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KR102189715B1 - 연료공급시스템 - Google Patents

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KR102189715B1
KR102189715B1 KR1020140183805A KR20140183805A KR102189715B1 KR 102189715 B1 KR102189715 B1 KR 102189715B1 KR 1020140183805 A KR1020140183805 A KR 1020140183805A KR 20140183805 A KR20140183805 A KR 20140183805A KR 102189715 B1 KR102189715 B1 KR 102189715B1
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정일웅
조정관
최병윤
최성훈
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

연료공급시스템을 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 액화가스를 저장하는 저장탱크로부터 엔진으로 연료를 공급하는 연료공급라인; 액체질소를 저장하는 질소탱크; 저장탱크의 증발가스를 열교환기에서 열교환을 통해 액화한 후 저장탱크로 복귀시키는 재액화라인; 질소탱크의 액체질소를 열교환기에서 열교환시킨 후 질소탱크로 복귀시키는 질소순환라인; 및 질소탱크의 질소가스를 엔진의 연료계통으로 공급해 퍼징(Purging)을 수행하는 퍼징라인을 포함한다.

Description

연료공급시스템{FUEL SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 질소탱크의 액체질소를 이용하여 재액화할 수 있고, 질소탱크의 질소가스를 연료계통으로 공급해 퍼징(Purging)을 수행할 수 있는 연료공급시스템에 관한 것이다.
액화가스 운반선 또는 액화가스를 연료로 하여 추진하는 선박은 액화가스 연료 또는 액화가스 화물을 저장하는 저장탱크에서 증발가스가 발생하기 때문에 이 증발가스를 재액화하기 위한 재액화장치를 갖추고 있다.
하지만 재액화장치는 구성이 복잡하고 가격도 높기 때문에 대형 액화가스 추진선박이나 운반선에 주로 채용되고 있고, 연안에서 운용하는 소형 액화가스 추진선박의 경우 이를 채용하지 않고 있는 실정이다. 따라서 이러한 선박은 운용 중 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 대기로 방출시켜야 하는 관계로 에너지손실이 컸다.
또 선박은 연료계통 점검이나 고장수리를 할 때 연료계통의 배관이나 탱크로 질소와 같은 불활성가스를 공급해 퍼징(Purging)을 하고 있다. 하지만, 소형 선박에서는 퍼징을 위해 질소가스 발생장치를 갖추기도 어려운 형편이기 때문에 이동식 질소탱크를 보유하였다가 여기에 담긴 질소가스를 이용하여 연료계통의 퍼징을 하고 있다.
본 발명의 실시 예는 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 질소탱크의 액체질소를 이용해 재액화할 수 있고, 질소탱크의 질소가스를 이용해 연료계통의 퍼징을 수행할 수 있는 연료공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 저장하는 저장탱크로부터 엔진으로 연료를 공급하는 연료공급라인; 액체질소를 저장하는 질소탱크; 상기 저장탱크의 증발가스를 열교환기에서 열교환을 통해 액화한 후 상기 저장탱크로 복귀시키는 재액화라인; 상기 질소탱크의 액체질소를 상기 열교환기에서 열교환시킨 후 상기 질소탱크로 복귀시키는 질소순환라인; 및 상기 질소탱크의 질소가스를 상기 엔진의 연료계통으로 공급해 퍼징(Purging)을 수행하는 퍼징라인을 포함하는 연료공급시스템이 제공될 수 있다.
상기 연료공급시스템은 상기 재액화라인에 설치되어 상기 열교환기에서 액화된 액화가스를 상기 저장탱크로 송출하는 압송펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 질소탱크는 상기 질소순환라인 및 상기 퍼징라인으로부터 분리하여 교체할 수 있는 이동식 탱크일 수 있다.
상기 질소탱크는 제1질소탱크와 제2질소탱크를 포함하고, 상기 질소순환라인은 상기 제1질소탱크의 액체질소를 상기 열교환기 및 상기 제2질소탱크 내부의 열교환부에서 열교환시킨 후 상기 제1질소탱크로 복귀시키는 제1순환부와, 상기 제2질소탱크의 액체질소를 상기 열교환기 및 상기 제1질소탱크 내부의 열교환부에서 열교환시킨 후 상기 제2질소탱크로 복귀시키는 제2순환부와, 상기 제1순환부와 상기 제2순환부 중 어느 한쪽으로 순환하도록 유로를 전환하는 전환밸브를 포함할 수 있다.
상기 연료공급시스템은 상기 질소탱크로부터 퍼징을 위해 배출되는 질소가스를 가열하는 가열장치를 더 포함할 수 있다.
