KR20230148744A - 선박용 다중 연료 공급시스템 - Google Patents

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KR20230148744A
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지석준
이채호
장동식
김경엽
박현성
김근희
정순철
박치형
강부식
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한라아이엠에스 주식회사
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Abstract

본 발명은 선박의 엔진에 연료를 공급하는 시스템에 있어서, 상기 엔진에 공급되는 연료가 저장되는 연료저장탱크; 상기 연료저장탱크의 연료를 상기 엔진에 공급하는 연료공급라인; 상기 엔진에서 배출되는 연료가 회수되는 연료회수라인; 및 상기 연료공급라인 상에 설치되며, 상기 연료를 전처리하기 위한 전처리유닛;을 포함하는 선박용 다중 연료 공급시스템에 관한 것이다.

Description

선박용 다중 연료 공급시스템{System of supplying multiple fuels for vessel}
본 발명은 선박용 다중 연료 공급시스템에 관한 것이다.
지구온난화 및 기후변화 방지를 위한 환경규제 대비 측면에서 국제적인 선박 배출가스 규제 강화로 인해 세계 각국은 친환경, 저탄소연료 사용 선박 개발에 주력하고 있다.
또한, 전 세계적인 기후변화와 대기오염 증대에 따른 국제해사기구(IMO), 유럽연합, 미국 등에서 선박으로부터 배출되는 오염물질에 대한 규제가 대폭 강화될 예정이다.
종래 화석연료를 대체할 선박용 연료로서 액화천연가스(LNG)를 사용해 왔으나, 엔진에서의 메탄 슬립 문제로 온실가스의 증가 우려, 누출이나 화재/폭발의 위험성이 존재한다.
향후 선박의 온실가스 배출 규제가 2050년까지 주요 기점마다 단계적으로 강화됨에 따라, 종래 선박에서 사용되는 기존 화석연료의 사용은 어려울 것으로 예상된다. 또한, 기존 화석연료를 액화천연가스(LNG) 등의 친환경 연료로 전환하더라도, 강화된 온실가스 규제를 만족시킬 수 있는 대체연료의 발굴이 시급하다.
최근에는 LPG 또는 LNG 운반선에서 LPG 또는 LNG 및 그로부터 발생하는 증발가스를 추진 연료로 사용하는 연료 공급시스템의 적용이 늘어나고 있고, 국제적인 배기가스 배출규제 강화에 따라 LPG 또는 LNG 운반선 외에 일반 선박에서도 LNG 등을 추진 연료로 사용하는 선박이 증가하고 있다.
특히 LPG는 극저온에서 액화되는 LNG보다 저장이 용이하고 기존 HFO에 견주어 SPECIFIC ENERGY와 ENERGY DENSITY에서 크게 떨어지지 않으면서 기존 HFO 대비 SOX, NOX, CO2, PM등의 절감 효과가 탁월한 장점이 있다.
LNG나 LPG는 기존에 선박 연료로 사용되던 다른 화석 연료에 비해 친환경 연료로 평가받지만 연소 시 여전히 이산화탄소가 발생하며, 이를 연료로 사용하는 선박에서는 여전히 운항 중 이산화탄소를 배출하게 된다.
암모니아를 사용하는 경우에도, 탄소를 포함하지 않기 때문에 친환경적인 연료로 주목받고 있으나, 종래에 사용되어온 연료 대비 상대적으로 연소하여 사용하기에 불리한 특성을 갖는다.
암모니아를 선박의 엔진에 공급하여 연소시키는 경우, 엔진 실린더 내부에서 화염이 전파되는 속도가 메탄 대비 10 내지 20% 수준에 불과하여 매우 느려 연소 효율 확보가 어렵다. 또한, 암모니아의 연소시 점화가 지연되는 시간은 디젤연료 대비 상대적으로 길어서 안정적인 연소 반응을 유도하기 어렵다. 따라서, 암모니아를 연료로 하여 연소하는 경우 종래의 연료 대비 상대적으로 높은 압축비를 유지시켜 고온의 연소 환경을 조성해 주어야 하며, 이에 따라 엔진의 설계와 운전 조건 설정에 한계가 있었다.
한국등록특허 제10-2189715호(2020년 12월 4일 등록) 한국공개특허 제10-2022-0051098 (2022년 04월 26일 공개)
본 발명의 목적은 선박용 다중 연료 공급시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 선박의 엔진에 연료를 공급하는 시스템에 있어서,상기 엔진에 공급되는 연료가 저장되는 연료저장탱크; 상기 연료저장탱크의 연료를 상기 엔진에 공급하는 연료공급라인; 상기 엔진에서 배출되는 연료가 회수되는 연료회수라인; 및 상기 연료공급라인 상에 설치되며, 상기 연료를 전처리하기 위한 전처리유닛;을 포함하는 선박용 다중 연료 공급시스템을 제공하는 것이다.
