KR20180019792A

KR20180019792A - 선박의 연료가스 공급시스템

Info

Publication number: KR20180019792A
Application number: KR1020160103510A
Authority: KR
Inventors: 최성훈; 유호연; 문성재; 이동길; 이호기; 전준우; 최병윤
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2016-08-16
Filing date: 2016-08-16
Publication date: 2018-02-27
Also published as: KR101884823B1

Abstract

본 발명에 따른 선박의 연료가스 공급시스템은 액화가스를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크와 고압수요처를 연결하는 연료공급라인; 상기 연료공급라인에 마련되고, 상기 저장탱크의 액화가스를 설정압력으로 가압하여 송출하는 고압펌프; 상기 고압펌프 하류에서 분기되어 상기 저장탱크 쪽으로 연장되는 제1분기라인; 상기 제1분기라인에 마련되는 제1이젝터; 상기 저장탱크로부터 상기 제1이젝터와 연결되어 상기 저장탱크 내부의 증발가스를 상기 제1이젝터에 공급하는 제1흡입라인을 포함한다.

Description

선박의 연료가스 공급시스템 {SYSTEM FOR SUPPLYING FUEL GAS IN SHIPS}

본발명은 선박의 운용을 위한 각종 장치에 안정적적으로 연료가스를 공급하는 선박의 연료가스 공급시스템에 관한 것이다.

온실가스 및 각종 대기오염 물질의 배출에 대한 국제해사기구(IMO)의 규제가 심해짐에 따라 조선/해운업계에서는 기존 연료인 중유, 디젤유를 사용하는 대신 청정한 에너지원인 NG를 선박의 연료로 사용하는 경우가 많아지고 있다.

NG(Natural Gas, 이하 NG라 함)를 연료로 사용하는 선박은, NG를 액화한 LNG(Liquefied Natural Gas)를 저장하는 저장탱크와, 저장탱크에 저장된 증발가스 또는 LNG를 연료로 이용 가능하게 처리(압력, 압력, 상태 등을 변환)하여 엔진으로 공급하는 연료가스 공급시스템을 구비한다. 여기서 저장탱크란 LNG 연료탱크 또는 LNG 화물탱크일 수 있다.

연료가스 공급시스템으로는 저장탱크의 증발가스를 다단의 압축기에서 공급조건에 맞도록 압축한 후 엔진으로 공급하는 방식, 저장탱크에서 직접 LNG를 빼내어 고압펌프를 이용해 높은 압력으로 상승시킨 후 고압기화기에서 기화한 다음 엔진으로 공급하는 방식, 저장탱크의 증발가스를 압축기에서 압축한 후 극저온 열교환기에서 재액화하여 고압펌프 쪽으로 공급하는 방식 등이 알려져 있다.

한편 ME-GI 엔진과 같은 고압가스 분사엔진은 효율 등에서 우수하기 때문에 주목받고 있다. 하지만 이러한 고압가스 분사엔진은 가스연료를 300bar에 가까운 압력으로 공급해야 하는 관계로, 관련 업계에서는 이러한 고압가스 분사엔진으로 연료가스를 공급하는 시스템에 대한 다양한 연구가 이루어지고 있다.

일례로 대한민국 공개특허공보 10-2008-0103500호(2008. 11. 27.공개)는 ME-GI 엔진과 같은 고압가스 분사엔진으로 연료를 공급할 수 있는 연료가스 공급시스템을 제시한 바 있다. 이 시스템은 LNG 연료탱크로부터 LNG를 빼내어 고압펌프에서 고압으로 압축한 후 이를 기화시켜 고압가스 분사엔진으로 공급한다.

하지만, 이러한 연료가스 공급시스템은, 설비를 갖추는데 과다한 비용이 소요되고, 유지보수가 어려우며, 연료를 공급하는데 많은 에너지를 필요로 하여, 이를 개선하기 위한 연구개발이 필요한 실정이다.

한국 공개특허공보 10-2008-0103500호(2008. 11. 27.공개)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 설비투자비용을 저감하고, 안정적으로 연료를 공급함과 동시에 향상된 성능효율을 가지는 선박의 연료가스 공급시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 액화가스를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크와 고압수요처를 연결하는 연료공급라인; 상기 연료공급라인에 마련되고, 상기 저장탱크의 액화가스를 설정압력으로 가압하여 송출하는 고압펌프; 상기 고압펌프 하류에서 분기되어 상기 저장탱크 쪽으로 연장되는 제1분기라인; 상기 제1분기라인에 마련되어 액화가스를 상기 저장탱크 쪽으로 회수하는 제1이젝터; 상기 저장탱크로부터 상기 제1이젝터와 연결되어 상기 저장탱크 내부의 증발가스를 상기 제1이젝터에 공급하는 제1흡입라인을 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 고압펌프 하류에서 분기하여 저압수요처 쪽으로 연장되는 제2분기라인; 상기 제2분기라인에 마련되어 액화가스를 상기 저압수요처 쪽으로 공급하는 제2이젝터; 및 상기 저장탱크로부터 상기 제2이젝터와 연결되어 상기 저장탱크 내부의 액화가스를 상기 제2이젝터에 공급하는 제2흡입라인을 포함할 수 있다.

