KR20160015698A - 연료 공급 제어 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

연료 공급 제어 시스템 및 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 연료 공급 제어 시스템은, 선박 또는 해상 구조물에 마련되는 고압가스 분사엔진의 연료 공급 제어 시스템에 있어서, 저장탱크로부터 LNG를 공급받아 압축 및 기화시키는 가스 공급부를 거쳐 가스를 상기 고압가스 분사엔진으로 공급하는 가스 공급 모드(mode); 및 상기 고압가스 분사엔진으로 오일을 연료로 공급하는 오일 공급 모드를 포함하되, 상기 가스 공급 모드의 기기 이상을 포함하는 비상시에 오일 공급 모드로 전환되어, 상기 오일 공급 모드는 상기 가스 공급 모드의 리던던시(redundancy)로 구성될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

연료 공급 제어 시스템 및 제어 방법{Control System And Method Of Fuel Supply}
본 발명은 연료 공급 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박 또는 해상 구조물에 마련되는 고압가스 분사엔진의 연료 공급 제어 시스템에 있어서, 저장탱크로부터 LNG를 공급받아 압축 및 기화시키는 가스 공급부를 거쳐 가스를 고압가스 분사엔진으로 공급하는 가스 공급 모드(mode)와, 고압가스 분사엔진으로 오일을 연료로 공급하는 오일 공급 모드를 포함하되, 가스 공급 모드의 기기 이상을 포함하는 비상시에 오일 공급 모드로 전환시켜, 오일 공급 모드를 가스 공급 모드의 리던던시(redundancy)로 구성할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 제어 시스템 및 제어 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, 또는, 액화된 상태로 액화가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG나 LPG 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭적으로 감소되므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.
특히, 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다. 따라서, 천연가스 이송 시 LNG로 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있으며, 일 예로 LNG를 해상으로 수송(운반)할 수 있는 LNG 운반선이 사용되고 있다.
최근에는 LNG 운반선을 포함한 선박의 추진 시스템으로 오일뿐만 아니라 LNG를 연료로 공급받을 수 있는 DF 엔진이 많이 개발되고 있으며 선박 등에 적용되고 있는 추세이다.
선박에서는 엔진의 연료공급 장치에 대하여 장치 고장으로 인한 운항 중단이 발생하지 않도록 대비하여야 한다.
그래서 고압가스 분사엔진을 추진 시스템에 구성하여 LNG로부터 발생하는 BOG를 선박용 엔진의 연료로 공급하는 경우 두 세트의 압축기를 구비하여야 하고, 고압 펌프로 LNG를 압축하여 선박용 엔진의 연료로 공급하는 경우 장치 이상에 대비하여 두 세트의 고압 펌프를 구비하게 된다.
그러나 평소에는 사용되지 않으면서 오로지 장치 이상에 대비하여 여분의 장비를 구비하는 것은 설치 비용이나 선내 공간 활용 면에서 효율적이지 못하다.
따라서 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 장치 이상으로 인한 선박의 운항 중단을 방지할 수 있으면서도 별도의 설치 비용을 필요로 하지 않는 연료 공급 제어 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 또는 해상 구조물에 마련되는 고압가스 분사엔진의 연료 공급 제어 시스템에 있어서,
저장탱크로부터 LNG를 공급받아 압축 및 기화시키는 가스 공급부를 거쳐 가스를 상기 고압가스 분사엔진으로 공급하는 가스 공급 모드(mode); 및
상기 고압가스 분사엔진으로 오일을 연료로 공급하는 오일 공급 모드를 포함하되,
상기 가스 공급 모드의 기기 이상을 포함하는 비상시에 오일 공급 모드로 전환되어, 상기 오일 공급 모드는 상기 가스 공급 모드의 리던던시(redundancy)로 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 공급 제어 시스템이 제공된다.
바람직하게는 상기 가스 공급부는, LNG를 공급받아 압축하는 고압 펌프와, 상기 고압 펌프에서 압축된 LNG를 기화시키는 기화기를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 오일 공급 모드로 상기 가스 공급 모드의 리던던시가 구성되어, 상기 가스 공급부에는 리던던시만을 위한 고압 펌프가 추가로 마련되지 않을 수 있다.
