KR20160090935A

KR20160090935A - Lng 연료 공급 시스템 및 이를 포함하는 선박

Info

Publication number: KR20160090935A
Application number: KR1020150010456A
Authority: KR
Inventors: 박일환; 신재웅; 박정규; 이형기; 곽헌섭; 이상재; 이철호; 정승규
Original assignee: 에스티엑스조선해양 주식회사
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2016-08-02

Abstract

본 발명은, LNG 저장탱크와 기화기를 연결하는 LNG공급라인에 장착된 고압펌프; 상기 기화기와 엔진을 연결하는 NG공급라인에 장착된 버퍼탱크; 및 상기 고압펌프로부터 토출된 LNG의 압력, 상기 기화기로부터 토출된 NG의 온도 및 상기 버퍼탱크로부터 토출된 NG의 압력을 제어하는 제어 수단;을 포함하는 LNG 연료 공급 시스템을 제공한다.

Description

LNG 연료 공급 시스템 및 이를 포함하는 선박{LNG FUEL SUPPLY SYSTEM AND SHIP HAVING THE SAME}

본 발명은 선박의 엔진으로 연료인 LNG를 공급하기 위한 LNG 연료 공급 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 LNG 연료 공급 시스템을 포함하는 선박에 관한 것이다.

최근 들어 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 'LNG'라 함)를 운반하는 LNG 운반선에서 LNG를 연료로 사용하여 메인 엔진을 구동하는 LNG 연료 공급 시스템이 적용되고 있다.

LNG는 천연가스(NG)를 극저온(약 -163℃)으로 냉각시킨 것으로서, 천연가스 부피의 1/600에 해당하는 부피를 갖기 때문에 보관 및 운반에 매우 적합하다. 또한, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있다. 따라서 LNG가 선박의 추진 장치인 엔진의 연료로 사용되는 사례가 증가하고 있다.

종래의 LNG 연료 공급 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 저장탱크(10)와, 엔진(20)과, 펌프 모듈(30)과, 열교환기(40)를 포함한다.

펌프 모듈(30)은 부스팅 펌프(31)와, 고압 펌프(32)로 구성된다. 저장탱크(10)로부터 배출되는 LNG는 부스팅 펌프(31)에서 수 내지 수십 바(bar)로 가압되고, 이후 고압 펌프(32)에서 엔진(20)의 요구 압력으로 재차 가압된다. 고압 펌프(32)로부터 토출된 LNG는 열교환기(40)에서 NG로 기화되어 엔진(20)으로 공급된다.

그런데 위와 같은 종래의 LNG 연료 공급 시스템에서는 엔진(20)이 정지된 이후에도 열교환기(40)와 엔진(20) 사이의 연료공급라인에 NG가 잔류하므로 위 연료공급라인의 내부 압력이 높은 상태로 남아 있다. 따라서 엔진(20)의 재가동 시 엔진(20)이 요구하는 압력보다 높은 압력으로 NG가 공급되는 현상이 초래되고, 이는 엔진(20)의 작동 불량 및 고장의 원인이 된다.

이러한 문제를 해결하기 위한 기술이 등록특허 제10-1372168호(LNG 연료 공급 시스템)에 개시되어 있다. 이 기술에 따른 LNG 연료공급 시스템에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 열교환기(40)와 엔진(40) 사이에 제1 제어 밸브(51), 제2 제어 밸브(52), 벤트 라인(53) 및 센서(54)를 포함하는 LNG 공급/방출 설비(50)가 설치되어 있다.

스탠바이 모드에서는 연로공급라인(21)의 제1 제어 밸브(51)가 폐쇄되고, 벤트 라인(53)에 설치된 제2 제어 밸브(52)가 개방된다. 따라서 스탠바이 모드에서는 연료공급라인(21) 내부의 NG가 벤트 라인(53)을 통해 외부로 방출되고, 이로 인해 연료공급라인(21)의 내부 압력 낮아진다. 반면, 공급 모드에서는 연료공급라인(21) 제1 제어 밸브(51)가 개방되고, 제2 제어 밸브(52)가 폐쇄된다. 따라서 공급 모드에서는 엔진(20)에서 요구되는 최적 압력의 NG가 엔진(20)에 공급될 수 있다.

