KR101147910B1 - 엔진 폐열 재활용 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 엔진 폐열 재활용 장치는 제 1 유로와 체결되는 엔진으로 냉각수를 순환시킨다. 상기 냉각수는 상기 엔진을 냉각시킨다. 담수저장장치의 수위 또는 상기 제 1 유로를 유동하는 상기 냉각수의 온도에 근거하여 담수생성장치를 가동한다. 또한, 상기 냉각수의 온도에 따라 냉각장치가 가동된다. 따라서 본 발명에 따른 엔진 폐열 재활용 장치는 효율적으로 엔진에서 발생하는 폐열을 활용한다.

Description

엔진 폐열 재활용 시스템{ An engine exhaust heat recycling system}
본 발명은 엔진 폐열 재활용 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 담수화 작업시 자동으로 담수화를 수행하는 엔진 폐열 재활용 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박의 엔진은 고온의 상태에서 작동된다. 이 때, 선박의 엔진을 냉각시키기 위하여 냉각수를 엔진의 외측에 순환시킨다. 순환되는 냉각수는 순환하면서 엔진을 냉각시킨다.
이 때, 선원은 담수가 필요한 경우에 담수생성장치를 작동시키게 된다. 선원은 담수생성장치를 작동시키기 위하여 개폐밸브를 개방하여 냉각수가 담수생성장치를 순환하도록 한다.
한편, 선원이 개폐밸브를 폐쇄시켜 냉각수를 담수생성장치로 순환시키지 않는 경우에는 방향전환밸브를 개방하여 냉각장치로 순환시켰다. 이 때, 냉각수의 온도가 소정온도 이상인 경우에 냉각장치가 작동하였다. 따라서 선원이 개폐밸브를 개방하여 냉각수를 담수생성장치로 순환시키지 않는 경우 냉각장치에서 엔진의 폐열이 소멸되었다.
또한, 선원이 별도로 담수가 필요한 경우 담수생성장치를 작동시켰다 따라서 선원이 직접 담수생성장치를 작동시키므로 시간과 인력이 낭비되었다.
본 발명은 담수화 작업에 소요되는 시간과 인력을 저감시키고 엔진 폐열을 효과적으로 활용하는 엔진 폐열 재활용 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 냉각수가 순환하는 제 1 유로와 체결되는 엔진과, 상기 제 1 유로로부터 분지되어 상기 냉각수가 순환하는 제 2 유로에 배치되는 해수를 담수로 변환하는 담수생성장치와, 상기 담수생성장치로부터 상기 담수가 저장되는 담수저장장치와, 상기 제 1 유로로부터 분지되어 상기 냉각수가 순환하는 제 3 유로에 배치되어 상기 냉각수를 냉각시키는 냉각장치와, 상기 제 1 유로를 유동하는 상기 냉각수의 온도 및 상기 담수저장장치의 수위에 근거하여 상기 담수생성장치를 가동하도록 제어하는 제어부를 포함하는 엔진 폐열 재활용 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 엔진 폐열 재활용 시스템은 냉각수의 온도에 따라 해수를 담수로 변환하여 저장한다. 따라서 엔진 폐열을 효과적으로 활용하고 담수의 생성 효율을 증대시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진 폐열 재활용 장치의 일 실시예를 보여주는 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 담수저장장치의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 엔진 폐열 재활용 방법의 순서를 보여주는 순서도이다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진 폐열 재활용 장치(100)의 일 실시예를 보여주는 회로도이다. 도 2는 도 1에 도시된 담수저장장치의 일 실시예를 보여주는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 엔진 폐열 재활용 장치(100)는 냉각수가 순환하는 제 1 유로(131)를 포함한다. 제 1 유로(131)는 엔진(140)과 체결되어 엔진(140)을 냉각시키는 상기 냉각수가 순환한다. 제 1 유로(131)를 유동하는 냉각수는 엔진(140)의 일측을 순환하여 엔진(140)의 과열을 방지한다.
제 1 유로(131)의 일측에는 제 1 유로(131)를 유동하는 상기 냉각수의 온도를 측정하는 온도측정장치(132)가 배치된다. 온도측정장치(132)는 상기 냉각수의 온도를 계속해서 측정한다.
