KR102553556B1 - 연료 공급 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료 공급 시스템은 선박(S)의 암모니아 엔진(E)에 공급되는 암모니아 연료를 저장하는 암모니아 저장 탱크(100); 상기 암모니아 저장 탱크(100)와 상기 암모니아 엔진(E)을 연결하며, 상기 암모니아 연료를 이송하는 공급 배관(SL); 상기 공급 배관(SL)과 연결되며 상기 공급 배관(SL)에 잔류하는 잔류 암모니아 연료를 배출하는 배출부(200); 상기 배출부(200)에 연결되며 상기 잔류 암모니아 연료 중 액체 상태의 잔류 암모니아 연료는 상기 암모니아 저장 탱크(100)로 회수하고, 상기 잔류 암모니아 연료 중 기체 상태의 잔류 암모니아 연료는 대기 중으로 배기하는 잔류 암모니아 연료 처리부(300)를 포함한다.

Description

연료 공급 시스템 및 이를 포함하는 선박{FUEL SUPPLY SYSTEM AND VESSEL INCLUDING THE SAME}
본 발명은 연료 공급 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는 퍼징 또는 감압의 경우 공급 배관에서 대기중으로 배출되는 암모니아 연료 중 일부를 암모니아 저장 탱크로 회수하고 나머지만을 대기중으로 배출하여 대기 오염을 방지하고, 연료비를 절감할 수 있는 연료 공급 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
일반적으로 선박의 추진 연료로서 상대적으로 가격이 저렴한 벙커C유 등의 중유를 사용하는 연료 공급 시스템을 채용하고 있다. 이러한 중유를 사용하는 연료 공급 시스템은 중유 연료 사용에 대한 국제적인 배기 가스 배출 규제 때문에 황 성분이 적은 저황유(저유황유) 연료 탱크(LSHFO tank)를 별도로 설치해야 하며, 국제적인 환경 규제 기준에 적합한 친환경적인 연료 공급 시스템의 요구가 커졌다. 이를 위해 선박 대형화, 선형 및 추진 장치 효율화, 저속 운항 등의 방법으로 온실 가스 배출량을 저감하고 있으나, 완전한 탈탄소화는 어려웠다.
탈탄소화를 위해 액화 천연 가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 또는 액화 석유 가스 (Liquefied Petroleum Gas, LPG) 등의 액화 가스를 운송하는 액화 가스 운송선에서 발생하는 증발 가스(Boil Off Gas, BOG)를 선박의 추진 연료로 사용하거나, 액화 천연 가스(LNG) 또는 액화 석유 가스 (LPG) 등의 액화 가스를 직접 선박의 추진 연료로 사용하는 연료 공급 시스템이 개발되었다. 이러한 액화 가스는 황산화물 규제에 대응할 수 있고, 미세 먼지 및 이산화 탄소(CO2)도 저감할 수 있으나, 화석 연료로 이산화 탄소를 배출하기 때문에 완전한 탈탄소화에는 한계가 있다.
강화된 국제 해사 기구(International Maritime Organization, IMO)의 온실 가스(Greenhouse gas, GHC) 및 이산화 탄소 저감 규정인 IMO 2050을 따르기 위해서, 이산화 탄소가 발생하지 않는 암모니아(NH3)를 주목하기 시작했다.
이러한 암모니아 연료를 이용하여 암모니아 엔진으로 선박을 추진하는 경우, 고압의 액체 상태인 암모니아 연료를 이송하는 공급 배관은 퍼징(purging)하거나, 감압(depressurizing) 해야 하는 경우가 빈번히 발생하게 된다. 이 경우, 다량의 암모니아 연료를 대기로 배출해야 하므로 대기 오염이 발생하게 되며, 암모니아 연료의 낭비가 심하게 된다.
한국 등록특허공보 제10-1358306호(연료유 회수 장치 및 이를 포함하는 선박, 2014.02.05. 공고)
따라서, 본 발명은 퍼징 또는 감압의 경우 공급 배관에서 대기중으로 배출되는 암모니아 연료 중 일부를 암모니아 저장 탱크로 회수하고 나머지만을 대기중으로 배출하여 대기 오염을 방지하고, 연료비를 절감할 수 있는 연료 공급 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템은 선박(S)의 암모니아 엔진(E)에 공급되는 암모니아 연료를 저장하는 암모니아 저장 탱크(100); 상기 암모니아 저장 탱크(100)와 상기 암모니아 엔진(E)을 연결하며, 상기 암모니아 연료를 이송하는 공급 배관(SL); 상기 공급 배관(SL)과 연결되며 상기 공급 배관(SL)에 잔류하는 잔류 암모니아 연료를 배출하는 배출부(200); 그리고 상기 배출부(200)에 연결되며 상기 잔류 암모니아 연료 중 액체 상태의 잔류 암모니아 연료는 상기 암모니아 저장 탱크(100)로 회수하고, 상기 잔류 암모니아 연료 중 기체 상태의 잔류 암모니아 연료는 대기 중으로 배기하는 잔류 암모니아 연료 처리부(300)를 포함한다.
