KR20240021009A

KR20240021009A - Voc 연료 공급 시스템 및 방법 그리고 voc를 연료로 사용하는 선박

Info

Publication number: KR20240021009A
Application number: KR1020220099439A
Authority: KR
Inventors: 김종현; 배영호
Original assignee: 한화오션 주식회사
Priority date: 2022-08-09
Filing date: 2022-08-09
Publication date: 2024-02-16

Abstract

본 발명은 휘발성 유기화합물(VOC)을 엔진의 연료로 공급하기 위한 VOC 연료 공급 시스템 및 방법, 그리고 VOC를 연료로 사용하는 선박에 관한 것이다.
본 발명에 따른 VOC 연료 공급 시스템은, 가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진; 휘발성 유기 화합물(VOC; Volatile Organic Compounds)을 연료로서 상기 엔진에 공급하는 VOC 공급부; 상기 VOC 공급부와 엔진을 연결하며, 상기 VOC 공급부로부터 엔진으로 기체 상태의 VOC 연료가 이송되는 경로인 연료 공급라인; 및 상기 연료 공급라인에 구비되며, 상기 엔진의 상류에서 상기 VOC 연료에 포함된 액체 상태의 재응축 VOC를 걸러내는 드레인 필터;를 포함한다.

Description

VOC 연료 공급 시스템 및 방법 그리고 VOC를 연료로 사용하는 선박 {System and Method for Supplying VOC as Fuel for Engine and Vessel using VOC as Fuel}

본 발명은 휘발성 유기화합물(VOC)을 엔진의 연료로 공급하기 위한 VOC 연료 공급 시스템 및 방법, 그리고 VOC를 연료로 사용하는 선박에 관한 것이다.

휘발성 유기 화합물(VOC; Volatile Organic Compounds)은, 원유 운반선(oil tanker)에 마련되며 화물로서 원유를 저장하는 원유 저장탱크 또는 엔진의 연료로 사용되는 연료유를 저장하는 연료유 저장탱크 등에서 액체 상태의 오일이 휘발되어 생성된 가스이다.

VOC의 조성은 저장탱크에 저장되어 있는 오일의 거의 모든 성분 즉, 유기 화합물을 포함하고 있다. VOC는 대기 중으로 방출시킬 경우, 태양광의 작용을 받아 질소 산화물과 광화학 반응을 일으켜 오존 및 광화학 산화성 물질을 생성시키고, 광화학 스모그를 유발하거나 오존층 파괴, 온실 효과에 영향을 주는 등 환경 오염을 일으킨다. 또한, 벤젠과 같은 물질은 발암성 물질로서 인체에도 매우 유해하다.

VOC의 유해성 문제로 국제해사기구 등에서는 일부 항만에서의 VOC 배출을 일부 규제하고 있다. 그뿐 아니라 VOC의 대기 방출은 결국 그만큼의 유효 물질의 손실이 일어나는 것이므로 VOC를 대기중으로 방출하기보다는 회수하여 효과적으로 처리할 수 있는 방법을 강구해야 한다. 최근에는 VOC를 선박의 에너지 효율을 높이기 위해 연료유로서 재활용하는 기술을 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

그러나 VOC는 중탄화수소 함량이 높아 가스 엔진의 메탄가를 충족시키지 못하므로, 종래에는 개질기를 이용하여 VOC를 경질 탄화수소인 메탄으로 개질하여 공급해야 했다.

개질기를 이용한 연료 공급은, 주기적으로 개질기의 성능 유지를 위한 보수관리가 필요하고, 개질반응(reforming)이 일어나기 위해서는 다량의 스팀 등 열에너지가 필요하기 때문에 추가적인 연료 연소가 필수적이라는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 개선하고자 하는 것으로서, VOC를 엔진의 연료로서 안정적으로 공급할 수 있는 VOC 연료 공급 시스템 및 방법 그리고 VOC를 연료로 사용하는 선박을 제공하고자 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진; 휘발성 유기 화합물(VOC; Volatile Organic Compounds)을 연료로서 상기 엔진에 공급하는 VOC 공급부; 상기 VOC 공급부와 엔진을 연결하며, 상기 VOC 공급부로부터 엔진으로 기체 상태의 VOC 연료가 이송되는 경로인 연료 공급라인; 및 상기 연료 공급라인에 구비되며, 상기 엔진의 상류에서 상기 VOC 연료에 포함된 액체 상태의 재응축 VOC를 걸러내는 드레인 필터;를 포함하는, VOC 연료 공급 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 드레인 필터는, 하부에 구비되는 깔대기 형상의 호퍼; 및 상부에 구비되며, 일단은 상기 연료 공급라인으로부터 연장되고 타단은 상기 호퍼를 향해 절곡된 형상으로서, 상기 드레인 필터 내부로 상기 VOC 연료를 유입시키는 가스 유입 파이프;를 포함하여, 상기 VOC 연료에 포함된 액체 상태의 재응축 VOC는 상기 호퍼 아래에 수집되고, 액체 상태의 재응축 VOC가 분리된 기체 상태의 VOC 연료만 배출될 수 있다.

바람직하게는, 상기 엔진으로 상기 VOC보다 열량이 높은 가스 연료를 공급하는 가스 공급부; 및 상기 가스 공급부로부터 공급받은 가스 연료와 상기 VOC 공급부로부터 공급받은 VOC 연료를 혼합한 혼합 가스연료를 상기 엔진에 공급하는 연료 혼합부;를 더 포함하며, 상기 엔진은 상기 혼합 가스연료를 가스 연료로서 공급받을 수 있다.

바람직하게는, 상기 드레인 필터에 수집된 액체 상태의 재응축 VOC를 회수하는 재응축 VOC 재활용 수단;을 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 재응축 VOC 재활용 수단은, 상기 드레인 필터 상류의 연료 공급라인에 구비되며, 상기 엔진으로 공급되는 가스 연료의 온도를 측정하는 연료 온도 측정부; 및 상기 연료 온도 측정부의 온도 측정값이 미리 설정된 온도보다 낮아지면, 상기 VOC 공급부의 작동을 중단시키는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 재응축 VOC 재활용 수단은, 상기 드레인 필터의 수위를 측정하는 레벨 측정부; 상기 드레인 필터로부터 엔진으로의 유체 흐름을 차단하기 위한 필터 차단밸브; 상기 필터 차단밸브와 엔진 사이 및 상기 엔진으로부터 가스 연료를 벤팅시키기 위한 벤팅밸브; 및 상기 레벨 측정부에 의한 수위 측정값이 미리 설정된 수위에 도달하게 되면 상기 VOC 공급부의 작동을 중단시키고 상기 필터 차단밸브를 폐쇄하며 상기 벤팅밸브를 개방하는 제어부;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 재응축 VOC 재활용 수단은, 상기 드레인 필터에 수집된 액체 상태의 재응축 VOC를 배출시키는 LVOC 회수밸브; 상기 드레인 필터로부터 배출된 재응축 VOC를 저장하는 LVOC 회수탱크; 및 상기 LVOC 회수탱크에 저장된 재응축 VOC를 상기 VOC 공급부로 공급하는 LVOC 이송펌프;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 재응축 VOC 재활용 수단은, 상기 드레인 필터로 불활성 가스를 공급하여 상기 드레인 필터에 수집된 재응축 VOC를 상기 드레인 필터로부터 배출시키는 불활성 가스 공급부;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 재응축 VOC 재활용 수단은, 상기 드레인 필터로 불활성 가스를 공급할 때 상기 VOC 공급부와 드레인 필터 사이를 차단하기 위한 이중차단 밸브 유닛; 상기 드레인 필터로 불활성 가스를 공급할 때 상기 드레인 필터와 엔진 사이를 차단하기 위한 필터 차단밸브; 상기 연료 공급라인으로부터 드레인 필터로 공급되는 유체의 압력을 측정하는 연료 압력 측정부; 상기 드레인 필터에 수집된 액체 상태의 재응축 VOC를 배출시키는 LVOC 회수밸브; 및 상기 연료 압력 측정부에 압력 측정값이 미리 설정된 압력에 도달하게 되면, 상기 LVOC 회수밸브를 개방하는 제어부;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 이중차단 밸브 유닛은, 상기 이중차단 밸브 유닛을 통과하는 유체의 압력을 조절하는 밸브를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 연료 압력 측정부의 압력 측정값이 미리 설정된 압력 변화율을 초과하지 않도록 상기 이중차단 밸브 유닛의 개도를 제어하여, 상기 드레인 필터로 공급되는 불활성 가스의 압력을 조절할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 VOC 공급 시스템을 포함하는, VOC를 연료로 사용하는 선박이 제공된다.

