KR100942317B1 - 선박의 배기가스 배출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 추진이나 발전기의 구동에 사용되는 추진기관의 배기가스의 배출에 대한 것으로서 특히 추진기관의 배기가스를 물속으로 배출할 수 있도록 배기관을 구성하고 역류 방지를 위한 선체밸브를 설치하며, 추진기관의 원활한 시동을 위해 배기관에서 분지한 소구경의 배기관과 차단변을 추가로 설치하여 차단변의 작동이 시동키에 연동되도록 설계하는 배기가스 배출장치에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 선박의 추진기관(1)에서 배출되는 배기가스를 물속으로 배출되도록 하는 배기관(2); 상기 배기관(2)에 물이 역류되지 않도록 선체(9)에 선체밸브(3)를 설치하고 상기 배기관(2)에 압력감시 게이지(6)를 설치하며, 배기가스의 압력을 감시하고 배기관(2) 내부의 배기압과 외부의 수압에 따라 선체밸브(3)를 개폐할 수 있도록 제어하는 제어계통(8); 및 상기 수압에 의한 배압 상태에서도 추진기관(1)이 원활하게 시동되도록 배기관(2)으로부터 분지되어 설치되는 소구경의 배기관(4)과 차단변(5)으로 구성되며; 상기 차단변(5)의 작동이 추진기관(1)의 시동키(7)와 연동되도록 설계된 것을 특징으로 하는 선박의 배기가스 배출장치를 제시한다.

추진기관, 배기관, 배기가스, 시동특성

Description

선박의 배기가스 배출장치{Exhaust gas expulsion apparatus for ships}

본 발명은 선박 추진기관의 배기가스 배출장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 선박 추진기관의 배기가스를 물 속으로 배출할 수 있도록 배기관(exhaust gas pipe)과 선체밸브(hull valve)를 배치하고, 추진기관의 원활한 시동을 위해 배기관에서 분지한 소구경의 배기관과 차단변을 설치하여 차단변의 작동을 시동키에 연동되도록 설계하는 배기가스 배출장치에 관한 것이다.

통상적으로 선박의 추진이나 발전기의 구동을 위한 추진기관의 배기가스(exhaust gas)를 배출하기 위해 배기관을 선저에 위치한 기관실에서 선상까지 연장하여 배치하도록 설계하게 된다. 이러한 배기관을 선상까지 연장하여 설계할 경우 배기관이 통과하는 주위 구역(room) 및 장비에 대한 열 영향과 방사 소음을 분석하여 방열 장치와 방음 설비를 결정하게 된다.

일반적으로 추진기관을 구동하려면 연소공기 공급, 배기가스 배출, 연료유 공급 및 냉각해수 공급 등이 필요하고, 주기적으로 윤활유를 교환하여야 한다.

또한, 추진기관 구동을 위한 공기를 흡입하는 흡기 계통(intake air system), 공기를 추진기관에 사용한 후에 생성되는 배기를 배출하는 배기 계통(exhaust gas system), 추진기관을 구동하기 위한 연료유 계통(fuel oil system), 윤활유 계통(lubricating oil system) 및 추진기관의 냉각수를 공급하는 냉각해수 계통(cooling seawater system) 등의 추진기관 관련계통이 필요하고, 추진기관의 시동절차에 맞추어 추진기관 관련계통이 작동되도록 자동화되어 있다.

상기 흡기 계통은 추진기관이 제 요구 성능을 충분히 발휘할 수 있도록 연소에 필요한 공기를 선박 외부로부터 흡입하는 기능을 수행한다. 추진기관에 흡입되는 다량의 연소용 공기는 함 내에서 공급이 불가능하므로 함 외부로부터 공기 필터를 거쳐서 독립된 흡기관을 통해 직접 흡입한다.

추진기관의 시동특성은 추진기관의 시동 동안 흡기라인과 배기라인의 손실과 이에 따른 흡기의 압력 강하 및 배기의 배압 조건에서 배기가스 에너지를 이용하여 배기구로 배기가스를 방출하는 특성을 의미하며, 추진기관의 선정 및 배기계통 설계에서 매우 중요하다.

배기관(exhaust gas pipe)은 추진기관의 배압(back-pressure) 성능, 배기관의 냉각 온도(cooling temperature), 배기관의 압력 손실(pressure loss) 및 외부 배압 등을 고려하여 관경을 결정한다.

