KR20160112824A - Fbog 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 FBOG 공급장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 FBOG 공급장치는, LNG(liquefied natural gas)가 저장되는 LNG 탱크와 제1 라인으로 연결되며 LNG 탱크로부터 공급받은 LNG를 기화시켜 NG(natural gas)를 발생시키는 기화기와, 제1 라인 상에 설치되어 LNG의 압력을 감소시키는 제1 감압밸브와, 기화기와 제2 라인으로 연결되며 기화기로부터 공급받은 NG의 온도를 높이는 히터와, 제2 라인 상에 설치되어 NG의 압력을 감소시키는 제2 감압밸브와, 히터와 연료전지부를 연결하며 히터로부터 공급받은 NG를 연료전지부로 공급하는 연료공급관, 및 연료공급관 상에 설치되어 NG의 압력을 감소시키는 제3 감압밸브를 포함할 수 있다.

Description

FBOG 공급장치{Apparatus for supplying Forced Boil Off Gas}

본 발명은 FBOG 공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LNG 저장탱크에 저장된 LNG로부터 FBOG를 생성하여 연료전지로 공급하는 FBOG 공급장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 저장탱크에 저장되어 운반선 등으로 운반된다. 이 때, 저장탱크 내에서 액화천연가스가 자연적으로 기화되어 저온의 자연증발가스(nBOG; natural boil-off-gas)가 발생할 수 있으며, 발생된 자연증발가스는 선박의 보일러나 메인 엔진 등을 구동하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 자연증발가스를 선박 내의 에너지원으로 사용하는데 있어서, 자연증발가스의 발생량은 저장탱크 내의 온도, 압력에 의해 달라지므로 일정하지가 않다. 따라서, 자연증발가스의 양이 부족한 경우 액화천연가스를 강제 기화하여 에너지원으로 사용하고 있다. 이렇게 필요에 따라 강제 기화하여 사용하는 연료를 강제기화증발가스(fBOG; forced boil-off-gas)라고 한다.

한편, 액화천연가스를 운반하는 선박에 연료전지가 설치된 경우, 자연증발가스 또는 강제기화증발가스를 연료전지의 연료로 사용할 수 있다. 그러나 자연증발가스는 질소의 함량이 매우 높고, 저장탱크 내 상황에 따라 질소의 함량이 변하며, 발생되는 양도 일정하지 않기 때문에 연료전지의 연료로 사용하기에 적합하지 않다.

따라서, 강제기화증발가스를 생성하여 상온 상압의 상태로 연료전지에 공급하는 장치가 필요하게 되었다.

대한민국 등록특허 제10-0807963호 2008. 02. 20

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, LNG 저장탱크에 저장된 LNG로부터 FBOG를 생성하여 연료전지로 공급하는 FBOG 공급장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 FBOG 공급장치는, LNG(liquefied natural gas)가 저장되는 LNG 탱크와 제1 라인으로 연결되며 상기 LNG 탱크로부터 공급받은 상기 LNG를 기화시켜 NG(natural gas)를 발생시키는 기화기와, 상기 제1 라인 상에 설치되어 상기 LNG의 압력을 감소시키는 제1 감압밸브와, 상기 기화기와 제2 라인으로 연결되며 상기 기화기로부터 공급받은 상기 NG의 온도를 높이는 히터와, 상기 제2 라인 상에 설치되어 상기 NG의 압력을 감소시키는 제2 감압밸브와, 상기 히터와 연료전지부를 연결하며 상기 히터로부터 공급받은 상기 NG를 상기 연료전지부로 공급하는 연료공급관, 및 상기 연료공급관 상에 설치되어 상기 NG의 압력을 감소시키는 제3 감압밸브를 포함한다.

상기 제1 감압밸브와 상기 기화기 사이의 상기 제1 라인에 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스관을 더 포함하고, 제1 라인으로 공급되는 상기 퍼지가스의 압력은 상기 제1 감암밸브를 통과한 상기 LNG의 압력보다 높을 수 있다.

상기 기화기는, 제1 챔버와, 상기 제1 챔버 내에 설치되는 제1 열교환관과, 상기 제1 챔버 내부에 온수를 공급하는 제1 온수공급관을 포함하며, 상기 온수의 압력은 상기 제1 열교환관의 상기 LNG 또는 NG의 압력보다 낮을 수 있다.

