KR20190036090A

KR20190036090A - 선박용 연료가스 공급 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20190036090A
Application number: KR1020170124897A
Authority: KR
Inventors: 김종현
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2019-04-04
Also published as: KR102370604B1

Abstract

본 발명은 엔진 냉각수가 가진 열량을 활용하여 엔진에 공급되는 연료가스 생성을 위한 액화가스 기화는 물론 조수기능과 냉각기능을 동시에 갖는 열교환기를 통해서 청수를 생성하고, 청수 생성과정을 거친 냉각수를 엔진 부하에 따라 엔진에서 필요로 하는 온도로 제어할 수 있는 선박용 연료 가스 공급 시스템 및 방법에 관한 것으로, 조수기능과 냉각기능을 갖는 열교환기를 구비하여 기존 청수 쿨러를 제거함으로써, 청수 생성과 냉각 제어가 용이하고, 해수를 이용하여 냉각을 하므로 냉각효율이 상승하며, 냉각수와의 열교환을 거쳐서 가열된 해수를 열교환기의 조수유닛 쪽으로 공급하되, 증발 해수용으로 공급하기 때문에 온도가 상승한 해수의 증발효과가 뛰어나서 청수 생성량이 증가하는 이점이 있고, 열교환기를 거치는 냉각수가 엔진으로 공급되는 과정에서 냉각수의 온도를 자유롭게 제어할 수 있다.

Description

선박용 연료가스 공급 시스템 및 방법{FUEL GAS SUPPLY SYSTEM AND METHOD FOR VESSEL}

본 발명은, 엔진 냉각수(jacket water)가 가진 열량(폐열)을 활용하여 선박용 엔진에 연료가스를 공급하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 엔진 냉각수가 가진 열량을 활용하여 엔진에 공급되는 연료가스 생성을 위한 액화가스 기화는 물론, 조수기능(fresh water generating)과 냉각기능(cooling)을 동시에 갖는 열교환기를 통해서 청수(fresh water)를 생성하고, 청수 생성과정을 거친 냉각수를 엔진 부하에 따라 엔진에서 필요로 하는 온도로 자유롭게 제어할 수 있는 선박용 연료 가스 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 액화천연가스는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -163℃로 냉각해서 액화시켜서 얻을 수 있는 무색 투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 가진다. 통상적으로 천연가스를 액화시켜 액화천연가스의 형태로 저장탱크에 저장한 후, 선박에 의해 액화천연가스를 운반함으로써 천연가스를 매우 효율적으로 이송할 수 있다.

한편, 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로 DFDE, ME-GI 엔진, X-DF 엔진 등의 가스 연료 엔진이 있다. DFDE은, 발전용으로 사용되며, 4 행정으로 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, 2 행정으로 구성된다. 300 bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다.

X-DF 엔진은, 추진용으로 사용되며, 2 행정으로 구성된다. 16 bar 정도의 중압 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클을 채택하고 있다.

천연가스를 연료로 사용하는 엔진에 연료가스를 공급하기 위해, 저장탱크에 저장된 액화천연가스를 기화시킨 후 엔진에 공급하기도 하는데, 액화천연가스를 기화시키기 위해서는 열원이 필요하다. 액화천연가스를 기화시키기 위한 열원으로 엔진 냉각수 폐열을 사용하는 기술이 개발되어 있다.

일반적으로 엔진의 냉각수(jacket water)는 엔진의 부하에 따라 요구 온도가 달라지는데, 엔진을 냉각시키고 배출된 냉각수는 대략 85℃가 되도록 제어될 수 있다.

엔진 부하가 높으면 엔진에서 발생하는 열량도 많아져서 엔진 냉각수가 더 많은 양의 열을 식혀야 하고, 반대로 엔진 부하가 낮으면 엔진에서 발생하는 열량도 적어져서 엔진 냉각수가 더 적은 양의 열만 식히면 된다.

또한, 엔진의 저온 부식의 우려 때문에 엔진을 일정 온도 이하까지는 냉각시키지 않으므로, 엔진 부하가 낮을수록 냉각수에서 얻을 수 있는 열량이 적어진다.

종래에는 냉각수를 냉각시키기 위해 통상적으로 청수 쿨러(jacket water cooler)가 독립적으로 구성되는데, 엔진 부하(load) 100%를 커버(대응)할 수 있도록 설계되므로 그 용량이 커지게 된다.

또한, 종래에는 엔진 냉각수가 가진 열량(폐열)을 활용하여 청수(fresh water)를 생산하는 조수기(fresh water generator)가 별도로 설치된다.

조수기는 열회수식일 경우, 이젝터(ejector)로 조수기의 증발기(evaporator) 내의 공기를 흡출하여 진공도를 높인 다음, 엔진(main engine)의 쟈켓(jacket)을 냉각하고 난 냉각수의 폐열을 이용하여 해수를 증류하여 청수를 만들게 된다.

통상, 조수기에서 냉각수가 가진 열량(폐열)을 소모한 다음에, 청수 냉각 쿨러에서 남은 열량을 소모하게 된다. 즉, 청수 냉각 쿨러는 엔진 부하 100%를 기준으로 설계되지만, 실제로는 절반 이하도 사용하지 않는 실정이다. 하지만, 선급 규정의 요구 사항에 의해서 조수기의 문제 발생 시에, 대처하기 위해서 엔진 부하 100%를 기준으로 설계된다. 따라서 필요 이상으로 청수 냉각 쿨러 용량이 커져서 제조 및 설치비용이 상승하는 문제가 있다.

국내 공개특허 제10-2011-0000821호

본 발명은, 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엔진 부하에 따라 변동되는 냉각수의 열원을 적절하게 분배하는 방법과, 냉각수의 열원을 적절하게 분배하기 위한 효율적인 장비 배치를 제시하고자 한다.

