KR20140148142A - 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템 및 방법 - Google Patents

선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140148142A
KR20140148142A KR1020130071679A KR20130071679A KR20140148142A KR 20140148142 A KR20140148142 A KR 20140148142A KR 1020130071679 A KR1020130071679 A KR 1020130071679A KR 20130071679 A KR20130071679 A KR 20130071679A KR 20140148142 A KR20140148142 A KR 20140148142A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
natural gas
liquefied natural
heat
internal combustion
combustion engine
Prior art date
Application number
KR1020130071679A
Other languages
English (en)
Inventor
김동찬
최동규
문영식
김경민
Original Assignee
대우조선해양 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대우조선해양 주식회사 filed Critical 대우조선해양 주식회사
Priority to KR1020130071679A priority Critical patent/KR20140148142A/ko
Publication of KR20140148142A publication Critical patent/KR20140148142A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/38—Apparatus or methods specially adapted for use on marine vessels, for handling power plant or unit liquids, e.g. lubricants, coolants, fuels or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B25/00—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby
    • B63B25/02—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods
    • B63B25/08—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid
    • B63B25/12—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed
    • B63B25/16—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed heat-insulated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
    • F02M21/0215—Mixtures of gaseous fuels; Natural gas; Biogas; Mine gas; Landfill gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218—Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0245—High pressure fuel supply systems; Rails; Pumps; Arrangement of valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/06—Apparatus for de-liquefying, e.g. by heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/04—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture
    • F02M31/06—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture by hot gases, e.g. by mixing cold and hot air
    • F02M31/08—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture by hot gases, e.g. by mixing cold and hot air the gases being exhaust gases
    • F02M31/0805—Pneumatic control of the amount of exhaust gas or combustion air directed to the heat exchange surfaces, e.g. as a function of the pressure in the air intake passage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C9/00—Methods or apparatus for discharging liquefied or solidified gases from vessels not under pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0302—Heat exchange with the fluid by heating
    • F17C2227/0309—Heat exchange with the fluid by heating using another fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/05—Regasification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2265/00—Effects achieved by gas storage or gas handling
    • F17C2265/06—Fluid distribution
    • F17C2265/066—Fluid distribution for feeding engines for propulsion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/01—Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0102—Applications for fluid transport or storage on or in the water
    • F17C2270/0105—Ships
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템이 개시된다. 본 발명의 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템은, 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템에 있어서, 내연기관에 공급되는 액화천연가스를 열교환으로 기화시키는 강제 기화기; 및 강제 기화기에서 액화천연가스와 열교환되는 열 매체가 공급되는 열교환부를 포함하되, 열교환부에서 열 매체는 스팀과 열교환으로 가열되고 액화천연가스는 열 매체로 간접 가열되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템 및 방법{LNG Supply System And Method Of Propulsion System For Ship}
본 발명은 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교환부에서 스팀과 열교환으로 가열된 열 매체를 액화천연가스와 열교환시켜 액화천연가스를 간접 가열하는 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
근래, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다.
특히, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로서 여러 분야에서 사용이 늘어나고 있다. 액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다. 따라서, 천연가스 이송 시 LNG로 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다.
선박에 대한 국제기구와 각 국가의 규제 기준도 점차 까다로워지고 있어, 선박의 친환경 고효율의 연료에 대한 관심도 늘고 있는데, 그중 하나로 LNG에서 자연 기화 또는 강제 기화된 기화가스를 디젤 연료에 혼합하여 연료로 사용하는 이종연료 엔진인 DFDE(Dual Fuel diesel Engine)이 개발되어 사용되고 있다.
공개특허 공보 제10-2008-0057421호 (공개일 2008년6월25일)
액화천연가스는 메탄 외에도 에탄, 프로판 등을 포함하며 생산지에 따라 조성이 달라지는데, 액화천연가스를 강제 기화시켜 엔진 등의 추진 시스템에 연료를 공급하기 위해서는 추진 시스템이 요구하는 메탄가(methane number)와 온도 조건에 맞추어 공급해야만 한다.
메탄가를 조절하기 위해서는 액화천연가스를 강제 기화시킨 후, 온도를 낮추어 메탄보다 액화점이 높은 중탄화수소(heavy hydrocarbon)를 액화시켜 제거할 수 있다. 메탄가를 조절한 후 추진 시스템의 온도 조건에 맞추어 추가 가열할 수 있다.
