KR20190058161A - 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템 가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템은, 액화가스가 저장된 연료탱크와, 연료탱크로부터 공급받은 액화가스를 가압하고 제1 온도로 가열하여 제1 연소기관으로 공급하는 제1 액화가스공급라인과, 제1 액화가스공급라인에 설치되어 액화가스를 제1 온도로 가열하는 제1 히터와, 제1 액화가스공급라인과 병렬로 연결되어 가압된 액화가스를 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하며, 제1 히터 후단의 제1 액화가스공급라인에 합류되는 제2 액화가스공급라인과, 제2 액화가스공급라인에 설치되어 액화가스를 제2 온도로 가열하는 제2 히터와, 연료탱크 내부에서 액화가스가 기화하여 생성된 증발가스를 제2 연소기관으로 공급하는 증발가스공급라인과, 제2 히터 후단의 제2 액화가스공급라인에서 분기되며, 제2 히터를 통과한 액화가스를 감압하는 제1 감압밸브가 설치된 액화가스감압라인과, 액화가스감압라인과 연결되어 액상의 가스와 기상의 가스로 분리하는 기액분리기와, 기액분리기와 연료탱크를 연결하여 액상의 가스를 연료탱크로 공급하는 액화가스회수라인, 및 기액분리기와 증발가스공급라인을 연결하여 기상의 가스를 연료탱크와 제2 연소기관 중 적어도 하나에 공급하는 증발가스회수라인을 포함할 수 있다.

Description

액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템{Fuel supply system for liquefied gas fueled vessel}

본 발명은 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 요구되는 연료 조건이 서로 다른 연소기관에 각각 대응하는 연료를 공급할 수 있는 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 액화천연가스(LNG: Liquefied Natural Gas)나 액화석유가스(LPG; Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온으로 냉각하여 얻어지며, 환경 오염물질의 배출이 적어 친환경 연료로 대두되고 있다. 특히, 액화석유가스를 선박의 연료로 사용할 경우, 종래에 선박유로 사용되는 중유(HFO; Heavy Fuel oil) 대비 황산화물(SOx)은 99%, 질소산화물(NOx)은 15~20% 적게 배출하며, 미세분진과 이산화탄소 배출량도 감소시킬 수 있다. 또한, 연료비가 저렴할 뿐만 아니라 연료의 이동 및 공급이 용이하며, 타 가스체 대비 연료탱크 등의 초기설비 투자비용도 적게 들어, 액화가스를 연료로 사용하는 선박의 개발이 활발하게 이루어지고 있는 실정이다.

한편, 액화가스는 극저온으로 냉각하여 부피를 현저하게 줄인 상태이므로, 연료로 공급하기 전 가열하여 연소기관에서 요구하는 온도 및 압력으로 높일 필요가 있다.

이에, 연료탱크에 저장된 액화가스를 연소기관에서 요구하는 온도 및 압력으로 용이하게 높일 수 있는 장치가 필요하게 되었다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0052886호 (2014. 05. 07)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 요구되는 연료 조건이 서로 다른 연소기관에 각각 대응하는 연료를 공급할 수 있는 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템은, 액화가스가 저장된 연료탱크과, 상기 연료탱크로부터 공급받은 상기 액화가스를 가압하고 제1 온도로 가열하여 제1 연소기관으로 공급하는 제1 액화가스공급라인과, 상기 제1 액화가스공급라인에 설치되어 상기 액화가스를 상기 제1 온도로 가열하는 제1 히터와, 상기 제1 액화가스공급라인과 병렬로 연결되어 가압된 상기 액화가스를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하며, 상기 제1 히터 후단의 상기 제1 액화가스공급라인에 합류되는 제2 액화가스공급라인과, 상기 제2 액화가스공급라인에 설치되어 상기 액화가스를 상기 제2 온도로 가열하는 제2 히터와, 상기 연료탱크 내부에서 상기 액화가스가 기화하여 생성된 증발가스를 제2 연소기관으로 공급하는 증발가스공급라인과, 상기 제2 히터 후단의 상기 제2 액화가스공급라인에서 분기되며, 상기 제2 히터를 통과한 상기 액화가스를 감압하는 제1 감압밸브가 설치된 액화가스감압라인과, 상기 액화가스감압라인과 연결되어 액상의 가스와 기상의 가스로 분리하는 기액분리기와, 상기 기액분리기와 상기 연료탱크를 연결하여 상기 액상의 가스를 상기 연료탱크로 공급하는 액화가스회수라인, 및 상기 기액분리기와 상기 증발가스공급라인을 연결하여 상기 기상의 가스를 상기 연료탱크와 상기 제2 연소기관 중 적어도 하나에 공급하는 증발가스회수라인을 포함한다.

