KR20150140094A - 선박용 연료 공급 시스템 및 방법 - Google Patents

선박용 연료 공급 시스템 및 방법 Download PDF

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이원두
윤호병
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

선박용 연료 공급 시스템이 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템은 액화천연가스를 연료로 사용하는 제 1 엔진으로 연료를 공급하는 선박용 연료 공급 시스템으로서, 액화천연가스를 저장하는 연료 저장 탱크; 상기 연료 저장 탱크 내에서 기화된 보일 오프 가스(BOG)를 압축하는 압축부; 상기 연료 저장 탱크 내에 저장된 액화천연가스를 고압으로 압축하는 고압 펌프 및 상기 압축부에서 압축된 보일 오프 가스와 상기 고압 펌프에 의하여 압축된 액화천연가스를 혼합시키는 혼합부를 포함하되, 상기 혼합부에서 혼합된 고압의 연료가 상기 제 1 엔진으로 공급된다.

Description

선박용 연료 공급 시스템 및 방법{Fuel supply system for a ship and method thereof}
본 발명은 선박용 연료 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
선박 또는 해상부유물은 천연가스를 엔진에 연료로 사용이 가능하며, 이를 위해 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 LNG) 저장탱크를 필요로 한다.
일반적으로 상압에서 천연가스를 보관에 용이하게 하기 위해 -162 ℃이하의 온도로 LNG 저장탱크를 유지하지만, 실제로 외부의 열유입이나 해상환경에 의한 선박의 유동에 의해 연료탱크에서는 증발가스(Boil-Off Gas, 이하 BOG)가 발생한다.
LNG 저장탱크에 BOG가 다량 발생하여 축적되면 탱크 내부 압력이 증가하여 탱크파열의 위험이 있으므로, BOG가 발생할 때마다 이를 뽑아내어 LNG 저장탱크 내 압력 증가를 막는다. 선박추진 엔진으로 고압가스 분사엔진(예를 들어, ME-GI 엔진(MAN B&W Diesel사)이 사용되는 경우, 이렇게 생성되는 BOG를 가압하여 사용할 수 있다.
종래에는 고압가스 분사엔진에 사용되는 연료공급시스템에 대하여 BOG를 압축기를 사용하여 주입하거나, 혹은 LNG를 가압한 후 증발시켜 엔진에 주입하였다.
그러나 연료로 LNG만을 기화시켜 압축시키거나 압축시킨 뒤 기화시키는 방법은 BOG를 사용할 수 없고, BOG를 압축기로 압축시켜 사용하는 경우는 엔진에 필요한 가스양을 충족시키기 위해 압축기의 용량이 커지게 되어 비싼 압축기를 사용해야만 하는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예는 선박용 연료 공급 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스를 연료로 사용하는 제 1 엔진으로 연료를 공급하는 선박용 연료 공급 시스템으로서, 액화천연가스를 저장하는 연료 저장 탱크; 상기 연료 저장 탱크 내에서 기화된 보일 오프 가스(BOG)를 압축하는 압축부; 상기 연료 저장 탱크 내에 저장된 액화천연가스를 고압으로 압축하는 고압 펌프 및 상기 압축부에서 압축된 보일 오프 가스와 상기 고압 펌프에 의하여 압축된 액화천연가스를 혼합시키는 혼합부를 포함하되, 상기 혼합부에서 혼합된 고압의 연료를 상기 제 1 엔진으로 공급되는, 선박용 연료 공급 시스템이 제공된다.
이 때, 상기 압축부는 복수의 압축기를 포함하며, 상기 복수의 압축기는 상기 보일 오프 가스를 순차적으로 고압으로 압축시키는 다단 압축기일 수 있다.
이 때, 상기 혼합부는 상기 복수의 압축기로부터 각각 배출된 보일 오프 가스를 상기 고압 펌프에 의하여 압축된 액화천연가스와 혼합시키도록 상기 복수개의 압축기 중 적어도 하나의 후단에 각각 설치되는 하나 이상의 혼합 모듈을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 하나 이상의 혼합 모듈은 상기 복수 개의 압축기와 동일한 수를 갖도록 형성되며 상기 복수 개의 압축기 각각의 후단에 설치될 수 있다.
