KR20190033067A - 선박 - Google Patents

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히데카즈 이와사키
히로타카 타카타
아키히로 안도
히로유키 타케다
나오코 인도
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

선박은, 추진용 가스 소비기와, 액화천연가스를 저류하는 탱크와, 탱크 내에서 발생한 보일-오프 가스를 가스 소비기로 안내하고, 압축기가 설치된 제1 공급라인과, 압축기의 상류 측에서 제1 공급라인에 양단이 접속된 분기라인과, 탱크 내에서 액화천연가스를 취출하고, 그 액화천연가스가 기화한 기화 가스를 가스 소비기 또는 다른 가스 소비기로 안내하는 제2 공급라인과, 제2 공급라인에 흐르는 액화천연가스와 분기라인에 흐르는 보일-오프 가스 사이에서 열교환을 수행하는 열교환기와, 분기라인에 흐르는 보일-오프 가스의 유량을 조정하는 조정 밸브와, 소정 조건하에서, 열교환기로부터 유출되는 액화천연가스의 온도가 설정 온도로 유지되도록, 조정 밸브를 제어하는 제어 장치를 구비한다.

Description

선박
본 발명은, 추진용 가스 소비기(消費器)를 포함하는 선박에 관한 것이다.
종래부터, 선박의 추진용 가스 소비기에는, 왕복 엔진, 가스터빈 엔진, 가스 연소 보일러 등이 이용되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 도 4에 나타낸 바와 같은 선박(100)이 개시되어 있다. 이 선박(100)은, 추진용 가스 소비기로서, 액화천연가스를 저류(貯留)하는 탱크(110) 내에서 발생하는 보일-오프 가스(Boil-Off Gas)를 연료가스로 하는 주(主) 왕복 엔진(130)을 포함한다.
구체적으로, 특허문헌 1에 개시된 선박(100)에서는, 보일-오프 가스가 제1 주(主) 공급라인(120)을 통해서 탱크(110)로부터 주 왕복 엔진(130)으로 안내된다. 제1 주 공급라인(120)에는, 고압 압축기(121)이 설치되어 있다.
고압 압축기(121)의 중간으로부터는 부(副) 공급라인(140)이 연장되어 있고, 부 공급라인(140)은 부 왕복 엔진(150)에 연결되어 있다. 부 왕복 엔진(150)은 2원(元) 연료 엔진이고, 보일-오프 가스의 발생량이 주 왕복 엔진(130)의 가스 소비량보다도 많은 경우에는, 잉여 가스가 부 공급라인(140)을 통해서 부 왕복 엔진(150)으로 공급된다.
또한, 도 4에 나타낸 선박(100)에서는, 보일-오프 가스의 발생량이 주 왕복 엔진(130)의 가스 소비량보다도 적은 경우에도, 주 왕복 엔진(130)으로 충분한 양의 연료가스를 공급하기 위한 구성이 채용되어 있다. 구체적으로, 탱크(110) 내에 펌프(160)가 배치되고, 이 펌프(160)로부터 제2 주 공급라인(170)이 연장되어 있다. 제2 주 공급라인(170)은, 고압 압축기(121)의 하류 측에서 제1 주 공급라인(120)에 연결되어 있다. 제2 주 공급라인(170)에는, 액화천연가스를 강제적으로 기화하는 강제 기화기(171)가 설치되어 있다. 또한, 제1 주 공급라인(120)은, 연락 라인(180)에 의해, 고압 압축기(121)의 하류 측에서 부 공급라인(140)과 접속되어 있다. 즉, 제2 주 공급라인(170)은, 강제 기화기(171)에서 생성된 기화 가스를 주 왕복 엔진(130)과 부 왕복 엔진(150)의 어느 쪽으로도 안내하는 것이 가능하다.
일본 특허공개 특개2015-145243호 공보
그런데 도 4에 나타낸 선박(100)에서는, 강제 기화기(171)에서 액화천연가스가 강제적으로 기화된다, 바꾸어 말하면 액화천연가스 중의 메탄뿐만 아니라 중질분도 기화되기 때문에, 강제 기화기(171)에서 생성된 기화 가스의 메탄가가 보일-오프 가스에 비해 낮아진다. 주 왕복 엔진(130) 또는 부 왕복 엔진(150)의 연소 안정화의 관점에서는, 액화천연가스를 기화시켰을 경우에도, 적정한 메탄가의 기화 가스를 주 왕복 엔진(130) 또는 부 왕복 엔진(150)으로 공급하는 것이 요구된다.
이것을 실현하려면, 도 4에 나타낸 선박(100)에 있어서, 강제 기화기(171)에서 생성된 기화 가스를 냉각기로 냉각하여 기화 가스 중의 중질분을 응축시키고, 그 응축한 중질분을 기액 분리기에서 제거하는 것을 생각할 수 있다.
