KR102376276B1 - 선박의 가스 연료 공급 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천연가스와 같은 가스 연료를 연료로 사용하는 선박에서, 자연기화가스와 강제기화가스를 동시에 연료로 사용할 때, 열원이 필요한 기화기와 냉원이 필요한 엔진용 공기 쿨러에 각각 열원과 냉원을 함께 공급할 수 있는 선박의 가스 연료 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템은, 엔진의 가스 연료로 공급하기 위하여 액화가스를 기화시키는 고압기화기; 엔진의 가스 연료로 공급하기 위하여, 액화가스가 자연기화하여 생성된 증발가스를 압축시키는 고압압축기; 상기 고압압축기에서 압축되어 상기 엔진의 연료로 공급되는 압축 증발가스를 고온가스와 저온가스로 분리하는 냉·열원 공급기; 및 상기 냉·열원 공급기에서 분리된 고온가스가 상기 액화가스를 기화시키는 열원으로 공급되도록 상기 냉·열원 공급기와 상기 고압기화기를 연결하는 고온가스 공급라인;을 포함하고, 상기 고압기화기에서 액화가스를 기화시킨 후 배출되는 고온가스는 상기 엔진의 가스 연료로 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 가스 연료 공급 시스템 및 방법 {Fuel Gas Supply System and Method for a Ship}

본 발명은 천연가스와 같은 가스 연료를 연료로 사용하는 선박에서, 자연기화가스와 강제기화가스를 동시에 연료로 사용할 때, 열원이 필요한 기화기로는 열원을, 냉원이 필요한 엔진용 공기쿨러로는 냉원을 동시에 각각 공급할 수 있는 선박의 가스 연료 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근에는, 선박에서 각종 엔진의 연료로서 사용하고 있는 중유(HFO; Heavy Fuel Oil), MDO(Marine Diesel Oil) 등의 오일을 연소시킬 경우 배기가스에 포함된 각종 유해물질로 인한 환경오염의 심각성이 대두되어, 오일을 연료로서 사용하는 선박용 엔진에 대한 규제가 강화되고 있으며, 이러한 규제를 만족시키기 위한 비용이 점차 증가하고 있다.

그에 따라, 중유, MDO 등의 오일을 연료로 사용하지 않거나 또는 최소한의 양만 사용하는 대신에, LNG(Liquefied Natural Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), CNG(Compressed Natural Gas), DME(Di-Methyl Ether) 등 환경오염 물질이 없거나 거의 배출되지 않는 가스를 연료로 사용하는 선박이 해결방안으로 제시되고 있다. 또한, 이러한 가스를 연료로 사용하고자 하는 기술 개발도 활발히 이루어지고 있다.

일례로, 가스와 오일을 모두 연료로 사용할 수 있는 ME-GI(MAN Electronic Gas Injection) 엔진 및 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진을 LNG 운반선과 같은 선박 등의 해양구조물에 적용할 수 있다.

ME-GI 엔진은, 2행정으로 구성되며, 약 300bar 부근의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하는 고압가스 분사엔진이다. ME-GI 엔진은 천연가스를 엔진의 연료로 사용하고, 그 부하에 따라 대략 200 ∼ 400bara(절대압력) 정도의 고압의 연료 가스 공급 압력이 요구된다. ME-GI 엔진은, 동급출력의 디젤엔진에 비해 오염물질 배출량을 이산화탄소는 23%, 질소화합물은 80%, 황화합물은 95% 이상 줄일 수 있는 친환경적인 차세대 엔진으로서 각광받고 있다.

DFDE 엔진은, 4행정으로 구성되며, 약 6.5bar 정도의 저압 천연가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하는 저압가스 분사엔진이다.

ME-GI 엔진 및 DFDE 엔진으로 가스 연료를 공급하는 방법은, 증발가스(BOG, Boil-Off Gas)를 엔진이 요구하는 온도와 압력의 연료 가스로 만들어서 엔진에 공급하는 방법과, LNG를 강제로 기화시켜 엔진이 요구하는 온도와 압력의 연료 가스로 만들어서 엔진에 공급하는 방법이 있다.

BOG를 엔진이 요구하는 온도와 압력의 상태로 만들어서 엔진에 공급하기 위한 것으로, 고압압축기를 포함하는 장치를 '하이콤(HiCOM)'이라 하고, LNG를 강제기화시켜 엔진이 요구하는 온도와 압력의 상태로 만들어서 엔진에 공급하기 위한 것으로, 고압펌프 및 고압기화기를 포함하는 장치를 '하이바(HiVAR)'라 한다.

일반적으로 선박에는, 선박의 추진용 메인 엔진으로서의 ME-GI 엔진과 선박의 발전용 엔진으로서의 DFDE 엔진이 모두 설치되고, BOG와 강제기화가스를 모두 엔진의 연료로 사용할 수 있도록, 하이콤과 하이바를 모두 포함하는 연료 공급 시스템이 설치된다. ME-GI 엔진과 DFDE 엔진이 모두 설치되고, 하이콤과 하이바를 모두 포함하는 연료 공급 시스템이 설치된 경우, 연료 공급 시스템의 운영 방법은 다음과 같다.

선박의 만선 항해(Laden voyage) 시에는, LNG 저장탱크에서 생성되는 BOG가 충분하기 때문에, 하이바는 사용하지 않고, 하이콤만을 사용하여 BOG를 ME-GI 엔진과 DFDE 엔진에 연료로 공급하고, BOG의 양이 부족하면 부족한 연료의 양만큼은 연료유를 사용하게 된다.

선박의 발라스트 항해(Ballast voyage) 시에는, BOG 생성량이 충분하지 않기 때문에, 하이바를 사용하여, 수요처로 하역하고 남은 LNG를 강제기화시킨 강제기화가스를, ME-GI 엔진과 DFDE 엔진에 연료로 공급한다.

즉, 만선 항해 시에는 가스 연료 공급 시스템의 하이콤을 사용하여 엔진에 연료 가스를 공급하고, 발라스트 항해 시에는 하이바를 사용하여 엔진에 연료 가스를 공급하도록 시스템이 설계되어 있다.

그런데, 발라스트 항해 시에도 BOG가 많이 발생한 경우에는, 하이콤도 사용할 필요가 있다. 하이콤을 사용하지 않으면 GCU(Gas Combustion Unit)를 사용하여 BOG를 태워야 한다. BOG를 태우는 것은 경제적으로도 낭비가 되고 환경오염의 문제도 발생하기 때문에, 엔진의 연료로 사용하는 것이 바람직하다.

이렇듯, 선박의 운항 상황에 따라서는, 하이콤과 하이바를 동시에 사용하여 엔진으로 연료 가스를 공급해야 하는 경우가 발생하게 되는데, 종래의 가스 연료 공급 시스템은, 하이콤과 하이바를 동시에 사용하지 못하고 하이콤 또는 하이바 중 어느 하나만을 사용하여 연료를 공급하도록 시스템이 설계되어 있다.

따라서, 본 발명은, 선박에서 BOG를 엔진에 연료로 공급하는 하이콤과 LNG를 강제기화시킨 강제기화가스를 엔진에 연료로 공급하는 하이바를 동시에 가동할 수 있도록 하는 선박의 가스 연료 공급 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 엔진의 가스 연료로 공급하기 위하여 액화가스를 기화시키는 고압기화기; 엔진의 가스 연료로 공급하기 위하여, 액화가스가 자연기화하여 생성된 증발가스를 압축시키는 고압압축기; 상기 고압압축기에서 압축되어 상기 엔진의 연료로 공급되는 압축 증발가스를 고온가스와 저온가스로 분리하는 냉·열원 공급기; 및 상기 냉·열원 공급기에서 분리된 고온가스가 상기 액화가스를 기화시키는 열원으로 공급되도록 상기 냉·열원 공급기와 상기 고압기화기를 연결하는 고온가스 공급라인;을 포함하고, 상기 고압기화기에서 액화가스를 기화시킨 후 배출되는 고온가스는 상기 엔진의 가스 연료로 공급되는, 선박의 가스 연료 공급 시스템이 제공된다.

바람직하게는, 상기 엔진으로 공급할 연소용 공기를 냉각시키기 위한 연소용 공기 냉각용 냉각수를 냉각시키는 제2 냉각수 쿨러; 및 상기 냉·열원 공급기에서 분리된 저온가스가 상기 제2 냉각수 쿨러의 냉매로서 공급되도록, 상기 냉·열원 공급기와 상기 제2 냉각수 쿨러를 연결하는 저온가스 공급라인;을 더 포함하고, 상기 제2 냉각수 쿨러에서 연소용 공기 냉각용 냉각수를 냉각시킨 후 배출되는 저온가스는 상기 고압압축기에서 압축되는 증발가스 흐름에 합류될 수 있다.

바람직하게는, 상기 고압압축기는 다수개의 압축기를 포함하여 증발가스를 다단계에 걸쳐 압축시키는 다단압축기이고, 상기 제2 냉각수 쿨러로부터 고압압축기로 합류되는 저온가스는, 상기 다수개의 압축기 중 상기 저온가스의 압력과 가장 유사한 압축기의 후단으로 합류될 수 있다.

바람직하게는, 상기 고온가스 공급라인으로부터 분기되며 상기 고온가스가 상기 고압기화기를 우회하여 상기 엔진으로 공급되도록 연결되는 제1 고온가스 분기라인; 및 상기 고온가스가 상기 고압기화기 또는 제1 고온가스 분기라인으로 흐르도록 유로를 제어하는 제2 삼방밸브;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 엔진으로 공급되는 고온가스의 온도를 측정하는 가스 온도 트랜스미터; 및 상기 가스 온도 트랜스미터의 측정값을 이용하여 상기 제2 삼방밸브를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 냉·열원 공급기는 볼텍스 튜브(vortex tube)일 수 있다.

바람직하게는, 상기 고압압축기로부터 상기 냉·열원 공급기로 압축 증발가스가 유동하는 제4 바이패스 라인; 및 상기 선박의 가스 연료 공급 시스템의 동작 모드에 따라 상기 제4 바이패스 라인의 개폐 밸브를 제어하는 제어부;를 더 포함하되, 상기 제어부는, 상기 고압압축기와 상기 고압기화기가 모두 가동되어, 상기 액화가스를 기화시킨 강제기화가스 및 상기 증발가스가 상기 엔진의 연료로 공급되는 동시 모드에서만 상기 제4 바이패스 라인의 개폐 밸브를 개방할 수 있다.

