KR20160064874A - 연료 공급 시스템 - Google Patents

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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 연료가 저장된 저장 탱크; 및 저장 탱크로부터 액화 연료를 이송 받는 복수의 공급 탱크를 포함하고, 공급 탱크에서 발생된 BOG(boil off gas)를 연료 가스로서 엔진에 공급하되, 복수의 공급 탱크는 번갈아 가며, 저장 탱크로부터 액화 연료를 이송 받거나 공급 탱크에서 발생된 BOG를 엔진에 공급하고, 엔진의 필요량보다 초과 발생된 BOG는 복수의 공급 탱크 간 압력 차이에 의하여 다른 공급 탱크로 이동된다.

Description

연료 공급 시스템{SYSTEM FOR SUPPLYING FUEL}
본 발명은 선박의 엔진에 연료 가스를 공급하는 연료 공급 시스템에 관한 것이다.
선박 또는 해상 부유물은 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 탱크 파열의 위험이 있으므로, BOG가 발생할 때마다 이를 뽑아내어 LNG 저장탱크 내 압력 증가를 막는다.
한편, 선박 추진 엔진으로 특정 압력의 가스를 연료로 사용하는 엔진(예를 들어, X-DF 엔진, Wartsila사)이 사용되는 경우, 이렇게 생성되는 BOG를 가압하여 연료 가스로 사용할 수 있다.
종래에는 특정 압력의 가스 연료를 사용하는 엔진에 대한 연료 공급 시스템의 경우에 BOG를 압축기를 사용하여 주입하거나, 혹은 LNG를 가압한 후 증발시켜 엔진에 주입하였다.
그러나, BOG를 압축기로 압축시켜 사용하는 경우는 엔진에 필요한 가스량을 충족시키기 위해 압축기의 용량이 커지게 되어 비싼 압축기를 사용해야만 하고, 압축기를 운용하기 위해서도 많은 유지비가 소요되는 문제가 있다.
또한, LNG를 가압한 후 증발시켜 사용하는 경우는 BOG를 사용할 수 없어서 별도로 BOG를 처리하기 위한 설비, 예를 들어 재액화 설비를 구비해야 하고, LNG 저장 탱크에서 연료 공급 장치로 LNG를 공급하기 위해서는 펌프 등의 장비가 요구되는 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예는 압축기, 펌프 등의 설비 없이 연료 가스를 엔진에 용이하게 공급할 수 있는 연료 공급 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 액화 연료를 저장하는 탱크에서 발생되는 BOG를 연료 가스로 엔진에 효과적으로 공급할 수 있는 연료 공급 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 엔진에 연료 가스를 공급하는 연료 공급 시스템으로서, 액화 연료가 저장된 저장 탱크; 및 상기 저장 탱크로부터 상기 액화 연료를 이송 받는 복수의 공급 탱크를 포함하고, 상기 공급 탱크에서 발생된 BOG(boil off gas)를 연료 가스로서 상기 엔진에 공급하되, 상기 복수의 공급 탱크는 번갈아 가며, 상기 저장 탱크로부터 상기 액화 연료를 이송 받거나 상기 공급 탱크에서 발생된 BOG를 상기 엔진에 공급하고, 상기 엔진의 필요량보다 초과 발생된 BOG는 상기 복수의 공급 탱크 간 압력 차이에 의하여 다른 공급 탱크로 이동되는, 연료 공급 시스템이 제공된다.
이 때, 상기 공급 탱크는 내부에 열교환 유닛이 구비되며, 상기 공급 탱크에서 초과 발생된 BOG는 열교환 유닛에서 1차로 냉각된 후, 압력이 상대적으로 낮은 다른 공급 탱크의 열교환 유닛으로 이동되어 2차로 냉각될 수 있다.
이 때, 상기 열교환 유닛은 상기 BOG가 이동할 수 있는 배관 형태로 형성되며, 개방된 단부가 상기 공급 탱크의 천장부에 위치되며 하부 방향으로 연장 형성되는 이동부; 및 상기 공급 탱크의 바닥부에 위치되며 상기 이동부와 연결되어 복수 회 굴곡된 형태로 형성되는 냉각부를 포함하되, 상기 복수의 공급 탱크 간 상기 냉각부는 연결 배관을 통해 서로 연통될 수 있다.
한편, 상기 공급 탱크는 상기 저장 탱크보다 낮은 높이에 위치되어 압력 차이에 의해서 상기 액화 연료를 이송 받을 수 있다.
이 때, 상기 저장 탱크는 상기 선박의 갑판 상에 배치되고, 상기 공급 탱크는 상기 엔진에 인접하게 배치될 수 있다.
한편, 상기 엔진은 제 1 압력의 연료 가스로 구동되는 제 1 엔진 및 상기 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력의 연료 가스로 구동되는 제 2 엔진을 포함하며, 상기 공급 탱크는 내부 압력이 상기 제 1 압력으로 가압되도록 형성되고, 상기 저장 탱크는 내부 압력이 상기 제 2 압력으로 가압되도록 형성될 수 있다.
