KR20180033334A - 연료공급시스템 - Google Patents

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Abstract

연료공급시스템을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 액화가스 및 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크; 액화가스를 가압하는 고압펌프; 가압된 액화가스를 기화시키는 고압기화기; 증발가스를 압축시키는 압축기; 및 기화된 액화가스를 팽창시켜 생성한 에너지를 이용하여 압축기를 구동시키는 팽창기;를 포함한다.

Description

연료공급시스템{FUEL GAS SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 연료공급시스템에 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.
연료가스 중에서 널리 이용되고 있는 천연가스(Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하며, 통상적으로 그 부피를 1/600로 줄인 액화가스(Liquefied Gas) 상태로 변화되어 저장 및 운반되고 있다.
액화가스를 운반하는 선박은 액화가스를 저장할 수 있도록 단열 처리된 저장탱크를 구비한다. 또, 이러한 선박은 저장탱크에서 자연적으로 발생하는 증발가스(Boiled Off Gas) 또는 저장탱크의 액화가스를 기화시켜 엔진의 연료로 공급하는 연료공급시스템을 마련할 수 있다. 선박의 엔진에는 DFDE(Dual Fuel Disel Electric) 엔진 등과 같은 저압(약 5~8bar)의 분사엔진, ME-GI 엔진(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)과 같은 고압(약 150~700bar)의 분사엔진 및 중압(약 16~18bar)의 연료가스로 연소가 가능한 중압가스 분사엔진이 이용될 수 있다.
상술한 연료공급시스템은 저장탱크로부터 공급된 증발가스를 압축부에 의해 압축시켜 엔진의 연료로 공급할 수 있다.
그러나, 이러한 압축부는 에너지 소비가 높아 시간이 지날수록 가동효율이 떨어지는 문제점이 있다. 관련 기술로서, 한국공개특허 제10-2014-0052898호(2014.05.07. 공개)를 참조하기 바란다.
한국공개특허 제10-2014-0052898호(2014.05.07. 공개)
본 발명의 실시 예는 운용 효율을 향상시킬 수 있는 연료공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크; 상기 액화가스를 가압하는 고압펌프; 상기 가압된 액화가스를 기화시키는 고압기화기; 상기 증발가스를 압축시키는 압축기; 및 상기 기화된 액화가스를 팽창시켜 생성한 에너지를 이용하여 상기 압축기를 구동시키는 팽창기;를 포함하는 연료공급시스템이 제공될 수 있다.
상기 저장탱크로부터 공급받은 액화가스를 상기 고압펌프 및 상기 고압기화기를 거쳐 고압분사엔진으로 공급하는 제1공급라인과, 상기 저장탱크로부터 공급받은 증발가스를 상기 압축기로 공급하는 압축라인과, 상기 압축기를 거친 상기 증발가스를 저압분사엔진으로 공급하는 제2공급라인과, 상기 제1공급라인의 상기 기화기 후단으로부터 분기되어 상기 기화된 액화가스 중 일부를 상기 팽창기로 공급하는 제1분기라인과, 상기 팽창기를 통해 팽창된 유체를 상기 제2공급라인의 상기 압축기 후단으로 합류시키는 합류라인을 더 포함할 수 있다.
상기 합류라인의 상기 팽창기 후단에 마련되며, 상기 저압분사엔진의 연료공급조건에 맞게 상기 팽창기를 통과한 유체의 압력을 감압시키는 감압밸브와, 상기 제2공급라인의 상기 합류 지점 후단에 마련되며, 상기 저압분사엔진의 연료공급조건에 맞게 상기 저압분사엔진으로 공급되는 유체를 가열하는 제1히터를 더 포함할 수 있다.
상기 제2공급라인의 상기 압축기 전단으로부터 분기되어 상기 제2공급라인의 상기 제1히터 후단과 연결되며, 상기 저장탱크로부터 공급받은 증발가스 중 일부를 공급하는 제2분기라인과,
상기 제2분기라인에 마련되며, 상기 증발가스를 상기 저압가스분사엔진의 연료공급조건에 맞게 가열시키는 제2히터와, 상기 제2분기라인의 상기 제2히터 후단에 마련되어, 상기 가열된 증발가스를 저압가스분사엔진의 연료공급조건에 맞게 압축시키는 승압부와, 상기 저압가스분사엔진으로 공급되는 연료의 양이 부족한 경우, 상기 제2분기라인 상의 밸브를 열어, 상기 제2히터 및 상기 승압부를 거친 증발가스가 추가로 공급되도록 하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 운용 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템을 나타낸다.
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.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료공급시스템(100)은 엔진으로 연료가스를 공급하며, 각종 액화연료 운반선, 액화연료 RV(Regasification Vessel), 컨테이너선, 일반상선, LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등을 포함하는 선박에 적용될 수 있다.
구체적으로 연료공급시스템(100)은 액화가스 및 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크(110)와, 액화가스를 가압하는 고압펌프(120)와, 고압펌프(120)에 의해 가압된 액화가스를 기화시키는 고압기화기(130)와, 저장탱크(110)로부터 공급받은 증발가스를 압축시키는 압축기(140)와, 고압기화기(130)에 의해 기화된 액화가스를 팽창시켜 생성한 에너지를 이용하여 압축기(140)를 구동시키는 팽창기(150)를 포함한다.
이때, 고압펌프(120)에 의해 가압된 액화가스를 고압기화기(130)를 통해 기화시킨 후 이를 압축기(140)를 구동시키는 팽창기(150)에 공급함으로써, 압축기(140) 단독으로 저장탱크(110)로부터 공급받은 증발가스를 승압시킬 때보다 에너지 절약 효과를 높일 수 있다.