상기 엔진은 저탄소(low carbon) 연료 및 무탄소(free carbon) 연료 중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 구동될 수 있다.
상기 저탄소 연료는 LNG, LPG, LEG, DME, 메탄올(methanol) 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 무탄소 연료는 암모니아를 포함할 수 있다.
상기 전처리유닛은, 상기 연료를 압축하는 펌프부; 및 상기 펌프부에서 압축된 연료를 정제하는 필터부;를 포함할 수 있다.
상기 펌프부는, 상기 연료저장탱크로부터 공급받은 연료를 제1압력으로 가압하는 제1펌프; 및 상기 제1압력으로 가압된 연료를 제2압력으로 추가 가압하는 제2펌프;를 포함할 수 있다.
상기 제2압력은 상기 제1압력의 2배 내지 5배일 수 있다.
상기 전처리유닛은, 상기 제1펌프와 상기 제2펌프 사이에 설치되는 히터를 더 포함하며, 상기 히터는, 상기 가압에 의해 압축된 연료의 온도를 증가시킬 수 있다.
상기 히터에 의해 상기 제2펌프 내 연료의 온도는 상기 제1펌프 내 연료 온도보다 20℃ 내지 100℃가 높을 수 있다.
상기 전처리유닛은, 상기 제2펌프와 상기 필터부 사이에 설치되는 쿨러를 더 포함하며, 상기 쿨러는, 상기 제2펌프에 의한 연료 압축에 의해 발생된 열을 냉각시킬 수 있다.
상기 제2펌프와 연결되어 있는 수분제거장치를 더 포함하며, 상기 수분제거장치는, 상기 제2펌프 내 상기 연료의 압축 과정에서 발생된 수분을 제거할 수 있다.
상기 연료회수라인을 통해 상기 엔진에서 소비되지 않은 연료가 회수되어 저장되는 연료회수탱크를 더 포함하며, 상기 연료회수라인을 통해 회수된 연료는 상기 연료저장탱크, 상기 전처리유닛 및 상기 연료회수탱크로 재공급되며, 상기 엔진 작동이 멈춘 비상상황 발생 시에는 상기 연료저장탱크로의 재공급이 이루어지고, 평상시에는 상기 전처리유닛으로의 재공급이 이루어 질 수 있다.
상기 연료공급라인에 위치하며, 상기 비상상황 발생 시 상기 전처리유닛으로부터 상기 엔진으로 공급되는 연료를 차단하는 제1차단부; 및 상기 연료회수라인 상에 위치하며, 상기 비상상황 발생 시 상기 연료저장탱크 및 상기 전처리유닛으로 재공급되는 연료를 차단하는 제2차단부;를 포함할 수 있다.
상기 연료공급라인의 누설(leak)을 감지할 수 있는 누설감지센서부를 더 포함하며, 상기 누설감지센서부는, 색깔 변화 감지를 통해 상기 연료공급라인의 누설 여부를 확인할 수 있다.
상기 연료공급라인을 통한 연료의 공급 및 상기 연료회수라인을 통한 연료의 회수를 제어하는 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 연료저장탱크로부터 공급되는 연료의 종류에 따라 상기 전처리유닛에 공급되는 상기 연료의 압력 및 온도를 조절하는 로컬제어부; 및 상기 로컬제어부 및 상기 연료공급라인을 통한 연료의 공급에 관한 조절과 상기 연료회수라인을 통해 회수되는 연료의 회수에 관한 조절을 제어하는 메인제어부;를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 연료공급라인을 통해 상기 엔진에 공급되는 연료의 공급을 모니터링하는 제1모니터링부; 상기 연료회수라인을 통해 상기 연료저장탱크 및/또는 전처리유닛으로 재공급되는 연료의 회수를 모니터링하는 제2모니터링부; 및 상기 제1모니터링부 및 상기 제2모니터링부를 통해 얻어진 연료 공급과 회수에 대한 데이터를 근거로 운영정보를 획득하고, 획득된 정보를 처리하는 운영정보 통합처리부;를 더 포함할 수 있다.
상기 운영정보 통합처리부는, 상기 제1모니터링부 및 상기 제2모니터링부로부터 연료의 공급 및 회수에 관한 원데이터(raw data)를 수집하는 수집부; 상기 수집부로부터 얻은 원데이터를 학습하는 데이터 학습부; 상기 데이터 학습부로부터 획득한 원데이터를 전처리하여 처리데이터(processing data)로 변환시키는 데이터 처리부; 상기 전처리된 처리데이터의 통계적 특징 및 패턴화된 특징 중 적어도 어느 하나를 추출하여 고장항목코드를 생성하는 코드 생성부; 및 상기 고장항목코드와 상기 연료 공급시스템의 상태를 비교하여 고장 여부를 예측하는 설비고장예측부;를 포함할 수 있다.