이 때, 상기 저장 탱크에 저장된 액화 연료를 상기 공급 탱크로 이송하는 이송 라인; 상기 공급 탱크에서 발생된 BOG를 상기 저장 탱크로 회수하는 회수 라인; 상기 공급 탱크에서 발생된 BOG를 상기 제 1 엔진으로 공급하는 공급 라인; 및 상기 저장 탱크에서 발생된 BOG를 상기 제 2 엔진으로 공급하는 재생 라인을 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 회수 라인에는 상기 공급 탱크의 내부 압력을 상기 저장 탱크의 내부 압력과 평형을 이루도록 조절하는 평형 밸브가 설치되며, 상기 평형 밸브가 개방되어 상기 공급 탱크와 상기 저장 탱크의 내부 압력이 평형을 이루는 때에, 상기 저장 탱크에서 상기 공급 탱크로 상기 액화 연료가 이송될 수 있다.
이 때, 상기 공급 탱크의 내부 압력이 상기 제 1 압력으로 가압된 때에, 상기 공급 탱크로부터 상기 제 1 엔진으로 상기 공급 탱크에서 발생된 BOG가 공급될 수 있다.
한편, 상기 공급 탱크에서 발생된 BOG는 감압기를 통과한 후 상기 제 2 엔진으로 공급될 수 있다.
또한, 상기 공급 라인 및 상기 재생 라인에는 가열기가 설치될 수 있다.
또한, 상기 저장 탱크의 내부에는 상기 회수 라인을 통해 상기 공급 탱크에서 이동된 BOG를 액화시키는 액화 유닛이 구비될 수 있다.
이 때, 상기 액화 유닛은, 상기 회수 라인과 연결되고 굴곡된 형태로 상기 저장 탱크의 바닥부에 위치되는 냉각 배관; 및 상기 냉각 배관에 존재하는 BOG가 상기 액화 연료 내로 분사되도록 상기 냉각 배관에 형성된 복수 개의 노즐을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장 탱크의 액화 연료를 이송 받은 복수의 공급 탱크에서 발생된 BOG를 엔진에 공급함으로써, 비싸고 복잡한 설비 없이도 BOG를 연료 가스로서 엔진에 효과적으로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 압력으로 가압된 복수의 공급 탱크에서 발생된 BOG를 엔진에 공급함으로써, BOG를 처리하면서 동시에 특정 압력의 가스를 사용하는 엔진에 용이하게 연료를 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부에 열교환기를 구비한 복수의 공급 탱크 간에 BOG의 이동이 가능하게 구성함으로써, 잔여 BOG를 다중으로 냉각하여 효과적으로 액화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 압력으로 가압된 복수의 공급 탱크에서 번갈아 가며 액화 연료를 공급받거나 BOG를 엔진에 공급함으로써, 연료 공급 시스템을 효율적으로 운용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템이 구비된 선박을 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템 중 공급 탱크의 내부를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ' 방향의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템 중 저장 탱크의 내부를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에서 Ⅵ-Ⅵ' 방향의 단면도이다.
도 7은 연료 공급 시스템이 운용되는 예시적인 모습을 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 시스템이 구비된 선박을 간략히 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은 선박(10)의 엔진(51, 52)에 연료를 공급하는 시스템이다.
이 때, 엔진(51, 52)은 특정 압력의 가스를 연료로 사용하는 엔진일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 엔진은 제 1 압력의 연료 가스로 구동되는 제 1 엔진(51) 및 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력의 연료 가스로 구동되는 제 2 엔진(52)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 제 1 압력은 16bar이고, 제 1 엔진(51)은 Wartsila사의 X-DF 엔진일 수 있다.
또한, 제 2 압력은 4~8bar이고, 제 2 엔진(52)은 DFDE(Dual-Fuel Diesel Electric) 엔진일 수 있다.
즉, 선박(10)은 특정 압력의 가스를 연료로 사용하는 제 1 엔진(51) 및 제 1 엔진(51)보다 작은 압력의 가스를 연료로 사용하는 제 2 엔진(52)에 의해 추진 또는 발전될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은 제 1 엔진(51) 및 제 2 엔진(52)에 모두 연료 가스를 공급할 수 있다.
다만, 전술한 특정 엔진은 본 발명의 연료 공급 시스템(100)에 의해 구동되는 엔진의 일 예시이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은, 선박(10)에 구비된 저장 탱크(120)에 저장된 액화 연료가 기화되어 발생되는 증발 가스, 즉 BOG(boil-off gas)를 연료 가스로서 엔진에 공급하는 시스템이다.
본 명세서에서 '액화 연료'는 LNG, LPG, DME(Dimethylether) 등 저온으로 액화된 상태의 연료를 모두 포함하는 의미지만, 설명의 편의상 액화 연료가 LNG라 가정하고 설명한다.
또한, 본 명세서에서 'BOG'는 액화 연료가 증발되어 발생된 증발 가스를 의미하는 것이다.
도 1을 참조하면, 연료 공급 시스템(100)은 저장 탱크(120) 및 공급 탱크(140)를 포함한다.
저장 탱크(120)는 액화 연료가 저장되는 탱크로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 IMO Type-C의 탱크로 형성될 수 있다.
IMO Type-C의 탱크는 선체 일체형인 멤브레인 타입과 구별되는 독립형 탱크로서, 가압식 탱크로 구성되는데, 이에 대한 특징은 당업자에게 널리 알려진 내용이므로, 상세한 설명은 생략한다.
한편, 가압식 탱크인 저장 탱크(120)에서 발생되는 BOG는 미리 설정된 압력, 예를 들어 제 2 엔진(52)에 공급되는 가스의 압력인 제 2 압력으로 가압될 수 있다.