바람직하게는, 상기 선박은, 불활성 가스를 생성하여 선내 불활성 가스 수요처로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부; 상기 불활성 가스 공급부와 상기 연료 공급라인을 연결하는 불활성 가스 공급라인; 상기 불활성 가스 공급라인에 구비되며 상기 연료 공급라인으로의 불활성 가스의 흐름을 제어하기 위한 퍼징 차단밸브 유닛; 및 상기 연료 공급라인에, 상기 불활성 가스 공급라인이 연결되는 지점보다 상류에 구비되며, 상기 엔진으로의 연료 흐름을 제어하기 위한 가스 차단밸브 유닛;을 포함하고, 상기 드레인 필터는 상기 가스 차단밸브 유닛의 하류에 구비되며, 상기 드레인 필터에 수집된 재응축 VOC는, 상기 선박에 구비되는 퍼징 차단밸브 유닛 및 가스 차단밸브 유닛의 제어에 의해, 상기 불활성 가스의 압력으로 상기 드레인 필터로부터 배출될 수 있다.

바람직하게는, 상기 선박의 어퍼데크에 개방된 공간에 마련되고, 상기 드레인 필터로부터 배출된 재응축 VOC를 저장하는 LVOC 회수탱크; 및 상기 LVOC 회수탱크에 저장된 재응축 VOC가 상기 엔진의 연료로서 공급되도록 상기 재응축 VOC를 상기 VOC 공급부로 공급하는 LVOC 이송펌프;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 의하면, 휘발성 유기 화합물(VOC; Volatile Organic Compounds)을 엔진에서 요구하는 온도 및 압력으로 조절하여 기체 상태의 VOC 가스 연료를 생성하는 단계; 상기 기체 상태의 VOC 가스 연료를 엔진에 공급하기 전에 드레인 필터를 통과시키는 단계; 및 상기 드레인 필터를 통과시킨 VOC 가스 연료를 상기 엔진에 공급하는 단계;를 포함하며, 상기 드레인 필터를 통과시키는 단계에 의해, 상기 엔진에서 요구하는 엔진에 공급되는 과정에서 응축된 액체 상태의 재응축 VOC를 분리하고, 기체 상태의 VOC 가스 연료만 상기 엔진에 공급하는, VOC 연료 공급 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 기체 상태의 VOC 가스 연료를 생성하는 단계는, 상기 VOC와 상기 VOC보다 열량이 높은 가스 연료를 혼합하여 혼합 가스연료를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 드레인 필터에 분리된 액체 상태의 재응축 VOC를 배출시키는 단계; 및 상기 배출시킨 재응축 VOC를 상기 기체 상태의 VOC 가스 연료를 생성하는 단계로 공급하는 재활용 단계;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 재응축 VOC를 배출시키는 단계는, 상기 드레인 필터 상류에서 상기 VOC 가스 연료의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 온도를 측정하는 단계에서 측정한 온도 측정값이 미리 설정된 온도보다 낮으면, 상기 재응축 VOC를 배출시키기 전에, 상기 VOC 가스 연료를 생성하는 단계를 중단시키는 VOC 연료 공급 중단 단계;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 재응축 VOC를 배출시키는 단계는, 상기 드레인 필터의 수위를 측정하는 단계; 및 상기 수위를 측정하는 단계에서 측정한 수위 측정값이 미리 설정된 수위에 도달하게 되면, 상기 재응축 VOC를 배출시키기 전에 상기 엔진에 공급하는 단계를 중단시키고, 상기 드레인 필터와 엔진 및 엔진으로부터 VOC 가스 연료를 벤팅시키는 VOC 연료 벤팅 단계;를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 재응축 VOC를 배출시키는 단계는, 상기 드레인 필터의 상류 및 하류를 차단하는 단계; 및 상기 상류 및 하류가 차단된 드레인 필터로 불활성 가스를 공급하는 단계;를 포함하여, 상기 불활성 가스의 압력에 의해 드레인 필터로부터 재응축 VOC를 배출시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 불활성 가스를 공급하는 단계는, 상기 드레인 필터 상류의 압력을 측정하는 단계; 및 상기 압력을 측정하는 단계에서 측정한 압력 측정값이 미리 설정된 압력 변화율을 초과하지 않도록, 상기 불활성 가스의 압력을 조절하여 공급하는 압력 조절 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 VOC 연료 공급 시스템 및 방법 그리고 VOC를 연료로 사용하는 선박은, 대기에 방출될 경우 유해한 VOC를 엔진의 연료로 사용할 수 있어 환경오염을 방지할 수 있고, 또한, 선박의 에너지 효율을 높일 수 있다.

VOC를 엔진의 연료로 공급할 때, 엔진에서 요구하는 압력 조건에 맞게 압축하면, VOC의 이슬점이 높아져 상온에서도 응축될 수 있는데, 응축된 액체 상태의 VOC가 가스 연료 모드로 운전되는 엔진에 유입되면, 엔진 연소에 문제를 일으킬 수 있다. 본 발명은, 응축된 액체 상태의 VOC를 엔진에 공급되기 전에 가스 연료로부터 안전하게 분리제거하고, 응축된 액체 상태의 VOC가 가스 연료 모드로 운전되는 엔진에 공급되면서 발생하는 문제들을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 엔진에 공급되기 전에 가스 연료로부터 분리된 액체 상태의 VOC를 회수하여 엔진의 연료로 재활용할 수 있다.

또한, 선박 또는 엔진의 연료 공급 시스템에 필수적으로 구비되는 기존 구성들을 최대한 활용하여, VOC를 회수하고 재활용하는 공정 및 장치 구성을 단순화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 VOC 연료 공급 시스템이 구비된 선박의 일부를 간략하게 도시한 도면이다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시예에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 VOC 연료 공급 시스템 및 방법은, 선박에 적용되는 것을 예로 들어 설명하지만, 육상에서 적용될 수도 있다.

