KR20160075890A - 선박의 연료공급 시스템 - Google Patents

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Abstract

선박의 연료공급시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 액화연료를 저장하는 연료탱크와, 연료탱크에 저장된 액화연료를 공급받아 엔진의 요구압력에 맞도록 액화연료를 압축 후 기화시켜 엔진에 공급하는 연료공급라인 및 연료공급라인에서 분기되며, 연료공급라인에서 공급되는 액화연료를 화학 촉매 반응을 통해 개질(Reforming)처리하여 수소를 생성하고, 생성된 수소를 기화된 액화연료가 흐르는 연료공급라인에 선택적으로 공급하는 수소공급라인을 포함한다.

Description

선박의 연료공급 시스템{SYSTEM FOR SUPPLYING FUEL GAS IN SHIPS}
본 발명은 선박의 액화연료 저장탱크에 저장된 액화연료를 연료로 사용 가능한 연료가스 공급시스템에 관한 것이다.
셰일가스(Shale Gas) 및 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 ‘LNG’라 함) 등으로부터 추출된 에탄(Ethane)은 석유화학제품의 원료로 사용되며, 최근에는 그 경제성이 부각되고 있다. 1기압에서 에탄은 대략 ―88.6℃, LNG의 주요 구성 성분인 메탄은 대략 ―161.5℃의 끊는점을 갖는다. 이러한 에탄과 LNG는 액화된 상태로 선박에 의해 수송될 수 있다.
선박은 저장탱크로부터 공급받은 LNG 증발가스(BOG, Boil-Off Gas) 또는 LNG의 압력, 온도, 상태 등을 변환하여 엔진으로 공급하는 연료가스 공급시스템을 구비할 수 있다. 여기서, 선박은 둘 이상의 이종연료를 연료로서 사용하는 DFDE(Dual Fuel Disel Electric) 엔진과 같은 저압가스 분사엔진과 ME-GI 엔진(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)과 같은 고압가스 분사엔진 등을 포함할 수 있다.
예컨대, 한국공개특허 제10-2008-0103500호(2008. 11. 27. 공개)는 ME-GI 엔진과 같은 고압가스 분사엔진으로 연료를 공급할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제시한 바 있다. 이 시스템은 LNG 연료탱크로부터 LNG를 빼내어 고압으로 압축한 후 이를 기화시켜서 고압가스 분사엔진으로 공급한다. 이외에도 저장탱크로부터 공급받은 LNG 증발가스를 다단의 압축기에서 공급조건에 맞도록 압축한 후 엔진으로 공급하거나 재액화하여 저장하는 등의 다양한 연료가스 공급시스템이 공지된 바 있다.
한국공개특허 제10-2008-0103500호(2008.11.27. 공개)
본 발명의 실시 예들은 액화연료를 사용하는 엔진의 효율을 향상시킬 수 있는 선박용 연료공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 종사자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화연료를 저장하는 연료탱크와, 상기 연료탱크에 저장된 상기 액화연료를 공급받아 엔진의 요구압력에 맞도록 상기 액화연료를 압축 후 기화시켜 상기 엔진에 공급하는 연료공급라인 및 상기 연료공급라인에서 분기되며 상기 연료공급라인에서 공급되는 상기 액화연료를 화학 촉매 반응을 통해 개질(Reforming)처리하여 수소를 생성하고, 생성된 상기 수소를 기화된 액화연료가 흐르는 상기 연료공급라인에 선택적으로 공급하는 수소공급라인을 포함하는 선박의 연료공급시스템.
또한 상기 수소공급라인에는 상기 연료공급라인으로부터 공급되는 상기 액화연료를 가압하는 가압펌프와, 상기 가압펌프에 의해 압축된 상기 액화연료를 기화시키는 기화기와, 상기 기화된 액화연료가 물 및 공기 중 산소와 촉매 자열개질(autothermal reforming)반응을 일으켜 수소를 발생시키는 수소발생기가 순차적으로 연결될 수 있다.
또한 상기 수소공급라인에는 상기 수소발생기에 의해 생성된 수소를 저장하여 상기 연료공급라인에 공급하기 위한 수소저장탱크가 더 구비될 수 있다.
