KR102648124B1 - Fuel gas supply system - Google Patents

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Abstract

본 발명은, LNG 연료탱크에 저장된 LNG를 엔진의 연료로 공급하는 LNG 공급라인; 상기 LNG 공급라인에 마련되고, LNG를 수용할 수 있는 용기에 탑재되어 기체가 외부로 흐를 수 있는 구조를 가진 원심 펌프 타입의 부스터 펌프; 상기 LNG 공급라인에 마련되어 상기 부스터 펌프로부터 토출된 LNG를 가압하며, 쿨다운 동작시 상기 부스터 펌프로부터 BOG를 공급받을 수 있는 고압 펌프; 및 상기 고압 펌프로부터 토출된 LNG를 기화시키는 열교환기;를 포함하는 연료가스 공급 시스템을 제공하고자 한다.The present invention includes an LNG supply line that supplies LNG stored in an LNG fuel tank as fuel for an engine; A centrifugal pump type booster pump provided in the LNG supply line and mounted on a container capable of accommodating LNG and having a structure that allows gas to flow to the outside; a high-pressure pump provided in the LNG supply line to pressurize the LNG discharged from the booster pump and to receive BOG from the booster pump during a cool-down operation; and a heat exchanger for vaporizing LNG discharged from the high-pressure pump.

Description

연료가스 공급 시스템{FUEL GAS SUPPLY SYSTEM}Fuel gas supply system{FUEL GAS SUPPLY SYSTEM}

본 발명은 연료가스 공급 시스템으로서, 더욱 상세하게는 고압 펌프의 쿨다운 동작시 에너지 손실을 효과적으로 줄일 수 있는 연료가스 공급 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel gas supply system, and more specifically, to a fuel gas supply system that can effectively reduce energy loss during the cool-down operation of a high-pressure pump.

근래에 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)를 엔진의 연료로 공급하기 위한 연료가스 공급 시스템이 선박에 적용되고 있다. LNG는 천연가스(Natural Gas, 이하 "NG"라 함)를 극저온(약 -163 ℃)으로 냉각시킨 것으로서, NG 부피의 1/600에 해당하는 부피를 갖기 때문에 보관 및 운반에 매우 적합하다. 또한, LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하다고 알려져 있다. 따라서 LNG가 선박의 추진 장치인 엔진의 연료로 사용되는 사례가 증가하고 있다.Recently, a fuel gas supply system for supplying liquefied natural gas (hereinafter referred to as "LNG") as fuel for engines has been applied to ships. LNG is natural gas (hereinafter referred to as “NG”) cooled to extremely low temperatures (approximately -163°C), and has a volume equivalent to 1/600 of the volume of NG, making it very suitable for storage and transportation. In addition, LNG is known to be a clean fuel and has more abundant reserves than oil. Therefore, the number of cases where LNG is used as fuel for engines, which are propulsion devices for ships, is increasing.

일반적으로 연료가스 공급 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 LNG 연료탱크(10), 엔진(20), 부스터 펌프(32), 고압 펌프(34) 및 열교환기(40)를 포함한다. LNG 연료탱크(10)로부터 배출되는 LNG는 부스터 펌프(32)에서 수 바(bar)로 가압된다. 고압 펌프(34)로부터 토출된 LNG는 열교환기(40)에서 NG로 기화되어 엔진(20)으로 공급된다.Generally, the fuel gas supply system includes an LNG fuel tank 10, an engine 20, a booster pump 32, a high pressure pump 34, and a heat exchanger 40, as shown in FIG. 1. LNG discharged from the LNG fuel tank 10 is pressurized to several bars in the booster pump 32. LNG discharged from the high pressure pump 34 is vaporized into NG in the heat exchanger 40 and supplied to the engine 20.

한편, 부스터 펌프(32)나 고압 펌프(34)의 쿨다운(Cool Down) 동작이 진행되는 과정에서 펌프 내부로 유입된 LNG는, 상온에서 열침투가 발생하며, 펌프의 동작이 정상 가동 이하로 수행되므로 엔진(20)에서 요구되는 온도와 압력의 조건을 갖추지 못하게 된다. 이러한 LNG가 엔진(20)으로 유입되면 엔진(20)의 안정적인 가동을 기대할 수 없게 된다.Meanwhile, during the cool down operation of the booster pump 32 or the high pressure pump 34, heat penetration occurs in the LNG flowing into the pump at room temperature, and the operation of the pump is reduced to below normal operation. Therefore, the temperature and pressure conditions required by the engine 20 are not met. If such LNG flows into the engine 20, stable operation of the engine 20 cannot be expected.

