KR20150115232A

KR20150115232A - 선박의 엔진 냉각수의 폐열을 이용한 연료가스 공급시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20150115232A
Application number: KR1020140039920A
Authority: KR
Inventors: 송영은; 양헌용
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2015-10-14
Also published as: KR101686505B1

Abstract

선박의 엔진 냉각수의 폐열을 이용한 연료가스 공급시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박의 엔진 냉각수의 폐열을 이용한 연료가스 공급시스템은, 엔진의 냉각을 위한 냉각수 열원이 흐르는 메인유로를 갖춘 냉각수 순환부; 액화가스를 연료 가스로 기화시키는 기화기와, 기화기에서 배출되는 열교환 유체를 가열시키는 열교환기가 구비된 액화가스 기화부; 및 냉각수 순환부로부터 제공되는 냉각수 열원을 액화가스 기화부로 전달하여 열교환 유체와 열교환시키는 냉각수 열원 전달부를 포함하며, 냉각수 열원 전달부는, 열교환기에서 배출되는 열교환 유체의 온도가 미리 설정된 온도 이하인 경우 열교환기로 엔진에서 배출되는 냉각수 열원을 공급하고, 열교환 유체의 온도가 미리 설정된 온도를 초과하는 경우 열교환기를 바이패스하여 냉각수 열원을 메인유로로 복귀시키는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 엔진 냉각수의 폐열을 이용한 연료가스 공급시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SUPPLYING FUEL GAS USING A WASTE HEAT OF ENGINE COOLING WATER}

본 발명은, 연료가스 공급시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 액화가스를 기화시켜 엔진의 연료로서 공급함에 있어서 엔진의 폐열을 이용할 수 있는 선박의 연료가스 공급시스템 및 방법에 관한 것이다.

근래, LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 액화가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 액화된 상태로 액화가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG나 LPG 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온(LNG의 경우 대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 적합하다.

액화가스 운반선은, 액화가스를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 액화가스를 하역하기 위한 것이며, 이를 위해, 액화가스의 극저온에 견딜 수 있는 저장탱크(흔히, '화물창'이라 함)를 포함한다.

이와 같이 극저온 상태의 액화가스를 저장할 수 있는 저장탱크가 마련된 해상 구조물의 예로서는 액화가스 운반선 이외에도 LNG RV (Regasification Vessel)와 같은 선박이나 LNG FSRU (Floating Storage and Regasification Unit), LNG FPSO (Floating, Production, Storage and Off-loading)와 같은 구조물 등을 들 수 있다.

LNG RV는 자력 항해 및 부유가 가능한 액화가스 운반선에 LNG 재기화 설비를 설치한 것이고, LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 액화 천연가스를 저장탱크에 저장한 후 필요에 따라 액화 천연가스를 기화시켜 육상 수요처에 공급하는 해상 구조물이다.

그리고, LNG FPSO는 채굴된 천연가스를 해상에서 정제한 후 직접 액화시켜 저장탱크 내에 저장하고, 필요 시 저장탱크 내에 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 해상 구조물이다. 본 명세서에서 해상 구조물이란, 액화가스 운반선, LNG RV 등의 선박을 비롯하여, LNG FPSO, LNG FSRU 등의 구조물까지도 모두 포함하는 개념이다.

천연가스의 액화 온도는 상압에서 약 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다. 종래의 LNG 운반선의 경우를 예를 들어 설명하면, LNG 운반선의 LNG 저장탱크는 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장 탱크 내에 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)가 발생한다.

발생 된 증발가스는 저장탱크 내의 압력을 증가시키며 선박의 요동에 따라 액화가스의 유동을 가속시켜 구조적인 문제를 일어킬 수 있기 때문에, 증발가스의 발생을 억제할 필요가 있다.

종래, 액화가스 운반선의 저장탱크 내에서의 증발가스를 억제하기 위해, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 소각해 버리는 방법, 증발가스를 저장탱크의 외부로 배출시켜 재액화 장치를 통해 재액화 시킨 후 다시 저장 탱크로 복귀시키는 방법, 선박의 추진기관에서 사용되는 연료로서 증발가스를 사용하는 방법, 저장탱크의 내부 압력을 높게 유지함으로써 증발가스의 발생을 억제하는 방법 등이 단독으로 혹은 복합적으로 사용되고 있었다.

