KR20210018366A - 연료 공급 시스템 - Google Patents

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KR20210018366A
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이수호
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템은 액화가스 연료가 저장된 제1 저장탱크(10), 제1 저장탱크(10)와 제1 배관(L1)으로 연결되어, 액화가스 연료를 기화한 후 제2 배관(L2)를 통해 엔진에 공급하는 제1 열교환기(31) 및, 제2 배관(L2)에 연결되며 액화가스 연료가 기화된 가스연료가 저장되는 제2 저장탱크(20)를 포함한다.

Description

연료 공급 시스템{FUEL GAS SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 연료 공급 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 액화가스를 연료로 사용하는 선박의 연료 공급 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 액화가스를 연료로 사용하는 선박에서도, 추진기관이 정상 출력으로 가동할 수 있는 시간을 최소화할 수 있고, 신속하게 출력을 증가시킬 수 있는 연료 공급 시스템을 제공하는 것이다.
일반적으로, 선박은 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 엔진에 의해 추진력을 가지게 되는데, 선박의 연료로서 사용되는 경유, 중유, MDO(Marine Diesel Oil) 등의 연료유는 연소 과정에서 발생하는 다량의 유해물질로 인하여 환경오염을 유발하는 원인이 되고 있다. 최근 대기환경오염을 방지하기 위한 국제적인 규제가 강화되면서, 선박의 연료가 연료유에서 천연가스로 변경되고 있다. 천연가스는 황 함유량이 적어 연소시에 황화합물 및 검댕 물질을 생성하지 않아 비교적 친환경적이다. 이러한 추세에 맞추어 연료유와 함께 천연가스를 사용할 수 있는 이중연료 엔진이 개발되어 실선에 적용되고 있다.
한편, 천연가스는 상온, 상압에서는 기체 상태로 그 부피가 너무 크기 때문에 저장을 위한 공간의 제약이 심하기 때문에, 통상 상압에서 약 -163℃의 극저온에서 액체 상태를 유지하는 특성을 이용하여 단열재로 처리된 특수 저장탱크에 극저온의 LNG를 상압의 액체 상태로 저장할 수 있다.
또한, 친환경 선박으로 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)를 연료로 사용하는 선박(LFS)이 개발되어 각국의 선급으로부터 공식인증을 승인받아 환경 규제로 인한 청정에너지로의 전환 요구를 충족시키고 있다. 이러한 LFS는 LNG를 화물로써 운반하는 LNG 운반선뿐만 아니라, 컨테이너선, 탱커선 등을 비롯한 일반 상선에도 적용할 수 있는 기술이 개발되고 있다.
일반적으로 선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진은 MEGI엔진, DF(Dual Fuel)엔진 등이 있다.
ME-GI엔진은, 2행정으로 구성되며, 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하고 있다.
디젤 사이클은, 상사점 부근에서 연소가 일어날 때의 압력이 일정한 정압 공정을 따르는데, 상승 행정시 연소공기만을 실린더에 흡입하여, 흡입한 연소 공기를 높은 압축비로 단열 압축한다. 상사점에 이르러서는 압축 행정시의 단열 압축으로 인해 연소 공기가 상당히 높은 온도에 이르게 되며, 단열 압축된 연소 공기에 연료를 분사하면 높은 온도로 인해 자연 발화하게 된다.
디젤 사이클에서 상사점에 이른 연소 공기가 이미 높은 압력임에도 불구하고 연료 분사에 의한 폭발로 압력이 더 높아지는 것을 방지하기 위해, 연료의 분사 압력을 적절하게 조절하여 상사점에서의 연료의 연소 압력을 일정하게 유지한다.
디젤 기관은 연료의 압축비가 높을수록 연소 효율이 증가하나, 폭발 압력을 고려하여 일반적으로 15 ~ 22 : 1 정도의 압축비로 연료를 압축시킨다.
또한, 디젤 기관은, 압축 행정에서 공기만이 압축되기 때문에, 피스톤이 상사점에 이르기 전에 조기 착화가 일어나는 현상인 노킹(Knocking)은 원천적으로 발생하지 않는다.
