KR20180037768A - 선박용 연료 가스 공급 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

선박용 연료 가스 공급 시스템이 개시된다.
상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 액화천연가스를 기화시켜 엔진에 공급하는 기화기; 상기 엔진을 냉각시키고 난 후 배출된 냉각수와 상기 기화기에서 열매로 사용되는 유체를 열교환시켜, 상기 기화기에서 열매로 사용되는 유체를 가열하는 제1 가열기; 상기 엔진에서 배출된 후 상기 제1 가열기를 통과한 냉각수가 가진 열원의 일부 또는 전부를 이용하여, 해수를 가열하여 청수를 얻어내는 조수기; 및 냉각수가 팽창 또는 수축하면서 발생하는 체적 변화를 흡수하는 팽창탱크;를 포함하고, 상기 기화기는, 상기 제1 가열기에 의해 가열된 열매와 액화천연가스를 열교환시켜 액화천연가스를 기화시키고, 상기 엔진은 엔진룸에 배치되고, 상기 팽창탱크는, 상기 엔진룸보다 20m 내지 25m 상부에 배치된다.

Description

선박용 연료 가스 공급 시스템 및 방법{Fuel Gas Supply System and Method for Vessel}
본 발명은, 엔진 냉각수가 가진 열량을 활용하여 선박용 엔진에 연료 가스를 공급하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -163℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 따라서, 천연가스를 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있게 된다. 일반적으로 천연가스를 액화시켜 액화천연가스의 형태로 저장탱크에 저장한 후, 선박에 의해 액화천연가스를 운반한다.
한편, 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE, ME-GI 엔진, X-DF 엔진 등의 가스연료엔진이 있다. DFDE은, 발전용으로 사용되며, 4행정으로 구성된다. 비교적 저압인 6.5 bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다. ME-GI 엔진은, 추진용으로 사용되며, 2행정으로 구성된다. 300 bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다. X-DF 엔진은, 추진용으로 사용되며, 2행정으로 구성된다. 16 bar 정도의 중압 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클을 채택하고 있다.
천연가스를 연료로 사용하는 엔진에 연료를 공급하기 위해, 저장탱크에 저장된 액화천연가스를 기화시킨 후 엔진에 공급하기도 하는데, 액화천연가스를 기화시키기 위해서는 열원이 필요하다. 액화천연가스를 기화시키기 위한 열원으로 엔진 냉각수를 사용하는 기술이 개발되어 있다.
일반적으로 엔진을 냉각시키고 난 후의 냉각수는 일정 온도가 되도록 제어되는데, 일례로 ME-GI 엔진을 냉각시키고 난 후의 냉각수는 대략 85℃가 되도록 제어될 수 있다.
그런데, 엔진의 부하가 높으면 엔진에서 발생하는 열량도 많아 냉각수가 더 많은 양의 열을 식혀야 하고, 엔진의 부하가 낮으면 엔진에서 발생하는 열량도 적어져 냉각수가 더 적은 양의 열만 식히면 된다. 또한, 엔진의 저온 부식의 우려 때문에 엔진을 일정 온도 이하까지 냉각시키지 않으므로, 엔진 부하가 적어질수록 냉각수에서 얻을 수 있는 열량이 적어진다.
본 발명은, 엔진 부하에 따라 변동되는 냉각수의 열원을 적절하게 분배하는 방법과, 냉각수의 열원을 적절하게 분배하기 위한 효율적인 장비 배치를 제시하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스를 기화시켜 엔진에 공급하는 기화기; 상기 엔진을 냉각시키고 난 후 배출된 냉각수와 상기 기화기에서 열매로 사용되는 유체를 열교환시켜, 상기 기화기에서 열매로 사용되는 유체를 가열하는 제1 가열기; 상기 엔진에서 배출된 후 상기 제1 가열기를 통과한 냉각수가 가진 열원의 일부 또는 전부를 이용하여, 해수를 가열하여 청수를 얻어내는 조수기; 및 냉각수가 팽창 또는 수축하면서 발생하는 체적 변화를 흡수하는 팽창탱크;를 포함하고, 상기 기화기는, 상기 제1 가열기에 의해 가열된 열매와 액화천연가스를 열교환시켜 액화천연가스를 기화시키고, 상기 엔진은 엔진룸에 배치되고, 상기 팽창탱크는, 상기 엔진룸보다 20m 내지 25m 상부에 배치되는, 선박용 연료 가스 공급 시스템이 제공된다.
상기 제1 가열기는 상기 팽창탱크보다 높은 위치에 배치될 수 있다.
상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 조수기로부터 배출되어 상기 엔진으로 공급되는 냉각수를 가열시키는 제2 가열기를 더 포함할 수 있다.
상기 엔진에서 배출된 냉각수는, 두 흐름으로 분기하여, 일부는 상기 제1 가열기로 보내지고, 나머지는 상기 제1 가열기를 우회할 수 있으며, 상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 제1 가열기를 우회한 냉각수와 상기 제1 가열기를 통과한 냉각수가 합류되는 지점에 설치되는 제1 삼방밸브를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 삼방밸브는 상기 팽창탱크보다 낮은 위치에 설치될 수 있다.
상기 조수기의 부하는, 상기 엔진의 부하를 A, 상기 기화기에서 열매로 사용되는 유체에 전달되는 최대 열량을 x, 상기 조수기의 부하를 B, 상기 엔진을 냉각시키면서 냉각수가 얻는 최대 열량을 y, 상기 조수기의 부하가 100%일 때 요구하는 열량을 z라고 하였을 때, B = (y-x)A / z로 나타내어 질 수 있다.
상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 조수기로부터 배출되어 상기 엔진으로 공급되는 냉각수를 가열시키는 제2 가열기를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 엔진에서 배출된 후 상기 제1 가열기 및 상기 조수기를 통과한 냉각수의 온도를 낮추는 냉각기를 더 포함할 수 있다.
냉각수가 상기 엔진을 냉각시키며 얻은 열원은 상기 제1 가열기에서 최우선적으로 사용되고, 나머지는 상기 조수기에서 사용되고, 상기 조수기에서 사용되고도 남은 열원은 상기 냉각기에 의해 냉각될 수 있다.
상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 엔진을 냉각시키는데 사용된 냉각수 중, 상기 제1 가열기로 보내지지 않은 나머지 냉각수를 저장하는 저장탱크를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 조수기로부터 상기 엔진으로 보내지는 냉각수에 포함된 공기를 배출시키는 공기배출탱크를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 저장탱크로부터 배출된 냉각수를 상기 팽창탱크에 공급하는 라인 상에 설치되는 제1 압축기를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 압축기는, 상기 저장탱크의 수위가 일정 높이 이상이 되거나 상기 팽창탱크의 수위가 일정 높이 이하가 되면 작동될 수 있다.
상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 조수기로부터 배출된 냉각수를 압축시켜 상기 엔진으로 공급하는 제2 압축기를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 엔진으로부터 배출된 냉각수가 상기 제1 가열기로 공급되는 라인 상에 설치되는 제3 압축기를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 제2 압축기가 정지하는 경우, 상기 엔진으로부터 상기 제1 가열기로 공급되는 냉각수가 역류하는 것을 방지하는 제1 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 1) 엔진을 냉각시키고 난 후 배출된 냉각수와 열매를 열교환시켜 열매를 제1 가열기에 의해 가열하는 단계; 2) 상기 1)단계에서 열교환되어 가열된 열매와 액화천연가스를 열교환시켜 액화천연가스를 기화시키는 단계; 3) 상기 2)단계에서 기화시킨 천연가스를 상기 엔진에 공급하는 단계; 4) 상기 1)단계에서 열매를 열교환시키는데 사용된 냉각수 가진 열원의 일부 또는 전부를 이용하여, 조수기에 의해 해수를 가열하여 청수를 얻어내는 단계; 및 5) 상기 조수기로부터 배출된 냉각수를 제2 압축기에 의해 압축시켜 상기 엔진으로 공급하는 단계;를 포함하고, 상기 엔진에서 배출된 냉각수는, 두 흐름으로 분기하여, 일부는 상기 제1 가열기로 보내지고, 나머지는 상기 제1 가열기를 우회하며, 상기 제1 가열기를 우회한 냉각수와 상기 제1 가열기를 통과한 냉각수가 합류되는 지점에 제1 삼방밸브를 설치하고, 상기 제2 압축기가 정지하는 경우, 상기 제1 삼방밸브 중 상기 제1 가열기 방향의 밸브는 닫고, 나머지 밸브는 연 상태로 유지하는, 선박용 연료 가스 공급 방법이 제공된다.
