KR20220120757A - 글리콜 워터 히터를 포함하는 글리콜 워터 탱크 및 이를 사용하는 연료 가스 공급 시스템 - Google Patents

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최정호
이나영
조희주
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동아대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 실시예들은 글리콜 워터 히터를 포함하는 글리콜 워터 탱크 및 이를 사용하는 연료 가스 공급 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 글리콜 워터를 수용하는 탱크부; 상기 글리콜 워터를 승온하기 위한 열교환기; 및 상기 열교환기에 의한 승온에 대하여 보조적 승온을 행하는 전기 히터;를 포함하는, 글리콜 워터 탱크가 제공된다.

Description

글리콜 워터 히터를 포함하는 글리콜 워터 탱크 및 이를 사용하는 연료 가스 공급 시스템{GLYCOL WATER TANK INCLUDING GLYCOL WATER HEATER AND FUEL GAS SUPPLY SYSTEM USING SAME}
본 발명의 실시예들은 글리콜 워터 히터를 포함하는 글리콜 워터 탱크 및 이를 사용하는 연료 가스 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 LNG(liquefied natural gas)는 대기압 아래에서 주성분인 메탄의 끓는점(-162℃) 이하의 극저온으로 냉각시켜 액화한 천연가스로서, 부피가 0℃일 때와 비교하여 약 1/600로 감소되어 저장과 수송이 편리하고 연소시 아황산가스 등이 없어 각종 연료로 사용하고 있다.
이러한 LNG를 연료로 사용하는 LNG 추진 선박의 엔진은 고압의 가스를 요구함에 따라 연료탱크에 저장된 LNG를 고압의 가스로 기화시켜 엔진에 공급하는 LNG 연료 공급 시스템에 별도로 구비되어 있다.
상기한 LNG 연료 공급 시스템은 LNG를 가압하는 펌프와 기화시키는 기화기로 구성되고 기화를 위한 열원으로 해수나 글리콜워터를 사용하고 있다.
도 3은 종래 연료 가스 공급 시스템(Fuel Gas Supply System; FGSS)을 나타내는 도면이다. 종래 연료 가스 공급 시스템은 LNG탱크(200)에 저장되어 있는 LNG를 기화기(30)를 통해 기화시키기 위하여 기화기(30)에 글리콜워터 탱크(10)에 저장된 열원인 글리콜워터가 공급된다. 글리콜워터를 열원으로 하기 위하여 전기 히터(60)와 열교환기(70)를 통해 순환되는 글리콜워터를 승온시킨다. 승온된 글리콜워터는 기화기(30)에서 LNG를 기화시키는데 사용되고 냉각된 글리콜워터는 전기 히터(60)에서 가열된다. 그런데, 전기 히터(60)의 전력 소모가 많기 때문에 열교환기(70)의 열교환을 이용하여 글리콜워터를 승온시킨다.
그런데, 승온을 위하여 전기 히터(60) 및 열교환기(70)를 별도로 구비하여야 하기 때문에 여러 장비를 위한 공간이 확보되어야 해서 전체 공간 효율성이 감소하게 된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0076206호 (2016.06.30.)
본 발명의 실시예들은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 전체 공간효율성을 향상시킬 수 있는 글리콜 워터 탱크 및 이를 사용하는 연료 가스 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 글리콜 워터 탱크 및 이를 사용하는 연료 가스 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 글리콜 워터를 수용하는 탱크부; 상기 글리콜 워터를 승온하기 위한 열교환기; 및 상기 열교환기에 의한 승온에 대하여 보조적 승온을 행하는 전기 히터;를 포함하는, 글리콜 워터 탱크가 제공된다.
상기 열교환기는 상기 탱크부 내에 위치하는 코일형태 열교환기일 수 있다.
상기 열교환기의 열매체는 실린더 자켓 워터일 수 있다.
상기 탱크부에 냉각된 글리콜워터를 유입하는 글리콜워터 유입부; 및 상기 탱크부에서 승온된 글리콜워터를 배출하는 글리콜워터 배출부;를 더 포함할 수 있다.
상기 열교환기에 열매체인 실린더 자켓 워터를 유입하는 실린더 자켓 워터 유입부; 및 상기 열교환기에서 상기 글리콜워터와 열교환이 이루어진 실린더 자켓 워터를 배출하는 실린더 자켓 워터 배출부;를 더 포함할 수 있다.
상기 전기 히터는 상기 코일형태 열교환기의 내측에 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, LNG를 저장하는 LNG 탱크; 그 내부에서 글리콜 워터를 승온시키는 글리콜 워터 탱크; 및 상기 승온된 글리콜 워터를 이용하여 상기 LNG를 기화시키는 기화기;를 포함하는, 연료 가스 공급 시스템이 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전체 공간효율성을 향상시킬 수 있는 글리콜 워터 탱크 및 이를 사용하는 연료 가스 공급 시스템이 제공된다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 글리콜 워터 탱크 및 이를 사용하는 연료 가스 공급 시스템이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 글리콜워터 탱크를 나타내는 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 가스 공급 시스템(Fuel Gas Supply System)을 나타내는 모식도
도 3은 종래 연료 가스 공급 시스템(Fuel Gas Supply System; FGSS)을 나타내는 도면
이하, 도면을 참조하여 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 개시되는 실시예들은 이에 제한되지 않는다.