바람직하게는, 상기 고압 펌프는 복수로 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 고압가스 분사엔진은 150 내지 400 bar로 압축 및 기화된 천연가스 및 오일 중 적어도 하나를 연료로 공급받을 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박 또는 해상 구조물에 마련되는 고압가스 분사엔진의 연료 공급 제어 방법에 있어서,
저장탱크로부터 LNG를 공급받아 압축 및 기화시키는 가스 공급부를 거쳐 가스를 상기 고압가스 분사엔진으로 공급하는 가스 공급 모드(mode)로 운용하고,
상기 가스 공급 모드의 기기 이상을 포함하는 비상시에는 상기 고압가스 분사엔진으로 오일을 연료로 공급하는 오일 공급 모드로 전환되도록 운용하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 제어 방법이 제공된다.
바람직하게는 상기 가스 공급부는, LNG를 공급받아 압축하는 고압 펌프; 및 상기 고압 펌프에서 압축된 LNG를 기화시키는 기화기를 포함하되, 상기 오일 공급 모드로 상기 가스 공급 모드의 리던던시를 구성하여, 상기 가스 공급부에는 리던던시만을 위한 고압 펌프가 추가로 마련되지 않을 수 있다.
본 발명은 가스 공급 모드에서 가스 공급부에 이상이 있으면, 오일 공급 모드로 전환(switch over)되도록 설계하여, 오일 공급 모드가 가스 공급 모드의 리던던시를 구성하도록 한다.
이로써 평소에는 사용되지 않으면서 오로지 리던던시를 충족하기 위해 구비되는 여분의 장비를 구성할 필요가 없어 설치 비용을 절감하여 경제성을 높이고 선내 공간 효율을 높이면서도, 장치 이상 등의 상황에서 선박 운항이 중단되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 제어 시스템을 개략적으로 도시한다.
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 기재 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 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 제어 시스템의 개략적인 구성을 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 제어 시스템은, 선박 또는 해상 구조물에 마련되는 고압가스 분사엔진(100)의 연료 공급 제어 시스템에 있어서, 저장탱크로부터 LNG를 공급받아 압축 및 기화시키는 가스 공급부(200)를 거쳐 가스를 고압가스 분사엔진(100)으로 공급하는 가스 공급 모드(mode)와, 고압가스 분사엔진(100)으로 오일을 연료로 공급하는 오일 공급 모드를 포함하되, 가스 공급 모드의 기기 이상을 포함하는 비상시에 오일 공급 모드로 전환되어, 오일 공급 모드는 가스 공급 모드의 리던던시(redundancy)로 구성될 수 있게 된다.
본 실시예에서의 고압가스 분사엔진(100)은 HFO(Heavy Fuel Oil), MDO(Marine Diesel Oil), MGO(Marine Gas Oil) 등의 오일 및 천연가스를 연료로 공급받을 수 있는 엔진으로, 예를 들어 150 내지 400 bar로 압축 및 기화된 천연가스 및 오일 중 적어도 하나를 연료로 공급받을 수 있는 ME-GI 엔진일 수 있다. 이러한 ME-GI 엔진과 같은 선박의 추진용 엔진은 1개 또는 복수로 마련될 수 있다.
ME-GI 엔진은, 선박에 사용될 수 있는 엔진으로서, 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx) 배출량을 저감하기 위하여 개발된 LNG 운반선의 고압 천연가스 분사 엔진이다. ME-GI 엔진은 LNG(Liquefied Natural Gas)를 극저온에 견디는 저장탱크에 저장하여 운반하도록 하는 LNG 운반선 등과 같은 해상 구조물에 설치될 수 있으며, 천연가스 및 오일을 연료로 사용하며, 그 부하에 따라 대략 150 - 400 bara(절대압력) 정도의 고압의 가스 공급 압력이 요구되는데, 동급출력의 디젤엔진에 비해 오염물질 배출량을 이산화탄소는 23%, 질소화합물은 80%, 황화합물은 95%이상 줄일 수 있는 차세대 친환경적인 엔진으로서 각광받고 있다.
