KR20140012282A

KR20140012282A - Ｌｎｇ 연료 추진 선박의 연료가스 공급 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20140012282A
Application number: KR1020120078694A
Authority: KR
Inventors: 이종일; 이재익; 김기정; 권동현
Original assignee: 에스티엑스조선해양 주식회사
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-02-03

Abstract

본 발명은 고압가스 분사엔진으로 보내는 LNG 연료 공급 라인에 완충 라인을 설치함으로써 고압가스 분사엔진, 보일러, 발전기용 이종연료 저압엔진으로 공급되는 LNG 연료의 변화에 유연하게 대처할 수 있도록 하는 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 고압가스 분사엔진으로 LNG 연료를 공급하는 라인에 설치되는 완충 라인과 상기 완충 라인으로부터 보일러 및 발전기용 이종연료 저압엔진으로 LNG 연료를 공급하기 위하여 분지된 라인 및 상기 분지된 라인에 설치되는 터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 시스템을 제공한다. 본 발명에 따르면, LNG 연료 추진 선박에서 고압가스 분사엔진, 보일러, 발전기용 이종연료 저압엔진으로 공급되는 LNG 연료의 변화에 유연하게 대처할 수 있으며, 보일러 및 발전기용 이종연료 저압엔진에서 요구하는 압력으로의 감압을 이용해 전기를 생산하여 연료 소모량을 줄이고 연료공급 시스템의 효율성을 높일 수 있다.

Description

ＬＮＧ 연료 추진 선박의 연료가스 공급 시스템 및 방법{LNG fuel supply system and method for LNG fuelled ship}

본 발명은 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.

액화천연가스(liquified natural gas, LNG)(이하 설명의 편의상 ‘LNG’라고 함)는 가스전(田)에서 채취한 천연가스를 액화시킨 것이다. 주성분이 메탄이라는 점에서 액화석유가스(liquified petroleum gas, LPG)와 구별된다. LNG는 압력을 가해 액화시키면 부피가 1/600로 줄어들지만, 메탄의 비점(沸點)이 －162℃로 낮아 냉각 또는 압축하여 액화, 특수하게 단열된 전용 탱크로 반출된다. LNG는 무색, 투명한 액체로 공해물질이 거의 없고 열량이 높아 대단히 우수한 연료이며 주로 도시가스로 사용된다.

한편, 기존에 본 출원인은 도 2에서 보는 바와 같이 선박의 고압가스 분사엔진에 연료가스를 공급하는 시스템으로서, 보다 구체적으로는 선박의 LNG 연료탱크로부터 LNG 연료를 빼내어 고압으로 압축하고 기화시켜서 고압가스 분사엔진으로 공급하도록 구성되는 시스템을 특허출원 한 바 있다(특허출원 제10-2010-0120811호)(이하 ‘종래기술’이라고 함).

그런데, 종래기술에는 선박의 추진에 필요한 고압가스 분사엔진으로의 연료 공급 시스템만 명시되어 있는바, 발전기용 이종연료 저압엔진 및 보일러에서 요구하는 압력 및 온도를 갖는 연료를 공급하기 위해서는 별도의 연료 공급 라인이 필요하다.

이와 관련하여, 도 3에는 선박의 발전기용 이종연료 저압엔진, 보일러, 고압가스 분사엔진 등 세 연료 소모처에서 요구하는 연료의 조건이 표로 나타나 있는데, 이를 보면 발전기용 이종연료 저압엔진, 보일러, 고압가스 분사엔진 등 세 연료 소모처에서 요구하는 연료 조건의 온도, 압력이 상이한 것을 확인할 수 있다. 따라서 이를 해결하기 위한 방안이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 고압가스 분사엔진으로 보내는 LNG 연료 공급 라인에 완충 라인을 설치함으로써 고압가스 분사엔진, 보일러, 발전기용 이종연료 저압엔진으로 공급되는 LNG 연료의 변화에 유연하게 대처할 수 있도록 하는 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

LNG 연료탱크에서 나온 LNG 연료를 고압 펌프가 요구하는 최소 압력(4~5 bar_g)까지 가압하는 1차 펌프;

