KR20220013510A - 선박용 연료 공급 시스템 및 동 시스템을 구비한 선박 - Google Patents

선박용 연료 공급 시스템 및 동 시스템을 구비한 선박 Download PDF

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KR20220013510A
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권혁
류민철
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템은 선박용 엔진에 공급되는 연료가 저장되는 제1 저장 탱크와 제2 저장 탱크, 제1 저장 탱크와 엔진 사이를 연결하는 제1 공급 배관, 제2 저장 탱크와 엔진 사이를 연결하는 제4 공급 배관, 및 엔진과 연결되어 엔진의 배기 가스를 처리하는 배기 가스 처리 장치를 포함하고, 제1 저장 탱크에는 LNG가 저장되고, 제2 저장 탱크에는 액화 암모니아가 저장된다.

Description

선박용 연료 공급 시스템 및 동 시스템을 구비한 선박{FUEL SUPPLY SYSTEM FOR VESSEL AND VESSEL INCLUDING THE SAME}
본 발명은 선박용 연료 공급 시스템 및 동 시스템을 구비한 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는 암모니아를 연료로 하는 선박용 연료 공급 시스템 및 동 시스템을 구비한 선박에 관한 것이다.
LNG(Liquefied Natural Gas) 또는 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화 가스의 소비량이 전세계적으로 급증하고 있다. 액화 가스는 육상 또는 해상의 가스 배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 상태로 액화 가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다.
일반적으로 액화 가스 운반선에는 선박의 추진 연료로서 상대적으로 가격이 저렴한 벙커C유 등의 중유를 사용하는 선박용 연료 공급 시스템을 채용하고 있다. 이러한 중유를 사용하는 선박용 연료 공급 시스템은 중유 연료 사용에 대한 국제적인 배기 가스 배출 규제 때문에 황 성분이 적은 중유 연료 탱크(LSHFO tank)를 별도로 설치해야 하며, 국제적인 환경 규제 기준에 적합한 친환경적인 선박용 연료 공급 시스템의 요구가 커졌다.
따라서, 액화 가스 운반선에서는 액화 가스 또는 액화 가스로부터 발생하는 증발 가스를 추진 연료로 사용하는 연료 공급 시스템의 사용이 증가하고 있다. 그러나, 액화 천연 가스는 황산화물 규제에 대응할 수 있고, 미세 먼지 및 이산화탄소(CO2)도 저감할 수 있으나, 화석 연료로 이산화 탄소를 배출하기 때문에 완전한 탈탄소화에는 한계가 있다.
강화된 국제 해사 기구(International Maritime Organization, IMO)의 온실 가스(Greenhouse gas, GHC) 및 이산화 탄소 저감 규정을 따르기 위해서, 암모니아(NH3)를 주목하기 시작했다.
따라서, 본 발명은 선박용 연료로, 암모니아를 연료로 공급하는 연료 공급 시스템 및 동 시스템을 구비한 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템은 선박용 엔진에 공급되는 연료가 저장되는 제1 저장 탱크와 제2 저장 탱크; 상기 제1 저장 탱크와 상기 엔진 사이를 연결하는 제1 공급 배관; 상기 제2 저장 탱크와 상기 엔진 사이를 연결하는 제4 공급 배관; 및 상기 엔진과 연결되어 상기 엔진의 배기 가스를 처리하는 배기 가스 처리 장치;를 포함하고, 상기 제1 저장 탱크에는 LNG가 저장되고, 상기 제2 저장 탱크에는 액화 암모니아가 저장된다.
또한, 상기 배기 가스 처리 장치와 상기 제2 저장 탱크 사이를 연결하는 제5 공급 배관을 더 포함하고, 상기 제2 저장 탱크의 상기 액화 암모니아는 상기 제5 공급 배관을 통해서 상기 배기 가스 처리 장치에 환원제로 공급될 수 있다.
