KR20180044449A - 연료공급시스템 - Google Patents

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Abstract

연료공급시스템을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 액화가스 및 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크; 증발가스를 제1압력으로 압축하는 제1압축부; 제1압력에 비해 높은 제2압력으로 압축하며, 서로 병렬 연결된 제2압축부 및 제3압축부; 저장탱크, 제1압축부, 제2압축부 및 엔진을 직렬로 연결하는 제1공급라인; 제1공급라인의 제1압축부와 제2압축부 사이로부터 분기되며, 제2압축부와 병렬로 연결되도록 제3압축부와 제1공급라인의 제2압축부 후단을 연결하는 병렬라인; 병렬라인의 제3압축부 후단으로부터 분기되어, 제3압축부에 의해 압축된 증발가스를 공급하는 재액화라인; 및 제1공급라인의 제1압축부 전단에 마련되며, 저장탱크로부터 공급된 액화가스와 재액화라인을 통해 공급된 증발가스 간 열교환하는 열교환부;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 공급하거나, 잔여 증발가스를 재액화장치를 이용하여 재액화시켜 다시 저장할 수 있다. 이러한 재액화 장치가 설치된 선박에는 고압의 압축부가 사용된다.
고압의 압축부는 크기가 크고 고가이며, 통상적으로 하나만 설치된다. 따라서, 해당 압축부에 고장이 발생할 경우, 재액화장치, 엔진, 발전기 등을 모두 사용할 수 없는 문제점이 있다. 관련 기술로서, 한국등록특허 제10-1505796호(2015.03.19. 등록)를 참조하기 바란다.
한국등록특허 제10-1505796호(2015.03.19. 등록)
본 발명의 실시 예는 하나 이상의 압축부가 비정상 상태인 경우에도 다른 압축부를 통한 효과적인 연료 공급이 이루어지도록 하는 연료공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크; 상기 증발가스를 제1압력으로 압축하는 제1압축부; 상기 제1압력에 비해 높은 제2압력으로 압축하며, 서로 병렬 연결된 제2압축부 및 제3압축부; 상기 저장탱크, 제1압축부, 제2압축부 및 엔진을 직렬로 연결하는 제1공급라인; 상기 제1공급라인의 상기 제1압축부와 상기 제2압축부 사이로부터 분기되며, 상기 제2압축부와 병렬로 연결되도록 상기 제3압축부와 상기 제1공급라인의 상기 제2압축부 후단을 연결하는 병렬라인; 상기 병렬라인의 상기 제3압축부 후단으로부터 분기되어, 상기 제3압축부에 의해 압축된 증발가스를 공급하는 재액화라인; 및 상기 제1공급라인의 상기 제1압축부 전단에 마련되며, 상기 저장탱크로부터 공급된 액화가스와 상기 재액화라인을 통해 공급된 증발가스 간 열교환하는 열교환부;를 포함하는 연료공급시스템이 제공될 수 있다.
상기 제1공급라인의 상기 열교환부와 상기 제1압축부 사이로부터 분기되어, 상기 제1공급라인의 상기 제1압축부 후단에 연결되는 바이패스라인과, 상기 제1공급라인의 상기 제1압축부와 상기 제2압축부 사이로부터 분기되어 수요처와 연결된 제2공급라인과, 상기 제1공급라인의 상기 제2압축부 후단으로부터 분기되어 상기 제2공급라인과 연결된 연결라인과, 상기 제1공급라인, 병렬라인, 재액화라인, 바이패스라인, 제2공급라인 및 연결라인 중 하나 이상을 통해 유체를 이동시키기 위해, 해당 라인에 마련된 개폐밸브의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1압축부가 비정상 상태인 경우, 상기 저장탱크로부터 공급된 증발가스가 상기 바이패스라인을 통해 공급되어 상기 제2압축부를 거쳐 상기 수요처로 공급되거나, 상기 제3압축부를 거쳐 상기 엔진으로 공급되도록 하고, 상기 제2압축부가 비정상 상태인 경우, 상기 저장탱크로부터 공급된 증발가스가 상기 제1압축부 및 상기 제3압축부를 거쳐 상기 열교환부로 공급되거나, 상기 엔진 쪽으로 공급되도록 하고, 상기 제3압축부가 비정상 상태인 경우, 상기 저장탱크로부터 공급된 증발가스가 상기 제1압축부 및 상기 제2압축부를 거쳐 상기 엔진 쪽으로 공급되거나, 상기 제1압축부를 거쳐 상기 수요처 쪽으로 공급되도록 할 수 있다.