1차 펌프를 통해 가압된 LNG 연료를 고압가스 분사엔진이 요구하는 압력(250~300 bar_g)으로 가압하는 고압 펌프;

고압 펌프를 통해 고압 상태로 된 LNG 연료를 열매체에 의해 40~50℃의 온도로 가열하여 기화시키는 고압 기화기;

고압 기화기를 통하여 고압 상태로 기화된 LNG 연료를 고압가스 분사엔진으로 보내거나 분지된 라인을 통해 터빈으로 보내는 완충라인;

발전기용 이종연료 저압엔진 및 보일러에 사용되는 LNG 연료가 완충 라인에서 분지된 라인을 통해 공급되어 오면 이를 4~6bar_g의 압력으로 감압하며, 동시에 전력을 생산하는 터빈;

터빈을 통하여 감압된 LNG 연료를 발전기용 이종연료 저압엔진에서 요구하는 온도로 가열한 후 발전기용 이종연료 저압엔진으로 보내는 제 1 열교환기 및;

터빈의 출구에서 분지되는 라인을 통해 공급되어 오는 LNG 연료를 감압하는 감압 밸브 및;

감압 밸브를 통해 감압된 LNG 연료를 보일러에서 요구하는 온도로 가열한 후 보일러로 보내는 제 2 열교환기;

를 포함하는 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 시스템을 제공한다.

또한 본 발명은,

LNG 연료탱크에서 나온 LNG 연료가 1차 펌프를 통해 고압 펌프가 요구하는 최소 압력(4~5 bar_g)까지 가압되는 단계;

1차 펌프를 통해 가압된 LNG 연료가 고압 펌프로 보내져 고압가스 분사엔진이 요구하는 압력(250~300 bar_g)으로 가압되는 단계;

고압 상태의 LNG 연료가 고압 기화기로 보내져 열매체에 의해 40~50℃의 온도로 가열되어 기화되는 단계;

고압 상태로 기화된 LNG 연료가 완충라인을 거쳐 고압가스 분사엔진으로 보내지는 단계;

발전기용 이종연료 저압엔진 및 보일러에 사용되는 LNG 연료가 완충 라인에서 분지된 라인을 통해 터빈으로 보내져 4~6bar_g의 압력으로 감압되며, 동시에 전력을 생산하는 단계;

감압된 LNG 연료가 제 1 열교환기를 거쳐 발전기용 이종연료 저압엔진에서 요구하는 온도로 가열된 후 발전기용 이종연료 저압엔진으로 보내어지는 단계 및;

터빈의 출구에서 분지되는 라인을 통해 공급되는 LNG 연료가 감압 밸브를 통해 감압된 후 제 2 열교환기를 거쳐 보일러에서 요구하는 온도로 가열된 후 보일러로 보내어지는 단계;

를 포함하는 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, LNG 연료 추진 선박에서 고압가스 분사엔진, 보일러, 발전기용 이종연료 저압엔진으로 공급되는 LNG 연료의 변화에 유연하게 대처할 수 있으며, 보일러 및 발전기용 이종연료 저압엔진에서 요구하는 압력으로의 감압을 이용해 전기를 생산하여 연료 소모량을 줄이고 연료공급 시스템의 효율성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 시스템.
도 2는 종래기술인 특허출원 제10-2010-0120811호의 대표도면.
도 3은 선박의 발전기용 이종연료 저압엔진, 보일러, 고압가스 분사엔진 등 세 연료 소모처에서 요구하는 연료의 조건을 표로 나타낸 것.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 한편, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 시스템을 보여준다.

본 발명에 따른 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 시스템은 고압가스 분사엔진(1)으로 LNG 연료를 공급하는 라인에 설치되는 완충 라인(10)과 상기 완충 라인(10)으로부터 보일러(3) 및 발전기용 이종연료 저압엔진(2)으로 LNG 연료를 공급하기 위하여 분지된 라인(11) 및 상기 분지된 라인(11)에 설치되는 터빈(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는바, 이러한 본 발명의 구체적인 구성 및 작용에 대하여 단계별로 나누어 설명하면 다음과 같다.