또한 상기 수소발생기는, 상기 기화된 액화연료와 상기 물 및 상기 공기를 혼합하기 위한 혼합기와, 상기 혼합기로 상기 물을 공급하기 위한 물공급부와, 상기 혼합기로 상기 공기를 공급하기 위한 공기공급부 및 상기 혼합기에서 혼합된 혼합가스의 자열개질 반응에 의해 수소를 생성하는 자열개질 반응기를 포함한다.
또한 상기 물공급부는 상기 물을 공급하기 위한 물공급펌프 및 상기 물공급펌프에 의해 공급된 물을 가열하여 수증기를 발생시키는 가열기를 포함하고, 상기 물공급부는 상기 가열기에 의해 생성된 수증기를 상기 혼합기에 제공할 수 있다.
또한 상기 연료공급라인은 상기 연료탱크에서 공급된 상기 액화연료를 상기 엔진의 요구압력에 맞도록 가압하는 연료압축펌프와, 상기 연료압축펌프에 의해 압축된 상기 액화연료를 기화시키는 연료기화기를 포함하고, 상기 수소공급라인은 상기 연료기화기의 하류측 상기 연료공급라인에서 분기되어 상기 연료기화기에 의해 기화된 상기 액화연료를 공급받을 수 있다.
또한 상기 공기공급부는 상기 공기를 공급하기 위한 공기발생부 및 상기 공기발생부의 후단에 위치하여 상기 혼합기로 공급되는 공기의 맥동을 방지하기 위한 버퍼탱크를 포함한다.
또한 상기 엔진의 배출가스 압력을 이용하여 상기 엔진에 압축된 과급공기를 공급하는 터보차저를 더 포함하고, 상기 공기발생부는 상기 터보차저의 회전력을 전달받아 구동될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 액화연료를 저장하는 연료탱크와, 상기 연료탱크에 저장된 상기 액화연료의 증발가스를 엔진의 요구압력에 맞도록 압축하여 상기 엔진에 공급하는 증발가스 연료공급라인과, 상기 증발가스 연료공급라인에서 분기되며, 상기 증발가스 연료공급라인에서 공급되는 상기 증발가스를 화학 촉매 반응을 통해 개질(Reforming)처리하여 수소를 생성하고, 생성된 상기 수소를 압축된 증발가스가 흐르는 상기 증발가스 연료공급라인에 선택적으로 공급하는 수소공급라인을 포함하는 선박의 연료공급시스템이 제공될 수 있다.
또한 상기 수소공급라인에는 상기 증발가스가 물 및 공기 중 산소와 촉매 자열개질(autohermal reforming) 반응을 일으켜 수소를 발생시키는 수소발생기와, 상기 수소발생기에서 생성된 수소를 저장하여 상기 증발가스 연료공급라인에 공급하는 수소저장탱크가 마련될 수 있다.
또한 상기 수소발생기는 상기 증발가스와 상기 물 및 상기 공기를 혼합하기 위한 혼합기와, 상기 혼합기로 물을 공급하기 위한 물공급부와, 상기 혼합기로 상기 공기를 공급하기 위한 공기공급부 및 상기 혼합기에서 혼합된 혼합가스의 자열개질 반응에 의해 수소를 생성하는 자열개질 반응기를 포함한다.
