KR102415547B1 - 선박의 연료공급 및 발전 시스템 - Google Patents

선박의 연료공급 및 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

선박의 연료공급 및 발전 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 선박의 연료공급 및 발전 시스템은, 저장탱크에서 공급된 액화천연가스를 압축하는 압축펌프, 압축펌프에 의해 압축된 액화천연가스를 기화시키는 기화기, 기화기 후에 설치되어 천연가스의 팽창력으로 동력을 발생시키는 팽창기를 구비한 팽창부, 팽창기에 연결되어 전기를 발생시키는 제1 발전기, 팽창기에서 감압된 천연가스의 일부를 공급받아 선박의 추진기를 작동시키는 추진 엔진, 팽창기에서 감압된 천연가스의 나머지를 공급받아 동력을 발생시키는 발전 엔진 및 발전 엔진에 연결되어 전기를 발생시키는 제2 발전기를 포함한다.

Description

선박의 연료공급 및 발전 시스템{Fuel supply system and power generation system for ship}
본 발명은 선박의 연료공급 및 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 선박은 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 엔진에 의해 추진력을 얻는다. 최근 대기환경오염을 방지하기 위한 국제적인 규제가 강화되면서, 선박의 연료가 천연가스로 변경되는 추세이다. 천연가스는 황 함유량이 적어 연소 시에 황화합물 및 검댕 물질을 생성하지 않아 비교적 친환경적이다.
천연가스는 상온, 상압에서는 기체 상태로 그 부피가 너무 크기 때문에 저장을 위한 공간의 제약이 심하기 때문에, 통상 상압에서 약 -163℃의 극저온에서 액체 상태를 유지하는 특성을 이용하여 단열재로 처리된 특수 저장탱크에 액체 상태로 저장된다. 이에 따라, 선박에서는 액화천연가스를 기화시켜서 엔진의 연료로 이용한다.
그런데, 천연가스를 액화시키는 과정에서 많은 에너지를 소모하나, 액화천연가스를 기화시킬 때에 남는 냉열은 적절히 활용되지 못하고 있는 실정이다.
한국공개특허 제2016-0150346호
본 발명의 실시예는, 액화천연가스를 엔진에 공급하기 위하여 기화시킬 때 남는 냉열을 효율적으로 이용하는 선박의 연료공급 및 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크에서 공급된 액화천연가스를 압축하는 압축펌프, 상기 압축펌프에 의해 압축된 액화천연가스를 기화시키는 기화기, 상기 기화기 후에 설치되어 천연가스의 팽창력으로 동력을 발생시키는 팽창기를 구비한 팽창부, 상기 팽창기에 연결되어 전기를 발생시키는 제1 발전기, 상기 팽창기에서 감압된 천연가스의 일부를 공급받아 선박의 추진기를 작동시키는 추진 엔진, 상기 팽창기에서 감압된 천연가스의 나머지를 공급받아 동력을 발생시키는 발전 엔진 및 상기 발전 엔진에 연결되어 전기를 발생시키는 제2 발전기를 포함하는 선박의 연료공급 및 발전 시스템이 제공된다.
이 때, 상기 팽창부는, 하나의 축으로 직렬로 연결된 복수의 팽창기를 구비하며, 상기 천연가스는 복수의 상기 팽창기를 차례로 지나며 감압될 수 있다.
이 때, 복수의 상기 팽창기 사이에서, 전단의 상기 팽창기를 통과한 천연가스 중 일부는, 후단의 상기 팽창기를 이전에 분기되어 상기 추진 엔진으로 공급될 수 있다.
이 때, 상기 추진 엔진으로 천연가스가 공급되는 경로에 설치되는 제1 감압밸브 및 후단의 상기 팽창기로 천연가스가 공급되는 경로에 설치되는 제2 감압밸브를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 발전 엔진으로 천연가스가 공급되는 경로에 설치되는 히터 또는 제3 감압밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 액화천연가스를 기화시킬 때 가스의 팽창력을 이용하여 발전하여 액화천연가스의 냉열을 효율적으로 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료공급 및 발전 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 연료공급 및 발전 시스템을 나타낸 도면.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 선박의 연료공급 및 발전 시스템의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료공급 및 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료공급 및 발전 시스템(100)은, 압축펌프(110), 기화기(120), 팽창부(130), 제1 발전기(140), 추진 엔진(150), 발전 엔진(160) 및 제2 발전기(170)를 포함한다.
압축펌프(110)는 저장탱크(5)에서 공급된 액화천연가스를 압축한다. 압축펌프(110)는 극저온의 액화천연가스를 고압으로 압축할 수 있다. 압축펌프(110)에 의해 액화천연가스는 고압으로 압축되면서 온도가 상승하게 되나, 온도가 상승하더라도 액화천연가스는 액체 상태를 유지할 수 있다.
도 1을 참조하면, 액화천연가스를 저장하는 저장탱크(5)에는 연료 공급펌프(6)가 설치될 수 있다. 연료 공급펌프(6)는 액화천연가스를 저장탱크(5)의 내부에서 압축펌프(110)로 이송한다. 본 실시예의 압축펌프(110)는 이송된 액화천연가스를 추진 엔진(150)에서 요구하는 압력보다 높은 고압(예를 들어, 100bar 이상)으로 압축할 수 있다.
기화기(120)는 압축펌프(110)에 의해 압축된 액화천연가스를 기화시켜서 기체 상태의 천연가스로 만든다. 기화기(120)는 고압으로 압축된 액화천연가스를 열원을 이용하여 가열시키는 일종의 열교환기일 수 있다. 가열하는 열원으로는, 스팀(Steam) 또는 글리콜 워터(Glycol Water)일 수 있고, 글리콜 워터는 해수 또는 선박 내 연소장치의 폐열(Waste Heat)을 회수하여 가열시킨 것일 수 있으나, 열원을 이에 한정하는 것은 아니다.