상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높고 상기 액화가스의 끓는점보다 낮은 온도일 수 있다.

상기 연료탱크는 상기 증발가스회수라인을 통해 상기 기상의 가스를 공급받아 내부 압력이 유지 또는 상승되어 상기 제1 연소기관과 상기 제2 연소기관 사이의 압력으로 유지될 수 있다.

상기 연료탱크는 상기 액화가스가 상온에서 액상으로 존재하는 압력 이상으로 유지될 수 있다.

상기 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템은, 상기 제2 연소기관 전단의 상기 증발가스공급라인에 설치되어 상기 액화가스를 감압하는 제2 감압밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템은, 상기 제1 액화가스공급라인에서 분기되어 상기 제1 히터를 우회하는 우회라인을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 요구되는 연료 조건이 서로 다른 연소기관에 각각 대응하는 연료를 공급할 수 있다. 즉, 액상의 가스를 필요로 하는 연소기관에 액상의 가스를 공급하고, 기상의 가스를 공급하는 연소기관에 기상의 가스를 공급할 수 있다. 특히, 가열 온도가 서로 다른 히터를 이용하여 액화가스를 가열할 수 있어, 연소기관에서 요구되는 온도 및 압력으로 용이하게 맞출 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2 내지 도 6은 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템은 선박에 액화가스를 연료로 공급하는 것으로, 예를 들어, LPG 추진선 등에 적용될 수 있다.

액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템은 요구되는 연료 조건이 서로 다른 연소기관에 각각 대응하는 연료를 공급할 수 있다. 즉, 액상의 가스를 필요로 하는 연소기관에 액상의 가스를 공급하고, 기상의 가스를 공급하는 연소기관에 기상의 가스를 공급할 수 있다. 특히, 가열 온도가 서로 다른 히터를 이용하여 액화가스를 가열할 수 있어, 연소기관에서 요구되는 온도 및 압력으로 용이하게 맞출 수 있는 특징이 있다.

이하, 도 1을 참조하여, 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템에 관하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

본 발명에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템(1)은 연료탱크(10)와, 제1 액화가스공급라인(20)과, 제1 히터(21)와, 제2 액화가스공급라인(30)과, 제2 히터(31)와, 증발가스공급라인(40)과, 액화가스감압라인(50)과, 기액분리기(60)와, 액화가스회수라인(70), 및 증발가스회수라인(80)을 포함한다.

연료탱크(10)는 선박의 연료로 사용될 액화가스가 저장된 탱크로, 적어도 하나 이상이 구비될 수 있다. 여기서, 액화가스라 함은, 가스 상태의 화합물이나 혼합물을 냉각하거나 압축하여 액화(液化)한 가스로, 예를 들어, 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas, LPG)일 수 있다. 이하, 액화가스를 액화석유가스로 한정하여 보다 구체적으로 설명한다. 연료탱크(10)는 외부로부터 전달되는 열에 의한 액화가스의 기화를 최소화하기 위해 밀봉 및 단열 처리되며, 예를 들어, 국제해사기구(International Maritime Organization; IMO)의 압력식 C-타입 탱크일 수 있다. 연료탱크(10)가 압력식 C-타입 탱크일 경우, 운전 압력이 멤브레인(membrane) 탱크에 비해 높아 액화가스가 자연 기화하여 생성된 증발가스를 외부로 배출하지 않고 내부에 저장할 수 있다. 다시 말해, 증발가스의 저장에 따른 압력 및 온도 증가를 허용 범위 내에서 버텨낼 수 있을 뿐만 아니라 허용할 수 있는 범위도 커 더 많은 양의 증발가스를 더 오랜 시간동안 저장할 수 있다. 그러나, 연료탱크(10)가 압력식 C-타입 탱크인 것으로 한정될 것은 아니며, 연료탱크(10)의 종류는 다양하게 변형될 수 있다.

연료탱크(10)의 일 측에는 제1 액화가스공급라인(20)이 연결된다.