바람직하게는, 상기 엔진은, 고압가스 분사엔진; 및 저압가스 분사엔진;을 포함하고, 상기 고압기화기에서 기화된 강제기화가스와 상기 고압압축기의 최후단으로부터 배출되는 고압의 압축 증발가스는 상기 고압가스 분사엔진의 연료로 공급되고, 상기 고온가스는 상기 저압가스 분사엔진의 연료로 공급될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 액화가스를 고압가스 분사엔진의 요구 압력으로 압축하고, 압축된 액화가스를 고압기화기에서 기화시켜 상기 고압가스 분사엔진의 가스 연료로서 공급하는 것과 동시에, 상기 액화가스로부터 자연기화한 증발가스는 고압압축기에서 저압가스 분사엔진의 요구 압력으로 압축하고, 상기 압축 증발가스를 상기 저압가스 분사엔진의 가스 연료로서 공급하되, 상기 압축 증발가스는, 상기 저압가스 분사엔진의 가스 연료로서 공급하기 전에 냉·열원 공급기에서 저온가스 및 고온가스로 분리하고, 상기 분리된 고온가스를 상기 고압기화기의 열원으로 공급하여 상기 압축 액화가스와 열교환시킨 후, 상기 저압가스 분사엔진에 연료로서 공급하는, 선박의 가스 연료 공급 방법이 제공된다.

바람직하게는, 연소용 공기를 냉각시킬 냉각수를 제1 냉각수 쿨러에서 냉각시킨 후 제2 냉각수 쿨러에서 더 냉각시켜 상기 고압가스 분사엔진 및 저압가스 분사엔진으로 공급하되, 상기 저온가스를 상기 제2 냉각수 쿨러의 냉원으로 공급하여 상기 연소용 공기를 냉각시킬 냉각수와 열교환시킨 후, 상기 고압압축기에서 압축되는 증발가스 흐름에 합류시킬 수 있다.

바람직하게는, 상기 냉·열원 공급기로 공급하고 남은 압축 증발가스는, 상기 고압압축기에서 상기 고압가스 분사엔진의 요구 압력까지 더 압축하여, 상기 고압가스 분사엔진의 가스 연료로 공급할 수 있다.

바람직하게는, 상기 고압기화기는 가동하지 않고, 상기 증발가스를 상기 고압압축기에서 압축시켜 상기 저압가스 분사엔진 및 고압가스 분사엔진의 연료로 공급할 때에는, 상기 냉각수를 해수를 이용하여 냉각시켜, 상기 저압가스 분사엔진 및 고압가스 분사엔진으로 공급할 수 있다.

바람직하게는, 상기 고압기화기는 글리콜 워터를 주 열원으로 하고, 상기 고온가스는 보조 열원으로 사용하며, 상기 저압가스 분사엔진으로 공급되는 고온가스의 온도를 측정하여, 상기 냉·열원 공급기로부터 상기 고압기화기를 통과하여 상기 저압가스 분사엔진으로 공급하는 고온가스의 유량과 상기 고압기화기를 우회하여 상기 저압가스 분사엔진으로 공급하는 고온가스의 유량을 제어함으로써, 상기 저압가스 분사엔진으로 공급되는 고온가스의 온도를 제어할 수 있다.

바람직하게는, 상기 고압압축기는 가동하지 않고, 상기 액화가스를 상기 고압펌프 및 고압기화기를 통해 압축 및 강제기화시켜 상기 고압가스 분사엔진의 연료로 공급할 때에는, 상기 액화가스는 글리콜 워터를 열원으로 사용하여 기화시킬 수 있다.

본 발명에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템 및 방법은, 증발가스(BOG)를 선박 내 엔진의 연료로 공급하는 하이콤과 액화가스를 강제기화시켜 선박 내 엔진의 연료로 공급하는 하이바를 동시에 가동시킬 수 있다. 따라서, 선종이나 호선의 제약없이 선주의 요구 사항에 따라 적용이 가능하다.

특히, 하이콤과 하이바를 동시에 가동시킬 때, 엔진에서 필요로 하는 냉원과 하이바에서 필요로 하는 열원을 동시에 공급할 수 있으며, 냉원과 열원의 유량 및 온도를 조절할 수 있다.

또한, 냉원과 열원을 동시에 공급하는 데 있어, 냉원과 열원을 보조 냉원 및 보조 열원으로 공급함으로써, 주 냉원 및 주 열원을 공급하는 에너지 또한 절감할 수 있다.

또한, 하이콤과 하이바를 동시에 가동시킬 때, 엔진으로 공급하는 연소용 공기(engine charge air)의 온도를 낮게 할 수 있어 엔진의 연비를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

후술하는 본 발명의 일 실시예에서 액화가스는, 가스를 저온으로 액화시켜 수송할 수 있고 엔진의 연료로 사용할 수 있는 액화가스일 수 있으며, 예를 들어, LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화 석유화학 가스일 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스인 LNG인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서 선박은, 액화가스를 저장할 수 있는 액화가스 저장탱크가 설치되고, 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치된 모든 종류의 선박일 수 있다. 즉, 액화가스를 연료로 사용하는 LFS(LNG Fueled Ship)로서, LNG 운반선, LEG(Liquefied Ethane Gas) 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 선박을 비롯하여, 해상 구조물, 즉 LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)과 같은 해상 구조물일 수도 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 LNG 운반선인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다. 이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템 및 방법을 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, LNG를 저장하는 LNG 저장탱크(100); LNG 저장탱크(100)에 저장된 LNG를 강제기화시켜 엔진(400)의 연료로 공급하는 하이바(HiVAR)(200); LNG 저장탱크(100)에 저장된 LNG가 자연기화하여 생성된 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)를 엔진(400)의 연료로 공급하는 하이콤(HiCOM)(300); 및 엔진(400)으로 공급할 연소용 공기(charge air)를 냉각시키는 공기쿨러(미도시); 및 공기쿨러로 연소용 공기를 냉각시키기 위한 냉매로서 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부(600);를 포함한다.

본 실시예의 LNG 저장탱크(100)는, 약 1bar, 약 -163℃ 정도의 극저온으로 액화된 LNG를 저장하며, LNG가 액체 상태를 유지하며 저장될 수 있도록 단열처리된 것일 수 있다. 도 1에서는 LNG 저장탱크(100)가 하나만 구비되는 것을 예로 들어 도시하였지만 LNG 저장탱크(100)는 하나 이상 구비될 수 있다.

또한, 본 실시예의 LNG 저장탱크(100)는, 연료로서 LNG를 저장하는 연료탱크일 수도 있고, 화물로서 LNG를 저장하는 화물탱크일 수도 있다.

본 실시예에서 엔진(400)은, LNG 저장탱크(100)에 저장된 LNG를 강제기화시킨 강제기화가스와 증발가스를 모두 연료로 사용할 수 있는 고압가스 분사엔진(410); 및 저압가스 분사엔진(420);을 포함할 수 있다.

본 실시예의 고압가스 분사엔진(410)은, 강제기화가스 또는 증발가스를 고압으로 압축시킨 고압가스를 연료로 사용하고, 고압가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택하여 구동하는 것일 수 있다. 본 실시예에서 고압가스 분사엔진(410)은 ME-GI 엔진인 것을 예로 들어 설명하기로 한다. ME-GI 엔진(410)은, 약 150bar 내지 약 400bar 또는 약 300bar의 압력으로 압축된 가스를 연료로 사용한다. 또한, 본 실시예에서 ME-GI 엔진(410)은, 선박의 추진시스템과 연결되고, 연료를 사용하여 선박의 추진력을 제공할 수 있다.

본 실시예의 저압가스 분사엔진(420)은, 강제기화가스 또는 증발가스를 상대적으로 저압으로 압축시킨 저압가스를 연료로 사용하고, 저압가스를 연소공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축을 시키는 오토 사이클(Otto Cycle)을 채택하여 구동하는 것일 수 있다. 본 실시예에서 저압가스 분사엔진(420)은 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진인 것을 예로 들어 설명하기로 한다. DFDE 엔진은, 약 4 bar 내지 약 8bar, 또는 약 6.5bar 내지 7bar의 압력으로 압축된 가스를 연료로 사용한다. 또한, 본 실시예에서 DFDE 엔진(420)은, 발전기와 연결되고, 연료를 사용하여 선박 내에서 필요로 하는 전력을 생산할 수 있다.

또한, 본 실시예에서 ME-GI 엔진(410)은 강제기화가스와 증발가스를 모두 연료로 사용하고, DFDE 엔진(420)은 증발가스를 연료로 사용하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니다.

또한, 도 1에서는 ME-GI 엔진(410)과 DFDE 엔진(420)이 각각 하나씩 구비되는 것을 예로 들어 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니고, ME-GI 엔진(410)과 DFDE 엔진(420)은 각각 하나 이상씩 구비될 수 있다.

본 실시예의 엔진(400)은, 가스 연료와 함께 연소에 필요한 연소용 공기를 공급받는데, 본 실시예에 따르면, 엔진(400)으로 공급하는 연소용 공기를 공기쿨러에서 냉각시켜 공급한다. 또한, 공기쿨러에서는, 후술할 냉각수 공급부(600)에서 냉각된 냉각수와 연소용 공기의 열교환에 의해 연소용 공기가 냉각된다.

본 실시예에서 공기쿨러는, ME-GI 엔진(410)과 DFDE 엔진(420) 내부에 각각 구비될 수 있다. 본 실시예에서 엔진(400)은, 엔진실을 포함하는 개념일 수 있으며, 따라서, 본 실시예에서 공기쿨러가 엔진(400) 내부에 구비된다는 것은, 공기쿨러가 엔진 본체가 구비되는 엔진실에 구비된다는 것을 의미할 수도 있고, 공기쿨러가 엔진 본체 내부에 구비되는 것을 의미할 수도 있을 것이다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니다.

도 1에서는, 엔진(400)과 냉각수 공급부(600)가 냉각수 순환라인(AL)에 의해 연결되는 것 처럼 도시되어 있다. 그러나, 도면에 구체적으로 도시되어 있지는 않지만, 본 실시예에서는, 공기쿨러가 ME-GI 엔진(410)과 DFDE 엔진(420) 내부에 각각 구비되는 것을 예로 들어 설명하기로 하였으므로, 냉각수 순환라인(AL)을 통해 엔진(400)으로 유동하는 냉각수는, 냉각수 공급부(600)로부터 엔진(400) 내부의 공기쿨러로 유동하고, 또한, 엔진(400) 내부의 공기쿨러로부터 냉각수 공급부(600)로 유동하는 것이다.

냉각수 공급부(600)에서 냉각된 냉각수는 냉각수 순환라인(AL)을 따라 엔진(400) 내부의 공기쿨러로 공급되고, 공기쿨러에서 열교환에 의해 온도가 상승한 냉각수는 냉각수 순환라인(AL)을 따라 공기쿨러로부터 냉각수 공급부(600)로 순환 유동한다.