또한, 후술하는 본 발명의 실시예들은, 생산된 원유를 화물로서 운반하는 원유 운반선(crude oil carrier 또는 crude oil tanker)에 적용되는 것을 예로 들어 설명한다. 그러나, 본 발명은 해상에서 원유를 생산하는 부유식 원유생산저장하역 설비(FPSO; Floating, Production, Storage and Offloading Unit), 생산된 원유를 운반하는 석유제품을 운반하는 석유제품 운반선(product carrier), 생산된 원유를 저장할 수 있는 부유식 저장설비(FSU; Floating and Storage Unit) 등 오일 저장탱크가 마련되며, VOC가 발생하여 환경적 위험성이 잠재하고, 연료유와 가스연료를 모두 연료로 사용할 수 있는 이중연료엔진이 구비된 모든 선박 또는 해상 부유 구조물에 적용할 수 있다.

또한, 후술하는 본 발명의 일 실시예에서 선박은, 가스 연료로서 액화가스를 연료로 사용하는 LFS(Liquefied gas Fueled Ship)일 수 있다.

여기서 액화가스는 VOC보다 열량이 높은 물질로서, 메탄 및/또는 에탄을 포함하는 물질일 수 있으며, 예를 들어, LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas) 및 암모니아(NH₃)를 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 액화가스일 수 있다.

다만, 후술하는 실시예에서는 엔진의 가스연료로서는 LNG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 하며, LNG가 자연기화하여 생성된 증발가스(BOG; Boil-Off Gas) 또는 LNG를 기화시켜 생성한 천연가스는 단독 또는 VOC와 혼합하여 엔진의 연료로 사용할 수 있다.

또한, 후술하는 본 발명의 일 실시예에서 엔진은, 연료유와 천연가스를 선택적으로 또는 혼합하여 연료로 사용할 수 있는 이중연료 엔진일 수 있으며, 고압가스 분사엔진, 중압가스 분사엔진 및 저압가스 분사엔진 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

이하, 도 1을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 VOC 연료 공급 시스템 및 방법 그리고 VOC를 연료로 사용하는 선박을 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 VOC 연료 공급 시스템은, 엔진(500)과, 휘발성 유기화합물(VOC; Volatile Organic Compounds)을 엔진(500)에서 요구하는 압력 및 온도 조건으로 조절하여 VOC 가스 연료를 엔진(500)에 공급하는 VOC 공급부와, VOC보다 열량이 높은 가스 연료를 엔진(500)에서 요구하는 압력 및 온도 조건으로 조절하여 공급하는 가스 공급부와, VOC와 가스 연료를 혼합하여 혼합 가스연료를 생성하는 연료 혼합부(400)를 포함한다.

본 실시예의 엔진(500)은, 가스와 오일을 연료로서 선택적으로 사용할 수 있는 이중연료 엔진(dual fuel engine)으로서, 가스연료를 연료로 사용하는 가스 연료 모드와, 오일(연료유)을 연료로 사용하는 오일 연료 모드로 작동할 수 있다.

본 실시예에 따른 VOC 연료 공급 시스템 및 방법은, 엔진(500)이 가스 연료 모드로 작동할 때 가스 연료를 엔진(500)의 연료로 공급할 수 있다. 엔진(500)이 가스 연료 모드로 작동할 때 엔진(500)은, 천연가스와, VOC와, 천연가스 및 VOC를 혼합한 혼합 가스연료 중 어느 하나를 가스 연료로서 공급받을 수 있으며, 본 실시예에서는 엔진(500)이 가스 연료 모드로 작동하고, 혼합 가스연료를 연료로 공급하는 것을 기준으로 설명하기로 한다.

또한, 본 실시예에서 엔진(500)은 선박의 추진을 위한 메인엔진 또는 전력을 생산하기 위한 발전엔진 중 어느 하나 이상을 포함하여, 하나 이상 마련될 수 있다.

한편, 엔진(500)은 선박의 안전 규정상 위험구역(dangerous zone)으로 분류되는 엔진룸(ER) 내에 설치되어야 한다. 엔진룸(ER)은 선박의 어퍼데크(upper deck)의 하부에 배치된다.

엔진(500)이 가스를 연료로 사용하는 엔진인 경우 엔진룸(ER)을 통과하는 가스 파이프(연료 공급라인(FL))는 이중관(double wall)(510)으로 구성되어야 한다.

이중관(510)은 엔진(500) 내부 연소실까지 연장되어 구비될 수 있으며, 연료 혼합부(400)로부터 연료 공급라인(FL)을 통해 이송된 혼합연료는 이중관(510)을 통해 유동하다가 엔진(500)의 연소실로 분사된다.

한편, 엔진(500)의 연소실로 분사되지 못하고 회수되는 가스연료, 또는 가스트립 등 엔진(500)에 문제가 발생하였을 때 배출시켜야 하는 가스연료는, 엔진(500)으로부터 벤트 마스트로 연결되는 제1 벤팅라인(VL1)을 통해 벤트 마스트로 벤팅될 수 있다. 제1 벤팅라인(VL1)에는 개폐제어에 의해 엔진(500) 및 이중관(510)에 채워져 있는 유체를 벤팅 또는 퍼징시키도록 작동하는 벤팅밸브(520)가 구비될 수 있다.

이중관(510)의 내관(inner pipe)과 외관(outer pipe) 사이 공간, 즉 외관 내에는 내관으로부터 가스가 누출될 때 발생하는 각종 사고를 방지하기 위하여 공기가 채워져 있어야 하며, 외관에 채워지는 공기는 주기적으로 교체시키는 환기 작업(ventilation)을 실시하도록 규정되어 있다.

가스 연료 선박에 대한 안전규정(IGF code; International Code of Safety for Ships using Gases or other Low-flashpoint Fuels) 상 이중관(510)의 환기 작업은 시간당 30회 실시하도록 규정(이른바 '30 air change rule')하고 있다. 환기 작업을 실시함으로써, 가스가 내관으로부터 외관으로 누출되더라도 환기되는 공기와 함께 가스가 외부로 배출될 수 있어 가스 누출에 의해 발생하는 위험을 예방할 수 있다.

또한, 엔진(500)으로 연료를 공급하기 위해서는, 연료 공급을 제어하는데 사용되는 가스밸브유닛(GVU; Gas Valve Unit)이 설치되는 GVU룸(GR)도 어퍼데크 하부에 위험지역인 엔진룸(ER)과 인접하여 배치된다.

GVU룸(GR) 역시 위험구역인 엔진룸(ER)에 인접하여 배치되기 때문에, GVU룸(GR) 내 내부 공기를 시간당 30회 교체해주는 환기 작업을 실시해야 한다.

환기용 공기는 화물칸(cargo area) 등 개방된 안전구역(safety area)으로 구분되는 공기를 흡입(suction)하여 사용해야 한다고 규정하고 있다.

따라서, 선박에는 이중관(510) 및 GVU룸(GR)에 공급할 환기용 공기로서 선내 화물공간(cargo space)등 선내 규정상 비위험 개방형 구역(non-hazardous open area)으로 규정된 장소로부터 외부공기를 흡입하는 댐퍼(720)와, 이중관(510) 및 GVU룸(GR) 내 내부공기를 외부로 배출시키기 위한 배출덕트(710) 및 환기팬(700)이 구비된다.

