KR20230056564A - 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따른 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박은, 메탄올 저장부로부터 메탄올을 연료로 사용하는 저압 수요처 또는 고압 수요처로 메탄올을 공급하는 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박으로서, 상기 메탄올 저장부로부터 상기 저압 수요처로 메탄올이 전달되는 저압 연료공급라인에는, 제1-1 펌프 및 제1-2 펌프가 구비되며, 상기 메탄올 저장부로부터 상기 고압 수요처로 메탄올이 전달되는 고압 연료공급라인에는, 제2 펌프 및 고압펌프가 구비될 수 있다.
Description
본 발명은 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박에 관한 것이다.
최근 국제 조약 등에 의해 선박에서 배출되는 배기가스에 포함되어 있는 질소 산화물(NOx), 황 산화물(SOx), 이산화탄소(CO2) 등의 배출량이 규제되고 있으며, 이러한 규제는 해마다 강화되고 있다.
액화천연가스(LNG)는 황을 포함하지 않고, 이산화탄소를 적게 생산하기 때문에, 배기가스 규제에 대한 대응책의 하나로서 환경 친화적인 연료로 액화천연가스가 사용되고 있다.
그렇지만 액화천연가스는 가압 만으로는 액화시키기 어려우며 액화를 위해 약 -165℃의 극저온 상태를 유지할 필요가 있기 때문에, 연료탱크나 연료 공급 시스템은 극저온에 견딜 수 있는 특수한 재료로 구성될 필요가 있으며 액화천연가스의 방열을 위한 설비가 추가로 필요할 수 있으므로 연료탱크 등을 구성하기 위해 설비 비용이 추가로 필요하게 된다. 또한 탱크로 침입되는 열을 모두 차단하기 어려워 침입열에 의해 액화천연가스가 증발하므로 이때 발생하는 증발 가스로 인해 연료 효율이 악화될 수 있다.
이러한 액화천연가스를 대신하여 메탄올이 선박의 연료로 사용될 수 있다. 메탄올은 합성수지나 농약의 재료에 사용되는 것 외에 가솔린과 혼합해 연료로 사용되고 있고 황 성분을 포함하지 않으며 상온에서도 액체이기 때문에 취급이 용이하다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연료로 메탄올을 사용하여 배기가스 중의 황 산화물과 이산화탄소의 배출량을 저감시킬 수 있는 메탄올 연료 추진 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박은, 메탄올 저장부로부터 메탄올을 연료로 사용하는 저압 수요처 또는 고압 수요처로 메탄올을 공급하는 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박으로서, 상기 메탄올 저장부로부터 상기 저압 수요처로 메탄올이 전달되는 저압 연료공급라인에는, 제1-1 펌프 및 제1-2 펌프가 구비되며, 상기 메탄올 저장부로부터 상기 고압 수요처로 메탄올이 전달되는 고압 연료공급라인에는, 제2 펌프 및 고압펌프가 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 저압 수요처는 상기 고압 수요처 대비 운용 압력이 낮을 수 있다.
구체적으로, 상기 저압 연료공급라인 및 상기 고압 연료공급라인으로 불활성가스를 공급하는 불활성가스 공급부를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 고압펌프는, 고압펌프 트레인(High Pressure Pump Train)일 수 있다.
구체적으로, 상기 저압 연료공급라인으로부터 메탄올을 회수하는 제1 드레인펌프; 및 상기 고압 연료공급라인으로부터 메탄올을 회수하는 제2 드레인펌프;가 포함될 수 있다.
구체적으로, 상기 저압 수요처의 전단과 상기 제1 드레인펌프를 연결하는 제1 드레인라인 및 상기 고압 수요처의 전단과 상기 제2 드레인펌프를 연결하는 제2 드레인라인을 연결하는, 크로스라인이 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 드레인펌프 또는 상기 제2 드레인펌프는, 상기 메탄올 연료 공급 시스템에서 가장 낮은 위치에 설치될 수 있다.
구체적으로, 상기 메탄올 저장부는 상기 제1-1 펌프 내 임펠러가 메탄올에 잠기도록 상기 제1-1 펌프보다 높게 설치될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1-2 펌프 전단에 드럼이 구비될 수 있고, 상기 제1-2 펌프 내 임펠러가 메탄올에 잠기도록 상기 드럼의 수위가 제어될 수 있다.
본 발명의 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박은, 연료로 메탄올을 사용하여 배기가스 중의 황 산화물과 이산화탄소의 배출량을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 펌프의 구조를 설명하기 위한 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 펌프의 구조를 설명하기 위한 횡단면도이다.
도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유닛의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 12는 본 발명의 제9 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 13은 본 발명의 제10 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 14는 본 발명의 제11 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 15는 본 발명의 제12 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈기 장치와 제1-2 펌프를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 펌프의 구조를 설명하기 위한 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 펌프의 구조를 설명하기 위한 횡단면도이다.
도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유닛의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 12는 본 발명의 제9 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 13은 본 발명의 제10 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 14는 본 발명의 제11 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 15는 본 발명의 제12 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈기 장치와 제1-2 펌프를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하여 보면, 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템(1)은, 메탄올 저장부(10), 연료 공급부(20), 연료공급밸브(30), 고압펌프(40) 및 수요처(50)를 포함할 수 있다.
메탄올 저장부(10)는, 메탄올 연료 공급 시스템(1)에 구비되어 메탄올을 저장할 수 있는 시설일 수 있으며, 어떠한 형태의 시설도 포함될 수 있고, 상기 메탄올 저장부(10)는 탱크 형태의 저장시설일 수 있다.
본 명세서에서 선박은, 화물을 출발지에서 목적지까지 수송하는 상선 외에도 해상의 일정 지점에 부유하여 특정한 작업을 수행하는 해양구조물을 포괄하는 개념임을 밝혀둔다.
연료 공급부(20)는, 메탄올 저장부(10)로부터 메탄올을 전달받아 수요처(50)에 공급하기에 적절한 온도로 메탄올을 가열할 수 있다. 상기 연료 공급부(20)는 LFSS(Low-flashpoint Fuel Supply System)일 수 있다.
연료 공급부(20)는 압력 펌프, 열교환기, 필터 등의 장비와 압력 조절, 유량 조절, 벤트, 질소 공급 목적의 각종 밸브와 센서류로 이루어지며 보조적으로 서비스 탱크, 질소 공급 시스템, 글리콜 시스템, 기액 분리기 및 벤트 마스트 등이 포함될 수 있다. 특히, 연료 공급부(20)는 압력 펌프(미도시)를 포함하며, 약 -10℃ 내지 45℃의 메탄올을 약 7 bar 내지 10 bar로 가압할 수 있다. 메탄올이 연료 공급부(20)에서 배출될 때 메탄올의 온도는 약 10℃ 내지 70℃일 수 있다.
