KR20230124781A - 선박의 연료공급시스템 - Google Patents

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KR20230124781A
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liquefied gas
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최병윤
류시진
박아민
전준우
정승재
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

선박의 연료공급시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료공급시스템은 저장탱크에 저장된 액화가스를 제1수요처로 공급하는 제1연료공급라인; 제1연료공급라인으로부터 분기되며, 액화가스 중 적어도 일부를 제1수요처보다 낮은 압력을 요구하는 제2수요처로 공급하는 제2연료공급라인; 저장탱크 내부에서 발생한 액화가스의 증발가스를 공급받아 압축하는 압축부; 압축된 증발가스 중 적어도 일부를 제2수요처로 공급하는 압축가스공급라인; 압축된 증발가스 중 제2수요처로 공급되고 남은 잉여 증발가스를 제1연료공급라인으로부터 분기된 액화가스공급라인을 통해 공급받은 액화가스와 열교환하여 액화시키는 열교환기; 액화된 유체를 팽창시키는 팽창기; 및 압축부, 열교환기 및 팽창기를 연결하며, 팽창된 유체를 저장탱크 내부로 회수하는 증발가스처리라인;을 포함한다.

Description

선박의 연료공급시스템{FUEL PROVIDING SYSTEM OF SHIP}
본 발명은 선박의 연료공급시스템에 관한 것이다.
온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)의 규제가 강화됨에 따라 조선 및 해운업계에서는 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 액화가스(Liquefied Gas) 상태로 변환되어 저장탱크에 저장된다. 이러한 액화가스(예컨대 LNG)가 저장된 저장탱크 내부에서는 외부의 열 유입에 따라 증발가스가 발생하고 저장탱크 내부의 압력이 상승하게 된다.
종래에는 저장탱크 내부의 압력 조절을 위해, 냉매를 압축시키고, 압축된 냉매를 냉각수와 열교환시켜 냉각시킨 후 팽창시키고, 저장탱크로부터 공급된 증발가스를 상술한 팽창된 냉매와 열교환시켜 저장탱크로 회수함으로써 저장탱크 내부의 압력 조절에 이용하였다.
그러나, 저장탱크로 회수되는 증발가스의 액화 과정을 보다 효과적으로 수행하여 저장탱크 내부 압력 조절의 효율성을 높일 필요성이 제기된다.
관련된 종래 기술로서, 한국공개특허 제2016-0086554호(2016.07.20. 공개)를 참조하기 바란다.
한국공개특허 제2016-0086554호(2016.07.20. 공개)
본 발명의 실시 예는 저장탱크로 회수되는 증발가스의 액화 과정을 효과적으로 수행하여 저장탱크 내부 압력 조절의 효율성을 높일 수 있는 선박의 연료공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크에 저장된 액화가스를 제1수요처로 공급하는 제1연료공급라인; 상기 제1연료공급라인으로부터 분기되며, 상기 액화가스 중 적어도 일부를 상기 제1수요처보다 낮은 압력을 요구하는 제2수요처로 공급하는 제2연료공급라인; 상기 저장탱크 내부에서 발생한 액화가스의 증발가스를 공급받아 압축하는 압축부; 상기 압축된 증발가스 중 적어도 일부를 상기 제2수요처로 공급하는 압축가스공급라인; 상기 압축된 증발가스 중 상기 제2수요처로 공급되고 남은 잉여 증발가스를 상기 제1연료공급라인으로부터 분기된 액화가스공급라인을 통해 공급받은 액화가스와 열교환하여 액화시키는 열교환기; 상기 액화된 유체를 팽창시키는 팽창기; 및 상기 압축부, 열교환기 및 팽창기를 연결하며, 상기 팽창된 유체를 상기 저장탱크 내부로 회수하는 증발가스처리라인;을 포함하는 선박의 연료공급시스템이 제공될 수 있다.
상기 저장탱크 내부의 압력을 측정하는 제1압력측정기와, 상기 측정된 압력을 기초로 상기 압축부를 가동시키는 제어부를 더 포함하는 선박의 연료공급시스템이 제공될 수 있다.
