KR20180092118A - 선박용 엔진의 연료 공급 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
선박용 엔진의 연료 공급 시스템이 개시된다.
상기 선박용 엔진의 연료 공급 시스템은, 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 압축시키는 다단압축기; 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부를 상기 저장탱크로 보내는 라인 상에 설치되는 제2 밸브; 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스 중, 상기 제2 밸브를 통과하여 상기 저장탱크로 보내지지 않은 증발가스의 일부 또는 전부를, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 및 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 팽창시키는 제1 감압장치;를 포함하고, 상기 다단압축기는 상기 저장탱크 내부 압력이 제1 설정값 이하가 되면 정지하고, 상기 제2 밸브의 개도를 조절하여 상기 저장탱크 내부 압력을 상기 제1 설정값을 초과하도록 유지한다.
상기 선박용 엔진의 연료 공급 시스템은, 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 압축시키는 다단압축기; 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부를 상기 저장탱크로 보내는 라인 상에 설치되는 제2 밸브; 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스 중, 상기 제2 밸브를 통과하여 상기 저장탱크로 보내지지 않은 증발가스의 일부 또는 전부를, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 및 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 팽창시키는 제1 감압장치;를 포함하고, 상기 다단압축기는 상기 저장탱크 내부 압력이 제1 설정값 이하가 되면 정지하고, 상기 제2 밸브의 개도를 조절하여 상기 저장탱크 내부 압력을 상기 제1 설정값을 초과하도록 유지한다.
Description
본 발명은 저장탱크 내부의 증발가스를 선박용 엔진의 연료로 공급하면서, 저장탱크 내부 압력과 증발가스의 압력을 제어하는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
근래, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 가스를 저온에서 액화시킨 액화가스는 가스에 비해 부피가 매우 작아지므로 저장 및 이송 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 또한, 액화천연가스를 비롯한 액화가스는 액화공정 중에 대기오염 물질을 제거하거나 줄일 수 있어, 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로도 볼 수 있다.
액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃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.
그러나 천연가스의 액화 온도는 상압 -163 ℃의 극저온이므로, 액화천연가스는 온도변화에 민감하여 쉽게 증발된다. 이로 인해 액화천연가스를 저장하는 저장탱크에는 단열처리를 하지만, 외부의 열이 저장탱크에 지속적으로 전달되므로 액화천연가스 수송과정에서 저장탱크 내에서는 지속적으로 액화천연가스가 자연 기화되면서 증발가스(Boil-Off Gas, BOG)가 발생한다.
증발가스는 일종의 손실로서 수송효율에 있어서 중요한 문제이다. 또한, 저장탱크 내에 증발가스가 축적되면 탱크 내압이 과도하게 상승할 수 있어, 심하면 탱크가 파손될 위험도 있다. 따라서, 저장탱크 내에서 발생하는 증발가스를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되는데, 최근에는 증발가스의 처리를 위해, 증발가스를 재액화하여 저장탱크로 복귀시키는 방법, 증발가스를 선박의 엔진 등 연료소비처의 에너지원으로 사용하는 방법 등이 사용되고 있다.
증발가스를 재액화하기 위한 방법으로는 별도의 냉매를 이용한 냉동 사이클을 구비하여 증발가스를 냉매와 열교환하여 재액화하는 방법, 및 별도의 냉매가 없이 증발가스 자체를 냉매로 하여 재액화하는 방법 등이 있다. 특히, 후자의 방법을 채용한 시스템을 부분 재액화 시스템(Partial Re-liquefaction System, PRS)이라고 한다.
한편, 일반적으로 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.
도 1은 종래의 선박용 엔진의 연료 공급 시스템의 개략 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 선박용 엔진의 연료 공급 시스템은, 열교환기(100), 다단압축기(200), 제1 감압장치(400), 기액분리기(500), 펌프(910), 기화기(920), 제2 감압장치(930), 제1 가열기(950), 및 제2 가열기(940)를 포함한다.
열교환기(100)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 냉매로, 다단압축기(200)에 의해 압축된 유체 중 제1 엔진(E1) 또는 제2 엔진(E2)으로 보내지지 않은 잉여 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다.
