KR20120125129A

KR20120125129A - Lng carrier having a fuel gas supply system for high pressure gas injection engine

Info

Publication number: KR20120125129A
Application number: KR1020110059482A
Authority: KR
Inventors: 김동찬; 류승각; 안재완; 손수정
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2012-11-14

Abstract

PURPOSE: A LNG carrying ship with a fuel gas supply system for a high pressure gas injection engine is provided to reduce evaporative gas so that the LNG is stably supplied to an engine. CONSTITUTION: A LNG carrying ship comprises a LNG storage tank(101), a high pressure injection engine, and a fuel gas supply system(S). The high pressure injection engine generates thrust using LNG in the storage tank. The fuel gas supply system supplies LNG from a LNG storage tank to the high pressure injection engine. The LNG supplied to the high pressure injection engine is discharged from the LNG storage tank in order to reduce evaporative gas. The LNG storage tank is placed near an engine room where the high pressure injection engine is installed.

Description

LNG carrier with fuel gas supply system for high pressure gas injection engine {LNG CARRIER HAVING A FUEL GAS SUPPLY SYSTEM FOR HIGH PRESSURE GAS INJECTION ENGINE}

본 발명은 LNG 연료탱크에서 배출된 LNG 또는 증발가스를 연료로서 고압가스 분사엔진에 공급하는 연료가스 공급 시스템을 갖는 LNG 운반선에 관한 것이다.The present invention relates to an LNG carrier having a fuel gas supply system for supplying LNG or boiled gas discharged from an LNG fuel tank to a high-pressure gas injection engine as a fuel.

일반적으로, 선박에서 배출되는 폐기가스 중 국제 해사 기구(International Maritime Organization)의 규제를 받고 있는 것은 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)이며, 이산화탄소(CO₂)의 배출도 규제하려 하고 있다. 특히, 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)의 경우, 1997년 해상오염 방지협약(MARPOL; The Prevention of Marine Pollution from Ships) 의정서를 통하여 제기되고, 8년이라는 긴 시간이 소요된 후 2005년 5월에 발효요건을 만족하여 현재 강제규정으로 이행되고 있다.In general, it is nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) that are regulated by the International Maritime Organization among the waste gas discharged from ships, and is trying to regulate the emission of carbon dioxide (CO ₂ ). Particularly, in the case of nitrogen oxide (NOx) and sulfur oxides (SOx), it was submitted through the Protocol of the Maritime Pollution Prevention Convention (MARPOL) in 1997, In May, the requirements for the fermentation were satisfied and the regulations are being implemented.

따라서, 이러한 규정을 충족시키기 위하여 질소산화물(NOx) 배출량을 저감하기 위하여 다양한 방법들이 소개되고 있는데, 이러한 방법 중에서 LNG 운반선을 위하여 고압 천연가스 분사 엔진, 예를 들어 ME-GI 엔진이 개발되어 사용되고 있다.Therefore, in order to meet these regulations, various methods have been introduced to reduce NOx emissions. Among these methods, a high pressure natural gas injection engine, for example, a ME-GI engine, has been developed and used for LNG carriers. .

이와 같은 ME-GI 엔진은 LNG(Liquefied Natural Gas)를 극저온에 견디는 저장탱크에 저장하여 운반하도록 하는 LNG 운반선 등과 같은 해상 구조물(본 명세서에서 해상 구조물이란, LNG 운반선, LNG RV, 일반상선 등의 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 플랜트까지도 모두 포함하는 개념이다.)에 설치될 수 있으며, 이 경우 천연가스를 연료로 사용하게 되며, 그 부하에 따라 대략 150 ? 300 bara(절대압력) 정도의 고압의 가스 공급 압력이 요구된다.Such a ME-GI engine is an offshore structure such as an LNG carrier for storing and transporting LNG (Liquefied Natural Gas) in a cryogenic storage tank (in the present specification, the offshore structure is a vessel such as an LNG carrier, an LNG RV, or a commercial vessel). , And even offshore plants such as LNG FPSO and LNG FSRU.) In this case, natural gas is used as fuel. A gas supply pressure of high pressure of around 300 bara (absolute pressure) is required.

LNG 저장탱크가 설치되지 않은 일반상선 등에 ME-GI 엔진을 적용하기 위해서는 연료로서의 LNG를 수용할 수 있는 LNG 연료탱크가 설치된다.In order to apply ME-GI engines to commercial ships without LNG storage tanks, LNG fuel tanks that can accommodate LNG as fuel are installed.

ME-GI 엔진은 필요시 재액화(liquefaction) 장치가 추가로 설치될 경우, 가스와 연료유 가격의 변화와 배출가스의 규제 정도에 따라 증발가스(Boil Off Gas; BOG)를 연료로 사용할 것인지, 아니면 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 보내고 중유(Heavy Fuel Oil; HFO)를 사용할 것인지 선택할 수 있는 장점이 있으며, 특히, 환경오염과 관련한 특정규제를 받는 해역을 통과시 간편하게 LNG를 기화시켜서 연료로 사용할 수 있으며, 차세대 친환경적인 엔진으로서 효율이 50%에 육박하여 향후에는 LNG 운반선의 메인 엔진으로서 사용될 수 있다.The ME-GI engine will use Boil Off Gas (BOG) as a fuel if additional liquefaction equipment is installed if necessary, depending on changes in gas and fuel oil prices and the degree of regulation of emissions. Alternatively, it is possible to re-liquefy the boil-off gas to the storage tank and use heavy fuel oil (HFO) .In particular, LNG can be easily vaporized when passing through a sea area subject to specific regulations related to environmental pollution. It can be used as a next-generation environmentally friendly engine, which is nearly 50% efficient and can be used as the main engine of LNG carriers in the future.

LNG 저장탱크(혹은 LNG 연료탱크)에 수용되어 있는 LNG(혹은 증발가스)를 연료로서 ME-GI 엔진에 공급하기 위해, 연료가스 공급 시스템(fuel gas supply system)이 구비되어야 한다.In order to supply LNG (or evaporated gas) contained in the LNG storage tank (or LNG fuel tank) to the ME-GI engine as fuel, a fuel gas supply system must be provided.

국제특허공개공보 제 WO 2009/011497 호 및 제 WO 2009/136793 호 등에는 이러한 연료가스 공급 시스템의 예가 개시되어 있다.Examples of such fuel gas supply systems are disclosed in WO 2009/011497, WO 2009/136793, and the like.

국제특허공개공보 제 WO 2009/011497 호에는, LNG 저장탱크로부터 배출되는 LNG를 기화기에서 기화시킨 후 ME-GI 엔진과 같은 고압가스 분사엔진에 공급하는 동시에, LNG 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 상기 기화기에서 LNG와 열교환하여 액화시키는 연료가스 공급 시스템이 개시되어 있다.International Patent Publication No. WO 2009/011497 discloses that vaporized LNG discharged from an LNG storage tank is vaporized in a vaporizer and then supplied to a high-pressure gas injection engine such as an ME-GI engine, and the boil-off gas discharged from the LNG storage tank is described above. A fuel gas supply system for liquefying heat exchange with LNG in a vaporizer is disclosed.

국제특허공개공보 제 WO 2009/136793 호에는, LNG 저장탱크로부터 배출되는 LNG를 고압 펌프에서 압축한 후 증발기에서 증발시켜 ME-GI 엔진과 같은 가스 엔진에 공급하는 동시에, LNG 저장탱크로부터 배출되는 증발가스를 증발가스 압축기에서 압축한 후 극저온 열교환기에서 재액화하여 고압 펌프에 공급되는 LNG와 혼합해서 가스 엔진에 공급하는 연료가스 공급 시스템이 개시되어 있다.International Patent Publication No. WO 2009/136793 discloses that LNG discharged from an LNG storage tank is compressed by a high pressure pump and then evaporated in an evaporator to be supplied to a gas engine such as a ME-GI engine, and at the same time evaporated from the LNG storage tank. A fuel gas supply system is disclosed in which a gas is compressed in an evaporative gas compressor and then liquefied in a cryogenic heat exchanger, mixed with LNG supplied to a high pressure pump, and supplied to a gas engine.

이와 같은 연료가스 공급 시스템은 엔진에서 요구하는 상태, 즉 엔진에서 요구하는 온도 및 압력의 연료가스를 공급하기 위하여 필수적인 요소이다.Such a fuel gas supply system is essential for supplying fuel gas in a state required by the engine, that is, a temperature and pressure required by the engine.

여러 종류의 선박 중 ME-GI 엔진에 의해 추진력을 발생시키는 LNG 운반선의 경우에는, 별도의 연료용 LNG 탱크를 설치할 필요 없이 LNG 저장탱크로부터 LNG를 배출시켜 엔진에 연료로서 공급할 수 있다.In the case of an LNG carrier which generates propulsion by a ME-GI engine among various types of ships, it is possible to discharge LNG from the LNG storage tank and supply it as fuel to the engine without installing a separate LNG tank for fuel.