또한, 상기 고압펌프에서 가압된 액화가스를 기화하여 상기 고압수요처 쪽으로 보내는 고압기화기; 상기 제2이젝터 하류에서 액화가스를 기화하여 상기 저압수요처 쪽으로 보내는 저압기화기; 상기 고압기화기 하류에서 분기되어 상기 저압기화기 하류와 연결되는 제3분기라인; 상기 제3분기라인에 마련되는 제3이젝터; 및 상기 저장탱크로부터 상기 제3이젝터와 연결되어 상기 저장탱크 내부의 증발가스를 상기 제3이젝터에 공급하는 제3흡입라인을 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1이젝터, 제2이젝터, 및 제3이젝터의 상류에는 유체의 압력 또는 유량을 조절하는 조절밸브가 마련될 수 있다.

또한, 상기 제1흡입라인, 제2흡입라인, 및 제3흡입라인에는 유체의 압력 또는 유량을 조절하는 조절밸브가 마련될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 액화가스를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크와 고압수요처를 연결하는 연료공급라인; 상기 연료공급라인에 마련되고, 상기 저장탱크의 액화가스를 설정압력으로 가압하여 송출하는 고압펌프; 상기 고압펌프 하류에서 분기하여 저압수요처 쪽으로 연장되는 제2분기라인; 상기 제2분기라인에 마련되어 액화가스를 상기 저압수요처 쪽으로 공급하는 제2이젝터; 및 상기 저장탱크로부터 상기 제2이젝터와 연결되어 상기 저장탱크 내부의 액화가스를 상기 제2이젝터에 공급하는 제2흡입라인을 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 선박의 연료가스 공급시스템은, 고압펌프 하류에서 분기되어 저장탱크로 고압의 액화가스를 리턴하는 제1분기라인에, 증발가스를 흡입하는 제1이젝터를 마련하여, 고압의 액화가스를 이용하여 추가적인 에너지 소모 없이 증발가스를 재응축시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 고압펌프 하류에서 저압수요처로 연결되는 제2분기라인에 저장탱크에 저장된 액화가스를 흡입하는 제2이젝터를 마련하여, 저장탱크의 용기 두께를 저압수요처에서 요구하는 압력보다 낮게 설계 가능함으로써, 설비투자비용을 저감할 수 있는 이점이 있다.

또한, 고압기화기 하류에서 분기되어 저압기화기 하류와 연결되는 제3분기라인과, 제3분기라인에 마련되어 저장탱크 내부의 증발가스를 흡입하는 제3이젝터를 포함하여, 저장탱크 내에서 발생되는 증발가스 양의 조절을 통해 저장탱크 내부압을 용이하게 조절가능한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 선박의 연료가스 공급시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 선박의 연료가스 공급시스템을 나타낸다.
도 3는 본 발명의 제3실시예에 따른 선박의 연료가스 공급시스템을 나타낸다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 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 제1실시예에 따른 선박의 연료가스(G3) 공급시스템을 나타낸다. 이를 참조하면, 도 1에 도시한 바와 같이, 액화가스(G1)를 저장하는 저장탱크(1)와, 상기 저장탱크(1)와 고압수요처(2)를 연결하는 연료공급라인(10)과, 상기 연료공급라인(10)에 마련되고, 상기 저장탱크(1)의 액화가스(G1)를 설정압력으로 가압하여 송출하는 고압펌프(11)와, 상기 고압펌프(11) 하류에서 분기되어 상기 저장탱크(1) 쪽으로 연장되는 제1분기라인(20)과, 상기 제1분기라인(20)에 마련되는 제1이젝터(22)와, 상기 저장탱크(1)로부터 상기 제1이젝터(22)와 연결되어 상기 저장탱크(1) 내부의 증발가스(G2)를 상기 제1이젝터(22)에 공급하는 제1흡입라인(33)을 포함할 수 있다.

여기서 액화가스(G1)는 액화상태로 저장할 수 있고 이를 연료로 이용할 수 있는 LNG, LPG, DME(Dimethylether) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 이하의 설명에서는 편의를 위해 액화가스(G1)가 LNG인 경우를 예로 한다.