한편, 일반적으로 선박에서 배출되는 폐기가스 중 국제 해사 기구(International Maritime Organization)의 규제를 받고 있는 것은 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)이며, 이산화탄소(CO2)의 배출도 규제하려 하고 있다. 특히, 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)의 경우, 1997년 해상오염 방지협약(MARPOL; The Prevention of Marine Pollution from Ships) 의정서를 통하여 제기되고, 8년이라는 긴 시간이 소요된 후 2005년 5월에 발효요건을 만족하여 현재 강제규정으로 이행되고 있다.

따라서, 이러한 규정을 충족시키기 위하여 질소산화물(NOx) 배출량을 저감하기 위하여 다양한 방법들이 소개되고 있는데, 이러한 방법 중 하나로서 연소시 오염물질이 다량 발생하는 HFO 등의 연료유를 연료로서 사용하지 않거나 소량만 사용하고 청정연료인 LNG를 연료로서 사용하는 고압 천연가스 분사 엔진, 예를 들어 ME-GI 엔진이 개발되어 사용되고 있다.

이와 같은 ME-GI 엔진은 LNG(Liquefied Natural Gas)를 극저온에 견디는 저장탱크에 저장하여 운반하도록 하는 LNG 운반선 등과 같은 해상 구조물에 설치될 수 있으며, 이 경우 천연가스를 연료로 사용하게 되며, 그 부하에 따라 대략 150 ∼ 400 bara(절대압력) 정도의 고압의 가스 공급 압력이 요구된다.

ME-GI 엔진과 같은 고압 천연가스 분사 엔진을 탑재한 해상 구조물의 경우에는, LNG를 저장하고 있는 저장탱크로부터 LNG 및/또는 증발가스를 뽑아내어 연료로서 엔진에 공급하기 위한 연료가스 공급 시스템이 설치된다.

ME-GI 엔진과 같은 고압 천연가스 분사 엔진은 LNG를 고압의 가스 상태로 공급해야 하기 때문에, 연료가스 공급시스템은 저장탱크로부터의 LNG를 기화시키기 위한 고압 기화기를 포함한다.

그런데, 고압 기화기에는 LNG의 기화를 위해 지속적으로 열을 공급해야 하므로, 지금까지는 보일러에서 발생하는 스팀이 가지는 열 또는 전기 히터에서 발생되는 열을 직접 혹은 간접적으로 고압 기화기에 전달함으로써 LNG를 기화시키는 시스템을 활용하는 방법이 제안되어 있을 뿐이었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 수단이 본 출원인에 의해 출원되어 공개된 선행문헌 한국특허공개공보 제10-2013-0075021호(2013.07.05) "폐열 재활용을 위한 열교환기를 갖는 연료가스 공급시스템 및 방법"에 개시되어 있다.

일반적으로 엔진 냉각수는 고온 냉각수(약 90도)와 저온 냉각수(약 50도)가 있다. 선행문헌에는 고온 냉각수와 저온 냉각수의 구분 없이 냉각수로만 표시되어 있다.

저온 냉각수는 엔진의 로드에 따라 온도가 36~50도로 일정하지 않고, 물리적으로 열매체 열교환기를 순환하는 열매체의 히팅도 저온 냉각수의 온도 이하로만 가능하다.

이에 반해 고온 냉각수인 엔진 재킷 냉각수의 경우 저온 부식을 막기 위하여 엔진의 로드 별로 재킷 냉각수 입구의 온도를 조절하여 재킷 냉각수 출구의 온도를 90도로 유지한다.

따라서 고온 냉각수인 엔진 재킷 냉각수를 열매체 열교환기의 열매체와 열교환 한다면 엔진의 로드에 상관없이 항상 90도의 냉각수를 공급할 수 있으므로 열매체의 열교환을 안정적으로 할 수 있어 이에 대한 개선책이 요구된다.

한편 전술한 선행문헌에는 엔진에서 배출되는 고온의 냉각수를 액화가스를 연료 가스로 기화시키는 데 사용하는 기술수단이 개시되어 있다. 하지만, 엔진에서 배출되는 냉각수가 열매체 열교환기를 통과하거나 열매체 열교환기로 공급되지 못하도록 하는 기능밖에 없다.