또한, 상기 제5 공급 배관에 연결되어 상기 액화 암모니아를 가열하는 제2 암모니아 히터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배기 가스 처리 장치는, 상기 엔진과 연결되는 제1 배기 배관; 상기 제1 배기 배관으로부터 분기되어 상기 배기 가스를 외부로 배출하는 제2 배기 배관; 상기 배기 가스 처리 장치와 연결되어 상기 배기 가스 처리 장치에서 처리된 배기 가스를 외부로 배출하는 제3 배기 배관; 상기 제1 배기 배관에 설치되어 NOx 농도를 측정하는 제1 센서; 및 상기 제1 배기 배관에 설치되어 미연소 암모니아를 측정하는 제2 센서;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 엔진은 하나 이상 설치된 추진 엔진과, 하나 이상 설치된 발전 엔진을 포함하고, 상기 제1 공급 배관과 상기 제4 공급 배관은 상기 추진 엔진과 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 저장 탱크와 상기 발전 엔진 사이를 연결하는 제2 공급 배관; 및 상기 제2 공급 배관에 순차적으로 연결된 암모니아 재액화기 및 제2 기화기;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 저장 탱크의 암모니아 증발가스를 상기 암모니아 재액화기로 공급하는 제2 보조 배관; 및 상기 암모니아 재액화기로부터 액화된 액화 암모니아를 상기 제2 저장 탱크로 되돌리는 제1 회수 배관;을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 저장 탱크와 상기 암모니아 재액화기의 후단 사이를 연결하며, 상기 제1 저장 탱크의 LNG 증발가스를 압축하는 압축기가 설치된 제1 보조 배관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 공급 배관에 연결되어 상기 연료를 제1 압력으로 승압시키는 제2 고압 펌프; 상기 제2 고압 펌프의 후단과 상기 제2 공급 배관 사이에 연결되어 있는 제3 공급 배관; 상기 제2 고압 펌프의 후단과 상기 추진 엔진 사이를 연결하는 제8 공급 배관; 및 상기 제8 공급 배관에 연결된 제3 기화기;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 추진 엔진 및 상기 발전 엔진에 제6 공급 배관 및 제7 공급 배관으로 각각 연결된 제3 저장 탱크를 더 포함하고, 상기 제3 저장 탱크에는 오일 연료가 저장될 수 있다.
또한, 상기 제1 공급 배관에 연결되어 상기 연료를 제1 압력으로 승압시키는 제2 고압 펌프; 및 상기 연료를 기화시키는 제1 기화기;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 고압 펌프의 전단에 위치하며 상기 제1 공급 배관(L1)에 연결되어 상기 연료를 제2 압력으로 승압시키는 제1 고압 펌프를 더 포함하고, 상기 제2 압력은 상기 제1 압력보다 낮을 수 있다.
또한, 상기 제1 고압 펌프의 후단과 상기 추진 엔진 사이에 연결되어 있는 제3 공급 배관; 및 상기 제3 공급 배관에 연결되어 상기 연료를 기화시키는 제3 기화기;를 더 포함하고, 상기 제1 고압 펌프 후단에서 상기 제2 압력으로 승압된 상기 연료를 상기 추진 엔진으로 공급할 수 있다.
또한, 상기 제1 압력은 380bar이고, 상기 제2 압력은 300bar일 수 있다.
또한, 상기 제4 공급 배관에 순차적 연결되어 있는 암모니아 서비스 탱크, 제3 고압 펌프, 및 제1 암모니아 히터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 추진 엔진은 MAN ES사의 ME-GIE엔진일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 전술한 선박용 연료 공급 시스템을 구비한다.
또한, 상기 선박은, LNG 운반선 또는 암모니아 운반선일 수 있다.
본 발명에서와 같이, LNG 또는 암모니아를 이송하는 선박에 저장되는 LNG 또는 암모니아를 엔진에 선택적으로 또는 혼합 공급할 수 있는 배관을 설치함으로써, 구동 조건에 따라서 LNG와 암모니아를 선택적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, LNG에 혼합되는 암모니아의 비율을 조절하여 이산화탄소의 배출량을 줄일 수 있다.