또한, 상기 잔류 암모니아 연료 처리부(300)는, 상기 배출부(200)에 연결되며 액체 상태의 상기 잔류 암모니아 연료를 분리하여 상기 암모니아 저장 탱크(100)로 회수하는 액 분리기(310), 그리고 상기 액 분리기(310)에 연결되며 상기 액 분리기(310) 내부의 상기 잔류 암모니아 연료를 액체 상태로 유지시키는 질소 버퍼 탱크(320)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 잔류 암모니아 연료 처리부(300)는, 상기 액 분리기(310)와 상기 암모니아 저장 탱크(100)를 연결하는 회수 배관(330), 그리고 상기 액 분리기(310)에 설치되어 상기 액 분리기(310) 내부의 상기 잔류 암모니아 연료의 액위를 측정하는 액위 센서(340)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 질소 버퍼 탱크(320)는 기준 압력을 가지도록 질소로 충진되어 상기 액 분리기(310)에서 배출되는 액체 상태의 상기 잔류 암모니아 연료의 압력을 상기 기준 압력 이상으로 유지시킬 수 있다.
이때, 상기 기준 압력 미만에서 상기 액 분리기(310) 내부의 상기 잔류 암모니아 연료는 기화될 수 있다.
여기서, 상기 질소 버퍼 탱크(320)의 용량은 상기 액 분리기(310)로 유입되는 상기 잔류 암모니아 연료의 양보다 4배 이상일 수 있다.
또한, 상기 공급 배관(SL)은 상기 암모니아 저장 탱크(100)로부터 상기 암모니아 엔진(E)에 상기 암모니아 연료를 공급하는 제1 공급 배관(SL1), 그리고 상기 암모니아 엔진(E)에 공급되고 남겨진 잉여 암모니아 연료를 상기 제1 공급 배관(SL1)으로 회수하는 제2 공급 배관(SL2)을 포함하며, 상기 배출부(200)는 상기 제1 공급 배관(SL1)에 연결되는 제1 배출부(210), 그리고 상기 제2 공급 배관(SL2)에 연결되는 제2 배출부(220)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 액 분리기(310)는 상기 제1 배출부(210)에 연결되는 제1 액 분리기(311), 그리고 상기 제1 배출부(210) 및 상기 제2 배출부(220)에 연결되는 제2 액 분리기(312)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 배출부(210)는, 상기 제1 공급 배관(SL1)과 상기 액 분리기(310)를 서로 연결하는 복수의 제1 배출 배관(DL1), 그리고 상기 제1 공급 배관(SL1)과 상기 복수의 제1 배출 배관(DL1)에 함께 설치되는 복수의 제1 이중 밸브(DV1)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 배출부(220)는, 상기 제2 공급 배관(SL2)과 상기 제2 액 분리기(312)를 서로 연결하는 제2 배출 배관(DL2), 그리고 상기 제2 공급 배관(SL2)과 상기 제2 배출 배관(DL2)에 함께 설치되는 제2 이중 밸브(DV2)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배출부(200)는 상기 제2 공급 배관(SL2)에 연결되는 제3 배출부(230)를 더 포함하고, 상기 제3 배출부(230)는, 상기 제2 공급 배관(SL2)과 상기 제2 액 분리기(312)를 연결하는 제3 배출 배관(DL3), 그리고 상기 제3 배출 배관(DL3)에 설치되며 배출되는 상기 잔류 암모니아 연료의 양을 조절하는 제3 블리드 밸브(BL3)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 질소 버퍼 탱크(320)는, 상기 제1 액 분리기(311)에 연결되는 제1 질소 버퍼 탱크(321), 그리고 상기 제2 액 분리기(312)에 연결되는 제2 질소 버퍼 탱크(322)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 액위 센서(340)는, 상기 제1 액 분리기(311) 내부의 상기 잔류 암모니아 연료의 액위를 측정하는 제1 액위 센서(341), 그리고 상기 제2 액 분리기(312) 내부의 상기 잔류 암모니아 연료의 액위를 측정하는 제2 액위 센서(342)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 회수 배관(330)은, 상기 제1 액 분리기(311)와 상기 암모니아 저장 탱크(100)를 연결하는 제1 회수 배관(331), 그리고 상기 제2 액 분리기(312)와 상기 제1 회수 배관(331)을 연결하는 제2 회수 배관(332)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 이중 밸브(DV1)는 상기 제1 공급 배관(SL1)에 설치되는 제1 이중 블록 밸브(DB1), 그리고 상기 제1 배출 배관(DL1)에 설치되는 제1 블리드 밸브(BL1)를 포함하며, 상기 공급 배관(SL)의 감압 또는 퍼징 시, 상기 제1 이중 블록 밸브(DB1)를 잠그고, 상기 제1 블리드 밸브(BL1)를 열어 상기 제1 공급 배관(SL1) 내부의 상기 잔류 암모니아 연료를 상기 액 분리기(310)로 배출할 수 있다.