따라서, 냉각수가 열매체 열교환기로 공급되지 못하고 엔진과 열매체 열교환기를 연결하는 라인에 잔류되어 있는 경우 냉각수가 냉각되어 온도가 떨어지고, 새로운 냉각수를 공급할 때 라인에 잔류되어 있는 냉각수가 먼저 열매체 열교환기로 공급되어 열교환 효율이 떨어지고, 열매체 열교환기를 통해서 배출되는 연료 가스의 온도도 불안정하게 하는 요인이 될 수 있다.

또한, 전술한 선행기술은 열매체 열교환기에서 배출되는 열매체의 온도가 아닌 열매체 열교환기로 공급되거나 열매체 열교환기에서 배출되는 냉각수의 온도를 기초로 하므로 기화기에서 기화되어 배출되는 연료 가스의 온도 제어 측면에서 효율이 떨어진다.

한국특허공개공보 제2013-0075021호(대우조선해양 주식회사) 2013.07.05.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 엔진에서 배출되는 고온의 냉각수를 액화가스를 기화시키는 액화가스 기화부의 열교환 유체의 온도에 따라 선택적으로 공급할 수 있는 선박의 엔진 냉각수의 폐열을 이용한 연료가스 공급시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 엔진의 냉각을 위한 냉각수 열원이 흐르는 메인유로를 갖춘 냉각수 순환부; 액화가스를 연료 가스로 기화시키는 기화기와, 상기 기화기에서 배출되는 열교환 유체를 가열시키는 열교환기가 구비된 액화가스 기화부; 및 상기 냉각수 순환부로부터 제공되는 상기 냉각수 열원을 상기 액화가스 기화부로 전달하여 상기 열교환 유체와 열교환시키는 냉각수 열원 전달부를 포함하며, 상기 냉각수 열원 전달부는, 상기 열교환기에서 배출되는 상기 열교환 유체의 온도가 미리 설정된 온도 이하인 경우 상기 열교환기로 상기 엔진에서 배출되는 상기 냉각수 열원을 공급하고, 상기 열교환 유체의 온도가 미리 설정된 온도를 초과하는 경우 상기 열교환기를 바이패스하여 상기 냉각수 열원을 상기 메인유로로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 연료가스 공급시스템이 제공될 수 있다.

상기 냉각수 열원 전달부는, 상기 엔진의 후단의 상기 메인유로에서 분기되어 상기 냉각수 열원을 상기 열교환기로 전달하는 분기라인에 마련되는 개폐밸브; 상기 개폐밸브와 상기 열교환기 사이의 상기 분기라인에 마련되어 상기 냉각수 열원을 상기 열교환기로 펌핑하는 펌프; 및 상기 펌프와 상기 열교환기 사이의 상기 분기라인에 마련되어 상기 열교환기에서 배출되는 상기 열교환 유체가 상기 미리 설정된 온도 이하인 경우 상기 냉각수 열원을 상기 열교환기로 공급시키고, 초과하는 경우 상기 열교환기를 바이패스시키는 방향전환밸브를 포함할 수 있다.

상기 개폐밸브는 상기 액화가스 기화부의 작동시에 개방되고, 정지시에 닫힐 수 있다.

상기 냉각수 열원 전달부는, 상기 분기라인에서 분기되며 상기 열교환 유체가 상기 미리 설정된 온도를 초과하는 경우 상기 열교환기를 바이패스하여 상기 냉각수 열원을 상기 메인유로로 복귀시키는 바이패스라인을 더 포함할 수 있다.

상기 냉각수 열원 전달부는, 상기 열교환기와 상기 기화기를 연결하는 라인에 마련되는 온도 센서를 더 포함하며, 상기 온도 센서에서 측정된 온도를 기초로 상기 방향전환밸브는 자동으로 개폐될 수 있다.

상기 액화가스 기화부는, 상기 기화기의 후단 라인에 마련되는 열교환 유체 저장탱크; 상기 열교환 유체 저장탱크와 상기 열교환기를 연결하는 라인에 마련되는 열교환 유체 펌프; 및 상기 열교환기와 상기 기화기를 연결하는 라인에 마련되어 상기 열교환기에서 배출되는 상기 열교환 유체를 상기 기화기 및 상기 열교환 유체 저장탱크 중 적어도 하나로 공급하는 방향 전환부를 포함할 수 있다.