연료공급밸브(30)는 연료 공급부(20)와 고압펌프(40) 사이에 위치하며, 연료공급라인(L1)에서 연료 공급부(20)가 이상 작동시 연료 공급부(20)와 고압펌프(40)를 분리하여 연료의 공급을 효과적으로 차단할 수 있다. 연료공급밸브(30)는 이중 차단 및 배출, 벤트, 압력조절, 질소 공급 등 목적의 밸브와 필터, 각종 센서류 등으로 이루어질 수 있다. 상기 연료공급밸브(30)는 메탄올이 수요처(50)로 공급되도록 제어하는 제어 밸브를 집중적으로 배치한 기구로서, 연료밸브 트레인(FVT, Fuel Valve Train)일 수 있다.
고압펌프(40)는 수요처(50)로 메탄올을 공급하기 전에 메탄올을 가압할 수 있다. 고압펌프(40)는 연료 공급부(20)가 압력 펌프를 통해 메탄올을 연료공급밸브(30)로 전달하면, 메탄올을 추가로 가압하여 수요처(50)로 전달할 수 있다. 상기 고압펌프(40)는 고압펌프 트레인(High Pressure Pump Train)일 수 있으며, 액체상태의 메탄올을 엔진에 고압으로 분사할 수 있다. 상기 고압펌프(40)에서 수요처(50)로 공급하는 메탄올의 압력은 약 300bar일 수 있다. 고압펌프(40)의 후단에 마스터밸브(MGV)가 구비될 수 있다. 상기 마스터밸브(MGV)는 수요처(50)로의 메탄올의 공급을 제어할 수 있다.
기존 Fuel oil system에서는 엔진 내 인젝션 펌프(Injection pump)와 밸브를 통해 연료를 수요처(50)로 공급하는데, 이때 인젝션 펌프 내 플런저(Plunger)가 상승하며 연료를 일정 압력 이상으로 가압한다. 연료가 일정 압력에 도달하면 연료공급밸브가 열리면서 수요처(50)로 연료가 분사되고 수요처에서 연료가 연소될 수 있다.
본 발명의 메탄올 연료 공급 시스템(1)은 수요처(50) 외부에 고압펌프(40)를 구비하여, 메탄올을 고압펌프(40)를 이용하여 300 bar 이상으로 가압하고 연료분사밸브를 통해 요구되는 분사 시기에 따라 메탄올을 수요처(50)로 공급할 수 있다.
수요처(50)는 메탄올 추진엔진 또는 메탄올 발전엔진일 수 있다. 수요처(50)는 고압펌프(40)를 통해 공급받은 액체 메탄올을 이용하여 선박을 추진시키거나, 선박에서 사용될 전기를 생산할 수 있다.
메탄올은 연료리턴라인(L2)을 통해 수요처(50)에서 메탄올 저장부(10)로 리턴될 수 있다.
메탄올 연료 공급 시스템(1)은 불활성가스 공급부(60)를 포함할 수 있다. 불활성가스 공급부(60)는 질소 가스(N2)나 이산화탄소 가스(CO2) 등의 불활성가스를 공급하는 구성으로, 불활성가스를 생성하는 장치 또는 불활성가스를 저장하고 있는 장치를 포함할 수 있다. 상기 불활성가스 공급부(60)는 연료 공급부(20), 연료공급밸브(30), 고압펌프(40), 수요처(50) 및 연료공급라인(L1)으로 불활성가스를 공급할 수 있으며, 연료 공급부(20), 연료공급밸브(30), 고압펌프(40), 수요처(50) 및 연료공급라인(L1) 내에 메탄올을 불활성가스로 퍼징(Purging)할 수 있다.
메탄올 연료 공급 시스템(1)은 드레인헤더(70), 드레인드럼(80) 및 드레인펌프(90)를 포함할 수 있다. 불활성가스 공급부(60)가 불활성가스로 배관이나 장치를 퍼징하면 각 배관이나 장치 내부에 존재하던 메탄올이 상기 배관이나 장치의 외부로 배출될 수 있으며, 연료리턴라인(L2)을 통해 메탄올이 메탄올 저장부(10)로 리턴될 수 있다.
상기 배관이나 장치 내부에 메탄올은 드레인헤더(70)를 통해 드레인드럼(80)에서 모아질 수 있다. 드레인드럼(80)에는 레벨센서(81)가 구비되며, 상기 레벨센서(81)에 의해 드레인드럼(80)에 메탄올이 일정 수준 이상 수집된 것이 확인되면 드레인펌프(90)가 가동될 수 있다. 드레인펌프(90)에 의해 드레인드럼(80)에 수집된 메탄올이 메탄올 저장부(10)로 전달될 수 있다.
상기 레벨센서(81)에 의해 드레인드럼(80) 내에 메탄올이 모두 배출된 경우, 드레인펌프(90)는 가동이 중단될 수 있다.
드레인드럼(80) 내에 메탄올의 압력이 높은 경우, 드레인펌프(90)를 가동하지 않으며 메탄올이 상기 드레인펌프(90)를 우회하여 바이패스라인(BL)을 통해 메탄올 저장부(10)로 전달될 수 있다.
연료 공급부(20), 연료공급밸브(30), 고압펌프(40), 수요처(50) 및 연료공급라인(L1)에서 드레인헤더(70)로 연결되는 드레인라인(L3)에는 역류방지를 위한 밸브(미도시)가 구비될 수 있다.
드레인라인(L3)에 존재하는 기포, 기체 등이 모일 수 있는 포켓부(미도시)를 드레인라인(L3) 상에 배치하여 드레인드럼(80)을 대체할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
연료 공급부(20)가 둘 이상의 수요처(50)로 메탄올을 공급하는 경우, 일 수요처(50)로 메탄올을 공급하는 도중에 그와 다른 수요처(50)로 메탄올을 공급하면 먼저 메탄올을 공급받고 있던 수요처(50)에서 메탄올의 압력이 급격하게 저하될 수 있고, 압력 저하가 큰 경우 메탄올의 공급이 중단될 수 있으며, 그로 인해 먼저 메탄올을 공급받던 수요처(50)의 가동이 중단될 수 있다. 여기서 연료 공급부(20)는 메탄올 저장부(10)를 포함하는 개념일 수 있다.
따라서 메탄올을 공급하는 과정에서 압력 변화를 줄이기 위해서 버퍼탱크(100)가 구비될 수 있고, 연료공급밸브(30) 전단에는 쓰로틀밸브(throttling valve, BV)가 구비될 수 있다.
구체적으로, 버퍼탱크(100)에는 메탄올이 채워져 있으며, 버퍼탱크(100)는 다수의 수요처(50)로 메탄올을 공급하기 위한 공동배관(header, 110)에 구비될 수 있다. 연료 공급부(20)가 둘 이상의 수요처(50)로 메탄올을 공급하는 경우 버퍼탱크(100) 내 메탄올을 추가로 공급하여 메탄올의 공급 압력이 급격하게 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
마찬가지로, 쓰로틀밸브(BV)의 개도를 조절하여 연료 공급부(20)가 둘 이상의 수요처(50)로 메탄올을 공급할 때 메탄올의 공급 압력이 급격하게 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
한편, 수요처(50)로 공급되는 메탄올의 압력을 일정 수준 이상으로 유지하기 위해서 수요처(50)를 비교적 높이가 낮은 곳에 배치할 수 있다. 이와 같이 수요처(50)를 비교적 높이가 낮은 곳에 배치하는 경우에 메탄올이 연료공급라인(L1)에 채워질 때 연료공급라인(L1)에서 해머링 현상(Hammering)이 발생할 수 있다.
