KR20150114003A - 연료 공급 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20150114003A
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이재무
이성준
도현선
진종운
이원두
이종철
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

연료 공급 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템은, 선박의 엔진에 연료 가스를 공급하는 연료 공급 시스템으로서, 액화 천연 가스가 저장된 저장 탱크; 저장 탱크로부터 이송된 액화 천연 가스를 엔진의 요구 압력으로 압축하는 압축 펌프; 및 압축된 액화 천연 가스를 기화시켜서 엔진에 공급하는 기화 장치를 포함하되, 기화 장치는, 액화 천연 가스와 열매체가 통과하면서 액화 천연 가스와 열매체 간의 열교환이 이루어지는 적어도 하나의 열교환기; 열매체의 결빙을 감지하는 결빙 감지 수단; 및 적어도 하나의 열교환기 중 결빙 감지 수단에 의해 열매체의 결빙이 감지된 열교환기를 액화 천연 가스가 우회할 수 있는 우회 라인을 포함한다.

Description

연료 공급 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SUPPLYING FUEL}
본 발명은 연료 공급 시스템 및 연료 공급 방법에 관한 것이다.
일반적으로 천연 가스는 생산지에서 -163℃의 극저온으로 액화된 액화 천연 가스(Liquefied Natural Gas, LNG)의 상태로 만들어진 후, LNG 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 수송된다.
최근에는, 이러한 액화 천연 가스가 선박을 추진하는 연료로 사용될 수 있다.
액화 천연 가스를 추진 엔진의 연료로 사용하는 선박에는, 연료용 액화 천연 가스를 저장하기 위한 액화 천연 가스 저장 탱크가 설치된다.
이러한 선박의 선박 추진 엔진으로서 고압 가스 분사 엔진, 예를 들어 ME-GI엔진(MAN B&W Piesel사의 제품)이 사용될 수 있다.
이 때, ME-GI엔진에 연료를 공급하는 연료 공급 시스템은, 액화 천연 가스 저장 탱크로부터 공급되는 연료를 엔진의 요구 압력으로 압축하고 기화시킨 후에 기체 상태의 연료 가스를 ME-GI엔진으로 공급한다.
이를 위하여 연료 공급 시스템은 액체 상태의 액화 천연 가스를 기화시키는 기화 장치를 포함할 수 있다.
한편, 기화 장치에 공급되는 액화 천연 가스는 전술하였듯이, -163℃의 극저온 상태이므로, 액화 천연 가스와의 열교환을 위해 기화 장치를 통과하는 열매체가 결빙되는 경우가 발생할 수 있다.
이러한 경우, 열교환 효율이 저하되어 기화 장치의 성능이 정상적으로 발휘되지 않을 수 있다.
이에 따라, 결빙된 것이 녹을 때까지 연료 공급 시스템에서 연료 공급을 중지하거나 연료 공급량을 줄여야 하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 열매체가 결빙되어도 동일한 성능을 발휘할 수 있는 기화 장치를 포함하는 연료 공급 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 엔진에 연료 가스를 공급하는 연료 공급 시스템으로서, 액화 천연 가스가 저장된 저장 탱크; 상기 저장 탱크로부터 이송된 상기 액화 천연 가스를 상기 엔진의 요구 압력으로 압축하는 압축 펌프; 및 상기 압축된 액화 천연 가스를 기화시켜서 상기 엔진에 공급하는 기화 장치를 포함하되, 상기 기화 장치는, 상기 액화 천연 가스와 열매체가 통과하면서 상기 액화 천연 가스와 상기 열매체 간의 열교환이 이루어지는 적어도 하나의 열교환기; 상기 열매체의 결빙을 감지하는 결빙 감지 수단; 및 상기 적어도 하나의 열교환기 중 상기 결빙 감지 수단에 의해 상기 열매체의 결빙이 감지된 열교환기를 상기 액화 천연 가스가 우회할 수 있는 우회 라인을 포함하는, 연료 공급 시스템이 제공된다.
이 때, 상기 복수 개의 열교환기는 직렬로 연결될 수 있다.