한편, 제 2 유로(141)는 제 1 유로(131)의 일측에서 분지되어 상기 냉각수가 순환한다. 이 때, 제 1 유로(131)로부터 제 2 유로(141)로 분지되는 부분에는 제 1 방향전환밸브(133)가 배치된다. 제 1 방향전환밸브(133)는 제 1 3방향밸브(133)를 포함할 수 있다. 제 1 3방향밸브(133)는 제 1 유로(131) 또는 제 2 유로(141)로 상기 냉각수가 순환하도록 방향을 결정한다.
엔진 폐열 재활용 장치(100)는 제 2 유로(141)에 배치되는 담수생성장치(160)를 포함한다. 담수생성장치(160)는 상기 순환하는 냉각수로부터 열을 흡수하여 해수를 담수로 변환시킨다. 담수생성장치(160)에서 생성된 담수는 담수저장장치(170)로 유동한다.
담수저장장치(170)는 상기 담수를 저장한다. 담수저장장치(170)의 일측에는 상기 담수의 수위를 측정하는 수위측정장치(171)가 배치된다. 수위측정장치(171)는 다양하게 형성될 수 있다.
수위측정장치(171)는 상기 담수에 부유하는 부표(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 부표가 상기 담수의 상측에 부유되면서 발생시키는 전기신호에 의하여 상기 담수의 수위를 측정할 수 있다.
수위측정장치(171)는 상기 담수의 수위에 따라 부유하는 신호발생부(171b)를 포함할 수 있다. 수위측정장치(171)는 신호발생부(171b)에서 방출하는 신호를 근거로 상기 담수의 수위를 측정하는 신호측정부(171a)를 포함할 수 있다.
담수생성장치(160)에서 상기 담수를 생성하면, 담수저장장치(170)로 상기 담수가 유입된다. 이 때, 상기 담수의 수위가 증가하면서 신호발생부(171b)도 상기 담수와 함께 부유한다.
신호발생부(171b)에는 자기장을 외부로 방출하는 자석을 포함할 수 있다. 신호발생부(171b)가 부유하면, 상기 자기장의 세기가 높이에 따라 상이해진다.
신호측정부(171a)는 상기 자기장의 세기를 측정한다. 신호측정부(171a)는 복수개로 형성되어 서로 소정간격 이격되도록 배치될 수 있다. 신호측정부(171a)는 각 신호측정부(171a)에서 측정되는 상기 자기장의 세기를 종합하여 상기 담수의 수위를 결정한다.
신호측정부(171a)는 측정된 상기 담수의 수위를 제어부(120)로 전송한다. 제어부(120)는 상기 담수의 수위를 근거로 담수생성장치(160)를 제어한다.
한편, 수위측정장치(171)는 상기에 한정되지 않고 상기 담수의 수위를 측정할 수 있는 모든 장치를 포함한다.
제 2 유로(141)의 일측에는 적어도 하나의 개폐밸브(미표기)가 배치된다. 상기 적어도 하나의 개폐밸브는 복수개를 포함할 수 있다. 제 2 유로(141)는 담수생성장치(160)로 상기 냉각수를 유입시키는 제 2 유입유로(141a)를 포함한다. 또한, 제 2 유로(141)는 담수생성장치(160)로부터 상기 냉각수가 유출되는 제 2 유출유로(141b)를 포함한다.
상기 복수개의 개폐밸브들은 제 2 유입유로(141a)에 배치되어 담수생성장치(160)로 유입되는 상기 냉각수를 개폐하는 제 1 개폐밸브(142)를 포함한다. 또한, 상기 복수개의 개폐밸브들은 제 2 유출유로(141b)에 배치되어 담수생성장치(160)로부터 방출되는 상기 냉각수를 개폐하는 제 2 개폐밸브(143)를 포함한다.
제 1 개폐밸브(142) 및 제 2 개폐밸브(143)는 사용자가 담수생성장치(160)를 교체하거나 수리할 때, 상기 냉각수가 담수생성장치(160)로 유입되는 것을 방지한다.
제 2 유출유로(141b)에는 역류방지밸브(144)가 배치된다. 역류방지밸브(144)는 제 1 유로(131)를 순환하는 상기 냉각수가 제 2 유로(141)로 역류하는 것을 방지한다.