한국등록특허 제10-1372168호(LNG 연료 공급 시스템)

그러나 위 등록특허 제10-1372168호에 개시된 기술에서는 저장탱크로부터 엔진까지 이동하는 연료(LNG, NG)의 온도, 압력, 그리고 유량이 유기적으로 제어되지 못하는 문제가 발생한다.

이에 본 발명은 저장탱크로부터 엔진으로 이동하는 연료가 엔진에서 요구되는 최적의 상태에 이르도록 상기 연료의 온도, 압력 및 유량을 유기적으로 제어할 수 있는 LNG 연료 공급 시스템을 제공하고자 한다. 또한, 본 발명은 상기 LNG 연료 공급 시스템을 포함하는 선박을 제공하고자 한다.

상기 제어 수단은, 상기 LNG공급라인에 장착되어 상기 고압펌프로부터 토출된 LNG의 압력을 감지하는 제1압력센서; 및 상기 제1압력센서의 출력에 따라 상기 고압펌프를 제어하는 콘트롤러;를 포함한다.

또한, 상기 제어 수단은, 상기 고압펌프와 기화기 사이에서 분기하여 상기 기화기와 상기 버퍼탱크 사이에서 합지하는 분기라인; 상기 분기라인에 장착된 온도제어밸브와, 단방향밸브와, 분사노즐; 상기 분기라인의 합지점과 상기 기화기 사이에 위치하도록 상기 NG공급라인에 장착된 제1온도센서; 및 상기 제1온도센서의 출력에 따라 상기 온도제어밸브를 제어하는 콘트롤러;를 포함한다.

이때, 상기 제어 수단은 상기 분기라인의 합지점과 상기 버퍼탱크 사이에 위치하도록 상기 NG공급라인에 장착된 제2온도센서;를 더 포함할 수 있는데, 이 경우 상기 콘트롤러는 상기 제2온도센서의 출력에 따라 상기 온도제어밸브를 제어한다.

상기 제어 수단은, 상기 버퍼탱크의 출구 쪽에 위치하도록 상기 NG공급라인에 장착된 제1압력제어밸브; 상기 제1압력제어밸브의 출구 쪽에 위치하도록 상기 NG공급라인에 장착된 제2압력센서; 및 상기 제2압력센서의 출력에 따라 상기 제1압력제어밸브를 제어하는 콘트롤러;를 포함한다.

이때, 상기 제어 수단은, 상기 제2압력센서의 출구 쪽에 위치하도록 상기 NG공급라인에 장착된 제3압력센서; 및 상기 제2압력센서와 상기 제3압력센서 사이에 위치하는 제2압력제어밸브;를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 콘트롤러는 상기 제3압력센서의 출력에 따라 상기 제2압력제어밸브를 제어한다.

한편, 상기 NG공급라인에는 상기 제2압력센서와 상기 제3압력센서 사이에 위치하는 NG를 타 장치로 분배하기 위한 NG분배라인이 결합되어 있고, 상기 제2압력제어밸브는 상기 NG분배라인에 장착된다.

본 발명은 상술한 LNG 연료 공급 시스템을 포함하는 선박을 제공한다.

본 발명에 따르면, 기화기와 엔진 사이에 버퍼탱크가 마련되어 있기 때문에 엔진의 부하가 변경되더라도 엔진으로 공급되는 NG의 압력변화가 거의 없고, 그러면서도 고압펌프 출구의 압력과 기화기 출구의 온도와 버퍼탱크 출구의 압력이 모두 미리 설정된 기준치에 맞게 조절되기 때문에 NG의 온도 및 압력이 엔진의 작동에 최적화될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 버퍼탱크 출구의 압력이 2차례에 걸쳐 조절되므로 1차적으로 조절된 버퍼탱크 출구 압력이 엔진의 작동에 최적화된 것이 아니더라고 이에 대한 시정이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 버퍼탱크 출구의 압력을 2차적으로 조절하는 과정에서 NG공급라인으로부터 유출되는 NG가 선박 내 타 장치에서 활용될 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 LNG 연료 공급 시스템을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템을 간략히 도시한 블록도이다.

