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KR20220139754A - 연료 공급 시스템 - Google Patents

연료 공급 시스템 Download PDF

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Publication number
KR20220139754A
KR20220139754A KR1020210046136A KR20210046136A KR20220139754A KR 20220139754 A KR20220139754 A KR 20220139754A KR 1020210046136 A KR1020210046136 A KR 1020210046136A KR 20210046136 A KR20210046136 A KR 20210046136A KR 20220139754 A KR20220139754 A KR 20220139754A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
gas
oil
engine
gas fuel
Prior art date
Application number
KR1020210046136A
Other languages
English (en)
Inventor
지대윤
김기두
서재엽
이승필
김재현
송세진
노원구
Original Assignee
한국조선해양 주식회사
현대중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국조선해양 주식회사, 현대중공업 주식회사 filed Critical 한국조선해양 주식회사
Priority to KR1020210046136A priority Critical patent/KR20220139754A/ko
Publication of KR20220139754A publication Critical patent/KR20220139754A/ko

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Abstract

본 발명은 연료 공급 시스템에 관한 것으로서, 가스연료를 소비하는 가스모드 또는 오일연료를 소비하는 오일모드로 가동하는 엔진에 연료를 공급하는 시스템에 있어서, 상기 엔진은, 하나의 인젝터를 통해 가스연료 또는 오일연료의 공급이 이루어지고, 하나의 배출구를 통해 잉여분의 가스연료 또는 잉여분의 오일연료의 회수가 이루어지며, 상기 인젝터에 연결되는 가스연료 공급라인을 갖고, 가스연료를 상기 엔진에 공급하는 가스연료 공급부; 상기 인젝터의 상류에서 상기 가스연료 공급라인에 합류되는 오일연료 공급라인을 갖고, 오일연료를 상기 엔진에 공급하는 오일연료 공급부; 상기 배출구에 연결되는 가스연료 회수라인을 갖고, 잉여분의 가스연료를 회수하는 가스연료 회수부; 및 상기 배출구의 하류에서 상기 가스연료 회수라인으로부터 분기되는 오일연료 회수라인을 갖고, 잉여분의 오일연료를 회수하는 오일연료 회수부를 포함한다.

Description

연료 공급 시스템{fuel supply system}
본 발명은 연료 공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박 등에 탑재되는 대형 엔진으로는 디젤엔진(Diesel Engine), 가스엔진(Gas Turbine Engine), 이중연료 엔진(Dual Fuel Engine) 등 다양한 엔진이 개발되어 있다. 이 중에서 이중연료 엔진(Dual Fuel Engine)은, 2가지 연료, 예컨대, 가스(LNG 등)와 오일(디젤 등)을 병행하여 사용할 수 있는 장점으로 인해 선박에 많이 사용된다.
이러한 이중연료 엔진이 설치된 선박은, 가스연료 공급시점의 연소실 내압에 따라 고압엔진(ME-GI)과 저압엔진(X-DF 등)으로 구분되며, 2행정 엔진(ME-GI, ME-LGI, ME-LGIP, X-DF) 또는 4행정 엔진(DFDE) 등으로 구분될 수 있다.
이중연료 엔진은, LNG나 LPG 등의 가스를 주연료로 이용하여 추진구동력을 발생시키는 가스모드와, 오일을 주연료로 이용하여 추진구동력을 발생시키는 오일모드 중 하나를 이용하여 운전한다.
이를 위해 이중연료 엔진은 연소실을 갖는 실린더, 실린더에서 상하방향으로 왕복운동하는 피스톤, 실린더에 오일연료를 분사하는 오일연료 인젝터, 실린더에서 연소된 배기가스를 배출시키기 위한 배기밸브, 실린더에서 배출되는 배기가스를 공급받는 배기가스 리시버, 실린더 내부로 공기를 공급하는 소기 리시버, 실린더 내부에 가스연료를 공급하는 가스연료 인젝터, 가스모드에서의 점화를 위해 소량의 오일연료를 파일럿연료로 주입하는 파일럿 인젝터 등을 포함한다.
이러한 엔진이 가스모드로 운전하는 경우에는, 소기(저압엔진의 경우 소기 및 가스연료)를 피스톤이 압축하고(고압엔진의 경우 압축 후 가스연료 주입), 파일럿 인젝터를 이용해 점화를 일으켜 폭발력에 의한 피스톤 하강을 구현한다. 반면 오일모드로 운전하는 경우에는 가스연료 인젝터를 사용하지 않고 오일연료 인젝터를 사용하여 폭발을 발생시킬 수 있다.
그런데 이와 같은 이중연료 엔진에 대해, 실린더 크기가 작은 중속엔진에 대해 가스연료와 오일연료를 각각 분사하는 크기의 인젝터를 2개 이상 설치할 공간이 없어서, 이에 대한 해결방안의 연구 및 개발이 진행 중에 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 가스연료와 오일연료를 모두 분사할 수 있는 인젝터가 구비된 엔진에 대해 효과적으로 가스모드 및 오일모드의 가동을 구현할 수 있도록 시스템을 구성함으로써, 엔진 성능은 높이면서 가격 상승은 최소화한 연료 공급 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 연료 공급 시스템은, 가스연료를 소비하는 가스모드 또는 오일연료를 소비하는 오일모드로 가동하는 엔진에 연료를 공급하는 시스템에 있어서, 상기 엔진은, 하나의 인젝터를 통해 가스연료 또는 오일연료의 공급이 이루어지고, 하나의 배출구를 통해 잉여분의 가스연료 또는 잉여분의 오일연료의 회수가 이루어지며, 상기 인젝터에 연결되는 가스연료 공급라인을 갖고, 가스연료를 상기 엔진에 공급하는 가스연료 공급부; 상기 인젝터의 상류에서 상기 가스연료 공급라인에 합류되는 오일연료 공급라인을 갖고, 오일연료를 상기 엔진에 공급하는 오일연료 공급부; 상기 배출구에 연결되는 가스연료 회수라인을 갖고, 잉여분의 가스연료를 회수하는 가스연료 회수부; 및 상기 배출구의 하류에서 상기 가스연료 회수라인으로부터 분기되는 오일연료 회수라인을 갖고, 잉여분의 오일연료를 회수하는 오일연료 회수부를 포함한다.
구체적으로, 상기 가스연료 공급부는, 연료탱크; 상기 가스연료 공급라인에 마련되며 상기 연료탱크의 가스연료를 상기 엔진의 요구압력에 대응하여 가압하는 고압펌프; 및 상기 가스연료 공급라인에 마련되며 가스연료의 온도를 변화시키는 열교환기를 포함하며, 상기 오일연료 공급라인은, 상기 가스연료 공급라인에서 상기 고압펌프의 하류 지점에 합류될 수 있다.
구체적으로, 상기 가스연료 회수라인은, 상기 가스연료 공급라인에서 상기 고압펌프의 상류 지점에 합류되어, 잉여분의 가스연료를 상기 고압펌프 상류의 상기 가스연료 공급라인으로 전달하여 상기 엔진에 재유입되도록 할 수 있다.
