KR101129548B1 - 냉각 시스템 및 냉각 시스템을 포함하는 선박 - Google Patents

Abstract

냉각 시스템 및 냉각 시스템을 포함하는 선박이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 공기조화기와, 적어도 하나의 터빈냉각장치와, 덤프/드레인 콘댄서 및 메인 냉각장치부를 포함하는 냉각 시스템에 있어서, 상기 메인 냉각장치부로부터 상기 공기조화기 및 상기 적어도 하나의 터빈냉각장치와 체결되어 상기 공기조화기 및 상기 적어도 하나의 터빈냉각장치로 냉각수를 공급하는 제 1 배관과, 상기 공기조화기 및 상기 적어도 하나의 터빈냉각장치를 순환한 상기 냉각수를 상기 덤프/드레인 콘댄서로 공급하는 제 2 배관과, 상기 덤프/드레인 콘댄서에서 열교환 한 상기 냉각수를 상기 메인 냉각장치부로 유동시키는 제 3 배관을 포함한다.

Description

냉각 시스템 및 냉각 시스템을 포함하는 선박{Cooling system and ship including cooling system }

본 발명은 냉각 시스템 및 냉각 시스템을 포함하는 선박에 관한 것이다.

선박의 운행시 보일러를 통하여 스팀을 생성한다. 생성된 스팀은 터빈으로 공급되어 터빈을 구동시킨다. 이때, 스팀은 선박의 운행에 필요한 양만큼 스팀의 일부가 터빈으로 공급되어 터빈을 구동시킨다.

터빈으로 공급된 스팀은 다시 덤프/드레인 콘댄서로 공급되어 응축된다. 이때, 터빈으로 공급된 스팀은 덤프/드레인 콘댄서에서 응축된다. 또한, 터빈으로 공급되지 못한 일부 스팀은 덤프/드레인 콘댄서로 이동하여 응축된다.

덤프/드레인 콘댄서에는 메인 냉각장치로부터 냉각수가 공급된다. 냉각수에 의하여 덤프/드레인 콘댄서는 스팀과 열교환 한다. 열교환을 통하여 스팀은 응축되어 다시 보일러로 이동한다.

이때, 냉각수는 덤프/드레인 콘댄서 뿐만 아니라 공기조화기 및 적어도 하나의 터빈냉각장치에 동시에 공급된다. 따라서 메인 냉각장치는 공기조화기, 적어도 하나의 터빈냉각장치 및 덤프/드레인 콘댄서에 냉각수를 공급하도록 용량이 설계된다.

그러나 선박이 추운 곳을 운항하거나 적은 양의 냉각수가 공급되어야 하는 환경에서도 냉각수를 공기조화기 및 적어도 하나의 터빈냉각장치에 공급하였다. 따라서 메인 냉각장치는 지속적으로 작동되어 많은 에너지가 소비되었다.

또한, 공기조화기, 적어도 하나의 터빈냉각장치 및 덤프/드레인 콘댄서에 모두 냉각수를 유동시키려면 용량이 큰 대형 펌프가 선박에 배치되었다. 따라서 선박 내부에 펌프가 차지하는 공간이 커져 선박의 설계시 내부 공간을 효과적으로 활용하지 못하였다.

본 발명의 일 실시예는 에너지효율을 증대시키고 냉각수를 효율적으로 활용하는 냉각 시스템 및 냉각 시스템을 포함하는 선박을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 공기조화기와, 적어도 하나의 터빈냉각장치와, 덤프/드레인 콘댄서 및 메인 냉각장치부를 포함하는 냉각 시스템에 있어서, 상기 메인 냉각장치부로부터 상기 공기조화기 및 적어도 하나의 터빈냉각장치와 체결되어 상기 공기조화기 및 상기 적어도 하나의 터빈냉각장치로 냉각수를 공급하는 제 1 배관과, 상기 공기조화기 및 상기 적어도 하나의 터빈냉각장치를 순환한 상기 냉각수를 상기 덤프/드레인 콘댄서로 공급하는 제 2 배관과, 상기 덤프/드레인 콘댄서에서 열교환 한 상기 냉각수를 상기 메인 냉각장치부로 유동시키는 제 3 배관을 포함하는 냉각 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 냉각 시스템을 포함하는 선박을 제공한다.