그런데 강제 기화기(171)는, 일반적으로 증기 등의 고온 유체를 이용하여 액화천연가스를 가열하는 것이다. 이와 같은 강제 기화기(171)에서는, 액화천연가스의 유량이 많은 경우는, 안정된 메탄가의 기화 가스를 주 왕복 엔진(130) 또는 부 왕복 엔진(150)으로 공급할 수 있다. 그렇지만, 액화천연가스의 유량이 적은 경우는, 고온 유체와 액화천연가스와의 온도차가 크기 때문에, 냉각기로부터 유출되는 기화 가스의 온도가 크게 변동한다. 따라서, 액화천연가스의 유량이 적은 경우에, 주 왕복 엔진(130) 또는 부 왕복 엔진(150)으로 공급되는 기화 가스의 메탄가가 불안정해진다.
그래서 본 발명은, 액화천연가스의 유량이 적은 경우에 가스 소비기로 공급되는 기화 가스의 메탄가를 안정시킬 수 있는 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 선박은, 추진용 가스 소비기와, 액화천연가스를 저류하는 탱크와, 상기 탱크 내에서 발생한 보일-오프 가스를 상기 가스 소비기로 안내하고, 압축기가 설치된 제1 공급라인과, 상기 압축기의 상류 측에서 상기 제1 공급라인에 양단이 접속된 분기라인과, 상기 탱크 내에서 액화천연가스를 취출하고, 그 액화천연가스가 기화한 기화 가스를 상기 가스 소비기 또는 다른 가스 소비기로 안내하는 제2 공급라인과, 상기 제2 공급라인에 흐르는 액화천연가스와 상기 분기라인에 흐르는 보일-오프 가스 사이에서 열교환을 수행하는 열교환기와, 상기 분기라인에 흐르는 보일-오프 가스의 유량을 조정하는 조정 밸브와, 소정 조건하에, 상기 열교환기로부터 유출되는 액화천연가스의 온도가 설정 온도로 유지되도록, 상기 조정 밸브를 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
탱크 내의 온도 성층 등의 영향으로, 보일-오프 가스의 온도는 액화천연가스의 온도보다도 높다. 따라서, 상기의 구성에 의하면, 액화천연가스의 유량이 적은 경우에 보일-오프 가스의 현열을 이용하여 액화천연가스를 기화시킬 수 있다. 즉, 강제 기화기 및 냉각기 자체가 불필요한 선박, 또는 액화천연가스의 유량이 적은 경우에 강제 기화기 및 냉각기를 가동시킬 필요가 없는 선박을 실현할 수 있다. 게다가, 보일-오프 가스와 액화천연가스의 온도차는 비교적 작기 때문에, 열교환기에서 유출되는 액화천연가스의 온도가 크게 변동하는 것이 억제된다. 또한, 열교환기에서 유출되는 액화천연가스의 온도는 설정 온도로 유지되므로, 메탄가가 거의 일정한 기화 가스를 추진용 가스 소비기 또는 다른 가스 소비기로 공급할 수 있다.
예를 들면, 상기 소정 조건은, 상기 열교환기가 보일-오프 가스에 의해서 액화천연가스를 상기 설정 온도까지 가열 가능한 때여도 좋다.
상기 선박은, 상기 열교환기로부터 유출되는 액화천연가스의 온도를 검출하는 온도계를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 소정 조건하에서, 상기 온도계에서 검출되는 액화천연가스의 온도가 상기 설정 온도로 유지되도록, 상기 조정 밸브를 제어하여도 좋다. 제2 공급라인에 설치된 유량계의 검출 값에 의거하여, 열교환기에서 유출되는 액화천연가스의 온도가 설정 온도로 유지되도록 조정 밸브를 제어하는 것은 가능하지만, 온도계에서 검출되는 액화천연가스의 온도를 설정 온도와 비교하면, 더욱 정확한 제어를 수행할 수 있다.
상기 분기라인은 제1 분기라인이며, 상기의 선박은, 상기 열교환기의 하류 측에서 상기 제2 공급라인에 설치된 강제 기화기와, 상기 강제 기화기의 하류 측에서 상기 제2 공급라인에 설치된 냉각기와, 상기 냉각기의 하류 측에서 상기 제2 공급라인에 설치된 기액 분리기와, 상기 열교환기와 상기 강제 기화기 사이에서 상기 제2 공급라인으로부터 분기하여, 상기 냉각기와 상기 기액 분리기 사이 또는 상기 기액 분리기의 하류 측에서 상기 제2 공급라인에 연결되는 제2 분기라인과, 액화천연가스의 상기 강제 기화기로의 유입을 허가하는 허가 상태와 액화천연가스의 상기 강제 기화기로의 유입을 금지하는 금지 상태 사이에서 절환(切換)되는 절환 밸브를 더 구비하여도 좋다. 이 구성에 의하면, 액화천연가스의 유량이 적은 경우에는, 절환 밸브를 금지 상태로 하는 것으로, 강제 기화기 및 냉각기를 불사용으로 할 수 있다. 한편, 액화천연가스의 유량이 많은 경우에는, 절환 밸브를 허가 상태로 하는 것으로, 강제 기화기 및 냉각기를 사용하여, 충분한 양의 기화 가스를 추진용 가스 소비기 또는 다른 가스 소비기로 공급할 수 있다.
