KR20170113835A

KR20170113835A - 선박의 연료가스 공급시스템

Info

Publication number: KR20170113835A
Application number: KR1020160036606A
Authority: KR
Inventors: 성용욱; 박건일; 최재웅; 이원두; 이호기
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2017-10-13
Also published as: KR101824427B1

Abstract

선박의 연료가스 공급시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템은 액화가스 및 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 수용하는 저장탱크, 저장탱크의 증발가스를 가압하는 압축부를 구비하고 압축부에 의해 가압된 증발가스를 제1소비수단으로 공급하는 증발가스 공급라인 및 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인을 포함하고, 재액화라인은 가압된 증발가스의 일부를 냉각시키는 냉각부와, 냉각부에 의해 냉각된 증발가스를 공급받아 이에 함유된 질소성분을 분리하는 질소분리기와, 질소분리기에 의해 분리된 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름을 공급받아 감압시키는 팽창밸브 및 팽창밸브를 통과하여 기액 혼합상태의 제1가스흐름을 기체성분과 액체성분으로 분리하는 기액분리기를 포함하여 제공될 수 있다.

Description

선박의 연료가스 공급시스템{FUEL GAS SUPPLYING SYSTEM IN SHIPS}

본 발명은 선박의 연료가스 공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료가스의 효율적인 이용 및 관리를 도모할 수 있는 선박의 연료가스 공급시스템에 관한 것이다.

온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.

천연가스(Natural Gas)는 통상적으로 저장 및 수송의 용이성을 위해, 천연가스를 약 섭씨 -162도로 냉각해 그 부피를 1/600로 줄인 무색 투명한 초저온 액체인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)로 상 변화하여 관리 및 운용을 수행하고 있다.

이러한 액화천연가스는 선체에 단열 처리되어 설치되는 저장탱크에 수용되어 저장 및 수송된다. 그러나 액화천연가스를 완전히 단열시켜 수용하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 외부의 열이 저장탱크의 내부로 지속적으로 전달되어 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생되는 증발가스가 저장탱크의 내부에 축적되게 된다. 증발가스는 저장탱크의 내부압력을 상승시켜 저장탱크의 변형 및 훼손을 유발할 수 있으므로 증발가스를 처리 및 제거할 필요가 있다.

이에 종래에는 저장탱크의 상측에 마련되는 벤트마스트(Vent mast)로 증발가스를 흘려 보내거나, GCU(Gas Combustion Unit)을 이용하여 증발가스를 태워버리는 방안 등이 이용되었다. 그러나 이는 에너지 효율 면에서 바람직하지 못하므로 증발가스를 액화천연가스와 함께 또는 각각 선박의 소비수단에 연료가스로 공급하거나, 냉동 사이클 등으로 이루어지는 재액화장치를 이용해 증발가스를 재액화시켜 활용하는 방안이 이용되고 있다.

한편 천연가스는 메탄(Methane) 외에도 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 부탄(Butane), 질소(Nitrogen) 등을 포함하는 혼합물이다. 이 중에서 질소의 끓는 점은 섭씨 약 -195.8도로서, 그 외의 성분인 메탄(끓는 점 섭씨 -161.5도), 에탄(끓는 점 섭씨 -89도) 등에 비해 매우 낮다.

이로 인해 저장탱크 내부에서 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스는 상대적으로 끓는 점이 낮은 질소성분을 많이 함유하게 되고, 이는 증발가스의 재액화 효율을 저하시키는 원인이 되어 증발가스의 활용 및 처리에 영향을 미치게 된다.

이에 따라 증발가스에 함유되는 질소성분을 효과적으로 처리하여 증발가스의 재액화 효율을 향상시킴과 동시에, 연료가스의 효율적인 이용 및 관리를 도모할 수 있는 방안이 요구된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0035223호(2010. 04. 05. 공개)

본 발명의 실시 예는 증발가스의 재액화 효율을 향상시킬 수 있는 선박의 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는 연료가스를 효율적으로 이용 및 관리할 수 있는 선박의 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는 증발가스에 함유된 질소성분을 효율적으로 이용 및 소모할 수 있는 선박의 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는 단순한 구조로서 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 선박의 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예는 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 선박의 연료가스 공급시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 및 상기 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 수용하는 저장탱크, 상기 저장탱크의 증발가스를 가압하는 압축부를 구비하고 상기 압축부에 의해 가압된 증발가스를 제1소비수단으로 공급하는 증발가스 공급라인 및 상기 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인;을 포함하고, 상기 재액화라인은 상기 가압된 증발가스의 일부를 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부에 의해 냉각된 증발가스를 공급받아 이에 함유된 질소성분을 분리하는 질소분리기와, 상기 질소분리기에 의해 분리된 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름을 공급받아 감압시키는 팽창밸브 및 상기 팽창밸브를 통과하여 기액 혼합상태의 제1가스흐름을 기체성분과 액체성분으로 분리하는 기액분리기를 포함하여 제공될 수 있다.

상기 재액화라인은 상기 질소분리기에 의해 분리된 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 상기 제1소비수단으로 공급하는 질소소모라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.

상기 질소분리기는 사이클론(Cyclone), 원심분리기(Gas centrifuge) 또는 보텍스 튜브(Vortex tube) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 제공될 수 있다.

상기 제1소비수단으로 공급되는 연료가스의 발열량을 측정 및 조절하는 발열량 조절부를 더 포함하여 제공될 수 있다.

상기 발열량 조절부는 상기 제1소비수단으로 공급되는 연료가스의 발열량을 측정하는 발열량 측정기 및 상기 재액화라인이 상기 증발가스 공급라인으로부터 분기되는 지점에 마련되어 상기 재액화라인으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 조절하는 유량조절밸브를 포함하고, 상기 유량조절밸브는 상기 발열량 측정기에 의해 측정된 연료가스의 발열량 정보에 따라 작동이 제어되도록 마련될 수 있다.

상기 재액화라인은 상기 냉각부 전단의 상기 가압된 증발가스의 일부를 상기 질소소모라인을 따라 이송되는 제2가스흐름과 열교환하는 보조냉각부를 더 포함하여 제공될 수 있다.

상기 냉각부는 상기 가압된 증발가스의 일부를 상기 증발가스 공급라인의 압축부 전단의 증발가스와 열교환하는 열교환장치를 포함하여 제공될 수 있다.

상기 재액화라인은 상기 기액분리기에서 분리된 액체성분을 상기 저장탱크로 공급하는 액화가스 회수라인 및 상기 기액분리기에서 분리된 기체성분을 상기 저장탱크 또는 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 압축부 전단으로 공급하는 증발가스 회수라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.

상기 재액화라인은 상기 재액화라인 상의 상기 냉각부 전단에 마련되어 상기 냉각부로 공급되기 전의 상기 가압된 증발가스의 일부를 미리 감압시키는 팽창부를 더 포함하여 제공될 수 있다.

상기 팽창부는 상기 재액화라인으로 유입되는 가압된 증발가스의 감압 정도를 달리할 수 있도록 마련되어, 상기 냉각부로 공급되는 증발가스의 압력을 조절 가능하게 마련될 수 있다.

