KR20120017800A - 연료 공급가스 재순환을 이용한 연료 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LNG 저장용기 내부에서 발생된 증발가스를 LNG 기화기를 통한 후 LNG 저장용기로 재순환시켜 LNG 저장용기의 압력을 조절함과 동시에, LNG 기화기에 의해 기화되어 선박엔진으로 공급되는 기화된 LNG 가스 중 일부를 증발가스 공급라인으로 공급하여 증발가스와 혼합시킴으로써 증발가스의 온도를 조절할 수 있도록 하는 연료 공급가스 재순환을 이용한 연료 공급장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은, 선박 엔진과 연결되어 내부에 저장된 LNG 가스를 선박 엔진에 공급하는 LNG 저장용기; 상기 LNG 저장용기와 선박 엔진 사이에 설치되어 LNG 저장용기로부터 공급되는 LNG를 기화시키는 LNG 기화기; 상기 LNG 저장용기와 LNG 기화기를 연결하는 LNG 공급라인 상에 설치되는 LNG 고압펌프; 상기 LNG 기화기와 LNG 저장용기를 서로 연결하는 증발가스 공급라인 상에 설치되어 LNG 저장용기 내부에서 발생된 증발가스를 압축하여 상기 LNG 기화기로 공급하는 증발가스 압축기; 및 상기 LNG 기화기와 LNG 저장용기를 서로 연결하는 압력 조절용 가스 공급라인 상에 설치되는 압력 조절 팽창밸브;로 구성된다.

Description

연료 공급가스 재순환을 이용한 연료 공급장치{Fuel gas supply system using recycled production gas}

본 발명은 연료 공급가스 재순환을 이용한 연료 공급장치에 관한 것으로, 특히 LNG 저장용기 내부에서 발생된 증발가스를 LNG 기화기를 통한 후 LNG 저장용기로 재순환시켜 LNG 저장용기의 압력을 조절함과 동시에, LNG 기화기에 의해 기화되어 선박엔진으로 공급되는 기화된 LNG 가스 중 일부를 증발가스 공급라인으로 공급하여 증발가스와 혼합시킴으로써 증발가스의 온도를 조절할 수 있도록 하는 연료 공급가스 재순환을 이용한 연료 공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 LNG를 선박 연료로 사용하는 고압가스 엔진 시스템의 연료 공급장치는 LNG 저장용기 내부에서 발생한 증발가스를 재액화시키는 증발가스 재액화장치와 LNG 고압펌프와 상기 LNG 고압 펌프 후단에 설치된 열교환기를 이용하여 LNG를 기화하여 고압의 가스(100bar ~ 300bar)를 엔진에 공급하며, 이때 상기 LNG 저장용기는 LNG를 일정압력에서 저장하게 된다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 일반적인 LNG를 선박 연료로 사용하는 고압가스 엔진 시스템의 연료 공급장치는 상기 LNG 저장용기 내부에 저장된 LNG를 선박 엔진에 지속적이고 안정적으로 공급하기 위하여 LNG 저장용기 내부의 압력을 일정 압력 이상으로 유지가 필요하며, 이로 인하여 LNG 저장용기에 메이크 업(Make-up) 가스(LNG 저장용기 재주입 가스)를 별도로 생산 및 제어를 위한 메이크 업 가스의 생산 및 제어를 위한 추가적인 기화기가 필요하였다.

또한 운항 중 LNG 저장용기에서 발생하는 기화가스(BOG) 처리가 필요하며, 이로 인하여 종래의 기술은 기화가스를 별도의 압축기와, 별도의 냉각기를 이용하여 압축, 냉각하거나, 별도의 접촉조를 설치하여 LNG 분무을 통해 기화가스(BOG) 온도가 저하시켜, 이를 통해 압축기의 압축율 및 압축 효율이 향상 시키려는 공정이 제안되었다.

상술한 바와 같이 종래의 일반적인 LNG를 선박 연료로 사용하는 고압가스 엔진 시스템의 연료 공급장치는 메이크 업 가스의 생산 및 제어를 위한 추가적인 별도의 기화기가 필요함으로써 이를 위한 추가적인 배관이 필요함으로써 그 제작비용이 상승된다는 문제점이 있었다. 또한 LNG 저장용기 내 기화가스(BOG)의 온도 강하를 위해 별도의 냉각기 또는 LNG 접촉조를 필요하여 전체 시스템이 복잡한 단점이 있었다.