또한, 본 발명은 엔진 냉각수가 가진 열량을 활용하여 엔진에 공급되는 연료가스 기화는 물론 조수기능과 냉각기능을 동시에 갖는 열교환기를 통해서 청수를 생성하고, 청수 생성과정을 거친 냉각수를 엔진 부하에 따라 엔진에서 필요로 하는 온도로 제어할 수 있는 연료 가스 공급 시스템 및 방법을 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 열 교환시켜, 상기 기화기에서 열매로 사용되는 유체를 가열하는 제1 가열기; 상기 엔진에서 배출된 후 상기 제1 가열기를 통과한 냉각수가 가진 열원의 일부 또는 전부를 이용하여, 해수 공급펌프로부터 공급받은 해수를 청수로 변환하는 조수유닛과, 상기 제1 가열기를 통과한 냉각수가 상기 엔진에서 요구하는 온도로 냉각되도록 하는 냉각유닛을 함께 갖는 열교환기; 및 청수 생성을 위하여 출구 측 압력을 일정한 압력으로 유지하여 상기 조수유닛 내부를 저압 진공상태로 만들고, 청수 생성 후 사용한 해수를 선외로 배출하는 이젝터(ejector); 를 포함하는 선박용 연료 가스 공급 시스템이 제공된다.

상기 해수 공급펌프에서 해수를 상기 열교환기로 공급하는 라인 상에는 상기 조수유닛과 상기 냉각유닛으로 선택적으로 해수를 공급하기 위한 제2 삼방밸브(유량 분배밸브)가 마련될 수 있다.

상기 제2 삼방밸브의 일측에는 증발 해수를 위한 제1 해수 라인이 설치되고, 상기 제2 삼방밸브의 타측에는 상기 냉각유닛을 통과하는 냉각수를 냉각한 후 가열된 해수를 상기 조수유닛으로 공급하기 위한 제2 해수 라인이 설치될 수 있다.

상기 제2 해수 라인을 통해서 상기 조수유닛으로 공급된 해수 중 일부는 증발되어 청수로 변환된 후 청수 저장탱크로 이송되고, 나머지는 상기 이젝터를 통해서 선외로 배출되도록 구성될 수 있다.

상기 냉각유닛을 우회한 냉각수 라인과 상기 냉각유닛을 통과한 냉각수 라인이 합류되는 지점에는 제3 삼방밸브(온도 조절밸브)가 마련될 수 있다.

상기 열교환기의 조수유닛 부하는, 상기 엔진 부하를 A, 상기 기화기에서 열매로 사용되는 유체에 전달되는 최대 열량을 x, 상기 열교환기의 조수유닛 부하를 B, 상기 엔진을 냉각시키면서 냉각수가 얻는 최대 열량을 y, 상기 열교환기의 조수유닛 부하가 100%일 때 요구하는 열량을 z라고 하였을 때, B = (y-x)A / z로 나타낼 수 있다.

본 실시 예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 열교환기로부터 배출되어 상기 엔진으로 공급되는 냉각수를 가열시키는 제2 가열기를 더 포함할 수 있다.

상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 엔진으로부터 상기 제1 가열기로 냉각수가 공급되는 라인 상에 설치되어 냉각수의 온도를 일정하게 조절하는 제1 온도조절센서; 및 상기 열교환기로부터 배출된 냉각수가 상기 엔진으로 공급되는 라인 상에 설치되어 냉각수의 온도를 조절하는 제2 온도조절센서; 중 하나 이상을 더 포함하고, 상기 제2 온도조절센서의 설정 값은 상기 엔진의 부하가 높을수록 낮아질 수 있다.

상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 엔진에서 배출된 후 상기 제1 가열기를 통과한 냉각수가 상기 열교환기로 보내지는 라인 상에 설치되어, 냉각수에 포함되어 있는 공기를 제거하는 공기분리기를 더 포함할 수 있다.

상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 열교환기로부터 배출된 냉각수가 상기 엔진으로 공급되는 라인 상에 설치되어 냉각수의 온도를 조절하는 제3 온도조절센서를 더 포함하고, 상기 제3 온도조절센서의 설정 값은 상기 엔진의 부하가 높을수록 낮아질 수 있다.

상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 엔진을 냉각시키는데에 사용된 냉각수 중, 상기 제1 가열기로 보내지지 않은 나머지 냉각수를 저장하는 저장탱크를 더 포함할 수 있다.

상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 냉각수가 팽창 또는 수축하면서 발생하는 체적 변화를 흡수하는 팽창탱크를 더 포함할 수 있다.

상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 열교환기로부터 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 포함하고, 상기 제1 압축기는, 상기 저장탱크의 수위가 일정 높이 이상이 되면 냉각수 공급이 중지되고 상기 저장탱크의 수위가 일정 높이 이하가 되면 냉각수 공급이 가동된다.

거나 상기 팽창탱크의 수위가 일정 높이 이하가 되면 작동될 수 있다.

상기 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 상기 열교환기로부터 배출된 냉각수를 압축시켜 상기 엔진으로 공급하는 제2 압축기를 더 포함할 수 있다.

상기 기화기, 상기 제1 가열기, 상기 열교환기, 및 상기 제2 압축기는 직렬로 연결되어, 상기 제2 압축기만에 의해 냉각수가 순환될 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.

냉각수가 흐르는 라인(배관)의 일부 또는 전부는 단열 처리될 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, (1) 엔진을 냉각시키고 난 후 배출된 냉각수와 열매 유체를 열 교환시켜 열매 유체를 가열하는 단계; (2) 상기 (1) 단계에서 열 교환되어 가열된 열매 유체와 액화천연가스를 열 교환시켜 액화천연가스를 기화시키는 단계; (3) 상기 (2) 단계에서 기화시킨 천연가스를 상기 엔진에 공급하는 단계; 및 (4) 상기 (1) 단계에서 열매 유체를 열 교환시키는 데에 사용된 냉각수가 가진 열원의 일부 또는 전부를 이용하여, 열교환기에서는 해수를 증발시켜서 청수를 생성하고, 선택적으로 해수의 저온을 이용하여 청수 생성과정을 거친 냉각수를 냉각시키거나 우회시키는 단계; 및 (5) 상기 (4) 단계를 거친 냉각수를 다시 상기 엔진 쪽으로 순환시키는 단계; 를 포함하는 선박용 연료 가스 공급 방법이 제공된다.