본 실시예에 따른 냉각 시스템은 공기조화기와 적어도 하나의 터빈냉각장치로 유동하는 냉각수를 덤프/드레인 콘댄서로 유동시킨다. 따라서 덤프/드레인 콘댄서에 필요한 냉각수를 절약한다. 또한, 냉각수의 유동에 필요한 펌프의 용량을 줄일 수 있어 에너지 효율을 증대시킨다.

한편, 본 실시예에 따른 선박은 냉각 시스템을 포함하여 선박의 운항 시 선박의 운항비용 및 에너지효율을 증대시킨다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 일 실시예를 보여주는 유압회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 냉각 시스템의 작동을 보여주는 작동상태도이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템(100)의 일 실시예를 보여주는 유압회로도이다.

도 1을 참고하면 냉각 시스템(100)은 선박의 내부에 공기를 제어하는 공기조화기(161)를 포함한다. 공기조화기(161)는 선박 내부로 찬 공기를 공급하거나 따뜻한 공기를 공급할 수 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위하여 공기조화기(161)가 선박 내부로 찬 공기를 공급하는 경우를 중심으로 설명한다.

냉각 시스템(100)은 선박의 내부에 배치되는 적어도 하나의 터빈냉각장치(164)를 포함한다. 적어도 하나의 터빈냉각장치(164)는 복수개를 포함할 수 있다.

복수개의 터빈냉각장치들(164)은 제 1 터빈냉각장치(162)를 포함한다. 복수개의 터빈냉각장치들(164)은 제 1 터빈냉각장치(162)의 일측에 배치되는 제 2 터빈냉각장치(163)를 포함한다.

제 1 터빈냉각장치(162) 및 제 2 터빈냉각장치(163)는 터빈(미도시)에서 발생하는 열을 냉각시킨다. 제 1 터빈냉각장치(162) 및 제 2 터빈냉각장치(163)는 상기 터빈으로 엔진냉각수를 순환시킨다.

상기 엔진냉각수는 상기 터빈이 가열되는 경우 상기 터빈의 외측으로 순환하여 상기 터빈의 열을 냉각시킨다. 또한, 상기 엔진냉각수는 상기 터빈을 순환하여 다시 제 1 터빈냉각장치(162) 및 제 2 터빈냉각장치(163)로 유동한다.

한편, 냉각 시스템(100)은 메인 냉각장치부(120)를 포함한다. 메인 냉각장치부(120)는 청수(Fresh water)를 공급받아 공기조화기(161), 적어도 하나의 터빈냉각장치(164)를 냉각시킨다. 이때, 메인 냉각장치부(120)에는 청수가 냉각수의 역활을 수행한다.

메인 냉각장치부(120)는 외부로부터 유입되는 냉각수를 열교환 시키는 적어도 하나의 메인 냉각장치(123)를 포함한다. 적어도 하나의 메인 냉각장치(123)는 복수개를 포함할 수 있다.

복수개의 메인 냉각장치들(123)은 제 1 메인 냉각장치(121)를 포함한다. 복수개의 메인 냉각장치들(123)은 제 1 메인 냉각장치(121)의 일측에 배치되는 제 2 메인 냉각장치(122)를 포함한다.

제 1 메인 냉각장치(121) 및 제 2 메인 냉각장치(122)는 외부로부터 유입되는 상기 냉각수를 열교환 시킨다.

메인 냉각장치부(120)는 제 1 메인 냉각장치(121) 및 제 2 메인냉각장치(122)로부터 상기 냉각수를 유동시키는 적어도 하나의 펌프(127)를 포함한다.

복수개의 펌프들(127)은 제 1 펌프(125)를 포함한다. 복수개의 펌프들(127)은 제 1 펌프(125)의 일측에 배치되는 제 2 펌프(126)를 포함한다.

