KR20230042381A - 선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템 - Google Patents

선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템을 제공하며, 이는 암모니아 연료 엔진, 액체 암모니아 공급 시스템, 액체 암모니아 리사이클링 시스템 및 액체 암모니아 질소 퍼징 통기 시스템을 포함한다. 본 발명은 선박용 액체 암모니아 연료를 고압 상태(압력≥70bar, 온도 45±10℃로 공급하는 동시에, 관로 내에 사용되지 않은 액체 암모니아 연료를 재사용하므로 많은 연료를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 통기 마스트로 배출되는 암모니아 연료를 줄이고, 선박 및 작업자의 안전을 향상시켰다.

Description

선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템
본 발명은 선박 건설 및 선박 설계 분야에 관한 것으로서, 구체적으로 선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템에 관한 것이다.
현재 지구 온난화 현상이 심화되면서 전세계적으로 극단적인 기후 현상과 자연 재해가 빈번하게 발생하고 있으며, 그 주범은 CO2를 대표로 하는 온실가스 배출이다. 선박 해운 분야에서 국제해사기구(IMO)는 2008년 대비 2030년까지 국제 해운의 탄소 배출량을 최소 평균 40%, 2050년까지 70% 줄이겠다는 최신 탄소 배출 감축 목표를 세웠다. 시간이 흐름에 따라 이 지표는 선박 설계, 선박 보조 장비 및 신에너지 기술 적용 등에 대해 더 높은 요구를 제시하였다.
암모니아(-33.6℃, 1대기압, 액체)는 중요한 화학 원료로서 화학, 의약 및 농약, 국방 산업 분야 및 야금 산업 분야에 널리 사용되고 있다. 암모니아는 일반적으로 액체 상태로 저장 및 운송되며 육지에서의 응용은 이미 성숙한 편이다. 동시에 암모니아는 연료로 연소될 수 있고 연소에 의해 질소 및 물이 생성되므로 탄소 배출 문제가 존재하지 않기 때문에 매우 깨끗한 연료에 속한다.
암모니아 연료는 연료 저장 공간을 절약하기 위해 액체 상태로 선박에 저장된다. 선박의 유형, 선박의 규모, 항속력 등에 따라 부피, 유형, 설계 압력이 다른 액체 암모니아 연료 저장 탱크를 사용하며, 일반적으로 반냉각 반압식(설계 온도 -40℃, 설계 압력 4-10barg, C 타입 저장 탱크), 전냉식(설계 온도 -40℃, 설계 압력≤0.7barg, A 타입 저장 탱크 또는 B 타입 저장 탱크 또는 멤브레인 타입(Membrane Type) 저장 탱크) 두 가지로 구분된다.
현재 독일 MAN그룹은 액체 암모니아 연료를 연소할 수 있는 이중 연료 저속 메인 엔진을 개발하고 있으며, 70bar 이상 압력의 액체 암모니아 연료를 실린더에 분사하여 연소하는데, 연료 온도를 45±10℃범위로 제어해야 한다. 이를 선박에 응용할 경우 선박 메인 엔진 추진 시스템의 '탄소 제로' 배출이 가능 하며 환경 보호 가치가 매우 크다. 액체 암모니아 연료를 메인 엔진에 공급하는 과정에서 메인 엔진의 부하 변화로 인해 일부 사용되지 않은 액체 암모니아 연료는 리턴 관로를 통해 리턴되며, 이 부분의 액체 암모니아 연료가 대기로 바로 배출되면 연료 낭비와 안전 위험을 초래하게 된다.
액체 암모니아는 선박을 추진하는 연료로서 암모니아 연료 엔진에 필요한 공급 유량, 온도 및 압력을 충족해야 하므로 선박용 액체 암모니아 연료 공급 시스템을 개발하여 액체 암모니아 연료 리턴 회수 문제를 해결해야 한다.
상술한 기술문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템을 제공하여 선박에 대해 깨끗하고 친환경적인 액체 암모니아 연료를 공급하되 선박 운행과정에서 리턴되는 액체 암모니아 연료를 최대한 리사이클함으로써 대기 중으로 바로 배출하여 생기는 연료 낭비 및 안전 독성 위험을 방지하는데 있다.
본 발명의 기술적 방안은 다음과 같다.
선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템은 암모니아 연료 엔진, 액체 암모니아 공급 시스템, 액체 암모니아 리사이클링 시스템 및 액체 암모니아 질소 퍼징 통기 시스템을 포함한다.