상기 (4) 단계에서, 냉각수를 냉각시키는 경우는, 상기 엔진의 부하가 높아서 상기 열교환기의 냉각유닛을 100%로 가동시킨 이후에도, 상기 엔진에서 요구하는 온도 이상으로 과열되는 경우에만 냉각수를 냉각시킨다.

상기 선박용 연료 가스 공급 방법은, (6) 상기 (5) 단계 이후에는, 상기 열교환기의 조수유닛에서 사용된 냉각수를 가열시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 (6) 단계는, 상기 엔진이 운전되지 않는 경우, 상기 엔진의 저온 부식을 방지할 수 있는 온도 이상으로 냉각수를 가열할 수 있다.

상기 (6) 단계는, 상기 (5) 단계에서 상기 열교환기의 조수유닛을 100% 가동시키면 냉각수의 온도가 상기 엔진의 저온 부식을 방지할 수 있는 온도 이하로 내려가는 경우, 상기 열교환기의 조수유닛을 100%로 가동시킨 후 상기 엔진의 저온 부식을 방지할 수 있는 온도 이상으로 냉각수를 가열할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 엔진 부하를 A, 기화기에서 열매로 사용되는 유체에 전달되는 최대 열량을 x, 열교환기의 조수유닛 부하를 B, 상기 엔진을 냉각시키면서 냉각수가 얻는 최대 열량을 y, 상기 열교환기의 조수유닛 부하가 100%일 때 요구하는 열량을 z라고 하였을 때, Ax + Bz = Ay의 식에 의해, 상기 엔진을 냉각시키며 냉각수가 얻은 열량을 상기 기화기와 상기 열교환기에 분배하는 방법이 제공된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 조수기능과 냉각기능을 갖는 열교환기를 구비하고 대신에 기존 청수 쿨러를 제거함으로써, 청수 생성과 냉각 제어가 더 용이하고, 저온의 해수를 이용하여 냉각수를 냉각하므로 냉각 효율이 상승한다.

또한, 냉각수와의 열교환을 거쳐서 가열된 해수를 열교환기의 조수유닛 쪽으로 공급하되, 증발 해수용으로 공급하기 때문에 온도가 상승한 해수의 증발효과가 뛰어나서 청수 생성량이 증가하는 이점이 있다.

또한, 열교환기의 냉각유닛의 용량이 대폭 작아져서 BRAZING TYPE의 적용이 가능하고, 열교환기를 거치는 냉각수가 엔진으로 공급되는 과정에서 냉각수의 온도를 자유롭게 제어할 수 있는 장점이 있다.

또한, 선체에 구비된 기존 조수기의 이젝터 해수 공급펌프를 사용하여 해수를 공급하므로, 별도로 냉각용 펌프가 필요하지 않게 되어 장비설치 비용을 절감할 수 있다.

또한, 엔진 부하와 열교환기의 조수 부하의 상관관계를 나타내는 수학식에 따라, 조수 부하를 조절하여, 엔진을 냉각시키며 냉각수가 얻은 열량을 기화기와 열교환기에 적절하게 분배할 수 있다.

또한, 잉여 냉각수를 저장탱크에 저장하였다가 다시 사용하므로, 화학 처리해야 하는 냉각수의 소모를 최소한으로 할 수 있다.

또한, 냉각수가 순환하는 라인 상에 설치되는 장치들이 직렬로 연결되어, 추가적인 압축기를 설치하지 않고도 제2 압축기의 압력만으로 냉각수를 순환시킬 수 있다.

또한, 엔진 부하가 낮은 경우에도 열교환기의 조수유닛을 100%로 가동시킨 후, 제2 가열기에 의해 냉각수를 가열시키면 되므로, 시스템을 더욱 유연하게 운용할 수 있다.

또한, 제1 가열기가 팽창탱크보다 위쪽에 설치되는 경우를 대비할 수 있으며, 특히, 제2 압축기가 정지하는 경우를 대비할 수 있다.

또한, 제어반에 의해 각 장치를 효율적으로 제어할 수 있으며, 특히, 제2 압축기가 고장이 나는 경우를 자동으로 대비할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박용 연료 가스 공급 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 열교환기를 도시한 확대도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 선박용 연료 가스 공급 시스템 및 방법에 대하여 설명한다.

하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박용 연료 가스 공급 시스템의 개략도이고, 도 2는 도 1의 열교환기를 도시한 확대도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시 예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 제1 가열기(110), 기화기(180), 열교환기(120), 해수 공급펌프(혹은, 이젝터 펌프)(10), 및 이젝터(20)를 포함한다.

본 실시 예의 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 실시 예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 가스 터빈 등 천연가스를 연료로 사용하는 다른 연소 장치에도 응용될 수 있다. 단, 본 실시 예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 주 추진 엔진으로 사용되는 ME-GI 엔진에 적용되는 것이 바람직하다. 본 실시 예의 엔진(E)은 엔진 룸에 배치된다.

본 실시 예의 제1 가열기(110)는, 엔진(E)을 냉각시키고 난 후 배출된 냉각수(L10 라인)와 기화기(180)에서 열매로 사용되는 유체(L3 라인 및 L4 라인)를 열 교환시킨다.

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(L4 라인)를 가열한다.

엔진(E)으로부터 제1 가열기(110)로 냉각수가 공급되는 L10 라인 상에는, 엔진(E)으로부터 배출되어 제1 가열기(110)로 공급되는 냉각수의 온도를 조절하는 제1 온도조절센서(210)가 설치될 수 있다. 본 실시 예의 제1 온도조절센서(210)는, 엔진(E)에서 배출된 냉각수의 온도를 대략 85℃로 조절할 수 있다.

