KR101228064B1

KR101228064B1 - 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템

Info

Publication number: KR101228064B1
Application number: KR1020100126273A
Authority: KR
Inventors: 허다라; 김기정; 김은경; 박건일; 이승재; 최재웅
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2013-01-30
Also published as: KR20120064989A

Abstract

본 발명은 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템은, 연료를 연소하여 동력을 발생시키는 엔진에서 생성되는 배기가스를 이용하여 엔진에 공급되는 흡입공기를 압축하는 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템에 있어서, 엔진에서 생성되는 배기가스의 일부를 이용하여 흡입공기를 압축하며, 외부로부터 흡입공기가 유입되는 전단 및 압축된 흡입공기를 엔진 측으로 공급하기 위한 후단을 포함하는 과급기; 과급기의 전단 및 후단 중 어느 하나에 인접되어 설치되며, 유동되는 흡입공기를 냉각하기 위한 공기냉각부; 및 공기냉각부에 냉각된 작동유체를 공급하며, 배기가스의 나머지 일부가 고온열원으로서 공급되는 흡수식 냉각장치;를 포함한다.

Description

과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템{Intake air cooling system for ship having turbocharger}

본 발명은 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템에 관한 것이다.

일반적인 선박에는, 선박의 추진동력 및 선박에서 사용되는 전력생산과 같은 다수의 목적을 위하여, 디젤엔진(Diesel Engine)과 같은 내연기관이 설치된다.

상기 내연기관의 경우, 일반적으로 연료의 흡입, 압축, 폭발 및 배기의 행정을 이용하여, 동력을 생성하게 된다. 이때, 연료의 흡입과정에 있어서, 연료와 함께 내연기관 내부로 흡입공기(Intake Air)가 유입되는데, 상기 흡입공기의 압력을 상승시킴으로써, 상기 내연기관의 효율이 상승될 수 있다.

따라서, 근래에 들어서는, 상기 흡입공기의 압력을 상승시켜 상기 내연기관에 많은 양의 상기 흡입공기를 공급하기 위한 과급기가 설치된 선박이 다수 제안되고 있다.

상기 과급기에 의한 흡입공기 압축방식은 상기 내연기관의 크랭크축에 톱니바퀴를 물려서 기계적으로 구동하는 슈퍼차저(Supercharger) 방식 및 상기 연소기관에서 발생되는 배기가스를 이용한 배기터빈으로 구동되는 터보차저(Turbocharger) 방식이 있다.

도 1에는 터보차저 방식에 의하여 흡입공기를 압축시키는 과급기가 설치된 선박의 일례가 도시된다.

상기 선박의 내연기관, 즉 엔진(310)으로부터 일정 압력 및 온도의 배기가스(E)가 배출되면, 배기가스(E)는 과급기(110)로 공급된다.

이때, 과급기(110)에 공급된 배기가스(E)의 에너지에 의하여, 과급기(110)의 배기터빈(111)에서는 회전력이 발생되며, 상기 회전력을 배기터빈(111)과 연결된 압축터빈(112)으로 전달된다. 그리고, 압축터빈(112)은 상기 회전력을 이용하여, 외부 흡입공기(a)를 압축하여, 엔진(310)으로 공급하게 된다.

한편, 과급기(110)에서의 흡입공기(a) 압축과정에서, 흡입공기(a)는 단열압축 과정에 따라서 압축된다. 따라서, 압축 후의 흡입공기(a)의 온도, 즉 과급기(110)의 후단측 흡입공기(a)의 온도는, 보다 압축 전의 흡입공기(a)의 온도, 즉 과급기(110)의 전단측 흡입공기(a)의 온도보다 상승하게 된다.

이때, 일반적으로 상기 내연기관인 엔진(310)에 공급되는 흡입공기(a)의 온도가 높아질수록, 엔진(310)의 효율은 감소되는 관계에 있는바, 과급기(110)를 거친 후단측 흡입공기(a) 온도의 상승으로 인하여, 엔진(310)의 효율이 감소되는 문제가 발생하게 된다.

또한, 상기 선박이 열대지방과 같은 고온의 환경에서 운항하는 경우, 과급기(110)의 상기 전단측부터 흡입공기(a)의 온도가 상승된 상태로, 압축됨으로써, 엔진(310)의 효율이 더욱 저하되는 문제가 발생하게 된다.