그리고 증발가스(G2)는 액화가스(G1)를 수용하는 저장탱크(1)에서 액화가스(G1)가 증발하여 자연 발생되는 가스일 수 있다. 일례로 저장탱크(1)가 LNG를 저장하고 있다면, 증발가스(G2)는 BOG일 수 있다. 이러한 증발가스(G2)는 탄소함유량이 많기 때문에, 후술할 연료가스(G3)와는 탄소성분비에서 상당한 차이를 보일 수 있다.

연료가스(G3)는 고압수요처(2) 또는 저압수요처(3)에서 연료로 사용될 수 있는 가스로, 증발가스(G2)가 압축기에 의해 가압되거나 액화가스(G1)가 기화기에 의해 강제 기화되어 생성될 수 있다. 이러한 연료가스(G3)는 고압수요처(2)와 저압수요처(3)에서의 요구 압력에 따라 고압상태의 고압연료가스(G3a)와 저압상태의 저압연료가스(G3b)로 나뉠 수 있다.

또, 본 제1실시예의 연료가스(G3) 공급시스템이 적용되는 선박이란 고압가스 분사엔진을 채용한 액화가스(G1) 운반선, 액화가스(G1) RV, 컨테이너선, 일반상선과 같은 선박 뿐아니라, LNG FPSO, LNG FSRU와 같은 부유식 해상플랜트를 포함하는 개념이다.

저장탱크(1)는 LNG 등의 액화가스(G1)를 연료로 이용하기 위해 저장하는 연료탱크이거나, 액화가스(G1) 운반선에 마련된 화물탱크일 수 있다. 예를 들어, LNG 운반선에서는 화물탱크에 저장된 LNG를 연료로서 이용할 수 있다. 이러한 저장탱크(1)는 내부의 압력이 대략 1 bar 정도로 유지될 수 있고, 내부의 액화가스(G1), 즉 LNG가 약 -163(상압에서 액화압력)로 유지될 수 있다.

고압수요처(2)은 대략 150 ~ 300 bar의 압력상태인 연료가스(G3)의 공급이 요구되는 ME-GI엔진일 수 있다. 또 본 명세서에서 고압이라는 용어는 이러한 고압수요처(2)으로 연료가스(G3)를 공급하는 압력범위, 즉 150 ~ 300bar 정도의 압력을 의미한다. 또 고압수요처(2)은 NG뿐 아니라 중유(Heavy Fuel Oil: HFO) 등을 연료로 이용할 수 있는 이중연료엔진일 수 있다.

저압수요처(3)는 고압수요처(2)에 비해 상대적으로 낮은 압력상태인 연료가스(G3)의 공급이 요구되는 엔진일 수 있다. 예를 들면, 대략 5 ~ 7bar정도의 연료가스(G3)를 이용하는 것으로 DFDE 엔진과 같은 발전용 엔진일 수 있다. 이때 저압수요처(3)도 고압수요처(2)와 마찬가지로 NG뿐 아니라 중유(Heavy Fuel Oil: HFO) 등을 연료로 이용하는 이중연료엔진일 수 있다.

연료공급라인(10)은 저장탱크(1)에 저장된 액화가스(G1)를 연료가스(G3)로 변환하여 고압수요처(2)에 공급한다. 예를 들어, 저장탱크(1) 내의 액체상의 LNG(liqified neutral gas)를 기화된 NG(neutral gas)로 변환하여 고압수요처(2)에 공급하는 것이다. 이를 위해 연료공급라인(10)에는 고압펌프(11)와 고압기화기(12) 및 조절밸브(13)가 마련될 수 있다.

고압펌프(11)는 저장탱크(10)의 액화가스(G1)를 빼내어 고압수요처(2)가 요구하는 연료가스(G3)의 공급압력인 150 ~ 300bar로 상승시킨 후, 고압기화기(12) 쪽으로 송출한다. 이를 위해 고압펌프(11)는 연료공급라인(10) 일측에 설치될 수 있다. 고압펌프(11)는 저장탱크(10)의 액화가스(G1)를 150 ~ 300bar의 고압으로 상승시키기 용이한 왕복동식 펌프일 수 있다.

이러한 고압펌프(11)는 도시되어 있지는 않으나, 고압수요처(2)로 공급되는 연료의 공급량 변경에 따라 선택적으로 동작하거나 함께 동작할 수 있도록 복수로 구성될 수 있다. 그리고 연료공급라인(10)은 복수의 각 고압펌프(11)와 연결을 위해 고압펌프에 이르러 병렬로 분기될 수 있다.