제1 액화가스공급라인(20)은 연료탱크(10)로부터 공급받은 액화가스를 가압하고 제1 온도로 가열하여 제1 연소기관(C1)으로 공급하는 라인으로, 일단이 연료탱크(10) 하부에 배치되고 타단이 제1 연소기관(C1)에 연결될 수 있다. 여기서, 제1 연소기관(C1)이라 함은, 선박의 추진에 필요한 동력을 생성하는 메인 엔진을 의미하며, 액상의 가스를 연료로 사용할 수 있다. 제1 액화가스공급라인(20) 에는 액화가스를 가압하는 고압펌프(11)와, 고압펌프(11)에서 가압된 액화가스를 제1 온도로 가열하는 제1 히터(21)가 설치될 수 있다. 연료탱크(10)는 내부 압력이 약 8 bar로 유지될 수 있으며, 고압펌프(11)는 약 8 bar의 액화가스를 약 50 bar로 가압하여 압축할 수 있다. 이 때, 연료탱크(10) 내부에 저장된 액화가스는 고압펌프(11)에 의해 가압되어 약 23℃ 에서 약 27.5℃로 승온될 수 있다. 도면 상에는 고압펌프(11)가 단일 개로 형성되어 연료탱크(10) 외부에 배치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 고압펌프(11)는 복수 개로 형성되어 액화가스를 다단으로 가압할 수도 있고, 연료탱크(10) 내부에 배치될 수도 있다.

제1 히터(21)는 해수 또는 냉매와 열교환을 통해 액화가스를 제1 온도로 가열하며, 예를 들어, 고압펌프(11)에 의해 약 27.5℃로 승온된 액화가스를 약 35℃로 가열할 수 있다. 즉, 연료탱크(10) 내부에 저장된 약 23℃, 8 bar의 액화가스는 고압펌프(11)에 의해 약 27.5℃, 50 bar로 승온 및 가압된 후, 제1 히터(21)에 의해 가열되어 약 35℃, 50 bar 상태로 제1 연소기관(C1)에 공급될 수 있다. 그러나, 이에 한정될 것은 아니며, 고압펌프(11)의 압축 압력, 제1 히터(21)의 가열 온도는 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다.

제1 액화가스공급라인(20)에는 우회라인(22)이 분기될 수 있다. 우회라인(22)은 제1 히터(21) 전단의 제1 액화가스공급라인(20)에서 분기되어 제1 히터(21) 후단의 제1 액화가스공급라인(20)에 연결되며, 제1 히터(21)를 우회할 수 있다. 여기서, 제1 히터(21)의 전단이라 함은, 제1 액화가스공급라인(20)을 따라 유동한 액화가스가 제1 히터(21)로 유입되는 입구 측을 의미하고, 제1 히터(21)의 후단이라 함은, 제1 히터(21)에서 가열된 액화가스가 배출되는 출구 측을 의미한다. 우회라인(22)은 제1 연소기관(C1)에서 요구하는 액화가스의 온도가 제1 온도보다 낮은 경우에 개방되며, 제1 히터(21)를 통과한 액화가스의 흐름에 합류되어 제1 연소기관(C1)으로 공급되는 액화가스의 온도를 낮출 수 있다. 제1 액화가스공급라인(20)과 우회라인(22)의 연결 지점에는 각각 액화가스의 유동을 제어하는 제어밸브가 마련될 수 있으며, 제어밸브는 삼방밸브(3-way valve) 형태로 형성되어 제1 액화가스공급라인(20) 측 유동과 우회라인(22) 측 유동을 동시에 제어할 수 있다.

제1 액화가스공급라인(20)의 일 측에는 제2 액화가스공급라인(30)이 연결된다.

제2 액화가스공급라인(30)은 제1 액화가스공급라인(20)과 병렬로 연결되어 고압펌프(11)에서 가압된 액화가스를 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하는 라인으로, 일단이 제1 히터(21) 전단의 제1 액화가스공급라인(20)에 연결되고 타단이 제1 히터(21) 후단의 제1 액화가스공급라인(20)에 합류된다. 다시 말해, 제2 액화가스공급라인(30)은 일단이 고압펌프(11)와 제1 히터(21) 사이의 제1 액화가스공급라인(20)에 연결되고, 타단이 제1 히터(21)와 제1 연소기관(C1) 사이의 제1 액화가스공급라인(20)에 연결된다. 이 때, 제1 액화가스공급라인(20)과 제2 액화가스공급라인(30)의 연결지점에는 각각 액화가스의 유동을 제어하는 제어밸브가 마련될 수 있으며, 제어밸브는 삼방밸브(3-way valve) 형태로 형성되어 제1 액화가스공급라인(20) 측 유동과 제2 액화가스공급라인(30) 측 유동을 동시에 제어할 수 있다. 제2 액화가스공급라인(30)에는 제2 히터(31)가 설치된다.