상기 액체 암모니아 공급 시스템은 액체 암모니아 저장 탱크를 포함하고, 상기 액체 암모니아 저장 탱크 내에 액체 암모니아 저압 펌프가 설치되며, 상기 액체 암모니아 저압 펌프는 액체 암모니아를 펌핑하여 제1 액체 암모니아 공급 관로를 거쳐 액체 암모니아 버퍼 탱크로 출력하고, 액체 암모니아 버퍼 탱크 내의 액체 암모니아는 다시 액체 암모니아 고압 펌프, 액체 암모니아 가열장치, 액체 암모니아 필터, 가스 메인 밸브, 공급 밸브 세트 및 제2 액체 암모니아 공급 관로를 거쳐 암모니아 연료 엔진으로 이송되며, 액체 암모니아 저장 탱크와 액체 암모니아 버퍼 탱크는 제1 액체 암모니아 공급 관로를 통해 연결되고; 공급 밸브 세트와 암모니아 연료 엔진의 액체 암모니아 입구 사이는 제2 액체 암모니아 공급 관로를 통해 연결된다.
상기 액체 암모니아 리사이클링 시스템은 리턴 밸브 세트, 액체 암모니아 수집 탱크, 제1 리턴 관로 및 제2 리턴 관로를 포함하고, 상기 리턴 밸브 세트와 암모니아 연료 엔진의 액체 암모니아 리턴 출구 사이는 제1 리턴 관로를 통해 연결되며, 제2 리턴 관로의 일단은 리턴 밸브 세트와 연결되고, 타단은 각각 제1 밸브 및 제2 밸브를 통해 액체 암모니아 수집 탱크 및 액체 암모니아 버퍼 탱크에 연결되고; 액체 암모니아 수집 탱크 및 액체 암모니아 버퍼 탱크는 제3 액체 암모니아 리턴 관로 및 제3 밸브를 통해 연결된다.
상기 액체 암모니아 질소 퍼징 통기 시스템은 기액 분리 장치, 통기 마스트, 제1 퍼징 통기 관로 및 제2 퍼징 통기 관로를 포함하고; 리턴 밸브 세트는 외부 퍼징 통기 인터페이스가 설치되어 제1 퍼징 통기 관로 및 제4 밸브를 통해 기액 분리 장치와 통기 마스트에 연결되며; 액체 암모니아 수집 탱크의 상단부는 제2 퍼징 통기 관로 및 제5 밸브를 통해 기액 분리 장치 및 통기 마스트에 연결되고; 질소 퍼징 인터페이스는 제2 액체 암모니아 공급 관로와 연결된다.
시스템이 정상으로 멈출 때(즉, 연료 공급 시스템과 암모니아 연료 엔진이 멈출 때), 제2 액체 암모니아 공급 관로, 제1 리턴 관로 및 제2 리턴 관로 내에 남은 액체 암모니아 연료는 액체 암모니아 질소 퍼징 통기 시스템을 통해 액체 암모니아 수집 탱크 내로 리턴되고; 제2 액체 암모니아 공급 관로 및 제1 리턴 관로 내에 남은 암모니아는 액체 암모니아 질소 퍼징 통기 시스템을 통해 기액 분리 장치에 퍼징되어 통기 마스트를 통해 배출된다.
상기 액체 암모니아 수집 탱크에 액면계가 설치되며, 액체 암모니아 수집 탱크 내의 액면레벨이 설정된 높이에 도달할 경우, 제3 밸브를 개방하고, 수집된 액체 암모니아는 제3 액체 암모니아 리턴 관로를 통해 액체 암모니아 버퍼 탱크로 리턴된다.
액체 암모니아 버퍼 탱크는 액체 암모니아 연료를 액체 암모니아 고압 펌프로 지속적으로 공급하여 고압 펌프 흡입구의 흡입높이를 보장하는 동시에 액체 암모니아 리턴 연료의 회수 및 저장을 구현한다. 이 버퍼 탱크에 액면계가 설치되어 액면레벨의 변화를 실시간으로 모니터링한다.