고압기화기(12)는 고압펌프(11)로부터 송출된 고압의 액화가스(G1)를 기화하여 고압수요처(2) 쪽으로 보낸다. 이때 고압기화기(12)로부터 고압수요처(2) 쪽으로 공급되는 연료가스(G3)(NG, natural gas)는, 고압수요처(2)의 연료가스(G3) 공급조건에 부합하도록 조절밸브(13)(control valve)에 의해 압력 또는 유량이 조절될 수 있다. 연료공급라인(10) 내부에서 고압으로 이송되는 액화가스(G1)는 주변 온도 또는 환경에 따라 온도와 압력이 변할 수 있기 때문이다. 이때 고압기화기(12)의 상류 또는 하류에는 추가로 연료가스(G3)를 고압수요처(2)에서 요구하는 온도로 조절하기 위한 열교환기(미도시)가 마련될 수 있다.

제1분기라인(20)은 각 고압펌프(11) 하류의 연료공급라인(10)으로부터 저장탱크(1) 쪽으로 연장된다. 이러한 제1분기라인(20)은 고압펌프(11)를 거쳐 연료공급라인(10)를 지나는 고압의 액화가스(G1) 일부를 저장탱크(1)로 회수한다. 이때 제1분기라인(20)에는 조절밸브(21)와, 제1이젝터(22) 및 저장탱크(1)와 제1이젝터(22)를 연결하는 제1흡입라인(23)이 마련될 수 있다.

다시 말해, 제1분기라인(20)은 연료공급라인(10)으로부터 저장탱크(1)로 액화가스(G1)를 리턴시킨다. 고압상태인 액화가스(G1) 일부를 다시 저장탱크(1)로 회수하는 것이다. 이는 저장탱크(1) 내부에 저장된 액화가스(G1)의 양과 고압수요처(2) 및 저압수요처(3)에서 필요로 하는 연료량이 일정하지 않기 때문에, 연료공급라인(10)과 저장탱크(1)를 연결하여 가압된 액화가스(G1)의 일부를 저장탱크(1)로 회수되도록 하기 위함이다.

조절밸브(21)는 제1분기라인(20)에 마련되어, 제1이젝터(22)로 투입되는 액화가스(G1)의 압력 또는 유량을 조절할 수 있다. 이때 조절밸브(21)는 계측기(21a)와 컨트롤러(21b)에 의해 제어될 수 있다. 여기서, 계측기(21a)는 연료공급라인(10) 또는 제1분기라인(20) 일측에 마련되어 제1이젝터(22) 상류의 압력을 측정하고, 컨트롤러(21b)는 계측기(21a)에서 측정된 측정값을 기초로 조절밸브(21)를 제어할 수 있다.

조절밸브(21)는 일례로 감압밸브일 수 있다. 즉, 계측기(21a)로 계측된 고압펌프(11) 하류 쪽의 액화가스(G1) 압력이 설정압력보다 큰 경우 조절밸브(21)를 통해 그 압력을 줄여 제1이젝터(22)로 투입시키는 것이다. 이는 액화가스(G1)의 제1이젝터(22)로의 투입 압력이 일정치보다 높아지는 것을 방지하며 액화가스(G1)가 안정적으로 제1이젝터(22)로 공급될 수 있게 한다.

제1이젝터(22)는 제1분기라인(20)으로 흐르는 유체의 이송을 돕는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제1이젝터(22)는 압력을 갖는 물, 공기, 증기를 분출구로부터 고속으로 분출시켜 주위에 있는 유체를 유인하여 다른 곳으로 보내는 것으로, 펌프류의 일종일 수 있다. 이러한 이젝터(ejector)는, 구조가 간단하고 운동 부분이 없기 때문에 유지비용이 적게 들고, 고장날 일이 거의 없어 오랜기간 사용에도 문제가 생기지 않는다는 장점을 가진다.

제1이젝터(22)는 모멘텀 전달(Momentum Transfer)에 의한 유체 이송방식을 이용하여, 고압상태인 액화가스(G1)의 운동량으로 제1흡입라인(23) 을 통해 흡입되는 증발가스(G2)에 운동량을 제공할 수 있다. 이때, 제1흡입라인(23)은 저장탱크(1) 내부의 증발가스(G2)를 제1이젝터(22)로 전달하는 역할을 할 수 있다.