이 때, 상기 결빙 감지 수단은, 상기 복수 개의 열교환기 중 가장 상류에 배치된 제 1 열교환기에 설치되고, 상기 제 1 열교환기를 통과한 액화 천연 가스 및 열매체 중 적어도 어느 하나의 온도를 측정하는 온도 측정 센서를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 기화 장치는, 상기 액화 천연 가스가 우회 라인을 통과하는 경우에 상기 액화 천연 가스가 추가로 통과할 수 있는 추가 열교환기를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 추가 열교환기는 상기 우회 라인에 설치될 수 있다.
또한, 상기 추가 열교환기는 상기 복수 개의 열교환기 중 상기 제 1 열교환기보다 하류에 배치된 하나의 열교환기와 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
한편, 상기 액화 천연 가스가 우회 라인을 통과하는 경우에 상기 복수 개의 열교환기 중 상기 제 1 열교환기보다 하류에 배치된 하나의 열교환기의 용량이 2배로 증가되도록 조정될 수 있다.
또한, 상기 제 1 열교환기의 입구에는 제 1 밸브가 설치되고, 상기 온도 측정 센서는 상기 제 1 밸브와 연결될 수 있다.
또한, 상기 우회 라인에는 제 2 밸브가 설치되고, 상기 온도 측정 센서는 상기 제 2 밸브와 연결될 수 있다.
또한, 상기 추가 열교환기의 입구에는 제 3 밸브가 설치되고, 상기 온도 측정 센서는 상기 제 3 밸브와 연결될 수 있다.
한편, 상기 엔진은 고압 가스 분사 엔진을 포함하고, 상기 고압 가스 분사 엔진의 요구 압력은 20 bar 내지 300 bar일 수 있다.
또한, 상기 저장 탱크로부터 상기 액화 천연 가스를 상기 압축 펌프로 이송시키는 이송 펌프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 엔진에 연료 가스를 공급하는 연료 공급 방법으로서, 액화 천연 가스가 저장된 저장 탱크로부터 액화 천연 가스를 상기 엔진의 요구 압력으로 압축하는 압축 단계; 상기 압축 단계에서 압축된 액화 천연 가스를 기화시키는 기화 단계; 및 상기 기화 단계에서 기화된 액화 천연 가스를 상기 엔진으로 공급하는 연료 공급 단계를 포함하되, 상기 기화 단계는, 상기 압축된 액화 천연 가스를 직렬로 연결된 복수 개의 열교환기를 통과시켜서 기화시키는, 연료 공급 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료 공급 시스템의 기화 장치에서 결빙이 감지된 열교환기를 우회함으로써, 운전 중단 없이 연료 공급 시스템을 운영할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료 공급 시스템의 기화 장치에서 결빙이 감지된 열교환기를 우회하는 경우에도, 동일한 열교환 효율을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템을 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템 중 기화 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템 중 기화 장치의 다른 형태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템 중 기화 장치의 또 다른 형태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)을 간략히 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 연료 공급 시스템(100)은 선박의 엔진(10)에 연료 가스를 공급하는 시스템이다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 엔진(10)의 연료로 액화 천연 가스가 사용될 수 있다.
이 때, 엔진(10)은 고압 가스 분사 엔진을 포함할 수 있으며, 예를 들어, ME-GI엔진(MAN B&W Piesel사의 제품)을 포함할 수 있다.
ME-GI엔진의 경우, 엔진에 공급되는 연료 가스의 요구 압력은 200 bar 내지 300 bar이다.
또한, 엔진(10)은 가스 터빈 엔진을 포함할 수 있다.
가스 터빈 엔진의 경우, 엔진에 공급되는 연료 가스의 요구 압력은 20 bar 내지 40 bar이다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료 공급 시스템(100)은 액화 천연 가스를 압축하고 기화하여 엔진(10)으로 공급할 필요가 있다.
이 때, 연료 공급 시스템(100)은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장 탱크(120), 공급 라인(150), 공급 펌프(110), 압축 펌프(140) 및 기화 장치(160)를 포함할 수 있다.
저장 탱크(120)는 엔진(10)의 연료가 되는 액화 천연 가스가 저장된 공간이다.
이 때, 저장 탱크(120)는, LNG 운반선과 같이 액화 천연 가스를 운반하는 선박의 경우, LNG 저장 탱크일 수 있다.
그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적인 선박의 경우, 저장 탱크(120)는 별도로 선박 내에 마련된 연료 저장 탱크일 수 있다.