상기 엔진은 엔진룸에 배치할 수 있고, 냉각수가 팽창 또는 수축하면서 발생하는 체적 변화를 흡수하는 팽창탱크를 상기 엔진룸보다 20m 내지 25m 상부에 배치할 수 있다.
상기 제1 삼방밸브를 상기 팽창탱크보다 낮은 위치에 설치할 수 있다.
상기 제1 가열기를 상기 팽창탱크보다 높은 위치에 배치할 수 있다.
상기 제2 압축기가 정지하는 경우, 제1 밸브에 의해 상기 엔진으로부터 상기 제1 가열기로 공급되는 냉각수가 역류하는 것을 방지할 수 있다.
상기 제2 압축기가 정지하는 경우, 제어반에 의해 자동적으로, 상기 제1 삼방밸브 중 상기 제1 가열기 방향의 밸브를 닫도록 알고리즘을 구성할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 엔진은 엔진룸에 배치하고, 냉각수가 팽창 또는 수축하면서 발생하는 체적 변화를 흡수하는 팽창탱크를 상기 엔진룸보다 20m 내지 25m 상부에 배치하고, 액화천연가스를 기화시키는 열매를 가열하는 제1 가열기를 상기 팽창탱크보다 높은 위치에 배치하고, 상기 제1 가열기를 우회한 냉각수와 상기 제1 가열기를 통과한 냉각수가 합류되는 지점에 설치되는 제1 삼방밸브를 상기 팽창탱크보다 낮은 위치에 설치하는, 배치 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 엔진의 부하와 조수기의 부하의 상관관계를 나타내는 수학식에 따라, 조수기의 부하를 조절하여, 엔진을 냉각시키며 냉각수가 얻은 열량을 기화기와 조수기에 적절하게 분배할 수 있다.
본 발명에 의하면, 제1 가열기 및 기화기를 포함하여, 냉각기의 용량을 감소시키고 냉각기를 구동시키는데 들어가는 에너지를 절감할 수 있다.
본 발명에 의하면, 잉여 냉각수를 저장탱크에 저장하였다가 다시 사용하므로, 화학 처리를 해야하는 냉각수의 소모를 최소한으로 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 냉각수가 순환하는 라인 상에 설치되는 장치들은 직렬로 연결하여, 추가적인 압축기를 설치하지 않고도 제2 압축기의 압력만으로 냉각수를 순환시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 엔진의 부하가 낮은 경우에도 조수기를 100%로 가동시킨 후, 제2 가열기에 의해 냉각수를 가열시키면 되므로, 시스템을 더욱 유연하게 운용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 제1 가열기가 팽창탱크보다 위쪽에 설치되는 경우를 대비할 수 있으며, 특히, 제2 압축기가 정지하는 경우를 대비할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어반에 의해 각 장치를 효율적으로 제어할 수 있으며, 특히, 제2 압축기가 고장나는 경우를 자동적으로 대비하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박용 연료 가스 공급 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 연료 가스 공급 시스템의 개략도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박용 연료 가스 공급 시스템의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 제1 가열기(110), 기화기(180), 및 조수기(120)를 포함한다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템에 의해 연료를 공급받는 엔진(E)은, 천연가스를 연료로 사용하는 ME-GI 엔진, X-DF 엔진, DF 엔진 등일 수 있으며, 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 가스 터빈 등 천연가스를 연료로 사용하는 다른 연소 장치에도 응용될 수 있다. 단, 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 주 추진 엔진으로 사용되는 ME-GI 엔진에 적용되는 것이 바람직하다. 본 실시예의 엔진(E)은 엔진룸에 배치된다.
본 실시예의 제1 가열기(110)는, 엔진(E)을 냉각시키고 난 후 배출된 냉각수(L10 라인)와 기화기(180)에서 열매로 사용되는 유체(L3 라인)를 열교환시킨다. 즉, 제1 가열기(110)는, 엔진(E)을 냉각시키면서 냉각수가 얻은 열원의 일부를, 기화기(180)에서 열매로 사용되는 유체(L3 라인)에 공급하여, 기화기(180)에서 열매로 사용되는 유체(L3 라인)를 가열한다.
엔진(E)으로부터 제1 가열기(110)로 냉각수가 공급되는 라인(L10) 상에는, 엔진(E)으로부터 배출되어 제1 가열기(110)로 공급되는 냉각수의 온도를 조절하는 제1 온도조절센서(210)가 설치될 수 있다. 본 실시예의 제1 온도조절센서(210)는, 엔진(E)에서 배출된 냉각수의 온도를 대략 85℃로 조절할 수 있다.
본 실시예에 의하면 엔진(E)에서 배출된 냉각수의 온도를 대략 85℃로 일정하게 조절하고, 엔진(E)의 부하가 높아질수록 엔진(E)에서 발생되는 열도 많아지므로, 엔진(E)의 부하에 따라 엔진(E)에 공급되는 냉각수의 온도가 달라진다. 엔진(E)의 부하가 낮아질수록 엔진(E)의 저온 부식을 방지하기 위하여 엔진(E)에 공급되는 냉각수의 온도는 높아진다.
본 실시예의 기화기(180)는, 제1 가열기(110)에 의해 가열된 열매(L4 라인)와 액화천연가스를 열교환시켜, 액화천연가스를 기화시킨다. 즉, 기화기(180)는, 엔진(E)을 냉각시키면서 냉각수가 얻은 열원의 일부를, 열매를 매개로 하여, 액화천연가스를 기화시키는데 사용한다. 기화기(180)에 의해 기화된 천연가스(L1 라인)는 엔진(E)에 공급되어 연료로 사용된다. 기화기(180)에서 열매로 사용되는 유체는, 글리콜 워터(Glycol Water)일 수 있다.
본 실시예의 조수기(120)는, 엔진(E)에서 배출된 후 제1 가열기(110)를 통과한 냉각수(L20 라인)가 가진 열원의 일부 또는 전부를 이용하여, 해수를 가열하여 청수를 얻어낸다.
엔진(E)을 냉각시키면서 냉각수가 얻을 수 있는 열량은 엔진(E)의 부하에 비례하고, 엔진(E)의 부하가 높을수록 요구되는 연료의 양도 증가되므로, 기화기(180)가 기화시켜야 할 액화천연가스의 양도 엔진(E)의 부하가 높을수록 증가되며, 결국 제1 가열기(110)에 의해 기화기(180)에서 열매로 사용되는 유체에 전달되어야 할 열량도 엔진(E)의 부하에 비례하게 된다.
따라서, 엔진(E)의 부하를 A, 기화기(180)에서 열매로 사용되는 유체에 전달되는 최대 열량을 x, 조수기(120)의 부하를 B, 엔진(E)을 냉각시키면서 냉각수가 얻는 최대 열량을 y, 조수기(120)의 부하가 100%일 때 요구하는 열량을 z라고 하면, 다음과 같은 등식이 성립한다.