다단압축기(200)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스를 제1 엔진(E1)의 요구 압력으로 압축시키며, 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250)와, 다수개의 압축실린더 후단에 각각 설치되어, 압축실린더에 의해 압축되어 압력뿐만 아니라 온도도 올라간 증발가스를 냉각시키는 다수개의 냉각기(310, 320, 330, 340, 350)를 포함한다.
또한, 다단압축기(200)의 일부 압축 과정을 거친 증발가스는, 일부는 중간에 분기되어 제1 가열기(950)에 의해 제2 엔진(E2)이 요구하는 온도로 가열된 후 제2 엔진(E2)으로 보내지고, 나머지는 다단압축기(200)의 남은 압축 과정을 모두 거친 후 제1 엔진(E1)으로 보내진다.
제1 감압장치(400)는, 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 유체의 일부를 팽창시킨다.
기액분리기(500)는, 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100) 및 제1 감압장치(400)를 거치며 재액화된 액화천연가스와, 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리한다.
기액분리기(500)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(T)로 복귀되며, 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스는 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류되어 열교환기(100)의 냉매로 사용된다.
펌프(910)는 저장탱크(T)로부터 배출된 액화천연가스를 제1 엔진(E1)의 요구 압력으로 압축시키며, 기화기(920)는 펌프(910)에 의해 압축된 액화천연가스를 기화시킨다. 기화기(920)에 의해 기화된 천연가스는, 일부는 제1 엔진(E1)으로 보내지고, 다른 일부는 제2 감압장치(930)에 의해 제2 엔진(E2)의 요구 압력으로 감압되고, 제2 가열기(940)에 의해 제2 엔진(E2)의 요구 온도로 가열된 후, 제2 엔진(E2)으로 보내진다.
이하, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 다단압축기(200)에 의해 압축시켜 제1 엔진(E1)으로 보내는 시스템을 하이컴(HiCOM), 저장탱크(T)로부터 배출된 액화천연가스를 펌프(910)에 의해 압축시키고 기화기(920)에 의해 기화시킨 후 제1 엔진(E1)으로 보내는 시스템을 하이바(HiVAR), 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스를 열교환기(100), 다단압축기(200), 및 제1 감압장치(400)에 의해 재액화시키는 시스템을 부분재액화시스템(PRS)이라고 한다.
하이컴(HiCOM)은, 다단압축기(200) 중간에서 분기된 증발가스를 제1 가열기(950)에 의해 가열한 후 제2 엔진(E2)으로 보내는 시스템까지 포함할 수 있고, 하이바(HiVAR)는, 기화기(920)에 의해 기화된 천연가스를 제2 감압장치(930)에 의해 감압시키고 제2 가열기(940)에 의해 가열시킨 후 제2 엔진(E2)으로 보내는 시스템까지 포함할 수 있으며, 부분재액화시스템(PRS)은, 제1 감압장치(400)를 통과한 기액혼합 상태의 유체를 분리하는 기액분리기(500)를 포함할 수 있다.
종래의 선박용 엔진의 연료 공급 시스템에 의하면, 저장탱크(T)에 저장된 액화천연가스의 양이 많아 저장탱크(T) 내에 증발가스가 많이 발생하는 경우에는, 하이컴(HiCOM)을 사용하여 엔진(E1, E2)에 연료를 공급하고, 저장탱크(T)에 저장된 액화천연가스의 양이 적어 사용할 수 있는 증발가스의 양이 엔진(E1, E2)의 요구량에 미치지 않는 경우에는, 부족한 요구량을 하이바(HiVAR)에 의해 공급하는 방식으로 운용되었다.
또한, 종래의 선박용 엔진의 연료 공급 시스템은, 사용할 수 있는 증발가스의 양이 엔진(E1, E2)의 요구량에 미치지 않는 경우, 하이바(HiVAR)에 의해 부족한 연료를 공급하는 것이 아니라, 별도의 기화기(미도시)에 의해 저장탱크(T) 내의 액화천연가스를 강제 기화시킨 후, 강제 기화시킨 천연가스를 하이컴(HiCOM)으로 공급하는 방식으로 운용될 수도 있다.