한편, 저장 탱크(120)에 저장된 액화 천연 가스는 공급 라인(150)을 통해서 엔진(10)으로 공급될 수 있다.
즉, 공급 라인(150)은 저장 탱크(120)로부터 공급된 액화 천연 가스를 엔진(10)까지 전달하는 배관이다.
공급 펌프(110)는 저장 탱크(120)로부터 액화 천연 가스를 공급 라인(150)으로 뽑아 내기 위한 압송 수단이다.
즉, 공급 펌프(110)는 압력 차를 이용하여 저장 탱크(120)의 액화 천연 가스를 공급 라인(150)으로 이동시킬 수 있다.
공급 라인(150)으로 이동된 액화 천연 가스는 압축 펌프(140)를 통과함으로써, 엔진(10)이 요구하는 압력까지 압축될 수 있다.
즉, 압축 펌프(140)는 액화 천연 가스를 압축하기 위한 구성이다.
이 때, 엔진(10)이 ME-GI엔진인 경우, 엔진(10)으로 공급될 연료의 요구 압력은 200 bar 내지 300 bar이므로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 압축 펌프(140)는 액화 천연 가스를 200 bar 내지 300 bar로 압축시킬 수 있다. 한편, 경우에 따라, 엔진(10)에서 요구되는 연료의 압력은 1bar 내지 50bar의 기압일 수 있다. 즉, 엔진(10)에서 요구되는 액화 연료 가스의 압력은 1bar 내지 50bar일 수 있다.
이 때, 압축 펌프(140)로 주입되는 액화 천연 가스는 -163℃의 극저온 상태의 액체이므로, 압축 펌프(140)를 통과하여 200 bar 내지 300 bar로 압축되는 경우, 압축 펌프(140)에서 배출되는 액화 천연 가스는 엄밀하게 따지면, 액체도 기체도 아닌 초임계 상태일 수 있다.
따라서, 압축 펌프(140)를 통과하여 압축된 액화 천연 가스는 엔진(10)으로 공급되기 위해서는 기화 과정이 필요하다.
이에 따라, 압축 펌프(140)를 통과하여 압축된 액화 천연 가스는 기화 장치(160)을 통과하여 기화가 된 후에, 엔진(10)으로 공급될 수 있다.
즉, 기화 장치(160)는 압축된 액화 천연 가스를 기화시키는 구성이다.
한편, 압축 펌프(140)를 통과하여 압축된 액화 천연 가스는 -163℃의 극저온 상태를 유지하고 있으므로, 기화 장치(160)를 통과할 때, 기화 장치(160) 내부에서 결빙 현상이 일어날 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은, 기화 장치(160)에서 결빙이 발생하더라도 연료 공급 시스템(100)의 운전 중단 없이, 계속하여 운전 상태를 유지할 수 있으며, 결빙이 발생되지 않은 경우와 동일한 기화 성능을 발휘할 수 있다.
이하, 기화 장치(160)의 구성을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100) 중 기화 장치(160)를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 기화 장치(160)는 복수 개의 열교환기(161, 162, 163), 결빙 감지 수단(164) 및 우회 라인(165)을 포함할 수 있다.
이 때, 도 2에서 복수 개의 열교환기(161, 162, 163)를 통과하는 액화 천연 가스의 흐름을 실선으로 표시하였고, 열매체의 흐름을 파선으로 표시하였으며, 제어 신호는 1점 쇄선으로 표시하였는데, 이는, 뒤에서 설명할 도 3 및 도 4에서도 동일하다.
또한, 도 2에서는 복수 개의 열교환기(161, 162, 163)가 3개의 열교환기로 구성된 것을 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 2개의 열교환기 또는 4개 이상의 열교환기로 구성될 수도 있다.
이하, 설명에서는 이해의 편의를 위하여 복수 개의 열교환기가 3개의 열교환기로 구성된 것을 예로써 설명한다.
이 때, 3개의 열교환기는 액화 천연 가스가 엔진(10)으로 공급되는 방향을 기준으로, 상류에서부터 하류 방향으로, 제 1 열교환기(161), 제 2 열교환기(162), 제 3 열교환기(163)로 정의한다.
즉, 본 명세서에서 상류 및 하류는 저장 탱크(120)로부터 엔진(10)으로 공급되는 액화 천연 가스의 공급 방향을 기준으로 정의한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수 개의 열교환기, 예를 들어, 제 1 열교환기(161), 제 2 열교환기(162) 및 제 3 열교환기(163)는 직렬로 서로 연결될 수 있다.