DF엔진은, 4행정 또는 2행정으로 구성되며, 비교적 저압인 6.5bar 또는 18bar 정도의 압력을 가지는 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하고 있다.
오토 사이클은, 상사점 부근에서 연소가 일어날 때의 부피가 일정한 정적 공정을 따르는데, 연료와 연소공기의 혼합기가 상승 행정 이전에 실린더 내로 유입되어 함께 압축된다. 실린더 내로 유입된 혼합기가 단열압축되며 온도가 상승되는데, 혼합기가 너무 높은 온도에 이르면 조기 착화가 일어날 수 있다. 따라서, 오토 사이클의 압축비는 디젤 사이클에 비하여 낮게 설정된다.
오토 사이클의 압축비가 비교적 낮게 설정되므로, 상사점에서 점화원에 의해 연료가 폭발할 때 높은 압력에 이르게 할 필요가 있으며, 연료를 최대한 짧은 시간 내에 폭발시키는 것이 기관의 효율을 높이는 데 도움이 된다.
오토 사이클을 따르는 엔진은, 연료와 연소공기의 혼합기를 상승 행정 이전에 실린더 내로 유입시키므로, 점화원에 의해 점화가 되기 전에 조기 착화가 일어날 수 있고, 노킹 현상이 일어날 수 있다.
노킹 현상이 일어나면 기관의 효율이 낮아지고 엔진에 손상이 가해질 수도 있으므로, 오토 사이클을 따르는 엔진은 노킹 현상을 방지하도록 운전하는 것이 중요하다.
오토 사이클을 따르는 엔진에 사용되는 연료가 조기 착화되지 않는 성능, 즉 안티노킹(Anti-Knocking)은, 액체 연료의 경우에는 옥탄가(Octane Number)에 의해, 가스 연료의 경우에는 메탄가(Methane Number)에 의해 규정되며, DF 엔진의 경우에는 메탄가 80 이상을 요구한다.
오토 사이클을 따르는 DF 엔진의 경우, 디젤 사이클을 따르는 ME-GI 엔진에 비해 효율은 더 낮으나, 연료의 연소 온도가 높지 않아 고열로 인해 발생하는 질소산화물(NOx)의 양이 적기 때문에, 현재 발효 중인 질소산화물 규제인 IMO Tier ²을 만족시킨다는 장점이 있다.
이와 같이, 연료탱크에 저장된 LNG를 엔진에서 요구하는 사양에 맞추어 공급하기 위해서는 LNG 및 각 엔진의 특성을 고려한 각종 장비들과 연료 공급 시스템이 구성되어야 할 필요가 있다.
한편, 최근 더욱 다양한 선종에 대해 친환경 연료인 LNG를 연료로 하는 LNG 연료 추진선에 대한 수요가 증가하고 있다. 이중에서도, 해상화재, 전복사고, 낙도환자 긴급수송, 불법어업단속 등 긴급 출동상황 발생과 같이 긴급출동이 요구되는 선박, 예를 들어 경비정이나 구난함과 같은 연안 선박에 있어서도 LNG를 연료로 하는 것에 대한 수요가 급증하고 있다.
그러나, 긴급출동이 요구되는, 경비정이나 구난함과 같은 연안 선박의 경우 긴급 출동 시 최대한 빠른 시간에 추진 기관이 정상 출력으로 가동할 수 있어야 하며, 추진 기관의 출력 증강이 용이하게 이루어질 수 있어야 한다.
한국 공개특허공보 제10-2018-0087018호(액화천연가스 연료 선박의 연료 공급 시스템 및 방법, 2018.08.01.)
따라서, 본 발명은 액화가스를 연료로 사용하는 선박에서도, 추진기관이 정상 출력으로 가동할 수 있는 시간을 최소화할 수 있고, 신속하게 출력을 증가시킬 수 있는 연료 공급 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템은 액화가스 연료가 저장되는 제1 저장탱크(10); 상기 제1 저장탱크(10)와 제1 배관(L1)으로 연결되어, 상기 액화가스 연료를 기화한 후 제2 배관(L2)를 통해 엔진에 공급하는 제1 열교환기(31); 및 상기 제2 배관(L2)에 연결되며 상기 액화가스 연료가 기화된 가스연료가 저장되는 제2 저장탱크(20)를 포함한다.