이때, 액화천연가스의 강제 기화 또는 추가 가열시 스팀과 액화천연가스를 직접 열교환시킬 수 있는데, 추진 시스템이 필요로 하는 액화천연가스의 양이 적은 경우, 스팀과 직접 열교환하는 방식은 액화천연가스에 필요 이상의 과다한 열이 공급될 수 있어 이후 액화천연가스를 적절히 제어하기 어려운 문제가 있다. 또한 액화천연가스의 강제 기화와, 메탄가 조절 후 추가 가열을 위한 열 공급 시스템이 별도로 구성됨으로써 복잡하고 경제성도 떨어지는 문제도 있다.
따라서 액화천연가스에 필요한 만큼의 열만을 안정적으로 공급하며 컴팩트하게 구성되면서, 선박의 추진 시스템이 필요로 하는 연료를 공급할 수 있는 시스템 구성이 필요하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템에 있어서,
상기 내연기관에 공급되는 상기 액화천연가스를 열교환으로 기화시키는 강제 기화기; 및
상기 강제 기화기에서 상기 액화천연가스와 열교환되는 열 매체가 공급되는 열교환부를 포함하되,
상기 열교환부에서 상기 열 매체는 스팀과 열교환으로 가열되고 상기 액화천연가스는 상기 열 매체로 간접 가열되는 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템이 제공된다.
연료 공급 시스템은, 저장탱크에 저장된 상기 액화천연가스를 펌핑하여 상기 강제 기화기로 공급하는 연료 펌프; 및 상기 강제 기화기를 통과한 상기 액화천연가스를 공급받아 기화된 상기 액화천연가스에 포함된 HHC(Heavy Hydro Carbon)을 제거하는 세퍼레이터를 더 포함하되, 상기 세퍼레이터에서 액체 상태인 상기 HHC를 제거하여 상기 액화천연가스를 상기 내연기관에서 요구하는 메탄가(methane number)로 조절할 수 있다.
연료 공급 시스템은, 상기 강제 기화기로부터 공급받은 상기 액화천연가스를 상기 내연기관에서 필요로 하는 온도 조건에 맞추어 추가로 가열하는 가열기를 더 포함하되, 상기 가열기는 상기 열교환부로부터 공급받은 상기 열 매체와 열교환으로 상기 액화천연가스를 추가 가열할 수 있다.
상기 열교환부는 상기 열 매체를 공급받아 스팀과 열교환으로 가열하는 히터; 및 상기 히터에서 가열된 상기 열 매체를 상기 강제 기화기로 공급하는 제1 유로를 포함할 수 있다.
상기 열교환부는 상기 제1 유로에서 분기되어 상기 가열기로 상기 열 매체를 공급하는 제2 유로; 상기 제1 유로에서 상기 제2 유로가 분기된 지점 이후에 마련되는 제1 밸브; 및 상기 제2 유로에 마련되는 제2 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 열교환부는 상기 강제 기화기 또는 가열기를 순환하고 배출되는 상기 열 매체가 저장되어 상기 히터로 공급되는 열 매체 탱크; 및 상기 열 매체 탱크에 저장된 상기 열 매체를 상기 히터로 공급하는 열 매체 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 열 매체는 GW(Glycol water)일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 방법에 있어서,
1) 열 매체를 스팀으로 가열하는 단계;
2) 상기 내연기관에 공급될 상기 액화천연가스를 상기 열 매체로 간접 가열하여 기화시키는 단계; 및
3) 기화된 상기 액화천연가스에 포함된 액체 상태의 HHC를 제거하여 상기 내연기관이 요구하는 메탄가로 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 방법이 제공된다.