본 발명은, 사용할 수 있는 증발가스의 양이 엔진의 요구량에 미치지 않는 경우에도, 하이바(HiVAR) 또는 액화천연가스를 강제 기화시키는 별도의 기화기 없이 하이컴(HiCOM)에 의하여만 연료 공급이 가능한, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 압축시키는 다단압축기; 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부를 상기 저장탱크로 보내는 라인 상에 설치되는 제2 밸브; 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스 중, 상기 제2 밸브를 통과하여 상기 저장탱크로 보내지지 않은 증발가스의 일부 또는 전부를, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 및 상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 팽창시키는 제1 감압장치;를 포함하고, 상기 다단압축기는 상기 저장탱크 내부 압력이 제1 설정값 이하가 되면 정지하고, 상기 제2 밸브의 개도를 조절하여 상기 저장탱크 내부 압력을 상기 제1 설정값을 초과하도록 유지하는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템이 제공된다.
상기 제2 밸브는, 상기 저장탱크 내부 압력이 제2 설정값 이하가 되면 열리고, 제3 설정값 이상이 되면 닫히도록 조절될 수 있으며, 상기 제2 설정값은 상기 제1 설정값보다 높은 압력이고, 상기 제3 설정값은 상기 제2 설정값보다 높은 압력일 수 있다.
상기 선박용 엔진의 연료 공급 시스템은, 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스의 압력을 측정하는 제1 압력센서; 상기 제1 압력센서가 측정한 값에 의해 상기 제2 밸브의 개도 및 개폐를 조절하는 제1 압력제어기; 상기 저장탱크 내부 압력을 측정하는 제2 압력센서; 및 상기 제2 압력센서가 측정한 값에 의해 상기 제2 밸브의 개도 및 개폐를 조절하는 제2 압력제어기;를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 밸브의 설정값을 P, 상기 제1 압력제어기가 상기 제1 압력센서에 의해 전송받은 값이 P1, 상기 제2 압력제어기가 상기 제2 압력센서에 의해 전송받은 값을 P2라고 하였을 때, 상기 제2 밸브는, P1이 P2보다 큰 경우에는 P1에 의해 제어되고, P1이 P2보다 작은 경우에는 P2에 의해 제어될 수 있다.
P1이 P2보다 큰 경우, 상기 제2 밸브는, P1이 P보다 크면, 개도를 감소시키거나 완전히 닫히도록 제어될 수 있고, P1이 P보다 작으면, 개도를 증가시키거나 완전히 열리도록 제어될 수 있다.
P1이 P2보다 작은 경우, 상기 제2 밸브는, P2가 P보다 크면, 개도를 증가시키거나 완전히 열리도록 제어될 수 있고, P2가 P보다 작으면, 개도를 감소시키거나 완전히 닫히도록 제어될 수 있다.
상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부는 제1 엔진으로 보내질 수 있고, 상기 제1 엔진으로 보내지지 않은 나머지 증발가스는, 상기 제2 밸브를 지나 상기 저장탱크로 보내지거나, 상기 열교환기로 보내질 수 있다.
상기 제1 엔진은 300 bar의 천연가스를 연료로 사용할 수 있다.
상기 다단압축기는 상기 제1 엔진이 요구하는 압력으로 증발가스를 압축시킬 수 있다.
상기 다단압축기는 상기 제1 엔진이 요구하는 압력을 초과하도록 증발가스를 압축시킬 수 있다.
상기 다단압축기의 일부 압축 과정만을 거친 증발가스는, 일부 분기하여 제2 엔진으로 보내질 수 있다.
상기 제2 엔진은 6.5 bar의 천연가스를 연료로 사용할 수 있다.
상기 선박용 엔진의 연료 공급 시스템은, 상기 제2 엔진으로 보내지는 증발가스를 상기 제2 엔진의 요구 온도로 가열하는 제1 가열기를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 밸브가 설치되는 라인은, 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부를 상기 열교환기로 보내는 라인 전단에서 분기될 수 있다.