또한, 엔진에서 배출되는 배기 가스에 포함되는 NOx를 저감시킨 연료 공급 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템을 포함하는 선박을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략적인 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 선박용 연료 공급 시스템의 연료 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료공급시스템의 개략적인 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 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 실시예들에 한정되지 않는다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템을 포함하는 선박을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 선박 연료 공급 시스템(1000)은 선박에 설치될 수 있다. 선박은 LNG 운반선 또는 암모니아 운반선일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템(1000)은 선박에 설치되는 추진 엔진(E1) 및 발전 엔진(E2)용 연료로 LNG 뿐 아니라, 암모니아가 함께 공급될 수 있다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략적인 도면이고, 도 3은 도 2에 도시한 선박용 연료 공급 시스템의 연료 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템은 LNG를 운반하는 선박에 설치되며, LNG가 저장되는 제1 저장 탱크(100), 연료용 액화 암모니아가 저장되는 제2 저장 탱크(200), 연료용 오일이 저장되는 제3 저장 탱크(300), 제1 저장 탱크(100) 내지 제3 저장 탱크(300)로부터 연료를 공급 받아 구동되는 추진 엔진(E1)과 발전 엔진(E2)을 포함한다. 이때, 추진 엔진(E1) 및 발전 엔진(E2)은 각각 복수로 설치될 수 있으며, LNG, 암모니아 및 연료용 오일을 모두 연료로 사용 가능한 엔진이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 추진 엔진(E1)은 2-스트로크의 멀티퓨얼엔진일 수 있고, 발전 엔진(E2)는 4-스트로크의 듀얼퓨얼엔진일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일예로, 2-스트로크의 멀티퓨얼엔진의 경우 MAN ES사의 ME-GIE 엔진일 수 있다. ME-GIE 엔진의 경우 LNG와 LEG를 연료로 100% 사용 가능하며, LPG는 50%까지 혼합 연소가 가능하다. MAN ES사의 ME-GIE 엔진의 경우 디젤 사이클 기준으로 LNG 연료는 공급(supply) 압력과 인젝션(injection)압력이 300 bar로 동일하고, LEG 연료도 공급 압력과 인젝션 압력이 380 bar로 동일하다. 그러나 LPG의 경우 공급 압력은 50 bar이고 인젝션 압력은 600 bar로 큰 차이가 있는데, LPG 연료를 380 bar까지 압축하면, 동 엔진에서 50%까지 혼합 연소가 가능하다.
본 발명의 경우, 이산화탄소를 발생시키지 않는 친환경 연료로 알려져 있으며 LPG와 연소 조건이 유사한 암모니아를 사용하고 ME-GIE 엔진을 활용하여 LNG와 암모니아의 혼소를 통해 이산화탄소 배출을 저감하도록 하는 것으로 그 요지로 한다. 구체적으로 ME-GIE 엔진을 효율적으로 활용하기 위해 LNG를 단독 연료의 경우 300 bar로 공급하고, LNG 및 암모니아 혼합연료의 경우 LNG 및 암모니아 각각을 380 bar로 공급하여 운전하도록 하는 것이다.
또한, 4-스트로크의 듀얼퓨얼엔진의 경우 NG 모드, 오일 모드를 포함하며, 각 모드별 연료의 압력 조건은 NG 모드의 경우 5 내지 20bar, 오일 모드의 경우 5 내지 10bar이다.
제1 저장 탱크(100)와 추진 엔진(E1) 및 발전 엔진(E2)은 배관으로 연결되며, 배관에는 배관 내를 이동하는 유체의 흐름을 제어하는 밸브가 연결될 수 있다.
제1 저장 탱크(100)와 추진 엔진(E1)은 제1 공급 배관(L1)으로 연결될 수 있으며, 제1 공급 배관(L1)에는 제1 고압 펌프(11), 제2 고압 펌프(12) 및 제1 기화기(13)가 순차적으로 연결될 수 있다.
제1 고압 펌프(11)와 제2 고압 펌프(12)는 직렬 배치될 수 있으며, 각각의 고압 펌프에 공급되는 유체는 소정 압력까지 승압된 후 배출될 수 있다.
제1 저장 탱크(100) 내부에는 LNG 공급 펌프가 설치될 수 있다. LNG 공급 펌프는 LNG를 제1 저장 탱크(100) 외부로 이송시키는 펌프 압력을 제공할 수 있다. 특히, LNG 공급 펌프는 제1 저장 탱크(100) 내부에 채워진 LNG 내부에 설치되는 수중 펌프(submerged pump)일 수 있다.