이러한 문제를 해결하기 위한 기술이 한국등록특허 제10-1277844호(LNG 연료 공급 시스템과 이를 구동하는 방법)에 개시되어 있다. 한국등록특허 제10-1277844호에서는 스탠바이 모드 시 고압 펌프를 쿨다운시킨 LNG를 회수라인을 통해 LNG 저장탱크로 회수함으로써 상기 LNG가 엔진으로 유입되지 않도록 하고 있다.A technology to solve this problem is disclosed in Korean Patent No. 10-1277844 (LNG fuel supply system and method of operating the same). In Korean Patent No. 10-1277844, LNG that has cooled down the high-pressure pump in standby mode is recovered to the LNG storage tank through a recovery line to prevent the LNG from flowing into the engine.

한국등록특허 제10-1277844호(LNG 연료 공급 시스템과 이를 구동하는 방법)Korean Patent No. 10-1277844 (LNG fuel supply system and method of operating it)

그러나 위 한국등록특허 제10-1277844호에서는 부스터 펌프에서 발생한 BOG를 처리할 수 없으므로 정상 가동되는 고압 펌프 내로 BOG가 유입될 수 있다. 또한, 고압 펌프를 쿨다운시키기 위해 부스터 펌프를 가동함에 따라 열손실이 크게 발생할 수 있다.However, since the above Korean Patent No. 10-1277844 cannot handle BOG generated from the booster pump, BOG may flow into a normally operating high-pressure pump. Additionally, as the booster pump is operated to cool down the high pressure pump, significant heat loss may occur.

이에 본 발명은 부스터 펌프에서 발생한 BOG를 효과적으로 처리하며, 고압 펌프를 쿨다운시키기 위해 부스터 펌프를 최소한으로 구동할 수 있는 연료가스 공급 시스템을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention seeks to provide a fuel gas supply system that effectively processes BOG generated from a booster pump and can operate the booster pump at a minimum to cool down the high pressure pump.

본 발명은, LNG 연료탱크에 저장된 LNG를 엔진의 연료로 공급하는 LNG 공급라인; 상기 LNG 공급라인에 마련되고, LNG를 수용할 수 있는 용기에 탑재되어 기체가 외부로 흐를 수 있는 구조를 가진 원심 펌프 타입의 부스터 펌프; 상기 LNG 공급라인에 마련되어 상기 부스터 펌프로부터 토출된 LNG를 가압하며, 쿨다운 동작 시 상기 부스터 펌프로부터 BOG를 공급받을 수 있는 고압 펌프; 및 상기 고압 펌프로부터 토출된 LNG를 기화시키는 열교환기;를 포함하는 연료가스 공급 시스템을 제공하고자 한다.The present invention includes an LNG supply line that supplies LNG stored in an LNG fuel tank as fuel for an engine; A centrifugal pump type booster pump provided in the LNG supply line and mounted on a container capable of accommodating LNG and having a structure that allows gas to flow to the outside; a high-pressure pump provided in the LNG supply line to pressurize the LNG discharged from the booster pump and to receive BOG from the booster pump during a cool-down operation; and a heat exchanger for vaporizing LNG discharged from the high-pressure pump.

상기 연료가스 공급 시스템은 상기 부스터 펌프 내부에서 발생한 BOG를 상기 LNG 연료탱크로 회수하기 위한 BOG 회수라인을 더 포함한다.The fuel gas supply system further includes a BOG recovery line for recovering BOG generated inside the booster pump to the LNG fuel tank.

상기 연료가스 공급 시스템은 상기 고압 펌프 내부로 유입된 LNG를 LNG 연료탱크로 회수하기 위한 LNG 회수라인을 더 포함한다.The fuel gas supply system further includes an LNG recovery line for recovering the LNG flowing into the high pressure pump to the LNG fuel tank.

본 발명에 따르면, 기체가 외부로 흐를 수 있는 구조를 가진 원심 펌프 타입의 부스터 펌프를 사용하므로, 부스터 펌프에서 발생된 저온의 BOG는 고압 펌프 내로 유입되어 고압 펌프를 냉각시킬 수 있다. 따라서 고압 펌프를 쿨다운시키기 위해 부스터 펌프는 최소한으로 구동될 수 있다. According to the present invention, since a centrifugal pump type booster pump with a structure that allows gas to flow outward is used, low-temperature BOG generated from the booster pump can flow into the high-pressure pump and cool the high-pressure pump. Therefore, the booster pump can be run at a minimum to cool down the high pressure pump.

