KR20090125436A - 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의추진시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템에 관한 것으로서, 액화천연가스를 저장하는 저장탱크(100)와, 저장탱크(100)로부터 이어지는 배관(102)상에 설치되어 공급받은 자연기화가스를 압축시키는 컴프레서(110)와, 컴프레서(110)에서 압축된 자연기화가스와 연료 오일중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 가동되는 이중연료엔진(120)과, 이중연료엔진(120)의 출력축(122)에 직접 설치되는 프로펠러(140)를 포함하며, 컴프레서(110)와 연결되는 배관(102)상에 설치되어 고온의 스팀을 생성하는 보일러(150)와, 보일러(150)에 직접 연결 설치되어 생성된 스팀을 이용하여 전기를 발생시키는 발전기(160)를 포함한다. 따라서 본 발명에 의하면 이중연료엔진에 직접 감속기와 프로펠러를 연결하여 에너지 손실을 줄일 수 있으며, 또한, 보일러의 설치로 잉여 자연기화가스를 이용하여 고온의 스팀을 생성하고, 생성된 스팀을 이용하여 발전기에서 전기를 발생시키도록 하여 잉여 자연기화가스를 태워 없애는 에너지 낭비를 감소시킬 수 있다.
액화천연가스 운반선, 저장탱크

Description

이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템{PROPULSION SYSTEM FOR DUAL FUEL ENGINE OF LNG CARRIER}
본 발명은 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 효율을 높이고 초기 설치비를 감소시킬 수 있는 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템에 관한 것이다.
전 세계에 분포된 천연가스 생산지에서는 많은 양의 천연가스(주로 메탄)가 생산된다. 이렇게 생산된 천연가스가 생산지에서 소비지까지 손쉽게 운반될 수 있다면, 이러한 천연가스는 에너지부족을 염려하는 현재 실정에서 매우 유용한 대체 에너지로서 자리 잡을 수 있을 것이다. 만일 천연가스의 생산지가 소비지와 인접해 있는 경우라면 근거리의 수중 또는 지상 파이프 라인을 통하여 손쉽게 운송할 수 있을 것이다. 그러나 천연가스의 생산지가 소비지와 원거리 상에 존재한다면 별도의 천연가스 운송방법을 도입해야 한다.
일반적으로 원격지에서 생산된 천연가스를 소비지로 운송하는 방법으로는 선박을 이용하는 것이 가장 보편적이다. 즉, 생산지의 가스전(田)에서 채취한 천연가 스를 선박을 이용하여 운반하는 것인데, 이때는 천연가스의 운반에 앞서 천연가스를 먼저 액화시켜 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)의 형태로 만든 다음, 이를 선박의 저장탱크에 실어서 소비지까지 운반하는 것이다.
액화천연가스란 주성분이 메탄으로 이루어진 천연가스를 1 atm하에서 -161.5℃ 이하로 온도를 하강시킨 것으로, 원래 채취된 천연가스를 액체상태로 상변화시킨 것을 말한다. 이러한 액화천연가스의 부피는 표준상태인 천연가스의 부피보다 1/600 정도이며, 그 비중은 0.42로 원유비중에 비해 절반 정도 되는 특징을 가진다. 이로 인하여, 액화천연가스의 형태로 선박의 저장탱크에 담아 운반하는 경우에는 더욱 많은 양의 천연가스를 한꺼번에 운반할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기와 같은 방법으로 선박이 액화천연가스를 운반목적지, 즉 소비지까지 운반하게 되면, 액화천연가스가 하역된 소비지에서 이를 다시 천연가스로 재기화(Regasification)시켜야 한다.
만일, 이러한 소비지가 천연가스에 대한 수요가 안정적으로 증가하는 곳이라면, 소비지 또는 그 인근 육상에서 직접 하역된 액화천연가스를 저장 및 재기화시키는 별도의 시설물들을 건설하여도 무방하다. 그러나 이와 달리 천연가스에 대한 시장 및 수요의 안정적인 증가를 기대하기 어려운 경우, 즉 단기적 또는 계절적인 요인으로 인하여 천연가스의 수요가 일시적으로 발생한 지역에서는 액화천연가스의 저장 및 재기화를 위한 별도의 시설물들을 건설하는 것이 비경제적인 일임은 자명하다.