또한, 상기 제2 이중 밸브(DV2)는 상기 제2 공급 배관(SL2)에 설치되는 제2 이중 블록 밸브(DB2), 그리고 상기 제2 배출 배관(DL2)에 설치되는 제2 블리드 밸브(BL2)를 포함하며, 상기 공급 배관(SL)의 감압 또는 퍼징 시, 상기 제2 이중 블록 밸브(DB2)를 잠그고, 상기 제2 블리드 밸브(BL2)를 열어 상기 제2 공급 배관(SL2) 내부의 상기 잔류 암모니아 연료를 상기 액 분리기(310)로 배출할 수 있다.
또한, 상기 공급 배관(SL)은 상기 제1 공급 배관(SL1)에 순차적으로 설치되는 저압 펌프(LP), 고압 펌프(HP), 온도 조절부(21), 그리고 필터(22)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공급 배관(SL)은, 상기 저압 펌프(LP)의 후단과 상기 암모니아 저장 탱크(100)를 연결하며 상기 암모니아 연료를 상기 암모니아 저장 탱크(100)로 리턴시키는 제1 리턴 배관(RL1), 상기 고압 펌프(HP)의 후단에 연결되며 상기 암모니아 연료를 리턴시키는 제2 리턴 배관(RL2), 상기 제2 리턴 배관(RL2)에 연결되며 리턴된 상기 암모니아 연료를 임시 저장하는 재순환 드럼(RD), 그리고 상기 재순환 드럼(RD)과 상기 제1 공급 배관(SL1)을 연결하는 재순환 배관(RCL)을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박은 전술한 연료 공급 시스템을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템은 다단계의 압력 강하 과정을 처리하는 잔류 암모니아 연료 처리부를 통해 퍼징 또는 감압의 경우 공급 배관에서 대기중으로 배출되는 잔류 암모니아 연료 중 일부를 액체 상태로 유지하여 암모니아 저장 탱크로 회수하고 나머지만을 대기중으로 배출하여 대기 오염을 방지할 수 있다.
또한, 폐기하던 잔류 암모니아 연료 중 일부를 암모니아 저장 탱크로 회수하여 재사용함으로써, 연료비를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템을 포함하는 선박을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 개략적인 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 연료 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템을 포함하는 선박을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(1000)은 선박(S)에 설치될 수 있다. 선박(S)은 컨테이너선, 액화 가스 운반선, 액화가스 추진선 등 다양한 선박을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(1000)은 암모니아 연료를 이용하여 선박(S)을 구동하는 암모니아 엔진(E)에 액체 상태의 암모니아 연료를 제1 경로(U1)를 따라 공급하고, 암모니아 엔진(E)에서 연소되지 않고 남은 잉여 암모니아 연료를 제2 경로(U2)를 따라 회수할 수 있다.
암모니아 엔진(E)은 암모니아 연료를 이용하여 선박(S)을 추진하는 추진용 암모니아 엔진 또는 암모니아 연료를 이용하여 선박(S) 내에서 발전하는 발전용 암모니아 엔진일 수 있다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 개략적인 도면이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 연료 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템은 암모니아 저장 탱크(100), 공급 배관(SL), 배출부(200), 그리고 잔류 암모니아 연료 처리부(300)를 포함한다. 배출부(200)는 제1 배출부(210), 제2 배출부(220), 그리고 제3 배출부(230)를 포함할 수 있다. 잔류 암모니아 연료 처리부(300)는 액 분리기(310), 질소 버퍼 탱크(320), 회수 배관(330), 그리고 액위 센서(340)를 포함할 수 있다. 액 분리기(310)는 제1 배출부(210)에 연결되는 제1 액 분리기(311), 그리고 제1 배출부(210) 및 제2 배출부(220)에 연결되는 제2 액 분리기(312)를 포함할 수 있다.
암모니아 저장 탱크(100)는 선박(S)의 암모니아 엔진(E)에 공급되는 암모니아 연료를 저장할 수 있다.
암모니아 저장 탱크(100)는 액체 상태의 암모니아 연료가 저장되는 단열 탱크일 수 있다. 암모니아 저장 탱크(100)는 멤브레인 타입 또는 독립형 타입의 저장 탱크일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 암모니아 저장 탱크(100)는 독립형 타입 중 IMO type A, type B 또는 type C의 저장 탱크일 수 있다. IMO type A의 암모니아 저장 탱크(100)는 1차 방벽, 그리고 1차 방벽의 파손에 의해 암모니아 연료가 유출되는 것을 방지하기 위해서 1차 방벽을 완전히 감싸는 2차 방벽을 포함할 수 있으며, 2차 방벽은 선체(hull)가 될 수 있다. 또한, 암모니아 저장 탱크(100)는 IMO type B의 저장 탱크일 수 있다. IMO type B의 암모니아 저장 탱크(100)는 구형 또는 각형일 수 있으며, 1차 방벽, 그리고 1차 방벽의 크랙 가능성이 상대적으로 높은 부위만 감싸는 부분 2차 방벽(드립 트레이)을 포함할 수 있다. 또한, 암모니아 저장 탱크(100)는 IMO type C의 저장 탱크일 수 있다. IMO type C의 암모니아 저장 탱크(100)는 독립된 압력 용기 형태로 용이하게 선박에 설치될 수 있다.
암모니아 저장 탱크(100)는 상온에서 약 10 기압(bar)으로 가압된 상태로 액화된 액체 상태의 암모니아 연료를 저장할 수 있다.