그리고, 상기와 같이 추가적인 기화기와 배관을 필요로 함으로써 장비의 소형화가 이루어지지 않아 설치 시 선박의 적재공간을 많이 차지한다는 문제점이 있었다.

또한, 상술한 바와 같은 종래의 연료 공급장치는 추가적인 기화기 또는 냉각기를 별도로 가동시켜야 함으로써 운전비의 상승을 초래함은 물론, 추가적인 배관의 설치로 인하여 유지 보수비용 또한 상승된다는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 LNG 기화기의 용량 및 LNG 고압 펌프의 용량을 소형화시킬 수 있으며, 증발가스의 냉각을 위한 별도의 장비나 설비가 필요치 않을 뿐만 아니라, LNG 저장 용기 내부의 압력을 조절하는 별도의 메이크업 가스의 생산 및 제어를 위한 추가적인 기화기가 필요하지 않음으로써 장치 전체의 구조를 단순화하여 소형화가 가능하며 선박의 적재 공간 차지를 최소화할 수 있도록 함과 동시에 안정성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 연료 공급가스 재순환을 이용한 연료 공급장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 연료 공급장치는, 선박 엔진과 연결되어 내부에 저장된 LNG 가스를 선박 엔진에 공급하는 LNG 저장용기; 상기 LNG 저장용기와 선박 엔진 사이에 설치되어 LNG 저장용기로부터 공급되는 LNG를 기화시키는 LNG 기화기; 상기 LNG 저장용기와 LNG 기화기를 연결하는 LNG 공급라인 상에 설치되는 LNG 고압펌프; 상기 LNG 기화기와 LNG 저장용기를 서로 연결하는 증발가스 공급라인 상에 설치되어 LNG 저장용기 내부에서 발생된 증발가스를 압축하여 상기 LNG 기화기로 공급하는 증발가스 압축기; 및 상기 LNG 기화기와 LNG 저장용기를 서로 연결하는 압력 조절용 가스 공급라인 상에 설치되는 압력 조절 팽창밸브;로 구성될 수 있다.

또한, 상기 연료 공급장치는, 상기 LNG 기화기와 선박엔진 사이에 일측이 연결되고 타측은 증발가스 압축기와 LNG 기화기 사이에 위치하도록 증발가스 공급라인 상에 연결되어 LNG 기화기로부터 선박엔진으로 공급되는 LNG 기화가스 중 일부를 증발가스와 혼합하여 LNG 기화기로 재순환시키는 LNG 기화가스 재순환 수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 LNG 기화가스 재순환 수단은, 상기 LNG 기화기와 선박엔진 사이에 일측이 연결되며, 타측은 증발가스 압축기와 LNG 기화기 사이에 위치하도록 증발가스 공급라인 상에 연결되는 LNG 기화가스 재순환 라인; 및 상기 LNG 기화가스 재순환 라인 상에 설치된 재순환 LNG 기화가스 압력 및 온도 제어밸브;로 구성될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 연료 공급가스 재순환을 이용한 연료 공급장치는, LNG 기화기를 통해 기화된 LNG 가스의 일부를 압력 및 온도 조절을 하여 증발가스 공급라인으로 재순환시켜 증발가스 압축기에 의해 압축되어 기화기로 공급되는 증발가스와 혼합하여 증발가스의 온도를 조절할 수 있으므로 증발가스 냉각에 필요한 냉각기와 같은 설비가 필요 없다.

또한, 상기 증발가스는 LNG 기화기에 1차적인 열원으로 활용됨으로써 LNG 기화에 필요한 에너지를 절감할 수 있어 LNG 기화기의 용량을 감소시킬 수 있다.