이러한 이유로 최근 선박 내에서 액화천연가스를 재기화시킬 수 있는 재기화 장치에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있는데, 통상의 선박들을 대별하면 스팀터빈추진 액화천연가스운반선과 전기추진 액화천연가스운반선으로 나누어지므로, 이들 각각의 추진방식에 따라서 장착되는 재기화 장치의 구성도 달라져야만 한다.
도 1은 종래의 스팀터빈추진 액화천연가스운반선의 재기화 시스템을 도시한 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스팀터빈추진 액화천연가스운반선의 재기화 시스템은 액화천연가스를 저장하는 저장 탱크(1, Cargo Tank)와, 저장 탱크(1)로 부터 가스를 공급받아 압축시키는 컴프레서(3, Compressor)와, 컴프레서(3)에 연결된 가스 차단밸브(5)와, 컴프레서(3)를 통과한 가스를 이용하여 고온의 스팀을 생성하는 보일러(7)와, 스팀을 이용하여 동력을 생성시키는 터빈(9, Turbine)과, 스팀을 이용하여 전기를 발생시키는 발전기(13)와, 스팀을 이용하여 액화천연가스를 천연가스로 재기화시키는 재기화 장치(15, Regasification Plant) 및 터빈(9)으로부터 동력을 전달받아 선박을 추진시키는 프로펠러(11)를 포함한다.
이러한 스팀터빈추진 액화천연가스운반선에는 반드시 보일러(7)가 구비되어 있으며, 이러한 보일러(7)에서 생성된 대량의 스팀으로 터빈(9)과, 발전기(13)와, 재기화 장치(15) 모두를 가동시키게 된다. 즉, 터빈(9)은 스팀에 의해 구동되어 프로펠러(11)를 회전시키며, 발전기(13)는 스팀에 의해 구동되어 선박의 상용전력을 발생시키며, 재기화 장치(15)는 스팀의 고온을 이용하여 액화천연가스를 천연가스로 재기화시킨다.
그러나 이와 같은 종래의 스팀터빈추진 액화천연가스운반선은 스팀 터빈의 효율이 낮다는 단점이 있었다. 이러한 이유로 최근 등장하게 된 것이 전기추진방식 의 액화천연가스 운반선이다. 전기추진방식의 액화천연가스운반선은 4행정 디젤엔진을 통해 추진에 필요한 전력을 생성하며 그 효율이 상대적으로 높다는 장점이 있다.
도 2는 전기추진 액화천연가스운반선의 추진장치를 설명하기 위해 도시한 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전기추진 액화천연가스운반선의 추진장치는 저장 탱크(1)와, 저장 탱크(1)내에서 자연 발생된 자연기화가스(BOG; Boiledoff Gas)를 압축하는 압축기(20)와, 압축된 자연기화가스, 강제기화가스 및 마린디젤오일(21, MDO; Marine Diesel Oil) 중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 가동되는 이중연료엔진(24, DF Engine; Duel Fuel Engine)과, 이중연료엔진(24)의 가동에 의해 전기를 발생시키는 발전기(26)와, 발전기(26)에서 발생된 전기에 의해 구동되는 모터(28)와, 모터(28)의 토크 및 회전수를 적절히 조절하는 감속기(30) 및 감속기(30)의 출력축에 장착되어 구동되는 프로펠러(32)를 포함한다. 이때, 압축된 자연기화가스가 이중연료엔진(24)으로 공급되는 배관상에는 가스소각기(22)가 장착될 수 있는데, 가스소각기(22)는 생성된 자연기화가스의 공급량이 이중연료엔진(24)에서 필요한 수요량보다 과다한 경우 이를 소각시켜 잉여 자연기화가스로 인한 위험을 방지하는 장치이다.