상기 연료공급시스템은 외부로부터 상기 저장탱크로 액화가스를 공급하기 위한 벙커링라인을 더 포함하고, 상기 퍼징라인은 상기 벙커링라인으로 질소가스를 공급할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 질소탱크의 질소를 이용하여 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 재액화를 할 수 있을 뿐 아니라, 필요시 연료계통의 퍼징을 할 수 있기 때문에 저렴한 비용으로 증발가스의 재액화 및 연료계통의 퍼징을 함께 구현할 수 있다.
또 본 발명의 실시 예에 따른 연료공급시스템은 질소탱크가 이동식 액화가스탱크로 구성되기 때문에 질소순환라인 및 퍼징라인으로부터 쉽게 분리하여 교체할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 액화가스 추진선박의 연료공급시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제2실시 예에 따른 액화가스 추진선박의 연료공급시스템을 나타낸다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 액화가스 추진선박의 연료공급시스템을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 액화가스 추진선박의 연료공급시스템은 액화가스를 저장하는 저장탱크(10), 저장탱크(10)의 액화가스를 처리하여 엔진(20)으로 공급하기 위한 연료공급라인(30), 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스를 엔진(20)으로 공급하기 위한 증발가스라인(40), 외부로부터 저장탱크(10)로 액화가스를 공급하기 위한 벙커링라인(50)을 구비한다.
또 연료공급시스템은 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스의 재액화를 위한 시스템을 포함한다. 재액화시스템은 액체질소를 저장하는 질소탱크(60), 질소탱크(60)의 액체질소와 저장탱크(10)의 증발가스를 열교환시켜 증발가스를 액화시키는 열교환기(70), 저장탱크(10)의 증발가스가 열교환기(70)를 거쳐 액화된 후 저장탱크(10)로 복귀할 수 있도록 하는 재액화라인(80), 질소탱크(60)의 액체질소가 열교환기(70)에서 열교환 후 다시 질소탱크로 복귀할 수 있도록 하는 질소순환라인(90)을 구비한다. 또 재액화시스템은 질소탱크(60) 내부의 질소가스를 엔진(20)의 연료계통으로 공급해 퍼징(Purging)을 수행할 수 있도록 하는 퍼징라인(100)을 포함한다.
액화가스는 액화상태로 저장할 수 있는 LNG, LPG, DME(Dimethylether) 중 어느 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 저장탱크(10)는 단열상태를 유지하면서 연료를 액화상태로 저장하는 탱크다. 예를 들어, 저장탱크(10)는 액화가스가 LNG일 경우 내부압력이 1bar를 유지하거나 엔진(20)으로의 연료공급조건을 고려해 그보다 높은 압력으로 유지할 수 있고, 액화상태 유지를 위해 내부온도가 -163도 정도를 유지할 수 있다.
엔진(20)은 대략 5 ~ 6bar의 연료가스를 공급받는 저압가스 분사엔진 일 수 있다. 물론, 엔진(20)은 다양한 방식이 채용될 수 있을 것이므로 엔진(20)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다.
연료공급라인(30)은 엔진(20)으로 연료를 공급할 수 있도록 저장탱크(10) 내부로부터 엔진(20)까지 연장되어 유로를 형성하는 배관 등으로 구성될 수 있다. 연료공급라인(30)의 입구는 액화가스를 공급할 수 있도록 저장탱크(10) 내부 바닥에 근접하여 배치되고, 여기에는 엔진(20)으로 공급하는 연료의 공급압력을 고려해 액화가스를 송출하는 펌프(31)가 설치될 수 있다. 물론 저장탱크(10) 내부의 압력인 연료의 공급조건에 부합하는 5 ~ 6bar를 유지할 경우 펌프(31)를 배제하는 것도 가능하다.
연료공급라인(30)에는 액화가스를 가열하여 기화시키는 기화기(32)와, 기화된 연료가스를 엔진의 공급조건에 부합하도록 가열하는 가열기(33)가 설치될 수 있다. 기화기(32)와 가열기(33)는 열매체가 순환하는 배관(34)과 연결되어 가열될 수 있다. 배관(34)을 순환하는 열매체로는 글리콜워터, 스팀, 가열된 오일 등이 이용될 수 있다.
저장탱크(10)에는 내부가 엔진의 공급조건에 부합하는 압력을 유지할 수 있도록 내부압력을 조절하는 압력조절부(11)가 설치될 수 있다. 압력조절부(11)는 저장탱크(10) 내부의 액화가스를 가열하여 기화시킨 후 저장탱크(10) 내부로 공급함으로써 저장탱크(10)의 압력을 상승시키는 방식이다. 압력조절부(11)는 기화기(32) 및 가열기(33)와 마찬가지로 순환하는 열매체에 의해 가열될 수 있다.