연료공급라인(L1)에 공기 또는 기체가 존재하는 경우에는 해머링 현상이 더 강하게 일어날 수 있으며, 수요처(50)로 메탄올과 공기가 함께 공급되면 수요처(50)에서 연료 효율이 떨어질 수 있으며, 수요처(50)의 기능이 손상될 수 있다.
따라서 수요처(50)를 비교적 높이가 낮은 곳에 배치하되 해머링 현상이 강하게 발생되는 것을 방지하기 위해서 공기 등이 연료공급라인(L1)을 따라 이동하지 않도록 해야 한다.
공기 등이 연료공급라인(L1)에서 이동하지 않도록, 연료공급라인(L1)에는 굴곡이 형성되어 비교적 높이가 높은 구역인 포켓부(120)가 형성될 수 있으며, 상기 포켓부(120)에 공기 등이 모일 수 있다. 상기 포켓부(120)에는 레벨스위치(121)가 구비될 수 있고, 상기 레벨스위치(121)에 의해 연료공급라인(L1)에 메탄올이 가득 차 있는지 확인될 수 있다. 상기 포켓부(120)에는 모여있는 공기를 외부로 배출할 수 있는 배출 수단(미도시)이 구비될 수 있다.
연료 공급부(20)가 둘 이상의 수요처(50)로 메탄올을 공급하는 경우에 쓰로틀밸브(BV), 연료공급밸브(30) 및 마스터밸브(MGV)를 제어하여 메탄올의 압력이 급격하게 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
도 2를 참고하여 보면, 예를 들어, 제1 수요처(501) 및 제2 수요처(502)로 메탄올을 공급하는 중에 제3 수요처(503) 및 제4 수요처(504)로 메탄올을 공급할 수 있다. 제3 수요처(503)로 메탄올을 공급하기 위해 먼저 제3 쓰로틀밸브(BV3)를 일정 수준 이하로 개방하고, 제1 수요처(501) 및 제2 수요처(502)에서 메탄올의 압력이 회복될 때까지 제3 연료공급밸브(303)를 닫힌 상태로 유지한다. 제1 수요처(501) 및 제2 수요처(502)에서 메탄올의 압력이 회복되면, 제3 연료공급밸브(303)를 개방하고 제1 수요처(501) 및 제2 수요처(502)에서 메탄올의 압력이 회복될 때까지 제3 마스터밸브(MGV3)를 닫힌 상태로 유지한다. 제1 수요처(501) 및 제2 수요처(502)에서 메탄올의 압력이 회복되면, 제3 마스터밸브(MGV3)를 개방하고, 제1 수요처(501) 및 제2 수요처(502)에서 메탄올의 압력이 회복되면, 제3 쓰로틀밸브(BV3)의 개도를 높일 수 있다.
제3 쓰로틀밸브(BV3)의 개도의 상승폭(%)은 메탄올 압력의 하락폭(%)에 의해 결정될 수 있다. 메탄올 압력의 하락폭(%)이 작을수록 제3 쓰로틀밸브(BV3)의 개도의 상승폭(%)은 커질 수 있다. 즉, 쓰로틀밸브의 개도의 상승폭과 메탄올 압력의 하락폭은 반비례관계일 수 있다.
레벨스위치(121)가 일정 시간 이상 켜지는 경우, 제3 쓰로틀밸브(BV3)의 개도를 높였을 때 메탄올 압력의 하락폭(%)이 일정 값 이하인 경우, 제3 쓰로틀밸브(BV3)의 개도를 높였을 때 제1 수요처(501) 및 제2 수요처(502)에서 메탄올 압력이 일정 값 이상인 경우에, 연료공급라인(L1)에 메탄올이 가득 차 있다고 판단될 수 있다. 연료공급라인(L1)에 메탄올이 가득 차 있다고 판단되는 경우에, 제3 쓰로틀밸브(BV3)는 최대로 개방된 상태일 수 있다.
연료공급라인(L1)에 메탄올이 가득 차 있다고 판단되기 전까지, 제3 쓰로틀밸브(BV3)의 개도를 높이고, 제3 연료공급밸브(303)를 폐쇄하고, 제1 수요처(501) 및 제2 수요처(502)에서 메탄올의 압력이 회복되기를 기다렸다가 상기 제3 연료공급밸브(303)를 개방하고 제3 마스터밸브(MGV3)를 폐쇄하고, 제1 수요처(501) 및 제2 수요처(502)에서 메탄올의 압력이 회복되기를 기다렸다가 상기 제3 마스터밸브(MGV3)를 개방하고 연료공급라인(L1)이 메탄올로 가득 차 있는지 여부를 판단하는 과정을 반복할 수 있다.
제3 연료공급밸브(303)를 개방하였을 때 제1 수요처(501) 및 제2 수요처(502)의 메탄올 압력이 제3 연료공급밸브(303) 개방하기 직전 제1 수요처(501) 및 제2 수요처(502)의 메탄올 압력과 비교하였을 때 압력 차이가 0.5 bar 보다 적은 경우 제1 수요처(501) 및 제2 수요처(502)에서 메탄올의 압력이 회복된 것으로 판단할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
수요처(50)가 둘 이상인 경우, 상기 수요처(50)에서 요구하는 압력이 서로 다를 수 있다.
저압 수요처(51)는 메탄올 저장부(10)로부터 메탄올을 공급받으며, 상기 메탄올은 제1-1 펌프(P11), 열교환기(HE), 제1-2 펌프(P12), 쓰로틀밸브(BV) 및 연료공급밸브(30)를 통과할 수 있다.
여기서 제1-1 펌프(P11)는 상대적으로 운용 압력이 제1-2 펌프(P12)에 비해 낮을 수 있고, 연료공급밸브(30) 내에는 마스터밸브(MGV)가 포함될 수 있다.
고압 수요처(52)는 메탄올 저장부(10)로부터 메탄올을 공급받으며, 상기 메탄올은 제1-1 펌프(P11), 열교환기(HE)를 지나, PCV 밸브(PCV), 연료공급밸브(30) 및 고압펌프(40)를 통과할 수 있다. 여기서 고압펌프(40)의 하류에 마스터밸브(MGV)가 구비될 수 있다.