또한 상기 공기공급부는 상기 공기를 공급하기 위한 송풍팬과, 상기 송풍팬의 후단에 위치하여 상기 공기의 맥동을 방지하기 위한 버퍼탱크를 포함하고, 상기 송풍팬은 상기 엔진의 배출가스 압력을 이용하여 상기 엔진에 압축된 과급공기를 공급하는 터보차저의 회전력을 전달받아 회전할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 액화연료를 연료로 사용하는 선박의 엔진에 불완전 연소가 발생된 경우 엔진에 공급되는 연료에 수소를 공급함에 의해 엔진의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명의 실시 예들은 자열개질 반응기에 공기를 공급하는 공기공급부의 동력을 터보차저의 회전력을 이용함에 의해 선박 연료공급시스템의 에너지 소모를 줄일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 선박의 연료공급시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제2실시 예에 따른 선박의 연료공급시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 제3실시 예에 따른 선박의 연료공급시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제3실시 예에 따른 터보차저와 공기발생부의 동력전달구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제4실시 예에 따른 선박의 연료공급시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 제5실시 예에 따른 선박의 연료공급시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
또한 “제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원서 에서 사용한 용어는 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 발명을 제한 및 한정하려는 의도는 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원서 에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한 어떤 부분이 다른 부분과 "연결" 되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 선박의 연료공급시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박의 연료공급시스템은 선박 엔진의 동력원인 액화연료를 저장하는 연료탱크(10)와, 연료탱크(10)에 저장된 액화연료를 공급받아 엔진의 요구압력에 맞도록 액화연료를 압축 후 기화시켜 엔진(20)에 공급하는 연료공급라인(30)과, 연료공급라인(30)에서 분기되며 연료공급라인(30)에서 공급되는 액화연료를 화학 촉매 반응을 통해 개질(Reforming)처리하여 수소를 생성하고, 생성된 수소를 기화된 액화연료가 흐르는 연료공급라인(30)에 선택적으로 공급하는 수소공급라인(40)을 포함한다.
여기서, 선박은 액화연료 운반선, 액화연료 RV(Regasification Vessel), 컨테이너선, 일반상선, LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)등을 포함하고, 액화연료는 액화상태로 저장할 수 있는 액화에탄, LNG, 액화에틸렌, LPG, 액화프로판, 액화부탄을 포함할 수 있다.
연료탱크(10)는 액화연료를 저장하여 수송하기 위한 적절한 단열구조를 가질 수 있고, 예로서, MOSS형과 Membrane형 등 공지된 다양한 형태의 단열탱크로 구성될 수 있다. 연료탱크(10)의 내부에는 연료탱크(10) 내부에 저장된 액화연료를 연료공급라인(30)으로 공급하기 위한 공급펌프(P)가 마련될 수 있다.
연료공급라인(30)은 연료탱크(10)의 하부로부터 액화연료를 공급받고, 공급받는 액화연료를 엔진(20)에 적합한 가스 압력으로 공급하기 위한 배관으로서, 연료공급라인(30) 상에는 순차적으로 연료압축펌프(31)와 연료기화기(33)가 연결될 수 있다. 연료탱크(10)로부터 연료공급라인(30)으로의 액화연료의 공급은 공급펌프(P) 및/또는 연료압축펌프(31)의 송출력에 의해 이루어질 수 있다.
연료압축펌프(31)는 연료탱크(10) 하부의 액화연료를 연료공급라인(30)으로 송출함과 아울러 액화연료를 엔진(20)의 요구압력에 맞도록 압축할 수 있고, 연료기화기(33)는 연료압축펌프(31)에 의해 압축된 액화연료를 기화시켜 엔진(20)에 공급할 수 있다.
여기서, 엔진(20)은 저압, 중압 또는 고압가스 분사엔진 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 연료압축펌프(31)는 엔진(20)의 종류에 대응하는 요구압력에 맞도록 연료공급라인(30)에 흐르는 액화연료를 압축할 수 있다.
예로서, 저압가스 분사엔진은 대략 5 내지 7bar 정도의 연료가스를 이용하는 것으로 DFDE 엔진과 같은 발전용 엔진을 포함한다. 또한 저압가스 분사엔진은 천연가스뿐 아니라 중유(HFO, Heavy Fuel Oil) 등을 연료로 이용할 수 있는 이중연료엔진일 수 있다. 중압가스 분사엔진은 대략 16 내지 45bar 정도의 연료가스를 이용한다. 고압가스 분사엔진은 대략 150 내지 300bar 정도의 연료가스를 이용하는 것으로 ME-GI 엔진을 포함할 수 있다.
수소공급라인(40)은 연료공급라인(30)을 통해 엔진(20)에 공급되는 기화된 액화연료에 선택적으로 수소를 공급하기 위한 구성이다.