예를 들면, 상기 선박은, 상기 열교환기의 상류 측에서 상기 제2 공급라인에 흐르는 액화천연가스의 유량을 검출하는 유량계를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 유량계에서 검출되는 액화천연가스의 유량이 설정 유량보다도 많아졌을 때에 상기 절환 밸브를 허가 상태로 절환하고, 상기 유량계에서 검출되는 액화천연가스의 유량이 상기 설정 유량보다도 적어졌을 때에 상기 절환 밸브를 금지 상태로 절환하여도 좋다.
상기 절환 밸브는, 상기 제2 공급라인에서 상기 제2 분기라인의 분기점에 설치된 3방 밸브이고, 상기 제2 분기라인은, 상기 냉각기와 상기 기액 분리기 사이에서 상기 제2 공급라인에 연결되어 있어도 좋다. 이 구성에 의하면, 절환 밸브가 금지 상태에 있을 때에는, 냉각기의 하류 측에 설치되는 기액 분리기를 이용하여, 열교환기를 통과하는 것에 의해 기액 2상(相) 상태가 된 액화천연가스 중의 액상(중질분)을 제거할 수 있다.
상기 기액 분리기는 제1 기액 분리기이고, 상기의 선박은, 상기 제2 공급라인에서 상기 제2 분기라인의 분기점에 설치된 제2 기액 분리기와, 상기 제2 기액 분리기와 상기 강제 기화기 사이에서 상기 제2 공급라인으로부터 분기하여 상기 탱크에 연결되는 반송(返送)라인을 더 구비하며, 상기 절환 밸브는, 상기 제2 공급라인에서 상기 반송라인의 분기점에 설치된 3방 밸브이고, 상기 제2 분기라인은, 상기 제2 기액 분리기에서 액상과 분리된 기상을 받아들이고, 상기 제1 기액 분리기의 하류 측에서 상기 제2 공급라인에 연결되어 있어도 좋다. 이 구성에 의하면, 절환 밸브가 금지 상태에 있을 때에는, 열교환기를 통과하는 것에 의해 기액 2상 상태가 된 액화천연가스 중의 액상(중질분)을 반송라인을 통해서 탱크로 되돌릴 수 있고, 절환 밸브가 허가 상태에 있을 때에는, 강제 기화기로 기액 2상 상태의 액화천연가스가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 액화천연가스의 유량이 적은 경우에 가스 소비기로 공급되는 기화 가스의 메탄가를 안정시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 선박의 개략 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 선박의 개략 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 선박의 개략 구성도이다.
도 4는, 종래의 선박의 개략 구성도이다.
(제1 실시형태)
도 1에, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 선박(1A)을 나타낸다. 이 선박(1A)은, 액화천연가스(이하, 'LNG'라고 함)를 저류하는 탱크(11)와, 추진용 가스 소비기인 가스 엔진(13)을 포함한다. 다만, 추진용 가스 소비기는, 예를 들면 가스 연소 보일러여도 좋다.
도면에 도시된 예에서는, 탱크(11)가 하나만 설치되어 있지만, 탱크(11)는 복수로 설치되어도 좋다. 또한, 도면에 도시된 예에서는, 가스 엔진(13)이 하나만 설치되어 있지만, 가스 엔진(13)은 복수로 설치되어도 좋다.
가스 엔진(13)은, 스크루 프로펠러(screw propeller)(도시하지 않음)를 직접적으로 회전 구동하여도 좋고(기계 추진), 스크루 프로펠러를 발전기 및 모터를 통해서 회전 구동하여도 좋다(전기 추진).
본 실시형태에서는, 가스 엔진(13)이, 연료가스 분사압이 중압 또는 고압인 왕복 엔진이다. 가스 엔진(13)은, 연료가스만을 연소시키는 가스 전소(專燒) 엔진이어도 좋고, 연료가스와 연료유 중 한쪽 또는 양쪽 모두를 연소시키는 2원 연료 엔진이어도 좋다. 다만, 가스 엔진(13)은, 가스터빈 엔진이어도 좋다.
선박(1A)은, 탱크(11) 내에서 발생한 보일-오프 가스(이하, 'BOG'라고 함)를 가스 엔진(13)으로 안내하는 제1 공급라인(2)과, 탱크(11) 내에서 LNG를 취출하고, 그 LNG가 기화한 기화 가스(이하, 'VG'라고 함)를 가스 엔진(13)으로 안내하는 제2 공급라인(3)을 포함한다.
본 실시형태에서는, 제2 공급라인(3)이, BOG의 발생량이 가스 엔진(13)의 가스 소비량보다도 적은 경우(예를 들면, 가스 엔진(13)의 고부하 시 및 초고부하 시)에 사용된다. 즉, 가스 엔진(13)의 중부하 시 및 저부하 시는, 제2 공급라인(3)은 사용되지 않는다. 또한, 가스 엔진(13)의 저부하 시에는, BOG의 발생량이 가스 엔진(13)의 가스 소비량보다도 많아지는 경우가 있다. 이 경우에는, 잉여 가스가, 재액화되어 탱크(11)로 되돌려져도 좋고, 도시를 생략한 선내 전원용 가스 엔진에 공급되어도 좋으며, 가스 처리 장치(예를 들면, GCU)에서 처리되어도 좋다.