이 때, 상기 복수의 압축기는 다단으로 형성되는 제 1 내지 제 5 압축기를 포함하며, 상기 하나 이상의 혼합 모듈은 제 3 내지 제 5 압축기의 후단에 각각 형성된 3개의 혼합 모듈을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 하나 이상의 혼합 모듈 각각은 상기 복수의 압축기 중 어느 하나로부터 배출된 보일 오프 가스가 이동되는 제 1 배관; 상기 고압 펌프로부터 배출된 액화천연가스가 이동되는 제 2 배관 및 상기 제 1 배관 및 상기 제 2 배관과 연결되어 상기 보일 오프 가스 및 상기 액화천연가스가 혼합된 상태로 이동되는 제 3 배관을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 하나 이상의 혼합 모듈 각각은 상기 제 1 배관을 지나 이동하는 보일 오프 가스 및 상기 제 2 배관을 지나 이동하는 액화천연가스가 혼합되는 혼합기를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 하나 이상의 혼합 모듈 각각에서 상기 제 2 배관을 통하여 이동된 후 상기 제 1 배관을 지나 이동하는 보일 오프 가스와 혼합되는 상기 액화천연가스의 상태량은 모두 동일할 수 있다.
이 때, 상기 압축부로 유입되기 전에 상기 보일 오프 가스의 온도를 상승시키기 위하여 상기 압축부의 전방에 설치되는 히터를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 연료 저장 탱크 내에서 기화된 보일 오프 가스가 상기 압축부로 이송되는 유량을 제어하기 위한 제 1 밸브를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 혼합부에서 혼합되어 상기 제 1 엔진으로 공급되는 상기 고압의 연료 가스의 유량을 측정하는 제 1 유량 계측기를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제 1 유량 계측기로부터 계측된 유량에 따라 상기 연료 저장 탱크 내에서 기화된 보일 오프 가스가 상기 압축부로 이송되는 유량을 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 복수의 혼합 모듈 중 어느 하나의 상기 제 3 배관으로부터 분기되어 상기 제 1 엔진보다 저압의 연료를 사용하는 제 2 엔진으로 상기 저압의 연료를 공급하는 제 4 배관을 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제 4 배관에 설치되어 상기 제 2 엔진으로 공급되는 상기 저압의 연료의 유량을 측정하는 제 2 유량 계측기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화천연가스를 연료로 사용하는 제 1 엔진으로 연료를 공급하는 선박용 연료 공급 방법으로서, 액화천연가스를 저장하는 연료 저장 탱크 내에서 기화된 보일 오프 가스(BOG)를 압축하는 단계; 연료 저장 탱크 내에 저장된 액화천연가스를 고압으로 압축하는 단계; 상기 기화된 보일 오프 가스와 상기 고압으로 압축된 액화천연가스를 혼합시키는 단계 및 상기 혼합된 고압의 연료를 상기 제 1 엔진으로 공급하는 단계를 포함하는 선박용 연료 공급 방법이 제공된다.
이 때, 상기 보일 오프 가스를 압축하는 단계는 복수의 압축기를 이용하여 상기 보일 오프 가스를 순차적으로 고압으로 압축하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 기화된 보일 오프 가스와 상기 고압으로 압축된 액화천연가스를 혼합시키는 단계는, 상기 복수의 압축기 중 어느 하나의 후단에서 상기 복수의 압축기 중 어느 하나를 나온 보일 오프 가스와 상기 고압으로 압축된 액화천연가스 중 일부를 혼합시키는 단계를 포함하되, 상기 단계에서 혼합된 연료는 상기 복수의 압축기 중 어느 하나의 후방에 위치되는 압축기로 이송되며, 상기 복수의 압축기 중 마지막 단에 위치되는 압축기를 나온 보일 오프 가스는 상기 고압으로 압축된 액화천연가스 중 다른 일부와 혼합된 후 상기 제 1 엔진으로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템은 LNG와 기화된 천연 가스를 혼합하여 엔진으로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템에 사용되는 혼합기의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 구성도이다.
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 제 1 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 구성도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템에 사용되는 혼합기의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(I)은 제 1 엔진(50)으로 연료를 공급하는 시스템으로서, 연료 저장 탱크(2), 압축부(30), 고압 펌프(20) 및 혼합부(40)를 포함할 수 있다.
이 때, 제 1 엔진(50)은 고압으로 압축된 천연 가스를 공급받아 연료로 사용하는 고압 가스 분사 엔진일 수 있다. 이 때, 고압 가스 분사 엔진은 250~300바로 압축된 고압 가스를 공급받아 엔진을 구동할 수 있다.