댐퍼(720)에는 화재가 발생하더라도 화염이 퍼지지 않도록 플레임 스크린(flame screen)이 설치될 수 있다.

본 실시예의 VOC 공급부는, 연료유 또는 원유를 저장하는 카고탱크(100)로부터 이송된 VOC를 압축하는 VOC 압축기(230)와, VOC 압축기(230)에서 VOC가 압축되면서 얻은 압축열을 냉각시키는 냉각부(240)와, VOC 압축기(230)에서 압축된 VOC를 액화시키는 응축기(250)와, 응축기(250)에서 압축 VOC가 응축되어 생성된 액체상태의 VOC, 즉 LVOC를 저장하는 LVOC 탱크(200)와, LVOC 탱크(200)로부터 배출된 LVOC를 기화시켜 엔진(500)의 연료로 공급하는 LVOC 기화기(220)와, 엔진(500)의 연료로 공급할 LVOC를 LVOC 탱크(200)로부터 배출시켜 LVOC 기화기(220)로 이송하는 LVOC 공급펌프(210)를 포함한다.

또한, 본 실시예의 가스 공급부는, 엔진(500)에 공급할 가스 연료를 저장하는 연료탱크(300)와, 연료탱크(300)로부터 배출된 액화천연가스(LNG)를 기화시키는 LNG 기화기(320)와, 엔진(500)의 연료로 공급할 LNG를 연료탱크(300)로부터 배출시켜 LNG 기화기(320)로 이송하는 연료 공급펌프(310)와, 연료탱크(300)로부터 이송된 증발가스(BOG)를 엔진(500)에서 요구하는 온도로 조절하는 BOG 히터(330)를 포함한다.

본 실시예의 연료탱크(300)에는 가스 연료가 액체 상태, 즉 LNG의 상태로 저장될 수 있다. 또한, 본 실시예의 연료탱크(300)는 상압보다 높은 압력으로 가압된 상태로 운용되는 가압형 압력탱크일 수 있다.

본 실시예의 연료 혼합부(400)는, VOC 공급부로부터 이송된 VOC와 가스 공급부로부터 이송된 천연가스를 혼합하여 엔진(500)에 공급할 수 있다.

VOC 또는 가스 연료를 각각 엔진(500)의 연료로서 단독 공급할 수도 있으나, VOC는 열량이 낮아 엔진(500)의 가스 연료로서 단독 공급할 경우 연소의 효율성이 떨어진다. 본 실시예에 따르면, 연료 혼합부(400)를 구비하여 VOC를 천연가스와 혼합한 혼합 가스연료를 엔진(500)의 연료로서 공급할 수 있다.

연료 혼합부(400)에서는 LVOC 기화기(220)에서 기화된 VOC와, LNG 기화기(320)에서 기화된 천연가스가 혼합되며, 필요에 따라서는 BOG 히터(330)에서 가열된 증발가스가 더 혼합될 수도 있다.

연료 혼합부(400)에서 혼합된 VOC와 천연가스의 혼합 가스연료는, 연료 혼합부(400)와 엔진(500)을 연결하는 연료 공급라인(FL)을 통해 엔진(500)의 연료로서 공급된다.

본 실시예에서 VOC 공급부, 가스 공급부 및 연료 혼합부(400)는 선박의 어퍼데크(upper deck) 상부에 구비될 수 있고, 엔진(500)은 어퍼데크 하부에 구비되는 별도의 엔진룸(ER)에 구비될 수 있다. 이 경우 연료 혼합부(400)로부터 엔진(500)으로 연결되는 연료 공급라인(FL)은, 어퍼데크의 상부(제1 구간)와, GVU룸(GR) 내부(제2 구간)와, 엔진룸(ER) 내부(제3 구간)를 순차적으로 통과하여 구비된다. 이 때 제1 구간은 외기에 노출되어 있으므로 제1 구간에 구비되는 연료 공급라인(FL)은 단열 처리되어 있을 수 있고, 제3 구간에 구비되는 연료 공급라인(FL)은 안전 규정상 이중관(510)으로 마련될 수 있다.

본 실시예에서 혼합 가스연료는 최대 약 25%의 VOC와 약 75%의 천연가스를 포함할 수 있으나, VOC와 천연가스의 혼합비율은 엔진(500)의 부하에 따라서 조절할 수 있다. 엔진(500)의 부하가 높아지면 상기 혼합비율에서 천연가스의 혼합비율은 높이고 VOC의 혼합비율은 낮춤으로써 혼합비율을 조정하여 엔진(500)의 부하 상승에 대응할 수 있다.

한편, VOC는 대기압 하에서는 가스 상태로 존재하지만, 엔진(500)에서 필요로 하는 압력으로 압축하게 되면, 이슬점(dew point)이 높아지게 되고, 따라서 추가로 가열해주지 않으면 상온에서도 응축될 수 있는 특성을 가진다.

예를 들어, 10 bar에서 VOC의 이슬점은 약 25℃이다. 즉, 엔진(500)이 약 10 bar의 가스 연료 압력을 요구하는 발전엔진인 경우, VOC 공급부를 VOC를 10 bar로 압축하도록 설계하면, 10 bar로 압축된 VOC가 엔진(500)으로 공급되는 과정에서 25℃ 이하의 환경이 된다면 액체 상태로 응축되는 것이다.

즉, VOC를 엔진(500)의 연료로 사용하기 위해서는, VOC의 압력과 온도를 엔진(500)에서 요구하는 수준으로 유지시켜 공급해야 하지만, VOC의 온도가 이슬점 온도보다 낮아지게 되면 VOC는 응축될 수밖에 없다.

또한, 연료 혼합부(400)에서 VOC와 천연가스를 혼합하더라도, 화학적 조성이 완벽하게 섞이는 것은 불가능하므로, VOC의 천연가스의 혼합 가스연료 중 일부의 VOC가 낮은 온도에서 응축될 가능성도 있다.

이처럼 응축된 VOC가 액체 상태로 엔진(500)에 그대로 유입되면, 미스파이어링(misfiring), 폭발 등 여러 사고를 유발할 수 있다.

다시 응축된 VOC를 기화시키려면, 6 bar를 기준으로 약 90℃ 이상으로 가열해야한다. 즉, 재응축 VOC가 엔진(500)으로 유입되지 않더라도, 재응축 VOC를 가열하는 수단을 별도로 설치하지 않는 한은 기화되지 못하고 연료 공급라인(FL) 상에 계속 남아있게 되는 것이다.

본 실시예에 따르면, 연료 혼합부(400)로부터 엔진(500)으로 공급되는 과정에서 응축되어 혼합 가스연료 중에 섞여 있는 액체 상태의 재응축 VOC가 엔진(500)에 공급되지 않도록 혼합 가스연료로부터 분리하고, 또한 혼합 가스연료로부터 분리된 액체 상태의 재응축 VOC를 연료 공급라인(FL)으로부터 제거하며, 제거된 재응축 VOC를 회수하여 다시 엔진(500)의 연료로 재활용하기 위한 재응축 VOC 재활용 수단을 더 포함할 수 있다.

