WO2020101405A1 - 선박용 연료 공급 시스템 및 방법 - Google Patents

선박용 연료 공급 시스템 및 방법 Download PDF

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buffer tank
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fuel supply
supply system
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정혜민
안성일
이승철
김선진
김원석
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Daewoo Shipbuilding and Marine Engineering Co Ltd
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a fuel supply system and method for a ship using an incompressible fluid as fuel for an engine.
  • LPG liquefied Petroleum Gas
  • LPG liquid fuel
  • HFO heavy fuel oil
  • MDO marine diesel oil
  • LPG as a cargo of a conventional LPG carrier is stored and transported in a storage tank, and BOG (Boil Off Gas) generated in the storage tank is re-liquefied in a reliquefaction plant and then transferred to a storage tank for storage.
  • BOG Blood Off Gas
  • the present invention is to provide a fuel supply system and method for ships that can prevent a phenomenon in which a large amount of flash gas is generated while surplus liquefied gas discharged from the engine is returned to a storage tank while supplying an incompressible fluid to the engine fuel. do.
  • the pump 10 for compressing the liquefied gas discharged from the storage tank (T) in accordance with the required pressure of the engine (E); A heat exchanger (20) to heat the liquefied gas compressed by the pump (10) in accordance with a required temperature of the engine (E); And a buffer tank 50 temporarily storing liquefied gas discharged from the storage tank T and passing through the pump 10 and the heat exchanger 20 and then supplying the liquefied gas to the engine E.
  • a gas supply line F3 By supplying gas to the buffer tank 50 by a gas supply line F3, the internal pressure of the buffer tank 50 is maintained and controlled, and the amount of liquefied gas required by the engine E is the buffer tank.
  • the liquefied gas inside the buffer tank 50 may be returned to the storage tank T by a return line F4.
  • the gas inside the buffer tank 50 may be sent to the storage tank T by a vent line F5.
  • the gas inside the buffer tank 50 may be sent to a vent master by a vent line (F5).
  • the ship fuel supply system includes a water level sensor (L) for measuring the level of liquefied gas inside the buffer tank (50); And a third valve V3 installed on the return line F4.
  • the third valve V3 may further include the buffer tank according to the water level value measured by the water level sensor L. The flow rate and opening and closing of the liquefied gas discharged from 50) can be controlled.
  • the third valve V3 is kept closed during normal operation, and can be opened when the level value measured by the water level sensor L is equal to or greater than the second set value.
  • the ship fuel supply system may further include a third pressure sensor P3 for measuring the internal pressure of the buffer tank 50.
  • the ship fuel supply system may further include a fifth valve V5 installed on the gas supply line F3, and the fifth valve V5 is measured by the third pressure sensor P3.
  • the flow rate and opening and closing of the fluid can be adjusted according to the pressure value.
  • the ship fuel supply system may further include a fourth valve V4 installed on the vent line F5, and the fourth valve V4 may be a pressure value measured by the third pressure sensor P3. Depending on the flow rate and opening and closing of the fluid can be adjusted.
  • the ship fuel supply system may further include a first filter 31 that filters impurities contained in the liquefied gas supplied to the engine E.
  • the first filter 31 may be installed between the heat exchanger 20 and the buffer tank 50.
  • the ship fuel supply method for supplying to the engine (E) after compressing and heating the liquefied gas the compressed and heated liquefied gas to the buffer tank 50 temporarily After storing and supplying the amount of liquefied gas required by the engine E from the buffer tank 50 to the engine E, when the internal level of the buffer tank 50 increases, the buffer tank (50)
  • a method for supplying fuel for a ship is provided, which returns the internal liquefied gas to a storage tank (T).
  • the gas inside the buffer tank 50 may be sent to the storage tank T.
  • the gas inside the buffer tank 50 may be sent to a vent master.
  • a buffer tank upstream of the engine can prevent the phenomenon of generating a large amount of flash gas (flash gas), the installation of additional equipment or control system for processing a large amount of flash gas It can be omitted, and it is not necessary to design a large volume of the storage tank to accommodate the flash gas.
  • flash gas flash gas
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a marine fuel supply system according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a marine fuel supply system according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a marine fuel supply system according to a third preferred embodiment of the present invention.
  • the ship fuel supply system of the present embodiment includes a pump 10, a heat exchanger 20, a first pressure sensor P1, a first valve V1, a second pressure sensor P2, and Includes 2 valves (V2).
  • the storage tank T stores liquefied gas, and the liquefied gas discharged from the storage tank T is supplied as fuel to the engine E.
  • the engine E may be a dual fuel (DF) engine using liquefied petroleum gas (LPG) and diesel (Diesel) as fuel.
  • the pump 10 compresses the liquefied gas discharged from the storage tank T according to the required pressure of the engine E, and the heat exchanger 20 compresses the liquefied gas compressed by the pump 10 of the engine E. Heat by heat exchange according to the required temperature.