또한, 상기 제1 열교환기(31)와 제3 배관(L3)으로 연결되어, 상기 제3 배관(L3)을 순환하면서 상기 제1 열교환기(31)를 통해 상기 액화가스 연료와 열교환하는 글리콜 워터를 가열시키는 글리콜 히터(40)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 저장탱크(10)와 제5 배관(L5)을 통해서 연결되어, 상기 제1 저장탱크(10)의 상기 액화가스 연료를 기화하여 상기 제1 저장탱크(10)로 공급하는 제2 열교환기(32)를 더 포함하고, 상기 제2 열교환기(32)는 상기 제3 배관(L3)과 연결되어 상기 글리콜 워터와 상기 액화가스 연료를 열교환할 수 있다.
또한, 상기 제2 저장탱크(20)와 제6 배관(L6)을 통해서 상기 제1 저장탱크(10)에 연결되며, 상기 제2 저장탱크(20)의 상기 가스연료를 재액화시키는 재액화기(60)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 배관(L3)과 상기 재액화기(60) 사이를 연결하는 제1 우회 배관(AL1); 및 상기 제2 저장탱크(20)와 상기 제2 열교환기(32) 사이를 연결하는 제2 우회 배관(AL2)을 더 포함하고, 상기 제2 저장탱크(20)의 상기 가스연료는 상기 제2 우회배관(AL2), 상기 제2 열교환기(32), 상기 제3 배관(L3)을 통해 상기 제1 열교환기(31)로 전달되어, 상기 제1 배관(L1)을 통해 공급되는 상기 제1 저장탱크(10)의 상기 액화가스 연료와 열교환한 후, 상기 제1 우회배관(AL1) 및 상기 재액화기(60)를 통해 상기 제1 저장탱크(10)로 공급될 수 있다.
또한, 상기 재액화기(60)는 JT밸브 또는 익스팬더일 수 있다.
또한, 상기 제1 열교환기(31)의 전단에 연결되어 상기 제1 저장탱크(10)의 상기 액화가스 연료를 사전 가열하는 제3 열교환기(33); 상기 제3 열교환기(33)와 상기 제2 저장탱크(20) 사이를 연결하는 제7 배관(L7); 및 상기 제3 열교환기(33)와 상기 재액화기(60) 사이를 연결하는 제8 배관(L8)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 열교환기(31)의 전단에 연결되어 상기 제1 저장탱크(10)의 상기 액화가스 연료를 사전 가열하는 제3 열교환기(33); 상기 제3 열교환기(33)와 상기 제2 저장탱크(20) 사이를 연결하는 제7 배관(L7); 상기 제3 열교환기(33)와 상기 제1 저장탱크(10) 사이를 연결하는 제8 배관(L8); 및 상기 제8 배관(L8)에 연결되어, 상기 가스연료를 재액화시켜 상기 제1 저장탱크(10)로 공급하는 재액화기(60)를 더 포함하고, 상기 제2 저장탱크(20)의 상기 가스연료는 상기 제7 배관(L7)을 통해 상기 제3 열교환기(33)로 전달되어, 상기 제1 배관(L1)을 통해 공급되는 상기 제1 저장탱크(10)의 상기 액화가스 연료와 열교환한 후, 상기 제8 배관(L8) 및 상기 재액화기(60)를 통해 상기 제1 저장탱크(10)로 공급될 수 있다.
