KR20180090369A

KR20180090369A - 선박

Info

Publication number: KR20180090369A
Application number: KR1020187019551A
Authority: KR
Inventors: 아키히로 안도; 히로유키 타케다; 나오코 인도; 타카시 아베; 나오키 나리시마; 코헤이 하시모토
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2018-08-10
Also published as: CN108368797A; CN108368797B; JP2017110623A; WO2017104698A1; JP6670088B2

Abstract

선박은 가스 엔진과, 액화 천연 가스를 저장하는 탱크와, 탱크 내부에서 발생하는 보일 오프 가스를 연료 가스로 가스 엔진에 인도하고 압축기가 설치된 공급 라인과, 압축기보다 하류 측에서 공급 라인으로부터 분기하여 탱크로 이어지고 팽창 장치가 설치된 반송 라인과, 반송 라인에서 팽창 장치보다 상류측 부분에 설치되고 개도 변경 가능한 반송 밸브와, 반송 라인에서 반송 밸브와 팽창 장치 사이를 흐르는 보일 오프 가스와 열 매개체 사이에서 열교환을 하는 열교환기와, 반송 라인에서 반송 밸브와 팽창 장치 사이를 흐르는 보일 오프 가스의 압력을 검출하는 압력계와, 압력계에 의해 검출되는 보일 오프 가스의 압력이 설정 압력이 되도록 반송 밸브를 제어하는 제어 장치를 구비한다.

Description

선박

본 발명은 가스 엔진을 포함하는 선박에 관한 것이다.

종래에, 액화 천연 가스를 저장하는 탱크와, 탱크 내부에서 발생하는 보일 오프 가스(boil-off gas)가 연료 가스로 공급되는 추진용의 가스 엔진을 포함한 선박이 알려져 있다. 보일 오프 가스는 압축기에 의해 가스 엔진이 요구하는 압력 범위로 승압된 후 가스 엔진으로 공급된다. 이러한 선박에는 보일 오프 가스의 발생량이 가스 엔진의 연료 가스 소비량보다 많은 경우에 잉여 가스를 탱크로 반송하거나 가스 연소 장치 등으로 소각 처리하는 것이 알려져 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는 도 4와 같이 탱크(110)로부터 인도된 보일 오프 가스를 고압 가스 압축기(120)로 승압하여 가스 연소 엔진으로 공급하는 선박(100)이 개시되어 있다. 이 선박(100)은 고압 가스 압축기(120)에서 압축된 가스를 부분적으로 액화하고, 탱크(110) 내부의 액화 천연 가스로 되돌리는 반송 라인(130)을 구비한다. 반송 라인(130)에는 상류 측에서 순서대로 유량 제어 밸브(131), 열교환기(132), 팽창 밸브(133) 및 기액 분리기(134)가 설치되어 있다. 유량 제어 밸브(131)는 선속(船速)에 대응하여 열교환기(132)로 이송되는 보일 오프 가스의 유량을 조정한다. 고압 가스 압축기(120)에서 압축된 보일 오프 가스는 유량 제어 밸브(131)를 통과한 후, 열교환기(132)에서 냉각되어 적어도 부분적으로 액화되고, 팽창 밸브(133)에서 팽창된다. 팽창됨에 따라 저압 저온이 된 보일 오프 가스는 기액 분리기(134)에서 가스 성분과 액체 성분으로 분리되고, 액체 성분만이 이송 펌프(135)에 의해 탱크(110)로 되돌아 간다. 가스 성분은 기액 분리기(134)로부터 압력 조정 밸브(136)가 설치된 재순환 라인(137)을 통해 탱크(110)로부터 고압 가스 압축기(120)로 유도되는 보일 오프 가스와 합류한다.

일본 특개2015-158263호 공보

그런데, 도 4에 도시된 선박(100)은 재순환 라인(137)의 하류단이 탱크(110)로부터 고압 가스 압축기(120)로 유도되는 라인에 연결되어 있다. 이 때문에 반송 라인(130)에서 액화되지 않고 재순환 라인(137)을 통해 재순환되는 보일 오프 가스의 양이 많아서, 고압 가스 압축기(120)의 용량에 제한이 있는 경우 결과적으로 탱크(110) 내부의 보일 오프 가스의 압력 상승을 가져온다. 따라서, 반송 라인(130)에 흐르는 보일 오프 가스의 재액화 율(보일 오프 가스의 반송량에 대한 재액화 량의 비율)은 가능한 큰 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명은 반송 라인을 통해 탱크로 반송되는 보일 오프 가스의 재액화 속도를 향상시킬 수 있는 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 출원의 발명자들은 연구에 힘쓴 결과, 팽창 밸브 등의 팽창 장치의 상류측의 보일 오프 가스의 압력을 최적화시키는 것에 의해, 팽창 장치를 통과한 후의 보일 오프 가스의 재액화 율이 향상하는 것을 발견하였다. 본 발명은 이러한 관점에서 이루어진 것이다.