이에 따라, 압축 펌프(140)에서 압축된 극저온 액체 상태(엄밀하게는 초임계 상태)의 액화 천연 가스는 제 1 열교환기(161), 제 2 열교환기(162) 및 제 3 열교환기(163)를 순차적으로 통과하면서, 엔진(10)의 요구 압력을 유지하면서 효율적으로 기화될 수 있다.
이 때, 기화 장치(160)로 주입되는 액화 천연 가스는 극저온 상태이므로, 기화 장치(160)를 구성하는 열교환기에서 결빙이 발생할 수 있다.
즉, 극저온 상태의 액화 천연 가스가 통과하는 열교환기를 별도의 열매체가 함께 통과하면서 액화 천연 가스 및 열매체 간에 열교환이 행해질 수 있는데, 극저온 상태의 액화 천연 가스와 직접 또는 간접으로 접촉한 열매체가 결빙될 수 있다.
한편, 액화 천연 가스와 열교환하는 열매체는 스팀(steam)이나 글리콜 워터(glycol water)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다양한 열매체로 구성될 수 있다.
이 때, 제 1 열교환기(161)에 주입되는 액화 천연 가스는 극저온 상태이지만, 제 1 열교환기(161)보다 하류에 배치된 열교환기, 예를 들어, 제 2 열교환기(162) 및 제 3 열교환기(163)에 주입되는 액화 천연 가스는 극저온 상태가 아니며, 온도가 상승된 상태일 수 있다.
이에 따라, 가장 상류에 배치된 제 1 열교환기(161)에서 결빙이 발생할 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 열교환기(161)에서 발생된 결빙은 결빙 감지 수단(164)을 통해 감지할 수 있다.
즉, 결빙 감지 수단(164)은 제 1 열교환기(161)를 통과한 열매체의 결빙을 감지하는 구성이다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 결빙 감지 수단(164)은 온도 측정 센서를 포함할 수 있다.
이 때, 도 2를 참조하면, 온도 측정 센서(164, 결빙 감지 수단)는 제 1 열교환기(161)를 통과한 액화 천연 가스 배관(즉, 제 1 열교환기 출구 위치의 공급 배관(150)) 또는 제 1 열교환기(161)를 통과한 열매체 배관에 설치될 수 있다.
이에 따라, 온도 측정 센서는 제 1 열교환기(161)를 통과한 액화 천연 가스 또는 제 1 열교환기(161)를 통과한 열매체의 온도를 측정할 수 있으며, 측정된 액화 천연 가스 또는 열매체의 온도를 통하여 열매체의 결빙을 감지할 수 있다.
보다 상세히, 제 1 열교환기(161)를 통과한 열매체가 결빙된 경우라면, 제 1 열교환기(161)를 통과한 액화 천연 가스의 온도가 결빙이 일어나지 않을 때의 기준 온도보다 낮게 측정되거나, 제 1 열교환기(161)를 통과한 열매체의 온도가 온도가 결빙이 일어나지 않을 때의 기준 온도보다 높게 측정될 수 있다.
따라서, 제 1 열교환기(161)를 통과한 액화 천연 가스 또는 제 1 열교환기(161)를 통과한 열매체의 온도를 측정함으로써, 제 1 열교환기(161)를 통과하는 열매체의 결빙을 감지할 수 있다.
이와 같이, 제 1 열교환기(161)에서 열매체의 결빙이 일어나는 경우, 제 1 열교환기(161)는 열교환 효율이 저하되게 되며, 결국, 기화 장치(160)를 통과한 액화 천연 가스가 엔진(10)이 요구하는 연료 가스 정도의 기화가 진행되지 않은 채 엔진(10)으로 공급될 수 있다.
이 때, 연료 공급 시스템(100)에서 엔진(10)으로의 연료 공급을 일시 중단시키거나, 연료 공급 속도 또는 연료 공급량을 감소시키면 결빙이 자연적으로 제거될 수 있으나, 연료 공급을 중단시키거나 감소시키면 선박의 운항에 많은 손실이 발생할 수 있다.