구체적으로, 연료공급라인(30)에 의해 엔진(20)에 공급되는 다양한 종류의 탄화수소계 액화연료는 탄소 분자의 비율에 따라 엔진(20)에서 불완전 연소가 발생될 수 있는 바, 이러한 불완전 연소가 발생하는 경우 수소공급라인(40)은 연료공급라인(30)에서 공급되는 액화연료를 개질(reforming) 처리하는 수소발생기(50)를 이용하여 수소를 생산하고, 연료공급라인(30)에서 엔진(20)에 공급되는 기화된 액화연료에 연소하기 쉬운 수소를 선택적으로 공급할 수 있다.
여기서, 수소발생기(50)의 개질 처리는 액화연료를 화학 촉매 반응을 통해 개질 처리하여 수소를 생산할 수 있는 자열 개질(Autothermal Reforming: ATR), 부분산화 개질(Partial Oxidation; POX) 및 수증기 개질(Steam Reforming: SR) 방식 중 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이하에서는 자열 개질 방식을 이용한 예에 대하여 설명한다.
수소공급라인(40)에는 연료공급라인(30)에서 공급된 액화연료를 가압 송출하는 가압펌프(41)와, 가압펌프(41)에 의해 압축된 액화연료를 기화시키는 기화기(43)와, 기화기(43)를 거쳐 공급되는 기화된 액화연료를 공급받아 자열개질(Autothermal Reforming) 방식을 이용하여 수소를 생성하는 수소발생기(50)와, 수소발생기(50)에서 생성된 수소를 저장하여 필요 시 연료공급라인(30)에 제공하는 수소저장탱크(60)를 포함할 수 있다.
가압펌프(41)는 자열개질 반응기(58)의 반응 압력에 맞도록 액화연료를 압축할 수 있고, 기화기(43)는 압축된 액화연료를 기화시켜 미립화된 분무입자를 수소발생기(50)의 혼합기(51)에 공급할 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예로서는 수소발생기(50)의 개질 처리 방식에 따라 가압펌프(41) 및 기화기(43)는 생략될 수 있고, 또한 가압펌프(41)는 수소공급라인(40)에 흐르는 액화연료를 혼합기(51)로 공급하기 위한 이송펌프의 기능을 수행할 수 있다.
수소발생기(50)는 액화연료와, 물 및 공기 중 산소의 혼합물을 촉매를 이용한 개질 반응에 의해 수소가 풍부한 개질 가스를 생산하기 위한 장치로서, 혼합기(51), 물공급부(52), 공기공급부(55) 및 자열개질 반응기(Auto Thermal Reformer; ATR)(58)을 포함한다.
혼합기(51)는 가압펌프(41)와 기화기(43)를 거쳐 기화된 액화연료와 물공급부(52)에 의해 공급되는 물 및 공기공급부(55)에 의해 공급되는 공기를 혼합하여 개질 반응에 적합한 반응 온도로 혼합된 혼합물을 자열개질 반응기(58)에 공급할 수 있다.
이러한 혼합기(51)는 기화된 액화연료, 물, 공기를 혼합하도록 소정 용적의 내부공간을 가지는 밀폐형 탱크로 구성될 수 있고, 내압성이 고려된 내압탱크로 이루어질 수 있다.
물공급부(52)는 자열개질에 필요한 물을 공급하기 위한 것으로서, 물을 저장하는 물탱크와, 물탱크에 저장된 물을 혼합기(51)에 공급하는 펌프를 포함할 수 있다. 물공급부(52)에 의해 공급되는 물은 물공급라인(52a)을 통해 혼합기(51)로 제공되어, 기화된 액화연료와 혼합될 수 있다.
공기공급부(55)는 자열개질에 필요한 공기 중 산소를 공급하기 위한 것으로서, 압축공기를 공급하는 공기압축기(air compressor) 또는 송풍기(blower)를 포함할 수 있다. 공기공급부(55)에 의해 공급된 압축공기는 공기공급라인(55a)을 통해 혼합기(51)로 제공되어, 기화된 액화연료와 혼합될 수 있다.
자열개질 반응기(58)는 혼합기(51)로부터 공급되는 액화연료, 물, 공기 중 산소의 혼합물을 공급받는 자열개질 촉매층(미도시)을 구비하고, 자열개질 촉매층에서 자열개질 반응, 즉 흡열반응인 수증기 개질 반응과 발열반응인 부분산화반응이 진행되어 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키고, 발생된 개질 가스를 수소 분리막(미도시)에 통과시킴에 의해 개질 가스로부터 수소를 분리 생산할 수 있다.