공급 배관(SL)은 암모니아 저장 탱크(100)와 암모니아 엔진(E)을 연결하며, 암모니아 저장 탱크(100) 내부의 암모니아 연료를 암모니아 엔진(E)에 공급하고, 암모니아 엔진(E)에서 연소되지 않고 남은 잉여 암모니아 연료를 암모니아 저장 탱크(100)로 회수할 수 있다.
공급 배관(SL)은 제1 공급 배관(SL1), 저압 펌프(LP), 고압 펌프(HP), 온도 조절부(21), 필터(22), 제1 리턴 배관(RL1), 제2 리턴 배관(RL2), 재순환 드럼(RD), 재순환 배관(RCL), 그리고 제2 공급 배관(SL2)을 포함할 수 있다.
제1 공급 배관(SL1)은 암모니아 저장 탱크(100)로부터 암모니아 엔진(E)으로 액체 상태의 암모니아 연료를 공급할 수 있다.
제1 공급 배관(SL1)에는 암모니아 연료가 전달되는 순서대로 저압 펌프(LP), 고압 펌프(HP), 온도 조절부(21) 및 필터(filter)(22)가 연결될 수 있다.
저압 펌프(LP)와 고압 펌프(HP)는 암모니아 저장 탱크(100)에 저장된 암모니아 연료를 이송하기 위한 것으로서, 암모니아 연료는 암모니아 저장 탱크(100)에서 저압 펌프(LP)를 통해 외부로 배출된 후, 고압 펌프(HP)를 통해 암모니아 엔진(E)에서 요구하는 압력, 예컨대, 약 50 기압(bar)의 압력으로 상승될 수 있다. 액체 상태의 암모니아 연료는 유압에 의해서 600 내지 700 기압(bar)의 압력으로 암모니아 엔진(E)의 노즐에 분사되어 암모니아 엔진(E)을 가동시킬 수 있다.
본 실시예에서는 저압 펌프(LP)와 고압 펌프(HP)가 모두 설치되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 어느 하나의 펌프만 설치될 수도 있으며, 3단 이상의 다단의 펌프가 설치될 수도 있다.
온도 조절부(21)는 제1 공급 배관(SL1)에 연결될 수 있으며, 암모니아 연료의 온도를 조절할 수 있다. 온도 조절부(21)는 히터(heater)와 쿨러(cooler)를 포함하며, 암모니아 연료의 온도를 암모니아 엔진(E)에서 요구되는 온도로 조절할 수 있다. 이때, 쿨러는 냉각수(cooling water)를 이용하여 암모니아 연료의 온도를 낮출 수 있다.
이와 같이, 제1 공급 배관(SL1)에 저압 펌프(LP), 고압 펌프(HP) 및 온도 조절부(21)를 연결함으로써, 암모니아 연료의 압력 및 온도를 소정 압력 및 소정 온도로 조절시켜 암모니아 엔진(E)의 연료 공급 조건에 맞출 수 있고, 연료 공급 조건에 맞춘 암모니아 연료를 암모니아 엔진(E)에 공급할 수 있다. 예를 들어, 50 내지 70 기압(bar)의 압력과 10 내지 50
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의 온도를 가지는 액체 상태의 암모니아 연료가 암모니아 엔진(E)에 공급될 수 있다.
제1 공급 배관(SL1)에는 필터(22)가 연결될 수 있다. 필터(22)는 암모니아 저장 탱크(100)로부터 이송되는 암모니아 연료에 포함된 불순물을 제거하기 위한 것으로, 불순물로 인해서 암모니아 엔진(E)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 암모니아 저장 탱크(100)의 암모니아 연료는 제1 경로(U1)를 따라, 저압 펌프(LP), 고압 펌프(HP), 온도 조절부(21), 필터(22)를 거쳐 암모니아 엔진(E)에 공급될 수 있다.
제1 리턴 배관(RL1)은 저압 펌프(LP)의 후단과 암모니아 저장 탱크(100)를 연결하며 저압 펌프(LP)를 통과하며 승압된 암모니아 연료를 암모니아 저장 탱크(100)로 리턴시킬 수 있다. 그리고, 제2 리턴 배관(RL2)은 고압 펌프(HP)의 후단과 재순환 드럼(RD)를 연결하며 고압 펌프(HP)를 통과하며 승압된 암모니아 연료를 재순환 드럼(RD)으로 리턴시킬 수 있다. 재순환 드럼(RD)에 임시 저장된 암모니아 연료는 재순환 배관(RCL)을 통해 제1 공급 배관(SL1)에 다시 공급될 수 있다.