상기 증발가스처리라인의 상기 열교환기 후단에 마련되며, 상기 열교환기를 통과한 유체의 온도를 측정하는 제1온도측정기와, 상기 제1연료공급라인의 액화가스공급라인 합류지점 후단에 마련되어, 유체의 온도를 측정하는 제2온도측정기와, 상기 액화가스공급라인에 마련되며, 상기 제1온도측정기 및 제2온도측정기 중 하나 이상의 측정된 온도를 기초로 개방 정도가 결정되는 제1유량제어밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 제1연료공급라인에 마련되며, 상기 저장탱크로부터 공급받은 액화가스를 가압하는 가압펌프와, 상기 제1연료공급라인의 상기 가압펌프 후단에 마련되며, 상기 제1수요처의 연료공급조건에 맞게 상기 가압된 액화가스를 기화시키는 제1기화기와, 상기 제2연료공급라인에 마련되며, 상기 제2연료공급라인을 통해 공급받은 액화가스를 상기 제2수요처의 연료공급조건에 맞게 기화시키는 제2기화기를 더 포함할 수 있다.
상기 제2연료공급라인의 제2기화기 후단에 마련되어 상기 제2기화기를 통과한 유체의 압력을 측정하는 제2압력측정기와, 상기 증발가스처리라인의 상기 압축부 후단에 마련되며, 상기 제2압력측정기에 의해 측정된 압력을 기초로 상기 압축가스공급라인을 통해 공급되는 압축된 증발가스의 양을 조절하는 제2유량제어밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료공급시스템은 저장탱크로 회수되는 증발가스의 액화 과정을 효과적으로 수행하여 저장탱크 내부 압력 조절의 효율성을 높일 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 연료공급시스템을 도시한다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 연료공급시스템을 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 연료공급시스템(100)은 저장탱크(101)에 저장된 액화가스를 제1수요처(E1)로 공급하는 제1연료공급라인(L11)과, 제1연료공급라인(L11)으로부터 분기되며, 액화가스 중 적어도 일부를 제1수요처(E1)보다 낮은 압력을 요구하는 제2수요처(E2)로 공급하는 제2연료공급라인(L12)과, 저장탱크(101) 내부에서 발생한 액화가스의 증발가스를 공급받아 압축하는 압축부(110)와, 상술한 압축된 증발가스 중 적어도 일부를 제2수요처(E2)로 공급하는 압축가스공급라인(L13)과, 상술한 압축된 증발가스 중 제2수요처(E2)로 공급되고 남은 잉여 증발가스를 제1연료공급라인(L11)으로부터 분기된 액화가스공급라인(L15)을 통해 공급받은 액화가스와 열교환하여 액화시키는 열교환기(120)와, 상술한 액화된 유체를 팽창시키는 팽창기(130)와, 압축부(110), 열교환기(120) 및 팽창기(130)를 연결하며, 팽창된 유체를 저장탱크(101) 내부로 회수하는 증발가스처리라인(L14)을 포함한다.
또, 연료공급시스템(100)은 저장탱크(101) 내부의 압력을 측정하는 제1압력측정기(140)와, 제1압력측정기(140)에 의해 측정된 압력이 설정치를 초과하면 압축부(110)를 가동시키는 제어부(145)를 포함할 수 있다.
또, 연료공급시스템(100)은 증발가스처리라인(L14)의 열교환기(120) 후단에 마련되며, 열교환기(120)를 통과한 유체의 온도를 측정하는 제1온도측정기(150)와, 제1연료공급라인(L11)의 액화가스공급라인(L15) 합류지점 후단에 마련되어, 유체의 온도를 측정하는 제2온도측정기(157)와, 액화가스공급라인(L15)에 마련되며, 제1온도측정기(150) 및 제2온도측정기(157) 중 하나 이상에 의해 측정된 온도를 기초로 개방 정도가 결정되는 제1유량제어밸브(155)를 포함할 수 있다.
또, 연료공급시스템(100)은 제1연료공급라인(L11)에 마련되며, 저장탱크(101)로부터 공급받은 액화가스를 가압하는 가압펌프(160)와, 제1연료공급라인(L11)의 가압펌프(160) 후단에 마련되며, 제1수요처(E1)의 연료공급조건에 맞게 가압된 액화가스를 기화시키는 제1기화기(170)와, 제2연료공급라인(L12)에 마련되며, 제2연료공급라인(L12)을 통해 공급받은 액화가스를 제2수요처(E2)의 연료공급조건에 맞게 기화시키는 제2기화기(180)를 포함할 수 있다.