저압 수요처(51) 또는 고압 수요처(52) 중 어느 하나에 메탄올을 공급하는 중에, 메탄올을 공급하지 않던 수요처로 메탄올을 공급하기 시작하면, 먼저 메탄올을 공급하던 수요처에서 메탄올의 압력이 급격히 떨어질 수 있다. 따라서 저압 연료공급라인(L11)에 구비된 쓰로틀밸브(BV) 또는 고압 연료공급라인(L12)에 구비된 PCV 밸브(PCV)의 개도를 제어하여 메탄올이 뒤늦게 공급되는 수요처로 메탄올의 공급 속도를 낮추는 한편, 메탄올이 먼저 공급되는 수요처에서 메탄올의 압력 저감이 급격하게 일어나는 것을 방지할 수 있다.
쓰로틀밸브(BV)와 PCV 밸브(PCV)는 서로 대체될 수 있는 구성이며, 쓰로틀밸브(BV) 또는 PCV 밸브(PCV)의 개도를 조절하고 연료공급밸브(30) 또는 마스터밸브(MGV)를 제어하여 메탄올의 압력을 조절하는 것은 도 2에서 설명한 바와 같으므로, 자세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 4를 참고하여 보면, 메탄올은 연료공급라인(L1)을 따라 수요처(50)로 공급될 수 있다. 메탄올은 제1 펌프(P1), 열교환기(HE) 및 제2 펌프(P2)를 통과할 수 있다. 이때, 제2 펌프(P2) 하류에서 열교환기(HE) 상류로 메탄올이 리턴되는 제1 리턴라인(RL1)과, 열교환기(HE) 하류에서 제1 펌프(P1) 상류로 리턴되는 제2 리턴라인(RL2)이 구비될 수 있다.
제1 펌프(P1) 및 제2 펌프(P2)는 직렬로 연결될 수 있으며, 제1 펌프(P1)는 상대적으로 운용 압력이 제2 펌프(P2)에 비해 낮을 수 있다. 제1 펌프(P1)의 차압(Differential pressure, DP)은 약 9 bar이고, 제2 펌프(P2)의 차압은 약 4 bar일 수 있다.
열교환기(HE)는 제1 펌프(P1)의 하류에 구비되어 제1 펌프(P1)를 통과한 메탄올을 글리콜 워터와 열교환시키거나, 제2 펌프(P2) 하류에서 리턴되는 메탄올을 글리콜 워터와 열교환시킬 수 있다. 제2 펌프(P2) 하류에서 리턴되는 메탄올이 열교환기(HE)에서 열교환할 수 있으므로, 제2 펌프(P2)를 통과한 메탄올을 열교환하기 위한 열교환기를 별도로 구비할 필요가 없다. 그에 따라 메탄올 연료 공급 시스템의 구성 비용을 절감할 수 있다.
제1 펌프(P1), 제2 펌프(P2) 및 열교환기(HE)는 리턴되는 메탄올의 양에 따라 그 용량이 결정될 수 있다. 메탄올 저장부(10)에서 제1 펌프(P1)로 전달되는 메탄올의 양이 1이고 열교환기(HE)의 하류에서 제1 펌프(P1) 상류로 리턴되는 메탄올의 양이 0.5인 경우, 제1 펌프(P1)의 용량은 1.5일 수 있고, 여기서 제2 펌프(P2) 하류에서 열교환기(HE) 상류로 리턴되는 메탄올의 양이 2인 경우, 열교환기(HE)의 용량은 3.5가 될 수 있다. 열교환기(HE)의 하류에서 제1 펌프(P1) 상류로 리턴되는 메탄올의 양인 0.5가 제외되면 제2 펌프(P2)의 용량은 3이 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
연료공급라인(L1)에 공기 또는 기체가 존재하는 경우에 수요처(50)로 메탄올과 공기가 함께 공급되면 수요처(50)에서 연료 효율이 떨어질 수 있으며, 수요처(50)의 기능이 손상될 수 있다.
따라서, 연료공급라인(L11, L12) 내 공기 또는 기체를 제거하기 위해서, 열교환기(HE11, HE12, HE2)에는 공기 등을 외부로 배출하는 구성이 포함될 수 있으며, 연료공급라인(L11, L12) 내 공기 또는 기체를 제거하기 위해서, 드럼(130)이 포함될 수 있다.
열교환기(HE11, HE12, HE2)가 쉘 앤 튜브(Shell&Tube) 타입인 경우 공기 등은 쉘의 바디 상부에 모일 수 있고, 열교환기(HE11, HE12, HE2)가 쉘 앤 플레이트(Shell&Plate) 타입인 경우 공기 등은 쉘의 바디 상부 또는 플레이트의 배출 노즐에 모일 수 있으며, 공기 등은 드럼(130)의 상단부에 모일 수 있다. 이와 같이 일정 구역에 공기 등을 모아 외부로 배출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
메탄올은 연료공급라인(L1)을 따라 수요처(50)로 공급될 수 있다. 메탄올은 병렬로 연결된 제1 펌프(P1), 제2 펌프(P2) 및 제3 펌프(P3)를 통과하고, 열교환기(HE)를 통과할 수 있다. 이때, 열교환기(HE) 하류에서 제1 펌프(P1), 제2 펌프(P2) 및 제3 펌프(P3) 상류로 메탄올이 리턴되는 리턴라인(RL)이 구비될 수 있다. 제1 펌프(P1), 제2 펌프(P2) 및 제3 펌프(P3)의 차압은 약 13 bar일 수 있다.
펌프를 병렬로 구성하여, 하나의 펌프가 가동이 안되더라도 메탄올 공급이 가능하며, 메탄올의 공급 용량을 변경하더라도 메탄올 연료 공급 시스템의 설계를 적게 변경할 수 있으며, 펌프에 별도의 드럼을 구비할 필요가 없다.
제1 펌프(P1), 제2 펌프(P2) 및 제3 펌프(P3)는 단독으로 메탄올 연료 공급 시스템의 전체 메탄올을 가압하는 역할을 수행하기 위해, 각 펌프의 용량이 메탄올 연료 공급 시스템 전체 유량과 동일할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 펌프의 구조를 설명하기 위한 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 펌프의 구조를 설명하기 위한 횡단면도이다.
도 7 및 도 8을 참고하여 보면, 제1 펌프(P1), 제2 펌프(P2) 및 제3 펌프(P3)는 마그네틱 펌프(Magnetic Drive Pump, MP)일 수 있다. 마그네틱 펌프(MP)는 모터 회전부에 외부 자석이 부착되어 있고, 펌프 회전부에 내부 자석이 부착되어 있어 모터가 회전하게 되면 모터의 회전력과 자석의 자력에 의해 펌프 회전부가 회전하여 작동될 수 있다. 펌프 내 모터 회전부에 구비된 외부 자석과 펌프 회전부에 구비된 내부 자석은 서로 다른 극이 되도록 설계될 수 있고, 외부 자석과 내부 자석 사이에 자력이 형성될 수 있다.
