KR100955041B1 - 폐기열을 이용한 선내 난방 장치 - Google Patents

폐기열을 이용한 선내 난방 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선내 난방 장치에 있어서, 선박의 배기가스를 방출시키는 펀넬(funnel)과, 선내로 공급되는 공기가 펀넬을 통하여 방출되는 배기가스로부터 열을 전달받을 수 있도록 펀넬과 열교환 가능하도록 형성되는 열흡수공기순환장치를 포함한다.
이로써, 본 발명은 펀넬을 통하여 선박의 외부로 방출되는 배기가스의 폐기열을 활용하여 선내의 난방이 가능하도록 함으로써, 선내를 난방하기 위한 별도의 연료가 전혀 필요하지 않게 되어 비용을 절감시킬 수 있다. 이 뿐만 아니라, 폐기열을 적절히 활용함으로써, 선박의 에너지 활용 효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 배출되는 배기가스의 온도를 낮추어 대기환경의 열오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.
Figure R1020070083780
난방, 펀넬, 폐기열

Description

폐기열을 이용한 선내 난방 장치{INBOARD HEATING INSTALLATION USING WASTE HEAT}
본 발명은 선박의 내부, 즉 선실 등의 선내를 난방하는 선내 난방 장치에 관한 것으로, 선박의 펀넬(funnel)의 내부를 통과하는 고온의 배기가스를 이용하여 선내의 난방을 꾀할 수 있도록 하는 폐기열을 이용한 선내 난방 장치에 관한 것이다.
선박은 몇 개월 이상의 장시간 동안 육지에 정박하지 않고 해상에서 운용되는 경우가 많다. 특히, 선박이 연안에서 동절기에 운용되거나 또는 극지방에서 운용되는 경우에는, 선박의 내부인 선내를 일정온도로 유지시키기 위한 난방장치가 필수적으로 요구된다.
선박의 펀넬(funnel)은 선박에서 발생하는 배기가스를 방출시키는 굴뚝과 같은 기능을 하는 것으로, 선박의 보일러, 엔진, 또는 터빈 등의 구동에 의하여 발생되는 배기가스는 펀넬에 모여져 선박의 외부로 배출되게 된다. 여기서, 펀넬에 의하여 방출되는 배기가스는 일반적인 상선에서 약 300℃ ∼ 350℃에 해당하는 높은 온도를 가지는데, 펀넬을 통한 배기가스의 방출로 배기가스에 포함되어 있는 열도 활용되지 못하고 외부로 버려지게 된다.
여기서, 일반적인 선박의 선내 난방 장치는 선내의 내기를 별도의 연료로 가열된 온수 또는 증기 등과 열교환 시킴으로써 선내의 내기에 열을 공급하게 되며, 이와 관련하여 HVAC(Heating Ventilation and Air Conditioning) 장치가 개발되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, HVAC 장치(1)는 선내의 내기와 선박 외부의 외기를 혼합하는 혼합부(2), 공기에 포함되어 있는 먼지 등의 이물질을 필터링하는 필터링부(3), 공기에 열을 공급하는 열공급부(4), 공기의 냉각이 필요할 경우에 공기에서 열을 제거하는 냉각부(5), 공기에 포함되어 있는 수분의 양을 조절하는 습도 조절부(6) 및 수분제거부(7), 송출할 공기의 양을 조절하는 송출량 조절부(8), 선내의 각 부분에 방출될 공기를 분배하는 분배부(9), 분배된 공기를 각 선내에 방출하는 선내방출부(10)로 구성된다. 또한, 혼합부(2)에는 선박 외부의 외기를 흡입하는 외기흡입부(11) 및 선내의 공기를 흡입하는 선내공기흡입부(12)가 형성되어 있다.
여기서, 외기 흡입부(11) 및 선내공기흡입부(12)에는 팬(미도시)이 마련되어 외기 및 선내 공기가 적절하게 흡입되도록 형성되며, 열공급부(4)에는 동관(미도시)과 알루미늄 핀(미도시)으로 구성되는 열방출부(13)가 구비되어, 열방출부(13)내에 흐르는 고온의 온수 또는 증기(14)에서 열공급부(4) 내에 흐르는 공기에 열이 전달될 수 있도록 된다.