상기 제1 압력센서는 상기 제2 밸브가 설치되는 라인이 분기되는 지점 전단에 설치될 수 있다.
상기 선박용 엔진의 연료 공급 시스템은, 상기 제1 감압장치 후단에 설치되어, 재액화된 액화천연가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함할 수 있다.
상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스와 합류되어 상기 열교환기의 냉매로 사용될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 1) 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 압축시키는 단계; 2) 상기 1)단계에서 압축된 증발가스의 일부를 상기 저장탱크로 보내는 단계; 3) 상기 1)단계에서 압축된 증발가스 중 상기 2)단계에서 저장탱크로 보내지지 않은 나머지 증발가스의 일부 또는 전부를, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및 4) 상기 3)단계에서 냉각된 유체를 팽창시키는 단계;를 포함하고, 상기 저장탱크 내부 압력이 제1 설정값 이하가 되면 상기 1)단계의 압축 과정이 정지하고, 상기 2)단계에서 상기 저장탱크로 보내지는 증발가스의 유량을 제2 밸브에 의해 조절하여, 상기 저장탱크 내부 압력을 상기 제1 설정값을 초과하는 압력으로 유지하는, 선박용 엔진의 연료 공급 방법이 제공된다.
상기 제2 밸브의 설정값을 P, 상기 1)단계에서 압축된 증발가스의 압력을 P1, 상기 저장탱크의 내부 압력을 P2라고 하였을 때, 상기 제2 밸브는, P1이 P2보다 큰 경우에는 P1에 의해 제어될 수 있고, P1이 P2보다 작은 경우에는 P2에 의해 제어될 수 있다.
상기 제2 밸브는, P1이 P2보다 큰 경우, P1이 P보다 크면, 개도를 감소시키거나 완전히 닫히도록 제어될 수 있고, P1이 P보다 작으면, 개도를 증가시키거나 완전히 열리도록 제어될 수 있으며, P1이 P2보다 작은 경우, P2가 P보다 크면, 개도를 증가시키거나 완전히 열리도록 제어될 수 있고, P2가 P보다 작으면, 개도를 감소시키거나 완전히 닫히도록 제어될 수 있다.
본 발명에 의하면, 하이바(HiVAR) 또는 액화천연가스를 강제 기화시키는 별도의 기화기가 고장난 경우를 대비할 수 있으며, 경우에 따라서는 하이바(HiVAR) 또는 액화천연가스를 강제 기화시키는 별도의 기화기를 설치하지 않아도 되어 비용을 절감할 수 있다.
또한, 지속적으로 증발가스가 부족한 경우가 아니라, 엔진의 부하가 순간적으로 높아지는 등의 이유로 간헐적으로 증발가스가 부족한 경우에는, 하이바(HiVAR)를 구동시키거나 액화천연가스를 강제 기화시키는 별도의 기화기를 구동시키는 것이 비효율적인데, 본 발명에 의하면, 간헐적으로 증발가스가 부족한 경우를 하이컴(HiCOM)만으로 대처하여 효율적으로 시스템을 운용할 수 있다.
도 1은 종래의 선박용 엔진의 연료 공급 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 개략 구성도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기 실시예에서는 액화천연가스의 경우를 예로 들어 설명하지만, 본 발명은 다양한 액화가스에 적용될 수 있으며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있고, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
하기 실시예에서 각 유로를 흐르는 유체는, 시스템의 운용 조건에 따라, 기체상태, 기액혼합상태, 액체상태, 또는 초임계 상태일 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 개략 구성도이다.
도 2를 참조하면, 열교환기(100), 다단압축기(200), 제1 감압장치(400), 제2 밸브(620), 제1 압력센서(710), 제1 압력제어기(810), 제2 압력센서(720), 및 제2 압력제어기(820)를 포함한다.