  • the first pressure sensor P1 is installed on the fuel supply line F1 that supplies liquefied gas heated by the heat exchanger 20 to the engine E, and measures the pressure of the fuel supply line F1.
  • the first valve (V1) is installed on the fuel supply line (F1), to control the flow rate and opening and closing of the liquefied gas according to the pressure value measured by the first pressure sensor (P1).
  • the first valve V1 When the load of the engine E decreases and the amount of fuel required by the engine E decreases, the amount of liquefied gas consumed decreases, so the pressure in the fuel supply line F1 increases, and the first pressure sensor P1 The increased pressure value of the fuel supply line F1 is transmitted to the first valve V1. When the increased pressure value of the fuel supply line F1 is transmitted from the first pressure sensor P1, the first valve V1 lowers the opening degree to reduce the flow rate of liquefied gas.
  • the first pressure sensor ( P1) transmits the lowered pressure value of the fuel supply line F1 to the first valve V1.
  • the first valve V1 increases the opening degree to increase the flow rate of the liquefied gas.
  • a first filter 31 for filtering impurities contained in liquefied gas supplied to the engine E may be installed, and the first filter 31 includes a heat exchanger 20 and a first valve It is preferable to be provided between (V1).
  • the surplus liquefied gas not used in the engine E is sent to the storage tank T again.
  • the liquefied gas used in the engine E is discharged from the engine E and stored. Return to tank T.
  • the fuel supply line F1 In the case of supplying the gaseous compressible fluid as fuel for the engine E, when the fuel supply line F1 is filled with a pressure slightly higher than the amount required by the engine E, the fuel is a compressible fluid. Is present in the fuel supply line (F1) in a compressed state to some extent, and even when the engine (E) suddenly needs a large amount of fuel, it can supply fuel immediately, so even if the load of the engine (E) fluctuates, it is a special problem. It can supply fuel stably.
  • the volume of the incompressible fluid is small even when applying pressure, so the fuel supply line F1 is removed from the engine E.
  • a method of filling with a pressure slightly higher than the required amount cannot be used.
  • the inventors of the present invention have determined that it is better to supply a larger amount of fuel than the engine needs, rather than generating a case where the fuel supplied to the engine E is insufficient.
  • the amount of liquefied gas required by the engine E is supplied to the engine E, but a sufficient amount of liquefied gas capable of accommodating the load fluctuation of the engine E is entirely used by the engine E ), And the excess liquefied gas that is not used in the engine E is discharged from the engine E.
  • the liquefied gas of approximately 100% to 120% of the required amount of the engine E can be supplied to the engine E, preferably the liquefied gas of approximately 110% of the required amount of the engine E (E).
  • the second pressure sensor P2 is installed on the fuel discharge line F2 that sends the surplus liquefied gas discharged from the engine E to the storage tank T to measure the pressure of the fuel discharge line F2.
  • 2 valve (V2) is installed on the fuel discharge line (F2), to control the flow rate of the liquefied gas so that the pressure value measured by the second pressure sensor (P2) is below the first set value. The pressure is lowered by the second valve V2 while returning the high pressure excess liquefied gas pressurized to the required pressure of the engine E to the storage tank T.
  • a second filter 32 may be installed downstream of the engine E to filter out impurities contained in the surplus liquefied gas discharged from the engine E, and the second filter 32 is stored with the second valve V2. It is preferably installed between the tank (T).
  • a first knockout drum 41 may be installed between the engine E and the second valve V2, and a second knockout drum 42 may be installed between the second valve V2 and the storage tank T. Can be.
  • Knock Out Drum acts as a buffer that discharges only the gaseous fuel through the knockout drum and stores the rest or returns it to the storage tank (T) when fuel is to be discharged in an emergency. Do it.
  • Gas discharged from the first knockout drum 41 and the second knockout drum 42 may be sent to a vent master.
  • the flash gas generated while the excess liquefied gas discharged from the engine E is depressurized by the second valve V2 may be supplied to the reliquefaction system to be reliquefied.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a marine fuel supply system according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • the ship fuel supply system of the present embodiment as in the first embodiment, the pump 10 for compressing the liquefied gas discharged from the storage tank (T) in accordance with the required pressure of the engine (E), And a heat exchanger 20 that heats the liquefied gas compressed by the pump 10 by heat exchange according to the required temperature of the engine E, and the liquefied gas heated by the heat exchanger 20 is the engine E Is supplied.
  • the first filter 31 for filtering impurities contained in the liquefied gas supplied to the engine E may be installed upstream of the engine E.
  • the ship fuel supply system of the present embodiment has a difference that the buffer tank 50 is further included, and the first pressure sensor P1 and the first valve V1 are not included, compared to the first embodiment.
  • the buffer tank 50 temporarily stores the liquefied gas discharged from the storage tank T and passes through the pump 10 and the heat exchanger 20 and supplies it to the engine E.
