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KR20220161589A - Fuel gas supply system and method for ship - Google Patents

Fuel gas supply system and method for ship Download PDF

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KR20220161589A
KR20220161589A KR1020210068320A KR20210068320A KR20220161589A KR 20220161589 A KR20220161589 A KR 20220161589A KR 1020210068320 A KR1020210068320 A KR 1020210068320A KR 20210068320 A KR20210068320 A KR 20210068320A KR 20220161589 A KR20220161589 A KR 20220161589A
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KR
South Korea
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fuel
gas
storage tank
liquefied gas
ship
Prior art date
Application number
KR1020210068320A
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Korean (ko)
Inventor
하대승
Original Assignee
삼성중공업 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.)
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Publication date
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Abstract

A fuel gas supply system of a ship is disclosed. The fuel gas supply system of a ship according to an embodiment of the present invention includes: a fuel storage tank in which liquefied fuel containing hydrogen is stored; a hydrogen supply unit supplying hydrogen from the fuel storage tank to a consumption place using hydrogen as fuel; a liquefied gas storage tank in which liquefied gas is stored; and a control unit for controlling an amount of evaporation gas generated in the liquefied gas storage tank by using cold heat of the hydrogen supply unit. The present invention provides an environmentally friendly and highly efficient ship using liquefied hydrogen.

Description

선박의 연료가스 공급 시스템 및 그 방법{FUEL GAS SUPPLY SYSTEM AND METHOD FOR SHIP}Ship's fuel gas supply system and its method {FUEL GAS SUPPLY SYSTEM AND METHOD FOR SHIP}

본 발명은 선박의 연료가스 공급 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel gas supply system and method for a ship.

근래, 천연가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다. 천연가스가 생산되는 가스정(gas well)이나 유정은 통상 천연가스 수요처로부터 멀리 떨어져 있다. 따라서, 천연가스는 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는 액화된 액화천연가스(LNG)의 상태로 LNG 캐리어(LNG 운반선)에 저장된 채 원거리의 수요처로 운반된다. 이때, 액화천연가스는 천연가스를 극저온(대략 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스상태의 천연가스일 때보다 그 부피가 대략 1/600로 줄어들므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다. In recent years, consumption of natural gas is rapidly increasing worldwide. Gas wells or oil wells from which natural gas is produced are usually far from sources of natural gas demand. Therefore, natural gas is transported in a gaseous state through onshore or offshore gas pipelines, or is transported to a remote destination while being stored in an LNG carrier (LNG carrier) in a liquefied liquefied natural gas (LNG) state. At this time, liquefied natural gas is obtained by cooling natural gas to a cryogenic temperature (approximately -163 ° C), and its volume is reduced to approximately 1/600 compared to gaseous natural gas, so it is very suitable for long-distance transportation through the sea.

한편, LNG 생산을 위한 LNG FPSO(Floating Production Storage and Offloading vessel), LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit) 등의 해양 구조물은 유체의 저항을 보다 작게 받기 위해 선박의 형상으로 제작되어 해상에서 부유식으로 정박한 다음 LNG를 생산하고 저장한다. On the other hand, offshore structures such as LNG FPSO (Floating Production Storage and Offloading vessel) and LNG FSRU (Floating Storage and Regasification Unit) for LNG production are manufactured in the shape of a ship to receive less fluid resistance and are floating at sea. After docking, LNG is produced and stored.

상기 LNG FPSO(Liquefied Natural Gas-Floating Production Storage Offloading)는 해상에서 액화천연가스(LNG)의 생산 및 저장, LNG 캐리어로의 하역 기능을 겸비한 대형 특수선박으로, 채굴된 천연가스를 해상에서 정제한 후 액화플랜트에 의해 직접 액화시켜 저장하고, 필요시 저장된 LNG를 LNG 수송선으로 옮겨싣기 위해 사용되는 부유식 해상 구조물이다. The LNG FPSO (Liquefied Natural Gas-Floating Production Storage Offloading) is a large special ship that combines the functions of producing and storing liquefied natural gas (LNG) at sea and loading and unloading to an LNG carrier. After refining the mined natural gas at sea, It is a floating offshore structure used to directly liquefy and store LNG by a liquefaction plant and transfer the stored LNG to an LNG carrier when necessary.

또한, LNG FSRU는 육상으로부터 멀리 떨어진 해상에서 LNG 수송선으로부터 하역되는 LNG를 카고탱크에 저장한 후 필요에 따라 LNG를 기화시켜 육상 수요처(해수담수화플랜트, 발전플랜트, 공장 등)에 공급함으로써 육상의 LNG 저장 및 기화설비를 생략할 수 있게 하는 부유식 해상 구조물이다. 한편, FPSO 등의 해양 구조물로부터 생산된 LNG는 운반선에 의해 육상의 LNG 저장 및 기화설비 또는 LNG-FSRU와 같은 해양설비로 운반된다. In addition, the LNG FSRU stores LNG unloaded from an LNG carrier in a cargo tank at sea far from the land, vaporizes the LNG as needed, and supplies it to onshore consumers (seawater desalination plants, power plants, factories, etc.). It is a floating offshore structure that makes it possible to omit storage and vaporization facilities. On the other hand, LNG produced from offshore structures such as FPSO is transported by carriers to onshore LNG storage and vaporization facilities or offshore facilities such as LNG-FSRU.