벙커링라인(50)은 선박에 마련된 벙커링스테이션(B)으로부터 저장탱크(10)까지 연장된다. 벙커링라인(50)은 외부로부터 저장탱크(10) 내부로 액화가스를 주입하기 위한 액화가스주입관(51)과, 연료의 주입과정에서 저장탱크(10) 내부에서 발생하는 증발가스를 외부로 배출시키거나 회수하기 위한 증발가스배출관(52)을 포함할 수 있다.
액화가스주입관(51)은 저장탱크(10)와 연결되면서 제1관(51a)과 제2관(51b)으로 분기될 수 있다. 제1관(51a)은 저장탱크(10) 내부 하측으로 연장되고, 제2관(51b)은 저장탱크(10) 내측 상부에 마련되는 분사헤드(12)에 연결될 수 있다. 제2관(51b) 및 분사헤드(12)를 통해 샤워방식으로 공급되는 액화가스가 저장탱크(10) 내측 상부의 증발가스를 액화시키는 효과를 발휘하여 저장탱크(10)로 연료를 공급하는 과정에서 발생하는 증발가스를 줄일 수 있도록 한 것이다.
선박을 운용하는 과정에서 저장탱크(10) 내에서 발생하는 증발가스는 증발가스라인(40)을 통하여 엔진(20)으로 공급될 수 있다. 증발가스라인(40)은 증발가스배출관(52)으로부터 분기되어 기화기(32)와 가열기(33) 사이의 연료공급라인(30)에 연결되는 방식으로 구성될 수 있다. 따라서 저장탱크(10) 내에 엔진(20)의 운용을 위해 충분한 양의 증발가스가 발생할 경우 이 증발가스를 엔진(20)의 연료로 이용할 수 있다.
재액화라인(80)은 증발가스라인(40)으로부터 분기되어 열교환기(70)를 거친 후 벙커링라인(50) 연료주입관(51)의 제2관(51b)에 연결되는 형태로 구성될 수 있다. 또 재액화라인(80)에는 저장탱크(10) 내부압력을 고려해 열교환기(70)에서 액화된 액화가스를 저장탱크(10)로 송출하는 압송펌프(81)가 설치된다.
질소순환라인(90)은 질소탱크(60) 내부로부터 연장되어 열교환기(70)를 거친 후 다시 질소탱크(60) 내부로 연장되는 형태로 구성될 수 있다. 질소순환라인(90)에도 액체질소를 열교환기(70) 쪽으로 송출하는 질소펌프(91)가 설치된다.
이러한 재액화시스템은 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스의 양이 엔진(20)의 사용량을 초과할 경우 이를 열교환기(70)에서 액화시켜 다시 저장탱크(10)로 공급함으로써 에너지의 손실을 줄일 수 있다.
질소탱크(60)의 액체질소는 질소순환라인(90)을 통해 열교환기(70)로 공급되어 열교환을 통해 증발가스를 액화시킨 후 다시 질소탱크(60)로 회수된다. 회수되는 질소는 열교환으로 인해 일부 기화상태일 수 있으므로, 질소탱크(60) 내부의 액체질소에 잠긴상태에서 방출되도록 하여 다시 일부 액화될 수 있도록 한다.
물론 질소탱크(60) 내부에는 기화상태로 회수되는 질소로 인해 내부압력이 상승하는데, 상승하는 압력은 질소가스를 외부로 배출시킴으로써 조절할 수 있다. 질소탱크(60)로부터 배출되는 질소가스는 후술하겠지만, 대기 중으로 방출되거나 엔진(20) 연료계통의 퍼징을 위해 이용될 수 있다.
퍼징라인(100)은 질소탱크(60)로부터 벙커링라인(50)의 액화가스주입관(51) 및 증발가스배출관(52)에 연결되는 배관(101)과, 질소탱크(60)로부터 연료공급라인(30)에 연결되도록 연장되는 배관(102)을 포함할 수 있다. 그 밖에도 퍼징라인(100)은 도면에 나타내지는 않았지만, 저장탱크(10) 등 퍼징이 필요한 연료계통으로 연결될 수 있다. 퍼징라인(100)에는 퍼징을 위해 질소탱크(60)로부터 배출되는 질소가스를 가열하는 가열장치(100)가 설치될 수 있다.
따라서 본 실시 예의 재액화시스템은 질소탱크(60)의 질소를 이용하여 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스의 재액화를 할 수 있을 뿐 아니라, 필요시 연료계통의 퍼징을 수행할 수 있다. 즉 질소탱크(60)의 질소가스를 이용해 저장탱크(10), 연료공급라인(30), 벙커링라인(50), 증발가스라인(40) 등의 퍼징을 수행할 수 있다.