예를 들어, DFDE 엔진에 공급되는 가스의 압력인 4~8bar의 압력으로 가압될 수 있다.
이를 위해, 저장 탱크(120)는 별도의 가압 설비(미도시)가 구비될 수 있다.
이에 따라, 도 1을 참조하면, 저장 탱크(120)에서 발생되는 BOG는 별도의 압축 과정 없이 제 2 엔진(52)에 연료로서 공급될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장 탱크(120)는 도 1에 도시된 바와 같이 선박(10)의 갑판(deck) 상에 배치될 수 있다.
이에 따라, 저장 탱크(120)에서 후술할 공급 탱크(140)로 펌프 설비 없이도 액화 연료를 이동시킬 수 있는데, 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명한다.
공급 탱크(140)는 전술한 저장 탱크(120)로부터 액화 연료를 이송 받아서, 엔진으로 연료 가스를 공급하는 구성이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공급 탱크(140)는 저장 탱크(120)보다 작은 부피로 형성되며, 복수로 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 2개의 공급 탱크(140)로 구성될 수 있으나, 공급 탱크(140)의 개수가 2개에 한정되는 것은 아니며 더 많은 수로 구성될 수도 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공급 탱크(140)는 IMO Type-C의 탱크로 형성될 수 있다.
이에 따라, 공급 탱크(140)에서 발생되는 BOG는 미리 설정된 압력, 예를 들어 제 1 엔진(51)에 공급되는 가스의 압력인 제 1 압력으로 가압될 수 있다.
예를 들어, X-DF 엔진에 공급되는 가스의 압력인 16bar의 압력으로 가압될 수 있다.
이를 위해, 공급 탱크(140)는 공급 탱크(140)를 가압하기 위한 별도의 가압 유닛(145, 도 2 참조)을 구비할 수 있다.
이에 따라, 도 1을 참조하면, 공급 탱크(140)에서 발생되는 BOG는 별도의 압축 과정 없이 제 1 엔진(51)에 연료로서 공급될 수 있다.
또한, 공급 탱크(140)에서 발생되는 BOG는 감압 과정을 통해 제 2 엔진(52)에도 연료로서 공급될 수 있다.
한편, 도 1을 참조하면, 복수의 공급 탱크(140) 간에 BOG의 이동이 가능할 수 있다.
이를 통해, 보다 효과적인 BOG 처리가 가능한데, 이에 대해서는 해당 부분에서 상세히 설명한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공급 탱크(140)는 선박(10)의 갑판(deck) 하부, 예를 들어 엔진 부근에 배치될 수 있다.
이에 따라, 공급 탱크(140)는 저장 탱크(120)로부터 펌프 설비 없이도 액화 연료를 용이하게 이송 받을 수 있다.
보다 상세히, 선박(10)의 갑판 상에 배치된 저장 탱크(120)에서 선박(10)의 엔진 부근에 배치된 공급 탱크(140)로 액화 연료를 이송시킬 때, 저장 탱크(120)와 공급 탱크(140) 간의 높이 차에 의하여, 액화 연료의 압력 차이, 즉 수두압 차이에 의하여 저장 탱크(120)로부터 공급 탱크(140)까지 액화 연료가 용이하게 이송될 수 있다.
이에 따라, 별도의 펌프 설비 없이도 저장 탱크(120)로부터 공급 탱크(140)까지 액화 연료를 용이하게 이송시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공급 탱크(140)의 압력이 저장 탱크(120)의 압력보다 높게 형성될 수 있는데, 이 때에는 공급 탱크(140)의 압력을 저장 탱크(120)의 압력과 평형이 되도록 조절한 후에 액화 연료를 공급할 수 있는데, 이와 관련해서는 뒤에서 다시 상세히 설명한다.
한편, 저장 탱크(120)에서 공급 탱크(140)로의 액화 연료 이송 방식이 탱크 간의 높이 차로 인한 수두압에 의하여 이송되는 방식으로 한정되는 것은 아니며, 펌프 설비를 통해 저장 탱크(120)에서 공급 탱크(140)로 액화 연료를 이송시키는 방식도 본 발명의 사상에 포함됨은 물론이다.
이하에서는 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)의 보다 상세한 구성과 운용 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 액화 연료가 저장된 저장 탱크(120)와 저장 탱크(120)로부터 액화 연료를 이송 받는 복수의 공급 탱크(140)를 포함한다.
이 때, 저장 탱크(120)에서 발생된 BOG는 제 2 엔진(52)의 연료 가스로서 공급되고, 공급 탱크(140)에서 발생된 BOG는 제 1 엔진(51)과 제 2 엔진(52)의 연료 가스로서 공급될 수 있다.
이 때, 도 2를 참조하면, 공급 탱크(140)는 제 1 공급 탱크(141) 및 제 2 공급 탱크(142)를 포함할 수 있다.
공급 탱크(140)는 2개에 한정되지 않지만, 설명의 편의를 위해 이하에서는 공급 탱크(140)가 제 1 공급 탱크(141) 및 제 2 공급 탱크(142)로 구성된 경우를 예로써 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은 이송 라인(130), 회수 라인(150), 공급 라인(160) 및 재생 라인(180)을 더 포함할 수 있다.