LNG를 운반하는 운반선에는 LNG 수송선(carrier)과, LNG RV가 제공된다. LNG 수송선은 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 LNG를 하역하고, LNG RV는 LNG를 싣고 바다를 운항하여 육상 소요처에 도착한 후 저장된 LNG를 재기화하여 천연가스 상태로 하역한다. Carriers carrying LNG are provided with LNG carriers and LNG RVs. LNG carriers load LNG and navigate the sea to unload LNG to a land destination, and LNG RVs load LNG and navigate the sea to arrive at a land destination, then regasify stored LNG and unload it in the form of natural gas.

한편 이러한 LNG 생산설비 및 운송장비들(LNG FPSO, LNG FSRU, LNG carrier, LNG RV 등)의 발전 및 추진동력원으로 LNG 생산설비로부터 생산된 LNG를 자가 조달하거나 오일을 주 연료로 사용한다. On the other hand, as a source of power generation and propulsion for these LNG production facilities and transportation equipment (LNG FPSO, LNG FSRU, LNG carrier, LNG RV, etc.), LNG produced from LNG production facilities is self-procurement or oil is used as the main fuel.

특히, 운송설비들의 절대 다수는 여전히 오일을 주 동력원으로 택하고 있는 실정이다. 이에 따라, 발전기 및 엔진으로부터 발생하는 유해 가스로 인해 대기 오염을 야기할 수 있으며, 오일이 해양에 새어나가 해양 오염을 일으키는 등의 문제를 야기하였다. 또한, LNG 운반선의 경우 LNG 해양 구조물로부터 LNG를 실어 나르기 위해서는 LNG 운반선의 연료인 오일 충전을 위해 항구에 반드시 들러야하는 번거로움을 야기하였다. LNG를 주 동력원으로 택하는 것은 막대한 비용의 별도 액화-기화설비의 필요을 의미하기 때문에 적용 사례는 매우 드물다. In particular, the vast majority of transportation facilities still use oil as a main power source. Accordingly, harmful gases generated from generators and engines may cause air pollution, and oil may leak into the sea, causing problems such as marine pollution. In addition, in the case of an LNG carrier, in order to transport LNG from an LNG offshore structure, it has caused the inconvenience of having to stop at a port to refill oil, which is the fuel of the LNG carrier. Since choosing LNG as the main power source means the need for a separate liquefaction-vaporization facility of enormous cost, application cases are very rare.

따라서, LNG 생산설비 및 LNG 운반선의 동력원인 오일이나 LNG 대신 대체 동력원이 요구되고 있는 실정이며, 환경 친화적이면서 고효율로 추진할 수 있는 선박에 대한 개발이 절실히 필요하다. Therefore, an alternative power source is required instead of oil or LNG, which is a power source for LNG production facilities and LNG carriers, and there is an urgent need to develop environmentally friendly and highly efficient ships.

본 발명은 액화수소를 이용한 친환경적이면서 고효율로 추진할 수 있는 선박을 제공한다.The present invention provides a ship that can be propelled with high efficiency while being environmentally friendly using liquefied hydrogen.

본 발명은 액화수소의 연료 공급시 액화수소의 냉열을 이용하여 증발가스(Boil-Off Gas: BOG)의 발생량을 조절할 수 있는 선박을 제공한다. The present invention provides a vessel capable of adjusting the amount of boil-off gas (BOG) generated by using the cold heat of liquefied hydrogen when fueling liquefied hydrogen.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem mentioned above. Other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 수소가 포함된 연료가 액상으로 저장되는 연료 저장탱크; 상기 연료 저장탱크로부터 수소를 연료로 사용하는 소모처로 상기 연료를 공급하는 수소 공급부; 액화가스가 저장되는 액화가스 저장탱크; 및 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 수소 공급부의 냉열을 이용하여 상기 액화가스 저장탱크에서의 증발가스 발생량을 제어하는 증발가스 제어부를 포함하는 선박의 연료가스 공급 시스템이 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a fuel storage tank in which fuel containing hydrogen is stored in a liquid phase; a hydrogen supply unit supplying the fuel from the fuel storage tank to a consumption place using hydrogen as fuel; A liquefied gas storage tank in which liquefied gas is stored; And a fuel gas supply system for a ship including an evaporation gas control unit for controlling the amount of evaporation gas generated in the liquefied gas storage tank by using the cold heat of the hydrogen supply unit for the liquefied gas stored in the liquefied gas storage tank. Can be provided.

또한, 상기 수소 공급부는 상기 연료 저장탱크에 저장된 연료를 기화하여 상기 소모처로 공급하는 제1연료공급라인; 및 상기 연료 저장탱크에서 발생하는 연료증발가스를 압축하여 상기 소모처로 공급하는 제2연료공급라인을 포함할 수 있다.In addition, the hydrogen supply unit includes a first fuel supply line for vaporizing the fuel stored in the fuel storage tank and supplying it to the consumption place; And it may include a second fuel supply line for compressing the fuel evaporation gas generated in the fuel storage tank and supplying it to the consumption place.

또한, 상기 증발가스 제어부는 상기 액화가스를 상기 제1연료공급라인을 통과하는 액화연료와 열교환을 통해 냉각시켜 상기 액화가스 저장탱크로 재공급할 수 있다.In addition, the boil-off gas controller may cool the liquefied gas through heat exchange with the liquefied fuel passing through the first fuel supply line and re-supply it to the liquefied gas storage tank.

