KR102589456B1 - Fuel Supply System and Method for Ships - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 공급펌프의 최소 유량을 유지하기 위하여 저장탱크 내 증발가스 발생량이 증가하는 문제를 방지할 수 있는 선박의 연료 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 선박의 연료 공급 방법은, 액화가스의 증발가스 또는 강제기화가스를 압축하여 엔진의 연료로 공급하고, 상기 엔진에서 요구하는 연료량을 초과하는 양만큼의 가스 연료는 재액화시켜 액화가스 저장탱크로 회수하되, 상기 강제기화가스를 엔진의 연료로 공급하는 것은, 상기 액화가스 저장탱크로부터 액화가스를 배출시키고, 상기 배출된 액화가스를 기화시키는 것을 포함하며, 상기 엔진에서 상기 액화가스를 배출시키는 펌프 운전 범위 미만의 가스 연료를 요구하는 경우에는, 상기 펌프를 가동하지 않고, 상기 재액화된 증발가스를 기화시켜 엔진으로 공급한다.
The present invention relates to a fuel supply system and method for a ship that can prevent the problem of increased evaporation gas generation in a storage tank in order to maintain the minimum flow rate of the fuel supply pump.
The fuel supply method for ships according to the present invention compresses the boil-off gas or forced vaporization gas of liquefied gas and supplies it as fuel for the engine, and re-liquefies the gas fuel in an amount exceeding the amount of fuel required by the engine to produce liquefied gas. Recovering to the storage tank, supplying the forced vaporization gas as fuel for the engine includes discharging the liquefied gas from the liquefied gas storage tank and vaporizing the discharged liquefied gas, and converting the liquefied gas into the engine. When gas fuel below the discharge pump operating range is required, the pump is not operated, and the re-liquefied boil-off gas is vaporized and supplied to the engine.

Figure R1020210111145
Figure R1020210111145

Description

선박의 연료 공급 시스템 및 방법 {Fuel Supply System and Method for Ships}{Fuel Supply System and Method for Ships}

본 발명은 연료 공급펌프의 최소 유량을 유지하기 위하여 저장탱크 내 증발가스 발생량이 증가하는 문제를 방지할 수 있는 선박의 연료 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel supply system and method for a ship that can prevent the problem of increased evaporation gas generation in a storage tank in order to maintain the minimum flow rate of the fuel supply pump.

액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소 시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다. Consumption of liquefied gas, such as liquefied natural gas (LNG), is rapidly increasing worldwide. Liquefied gas, which is made by liquefying gas at low temperature, has a much smaller volume than gas, so it has the advantage of increasing storage and transportation efficiency. In addition, liquefied gas, including liquefied natural gas, can remove or reduce air pollutants during the liquefaction process, so it can be viewed as an eco-friendly fuel with low emissions of air pollutants during combustion.

액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -163℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.Liquefied natural gas is a colorless and transparent liquid obtained by liquefying natural gas containing methane as a main component by cooling it to about -163°C, and has a volume of about 1/600 of that of natural gas. Therefore, when natural gas is liquefied and transported, it can be transported very efficiently.

그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -163℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.However, since the liquefaction temperature of natural gas is extremely low at -163°C at normal pressure, liquefied natural gas is sensitive to temperature changes and easily evaporates. For this reason, the storage tank that stores liquefied natural gas is insulated, but external heat is continuously transferred to the storage tank, so during the transportation of liquefied natural gas, liquefied natural gas is continuously naturally vaporized within the storage tank, producing boil-off gas (BOG). ; Boil-Off Gas) occurs.

증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 증발가스의 처리를 위해, 증발가스를 선박의 엔진의 연료로 사용하는 방법, 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법 등이 사용되고 있다.Evaporation gas is a type of loss and is an important issue in transportation efficiency. In addition, if evaporation gas accumulates in the storage tank, the pressure inside the tank may increase excessively, and in severe cases, there is a risk of tank damage. Therefore, various methods for treating boil-off gas generated in storage tanks are being studied. Recently, for processing boil-off gas, a method of using boil-off gas as fuel for a ship's engine, a method of using boil-off gas as fuel for a ship's engine, and a method of using boil-off gas as fuel for a ship's engine, re-liquefying boil-off gas and using it in a storage tank Methods of returning to are being used.

선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 이중연료 엔진(Dual Fuel Engine)으로는, 대표적으로, ME-GI(MAN Electronic Gas Injection) 엔진, X-DF(eXtra long stroke Dual Fuel) 엔진, DF 엔진(DFDE(Dual Fuel Diesel Electric), DFDG(Dual Fuel Diesel Generator)) 등이 있다. Among engines used in ships, dual fuel engines that can use natural gas as fuel include ME-GI (MAN Electronic Gas Injection) engines and X-DF (eXtra long stroke Dual Fuel) engines. , DF engines (DFDE (Dual Fuel Diesel Electric), DFDG (Dual Fuel Diesel Generator)), etc.

선박에서 효과적으로 증발가스를 처리하기 위하여, LNG 저장탱크에서 LNG가 자연기화하여 생성된 증발가스를 엔진에서 요구하는 압력으로 압축시켜 공급하고, 증발가스의 양이 엔진에서 요구하는 양보다 적은 경우에는 LNG를 강제기화시켜 연료로서 공급한다. LNG가 자연기화하여 발생한 증발가스를 NBOG(Natural Boil-off Gas)라 하고, LNG를 강제기화시켜 생성한 천연가스를 강제기화가스 또는 FBOG(Forced Boil-off Gas)라 한다. In order to effectively process boil-off gas on ships, the boil-off gas generated by natural vaporization of LNG in the LNG storage tank is compressed and supplied to the pressure required by the engine. If the amount of boil-off gas is less than the amount required by the engine, LNG is supplied. is forcedly vaporized and supplied as fuel. The boil-off gas generated by natural gasification of LNG is called NBOG (Natural Boil-off Gas), and the natural gas generated by forced vaporization of LNG is called forced boil-off gas or FBOG (Forced Boil-off Gas).

도 1을 참조하면, FBOG를 엔진(400)의 연료로 공급하기 위해서는 저장탱크(cargo tank)로부터 연료용 LNG를 배출시키기 위한 연료 공급펌프(310)와, 연료 공급펌프(310)에 의해 가압 이송된 LNG를 기화시키는 기화기(320)가 구비된다. Referring to FIG. 1, in order to supply FBOG as fuel for the engine 400, a fuel supply pump 310 is used to discharge LNG for fuel from a storage tank (cargo tank), and the fuel supply pump 310 pressurizes and transfers it. A vaporizer 320 is provided to vaporize the LNG.

연료 공급펌프(310)는 주입구의 유량이 연료 공급펌프의 최소 유량(압력) 미만으로 떨어지면, LNG가 기화되는 문제가 발생하여 캐비테이션(cavitation) 현상을 야기하게 되고, 그에 따라 연료 공급펌프(310)에서 진동 및 열이 발생하게 되며, 이로 인해 연료 공급펌프(310)가 손상되거나 심한 경우 파손되어 안전상의 문제가 발생할 수 있다.When the flow rate of the fuel supply pump 310 falls below the minimum flow rate (pressure) of the fuel supply pump, a problem occurs in which LNG is vaporized, causing a cavitation phenomenon, and accordingly, the fuel supply pump 310 Vibration and heat are generated, which may cause the fuel supply pump 310 to be damaged or, in severe cases, damaged, resulting in safety problems.

따라서, 연료 공급펌프(310)의 주입구 유량이 최소 유량 이상으로 유지되어야 한다. 종래에는 연료 공급펌프(310)의 최소 유량을 만족시키기 위하여, 연료 공급펌프(310)의 하류에 컨트롤 밸브(CV) 및 바이패스 라인(BL)을 적용하였다. Therefore, the inlet flow rate of the fuel supply pump 310 must be maintained above the minimum flow rate. Conventionally, in order to satisfy the minimum flow rate of the fuel supply pump 310, a control valve (CV) and a bypass line (BL) were applied downstream of the fuel supply pump 310.