한편, 메인 냉각장치부(120)는 상기 청수를 공급하는 청수저장탱크(124)를 포함한다. 청수저장탱크(124)는 메인 냉각장치부(120)를 순환하는 상기 냉각수가 일부 부족한 경우 상기 청수를 메인 냉각장치부(120)로 공급한다.

냉각 시스템(100)은 메인 냉각장치부(120)로부터 공기조화기(161), 제 1 터빈냉각장치(162) 및 제 2 터빈냉각장치(163)로 상기 냉각수를 공급하는 제 1 배관(140)을 포함한다.

제 1 배관(140)은 제 1 펌프(125) 및 제 2 펌프(126)와 일단이 체결된다. 제 1 배관(140)의 일단은 제 1 펌프(125) 및 제 2 펌프(126)와 체결된 부분으로부터 형성되어 합쳐진다.

또한, 제 1 배관(140)의 타단은 공기조화기(161), 제 1 터빈냉각장치(162) 및 제 2 터빈냉각장치(163)로 각각 상기 냉각수를 공급하도록 형성된다.

즉, 제 1 배관(140)의 타단은 분지 되도록 형성되어 공기조화기(161), 제 1 터빈냉각장치(162) 및 제 2 터빈냉각장치(163)에 각각 체결된다.

냉각 시스템(100)은 공기조화기(161), 제 1 터빈냉각장치(162) 및 제 2 터빈냉각장치(163)를 순환한 상기 냉각수를 덤프/드레인 콘댄서(165)로 유동시키는 제 2 배관(150)을 포함한다.

이때, 제 2 배관(150)의 일단은 분지 되어 각각 공기조화기(161), 제 1 터빈냉각장치(162) 및 제 2 터빈냉각장치(163)에 체결된다. 또한, 제 2 배관(150)의 분지 된 부분은 상기 냉각수가 합쳐져 유동하도록 하나로 형성된다.

제 2 배관(150)의 타단은 덤프/드레인 콘댄서(165)와 체결된다. 제 2 배관은 상기 합쳐진 냉각수를 덤프/드레인 콘댄서(165)로 안내한다.

한편, 냉각 시스템(100)은 덤프/드레인 콘댄서(165)에서 열교환 한 상기 냉각수를 메인 냉각장치부(120)로 안내하는 제 3 배관(190)을 포함한다.

제 3 배관(190)은 일단이 덤프/드레인 콘댄서(165)에 체결된다. 또한, 제 3 배관(190)은 타단이 제 1 메인냉각장치(121) 및 제 2 메인냉각장치(122)에 체결된다.

냉각 시스템(100)은 제 2 배관(150)으로부터 분지 되어 제 3 배관(190)과 체결되는 제 4 배관(170)을 포함한다. 제 4 배관(170)은 제 2 배관(150)의 타단 일측에 체결된다. 제 4 배관(170)은 제 2 배관(150)을 유동하는 상기 냉각수가 합쳐지는 부분에 체결된다.

한편, 냉각 시스템(100)은 제 2 배관(150), 제 3 배관(190) 및 제 4 배관(170)과 체결되는 방향전환장치(180)를 포함한다. 방향전환장치(180)는 다양하게 형성될 수 있다. 방향전환장치(180)는 3방향 전환밸브(미표기)를 포함할 수 있다.

냉각 시스템(100)은 덤프/드레인 콘댄서(165)와 체결되는 제 2 배관(150)의 타단에 배치되는 제 1 온도센서(166)를 포함한다. 제 1 온도센서(166)는 상기 냉각수가 덤프/드레인 콘댄서(165)로 유입될 때, 상기 냉각수의 제 1 온도를 측정한다.

냉각 시스템(100)은 덤프/드레인 콘댄서(165)와 체결되는 제 3 배관(190)의 일단에 배치되는 제 2 온도센서(167)를 포함한다. 제 2 온도센서(167)는 상기 냉각수가 덤프/드레인 콘댄서(165)로 유입될 때, 상기 냉각수의 제 2 온도를 측정한다.