본 실시예의 냉각수는 청수일 수 있고, 본 실시예의 냉각수 공급부(600)는, 선내에 설치되는 중앙 청수 냉각 시스템일 수 있다. 그러나 이에 한정하지는 않고, 연소용 공기를 냉각시키기 위한 냉각수를 공급하기 위해 마련되는 것일 수도 있다. 본 실시예에서는 선박에는 냉각수 공급부(600)가 중앙 청수 냉각 시스템인 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 선박에는, 선내에 설치되는 장치나 배관 등 냉각이 필요한 각종 냉각 장치를 냉각시키거나, 유체를 냉각시키기 위한 냉매로서 공급할 청수를 냉각시키는 중앙 청수 냉각 시스템이 구비된다. 본 실시예에 따르면, 중앙 청수 냉각 시스템에서 냉각된 냉각수를 엔진(400)으로 공급할 연소용 공기를 냉각시키는 냉매로 활용할 수 있다.

본 실시예의 냉각수 공급부(600)는, 냉각수를 냉각시키는 제1 냉각수 쿨러(630); 냉각수 순환라인(AL)을 따라 유동하는 냉각수를 제1 냉각수 쿨러(630)로 공급하는 냉각수 순환펌프(610); 및 제1 냉각수 쿨러(630)에서 냉각된 냉각수를 더 냉각시키는 제2 냉각수 쿨러(640);를 포함한다.

제1 냉각수 쿨러(630)는, 선박 내 각종 냉각 장치를 냉각시킨 후 온도가 상승한 냉각수, 또는 냉각수 순환라인(AL)으로 보충 공급된 냉각수를 열교환에 의해 냉각시킨다. 제1 냉각수 쿨러(630)에서 냉각수를 냉각시키는 냉원은 해수일 수 있다. 제1 냉각수 쿨러(630)에서 냉각된 냉각수는 냉각수 순환라인(AL)을 따라 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급된다.

제1 냉각수 쿨러(630)에는 냉각수를 냉각시키는 냉매로서 해수가 유동하는 해수 공급라인(SL);이 연결되고, 해수 공급라인(SL)에는 해수가 제1 냉각수 쿨러(630)로 공급되도록 흡입하거나 순환시키는 해수펌프(810);가 구비된다.

또한, 본 실시예의 제1 냉각수 쿨러(630)는, 선박 내 구비되는 중앙 청수 냉각 시스템의 청수 냉각 쿨러일 수 있으며, 따라서, 제1 냉각수 쿨러(630)에서 냉각된 냉각수는, 본 실시예에 따른 엔진(400) 내 공기쿨러는 물론이고, 냉각이 필요한 선내 기타 냉각 장치(700)로도 공급된다.

즉, 제1 냉각수 쿨러(630)는, 선내 기타 냉각 장치(700)에서 필요로하는 냉각수 온도가 설정되어 있을 수 있다. 본 실시예에서, 제1 냉각수 쿨러(630)의 후단에서의 냉각수 온도의 설정값은 약 36℃일 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 냉각수 순환라인(AL)으로부터 분기되며, 제1 냉각수 쿨러(630)에서 냉각된 냉각수가 다시 제1 냉각수 쿨러(630)로 공급되도록 연결되는 제2 냉각수 분기라인(AL3); 및 냉각수 순환라인(AL)으로부터 분기되며, 제1 냉각수 쿨러(630)에서 냉각된 냉각수가 선내 기타 냉각 장치(700)로 공급되도록 유동하도록 연결되는 제3 냉각수 분기라인(AL3);을 더 포함한다.

제2 냉각수 분기라인(AL3) 및 제3 냉각수 분기라인(AL3)은 제1 냉각수 쿨러(630)와 후술하는 제2 냉각수 쿨러(640) 사이, 즉, 제2 냉각수 쿨러(640)의 상류에서 냉각수 순환라인(AL)으로부터 분기된다.

제2 냉각수 쿨러(640)로 유입되지 않고 제2 냉각수 분기라인(AL2) 및 제3 냉각수 분기라인(AL3)으로 분기되는 냉각수의 유량은, 제어부에 의해 엔진(400)에서 필요로 하는 냉각수의 유량 및 기타 냉각 장치(700)에서 필요로 하는 냉각수의 유량 중 어느 하나 이상의 조건에 따라 제어될 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각수 순환라인(AL)으로부터 제1 냉각수 쿨러(630)의 상류에서 분기되며, 냉각수가 제1 냉각수 쿨러(630)를 우회하도록 연결되는 제1 냉각수 분기라인(AL1);을 더 포함한다.

제1 냉각수 분기라인(AL1)이 냉각수 순환라인(AL)으로부터 분기되는 지점에는, 냉각수 순환 펌프(610)에 의해 제1 냉각수 쿨러(630)로 공급되거나 또는 제1 냉각수 쿨러(630)를 우회하여 제1 냉각수 쿨러(630) 후단으로 합류하도록 유로를 제어하는 제1 삼방밸브(620); 및 제1 냉각수 쿨러(630) 후단에서 냉각수의 온도를 측정하는 냉각수 온도 트랜스미터(TTa);가 구비될 수 있다.

제1 삼방밸브(620)는 냉각수 온도 트랜스미터(TTa)의 측정값을 이용하여 제어될 수 있고, 제1 삼방밸브(620)의 제어는 도시되지 않은 제어부에 의해 실시될 수 있다.

예를 들어, 도시하지 않은 제어부는, 냉각수 온도 트랜스미터(TTa)에서 측정한 냉각수의 온도가 설정값보다 낮으면, 제1 삼방밸브(620)의 제1 냉각수 분기라인(AL1)과 연결된 측이 개방되도록 제어한다. 이때, 냉각수 순환 펌프(610)에 의해 가압된 냉각수의 적어도 일부는 제1 냉각수 쿨러(630)를 우회한 후 냉각수 순환라인(AL)으로 합류됨으로써, 제1 냉각수 쿨러(630) 후단의 냉각수 온도가 조절된다.

또한, 냉각수 온도 트랜스미터(TTa)에서 측정한 냉각수의 온도가 설정값 범위 내에 있다면 제1 삼방밸브(620)의 개방 또는 폐쇄 상태는 유지될 수 있다.

본 실시예에서, 제1 냉각수 쿨러(AL)에서 냉각된 후, 제2 냉각수 분기라인(AL2) 및 제3 냉각수 분기라인(AL)으로 분기되고 남은 나머지 냉각수는, 엔진(400) 내 공기쿨러로 연결되는 냉각수 순환라인(AL)을 통해 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급된다.

엔진(400)으로 공급되는 연소용 공기는 온도가 낮을수록 엔진의 연료 소모량(Fuel Oil Consumption)이 개선된다. 이는, 연소용 공기의 온도가 낮을수록 산소의 밀도가 높아지기 때문이다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 제1 냉각수 쿨러(630)에서 냉각된 냉각수는, 제2 냉각수 쿨러(640)에서 더 냉각된 후 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급될 수 있다.

본 실시예의 제2 냉각수 쿨러(640)에서는 적어도 2가지 이상의 서로 다른 냉원을 이용하여 냉각수를 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 냉각수 쿨러(640)에서 냉각수를 냉각시키는 제1 냉원은 해수일 수 있고, 제2 냉원은 후술할 저온가스일 수 있다. 여기서 제1 냉원은 해수로 한정되지는 않는다.

또한, 제2 냉각수 쿨러(640)는 제1 냉원과 제2 냉원을 동시에 사용하여 냉각수를 냉각시킬 수도 있고, 둘 중 하나의 냉원만을 사용하여 냉각수를 추가 냉각시킬 수도 있으며, 제2 냉각수 쿨러(640)에서 사용하는 냉원의 종류는, 본 실시예의 가스 연료 공급 시스템의 연료 공급 모드에 따라 달라질 수 있다.

예를 들어, 본 실시예에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템이 하이콤 모드로 동작하는 경우, 제2 냉각수 쿨러(640)에서는 제1 냉원, 즉 해수를 냉원으로 사용하여 냉각수를 냉각시킨다. 이때, 제2 냉각수 쿨러(640)에서 더 냉각되어 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급되는 냉각수의 온도는 약 30℃, 또는 최저 약 10℃로 설정될 수 있다. 또는, 하이콤 모드로 동작할 때에는 제2 냉각수 쿨러(640)는 가동시키지 않고, 냉각수는 제1 냉각수 쿨러(630)에서만 냉각되어 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급될 수도 있다.

또한, 본 실시예에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템이 하이바 모드로 동작하는 경우, 제2 냉각수 쿨러(640)에서는 제1 냉원, 즉 해수를 냉원으로 사용하여 냉각수를 냉각시키고, 이때, 제2 냉각수 쿨러(640)에서 냉각되어 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급되는 냉각수의 온도는 약 30℃, 또는 최저 약 10℃로 설정될 수 있다. 또는, 하이바 모드로 동작할 때에는 제2 냉각수 쿨러(640)는 가동시키지 않고, 냉각수는 제1 냉각수 쿨러(630)에서만 냉각되어 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급될 수도 있다.

또한, 본 실시예에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템이 동시 모드, 즉, 하이콤(300)과 하이바(200)를 모두 가동시켜 엔진(400)으로 연료를 공급하는 경우, 제2 냉각수 쿨러(640)에서는 제2 냉원, 즉 저온가스를 냉원으로 사용하여 냉각수를 냉각시키고, 이때, 제2 냉각수 쿨러(640)에서 냉각되어 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급되는 냉각수의 온도는 약 10℃로 설정될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따르면, 동시 모드로 동작할 때, 냉각수 공급부(600)로부터 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급되는 냉각수를 제2 냉각수 쿨러(640)에서 더 냉각시킴으로써 엔진(400)의 연비를 향상시킬 수 있다.

본 실시예의 하이바(200)는, LNG 저장탱크(100)로부터 엔진(400)의 연료로 공급할 LNG를 배출시키는 피드펌프(110); LNG 저장탱크(100)로부터 배출된 LNG를 고압으로 압축시키는 고압펌프(210); 고압펌프(210)에서 압축된 LNG를 기화시키는 고압기화기(220);를 포함한다. 본 실시예에서는, 고압기화기(220)에서 기화된 강제기화가스는 LNG 공급라인(LL)을 따라 ME-GI 엔진(410)의 연료로 공급된다.

본 실시예의 피드펌프(110)는, 도 1에 도시된 바와 같이, LNG 저장탱크(100) 내부에 설치된 반잠수식 펌프일 수 있다. 그러나, 이에 한정하는 것은 아니고, 피드펌프(110)는 LNG 저장탱크(100) 외부에 설치될 수도 있을 것이다.

또한, LNG 저장탱크(100)가 화물용 LNG 저장탱크인 경우, 피드펌프(110)는 LNG를 하역하기 위해 구비된 하역용 펌프일 수도 있고, 하역 후 바닥에 남은 LNG를 LNG 저장탱크(100) 외부로 배출시키기 위해 구비된 스트리핑 펌프일 수도 있으며, 연료 공급용으로 별도로 구비된 것일 수도 있다.