  • a sufficient amount of liquefied gas capable of accommodating the load fluctuation of the engine E is supplied to the engine E, and excess liquefied gas not used in the engine E is discharged from the engine E
  • the amount of liquefied gas required by the engine E is supplied from the buffer tank 50 to the engine E, and the load of the engine E is continuously reduced, so that the buffer tank 50 When the internal water level increases, the liquefied gas inside the buffer tank 50 is returned to the storage tank T by the return line F4.
  • the buffer tank 50 may be provided with a water level sensor L that measures the level of liquefied gas inside the buffer tank 50, and stores excess liquefied gas not used by the engine E from the buffer tank 50.
  • a third valve V3 for adjusting the flow rate and opening and closing of the fluid may be installed.
  • the third valve V3 may control the flow rate and opening and closing of liquefied gas discharged from the buffer tank 50 according to the internal water level value of the buffer tank 50 measured by the water level sensor L.
  • the third valve V3 is kept closed during normal operation, and is opened when the water level value inside the buffer tank 50 measured by the water level sensor L exceeds the second set value, inside the buffer tank 50 Liquefied gas of can be sent to the storage tank (T).
  • the buffer tank 50 maintains and controls the internal pressure of the buffer tank 50. Since the liquefied gas of the pressure required by the engine E can be supplied as fuel by maintaining and adjusting the internal pressure of the buffer tank 50, as in the first embodiment, the first pressure sensor P1 and the first valve ( It is not necessary to adjust the pressure of the liquefied gas sent to the engine E by V1). Therefore, according to the present embodiment, unlike the first embodiment, the first pressure sensor P1 and the first valve V1 may not be installed.
  • a gas such as nitrogen (N 2 )
  • a third pressure sensor P3 for measuring the internal pressure of the buffer tank 50 may be installed in the buffer tank 50, and gas (nitrogen supplied for maintaining and regulating internal pressure, etc.) inside the buffer tank 50 may be installed.
  • the fourth valve (V4) for controlling the flow rate and opening and closing of the fluid may be installed on the vent line (F5) for discharging gas, evaporation gas and flash gas.), Nitrogen, etc. in the buffer tank 50
  • a fifth valve V5 that controls the flow rate and opening and closing of the fluid may be installed on the gas supply line F3 for supplying gas.
  • the opening and opening of the fourth valve V4 the gas inside the buffer tank 50 can be sent to the storage tank T by the vent line F5, and the opening and opening of the fifth valve V5 can be performed.
  • gas such as nitrogen may be supplied to the buffer tank 50.
  • the fifth valve V5 is maintained in the normally open state and the opening degree can be adjusted.
  • the first filter 31 is preferably installed between the heat exchanger 20 and the buffer tank 50.
  • the pressure of the liquefied gas is rapidly reduced to the internal pressure of the storage tank T and a large amount of There is a problem that flash gas is generated.
  • flash gas is generated, it is necessary to design large volumes of the storage tank (T), knockout drums (41, 42), and vent master to accommodate the flash gas, and to process a large amount of flash gas Additional equipment or control systems are required.
  • the buffer tank 50 is installed to supply the amount of liquefied gas required by the engine E from the buffer tank 50, the liquefied gas pressurized to the required pressure of the engine E is stored in the storage tank.
  • the case of sending to (T) does not occur, and a phenomenon in which a large amount of flash gas is generated can be prevented.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a marine fuel supply system according to a third preferred embodiment of the present invention.
  • the gas discharged from the buffer tank 50 is stored in the storage tank by the vent line F5. Differences exist in that they are not sent to (T), but to the vent master, and the role of the other members and the effect accordingly are the same as in the second embodiment.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and can be variously modified or modified without departing from the technical gist of the present invention. It is obvious to those skilled in the art to which the present invention pertains. Did.

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Abstract

선박용 연료 공급 시스템이 개시된다. 상기 선박용 연료 공급 시스템은, 저장탱크(T)로부터 배출된 액화가스를 엔진(E)의 요구 압력에 맞춰 압축시는 펌프(10); 상기 펌프(10)에 의해 압축된 액화가스를 상기 엔진(E)의 요구 온도에 맞춰 열교환시켜 가열시키는 열교환기(20); 및 상기 저장탱크(T)로부터 배출되어 상기 펌프(10) 및 상기 열교환기(20)를 통과한 액화가스를 일시 저장하였다가 상기 엔진(E)에 공급하는 버퍼탱크(50);를 포함하고, 기체를 기체공급라인(F3)에 의해 상기 버퍼탱크(50)로 공급하여, 상기 버퍼탱크(50) 내부 압력을 유지 및 조절하고, 상기 엔진(E)이 요구하는 양의 액화가스를 상기 버퍼탱크(50)로부터 상기 엔진(E)으로 공급한다.