이송 라인(130)은 저장 탱크(120)에 저장된 액화 연료를 공급 탱크(140)로 이송하는 배관으로, 저장 탱크(120)의 바닥부와 공급 탱크(140)를 서로 연결할 수 있다.
이 때, 도 2에 도시되지 않았지만, 저장 탱크(120)에서 제 1 공급 탱크(141) 및 제 2 공급 탱크(142)로 액화 연료를 이송하는 각 이송 라인(130)에는 액화 연료의 이동 여부를 제어할 수 있는 제어 수단, 예를 들어 밸브 장치(미도시)가 각각 설치될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 장치(미도시)의 조작에 의하여, 제 1 공급 탱크(141) 및 제 2 공급 탱크(142)는 서로 번갈아 가며 저장 탱크(120)로부터 액화 연료를 이송 받을 수 있도록 제어될 수 있다.
회수 라인(150)은 공급 탱크(140)에서 발생된 BOG를 저장 탱크(120)로 회수하는 배관으로, 공급 탱크(140)의 천장부와 저장 탱크(120)를 서로 연결할 수 있다.
이 때, 도 2에 도시된 바와 같이, 회수 라인(150)의 저장 탱크(120) 방향의 단부는 저장 탱크(120)의 바닥부에 위치될 수 있다.
이에 따라, 저장 탱크(120)로 회수된 공급 탱크(140)의 BOG가 저장 탱크(120)에 저장된 액화 연료에 분사되어 용이하게 재액화될 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장 탱크(120)는 제 1 압력으로 가압되는 반면, 공급 탱크(140)는 제 1 압력 보다 높은 제 2 압력으로 가압되기 때문에, 별도의 펌프 설비 없이도 저장 탱크(120)와 공급 탱크(140) 간의 압력차이 의해서 공급 탱크(140)에서 발생된 BOG가 용이하게 저장 탱크(120)로 회수될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장 탱크(120)에는 회수 라인(150)을 통해 저장 탱크(120)로 이동된 공급 탱크(140)의 BOG를 액화 연료에 분사시켜서 액화시키는 액화 유닛(125)이 구비될 수 있다.
액화 유닛(125)에 대한 상세한 구성은 후술한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 회수 라인(150)은 저장 탱크(120)와 공급 탱크(140) 간의 압력을 균등하게(equalizing) 하는 기능을 수행할 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 회수 라인(150)에는 평형 밸브(152)가 설치될 수 있다.
이에 따라, 평형 밸브(152)를 개방하는 경우, 저장 탱크(120)와 공급 탱크(140)의 압력은 균등하게 제어될 수 있다.
이 때, 저장 탱크(120)가 공급 탱크(140)에 비해 부피가 크므로, 공급 탱크(140)의 압력이 저장 탱크(120)의 압력으로 감압될 수 있다.
예를 들어, 평형 밸브(152)의 개방으로, 공급 탱크(140)의 압력이 제 2 압력에서 제 1 압력으로 감압될 수 있다.
이와 같이, 저장 탱크(120)와 공급 탱크(140) 간의 압력을 균등하게 조절함으로써, 전술한 바와 같이, 저장 탱크(120)에서 공급 탱크(140)로 액화 연료를 용이하게 이송시킬 수 있게 된다.
공급 라인(160)은 공급 탱크(140)에서 발생된 BOG를 제 1 엔진(51)으로 공급하는 배관으로, 공급 탱크(140)의 천장부와 제 1 엔진(51)을 서로 연결할 수 있다.
이 때, 도 2에 도시되지 않았지만, 제 1 공급 탱크(141) 및 제 2 공급 탱크(142)에서 제 1 엔진(51)으로 연료 가스, 즉 BOG를 이송하는 각 공급 라인(160)에는 BOG의 배출 여부를 제어할 수 있는 제어 수단, 예를 들어 밸브 장치(미도시)가 각각 설치될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸브 장치(미도시)의 조작을 통해, 제 1 공급 탱크(141) 및 제 2 공급 탱크(142)는 서로 번갈아 가며 제 1 엔진(51)으로 BOG를 공급하도록 제어될 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공급 탱크(140)는 가압 유닛(145)에 의하여 제 1 엔진(51)이 필요로 하는 연료 가스의 압력인, 제 1 압력으로 가압되어 있으므로, 공급 탱크(140)에서 공급되는 BOG는 제 1 압력 상태일 수 있다.
이에 따라, 공급 라인(160)은 별도의 압축 수단 또는 압력 조절 수단을 구비할 필요 없이, 공급 탱크(140)에서 발생된 BOG를 제 1 엔진(51)으로 공급할 수 있다.
예를 들어, 공급 탱크(140)는 X-DF 엔진이 필요로 하는 16bar의 압력으로 가압될 수 있으므로, 16bar로 가압된 BOG가 공급 탱크(140)에서 공급 라인(160)으로 배출되는 압력에 의하여 제 1 엔진(51)으로 용이하게 공급될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 가압 유닛(145)은 공급 탱크(140)의 바닥부로부터 천장부까지 연결되는 배관에 설치된 열교환기를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 공급 라인(160)에는 제 1 가열기(162)가 설치될 수 있다.