Ax + Bz = Ay
따라서, 조수기의 부하는, B = (y-x)A / z 로 나타내어 지며, 상기 식에 따라 조수기(120)의 부하를 조절하여, 엔진(E)을 냉각시키며 냉각수가 얻은 열량을 기화기(180)와 조수기(120)에 적절하게 분배할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 냉각수가 엔진(E)을 냉각시키며 얻은 열원은 제1 가열기(110)에서 최우선적으로 사용되며, 나머지는 조수기(120)에서 사용된다.
엔진(E)에서 배출된 냉각수(L10 라인)는, 두 흐름으로 분기하여, 일부(L10 라인)는 제1 가열기(110)로 보내지고, 나머지(L12 라인)는 제1 가열기(110)를 우회할 수 있다. 제1 가열기(110)를 우회한 냉각수(L12 라인)와 제1 가열기(110)를 통과한 냉각수(L20 라인)는 합류되어 조수기(120)로 보내질 수 있으며, 제1 가열기(110)를 우회한 냉각수(L12 라인)와 제1 가열기(110)를 통과한 냉각수(L20 라인)가 합류되는 지점에는 제1 삼방밸브(810)가 설치될 수 있다. 본 실시예에 의하면, 제1 삼방밸브(810)의 개도를 조절하여, 제1 가열기(110)로 보내지는 냉각수의 양을 조절할 수 있으며, 결국 냉각수로부터 제1 가열기(110)에 전달되는 열량을 조절할 수 있다.
제1 가열기(110)로부터 기화기(180)로 열매가 보내지는 라인(L4) 상에는 온도센서(미도시)가 설치될 수 있고, L4 라인 상에 설치된 온도센서가 감지한 온도 값에 따라 제1 삼방밸브(810)의 개도를 조절할 수 있다. L4 라인을 따라 공급되는 열매의 온도는 기화기(180)에서 기화시켜야 할 액화천연가스의 양이 많을수록 높아지므로, L4 라인을 따라 공급되는 열매의 온도를 조절하면 기화되는 액화천연가스의 양을 조절할 수 있고, 제1 삼방밸브(810)에 의해 제1 가열기(110)로 보내지는 냉각수의 양을 조절하여, L4 라인을 따라 공급되는 열매의 온도를 조절할 수 있다.
또한, 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, L4 라인을 흐르는 열매의 온도가 일정하게 유지되도록 운용될 수도 있다. 기화기(180)에서 액화천연가스를 기화시키기 위한 열매로 사용된 후 배출된 유체(L3 라인)는 온도가 낮아지므로, L3 라인을 따라 제1 가열기(110)로 공급된 유체를 설정된 온도로 가열시키도록 제1 삼방밸브(810)의 개도를 조절한다.
제1 가열기(110)로부터 기화기(180)로 열매가 보내지는 라인(L4) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제2 밸브(720)가 설치될 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 엔진(E)에서 배출된 후 제1 가열기(110)를 통과한 냉각수가 조수기(120)로 보내지는 라인(L20) 상에 설치되는 공기분리기(330)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 공기분리기(330)는, 제1 가열기(110)로부터 조수기(120)로 공급되는 냉각수에 포함되어 있는 공기를 제거하여, 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템에 포함된 각종 장치의 고장을 방지한다.
한편, 엔진(E)에서 배출된 후 제1 가열기(110)를 통과한 냉각수(L20 라인)는, 두 흐름으로 분기하여, 일부(L20 라인)는 조수기(120)로 보내지고, 나머지(L22 라인)는 조수기(120)를 우회할 수 있다. 조수기(120)를 우회한 냉각수(L22 라인)와 조수기(120)를 통과한 냉각수(L30 라인)는 합류되어 다시 엔진(E)으로 보내질 수 있으며, 조수기(120)를 우회한 냉각수(L22 라인)와 조수기(120)를 통과한 냉각수(L30 라인)가 합류되는 지점에는 제2 삼방밸브(820)가 설치될 수 있다. 본 실시예에 의하면, 제2 삼방밸브(820)의 개도를 조절하여, 조수기(120)로 보내지는 냉각수의 양을 조절할 수 있으며, 결국 냉각수로부터 조수기(120)에 전달되는 열량을 조절할 수 있다.
조수기(120)로부터 배출된 냉각수가 엔진(E)으로 공급되는 라인(L30) 상에는, 냉각수의 온도를 조절하는 제2 온도조절센서(220)가 설치될 수 있다. 본 실시예의 제2 온도조절센서(220)의 설정값은 엔진(E)의 부하가 높을수록 낮아진다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 엔진(E)에서 배출된 후 제1 가열기(110) 및 조수기(120)를 통과한 냉각수의 온도를 낮추는 냉각기(130)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 냉각기(130)는, 엔진(E)을 냉각시키며 열량을 얻은 냉각수가, 제1 가열기(110) 및 조수기(120)에 열량의 일부를 공급한 후에도 충분히 온도가 낮아지지 않은 경우, 냉각수가 엔진(E)을 요구되는 온도로 냉각시킬 수 있도록, 냉각수의 온도를 낮춘다.
본 실시예가 냉각기(130)를 포함하는 경우, 조수기(120)에서 배출된 냉각수(L30 라인)는, 두 흐름으로 분기하여, 일부(L30 라인)는 냉각기(130)로 보내지고, 나머지(L32 라인)는 냉각기(130)를 우회할 수 있다. 냉각기(130)를 우회한 냉각수(L32 라인)와 냉각기(130)를 통과한 냉각수(L40 라인)는 합류되어 엔진(E)으로 보내질 수 있으며, 냉각기(130)를 우회한 냉각수(L32 라인)와 냉각기(130)를 통과한 냉각수(L40 라인)가 합류되는 지점에는 제3 삼방밸브(830)가 설치될 수 있다. 본 실시예에 의하면, 제3 삼방밸브(830)의 개도를 조절하여, 냉각기(130)로 보내지는 냉각수의 양을 조절할 수 있으며, 결국 냉각기(130)에 의해 냉각수가 냉각되는 정도를 조절할 수 있다.
종래에는, 냉각수의 열원을 액화천연가스를 가열시키는데 사용하지 않고, 냉각수를 냉각기(130)에 냉각시킨 후 엔진(E)에 공급했는데, 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템에 의하면, 제1 가열기(110) 및 기화기(180)를 포함하여, 냉각수의 열원을 액화천연가스를 가열시키는데 사용한 후 필요한 경우에만 냉각기(130)에 의해 냉각시키므로, 냉각기(130)의 용량을 감소시키고 냉각기(130)를 구동시키는데 들어가는 에너지를 절감할 수 있다.
본 실시예가 냉각기(130)를 포함하는 경우, 냉각수가 엔진(E)을 냉각시키며 얻은 열원은 제1 가열기(110)에서 최우선적으로 사용되며, 나머지는 조수기(120)에서 사용되고, 조수기(120)에서 사용되고도 남은 열원은 냉각기(130)에 의해 냉각된다.
본 실시예가 냉각기(130)를 포함하는 경우, 냉각기(130)로부터 배출된 냉각수가 엔진(E)으로 공급되는 라인(L40) 상에는, 냉각수의 온도를 조절하는 제3 온도조절센서(230)가 설치될 수 있다. 본 실시예의 제3 온도조절센서(230)의 설정값은 엔진(E)의 부하가 높을수록 낮아진다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 저장탱크(160), 팽창탱크(170), 및 공기배출탱크(140) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 저장탱크(160)는, 엔진(E)을 냉각시키는데 사용된 냉각수 중, 제1 가열기(110)로 보내지지 않은 나머지 냉각수를 저장하며, 저장탱크(160)에 저장된 냉각수의 일부는 팽창탱크(170)로 보내질 수 있다(L50 라인). 본 실시예에 의하면, 잉여 냉각수를 저장탱크(160)에 저장하였다가 다시 사용하므로, 화학 처리를 해야하는 냉각수의 소모를 최소한으로 할 수 있다.