상기 제1 챔버의 상단부에 외측으로 만입되어 상기 제1 열교환관으로부터 누설된 상기 NG를 포집하는 기체포집부를 더 포함할 수 있다.

상기 히터는, 제2 챔버와, 상기 제2 챔버 내에 설치되어 내부에 온수가 유동하는 제2 열교환관을 포함하며, 상기 NG는 상기 제2 라인을 통하여 상기 제2 챔버 내부에 채워지되, 상기 온수의 압력은 상기 제2 챔버 내부의 상기 NG의 압력보다 높을 수 있다.

상기 제2 열교환관과 상기 기화기를 연결하며 상기 기화기를 통과한 상기 온수를 공급하는 제2 온수공급관을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 챔버의 하단부에 외측으로 만입되어 상기 제2 온수공급관으로부터 누설된 상기 온수를 포집하는 온수포집부를 더 포함할 수 있다.

상기 연료공급관으로부터 분지되며 상기 히터를 통과한 상기 퍼지가스를 배출하는 퍼지가스 배출관을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, LNG 탱크에 저장된 LNG로부터 상온 상압의 FBOG 즉, NG를 생성하여 연료전지부에 공급할 수 있다. 또한, 위급 상황 시 배관 내부의 LNG 및 NG를 외부로 신속하게 배출할 수 있으며, 기화기 내부에서 기체의 누설이 발생하거나 히터 내부에서 온수의 누설이 발생한 경우, 감지가 용이하여 신속하게 대응할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 FBOG 공급장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 FBOG 공급장치의 기화기와 히터를 확대하여 도시한 블록도이다.
도 3 및 도 4는 FBOG 공급장치의 동작과정을 설명하기 위한 작동도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 FBOG 공급장치에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 FBOG 공급장치는 LNG(액화천연가스, Liquefied Natural Gas)로부터 FBOG(강제기화증발가스, forced boil-off-gas)를 생성하여 연료전지에 공급하는 장치로서, LNG를 운반하는 운반선, 예를 들어, LNGC(LNG Carrier)에 적용될 수 있다. 그러나, FBOG 공급장치가 LNG를 운반하는 운반선에 적용되는 것으로 한정될 것은 아니며, LNG 탱크와 연료전지가 설치된 다양한 곳에 적용될 수 있다.

FBOG 공급장치는 LNG 탱크에 저장된 LNG로부터 상온 상압의 FBOG를 생성하여 연료전지부에 공급할 수 있다. 또한, 위급 상황 시 배관 내부의 LNG 및 NG(천연가스, Natural Gas)를 외부로 신속하게 배출할 수 있으며, 기화기 내부에서 기체의 누설이 발생하거나 히터 내부에서 온수의 누설이 발생한 경우, 감지가 용이하여 신속하게 대응할 수 있는 특징이 있다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, FBOG 공급장치(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 FBOG 공급장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1의 FBOG 공급장치의 기화기와 히터를 확대하여 도시한 블록도이다.

본 발명에 따른 FBOG 공급장치(1)는 기화기(10)와, 제1 감압밸브(20)와, 히터(30)와, 제2 감압밸브(40)와, 연료공급관(50)과, 제3 감압밸브(60), 및 퍼지가스관(70)을 포함한다.

기화기(10)는 LNG가 저장되는 LNG 탱크(100)로부터 공급받은 LNG를 기화시켜 NG를 발생시키는 것으로, LNG 탱크(100)와 제1 라인(110)으로 연결된다. 다시 말해, LNG 탱크(100)에 저장된 액체 상태의 LNG는 제1 라인(110)을 통해 기화기(10)로 공급되며, 기화기(10)에서 기화되어 기체 상태의 NG로 상변화(相變化, phase change)한다. 이 때, 제1 라인(110)은 일단부가 LNG 탱크(100) 내부에 설치된 LNG 펌프(101)에 연결되어, LNG를 일정한 압력으로 기화기(10)에 공급할 수 있다. 그러나, 제1 라인(110)의 일단부가 LNG 펌프(101)에 연결되는 것으로 한정될 것은 아니다. 예를 들어, LNG 탱크(100)가 압력 탱크인 경우, 제1 라인(110)은 일단부가 LNG 탱크(100)에 연결되며, 제1 라인(110) 상에 설치된 별도의 밸브를 개폐하여 LNG를 일정한 압력으로 기화기(10)에 공급할 수도 있다.