연료 공급 방법은, 4) 메탄가가 조절된 상기 액화천연가스를 상기 내연기관에서 필요로 하는 온도 조건에 맞추어 상기 열 매체와 열교환시켜 추가 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템은, 열교환부에서 스팀과 열교환으로 가열된 열 매체를 액화천연가스와 열교환시켜 액화천연가스를 간접 가열하고 세퍼레이터에서 중탄화수소를 제거하여 메탄가를 조절하고, 열 매체로 추가 가열한 후 내연기관의 연료로 공급하게 된다. 액화천연가스를 스팀과 직접 열교환시키지 않고 스팀으로 가열된 열 매체를 통해 간접가열하며, 강제기화 후 세퍼레이터를 거친 액화천연가스를 다시 열 매체와 열교환으로 추가 가열함으로써, 액화천연가스에 필요한 만큼의 열만을 안정적으로 공급하며 컴팩트한 시스템을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템을 개략적으로 도시한다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 내연기관(G)의 액화천연가스 연료 공급 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 선박용 내연기관(G)의 액화천연가스 연료 공급 시스템은, 내연기관(G)에 공급되는 액화천연가스를 열교환으로 기화시키는 강제 기화기(100)와, 강제 기화기(100)에서 액화천연가스와 열교환되는 열 매체가 공급되는 열교환부(200)를 포함하되, 열교환부(200)에서 열 매체는 스팀과 열교환으로 가열되고 액화천연가스는 열 매체로 간접 가열될 수 있다.
본 실시예에서 액화천연가스가 공급되는 선박의 내연기관(G)은 선박의 추진용 엔진, ME-GI 엔진, DFDE(dual fuel diesel engine) 또는 DFDG(dual fuel diesel generator)일 수 있다.
기존에 DFDE에 연료 공급시스템에서 적용되던 것과 같이 직접 스팀과 열교환하여 가열하는 경우, 특히 DFDG의 경우 연료로 공급되는 액화천연가스의 양이 적으므로 필요 이상의 과다한 열에너지가 공급되어, 가열된 후 공정의 제어가 어려워질 수 있다. 본 실시예는 이러한 문제를 해결할 수 있도록 액화천연가스를 직접 스팀과 열교환시키지 않고, 열 매체를 스팀으로 가열한 후 가열된 열 매체를 통해 액화천연가스를 간접 가열시키는 방식을 채택하였다.
본 실시예에서, 열교환부(200)를 순환하는 열 매체는 GW(Glycol Water)일 수 있다. 본 실시예에서 열 교환부를 순환하며 열교환을 위한 매개체로 사용되는 GW, 즉 글리콜워터는 부동액의 일종인, 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol)을 일컫는다. 에틸렌글리콜은 분자량 62.07, 어는점 －12.6 ℃, 끓는점 197.7 ℃, 비중 1.1131을 가지는 점도가 큰 무색 액체이다.
본 실시예는, 저장탱크(FT)에 저장된 액화천연가스를 펌핑하여 강제 기화기(100)로 공급하는 연료 펌프(P)와, 강제 기화기(100)를 통과한 액화천연가스를 공급받아 기화된 액화천연가스에 포함된 HHC(중탄화수소, Heavy Hydro Carbon)을 제거하는 세퍼레이터(300)를 더 포함하되, 세퍼레이터(300)에서 액체 상태인 HHC를 제거하여 액화천연가스를 내연기관(G)에서 요구하는 메탄가(methane number)로 조절할 수 있다.
내연기관(G)에서 요구하는 메탄가를 충족하지 못하는 연료가 공급될 경우, 엔진 등의 내연기관(G)에서 이상연소 현상인 녹킹(knocking) 현상이 발생할 수 있다. 이러한 이상연소 현상을 방지할 수 있도록 본 실시예를 통해 내연기관(G)으로 공급될 연료의 메탄가를 조절할 수 있다.
저장탱크(FT)에 저장된 액화천연가스는 연료 펌프(P)로 펌핑되어 강제 기화기(100)로 공급되며, 강제 기화기(100)에서 GW로부터 열교환을 통해 열에너지를 공급받아 강제 기화된다. 강제 기화된 액화천연가스에는 메탄 외에도 에탄, 프로판, 부탄 등이 포함되어 있는데, 이들은 메탄보다 액화점이 높다. 따라서 세퍼레이터(300)에서는 메탄은 기체 상태를 유지하면서 프로판, 부탄 등의 중탄화수소(HHC)는 액화되는 온도로 강제 기화된 액화천연가스를 감온하여, 액화된 중탄화수소를 제거함으로써 액화천연가스의 메탄가를 내연기관(G)에서 요구하는 수준으로 높이게 된다. 강제 기화기(100)에서 가열되는 액화천연가스의 기화 온도는 -80 내지 -120℃이며, 액화천연가스의 생산지에 따라 서로 다른 조성을 고려하여 상기 범위 내에서 기화 온도를 조절할 수 있다.