이와 같이, 제1 리턴 배관(RL1)을 이용하여 암모니아 연료를 암모니아 저장 탱크(100)로 리턴하고, 제2 리턴 배관(RL2)을 이용하여 암모니아 연료를 재순환 드럼(RD)으로 리턴함으로써, 암모니아 엔진(E)에 공급되는 암모니아 연료의 양을 조절하거나, 암모니아 저장 탱크(100) 내부의 압력 조건을 맞출 수 있다. 즉, 암모니아 엔진(E)에 암모니아 연료가 초과 공급되거나, 암모니아 엔진(E)의 부하 변화에 따라 연료 소모율이 변화하여 공급 압력이 떨어지는 것을 방지해야 하는 경우 암모니아 연료 중 일부를 암모니아 저장 탱크(100)로 재순환시키거나, 재순환 드럼(RD)으로 재순환시킬 수 있다. 이러한 제1 리턴 배관(RL1) 및 제2 리턴 배관(RL2)에는 리턴되는 암모니아 연료의 양을 조절할 수 있는 조절 밸브(V)가 설치될 수 있다.
제2 공급 배관(SL2)은 암모니아 엔진(E)과 재순환 배관(RCL)을 연결하며, 암모니아 엔진(E)에서 연소되지 않고 남은 액체 상태의 잉여 암모니아 연료를 재순환 배관(RCL)으로 회수할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 암모니아 엔진(E)에 공급되고 남은 잉여 암모니아 연료는 제2 공급 배관(SL2)에서 제2 경로(U2)를 따라 재순환 배관(RCL)으로 회수될 수 있다. 따라서, 잉여 암모니아 연료는 재순환 배관(RCL)에 연결된 제1 공급 배관(SL1)으로 전달될 수 있다.
배출부(200)는 공급 배관(SL)과 연결되며 공급 배관(SL)에 잔류하는 잔류 암모니아 연료를 배출할 수 있다.
제1 배출부(210)는 제1 공급 배관(SL1)에 연결되며, 제2 배출부(220) 및 제3 배출부(230)는 제2 공급 배관(SL2)에 연결될 수 있다.
제1 배출부(210)는 제1 공급 배관(SL1)과 액 분리기(310)를 서로 연결하는 복수의 제1 배출 배관(DL1), 그리고 제1 공급 배관(SL1)과 복수의 제1 배출 배관(DL1)에 함께 설치되는 복수의 제1 이중 밸브(DV1)를 포함할 수 있다. 복수의 제1 배출 배관(DL1)은 제1 액 분리기(311) 및 제2 액 분리기(312)와 모두 연결될 수 있다. 복수의 제1 배출 배관(DL1)의 각각은 저압 펌프(LP)와 고압 펌프(HP) 사이의 제1 공급 배관(SL1), 고압 펌프(HP)와 온도 조절부(21) 사이의 제1 공급 배관(SL1), 그리고 필터(22) 후단의 제1 공급 배관(SL1)에 설치될 수 있다.
제1 이중 밸브(DV1)는 제1 공급 배관(SL1)에 설치되는 제1 이중 블록 밸브(DB1), 그리고 제1 배출 배관(DL1)에 설치되는 제1 블리드 밸브(BL1)를 포함할 수 있다.
공급 배관(SL)의 감압 또는 퍼징 시, 제1 이중 블록 밸브(DB1)를 닫아 제1 공급 배관(SL1)을 통해 암모니아 저장 탱크(100)로부터 암모니아 엔진(E)으로 액체 상태의 암모니아 연료가 공급되는 것을 완전히 차단할 수 있다.
그리고, 제1 블리드 밸브(BL1)를 열어 제1 이중 블록 밸브(DB1) 사이에 위치하는 제1 공급 배관(SL1) 내부의 잔류 암모니아 연료를 액 분리기(310)로 배출할 수 있다.
제2 배출부(220)는 제2 공급 배관(SL2)과 제2 액 분리기(312)를 서로 연결하는 제2 배출 배관(DL2), 그리고 제2 공급 배관(SL2)과 제2 배출 배관(DL2)에 함께 설치되는 제2 이중 밸브(DV2)를 포함할 수 있다.
제2 이중 밸브(DV2)는 제2 공급 배관(SL2)에 설치되는 제2 이중 블록 밸브(DB2), 그리고 제2 배출 배관(DL2)에 설치되는 제2 블리드 밸브(BL2)를 포함할 수 있다.
공급 배관(SL)의 감압 또는 퍼징 시, 제2 이중 블록 밸브(DB2)를 닫아 제2 공급 배관(SL2)을 통해 암모니아 엔진(E)으로부터 재순환 드럼(RD)으로 잉여 암모니아 연료가 흐르는 것을 완전히 차단할 수 있다.
그리고 제2 블리드 밸브(BL2)를 열어 제2 이중 블록 밸브(DB2) 사이에 위치하는 제2 공급 배관(SL2) 내부의 잔류 암모니아 연료를 제2 액 분리기(312)로 배출할 수 있다.
제3 배출부(230)는 제2 배출부(220)를 이용하여 잉여 암모니아 연료의 이송을 완전히 차단한 이후 제2 공급 배관(SL2) 내부에 잔류하는 잔류 암모니아 연료를 제2 액 분리기(312)로 배출할 수 있다. 따라서, 제3 배출부(230)는 제2 공급 배관(SL2) 내부의 잔류 암모니아 연료를 완전히 제거할 수 있다.
제3 배출부(230)는 제2 공급 배관(SL2)과 제2 액 분리기(312)를 연결하는 제3 배출 배관(DL3), 그리고 제3 배출 배관(DL3)에 설치되며 제2 공급 배관(SL2)에서 배출되는 잔류 암모니아 연료의 양을 조절하는 제3 블리드 밸브(BL3)를 포함할 수 있다.