상기 액화가스 기화부는, 상기 방향 전환부에서 바이패스되는 열교환 유체를 상기 열교환 유체 저장탱크로 바이패스시키는 바이패스배관을 더 포함할 수 있다.

상기 냉각수 열원은 고온 냉각수일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 엔진에서 배출되는 냉각수 열원을 이용하여 액화가스를 연료 가스로 공급하는 연료가스 공급방법에 있어서, 상기 냉각수 열원을 상기 액화가스를 연료 가스로 기화시키는 액화가스 기화부로 전달하는 냉각수 열원 전달부를 마련하되, 상기 냉각수 열원 전달부는 상기 액화가스 기화부의 열교환 유체를 가열시키는 열교환기에서 배출되는 상기 열교환 유체의 온도가 미리 설정된 온도 이하인 경우 상기 냉각수 열원을 상기 열교환기로 공급하고, 상기 열교환 유체가 상기 미리 설정된 온도를 초과하는 경우 상기 열교환기를 바이패스시키는 것을 특징으로 하는 연료가스 공급방법이 제공될 수 있다.

상기 냉각수 열원 전달부는, 상기 엔진의 후단의 메인유로에서 분기되어 상기 냉각수 열원을 상기 열교환기로 전달하는 분기라인에 마련되는 개폐밸브; 상기 개폐밸브와 상기 열교환기 사이의 상기 분기라인에 마련되어 상기 냉각수 열원을 상기 열교환기로 펌핑하는 펌프; 및 상기 펌프와 상기 열교환기 사이의 상기 분기라인에 마련되어 상기 열교환기에서 배출되는 상기 열교환 유체가 상기 미리 설정된 온도 이하인 경우 상기 냉각수 열원을 상기 열교환기로 공급시키고, 초과하는 경우 상기 열교환기를 바이패스시키는 방향전환밸브를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 액화가스를 기화시키기 위해 필요한 열 중에서 적어도 일부를 엔진으로부터의 폐열로 충당할 수 있어 기화기에서 소요되는 에너지를 절감할 수 있다.

또한, 액화가스 기화부의 열교환기에서 배출되는 열교환 유체의 온도를 기초로 열교환기로 선택적으로 엔진의 냉각수 열원을 공급할 수 있고, 열교환기로 냉각수 열원을 공급할 필요가 없는 경우 냉각수 열원을 메인유로로 복귀시킴으로써 분기라인에 잔류되는 냉각수 열원을 최소화할 수 있다.

나아가, 메인유로로 복귀되는 냉각수는 열교환기에서 열교환되어 온도가 낮아지므로 엔진의 냉각수를 냉각시키기 위해 설치되는 쿨러의 용량을 낮출 수 있어 쿨러에서 소요되는 에너지를 절약할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 엔진 냉각수의 폐열을 이용한 연료가스 공급시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 냉각수 순환부의 냉각수 열원이 액화가스 기화부로 공급된 후 메인유로로 복귀되는 작동도이다.
도 3은 도 1에 도시된 냉각수 순환부의 냉각수 열원이 액화가스 기화부로 공급되지 않고 바이패스라인으로 복귀되는 작동도이다.
도 4는 도 1에 도시된 액화가스 기화부의 열원이 기화기를 공급되지 않고 바이패스배관을 통해 순환되는 작동도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 엔진 냉각수의 폐열을 이용한 연료가스 공급시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박의 엔진 냉각수의 폐열을 이용한 연료가스 공급시스템(1)은, 엔진(11)의 냉각을 위한 냉각수 열원이 흐르는 메인유로(12)를 갖춘 냉각수 순환부(10)와, 액화가스를 연료 가스로 기화시키는 액화가스 기화부(20)와, 냉각수 순환부(10)로부터 제공되는 냉각수 열원을 액화가스 기화부(20)로 전달하여 열교환 유체와 열교환시키는 냉각수 열원 전달부(30)를 구비한다.

