KR101157924B1 - 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템에 관한 것이다.
본 발명은 선박의 발전기엔진을 냉각한 후의 고온의 폐 냉각수를 열원으로 재활용하여 가열을 위해 필요한 시스템을 단순화 또는 축소, 대체함으로써 보일러 및 히터의 용량을 최소화하여 선박 에너지 효율화에 기여할 수 있는 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 선박에 필요한 전기를 생산하는데 사용되는 발전기 엔진; 상기 발전기 엔진에 탑재되며, 발전기 냉각에 필요한 청수를 열교환하여 발전기를 냉각시키는 복수의 발전기용 열교환기; 상기 발전기 엔진에 탑재되며, 상기 발전기 엔진 냉각에 필요한 청수를 열교환하여 발전기 엔진을 냉각시키는 복수의 열교환기; 상기 발전기 엔진에 탑재되며, 상기 발전기 엔진을 거친 뜨거운 냉각수의 열을 열 회수 시스템에 전달하는 열교환기로서 복수의 열 회수 쿨러; 상기 열 회수 쿨러로부터의 뜨거운 냉각수를 순환시키는 열 회수 시스템 순환 펌프; 및 상기 열 회수 쿨러로부터의 청수를 열교환하여 열원이 필요한 곳에 공급하는열 회수 히터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템{Waste Heat Recovery System Using Engine Coolant of Vessel}
본 발명은 선박 또는 해양구조물에 설치되는 엔진 자켓(Engine Jacket)을 냉각시키고 난 뒤 발생하는 고온의 냉각수(Cooling Water)를 이용하여 에어 히팅 유닛(Air heating Unit) 및 온수 가열기(Hot Water Calorifier) 등의 열원으로 이용하는 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템에 관한 것이다.
현재와 같은 고유가 시대에 선박에서는 점차적으로 선박추진의 효율을 높이고 전체적인 에너지를 절약하는 시스템들에 대한 관심이 고조되고 있다. 그러나 선박을 운행하는 데 있어 에너지는 추진용 주엔진에서 대부분의 에너지를 소비하고 있으며, 주엔진의 작동을 위해 소요되는 연료의 일부가 폐기 가스로 대기 중에 버려지고 있는 현실이다. 근래 이러한 폐기 가스를 이용해 폐열의 일부를 회수하는 여러 시스템이 활발하게 도입되고 있다. 그 가운데에서 주엔진에서 발생하는 폐기 가스의 일부를 이용하여 터빈을 작동시킴으로써 전기를 생산하는 시스템이 검토되고도 있다.
그런데 선박 또는 해양구조물에 설치되는 발전기엔진에 있어서 공기와 연료의 혼합물이 엔진의 연소실에서 연소될 때 아주 많은 열이 발생하는데 이 열은 엔진의 금속재료를 쉽게 손상시키거나 변형시킬 수 있으므로 일정한 범위 내로 억제되어야 한다. 냉각시스템이 이를 위해 엔진에 설치된다. 엔진을 냉각시키는 가장 일반적인 방법은 실린더 헤드 및 블록에 일체구조로 된 냉각수가 순환하는 물 통로인 워터 자켓을 이용하는 것이다. 이 워터 자켓을 지나는 냉각수가 실린더 벽, 밸브 시트, 밸브 가이드 및 연소실 등의 열을 냉각시키는데 발전기엔진을 냉각하고 나온 이러한 고온의 냉각수(Cooling Water)가 재활용되지 못하고 중앙 청수 열교환기를 통하여 해수로 냉각하고 있는 실정이다. 즉, 일반적으로 모든 동력장치가 그렇듯이 선박의 추력을 담당하는 주엔진이나 선박에서 필요한 전기를 생성시키는 발전기엔진이나 선박의 거주부 및 각종 냉난방장치들로 구성된 선박전기장치에서도 다량의 손실 열이 생기게 마련이다. 이러한 손실열의 일부는 폐열 회수장치에 의해서 재이용되기도 하지만, 대부분이 냉각장치를 통해 최종적으로 냉각된 후 주변해역으로 방출되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 배경하에서 안출된 것으로서, 선박의 발전기엔진을 냉각한 후의 고온의 폐 냉각수를 열원으로 재활용하여 가열을 위해 필요한 시스템을 단순화 또는 축소, 대체함으로써 보일러 및 히터의 용량을 최소화하여 선박 에너지 효율화에 기여할 수 있는 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 선박에 필요한 전기를 생산하는데 사용되는 발전기 엔진; 상기 발전기 엔진에 탑재되며, 발전기 냉각에 필요한 청수를 열교환하여 발전기를 냉각시키는 복수의 발전기용 열교환기; 상기 발전기 엔진에 탑재되며, 상기 발전기 엔진 냉각에 필요한 청수를 열교환하여 발전기 엔진을 냉각시키는 복수의 열교환기; 상기 발전기 엔진에 탑재되며, 상기 발전기 엔진을 거친 뜨거운 냉각수의 열을 열 회수 시스템에 전달하는 열교환기로서 복수의 열 회수 쿨러; 상기 열 회수 쿨러로부터의 뜨거운 냉각수를 순환시키는 열 회수 시스템 순환 펌프; 및 상기 열 회수 쿨러로부터의 청수를 열교환하여 열원이 필요한 곳에 공급하는열 회수 히터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템에 의하면 선박 또는 해양구조물에 설치되어 엔진의 자켓으로부터 토출되는 고온의 폐 냉각수를 열원으로 사용함으로써 보일러 및 히터의 용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 보일러 및 히터 가동을 위한 연료를 절감하여 폐기가스의 양을 줄일 수 있으며 또한 이로 인해 선박의 가열 시스템이 단순화되어 배관비용과 같은 비용의 절감효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템의 엔진부의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템의 블록도이다.