제1 라인(110) 상에는 LNG의 압력을 감소시키는 제1 감압밸브(20)가 설치되므로, LNG는 -163℃, 6~10bar 상태에서 -163℃, 2~4bar 상태로 감압될 수 있다. 제1 라인(110) 상에 제1 감압밸브(20)가 설치됨으로써, 후술할 퍼지가스관(70)을 통한 LNG 또는 NG의 퍼징(purging)이 원활하게 이루어질 수 있다.

기화기(10)는 일 측으로 경사지게 배치되며, 제1 챔버(11)와, 제1 열교환관(12), 제1 온수공급관(13)을 포함한다.

제1 챔버(11)는 기화기(10)의 본체로, 내부에 제1 열교환관(12)이 설치된다. 다시 말해, 제1 열교환관(12)은 제1 챔버(11)를 관통하며, 일단부가 제1 라인(110)과 연통되고 타단부가 후술할 제2 라인(210)과 연통된다. 제1 열교환관(12)은 효과적인 열전달을 위해 구리와 같이 열전도율이 높은 금속재로 형성될 수 있다. 도면 상에는 제1 열교환관(12)의 일단부가 제1 챔버(11)의 일 측면을 관통하고, 타단부가 제1 챔버(11)의 타 측면을 관통하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 제1 열교환관(12)은 굴절되어 일단부와 타단부가 제1 챔버(11)의 동일 측면을 관통할 수도 있다.

제1 챔버(11)의 일 측에는 제1 온수공급관(13)이 연결된다. 제1 온수공급관(13)은 제1 챔버(11) 내부에 온수를 공급하며, 일단부가 제1 챔버(11)와 연결되고 타단부가 온수 탱크(300)와 연결된다. 이 때, 제1 온수공급관(13)은 타단부가 온수 탱크(300) 내부에 설치된 온수 펌프(301)에 연결될 수 있으며, 제1 온수공급관(13) 상에는 온수의 압력을 감소시키는 제4 감압밸브(302)가 설치될 수 있다. 제1 온수공급관(13)이 제1 챔버(11) 내부에 온수를 공급함으로써, 제1 감압밸브(20)를 통과하여 -163℃, 2~4bar 상태로 감압된 LNG는 제1 열교환관(12)을 따라 유동하며 기화되어 20℃, 2~4bar 상태의 NG로 상변화한 후 제2 라인(210)을 통해 배출될 수 있다.

이 때, 제1 온수공급관(13)을 통해 제1 챔버(11) 내부로 공급되는 온수의 압력은 제1 열교환관(12)의 LNG 또는 NG의 압력보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 온수는 60℃, 1~3bar 상태로 공급될 수 있다. 제1 챔버(11)로 공급되는 온수의 압력이 제1 열교환관(12)의 LNG 또는 NG의 압력보다 낮음으로써, 제1 열교환관(12)을 유동하는 LNG 또는 NG가 제1 챔버(11) 내부로 누설된 경우, 다시 말해, 제1 열교환관(12)에 LNG 또는 NG가 누설될 만한 구멍 또는 틈이 발생한 경우, 제1 챔버(11) 내부로 공급된 온수가 구멍 또는 틈을 통해 제1 열교환관(12)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 제1 열교환관(12)을 유동하는 LNG는 -163℃의 극저온 상태이므로, LNG 또는 NG가 누설된 부분을 통해 제1 열교환관(12)으로 온수가 유입될 경우, 온수가 얼어 제1 열교환관(12)이 깨질 수 있다. 따라서, 제1 챔버(11)로 공급되는 온수의 압력을 제1 열교환관(12)의 LNG 또는 NG의 압력보다 낮게 하여 이를 방지할 수 있다. 제1 챔버(11)의 일 측에는 기체포집부(14)가 형성되어 누설된 NG를 포집할 수 있다.