제2 히터(31)는 해수 또는 냉매와 열교환을 통해 액화가스를 제2 온도로 가열하며, 이 때, 제2 온도는 제1 온도보다 높고 액화가스의 끓는점보다 낮은 온도일 수 있다. 여기서, 액화가스의 끓는점이라 함은, 대기압에서의 끓는점이 아닌, 고압펌프(11)에서 가압된 액화가스의 압력에서의 끓는점을 의미한다. 예를 들어, 제2 히터(31)는 고압펌프(11)에 의해 약 27.5℃로 승온된 액화가스를 약 80℃로 가열할 수 있다. 즉, 연료탱크(10) 내부에 저장된 약 23℃, 8 bar의 액화가스는 고압펌프(11)에 의해 약 27.5℃, 50 bar로 승온 및 가압된 후, 일부가 제1 히터(21)에 의해 가열되어 약 35℃, 50 bar로 승온되고, 나머지 일부가 제2 히터(31)에 의해 가열되어 약 80℃, 50bar로 승온될 수 있다. 제2 히터(31)가 제1 온도보다 높고 액화가스의 끓는점보다 낮은 제2 온도로 액화가스를 가열함으로써, 제1 히터(21)와 제2 히터(31)에 의해 승온된 가스는 기화되지 않고 액상의 상태로 제1 연소기관(C1)에 공급될 수 있다. 또한, 후술할 제1 감압밸브(51)에서 액화가스의 기화가 용이하게 이루어질 수 있으며, 제1 연소기관(C1)에서 소비되는 연료량이 기준량보다 많은 경우에도 액화가스의 공급이 원활하게 이루어질 수 있다. 제1 히터(21)와 제2 히터(31)에서 가열할 수 있는 액화가스의 양은 각각 정해져 있으므로, 제1 히터(21)와 제2 히터(31)에 공급되는 액화가스의 양을 증가시키더라도 가열된 후 배출되는 액화가스의 양은 일정할 수 밖에 없다. 고압펌프(11)에서 가압된 액화가스 중 일부가 제1 히터(21)에서 가열되고 나머지 일부가 분기되어 제2 히터(31)에서 가열된 후 다시 합류됨에 따라 제1 연소기관(C1)에 공급되는 연료량을 증가시킬 수 있다. 제2 액화가스공급라인(30) 후단의 제1 액화가스공급라인(20)은 제1 히터(21)를 통과한 액화가스와 제2 히터(31)를 통과한 액화가스가 합류되어 유동될 수 있도록 관 직경이 일부 확장 형성될 수 있다.

또한, 연료탱크(10)의 일 측에는 증발가스공급라인(40)이 연결된다.

증발가스공급라인(40)은 연료탱크(10) 내부에서 액화가스가 기화하여 생성된 증발가스를 제2 연소기관(C2)에 공급하는 라인으로, 일단이 연료탱크(10) 상부에 배치되고 타단이 제2 연소기관(C2)에 연결될 수 있다. 여기서, 제2 연소기관(C2)이라 함은, 선박 내부에 설치된 각종 장치 및 설비에 전력을 공급하기 위한 발전용 엔진을 의미하며, 기상의 가스를 연료로 사용하고 요구하는 압력범위가 약 5~6 bar로 제1 연소기관(C1)보다 낮을 수 있다. 다시 말해, 제1 연소기관(C1)은 요구되는 연료의 압력범위가 약 50 bar로 제2 연소기관(C2)보다 높고, 연료탱크(10)는 내부 압력이 제2 연소기관(C2)과 제1 연소기관(C1) 사이의 압력, 예를 들어, 약 8 bar로 유지될 수 있다. 연료탱크(10)의 내부압력이 제2 연소기관(C2)과 제1 연소기관(C1) 사이의 압력으로 유지됨으로써, 증발가스공급라인(40) 상에 증발가스의 가압을 위한 별도의 펌프장치를 구비하지 않아도 증발가스의 공급이 원활하게 이루어질 수 있다. 또한, 펌프장치가 생략됨에 따라 이에 따른 설치 및 유지 비용이 절감될 수 있으며, 장치 구성이 간단해질 수 있다.