다만, 엔진에 공급하는 연료로서의 LNG는 고압 펌프와 고압 기화기를 통해 이송되는데, LNG는 극저온 유체이기 때문에 주위로부터 공급되는 열에 의해 증발가스가 지속적으로 발생할 수 있다. 증발가스가 발생하면 고압 펌프에서의 흡입에 문제가 발생하기 때문에 극저온 유체인 LNG의 안정적인 공급을 위해서는 이송중 증발가스의 발생을 감소시킬 필요가 있다.However, LNG as a fuel to be supplied to the engine is transported through a high pressure pump and a high pressure vaporizer. Since LNG is a cryogenic fluid, boil-off gas may be continuously generated by heat supplied from the surroundings. Since the generation of boil-off gas causes a problem in the suction of the high-pressure pump, it is necessary to reduce the generation of the boil-off gas during transportation for the stable supply of the cryogenic fluid LNG.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, LNG의 이송중 증발가스의 발생을 감소시켜 엔진까지의 LNG 공급을 안정적으로 수행할 수 있도록, 연료가스 공급 시스템을 저장탱크로부터 엔진에 연료를 공급하는 라인과 가능한 한 가깝게 위치시킨, 고압가스 분사엔진용 연료가스 공급 시스템을 갖는 LNG 운반선을 제공하고자 하는 것이다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, the fuel gas supply system from the storage tank to the engine to stably supply the LNG to the engine by reducing the generation of boil-off gas during transportation of LNG It is an object of the present invention to provide an LNG carrier having a fuel gas supply system for a high pressure gas injection engine, which is located as close as possible to the fuel supply line.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, LNG를 저장하여 운반하기 위한 LNG 운반선으로서, LNG를 수용하도록 설치되는 복수의 LNG 저장탱크와; 상기 LNG 저장탱크에 저장되어 있는 LNG를 연료로서 사용하여 추진력을 발생시키기 위한 고압가스 분사엔진과; 연료로서 사용하기 위한 LNG를 상기 LNG 저장탱크에서 상기 고압가스 분사엔진까지 공급하기 위한 연료가스 공급 시스템; 을 포함하며, 상기 고압가스 분사엔진에 공급되는 LNG는, 이송되는 도중에 외부로부터의 열공급으로 인한 증발가스 발생을 감소시킬 수 있도록, 복수의 상기 LNG 저장탱크 중에서 상기 고압가스 분사엔진이 설치된 엔진실에 인접한 LNG 저장탱크로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선이 제공된다.According to the present invention for achieving the above object, a LNG carrier for storing and transporting LNG, a plurality of LNG storage tanks installed to receive LNG; A high pressure gas injection engine for generating propulsion by using LNG stored in the LNG storage tank as fuel; A fuel gas supply system for supplying LNG for use as fuel from the LNG storage tank to the high pressure gas injection engine; The LNG supplied to the high-pressure gas injection engine may include an engine chamber in which the high-pressure gas injection engine is installed among a plurality of LNG storage tanks so as to reduce the generation of boil-off gas due to heat supply from the outside during transportation. An LNG carrier is provided which is discharged from an adjacent LNG storage tank.

복수의 상기 LNG 저장탱크는 선체의 길이방향을 따라 배열되며, 상기 고압가스 분사엔진에 공급되는 LNG는, 복수의 상기 LNG 저장탱크 중에서 상기 엔진실에 인접한 선미측 2개의 LNG 저장탱크로부터 배출되는 것이 바람직하다.The plurality of LNG storage tanks are arranged along the longitudinal direction of the hull, and the LNG supplied to the high-pressure gas injection engine is discharged from the two LNG storage tanks on the stern side adjacent to the engine chamber among the plurality of LNG storage tanks. desirable.

상기 연료가스 공급 시스템은, 선체의 길이방향에 있어서, 선미측에 배치되는 상기 엔진실과, 상기 엔진실에서 가장 가까운 위치에 배치된 상기 LNG 저장탱크와의 사이에 배치되는 것이 바람직하다.It is preferable that the said fuel gas supply system is arrange | positioned between the said engine compartment arrange | positioned at the stern side in the longitudinal direction of a ship body, and the said LNG storage tank arrange | positioned at the position closest to the said engine compartment.

상기 연료가스 공급 시스템은, 상기 엔진실과 주거공간 사이에 상하로 배치되는 것이 바람직하다.The fuel gas supply system is preferably disposed up and down between the engine compartment and the living space.

상기 주거공간의 안전성을 확보하기 위해서, 상기 연료가스 공급 시스템과 상기 주거공간 사이에는 보호 수단이 설치되는 것이 바람직하다.In order to ensure the safety of the living space, it is preferable that a protection means is installed between the fuel gas supply system and the living space.

상기 연료가스 공급 시스템은, 상기 LNG 저장탱크에서 배출된 LNG를 상기 고압가스 분사엔진에서 요구하는 정도의 압력으로 압축시키는 고압 펌프와, 상기 고압 펌프에서 압축된 LNG를 기화시키는 고압 기화기와, 상기 LNG 저장탱크로부터 상기 고압가스 분사엔진에 이르는 각종 배관 및 밸브를 포함하는 것이 바람직하다.The fuel gas supply system includes a high pressure pump for compressing LNG discharged from the LNG storage tank to a pressure required by the high pressure gas injection engine, a high pressure vaporizer for vaporizing LNG compressed by the high pressure pump, and the LNG. It is preferable to include various pipes and valves from the storage tank to the high-pressure gas injection engine.

사전에 연료로 사용될 가스를 상기 고압 기화기로부터 공급받아 저장하고 있다가 상기 고압가스 분사엔진의 부하 증가시 저장된 연료가스를 상기 고압가스 분사엔진에 공급하여, 상기 고압가스 분사엔진의 부하 변동에 추종할 수 있도록 하는 버퍼 탱크를 더 포함하는 것이 바람직하다.The gas to be used as fuel is stored in advance by the high-pressure vaporizer, and the stored fuel gas is supplied to the high-pressure gas injection engine when the load of the high-pressure gas injection engine increases, so as to follow the load variation of the high-pressure gas injection engine. It is preferable to further include a buffer tank to enable.

본 발명의 다른 측면에 따르면, LNG를 저장하여 운반하기 위한 LNG 운반선으로서, LNG를 수용하도록 선체의 내부에 길이방향을 따라 배열되는 복수의 LNG 저장탱크와; 상기 LNG 저장탱크에 저장되어 있는 LNG를 연료로서 사용하여 추진력을 발생시키기 위한 고압가스 분사엔진과; 연료로서 사용하기 위한 LNG를 상기 LNG 저장탱크에서 상기 고압가스 분사엔진까지 공급하기 위한 연료가스 공급 시스템; 을 포함하며, 상기 고압가스 분사엔진에 공급되는 LNG는, 복수의 상기 LNG 저장탱크 중에서 선미로부터 첫 번째 및 두 번째에 배치된 LNG 저장탱크로부터 연료 배출 펌프에 의해 배출되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선이 제공된다.According to another aspect of the present invention, an LNG carrier for storing and transporting LNG, comprising: a plurality of LNG storage tanks arranged along the longitudinal direction in the hull to accommodate LNG; A high pressure gas injection engine for generating propulsion by using LNG stored in the LNG storage tank as fuel; A fuel gas supply system for supplying LNG for use as fuel from the LNG storage tank to the high pressure gas injection engine; LNG, which is supplied to the high-pressure gas injection engine, is a LNG carrier which is discharged by a fuel discharge pump from a LNG storage tank disposed first and second from the stern among the plurality of LNG storage tanks. Is provided.

본 발명에 따르면, 연료가스 공급 시스템을 저장탱크로부터 엔진에 연료를 공급하는 라인과 가능한 한 가깝게 위치시킨, 고압가스 분사엔진용 연료가스 공급 시스템을 갖는 LNG 운반선이 제공될 수 있다.According to the present invention, there can be provided an LNG carrier having a fuel gas supply system for a high pressure gas injection engine, wherein the fuel gas supply system is located as close as possible to the line for supplying fuel from the storage tank to the engine.

그에 따라 본 발명에 따른 LNG 운반선에 의하면, LNG의 이송중 증발가스의 발생을 감소시켜 엔진까지의 LNG 공급을 안정적으로 수행할 수 있게 된다.Accordingly, according to the LNG carrier according to the present invention, it is possible to stably supply the LNG to the engine by reducing the generation of boil-off gas during the transfer of LNG.