또 제1이젝터(22)는 증발가스(G2)를 재액화하는 역할도 수행할 수 있다. 다시 말해, 제1이젝터(22)는 고압상태인 액화가스(G1)가 제1분기라인(20)을 지나는 때에, 제1흡입라인(23)으로 증발가스(G2)가 제1이젝터(22)로 흡입될 수 있도록 하여, 고압상태인 액화가스(G1)를 매개로 저장탱크(1) 내부의 증발가스(G2)를 재액화하는 것이다.

그리고 제1흡입라인(23)에 마련되는 조절밸브(24)는 유량조절밸브 또는 압력조절밸브로써, 증발가스(G2)의 발생량에 따라 제1흡입라인(23)을 지나는 증발가스(G2)의 압력 또는 유량을 조절할 수 있다. 이때, 계측기(24a)는 저장탱크(1) 내부의 압력을 측정하고, 컨트롤러(24b)는 측정치를 기준으로 조절밸브(24)의 작동여부를 제어할 수 있다.

이와 같은 구성들을 포함하는 제1실시예에 따른 연료가스(G3) 공급시스템은, 고압펌프(11) 하류에서 분기되어 저장탱크(1)로 고압의 액화가스(G1)를 리턴하는 제1분기라인(20)에, 증발가스(G2)를 흡입하는 제1이젝터(22)를 마련하여, 고압의 액화가스(G1)를 이용하여 추가적인 에너지 소모 없이 증발가스(G2)를 재응축시킬 수 있다.

고압펌프(11)의 경우 동작되는 동안 저장탱크(1)로 리턴하는 액화가스(G1)가 계속하여 발생되는데, 이 리턴하는 액화가스(G1)의 유량을 제1이젝터(22)의 구동력(Motive)으로 이용, 저장탱크(1) 내에 존재하는 증발가스(G2)가 제1흡입라인(23)으로 석션(suction)되도록 하여 리턴되는 액화가스(G1)와 함께 증발가스(G2)를 콘덴세이트(Condensate) 되도록 하는 것이다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 선박의 연료가스(G3) 공급시스템을 나타낸다. 도면을 참조하면, 제2실시예에서는 고압펌프(11) 하류에서 분기하여 저압수요처(3) 쪽으로 연장되는 제2분기라인(30)과, 고압기화기(12) 하류에서 분기되어 저압기화기(35) 하류와 연결되는 제3분기라인(40)을 포함할 수 있다.

제2분기라인(30)은 각 고압펌프(11) 하류의 연료공급라인(10)으로부터 저압수요처(3) 쪽으로 연장된다. 이러한 제2분기라인(30)은 고압펌프(11)를 거쳐 연료공급라인(10)를 지나는 고압의 액화가스(G1) 일부를 저압수요처(3)로 이송한다. 이때 제2분기라인(30)에는 조절밸브(31)와, 제2이젝터(32) 및 저장탱크(1)와 제2이젝터(32)를 연결하는 제2흡입라인(33)이 마련될 수 있다.

다시 말해, 제2분기라인(30)은 연료공급라인(10)으로부터 저압수요처(3)로 고압의 액화가스(G1)를 이송시킨다. 고압펌프(11)를 거쳐 고압상태인 액화가스(G1) 일부를 저압수요처(3)로 보내는 것이다. 저압수요처(3)는 대략 5 ~ 7bar정도의 저압연료가스(G3b)를 이용하는 DFDE 엔진과 같은 발전용 엔진이고, 저장탱크(1) 내부의 액화가스(G1)는 압력이 대략 1 bar 정도이기 때문에, 고압펌프(11) 하류에서 가압된 액화가스(G1) 일부를 저압수요처(3)로 감압하여 공급하는 것이다.

이때, 제2이젝터(32)는 저압수요처(3)에서 요구하는 압력의 저압연료가스(G3b)가 될 수 있도록 고압의 액화가스(G1)의 압력을 줄이는 역할을 할 수 있다. 고압의 액화가스(G1)의 유량을 제2이젝터(32)의 구동력(Motive)으로 이용, 저장탱크(1) 내부에 수용된 저압의 액화가스(G1)가 제2흡입라인(33)으로 석션(suction)되도록 하여, 고압과 저압의 액화가스가 서로 섞여 저압수요처(3) 쪽으로 토출되도록 하는 방식이다. 여기서, 제2이젝터(32)에서 구동력으로 작용하는 고압의 액화가스는 150 ~ 300bar이고, 흡입되는 저장탱크(1) 내부의 액화가스는 1bar이며, 저압수요처(3) 쪽으로 토출되는 액화가스는 대략 5 ~ 7bar정도의 압력을 가지도록 설계될 수 있다.