상기 제 1 온도 및 상기 제 2 온도는 선박의 제어부(미도시)로 전송되어 덤프/드레인 콘댄서(165)를 유출입하는 상기 냉각수의 온도차를 계산한다. 방향전환장치(180)는 덤프/드레인 콘댄서(165)를 유출입하는 상기 냉각수의 온도차를 근거로 제어된다.

이하에서는 덤프/ 드레인 콘댄서 시스템(100)의 작동에 대해서 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 도 1에 도시된 냉각 시스템(100)의 작동을 보여주는 작동상태도이다.

도 2를 참고하면, 사용자가 선박(미도시)을 운항하는 경우, 보일러(미도시)는 스팀을 생성한다. 상기 팀은 상기 터빈으로 공급되어 상기 터빈을 가동시킨다.

한편, 상기 터빈을 가동하는 동안, 상기 냉각수는 제 1 배관(140)을 통하여 공기조화기(161), 제 1 터빈냉각장치(162) 및 제 2 터빈냉각장치(163)에 각각 공급된다.

이때, 상기 냉각수는 제 1 배관(140)으로부터 분지 되어 공기조화기(161)로 유동하는 제 1 냉각수(a1)를 포함한다. 상기 냉각수는 제 1 배관(140)으로부터 분지 되어 제 1 터빈냉각장치(162)로 유동하는 제 2 냉각수(a2)를 포함한다. 또한, 상기 냉각수는 제 1 배관(140)으로부터 분지 되어 제 2 터빈냉각장치(163)로 유동하는 제 3 냉각수(a3)를 포함한다.

한편, 상기 터빈이 가동하는 동안, 공기조화기(161)는 선박 실내의 공기 온도에 따라 가동된다. 공기조화기(161)의 가동에 따라 냉매의 온도가 올라가면, 공기조화기(161)에서 상기 냉매는 상기 제 1 냉각수(a1)와 열교환 한다. 상기 냉매는 상기 열교환을 통하여 온도가 하강한다.

이때, 제 1 터빈냉각장치(162)로 공급되는 상기 제 2 냉각수(a2) 및 제 2 터빈냉각장치(163)로 공급되는 상기 제 3 냉각수(a3)는 상기 터빈으로 순환된다.

상기 제 2 냉각수(a2) 및 상기 제 3 냉각수(a3)는 상기 터빈의 외측을 순환하면서 상기 터빈의 온도를 하강시킨다. 따라서 상기 제 2 냉각수(a2) 및 상기 제 3 냉각수(a3)는 상기 터빈의 온도가 상승하여 상기 터빈이 고장 나거나 파손되는 것을 방지한다.

한편, 상기 제 1 냉각수(a1)는 공기조화기(161)를 순환한 후 제 2 배관(150)으로 유동한다. 상기 제 2 냉각수(a2) 및 상기 제 3 냉각수(a3)는 각각 제 1 터빈냉각장치(162) 및 제 2 터빈냉각장치(163)를 순환하여 제 2 배관(150)으로 유동한다. 상기 제 1 냉각수(a1) 내지 상기 제 3 냉각수(a3)는 처음보다 소정온도 상승하게 된다.

이때, 실내의 공기가 적절한 온도인 경우 공기조화기(161)가 가동되지 않아 상기 제 1 냉각수(a1)의 온도는 처음과 거의 유사하게 된다. 또한, 제 2 냉각수(a2)의 온도 및 상기 제 3 냉각수(a3)의 온도도 상기 터빈이 가동되지 않는 경우 온도가 미미하게 상승한다.

특히, 상기 선박이 추운 곳이나 빙상이 형성된 곳, 공기조화기(161) 및 상기 터빈에서 열교환이 필요없는 환경 등에서 운항하는 경우에는 상기 냉각수의 온도는 거의 변화가 없게 된다.

한편, 상기 제 1 냉각수(a1) 내지 상기 제 3 냉각수(a3)는 제 2 배관(150)에서 합쳐져 덤프/드레인 콘댄서(165)로 유입된다. 이때, 상기 냉각수는 일부가 제 4 배관(170)으로 유동한다.