이하 첨부 도면을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템에 대해서 구체적으로 설명한다. 도면에 있어서 동일, 유사의 부분에 대해서는 동일, 유사의 도면 부호를 부여한다.
도 1은 본 발명의 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템의 엔진부의 블록도를 도시하고, 도 2는 본 발명의 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템의 블록도를 도시한다.
도 1에 도시한 바와 같이 엔진부는 발전기 엔진(6), 열 교환기(8) 및 열 회수 쿨러(9)를 포함한다. 발전기 엔진(6)은 선박에 필요한 전기를 생산하는데 필요한 엔진이고, 열교환기(8)는 상기 발전기 엔진(6) 냉각에 필요한 청수를 열교환하여 발전기엔진(6)을 냉각시키는 역할을 한다. 열 회수 쿨러(9)는 상기 발전기 엔진(6)을 거친 뜨거운 냉각수의 열을 열 회수 시스템에 전달하기 위한 열교환기 역할을 한다. 발전기 구역(엔진과 알터네이터) 내에 상기 열 회수 쿨러(9), 상기 열교환기(8) 그리고 도 2에 도시된 알터네이터 즉, 발전기를 냉각하기 위한 발전기 냉각용 열 교환기(7)가 탑재되어 있다. 상기 발전기 엔진(6)을 냉각시키고 나온 뜨거운 냉각수를 열 회수 쿨러(9)를 거친 다음, 도 2에 도시된 열 회수 시스템 순환펌프(5)를 거쳐 열 회수 히터(3)에 공급한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 폐열회수시스템은 해수 공급 펌프(1), 청수 쿨러(2), 열 회수 히터(3), 발전기엔진 냉각수 펌프(4), 열회수 시스템 순환펌프(5), 발전기엔진(6), 발전기용 열교환기(7), 열교환기(8), 열 회수 쿨러(9) 및 열팽창 탱크(10)로 구성된다.
해수 공급 펌프(1)는 선저의 시 체스트(Sea Chest)를 통하여 청수 쿨러(Fresh Water Cooler;2)에 열교환을 위한 해수를 공급하는 펌프이다. 잘 알려진 바와 같이, 선박의 시 체스트는 해수를 선박 내로 유입 또는 선박으로부터 유출시켜 선박의 중량을 증감시킬 목적으로 형성된 것을 말하는데, 통상 선체 내에 해수 수용공간을 가지는 해수탱크와, 상기 해수탱크로 해수를 유입시키는 해수 유입구멍, 그리고 상기 해수 유입구멍을 막아주는 패널(혹은 막음판)로 이루어진다.
또한 청수 쿨러(2)는 상기 해수공급 펌프(1)로부터 공급받은 해수를 청수와 열교환하여 발전기의 냉각에 필요한 청수의 온도를 유지하는 역할을 한다. 열 회수 히터(3)는 각 발전기의 열 회수 쿨러(9)로부터 청수를 열교환하여 열원이 필요한 곳에 공급하기 위한 히터이다. 즉, 열 회수 쿨러(9)는 엔진을 냉각시킨 뜨거워진 냉각수를 라인(11)을 공급받은 다음 청수와 열교환하고 열교환된 냉각수를 라인(12)을 통해 배출하고, 상기 열교환된 청수는 라인(13)을 통해 열 회수 시스템 순환 펌프(5)를 거쳐 열회수 히터(3)로 공급한다. 도면에서 라인(13) 및 (14)로 이루어진 루프가 열 회수 루프로서 필요한 곳에 열원을 공급한다.
