KR20210048689A - 연료 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저장탱크 내 액화가스를 기화시켜 수요처로 공급하는 공급라인, 공급라인 상에 연결되고, 저장탱크 내 증발가스의 사용 시, 기화된 액화가스를 우회시키는 바이패스라인, 바이패스라인을 통해 유입되는 기화된 액화가스를 분출시키는 이젝터, 분출되는 기화된 액화가스에 의해, 저장탱크 내의 증발가스가 이젝터로 흡입되도록 저장탱크와 이젝터를 연결하는 흡입라인 및 공급라인에 구비되고, 수요처가 요구하는 공급량과 저장탱크 내 증발가스의 양에 기초하여, 공급라인 내 액화가스의 압력을 조절하는 가압펌프를 포함하는 연료 공급 시스템을 제공한다.

Description

연료 공급 시스템{A SYSTEM FOR SUPPLYING FUEL}

본 발명은 연료 공급 시스템, 구체적으로는 선박용 연료 공급 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운 업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유의 이용을 대신하여, 청정 에너지원인 천연가스를 선박의 연료가스로 이용하는 경우가 많아지고 있다.

연료가스 중에서 널리 이용되고 있는 천연가스(Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하며, 통상적으로 그 부피를 1/600로 줄인 액화천연가스(Liquefied Natural Gas) 상태로 변화되어 저장 및 운반되고 있다.

액화가스를 운반하는 선박은 액화가스를 저장할 수 있도록 단열 처리된 저장탱크를 구비한다.

이때, 선박 내 액화가스가 저장된 저장탱크에서는 액화가스의 슬로싱 현상 및 불완전한 단열 등의 다양한 이유로, 증발가스(BOG, Boiled Off Gas)가 지속적으로 발생하고, 이로 인해 저장탱크 내부의 압력이 증가하기 때문에, 이를 적절하게 유지시키기 위해 저장탱크 내 증발가스 중 일부를 배출시키거나 액화가스로 재액화하는 과정을 수행해야 한다.

이러한 이유로, 저장탱크에서 자연적으로 발생하는 증발가스를 우선적으로 연료가스로 활용하고, 부족한 양은 저장탱크 내의 액화가스를 기화시켜 엔진의 연료로 공급하는 형태의 연료 공급 시스템이 도입되고 있다.

한편, 증발가스를 연료가스로 활용하는 연료 공급 시스템은 통상 엔진 특성으로 인하여 기화된 액화가스 또는 증발가스를 압축기를 통해 압축시켜 엔진의 연료로 공급할 수 있다.

그런데, 이러한 압축기는 비용이 비싸고, 유지보수의 어려움이 있으며, 가동시의 에너지 소비가 높아 압축기의 설치를 최소화하거나 압축기 없이 동작할 수 있는 연료 공급 시스템에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

본 발명에서는 연료 공급 시스템, 구체적으로는 기화된 액화가스를 이젝터를 통해 분출시켜, 저장탱크 내 증발가스를 이젝터로 흡입하되, 증발가스의 양에 따라 가압펌프를 통해 기화된 액화가스의 압력을 추가적으로 조절하여 이젝터로 공급함으로써, 이젝터를 통해 혼합 분출되는 기화된 액화가스를 수요처에 요구되는 공급량에 맞추어 공급할 수 있고, 동시에 저장탱크로부터 충분한 양의 증발가스를 흡입하여 저장탱크 내 증발가스에 의한 압력을 효과적으로 저감시킬 수 있는 연료 공급 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 저장탱크 내 액화가스를 기화시켜 수요처로 공급하는 공급라인, 공급라인 상에 연결되고, 저장탱크 내 증발가스의 사용 시, 기화된 액화가스를 우회시키는 바이패스라인, 바이패스라인을 통해 유입되는 기화된 액화가스를 분출시키는 이젝터, 분출되는 기화된 액화가스에 의해, 저장탱크 내의 증발가스가 이젝터로 흡입되도록 저장탱크와 이젝터를 연결하는 흡입라인 및 공급라인에 구비되고, 수요처가 요구하는 공급량과 저장탱크 내 증발가스의 양에 기초하여, 공급라인 내 액화가스의 압력을 조절하는 가압펌프를 포함하는 연료 공급 시스템을 제공한다.