탱크(11)는, 제1 공급라인(2)에 의해 가스 엔진(13)과 접속되어 있다. 제1 공급라인(2)에는, 압축기(21)가 설치되어 있다. 압축기(21)는, BOG를 중압 또는 고압으로 압축한다. 다만, 압축기(21)는, 예를 들면 가스 엔진(13)의 연료가스 분사압이 저압인 경우는, 저압 압축기여도 좋다.
탱크(11) 내에는, 펌프(12)가 배치되어 있다. 펌프(12)는, 제2 공급라인(3)에 의해 제1 공급라인(2)과 접속되어 있다. 본 실시형태에서는, 제2 공급라인(3)이, 압축기(21)의 상류 측에서 제1 공급라인(2)에 연결되어 있다. 다만, 예를 들면, 제2 공급라인(3)에 압축기가 설치되는 경우는, 제2 공급라인(3)이 압축기(21)의 하류 측에서 제1 공급라인(2)에 연결되어도 좋다.
제2 공급라인(3)에는, 상류 측으로부터 차례로, 강제 기화기(31), 냉각기(32) 및 기액 분리기(33)가 설치되어 있다. 강제 기화기(31)는, 펌프(12)에서 토출되는 LNG를 강제적으로 기화시켜 VG를 생성한다. 냉각기(32)는, 강제 기화기(171)에서 생성된 VG를 냉각하여 VG 중의 중질분(에탄, 프로판, 부탄 등)을 응축시킨다. 기액 분리기(33)는, VG 중에서, 응축한 중질분을 제거한다. 기액 분리기(33)에 의해서 제거된 중질분은, 탱크(11)로 되돌려진다.
또한, 본 실시형태에서는, 제2 공급라인(3)에 흐르는 LNG를 BOG를 이용하여 기화시키기 위한 구성이 채용되어 있다. 탱크(11) 내의 온도 성층(成層) 등의 영향으로, BOG의 온도는 LNG의 온도보다도 높다. 예를 들면, 탱크(11) 내에서는, BOG의 온도는 -90℃이고, LNG의 온도는 -162℃이다. 한편, 탱크(11)로부터 뽑아내지는 LNG의 온도는, 예를 들면 약 -150℃이다. LNG 중의 메탄은, 펌프(12)의 가압에 의해서, 약 -150℃까지 온도가 상승하여도 액체 그대로이다.
구체적으로, 제1 공급라인(2)에는, 압축기(21)의 상류 측의 일부를 바이패스 하도록 제1 분기라인(41)이 접속되어 있다. 바꾸어 말하면, 제1 분기라인(41)의 양단은, 압축기(21)의 상류 측에서 제1 공급라인(2)에 접속되어 있다. 또한, 선박(1A)에는, 강제 기화기(31)의 상류 측에서 제2 공급라인(3)에 흐르는 LNG와 제1 분기라인(41)에 흐르는 BOG 사이에서 열교환을 수행하는 열교환기(5)가 설치되어 있다.
제1 분기라인(41)에 흐르는 BOG의 유량은, 조정 밸브(6)에 의해 조정된다. 본 실시형태에서는, 조정 밸브(6)가, 제1 공급라인(2)에서 제1 분기라인(4)의 분기점(제1 분기라인(4)의 상류단)에 설치된 분배 밸브이다. 즉, 조정 밸브(6)는, 열교환기(5)를 경유하는 BOG(제1 분기라인(41)에 흐르는 BOG)와 열교환기(5)를 경유하지 않는 BOG(조정 밸브(6)를 통과하여 제1 공급라인(2)에 흐르는 BOG)의 비율을, 0% : 100% ~ 100% : 0%의 사이에서 임의로 변경할 수 있다.
다만, 도시는 생략하지만, 조정 밸브(6)는, 제1 분기라인(4)의 양단 사이에서 제1 공급라인(2)에 설치된 유량 제어 밸브와, 제1 분기라인(41)에 설치된 유량 제어 밸브라는 한 쌍의 유량 제어 밸브로 구성되어도 좋다. 혹은, 조정 밸브(6)는, 제1 분기라인(41)에 설치된 유량 제어 밸브만으로 구성되어도 좋다.