구체적으로는, 엔진(400)에서 요구하는 LNG 연료 유량이 연료 공급펌프(310)의 최소 유량보다 적은 경우, 연료 공급펌프(310)가 최소 유량 이상으로 LNG를 흡입 및 토출하도록 한 후, 연료 공급펌프(310)에 의해 가압된 LNG 중에서, 엔진(400)에서 요구하는 LNG 연료 유량만큼은 기화기(320)로 이송되고 나머지는 바이패스 라인(BL)을 통해 저장탱크로 다시 회수되도록, 컨트롤 밸브(CV)의 개도를 제어하는 것이다. Specifically, when the LNG fuel flow rate required by the engine 400 is less than the minimum flow rate of the fuel supply pump 310, the fuel supply pump 310 is allowed to inhale and discharge LNG at a minimum flow rate or more, and then fuel is supplied. Of the LNG pressurized by the pump 310, only the LNG fuel flow rate required by the engine 400 is transferred to the carburetor 320, and the remainder is returned to the storage tank through the bypass line (BL), so that the control valve (CV) ) is to control the opening degree.

연료 공급펌프(310)에 의해 가압되면서 LNG의 압력이 높아지는 것은 물론 온도도 높아지는데, 이와 같은 종래의 방법에 의하면, 고온고압의 LNG가 저장탱크로 회수되는 열 유입(heat ingress) 현상으로 인해 저장탱크 내부 온도가 상승하여 NBOG가 증가하게 된다. As the LNG is pressurized by the fuel supply pump 310, the pressure of the LNG increases and the temperature also increases. According to this conventional method, the high-temperature and high-pressure LNG is returned to the storage tank and stored due to the heat ingress phenomenon. As the temperature inside the tank rises, NBOG increases.

또한, 연료 공급펌프(310)가 저장탱크 내부에 구비되는 경우 연료 공급펌프(310)의 작동에 의해 발생하는 열에 의해 LNG의 자연기화를 촉진시킬 뿐 아니라, 연료 공급펌프(310)를 작동시키기 위한 전력이 과도하게 소모된다는 문제점이 있다. 연료 공급펌프(310)가 저장탱크 내부에 구비되지 않더라도 연료 공급펌프(310)로 저장탱크 내부의 LNG를 공급하기 위하여 저장탱크 내부에 설치되는 스트리핑 펌프 등을 작동시켜야 하므로 마찬가지 현상이 발생하게 된다. In addition, when the fuel supply pump 310 is provided inside the storage tank, not only does the heat generated by the operation of the fuel supply pump 310 promote natural vaporization of LNG, but also the fuel supply pump 310 is operated. There is a problem that excessive power consumption occurs. Even if the fuel supply pump 310 is not provided inside the storage tank, the same phenomenon occurs because a stripping pump installed inside the storage tank must be operated to supply LNG inside the storage tank to the fuel supply pump 310.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 연료 공급펌프로부터의 열 유입에 의해 저장탱크 내부 온도가 상승하는 문제와 전력 소모량이 증가하는 문제를 해결할 수 있는, 선박의 연료 공급 시스템 및 방법을 제공하고자 한다. Therefore, the present invention is intended to solve the above problems, and provides a ship's fuel supply system and We would like to provide a method.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 액화가스 저장탱크에서 생성된 증발가스를 엔진에서 요구하는 압력으로 압축하는 압축기; 상기 엔진에서 요구하는 가스 연료량을 초과하는 압축 증발가스를 재액화시키는 재액화부; 상기 재액화부에서 재액화된 재액화 증발가스가 상기 액화가스 저장탱크로 회수되도록 상기 재액화부와 액화가스 저장탱크를 연결하는 재액화 라인; 상기 엔진의 연료로 공급하기 위하여 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 배출시키는 연료 공급펌프; 상기 연료 공급펌프로부터 이송된 액화가스를 기화시켜 상기 압축기로 보내는 기화기; 상기 재액화부로부터 재액화 증발가스가 상기 기화기로 이송되도록 상기 재액화 라인으로부터 분기되어 상기 기화기로 연결되는 재액화 연료라인; 상기 재액화 연료라인에 구비되는 제3 밸브; 상기 엔진에서 요구하는 가스 연료량이 상기 최소 유량보다 적은 경우 상기 연료 공급펌프의 운전을 중단시키는 제어부; 및 상기 엔진에서 요구하는 가스 연료량이 상기 연료 공급펌프 운전 범위의 최소 유량보다 적은 경우 상기 제3 밸브를 개방하여 상기 기화기로 공급되는 재액화 증발가스의 유량을 조절하는 유량 제어기;를 포함하는, 선박의 연료 공급 시스템이 제공된다. According to one aspect of the present invention for achieving the above-described object, a compressor that compresses the boil-off gas generated in the liquefied gas storage tank to the pressure required by the engine; a re-liquefaction unit that re-liquefies compressed boil-off gas exceeding the amount of gas fuel required by the engine; A re-liquefaction line connecting the re-liquefaction unit and the liquefied gas storage tank so that the re-liquefied boil-off gas re-liquefied in the re-liquefaction unit is recovered into the liquefied gas storage tank; A fuel supply pump that discharges the liquefied gas stored in the liquefied gas storage tank to supply it as fuel for the engine; A vaporizer that vaporizes the liquefied gas transferred from the fuel supply pump and sends it to the compressor; A reliquefaction fuel line branched from the reliquefaction line and connected to the vaporizer so that the reliquefaction boil-off gas from the reliquefaction unit is transferred to the vaporizer; A third valve provided in the reliquefied fuel line; a control unit that stops operation of the fuel supply pump when the amount of gas fuel required by the engine is less than the minimum flow rate; and a flow rate controller that opens the third valve to adjust the flow rate of re-liquefied boil-off gas supplied to the vaporizer when the amount of gas fuel required by the engine is less than the minimum flow rate of the fuel supply pump operation range. A fuel supply system is provided.

바람직하게는, 상기 연료 공급펌프로부터 토출된 액화가스의 온도는 상기 연료 공급펌프로 흡입되는 액화가스의 온도 및 상기 재액화 증발가스의 온도보다 높고, 상기 연료 공급펌프로부터 토출된 액화가스가 기화기로 공급되도록 유로의 개폐를 제어하기 위한 제1 밸브; 상기 연료 공급펌프에 의해 토출된 액화가스가 상기 액화가스 저장탱크로 회수되도록 상기 연료 공급펌프와 기화기를 연결하는 강제 기화라인으로부터 분기되는 유량 조절라인; 상기 유량 조절라인에 설치되며, 상기 연료 공급펌프로부터 기화기로 공급되는 액화가스의 유량을 조절하기 위하여 개도율이 제어되는 제2 밸브; 및 상기 연료 공급펌프로부터 토출되는 액화가스의 유량을 계산하여, 상기 기화기에서 요구하는 액화가스의 유량을 초과하는 양 만큼의 액화가스가 상기 액화가스 저장탱크로 회수되도록 상기 제2 밸브의 개도율을 제어하는 유량 조절기;를 더 포함할 수 있다.Preferably, the temperature of the liquefied gas discharged from the fuel supply pump is higher than the temperature of the liquefied gas sucked into the fuel supply pump and the temperature of the re-liquefied boil-off gas, and the liquefied gas discharged from the fuel supply pump is converted to a vaporizer. a first valve for controlling the opening and closing of the flow path to supply; A flow rate control line branched from a forced vaporization line connecting the fuel supply pump and the vaporizer so that the liquefied gas discharged by the fuel supply pump is recovered into the liquefied gas storage tank; a second valve installed in the flow control line, the opening rate of which is controlled to control the flow rate of liquefied gas supplied from the fuel supply pump to the vaporizer; And by calculating the flow rate of the liquefied gas discharged from the fuel supply pump, the opening rate of the second valve is adjusted so that the liquefied gas in an amount exceeding the flow rate of the liquefied gas required by the vaporizer is recovered into the liquefied gas storage tank. It may further include a flow rate regulator for controlling.