제 1 유로(131)의 일측에는 제 3 유로(151)가 체결된다. 제 3 유로(151)는 제 1 유로(131)로부터 분지되는 상기 냉각수가 순환한다. 제 3 유로(151)의 일측에는 상기 냉각수를 냉각시키는 냉각장치(150)를 포함한다. 냉각장치(150)는 자켓워터쿨러(Jacket water cooler)를 포함할 수 있다.
제 1 유로(131) 및 제 3 유로(151)는 제 2 방향전환밸브(134)에 의하여 체결된다. 제 2 방향전환밸브(134)는 제 2 3방향밸브(134)를 포함할 수 있다. 제 2 3방향밸브(134)는 제 1 유로(131) 또는 제 3 유로(151)로 상기 냉각수가 순환하도록 방향을 결정한다.
한편, 엔진 폐열 재활용 장치(100)는 상기 냉각수의 온도 또는 상기 담수의 수위 중 적어도 하나를 근거로 담수생성장치(160)를 구동시키도록 제어하는 제어부(120)를 포함한다. 제어부(120)는 선박을 제어하는 선박제어부(Integrated automation system)를 포함한다.
제어부(120)는 상기 냉각수의 온도 또는 상기 담수의 수위에 근거하여 담수생성장치(160)를 구동시킨다. 또한, 제어부(120)는 상기 냉각수의 온도 또는 상기 담수의 수위에 근거하여 제 1 방향전환밸브(133) 및 제 2 방향전환밸브(134)를 제어한다.
따라서 엔진 폐열 재활용 장치(100)는 엔진(140)에서 발생하는 폐열을 사용하여 효과적으로 담수를 생성한다. 또한, 자동으로 상기 담수의 생성을 제어하여 선박의 운항시 인력을 효과적으로 활용할 수 있다.
이하에서는 엔진 폐열 재활용 장치(100)의 작동순서 및 작동 방법에 대해서 자세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 엔진 폐열 재활용 방법의 순서를 보여주는 순서도이다.
도 3을 참고하면, 수위측정장치(171)는 담수저장장치(170)에 저장된 상기 담수의 수위를 측정한다. 수위측정장치(171)는 상기 담수의 수위를 제어부(120)로 전송한다. 수위측정장치(171)는 계속해서 상기 담수의 수위를 측정하여 제어부(120)로 전송한다.(S110단계)
한편, 엔진(140)이 가동되면, 상기 냉각수가 제 1 유로(131)를 순환한다. 제 1 유로(131)를 순환하는 상기 냉각수는 엔진(140)에 의하여 온도가 상승한다. 제 1 유로(131)에 배치되는 온도측정장치(132)는 상기 냉각수의 온도를 측정한다.
온도측정장치(132)는 제 1 유로(131)를 유동하는 상기 냉각수의 온도를 수시로 측정한다. 온도측정장치(132)는 측정된 상기 냉각수의 온도를 제어부(120)로 전송한다.(S120단계)
제어부(120)는 전송된 상기 담수의 수위 또는 상기 냉각수의 온도 중 적어도 하나를 근거로 제 1 방향전환밸브(133) 및 제 2 방향전환밸브(134)를 제어한다.
또한, 제어부(120)는 상기 담수의 수위 또는 상기 냉각수의 온도 중 적어도 하나를 근거로 담수생성장치(160)를 제어한다. 제어부(120)는 상기 담수의 수위 또는 상기 냉각수의 온도 중 적어도 하나를 근거로 냉각장치(150)를 제어한다.
제어부(120)는 상기 냉각수의 온도가 기 설정된 온도를 초과하는지 판단한다.(S130단계) 제어부(120)는 상기 냉각수의 온도가 기 설정된 온도 이하인 것으로 판단되면, 상기 냉각수가 제 1 유로(131)를 순환하도록 제 1 방향전환밸브(133)를 제어한다. 또한, 제어부(120)는 제 1 유로(131)를 순환하는 상기 냉각수가 제 3 유로(151)로 유동하지 못하도록 제 2 방향전환밸브(134)를 제어한다.