일반적인 선박의 선내 난방 장치에 있어서, 공기의 흐름을 살펴보면, 외기흡 입부(11)를 통하여 흡입된 외기와 선내공기흡입부(12)를 통하여 흡입된 내기는 혼합부(2)에서 혼합된 후, 필터링부(3)에서 공기에 포함된 먼지 등의 이물질 등이 제거되게 되고, 열공급부(4)에서 열을 공급받게 된다. 이 후, 공기의 적절한 습도를 조절하기 위하여 가열증기나 물을 공기 중에 분사하게 되는 습도조절부(6) 및 공기 속의 물방울 등을 제거하는 수분제거부(7)를 통하여 공기의 습도가 조절된 후, 송출량조절부(8) 및 분배부(9)를 거쳐 각 선내로 방출되게 된다.
또한, 열공급부(4) 및 냉각부(5)에는 선내로 방출되는 공기의 온도를 감지하는 온도감지센서(미도시)가 구비되고, 습도조절부(6)에는 선내로 방출되는 공기의 습도를 감지하는 습도감지센서(미도시)가 구비됨은 물론이다.
상기한 바와 같은 종래 선박의 선내 난방 장치는 열공급부에 구비된 열방출부에 고온의 온수 또는 증기를 유입시키기 위하여 별도로 온수 등을 가열하기 위한 장치가 필요하게 되며, 동 장치를 구동하기 위하여 별도의 연료가 필요하게 된다. 따라서, 상기 장치를 위한 별도의 공간이 선박 내에 마련되어야 하며, 또한, 동 장치를 구동하기 위한 별도의 연료의 소비에 의하여 추가적인 비용이 소모되게 된다. 또한, 종래의 선박은 보일러, 엔진, 또는 터빈 등의 구동에 의하여 발생되는 배기가스를 펀넬을 통하여 선박의 외부로 배출시킴으로써, 펀넬을 통한 배기가스의 방출로 배기가스에 포함되어 있는 열도 활용되지 못하고 외부로 버려지게 될 뿐만 아니라, 환경 열오염이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 펀넬을 통하여 선박의 외부로 방출되는 배기가스의 폐기열을 활용하여 선박의 내부에 별도의 장치 없이도 선내의 난방이 가능하도록 하는 장치를 제공함으로써, 선내의 공간을 절약할 뿐만 아니라, 선내를 난방하기 위한 비용을 절감시킬 수 있고, 선박의 에너지 활용 효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 배출되는 배기가스의 온도를 낮춤으로써, 대기환경의 열오염을 줄일 수 있게 된다.
본 발명은 선내 난방 장치에 있어서, 선박의 배기가스를 방출시키는 펀넬(funnel)과, 선내로 공급되는 공기가 펀넬을 통하여 방출되는 배기가스로부터 열을 전달받을 수 있도록 펀넬과 열교환 가능하도록 형성되는 열흡수공기순환장치를 포함한다.
여기서, 열흡수공기순환장치는 선박의 외기를 흡수하는 외기흡입부와, 펀넬과 열교환하여 상기 흡입된 외기를 가열하는 열공급부와, 가열된 외기를 선내로 방출시키는 선내방출부를 포함할 수 있다.
또한, 열흡수공기순환장치는 선박의 외기를 흡수하는 제 1 외기흡입부와, 펀넬과 열교환하여 제 1 외기흡입부로부터 흡입된 공기를 가열하는 열공급부와, 선내로부터 선내의 공기를 흡입하는 선내공기흡입부와, 선박의 외기를 흡수하는 제 2 외기흡입부와, 제 1 외기흡입부를 통하여 흡수된 외기, 제 2 외기흡입부를 통하여 흡수된 외기, 및 상기 선내의 공기를 혼합하는 내외기혼합부와, 내외기혼합부에서 혼합된 공기를 선내로 방출시키는 선내방출부를 포함할 수 있다.
상기의 경우에, 열공급부는 펀넬의 주위와 접촉하는 덕트로 형성될 수 있다.
또한, 열흡수공기순환장치는 공기순환조절장치를 더 포함하여 순환되는 공기의 양을 조절할 수 있도록 형성될 수 있다.