발전기엔진 냉각수 펌프(4)는 발전기엔진(6)의 고온 냉각 시스템의 순환수를 순환시키는 역할을 한다. 열 회수 시스템 순환 펌프(5)는 열 회수 시스템 내부의 순환수를 순환시킨다. 발전기엔진(6)은 선박에 필요한 전기를 생산하기 위한 엔진이다. 발전기용 열교환기(7)는 발전기엔진에 필요한 청수를 열교환하여 발전기를 냉각시키는 역할을 한다. 열교환기(8)는 발전기엔진 냉각에 필요한 청수를 열교환시켜 발전기엔진을 냉각시키는 역할을 한다. 또한 열 회수 쿨러(9)는 발전기 엔진(6)을 거친 뜨거운 냉각수의 열을 열 회수 시스템에 전달하기 위한 열교환기(9)이다. 열팽창탱크(10)는 열순환 시스템의 열팽창을 흡수하고 발생되는 기포를 시스템 밖으로 배출하는 역할을 한다.
본 발명의 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수 시스템의 폐열 회수 흐름을 설명한다.
엔진부(6)에는 전술한 바와 같이 발전기용 열교환기(7), 열교환기(8) 및 열 회수 쿨러(9)가 탑재되어 있다. 열 회수 쿨러(9)는 엔진(6')을 냉각시키고 나온 뜨거워진 냉각수를 라인(11)을 공급받은 다음 라인(14)를 통해 공급되는 청수와 열교환하고 열교환된 냉각수를 라인(12)을 통해 배출하고, 상기 열교환된 청수는 라인(13)을 통해 열 회수 시스템 순환 펌프(5)를 거쳐 열회수 히터(3)로 공급한다. 열 회수 히터(3)는 순환 펌프(5)를 거쳐 들어온 뜨거운 냉각수를 필요한 곳에 열원을 공급하고, 열교환기(8)는 열 회수 쿨러(9)로부터 나온 냉각수를 엔진 냉각에 필요한 온도 만큼 냉각시켜 엔진 자켓(도시 않음) 냉각에 필요한 온도를 유지시켜 주는 흐름으로 되어 있다. 다시 말하면 발전기 구역 즉 엔진부 내부와 외부 냉각시스템의 직접적인 청수 교환은 하지 않으며 열교환기(8,9)를 통해 외부와 간접적으로 열교환을 하는 구성으로 되어 있다.
따라서 상기 라인(13,14)가 폐열 회수 시스템의 폐열 회수 루프로서 필요한 곳에 열원을 공급하게 된다.
본 발명의 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템에 의하면 선박 또는 해양구조물에 설치되어 엔진의 자켓으로부터 토출되는 고온의 폐 냉각수를 열원으로 사용함으로써 보일러 및 히터의 용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 보일러 및 히터 가동을 위한 연료를 절감하여 폐기가스의 양을 줄일 수 있으며 또한 이로 인해 선박의 가열 시스템이 단순화되어 배관비용과 같은 비용의 절감효과를 얻을 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템을 첨부 도면을 참조로 하여 설명하였으나 이것은 예시 목적이지 이것으로 본 발명을 한정하고자 함은 아니며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 이하의 부속청구범위에 의해 정해지며, 본 발명의 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 해수 공급 펌프 2: 청수 쿨러
3: 열 회수 히터 4: 발전기엔진 냉각수 펌프
5: 열회수 시스템 순환펌프 6: 발전기엔진
7: 발전기용 열 교환기 8: 열교환기
9: 열 회수 쿨러 10: 열팽창 탱크

Claims (2)

  1. 선박에 필요한 전기를 생산하는데 사용되는 발전기 엔진(6);
    상기 발전기 엔진에 탑재되며, 발전기 냉각에 필요한 청수를 열교환하여 발전기를 냉각시키는 복수의 발전기용 열교환기(7);
    상기 발전기 엔진에 탑재되며, 상기 발전기 엔진 냉각에 필요한 청수를 열교환하여 발전기 엔진을 냉각시키는 복수의 열교환기(8);
    상기 발전기 엔진에 탑재되며, 상기 발전기 엔진을 거친 뜨거운 냉각수의 열을 열 회수 시스템에 전달하는 열교환기로서 복수의 열 회수 쿨러(9);
    상기 열 회수 쿨러로부터의 뜨거운 냉각수를 순환시키는 열 회수 시스템 순환 펌프(5); 및
    상기 열 회수 쿨러로부터의 청수를 열교환하여 열원이 필요한 곳에 공급하는열 회수 히터(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열 회수 히터로부터 상기 열 회수 쿨러를 거쳐 다시 열회수 히터로 순환되는 폐열 회수 라인(13,14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템.
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