또한, 상기 제1 저장탱크(10)의 증발가스를 상기 제1 배관(L1)에 공급하는 제4 배관(L4)을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 해상화재, 전복사고, 낙도환자 긴급수송, 불법어업단속 등 긴급출동상황 발생 시 긴급출동이 요구되는 선박, 예를 들면, 경비정이나 구난함과 같은 연안 선박에 있어, 긴급 출동 시 최대한 이른 시간에 추진기관이 정상출력으로 가동하여 선박의 신속한 출항이 가능하며, 용이하게 출력을 증가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은 제1 저장탱크(10) 및 제2 저장탱크(20), 제1 저장탱크(10)와 제2 저장탱크(20) 사이에 연결되어 있는 제1 열교환기(31), 제2 열교환기(32), 글리콜 히터(40), 그리고 이들 사이를 연결하는 배관(L1, L2, L3, L4, L5)을 포함하며, 배관(L1, L2, L3, L4, L5)에는 밸브(도시하지 않음)가 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템은 케이싱화하여, 보호될 수 있다. 또한, 연료 공급 시스템은 선체 위에 설치된 별도의 트레이 위에 설치될 수 있다. 이처럼 본 발명의 일 실시예에서와 같이 연료 공급 시스템을 케이싱 또는 트레이를 이용하여 선체 상에 설치하면, 연료 공급 시스템 내부의 액화가스 누출 발생시 이로 인해서 선체가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
제1 저장탱크(10)는 주기관실의 엔진(E)에 공급되는 연료가 저장되며, 멤브레인 타입 또는 독립형 타입(예를 들면, IMO 기준 Type C의 압력 용기)이 적용될 수 있다. 제1 저장탱크(10)에는 액화가스 연료가 저장되며, 액화가스 연료는 LNG, LPG 및 암모니아와 같은 액화가스일 수 있다. 제1 저장탱크(10) 내의 액화가스 연료는 공급 펌프(도시하지 않음)를 통해서 외부로 펌핑될 수 있으며, 제1 저장탱크(10) 내부에 설치되는 수중 펌프(submerged pump) 또는 딥웰 펌프일 수 있다.
주기관실(R)에는 선박용 엔진(E)이 적어도 하나 이상 설치될 수 있으며, 가스 탐지기가 설치될 수 있다.
제2 저장탱크(20)는 주기관 시동 및 출력 증강이 필요한 경우 사용될 연료를 저장하기 위한 것으로, 가스연료가 저장된다. 따라서, 액화가스 연료보다 고압에 견딜 수 있도록 설계될 수 있다. 바람직하게는 IMO 기준 Type C의 압력 용기 타입의 저장탱크가 적용될 수 있다.
제1 열교환기(31)는 액화가스 연료를 기화시키기 위한 기화기 일 수 있으며, 제1 저장탱크(10)로부터 펌펑된 액화가스 연료를 기화시켜 엔진(E)에 공급한다.
제1 열교환기(31)와 제1 저장탱크(10) 사이에는 펌프 또는 부스터 펌프(도시하지 않음)가 구비될 수 있으며, 이를 통해 액화가스 연료를 승압시킬 수 있다.
글리콜 히터(40)는 내부에 글리콜 워터가 흐르며, 스팀 순환 배관(SL)을 통해서 외부로부터 공급되는 스팀과 열교환하여 글리콜 워터가 가열될 수 있다. 글리콜 워터는 글리콜 워터 펌프(41)를 통해서, 배관으로 연결된 제1 열교환기(31) 및 후술하는 제2 열교환기(32)로 공급되어 액화가스 연료를 기화시킨다.
제1 저장탱크(10)는 제1 배관(L1)을 통해서 제1 열교환기(31)와 연결될 수 있으며, 제1 저장탱크(10) 내의 액화가스 연료는 공급펌프(도시하지 않음)를 통해서 펌핑된 후, 제1 배관(L1)을 통해서 제1 열교환기(31)로 전달(점선 (1) 참조)될 수 있다.
제1 열교환기(31)는 제2 배관(L2)를 통해서 엔진(E)과 연결된다. 제1 열교환기(31)를 통해서 기화된 연료는 제2 배관(L2)을 통해서 주기관실의 엔진(E)으로 공급(점선 (2) 참조)된다.