상기 원데이터는, 상기 연료공급라인을 통해 공급되는 연료에 가압된 압력, 온도 및 공급 유량에 관한 것이고, 상기 고장항목코드는, 상기 연료저장탱크의 이상, 상기 연료공급라인의 이상, 상기 연료회수라인의 이상, 상기 전처리유닛의 이상 및 상기 제어부의 이상 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 선박용 다중 연료 공급시스템이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 다중 연료 공급시스템의 구성도를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 다중 연료 공급시스템의 제어부 구성을 나타낸 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. 또한 첨부된 도면은 각 구성요소 간의 관계를 설명하기 위해 크기와 간격 등이 실제와 달리 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 다중 연료 공급시스템(1, 이하 ‘공급시스템’)의 구성도이다.
공급시스템(1)은 연료저장탱크(10), 연료공급라인(20), 연료회수라인(30), 전처리유닛(40), 수분제거장치(50), 연료회수탱크(60), 누설감지센서부(70) 및 제어부(80)를 포함한다.
본 발명에 따른 공급시스템(1)은 선박에 설치된다.
엔진(E)은 저탄소(low carbon) 연료 및 무탄소(free carbon) 연료 중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 구동된다.
엔진(E)은 선박의 추진을 위한 메인엔진(M/E) 및/또는 발전엔진(G/E)를 포함할 수 있다.
연료저장탱크(10)에는 엔진(E)에 공급되는 연료가 저장된다.
연료저장탱크(10)에는 선택적으로 저탄소(low carbon) 연료 및 무탄소(free carbon) 연료 중 어느 하나가 저장된다.
저탄소 연료는 LNG, LPG, LEG, DME, 메탄올(methanol) 중 어느 하나일 수 있으며, 액화된 상태로 연료저장탱크(20)에 저장될 수 있다. 이 경우 액화된 상태의 저탄소 연료가 기화되는 것을 방지하기 위하여 연료저장탱크(10)는 단열 및 밀봉처리가 이루어져 있을 수 있다.
무탄소 연료는 암모니아를 포함하며, 암모니아수 형태의 액체 상태로 연료저장탱크(10)에 저장될 수 있다. 다른 실시예에서는 암모니아를 연료저장탱크(10)에 직접 저장하는 대신, 우레아(Urea)를 저장하고 필요시 우레아를 가수분해하여 생성되는 암모니아를 사용하는 방식으로 구성될 수도 있다.
연료저장탱크(10)는 연료공급라인(20)과 연료회수라인(30)을 통해 엔진(E)과 연결된다.
연료공급라인(20)은 연료저장탱크(10)의 연료를 엔진(E)에 공급한다.
연료공급라인(20)에는 엔진(E)의 작동이 멈춘 비상상황 발생 시 전처리유닛(40)으로부터 엔진(E)으로 공급되는 연료를 차단하는 제1차단부(21)를 포함한다.
제1차단부(21)는 연료공급라인(20) 상에 위치하는 것으로, 본 발명에서는 전처리유닛(40)의 후단에 위치하고 있는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도시되어 있지는 않지만, 제1차단부(21)는 밸브 형태로 연료공급라인(20) 상에 설치될 수 있으며, 2방향 밸브 또는 3방향 밸브 또는 2방향 및 3방향 밸브의 조합으로 이루어질 수 있다.
연료회수라인(30)은 엔진(E)에서 배출되는 연료를 회수하여, 연료저장탱크(10), 전처리유닛(40) 및 연료회수탱크로(60)로 재공급하게 된다.
연료회수라인(30)에는 엔진(E)의 작동이 멈춘 비상상황 발생 시 연료저장탱크(10) 및 전처리유닛(40)으로 재공급되는 연료를 차단하는 제2차단부(31)를 포함한다.
제2차단부(31)는 연료회수라인(30) 상에 위치하는 것으로, 본 발명에서는 연료회수탱크(60)로 회수되는 연료회수라인(30)의 후단에 위치하고 있는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도시되어 있지는 않지만, 제2차단부(31)는 밸브 형태로 연료회수라인(30) 상에 설치될 수 있으며, 2방향 밸브 또는 3방향 밸브 또는 2방향 및 3방향 밸브의 조합으로 이루어질 수 있다.
도시되어 있지 않지만, 공급시스템(1)은 제1차단부(21) 및 제2차단부(31)을 제어할 수 있는 통합 연료 차단 유닛을 더 포함할 수 있다. 여기서 통합 연료 차단 유닛은 연료의 공급 및 회수 과정에서 발생 되는 화재, 가스 누설, 이중관 외관에 누설 가스를 환기하는 공기공급, 엔진 정비 등과 같은 문제 발생 시 제1차단부(21) 및 제2차단부(31)을 제어하여 연료의 공급을 중단시키고, 배관 내 남아 있는 연료를 안전하게 질소가스로 퍼징(purging) 시키게 된다.