도 1은 본 발명에 따른 고압가스 분사엔진용 연료가스 공급 시스템의 고압 펌프에서 엔진까지의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고압가스 분사엔진용 연료가스 공급 시스템의 버퍼 탱크 충전 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 고압가스 분사엔진용 연료가스 공급 시스템의 직접 가스 공급 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 고압가스 분사엔진용 연료가스 공급 시스템의 버퍼 탱크 사용 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 고압가스 분사엔진용 연료가스 공급 시스템의 왕복동식 펌프의 다양한 실시형태에 따른 냉각장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 고압가스 분사엔진용 연료가스 공급 시스템의 저장탱크에서 고압 펌프까지의 개략 구성도로서, LNG의 원활한 공급을 위해 시스템을 쿨 다운시키는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 고압가스 분사엔진용 연료가스 공급 시스템을 구비한 LNG 운반선을 나타낸 도면이다.
도 14a 및 도 14b는 LNG 운반선에서의 연료가스 공급 시스템의 배치 위치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic configuration diagram from a high pressure pump to an engine of a fuel gas supply system for a high pressure gas injection engine according to the present invention.
2 is a view for explaining the buffer tank filling mode of the fuel gas supply system for a high-pressure gas injection engine according to the present invention.
3 is a view for explaining a direct gas supply mode of the fuel gas supply system for a high-pressure gas injection engine according to the present invention.
4 is a view for explaining a buffer tank use mode of the fuel gas supply system for a high-pressure gas injection engine according to the present invention.
5 to 8 are views for explaining a cooling apparatus according to various embodiments of the reciprocating pump of the fuel gas supply system for a high-pressure gas injection engine according to the present invention.
9 to 12 is a schematic configuration diagram from a storage tank to a high pressure pump of a fuel gas supply system for a high pressure gas injection engine according to the present invention, and illustrates a process of cooling down the system for smooth supply of LNG. .
13 is a view showing an LNG carrier having a fuel gas supply system for a high pressure gas injection engine according to the present invention.
14A and 14B are views for explaining an arrangement position of a fuel gas supply system in an LNG carrier.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the following examples can be modified in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

도 1은 본 발명에 따른 고압가스 분사엔진, 예컨대 ME-GI 엔진을 갖는 해상 구조물의 연료가스 공급 시스템을 도시한 구성도이다. 본 발명의 고압가스 분사엔진용 연료가스 공급 시스템은 액화천연가스를 고압가스 분사엔진의 연료로 사용할 수 있는 모든 종류의 해상 구조물, 즉 LNG 운반선, LNG RV, 컨테이너선, 일반상선과 같은 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 해상 플랜트에 적용될 수 있다.1 is a block diagram showing a fuel gas supply system of an offshore structure having a high-pressure gas injection engine, for example, a ME-GI engine according to the present invention. The fuel gas supply system for the high pressure gas injection engine of the present invention includes all kinds of offshore structures that can use liquefied natural gas as a fuel of the high pressure gas injection engine, that is, vessels such as LNG carriers, LNG RVs, container ships, general commercial ships, etc. It can be applied to offshore plants such as LNG, FPSO and LNG FSRU.

LNG 운반선 등과 같이 LNG의 저장 또는 운반을 위한 LNG 저장탱크가 구비되어 있는 해상 구조물의 경우에는 이 LNG 저장탱크 내의 LNG를 고압가스 분사엔진에 연료로서 공급한다. 또한, 컨테이너선이나 일반상선 등과 같이 LNG의 저장 또는 운반을 위한 LNG 저장탱크가 별도로 구비되어 있지 않은 해상 구조물의 경우에는 연료로서의 LNG를 저장하는 LNG 연료탱크로부터 LNG를 배출시켜 고압가스 분사엔진에 공급한다. 다만, 본 명세서에 있어서, LNG 저장탱크는 LNG 연료탱크를 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.In the case of an offshore structure equipped with an LNG storage tank for storing or transporting LNG, such as an LNG carrier, the LNG in the LNG storage tank is supplied as a fuel to the high-pressure gas injection engine. In the case of offshore structures that do not have a separate LNG storage tank for storing or transporting LNG, such as container ships or commercial ships, LNG is discharged from the LNG fuel tank that stores LNG as fuel and supplied to the high-pressure gas injection engine. do. However, in the present specification, the LNG storage tank should be understood as a concept including an LNG fuel tank.

본 발명에 따른 고압가스 분사엔진을 갖는 해상 구조물의 연료가스 공급 시스템에 따르면, LNG 저장탱크(또는 LNG 연료탱크)(도시생략)에서 배출된 LNG(또는 증발가스)는, 연료 공급 라인(L1)을 통하여 이송되면서 펌프(20)에서 고압으로 압축되고 기화기(5)에서 기화된 후 ME-GI 엔진 등의 고압가스 분사엔진(1)에 연료로서 공급된다. 증발가스의 경우에는 재액화된 후 이송되는 LNG와 혼합되어 함께 고압가스 분사엔진을 향하여 이송될 수 있다.According to the fuel gas supply system of the offshore structure having the high-pressure gas injection engine according to the present invention, the LNG (or boil-off gas) discharged from the LNG storage tank (or LNG fuel tank) (not shown), the fuel supply line (L1) While being conveyed through the pump 20 is compressed to high pressure and vaporized in the carburetor 5 is supplied as fuel to the high-pressure gas injection engine 1, such as ME-GI engine. In the case of the boil-off gas may be mixed with the LNG to be liquefied and then transported to the high-pressure gas injection engine.

기화기(5)의 상류측에는, 극저온 장비로서 액면상의 맥동을 흡수 및 감소시키기 위한 맥동 댐퍼(3)가 설치된다. 펌프(20)는 극저온에 적용하여 LNG를 가압할 수 있는 왕복동식 펌프인 것이 바람직하다. 펌프(20)는 LNG를 대략 150 내지 300 bara 정도의 고압으로 압축할 수 있는 고압 펌프이다. 본 명세서에서 "고압" 이라는 용어는, ME-GI 엔진과 같은 가스 엔진에서 요구하는 연료가스의 압력범위, 예를 들어 대략 150 내지 300 bara 정도의 범위의 압력을 의미한다.The upstream side of the vaporizer | carburetor 5 is provided with the pulsation damper 3 for absorbing and reducing pulsation on a liquid surface as cryogenic equipment. The pump 20 is preferably a reciprocating pump capable of pressurizing LNG by applying to cryogenic temperatures. The pump 20 is a high pressure pump capable of compressing LNG to a high pressure of about 150 to 300 bara. As used herein, the term "high pressure" means a pressure range of a fuel gas required by a gas engine such as a ME-GI engine, for example, a pressure in the range of about 150 to 300 bara.

기화기(5)는 고압 기화기로서 액체 상태의 LNG를 열매체와 열교환시킴으로써 가열하여 기화시킨다.The vaporizer | carburetor 5 is a high pressure vaporizer, and heats and vaporizes liquid LNG by heat-exchanging with a heat medium.

초기 시동시, 연료 공급라인(L1)에는 시스템 냉각을 위해 액체질소(즉, 액화질소; LN2)가 주입될 수 있으며, 연료 공급라인(L1)에 주입된 액체질소는 기화기(5)의 하류측에서 액체질소 배출라인(L2)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 액체질소 배출라인(L2)에는 소음기(도시생략)가 설치될 수 있다.At initial start-up, the fuel supply line L1 may be injected with liquid nitrogen (ie, liquid nitrogen; LN2) for cooling the system, and the liquid nitrogen injected into the fuel supply line L1 is downstream of the vaporizer 5. From the liquid nitrogen discharge line (L2) can be discharged to the outside. Liquid nitrogen discharge line (L2) may be provided with a silencer (not shown).

본 발명에 따르면, 연료 공급라인(L1)의 기화기(5)와 고압가스 분사엔진(1) 사이에 일정량의 연료가스를 고압 상태로 수용할 수 있는 버퍼 탱크(11)가 설치된다. 버퍼 탱크(11)는 단열되지 않아 외부 환경에 영향을 받을 수 있다. 버퍼 탱크(11)의 외부 온도가 버퍼 탱크(11) 내에 수용된 연료가스의 온도보다 높을 경우, 버퍼 탱크(11)에 수용된 연료가스는 외부로부터 공급되는 열에 의해 가열될 수 있다. 버퍼 탱크(11)는 대략 300바의 압력에 견딜 수 있는 구조를 가지며, CNG용 저장탱크와 같은 구조를 가질 수 있다.According to the present invention, between the vaporizer 5 and the high-pressure gas injection engine 1 of the fuel supply line (L1) is provided a buffer tank (11) capable of receiving a predetermined amount of fuel gas at a high pressure. The buffer tank 11 is not insulated and may be affected by the external environment. When the external temperature of the buffer tank 11 is higher than the temperature of the fuel gas contained in the buffer tank 11, the fuel gas contained in the buffer tank 11 may be heated by heat supplied from the outside. The buffer tank 11 has a structure capable of withstanding a pressure of approximately 300 bar, and may have a structure such as a storage tank for CNG.