이하, 본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템 및 이를 포함하는 선박의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.

본 발명에 따른 LNG 연료 공급 시스템(100)은 LNG 저장탱크(110)의 LNG를 엔진(120)의 연료로 공급하기 위한 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 고압펌프(132)와, 버퍼탱크(170)와, 제어 수단을 포함한다.

상기 고압펌프(132)는 LNG 저장탱크(110)의 LNG를 기화기(140)로 펌핑하기 위한 것으로서, LNG공급라인(101)에 장착된다. 상기 LNG공급라인(101)은 LNG 저장탱크(110)와 기화기(140)를 연결하는 배관이다. 그리고 기화기(140)는 열교환을 통해 LNG를 NG로 기화시키는 장치이다. 한편 LNG공급라인(101)에는 부스터 펌프(131)도 장착된다.

상기 버퍼탱크(170)는 기화기(140)에서 기화된 NG를 일시적으로 저장하기 위한 것으로서, NG공급라인(102)에 장착된다. NG공급라인(102)은 기화기(140)와 엔진(120)을 연결하는 배관이다. 이러한 버퍼탱크(170)는 엔진(120)의 부하(Load)에 따라 엔진(120)으로 공급되는 NG의 압력이 급격하게 변화는 것을 방지한다. 따라서 NG공급라인(102)에 버퍼탱크(170)가 마련되면, NG의 압력을 엔진(120)이 요구하는 최적의 압력으로 맞추기가 수월하다.

상기 제어 수단은 고압펌프(132)로부터 토출되는 LNG의 압력을 제어하는 기능과, 기화기(140)로부터 토출되는 NG의 온도를 제어하는 기능과, 버퍼탱크(170)로부터 토출되는 NG의 압력을 제어하는 기능을 수행한다.

고압펌프(132)로부터 토출되는 LNG의 압력을 제어하기 위해 상기 제어 수단은 제1압력센서(151) 및 콘트롤러(190)를 구비한다. 상기 제1압력센서(151)는 고압펌프(132)로부터 토출된 LNG의 압력을 감지하기 위한 것으로서, LNG공급라인(101)에 장착된다. 그리고 콘트롤러(190)는 제1압력센서(151)의 출력에 따라 고압펌프(132)를 제어한다. 예컨대, 제1압력센서(151)의 출력이 미리 설정된 기준치보다 낮으면 콘트롤러(190)는 고압펌프(132)를 제어하여 토출 압력을 높이고, 반대로 기준치보다 높으면 고압펌프(132)를 제어하여 상기 토출 압력을 낮춘다.

기화기(140)로부터 토출되는 NG의 온도를 제어하기 위해 제어 수단은 분기라인(103)과, 온도제어밸브(162)와, 단방향밸브(163)와, 분사노즐(141)과, 제1온도센서(181)와, 상기 콘트롤러(190)를 구비한다.

상기 분기라인(103)은 LNG공급라인(101)으로부터 분기하여 NG공급라인(102)과 합지한다. 분기라인(103)의 분기점은 고압펌프(132)와 기화기(140) 사이에 위치하고, 그 합지점은 기화기(140)와 버퍼탱크(170) 사이에 위치한다.

상기 온도제어밸브(162)는 분기라인(103)으로 유입되는 LNG의 유량을 조절하기 위한 것으로서, 분기라인(103)에 장착된다. 상기 단방향밸브(163)는 분기라인(103)의 LNG가 분기점에서 합지점으로 흐르는 것만을 허용하는 것으로서, 분기라인(103)에 장착된다. 상기 분사노즐(141)은 분기라인(103)의 LNG를 NG공급라인(102) 내의 NG로 분사하기 위한 것으로서, 분기라인(103)에 장착된다. 상기 제1온도센서(181)는 기화기(140)로부터 토출된 NG의 온도를 감지하기 위한 것으로서, 분기라인(103)의 합지점과 기화기(140) 사이에 위치하도록 NG공급라인(102)에 장착된다.