선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템은 물-에틸렌 글리콜 가열 시스템을 더 포함하고, 물-에틸렌 글리콜 가열 시스템은 물-에틸렌 글리콜 가열장치 및 물-에틸렌 글리콜 순환 펌프를 포함하며, 메인 엔진 실린더 냉각수 또는 보일러 증기에서 방출된 열량은 물-에틸렌 글리콜 가열장치, 물-에틸렌 글리콜 순환 펌프를 거쳐 물-에틸렌 글리콜 열교환 매체를 통해 상기 액체 암모니아 가열장치에 제공된다. 즉, 액체 암모니아 가열장치는 물-에틸렌 글리콜 열교환 매체를 사용하며, 메인 엔진 실린더 냉각수 또는 보일러 증기에서 방출된 열량은 물-에틸렌 글리콜 열교환 매체에 전달되며, 고온의 물-에틸렌 글리콜 열교환 매체는 액체 암모니아 가열장치에서 열교환을 통해 열량을 액체 암모니아 가열장치에 제공하고; 액체 암모니아 가열장치에서 방출된 차가운 에너지는 물-에틸렌 글리콜 열교환 매체에 전달되며, 열교환을 거친 후, 저온의 물-에틸렌 글리콜 열교환 매체는 되돌아가며, 메인 엔진 실린더 냉각수 또는 보일러 증기로부터 수집한 열량으로 액체 암모니아 가열장치에서 흘러나온 저온 물-에틸렌 글리콜 열교환 매체를 가열한다.
상기 질소 퍼징 인터페이스는 질소 압력＞25bar을 제공하고, 질소의 이슬점(dew point)은 암모니아 연료 엔진의 요구 조건을 충족한다.
액체 암모니아 저압 펌프는 액체 암모니아를 18bar로 가압한 후 액체 암모니아 버퍼 탱크로 이송한다. 액체 암모니아 저압 펌프는 필요에 따라 저장 탱크마다 1대 또는 복수대 배치하고; 액체 암모니아 고압 펌프는 액체 암모니아를 70bar 또는 70bar 이상으로 추가 가압하도록 구성되며, 액체 암모니아 고압 펌프는 필요에 따라 1대 또는 복수대 배치 가능하다. 액체 암모니아 가열장치는 액체 암모니아 연료가 45±10℃ 온도 범위를 만족하도록 조절한다. 이로써 암모니아 연료 엔진은 70bar 또는 70bar이상의 압력, 45±10℃온도 범위의 액체 암모니아 연료를 이용하여 선박을 추진한다.
액체 암모니아 필터와 공급 밸브 세트 사이의 가스 메인 밸브는, 시스템 운행이 중단할 때 공급 처리 장치(예컨대, 액체 암모니아 고압 펌프)와 공급 밸브 세트, 리턴 밸브 세트 및 액체 암모니아 엔진을 자동으로 격리시킨다.
공급 밸브 세트 및 리턴 밸브 세트는 액체 암모니아 연료를 공급하는 과정에서의 압력을 조절하고, 액체 암모니아 공급 시스템 및 액체 암모니아 리사이클링 시스템이 운행을 중단할 경우에 액체 암모니아 공급 시스템 및 액체 암모니아 리사이클링 시스템과 암모니아 연료 엔진을 격리시키므로 암모니아 연료 엔진이 안전하게 작동할 수 있다.
액체 암모니아는 저온 액체 상태(-33.6℃)로, 액체 암모니아 저장 탱크에 저장되며, 액체 암모니아 저장 탱크는 C 타입 압력 저장 탱크, A 타입/B 타입/멤브레인 타입 압력 저장 탱크 등일 수 있다.
액체 암모니아 필터는 메인 엔진의 사용 조건에 도달하도록 공급되기 전에 연료를 필터링한다.
기액 분리 장치는 액체 암모니아, 암모니아, 질소 및 유분 등 불순물을 분리하고 그 중의 기체만 통기 마스트를 거쳐 대기 중으로 방출한다.
본 발명은 다음의 유익한 효과가 있다.
본 발명은 액체 암모니아 공급 시스템, 액체 암모니아 리사이클링 시스템 및 액체 암모니아 퍼징 통기 시스템을 통해 선박용 액체 암모니아 연료를 고압 상태(압력 ≥70bar,온도45±10℃로 공급하는 동시에, 관로 내에 사용되지 않은 액체 암모니아 연료를 재사용하므로 많은 연료를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 통기 마스트로 배출되는 암모니아 연료를 줄이고, 선박 및 작업자의 안전을 향상시켰다.
도 1은 본 발명의 선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템의 개략도이다.