여기서, 연료의 질소가스 퍼징 시 사용되는 질소가스는 선박 내 질소발생기를 사용하거나 또는 다수의 저장 실린더(cylinder)를 통해 공급이 이루어진다.
전처리유닛(40)은 연료공급라인(20) 상에 설치되며, 연료저장탱크(10)에서 엔진(E)으로 공급되는 연료를 전처리한다.
전처리유닛(40)은 펌프부(41), 히터(42), 쿨러(43) 및 필터부(44)를 포함한다.
펌프부(41)는 연료저장탱크(10)로부터 전달된 연료를 압축하게 된다.
펌프부(41)는 제1펌프(411) 및 제2펌프(412)를 포함한다.
제1펌프(411)는 연료저장탱크(10)로부터 공급받은 연료에 제1압력(P1)으로 가압하여 압축시키며, 일례로 제1펌프(411)에 공급된 연료를 압축 및 공급시키기에 적당한 압력, 예를 들면 5bar 내지 35bar 또는 10bar 내지 30bar 또는 10bar 내지 25bar의 압력을 가하여 연료를 압축시킬 수 있다.
제2펌프(412)는 제1펌프(411)를 통해 제1압력(P1)으로 가압된 연료를 제2압력(P2)으로 추가 가압하여 압축시킨다.
제2펌프(412)는 제1펌프(411)의 압축 압력과 주입되는 해당 연료의 특성에 따라 압축 압력이 정해질 수 있으나, 제1펌(411)의 압축 압력보다 큰 압축 압력을 가지며, 여기서 제2압력(P2)은 제1압력(P1)에 비해 1.5배 내지 15배 또는 1.5배 내지 10배 또는 2배 내지 5배일 수 있다.
도 1을 살펴보면, 본 실시예에서 전처리유닛(40) 내에 설치되는 펌프는 제1펌프(411) 및 제2펌프(412)를 포함하는 총 2개의 펌프가 설치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 펌프의 개수는 1개 또는 3개 이상이 될 수 있다.
공급되는 연료 종류에 따라 펌프에 가압되는 압력 범위가 달라질 수 있다. 공급되는 연료가 LPG인 경우, 제1펌프(411)에 가해지는 압력은 10bar 내지 35bar 또는 15bar 내지 30bar 또는 20bar 내지 25bar일 수 있으며, 제2펌프(412)에 가해지는 압력은 20bar 내지 80bar 또는 25bar 내지 75bar 또는 40bar 내지 60bar 또는 45bar 내지 55bar 일 수 있으며, 더욱 적절하게는 50bar 일 수 있다.
공급되는 연료가 암모니아인 경우, 제1펌프(411)에 가해지는 압력은 10bar 내지 35bar 또는 15bar 내지 30bar 또는 20bar 내지 25bar일 수 있으며, 제2펌프(412)에 가해지는 압력은 20bar 내지 140bar 또는 25bar 내지 135bar 또는 40bar 내지 120bar 또는 60bar 내지 90bar 일 수 있으며, 더욱 적절하게는 80bar 일 수 있다.
도시되어 있지는 않지만, 펌프부(41)의 압력조절을 위한 인버터(VFD)가 더 설치되어 있을 수 있다. 인버터는 펌프와 연결된 모터의 회전수를 조절하여 펌프부(41)의 압력을 조절한다.
다른 실시예에서 펌프부(41)는 선박 운전 중 만약의 사태에 대비하기 위하여 적어도 1대 이상의 펌프는 작동하지 않은 상태(stand-by)로 유지된다. 예를 들어, 2대의 펌프가 설치된 경우 1대는 동작하고 나머지 1대는 작동하지 않은 상태(stand-by)로 유지되며, 3대의 펌프가 설치된 경우 2대는 동작하고 나머지 1대는 작동하지 않은 상태(stand-by)로 유지된다.
히터(42)는 제1펌프(411)와 제2펌프(412) 사이에 설치되며, 가압에 의해 압축된 연료의 온도를 증가시킨다.
히터(42)에 의해 제2펌프(412) 내 연료의 온도는 제1펌프(411) 내 연료 온도보다 10도 내지 150도 또는 10도 내지 120도 또는 20도 내지 100도가 높아질 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에서 히터(42)는 제1펌프(411)와 제2펌프(412) 사이에 위치하며, 1개의 히터(42)가 설치되어있는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 위치에 설치가능하며, 복수 개의 히터(42)가 전처리유닛(40) 내 설치될 수 있다.
히터(42)는 shell & tube type 또는 plate type의 히터가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 엔진(E)의 공급온도 요구조건에 만족할 수 있는 다양한 형태의 히터가 사용될 수 있다.