이를 위해, 본 발명에 따른 선박은 가스 엔진과, 액화 천연 가스를 저장하는 탱크와, 상기 탱크 내부에서 발생하는 보일 오프 가스를 연료 가스로 상기 가스 엔진에 인도하고 압축기가 설치된 공급 라인과, 상기 압축기보다 하류 측에서 상기 공급 라인으로부터 분기하여 상기 탱크로 이어지고 팽창 장치가 설치된 반송 라인과, 상기 반송 라인에서 상기 팽창 장치보다 상류측 부분에 설치되고 개도 변경 가능한 반송 밸브와, 상기 반송 라인에서 상기 반송 밸브와 상기 팽창 장치 사이를 흐르는 보일 오프 가스와 열 매개체 사이에서 열교환을 하는 열교환기와, 상기 반송 라인에서 상기 반송 밸브와 상기 팽창 장치 사이를 흐르는 보일 오프 가스의 압력을 검출하는 압력계와, 상기 압력계에 의해 검출되는 보일 오프 가스의 압력이 설정 압력이 되도록 상기 반송 밸브를 제어하는 제어 장치를 구비한다.

상기 구성에 의하면, 제어 장치는 반송 라인에서 반송 밸브와 팽창 장치 사이를 흐르는 보일 오프 가스의 압력이 설정 압력이 되도록 반송 밸브를 제어하므로, 팽창 장치를 통과한 후의 보일 오프 가스의 재액화 율을 향상시킬 수 있다.

상기 선박에서, 상기 압력계는 제1 압력계이고, 상기 선박은 상기 공급 라인에서 상기 압축기보다 하류측 부분을 흐르는 보일 오프 가스의 압력을 검출하는 제2 압력계를 더 포함하며, 상기 제어 장치는 상기 제2 압력계에 의해 검출되는 보일 오프 가스의 압력이 임계 값을 상회할 때에, 상기 설정 압력에 기초한 제어에 우선하여 상기 반송 밸브의 개도를 증가시켜도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 제2 압력계에 의해 검출되는 보일 오프 가스의 압력이 너무 상승하는 경우에 그 압력의 상승을 억제하고, 그 이외의 경우에는 상기 재액화 율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

상기 선박에서, 상기 열교환기는 상기 반송 라인에서 상기 반송 밸브와 상기 팽창 장치 사이를 흐르는 보일 오프 가스와 상기 공급 라인에서 상기 압축기보다 상류측 부분에 흐르는 보일 오프 가스 사이에서 열교환을 수행하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 공급 라인에서 압축기보다 상류 측 부분에 흐르는 보일 오프 가스를 이용하여 반송 라인을 흐르는 보일 오프 가스를 냉각할 수 있다.

상기 선박에서, 상기 가스 엔진은 주 가스 엔진이고, 상기 공급 라인은 제1 공급 라인이며, 상기 선박은 발전용의 부 가스 엔진과, 상기 탱크 내부로부터 액화 천연 가스를 추출하고 그 액화 천연 가스가 기화된 증발 가스를 연료 가스로서 상기 부 가스 엔진으로 인도하는 제2 공급 라인을 구비하고, 상기 열교환기는 상기 반송 라인에서 상기 반송 밸브와 상기 팽창 장치 사이를 흐르는 보일 오프 가스와 상기 제2 공급 라인을 흐르는 액화 천연 가스 사이에서 열교환을 수행하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 제2 공급 라인을 흐르는 액화 천연 가스를 이용하여 반송 라인을 흐르는 보일 오프 가스를 냉각할 수 있다.