기체포집부(14)는 제1 챔버(11)의 상단부에 외측으로 만입되어 형성되며, 제1 열교환관(12)으로부터 누설된 NG를 포집한다. 전술한 바와 같이, 기화기(10)는 일 측으로 경사지게 배치되므로, 기체포집부(14)는 제1 챔버(11)의 최상단 측에 위치하여 누설된 NG를 효과적으로 포집할 수 있다. 기체포집부(14)는 돔(dome) 형태로 형성되며, 내측면에 NG 감지기(14A)가 설치될 수 있다. 따라서, 제1 열교환관(12)으로부터 누설된 NG가 기체포집부(14)에 포집되면, 사용자는 NG 감지기(14A)를 통해 NG의 누설을 용이하게 인지하여 신속하게 대응할 수 있다.

한편, 제2 라인(210)을 통해 배출된 NG는 히터(30)로 공급된다. 히터(30)는 기화기(10)와 제2 라인(210)으로 연결되며, 기화기(10)로부터 공급받은 NG의 온도를 높인다. 다시 말해, 기화기(10)에서 기화된 NG는 제2 라인(210)을 통해 히터(30)로 공급되어 온도가 높아진다. 제2 라인(210) 상에는 NG의 압력을 감소시키는 제2 감압밸브(40)가 설치되므로, NG는 20℃, 2~4bar 상태에서 -40℃, 1.5bar 상태로 감압될 수 있다. 제2 라인(210) 상에 제2 감압밸브(40)가 설치됨으로써, NG의 압력을 연료전지부(200)에서 요구되는 압력으로 일부 낮출 수 있다. 연료전지부(200)에서 요구되는 NG의 압력은 상압으로, 제2 감압밸브(40)에서 NG의 압력을 연료전지부(200)에서 요구되는 압력으로 완전히 낮출 경우, 압력이 낮아 NG가 히터(30)를 원활하게 통과하지 못할 수 있다. 따라서, 히터(30) 내부에서의 NG의 유동 및 압력저하를 고려하여, 제2 감압밸브(40)는 연료전지부(200)에서 요구되는 압력보다 0.5bar 정도 높은 1.5bar의 압력으로 NG를 감압시킨다. 또한, 히터(30)를 통과하는 NG의 압력이 높을수록 NG의 열전달 성능이 증가하므로, 히터(30)의 크기를 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이상기체 상태방정식 PV=nRT(P= 압력, V= 부피, n= 기체의 몰수, R= 기체상수(8.3143

), T= 온도)를 참고하면, 제2 감압밸브(40)를 통과하며 NG의 압력이 감소되는 과정에서 NG의 온도 또한 감소하게 되므로, 히터(30)는 공급받은 NG의 온도를 20℃까지 높일 수 있다.

히터(30)는 기화기(10)와 같이, 일 측으로 경사지게 배치되며, 제2 챔버(31)와, 제2 열교환관(32)을 포함한다.

제2 챔버(31)는 히터(30)의 본체로, 내부에 NG가 채워진다. 즉, 제2 감압밸브(40)를 통과한 -40℃, 1.5bar 상태의 NG는 제2 라인(210)을 통하여 제2 챔버(31) 내부에 채워지며, 제2 챔버(31)는 내부에 온수가 유동하는 제2 열교환관(32)이 설치된다. 제2 열교환관(32)은 효과적인 열전달을 위해 열전도율이 높은 금속재로 형성되며, 제2 챔버(31) 내부를 수회 이상 가로지르도록 굴절되어 일종의 서펜타인 형상(serpentine shape: 구불구불한 뱀 형상)으로 형성될 수 있다. 따라서, 제2 열교환관(32)은 제2 챔버(31) 내부의 NG와 접촉하는 유효 표면적이 증가하여, 제2 열교환관(32)을 유동하는 온수가 가진 열을 NG에 효과적으로 전달할 수 있다. 이러한 제2 열교환관(32)은 일단부가 후술할 제2 온수공급관(33)과 연통되고 타단부가 온수 배출관(34)과 연통된다. 도면 상에는 제2 열교환관(32)의 일단부가 제2 챔버(31)의 일 측면을 관통하고, 타단부가 제2 챔버(31)의 타 측면을 관통하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 제2 열교환관(32)은 일단부와 타단부가 제2 챔버(31)의 동일 측면을 관통할 수도 있다.

