driven

다시 말해서, 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)의 애노드측은 연료 가스를 공급받고, 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)의 캐소드측은 적어도 산소를 함유하는 공기를 공급을 받아 연료 가스와 산화 가스의 상호 전기 화학 반응에 의해 전력을 생산하게 되는 것이다. In other words, the anode side of the high-temperature type solid oxide fuel cell 230 receives fuel gas, and the cathode side of the high-temperature type solid oxide fuel cell 230 receives at least oxygen-containing air to receive fuel gas and oxidizing gas. power is produced by the mutual electrochemical reaction of

상기 화학반응에 의해 발생된 전력은 상기 전력공급회로(234)를 통해 선내에서 요구되는 전력으로 사용되도록 전달되는 것이다. The power generated by the chemical reaction is transmitted to be used as power required in the ship through the power supply circuit 234 .

또한, 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)는 전해질 손실이 생기거나 전해질을 보충해 주어야 하는 문제가 없는 연료전지로, 화학반응 이후 고온 가스를 배출하기 때문에 후술할 열교환기(260)의 열매체로 사용될 수 있도록 마련되는 것이다.In addition, the high-temperature solid oxide fuel cell 230 is a fuel cell that does not cause electrolyte loss or has to replenish the electrolyte, and since it discharges high-temperature gas after a chemical reaction, it is It is prepared to be used.

다음으로, 상기 제1배관(222) 및 상기 제2배관(232)의 분기되는 지점의 전단에 마련되며, 상기 선박용 이중연료 엔진(220) 및 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230) 중 적어도 하나 이상의 시스템에 상기 LNG 연료탱크(210)에 저장된 연료를 공급하는 연료공급시스템(FGSS)(240)이 마련된다. Next, at least one of the dual fuel engine 220 and the high-temperature solid oxide fuel cell 230 provided at the front end of the branching point of the first pipe 222 and the second pipe 232 . A fuel supply system (FGSS) 240 for supplying the fuel stored in the LNG fuel tank 210 to the above system is provided.

일반적으로, 상기 연료공급시스템(240)은 LNG 기화기(미도시), 밸브(미도시) 및 제어시스템(미도시)으로 구비될 수 있으며, 상기 연료공급시스템(240)에 대한 기술은 이미 공지되어 있는 기술이므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.In general, the fuel supply system 240 may be provided with an LNG vaporizer (not shown), a valve (not shown) and a control system (not shown), and the technology for the fuel supply system 240 is already known. Since it is an existing technology, a detailed description thereof will be omitted.

한편, 상기 선박용 이중연료 엔진(220) 및 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)로 공급되는 연료는 기체성분이어야 하며, 이것은 LNG를 기화시키는 상기 연료공급시스템(240)의 후단에서 분기되는 상기 제1배관(222) 및 상기 제2배관(232)을 통해 전달되는 것이다. On the other hand, the fuel supplied to the dual fuel engine 220 for ships and the high-temperature solid oxide fuel cell 230 must be a gaseous component, which is the second fuel supply branched from the rear end of the fuel supply system 240 that vaporizes LNG. It is transmitted through the first pipe 222 and the second pipe 232 .

다음으로, 일측이 상기 LNG 연료탱크(210)의 상부일측과 연결되고, 타측이 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)의 선단에 연결되며, 상기 LNG 연료탱크 내부에서 발생된 증발가스 및 벙커링시 상기 LNG 연료탱크(210)에서 발생하는 증발가스(BOG)가 이송되도록 유로상에 상기 제1 가스밸브유닛(GVU)(251)을 구비한 BOG 이송배관(250)이 마련된다. Next, one side is connected to the upper side of the LNG fuel tank 210, and the other side is connected to the tip of the high-temperature solid oxide fuel cell 230, and the boil-off gas generated inside the LNG fuel tank and bunkering A BOG transfer pipe 250 having the first gas valve unit (GVU) 251 is provided on a flow path so that boil-off gas (BOG) generated from the LNG fuel tank 210 is transferred.