구체적으로, 상기 엔진이 가스모드와 오일모드 사이에서 전환되는 전환모드 시, 상기 엔진의 내부에 잔류한 가스연료 또는 오일연료를 회수하는 회수탱크를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 회수탱크는, 상기 엔진이 가스모드에서 오일모드로 전환되어 오일연료가 상기 엔진에 공급되는 전환모드 시, 상기 엔진의 내부에 잔류한 가스연료를 회수하거나, 상기 엔진이 오일모드에서 가스모드로 전환되어 가스연료가 상기 엔진에 공급되는 전환모드 시, 상기 엔진의 내부에 잔류한 오일연료를 회수할 수 있다.
구체적으로, 상기 배출구의 하류에서 상기 가스연료 회수라인으로부터 분기되어 상기 회수탱크로 연결되는 회수연료 분기라인을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 회수연료 분기라인은, 상기 가스연료 회수라인에서 상기 오일연료 회수라인이 분기되는 지점의 하류에서 분기될 수 있다.
구체적으로, 상기 엔진이 가스모드에서 오일모드로 전환되는 전환모드 시, 상기 가스연료 공급라인에서 상기 오일연료 공급라인의 합류 지점의 상류 부분과 상기 가스연료 회수라인에서 상기 회수연료 분기라인의 분기 지점의 하류 부분과 상기 오일연료 회수라인이 폐쇄되고, 상기 오일연료 공급라인과 상기 회수연료 분기라인이 개방되며, 상기 엔진이 오일모드에서 가스모드로 전환되는 전환모드 시, 상기 오일연료 공급라인과 상기 가스연료 회수라인에서 상기 회수연료 분기라인의 분기 지점의 하류 부분과 상기 오일연료 회수라인이 폐쇄되고, 상기 가스연료 공급라인과 상기 회수연료 분기라인이 개방될 수 있다.
본 발명에 따른 연료 공급 시스템은, 하나의 인젝터를 이용해 가스연료와 오일연료를 모두 분사하는 엔진을 활용하면서 이러한 엔진에 대해 연료를 원활하게 공급하기 위하여, 가스모드와 오일모드에서의 연료 공급 및 잉여 연료 회수를 효율적으로 제어함으로써 안정적인 가동을 보장할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 참고로 본 명세서에서 가스연료(액화가스)는 중탄화수소인 LPG(프로판, 부탄 등)이거나 또는 암모니아, 메탄올, 에탄올 등일 수 있지만, 이로 한정하지 않고 비등점이 상온보다 낮거나 인화점이 60도씨보다 낮고, 발열량을 갖는 모든 물질을 포괄할 수 있다.
본 발명은 이하에서 설명하는 연료 공급 시스템이 구비되는 선박을 포함한다. 이때 선박은 가스 운반선, 가스가 아닌 화물이나 사람을 운반하는 상선, FSRU, FPSO, Bunkering vessel, 해양플랜트 등을 모두 포함하는 개념이며, 다만 예시로서 액화가스 운반선일 수 있음을 알려둔다.
본 발명의 도면에 도시하지 않았으나, 압력센서(PT), 온도센서(TT) 등이 제한 없이 적절한 위치에 구비될 수 있음은 물론이며, 각 센서에 의한 측정값은 이하에서 설명하는 구성들의 운영에 제한 없이 다양하게 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 개념도이다.
참고로 도 2 내지 도 5에서 점선은 유체의 흐름이 차단되는 부분을 나타내고 실선은 유체의 흐름이 허용되는 부분을 나타낸다. 또한 도 2는 본 발명에서 엔진(100)이 가스모드로 가동할 때의 유체 흐름을 나타내고, 도 3은 본 발명에서 엔진(100)이 가스모드에서 오일모드로 전환하는 전환모드 시의 유체 흐름을 나타낸다. 또한 도 4는 본 발명에서 엔진(100)이 오일모드로 가동할 때의 유체 흐름을 나타내고, 도 5는 본 발명에서 엔진(100)이 오일모드에서 가스모드로 전환하는 전환모드 시의 유체 흐름을 나타낸다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(1)은, 엔진(100)에 연료를 공급하는 시스템으로서, 이때 엔진(100)은 이중연료 엔진(100)일 수 있다. 즉 엔진(100)은 가스연료와 오일연료를 각각 소비할 수 있는 엔진(100)이며, 엔진(100)이 가스연료를 소비하여 가동할 때에는 가스모드, 엔진(100)이 오일연료를 소비하여 가동할 때에는 오일모드로 지칭할 수 있다.
특히 본 발명의 엔진(100)은, 가스모드 또는 오일모드로 가동하되, 가스연료 인젝터(110)와 오일연료 인젝터(110)를 각각 구비하는 것이 아니라, 하나의 연료 인젝터(110)를 통해 가스연료 또는 오일연료의 공급이 이루어진다.
즉 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명이 적용되는 엔진(100)은 가스연료와 오일연료를 공급하는 연료 인젝터(110)가 하나로 통합되어 구비된다. 이때 연료 인젝터(110)는 연소실 상측에 배치되어, 피스톤의 하사점과 상사점 사이의 적정한 시점에 가스연료 또는 오일연료를 연소실 내로 분사할 수 있다.
본 발명의 엔진(100)은 가스연료를 액상으로 공급받아 가동하는 엔진(100)으로서, LPG 엔진인 ME-LGI 등일 수 있다. 이때 엔진(100)은 가스연료를 기상으로 공급받는 경우와 대비할 때 연료량의 미세 조절이 어려운 바, 충분한 양의 액상 연료를 공급받고 잉여분의 액상 연료를 배출하는 구조로 이루어질 수 있다.
즉 엔진(100) 내에 유입된 가스연료나 오일연료 중, 엔진(100)의 내부를 거치면서 엔진(100)에서 사용되는 윤활유가 혼입된 잉여분의 가스연료나 오일연료가 엔진(100)의 외부로 배출될 수 있다. 이때 엔진(100)은, 하나의 연료 인젝터(110)를 통해 가스연료와 오일연료를 통합 공급하는 것과 마찬가지로, 하나의 배출구를 통해 잉여분의 가스연료 또는 잉여분의 오일연료의 회수가 이루어지는 구조를 가질 수 있다.
이때 배출구는 연소실 상측에서 적절한 위치에 배치되거나, 또는 연료 인젝터(110)에 일체로 마련되어 있을 수 있다. 따라서 가스연료나 오일연료는 엔진(100)의 가동 모드에 따라 연료 인젝터(110)를 통해 연소실 내부로 안내되며, 잉여분의 가스연료 등은 연료 인젝터(110)에 마련된 배출구를 통해 연소실 외부로 배출될 수 있다.
또한 엔진(100)에는 흡기포트(130)가 마련되며, 흡기포트(130)는 도면과 같이 연소실 상측에 구비되어, 소기 리시버(도시하지 않음)로부터 유입되는 공기를 연소실 내부로 안내할 수 있다.