저장탱크(T)는 액화천연가스 등의 액화가스를 극저온 상태로 저장할 수 있도록 밀봉 및 단열 방벽을 갖추고 있지만, 외부로부터 전달되는 열을 완벽하게 차단할 수는 없고, 탱크 내에서는 액화가스의 증발이 지속적으로 이루어지며 탱크 내압이 상승할 수 있는데, 이러한 증발가스에 의한 탱크 압력의 과도한 상승을 막고, 적정한 수준의 내압을 유지하기 위해 저장탱크(T) 내부의 증발가스를 배출시킨다. 저장탱크(T)로부터 배출되는 증발가스는 저온 저압의 기체 상태일 수 있다.
저장탱크(T)로부터 증발가스가 배출되는 라인 상에는 증발가스의 유량 및 개폐를 조절하는 제1 밸브(610)가 설치될 수 있다. 제1 밸브(610)는 평상시에는 주로 열린 상태로 유지되다가, 저장탱크(T)의 관리 및 보수 작업에 필요할 경우 등에 닫힐 수 있다.
본 실시예의 열교환기(100)는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스를 냉매로 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스를 열교환시켜 냉각시킨다.
본 실시예의 다단압축기(200)는, 다수개의 압축실린더(210, 220, 230, 240, 250)와, 다수개의 압축실린더 후단에 각각 설치되어, 압축실린더에 의해 압축되어 압력뿐만 아니라 온도도 올라간 증발가스를 냉각시키는 다수개의 냉각기(310, 320, 330, 340, 350)를 포함하며, 저장탱크(T)로부터 배출된 후 열교환기(100)에서 냉매로 사용된 증발가스를 다단계로 압축시킨다.
다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부는 제1 엔진(E1)으로 보내질 수 있고, 제1 엔진(E1)은 대략 300 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 ME-GI 엔진일 수 있다. 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부를 제1 엔진(E1)으로 보내는 경우, 다단압축기(200)는 제1 엔진(E1)이 요구하는 압력으로 증발가스를 압축시킬 수 있다.
또한, 다단압축기(200)는 재액화 효율을 높이기 위하여 제1 엔진(E1)이 요구하는 압력을 초과하도록 증발가스를 압축시킬 수도 있는데, 다단압축기(200)에 의해 증발가스를 제1 엔진(E1)이 요구하는 압력을 초과하도록 압축시키는 경우에는, 제1 엔진(E1) 전단에 감압장치(미도시)를 설치하여 제1 엔진(E1)이 요구하는 압력까지 감압시킨 후 증발가스를 제1 엔진(E1)으로 공급한다.
본 실시예의 선박용 엔진의 연료 공급 시스템에 의하면, 다단압축기(200)의 일부 압축 과정만을 거친 증발가스는, 일부가 분기하여 제2 엔진(E2)으로 보내질 수 있다. 제2 엔진(E2)은 대략 6.5 bar의 천연가스를 연료로 사용하는 DF 엔진일 수 있다. 또한, 다단압축기(200)의 중간에서 분기하여 제2 엔진(E2)으로 보내지는 증발가스는, 제1 가열기(950)에 의해 제2 엔진(E2)의 요구 온도로 가열된 후 제2 엔진(E2)으로 공급될 수 있다.
본 실시예의 제1 감압장치(400)는, 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100)에 의해 냉각된 유체를 팽창시킨다. 제1 감압장치(400)는 줄-톰슨 밸브 등의 팽창밸브일 수 있으며, 시스템의 구성에 따라 팽창기일 수도 있다.
다단압축기(200)에 의한 압축 과정과, 열교환기(100)에 의한 냉각 과정과, 제1 감압장치(400)에 의한 팽창 과정을 거친 증발가스는 일부 또는 전부가 재액화된다.
본 실시예의 선박용 엔진의 연료 공급 시스템은, 도 1에 도시된 종래의 선박용 엔진의 연료 공급 시스템에 비하여, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부를 분기시켜 저장탱크(T)로 보내는 라인(L1)을 더 포함하며, 본 실시예의 제2 밸브(620)는, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부를 저장탱크(T)로 보내는 라인(L1) 상에 설치되어, 유체의 유량 및 개폐를 조절한다.
다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부를 저장탱크(T)로 보내는 라인(L1)은, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부를 열교환기(100)로 보내는 라인(L2) 전단에서 분기되는 것이 바람직하다.
