WO2016122026A1 - 선박용 엔진의 연료공급 시스템 및 방법 - Google Patents

선박용 엔진의 연료공급 시스템 및 방법 Download PDF

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이창우
김동찬
문영식
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel supply system and method for a marine engine, and more particularly, to transfer the LNG from the LNG storage tank of the vessel to the submersible pump pumped by a high pressure pump, vaporized and supplied to the engine provided in the vessel, the high pressure pump
  • a vessel that can prevent the introduction of boil-off gas into the high pressure pump by controlling the temperature of the LNG at the front of the high pressure pump by controlling the flow rate of the returned LNG while ensuring the minimum flow rate of the submersible pump by returning the LNG to the LNG storage tank upstream.
  • LNG Liquified Natural Gas
  • LPG Liquified Petroleum Gas
  • LNG liquefied Natural Gas
  • Liquefied Natural Gas (hereinafter referred to as "LNG”) is a colorless and transparent liquid obtained by liquefying natural gas containing methane as its main component at about -162 °C. It has a volume of about / 600. Therefore, when liquefied and transported with LNG when transporting natural gas, it can be transported very efficiently.
  • LNG Liquefied Natural Gas
  • an LNG carrier that can transport (transport) LNG to sea is used.
  • LNG-fueled ships are fueled by LNG fueled ships, and LNG fueled vessels are expected to become more active in line with the tightening emission regulations of international ships and the prospect of LNG price stability.
  • the present invention is to propose a fuel supply system that can supply LNG to the engine of the ship as fuel, a smooth fuel supply to prevent the device abnormality.
  • the submersible pump is provided in the LNG storage tank of the ship to supply LNG to the engine of the ship;
  • a high pressure pump receiving the LNG from the submersible pump and compressing the high pressure
  • a fuel supply system of a marine engine is provided by controlling the flow rate of the LNG returned through the return flow path to control the temperature of the LNG at the front of the high pressure pump.
  • the flow rate control valve provided in the return flow path, the flow rate controller for controlling the flow rate of the LNG returned to the LNG storage tank to ensure the minimum flow rate of the submersible pump, and the temperature of the front end of the high-pressure pump And a temperature controller which senses and controls the flow rate of the LNG returned to the LNG storage tank to maintain the temperature of the front end of the high pressure pump lower than the LNG liquefaction temperature.
  • the flow rate of the LNG returned to the LNG storage tank can be controlled.
  • a fuel supply passage for supplying the LNG from the LNG storage tank to the engine, and a vaporizer provided in the fuel supply passage for vaporizing the LNG compressed from the high pressure pump and supplying the LNG to the engine.
  • the engine may be a high pressure gas injection engine using high pressure gas compressed at a high pressure of 150 to 400 bar as a fuel.
  • the LNG storage tank is a pressure resistant tank
  • the design pressure may be set to hold the BOG or flash gas generated in the pressure resistant tank during the voyage of the vessel.
  • the LNG is transferred from the LNG storage tank of the vessel to the submersible pump, pumped by a high pressure pump, vaporized and supplied to the engine provided in the vessel, the LNG storage tank upstream of the high pressure pump
  • the fuel supply method of the marine engine is provided, by controlling the temperature of the LNG at the front of the high-pressure pump by controlling the flow rate of the returned LNG while ensuring a minimum flow rate of the submersible pump.
  • the flow rate of the LNG returned to the LNG storage tank it can be controlled to maintain the temperature of the front end of the high-pressure pump lower than the liquefaction temperature of the LNG.
  • the engine may be a high pressure gas injection engine using high pressure gas compressed at a high pressure of 150 to 400 bar as a fuel.
  • the fuel supply system of the marine engine of the present invention transfers the LNG from the LNG storage tank to the submersible pump, pumps it into a high pressure pump, vaporizes the gas and supplies it to the engine provided in the vessel, and returns the LNG to the LNG storage tank upstream of the high pressure pump. While ensuring the minimum flow rate of the pump, by controlling the flow rate of the returned LNG to control the temperature of the LNG in front of the high pressure pump. By the LNG flow rate control to be returned in this way to maintain the supercooled state of the LNG in front of the high-pressure pump to prevent the introduction of the boil-off gas into the high-pressure pump, to prevent the device abnormality and smooth fuel supply can be made.