본 발명의 엔진(100)은 고압엔진이거나 또는 저압엔진일 수 있으며, 고압엔진일 경우 흡기포트(130)는 도면에 나타난 바와 같이 연소실 상측에 연결될 수 있지만, 저압엔진일 경우 흡기포트(130)는 도면과 달리 연소실에서 하사점 바로 위쪽에 배치될 수 있다. 즉 흡기포트(130)의 위치는 도면에 나타난 것으로 제한되지 않는다. 또한 도면에 도시하지 않았으나 엔진(100)에 배기포트(도시하지 않음)가 적절한 위치에 구비될 수 있음은 물론이다.
또한 엔진(100)에는 파일럿 인젝터(120)가 마련된다. 파일럿 인젝터(120)는 엔진(100)이 가스연료를 소비하는 가스모드로 가동하거나 오일연료를 소비하는 오일모드로 가동할 때, 파일럿연료를 연소실 내에 분사하여 점화가 이루어지도록 할 수 있다.
파일럿 인젝터(120)에는 파일럿연료 공급라인(L60)이 마련되며, 파일럿연료 공급라인(L60)은 파일럿연료 공급부(부호 도시하지 않음)를 통해 오일연료 등을 파일럿연료로서 연소실 내부로 안내할 수 있다. 참고로 본 발명에서 파일럿연료는 오일연료와 동일한 것일 수 있고, 파일럿연료 공급부는 후술하는 오일연료 공급부(20)의 일부 구성으로서 마련될 수 있다.
파일럿 인젝터(120)에는 파일럿연료 회수라인(L61)이 마련된다. 연료 인젝터(110)에서 설명한 바와 같이 파일럿 인젝터(120) 또한 잉여분의 액상 파일럿연료를 회수할 수 있는 구조를 갖도록 마련될 수 있으며, 파일럿연료 회수라인(L61)은 파일럿 인젝터(120)에서 잉여분의 파일럿연료가 배출되는 부분에 연결된다.
파일럿연료 회수라인(L61)은 잉여분의 파일럿연료를 파일럿연료 공급부의 상류로 회수하거나, 별도의 저장부에 저장해두고 차후 재사용할 수 있으며, 또는 파일럿연료 회수라인(L61)은 이하에서 후술하는 오일연료 공급부(20)의 상류나 회수탱크(50) 등으로 파일럿연료를 회수하는 것도 가능하다.
이하에서는 위와 같은 엔진(100)에 연료를 공급하기 위한 본 발명의 연료 공급 시스템(1)을 이루는 구성들에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템(1)은, 가스연료 공급부(10), 오일연료 공급부(20), 가스연료 회수부(30), 오일연료 회수부(40), 회수탱크(50)를 포함한다.
가스연료 공급부(10)는, 가스연료를 엔진(100)에 공급한다. 가스연료 공급부(10)는 카고탱크(11), 연료탱크(12), 고압펌프(13), 열교환기(14)를 포함하며, 가스연료의 전달을 위해 가스연료 공급라인(L10)을 구비한다.
카고탱크(11)는, 액화가스 운반선인 선박의 선내에 마련되는 복수 개의 화물용 탱크이다. 물론 선박이 액화가스 운반선 외의 선종일 경우에 카고탱크(11)는 선내 또는 선외 등에 별도로 추가되는 탱크나 용기 등일 수 있다.
카고탱크(11)는 대기압에서 가스연료를 저온 액상으로 저장하는 탱크이며, 가스연료의 기화를 방지하기 위하여 벽체에 다양한 단열 구조가 부가될 수 있다. 또한 카고탱크(11)는 멤브레인형 탱크이거나 독립형 탱크 등일 수 있으며, 그 형태나 제원 등은 한정되지 않는다.
카고탱크(11)에서 후술할 연료탱크(12)로 가스연료가 전달될 수 있으며, 가스연료는 카고탱크(11)에서 연료탱크(12)로 연결되는 가스연료 공급라인(L10)(카고탱크(11)와 연료탱크(12) 사이에서의 가스연료 공급라인(L10)은 가스연료 전달라인으로 지칭될 수 있음)을 통해 카고탱크(11)에서 연료탱크(12)로 전달된다. 연료탱크(12)로 전달된 가스연료는 엔진(100)의 연료로 사용된다.
참고로 본 명세서에서 엔진(100)은 선박을 추진하기 위한 추진엔진이거나 선내 전력 부하를 커버하기 위한 발전엔진 등일 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 연료 인젝터(110), 파일럿 인젝터(120), 흡기포트(130) 등을 구비하는 구조로 이루어질 수 있다.
카고탱크(11)에는 이송펌프(부호 도시하지 않음)가 할당될 수 있고, 이송펌프에는 가스연료 공급라인(L10)이 연결될 수 있다. 이송펌프는 카고탱크(11)의 내부에 마련될 수 있으며, 가스연료에 잠겨있는 submerged type으로 마련될 수 있다.
이송펌프는 복수 개의 카고탱크(11) 중 일부에 마련될 수 있다. 카고탱크(11)는 기본적으로 화물 운송을 목적으로 하는 것으로서, 화물의 언로딩(unloading)을 위한 카고펌프(하역펌프, 스트리핑펌프 등, 도시하지 않음)가 각 카고탱크(11)마다 적어도 2개 마련되는데, 적어도 어느 하나의 카고탱크(11)는 내부에 저장된 가스연료를 엔진(100)(ME-LGI) 등의 연료로 사용하기 위해, 카고펌프에 더하여 이송펌프가 추가될 수 있다.
일례로 카고탱크(11)가 선박의 길이 방향으로 나란하게 4개가 마련될 때, 엔진(100)이 수용된 엔진룸에 근접한 4번 카고탱크(11)에 저장된 가스연료가 연료탱크(12)로 전달된 후 엔진(100)의 연료로 사용될 수 있고, 이를 위해 4번 카고탱크(11)에만 이송펌프가 마련될 수 있다.
연료탱크(12)는, 가스연료를 엔진(100)에 공급할 연료로 저장한다. 연료탱크(12)는 대기압으로 가스연료를 대량 저장하는 독립형(SPB타입, MOSS타입)이나 멤브레인형인 카고탱크(11)와 동일하거나 또는 상이한 타입일 수 있고, 고압으로 가스연료를 저장하는 독립형(Type C, 압력용기타입)일 수 있다.
이때 연료탱크(12)는 가스연료를 임계압력 이상으로 저장하거나(일례로 18bar 내외), 또는 임계압력 미만으로 저장할 수 있으며(일례로 8bar 내외), 가스연료의 기화 방지를 위해 벽체의 내부 또는 외부 중 적어도 일측에 단열구조가 마련될 수 있다.