고압가스 분사엔진(100)은 ME-GI 엔진 외에도, ME-GI 엔진보다 낮은 압력DFDE(Dual Fuel Diesel Electric Engine) 또는 DFDG(Dual Fuel Diesel Generator)와 같은 DF 엔진일 수도 있다. DF 엔진 또한 중유와 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진으로써, 중유만을 연료로 사용하는 경우보다 황 함유량이 적어 배기가스 중 황 산화물의 함량이 적으며, ME-GI 엔진보다는 낮은 압력의 가스를 공급받는다. DF 엔진의 운전압력은 licensor 및 size에 따라 가변적이지만, 대체로 2.5 내지 15 bara, 바람직하게는 5 내지 7 bara의 천연가스를 공급받는다.
DF 엔진이나 ME-GI 엔진 등 이중 내지 삼중 연료 엔진의 경우에는 천연가스 연료가 공급하기 위한 가스 공급부(200)와, 디젤 연료를 공급하는 오일 공급부(300)의 두 가지 연료공급 시스템을 포함하게 된다. 오일 공급부는 엔진에서의 점화력을 높이기 위하여 점화용 오일을 분사해주는 등의 경우에 구동될 수 있다.
기본적으로 가스 공급부(200)를 통해 가스가 연료로 공급되는 경우에는 가스 공급 모드로, 오일 공급부(300)를 통해 오일이 연료로 공급되는 경우에는 오일 공급 모드로 운용되도록 연료 공급 제어 시스템이 설정된다.
한편, 고압가스 분사엔진(100)으로 고압가스를 공급하기 위해 가스 공급부(200)는, LNG를 공급받아 엔진에 필요한 압력으로 압축하는 고압 펌프(210)와, 고압 펌프(210)에서 압축된 LNG를 기화시키는 기화기(220)를 포함하는데, 본 실시예는 오일 공급 모드로 가스 공급 모드의 리던던시가 구성됨으로써, 가스 공급부(200)에는 리던던시만을 위한 고압 펌프(210)가 추가로 마련되지 않을 수 있게 된다.
ME-GI 엔진인 경우 고압 펌프(210)에서 150 내지 400 bara로 LNG를 압축하고, 기화기(220)를 거쳐 강제기화시킨 액화천연가스를 고압가스 분사엔진(100)으로 공급한다.
다만, 이 경우 고압 펌프(210)에서 압축된 액화천연가스는 임계 압력(critical pressure) 및 임계 온도(critical temperature) 이상인 초임계 상태이므로 기화기(220)에서 기화된다는 것이 액체에서 기체로 상 변화가 일어난다는 것을 의미하는 것은 아니며 압축된 액화천연가스에 열 에너지를 공급한다는 의미일 수 있다.
이와 같은 고압 펌프(210)를 통한 LNG의 연료 공급시 고압 펌프(210) 등의 장비에 이상이 발생하면 원활한 연료 공급이 이루어지지 못하여 선박의 운항이 어려워질 수 있다. 이를 방지하기 위해 선박에는 여분의 장비를 구비하여 리던던시를 구성하게 된다.
리던던시(Redundancy)는, 여분의 장비를 구성하여 요구 기능을 수행하기 위한 주 구성 장비의 동작시에는 대기상태에 두고, 주 구성 장비가 고장 등으로 작동되지 않을 때 기능을 인계받아 그 기능을 수행할 수 있도록 중복 설계되는 것을 말하는데, 주로 rotating이 이루어지는 장비에 대해 이러한 리던던시 충족을 위한 여분의 장비가 중복 설계된다. 본 실시예에서 가스 공급부(200)의 고압 펌프(210)가 이에 해당하게 되는데, 본 실시예는 고압 펌프(210)를 중복하여 설치하여 리던던시를 충족시키는 대신, 가스 공급 모드에서 가스 공급부(200)에 이상이 있으면, 자동으로 오일 공급 모드로 전환(switch over)되도록 설계한다.