본 실시 예에 의하면 엔진(E)에서 배출된 냉각수의 온도를 대략 85℃로 일정하게 조절하고, 엔진(E)의 부하가 높아질수록 엔진(E)에서 발생하는 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 높아져야 한다.

본 실시 예의 기화기(180)는, 제1 가열기(110)에 의해 가열된 유체(L4 라인)와 액화천연가스를 열 교환시켜서, 액화천연가스를 기화시킨다. 즉, 기화기(180)는, 엔진(E)을 냉각시키면서 냉각수가 얻은 열원의 일부를, 열매를 매개로 하여, 액화천연가스를 기화시키는데에 사용한다. 기화기(180)에 의해 기화된 액화천연가스(L1 라인)는 엔진(E)에 공급되어 연료가스로 사용된다. 기화기(180)에서 열매로 사용되는 유체는 글리콜 워터(Glycol Water) 일 수 있다.

엔진(E)을 냉각시키면서 냉각수가 얻을 수 있는 열량은 엔진(E)의 부하에 비례하게 되는데, 엔진(E)의 부하가 높을수록 요구되는 연료의 양도 증가하므로, 기화기(180)가 기화시켜야 할 액화천연가스의 양도 엔진(E)의 부하가 높을수록 증가하며, 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, 열교환기(120)의 조수유닛(121) 부하를 B, 엔진(E)을 냉각시키면서 냉각수가 얻는 최대 열량을 y, 열교환기(120)의 조수유닛(121) 부하가 100%일 때 요구하는 열량을 z라고 하면, 다음과 같은 등식이 성립한다.

Ax + Bz = Ay

따라서, 열교환기(120)의 조수유닛(121) 부하는, B = (y-x)A / z로 나타내어지며, 상기 식에 따라 열교환기(120)의 조수유닛(121) 부하를 조절하여, 엔진(E)을 냉각시키며 냉각수가 얻은 열량을 기화기(180)와 열교환기(120)의 조수유닛(121)에 적절하게 분배할 수 있다.

본 실시 예에 의하면, 냉각수가 엔진(E)을 냉각시키며 이때 얻은 열원(폐열)은 제1 가열기(110)에서 최우선적으로 사용되며, 나머지 열원(폐열)은 열교환기(120)의 조수유닛(121)에서 사용된다. 열교환기(120)는 조수유닛(121)과 냉각유닛(123)으로 구성될 수 있는데, 이에 대해서는 좀 더 자세하게 후술하기로 한다.

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 열교환기(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 실시 예에 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 L4 라인 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 열매 유체의 온도는 기화기(180)에서 기화시켜야 할 액화천연가스의 양이 많을수록 높아지므로, L4 라인을 따라 공급되는 열매 유체의 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 열매 유체의 온도를 조절할 수 있다.

또한, 본 실시 예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, L4 라인을 흐르는 열매 유체의 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. L20 라인 상에는 냉각수의 온도를 감지하고 조절하기 위한 제2 온도조절센서(220)가 설치될 수 있다.

또한, 본 실시 예에서는, 제1 가열기(110)로부터 기화기(180)로 열매 유체가 보내지는 L4 라인 상에 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제2 밸브(720)가 설치될 수 있다.

본 실시 예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 엔진(E)에서 배출된 후 제1 가열기(110)를 통과한 냉각수가 열교환기(120)로 보내지는 L20 라인 상에 설치되는 공기분리기(330)를 더 포함할 수 있다. 본 실시 예의 공기분리기(330)는, 제1 가열기(110)로부터 열교환기(120)로 공급되는 냉각수에 포함되어 있는 공기를 제거하여, 본 실시 예의 선박용 연료 가스 공급 시스템에 포함된 각종 장치의 고장을 방지한다.

엔진(E)에서 배출된 후 제1 가열기(110)를 통과한 냉각수(L20 라인)는 열교환기(120)로 유입될 수 있다.

본 실시 예의 열교환기(120)는, 엔진(E)에서 배출된 후 제1 가열기(110)를 통과한 냉각수(L20 라인)가 가진 열원(폐열)의 일부 또는 전부를 이용하여, 해수 공급펌프(이젝터 펌프)(10)로부터 공급받은 해수를 가열 증발시켜서 청수를 생성한다.

본 실시 예의기 열교환기(120)는 해수를 청수로 변환하는 조수유닛(121)과, 제1 가열기(110)를 통과한 냉각수가 엔진(E)에서 요구하는 온도로 냉각되도록 하는 냉각유닛(123)을 동시에 갖는다. 종전과는 달리, 상기 열교환기(120)는 조수유닛(121)과 냉각유닛(123)이 일체로 구성되는 것이다.

기존에는 냉각수 쿨러의 용량 및 사이즈가 크고, 엔진 안으로 해수 유입을 방지하기 위하여 러버 가스켓(rubber gasket) 구조의 쿨러가 적용될 수밖에 없었지만, 본 실시 예에서는 조수유닛(121)과 냉각유닛(123)이 일체로 구성되어 상대적으로 적은 용량 및 작은 사이즈의 쿨러 사용이 가능하므로, BRAZING TYPE(PLATE 사이를 용접)의 해수 쿨러를 적용하는 것이 가능하다. 열교환기 또한 하나의 냉각장치이므로 문제가 발생 시에 청수를 생산하지 못하지만, 냉각 기능은 계속 유지하도록 조수기능과 냉각기능은 이원화하는 것이 바람직하다.

이젝터(Ejector)(20)는 청수 생성을 위하여 출구 측 압력을 일정한 압력으로 유지하여 조수유닛(121) 내부를 저압 진공상태로 만들고, 청수 생성 후 사용한 해수를 선체 외부로 배출시킨다.

해수 공급펌프(10)에서 해수를 열교환기(120)로 공급하는 L22 라인 상에는 조수유닛(121)과 냉각유닛(123)으로 선택적으로 해수를 공급하기 위한 제2 삼방밸브(유량 분배밸브)(820)가 설치될 수 있다.