바람직하게는, 상기 엔진에서 요구하는 가스 연료량이 상기 연료 공급펌프 운전 범위의 최소 유량보다 적은 경우, 상기 제1 밸브는 상기 유량 제어기에 의해 폐쇄되고, 상기 제2 밸브는 상기 유량 조절기에 의해 폐쇄될 수 있다.Preferably, when the amount of gas fuel required by the engine is less than the minimum flow rate of the fuel supply pump operation range, the first valve is closed by the flow rate controller, and the second valve is closed by the flow rate controller. You can.

바람직하게는, 상기 재액화부는, 상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 임계압력 이상으로 더 압축하는 부스팅 압축기; 상기 부스팅 압축기에 의해 압축된 증발가스와, 상기 액화가스 저장탱크로부터 압축기로 공급되는 압축 전 증발가스를 열교환시켜, 상기 압축된 증발가스를 냉각시키는 열교환기; 상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 팽창시키는 감압밸브; 상기 감압밸브에 의해 생성된 기액혼합물을 기액분리하는 기액분리기; 및 상기 기액분리기에 의해 분리된 기체 상태의 미응축 증발가스를 상기 열교환기로 공급되는 압축 전 증발가스 흐름에 합류시키는 기체 회수라인;을 포함하고, 상기 기액분리기에 의해 분리된 액체 상태의 재액화 증발가스는, 상기 재액화 라인 또는 재액화 연료라인을 따라 유동할 수 있다.Preferably, the re-liquefaction unit includes a boosting compressor that further compresses the boil-off gas compressed by the compressor to a critical pressure or higher; A heat exchanger that cools the compressed boil-off gas by exchanging heat between the boil-off gas compressed by the boosting compressor and the boil-off gas before compression supplied to the compressor from the liquefied gas storage tank; A pressure reducing valve that expands the boil-off gas cooled by the heat exchanger; a gas-liquid separator that separates the gas-liquid mixture generated by the pressure reducing valve; And a gas recovery line for joining the uncondensed boil-off gas in the gaseous state separated by the gas-liquid separator to the pre-compression boil-off gas flow supplied to the heat exchanger, and re-liquefaction evaporation in the liquid state separated by the gas-liquid separator. Gas may flow along the reliquefaction line or reliquefaction fuel line.

바람직하게는, 상기 기화기에서 액화가스가 기화되어 생성된 강제기화가스를 냉각시키는 냉각기; 상기 냉각기에 의해 생성된 기액혼합물을 기액분리하는 메탄가 조절기; 상기 메탄가 조절기에서 기액분리된 액체 상태의 중탄화수소를 상기 메탄가 조절기로부터 배출시키는 응축수 회수라인; 및 상기 메탄가 조절기에서 기액분리된 기체 상태의 경탄화수소를 상기 압축기로 공급하는 강제 기화라인;을 더 포함할 수 있다.Preferably, a cooler for cooling the forced vaporization gas generated by vaporizing the liquefied gas in the vaporizer; A methane number regulator that separates the gas-liquid mixture generated by the cooler; A condensate recovery line that discharges liquid heavy hydrocarbons separated from gas and liquid in the methane number controller from the methane number controller; And it may further include a forced vaporization line that supplies light hydrocarbons in a gaseous state separated from gas-liquid in the methane number regulator to the compressor.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 액화가스의 증발가스 또는 강제기화가스를 압축하여 엔진의 연료로 공급하고, 상기 엔진에서 요구하는 연료량을 초과하는 양만큼의 가스 연료는 재액화시켜 액화가스 저장탱크로 회수하되, 상기 강제기화가스를 엔진의 연료로 공급하는 것은, 상기 액화가스 저장탱크로부터 액화가스를 배출시키고, 상기 배출된 액화가스를 기화시키는 것을 포함하며, 상기 엔진에서 상기 액화가스를 배출시키는 펌프 운전 범위 미만의 가스 연료를 요구하는 경우에는, 상기 펌프를 가동하지 않고, 상기 재액화된 증발가스를 기화시켜 엔진으로 공급하는, 선박의 연료 공급 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention for achieving the above-described object, the boil-off gas or forced vaporization gas of liquefied gas is compressed and supplied as fuel for the engine, and the gas fuel in an amount exceeding the amount of fuel required by the engine is It is re-liquefied and recovered to a liquefied gas storage tank, and supplying the forced vaporization gas as fuel for the engine includes discharging the liquefied gas from the liquefied gas storage tank and vaporizing the discharged liquefied gas, and the engine When gas fuel below the operating range of the pump for discharging the liquefied gas is required, a fuel supply method for ships is provided in which the re-liquefied boil-off gas is vaporized and supplied to the engine without operating the pump.

바람직하게는, 상기 펌프로부터 기화기로 유입되는 액화가스의 유량을 측정하고, 상기 펌프로부터 토출되는 액화가스의 유량을 계산하고, 상기 측정된 유량이 상기 기화기에서 요구하는 유량보다 많은 경우, 상기 펌프로부터 토출된 액화가스 중 상기 기화기에서 요구하는 유량을 초과하는 양 만큼의 액화가스가 액화가스 저장탱크로 회수되도록 밸브의 개도율을 조절할 수 있다.Preferably, the flow rate of the liquefied gas flowing into the vaporizer from the pump is measured, the flow rate of the liquefied gas discharged from the pump is calculated, and when the measured flow rate is greater than the flow rate required by the vaporizer, from the pump The opening rate of the valve can be adjusted so that an amount of the discharged liquefied gas that exceeds the flow rate required by the vaporizer is recovered into the liquefied gas storage tank.

본 발명에 따른 선박의 연료 공급 시스템 및 방법은, 연료 공급펌프를 사용함에 따라 동반되는 열 유입에 의해 저장탱크 내부 온도가 상승하는 문제와 전력 소모량이 증가하는 문제를 해결할 수 있다. The ship's fuel supply system and method according to the present invention can solve the problem of the internal temperature of the storage tank rising due to heat influx accompanying the use of the fuel supply pump and the problem of increased power consumption.

또한, 재액화 증발가스를 기화시켜 엔진의 연료로 공급함으로써, 엔진의 메탄가를 충족시킬 수 있다. In addition, the methane value of the engine can be satisfied by vaporizing the re-liquefied boil-off gas and supplying it as fuel for the engine.

도 1은 일반적인 선박의 연료 공급 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료 공급 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
Figure 1 is a schematic diagram illustrating a typical ship fuel supply system.
Figure 2 is a schematic diagram illustrating a ship's fuel supply system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objectives achieved by embodiments of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.Hereinafter, the structure and operation of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Here, in adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that identical components are indicated with the same reference numerals as much as possible, even if they are shown in different drawings.

후술하는 본 발명의 실시예들에서 선박은, 액화가스를 저장하는 저장탱크가 마련되는 모든 종류의 선박일 수 있다. 대표적으로 LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함될 수 있다.In the embodiments of the present invention described later, the ship may be any type of ship equipped with a storage tank for storing liquefied gas. Representative examples include ships with self-propulsion capabilities such as LNG carriers, liquid hydrogen carriers, and LNG RVs (Regasification Vessels), as well as LNG FPSOs (Floating Production Storage Offloading) and LNG FSRUs (Floating Storage Regasification Units). Marine structures that do not have capabilities but are floating at sea may also be included.

또한, 본 실시예에서 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas), 암모니아, 액화수소 등 액체상태로 저장 및 수송되는 저온 유체이면서 엔진의 연료로 사용할 수 있는 것 일 수 있다. 후술하는 실시예에서 액화가스는 LNG인 것을 예로 들어 설명하기로 한다. In addition, in this embodiment, the liquefied gas is, for example, LNG (Liquefied Natural Gas), LEG (Liquefied Ethane Gas), LPG (Liquefied Petroleum Gas), Liquefied Ethylene Gas, and Liquefied Propylene Gas. , ammonia, liquefied hydrogen, etc., can be low-temperature fluids that are stored and transported in liquid form and can be used as fuel for engines. In the embodiments described later, the liquefied gas will be LNG as an example.

또한, 본 실시예에 따른 선박은, 액체 상태의 액화가스 또는 액화가스가 자연기화하여 생성된 증발가스 또는 액화가스를 강제기화시켜 생성한 가스를 연료로 사용하여 추진할 수 있는 액화가스 추진 선박일 수 있다. In addition, the ship according to this embodiment may be a liquefied gas propulsion ship capable of propulsion using liquefied gas in a liquid state, boil-off gas generated by natural vaporization of liquefied gas, or gas generated by forced vaporization of liquefied gas as fuel. there is.