즉, 상기 냉각수는 제 2 배관(150)을 계속 유동하여 덤프/드레인 콘댄서(165)로 유입되는 제 4 냉각수(a4)로 분지된다. 또한, 상기 냉각수는 제 2 배관(150)으로부터 제 4 배관(170)으로 일부 분지 되어 유동하는 제 5 냉각수(a5)로 분지된다.

상기 제 4 냉각수(a4)는 덤프/드레인 콘댄서(165)로 유동하여 상기 스팀과 열교환 한다. 이때, 상기 스팀은 열교환 하여 응결되어 다시 보일러로 유입된다.

한편, 덤프/드레인 콘댄서(165)를 순환하여 배출되는 상기 제 4 냉각수(a4)는 방향전환장치(180)로 유동한다. 이때, 제 1 온도센서(165) 및 제 2 온도센서(167)는 상기 제 4 냉각수(a4)의 제 1 온도 및 제 2 온도를 측정한다.

상기 제 1 온도 및 상기 제 2 온도는 상기 제어부로 전송된다. 상기 제어부는 상기 제 1 온도 및 상기 제 2 온도의 온도차를 계산한다.

이때, 상기 제어부는 상기 온도차를 근거로 덤프/드레인 콘댄서(165)에서 교환되는 열교환 양을 계산한다. 따라서 상기 제어부는 상기 온도차를 근거로 덤프/드레인 콘댄서(165)를 통하여 열교환 양을 용이하게 제어할 수 있다.

상기 제어부는 상기 온도차가 계산되면, 상기 온도차를 근거로 방향전환장치(180)를 제어한다.

예를 들면, 상기 온도차가 기 설정된 기준치 이상인 경우, 방향전환장치(180)는 제 4 배관(170)을 폐쇄한다. 따라서 상기 제 5 냉각수(a5)는 제 4 배관(170)을 유동하지 않는다.

상기 냉각수는 상기 제 4 냉각수(a4) 및 상기 제 5 냉각수(a5)로 나뉘지 않고 덤프/드레인 콘댄서(165)를 순환한다. 따라서 덤프/드레인 콘댄서(165)에서는 많은 양의 열교환이 수행된다.

한편, 상기 온도차가 기 설정된 기준치 미만인 경우, 방향전환장치(180)는 제 4 배관(170)을 일부 개방한다. 상기 제 5 냉각수(a5)는 제 4 배관(170)을 통하여 제 3 배관(190)으로 유동한다.

이때, 상기 제 4 냉각수(a4)는 상기 냉각수로부터 분리되어 제 2 배관(150)을 유동하여 덤프/드레인 콘댄서(165)로 유입된다. 따라서 덤프/드레인 콘댄서(165)에서 발생하는 열교환양은 감소한다.

상기 제어부는 방향전환장치(180)를 통하여 덤프/드레인 콘댄서(165)의 열교환 양을 용이하게 제어한다. 상기에서 설명한 상기 제어부의 제어는 일 실시예에 불과하고 다양하게 제어될 수 있다.

한편, 상기와 같은 과정을 통하여 상기 제 4 냉각수(a4) 및 상기 제 5 냉각수(a5) 중 적어도 하나는 제 3 배관(190)으로 유동한다. 상기 제 4 냉가수 및 상기 제 5 냉각수(a5)는 제 3 배관(190)에서 합쳐져 상기 냉각수가 된다.

이때, 제 3 배관(190)으로 유동하는 상기 냉각수는 다시 제 1 메인 냉각장치(121) 및 제 2 메인 냉각장치(122)로 유동한다.

제 1 메인 냉각장치(121) 및 제 2 메인 냉각장치(122)에서는 상기 냉각수 열교환하여 냉각시킨다. 상기 냉각수는 다시 제 1 펌프(125) 및 제 2 펌프(126)를 유동한다. 제 1 펌프(125) 및 제 2 펌프(126)는 상기 냉각수를 다시 제 1 배관(140)으로 유동시킨다.