기화된 액화천연가스는 70 내외의 메탄가에서 세퍼레이터(300)를 거치면서 80 이상, 바람직하게는 90 이상, 더욱 바람직하게는 95 이상으로 메탄가가 조절될 수 있다. 메탄가가 조절됨에 따라 세퍼레이터(300)를 거치기 전보다 저위발열량(LHV, Lower Heating Value)이 높아진다.
예를 들어 General LNG(C1:89.6%, N2:0.6%)의 경우 분리하기 이전의 메탄가는 71.3이며, 그때의 LHV(lower heating value)는 48,872.8 kJ/kg(1 atm, saturated vapor기준)인데, 7 bara로 가압된 상태에서 -120도로 가열하여 기화시키고 세퍼레이터(300)를 통해 기/액을 분리하면, 메탄가는 95.5, LHV는 49,265.6 kJ/kg으로 변화한다. General LNG를 기준으로 -120℃로 heating 하였을 경우, 총 인입되는 LNG의 질량의 25%정도가 세퍼레이터(300)에서 제거된다.
본 실시예는, 강제 기화기(100)로부터 공급받은 액화천연가스를 내연기관(G)에서 필요로 하는 온도 조건에 맞추어 추가로 가열하는 가열기(400)를 더 포함하되, 가열기(400)는 열교환부(200)로부터 공급받은 열 매체와 열교환으로 액화천연가스를 추가 가열할 수 있다.
강제 기화기(100)에서 기화되고, 세퍼레이터(300)에서 감온 후 중탄화수소가 제거되어 메탄가가 조절된 액화천연가스는 가열기(400)에서 -30 내지 80 ℃, 바람직하게는 0 내지 60 ℃의 온도로 추가 가열된다. 이때 가열기(400)에는 액화천연가스를 추가 가열하기 위한 열원으로, 열교환부(200)로부터 GW가 공급된다. 즉, 열교환부(200)에서 스팀으로 가열된 GW는 강제 기화기(100)와 가열기(400) 모두에 열원으로 공급된다.
이를 위해, 열교환부(200)는 열 매체를 공급받아 스팀과 열교환으로 가열하는 히터(210)와, 히터(210)에서 가열된 열 매체를 강제 기화기(100)로 공급하는 제1 유로(L1)와, 제1 유로(L1)에서 분기되어 가열기(400)로 열 매체를 공급하는 제2 유로(L2)와, 제1 유로(L1)에서 제2 유로(L2)가 분기된 지점 이후에 마련되는 제1 밸브(220)와, 제2 유로(L2)에 마련되는 제2 밸브(230)를 포함할 수 있다.
열교환부(200)는 강제 기화기(100) 또는 가열기(400)를 순환하고 배출되는 열 매체가 저장되어 히터(210)로 공급되는 열 매체 탱크(240)와, 열 매체 탱크(240)에 저장된 열 매체를 히터(210)로 공급하는 열 매체 펌프(250)를 더 포함할 수 있다.
열 매체 탱크(240)에 저장된 GW는 열 매체 펌프(250)를 통해 히터(210)로 공급되고, 히터(210)에서 스팀을 통해 가열된다. 가열된 GW는 개방된 제1 밸브(220)에 의해 제1 유로(L1)를 거쳐 강제 기화기(100)로 공급되어 액화천연가스를 강제 기화시킨다. 강제 기화된 액화천연가스가 세퍼레이터(300)를 거쳐 중탄화수소의 양이 감소되어 메탄가가 조절되어 가열기(400)로 도입되면, 제2 밸브(230)에 의해 제2 유로(L2)를 거쳐 GW가 가열기(400)로 공급되어 액화천연가스를 추가 가열하게 된다.
이때 강제 기화기(100) 또는 가열기(400)로 공급되는 GW의 유량 또는 유속을 조절함으로써 강제 기화기(100) 또는 가열기(400)에서 액화천연가스에 공급되는 열에너지의 양을 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박용 내연기관(G)의 액화천연가스 연료 공급 방법에 있어서,
1) 열 매체를 스팀으로 가열하는 단계;
2) 내연기관(G)에 공급될 액화천연가스를 열 매체로 간접 가열하여 기화시키는 단계; 및
3) 기화된 액화천연가스에 포함된 액체 상태의 HHC를 제거하여 내연기관(G)이 요구하는 메탄가로 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관(G)의 액화천연가스 연료 공급 방법이 제공된다.