본 발명에 의하면, 반송 라인을 통해 탱크로 반송되는 보일 오프 가스의 재액화 율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 제1 실시예에 따른 선박의 개략적인 구성도이다.
도 2는 제1 실시예에서 제1 공급 라인 및 반송 라인에 흐르는 보일 오프 가스의 몰리에르(Mollier) 선도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 선박의 개략적인 구성도이다.
도 4는 종래의 선박의 개략적인 구성도이다.

(제1 실시예)

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(1A)이 도시되어 있다. 이 선박(1A)은 액화 천연 가스(이하, LNG라 함)를 저장하는 탱크(11)와, 추진용의 주 가스 엔진(12)과, 발전용(즉, 선내 전원용)의 부 가스 엔진(13)을 포함한다.

도면의 예에서는, 탱크(11)가 하나만 설치되어 있는데, 탱크(11)는 복수 개 설치되어 있어도 좋다. 예를 들어, 선박(1A)이 LNG 운반선인 경우, 선박(1A)에는 복수의 탱크(11)가 카고 탱크로서 장착된다. 또한, 도면의 예에서는 주 가스 엔진(12) 및 부 가스 엔진(13)이 1 개씩 설치되어 있지만, 주 가스 엔진(12)이 복수 개 설치되어 있어도 좋고, 부 가스 엔진(13)이 복수 개 설치되어 있어도 좋다.

본 실시예에서는 선박(1A)은 기계 추진식이며, 주 가스 엔진(12)이 프로펠러(미도시)를 직접 회전 구동시킨다. 그러나, 선박(1A)가 전기 추진식이며, 주 가스 엔진(12)이 프로펠러를 전기 모터를 통해 회전 구동시켜도 좋다.

주 가스 엔진(12)은 연료 가스 분사 압력이 20 ~ 35 MPa 정도로 고압인 디젤 사이클 방식의 2 스트로크 엔진이다. 그러나, 주 가스 엔진(12)은 연료 가스 분사 압력이 예를 들어 1 ~ 2MPa 정도로와 중압인 오토 사이클 방식의 2 스트로크 엔진이어도 좋다. 또는, 전기 추진의 경우는 주 가스 엔진(12)은 연료 가스 분사 압력이 예를 들면 0.5 ~ 1 MPa 정도로 저압인 오토 사이클 방식의 4 스트로크 엔진이어도 좋다. 또한, 주 가스 엔진(12)은 연료 가스만을 연소시키는 가스 연소 엔진 이어도 좋고, 연료 가스와 연료 유의 한쪽 또는 양쪽을 연소시키는 이원 연료 엔진에도 좋다(이원 연료 엔진의 경우, 연료 가스를 연소시킬 때가 오토 사이클, 연료 유를 연소시킬 때가 디젤 사이클이어도 좋다).

부 가스 엔진(13)은 연료 가스 분사 압력이 예를 들면 0.5 ~ 1MPa 정도로 저압인 오토 사이클 방식의 4 스트로크 엔진이며, 발전기(미도시)와 연결되어 있다. 부 가스 엔진(13)은 연료 가스만을 연소시키는 가스 연소 엔진이어도 좋고, 연료 가스와 연료 유의 한쪽 또는 양쪽을 연소시키는 이원 연료 엔진이어도 좋다.

주 가스 엔진(12)에는, 제1 공급 라인(14)을 통해 자연 입열에 의해 탱크(11) 내부에서 발생하는 보일 오프 가스(이하, BOG라고 함)가 주요 연료 가스로서 인도된다. 부 가스 엔진(13)에는 제2 공급 라인(15)을 통해 탱크(11) 내부에서 추출된 LNG가 기화된 가스(이하, VG라고 함)가 주요 연료 가스로서 인도된다.

제1 공급 라인(14)에는 탱크(11)로부터 인도된 BOG를 고압으로 압축하는 압축기(16)가 설치되어있다. 본 실시예에서는, 압축기(16)는 인도된 BOG를 단계적으로 압축하는 다단식 고압 압축기이다. 그러나, 압축기(16)는 예를 들어 주 가스 엔진(12)의 연료 가스 분사 압력이 저압인 경우는 저압 압축기여도 좋다.

본 실시예에서는, 압축기(16)는 BOG를 초 임계 상태까지, 다시 말해 도 2에서의 초임계 압력(Pc)(포화 액체 라인(L1)과 포화 증기 라인(L2)의 교차점)보다 높은 압력까지 압축한다. 예를 들어, 압축기(16)로부터 토출되는 BOG의 압력은 20 ~ 35 MPa 정도이며, 온도는 45 ~ 55 ℃ 정도이다.