상기 재액화라인의 상기 열교환부 후단에 마련되며, 상기 열교환부를 거친 유체를 기체성분과 액체성분으로 분리시키는 기액분리기와, 상기 분리된 기체성분을 상기 제1공급라인의 상기 열교환부 전단으로 합류시키는 합류라인과, 상기 분리된 액체성분을 상기 저장탱크로 복귀시키는 복귀라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 하나 이상의 압축부가 비정상 상태인 경우에도 다른 압축부를 통한 효과적인 연료 공급이 이루어지도록 할 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 액화가스 및 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크(110)와, 저장탱크(110)로부터 공급받은 액화가스의 증발가스를 제1압력으로 압축하는 제1압축부(120)와, 제1압력에 비해 높은 제2압력으로 압축하며, 서로 병렬 연결된 제2압축부(130a) 및 제3압축부(130b)와, 저장탱크(110), 제1압축부(120), 제2압축부(130a) 및 엔진(E)을 직렬로 연결하는 제1공급라인(L1)과, 제1공급라인(L1)의 제1압축부(120)와 제2압축부(130a) 사이로부터 분기되어, 제2압축부(130a)와 병렬로 연결되도록 제3압축부(130b)와 제1공급라인(L1)의 제2압축부(130a) 후단을 연결하는 병렬라인(L2)과, 병렬라인(L2)의 제3압축부(130b) 후단으로부터 분기되어, 제3압축부(130b)에 의해 압축된 증발가스를 공급하는 재액화라인(L3)과, 제1공급라인(L1)의 제1압축부(120) 전단에 마련되며, 저장탱크(110)로부터 공급된 액화가스와 재액화라인(L3)을 통해 공급된 증발가스 간 열교환하는 열교환부(140)를 포함한다.
또, 연료공급시스템(100)은 제1공급라인(L1)의 열교환부(140)와 제1압축부(120) 사이로부터 분기되어, 제1공급라인(L1)의 제1압축부(120) 후단에 연결되는 바이패스라인(L4)과, 제1공급라인(L1)의 제1압축부(120)와 제2압축부(130a) 사이로부터 분기되어 수요처(160)와 연결된 제2공급라인(L5)과, 제1공급라인(L1)의 제2압축부(130a) 후단으로부터 분기되어 제2공급라인(L5)과 연결된 연결라인(L6)과, 제1공급라인(L1), 병렬라인(L2), 재액화라인(L3), 바이패스라인(L4), 제2공급라인(L5) 및 연결라인(L6) 중 하나 이상을 통해 유체를 이동시키기 위해, 해당 라인(L1~L5)에 마련된 개폐밸브(V1~V8)의 동작을 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
여기서, 개폐밸브(V1~V8)는 제1공급라인(L1)의 바이패스라인(L4) 분기지점(A1)과 제1압축부(120) 사이에 마련된 제1개폐밸브(V1)와, 바이패스라인(L4)에 마련된 제2개폐밸브(V2)와, 제1공급라인(L1)의 병렬라인(L2) 분기 지점(A2)과 제1공급라인(L1)의 제2압축부(130a) 사이에 마련된 제3개폐밸브(V3)와, 제1공급라인(L1)의 연결라인(L6) 분기 지점(A3)과 제1공급라인(L1)의 병렬라인(L2) 합류 지점(A4) 사이에 마련된 제4개폐밸브(V4)와, 병렬라인(L2)의 제3압축부(130b) 전단에 마련된 제5개폐밸브(V5)와, 재액화라인(L3)의 열교환부(140) 전단에 마련된 제6개폐밸브(V6)와, 제2공급라인(L5)에 마련된 제7개폐밸브(V7)와, 연결라인(L6)에 마련된 제8개폐밸브(V8)를 포함할 수 있다.