또한, 가압펌프는 증발가스의 양에 따라 이젝터로 유입되어야 하는 기화된 액화가스의 공급량의 일부를 보상하기 위하여, 공급라인 내 액화가스의 압력을 증가시켜 이젝터로 유입되는 기화된 액화가스의 압력을 증가시키는 연료 공급 시스템을 제공한다.

또한, 저장탱크 내에서 저장탱크 내 액화가스를 공급라인으로 공급하는 공급펌프 및 공급펌프를 통해 공급되는 액화가스를 기화시키는 기화기를 더 포함하고, 가압펌프는 공급라인 상에서 저장탱크와 기화기 사이에 구비되는 연료 공급 시스템을 제공한다.

또한, 공급라인과 바이패스라인의 분기 지점에 구비되고, 저장탱크 내 증발가스의 사용여부에 따라, 기화된 액화가스를 선택적으로 바이패스라인으로 유입시키는 제어밸브를 더 포함하는 연료 공급 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 연료 공급 시스템은, 저장탱크로부터 액화가스를 기화시켜 공급라인을 통해 수요처로 공급할 수 있고, 저장탱크에 증발가스가 일정 이상 발생하여 이를 소모시켜야 하는 경우, 증발가스의 양에 따라, 공급라인 상에 구비되는 가압펌프를 통해 액화가스의 압력을 추가적으로 높여 이젝터로 공급하여 증발가스를 흡입하도록 함으로써, 이젝터를 통해 혼합 분출되는 기화된 액화가스를 수요처에서 요구하는 공급량에 맞추어 공급할 수 있고, 동시에 저장탱크로부터 충분한 양의 증발가스를 흡입할 수 있어 저장탱크 내 증발가스에 의한 압력을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 연료 공급 제어 과정을 도시한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 표현은 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)의 구성을 도시한 것이다.

설명에 앞서, 본 실시예의 연료 공급 시스템(100)은 각종 액화가스 운반선, 액화가스 RV(Regasification Vessel), 컨테이너선, 일반 상선, LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등을 포함하는 선박에 적용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은, 공급라인(110), 바이패스라인(120), 이젝터(130), 흡입라인(140) 및 가압펌프(150)를 포함할 수 있다.

공급라인(110)은 선박에 구비된 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스를 기화시켜 기화된 액화가스를 수요처(20)로 공급할 수 있다.

여기서, 저장탱크(10)는 선박 내 복수개로 구비될 수 있고, 단열상태를 유지하면서 연료를 액화상태로 저장하는 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크, 타입 C 탱크 등을 포함할 수 있다.

또한, 저장탱크(10)에 저장되는 액화가스로는 LNG(액화천연가스, Liquefied Natural Gas), LPG(액화석유가스, Liquefied Petroleum Gas), DME(Dimethylether) 또는 에탄(Ethane) 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 저장탱크(10) 내부에는 공급펌프(111)가 구비될 수 있고, 공급펌프(111)를 통해 내부의 액화가스를 펌핑하여 공급라인(110)을 통해 공급할 수 있다.

또한, 공급라인(110) 상에는 기화기(112)가 구비되어 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스를 수요처(20)에 요구되는 연료공급조건에 맞게 기화기(112)를 통해 기화시킬 수 있다.

이때, 기화된 액화가스는 공급라인(110)을 통해 수요처(20)로 공급될 수 있고, 일 예로 수요처(20)는 기화된 액화가스를 연료로 이용하는 엔진일 수 있다.

바이패스라인(120)은 공급라인(110) 상에 우회하도록 연결되어 선택적으로 기화된 액화가스를 유입시킬 수 있다.

즉, 바이패스라인(120)은 기화기(112) 후단의 공급라인(110) 상에 "└┘형태로 연결될 수 있고, 공급라인(110)과 바이패스라인(120)의 입구쪽 분기 지점에는 제어밸브(160)가 구비될 수 있다.

여기서, 제어밸브(160)는 분기 지점에서 공급라인(110)을 개방하고 바이패스라인(120)을 폐쇄하여, 공급라인(110)을 통해 유입되는 기화된 액화가스를 수요처(20)로 공급하거나, 분기 지점에서 공급라인(110)을 폐쇄하고 바이패스라인(120)을 개방하여, 공급라인(110)을 통해 유입되는 기화된 액화가스를 바이패스라인(120)으로 유입시킬 수 있다.