또한, 상기 증발가스 제어부는 상기 제1연료공급라인 상에 설치되는 열교환기; 상기 열교환기에서 상기 제1연료공급라인을 통과하는 상기 연료와 열교환하도록 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 열교환기에 공급하는 액화가스 공급라인; 및 상기 열교환기에서 열교환을 통해 냉각된 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크로 리턴시키는 액화가스 리턴라인을 포함할 수 있다.In addition, the boil-off gas control unit is a heat exchanger installed on the first fuel supply line; a liquefied gas supply line supplying the liquefied gas stored in the liquefied gas storage tank to the heat exchanger to exchange heat with the fuel passing through the first fuel supply line in the heat exchanger; And it may include a liquefied gas return line for returning the liquefied gas cooled through heat exchange in the heat exchanger to the liquefied gas storage tank.

또한, 상기 증발가스 제어부는 상기 액화가스 저장탱크 내부에 설치되고, 상기 액화가스 리턴라인과 연결되어 액화가스를 스프레이하는 분사노즐을 더 포함할 수 있다.In addition, the boil-off gas controller may further include an injection nozzle installed inside the liquefied gas storage tank and connected to the liquefied gas return line to spray the liquefied gas.

또한, 상기 수소 공급부는 상기 제1연료공급라인을 통과하는 상기 연료를 기화시키는 기화기를 더 포함하고, 상기 기화기는 상기 제1열교환기와 상기 소모처 사이의 제공되고, 글리콜 워터를 주 열원으로 하여 상기 연료를 기화시킬 수 있다.In addition, the hydrogen supply unit further includes a vaporizer for vaporizing the fuel passing through the first fuel supply line, the vaporizer is provided between the first heat exchanger and the consumption point, and glycol water is used as a main heat source to It can vaporize fuel.

또한, 상기 제2연료공급라인은 연료 증발가스가 상기 기화기를 통과하도록 상기 제1연료공급라인에 연결될 수 있다.In addition, the second fuel supply line may be connected to the first fuel supply line so that fuel evaporation gas passes through the vaporizer.

또한, 상기 수소 공급부는 상기 제2열교환기와 상기 제2연료공급라인이 연결되는 지점 사이에서 분기되어 상기 연료저장탱크로 연료 및 연료증발가스를 리턴시킬 수 있는 리턴공급라인을 더 포함할 수 있다.In addition, the hydrogen supply unit may further include a return supply line that is branched between a point where the second heat exchanger and the second fuel supply line are connected to return fuel and fuel evaporation gas to the fuel storage tank.

또한, 상기 소모처는 상기 수소 공급부로부터 수소가 포함된 연료를 공급받는 연료전지부; 및 상기 수소 공급부로부터 수소가 포함된 연료를 공급받는 엔진부를 포함할 수 있다.In addition, the consumption point may include a fuel cell unit receiving fuel containing hydrogen from the hydrogen supply unit; and an engine unit receiving fuel containing hydrogen from the hydrogen supply unit.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 연료 저장탱크에 저장된 수소가 포함된 액화연료를 수소를 연료로 사용하는 소모처로 공급하는 단계; 및 상기 액화연료가 상기 소모처로 공급되기 전에 상기 액화연료의 냉열을 이용하여 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스의 온도를 낮춰 상기 액화가스 저장탱크에서의 증발가스 발생량을 제어하는 단계를 포함하는 선박의 연료가스 공급 방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, supplying liquefied fuel containing hydrogen stored in a fuel storage tank to a consumption place using hydrogen as fuel; and controlling the amount of boil-off gas generated in the liquefied gas storage tank by lowering the temperature of the liquefied gas stored in the liquefied gas storage tank using the cooling heat of the liquefied fuel before the liquefied fuel is supplied to the consumption place. A fuel gas supply method may be provided.

또한, 상기 증발가스 발생량을 제어하는 단계에서 상기 액화연료와 열교환되어 냉각된 상기 액화가스는 상기 액화가스 저장탱크 내에 설치된 노즐을 통해 분사될 수 있다.In addition, in the step of controlling the amount of boil-off gas, the liquefied gas cooled by heat exchange with the liquefied fuel may be injected through a nozzle installed in the liquefied gas storage tank.

또한, 상기 소모처로 공급하는 단계에서 상기 액화연료는 글리콜 워터를 주 열원으로 하는 기화기에서 기화되어 상기 소모처로 공급되며, 상기 연료 저장탱크에서 발생하는 수소증발가스가 별도의 공급라인을 통해 상기 기화기로 추가 공급될 수 있다.In addition, in the step of supplying the liquefied fuel to the consumption place, the liquefied fuel is vaporized in a vaporizer using glycol water as a main heat source and supplied to the consumption place, and hydrogen evaporation gas generated in the fuel storage tank is supplied to the vaporizer through a separate supply line. Additional supplies may be provided.

또한, 상기 소모처는 수소가 포함된 연료를 공급받아 전기를 생산하는 연료전지 및 수소엔진을 포함할 수 있다. In addition, the consumption source may include a fuel cell and a hydrogen engine that generate electricity by receiving fuel containing hydrogen.

본 발명의 실시예에 의하면, 액화수소를 이용한 친환경적이면서 고효율로 추진할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it can be promoted with high efficiency while being environmentally friendly using liquefied hydrogen.