또, 연료공급시스템(100)은 재액화라인(L3)의 열교환부(140) 후단에 마련되며, 열교환부(140)를 거친 유체를 기체성분과 액체성분으로 분리시키는 기액분리기(170)와, 기액분리기(170)에 의해 분리된 기체성분을 제1공급라인(L1)의 열교환부(140) 전단으로 합류시키는 합류라인(L7)과, 기액분리기(170)에 의해 분리된 액체성분을 저장탱크(110)로 복귀시키는 복귀라인(L8)을 포함할 수 있다.
이러한 연료공급시스템(100)은 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.
상술한 저장탱크(110)는 LNG(Liquefied Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), DME(Dimethylether), 에탄(Ethane) 중 어느 하나를 저장할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 저장탱크(110)는 단열상태를 유지하면서 연료를 액화상태로 저장하는 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크 등을 포함할 수 있다.
저장탱크(110)에 저장된 액화가스의 증발가스는 제1공급라인(L1)을 통해 엔진(E) 쪽으로 공급된다. 여기서, 엔진(E)은 예컨대 ME-GI 엔진과 같은 고압가스 분사엔진일 수 있다. 그러나, 이에 한정하지는 않으며, 다른 예에서 엔진(E)은 저압 또는 중압의 분사엔진을 포함할 수도 있다.
제1압축부(120)는 저장탱크(110)로부터 공급받은 액화가스의 증발가스를 제1압력으로 압축하며, 제1냉각기(121)는 설정값에 따라 제1압력으로 압축된 증발가스를 냉각시킨다. 제1압축부(120)는 예컨대 원심식 저압 압축기를 포함할 수 있다.
제2압축부(130a)는 제1압축부(120)와 직렬로 연결되며, 제2압력으로 증발가스를 압축시킨다.
제3압축부(130b)는 제2압축부(130a)와 병렬로 연결되며, 제2압축부(130a)가 비정상 상태인 경우, 제2압축부(130a)를 대신해서 제2압력으로 증발가스를 압축시킨다.
제2압축부(130a)와 제3압축부(130b)는 예컨대 용적형 고압 압축기를 포함할 수 있다.
제2압축부(130a)와 제3압축부(130b) 후단에는 각각 설정값에 따라 제2압력으로 압축된 증발가스를 냉각시키는 제2 및 제3냉각기(131,132)가 구비되어 있다.
열교환부(140)는 저장탱크(110)로부터 공급된 액화가스와 재액화라인(L3)을 통해 공급된 증발가스 간 열교환을 수행한다. 이때, 제1압축부(120)와 제2압축부(130a) 또는 제1압축부(120)와 제3압축부(130b)를 통과한 압축된 증발가스가 엔진(E)이 필요로 하는 연료량을 초과한 경우, 해당 잔여량이 재액화라인(L3)을 통해 열교환부(140)로 흘러가 저장탱크(110)로부터 공급된 액화가스와 열교환을 수행할 수 있다.
도시하지는 않았으나, 제어부는 제1압축부(120)가 비정상 상태인 경우, 저장탱크(110)로부터 공급된 증발가스가 바이패스라인(L4)을 통해 공급되어 제2압축부(130a)를 거쳐 수요처(160)로 공급되거나, 제3압축부(130b)를 거쳐 엔진(E)으로 공급되도록 개폐밸브(V1~V8)를 제어할 수 있다. 여기서, 수요처(160)는 예컨대 가스 발전기 등을 포함할 수 있다.
또, 제어부는 제2압축부(130a)가 비정상 상태인 경우, 저장탱크(110)로부터 공급된 증발가스가 제1압축부(120) 및 제3압축부(130b)를 거쳐 열교환부(140)로 공급되거나, 엔진(E) 쪽으로 공급되도록 개폐밸브(V1~V8)를 제어할 수 있다.
또, 제어부는 제3압축부(130b)가 비정상 상태인 경우, 저장탱크(110)로부터 공급된 증발가스가 제1압축부(120) 및 제2압축부(130a)를 거쳐 엔진(E) 쪽으로 공급되거나, 제1압축부(120)를 거쳐 수요처(160) 쪽으로 공급되도록 개폐밸브(V1~V8)를 제어할 수 있다.