본 실시예의 팽창탱크(170)는, 냉각수가 팽창 또는 수축하면서 발생하는 체적 변화를 흡수하여 시스템의 안정성을 높이고, 냉각수가 순환할 수 있는 압력을 가하는 역할을 한다. 본 실시예의 팽창탱크(170)는 저장탱크(160)로부터 냉각수를 공급받으며, 공기배출탱크(140)로부터 배출되는 공기를 공급받는다. 팽창탱크(170) 내부 압력이 너무 높아지는 경우에는 가스배출라인(L2)을 따라 팽창탱크(170) 내부의 가스가 배출될 수 있다.
본 실시예의 팽창탱크(170)는, 엔진(E)이 배치된 엔진룸보다 대략 20m 내지 25m 상부에 배치될 수 있다. 팽창탱크(170)의 높이가 25미터를 초과하는 경우, 엔진(E)으로 공급되는 냉각수의 압력이 요구 압력을 초과할 수 있으며, 엔진(E)에서 요구하는 냉각수의 온도에 따라 팽창탱크(170)의 높이는 달라질 수 있다. 냉각수의 압력이 낮아지면 기포가 발생할 수 있는데, 냉각수의 온도에 따라 기포가 발생되는 압력이 달라지므로, 엔진(E)에서 요구하는 온도에 따라 냉각수에서 기포가 발생되지 않을 정도의 압력이 되도록 팽창탱크(170)의 높이를 정하는 것이다.
본 실시예의 공기배출탱크(140)는, 조수기(120)로부터 엔진(E)으로 보내지는 냉각수에 포함된 공기를 팽창탱크(170)로 배출시키며, 유체의 온도 변화에 따라 급격하게 변화하는 유체의 부피 변화에 따른 영향을 완화시키는 역할을 한다. 본 실시예의 조수기(120)로부터 엔진(E)으로 보내지는 냉각수는, 공기배출탱크(140)에 일시 저장되었다가 엔진(E)으로 보내질 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 저장탱크(160)로부터 배출된 냉각수를 팽창탱크(170)에 공급하는 라인(L50) 상에 설치되는 제1 압축기(410)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 제1 압축기(410)는, 저장탱크(160)의 수위를 조절하는 제1 수위조절장치(310) 및 팽창탱크(170)의 수위를 조절하는 제2 수위조절장치(320)와 연계되어 작동될 수 있다. 즉, 본 실시예의 제1 압축기(410)는, 저장탱크(160)의 수위가 일정 높이 이상이 되거나 팽창탱크(170)의 수위가 일정 높이 이하가 되면 작동되어, 저장탱크(160) 내부의 냉각수를 팽창탱크(170)로 보낼 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 조수기(120)로부터 배출된 냉각수를 압축시켜 엔진(E)으로 공급하는 제2 압축기(420); 및 엔진(E)으로부터 제1 가열기(110)로 냉각수가 공급되는 라인(L10) 상에 설치되어 냉각수의 역류를 방지하는 제1 밸브(710); 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 제2 압축기(420)는 다수개가 병렬로 연결될 수 있으며, 냉각수를 대략 3bar로 압축시킬 수 있다. 본 실시예의 제2 압축기(420)는, 냉각수를 순환시키기 위한 압력과 엔진(E)이 요구하는 압력을 모두 만족시키도록, 냉각수를 압축시킬 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템이 제2 압축기(420)를 포함하는 경우, 추가적인 압축기를 설치하지 않고도 제2 압축기(420)의 압력만으로 냉각수가 순환되도록, 엔진(E)에서 배출된 냉각수가 다시 엔진(E)으로 공급되도록 순환하는 라인 상에 설치되는 장치들은 직렬로 연결되는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예의 제1 밸브(710)는, 제2 압축기(420)가 정지하는 경우, 엔진(E)으로부터 제1 가열기(110)로 공급되는 냉각수의 압력이 낮아져 역류하는 것을 방지한다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 조수기(120)에서 배출되어 엔진(E)으로 공급되는 냉각수를 가열시키는 제2 가열기(150)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 제2 가열기(150)는, 스팀과 냉각수를 열교환시켜 냉각수를 가열한다. 스팀을 공급하는 라인 상에는 제3 밸브(730)가 설치될 수 있으며, 제3 밸브(730)의 개도를 조절하여 스팀의 양을 조절하고, 결국 냉각수를 가열시키는 정도를 조절할 수 있다.
본 실시예의 제2 가열기(150)는, 선박이 정박하여 엔진(E)이 운전되지 않고 있을 때, 엔진(E)의 저온 부식을 방지하기 위해, 냉각수를 일정 온도 이상 가열하여 엔진(E)으로 공급하는 역할을 한다. 본 실시예의 제2 가열기(150)를 가동시키는 경우에는, 일반적으로 냉각기(130)는 가동시키지 않는다.
또한, 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템이 제2 가열기(150)를 포함하는 경우, 본 실시예에 의하면, 엔진(E)의 부하가 낮아 사용할 수 있는 냉각수의 열원이 적을 때에도 조수기(120)를 100%로 가동시킬 수 있다. 종래에는, 엔진(E)의 부하가 낮은 경우에는, 조수기(120)를 100% 가동시키면 엔진(E)에 공급되는 냉각수의 온도가 너무 낮아져 엔진(E)의 저온 부식을 방지할 수 없게 되므로, 조수기(120)를 100% 가동시킬 수가 없었다. 그러나 본 발명에 의하면, 엔진(E)의 부하가 낮은 경우에도 조수기(120)를 100%로 가동시킨 후, 제2 가열기(150)에 의해 냉각수를 엔진(E)의 저온 부식을 방지할 수 있는 온도로 가열시키면 되므로, 시스템을 더욱 유연하게 운용할 수 있다.
본 실시예가 제2 가열기(150)를 포함하는 경우, 조수기(120)에서 배출된 냉각수는, 두 흐름으로 분기하여, 일부(L60 라인)는 제2 가열기(150)로 보내지고, 나머지(L62 라인)는 제2 가열기(150)를 우회할 수 있다. 제2 가열기(150)를 우회한 냉각수(L62 라인)와 제2 가열기(150)를 통과한 냉각수(L60 라인)는 합류되어 엔진(E)으로 보내질 수 있으며, 제2 가열기(150)를 우회한 냉각수가 흐르는 라인(L62) 상에는 제4 밸브(740)가 설치될 수 있다. 본 실시예에 의하면, 제4 밸브(740)의 개도를 조절하여, 제2 가열기(150)로 보내지는 냉각수의 양을 조절할 수 있으며, 결국 제2 가열기(150)에 의해 냉각수가 가열되는 정도를 조절할 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템이, 냉각기(130), 공기배출탱크(140), 제2 압축기(420), 제2 가열기(150)를 모두 포함하는 경우, 조수기(120) 후단에 냉각기(130)가 설치되고, 냉각기(130) 후단에 공기배출탱크(140)가 설치되고, 공기배출탱크(140) 후단에 제2 압축기(420)가 설치되고, 제2 압축기(420) 후단에 제2 가열기(150)가 설치되고, 제2 가열기(150) 후단에 엔진(E)이 설치되는 것이 바람직하다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템이, 제1 삼방밸브(810), 제2 삼방밸브(820), 제3 삼방밸브(830), 제3 밸브(730), 제1 온도조절센서(210), 제2 온도조절센서(220), 및 제3 온도조절센서(230) 중 하나 이상을 더 포함하는 경우, 제1 삼방밸브(810), 제2 삼방밸브(820), 제3 삼방밸브(830), 제3 밸브(730), 제1 온도조절센서(210), 제2 온도조절센서(220), 및 제3 온도조절센서(230)는 각각, 제어반(C)에 의해 동작이 제어될 수 있다.