상기 재액화라인은 상기 질소분리기에 의해 분리된 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 제2소비수단 또는 GCU로 공급하는 질소소모라인을 더 포함하여 제공될 수 있다.

상기 재액화라인은 상기 재액화라인 상의 상기 냉각부 전단에 마련되어, 상기 냉각부로 공급되기 전의 상기 가압된 증발가스의 일부를 추가적으로 가압시키는 압축유닛을 더 포함하여 제공될 수 있다.

상기 질소소모라인은 상기 제2가스흐름의 압력을 상기 제1소비수단의 연료가스 요구 압력조건에 상응하는 압력수준으로 감압시켜주는 압력조절밸브를 포함하여 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템은 증발가스의 재액화 효율 및 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템은 증발가스의 함유된 질소성분을 효율적으로 이용 및 소모할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템은 연료가스를 효율적으로 이용 및 관리할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템은 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템은 단순한 구조로서 효율적인 설비 운용을 도모할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템을 나타내는 개념도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(100)을 나타내는 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(100)은 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 증발가스를 가압하는 압축부(121)를 구비하고 압축부(121)를 통과하여 가압된 증발가스를 소비수단으로 공급하는 증발가스 공급라인(120), 압축부(121)의 중단부로부터 분기되어 압축부(121)에 의해 일부 가압된 증발가스를 공급받아 제2소비수단(20) 또는 GCU(Gas Combustion Unit, 30)로 공급하는 증발가스 보조공급라인(125), 압축부(121)에 의해 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인(130), 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량을 측정 및 조절하는 발열량 조절부를 포함하여 마련될 수 있다.

이하 실시 예에서는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서, 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 적용하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 액화에탄가스, 액화탄화수소가스 등 다양한 액화가스 및 이로부터 발생하는 증발가스가 적용되는 경우에도 동일한 기술적 사상으로 동일하게 이해되어야 한다.

저장탱크(110)는 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 증발가스를 수용 또는 저장하도록 마련된다. 저장탱크(110)는 외부의 열 침입에 의한 액화천연가스의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다. 저장탱크(110)는 천연가스의 생산지 등으로부터 액화천연가스를 공급받아 수용 또는 저장하여 목적지에 이르러 하역하기까지 액화천연가스 및 증발가스를 안정적으로 보관하되 후술하는 바와 같이 선박의 추진용 엔진 또는 선박의 발전용 엔진 등의 연료가스로 이용되도록 마련될 수 있다.

저장탱크(110)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(110) 내부에는 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스가 존재하게 된다. 이러한 증발가스는 저장탱크(110)의 내부압력을 상승시켜 저장탱크(110)의 변형 및 폭발 등의 위험을 잠재하고 있으므로 증발가스를 저장탱크(110)로부터 제거 또는 처리할 필요성이 있다. 이에 따라 저장탱크(110) 내부에 발생된 증발가스는 본 발명의 실시 예와 같이 증발가스 공급라인(120) 또는 증발가스 보조공급라인(125)에 의해 엔진의 연료가스로 이용되거나 재액화라인(130)에 의해 재액화되어 저장탱크(110)로 재공급될 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나 저장탱크(110)의 상부에 마련되는 벤트 마스트(미도시)로 공급하여 증발가스를 처리 또는 소모시킬 수도 있다.

소비수단은 저장탱크(110)에 수용된 액화천연가스 및 증발가스 등의 연료가스를 공급받아 선박의 추진력을 발생시키거나 선박의 내부 설비 등의 발전용 전원을 발생시키는 엔진으로 이루어질 수 있다. 소비수단은 상대적으로 고압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제1소비수단(10)과, 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키는 제2소비수단(20)으로 이루어질 수 있다. 일 예로 제1소비수단(10)은 상대적으로 고압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 ME-GI 엔진 또는 X-DF 엔진으로 이루어지고, 제2소비수단(20)은 상대적으로 저압의 연료가스로 출력을 발생시킬 수 있는 DFDE 엔진 등으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수의 엔진 및 다양한 종류의 소비수단이 이용되는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.

증발가스 공급라인(120)은 저장탱크(110)에 존재하는 증발가스를 가압하여 제1소비수단(10), 제2소비수단(20)에 연료가스로서 공급하거나, 가압된 증발가스의 일부를 재액화시키기 위해 재액화라인(130)으로 공급하도록 마련될 수 있다. 증발가스 공급라인(120)은 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 제1소비수단(10)에 연결되되, 중단부에는 증발가스 보조공급라인(125) 및 재액화라인(130)이 분기되어 마련될 수 있다. 증발가스 공급라인(120)에는 증발가스를 소비수단이 요구하는 조건에 맞추어 처리할 수 있도록 복수단의 컴프레서(121a)를 구비하는 압축부(121)가 마련된다.

압축부(121)는 증발가스를 압축하는 컴프레서(121a)와 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 쿨러(121b)를 포함할 수 있다. 소비수단이 서로 다른 압력조건을 갖는 복수개의 엔진으로 이루어지는 경우에는 본 실시 예와 같이 압축부(121)의 중단부로부터 후술하는 증발가스 보조공급라인(125)이 분기되어 제2소비수단(20) 또는 GCU(30)로 일부 가압된 증발가스를 공급하도록 마련될 수 있다.

도 1에서는 압축부(121)가 5단의 컴프레서(121a) 및 쿨러(121b)로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서 소비수단의 요구 압력조건 및 온도에 따라 압축부(121)는 다양한 수의 컴프레서(121a) 및 쿨러(121b)로 이루어질 수 있다. 또한 증발가스 공급라인(120) 상의 압축부(121) 전단에는 후술하는 재액화라인(130)의 냉각부(131)가 설치될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

증발가스 보조공급라인(125)은 증발가스 공급라인(120)의 압축부(121)의 중단부로부터 분기되어 마련되어 일부 가압된 증발가스를 제2소비수단(20) 또는 GCU(30)로 공급하도록 마련된다. 증발가스 보조공급라인(125)은 입구 측 단부가 압축부(121)의 중단부에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 분기되어 일측은 제2소비수단(20), 타측은 GCU(30)에 연결되어 마련될 수 있다.

제2소비수단(20)은 상대적으로 저압의 연료가스를 공급받아 출력을 발생시키므로, 증발가스를 압축하는 압축부(121)의 중단부로부터 분기되어 마련됨으로써, 일부 가압된 증발가스를 연료가스로 공급받아 작동될 수 있다. GCU(30)는 제2소비수단(20)이 요구하는 연료가스의 공급량보다 증발가스 보조공급라인(125)을 통해 공급되는 일부 가압된 증발가스의 공급량이 더 많은 경우, 잉여의 일부 가압된 증발가스를 공급받아 소모시키도록 마련된다.

재액화라인(130)은 압축부(121)에 의해 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키도록 마련된다.

