KR20190122943A - 선박 연료시스템 - Google Patents

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KR20190122943A
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Abstract

본 발명에 따른 선박 연료시스템은 LNG(Liquid Natural Gas)화물창을 포함하는 선박의 선박 연료시스템에 있어서, 선박의 프로펠러와 연결되어 선박에 추진력을 제공하며, LNG와 상기 LNG화물창에서 생성된 BOG(Boil Off Gas)를 연료로 사용하여 전기를 발생시키는 이중연료엔진부; 선박의 프로펠러와 연결되고, 상기 이중연료엔진부가 구동되지 않을 경우, 오일(Oil)을 연료로 사용하여 전기를 발생시키는 보조엔진부; 상기 이중연료엔진부 및 상기 보조엔진부와 연결되어, 상기 이중연료엔진부또는 상기 보조엔진부의 구동력을 이용하여 발전하는 축 발전기; 및 상기 이중연료엔진부 및 상기 보조엔진부와 연결되어, 상기 이중연료엔진부 및 상기 보조엔진부의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 의한 선박 연료시스템은 이중연료엔진부를 통하여 발생되는 BOG의 효율적인 처리가 가능하고, 축 발전기가 이중연료엔진부와 연결되어 선박 내에 필요한 전기를 생산할 수 있으며, 추가적인 이중연료엔진을 적용하지 않아도 되어 설비 비용을 감축시킬 수 있다. 또한 이중연료엔진부가 구동되지 않을 경우, 보조엔진부에 의해 축 발전기를 모터로 구동시켜 선박이 항구로 돌아갈 수 있는 최소한의 추진력 및 선박 내에 필요한 전기를 제공할 수 있다.

Description

선박 연료시스템{Fuel system for ship}
본 발명은 선박 연료시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LNG(Liquid Natural Gas)선박의 LNG화물창에서 발생되는 BOG를 연료로 사용 가능한 선박 연료시스템에 관한 것이다.
일반적으로 액화천연가스(LNG; Liquid Natural Gas)는 선박의 극저온 화물창 내에 저장되어 운반되며, 기체상태로 운반하는 경우보다 많은 양의 가스를 한번에 운반할 수 있는 장점이 있다. 상기한 바와 같은 LNG는 영하 163도에서 온도 및 압력을 조절하여 저장이 된다. LNG는 절연을 통해 액체 상태를 유지시킬 수 있으나, 상온 및 상압 상태에서 자연 기화가 되며, 자연기화로 인하여 NBOG(Natural Boil Off Gas)가 발생하게 된다. 상기한 바와 같이 LNG의 기화로 인하여 발생된 BOG를 처리하지 않게 되면, 화물창 내 압력이 상승하게 되어, 화물창의 형상이 변형되거나, 터질 수 있는 위험을 가지게 된다. 따라서 LNG선박은 LNG의 기화로 발생된 BOG를 처리하기 위한 방법 및 기술이 매우 중요한 요소로 작용한다.
종래의 BOG를 처리하기 위한 기술로는, 선박의 추진력을 발생시키는 메인엔진을 이중연료엔진(DFME : Dual Fuel Main Engine)으로 적용시켜 BOG를 연료로 사용하여 처리하는 방법, 별도의 소각장치를 통하여 발생되는 BOG를 소모시키는 GCU(Gas Combustion Unit), 재액화장치를 통해 BOG를 다시 액화가스로 응축시키는 RLU(Re Liquefaction Unit)방법 등이 있다.
하지만 종래의 이중연료엔진을 이용한 LNG선박은, 선박의 추진력을 발생시키는 메인엔진과 선박 내에 필요한 전력을 생산하기 위한 보조엔진을 구비함으로써, LNG와 BOG를 연료로 사용하도록 구성된다. 따라서 메인엔진과 보조엔진을 이중연료엔진으로 구성하게 되면, 설비비용이 높아져 사용효율이 저하된다.