제1 공급 라인(14)에서 압축기(16)보다 하류 부분(14b)에서는 반송 라인(2)이 분기한다. 반송 라인(2)은 제1 공급 라인(14)의 분기점(14c)에서 연장되고, 탱크(11)에 연결되어 있다. 반송 라인(2)의 선단은 탱크(11) 내부의 LNG의 액면보다 상방에 위치하여도 좋고, 액면보다 하방에 위치하여도 좋다.

반송 라인(2)에는 상류 측에서 순서대로 반송 밸브(21), 열교환기(22), 팽창 장치(23)가 설치되어 있다. 반송 밸브(21)는 개도 변경 가능한 압력 제어 밸브이다. 반송 밸브(21)는 압력 제어 밸브 대신에 유량 제어 밸브여도 좋다. 반송 밸브(21)는 반송 라인(2)을 통해 탱크(11)로 반송되는 BOG를 감압한다. 반송 밸브(21)에 의해 감압된 BOG는 열교환기(22)로 유입된다. 본 실시예에서는 반송 밸브(21)가 개폐됨으로써 BOG가 반송 라인(2)을 통해 반송되지만, 반송 라인(2)에는 반송 밸브(21)와 별도로 개폐 밸브가 설치되어 있어도 좋다.

열교환기(22)는 제1 공급 라인(14)에서 압축기(16)보다 상류측 부분(14a)에 흐르는 BOG 및 반송 라인(2)의 반송 밸브(21)와 팽창 장치(23) 사이를 흐르는 BOG 사이에서 열교환을 한다. 반송 라인(2)을 통과하는 BOG는 제1 공급 라인(14)을 통과하는 BOG에 의해 냉각된다. 반송 라인(2)에서 열교환기(22)로부터 흐르는 BOG의 온도, 즉, 반송 라인(2)의 열교환기(22)와 팽창 장치(23) 사이의 부분(2c)의 BOG의 온도(T1)는 반송 라인(2)의 열교환기(22)를 통과하는 BOG의 유량과 압력, 제1 공급 라인(14)에서 열교환기(22)에 유입하는 BOG의 유량과 온도 등의 다양한 요소에 의존한다.

팽창 장치(23)는 반송 라인(2)을 따라 열교환기(22)로부터 흐르는 BOG를 팽창시킨다. 이로 인해 반송 라인(2)에서 팽창 장치(23)보다 하류측 부분의 BOG는 저압 저온의 기액(氣液) 2상 상태가 된다. 이와 같이, 제1 공급 라인(14)에서 반송 라인으로 유입된 BOG는 부분적으로 액화되어 탱크(11)로 반송된다. 팽창 장치(23)는 예를 들어, 팽창 밸브나 이젝터, 팽창 터빈 등이다.

탱크(11) 내부에는 펌프(31)가 배치되어 있으며, 제2 공급 라인(15)에는 탱크(11) 내부의 펌프(31)로부터 추출된 LNG를 강제로 기화하는 강제 기화기(32)가 설치되어 있다. 강제 기화기(32)는 예를 들면 보일러에서 생성된 증기를 열원으로 LNG를 강제로 기화시켜서 VG를 생성한다. 또한, 제2 공급 라인(15)에서 강제 기화기(32)보다 하류측 부분(15b)에는 VG에서 에탄 등의 중질 성분을 제거하는 장비(예를 들어, 냉각기 및 기액 분리기)가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해 메탄가가 높은 VG를 부 가스 엔진(13)에 공급할 수 있다.

제2 공급 라인(15)에서 강제 기화기(32)보다 상류측 부분(15a)에는 유량 제어 밸브(33)가 설치되어 있다. 유량 제어 밸브(33)는 강제 기화기(32)에 의해 생성되는 증발 가스의 양을 조절한다.

또한, 제2 공급 라인(15)으로부터는 제1 브리지(bridge) 라인(41)이 제1 공급 라인(14)에 연결되어 있다. 제1 브리지 라인(41)은 BOG가 주 가스 엔진(12)의 연료 가스 소비량(Q1)에 대해 부족하면 제2 공급 라인(15)에서 강제 기화기(32)보다 하류측 부분(15b)으로부터 제1 공급 라인(14)에서 압축기(16)보다 상류측 부분(14a)에 VG를 인도한다. 그 결과로, 주 가스 엔진(12)에 연료 가스로서 BOG 및 VG가 공급된다. 제1 브리지 라인(41)에는 개도 변경이 가능한 제1 제어 밸브(42)가 설치되어 있다.