제1 열교환기(31)는 제3 배관(L3)을 통해서 글리콜 히터(40)와 연결될 수 있으며, 제3 배관(L3)에는 글리콜 워터를 순환시키기 위한 글리콜 워터 펌프(41)가 연결될 수 있다.
외부로부터 공급되는 스팀이 글리콜 히터(40) 내부를 순환 후 배출되고, 이때 스팀은 글리콜 워터와 열교환하여 글리콜 워터를 가열시킨다. 가열된 글리콜 워터는 글리콜 워터 펌프(41)를 통해서 제3 배관(L3)을 순환(점선 (3) 참조)하면서 제1 열교환기(31)로 공급되는 액화가스 연료를 가열(열교환)하여 기화시킨다.
제2 배관(L2)에는 제2 저장탱크(20)가 연결될 수 있으며, 제1 열교환기(31)에 의해서 기화된 연료 중 일부 연료가 제2 저장탱크(20)에 저장될 수 있다. 제2 배관(L2)에는 엔진(E)에 공급되는 연료의 온도 및 압력 조건을 조절하기 위한 밸브(V) 등이 연결될 수 있으며, 연료 공급 시스템 내부의 가스 누출을 탐지하기 위한 가스 탐지기(50)가 연결될 수 있다.
제2 저장탱크(20)에는 가스 연료가 저장되며, 가스 연료는 선박의 출력 증강이 필요한 경우, 추가 공급되는 연료로 사용될 수 있다. 또한, 선박의 시동 시 제2 저장탱크(20) 내의 가스 연료가 주기관실의 엔진(E)에 직접 공급되어 초기 구동에 사용될 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에서는 제1 저장탱크(10)와 엔진(E) 사이에 제2 저장탱크(20)를 설치하여, 출력 증강 및 초기 구동 시 제1 저장탱크(10)의 액화가스 연료를 기화하는 과정 없이, 곧바로 제2 저장탱크(20)로부터 가스 연료를 공급할 수 있어, 선박의 출력 증강 및 초기 구동 시간을 줄일 수 있다.
제1 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스(BOG; boil off gas)는 제4 배관(L4)을 통해서 제1 배관(L1)에 합류되어 제1 열교환기(31)로 전달(점선 (4) 참조)될 수 있다.
한편, 제1 저장탱크(10)에는 제2 열교환기(32)가 연결될 수 있으며, 제2 열교환기(32)는 제1 저장탱크(10) 내부 압력을 조절하기 위한 압력 보상 장치(PBU)이다.
제1 저장탱크(10)의 액화가스 연료나 증발가스가 엔진의 연료로 공급되면서, 제1 저장탱크(10)의 내부 압력이 내려갈 수 있는데, 제2 열교환기(32)를 통해서 제1 저장탱크(10)의 내부 압력을 승압시킬 수 있다.
제1 저장탱크(10)와 제2 열교환기(32)는 제5 배관(L5)으로 연결되며, 액화가스 연료는 제5 배관(L5)을 통해서 제2 열교환기(32)와 제1 저장탱크(10) 사이를 순환(점선 (5) 참조)할 수 있다. 제1 저장탱크(10) 내의 액화가스 연료는 제5 배관(L5)을 통해서 제2 열교환기(32)로 공급되고, 제2 열교환기(32)에 의해서 기화된 후, 제1 저장탱크(10)로 회수 및 분사되어 제1 저장탱크(10) 내부의 압력을 상승시킨다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에서와 같이 제2 열교환기(32)를 설치하면 용이하게 내부 압력을 상승시켜 제1 저장탱크(10)의 내부 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 공급 시스템을 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 5의 연료 공급 시스템은 대부분 도 1의 연료 공급 시스템과 동일하므로, 다른 부분에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 공급 시스템(101)은 제1 저장탱크(10) 및 제2 저장탱크(20), 제1 저장탱크(10)와 제2 저장탱크(20) 사이에 연결되어 있는 제1 열교환기(31), 제2 열교환기(32), 글리콜 히터(40), 및 재액화기(60) 그리고 이들 사이를 연결하는 배관(L1, L2, L3, L4, L5, L6)을 포함하며, 배관(L1, L2, L3, L4, L5, L6)에는 밸브(도시하지 않음)가 설치될 수 있다.