본 발명은 펀넬을 통하여 선박의 외부로 방출되는 배기가스의 폐기열을 활용하여 선내의 난방이 가능하도록 하는 장치를 제공함으로써, 선내를 난방하기 위한 별도의 연료가 전혀 필요하지 않게 되어 비용을 절감시킬 수 있다. 이 뿐만 아니라, 폐기열을 적절히 활용함으로써, 선박의 에너지 활용 효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 배출되는 배기가스의 온도를 낮추어 대기환경의 열오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 페기열을 이용한 선내 난방 장치에 관한 일 실시예의 도면이다. 도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 펀넬 주위에 덕트가 형성된 사시도이고, 도 4는 펀넬 주위에 덕트가 형성된 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐기열을 이용한 선내 난방 장 치(50)에 있어서, 펀넬(20)과 열교환 가능하도록 형성되는 열흡수공기순환장치(30)는 약 300℃ ∼ 350℃의 온도를 갖는 펀넬(20) 내의 배기가스(E)의 열을 활용하여 선내로 방출되는 공기에 열을 공급한다. 열흡수공기순환장치(30)는 선박의 외부의 공기를 흡입하는 제 1 외기흡입부(31a)와, 펀넬(20)과 열교환하여 흡입된 외기를 가열하는 열공급부(30a)와, 가열된 외기를 선내로 방출시키는 선내방출부(30b)를 포함한다.
제 1 외기흡입부(31a)는 선박의 외부로 개방된 영역과 연결되어 선박의 외기를 열흡수공기순환장치(30)로 안내하는데, 예를 들어 펀넬(20)의 주위, 선박의 상부데크(upper deck, 미도시), 또는 선박의 측면에 마련되어 있는 홀(hole, 미도시)과 덕트(duct, 미도시)로 연결되어 있고, 덕트 내 또는 제 1 외기흡입부(31a)에는 외기를 흡입하기 위한 팬(fan, 미도시)이 구비된다.
또한, 열공급부(30a)는 흡입된 외기가 펀넬(20)과 열교환함으로써, 흡입된 외기로 열이 전달될 수 있도록 형성된다. 예를 들어, 펀넬(20)의 주위에 펀넬(20) 과 직접 접촉하도록 흡입된 외기의 유로가 되는 덕트가 형성되되, 철재의 펀넬(20)로부터 열이 전달될 수 있도록 적어도 펀넬(22)과 직접 접촉되는 부분은 알루미늄, 철, 또는 구리 등의 열전도도가 높은 물질로 형성된다.
도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 열공급부(30a)에 대하여 좀 더 상세하게 설명하면, 펀넬(20)의 주위에 철재의 펀넬(20)과 직접 접촉되는 열전도도가 높은 알루미늄, 철, 또는 구리 등의 재질로 형성되는 덕트(34)가 형성되되, 300℃ ∼ 350℃의 온도를 갖는 펀넬(20) 내의 배기가스(E)에서 펀넬(20)을 거쳐 덕트(34)로 열이 직접 전달됨으로써, 덕트(34)의 온도는 배기가스(E)와 거의 동일한 온도, 즉, 300℃ ∼ 350℃의 온도로 유지될 수 있게 된다. 또한, 덕트(34)는 제 1 외기흡입부(31a) 및 선내방출부(30b)와 연결되어 제 1 외기흡입부(31a)로부터 흡입된 공기가 덕트(34)를 통과하면서 가열되어 선내방출부(30b)로 방출될 수 있게 된다. 이 경우, 덕트(34)로부터 덕트(34)를 통과하는 공기로 열이 전달되는 원리는 300℃ ∼ 350℃로 유지되는 덕트로부터 공기로 직접 방출되는 복사현상으로 설명될 수 있다.
여기서, 덕트(34)는 펀넬(20)의 표면 일부와 직접 접촉되도록 형성되는데, 환형 형상으로 형성되거나, 반환형 형상 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다.