실시예 1
선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템은, 암모니아 연료 엔진(11), 액체 암모니아 공급 시스템, 액체 암모니아 리사이클링 시스템, 액체 암모니아 질소 퍼징 통기 시스템 및 물-에틸렌 글리콜 가열 시스템을 포함하고;
상기 액체 암모니아 공급 시스템은 액체 암모니아 저장 탱크(1)를 포함하고, 상기 액체 암모니아 저장 탱크(1) 내에 액체 암모니아 저압 펌프(2)가 설치되며, 상기 액체 암모니아 저압 펌프(2)는 액체 암모니아를 펌핑하여 제1 액체 암모니아 공급 관로(3)를 거쳐 액체 암모니아 버퍼 탱크(4)로 출력하고, 액체 암모니아 버퍼 탱크(4) 내의 액체 암모니아는 다시 액체 암모니아 고압 펌프(5), 액체 암모니아 가열장치(6), 액체 암모니아 필터(7), 가스 메인 밸브(8), 공급 밸브 세트(9) 및 제2 액체 암모니아 공급 관로(10)를 거쳐 암모니아 연료 엔진(11)으로 이송되며, 액체 암모니아 저장 탱크(1)와 액체 암모니아 버퍼 탱크(4)는 제1 액체 암모니아 공급 관로(3)를 통해 연결되고; 공급 밸브 세트(9)와 암모니아 연료 엔진(11)의 액체 암모니아 입구 사이는 제2 액체 암모니아 공급 관로를 통해 연결되며;
상기 액체 암모니아 리사이클링 시스템은 리턴 밸브 세트(12), 액체 암모니아 수집 탱크(13), 제1 리턴 관로(14) 및 제2 리턴 관로(15)를 포함하고, 상기 리턴 밸브 세트(12)와 암모니아 연료 엔진의 액체 암모니아 리턴 출구 사이는 제1 리턴 관로(14)를 통해 연결되며, 제2 리턴 관로(15)의 일단은 리턴 밸브 세트(12)와 연결되고, 타단은 각각 제1 밸브(16) 및 제2 밸브(17)를 통해 액체 암모니아 수집 탱크(13) 및 액체 암모니아 버퍼 탱크(4)에 연결되며; 액체 암모니아 수집 탱크(13) 및 액체 암모니아 버퍼 탱크(4)는 제3 액체 암모니아 리턴 관로(18) 및 제3 밸브(19)를 통해 연결되고;
상기 액체 암모니아 질소 퍼징 통기 시스템은 기액 분리 장치(20), 통기 마스트(21), 제1 퍼징 통기 관로(22) 및 제2 퍼징 통기 관로(23)를 포함하고; 리턴 밸브 세트(12)는 외부 퍼징 통기 인터페이스가 설치되어 제1 퍼징 통기 관로(22) 및 제4 밸브(24)를 통해 기액 분리 장치(20)와 통기 마스트(21)에 연결되며; 액체 암모니아 수집 탱크(13)의 상단부는 제2 퍼징 통기 관로(23) 및 제5 밸브(25)를 통해 기액 분리 장치(20) 및 통기 마스트(21)에 연결되고; 질소 퍼징 인터페이스(26)는 제2 액체 암모니아 공급 관로(10)와 연결된다.
물-에틸렌 글리콜 가열 시스템은 물-에틸렌 글리콜 가열장치(29) 및 물-에틸렌 글리콜 순환 펌프(30)를 포함하고, 메인 엔진 실린더 냉각수 또는 보일러 증기(28)에서 방출된 열량은 물-에틸렌 글리콜 가열장치(29) 및 물-에틸렌 글리콜 순환 펌프(30)를 거쳐 물-에틸렌 글리콜 열교환 매체를 통해 상기 액체 암모니아 가열장치(6)에 제공된다.
액체 암모니아 버퍼 탱크(4)에 액면계(27)가 설치되어 액면레벨의 변화를 실시간으로 모니터링한다.
상기 액체 암모니아 수집 탱크(13)에 액면계(27)가 설치되며, 액체 암모니아 수집 탱크(13) 내의 액면레벨이 설정된 높이에 도달할 경우, 제3 밸브(19)를 개방하고, 수집된 액체 암모니아는 제3 액체 암모니아 리턴 관로(18)를 통해 액체 암모니아 버퍼 탱크로 리턴된다.
선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템의 작동은 다음과 같다.