또, 연료공급시스템(100)은 제2연료공급라인(L12)의 제2기화기(180) 후단에 마련되어 제2기화기(180)를 통과한 유체의 압력을 측정하는 제2압력측정기(190)와, 증발가스처리라인(L14)의 압축부(110) 후단에 마련되며, 측정된 압력을 기초로 압축가스공급라인(L13)을 통해 공급되는 압축된 증발가스의 양을 조절하는 제2유량제어밸브(195)를 포함할 수 있다.
이하, 연료공급시스템(100)의 각 구성요소와 함께 동작 과정에 대해서 구체적으로 설명한다.
연료공급시스템(100)은 예컨대 액화연료 운반선, 액화연료 RV(Regasification Vessel), 컨테이너선, 일반상선, LNG FPSO(Floating, Production, Storage and Off-loading), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등을 포함하는 각종 선박에 구비될 수 있다.
저장탱크(102)는 예컨대 액화가스로서 LNG(Liquefied Natural Gas)를 저장할 수 있으며, 단열상태를 유지하면서 연료를 액화상태로 저장하는 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크 등을 포함할 수 있다.
저장탱크(102)에 저장된 액화가스는 내부펌프(P)에 의해 펌핑되어, 제1연료공급라인(L11)을 통해 제1수요처(E1) 쪽으로 공급된다.
여기서, 제1수요처(E1)는 예컨대 ME-GI 엔진(Man B&W 사의 Gas Injection 엔진)과 같은 고압(약 150~700bar)의 분사엔진 및 X-DF 엔진인 중압(약 16~18bar)의 연료가스로 연소가 가능한 중압가스 분사엔진을 포함할 수 있다.
제1연료공급라인(L11)에 마련된 가압펌프(160)는 저장탱크(102)로부터 공급받은 액화가스를 제1수요처(E1)의 연료공급조건에 맞게 가압시킨다.
제1연료공급라인(L11)의 가압펌프(160) 후단에 마련된 제1기화기(170)는 가압펌프(160)에 의해 가압된 유체를 제1수요처(E1)의 연료공급조건에 맞게 기화시킨다.
제2연료공급라인(L12)은 제1연료공급라인(L11)의 액화가스공급라인(L15) 합류지점과 제1연료공급라인(L11)의 가압펌프(160) 사이로부터 분기되어 제2수요처(E2)와 연결되며, 액화가스 중 적어도 일부를 제1수요처(E1)보다 낮은 압력을 요구하는 제2수요처(E2)로 공급한다.
제2수요처(E2)는 발전용 엔진, 보일러 등을 포함할 수 있으며, 액화가스 연료 추진 선박의 경우, 보일러나 발전용 엔진에 상당량의 연료가 소모되므로, 저장탱크(102)에 저장된 액화가스 중 적어도 일부를 제2연료공급라인(L12)을 통해 제2수요처(E2)로 공급할 수 있다.
제2연료공급라인(L12)에 마련된 제2기화기(180)는 제2연료공급라인(L12)를 통해 공급받은 액화가스를 제2수요처(E2)의 연료공급조건에 맞게 기화시킨다.
제2연료공급라인(L12)의 제2기화기(180) 후단에는 압축가스공급라인(L13)이 연결된다. 압축가스공급라인(L13)은 증발가스처리라인(L14) 상의 압축부(110)에 의해 압축된 증발가스 중 적어도 일부를 제2수요처(E2)로 공급한다.
증발가스처리라인(L14)은 압축부(110), 열교환기(120) 및 팽창기(130)를 연결하며, 팽창기(130)에 의해 팽창된 유체를 저장탱크(101) 내부로 회수한다.
구체적으로 압축부(110)는 저장탱크(101) 내부에서 발생한 액화가스의 증발가스를 공급받아 압축한다. 압축부(110)는 낮은 압력을 요구하는 제1수요처(E1)의 요구조건에 맞게 유체를 압축시킬 수 있으며, 저압 압축기를 포함할 수 있다.