본 발명의 실시예에 의하면, 액화수소의 연료 공급시 액화수소의 냉열을 이용하여 증발가스(Boil-Off Gas: BOG)의 발생량을 조절할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, when supplying liquefied hydrogen as fuel, it is possible to adjust the amount of boil-off gas (BOG) generated by using the cooling heat of liquefied hydrogen.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above. Effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from this specification and the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료가스 공급 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 선박의 연료가스 공급 시스템이 적용된 선박의 구성도이다.
도 3은 연료 전지부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 엔진부를 설명하기 위한 도면이다.1 is a block diagram of a fuel gas supply system for a ship according to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram of a ship to which the fuel gas supply system of the ship shown in FIG. 1 is applied.
3 is a diagram for explaining a fuel cell unit.
4 is a view for explaining an engine part.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.Other advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Even if not defined, all terms (including technical or scientific terms) used herein have the same meaning as generally accepted by common technology in the prior art to which this invention belongs. A general description of well-known configurations may be omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention. Where possible, identical reference numerals are used for identical or corresponding components in the drawings of the present invention. In order to help understanding of the present invention, some components in the drawings may be slightly exaggerated or reduced.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as "comprise", "have" or "having" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof, are not precluded from being excluded in advance.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 연료가스 공급 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 선박의 연료가스 공급 시스템이 적용된 선박의 구성도이다. 1 is a configuration diagram of a fuel gas supply system for a ship according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram of a ship to which the fuel gas supply system for a ship shown in FIG. 1 is applied.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 선박(1000)의 연료가스 공급 시스템(10)은 연료 저장탱크(30), 수소 공급부(100), 액화가스 저장탱크(40) 그리고 증발가스 제어부(300)를 포함할 수 있다. 1 and 2, the fuel gas supply system 10 of the ship 1000 according to this embodiment includes a fuel storage tank 30, a hydrogen supply unit 100, a liquefied gas storage tank 40 and boil-off gas A control unit 300 may be included.

연료 저장탱크(30)는 직방체 형태일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 연료를 저장할 수 있으면 구(球)형 등 다른 형태로 형성될 수도 있다. 연료 저장탱크(30)는 선체(20)의 내부 또는 선체의 외부에 설치될 수 있지만, 선체의 내부 및 외부에 걸쳐서 설치될 수도 있다. 일 예로, 연료 저장탱크(30)에는 수소가 포함된 연료가 액상으로 저장될 수 있다. 또 다른 예로, 연료 저장탱크(30)는 기체상태, 액체와 기체가 혼합된 혼합상태 등 다양한 형태로 연료를 저장할 수 있다. 일 예로, 연료 저장탱크(30)는 선체 하부에 위치될 수 있으며, 수소취화 저항성과 극저온에 견디는 능력이 우수하고, 높은 강도 및 밀도를 갖는 재료로 만들어질 수 있다. 이는 액화수소의 밀도가 708 ㎏/㎥로서 주변 바닷물의 밀도 1027 ㎏/㎥과 비교하여 상대적으로 매우 작아서 선박의 무게중심이 높아지면서 발생하는 안정성 저하를 방지하기 위함이다.The fuel storage tank 30 may have a rectangular parallelepiped shape, but is not limited thereto and may be formed in other shapes such as a sphere shape as long as it can store fuel. The fuel storage tank 30 may be installed inside or outside the hull 20, but may also be installed throughout the inside and outside of the hull. For example, fuel containing hydrogen may be stored in the fuel storage tank 30 in a liquid state. As another example, the fuel storage tank 30 may store fuel in various forms, such as a gaseous state and a mixed state in which liquid and gas are mixed. For example, the fuel storage tank 30 may be located in the lower part of the hull, and may be made of a material having excellent hydrogen embrittlement resistance and ability to withstand cryogenic temperatures, and having high strength and density. This is because the density of liquefied hydrogen is 708 kg/m3, which is relatively very small compared to the density of 1027 kg/m3 of the surrounding seawater, to prevent deterioration in stability caused by an increase in the center of gravity of the ship.

수소 공급부(100)는 연료 저장탱크(30)로부터 수소를 연료로 사용하는 소모처(500,600)로 연료를 공급할 수 있다. 소모처(500,600)는 선박의 엔진룸에 제공될 수 있다. 수소 공급부(100)는 연료 저장탱크(30)에 저장된 연료(액화수소)를 기화하여 소모처(500,600)로 공급하는 제1연료공급라인(110)과, 연료 저장탱크(30)에서 발생하는 연료증발가스를 압축하여 소모처(500,600)로 공급하는 제2연료공급라인(120) 그리고 사용하지 않은 연료를 연료 저장탱크(300로 재공급하는 리턴공급라인(130)을 포함할 수 있다. The hydrogen supply unit 100 may supply fuel from the fuel storage tank 30 to consumption points 500 and 600 using hydrogen as fuel. The consumption points 500 and 600 may be provided in the ship's engine room. The hydrogen supply unit 100 includes a first fuel supply line 110 that vaporizes fuel (liquefied hydrogen) stored in the fuel storage tank 30 and supplies it to consumption points 500 and 600, and fuel generated in the fuel storage tank 30. It may include a second fuel supply line 120 for compressing boil-off gas and supplying it to the consumption points 500 and 600 and a return supply line 130 for re-supplying unused fuel to the fuel storage tank 300.