연료탱크(12)는 선박에서 상갑판 상에 탑재될 수 있고, 새들(saddle)을 통해 상갑판에 지지되도록 마련된다. 연료탱크(12)는 상갑판에서 카고탱크(11)의 가스연료 로딩/언로딩을 위한 구성들(매니폴드 등)과 간섭되지 않으면서, 선박의 항해 시 시야(visibility)를 가리지 않는 위치에 배치될 수 있다. 일례로 연료탱크(12)는 상갑판에서 선수 측의 좌현 또는 우현에 마련될 수 있다. 이 경우 연료탱크(12)는 데크탱크(deck tank)로 지칭될 수 있다.
연료탱크(12)는 카고탱크(11)와 엔진(100) 사이에서 가스연료를 임시로 저장해두는 구성일 수 있다. 따라서 가스연료 공급라인(L10)은 카고탱크(11)에서 연료탱크(12)로, 또한 연료탱크(12)에서 엔진(100)으로 각각 연결될 수 있다. 또는 엔진(100)은 카고탱크(11)의 가스연료를 직접 사용할 수도 있으며, 이를 위해 가스연료 공급라인(L10)은 카고탱크(11)와 엔진(100) 사이에서 연료탱크(12)를 우회하도록 마련될 수도 있다.
카고탱크(11) 내에 침지된 이송펌프에 의해 카고탱크(11)에서 연료탱크(12)로 가스연료가 전달될 수 있으며, 연료탱크(12)에 저장된 가스연료는 선박의 운항 상태 등을 고려하여 적정한 레벨/압력으로 관리될 수 있다. 반대로 연료탱크(12)에서 카고탱크(11)로 가스연료가 리턴되는 것도 가능하다.
연료탱크(12)에 저장된 가스연료는 후술할 고압펌프(13) 등을 통해 연료탱크(12)로부터 엔진(100)으로 전달될 수 있다. 따라서 연료탱크(12)에서 엔진(100)으로 연장되는 가스연료 공급라인(L10)에는 고압펌프(13), 열교환기(14) 등이 마련될 수 있다.
고압펌프(13)는, 연료탱크(12)에서 엔진(100)으로 연장되는 가스연료 공급라인(L10) 상에 마련되며, 연료탱크(12)의 가스연료를 엔진(100)의 요구압력에 대응하여 가압한다. 고압펌프(13)의 타입은 특별히 한정하지 않으며, 고압펌프(13)는 도면에 나타난 것과 같이 복수 개가 서로 백업 가능하게 병렬로 마련될 수 있다.
고압펌프(13)는 도면과 같이 후술할 열교환기(14)의 상류에 마련되거나, 또는 도면과 달리 열교환기(14)의 하류에 마련될 수도 있다. 후자의 경우 고압펌프(13)는 열교환기(14)에 의해 온도가 조절된 가스연료를 엔진(100)이 요구하는 압력으로 가압할 수 있다.
고압펌프(13)의 가스연료 가압 과정에서 캐비테이션(cavitation)의 발생을 억제하기 위해, 고압펌프(13)에는 가스연료가 액상으로 유입될 수 있다. 열교환기(14)가 고압펌프(13)의 상류에 마련될 경우, 열교환기(14)는 위 사항을 고려해 가스연료의 온도를 제어할 수 있다.
고압펌프(13)에 흡입되는 가스연료의 압력은, 연료탱크(12) 또는 카고탱크(11)에서 토출되는 가스연료의 압력에 대응될 수 있다. 또한 후술하겠으나 엔진(100)에서 회수되는 가스연료의 압력에도 대응될 수 있다.
열교환기(14)는, 고압펌프(13)의 하류에 마련되어 가스연료의 온도를 변화시킨다. 열교환기(14)는 가스연료의 온도를 상승시킬 수 있고 또는 낮출 수도 있으므로, fuel conditioner로 지칭될 수도 있다.
일례로 본 실시예의 초기 가동 시에는, 엔진(100)으로부터 회수되는 고온 가스연료의 유량이 많기 때문에, 열교환기(14)는 가스연료의 온도를 낮출 수 있으며, 안정 가동에 접어들 경우 열교환기(14)는 가스연료의 온도를 높일 수 있다.
열교환기(14)는 도면에서와 같이 고압펌프(13) 하류에 마련될 수 있지만, 또는 도면과 달리 열교환기(14)는 고압펌프(13)의 상류에 마련될 수도 있다. 후자의 경우 열교환기(14)는 고압펌프(13)에 기상 가스연료가 유입되지 않도록, 가스연료의 비등점 이하로 가스연료의 온도를 조절할 수 있다.
열교환기(14)는, 다양한 열교환 매체를 이용하여 가스연료와의 열교환을 구현할 수 있으며, 일례로 열교환 매체는 해수, 청수, 글리콜워터, 배기 등일 수 있지만, 이로 한정되는 것은 아니다.
가스연료 공급부(10)는 저압펌프(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 저압펌프는 연료탱크(12)의 가스연료를 적절히 가압해 엔진(100)으로 전달한다. 저압펌프는 연료탱크(12) 내부 또는 외부에 마련될 수 있으며, 연료탱크(12)에서 엔진(100)으로 연결되는 가스연료 공급라인(L10) 상에 구비될 수 있다.
저압펌프는, 엔진(100)의 요구압력보다 낮은 압력으로 가스연료를 가압할 수 있다. 구체적으로 저압펌프는 하류에 배치되는 고압펌프(13)의 흡입압력(일례로 20bar)에 맞게 가스연료를 가압할 수 있다. 즉 저압펌프는 연료탱크(12)의 내압과 고압펌프(13)의 흡입압력 간의 차압만큼 가스연료의 압력을 높일 수 있다. 다만 연료탱크(12)의 저장 압력이 고압펌프(13)의 흡입압력에 상응할 경우, 저압펌프는 생략될 수도 있다.
또한 가스연료 공급부(10)는, 고압펌프(13)의 하류 등에 필터(부호 도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 필터는 불순물을 걸러내기 위한 구성으로서, 고압펌프(13)의 하류 외에도 고압펌프(13)의 상류에도 배치될 수 있다.
가스연료 공급부(10)의 가스연료 공급라인(L10)은, 연료 인젝터(110)에 연결된다. 이때 연료 인젝터(110)는 앞서 설명한 바와 같이 가스연료 및 오일연료 모두를 연소실 내로 분사할 수 있는 구성이다.
가스연료 공급라인(L10)에서 고압펌프(13)의 하류에는 가스연료 공급밸브(15)가 마련될 수 있다. 가스연료 공급밸브(15)는 엔진(100)의 가동이 가스모드, 오일모드, 전환모드 등으로 전환될 때 개폐가 조절되어, 가스연료의 공급 여부를 제어할 수 있다.
가스연료 공급밸브(15)는 후술할 가스연료 회수부(30)의 가스연료 회수밸브(32) 등과 함께 하나의 트레인으로 구성되어, FVT(fuel valve train)로 지칭될 수 있다.