연료 저장 탱크(2)는 LNG를 저장하는 연료 저장 탱크로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박이 LNG 운반선일 경우 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크가 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 저장 탱크로 사용될 수 있다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 LNG 운반선에 제한되지 않으며, 본 실시예에서 선박은 LNG를 연료로 사용하기 위하여 LNG를 별도의 저장 탱크 내부에 저장하고 있는 선박 또는 해양 구조물을 포함할 수 있다.
연료 저장 탱크(2)에는 공급 라인(6)이 설치된다. 본 실시예에서 공급 라인(6)은 연료 저장 탱크(2) 내부에서 LNG가 기화된 BOG를 연료 저장 탱크(2)의 외부로 배출하기 위한 공급 라인이다. 공급 라인(6)은 연료 저장 탱크(2)의 상부에 위치되어 기화된 LNG를 후술하는 압축부로 공급한다.
공급 라인(6)에는 분기 라인(8)이 설치되며, 분기 라인(8)에는 제 1 밸브(9)가 설치된다. 이와 같은 분기 라인(8)은 공급 라인(6)을 통하여 제 1 엔진(50)으로 공급되는 BOG의 양을 조절하기 위한 것이다.
제 1 엔진(50)으로 공급되는 BOG의 양이 많을 경우 제 1 밸브(9)를 열어 분기 라인(8)을 통하여, 도시되지 아니하였으나 BOG를 소각하는 소각 장치 또는 BOG를 이용하여 발전하는 발전기 등과 같이 BOG를 소비하는 장치로 BOG를 공급하거나 BOG를 외부로 배출하여 대기로 방출할 수 있다.
공급 라인(6)을 통하여 연료 저장 탱크(2)의 외부로 배출된 기화된 BOG는 공급 라인(6)에 설치된 히터(10)에 의하여 고온으로 가열된다. 이 때, 히터(10)에 의하여 가열된 BOG는 압축부(30)에서 압축되기 적합한 온도, 예를 들어 40도까지 가열된 후 압축부(30)로 공급될 수 있다.
압축부(30)는 가열된 BOG를 압축하기 위하여 복수의 압축기(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)를 포함할 수 있다.
이 때, 복수의 압축기(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)는 BOG를 순차적으로 고압으로 압축시키는 다단 압축기일 수 있다. 이 때, 각각의 압축기에서 BOG는 순차적으로 또는 단계적으로 제 1 엔진으로 공급될 수 있는 고온으로 상승될 수 있다.
본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 5개의 압축기(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)가 순차적으로 배열되어 BOG를 고압으로 압축하는 것을 예시적으로 설명한다. 이하 5개의 압축기(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)를 지칭함에 있어, 각각의 압축기를 지칭하는 경우에는 도 1에서 볼 때 왼쪽으로부터 오른쪽 방향으로 배치된 각각의 압축기를 제 1 압축기 내지 제 5 압축기(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)로 지칭하기로 한다. 본 실시예에서는 5개의 압축기(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)를 예시하였으나, 압축부(30)를 구성하는 압축기의 수 및 용량은 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 5개의 압축기(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)를 지나 압축된 BOG는 후술하는 고압 펌프(20)에서 가압된 LNG와 혼합부(40)에서 혼합된다.
보다 상세히, 연료 저장 탱크(2) 내부에는 부스팅 펌프(4)가 설치되어 LNG를 연료 저장 탱크(2)로부터 외부로 배출시킨다.
연료 저장 탱크(2)로부터 외부로 배출된 LNG는 고압 펌프(20)에 의하여 압축된다. 고압으로 압축된 LNG는 혼합부(40)로 유입되어 압축부(30)에서 압축된 BOG와 혼합된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템은 압축부(30)에서 고압으로 압축된 BOG와 고압 펌프(20)에서 압축된 LNG를 혼합하기 위하여 혼합부(40)를 구비한다.
혼합부(40)는 하나 이상의 혼합 모듈을 포함할 수 있다.