실시예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 개시되는 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 개시되는 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 글리콜워터 탱크(100)를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 글리콜워터 탱크(100)는 글리콜워터(Glycol water)를 수용하는 탱크부(110), 글리콜워터를 승온하기 위한 열교환기(140) 및 열교환기(140)에 의한 승온에 대하여 보조적 승온을 행하는 전기 히터(170)를 포함할 수 있다.
글리콜 워터는 연료가스 공급 시스템(FGSS; Fuel Gas Supply System)d 구비된 기화기에 사용되는 열매체로서, 글리콜 워터를 기화기의 열매체로 사용하기 위해서는 글리콜 워터를 필요한 온도로 승온하기 위한 별도의 시스템이 필요할 수 있다.
글리콜 워터 탱크(100)는 글리콜 워터를 수용하면서 그 자체로 글리콜워터를 승온하는 열교환기(140) 및 전기 히터(170)를 일체로 포함할 수 있다. 글리콜 워터 탱크(100)의 탱크부(110)는 글리콜 워터를 수용하기 위한 공간을 제공할 수 있다. 탱크부(110)에는 냉각된 글리콜워터를 탱크부(110) 내로 유입하기 위한 글리콜워터 유입부(120) 및 탱크부(110)에서 승온된 글리콜워터를 배출하여 기화기 측으로 공급하기 위한 글리콜워터 배출부(130)가 연결될 수 있다. 따라서, 글리콜워터 유입부(120)를 통해 유입된 글리콜워터는 탱크부(110)에 수용되어 열교환기(140) 및 전기 히터(170)에 의해 승온되어 글리콜워터 배출부(130)를 통해 배출될 수 있다.
열교환기(140)는 탱크부(110) 내에 위치하고 열교환의 효율을 위하여 코일 형상을 가질 수 있다. 열교환기(140)에서 글리콜워터를 승온시키기 위한 열매체로는 실린더 자켓 워터(cylinder jacket water)가 사용될 수 있다. 실린더 자켓 워터는 열전달이 용이한 것으로서 열교환기(140)의 열교환 효율을 높일 수 있다.
열교환기(140)에 열매체인 실린더 자켓 워터를 유입하기 위한 실린더 자켓 워터 유입부(150) 및 열교환기(140)에서 탱크부(110) 내의 글리콜 워터와 열교환이 이루어진 후의 실린더 자켓 워터를 배출하기 위한 실린더 자켓 워터 배출부(160)가 연결될 수 있다. 배출부(160)를 통해 배출된 실린더 자켓 워터는 외부에서 가열하여 다시 실린더 자켓 워터 유입부(150)를 통해 다시 열교환기(140)로 유입될 수 있다.
전기 히터(170)는 코일 형태의 열교환기(140)의 내측에 위치하여 열교환기(140)와 함께 탱크부(110) 내의 글리콜 워터를 승온시킬 수 있다. 전기 히터(170)는 탱크부(110)의 중앙부에 설치됨으로써 열전달이 골고루 이루어지도록 할 수 있다. 전기 히터(170)는 열교환기(140)에 의한 글리콜워터의 승온이 원활하지 않은 경우, 예를 들어, 엔진 초기 기동 및 저부하 운전과 같이 열원 사용이 불가능한 경우 또는 열교환부만으로 충분한 글리콜워터 승온이 불가능한 경우에 보조적인 역할을 할 수 있다.
글리콜 워터 탱크(100)에서는 공간 효율성을 증대시키기 위하여 탱크부(110) 내에 열교환기(140)와 전기 히터(170)가 설치될 수 있다. 그리고, 열교환기(140)가 코일 형상으로 하여 열매체와 글리콜워터 간의 접촉면적을 증가시킬 수 있다. 그리고, 기존의 글리콜워터 히팅 시스템에 대비하여 전기 히터의 전력 소비량을 줄일 수 있으며, 외부에 글리콜워터 히팅 시스템이 있는 경우에 비하여 부가 구성을 감소시켜서 제작 비용을 감소시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 가스 공급 시스템(Fuel Gas Supply System; 1000)을 나타내는 모식도이다.
도 2를 참조하면, 연료 가스 공급 시스템(1000)은 LNG를 저장하는 LNG탱크(200), LNG를 기화시키기 위하여 글리콜 워터를 수용하여 승온시키는 글리콜 워터 탱크(100), 및 승온된 글리콜 워터를 이용하여 LNG탱크(200)에서의 LNG를 기화시키는 기화기(300)를 포함할 수 있다.
LNG탱크(200)는 엔진에 공급하기 위한 연료용 LNG를 저장할 수 있다. 저장된 LNG는 라인(L3)를 통해 기화기(300)로 공급될 수 있고, 기화기(300)에서 기화된 LNG는 라인(L5)를 통해 엔진(미도시됨) 측으로 공급될 수 있다.
기화기(300)는 LNG를 기화시키기 위한 것일 수 있다. LNG탱크(200)에서 유입된 LNG는 기화기(300) 내로 유입되는 승온된 글리콜 워터로부터 열을 공급받아서 기화될 수 있다. 기화된 LNG(NG)는 엔진 측으로 배출될 수 있다. 글리콜 워터는 앞서 설명한 글리콜 워터 탱크(100)로부터 라인(L1)을 공급될 수 있다. 기화기(300)에서 사용된 글리콜 워터는 라인(L1)을 통해 순환되어 펌프(500)를 통해 다시 글리콜 워터 탱크(100)로 유입될 수 있다.
승압기(Pressure Buildup Unit; 400)는 LNG탱크(200) 중 일부를 글리콜 워터 탱크(100)로부터 공급된 글리콜 워터와의 열교환을 통해 기화된 상태(NG)로 만들 수 있다. 기화된 상태(NG)는 라인(L4)을 통해 다시 LNG탱크(200)로 유입되며, 이를 통해 LNG탱크(200)의 압력을 일정하게 유지시킬 수 있다.
글리콜 워터 탱크(100)에서 글리콜 워터를 승온시키기 위한 열매체인 실린더 자켓 워터는 라인(L2)을 통해 글리콜 워터 탱크(100) 내에 공급되었다가 열교환후 배출될 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 글리콜 워터 탱크
110 : 탱크부
120 : 글리콜워터 유입부
130 : 글리콜워터 배출부
140 : 열교환기
150 : 실린더 자켓 워터 유입부
160 : 실린더 자켓 워터 배출부
170 : 전기 히터
200 : LNG 탱크
300 : 기화기
400 : 승압기
500 : 펌프