제1 저장 탱크(100) 내에 저장된 LNG는 LNG 공급 펌프를 통해 5bar로 제1 고압 펌프(11)에 공급되고, 제1 고압 펌프(11)에 의해서 300bar로 승압된 후 제2 고압 펌프(12)로 공급된다. 이렇게 공급된 LNG는 제2 고압 펌프(12)에 의해서 380bar로 승압된 후, 제1 기화기(13)로 전달된다.
제1 기화기(13)에 공급된 LNG는 기화되고, LNG는 기화되면서 외부와 열교환으로 25 내지 45℃ 온도로 유지된 상태로 추진 엔진(E1)에 공급(도 3의 점선 화살표(1) 참조)될 수 있다.
서로 다른 압력으로 구동되는 추진 엔진(E1)과 발전 엔진(E2)은 서로 다른 공급 배관으로 연결될 수 있다.
제1 저장 탱크(100)와 발전 엔진(E2)은 제2 공급 배관(L2)으로 연결될 수 있으며, 제2 공급 배관(L2)에는 LNG 연료펌프(14), 암모니아 재액화기(15), 제2 기화기(16)가 연결될 수 있다. LNG 펌프(14), 암모니아 재액화기(15), 제2 기화기(16)는 직렬 배치될 수 있다.
제1 저장 탱크(100) 내에 저장된 LNG는 LNG 공급 펌프를 통해 5bar로 LNG 연료펌프(14)에 공급되고, LNG연료펌프(14)를 통해서 5 내지 20bar로 승압되어 암모니아 재액화기(15)에 공급된 후, 제2 기화기(16)로 공급될 수 있다. 제2 기화기(16) 내의 LNG는 기화되고 외부와 열교환으로 5 내지 20bar에서 25 내지 45℃로 발전 엔진(E2)에 연료로 공급(도 3의 점선 화살표(2) 참조)된다.
암모니아 재액화기(15)에는 후술하는 제2 저장 탱크(200)와 연결되며, 제2 저장 탱크(200)로부터 발생되는 암모니아 증발가스가 공급되어 LNG와의 열교환을 통해 액화될 수 있다.
제1 저장 탱크(100)와 암모니아 재액화기(15)의 후단 사이에는 제1 보조 배관(A1)이 연결되고, 제1 보조 배관(A1)에는 제1 저장 탱크(100)의 LNG 증발 가스(Boil off gas)를 압축시키는 압축기(17)가 연결될 수 있다. 제1 저장 탱크(100)에서 생성되는 LNG 증발 가스는 압축기(17)를 거친 후, 제2 기화기(16)로 전달되어 발전 엔진(E2)의 연료로 공급될 수 있다.
제1 고압 펌프(11) 후단 및 LNG 연료펌프(14)의 후단은 추진 엔진(E1)과 제3 공급 배관(L3)으로 연결될 수 있으며, 제3 공급 배관(L3)에는 제3 기화기(18)가 연결될 수 있다.
제1 고압 펌프(11)의 후단에서 배출되는 LNG는 300bar로 승압된 상태로, 제3 기화기(18)로 전달되고 외부와의 열교환으로, 25 내지 45℃의 온도로 유지된 상태로 추진 엔진(E1)에 공급될 수 있다.
제2 저장 탱크(200)와 추진 엔진(E1)은 제4 공급 배관(L4)으로 연결될 수 있으며, 제4 공급 배관(L4)에는 암모니아 서비스 탱크(21), 제3 고압 펌프(23), 제1 암모니아 히터(24)가 순차적으로 연결될 수 있다.
제2 저장 탱크(200) 내부에는 암모니아 공급 펌프가 설치될 수 있다. 암모니아 공급 펌프는 암모니아를 제2 저장 탱크(200) 외부로 이송시키는 펌프 압력을 제공할 수 있다. 특히 암모니아 공급 펌프는 제2 저장 탱크(200) 내부에 채워진 액화 암모니아 내부에 설치되는 수중 펌프(submerged pump)일 수 있다.
또한, 제2 저장 탱크(200)에는 암모니아를 외부로부터 공급(bunkering)하기 위한 제3 보조 배관(A3)이 연결될 수 있다.