시스템 운행 전 준비
이때, 가스 메인 밸브(8), 공급 밸브 세트(9) 및 리턴 밸브 세트(12), 액체 암모니아 저압 펌프(2), 액체 암모니아 고압 펌프(5), 물-에틸렌 글리콜 순환 펌프(30)는 모두 폐쇄 상태이고, 제4 밸브(24)는 개방 상태이다. 시스템이 시작되기 전에, 질소 퍼징 인터페이스(26)를 통해 사전에 질소를 불어넣고, 제2 액체 암모니아 공급 관로(10) 및 제1 액체 암모니아 리턴 관로(14)를 퍼징하여 제1 퍼징 통기 관로(22) 및 기액 분리 장치(20)를 거쳐 통기 마스트(21)까지 통기시킨다. 기액 분리 장치에서는 액체 암모니아, 암모니아, 질소 및 유분 등 불순물을 분리하여 기체만 통기 마스트(21)를 통해 대기 중으로 배출하거나 기액 분리 장치(20)로부터 배출된 기체에 함유된 암모니아를 포집 및 흡입한 후 남은 기체는 통기 마스트(21)를 통해 대기 중으로 배출하되, 해당 관로가 퍼징 요구 조건에 도달할 때까지 진행한다. 사전에 물-에틸렌 글리콜 순환 펌프(30)를 개방하여 액체 암모니아 가열장치 내에서의 물-에틸렌 글리콜의 순환 유통을 구현한다.
시스템 운행 시작
질소 퍼징을 멈추고, 제4 밸브(24)를 폐쇄하면 시스템이 정식으로 운행하기 시작한다.
액체 암모니아 저압 펌프(2)를 개방하여 액체 암모니아 버퍼 탱크(4) 내의 액면레벨이 설정 목표에 도달하도록 하며, 액체 암모니아 고압 펌프(5) 및 가스 메인 밸브(8)를 개방한다. 공급 밸브 세트(9) 및 리턴 밸브 세트(12)을 개방하고, 제1 밸브(16), 제3 밸브(19) 및 제5 밸브(25)를 개방한다.
이때, 액체 암모니아 저장 탱크(1) 내의 액체 암모니아는 저압 펌프(2)에 의해 가압되고, 제1 액체 암모니아 공급 관로(3)를 거쳐 액체 암모니아 버퍼 탱크(4)로 출력되며, 액체 암모니아 고압 펌프(5)에 의해 70bar로 2차 가압된 후, 액체 암모니아 가열장치(6)에 의해 45±10℃ 온도 범위로 가열되고, 액체 암모니아 필터(7)에 의해 필터링된 후 가스 메인 밸브(8), 공급 밸브 세트(9) 및 제2 액체 암모니아 공급 관로(10)를 거쳐 암모니아 연료 엔진(11)으로 공급된다.
액체 암모니아 연료가 관로에 가득 채워짐에 따라 제2 액체 암모니아 공급 관로(10) 및 제1 리턴 관로(14) 내의 질소는 제2 액체 암모니아 리턴 관로(15) 및 제1 밸브(16)를 거쳐 액체 암모니아 수집 탱크(13)로 배출되고, 제5 밸브(25)를 거쳐 기액 분리 장치(20)로 배출된 후 통기 마스트(21)를 통해 대기 중으로 배출된다. 리턴된 액체 암모니아는 제3 밸브(19)를 지나 암모니아 버퍼 탱크(4)에 저장된다. 이때, 제5 밸브(25)의 개도를 제어하여 액체 암모니아 수집 탱크(13) 내의 압력이 액체 암모니아 버퍼 탱크(4) 내의 압력보다 크게 함으로써 액체 암모니아가 액체 암모니아 버퍼 탱크(4)로 원활하게 리턴되도록 한다.
시스템 정상 운행
제1 밸브(16), 제3 밸브(19), 제4 밸브(24) 및 제5 밸브(25)를 폐쇄하되 제2 밸브(17)를 개방하여 암모니아 연료 엔진으로부터 리턴되는 액체 암모니아 연료는 제2 밸브(17)를 거쳐 액체 암모니아 버퍼 탱크(4)로 바로 리턴하여 수집된다.