또한, 본 발명에 따르면, 부스터 펌프에 BOG 회수라인이 마련됨으로써, 부스터 펌프에서 발생된 BOG를 제거하여 고압 펌프 내로 BOG가 유입되는 것을 방지할 수 있다. In addition, according to the present invention, by providing a BOG recovery line in the booster pump, it is possible to remove BOG generated in the booster pump and prevent BOG from flowing into the high pressure pump.

도 1은 종래의 연료가스 공급 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료가스 공급 시스템을 도시한 블록도이다.Figure 1 is a block diagram showing a conventional fuel gas supply system.
Figure 2 is a block diagram showing a fuel gas supply system according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 연료가스 공급 시스템의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the fuel gas supply system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The terms or words used below should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and based on the principle that an inventor can appropriately define the concept of a term in order to explain his or her invention in the best way, It should be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료가스 공급 시스템은 LNG 공급라인(121), 부스터 펌프(132), 고압 펌프(134), BOG 회수라인(131), LNG 회수라인(135) 및 열교환기(140)를 포함한다.As shown in Figure 2, the fuel gas supply system according to the present invention includes an LNG supply line 121, a booster pump 132, a high pressure pump 134, a BOG recovery line 131, an LNG recovery line 135, and Includes a heat exchanger (140).

상기 LNG 공급라인(121)은 상기 LNG 연료탱크(110)에 저장된 LNG를 엔진(120)의 연료로 공급하기 위해 마련된다. LNG 공급라인(121)의 일단은 LNG 연료탱크(110)에 연결되고, 타단은 엔진(112)에 연결된다.The LNG supply line 121 is provided to supply LNG stored in the LNG fuel tank 110 as fuel for the engine 120. One end of the LNG supply line 121 is connected to the LNG fuel tank 110, and the other end is connected to the engine 112.

상기 부스터 펌프(132)는 LNG 연료탱크(110)로부터 이송된 LNG를 약 5 bar 정도로 가압하여 고압 펌프(134)로 토출한다. 상기 부스터 펌프(132)로는 LNG를 수용할 수 있는 용기에 탑재된 원심 펌프가 사용될 수 있다.The booster pump 132 pressurizes the LNG transferred from the LNG fuel tank 110 to about 5 bar and discharges it to the high pressure pump 134. As the booster pump 132, a centrifugal pump mounted on a container capable of accommodating LNG may be used.

상기 고압 펌프(134)는 부스터 펌프(132)로부터 토출된 LNG를 엔진(120)에서 요구되는 압력인 약 350 bar 정도로 가압하여 상기 열교환기(140)로 배출한다. 상기 고압 펌프(134)로는 왕복동 펌프가 사용될 수 있다.The high pressure pump 134 pressurizes the LNG discharged from the booster pump 132 to about 350 bar, which is the pressure required by the engine 120, and discharges it to the heat exchanger 140. A reciprocating pump may be used as the high pressure pump 134.

부스터 펌프(132)와 고압 펌프(134) 사이의 LNG 공급라인(121)에는 밸브(도면부호 미도시)가 마련될 수 있다. 상기 밸브(도면부호 미도시)는 부스터 펌프(132)에서 고압 펌프(134)로 유입되는 LNG의 유량을 조절할 수 있다.A valve (not shown) may be provided in the LNG supply line 121 between the booster pump 132 and the high pressure pump 134. The valve (not shown) can control the flow rate of LNG flowing from the booster pump 132 to the high pressure pump 134.

부스터 펌프(132)나 고압 펌프(134)로 유입되는 LNG에 기체인 BOG가 포함되어 있으면 Cavitation 및 Hammering Effect 등을 일으켜서 장비의 오작동으로 인해 연료가스 공급 시스템의 가동이 불가능한 위험한 상태가 될 수 있다.If the LNG flowing into the booster pump 132 or the high pressure pump 134 contains BOG, a gas, it can cause cavitation and hammering effects, which can lead to equipment malfunction, which can lead to a dangerous state in which the fuel gas supply system cannot be operated.

이에 본 발명에 포함된 부스터 펌프(132)는 기체가 펌프 내부에 머무는 타입이 아니라 외부로 흐를 수 있는 구조를 가진 원심 펌프 타입이 사용된다. 상기 부스터 펌프(132)에는 LNG 연료탱크(110)로 연결되는 BOG 회수라인(131)이 설치된다. 따라서 부스터 펌프(132)에서 발생한 BOG가 상기 BOG 회수라인(131)을 따라 자연스럽게 LNG 연료탱크로 흘러들어갈 수 있으므로 부스터 펌프(132)나 고압 펌프(134) 내부로 BOG가 유입되는 것을 방지할 수 있다.Accordingly, the booster pump 132 included in the present invention is not a type in which gas stays inside the pump, but a centrifugal pump type with a structure that allows gas to flow to the outside. A BOG recovery line 131 connected to the LNG fuel tank 110 is installed in the booster pump 132. Therefore, BOG generated in the booster pump 132 can naturally flow into the LNG fuel tank along the BOG recovery line 131, thereby preventing BOG from flowing into the booster pump 132 or the high pressure pump 134. .