제1연료공급라인(110)에는 연료를 기화시키기 위한 수단들이 제공될 수 있다. 일 예로, 제1연료공급라인(110) 상에는 열교환기(310)와 기화기(400)가 순차적으로 설치될 수 있다. 제1연료공급라인(110)을 통해 공급되는 연료(액화수소)는 열교환기(310)에서 액화가스와 1차 열교환을 통해 승온되고, 기화기(400)에서 열원(글리콜 워터)와 2차 열교환을 통해 기화된 후 소모처(500,600)로 공급될 수 있다. 액화가스는 연료(액화수소)보다 높은 온도를 갖고 있기 때문에 연료(액화수소)는 액화가스와 열교환을 통해 온도가 상승될 수 있다. Means for vaporizing fuel may be provided in the first fuel supply line 110 . For example, the heat exchanger 310 and the vaporizer 400 may be sequentially installed on the first fuel supply line 110 . The fuel (liquefied hydrogen) supplied through the first fuel supply line 110 is heated through primary heat exchange with liquefied gas in the heat exchanger 310, and secondary heat exchange with a heat source (glycol water) in the vaporizer 400. It can be supplied to consumption points 500 and 600 after being vaporized through. Since the liquefied gas has a higher temperature than the fuel (liquefied hydrogen), the temperature of the fuel (liquefied hydrogen) can be increased through heat exchange with the liquefied gas.

연료 저장탱크(10)에 저장된 연료(액화수소)는 -253℃ 이하의 극저온에서 액체 상태로 있으며, 선박 주변 환경의 온도인 대략 20℃의 열 침입에 의해 연료 저장탱크(30)의 액화수소가 기화되어 연료증발가스(BOG; boil off gas)가 발생하게 된다. 발생한 기화된 연료증발가스는 연료 저장탱크(30)와 연결된 제2연료공급라인(120)을 통해 압축된 후 열교환기(310)를 거치지 않고 기화기(400)를 거쳐 소모처로 공급될 수 있다. 제2연료공급라인(120)은 열교환기(310)와 기화기(400) 사이 지점인 제1연료공급라인(110)에 연결된다. 제2연료공급라인(120)에는 연료증발가스를 압축하기 위한 압축기(122)가 설치될 수 있다.The fuel (liquefied hydrogen) stored in the fuel storage tank 10 is in a liquid state at a cryogenic temperature of -253 ° C or lower, and the liquefied hydrogen in the fuel storage tank 30 is It vaporizes and generates boil off gas (BOG). The generated vaporized fuel evaporation gas may be compressed through the second fuel supply line 120 connected to the fuel storage tank 30 and then supplied to the consumption place through the vaporizer 400 without passing through the heat exchanger 310 . The second fuel supply line 120 is connected to the first fuel supply line 110, which is a point between the heat exchanger 310 and the carburetor 400. A compressor 122 for compressing fuel evaporation gas may be installed in the second fuel supply line 120 .

리턴공급라인(130)은 제2연료공급라인(120)이 합류하는 지점과 기화기(400) 사이에서 분기되어 연료 저장탱크(30)에 연결된다. The return supply line 130 is branched between the point where the second fuel supply line 120 joins and the vaporizer 400 and is connected to the fuel storage tank 30 .

액화가스 저장탱크(40)에는 운반하고자 하는 액화가스가 저장된다. 액화가스 저장탱크(40)에서 필연적으로 발생되는 증발가스는 증발가스 제어부(300)에 의해 그 발생량이 제어될 수 있다.The liquefied gas storage tank 40 stores liquefied gas to be transported. The amount of boil-off gas inevitably generated in the liquefied gas storage tank 40 may be controlled by the boil-off gas control unit 300 .

증발가스 제어부(300)는 액화가스 저장탱크(40)에 저장된 액화가스를 수소 공급부(100)의 냉열을 이용하여 냉각시킴으로써 액화가스 저장탱크(40)에서의 증발가스 발생량을 제어할 수 있다. The evaporation gas control unit 300 controls the amount of evaporation gas generated in the liquefied gas storage tank 40 by cooling the liquefied gas stored in the liquefied gas storage tank 40 using the cold heat of the hydrogen supply unit 100.

증발가스 제어부(300)는 열교환기(310), 액화가스 공급라인(320), 액화가스 리턴라인(330) 그리고 분사노즐(340)을 포함할 수 있다. The boil-off gas controller 300 may include a heat exchanger 310, a liquefied gas supply line 320, a liquefied gas return line 330, and a spray nozzle 340.

열교환기(310)는 제1연료공급라인(110) 상에 설치될 수 있다. 열교환기(310)에서는 액화가스가 연료(액화수소)의 냉열에 의해 냉각 처리될 수 있다. 액화가스 공급라인(320)은 열교환기(310)에서 제1연료공급라인(110)을 통과하는 연료(액화수소)와 열교환하도록 액화가스 저장탱크(40)에 저장된 액화가스를 열교환기(310)에 공급하는 라인이다. 액화가스 리턴라인(330)은 열교환기(310)에서 열교환을 통해 냉각된 액화가스를 액화가스 저장탱크(40)로 리턴시키는 라인이다.The heat exchanger 310 may be installed on the first fuel supply line 110 . In the heat exchanger 310, the liquefied gas may be cooled by the cooling heat of the fuel (liquefied hydrogen). The liquefied gas supply line 320 transfers the liquefied gas stored in the liquefied gas storage tank 40 to the heat exchanger 310 to exchange heat with the fuel (liquefied hydrogen) passing through the first fuel supply line 110 in the heat exchanger 310. is the line that supplies The liquefied gas return line 330 is a line for returning the liquefied gas cooled through heat exchange in the heat exchanger 310 to the liquefied gas storage tank 40 .