Description

선박용 연료 공급 시스템 및 방법
본 발명은 비압축성 유체를 엔진의 연료로 사용하는 선박의 연료 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 석유가스는 생산지에서 저온으로 액화된 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas, 이하 LPG라 함)의 상태로 만들어진 후 LPG 운반선에 의해 목적지까지 원거리에 걸쳐 수송된다.
종래 LPG 운반선의 엔진용 연료로서는 HFO(Heavy Fuel Oil) 또는 MDO(Marine Diesel Oil)와 같은 오일 연료를 사용하여 왔다. 또한, 종래 LPG 운반선의 화물로서 LPG는 저장탱크에 저장되어 운반되는데, 저장탱크에서 발생한 BOG(Boil Off Gas)는 재액화 플랜트에서 재액화된 후 다시 저장탱크로 이송되어 저장되었다.
이와 같이 종래 LPG 운반선에서는 연료와 화물이 이원화된 시스템에 의해 사용 또는 처리되었고, 화물로서 저장탱크에 저장된 LPG를 연료로 사용할 수 있는 엔진 등의 수단은 존재하지 않았다.
최근, 화물로서 저장탱크에 저장된 LPG를 엔진의 연료로 공급하는 방안에 대한 관심이 높아지고 있다.
본 발명은, 비압축성 유체를 엔진의 연료로 공급하면서, 엔진으로부터 배출된 잉여 액화가스가 저장탱크로 복귀되면서 다량의 플래시 가스가 발생하는 현상을 방지할 수 있는, 선박용 연료 공급 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크(T)로부터 배출된 액화가스를 엔진(E)의 요구 압력에 맞춰 압축시키는 펌프(10); 상기 펌프(10)에 의해 압축된 액화가스를 상기 엔진(E)의 요구 온도에 맞춰 열교환시켜 가열시키는 열교환기(20); 및 상기 저장탱크(T)로부터 배출되어 상기 펌프(10) 및 상기 열교환기(20)를 통과한 액화가스를 일시 저장하였다가 상기 엔진(E)에 공급하는 버퍼탱크(50);를 포함하고, 기체를 기체공급라인(F3)에 의해 상기 버퍼탱크(50)로 공급하여, 상기 버퍼탱크(50) 내부 압력을 유지 및 조절하고, 상기 엔진(E)이 요구하는 양의 액화가스를 상기 버퍼탱크(50)로부터 상기 엔진(E)으로 공급하는, 선박용 연료 공급 시스템이 제공된다.
상기 버퍼탱크(50)의 내부 수위가 높아지는 경우에, 상기 버퍼탱크(50) 내부의 액화가스를 복귀라인(F4)에 의해 상기 저장탱크(T)로 복귀시킬 수 있다.
상기 버퍼탱크(50) 내부의 가스를 벤트라인(F5)에 의해 상기 저장탱크(T)로 보낼 수 있다.
상기 버퍼탱크(50) 내부의 가스를 벤트라인(F5)에 의해 벤트 마스터로 보낼 수 있다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 버퍼탱크(50) 내부의 액화가스의 수위를 측정하는 수위센서(L); 및 상기 복귀라인(F4) 상에 설치되는 제3 밸브(V3);를 더 포함할 수 있고, 상기 제3 밸브(V3)는 상기 수위센서(L)가 측정한 수위값에 따라 상기 버퍼탱크(50)로부터 배출되는 액화가스의 유량 및 개폐를 조절할 수 있다.
상기 제3 밸브(V3)는 평상시(Normal Operation)에는 닫힌 상태로 유지되다가, 상기 수위센서(L)가 측정한 수위값이 제2 설정값 이상이 되면 열릴 수 있다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 버퍼탱크(50)의 내부 압력을 측정하는 제3 압력센서(P3)를 더 포함할 수 있다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 기체공급라인(F3) 상에 설치되는 제5 밸브(V5)를 더 포함할 수 있고, 상기 제5 밸브(V5)는 상기 제3 압력센서(P3)가 측정한 압력값에 따라 유체의 유량 및 개폐를 조절할 수 있다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 벤트라인(F5) 상에는 설치되는 제4 밸브(V4)를 더 포함할 수 있고, 상기 제4 밸브(V4)는 상기 제3 압력센서(P3)가 측정한 압력값에 따라 유체의 유량 및 개폐를 조절할 수 있다.
상기 선박용 연료 공급 시스템은, 상기 엔진(E)으로 공급되는 액화가스에 포함된 불순물을 걸러내는 제1 필터(31)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 필터(31)는 상기 열교환기(20)와 상기 버퍼탱크(50) 사이에 설치될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화가스를 압축시키고 가열시킨 후 엔진(E)에 공급하는 선박용 연료 공급 방법에 있어서, 압축 및 가열된 액화가스를 버퍼탱크(50)에 일시 저장하였다가, 상기 엔진(E)이 요구하는 양의 액화가스를 상기 버퍼탱크(50)로부터 상기 엔진(E)으로 공급하고, 상기 버퍼탱크(50)의 내부 수위가 높아지는 경우에, 상기 버퍼탱크(50) 내부의 액화가스를 저장탱크(T)로 복귀시키는, 선박용 연료 공급 방법이 제공된다.