제어부(120)는 제 1 방향전환밸브(133)의 A부분 및 B부분을 개방하도록 제 1 방향전환밸브(133)를 제어한다. 제어부(120)는 제 1 방향전환밸브(133)의 C부분을 폐쇄하도록 제 1 방향전환밸브(133)를 제어한다.
또한, 제어부(120)는 제 2 방향전환밸브(134)의 D부분 및 E부분을 개방하도록 제 2 방향전환밸브(134)를 제어한다. 제어부(120)는 제 2 방향전환밸브(134)의 F부분을 폐쇄하도록 제어한다. 따라서 상기 냉각수는 제 1 유로(131)를 순환하게 된다.(S140단계)
한편, 제어부(120)는 상기 냉각수의 온도가 기 설정된 온도를 초과하는 것으로 판단되면, 상기 담수의 수위가 기 설정된 수위 이상인지 판단한다.(S150단계)
제어부(120)는 상기 냉각수의 수위가 기 설정된 수위 이상인 것으로 판단되면, 제 1 유로(131)의 냉각수가 제 2 유로(141)로 유입되지 않도록 제 1 방향전환밸브(133)를 제어한다.
제어부(120)는 제 1 방향전환밸브(133)의 A부분 및 B부분을 개방하도록 제 1 방향전환밸브(133)를 제어한다. 제어부(120)는 제 1 방향전환밸브(133)의 C부분을 폐쇄하도록 제 1 방향전환밸브(133)를 제어한다. 따라서 상기 냉각수는 제 1 유로(131)를 유동하고, 제 2 유로(141)로 유입되지 않는다.(S171단계)
또한, 제어부(120)는 상기 냉각수가 제 1 유로(131)에서 제 3 유로(151)로 유동하도록 제 2 방향전환밸브(134)를 제어한다. 제어부(120)는 제 2 방향전환밸브(134)의 E부분 및 F부분을 개방하도록 제 2 방향전환밸브(134)를 제어한다. 제어부(120)는 제 2 방향전환밸브(134)의 D부분을 폐쇄하도록 제어한다.
제 2 방향전환밸브(134)의 F부분이 개방되면, 상기 냉각수는 제 3 유로(151)를 순환한다. 이 때, 상기 냉각수는 제 3 유로(151)를 유동하면서 냉각장치(150)로 유동한다.
냉각장치(150)는 상기 냉각수의 온도를 제 1 소정온도 이하로 냉각시킨다. 냉각장치(150)에서 냉각된 상기 냉각수는 제 3 유로(151)를 통하여 제 1 유로(131)로 유입된다.
제 1 유로(131)로 유입된 상기 냉각수는 제 1 유로(131)를 유동하여 엔진(140)을 냉각시킨다. 상기 냉각수에 의해 엔진(140)의 온도는 제 2 소정온도 이하로 냉각된다.(S172단계)
한편, 제어부(120)는 상기 담수의 수위가 기 설정된 수위 미만인 것으로 판단되면, 제 1 유로(131)를 유동하는 상기 냉각수를 제 2 유로(141)로 유동하도록 제 1 방향전환밸브(133)를 제어한다.
제어부(120)는 제 1 방향전환밸브(133)의 B부분 및 C부분을 개방하도록 제 1 방향전환밸브(133)를 제어한다. 제어부(120)는 제 1 방향전환밸브(133)의 A부분을 폐쇄하도록 제 1 방향전환밸브(133)를 제어한다. 상기 냉각수는 제 1 유로(131)를 통하여 제 2 유로(141)로 유입된다.(S161단계)
이 때, 상기 냉각수는 제 2 유로(141)를 통하여 담수생성장치(160)로 유입된다. 제어부(120)는 제 1 방향전환밸브(133)를 제어하면서 담수생성장치(160)가 구동하도록 제어한다.
담수생성장치(160)가 구동되면, 상기 냉각수가 유입되어 해수를 상기 담수로 변환시킨다. 제어부(120)는 담수생성장치(160)를 계속해서 구동시킨 후 상기 담수를 담수저장장치(170)로 유입시킨다.(S162단계)
한편, 제 2 유로(141)를 통하여 유동하는 상기 냉각수는 제 2 유로(141)를 통하여 제 1 유로(131)로 유입된다. 이 때, 제어부(120)는 제 1 유로(131)를 유동하는 상기 냉각수가 제 3 유로(151)로 유입되지 않도록 제 2 방향전환밸브(134)를 제어한다.