그리고, 제2 저장탱크(20)와 제1 저장탱크(10)는 제6 배관(L6)으로 연결될 수 있으며, 제6 배관(L6)에는 재액화기(60), 예를 들어, JT 밸브(Joule Thomson Valve) 또는 익스팬더(expander)가 설치될 수 있다. 재액화기(60)는 제2 저장탱크(20)의 가스를 단열 팽창시켜 저온의 액화가스로 액화시킬 수 있다.
한편, 제1 저장탱크(10)는 연료 주입(벙커링) 전, 저장탱크 내부의 온도를 낮추기 위한 쿨다운 과정을 거치게 되는데, 이때, 제2 저장탱크(20)의 가스 연료를 이용하여 제1 저장탱크(10)의 내부의 온도를 낮출 수 있다. 즉, 제2 저장탱크(20)의 가스 연료는 제6 배관(L6)을 통해서 재액화기(60)로 공급되고, 가스연료는 재액화기(60)를 통해서 저온으로 액화된 후, 제1 저장탱크(10)로 공급(점선 (6) 참조)되어, 쿨다운 공정에 사용될 수 있다. 이때, 저온으로 액화된 연료는 제1 저장탱크(10)의 상부에서 분무(스프레이)를 통해 뿌려지며 제1 저장탱크(10)의 쿨다운 공정을 수행할 수 있다.
한편, 제1 저장탱크(10)의 증발 가스로 인해, 제1 저장탱크(10)의 내부 압력이 상승하여 소정 압력을 초과할 경우, 증발 가스를 제2 저장탱크(20)로 공급(점선 (7) 참조)한 후, 재액화기(60)를 통해서 재액화시켜 제1 저장탱크(10)의 내부 압력을 하강시킬 수 있다(점선 (6) 참조).
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 공급 시스템(102)은 제1 저장탱크(10) 및 제2 저장탱크(20), 제1 저장탱크(10)와 제2 저장탱크(20) 사이에 연결되어 있는 제1 열교환기(31), 제2 열교환기(32), 글리콜 히터(40), 및 재액화기(60), 그리고 이들 사이를 연결하는 배관(L1, L2, L3, L4, L5, L6, AL1, AL2)을 포함하며, 배관(L1, L2, L3, L4, L5, L6, AL1, AL2)에는 밸브가 설치될 수 있다.
그리고, 제1 열교환기(31)와 글리콜 히터(40)를 연결하는 제3 배관(L3)과 제2 저장탱크(20)와 재액화기(60)를 연결하는 제6 배관(L6)은 제1 우회 배관(AL1)으로 연결되고, 제2 저장탱크(20)와 제2 열교환기(32) 사이는 제2 우회 배관(AL2)으로 연결될 수 있다.
이처럼, 제1 우회 배관(AL1)과 제2 우회 배관(AL2)을 이용하여 제2 저장탱크(20)와 제1 열교환기(31) 및 제2 열교환기(32)를 연결하면, 제2 저장탱크(20)의 가스 연료를 이용하여 제1 열교환기(31) 및 제2 열교환기(32)의 액화가스 연료를 기화시킬 수 있다.
제2 저장탱크(20)의 가스 연료는 제2 우회 배관(AL2)을 통해서, 제2 열교환기(32)로 전달되고, 제2 열교환기(32)에서 제5 배관(L5)을 통해서 제2 열교환기(32)로 전달된 액화가스 연료와 열교환 된 후, 제3 배관(L3)을 통해서 제1 열교환기(31)로 전달(점선 (8) 참조)된다. 이때, 가스 연료는 제2 열교환기(32)를 통과하면서 열교환을 통해 1차로 냉각될 수 있다.