상기 버퍼탱크(50) 내부의 가스를 상기 저장탱크(T)로 보낼 수 있다.
상기 버퍼탱크(50) 내부의 가스를 벤트 마스터로 보낼 수 있다.
본 발명의 의하면, 액체 상태의 비압축성 유체를 엔진의 연료로 공급하는 경우에도, 안정적으로 엔진에 연료를 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 엔진 상류에 버퍼탱크를 설치함으로써 다량의 플래시 가스(flash gas)가 발생하는 현상을 방지할 수 있으므로, 다량의 플래시 가스를 처리하기 위한 추가적인 장비나 제어 시스템의 설치를 생략할 수 있고, 플래시 가스를 수용하기 위해 저장탱크의 부피를 크게 설계할 필요가 없다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 펌프(10), 열교환기(20), 제1 압력센서(P1), 제1 밸브(V1), 제2 압력센서(P2) 및 제2 밸브(V2)를 포함한다.
저장탱크(T)는 액화가스를 저장하며, 저장탱크(T)로부터 배출된 액화가스는 엔진(E)에 연료로 공급된다. 엔진(E)은 액화석유가스(LPG)와 디젤(Diesel)을 연료로 사용하는 DF(Dual Fuel) 엔진일 수 있다.
펌프(10)는 저장탱크(T)로부터 배출된 액화가스를 엔진(E)의 요구 압력에 맞춰 압축시키며, 열교환기(20)는 펌프(10)에 의해 압축된 액화가스를 엔진(E)의 요구 온도에 맞춰 열교환시켜 가열시킨다.
제1 압력센서(P1)는, 열교환기(20)에 의해 가열된 액화가스를 엔진(E)으로 공급하는 연료공급라인(F1) 상에 설치되어, 연료공급라인(F1)의 압력을 측정하고, 제1 밸브(V1)는 연료공급라인(F1) 상에 설치되어, 제1 압력센서(P1)가 측정한 압력값에 따라 액화가스의 유량 및 개폐를 조절한다.
엔진(E)의 부하가 낮아져 엔진(E)이 요구하는 연료의 양이 줄어들면, 소모되는 액화가스의 양이 줄어들므로 연료공급라인(F1)의 압력이 높아지고, 제1 압력센서(P1)는 연료공급라인(F1)의 높아진 압력값을 제1 밸브(V1)로 전송한다. 제1 압력센서(P1)로부터 연료공급라인(F1)의 높아진 압력값을 전송받으면, 제1 밸브(V1)는 개도를 낮춰 액화가스의 유량을 줄인다.
또한, 엔진(E)의 부하가 높아져 엔진(E)이 요구하는 연료의 양이 늘어나면, 소모되는 액화가스의 양이 증가하므로 연료공급라인(F1)의 압력이 낮아지고, 제1 압력센서(P1)는 연료공급라인(F1)의 낮아진 압력값을 제1 밸브(V1)로 전송한다. 제1 압력센서(P1)로부터 연료공급라인(F1)의 낮아진 압력값을 전송받으면, 제1 밸브(V1)는 개도를 높여 액화가스의 유량을 증가시킨다.
엔진(E) 상류에는 엔진(E)으로 공급되는 액화가스에 포함된 불순물을 걸러내는 제1 필터(31)가 설치될 수 있으며, 제1 필터(31)는 열교환기(20)와 제1 밸브(V1) 사이에 설치되는 것이 바람직하다.
엔진(E)으로 공급된 액화가스 중 엔진(E)에서 사용되지 않은 잉여 액화가스는 다시 저장탱크(T)로 보내진다. 본 실시예에 의하면, 엔진(E)에서 필요로 하는 양을 초과하는 양의 액화가스를 엔진(E)에 공급한 후에, 엔진(E)에서 사용되고 남은 액화가스를 엔진(E)으로부터 배출시켜 저장탱크(T)로 복귀시킨다.
기체 상태의 압축성 유체(Compressible Fluid)를 엔진(E)의 연료로 공급하는 경우에는, 연료공급라인(F1)을 엔진(E)에서 요구되는 양보다 조금 더 높은 압력으로 채워 놓으면, 압축성 유체인 연료가 어느 정도 압축된 상태로 연료공급라인(F1)에 존재하면서 엔진(E)이 갑자기 많은 양의 연료를 필요로 하는 경우에도 바로 연료를 공급할 수 있으므로, 엔진(E)의 부하가 변동되어도 별다른 문제 없이 안정적으로 연료를 공급할 수 있다.