하나 이상의 혼합 모듈 각각은 압축부의 복수의 압축기(30a, 30b, 30c, 30d, 30e) 중 어느 하나의 후단에 설치되어 고압 펌프(20)로부터 유입되는 압축된 LNG와 복수의 압축기(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)에 의하여 압축된 BOG를 혼합시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 혼합 모듈은 5개의 압축기(30a, 30b, 30c, 30d, 30e) 후단에 각각 하나씩 총 5개로 형성된다. 이하 제 1 내지 제 5 압축기(30a, 30b, 30c, 30d, 30e) 후단에 각각 형성된 혼합 모듈을 제 1 내지 제 5 혼합 모듈로 지칭하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 내지 제 5 혼합 모듈 각각은 제 1 배관(32a, 32b, 32c, 32d, 32e), 제 2 배관(22a, 22b, 22c, 22d, 22e), 혼합기(40a, 40b, 40c, 40d, 40e) 및 제 3 배관(42a, 42b, 42c, 42d, 42e)을 포함할 수 있다. 이하 혼합기를 지칭함에 있어 "제 n 혼합 모듈의 혼합기"를 "제 n 혼합기"로 지칭하도록 한다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 제 1 혼합 모듈을 형성하는 일 예로서 제 1 배관(32a), 제 2 배관(22a), 제 1 혼합기(40a) 및 제 3 배관(42a)이 도시되어 있다. 도 2에 도시된 제 1 혼합기(40a) 및 제 1 내지 제 3 배관(32a, 22a, 42a)은 히터(10)의 후단에 위치되는 제 1 압축기(30a)로부터 배출된 BOG 및 고압 펌프(20)로부터 배출된 LNG가 유입되는 첫번째 혼합기를 도시한 것이다. 도 2에서는 제 1 혼합기(40a) 및 이에 연결된 배관만을 도시하였으나, 나머지 혼합기 및 배관들의 구성도 이와 동일하게 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제 1 혼합 모듈의 제 1 배관(32a)은 제 1 압축기(30a)로부터 배출된 BOG가 이동되는 배관이며, 제 1 배관(32a)을 지난 BOG는 제 1 혼합기(40a)로 유입된다.
제 1 혼합 모듈의 제 2 배관(22a)은 고압 펌프(20)로부터 배출된 LNG가 이동되는 배관이며, 제 2 배관(22a)을 지난 LNG는 제 1 혼합기(40a)로 유입된다.
제 1 혼합기(40a)로 유입된 BOG 및 LNG는 제 1 혼합기(40a) 내에서 혼합된 후 제 3 배관(42a)을 통하여 외부로 배출된다. 제 3 배관(42a)을 통하여 배출된 연료는 다음 단의 압축기, 즉 제 2 압축기(30b)로 유입된다.
도 2를 참조하면, 제1 혼합기(40a)는 상하부가 볼록한 실린더 형 몸체(41)로 이루어질 수 있다. 제 1 배관(32a)을 통하여 제 1 혼합기(40a) 내의 상부측으로 유입된 BOG는 분사 노즐(44)에 의하여 제 1 혼합기(40a) 내부로 분사되며, 제 2 배관(22a)을 통하여 제 1 혼합기(40a) 내의 하부측으로 유입된 LNG는 제 1 혼합기(40a)의 하부에서 BOG와 혼합된다.
제 1 혼합기(40a)로 유입되는 LNG의 온도는 예를 들어 -145도 정도로 제 1 압축기(30a)를 지난 BOG의 온도, 예를 들어 99도 정도보다 상당히 낮으며, 이 두 가지 유체가 혼합됨에 따라 혼합된 유체의 온도는 그 후단의 압축기에 사용가능한 온도, 예를 들어 40도 정도가 될 수 있다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템에서 사용될 수 있는 혼합기는 BOG와 LNG가 용이하게 혼합될 수 있는 형태의 혼합기로서 공지된 다양한 형태의 혼합기일 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 혼합 모듈에서 각각의 혼합기(40a, 40b, 40c, 40d, 40e)로 유입되는, 고압 펌프(20)에 의하여 압축된 LNG는 동일한 상태량, 즉 동일한 압력 및 온도를 가질 수 있다.
다만, 복수의 혼합 모듈 각각으로 유입되는 LNG의 양은, 제 3 배관(42a, 42b, 42c, 42d, 42e)에 설치된 밸브(미도시)에 의하여 그 양이 조절될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료 공급 시스템에서 5개의 혼합기(40a, 40b, 40c, 40d, 40e)로 동일한 양의 압축된 LNG가 유입될 수 있으나, 필요에 따라 5개의 혼합기(40a, 40b, 40c, 40d, 40e) 중 일부, 예를 들어 제 3 내지 제 5 혼합기(40c, 40d, 40e)로만 동일한 양의 압축된 LNG가 유입되도록 형성될 수도 있다.