자열개질 반응기(58)에 의해 생산된 수소는 수소저장탱크(60)에 일시적으로 저장될 수 있고, 필요에 따라 기화된 액화연료가 흐르는 연료공급라인(30)에 공급되어 기화된 액화연료와 함께 엔진(20)에 공급될 수 있다.
한편 본 실시 예에서는 구체적으로 도시하지는 않았으나, 연료공급라인(30), 수소공급라인(40), 물공급라인(52a) 및 공기공급라인(55a)에는 각 라인을 따라 흐르는 유체를 제어하기 위한 유로전환밸브, 유량조절밸브 및 압력조절밸브 등 다양한 형태의 밸브가 설치될 수 있음은 물론이다.
이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 선박의 연료공급시스템에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 이하에서는 전술한 실시예와 동일한 기능을 가지는 구성에 대하여는 동일한 도면번호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 본 실시 예에서는 자열개질 반응기(58)의 개질 효율을 향상시키기 위해 물공급부(52)는 혼합기(51)로 공급되는 물을 수증기 형태로 공급하는 구성을 제외하고는 전술한 제1실시예와 동일한 구성을 가진다.
이러한 물공급부(52)는 물을 저장하는 물탱크(미도시)와, 물탱크의 물을 송출하는 물공급펌프(54)와, 물공급펌프(54)에 의해 공급된 물을 가열하여 수증기를 발생시키는 가열기(53)를 포함한다. 여기서, 가열기(53)는 히터 또는 외부의 열원(예로서, 배기가스 등)을 이용하여 열교환을 수행하는 열교환기를 포함할 수 있다.
이를 통해, 물공급펌프(54)에 의해 공급된 물은 가열기(53)로 제공되고, 가열기(53)에서 스팀화 된 후 물공급라인(52a)을 통해 혼합기(51)에 공급된다. 그리고 혼합기(51)에서는 물공급라인(52a)을 통해 공급된 수증기와, 기화된 액화연료 및 공기공급부(55)를 통해 제공된 공기 중 산소와 혼합되고, 혼합된 혼합가스는 자열개질 반응기(58)에 미세 분무입자 상태로 공급되도록 함에 의해 자열개질 반응기(58) 내의 유량 및 압력 변동을 줄이며, 자열개질 반응기(58)의 초기 가동시간을 줄일 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 제3실시예에 따른 선박의 연료공급시스템에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다. 이하에서는 전술한 실시예와 동일한 기능을 가지는 구성에 대하여는 동일한 도면번호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 본 실시 예에서는 혼합기(51)에 공기를 공급하는 공기공급부(55)의 구성을 제외하고는 전술한 실시예와 동일한 구성을 가진다.
본 실시 예에 따른 공기공급부(55)는 압축공기를 공급하는 공기압축기 또는 송풍팬으로 구성된 공기발생부(57)와, 공기발생부(57)에서 공급되는 공기의 변동압(맥동)을 흡수하기 위한 버퍼탱크(56)를 포함한다.
버퍼탱크(56)는 공기압축기 또는 송풍팬의 기동시 발생 가능한 변동압을 일시적으로 흡수하여 주는 완충탱크로서의 기능을 수행하여 혼합기(51)에 안정적 공기 공급을 가능하게 한다.
공기발생부(57)는 외부의 공기를 공급하기 위한 공기압축기 또는 송풍기로 구성될 수 있고, 공기발생부(57)의 동력은 엔진(20)의 배출가스 압력을 이용하여 엔진(20)에 과급공기를 공급하는 터보차저(70)의 회전력을 전달받도록 구비될 수 있다.