먼저, LNG 연료탱크(4)에서 나온 LNG 연료가 1차 펌프(5)를 통해 고압 펌프(6)가 요구하는 최소 압력(4~5 bar_g)까지 가압된다. 이 경우 LNG 연료탱크(4) 내의 압력이 충분할 경우에는 LNG 연료탱크(4)에서 나온 LNG 연료가 우회라인(7)을 통해 곧바로 고압 펌프(6)로 보내어진다.

다음으로, 1차 펌프(5)를 통해 가압된 LNG 연료가 고압 펌프(6)로 보내져 고압가스 분사엔진(1)이 요구하는 압력(250~300 bar_g)으로 가압된다.

다음으로, 고압 펌프(6)를 통해 고압 상태로 된 LNG 연료가 고압 기화기(8)로 보내져 열매체(9)에 의해 40~50℃의 온도로 가열되어 기화된다.

다음으로, 고압 기화기(8)를 통해 고압 상태로 기화된 LNG 연료가 완충라인(10)을 거쳐 고압가스 분사엔진(1)으로 보내어져 연료로 사용된다.

다음으로, 발전기용 이종연료 저압엔진(2) 및 보일러(3)에 사용되는 LNG 연료가 완충 라인(10)에서 분지된 라인(11)을 통해 터빈(12)으로 보내져 4~6bar_g의 압력으로 감압되며, 터빈(12)은 동시에 전력을 생산한다.

다음으로, 터빈(12)을 통해 감압된 LNG 연료가 제 1 열교환기(13)를 거쳐 발전기용 이종연료 저압엔진(2)에서 요구하는 온도로 가열된 후 발전기용 이종연료 저압엔진(2)으로 보내어져 연료로 사용된다.

마지막으로, 터빈(12)의 출구에서 분지되는 라인(14)을 통해 공급되는 LNG 연료가 감압 밸브(15)를 통해 감압된 후 제 2 열교환기(16)를 거쳐 보일러(3)에서 요구하는 온도로 가열된 후 보일러(3)로 보내어져 연료로 사용된다.

한편, LNG 연료 탱크(4)에서 발생하는 BOG로 인한 LNG 연료 탱크(4)의 압력은 조절 밸브(17)에 의해 허용 압력 내로 적절히 유지되며, LNG 연료 탱크(4)에서 과잉으로 발생하는 BOG는 기상라인(18)을 통해 보일러(3)로 공급된다.

본 발명에 따르면, LNG 연료 추진 선박에서 고압가스 분사엔진(1), 발전기용 이종연료 저압엔진(2), 보일러(3)로 공급되는 LNG 연료의 변화에 유연하게 대처할 수 있으며, 발전기용 이종연료 저압엔진(2) 및 보일러(3)에서 요구하는 압력으로의 감압을 이용해 전기를 생산하여 연료 소모량을 줄이고 연료공급 시스템의 효율성을 높일 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 고압가스 분사엔진 2 : 발전기용 이종연료 저압엔진
3 : 보일러 4 : LNG 연료탱크
5 : 1차 펌프 6 : 고압 펌프
7 : 우회라인 8 : 고압 기화기
9 : 열매체 10 : 완충라인
11 : 분지된 라인 12 : 터빈
13 : 제 1 열교환기 14 : 터빈의 출구에서 분지되는 라인
15 : 감압 밸브 16 : 제 2 열교환기
17 : 조절 밸브 18 : 기상라인