일반적인 유체 이송 펌프에는 기계적인 씰링(Mechanical seal)이 적용되며, 기계적인 씰링은 스프링 및 카본류의 패킹을 사용하여 펌프 회전부로 유체가 빠져나갈 수 없도록 펌프 회전부를 밀봉할 수 있다. 기계적인 씰링은 펌프 내에 접촉면이 발생하며, 상기 접촉면에서 일어나는 마찰에 의해 패킹 등에 마모가 일어날 수 있고 패킹 등의 마모에 따라 유체의 누설이 발생할 수 있다.
모터 회전부와 펌프 회전부는 격막을 경계로 서로 차단될 수 있으므로 펌프 회전부와 같은 운동부에 패킹 등의 구조적인 씰링을 적용하지 않기 때문에 패킹 등의 마모로 인한 유체의 누설을 방지할 수 있다.
도 5 내지 8에서, 제1 펌프(P1), 제2 펌프(P2) 및 제3 펌프(P3)로 펌프의 개수를 3개로 하였으나, 이는 예시를 위한 것이며 본 발명은 펌프의 개수에 의해 제한되지 않는다.
도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
저압 수요처(51)는 메탄올 저장부(10)로부터 메탄올을 공급받으며, 상기 메탄올은 제1-1 펌프(P11), 제1-1 열교환기(HE11), 제1-2 펌프(P12), 제1-2 열교환기(HE12) 및 연료공급밸브(30)를 통과할 수 있다. 즉, 상기 제1-1 펌프(P11)에는 제1-1 열교환기(HE11)가 배치되고, 상기 제1-2 펌프(P12)에는 제1-2 열교환기(HE12)가 배치될 수 있다.
저압 수요처(51)는 제1-1 펌프(P11) 및 제1-2 펌프(P12)를 이용하여 약 13 barg의 메탄올을 공급받을 수 있다.
고압 수요처(52)는 메탄올 저장부(10)로부터 메탄올을 공급받으며, 상기 메탄올은 제2 펌프(P2), 제2 열교환기(HE2)를 지나, 연료공급밸브(30) 및 고압펌프(40)를 통과할 수 있다.
고압 수요처(52)는 저압 수요처(51)보다 비교적 높은 압력을 요구하며, 제2 펌프(P2)는 약 4 내지 10 barg로 메탄올을 가압하고, 고압펌프(40)는 제2 펌프(P2)로부터 메탄올을 공급받아 메탄올의 압력을 약 300 barg로 가압할 수 있다.
저압 연료공급라인(L11) 또는 고압 연료공급라인(L12)에는 필터(미도시)가 구비될 수 있다.
도 1에서와 같이, 메탄올의 회수를 위해 드레인펌프(91, 92) 등이 구비될 수 있으며, 저압 수요처(51) 및 고압 수요처(52)가 정지된 경우 메탄올이 통과하는 장치 또는 배관으로부터 메탄올 저장부(10)로 메탄올을 회수할 수 있다. 배관, 장치 등의 제원을 고려하여 메탄올이 2분 동안 모두 드레인 될 수 있도록 드레인펌프(91, 92)의 용량을 설계하여 드레인펌프(91, 92)의 용량을 최적화할 수 있다.
저압 수요처(51) 또는 고압 수요처(52)에 메탄올을 채우기 위해 저압 수요처(51) 또는 고압 수요처(52) 전단에 연료공급밸브(30)가 구비될 수 있으며, 불활성가스 공급부(60)가 연료공급밸브(30) 전단에 연결되어 불활성가스 공급부(60)에서 불활성가스가 일정 시퀀스에 의해 저압 수요처(51) 또는 고압 수요처(52) 등을 퍼징시켜 메탄올이 드레인펌프(91, 92)로 향하게 하고, 메탄올이 드레인펌프(91, 92)를 통해 메탄올 저장부(10) 상단으로 회수될 수 있다.
제1-1 펌프(P11)의 임펠러가 메탄올에 잠기도록 메탄올 저장부(10)가 상기 제1-1 펌프(P11) 보다 높은 위치에 설치될 수 있다. 메탄올 저장부(10)는 제1-1 펌프(P11) 보다 약 3.3m 상방에 위치하도록 설계되는 것이 바람직하다. 물론, 메탄올 저장부(10)는 제2 펌프(P2)보다 상방에 위치하도록 설계될 수 있다.
메탄올 저장부(10)가 제1-1 펌프(P11)보다 상방에 위치하여 메탄올이 제1-1 펌프(P11) 및 제2 펌프(P2)를 채울 수 있다. 제1-1 펌프(P11) 및 제2 펌프(P2)의 전단에는 레벨 스위치가 구비될 수 있고, 상기 레벨 스위치를 통해 제1-1 펌프(P11) 및 제2 펌프(P2)가 메탄올로 채워졌는지 확인할 수 있다.
제1-1 펌프(P11) 하류에서 제1-1 펌프(P11) 상류로 메탄올이 리턴되는 제1 리턴라인(RL1) 및 제2 펌프(P2) 하류에서 제2 펌프(P2) 상류로 메탄올이 리턴되는 제2 리턴라인(RL2)이 구비될 수 있다. 리턴라인(RL1, RL2)에는 PCV 밸브(Pressure Control Valve, PCV11, PCV2)가 구비될 수 있고, PCV 밸브(PCV11, PCV2)가 열려 있으므로, 제1-1 펌프(P11) 또는 제2 펌프(P2)의 상류가 메탄올로 채워질 수 있다.
제1-2 펌프(P12) 하류에서 제1-2 펌프(P12) 상류로 메탄올이 리턴되는 리턴라인이 구비될 수 있으며, 상기 리턴라인에서는 PCV 밸브(PCV12)가 구비될 수 있다.
레벨 스위치가 제1-1 펌프(P11) 또는 제2 펌프(P2) 전단에 구비되어 제1-1 펌프(P11), 제2 펌프(P2) 및 리턴라인(RL1, RL2)이 메탄올로 채워졌는지 확인할 수 있다. 제1-1 펌프(P11) 또는 제2 펌프(P2) 및 리턴라인(RL1, RL2)이 메탄올로 채워졌다고 판단되는 경우에 제1-1 펌프(P11) 또는 제2 펌프(P2)가 가동될 수 있다.
연료공급라인(L11, L12) 내에 공기 등을 드레인라인(L3)으로 배출시키기 위해 드럼(130)이 제1-2 펌프(P12) 전단에 구비될 수 있다. 제1-2 펌프(P12)의 임펠러가 메탄올에 잠기도록 드럼(130)의 수위를 제어할 수 있다. 드럼(130)에 구비된 레벨스위치에 의해 제1-2 펌프(P12)가 채워졌다고 판단되는 경우 제1-2 펌프(P12)가 가동될 수 있다.
드레인펌프(91, 92)는 메탄올을 공급하는 시스템에서 가장 낮은 위치에 설치될 수 있다. 드레인펌프(91, 92)와 동일한 위치에 레벨 스위치(미도시)가 구비될 수 있으며, 상기 레벨 스위치(미도시)를 통해 메탄올의 드레인이 완료되었는지 확인할 수 있다.