또한, 압축기(16)의 중간으로부터 제2 브리지 라인(43)이 제2 공급 라인(15)에서 강제 기화기(32)보다 하류측 부분(15b)에 연결되어 있다. 제2 브리지 라인(43)은 BOG가 주 가스 엔진(12)의 연료 가스 소비량(Q1)에 대해 남을 때 압축기(16)로부터 제2 공급 라인(15)에 BOG를 인도한다. 그 결과로, 부 가스 엔진(13)에 연료 가스로서 VG 및 BOG(경우에 따라서는 BOG만)가 공급된다. 제2 브리지 라인(43)에는 개도 변경이 가능한 제2 조정 밸브(44)가 설치되어 있다.

또한, 반송 라인(2)에서 팽창 장치(23)와 반송 밸브(21) 사이에는 제1 압력계(51)가 설치되어 있다. 제1 압력계(51)는 반송 라인(2)에서 팽창 장치(23)와 반송 밸브(21) 사이의 BOG의 압력(p1)을 검출한다. 도 1에서는, 제1 압력계(51)는 반송 라인(2)에서 팽창 장치(23)와 열교환기(22) 사이의 부분(2c)에 배치되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 제1 압력계(51)는 반송 라인(2)에서 반송 밸브(21)와 열교환기(22) 사이의 부분(2b)에 배치되어 있어도 좋다.

또한, 반송 라인(2)에서 반송 밸브(21)보다 상류측 부분(2a)에는 제2 압력계(52)가 설치되어 있다. 제2 압력계(52)는 반송 라인(2)에서 반송 밸브(21)보다 상류측 부분(2a)의 BOG의 압력(p2)를 검출한다. 여기서, 반송 라인(2)의 반송 밸브(21)보다 상류측 부분(2a)은 제1 공급 라인(14)에서 압축기(16)보다 하류측 부분(14b)과 연통되어 있다. 따라서, 제2 압력계(52)에 의해 검출되는 BOG의 압력(p2)은 말하자면 제1 공급 라인(14)에서 압축기(16)보다 하류측 부분(14b)의 BOG (즉, 주 가스 엔진(12)에 공급되는 BOG)의 압력이다. 제1 압력계(51) 및 제2 압력계(52)에 의해 검출된 압력 값은 각각 제어 장치(5)에 보내진다.

상술한 반송 밸브(21), 유량 제어 밸브(33), 제1 조정 밸브(42) 및 제2 조정 밸브(44)는 제어 장치(5)에 의해 제어된다.

제어 장치(5)에는 주 가스 엔진(12)의 연료 가스 분사 타이밍을 제어하는 제1 가스 엔진 제어기(미도시) 및 부 가스 엔진(13)의 연료 가스 분사 타이밍을 제어하는 제2 가스 엔진 제어기(미도시)로부터 각종 신호가 전달된다. 예를 들어, 제어 장치(5)는 제1 가스 엔진 제어기에서 전송되는 신호로부터 주 가스 엔진(12)의 연료 가스 소비량(Q1)을 산출하고, 제2 가스 엔진 제어기에서 전송되는 신호로부터 부 가스 엔진(13)의 연료 가스 소비량(Q2)을 산출한다. 그러나, 제어 장치(5)는 제1 가스 엔진 제어기로부터 연료 가스 소비량(Q1)을 직접 취득하여도 좋고, 제2 가스 엔진 제어기로부터 연료 가스 소비량(Q2)를 직접 취득하여도 좋다.

다음으로, 반송 밸브(21)를 통해 BOG가 탱크(11)로 반송될 때의 제어에 대해 설명한다.

예를 들어, 제어 장치(5)는 다음의 조건 (A) ~ (D) 중 적어도 하나를 충족하면 반송 밸브(21)를 개방한다.