이로써 오일 공급 모드가 고압 펌프(210) 등의 가스 공급부(200), 즉 가스 공급 모드의 리던던시를 구성하게 됨으로써, 평소에는 사용되지 않으면서 오로지 리던던시를 충족하기 위해 구비되는 여분의 장비를 구성할 필요가 없어 설치 비용을 절감하고 선내 공간 효율을 높이면서도, 장치 이상 등의 상황에서 선박 운항이 중단되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
다만 이와 같이 설계하면서도 고압 펌프(210)를 복수로 마련하여, 고압 펌프(210)로도 리던던시를 구성할 수도 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예는 선박 또는 해상 구조물에 마련되는 고압가스 분사엔진(100)의 연료 공급 제어 방법으로서, 저장탱크로부터 LNG를 공급받아 압축 및 기화시키는 가스 공급부(200)를 거쳐 가스를 고압가스 분사엔진(100)으로 공급하는 가스 공급 모드(mode)로 운용하면서, 가스 공급 모드의 기기 이상을 포함하는 비상시에는 고압가스 분사엔진(100)으로 오일을 연료로 공급하는 오일 공급 모드로 전환되도록 운용하게 설계한다.
이처럼 오일 공급 모드로 가스 공급 모드의 리던던시를 구성함으로써, 가스 공급부(200)에는 리던던시만을 위한 고압 펌프(210)가 추가로 마련되지 않을 수 있어 이들 장비의 설치 비용을 절감하고 선내 공간 효율을 높이면서 리던던시를 충족할 수 있게 된다.
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.
100: 고압가스 분사엔진
200: 가스 공급부
210: 고압 펌프
220: 기화기
300: 오일 공급부

Claims (7)

  1. 선박 또는 해상 구조물에 마련되는 고압가스 분사엔진의 연료 공급 제어 시스템에 있어서,
    저장탱크로부터 LNG를 공급받아 압축 및 기화시키는 가스 공급부를 거쳐 가스를 상기 고압가스 분사엔진으로 공급하는 가스 공급 모드(mode); 및
    상기 고압가스 분사엔진으로 오일을 연료로 공급하는 오일 공급 모드를 포함하되,
    상기 가스 공급 모드의 기기 이상을 포함하는 비상시에 오일 공급 모드로 전환되어, 상기 오일 공급 모드는 상기 가스 공급 모드의 리던던시(redundancy)로 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 공급 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가스 공급부는
    LNG를 공급받아 압축하는 고압 펌프; 및
    상기 고압 펌프에서 압축된 LNG를 기화시키는 기화기를 포함하는 연료 공급 제어 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 오일 공급 모드로 상기 가스 공급 모드의 리던던시가 구성되어,
    상기 가스 공급부에는 리던던시만을 위한 고압 펌프가 추가로 마련되지 않을 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 공급 제어 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 고압 펌프는 복수로 마련될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 공급 제어 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고압가스 분사엔진은 150 내지 400 bar로 압축 및 기화된 천연가스 및 오일 중 적어도 하나를 연료로 공급받을 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 공급 제어 시스템.
  6. 선박 또는 해상 구조물에 마련되는 고압가스 분사엔진의 연료 공급 제어 방법에 있어서,
    저장탱크로부터 LNG를 공급받아 압축 및 기화시키는 가스 공급부를 거쳐 가스를 상기 고압가스 분사엔진으로 공급하는 가스 공급 모드(mode)로 운용하고,
    상기 가스 공급 모드의 기기 이상을 포함하는 비상시에는 상기 고압가스 분사엔진으로 오일을 연료로 공급하는 오일 공급 모드로 전환되도록 운용하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 가스 공급부는, LNG를 공급받아 압축하는 고압 펌프; 및 상기 고압 펌프에서 압축된 LNG를 기화시키는 기화기를 포함하되,
    상기 오일 공급 모드로 상기 가스 공급 모드의 리던던시를 구성하여, 상기 가스 공급부에는 리던던시만을 위한 고압 펌프가 추가로 마련되지 않을 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 공급 제어 방법.
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