한편, 상기 LNG 벙커링 선박(10)으로부터 LNG 공급받는 벙커링 과정 또는 상기 LNG 연료 추진선박(20)이 운항시 상기 LNG 연료탱크(210) 내부에서 생성되는 상기 증발가스가 상기 BOG 이송배관(250)을 통해 이송되어 상기 LNG 연료탱크(210) 내부의 압력을 적절히 조절할 수 있게 되며, 고압에 의한 폭발의 안전성 문제 또한 해결할 수 있게 되는 것이다. Meanwhile, during the bunkering process of receiving LNG supply from the LNG bunkering vessel 10 or when the LNG fuel propulsion vessel 20 operates, the boil-off gas generated inside the LNG fuel tank 210 passes through the BOG transfer pipe 250 . The pressure inside the LNG fuel tank 210 can be appropriately adjusted, and the safety problem of explosion due to high pressure can also be solved.

즉, 상기 BOG 이송배관(250)은 상기 LNG 연료탱크(210)에서 발생하는 증발가스가 상기 연료공급 시스템(240)을 거치지 않고, 상기 고온형 고체 산화물 연료전지(230)로 상기 제1 가스밸브유닛(251)을 통해 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)에서 요구하는 압력으로 조절된 후, 공급될 수 있도록 연결되는 것이다.That is, the BOG transfer pipe 250 sends the boil-off gas generated in the LNG fuel tank 210 to the high-temperature solid oxide fuel cell 230 without passing through the fuel supply system 240 , the first gas valve. The pressure required by the high-temperature solid oxide fuel cell 230 is adjusted through the unit 251 and then connected to be supplied.

이때, 상기 제1 가스밸브유닛(251)은 수동 또는 제어부(미도시)에 의해 자동으로 제어될 수 있음은 물론이다. At this time, of course, the first gas valve unit 251 may be controlled manually or automatically by a controller (not shown).

또한, 상기 제1 가스밸브유닛(251)은 상기 연료공급 시스템(240) 및 상기 LNG 저장탱크(210)에서 공급되는 LNG 또는 BOG의 양 또는 속도를 조절할 수 있도록 마련되어, 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)로의 공급을 제어할 수 있는 것이다.In addition, the first gas valve unit 251 is provided to control the amount or speed of LNG or BOG supplied from the fuel supply system 240 and the LNG storage tank 210, and the high-temperature solid oxide fuel cell The supply to 230 can be controlled.

다음으로, 도 2는 본 발명에 따른 LNG 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 처리하는 과정을 나타낸 모식도이다. Next, FIG. 2 is a schematic diagram showing a process of treating boil-off gas generated in the LNG fuel tank according to the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 증발가스의 온도는 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)가 요구하는 온도로 승온되어 공급될 수 있도록, 상기 제1 가스밸브유닛(251) 전단의 상기 BOG 이송배관(250) 유로상에는 열교환기(260)가 마련된다.As shown in FIG. 2 , the BOG transfer at the front end of the first gas valve unit 251 so that the temperature of the boil-off gas is increased to a temperature required by the high-temperature solid oxide fuel cell 230 and supplied. A heat exchanger 260 is provided on the pipe 250 flow path.

상기 LNG 연료탱크(210)에서 발생하는 상기 증발가스(BOG)의 온도는 -120℃일 수 있으며, 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)에서 요구하는 연료의 온도는 상온 25℃이므로, 상기 열교환기(260)는 두 온도 차이를 극복할 수 있는 어떠한 열교환기로 구비 되어도 무방하다.The temperature of the boil-off gas (BOG) generated in the LNG fuel tank 210 may be -120°C, and since the temperature of the fuel required by the high-temperature solid oxide fuel cell 230 is 25°C at room temperature, the heat exchange The group 260 may be provided with any heat exchanger capable of overcoming the two temperature differences.

따라서, 저온의 상기 증발가스의 온도를 승온시켜 안정적인 공급이 되도록 상기 열교환기(260)의 구성이 추가되는 것이다. Accordingly, the configuration of the heat exchanger 260 is added to increase the temperature of the low-temperature boil-off gas to provide stable supply.