압축부(110)는 저장탱크(101) 내부의 압력을 측정하는 제1압력측정기(140)에 의해 측정된 압력이 설정치를 초과한 경우, 제어부(145)의 제어에 따라 가동될 수 있다. 예컨대 제1압력측정기(140)에 의해 측정된 저장탱크(101) 내부 압력이 증가할 수록 제어부(145)의 제어에 따라 압축부(110)의 가동량이 증가될 수 있다.
압축부(110)에 의해 압축된 유체 중 일부는 압축가스공급라인(L13)을 통해 제2수요처(E2)의 연료로 공급되고, 제2수요처(E2)로 공급되고 남은 잉여 증발가스는 액화되어 저장탱크(101)에 저장되는데, 이와 같은 유량 조절은 증발가스처리라인(L14)의 압축부(110) 후단에 마련된 제2유량제어밸브(195)에 의해 이루어질 수 있다.
제2유량제어밸브(195)는 예컨대 “3-way control valve”를 포함할 수 있다. 제2연료공급라인(L12)의 제2기화기(180) 후단에 마련된 제2압력측정기(190)는 제2기화기(180)를 통과한 유체의 압력을 측정하며, 제2유량제어밸브(195)는 제2압력측정기(190)에 의해 측정된 압력을 기초로 압축가스공급라인(L13)을 통해 공급되는 압축된 증발가스의 양을 조절할 수 있다.
예컨대, 제2수요처(E2)에서 요구하는 연료소모량이 증가하여 2압력측정기(190)에 의해 측정된 압력이 설정값보다 낮은 경우, 제2유량제어밸브(195)는 압축가스공급라인(L13)을 통해 공급되는 압축된 증발가스의 양을 증가시킬 수 있다.
제2수요처(E2)로 공급되고 남은 잉여 증발가스는 열교환기(120)로 흘러간다. 열교환기(120)는 상술한 압축된 증발가스 중 제2수요처(E2)로 공급되고 남은 잉여 증발가스를 제1연료공급라인(L11)의 가압펌프(160) 전단으로부터 분기된 액화가스공급라인(L15)을 통해 공급받은 액화가스와 열교환하여 액화시킨다.
여기서 증발가스처리라인(L14)의 열교환기(120) 후단에는 제1온도측정기(150)가 마련되어, 열교환기(120)를 통과한 유체의 온도를 측정한다.
또, 제1연료공급라인(L11)의 액화가스공급라인(L15) 합류지점 후단에는 제2온도측정기(157)가 마련되어 가압펌프(160) 쪽으로 공급되는 유체의 온도를 측정한다.
제1유량제어밸브(155)는 액화가스공급라인(L15)의 열교환기(120) 전단에 마련되어 제1온도측정기(150) 및 제2온도측정기(157) 중 하나 이상에 의해 측정된 온도를 기초로 개방 정도가 결정된다.
구체적으로 제1유량제어밸브(155)는 제1온도측정기(150)에 의해 측정된 온도를 기초로 개방 정도가 결정되어, 열교환기(120)로 흘러가는 액화가스의 양을 조절할 수 있다. 예컨대 제1온도측정기(150)에 의해 측정된 온도가 설정값보다 높은 경우, 제1유량제어밸브(155)의 개방 정도가 더 커져서 열교환기(120)로 흘러가는 액화가스의 양이 더 많아질 수 있다.
또, 액화가스공급라인(L15)을 통해 열교환기(120)를 통과하여 제1연료공급라인(L11)으로 합류된 유체는 제1연료공급라인(L11)을 통해 공급된 액화가스와 혼합된 후 제1연료공급라인(L11)의 가압펌프(160)로 흘러가게 되므로, 상술한 혼합물은 가압펌프(160) 인입 과정에서 액체 상태를 유지하여야 한다.
이를 위해 제1유량제어밸브(155)는 제2온도측정기(157)에 의해 측정된 온도를 기초로 개방 정도가 결정되어 상술한 혼합물이 액체 상태를 유지하도록 액화가스공급라인(L15)을 통해 열교환기(120) 쪽으로 흘러가는 액화가스의 양을 조절할 수 있다.