한편, 제2 액화가스공급라인(30)의 일 측에는 액화가스감압라인(50)이 분기된다. 액화가스감압라인(50)은 제2 히터(31)를 통과한 액화가스를 감압하는 라인으로, 제2 히터(31) 후단의 제2 액화가스공급라인(30)에서 분기될 수 있다. 제2 액화가스공급라인(30)과 액화가스감압라인(50)의 연결 지점에는 각각 액화가스의 유동을 제어하는 제어밸브가 마련될 수 있으며, 제어밸브는 삼방밸브(3-way valve) 형태로 형성되어 제2 액화가스공급라인(30) 측 유동과 액화가스감압라인(50) 측 유동을 동시에 제어할 수 있다. 액화가스감압라인(50) 상에는 제1 감압밸브(51)가 설치된다.

제1 감압밸브(51)는 고압펌프(11)에서 고압으로 가압되고 제2 히터(31)에서 가열된 액화가스를 연료탱크(10)의 내부 압력보다 높은 압력, 예를 들어, 약 8.5 bar로 감압할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제2 액화가스공급라인(30)에서 분기되어 액화가스감압라인(50)을 유동하는 액화가스는 제2 히터(31)에서 고온으로 가열된 상태이므로, 제1 감압밸브(51)를 통과하며 일부 기화될 수 있다. 즉, 별도의 기화기를 구비하지 않더라도 액화가스를 기화시킬 수 있어 이에 따른 설치 및 유지 비용이 절감될 수 있으며, 장치 구성이 간단해질 수 있다. 또한, 제1 감압밸브(51)가 액화가스를 연료탱크(10)보다 높은 압력으로 감압함으로써, 제1 감압밸브(51)를 통과한 후 기화되지 않은 액화가스가 연료탱크(10)로 용이하게 복귀될 수 있다.

액화가스감압라인(50)에는 기액분리기(60)가 연결될 수 있다. 기액분리기(60)는 제1 감압밸브(51) 후단에 배치되어 일종의 버퍼탱크(buffer tank) 역할을 함과 동시에 감압되어 일부가 기화된 액화가스를 액상의 가스와 기상의 가스로 분리할 수 있다. 기액분리기(60)는 중력분리기로 형성될 수 있으며, 이 때, 액상의 가스는 하부에 위치하고 기상의 가스는 상부에 위치할 수 있다. 기액분리기(60)가 제1 감압밸브(51)에서 감압되어 일부 기화된 액화가스를 액상의 가스와 기상의 가스로 분리함으로써, 액상의 가스와 기상의 가스가 혼합되어 배관 내부를 유동할 경우 발생할 수 있는 배관 침식, 슬러그(slug) 발생 문제를 예방할 수 있다. 기액분리기(60)의 하부에는 액화가스회수라인(70)이 연결되고, 상부에는 증발가스회수라인(80)이 연결될 수 있다.

액화가스회수라인(70)은 기액분리기(60)와 연료탱크(10)를 연결하여 액상의 가스를 연료탱크(10)로 공급하는 라인으로, 일 측이 연료탱크(10)에 액화가스를 공급하는 로딩라인(90)에 합류될 수 있다. 액화가스회수라인(70)과 로딩라인(90)의 연결 지점에는 각각 액화가스의 유동을 제어하는 제어밸브가 마련될 수 있으며, 제어밸브는 삼방밸브(3-way valve) 형태로 형성되어 액화가스회수라인(70) 측 유동과 로딩라인(90) 측 유동을 동시에 제어할 수 있다.