도 4를 참조하면, 터보차저(70)는 엔진(20)에서 발생하는 배출가스의 압력을 이용하여 한쪽 터빈(71)을 회전시킨 후, 이 회전력을 이용하여 한쪽 터빈(71)과 축 연결된 다른 쪽 터빈(72)이 회전하여 유입된 외부공기를 압축함에 의해 엔진(20)의 연소실에 압축된 과급공기를 공급하는 장치이다. 즉 엔진(20)의 연소 시 배출되는 배기가스는 배기라인(73)을 통해 터보차저(70)에 공급되어 터보차저(70)의 한쪽 터빈(71)을 회전시킨 후 외부로 배기되고, 공기주입라인(74)을 통해 공급되는 엔진(20)의 연소에 필요한 공기는 터보차저(70)의 다른 쪽 터빈(72)을 경유하여 공기주입라인(74)을 통해 엔진(20)의 연소실에 공급되게 된다.
이때, 공기발생부(57)는 한쪽 터빈(71)의 회전력을 전달받을 수 있도록 동력전달부재(80)를 통해 연결될 수 있고, 동력전달부재(80)를 통해 전달되는 터빈(71)의 회전력을 이용하여 구동될 수 있다.
일 예로, 공기발생부(57)가 모터의 회전 운동에 의해 기체를 압송하는 송풍팬을 구비한 송풍기로 구성된 경우에는 모터 대신 송풍팬(82)을 회전 구동하는 동력을 동력전달부재(80)를 통해 전달되는 터빈(71)의 회전력을 이용하도록 구성할 수 있다. 또한 도시하지는 않았으나, 공기발생부(57)가 공기압축기로 이루어진 경우에는 피스톤 또는 로터를 구동하는 동력을 동력전달부재(80)를 통해 전달되는 터빈(71)의 회전력을 이용하도록 구성할 수 있다. 여기서, 동력전달부재(80)는 터빈(71)의 회전력을 전달하기 위한 구성요소로서, 기어, 벨트 또는 축 연결 구조로 구성될 수 있고, 터빈(71)의 회전력을 선택적으로 전달하기 위한 클러치 구조를 포함할 수 있다.
이러한 구성을 통해, 외부 공기를 가압 송풍하는 공기발생부(57)는 터보차저(70)의 회전력을 전달받아 구동되게 되므로, 엔진(20)의 배출가스 변동압에 의한 맥동이 발생될 수 있으나, 공기발생부(57)에 의해 공급되는 공기는 버퍼탱크(56)를 거쳐 완충된 후 혼합기(51)에 공급될 수 있어 안정적 공급이 가능하게 된다.
이하에서는 본 발명의 제4실시예에 따른 선박의 연료공급시스템에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다. 이하에서는 전술한 실시예와 동일한 기능을 가지는 구성에 대하여는 동일한 도면번호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 본 실시 예에서는 연료공급라인(30)에서 분기된 수소공급라인(40a)이 연료압축펌프(31)와 연료기화기(33)를 거쳐 기화된 액화연료를 공급받도록 구비되는 구성을 제외하고는 전술한 실시예와 동일한 구성을 가진다.
구체적으로, 수소공급라인(40a)은 연료공급라인(30)을 따라 엔진(20)으로 공급되는 액화연료의 공급방향에 대해 연료기화기(33)의 하류측 연료공급라인(30)에서 분기되도록 마련될 수 있다.
이에 따라, 수소공급라인(40a)은 연료기화기(33)에서 기화된 액화연료를 공급받아 수소발생기(50)의 혼합기(51)에 제공하고, 혼합기(51)는 물공급부(52)에서 공급되는 물 또는 수증기와, 공기공급부(55)에서 공급되는 공기를 기화된 액화연료와 혼합하여 자열개질 반응기(58)에 제공할 수 있다.
자열개질 반응기(58)에서 생성된 수소는 수소저장탱크(60)에 저장되고, 수소저장탱크(60)는 엔진(20)의 불완전 연소가 발생하는 경우 선택적으로 연료공급라인(30)에 공급할 수 있다.