본 실시예에서는 저장탱크(10) 내 증발가스(BOG, Boiled Off Gas)를 뽑아 사용하는 경우, 공급라인(110)으로 유동하는 기화된 액화가스를 제어밸브(160)를 통해 바이패스라인(120)으로 유입시킬 수 있다.

이젝터(130)는 바이패스라인(120)에 구비되어, 공급라인(110)에서 제어밸브(160)를 통해 바이패스라인(120)으로 유입되는 기화된 액화가스를 고압으로 분출시킬 수 있다.

더불어, 흡입라인(140)은 저장탱크(10)와 이젝터(130) 사이를 연결하여 저장탱크(10)로부터 배출되는 증발가스를 이젝터(130)로 흡입시킬 수 있다.

즉, 바이패스라인(120)을 따라 이젝터(130)의 제1 입구(131)를 통해 유입되어 고압으로 분출되는 기화된 액화가스에 의해, 흡입라인(140)과 연결된 이젝터(130)의 제2 입구(132)를 통해 저장탱크(10)의 증발가스가 흡입될 수 있다.

이때, 이젝터(130) 내부로 흡입되는 증발가스와 기화된 액화가스는 혼합된 상태로 분출되고 바이패스라인(120)을 따라 공급라인(110)을 통하여 수요처(20)로 공급될 수 있다.

이를 통해 기존의 압축기 없이도 이젝터(130)를 이용하여 저장탱크(10)의 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있고, 지속적으로 발생하는 증발가스에 의해 저장탱크(10) 내의 압력이 증가하는 것을 방지하여 저장탱크(10) 내의 압력을 적절하게 유지시킬 수 있다.

본 실시예에서는 선박에 구비된 복수개의 저장탱크(10) 중에 상대적으로 압력이 낮은 저장탱크(10)로부터 액화가스를 공급받아 사용할 수 있고, 증발가스에 의해 상대적으로 압력이 높은 저장탱크(10)로부터 증발가스를 공급받아 사용할 수 있다.

한편, 가압펌프(150)는 공급라인(110) 상에서 저장탱크(10)와 기화기(112) 사이에 구비되어, 저장탱크(10)로부터 공급되는 액화가스의 압력을 조절할 수 있다.

구체적으로, 이젝터(130)를 통해 증발가스와 기화된 액화가스를 혼합하여 수요처(20)로 공급하는 경우, 가압펌프(150)는 수요처(20)에 요구되는 공급량에 맞추어, 증발가스의 양에 따라 액화가스의 압력을 조절할 수 있다.

일 예로써, 이젝터(130)의 제2 입구(132)를 통해 충분한 양의 증발가스를 흡입하기 위해서는 증발가스에 비해 5배 내지 6배의 양의 액화가스를 이젝터(130)의 제1 입구(131)를 통해 유입시켜 고압으로 분출하여야 하는데, 이와 같이 증발가스의 양에 따라 액화가스의 양을 증가시키는 경우 수요처(20)에 요구되는 공급량을 초과하는 불필요한 액화가스가 생성됨으로써 생성된 액화가스를 낭비하게 되는 상황이 발생될 수 있다.

즉, 수요처(20)가 선박 엔진의 경우를 예를 들면, 사양에 따라 최대로 소모할 수 있는 최대 연료 소모량이 정해져 있기 때문에, 증발가스 처리를 위해 증발가스의 흡입량을 증가시키게 되면, 그에 따라 필요한 액화가스의 양도 비례하여 증가하게 되어, 엔진의 최대 연료 소모량에 비해 상당히 많은 양의 가스 연료가 생성될 수 있다.

또한, 선박 엔진의 최대 연료 소모량에 맞추어 증발가스와 액화가스의 양을 1 : 5 내지 1 : 6의 비로 조절하는 경우, 흡입할 수 있는 증발가스의 양이 줄어들어 저장탱크(10) 내 증발가스의 제거량이 제한되며, 이에 의해 저장탱크(10) 내의 압력을 적절하게 유지시킬 수 없다.