제 1 가열기(162)에서는 제 1 엔진(51)으로 공급되는 BOG를 가열함으로써, 제 1 엔진(51)이 필요로 하는 연료 가스의 온도(이하, '제 1 온도'라고 지칭함)로 조절할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 공급 탱크(140)가 저장 탱크(120)로부터 액화 연료를 이송 받기 위해서는, 두 탱크 간 압력을 균등하게 조절하게 되는데, 이러한 경우에는 공급 탱크(140)의 BOG가 제 1 엔진(51)이 필요로 하는 연료 가스의 압력인 제 1 압력으로 가압된 상태가 아니므로, BOG를 제 1 엔진(51)으로 공급할 수 없게 된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은, 제 1 공급 탱크(141) 및 제 2 공급 탱크(142)에서 번갈아 가며, 저장 탱크(120)로부터 액화 연료를 이송 받거나, 탱크 내부에서 발생된 BOG를 엔진에 공급하는 방식으로 운용될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 공급 탱크(140) 내부에는 열교환 유닛(110)이 구비되는데, 각 공급 탱크(140)의 열교환 유닛(110)은 연결 배관(190)을 통해 연결될 수 있다.
열교환 유닛(110)에 대한 상세한 구성은 후술한다.
재생 라인(180)은 저장 탱크(120)에서 발생된 BOG를 제 2 엔진(52)으로 공급하는 배관으로, 저장 탱크(120)의 천장부와 제 2 엔진(52)을 서로 연결할 수 있다.
전술하였듯이, 저장 탱크(120)는 제 2 엔진(52)이 필요로 하는 연료 가스의 압력인 제 2 압력으로 가압되고, 저장 탱크(120)에서 발생된 BOG는 제 2 압력 상태이므로, 별도의 압축 수단 또는 압력 조절 수단을 구비할 필요 없이, 저장 탱크(120)에서 발생된 BOG를 제 2 엔진(52)으로 공급할 수 있다.
예를 들어, 저장 탱크(120)는 DFDE 엔진이 필요로 하는 4~8bar의 압력으로 가압될 수 있으므로, 4~8bar 로 가압된 BOG가 저장 탱크(120)에서 배출되는 압력에 의하여 제 2 엔진(52)으로 용이하게 공급될 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 재생 라인(180)에는 제 2 가열기(182)가 설치될 수 있다.
제 2 가열기(182)에서는 제 2 엔진(52)으로 공급되는 BOG를 가열함으로써, 제 2 엔진(52)이 필요로 하는 연료 가스의 온도(이하, '제 2 온도'라고 지칭함)로 조절할 수 있다.
한편, 저장 탱크(120)에서 발생된 BOG를 제 2 엔진(52)의 연료 가스로 공급하므로, 저장 탱크(120)에서 발생된 BOG를 처리하기 위한 별도의 처리 장치나 재액화 장치를 구비할 필요가 없게 되는 부가적인 효과가 발생된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공급 탱크(140)에서 발생된 BOG를 제 1 엔진(51)뿐만 아니라 제 2 엔진(52)의 연료 가스로서 공급할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 공급 라인(160)과 재생 라인(180)을 서로 연결하는 연결 라인(170)이 구비될 수 있다.
이 때, 연결 라인(170)은 일 방향, 예를 들어, 공급 라인(160)에서 재생 라인(180) 방향으로 BOG가 이동될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연결 라인(170)에는 감압기(172)가 설치될 수 있다.
이에 따라, 공급 라인(160)을 따라 이동하는 공급 탱크(140)의 BOG는 연결 라인(170)으로 추출되어 감압기(172)를 통과하여 갑압된 상태로 재생 라인(180)으로 유입될 수 있다.
예를 들어, 공급 라인(160)을 따라 이동하는 제 1 압력 상태의 BOG는 연결 라인(170)으로 추출되어 갑압기(172)를 통과하여 제 2 압력 상태로 감압된 상태로 재생 라인(180)으로 유입될 수 있다.
이에 따라, 공급 탱크(140)에서 발생된 BOG가 제 2 엔진(52)으로도 공급될 수 있다.
이 때, 도면에 도시되지 않았지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공급 라인(160)에서 연결 라인(170)으로 BOG의 이동 경로를 제어할 수 있는 제어 수단(미도시)이 구비될 수 있다.
이 때, 제어 수단(미도시)은 제 1 엔진(51) 및 제 2 엔진(52)의 부하를 감지하여, 각 엔진의 부하에 따라 연결 라인(170)을 흐르는 BOG를 제 1 엔진(51) 또는 제 2 엔진(52) 중 어디로 공급할 지 여부를 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은, 액화 연료를 저장하는 저장 탱크(120)와 복수의 공급 탱크(140)로 구성되어, 저장 탱크(120) 및 공급 탱크(140)에서 발생되는 BOG를, 서로 다른 압력의 연료 가스를 필요로 하는 제 1 엔진(51) 및 제 2 엔진(52)에 연료 가스로서 용이하게 공급할 수 있다.
또한, 동시에 액화 연료에서 발생되는 BOG를 효과적으로 처리할 수 있는 부가적인 효과를 발휘할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 액화 연료에서 발생되는 BOG를 효과적으로 처리하기 위한, 공급 탱크(140) 내부의 열교환 유닛(110) 및 저장 탱크(120) 내부의 액화 유닛(125)을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템 중 공급 탱크의 내부를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ' 방향의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 공급 탱크(140)는 내부에 열교환 유닛(110)이 구비될 수 있다.
