KR102631161B1 - 선박의 연료공급시스템 - Google Patents

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Abstract

선박의 연료공급시스템을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 연료공급시스템은 액화가스 및 액화가스의 증발가스를 저장하는 하나 이상의 탱크; 탱크 중 하나 이상으로부터 공급받은 액화가스를 기화시키는 기화기; 기화된 유체를 제1수요처의 연료로 공급하는 제1공급라인; 제1탱크 및 제2탱크 중 하나 이상으로부터 공급받은 증발가스를 가열시키는 프리히터; 기화된 유체를 제2수요처가 필요로 하는 압력으로 분출시키는 이젝터; 제1공급라인의 기화기 후단으로부터 분기되어 이젝터와 연결되며, 기화된 유체 중 적어도 일부를 이젝터의 작동유체로 공급하는 제1작동유체공급라인; 분출되는 유체에 의해 가열된 증발가스가 이젝터로 흡입되어 분출되는 유체와 혼합되도록 하는 흡입라인; 및 이젝터를 통과한 혼합된 유체를 제2수요처의 연료로 공급하는 제2공급라인;을 포함한다.

Description

선박의 연료공급시스템{FUEL SUPPLY SYSTEM FOR SHIP}
본 발명은 선박의 연료공급시스템에 관한 것이다.
온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.
연료가스 중에서 널리 이용되고 있는 천연가스(Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하며, 통상적으로 그 부피를 1/600로 줄인 액화가스(Liquefied Gas) 상태로 변화되어 저장 및 운반되고 있다.
액화가스를 운반하는 선박은 액화가스를 저장할 수 있도록 단열 처리된 저장탱크를 구비한다. 이러한 선박은 저장탱크로부터 공급된 증발가스를 압축기에 의해 압축시켜 엔진의 연료로 공급하는 연료공급시스템을 마련할 수 있다. 그러나, 압축기는 에너지 소비가 높아 시간이 지날수록 가동효율이 떨어지는 문제점이 있다.
이에, 종래에는 이젝터를 이용하여 액화가스를 기화시킨 유체를 고압으로 분출시켜 저장탱크의 증발가스를 흡입하고, 흡입한 증발가스와 기화된 유체의 혼합 유체를 연료로 공급하는 기술을 공개한 바 있다.
그러나, 이 경우 이젝터를 통과한 혼합 유체의 온도가 상당히 낮은 상태여서 히터에 의해 해당 혼합 유체의 온도를 높여 주어야 한다. 또, 이젝터뿐 아니라 이젝터로 상술한 기화된 유체 및 증발가스를 보내는 파이프라인에 마련된 밸브들을 극저온에 대응할 수 있는 재질로 제작하여야 하므로, 제품 단가가 높아지고 전체 연료공급시스템의 운용 효율이 떨어질 수 있다. 관련 종래기술로서, 한국공개특허 제10-2019-0036889호(2019. 04. 05. 공개일)를 참조하기 바란다.
한국공개특허 제10-2019-0036889호(2019. 04. 05. 공개일)
본 발명의 일 실시 예는 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 저장하는 하나 이상의 탱크; 상기 탱크 중 하나 이상으로부터 공급받은 액화가스를 기화시키는 기화기; 상기 기화된 유체를 제1수요처의 연료로 공급하는 제1공급라인; 상기 제1탱크 및 제2탱크 중 하나 이상으로부터 공급받은 증발가스를 가열시키는 프리히터; 상기 기화된 유체를 제2수요처가 필요로 하는 압력으로 분출시키는 이젝터; 상기 제1공급라인의 상기 기화기 후단으로부터 분기되어 상기 이젝터와 연결되며, 상기 기화된 유체 중 적어도 일부를 상기 이젝터의 작동유체로 공급하는 제1작동유체공급라인; 상기 분출되는 유체에 의해 상기 가열된 증발가스가 상기 이젝터로 흡입되어 상기 분출되는 유체와 혼합되도록 하는 흡입라인; 및 상기 이젝터를 통과한 혼합된 유체를 제2수요처의 연료로 공급하는 제2공급라인;을 포함하는 선박의 연료공급시스템을 제공하고자 한다.