시스템이 정상적으로 운행을 멈춤
시스템의 정상 작동이 멈출 때, 가스 메인 밸브(8)와 공급 밸브 세트(9)를 폐쇄하여 연료 공급을 중단하고, 리턴 밸브 세트(12)는 개방을 유지한다. 시스템이 운행을 멈출 때, 가스 메인 밸브를 자동으로 차단하고 공급 처리 장치(예컨대, 액체 암모니아 고압 펌프(5)와 액체 암모니아 가열장치(6))와 공급 밸브 세트(9), 리턴 밸브 세트(12) 및 암모니아 연료 엔진(11)을 자동으로 격리시킨다.
제2 밸브(17), 제3 밸브(19) 및 제4 밸브(24)를 폐쇄하고, 제1 밸브(16) 및 제5 밸브(25)를 개방한다. 제2 액체 암모니아 공급 관로(10), 제1 리턴 관로(14) 및 제2 리턴 관로(15)에서 일부 액체 암모니아 연료가 액체 암모니아 수집 탱크(13)로 리턴되고, 관로 내의 압력을 방출한다. 이때, 질소 퍼징 인터페이스(26)를 통해 질소를 불어넣고, 제2 액체 암모니아 공급 관로(10), 제1 액체 암모니아 리턴 관로(14) 및 제2 리턴 관로(15) 내에 남은 액체 암모니아를 액체 암모니아 수집 탱크(13)로 퍼징하며, 액체 암모니아 수집 탱크(13) 내의 질소 기체는 제5 밸브(25) 및 제2 퍼징 통기 관로(23)를 통해 기액 분리 장치(20) 및 통기 마스트(21)로 유입된다. 기액 분리 장치에서는 액체 암모니아, 암모니아, 질소, 유분 등 불순물을 분리하여 기체만 통기 마스트(21)를 통해 대기 중으로 배출하거나 기액 분리 장치(20)를 통해 배출된 기체에 함유된 암모니아를 포집 및 흡입한 후 남은 기체는 통기 마스트(21)를 통해 대기 중으로 배출한다.
액체 암모니아 수집 탱크(13) 내의 액면계에서 액체 암모니아 수집 탱크(13) 내의 액면레벨이 설정된 높이에 도달했다고 측정되면, 제3 밸브(19)를 개방하고, 수집된 액체 암모니아는 제3 액체 암모니아 리턴 관로(18)를 통해 액체 암모니아 버퍼 탱크(13)로 리턴된다.
제2 액체 암모니아 공급 관로(10) 및 제1 액체 암모니아 리턴 관로(14) 내에 액체 암모니아 연료를 포함하지 않는다고 측정되면, 제5 밸브(25)와 리턴 밸브 세트(12)을 폐쇄하고, 제1 액체 암모니아 리턴 관로(14)와 제1 액체 암모니아 리턴 관로(15)의 연결을 차단한다. 이때, 제1 퍼징 통기 관로(22) 상의 제4 밸브(24)를 개방하고, 제2 액체 암모니아 공급 관로(10)와 제1 액체 암모니아 리턴 관로(14) 내의 소량의 잔여 암모니아를 제1 퍼징 통기 관로(22)를 거쳐 기액 분리 장치(20)로 퍼징하여 통기 마스트(21)를 통해 배출한다. 기액 분리 장치에서는 액체 암모니아, 암모니아, 질소 및 유분 등 불순물을 분리하여 기체만 통기 마스트(21)를 통해 대기 중으로 배출하거나 기액 분리 장치(20)에서 배출된 기체에 함유된 암모니아를 포집 및 흡입한 후 남은 기체는 통기 마스트(21)를 통해 대기 중으로 배출한다.