본 실시예의 고압펌프(210)는 ME-GI 엔진(410)의 연료로 공급할 LNG를, ME-GI 엔진(410)에서 요구하는 연료 압력 조건을 만족시키도록 압축시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 고압펌프(210)는 피드펌프(110)에 의해 LNG 저장탱크(100)로부터 LNG 공급라인(LL)을 따라 배출된 LNG를 ME-GI 엔진(410)에서 연료로서 요구하는 압력, 즉, 약 300bar 또는 후단에서의 압력 손실을 고려하여 그보다 약간 높은 압력으로 압축시킬 수 있다.

본 실시예의 고압기화기(220)는, 고압펌프(210)에 의해 압축된 LNG를 가스 상태로 기화시킨다. 고압펌프(210)에 의해 압축된 압축 LNG는 고압기화기(220)에서 열교환에 의해 기화된다.

또한, 고압기화기(220)는, 압축 LNG가 유동하는 LNG 공급라인(LL); 압축 LNG를 기화시킬 제1 열원, 예를 들어 글리콜 워터가 유동하는 제1 열원 공급라인(GL); 및 후술할 압축 LNG를 기화시킬 제2 열원, 예를 들어 후술할 고온가스가 유동하는 고온가스 공급라인(HL);과 연결된다.

즉, 고압기화기(220)는 적어도 2가지 이상의 서로 다른 열원을 이용하여 압축 LNG를 기화시킬 수 있다. 고압기화기(220)에서 압축 LNG를 기화시키는 제1 열원은 글리콜 워터일 수 있고, 제2 열원은 후술할 고온가스일 수 있다. 여기서 제1 열원은 글리콜 워터로 한정되지는 않는다.

본 실시예의 고압기화기(220)에서 압축 LNG는, 제1 열원 공급라인(GL)을 따라 유동하는 글리콜 워터와, 고온가스 공급라인(HL)을 따라 유동하는 고온가스로부터 열에너지를 전달받아 가스 상태로 기화된다. 고압기화기(220)에서 기화된 LNG는, LNG 공급라인(LL)을 따라 ME-GI 엔진(410)의 연료로 공급된다.

여기서, 압축 LNG는 초임계 상태일 수 있으므로 '기화'라는 의미는 반드시 액체 상태에서 기체 상태로의 상변화만을 의미하는 것은 아니고, 열교환에 의해 열에너지를 얻는 것을 포함하는 개념이다.

제1 열원 공급라인(GL)을 통해 고압기화기(220)로 공급된 글리콜 워터는, 고압기화기(220)에서 압축 LNG와 열교환하여 압축 LNG를 기화시킨다. 압축 LNG를 기화시키면서 글리콜 워터는 냉각된다. 고압기화기(220)에서 압축 LNG를 기화시키면서 냉각된 글리콜 워터는 제1 열원 공급라인(GL)을 따라 고압기화기(220)로부터 배출된다. 고압기화기(220)로부터 배출된 냉각된 글리콜 워터는 도면에 도시되지 않은 글리콜 워터 재생장치로 공급될 수 있다. 글리콜 워터 재생장치에서는, 냉각된 글리콜 워터를 가열시켜 글리콜 워터가 다시 고압기화기(220)에 열원으로서 공급될 수 있도록 재생시킨 후, 고압기화기(220)로 재순환시킬 수 있다.

또한, 고압기화기(220)와 연결되며, 고압기화기(220)에서 압축 LNG를 기화시키는 또 다른 열원으로서 고온가스를 공급하는 고온가스 공급라인(HL)에 대해서는 후술하기로 한다.

본 실시예의 고압기화기(220)는 제1 열원과 제2 열원을 동시에 사용하여 압축 LNG를 기화시킬 수도 있고, 둘 중 하나의 열원만을 사용하여 압축 LNG를 기화시킬 수도 있으며, 고압기화기(220)에서 사용하는 열원의 종류는, 본 실시예의 가스 연료 공급 시스템의 연료 공급 모드에 따라 달라질 수 있다.

예를 들어, 본 실시예에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템이 하이바 모드로 동작하는 경우, 고압기화기(220)에서는 제1 열원, 즉 글리콜 워터를 열원으로 사용하여 압축 LNG를 기화시킨다. 이때, 고압기화기(220)에서 기화되어 ME-GI 엔진(410)의 연료로 공급되는 강제기화가스의 온도는 약 0℃ 이상일 수 있다.

본 실시예에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템이 하이콤 모드로 동작하는 경우, 고압기화기(220)는 동작하지 않는다.

본 실시예에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템이 동시 모드, 즉, 하이콤(300)과 하이바(200)를 모두 가동시켜 엔진(400)으로 연료를 공급하는 경우, 고압기화기(220)에서는 제2 열원, 즉 고온가스를 열원으로 사용하여 압축 LNG를 기화시킨다. 또는, 글리콜 워터와 고온가스를 모두 열원으로 사용하여 압축 LNG를 기화시킬 수도 있다. 이때, 고압기화기(220)에서 기화되어 ME-GI 엔진(410)의 연료로 공급되는 강제기화가스의 온도는 약 0℃ 이상일 수 있다.

고압기화기(220)에서 압축 LNG를 기화시키면서 냉각된 고온가스는 DFDE 엔진(420)의 연료로 공급될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따르면, 동시 모드로 동작할 때, 고압기화기(220)로 글리콜 워터를 순환시키는 장비를 가동시키지 않거나 적은 양의 글리콜 워터만을 공급하고, DFDE 엔진(420)으로 공급되는 고온가스를 고압기화기(220)의 열원으로 사용할 수 있으므로, 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.

본 실시예의 하이콤(300)은, LNG 저장탱크(100)로부터 엔진(400)의 연료로 공급할 증발가스를 압축시키는 고압압축기(320); 및 고압압축기(320)에서 압축시킬 증발가스를 가열시키는 열교환기(310);를 포함한다. 고압압축기(320)에서 압축된 증발가스는 증발가스 공급라인(BL)을 따라 엔진(400)의 연료로 공급된다.

본 실시예의 고압압축기(320)는 다수개의 압축기를 포함하는 다단압축기로 구비될 수 있다. 고압압축기(320)에서 다단계로 압축된 증발가스는 엔진(400)에서 요구하는 가스 연료의 압력 조건을 만족시킨다.

도 1에서는 본 실시예의 고압압축기(320)가 5개의 압축기를 포함하여 증발가스를 5단계에 걸쳐 압축시킬 수 있는 5단 압축기로 구비되는 것을 예로 들어 도시하였다. 본 실시예의 고압압축기(320)는, 제1 압축기(321), 제2 압축기(322), 제3 압축기(323), 제4 압축기(324) 및 제5 압축기(325)를 포함한다.

증발가스는 압축기에서 압축되면서 온도가 상승하게 되며 압축에 의해 온도가 상승한 증발가스를 냉각시키기 위해 각 압축기의 후단에는 인터쿨러(intercooler)가 구비된다. 즉, 제1 압축기(321) 후단에는 제1 압축기(321)를 통과하면서 압축되고 온도가 상승한 증발가스를 냉각시키는 제1 인터쿨러(321a)가 구비되고, 제2 압축기(322) 후단에는 제2 압축기(322)를 통과하면서 압축되고 온도가 상승한 증발가스를 냉각시키는 제2 인터쿨러(322a)가 구비되고, 제3 압축기(323) 후단에는 제3 압축기(323)를 통과하면서 압축되고 온도가 상승한 증발가스를 냉각시키는 제3 인터쿨러(323a)가 구비되고, 제4 압축기(324) 후단에는 제4 압축기(324)를 통과하면서 압축되고 온도가 상승한 증발가스를 냉각시키는 제4 인터쿨러(324a)가 구비되며, 제5 압축기(325) 후단에는 제5 압축기(325)를 통과하면서 압축되고 온도가 상승한 증발가스를 냉각시키는 애프터쿨러(325a)가 구비된다.

압축기에서 압축되는 기체에, 액체 또는 미스트가 포함되어 있게 되면 압축기의 손상을 일으킬 수 있으므로, 상술한 인터쿨러에서는 압축 증발가스가 후단의 압축기로 도입되기에 적당한 온도까지 압축 증발가스를 냉각시키되, 압축 증발가스가 응축되지는 않도록 할 수 있다. 각 인터쿨러에서 압축 증발가스를 냉각시키는 냉원은 해수 또는 청수일 수 있다.

LNG 저장탱크(100)로부터 증발가스 공급라인(BL)을 통해 고압압축기(320)로 도입되는 증발가스는 제1 압축기(321)로부터 제5 압축기(325)까지 순차적으로 통과하면서 엔진(400)에서 요구하는 가스 연료의 압력 조건까지 압축될 수 있다. 즉, 본 실시예의 고압압축기(320)에서 증발가스는 5단계에 걸쳐 ME-GI 엔진(420)이 필요로 하는 가스 연료의 압력 즉, 약 300bar로 압축될 수 있다.

또한, 고압압축기(320)로 도입된 증발가스는 5개의 압축기를 모두 통과하여 5단계에 걸쳐 압축될 수도 있고, 적어도 1개 이상의 압축기를 통과하여 1단계, 2단계, 3단계 또는 4단계에 걸쳐 압축될 수도 있다. 여러 단계에 걸쳐 압축될수록 증발가스는 더 높은 압력으로 압축된다. 즉, 1개의 압축기를 통과하여 1단계에 걸쳐 압축된 증발가스보다 2개의 압축기를 통과하여 2단계에 걸쳐 압축된 증발가스가 더 높은 압력을 가진다.

본 실시예에 따르면, 제1 압축기(321), 제2 압축기(322) 및 제3 압축기(323)를 통과하면서 3단계에 걸쳐 압축된 압축 증발가스는 DFDE 엔진(420)이 필요로 하는 가스 연료의 압력 또는 그보다 약간 높은, 즉, 약 6.5 bar 내지 7 bar로 압축될 수 있다. 본 실시예에서 3단으로 압축된 증발가스는 DFDE 엔진(420)의 연료로 공급될 수 있다.

또한, 본 실시예의 고압압축기(320)의 적어도 1개의 압축기를 통과하여 압축된 압축 증발가스는 후단의 압축기로 도입될 수도 있지만, 바이패스 라인을 통하여 전단의 압축기로 재도입될 수도 있다. 바이패스 라인은, 제어부에 의해,압축기의 전단 압력 또는 압축기의 전단 유량을 조절하기 위해 압축기 후단의 압축 증발가스가 압축기 전단으로 도입되도록 개폐가 제어될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 제1 압축기(321)를 통과하여 1단계로 압축되고, 제1 인터쿨러(321a)에서 냉각된 압축 증발가스를 제1 압축기(321) 전단으로 재도입시키는 제2 바이패스 라인(BL2);을 포함할 수 있다.