상기 제1공급라인의 상기 기화기 후단으로부터 분기되어 상기 제2수요처와 연결된 보조라인을 더 포함하되, 상기 제2공급라인은 상기 보조라인과 연결되어, 상기 이젝터를 통과한 혼합된 유체와 상기 기화기를 통과하여 기화된 유체가 상기 제2수요처의 연료로 공급되도록 한다.
상기 프리히터에 의해 가열된 증발가스를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기와 상기 보조라인을 연결하는 압축라인을 포함하며, 상기 압축된 증발가스 중 적어도 일부를 상기 제1수요처의 연료로 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예는 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 저장하는 하나 이상의 탱크; 상기 탱크 중 하나 이상으로부터 공급받은 증발가스를 가열시키는 프리히터; 상기 프리히터에 의해 가열된 증발가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축된 증발가스를 제2수요처가 필요로 하는 압력으로 분출시키는 이젝터; 상기 압축된 증발가스 중 적어도 일부를 상기 이젝터의 작동유체로 공급하는 제2작동유체공급라인; 상기 이젝터를 통해 분출되는 유체에 의해 상기 가열된 증발가스가 상기 이젝터로 흡입되어 상기 분출되는 유체와 혼합되도록 하는 흡입라인; 및 상기 이젝터를 통과한 혼합된 유체를 제2수요처의 연료로 공급하는 제2공급라인;을 포함한다.
상기 제1탱크 및 제2탱크 중 하나 이상으로부터 공급받은 액화가스를 기화시키는 기화기와, 상기 기화된 유체를 제1수요처의 연료로 공급하는 제1공급라인과, 상기 제1공급라인의 상기 기화기 후단으로부터 분기되어 상기 제2작동유체공급라인에 연결되며, 상기 기화된 유체를 상기 이젝터의 작동유체로 공급하는 제1작동유체공급라인을 더 포함할 수 있다.
상기 제1수요처는 메인 엔진을 포함하고, 상기 제2수요처는 발전용 엔진 및 보일러 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상온 재질로 마련된 이젝터 및 관련 구성을 통해 수요처로 연료를 효과적으로 공급할 수 있는 선박의 연료공급시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 선박의 연료공급시스템은 상온 재질로 마련된 이젝터 및 관련 구성을 통해 수요처로 연료를 효과적으로 공급할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 연료공급시스템을 나타낸다.
도 2는 프리히터에 의해 가열된 증발가스 중 일부가 이젝터로 흡입되고, 일부는 압축기를 통해 압축된 후 제1수요처 또는 제2수요처로 공급되는 구성이 도 1의 선박의 연료공급시스템에 추가된 형태를 도시한 것이다.
도 3은 프리히터 및 압축기를 거쳐 압축된 증발가스 중 일부가 이젝터의 작동유체로 공급되는 구성이 도 2의 선박의 연료공급시스템에 추가된 형태를 도시한 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 연료공급시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박의 연료공급시스템(100)은 액화가스 및 액화가스의 증발가스를 저장하는 하나 이상의 탱크를 포함하며, 이하에서는 이해를 돕기 위해 제1탱크(101) 및 제2탱크(102)를 예로 들어 설명한다. 연료공급시스템(100)은 제1탱크(101) 및 제2탱크(102) 중 하나 이상으로부터 공급받은 액화가스를 기화시키는 기화기(110)와, 기화기(110)에 의해 기화된 유체를 제1수요처(E1)의 연료로 공급하는 제1공급라인(L11)과, 제1탱크(101) 및 제2탱크(102) 중 하나 이상으로부터 공급받은 증발가스를 가열시키는 프리히터(120)와, 기화기(110)에 의해 기화된 유체를 제2수요처(E2)가 필요로 하는 압력으로 분출시키는 이젝터(130)와, 제1공급라인(L11)의 기화기(110) 후단으로부터 분기되어 이젝터(130)와 연결되며, 기화기(110)에 의해 기화된 유체 중 적어도 일부를 작동유체로 공급하는 제1작동유체공급라인(L12)과, 이젝터(130)를 통해 분출되는 유체에 의해 프리히터(120)에 의해 가열된 증발가스가 이젝터(130)로 흡입되어 상술한 분출되는 유체와 혼합되도록 하는 흡입라인(L13)과, 이젝터(130)를 통과한 혼합된 유체를 제2수요처(E2)의 연료로 공급하는 제2공급라인(L14)을 포함한다.