제2 저장 탱크(200) 내에 저장된 액화 암모니아는 암모니아 공급 펌프를 통해 5bar로 암모니아 서비스 탱크(21)로 공급될 수 있으며, 암모니아 서비스 탱크(21)에서 10bar로 승압된 후 제3 고압 펌프(23)로 전달되고, 제3 고압 펌프(23)를 통해서 380bar로 승압된 후 제1 암모니아 히터(24)로 전달된다. 암모니아는 제1 암모니아 히터(24)를 통해 25 내지 45℃로 가열된 후, 추진 엔진(E1)으로 공급(도 3의 점선 화살표(3) 참조)된다.
한편, 도시하지는 않았으나, 추진 엔진(E1)으로 공급되는 암모니아 중 잉여 암모니아는, 별도의 회수 배관을 통해 회수될 수 있으며, 일 실시예에 따르면, 암모니아 서비스 탱크(21)로 회수된 후, 제4 공급 배관(L4)을 통해 추진 엔진(E1)으로 재공급될 수 있다.
또한, 제2 저장 탱크(200)의 암모니아 증발가스는 제2 보조 배관(A2)를 통해서 암모니아 재액화기(15)로 공급되어 액화되고, 액화된 암모니아는 제1 회수 배관(R1)을 통해서 제2 저장 탱크(200)로 회수될 수 있다.
한편, 추진 엔진(E1)과 발전 엔진(E2)은 NOx를 포함하는 배기 가스를 배출할 수 있으며, 추진 엔진(E1)과 발전 엔진(E2)에는 NOx를 처리하기 위한 배기 가스 처리 장치(400)가 연결될 수 있다.
배기 가스 처리 장치(400)는 선택적 촉매 환원(selective catalyst reduction) 장치일 수 있으며, 액화 암모니아를 선택적 촉매 환원 장치의 환원제로 배출 가스에 분사하여 물과 질소로 변환시킬 수 있다. 즉, 배기 가스 처리 장치(400)는 하기 [화학식 1]에서와 같이, 질소산화물과 암모니아가 반응하여, 대기 중으로 배출 가능한 질소와 물이 생성되며, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 생성된 질소는 별도의 저장탱크(미도시)에 저장하였다가 수요처에 활용되거나 또는 외부로 배출될 수 있다.
Figure pat00001
배기 가스 처리 장치(400)에 공급되는 액화 암모니아는 제2 저장 탱크(200)와 연결된 제5 공급 배관(L5)을 통해서 공급될 수 있다.
제5 공급 배관(L5)에는 제2 암모니아 히터(25)가 연결되어 있으며, 제2 저장 탱크(200)의 액화 암모니아는 암모니아 공급 펌프를 통해서 제2 암모니아 히터(25)로 전달되어 가열된 후, 배기 가스 처리 장치(400)에 공급된다.
이처럼, 본 발명에서는 엔진(E1, E2)에 공급되는 액화 암모니아를 선택적 촉매 환원 장치의 환원제로 공급함으로써, NOx를 처리하기 위한 환원제인 요소수를 별도로 저장할 필요가 없다.
배기 가스 처리 장치(400)는 추진 엔진(E1) 및 발전 엔진(E2)으로부터 배출되는 가스를 배기 가스 처리 장치(400)로 전달하는 제1 배기 배관(S1), 제1 배기 배관(S1)으로부터 분기되어 외부로 배기 가스를 배출하는 제2 배기 배관(S2), 배기 가스 처리 장치(400)에서 처리된 배기 가스를 배출하는 제3 배기 배관(S3)을 포함한다.
제1 배기 배관(S1)에는 NOx를 분석하기 위한 제1 센서(41)와 미연소 암모니아를 분석하기 위한 제2 센서(42)가 연결될 수 있다. 밸브(43)는 제1 센서(41)와 제2 센서(42)를 통해 측정된 미연소 암모니아의 농도 및 NOx의 농도에 따라서 암모니아 공급량을 조절할 수 있다.