다시 말해, 제2이젝터(32)는 모멘텀 전달(Momentum Transfer)에 의한 유체 이송방식을 이용하여, 고압상태의 액화가스(G1)의 운동량으로 제2흡입라인(33)을 통해 흡입되는 액화가스(G1)에 운동량을 제공할 수 있다. 이때, 제2흡입라인(33)은 저장탱크(1) 내부의 액화가스(G1)를 제2이젝터(32)로 전달하는 역할을 할 수 있다. 이러한 제2이젝터(32)는 제1이젝터(22)와 마찬가지로, 압력을 갖는 물, 공기, 증기를 분출구로부터 고속으로 분출시켜 주위에 있는 유체를 유인하여 다른 곳으로 보내는 펌프류의 일종일 수 있다.

한편 제2흡입라인(33)에 마련되는 조절밸브(34)는 유량조절밸브 또는 압력조절밸브로써, 제2흡입라인(33)을 지나는 액화가스(G1)의 압력 또는 유량을 조절할 수 있다. 이는 제2흡입라인(33)을 지나는 액화가스(G1)가 일정한 압력 또는 유량으로 제2이젝터(32)에 공급될 수 있게 한다.

조절밸브(31)는 제2분기라인(30)에 마련되어, 제2이젝터(32)로 투입되는 고압 액화가스(G1)의 압력 또는 유량을 조절할 수 있다. 이때 조절밸브(31)는 계측기(31a)와 컨트롤러(31b)에 의해 제어될 수 있다. 여기서, 계측기(31a)는 제2이젝터(32)와 저압수요처(3) 사이에 마련되어 제2이젝터(32) 하류의 압력을 측정하고, 컨트롤러(31b)는 계측기(31a)에서 측정된 측정값을 기초로 조절밸브(31)를 피드백 제어할 수 있다. 이때 조절밸브(31)는 일례로 유량조절밸브일 수 있다.

저압기화기(35)는 제2이젝터(32)로부터 토출되는 액화가스(G1)를 기화하여 저압수요처(3) 쪽으로 보낸다. 통과하는 액화가스(G1)를 저압수요처(3)가 요구하는 저압연료가스(G3b)로 기화시키는 것이다. 이러한 저압기화기(35)는 고압기화기(12)와 투입되는 액화가스(G1)의 압력에만 차이가 있고, 동일한 구성과 기능을 수행할 수 있다.

이렇듯 제2실시예에서는, 고압펌프(11)에서 고압기화기(12)로 가기전 제2분기라인(30)을 통해 제2이젝터(32)를 이용, 저장탱크(1) 내에 수용된 액화가스(G1)를 석션하여 저압수요처(3)에 연료를 공급하는 방법이 제공될 수 있다. 이는 고압펌프(11) 하류에서 저압수요처(3)로 연결되는 제2분기라인(30)에 저장탱크(1)에 저장된 액화가스(G1)를 흡입하는 제2이젝터(32)를 마련하여, 저장탱크(1)의 용기 두께를 저압수요처(3)에서 요구하는 압력보다 낮게 설계 가능함으로써, 설비투자비용을 저감할 수 있는 이점을 가진다.

다시 도 2을 참조하면, 제2실시예에서는 고압기화기(12) 하류에서 분기되어 저압기화기(35) 하류와 연결되는 제3분기라인(40), 제3분기라인(40)에 마련되는 제3이젝터(42) 및 저장탱크(1)로부터 제3이젝터(42)와 연결되어 저장탱크(1) 내부의 증발가스(G2)를 제3이젝터(42)에 공급하는 제3흡입라인(43)을 포함할 수 있다.

제3분기라인(40)은 고압기화기(12) 하류에서 분기되어 저압기화기(35) 하류 쪽으로 연장된다. 이러한 제3분기라인(40)은 고압기화기(12)를 거쳐 고압수요처(2)에 공급되는 고압의 연료가스(G3), 즉 고압연료가스(G3a) 일부를 저압수요처(3)로 이송한다. 이때 제3분기라인(40)에는 조절밸브(41)와, 제3이젝터(42) 및 저장탱크(1)와 제3이젝터(42)를 연결하는 제3흡입라인(43)이 마련될 수 있다.

또 제3분기라인(40)은 연료공급라인(10)의 고압기화기(12) 하류에서 저압기화기(35) 하류로 연료가스(G3)가 이송되도록 마련될 수 있다. 고압연료가스(G3a) 일부를 감압하여 저압연료가스(G3b)로 변환한 후에 저압수요처(3)로 이송하는 것이다.