예를 들어 본 실시예에서 엔진은, 천연가스와 연료유를 선택적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있는 이중연료 엔진일 수 있다. For example, in this embodiment, the engine may be a dual-fuel engine that can use natural gas and fuel oil selectively or in combination.

선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 이중연료 엔진(Dual Fuel Engine)으로는, ME-GI(MAN Electronic Gas Injection) 엔진, X-DF(eXtra long stroke Dual Fuel) 엔진, DF 엔진(DFDE(Dual Fuel Diesel Electric), DFDG(Dual Fuel Diesel Generator)) 등이 있다. Among the engines used in ships, dual fuel engines that can use natural gas as fuel include ME-GI (MAN Electronic Gas Injection) engines, X-DF (eXtra long stroke Dual Fuel) engines, and DF engines. (DFDE (Dual Fuel Diesel Electric), DFDG (Dual Fuel Diesel Generator)), etc.

ME-GI 엔진은, 2-행정(2-stroke) 사이클을 사용하는 추진용으로 주로 사용된다. 또한, ME-GI 엔진은 약 300 bar 정도의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(diesel cycle)을 기준으로 작동한다. X-DF 엔진은, 2-행정 사이클을 사용하는 추진용으로 주로 사용되며, ME-GI 엔진과 마찬가지로 선박의 추진을 위해 프로펠러를 직접 구동하는 방식이다. 또한, X-DF 엔진은, 약 16 bar 정도의 중압 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클(otto cycle)을 기준으로 작동한다. DF 엔진은, 4-행정(4-stroke) 사이클을 사용하는 발전용으로 주로 사용된다. 또한, DF 엔진은 약 6.5 bar 정도의 저압 천연가스를 연소용 공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축시키는 오토 사이클을 기준으로 작동한다. ME-GI engines are mainly used for propulsion using a 2-stroke cycle. Additionally, the ME-GI engine operates based on the diesel cycle, which injects high-pressure natural gas of approximately 300 bar directly into the combustion chamber near the top dead center of the piston. The X-DF engine is mainly used for propulsion using a 2-stroke cycle, and like the ME-GI engine, it directly drives the propeller to propel the ship. In addition, the X-DF engine uses medium pressure natural gas of approximately 16 bar as fuel and operates based on the Otto cycle. DF engines are mainly used for power generation using a 4-stroke cycle. Additionally, the DF engine operates based on the Otto cycle, which injects low-pressure natural gas of approximately 6.5 bar into the combustion air inlet and compresses it as the piston rises.

디젤 사이클을 기준으로 작동하는 엔진은, 압축 행정에서 공기만이 압축되기 때문에, 피스톤이 상사점에 이르기 전에 조기 착화가 일어나는 현상인 노킹(knocking) 현상은 원천적으로 발생하지 않는다. 그러나, 오토 사이클을 기준으로 작동하는 엔진은, 연료와 연소용 공기의 혼합기를 상승 행정 이전에 실린더 내로 유입시키므로, 점화원에 의해 점화가 되기 전에 조기 착화가 일어날 수 있어, 노킹 현상이 일어날 수 있다. In engines that operate based on the diesel cycle, only air is compressed during the compression stroke, so the knocking phenomenon, which is a phenomenon in which premature ignition occurs before the piston reaches top dead center, does not fundamentally occur. However, in an engine operating based on the Otto cycle, a mixture of fuel and combustion air is introduced into the cylinder before the upward stroke, so early ignition may occur before ignition by the ignition source, resulting in a knocking phenomenon.

후술하는 본 발명의 일 실시예에서 엔진은 추진엔진으로서 X-DF 엔진이 적용되고, 발전엔진으로서 DFDG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. In an embodiment of the present invention described later, an X-DF engine is used as a propulsion engine and a DFDG is used as a power generation engine.

이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료 공급 시스템 및 방법을 설명한다. 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료 공급 시스템은, 도 1에 도시된 일반적인 선박의 연료 공급 시스템에서 발생하는 연료 공급펌프(310)의 최소유량을 유지하기 위하여 저장탱크 내부 온도가 높아지는 등의 문제점들을 해결하기 위하여 개선된 선박의 연료 공급 시스템을 제공한다. Hereinafter, with reference to FIG. 2, a fuel supply system and method for a ship according to an embodiment of the present invention will be described. The ship's fuel supply system according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2 is installed inside the storage tank in order to maintain the minimum flow rate of the fuel supply pump 310 generated in the general ship's fuel supply system shown in FIG. 1. An improved ship fuel supply system is provided to solve problems such as rising temperatures.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료 공급 시스템은, LNG를 저장하는 LNG 저장탱크(cargo tank)(미도시)에서 발생한 증발가스(NBOG)를 연료 수요처(400)로 공급하는 증발가스 공급부와, LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 강제기화시킨 강제기화가스(FBOG)를 연료 수요처(400)로 공급하는 강제기화가스 공급부와, 연료 수요처(400)에서 요구하는 가스 연료량을 초과하는 양만큼의 증발가스 또는 강제기화가스를 재액화시켜 저장탱크로 회수하는 재액화부를 포함한다. Referring to FIG. 2, the ship's fuel supply system according to an embodiment of the present invention supplies boil-off gas (NBOG) generated in an LNG cargo tank (not shown) storing LNG to the fuel demand source 400. A boil-off gas supply unit that supplies forced vaporization gas (FBOG) obtained by forcibly vaporizing LNG stored in an LNG storage tank to the fuel demander (400) exceeds the amount of gas fuel required by the fuel demander (400). It includes a re-liquefaction unit that re-liquefies the amount of boil-off gas or forced vaporization gas and returns it to the storage tank.

증발가스 공급부는, 저장탱크 상단으로부터 연결되는 증발가스 공급라인(NL)을 통해 이송되는 증발가스를 압축하여 연료 수요처(400)로 공급하는 압축기(200)를 포함한다. The boil-off gas supply unit includes a compressor 200 that compresses the boil-off gas transferred through the boil-off gas supply line (NL) connected from the top of the storage tank and supplies it to the fuel demand source 400.

본 실시예에서 연료 수요처(400)는, 추진엔진으로서 X-DF 엔진(410)과, 발전엔진으로서 DFDG(420)와, 가스 연료를 연소시켜 선내 열원 수요처에서 필요로 하는 스팀과 같은 열에너지를 생산하는 보조 보일러(430)와, 비상 상황에서 가스를 연소시켜 처리하는 GCU(Gas Combustion Unit)(440)을 포함할 수 있다. In this embodiment, the fuel demand source 400 produces heat energy such as steam required by the heat source demand source within the ship by burning the It may include an auxiliary boiler 430 that combusts and processes gas in an emergency situation, and a Gas Combustion Unit (GCU) 440.

X-DF 엔진(410)은 연소에 약 10 내지 18 bar, 또는 약 12 내지 16 bar의 가스연료를 필요로 한다. 본 실시예의 압축기(200)는 증발가스를 X-DF 엔진(410)에서 요구하는 압력까지 압축시킬 수 있다. The X-DF engine 410 requires about 10 to 18 bar of gaseous fuel for combustion, or about 12 to 16 bar. The compressor 200 of this embodiment can compress the boil-off gas to the pressure required by the X-DF engine 410.

압축기(200)에서 압축된 증발가스는 압축기(200)와 연료 수요처(400)를 연결하는 연료 공급라인(SL)을 통해 연료 수요처(400)로 이송된다. The boil-off gas compressed in the compressor 200 is transferred to the fuel consumer 400 through a fuel supply line (SL) connecting the compressor 200 and the fuel consumer 400.