본 실시 예에서 질소탱크(60)는 질소순환라인(90) 및 퍼징라인(100)으로부터 분리하여 교체할 수 있는 이동식 액화가스탱크로 구성될 수 있다. 즉 니콘병이라 불리는 초저온 액화가스탱크로 구성될 수 있다. 따라서 질소탱크(60)는 선박이 육상에 접안할 때 쉽게 교체할 수 있다. 또 선박에 여분의 질소탱크(60)를 보유하였다가 교체 장착하는 방식으로 이용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2실시 예에 따른 액화가스 추진선박의 연료공급시스템을 나타낸다. 제2실시 예는 질소탱크가 제1질소탱크(261)와 제2질소탱크(262)를 포함하고, 질소순환라인(290) 및 퍼징라인(100)이 제1 및 제2질소탱크(261,262)와 연결된다.
제2실시 예에서 질소순환라인(290)은 제1질소탱크(261)로부터 액체질소가 배출되어 열교환기(70) 및 제2질소탱크(262) 내부의 열교환부(262a)를 거쳐 제1질소탱크(261)로 복귀하도록 하는 제1순환부와, 제2질소탱크(262)로부터 액체질소가 배출되어 열교환기(70) 및 제1질소탱크(261) 내부의 열교환부(261a)를 거쳐 제2질소탱크(262)로 복귀하도록 하는 제2순환부를 구비한다. 또 순환하는 질소가 제1순환부와 제2순환부 중 어느 한쪽으로 순환하도록 유로를 전환할 수 있는 전환밸브들(291,292)을 포함한다.
제2실시 예는 제1질소탱크(261)에서 배출된 액체질소가 열교환기(70)에서 열교환 후 복귀할 때 사용하지 않는 제2질소탱크(262) 내부의 열교환부(262a)를 거치면서 액화된 후 다시 제1질소탱크(261)로 복귀할 수 있다. 마찬가지로, 제2질소탱크(262)에서 배출된 액체질소는 열교환기(70)에서 열교환 후 복귀할 때 사용하지 않는 제1질소탱크(261) 내부의 열교환부(261a)를 거치면서 액화된 후 다시 제2질소탱크(262)로 복귀할 수 있다. 따라서 제2실시 예는 제1질소탱크(261)와 제2질소탱크(262)의 질소를 선택적으로 이용하여 증발가스의 재액화를 수행할 수 있고, 복귀하는 질소의 액화효율도 높일 수 있다.
제2실시 예의 퍼징라인(100)은 제1질소탱크(261)와 제2질소탱크(262)로부터 선택적으로 질소가스를 배출시켜 연료계통의 퍼징을 수행할 수 있다.
10: 저장탱크, 20: 엔진,
30: 연료공급라인, 32: 기화기,
33: 가열기, 40: 증발가스라인,
50: 벙커링라인, 51: 액화가스주입관,
52: 증발가스배출관, 60: 질소탱크,
70: 열교환기, 80: 재액화라인,
90, 290: 질소순환라인, 100: 퍼징라인,
261: 제1질소탱크, 262: 제2질소탱크.

Claims (6)

  1. 액화가스를 저장하는 저장탱크로부터 엔진으로 연료를 공급하는 연료공급라인;
    액체질소를 저장하는 질소탱크;
    상기 저장탱크의 증발가스를 열교환기에서 열교환을 통해 액화한 후 상기 저장탱크로 복귀시키는 재액화라인;
    상기 질소탱크의 액체질소를 상기 열교환기에서 열교환시킨 후 상기 질소탱크로 복귀시키는 질소순환라인; 및
    상기 질소탱크의 질소가스를 상기 엔진의 연료계통으로 공급해 퍼징(Purging)을 수행하는 퍼징라인을 포함하고,
    상기 질소탱크는 상기 열교환기에 대해 병렬로 배치되는 제1질소탱크와 제2질소탱크를 포함하고,
    상기 질소순환라인은 상기 제1질소탱크의 액체질소를 상기 열교환기 및 상기 제2질소탱크 내부의 열교환부에서 열교환시킨 후 상기 제1질소탱크로 복귀시키는 제1순환부와, 상기 제2질소탱크의 액체질소를 상기 열교환기 및 상기 제1질소탱크 내부의 열교환부에서 열교환시킨 후 상기 제2질소탱크로 복귀시키는 제2순환부와, 상기 제1순환부와 상기 제2순환부 중 어느 한쪽으로 순환하도록 유로를 전환하는 전환밸브를 포함하는 연료공급시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재액화라인에 설치되어 상기 열교환기에서 액화된 액화가스를 상기 저장탱크로 송출하는 압송펌프를 더 포함하는 연료공급시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 질소탱크는 상기 질소순환라인 및 상기 퍼징라인으로부터 분리하여 교체할 수 있는 이동식 탱크인 연료공급시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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