증발가스회수라인(80)은 기액분리기(60)와 증발가스공급라인(40)을 연결하여 기상의 가스를 연료탱크(10)와 제2 연소기관(C2) 중 적어도 하나에 공급할 수 있다. 즉, 증발가스공급라인(40)을 통해 연료탱크(10) 내부의 증발가스 또는 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스가 제2 연소기관(C2)으로 공급될 수도 있고, 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스가 연료탱크(10)로 공급될 수도 있다. 이 때, 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스가 연료탱크(10)로 공급될 경우, 연료탱크(10)는 증발가스회수라인(80)을 통해 기상의 가스를 공급받아 내부 압력이 유지 또는 상승되어 제1 연소기관(C1)과 제2 연소기관(C2) 사이의 압력으로 유지될 수 있다. 이 때, 연료탱크(10)는 액화가스가 상온에서 액상으로 존재하는 압력 이상으로 유지되어 액화가스를 액상의 상태로 저장할 수 있다.

한편, 증발가스회수라인(80) 후단의 증발가스공급라인(40) 상에는 제2 감압밸브(41)가 설치될 수 있다. 제2 감압밸브(41)는 제2 연소기관(C2) 전단에 배치되어, 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스 또는 연료탱크(10)에서 공급된 증발가스를 제2 연소기관(C2)에서 요구하는 압력범위, 예를 들어, 약 5~6 bar로 감압할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여, 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템(1)이 동작하는 과정에 관해 좀 더 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 6은 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.

본 발명에 따른 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템(1)은 요구되는 연료 조건이 서로 다른 연소기관에 각각 대응하는 연료를 공급할 수 있다. 즉, 액상의 가스를 필요로 하는 제1 연소기관(C1)에 액상의 가스를 공급하고, 기상의 가스를 공급하는 제2 연소기관(C2)에 기상의 가스를 공급할 수 있다. 특히, 가열 온도가 서로 다른 히터를 이용하여 액화가스를 가열할 수 있어, 연소기관에서 요구되는 온도 및 압력으로 용이하게 맞출 수 있다.

먼저, 도 2는 제1 연소기관에서 소비되는 연료량이 기준량이고, 제2 연소기관에서 소비되는 연료량이 기준량 미만이어서 연료탱크 내부에 증발가스를 저장하는 경우의 연료 공급 과정을 도시한 도면이다.

제1 연소기관(C1)에서 소비되는 연료량이 기준량인 경우, 제1 액화가스공급라인(20)을 통해 액화가스를 공급한다.

연료탱크(10) 내부에 저장된 액화가스는 제1 액화가스공급라인(20) 상에 설치된 고압펌프(11)와 제1 히터(21)를 차례로 통과한 후, 제1 연소기관(C1)에 공급된다. 이 때, 액화가스는 약 23℃, 8 bar의 상태로 연료탱크(10)에 저장되며, 고압펌프(11)에 의해 약 27.5℃, 50 bar로 승온 및 가압된 후, 제1 히터(21)에서 약 35℃, 50 bar로 가열되어 제1 연소기관(C1)에 공급될 수 있다.

고압펌프(11)에서 승온 및 가압된 액화가스 중 일부는 제2 액화가스공급라인(30)으로 분기되어 제2 히터(31)에서 약 80℃, 50 bar로 가열된 후, 액화가스감압라인(50)을 따라 유동할 수 있다. 액화가스감압라인(50)에는 제1 감압밸브(51)가 설치되므로, 고온 고압의 액화가스는 제1 감압밸브(51)를 통과하며 약 8.5 bar로 감압되어 일부가 기화될 수 있다. 일부 기화된 액화가스는 기액분리기(60)에서 액상의 가스와 기상의 가스로 분리되며, 분리된 액상의 가스는 액화가스회수라인(70) 및 로딩라인(90)을 통해 연료탱크(10)로 회수될 수 있다. 또한, 분리된 기상의 가스는 증발가스회수라인(80)을 따라 유동하여 일부가 증발가스공급라인(40)을 통해 연료탱크(10)로 회수되며, 나머지 일부는 제2 감압밸브(41)를 통과한 후 약 5~6 bar로 감압되어 제2 연소기관(C2)에 공급될 수 있다. 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스가 연료탱크(10)에 저장됨으로써, 연료탱크(10) 내부의 압력이 일정 범위 이상으로 유지되어 액화가스의 공급이 원활하게 이루어질 수 있다.

이어서, 도 3은 제1 연소기관에서 소비되는 연료량이 기준량이고 제2 연소기관에서 소비되는 연료량이 기준량을 초과하는 경우의 연료 공급 과정을 도시한 도면이다.