이를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은, 기화 장치(160)로 주입된 액화 천연 가스가 결빙이 발생된 제 1 열교환기(161)를 우회하여 통과할 수 있는 우회 라인(165)을 포함할 수 있다.
즉, 우회 라인(165)은 액화 천연 가스가 결빙 감지 수단(164)에 의하여 결빙이 감지된 제 1 열교환기(161)를 우회하는 배관이다.
이에 따라, 제 1 열교환기(161)에서 결빙이 발생된 경우, 액화 천연 가스는 제 1 열교환기(161)에 들어가지 않고, 우회 라인(165)을 통해 제 1 열교환기(161)를 생략한 후에, 바로 제 2 열교환기(162)로 들어갈 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 우회 라인(165)으로의 액화 천연 가스의 유동 제어를 위하여 밸브 장치가 설치될 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 제 1 열교환기(161)의 입구에 제 1 밸브(181)가 설치될 수 있다.
이 때, 우회 라인(165)의 입구에 제 2 밸브(182)가 설치될 수 있다.
이에 따라, 기화 장치(160)에 유입된 액화 천연 가스의 유동은 아래와 같이 제어될 수 있다.
도 2를 참조하면, 먼저, 압축 펌프(140, 도 1 참조)에서 압축된 액화 천연 가스가 공급 라인(150)을 따라 기화 장치(160)로 들어온다.
기화 장치(160)로 들어온 액화 천연 가스는 열교환을 위하여 가장 상류에 배치된 제 1 열교환기(161)를 통과한다.
이 때, 열교환을 위한 열매체가 제 1 열교환기(161)를 통과하면서 액화 천연 가스와 열교환을 하게 된다.
열교환을 수행한 액화 천연 가스와 열매체는 제 1 열교환기(161)에서 배출되는데, 이 때, 액화 천연 가스 또는 열매체의 배출 배관에는 결빙 감지 수단(164), 예를 들어, 온도 측정 센서가 설치되어 있다.
결빙 감지 수단(164)에 의하여 제 1 열교환기(161)를 통과한 열매체의 결빙이 감지된 경우, 제어 신호가 제 1 열교환기(161)의 입구에 설치된 제 1 밸브(181)에 전달되어 제 1 밸브(181)를 닫는다.
또한, 제어 신호가 우회 라인(165)의 입구에 설치된 제 2 밸브(182)에 전달되어 제 2 밸브(182)를 열게 된다.
이에 따라, 기화 장치(160)로 유입되는 액화 천연 가스는 제 1 열교환기(161)를 통과하지 않고, 우회 라인(165)을 따라 제 1 열교환기(161)를 지나친 후, 제 2 열교환기(162)로 들어가게 된다.
이와 같이, 제 1 열교환기(161)에서의 결빙 감지 시에, 결빙 감지 수단(164)과 제 1 밸브(181) 및 제 2 밸브(182)의 조작을 통하여, 제 1 열교환기(161)를 우회할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은, 결빙 발생으로 인하여 제 1 열교환기(161)를 우회하는 경우, 추가적으로 열교환을 수행할 수 있는 추가 열교환기(166)를 더 포함할 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 추가 열교환기(166)는 우회 라인(165)에 설치될 수 있다.
이 때, 추가 열교환기(166)의 용량은 우회한 제 1 열교환기(161)의 용량과 동일하다.
이에 따라, 기화 장치(160)에 유입된 액화 천연 가스가 제 1 열교환기(161)를 통과하지 않고 우회하더라도, 우회 라인(165)에서 추가 열교환기(166)를 통과하게 되므로, 열교환 효율을 우회하지 않을 때와 동일하게 유지시킬 수 있다.
이 때, 도 2를 참조하면, 추가 열교환기(166)에서도 결빙이 일어날 경우에는, 다시 우회 라인(165)에 설치된 제 2 밸브(182)를 닫고, 제 1 열교환기(161)의 입구에 설치된 제 1 밸브(181)를 열어서, 제 1 열교환기(161)를 통과시킬 수 있다.
즉, 제 1 열교환기(161)에서 결빙이 일어난 경우, 얼마 정도의 시간이 경과되면 자연적으로 결빙된 것이 녹기 때문에, 제 1 열교환기(161)의 결빙이 녹을 때까지만 추가 열교환기(166)를 통과시키면 된다.