하이컴(HiCOM)은 저장탱크(T) 내부 압력이 설정값 이하가 되면 정지(trip)하도록 설정될 수 있는데, 도 1에 도시된 종래의 선박용 엔진의 연료 공급 시스템에 의하면, 저장탱크(T) 내부의 증발가스의 양이 적어 저장탱크(T) 내부 압력이 설정값 이하가 되면, 하이컴(HiCOM)은 정지(trip)하고 하이바(HiVAR)에 의해 엔진에 연료를 공급하거나, 액화천연가스를 별도의 기화기에 의해 강제 기화시킨 후 하이컴(HiCOM)에 공급하는 방식으로 엔진에 연료를 공급하였다.
본 실시예의 선박용 엔진의 연료 공급 시스템은, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부를 저장탱크(T)로 보내는 라인(L1) 및 제2 밸브(620)를 포함하므로, 저장탱크(T) 내부 압력이 낮아지면 제2 밸브(620)를 열어 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부를 저장탱크(T)로 보낼 수 있고, 저장탱크(T) 내부 압력이 설정값 이하가 되지 않도록 조절할 수 있으며, 하이컴(HiCOM)이 정지(trip)되지 않고 연속적으로 운전되도록 할 수 있다.
구체적으로, 하이컴(HiCOM)은 저장탱크(T) 내부 압력이 제1 설정값 이하가 되면 정지(trip)하도록 설정될 수 있고, 제2 밸브(620)는 저장탱크(T) 내부 압력이 제2 설정값 이하가 되면 열리고 제3 설정값 이상이 되면 닫히도록 조절될 수 있다. 제2 설정값은 제1 설정값보다 높은 압력이고, 제3 설정값은 제2 설정값보다 높은 압력이다.
본 실시예의 제1 압력센서(710)는, 다단압축기(200) 후단에 설치되어, 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 압력을 측정한다. 제1 압력센서(710)는 다단압축기(200)에 의해 압축된 증발가스의 일부를 저장탱크(T)로 보내는 라인(L1)이 분기되는 지점 전단에 설치되는 것이 바람직하다.
본 실시예의 제1 압력제어기(810)는, 제1 압력센서(710)가 측정한 값에 의해 제2 밸브(620)의 개도 및 개폐를 조절한다.
본 실시예의 제2 압력센서(720)는, 저장탱크(T)의 내부 압력을 측정한다.
본 실시예의 제2 압력제어기(820)는, 제2 압력센서(720)가 측정한 값에 의해 제2 밸브(620)의 개도 및 개폐를 조절한다.
제2 밸브(620)의 설정값을 P, 제1 압력제어기(810)가 제1 압력센서(710)에 의해 전송받은 값이 P1, 제2 압력제어기(820)가 제2 압력센서(720)에 의해 전송받은 값을 P2라고 하면, 본 실시예의 제2 밸브(620)는, 제1 압력제어기(810) 및 제2 압력제어기(820)에 의해 다음과 같이 제어될 수 있다.
1) P1이 P2보다 큰 경우, P1에 의해 제2 밸브(620)가 제어된다.
1-1) P1이 P보다 큰 경우, 제2 밸브(620)의 개도를 감소시키거나, 제2 밸브(620)를 완전히 닫는다.
1-2) P1이 P보다 작은 경우, 제2 밸브(620)의 개도를 증가시키거나, 제2 밸브(620)를 완전히 연다.
2) P1이 P2보다 작은 경우, P2에 의해 제2 밸브(620)가 제어된다.
2-1) P2가 P보다 큰 경우, 제2 밸브(620)의 개도를 증가시키거나, 제2 밸브(620)를 완전히 연다.
2-2) P2가 P보다 작은 경우, 제2 밸브(620)의 개도를 감소시키거나, 제2 밸브(620)를 완전히 닫는다.
본 실시예의 선박용 엔진의 연료 공급 시스템은, 다단압축기(200)에 의해 압축된 후 열교환기(100) 및 제1 감압장치(400)를 거치며 재액화된 액화천연가스와, 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리하는, 기액분리기(500)를 더 포함할 수 있다.