기액분리기(170)는 열교환부(140)를 거친 유체를 기체성분과 액체성분으로 분리시키고, 기액분리기(170)에 의해 분리된 기체성분은 제1공급라인(L1)의 열교환부(140) 전단으로 합류될 수 있다. 또, 기액분리기(170)에 의해 분리된 액체성분을 저장탱크(110)로 복귀되어 저장될 수 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, 130a, 130b: 압축부
140: 열교환부 150: 제어부
160: 수요처 170: 기액분리기
L1: 제1공급라인 L2: 병렬라인
L3: 재액화라인 L4: 바이패스라인
L5: 제2공급라인 L6: 연결라인
L7: 합류라인 L8: 복귀라인
V1~V8: 개폐밸브

Claims (4)

  1. 액화가스 및 상기 액화가스의 증발가스를 저장하는 저장탱크;
    상기 증발가스를 제1압력으로 압축하는 제1압축부;
    상기 제1압력에 비해 높은 제2압력으로 압축하며, 서로 병렬 연결된 제2압축부 및 제3압축부;
    상기 저장탱크, 제1압축부, 제2압축부 및 엔진을 직렬로 연결하는 제1공급라인;
    상기 제1공급라인의 상기 제1압축부와 상기 제2압축부 사이로부터 분기되며, 상기 제2압축부와 병렬로 연결되도록 상기 제3압축부와 상기 제1공급라인의 상기 제2압축부 후단을 연결하는 병렬라인;
    상기 병렬라인의 상기 제3압축부 후단으로부터 분기되어, 상기 제3압축부에 의해 압축된 증발가스를 공급하는 재액화라인; 및
    상기 제1공급라인의 상기 제1압축부 전단에 마련되며, 상기 저장탱크로부터 공급된 액화가스와 상기 재액화라인을 통해 공급된 증발가스 간 열교환하는 열교환부;를 포함하는 연료공급시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1공급라인의 상기 열교환부와 상기 제1압축부 사이로부터 분기되어, 상기 제1공급라인의 상기 제1압축부 후단에 연결되는 바이패스라인과,
    상기 제1공급라인의 상기 제1압축부와 상기 제2압축부 사이로부터 분기되어 수요처와 연결된 제2공급라인과,
    상기 제1공급라인의 상기 제2압축부 후단으로부터 분기되어 상기 제2공급라인과 연결된 연결라인과,
    상기 제1공급라인, 병렬라인, 재액화라인, 바이패스라인, 제2공급라인 및 연결라인 중 하나 이상을 통해 유체를 이동시키기 위해, 해당 라인에 마련된 개폐밸브의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 연료공급시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 제1압축부가 비정상 상태인 경우, 상기 저장탱크로부터 공급된 증발가스가 상기 바이패스라인을 통해 공급되어 상기 제2압축부를 거쳐 상기 수요처로 공급되거나, 상기 제3압축부를 거쳐 상기 엔진으로 공급되도록 하고,
    상기 제2압축부가 비정상 상태인 경우, 상기 저장탱크로부터 공급된 증발가스가 상기 제1압축부 및 상기 제3압축부를 거쳐 상기 열교환부로 공급되거나, 상기 엔진 쪽으로 공급되도록 하고,
    상기 제3압축부가 비정상 상태인 경우, 상기 저장탱크로부터 공급된 증발가스가 상기 제1압축부 및 상기 제2압축부를 거쳐 상기 엔진 쪽으로 공급되거나, 상기 제1압축부를 거쳐 상기 수요처 쪽으로 공급되도록 하는 연료공급시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 재액화라인의 상기 열교환부 후단에 마련되며, 상기 열교환부를 거친 유체를 기체성분과 액체성분으로 분리시키는 기액분리기와,
    상기 분리된 기체성분을 상기 제1공급라인의 상기 열교환부 전단으로 합류시키는 합류라인과,
    상기 분리된 액체성분을 상기 저장탱크로 복귀시키는 복귀라인을 더 포함하는 연료공급시스템.
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