즉, 본 실시예의 재응축 VOC 재활용 수단은, VOC를 엔진(500)의 연료로 사용하는 선박 또는 VOC를 엔진(500)의 연료로 공급하는 연료 공급 시스템에는 필수로 적용될 수 있다.

본 실시예의 재응축 VOC 재활용 수단은, 연료 공급라인(FL)에 마련되며 연료 공급라인(FL)을 따라 엔진(500)에 공급되는 혼합 가스연료의 온도를 측정하는 연료 온도 측정부(410)와, 연료 공급라인(FL)을 따라 엔진(500)에 공급되는 혼합연료의 압력을 측정하는 연료 압력 측정부(420)와, 연료 공급라인(FL)을 따라 엔진(500)으로 이송되는 혼합연료에 포함된 액체 상태의 재응축 VOC를 포집하는 드레인 필터(430)를 포함한다.

또한, 드레인 필터(430)에는, 드레인 필터(430)에 모인 액체 상태의 재응축 VOC의 수위를 측정하는 레벨 측정부(440)와, 드레인 필터(430)에 모인 재응축 VOC를 배출시키는 LVOC 회수밸브(460)가 마련될 수 있다.

본 실시예의 연료 온도 측정부(410), 연료 압력 측정부(420) 및 드레인 필터(430)는 연료 공급라인(FL)의 제2 구간, 즉 GVU룸(GR) 내부에 마련될 수 있다.

또한, 본 실시예의 재응축 VOC 재활용 수단은, 드레인 필터(430)로부터 배출된 재응축 VOC를 회수하여 저장하는 LVOC 회수탱크(470)와, 드레인 필터(430)와 LVOC 회수탱크(470)를 연결하며 드레인 필터(430)로부터 배출되는 재응축 VOC가 VOC 회수탱크(470)로 이송되는 경로를 제공하는 LVOC 회수라인(RL)과, LVOC 회수탱크(470)에 수집된 재응축 VOC를 가압하여 LVOC 탱크(200)로 이송하는 LVOC 이송펌프(480)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예의 LVOC 회수탱크(470)와 LVOC 이송펌프(480)는 어퍼데크 상부의 개방된 공간에 마련될 수 있다.

본 실시예에 따르면, LVCO 회수탱크(470)에 회수된 재응축 VOC는 LVOC 이송펌프(480)에 의해, LVOC 회수탱크(470)와 LVOC 탱크(200)를 연결하는 LVOC 회수라인(RL)을 따라 LVOC 탱크(200)로 이송되어, LVOC 탱크(200)에 저장된다. 즉, 본 실시예에 따르면, 드레인 필터(430)로부터 회수된 재응축 VOC는 VOC 공급부를 통해 엔진(500)의 연료로서 재 공급될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 액체 상태의 VOC가 엔진(500)에 유입될 경우 폭발 등의 위험성에 노출되기 때문에, 본 실시예의 드레인 필터(430)는 연료 공급라인(FL)의 제2 구간, 보다 구체적으로는 가스밸브유닛(530, 610)과 이중관(510) 사이에 구비될 수 있다.

본 실시예에서 엔진(500)으로 이송되는 혼합 가스연료는 연료 공급라인(FL)을 유동하면서 드레인 필터(430)를 통과하게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 드레인 필터(430)의 상부에는 혼합 가스 연료가 유입되는 가스 유입 파이프(gas inlet pipe)가 구비되고, 하부에는 깔대기 형상의 호퍼(hopper)가 마련된다.

즉, 연료 공급라인(FL)을 통해 엔진(500)으로 공급되는 혼합 가스연료는, 엔진(500)에 공급되기 전에 드레인 필터(430)의 가스 유입 파이프를 통해 드레인 필터(430)로 유입되고, 드레인 필터(430)를 통과하는 과정에서 혼합 가스연료에 포함된 액체 상태의 VOC는 호퍼를 통해 아래 부분에 모이도록 구성된다.

또한, 드레인 필터(430)의 가스 유입 파이프는 드레인 필터(430) 내부 공간으로 연장되고 끝단이 아래 방향으로 절곡된 형태('ㄱ'자)로서, 절곡된 부분은 아래 방향의 호퍼를 마주하도록 구성될 수 있다.

본 실시예의 레벨 측정부(440)는, 드레인 필터(430)에 모인 액체 상태의 재응축 VOC의 수위를 감지하여 수위 정보를 제어부(800)에 송신할 수 있다. 또한, 레벨 측정부(440)는, 드레인 필터(430)에 모인 액체 상태의 재응축 VOC의 수위(liquid level)를 감지하고, 수위 측정값이 미리 설정된 수위에 도달하게 되면 알람을 발생시켜 작업자에게 알리는 기능을 더 가질 수도 있다.

레벨 측정부(440)에 의해 수위 측정값이 미리 설정된 수위에 도달하였음이 감지되면, 제어부(800)는 엔진(500)의 운전 모드를 가스 연료 모드에서 오일 연료 모드로 전환하여, 엔진(500)에 연료로서 연료유가 공급되도록 시스템을 제어할 수 있다. 또는, 엔진(500)의 운전 모드를 가스를 단독으로 연료로 사용하는 모드로 전환하여, 가스 공급부를 이용하여 가스연료를 엔진(500)에 연료로서 공급할 수도 있을 것이다.

엔진(500)의 운전 모드가 오일 연료 모드로 전환되면, VOC 공급부 및 가스 공급부는 운전 정지되고, 도시하지 않은 연료유 공급부(미도시)를 작동시켜 카고탱크(100) 또는 별도의 연료유 저장탱크(미도시)에 저장된 연료유를 엔진(500)의 연료로서 공급할 수 있다.

또한, 본 실시예의 레벨 측정부(440)는, 자외선으로 수위를 감지하는 UV 타입의 레벨 스위치를 적용하는 것이 바람직하다. 액체 상태의 VOC는 비중이 약 0.4로 매우 작기 때문에, 레벨 측정부(440)는 부력을 이용하여 수위를 감지하는 볼 플롯 타입(ball float type)의 레벨 스위치(level switch)는 적용이 불가하다.

한편, 본 실시예의 연료 온도 측정부(410)는, 연료 공급라인(FL)을 따라 연료 혼합부(400)로부터 엔진(500)으로 공급되는 혼합 가스연료의 온도를 측정하는 수단이다.

연료 온도 측정부(410)에 의해 측정된 온도 측정값은 제어부(800)에 송신될 수 있다. 제어부(800)는 연료 온도 측정부(410)로부터 온도 정보를 전달받고, 온도 측정값이 미리 설정된 온도보다 낮아지면 LVOC 공급펌프(210)의 작동을 중단(shut off)시키도록 구성될 수 있다.

즉, 제어부(800)는 연료 온도 측정부(410)의 온도 측정값을 이용하여, 재응축 VOC가 발생하였거나 또는 VOC가 재응축되는 조건이라고 판단되면, LVOC 탱크(200)로부터 연료 혼합부(400)로의 VOC 연료 공급을 차단하는 안전장치로서의 제어 로직을 구현할 수 있다.

본 실시예에서 VOC가 재응축되는 조건은 30℃일 수 있다. 즉, 제어부(800)는 연료 온도 측정부(410)의 온도 측정값이 30℃ 이하이면, LVOC 공급펌프(210)의 작동을 중단시킬 수 있다.