배기계통은 항해 동안 추진기관 구동에 의하여 발생하는 배기가스를 함 외로 배출한다. 전투함이나 잠수함의 경우 배출되는 배기가스로 인하여 적에게 탐지되지 않도록 피탐 가능성을 최소화할 수 있도록 배기가스 배출구의 위치와 형상을 설계 하여야 한다.

전투함의 배기계통은 추진 또는 발전을 위한 추진기관의 연소기(combustor)에서 연소된 배기가스를 독립적인 배기관을 통해 연돌(funnel) 상부로 함외 배출하는 기능을 수행한다. 고온의 배기가스 및 외부로 노출된 고온의 배기관은 강한 중적외선 신호를 방사함으로써 적에게 함의 위치를 노출시키는 중요한 원인을 제공할 수 있으므로, 배기관 끝단에 적외선 감소 장치(InfraRed Signature Suppression: IRSS)를 설치하여 배기가스의 배출 온도를 저감시킨다.

추진기관의 연소기에서 발생하는 고열에 의해 추진기관 모듈(module) 자체의 온도는 물론 기관실의 온도도 상승하게 된다. 이러한 온도 상승 효과를 줄이기 위해서 추진기관 모듈 내부에 연소용 공기 흡입 계통과는 별도로 냉각공기 흡입 계통을 설치하여 냉각공기를 공급해야 한다.

추진기관에서 발생하는 소음은 높은 수준으로 기관실뿐만 아니라 인접한 선박 내부의 격실 소음 수준에도 많은 영향을 미치게 된다. 따라서 추진기관 및 배기관의 소음수준은 승조원의 근무환경 향상과 안락한 거주성 확보 및 작업공간으로써의 역할을 수행하기 위하여 필수적으로 저 소음화 될 수 있도록 제어되어야 한다.

일반적으로 배기가스 배출구는 승조원이나 승객에 영향을 최소화하고, 대기 상태로 배출하기 위해 선박의 최상단 구조물 근처에 배치하게 된다. 이는 구조적으로 배기관의 길이를 길게 하고, 바람의 방향에 따라 배기가스가 분산되어 승조원이나 승객에 영향을 배제할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 전투함의 경우 배출되는 배기가스로 인하여 적에게 피탐 가능성이 있 고, 열 추적에 의한 공격에 노출되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 배기관의 길이를 단축하고, 배기가스가 승조원이나 승객에게 영향을 주지 않도록 추진기관의 배기가스를 물 속으로 배출할 수 있도록 배기관을 구성하고, 수심에 따른 배압에 관계없이 추진기관의 원활한 시동이 가능한 배출장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기와 같은 이점을 위하여 발명된 것으로, 배기관에 압력감시 게이지를 설치하여 배기가스의 압력을 감시하고, 이를 이용하여 배기관으로 외부의 물이 역류되지 않도록 선체밸브(Hull Valve)를 제어함으로써, 추진기관의 배기가스를 물 속으로 배출할 수 있도록 하여 승조원이나 승객의 거주 환경을 개선하고, 전투함의 경우 배출되는 배기가스로 인한 피탐 가능성을 최소화하는 데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명에 의하면, 선박의 추진기관에서 배출되는 배기가스를 물속으로 배출시키는 배기관; 상기 배기관을 통해 선체의 내부로 물의 역류를 방지하도록 상기 배기관에 선체밸브를 설치하고, 상기 배기관에 압력 송신기를 설치하여 배기가스의 압력을 감시하고, 상기 압력 송신기로부터 검출되는 상기 배기관 내부의 배기압과 외부의 수압에 따라 상기 선체밸브의 개폐를 제어하는 제어계통; 및 외부의 수압에 의한 배압 상태에서 상기 추진기관이 원활하게 시동되도록 상기 배기관으로부터 분지되어 설치되는 시동용 배기관과, 상기 시동용 배기관에 설치되는 차단변으로 구성되며; 상기 차단변의 개폐를 상기 추진기관의 시동 스위치 박스와 연동시키는 것을 특징으로 하는 선박의 배기가스 배출장치를 제시한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 추진기관의 시동 특성을 강화하지 않고도 배기가스를 물 속으로 배출할 수 있고, 따라서 배기가스에서 발생하는 소음과 방열량을 현격히 줄일 수 있다. 이는 승무원이나 승객의 승선 환경이 무엇보다 중요한 유람선(cruiser)과 같은 호화 여객선에 적용할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

본 발명은 배기관을 기관실에서 선미 또는 선측 방향으로 선체를 관통하고 선미 방향으로 배치하여 배기관의 설치 길이를 줄일 수 있고, 단열 면적 및 방사 소음을 최소화하여 승객에 영향을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명은 전투함에 적용하여 열 추적에 의한 피탐 가능성을 줄일 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면 서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 추진기관의 배기 배출 방식을 도시한 계통도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배기관의 선체에 설치하는 선체밸브의 설치상태와 작동 개념을 나타낸 평면구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 잠수함에 설치된 추진기관의 배기 배출 방식을 도시한 단면계통도이다.