  • FIG. 1 shows an example of a system for supplying LNG to an engine of a ship.
  • FIG. 2 schematically shows a fuel supply system of a marine engine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a modified example of the embodiment of FIG.
  • FIG 1 shows an example of a system for supplying LNG to the engine of the ship.
  • the LNG stored in the storage tank T is pumped to the transfer pump 10 to be supplied to the high pressure pump 20 provided in the supply flow path L1, and the LNG compressed in the high pressure pump 20 is vaporized by the vaporizer 30. It is supplied as fuel to the engine E of the ship.
  • a return flow path L2 capable of returning LNG to the storage tank T is provided.
  • the amount of LNG returned to the tank through the return flow path L2 may be adjusted by controlling the valve 40 provided in the return flow path L2 in the flow rate controller 50 based on the amount of current used by the transfer pump 10.
  • FIG. 2 schematically illustrates a fuel supply system of a marine engine according to an embodiment of the present invention, which is developed from the above-described fuel supply system.
  • the fuel supply system of the present embodiment includes a submerged type submersible pump 100, which is provided in an LNG storage tank T of a ship and supplies LNG to an engine E of a ship, and a submersible pump 100. And a high pressure pump 200 which receives LNG from the high pressure pump and compresses it to a high pressure, and returns the LNG to the LNG storage tank T upstream of the high pressure pump 200 to secure a minimum flow rate of the submersible pump 100. While configuring RL, the flow rate of the LNG returned through the return flow path RL is controlled to control the temperature of the LNG at the front end of the high pressure pump 200.
  • the return flow path RL branches upstream of the high pressure pump 200, but branches at a point close to the high pressure pump 200, thereby securing as much LNG flow rate as possible up to the front of the high pressure pump 200 and temperature by inflow of heat from outside.
  • the synergistic effect can be reduced to prevent evaporation gasification.
  • the flow path control valve 300 is provided in the return flow path RL, and the flow control valve 300 is controlled by the flow rate controller 310 and the temperature controller 320.
  • the flow rate of LNG returned to T) is controlled.
  • the flow rate controller 310 controls the flow rate of LNG returned to the LNG storage tank T in order to secure the minimum flow rate of the submersible pump 100.
  • the flow controller 310 may use the amount of current used in the submersible pump 100 as a reference value for determining the LNG flow rate required for securing the minimum flow rate of the pump.
  • the temperature controller 320 senses the temperature at the front end of the high pressure pump 200 so that the temperature at the front end of the high pressure pump 200 is lower than the liquefaction temperature of the LNG, that is, to maintain the supercooled state of the LNG at the front end of the high pressure pump 200.
  • the flow rate of LNG to be returned to the LNG storage tank (T) is determined.
  • the flow control valve 300 determines the larger of two output values as the flow rate of LNG to be returned to the LNG storage tank T, thereby converting the LNG into LNG. Can be returned to the storage tank (T). That is, even if the flow rate of the submersible pump 100 by the signal of the flow controller 310 is greater than the minimum flow rate, if the front end temperature of the high-pressure pump 200 is greater than the set value, the storage tank ( Increase the flow rate of the LNG returned to T) to maintain the supercooled state of the LNG in front of the high pressure pump (200).
  • the minimum flow rate of the submersible pump 100 is 5 m3 / h
  • the temperature of the front end of the high pressure pump 200 is higher than -155 ° C, which is a setting point lower than the saturation temperature
  • the flow rate of LNG returned is By increasing the temperature of the front end of the high-pressure pump 200 is kept low.
  • a control unit (not shown) for receiving the control signals from the flow controller 310 and the temperature controller 320 to control the flow control valve 300 may be further provided.
  • the fuel supply flow path SL for supplying LNG from the LNG storage tank T to the engine E is supplied with the above-described high pressure pump 200 and LNG compressed by the high pressure pump 200 to vaporize the engine (
  • carburetor 400 which supplies to E) is provided.
  • the engine E of the present embodiment is a high-pressure gas injection engine using high pressure gas compressed at high pressure of 150 to 400 bar as a fuel, and may be an engine provided for propulsion of a ship or for power generation. It may be a GI engine.
  • the ME-GI engine is a two-stroke, high-pressure natural gas injection engine, fueled with gas and oil, developed to reduce NOx and SOx emissions. Compression of 150 to 400 bar. Gas is supplied as fuel.