조정 밸브(6)는, 제어 장치(8)에 의해 제어된다. 제2 공급라인(3)에 흐르는 LNG의 유량이 적은 경우는, LNG의 유량이 많아짐에 따라, 제1 분기라인(41)에 흐르는 BOG의 유량을 많게 하면, 열교환기(5)로부터 유출되는 LNG의 온도(T)를 일정하게 하는 것이 가능하다. 제어 장치(8)는, 소정 조건하에서, 열교환기(5)로부터 유출되는 LNG의 온도(T)가 설정 온도(Ts)로 유지되도록, 조정 밸브(6)를 제어한다. 예를 들면, 소정 조건은, 열교환기(5)가 BOG에 의해서 LNG를 설정 온도(Ts)까지 가열 가능할 때, 바꾸어 말하면, 제2 공급라인(3)에 흐르는 LNG의 유량이 적을 때이다. 본 실시형태에서는, 소정 조건은, 후술하는 유량계(81)에서 검출되는 LNG의 유량(Q)이 설정 유량(Qs)보다 작을 때이다.
설정 온도(Ts)는, LNG의 온도와 BOG의 온도 사이에서 임의로 설정 가능하다. 예를 들면, 설정 온도(Ts)는, LNG 중의 메탄이 기화하는데도 중질분의 대부분이 액체 그대로 유지되는 온도이다(예를 들어, -120℃).
본 실시형태에서는, 제2 공급라인(3)에, 열교환기(5)로부터 유출되는 LNG의 온도(T)를 검출하는 온도계(82)가 설치되어 있다. 그리고 제어 장치(8)는, 소정 조건하에서, 온도계(82)에서 검출되는 LNG의 온도(T)가 설정 온도(Ts)로 유지되도록, 조정 밸브(6)를 제어한다.
또한, 제2 공급라인(3)에는, 강제 기화기(31) 및 냉각기(32)를 바이패스 하도록 제2 분기라인(42)이 접속되어 있다. 즉, 제2 분기라인(42)은, 열교환기(5)와 강제 기화기(31) 사이에서 제2 공급라인(3)으로부터 분기하여, 냉각기(32)와 기액 분리기(33) 사이에서 제2 공급라인(3)에 연결되어 있다.
제2 공급라인(3)에서 제2 분기라인(42)의 분기점에는, 3방 밸브(7A)가 설치되어 있다. 3방 밸브(7A)는, 제2 공급라인(3)의 3방 밸브(7A)보다 상류 측 부분을 3방 밸브(7A)보다 하류 측 부분과 연통시키는 제1 상태와, 제2 공급라인(3)의 3방 밸브(7A)보다 상류 측 부분을 제2 분기라인(42)과 연통시키는 제2 상태 사이로 절환된다. 바꾸어 말하면, 제1 상태는, LNG의 강제 기화기(31)로의 유입을 허가하는 허가 상태이고, 제2 상태는, LNG의 강제 기화기(31)로의 유입을 금지하는 금지 상태이다. 즉, 3방 밸브(7A)는, 본 발명의 절환 밸브에 상당한다.
3방 밸브(7A)는, 제어 장치(8)에 의해 제어된다. 제2 공급라인(3)에는, 열교환기(5)의 상류 측에서 제2 공급라인(3)에 흐르는 LNG의 유량(Q)을 검출하는 유량계(81)가 설치되어 있다. 제어 장치(8)는, 유량계(81)에서 검출되는 LNG의 유량(Q)이 설정 유량(Qs)보다도 많아졌을 때에 3방 밸브(7A)를 제1 상태(허가 상태)로 절환하고, 유량계(81)에서 검출되는 LNG의 유량(Q)이 설정 유량(Qs)보다도 작아졌을 때에 3방 밸브(7A)를 제2 상태(금지 상태)로 절환한다.
설정 유량(Qs)은, 예를 들면, LNG의 유량이 열교환기(5)의 처리 능력을 상회하고, 열교환기(5)로부터 유출되는 LNG의 온도(T)를 설정 온도(Ts)로 유지할 수 없게 되는 한계 유량이다. 다만, 설정 유량(Qs)은, 한계 유량에 대해 소정 비율만큼 작은 값이어도 좋다.
또한, 제어 장치(8)는, 유량계(81)에서 검출되는 LNG의 유량(Q)이 설정 유량(Qs)보다도 많아졌을 때는, BOG의 전량이 조정 밸브(6)를 통과하여 제1 공급라인(2)으로 흐르도록, 바꾸어 말하면, 제1 분기라인(41)에 BOG가 흐르지 않도록 조정 밸브(6)를 제어한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 선박(1A)에서는, 제2 공급라인(3)에 흐르는 LNG와 제1 분기라인(41)에 흐르는 BOG 사이에서 열교환을 수행하는 열교환기(5)가 설치되어 있다. 이 때문에, LNG의 유량이 적은 경우에 BOG의 현열을 이용하여 LNG를 기화시킬 수 있다. 즉, LNG의 유량이 적은 경우에는, 강제 기화기(31) 및 냉각기(32)를 가동시킬 필요가 없다. 게다가, BOG와 LNG의 온도차는 비교적 작으므로, 열교환기(5)로부터 유출되는 LNG의 온도가 크게 변동하는 것이 억제된다. 또한, 조정 밸브(6)의 제어에 의해, 열교환기(5)로부터 유출되는 LNG의 온도(T)는 설정 온도(Ts)로 유지되므로, 메탄가가 거의 일정한 VG를 가스 엔진(13)으로 공급할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 3방 밸브(7A) 및 제2 분기라인(42)이 설치되어 있기 때문에, LNG의 유량이 적은 경우에는, 3방 밸브(7A)를 제2 상태(제2 분기라인(42)에 LNG가 흐르는 상태)로 함으로써, 강제 기화기(31) 및 냉각기(32)를 불사용으로 할 수 있다. 한편, LNG의 유량이 많은 경우에는, 3방 밸브(7A)를 제1 상태(제2 분기라인(42)에 LNG가 흐르지 않는 상태)로 함으로써, 강제 기화기(31) 및 냉각기(32)를 사용하여, 충분한 양의 VG를 가스 엔진(13)으로 공급할 수 있다.