이와 같이, 제 1 열교환기(161)에서 결빙이 발생하더라도, 제 1 열교환기(161)를 우회하여 추가 열교환기(166)를 통과시킴으로써, 연료 공급 시스템(100)의 운전 중단이나 연료 공급량을 감소시키지 않고, 동일한 열교환 효율을 유지하면서 연료 공급 시스템(100)의 계속적인 운전이 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예의 다른 형태에 따르면, 추가 열교환기(166)는 제 1 열교환기(161)보다 하류에 배치된 다른 하나의 열교환기와 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
이 때, 복수 개의 열교환기(161, 162, 163)은 모두 동일한 용량의 열교환기일 수 있다.
또한, 추가 열교환기(166)도 복수 개의 열교환기(161, 162, 163)와 동일한 용량의 열교환기일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100) 중 기화 장치(160)의 다른 형태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100) 중 기화 장치(160)의 또 다른 형태를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 추가 열교환기(166)는 가장 하류에 배치된 제 3 열교환기(163)와 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
이 때, 제 3 열교환기(163)는 제 1 열교환기(161)보다 하류에 배치된 다른 하나의 열교환기의 예시로서, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 추가 열교환기(166)는 제 3 열교환기(163)와 직렬로 연결될 수 있다.
이 때, 추가 열교환기(166)는 제 3 열교환기(163)의 하류 공급 라인(150)에서 분기된 라인에 배치될 수 있다.
이 때, 추가 열교환기(166)의 입구에는 제 3 밸브(183)가 설치될 수 있다.
또한, 제 3 열교환기(163)의 하류 공급 라인(150)에서 추가 열교환기(166)로의 분기점을 지나서 제 4 밸브(184)가 설치될 수 있다.
이에 따라, 제 1 열교환기(161)에서 결빙이 일어난 경우, 기화 장치(160)에 유입된 액화 천연 가스가 제 1 열교환기(161)를 우회할 때, 제 2 열교환기(162) 및 제 3 열교환기(163)를 통과하고 난 후, 추가적으로 추가 열교환기(166)를 통과하도록 액화 천연 가스의 유동을 제어할 수 있다.
이러한 제어 과정을 도 3을 참조하여 상세히 설명하면, 액화 천연 가스가 공급 라인(150)을 통해 기화 장치(160)에 유입되면, 먼저, 결빙 감지 수단(164)을 이용하여 제 1 열교환기(161)에서의 열매체의 결빙을 감지하게 된다.
이 때, 제 1 열교환기(161)의 결빙이 감지되면, 제어 신호를 통해, 제 1 밸브(181)를 닫고, 제 2 밸브(182)를 열게 된다.
또한, 제어 신호를 통해, 추가 열교환기(166)의 입구에 설치된 제 3 밸브(183)를 열고, 제 3 열교환기(163)의 하류 공급 라인(150)에서 추가 열교환기(166)로의 분기점을 지나서 설치된 제 4 밸브(184)를 닫게 된다.
이에 따라, 공급 라인(150)을 통해 기화 장치(160)에 유입된 액화 천연 가스는 우회 라인(165)을 따라 흐르게 되므로, 제 1 열교환기(161)를 우회하고 바로 제 2 열교환기(162)로 유입되게 된다.
이어서, 제 2 열교환기(162) 및 제 3 열교환기(163)를 통과하고 난 뒤, 제 3 밸브(183)가 열려 있고 제 4 밸브(184)가 닫혀 있기 때문에, 액화 천연 가스는 추가 열교환기(166)가 설치되어 있는 분기 라인을 따라 유동하여, 추가 열교환기(166)를 통과하여 추가적인 열교환을 행하게 된다.
이와 같이, 제 1 열교환기(161)에서 결빙이 발생하더라도, 제 1 열교환기(161)를 우회하여 제 3 열교환기(163)와 직렬로 연결된 추가 열교환기(166)를 통과함으로써, 결빙이 발생하지 않은 경우와 동일한 열교환 효율을 유지할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 추가 열교환기(166)는 제 3 열교환기(163)와 병렬로 연결될 수 있다.
이 때, 추가 열교환기(166)는 제 2 열교환기(162)의 하류 위치의 공급 라인(150)에서 분기된 라인에 배치될 수 있다.
이 때, 추가 열교환기(166)의 입구에는 제 3 밸브(183)가 설치될 수 있다.