팽창부(130)는 기화기(120) 후에 설치되어, 천연가스의 팽창력으로 동력을 발생시킨다. 팽창부(130)는 팽창기(132)를 구비하며, 팽창기(132)는 터빈(Turbine)과 동일하게 유체의 에너지로 동력을 발생시키는 장치로써, 고온, 고압의 유체가 팽창기(132)의 임펠러(Impeller)를 회전시켜 동력을 발생시키고 저온, 저압의 유체로 되어 배출된다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 팽창부(130)는 1개의 팽창기(132)를 구비하고, 팽창기(132)에는 회전축(133)이 연결될 수 있다. 팽창기(132)에서 발생된 동력은 회전축을 통하여 전달되는 회전력일 수 있다.
제1 발전기(140)는 팽창기(132)에 연결되어 전기를 발생시킨다.
도 1을 참조하면, 제1 발전기(140)는 회전축(133)을 통하여 팽창기(132)에 연결되고, 회전축으로부터 회전력을 받아서 전기로 변환할 수 있다.
추진 엔진(150)은 팽창기(132)에서 감압된 천연가스의 일부를 공급받아 선박의 추진기를 작동시킨다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에서는 팽창기(132)로부터 배출되는 천연가스의 이송라인이 분기되어 추진 엔진(150)으로 공급될 수 있다. 추진 엔진(150)은 천연가스를 연료로 하여 작동하여, 추진 엔진(150)에 연결된 프로펠러 축(151)에 회전력을 제공하고 추진기인 프로펠러(155)를 회전 시킬 수 있다. 이 때, 공급받는 천연가스의 압력을 적절하게 조절하기 위하여, 추진 엔진(150)으로 공급된 천연가스의 이송라인에 추진 엔진용 감압 밸브(152)가 설치될 수 있다.
발전 엔진(160)은 팽창기(132)에서 감압된 천연가스의 나머지를 공급받아 동력을 발생시킨다. 팽창기(132)에서 배출된 천연가스 중 추진 엔진(150)에서 사용한 나머지를 연료로 회전력을 발생시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 발전 엔진(160)에는 회전축(161)이 연결될 수 있다. 발전 엔진(160)에서 발생된 동력은 회전축(161)을 통하여 전달되는 회전력일 수 있다. 이 때, 공급받는 천연가스의 압력을 적절하게 조절하기 위하여, 발전 엔진(160)으로 공급된 천연가스의 이송라인에 발전 엔진용 감압 밸브(162)가 설치될 수 있다.
제2 발전기(170)는 발전 엔진(160)에 연결되어 전기를 발생시킨다.
도 1을 참조하면, 제2 발전기(170)는 회전축을 통하여 발전 엔진(160)에 연결되고, 회전축(161)으로부터 회전력을 받아서 전기로 변환할 수 있다.
이 때, 제1 발전기(140) 및 제2 발전기(170)는 전력관리시스템(power management system, 180)에 연결되어 선박의 전력이 통합적으로 관리될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 액화천연가스를 기화시킬 때 가스의 팽창력을 이용하여 발전하여 액화천연가스의 냉열을 효율적으로 이용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 연료공급 및 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 선박의 연료공급 및 발전 시스템(200)은, 팽창부(230)가 하나의 축(233)으로 직렬로 연결된 복수의 팽창기(232, 234)를 구비함을 특징으로 한다. 이에 따라, 천연가스는 복수의 상기 팽창기(232, 234)를 차례로 지나며 감압될 수 있다.
한편, 압축펌프(210), 기화기(220), 제1 발전기(240), 추진 엔진(250), 발전 엔진(260) 및 제2 발전기(270)와 관련된 구성은 상술한 실시예와 같거나 유사하게 구성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에서 2개의 팽창기(232, 234)가 직렬로 배치되고 하나의 회전축(233)으로 연결될 수 있다. 또한, 회전축(233)에는 제1 발전기(240)가 연결되어서, 2개의 팽창기(232)에서 발생하는 회전력이 손실 없이 통합되고 발전이 이루어질 수 있다.
이 때, 복수의 팽창기(232, 234) 사이에서, 전단의 팽창기(232)를 통과한 천연가스 중 일부는 후단의 팽창기(234)를 이전에 분기되어 추진 엔진(250)으로 공급될 수 있다. 그리고, 추진 엔진(250)에 공급되지 않는 나머지 천연가스는 후단의 팽창기(234)를 거쳐서 2단으로 팽창하고 발전 엔진(260)으로 공급될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에서 압축펌프(210)는 이송된 액화천연가스를 추진 엔진(250)에서 요구하는 압력보다 높은 고압(예를 들어, 400bar 이상)으로 압축할 수 있다. 제1 팽창기(232)를 지난 천연가스는 300~350bar로 감압되어 추진 엔진(250)으로 보내질 수 있다. 이 때, 제1 팽창기(232)를 지난 천연가스는 여전히 높은 압력을 가지고 있으므로, 천연가스는 제2 팽창기(234)로 보내서 3~5bar로 감압되고 제2 팽창기(234)는 동력을 발생시킬 수 있다. 따라서, 발전 엔진(260)이 추진 엔진(250)에 비해 저압의 천연가스로 동력을 발생시키는 경우에, 발전 엔진(260)으로 향하는 경로에 팽창기(234)를 추가로 배치하여 천연가스가 가진 에너지를 효과적으로 이용할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 2개의 팽창기가 직렬로 연결된 2단 구성을 예시하였으나, 팽창부(230)는 3개 이상의 팽창기를 구비하여 3단 이상의 구성을 가질 수 있다.
이 때, 추진 엔진(250)으로 천연가스가 공급되는 경로에 설치되는 제1 감압밸브(252) 및 후단의 팽창기(232)로 천연가스가 공급되는 경로에 설치되는 제2 감압밸브(235)를 더 포함할 수 있다. 제1 감압밸브(252)는 추진 엔진(250)으로 공급되는 천연가스의 압력을 적절하게 조절하며, 제2 감압밸브(235)는 제2 팽창기(234)로 공급되는 천연가스의 압력을 조절할 수 있다.
또한, 발전 엔진(260)으로 공급되는 천연가스의 온도 또는 압력을 적절하게 조절하기 위하여, 발전 엔진(260)으로 천연가스가 공급되는 경로에 설치되는 히터(262) 또는 제3 감압밸브를 더 포함할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
5: 저장탱크
110, 120: 압축펌프
120, 220: 기화기
130, 230: 팽창부
132, 232, 234: 팽창기
140, 240: 제1 발전기
150, 250: 추진 엔진
160, 260: 발전 엔진
170, 270: 제2 발전기
180, 280: 전력관리시스템