냉각수 순환부(10)는, 냉각수인 열원을 순환시켜 엔진(11)을 냉각하는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(11)과, 엔진(11)과 메인유로(12)로 연결되어 엔진(11)을 통과한 열원인 냉각수를 냉각시키는 쿨러(13)와, 쿨러(13)와 엔진(11)을 연결하는 메인유로(12)에 마련되어 쿨러(13)에서 냉각된 열원인 냉각수를 엔진(11)으로 펌핑하는 냉각수 펌프(14)를 포함한다.

본 실시 예에서 엔진(11)은 주 추진용의 ME-GI 엔진, 2 행정 디젤엔진, 스팀 터빈 엔진뿐만 아니라 DFDE 등의 발전기 엔진 등과 같이 냉각수에 의해 냉각시킬 필요가 있는 모든 기계장치를 포함한다.

본 실시 예에서 엔진(11)에서 배출되는 냉각수인 열원은 저온 부식을 방지하기 위해 약 90도로 유지될 수 있다.

즉 본 실시 예에서 냉각수는 약 90도를 갖는 고온 냉각수를 사용할 수 있다. 엔진 냉각수는 고온 냉각수(약 90도)와 저온 냉각수(약 50도)로 구분된다.

저온 냉각수는 엔진의 로드에 따라 온도가 36~50도로 일정하지 않고, 물리적으로 열교환 대상인 열교환 유체의 가열도 저온 냉각수의 온도 이하로만 가능하다.

이에 반해 본 실시 예에서 냉각수로 채택되는 고온 냉각수는 저온 부식을 막기 위해 엔진의 로드에 상관없이 항상 90도로 공급되므로 열교환 유체를 안정적으로 가열할 수 있다.

또한 다른 냉각수를 사용하는 것보다 후술하는 열교환기(24)의 크기를 줄일 수 있고, 열교환 유체의 세팅 포인트도 90도 이하에서 설정할 수 있어 기화기(21)의 크기 또한 줄일 수 있는 이점이 있다.

액화가스 기화부(20)는, LNG(liquefied natural gas)를 포함하는 액화가스를 엔진(11)의 연료 가스로 공급하기 위해 기화시키는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 액화가스를 기화시키는 기화기(21)와, 기화기(21)에서 액화가스와 열교환되어 냉각된 열교환 유체가 저장되는 열교환 유체 저장탱크(22)와, 열교환 유체 저장탱크(22)에 저장된 유체를 펌핑하는 열교환 유체 펌프(23)와, 열교환 유체 펌프(23)에서 공급되는 열교환 유체와 타 유체를 서로 열교환시키는 열교환기(24)와, 열교환기(24)에서 열교환된 열교환 유체를 기화기(21) 또는 기화기(21)를 통하지 않고 바이패스배관(25)을 통해 바로 열교환 유체 저장탱크(22)로 공급시키는 방향전환부(26)를 포함한다.

본 실시 예에서 액화가스 기화부(20)에서 순환되는 열교환 유체는 글리콜 워터(glycol water)일 수 있다.

기화기(21)는, 본 실시 예에서 엔진(11)으로 ME-GI 엔진을 채택하는 경우 고압 기화기일 수 있다.

열교환기(24)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 기화기(21)에서 액화가스와 열교환 되어 온도가 떨어진 열교환 유체를 미리 설정된 온도, 예를 들어 55도로 상승시키는 역할을 한다.

본 실시 예에서 열교환기(24)는 전술한 냉각수 순환부(10)에서 공급되는 고온의 냉각수인 열원과 열교환 유체 펌프(23)에서 공급되는 열교환 유체를 서로 열교환 시킬 수 있다.

또한, 본 실시 예에서 열교환기(24)는 냉각수의 열원뿐만 아니라 보일러의 스팀 또는 전기 히팅 코일을 추가적으로 사용할 수도 있다.

방향전환부(26)는, 열교환기(24)에서 열 교환된 열교환 유체를 기화기(21) 또는 기화기(21)를 바이패스하여 바이패스배관(25)으로 흐르도록 하는 것으로서 본 실시 예에서 방향전환부(26)는 삼방밸브를 포함할 수 있다.