그러나, 전술한 직렬 연결의 경우와는 달리, 제 4 밸브(184)는 설치되지 않는다.
이에 따라, 제 1 열교환기(161)에서 결빙이 일어난 경우, 기화 장치(160)에 유입된 액화 천연 가스가 제 1 열교환기(161)를 우회하더라도, 추가적으로 추가 열교환기(166)를 통과하도록 액화 천연 가스의 유동을 제어할 수 있다.
이러한 제어 과정을 도 4를 참조하여 상세히 설명하면, 액화 천연 가스가 공급 라인(150)을 통해 기화 장치(160)에 유입되면, 먼저, 결빙 감지 수단(164)을 이용하여 제 1 열교환기(161)에서의 열매체의 결빙을 감지하게 된다.
이 때, 제 1 열교환기(161)의 결빙이 감지되면, 제어 신호를 통해, 제 1 밸브(181)를 닫고, 제 2 밸브(182)를 열게 된다.
또한, 제어 신호를 통해, 추가 열교환기(166)의 입구에 설치된 제 3 밸브(183)를 열게 된다.
이에 따라, 기화 장치(160)로 유입된 액화 천연 가스는 우회 라인(165)을 따라 흐르게 되므로, 제 1 열교환기(161)를 우회하고 바로 제 2 열교환기(162)로 유입되게 된다.
이어서, 우회 라인(165)을 따라 우회한 액화 천연 가스는 제 2 열교환기(162)를 통과하고 난 뒤, 제 3 밸브(183)가 열려 있기 때문에, 제 3 열교환기(163)로 연결되는 공급 라인(150)과 추가 열교환기(166)가 설치되어 있는 분기 라인으로 나누어져서 유동하게 된다.
이에 따라, 제 2 열교환기(162)를 통과한 액화 천연 가스는 병렬로 배치된 제 3 열교환기(163)와 추가 열교환기(166)를 모두 통과하여 추가적인 열교환을 행하게 된다.
이 때, 제 3 열교환기(163)와 추가 열교환기(163)를 병렬로 배치하게 되면, 열교환기에 유입되는 유량이 2배로 증가한 것이기 때문에, 결국, 용량이 2배로 증가된 제 3 열교환기(163)를 통과하는 효과와 동일하게 된다.
즉, 제 1 열교환기(161)에서 결빙이 발생하더라도, 제 1 열교환기(161)를 우회하여 제 3 열교환기(163)와 직렬로 연결된 추가 열교환기(166)를 통과함으로써, 결빙이 발생하지 않은 경우와 동일한 열교환 효율을 유지할 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 1 열교환기(161)가 결빙되어 액화 천연 가스가 우회 라인(165)을 통과하는 경우에, 제 1 열교환기(161)보다 하류에 배치된 하나의 열교환기, 예를 들어, 제 3 열교환기(163)의 용량이 2배로 증가되도록 조정될 수 있다.
이 때, 제 3 열교환기(163)는 제 1 열교환기(161) 및 제 2 열교환기(162)와 동일한 종류의 열교환기가 아닐 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 3 열교환기(163)는 액화 천연 가스 및 열매체의 유량을 2배로 조정할 수 있는 배관, 밸브 및 제어 수단이 구성되어 있는 열교환기일 수 있다.