분사노즐(340)은 액화가스 저장탱크(40) 내부의 상부 공간에 설치될 수 있다. 분사노즐(340)은 액화가스 리턴라인(330)과 연결된다. 즉, 액화가스는 열교환기(310)에서 더욱 온도가 낮아진 상태로 분사노즐(340)을 통해 액화가스 저장탱크(40)의 내부로 스프레이 된다. 이로 인해 액화가스 저장탱크(40)의 내부 온도 및 액화가스의 온도를 낮추는 효과를 기대할 수 있으며, 이는 액화가스 저장탱크(40)에서 발생되는 증발가스의 발생량을 감소시킬 수 있다.Injection nozzle 340 may be installed in the upper space inside the liquefied gas storage tank (40). Injection nozzle 340 is connected to the liquefied gas return line (330). That is, the liquefied gas is sprayed into the liquefied gas storage tank 40 through the injection nozzle 340 in a state where the temperature is further lowered in the heat exchanger 310 . Due to this, an effect of lowering the temperature of the liquefied gas and the internal temperature of the liquefied gas storage tank 40 can be expected, which can reduce the amount of boil-off gas generated in the liquefied gas storage tank 40.

기화기(400)는 제1연료공급라인을 통과하는 액화수소를 기화시킨다. 기화기는 열교환기와 소모처 사이의 제공되고, 글리콜 워터(410)를 주 열원으로 하여 액화수소를 기화시킨다. 글로콜 워터를 히팅하기 위한 열원으로는 전기 히터 또는 폐열(연료전지, 배출가스 등)로부터 제공받을 수 있다. The vaporizer 400 vaporizes liquefied hydrogen passing through the first fuel supply line. The vaporizer is provided between the heat exchanger and the consumption place, and vaporizes liquefied hydrogen using glycol water 410 as a main heat source. A heat source for heating glycol water may be provided from an electric heater or waste heat (fuel cell, exhaust gas, etc.).

상기와 같은 구성을 갖는 선박(1000)은 포트 정박, 운하(canal)통과, 앵커링 등 선속이 없는 경우 BOG 처리가 필요한 경우, 수소 냉열을 활용한 BOG 재액화가 가능하고, 컴프레서와 연료펌프로 수소 연료 공급과 재액화 유량을 조절할 수 있다. The ship 1000 having the above configuration can re-liquefy BOG using hydrogen cooling and heat when BOG treatment is required when there is no ship speed such as port anchoring, canal passage, anchoring, etc., and hydrogen fuel with a compressor and fuel pump Supply and reliquefaction flow rate can be adjusted.

도 3은 연료 전지부를 설명하기 위한 도면이다. 3 is a diagram for explaining a fuel cell unit.

도 3을 참조하면, 연료 전지부(500)는 수소가 포함된 연료를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 연료 전지부(500)는 연료 저장탱크(30)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받을 수 있다. 연료 전지부(500)의 연료전지(510)는 선체에 설치되는 산소 공급부로부터 순산소를 공급받을 수 있다. 일 예로, 산소 공급부는 에어 공급시스템(526)과, 에어 공급시스템(526)에서 공급되는 에어로부터 순산소를 포집하는 순산소 포집부(524) 그리고 순산소 포집부(524)에서 포집된 순산소를 저장하는 순산소 저장탱크(522)를 포함할 수 있다. 연료 전지(510)는 공급받은 공기, 수소가 포함된 연료를 이용하여 전기화학 반응을 통해 전기를 생산할 수 있다. 이렇게 생산된 전기는 베터리(530)에 저장될 수 있다. 배터리(530)에 저장된 전기는 추진기(550) 가동을 위한 컨버터 모터(540) 등에 공급될 수 있다. Referring to FIG. 3 , the fuel cell unit 500 may generate electricity using fuel containing hydrogen. The fuel cell unit 500 may receive fuel containing hydrogen from the fuel storage tank 30 . The fuel cell 510 of the fuel cell unit 500 may receive pure oxygen from an oxygen supplier installed in the hull. For example, the oxygen supply unit includes an air supply system 526, a pure oxygen collecting unit 524 that collects pure oxygen from the air supplied from the air supply system 526, and pure oxygen collected by the pure oxygen collecting unit 524. It may include a pure oxygen storage tank 522 for storing. The fuel cell 510 may generate electricity through an electrochemical reaction using supplied air and hydrogen-containing fuel. The electricity thus produced may be stored in the battery 530 . Electricity stored in the battery 530 may be supplied to the converter motor 540 for operating the thruster 550 and the like.

도 4는 엔진부를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining an engine part.