본 실시예의 제어반(C)은, 자신과 연결된 각 장치들이 수집한 정보와 각 장치들의 상태를 토대로 시스템의 운용 상황을 종합적으로 분석하여, 각 장치들을 제어한다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템에 의하면, 엔진(E)에서 배출된 냉각수가 가진 열원을 최대한 손실 없이 활용하기 위해, 냉각수가 흐르는 배관(도 1에서 이중선으로 표시)을 단열 처리할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 연료 가스 공급 시스템의 개략도이다.
도 2에 도시된 제2 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 도 1에 도시된 제1 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템에 비해, 제1 가열기(110)가 팽창탱크(170)보다 높은 위치에 배치된다는 점과, 제3 압축기(190)를 더 포함한다는 점에서 차이점이 존재하며, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다. 전술한 제1 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템과 동일한 부재에 대하여는 자세한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 가열기(110), 기화기(180), 및 조수기(120)를 포함한다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템에 의해 연료를 공급받는 엔진(E)은, 제1 실시예와 마찬가지로, 천연가스를 연료로 사용하는 ME-GI 엔진, X-DF 엔진, DF 엔진 등일 수 있으며, 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 가스 터빈 등 천연가스를 연료로 사용하는 다른 연소 장치에도 응용될 수 있다. 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 주 추진 엔진으로 사용되는 ME-GI 엔진에 적용되는 것이 바람직하며, 본 실시예의 엔진(E)은, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진룸에 배치된다.
본 실시예의 제1 가열기(110)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)을 냉각시키고 난 후 배출된 냉각수(L10 라인)와 기화기(180)에서 열매로 사용되는 유체(L3 라인)를 열교환시킨다. 즉, 제1 가열기(110)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)을 냉각시키면서 냉각수가 얻은 열원의 일부를, 기화기(180)에서 열매로 사용되는 유체(L3 라인)에 공급하여, 기화기(180)에서 열매로 사용되는 유체(L3 라인)를 가열한다.
엔진(E)으로부터 제1 가열기(110)로 냉각수가 공급되는 라인(L10) 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)으로부터 배출되어 제1 가열기(110)로 공급되는 냉각수의 온도를 조절하는 제1 온도조절센서(210)가 설치될 수 있다. 본 실시예의 제1 온도조절센서(210)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)에서 배출된 냉각수의 온도를 대략 85℃로 조절할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)에서 배출된 냉각수의 온도를 대략 85℃로 일정하게 조절하며, 엔진(E)의 부하에 따라 엔진(E)에 공급되는 냉각수의 온도가 달라진다. 즉, 엔진(E)의 부하가 낮아질수록 엔진(E)의 저온 부식을 방지하기 위하여 엔진(E)에 공급되는 냉각수의 온도는 높아진다.
본 실시예의 기화기(180)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 가열기(110)에 의해 가열된 열매(L4 라인)와 액화천연가스를 열교환시켜, 액화천연가스를 기화시킨다. 즉, 기화기(180)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)을 냉각시키면서 냉각수가 얻은 열원의 일부를, 열매를 매개로 하여, 액화천연가스를 기화시키는데 사용한다. 기화기(180)에 의해 기화된 천연가스(L1 라인)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)에 공급되어 연료로 사용된다. 기화기(180)에서 열매로 사용되는 유체는, 제1 실시예와 마찬가지로, 글리콜 워터(Glycol Water)일 수 있다.
본 실시예의 조수기(120)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)에서 배출된 후 제1 가열기(110)를 통과한 냉각수(L20 라인)가 가진 열원의 일부 또는 전부를 이용하여, 해수를 가열하여 청수를 얻어낸다.
엔진(E)의 부하를 A, 기화기(180)에서 열매로 사용되는 유체에 전달되는 최대 열량을 x, 조수기(120)의 부하를 B, 엔진(E)을 냉각시키면서 냉각수가 얻는 최대 열량을 y, 조수기(120)의 부하가 100%일 때 요구하는 열량을 z라고 하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 다음과 같은 등식이 성립한다.
Ax + Bz = Ay
따라서, 조수기의 부하는, B = (y-x)A / z 로 나타내어 지며, 상기 식에 따라 조수기(120)의 부하를 조절하여, 엔진(E)을 냉각시키며 냉각수가 얻은 열량을 기화기(180)와 조수기(120)에 적절하게 분배할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 냉각수가 엔진(E)을 냉각시키며 얻은 열원은 제1 가열기(110)에서 최우선적으로 사용되며, 나머지는 조수기(120)에서 사용된다.
엔진(E)에서 배출된 냉각수(L10 라인)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 두 흐름으로 분기하여, 일부(L10 라인)는 제1 가열기(110)로 보내지고, 나머지(L12 라인)는 제1 가열기(110)를 우회할 수 있다. 제1 가열기(110)를 우회한 냉각수(L12 라인)와 제1 가열기(110)를 통과한 냉각수(L20 라인)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 합류되어 조수기(120)로 보내질 수 있으며, 제1 가열기(110)를 우회한 냉각수(L12 라인)와 제1 가열기(110)를 통과한 냉각수(L20 라인)가 합류되는 지점에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 삼방밸브(810)가 설치될 수 있다. 본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 삼방밸브(810)의 개도를 조절하여, 제1 가열기(110)로 보내지는 냉각수의 양을 조절할 수 있으며, 결국 냉각수로부터 제1 가열기(110)에 전달되는 열량을 조절할 수 있다.
제1 가열기(110)로부터 기화기(180)로 열매가 보내지는 라인(L4) 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 온도센서(미도시)가 설치될 수 있고, L4 라인 상에 설치된 온도센서가 감지한 온도 값에 따라 제1 삼방밸브(810)의 개도를 조절할 수 있다.
또한, 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, L4 라인을 흐르는 열매의 온도가 일정하게 유지되도록 운용될 수도 있다.
제1 가열기(110)로부터 기화기(180)로 열매가 보내지는 라인(L4) 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제2 밸브(720)가 설치될 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)에서 배출된 후 제1 가열기(110)를 통과한 냉각수가 조수기(120)로 보내지는 라인(L20) 상에 설치되는 공기분리기(330)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 공기분리기(330)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 가열기(110)로부터 조수기(120)로 공급되는 냉각수에 포함되어 있는 공기를 제거하여, 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템에 포함된 각종 장치의 고장을 방지한다.
한편, 엔진(E)에서 배출된 후 제1 가열기(110)를 통과한 냉각수(L20 라인)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 두 흐름으로 분기하여, 일부(L20 라인)는 조수기(120)로 보내지고, 나머지(L22 라인)는 조수기(120)를 우회할 수 있다. 조수기(120)를 우회한 냉각수(L22 라인)와 조수기(120)를 통과한 냉각수(L30 라인)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 합류되어 다시 엔진(E)으로 보내질 수 있으며, 조수기(120)를 우회한 냉각수(L22 라인)와 조수기(120)를 통과한 냉각수(L30 라인)가 합류되는 지점에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 제2 삼방밸브(820)가 설치될 수 있다. 본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 제2 삼방밸브(820)의 개도를 조절하여, 조수기(120)로 보내지는 냉각수의 양을 조절할 수 있으며, 결국 냉각수로부터 조수기(120)에 전달되는 열량을 조절할 수 있다.