본 실시 예에서 방향전환부(26)는 열교환기(24)에서 배출되는 열교환 유체의 온도가 미리 설정된 온도인 55도를 초과하는 경우 열교환 유체를 기화기(21)로 공급하고, 바이패스배관(25)으로 흐르지 않도록 할 수 있다.

또한, 방향전환부(26)는 열교환기(24)에서 배출되는 열교환 유체의 온도가 미리 설정된 온도인 55도를 훨씬 초과하는 경우 요구되는 연료 가스 온도, 예를 들어 45도를 맞추기 위해 열교환 유체의 일부를 바이패스배관(25)으로 흐르도록 할 수도 있다.

나아가, 방향전환부(26)는 기화기(21)의 로드가 적거나 기화기(21)를 사용하지 않을 경우 열교환기(24)에서 배출되는 열교환 유체를 전량 바이패스배관(25)을 통해 열교환 유체 저장탱크(22)로 바이패스 할 수도 있다.

냉각수 열원 전달부(30)는, 엔진(11)에서 배출되는 고온의 열원인 냉각수를 액화가스 기화부(20)의 열교환기(24)에서 배출되는 열교환 유체의 온도에 따라 선택적으로 열교환기(24)로 전달하는 역할을 한다.

본 실시 예에서 냉각수 열원 전달부(30)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(11)의 후단의 메인유로(12)에서 분기되어 냉각수 열원을 열교환기(24)로 전달하는 분기라인(31)에 마련되는 개폐밸브(32)와, 개폐밸브(32)와 열교환기(24) 사이의 분기라인(31)에 마련되어 냉각수 열원을 열교환기(24)로 펌핑하는 펌프(33)와, 펌프(33)에서 공급되는 냉각수를 열교환기(24)에서 배출되는 열교환 유체의 온도에 따라 열교환기(24) 또는 열교환기(24)를 거치지 않고 바로 메인유로(12)로 복귀시키는 방향전환밸브(34)와, 열교환기(24)와 기화기(21)를 연결하는 라인에 마련되는 온도 센서(35)와, 분기라인(31)에서 분기되며 열교환 유체가 미리 설정된 온도를 초과하는 경우 열교환기(24)를 바이패스하여 냉각수 열원을 메인유로(12)로 복귀시키는 바이패스라인(36)을 포함한다.

개폐밸브(32)는, 액화가스 기화부(20)의 가동시 자동으로 개폐되고, 액화가스 기화부(20)의 정지시 자동으로 닫히는 전자밸브일 수 있다.

방향전환밸브(34)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 펌프(33)와 열교환기(24) 사이의 분기라인(31)에 마련되어 열교환기(24)에서 배출되는 열교환 유체가 미리 설정된 온도, 예를 들어 55도 이하인 경우 엔진(11)에서 배출되는 냉각수인 열원을 열교환기(24)로 공급시키고, 초과하는 경우 열교환기(24)를 거치지 않고 바이패스라인(36)을 통해 메인유로(12)로 복귀시키는 역할을 한다.

본 실시 예에서 방향전환밸브(34)는 삼방 밸브를 포함하고, 열교환기(24)와 기화기(21) 사이의 라인에 마련되는 온도 센서(35)의 신호를 기초로 자동으로 개폐되는 전자밸브일 수 있다.

그리고, 본 실시 예에서 냉각수 열원 전달부(30)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 열교환기(24)를 통과하거나 열교환기(24)를 바이패스하여 메인유로(12)로 리턴되는 냉각수 또는 메인유로(12)를 흐르는 냉각수가 열교환기(24)나 방향전환밸브(34) 방향으로의 역류를 방지하는 체크 밸브(37)를 더 포함한다.

이하에서 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 실시 예의 작동 상태를 간략히 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 냉각수 순환부의 냉각수 열원이 액화가스 기화부로 공급된 후 메인유로(12)로 복귀되는 작동도이다.

본 실시 예에서 액화가스 기화부(20)가 작동되면 냉각수 열원 전달부(30)의 개폐밸브(32)가 개방되어 엔진(11)에서 배출되는 고온(약 90도)의 열원인 냉각수의 일부는 펌프(33)를 통해 방향전환밸브(34)로 공급된다.