  • ME-GI engines can reduce pollutant emissions by 23% for carbon dioxide, 80% for nitrogen compounds, and 95% for sulfur compounds compared to diesel engines of equivalent power.
  • LNG compressed to 150 to 400 bar in the high-pressure pump 200 to supply to the high-pressure gas injection engine is a supercritical state, so that vaporization in the vaporizer 400 means supplying thermal energy, not phase change of LNG.
  • the LNG storage tank T is provided as a pressure resistant tank, and a design pressure may be set to hold BOG or flash gas generated in the pressure resistant tank during the voyage of the ship.
  • the design pressure of such a pressure resistant tank is designed to a gauge pressure of 2 bar or more, preferably 3 bar to 30 bar.
  • the pressure resistant tank may be a standalone storage tank, particularly preferably an IMO C type tank.
  • a second engine E2 receiving fuel BOG generated from the LNG storage tank T may be added.
  • the second engine E2 is configured as a low pressure gas engine driven at a pressure lower than that of the above-described ship engine, that is, the first engine E1, and does not constitute a separate compressor by the internal pressure of the LNG storage tank T. It can be designed to supply BOG at the operating pressure required by the second engine.
  • the second engine E2 may be, for example, a DF engine supplied with fuel gas of 3 to 20 bar, and a BOG supply line BL for fueling BOG from the LNG storage tank T to the second engine. And a heater 500 for heating the BOG is further provided.
  • the LNG is transferred from the LNG storage tank T of the ship to the submersible pump 100, pumped by the high pressure pump 200, and vaporized and supplied to the engine E provided in the ship.
  • the flow rate of the returned LNG is controlled to control the flow of LNG at the front end of the high pressure pump (200).
  • the temperature is controlled, that is, the temperature of the front end of the high pressure pump 200 is controlled to be maintained in a subcooled state lower than the liquefaction temperature of LNG.
  • the engine E of the ship supplied with fuel through the high pressure pump may be a high pressure gas injection engine using a high pressure gas compressed at high pressure of 150 to 400 bar as a fuel, for example, a ME-GI engine.

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Abstract

선박용 엔진의 연료공급 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 선박용 엔진의 연료공급 시스템은, 선박의 LNG 저장탱크에 마련되어 LNG를 상기 선박의 엔진으로 공급하는 잠수 펌프; 상기 잠수 펌프로부터 상기 LNG를 공급받아 고압으로 압축하는 고압 펌프; 및 상기 고압 펌프 상류에서 상기 LNG를 상기 LNG 저장탱크로 복귀시키는 리턴 유로를 포함하되, 상기 리턴 유로를 통해 복귀되는 상기 LNG의 유량을 제어하여 상기 고압 펌프의 전단에서 상기 LNG의 온도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 엔진의 연료공급 시스템 및 방법
본 발명은 선박용 엔진의 연료공급 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 LNG 저장탱크에서 잠수 펌프로 LNG를 이송하여 고압 펌프로 펌핑하고, 기화시켜 선박에 마련된 엔진으로 공급하되, 고압 펌프 상류에서 LNG를 LNG 저장탱크로 복귀시켜 잠수 펌프의 최소유량을 확보하면서, 복귀되는 LNG의 유량을 제어하여 고압 펌프의 전단에서 LNG의 온도를 제어하여 고압 펌프로 증발가스 도입을 방지할 수 있는 선박용 엔진의 연료공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
근래 LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있는 추세이다.
특히 액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 연소시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로서 여러 분야에서 사용이 늘어나고 있다.
액화천연가스(Liquefied Natural Gas, 이하 "LNG"라 함)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 약 -162℃로 냉각해서 액화시킴으로써 얻을 수 있는 무색투명한 액체로서, 천연가스와 비교해 약 1/600 정도의 부피를 갖는다. 따라서, 천연가스 이송 시 LNG로 액화시켜 이송할 경우 매우 효율적으로 이송할 수 있으며, 일 예로 LNG를 해상으로 수송(운반)할 수 있는 LNG 운반선이 사용되고 있다.