본 실시예의 열교환기(310)는, 증발가스 공급라인(BL)에 구비되며, LNG 저장탱크(100)로부터 고압압축기(320)로 공급되는 증발가스의 냉열을 회수한다. 증발가스는, 약 -163℃의 극저온 상태로 저장되어 있는 LNG가 자연기화하여 생성된 것으로, -163℃ 보다 약간 높은 정도의 온도를 가지는데, 이 상태 그대로 고압압축기(320)로 도입되면 그 냉열에 의해 압축기가 동결되거나 파손될 수 있다. 따라서, 증발가스를 고압압축기(320)로 공급하기 전에 열교환기(310)에서 냉열을 회수하여 가열시킨다. 이에 따라, 고압압축기(320)는 값비싼 극저온용으로 구비하지 않아도 된다.

열교환기(310)는, 압축 전 증발가스를 가열시키는 열원으로서 고압압축기(320)에서 압축된 압축 증발가스의 일부 또는 전부를 공급하는 제3 바이패스 라인(BL3);이 연결된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 고압압축기(320)로부터 다단계에 걸쳐 압축된 증발가스는 ME-GI 엔진(410)으로 공급되고, ME-GI 엔진(410)으로 공급되는 압축 증발가스 중 일부 또는 전부는 제3 바이패스 라인(BL3)을 따라 열교환기(310)로 공급된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 열교환기(310)에서는 압축 전 증발가스에 제3 바이패스 라인(BL3) 통해 분기된 압축 증발가스를 하나의 흐름으로 합류시키고, 압축 전 증발가스와 압축 증발가스가 혼합되어 온도가 상승된 증발가스 흐름이 고압압축기(320)로 공급되도록 할 수도 있다. 여기서 제3 바이패스 라인(BL3)을 통해 열교환기(310)로 유입되는 압축 증발가스의 유량은, 제어부에 의해, LNG 저장탱크(100)로부터 열교환기(310)로 도입되는 압축 전 증발가스의 온도에 따라 제어될 수 있다.

또는, 도면에 도시하지는 않았지만, 열교환기(310)에서는, 압축 전 증발가스와 제3 바이패스 라인(BL3)을 통해 유동하는 압축 증발가스가 열교환하여, 압축 전 증발가스를 가열시키고, 열교환에 의해 냉각된 압축 증발가스는 별도의 배관을 따라 배출되도록 구성할 수도 있을 것이다.

또한, 본 실시예에 따르면, 열교환기(310) 후단에서 증발가스 공급라인(BL)으로부터 분기되며, 열교환기(310)를 통과한 후 고압압축기(320)로 도입되는 증발가스의 흐름을 열교환기(310) 전단으로 유입시키는 제1 바이패스 라인(BL1);을 더 포함할 수 있다.

제1 바이패스 라인(BL1)은, 제어부에 의해, 열교환기(310) 후단의 증발가스 흐름의 온도와 유량에 따라 개폐가 제어될 수 있다. 즉, 열교환기(310) 후단에서 증발가스의 온도가 고압압축기(320)로 도입되기에 너무 낮은 경우, 제1 바이패스 라인(BL1)의 개폐밸브를 개방시켜 적어도 일부를 열교환기(310) 전단으로 보내고, 열교환기(310)에서 더 가열시킬 수 있다. 또는, 열교환기(310) 후단의 증발가스의 유량이나 압력이 고압압축기(320)로 도입시키기에 부족한 경우, 제1 바이패스 라인(BL1)의 개폐밸브를 개방시켜 적어도 일부를 열교환기(310) 전단으로 보냄으로써, 고압압축기(320) 전단에서의 유량 또는 압력이 고압압축기(320)로의 도입 조건을 만족시키도록 할 수도 있을 것이다.

본 실시예에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 고압압축기(320)의 다수개의 압축기 중 적어도 하나 이상의 압축기를 통과하여 1단 이상으로 압축된 증발가스를 고온가스 흐름과 저온가스 흐름으로 분리하는 냉·열원 공급기(500); 및 증발가스 공급라인(BL)으로부터 분기되며, 고압압축기(320)의 다수개의 압축기 중 일부만을 통과하여 압축된 증발가스 중 적어도 일부가 냉·열원 공급기(500)로 공급되도록 구비되는 제4 바이패스 라인(BL4);을 더 포함할 수 있다.

제4 바이패스 라인(BL4)은, 고압압축기(320)의 다수개의 압축기 중, DFDE 엔진(420)에서 요구하는 연료 압력 조건을 만족시키는 압력을 갖는 증발가스 흐름이 생성되는 압축기의 후단으로부터 분기될 수 있다.

본 실시예에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제4 바이패스 라인(BL4)이 5단압축기(320)의 제1 압축기(321), 제2 압축기(322) 및 제3 압축기(323)를 통과하면서 3단계에 걸쳐 압축된 압축 증발가스, 즉 DFDE 엔진(420)의 연료 압력 조건을 만족시키는 압축 증발가스 중 적어도 일부가 냉·열원 공급기(500)로 공급되도록 연결될 수 있다.

본 실시예의 냉·열원 공급기(500)는, 에너지 분리장치로서, 좁은 관 안에 접선형으로 고압의 기체를 불어넣어 고온기류와 저온기류로 분리하여 얻을 수 있는 볼텍스 튜브(vortex tube)일 수 있다.

본 실시예의 제4 바이패스 라인(BL4)을 통해 냉·열원 공급기(500)로 공급된 압축 증발가스는 냉·열원 공급기(500)에서 고온가스 흐름과 저온가스 흐름으로 분리된다. 냉·열원 공급기(500)의 일측에는, 분리된 고온가스 흐름이 유동하는 고온가스 공급라인(HL)이 연결되고, 냉·열원 공급기(500)의 타측에는, 분리된 저온가스 흐름이 유동하는 저온가스 공급라인(CL)이 연결된다.

본 실시예의 고온가스 공급라인(HL)은 LNG를 기화시킬 열원을 필요로 하는 고압기화기(220)로 연결되고, 저온가스 공급라인(CL)은 엔진(400)으로 공급할 연소용 공기를 냉각시키기 위한 냉매로서 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급할 냉각수를 더 냉각시키는 제2 냉각수 쿨러(640)로 연결된다.

즉, 본 실시예의 고압기화기(220)는, 제1 열원 공급라인(GL), 고온가스 공급라인(HL) 및 LNG 공급라인(LL)과 연결된다. 고압기화기(220)에서는, 제1 열원 공급라인(GL)을 통해 고압기화기(220)를 통과하는 글리콜 워터 또는 고온가스 공급라인(HL)을 통해 고압기화기(220)를 통과하는 고온가스를 열원으로 하여 LNG 공급라인(LL)을 통해 고압기화기(220)를 통과하는 LNG가 기화된다.

고압기화기(220)에서 글리콜 워터 및 고온가스에 의해 기화된 LNG는 고압기화기(220)로부터 ME-GI 엔진(410)으로 연결되는 LNG 공급라인(LL)을 통해 ME-GI 엔진(410)의 연료로 공급된다.

따라서, 고압기화기(220)에서는, 글리콜 워터와 함께 고온가스 또한 열원으로 사용할 수 있다. 냉·열원 공급기(500)로부터 분리되어 고온가스 공급라인(HL)을 따라 고압기화기(220)로 유입되는 고온가스는 약 90℃일 수 있다.

고압기화기(220)에서 LNG를 기화시키면서 온도가 낮아진 고온가스는, DFDE 엔진(420)의 연료로 공급될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 고온가스 공급라인(HL)의 고압기화기(220) 전단에서 분기되며 고압기화기(220)를 우회하여 고압기화기(220) 후단으로 합류되는 제1 고온가스 분기라인(HL1); 및 고온가스 공급라인(HL)으로부터 제1 고온가스 분기라인(HL1)이 분기되는 지점에 구비되며 고온가스의 유로를 제어하는 제2 삼방밸브(230);를 더 포함하고, 고온가스 공급라인(HL)에는, 고온가스 공급라인(HL)을 따라 DFDE 엔진(420)으로 공급되는 가스 연료의 온도를 측정하는 가스 온도 트랜스미터(TTg);가 더 구비된다.

도시하지 않은 제어부는, 가스 온도 트랜스미터(TTg)의 온도 측정값을 이용하여 제2 삼방밸브(230)를 제어할 수 있다.

예를 들어, 가스 온도 트랜스미터(TTg)에서 측정한 가스 연료의 온도가 설정값 이상이면, 제2 삼방밸브(230)는, 고온가스 공급라인(HL)을 따라 흐르는 고온가스가 고압기화기(220)로 공급되도록 제어되고, 가스 온도 트랜스미터(TTg)에서 측정한 가스 연료의 온도가 설정값 미만이면, 제2 삼방밸브(230)는, 고온가스 공급라인(HL)을 따라 흐르는 고온가스가 제1 고온가스 분기라인(HL1)으로 공급되도록 제어된다.

또한, 제2 삼방밸브(230)의 제어는, 고압기화기(220)에서 기화되는 LNG의 유량이나 고압기화기(220)로부터 ME-GI 엔진(410)으로 공급되는 기화 LNG의 온도 등에 따라서도 제어될 수 있으며, 제1 열원 공급라인(GL)을 따라 흐르는 글리콜 워터의 유량 및 온도 제어와도 연계될 수 있다. 예를 들어, 고압기화기(220)로부터 ME-GI 엔진(410)으로 공급되는 가스 연료는, 그 온도가 0℃ 이상이면 되므로, 제어부는, 고압기화기(220)로부터 ME-GI 엔진(410)으로 공급되는 가스 연료의 온도가 0℃ 이상을 유지하도록 제2 삼방밸브(230)를 제어하여, 고압기화기(220)로 공급되는 고온가스의 유량을 조절할 수 있다.

본 실시예의 저온가스 공급라인(CL)은 냉·열원 공급기(500)로부터 제2 냉각수 쿨러(640)로 연결되는데, 따라서, 본 실시예의 제2 냉각수 쿨러(640)는 냉각수 순환라인(AL) 및 저온가스 공급라인(CL)과 연결된다.