혼합기 내부에서 혼합된 BOG 와 LNG는 제 3 배관(42a, 42b, 42c, 42d, 42e)을 통하여 다음 단의 압축기로 유입된다. 제 1 내지 제 5 혼합기(40a, 40b, 40c, 40d, 40e)를 나온 연료는 다음 단의 압축기로 유입될 수 있는 온도, 예를 들어 약 40도의 온도 및 소정의 압력을 가지며 기체 상태로 다음 단의 압축기로 유입된다.
한편 제 5 혼합기(40e)로부터 배출된 연료는 제 1 엔진(50)으로 공급될 수 있는 고온의 온도 예를 들어 40도 정도의 온도 및 고압의 압력, 예를 들어 300바 정도의 압력으로 제 1 엔진(50)으로 유입될 수 있다.
이 때, 제 5 혼합기(40e) 후단의 제 3 배관(42e)에는 제 1 유량 계측기(60)가 설치될 수 있다. 제 1 유량 계측기(60)에서는 제 1 엔진(50)으로 공급되는 연료의 유량을 계측할 수 있다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이와 같이 제 1 엔진(50)으로 공급되는 연료의 유량을 조절하기 위하여 제어기(90)가 제공된다.
제어기(90)는 제 1 유량 계측기(60)에서 계측된 유량을 조절하기 위하여 제 1 밸브(9)에 연결되며, 제 1 밸브(9)의 개폐량을 조절하여 압축부로 유입되는 BOG의 양을 조절하여 제 1 엔진(50)으로 공급되는 연료의 유량을 조절할 수 있다.
한편, 제 2 배관(22a, 22b, 22c, 22d, 22e)에 밸브(미도시)가 설치된 경우 제어기(90)는 제 2 배관(22a, 22b, 22c, 22d, 22e)에 설치된 밸브를 조절함으로써, 고압 펌프(20)로부터 제 2 배관(22a, 22b, 22c, 22d, 22e)을 통하여 혼합기(40a, 40b, 40c, 40d, 40e)로 유입되는 LNG의 유량을 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료 공급 시스템(I)은 기체 상태의 BOG와 액체 상태의 LNG를 혼합하여 연료를 공급함으로써 기체 상태의 BOG 만을 압축하여 연료로 공급하는 방식과 비교할 때 별도의 열교환기를 구비하지 않고서도 연료 저장 탱크로부터 연료를 제 1 엔진으로 공급할 수 있으며, 또한 BOG 만을 압축하는 경우보다 압축기의 용량을 줄일 수 있어 압축기를 구동하는데 필요한 에너지의 소모를 줄일 수 있으므로, 경제적이다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 연료 공급 시스템(I)은 액체 상태의 연료를 가압 후 기화시킴으로써 연료로 공급하던 방식과 비교할 때 기화기의 용량을 줄일 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 혼합 모듈을 이용한 연료 공급 시스템은 제 1 실시예에서 설명한 구성이 다양한 형태로 변경될 수 있는 바, 이하 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 도면을 달리하여 설명한다. 이 때, 본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어 제 1 실시예와 동일한 구성에 대하여는 상세한 설명을 생략하도록 하고 제 1 실시예 및 다른 실시예와 구별되는 구성을 중심으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템(II)의 구성도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템(II)은 제 1 실시예와 비교할 때, 압축기의 후단에 위치된 혼합 모듈이 혼합기를 포함하지 않으며, 제 1 내지 제 5 혼합 모듈이 제 1 배관(32a, 32b, 32c, 32d, 32e), 제 2 배관(22a, 22b, 22c, 22d, 22e) 및 제 3 배관(42a, 42b, 42c, 42d, 42e) 만으로 형성될 수 있다.
이 때, 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 제 1 배관(32a, 32b, 32c, 32d, 32e), 제 2 배관(22a, 22b, 22c, 22d, 22e) 및 제 3 배관(42a, 42b, 42c, 42d, 42e)은 제 1 실시예에 비하여 배관 내에서 기체 및 액체인 천연 가스가 자연스럽게 유동하면서 혼합되도록 충분히 길게 형성될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 제 1 배관(32a, 32b, 32c, 32d, 32e)을 통하여 지나는 가압된 BOG 및 제 2 배관(22a, 22b, 22c, 22d, 22e)을 통하여 지나는 압축된 LNG는, 제 1 배관(32a, 32b, 32c, 32d, 32e) 및 제 2 배관(22a, 22b, 22c, 22d, 22e)이 제 3 배관(42a, 42b, 42c, 42d, 42e)과 만나는 위치에서 상호 혼합되며, 상대적으로 저온인 LNG의 온도 때문에, 기체 상태의 BOG가 고체 또는 액체상으로 변하여 배관을 막지 않으므로 배관 내에서 상호 혼합되면서 후단의 압축기로 유입될 수 있다.