제2 온수공급관(33)은 제2 열교환관(32)과 기화기(10)를 연결하며, 기화기(10)를 통과한 온수를 제2 열교환관(32)으로 공급한다. 그러나, 제2 열교환관(32)이 제2 온수공급관(33)을 통해 온수를 공급받는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 제2 열교환관(32)은 별도의 탱크와 연결되어 온수를 공급받을 수도 있다.

온수 배출관(34)은 다양한 사용처나 온수 탱크(300)에 연결되어, 열교환을 마친 온수를 재활용하거나 순환시킬 수 있다.

제2 온수공급관(33)을 통해 공급되어 제2 열교환관(32)을 유동하는 온수의 압력은 제2 챔버(31) 내부의 NG의 압력보다 높을 수 있다. 제2 열교환관(32)을 유동하는 온수의 압력이 제2 챔버(31) 내부의 NG의 압력보다 높음으로써, 제2 열교환관(32)을 유동하는 온수가 제2 챔버(31) 내부로 누설된 경우, 다시 말해, 제2 열교환관(32)에 온수가 누설될 만한 구멍 또는 틈이 발생한 경우, 제2 챔버(31) 내부로 공급된 NG가 구멍 또는 틈을 통해 제2 열교환관(32)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 제2 챔버(31)의 일 측에는 온수포집부(35)가 형성되어 누설된 온수를 포집할 수 있다.

온수포집부(35)는 제2 챔버(31)의 하단부에 외측으로 만입되어 형성되며, 제2 온수공급관(33)으로부터 누설된 온수를 포집한다. 전술한 바와 같이, 히터(30)는 일 측으로 경사지게 배치되므로, 온수포집부(35)는 제2 챔버(31)의 최하단 측에 위치하여 누설된 온수를 효과적으로 포집할 수 있다. 온수포집부(35)는 배수 탱크(drain tank) 형태로 형성되며, 내측면에 온수 감지기(35a)가 설치될 수 있다. 따라서, 제2 열교환관(32)으로부터 누설된 온수가 온수포집부(35)에 포집되면, 사용자는 온수 감지기(35a)를 통해 온수의 누설을 용이하게 인지하여 신속하게 대응할 수 있다.

히터(30)를 통과하며 온도가 상승된 NG는 연료공급관(50)으로 배출된다. 연료공급관(50)은 히터(30)와 연료전지부(200)를 연결하며, 히터(30)로부터 공급받은 NG를 연료전지부(200)로 제공한다. 연료공급관(50) 상에는 NG의 압력을 연료전지부(200)에서 요구되는 압력으로 최종적으로 감소시키는 제3 감압밸브(60)가 설치되므로, NG는 20℃, 1.5bar 상태에서 20℃, 1.01bar 상태로 감압될 수 있다. 이 때, 제3 감압밸브(60)에서는 NG의 압력 감소 폭이 작으므로, 온도 변화가 거의 발생하지 않을 수 있다. 20℃, 1.01bar 상태, 즉, 상온 상압의 상태로 감압된 NG는 연료전지부(200)로 공급되어 연료전지의 연료로 사용된다.

한편, 전술한 제1 라인(110) 상에는 퍼지가스관(70)이 연결된다. 퍼지가스관(70)은 일단부가 제1 감압밸브(20)와 기화기(10) 사이의 제1 라인(110)에 연결되고 타단부가 퍼지가스 탱크(80)에 연결되어 제1 라인(110)으로 퍼지가스를 공급할 수 있다. 퍼지가스는 예를 들어, 불활성 가스인 질소(N₂), 아르곤(Ar) 등으로 다양하게 형성될 수 있으며, 퍼지가스관(70) 상에 설치된 제1 제어밸브(71)에 의해 유동이 제어될 수 있다. 또한, 퍼지가스는 퍼지가스관(70) 상에 설치된 조정기(72)에 의해 공급 압력이 조절될 수 있다. 이 때, 제1 라인(110)으로 공급되는 퍼지가스의 압력은 제1 감압밸브(20)를 통과한 LNG의 압력보다 높을 수 있다. 예를 들어, 퍼지가스는 조정기(72)에서 20℃, 4~6bar의 상태로 조절되어 제1 라인(110)에 공급될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 라인(110) 상에는 LNG의 압력을 감소시키는 제1 감압밸브(20)가 설치되므로, LNG의 압력이 6~10bar 상태에서 2~4bar 상태로 감압된다. 퍼지가스의 압력이 제1 감압밸브(20)를 통과한 LNG의 압력보다 높음으로써, 위급 상황 시 제1 라인(110)과 제2 라인(210) 내부의 LNG와 NG를 퍼지가스의 압력으로 밀어내어 외부로 배출시킬 수 있다.