제2 냉각수 쿨러(640)에서는, 냉각수 순환라인(AL)을 따라 흐르는 냉각수, 즉 본 실시예에서 청수와 저온가스 공급라인(CL)을 따라 흐르는 저온가스가 열교환한다. 제2 냉각수 쿨러(640)에서 열교환에 의해 냉각수는 냉각되고 저온가스는 가열된다. 제2 냉각수 쿨러(640)에서 열교환에 의해, 제1 냉각수 쿨러(630)에서 냉각된 냉각수의 온도보다 더 낮은 온도로 냉각된 냉각수는 냉각수 순환라인(AL)을 따라 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급되고, 제2 냉각수 쿨러(640)에서 열교환에 의해 가열된 저온가스는 고압압축기(320)에서 압축되는 증발가스 흐름으로 합류될 수 있다.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 냉각수 쿨러(640)로부터 배출되는 저온가스는 고압압축기(320)의 제1 압축기(321)의 후단으로 합류될 수 있다. 도 1에서는, 제2 냉각수 쿨러(640)로부터 고압압축기(320)로 합류되는 저온가스가, 제1 압축기(321) 후단으로 합류되도록 도시하였지만, 이에 한정하는 것은 아니고, 제2 냉각수 쿨러(640)로부터 고압압축기(320)로 합류되는 저온가스는 그 압력이 가장 유사한 압축기의 후단으로 합류될 수 있다.

본 실시예의 냉·열원 공급기(500)에서 압축 증발가스로부터 분리되고 저온가스 공급라인(CL)을 따라 제2 냉각수 쿨러(640)로 흐르는 저온가스의 온도는 약 -20℃일 수 있다. 또한, 제2 냉각수 쿨러(640)에서 냉각수를 냉각시킨 후 제2 냉각수 쿨러(640)로부터 제1 압축기(321) 후단으로 합류되는 저온가스의 온도는 약 17℃, 압력은 약 3.2bar일 수 있다.

또한, 제2 냉각수 쿨러(640)에서 냉각되는 냉각수는 그 온도가 낮을수록 공기쿨러에서 냉각되는 연소용 공기의 온도가 낮아져 엔진의 연비 향상에 유리하므로, 냉·열원 공급기(500)로부터 제2 냉각수 쿨러(640) 측으로 흐르는 저온가스 전량이 제2 냉각수 쿨러(640)를 우회하지 않고 제2 냉각수 쿨러(640)를 통과하면서 냉각수를 냉각시키도록 할 수 있다.

본 실시예의 냉·열원 공급기(500)는, 상술한 바와 같이, 볼텍스 튜브로 구비될 수 있으며, 고온가스와 저온가스의 유량을 조절할 수 있고, 고온가스와 저온가스의 유량을 조절하면 그에 따라 고온가스의 온도와 저온가스의 온도는 달라질 수 있다. 이는 필요한 유량 또는 온도값에 따라 제어될 수 있을 것이다.

이하, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템의 동작에 대하여 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템은, 1) 하이콤 모드, 2) 하이바 모드 및 3) 동시 모드로 동작할 수 있다.

본 실시예의 ME-GI 엔진(410)과 DFDE 엔진(420)은 동시에 가동될 수도 있고, 필요에 따라 ME-GI 엔진(410)만이 가동될 수도 있으며, DFDE 엔진(420)만이 가동될 수도 있다. 즉, 후술하는 선박의 가스 연료 공급 시스템의 동작에 있어서, LNG 저장탱크(100)로부터 엔진(400)의 연료로 공급되는 강제기화가스 또는 증발가스는 ME-GI 엔진(410)과 DFDE 엔진(420)으로 그 필요량에 따라 분배되어 동시에 공급될 수도 있고, 또는 ME-GI 엔진(410)으로만 공급될 수도 있으며, DFDE 엔진(420)으로만 공급될 수도 있다.

단, 후술하는 실시예에서 엔진(400)으로 연료를 공급한다는 것은 ME-GI 엔진(410)과 DFDE 엔진(420)으로 모두 공급하거나 또는 ME-GI 엔진(410)과 DFDE 엔진(420) 중 가동되는 엔진으로 공급하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 또한, 후술하는 실시예에서 하이바(200)를 가동시켜 연료로 공급하는 강제기화가스는 ME-GI 엔진(410)으로 공급하는 것이고, 하이콤(300)을 가동시켜 연료로 공급하는 증발가스는 ME-GI 엔진(410)과 DFDE 엔진(420)으로 공급하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.

또한, 본 실시예의 하이콤 모드는, 본 실시예에 따른 선박의 가스 연료 공급 시스템의 하이콤(300)을 이용하여 엔진(400)으로 가스 연료를 공급하며, 하이콤 모드로 동작할 때 하이바(200), 즉, 고압펌프(210) 및 고압기화기(220) 등은 가동되지 않고, LNG 저장탱크(100)로부터 LNG 공급라인(LL)으로 LNG를 유동시키지 않는다.

또한, 하이바 모드는, 하이바(200)를 이용하여 엔진(400)으로 가스 연료를 공급하며, 하이바 모드로 동작할 때 하이콤(300), 즉, 열교환기(310) 및 고압압축기(320) 등은 가동되지 않고, LNG 저장탱크(100)로부터 증발가스 공급라인(BL)으로 BOG를 유동시키지 않는다.

또한, 동시 모드는, 하이바(200)와 하이콤(300)을 모두 이용하여 엔진(400)으로 가스 연료를 공급하며, 동시 모드로 동작할 때에는, 하이바(200), 즉 고압펌프(210) 및 고압기화기(220) 그리고 하이콤(300), 즉 열교환기(310) 및 고압압축기(320) 등이 모두 가동된다. 또한, 이때에는, LNG 저장탱크(100)로부터 LNG 공급라인(LL)으로 LNG가 유동되고, LNG 저장탱크(100)로부터 증발가스 공급라인(BL)으로 BOG가 유동되며, LNG와 BOG가 모두 엔진(400)의 연료로 공급될 수 있다. 특히, 동시 모드에서는 제4 바이패스 라인(BL4)의 개폐 밸브가 개방되어 제4 바이패스 라인(BL4)으로 압축 증발가스가 유동하고, 냉·열원 공급기(500)에서 압축 증발가스가 고온가스 및 저온가스로 분리되어 각각 고온가스 공급라인(HL) 및 저온가스 공급라인(CL)으로 유동한다.

먼저, 본 실시예의 선박의 가스 연료 공급 시스템이 하이콤 모드로 동작하는 방법을 설명하기로 한다.

하이콤 모드에서는, LNG 저장탱크(100)로부터 증발가스 공급라인(BL)을 통해 증발가스를 엔진(400), 구체적으로는 ME-GI 엔진(410) 또는 DFDE 엔진(420)으로 가스 연료를 공급한다.

하이콤 모드에서 증발가스는, 증발가스 공급라인(BL)을 따라 열교환기(310)로 도입되며, 열교환기(310)에서 압축 증발가스와 혼합되거나 또는 압축 증발가스와 열교환에 의해 온도가 상승하고, 열교환기(310)에서 온도가 상승한 증발가스는 고압압축기(320)로 도입된다.

열교환기(310)에서는 열교환기(310)를 통과한 증발가스의 온도가 고압압축기(320)의 도입 온도 조건을 만족시키도록 증발가스의 온도를 상승시킨다. 만약, 열교환기(310)를 통과한 증발가스의 온도가 고압압축기(320) 도입 온도 조건을 만족시키지 못하면, 도시하지 않은 제어부는, 제1 바이패스 라인(BL1)의 개폐 밸브를 개방하여, 열교환기(310) 후단의 증발가스 흐름의 일부 또는 전부를 열교환기(310)의 전단으로 공급하여 압축 전 증발가스가 다시 열교환기(310)로 도입되도록 제어한다.

제1 바이패스 라인(BL1)의 개폐 밸브는, 고압압축기(320) 전단에서의 증발가스의 온도를 고압압축기(320)의 도입 온도 조건으로 만족시키기 위해 제어할 수도 있지만, 고압압축기(320) 전단에서의 증발가스의 압력 또는 유량이 고압압축기(320)의 도입 압력 또는 유량 조건을 만족시키도록 제어할 수도 있을 것이다.

예를 들어, 고압압축기(320) 전단에서의 증발가스의 압력 또는 유량이 고압압축기(320)의 도입 압력 조건 또는 도입 유량 조건을 충족시키지 못하면, 제어부는 제1 바이패스 라인(BL1)의 개폐 밸브를 개방하고, 열교환기(310) 후단의 증발가스 흐름 중 일부 또는 전부를 열교환기(310) 전단으로 공급하여 고압압축기(320)로 도입되는 증발가스의 압력 또는 유량이 높아지도록 제어할 수 있다.

한편, 고압압축기(320)의 다수개의 압축기 중 어느 하나의 압축기의 도입 압력 또는 유량이 부족한 경우에는, 어느 압축기 후단의 압축 증발가스를 다시 압축기 전단으로 공급할 수도 있다.

예를 들어, 제어부는, 제1 압축기(321) 전단에서 증발가스의 도입 압력 또는 유량이 부족하면, 제2 바이패스 라인(BL2)의 개폐 밸브를 개방하여, 제1 압축기(321) 후단의 압축 증발가스가 제1 압축기(321) 전단으로 재도입되도록 제어할 수 있다.

고압압축기(320)에서 5단계에 걸쳐 압축된 압축 증발가스는 ME-GI 엔진(410)의 연료로 공급된다. 고압압축기(320)에서 5단계에 걸쳐 압축된 압축 증발가스는 ME-GI 엔진(410)의 연료 공급 조건을 만족시키며, 즉, 약 300 bar의 압력으로 ME-GI 엔진(410)의 연료로서 공급된다.

또한, 고압압축기(320)에서 3단계에 걸쳐 압축된 압축 증발가스는 제4 바이패스 라인(BL4)을 따라 DFDE 엔진(420)의 연료로 공급될 수 있다. DFDE 엔진(420)에서 증발가스 연료의 수요가 발생하면, 제어부는 제4 바이패스 라인(BL4)의 개폐 밸브가 개방되도록 제어하여, DFDE 엔진(420)으로 3단계에 걸쳐 압축된 압축 증발가스를 연료로 공급할 수 있다. 고압압축기(320)에서 3단계에 걸쳐 압축된 압축 증발가스는 DFDE 엔진(420)의 연료 공급 조건을 만족시키며, 즉, 약 6.5bar 내지 7bar의 압력으로 DFDE 엔진(420)의 연료로서 공급된다.

도 1에서는 제4 바이패스 라인(BL4)이 냉·열원 공급기(500), 제2 삼방밸브(230) 및 고압기화기(220)와 연결되도록 도시되어 있다. 하이콤 모드에서는 냉·열원 공급기(500) 및 고압기화기(220)가 가동되지 않으므로, 제4 바이패스 라인(BL4)을 따라 DFDE 엔진(420)의 연료로 공급되는 압축 증발가스는, 고온가스 및 저온가스로의 분리나 열교환이 일어나지 않고 DFDE 엔진(420)으로 공급된다.

또는, 이때 제어부는 제2 삼방밸브(230)가 제1 고온가스 분기라인(HL1) 측으로 개방되고 고압기화기(220) 측으로는 폐쇄되도록 제어하여 압축 증발가스가 제1 고온가스 분기라인(HL1)을 따라 고압기화기(220)를 우회하여 DFDE 엔진(420)의 연료로 공급되도록 제어할 수도 있다.