제2 삼방밸브(820)의 일 측에는 증발 해수를 위한 제1 해수 라인(L23)이 설치되고, 제2 삼방밸브(820)의 타 측에는 냉각유닛(123)을 통과하는 냉각수를 냉각한 후 가열된 해수를 조수유닛(121)으로 공급하기 위한 제2 해수 라인(L24)이 설치될 수 있다.

제2 해수 라인(L24)을 통해서 조수유닛(121)으로 공급된 해수 중 일부 해수는 증발되어 청수로 변환된 후 청수 저장탱크(미도시)로 이송되고, 나머지 해수는 이젝터(20)를 통해서 선체 외부로 배출되도록 구성된다.

다시 말해, 해수 공급펌프(이젝터 펌프)(10)를 통해서 열교환기(120)로 공급되는 해수는 두 가지로 구분할 수 있는데, 하나는 증발된 해수를 냉각시키는 역할을 하는 해수이고, 다른 하나는 진공 조건에서 가열을 시키는 해수이다. 이때, 전자는 해수 온도가 낮을수록 좋고, 후자는 높을수록 좋다. 이러한 사항을 고려하여 본 발명에서는 열교환기(120)에 공급되는 해수를 2가지로 구분하여서 공급하도록 한다.

즉, 해수 공급펌프(이젝터 펌프)(20)에서 펌핑한 해수가 유량 분배 밸브(820)로 이송되어 열교환기(120)로 공급되는데, 이때 해수 유량 분배를 통해서 일부 해수는 제1 해수 라인(L23)을 통해서 조수유닛(121)으로 공급되고(전자에 해당), 나머지 해수는 제2 해수 라인(L24)을 통해서 냉각유닛(123)으로 공급된다(후자에 해당). 냉각유닛(123)으로 공급된 해수는 냉각유닛(123)을 지나는 냉각수와의 열교환으로 가열된 후 조수유닛(121)의 진공 증발기(미도시) 쪽으로 피드백하여 유입됨으로써, 높은 온도의 해수가 공급되므로 증발되는 해수 양이 많아져서 청수 생성량을 높일 수 있다. 증발 해수 쪽으로 공급되고 난 나머지 해수는 이젝터(20)의 작동 수로 다시 공급 내지는 선회로 배출된다.

또한, 열교환기(120)의 냉각유닛(123)을 우회한 냉각수(L30 라인)와 냉각유닛(123)을 통과한 냉각수(L40 라인)가 합류되는 지점에는 제3 삼방밸브(온도 조절밸브)(830)가 설치될 수 있다.

제3 삼방밸브(온도 조절밸브)(830)는 엔진(E)의 부하에 따라 냉각수 온도를 조절하고자 냉각유닛(123) 쪽으로 가는 냉각수의 유량을 조절할 수 있다.

본 실시 예에서는, 엔진(E)을 냉각하고 가열된 냉각수의 폐열을 일차적으로 소모하는 곳이 제1 가열기(110)이고, 나머지는 열교환기(120)이다.

열교환기(120)는 청수를 생산한 것 이외에 냉각수를 냉각하는 기능을 동시에 갖고 있기 때문에, 정확한 PPM이 생성되지 않더라도 냉각은 계속할 수 있도록 내부 시스템을 분리, 즉 조수기능과 냉각기능을 이원화하고, PPM이 높은 청수는 리턴(return, 피드백) 되어 선외로 배출하도록 구성할 수 있다.

열교환기(120)로부터 배출된 냉각수가 엔진(E)으로 공급되는 L30 라인 상에는, 냉각수의 온도를 조절하는 제2 온도조절센서(230)가 설치될 수 있다. 본 실시 예의 제2 온도조절센서(230)의 설정 값은 엔진(E)의 부하가 높을수록 낮아진다.

본 실시 예에 의하면, 제3 삼방밸브(830)의 개도를 조절하여, 조수유닛(121)으로 보내지는 냉각수 유량과, 냉각유닛(123)으로 보내지는 냉각수 유량을 조절할 수 있다. 즉, 냉각수가 냉각되는 정도를 조절할 수 있다.

종래에는, 냉각수의 열원을 액화천연가스를 가열시키는데 사용하지 않고, 냉각수를 냉각기에 냉각시킨 후 엔진(E)에 공급했는데, 본 실시 예의 선박용 연료 가스 공급 시스템에 의하면, 제1 가열기(110) 및 기화기(180)를 포함하여, 냉각수의 열원을 액화천연가스를 가열시키는데 사용한 후, 필요한 경우에만 냉각유닛(123)에 의해 냉각시키므로, 냉각유닛(123)의 용량을 감소시키고 냉각유닛(123)을 구동시키는데에 들어가는 에너지를 절감할 수 있다.

본 실시 예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 저장탱크(160), 팽창탱크(170), 및 공기배출탱크(140) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

본 실시 예의 저장탱크(160)는, 유지 보수시 배수(drain)되는 물을 저장하거나 엔진에서 자연스럽게 발생하는 청수 드레인을 저장하는 역할을 한다. 저장탱크(160)에 저장된 냉각수의 일부는 L50 라인을 통해서 팽창탱크(170)로 보내질 수 있다. 본 실시 예에 의하면, 잉여 냉각수를 저장탱크(160)에 저장하였다가 다시 사용하므로, 화학 처리해야 하는 냉각수의 소모를 최소한으로 할 수 있다.

본 실시 예에 의하면, 잉여 냉각수를 저장탱크(160)에 저장하였다가 다시 사용하므로, 화학 처리해야 하는 냉각수의 소모를 최소한으로 할 수 있다.

본 실시 예의 팽창탱크(170)는, 냉각수가 팽창 또는 수축하면서 발생하는 체적 변화를 흡수하여 시스템의 안정성을 높이고, 냉각수가 순환할 수 있는 압력을 가하는 역할을 한다.