열교환 유닛(110)은 공급 탱크(140) 내부에 존재하는 BOG를 공급 탱크(140)에 존재하는 저온 상태의 액화 연료와 열교환 시킴으로써 BOG를 냉각시키기 위한 구성으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열교환 유닛(110)은 BOG가 이동할 수 있는 배관 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 열교환 유닛(110)은 이동부(112) 및 냉각부(114)를 포함할 수 있다.
이동부(112)는 일단부가 개방되어 공급 탱크(140)의 천장부에 위치되며 타단부가 하부 방향으로 연장 형성되어 냉각부(114)와 연결될 수 있다.
이에 따라, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 공급 탱크(140)의 상부에 존재하는 BOG는 이동부(112)의 개방된 단부를 통해 유입될 수 있다.
또한, 도면에는 도시하지 아니하였으나, BOG의 흐름이 반대 방향인 경우, 냉각부(114)에 존재하는 BOG는 이동부(112)의 개방된 단부를 통해 공급 탱크(140)의 상부로 BOG를 배출시킬 수 있다.
냉각부(114)는 공급 탱크(140)의 바닥부에 위치되며 이동부(112)와 연결될 수 있다.
이에 따라, 냉각부(114)를 흐르는 BOG는 공급 탱크(140)의 바닥부에 존재하는 저온의 액화 연료와 열접촉 함으로써 냉각될 수 있다.
이 때, 도 4를 참조하면, 냉각부(114)는 배관이 돌출된 형태로 굴절되는 굴절부(116)가 형성될 수 있다.
이에 따라, 냉각부(114)가 심한 온도 변화에도 기능할 수 있으며, 저온의 액화 연료에 접촉되어 있는 냉각부(114)가 열수축에 의하여 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4를 참조하면, 공급 탱크(140) 내부에는 액화 연료의 슬로싱(sloshing) 현상을 저감하기 위하여 복수의 배플(146)이 형성될 수 있는데, 냉각부(114)는 배플(146)에 의해 지지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 공급 탱크 간의 열교환 유닛(110)을 통해 각 공급 탱크(140) 내부에 존재하는 BOG가 서로 이동될 수 있다.
예를 들어 도 2를 참조하면, 제 1 공급 탱크(141)의 열교환 유닛(110)과 제 2 공급 탱크(142)의 열교환 유닛(110)은 연결 배관(190)을 통해 서로 연통됨으로써, BOG가 이동될 수 있다.
예를 들어, 도 2 및 도 3을 참조하면, 제 1 공급 탱크(141)의 열교환 유닛(110) 중 냉각부(114)와 제 2 공급 탱크(142)의 열교환 유닛(110) 중 냉각부(114)는 연결 배관(190)을 통해 연결될 수 있다.
이에 따라, 공급 탱크(140) 간 압력 차이가 존재하는 경우, 상대적으로 고압의 공급 탱크에서 저압의 공급 탱크로 BOG가 이동될 수 있다.
따라서, 고압의 공급 탱크에서 발생된 BOG는 고압의 공급 탱크의 열교환 유닛에서 1차로 냉각된 후, 연결 배관(190)을 통해, 압력이 상대적으로 낮은 저압의 공급 탱크의 열교환 유닛으로 이동되어 2차로 냉각될 수 있다.
이 때, 저압의 공급 탱크의 열교환 유닛에서 냉각된 BOG는 액화된 상태로 이동부(112)의 개방된 단부로 배출될 수 있다.
이 때, 2차에 걸친 냉각 과정을 통해서도 액화되지 않고 저압의 공급 탱크 내부로 배출된 BOG는 회수 라인(150)을 통해 저장 탱크(120)로 다시 회수되어 액화될 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공급 탱크(140)에서 발생된 BOG가 엔진의 필요량보다 초과 발생된 경우라도, 서로 연결된 공급 탱크(140) 내부의 열교환 유닛(110)을 통하여 다중으로 냉각됨으로써, 효과적으로 처리될 수 있다.
한편, 전술하였듯이, 2차에 걸친 냉각 과정을 통해서도 액화되지 않고 저압의 공급 탱크 내부로 배출된 BOG는 회수 라인(150)을 통해 저장 탱크(120)로 다시 회수되어 액화될 수 있는데, 이하, 저장 탱크(120)의 액화 유닛(125)을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템 중 저장 탱크의 내부를 도시한 도면이고, 도 6은 도 5에서 Ⅵ-Ⅵ' 방향의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 저장 탱크(120)는 내부에 액화 유닛(125)이 구비될 수 있다.
액화 유닛(125)은 회수 라인(150)을 통해 저장 탱크(120) 내부로 이송된 BOG를 저장 탱크(120)에 저장되어 있는 저온 상태의 액화 연료와 열교환 시킴으로써 BOG를 냉각 및 액화시키기 위한 구성이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 액화 유닛(125)은 냉각 배관(126) 및 노즐(127)을 포함할 수 있다.
냉각 배관(126)은 회수 라인(150)과 연결되고 저장 탱크(120)의 바닥부에 위치될 수 있다.
이 때, 냉각 배관(126)은 복수 회 굴곡된 형태로 형성될 수 있으며, 돌출된 형태로 굴절되는 굴절부(128)가 형성됨으로써, 열변형에 의한 파손을 방지할 수 있다.
노즐(127)은 냉각 배관(126)을 흐르는 BOG를 저장 탱크(120) 내부, 즉 액화 연료 내로 배출시키는 구성으로, 냉각 배관(126)에 복수 개 형성될 수 있다.