그리고, 상기한 바와 같은 BOG를 처리하는 방법 중, GCU, RLU를 이용하는 경우, 초기 투자비용이 매우 높으며, 설치 공간이 많이 필요하여 소형선(Small scale)에서 적용하는데 많은 어려움이 있다는 단점이 있다.
상기한 바와 같은 종래의 BOG를 처리하는 기술은 대한민국 공개특허 10-2007-0042420호가 개시된 바 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 설비비용을 감축하고, 효율적으로 BOG를 처리할 수 있는 선박 연료시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박 연료시스템은, LNG(Liquid Natural Gas)화물창을 포함하는 선박의 선박 연료시스템에 있어서, 선박의 프로펠러와 연결되어 선박에 추진력을 제공하며, LNG와 상기 LNG화물창에서 생성된 BOG(Boil Off Gas)를 연료로 사용하여 전기를 발생시키는 이중연료엔진부; 선박의 프로펠러와 연결되고, 상기 이중연료엔진부가 구동되지 않을 경우, 오일(Oil)을 연료로 사용하여 전기를 발생시키는 보조엔진부; 상기 이중연료엔진부 및 상기 보조엔진부와 연결되어, 상기 이중연료엔진부또는 상기 보조엔진부의 구동력을 이용하여 발전하는 축 발전기; 및 상기 이중연료엔진부 및 상기 보조엔진부와 연결되어, 상기 이중연료엔진부 및 상기 보조엔진부의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.
여기서 상기 이중연료엔진부 및 상기 보조엔진부는, 상기 프로펠러와 프로펠러축으로 연결되며, 상기 프로펠러축은, 상기 이중연료엔진부의 구동을 제어하는 제 1 클러치와, 상기 프로펠러의 구동을 제어하는 제 2클러치를 포함한다.
또한 상기 제어부는, 선박의 운항상태를 판단하는 운항판단부와, 상기 이중연료엔진부의 구동 유무를 판단하는 엔진구동판단부와, 상기 운항판단부 및 상기 엔진구동판단부와 연결되어, 상기 운항판단부에서 판단된 선박의 운항상태 및 상기 엔진구동판단부에서 판단된 상기 이중연료엔진부의 구동 유무에 대응하여 상기 제 1클러치 또는 상기 제2클러치를 제어하는 클러치제어부를 포함할 수 있다.
또한 상기 운항판단부는, 선박의 운항상태를 화물하역상태, 항구정박상태 또는 항해상태로 판단하며, 상기 클러치제어부는, 상기 운항판단부가 판단한 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우, 상기 제 2클러치를 개방시켜 상기 프로펠러의 구동을 제한할 수 있다.
또한 상기 클러치제어부는, 상기 엔진구동판단부에서 상기 이중연료엔진부가 구동되지 않는다고 판단하는 경우, 상기 제 1클러치를 개방시키고, 상기 보조엔진부를 구동시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 선박 연료시스템은 이중연료엔진부를 통하여 발생되는 BOG의 효율적인 처리가 가능하고, 축 발전기가 이중연료엔진부와 연결되어 선박 내에 필요한 전기를 생산할 수 있어 선박 내의 전기를 공급하기 위한 추가적인 설비를 요구하지 않아 설비비용을 감축시킬 수 있다.
또한 이중연료엔진부가 구동되지 않을 경우, 보조엔진부에 의해 축 발전기를 모터로 구동시켜 선박이 항구로 돌아갈 수 있는 최소한의 추진력 및 선박 내에 필요한 전기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박 연료시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박 BOG 처리시스템의 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우를 도시한 흐름도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선박 연료시스템의 이중연료엔진부가 구동되지 않을 경우를 도시한 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선박 BOG 처리시스템의 제어부의 구성을 도시한 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박 연료시스템(10)은 LNG선박의 연료시스템에 관한 것으로, LNG선박에 한정하는 것은 아니며, BOG가 발생되는 LPG(liquefied petroleum gas), LEG(liquefied ethylene gas) 등의 가스 선에도 적용 가능 할 것이다. 상기 선박 BOG 처리시스템(10)은 이중연료엔진부(100), 보조엔진부(200), 축 발전기(300) 및 제어부(400)를 포함 할 수 있다.