시스템 긴급 운행 정지
암모니아 연료의 누설, 화재, 장비 고장 등 긴급 상황이 발생할 때, 시스템은 운행을 긴급 정지한다. 이때 안전을 보장하기 위하여, 관로 내로 공급 및 리턴되는 액체 암모니아는 더 이상 리턴되지 않는다. 가스 메인 밸브(8), 공급 밸브 세트(9) 및 리턴 밸브 세트(12)를 즉시 폐쇄하고, 제2 밸브(17), 제3 밸브(19) 및 제5 밸브(25)를 폐쇄하되, 제1 밸브(16) 및 제1 퍼징 통기 관로(22) 상의 제4 밸브(24)를 개방한다. 제2 액체 암모니아 리턴 관로(15) 내에 축적된 일부 액체 암모니아는 제1 밸브(16)를 통해 액체 암모니아 수집 탱크(13)로 리턴된다. 제2 액체 암모니아 공급 관로(10) 및 제1 액체 암모니아 리턴 관로(14) 내의 액체 암모니아는 제4 밸브(24)에 의해 제1 퍼징 통기 관로(22)를 거쳐 기액 분리 장치(20)로 리턴된 후, 통기 마스트(21)를 통해 긴급 배출되며; 이 구간 관로 내의 액체 압력이 방출되면, 질소 퍼징 인터페이스(26)를 통해 질소를 주입하여 제2 액체 암모니아 공급 관로(10) 및 제1 액체 암모니아 리턴 관로(14)를 퍼징하며, 이때 나머지 액체 암모니아 및 암모니아를 제1 퍼징 통기 관로(22)를 거쳐 기액 분리 장치(20)에 불어넣고, 통기 마스트(21)를 통해 배출작업을 진행한다. 기액 분리 장치에서는 액체 암모니아, 암모니아, 질소 및 유분 등 불순물을 분리하여 기체만 통기 마스트(21)를 통해 대기 중으로 배출하거나 기액 분리 장치(20)에서 배출된 기체에 함유된 암모니아를 포집 및 흡입한 후 남은 기체는 통기 마스트(21)를 통해 대기 중으로 배출한다.
액체 암모니아 수집 탱크(13)에서 액면계가 액체 암모니아 수집 탱크 내의 액면레벨이 설정된 높이에 도달했다고 측정되면, 제3 밸브(19)를 개방하고, 수집된 액체 암모니아는 제3 액체 암모니아 리턴 관로(18)를 통해 액체 암모니아 버퍼 탱크(13)로 리턴된다.
1: 액체 암모니아 저장 탱크 2: 액체 암모니아 저압 펌프
3: 제1 액체 암모니아 공급 관로 4: 액체 암모니아 버퍼 탱크
5: 액체 암모니아 고압 펌프 6: 액체 암모니아 가열장치
7: 액체 암모니아 필터 8: 가스 메인 밸브
9: 공급 밸브 세트 10: 제2 액체 암모니아 공급 관로
11: 암모니아 연료 엔진 12: 리턴 밸브 세트
13: 액체 암모니아 수집 탱크 14: 제1 리턴 관로
15: 제2 리턴 관로 16: 제1 밸브
17: 제2 밸브 18: 제3 액체 암모니아 리턴 관로
19: 제3 밸브 20: 기액 분리 장치
21: 통기 마스트 22: 제1 퍼징 통기 관로
23: 제2 퍼징 통기 관로 24: 제4 밸브
25: 제5 밸브 26: 질소 퍼징 인터페이스
27: 액면계
28: 메인 엔진 실린더 냉각수 또는 보일러 증기
29: 물-에틸렌 글리콜 가열장치 30: 물-에틸렌 글리콜 순환 펌프

Claims (10)

  1. 암모니아 연료 엔진(11), 액체 암모니아 공급 시스템, 액체 암모니아 리사이클링 시스템 및 액체 암모니아 질소 퍼징 통기 시스템을 포함하고;상기 액체 암모니아 공급 시스템은 액체 암모니아 저장 탱크(1)를 포함하고,
    상기 액체 암모니아 저장 탱크(1) 내에 액체 암모니아 저압 펌프(2)가 설치되며, 상기 액체 암모니아 저압 펌프(2)는 액체 암모니아를 펌핑(pumping)하여 제1 액체 암모니아 공급 관로(3)를 거쳐 액체 암모니아 버퍼 탱크(4)로 출력하고, 액체 암모니아 버퍼 탱크(4) 내의 액체 암모니아는 다시 액체 암모니아 고압 펌프(5), 액체 암모니아 가열장치(6), 액체 암모니아 필터(7), 가스 메인 밸브(8), 공급 밸브 세트(9) 및 제2 액체 암모니아 공급 관로(10)를 거쳐 암모니아 연료 엔진(11)으로 이송되며;
    상기 액체 암모니아 리사이클링 시스템은 리턴 밸브 세트(12), 액체 암모니아 수집 탱크(13), 제1 리턴 관로(14) 및 제2 리턴 관로(15)를 포함하고, 상기 리턴 밸브 세트(12)와 암모니아 연료 엔진(11)의 액체 암모니아 리턴 출구 사이는 제1 리턴 관로(14)를 통해 연결되며, 제2 리턴 관로(15)의 일단은 리턴 밸브 세트(12)와 연결되고, 타단은 각각 제1 밸브(16) 및 제2 밸브(17)를 통해 액체 암모니아 수집 탱크(13) 및 액체 암모니아 버퍼 탱크(4)에 연결되며; 액체 암모니아 수집 탱크(13) 및 액체 암모니아 버퍼 탱크(4)는 제3 액체 암모니아 리턴 관로(18) 및 제3 밸브(19)를 통해 연결되고;