또한, 배기 가스에 포함되는 NOx의 농도에 따라, 기준치 이상일 경우 배기 가스 처리 장치(400)로 공급되고, 제5 공급 배관(L5)을 통해서 공급되는 암모니아와 반응시킨 후, 제3 배기 배관(S3)을 통해서 외부로 배출될 수 있다.
혹은, 제1 배기 배관(S1)에서 측정된 NOx의 농도가 기준치 미만일 경우 제2 배기 배관(S2)을 통해서 바로 외부로 배출될 수 있다.
한편, 제3 저장 탱크(300)에는 HFO, LSFO, MGO, ULSFO 등의 오일 연료가 저장될 수 있으며, 제6 공급 배관(L6) 및 제7 공급 배관(L7)을 통해서 각각 추진 엔진(E1) 및 발전 엔진(E2)으로 공급될 수 있다.
오일 연료는 제3 저장 탱크(300) 내에 설치된 오일 연료 공급 펌프를 통해서, 추진 엔진(E1) 및 발전 엔진(E2)에 맞는 5 내지 10bar 및 5 내지 10bar의 압력으로 각각 공급될 수 있다.
전술한 바와 같이, 오일 연료로 인한 추진 엔진(E1) 및 발전 엔진(E2)의 구동시에도 NOx가 함유된 배기 가스가 배출될 수 있으며, 배기 가스는 배기 가스 처리 장치(400)를 통해서 물과 질소로 변환된 후 외부로 배출되거나 필요한 수요처에 공급될 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에서와 같이 LNG를 이송하는 선박에 암모니아 저장 탱크를 설치하고, 추진 엔진에 LNG와 암모니아를 혼합 연료를 공급(380 bar)함으로써 이산화탄소의 배출을 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 LNG를 공급하는 공급 배관(L1, L2), 암모니아를 공급하는 제4 공급 배관(L4) 및 오일을 공급하는 공급 배관(L6, L7)을 각각 구성하여, 추진 엔진(E1) 및 발전 엔진(E2)에서 필요로 하는 온도 및 압력으로 조절된 연료가 각각의 구동 조건에 맞춰 선택적으로 공급될 수 있다.
또한, 추진 엔진에 380bar로 공급되는 LNG 연료와 동일하게 암모니아 연료도 380bar까지 상승시킨 후 주입될 수 있다. 따라서, 엔진의 구동 상태 또는 구동 모드에 따라서 LNG 연료, LNG 연료와 암모니아 연료의 혼합 연료 또는 오일 연료가 선택적으로 공급될 수 있다. 또한, 발전 엔진에도 LNG 연료 또는 오일 연료를 요구되는 압력 및 온도로 조절한 후, 주입시킬 수 있다.
또한, LNG 연료와 암모니아 연료의 혼합 비율을 조절하여 추진 엔진에 연료로 공급시킴으로써, 이산화탄소의 발생량 또한 감소시킬 수 있다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료공급시스템의 개략적인 도면이다.
도 4 내지 도 6의 연료 공급 시스템은 대부분 도 2의 연료공급 시스템과 동일하므로, 다른 부분에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 1은 다단(2 단)으로 승압시키는 것을 예로 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 도 4의 연료 공급 시스템(1001)에서와 같이, 제1 공급 배관(L1)에 제1 고압 펌프(11)를 설치하지 않고, 제2 고압 펌프(12)만 연결하여 5bar를 380bar로 승압시킬 수 있다.
도 2에서, 제2 고압 펌프(12)의 전단과 제2 공급 배관(L2) 사이에 연결되어 제2 기화기(16)에 LNG를 공급하는 제3 공급 배관(L3)은, 도 4에서와 같이, 제2 고압 펌프(12)의 후단과 제2 공급 배관(L2) 사이에 제3 공급 배관(L3)이 연결되고, 제3 기화기(18)는 제8 공급 배관(L8)을 통해 제2 고압 펌프(12)의 후단에 연결될 수 있다.
본 실시시예에 따르면 LNG는 제2 고압 펌프(12)를 통해서, 380bar의 압력으로 승압될 수 있으므로, 제2 고압 펌프(12)를 통해서 380bar로 승압된 후, 제1 공급 배관(L1)을 통해서 추진 엔진(E1)에 공급될 수 있다.