상기 이중연료엔진부(100)는 선박의 프로펠러(P)와 연결되어 선박에 추진력을 제공하며, LNG와 상기 LNG화물창(C)에서 생성된 BOG(Boil Off Gas)를 연료로 사용하여 전기를 발생시킨다. 상기 이중연료엔진부(100)는 디젤과 같은 오일(Oil)과 화물창(C)에 수용된 LNG를 연료로 사용할 수 있는 엔진(engine)인 것으로, 선박의 프로펠러(P)와 프로펠러축(20)을 통하여 연결된다. 즉 상기 이중연료엔진부(100)의 구동력을 통하여 상기 프로펠러축(20)이 회전할 수 있으며, 상기 프로펠러축(20)이 회전함으로써, 상기 프로펠러(P)가 회전하여 선박을 추진시킬 수 있다. 상기 이중연료엔진부(100)는 LNG화물창(C)에서 생성된 BOG(Boil Off Gas)를 연료로 사용함으로써, BOG를 용이하게 처리할 수 있다. 상기 이중연료엔진부(100)는 회전속도를 제어하는 감속기어(RG) 등과 같은 부품을 더 포함할 수 있으나, 이는 상용화된 기술인 것으로 여기서는 자세한 설명은 생략한다.
한편 상기 프로펠러축(20)은, 상기 이중연료엔진부(100)의 구동을 제어하는 제 1 클러치(21)와, 상기 프로펠러(P)의 구동을 제어하는 제 2클러치(22)를 포함할 수 있다.
상기 보조엔진부(200)는 선박의 프로펠러(P)와 연결되고, 상기 이중연료엔진부(100)가 구동되지 않을 경우, 디젤과 같은 오일(Oil)을 연료로 사용하여 전기를 발생시킨다. 즉 상기 보조엔진부(200)는 상기 이중연료엔진부(100)에 고장이 발생하여 구동되지 않을 경우 구동되어 선박 내에 전기를 생산할 수 있으며, 이를 통하여 비상 시 선박에 추진력을 제공할 수 있다. 상기 보조엔진부(200)는 후술(後述) 할 축 발전기(300)와 연결되어, 프로펠러축(20)을 통하여 상기 프로펠러(P)와 연결된다. 부연하면 상기 보조엔진부(200)는 복수개의 교류발전기(alternator; G1,G2)들과 연결되어, 전력을 생산하도록 구성되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 보조엔진부(200)는 복수개의 교류발전기(G1,G2)에 각각 연결되는 것이 바람직하며, 상기 이중연료엔진부(100)가 구동되지 않을 경우, 전기를 생산하여 선박이 항구로 돌아갈 수 있는 최소한의 추진력 및 선박 내에 필요한 전기를 제공할 수 있다.
상기 축 발전기(300)는 상기 이중연료엔진부(100) 및 상기 보조엔진부(200)와 연결되어, 상기 이중연료엔진부(100) 또는 상기 보조엔진부(200)의 구동력을 이용하여 발전한다. 즉 상기 축 발전기(300)는 상기 이중연료엔진(100) 및 상기 보조엔진부(200)의 프로펠러 축(20)을 회전시키는 구동력을 전달받아, 전력을 생산할 수 있으며, 생산된 전력을 통하여 선박 내에 필요한 전기를 공급할 수 있다. 따라서 상기 축발전기(300)를 통하여 선박 내에 필요한 전기를 공급할 수 있어, 추가적인 이중연료엔진을 요구하지 않고도 선박 내에 전기 공급이 가능하다. 부연하면 상기 축 발전기(300)는 상기 이중연료엔진부(100)가 구동되지 않을 경우, 상기 보조엔진부(200)를 통하여 회전하여 선박이 항구로 돌아갈 수 있는 최소한의 추진력을 제공할 수 있다.