조수기(120)로부터 배출된 냉각수가 엔진(E)으로 공급되는 라인(L30) 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 냉각수의 온도를 조절하는 제2 온도조절센서(220)가 설치될 수 있다. 본 실시예의 제2 온도조절센서(220)의 설정값은, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)의 부하가 높을수록 낮아진다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)에서 배출된 후 제1 가열기(110) 및 조수기(120)를 통과한 냉각수의 온도를 낮추는 냉각기(130)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 냉각기(130)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)을 냉각시키며 열량을 얻은 냉각수가, 제1 가열기(110) 및 조수기(120)에 열량의 일부를 공급한 후에도 충분히 온도가 낮아지지 않은 경우, 냉각수가 엔진(E)을 요구되는 온도로 냉각시킬 수 있도록, 냉각수의 온도를 낮춘다.
본 실시예가 냉각기(130)를 포함하는 경우, 조수기(120)에서 배출된 냉각수(L30 라인)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 두 흐름으로 분기하여, 일부(L30 라인)는 냉각기(130)로 보내지고, 나머지(L32 라인)는 냉각기(130)를 우회할 수 있다. 냉각기(130)를 우회한 냉각수(L32 라인)와 냉각기(130)를 통과한 냉각수(L40 라인)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 합류되어 엔진(E)으로 보내질 수 있으며, 냉각기(130)를 우회한 냉각수(L32 라인)와 냉각기(130)를 통과한 냉각수(L40 라인)가 합류되는 지점에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 제3 삼방밸브(830)가 설치될 수 있다. 본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 제3 삼방밸브(830)의 개도를 조절하여, 냉각기(130)로 보내지는 냉각수의 양을 조절할 수 있으며, 결국 냉각기(130)에 의해 냉각수가 냉각되는 정도를 조절할 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 냉각기(130)의 용량을 감소시키고 냉각기(130)를 구동시키는데 들어가는 에너지를 절감할 수 있다.
본 실시예가 냉각기(130)를 포함하는 경우, 제1 실시예와 마찬가지로, 냉각수가 엔진(E)을 냉각시키며 얻은 열원은 제1 가열기(110)에서 최우선적으로 사용되며, 나머지는 조수기(120)에서 사용되고, 조수기(120)에서 사용되고도 남은 열원은 냉각기(130)에 의해 냉각된다.
본 실시예가 냉각기(130)를 포함하는 경우, 제1 실시예와 마찬가지로, 냉각기(130)로부터 배출된 냉각수가 엔진(E)으로 공급되는 라인(L40) 상에는, 냉각수의 온도를 조절하는 제3 온도조절센서(230)가 설치될 수 있다. 본 실시예의 제3 온도조절센서(230)의 설정값은, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)의 부하가 높을수록 낮아진다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(160), 팽창탱크(170), 및 공기배출탱크(140) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 저장탱크(160)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)을 냉각시키는데 사용된 냉각수 중, 제1 가열기(110)로 보내지지 않은 나머지 냉각수를 저장하며, 저장탱크(160)에 저장된 냉각수의 일부는, 제1 실시예와 마찬가지로, 팽창탱크(170)로 보내질 수 있다(L50 라인). 본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 화학 처리를 해야하는 냉각수의 소모를 최소한으로 할 수 있다.
본 실시예의 팽창탱크(170)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 냉각수가 팽창 또는 수축하면서 발생하는 체적 변화를 흡수하여 시스템의 안정성을 높이고, 냉각수가 순환할 수 있는 압력을 가하는 역할을 한다. 본 실시예의 팽창탱크(170)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(160)로부터 냉각수를 공급받으며, 공기배출탱크(140)로부터 배출되는 공기를 공급받는다. 또한, 팽창탱크(170) 내부 압력이 너무 높아지는 경우에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 가스배출라인(L2)을 따라 팽창탱크(170) 내부의 가스가 배출될 수 있다.
본 실시예의 팽창탱크(170)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)이 배치된 엔진룸보다 대략 20m 내지 25m 상부에 배치될 수 있으며, 엔진(E)에서 요구하는 냉각수의 온도에 따라 팽창탱크(170)의 높이는 달라질 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 제1 실시예와는 달리, 엔진(E)으로부터 배출된 냉각수가 제1 가열기(110)로 공급되는 라인 상에 설치되는 제3 압축기(190)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 제3 압축기(190)는, 제1 가열기(110)가 불가피하게 높은 곳에 배치되어 냉각수가 제1 가열기(110)에 원활하게 공급되기 어려운 경우에 설치되며, 특히, 본 실시예가 제2 압축기(420)를 포함하더라도 제1 가열기(110)에 냉각수를 공급하기에 압력이 부족한 경우에 설치된다.
본 실시예의 공기배출탱크(140)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 조수기(120)로부터 엔진(E)으로 보내지는 냉각수에 포함된 공기를 팽창탱크(170)로 배출시키며, 유체의 온도 변화에 따라 급격하게 변화하는 유체의 부피 변화에 따른 영향을 완화시키는 역할을 한다. 본 실시예의 조수기(120)로부터 엔진(E)으로 보내지는 냉각수는, 제1 실시예와 마찬가지로, 공기배출탱크(140)에 일시 저장되었다가 엔진(E)으로 보내질 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(160)로부터 배출된 냉각수를 팽창탱크(170)에 공급하는 라인(L50) 상에 설치되는 제1 압축기(410)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 제1 압축기(410)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(160)의 수위를 조절하는 제1 수위조절장치(310) 및 팽창탱크(170)의 수위를 조절하는 제2 수위조절장치(320)와 연계되어 작동될 수 있다. 즉, 본 실시예의 제1 압축기(410)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(160)의 수위가 일정 높이 이상이 되거나 팽창탱크(170)의 수위가 일정 높이 이하가 되면 작동되어, 저장탱크(160) 내부의 냉각수를 팽창탱크(170)로 보낼 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 조수기(120)로부터 배출된 냉각수를 압축시켜 엔진(E)으로 공급하는 제2 압축기(420); 및 엔진(E)으로부터 제1 가열기(110)로 냉각수가 공급되는 라인(L10) 상에 설치되어 냉각수의 역류를 방지하는 제1 밸브(710); 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 제2 압축기(420)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 다수개가 병렬로 연결될 수 있으며, 냉각수를 대략 3bar로 압축시킬 수 있다. 본 실시예의 제2 압축기(420)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 냉각수를 순환시키기 위한 압력과 엔진(E)이 요구하는 압력을 모두 만족시키도록, 냉각수를 압축시킬 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템이 제2 압축기(420)를 포함하는 경우, 제1 실시예와 마찬가지로, 추가적인 압축기를 설치하지 않고도 제2 압축기(420)의 압력만으로 냉각수가 순환되도록, 엔진(E)에서 배출된 냉각수가 다시 엔진(E)으로 공급되도록 순환하는 라인 상에 설치되는 장치들은 직렬로 연결되는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예의 제1 밸브(710)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 제2 압축기(420)가 정지하는 경우, 엔진(E)으로부터 제1 가열기(110)로 공급되는 냉각수의 압력이 낮아져 역류하는 것을 방지한다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 조수기(120)에서 배출되어 엔진(E)으로 공급되는 냉각수를 가열시키는 제2 가열기(150)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예의 제2 가열기(150)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 스팀과 냉각수를 열교환시켜 냉각수를 가열한다. 스팀을 공급하는 라인 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 제3 밸브(730)가 설치될 수 있으며, 제3 밸브(730)의 개도를 조절하여 스팀의 양을 조절하고, 결국 냉각수를 가열시키는 정도를 조절할 수 있다.
본 실시예의 제2 가열기(150)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 선박이 정박하여 엔진(E)이 운전되지 않고 있을 때, 엔진(E)의 저온 부식을 방지하기 위해, 냉각수를 일정 온도 이상 가열하여 엔진(E)으로 공급하는 역할을 한다. 본 실시예의 제2 가열기(150)를 가동시키는 경우에는, 일반적으로 냉각기(130)는 가동시키지 않는다.