한편, GVU룸(GR)에 구비되며 가스 연료 공급을 제어할 수 있는 가스밸브유닛은, 이중 차단밸브 유닛(530, 610)를 포함한다. 이중 차단밸브 유닛(530, 610)은, 개폐제어에 의해 유체의 흐름을 개방 및 차단하며 간격을 두고 직렬로 설치되는 2개의 셧오프 밸브(shut off valve)(531, 611)와, 2개의 셧오프 밸브(531, 611) 사이의 배관라인으로부터 분기되어 벤트 마스트로 연결되는 라인(VL2, VL3) 상에 마련되며 배관라인에 잔존하고 있는 유체를 벤팅시키는 압력조절밸브(532, 612)를 포함하여 구성된다.

이중 차단밸브 유닛(530, 610)은, 연료 공급라인(FL) 상에 배치되는 가스 차단밸브 유닛(530)을 포함하며, 가스 차단밸브 유닛(530)은, 2개의 가스 셧오프 밸브(531)와, 2개의 가스 셧오프 밸브(531) 사이의 연료 공급라인(FL)으로부터 분기되어 벤트 마스트로 연결되는 가스 벤팅라인(VL2)에 배치되는 가스 압력조절밸브(532)를 포함한다.

예를 들어, 엔진(500)의 가스 트립(gas trip)이 발생하면, 2개의 가스 셧오프 밸브(531)가 폐쇄되고 가스 연료의 흐름이 차단된다. 가스 연료의 흐름을 차단함으로써 2개의 가스 셧오프 밸브(531) 사이에 상승한 압력 증가분은, 가스 압력조절밸브(532)가 개방되어 가스 벤팅라인(VL2)을 통해 가스가 배출되면서 낮아지도록 작동된다.

한편, 엔진(500)의 연료 공급 모드를 전환하거나, 가스 트립 등 연료 공급 문제를 해결한 후 엔진(500)의 재시동을 위해서는 연료 공급라인(FL)에 잔존하고 있는 유체를 제거하고 불활성 가스를 공급하여 퍼징을 실시해주어야 한다.

따라서, 연료 공급라인(FL)의 가스 차단밸브 유닛(530) 하류에는, 선박에 설치되며, 불활성 가스, 예를 들어 질소를 생성 및 공급해주는 불활성 가스 공급부(600)와 연통되어 연료 공급라인(FL)으로의 불활성 가스의 공급 경로가 되는 불활성 가스 공급라인(NL)이 배치된다.

본 실시예의 이중 차단밸브 유닛(530, 610)은, 불활성 가스 공급라인(NL) 상에 배치되는 퍼징 차단밸브 유닛(610)을 포함한다.

퍼징 차단밸브 유닛(610)은, 2개의 퍼징 셧오프 밸브(611)와, 2개의 퍼징 셧오프 밸브(611) 사이의 불활성 가스 공급라인(NL)으로부터 분기되어 벤트 마스트로 연결되는 퍼징 벤팅라인(VL3)에 배치되는 퍼징 압력조절밸브(612)를 포함한다.

예를 들어, 평상시에는 2개의 퍼징 셧오프 밸브(611)가 폐쇄되어 있어 불활성 가스 공급라인(NL)이 이중차단되고, 퍼징 압력조절밸브(612)는 개방되어 연료 공급라인(FL)을 따라 이송되는 가스가 불활성 가스 공급라인(NL)으로 역류하는 것을 원천적으로 차단하도록 작동된다. 평상시에는 2개의 퍼징 셧오프 밸브(611)가 폐쇄되어 있으므로, 연료 공급라인(FL)으로부터 가스가 불활성 가스 공급라인(NL)으로 역류하더라도 퍼징 셧오프 밸브(611)에 의해 이중차단됨으로써, 역류한 가스가 벤트 마스트로 이동하게 된다.

본 실시예에서 퍼징 셧오프 밸브(611)는, 압력조절(throttling)이 가능한 밸브로서, 개폐속도를 조절함으로써 퍼징 셧오프 밸브(611)를 통과하는 불활성 가스의 압력을 서서히 높이거나 내릴 수 있다.

본 실시예에 따르면, 기존의 가스 엔진 기반의 연료 공급 시스템에 필수로 마련되는 불활성 가스 공급부(600)와, 불활성 가스 공급라인(NL)과, 가스밸브유닛(530, 610)을 이용하여 드레인 필터(430)에 모인 재응축 VOC를 회수할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 드레인 필터(430)에 모인 재응축 VOC를 회수하기 위하여, 드레인 필터(430)와 이중관(510) 사이의 연료 공급라인(FL)에 설치되며, 드레인 필터(430)로부터 재응축 VOC를 배출시킬 때, 재응축 VOC가 이중관(510)으로 유입되지 않도록 경로를 차단할 수 있는 필터 차단밸브(450)를 더 포함할 수 있다.

이하, 연료 혼합부(400)로부터 엔진(500)으로 혼합 가스연료를 공급하면서 생성된 재응축 VOC를 회수하는 방법은 다음과 같다.

먼저, 연료 혼합부(400)으로부터 혼합 가스연료는, 연료 공급라인(FL)을 통해 연료 온도 측정부(410), 가스 차단밸브 유닛(530) 및 연료 압력 측정부(420), 드레인 필터(430) 및 이중관(510)을 순서대로 거쳐 엔진(500)으로 이송되는데, 혼합 가스연료가 이송되는 중에 생성된 액체 상태의 재응축 VOC는 가스 차단밸브 유닛(530)의 하류이자 이중관(510)의 상류에서 드레인 필터(430)에 의해 걸러진다.

레벨 측정부(440)는 드레인 필터(430)에 수집된 재응축 VOC의 수위를 측정하여 제어부(800)에 수위 정보를 전달한다. 제어부(800)는 레벨 측정부(440)에 의해 측정한 수위가 미리 설정된 수준을 초과하는 것으로 감지되면, 엔진(500)의 가스 연료 모드를 중단시키고 오일 연료 모드로 전환한다.

엔진(500)의 가스 연료 모드가 중단되면, 벤팅밸브(520)는 자동으로 또는 제어부(800)의 지시에 의해 개방되도록 작동된다. 즉, 엔진(500)의 가스 연료 모드가 중단되면, 벤팅밸브(520)가 개방되어 이중관(510) 및 엔진(500)에 남아 있는 혼합 가스연료가 제1 벤팅라인(VL1)을 통해 벤트 마스트로 벤팅된다.

필터 차단밸브(450)는 엔진(500)이 가스 연료 모드로 운전될 때에는 개방되어 있다가, 이중관(510) 및 엔진(500)에 남아 있는 혼합 가스연료가 모두 벤팅되면, 자동으로 또는 제어부(800)에 의해 폐쇄되도록 작동된다.

또한 제어부(800)는, 필터 차단밸브(450)가 폐쇄되면 가스 셧오프 밸브(531)는 폐쇄되고, 퍼징 셧오프 밸브(611)는 개방되어, 불활성 가스 공급부(600)로부터 불활성 가스가 가스 차단밸브 유닛(530) 하류의 드레인 필터(430)로 유입되도록 제어할 수 있다.