(A) 제2 브리지 라인(43)으로부터 부 가스 엔진(13)에 BOG를 공급하지 않는 경우, 탱크(11) 내부의 LNG의 양 및 탱크(11) 내부의 BOG의 압력으로부터 산출된 BOG의 이용 가능량(Qa)이 주 가스 엔진(12)의 연료 가스 소비량(Q1)보다 큰 경우;

(B) 제2 브리지 라인(43)으로부터 부 가스 엔진(13)에 BOG를 공급하는 경우, 주 가스 엔진(12)의 연료 가스 소비량(Q1)과 부 가스 엔진(13)의 연료 가스 소비량(Q2)의 총계보다 BOG의 이용 가능량(Qa)이 클 때;

(C) 탱크(11) 내부의 BOG의 압력이 소정의 압력보다 큰 경우;

(D) 주 가스 엔진(12)의 부하가 소정의 비율(예를 들어 70%)보다 낮을 때.

제어 장치(5)는 반송 밸브(21)를 개방한 동안에, 제1 압력계(51)에 의해 검출되는 BOG의 압력(p1)이 설정 압력(Ps)이 되도록 반송 밸브(21)의 개도를 제어한다. 여기에서, 설정 압력(Ps)은 팽창 장치(23)를 통과한 BOG의 재액화 율이 증가되도록 반송 라인(2)에서 열교환기(22)를 통과하는 BOG의 유량, 제1 공급 라인(14)에서 열교환기(22)에 유입되는 BOG의 유량과 온도 등의 다양한 요소에 따라 적절히 설정된다. 본 실시예에서는 도 2와 같이 설정 압력(Ps)은 초 임계 압력(Pc)보다 큰 압력으로 설정되어 있다. 그러나, 설정 압력(Ps)은 초 임계 압력(Pc) 이하의 압력이어도 좋다.

예를 들어, 주 가스 엔진(12)의 부하의 급격한 하락 등의 이유로 제1 공급 라인(14)에서 압축기(16)보다 하류측 부분(14b)의 압력(p2)이 과도하게 상승할 수 있다. 이러한 경우, 제어 장치(5)는 상술한 설정 압력(Ps)에 기초한 제어에 우선하여 반송 밸브(21)의 개도를 증가시킨다. 구체적으로는, 제어 장치(5)는 제2 압력계(52)에 의해 검출되는 BOG의 압력(p2)이 임계 값(PTH)을 초과할 때에, 반송 밸브(21)의 개도를 증가시킨다. 예를 들어, 상술한 제어에 관련해서는, 제어 시작이 반송 제어의 도중이고 반송 밸브(21)가 중간 개도에서 시작하여 좋고, 제어 시작이 반송 제어 시작 전이고 반송 밸브(21)가 전폐(全閉) 상태에서 시작하여도 좋다.

다음으로, 도 1 및 도 2를 참조하여, 제1 공급 라인(14) 및 반송 라인(2)에 흐르는 BOG의 상태 변화에 대해 설명한다. 또한, 도 2에는 비교를 위해 반송 밸브(21)에 의한 감압이 없이 반송 라인(2)을 통해 탱크(11)에 BOG를 반송할 때의 BOG의 상태 변화를 일점 쇄선으로 도시하고 있다. 또한, 도 2에는, BOG의 온도(T1 ~ T3)(T1 <T2 <T3)의 각각의 등온선(LT1 ~ LT3)을 가는 실선으로 도시하고 있다.

먼저, 저압 저온의 포화 상태(점 A)의 BOG가 제1 공급 라인(14)을 통해 탱크(11)로부터 열교환기(22)에 유입되고, 반송 라인(2)에 흐르는 고압 고온의 BOG와 열 교환하는 것에 의해 과열(슈퍼 히트; super heat)된다(점 A →점 B). 그 후에, BOG는 압축기(16)에 의해 초 임계 상태로 압축된다(점 B →점 C). 제1 공급 라인(14)으로부터 반송 라인(2)에 유입된 BOG는 반송 밸브(21)에 의해 설정 압력(Ps)까지 감압되고, BOG의 온도는 온도(T3)에서 온도(T2)로 저하된다(점 C →점 D). 그 후에, 반송 밸브(21)에 의해 감압된 BOG는 열교환기(22)에서 냉각되고, BOG의 온도는 온도(T2)에서 온도(T1)로 저하된다(점 D →점 E). 여기서, BOG는 열교환기(22)에서의 냉각에 의해 액화된다. 열교환기(22)로부터 흐르는 액체 상태의 BOG는 팽창 장치(23)에서 팽창됨에 따라 저압 저온의 기액 2상 상태가 된다(점 E →점 F). 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 있어서 BOG의 재액화 율은 반송 밸브(21)에 의한 감압이 없이 반송 라인(2)를 통해 탱크(11)에 BOG를 반송한 경우(점 C →점 E'→ 점 F')의 재액화 율에 비해 커진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박(1A)에서, 제어 장치(5)는 반송 라인(2)에서 반송 밸브(21)와 팽창 장치(23) 사이를 흐르는 BOG의 압력(p1)이 설정 압력(Ps)이 되도록 반송 밸브(21)를 제어하기 때문에, 팽창 장치(23)를 통과한 후의 BOG의 재액화 율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 냉열(冷熱)의 절대량이 동일하다면, 점(E)까지 냉각할 수 있는 반송 가스량 자체는 감소하지만, 액화 율이 상승하여 액화 량은 증가한다.