연료탱크(12) 및/또는 가스연료 공급라인(L10)에는, 유동하거나 잔류하는 가스연료를 외부로 배출하기 위한 관리부(도시하지 않음)가 마련될 수 있다. 관리부는 비상 상황 등에서 가스연료 공급라인(L10) 등에 존재하는 가스연료를 외부로 벤트하기 위하여 가스연료 공급라인(L10) 등으로부터 가스연료를 전달받을 수 있으며, 또는 연료탱크(12) 또는 가스연료 공급라인(L10) 내 잔류한 가스연료를 제거하기 위해 가스연료 공급라인(L10) 내에 퍼징가스를 공급할 수 있다.
이를 위해 관리부는 연료탱크(12)나 가스연료 공급라인(L10) 등으로 퍼징가스를 주입하는 퍼징가스 공급부(도시하지 않음)와, 연료탱크(12) 또는 가스연료 공급라인(L10) 등에서 배출되는 가스연료를 임시 저장하는 임시저장용기(도시하지 않음) 등을 포함할 수 있으며, 임시저장용기는 벤트마스트(도시하지 않음)에 연결되어 가스연료가 대기 중으로 방출되도록 하거나, 연료탱크(12)에 연결되어 가스연료를 재활용하도록 할 수 있다.
오일연료 공급부(20)는, 오일연료를 엔진(100)에 공급한다. 오일연료 공급부(20)는 오일탱크(21), 오일펌프(22)를 포함하며, 오일연료 공급라인(L20)을 통해 오일연료를 전달한다.
오일탱크(21)는, 오일연료를 저장한다. 오일탱크(21)는 상온에서 액상인 오일연료를 저장하는 구성으로서, 앞서 설명한 카고탱크(11)나 연료탱크(12)와 달리 단열 구조를 구비하지 않을 수 있다.
오일탱크(21)는 선체 내에 선각화된 구조로 마련될 수 있으며, 선체 내부 공간 중 일부를 오일탱크(21)로 전용할 수 있다. 일례로 밸러스트 탱크 중 탑사이드 탱크의 일부, 선수의 void space, 엔진룸 전방의 빈 공간 등을 오일탱크(21)로 활용할 수 있다.
오일펌프(22)는, 오일탱크(21)에 저장된 오일연료를 엔진(100)으로 전달한다. 오일펌프(22)는 오일탱크(21)에서 엔진(100)으로 연결되는 오일연료 공급라인(L20) 상에 마련되며, 액상의 오일연료를 엔진(100)의 요구압력에 맞게 가압할 수 있다.
오일펌프(22)는 앞서 설명한 고압펌프(13)와 유사하게, 복수 개가 병렬로 마련되어 상호 백업 가능하게 구비될 수 있다. 또한 오일펌프(22)와 고압펌프(13)의 토출압력은 모두 엔진(100)의 요구압력에 대응하게 되므로 동일할 수 있으며, 또는 가스모드에서 오일모드로의 원활한 전환을 위해 오일펌프(22)의 토출압력이 고압펌프(13)의 토출압력보다 약간 높을 수도 있다.
오일연료 공급부(20)의 오일연료 공급라인(L20)은, 가스연료 공급라인(L10)을 통해 연료 인젝터(110)에 간접 연결된다. 오일연료 공급라인(L20)은 연료 인젝터(110)의 상류 및 고압펌프(13)의 하류 지점에서 가스연료 공급라인(L10)에 합류되도록 마련될 수 있다.
즉 가스연료는 가스연료 공급라인(L10)을 통해 연료 인젝터(110)에 전달되며, 오일연료는 오일연료 공급라인(L20), 가스연료 공급라인(L10)의 하류 부분(오일연료 공급라인(L20)의 합류지점의 하류 부분)을 통해 연료 인젝터(110)에 전달될 수 있다.
오일연료 공급라인(L20)에서 오일펌프(22)의 하류에는 오일연료 공급밸브(23)가 마련될 수 있다. 오일연료 공급밸브(23)는 가스연료 공급밸브(15)와 마찬가지로, 엔진(100)의 가동이 가스모드, 오일모드, 전환모드 등으로 전환될 때 개폐가 조절되어, 오일연료의 공급 여부를 제어할 수 있다.
다만 안정적인 상태로 가동하는 엔진(100)은 가스모드 및 오일모드 중 어느 하나로 가동할 것이어서, 오일연료 공급밸브(23)는 가스연료 공급밸브(15)와 개폐 상태가 반대될 수 있다.
가스연료 회수부(30)는, 잉여분의 가스연료를 회수한다. LNG를 기상으로 공급받아 소비하는 상용 엔진(100)(ME-GI, XDF 등)과 달리, 본 발명에서의 엔진(100)(ME-LGI 등)은 LPG 등을 액상으로 공급받아 소비하면서 잉여분의 액상 연료를 배출하는 구조를 갖는다.
이는 앞서 설명한 것처럼, 기상의 경우와 달리 액상의 경우 연료공급량의 미세 제어가 용이하지 않아, 엔진(100)이 충분한 양의 액상 연료를 공급받음에 따라 잉여분의 연료가 발생하기 때문이다.
다만 엔진(100)에서 회수되는 가스연료는 엔진(100)의 내부를 거친 가스연료로서, 엔진(100)의 요구압력에 대응되는 온도/압력을 갖는 상태이면서(일례로 45bar 내외, 50도씨 이상), 가스연료 내부에는 엔진(100)에서 사용되는 윤활유가 혼입될 수 있다.
즉 엔진(100)으로부터 회수되는 잉여분의 가스연료에는 윤활유가 섞여 있게 되므로, 화물 오염을 방지하기 위해, 회수된 가스연료를 카고탱크(11)로 전달하지 않는 것이 바람직하다.
따라서 가스연료 회수부(30)는, 엔진(100)의 배출구에 연결되며 가스연료 공급라인(L10)에서 고압펌프(13)의 상류 지점에 합류되는 가스연료 회수라인(L30)을 통해, 엔진(100)에서 리턴되는 잉여 가스연료를 카고탱크(11)가 아닌 고압펌프(13)로 전달하여 엔진(100)에 재유입되도록 할 수 있다.
즉 가스연료 회수라인(L30)은, 엔진(100)의 내부를 거치면서 엔진(100)에서 사용되는 윤활유가 혼입된 잉여분의 액상 가스연료를, 고압펌프(13) 상류의 가스연료 공급라인(L10)으로 전달하여 엔진(100)에 재유입되도록 함으로써, 윤활유로 인해 카고탱크(11) 내의 가스연료가 오염되지 않도록 할 수 있다.
이러한 가스연료 회수라인(L30)에는 감압밸브와 쿨러(31)가 마련될 수 있다. 감압밸브는, 엔진(100)에서 배출되며 윤활유가 섞인 잉여분의 액상 가스연료를 감압한다. 감압밸브는 줄-톰슨 밸브일 수 있다.