기액분리기(500)에 의해 분리된 액화천연가스는 저장탱크(T)로 복귀될 수 있고, 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스는, 저장탱크(T)로부터 배출된 증발가스와 합류되어 열교환기(100)의 냉매로 사용될 수 있다. 또한, 기액분리기(500)에 의해 분리된 증발가스가 배출되는 라인 상에는 증발가스의 유량 및 개폐를 조절하는 제3 밸브(630)가 설치될 수 있다.
본 실시예에서는 하이바(HiVAR)에 의하지 않고서도 연속적으로 엔진에 연료를 공급할 수 있음을 표현하기 위하여 하이바(HiVAR)를 포함하지 않는 구성을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 선박용 엔진의 연료 공급 시스템은 하이바(HiVAR)를 포함할 수 있고, 본 실시예는 하이바(HiVAR)가 고장난 경우나 저장탱크의 압력이 순간적으로 높아져 하이컴(HiCOM)을 하이바(HiVAR)로 전환하는 것이 비효율적인 경우 등에 적용될 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.
T : 저장탱크 E1, E2 : 엔진
100 : 열교환기 200 : 다단압축기
210, 220, 230, 240, 250 : 압축실린더
310, 320, 330, 340, 350 : 냉각기
400, 930 : 감압장치 500 : 기액분리기
610, 620, 630 : 밸브 710, 720 : 압력센서
810, 820 : 압력제어기 910 : 펌프
920 : 기화기 940, 950 : 가열기
100 : 열교환기 200 : 다단압축기
210, 220, 230, 240, 250 : 압축실린더
310, 320, 330, 340, 350 : 냉각기
400, 930 : 감압장치 500 : 기액분리기
610, 620, 630 : 밸브 710, 720 : 압력센서
810, 820 : 압력제어기 910 : 펌프
920 : 기화기 940, 950 : 가열기
Claims (20)
- 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 압축시키는 다단압축기;
상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부를 상기 저장탱크로 보내는 라인 상에 설치되는 제2 밸브;
상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스 중, 상기 제2 밸브를 통과하여 상기 저장탱크로 보내지지 않은 증발가스의 일부 또는 전부를, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키는 열교환기; 및
상기 열교환기에 의해 냉각된 유체를 팽창시키는 제1 감압장치;를 포함하고,
상기 다단압축기는 상기 저장탱크 내부 압력이 제1 설정값 이하가 되면 정지하고, 상기 제2 밸브의 개도를 조절하여 상기 저장탱크 내부 압력을 상기 제1 설정값을 초과하도록 유지하는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2 밸브는, 상기 저장탱크 내부 압력이 제2 설정값 이하가 되면 열리고, 제3 설정값 이상이 되면 닫히도록 조절되며,
상기 제2 설정값은 상기 제1 설정값보다 높은 압력이고,
상기 제3 설정값은 상기 제2 설정값보다 높은 압력인, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스의 압력을 측정하는 제1 압력센서;
상기 제1 압력센서가 측정한 값에 의해 상기 제2 밸브의 개도 및 개폐를 조절하는 제1 압력제어기;
상기 저장탱크 내부 압력을 측정하는 제2 압력센서; 및
상기 제2 압력센서가 측정한 값에 의해 상기 제2 밸브의 개도 및 개폐를 조절하는 제2 압력제어기;
를 더 포함하는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 제2 밸브의 설정값을 P, 상기 제1 압력제어기가 상기 제1 압력센서에 의해 전송받은 값이 P1, 상기 제2 압력제어기가 상기 제2 압력센서에 의해 전송받은 값을 P2라고 하였을 때,
상기 제2 밸브는, P1이 P2보다 큰 경우에는 P1에 의해 제어되고, P1이 P2보다 작은 경우에는 P2에 의해 제어되는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 4에 있어서,
P1이 P2보다 큰 경우, 상기 제2 밸브는,
P1이 P보다 크면, 개도를 감소시키거나 완전히 닫히도록 제어되고,
P1이 P보다 작으면, 개도를 증가시키거나 완전히 열리도록 제어되는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 4에 있어서,
P1이 P2보다 작은 경우, 상기 제2 밸브는,