한편, 압축기(200)와 연료 수요처(400)를 연결하는 연료 공급라인(SL)으로부터 분기되어 재액화부로 연결되는 재액화 라인(RL)을 더 포함하여, 증발가스의 양이 연료 수요처(400)에서 필요로 하는 양보다 많은 경우, 연료 수요처(400)에서 필요로 하는 양보다 초과하는 양만큼의 재액화 대상 증발가스는 재액화 라인(RL)을 통해 재액화부로 이송되어 재액화된 후 저장탱크로 회수된다. On the other hand, it further includes a re-liquefaction line (RL) branched from the fuel supply line (SL) connecting the compressor 200 and the fuel demand source 400 and connected to the re-liquefaction unit, so that the amount of boil-off gas increases with the fuel demand source 400. If it is more than the amount required, the boil-off gas subject to reliquefaction in excess of the amount required by the fuel consumer 400 is transferred to the reliquefaction unit through the reliquefaction line (RL), is reliquefied, and then stored in a storage tank. It is recovered as

본 실시예의 재액화부는, 압축기(200)에서 압축된 잉여 증발가스를 재액화 효율을 높이기 위하여 임계압력 이상으로 더 압축하는 부스팅 압축기(510)와, 부스팅 압축기(510)에서 압축된 증발가스를 증발가스 공급라인(NL)을 통해 압축기(100)로 향하는 압축 전 증발가스의 냉열로 냉각시키는 열교환기(100)와, 열교환기(100)에 의해 냉각된 증발가스를 팽창시키면서 저온저압의 기액혼합물을 생성하는 감압밸브(520)와, 감압밸브(520)에 의해 생성된 기액혼합물을 기액분리하는 기액분리기(530)를 포함한다. The re-liquefaction unit of this embodiment includes a boosting compressor 510 that further compresses the excess boil-off gas compressed in the compressor 200 above the critical pressure to increase re-liquefaction efficiency, and a boosting compressor 510 that evaporates the boil-off gas compressed in the boosting compressor 510. A heat exchanger (100) that cools the boil-off gas with the cold heat of the boil-off gas before compression directed to the compressor (100) through the gas supply line (NL), and expands the boil-off gas cooled by the heat exchanger (100) to create a low-temperature, low-pressure gas-liquid mixture. It includes a pressure reducing valve 520 that generates pressure, and a gas-liquid separator 530 that separates the gas-liquid mixture generated by the pressure reducing valve 520.

본 실시예의 부스팅 압축기(510)는 압축기(300)에서 압축된 증발가스를 임계압력, 예를 들어 약 50 내지 150 bar로 더 압축할 수 있다. The boosting compressor 510 of this embodiment may further compress the boil-off gas compressed in the compressor 300 to a critical pressure, for example, about 50 to 150 bar.

본 실시예의 감압밸브(520)는 줄-톰슨 밸브일 수 있으며, 증발가스가 감압밸브(520)에 의해 등엔트로피 팽창하면서 증발가스의 온도가 낮아지고, 이 과정에서 기액혼합물이 생성된다. The pressure reducing valve 520 of this embodiment may be a Joule-Thompson valve, and the temperature of the boil-off gas is lowered as the boil-off gas expands isentropically by the pressure-reducing valve 520, and a gas-liquid mixture is generated in this process.

본 실시예에서는 감압밸브(520)가 줄-톰슨 밸브인 것을 예로 들어 설명하나, 감압밸브(520)는 팽창기(expander)일 수도 있고, 팽창일을 압축일로 전환하는 컴팬더나, 팽창일을 전력으로 전환하는 팽창-발전기일 수도 있을 것이다. In this embodiment, the pressure reducing valve 520 is described as an example of a Joule-Thompson valve, but the pressure reducing valve 520 may be an expander, a compander that converts the expansion work into compression work, or an electric power supply for the expansion work. It may be an expansion-generator that converts to .

본 실시예의 기액분리기(530)의 운전압력은 약 4.5 barg일 수 있다. 즉, 본 실시예의 감압밸브(520)는 증발가스를 약 4.5 barg까지 감압시킬 수 있다. The operating pressure of the gas-liquid separator 530 in this embodiment may be about 4.5 barg. That is, the pressure reducing valve 520 of this embodiment can reduce the pressure of the boil-off gas to about 4.5 barg.

기액분리기(530)에서 분리된 액체 상태의 재액화 증발가스는 기액분리기(530)와 저장탱크를 연결하는 재액화 라인(RL)을 통해 저장탱크로 회수되고, 기액분리기(530)에서 분리된 기체 상태의 미응축 증발가스는 기액분리기(530)로부터 열교환기(100) 상류의 증발가스 공급라인(NL)으로 연결되는 가스 회수라인(GL)을 통해 저장탱크로부터 열교환기(100)로 도입되는 증발가스 흐름에 합류될 수 있다. The liquid re-liquefied boil-off gas separated in the gas-liquid separator 530 is recovered to the storage tank through the re-liquefaction line (RL) connecting the gas-liquid separator 530 and the storage tank, and the gas separated in the gas-liquid separator 530 The uncondensed boil-off gas is introduced from the storage tank into the heat exchanger 100 through the gas recovery line (GL) connected from the gas-liquid separator 530 to the boil-off gas supply line (NL) upstream of the heat exchanger 100. Can join the gas flow.

한편, 증발가스의 양이 연료 수요처(400)에서 필요로 하는 양보다 적은 경우에는, 강제기화가스 공급부에서 강제기화가스를 생성하여 연료 수요처(400)로 공급할 수 있다. Meanwhile, if the amount of boil-off gas is less than the amount required by the fuel demander 400, the forced vaporization gas supply unit may generate forced vaporization gas and supply it to the fuel demander 400.

본 실시예의 강제기화가스 공급부는, 저장탱크로부터 강제기화시킬 LNG를 가압배출시키는 연료 공급펌프(310)와, 연료 공급펌프(310)로부터 강제 기화라인(FL)을 통해 이송된 LNG를 기화시키는 기화기(320)를 포함한다. The forced vaporization gas supply unit of this embodiment includes a fuel supply pump 310 that pressurizes and discharges the LNG to be forcedly vaporized from the storage tank, and a vaporizer that vaporizes the LNG transferred from the fuel supply pump 310 through the forced vaporization line (FL). Includes (320).

연료 공급펌프(310)는 LNG를 기화기(320)에서 요구하는 압력으로 압축할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예의 기화기(320)의 작동압력은 약 4 barg이며, 따라서 본 실시예의 연료 공급펌프(310)는 기화기(320)의 입구압력이 4 barg를 유지할 수 있도록 LNG를 가압하여 이송할 수 있다.The fuel supply pump 310 can compress LNG to the pressure required by the vaporizer 320. For example, the operating pressure of the carburetor 320 of this embodiment is about 4 barg, and therefore the fuel supply pump 310 of this embodiment pressurizes and transfers LNG so that the inlet pressure of the carburetor 320 can be maintained at 4 barg. can do.

또한, 본 실시예의 강제기화가스 공급부는, 기화기(320)에서 기화된 강제기화가스를 냉각시켜 기액혼합물을 생선하는 냉각기(330)와, 냉각기(330)에서 생성된 기액혼합물을 기액분리하여 경탄화수소와 중탄화수소를 분리하는 메탄가 조절기(340)를 포함한다. In addition, the forced vaporization gas supply unit of this embodiment includes a cooler 330 that cools the forced vaporization gas vaporized in the vaporizer 320 to produce a gas-liquid mixture, and separates the gas-liquid mixture generated in the cooler 330 to produce light hydrocarbons. and a methane number regulator 340 that separates heavy hydrocarbons.

본 실시예의 냉각기(430)에는, 기화기(320)의 상류에서 강제 기화라인(FL)으로부터 분기되는 냉각라인(CL)이 연결될 수 있다. 냉각기(430)에서는 기화기(320)에서 생성된 강제기화가스와 냉각라인(CL)을 통해 이송된 LNG를 혼합하여 기액혼합물을 생성한다. 이 과정에서 액화점이 높은 중탄화수소 성분은 응축되고, 액화점이 낮은 경탄화수소 성분, 즉 메탄은 기체상태로 남아있게 된다. A cooling line (CL) branching from the forced vaporization line (FL) upstream of the vaporizer (320) may be connected to the cooler (430) of this embodiment. The cooler 430 mixes the forced vaporization generated in the vaporizer 320 with the LNG transferred through the cooling line (CL) to generate a gas-liquid mixture. In this process, the heavy hydrocarbon components with a high liquefaction point are condensed, and the light hydrocarbon components with a low liquefaction point, that is, methane, remain in a gaseous state.