한편, 저온의 상기 증발가스의 온도를 승온시키기 위해서, 상기 열교환기(260)에서는 고온의 열매체가 필요하며, 본 발명에서는 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)에서 화학반응 후 배출되는 고온의 배가스를 상기 열교환기(260)의 열매체로 활용한다.On the other hand, in order to increase the temperature of the low-temperature BOG, a high-temperature heating medium is required in the heat exchanger 260, and in the present invention, the high-temperature exhaust gas discharged after a chemical reaction in the high-temperature solid oxide fuel cell 230 is is used as a heating medium of the heat exchanger 260 .

즉, 일측이 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)에 결합되고, 타측이 상기 열교환기(260)의 일측에 연결되어 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)에서 배출되는 고온의 배가스를 상기 열교환기(260)의 열매체로 공급하도록 제3배관(262)이 구비된다. That is, one side is coupled to the high-temperature type solid oxide fuel cell 230 , and the other side is connected to one side of the heat exchanger 260 to heat exchange the high-temperature exhaust gas discharged from the high-temperature type solid oxide fuel cell 230 . A third pipe 262 is provided to supply the heating medium of the group 260 .

따라서, 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)에서 배출되는 고온의 배가스를 활용하기 때문에 저온의 상기 증발가스를 가열하기 위한 열원공급장치와 같은 추가적인 동력설비가 불필요하다는 장점이 있다. Accordingly, since the high-temperature exhaust gas discharged from the high-temperature solid oxide fuel cell 230 is utilized, there is an advantage in that additional power equipment such as a heat source supply device for heating the low-temperature BOG is not required.

상기의 열교환 과정을 거친 상기 증발가스는 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)에서 요구하는 25℃ 내외의 온도로 승온된 후, 상기 가스밸브유닛(251)을 거쳐 공급되게 된다. The boil-off gas that has undergone the heat exchange process is heated to a temperature of about 25° C. required by the high-temperature solid oxide fuel cell 230 , and then is supplied through the gas valve unit 251 .

또한, 상기 증발가스 처리와 동시에, 상기 연료공급 시스템(240)에서는 상기 제2배관(232)의 유로를 따라 연료를 적정한 압력으로 공급할 수 있도록 유로상에 압력조절밸브(233)가 구비된다. In addition, at the same time as the BOG treatment, in the fuel supply system 240 , a pressure control valve 233 is provided on the flow path to supply fuel at an appropriate pressure along the flow path of the second pipe 232 .

즉, 상기 압력조절밸브(233)는 일측이 상기 연료공급 시스템(240)에 연결되고, 타측이 상기 제1 가스밸브유닛(251)의 일측에 결합되며, 상기 제2배관(232)의 압력수준으로 공급되는 가스의 압력을 조절할 수 있도록 구비되는 것이다. That is, one side of the pressure control valve 233 is connected to the fuel supply system 240 , and the other side is coupled to one side of the first gas valve unit 251 , and the pressure level of the second pipe 232 . It is provided to adjust the pressure of the gas supplied to the .

다음으로, 도 3은 본 발명에 따른, 벙커링시 발생하는 증발가스의 잉여 부분을 처리하기 위한 압축저장부의 구성을 나타낸 모식도이다.Next, FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a compression storage unit for processing an excess portion of boil-off gas generated during bunkering according to the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 BOG 이송배관(250)은, LNG 벙커링시, 상기 열교환기(260)를 거친 상기 증발가스가 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)에서 요구하는 양만큼 공급되고 남은 상기 증발가스를 압축 저장하되, 필요시 상기 고체산화물 연료전지(230) 또는 상기 선박용 이중연료 엔진(220)으로 공급할 수 있도록 상기 BOG 이송배관(250)의 유로상에 마련되는 압축저장부(270)를 포함한다. As shown in FIG. 3 , in the BOG transfer pipe 250 , during LNG bunkering, the boil-off gas that has passed through the heat exchanger 260 is supplied in an amount required by the high-temperature solid oxide fuel cell 230 , and The remaining boil-off gas is compressed and stored, and a compression storage unit 270 provided on the flow path of the BOG transfer pipe 250 so that it can be supplied to the solid oxide fuel cell 230 or the dual fuel engine 220 for ships when necessary. ) is included.