또한, 제2 분기라인(42)은 냉각기(32)와 기액 분리기(33) 사이에서 제2 공급라인(3)에 연결되어 있으므로, 3방 밸브(7A)가 제2 상태에 있을 때에는, 냉각기(32)의 하류 측에 설치되는 기액 분리기(33)를 이용하여, 열교환기(5)를 통과하는 것에 의해 기액 2상 상태가 된 LNG 중의 액상(중질분)을 제거할 수 있다.
<변형 예>
본 발명의 절환 밸브는, 반드시 3방 밸브(7A)일 필요는 없고, 제2 분기라인(42)의 분기점과 강제 기화기(31) 사이에서 제2 공급라인(3)에 설치된 개폐 밸브와, 제2 분기라인(42)에 설치된 개폐 밸브라는 한 쌍의 개폐 밸브로 구성되어도 좋다.
또한, 3방 밸브(7A) 및 제2 분기라인(42)은 생략되어도 좋다. 이 경우에는, 제2 공급라인(3)에 흐르는 LNG의 유량이 적은 경우에는, 강제 기화기(31) 및 냉각기(32)의 가동을 정지하면 좋다.
온도계(82)를 생략하고, 제2 공급라인(3)에 설치된 유량계(81)의 검출 값에 의거하여, 열교환기(5)로부터 유출되는 LNG의 온도(T)가 설정 온도(Ts)로 유지되도록 조정 밸브(6)를 제어하는 것은 가능하다. 그렇지만, 온도계(82)에서 검출되는 LNG의 온도(T)를 설정 온도(Ts)와 비교하면, 더욱 정확한 제어를 수행할 수 있다. 이 변형 예는, 후술하는 제2 실시형태에서도 적용 가능하다. 또한, 유량계(81)의 검출 값에 의거하여 조정 밸브(6)를 제어하는 경우는, 유량계(81)의 검출 값 등으로부터, 열교환기(5)에서 유출되는 LNG의 온도(T)를 설정 온도(Ts)로 유지하는데 필요한 BOG 유량을 산출할 수 있다. 따라서, 제1 분기라인(41)에도 유량계를 설치하고, 이 유량계의 검출 값이 산출한 필요 유량이 되도록 조정 밸브(6)를 제어하여도 좋다.
(제2 실시형태)
도 2에, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 선박(1B)을 나타낸다. 또한, 본 실시형태 및 후술하는 제3 실시형태에서, 제1 실시형태와 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명은 생략한다.
본 실시형태에서는, 기액 분리기(33)가 제1 기액 분리기(33)이고, 제2 공급라인(3)에서 제2 분기라인(42)의 분기점에 제2 기액 분리기(43)가 설치되어 있다. 조정 밸브(6)는, 제1 실시형태와 동일하게 제어된다. 제2 기액 분리기(43)는, 제2 공급라인(3)에 흐르는 LNG의 양이 적은 경우에, 열교환기(5)를 통과하는 것에 의해 기액 2상 상태가 된 LNG를 액상과 기상으로 분리한다. 한편, 제2 공급라인(3)에 흐르는 LNG의 양이 많은 경우는, 제1 분기라인(41)에 BOG가 흐르지 않고, 열교환기(5)로부터 유출되는 LNG는 거의 100% 액상이기 때문에, 제2 기액 분리기(43)는 그다지 기능하지 않는다.
제2 분기라인(42)은, 제2 기액 분리기(43)에서 액상과 분리된 기상을 받아들인다. 제2 분기라인(42)은, 제1 기액 분리기(33)의 하류 측에서 제2 공급라인(3)에 연결되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 반송라인(44)이 설치되어 있다. 반송라인(44)은, 제2 기액 분리기(43)와 강제 기화기(31) 사이에서 제2 공급라인(3)으로부터 분기하여 탱크(11)에 연결되어 있다.
제2 공급라인(3)에서 반송라인(44)의 분기점에는, 3방 밸브(7B)가 설치되어 있다. 3방 밸브(7B)는, 제2 공급라인(3)의 3방 밸브(7B)보다 상류 측 부분을 3방 밸브(7B)보다 하류 측 부분과 연통시키는 제1 상태와, 제2 공급라인(3)의 3방 밸브(7B)보다 상류 측 부분을 반송라인(44)과 연통시키는 제2 상태 사이에서 절환된다. 바꾸어 말하면, 제1 상태는, LNG의 강제 기화기(31)로의 유입을 허가하는 허가 상태이고, 제2 상태는, LNG의 강제 기화기(31)로의 유입을 금지하는 금지 상태이다. 즉, 3방 밸브(7B)는, 본 발명의 절환 밸브에 상당한다.