버퍼 탱크(11)는 충전라인(L3) 및 사용라인(L4)을 통해 연료 공급라인(L1)과 병렬적으로 연결된다. 충전라인(L3)에는 체크밸브(12)가 설치되고, 사용라인(L4)에는 바이패스 밸브(13)가 설치된다. 연료 공급라인(L1)에는, 엔진 조건에 부합하는 연료의 양을 제어하도록 유량조절을 위한 컨트롤 밸브(14), 셧 오프(shut off) 기능을 갖는 마스터 밸브로서의 개폐 밸브(15), 그리고 엔진 조건에 부합하는 연료의 온도를 맞춰주기 위한 가스 히터(16)가 상류측에서 하류측 방향으로 순차 설치된다. 컨트롤 밸브(14)는 연료 공급라인(L1)에서 충전라인(L3)이 분기되는 지점의 하류측, 그리고 사용라인(L4)이 연결되는 지점의 상류측에 설치된다. 개폐 밸브(15) 및 가스 히터(16)는 연료 공급라인(L1)에서 사용라인(L4)이 연결되는 지점의 하류측에 순서대로 설치된다.The buffer tank 11 is connected in parallel with the fuel supply line L1 through the filling line L3 and the use line L4. The check valve 12 is installed in the filling line L3, and the bypass valve 13 is installed in the use line L4. In the fuel supply line L1, a control valve 14 for adjusting the flow rate to control the amount of fuel corresponding to the engine condition, an on / off valve 15 as a master valve having a shut off function, and the engine condition Gas heaters 16 for adjusting the temperature of the fuel in accordance with are sequentially installed from the upstream side to the downstream side. The control valve 14 is installed downstream of the point where the filling line L3 branches in the fuel supply line L1 and upstream of the point where the use line L4 is connected. The on-off valve 15 and the gas heater 16 are installed in the downstream side of the point where the use line L4 is connected in the fuel supply line L1.

버퍼 탱크를 가지는 연료가스 공급 시스템은, 필요에 따라 버퍼 탱크 충전 모드, 직접 가스 공급 모드, 그리고 버퍼 탱크 사용 모드 등으로 운전될 수 있다. 도 2 내지 도 4를 참조하여 각 모드를 상세하게 설명한다. 도 2 내지 도 4에서, 밸브의 내부에 빗금을 그은 것은 밸브가 개방된 상태임을 의미하며, 밸브의 내부에 빗금이 없는 것은 밸브가 폐쇄된 상태임을 의미한다.The fuel gas supply system having a buffer tank can be operated in a buffer tank filling mode, a direct gas supply mode, a buffer tank use mode, and the like, as necessary. Each mode will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4. 2 to 4, hatching the inside of the valve means that the valve is open, and no hatching inside the valve means that the valve is closed.

도 2를 참조하여 버퍼 탱크 충전 모드를 설명한다. 버퍼 탱크(11)에 연료가스를 충전하기 위해서는 체크 밸브(12)를 열고, 바이패스 밸브(13), 컨트롤 밸브(14) 및 개폐 밸브(15)를 닫는다. 체크 밸브(12)가 개방되면 충전라인(L3)을 통해 대략 300바 정도의 고압으로 압축된 연료가스(즉, 천연가스)가 버퍼 탱크(11)에 공급된다. 버퍼 탱크(11)에 대한 가스연료의 충전이 완료되면, 체크 밸브(12)를 닫는다.The buffer tank filling mode will be described with reference to FIG. 2. In order to fill the fuel tank 11 with fuel gas, the check valve 12 is opened, and the bypass valve 13, the control valve 14, and the open / close valve 15 are closed. When the check valve 12 is opened, the fuel gas (that is, natural gas) compressed to a high pressure of about 300 bar is supplied to the buffer tank 11 through the filling line L3. When filling of the gas fuel to the buffer tank 11 is completed, the check valve 12 is closed.

도 3을 참조하여 직접 가스 공급 모드를 설명한다. 고압가스 분사엔진(1)이 운전될 때, 요구되는 부하가 급격하게 변동하지 않는 경우에는 기화기(5)로부터 연료 공급라인(L1)을 통하여 연료가스를 공급받는다. 이때에는 체크 밸브(12) 및 바이패스 밸브(13)를 닫고, 컨트롤 밸브(14) 및 개폐 밸브(15)를 연다. 직접 가스 공급 모드에 있을 때, 체크 밸브(12)의 개방정도를 조절하면 버퍼 탱크(11)의 충전을 동시에 진행할 수 있다.A direct gas supply mode will be described with reference to FIG. 3. When the high-pressure gas injection engine 1 is operated, when the required load does not fluctuate rapidly, the fuel gas is supplied from the vaporizer 5 through the fuel supply line L1. At this time, the check valve 12 and the bypass valve 13 are closed, and the control valve 14 and the open / close valve 15 are opened. When in the direct gas supply mode, by adjusting the opening degree of the check valve 12, the filling of the buffer tank 11 can proceed simultaneously.

도 4를 참조하여 버퍼 탱크 사용 모드를 설명한다. 고압가스 분사엔진(1)이 운전될 때, 초기 시동시나 출력 급상승시와 같이 요구되는 부하가 급격하게 변동하는 경우에는 기화기(5)로부터의 연료 공급만으로는 고압가스 분사엔진(1)에 충분한 연료를 공급할 수 없다. 이때에는 체크 밸브(12) 및 컨트롤 밸브(14)를 닫고, 바이패스 밸브(13) 및 개폐 밸브(15)를 열어, 버퍼 탱크(11) 내에 저장된 연료가스를 고압가스 분사엔진(1)에 공급한다.A buffer tank use mode will be described with reference to FIG. 4. When the high pressure gas injection engine 1 is operated, when the required load suddenly changes, such as during initial start-up or output sudden increase, sufficient fuel is supplied to the high pressure gas injection engine 1 only by supplying fuel from the vaporizer 5. Can't supply At this time, the check valve 12 and the control valve 14 are closed, the bypass valve 13 and the opening / closing valve 15 are opened, and the fuel gas stored in the buffer tank 11 is supplied to the high pressure gas injection engine 1. do.

이와 같이 고압가스 분사엔진(1)의 부하가 급격하게 변동하는 경우에는 버퍼 탱크에 저장되어 있던 연료가스를 사용하여 부하 변동에 대응한다. 본 명세서에서 "고압가스 분사엔진(1)의 부하가 급격하게 변동하는 경우" 란, 고압가스 분사엔진(1)에서 요구하는 부하가 연료 공급라인(L1)에 설치되어 있는 펌프(20) 또는 기화기(5) 등의 장비의 용량을 넘어 변동하는 경우를 의미한다.In this way, when the load of the high-pressure gas injection engine 1 fluctuates rapidly, the fuel gas stored in the buffer tank is used to cope with the load fluctuation. In the present specification, the term "when the load of the high pressure gas injection engine 1 fluctuates rapidly" means that the pump 20 or the carburetor in which the load required by the high pressure gas injection engine 1 is installed in the fuel supply line L1. (5) It means the case of fluctuating beyond the capacity of equipment.

본 발명에 따르면, 고압가스 분사엔진(1)에서 요구하는 부하가 연료 공급라인(L1)에 설치되어 있는 펌프(20) 또는 기화기(5) 등의 장비의 용량을 넘어 변동하더라도, 버퍼 탱크(11)에 의해 급격하게 변동하는 부하에 대처할 수 있게 된다. 그에 따라 각종 구성품들의 크기 및 용량이 급격하게 변동하는 고압가스 분사엔진(1)의 부하 최대치를 만족시킬 필요가 없어, 각종 구성품들의 크기 및 용량이 지나치게 커질 필요가 없고, 연료가스 공급 시스템을 구성하기 위해 소요되는 비용을 절감할 수 있다.According to the present invention, even if the load required by the high-pressure gas injection engine 1 fluctuates beyond the capacity of equipment such as the pump 20 or the vaporizer 5 installed in the fuel supply line L1, the buffer tank 11 It is possible to cope with a suddenly changing load. Accordingly, it is not necessary to satisfy the load maximum value of the high-pressure gas injection engine 1 in which the size and capacity of the various components change rapidly, and the size and capacity of the various components do not need to be excessively large, and to configure the fuel gas supply system. To reduce the cost.

버퍼 탱크(11)에서 연료가스가 배출됨에 따라 버퍼 탱크의 내부압력이 감압되면 배출되는 연료가스의 온도가 하강할 수 있다. 이때 연료가스의 온도가 엔진에서 요구하는 온도 이하로 하강할 경우, 가스 히터(16)에 의해 연료가스를 가열한 후 엔진에 공급할 수 있다.
As the fuel gas is discharged from the buffer tank 11, when the internal pressure of the buffer tank is reduced, the temperature of the discharged fuel gas may decrease. In this case, when the temperature of the fuel gas falls below the temperature required by the engine, the fuel gas may be heated by the gas heater 16 and then supplied to the engine.

이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 고압가스 분사엔진용 연료가스 공급 시스템의 왕복동식 펌프의 다양한 실시형태에 따른 냉각장치를 설명한다.5 to 8, a cooling apparatus according to various embodiments of a reciprocating pump of a fuel gas supply system for a high pressure gas injection engine according to the present invention will be described.

왕복동식 펌프(20)는, 모터(22)에 의해 구동하는 구동부(21)와, 이 구동부(21)에 의해 동작하면서 유체, 즉 LNG를 흡입하여 소정의 압력으로 압축하여 배출하는 토출부(25)를 포함한다. 모터(22)의 회전력은 풀리(23)를 통해 구동부(21)에 전달될 수 있다. 구동부(21)의 크랭크 샤프트가 회전함에 따라 커넥팅 로드 등의 연결부를 통하여 토출부(25)의 피스톤 또는 플런저가 실린더 내에서 왕복운동하면서 유체를 압축하여 배출한다.The reciprocating pump 20 includes a drive unit 21 driven by a motor 22 and a discharge unit 25 that operates by the drive unit 21 and sucks fluid, that is, LNG, compresses and discharges the fluid to a predetermined pressure. ). The rotational force of the motor 22 may be transmitted to the driver 21 through the pulley 23. As the crankshaft of the drive unit 21 rotates, the piston or plunger of the discharge unit 25 compresses and discharges the fluid while reciprocating in the cylinder through a connecting unit such as a connecting rod.