이에 따라, 노즐(127)을 통해 배출되는 BOG는 저온 상태의 액화 연료와 접촉함으로써, 용이하게 액화될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은, 공급 탱크(140)의 열교환 유닛(110) 및 저장 탱크(120)의 액화 유닛(125)을 통하여, 엔진에 공급하고 남은 BOG를 효과적으로 처리할 수 있다.
한편, 전술하였듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은 복수의 공급 탱크(140)를 번갈아 가며 운용할 수 있는데, 이하, 도 7을 참조하여, 연료 공급 시스템(100)의 예시적인 운용 방법을 설명한다.
도 7은 연료 공급 시스템이 운용되는 예시적인 모습을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 제 1 공급 탱크(141)은 저장 탱크(120)로부터 액화 연료를 공급받고, 동시에 제 2 공급 탱크(142)는 제 1 엔진(51) 또는 제 2 엔진(52)에 연료 가스를 공급할 수 있다.
또한, 저장 탱크(120)는 제 2 엔진(52)에 연료 가스를 공급할 수 있다.
보다 상세히, 제 1 공급 탱크(141) 및 제 2 공급 탱크(142)는 서로 번갈아 가며, 저장 탱크(120)로부터 액화 연료를 이송 받거나 엔진에 BOG를 공급할 수 있는데, 도 3은 제 1 공급 탱크(141)가 저장 탱크(120)로부터 액화 연료를 이송 받고, 제 2 공급 탱크(142)가 엔진에 BOG를 공급하는 경우를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 제 1 공급 탱크(141)는 저장 탱크(120)로부터 액화 연료를 공급 받을 수 있다.
이를 위해, 회수 라인(150)에 설치된 평형 밸브(152)를 개방하여, 제 1 공급 탱크(141)의 압력은 저장 탱크(120)의 압력과 동일하게, 예를 들어 제 2 압력으로 균등하게 조절한다.
이 때, 도면에 도시되지 않은 펌프 설비를 이용하여 저장 탱크(120)에서 제 1 공급 탱크(141)로 액화 연료가 공급될 수 있으나, 제 1 공급 탱크(141)보다 높은 위치에 배치된 저장 탱크(120)에서 수두압 차이에 의하여 액화 연료가 이송 라인(130)을 통하여 제 1 공급 탱크(141)로 이송될 수도 있다.
도 7을 참조하면, 제 1 공급 탱크(141)가 액화 연료를 이송 받는 동안, 제 2 공급 탱크(142)는 제 1 엔진(51) 또는 제 2 엔진(52)에 BOG를 공급할 수 있다.
즉, 제 1 압력으로 가압된 상태의 제 2 공급 탱크(142)에서 발생된 BOG를 공급 라인(160)을 통해 배출시킴으로써, 제 1 엔진(51)에 연료를 공급하거나, 갑압기(172)를 거쳐서 제 2 엔진(52)에 연료를 공급할 수 있다.
이 때, 제 2 공급 탱크(142)에서 발생된 BOG가 엔진의 필요량보다 초과 발생된 경우에, 잔여 BOG는 제 2 공급 탱크(142) 내부의 열교환 유닛(110)으로 유입되어 1차로 냉각될 수 있다.
이어서, 제 2 공급 탱크(142) 내부의 열교환 유닛(110)에서 냉각된 BOG는, 연결 배관(190)을 통해, 제 2 공급 탱크(142)보다 저압 상태인 제 1 공급 탱크(141)로 이동될 수 있다.
이 때, 제 2 공급 탱크(142)에서 이동된 BOG는 제 1 공급 탱크(141)의 열교환 유닛(110)에서 2차로 냉각될 수 있다.
복수 회의 냉각 과정을 거친 BOG는 제 1 공급 탱크(141) 내부로 배출되는데, 액화된 상태로 배출될 수 있다.
이 때, 액화되지 않고 배출된 BOG는 제 1 공급 탱크(141) 내부의 압력을 상승시키기 때문에, 회수 라인(150)을 통해 저장 탱크(120)로 이송되어, 저장 탱크(120) 내부의 액화 유닛(125)에서 최종 액화 처리될 수 있다.
즉, 냉각 배관(126)에 형성된 노즐(127)을 통해 액화 연료 내로 BOG가 분사되어 용이하게 액화될 수 있다(도 5 및 도 6 참조).
상술한 과정을 통하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은, 복수의 공급 탱크(140)를 번갈아 가며 효과적으로 운용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장 탱크(120)의 액화 연료를 가압된 복수의 공급 탱크(140)로 이송한 후, 공급 탱크(140)에서 발생된 BOG를 엔진의 연료 가스로 공급함으로써, 비싸고 복잡한 압축 설비 없이도 BOG를 특정 압력의 가스를 사용하는 엔진에 효과적으로 공급할 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정 압력으로 가압된 복수의 공급 탱크(140)에서 번갈아 가며 액화 연료를 공급받거나 BOG를 엔진에 공급함으로써, 연료 공급 시스템(100)을 효율적으로 운용할 수 있다.
또한, 저장 탱크(120)에서 발생된 BOG와 공급 탱크(140)에서 발생된 BOG를 엔진의 연료 가스로 공급함으로써, BOG 처리 설비나 비싼 재액화 장치 없이도 액화 연료에서 발생되는 BOG를 효과적으로 처리할 수 있다.