다시 말해서, 상기 열교환기(260)를 거친 상기 증발가스가 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)에서 화학반응에 필요한 양만큼 소모가 되며, 추가로 공급되는 상기 증발가스를 압축 저장하여 벙커링이 완료된 시점에서 필요시 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)로 재공급하거나, 상기 선박용 이중연료 엔진(220)으로 공급할 수 있도록 상기 BOG 이송배관(250)의 후단 및 상기 제1 가스밸브유닛(251)의 전단부에 압축저장부(270)가 마련되는 것이다.In other words, the boil-off gas that has passed through the heat exchanger 260 is consumed in an amount necessary for the chemical reaction in the high-temperature solid oxide fuel cell 230, and the additionally supplied boil-off gas is compressed and stored to complete bunkering. The rear end of the BOG transfer pipe 250 and the first gas valve unit 251 so that it can be re-supplied to the high-temperature solid oxide fuel cell 230 or supplied to the dual fuel engine 220 for ships at a time point, if necessary. A compression storage unit 270 is provided at the front end of the .

상기 압축저장부(270)는, 상기 열교환기(260)의 후단에서 분기된 제4배관(272) 상에 압축기(274)가 마련되고, 상기 압축기(274)의 후단에는 압축된 상기 증발가스를 보관할 수 있도록 압축저장탱크(276)가 마련되며, 상기 압축저장탱크(276) 후단과 상기 BOG 이송배관(250)을 연결하는 제5배관(278) 및 상기 제5배관(278)에서 분기되어 상기 선박용 이중연료 엔진(220)의 전단에 연결되는 제6배관(279)이 마련되어, 필요시 압축되어 저장된 상기 증발가스가 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230) 또는 상기 선박용 이중연료 엔진(220)으로 공급될 수 있도록 구비되는 것이다. In the compression storage unit 270 , a compressor 274 is provided on a fourth pipe 272 branched from the rear end of the heat exchanger 260 , and the compressed boil-off gas is supplied to the rear end of the compressor 274 . A compression storage tank 276 is provided for storage, and a fifth pipe 278 connecting the rear end of the compression storage tank 276 and the BOG transfer pipe 250 and the fifth pipe 278 are branched from the A sixth pipe 279 connected to the front end of the dual fuel engine 220 for ships is provided, and if necessary, the compressed and stored BOG is transferred to the high-temperature solid oxide fuel cell 230 or the dual fuel engine 220 for ships. It is provided so that it can be supplied.

다시 말해서, 상기 압축저장부(270)는 상기 BOG 이송배관(250)에 마련된 상기 열교환기(260)의 후단과 상기 가스밸브유닛(251) 전단 사이에 마련되어 잉여 상기 증발가스를 보관할 수 있도록 구비되는 것이다.In other words, the compression storage unit 270 is provided between the rear end of the heat exchanger 260 provided in the BOG transfer pipe 250 and the front end of the gas valve unit 251 to store the excess boil-off gas. will be.

또한, 상기 제4배관(272)의 유로상에는 상기 압축기(274)의 전단에 상기 압축저장부(270)로 유입되는 상기 증발가스의 이송 및 차단을 할 수 있도록 제4 가스밸브유닛(271)이 마련된다.In addition, a fourth gas valve unit 271 is provided on the flow path of the fourth pipe 272 to transfer and block the boil-off gas flowing into the compression storage unit 270 at the front end of the compressor 274 . will be prepared

상기 제4 가스밸브유닛(271)는 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)에서 필요한 상기 증발가스가 공급되고 잉여 증발가스가 발생할 경우, 상기 증발가스를 상기 압축저장부(270)로 이송시킬 수 있도록 상기 제4배관(272)을 개폐하며, 상기 제4 가스밸브유닛(271) 역시 수동 또는 원격에 의해 자동으로 개폐될 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다. The fourth gas valve unit 271 may transfer the boil-off gas to the compression storage unit 270 when the boil-off gas required by the high-temperature solid oxide fuel cell 230 is supplied and excess boil-off gas is generated. It is preferable that the fourth pipe 272 is opened and closed so that the fourth gas valve unit 271 can also be opened and closed automatically manually or remotely.