선박에 대한 국제기구와 각 국가의 규제 기준도 점차 까다로워지고 있어, 선박의 친환경 고효율의 연료에 대한 관심도 늘고 있는데, 그 중 하나로 LNG에서 자연 기화 또는 강제 기화된 기화가스도 연료로 사용할 수 있는 DFDE(Dual Fuel Diesel Electric) 엔진과 같은 엔진이 개발되어 선박에 적용되고 있다.
이와 같이 LNG를 연료로 사용하는 선박이 LFS(LNG Fueled Ship)인데, 국제적인 선박의 배출 규제 기준 강화와 LNG의 가격 안정 추세 지속 전망과 맞물리면서 선박에서의 LNG 연료 사용은 더욱 활발해질 것으로 기대된다.
본 발명은 선박의 엔진에 LNG를 연료로 공급할 수 있는 시스템으로, 장치 이상을 방지하여 원활한 연료 공급이 이루어질 수 있도록 하는 연료공급 시스템을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 LNG 저장탱크에 마련되어 LNG를 상기 선박의 엔진으로 공급하는 잠수 펌프;
상기 잠수 펌프로부터 상기 LNG를 공급받아 고압으로 압축하는 고압 펌프; 및
상기 고압 펌프 상류에서 상기 LNG를 상기 LNG 저장탱크로 복귀시키는 리턴 유로를 포함하되,
상기 리턴 유로를 통해 복귀되는 상기 LNG의 유량을 제어하여 상기 고압 펌프의 전단에서 상기 LNG의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료공급 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 리턴 유로에 마련되는 유량제어 밸브와, 상기 잠수 펌프의 최소유량을 확보하기 위해 상기 LNG 저장탱크로 복귀되는 LNG의 유량을 제어하는 유량 제어기와, 상기 고압 펌프의 전단의 온도를 감지하여 상기 고압 펌프 전단의 온도를 상기 LNG의 액화 온도보다 낮게 유지하기 위해 상기 LNG 저장탱크로 복귀되는 LNG의 유량을 제어하는 온도 제어기를 포함하되, 상기 유량제어 밸브는 상기 유량 제어기 및 온도 제어기의 제어에 의해 상기 LNG 저장탱크로 복귀되는 상기 LNG의 유량을 제어할 수 있다.
바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크로부터 상기 엔진으로 상기 LNG를 공급하는 연료공급 유로와, 상기 연료공급 유로에 마련되어 상기 고압 펌프로부터 압축된 상기 LNG를 공급받아 기화시켜 상기 엔진으로 공급하는 기화기를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 엔진은 150 내지 400 bar의 고압으로 압축된 고압가스를 연료로 사용하는 고압가스 분사엔진일 수 있다.
바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크는 내압성 탱크이며, 상기 선박의 항해 기간 동안 상기 내압성 탱크에서 발생하는 BOG 또는 플래쉬 가스를 보유할 수 있도록 설계 압력이 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 LNG 저장탱크에서 잠수 펌프로 LNG를 이송하여 고압 펌프로 펌핑하고, 기화시켜 상기 선박에 마련된 엔진으로 공급하되, 상기 고압 펌프 상류에서 상기 LNG를 상기 LNG 저장탱크로 복귀시켜 상기 잠수 펌프의 최소유량을 확보하면서, 복귀되는 상기 LNG의 유량을 제어하여 상기 고압 펌프의 전단에서 상기 LNG의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료공급 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 LNG 저장탱크로 복귀되는 상기 LNG의 유량을 제어하여, 상기 고압 펌프 전단의 온도를 상기 LNG의 액화 온도보다 낮게 유지하도록 제어할 수 있다.
바람직하게는, 상기 엔진은 150 내지 400 bar의 고압으로 압축된 고압가스를 연료로 사용하는 고압가스 분사엔진일 수 있다.
본 발명의 선박용 엔진의 연료공급 시스템은 LNG 저장탱크에서 잠수 펌프로 LNG를 이송하여 고압 펌프로 펌핑하고, 기화시켜 선박에 마련된 엔진으로 공급하되, 고압 펌프 상류에서 LNG를 LNG 저장탱크로 복귀시켜 잠수 펌프의 최소유량을 확보하면서, 복귀되는 LNG의 유량을 제어하여 고압 펌프의 전단에서 LNG의 온도를 제어하도록 한다. 이와 같이 복귀되는 LNG 유량 제어를 통해 고압 펌프 전단에서 LNG의 과냉 상태를 유지함으로써 고압 펌프로 증발가스가 도입되는 것을 방지하여, 장치 이상을 방지하고 원활한 연료 공급이 이루어질 수 있도록 한다.