퍼지가스의 압력에 의해 밀려진 LNG와 NG는 퍼지가스 배출관(90)을 통해 외부로 배출된다. 퍼지가스 배출관(90)은 연료공급관(50)으로부터 분지되며, 히터(30)를 통과한 퍼지가스를 외부로 배출시킨다. 이 때, 퍼지가스 배출관(90)은 제3 감압밸브(60) 전단 또는 후단 중 적어도 하나에서 연료공급관(50)으로부터 분지될 수 있으며, 퍼지가스 배출관(90)이 제3 감압밸브(60)의 후단에서 분지되는 경우, 연료전지부(200)로 NG의 유동을 제어하는 제어밸브가 추가로 설치될 수 있다. 퍼지가스 배출관(90) 상에는 제2 제어밸브(91)가 설치되어 퍼지가스의 유동을 제어할 수 있다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, FBOG 공급장치(1)의 작동과정에 관해 좀 더 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4는 FBOG 공급장치의 동작과정을 설명하기 위한 작동도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 FBOG 공급장치(1)는 LNG 탱크(100)에 저장된 LNG로부터 상온 상압의 FBOG, 즉, NG를 생성하여 연료전지부(200)에 공급할 수 있다. 또한, 위급 상황 시 배관 내부의 LNG 및 NG를 외부로 신속하게 배출할 수 있으며, 기화기(10) 내부에서 기체의 누설이 발생하거나 히터(30) 내부에서 온수의 누설이 발생한 경우, 감지가 용이하여 신속하게 대응할 수 있다.

도 3은 FBOG 공급장치의 정상적인 작동 상태를 도시한 도면이다.

기화기(10)는 LNG 탱크(100)의 LNG 펌프(101)와 제1 라인(110)으로 연결되며, 제1 라인(110) 상에는 제1 감압밸브(20)가 설치된다. 제1 감압밸브(20)와 기화기(10) 사이의 제1 라인(110)에는 퍼지가스관(70)의 일단부가 연결되며, 퍼지가스관(70)의 타단부는 퍼지가스 탱크(80)에 연결된다. 퍼지가스관(70) 상에는 조정기(72)와 제1 제어밸브(71)가 설치된다. 기화기(10)의 제1 챔버(11) 상단부에는 기체포집부(14)가 형성되며, 기체포집부(14)의 내측면에는 NG 감지기(14A)가 설치된다. 제1 열교환관(12)은 제1 챔버(11)를 관통하며, 양단부가 각각 제1 라인(110)과 제2 라인(210)에 연결된다. 제1 온수공급관(13)은 일단부가 제1 챔버(11)에 연결되고 타단부가 온수 탱크(300)의 온수 펌프(301)에 연결되며, 제4 감압밸브(302)가 설치된다.

히터(30)는 기화기(10)와 제2 라인(210)으로 연결되며, 제2 라인(210) 상에는 제2 감압밸브(40)가 설치된다. 히터(30)의 제2 챔버(31) 하단부에는 온수포집부(35)가 형성되며, 온수포집부(35)의 내측면에는 온수 감지기(35a)가 설치된다. 제2 열교환관(32)은 제2 챔버(31)를 관통하며, 양단부가 각각 제2 온수공급관(33)과 온수 배출관(34)에 연결된다.

연료전지부(200)는 히터(30)와 연료공급관(50)으로 연결되며, 연료공급관(50) 상에는 제3 감압밸브(60)가 설치된다. 제3 감압밸브(60)의 전단 또는 후단 중 적어도 하나에는 퍼지가스 배출관(90)이 연료공급관(50)으로부터 분지되며, 퍼지가스 배출관(90) 상에는 제2 제어밸브(91)가 설치된다.