쿨러(31)는, 가스연료 회수라인(L30)에서 감압밸브에 의해 감압된 가스연료를 냉각해 고압펌프(13)에 액상으로 유입되도록 한다. 쿨러(31)는 제한되지 않는 다양한 냉매를 활용할 수 있으며, 감압된 가스연료의 비등점 이하로 가스연료를 냉각할 수 있다. 일례로 쿨러(31)는 해수를 냉매로 이용할 수 있으며, 이때 열교환기(14)와 쿨러(31)는 하나의 냉매 공급부에 의해 통합 연결될 수 있다.
쿨러(31)에 의한 냉각은, 연료탱크(12)로부터 고압펌프(13)로 전달되는 가스연료와의 혼합을 고려하여 이루어질 수 있으므로, 쿨러(31)는 감압된 가스연료의 비등점보다 다소 높은 온도로 가스연료를 냉각하는 제어도 가능하다.
쿨러(31)에 의해 냉각된 액상(또는 액상에 근접한 상태) 가스연료는, 가스연료 회수라인(L30)을 통해 가스연료 공급라인(L10)에서 고압펌프(13)의 상류에 혼입되며, 가스연료 회수라인(L30)이 가스연료 공급라인(L10)에 연결되는 지점에는 믹서(도시하지 않음)가 마련될 수 있다.
가스연료 회수라인(L30)에서 쿨러(31)의 상류에는, 가스연료 회수밸브(32)가 마련될 수 있다. 가스연료 회수밸브(32)는 엔진(100)이 가스모드나 전환모드(가스모드에서 오일모드로의 전환)로 가동할 때 엔진(100)의 배출구로부터 배출되는 잉여분의 가스연료가 가스연료 공급라인(L10)으로 회수되도록 개방된다.
반면 가스연료 회수밸브(32)는 엔진(100)이 오일모드 등으로 가동할 경우에는 폐쇄될 수 있다. 이 경우 엔진(100)의 배출구에서는 잉여분의 오일연료가 배출될 것이기 때문이다. 즉 가스연료 회수밸브(32)는 엔진(100)의 가동 모드에 따라 개폐가 제어될 수 있다.
가스연료 회수부(30)는 포집탱크(도시하지 않음) 및/또는 녹아웃 드럼(도시하지 않음) 등을 더 포함할 수 있다. 포집탱크는 회수되는 가스연료를 기액분리하여, 기상 가스연료가 고압펌프(13)로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 즉 포집탱크는 가스연료 회수라인(L30)의 가스연료를 포집해 액상 가스연료만을 고압펌프(13)로 전달해, 고압펌프(13)의 안정적 가동을 보장할 수 있다.
녹아웃 드럼은, 엔진(100)에서 회수되는 가스연료를 포집탱크로부터 전달받아, 가스연료에 포함된 불순물(윤활유 등)을 걸러낼 수 있다. 녹아웃 드럼은 내부에 유입된 가스연료에서 윤활유를 분리한다. 일례로 녹아웃 드럼은 가스연료는 기상으로 배출하고 윤활유는 액상으로 배출할 수 있고, 녹아웃 드럼은 포집탱크와 유사하게 기액분리 기능을 구현할 수 있다.
다만 녹아웃 드럼은 가스연료의 기화를 촉진하기 위해, 트레이싱(tracing) 등의 가열부를 사용할 수 있고, 트레이싱은 스팀이나 해수 등과 같은 매체를 열원으로 사용하는 것이거나 또는 전기를 이용해 가열하는 구성일 수 있다.
녹아웃 드럼은 윤활유가 섞인 가스연료를 가열부로 가열하여, 가스연료는 벤트마스트(도시하지 않음) 등으로 배출하고, 윤활유는 하부에서 드레인하여 처리(재활용)할 수 있다.
오일연료 회수부(40)는, 잉여분의 오일연료를 회수한다. 가스연료 회수부(30)에서 설명한 것과 마찬가지로, 엔진(100)은 가동 중에 잉여분의 오일연료를 배출구로 배출할 수 있다. 이때 오일연료 회수부(40)는 배출구를 통해 배출되는 오일연료를 회수할 수 있으며, 회수되는 오일연료는 오일탱크(21)로 전달될 수 있다.
본 실시예의 오일탱크(21)에 저장되는 오일연료는 운송을 위한 화물이 아닌 엔진(100)의 가동을 위한 연료이므로, 오일탱크(21) 내의 오일연료에 엔진(100)의 윤활유가 혼합되더라도 문제되지 않는다. 따라서 오일연료 회수부(40)는 엔진(100)에서 배출되는 잉여분의 오일연료를 오일탱크(21)로 직접 회수할 수 있다.
물론 오일연료는 오일탱크(21)로 직접 회수되는 대신, 오일연료 공급라인(L20)에서 오일펌프(22)의 상류로 회수되는 것도 가능하다. 참고로 가스연료의 경우에도 가스연료가 고압펌프(13) 상류로 회수되는 대신 연료탱크(12)로 직접 회수될 수도 있다.
오일연료 회수부(40)는 오일연료의 회수를 위한 오일연료 회수라인(L40)을 포함할 수 있는데, 오일연료 회수라인(L40)은 배출구의 하류에서 가스연료 회수라인(L30)으로부터 분기된다.
엔진(100)은 하나의 배출구를 통해 잉여분의 가스연료 또는 잉여분의 오일연료를 모두 회수하는 구조로 마련되는 바, 잉여분의 가스연료는 배출구에 직접 연결되는 가스연료 회수라인(L30)을 통해 고압펌프(13) 상류로 회수되며, 잉여분의 오일연료는 가스연료 회수라인(L30)의 상류 부분(오일연료 회수라인(L40)이 분기되는 지점의 상류 부분)을 거쳐 오일연료 회수라인(L40)을 통해 오일탱크(21) 등으로 회수될 수 있다.
회수탱크(50)는, 엔진(100)에서 배출되는 잉여분의 가스연료 또는 잉여분의 오일연료를 저장한다. 회수탱크(50)는 앞서 설명한 관리부의 임시저장용기와는 상이한 구성일 수 있으며, 임시저장용기는 연료탱크(12)나 가스연료 공급라인(L10)과 같이 가스연료의 공급 측에 연결되는 구성인 반면, 회수탱크(50)는 엔진(100)에서 잉여분의 가스연료가 회수되는 가스연료 회수라인(L30) 등과 같이 가스연료의 회수 측에 연결되는 구성이다.
엔진(100)이 가스모드로 가동할 경우 잉여분의 가스연료는 고압펌프(13) 상류로 회수되며, 엔진(100)이 오일모드로 가동할 경우 잉여분의 오일연료는 오일탱크(21) 등으로 회수될 수 있다. 다만 엔진(100)이 가스모드에서 오일모드로 전환되는 전환모드 또는 오일모드에서 가스모드로 전환되는 전환모드 시, 엔진(100) 내에 잔류한 연료는 엔진(100)으로 공급되는 연료와 상이한 것일 수 있다.