도 1은 선박의 엔진으로 LNG를 공급하는 시스템의 일 예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진의 연료공급 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 2의 실시예의 변형 예이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1에는 선박의 엔진으로 LNG를 공급하는 시스템의 일 예를 도시하였다. 저장탱크(T)에 저장된 LNG를 이송펌프(10)로 펌핑하여 공급 유로(L1)에 마련된 고압 펌프(20)로 공급하고, 고압 펌프(20)에서 압축된 LNG를 기화기(30)로 기화시켜 선박의 엔진(E)에 연료로 공급한다. 이때 submerged type 펌프인 이송펌프(10)의 최소유량을 확보하기 위해 저장탱크(T)로 LNG를 돌려보낼 수 있는 리턴 유로(L2)를 마련하게 된다. 리턴 유로(L2)를 통해 탱크로 복귀되는 LNG의 양은 이송펌프(10)의 사용 전류량을 기준으로 유량 제어기(50)에서 리턴 유로(L2)에 마련된 밸브(40)를 제어함으로써 조절할 수 있다.
도 2에는 상술한 연료공급 시스템을 발전시킨, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 엔진의 연료공급 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예의 연료공급 시스템은, 선박의 LNG 저장탱크(T)에 마련되어 LNG를 선박의 엔진(E)으로 공급하는 submerged type의 잠수 펌프(100)와, 잠수 펌프(100)로부터 LNG를 공급받아 고압으로 압축하는 고압 펌프(200)를 포함하고, 고압 펌프(200) 상류에서 LNG를 LNG 저장탱크(T)로 복귀시켜 잠수 펌프(100)의 최소유량을 확보하는 리턴 유로(RL)를 구성하면서, 리턴 유로(RL)를 통해 복귀되는 LNG의 유량을 제어하여 고압 펌프(200)의 전단에서 LNG의 온도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
잠수 펌프(100)의 유량이 최소유량 이상을 만족하는 경우에도 외부에서의 열 유입량이 많은 경우 고압 펌프(200) 전단에서 LNG가 기화되어 증발가스가 발생할 수 있다. 이때 증발가스가 그대로 고압 펌프(200)로 유입되면 펌프의 장치 이상 등을 초래하고 나아가 엔진(E)으로의 연료 공급이 중단될 수도 있는데, 이를 방지할 수 있도록 본 실시예는 LNG 저장탱크(T)로 복귀되는 LNG의 유량을 제어하여 고압 펌프(200) 전단에서의 LNG 온도를 제어하도록 한다.
리턴 유로(RL)는 고압 펌프(200)의 상류에서 분기하되 고압 펌프(200)에 가까운 지점에서 분기되도록 함으로써, 고압 펌프(200) 전단까지 LNG 유량을 가능한 많이 확보하고 외부의 열 유입에 의한 온도 상승 효과를 작게 하여 증발가스화를 방지할 수 있다.
복귀되는 LNG 유량의 제어를 위해 리턴 유로(RL)에는 유량제어 밸브(300)가 마련되며, 유량제어 밸브(300)는 유량 제어기(310) 및 온도 제어기(320)의 제어에 의해 LNG 저장탱크(T)로 복귀되는 LNG의 유량을 제어하게 된다.
유량 제어기(310)는 잠수 펌프(100)의 최소유량을 확보하기 위해 LNG 저장탱크(T)로 복귀되는 LNG의 유량을 제어한다. 유량 제어기(310)는 잠수 펌프(100)에서 사용되는 전류 량을, 펌프의 최소유량 확보를 위해 필요한 LNG 유량을 결정하는 기준 값으로 할 수 있다.
온도 제어기(320)는 고압 펌프(200)의 전단의 온도를 감지하여 고압 펌프(200) 전단의 온도를 LNG의 액화 온도보다 낮게, 즉 고압 펌프(200) 전단에서 LNG의 과냉 상태를 유지하기 위해 LNG 저장탱크(T)로 복귀되어야 할 LNG의 유량을 결정하게 된다.