재액화라인(130)은 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 냉각시키는 냉각부(131)와, 냉각부(131)에 의해 냉각된 증발가스를 공급받아 이에 함유된 질소성분을 분리하는 질소분리기(132)와, 질소분리기(132)에 의해 분리된 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름을 공급받아 감압시키는 팽창밸브(133)와, 팽창밸브(133)를 통과하여 기액 혼합상태의 제1가스흐름을 기체성분과 액체성분으로 분리하는 기액분리기(134)와, 기액분리기(134)에 의해 분리된 액체성분을 저장탱크(110)로 재공급하는 액화가스 회수라인과, 기액분리기(134)에 의해 분리된 기체성분을 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120) 측으로 공급하는 증발가스 회수라인(136)과, 질소분리기(132)에 의해 분리된 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 제1소비수단(10)으로 공급하는 질소소모라인(137)과, 재액화라인(130)으로 공급된 냉각부(131) 전단의 가압된 증발가스의 일부를 질소소모라인(137)을 따라 이송되는 제2가스흐름과 열교환하는 보조냉각부(138)를 포함하여 마련될 수 있다.

냉각부(131)는 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 냉각시키도록 마련된다. 냉각부(131)는 가압된 증발가스를 증발가스 공급라인(120)을 따라 이송되는 압축부(121) 전단의 증발가스와 열교환하는 열교환장치로 이루어질 수 있다. 가압된 증발가스는 압축부(121)에 의해 가압되어 온도 및 압력이 상승한 상태이므로, 증발가스 공급라인(120) 상의 압축부(121)를 통과하기 전의 저온의 증발가스와 열교환함으로써 재액화라인(130)을 따라 이송되는 가압된 증발가스를 냉각시킬 수 있다. 이와 같이 냉각부(131)를 열교환장치로 마련함으로써, 별도의 냉각장치 없이도 가압된 증발가스를 냉각시킬 수 있으므로, 불필요한 전원의 낭비를 방지하고 설비가 단순화되어, 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있다.

질소분리기(132)는 냉각부(131)를 통과하여 냉각된 증발가스를 공급받아 이에 함유된 질소성분을 분리하도록 마련된다.

질소분리기(132)는 재액화라인(130) 상의 냉각부(131) 후단에 마련되어, 냉각부(131)를 거쳐 냉각된 증발가스를 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름 및 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름으로 분리할 수 있으며, 이와 같이 분리된 제1가스흐름은 후술하는 팽창밸브(133) 및 기액분리기(134) 측으로 공급하여 재액화시키도록 하고, 제2가스흐름은 후술하는 질소소모라인(137)으로 공급하여 제1소비수단(10)의 연료가스로 공급되도록 한다.

본 실시 예에서 설명하는 제1농도의 질소성분 및 제2농도의 질소성분은 각각 저농도의 질소성분 및 고농도의 질소성분을 의미하는 것으로서, 제1농도의 질소성분은 제2농도의 질소성분과 비교하여 상대적으로 저농도의 질소성분을 가지며, 제2농도의 질소성분은 제1농도의 질소성분과 비교하여 상대적으로 고농도의 질소성분을 갖는다. 제1농도 및 제2농도는 특정 수치에 한정되는 것은 아니며 제1농도와 제2농도 간의 농도 차이에 따른 상대적인 의미로 이해되어야 할 것이다.

천연가스는 주성분인 메탄(Methane) 외에도 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 부탄(Butane), 질소(Nitrogen) 등을 포함하는 혼합물이다. 이 중 질소의 끓는 점은 섭씨 약 -195.8도로서, 그 외의 성분인 메탄(끓는 점 섭씨 -161.5도), 에탄(끓는 점 섭씨 -89도) 등에 비해 매우 낮다. 이에 따라 저장탱크(110) 내부에서 자연적으로 기화하여 발생하는 증발가스는 끓는 점이 낮은 질소성분이 상대적으로 많이 기화되어 질소성분을 많이 함유하게 된다. 이러한 증발가스를 재액화하고자 하는 경우 질소성분은 끓는 점이 낮아 재액화가 매우 어려우므로, 증발가스의 질소성분의 농도가 증가할수록 재액화 효율이 떨어지게 된다.

이에 질소분리기(132)가 증발가스 공급라인(120)을 거쳐 재액화라인(130)으로 공급된 통해 가압된 증발가스의 일부로부터, 이에 함유된 질소성분을 분리하여 고농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름은 질소소모라인(137)을 통해 제1소비수단(10)의 연료가스로 소비함과 동시에, 저농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름은 팽창밸브(133) 및 기액분리기(134) 측으로 공급하여 재액화를 구현함으로써, 증발가스의 재액화 효율을 향상시킬 수 있다.

질소분리기(132)는 사이클론, 원심분리기 또는 보텍스 튜브 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

사이클론(Cyclone)은 재액화라인(130)의 냉각부(131)를 통과하여 냉각된 증발가스를 선회 흐름으로 형성하여, 증발가스에 원심력을 작용시킴으로써 질소성분과 메탄, 에탄 등의 질소 외의 성분을 분리할 수 있다. 이 같은 작동방식에 의해 상대적으로 저농도인 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름 및 상대적으로 고농도인 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름으로 분리할 수 있다.

원심분리기(Centrifuge)는 재액화라인(130)의 냉각부(131)를 통과하여 초임계 상태인 증발가스를 원심분리법에 의해 그 성분을 분리토록 마련된다. 원심분리기는 증발가스의 상태가 초임계 상태인 점을 고려하여 액체 원심분리기로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 증발가스 공급라인(120)의 압축부(121) 및 재액화라인의 냉각부(131)를 통과하여 가압 및 냉각된 증발가스의 상태에 따라 기체 원심분리기로 이루어지는 등 다양한 방식의 원심분리기로 이루어질 수 있다. 이와 같이 원심분리기는 냉각부(131)를 통과하여 냉각된 증발가스를 공급받아 원심력을 이용하여 질소성분과 질소 외의 성분으로 분리하여, 증발가스를 제1가스흐름 및 제2가스흐름으로 분리할 수 있다.

보텍스 튜브(Vortex tube)는 좁은 관을 구비하고, 좁은 관 내부의 접선형으로 고압의 기체를 공급하여 고온기류와 저온기류를 분리하도록 마련된다. 질소분리기(132)가 보텍스 튜브로 이루어지는 경우에는 재액화라인(130)으로 공급되고 냉각부(131)를 통과하여 가압 및 냉각된 증발가스를 보텍스 튜브의 내부로 공급하여 상대적으로 끓는 점이 낮은 저온의 질소성분과, 상대적으로 끓는 점이 높은 메탄, 에탄 등의 질소 외의 성분을 분리함으로써, 증발가스를 제1가스흐름 및 제2가스흐름으로 분리할 수 있다.