펌프(20)의 유입구와 연료 공급라인(L1) 사이에는 가요성 호스(60)가 설치될 수 있으며, 그에 따라 연료 공급라인(L1)을 구성하는 파이프와 펌프(20)의 유입구가 정확하게 정렬되지 않더라도 그 연결작업을 용이하게 수행할 수 있다.A flexible hose 60 may be installed between the inlet of the pump 20 and the fuel supply line L1, so that the pipe constituting the fuel supply line L1 and the inlet of the pump 20 are not aligned correctly. If not, the connection can be easily performed.

구동부(21)에는 크랭크 샤프트와 커넥팅 로드의 동작을 윤활하기 위한 윤활유가 주입되어 있는데, 펌프(20)의 동작이 계속됨에 따라 윤활유의 온도가 상승하므로 윤활유를 냉각시킬 필요가 있다.
Lubricating oil is injected into the driving unit 21 to lubricate the operation of the crankshaft and the connecting rod. As the operation of the pump 20 continues, the temperature of the lubricating oil rises, so it is necessary to cool the lubricating oil.

선박용 극저온 왕복동식 펌프는 피스톤(Piston) 또는 플린저(Plunge)가 실린더 내를 왕복운동 함으로써 액체를 흡입하여 소요의 압력으로 토출하는 펌프이다. 이러한 왕복동 펌프는 높은 압력을 비교적 간단하게 얻을 수 있고, 유량 정도가 좋으며 다른 유량제어 장치를 설치하지 않아도 되는 등의 특징이 있다. 그러나 극저온 유체를 사용하는 펌프는 상온에 의한 열 유입으로 인해 쉽게 기화되고, 발생하는 증기(Vapor)로 인해 제대로 흡입(Suction)이 되지 않는 현상이 발생하게 된다. 또한 선박의 경우 육상과 비교하여 배치에 따른 제약 사항이 있기 때문에 펌프설치 시에 흡입 및 배출 영역에 따른 검토가 필수적이다.The cryogenic reciprocating pump for ships is a pump in which a piston or a plunger reciprocates in a cylinder to inhale liquid and discharge the liquid at a required pressure. Such a reciprocating pump has characteristics such that high pressure can be obtained relatively simply, the flow rate is good, and there is no need to install another flow control device. However, the pump using the cryogenic fluid is easily vaporized due to the heat inflow at room temperature, the suction is not properly due to the generated vapor (Vapor). In addition, in the case of ships, there are limitations in terms of layout compared to onshore, so it is necessary to examine the suction and discharge areas when installing the pump.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박용 극저온 초고압 천연가스 공급 장치용 왕복동식 펌프의 흡입 장치에 있어서, 흡입(Suction) 라인에 비교적 여유를 허용하지 않는 배관을 사용하는 것이 아니라 극저온 가요성 호스(60)를 사용함으로써 움직임이 상대적으로 자유로워 배치에 따른 제약을 받지 않게 되며 펌프의 흡입(Suction) 라인에 충분히 큰 사이즈, 즉 대직경의 가요성 호스를 적용하여 효율적인 흡입이 가능하게 할 수 있다.According to another aspect of the present invention, in the suction device of the reciprocating pump for cryogenic ultra-high pressure natural gas supply device for ships, the cryogenic flexible hose 60, rather than using a pipe that does not allow a relatively margin to the suction line (60) By using, the movement is relatively free and is not restricted by the arrangement, and the suction tube of the pump can be efficiently suctioned by applying a sufficiently large size, that is, a large diameter flexible hose, to the suction line of the pump.

가요성 호스(60)로서는 제일산업(Jeil Industrial co., ltd.)의 JEIL F-A 내지 F-R과 같은 제품이나, 대성이엔지(Dae Sung Engineering co.)의 DS 01 내지 08과 같은 제품을 사용할 수 있다. 가요성 호스(60)로서는 양단에 플랜지가 일체로 형성된 SUS 소재의 것을 사용할 수 있으며, 양단의 플랜지를 각각 배관 말단의 플랜지 및 펌프의 흡입구에 체결함으로써 가요성 호스를 설치할 수 있다.As the flexible hose 60, a product such as JEIL F-A to F-R of Jeil Industrial Co., Ltd., or a product such as DS 01 to 08 of Dae Sung Engineering Co. can be used. As the flexible hose 60, a SUS material having flanges integrally formed at both ends can be used, and the flexible hose can be installed by fastening the flanges at both ends to the flange at the pipe end and the suction port of the pump, respectively.

펌프의 토출구에는 충격완화수단으로서 한글 디귿자 혹은 미음자 형태를 가지도록 굴곡된 파이프가 연결될 수 있으며, 그에 따라 펌프의 진동을 이 충격완화수단에 의해 토출측 배관에 전달하지 않을 수 있다.
The pipe may be connected to the discharge port of the pump to be bent in the form of a Hangul dejaja or a consonant as a shock-absorbing means, and thus the vibration of the pump may not be transmitted to the discharge-side pipe by the shock-relaxing means.

펌프에 동력을 전달하기 위한 대표적인 방법으로는 벨트, 기어, 체인 구동 방식 등이 있다. 이 중 V-벨트 구동 방식은 벨트와 벨트 풀리(Pulley)와의 마찰에 의해 회전하는 동력을 전달하게 되는데, 펌프쪽 풀리와 모터쪽 풀리간 벨트의 일정한 장력이 없으면 벨트의 슬립 현상이 발생하게 된다. 벨트의 슬립이 발생하게 되면 펌프의 효율이 저하되며 소음이 발생하고, 마찰에 의한 발열로 인하여 벨트의 손상 위험이 따르게 된다.Typical methods for transmitting power to the pump include belts, gears, and chain drives. Among these, the V-belt driving method transmits the rotating power by friction between the belt and the belt pulley (Pulley). If there is no constant tension of the belt between the pump pulley and the motor pulley, the belt slippage occurs. When the slip of the belt occurs, the efficiency of the pump is lowered, noise is generated, and the belt is damaged due to heat generated by friction.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 벨트를 이용하는 펌프의 슬립 여부를 측정하기 위한 방법 및 구조가 제공된다.According to another aspect of the invention, a method and structure are provided for measuring whether a pump slips using a belt.

우선 벨트로 연결되는 펌프와 모터의 풀리간의 지름(Diameter = D1 : d1)을 비교하여 이 비율(ratio)을 기준으로 설정한다. 그리고 펌프와 모터의 회전 구동부에 각각의 근접 센서(Proximity sensor)를 장착하여 회전 속도(rpm)에 대한 비율을 풀리간의 지름 비율과 상호 비교한다. 만약 펌프 구동 중 벨트에 슬립이 발생하게 되면, 근접 센서로 측정된 회전 속도(rpm)에 대한 비율(ratio)이 풀리간의 지름 비율에 대하여 오차를 발생하게 될 것이며 그 오차로 인하여 벨트의 슬립 여부를 판단할 수 있다.First, the diameter (Diameter = D1: d1) between the pump connected to the belt and the pulley of the motor is compared and set based on this ratio. In addition, each proximity sensor is mounted on the rotation drive unit of the pump and the motor to compare the ratio of the rotational speed (rpm) with the diameter ratio between the pulleys. If the belt slips while the pump is running, the ratio of the rotational speed (rpm) measured by the proximity sensor will cause an error in the diameter ratio between the pulleys. You can judge.

근접 센서는 펌프 및 모터의 각 풀리의 회전속도를 측정하기 위한 장치로서, 풀리의 회전속도를 측정할 수 있다면 어떠한 구성의 센서라도 사용할 수 있다.
Proximity sensor is a device for measuring the rotational speed of each pulley of the pump and motor, any sensor of any configuration can be used if the rotational speed of the pulley can be measured.

도 5에 도시된 제1 실시예의 냉각장치는 윤활유를 펌프(20)의 내외로 순환시키는 윤활유 순환라인(L5)과, 이 윤활유 순환라인(L5)에 설치되어 윤활유를 냉각시키는 라디에이터(31)와, 윤활유를 순환시키기 위한 윤활유 펌프(33)를 포함한다. 윤활유 순환라인(L5)에는 복수의 밸브(35, 36, 37)가 설치될 수 있다. 윤활유 순환라인(L5)은 폐루프를 구성한다.The cooling apparatus of the first embodiment shown in FIG. 5 includes a lubricating oil circulation line L5 for circulating lubricating oil into and out of the pump 20, and a radiator 31 installed in the lubricating oil circulation line L5 to cool the lubricating oil. And a lubricating oil pump 33 for circulating the lubricating oil. A plurality of valves 35, 36, and 37 may be installed in the lubricating oil circulation line L5. Lubricating oil circulation line (L5) constitutes a closed loop.