연료 공급 방법은, 4) 메탄가가 조절된 액화천연가스를 내연기관(G)에서 필요로 하는 온도 조건에 맞추어 열 매체와 열교환시켜 추가 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예의 선박용 내연기관(G)의 액화천연가스 공급 시스템은, 열교환부(200)에서 스팀과 열교환으로 가열된 열 매체를 액화천연가스와 열교환시켜 액화천연가스를 간접 가열하고 세퍼레이터(300)에서 중탄화수소를 제거하여 메탄가를 조절한다. 세퍼레이터(300)를 거친 액화천연가스는 내연기관(G)에서 요구하는 조건에 따라 가열기(400)에서 열 매체로 추가 가열한 후 연료로 공급된다.
이와 같이 액화천연가스를 스팀과 직접 열교환시키지 않고 스팀으로 가열된 열 매체를 통해 간접가열함으로써, 필요한 만큼의 열에너지만을 안정적으로 공급하고 강제 기화된 액화천연가스를 용이하게 제어하여 내연기관(G)이 필요로 하는 메탄가로 조절할 수 있다. 또한 강제기화 후 세퍼레이터(300)를 거친 액화천연가스를 다시 열 매체와 열교환으로 추가 가열함으로써, 강제 기화 및 추가 가열을 위한 열원 공급 시스템을 단일하게 구성하여 컴팩트한 시스템을 구현할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
FT: 저장탱크
G: 내연기관
P: 연료 펌프
100: 강제 기화기
200: 열교환부
L1: 제1 유로
L2: 제2 유로
210: 히터
220: 제1 밸브
230: 제2 밸브
240: 열 매체 탱크
250: 열 매체 펌프
300: 세퍼레이터
400: 가열기

Claims (9)

  1. 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템에 있어서,
    상기 내연기관에 공급되는 상기 액화천연가스를 열교환으로 기화시키는 강제 기화기; 및
    상기 강제 기화기에서 상기 액화천연가스와 열교환되는 열 매체가 공급되는 열교환부를 포함하되,
    상기 열교환부에서 상기 열 매체는 스팀과 열교환으로 가열되고 상기 액화천연가스는 상기 열 매체로 간접 가열되는 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    저장탱크에 저장된 상기 액화천연가스를 펌핑하여 상기 강제 기화기로 공급하는 연료 펌프; 및
    상기 강제 기화기를 통과한 상기 액화천연가스를 공급받아 기화된 상기 액화천연가스에 포함된 HHC(Heavy Hydro Carbon)을 제거하는 세퍼레이터를 더 포함하되,
    상기 세퍼레이터에서 액체 상태인 상기 HHC를 제거하여 상기 액화천연가스를 상기 내연기관에서 요구하는 메탄가(methane number)로 조절하는 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 강제 기화기로부터 공급받은 상기 액화천연가스가 상기 내연기관에서 필요로 하는 온도 조건에 맞추어 추가로 가열되는 가열기를 더 포함하되,
    상기 가열기는 상기 열교환부로부터 공급받은 상기 열 매체와 열교환으로 상기 액화천연가스를 추가 가열하는 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관의 연료 공급 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 열교환부는
    상기 열 매체를 공급받아 스팀과 열교환으로 가열하는 히터; 및
    상기 히터에서 가열된 상기 열 매체를 상기 강제 기화기로 공급하는 제1 유로를 포함하는 선박용 내연기관의 연료 공급 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 열교환부는
    상기 제1 유로에서 분기되어 상기 가열기로 상기 열 매체를 공급하는 제2 유로;
    상기 제1 유로에서 상기 제2 유로가 분기된 지점 이후에 마련되는 제1 밸브; 및
    상기 제2 유로에 마련되는 제2 밸브를 더 포함하는 선박용 내연기관의 연료 공급 시스템.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 열교환부는
    상기 강제 기화기 또는 가열기를 순환하고 배출되는 상기 열 매체가 저장되어 상기 히터로 공급되는 열 매체 탱크; 및
    상기 열 매체 탱크에 저장된 상기 열 매체를 상기 히터로 공급하는 열 매체 펌프를 더 포함하는 선박용 내연기관의 연료 공급 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 열 매체는 GW(Glycol water)인 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템.