Claims (5)

  1. 저장탱크에서 공급된 액화천연가스를 압축하는 압축펌프;
    상기 압축펌프에 의해 압축된 액화천연가스를 기화시키는 기화기;
    상기 기화기 후에 설치되어, 천연가스의 팽창력으로 동력을 발생시키는 팽창기를 구비한 팽창부;
    상기 팽창기에 연결되어 전기를 발생시키는 제1 발전기;
    상기 팽창기에서 감압된 천연가스의 일부를 공급받아 선박의 추진기를 작동시키는 추진 엔진;
    상기 팽창기에서 감압된 천연가스의 나머지를 공급받아 동력을 발생시키는 발전 엔진; 및
    상기 발전 엔진에 연결되어 전기를 발생시키는 제2 발전기를 포함하고,
    상기 팽창부는, 하나의 축으로 직렬로 연결된 복수의 팽창기를 구비하며, 상기 천연가스는 복수의 상기 팽창기를 차례로 지나며 감압되고,
    복수의 상기 팽창기 사이에서, 전단의 상기 팽창기를 통과한 천연가스 중 일부는, 후단의 상기 팽창기를 이전에 분기되어 상기 추진 엔진으로 공급되는 선박의 연료공급 및 발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 추진 엔진으로 천연가스가 공급되는 경로에 설치되는 제1 감압밸브; 및
    후단의 상기 팽창기로 천연가스가 공급되는 경로에 설치되는 제2 감압밸브를 더 포함하는 선박의 연료공급 및 발전 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발전 엔진으로 천연가스가 공급되는 경로에 설치되는 히터 또는 제3 감압밸브를 더 포함하는 선박의 연료공급 및 발전 시스템.
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