냉각기(430)에서 생성된 기액혼합물은 메탄가 조절기(340)에서 기액분리되며, 메탄가 조절기(340)에서 분리된 액체, 즉 중탄화수소는 응축수 회수라인(HL)을 통해 저장탱크로 이송될 수 있다. 또한, 메탄가 조절기(340)에서 분리된 기체, 즉 메탄 풍부가스는, 메탄가 조절기(340)와 압축기(200) 상류의 연료 공급라인(SL)을 연결하는 강제 기화라인(FL)을 통해 압축기(200)로 이송될 수 있다. The gas-liquid mixture generated in the cooler 430 is separated from gas and liquid in the methane number controller 340, and the liquid separated in the methane number controller 340, that is, heavy hydrocarbons, can be transferred to the storage tank through the condensate recovery line (HL). In addition, the gas separated from the methane number controller 340, that is, the methane-rich gas, is compressed through the forced vaporization line (FL) connecting the methane number controller 340 and the fuel supply line (SL) upstream of the compressor 200. ) can be transferred to.

한편, 연료 공급펌프(310)는 지원할 수 있는 유량 범위 즉, 최소 유량 및 최대 유량이 정해져 있으며, 연료 공급펌프(310)의 파손을 방지하기 위해서는 연료 공급펌프(310) 주입구의 유량이 연료 공급펌프(310)가 지원하는 최소 유량 이상을 유지하도록 해야 한다. 예를 들어, 연료 공급펌프(310)가 지원할 수 있는 유량 범위가 2 내지 12 m3/hr이면, 연료 공급펌프(310) 주입구의 유량은 적어도 2m3/hr 이상을 유지해야 한다. Meanwhile, the fuel supply pump 310 has a set flow rate range that it can support, that is, the minimum flow rate and maximum flow rate, and in order to prevent damage to the fuel supply pump 310, the flow rate of the fuel supply pump 310 inlet must be set to the fuel supply pump 310. It must be maintained above the minimum flow rate supported by (310). For example, if the flow rate range that the fuel supply pump 310 can support is 2 to 12 m 3 /hr, the flow rate at the inlet of the fuel supply pump 310 must be maintained at least 2 m 3 /hr.

연료 공급펌프(310)와 기화기(320)를 연결하는 강제 기화라인(FL)의 유량이 연료 공급펌프(310)의 지원 가능한 유량 범위에 따라 미리 설정되는 설정값 이상을 유지하면 연료 공급펌프(310) 주입구의 유량이 최소 유량 이상을 유지할 수 있는 것이다. If the flow rate of the forced vaporization line (FL) connecting the fuel supply pump 310 and the carburetor 320 remains above a preset value according to the supportable flow rate range of the fuel supply pump 310, the fuel supply pump 310 ) The flow rate at the inlet can be maintained above the minimum flow rate.

본 실시예에 따르면, 연료 공급펌프(310)의 유량을 제어하기 위하여 연료 공급펌프(310)와 기화기(320)를 연결하는 강제 기화라인(FL)의 유량, 즉 기화기(320)의 입구 압력(유량)이 설정값 이상으로 유지되도록 제어하기 위한 제어 수단으로서, 연료 공급펌프(310)와 기화기(320)를 연결하는 강제 기화라인(FL) 상에 설치되는 제1 밸브(V1)와, 연료 공급펌프(310) 하류의 강제 기화라인(FL)으로부터 분기되어 다시 저장탱크로 연결되는 유량 조절라인(BL)과, 유량 조절라인(BL) 상에 설치되는 제2 밸브(V2)를 포함한다. According to this embodiment, in order to control the flow rate of the fuel supply pump 310, the flow rate of the forced vaporization line (FL) connecting the fuel supply pump 310 and the carburetor 320, that is, the inlet pressure of the carburetor 320 ( As a control means for controlling the flow rate to be maintained above the set value, a first valve (V1) installed on the forced vaporization line (FL) connecting the fuel supply pump 310 and the carburetor 320, and a fuel supply It includes a flow control line (BL) branched from the forced vaporization line (FL) downstream of the pump 310 and connected back to the storage tank, and a second valve (V2) installed on the flow control line (BL).

또한, 기액분리기(530)로부터 연료 공급펌프(310)와 기화기(320)를 연결하는 강제 기화라인(FL)으로 연결되는 재액화 연료라인(LL)과, 재액화 연료라인(LL) 상에 설치되는 제3 밸브(V3)를 더 포함한다. In addition, a re-liquefied fuel line (LL) connected from the gas-liquid separator 530 to a forced vaporization line (FL) connecting the fuel supply pump 310 and the carburetor 320, and installed on the re-liquefied fuel line (LL) It further includes a third valve (V3).

또한, 연료 공급펌프(310)로부터 기화기(320)로 이송되는 LNG의 유량을 측정하는 유량계(FM)와, 연료 공급펌프(310)를 구동시키는 모터(M)의 전류를 측정하는 전류계(CT)를 더 포함한다. 전류계(CT)의 전류 측정값으로부터 연료 공급펌프(310)의 유량을 계산할 수 있다.In addition, a flow meter (FM) that measures the flow rate of LNG transferred from the fuel supply pump 310 to the vaporizer 320, and a ammeter (CT) that measures the current of the motor (M) that drives the fuel supply pump 310. It further includes. The flow rate of the fuel supply pump 310 can be calculated from the current measurement value of the ammeter (CT).

또한, 유량계(FM)의 유량 측정값에 따라 제1 밸브(V1)와 제3 밸브(V3)의 개폐를 조절하는 유량 제어기(FIC)와, 전류계(CT)의 전류 측정값으로부터 계산된 연료 공급펌프(310)의 유량에 따라, 제2 밸브(V2)의 개폐를 제어하는 유량 조절기(CIC)를 더 포함한다. In addition, a flow controller (FIC) that controls the opening and closing of the first valve (V1) and the third valve (V3) according to the flow rate measurement value of the flow meter (FM), and fuel supply calculated from the current measurement value of the ammeter (CT) It further includes a flow rate controller (CIC) that controls the opening and closing of the second valve (V2) according to the flow rate of the pump 310.

기존에는, 연료 공급펌프(310)에서 토출된 LNG의 유량이, 강제기화시킬 LNG의 유량, 즉, 기화기(320) 입구 압력을 초과하게 될 경우, 제2 밸브(V2)의 개도를 조절하여, 연료 공급펌프(310)로부터 배출되는 고온의 LNG를 유량 조절라인(BL)을 통해 다시 저장탱크로 회수시켰다. Conventionally, when the flow rate of LNG discharged from the fuel supply pump 310 exceeds the flow rate of LNG to be forcibly vaporized, that is, the inlet pressure of the vaporizer 320, the opening degree of the second valve V2 is adjusted, The high-temperature LNG discharged from the fuel supply pump 310 was returned to the storage tank through the flow control line (BL).

또한, 기존에는 강제기화시킬 LNG의 유량이 연료 공급펌프(310)가 지원 가능한 유량 범위보다 적은 경우에도, 저장탱크로부터 연료 공급펌프(310)가 최소 유량이상으로 LNG를 흡입 및 토출하도록 하되, 제2 밸브(V2)의 개도율을 높여, 토출된 LNG 중에서 강제기화시킬 LNG 유량을 초과하는 양은 유량 조절라인(BL)을 통해 저장탱크로 회수하였다. In addition, conventionally, even when the flow rate of LNG to be forcedly vaporized is less than the flow rate range that the fuel supply pump 310 can support, the fuel supply pump 310 suctions and discharges LNG from the storage tank at more than the minimum flow rate. 2 The opening rate of the valve (V2) was increased, and the amount of the discharged LNG exceeding the LNG flow rate to be forcedly vaporized was recovered into the storage tank through the flow control line (BL).