이때, 청수저장탱크(124)는 상기 냉각수가 부족한 경우 상기 냉각수에 상기 청수를 공급한다. 따라서 상기 냉각수가 일부 유실되거나 부족한 경우 신속하게 상기 냉각수를 보충할 수 있다.

냉각 시스템(100)은 상기에서 설명한 바와 같이 공기조화기(161), 제 1 터빈냉각장치(162) 및 제 2 터빈냉각장치(163)를 유동하는 상기 냉각수를 덤프/드레인 콘댄서(165)로 유동시킨다.

냉각 시스템(100)은 공기조화기(161), 제 2 터빈냉각장치(163) 및 제 2 터빈냉각장치(163)로 유동하는 상기 냉각수를 활용하여 덤프/드레인 콘댄서(165)를 활용할 수 있다.

또한, 메인 냉각장치부(120)로부터 덤프/드레인 콘댄서(165)로 유입되는 상기 냉각수 배관이 필요 없어 메인 냉각장치부(120)로부터 공급되는 상기 냉각수의 양을 줄일 수 있다.

따라서 냉각 시스템(100)은 상기 냉각수의 양을 줄여 제 1 펌프(125) 및 제 2 펌프(126)의 용량을 줄일 수 있다.

또한, 제 1 펌프(125) 및 제 2 펌프(126)에서 사용되는 전력을 감소시켜 사용되는 에너지 양을 절감시킨다.

이하, 냉각 시스템(100)을 포함하는 선박에 대해서 설명하도록 한다.

본 실시예에 따르면, 선체, 선체의 내측에 냉각 시스템(도 1의 100)을 포함하는 선박이 제시된다.

본 실시예의 경우, 냉각 시스템(도 1의 100)의 구체적 구성 및 기능은 전술한 냉각 시스템과 동일 또는 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

따라서 선박은 냉각 시스템(100)을 포함하여 선박의 운항 시 선박의 운항비용 및 에너지효율을 증대시킨다. 또한, 선박의 운항에 필요한 냉각수의 양을 절감할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 : 덤프/드레인 콘댄서 시스템 140 : 제 1 배관
120 : 메인 냉각장치부 150 : 제 2 배관
121 : 제 1 메인 냉각장치 161 : 공기조화기
122 : 제 2 메인 냉각장치 162 : 제 1 터빈냉각장치
124 : 청수저장탱크 163 : 제 2 터빈냉각장치
125 : 제 1 펌프 170 : 제 4 배관
126 : 제 2 펌프 190 : 제 3 배관

Claims (5)

1. 공기조화기와, 적어도 하나의 터빈냉각장치와, 덤프/드레인 콘댄서 및 메인 냉각장치부를 포함하는 냉각 시스템에 있어서,
   상기 메인 냉각장치부로부터 상기 공기조화기 및 상기 적어도 하나의 터빈냉각장치와 체결되어 상기 공기조화기 및 상기 적어도 하나의 터빈냉각장치로 냉각수를 공급하는 제 1 배관과,
   상기 공기조화기 및 상기 적어도 하나의 터빈냉각장치를 순환한 상기 냉각수를 상기 덤프/드레인 콘댄서로 공급하는 제 2 배관과,
   상기 덤프/드레인 콘댄서에서 열교환 한 상기 냉각수를 상기 메인 냉각장치부로 유동시키는 제 3 배관을 포함하는 냉각 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제 2 배관으로 분지 되어 상기 제 3 배관과 체결되는 제 4 배관을 더 포함하는 냉각 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제 4 배관 및 상기 제 3 배관에 체결되는 방향전환장치를 더 포함하는 냉각 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 방향전환장치는 상기 덤프/드레인 콘댄서로 유출입 되는 상기 냉각수의 온도차를 근거로 제어되는 냉각 시스템.
5. 청구항 1 내지 청구항 4항 중 어느 하나의 항의 냉각 시스템을 포함하는 선박.
   
   

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