제어부(120)는 제 2 방향전환밸브(134)의 D부분 및 E부분을 개방하도록 제 2 방향전환밸브(134)를 제어한다. 제어부(120)는 제 2 방향전환밸브(134)의 F부분을 폐쇄하도록 제어한다. 따라서 상기 냉각수는 제 1 유로(131)를 순환하게 된다.
이 때, 제어부(120)는 담수저장장치(170)에 유입된 상기 담수의 수위가 기 설정된 수위를 초과하는지 판단할 수 있다. 제어부(120)는 상기 담수의 수위가 기 설정된 수위를 초과하는 것으로 판단되면, 상기에서 설명한 바와 같이 제 1 방향전환밸브(133)를 제어할 수 있다. 상기 담수가 담수저장장치(170)에 저장될 때, 상기 기 설정된 수위 이상이면 상기 담수는 더 이상 생성되지 않는다. 따라서 엔진(140)에서 발생하는 폐열을 활용하여 상기 담수를 효과적으로 생성할 수 있다. 또한, 엔진(140)의 폐열을 자동으로 활용하므로 선박에 승선하는 인력을 효과적으로 활용할 수 있다.
100 : 엔진 폐열 재활용 시스템 141 : 제 2 유로
120 : 제어부 150 : 냉각장치
131 : 제 1 유로 151 : 제 3 유로
132 : 온도측정장치 160 : 담수생성장치
133 : 제 1 방향전환밸브 170 : 담수저장장치
134 : 제 2 방향전환밸브 171 : 수위측정장치
140 : 엔진

Claims (11)

  1. 냉각수가 순환하는 제 1 유로와 체결되는 엔진;
    상기 제 1 유로로부터 분지되어 상기 냉각수가 순환하는 제 2 유로에 배치되는 담수생성장치;
    상기 담수생성장치에서 생성된 담수가 저장되는 담수저장장치;
    상기 제 1 유로로부터 분지되어 상기 냉각수가 순환하는 제 3 유로에 배치되는 냉각장치; 및
    상기 냉각수의 온도가 기 설정된 온도 이하이면, 상기 제 2, 3 유로를 폐쇄하고, 상기 냉각수의 온도가 기 설정된 온도를 초과하고 상기 담수저장장치의 수위가 기 설정된 수위 이하이면, 상기 제 2 유로를 개방하여 상기 냉각수가 상기 담수생성장치로 유동하도록 하며, 상기 냉각수의 온도가 기 설정된 온도를 초과하고 상기 담수저장장치의 수위가 기 설정된 수위를 초과하면, 상기 제 3 유로를 개방하여 상기 냉각수가 상기 냉각장치로 유동하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 엔진 폐열 재활용 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 유로에 배치되어 상기 제 1 유로를 순환하는 상기 냉각수의 온도를 측정하는 온도측정장치를 더 포함하는 엔진 폐열 재활용 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 유로의 일측에 배치되는 적어도 하나의 개폐밸브를 더 포함하는 엔진 폐열 재활용 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개폐밸브는 복수개로 형성되고,
    상기 복수개의 개폐밸브들은,
    상기 담수생성장치로 유입되는 냉각수를 개폐하는 제 1 개폐밸브와,
    상기 담수생성장치로부터 유출되는 냉각수를 개폐하는 제 2 개폐밸브를 포함하는 엔진 폐열 재활용 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 유로에 배치되는 역류방지밸브를 포함하는 엔진 폐열 재활용 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 담수저장장치의 일측에 배치되는 수위측정장치를 더 포함하는 엔진 폐열 재활용 시스템.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 유로에서 상기 제 2 유로로 분지되는 부분에 배치되는 제 1 방향전환밸브를 포함하는 엔진 폐열 재활용 시스템.
  8. 삭제
  9. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 유로에서 상기 제 3 유로로 분지되는 부분에 배치되는 제 2 방향전환밸브를 포함하는 엔진 폐열 재활용 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
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