그러나 이러한 기존의 방법에 의하면, 압축에 의해 온도가 높아진 LNG가 다시 저장탱크로 회수되어 저장탱크 내부 온도가 상승하여 증발가스의 발생량을 높인다는 문제점이 있다. However, according to this existing method, there is a problem in that LNG, whose temperature has increased due to compression, is returned to the storage tank, increasing the internal temperature of the storage tank and increasing the amount of boil-off gas generated.

본 실시예에 따르면, 재액화 연료라인(LL)을 구비하여, 강제기화시킬 LNG의 유량이 연료 공급펌프(310)의 최소 유량보다 적은 경우 등 유량 조절라인(BL)을 통해 고온의 LNG를 회수시켜야 하는 경우에, 저장탱크로부터 강제기화시킬 LNG를 기화기(320)로 공급하는 것이 아니라, 재액화 연료라인(LL)을 통해 기액분리기(530)에서 응축된 재액화 증발가스를 이송받아 기화기(320)로 공급할 수 있다. According to this embodiment, a reliquefaction fuel line (LL) is provided to recover high temperature LNG through the flow control line (BL), such as when the flow rate of LNG to be forcedly vaporized is less than the minimum flow rate of the fuel supply pump 310. In cases where it is necessary to do so, rather than supplying the LNG to be forcibly vaporized from the storage tank to the vaporizer 320, the re-liquefied boil-off gas condensed in the gas-liquid separator 530 is transferred through the re-liquefied fuel line (LL) to the vaporizer (320). ) can be supplied.

기액분리기(530)에서 응축된 재액화 증발가스를 기화기(320)로 공급할 때에는, 유량 제어기(FIC)가 제1 밸브(V1)를 폐쇄하도록 신호를 보내고, 유량 조절기(CIC)는 제2 밸브(V2)를 폐쇄하도록 신호를 보내 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)를 폐쇄하고, 도시하지 않은 제어부는 연료 공급펌프(310)의 운전을 멈추도록 지시한다. 그 후, 유량 제어기(FIC)는 유량계(FM)의 유량 측정값에 따라 제3 밸브(V3)의 개도율을 조절하면서 기액분리기(530)로부터 기화기(320)로 공급하는 LNG의 유량을 조절한다. When supplying the re-liquefied boil-off gas condensed in the gas-liquid separator 530 to the vaporizer 320, the flow controller (FIC) sends a signal to close the first valve (V1), and the flow controller (CIC) sends a signal to close the second valve ( A signal to close V2) is sent to close the first valve V1 and the second valve V2, and a control unit (not shown) instructs the fuel supply pump 310 to stop operating. Thereafter, the flow controller (FIC) adjusts the flow rate of LNG supplied from the gas-liquid separator 530 to the vaporizer 320 while adjusting the opening rate of the third valve (V3) according to the flow rate measurement value of the flow meter (FM). .

이와 같이 연료 공급펌프(310)를 가동하지 않고 재액화 증발가스를 기화기(320)로 공급함으로써, 연료 공급펌프(310)의 최소 유량 유지를 위해 가압 LNG를 회수하지 않아도 되므로 종래에 유량 조절라인(BL)을 통해 가압 LNG를 회수함으로써 저장탱크 내부온도가 상승하는 문제를 방지할 수 있다. In this way, by supplying the re-liquefied boil-off gas to the vaporizer 320 without operating the fuel supply pump 310, there is no need to recover pressurized LNG to maintain the minimum flow rate of the fuel supply pump 310, so the conventional flow control line ( By recovering pressurized LNG through BL), the problem of the internal temperature of the storage tank rising can be prevented.

또한, 저장탱크 내부에서 증발가스 발생이 과도하게 증가하는 문제를 방지할 수 있다. In addition, it is possible to prevent the problem of excessively increasing evaporative gas generation inside the storage tank.

또한, 연료 공급펌프(310)를 가동하지 않아도 되므로, 연료 공급펌프(310)의 가동에 의해 저장탱크 내 증발가스 발생량이 증가하는 문제도 방지할 수 있으며, 연료 공급펌프(310)를 가동하기 위해 소모되었던 전력사용을 절감할 수 있다. In addition, since there is no need to operate the fuel supply pump 310, the problem of an increase in the amount of evaporative gas generated in the storage tank due to the operation of the fuel supply pump 310 can be prevented, and in order to operate the fuel supply pump 310, Power consumption can be reduced.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다. It is obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and that it can be implemented with various modifications or variations without departing from the technical gist of the present invention. It was done.

100 : 열교환기
200 : 압축기
310 : 연료 공급펌프
320 : 기화기
330 : 냉각기
340 : 메탄가 조절기
400 : 연료 수요처
510 : 부스팅 압축기
520 : 감압밸브
530 : 기액분리기
LL : 재액화 연료라인
V1 : 제1 밸브
V2 : 제2 밸브
V3 : 제3 밸브
FIC : 유량 제어기
100: heat exchanger
200: Compressor
310: Fuel supply pump
320: carburetor
330: Cooler
340: Methane number regulator
400: Fuel demand source
510: Boosting compressor
520: pressure reducing valve
530: Gas-liquid separator
LL: Reliquefaction fuel line
V1: first valve
V2: second valve
V3: Third valve
FIC: flow controller

Claims (7)