제1 연소기관(C1)에서 소비되는 연료량이 기준량인 경우, 제1 액화가스공급라인(20)을 통해 액화가스를 공급하고, 제2 연소기관(C2)에서 소비되는 연료량이 기준량을 초과하는 경우, 연료탱크(10) 내부의 증발가스와 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스를 동시에 공급한다.

연료탱크(10)는 압력식 탱크로 형성되어 액화가스가 자연 기화하여 생성된 증발가스를 내부에 저장할 수 있다. 제2 연소기관(C2)에서 소비되는 연료량이 기준량을 초과하는 경우, 연료탱크(10)에 저장된 증발가스와 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스를 각각 제2 연소기관(C2)에 공급한다. 이 때, 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스는 증발가스공급라인(40)을 따라 유동하는 증발가스의 흐름에 합류되어 제2 감압밸브(41)에서 감압된 후 제2 연소기관(C2)으로 공급될 수 있다.

즉, 도 3의 과정은 연료탱크(10) 내부의 증발가스를 제2 연소기관(C2)으로 공급하고, 동시에, 기액분리기(60)에서 분리된 기상의 가스도 제2 연소기관(C2)으로 공급하는 점을 제외하면 나머지 과정은 도 2의 과정과 동일하다.

이어서, 도 4는 제1 연소기관과 제2 연소기관에서 각각 소비되는 연료량이 모두 기준량인 경우의 연료 공급 과정을 도시한 도면이다.

제1 연소기관(C1)과 제2 연소기관(C2)에서 각각 소비되는 연료량이 모두 기준량인 경우, 제1 액화가스공급라인(20)을 통해 액화가스를 공급하고, 증발가스공급라인(40)을 통해 증발가스를 공급한다.

제2 연소기관(C2)에서 소비되는 연료량이 기준량인 경우, 액화가스를 강제 기화시켜 공급할 필요가 없다. 다시 말해, 고압펌프(11)에서 승온 및 가압된 액화가스를 가열하고 감압시키는 제2 액화가스공급라인(30)과 액화가스감압라인(50)이 폐쇄된다.

이어서, 도 5는 제1 연소기관에서 소비되는 연료량이 기준량 미만이고, 제2 연소기관에서 소비되는 연료량도 기준량 미만이어서 연료탱크 내부에 증발가스를 저장하는 경우의 연료 공급 과정을 도시한 도면이다.

제1 연소기관(C1)에서 소비되는 연료량이 기준량 미만인 경우, 제2 히터(31)에서 가열되는 액화가스의 양으로 충족될 수 있으므로 제2 액화가스공급라인(30)과 우회라인(22)을 통해 액화가스를 공급한다.

연료탱크(10) 내부에 저장된 액화가스는 고압펌프(11)에서 승온 및 가압된 후 제2 히터(31)에서 약 80℃, 50bar로 가열되며, 일부가 우회라인(22)을 통과한 액화가스에 합류되어 제1 연소기관(C1)에 공급될 수 있다. 제2 히터(31)를 통과한 액화가스와 우회라인(22)을 통과한 액화가스가 합류되어 제1 연소기관(C1)에 공급됨으로써, 제2 히터(31)에서 고온으로 가열된 액화가스의 온도가 일부 낮아질 수 있다. 제2 히터(31)를 통과한 나머지 일부는 액화가스감압라인(50)을 따라 유동하여 일부 기화되며, 기액분리기(60)에서 분리된 액상의 가스는 연료탱크(10)로 회수되고, 분리된 기상의 가스는 연료탱크(10)로 회수되거나 제2 연소기관(C2)에 공급될 수 있다.

즉, 도 5의 과정은 제1 히터(21)가 설치된 제1 액화가스공급라인(20) 일부가 폐쇄되고, 제2 액화가스공급라인(30)을 따라 유동하는 액화가스와 우회라인(22)을 따라 유동하는 액화가스가 합류되어 제1 연소기관(C1)에 공급되는 점을 제외하면 나머지 과정은 도 2의 과정과 동일하다.

이어서, 도 6은 제1 연소기관에서 소비되는 연료량이 기준량을 초과하고 제2 연소기관에서 소비되는 연료량이 기준량 미만이어서 연료탱크 내부에 증발가스를 저장하는 경우의 연료 공급 과정을 도시한 도면이다.

제1 연소기관(C1)에서 소비되는 연료량이 기준량을 초과하는 경우, 제1 액화가스공급라인(20)과 제2 액화가스공급라인(30)을 통해 액화가스를 공급한다.