도면에 도시하지는 않았지만, 제4 바이패스 라인(BL4)으로부터 냉·열원 공급기(500)를 우회하여 DFDE 엔진(420)으로 연결되는 배관을 따라 압축 증발가스를 DFDE 엔진(420)의 연료로 공급할 수도 있다.

하이콤 모드에서 냉각수 공급부(600)의 동작은, 냉각수 순환펌프(610)를 가동시켜 냉각수를 제1 냉각수 쿨러(630)로 공급하고, 제1 냉각수 쿨러(630)에서 해수펌프(810)에 의해 흡입 또는 순환되는 해수를 이용하여 엔진(400) 내 공기쿨러로 연소용 공기를 냉각시키기 위해 공급할 냉각수 및 선내 기타 냉각 장치(700)를 냉각시키기 위해 공급할 냉각수를 냉각시킨 후 엔진(400) 내 공기쿨러 및 기타 냉각 장치(700)로 공급한다. 제1 냉각수 쿨러(630)로부터 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급하는 냉각수는, 제2 냉각수 쿨러(640)에서 해수를 이용하여 더 냉각시키거나 또는 제2 냉각수 쿨러(640)는 가동시키지 않고 제1 냉각수 쿨러(630)에서 냉각된 냉각수가 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급되도록 제어할 수도 있다.

다음으로, 본 실시예의 선박의 가스 연료 공급 시스템이 하이바 모드로 동작하는 방법을 설명하기로 한다.

하이바 모드에서는, LNG 저장탱크(100)로부터 LNG 공급라인(LL)을 통해 LNG를 엔진(400), 구체적으로는 ME-GI 엔진(410)으로 가스 연료를 공급한다.

하이바 모드에서 LNG는, LNG 저장탱크(100)로부터 피드펌프(110)에 의해 배출되고 LNG 공급라인(LL)을 따라 고압펌프(210)로 도입된다. 고압펌프(210)에서는 LNG를 ME-GI 엔진(410)의 가스 연료 압력 조건, 즉, 약 300 bar 또는 후단에서의 압력 손실을 고려하여 이보다 약간 높은 압력으로 압축시킨다.

고압펌프(210)에서 압축된 압축 LNG는 고압기화기(220)로 도입되고, 고압기화기(220)에서는 압축 LNG를 기화시키며, 고압기화기(220)에서 기화된 강제기화가스는 ME-GI 엔진(410)의 연료로 공급된다.

하이바 모드로 동작할 때, 고압기화기(220)에서는, 글리콜 워터를 열원으로 하여 압축 LNG를 기화시키며, 고압기화기(220)에서 글리콜 워터와 열교환에 의해 기화된 강제기화가스는 약 0℃ 이상이다.

하이바 모드에서 냉각수 공급부(600)의 동작은, 냉각수 순환펌프(610)를 가동시켜 냉각수를 제1 냉각수 쿨러(630)로 공급하고, 제1 냉각수 쿨러(630)에서 해수펌프(810)에 의해 흡입 또는 순환되는 해수를 이용하여 엔진(400) 내 공기쿨러로 연소용 공기를 냉각시키기 위해 공급할 냉각수 및 선내 기타 냉각 장치(700)를 냉각시키기 위해 공급할 냉각수를 냉각시킨 후 엔진(400) 내 공기쿨러 및 기타 냉각 장치(700)로 공급한다. 제1 냉각수 쿨러(630)로부터 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급하는 냉각수는, 제2 냉각수 쿨러(640)에서 해수를 이용하여 더 냉각시키거나 또는 제2 냉각수 쿨러(640)는 가동시키지 않고 제1 냉각수 쿨러(630)에서 냉각된 냉각수가 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급되도록 제어할 수도 있다.

마지막으로, 본 실시예의 선박의 가스 연료 공급 시스템이 동시 모드로 동작하는 방법을 설명하기로 한다.

동시 모드에서는, 하이콤(300)과 하이바(200)를 모두 가동시켜, LNG 저장탱크(100)로부터 증발가스 공급라인(BL)을 통해 증발가스를 ME-GI 엔진(410) 및 DFDE 엔진(420)의 연료로 공급하는 것과 동시에, LNG 저장탱크(100)로부터 LNG 공급라인(LL)을 통해 LNG를 ME-GI 엔진(410)의 연료로 공급한다.

동시 모드에서 하이콤(300)의 작동은 상술한 하이콤 모드와 같거나 유사하고, 동시 모드에서 하이바(200)의 작동은 상술한 하이바 모드와 같거나 유사하며, 동일한 작동에 대해서는 그 구체적인 설명을 생략하기로 하고, 그 설명이 생략되더라도 동일하게 적용될 수 있다.

동시 모드에서 증발가스는 열교환기(310)를 통과하면서 온도가 상승한 상태로 고압압축기(320)로 도입된다. 고압압축기(320)에서 5단계에 걸쳐 압축된 고압의 압축 증발가스는 ME-GI 엔진(410)의 연료로 공급되고, 3단계에 걸쳐 압축된 저압의 압축 증발가스는 제4 바이패스 라인(BL4)으로 분기되어 냉·열원 공급기(500)로 공급된다. 제4 바이패스 라인(BL4)으로 분기되는 저압의 압축 증발가스는 DFDE 엔진(420)에서 필요로 하는 연료 압력 조건, 즉 약 6.5bar 내지 7bar의 압력을 가지며, 후단에서 발생하는 압력 손실 등을 고려하여 이보다 약간 높은 압력을 가질 수도 있다. 또한, 제4 바이패스 라인(BL4)으로 분기되는 저압의 압축 증발가스의 온도는 약 40℃일 수 있다.

여기서, 제4 바이패스 라인(BL4)으로 분기되는 압축 증발가스의 유량은 제어부에 의해 제어될 수 있다. 제어부는, DFDE 엔진(420) 또는 ME-GI 엔진(410)에서 필요로 하는 증발가스 연료의 양, 냉·열원 공급기(500)에서 분리되는 고온가스 또는 저온가스의 유량 및 온도에 따라 제4 바이패스 라인(BL4)으로 분기되는 증발가스의 유량을 제어할 수 있다.

냉·열원 공급기(500)로 공급된 저압의 압축 증발가스는 냉·열원 공급기(500)에서 고온가스와 저온가스로 분리된다. 냉·열원 공급기(500)에서 압축 증발가스는 볼텍스 기류를 형성하면서 유체의 속도 차이에 의해 고온가스와 저온가스로 분리될 수 있다.

냉·열원 공급기(500)에서 분리된 고온가스는 고온가스 공급라인(HL)을 통해 고압기화기(220)으로 열원으로서 공급하거나 또는 DFDE 엔진(420)의 연료로 공급한다. 또한, 냉·열원 공급기(500)에서 분리된 저온가스는 저온가스 공급라인(CL)을 통해 제2 냉각수 쿨러(640)로 냉원으로서 공급하고, 제2 냉각수 쿨러(640)에서 냉각수를 냉각시킨 후에는 고압압축기(320)의 중간단, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 고압압축기(320)의 제1 압축기(321) 후단으로 공급한다.

냉·열원 공급기(500)에서 분리되어 고온가스 공급라인(HL)을 통해 고압기화기(220) 또는 DFDE 엔진(420)으로 공급되는 고온가스는 약 90℃일 수 있다. 또한, 냉·열원 공급기(500)에서 분리되어 저온가스 공급라인(CL)을 통해 제2 냉각수 쿨러(640)으로 공급되는 저온가스는 약 -20℃일 수 있다.

동시 모드에서 LNG는, 피드펌프(110)를 이용하여 LNG 저장탱크(100)로부터 배출시켜 고압펌프(210)로 공급하고, 고압펌프(210)에서는 ME-GI 엔진(410)에서 요구하는 압력 또는 그보다 약간 높은 압력으로 LNG를 압축하며, 고압펌프(210)에서 압축된 압축 LNG는 고압기화기(220)에서 기화된다. 고압기화기(220)에서 기화된 강제기화가스는 ME-GI 엔진(410)의 연료로 공급된다.

동시 모드에서 고압기화기(220)에서는, 압축 LNG와 고온가스 공급라인(HL)을 따라 유동하는 고온가스를 열교환시켜 압축 LNG를 기화시킨다. 또는, 고압기화기(220)에서 압축 LNG는 고온가스 공급라인(HL)을 따라 유동하는 고온가스 및 글리콜 워터와 열교환시켜 기화시킬 수도 있다.

즉, 동시 모드에서 고압기화기(220)에서 압축 LNG를 기화시키는 열원은 고온가스이다. 또는, 동시 모드에서 고압기화기(220)에서 압축 LNG를 기화시키는 열원은 고온가스 및 글리콜 워터이다.

고온가스와 글리콜 워터를 동시에 고압기화기(220)로 열원으로서 공급할 때에는, 글리콜 워터를 주 열원으로 하고, 고온가스를 보조 열원으로 하며, 제어부는 고압기화기(220)로 공급되는 고온가스 또는 글리콜 워터의 유량을 조절할 수 있다.

냉·열원 공급기(500)로부터 고온가스 공급라인(HL)을 따라 유동하는 고온가스는 상술한 바와 같이 고압기화기(220)의 열원으로 공급하거나, 제1 고온가스 분기라인(HL1)으로 분기시켜 고압기화기(220)에서 열교환하지 않을 수도 있으며, 고압기화기(220)에서 열교환 후 배출되는 고온가스나 고압기화기(220)를 우회한 고온가스는 모두 DFDE 엔진(420)의 연료로 공급한다.

고압기화기(220)로 공급되는 고온가스의 유량은 제어부에 의해 제어할 수 있으며, DFDE 엔진(420)의 연료로 공급되는 고온가스의 온도를 측정하고, 그 측정값을 이용하여 고압기화기(220)로 공급되는 고온가스의 유량을 제어할 수 있다.

예를 들어, DFDE 엔진(420)의 연료로 공급되는 고온가스의 온도가 설정값, 즉, 본 실시예에서 약 0℃보다 낮으면, 제어부는, 제2 삼방밸브(230)를 제어하여 냉·열원 공급기(500)로부터 고압기화기(220)로 공급되는 고온가스의 유량은 적게하고 고압기화기(220)를 우회하는 제1 고온가스 분기라인(HL1)으로 더 많은 양의 고온가스가 흐르도록 제어할 수 있다.

동시 모드에서 냉각수 공급부(600)의 동작은, 냉각수 순환펌프(610)를 가동시켜 냉각수를 제1 냉각수 쿨러(630)로 공급하고, 제1 냉각수 쿨러(630)에서 해수펌프(810)에 의해 흡입 또는 순환되는 해수를 이용하여 엔진(400) 내 공기쿨러로 연소용 공기를 냉각시키기 위해 공급할 냉각수 및 선내 기타 냉각 장치(700)를 냉각시키기 위해 공급할 냉각수를 냉각시킨 후 엔진(400) 내 공기쿨러 및 기타 냉각 장치(700)로 공급한다.