또한, 펀넬(20)과 덕트(34) 사이의 열전달 효율을 높이기 위하여, 덕트(34)가 접촉하는 부분이 요철형상(미도시)을 갖도록 형성될 수 있으며, 이 경우, 펀넬(20)의 요철형상을 갖는 부분에 대응하는 덕트에는 동 요철형상과 반대되는 요철형상이 형성될 수 있다.
마지막으로, 선내방출부(30b)는 공기가 선내로 방출될 수 있도록 형성되되, 선내와 연결된 공기 방출 덕트(41)를 포함한다. 또한, 선내방출부(30b)에는 공기를 강제로 방출시키기 위한 팬(미도시) 등이 구비될 수 있고, 선내방출부(30b)에서 배출되는 공기의 유량을 조절할 수 있도록 수동 또는 자동으로 조절되는 댐퍼(damper, 미도시)가 구비될 수 있다.
또한, 선내의 복수의 장소에 공기를 공급할 필요가 있는 경우에는, 열흡수공기순환장치(30)를 순환하는 공기를 각각의 선내와 연결된 복수개의 공기 방출 덕트 로 분배하는 분배부(39)를 구비할 수 있다.
더욱이, 열흡수공기순환장치(30)에는 선내공기흡입부(42)와 내외기혼합부(32)를 더 포함하여 제 1 외기흡입부(31a)를 통하여 흡입된 외기와 선내공기흡입부(42)를 통하여 흡입된 내기를 내외기혼합부(32)에서 혼합되도록 형성될 수 있으며, 선내공기흡입부(42)와 제 1 외기흡기부(31a) 각각에는 수동 또는 자동으로 조절되는 댐퍼(미도시)가 형성되어 흡입되는 선내공기와 외기 각각의 유량을 조절할 수 있도록 형성된다.
또한, 열흡수공기순환장치(30)에는 선내에 마련된 온도조절장치(44)에서 설정되는 온도에 따라 열흡수공기순환장치(30)를 유동하는 공기 양을 조절하는 공기순환조절장치(43)가 별도로 마련될 수 있음은 물론이다. 이 경우, 공기순환조절장치(43)는 온도조절장치(44)에서 설정되는 온도에 따라 각 댐퍼(미도시) 내지 팬(미도시)의 개방정도를 결정하게 된다. 구체적으로 공기순환조절장치(43)는 온도제어부(48a)를 구비하여, 온도조절장치(44)의 설정온도에 따라 선내공기흡입부(42)에 마련된 댐퍼 및 제 1 외기흡입부(31a)에 마련된 댐퍼의 개방정도를 조절하거나, 선내공기흡입부(42)에 마련된 팬 및 제 1 외기흡입부(31a)에 마련된 팬의 회전수를 조절하게 된다.
또한, 열흡수공기순환장치(30)에는 별도의 송출량조절부(38)를 구비하여 송출량조절부(38) 내에 구비된 팬(38a)의 회전수의 조절을 통하여 열흡수공기순환장치(30)에 유동되는 공기의 양을 조절할 수 있으며, 이 때, 상기 온도제어부(48a)는 송출량조절부(38) 내의 팬(38a)의 회전수도 제어하도록 형성된다.
또한, 열흡수공기순환장치(30)에는 가열된 공기에 습기를 공급할 수 있도록 증기나 물을 분사하는 분사부(미도시)를 갖는 습도조절부(36)가 구비될 수 있으며, 또한, 공기 중에 발생하는 물방울 등을 제거함으로써 송출량조절부(38)에 물방울 등이 유입되지 않도록 하는 수분제거부(37)도 구비될 수 있음은 물론이다.
여기서, 습도조절부(36)가 형성되는 경우에는 분사되는 증기나 물의 양을 조절하기 위하여, 희망하는 습도에 따라 증기나 물의 양을 조절하는 습도제어부(48b)가 구비될 수 있으며, 상기 희망하는 습도를 선내에서 조절할 수 있도록 선내에 습도조절장치(46)가 구비될 수 있음은 물론이다.
또한, 습도제어부(48b)는 공기순환조절장치(43) 내에 형성되어 온도제어부(48a)와 함께 온습도제어부(48)로 형성될 수 있음은 물론이다.