이와 같이 질소분리기(132)가 사이클론, 원심분리기 또는 보텍스 튜브 중 적어도 어느 하나를 포함하도록 마련됨으로써, 재액화라인(130)으로 공급되고 냉각부(131)를 통과하여 가압 및 냉각된 증발가스를 질소성분의 농도에 따라 제1가스흐름 및 제2가스흐름으로 분리하고, 이 중 저농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름을 재액화시킴으로써, 재액화라인(130)의 재액화 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 고농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름은 후술하는 질소소모라인(137)을 통해 연료가스로 소비함으로써, 연료가스 시스템(100) 내의 총 질소 함량을 점진적으로 낮추어 설비 운용의 효율성을 도모할 수 있다.

팽창밸브(133)는 재액화라인(130) 상의 질소분리기(132) 후단에 마련될 수 있다. 팽창밸브(133)는 냉각부(131) 및 질소분리기(132)를 순차적으로 통과한 제1가스흐름의 재액화를 도모할 수 있다. 팽창밸브(133)는 저장탱크(110)의 내부 압력에 상응하는 압력 수준으로 제1가스흐름을 감압시킬 수 있다. 팽창밸브(133)는 일 예로 줄-톰슨 밸브(Joule-Thomson Valve)로 이루어질 수 있으나, 팽창기(Expander) 등 다양한 장치로 이루어지는 경우를 포함한다.

기액분리기(134)는 팽창밸브(133)를 통과하면서 냉각 및 감압되어 기액 혼합상태의 제1가스흐름을 수용함과 동시에, 이를 액체성분 및 기체성분으로 분리하도록 마련된다. 제1가스흐름은 팽창밸브(133)를 통과 시 대부분 재액화가 이루어지기는 하나, 감압하는 과정에서 플래쉬 가스(Flash Gas)가 발생함으로써 기체성분이 발생할 수 있다. 이에 따라 냉각부(131), 질소분리기(132) 및 팽창밸브(133)를 순차적으로 통과하여 기액분리기(134)로 공급된 제1가스흐름 중 분리된 액체성분은 후술하는 액화가스 회수라인(135)을 통해 저장탱크(110)로 재공급하고, 분리된 기체성분은 후술하는 증발가스 회수라인(136)에 의해 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120)으로 재공급하도록 마련될 수 있다.

액화가스 회수라인(135)은 기액분리기(134)에 의해 분리된 액체성분을 저장탱크(110)로 재공급하도록 기액분리기(134)와 저장탱크(110)를 연결하도록 마련될 수 있다. 액화가스 회수라인(135)은 그 입구 측 단부가 기액분리기(134)의 하측에 연통되어 마련되고, 출구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연통되어 마련될 수 있다. 액화가스 회수라인(135)에는 저장탱크(110)로 회수되는 재액화된 제1가스흐름의 공급량을 조절하는 개폐밸브(미도시)가 마련될 수 있다.

증발가스 회수라인(136)은 기액분리기(134)에 의해 분리된 기체성분을 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120)으로 재공급하도록 기액분리기(134)와 저장탱크(110) 또는 기액분리기(134)와 증발가스 공급라인(120) 사이에 마련될 수 있다. 도 1에서는 증발가스 회수라인(136)이 기액분리기(134) 내부의 기체성분을 증발가스 공급라인(120) 상의 압축부(121) 전단으로 재공급하는 것으로 도시되어 있으나, 이 외에도 기액분리기(134)로부터 저장탱크(110)로 재공급하거나, 증발가스 공급라인(120) 및 저장탱크(110)로 함께 재공급하는 경우를 모두 포함한다.

질소소모라인(137)은 질소분리기(132)에 의해 분리된 제2가스흐름을 제1소비수단(10)으로 공급하도록 마련된다. 질소소모라인(137)은 질소분리기(132)에 의해 분리된 가스흐름 중 고농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 제1소비수단(10)의 연료가스로서 소비하도록 마련되어 연료가스의 효율적인 이용을 도모함과 동시에, 연료가스 공급시스템(100) 내의 질소의 총 함량을 저감함으로써, 증발가스의 재액화 효율을 향상시키고 설비의 효율적인 운용을 도모할 수 있다. 질소소모라인(137)은 그 출구 측 단부가 증발가스 공급라인(120)에 합류하도록 연결되어, 질소소모라인(137)을 따라 이송되는 제2가스흐름이 증발가스 공급라인(120)을 따라 이송되는 가압된 증발가스와 함께 제1소비수단(10)으로 공급될 수 있으며, 도면에는 도시하지 않았으나, 질소소모라인(137)에는 유량조절밸브(미도시)가 마련되어 제1소비수단(10)의 요구 발열량에 맞추어 제1가스흐름의 공급량을 조절하도록 마련될 수도 있다.

보조냉각부(138)는 재액화라인(130)의 냉각부(131) 전단의 가압된 증발가스를 추가적으로 또는 보조적으로 냉각하도록 마련된다. 보조냉각부(138)는 재액화라인(130)의 냉각부(131) 전단의 가압된 증발가스와 질소소모라인(137)을 따라 이송되는 제2가스흐름과 열교환하는 열교환기로 이루어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 제2가스흐름은 냉각부(131)를 통과하여 저온으로 냉각되어 있을 뿐만 아니라, 상대적으로 고농도의 질소성분을 함유하는 바, 그 온도가 재액화라인(130)으로 유입되는 가압된 증발가스보다 매우 낮다. 이에 보조냉각부(138)가 냉각부로 공급되기 전의 가압된 증발가스를 질소소모라인(137)을 따라 이송되는 제2가스흐름과 열교환하여 보조적으로 냉각시킴으로써, 재액화라인(130)에서의 증발가스의 냉각 성능을 향상시키고 나아가 증발가스의 재액화 효율을 증대시킬 수 있다.

발열량 조절부는 제1소비수단으로 공급되는 연료가스의 발열량을 측정 및 조절하도록 마련된다.

발열량(Heating Value)이란 단위질량의 연료가스가 완전 연소 했을 때 방출하는 열량을 의미한다. 천연가스는 중의 메탄, 부탄 및 프로판은 상대적으로 발열량이 높아 연료가스의 발열량을 상승시키는 성분(메탄의 발열량: 약 12,000kcal/kg, 부탄의 발열량: 약 11,863 kcal/kg, 프로판의 발열량: 약 2,000kcal/kg)인 반면, 질소의 발열량은 매우 낮아(질소의 발열량: 약 60kcal/kg), 질소성분의 절대적인 함량 또는 농도가 높을수록 연료가스의 총 발열량은 낮아지게 된다. 이 때 엔진으로 공급되는 연료가스의 총 발열량이 과도하게 낮아 엔진이 요구하는 최소 조건 발열량을 충족시키지 못하는 경우에는 엔진의 출력에 영향을 미치고, 엔진에 불필요한 부하를 발생시키는 원인이 된다.

전술한 바와 같이, 증발가스의 재액화 효율 상승을 위해 질소분리기(132)에 의해 분리된 저농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름은 재액화를 수행하고, 재액화 효율을 저하시키는 고농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름은 질소소모라인(137)을 통해 제1소비수단(10)의 연료가스로 공급하는 바, 제2가스흐름에 함유되는 고농도의 질소성분에 의해 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량이 제1소비수단이 요구하는 조건 발열량보다 낮아질 우려가 있다.