도 6에 도시된 제2 실시예의 냉각장치는 도 5에 도시된 제1 실시예의 냉각장치에 비해 라디에이터 대신 열교환기(41)를 사용한다는 점에서 상이하다. 열교환기(41)에는 펌프(20)에서 압축되어 배출되는 LNG가 우회라인(L6)을 통해 부분적으로 우회되어 공급된다. LNG의 온도는 윤활유에 비해 상대적으로 저온이므로 윤활유를 냉각시킬 수 있다.The cooling device of the second embodiment shown in FIG. 6 differs in that it uses a heat exchanger 41 instead of a radiator as compared to the cooling device of the first embodiment shown in FIG. The LNG, which is compressed and discharged from the pump 20, is partially bypassed and supplied to the heat exchanger 41 through the bypass line L6. Since the temperature of the LNG is relatively low compared to the lubricant, it is possible to cool the lubricant.

도 7에 도시된 제3 실시예의 냉각장치는 도 5에 도시된 제1 실시예의 냉각장치에 비해 라디에이터 대신 열교환기(45)를 사용한다는 점에서 상이하다. 열교환기(45)에는 해수(또는 청수) 혹은 공기가 윤활유와의 열교환을 위해 공급될 수 있다.The cooling device of the third embodiment shown in FIG. 7 is different in that it uses a heat exchanger 45 instead of a radiator as compared to the cooling device of the first embodiment shown in FIG. The heat exchanger 45 may be supplied with sea water (or fresh water) or air for heat exchange with the lubricating oil.

도 8에 도시된 제4 실시예의 냉각장치는 개방형 루프를 이룬다는 점에서 폐쇄형 루프를 이루는 상술한 제1 내지 제3 실시예의 냉각장치와 상이하다. 제4 실시예의 냉각장치는 액체질소 탱크(51)로부터 질소 공급라인(L7)을 통해 공급되는 질소에 의해 펌프(20)의 구동부(21)를 냉각한다. 액체질소의 공급량은 개폐 밸브(52)에 의해 조절될 수 있으며, 액체질소는 히터(53)에 의해 가열되어 기화된 후 펌프(20)에 공급되는 것이 바람직하다.The cooling device of the fourth embodiment shown in FIG. 8 is different from the cooling devices of the above-described first to third embodiments forming a closed loop in that the cooling device of the fourth embodiment is an open loop. The cooling apparatus of the fourth embodiment cools the drive unit 21 of the pump 20 by nitrogen supplied from the liquid nitrogen tank 51 through the nitrogen supply line L7. The supply amount of the liquid nitrogen can be adjusted by the on-off valve 52, the liquid nitrogen is preferably heated by the heater 53 is vaporized and then supplied to the pump 20.

펌프(20)에 공급되어 펌프의 구동부(21)를 냉각시키고 자신은 가열된 질소는 펌프(20)의 외부로 배출된 후 다시 펌프의 연결부(27)에 공급될 수 있다. 연결부(27)에 공급되는 질소의 양은 밸브(55)에 의해 조절될 수 있다. 연결부(27)는 토출부(25)와 구동부(21) 사이에 위치되어 구동부의 구동력을 커넥팅 로드(28) 등에 의해 토출부에 전달한다.It is supplied to the pump 20 to cool the driving unit 21 of the pump and the heated nitrogen itself is discharged to the outside of the pump 20 may be supplied to the connection portion 27 of the pump again. The amount of nitrogen supplied to the connection 27 can be controlled by the valve 55. The connection part 27 is positioned between the discharge part 25 and the drive part 21 to transmit the driving force of the drive part to the discharge part by the connecting rod 28 or the like.

커넥팅 로드(28) 등이 배치되는 펌프의 연결부(27)는 토출부(25)로부터 지속적으로 냉열을 공급받아 냉각되며, 결빙이 발생할 수 있다. 그러나, 구동부(21)에서 가열된 질소를 연결부(27)에 공급함으로써 연결부(27)의 온도를 상승시킬 수 있다.The connecting portion 27 of the pump in which the connecting rod 28 or the like is disposed is cooled by continuously receiving cold heat from the discharge portion 25, and freezing may occur. However, the temperature of the connection portion 27 can be increased by supplying nitrogen heated in the drive portion 21 to the connection portion 27.

또한, 토출부(25)에서 LNG의 누출이 발생하더라도, 연결부(27)를 통과하는 질소에 의해 누출된 가스가 구동부(21) 측으로 전달되지 않아 폭발 사고를 미연에 방지할 수 있다. 이때 연결부(27)에 공급되는 질소 가스는 토출부(25)와 구동부(21) 사이를 서로 격리시키는 실 가스(seal gas)로서 기능한다.In addition, even if leakage of LNG occurs in the discharge part 25, the gas leaked by nitrogen passing through the connection part 27 is not transferred to the driving part 21, so that an explosion accident can be prevented in advance. At this time, the nitrogen gas supplied to the connecting portion 27 functions as a seal gas that isolates the discharge portion 25 and the driving portion 21 from each other.

연결부(27)에서 배출되는 질소는, 그대로 대기중에 배출될 수도 있고, 필요시 질소 공급라인(L7)을 통해 질소 저장탱크(57)에 저장되어 재사용될 수도 있다.
Nitrogen discharged from the connection portion 27 may be discharged to the atmosphere as it is, or may be stored and reused in the nitrogen storage tank 57 through the nitrogen supply line (L7) if necessary.

LNG을 연료로 하는 엔진에 있어서 가장 최적의 방법으로 연료를 공급하는 방법인 고압 펌프와 고압 기화기 시스템에 있어서 고압 펌프에 LNG를 원활하게 공급하기 위해 석션 드럼(Suction drum)이 필요하고, 석션 드럼에 연료를 공급하기 위해 저압 펌프가 필요하게 된다. 이 저압 펌프, 석션 드럼, 및 고압 펌프는 운전하기 전에 쿨 다운(Cool down)이 필요한데, 이러한 쿨 다운 작업을 신속하고 원활하게 하기 위해 저압 펌프를 바이패스하는 라인을 두어 석션 드럼 및 고압펌프에 대한 쿨 다운 작업시 액화질소(LN2)를 잘 공급할 수 있도록 한다.In the high-pressure pump and high-pressure carburetor system, which is a method of supplying fuel in the most optimal way for an LNG fueled engine, a suction drum is required to smoothly supply LNG to the high-pressure pump. Low pressure pumps are needed to supply fuel. These low pressure pumps, suction drums, and high pressure pumps require a cool down prior to operation, and a line for bypassing the low pressure pump is provided for suction drums and high pressure pumps to quickly and smoothly perform this cool down operation. Ensure a good supply of liquid nitrogen (LN2) during cool down operations.

또한, 저압펌프의 쿨 다운 작업을 양호하게 실시하기 위해 저압펌프 배출라인(Discharge line) 상에 벤트 밸브(vent valve) 및 저장탱크로 증발가스(vapor)을 보내는 라인을 추가하여, 펌프가 정지되어 있을 때에는 증발가스 복귀 라인(vapor return line)의 밸브를 개방하여 연속적으로 쿨 다운 상태를 유지할 수 있도록 하며, 운전 전에는 필요시 벤트 밸브를 개방하여 추가의 쿨 다운 작업을 실시한 후에 운전한다.In addition, in order to perform a good cooling down operation of the low pressure pump, a pump is added to the vent valve and a storage tank to send evaporation gas to the low pressure pump discharge line. If present, the valve of the vapor return line is opened to maintain the cool down continuously. Before operation, the vent valve is opened to perform additional cool down work if necessary.

초기 쿨 다운은 액화질소(LN2)를 이용하고, 이 경우에는 벤트 라인, 석션 드럼 등에 액화질소(LN2)를 흘려 저압펌프의 쿨 다운을 실시하고, 저압펌프 쿨 다운 후에는 바이패스 밸브를 이용하여 본격적으로 석션 드럼 및 고압펌프의 쿨 다운을 실시한다.In the initial cool down, liquid nitrogen (LN2) is used.In this case, liquid nitrogen (LN2) is poured into a vent line or suction drum to cool down the low pressure pump, and after the low pressure pump cools down, a bypass valve is used. Cool down the suction drum and high pressure pump in earnest.

쿨 다운이 완료된 후에는 LNG을 이용하여 석션 드럼에 LNG를 공급하고, 공급이 완료되면 증발가스 복귀 밸브를 개방하여 저압펌프 쿨 다운 상태를 지속시켜 준다.After the cool down is completed, the LNG is supplied to the suction drum using LNG, and when the supply is completed, the boil-off valve is opened to maintain the low pressure pump cool down state.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 극저온 유체 중에서도 LNG(Liquefied Natural Gas)를 사용하는데 있어서 연료인 LNG를 사용하기 이전에 LN2(액화질소; Liquefied Nitrogen) 및 상호 밸브(Remote valves)들 간의 최적화된 내부 로직을 구성함으로써 효율적이면서도 안전하게 쿨 다운을 실시하고 LNG을 원활하게 공급하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, optimized use between LN2 (Liquefied Nitrogen) and remote valves prior to using LNG as a fuel in the use of LNG (Liquefied Natural Gas) even in cryogenic fluids By configuring the logic, a system and method are provided for efficient and safe cool down and smooth supply of LNG.