쿨러(43)는 제2펌프(412)와 필터부(44) 사이에 설치되며, 제2펌프(412)의 연료 압축에 의해 발생된 열을 냉각시킨다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에서 쿨러(43)는 제2펌프(412)와 필터부(44) 사이에 위치하며, 1개의 쿨러(43)가 설치되어있는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 위치에 설치 가능하며, 복수 개의 쿨러(43)가 전처리유닛(40) 내 설치될 수 있다.
쿨러(43)는 shell & tube type 또는 plate type의 쿨러가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 엔진(E)의 공급온도 요구조건에 만족할 수 있는 다양한 형태의 쿨러가 사용될 수 있다.
펌프부(41)를 통한 연료의 압축에 의해 온도가 상승된 연료는, 엔진의 공급온도 요구조건을 만족하기 위해 쿨러(43)를 통해 온도가 낮아진다.
필터부(44)는 펌프부(41)에서 압축된 연료를 정제하는 것으로, 본 실시예에서는 쿨러(43)에 의해 온도가 낮아진 연료가 필터부(44)를 통해 정제된다. 필터부(41)를 통해 연료에 함유된 불순물 또는 고형물질을 걸러내게 된다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에서 필터부(44)는 제2펌프(412)의 후단에 위치하며, 복수 개로 설치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 필터부(54)에 설치되는 필터의 종류 또한 주입된 연료의 특성에 따라 다양한 필터가 사용될 수 있다.
본 실시예에서 필터부(44)에 사용되는 필터는 Duplex filter가 사용되나, 이에 한정되지 않고 요구되는 압력이나 밸브 구성에 따라 LP Single block filter 또는 HP Double block and bleed filter가 사용될 수도 있다.
수분제거장치(50)는 제2펌프(412)와 연결되어 있으며, 제2펌프(412) 내 연료의 압축 과정에서 발생된 수분을 제거하게 된다. 여기서 수분제거장치(50)는 연료의 압축 과정에서 발생된 액체와 기체 중에서 기체만을 질소 퍼징을 통해 대기 중으로 대기(공기) 중으로 날려버리게 된다.
수분제거장치(50)는 중력 침강 방식원리를 채택하고 있는 것을 사용하거나 또는 내부에 미스트 제거기가 설치되어 있는 것을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도시되어 있지는 않지만, 연료회수라인(30)에는 Engine knockout drum 및 Bleed knockout drum과 같은 2개의 수분제거장치(50)가 설치되어 있을 수 있다. Engine knockout drum은 엔진이 정지하기 전 또는 엔진 수리를 위해 배관 내 질소 퍼징(purging)을 위해, Bleed knockout drum은 연료회수라인(30)의 수리를 위한 배관 내 질소 퍼징(purging)을 위해 설치된다.
연료회수탱크(60)는 엔진(E)에서 연료회수라인(30)을 통해 회수되는 연료 중 일부가 저장되는 것으로, 엔진(E)에서 소비되지 않은 연료가 회수되어 저장된다.
여기서, 연료회수라인(30)을 통해 회수된 연료는 연료저장탱크(10), 전처리유닛(40) 및 연료회수탱크로(60)로 재공급되는데, 엔진 작동이 멈춘 비상상황 발생 시에는 연료회수라인(30)을 통해 연료저장탱크(10)로 연료가 재공급이 이루어지고, 평상시에는 전처리유닛(40)으로의 연료 재공급이 이루어지게 된다.
본 발명에서 비상상황은 운용 중 피스톤 또는 축 비틀림, 노후화 및 연료 배관 누설 등 다양한 요인에 의해 엔진이 정상적으로 동작하지 않는 경우를 의미하나, 이에 한정되지 않는다.
누설감지센서부(70)는 연료공급라인(20)의 누설(leak)를 확인할 수 있으며, 연료공급라인(20)의 누설 여부를 색깔 변화 감지를 통해 확인한다.
누설감지센서부(70)는 연료공급라인(20)의 외관, 연료공급라인(20) 상의 프랜지(flange)의 연결부 및 연료를 사용하는 엔진(E) 주위에 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
연료의 종류에 따라 누설감지센서부(70)를 설치하는 위치가 달라질 수 있으며, 공급되는 연료가 LPG인 경우, 공기보다 무거운 LPG 감지를 위해 연료공급라인(20)의 하부에 설치하며, 공급되는 연료가 암모니아인 경우, 공기보다 가벼운 암모니아 감지를 위해 연료공급라인(20)의 상부에 설치한다.
누설감지센서부(70)는 누설된 연료와 접촉하여 색깔의 변화를 직접적으로 확인 가능한 장치 또는 장치에서 전송되는 신호를 화면으로 보여주는 화면장치가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도시되어 있지는 않지만, 공급시스템(1)은 연료소모량을 측정하는 유량계를 더 포함할 수 있으며, 유량계는 전처리유닛(40) 내 제1펌프(411) 후단에 설치될 수 있다. 유량계는 코리올리 형태의 유량계가 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제어부(80)는 연료저장탱크(10)로부터 공급되는 연료 종류에 따라 연료공급라인(20)을 통해 엔진(E)에 공급되는 연료의 공급 및 연료회수라인(30)을 통한 연료의 회수를 제어한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 다중 연료 공급시스템의 제어부 구성을 나타낸 것이다.