그러나, 액체 상태의 비압축성 유체(Incompressible Fluid)를 엔진(E)의 연료로 공급하는 경우에는, 비압축성 유체는 압력을 가하여도 부피의 변화가 미미하므로, 연료공급라인(F1)을 엔진(E)에서 요구되는 양보다 조금 더 높은 압력으로 채워 놓는 방법을 사용할 수 없다.
그런데, 엔진(E)이 갑자기 많은 양의 연료를 필요로 하는 경우에 엔진(E)이 필요로 하는 양의 연료를 공급하지 못하게 되면, 엔진(E)에 캐비테이션(Cavitation) 등이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 발명자들은 엔진(E)에 공급되는 연료가 부족한 경우를 발생시키는 것보다는, 차라리 엔진이 필요한 양보다 더 많은 양의 연료를 공급하는 것이 더 낫다고 판단하였다.
본 실시예에 의하면, 엔진(E)에서 요구되는 양의 액화가스만을 엔진(E)으로 공급하는 것이 아니라, 엔진(E)의 부하 변동을 수용할 수 있는 충분한 양의 액화가스를 전부 엔진(E)에 공급하고, 엔진(E)에서 사용되지 못한 잉여 액화가스는 엔진(E)으로부터 배출시킨다.
따라서, 본 발명의 의하면, 액체 상태의 비압축성 유체를 엔진의 연료로 공급하는 경우에도, 안정적으로 엔진에 연료를 공급할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 엔진(E)의 요구량의 대략 100% 내지 120%의 액화가스를 엔진(E)에 공급할 수 있고, 바람직하게는 엔진(E)의 요구량의 대략 110%의 액화가스를 엔진(E)에 공급할 수 있다.
제2 압력센서(P2)는 엔진(E)으로부터 배출된 잉여 액화가스를 저장탱크(T)로 보내는 연료배출라인(F2) 상에 설치되어, 연료배출라인(F2)의 압력을 측정하며, 제2 밸브(V2)는 연료배출라인(F2) 상에 설치되어, 제2 압력센서(P2)가 측정한 압력값이 제1 설정값 이하가 되도록 액화가스의 유량을 조절한다. 엔진(E)의 요구 압력으로 가압된 고압의 잉여 액화가스를 저장탱크(T)로 복귀시키면서 제2 밸브(V2)에 의해 압력을 낮추는 것이다.
엔진(E) 하류에는 엔진(E)으로부터 배출된 잉여 액화가스에 포함된 불순물을 걸러내는 제2 필터(32)가 설치될 수 있으며, 제2 필터(32)는 제2 밸브(V2)와 저장탱크(T) 사이에 설치되는 것이 바람직하다.
엔진(E)과 제2 밸브(V2) 사이에는 제1 녹아웃드럼(41)이 설치될 수 있고, 제2 밸브(V2)와 저장탱크(T) 사이에는 제2 녹아웃드럼(42)이 설치될 수 있다.
녹아웃드럼(Knock Out Drum, K.O. Drum)은, 비상 상황에 연료가 배출되어야 할 경우, 녹아웃드럼을 통해 기체 상태의 연료만 배출시키고 나머지는 저장하거나 저장탱크(T)로 돌려보내는 버퍼(Buffer) 역할을 한다.
제1 녹아웃드럼(41)과 제2 녹아웃드럼(42)으로부터 배출된 가스는 벤트 마스터(Vent Master)로 보내질 수 있다.
한편, 엔진(E)으로부터 배출된 잉여 액화가스가 제2 밸브(V2)에 의해 감압되면서 발생하는 플래시 가스를 재액화 시스템으로 공급하여 재액화시킬 수도 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제1 실시예와 마찬가지로, 저장탱크(T)로부터 배출된 액화가스를 엔진(E)의 요구 압력에 맞춰 압축시는 펌프(10), 및 펌프(10)에 의해 압축된 액화가스를 엔진(E)의 요구 온도에 맞춰 열교환시켜 가열시키는 열교환기(20)를 포함하고, 열교환기(20)에 의해 가열된 액화가스는 엔진(E)으로 공급된다. 또한, 엔진(E) 상류에는, 제1 실시예와 마찬가지로, 엔진(E)으로 공급되는 액화가스에 포함된 불순물을 걸러내는 제1 필터(31)가 설치될 수 있다.
단, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 제1 실시예에 비해, 버퍼탱크(50)를 더 포함하고, 제1 압력센서(P1) 및 제1 밸브(V1)를 포함하지 않는다는 차이점이 있다.