제3 블리드 밸브(BL3)를 오픈하여 잔류 암모니아 연료를 배출하는 경우, 액체 상태의 잔류 암모니아 연료 중 일부는 압력이 낮아진 액체 상태로 제2 액 분리기(312)로 공급되고, 액체 상태의 잔류 암모니아 연료 중 나머지 일부는 낮은 압력으로 인해 기체 상태의 암모니아 가스로 상태 변화되어 제2 액 분리기(312)로 공급될 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 공급 배관(SL1) 및 제2 공급 배관(SL2)에 잔류하는 잔류 암모니아 연료는 제3 경로(U3)를 따라 제1 액 분리기(311) 및 제2 액 분리기(312)로 공급될 수 있다.
잔류 암모니아 연료 처리부(300)는 배출부(200)에 연결될 수 있다. 잔류 암모니아 연료 처리부(300)는 잔류 암모니아 연료 중 액체 상태의 잔류 암모니아 연료는 암모니아 저장 탱크(100)로 회수하고, 잔류 암모니아 연료 중 기체 상태의 잔류 암모니아 연료는 대기 중으로 배기할 수 있다.
잔류 암모니아 연료 처리부(300)는 액 분리기(310), 질소 버퍼 탱크(320), 회수 배관(330), 그리고 액위 센서(340)를 포함할 수 있다.
액 분리기(310)는 배출부(200)에 연결되며 액체 상태의 잔류 암모니아 연료를 분리하여 암모니아 저장 탱크(100)로 회수할 수 있다. 또한, 액 분리기(310)는 암모니아 저장 탱크(100)로 회수되지 않은 기체 상태의 잔류 암모니아 연료를 질소 버퍼 탱크(320)로 이송시킬 수 있다.
질소 버퍼 탱크(320)는 액 분리기(310)에 연결되며 액 분리기(310)에서 유입된 기체 상태의 잔류 암모니아 연료를 충진되는 질소의 압력을 이용하여 외부로 배기할 수 있다. 또한, 질소 버퍼 탱크(320)는 그 내부에 채워지는 질소의 압력을 이용하여 액 분리기(310) 내부의 잔류 암모니아 연료를 액체 상태로 유지시킬 수 있다.
즉, 질소 버퍼 탱크(320)는 기준 압력을 가지도록 질소로 충진되어 액 분리기(310)에서 암모니아 저장 탱크(100)로 배출되는 액체 상태의 잔류 암모니아 연료의 압력을 기준 압력 이상으로 유지시킬 수 있다. 기준 압력 미만에서 액 분리기(310) 내부의 잔류 암모니아 연료는 기화될 수 있다. 이러한 기준 압력은 암모니아 저장 탱크(100)의 압력보다 클 수 있다.
예컨대, 암모니아 저장 탱크(100)의 압력이 10 bar(압력)인 경우, 질소 버퍼 탱크(320)에 충진되는 질소에 의한 기준 압력은 12 bar(압력)일 수 있다. 따라서, 액 분리기(310) 내부의 잔류 암모니아 연료는 기화되지 않고, 액체 상태를 유지하며 암모니아 저장 탱크(100)로 회수될 수 있다.
질소 버퍼 탱크(320)의 용량은 액 분리기(310)로 유입되는 잔류 암모니아 연료의 양보다 4배 이상일 수 있다. 이와 같이, 질소 버퍼 탱크(320)의 기준 용량이 잔류 암모니아 연료의 양보다 4배 이상 크므로, 질소 버퍼 탱크(320) 내부의 압력의 상승폭이 작아 압력의 변화가 적게 된다. 또한, 액 분리기(310)에서 암모니아 저장 탱크(100)로 액체 상태의 잔류 암모니아 연료를 회수하는 경우에도 질소 버퍼 탱크(320) 내부의 압력의 변화를 최소화할 수 있다.
질소 버퍼 탱크(320)는 제1 액 분리기(311)에 연결되는 제1 질소 버퍼 탱크(321), 그리고 제2 액 분리기(312)에 연결되는 제2 질소 버퍼 탱크(322)를 포함할 수 있다.
제1 질소 버퍼 탱크(321)는 제1 질소 공급 배관(321a)을 통해 공급된 질소에 의해 충진되며, 제1 질소 배기 배관(321b)을 통해 질소와 기체 상태의 잔류 암모니아 연료를 외부로 배기할 수 있다.
제2 질소 버퍼 탱크(322)는 제2 질소 공급 배관(322a)을 통해 공급된 질소에 의해 충진되며, 제2 질소 배기 배관(322b)을 통해 질소와 기체 상태의 잔류 암모니아 연료를 외부로 배기할 수 있다.
회수 배관(330)은 액 분리기(310)와 암모니아 저장 탱크(100)를 연결할 수 있다.
회수 배관(330)은 제1 액 분리기(311)와 암모니아 저장 탱크(100)를 연결하는 제1 회수 배관(331), 그리고 제2 액 분리기(312)와 제1 회수 배관(331)을 연결하는 제2 회수 배관(332)을 포함할 수 있다.