한편, 증발가스처리라인(L14)의 열교환기(120) 후단에 마련된 팽창기(130)는 상술한 열교환기(120)에 의해 액화된 유체를 팽창시킨다. 팽창된 유체는 저장탱크(101)로 회수되어 저장탱크(101) 내부 압력 조절에 이용될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예를 통해 액화가스의 냉열을 효과적으로 활용하여, 저장탱크(101) 내부에서 발생한 증발가스를 액화시키고, 이를 저장탱크(101) 내부로 회수함으로써 저장탱크 내부 압력을 효율적으로 조절할 수 있다.
또, 저장탱크(101) 내부에서 발생한 증발가스를 낮은 압력을 필요로 하는 제2수요처(E2)의 연료공급조건에 맞추어 압축하여 공급할 수 있고, 남은 잉여 증발가스는 액화시켜 저장탱크(101)에 저장할 수 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
101: 저장탱크 110: 압축부
120: 열교환기 130: 팽창기
140: 제1압력측정기 145: 제어부
150: 제1온도측정기 155: 제1유량제어밸브
157: 제2온도측정기 160: 가압펌프
170: 제1기화기 180: 제2기화기
190: 제2압력측정기 195: 제2유량제어밸브
L11: 제1연료공급라인 L12: 제2연료공급라인
L13: 압축가스공급라인 L14: 증발가스처리라인
L15: 액화가스공급라인

Claims (5)

  1. 저장탱크에 저장된 액화가스를 제1수요처로 공급하는 제1연료공급라인;
    상기 제1연료공급라인으로부터 분기되며, 상기 액화가스 중 적어도 일부를 상기 제1수요처보다 낮은 압력을 요구하는 제2수요처로 공급하는 제2연료공급라인;
    상기 저장탱크 내부에서 발생한 액화가스의 증발가스를 공급받아 압축하는 압축부;
    상기 압축된 증발가스 중 적어도 일부를 상기 제2수요처로 공급하는 압축가스공급라인;
    상기 압축된 증발가스 중 상기 제2수요처로 공급되고 남은 잉여 증발가스를 상기 제1연료공급라인으로부터 분기된 액화가스공급라인을 통해 공급받은 액화가스와 열교환하여 액화시키는 열교환기;
    상기 액화된 유체를 팽창시키는 팽창기; 및
    상기 압축부, 열교환기 및 팽창기를 연결하며, 상기 팽창된 유체를 상기 저장탱크 내부로 회수하는 증발가스처리라인;을 포함하는 선박의 연료공급시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저장탱크 내부의 압력을 측정하는 제1압력측정기와,
    상기 측정된 압력을 기초로 상기 압축부를 가동시키는 제어부를 더 포함하는 선박의 연료공급시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 증발가스처리라인의 상기 열교환기 후단에 마련되며, 상기 열교환기를 통과한 유체의 온도를 측정하는 제1온도측정기와,
    상기 제1연료공급라인의 액화가스공급라인 합류지점 후단에 마련되어, 유체의 온도를 측정하는 제2온도측정기와,
    상기 액화가스공급라인에 마련되며, 상기 제1온도측정기 및 제2온도측정기 중 하나 이상의 측정된 온도를 기초로 개방 정도가 결정되는 제1유량제어밸브를 더 포함하는 선박의 연료공급시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1연료공급라인에 마련되며, 상기 저장탱크로부터 공급받은 액화가스를 가압하는 가압펌프와,
    상기 제1연료공급라인의 상기 가압펌프 후단에 마련되며, 상기 제1수요처의 연료공급조건에 맞게 상기 가압된 액화가스를 기화시키는 제1기화기와,
    상기 제2연료공급라인에 마련되며, 상기 제2연료공급라인을 통해 공급받은 액화가스를 상기 제2수요처의 연료공급조건에 맞게 기화시키는 제2기화기를 더 포함하는 선박의 연료공급시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2연료공급라인의 제2기화기 후단에 마련되어 상기 제2기화기를 통과한 유체의 압력을 측정하는 제2압력측정기와,
    상기 증발가스처리라인의 상기 압축부 후단에 마련되며, 상기 제2압력측정기에 의해 측정된 압력을 기초로 상기 압축가스공급라인을 통해 공급되는 압축된 증발가스의 양을 조절하는 제2유량제어밸브를 더 포함하는 선박의 연료공급시스템.
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