발열량 조절부는 제1소비수단으로 공급되는 연료가스의 발열량을 측정 또는 검출하는 발열량 측정기(140) 및 증발가스 공급라인(120)으로부터 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 조절하는 유량조절밸브(141)를 포함하여 마련될 수 있다.

발열량 측정기(140)는 증발가스 공급라인(120)에 의해 제1소비수단(10)으로 공급되는 가압된 증발가스 및 질소소모라인(137)에 의해 제1소비수단(10)으로 공급되는 제2가스흐름 등 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량을 실시간으로 측정할 수 있다. 발열량 측정기(140)는 디스플레이 등으로 이루어지는 표시부(미도시)로 측정된 연료가스의 발열량 정보를 전송하여 선박의 탑승자에게 이를 알리거나, 측정된 연료가스의 발열량 정보를 제어부(미도시)로 전송하고, 제어부는 기 입력된 제1소비수단(10)의 조건 발열량과 발열량 측정기(140)로부터 전송된 연료가스의 발열량 정보를 비교 분석하여 후술하는 유량조절밸브(141)의 개폐 정도를 제어할 수 있다.

발열량 측정기(140)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량을 효과적으로 측정하기 위해, 증발가스 공급라인(120) 상의 질소소모라인(137)이 합류한 지점의 후단에 마련될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량을 효과적으로 측정할 수 있다면 그 위치는 다양하게 변형될 수 있다.

유량조절밸브(141)는 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 조절하도록 재액화라인(130)이 증발가스 공급라인(120)으로부터 분기되는 지점에 마련될 수 있다. 유량조절밸브(141)는 도 1에 도시된 바와 같이, 재액화라인(130)이 분기되는 지점에 삼방밸브(3-Way Valve)로 이루어져 유량을 조절할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 증발가스 공급라인(120)으로부터 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 조절할 수 있다면 다양한 구조 및 방식의 장치로 이루어질 수 있다.

유량조절밸브(141)는 발열량 측정기(140)에 의해 측정된 연료가스 발열량 정보에 근거하여 그 개폐작동을 조절 및 제어함으로써, 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량을 조절할 수 있다.

구체적으로, 발열량 측정기(140)에 의해 측정된 연료가스의 발열량이 제1소비수단(10)이 요구하는 조건 발열량 보다 낮은 경우, 유량조절밸브(141)는 증발가스 공급라인(120)으로부터 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 감소시키고, 증발가스 공급라인(120)에 의해 제1소비수단(10)으로 곧바로 공급되는 가압된 증발가스의 유량은 증가시키도록 개폐 작동될 수 있다. 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 감소시킴으로써, 재액화라인(130)의 질소소모라인(137)을 따라 제1소비수단(10)으로 공급되는 제2가스흐름의 유량을 감소시킴으로써 연료가스의 발열량 저하를 최소화할 수 있으며, 이와 동시에 제2가스흐름에 비해 상대적으로 높은 발열량을 갖는 증발가스를 증발가스 공급라인(120)을 통해 제1소비수단(10)에 곧바로 더 많은 양으로 공급할 수 있으므로 연료가스의 발열량 상승을 구현할 수 있다.

이와는 반대로, 발열량 측정기(140)에 의해 측정된 연료가스의 발열량이 제1소비수단(10)이 요구하는 조건 발열량 보다 높은 경우, 유량조절밸브(141)는 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 증가시키고, 증발가스 공급라인(120)에 의해 제1소비수단(10)으로 곧바로 공급되는 가압된 증발가스의 유량은 감소시키도록 개폐 작동될 수 있다. 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량이 제1소비수단이 요구하는 조건 발열량을 상회하거나 이에 상응하는 수준인 경우, 높은 발열량을 갖는 연료가스를 지속적으로 제1소비수단(10)으로 공급하는 것은 비효율적인 연료가스의 소비가 되며, 공선항해(Ballast voyage) 등 선박의 운항 후반부에 연료가스의 발열량을 상승시키기 어려워질 수 있다. 이에 유량조절밸브(141)가 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 증가시킴으로써, 여분의 가압된 증발가스의 재액화를 수행하여 연료가스의 효율적인 이용을 도모함과 동시에, 질소소모라인(137)을 통해 공급되는 제2가스흐름의 유량을 증가시켜 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량을 적정 수준으로 조절할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(200)에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(200)을 나타내는 개념도로서, 도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템(200)은 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 증발가스를 가압하는 압축부(121)를 구비하고 압축부(121)를 통과하여 가압된 증발가스를 소비수단으로 공급하는 증발가스 공급라인(120), 압축부(121)의 중단부로부터 분기되어 압축부(121)에 의해 일부 가압된 증발가스를 공급받아 제2소비수단(20) 또는 GCU(Gas Combustion Unit, 30)로 공급하는 증발가스 보조공급라인(125), 압축부(121)에 의해 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인(230), 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량을 측정 및 조절하는 발열량 조절부를 포함하여 마련될 수 있다.

이하에서 설명하는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(200)에 대한 설명 중 별도의 도면부호를 들어 추가적으로 설명하는 경우 외에는 전술한 제1 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(100)에 대한 설명과 동일한 것으로서, 내용의 중복을 방지하기 위해 설명을 생략한다.

재액화라인(230)은 재액화라인(230)으로 유입되는 가압된 증발가스의 일부를 미리 감압시키는 팽창부(231), 팽창부(231)에 의해 미리 감압된 증발가스를 공급받아 냉각시키는 냉각부(131)와, 냉각부(131)에 의해 냉각된 증발가스를 공급받아 이에 함유된 질소성분을 분리하는 질소분리기(132)와, 질소분리기(132)에 의해 분리된 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름을 공급받아 감압시키는 팽창밸브(133)와, 팽창밸브(133)를 통과하여 기액 혼합상태의 제1가스흐름을 기체성분과 액체성분으로 분리하는 기액분리기(134)와, 기액분리기(134)에 의해 분리된 액체성분을 저장탱크(110)로 재공급하는 액화가스 회수라인과, 기액분리기(134)에 의해 분리된 기체성분을 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120) 측으로 공급하는 증발가스 회수라인(136)과, 질소분리기(132)에 의해 분리된 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 제2소비수단(20) 또는 GCU(30)로 공급하는 질소소모라인(237)과, 재액화라인(230)으로 공급된 팽창부(231) 전단의 가압된 증발가스의 일부를 질소소모라인(237)을 따라 이송되는 제2가스흐름과 열교환하는 보조냉각부(138)를 포함하여 마련될 수 있다.

팽창부(231)는 재액화라인(230)으로 유입되는 가압된 증발가스를 공급받아 1차적으로 감압시키도록 마련된다. 팽창부(231)는 가압된 증발가스를 미리 감압 및 냉각시킨 후 냉각부(131)로 공급함으로써, 증발가스의 재액화 효율을 향상시킬 수 있다. 일 예로, 증발가스가 압축부(121)에 의해 약 300 bar 수준으로 가압된 경우, 팽창부(231)는 재액화라인(230)으로 유입된 가압된 증발가스를 1차적으로 140 bar 내지 160 bar 수준으로 감압하여 냉각부(131)로 공급하여 재액화 효율의 증대를 도모할 수 있다.