저압 수요처(51)의 전단과 제1 드레인펌프(91)를 연결하는 제1 드레인라인(L31) 및 고압 수요처(52)의 전단과 제2 드레인펌프(92)를 연결하는 제2 드레인라인(L32)을 연결하는 크로스라인(CL)이 구비되어, 제1 드레인펌프(91) 및 제2 드레인펌프(92)는 서로를 백업할 수 있다.
선박 내 공간의 제약 조건 및 장치의 변경이 필요한 경우 시스템을 재설계하고 장치를 재배치하기 위해서는 시간 및 비용 등이 발생할 수 있다.
따라서, 메탄올 공급 시스템에서 저압 수요처(51)로 메탄올을 공급하는 저압 유닛, 고압 수요처(52)로 메탄올을 공급하는 고압 유닛 및 열교환기로 열매를 공급하는 열매 유닛으로 시스템을 유닛 단위로 나누고 각 유닛을 분리, 조합함으로써 시스템을 설계함으로써, 시스템의 설계 변경에 따른 비용이나 시간을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 메탄올 공급 시스템은, 수요처(50)에 메탄올을 공급하는 시스템으로, 상기 수요처(50)는 추진엔진, 발전기 또는 보일러일 수 있다. 예를 들어, 추진엔진에서 사용되는 시스템을 보일러에서 이용하기 위해 설계 변경이 필요한 경우 고압 유닛 등을 조합하여 시스템의 설계를 용이하게 변경할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유닛의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참고하여 보면, 고압 유닛, 저압 유닛은 평행하게 배치되고 열매 유닛은 고압 유닛과 저압 유닛과 일측이 맞닿도록 배치될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 11을 참고하여 보면, 제1-1 펌프(P11) 및 제1-1 열교환기(HE11)를 통과한 메탄올이 저압 수요처(51) 및 고압 수요처(52)로 공급될 수 있다.
여기서 고압 수요처(52) 전단에는 고압펌프(40)가 구비될 수 있으며, 고압펌프(40)의 요구 압력은 약 4 내지 10 barg로, 저압 수요처(51)에서 요구하는 압력인 약 13 barg보다 고압펌프(40)의 요구 압력이 낮을 수 있다.
따라서 제1-1 펌프(P11)의 토출 압력은 고압펌프(40)의 요구 압력에 맞도록 하고, 제1-1 펌프(P11)의 용량이 저압 수요처(51)와 고압 수요처(52)의 요구 유량에 맞도록 제1-1 펌프(P11)를 설계할 수 있다. 이와 같이 제1-1 펌프(P11)를 설계하여 고압펌프(40)의 요구 압력을 맞추기 위해 펌프를 추가로 구비할 필요가 없다.
필터(F)는 제1-1 펌프(P11)의 후단에 배치되므로, 저압 수요처(51)와 고압 수요처(52) 사이에 별도의 필터를 구비할 필요가 없다.
도 12는 본 발명의 제9 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 12를 참고하여 보면, 제1-1 펌프(P11), 제1-1 열교환기(HE11), 제1-2 펌프(P12) 및 제1-2 열교환기(HE12)를 통과한 메탄올이 저압 수요처(51) 및 고압 수요처(52)로 공급될 수 있다.
이때 제1-1 펌프(P11) 및 제1-2 펌프(P12)에서 배출되는 메탄올은 저압 수요처(51)에서 요구하는 메탄올의 압력 조건이 되며, 제1-2 펌프(P12)에서 토출되는 메탄올의 압력은 고압펌프(40)의 요구 압력보다 클 수 있으므로, 제2 PCV 밸브(PCV2)가 제1-2 펌프(P12) 후단에 구비되어 고압펌프(40)로 공급되는 메탄올의 압력을 낮출 수 있다.
도 13은 본 발명의 제10 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 13을 참고하여 보면, 저압 수요처(51)는 제1-1 펌프(P11) 및 제1-2 펌프(P12)를 통과한 메탄올을 공급받으며, 상기 메탄올의 압력은 약 13 barg일 수 있다.
고압 수요처(52)는 제2 펌프(P2)를 통과한 메탄올을 공급받으며, 상기 메탄올의 압력은 약 4 내지 10 barg 일 수 있다.
메탄올 공급 시스템은 크로스라인(CL)을 구비하여, 저압 수요처(51)로 메탄올을 공급하는 제1-1 펌프(P11) 등이 가동이 불가능한 경우 고압 수요처(52)로 메탄올을 공급하는 제2 펌프(P2) 등을 이용하여 저압 수요처(52)로 메탄올을 공급하거나, 고압 수요처(52)로 메탄올을 공급하는 제2 펌프(P2) 등이 가동이 불가능한 경우, 저압 수요처(51)로 메탄올을 공급하는 제1-1 펌프(P11) 등을 이용하여 고압 수요처(52)로 메탄올을 공급할 수 있다.
이때 저압 수요처(51)로 메탄올을 공급하는 제1-1 펌프(P11) 등을 이용하는 경우에 메탄올의 압력이 약 13 barg로 조절될 수 있고, 고압 수요처(52)로 메탄올을 공급하는 제2 펌프(P2) 등을 이용하는 경우에도 메탄올의 압력이 약 13 barg로 조절될 수 있으므로, 제2 펌프(P2) 등을 이용하는 경우에도 저압 수요처(51)에서 요구하는 메탄올의 압력이 맞춰질 수 있다.
다만, 고압펌프(40)로 공급되는 메탄올은 압력이 약 4 내지 10 barg이어야 하므로, 제1-1 펌프(P11) 등이 가동 불가여서 제2 펌프(P2)가 공급하는 메탄올의 압력이 약 13 barg가 되도록 조절한 경우 또는 제2 펌프(P2) 등이 가동불가여서 제1-1 펌프(P11) 등을 이용하여 약 13 barg의 메탄올이 고압 수요처(52)로 공급되는 경우, 제2-2 PCV 밸브(PCV22)가 제1-2 펌프(P12) 후단에 구비되어 고압펌프(40)로 공급되는 메탄올의 압력을 낮출 수 있다.
도 14는 본 발명의 제11 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 14를 참고하여 보면, 메탄올은 저압 연료공급라인(L11)을 따라 저압 수요처(51)로 공급될 수 있다. 이때 메탄올은 제1-1 펌프(P11) 및 열교환기(HE)를 통과하여 저압 수요처(51)로 공급될 수 있다.
열교환기(HE)는 제1-1 펌프(P11)의 하류에 구비되어 제1-1 펌프(P11)를 통과한 메탄올을 글리콜 워터 등의 열매와 열교환시키거나, 제1-2 펌프(P12) 하류에서 리턴되는 메탄올을 열매와 열교환시킬 수 있다.
제1-2 펌프(P12) 하류에서 분기되어 열교환기(HE) 상류로 메탄올이 리턴되는 제1 리턴라인(RL1)과, 열교환기(HE) 하류에서 분기되어 제1-1 펌프(P11) 상류로 리턴되는 제2 리턴라인(RL2)이 구비될 수 있다. 제1 리턴라인(RL1) 및 제2 리턴라인(RL1)을 통해 메탄올 공급 시스템의 압력 및 유량을 제어할 수 있다.