도 1에는 본 발명에 따른 고압가스 분사엔진용 연료가스 공급 시스템의 고압 펌프 하류측의 개략 구성도가 도시되어 있으며, 도 9에는 본 발명에 따른 고압가스 분사엔진용 연료가스 공급 시스템의 고압 펌프 상류측의 개략 구성도가 도시되어 있다.1 is a schematic configuration diagram of a downstream side of a high pressure pump of a fuel gas supply system for a high pressure gas injection engine according to the present invention, and FIG. 9 is a high pressure pump upstream of a fuel gas supply system for a high pressure gas injection engine according to the present invention. A schematic configuration diagram of the side is shown.

도 10에는 LN2를 이용한 쿨 다운 작업과정이 개략적으로 도시되어 있다. LN2 탱크(109)로부터의 LN2는 도면에서 점선으로 표시된 라인을 따라 유동하면서 밸브(111, 112, 115, 119, 120), 저압펌프(feed pump)(103), 석션 드럼(105) 등의 각종 장비 및 배관을 냉각시킨다.10 schematically illustrates a cool down process using LN2. The LN2 from the LN2 tank 109 flows along the line indicated by the dashed line in the drawing, and various valves 111, 112, 115, 119, 120, a low pressure pump 103, a suction drum 105, and the like. Cool equipment and piping.

도 11에는 LN2를 이용한 쿨 다운 작업이 완료된 후 시스템의 작동 중에 필요에 따라 LNG를 이용한 쿨 다운 작업과정이 개략적으로 도시되어 있다. LNG 저장탱크(101)로부터의 LNG는 도면에서 점선으로 표시된 라인을 따라 유동하면서 밸브(114, 115, 116, 119), 저압펌프(103), 석션 드럼(105) 등의 각종 장비 및 배관을 냉각시킨다. 한편, 밸브(111)와 밸브(112) 사이의 배관에 고여 있는 액화질소는 기화된 후 밸브(113)를 통해 벤트될 수 있다. 증발가스는 밸브(116) 및 증발가스 복귀라인을 통해 LNG 저장탱크(101)에 복귀될 수 있다.11 schematically illustrates a cool down operation using LNG as necessary during operation of the system after the cool down operation using the LN 2 is completed. The LNG from the LNG storage tank 101 flows along the line indicated by the dotted line in the figure, cooling various equipment and piping such as the valves 114, 115, 116, 119, the low pressure pump 103, the suction drum 105, and the like. Let's do it. Meanwhile, the liquid nitrogen accumulated in the pipe between the valve 111 and the valve 112 may be vented through the valve 113 after being vaporized. The boil-off gas may be returned to the LNG storage tank 101 through the valve 116 and the boil-off gas return line.

도 12에는 저압펌프 즉 이송펌프(feed pump)(103)를 부스터 펌프로서 활용하는 방법이 개략적으로 도시되어 있다. 대략 2.5bar 이하의 압력으로 저장된 LNG 탱크(101)의 LNG는 저압펌프(103)에 의해 대략 5 내지 10bar 정도로 가압된 후 고압펌프(107)에 공급된다.12 schematically illustrates a method of utilizing a low pressure pump, that is, a feed pump 103 as a booster pump. The LNG of the LNG tank 101 stored at a pressure of about 2.5 bar or less is pressurized by about 5 to 10 bar by the low pressure pump 103 and then supplied to the high pressure pump 107.

저압펌프(103)를 부스터 펌프로서 활용할 경우, 석션 드럼(105)은 사용하지 않을 수 있다. 석션 드럼(105)은 고압펌프(107)에 LNG를 원활하게 공급하기 위한 용기이고, 저압펌프(103)는 이 석션 드럼에 LNG를 공급하여 채우기 위한 용도로 사용될 수 있다. 도 9 내지 도 12의 고압펌프(107)는 도 1의 왕복동식 펌프(20)와 동일한 구성이나, 편의상 부재번호를 따로 부여하였다.
When the low pressure pump 103 is utilized as a booster pump, the suction drum 105 may not be used. The suction drum 105 is a container for smoothly supplying LNG to the high pressure pump 107, and the low pressure pump 103 may be used for supplying and filling LNG to the suction drum. The high pressure pump 107 of FIGS. 9 to 12 has the same configuration as the reciprocating pump 20 of FIG. 1, but has been given a member number separately for convenience.

본 발명의 연료가스 공급 시스템이 LNG 저장탱크가 다수개, 즉 4개 혹은 5개 구비된 LNG 운반선에 적용될 경우, 연료로서 사용되는 LNG는 밸러스트 등의 이유로, 선수로부터 2번째 내지 3번째(탱크 4개의 경우), 혹은 2번째 내지 4번째(탱크 5개의 경우) 탱크에서 배출될 수 있다.When the fuel gas supply system of the present invention is applied to an LNG carrier having a plurality of LNG storage tanks, that is, four or five, the LNG used as fuel is the second to the third (tank 4) from the bow for reasons of ballast. Dogs), or from the second to fourth tanks (five tanks).

다만, LNG의 이송 경로가 길어질수록 증발가스의 발생량이 많아질 수 있으며 전체 시스템의 효율을 감안할 때, 엔진에서 가장 가까운 곳에 위치하는 LNG 저장탱크로부터 LNG를 배출시켜 연료로서 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 연료로서 사용할 LNG를 하나의 LNG 저장탱크로부터만 배출시켜 사용할 경우, 배관의 밸브나 펌프 등의 고정시 연료를 공급하지 못하는 문제가 발생할 수 있으므로, 적어도 2개의 LNG 저장탱크로부터 LNG를 배출시켜 연료로서 사용할 수 있도록 시스템을 구성하는 것이 바람직하다.However, the longer the transport path of the LNG, the greater the amount of generated evaporated gas, and considering the efficiency of the entire system, it is preferable to discharge the LNG from the LNG storage tank located closest to the engine to use as fuel. In addition, if the LNG to be used as fuel is discharged from only one LNG storage tank, it may cause a problem that can not supply the fuel when fixing the valves, pumps, etc. of the pipe, it is possible to discharge the LNG from at least two LNG storage tanks It is desirable to configure the system for use as fuel.

예를 들어, LNG 저장탱크가 4개 설치된 LNG 운반선의 경우에는 선수로부터 3번째 내지 4번째(3번 및 4번 탱크)에 위치된 LNG 저장탱크로부터 LNG를 배출시켜 사용하고, LNG 저장탱크가 5개 설치된 LNG 운반선의 경우에는 도 13에 도시된 바와 같이 선수로부터 4번째 내지 5번째(4번 및 5번 탱크)에 위치된 LNG 저장탱크로부터 LNG를 배출시켜 사용하는 것이 바람직하다.For example, in the case of an LNG carrier in which four LNG storage tanks are installed, LNG is discharged from an LNG storage tank located at the third to fourth (tank 3 and 4) from the bow, and the LNG storage tank is 5 In the case of the LNG carrier is installed, it is preferable to discharge the LNG from the LNG storage tank located in the fourth to fifth (tanks 4 and 5) from the bow as shown in FIG.

이하, 도 13, 도 14a 및 도 14b를 참조하여, 5개의 LNG 저장탱크(101)를 구비한 LNG 운반선에 본 발명의 연료가스 공급 시스템(S)이 설치된 실시예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment in which the fuel gas supply system S of the present invention is installed in an LNG carrier having five LNG storage tanks 101 will be described with reference to FIGS. 13, 14A, and 14B.

연료가스 공급 시스템(Fuel Gas Supply system; FGS)(S)은, LNG 저장탱크(101)에서 배출된 LNG를 엔진에서 요구하는 정도의 압력으로 압축시키는 고압 펌프(20 또는 107)와, 이 고압 펌프에서 압축된 LNG를 기화시켜 고압가스 분사엔진(1)에 공급하는 고압 기화기(5)와, LNG 저장탱크(101)로부터 엔진(1)에 이르는 각종 배관 및 밸브 등을 포함한다.The fuel gas supply system (FGS) S includes a high pressure pump 20 or 107 for compressing LNG discharged from the LNG storage tank 101 to a pressure required by the engine, and the high pressure pump. The high pressure vaporizer 5 which vaporizes the compressed LNG by the gas supply and supplies it to the high pressure gas injection engine 1, and various piping and valves from the LNG storage tank 101 to the engine 1, etc. are included.