    상기 액체 암모니아 질소 퍼징 통기 시스템은 기액 분리 장치(20), 통기 마스트(21, Ventilating mast), 제1 퍼징 통기 관로(22) 및 제2 퍼징 통기 관로(23)를 포함하고; 리턴 밸브 세트(12)는 외부 퍼징 통기 인터페이스가 설치되어 제1 퍼징 통기 관로(22) 및 제4 밸브(24)를 통해 기액 분리 장치(20)와 통기 마스트(21)에 연결되며; 액체 암모니아 수집 탱크(13)의 상단부는 제2 퍼징 통기 관로(23) 및 제5 밸브(25)를 통해 기액 분리 장치(20) 및 통기 마스트(21)에 연결되고; 질소 퍼징 인터페이스(26)는 제2 액체 암모니아 공급 관로(10)와 연결되는 것을 특징으로 하는 선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    시스템이 정상으로 멈출 때, 제2 액체 암모니아 공급 관로(10), 제1 리턴 관로(14) 및 제2 리턴 관로(15) 내에 남은 액체 암모니아 연료는 액체 암모니아 질소 퍼징 통기 시스템을 통해 액체 암모니아 수집 탱크(13)로 리턴되고; 제2 액체 암모니아 공급 관로(10) 및 제1 리턴 관로(14) 내에 남은 암모니아는 액체 암모니아 질소 퍼징 통기 시스템을 통해 기액 분리 장치(20)로 퍼징되어 통기 마스트(21)를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체 암모니아 수집 탱크(13)에 액면계(27)가 설치되며, 액체 암모니아 수집 탱크(13) 내의 액면레벨이 설정된 높이에 도달할 경우, 제3 밸브(19)를 개방하고, 수집된 액체 암모니아는 제3 액체 암모니아 리턴 관로(18)를 통해 액체 암모니아 버퍼 탱크(buffer tank)로 리턴되는 것을 특징으로 하는 선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체 암모니아 버퍼 탱크(4)에 액면계(27)가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    물-에틸렌 글리콜 가열 시스템을 더 포함하고, 물-에틸렌 글리콜 가열 시스템은 물-에틸렌 글리콜 가열장치(29) 및 물-에틸렌 글리콜 순환 펌프(30)를 포함하며, 메인 엔진 실린더 냉각수 또는 보일러 증기(28)에서 방출된 열량은 물-에틸렌 글리콜 가열장치(29) 및 물-에틸렌 글리콜 순환 펌프(30)를 거쳐 물-에틸렌 글리콜 열교환 매체를 통해 상기 액체 암모니아 가열장치(6)로 제공되는 것을 특징으로 하는 선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    시스템이 정상으로 운행될 때, 제1 밸브(16)를 폐쇄하되 제2 밸브(17)를 개방하고, 액체 암모니아 연료는 제2 액체 암모니아 공급 관로(10)를 통해 암모니아 연료 엔진(11)으로 이송되며, 암모니아 연료 엔진(11)에서 리턴되는 액체 암모니아 연료는 제1 리턴 관로(14) 및 제2 리턴 관로(15)를 거쳐 바로 액체 암모니아 버퍼 탱크(4)로 리턴되는 것을 특징으로 하는 선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    액체 암모니아 저장 탱크(1)는 C 타입 압력 저장 탱크, A 타입/ B 타입/ 멤브레인 타입 저장 탱크일 수 있으며; 액체 암모니아 저장 탱크(1)는 하나 또는 복수개인 것을 특징으로 하는 선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    질소 퍼징 인터페이스(26)에서 제공되는 질소의 압력은 25bar보다 큰 것을 특징으로 하는 선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    액체 암모니아 저압 펌프(2)는 각 액체 암모니아 저장 탱크(1)마다 1대 또는 복수대가 배치되고; 액체 암모니아 고압 펌프(5)는 1대 또는 복수대가 배치되는 것을 특징으로 하는 선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    통기 마스트(21)의 상류에 기액 분리 장치(20)가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 액체 암모니아 연료 공급 및 연료 리사이클링 시스템.
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