나아가, 팽창부(231)는 재액화 효율의 극대화를 위해 가압된 증발가스에 함유된 질소성분의 함량에 따라 감압 정도를 달리하도록 마련될 수 있다. 일 예로, 가압된 증발가스에 함유된 각각의 질소성분 함량에 따라, 팽창부(231)에 의한 가압된 증발가스의 감압 정도를 달리하여 증발가스의 재액화 효율의 향상 및 최적화를 도모할 수 있다.

또한, 팽창부(231)에 의한 감압 정도를 증가하였을 때, 증발가스의 재액화 효율이 향상되는 경향을 나타내는 경우에는 팽창부(231)에 의한 감압 정도를 계속해서 증가시켜 재액화를 위한 최적의 감압 수준에 근접하는 방향으로 작동시킬 수 있다. 이와는 반대로, 팽창부(231)에 의한 감압 정도를 증가하였을 때, 증발가스의 재액화 효율이 감소하는 경향을 나타내는 경우에는 팽창부(231)에 의한 감압 정도를 감소시키도록 작동될 수 있다.

이와 같은 팽창부(231)의 가압된 증발가스의 감압 정도의 조절은 팽창부(231)의 감압 정도를 감소시키는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

팽창부(231)는 줄-톰슨 밸브 또는 팽창기(Expander) 등 다양한 장치 및 구조로 이루어질 수 있으며, 가압된 증발가스를 효과적으로 감압시킬 수 있다면 다양한 구조 및 방식의 장치로 이루어지는 경우를 포함한다.

질소소모라인(237)은 질소분리기(132)에 의해 분리된 제2가스흐름을 제2소비수단(20) 또는 GCU(30)로 공급하여 소모하도록 마련된다. 질소소모라인(237)은 질소분리기(132)에 의해 분리된 가스흐름 중 고농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 제2소비수단(20)의 연료가스로서 소비하도록 마련되어 연료가스의 효율적인 이용을 도모함과 동시에, 연료가스 공급시스템(200) 내의 질소의 총 함량을 저감함으로써, 증발가스의 재액화 효율을 향상시키고 설비의 효율적인 운용을 도모할 수 있다.

질소소모라인(237)은 그 출구 측 단부가 증발가스 보조공급라인(125)에 합류하도록 연결되어, 질소소모라인(237)을 따라 이송되는 제2가스흐름이 증발가스 보조공급라인(125)을 따라 이송되는 일부 가압된 증발가스와 함께 제2소비수단(20) 또는 GCU(30)로 공급될 수 있으며, 도면에는 도시하지 않았으나, 질소소모라인(237)에는 압력조절장치(미도시)가 마련되어 제2소비수단(20)이 요구하는 연료가스 압력조건에 상응하는 압력 수준으로 제2가스흐름의 압력을 조절하여 공급할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(300)에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 제3 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(300)을 나타내는 개념도로서, 도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 의한 연료가스 공급시스템(300)은 저장탱크(110), 저장탱크(110)의 증발가스를 가압하는 압축부(121)를 구비하고 압축부(121)를 통과하여 가압된 증발가스를 소비수단으로 공급하는 증발가스 공급라인(120), 압축부(121)의 중단부로부터 분기되어 압축부(121)에 의해 일부 가압된 증발가스를 공급받아 제2소비수단(20) 또는 GCU(Gas Combustion Unit, 30)로 공급하는 증발가스 보조공급라인(125), 압축부(121)에 의해 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인(330), 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량을 측정 및 조절하는 발열량 조절부를 포함하여 마련될 수 있다.

이하에서 설명하는 본 발명의 제3 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(300)에 대한 설명 중 별도의 도면부호를 들어 추가적으로 설명하는 경우 외에는 전술한 제1 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(100)에 대한 설명과 동일한 것으로서, 내용의 중복을 방지하기 위해 설명을 생략한다.

재액화라인(330)은 압축부(121)에 의해 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키도록 마련된다.

재액화라인(330)은 가압된 증발가스의 일부를 추가적으로 가압시키는 압축유닛(331)과, 압축유닛(331)을 통과한 증발가스를 공급받아 냉각시키는 냉각부(131)와, 냉각부(131)에 의해 냉각된 증발가스를 공급받아 이에 함유된 질소성분을 분리하는 질소분리기(132)와, 질소분리기(132)에 의해 분리된 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름을 공급받아 감압시키는 팽창밸브(133)와, 팽창밸브(133)를 통과하여 기액 혼합상태의 제1가스흐름을 기체성분과 액체성분으로 분리하는 기액분리기(134)와, 기액분리기(134)에 의해 분리된 액체성분을 저장탱크(110)로 재공급하는 액화가스 회수라인과, 기액분리기(134)에 의해 분리된 기체성분을 저장탱크(110) 또는 증발가스 공급라인(120) 측으로 공급하는 증발가스 회수라인(136)과, 질소분리기(132)에 의해 분리된 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 제1소비수단(10)으로 공급하는 질소소모라인(337)과, 재액화라인(330)으로 공급된 냉각부(131) 전단의 가압된 증발가스의 일부를 질소소모라인(337)을 따라 이송되는 제2가스흐름과 열교환하는 보조냉각부(138)를 포함하여 마련될 수 있다.

압축유닛(331)은 재액화라인(330)으로 유입된 증발가스의 재액화 효율을 향상시키도록 압축부(121)를 거쳐 가압된 증발가스를 추가적으로 가압하도록 마련된다. 제1소비수단(10)이 X-DF 엔진으로 이루어질 경우, 압축부(121)는 증발가스를 공급받아 약 17 bar의 압력수준으로 가압하게 된다. 이 경우, 압축부(121)를 통과하여 가압된 증발가스의 압력은 재액화를 구현하기에는 압력이 낮아 증발가스의 재액화 효율이 저하될 우려가 있다. 이에 압축유닛(331)이 증발가스의 재액화 효율을 향상시킬 수 있도록 압축부(121)를 통과하여 가압된 증발가스를 최적의 재액화 효율을 발휘할 수 있는 압력 수준으로 추가적으로 가압할 수 있다. 일 예로, 압축유닛(331)은 압축부(121)를 통과하여 가압된 증발가스를 약 300 bar 수준으로 추가 가압하여 재액화 효율의 향상 및 최적화를 도모할 수 있으나, 당해 수치에 한정되는 것은 아니다.

압축유닛(331)은 재액화라인(330)으로 유입된 증발가스를 압축하는 컴프레서(331a)와 압축되면서 가열된 증발가스를 냉각시키는 쿨러(331b)를 포함할 수 있다. 도 3에서는 압축유닛(331)이 단 수개의 컴프레서(331a) 및 쿨러(331b)로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서 증발가스의 재액화 효율 향상 및 최적화를 위한 증발가스 요구 압력조건 및 온도에 따라 압축유닛(331)은 다양한 수의 컴프레서(331a) 및 쿨러(311b)로 이루어지는 경우를 포함한다.