이와 같은 제 2 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템(II)은 혼합기를 사용하지 않기 때문에 혼합기가 설치되는 공간 및 비용을 절약할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템(III)의 구성도이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템(III)은 제 1 실시예와 비교할 때 제 1 압축기(30a)로 유입되기 전에 기화된 BOG를 가열하는 히터가 생략되고, 고압 펌프(20)에 의하여 가압된 LNG를 제 3 혼합기 내지 제 5 혼합기(40c, 40d, 40e)로만 공급하여 제 3 압축기 내지 제 5 압축기(30c, 30d, 30e )로부터 배출된 BOG와 혼합시키도록 구성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 제 3 실시예에 따른 연료 공급 시스템(III)은 제 1 압축기(30a)로 유입되는 BOG의 온도가 예를 들어 -140도 정도로 낮으므로, 제 1 압축기(30a)로서 낮은 BOG의 온도에서도 구동될 수 있는 압축기가 사용될 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 제 1 압축기(30a)를 지나면서 압축된 BOG는 제 2 압축기(30b)에서 추가 압축되며, 이에 따라 제 2 압축기(30b)로 들어갈 때보다 높은 온도 및 압력 예를 들어 -110의 온도 및 2바의 압력으로 제 3 압축기(30c)로 유입될 수 있다.
제 3 압축기(30c)에서 배출된 BOG는 제 2 압축기(30b)로 유입될 때보다 높은 온도 및 압력, 예를 들어 50도d의 온도 및 20바의 압력으로 제 3 압축기(30c)로부터 배출된 후 제 4 압축기(30d)로 유입되기 전에 고압 펌프(20)에 의하여 고압으로 압축된 LNG와 혼합될 수 있다.
이 때, 도 4에서는 제 2 실시예에서와 유사하게 혼합기가 생략된 구성이 도시되어 있으나, 제 3 압축기(30c) 후단에 제 3 혼합기(40c)가 설치되어 압축된 BOG와 고압의 LNG를 혼합하도록 구성할 수도 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 압축부의 제 1 압축기(30a) 및 제 2 압축기(30b)가 저온의 BOG를 압축할 수 있는 압축기를 사용함으로써 압축부 전단의 히터를 생략하고, 제 1 압축기(30a) 및 제 2 압축기(30b) 후단의 혼합 모듈을 생략함으로써 연료 공급 시스템의 구성을 간단하게 구성할 수 있다.
이 때, 본 실시예에서는 제 1 압축기 및 제 2 압축기의 후단에 설치되는 혼합 모듈 만을 생략하였으나, 압축기의 성능에 따라 생략되는 혼합 모듈의 수는 다양하게 설정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 구성도이다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템(IV)은 전술한 제 2 실시예에 제 4 배관(72), 제 2 엔진(70) 및 제 2 유량 계측기(80)를 포함할 수 있다.
이 때, 제 4 실시예에 따르면, 제 4 배관(72)은 제 3 압축기(30c)로 유입되는 제 3 배관(42b)으로부터 분기되도록 형성된다. 이 때, 도 5에서는 제 2 실시예와 유사하게 혼합기가 생략된 구성이 도시되었으나, 제 1 실시예와 유사하게 혼합기가 설치된 구성으로 이루어질 수도 있다.
한편, 제 2 엔진(70)은 제 1 엔진(50)과 비교할 때 저압의 연료를 사용하는 가스 분사 엔진일 수 있다. 이 때, 저압의 연료는 5 내지 10바의 압력을 갖는 연료일 수 있으나, 저압의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 제 4 실시예에서는 제 2 엔진(70)을 하나만 도시하였으나, 제 2 엔진(70)은 복수 개로 형성될 수 있다.
제 4 배관(72)에는 제 2 유량 계측기(80)가 설치된다. 이에 따라 제 2 엔진(70)으로 공급되는 연료의 유량을 계측할 수 있다. 제 2 유량 계측기(80)는 제 1 유량 계측기(60)와 유사하게 제어부(90)에 연결될 수 있으며, 이에 따라 제 2 유량 계측기(80)를 통하여 계측된 유량에 따라 연료 저장 탱크(2)로부터 배출되는 BOG의 유량이 제어될 있다.