또한, 압력 조절 팽창밸브에 의해 필요한 압력과 온도로 감압 감온되어 압력 조절용 가스 공급라인을 통해 LNG 저장용기 내부로 공급되는 증발가스는 LNG 저장용기의 내부 압력을 조절할 수 있도록 함으로써 LNG 저장용기의 내부 압력을 조절하기 위한 별도의 메이크업 가스의 생산 및 제어를 위한 추가적인 기화기의 설치가 필요 없으므로 전체 장비가 단순해져 관련 장비의 설치비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, LNG 공급라인을 통해 LNG 저장용기로부터 LNG 기화기로 공급되는 LNG를 가압함으로써 LNG 기화를 위한 LNG 고압 펌프의 용량의 소형화에 기여할 수 있다.

그리하여 본 발명은 LNG 연료 공급장치의 단순화와 안정적인 운전이 가능하여 이에 따른 장치비의 절감과 더불어 소형화가 가능하며 관련 배관 작업의 단순화로 선박의 적재 공간 차지를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 운전비용과 더불어 유지 보수비용을 획기적으로 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연료 공급장치를 설명하기 위한 구성도

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 연료 공급장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 1을 참조하면 본 발명에 따른 연료 공급장치는, LNG 저장용기(10), LNG 기화기(11), LNG 고압펌프(12), 증발가스 압축기(13), 압력 조절 팽창밸브(14)로 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 연료 공급장치의 LNG 저장용기(10)는 선박엔진과(15) 연결되어 내부에 충진된 LNG를 LNG 기화기(11)를 통해 기화시켜 선박엔진(15)으로 공급하는 것이며, 상기와 같은 LNG 저장용기(10)로는 일반적인 LNG 저장용기를 사용할 수도 있을 뿐만 아니라, 고압에 견딜 수 있는 구조의 소형 실린더 형태로 형성된 저장용기를 사용할 수도 있다.

상기 LNG 기화기(11)는 상기 LNG 저장용기(10)와 선박엔진(15) 사이에 설치되어 상기 LNG 저장용기(10)로부터 공급되는 LNG를 기화시킨다.

상기 LNG 고압펌프(12)는 상기 LNG 저장용기(10)와 LNG 기화기(11)를 연결하는 LNG 공급라인(16) 상에 설치되어 상기 LNG 저장용기(10) 내에 저장된 LNG를 설정된 압력으로 가압하여 상기 LNG 기화기(11)로 공급한다.

상기 증발가스 압축기(13)는 상기 LNG 기화기(11)와 LNG 저장용기(10)를 서로 연결하는 증발가스 공급라인(17) 상에 설치되어 상기 LNG 저장용기(10) 내부에서 발생된 증발가스를 압축하여 상기 LNG 기화기(11)로 공급한다.

상기 압력 조절 팽창밸브(14)는 상기 LNG 기화기(11)와 LNG 저장용기(10)를 서로 연결하는 압력 조절용 가스 공급라인(18) 상에 설치되어 상기 LNG 기화기(11)로부터 LNG 저장용기(10)로 공급되는 압력 조절용 재순환 증발가스를 설정된 압력과 온도까지 감압 감온시켜 LNG 저장용(10)기 내부로 공급한다.

또한, 본 발명에 따른 연료 공급장치는, 상기 LNG 기화기(11)와 선박엔진(15) 사이에 일측이 연결되고, 타측은 증발가스 압축기(12)와 LNG 기화기(11) 사이에 위치하도록 증발가스 공급라인(17) 상에 연결되어 상기 LNG 기화기(11)로부터 선박엔진(15)으로 공급되는 LNG 기화가스 중 일부를 LNG 저장용기(10)로부터 증발가스 공급라인(17)을 통해 LNG 기화기(11)로 공급되는 증발가스와 혼합하여 LNG 기화기(11)로 재순환시키는 LNG 기화가스 재순환 수단(19)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 LNG 기화가스 재순환 수단(19)은, 상기 LNG 기화기(11)와 선박엔진(15) 사이에 일측이 연결되며, 타측은 증발가스 압축기(12)와 LNG 기화기(11) 사이에 위치하도록 상기 증발가스 공급라인(17) 상에 연결되는 LNG 기화가스 재순환 라인(190)과, 상기 LNG 기화가스 재순환 라인(190) 상에 설치된 재순환 LNG 기화가스 압력 및 온도 제어밸브(191)로 구성될 수 있다.