제어부(80)는 로컬제어부(81), 메인제어부(82), 제1모니터링부(83), 제2모니터링부(84) 및 운영정보 통합처리부(85)를 포함한다.
로컬제어부(81)는 연료저장탱크(10)로부터 공급되는 연료 종류에 따라 전처리유닛(40)에 공급되는 연료의 압력 및 온도를 조절하며, 조절에 따라 최종적으로 엔진(E)에 공급되는 연료의 압력 및 온도가 변경되게 된다.
로컬제어부(81)의 전처리유닛(40)에 대한 조절에 의해 엔진(E)에 공급되는 연료의 압력 및 온도 변경은 제1연료로서 LPG를 사용하는 경우와, 제1연료로서 암모니아를 사용하는 경우에 따라 달라질 수 있다. 아래 표 1은 제1연료로서 LPG를 사용하거나, 제1연료로서 암모니아를 사용하는 경우에 따른 연료의 압력 및 온도 변화를 예시적으로 나타낸 것이다.
항목 LPG 암모니아
LP단
(제1펌프)
(Str.)		 HP단
(제2펌프)
(Add)		 공급
(Sup.)		 LP단
(제1펌프)
(Str.)		 HP단
(제2펌프)
(Add)		 공급
(Sup.)
CTRL. Press.
(Bar)		 저온식 Tank 25 +25 50 25 +55 80
가압식 Tank
(18→15)		 10 +25 50 15 +50 80
CTRL. Temp.
(25 ~ 45℃)		 저온식 Tank -42 +77 35 -33 +68 35
가압식 Tank
(18→15)		 10 +25 35 20 +15 35
Flow Rate 엔진 Maker 스펙에 따라 결정(엔진 예상 소요량 : 1 m 3/h, 2시간 테스트
→ 서비스 탱크 용량: 1 m 3 x 2(시간) + 1m 3(여유분) = 최소 3 m 3
먼저, 제1연료로서 LPG를 사용하는 경우, 연료저장탱크(20) 내 저장되어 있던 LPG가 전처리유닛(40)으로 공급되며, 이때, 제어부(80)는 전처리유닛(40) 내 설치되어 있는 펌프부(41), 히터(42) 및 쿨러(43)를 제어하여 제1온도와 및 제1압력이 형성되도록 조절한다. 이후 제1온도와 제1압력이 형성된 연료(LPG)는 필터부(44)를 통해 불순물 및 고형 물질을 걸러낸 후 제1연료량 제어 유닛(21)을 통해 연료의 공급량, 공급온도 조절, 잔량 연료 배출 및 압력 조절이 이루어진 상태로 엔진(E)에 공급된다.
제1연료로 암모니아가 공급되는 경우, LPG가 저장되어 있던 연료저장탱크(20) 내 LPG를 제거하고, 암모니아로 채운다. 다음으로 제어부(80)를 통해 전처리유닛(40) 내 설치되어 있는 펌프부(41), 히터(42) 및 쿨러(43)를 제어하여 제2온도와 및 제2압력이 형성되도록 조절한다. 이후 제2온도와 제2압력이 형성된 연료(암모니아)는 필터부(44)를 통해 불순물 및 고형물질을 걸러낸 후 제1연료량 제어 유닛(21)을 통해 연료의 공급량, 공급온도 조절, 잔량 연료 배출 및 압력 조절이 이루어진 상태로 엔진(E)에 공급된다.
메인제어부(82)는 로컬제어부(81) 및 연료공급라인(20)을 통한 연료의 공급에 관한 조절과 연료회수라인(30)을 통해 회수되는 연료의 회수에 관한 조절을 제어한다.
본 발명에서는 메인제어부(82)가 연료공급라인(20) 및 연료회수라인(30)을 통한 연료공급 및 회수에 관한 조절을 제어하는 것뿐만 아니라, 로컬제어부(81)를 통한 전처리유닛(40)에 관한 제어도 가능한 것으로 설명되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에서는 메인제어부(82)와 로컬제어부(81)가 각자의 한정된 영역만을 제어할 수도 있다. 또 다른 실시예에서는 로컬제어부(81)와 메인제어부(82)는 서로의 자료 교환만 이루어질 수도 있다.
제1모니터링부(83)는 로컬제어부(81)를 통해 엔진(E)에 공급되는 연료의 공급을 모니터링한다. 도시되어 있지 않지만, 제1모니터링부(83)는 별도의 센서부를 통한 연료의 공급 정도를 실시간으로 확인할 수 있는 별도의 디스플레이 장치 및 이를 전달하기 위한 통신 장치를 더 포함할 수도 있다.