한편, 상기 제1 가스밸브유닛(251)은 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230) 에서 필요한 상기 증발가스의 양을 계산할 수 있도록 제어부(미도시)가 더 구비될 수 있다. Meanwhile, the first gas valve unit 251 may further include a controller (not shown) to calculate the amount of the boil-off gas required in the high-temperature solid oxide fuel cell 230 .

한편, 상기 가스밸브 유닛(GVU)(251)은, 평상시 상기 연료공급 시스템(240)을 통해 연료가 공급되면, 상기 고온형 고체산화물 연료전지(SOFC)(230) 측으로 전달되도록 연료를 제어할 수 있으며, 벙커링시 상기 LNG 연료탱크(210) 내부에서 발생되는 상기 증발가스(BOG)가 상기 BOG 이송배관(250)을 통해 상기 고온형 고체산화물 연료전지(SOFC)(230) 측으로 전달 되도록 필요한 연료량을 계산하여 전달 할 수 있도록 제어하는 역할을 수행한다. Meanwhile, the gas valve unit (GVU) 251 may control the fuel to be delivered to the high temperature solid oxide fuel cell (SOFC) 230 when fuel is normally supplied through the fuel supply system 240 . The amount of fuel required so that the boil-off gas (BOG) generated inside the LNG fuel tank 210 is transferred to the high-temperature solid oxide fuel cell (SOFC) 230 through the BOG transfer pipe 250 during bunkering. It plays the role of controlling so that it can be calculated and delivered.

또한, 상기 제1 가스밸브유닛(251)에 마련되는 제어부(미도시)는 상기 제4 가스밸브유닛(271)과 연동되어 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230) 또는 상기 선박용 이중연료 엔진(220)에서 요구되는 연료량을 계산하여 상기 제1 가스밸브유닛(251)과 상기 제2 가스밸브유닛(221) 및 상기 제3 가스밸브유닛(223)의 밸브 개폐를 제어할 수 있도록 구비될 수 있음은 물론이다.In addition, a control unit (not shown) provided in the first gas valve unit 251 is interlocked with the fourth gas valve unit 271 to the high-temperature solid oxide fuel cell 230 or the dual fuel engine 220 for ships. ) can be provided to control the opening and closing of the valves of the first gas valve unit 251, the second gas valve unit 221, and the third gas valve unit 223 by calculating the amount of fuel required in Of course.

일예로, LNG 연료 추진선박(20)의 운항시 또는 벙커링 작업시, 상기 제1 가스밸브유닛(251)은 상기 연료공급 시스템(240)을 통해 연료가 공급되어 상기 고온형 고체산화물 연료전지(SOFC)(230) 측으로 전달 되도록 개방되되, 제어부(미도시)에서는 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)에서 수용 가능한 연료량으로 계산되는 경우, 상기 제4 가스밸브유닛(271)은 폐쇄시켜, 상기 열교환기(260)를 거친 상기 증발가스가 상기 압축저장부(270)를 거치지 않고, 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)측으로만 전달되어 공급될 수 있도록 제어할 수 있는 것이다. For example, during operation of the LNG fuel-propelled ship 20 or bunkering operation, the first gas valve unit 251 is supplied with fuel through the fuel supply system 240 to provide the high-temperature solid oxide fuel cell (SOFC). ) 230, the control unit (not shown) closes the fourth gas valve unit 271 when it is calculated as the amount of fuel that can be accommodated in the high-temperature solid oxide fuel cell 230, and closes the heat exchange It is possible to control so that the boil-off gas that has passed through the unit 260 is delivered and supplied only to the high-temperature solid oxide fuel cell 230 without going through the compression storage unit 270 .