저압 연료공급라인(L11)의 열교환기(HE) 하류에서 분기되어 고압 수요처(52)로 연결되는 고압 연료공급라인(L12)이 구비될 수 있다. 상기 고압 연료공급라인(L12)에는 고압펌프(40)가 구비될 수 있다.
열교환기(HE) 하류에는 탈기라인(DL)이 구비될 수 있다. 탈기라인(DL)은 초기 메탄올 공급시 메탄올 내에 잔여 기체를 탈기할 수 있다. 탈기라인(DL)은 제1 리턴라인(RL1)이 분기되는 위치 또는 제2 리턴라인(RL2)이 분기되는 위치에 구비될 수 있다.
운전 중에 탈기(Deaeration)가 필요할 경우, 상기 탈기라인(DL)에 온/오프(on/off) 밸브만 설치할 경우 탈기라인(DL)과 연료공급라인(L11, L12) 사이의 압력 차이에 의해 기체와 함께 다량의 액체가 탈기라인(DL)으로 배출될 수 있고, 이에 따라 연료공급라인(L11, L12)의 압력이 급격히 떨어질 수 있다. 연료공급라인(L11, L12)의 압력이 급격하게 떨어지는 것을 방지하도록 탈기라인(DL) 상에 컨트롤 밸브(CV)를 구비할 수 있다. 상기 컨트롤 밸브(CV)는 탈기가 천천히 진행되도록 할 수 있다. 연료공급라인(L11, L12)에 존재하던 공기 등의 기체는 탈기라인(DL)을 따라 이동하여 탈기헤더(DH)에서 모아질 수 있다.
제1-1 펌프(P11) 또는 제1-2 펌프(P12)의 토출 압력을 모니터링하여 펌프의 압력이 떨어지는 경우 펌프의 전단부에 공기가 차 있다고 판단할 수 있고, 이 경우 탈기를 진행할 수 있다.
열교환기(HE) 하류에서 분기되어, 고압 연료공급라인(L12)을 따라 고압 수요처(52)로 메탄올이 공급될 수 있다. 열교환기(HE)는 고압 수요처(52)로 공급되는 메탄올을 가열할 수 있다. 고압 수요처(52)로 공급되는 메탄올을 열교환하기 위한 열교환기를 별도로 구비할 필요가 없다.
도 15는 본 발명의 제12 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박에 구비되는 메탄올 연료 공급 시스템의 개념도이다.
도 15를 참고하여 보면, 제1-1 열교환기(HE11) 후단에서 제1-1 펌프(P11) 전단으로 메탄올이 순환되는 라인에 제1 탈기라인(DL1)이 구비될 수 있다. 제1-1 펌프(P11) 전단으로 메탄올이 순환되는 라인에 구비된 제1 탈기라인(DL1)이 제1-1 펌프(P11)의 임펠러보다 높은 위치에 배치되어 메탄올 공급 초기에 불활성가스가 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제2 열교환기(HE2) 후단에서 제2 펌프(P2)로 메탄올이 순환되는 라인에 제2 탈기라인(DL2)이 구비될 수 있다.
도면에는 도시되지 않았으나, 제1-2 열교환기(HE12) 후단에서 드럼(130)으로 리턴되는 라인에서도 탈기라인이 형성될 수 있다.
메탄올 저장부(10)가 상대적으로 높게 배치되어, 메탄올 공급 초기에는 연료공급라인(L11, L12)에 퍼징할 때 사용된 불활성가스가 포켓 형태로 존재할 수 있다. 탈기라인(DL1, DL2)은 연료공급라인(L11, L12)에 존재하는 불활성가스를 제거할 수 있다.
드럼(130)은 제1-2 펌프(P12) 전단에 구비될 수 있다. 상기 드럼(130)은 저압 연료공급라인(L11)에 존재하는 불활성가스를 제거할 수 있다. 상기 드럼(130)은 정상 상태에서 메탄올이 가득 채워져 있고, 불활성가스를 제거할 수 있다. 이때 불활성가스는 드레인라인(미도시)으로 전달될 수 있다.
드레인라인(미도시) 및 불활성가스 라인(미도시)은 연료공급라인(L11, L12) 보다 낮은 위치에 배치될 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈기 장치와 제1-2 펌프를 설명하기 위한 도면이다.
제1-2 펌프(P12)의 필요흡입두수(NPSHr, Net positive Suction Head required)를 맞춰주어야 펌프에 캐비테이션(Cavitation)이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 제1-2 펌프(P12)의 전단에는 드럼(130)이 구비될 수 있다.
드럼(130)에는 기체를 제거할 수 있는 장치가 구비될 수 있으며, 드럼(130)에서 수위가 일정 수준 이하로 떨어지게 되면 펌프는 가동이 중지될 수 있다.
도 16을 참고하여 보면, 드럼(130)의 최저 수위는 제1-2 펌프(P12)의 임펠러가 전부 메탄올에 잠길 수 있는 높이보다 높게 설계될 수 있으며, 드럼(130)의 최저 수위는 펌프 본체 높이의 1.15배로 할 수 있다. 드럼(130)의 용량은 제1-2 펌프(P12)가 1분 동안 토출할 수 있는 용량으로 설계될 수 있다. 이와 같이 결정된 드럼(130)의 용량에 따라서 드럼(130)의 높이가 결정될 수 있다.
드럼(130)에는 높이 별로 레벨 스위치가 복수 개 구비될 수 있다. 저위 레벨 스위치(LS1)는 드럼(130)의 최저 수위에 설치될 수 있다.
예를 들어, 제1-2 펌프(P12)의 본체 높이가 411mm인 경우, 저위 레벨 스위치(LS1)는 472mm에 설치될 수 있다. 제1-2 펌프(P12)의 유량이 4.37m3/h이고 드럼(130)의 지름이 400mm인 경우, 제1-2 펌프(P12)가 1분 동안 토출할 수 있는 용량이 되도록 드럼(130)을 설계하면, 드럼(130)의 길이는 저위 레벨 스위치(LS1)로부터 잴 때 580mm 이상 일 수 있다. 고위 레벨 스위치(LS2)는 제1-2 펌프(P12)가 1분 동안 토출할 수 있는 용량과 드럼(130)의 부피가 동일하게 되는 높이에 설치될 수 있다.
드럼(130)에 구비된 저위 레벨 스위치(LS1)를 이용하여 제1-2 펌프(P12)의 임펠러가 메탄올에 잠겼는지 확인할 수 있다. 제1-2 펌프(P12)의 임펠러가 메탄올에 잠기지 않은 경우 레벨 스위치는 알람을 울리지 않고, 이때 제1-2 펌프(P12)가 가동되지 않을 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄올 연료 추진 선박은, 메탄올 연료 공급 시스템(1)을 포함하며, 상기 메탄올 연료 공급 시스템은 메탄올을 수요처로 공급할 수 있고, 수요처의 가동이 중단되는 경우 메탄올 연료 공급 시스템에 포함된 장치 또는 배관에 불활성가스를 주입하여 장치 또는 배관을 퍼징시키고, 장치 또는 배관으로부터 메탄올 저장부로 메탄올을 회수할 수 있다.