상기 콘트롤러(190)는 제1온도센서(181)의 출력에 따라 상기 온도제어밸브(162)를 제어한다. 예컨대, 제1온도센서(181)의 출력이 미리 설정된 기준치보다 높은 경우, 콘트롤러(190)는 온도제어밸브(162)를 개방하거나 그 개도를 높인다. 그러면 낮은 온도의 LNG가 높은 온도의 NG로 분사되어 NG의 온도가 낮아지게 된다. 반면 제1온도센서(181)의 출력이 상기 기준치보다 낮은 경우, 콘트롤러(190)는 온도제어밸브(162)를 밀폐하거나 그 개도를 낮춘다. 그러면 NG와 혼합되는 LNG의 양이 감소하거나 없게 되어 NG의 온도가 높아지게 된다.

상기 제어 수단은 제2온도센서(182)를 더 포함하는 것이 좋다. 이때, 제2온도센서(182)는 분기라인(103)의 합지점과 버퍼탱크(170) 사이에 위치하고, NG공급라인(102)에 장착된다. 이 경우, 분기라인(103)의 합지점을 통과한 NG의 온도가 상기 기준치와 같은지를 콘트롤러(190)가 확인할 수 있다. 만일, 두 온도가 같지 않다면 콘트롤러(190)는 온도제어밸브(162)를 위와 같은 방식으로 제어하여 같게 만들 수 있다.

버퍼탱크(170)로부터 토출되는 NG의 압력을 제어하기 위해 상기 제어 수단은 제1압력제어밸브(164)와, 제2압력센서(152)와, 상기 콘트롤러(190)를 포함한다.

제1압력제어밸브(164)는 버퍼탱크(170)의 출구 쪽에 위치하고, NG공급라인(12)에 장착된다. 그리고 제2압력센서(152)는 제1압력밸브(164)의 출구 쪽에 위치하고, NG공급라인(102)에 장착된다.

상기 콘트롤러(190)는 제2압력센서(152)의 출력에 따라 제1압력제어밸브(164)를 제어한다. 예컨대, 제2압력센서(152)의 출력이 미리 설정된 기준치보다 낮으면 콘트롤러(190)는 제1압력제어밸브(164)를 제어하여 토출 압력을 높이고, 반대로 상기 기준치보다 높으면 제1압력제어밸브(164)를 제어하여 상기 토출 압력을 낮춘다.

상기 제어 수단은 제3압력센서(153) 및 제2압력제어밸브(165)를 더 포함하는 것이 좋다. 이때, 제3압력센서(153)는 제2압력센서(152)의 출구 쪽에 위치하고, NG공급라인(102)에 장착된다. 그리고 제2압력제어밸브(165)는 NG분배라인(104)에 장착된다. 상기 NG분배라인(104)은 NG공급라인(102)으로부터 분기하여 NG를 필요로 하는 선박 내 타 장치까지 연장하는 부재이다. NG분배라인(104)의 분기점은 제2압력센서(152)와 제3압력센서(153) 사이에 위치한다. 한편, 상기 콘트롤러(190)는 제3압력센서(153)의 출력에 따라 제2압력제어밸브(165)를 제어한다.

제어 수단이 위와 같은 제3압력센서(153) 및 제2압력제어밸브(165)를 더 포함할 경우, 엔진(120)으로 유입되는 NG의 압력을 더욱 정밀하게 조절할 수 있다. 예컨대, 제1압력제어밸브(164)에서의 감압 또는 승압이 엔진(120)의 작동에 최적화된 상태까지 이르지 못할 수가 있는데, 이때 상기 제2압력제어밸브(165)를 제어하여 엔진(120)으로 유입되는 NG의 압력을 재차 조절할 수 있다.