본 실시 예의 팽창탱크(170)는 저장탱크(160)로부터 냉각수를 공급받으며, 공기배출탱크(140)로부터 배출되는 공기를 공급받는다. 팽창탱크(170) 내부 압력이 너무 높아지는 경우에는 가스 배출라인(L2)을 따라 팽창탱크(170) 내부의 가스가 배출될 수 있다.

본 실시 예의 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 발생하는 압력이 달라지므로, 엔진(E)에서 요구하는 온도에 따라 냉각수에서 기포가 발생하지 않을 정도의 압력이 되도록 팽창탱크(170)의 높이를 정하는 것이다.

본 실시 예의 공기 배출탱크(140)는, 열교환기(120)로부터 엔진(E)으로 보내지는 냉각수에 포함된 공기를 팽창탱크(170)로 배출시키며, 유체의 온도 변화에 따라 급격하게 변화하는 유체의 부피 변화에 따른 영향을 완화하는 역할을 한다.

본 실시 예의 열교환기(120)로부터 엔진(E)으로 보내지는 냉각수는, 공기배출탱크(140)에 일시 저장되었다가 엔진(E)으로 보내질 수 있다.

본 실시 예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 저장탱크(160)로부터 배출된 냉각수를 팽창탱크(170)에 공급하는 L50 라인 상에 설치되는 제1 압축기(410)를 더 포함할 수 있다.

본 실시 예의 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 실시 예의 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. 즉, 수위가 일정 높이 이하가 되면 냉각수를 이송시키고, 수위가 일정 높이 이상이 되면 냉각수 이송을 중지한다.

또한, 본 실시 예의 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 실시 예에 의하면, 제2 압축기(420)가 정지하는 경우, 제1 삼방밸브(810) 중 제1 가열기(110) 방향의 밸브(도 1에서 위쪽 밸브)는 닫고, L12 라인 및 조수기(120) 방향의 밸브(도 1에서 왼쪽 및 아래쪽 밸브)는 열은 상태로 유지할 수 있다.

본 실시 예의 제1 삼방밸브(810) 중 제1 가열기(110) 방향의 밸브(도 1에서 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) 사이의 L20 라인 내부의 냉각수의 손실과 압력 유실을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 예의 제1 삼방밸브(810) 중 L12 라인 및 열교환기(120) 방향의 밸브(도 1에서 왼쪽 및 아래쪽 밸브)는 열은 상태(open)로 유지하면, 제2 압축기(420)가 정지하여 엔진(E)으로부터 제1 가열기(110)로 공급되던 냉각수가 역류 되더라도, 제1 밸브(710)에 의해 냉각수가 엔진(E) 쪽으로 역류하는 것이 차단될 수 있고, 제1 가열기(110)로부터 역류하는 냉각수는 L12 라인 및 제1 삼방밸브(810)를 거쳐 열교환기(120) 쪽으로 보내진다.

만약, 제1 삼방밸브(810)가 팽창탱크(170)보다 높은 위치에 위치한다면, 제2 압축기(420)의 고장 시 제1 삼방밸브(810) 중 제1 가열기(110) 방향의 밸브(도 1의 위쪽 밸브)를 닫더라도, 증기압 근처로 압력이 하강하게 되고, 라인 L20 내에 진공이 발생하여 냉각수 내에 기포가 발생할 수 있으며, 라인 L20 라인의 강성에 악영향을 끼칠 수 있다. 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 고장이 나더라도 제1 가열기(110)와 제 삼방밸브(810) 사이의 L20 라인에 진공이 발생할 염려가 없으나, 선박 배치 상 불가피하게 제1 가열기를 팽창탱크(170) 상부에 배치하게 되는 경우에는, 제1 삼방밸브(810)를 팽창탱크(170) 하부에 설치하여, 제2 압축기(420)가 고장이 나는 경우, 제1 가열기(110)와 제 삼방밸브(810) 사이의 L20 라인에 진공이 발생하지 않도록 하는 것이다. 따라서, 본 실시 예에 의하면, 수격 작용(Water Hammering)을 방지하고, 냉각수 역류로 인한 장비 고장을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 실시 예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 열교환기(120)로부터 배출된 냉각수를 압축시켜 엔진(E)으로 공급하는 제2 압축기(420), 및 엔진(E)으로부터 제1 가열기(110)로 냉각수가 공급되는 L10 라인 상에 설치되어 냉각수의 역류를 방지하는 제1 밸브(710) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

본 실시 예의 제2 압축기(420)는 다수 개가 병렬로 연결될 수 있으며, 냉각수를 대략 3 bar로 압축시킬 수 있다. 본 실시 예의 제2 압축기(420)는, 냉각수를 순환시키기 위한 압력과 엔진(E)이 요구하는 압력을 모두 만족시키도록 냉각수를 압축시킬 수 있다.

본 실시 예의 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 실시 예의 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 실시 예의 선박용 연료 가스 공급 시스템은, 열교환기(120)에서 배출되어 엔진(E)으로 공급되는 냉각수를 가열시키는 제2 가열기(150)를 더 포함할 수 있다.

본 실시 예의 제2 가열기(150)는, 스팀과 냉각수를 열 교환시켜 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 실시 예의 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) 쪽으로 공급하는 역할을 한다. 본 실시 예의 제2 가열기(150)를 가동시키는 경우에는, 일반적으로 냉각유닛(123)은 가동시키지 않는다.

또한, 본 실시 예의 선박용 연료 가스 공급 시스템이 제2 가열기(150)를 포함하는 경우, 본 실시 예에 의하면, 엔진(E)의 부하가 낮아 사용할 수 있는 냉각수의 열원(폐열)이 적을 때에도 열교환기(120)를 100%로 가동시킬 수 있다.