또, 연료공급시스템(100)은 저장탱크(110)로부터 공급받은 액화가스를 고압펌프(120) 및 고압기화기(130)를 거쳐 고압분사엔진(E1)으로 공급하는 제1공급라인(L1)과, 저장탱크(110)로부터 공급받은 증발가스를 압축기(140)로 공급하는 압축라인(L2)과, 압축기(140)를 거친 증발가스를 저압분사엔진(E2)으로 공급하는 제2공급라인(L3)과, 제1공급라인(L1)의 기화기 후단으로부터 분기되어 고압기화기(130)에 의해 기화된 액화가스 중 일부를 팽창기(150)로 공급하는 제1분기라인(L4)과, 팽창기(150)를 통해 팽창된 유체를 제2공급라인(L3)의 압축기(140) 후단으로 합류시키는 합류라인(L5)을 포함할 수 있다.
또, 연료공급시스템(100)은 합류라인(L5)의 팽창기(150) 후단에 마련되며, 저압분사엔진(E2)의 연료공급조건에 맞게 팽창기(150)를 거친 유체의 압력을 감압시키는 감압밸브(160)와, 제2공급라인(L3)의 합류라인(L5)과의 합류 지점(A) 후단에 마련되며, 저압분사엔진(E2)의 연료공급조건에 맞게 저압분사엔진(E2)으로 공급되는 유체를 가열하는 제1히터(170)를 포함할 수 있다.
또, 연료공급시스템(100)은 제2공급라인(L3)의 압축기(140) 전단으로부터 분기되어 제2공급라인(L3)의 제1히터(170) 후단과 연결되며, 저장탱크(110)로부터 공급된 증발가스 중 일부를 공급하는 제2분기라인(L6)과, 제2분기라인(L6)에 마련되며, 상술한 증발가스를 저압가스분사엔진(E2)의 연료공급조건에 맞게 가열시키는 제2히터(180)와, 제2분기라인(L6)의 제2히터(180) 후단에 마련되어, 제2히터(180)에 의해 가열된 증발가스를 저압가스분사엔진(E2)의 연료공급조건에 맞게 압축시키는 승압부(190)와, 저압가스분사엔진(E2)으로 공급되는 연료의 양이 부족한 경우, 제2분기라인(L6) 상의 밸브(V1)를 열어, 제2히터(180) 및 승압부(190)를 거친 증발가스가 추가로 공급되도록 하는 제어부(195)를 포함할 수 있다. 이하, 각 구성요소에 대해 구체적으로 설명한다.
상술한 저장탱크(110)는 단열상태를 유지하면서 연료를 액화상태로 저장하는 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크 등을 포함할 수 있다. 저장탱크(110)에 저장된 액화가스는 액화상태로 저장할 수 있는 LNG(Liquefied Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), DME(Dimethylether), 에탄(Ethane) 중 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
저장탱크(110) 내부압력은 저장하는 액화가스가 LNG일 경우 대략 1bar로 유지되거나 연료공급조건을 고려해 그보다 높은 압력으로 유지될 수 있다. 저장탱크(110) 내부온도는 LNG의 액화상태 유지를 위해 대략 ―163℃도 정도로 유지될 수 있다.
저장탱크(110)에 저장된 액화가스는 내부펌프(110)에 의해 토출되어 제1공급라인(L1)을 통해 고압펌프(120) 및 고압기화기(130)를 거쳐 고압분사엔진(E1)으로 공급된다.
고압분사엔진(E1)은 예컨대 ME-GI 엔진(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)을 포함할 수 있다.
고압펌프(120)는 저장탱크(110)에 저장된 액화가스를 제1공급라인(L1)을 통해 공급받아 고압분사엔진(E1)의 연료공급조건에 맞게 가압시킬 수 있다.
고압기화기(130)는 고압펌프(120)에 의해 가압된 액화가스를 기화시켜 기체로 변환시킨다.
압축기(140)는 팽창기(150)와 구동축(X)으로 연결되며, 팽창기(150)에 의해 생성된 에너지에 의해 구동된다. 압축기(140)는 저장탱크(110)에 저장된 증발가스를 압축라인(L2)을 통해 공급받아 압축시킨다. 압축기(140)는 저압가스분사엔진(E2)의 연료공급조건에 맞게 증발가스를 승압시킬 수 있다. 저압분사엔진(E2)은 DFDE(Dual Fuel Disel Electric) 엔진 등과 같은 저압(약 5~8bar) 분사엔진을 포함할 수 있다.
팽창기(150)는 고압기화기(130)에 의해 기화된 액화가스 중 일부를 제1분기라인(L4)을 통해 공급받아 팽창시켜 에너지를 생성하고, 상술한 압축기(140)를 해당 에너지를 이용하여 구동시킨다.
감압밸브(160)는 합류라인(L5)에 마련되며, 저압분사엔진(E2)의 연료공급조건에 맞게 팽창기(150)를 거친 유체의 압력을 감압시키며, 예컨대 줄-톰슨(Joule Thomson) 밸브를 포함할 수 있다.
제1히터(170)는 제2공급라인(L3)의 합류라인(L5)과의 합류 지점(A) 후단에 마련되며, 저압분사엔진(E2)의 연료공급조건에 맞게 압축기(140)를 거친 증발가스와 팽창기(150)를 통해 팽창된 유체의 혼합물을 가열시킨다.
제2공급라인(L3)을 통해 저압가스분사엔진(E2)으로 공급되는 연료의 양이 부족한 경우, 제2분기라인(L6)을 통해 연료가 보충될 수 있다.
이때, 제2히터(180)는 저장탱크(110)에 저장된 증발가스 중 일부를 공급받아 저압가스분사엔진(E2)의 연료공급조건에 맞게 가열시키고, 승압부(190)는 가열된 증발가스를 저압가스분사엔진(E2)의 연료공급조건에 맞게 압축시킨다.
이후, 승압부(190)에 의해 압축된 증발가스는 제2공급라인(L3)으로 합류되어 저압가스분사엔진(E2)의 연료로 사용될 수 있다.
저압가스분사엔진(E2)의 연료로 사용되고 남은 유체는 보일러 등의 다른 수요처로 공급될 수도 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 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.
110: 저장탱크 120: 고압펌프
130: 고압기화기 140: 압축기
150: 팽창기 160: 감압밸브
170: 제1히터 180: 제2히터
190: 승압부 195: 제어부
L1: 제1공급라인 L2: 압축라인
L3: 제2공급라인 L4: 제1분기라인
L5: 합류라인 L6: 제2분기라인