3방 밸브(7B)는, 제어 장치(8)에 의해 제어된다. 제어 장치(8)는, 유량계(81)에서 검출되는 LNG의 유량(Q)이 설정 유량(Qs)보다도 많아졌을 때에 3방 밸브(7B)를 제1 상태(허가 상태)로 절환하고, 유량계(81)에서 검출되는 LNG의 유량(Q)이 설정 유량(Qs)보다도 작아졌을 때에 3방 밸브(7B)를 제2 상태(금지 상태)로 절환한다.
본 실시형태에서도, 제1 실시형태와 마찬가지로, 조정 밸브(6)의 제어에 의해서, 메탄가가 거의 일정한 VG를 가스 엔진(13)으로 공급할 수 있다. 게다가, 본 실시형태에서는, 3방 밸브(7B) 및 제2 분기라인(42)이 설치되어 있으므로, LNG의 유량이 적은 경우에는, 3방 밸브(7B)를 제2 상태(반송라인(44)에 LNG가 흐르는 상태)로 함으로써, 강제 기화기(31) 및 냉각기(32)를 불사용으로 할 수 있다. 한편, LNG의 유량이 많은 경우에는, 3방 밸브(7B)를 제1 상태(반송라인(44)에 LNG가 흐르지 않는 상태)로 함으로써, 강제 기화기(31) 및 냉각기(32)를 사용하여, 충분한 양의 VG를 가스 엔진(13)으로 공급할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 3방 밸브(7B)가 제2 상태에 있을 때에는, 열교환기(5)를 통과하는 것에 의해 기액 2상 상태가 된 LNG 중의 액상(중질분)을 반송라인(44)을 통해서 탱크(11)로 되돌릴 수 있고, 3방 밸브(7B)가 제1 상태에 있을 때에는, 강제 기화기(31)로 기액 2상 상태의 LNG가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
<변형 예>
본 발명의 절환 밸브는, 반드시 3방 밸브(7B)일 필요는 없고, 반송라인(44)의 분기점과 강제 기화기(31) 사이에서 제2 공급라인(3)에 설치된 개폐 밸브와, 반송라인(44)에 설치된 개폐 밸브라는 한 쌍의 개폐 밸브로 구성되어도 좋다.
또한, 3방 밸브(7B), 반송라인(44) 및 제2 분기라인(42)은 생략되어도 좋다. 이 경우에는, 제2 공급라인(3)에 흐르는 LNG의 유량이 적은 경우에는, 강제 기화기(31) 및 냉각기(32)의 가동을 정지하면 좋다.
(제3 실시형태)
도 3에, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 선박(1C)을 나타낸다. 본 실시형태에서는, 가스 엔진(13)이 주 가스 엔진(13)이고, 제2 공급라인(3)이, 주 가스 엔진(13)이 아니라 선내 전원용 가스 소비기인 부 가스 엔진(14)으로 VG를 안내한다. 도면에 도시된 예에서는, 부 가스 엔진(14)이 하나만 설치되어 있지만, 부 가스 엔진(14)은 복수로 설치되어도 좋다.
부 가스 엔진(14)은, 연료가스 분사압이 중압 또는 저압인 왕복 엔진이고, 발전기(도시하지 않음)와 연결되어 있다. 부 가스 엔진(14)은, 연료가스만을 연소시키는 가스 전소 엔진이어도 좋고, 연료가스와 연료유 중 한쪽 또는 양쪽 모두를 연소시키는 2원 연료 엔진이어도 좋다.
제2 공급라인(3)에는, 기액 분리기(33)의 하류 측에 가열기(34)가 설치되어 있다. 가열기(34)는, 기액 분리기(33)를 통과한 VG를 부 가스 엔진(14)으로의 공급에 알맞은 온도로 가열한다.
본 실시형태에서도, 제1 실시형태와 같은 작용에 의해, 메탄가가 거의 일정한 VG를 부 가스 엔진(14)에 공급할 수 있다. 그밖에, 3방 밸브(7A) 및 제2 분기라인(42) 등에 의한 효과는 제1 실시형태와 동일하다.
<변형 예>
본 실시형태와 마찬가지로, 제2 실시형태의 제2 공급라인(3)이 부 가스 엔진(14)으로 VG를 안내하여도 좋다.
(다른 실시형태)
본 발명은 상술한 제1 ~ 제3 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.
예를 들면, 가스 엔진(13)의 정격 출력에 따라서는, 가스 엔진(13)의 초고부하 시에만 제2 공급라인(3)을 사용하여, 소량의 LNG를 기화시키는 것만으로 좋은 경우가 있다. 이 경우에는, 제2 공급라인(3)에 강제 기화기(31) 및 냉각기(32)가 설치되지 않아도 좋다. 즉, 열교환기(5)가 있다면, 강제 기화기(31) 및 냉각기(32) 자체가 불필요해지는 경우가 있다.