제 4 실시예에서 제 3 압축기(30c)로 유입되는 제 3 배관(42c)에 제 4 배관(72)을 설치한 것은 제 3 압축기(30c)로 유입되도록 제 3 배관(42c)을 지나는 연료가 제 2 엔진(70)으로 공급가능한 상태량을 가질 수 있기 때문이다.
이와 같이 제 2 엔진(70)으로 공급가능한 상태량을 가지는 연료가 유동하는 배관에 제 4 배관(72)을 설치함으로써 본 발명의 제 4 실시예에 따른 연료 공급 시스템에서와 같이 고압의 연료가 공급되어야 하는 제 1 엔진(50) 뿐 아니라 저압의 연료가 공급되어야 하는 제 2 엔진(70)에도 본 발명의 제 4 실시예에 따른 연료 공급 시스템을 이용하여 연료를 공급할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 구성도이다.
본 발명의 제 5 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템(V)은 제 4 실시예와 비교할 때 제 5 압축기(30e)의 후단에 설치되는 제 3 배관(42e)에 제 4 배관(72)이 설치되며 제 4 배관(72)에 감압 밸브(24)가 설치되고, 제 4 배관(72)에 제 2 엔진(80)이 연결될 수 있다.
제 5 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템(V)은 제 1 엔진(50)으로 유입되는 고압의 가스 연료로부터 연료를 분기시켜 감압 밸브(24)에 의하여 강제로 연료의 압력을 낮춘 후 저압의 연료가 공급되어야 하는 제 2 엔진(70)으로 연료가 공급될 수 있도록 구성된다.
전술한 제 4 실시예 및 제 5 실시예에서와 같이 제 2 엔진(70)으로 연료를 공급하는 제 4 배관(72)은 연료 공급 시스템의 연료가 공급되는 유로 상의 다양한 위치에 설치될 수 있는데, 제 4 배관(72), 제 2 엔진(70) 및 제 2 유량 계측기(80)의 설치 위치는 제 4 배관(72), 제 2 엔진(70) 및 제 2 유량 계측기(80)가 설치되어야 하는 선박 내부의 구조 및 연료 공급 시스템의 설치 조건 및 상태에 따라 다양하게 변경될 수 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.
I II III IV V 연료 공급 시스템
2 연료 저장 탱크 4 부스팅 펌프
6 공급 라인 8 분기 라인
9 제 1 밸브 10 히터
20 고압 펌프 22a 22b 22c 22d 22e 제 2 배관
30a 제 1 압축기 30b 제 2 압축기
30c 제 3 압축기 30d 제 4 압축기
30e 제 5 압축기 32a 32b 32c 32d 32e 제 1 배관
40a 제 1 혼합기 40b 제 2 혼합기
40c 제 3 혼합기 40d 제 4 혼합기
40e 제 5 혼합기 42a 42b 42c 42d 42e 제 3 배관
50 제 1 엔진 60 제 1 유량 계측기
70 제 2 엔진 72 제 4 배관
80 제 2 유량 계측기 90 제어기

Claims (17)

  1. 액화천연가스를 연료로 사용하는 제 1 엔진으로 연료를 공급하는 선박용 연료 공급 시스템으로서,
    액화천연가스를 저장하는 연료 저장 탱크;
    상기 연료 저장 탱크 내에서 기화된 보일 오프 가스(BOG)를 압축하는 압축부;
    상기 연료 저장 탱크 내에 저장된 액화천연가스를 고압으로 압축하는 고압 펌프 및
    상기 압축부에서 압축된 보일 오프 가스와 상기 고압 펌프에 의하여 압축된 액화천연가스를 혼합시키는 혼합부를 포함하되,
    상기 혼합부에서 혼합된 고압의 연료를 상기 제 1 엔진으로 공급되는, 선박용 연료 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축부는 복수의 압축기를 포함하며,
    상기 복수의 압축기는 상기 보일 오프 가스를 순차적으로 고압으로 압축시키는 다단 압축기인, 선박용 연료 공급 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 혼합부는 상기 복수의 압축기로부터 각각 배출된 보일 오프 가스를 상기 고압 펌프에 의하여 압축된 액화천연가스와 혼합시키도록 상기 복수개의 압축기 중 적어도 하나의 후단에 각각 설치되는 하나 이상의 혼합 모듈을 포함하는 선박용 연료 공급 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 혼합 모듈은 상기 복수 개의 압축기와 동일한 수를 갖도록 형성되며 상기 복수 개의 압축기 각각의 후단에 설치되는, 선박용 연료 공급 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 압축기는 다단으로 형성되는 제 1 내지 제 5 압축기를 포함하며,