도 4를 참조하면, 엔진부(600)는 수소가 포함된 연료를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 일 예로 엔진부(600)는 수소를 연료로 작동되는 엔진(610), 엔진(610)과 연결되는 추진기 및 발전기(620), 추진기 및 발전기(620)에서 생성된 전기를 저장하는 배터리(630), 그리고 엔진(610)에 산소를 공급하는 산소 공급부를 포함할 수 있다. 배터리(630)에 저장된 전기는 선내 전력소모처(640)로 공급될 수 있다. 한편, 산소 공급부는 연료 전지(510)에 제공되는 산소 공급부와 동일한 구성으로 이루어진다. 일 예로, 산소 공급부는 에어 공급시스템(626)과, 에어 공급시스템(626)에서 공급되는 에어로부터 순산소를 포집하는 순산소 포집부(624) 그리고 순산소 포집부(624)에서 포집된 순산소를 저장하는 순산소 저장탱크(622)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the engine unit 600 may generate electricity using fuel containing hydrogen. For example, the engine unit 600 includes an engine 610 operated with hydrogen as fuel, a propeller and a generator 620 connected to the engine 610, and a battery 630 for storing electricity generated by the propeller and generator 620. , And may include an oxygen supply unit for supplying oxygen to the engine 610. Electricity stored in the battery 630 may be supplied to the power consumption point 640 on board. Meanwhile, the oxygen supply unit has the same configuration as the oxygen supply unit provided to the fuel cell 510 . For example, the oxygen supply unit includes an air supply system 626, a pure oxygen collecting unit 624 that collects pure oxygen from the air supplied from the air supply system 626, and pure oxygen collected by the pure oxygen collecting unit 624. It may include a pure oxygen storage tank 622 for storing.

상술한 구성을 갖는 선박에서의 연료가스 공급 방법은 연료 저장탱크(30)에 저장된 수소가 포함된 액화연료를 수소를 연료로 사용하는 소모처(500,600)로 공급될 때 액화가스 저장탱크(40)의 증발가스 발생량을 제어할 수 있다는데 그 특징이 있다. The fuel gas supply method in a ship having the above-described configuration is a liquefied gas storage tank (40) when the liquefied fuel containing hydrogen stored in the fuel storage tank (30) is supplied to the consumption points (500, 600) using hydrogen as fuel. Its feature is that it can control the amount of evaporative gas generated.

증발가스 발생량 제어는 액화연료가 소모처(500,600)로 공급되기 전에 액화연료의 냉열을 이용하여 액화가스 저장탱크(40)에 저장된 액화가스의 온도를 낮춤으로써 제공될 수 있다. 즉, 증발가스 발생량을 제어하는 단계에서 액화연료와 열교환되어 냉각된 액화가스는 액화가스 저장탱크(40) 내에 설치된 노즐(340)을 통해 분사됨으로써 액화가스의 온도를 낮출 수 있다. Control of the amount of boil-off gas can be provided by lowering the temperature of the liquefied gas stored in the liquefied gas storage tank 40 by using the cooling heat of the liquefied fuel before the liquefied fuel is supplied to the consumption points 500 and 600 . That is, in the step of controlling the amount of boil-off gas, the liquefied gas cooled by heat exchange with the liquefied fuel is injected through the nozzle 340 installed in the liquefied gas storage tank 40, thereby lowering the temperature of the liquefied gas.

한편, 소모처로 공급하는 단계에서 액화연료는 글리콜 워터를 주 열원으로 하는 기화기(400)에서 기화되어 소모처(500,600)로 공급되며, 소모처에서의 연료 공급이 증가할 경우 연료 저장탱크(30)에서 발생하는 수소증발가스가 별도의 공급라인(120)을 통해 기화기(400)로 추가 공급될 수 있다. On the other hand, in the step of supplying to the consumption place, the liquefied fuel is vaporized in the vaporizer 400 using glycol water as the main heat source and supplied to the consumption place 500,600, and when the fuel supply from the consumption place increases, the fuel storage tank 30 Hydrogen evaporation gas generated from may be additionally supplied to the vaporizer 400 through a separate supply line 120.

상기와 같은 구성을 갖는 선박(1000)은 연료 전지부(500) 및 엔진부(600)가 생산한 전기를 일부 또는 전부 이용하여 추진하도록 구현됨으로써, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx)과 같은 환경오염물질의 배출량을 감소시킬 수 있으므로 강화되는 환경규제를 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 친환경적으로 선체를 추진시킬 수 있다.The ship 1000 having the configuration as described above is implemented to propel by using some or all of the electricity generated by the fuel cell unit 500 and the engine unit 600, so that sulfur oxides (SOx), nitrogen oxides (NOx) and Since the emission of the same environmental pollutants can be reduced, not only can it satisfy the strengthening environmental regulations, but also it can propel the hull in an eco-friendly way.

이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.It should be understood that the above embodiments are presented to aid understanding of the present invention, do not limit the scope of the present invention, and various deformable embodiments also fall within the scope of the present invention. The scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the claims, and the scope of technical protection of the present invention is not limited to the literal description of the claims themselves, but is substantially equal to the scope of technical value. It should be understood that it extends to the invention of.