이는, 전술하였듯이, 제 3 열교환기(163)와 추가 열교환기(163)를 병렬로 배치하게 되면, 용량이 2배로 증가된 제 3 열교환기(163)를 통과하는 효과와 동일하게 되는 것으로부터, 추가 열교환기(163)가 병렬 배치된 실시예와 동일한 발명의 효과를 낼 수 있음을 자명하게 이해할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은 직렬로 연결된 복수 개의 열교환기(161, 162, 163)로 구성된 기화 장치(160)를 포함하는데, 결빙이 감지된 제 1 열교환기(161)를 우회하는 우회 라인(165)을 포함함으로써, 운전 중단 없이 연료 공급 시스템(100)을 운영할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 결빙이 감지된 제 1 열교환기(161)를 우회하는 경우에도, 추가 열교환기(166)를 통과시킴으로써, 결빙이 없을 경우와 동일한 열교환 효율을 유지할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 결빙이 감지된 제 1 열교환기(161)를 우회하는 경우에, 추가 열교환기(166) 없이, 제 1 열교환기(161)의 하류에 배치된 하나의 열교환기의 용량이 2배로 조절되도록 구성하여, 동일한 효과를 발휘할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10 엔진 100 연료 공급 시스템
110 공급 펌프 120 저장 탱크
140 압축 펌프 150 공급 라인
160 기화 장치 161 제 1 열교환기
162 제 2 열교환기 163 제 3 열교환기
164 결빙 감지 수단 165 우회 라인
166 추가 열교환기 181 제 1 밸브
182 제 2 밸브 183 제 3 밸브
184 제 4 밸브

Claims (13)

  1. 선박의 엔진에 연료 가스를 공급하는 연료 공급 시스템으로서,
    액화 천연 가스가 저장된 저장 탱크;
    상기 저장 탱크로부터 이송된 상기 액화 천연 가스를 상기 엔진의 요구 압력으로 압축하는 압축 펌프; 및
    상기 압축된 액화 천연 가스를 기화시켜서 상기 엔진에 공급하는 기화 장치를 포함하되,
    상기 기화 장치는,
    상기 액화 천연 가스와 열매체가 통과하면서 상기 액화 천연 가스와 상기 열매체 간의 열교환이 이루어지는 적어도 하나의 열교환기;
    상기 열매체의 결빙을 감지하는 결빙 감지 수단; 및
    상기 적어도 하나의 열교환기 중 상기 결빙 감지 수단에 의해 상기 열매체의 결빙이 감지된 열교환기를 상기 액화 천연 가스가 우회할 수 있는 우회 라인을 포함하는, 연료 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 열교환기는 직렬로 연결되는, 연료 공급 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 결빙 감지 수단은,
    상기 복수 개의 열교환기 중 가장 상류에 배치된 제 1 열교환기에 설치되고,
    상기 제 1 열교환기를 통과한 액화 천연 가스 및 열매체 중 적어도 어느 하나의 온도를 측정하는 온도 측정 센서를 포함하는, 연료 공급 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기화 장치는,
    상기 액화 천연 가스가 우회 라인을 통과하는 경우에 상기 액화 천연 가스가 추가로 통과할 수 있는 추가 열교환기를 더 포함하는, 연료 공급 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 추가 열교환기는 상기 우회 라인에 설치되는, 연료 공급 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 추가 열교환기는 상기 복수 개의 열교환기 중 상기 제 1 열교환기보다 하류에 배치된 하나의 열교환기와 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있는, 연료 공급 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 액화 천연 가스가 우회 라인을 통과하는 경우에 상기 복수 개의 열교환기 중 상기 제 1 열교환기보다 하류에 배치된 하나의 열교환기의 용량이 2배로 증가되도록 조정될 수 있는, 연료 공급 시스템.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기의 입구에는 제 1 밸브가 설치되고,
    상기 온도 측정 센서는 상기 제 1 밸브와 연결되는, 연료 공급 시스템.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 우회 라인에는 제 2 밸브가 설치되고,
    상기 온도 측정 센서는 상기 제 2 밸브와 연결되는, 연료 공급 시스템.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 추가 열교환기의 입구에는 제 3 밸브가 설치되고,
    상기 온도 측정 센서는 상기 제 3 밸브와 연결되는, 연료 공급 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진은 고압 가스 분사 엔진을 포함하고,
    상기 고압 가스 분사 엔진의 요구 압력은 20 bar 내지 300 bar인, 연료 공급 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장 탱크로부터 상기 액화 천연 가스를 상기 압축 펌프로 이송시키는 이송 펌프를 더 포함하는, 연료 공급 시스템.
  13. 선박의 엔진에 연료 가스를 공급하는 연료 공급 방법으로서,
    액화 천연 가스가 저장된 저장 탱크로부터 액화 천연 가스를 상기 엔진의 요구 압력으로 압축하는 압축 단계;
    상기 압축 단계에서 압축된 액화 천연 가스를 기화시키는 기화 단계; 및
    상기 기화 단계에서 기화된 액화 천연 가스를 상기 엔진으로 공급하는 연료 공급 단계를 포함하되,
    상기 기화 단계는,
    상기 압축된 액화 천연 가스를 직렬로 연결된 복수 개의 열교환기를 통과시켜서 기화시키는, 연료 공급 방법.
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