LNG 저장탱크(T)로 LNG가 복귀되어 잠수 펌프(100)에 의한 LNG의 공급량이 많아지면 외부 열 유입에 의한 온도 상승량이 상대적으로 감소하여, 고압 펌프(200) 전단에서 LNG가 증발가스화되는 것을 방지할 수 있다.
유량 제어기(310)와 온도 제어기(320)의 제어 신호에 의해 유량제어 밸브(300)는 두 가지 출력 값 중 큰 값을 LNG 저장탱크(T)로 복귀될 LNG의 유량으로 결정하여, LNG를 LNG 저장탱크(T)로 복귀시킬 수 있다. 즉, 유량 제어기(310)의 신호에 의한 잠수 펌프(100)의 유량이 최소 유량보다 많더라도, 고압 펌프(200) 전단 온도가 설정 값보다 크다면 온도 제어기(320)의 신호에 의해 저장탱크(T)로 복귀되는 LNG의 유량을 늘려주어 고압 펌프(200) 전단에서 LNG의 과냉 상태를 유지할 수 있도록 한다. 예를 들어 잠수 펌프(100)의 최소유량이 5 ㎥/ｈ일 때 고압 펌프(200) 전단의 온도가 포화온도보다 낮은 설정 값(setting point)인 -155℃보다 높다면 복귀되는 LNG의 유량을 늘려서 고압 펌프(200) 전단의 온도를 낮게 유지시킨다.
유량 제어기(310)와 온도 제어기(320)의 제어 신호를 받아 유량제어 밸브(300)를 제어하는 제어부(미도시)가 추가로 마련될 수 있다.
한편, LNG 저장탱크(T)로부터 엔진(E)으로 LNG를 공급하는 연료공급 유로(SL)에는 상술한 고압 펌프(200)와, 고압 펌프(200)에서 압축된 LNG를 공급받아 기화시켜 엔진(E)으로 공급하는 기화기(400)가 마련된다.
본 실시예의 엔진(E)은 150 내지 400 bar의 고압으로 압축된 고압가스를 연료로 사용하는 고압가스 분사엔진으로, 선박의 추진용 또는 발전용으로 마련되는 엔진일 수 있고, 예를 들어 ME-GI 엔진일 수 있다.
ME-GI 엔진은 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx) 배출량을 저감하기 위하여 개발된, 가스와 오일을 연료로 사용할 수 있는 2-stroke의 고압 천연가스 분사 엔진으로서, 150 내지 400 bar의 압축된 가스를 연료로 공급받는다.
ME-GI 엔진은 동급출력의 디젤엔진에 비해 오염물질 배출량을 이산화탄소는 23%, 질소화합물은 80%, 황화합물은 95%이상 줄일 수 있다.
따라서 본 실시예와 같이 LNG를 연료로 하는 추진용 또는 발전용 엔진을 마련하면 대기오염 물질 배출을 줄일 수 있다.
이러한 고압가스 분사엔진으로 공급하기 위해 고압 펌프(200)에서 150 내지 400 bar로 압축된 LNG는 초임계 상태이므로, 기화기(400)에서의 기화란 LNG의 상변화가 아닌 열에너지를 공급한다는 의미이다.
한편, 본 실시예에서 LNG 저장탱크(T)는 내압성 탱크로 마련되며, 선박의 항해 기간 동안 내압성 탱크에서 발생하는 BOG 또는 플래쉬 가스를 보유할 수 있도록 설계 압력이 설정될 수 있다. 이러한 내압성 탱크의 설계 압력은 2 bar이상, 바람직하게는 3 bar 내지 30 bar의 게이지압으로 설계한다. 이와 같은 본 실시예에서 내압성 탱크는 독립형 저장탱크, 특히 바람직하게는 IMO C type 탱크일 수 있다.
이와 같이 내압성 탱크로 LNG 저장탱크(T)를 구성하는 경우, LNG 저장탱크(T)에서 발생하는 BOG를 연료로 공급받는 제2 엔진(E2)이 추가될 수 있는데, 도 3에는 이러한 본 실시예의 변형 예를 도시하였다. 제2 엔진(E2)은 전술한 선박의 엔진, 즉 제1 엔진(E1)보다 낮은 압력으로 구동되는 저압가스 엔진으로 구성하여, LNG 저장탱크(T)의 내압에 의해 별도의 압축기를 구성하지 않고 제2 엔진이 필요로 하는 운전압력으로 BOG를 공급할 수 있도록 설계할 수 있다.