또한, 제2압력제어밸브(165)가 NG분배라인(104)에 장착되면, 제1압력제어밸브(164)로부터 토출된 NG의 압력을 재차 조절하는 과정에서 NG공급라인(102)으로부터 유출되는 NG가 버려지지 않고 선박 내 타 장치에서 활용될 수 있다.

한편, 미설명 도면부호 161은 유량제어밸브이다. 상기 콘트롤러(190)는 엔진(120)의 부하에 따라 상기 유량제어밸브(161)를 조절한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.

100: LNG 연료 공급 시스템 101: LNG공급라인
102 : NG공급라인 103 : 분기라인
104 : NG분배라인 110: LNG 저장탱크
120: 엔진 132: 고압펌프
140: 기화기 141 : 분사노즐
151: 제1압력센서 152: 제2압력센서
153: 제3압력센서 161: 유량제어밸브
162: 온도제어밸브 163: 단방향밸브
164: 제1압력제어밸브 165: 제2압력제어밸브
170: 버퍼탱크 181: 제1온도센서
182 : 제2온도센서 190: 콘트롤러

Claims

LNG 저장탱크와 기화기를 연결하는 LNG공급라인에 장착된 고압펌프;
상기 기화기와 엔진을 연결하는 NG공급라인에 장착된 버퍼탱크; 및
상기 고압펌프로부터 토출된 LNG의 압력, 상기 기화기로부터 토출된 NG의 온도 및 상기 버퍼탱크로부터 토출된 NG의 압력을 제어하는 제어 수단;을 포함하는 LNG 연료 공급 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어 수단은,
상기 LNG공급라인에 장착되어 상기 고압펌프로부터 토출된 LNG의 압력을 감지하는 제1압력센서; 및
상기 제1압력센서의 출력에 따라 상기 고압펌프를 제어하는 콘트롤러;를 포함하는 LNG 연료 공급 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어 수단은,
상기 고압펌프와 기화기 사이에서 분기하여 상기 기화기와 상기 버퍼탱크 사이에서 합지하는 분기라인;
상기 분기라인에 장착된 온도제어밸브와, 단방향밸브와, 분사노즐;
상기 분기라인의 합지점과 상기 기화기 사이에 위치하도록 상기 NG공급라인에 장착된 제1온도센서; 및
상기 제1온도센서의 출력에 따라 상기 온도제어밸브를 제어하는 콘트롤러;를 포함하는 LNG 연료 공급 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제어 수단은,
상기 분기라인의 합지점과 상기 버퍼탱크 사이에 위치하도록 상기 NG공급라인에 장착된 제2온도센서;를 포함하고,
상기 콘트롤러는 상기 제2온도센서의 출력에 따라 상기 온도제어밸브를 제어하는 LNG 연료 공급 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어 수단은,
상기 버퍼탱크의 출구 쪽에 위치하도록 상기 NG공급라인에 장착된 제1압력제어밸브;
상기 제1압력제어밸브의 출구 쪽에 위치하도록 상기 NG공급라인에 장착된 제2압력센서; 및
상기 제2압력센서의 출력에 따라 상기 제1압력제어밸브를 제어하는 콘트롤러;를 포함하는 LNG 연료 공급 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제어 수단은,
상기 제2압력센서의 출구 쪽에 위치하도록 상기 NG공급라인에 장착된 제3압력센서; 및
상기 제2압력센서와 상기 제3압력센서 사이에 위치하는 제2압력제어밸브;를 포함하고,
상기 콘트롤러는 상기 제3압력센서의 출력에 따라 상기 제2압력제어밸브를 제어하는 LNG 연료 공급 시스템.
제6항에 있어서,
상기 NG공급라인에는 상기 제2압력센서와 상기 제3압력센서 사이에 위치하는 NG를 타 장치로 분배하기 위한 NG분배라인이 결합되어 있고, 상기 제2압력제어밸브는 상기 NG분배라인에 장착된 LNG 연료 공급 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 LNG 연료 공급 시스템을 포함하는 선박.