또한, 메탄올 연료 공급 시스템(1)은, 수요처의 가동 초기에 메탄올의 공급 유량을 조절하여, 수요처의 가동 초기에 발생할 수 있는 급격한 압력 저하를 방지할 수 있다.
또한, 메탄올 연료 공급 시스템(1)은, 메탄올을 리턴할 수 있는 라인을 포함하고, 리턴되는 과정에서 메탄올이 열교환기를 반복적으로 통과할 수 있으므로 설치되는 열교환기의 개수를 줄일 수 있다.
또한, 메탄올 연료 공급 시스템(1)은, 메탄올 연료 공급 시스템에 포함되는 장치의 손상을 방지하기 위해 메탄올 내에 포함된 기체를 배출할 수 있는 구성을 포함할 수 있다.
또한, 메탄올 연료 공급 시스템(1)은, 마그네틱 펌프를 사용하여 펌프에서 메탄올이 유출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 메탄올 연료 공급 시스템(1)은, 드럼(130)이 펌프보다 높은 위치에 배치되어 펌프 내 임펠러가 메탄올에 잠길 수 있다.
또한, 메탄올 연료 공급 시스템(1)은, 펌프의 상류 배관을 모두 메탄올로 채우고 난 후에 펌프가 가동되도록 제어할 수 있다.
본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 메탄올 연료 공급 시스템
10: 메탄올 저장부
20: 연료 공급부
30, 301, 302, 303, 304: 연료공급밸브
40, 401, 402, 403, 404: 고압펌프
50, 501, 502, 503, 504: 수요처
51: 저압 수요처 52: 고압 수요처
60: 불활성가스 공급부 70: 드레인헤더
80: 드레인드럼 81: 레벨센서
90, 91, 92: 드레인펌프 100: 버퍼탱크
110: 공동배관 120: 포켓부
121: 레벨스위치 130: 드럼
L1: 연료공급라인 L11: 저압 연료공급라인
L12: 고압 연료공급라인 L2: 연료리턴라인
L3: 드레인라인
BL: 바이패스라인 CL: 크로스라인
DL: 탈기라인 RL: 리턴라인
RL1: 제1 리턴라인 RL2: 제2 리턴라인
HE: 열교환기 HE1: 제1 열교환기
HE11: 제1-1 열교환기 HE12: 제1-2 열교환기
HE2: 제2 열교환기 DH: 탈기헤더
P1: 제1 펌프 P11: 제1-1 펌프
P12: 제1-2 펌프 P2: 제2 펌프
P3: 제3 펌프 MP: 마그네틱 펌프
BV: 쓰로틀밸브 MGV: 마스터밸브
PCV: PCV 밸브 CV: 컨트롤 밸브
F: 필터
LS1: 저위 레벨 스위치 LS2: 고위 레벨 스위치
20: 연료 공급부
30, 301, 302, 303, 304: 연료공급밸브
40, 401, 402, 403, 404: 고압펌프
50, 501, 502, 503, 504: 수요처
51: 저압 수요처 52: 고압 수요처
60: 불활성가스 공급부 70: 드레인헤더
80: 드레인드럼 81: 레벨센서
90, 91, 92: 드레인펌프 100: 버퍼탱크
110: 공동배관 120: 포켓부
121: 레벨스위치 130: 드럼
L1: 연료공급라인 L11: 저압 연료공급라인
L12: 고압 연료공급라인 L2: 연료리턴라인
L3: 드레인라인
BL: 바이패스라인 CL: 크로스라인
DL: 탈기라인 RL: 리턴라인
RL1: 제1 리턴라인 RL2: 제2 리턴라인
HE: 열교환기 HE1: 제1 열교환기
HE11: 제1-1 열교환기 HE12: 제1-2 열교환기
HE2: 제2 열교환기 DH: 탈기헤더
P1: 제1 펌프 P11: 제1-1 펌프
P12: 제1-2 펌프 P2: 제2 펌프
P3: 제3 펌프 MP: 마그네틱 펌프
BV: 쓰로틀밸브 MGV: 마스터밸브
PCV: PCV 밸브 CV: 컨트롤 밸브
F: 필터
LS1: 저위 레벨 스위치 LS2: 고위 레벨 스위치
Claims (9)
- 메탄올 저장부로부터 메탄올을 연료로 사용하는 저압 수요처 또는 고압 수요처로 메탄올을 공급하는 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박에 있어서,
상기 메탄올 저장부로부터 상기 저압 수요처로 메탄올이 전달되는 저압 연료공급라인에는, 제1-1 펌프 및 제1-2 펌프가 구비되며,
상기 메탄올 저장부로부터 상기 고압 수요처로 메탄올이 전달되는 고압 연료공급라인에는, 제2 펌프 및 고압펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박. - 제 1 항에 있어서,
상기 저압 수요처는 상기 고압 수요처 대비 운용 압력이 낮은 것을 특징으로 하는 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박. - 제 1 항에 있어서,
상기 저압 연료공급라인 및 상기 고압 연료공급라인으로 불활성가스를 공급하는 불활성가스 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박. - 제 1 항에 있어서,
상기 고압펌프는,
고압펌프 트레인(High Pressure Pump Train)인 것을 특징으로 하는 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박. - 제 1 항에 있어서,
상기 저압 연료공급라인으로부터 메탄올을 회수하는 제1 드레인펌프; 및
상기 고압 연료공급라인으로부터 메탄올을 회수하는 제2 드레인펌프;가 포함되는 것을 특징으로 하는 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박. - 제 5 항에 있어서,
상기 저압 수요처의 전단과 상기 제1 드레인펌프를 연결하는 제1 드레인라인 및 상기 고압 수요처의 전단과 상기 제2 드레인펌프를 연결하는 제2 드레인라인을 연결하는, 크로스라인이 구비되는 것을 특징으로 하는 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박. - 제 5 항에 있어서,
상기 제1 드레인펌프 또는 상기 제2 드레인펌프는,
상기 메탄올 연료 공급 시스템에서 가장 낮은 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박. - 제 1 항에 있어서,
상기 메탄올 저장부는 상기 제1-1 펌프 내 임펠러가 메탄올에 잠기도록 상기 제1-1 펌프보다 높게 설치되는 것을 특징으로 하는 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1-2 펌프 전단에 드럼이 구비될 수 있고,
상기 제1-2 펌프 내 임펠러가 메탄올에 잠기도록 상기 드럼의 수위가 제어되는 것을 특징으로 하는 메탄올 연료 공급 시스템을 포함하는 선박.
Applications Claiming Priority (2)
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