이때, 제3이젝터(42)는 고압연료가스(G3a)를 저압수요처(3)에서 요구하는 저압연료가스(G3b)로 변환하는 역할을 할 수 있다. 고압연료가스(G3a)를 제3이젝터(42)의 구동력(Motive)으로 이용, 저장탱크(1) 내부에 수용된 저압의 증발가스(G2)가 제3흡입라인(43)으로 석션(suction)되도록 하여, 고압연료가스(G3a)와 증발가스(G2)가 서로 섞여 제2분기라인(30) 쪽으로 토출되도록 하는 방식이다. 여기서, 고압연료가스(G3a)는 대략 150 ~ 300 bar의 압력이고, 저압연료가스(G3b)는 대략 5 ~ 7bar정도일 수 이며, 흡입되는 저장탱크(1) 내부의 증발가스(G2)는 대략 1bar일 수 있다. 고압연료가스(G3a), 저압연료가스(G3b), 증발가스(G2) 순으로 큰 압력을 가지는 것이다.

다시 말해, 제3이젝터(42)는 모멘텀 전달(Momentum Transfer)에 의한 유체 이송방식을 이용하여, 고압상태의 고압연료가스(G3a)의 운동량으로 제3흡입라인(43)을 통해 흡입되는 증발가스(G2)에 운동량을 제공할 수 있다. 이때, 제3흡입라인(43)은 저장탱크(1) 내부의 증발가스(G2)를 제3이젝터(42)로 전달하는 역할을 할 수 있다. 이러한 제3이젝터(42)는 제1이젝터(22)와 마찬가지로, 압력을 갖는 물, 공기, 증기를 분출구로부터 고속으로 분출시켜 주위에 있는 유체를 유인하여 다른 곳으로 보내는 펌프류의 일종일 수 있다.

한편 제3흡입라인(43)에 마련되는 조절밸브(44)는 유량조절밸브 또는 압력조절밸브로써, 제3흡입라인(43)을 지나는 유체의 압력 또는 유량을 조절할 수 있다. 이는 제3흡입라인(43)을 지나는 액화가스(G1)가 특정한 압력 또는 유량으로 제3이젝터(42)에 공급될 수 있게 한다.

제3분기라인(40)에 마련되는 조절밸브(41)는, 제3분기라인(40)을 지나는 고압 액화가스(G1)의 압력 또는 유량을 조절할 수 있다. 제3이젝터(42)로 투입되는 고압 액화가스(G1)의 압력 또는 유량을 조절하는 것이다. 이때 조절밸브(41)는 조절밸브(31)와 마찬가지로, 계측기(31a)와 컨트롤러(31b)에 의해 제어될 수 있다.

이때, 컨트롤러(31b)는 제2분기라인(30) 또는 제3분기라인(40)에 각각 마련된 조절밸브(31,41)를 상보적으로 제어할 수 있다. 제2이젝터(32)와 제3이젝터(42)가 각각 저장탱크(1) 내부의 액화가스(G1)와 증발가스(G2)를 석션(suction)하고, 액화가스(G1)와 증발가스(G2) 각각의 양은 저장탱크(1) 내부의 압력을 결정하므로, 조절밸브(31)와 조절밸브(41)를 함께 제어하여 저장탱크(1) 내부의 압력이 설정압력을 유지될 수 있도록 하는 것이다.

이처럼 제2실시예에서는, 고압기화기(12) 하류에서 분기되어 저압기화기(35) 하류와 연결되는 제3분기라인(40)과, 제3분기라인(40)에 마련되어 저장탱크(1) 내부의 증발가스(G2)를 흡입하는 제3이젝터(42)를 포함하여, 저장탱크(1) 내에서 발생되는 증발가스(G2) 양의 조절을 통해 저장탱크(1) 내부압을 용이하게 조절할 수 있다.

도 3는 본 발명의 제3실시예에 따른 선박의 연료가스(G3) 공급시스템을 나타낸다. 도면을 참조하면 제3실시예에서는, 제1실시예에서의 제1이젝터(22)와, 제2실시예에서의 제2이젝터(32) 및 제3이젝터(42)가 모두 하나의 시스템 상에 마련될 수 있다. 이때, 제3실시예에서의 각각의 구성 및 제어방법은 전술한 제1실시예 및 제2실시예와 실질적으로 동일하게 이루어질 수 있으므로, 설명을 생략한다.

이처럼 제3실시예에서는, 제1분기라인(20)과 제1이젝터(22), 제2분기라인(30)과 제2이젝터(32), 및 제3분기라인(40)과 제3이젝터(42)가 모두 하나의 시스템 상에 마련됨으로써, 액화가스(G1)를 이용하여 추가적인 에너지 소모 없이 저장탱크(1) 내부의 증발가스(G2)를 재응축시키고, 저장탱크(1)의 용기 두께를 저압수요처(3)에서 요구하는 압력보다 낮게 설계할 수 있으며, 저장탱크(1) 내부압을 용이하게 조절가능한 연료가스(G3) 공급시스템이 제공될 수 있다.