제2모니터링부(84)는 연료회수라인(30)을 통해 연료저장탱크(10) 및/또는 전처리유닛(40)으로 재공급되는 연료의 회수를 모니터링한다. 도시되어 있지 않지만, 제2모니터링부(84)는 별도의 센서부를 통한 연료의 회수 정도를 실시간으로 확인할 수 있는 별도의 디스플레이 장치 및 이를 전달하기 위한 통신 장치를 더 포함할 수도 있다.
운영정보 통합처리부(85)는 제1모니터링부(83) 및 제2모니터링부(84)를 통해 얻어진 연료 공급과 회수에 대한 데이터를 근거로 운영정보를 획득한다.
여기서 운영정보는 제1모니터링부(83) 및 제2모니터링부(84)를 통해 얻을 수 있는 연료의 공급 및 회수에 관한 원데이터(raw data)를 데이터를 수집하고 학습하여 전처리(가공) 과정을 통해 얻을 수 있는 처리데이터(processing data)를 포함한다.
운영정보 통합처리부(85)는 수집부(851), 데이터 학습부(852), 데이터 처리부(853), 코드 생성부(854) 및 설비고장예측부(855)를 포함한다.
수집부(851)는 제1모니터링부(83) 및 제2모니터링부(84)로부터 연료의 공급 및 회수에 관한 원데이터(raw data)를 수집한다. 여기서 원데이터는, 연료공급라인을 통해 공급되는 연료에 가압된 압력, 온도 및 공급 유량에 관한 것이다.
원데이터 수집의 경우, 기존의 각종 센서 및 측정장치를 통해 수집할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
데이터 학습부(852)는 제1모니터링부(83) 및 제2모니터링부(84)로부터 획득한 연료의 공급 및 회수에 관한 데이터를 학습하는 것으로서, 학습은 인공지능 기반 기계학습을 통해 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
데이터 처리부(853)는 데이터 학습부(852)로부터 획득한 원데이터를 전처리하여 처리데이터(processing data)로 변환시킨다. 여기서 원데이터의 전처리는 획득한 데이터를 통계적 특징과 패턴화 특징이 드러나도록 처리하는 것이며, 처리에 따른 처리데이터로 최종 변환시키는 것을 의미한다.
코드 생성부(854)는 전처리된 데이터의 통계적 특징 및 패턴화된 특징 중 적어도 어느 하나를 추출하여 고장항목코드를 생성하는 것이다. 여기서 고장항목코드는, 연료저장탱크(10)의 이상, 연료공급라인(20)과 연료회수라인(30)의 이상, 전처리유닛(40)의 이상과 제어부(80)의 이상과 관련된 고장항목을 코드로 나타낸 것이다.
설비고장예측부(855)는 고장항목코드와 연료 공급시스템의 상태를 비교하여 고장 여부를 예측하게 된다. 도시되어 있지 않지만, 고장 여부 예측을 위해서 인공 신경망의 학습을 수행하는 인공 신경망 학습 시스템을 활용할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (17)

  1. 선박의 엔진에 연료를 공급하는 시스템에 있어서,
    상기 엔진에 공급되는 연료가 저장되는 연료저장탱크;
    상기 연료저장탱크의 연료를 상기 엔진에 공급하는 연료공급라인;
    상기 엔진에서 배출되는 연료가 회수되는 연료회수라인; 및
    상기 연료공급라인 상에 설치되며, 상기 연료를 전처리하기 위한 전처리유닛;을 포함하는 선박용 다중 연료 공급시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엔진은 저탄소(low carbon) 연료 및 무탄소(free carbon) 연료 중 어느 하나를 선택적으로 공급받아 구동되는 선박용 다중 연료 공급시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 저탄소 연료는 LNG, LPG, LEG, DME, 메탄올(methanol) 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 무탄소 연료는 암모니아를 포함하는 선박용 다중 연료 공급시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전처리유닛은,
    상기 연료를 압축하는 펌프부; 및
    상기 펌프부에서 압축된 연료를 정제하는 필터부;를 포함하는 선박용 다중 연료 공급시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 펌프부는,
    상기 연료저장탱크로부터 공급받은 연료를 제1압력으로 가압하는 제1펌프; 및
    상기 제1압력으로 가압된 연료를 제2압력으로 추가 가압하는 제2펌프;를 포함하는 선박용 다중 연료 공급시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2압력은 상기 제1압력의 2배 내지 5배인 선박용 다중 연료 공급시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전처리유닛은,
    상기 제1펌프와 상기 제2펌프 사이에 설치되는 히터를 더 포함하며,
    상기 히터는,
  8. 제7항에 있어서,
    상기 히터에 의해 상기 제2펌프 내 연료의 온도는 상기 제1펌프 내 연료 온도보다 20℃ 내지 100℃가 높은 선박용 다중 연료 공급시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 전처리유닛은,