다시, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 연료 공급장치의 작용 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 연료 공급가스 재순환을 이용한 연료 공급장치는 LNG 저장용기(10)에 저장되어 있는 LNG를 선박의 추진 연료로 사용하기 위해 먼저 LNG 고압펌프(12)를 작동시켜 상기 LNG 저장용기(10) 내부에 저장되어 있는 LNG를 설정된 압력으로 가압하여 LNG 기화기(11)로 공급하게 된다.

이와 동시에, 상기 LNG 저장용기(10) 내부에서 발생된 증발가스는 증발가스 공급라인(17)을 통해 상기 증발가스 압축기(13)로 공급되어 설정된 압력으로 압축된 후 LNG 기화기(11)로 공급된다.

상기와 같이 LNG 고압펌프(12)에 의해 설정된 압력으로 가압되어 LNG 기화기(11)로 공급된 LNG는 상기 LNG 기화기(11)에 의해 기화되어 선박엔진(15)으로 공급되며, 상기 LNG 기화기(11)를 통해 기화되어 선박엔진(15)으로 공급되는 기화된 LNG 가스 중 일부는 LNG 기화가스 재순환 수단(19)의 LNG 기화가스 재순환 라인(190)을 통해 증발가스 압축기(13)에 의해 압축되어 LNG 기화기(11)로 공급되는 증발가스와 혼합되어 LNG 기화기(11)로 공급될 수 있도록 증발가스 공급라인(17)으로 공급된다. 이때, LNG 기화가스 재순환 라인(190)을 통해 증발가스 공급라인(17)으로 공급되는 기화된 LNG 가스는 상기 LNG 기화가스 재순환 라인(190) 상에 설치된 재순환 LNG 기화가스 압력 및 온도 제어 밸브(191)에 의해 설정된 압력과 온도로 감압 감온된다.

상기와 같이 LNG 기화기(11)에 의해 기화되어 LNG 기화가스 재순환 라인(190)을 통해 기화된 LNG 가스는 증발가스 공급라인(17)으로 공급되어 LNG 저장용기(10) 내부에서 발생되어 증발가스 압축기(13)에 의해 설정된 압력으로 압축된 증발가스와 혼합됨으로써 상기 증발가스 공급라인(17)을 통해 LNG 기화기(11)로 공급되는 증발가스의 온도를 별도의 냉각 없이 조절할 수 있도록 한다.

상기와 같이 LNG 기화가스 재순환 라인(190)을 통해 증발가스 공급라인(17)으로 공급되는 기화된 LNG 가스와 혼합되어 온도 조절된 증발가스는 상기 증발가스 공급라인(17)을 통해 LNG 기화기(11)로 공급되어 LNG 공급라인(16)을 통해 LNG 기화기(11)로 공급되는 LNG와 열 교환 되어 상기 LNG를 1차적으로 가열하게 되며, 상기 증발가스와 열 교환되어 1차적으로 가열된 LNG는 LNG 기화기(11)의 열매체와 2차 열 교환되어 선박엔진(15)에 필요한 고압의 LNG 가스로 기화되어 선박엔진(15)으로 공급되며, 이중 일부는 상술한 바와 같이 재순환 LNG 기화가스 압력 및 온도 제어밸브(191)에 의해 필요한 압력과 온도로 조절된 후 LNG 기화가스 재순환 라인(190)을 통해 증발가스 공급라인(17)으로 공급된다.

그리고, 상기 LNG와 열 교환된 증발가스는 압력 조절용 가스 공급라인(18)을 통해 LNG 저장용기(10) 내부로 공급되어 LNG 저장용기(10) 내부의 압력을 조절하되, 상기 압력 조절용 가스 공급라인(18) 상에 설치된 압력 조절 팽창밸브(14)에 의해 설정된 압력과 온도로 감압 및 감온되어 압력 조절용 가스 공급라인(18)을 통해 LNG 저장용기(10) 내부로 공급되어 메이크업(Make-up) 가스 역할을 수행함으로써 LNG 저장용기(10) 내부의 압력을 조절할 수 있도록 함으로써 LNG 저장용기(10)의 내부 압력을 조절하기 위한 별도의 메이크업 가스의 생산 및 제어를 위한 추가적인 기화기의 설치가 필요 없으므로 전체 장비가 단순해져 관련 장비의 설치비가 절감되는 장점이 있으므로 장치의 신뢰도를 향상시킴과 동시에 운전비용과 유지 보수비용을 절감할 수 있도록 한다.