그러나, 종래의 전기추진 액화천연가스운반선의 추진장치에서는 선박의 운행 중 발생하는 잉여 자연기화가스는 사용되지 않고, 가스소각기에서 소각하여 없애기 때문에 에너지 낭비의 측면이 있고, 또한, 이중연료엔진에서 프로펠러까지의 추진력 전달 과정이 발전기와 모터, 감속기를 거치기 때문에 에너지 손실이 많은 문제점이 있었다. 더욱이 발전기와 모터, 감속기 등의 장비들이 많아 초기 설치비가 높아지는 단점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 이중연료엔진에 직접 감속기와 프로펠러를 연결하여 에너지 손실을 줄일 수 있는 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명에서는 보일러의 설치로 잉여 자연기화가스를 이용하여 고온의 스팀을 생성하고, 생성된 스팀을 이용하여 발전기에서 전기를 발생시키도록 하여 잉여 자연기화가스를 태워 없애는 에너지 낭비를 감소시키는 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또, 본 발명에서는 발전기와 모터의 설치 장비의 감소로 초기 장치 설치비를 줄일 수 있는 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템에 있어서, 액화천연가스를 저장하는 저장탱크와, 저장탱크로부터 이어지는 배관상에 설치되어 공급받은 자연기화가스를 압축시키는 컴프레서와, 컴프레서에서 압축된 자연기화가스와 연료 오일중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 가동되는 이중연료엔진과, 이중연료엔진의 출력축에 직접 설치되는 프로펠러를 포함하며, 컴프레서와 연결되는 배관상에 설치되어 고온의 스팀을 생성하는 보일러와, 보일러에 직접 연결 설치되어 생성된 스팀을 이용하여 전기를 발생시키는 발전기를 포함하는 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템을 제공한다.
그리고 바람직하게 이중연료엔진과 프로펠러의 사이에 설치되어 이중연료엔진의 토크 및 회전수를 조절하여 프로펠러를 구동시키는 감속기를 더 포함하며, 더욱 바람직하게 보일러는, 컴프레서에서 압축된 자연기화가스와 연료 오일중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 스팀을 생성할 수 있도록 이중연료사용이 가능한 것을 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템에 따르면, 이중연료엔진에 직접 감속기와 프로펠러를 연결하여 에너지 손실을 줄일 수 있으며, 또한, 보일러의 설치로 잉여 자연기화가스를 이용하여 고온의 스팀을 생성하고, 생성된 스팀을 이용하여 발전기에서 전기를 발생시키도록 하여 잉여 자연기화가스를 태워 없애는 에너지 낭비를 감소시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템의 구성도이다.
도 3에 도시된 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템은, 액화천연가스를 저장하는 저장탱크(100)와, 저장탱크(100)로부터 이어지는 배관(102)상에 설치되어 공급받은 자연기화가스를 압축시키는 컴프레서(110)와, 컴프레서(110)에서 압축된 자연기화가스와 연료 오일중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 가동되는 이중연료엔진(120)과, 이중연료엔진(120)에 직접 설치되는 프로펠러(140) 그리고 컴프레서(110)에 연결되는 보일러(150)와, 보일러(150)에 연결되는 발전기(160)로 구성된다.
여기서 저장탱크(100)에는 기체상태의 천연가스를 극저온으로 액화시켜서 대기압(1.013bar) 상태로 저장하게 되며, 저장탱크(100)로부터 이어지는 배관(102)은 액화천연가스의 수송 중 지속되는 외부로부터의 열전달로 인하여 자연기화가 스(BOG)가 저장탱크(100)에서 발생하면 이를 배출하는 통로가 된다.
그리고 배관(102)상에 설치된 컴프레서(110)에서는 자연기화가스를 압축하기 위하여 설치된 것이다.
그리고 본 발명의 특징에 따라 컴프레서(110)에서 압축된 자연기화가스와 연료 오일중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 가동되는 이중연료엔진(120)의 일단부 출력축(122)에 프로펠러(140)가 설치된다.
이때, 이중연료엔진(120)의 rpm은 선박의 추진에 직접 사용하기에는 상당히 높은 값이므로 프로펠러(140)의 전단부에 감속기(130)를 설치하여 이중연료엔진(120)의 토크 및 회전수를 조절하게 된다.
덧붙여, 4-2개의 이중연료엔진(120)이 한 쌍을 이루고, 이들 한 쌍씩의 이중연료엔진(120)에 감속기(130)와 프로펠러(140)가 설치된다.