또한, 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템이 제2 가열기(150)를 포함하는 경우, 본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)의 부하가 낮아 사용할 수 있는 냉각수의 열원이 적을 때에도 조수기(120)를 100%로 가동시킬 수 있다. 본 발명에 의하면, 엔진(E)의 부하가 낮은 경우에도 조수기(120)를 100%로 가동시킨 후, 제2 가열기(150)에 의해 냉각수를 엔진(E)의 저온 부식을 방지할 수 있는 온도로 가열시키면 되므로, 제1 실시예와 마찬가지로, 시스템을 더욱 유연하게 운용할 수 있다.
본 실시예가 제2 가열기(150)를 포함하는 경우, 조수기(120)에서 배출된 냉각수는, 제1 실시예와 마찬가지로, 두 흐름으로 분기하여, 일부(L60 라인)는 제2 가열기(150)로 보내지고, 나머지(L62 라인)는 제2 가열기(150)를 우회할 수 있다. 제2 가열기(150)를 우회한 냉각수(L62 라인)와 제2 가열기(150)를 통과한 냉각수(L60 라인)는, 제1 실시예와 마찬가지로, 합류되어 엔진(E)으로 보내질 수 있으며, 제2 가열기(150)를 우회한 냉각수가 흐르는 라인(L62) 상에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 제4 밸브(740)가 설치될 수 있다. 본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 제4 밸브(740)의 개도를 조절하여, 제2 가열기(150)로 보내지는 냉각수의 양을 조절할 수 있으며, 결국 제2 가열기(150)에 의해 냉각수가 가열되는 정도를 조절할 수 있다.
한편, 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템이 팽창탱크(170)를 포함하는 경우, 본 실시예의 제1 가열기(110)는, 제1 실시예와는 달리, 팽창탱크(170)보다 높은 위치에 설치된다. 제1 가열기(110)는 엔진룸에 설치하기 곤란한 경우가 많고, 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템에 포함된 구성들을 선박에 실제로 배치하다보면, 필연적으로 제1 가열기(110)가 팽창탱크(170)보다 높은 위치에 배치되는 경우가 많다.
또한, 본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템이 팽창탱크(170) 및 제1 삼방밸브(810)를 모두 포함하는 경우, 제1 삼방밸브(810)는 팽창탱크(170)보다 낮은 위치에 설치되는 것이 바람직하다.
본 실시예에 의하면, 제2 압축기(420)가 정지하는 경우, 제1 삼방밸브(810) 중 제1 가열기(110) 방향의 밸브(도 2에서 위쪽 밸브)는 닫고, L12 라인 및 조수기(120) 방향의 밸브(도 2에서 왼쪽 및 아래쪽 밸브)는 연 상태로 유지할 수 있다.
본 실시예의 제1 삼방밸브(810) 중 제1 가열기(110) 방향의 밸브(도 2에서 위쪽 밸브)를 닫으면, 제2 압축기(420)가 정지하여 냉각수를 순환시키는 압력이 떨어지더라도, 팽창탱크(170)보다 낮은 위치에 설치된 제1 삼방밸브(810)와 제1 가열기(110) 사이 배관(L20 라인) 내부의 냉각수의 손실과 압력 유실을 방지할 수 있다.
또한, L12 라인 및 조수기(120) 방향의 밸브(도 2에서 왼쪽 및 아래쪽 밸브)는 연 상태로 유지하면, 제2 압축기(420)가 정지하여 엔진(E)으로부터 제1 가열기(110)로 공급되던 냉각수가 역류되더라도, 제1 밸브(710)에 의해 냉각수가 엔진(E)으로 역류되는 것이 차단될 수 있고(본 실시예가 제3 압축기(190)를 포함하는 경우에는 제3 압축기(190)로 역류되는 것 또한 차단된다.), 제1 가열기(110)로부터 역류되는 냉각수는 L12 라인 및 제1 삼방밸브(810)를 거쳐 조수기(120)로 보내진다.
만약, 제1 삼방밸브(810)가 팽창탱크(170)보다 높은 위치에 위치한다면, 제2 압축기(420)의 고장시 제1 삼방밸브(810) 중 제1 가열기(110) 방향의 밸브(도 2의 위쪽 밸브)를 닫더라도, 증기압 근처로 압력이 하강하게 되고, 배관 내에 진공이 발생하여 냉각수 내에 기포가 발생할 수 있으며, 배관의 강성에 악영향을 끼친다. 또한, 냉각수의 압력이나 유속이 급속도로 감소할 수도 있으며, 수격 작용(Water Hammering)이 발생할 수도 있다.
만약, 제1 가열기(110)를 팽창탱크(170)보다 하부에 배치할 수 있다면, 제2 압축기(420)가 고장나더라도 제1 가열기(110)와 제 삼방밸브(810) 사이 배관(L20 라인)에 진공이 발생할 염려가 없으나, 선박 배치 상 불가피하게 제1 가열기를 팽창탱크 상부에 배치하게 되는 경우에는, 제1 삼방밸브(810)를 팽창탱크 하부에 설치하여, 제2 압축기(420)가 고장나는 경우, 제1 가열기(110)와 제 삼방밸브(810) 사이 배관(L20 라인)에 진공이 발생하지 않도록 하는 것이다.
따라서, 본 실시예에 의하면 수격 작용(Water Hammering)을 방지하고, 냉각수 역류로 인한 장비 고장을 방지할 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템이, 냉각기(130), 공기배출탱크(140), 제2 압축기(420), 제2 가열기(150)를 모두 포함하는 경우, 제1 실시예와 마찬가지로, 조수기(120) 후단에 냉각기(130)가 설치되고, 냉각기(130) 후단에 공기배출탱크(140)가 설치되고, 공기배출탱크(140) 후단에 제2 압축기(420)가 설치되고, 제2 압축기(420) 후단에 제2 가열기(150)가 설치되고, 제2 가열기(150) 후단에 엔진(E)이 설치되는 것이 바람직하다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템이, 제1 삼방밸브(810), 제2 삼방밸브(820), 제3 삼방밸브(830), 제3 밸브(730), 제1 온도조절센서(210), 제2 온도조절센서(220), 및 제3 온도조절센서(230) 중 하나 이상을 더 포함하는 경우, 제1 실시예와 마찬가지로, 제1 삼방밸브(810), 제2 삼방밸브(820), 제3 삼방밸브(830), 제3 밸브(730), 제1 온도조절센서(210), 제2 온도조절센서(220), 및 제3 온도조절센서(230)는 각각, 제어반(C)에 의해 동작이 제어될 수 있다.
본 실시예의 제어반(C)은, 제1 실시예와 마찬가지로, 자신과 연결된 각 장치들이 수집한 정보와 각 장치들의 상태를 토대로 시스템의 운용 상황을 종합적으로 분석하여, 각 장치들을 제어한다.