제2 히터(31)에서 가열된 액화가스는 제1 히터(21)에서 가열된 액화가스와 혼합되어 제1 연소기관(C1)에 공급될 수 있다. 고압펌프(11)에서 승온 및 가압된 액화가스 중 일부가 제1 히터(21)에서 가열되고, 나머지 일부가 제2 히터(31)에서 가열된 후 제1 액화가스공급라인(20)을 유동하는 액화가스의 흐름에 합류됨으로써, 제1 연소기관(C1)에 공급되는 연료량을 증가시킬 수 있다. 제1 히터(21)와 제2 히터(31)에서 각각 가열된 액화가스가 혼합되어 제1 연소기관(C1)에 공급됨에 따라, 제1 히터(21)는 가열되는 액화가스의 온도를 일부 감소시킬 수도 있다.

즉, 도 6의 과정은 제2 액화가스공급라인(30)을 따라 유동하는 액화가스가 제1 액화가스공급라인(20)을 따라 유동하는 액화가스가 합류되어 제1 연소기관(C1)에 공급되는 점을 제외하면 나머지 과정은 도 2의 과정과 동일하다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템.
10: 연료탱크 11: 고압펌프
20: 제1 액화가스공급라인 21: 제1 히터
22: 우회라인 30: 제2 액화가스공급라인
31: 제2 히터 40: 증발가스공급라인
41: 제2 감압밸브 50: 액화가스감압라인
51: 제1 감압밸브 60: 기액분리기
70: 액화가스회수라인 80: 증발가스회수라인
90: 로딩라인
C1: 제1 연소기관 C2: 제2 연소기관

Claims (6)

1. 액화가스가 저장된 연료탱크;
   상기 연료탱크로부터 공급받은 상기 액화가스를 가압하고 제1 온도로 가열하여 제1 연소기관으로 공급하는 제1 액화가스공급라인;
   상기 제1 액화가스공급라인에 설치되어 상기 액화가스를 상기 제1 온도로 가열하는 제1 히터;
   상기 제1 액화가스공급라인과 병렬로 연결되어 가압된 상기 액화가스를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 가열하며, 상기 제1 히터 후단의 상기 제1 액화가스공급라인에 합류되는 제2 액화가스공급라인;
   상기 제2 액화가스공급라인에 설치되어 상기 액화가스를 상기 제2 온도로 가열하는 제2 히터;
   상기 연료탱크 내부에서 상기 액화가스가 기화하여 생성된 증발가스를 제2 연소기관으로 공급하는 증발가스공급라인;
   상기 제2 히터 후단의 상기 제2 액화가스공급라인에서 분기되며, 상기 제2 히터를 통과한 상기 액화가스를 감압하는 제1 감압밸브가 설치된 액화가스감압라인;
   상기 액화가스감압라인과 연결되어 액상의 가스와 기상의 가스로 분리하는 기액분리기;
   상기 기액분리기와 상기 연료탱크를 연결하여 상기 액상의 가스를 상기 연료탱크로 공급하는 액화가스회수라인; 및
   상기 기액분리기와 상기 증발가스공급라인을 연결하여 상기 기상의 가스를 상기 연료탱크와 상기 제2 연소기관 중 적어도 하나에 공급하는 증발가스회수라인을 포함하는 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템.
2. 제1 항에 있어서, 상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 높고 상기 액화가스의 끓는점보다 낮은 온도인 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템.
3. 제1 항에 있어서, 상기 연료탱크는 상기 증발가스회수라인을 통해 상기 기상의 가스를 공급받아 내부 압력이 유지 또는 상승되어 상기 제1 연소기관과 상기 제2 연소기관 사이의 압력으로 유지되는 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템.
4. 제3 항에 있어서, 상기 연료탱크는 상기 액화가스가 상온에서 액상으로 존재하는 압력 이상으로 유지되는 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템.
5. 제1 항에 있어서, 상기 제2 연소기관 전단의 상기 증발가스공급라인에 설치되어 상기 액화가스를 감압하는 제2 감압밸브를 더 포함하는 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템.
6. 제1 항에 있어서, 상기 제1 액화가스공급라인에서 분기되어 상기 제1 히터를 우회하는 우회라인을 더 포함하는 액화가스 연료 선박의 연료 공급 시스템.

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