이러한 제2 엔진(E2)은 예를 들어 3 내지 20 bar의 연료가스를 공급받는 DF 엔진일 수 있고, LNG 저장탱크(T)로부터 제2 엔진으로 BOG의 연료공급을 위한 BOG 공급라인(BL)과 BOG를 가열하는 히터(500)가 추가로 마련된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예의 시스템에서는, 선박의 LNG 저장탱크(T)에서 잠수 펌프(100)로 LNG를 이송하여 고압 펌프(200)로 펌핑하고, 기화시켜 선박에 마련된 엔진(E)으로 공급하되, 고압 펌프(200) 상류에서 LNG를 LNG 저장탱크(T)로 복귀시켜 잠수 펌프(100)의 최소유량을 확보하면서, 복귀되는 LNG의 유량을 제어하여 고압 펌프(200)의 전단에서 LNG의 온도를 제어, 즉 고압 펌프(200) 전단의 온도를 LNG의 액화 온도보다 낮은 과냉 상태로 유지하도록 제어한다.
이러한 고압펌프를 통해 연료를 공급받는 선박의 엔진(E)은 150 내지 400 bar의 고압으로 압축된 고압가스를 연료로 사용하는 고압가스 분사엔진, 예를 들어 ME-GI 엔진일 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

Claims (8)

  1. 선박의 LNG 저장탱크에 마련되어 LNG를 상기 선박의 엔진으로 공급하는 잠수 펌프;
    상기 잠수 펌프로부터 상기 LNG를 공급받아 고압으로 압축하는 고압 펌프; 및
    상기 고압 펌프 상류에서 상기 LNG를 상기 LNG 저장탱크로 복귀시키는 리턴 유로를 포함하되,
    상기 리턴 유로를 통해 복귀되는 상기 LNG의 유량을 제어하여 상기 고압 펌프의 전단에서 상기 LNG의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료공급 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리턴 유로에 마련되는 유량제어 밸브;
    상기 잠수 펌프의 최소유량을 확보하기 위해 상기 LNG 저장탱크로 복귀되는 LNG의 유량을 제어하는 유량 제어기; 및
    상기 고압 펌프의 전단의 온도를 감지하여 상기 고압 펌프 전단의 온도를 상기 LNG의 액화 온도보다 낮게 유지하기 위해 상기 LNG 저장탱크로 복귀되는 LNG의 유량을 제어하는 온도 제어기를 포함하되,
    상기 유량제어 밸브는 상기 유량 제어기 및 온도 제어기의 제어에 의해 상기 LNG 저장탱크로 복귀되는 상기 LNG의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료공급 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 LNG 저장탱크로부터 상기 엔진으로 상기 LNG를 공급하는 연료공급 유로; 및
    상기 연료공급 유로에 마련되어 상기 고압 펌프로부터 압축된 상기 LNG를 공급받아 기화시켜 상기 엔진으로 공급하는 기화기를 더 포함하는 선박용 엔진의 연료공급 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 엔진은 150 내지 400 bar의 고압으로 압축된 고압가스를 연료로 사용하는 고압가스 분사엔진인 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료공급 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 LNG 저장탱크는 내압성 탱크이며, 상기 선박의 항해 기간 동안 상기 내압성 탱크에서 발생하는 BOG 또는 플래쉬 가스를 보유할 수 있도록 설계 압력이 설정되는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료공급 시스템.
  6. 선박의 LNG 저장탱크에서 잠수 펌프로 LNG를 이송하여 고압 펌프로 펌핑하고, 기화시켜 상기 선박에 마련된 엔진으로 공급하되,
    상기 고압 펌프 상류에서 상기 LNG를 상기 LNG 저장탱크로 복귀시켜 상기 잠수 펌프의 최소유량을 확보하면서, 복귀되는 상기 LNG의 유량을 제어하여 상기 고압 펌프의 전단에서 상기 LNG의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료공급 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 LNG 저장탱크로 복귀되는 상기 LNG의 유량을 제어하여, 상기 고압 펌프 전단의 온도를 상기 LNG의 액화 온도보다 낮게 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료공급 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 엔진은 150 내지 400 bar의 고압으로 압축된 고압가스를 연료로 사용하는 고압가스 분사엔진인 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 연료공급 방법.
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