액화가스 저장탱크에서 생성된 증발가스를 엔진에서 요구하는 압력으로 압축하는 압축기;
상기 엔진에서 요구하는 가스 연료량을 초과하는 압축 증발가스를 재액화시키는 재액화부;
상기 재액화부에서 재액화된 재액화 증발가스가 상기 액화가스 저장탱크로 회수되도록 상기 재액화부와 액화가스 저장탱크를 연결하는 재액화 라인;
상기 엔진의 연료로 공급하기 위하여 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 배출시키는 연료 공급펌프;
상기 연료 공급펌프로부터 이송된 액화가스를 기화시켜 상기 압축기로 보내는 기화기;
상기 재액화부로부터 재액화 증발가스가 상기 기화기로 이송되도록 상기 재액화 라인으로부터 분기되어 상기 기화기로 연결되는 재액화 연료라인;
상기 재액화 연료라인에 구비되는 제3 밸브;
상기 엔진에서 요구하는 가스 연료량이 상기 연료 공급펌프의 최소 유량보다 적은 경우 상기 연료 공급펌프의 운전을 중단시키고 상기 제3 밸브를 개방하여, 상기 재액화 증발가스가 기화기로 공급되도록 함으로써, 재액화 증발가스를 엔진의 연료로 공급하는 제어부; 및
상기 엔진에서 요구하는 가스 연료량이 상기 연료 공급펌프 운전 범위의 최소 유량보다 적은 경우 상기 제3 밸브를 개방하여 상기 기화기로 공급되는 재액화 증발가스의 유량을 조절하는 유량 제어기;를 포함하는, 선박의 연료 공급 시스템.
A compressor that compresses the boil-off gas generated in the liquefied gas storage tank to the pressure required by the engine;
a re-liquefaction unit that re-liquefies compressed boil-off gas exceeding the amount of gas fuel required by the engine;
A re-liquefaction line connecting the re-liquefaction unit and the liquefied gas storage tank so that the re-liquefied boil-off gas re-liquefied in the re-liquefaction unit is recovered into the liquefied gas storage tank;
A fuel supply pump that discharges the liquefied gas stored in the liquefied gas storage tank to supply it as fuel for the engine;
A vaporizer that vaporizes the liquefied gas transferred from the fuel supply pump and sends it to the compressor;
A reliquefaction fuel line branched from the reliquefaction line and connected to the vaporizer so that the reliquefaction boil-off gas from the reliquefaction unit is transferred to the vaporizer;
A third valve provided in the reliquefied fuel line;
When the amount of gas fuel required by the engine is less than the minimum flow rate of the fuel supply pump, operation of the fuel supply pump is stopped and the third valve is opened to supply the re-liquefied evaporation gas to the vaporizer, thereby re-liquefying evaporation. A control unit that supplies gas as fuel to the engine; and
A flow rate controller that opens the third valve to adjust the flow rate of the re-liquefied boil-off gas supplied to the vaporizer when the amount of gas fuel required by the engine is less than the minimum flow rate of the fuel supply pump operation range. Fuel supply system.
청구항 1에 있어서,
상기 연료 공급펌프로부터 토출된 액화가스의 온도는 상기 연료 공급펌프로 흡입되는 액화가스의 온도 및 상기 재액화 증발가스의 온도보다 높고,
상기 연료 공급펌프로부터 토출된 액화가스가 기화기로 공급되도록 유로의 개폐를 제어하기 위한 제1 밸브;
상기 연료 공급펌프에 의해 토출된 액화가스가 상기 액화가스 저장탱크로 회수되도록 상기 연료 공급펌프와 기화기를 연결하는 강제 기화라인으로부터 분기되는 유량 조절라인;
상기 유량 조절라인에 설치되며, 상기 연료 공급펌프로부터 기화기로 공급되는 액화가스의 유량을 조절하기 위하여 개도율이 제어되는 제2 밸브; 및
상기 연료 공급펌프로부터 토출되는 액화가스의 유량을 계산하여, 상기 기화기에서 요구하는 액화가스의 유량을 초과하는 양 만큼의 액화가스가 상기 액화가스 저장탱크로 회수되도록 상기 제2 밸브의 개도율을 제어하는 유량 조절기;를 더 포함하는, 선박의 연료 공급 시스템.
In claim 1,
The temperature of the liquefied gas discharged from the fuel supply pump is higher than the temperature of the liquefied gas sucked into the fuel supply pump and the temperature of the re-liquefied boil-off gas,
A first valve for controlling the opening and closing of a flow path so that the liquefied gas discharged from the fuel supply pump is supplied to the vaporizer;
A flow rate control line branched from a forced vaporization line connecting the fuel supply pump and the vaporizer so that the liquefied gas discharged by the fuel supply pump is recovered into the liquefied gas storage tank;
a second valve installed in the flow control line, the opening rate of which is controlled to control the flow rate of liquefied gas supplied from the fuel supply pump to the vaporizer; and
Calculate the flow rate of the liquefied gas discharged from the fuel supply pump and control the opening rate of the second valve so that the liquefied gas in an amount exceeding the flow rate of the liquefied gas required by the vaporizer is returned to the liquefied gas storage tank. A fuel supply system for a ship, further comprising a flow rate regulator.
청구항 2에 있어서,
상기 엔진에서 요구하는 가스 연료량이 상기 연료 공급펌프 운전 범위의 최소 유량보다 적은 경우,
상기 제1 밸브는 상기 유량 제어기에 의해 폐쇄되고,
상기 제2 밸브는 상기 유량 조절기에 의해 폐쇄되는, 선박의 연료 공급 시스템.
In claim 2,
If the amount of gas fuel required by the engine is less than the minimum flow rate of the fuel supply pump operation range,
the first valve is closed by the flow controller,
The second valve is closed by the flow regulator.
청구항 1에 있어서,
상기 재액화부는,
상기 압축기에 의해 압축된 증발가스를 임계압력 이상으로 더 압축하는 부스팅 압축기;
상기 부스팅 압축기에 의해 압축된 증발가스와, 상기 액화가스 저장탱크로부터 압축기로 공급되는 압축 전 증발가스를 열교환시켜, 상기 압축된 증발가스를 냉각시키는 열교환기;
상기 열교환기에 의해 냉각된 증발가스를 팽창시키는 감압밸브;
상기 감압밸브에 의해 생성된 기액혼합물을 기액분리하는 기액분리기; 및
상기 기액분리기에 의해 분리된 기체 상태의 미응축 증발가스를 상기 열교환기로 공급되는 압축 전 증발가스 흐름에 합류시키는 기체 회수라인;을 포함하고,
상기 기액분리기에 의해 분리된 액체 상태의 재액화 증발가스는, 상기 재액화 라인 또는 재액화 연료라인을 따라 유동하는, 선박의 연료 공급 시스템.
In claim 1,
The reliquefaction unit,
A boosting compressor that further compresses the boil-off gas compressed by the compressor to a critical pressure or higher;
A heat exchanger that cools the compressed boil-off gas by exchanging heat between the boil-off gas compressed by the boosting compressor and the boil-off gas before compression supplied to the compressor from the liquefied gas storage tank;
A pressure reducing valve that expands the boil-off gas cooled by the heat exchanger;
a gas-liquid separator that separates the gas-liquid mixture generated by the pressure reducing valve; and
It includes a gas recovery line for joining the gaseous uncondensed boil-off gas separated by the gas-liquid separator into the pre-compression boil-off gas flow supplied to the heat exchanger,
A ship's fuel supply system wherein the liquid re-liquefied boil-off gas separated by the gas-liquid separator flows along the re-liquefied line or re-liquefied fuel line.
청구항 1에 있어서,
상기 기화기에서 액화가스가 기화되어 생성된 강제기화가스를 냉각시키는 냉각기;
상기 냉각기에 의해 생성된 기액혼합물을 기액분리하는 메탄가 조절기;
상기 메탄가 조절기에서 기액분리된 액체 상태의 중탄화수소를 상기 메탄가 조절기로부터 배출시키는 응축수 회수라인; 및
상기 메탄가 조절기에서 기액분리된 기체 상태의 경탄화수소를 상기 압축기로 공급하는 강제 기화라인;을 더 포함하는, 선박의 연료 공급 시스템.
In claim 1,
A cooler that cools the forced vaporization gas generated by vaporizing the liquefied gas in the vaporizer;
A methane number regulator that separates the gas-liquid mixture generated by the cooler;
A condensate recovery line that discharges liquid heavy hydrocarbons separated from gas and liquid in the methane number controller from the methane number controller; and
A fuel supply system for a ship, further comprising a forced vaporization line that supplies gaseous light hydrocarbons separated from gas-liquid in the methane number regulator to the compressor.
액화가스의 증발가스 또는 강제기화가스를 압축하여 엔진의 연료로 공급하고,
상기 엔진에서 요구하는 연료량을 초과하는 양만큼의 가스 연료는 재액화시켜 액화가스 저장탱크로 회수하되,
상기 강제기화가스를 엔진의 연료로 공급하는 것은,
상기 액화가스 저장탱크로부터 액화가스를 배출시키고,
상기 배출된 액화가스를 기화시키는 것을 포함하며,
상기 엔진에서 상기 액화가스를 배출시키는 펌프 운전 범위 미만의 가스 연료를 요구하는 경우에는, 상기 펌프를 가동하지 않고, 상기 액화가스 저장탱크로 회수되는 재액화된 증발가스의 적어도 일부를 기화시켜 엔진으로 공급하는, 선박의 연료 공급 방법.
The boil-off gas of liquefied gas or forced vaporization gas is compressed and supplied as fuel for the engine.
Gas fuel in an amount exceeding the amount of fuel required by the engine is re-liquefied and recovered into a liquefied gas storage tank,
Supplying the forced vaporization gas as fuel for the engine,
Discharging the liquefied gas from the liquefied gas storage tank,
Including vaporizing the discharged liquefied gas,
When the engine requires gas fuel below the operating range of the pump for discharging the liquefied gas, the pump is not operated, and at least a portion of the re-liquefied boil-off gas returned to the liquefied gas storage tank is vaporized and supplied to the engine. A method of supplying fuel to a ship.
청구항 6에 있어서,
상기 펌프로부터 기화기로 유입되는 액화가스의 유량을 측정하고,
상기 펌프로부터 토출되는 액화가스의 유량을 계산하고,
상기 측정된 유량이 상기 기화기에서 요구하는 유량보다 많은 경우, 상기 펌프로부터 토출된 액화가스 중 상기 기화기에서 요구하는 유량을 초과하는 양 만큼의 액화가스가 액화가스 저장탱크로 회수되도록 밸브의 개도율을 조절하는, 선박의 연료 공급 방법.
In claim 6,
Measure the flow rate of liquefied gas flowing into the vaporizer from the pump,
Calculate the flow rate of liquefied gas discharged from the pump,
If the measured flow rate is greater than the flow rate required by the vaporizer, the opening rate of the valve is adjusted so that the amount of liquefied gas discharged from the pump exceeding the flow rate required by the vaporizer is recovered to the liquefied gas storage tank. Regulating the fuel supply method of a ship.
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