질소소모라인(337)은 질소분리기(132)에 의해 분리된 제2가스흐름을 제1소비수단(10)으로 공급하여 연료가스로 소모하도록 마련된다. 질소소모라인(237)은 질소분리기(132)에 의해 분리된 가스흐름 중 고농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 제1소비수단(10)의 연료가스로서 소비하도록 마련되어 연료가스의 효율적인 이용을 도모함과 동시에, 연료가스 공급시스템(200) 내의 질소의 총 함량을 저감함으로써, 증발가스의 재액화 효율을 향상시키고 설비의 효율적인 운용을 도모할 수 있다.

질소소모라인(337)은 질소소모라인(337)을 따라 이송되는 제2가스흐름의 압력을 제1소비수단(10)의 연료가스 요구 압력조건에 상응하는 압력조건으로 감압시켜주는 압력조절밸브(339)를 포함하여 마련될 수 있다. 전술한 바와 같이, 재액화라인(330)으로 유입된 증발가스는 압축유닛(331)을 거치면서 추가적으로 가압되는 바, 질소소모라인(337)을 따라 이송되는 제2가스흐름의 압력은 제1소비수단(10)의 연료가스 요구 압력조건 보다 높을 수 있다. 이에 질소소모라인(337)에 마련되는 압력조절밸브(339)가 제2가스흐름의 압력을 제1소비수단(10)의 연료가스 요구 압력조건에 상응하는 수준으로 감압하여 제1소비수단(10)으로 공급할 수 있다.

질소소모라인(337)은 출구 측 단부가 증발가스 공급라인(120)의 압축부(121) 후단에 합류하도록 마련될 수 있으며, 도면에는 도시하지 않았으나, 제2가스흐름의 온도를 제1소비수단(10)이 요구하는 연료가스 요구 온도조건에 상응하는 수준으로 가열해주는 히터(미도시)가 추가적으로 마련될 수 있다.

발열량 조절부는 제1소비수단으로 공급되는 연료가스의 발열량을 측정 또는 검출하는 발열량 측정기(140)와, 증발가스 공급라인(120)으로부터 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 조절하는 유량조절밸브(141)와, 질소소모라인(337)을 따라 이송되는 제2가스흐름의 일부를 GCU로 공급하는 발열량 조절라인(350) 및 발열량 조절라인(350)을 따라 이송되는 제2가스흐름의 유량을 조절하는 유량조절장치(342)를 포함하여 마련될 수 있다.

발열량 측정기(140)는 증발가스 공급라인(120)에 의해 제1소비수단(10)으로 공급되는 가압된 증발가스 및 질소소모라인(337)에 의해 제1소비수단(10)으로 공급되는 제2가스흐름 등 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량을 실시간으로 측정할 수 있다. 발열량 측정기(140)는 디스플레이 등으로 이루어지는 표시부(미도시)로 측정된 연료가스의 발열량 정보를 전송하여 선박의 탑승자에게 이를 알리거나, 측정된 연료가스의 발열량 정보를 제어부(미도시)로 전송하고, 제어부는 기 입력된 제1소비수단(10)의 조건 발열량과 발열량 측정기(140)로부터 전송된 연료가스의 발열량 정보를 비교 분석하여 후술하는 유량조절밸브(141)의 개폐 정도를 제어할 수 있다.

발열량 측정기(140)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량을 효과적으로 측정하기 위해, 증발가스 공급라인(120) 상의 질소소모라인(337)이 합류한 지점의 후단에 마련될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량을 효과적으로 측정할 수 있다면 그 위치는 다양하게 변형될 수 있다.

유량조절밸브(141)는 재액화라인(330)으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 조절하도록 재액화라인(130)이 증발가스 공급라인(120)으로부터 분기되는 지점에 마련될 수 있다. 유량조절밸브(141)는 도 1에 도시된 바와 같이, 재액화라인(330)이 분기되는 지점에 삼방밸브(3-Way Valve)로 이루어져 유량을 조절할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 증발가스 공급라인(120)으로부터 재액화라인(330)으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 조절할 수 있다면 다양한 구조 및 방식의 장치로 이루어질 수 있다.

유량조절밸브(141)는 발열량 측정기(140)에 의해 측정된 연료가스 발열량 정보에 근거하여 그 개폐작동을 조절 및 제어함으로써, 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량을 조절할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.

발열량 조절라인(350)은 질소소모라인(337)을 따라 이송되는 제2가스흐름의 일부를 GCU로 공급하도록 마련된다. 질소소모라인(337)을 따라 이송되는 제2가스흐름은 고농도의 질소성분을 함유하는 바, 그 발열량이 매우 낮다. 따라서 질소소모라인(337)을 따라 이송되는 제2가스흐름의 공급량이 과도하게 많은 경우, 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량을 제1소비수단(10)이 요구하는 조건 발열량에 맞추지 못할 우려가 존재한다. 이에 발열량 조절라인(350)이 질소소모라인(337)을 따라 이송되는 제2가스흐름의 일부를 GCU로 공급하여 소비시킴으로써 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량을 안정적으로 조절 및 유지할 수 있다.

유량조절장치(342)는 발열량 조절라인(350)을 따라 이송되는 제2가스흐름의 유량을 조절하도록 발열량 조절라인(350)에 마련된다. 유량조절장치(342)는 유량조절밸브(141)와 마찬가지로 발열량 측정기(140)에 의해 측정된 연료가스 발열량 정보에 근거하여 그 개폐작동을 조절 및 제어함으로써, 제1소비수단으로 공급되는 연료가스의 발열량을 조절할 수 있다.

구체적으로, 발열량 측정기(140)에 의해 측정된 연료가스의 발열량이 제1소비수단(10)이 요구하는 조건 발열량 보다 낮은 경우, 유량조절밸브(141)는 증발가스 공급라인(120)으로부터 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 감소시키고, 증발가스 공급라인(120)에 의해 제1소비수단(10)으로 곧바로 공급되는 가압된 증발가스의 유량은 증가시키도록 개폐 작동됨과 동시에, 유량조절장치(342)는 발열량 조절라인(350)을 따라 이송되는 제2가스흐름의 유량을 증가시키도록 작동될 수 있다. 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 감소시킴으로써, 상대적으로 높은 발열량을 갖는 증발가스를 증발가스 공급라인(120)을 통해 제1소비수단(10)에 곧바로 더 많은 양으로 공급할 수 있으며, 이와 동시에, 발열량 조절라인(350)을 통해 GCU로 공급되는 제2가스흐름의 유량을 증가시킴으로써, 상대적으로 낮은 발열량을 갖는 제2가스흐름의 제1소비수단(10)으로 공급되는 유량을 감소시켜 연료가스의 발열량 상승을 구현할 수 있다.