30: 연료 저장탱크 100 : 수소 공급부
40 : 액화가스 저장탱크 300 : 증발가스 제어부30: fuel storage tank 100: hydrogen supply unit
40: liquefied gas storage tank 300: boil-off gas control unit

Claims (9)

수소가 포함된 연료가 액상으로 저장되는 연료 저장탱크;
상기 연료 저장탱크로부터 상기 수소를 연료로 사용하는 소모처로 상기 연료를 공급하는 수소 공급부;
액화가스가 저장되는 액화가스 저장탱크; 및
상기 수소 공급부의 냉열을 이용하여 상기 액화가스 저장탱크에서의 증발가스 발생량을 제어하는 증발가스 제어부를 포함하는 선박의 연료가스 공급 시스템.A fuel storage tank in which fuel containing hydrogen is stored in a liquid state;
a hydrogen supply unit supplying the fuel from the fuel storage tank to a consumption place using the hydrogen as fuel;
A liquefied gas storage tank in which liquefied gas is stored; and
Ship's fuel gas supply system comprising a boil-off gas control unit for controlling the amount of boil-off gas generated in the liquefied gas storage tank by using the cold heat of the hydrogen supply portion. 제 1 항에 있어서,
상기 수소 공급부는
상기 연료 저장탱크에 저장된 상기 연료를 기화하여 상기 소모처로 공급하는 제1연료공급라인; 및
상기 연료 저장탱크에서 발생하는 연료증발가스를 압축하여 상기 소모처로 공급하는 제2연료공급라인을 포함하는 선박의 연료가스 공급 시스템.According to claim 1,
The hydrogen supply unit
a first fuel supply line vaporizing the fuel stored in the fuel storage tank and supplying it to the consumption place; and
Ship's fuel gas supply system comprising a second fuel supply line for compressing the fuel evaporation gas generated in the fuel storage tank and supplying it to the consumption place. 제 2 항에 있어서,
상기 증발가스 제어부는
상기 액화가스를 상기 제1연료공급라인을 통과하는 상기 연료와 열교환을 통해 냉각시켜 상기 액화가스 저장탱크로 재공급하는 선박의 연료가스 공급 시스템.According to claim 2,
The boil-off gas control unit
The ship's fuel gas supply system for cooling the liquefied gas through heat exchange with the fuel passing through the first fuel supply line and resupplying it to the liquefied gas storage tank. 제 2 항에 있어서,
상기 증발가스 제어부는
상기 제1연료공급라인 상에 설치되는 열교환기;
상기 열교환기에서 상기 제1연료공급라인을 통과하는 상기 연료와 열교환하도록 상기 액화가스 저장탱크에 저장된 액화가스를 상기 열교환기에 공급하는 액화가스 공급라인; 및
상기 열교환기에서 열교환을 통해 냉각된 액화가스를 상기 액화가스 저장탱크로 리턴시키는 액화가스 리턴라인을 포함하는 선박의 연료가스 공급 시스템.According to claim 2,
The boil-off gas control unit
a heat exchanger installed on the first fuel supply line;
a liquefied gas supply line supplying the liquefied gas stored in the liquefied gas storage tank to the heat exchanger to exchange heat with the fuel passing through the first fuel supply line in the heat exchanger; and
Ship's fuel gas supply system including a liquefied gas return line for returning the liquefied gas cooled through heat exchange in the heat exchanger to the liquefied gas storage tank. 제 4 항에 있어서,
상기 증발가스 제어부는
상기 액화가스 저장탱크 내부에 설치되고, 상기 액화가스 리턴라인과 연결되어 상기 액화가스를 스프레이하는 분사노즐을 더 포함하는 선박의 연료가스 공급 시스템.According to claim 4,
The boil-off gas control unit
The ship's fuel gas supply system further comprising an injection nozzle installed inside the liquefied gas storage tank and connected to the liquefied gas return line to spray the liquefied gas. 제 2 항에 있어서,
상기 수소 공급부는
상기 제1연료공급라인을 통과하는 상기 연료를 기화시키는 기화기를 더 포함하고,
상기 기화기는
상기 제1열교환기와 상기 소모처 사이의 제공되고, 글리콜 워터를 주 열원으로 하여 상기 연료를 기화시키는 선박의 연료가스 공급 시스템.According to claim 2,
The hydrogen supply unit
Further comprising a vaporizer for vaporizing the fuel passing through the first fuel supply line,
The vaporizer
A fuel gas supply system for a ship provided between the first heat exchanger and the consumption point and vaporizing the fuel using glycol water as a main heat source. 제 6 항에 있어서,
상기 제2연료공급라인은 연료증발가스가 상기 기화기를 통과하도록 상기 제1연료공급라인에 연결되는 선박의 연료가스 공급 시스템.According to claim 6,
The second fuel supply line is a fuel gas supply system of a ship connected to the first fuel supply line so that fuel evaporation gas passes through the vaporizer. 제 7 항에 있어서,
상기 수소 공급부는
상기 제2열교환기와 상기 제2연료공급라인이 연결되는 지점 사이에서 분기되어 상기 연료저장탱크로 상기 연료 및 상기 연료증발가스를 리턴시킬 수 있는 리턴공급라인을 더 포함하는 선박의 연료가스 공급 시스템.According to claim 7,
The hydrogen supply unit
The ship's fuel gas supply system further comprising a return supply line branched between a point where the second heat exchanger and the second fuel supply line are connected to return the fuel and the fuel evaporation gas to the fuel storage tank. 제 1 항에 있어서,
상기 소모처는
연료 전지부 또는 엔진부 중 적어도 하나를 포함하는 선박의 연료가스 공급 시스템.
According to claim 1,
The source of consumption
Ship's fuel gas supply system including at least one of a fuel cell unit or an engine unit.
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