한편, 상기 BOG 회수라인(131)에는 LNG 연료탱크(110)로 유입되는 BOG의 유량을 제어하는 밸브가 설치되어 있지 않다. 부스터 펌프(132)가 탑재된 용기의 LNG 수위는 부스터 펌프(132)의 사용량에 따라 변하게 되고, 그에 따라 발생하는 BOG의 양도 변하게 된다. BOG 회수라인(131)에 밸브가 설치되면 BOG의 유량 변화에 따라 지속적으로 밸브를 관리해야 하는 문제가 발생한다. 따라서 상술한 바와 같이 부스터 펌프(132)에서 발생한 BOG는 BOG 회수라인(131)을 따라 LNG 연료탱크(110)로 자연스럽게 유입되므로 밸브의 유지보수에 대한 부담이 없게 된다.Meanwhile, the BOG recovery line 131 is not installed with a valve that controls the flow rate of BOG flowing into the LNG fuel tank 110. The LNG water level in the container on which the booster pump 132 is mounted changes depending on the amount of use of the booster pump 132, and the amount of BOG generated accordingly also changes. If a valve is installed in the BOG recovery line 131, the problem of having to continuously manage the valve according to changes in the flow rate of BOG arises. Therefore, as described above, BOG generated in the booster pump 132 naturally flows into the LNG fuel tank 110 along the BOG recovery line 131, so there is no burden on maintenance of the valve.

상기 부스터 펌프(132)는 LNG 연료탱크(110)로부터 저온의 LNG가 용기 안으로 유입되므로 쿨다운 동작이 가능하지만, 고압 펌프(134)는 용기에 탑재되어 있지 않으므로 고압 펌프(134)의 쿨다운 동작을 위해 부스터 펌프(132)를 다시 구동시켜야 한다. 이때, 부스터 펌프(132)를 구동시킴으로써 발생되는 열손실을 최소화하기 위한 개선책이 요구된다.The booster pump 132 is capable of cool-down operation because low-temperature LNG flows into the container from the LNG fuel tank 110, but the high-pressure pump 134 is not mounted on the container, so the high-pressure pump 134 operates in cool-down operation. For this, the booster pump 132 must be driven again. At this time, improvement measures are required to minimize heat loss generated by driving the booster pump 132.

상술한 바와 같이, 본 발명에 포함된 부스터 펌프(132)는 기체가 외부로 흐를 수 있는 타입이므로, 부스터 펌프(132)에서 발생한 BOG는 LNG 공급라인(121)을 따라 자연스럽게 고압 펌프(134)로 이동할 수 있다. 따라서 부스터 펌프(132)에서 고압 펌프(134)로 저온의 BOG가 유입되어 고압 펌프(134)를 냉각시키므로 고압 펌프(134)의 쿨다운 동작시 부스터 펌프(132)는 최소한으로 구동될 수 있다. 고압 펌프(134) 내로 유입된 BOG는 별도의 배기장치(미도시)나 회수라인(미도시)을 통해 LNG 연료탱크(110)로 회수될 수 있다.As described above, since the booster pump 132 included in the present invention is a type that allows gas to flow to the outside, BOG generated in the booster pump 132 naturally flows to the high pressure pump 134 along the LNG supply line 121. You can move. Accordingly, low-temperature BOG flows from the booster pump 132 to the high pressure pump 134 to cool the high pressure pump 134, so that the booster pump 132 can be operated at a minimum during the cooldown operation of the high pressure pump 134. BOG flowing into the high pressure pump 134 can be recovered to the LNG fuel tank 110 through a separate exhaust device (not shown) or a recovery line (not shown).

고압 펌프(134)의 쿨다운 동작이 진행되는 과정에서 고압 펌프(134) 내로 유입된 LNG는 상온에서 열침투가 발생하며, 펌프의 동작이 정상 가동 이하로 수행되므로 엔진(120)에서 요구되는 온도와 압력의 조건을 갖추지 못하게 된다. 이러한 LNG가 엔진(120)으로 유입되면 엔진(120)의 안정적인 가동을 기대할 수 없게 된다.During the cool-down operation of the high-pressure pump 134, heat penetration occurs in the LNG flowing into the high-pressure pump 134 at room temperature, and since the operation of the pump is performed below normal operation, the temperature required by the engine 120 and pressure conditions are not met. If such LNG flows into the engine 120, stable operation of the engine 120 cannot be expected.