Claims

LNG 연료탱크(4)에서 나온 LNG 연료를 고압 펌프(6)가 요구하는 최소 압력(4~5 bar_g)까지 가압하는 1차 펌프(5);
1차 펌프(5)를 통해 가압된 LNG 연료를 고압가스 분사엔진(1)이 요구하는 압력(250~300 bar_g)으로 가압하는 고압 펌프(6);
고압 펌프(6)를 통해 고압 상태로 된 LNG 연료를 열매체(9)에 의해 40~50℃의 온도로 가열하여 기화시키는 고압 기화기(8);
고압 기화기(8)를 통하여 고압 상태로 기화된 LNG 연료를 고압가스 분사엔진(1)으로 보내거나 분지된 라인(11)을 통해 터빈(12)으로 보내는 완충라인(10);
발전기용 이종연료 저압엔진(2) 및 보일러(3)에 사용되는 LNG 연료가 완충 라인(10)에서 분지된 라인(11)을 통해 공급되어 오면 이를 4~6bar_g의 압력으로 감압하며, 동시에 전력을 생산하는 터빈(12);
터빈(12)을 통하여 감압된 LNG 연료를 발전기용 이종연료 저압엔진(2)에서 요구하는 온도로 가열한 후 발전기용 이종연료 저압엔진(2)으로 보내는 제 1 열교환기(13) 및;
터빈(12)의 출구에서 분지되는 라인(14)을 통해 공급되어 오는 LNG 연료를 감압하는 감압 밸브(15) 및;
감압 밸브(15)를 통해 감압된 LNG 연료를 보일러(3)에서 요구하는 온도로 가열한 후 보일러(3)로 보내는 제 2 열교환기(16);
를 포함하는 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 시스템.
제 1 항에 있어서,
LNG 연료탱크(4) 내의 압력이 충분할 경우에는 LNG 연료탱크(4)에서 나온 LNG 연료가 곧바로 고압 펌프(6)로 보내어질 수 있도록 하는 우회라인(7)을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 시스템.
제 1 항에 있어서,
LNG 연료 탱크(4)에서 발생하는 BOG로 인한 LNG 연료 탱크(4)의 압력을 허용 압력 내로 적절히 유지하는 조절 밸브(17)를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 시스템.
제 1 항에 있어서,
LNG 연료 탱크(4)에서 과잉으로 발생하는 BOG를 보일러(3)로 공급하는 기상라인(18)을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 시스템.
LNG 연료탱크(4)에서 나온 LNG 연료가 1차 펌프(5)를 통해 고압 펌프(6)가 요구하는 최소 압력(4~5 bar_g)까지 가압되는 단계;
1차 펌프(5)를 통해 가압된 LNG 연료가 고압 펌프(6)로 보내져 고압가스 분사엔진(1)이 요구하는 압력(250~300 bar_g)으로 가압되는 단계;
고압 상태의 LNG 연료가 고압 기화기(8)로 보내져 열매체(9)에 의해 40~50℃의 온도로 가열되어 기화되는 단계;
고압 상태로 기화된 LNG 연료가 완충라인(10)을 거쳐 고압가스 분사엔진(1)으로 보내지는 단계;
발전기용 이종연료 저압엔진(2) 및 보일러(3)에 사용되는 LNG 연료가 완충 라인(10)에서 분지된 라인(11)을 통해 터빈(12)으로 보내져 4~6bar_g의 압력으로 감압되며, 동시에 전력을 생산하는 단계;
감압된 LNG 연료가 제 1 열교환기(13)를 거쳐 발전기용 이종연료 저압엔진(2)에서 요구하는 온도로 가열된 후 발전기용 이종연료 저압엔진(2)으로 보내어지는 단계 및;
터빈(12)의 출구에서 분지되는 라인(14)을 통해 공급되는 LNG 연료가 감압 밸브(15)를 통해 감압된 후 제 2 열교환기(16)를 거쳐 보일러(3)에서 요구하는 온도로 가열된 후 보일러(3)로 보내어지는 단계;
를 포함하는 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 방법.
제 5 항에 있어서,
LNG 연료탱크(4) 내의 압력이 충분할 경우에는 LNG 연료탱크(4)에서 나온 LNG 연료가 우회라인(7)을 통해 곧바로 고압 펌프(6)로 보내어지는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 방법.
제 5 항에 있어서,
LNG 연료 탱크(4)에서 발생하는 BOG로 인한 LNG 연료 탱크(4)의 압력은 조절 밸브(17)에 의해 허용 압력 내로 적절히 유지되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 방법.
제 5 항에 있어서,
LNG 연료 탱크(4)에서 과잉으로 발생하는 BOG는 기상라인(18)을 통해 보일러(3)로 공급되는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 방법.
고압가스 분사엔진(1)으로 LNG 연료를 공급하는 라인에 설치되는 완충 라인(10)과 상기 완충 라인(10)으로부터 보일러(3) 및 발전기용 이종연료 저압엔진(2)으로 LNG 연료를 공급하기 위하여 분지된 라인(11) 및 상기 분지된 라인(11)에 설치되는 터빈(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 연료 추진 선박의 연료가스 공급 시스템.