상기 제어부(400)는 상기 이중연료엔진부(100) 및 상기 보조엔진부(200)와 연결되어, 상기 이중연료엔진부(100) 및 상기 보조엔진부(200)의 구동을 제어한다. 상기 제어부(400)는 운항판단부(410), 엔진구동판단부(420), 클러치제어부(430)를 포함할 수 있다.
상기 운항판단부(410)는 선박의 운항상태를 판단한다. 더욱 구체적으로 상기 운항판단부(410)는, 선박의 운항 상태를 화물하역상태(Cargo handling), 항구정박상태(Port in rest) 또는 항해상태(Seagoing)로 판단할 수 있다.
상기 엔진구동판단부(420)는 상기 이중연료엔진부(100)의 구동 유무를 판단한다. 즉 엔진구동판단부(420)는 상기 이중연료엔진부(100)와 연결되어, 상기 이중연료엔진부(100)의 구동유무를 판단하여, 상기 이중연료엔진부(100)의 고장을 감지할 수 있다.
상기 클러치제어부(430)는 상기 제 1클러치(21) 또는 상기 제 2클러치(22)를 제어하기 위한 것으로, 상기 운항판단부(410) 및 상기 엔진구동판단부(420)와 연결된다. 더욱 구체적으로 상기 클러치제어부(430)는, 상기 운항판단부(410)에서 판단된 선박의 운항상태 및 상기 엔진구동판단부(420)에서 판단된 상기 이중연료엔진부(100)의 구동 유무에 대응하여 상기 제 1클러치(21) 또는 상기 제2클러치(22)를 제어한다. 상기 클러치제어부(430)는 상기 운항판단부(410)에서 판단된 선박의 운항상태에 대응하여 상기 제 2클러치(22)를 제어하며, 상기 엔진구동판단부(420)에서 판단된 상기 이중연료엔진부(100)의 구동 유무에 대응하여 제 1클러치(21)를 제어할 수 있다. 따라서 상기 클러치제어부(430)는 상기 제 1클러치(21) 및 상기 제 2클러치(22)를 제어함으로써, 상기 이중연료엔진부(100)와 상기 프로펠러(P)의 구동을 제어가능하다.
상기 클러치제어부(430)는, 상기 운항판단부(410)가 판단한 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우, 상기 제 2클러치(21)를 개방시킨다. 즉 상기 운항판단부(410)가 판단한 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우, 상기 클러치제어부(430)는 상기 제 2클러치(21)를 개방시켜, 상기 프로펠러(P)의 구동을 제한 할 수 있으며, 상기 프로펠러(P)로 이동되는 불필요한 전력의 이동을 방지하여 전력을 효율적으로 사용가능하다.
또한 상기 클러치제어부(430)는, 상기 엔진구동판단부(420)에서 상기 이중연료엔진부(100)가 구동되지 않는다고 판단하는 경우, 상기 제 1클러치(21)를 개방시킨다. 즉 상기 엔진구동판단부(420)에서 상기 이중연료엔진부(100)가 구동되지 않는다고 판단하는 경우, 상기 클러치제어부(430)는 상기 제 1클러치(21)를 개방시켜, 상기 이중연료엔진부(100)의 구동을 제한하여, 상기 이중연료엔진부(100)로 이동되는 불필요한 전력의 이동을 방지하여 전력을 효율적으로 사용가능하다. 또한 상기 클러치제어부(430)는 상기 엔진구동판단부(420)에서 상기 이중연료엔진부(100)가 구동되지 않는다고 판단하는 경우, 상기 보조엔진부(200)를 구동시킨다. 따라서 상기 보조엔진부(200)가 작동함으로써, 상기 이중연료엔진부(100)가 구동되지 않음에도 상기 축 발전기(300)로 구동력을 전달할 수 있으며, 이를 통해 선박 내에 전기의 생산이 가능하고, 항구로 이동하기 위한 최소한의 추진력을 제공받을 수 있다.