    상기 제2펌프와 상기 필터부 사이에 설치되는 쿨러를 더 포함하며,
    상기 쿨러는,
    상기 제2펌프에 의한 연료 압축에 의해 발생된 열을 냉각시키는 선박용 다중 연료 공급시스템.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제2펌프와 연결되어 있는 수분제거장치를 더 포함하며,
    상기 수분제거장치는,
    상기 제2펌프 내 상기 연료의 압축 과정에서 발생된 수분을 제거하는 선박용 다중 연료 공급시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 연료회수라인을 통해 상기 엔진에서 소비되지 않은 연료가 회수되어 저장되는 연료회수탱크를 더 포함하며,
    상기 연료회수라인을 통해 회수된 연료는 상기 연료저장탱크, 상기 전처리유닛 및 상기 연료회수탱크로 재공급되며,
    상기 엔진 작동이 멈춘 비상상황 발생 시에는 상기 연료저장탱크로의 재공급이 이루어지고, 평상시에는 상기 전처리유닛으로의 재공급이 이루어지는 선박용 다중 연료 공급시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 연료공급라인에 위치하며, 상기 비상상황 발생 시 상기 전처리유닛으로부터 상기 엔진으로 공급되는 연료를 차단하는 제1차단부; 및
    상기 연료회수라인 상에 위치하며, 상기 비상상황 발생 시 상기 연료저장탱크 및 상기 전처리유닛으로 재공급되는 연료를 차단하는 제2차단부;를 포함하는 선박용 다중 연료 공급시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 연료공급라인의 누설(leak)을 감지할 수 있는 누설감지센서부를 더 포함하며,
    상기 누설감지센서부는,
    색깔 변화 감지를 통해 상기 연료공급라인의 누설 여부를 확인하는 선박용 다중 연료 공급시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 연료공급라인을 통한 연료의 공급 및 상기 연료회수라인을 통한 연료의 회수를 제어하는 제어부를 더 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 연료저장탱크로부터 공급되는 연료의 종류에 따라 상기 전처리유닛에 공급되는 상기 연료의 압력 및 온도를 조절하는 로컬제어부; 및
    상기 로컬제어부 및 상기 연료공급라인을 통한 연료의 공급에 관한 조절과 상기 연료회수라인을 통해 회수되는 연료의 회수에 관한 조절을 제어하는 메인제어부;를 포함하는 선박용 다중 연료 공급시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연료공급라인을 통해 상기 엔진에 공급되는 연료의 공급을 모니터링하는 제1모니터링부;
    상기 연료회수라인을 통해 상기 연료저장탱크 및/또는 전처리유닛으로 재공급되는 연료의 회수를 모니터링하는 제2모니터링부; 및
    상기 제1모니터링부 및 상기 제2모니터링부를 통해 얻어진 연료 공급과 회수에 대한 데이터를 근거로 운영정보를 획득하고, 획득된 정보를 처리하는 운영정보 통합처리부;를 더 포함하는 선박용 다중 연료 공급시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 운영정보 통합처리부는,
    상기 제1모니터링부 및 상기 제2모니터링부로부터 연료의 공급 및 회수에 관한 원데이터(raw data)를 수집하는 수집부;
    상기 수집부로부터 얻은 원데이터를 학습하는 데이터 학습부;
    상기 데이터 학습부로부터 획득한 원데이터를 전처리하여 처리데이터(processing data)로 변환시키는 데이터 처리부;
    상기 전처리된 처리데이터의 통계적 특징 및 패턴화된 특징 중 적어도 어느 하나를 추출하여 고장항목코드를 생성하는 코드 생성부; 및
    상기 고장항목코드와 상기 연료 공급시스템의 상태를 비교하여 고장 여부를 예측하는 설비고장예측부;를 포함하는 선박용 다중 연료 공급시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 원데이터는,
    상기 연료공급라인을 통해 공급되는 연료에 가압된 압력, 온도 및 공급 유량에 관한 것이고,
    상기 고장항목코드는,
    상기 연료저장탱크의 이상, 상기 연료공급라인의 이상, 상기 연료회수라인의 이상, 상기 전처리유닛의 이상 및 상기 제어부의 이상 중 적어도 어느 하나를 포함하는 선박용 다중 연료 공급시스템.
KR1020230040716A 2022-04-15 2023-03-28 선박용 다중 연료 공급시스템 KR20230148744A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102189715B1 (ko) 2014-12-19 2020-12-11 삼성중공업 주식회사 연료공급시스템
KR20220051098A (ko) 2020-10-16 2022-04-26 한국조선해양 주식회사 암모니아를 연료로 이용하는 선박

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