이 때, 내부에 열교환기를 구비한 복수의 공급 탱크 간에 BOG의 이동이 가능하게 구성함으로써, 엔진에 공급하고 남은 잔여 BOG를 다중으로 냉각하여 효과적으로 액화시킬 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.
10 선박 51 제 1 엔진
52 제 2 엔진 100 연료 공급 시스템
110 열교환 유닛 112 이동부
114 냉각부 116, 128 굴절부
120 저장 탱크 121, 146 배플
125 액화 유닛 126 냉각 배관
127 노즐 130 이송 라인
140 공급 탱크 141 제 1 공급 탱크
142 제 2 공급 탱크 145 가압 유닛
150 회수 라인 152 평형 밸브
160 공급 라인 162 제 1 가열기
170 연결 라인 172 감압기
180 재생 라인 182 제 2 가열기
190 연결 배관

Claims (13)

  1. 선박의 엔진에 연료 가스를 공급하는 연료 공급 시스템으로서,
    액화 연료가 저장된 저장 탱크; 및
    상기 저장 탱크로부터 상기 액화 연료를 이송 받는 복수의 공급 탱크를 포함하고,
    상기 공급 탱크에서 발생된 BOG(boil off gas)를 연료 가스로서 상기 엔진에 공급하되,
    상기 복수의 공급 탱크는 번갈아 가며, 상기 저장 탱크로부터 상기 액화 연료를 이송 받거나 상기 공급 탱크에서 발생된 BOG를 상기 엔진에 공급하고,
    상기 엔진의 필요량보다 초과 발생된 BOG는 상기 복수의 공급 탱크 간 압력 차이에 의하여 다른 공급 탱크로 이동되는, 연료 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 탱크는 내부에 열교환 유닛이 구비되며,
    상기 공급 탱크에서 초과 발생된 BOG는 열교환 유닛에서 1차로 냉각된 후, 압력이 상대적으로 낮은 다른 공급 탱크의 열교환 유닛으로 이동되어 2차로 냉각되는, 연료 공급 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환 유닛은 상기 BOG가 이동할 수 있는 배관 형태로 형성되며,
    개방된 단부가 상기 공급 탱크의 천장부에 위치되며 하부 방향으로 연장 형성되는 이동부; 및
    상기 공급 탱크의 바닥부에 위치되며 상기 이동부와 연결되어 복수 회 굴곡된 형태로 형성되는 냉각부를 포함하되,
    상기 복수의 공급 탱크 간 상기 냉각부는 연결 배관을 통해 서로 연통되는, 연료 공급 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 탱크는 상기 저장 탱크보다 낮은 높이에 위치되어 압력 차이에 의해서 상기 액화 연료를 이송 받을 수 있는, 연료 공급 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 저장 탱크는 상기 선박의 갑판 상에 배치되고,
    상기 공급 탱크는 상기 엔진에 인접하게 배치되는, 연료 공급 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진은 제 1 압력의 연료 가스로 구동되는 제 1 엔진 및 상기 제 1 압력보다 낮은 제 2 압력의 연료 가스로 구동되는 제 2 엔진을 포함하며,
    상기 공급 탱크는 내부 압력이 상기 제 1 압력으로 가압되도록 형성되고,
    상기 저장 탱크는 내부 압력이 상기 제 2 압력으로 가압되도록 형성되는, 연료 공급 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 저장 탱크에 저장된 액화 연료를 상기 공급 탱크로 이송하는 이송 라인;
    상기 공급 탱크에서 발생된 BOG를 상기 저장 탱크로 회수하는 회수 라인;
    상기 공급 탱크에서 발생된 BOG를 상기 제 1 엔진으로 공급하는 공급 라인; 및
    상기 저장 탱크에서 발생된 BOG를 상기 제 2 엔진으로 공급하는 재생 라인을 더 포함하는, 연료 공급 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 회수 라인에는 상기 공급 탱크의 내부 압력을 상기 저장 탱크의 내부 압력과 평형을 이루도록 조절하는 평형 밸브가 설치되며,
    상기 평형 밸브가 개방되어 상기 공급 탱크와 상기 저장 탱크의 내부 압력이 평형을 이루는 때에, 상기 저장 탱크에서 상기 공급 탱크로 상기 액화 연료가 이송되는, 연료 공급 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 공급 탱크의 내부 압력이 상기 제 1 압력으로 가압된 때에, 상기 공급 탱크로부터 상기 제 1 엔진으로 상기 공급 탱크에서 발생된 BOG가 공급되는, 연료 공급 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 공급 탱크에서 발생된 BOG는 감압기를 통과한 후 상기 제 2 엔진으로 공급될 수 있는, 연료 공급 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 공급 라인 및 상기 재생 라인에는 가열기가 설치되는, 연료 공급 시스템.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 저장 탱크의 내부에는 상기 회수 라인을 통해 상기 공급 탱크에서 이동된 BOG를 액화시키는 액화 유닛이 구비되는, 연료 공급 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 액화 유닛은,
    상기 회수 라인과 연결되고 굴곡된 형태로 상기 저장 탱크의 바닥부에 위치되는 냉각 배관; 및
    상기 냉각 배관에 존재하는 BOG가 상기 액화 연료 내로 분사되도록 상기 냉각 배관에 형성된 복수 개의 노즐을 포함하는, 연료 공급 시스템.
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