한편, 컴프레서(110)와 연결되는 배관(102)상에 설치되어 고온의 스팀을 생성하는 보일러(150)가 설치된다.
보일러(150)는 컴프레서(110)에서 압축된 자연기화가스와 연료 오일중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 스팀을 생성할 수 있도록 이중연료사용이 가능한 것이 바람직하다.
이러한 보일러(150)의 일단부측에 직접 연결 설치되어 생성된 스팀을 이용하여 전기를 발생시키는 발전기(160)가 설치되는 구성을 가진다.
이와 같은 구조로 이루어진 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템의 작용은 다음과 같이 이루어진다.
다시 도 3을 참고하면, 기체상태의 천연가스는 극저온으로 액화되어 대기압(1.013bar)로 저장탱크(cargo tank:100)에 저장된다. 하지만 액화천연가스의 수송중 지속되는 외부로부터의 열전달로 인하여 자연기화가스(BOG)가 발생하며 이는 저장탱크(100)의 압력 상승 요인으로 작용한다. 따라서 저장탱크(100)를 대기압 수준으로 일정하게 유지되도록 하기 위하여 저장탱크(100)의 압력이 1.03bar 에 도달하면 미도시된 안전밸브가 열리고 자연기화가스가 배출된다.
이렇게 배출된 자연기화가스는 배관(102)을 통해 컴프레서(110)에 유입되고, 컴프레서(110)에서 압축된 자연기화가스는 이중연료엔진(120)에서 가동 연료로 사용되고, 이중연료엔진(120)에서는 연료 오일(fuel oil)도 공급받아 가동이 가능하다.
그리고 가동된 이중연료엔진(120)의 출력은 출력축(122)으로 전달되고, 출력축(122)의 높은 토크 및 회전수를 감속기(130)에서 조절하여 프로펠러(140)를 구동시키게 된다.
한편, 보일러(150)에서는 잉여 자연기화가스나 연료 오일을 공급받아 고온의 스팀을 생성하게 되고, 이 생성된 스팀을 이용하여 발전기(160)를 가동시켜 전기를 발생시키게 된다.
그러므로 본 발명에서는 이중연료엔진(120)에 직접 감속기(130)와 프로펠러(140)를 설치하여 에너지 손실과 장치 설치비를 감소시켰으며, 태워 버려지는 잉여 자연기화가스를 보일러(150)에서 발전기(160)를 가동시키는데 사용함으로써, 에너지 효율을 높이게 되었다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템에 대한 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 종래의 재기화 기능을 갖는 스팀터빈추진 액화천연가스운반선의 구성도이고,
도 2는 종래 전기추진 액화천연가스운반선의 추진장치의 구성도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템의 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 저장탱크 102 : 배관
110 : 컴프레서 120 : 이중연료엔진
122 : 출력축 130 : 감속기
140 : 프로펠러 150 : 보일러
160 : 발전기

Claims (3)

  1. 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템에 있어서,
    액화천연가스를 저장하는 저장탱크와,
    상기 저장탱크로부터 이어지는 배관상에 설치되어 공급받은 자연기화가스를 압축시키는 컴프레서와,
    상기 컴프레서에서 압축된 자연기화가스와 연료 오일중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 가동되는 이중연료엔진과,
    상기 이중연료엔진의 출력축에 직접 설치되는 프로펠러를 포함하며,
    상기 컴프레서와 연결되는 배관상에 설치되어 고온의 스팀을 생성하는 보일러와,
    상기 보일러에 직접 연결 설치되어 생성된 스팀을 이용하여 전기를 발생시키는 발전기
    를 포함하는 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이중연료엔진과 상기 프로펠러의 사이에 설치되어 상기 이중연료엔진의 토크및 회전수를 조절하여 상기 프로펠러를 구동시키는 감속기를 포함하는 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보일러는,
    상기 컴프레서에서 압축된 자연기화가스와 연료 오일중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 스팀을 생성할 수 있도록 이중연료사용이 가능한 이중연료사용엔진이 장착된 액화천연가스 운반선의 추진시스템.
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