액체 상태의 VOC, 즉 LVOC는 비중이 약 0.4이므로, 불활성 가스(예를 들어, 질소)의 압력을 이용하여 이송할 수 있다.

이 때 제어부(800)는, 가스 차단밸브 유닛(530)과 드레인 필터(430) 사이의 연료 공급라인(FL)에 구비되는 연료 압력 측정부(420)를 이용하여 측정한 압력 측정값을 확인하면서, 압력 측정값이 서서히 증가할 수 있도록 퍼징 셧오프 밸브(611)를 서서히 개방한다.

불활성 가스 공급부(600)로부터 공급되는 불활성 가스의 압력은 약 6 bar인데, 퍼징 셧오프 밸브(611)를 갑자기 개방하게 되면, 상대적으로 높은 압력인 6 bar의 불활성 가스가 갑자기 드레인 필터(430)로 유입되면서 드레인 필터(430)에 수집된 액체 상태의 재응축 VOC가 튀어오르거나 비말동반하는 현상이 발생할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따르면, 퍼징 셧오프 밸브(611)는 드레인 필터(430)로 유입되는 불활성 가스의 압력이 갑작스럽게 증가하지 않도록, 연료 압력 측정부(420)의 압력 측정값에 따라, 시간당 압력 측정값이 미리 설정된 압력 변화율을 초과하지 않도록 퍼징 셧오프 밸브(611)의 개방 속도를 조절하면서 서서히 개방하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예의 제어부(800)는 연료 압력 측정부(420)에 의한 압력 측정값이 미리 설정된 기준값에 도달하게 되면, LVOC 회수밸브(460)를 개방하여, 드레인 필터(430)에 모여 있는 액체 상태의 재응축 VOC를 LVOC 회수라인(RL)을 통해 LVOC 회수탱크(470)로 이송시킨다.

본 실시예의 LVOC 회수탱크(470)는, 선박의 어퍼데크(upper deck) 상부에 설치되며, 또한 안전구역(safety area)으로 분류되는 구역에 설치되어야 한다. LVOC 회수탱크(470)를 안전구역에 설치함으로써 폭발에 의한 위험이 다른 장비 또는 구역에 영향을 미치는 것을 최소화할 수 있다.

제어부(800)는 드레인 필터(430)로부터 LVOC 회수탱크(470)로 재응축 VOC의 이송이 완료되면, 필터 차단밸브(450)를 개방하여 불활성 가스 공급부(600)로부터 질소가 엔진(500)까지 공급되도록 함으로써, 퍼징 작업을 실시할 수 있다.

퍼징 작업이 완료되면, 제어부(800)는 엔진(500)을 다시 가스 연료 모드로 전환하고, 퍼징 셧오프 밸브(611)를 폐쇄하며, 가스 셧오프 밸브(531)를 개방하는 등 연료 혼합부(400)로부터 혼합 가스연료가 엔진(500)에 공급될 수 있도록 각 장비들을 제어할 수 있다.

본 실시예에 따르면, LVOC 회수탱크(470)에 수집된 재응축 VOC는, LVOC 이송펌프(480)를 이용하여 LVOC 탱크(200)로 이송할 수 있으므로, 드레인 필터(430)에 의해 분리된 재응축 VOC를 다시 VOC 공급부로 회수하여 엔진(500)의 가스 연료로서 사용할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

100 : 카고탱크
200 : LVOC 탱크 210 : LVOC 공급펌프
220 : LVOC 기화기 230 : VOC 압축기
240 : 냉각부 250 : 응축기
300 : 연료탱크 310 : 연료 공급펌프
320 : LNG 기화기 330 : BOG 히터
400 : 연료 혼합부 410 : 연료 온도 측정부
420 : 연료 압력 측정부 430 : 드레인 필터
440 : 레벨 측정부 450 : 필터 차단밸브
460 : LVOC 회수밸브 470 : LVOC 회수탱크
480 : LVOC 이송펌프
500 : 엔진 510 : 이중관
520 : 벤팅밸브 530 : 가스 차단밸브 유닛
531 : 가스 셧오프 밸브 532 : 가스 압력조절밸브
600 : 불활성 가스 공급부 610 : 퍼징 차단밸브 유닛
611 : 퍼징 셧오프 밸브 612 : 퍼징 압력조절밸브
700 : 환기팬 710 : 배출덕트
720 : 댐퍼 800 : 제어부
FL : 연료 공급라인 RL : LVOC 회수라인
NL : 불활성 가스 공급라인 VL1, VL2, VL3 : 벤팅라인
ER : 엔진룸 GR : GVU룸