이와 같은 경우, 수소공급라인(40)에는 연료탱크(10)에서 공급되는 액화연료를 가압 및 기화시키기 위한 별도의 가압펌프(41) 및 기화기(43)의 구성은 제외할 수 있게 된다. 또한 도시하지는 않았으나, 연료공급라인(30)으로부터 혼합기(51)로 공급되는 기화된 액화연료를 자열개질 반응기(58)의 반응 조건에 맞도록 기화된 액화연료의 온도, 압력, 상태 등을 조절하는 별도의 장치(예로서, 압력밸브, 열교환기, 히터 등)들이 혼합기(51)의 상류측 수소공급라인(40a)에 설치될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제5실시예에 따른 선박의 연료공급시스템에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다. 이하에서는 전술한 실시예와 동일한 기능을 가지는 구성에 대하여는 동일한 도면번호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예의 선박의 연료공급시스템은 연료탱크(10)에 저장된 액화연료의 증발가스를 엔진(20)의 요구압력에 맞도록 압축하여 엔진(20)에 공급하는 증발가스 연료공급라인(90)과, 증발가스 연료공급라인(90)에서 분기되어 증발가스 연료공급라인(90)에서 공급되는 증발가스를 화학 촉매 반응을 통해 개질 처리하여 수소를 생성하고, 생성된 수소를 압축된 증발가스가 흐르는 증발가스 연료공급라인에 선택적으로 공급하는 수소공급라인(40b)을 포함한다.
증발가스 연료공급라인(90)은 연료탱크(10) 내부의 액화연료 증발가스를 공급받고, 공급받은 액화연료 증발가스를 엔진(20)에 적합한 가스 압력으로 공급하기 위한 배관으로서, 증발가스 연료공급라인(90) 상에는 연료탱크(10)로부터 공급되는 액화연료 증발가스를 엔진(20)에서 요구하는 압력으로 가압하는 증발가스 압축기(93)가 연결될 수 있다. 여기서 증발가스 압축기(93)는 공급되는 증발가스를 다단 압축하기 위한 복수의 압축기(93a)와 복수의 냉각기(93b)를 구비한 다단압축기의 예를 도시하였으나, 이는 일 예에 해당하는 것으로서, 엔진(20)의 요구압력에 맞도록 공급되는 증발가스를 압축하는 것이라면, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 엔진(20)이 저압, 중압 또는 고압가스 분사엔진 중 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 경우에는 이에 알맞도록 증발가스 압축기(93)는 다양하게 구비될 수 있다.
수소공급라인(40b)은 증발가스의 공급방향에 대해 증발가스 압축기(93)의 상류측 증발가스 연료공급라인(90)에서 분기되고, 분기된 수소공급라인(40b)을 통해 공급되는 증발가스는 수소발생기(50)에 공급되어 개질 처리되고, 수소발생기(50)에서 발생된 수소는 수소저장탱크(60)에 저장된 후 엔진(20)의 불완전 연소가 발생한 경우 선택적으로 압축기(93)의 후류측 증발가스 연료공급라인(90)에 공급될 수 있다. 여기서, 수소발생기(50)는 전술한 실시 예의 물공급부(52)와 공기공급부(55)의 각 구성요소 전부 또는 일부만을 포함할 수 있음은 물론이다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
10: 연료탱크, 20: 엔진,
30: 연료공급라인, 31: 연료압축펌프,
33: 연료기화기, 40: 수소공급라인,
50: 수소발생기, 51: 혼합기,
52: 물공급부, 55: 공기공급부,
58: 자열개질 반응기, 60: 수소저장탱크,
70: 터보차저, 90: 증발가스 연료공급라인.