또, 연료공급시스템(100)은 제1공급라인(L11)의 기화기(110) 후단으로부터 분기되어 제2수요처(E2)와 연결된 보조라인(L15)을 포함할 수 있다. 이때, 제2공급라인(L14)은 보조라인(L15)과 연결되어, 이젝터(130)를 통과한 혼합된 유체와 기화기(110)를 통과하여 기화된 유체가 혼합되어 제2수요처(E2)의 연료로 공급될 수 있다.
이러한 연료공급시스템(100)은 예컨대 LNG를 연료로 사용하는 각종 액화연료 운반선, 액화연료 RV(Regasification Vessel), 컨테이너선, 일반상선, COT, VLCC, SHUTTLE TANKER, LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등을 포함하는 선박에 적용될 수 있다.
이하, 연료공급시스템(100)의 각 구성요소에 대해서 구체적으로 설명한다.
제1탱크(101) 및 제2탱크(102)는 단열상태를 유지하면서 연료를 액화상태로 저장하는 C타입 탱크, 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크 등을 포함할 수 있다. 제1탱크(101) 및 제2탱크(102)에 저장된 액화가스는 액화상태로 저장할 수 있는 LNG(Liquefied Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), DME(Dimethylether), 에탄(Ethane) 중 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제1탱크(101) 및 제2탱크(102)의 내부압력은 저장된 액화가스가 LNG일 경우 대략 1bar로 유지되거나 연료공급조건을 고려해 그보다 낮거나 높은 압력으로 유지될 수 있다. 제1탱크(101) 및 제2탱크(102)의 내부온도는 LNG의 액화상태 유지를 위해 대략 ―163℃도 정도로 유지될 수 있다.
제1탱크(101) 및 제2탱크(102) 내에 마련된 펌프(P)는 제1탱크(101) 및 제2탱크(102)의 액화가스를 펌핑하여 기화기(110)로 공급한다.
기화기(110)는 제1탱크(101) 및 제2탱크(102) 중 하나 이상으로부터 공급받은 액화가스를 기화시켜 제1공급라인(L11)을 통해 제1수요처(E1)의 연료로 공급한다. 제1수요처(E1)는 메인 엔진을 포함할 수 있다.
제1공급라인(L11)은 제1탱크(101) 및 제2탱크(102)와 기화기(110), 그리고 제1수요처(E1)를 연결한다.
여기서, 제1개패밸브(V1)가 마련된 제1작동유체공급라인(L12)은 제1공급라인(L11)의 기화기(110) 후단으로부터 분기되어 이젝터(130)와 연결되며, 기화기(110)에 의해 기화된 유체 중 적어도 일부를 이젝터(130)의 작동유체로 공급하여, 이젝터(130)를 통해 제2수요처(E2)가 필요로 하는 압력으로 분출되도록 한다.
프리히터(120)는 제1탱크(101) 및 제2탱크(102) 중 하나 이상으로부터 공급받은 증발가스를 가열시킨다.
프리히터(120)에 의해 가열된 증발가스는 제2개폐밸브(V2)가 마련된 흡입라인(L13)을 통해 상술한 이젝터(130)로 흡입된다.
즉, 상술한 바와 같이, 기화기(110)에 의해 기화된 유체 중 일부가 이젝터(130)를 통해 분출되면 진공상태 또는 이젝터(130) 효과에 의해 프리히터(120)에 의해 가열된 증발가스가 이젝터(130)의 흡입구를 통해 빨아 들여지게 된다.