추가적으로, 상기 열교환기(260)를 거친 상기 증발가스가 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230) 또는 상기 선박용 이중연료 엔진(220)에서 요구하는 양만큼 공급되고 남은 잉여 증발가스가 발생할 경우, 상기 가스밸브유닛(251)에 마련되는 제어부(미도시)는 상기 증발가스가 상기 압축저장부(270)로 이송될 수 있도록 상기 제2개폐밸브(271)를 개방시켜 상기 증발가스가 상기 제4배관(272)을 따라 상기 압축기(274) 내로 이송될 수 있도록 제어도 가능하다. Additionally, when the BOG that has passed through the heat exchanger 260 is supplied in an amount required by the high-temperature solid oxide fuel cell 230 or the dual fuel engine 220 for ships and the remaining surplus BOG is generated, the gas A control unit (not shown) provided in the valve unit 251 opens the second on/off valve 271 so that the boil-off gas can be transferred to the compression storage unit 270 so that the boil-off gas is transferred to the fourth pipe ( Control is also possible so that it can be transferred into the compressor 274 along the 272 .

따라서, 상기의 과정으로 LNG 연료 또는 상기 증발가스를 공급받은 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)는 선내에 필요한 전력을 생산할 수 있게 되는 것이다.Accordingly, the high-temperature solid oxide fuel cell 230 supplied with the LNG fuel or the boil-off gas through the above process is able to produce power required in the ship.

특히, 벙커링시, 상기 증발가스의 공급을 통해 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230) 또는 상기 발전기 엔진(220a)으로 전달되어 전력을 생산할 수 있도록 마련될 수 있으며, 자체 발전 전력을 통해 선내에 필요한 전력을 공급할 수 있는 것이다.In particular, during bunkering, the BOG is supplied to the high-temperature solid oxide fuel cell 230 or the generator engine 220a to be provided to produce electric power, and it may be provided to generate electric power required in the ship through self-generated electric power. that can supply power.

이로써, 상기 LNG 연료 추진선박(20)이 운항중에는 상기 선박용 이중연료 엔진(220)을 통해, 추진동력 및 전력을 생산할 수 있으며, 상기 LNG 연료 추진선박(20)이 상기 LNG 벙커링 선박으로부터 연료를 공급받는 벙커링 작업중에는 상기 고온형 고체산화물 연료전지(230)가 상기 증발가스를 공급받아 전력을 생산함에 따라, 하이브리드 발전 시스템을 장착한 상기 LNG 연료 추진선박(20)의 연료 효율 및 에너지 효율 또한 증가시킬 수 있는 것이다. Accordingly, while the LNG-fueled propulsion ship 20 is in operation, propulsion power and electric power can be produced through the dual fuel engine 220 for the ship, and the LNG-fueled propulsion ship 20 supplies fuel from the LNG bunkering ship. During the receiving bunkering operation, as the high-temperature solid oxide fuel cell 230 receives the boil-off gas and produces electricity, the fuel efficiency and energy efficiency of the LNG-fueled propulsion ship 20 equipped with a hybrid power generation system will also be increased. it can be

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다. Although embodiments of the present invention have been described with reference to the above and the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can practice the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You will understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

10: LNG 벙커링 선박
20: LNG 연료 추진선박
200: BOG 처리 시스템
210: LNG 연료탱크
220: 선박용 이중연료 엔진
220a: 발전기 엔진
220b: 추진용 엔진
221: 제2 가스밸브유닛
222: 제1배관
223: 제3 가스밸브유닛
224: 선박추진부
225: 발전기
230: 고온형 고체산화물 연료전지(SOFC)
232: 제2배관
233: 압력조절밸브
234: 전력공급회로
240: 연료공급 시스템(FGSS)
250: BOG 이송배관
251: 제1 가스밸브유닛(GVU)
260: 열교환기
262: 제3배관
270: 압축저장부
271: 제 4가스밸브유닛
272: 제4배관
274: 압축기
276: 압축저장탱크
278: 제5배관
279: 제6배관
10: LNG bunkering vessel
20: LNG fueled ship
200: BOG processing system
210: LNG fuel tank
220: dual fuel engine for ships
220a: generator engine
220b: engine for propulsion
221: second gas valve unit
222: first pipe
223: third gas valve unit
224: ship propulsion department
225: generator
230: high-temperature solid oxide fuel cell (SOFC)
232: second pipe
233: pressure control valve
234: power supply circuit
240: fuel supply system (FGSS)
250: BOG transfer pipe
251: first gas valve unit (GVU)
260: heat exchanger
262: third pipe
270: compression storage unit
271: fourth gas valve unit
272: fourth pipe
274: compressor
276: compression storage tank
278: fifth pipe
279: sixth pipe