즉, 종래에는 엔진(E)의 부하가 낮은 경우에는, 열교환기(120)를 100% 가동시키면 엔진(E)에 공급되는 냉각수의 온도가 너무 낮아져서 엔진(E)의 저온 부식을 방지할 수 없게 되므로, 열교환기(120)를 100% 가동시킬 수가 없었다.

그러나 본 발명에 의하면, 엔진(E)의 부하가 낮은 경우에도 열교환기(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 실시 예의 선박용 연료 가스 공급 시스템이 제2 가열기(150)를 포함하는 경우, 열교환기(120)에서 배출된 냉각수는, 두 흐름으로 분기하여, 일부 냉각수(L60 라인)는 제2 가열기(150)로 보내지고, 나머지 냉각수(L62 라인)는 제2 가열기(150)를 우회할 수 있다. 제2 가열기(150)를 우회한 냉각수(L62 라인)와 제2가열기(150)를 통과한 냉각수(L60 라인)는 합류되어 엔진(E)으로 보내질 수 있으며, 제2 가열기(150)를 우회한 냉각수가 흐르는 L62 라인 상에는 제4 밸브(740)가 설치될 수 있다.

본 실시 예에 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 실시 예의 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 실시 예의 제어반(C)은, 자신과 연결된 각 장치들이 수집한 정보와 각 장치들의 상태를 토대로 시스템의 운용 상황을 종합적으로 분석하여, 각 장치들을 제어한다.

본 실시 예의 선박용 연료 가스 공급 시스템에 의하면, 엔진(E)에서 배출된 냉각수가 가진 열원(폐열)을 최대한 손실 없이 활용하기 위해, 냉각수가 흐르는 라인(도 1에서 이중 선으로 표시)을 단열 처리할 수 있다.

한편, 본 발명의 선박용 연료 가스 공급 방법에서는, 엔진 운전시, 엔진(E)의 냉각수가 순환하면서 엔진(E)을 냉각시키며, 엔진(E)을 냉각시키고 난 후 배출된 냉각수와 열매 유체를 열 교환시켜 열매 유체를 가열한다. 즉, 기화기(180)에서는 냉각수의 열원을 이용하여 열매 유체를 가열하고, 가열된 열매 유체의 열원을 이용하여 액화천연가스를 기화시킨다. 기화된 연료가스(액화천연가스)는 엔진(E)에 공급한다.

열교환기(120)는 열매를 열 교환시키는 데에 사용된 냉각수가 가진 열원의 일부 또는 전부를 이용하여, 해수를 증발시켜서 청수를 생성하고, 선택적으로 해수의 저온을 이용하여 청수 생성과정을 거친 냉각수를 냉각시키거나 우회시키게 된다.

열교환기(120)를 거친 냉각수는 다시 엔진(E) 쪽으로 순환되는 과정을 반복한다.

열교환기(120)에서, 냉각수를 냉각시키는 경우는, 엔진(E)의 부하가 높아서 열교환기(120)의 냉각유닛(123)을 100%로 가동시킨 이후에도, 엔진(E)에서 요구하는 온도 이상으로 과열되는 경우에만 냉각수를 냉각시킨다.

열교환기(120)의 조수유닛(121)에서 사용된 냉각수를 가열시킬 수 있는데, 이는 엔진(E)이 운전되지 않는 경우, 엔진(E)의 저온 부식을 방지할 수 있는 온도 이상으로 냉각수를 가열한다.

즉, 열교환기(120)의 조수유닛(121)을 100% 가동시키면 냉각수의 온도가 상기 엔진(E)의 저온 부식을 방지할 수 있는 온도 이하로 내려가는 경우, 열교환기(120)의 조수유닛(121)을 100%로 가동시킨 후 엔진(E)의 저온 부식을 방지할 수 있는 온도 이상으로 냉각수를 가열한다.

또한, 열교환기의 냉각유닛의 용량이 기존에 비해서 대폭 작아져서 BRAZING TYPE의 적용이 가능하고, 열교환기를 거치는 냉각수가 엔진으로 공급되는 과정에서 냉각수의 온도를 자유롭게 제어할 수 있는 장점이 있다.

C: 제어반
E: 엔진
10: 해수 공급펌프
20: 이젝터
110: 제1 가열기
180: 기화기
120: 열교환기
121: 조수유닛
123: 냉각유닛
150: 제2 가열기
160: 저장탱크
170: 팽창탱크
210: 제1 온도조절센서
220: 제2 온도조절센서
230: 제3 온도조절센서
310: 제1 수위조절장치
320: 제2 수위조절장치
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