더욱이, 열흡수공기순환장치(30)에는 고효율의 폴리아마이드 필터(polyamide filter)와 같은 필터가 구비되어 선내로 공급되는 공기를 여과하기 위한 필터링부(33)가 구비될 수 있으며, 본 발명에 따른 폐기열을 이용한 선내 난방 장치(50)가 선내 냉난방 장치로 운용되는 경우에는, 냉각부(35)가 더 구비될 수 있음은 물론이며, 이에 대한 구체적인 내용은 생략하기로 한다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐기열을 이용한 선내 난방 장치(50)에 있어서, 펀넬(20)과 열교환 가능하도록 형성되는 열흡수공기순환장치(30)는 제 1 외기흡입부(31a)와 함께 선박의 외부의 공기를 흡입하는 제 2 외기흡입부(31b)를 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 외기흡입부(31a)에서 흡입되어 덕트(34)를 거치면서 가열된 공기와 제 2 외기흡입부(31b)로부터 흡입된 외기 및 선내공기흡입부(42)로부터 흡입된 공기가 혼합부(32)에서 함께 혼합됨으로써, 선내에 공급되는 공기에 가열되지 않은 외기도 함께 혼합될 수 있도록 형성될 수 있다. 이 경우, 제 2 외기흡입부(31b)에는 제 2 외기흡입부(31b)의 공기의 유량을 조절하기 위한 댐퍼(미도시)가 형성될 수 있음은 물론이며, 이 때, 상기 댐퍼는 공기순환조절장치(43)의 제어를 받을 수 있다.
도 3에서 설명되지 않은 참조부호 '60'은 선박의 구동을 위한 터빈 등에서 배출되는 공기를 내보내는 기관실 공기배출부이다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 할 것이다.
도 1 은 종래기술에 따른 선내 난방 장치의 개념도이고,
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 개념도이고,
도 3는 본 발명에 따른 펀넬 주위에 덕트가 형성된 사시도이고,
도 4는 펀넬의 배기가스 관 주위에 덕트가 형성된 단면도이다.
<도면의 주요부분에 관한 설명>
20: 펀넬 30: 열흡수공기순환장치
31a: 제 1 외기흡입부 31b: 제 2 외기흡입부
32: 혼합부 33: 필터링부
34: 덕트 35: 냉각부
36: 습도조절부 37: 수분제거부
38: 송출량조절부 38a: 팬
39: 분배부 42: 선내공기흡입부
43: 공기순환조절장치 44: 온도조절장치
46: 습도조절장치 48: 온습도제어기
50: 폐기열을 이용한 선내 난방 장치 60: 기관실 공기 배출부

Claims (5)

  1. 선내 난방 장치에 있어서,
    선박의 배기가스를 방출시키는 펀넬(funnel)과,
    상기 선내로 공급되는 공기가 상기 펀넬을 통하여 방출되는 배기가스로부터 열을 전달받을 수 있도록 상기 펀넬과 열교환 가능하도록 형성되는 열흡수공기순환장치를 포함하되,
    상기 열흡수공기순환장치는
    상기 선박의 외기를 흡수하는 제 1 외기흡입부와,
    상기 펀넬과 열교환하여 상기 제 1 외기흡입부로 부터 흡입된 공기를 가열하는 열공급부와,
    상기 선내로부터 선내의 공기를 흡입하는 선내공기흡입부와,
    상기 선박의 외기를 흡수하는 제 2 외기흡입부와,
    상기 제 1 외기흡입부를 통하여 흡수된 외기, 제 2 외기흡입부를 통하여 흡수된 외기, 및 상기 선내공기흡입부로부터 흡입된 선내의 공기를 혼합하는 내외기 혼합부와,
    상기 내외기혼합부에서 혼합된 공기를 선내로 방출시키는 선내방출부를 포함하는
    폐기열을 이용한 선내 난방 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열공급부는
    상기 펀넬의 주위와 접촉하는 덕트인
    폐기열을 이용한 선내 난방 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열흡수공기순환장치는 순환되는 공기의 양을 조절하기 위한 공기순환조절장치를 더 포함하는
    폐기열을 이용한 선내 난방 장치.
KR1020070083780A 2007-08-21 2007-08-21 폐기열을 이용한 선내 난방 장치 KR100955041B1 (ko)

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