버퍼탱크(50)는, 저장탱크(T)로부터 배출되어 펌프(10) 및 열교환기(20)를 통과한 액화가스를 일시 저장하였다가 엔진(E)에 공급한다. 제1 실시예에서 엔진(E)의 부하 변동을 수용할 수 있는 충분한 양의 액화가스를 전부 엔진(E)에 공급하고, 엔진(E)에서 사용되지 못한 잉여 액화가스는 엔진(E)으로부터 배출시키는 것과는 달리, 본 실시예에서는 엔진(E)이 요구하는 양의 액화가스를 버퍼탱크(50)로부터 엔진(E)에 공급하고, 엔진(E)의 부하가 계속 적어져 버퍼탱크(50)의 내부 수위가 높아지는 경우에, 버퍼탱크(50) 내부의 액화가스를 복귀라인(F4)에 의해 저장탱크(T)로 복귀시킨다.
버퍼탱크(50)에는 버퍼탱크(50) 내부의 액화가스의 수위를 측정하는 수위센서(L)가 설치될 수 있으며, 엔진(E)이 사용하지 않은 잉여 액화가스를 버퍼탱크(50)로부터 저장탱크(T)로 복귀시키는 복귀라인(F4) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제3 밸브(V3)가 설치될 수 있다.
제3 밸브(V3)는 수위센서(L)가 측정한 버퍼탱크(50) 내부 수위값에 따라 버퍼탱크(50)로부터 배출되는 액화가스의 유량 및 개폐를 조절할 수 있다. 제3 밸브(V3)는 평상시(Normal Operation)에는 닫힌 상태로 유지되다가, 수위센서(L)가 측정한 버퍼탱크(50) 내부 수위값이 제2 설정값 이상이 되면 열려 버퍼탱크(50) 내부의 액화가스를 저장탱크(T)로 보낼 수 있다.
버퍼탱크(50)에 질소(N 2) 등의 기체를 공급하여 버퍼탱크(50)의 내부 압력을 유지 및 조절한다. 버퍼탱크(50)의 내부 압력을 유지 및 조절함으로써 엔진(E)이 요구하는 압력의 액화가스를 연료로 공급할 수 있으므로, 제1 실시예와 같이, 제1 압력센서(P1) 및 제1 밸브(V1)에 의해 엔진(E)으로 보내지는 액화가스의 압력을 조절할 필요가 없다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 제1 실시예와 달리, 제1 압력센서(P1) 및 제1 밸브(V1)를 설치하지 않을 수 있다.
버퍼탱크(50)에는 버퍼탱크(50)의 내부 압력을 측정하는 제3 압력센서(P3)가 설치될 수 있고, 버퍼탱크(50) 내부의 가스(내부 압력 유지 및 조절을 위해 공급되는 질소 등의 가스, 증발가스 및 플래시 가스를 포함한다.)를 배출시키는 벤트라인(F5) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제4 밸브(V4)가 설치될 수 있으며, 버퍼탱크(50)에 질소 등의 기체를 공급하는 기체공급라인(F3) 상에는 유체의 유량 및 개폐를 조절하는 제5 밸브(V5)가 설치될 수 있다.
제4 밸브(V4)와 제5 밸브(V5)는, 버퍼탱크(50) 내부 압력이 일정 범위로 유지될 수 있도록, 제3 압력센서(P3)가 측정한 버퍼탱크(50) 내부 압력값에 따라 유체의 유량 및 개폐가 조절될 수 있다. 제4 밸브(V4)의 개폐 및 개도를 조절하여 버퍼탱크(50) 내부의 가스를 벤트라인(F5)에 의해 저장탱크(T)로 보낼 수 있으며, 제5 밸브(V5)의 개폐 및 개도를 조절하여 질소 등의 기체를 버퍼탱크(50)로 공급할 수 있다. 제5 밸브(V5)는 평상시에 계속 열린 상태로 유지되며 개도가 조절될 수 있다.
본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템이 제1 필터(31)를 포함하는 경우, 제1 필터(31)는 열교환기(20)와 버퍼탱크(50) 사이에 설치되는 것이 바람직하다.
제1 실시예에 의하면 엔진(E)의 요구 압력으로 가압된 고압의 잉여 액화가스가 저장탱크(T)로 복귀되면서, 액화가스의 압력의 저장탱크(T)의 내부 압력까지 급격히 감소하며 다량의 플래시 가스가 발생한다는 문제점이 있다. 다량의 플래시 가스가 발생하면, 저장탱크(T), 녹아웃드럼(41, 42), 벤트 마스터 등의 부피를 플래시 가스를 수용할 수 있도록 크게 설계할 필요가 있고, 다량의 플래시 가스를 처리하기 위한 추가적인 장비나 제어 시스템이 필요하다.