도 1를 살펴보면, 본 발명은 추진기관(1)에서 배출되는 배기가스를 물 속으로 배출할 수 있도록 배기관(2)을 기관실에 설치된 추진기관(1)에서부터 선체(9)를 관통하여 물 속의 배출구까지 연장하여 설치하고, 상기 선체(9) 내부의 배기관(2)에 선체밸브(3)를 설치하여 배기관(2)의 개폐를 조절한다.

이때, 상기 배기관(2) 내부로 외부의 물이 역류하는 것을 방지하기 위해 선체(9) 내부의 배기관(2)은 외부 수면(water Line)(10) 보다 높게 상부로 구배를 주어 설치하고, 선체(9) 외부의 배기관(2)을 다수의 분지관으로 분지하여 배출되는 배기가스가 물속으로 분포되어 원활하게 배출되도록 형성한다.

즉, 본 발명은 배기관(2)과 배출구가 선미 방향으로 향하도록 배치하여 선박의 진행에 따라 배기가스가 물속으로 원활하게 배출되어 배기가스 배출에 외부 물의 저항이 최소화되도록 설치된 구조이다.

이때, 상기 배기관(2)에 물이 역류되지 않도록 선체밸브(3)를 설치하고, 상기 배기관(2)에 압력 송신기(6)를 설치하여 배기관(2) 내부의 배기가스의 압력을 감시하고 외부의 수압과 배기압에 따라 선체밸브(3)를 개폐할 수 있도록 제어계통(8)을 구성한다.

또한, 외부 물의 수심에 따른 수압에 의한 배압 상태에서도 추진기관(1)이 원활하게 시동되도록 하기 위해 배기관(2)에서 분지한 소구경의 시동용 배기관(4)을 설치하고, 상기 시동용 배기관(4)에 차단변(5)을 추가로 설치한다. 상기 시동용 배기관(4)의 배출구는 외부 수면(10) 보다 높은 위치로 설정하여 상기 시동용 배기관(4)을 통해 배출되는 배기가스는 대기 중으로 배출되도록 한다.

상기 외부 물의 수심에 따른 수압에 의한 배압과 추진기관(1)의 시동 조건을 맞추어 설계하고, 추진기관(1)의 운전 효율, 추진기(propeller)의 효율에 미치는 영향 및 배기가스의 외부 노출 등을 고려하여 배기관(2)의 배출구의 위치(수심)을 결정하게 되며, 일반적인 경우 만선 상태를 기준으로 하여 외부 수면(10)에서 물속으로 수직높이가 약 1m 내외로 배기관(2)의 배출구에 대한 위치(수심)을 결정하게 된다.

이렇게 설치된 상기 차단변(5)의 작동은 추진기관(1)의 시동 스위치 박스(7)와 연동되도록 제어계통(8)을 구성하여 추진기관(1)의 시동 후에 약 2~3초 동안 차단변(5)을 열림(open) 상태로 유지하고, 바로 닫힘(close) 상태로 전환되도록 설계하게 된다. 즉, 시동용 배기관(4)의 배출구를 통해 대기 중으로 추진기관(1)의 배기가스를 배출하여 시동하고, 시동후 약 2~3초 후에 시동용 배기관(4)에 설치된 차단변(5)을 닫고 선체밸브(3)를 열어 배기관(2)를 통해 추진기관(1)의 배기가스를 물속으로 배출하게 된다.