동시 모드에서는, 제1 냉각수 쿨러(630)에서 냉각된 냉각수를 제2 냉각수 쿨러(640)에서, 냉·열원 공급기(500)로부터 분리된 저온가스를 냉원으로 사용하여 더 냉각시킬 수 있다. 냉각수를 제2 냉각수 쿨러(640)에서 더 냉각시킴으로써, 제1 냉각수 쿨러(630)에서 냉각되어 선내 기타 냉각 장치(700)로 공급되는 냉각수보다 더 낮은 온도의 냉각수가 ME-GI 엔진(410) 및 DFDE 엔진(420) 내 공기쿨러로 공급되도록 제어한다. 제2 냉각수 쿨러(640)에서 저온가스와의 열교환으로 냉각된 냉각수는 약 10℃일 수 있다.

이렇게 저온가스를 이용하여 더 낮은 온도의 냉각수를 엔진(400) 내 공기쿨러로 공급하고, 더 낮은 온도의 냉각수와의 열교환에 의해, 종래보다 더 낮은 온도로 냉각된 연소용 공기를 공급함으로써 엔진의 연비를 향상시킬 수 있다.

제2 냉각수 쿨러(640)에서 냉각수를 냉각시키면서 온도가 상승하고 압력이 하강한 저온가스는, 고압압축기(320)의 중간단, 바람직하게는, 제2 냉각수 쿨러(640)로부터 배출되는 저온가스의 압력과 가장 유사한 압력을 가지는 압축기의 후단으로 재공급할 수 있다.

본 실시예에서, 제2 냉각수 쿨러(640)에서 냉각수를 냉각시킨 후 배출되는 저온가스는 약 3.2bar, 약 17℃일 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 압축기(321)의 후단, 더 바람직하게는 제1 인터쿨러(321a)의 후단으로 재공급한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 하이콤과 하이바를 동시에 동작시켜 LNG 저장탱크에서 생성된 증발가스와 LNG 저장탱크에 저장된 LNG를 강제기화시킨 강제기화가스를 동시에 ME-GI 엔진(410) 및 DFDE 엔진(420)의 가스 연료로 공급할 때, 압축 증발가스를 DFDE 엔진(420)으로 공급하기 전에, 냉·열원 공급기(500)를 이용하여 고온가스와 저온가스로 분리하여, 고온가스는 고압기화기(220)의 보조열원으로 활용하고, 저온가스는 엔진 공급용 연소용 공기를 냉각시키는 냉각수를 냉각시키는 제2 냉각수 쿨러(640)의 냉원으로 활용함으로써, 냉각수를 더 냉각시킬 수 있다. 그에 따라 에너지 절감의 효과가 있으며, 엔진으로 공급할 연소용 공기를 더 낮은 온도로 냉각시킴으로써 엔진의 연비를 상승시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시 예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술한 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100 : LNG 저장탱크
200 : 하이바
210 : 고압펌프
220 : 고압기화기
230 : 제2 삼방밸브
300 : 하이콤
310 : 열교환기
320 : 고압압축기
400 : 엔진
500 : 냉·열원 공급기
600 : 냉각수 공급부
610 : 냉각수 순환 펌프
620 : 제1 삼방밸브
630 : 제1 냉각수 쿨러
640 : 제2 냉각수 쿨러
LL : LNG 공급라인
BL : 증발가스 공급라인
AL : 냉각수 순환라인
HL : 고온가스 공급라인
CL : 저온가스 공급라인

Claims (14)

1. 엔진의 가스 연료로 공급하기 위하여 액화가스를 기화시키는 고압기화기;
   엔진의 가스 연료로 공급하기 위하여, 액화가스가 자연기화하여 생성된 증발가스를 압축시키는 고압압축기;
   상기 고압압축기에서 압축되어 상기 엔진의 연료로 공급되는 압축 증발가스를 고온가스와 저온가스로 분리하는 냉·열원 공급기; 및
   상기 냉·열원 공급기에서 분리된 고온가스가 상기 액화가스를 기화시키는 열원으로 공급되도록 상기 냉·열원 공급기와 상기 고압기화기를 연결하는 고온가스 공급라인;을 포함하고,
   상기 고압기화기에서 액화가스를 기화시킨 후 배출되는 고온가스는 상기 엔진의 가스 연료로 공급되며,
   상기 엔진으로 공급할 연소용 공기를 냉각시키기 위한 연소용 공기 냉각용 냉각수를 냉각시키는 제2 냉각수 쿨러; 및
   상기 냉·열원 공급기에서 분리된 저온가스가 상기 제2 냉각수 쿨러의 냉매로서 공급되도록, 상기 냉·열원 공급기와 상기 제2 냉각수 쿨러를 연결하는 저온가스 공급라인;을 더 포함하고,
   상기 제2 냉각수 쿨러에서 연소용 공기 냉각용 냉각수를 냉각시킨 후 배출되는 저온가스는 상기 고압압축기에서 압축되는 증발가스 흐름에 합류되는, 선박의 가스 연료 공급 시스템.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 고압압축기는 다수개의 압축기를 포함하여 증발가스를 다단계에 걸쳐 압축시키는 다단압축기이고,
   상기 제2 냉각수 쿨러로부터 고압압축기로 합류되는 저온가스는, 상기 다수개의 압축기 중 상기 저온가스의 압력과 가장 유사한 압축기의 후단으로 합류되는, 선박의 가스 연료 공급 시스템.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 고온가스 공급라인으로부터 분기되며 상기 고온가스가 상기 고압기화기를 우회하여 상기 엔진으로 공급되도록 연결되는 제1 고온가스 분기라인; 및
   상기 고온가스가 상기 고압기화기 또는 제1 고온가스 분기라인으로 흐르도록 유로를 제어하는 제2 삼방밸브;를 더 포함하는, 선박의 가스 연료 공급 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 엔진으로 공급되는 고온가스의 온도를 측정하는 가스 온도 트랜스미터; 및
   상기 가스 온도 트랜스미터의 측정값을 이용하여 상기 제2 삼방밸브를 제어하는 제어부;를 더 포함하는, 선박의 가스 연료 공급 시스템.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉·열원 공급기는 볼텍스 튜브(vortex tube)인, 선박의 가스 연료 공급 시스템.
7. 청구항 1 및 청구항 3 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 고압압축기로부터 상기 냉·열원 공급기로 압축 증발가스가 유동하는 제4 바이패스 라인; 및
   상기 선박의 가스 연료 공급 시스템의 동작 모드에 따라 상기 제4 바이패스 라인의 개폐 밸브를 제어하는 제어부;를 더 포함하되,
   상기 제어부는, 상기 고압압축기와 상기 고압기화기가 모두 가동되어, 상기 액화가스를 기화시킨 강제기화가스 및 상기 증발가스가 상기 엔진의 연료로 공급되는 동시 모드에서만 상기 제4 바이패스 라인의 개폐 밸브를 개방하는, 선박의 가스 연료 공급 시스템.
8. 청구항 1 및 청구항 3 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 엔진은,
   고압가스 분사엔진; 및 저압가스 분사엔진;을 포함하고,
   상기 고압기화기에서 기화된 강제기화가스와 상기 고압압축기의 최후단으로부터 배출되는 고압의 압축 증발가스는 상기 고압가스 분사엔진의 연료로 공급되고,
   상기 고온가스는 상기 저압가스 분사엔진의 연료로 공급되는, 선박의 가스 연료 공급 시스템.
9. 액화가스를 고압가스 분사엔진의 요구 압력으로 압축하고, 압축된 액화가스를 고압기화기에서 기화시켜 상기 고압가스 분사엔진의 가스 연료로서 공급하는 것과 동시에,
   상기 액화가스로부터 자연기화한 증발가스는 고압압축기에서 저압가스 분사엔진의 요구 압력으로 압축하고, 상기 압축 증발가스를 상기 저압가스 분사엔진의 가스 연료로서 공급하되,
   상기 압축 증발가스는, 상기 저압가스 분사엔진의 가스 연료로서 공급하기 전에 냉·열원 공급기에서 저온가스 및 고온가스로 분리하고,
   상기 분리된 고온가스를 상기 고압기화기의 열원으로 공급하여 상기 압축 액화가스와 열교환시킨 후, 상기 저압가스 분사엔진에 연료로서 공급하며,
   연소용 공기를 냉각시킬 냉각수를 제1 냉각수 쿨러에서 냉각시킨 후 제2 냉각수 쿨러에서 더 냉각시켜 상기 고압가스 분사엔진 및 저압가스 분사엔진으로 공급하되,
   상기 저온가스를 상기 제2 냉각수 쿨러의 냉원으로 공급하여 상기 연소용 공기를 냉각시킬 냉각수와 열교환시킨 후, 상기 고압압축기에서 압축되는 증발가스 흐름에 합류시키는, 선박의 가스 연료 공급 방법.
10. 삭제
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 냉·열원 공급기로 공급하고 남은 압축 증발가스는, 상기 고압압축기에서 상기 고압가스 분사엔진의 요구 압력까지 더 압축하여, 상기 고압가스 분사엔진의 가스 연료로 공급하는, 선박의 가스 연료 공급 방법.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 고압기화기는 가동하지 않고, 상기 증발가스를 상기 고압압축기에서 압축시켜 상기 저압가스 분사엔진 및 고압가스 분사엔진의 연료로 공급할 때에는,
    상기 냉각수를 해수를 이용하여 냉각시켜, 상기 저압가스 분사엔진 및 고압가스 분사엔진으로 공급하는, 선박의 가스 연료 공급 방법.
13. 청구항 9에 있어서,
    상기 고압기화기는 글리콜 워터를 주 열원으로 하고, 상기 고온가스는 보조 열원으로 사용하며,
    상기 저압가스 분사엔진으로 공급되는 고온가스의 온도를 측정하여,
    상기 냉·열원 공급기로부터 상기 고압기화기를 통과하여 상기 저압가스 분사엔진으로 공급하는 고온가스의 유량과 상기 고압기화기를 우회하여 상기 저압가스 분사엔진으로 공급하는 고온가스의 유량을 제어함으로써, 상기 저압가스 분사엔진으로 공급되는 고온가스의 온도를 제어하는, 선박의 가스 연료 공급 방법.
14. 청구항 9에 있어서,
    상기 고압압축기는 가동하지 않고, 상기 액화가스를 고압펌프 및 고압기화기를 통해 압축 및 강제기화시켜 상기 고압가스 분사엔진의 연료로 공급할 때에는,
    상기 액화가스는 글리콜 워터를 열원으로 사용하여 기화시키는, 선박의 가스 연료 공급 방법.

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