방향전환밸브(34)로 공급된 냉각수인 열원은 열교환기(24)에서 배출되는 열교환 유체의 온도가 미리 설정된 온도인 55도 이하인 경우 방향전환밸브(34)의 개방으로 열교환기(24)로 유입되어 열교환 유체와 열교환 된다.

열교환기(24)에서 열교환 되어 온도가 내려간 냉각수는 메인유로(12)로 복귀된다. 이때, 메인유로(12)로 복귀되는 냉각수는 열교환기(24)에서 열교환되어 온도가 낮아지므로 엔진(11)의 냉각수를 냉각시키기 위해 설치되는 쿨러(13)의 용량을 낮출 수 있어 쿨러(13)에서 소요되는 에너지를 절약할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 냉각수 순환부의 냉각수 열원이 액화가스 기화부로 공급되지 않고 바이패스라인(36)으로 복귀되는 작동도이다.

본 실시 예에서 열교환기(24)에서 배출되는 열교환 유체의 온도가 미리 설정된 온도인 55도를 초과하는 경우 방향전환밸브(34)는 엔진(11)에서 공급되는 냉각수를 바이패스라인(36)을 통해 메인유로(12)로 복귀시킬 수 있다.

이 경우 개폐밸브(32)의 후단에서부터 방향전환밸브(34)까지의 분기라인(31)에 있는 잔류 냉각수는 펌프(33)에 펌핑되어 메인유로(12)로 펌핑되므로 전술한 분기라인(31)에 잔류되는 냉각수가 거의 없다. 따라서, 열교환기(24)로 공급되지 못하고 개폐밸브(32)와 열교환기(24)를 연결하는 분기라인(31)에 잔류되어 있는 냉각수가 냉각되어 온도가 떨어지고, 새로운 냉각수를 공급할 때 분기라인(31)에 잔류되어 있는 냉각수가 먼저 열교환기(24)로 공급되어 열교환 효율이 떨어지거나 열교환기(24)를 통해서 배출되는 연료 가스의 온도도 불안정하게 하는 요인을 미리 제거할 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 액화가스 기화부의 열원이 기화기로 공급되지 않고 바이패스배관을 통해 순환되는 작동도이다.

본 실시 예는 기화기(21)의 로드 즉, 요구되는 연료 가스의 양이 적을 경우 방향전환부(26)는 열교환기(24)에서 공급되는 열교환 유체를 기화기(21)를 거치지 않고 바이패스배관(25)을 통해 바로 열교환 유체 저장탱크(22)로 공급할 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 실시 예는 액화가스를 기화시키기 위해 필요한 열 중에서 적어도 일부를 엔진으로부터의 폐열로 충당할 수 있어 기화기에서 소요되는 에너지를 절감할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 선박의 엔진 냉각수의 폐열을 이용한 연료가스 공급시스템
10 : 냉각수 순환부 11 : 엔진
12 : 메인유로 13 : 쿨러
14 : 냉각수 펌프 20 : 액화가스 기화부
21 : 기화기 22 : 열교환 유체 저장탱크
23 : 열교환 유체 펌프 24 : 열교환기
25 : 바이패스배관 26 : 방향전환부
30 : 냉각수 열원 전달부 31 : 분기라인
32 : 개폐밸브 33 : 펌프
34 : 방향전환밸브 35 : 온도 센서
36 : 바이패스라인 37 : 체크 밸브