Claims (12)

  1. 액화연료를 저장하는 연료탱크;
    상기 연료탱크에 저장된 상기 액화연료를 공급받아 엔진의 요구압력에 맞도록 상기 액화연료를 압축 후 기화시켜 상기 엔진에 공급하는 연료공급라인; 및
    상기 연료공급라인에서 분기되며, 상기 연료공급라인에서 공급되는 상기 액화연료를 화학 촉매 반응을 통해 개질(Reforming)처리하여 수소를 생성하고, 생성된 상기 수소를 기화된 액화연료가 흐르는 상기 연료공급라인에 선택적으로 공급하는 수소공급라인;을 포함하는 선박의 연료공급시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수소공급라인에는 상기 연료공급라인으로부터 공급되는 상기 액화연료를 가압하는 가압펌프와, 상기 가압펌프에 의해 압축된 상기 액화연료를 기화시키는 기화기와, 상기 기화된 액화연료가 물 및 공기 중 산소와 촉매 자열개질(autothermal reforming)반응을 일으켜 수소를 발생시키는 수소발생기가 순차적으로 연결되는 선박의 연료공급시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수소공급라인에는 상기 수소발생기에 의해 생성된 수소를 저장하여 상기 연료공급라인에 공급하기 위한 수소저장탱크가 더 구비되는 선박의 연료공급시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 수소발생기는,
    상기 기화된 액화연료와 상기 물 및 상기 공기를 혼합하기 위한 혼합기;
    상기 혼합기로 상기 물을 공급하기 위한 물공급부;
    상기 혼합기로 상기 공기를 공급하기 위한 공기공급부; 및
    상기 혼합기에서 혼합된 혼합가스의 자열개질 반응에 의해 수소를 생성하는 자열개질 반응기;를 포함하는 선박의 연료공급시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 물공급부는,
    상기 물을 공급하기 위한 물공급펌프; 및
    상기 물공급펌프에 의해 공급된 물을 가열하여 수증기를 발생시키는 가열기;를 포함하고,
    상기 물공급부는 상기 가열기에 의해 생성된 수증기를 상기 혼합기에 제공하는 선박의 연료공급시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 연료공급라인은 상기 연료탱크에서 공급된 상기 액화연료를 상기 엔진의 요구압력에 맞도록 가압하는 연료압축펌프와, 상기 연료압축펌프에 의해 압축된 상기 액화연료를 기화시키는 연료기화기를 포함하고,
    상기 수소공급라인은 상기 연료기화기의 하류측 상기 연료공급라인에서 분기되어 상기 연료기화기에 의해 기화된 상기 액화연료를 공급받는 선박의 연료공급시스템.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 공기공급부는,
    상기 공기를 공급하기 위한 공기발생부; 및
    상기 공기발생부의 후단에 위치하여 상기 혼합기로 공급되는 공기의 맥동을 방지하기 위한 버퍼탱크;를 포함하는 선박의 연료공급시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 엔진의 배출가스 압력을 이용하여 상기 엔진에 압축된 과급공기를 공급하는 터보차저를 더 포함하고,
    상기 공기발생부는 상기 터보차저의 회전력을 전달받아 구동되는 선박의 연료공급시스템.
  9. 액화연료를 저장하는 연료탱크;
    상기 연료탱크에 저장된 상기 액화연료의 증발가스를 엔진의 요구압력에 맞도록 압축하여 상기 엔진에 공급하는 증발가스 연료공급라인;
    상기 증발가스 연료공급라인에서 분기되며, 상기 증발가스 연료공급라인에서 공급되는 상기 증발가스를 화학 촉매 반응을 통해 개질(Reforming)처리하여 수소를 생성하고, 생성된 상기 수소를 압축된 증발가스가 흐르는 상기 증발가스 연료공급라인에 선택적으로 공급하는 수소공급라인;을 포함하는 선박의 연료공급시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 수소공급라인에는 상기 증발가스가 물 및 공기 중 산소와 촉매 자열개질(autohermal reforming) 반응을 일으켜 수소를 발생시키는 수소발생기와, 상기 수소발생기에서 생성된 수소를 저장하여 상기 증발가스 연료공급라인에 공급하는 수소저장탱크가 마련되는 선박의 연료공급시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 수소발생기는 상기 증발가스와 상기 물 및 상기 공기를 혼합하기 위한 혼합기와, 상기 혼합기로 물을 공급하기 위한 물공급부와, 상기 혼합기로 상기 공기를 공급하기 위한 공기공급부 및 상기 혼합기에서 혼합된 혼합가스의 자열개질 반응에 의해 수소를 생성하는 자열개질 반응기를 포함하는 선박의 연료공급시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 공기공급부는 상기 공기를 공급하기 위한 송풍팬과, 상기 송풍팬의 후단에 위치하여 상기 공기의 맥동을 방지하기 위한 버퍼탱크를 포함하고,
    상기 송풍팬은 상기 엔진의 배출가스 압력을 이용하여 상기 엔진에 압축된 과급공기를 공급하는 터보차저의 회전력을 전달받아 회전하는 선박의 연료공급시스템.
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