이에 따라, 본 실시예에서는 공급라인(110) 상에 액화가스의 압력을 추가적으로 조절할 수 있는 가압펌프(150)를 구비하여, 증발가스의 양에 따라 가압펌프(150)를 통해 이젝터(130)로 공급되는 액화가스의 압력을 증가시켜, 증가된 압력을 통해 감소된 액화가스의 공급량을 보상할 수 있도록 함으로써, 저장탱크(10)에서 충분한 양의 증발가스를 흡입하여 사용할 수 있다.

예를 들어, 수요처(20)인 엔진에서 소모하는 가스 연료가 300kg인 경우, 제2 저장탱크(10b, 도 2 참조)에서 100kg의 증발가스를 소모해야 한다면, 공급라인(110) 상에 구비되는 가압펌프(150)를 통해 제1 저장탱크(10a, 도 2 참조)로부터 이젝터(130)로 공급되는 액화가스를 추가적으로 가압하여 증발 가스의 양에 따른 액화가스의 공급량을 보상할 수 있도록 액화가스의 압력을 증가시킴으로써, 200kg 만의 액화가스를 이젝터(130)로 공급할 수 있으며, 이젝터(130)에서는 증발가스와 액화가스가 혼합된 300kg의 가스 연료를 엔진으로 공급할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은, 저장탱크(10)로부터 액화가스를 기화시켜 공급라인(110)을 통해 수요처(20)로 공급하고, 저장탱크(10)에 증발가스가 일정 이상 발생하여 이를 소모시켜야 하는 경우, 공급라인(110)을 통해 공급되는 기화된 액화가스를 바이패스라인(120)을 통하여 이젝터(130)로 공급하는 동시에 증발가스를 이젝터(130)로 흡입시켜, 혼합된 가스 연료를 수요처(20)로 공급함으로써, 증발가스에 의해 높아진 저장탱크(10) 내의 압력을 저감시킬 수 있다.

특히, 공급라인(110) 상에 추가적으로 액화가스의 압력을 증대시킬 수 있는 가압펌프(150)를 구비하여, 수요처(20)에서 요구하는 공급량에 맞출 수 있도록 증발가스의 양에 따라 가압펌프(150)를 통해 액화가스의 압력을 추가적으로 가압하여 이젝터(130)로 공급함으로써, 수요처(20)에서 요구하는 공급량에 맞추어 가스 연료를 공급할 수 있고, 저장탱크(10)로부터 충분한 양의 증발가스를 흡입하여 사용할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)의 연료 공급 제어 과정에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)의 연료 공급 제어 과정을 도시한 것이다.

도 2의 (a)를 참조하면, 선박 내에는 액화가스가 저장된 복수개의 저장탱크(10a,10b)가 구비될 수 있고, 액화가스를 수요처(20)로 공급하는 경우, 제1 저장탱크(10a) 내에 구비된 공급펌프(111)를 통해 저장탱크(10) 내 액화가스를 공급라인(110)으로 유입시킬 수 있고, 공급라인(110)에 구비된 기화기(112)를 통해 액화가스를 수요처(20)가 요구하는 연료공급조건에 맞게 기화시켜 수요처(20)로 공급할 수 있다.

또한, 도 2의 (b)를 참조하면, 복수개의 저장탱크(10a,10b) 중 증발가스에 의해 압력이 높아진 제2 저장탱크(10b)에서 증발가스를 공급받아 사용하는 경우, 공급라인(110)과 바이패스라인(120)의 입구쪽 분기 지점에 구비된 제어밸브(160)를 통해 분기 지점의 공급라인(110)을 폐쇄하고 바이패스라인(120)을 개방하여, 제1 저장탱크(10a)로부터 공급라인(110)을 통해 유입되는 기화된 액화가스를 바이패스라인(120)으로 유입시킬 수 있다.

이때, 바이패스라인(120)으로 유입되는 기화된 액화가스는 이젝터(130)의 제1 입구(131)로 유입되어 분출될 수 있고, 이에 의해 제2 저장탱크(10b)로부터 흡입라인(140)을 통해 증발가스가 이젝터(130)의 제2 입구(132)로 흡입될 수 있다.