G1: 액화가스 G2: 증발가스
G3: 연료가스 G3a: 고압연료가스
G3b: 저압연료가스 1: 저장탱크
2: 고압수요처 3: 저압수요처
10: 연료공급라인 11: 고압펌프
12: 고압기화기 13: 압력조절밸브
20: 제1분기라인 21: 조절밸브
21a: 계측기 21b: 컨트롤러
22: 제1이젝터 23: 제1흡입라인
24: 조절밸브 24a: 계측기
24b: 컨트롤러 30: 제2분기라인
31: 조절밸브 31a: 계측기
31b: 컨트롤러 32: 제2이젝터
33: 제2흡입라인 34: 조절밸브
35: 저압기화기 40: 제3분기라인
41: 조절밸브 42: 제3이젝터
43: 제3흡입라인 44: 조절밸브

Claims

액화가스를 저장하는 저장탱크;
상기 저장탱크와 고압수요처를 연결하는 연료공급라인;
상기 연료공급라인에 마련되고, 상기 저장탱크의 액화가스를 설정압력으로 가압하여 송출하는 고압펌프;
상기 고압펌프 하류에서 분기되어 상기 저장탱크 쪽으로 연장되는 제1분기라인;
상기 제1분기라인에 마련되어 액화가스를 상기 저장탱크 쪽으로 회수하는 제1이젝터;
상기 저장탱크로부터 상기 제1이젝터와 연결되어 상기 저장탱크 내부의 증발가스를 상기 제1이젝터에 공급하는 제1흡입라인을 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
제1항에 있어서,
상기 고압펌프 하류에서 분기하여 저압수요처 쪽으로 연장되는 제2분기라인;
상기 제2분기라인에 마련되어 액화가스를 상기 저압수요처 쪽으로 공급하는 제2이젝터; 및
상기 저장탱크로부터 상기 제2이젝터와 연결되어 상기 저장탱크 내부의 액화가스를 상기 제2이젝터에 공급하는 제2흡입라인을 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
제2항에 있어서,
상기 고압펌프에서 가압된 액화가스를 기화하여 상기 고압수요처 쪽으로 보내는 고압기화기;
상기 제2이젝터 하류에서 액화가스를 기화하여 상기 저압수요처 쪽으로 보내는 저압기화기;
상기 고압기화기 하류에서 분기되어 상기 저압기화기 하류와 연결되는 제3분기라인;
상기 제3분기라인에 마련되는 제3이젝터; 및
상기 저장탱크로부터 상기 제3이젝터와 연결되어 상기 저장탱크 내부의 증발가스를 상기 제3이젝터에 공급하는 제3흡입라인을 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1이젝터, 제2이젝터, 및 제3이젝터의 상류에는 유체의 압력 또는 유량을 조절하는 조절밸브가 각각 마련되는 선박의 연료가스 공급시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1흡입라인, 제2흡입라인, 및 제3흡입라인에는 유체의 압력 또는 유량을 조절하는 조절밸브가 각각 마련되는 선박의 연료가스 공급시스템.
액화가스를 저장하는 저장탱크;
상기 저장탱크와 고압수요처를 연결하는 연료공급라인;
상기 연료공급라인에 마련되고, 상기 저장탱크의 액화가스를 설정압력으로 가압하여 송출하는 고압펌프;
상기 고압펌프 하류에서 분기하여 저압수요처 쪽으로 연장되는 제2분기라인;
상기 제2분기라인에 마련되어 액화가스를 상기 저압수요처 쪽으로 공급하는 제2이젝터; 및
상기 저장탱크로부터 상기 제2이젝터와 연결되어 상기 저장탱크 내부의 액화가스를 상기 제2이젝터에 공급하는 제2흡입라인을 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.
제6항에 있어서,
상기 고압펌프에서 가압된 액화가스를 기화하여 상기 고압수요처 쪽으로 보내는 고압기화기;
상기 제2이젝터 하류에서 액화가스를 기화하여 상기 저압수요처 쪽으로 보내는 저압기화기;
상기 고압기화기 하류에서 분기되어 상기 저압기화기 하류와 연결되는 제3분기라인;
상기 제3분기라인에 마련되는 제3이젝터; 및
상기 저장탱크로부터 상기 제3이젝터와 연결되어 상기 저장탱크 내부의 증발가스를 상기 제3이젝터에 공급하는 제3흡입라인을 포함하는 선박의 연료가스 공급시스템.