또한, 본 실시예에서는, 제어 장치(5)가 제2 압력계(52)에 의해 검출되는 BOG의 압력(p2)이 임계 값(PTH)을 상회할 때에, 반송 밸브(21)의 개도를 증가시키기 때문에, 압력(p2)이 지나치게 상승하는 경우 그 압력(p2)의 상승을 억제하고, 그 이외의 경우에는 상기의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 제1 공급 라인(14)에서 압축기(16)보다 상류측 부분(14a)에 흐르는 BOG를 이용하여 반송 라인(2)을 흐르는 BOG를 냉각할 수 있다.

(제2 실시예)

다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박(1B)을 설명한다. 여기서, 본 실시예에서 제1 실시예와 동일한 구성 요소에는 동일 부호를 부여하고 중복된 설명은 생략한다.

본 실시예에서는, 도 1에 도시된 열교환기(22) 대신에 반송 라인(2)에서 반송 밸브(21) 및 팽창 장치(23) 사이를 흐르는 BOG와, 제2 공급 라인(15)을 흐르는 LNG 사이에서 열교환을 하는 열교환기(24)가 설치되어 있다. 본 실시예는, 탱크(11)에서 압축기(16)로 인도된 BOG가 통과하는 열교환기가 설치된 않는 점이나 반송 라인(2)에서 반송 밸브(21) 및 팽창 장치(23) 사이를 흐르는 BOG를 냉각하는 열 매개체가 LNG인 점 등에서 제1 실시예와는 차이가 있다. 따라서, 본 실시예에서의 BOG의 상태 변화는 도 2에 도시된 제1 실시예의 BOG의 상태 변화와는 다른 상태가 된다. 따라서, 본 실시예에서는 제1 실시예와는 다른 설정 압력(Ps)이 팽창 장치(23)를 통과한 BOG의 재액화 율이 증가하도록 상술한 다양한 요소에 따라 적절히 설정된다.

본 실시예에서도 제1 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 제2 공급 라인(15)을 흐르는 LNG를 이용하여 반송 라인(2)을 흐르는 BOG를 냉각할 수 있다.

(기타 실시예)

상기 실시예는 모든 점에서 예시이고, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허 청구범위에 의해 나타나고, 특허 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것으로 의도된다.

예를 들어, 상기 실시예에서는 제어 장치(5)가 제2 압력계(52)에 의해 검출되는 BOG의 압력(p2)이 임계 값(PTH)을 상회할 때 반송 밸브(21)의 개도를 증가시켰으니, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제어 장치(5)는 제1 압력계(51)에 의해 검출되는 BOG의 압력(p1)을 설정 압력(Ps)으로 유지한 상태에서 압력(p2)이 임계 값(PTH)을 상회할 때, 제1 공급 라인(14)에서 압축기(16)보다 하류측 부분(14b)의 BOG를 가스 연소 장치 등(미도시)에서 도피하도록 제어하여도 좋다.

상기 실시예에서는 압축기(16)가 BOG를 초 임계 압력(Pc)보다 높은 압력까지 압축하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 주 가스 엔진(12)의 연료 가스 분사 압력이 중압(예를 들어 1 ~ 2 MPa 정도)이거나 저압(예를 들면 0.5 ~ 1 MPa 정도)인 경우, 압축기(16)로부터 주 가스 엔진(12)에 공급되는 압력(p2)은 초 임계 압력(Pc)보다 작아도 좋다.