  8. 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 방법에 있어서,
    1) 열 매체를 스팀으로 가열하는 단계;
    2) 상기 내연기관에 공급될 상기 액화천연가스를 상기 열 매체로 간접 가열하여 기화시키는 단계; 및
    3) 기화된 상기 액화천연가스에 포함된 액체 상태의 HHC를 제거하여 상기 내연기관이 요구하는 메탄가로 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    4) 메탄가가 조절된 상기 액화천연가스를 상기 내연기관에서 필요로 하는 온도 조건에 맞추어 상기 열 매체와 열교환시켜 추가 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 방법.
KR1020130071679A 2013-06-21 2013-06-21 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템 및 방법 KR20140148142A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130071679A KR20140148142A (ko) 2013-06-21 2013-06-21 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130071679A KR20140148142A (ko) 2013-06-21 2013-06-21 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140148142A true KR20140148142A (ko) 2014-12-31

Family

ID=52676597

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130071679A KR20140148142A (ko) 2013-06-21 2013-06-21 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20140148142A (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160086438A (ko) * 2015-01-09 2016-07-20 삼성중공업 주식회사 선박의 연료가스 공급시스템
KR20160086460A (ko) * 2015-01-09 2016-07-20 삼성중공업 주식회사 선박의 연료가스 공급시스템
KR20170081484A (ko) * 2016-01-04 2017-07-12 서미영 메탄가 조절이 필요한 선박용 엔진의 액화가스 연료 공급 히터 및 그러한 연료 공급 히터를 포함하는 액화가스 연료 공급 시스템 및 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160086438A (ko) * 2015-01-09 2016-07-20 삼성중공업 주식회사 선박의 연료가스 공급시스템
KR20160086460A (ko) * 2015-01-09 2016-07-20 삼성중공업 주식회사 선박의 연료가스 공급시스템
KR20170081484A (ko) * 2016-01-04 2017-07-12 서미영 메탄가 조절이 필요한 선박용 엔진의 액화가스 연료 공급 히터 및 그러한 연료 공급 히터를 포함하는 액화가스 연료 공급 시스템 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101978331B1 (ko) 선박의 액화천연가스 연료 공급 시스템 및 방법
KR20160008806A (ko) 선박의 연료공급 시스템
JP2009539037A (ja) 低温流体を気化させ、加熱する方法
KR101670872B1 (ko) 선박용 엔진의 연료공급 시스템 및 방법
KR20190033067A (ko) 선박
KR20150062841A (ko) 액화가스 처리 시스템
KR101537279B1 (ko) 선박용 엔진의 연료공급 시스템 및 방법
KR20200038746A (ko) 액화가스 처리 시스템 및 이를 구비하는 액화가스 운반선
KR101681715B1 (ko) 선박용 엔진의 연료공급 시스템 및 방법
KR102025939B1 (ko) 증발가스 처리 시스템
KR20140148142A (ko) 선박용 내연기관의 액화천연가스 연료 공급 시스템 및 방법
KR20170081484A (ko) 메탄가 조절이 필요한 선박용 엔진의 액화가스 연료 공급 히터 및 그러한 연료 공급 히터를 포함하는 액화가스 연료 공급 시스템 및 방법
KR20120123783A (ko) 선박 엔진용 엘엔지 연료 공급시스템
KR20150062791A (ko) 액화가스 처리 시스템
KR102016030B1 (ko) 액화가스 처리 시스템
KR102525128B1 (ko) Lng 냉열을 이용한 데이터센터 서버의 쿨링시스템
WO2017077718A1 (ja) 船舶
KR20140084832A (ko) 엔진룸의 냉각 해수를 통한 ｌｎｇ 기화 시스템
KR102153813B1 (ko) 연료가스 공급 시스템 및 이를 포함하는 선박
KR102046600B1 (ko) 액화가스 처리 시스템 및 이를 구비하는 액화가스 운반선
KR20150086643A (ko) 선박용 엔진의 연료 공급 시스템 및 방법
KR102160838B1 (ko) 액화가스 처리 시스템
KR102111202B1 (ko) 액화가스 처리 시스템 및 이를 구비하는 액화가스 운반선
KR101867029B1 (ko) 선박용 엔진의 연료 공급 시스템 및 방법
KR20160126841A (ko) 액화천연가스 연료 공급 장치의 연료 공급 방법 및 이를 이용한 운송 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application