혹은, 제8 공급 배관(L8)에서 밸브(예를 들면, 압력 조절 밸브 등)를 설치하여, 제2 고압 펌프(12)를 통해 승압된 380bar의 압력을 300bar로 감압시킨 후, LNG를 추진 엔진(E1)에 공급할 수 있다.
도 5 및 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템(1003, 1004)은 액화 암모니아를 이송시키는 선박으로, 전술한 도 2 내지 도 4의 연료 공급 시스템(1000)이 LNG를 운반하는 선박에 적용된다는 점과 차이가 있다.
즉, 도 2의 연료 공급 시스템(1000)에 있어 제1 저장 탱크(100)는 운반의 대상이 되는 LNG를 저장하는 탱크이고, 도 5 및 도 6의 연료 공급 시스템(1003, 1004)에 있어 제1 저장 탱크(101)는 운반의 대상이 되는 암모니아를 저장하는 탱크라는 점에 차이가 있다.
제1 저장 탱크(101)에는 액화 암모니아가 저장되며, 추진 엔진(E1)과 발전 엔진(E2)에 공급되는 연료가 저장될 수 있다. 제2 저장 탱크(201)에는 LNG 가 저장될 수 있으며, 제3 저장 탱크(301)에는 오일 연료가 저장될 수 있다.
제1 저장 탱크(101)의 액화 암모니아는 암모니아 서비스 탱크(21), 제3 고압 펌프(23), 제1 암모니아 히터(24)가 연결된 제4 공급 배관(L4)을 통해, 추진 엔진(E1)에 연료로 공급된다. 그리고, 제1 저장 탱크(101)의 암모니아 증발가스는 제2 보조 배관(A2)을 통해 암모니아 재액화기(15)로 공급되어 제2 공급 배관(L2)를 통해 이송되는 LNG와의 열교환을 통해 액화 암모니아로 액화된 후 회수라인(R1)을 통해 제1 저장 탱크(101)로 회수될 수 있다.
한편, 제2 저장 탱크(201)에는 LNG를 외부로부터 공급(bunkering)하기 위한 제5 보조 배관(A5)이 연결될 수 있다.
제2 저장 탱크(201)의 LNG는 도 5에서와 같이 제1 고압 펌프(11), 제2 고압 펌프(12) 및 제1 기화기(13)가 설치된 제1 공급 배관(L1)을 통해서 추진 엔진(E1)에 연료로 공급될 수 있다. 또한, 도 6에서와 같이 제2 고압 펌프(12) 및 제1 기화기(13)가 설치된 제1 공급 배관(L1)을 통해서 추진 엔진(E1)에 연료로 공급될 수 있다. 이때, 제2 고압 펌프(12)의 후단과 제3 기화기(18)는 제8 공급 배관(L8)으로 연결될 수 있다.
본 발명에서 언급되는 LNG 및 암모니아를 저장하는 탱크는 단열탱크일 수 있다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
11: 제1 고압 펌프 12: 제2 고압 펌프
13: 제1 기화기 15: 암모니아 재액화기
16: 제2 기화기 17: 압축기
18: 제3 기화기 21: 암모니아 서비스 탱크
23: 제3 고압 펌프 24: 제1 암모니아 히터
25: 제2 암모니아 히터 41: 제1 센서
42: 제2 센서
100, 101: 제1 저장 탱크 200, 201: 제2 저장 탱크
300, 301: 제3 저장 탱크 400: 배기 가스 처리 장치
1000, 1001, 1003, 1004: 연료 공급 시스템

Claims (18)

  1. 선박용 엔진에 공급되는 연료가 저장되는 제1 저장 탱크와 제2 저장 탱크;
    상기 제1 저장 탱크와 상기 엔진 사이를 연결하는 제1 공급 배관;
    상기 제2 저장 탱크와 상기 엔진 사이를 연결하는 제4 공급 배관; 및
    상기 엔진과 연결되어 상기 엔진의 배기 가스를 처리하는 배기 가스 처리 장치;
    를 포함하고,
    상기 제1 저장 탱크에는 LNG가 저장되고, 상기 제2 저장 탱크에는 액화 암모니아가 저장되는, 선박용 연료 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기 가스 처리 장치와 상기 제2 저장 탱크 사이를 연결하는 제5 공급 배관을 더 포함하고,
    상기 제2 저장 탱크의 상기 액화 암모니아는 상기 제5 공급 배관을 통해서 상기 배기 가스 처리 장치에 환원제로 공급되는, 선박용 연료 공급 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제5 공급 배관에 연결되어 상기 액화 암모니아를 가열하는 제2 암모니아 히터를 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 배기 가스 처리 장치는,
    상기 엔진과 연결되는 제1 배기 배관;
    상기 제1 배기 배관으로부터 분기되어 상기 배기 가스를 외부로 배출하는 제2 배기 배관;