Claims

가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진;
휘발성 유기 화합물(VOC; Volatile Organic Compounds)을 연료로서 상기 엔진에 공급하는 VOC 공급부;
상기 VOC 공급부와 엔진을 연결하며, 상기 VOC 공급부로부터 엔진으로 기체 상태의 VOC 연료가 이송되는 경로인 연료 공급라인; 및
상기 연료 공급라인에 구비되며, 상기 엔진의 상류에서 상기 VOC 연료에 포함된 액체 상태의 재응축 VOC를 걸러내는 드레인 필터;를 포함하는, VOC 연료 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 드레인 필터는,
하부에 구비되는 깔대기 형상의 호퍼; 및
상부에 구비되며, 일단은 상기 연료 공급라인으로부터 연장되고 타단은 상기 호퍼를 향해 절곡된 형상으로서, 상기 드레인 필터 내부로 상기 VOC 연료를 유입시키는 가스 유입 파이프;를 포함하여,
상기 VOC 연료에 포함된 액체 상태의 재응축 VOC는 상기 호퍼 아래에 수집되고, 액체 상태의 재응축 VOC가 분리된 기체 상태의 VOC 연료만 배출되는, VOC 연료 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 엔진으로 상기 VOC보다 열량이 높은 가스 연료를 공급하는 가스 공급부; 및
상기 가스 공급부로부터 공급받은 가스 연료와 상기 VOC 공급부로부터 공급받은 VOC 연료를 혼합한 혼합 가스연료를 상기 엔진에 공급하는 연료 혼합부;를 더 포함하며,
상기 엔진은 상기 혼합 가스연료를 가스 연료로서 공급받는, VOC 연료 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 드레인 필터에 수집된 액체 상태의 재응축 VOC를 회수하는 재응축 VOC 재활용 수단;을 더 포함하는, VOC 연료 공급 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 재응축 VOC 재활용 수단은,
상기 드레인 필터 상류의 연료 공급라인에 구비되며, 상기 엔진으로 공급되는 가스 연료의 온도를 측정하는 연료 온도 측정부; 및
상기 연료 온도 측정부의 온도 측정값이 미리 설정된 온도보다 낮아지면, 상기 VOC 공급부의 작동을 중단시키는 제어부;를 더 포함하는, VOC 연료 공급 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 재응축 VOC 재활용 수단은,
상기 드레인 필터의 수위를 측정하는 레벨 측정부;
상기 드레인 필터로부터 엔진으로의 유체 흐름을 차단하기 위한 필터 차단밸브;
상기 필터 차단밸브와 엔진 사이 및 상기 엔진으로부터 가스 연료를 벤팅시키기 위한 벤팅밸브; 및
상기 레벨 측정부에 의한 수위 측정값이 미리 설정된 수위에 도달하게 되면 상기 VOC 공급부의 작동을 중단시키고 상기 필터 차단밸브를 폐쇄하며 상기 벤팅밸브를 개방하는 제어부;를 포함하는, VOC 연료 공급 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 재응축 VOC 재활용 수단은,
상기 드레인 필터에 수집된 액체 상태의 재응축 VOC를 배출시키는 LVOC 회수밸브;
상기 드레인 필터로부터 배출된 재응축 VOC를 저장하는 LVOC 회수탱크; 및
상기 LVOC 회수탱크에 저장된 재응축 VOC를 상기 VOC 공급부로 공급하는 LVOC 이송펌프;를 포함하는, VOC 연료 공급 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 재응축 VOC 재활용 수단은,
상기 드레인 필터로 불활성 가스를 공급하여 상기 드레인 필터에 수집된 재응축 VOC를 상기 드레인 필터로부터 배출시키는 불활성 가스 공급부;를 더 포함하는, VOC 연료 공급 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 재응축 VOC 재활용 수단은,
상기 드레인 필터로 불활성 가스를 공급할 때 상기 VOC 공급부와 드레인 필터 사이를 차단하기 위한 이중차단 밸브 유닛;
상기 드레인 필터로 불활성 가스를 공급할 때 상기 드레인 필터와 엔진 사이를 차단하기 위한 필터 차단밸브;
상기 연료 공급라인으로부터 드레인 필터로 공급되는 유체의 압력을 측정하는 연료 압력 측정부;
상기 드레인 필터에 수집된 액체 상태의 재응축 VOC를 배출시키는 LVOC 회수밸브; 및
상기 연료 압력 측정부에 압력 측정값이 미리 설정된 압력에 도달하게 되면, 상기 LVOC 회수밸브를 개방하는 제어부;를 포함하는, VOC 연료 공급 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 이중차단 밸브 유닛은,
상기 이중차단 밸브 유닛을 통과하는 유체의 압력을 조절하는 밸브를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 연료 압력 측정부의 압력 측정값이 미리 설정된 압력 변화율을 초과하지 않도록 상기 이중차단 밸브 유닛의 개도를 제어하여, 상기 드레인 필터로 공급되는 불활성 가스의 압력을 조절하는, VOC 연료 공급 시스템.
청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 VOC 연료 공급 시스템을 포함하는, VOC를 연료로 사용하는 선박.
청구항 11에 있어서,
상기 선박은,
불활성 가스를 생성하여 선내 불활성 가스 수요처로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부;
상기 불활성 가스 공급부와 상기 연료 공급라인을 연결하는 불활성 가스 공급라인;
상기 불활성 가스 공급라인에 구비되며 상기 연료 공급라인으로의 불활성 가스의 흐름을 제어하기 위한 퍼징 차단밸브 유닛; 및
상기 연료 공급라인에, 상기 불활성 가스 공급라인이 연결되는 지점보다 상류에 구비되며, 상기 엔진으로의 연료 흐름을 제어하기 위한 가스 차단밸브 유닛;을 포함하고,
상기 드레인 필터는 상기 가스 차단밸브 유닛의 하류에 구비되며,
상기 드레인 필터에 수집된 재응축 VOC는, 상기 선박에 구비되는 퍼징 차단밸브 유닛 및 가스 차단밸브 유닛의 제어에 의해, 상기 불활성 가스의 압력으로 상기 드레인 필터로부터 배출되는, VOC를 연료로 사용하는 선박.
청구항 12에 있어서,
상기 선박의 어퍼데크에 개방된 공간에 마련되고, 상기 드레인 필터로부터 배출된 재응축 VOC를 저장하는 LVOC 회수탱크; 및
상기 LVOC 회수탱크에 저장된 재응축 VOC가 상기 엔진의 연료로서 공급되도록 상기 재응축 VOC를 상기 VOC 공급부로 공급하는 LVOC 이송펌프;를 더 포함하는, VOC를 연료로 사용하는 선박.
휘발성 유기 화합물(VOC; Volatile Organic Compounds)을 엔진에서 요구하는 온도 및 압력으로 조절하여 기체 상태의 VOC 가스 연료를 생성하는 단계;
상기 기체 상태의 VOC 가스 연료를 엔진에 공급하기 전에 드레인 필터를 통과시키는 단계; 및
상기 드레인 필터를 통과시킨 VOC 가스 연료를 상기 엔진에 공급하는 단계;를 포함하며,
상기 드레인 필터를 통과시키는 단계에 의해, 상기 엔진에서 요구하는 엔진에 공급되는 과정에서 응축된 액체 상태의 재응축 VOC를 분리하고, 기체 상태의 VOC 가스 연료만 상기 엔진에 공급하는, VOC 연료 공급 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 기체 상태의 VOC 가스 연료를 생성하는 단계는,
상기 VOC와 상기 VOC보다 열량이 높은 가스 연료를 혼합하여 혼합 가스연료를 생성하는 단계;를 포함하는, VOC 연료 공급 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 드레인 필터에 분리된 액체 상태의 재응축 VOC를 배출시키는 단계; 및
상기 배출시킨 재응축 VOC를 상기 기체 상태의 VOC 가스 연료를 생성하는 단계로 공급하는 재활용 단계;를 더 포함하는, VOC 연료 공급 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 재응축 VOC를 배출시키는 단계는,
상기 드레인 필터 상류에서 상기 VOC 가스 연료의 온도를 측정하는 단계; 및
상기 온도를 측정하는 단계에서 측정한 온도 측정값이 미리 설정된 온도보다 낮으면, 상기 재응축 VOC를 배출시키기 전에, 상기 VOC 가스 연료를 생성하는 단계를 중단시키는 VOC 연료 공급 중단 단계;를 포함하는, VOC 연료 공급 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 재응축 VOC를 배출시키는 단계는,
상기 드레인 필터의 수위를 측정하는 단계; 및
상기 수위를 측정하는 단계에서 측정한 수위 측정값이 미리 설정된 수위에 도달하게 되면, 상기 재응축 VOC를 배출시키기 전에 상기 엔진에 공급하는 단계를 중단시키고, 상기 드레인 필터와 엔진 및 엔진으로부터 VOC 가스 연료를 벤팅시키는 VOC 연료 벤팅 단계;를 포함하는, VOC 연료 공급 방법.
청구항 16에 있어서,
상기 재응축 VOC를 배출시키는 단계는,
상기 드레인 필터의 상류 및 하류를 차단하는 단계; 및
상기 상류 및 하류가 차단된 드레인 필터로 불활성 가스를 공급하는 단계;를 포함하여,
상기 불활성 가스의 압력에 의해 드레인 필터로부터 재응축 VOC를 배출시키는, VOC 연료 공급 방법.
청구항 19에 있어서,
상기 불활성 가스를 공급하는 단계는,
상기 드레인 필터 상류의 압력을 측정하는 단계; 및
상기 압력을 측정하는 단계에서 측정한 압력 측정값이 미리 설정된 압력 변화율을 초과하지 않도록, 상기 불활성 가스의 압력을 조절하여 공급하는 압력 조절 단계;를 더 포함하는, VOC 연료 공급 방법.