도 3을 참조하여 설명하면, FBOG 공급장치(1)의 정상 작동 시, 퍼지가스관(70)의 제1 제어밸브(71)와 퍼지가스 배출관(90)의 제2 제어밸브(91)는 폐쇄된다.

LNG 탱크(100)에 저장된 LNG는 제1 라인(110)을 통해 기화기(10)로 공급되며, 제1 감압밸브(20)에 의해 -163℃, 6~10bar 상태에서 -163℃, 2~4bar 상태로 감압된다. -163℃, 2~4bar 상태로 감압된 LNG는 기화기(10)의 제1 열교환관(12)을 유동하며, 제1 온수공급관(13)에 의해 제1 챔버(11) 내부로 공급된 60℃, 1~3bar 상태의 온수에 의해 기화하여 20℃, 2~4bar 상태의 NG로 제2 라인(210)을 통해 배출된다. 이 때, 온수의 압력이 제1 열교환관(12) 내부의 LNG 또는 NG의 압력보다 낮음으로써, 제1 열교환관(12)에 LNG 또는 NG가 누설될 만한 구멍 또는 틈이 발생한 경우, 제1 챔버(11) 내부로 공급된 온수가 구멍 또는 틈을 통해 제1 열교환관(12)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

제2 라인(210)으로 배출된 NG는 제2 감압밸브(40)에 의해 20℃, 2~4bar 상태에서 -40℃, 1.5bar 상태로 감압된다. -40℃, 1.5bar 상태로 감압된 NG는 히터(30)의 제2 챔버(31) 내부로 공급되며, 제2 온수공급관(33)을 통해 제2 열교환관(32)으로 공급된 온수와 열교환하여 20℃, 1.5bar 상태로 가온된다. 이 때, 온수의 압력이 제2 챔버(31) 내부의 NG의 압력보다 높음으로써, 제2 열교환관(32)에 온수가 누설될 만한 구멍 또는 틈이 발생한 경우, 제2 챔버(31) 내부로 공급된 NG가 구멍 또는 틈을 통해 제2 열교환관(32)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 제2 열교환관(32)을 유동하며 열교환을 마친 온수는 온수 배출관(34)을 통해 배출된다.

20℃, 1.5bar 상태로 가온된 NG는 연료공급관(50)으로 배출되며, 연료공급관(50) 상에 설치된 제3 감압밸브(60)에 의해 20℃, 1.01bar 상태로 감압되어 연료전지부(200)에 공급된다. 20℃, 1.01bar 상태, 즉, 상온 상압 상태의 NG가 연료전지부(200)에 공급됨으로써, 연료 효율이 증가할 수 있다.

도 4는 FBOG 공급장치의 비상 상황 시 작동 상태를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하여 설명하면, FBOG 공급장치(1)의 비상 작동 시, 퍼지가스관(70)의 제1 제어밸브(71)와 퍼지가스 배출관(90)의 제2 제어밸브(91)는 개방하고, 제1 감압밸브(20)와 제4 감압밸브(302)는 폐쇄한다. 이 때, 제3 감압밸브(60)는 선택적으로 개방한다. 즉, 도시된 바와 같이, 퍼지가스 배출관(90)이 제3 감압밸브(60) 전단에서 연료공급관(50)으로부터 분지된 경우, 제3 감압밸브(60)를 폐쇄하고, 반대로, 퍼지가스 배출관(90)이 제3 감압밸브(60) 후단에서 연료공급관(50)으로부터 분지된 경우, 제3 감압밸브(60)를 개방한다.

제1 라인(110)의 제1 감압밸브(20)가 폐쇄됨으로써, LNG 탱크(100)로부터 LNG의 공급이 중단되며, 제1 온수공급관(13)의 제4 감압밸브(302)가 폐쇄됨으로써, 온수 탱크(300)로부터 온수의 공급이 중단된다.