액위 센서(340)는 액 분리기(310)에 설치되어 액 분리기(310) 내부의 잔류 암모니아 연료의 액위를 측정할 수 있다.
액위 센서(340)는 제1 액 분리기(311) 내부의 잔류 암모니아 연료의 액위를 측정하는 제1 액위 센서(341), 그리고 제2 액 분리기(312) 내부의 잔류 암모니아 연료의 액위를 측정하는 제2 액위 센서(342)를 포함할 수 있다.
제1 액위 센서(341)는 제1 액 분리기(311)에 설치되며 제1 액 분리기(311) 내부에 액체 상태의 잔류 암모니아 연료가 잔류하는 지 여부를 파악하여 액체 상태의 잔류 암모니아 연료를 암모니아 저장 탱크(100)로 회수할 수 있다.
제2 액위 센서(342)는 제2 액 분리기(312)에 설치되며 제2 액 분리기(312) 내부에 액체 상태의 잔류 암모니아 연료가 잔류하는 지 여부를 파악하여 액체 상태의 잔류 암모니아 연료를 암모니아 저장 탱크(100)로 회수할 수 있다.
도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 액 분리기(311) 및 제2 액 분리기(312)에서 분리된 액체 상태의 잔류 암모니아 연료는 제4 경로(U4)를 따라 암모니아 저장 탱크(100)로 공급될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템은 다단계의 압력 강하 과정을 처리하는 잔류 암모니아 연료 처리부를 통해 퍼징 또는 감압의 경우 공급 배관에서 대기중으로 배출되는 잔류 암모니아 연료 중 일부를 액체 상태로 유지하여 암모니아 저장 탱크로 회수하고 나머지만을 대기중으로 배출하여 대기 오염을 방지할 수 있다. 또한, 폐기하던 잔류 암모니아 연료 중 일부를 암모니아 저장 탱크로 회수하여 재사용함으로써, 연료비를 절감할 수 있다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
S: 선박 E: 암모니아 엔진
100: 암모니아 저장 탱크 SL: 공급 배관
200: 배출부 300: 잔류 암모니아 연료 처리부
310: 액 분리기 320: 질소 버퍼 탱크
330: 회수 배관 340: 액위 센서

Claims (19)

  1. 선박(S)의 암모니아 엔진(E)에 공급되는 암모니아 연료를 저장하는 암모니아 저장 탱크(100);
    상기 암모니아 저장 탱크(100)와 상기 암모니아 엔진(E)을 연결하며, 상기 암모니아 연료를 이송하는 공급 배관(SL);
    상기 공급 배관(SL)과 연결되며 상기 공급 배관(SL)에 잔류하는 잔류 암모니아 연료를 배출하는 배출부(200); 그리고
    상기 배출부(200)에 연결되며 상기 잔류 암모니아 연료 중 액체 상태의 잔류 암모니아 연료는 상기 암모니아 저장 탱크(100)로 회수하고, 상기 잔류 암모니아 연료 중 기체 상태의 잔류 암모니아 연료는 대기 중으로 배기하는 잔류 암모니아 연료 처리부(300)를 포함하고,
    상기 잔류 암모니아 연료 처리부(300)는
    상기 배출부(200)에 연결되며 액체 상태의 상기 잔류 암모니아 연료를 분리하여 상기 암모니아 저장 탱크(100)로 회수하는 액 분리기(310), 그리고
    상기 액 분리기(310)에 연결되며 상기 액 분리기(310) 내부의 상기 잔류 암모니아 연료를 액체 상태로 유지시키는 질소 버퍼 탱크(320)를 포함하며,
    상기 질소 버퍼 탱크(320)는 기준 압력을 가지도록 질소로 충진되어 상기 액 분리기(310)에서 배출되는 액체 상태의 상기 잔류 암모니아 연료의 압력을 상기 기준 압력 이상으로 유지시키고,
    상기 기준 압력 미만에서 상기 액 분리기(310) 내부의 상기 잔류 암모니아 연료는 기화되는,
    연료 공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 잔류 암모니아 연료 처리부(300)는
    상기 액 분리기(310)와 상기 암모니아 저장 탱크(100)를 연결하는 회수 배관(330), 그리고
    상기 액 분리기(310)에 설치되어 상기 액 분리기(310) 내부의 상기 잔류 암모니아 연료의 액위를 측정하는 액위 센서(340)를 더 포함하는,
    연료 공급 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 질소 버퍼 탱크(320)의 용량은 상기 액 분리기(310)로 유입되는 상기 잔류 암모니아 연료의 양보다 4배 이상인,
    연료 공급 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 공급 배관(SL)은 상기 암모니아 저장 탱크(100)로부터 상기 암모니아 엔진(E)에 상기 암모니아 연료를 공급하는 제1 공급 배관(SL1), 그리고 상기 암모니아 엔진(E)에 공급되고 남겨진 잉여 암모니아 연료를 상기 제1 공급 배관(SL1)으로 회수하는 제2 공급 배관(SL2)을 포함하며,
    상기 배출부(200)는 상기 제1 공급 배관(SL1)에 연결되는 제1 배출부(210), 그리고 상기 제2 공급 배관(SL2)에 연결되는 제2 배출부(220)를 포함하는,
    연료 공급 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 액 분리기(310)는 상기 제1 배출부(210)에 연결되는 제1 액 분리기(311), 그리고 상기 제1 배출부(210) 및 상기 제2 배출부(220)에 연결되는 제2 액 분리기(312)를 포함하는,