제1 열교환기(31)로 전달된 가스 연료는 제1 배관(L1)을 통해서 전달되는 액화가스 연료와 열교환되면서 2차로 냉각되고, 제1 우회 배관(AL1) 및 제6 배관(L6)을 통해서 재액화기(60)로 전달(점선 (8) 참조)된다. 재액화기(60)로 전달된 가스 연료는 재액화기(60)를 통해서 단열 팽창되어 액화된 후, 제1 저장탱크(10)로 전달되어 저장(점선 (6) 참조)될 수 있다.
이처럼, 도 3에서와 같이, 제1 우회 배관(AL1) 및 제2 우회 배관(AL2)을 연결하면, 글리콜 히터(40)에 과부하가 걸리거나, 글리콜 히터(40)가 고장나 제1 열교환기(31) 및 제2 열교환기(32)에 가열된 글리콜 워터를 공급하지 못하더라도 별도의 추가 장치 없이, 제2 저장탱크(20)의 가스 연료를 이용하여 제1 열교환기(31) 및 제2 열교환기(32)에서 열교환을 진행시킬 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 공급 시스템(103)은 제1 저장탱크(10) 및 제2 저장탱크(20), 제1 저장탱크(10)와 제2 저장탱크(20) 사이에 연결되어 있는 제1 열교환기(31), 제2 열교환기(32), 글리콜 히터(40), 및 재액화기(60), 그리고 이들 사이를 연결하는 배관(L1, L2, L3, L4, L5, L7, L8)을 포함하며, 배관에는 밸브가 설치될 수 있다.
도 4의 연료 공급 시스템(103)은, 제1 배관(L1)에 제3 열교환기(33)가 더 설치될 수 있고, 제3 열교환기(33)는 제7 배관(L7)을 통해서, 제2 저장탱크(20)와 연결된다. 제3 열교환기(33)와 제1 저장탱크(10)는 제8 배관(L8)으로 연결되고, 제8 배관(L8)에는 재액화기(60)가 더 설치될 수 있다.
제3 열교환기(33)는 제2 저장탱크(20)의 가스 연료를 이용하여, 제1 저장탱크(10)로부터 제1 열교환기(31)로 전달되는 액화가스 연료 및 증발가스를 사전 가열하여, 온도를 상승시킨다.
제2 저장탱크(20)의 가스 연료는 제7 배관(L7)을 통해서, 제3 열교환기(33)로 전달(점선 (9) 참조)되어 제1 배관(L1)으로부터 공급되는 액화가스 연료와 열교환으로 냉각된다. 냉각된 가스 연료는 제8 배관(L8)을 통해서 재액화기(60)로 전달되어 단열 팽창되어 액화된 후, 제1 저장탱크(10)로 전달(점선 (10) 참조)되어 저장된다.
이처럼, 제3 열교환기(33)를 통해서 제1 열교환기(31)로 공급되는 액화가스 연료의 온도를 사전 상승시킨 후, 제1 열교환기(31)로 공급하면, 제1 열교환기(31)의 부하를 감소시킬 수 있어, 제1 열교환기(31)를 적은 용량의 열교환기로 설계할 수 있다.