또한, 열교환기(5)에서 LNG의 가열에 이용하는 유체로서는, BOG 이외에도, 예를 들면 선내에서 생성되는 질소(N2)를 이용하는 것이 가능하다.
1A ~ 1C : 선박
13 : 가스 엔진, 주 가스 엔진(가스 소비기)
14 : 부 가스 엔진(가스 소비기)
2 : 제1 공급라인
21 : 압축기
3 : 제2 공급라인
31 : 강제 기화기
32 : 냉각기
33 : 기액 분리기, 제1 기액 분리기
41 : 제1 분기라인
42 : 제2 분기라인
43 : 제2 기액 분리기
44 : 반송라인
5 : 열교환기
6 : 조정 밸브
7A, 7B : 3방 밸브(절환 밸브)
8 : 제어 장치
81 : 유량계
82 : 온도계

Claims (7)

  1. 추진용 가스 소비기와,
    액화천연가스를 저류하는 탱크와,
    상기 탱크 내에서 발생한 보일-오프 가스를 상기 가스 소비기로 안내하고, 압축기가 설치된 제1 공급라인과,
    상기 압축기의 상류 측에서 상기 제1 공급라인에 양단이 접속된 분기라인과,
    상기 탱크 내에서 액화천연가스를 취출하고, 그 액화천연가스가 기화한 기화 가스를 상기 가스 소비기 또는 다른 가스 소비기로 안내하는 제2 공급라인과,
    상기 제2 공급라인에 흐르는 액화천연가스와 상기 분기라인에 흐르는 보일-오프 가스 사이에서 열교환을 수행하는 열교환기와,
    상기 분기라인에 흐르는 보일-오프 가스의 유량을 조정하는 조정 밸브와,
    소정 조건하에서, 상기 열교환기로부터 유출되는 액화천연가스의 온도가 설정 온도로 유지되도록, 상기 조정 밸브를 제어하는 제어 장치를 구비하는 선박.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소정 조건은, 상기 열교환기가 보일-오프 가스에 의해 액화천연가스를 상기 설정 온도까지 가열 가능한 때인 선박.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열교환기로부터 유출되는 액화천연가스의 온도를 검출하는 온도계를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 소정 조건하에서, 상기 온도계에서 검출되는 액화천연가스의 온도가 상기 설정 온도로 유지되도록, 상기 조정 밸브를 제어하는 선박.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분기라인은 제1 분기라인이며,
    상기 열교환기의 하류 측에서 상기 제2 공급라인에 설치된 강제 기화기와,
    상기 강제 기화기의 하류 측에서 상기 제2 공급라인에 설치된 냉각기와,
    상기 냉각기의 하류 측에서 상기 제2 공급라인에 설치된 기액 분리기와,
    상기 열교환기와 상기 강제 기화기 사이에서 상기 제2 공급라인으로부터 분기하여, 상기 냉각기와 상기 기액 분리기 사이 또는 상기 기액 분리기의 하류 측에서 상기 제2 공급라인에 연결되는 제2 분기라인과,
    액화천연가스의 상기 강제 기화기로의 유입을 허가하는 허가 상태와 액화천연가스의 상기 강제 기화기로의 유입을 금지하는 금지 상태 사이에서 절환되는 절환 밸브를 더 구비하는 선박.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열교환기의 상류 측에서 상기 제2 공급라인에 흐르는 액화천연가스의 유량을 검출하는 유량계를 더 구비하며,
    상기 제어 장치는, 상기 유량계에서 검출되는 액화천연가스의 유량이 설정 유량보다도 많아졌을 때에 상기 절환 밸브를 허가 상태로 절환하고, 상기 유량계에서 검출되는 액화천연가스의 유량이 상기 설정 유량보다도 작아졌을 때에 상기 절환 밸브를 금지 상태로 절환하는 선박.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 절환 밸브는, 상기 제2 공급라인에서 상기 제2 분기라인의 분기점에 설치된 3방 밸브이고,
    상기 제2 분기라인은, 상기 냉각기와 상기 기액 분리기 사이에서 상기 제2 공급라인에 연결되어 있는 선박.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 기액 분리기는 제1 기액 분리기이고,
    상기 제2 공급라인에서 상기 제2 분기라인의 분기점에 설치된 제2 기액 분리기와,
    상기 제2 기액 분리기와 상기 강제 기화기 사이에서 상기 제2 공급라인으로부터 분기하여 상기 탱크에 연결되는 반송라인을 더 구비하며,
    상기 절환 밸브는, 상기 제2 공급라인에서 상기 반송라인의 분기점에 설치된 3방 밸브이고,
    상기 제2 분기라인은, 상기 제2 기액 분리기에서 액상과 분리된 기상을 받아들이고, 상기 제1 기액 분리기의 하류 측에서 상기 제2 공급라인에 연결되어 있는 선박.
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