P2가 P보다 크면, 개도를 증가시키거나 완전히 열리도록 제어되고,
P2가 P보다 작으면, 개도를 감소시키거나 완전히 닫히도록 제어되는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부 또는 전부는 제1 엔진으로 보내지고,
상기 제1 엔진으로 보내지지 않은 나머지 증발가스는, 상기 제2 밸브를 지나 상기 저장탱크로 보내지거나, 상기 열교환기로 보내지는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 제1 엔진은 300 bar의 천연가스를 연료로 사용하는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 다단압축기는 상기 제1 엔진이 요구하는 압력으로 증발가스를 압축시키는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 다단압축기는 상기 제1 엔진이 요구하는 압력을 초과하도록 증발가스를 압축시키는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다단압축기의 일부 압축 과정만을 거친 증발가스는, 일부 분기하여 제2 엔진으로 보내지는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 11에 있어서,
상기 제2 엔진은 6.5 bar의 천연가스를 연료로 사용하는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 11에 있어서,
상기 제2 엔진으로 보내지는 증발가스를 상기 제2 엔진의 요구 온도로 가열하는 제1 가열기를 더 포함하는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 밸브가 설치되는 라인은, 상기 다단압축기에 의해 압축된 증발가스의 일부를 상기 열교환기로 보내는 라인 전단에서 분기되는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 압력센서는 상기 제2 밸브가 설치되는 라인이 분기되는 지점 전단에 설치되는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 감압장치 후단에 설치되어, 재액화된 액화천연가스와 기체 상태로 남아있는 증발가스를 분리하는 기액분리기를 더 포함하는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 청구항 16에 있어서,
상기 기액분리기에 의해 분리된 증발가스는, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스와 합류되어 상기 열교환기의 냉매로 사용되는, 선박용 엔진의 연료 공급 시스템. - 1) 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 압축시키는 단계;
2) 상기 1)단계에서 압축된 증발가스의 일부를 상기 저장탱크로 보내는 단계;
3) 상기 1)단계에서 압축된 증발가스 중 상기 2)단계에서 저장탱크로 보내지지 않은 나머지 증발가스의 일부 또는 전부를, 상기 저장탱크로부터 배출된 증발가스를 냉매로 열교환시켜 냉각시키는 단계; 및
4) 상기 3)단계에서 냉각된 유체를 팽창시키는 단계;를 포함하고,
상기 저장탱크 내부 압력이 제1 설정값 이하가 되면 상기 1)단계의 압축 과정이 정지하고, 상기 2)단계에서 상기 저장탱크로 보내지는 증발가스의 유량을 제2 밸브에 의해 조절하여, 상기 저장탱크 내부 압력을 상기 제1 설정값을 초과하는 압력으로 유지하는, 선박용 엔진의 연료 공급 방법. - 청구항 18에 있어서,
상기 제2 밸브의 설정값을 P, 상기 1)단계에서 압축된 증발가스의 압력을 P1, 상기 저장탱크의 내부 압력을 P2라고 하였을 때,
상기 제2 밸브는, P1이 P2보다 큰 경우에는 P1에 의해 제어되고, P1이 P2보다 작은 경우에는 P2에 의해 제어되는, 선박용 엔진의 연료 공급 방법. - 청구항 19에 있어서,
상기 제2 밸브는,
P1이 P2보다 큰 경우, P1이 P보다 크면, 개도를 감소시키거나 완전히 닫히도록 제어되고, P1이 P보다 작으면, 개도를 증가시키거나 완전히 열리도록 제어되며,
P1이 P2보다 작은 경우, P2가 P보다 크면, 개도를 증가시키거나 완전히 열리도록 제어되고, P2가 P보다 작으면, 개도를 감소시키거나 완전히 닫히도록 제어되는, 선박용 엔진의 연료 공급 방법.
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2017
- 2017-02-08 KR KR1020170017491A patent/KR102654821B1/ko active IP Right Grant
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