도 2를 살펴보면, 본 발명은 선체밸브(hull valve)(3)의 개폐를 조절하는 유압(hydraulic power)이나 공압(pneumatic power)으로 동작하는 작동 실린더(cylinder)(11)를 선체밸브(3)의 일측에 설치하여 작동 실린더(11)를 이용하여 선체밸브(3)를 작동할 수 있게 하는 바, 상기 작동 실린더(11)는 스프링(13)에 의해 탄발지지되어 상기 선체밸브(3)의 개폐를 조절하는 피스톤(12)과, 상기 작동 실린더(11)에 유압이나 공압의 공급방향을 조절하여 상기 피스톤(12)의 이동을 제어하여 상기 선체밸브(3)의 개폐를 조절하는 제어밸브(14)를 구비한다.

이때, 상기 작동 실린더(11)에 유압이나 공압이 공급되지 않도록 제어밸브(solenoid valve)(14)가 조종되어 유압의 공급 배관(supply line)과 회수 배관(return line)이 연결된 제어밸브(14)의 중립 상태에서는 상기 작동 실린더(11) 내부에 설치된 스프링(spring)(13)의 탄성력에 의해 선체밸브(3)가 차단되도록 형성한다.

즉, 본 발명은 배기관(2) 내부의 배기압력에 따라 선체밸브(3)가 열릴 수 있 도록 선체밸브(3)의 내부 시트(피스톤)(12)의 단면적이 결정된 구조이다.

한편, 배기관(2)에 설치된 압력 송신기(6)에 의해 선체밸브(3)가 제어 중에는 제어밸브(14)의 개폐 위치가 조종되어 상기 제어밸브(14)에 제공되는 유압이나 공압에 의해 작동 실린더(11)의 동작이 이루어져 닫힘 상태(12) 또는 열림 상태(12a)를 유지하고 있는 것이다.

상기와 같은 설치구조를 갖는 본 발명은 선체(9) 내부의 배기관(2)에 배기가스에 의한 과압(overpressure)을 방지하고, 선체(9) 내부의 배기관(2)으로 외부의 물이 역류되지 않도록 선체밸브(3)를 제어하여 추진기관(1)의 배기가스를 물 속으로 배출할 수 있도록 하고 있는 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 배기가스 배출장치를 잠수함에 적용할 경우에는 잠수함의 추진기관(1)으로부터 배기관(2)을 압력선체(15)의 외부로 연장하여 설치하여 배기가스를 수중에 직접 배출되게 한다. 상기 배기관(2)에는 시동용 배기관(4)을 분지하도록 연결하여 압력선체(pressure hull)(15)의 외부로 노출되는 사령탑(bridge fin)(16)의 승강마스트(hoisting mast)(17)의 상부에 연결한다.

그리고, 상기 시동용 배기관(4)을 잠수함의 사령탑(16) 최상부까지 연장하여 승강마스트(17)의 상승과 하강에 문제가 없도록 상기 시동용 배기관(4)중 압력선체(15)에 고정된 시동용 배기관(4)과 상기 승강마스트(17)에 고정된 시동용 배기관(4) 사이를 유연성 호스(flexible hose)(19)로 연결한다.

한편, 상기 시동용 배기관(4)상에서 상기 압력선체(15)를 관통하는 위치에 압력선체밸브(18)가 설치되고, 평상시에는 열림(open) 상태로 유지된다.

또한, 원활한 시동을 위해 상기 승강 마스트(17)의 상부로 추가한 시동용 배기관(4)과 승강마스트(17)의 연결부위에 차단변(5)이 설치되어 추진기관(1)이 항상 대기압 조건에서 시동될 수 있도록 한다. 아울러, 상기 차단변(5)는 시동 스위치 박스(7)와 제어계통(8)으로 연결하여 상기 차단변(5)의 개폐는 시동 스위치 박스(7)의 동작과 연동되게 한다.

또한, 본 발명은 선저에 설치되는 추진기관(1)의 배압 시동 특성을 향상시켜 잠수함에도 저 배압 특성의 추진기관(1)을 탑재할 수 있는 이점도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예로서 선박의 배기가스 배출장치에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 기술적 범위 내에 포함된다 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 추진기관의 배기 배출 방식을 도시한 계통도이다.