이 과정에서, 제2 저장탱크(10b)에서 공급받는 증발가스의 양에 따라, 공급라인(110) 상에 구비되는 가압펌프(150)를 통해 액화가스의 압력을 추가적으로 높여 이젝터(130)로 공급함으로써, 수요처(20)에서 요구하는 공급량에 맞추어 기화된 액화가스를 공급할 수 있고, 제2 저장탱크(10b)에서 충분한 양의 증발가스를 흡입하여 탱크 내부의 압력을 저감시킬 수 있다.

이때, 가압펌프(150)는 증발가스의 양에 따라 비례하여 증가하는 이젝터(130)로 유입되어야 하는 기화된 액화가스의 공급량의 일부를 보상하기 위하여, 공급라인(110) 내 액화가스의 압력을 증가시켜 이젝터(130)로 유입시킬 수 있다.

이에 의해, 이젝터(130)에서는 수요처(20)에서 요구하는 공급량에 맞추어 증발가스와 기화된 액화가스가 혼합된 가스 연료를 분출할 수 있고, 분출된 가스 연료는 바이패스라인(120)을 통하여 공급라인(110)으로 유입되어 수요처(20)로 공급될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료 공급 시스템(100)은, 저장탱크(10)로부터 액화가스를 기화시켜 공급라인(110)을 통해 수요처(20)로 공급할 수 있고, 저장탱크(10)에 증발가스가 일정 이상 발생하여 이를 소모시켜야 하는 경우, 증발가스의 양에 따라, 공급라인(110) 상에 구비되는 가압펌프(150)를 통해 액화가스의 압력을 추가적으로 높여 이젝터(130)로 공급하여 증발가스를 흡입하도록 함으로써, 이젝터(130)를 통해 혼합 분출되는 기화된 액화가스를 수요처(20)에서 요구하는 공급량에 맞추어 공급할 수 있고, 동시에 저장탱크(10)로부터 충분한 양의 증발가스를 흡입할 수 있어 저장탱크(10) 내 증발가스에 의한 압력을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

또한, 기존의 압축기 없이도 저장탱크(10)의 증발가스를 효과적으로 처리할 수 있다.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다

따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 저장탱크 20 : 수요처
100 : 연료 공급 시스템 110 : 공급라인
120 : 바이패스라인 130 : 이젝터
140 : 흡입라인 150 : 가압펌프
160 : 제어밸브

Claims (4)

1. 저장탱크 내 액화가스를 기화시켜 수요처로 공급하는 공급라인;
   상기 공급라인 상에 연결되고, 상기 저장탱크 내 증발가스의 사용 시, 상기 기화된 액화가스를 우회시키는 바이패스라인;
   상기 바이패스라인을 통해 유입되는 상기 기화된 액화가스를 분출시키는 이젝터;
   상기 분출되는 기화된 액화가스에 의해, 상기 저장탱크 내의 증발가스가 상기 이젝터로 흡입되도록 상기 저장탱크와 상기 이젝터를 연결하는 흡입라인; 및
   상기 공급라인에 구비되고, 상기 수요처가 요구하는 공급량과 상기 저장탱크 내 증발가스의 양에 기초하여, 상기 공급라인 내 액화가스의 압력을 조절하는 가압펌프를 포함하는 연료 공급 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 가압펌프는,
   상기 증발가스의 양에 따라 상기 이젝터로 유입되어야 하는 기화된 액화가스의 공급량의 일부를 보상하기 위하여, 상기 공급라인 내 액화가스의 압력을 증가시켜 상기 이젝터로 유입되는 기화된 액화가스의 압력을 증가시키는 연료 공급 시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 저장탱크 내에서 상기 저장탱크 내 액화가스를 상기 공급라인으로 공급하는 공급펌프; 및
   상기 공급펌프를 통해 공급되는 액화가스를 기화시키는 기화기를 더 포함하고,
   상기 가압펌프는 상기 공급라인 상에서 상기 저장탱크와 상기 기화기 사이에 구비되는 연료 공급 시스템.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 공급라인과 상기 바이패스라인의 분기 지점에 구비되고, 상기 저장탱크 내 증발가스의 사용여부에 따라, 상기 기화된 액화가스를 선택적으로 상기 바이패스라인으로 유입시키는 제어밸브를 더 포함하는 연료 공급 시스템.

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