또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 공급 시스템(104)은 제1 저장탱크(10) 및 제2 저장탱크(20), 제1 저장탱크(10)와 제2 저장탱크(20) 사이에 연결되어 있는 제1 열교환기(31), 제2 열교환기(32), 제3 열교환기(33), 글리콜 히터(40) 및 재액화기(60), 그리고 이들 사이를 연결하는 배관(L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8, AL1, AL2)을 포함하며, 배관(L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8, AL1, AL2)에는 밸브가 설치될 수 있으며, 연료 공급 시스템(104)는 전술한 연료 공급 시스템(100) 내지 연료 공급 시스템(103)을 하나의 연료 공급 시스템(104)으로 적용할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 제1 저장탱크
20: 제2 저장탱크
31, 32, 33: 제1, 제2, 제3 열교환기
40: 글리콜 히터
50: 가스탐지기
60: 재액화기
100, 101, 102, 103, 104: 연료 공급 시스템

Claims (9)

  1. 액화가스 연료가 저장되는 제1 저장탱크(10);
    상기 제1 저장탱크(10)와 제1 배관(L1)으로 연결되어, 상기 액화가스 연료를 기화한 후 제2 배관(L2)를 통해 엔진에 공급하는 제1 열교환기(31); 및
    상기 제2 배관(L2)에 연결되며 상기 액화가스 연료가 기화된 가스연료가 저장되는 제2 저장탱크(20)
    를 포함하는, 연료 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 열교환기(31)와 제3 배관(L3)으로 연결되어, 상기 제3 배관(L3)을 순환하면서 상기 제1 열교환기(31)를 통해 상기 액화가스 연료와 열교환하는 글리콜 워터를 가열시키는 글리콜 히터(40)를 더 포함하는, 연료 공급 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 저장탱크(10)와 제5 배관(L5)을 통해서 연결되어, 상기 제1 저장탱크(10)의 상기 액화가스 연료를 기화하여 상기 제1 저장탱크(10)로 공급하는 제2 열교환기(32)를 더 포함하고,
    상기 제2 열교환기(32)는 상기 제3 배관(L3)과 연결되어 상기 글리콜 워터와 상기 액화가스 연료를 열교환하는, 연료 공급 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 저장탱크(20)와 제6 배관(L6)을 통해서 상기 제1 저장탱크(10)에 연결되며, 상기 제2 저장탱크(20)의 상기 가스연료를 재액화시키는 재액화기(60)를 더 포함하는, 연료 공급 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제3 배관(L3)과 상기 재액화기(60) 사이를 연결하는 제1 우회 배관(AL1); 및
    상기 제2 저장탱크(20)와 상기 제2 열교환기(32) 사이를 연결하는 제2 우회 배관(AL2)
    을 더 포함하고,
    상기 제2 저장탱크(20)의 상기 가스연료는 상기 제2 우회배관(AL2), 상기 제2 열교환기(32), 상기 제3 배관(L3)을 통해 상기 제1 열교환기(31)로 전달되어, 상기 제1 배관(L1)을 통해 공급되는 상기 제1 저장탱크(10)의 상기 액화가스 연료와 열교환한 후, 상기 제1 우회배관(AL1) 및 상기 재액화기(60)를 통해 상기 제1 저장탱크(10)로 공급되는, 연료 공급 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 재액화기(60)는 JT밸브 또는 익스팬더인, 연료 공급 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 열교환기(31)의 전단에 연결되어 상기 제1 저장탱크(10)의 상기 액화가스 연료를 사전 가열하는 제3 열교환기(33);
    상기 제3 열교환기(33)와 상기 제2 저장탱크(20) 사이를 연결하는 제7 배관(L7); 및
    상기 제3 열교환기(33)와 상기 재액화기(60) 사이를 연결하는 제8 배관(L8)
    을 더 포함하는, 연료 공급 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 열교환기(31)의 전단에 연결되어 상기 제1 저장탱크(10)의 상기 액화가스 연료를 사전 가열하는 제3 열교환기(33);
    상기 제3 열교환기(33)와 상기 제2 저장탱크(20) 사이를 연결하는 제7 배관(L7);
    상기 제3 열교환기(33)와 상기 제1 저장탱크(10) 사이를 연결하는 제8 배관(L8); 및
    상기 제8 배관(L8)에 연결되어, 상기 가스연료를 재액화시켜 상기 제1 저장탱크(10)로 공급하는 재액화기(60)
    를 더 포함하고,
    상기 제2 저장탱크(20)의 상기 가스연료는 상기 제7 배관(L7)을 통해 상기 제3 열교환기(33)로 전달되어, 상기 제1 배관(L1)을 통해 공급되는 상기 제1 저장탱크(10)의 상기 액화가스 연료와 열교환한 후, 상기 제8 배관(L8) 및 상기 재액화기(60)를 통해 상기 제1 저장탱크(10)로 공급되는, 연료 공급 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 저장탱크(10)의 증발가스를 상기 제1 배관(L1)에 공급하는 제4 배관(L4)을 더 포함하는, 연료 공급 시스템.
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