도 2는 본 발명에 따른 배기관의 선체밸브의 설치상태와 작동 개념을 나타낸 평면구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 잠수함에 설치된 추진기관의 배기 배출 방식을 도시한 단면계통도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1: 추진기관 2: 배기관

3: 선체밸브 4: 시동용 배기관

5: 차단변 6: 압력 송신기

7: 시동 스위치 박스 8: 제어 계통

9: 선체 10: 외부 수면

11: 작동 실린더 12: 피스톤(닫힘 위치)

12a: 피스톤(열림 위치) 13: 스프링

14: 제어밸브 15: 압력선체

16: 사령탑 17: 승강 마스트

18: 압력선체밸브 19: 유연성 호스

Claims (4)

1. 선박의 추진기관(1)에서 배출되는 배기가스를 물속으로 배출시키는 배기관(2);

   상기 배기관(2)을 통해 선체(9)의 내부로 물의 역류를 방지하도록 상기 배기관(2)에 선체밸브(3)를 설치하고, 상기 배기관(2)에 압력 송신기(6)를 설치하여 배기가스의 압력을 감시하고, 상기 압력 송신기(6)로부터 검출되는 상기 배기관(2) 내부의 배기압과 외부의 수압에 따라 상기 선체밸브(3)의 개폐를 제어하는 제어계통(8); 및

   외부의 수압에 의한 배압 상태에서 상기 추진기관(1)이 원활하게 시동되도록 상기 배기관(2)으로부터 분지되어 설치되는 시동용 배기관(4)과, 상기 시동용 배기관(4)에 설치되는 차단변(5)으로 구성되며;

   상기 차단변(5)의 개폐를 상기 추진기관(1)의 시동 스위치 박스(7)와 연동시키는 것을 특징으로 하는 선박의 배기가스 배출장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 선체밸브(3)의 개폐를 유압이나 공압으로 작동하는 작동 실린더(11)를 설치하고, 상기 작동 실린더(11)는 스프링(13)에 의해 탄발지지되어 상기 선체밸브(3)의 개폐를 조절하는 피스톤(12)과, 상기 작동 실린더(11)에 유압이나 공압의 공급방향을 조절하여 상기 피스톤(12)의 이동을 제어하여 상기 선체밸브(3)의 개폐를 조절하는 제어밸브(14)를 구비하고, 상기 제어밸브(14)가 중립 상태에서는 상기 작동 실린더(11)에 제공되는 유압이나 공압이 평형상태가 되어 상기 배기관(2) 내부의 배기압력과 상기 스프링(13)의 탄성력에 의해 상기 피스톤(12)이 상기 선체밸브(3)의 개폐를 조절하도록 상기 피스톤(12)의 단면적으로 결정하며, 상기 압력 송신기(6)에 의해 상기 선체밸브(3)의 개폐를 제어할 때에는 상기 제어밸브(14)에 제공되는 유압이나 공압에 의해 상기 피스톤(12)의 동작이 이루어져 상기 선체밸브(3)의 개폐가 조절되는 것을 특징으로 하는 선박의 배기가스 배출장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 배기관(2) 내부로 외부의 물이 역류하는 것을 방지하기 위해 상기 선체(9) 내부의 배기관(2)은 외부 수면(10) 보다 높게 상부로 구배를 주어 설치하고, 상기 선체(9) 외부의 배기관(2)은 다수의 분지관으로 분지하여 배기가스가 선박의 선미 방향에서 물속으로 분포되어 배출되는 것을 특징으로 하는 선박의 배기가스 배출장치.
4. 잠수함의 추진기관(1)에서 배출되는 배기가스를 물속으로 배출시키는 배기관(2)과, 상기 배기관(2)으로부터 분지되어 사령탑(16)의 승강마스트(17)에 연장되어 결합되는 시동용 배기관(4)을 구비하고,

   상기 승강마스트(17)의 상승과 하강에 문제가 없도록 상기 시동용 배기관(4)중 상기 추진기관(1)으로부터 압력선체(15)를 관통하여 설치된 시동용 배기관(4)과 상기 승강마스트(17)에 고정된 시동용 배기관(4) 사이를 유연성 호스(19)로 연결하여 결합하고,

   상기 시동용 배기관(4)상에서 상기 압력선체(15)를 관통하는 위치에 압력선체밸브(18)가 설치되어 상기 시동용 배기관(4)을 평상시에는 열림(open) 상태로 유지하고,

   상기 시동용 배기관(4)상에서 상기 승강마스트(17)에 연결되는 위치에 차단변(5)을 설치하며, 상기 차단변(5)의 개폐를 제어계통(8)으로서 시동 스위치 박스(7)의 동작과 연동되게 하여 상기 추진기관(1)의 배압 시동 특성을 향상시켜 저 배압 특성의 추진기관(1)을 탑재할 수 있도록 하는 선박의 배기가스 배출장치.

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