Claims (7)

  1. 글리콜 워터를 수용하는 탱크부;
    상기 글리콜 워터를 승온하기 위한 열교환기; 및
    상기 열교환기에 의한 승온에 대하여 보조적 승온을 행하는 전기 히터;를 포함하는, 글리콜 워터 탱크.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 탱크부 내에 위치하는 코일형태 열교환기인, 글리콜 워터 탱크.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환기의 열매체는 실린더 자켓 워터인, 글리콜 워터 탱크.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 탱크부에 냉각된 글리콜워터를 유입하는 글리콜워터 유입부; 및
    상기 탱크부에서 승온된 글리콜워터를 배출하는 글리콜워터 배출부;를 더 포함하는, 글리콜 워터 탱크.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 열교환기에 열매체인 실린더 자켓 워터를 유입하는 실린더 자켓 워터 유입부; 및
    상기 열교환기에서 상기 글리콜워터와 열교환이 이루어진 실린더 자켓 워터를 배출하는 실린더 자켓 워터 배출부;를 더 포함하는, 글리콜 워터 탱크.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 전기 히터는 상기 코일형태 열교환기의 내측에 위치하는, 글리콜 워터 탱크.
  7. LNG를 저장하는 LNG 탱크;
    그 내부에서 글리콜 워터를 승온시키는 글리콜 워터 탱크; 및
    상기 승온된 글리콜 워터를 이용하여 상기 LNG를 기화시키는 기화기;를 포함하는, 연료 가스 공급 시스템.
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