Claims

엔진의 냉각을 위한 냉각수 열원이 흐르는 메인유로를 갖춘 냉각수 순환부;
액화가스를 연료 가스로 기화시키는 기화기와, 상기 기화기에서 배출되는 열교환 유체를 가열시키는 열교환기가 구비된 액화가스 기화부; 및
상기 냉각수 순환부로부터 제공되는 상기 냉각수 열원을 상기 액화가스 기화부로 전달하여 상기 열교환 유체와 열교환시키는 냉각수 열원 전달부를 포함하며,
상기 냉각수 열원 전달부는, 상기 열교환기에서 배출되는 상기 열교환 유체의 온도가 미리 설정된 온도 이하인 경우 상기 열교환기로 상기 엔진에서 배출되는 상기 냉각수 열원을 공급하고, 상기 열교환 유체의 온도가 미리 설정된 온도를 초과하는 경우 상기 열교환기를 바이패스하여 상기 냉각수 열원을 상기 메인유로로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 연료가스 공급시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각수 열원 전달부는,
상기 엔진의 후단의 상기 메인유로에서 분기되어 상기 냉각수 열원을 상기 열교환기로 전달하는 분기라인에 마련되는 개폐밸브;
상기 개폐밸브와 상기 열교환기 사이의 상기 분기라인에 마련되어 상기 냉각수 열원을 상기 열교환기로 펌핑하는 펌프; 및
상기 펌프와 상기 열교환기 사이의 상기 분기라인에 마련되어 상기 열교환기에서 배출되는 상기 열교환 유체가 상기 미리 설정된 온도 이하인 경우 상기 냉각수 열원을 상기 열교환기로 공급시키고, 초과하는 경우 상기 열교환기를 바이패스시키는 방향전환밸브를 포함하는 연료가스 공급시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 개폐밸브는 상기 액화가스 기화부의 작동시에 개방되고, 정지시에 닫히는 것을 특징으로 하는 연료가스 공급시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 냉각수 열원 전달부는,
상기 분기라인에서 분기되며 상기 열교환 유체가 상기 미리 설정된 온도를 초과하는 경우 상기 열교환기를 바이패스하여 상기 냉각수 열원을 상기 메인유로로 복귀시키는 바이패스라인을 더 포함하는 연료가스 공급시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 냉각수 열원 전달부는,
상기 열교환기와 상기 기화기를 연결하는 라인에 마련되는 온도 센서를 더 포함하며,
상기 온도 센서에서 측정된 온도를 기초로 상기 방향전환밸브는 자동으로 개폐되는 것을 특징으로 하는 연료가스 공급시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 액화가스 기화부는,
상기 기화기의 후단 라인에 마련되는 열교환 유체 저장탱크;
상기 열교환 유체 저장탱크와 상기 열교환기를 연결하는 라인에 마련되는 열교환 유체 펌프; 및
상기 열교환기와 상기 기화기를 연결하는 라인에 마련되어 상기 열교환기에서 배출되는 상기 열교환 유체를 상기 기화기 및 상기 열교환 유체 저장탱크 중 적어도 하나로 공급하는 방향 전환부를 포함하는 연료가스 공급시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 액화가스 기화부는,
상기 방향 전환부에서 바이패스되는 열교환 유체를 상기 열교환 유체 저장탱크로 바이패스시키는 바이패스배관을 더 포함하는 연료가스 공급시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각수 열원은 고온 냉각수인 것을 특징으로 하는 연료가스 공급시스템.
선박의 엔진에서 배출되는 냉각수 열원을 이용하여 액화가스를 연료 가스로 공급하는 연료가스 공급방법에 있어서,
상기 냉각수 열원을 상기 액화가스를 연료 가스로 기화시키는 액화가스 기화부로 전달하는 냉각수 열원 전달부를 마련하되, 상기 냉각수 열원 전달부는 상기 액화가스 기화부의 열교환 유체를 가열시키는 열교환기에서 배출되는 상기 열교환 유체의 온도가 미리 설정된 온도 이하인 경우 상기 냉각수 열원을 상기 열교환기로 공급하고, 상기 열교환 유체가 상기 미리 설정된 온도를 초과하는 경우 상기 열교환기를 바이패스시키는 것을 특징으로 하는 연료가스 공급방법.
청구항 9에 있어서,
상기 냉각수 열원 전달부는,
상기 엔진의 후단의 메인유로에서 분기되어 상기 냉각수 열원을 상기 열교환기로 전달하는 분기라인에 마련되는 개폐밸브;
상기 개폐밸브와 상기 열교환기 사이의 상기 분기라인에 마련되어 상기 냉각수 열원을 상기 열교환기로 펌핑하는 펌프; 및
상기 펌프와 상기 열교환기 사이의 상기 분기라인에 마련되어 상기 열교환기에서 배출되는 상기 열교환 유체가 상기 미리 설정된 온도 이하인 경우 상기 냉각수 열원을 상기 열교환기로 공급시키고, 초과하는 경우 상기 열교환기를 바이패스시키는 방향전환밸브를 포함하는 연료가스 공급방법.