본 실시예에 의하면, 버퍼탱크(50)를 설치하여 버퍼탱크(50)로부터 엔진(E)이 요구하는 양의 액화가스를 공급하므로, 엔진(E)의 요구 압력으로 가압된 액화가스를 저장탱크(T)로 보내는 경우가 발생하지 않으며, 다량의 플래시 가스가 발생되는 현상을 방지할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 다량의 플래시 가스를 처리하기 위해 녹아웃드럼(41, 42), 벤트 마스터 등의 추가적인 장비나 제어 시스템의 설치를 생략할 수 있고, 플래시 가스를 수용하기 위해 저장탱크(T)의 부피를 크게 설계할 필요가 없다는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 선박용 연료 공급 시스템의 개략도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 선박용 연료 공급 시스템은, 도 2에 도시된 제2 실시예의 선박용 연료 공급 시스템에 비해, 버퍼탱크(50)로부터 배출된 가스가 벤트라인(F5)에 의해 저장탱크(T)로 보내지는 것이 아니라, 벤트 마스터로 보내진다는 점에서 차이점이 존재하며, 그 밖의 다른 부재의 역할과 그에 따른 효과는 제2 실시예와 동일하다.
본 실시예에 의하면, 버퍼탱크(50)로부터 배출된 가스를 저장탱크(T)로 보내지 않으므로, 제2 실시예에 비해 저장탱크(T)의 부피를 더 작게 설계할 수 있다는 장점이 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.

Claims (14)

  1. 저장탱크(T)로부터 배출된 액화가스를 엔진(E)의 요구 압력에 맞춰 압축시키는 펌프(10);
    상기 펌프(10)에 의해 압축된 액화가스를 상기 엔진(E)의 요구 온도에 맞춰 열교환시켜 가열시키는 열교환기(20); 및
    상기 저장탱크(T)로부터 배출되어 상기 펌프(10) 및 상기 열교환기(20)를 통과한 액화가스를 일시 저장하였다가 상기 엔진(E)에 공급하는 버퍼탱크(50);를 포함하고,
    기체를 기체공급라인(F3)에 의해 상기 버퍼탱크(50)로 공급하여, 상기 버퍼탱크(50) 내부 압력을 유지 및 조절하고,
    상기 엔진(E)이 요구하는 양의 액화가스를 상기 버퍼탱크(50)로부터 상기 엔진(E)으로 공급하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 버퍼탱크(50)의 내부 수위가 높아지는 경우에, 상기 버퍼탱크(50) 내부의 액화가스를 상기 저장탱크(T)로 복귀시키는 복귀라인(F4)을 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 버퍼탱크(50) 내부의 가스를 상기 저장탱크(T)로 보내는 벤트라인(F5)을 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 버퍼탱크(50) 내부의 가스를 벤트 마스터로 보내는 벤트라인(F5)을 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버퍼탱크(50) 내부의 액화가스의 수위를 측정하는 수위센서(L); 및
    상기 복귀라인(F4) 상에 설치되는 제3 밸브(V3);를 더 포함하고,
    상기 제3 밸브(V3)는 상기 수위센서(L)가 측정한 수위값에 따라 상기 버퍼탱크(50)로부터 배출되는 액화가스의 유량 및 개폐를 조절하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3 밸브(V3)는 평상시(Normal Operation)에는 닫힌 상태로 유지되다가, 상기 수위센서(L)가 측정한 수위값이 제2 설정값 이상이 되면 열리는, 선박용 연료 공급 시스템.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버퍼탱크(50)의 내부 압력을 측정하는 제3 압력센서(P3)를 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 기체공급라인(F3) 상에 설치되는 제5 밸브(V5)를 더 포함하고,
    상기 제5 밸브(V5)는 상기 제3 압력센서(P3)가 측정한 압력값에 따라 유체의 유량 및 개폐를 조절하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 벤트라인(F5) 상에는 설치되는 제4 밸브(V4)를 더 포함하고,
    상기 제4 밸브(V4)는 상기 제3 압력센서(P3)가 측정한 압력값에 따라 유체의 유량 및 개폐를 조절하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  10. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진(E)으로 공급되는 액화가스에 포함된 불순물을 걸러내는 제1 필터(31)를 더 포함하는, 선박용 연료 공급 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 필터(31)는 상기 열교환기(20)와 상기 버퍼탱크(50) 사이에 설치되는, 선박용 연료 공급 시스템.
  12. 액화가스를 압축시키고 가열시킨 후 엔진(E)에 공급하는 선박용 연료 공급 방법에 있어서,
    압축 및 가열된 액화가스를 버퍼탱크(50)에 일시 저장하였다가, 상기 엔진(E)이 요구하는 양의 액화가스를 상기 버퍼탱크(50)로부터 상기 엔진(E)으로 공급하고,
    상기 버퍼탱크(50)의 내부 수위가 높아지는 경우에, 상기 버퍼탱크(50) 내부의 액화가스를 저장탱크(T)로 복귀시키는, 선박용 연료 공급 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 버퍼탱크(50) 내부의 가스를 상기 저장탱크(T)로 보내는, 선박용 연료 공급 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 버퍼탱크(50) 내부의 가스를 벤트 마스터로 보내는, 선박용 연료 공급 방법.
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