    연료 공급 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 배출부(210)는
    상기 제1 공급 배관(SL1)과 상기 액 분리기(310)를 서로 연결하는 복수의 제1 배출 배관(DL1), 그리고
    상기 제1 공급 배관(SL1)과 상기 복수의 제1 배출 배관(DL1)에 함께 설치되는 복수의 제1 이중 밸브(DV1)를 포함하는,
    연료 공급 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 배출부(220)는
    상기 제2 공급 배관(SL2)과 상기 제2 액 분리기(312)를 서로 연결하는 제2 배출 배관(DL2), 그리고
    상기 제2 공급 배관(SL2)과 상기 제2 배출 배관(DL2)에 함께 설치되는 제2 이중 밸브(DV2)를 포함하는,
    연료 공급 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 배출부(200)는 상기 제2 공급 배관(SL2)에 연결되는 제3 배출부(230)를 더 포함하고,
    상기 제3 배출부(230)는
    상기 제2 공급 배관(SL2)과 상기 제2 액 분리기(312)를 연결하는 제3 배출 배관(DL3), 그리고
    상기 제3 배출 배관(DL3)에 설치되며 배출되는 상기 잔류 암모니아 연료의 양을 조절하는 제3 블리드 밸브(BL3)를 포함하는,
    연료 공급 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 질소 버퍼 탱크(320)는
    상기 제1 액 분리기(311)에 연결되는 제1 질소 버퍼 탱크(321), 그리고
    상기 제2 액 분리기(312)에 연결되는 제2 질소 버퍼 탱크(322)를 포함하는,
    연료 공급 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 액위 센서(340)는
    상기 제1 액 분리기(311) 내부의 상기 잔류 암모니아 연료의 액위를 측정하는 제1 액위 센서(341), 그리고
    상기 제2 액 분리기(312) 내부의 상기 잔류 암모니아 연료의 액위를 측정하는 제2 액위 센서(342)를 포함하는,
    연료 공급 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 회수 배관(330)은
    상기 제1 액 분리기(311)와 상기 암모니아 저장 탱크(100)를 연결하는 제1 회수 배관(331), 그리고
    상기 제2 액 분리기(312)와 상기 제1 회수 배관(331)을 연결하는 제2 회수 배관(332)을 포함하는,
    연료 공급 시스템.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 이중 밸브(DV1)는 상기 제1 공급 배관(SL1)에 설치되는 제1 이중 블록 밸브(DB1), 그리고 상기 제1 배출 배관(DL1)에 설치되는 제1 블리드 밸브(BL1)를 포함하며,
    상기 공급 배관(SL)의 감압 또는 퍼징 시, 상기 제1 이중 블록 밸브(DB1)를 잠그고, 상기 제1 블리드 밸브(BL1)를 열어 상기 제1 공급 배관(SL1) 내부의 상기 잔류 암모니아 연료를 상기 액 분리기(310)로 배출하는,
    연료 공급 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제2 이중 밸브(DV2)는 상기 제2 공급 배관(SL2)에 설치되는 제2 이중 블록 밸브(DB2), 그리고 상기 제2 배출 배관(DL2)에 설치되는 제2 블리드 밸브(BL2)를 포함하며,
    상기 공급 배관(SL)의 감압 또는 퍼징 시, 상기 제2 이중 블록 밸브(DB2)를 잠그고, 상기 제2 블리드 밸브(BL2)를 열어 상기 제2 공급 배관(SL2) 내부의 상기 잔류 암모니아 연료를 상기 액 분리기(310)로 배출하는,
    연료 공급 시스템.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 공급 배관(SL)은 상기 제1 공급 배관(SL1)에 순차적으로 설치되는 저압 펌프(LP), 고압 펌프(HP), 온도 조절부(21), 그리고 필터(22)를 더 포함하는,
    연료 공급 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 공급 배관(SL)은
    상기 저압 펌프(LP)의 후단과 상기 암모니아 저장 탱크(100)를 연결하며 상기 암모니아 연료를 상기 암모니아 저장 탱크(100)로 리턴시키는 제1 리턴 배관(RL1),
    상기 고압 펌프(HP)의 후단에 연결되며 상기 암모니아 연료를 리턴시키는 제2 리턴 배관(RL2),
    상기 제2 리턴 배관(RL2)에 연결되며 리턴된 상기 암모니아 연료를 임시 저장하는 재순환 드럼(RD), 그리고
    상기 재순환 드럼(RD)과 상기 제1 공급 배관(SL1)을 연결하는 재순환 배관(RCL)을 더 포함하는,
    연료 공급 시스템.
  19. 제 1 항, 제 3 항 및 제 6 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 연료 공급 시스템을 포함하는, 선박.
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