여기서, 상기 압력 조절 팽창밸브(14)에 의해 필요한 압력과 온도로 감압 감온되어 압력 조절용 가스 공급라인(18)을 통해 LNG 저장용기(10) 내부로 공급되는 증발가스는 LNG 저장용기(10)의 내부 압력을 조절할 뿐만 아니라, LNG 공급라인(16)을 통해 LNG 저장용기(10)로부터 LNG 기화기(11)로 공급되는 LNG를 가압함으로써 LNG 기화를 위한 LNG 고압펌프(12)의 용량의 소형화에 기여한다.

그리고, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연료 공급가스 재순환을 이용한 연료 공급장치는, LNG 기화기(11)를 통해 기화된 LNG 가스의 일부를 압력 및 온도 조절을 하여 증발가스 공급라인(17)으로 재순환시켜 증발가스 압축기(13)에 의해 압축되어 LNG 기화기(11)로 공급되는 증발가스와 혼합하여 증발가스의 온도를 조절할 수 있으므로 증발가스 냉각에 필요한 냉각기와 같은 설비가 필요 없으므로 LNG 연료 공급장치의 단순화와 안정적인 운전이 가능하여 이에 따른 장치비의 절감과 더불어 소형화가 가능하며 관련 배관 작업의 단순화로 선박의 적재 공간 차지를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 증발가스는 LNG 기화기(11)에 1차적인 열원으로 활용됨으로써 LNG 기화에 필요한 에너지를 절감할 수 있어 LNG 기화기(11)의 용량을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(10) : LNG 저장용기 (11) : LNG 기화기
(12) : LNG 고압펌프 (13) : 증발가스 압축기
(14) : 압력 조절 팽창밸브 (15) : 선박 엔진
(16) : LNG 공급라인 (17) : 증발가스 공급라인
(18) : 압력 조절용 가스 공급라인 (19) : LNG 기화가스 재순환 수단
(190) : LNG 기화가스 재순환 라인
(191) : 재순환 LNG 기화가스 압력 및 온도 제어밸브

Claims (3)

1. 선박 엔진과 연결되어 내부에 저장된 LNG 가스를 선박 엔진에 공급하는 LNG 저장용기;
   상기 LNG 저장용기와 선박 엔진 사이에 설치되어 LNG 저장용기로부터 공급되는 LNG를 기화시키는 LNG 기화기;
   상기 LNG 저장용기와 LNG 기화기를 연결하는 LNG 공급라인 상에 설치되는 LNG 고압펌프;
   상기 LNG 기화기와 LNG 저장용기를 서로 연결하는 증발가스 공급라인 상에 설치되어 LNG 저장용기 내부에서 발생된 증발가스를 압축하여 상기 LNG 기화기로 공급하는 증발가스 압축기; 및
   상기 LNG 기화기와 LNG 저장용기를 서로 연결하는 압력 조절용 가스 공급라인 상에 설치되는 압력 조절 팽창밸브;로 구성된 것을 특징으로 하는 연료 공급가스 재순환을 이용한 연료 공급장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 연료 공급장치는,
   상기 LNG 기화기와 선박엔진 사이에 일측이 연결되고 타측은 증발가스 압축기와 LNG 기화기 사이에 위치하도록 증발가스 공급라인 상에 연결되어 LNG 기화기로부터 선박엔진으로 공급되는 LNG 기화가스 중 일부를 재순환시켜 증발가스와 혼합하여 LNG 기화기로 공급하는 LNG 기화가스 재순환 수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료 공급가스 재순환을 이용한 연료 공급장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 LNG 기화가스 재순환 수단은,
   상기 LNG 기화기와 선박엔진 사이에 일측이 연결되며, 타측은 증발가스 압축기와 LNG 기화기 사이에 위치하도록 증발가스 공급라인 상에 연결되는 LNG 기화가스 재순환 라인; 및
   상기 LNG 기화가스 재순환 라인 상에 설치된 재순환 LNG 기화가스 압력 및 온도 제어밸브;로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급가스 재순환을 이용한 연료 공급장치.
   
   
   
   
   
   
   

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