프리히터(120)에 의해 가열된 증발가스는 이젝터(130)의 작동유체로 사용된 유체와 혼합되어 제3개폐밸브(V3)가 마련된 제2공급라인(L14)을 통해 제2수요처(E2)의 연료로 공급된다. 제2수요처(E2)는 발전용 엔진 및 보일러 등을 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예는 프리히터(120)를 활용하여 제1탱크(101) 및 제2탱크(102) 중 하나 이상으로부터 공급받은 증발가스를 가열시켜 이젝터(130)를 통해 제2수요처(E2)의 연료로 공급할 수 있다.
이를 통해 이젝터(130) 및 제1 내지 제3개폐밸브(V1~V3)를 극저온 재질이 아닌 상온 재질로 제작할 수 있고, 스팀이 필요할 때만 가동되는 보일러뿐만 아니라, 항상 가동되는 발전용 엔진으로 연료를 공급할 수 있다.
또한 보조라인(L15)은 제1공급라인(L11)의 기화기(110) 후단으로부터 분기되어 제2수요처(E2)와 연결된다. 이때 상술한 제2공급라인(L14)은 보조라인(L15)과 연결되어, 이젝터(130)를 통과한 혼합된 유체와 기화기(110)를 통과하여 기화된 유체가 혼합되어 제2수요처(E2)의 연료로 공급될 수 있다. 이를 통해 제2수요처(E2)로의 연료공급이 안정적, 효율적으로 이루어질 수 있다.
도 2는 프리히터에 의해 가열된 증발가스 중 일부가 이젝터로 흡입되고, 일부는 압축기를 통해 압축된 후 제1수요처 또는 제2수요처로 공급되는 구성이 도 1의 선박의 연료공급시스템에 추가된 형태를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 상술한 연료공급시스템(100)은 프리히터(120)에 의해 가열된 증발가스를 압축시키는 압축기(140)와, 압축기(140)와 보조라인(L15)을 연결하는 압축라인(L16)을 포함할 수 있다. 이때, 압축기(140)에 의해 압축된 증발가스는 제1공급라인(L11) 쪽으로 공급되어 제1수요처(E1)의 연료로 사용될 수 있다.
구체적으로, 프리히터(120)에 의해 가열된 증발가스 중 일부는 흡입라인(L13)을 통해 상술한 이젝터(130)로 흡입되고, 나머지 일부는 압축라인(L16)을 통해 압축기(140)로 공급된 후 제1공급라인(L11) 쪽으로 공급될 수 있다. 압축라인(L16) 상의 개폐밸브(V4)는 상술한 제1 내지 제3개폐밸브(V1~V3)와 마찬가지로 극저온 재질이 아닌 상온 재질로 제작할 수 있다.
여기서, 프리히터(120)는 압축기(140)의 구성요소일 수 있다. 즉, 종래의 압축기는 상온의 증발가스를 흡입하는 석션 히터와 해당 증발가스를 보일러 및 발전기에 맞게 압축하기 위한 압축수단을 구비하고 있다. 본 발명의 실시 예에서는 상술한 종래의 압축기의 석션 히터에 해당하는 프리히터(120)를 이젝터(130)로 흡입되는 증발가스를 가열하는 수단으로 사용한다. 이를 통해 이젝터(130), 제1 내지 제4개폐밸브(V4) 그리고 후술활 제5개폐밸브(V5)를 극저온 재질이 아닌 상온 재질로 제작할 수 있고, 스팀이 필요할 때만 가동되는 보일러 뿐만 아니라, 항상 가동되는 발전용 엔진으로 연료를 공급할 수 있다.
도 3은 프리히터 및 압축기를 거쳐 압축된 증발가스 중 일부가 이젝터의 작동유체로 공급되는 구성이 도 2의 선박의 연료공급시스템에 추가된 형태를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 연료공급시스템(100)은 압축기(140)에 의해 압축된 증발가스 중 적어도 일부를 이젝터(130)의 작동유체로 공급하는 제2작동유체공급라인(L17)를 마련할 수 있다. 여기서, 이젝터(130)는 압축기(140)에 의해 압축된 증발가스를 제2수요처(E2)가 필요로 하는 압력으로 분출시킨다.