Claims (4)

  1. 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크;
    상기 액화가스를 가압하는 고압펌프;
    상기 가압된 액화가스를 기화시키는 고압기화기;
    상기 증발가스를 압축시키는 압축기; 및
    상기 기화된 액화가스를 팽창시켜 생성한 에너지를 이용하여 상기 압축기를 구동시키는 팽창기;를 포함하는 연료공급시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 공급받은 액화가스를 상기 고압펌프 및 상기 고압기화기를 거쳐 고압분사엔진으로 공급하는 제1공급라인과,
    상기 저장탱크로부터 공급받은 증발가스를 상기 압축기로 공급하는 압축라인과,
    상기 압축기를 거친 상기 증발가스를 저압분사엔진으로 공급하는 제2공급라인과,
    상기 제1공급라인의 상기 기화기 후단으로부터 분기되어 상기 기화된 액화가스 중 일부를 상기 팽창기로 공급하는 제1분기라인과,
    상기 팽창기를 통해 팽창된 유체를 상기 제2공급라인의 상기 압축기 후단으로 합류시키는 합류라인을 더 포함하는 연료공급시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 합류라인의 상기 팽창기 후단에 마련되며, 상기 저압분사엔진의 연료공급조건에 맞게 상기 팽창기를 통과한 유체의 압력을 감압시키는 감압밸브와,
    상기 제2공급라인의 상기 합류 지점 후단에 마련되며, 상기 저압분사엔진의 연료공급조건에 맞게 상기 저압분사엔진으로 공급되는 유체를 가열하는 제1히터를 더 포함하는 연료공급시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2공급라인의 상기 압축기 전단으로부터 분기되어 상기 제2공급라인의 상기 제1히터 후단과 연결되며, 상기 저장탱크로부터 공급받은 증발가스 중 일부를 공급하는 제2분기라인과,
    상기 제2분기라인에 마련되며, 상기 증발가스를 상기 저압가스분사엔진의 연료공급조건에 맞게 가열시키는 제2히터와,
    상기 제2분기라인의 상기 제2히터 후단에 마련되어, 상기 가열된 증발가스를 저압가스분사엔진의 연료공급조건에 맞게 압축시키는 승압부와,
    상기 저압가스분사엔진으로 공급되는 연료의 양이 부족한 경우, 상기 제2분기라인 상의 밸브를 열어, 상기 제2히터 및 상기 승압부를 거친 증발가스가 추가로 공급되도록 하는 제어부를 더 포함하는 연료공급시스템.
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