퍼지가스관(70)의 제1 제어밸브(71)가 개방됨으로써, 퍼지가스 탱크(80)로부터 퍼지가스가 제1 라인(110)으로 공급된다. 이 때, 퍼지가스는 조정기(72)에 의해 20℃, 5bar의 상태로 조절되어 제1 라인(110)에 공급된다. 제1 라인(110)으로 공급되는 퍼지가스의 압력이 제1 감압밸브(20)를 통과한 LNG의 압력보다 높음으로써, 제1 라인(110)과 제2 라인(210) 내부의 LNG와 NG를 압력으로 밀어낼 수 있다. 퍼지가스의 압력에 의해 밀려진 LNG와 NG는 연료공급관(50)으로부터 분지된 퍼지가스 배출관(90)을 통해 외부로 배출된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: FBOG 공급장치 10: 기화기
11: 제1 챔버 12: 제1 열교환관
13: 제1 온수공급관 14: 기체포집부
14a: NG 감지기 20: 제1 감압밸브
30: 히터 31: 제2 챔버
32: 제2 열교환관 33: 제2 온수공급관
34: 온수 배출관 35: 온수포집부
35a: 온수 감지기 40: 제2 감압밸브
50: 연료공급관 60: 제3 감압밸브
70: 퍼지가스관 71: 제1 제어밸브
72: 조정기 80: 퍼지가스 탱크
90: 퍼지가스 배출관 91: 제2 제어밸브
100: LNG 탱크 101: LNG 펌프
110: 제1 라인 200: 연료전지부
210: 제2 라인 300: 온수 탱크
301: 온수 펌프 302: 제4 감압밸브

Claims (8)

1. LNG(liquefied natural gas)가 저장되는 LNG 탱크와 제1 라인으로 연결되며 상기 LNG 탱크로부터 공급받은 상기 LNG를 기화시켜 NG(natural gas)를 발생시키는 기화기;
   상기 제1 라인 상에 설치되어 상기 LNG의 압력을 감소시키는 제1 감압밸브;
   상기 기화기와 제2 라인으로 연결되며 상기 기화기로부터 공급받은 상기 NG의 온도를 높이는 히터;
   상기 제2 라인 상에 설치되어 상기 NG의 압력을 감소시키는 제2 감압밸브;
   상기 히터와 연료전지부를 연결하며 상기 히터로부터 공급받은 상기 NG를 상기 연료전지부로 공급하는 연료공급관;및
   상기 연료공급관 상에 설치되어 상기 NG의 압력을 감소시키는 제3 감압밸브를 포함하는 FBOG 공급장치
2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 감압밸브와 상기 기화기 사이의 상기 제1 라인에 퍼지가스를 공급하는 퍼지가스관을 더 포함하고,
   상기 제1 라인으로 공급되는 상기 퍼지가스의 압력은 상기 제1 감암밸브를 통과한 상기 LNG의 압력보다 높은 FBOG 공급장치.
3. 제1 항에 있어서, 상기 기화기는,
   제1 챔버와, 상기 제1 챔버 내에 설치되는 제1 열교환관과, 상기 제1 챔버 내부에 온수를 공급하는 제1 온수공급관을 포함하며,
   상기 온수의 압력은 상기 제1 열교환관의 상기 LNG 또는 NG의 압력보다 낮은 FBOG 공급장치.
4. 제3 항에 있어서, 상기 제1 챔버의 상단부에 외측으로 만입되어 상기 제1 열교환관으로부터 누설된 상기 NG를 포집하는 기체포집부를 더 포함하는 FBOG 공급장치.
5. 제1 항에 있어서, 상기 히터는, 제2 챔버와, 상기 제2 챔버 내에 설치되어 내부에 온수가 유동하는 제2 열교환관을 포함하며,
   상기 NG는 상기 제2 라인을 통하여 상기 제2 챔버 내부에 채워지되, 상기 온수의 압력은 상기 제2 챔버 내부의 상기 NG의 압력보다 높은 FBOG 공급장치.
6. 제5 항에 있어서, 상기 제2 열교환관과 상기 기화기를 연결하며 상기 기화기를 통과한 상기 온수를 공급하는 제2 온수공급관을 더 포함하는 FBOG 공급장치.
7. 제5 항에 있어서, 상기 제2 챔버의 하단부에 외측으로 만입되어 상기 제2 온수공급관으로부터 누설된 상기 온수를 포집하는 온수포집부를 더 포함하는 FBOG 공급장치.
8. 제2 항에 있어서, 상기 연료공급관으로부터 분지되며 상기 히터를 통과한 상기 퍼지가스를 배출하는 퍼지가스 배출관을 더 포함하는 FBOG 공급장치.

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