Claims (5)

하이브리드 발전 시스템을 장착한 LNG 연료 추진선박의 BOG 처리 시스템에 있어서,
상기 LNG 연료 추진선박 내부에 구비되며, 선박의 연료로 활용되는 LNG를 저장하는 LNG 연료탱크;
상기 LNG 연료탱크에 저장된 연료가 제1배관을 통해 전달되어, 선박에 필요한 전력 및 동력을 생산하는 선박용 이중연료 엔진;
상기 LNG 연료탱크에 저장된 연료가 상기 제1배관에서 분기된 제2배관을 통해 전달되며, 전기화학반응에 의해 전력을 발생시켜 선박에 필요한 전력을 공급하는 고온형 고체산화물 연료전지(SOFC);
상기 제1배관 및 상기 제2배관의 분기되는 지점의 전단에 마련되며, 상기 선박용 이중연료 엔진 및 상기 고온형 고체산화물 연료전지 중 적어도 하나 이상의 시스템에 상기 LNG 연료탱크에 저장된 연료를 공급하는 연료공급시스템(FGSS);
일측이 상기 LNG 연료탱크의 상부 일측과 연결되고, 타측이 상기 고온형 고체산화물 연료전지의 선단에 연결되며, 상기 LNG 연료탱크 내부에서 발생된 증발가스(BOG) 및 벙커링시 상기 LNG 연료탱크에서 발생하는 증발가스가 이송되도록 유로상에 제1 가스밸브유닛을 구비한 BOG 이송배관;을 포함하되,
상기 제1배관은, 상기 연료공급시스템과 상기 선박용 이중연료 엔진을 연결하는 유로상에 마련되어 연료의 이송, 차단 및 공급량 조절을 할 수 있도록 구비되는 제2 가스밸브유닛을 포함하고,
상기 제2배관은, 일측이 상기 연료공급시스템에 연결되고, 타측이 상기 제1 가스밸브유닛의 일측에 결합되며, 상기 제2배관의 압력수준으로 공급되는 가스의 압력을 조절할 수 있도록 유로상에 압력조절밸브가 더 구비되며, 연료를 상기 고온형 고체산화물 연료전지 측으로 전달할 수 있도록 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전 시스템을 장착한 LNG 연료 추진선박의 BOG 처리 시스템.
In the BOG processing system of an LNG-fueled propulsion ship equipped with a hybrid power generation system,
an LNG fuel tank that is provided inside the LNG fuel-propelled ship and stores LNG used as a fuel for the ship;
a dual fuel engine for ships in which the fuel stored in the LNG fuel tank is delivered through a first pipe to produce electric power and power required for the ship;
a high-temperature solid oxide fuel cell (SOFC) in which the fuel stored in the LNG fuel tank is delivered through a second pipe branched from the first pipe, and generates power through an electrochemical reaction to supply power required for the vessel;
A fuel supply that is provided at the front end of the branching point of the first pipe and the second pipe, and supplies the fuel stored in the LNG fuel tank to at least one of the dual fuel engine for ships and the high-temperature solid oxide fuel cell. system (FGSS);
One side is connected to one side of the upper part of the LNG fuel tank, and the other side is connected to the tip of the high-temperature solid oxide fuel cell, and BOG generated inside the LNG fuel tank and generated in the LNG fuel tank during bunkering A BOG transfer pipe having a first gas valve unit on the flow path so that the boil-off gas is transferred;
The first pipe includes a second gas valve unit provided on a flow path connecting the fuel supply system and the dual fuel engine for ships to transport, block, and control the supply amount of fuel,
The second pipe has one side connected to the fuel supply system, the other side coupled to one side of the first gas valve unit, and is on the flow path to adjust the pressure of the gas supplied to the pressure level of the second pipe. A pressure control valve is further provided, and the BOG treatment system of an LNG fuel-propelled ship equipped with a hybrid power generation system, characterized in that it is provided to deliver fuel to the high-temperature solid oxide fuel cell side.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 BOG 이송배관은,