본 발명에서는 고압 펌프(134)와 LNG 연료탱크를 연결하는 LNG 회수라인(135)이 마련된다. 따라서 고압 펌프(134)의 쿨다운 동작 중 고압 펌프(134) 내로 유입된 LNG는 상기 LNG 회수라인(135)을 따라 LNG 연료탱크(110)로 회수되므로 상기 LNG가 엔진(120)에 공급되는 것을 방지할 수 있다. LNG 회수라인(117)에는 LNG가 LNG 연료탱크(110)에서 고압 펌프(134) 방향으로 역류하는 것을 방지하기 위해 단방향 밸브(도면부호 미도시)가 설치될 수 있다.In the present invention, an LNG recovery line 135 is provided connecting the high pressure pump 134 and the LNG fuel tank. Therefore, the LNG flowing into the high pressure pump 134 during the cooldown operation of the high pressure pump 134 is recovered to the LNG fuel tank 110 along the LNG recovery line 135, thereby preventing the LNG from being supplied to the engine 120. It can be prevented. A one-way valve (not shown) may be installed in the LNG recovery line 117 to prevent LNG from flowing back from the LNG fuel tank 110 toward the high pressure pump 134.

상기 열교환기(140)는 고압 펌프(134)로부터 공급받은 LNG를 가열하게 된다. 열교환기(140)의 열교환 방식에는 제한이 없다. 예를 들어, 글리콜 히터로부터 공급되는 글리콜 워터 등이 이용될 수 있다.The heat exchanger 140 heats the LNG supplied from the high pressure pump 134. There are no restrictions on the heat exchange method of the heat exchanger 140. For example, glycol water supplied from a glycol heater may be used.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다. As described above, although the present invention has been described with limited examples and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the following will be understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations can be made within the scope of equivalence of the patent claims to be described.

110 : LNG 연료탱크 120: 엔진
121 : LNG 공급라인 131 : BOG 회수라인
132 : 부스터 펌프 134 : 고압 펌프
135 : LNG 회수라인 140 : 열교환기110: LNG fuel tank 120: Engine
121: LNG supply line 131: BOG recovery line
132: booster pump 134: high pressure pump
135: LNG recovery line 140: heat exchanger

Claims (3)

LNG 연료탱크에 저장된 LNG를 엔진의 연료로 공급하는 LNG 공급라인;
상기 LNG 공급라인에 마련되고, LNG를 수용할 수 있는 용기에 탑재되어 기체가 외부로 흐를 수 있는 구조를 가진 원심 펌프 타입의 부스터 펌프;
상기 LNG 공급라인에 마련되어 상기 부스터 펌프로부터 토출된 LNG를 가압하며, 상기 부스터 펌프의 쿨다운 동작 시 상기 부스터 펌프로부터 BOG를 공급받을 수 있는 고압 펌프;
상기 고압 펌프로부터 토출된 LNG를 기화시키는 열교환기; 및
상기 LNG 연료탱크의 LNG가 상기 부스터 펌프, 고압 펌프 및 열교환기를 거쳐 상기 엔진으로 공급될 때 상기 부스터 펌프 내부에서 발생한 BOG를 상기 LNG 연료탱크로 회수하기 위한 BOG 회수라인;을 포함하는 연료가스 공급 시스템.An LNG supply line that supplies LNG stored in an LNG fuel tank as fuel for the engine;
A centrifugal pump type booster pump provided in the LNG supply line and mounted on a container capable of accommodating LNG and having a structure that allows gas to flow to the outside;
a high-pressure pump provided in the LNG supply line to pressurize the LNG discharged from the booster pump and to receive BOG from the booster pump during a cool-down operation of the booster pump;
A heat exchanger that vaporizes LNG discharged from the high pressure pump; and
A fuel gas supply system comprising a BOG recovery line for recovering BOG generated inside the booster pump to the LNG fuel tank when LNG from the LNG fuel tank is supplied to the engine through the booster pump, high pressure pump, and heat exchanger. . 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 고압 펌프 내부로 유입된 LNG를 LNG 연료탱크로 회수하기 위한 LNG 회수라인을 더 포함하는 연료가스 공급 시스템.
According to paragraph 1,
A fuel gas supply system further comprising an LNG recovery line for recovering LNG flowing into the high pressure pump to an LNG fuel tank.
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