    상기 하나 이상의 혼합 모듈은 제 3 내지 제 5 압축기의 후단에 각각 형성된 3개의 혼합 모듈을 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 혼합 모듈 각각은
    상기 복수의 압축기 중 어느 하나로부터 배출된 보일 오프 가스가 이동되는 제 1 배관;
    상기 고압 펌프로부터 배출된 액화천연가스가 이동되는 제 2 배관 및
    상기 제 1 배관 및 상기 제 2 배관과 연결되어 상기 보일 오프 가스 및 상기 액화천연가스가 혼합된 상태로 이동되는 제 3 배관을 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 하나 이상의 혼합 모듈 각각은
    상기 제 1 배관을 지나 이동하는 보일 오프 가스 및 상기 제 2 배관을 지나 이동하는 액화천연가스가 혼합되는 혼합기를 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 하나 이상의 혼합 모듈 각각에서 상기 제 2 배관을 통하여 이동된 후 상기 제 1 배관을 지나 이동하는 보일 오프 가스와 혼합되는 상기 액화천연가스의 상태량은 모두 동일한, 선박용 연료 공급 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축부로 유입되기 전에 상기 보일 오프 가스의 온도를 상승시키기 위하여 상기 압축부의 전방에 설치되는 히터를 더 포함하는 선박용 연료 공급 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 저장 탱크 내에서 기화된 보일 오프 가스가 상기 압축부로 이송되는 유량을 제어하기 위한 제 1 밸브를 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합부에서 혼합되어 상기 제 1 엔진으로 공급되는 상기 고압의 연료 가스의 유량을 측정하는 제 1 유량 계측기를 더 포함하는 선박용 연료 공급 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 유량 계측기로부터 계측된 유량에 따라 상기 연료 저장 탱크 내에서 기화된 보일 오프 가스가 상기 압축부로 이송되는 유량을 제어하는 제어기를 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  13. 제 6항에 있어서,
    상기 복수의 혼합 모듈 중 어느 하나의 상기 제 3 배관으로부터 분기되어 상기 제 1 엔진보다 저압의 연료를 사용하는 제 2 엔진으로 상기 저압의 연료를 공급하는 제 4 배관을 더 포함하는 선박용 연료 공급 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 4 배관에 설치되어 상기 제 2 엔진으로 공급되는 상기 저압의 연료의 유량을 측정하는 제 2 유량 계측기를 포함하는 선박용 연료 공급 시스템.
  15. 액화천연가스를 연료로 사용하는 제 1 엔진으로 연료를 공급하는 선박용 연료 공급 방법으로서,
    액화천연가스를 저장하는 연료 저장 탱크 내에서 기화된 보일 오프 가스(BOG)를 압축하는 단계;
    연료 저장 탱크 내에 저장된 액화천연가스를 고압으로 압축하는 단계;
    상기 기화된 보일 오프 가스와 상기 고압으로 압축된 액화천연가스를 혼합시키는 단계 및
    상기 혼합된 고압의 연료를 상기 제 1 엔진으로 공급하는 단계를 포함하는 선박용 연료 공급 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 보일 오프 가스를 압축하는 단계는 복수의 압축기를 이용하여 상기 보일 오프 가스를 순차적으로 고압으로 압축하는 단계를 포함하는, 선박용 연료 공급 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 기화된 보일 오프 가스와 상기 고압으로 압축된 액화천연가스를 혼합시키는 단계는,
    상기 복수의 압축기 중 어느 하나의 후단에서 상기 복수의 압축기 중 어느 하나를 나온 보일 오프 가스와 상기 고압으로 압축된 액화천연가스 중 일부를 혼합시키는 단계를 포함하되,
    상기 단계에서 혼합된 연료는 상기 복수의 압축기 중 어느 하나의 후방에 위치되는 압축기로 이송되며, 상기 복수의 압축기 중 마지막 단에 위치되는 압축기를 나온 보일 오프 가스는 상기 고압으로 압축된 액화천연가스 중 다른 일부와 혼합된 후 상기 제 1 엔진으로 공급되는, 선박용 연료 공급 방법.
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