상기 증발가스의 온도가 상기 고온형 고체산화물 연료전지가 요구하는 온도로 승온되어 공급될 수 있도록 상기 제1 가스밸브유닛 전단의 유로상에 열교환기가 마련되며,
일측이 상기 고온형 고체산화물 연료전지에 결합되고, 타측이 상기 열교환기의 일측에 연결되어 상기 고온형 고체산화물 연료전지에서 배출되는 고온의 배가스를 상기 열교환기의 열매체로 공급하도록 제3배관이 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전 시스템을 장착한 LNG 연료 추진선박의 BOG 처리 시스템.
According to claim 1,
The BOG transfer pipe,
A heat exchanger is provided on the flow path in front of the first gas valve unit so that the temperature of the boil-off gas is increased to a temperature required by the high-temperature solid oxide fuel cell and supplied;
A third pipe is provided so that one end is coupled to the high-temperature solid oxide fuel cell and the other end is connected to one side of the heat exchanger to supply the high-temperature exhaust gas discharged from the high-temperature solid oxide fuel cell as the heat medium of the heat exchanger. BOG processing system for LNG fuel-powered ships equipped with a hybrid power generation system, characterized in that
제3항에 있어서,
상기 BOG 이송배관은,
LNG 벙커링시, 상기 열교환기를 거친 상기 증발가스가 상기 고온형 고체산화물 연료전지에서 요구하는 양만큼 공급되고 남은 상기 증발가스를 압축 저장하되, 필요시 상기 고체산화물 연료전지 또는 상기 선박용 이중연료 엔진으로 공급할 수 있도록 상기 BOG 이송배관의 유로상에 압축저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전 시스템을 장착한 LNG 연료 추진선박의 BOG 처리 시스템.
4. The method of claim 3,
The BOG transfer pipe,
During LNG bunkering, the boil-off gas that has passed through the heat exchanger is supplied in an amount required by the high-temperature solid oxide fuel cell, and the remaining boil-off gas is compressed and stored, if necessary, supplied to the solid oxide fuel cell or the dual fuel engine for ships. A BOG processing system for an LNG-fueled propulsion vessel equipped with a hybrid power generation system, characterized in that it includes a compression storage unit on the flow path of the BOG transfer pipe so as to be able to do so.
제4항에 있어서,
상기 압축저장부는,
상기 열교환기의 후단에서 분기된 제4배관 상에 압축기가 마련되고, 압축된 상기 증발가스를 보관할 수 있도록 압축저장탱크가 마련되며, 상기 압축저장탱크 후단과 상기 BOG 이송배관을 연결하는 제5배관 및 상기 제5배관에서 분기되어 상기 선박용 이중연료 엔진의 전단에 연결되는 제6배관을 따라 필요시 압축되어 저장된 상기 증발가스가 상기 고온형 고체산화물 연료전지 또는 상기 선박용 이중연료 엔진으로 공급되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 발전 시스템을 장착한 LNG 연료 추진선박의 BOG 처리 시스템.
5. The method of claim 4,
The compression storage unit,
A compressor is provided on a fourth pipe branched from the rear end of the heat exchanger, a compression storage tank is provided to store the compressed BOG, and a fifth pipe connecting the rear end of the compression storage tank and the BOG transfer pipe and the boil-off gas that is compressed and stored when necessary along a sixth pipe branched from the fifth pipe and connected to the front end of the dual fuel engine for ships is supplied to the high-temperature solid oxide fuel cell or the dual fuel engine for ships. A BOG processing system for LNG-fueled ships equipped with a hybrid power generation system.
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