본 발명에 의한 선박 연료시스템은 이중연료엔진부를 통하여 발생되는 BOG의 효율적인 처리가 가능하고, 축 발전기가 이중연료엔진부와 연결되어 선박 내에 필요한 전기를 생산할 수 있으며, 추가적인 설비를 적용하지 않아도 되어 설비 비용을 감축시킬 수 있다.
또한 한 이중연료엔진부가 구동되지 않을 경우, 보조엔진부에 의해 축 발전기를 모터로 구성시켜 선박이 항구로 돌아갈 수 있는 최소한의 추진력 및 선박 내에 필요한 전기를 제공할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 선박 연료시스템 20 : 프로펠러축
21 : 제 1클러치 22 : 제 2클러치
100 : 이중연료엔진부 200 : 보조엔진부
300 : 축 발전기 400 : 제어부
410 : 운항판단부 420 : 엔진구동판단부
430 : 클러치제어부 C : 화물창
P : 프로펠러

Claims (5)

  1. LNG(Liquid Natural Gas)화물창을 포함하는 선박의 선박 연료시스템에 있어서,
    선박의 프로펠러와 연결되어 선박에 추진력을 제공하며, LNG와 상기 LNG화물창에서 생성된 BOG(Boil Off Gas)를 연료로 사용하여 전기를 발생시키는 이중연료엔진부;
    선박의 프로펠러와 연결되고, 상기 이중연료엔진부가 구동되지 않을 경우, 오일(Oil)을 연료로 사용하여 전기를 발생시키는 보조엔진부;
    상기 이중연료엔진부 및 상기 보조엔진부와 연결되어, 상기 이중연료엔진부또는 상기 보조엔진부의 구동력을 이용하여 발전하는 축 발전기; 및
    상기 이중연료엔진부 및 상기 보조엔진부와 연결되어, 상기 이중연료엔진부 및 상기 보조엔진부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 선박 연료시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이중연료엔진부 및 상기 보조엔진부는, 상기 프로펠러와 프로펠러축으로 연결되며,
    상기 프로펠러축은,
    상기 이중연료엔진부의 구동을 제어하는 제 1 클러치와,
    상기 프로펠러의 구동을 제어하는 제 2클러치를 포함하는 선박 연료시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는,
    선박의 운항상태를 판단하는 운항판단부와,
    상기 이중연료엔진부의 구동 유무를 판단하는 엔진구동판단부와,
    상기 운항판단부 및 상기 엔진구동판단부와 연결되어, 상기 운항판단부에서 판단된 선박의 운항상태 및 상기 엔진구동판단부에서 판단된 상기 이중연료엔진부의 구동 유무에 대응하여 상기 제 1클러치 또는 상기 제2클러치를 제어하는 클러치제어부를 포함하는 선박 연료시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 운항판단부는,
    선박의 운항상태를 화물하역상태, 항구정박상태 또는 항해상태로 판단하며,
    상기 클러치제어부는,
    상기 운항판단부가 판단한 선박의 운항상태가 화물하역상태 또는 항구정박상태일 경우, 상기 제 2클러치를 개방시켜 상기 프로펠러의 구동을 제한하는 선박 연료시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 클러치제어부는,
    상기 엔진구동판단부에서 상기 이중연료엔진부가 구동되지 않는다고 판단하는 경우,
    상기 제 1클러치를 개방시키고, 상기 보조엔진부를 구동시키는 선박 연료시스템.
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KR20160138369A (ko) * 2016-11-25 2016-12-05 대우조선해양 주식회사 전기저장장치를 갖는 부유식 구조물의 운항방법

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