이때 엔진(100)에서 배출되는 잉여분의 연료는, 회수탱크(50)로 회수될 수 있다. 즉 회수탱크(50)는 엔진(100)이 가스모드와 오일모드 사이에서 전환되는 전환모드 시, 엔진(100)의 내부에 잔류한 가스연료 또는 오일연료를 회수한다.
구체적으로 회수탱크(50)는, 엔진(100)이 가스모드에서 오일모드로 전환되어 오일연료가 엔진(100)에 공급되는 전환모드 시, 엔진(100)의 내부에 잔류한 가스연료를 회수하며, 반대로 엔진(100)이 오일모드에서 가스모드로 전환되어 가스연료가 엔진(100)에 공급되는 전환모드 시, 엔진(100)의 내부에 잔류한 오일연료를 회수할 수 있다.
이를 위해 회수탱크(50)에는 회수연료 분기라인(L50)이 마련될 수 있다. 회수연료 분기라인(L50)은 배출구의 하류에서 가스연료 회수라인(L30)으로부터 분기되어, 가스연료 또는 오일연료를 회수탱크(50)로 전달한다.
회수연료 분기라인(L50)은 가스연료 회수라인(L30)에서 오일연료 회수라인(L40)이 분기되는 지점의 하류에서 분기될 수 있지만, 이로 한정하지 않고 가스연료 회수라인(L30) 상에서 오일연료 회수라인(L40)의 분기점 상류에 회수연료 분기라인(L50)이 분기되어 있을 수도 있다.
회수연료 분기라인(L50)에는 회수연료 분기밸브(51)가 마련될 수 있다. 회수연료 분기밸브(51)는 잉여분의 가스연료 또는 잉여분의 오일연료를 회수탱크(50)로 회수하여야 할 필요가 있는 경우 개방될 수 있으며, 또는 잉여분의 가스연료 또는 잉여분의 오일연료가 가스연료 회수부(30)나 오일연료 회수부(40)를 통해 회수될 경우 회수연료 분기밸브(51)는 폐쇄될 수 있다.
본 발명에서 언급한 가스연료 공급밸브(15), 가스연료 회수밸브(32), 오일연료 공급밸브(23), 오일연료 회수밸브(41) 등은, 연료를 외부로 벤트시킬 수 있는 벤트라인(부호 도시하지 않음)으로 연료의 전달이 가능하도록 마련될 수 있다. 이러한 밸브들은 각각 복수 개로 마련되거나 또는 삼방밸브 등으로 구성될 수 있지만, 이로 한정하는 것은 아니다. 가스연료 및 오일연료의 흐름을 제어하는 밸브들의 개폐 동작에 대해서는 도 2 등을 참고하여 이하에서 자세히 설명하도록 한다.
선박의 안전 규칙 상, ME-LGIP 등과 유사한 방식으로 구성되어 가스연료를 소비하는 엔진(100)은, 가스모드에서 오일모드로 연료를 전환할 때 엔진(100)에 연결된 라인 내 잔여 가스연료를 전부 질소(inert gas)로 퍼징(Purging)시키는 과정이 필수적이다.
퍼징 시 질소와 함께 혼합된 가스연료는 가스연료 회수부(30)에 마련될 수 있는 녹아웃 드럼을 통과하여, 기체 상태로 벤트마스트를 통해 대기 중으로 배출된다.
그런데 공기보다 밀도가 낮아 공기 중으로 쉽게 배출이 가능한 LNG나 암모니아와 달리, LPG처럼 공기보다 밀도가 높은 가스연료는 대기 중으로 배출되더라도 바닥으로 운집할 가능성이 높다. 이때 폭발 한계점 이상으로 가스연료가 운집되면 언제든 폭발이 일어날 위험이 있다.
이러한 문제를 해소하고자, 본 발명은 엔진(100)의 연료 전환 단계(가스모드에서 오일모드로 연료 전환)에서 가압된 오일연료를 이용하여 잔여 가스연료를 일정 시간동안 회수탱크(50)로 배출함으로써, 잔여 가스연료의 벤트 시 발생 가능한 안전 문제를 해결할 수 있다. 이때 엔진(100)에 연결된 라인 내 잔여 가스연료가 완전히 제거되면, 오일연료 회수부(40)를 활용해 오일연료의 회수가 이루어지면서 연료 전환 과정이 마무리될 수 있다.
회수탱크(50)에 오일연료와 가스연료를 혼합한 상태로 저장하면, 육상에서 혼합연료를 처리할 수 있게 되므로, 밀도가 높은 가스연료를 운항 중에 공기 중으로 배출하는 위험성을 최소화할 수 있다. 더욱이 운항 중 기화된 연료의 배출을 최소화하므로, 환경 보호 효과도 거둘 수 있다.
물론 혼합된 연료 중 기화된 가스연료는 회수탱크(50)에서 벤트마스트로 배출하여, 기화된 가스연료로 인한 회수탱크(50) 내압 상승 등의 위험성을 해결하는 것도 가능하다.
이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에서 엔진(100)의 가동 모드에 따른 연료의 흐름을 자세히 설명한다.
도 2는 엔진(100)이 가스연료를 소비하는 가스모드로 안정적으로 가동하는 상태를 나타낸다. 도 2에 따르면 가스연료 공급라인(L10)에 마련되는 가스연료 공급밸브(15)는 개방되고, 오일연료 공급라인(L20)에 마련되는 오일연료 공급밸브(23)는 폐쇄된다.
또한 가스연료 회수라인(L30)에 마련되는 가스연료 회수밸브(32)는 개방되고, 오일연료 회수라인(L40)에 마련되는 오일연료 회수밸브(41)는 폐쇄되며, 회수연료 분기라인(L50)에 마련되는 회수연료 분기밸브(51) 또한 폐쇄된다.
따라서 이 경우, 가스연료는 가스연료 공급라인(L10)을 따라 연료 인젝터(110)를 통해 엔진(100) 내부로 공급되며, 잉여분의 가스연료는 연료 인젝터(110)의 배출구를 통해 배출되어 가스연료 회수라인(L30)을 따라 고압펌프(13)의 상류 등으로 회수될 수 있다.
반면 오일연료는, 공급 및 회수 흐름이 모두 차단됨에 따라 엔진(100)에 공급되지 않으며, 또한 회수연료 분기밸브(51)가 차단되므로 잉여분의 연료가 회수탱크(50)로 전달되지 않는다.
엔진(100)이 가스모드에서 오일모드로 전환하려면, 도 3에 나타난 상태를 거치게 된다. 도 3은 엔진(100)이 가스모드에서 오일모드로 전환하는 전환모드일 때의 연료 흐름을 나타낸다.
도 3에 따르면, 가스연료의 공급 중단을 위해 가스연료 공급밸브(15)가 차단되며, 반면 오일연료의 공급 시작을 위해 오일연료 공급밸브(23)가 개방된다. 이때 엔진(100) 및 엔진(100)에 연결되는 라인들 내에는 가스연료가 잔류해 있을 수 있다.