이와는 반대로, 발열량 측정기(140)에 의해 측정된 연료가스의 발열량이 제1소비수단(10)이 요구하는 조건 발열량 보다 높은 경우, 유량조절밸브(141)는 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 증가시키고, 증발가스 공급라인(120)에 의해 제1소비수단(10)으로 곧바로 공급되는 가압된 증발가스의 유량은 감소시키도록 개폐 작동됨과 동시에, 유량조절장치(342)는 발열량 조절라인(350)을 따라 이송되는 제2가스흐름의 유량을 감소시키도록 작동될 수 있다. 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량이 제1소비수단이 요구하는 조건 발열량을 상회하거나 이에 상응하는 수준인 경우, 높은 발열량을 갖는 연료가스를 지속적으로 제1소비수단(10)으로 공급하는 것은 비효율적인 연료가스의 소비가 되며, 공선항해(Ballast voyage) 등 선박의 운항 후반부에 연료가스의 발열량을 상승시키기 어려워질 수 있다. 이에 유량조절밸브(141)가 재액화라인(130)으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 증가시킴으로써, 여분의 가압된 증발가스의 재액화를 수행하여 연료가스의 효율적인 이용을 도모함과 동시에, 유량조절장치(342)가 질소소모라인(337)을 통해 제1소비수단(10)으로 곧바로 공급되는 제2가스흐름의 유량을 증가시켜 제1소비수단(10)으로 공급되는 연료가스의 발열량을 적정 수준으로 조절할 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료가스 공급시스템(100, 200, 300)은 사이클론, 원심분리기 또는 보텍스 튜브로 이루어지는 질소분리기(132)에 의해 재액화라인(130)을 통과하는 증발가스를 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름과 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름으로 분류하고, 저농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름을 재액화시킴으로써, 증발가스의 재액화 효율을 향상시키는 효과를 가진다.

이와 동시에, 고농도의 질소성분을 함유하여 재액화 효율 저하의 원인이 되는 제2가스흐름은 엔진 등의 소비수단의 연료가스로 이용 및 소모하도록 마련됨으로써, 연료가스의 효율적인 이용 및 관리를 도모하고, 선박의 연료가스 공급시스템(100) 내의 총 질소 함량의 지속적인 저감을 통해 재액화 효율의 증대 및 설비의 효율적인 운용이 가능해지는 효과를 가진다.

또한 발열량 조절부에 의해 소비수단으로 공급되는 연료가스의 발열량을 측정 및 조절함으로써 연료가스의 효율적인 이용 및 관리를 도모하고, 연료가스 공급시스템(100, 200, 300)의 안정적인 운용을 도모할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100, 200, 300: 연료가스 공급시스템
110: 저장탱크 120: 증발가스 공급라인
121: 압축부 130, 230, 330: 재액화라인
131: 냉각부 132: 질소분리기
133: 팽창밸브 134: 기액분리기
135: 액화가스 회수라인 136: 증발가스 회수라인
137, 237, 337: 질소소모라인 138: 보조냉각부
140: 발열량 측정기 141: 유량조절밸브
231: 팽창부 331: 압축유닛
350: 발열량 조절라인 351: 유량조절장치

Claims

액화가스 및 상기 액화가스로부터 발생하는 증발가스를 수용하는 저장탱크;
상기 저장탱크의 증발가스를 가압하는 압축부를 구비하고 상기 압축부에 의해 가압된 증발가스를 제1소비수단으로 공급하는 증발가스 공급라인; 및
상기 가압된 증발가스의 일부를 공급받아 재액화시키는 재액화라인;을 포함하고,
상기 재액화라인은
상기 가압된 증발가스의 일부를 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부에 의해 냉각된 증발가스를 공급받아 이에 함유된 질소성분을 분리하는 질소분리기와, 상기 질소분리기에 의해 분리된 제1농도의 질소성분을 함유하는 제1가스흐름을 공급받아 감압시키는 팽창밸브 및 상기 팽창밸브를 통과하여 기액 혼합상태의 제1가스흐름을 기체성분과 액체성분으로 분리하는 기액분리기를 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
제1항에 있어서,
상기 재액화라인은
상기 질소분리기에 의해 분리된 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 상기 제1소비수단으로 공급하는 질소소모라인을 더 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 질소분리기는
사이클론(Cyclone), 원심분리기(Gas centrifuge) 또는 보텍스 튜브(Vortex tube) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1소비수단으로 공급되는 연료가스의 발열량을 측정 및 조절하는 발열량 조절부를 더 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
제4항에 있어서,
상기 발열량 조절부는
상기 제1소비수단으로 공급되는 연료가스의 발열량을 측정하는 발열량 측정기 및 상기 재액화라인이 상기 증발가스 공급라인으로부터 분기되는 지점에 마련되어 상기 재액화라인으로 공급되는 가압된 증발가스의 유량을 조절하는 유량조절밸브를 포함하고,
상기 유량조절밸브는 상기 발열량 측정기에 의해 측정된 연료가스의 발열량 정보에 따라 작동이 제어되는 선박의 연료가스 공급시스템.
제5항에 있어서,
상기 재액화라인은
상기 냉각부 전단의 상기 가압된 증발가스의 일부를 상기 질소소모라인을 따라 이송되는 제2가스흐름과 열교환하는 보조냉각부를 더 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
제6항에 있어서,
상기 냉각부는
상기 가압된 증발가스의 일부를 상기 증발가스 공급라인의 압축부 전단의 증발가스와 열교환하는 열교환장치를 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
제7항에 있어서,
상기 재액화라인은
상기 기액분리기에서 분리된 액체성분을 상기 저장탱크로 공급하는 액화가스 회수라인 및 상기 기액분리기에서 분리된 기체성분을 상기 저장탱크 또는 상기 증발가스 공급라인 상의 상기 압축부 전단으로 공급하는 증발가스 회수라인을 더 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
제1항에 있어서,
상기 재액화라인은
상기 재액화라인 상의 상기 냉각부 전단에 마련되어 상기 냉각부로 공급되기 전의 상기 가압된 증발가스의 일부를 미리 감압시키는 팽창부를 더 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
제9항에 있어서,
상기 팽창부는
상기 재액화라인으로 유입되는 가압된 증발가스의 감압 정도를 달리할 수 있도록 마련되어, 상기 냉각부로 공급되는 증발가스의 압력을 조절 가능하게 마련되는 선박의 연료가스 공급시스템.
제10항에 있어서,
상기 재액화라인은
상기 질소분리기에 의해 분리된 제2농도의 질소성분을 함유하는 제2가스흐름을 제2소비수단 또는 GCU로 공급하는 질소소모라인을 더 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
제3항에 있어서,
상기 재액화라인은
상기 재액화라인 상의 상기 냉각부 전단에 마련되어, 상기 냉각부로 공급되기 전의 상기 가압된 증발가스의 일부를 추가적으로 가압시키는 압축유닛을 더 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
제12항에 있어서,
상기 질소소모라인은
상기 제2가스흐름의 압력을 상기 제1소비수단의 연료가스 요구 압력조건에 상응하는 압력수준으로 감압시켜주는 압력조절밸브를 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.