또한, 반송 라인(2)에는, 제1 실시예의 열교환기(22)와 제2 실시예의 열교환기(24) 쌍방이 설치되어 있어도 좋다. 이 경우, 열교환기(22) 및 열교환기(24)는 반송 라인(2)에 별도로 설치되어도 좋고, 반송 라인(2)에 일체적으로 설치되어 있어도 좋다.

또한, 제1 브리지 라인(41)에는 제1 조정 밸브(42) 대신에 일차 압력이 변해도 일정한 이차 압력을 출력하는 감압 밸브와 체크 밸브가 설치되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 제1 공급 라인(14)에서 압축기(16)보다 상류측 부분(14a)을 흐르는 BOG의 압력이 감압 밸브의 이차 압력을 하회할 때 VG가 자동으로 보급된다.

또한, 주 가스 엔진(12) 및 부 가스 엔진(13)의 한쪽 또는 쌍방은 반드시 왕복 엔진일 필요는 없고, 가스 터빈 엔진이어도 좋다. 본 발명의 가스 엔진은 추진용의 주 가스 엔진이 아니어도 좋고, 예를 들어 선내 전원용 가스 엔진이어도 좋다.

또한, 본 발명은 제1 브리지 라인(41) 및/또는 제2 브리지 라인(43)을 구비하지 않는 선박에도 적용 가능하다. 또한, 본 발명은 부 가스 엔진(13) 및 그에 VG를 공급하기 위한 제2 공급 라인(15)을 구비하지 않는 선박에도 적용 가능하다.

1A, 1B: 선박
11: 탱크
12: 주 가스 엔진 (가스 엔진)
13: 부 가스 엔진
14: 제1 공급 라인(공급 라인)
15: 제 2 공급 라인
16: 압축기
2: 반송 라인
21: 반송 밸브
22, 24: 열교환기
5: 제어 장치
51: 제1 압력계(압력계)
52: 제2 압력계

Claims

가스 엔진과,
액화 천연 가스를 저장하는 탱크와,
상기 탱크 내부에서 발생하는 보일 오프 가스를 연료 가스로 상기 가스 엔진에 인도하고, 압축기가 설치된 공급 라인과,
상기 압축기보다 하류 측에서 상기 공급 라인으로부터 분기하여 상기 탱크로 이어지고, 팽창 장치가 설치된 반송 라인과,
상기 반송 라인에서 상기 팽창 장치보다 상류측 부분에 설치되고, 개도 변경 가능한 반송 밸브와,
상기 반송 라인에서 상기 반송 밸브와 상기 팽창 장치 사이를 흐르는 보일 오프 가스와 열 매개체 사이에서 열교환을 하는 열교환기와,
상기 반송 라인에서 상기 반송 밸브와 상기 팽창 장치 사이를 흐르는 보일 오프 가스의 압력을 검출하는 압력계와,
상기 압력계에 의해 검출되는 보일 오프 가스의 압력이 설정 압력이 되도록 상기 반송 밸브를 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서,
상기 압력계는 제1 압력계이고, 상기 선박은 상기 공급 라인에서 상기 압축기보다 하류측 부분을 흐르는 보일 오프 가스의 압력을 검출하는 제2 압력계를 더 포함하며,
상기 제어 장치는 상기 제2 압력계에 의해 검출되는 보일 오프 가스의 압력이 임계 값을 상회할 때에, 상기 설정 압력에 기초한 제어에 우선하여 상기 반송 밸브의 개도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열교환기는 상기 반송 라인에서 상기 반송 밸브와 상기 팽창 장치 사이를 흐르는 보일 오프 가스와 상기 공급 라인에서 상기 압축기보다 상류측 부분에 흐르는 보일 오프 가스 사이에서 열교환을 하는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 엔진은 주 가스 엔진이고, 상기 공급 라인은 제1 공급 라인이며,
상기 선박은 발전용의 부 가스 엔진과, 상기 탱크 내부로부터 액화 천연 가스를 추출하고, 그 액화 천연 가스가 기화된 증발 가스를 연료 가스로서 상기 부 가스 엔진으로 인도하는 제2 공급 라인을 구비하고,
상기 열교환기는 상기 반송 라인에서 상기 반송 밸브와 상기 팽창 장치 사이를 흐르는 보일 오프 가스와 상기 제2 공급 라인을 흐르는 액화 천연 가스 사이에서 열교환을 하는 것을 특징으로 하는 선박.