특히, 본 실시예에 의하면, 제2 압축기(420)가 정지하는 경우에 제1 삼방밸브(810) 중 제1 가열기(110) 방향의 밸브(도 2에서 위쪽 밸브)를 닫도록 알고리즘을 구성하여, 제2 압축기(420)가 고장 등으로 정지하는 경우를 제어반(C)에 의해 자동적으로 대비하도록 할 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 가스 공급 시스템에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)에서 배출된 냉각수가 가진 열원을 최대한 손실 없이 활용하기 위해, 냉각수가 흐르는 배관(도 1에서 이중선으로 표시)을 단열 처리할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 제1 가열기 120 : 조수기
130 : 냉각기 140 : 공기배출탱크
150 : 제2 가열기 160 : 저장탱크
170 : 팽창탱크 180 : 기화기
190 : 제3 압축기 210 : 제1 온도조절센서
220 : 제2 온도조절센서 230 : 제3 온도조절센서
310 : 제1 수위조절장치 320 : 제2 수위조절장치
330 : 공기분리기 410 : 제1 압축기
420 : 제2 압축기 710 : 제1 밸브
720 : 제2 밸브 730 : 제3 밸브
740 : 제4 밸브 810 : 제1 삼방밸브
820 : 제2 삼방밸브 830 : 제3 삼방밸브

Claims (21)

  1. 액화천연가스를 기화시켜 엔진에 공급하는 기화기;
    상기 엔진을 냉각시키고 난 후 배출된 냉각수와 상기 기화기에서 열매로 사용되는 유체를 열교환시켜, 상기 기화기에서 열매로 사용되는 유체를 가열하는 제1 가열기;
    상기 엔진에서 배출된 후 상기 제1 가열기를 통과한 냉각수가 가진 열원의 일부 또는 전부를 이용하여, 해수를 가열하여 청수를 얻어내는 조수기; 및
    냉각수가 팽창 또는 수축하면서 발생하는 체적 변화를 흡수하는 팽창탱크;를 포함하고,
    상기 기화기는, 상기 제1 가열기에 의해 가열된 열매와 액화천연가스를 열교환시켜 액화천연가스를 기화시키고,
    상기 엔진은 엔진룸에 배치되고,
    상기 팽창탱크는, 상기 엔진룸보다 20m 내지 25m 상부에 배치되는, 선박용 연료 가스 공급 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 가열기는 상기 팽창탱크보다 높은 위치에 배치되는, 선박용 연료 가스 공급 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 조수기로부터 배출되어 상기 엔진으로 공급되는 냉각수를 가열시키는 제2 가열기를 더 포함하는, 선박용 연료 가스 공급 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진에서 배출된 냉각수는, 두 흐름으로 분기하여, 일부는 상기 제1 가열기로 보내지고, 나머지는 상기 제1 가열기를 우회하며,
    상기 제1 가열기를 우회한 냉각수와 상기 제1 가열기를 통과한 냉각수가 합류되는 지점에 설치되는 제1 삼방밸브를 더 포함하고,
    상기 제1 삼방밸브는 상기 팽창탱크보다 낮은 위치에 설치되는, 선박용 연료 가스 공급 시스템.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조수기의 부하는,
    상기 엔진의 부하를 A, 상기 기화기에서 열매로 사용되는 유체에 전달되는 최대 열량을 x, 상기 조수기의 부하를 B, 상기 엔진을 냉각시키면서 냉각수가 얻는 최대 열량을 y, 상기 조수기의 부하가 100%일 때 요구하는 열량을 z라고 하였을 때, B = (y-x)A / z로 나타내어 지는, 선박용 연료 가스 공급 시스템.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조수기로부터 배출되어 상기 엔진으로 공급되는 냉각수를 가열시키는 제2 가열기를 더 포함하는, 선박용 연료 가스 공급 시스템.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진에서 배출된 후 상기 제1 가열기 및 상기 조수기를 통과한 냉각수의 온도를 낮추는 냉각기를 더 포함하는, 선박용 연료 가스 공급 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    냉각수가 상기 엔진을 냉각시키며 얻은 열원은 상기 제1 가열기에서 최우선적으로 사용되고, 나머지는 상기 조수기에서 사용되고, 상기 조수기에서 사용되고도 남은 열원은 상기 냉각기에 의해 냉각되는, 선박용 연료 가스 공급 시스템.
  9. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진을 냉각시키는데 사용된 냉각수 중, 상기 제1 가열기로 보내지지 않은 나머지 냉각수를 저장하는 저장탱크를 더 포함하는, 선박용 연료 가스 공급 시스템.
  10. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조수기로부터 상기 엔진으로 보내지는 냉각수에 포함된 공기를 배출시키는 공기배출탱크를 더 포함하는, 선박용 연료 가스 공급 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 저장탱크로부터 배출된 냉각수를 상기 팽창탱크에 공급하는 라인 상에 설치되는 제1 압축기를 더 포함하고,
    상기 제1 압축기는, 상기 저장탱크의 수위가 일정 높이 이상이 되거나 상기 팽창탱크의 수위가 일정 높이 이하가 되면 작동되는, 선박용 연료 가스 공급 시스템.
  12. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조수기로부터 배출된 냉각수를 압축시켜 상기 엔진으로 공급하는 제2 압축기를 더 포함하는, 선박용 연료 가스 공급 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 엔진으로부터 배출된 냉각수가 상기 제1 가열기로 공급되는 라인 상에 설치되는 제3 압축기를 더 포함하는, 선박용 연료 가스 공급 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2 압축기가 정지하는 경우, 상기 엔진으로부터 상기 제1 가열기로 공급되는 냉각수가 역류하는 것을 방지하는 제1 밸브를 더 포함하는, 선박용 연료 가스 공급 시스템.
  15. 1) 엔진을 냉각시키고 난 후 배출된 냉각수와 열매를 열교환시켜 열매를 제1 가열기에 의해 가열하는 단계;
    2) 상기 1)단계에서 열교환되어 가열된 열매와 액화천연가스를 열교환시켜 액화천연가스를 기화시키는 단계;
    3) 상기 2)단계에서 기화시킨 천연가스를 상기 엔진에 공급하는 단계;
    4) 상기 1)단계에서 열매를 열교환시키는데 사용된 냉각수 가진 열원의 일부 또는 전부를 이용하여, 조수기에 의해 해수를 가열하여 청수를 얻어내는 단계; 및
    5) 상기 조수기로부터 배출된 냉각수를 제2 압축기에 의해 압축시켜 상기 엔진으로 공급하는 단계;를 포함하고,
    상기 엔진에서 배출된 냉각수는, 두 흐름으로 분기하여, 일부는 상기 제1 가열기로 보내지고, 나머지는 상기 제1 가열기를 우회하며,
    상기 제1 가열기를 우회한 냉각수와 상기 제1 가열기를 통과한 냉각수가 합류되는 지점에 제1 삼방밸브를 설치하고,
    상기 제2 압축기가 정지하는 경우, 상기 제1 삼방밸브 중 상기 제1 가열기 방향의 밸브는 닫고, 나머지 밸브는 연 상태로 유지하는, 선박용 연료 가스 공급 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 엔진은 엔진룸에 배치하고,
    냉각수가 팽창 또는 수축하면서 발생하는 체적 변화를 흡수하는 팽창탱크를 상기 엔진룸보다 20m 내지 25m 상부에 배치하는, 선박용 연료 가스 공급 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 삼방밸브를 상기 팽창탱크보다 낮은 위치에 설치하는, 선박용 연료 가스 공급 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 가열기를 상기 팽창탱크보다 높은 위치에 배치하는, 선박용 연료 가스 공급 방법.
  19. 청구항 15 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 압축기가 정지하는 경우, 제1 밸브에 의해 상기 엔진으로부터 상기 제1 가열기로 공급되는 냉각수가 역류하는 것을 방지하는, 선박용 연료 가스 공급 방법.
  20. 청구항 15 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 압축기가 정지하는 경우, 제어반에 의해 자동적으로, 상기 제1 삼방밸브 중 상기 제1 가열기 방향의 밸브를 닫도록 알고리즘을 구성하는, 선박용 연료 가스 공급 방법.
  21. 엔진은 엔진룸에 배치하고,
    냉각수가 팽창 또는 수축하면서 발생하는 체적 변화를 흡수하는 팽창탱크를 상기 엔진룸보다 20m 내지 25m 상부에 배치하고,
    액화천연가스를 기화시키는 열매를 가열하는 제1 가열기를 상기 팽창탱크보다 높은 위치에 배치하고,
    상기 제1 가열기를 우회한 냉각수와 상기 제1 가열기를 통과한 냉각수가 합류되는 지점에 설치되는 제1 삼방밸브를 상기 팽창탱크보다 낮은 위치에 설치하는, 배치 방법.
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