따라서 가스연료 회수밸브(32)와 오일연료 회수밸브(41)가 차단되고 회수연료 분기밸브(51)가 개방된 상태에서, 엔진(100)으로 유입되는 오일연료가 엔진(100) 및 주변에 잔류한 가스연료를 밀어내면서, 가스연료 및 오일연료가 혼합된 채 회수연료 분기라인(L50)을 따라 회수탱크(50)로 전달될 수 있다.
이후 엔진(100) 등에 잔류한 가스연료가 모두 처리되면, 도 4에서와 같이 회수연료 분기밸브(51)가 차단되고 오일연료 회수밸브(41)가 개방된다. 따라서 오일연료가 오일연료 공급라인(L20)을 통해 엔진(100)으로 공급되고, 잉여분의 오일연료가 오일연료 회수라인(L40)을 통해 오일탱크(21) 등으로 회수되면서, 엔진(100)은 안정적으로 오일모드로 가동할 수 있다.
반면 엔진(100)이 오일모드에서 가스모드로 전환하고자 하는 전환모드가 되면, 도 5에 나타난 바와 같이 오일연료의 공급 중단을 위해 오일연료 공급밸브(23)가 차단되고, 가스연료의 공급 시작을 위해 가스연료 공급밸브(15)가 개방된다.
또한 이 경우 도 3에서와 마찬가지로, 오일연료 회수밸브(41) 및 가스연료 회수밸브(32)가 폐쇄된 상태에서, 회수연료 분기밸브(51)가 개방된다. 따라서 엔진(100)에 가스연료가 주입되면서 엔진(100)에 잔류한 오일연료가 가스연료와 함께 회수탱크(50)로 전달될 수 있다.
엔진(100)에 잔류한 오일연료가 모두 제거되면, 회수연료 분기밸브(51)가 차단되고 가스연료 회수밸브(32)가 개방된 도 2의 상태가 되어, 엔진(100)이 안정적으로 가스연료로 소비하는 가스모드로 진입하게 된다.
이와 같이 본 실시예는, 하나의 연료 인젝터(110)로 가스연료와 오일연료를 모두 공급할 수 있는 구조를 갖는 엔진(100)에 대해, 가스모드와 오일모드의 전환 시 연료의 공급과 회수를 효과적으로 처리하여 엔진(100)의 안정적이고 효율적인 가동을 보장할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 연료 공급 시스템 10: 가스연료 공급부
11: 카고탱크 12: 연료탱크
13: 고압펌프 14: 열교환기
15: 가스연료 공급밸브 20: 오일연료 공급부
21: 오일탱크 22: 오일펌프
23: 오일연료 공급밸브 30: 가스연료 회수부
31: 쿨러 32: 가스연료 회수밸브
40: 오일연료 회수부 41: 오일연료 회수밸브
50: 회수탱크 51: 회수연료 분기밸브
100: 엔진 110: 연료 인젝터
120: 파일럿 인젝터 130: 흡기포트
L10: 가스연료 공급라인 L20: 오일연료 공급라인
L30: 가스연료 회수라인 L40: 오일연료 회수라인
L50: 회수연료 분기라인 L60: 파일럿연료 공급라인
L61: 파일럿연료 회수라인

Claims (8)

  1. 가스연료를 소비하는 가스모드 또는 오일연료를 소비하는 오일모드로 가동하는 엔진에 연료를 공급하는 시스템에 있어서,
    상기 엔진은,
    하나의 인젝터를 통해 가스연료 또는 오일연료의 공급이 이루어지고, 하나의 배출구를 통해 잉여분의 가스연료 또는 잉여분의 오일연료의 회수가 이루어지며,
    상기 인젝터에 연결되는 가스연료 공급라인을 갖고, 가스연료를 상기 엔진에 공급하는 가스연료 공급부;
    상기 인젝터의 상류에서 상기 가스연료 공급라인에 합류되는 오일연료 공급라인을 갖고, 오일연료를 상기 엔진에 공급하는 오일연료 공급부;
    상기 배출구에 연결되는 가스연료 회수라인을 갖고, 잉여분의 가스연료를 회수하는 가스연료 회수부; 및
    상기 배출구의 하류에서 상기 가스연료 회수라인으로부터 분기되는 오일연료 회수라인을 갖고, 잉여분의 오일연료를 회수하는 오일연료 회수부를 포함하는, 연료 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스연료 공급부는,
    연료탱크;
    상기 가스연료 공급라인에 마련되며 상기 연료탱크의 가스연료를 상기 엔진의 요구압력에 대응하여 가압하는 고압펌프; 및
    상기 가스연료 공급라인에 마련되며 가스연료의 온도를 변화시키는 열교환기를 포함하며,
    상기 오일연료 공급라인은,
    상기 가스연료 공급라인에서 상기 고압펌프의 하류 지점에 합류되는, 연료 공급 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가스연료 회수라인은,
    상기 가스연료 공급라인에서 상기 고압펌프의 상류 지점에 합류되어, 잉여분의 가스연료를 상기 고압펌프 상류의 상기 가스연료 공급라인으로 전달하여 상기 엔진에 재유입되도록 하는, 연료 공급 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진이 가스모드와 오일모드 사이에서 전환되는 전환모드 시, 상기 엔진의 내부에 잔류한 가스연료 또는 오일연료를 회수하는 회수탱크를 더 포함하는, 연료 공급 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 회수탱크는,
    상기 엔진이 가스모드에서 오일모드로 전환되어 오일연료가 상기 엔진에 공급되는 전환모드 시, 상기 엔진의 내부에 잔류한 가스연료를 회수하거나, 상기 엔진이 오일모드에서 가스모드로 전환되어 가스연료가 상기 엔진에 공급되는 전환모드 시, 상기 엔진의 내부에 잔류한 오일연료를 회수하는, 연료 공급 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배출구의 하류에서 상기 가스연료 회수라인으로부터 분기되어 상기 회수탱크로 연결되는 회수연료 분기라인을 더 포함하는, 연료 공급 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 회수연료 분기라인은,
    상기 가스연료 회수라인에서 상기 오일연료 회수라인이 분기되는 지점의 하류에서 분기되는, 연료 공급 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 엔진이 가스모드에서 오일모드로 전환되는 전환모드 시,
    상기 가스연료 공급라인에서 상기 오일연료 공급라인의 합류 지점의 상류 부분과 상기 가스연료 회수라인에서 상기 회수연료 분기라인의 분기 지점의 하류 부분과 상기 오일연료 회수라인이 폐쇄되고, 상기 오일연료 공급라인과 상기 회수연료 분기라인이 개방되며,
    상기 엔진이 오일모드에서 가스모드로 전환되는 전환모드 시,
    상기 오일연료 공급라인과 상기 가스연료 회수라인에서 상기 회수연료 분기라인의 분기 지점의 하류 부분과 상기 오일연료 회수라인이 폐쇄되고, 상기 가스연료 공급라인과 상기 회수연료 분기라인이 개방되는, 연료 공급 시스템.
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