또한, 본 발명의 연료가스 공급 시스템(S)은, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 사전에 연료가스를 기화기(5)로부터 공급받아 저장하고 있다가 고압가스 분사엔진(1)의 부하 증가시 저장된 연료가스를 고압가스 분사엔진(1)에 공급하여, 고압가스 분사엔진(1)의 부하 변동에 추종할 수 있도록 하는 버퍼 탱크(11)를 더 포함할 수 있다.In addition, as described with reference to FIGS. 1 to 4, the fuel gas supply system S of the present invention receives fuel gas from the vaporizer 5 in advance, and stores the fuel gas in advance of the high pressure gas injection engine 1. It may further include a buffer tank 11 for supplying the stored fuel gas to the high pressure gas injection engine 1 when the load increases, to follow the load variation of the high pressure gas injection engine 1.

도 13에는, LNG 저장탱크(101)로부터 엔진(1)에 이르는 배관 중 일부와, LNG 저장탱크(101)의 내부에 위치된 연료 배출 펌프(101a)가 연료가스 공급 시스템(S)의 외부에 도시되어, 연료가스 공급 시스템에 포함되지 않는 것처럼 도시되었지만, 이는 도시의 편의를 위한 것이다. 즉, 광의의 연료가스 공급 시스템은 연료로서의 LNG를 엔진에 공급하는 일련의 장비들을 모두 포함하는 것으로서 상기한 연료 배출 펌프(101a)나 LNG 저장탱크(101)로부터 엔진(1)에 이르는 배관을 모두 포함한다. 다만 협의의 연료가스 공급 시스템(S)은 상기한 연료 배출 펌프(101a)나 LNG 저장탱크(101)로부터 엔진(1)에 이르는 배관 중 일부를 포함하지 않는 것으로 생각될 수 있으며, 본 명세서에서의 설명 중 도 13 내지 도 14b를 참조하여 이루어진 설명에 있어서 연료가스 공급 시스템(S)이란 상술한 협의의 연료가스 공급 시스템을 의미하는 것으로 고려되어야 한다.In FIG. 13, a part of piping from the LNG storage tank 101 to the engine 1 and a fuel discharge pump 101a located inside the LNG storage tank 101 are located outside the fuel gas supply system S. In FIG. Although shown and shown as not included in the fuel gas supply system, this is for convenience of the city. In other words, the fuel gas supply system in a broad range includes all of a series of equipment for supplying LNG as fuel to the engine, and all the pipes from the fuel discharge pump 101a or the LNG storage tank 101 to the engine 1 are used. Include. However, the negotiated fuel gas supply system S may be considered not to include some of the pipes from the fuel discharge pump 101a or the LNG storage tank 101 to the engine 1, In the description made with reference to FIG. 13 to FIG. 14B, the fuel gas supply system S should be considered to mean the fuel gas supply system in the above-described discussion.

이와 같이 이루어진 연료가스 공급 시스템(S)은 가능한 한 고압가스 분사엔진(1)과 LNG 저장탱크(101)에 인접한 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 고압가스 분사엔진(1)은 선박의 엔진실(150) 내에 위치되므로, 결국, 연료가스 공급 시스템(S)은 엔진실(150)과 LNG 저장탱크(101)에 인접하게 배치되는 것이 바람직하다. 엔진실(150)은 내부온도가 높기 때문에 극저온 유체가 유동하는 연료가스 공급 시스템(S)이 엔진실(150)의 내부에 설치되는 것은 바람직하지 않을 수 있다.The fuel gas supply system S thus constructed is preferably disposed at a position as close to the high pressure gas injection engine 1 and the LNG storage tank 101 as possible. Since the high pressure gas injection engine 1 is located in the engine chamber 150 of the ship, the fuel gas supply system S is preferably disposed adjacent to the engine chamber 150 and the LNG storage tank 101. Since the engine chamber 150 has a high internal temperature, it may not be preferable that the fuel gas supply system S in which the cryogenic fluid flows is installed inside the engine chamber 150.

이를 위해 본 발명에 따르면, 연료가스 공급 시스템(S)은, 도 14a에 도시된 바와 같이, 선체의 길이방향에 있어서, 선미측에 배치되는 엔진실(150)과 이 엔진실에서 가장 가까운 위치에 배치된 LNG 저장탱크(101)와의 사이에 배치될 수 있다.To this end, according to the present invention, the fuel gas supply system (S), as shown in Figure 14a, in the longitudinal direction of the hull, in the position closest to the engine chamber 150 disposed on the stern side and the engine chamber It may be disposed between the LNG storage tank 101 disposed.

또는, 도 14b에 도시된 바와 같이, 연료가스 공급 시스템(S)은 엔진실(150)과 주거공간(160) 사이에 상하로 배치될 수 있다. 주거공간(160)은 선원들이 생활하거나 선박을 조정하고 각종 장비, 시스템 등을 제어하기 위해 필요한 공간이므로, 폭발성 유체인 LNG가 이송되는 연료가스 공급 시스템(S)과는 격리될 필요가 있다. 주거공간(160)의 안전성을 확보하기 위해서, 연료가스 공급 시스템(S)과 주거공간(160) 사이에는 A60 격벽, 트렁크 스페이스 등과 같은 보호 수단 중 하나 이상이 설치되는 것이 바람직하다.Alternatively, as shown in FIG. 14B, the fuel gas supply system S may be disposed up and down between the engine chamber 150 and the living space 160. Since the residential space 160 is a space required for sailors to live or adjust vessels and control various equipment and systems, the residential space 160 needs to be isolated from the fuel gas supply system S in which LNG, which is explosive fluid, is transferred. In order to secure the safety of the living space 160, it is preferable that at least one of protection means such as A60 bulkhead, trunk space, etc. is installed between the fuel gas supply system S and the living space 160.

이상에서는 본 발명의 연료가스 공급 시스템 및 방법이 LNG 운반선 등의 해상 구조물에 적용된 것을 예로 들어 설명이 이루어졌지만, 본 발명의 연료가스 공급 시스템 및 방법은 육상에서의 고압가스 분사 엔진에 대한 연료 공급에 적용될 수 있음은 물론이다.In the above description, the fuel gas supply system and method of the present invention has been described as an example applied to an offshore structure such as an LNG carrier, but the fuel gas supply system and method of the present invention is used to supply fuel to a high-pressure gas injection engine on land. Of course, it can be applied.

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 자에 있어서 자명한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention will be.

1 : 고압가스 분사엔진 5 : 기화기
11 : 버퍼 탱크 16 : 가스 히터
20, 107 : 고압 펌프 101 : LNG 저장탱크
101a : 연료 배출 펌프 150 : 엔진실
160 : 주거공간 S : 연료가스 공급 시스템1: high pressure gas injection engine 5: vaporizer
11: buffer tank 16: gas heater
20, 107: high pressure pump 101: LNG storage tank
101a: fuel discharge pump 150: engine compartment
160: residential space S: fuel gas supply system

Claims

LNG carrier for storing and transporting LNG,
A plurality of LNG storage tanks installed to receive LNG;
A high pressure gas injection engine for generating propulsion by using LNG stored in the LNG storage tank as fuel;
A fuel gas supply system for supplying LNG for use as fuel from the LNG storage tank to the high pressure gas injection engine; / RTI >
The LNG supplied to the high-pressure gas injection engine is an LNG storage tank adjacent to an engine compartment in which the high-pressure gas injection engine is installed among the plurality of LNG storage tanks so as to reduce the generation of boil-off gas due to heat supply from the outside during transportation. LNG carrier which is discharged from.

The method according to claim 1,
The plurality of LNG storage tank is arranged along the longitudinal direction of the hull,
LNG supplied to the high-pressure gas injection engine is discharged from two LNG storage tanks of the stern side adjacent to the engine compartment among the plurality of LNG storage tanks.

The method according to claim 1,
And the fuel gas supply system is disposed between the engine compartment disposed on the stern side in the longitudinal direction of the hull and the LNG storage tank disposed closest to the engine compartment.

The method according to claim 1,
The fuel gas supply system, the LNG carrier, characterized in that arranged up and down between the engine compartment and the residential space.

The method of claim 4,
In order to ensure the safety of the living space, LNG carrier, characterized in that the protection means is installed between the fuel gas supply system and the living space.

The method according to claim 1,
The fuel gas supply system includes a high pressure pump for compressing LNG discharged from the LNG storage tank to a pressure required by the high pressure gas injection engine, a high pressure vaporizer for vaporizing LNG compressed by the high pressure pump, and the LNG. An LNG carrier comprising various pipes and valves from a storage tank to the high-pressure gas injection engine.

The method of claim 6,
The gas to be used as fuel is stored in advance by the high-pressure vaporizer, and the stored fuel gas is supplied to the high-pressure gas injection engine when the load of the high-pressure gas injection engine increases, so as to follow the load variation of the high-pressure gas injection engine. The LNG carrier further comprises a buffer tank to enable.

LNG carrier for storing and transporting LNG,
A plurality of LNG storage tanks arranged along the longitudinal direction in the hull to accommodate the LNG;
A high pressure gas injection engine for generating propulsion by using LNG stored in the LNG storage tank as fuel;
A fuel gas supply system for supplying LNG for use as fuel from the LNG storage tank to the high pressure gas injection engine; / RTI >
The LNG supplied to the high-pressure gas injection engine is an LNG carrier, which is discharged by a fuel discharge pump from an LNG storage tank disposed first and second from the stern among the plurality of LNG storage tanks.