액화천연가스를 기화시켜 엔진에 공급하는 기화기;
상기 엔진을 냉각시키고 난 후 배출된 냉각수와 상기 기화기에서 열매로 사용되는 유체를 열 교환시켜, 상기 기화기에서 열매로 사용되는 유체를 가열하는 제1 가열기;
상기 엔진에서 배출된 후 상기 제1 가열기를 통과한 냉각수가 가진 열원의 일부 또는 전부를 이용하여, 해수 공급펌프로부터 공급받은 해수를 청수로 변환하는 조수유닛과, 상기 제1 가열기를 통과한 냉각수가 상기 엔진에서 요구하는 온도로 냉각되도록 하는 냉각유닛을 갖는 열교환기; 및
청수 생성을 위하여 출구 측 압력을 일정한 압력으로 유지하여 상기 조수유닛 내부를 저압 진공상태로 만들고, 청수 생성 후 사용한 해수를 선외로 배출하는 이젝터(Ejector); 를 포함하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 해수 공급펌프에서 해수를 상기 열교환기로 공급하는 라인 상에는 상기 조수유닛과 상기 냉각유닛으로 선택적으로 해수를 공급하기 위한 제2 삼방밸브(유량 분배밸브)가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 삼방밸브의 일측에는 증발 해수를 위한 제1 해수 라인이 설치되고,
상기 제2 삼방밸브의 타측에는 상기 냉각유닛을 통과하는 냉각수를 냉각한 후 가열된 해수를 상기 조수유닛으로 공급하기 위한 제2 해수 라인이 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 제2 해수 라인을 통해서 상기 조수유닛으로 공급된 해수 중 일부는 증발되어 청수로 변환된 후 청수 저장탱크로 이송되고, 나머지는 상기 이젝터를 통해서 선외로 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 냉각유닛을 우회한 냉각수 라인과 상기 냉각유닛을 통과한 냉각수 라인이 합류되는 지점에는 제3 삼방밸브(온도 조절밸브)가 마련되는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 열교환기의 조수유닛 부하는,
상기 엔진 부하를 A, 상기 기화기에서 열매로 사용되는 유체에 전달되는 최대 열량을 x, 상기 열교환기의 조수유닛 부하를 B, 상기 엔진을 냉각시키면서 냉각수가 얻는 최대 열량을 y, 상기 열교환기의 조수유닛 부하가 100%일 때 요구하는 열량을 z라고 하였을 때, B = (y-x)A / z로 나타나는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 열교환기로부터 배출되어 상기 엔진으로 공급되는 냉각수를 가열시키는 제2 가열기를 더 포함하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엔진으로부터 상기 제1 가열기로 냉각수가 공급되는 라인 상에 설치되어 냉각수의 온도를 일정하게 조절하는 제1 온도조절센서; 및
상기 열교환기로부터 배출된 냉각수가 상기 엔진으로 공급되는 라인 상에 설치되어 냉각수의 온도를 조절하는 제2 온도조절센서; 중 하나 이상을 더 포함하고,
상기 제2 온도조절센서의 설정 값은 상기 엔진의 부하가 높을수록 낮아지는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엔진에서 배출된 후 상기 제1 가열기를 통과한 냉각수가 상기 열교환기로 보내지는 라인 상에 설치되어, 냉각수에 포함되어 있는 공기를 제거하는 공기분리기를 더 포함하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 열교환기로부터 배출된 냉각수가 상기 엔진으로 공급되는 라인 상에 설치되어 냉각수의 온도를 조절하는 제3 온도조절센서를 더 포함하고,
상기 제3 온도조절센서의 설정 값은 상기 엔진의 부하가 높을수록 낮아지는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
청구항 1 내지 청구항 7 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.
청구항 11에 있어서,
냉각수가 팽창 또는 수축하면서 발생하는 체적 변화를 흡수하는 팽창탱크를 더 포함하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 열교환기로부터 상기 엔진으로 보내지는 냉각수에 포함된 공기를 배출시키는 공기 배출탱크를 더 포함하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
청구항 12에 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 것을 특징으로 하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
청구항 14에 있어서,
상기 열교환기로부터 배출된 냉각수를 압축시켜 상기 엔진으로 공급하는 제2 압축기를 더 포함하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
청구항 15에 있어서,
상기 기화기, 상기 제1 가열기, 상기 열교환기, 및 상기 제2 압축기는 직렬로 연결되어, 상기 제2 압축기 만에 의해 냉각수가 순환되는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
청구항 16에 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.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
냉각수가 흐르는 배관의 일부 또는 전부는 단열 처리되는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 가스 공급 시스템.
(1) 엔진을 냉각시키고 난 후 배출된 냉각수와 열매 유체를 열 교환시켜 열매 유체를 가열하는 단계;
(2) 상기 (1) 단계에서 열 교환되어 가열된 열매 유체와 액화천연가스를 열 교환시켜 액화천연가스를 기화시키는 단계;
(3) 상기 (2) 단계에서 기화시킨 천연가스를 상기 엔진에 공급하는 단계; 및
(4) 상기 (1) 단계에서 열매 유체를 열 교환시키는 데에 사용된 냉각수가 가진 열원의 일부 또는 전부를 이용하여, 열교환기에서는 해수를 증발시켜서 청수를 생성하고, 선택적으로 해수의 저온을 이용하여 청수 생성과정을 거친 냉각수를 냉각시키거나 우회시키는 단계; 및
(5) 상기 (4) 단계를 거친 냉각수를 다시 상기 엔진 쪽으로 순환시키는 단계; 를 포함하는 선박용 연료 가스 공급 방법.
청구항 19에 있어서,
상기 (4) 단계에서, 냉각수를 냉각시키는 경우는, 상기 엔진의 부하가 높아서 상기 열교환기의 냉각유닛을 100%로 가동시킨 이후에도, 상기 엔진에서 요구하는 온도 이상으로 과열되는 경우에만 냉각수를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 가스 공급 방법.
청구항 19에 있어서,
(6) 상기 (5) 단계 이후에는, 상기 열교환기의 조수유닛에서 사용된 냉각수를 가열시키는 단계를 더 포함하는 선박용 연료 가스 공급 방법.
청구항 21에 있어서,
상기 (6) 단계는,
상기 엔진이 운전되지 않는 경우, 상기 엔진의 저온 부식을 방지할 수 있는 온도 이상으로 냉각수를 가열하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 가스 공급 방법.
청구항 21에 있어서,
상기 (6) 단계는,
상기 (5) 단계에서 상기 열교환기의 조수유닛을 100% 가동시키면 냉각수의 온도가 상기 엔진의 저온 부식을 방지할 수 있는 온도 이하로 내려가는 경우, 상기 열교환기의 조수유닛을 100%로 가동시킨 후 상기 엔진의 저온 부식을 방지할 수 있는 온도 이상으로 냉각수를 가열하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 가스 공급 방법.
엔진 부하를 A, 기화기에서 열매로 사용되는 유체에 전달되는 최대 열량을 x, 열교환기의 조수유닛 부하를 B, 상기 엔진을 냉각시키면서 냉각수가 얻는 최대 열량을 y, 상기 열교환기의 조수유닛 부하가 100%일 때 요구하는 열량을 z라고 하였을 때, Ax + Bz = Ay의 식에 의해, 상기 엔진을 냉각시키며 냉각수가 얻은 열량을 상기 기화기와 상기 열교환기에 분배하는 방법.