    상기 배기 가스 처리 장치와 연결되어 상기 배기 가스 처리 장치에서 처리된 배기 가스를 외부로 배출하는 제3 배기 배관;
    상기 제1 배기 배관에 설치되어 NOx 농도를 측정하는 제1 센서; 및
    상기 제1 배기 배관에 설치되어 미연소 암모니아를 측정하는 제2 센서;
    를 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진은 하나 이상 설치된 추진 엔진과, 하나 이상 설치된 발전 엔진을 포함하고,
    상기 제1 공급 배관과 상기 제4 공급 배관은 상기 추진 엔진과 연결되는, 선박용 연료 공급 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 저장 탱크와 상기 발전 엔진 사이를 연결하는 제2 공급 배관; 및
    상기 제2 공급 배관에 순차적으로 연결된 암모니아 재액화기 및 제2 기화기;
    를 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 저장 탱크의 암모니아 증발가스를 상기 암모니아 재액화기로 공급하는 제2 보조 배관; 및
    상기 암모니아 재액화기로부터 액화된 액화 암모니아를 상기 제2 저장 탱크로 되돌리는 제1 회수 배관;
    을 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 저장 탱크와 상기 암모니아 재액화기의 후단 사이를 연결하며, 상기 제1 저장 탱크의 LNG 증발가스를 압축하는 압축기가 설치된 제1 보조 배관을 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 공급 배관에 연결되어 상기 연료를 제1 압력으로 승압시키는 제2 고압 펌프;
    상기 제2 고압 펌프의 후단과 상기 제2 공급 배관 사이에 연결되어 있는 제3 공급 배관;
    상기 제2 고압 펌프의 후단과 상기 추진 엔진 사이를 연결하는 제8 공급 배관; 및
    상기 제8 공급 배관에 연결된 제3 기화기;
    를 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 추진 엔진 및 상기 발전 엔진에 제6 공급 배관 및 제7 공급 배관으로 각각 연결된 제3 저장 탱크를 더 포함하고,
    상기 제3 저장 탱크에는 오일 연료가 저장되어 있는, 선박용 연료 공급 시스템.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 공급 배관에 연결되어 상기 연료를 제1 압력으로 승압시키는 제2 고압 펌프; 및
    상기 연료를 기화시키는 제1 기화기;
    를 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 고압 펌프의 전단에 위치하며 상기 제1 공급 배관(L1)에 연결되어 상기 연료를 제2 압력으로 승압시키는 제1 고압 펌프를 더 포함하고,
    상기 제2 압력은 상기 제1 압력보다 낮은, 선박용 연료 공급 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 고압 펌프의 후단과 상기 추진 엔진 사이에 연결되어 있는 제3 공급 배관; 및
    상기 제3 공급 배관에 연결되어 상기 연료를 기화시키는 제3 기화기;
    를 더 포함하고,
    상기 제1 고압 펌프 후단에서 상기 제2 압력으로 승압된 상기 연료를 상기 추진 엔진으로 공급하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 압력은 380bar이고, 상기 제2 압력은 300bar인, 선박용 연료 공급 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제4 공급 배관에 순차적 연결되어 있는 암모니아 서비스 탱크, 제3 고압 펌프, 및 제1 암모니아 히터를 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  16. 제 5 항에 있어서,
    상기 추진 엔진은 MAN ES사의 ME-GIE엔진인, 선박용 연료 공급 시스템.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 선박용 연료 공급 시스템을 구비한 선박.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 선박은, LNG 운반선 및 암모니아 운반선 중 어느 하나인, 선박.
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