제2작동유체공급라인(L17)은 상술한 압축라인(L16)의 압축기(140) 후단으로부터 분기되어 이젝터(130)와 연결될 수 있고, 압축기(140)에 의해 압축된 증발가스 중 적어도 일부를 이젝터(130)의 작동유체로 공급한다.
프리히터(120)에 의해 가열된 후 압축기(140)에 의해 압축된 증발가스 중 적어도 일부가 이젝터(130)의 작동유체로 공급됨으로써, 프리히터(120)에 의해 가열된 증발가스 중 일부가 이젝터(130)의 입구를 통해 흡입되어 상술한 압축된 증발가스와 함께 제2수요처(E2)의 연료로 공급될 수 있다.
이를 통해 이젝터(130) 및 제1 내지 제4개폐밸브(V1~V4) 그리고, 제2작동유체공급라인(L17)에 마련된 제5개폐밸브(V5)를 극저온 재질이 아닌 상온 재질로 제작할 수 있고, 상술한 도 2와 마찬가지로 프리히터(120)와 압축기(140)를 제2수요처(E2)의 연료 공급용으로 활용할 수 있다.
또, 압축기(140)를 통과한 증발가스는 제1수요처(E1) 및 제2수요처(E2) 중 하나 이상의 연료로 공급될 수 있다.
또, 상술한 제1작동유체공급라인(L12)은 제1공급라인(L11)의 기화기(110) 후단으로부터 분기되어 제2작동유체공급라인(L17)과 연결될 수 있다. 이를 통해 기화기(110)에 의해 기화된 유체 및 상술한 압축기(140)에 의해 압축된 증발가스 중 하나 이상이 이젝터(130)의 작동유체로 공급될 수 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
101: 제1탱크 102: 제2탱크
110: 기화기 120: 프리히터
130: 이젝터 140: 압축기
E1: 제1수요처 E2: 제2수요처
L11: 제1공급라인 L12: 제1작동유체공급라인
L13: 흡입라인 L14: 제2공급라인
L15: 보조라인 L16: 압축라인
L17: 제2작동유체공급라인

Claims (6)

  1. 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 저장하는 하나 이상의 탱크;
    상기 탱크 중 하나 이상으로부터 공급받은 액화가스를 기화시키는 기화기;
    상기 기화된 유체를 제1수요처의 연료로 공급하는 제1공급라인;
    상기 탱크 중 하나 이상으로부터 공급받은 증발가스를 가열시키는 프리히터;
    상기 기화된 유체를 제2수요처가 필요로 하는 압력으로 분출시키는 이젝터;
    상기 제1공급라인의 상기 기화기 후단으로부터 분기되어 상기 이젝터와 연결되며, 상기 기화된 유체 중 적어도 일부를 상기 이젝터의 작동유체로 공급하는 제1작동유체공급라인;
    상기 분출되는 유체에 의해 상기 가열된 증발가스가 상기 이젝터로 흡입되어 상기 분출되는 유체와 혼합되도록 하는 흡입라인; 및
    상기 이젝터를 통과한 혼합된 유체를 상기 제2수요처의 연료로 공급하는 제2공급라인;을 포함하며,
    상기 제1공급라인의 상기 기화기 후단으로부터 분기되어 상기 제2수요처와 연결된 보조라인을 더 포함하되,
    상기 제2공급라인은 상기 보조라인과 연결되어, 상기 이젝터를 통과한 혼합된 유체와 상기 기화기를 통과하여 기화된 유체가 상기 제2수요처의 연료로 공급되도록 하고,
    상기 프리히터에 의해 가열된 증발가스를 압축시키는 압축기와,
    상기 압축기와 상기 보조라인을 연결하는 압축라인을 포함하며,
    상기 압축된 증발가스 중 적어도 일부를 상기 제1수요처의 연료로 공급하는 선박의 연료공급시스템.
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