이에, 본 발명의 실시예들은, 상기 흡입공기를 냉각시켜 상기 엔진으로 공급함으로써, 상기 엔진의 효율을 상승시킬수 있는 선박의 흡입공기 냉각시스템을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예의 일 측면에 따르면, 연료를 연소하여 동력을 발생시키는 엔진에서 생성되는 배기가스를 이용하여 상기 엔진에 공급되는 흡입공기를 압축하는 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템에 있어서, 상기 엔진에서 생성되는 상기 배기가스의 일부를 이용하여 상기 흡입공기를 압축하며, 외부로부터 상기 흡입공기가 유입되는 전단 및 압축된 상기 흡입공기를 상기 엔진 측으로 공급하기 위한 후단을 포함하는 과급기; 상기 과급기의 상기 전단 및 상기 후단 중 어느 하나 이상에 인접되어 설치되며, 유동되는 상기 흡입공기를 냉각하기 위한 공기냉각부; 및 상기 공기냉각부에 냉각된 작동유체를 공급하며, 상기 배기가스의 나머지 일부가 고온열원으로서 공급되는 흡수식 냉각장치;를 포함하는 선박의 흡입공기 냉각시스템이 제공될 수 있다.

또한, 상기 흡수식 냉각장치는, 냉매의 증발 잠열을 이용하여 상기 작동유체를 냉각시키는 증발기; 상기 증발기에서의 증발된 냉매를 흡수하는 흡수액이 수용된 흡수기; 상기 고온열원으로서 공급되는 상기 배기가스의 나머지 일부를 이용하여, 상기 냉매의 흡수를 통하여 묽어진 흡수액을 가열시켜 재생시키는 재생기; 및 상기 재생기에서 증발한 냉매를 응축시키는 응축기;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 공기냉각부는, 상기 과급기의 상기 전단에 설치되어, 상기 과급기에 공급되는 상기 외부 공기를 냉각시키기 위한 전단측 공기냉각부; 및 상기 과급기의 상기 후단측에 설치되어, 상기 과급기에서 압축되어 상기 엔진으로 공급되는 상기 흡입공기를 냉각시키기 위한 후단측 공기냉각부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 흡수식 냉각장치로부터 상기 전단측 공기냉각부에 공급되는 작동유체의 흐름을 제어하기 위한 제1제어밸브; 및 상기 흡수식 냉각장치로부터 상기 후단측 공기냉각부에 공급되는 작동유체의 흐름을 제어하기 위한 제2제어밸브;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 과급기로 공급되는 배기가스의 양 및 상기 흡수식 냉각장치로 공급되는 배기가스의 양은, 상기 과급기의 압축 요구량 및 상기 흡수식 냉각장치의 냉각 요구량에 따라서 상호 간에 조절 가능할 수 있다.

또한, 상기 흡수식 냉각장치와는 별도로 마련되며, 보조 작동유체를 냉각시키는 보조 냉각장치; 및 상기 보조 작동유체가 공급되며, 상기 과급기에서 압축된 상기 흡입공기를 냉각시키기 위한 보조 공기냉각부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 후단측 공기냉각부는, 상기 과급기에서 압축된 상기 흡입공기가 상기 보조 공기냉각부를 거친 다음, 상기 후단측 공기냉각부에서 냉각되도록 배치될 수 있다.

또한, 흡수식 냉각장치와는 별도로 마련되며, 보조 작동유체를 냉각시키는 보조 냉각장치;를 더 포함하고,상기 공기냉각부에는, 상기 흡수식 냉각장치 또는 상기 보조 냉각장치로부터, 냉각된 작동유체가 선택적으로 공급 가능할 수 있다.

제안되는 실시예에 의하면, 흡수식 냉동기를 이용하여, 선박의 엔진에 공급되는 흡입공기를 냉각함으로써, 엔진 효율을 상승시킬 수 있다.

또한, 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부의 배기가스를 이용하여 과급기의 공기압축을 수행하고, 배기가스의 나머지 일부를 바이패스시켜 흡수식 냉각장치의 고온열원으로서 사용함으로써, 버려지는 배기가스의 폐열을 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 엔진의 효율 상승 및 배기가스의 폐열을 이용함으로써, 오염물질의 배출량이 감소될 수 있다.

도 1은 종래의 과급기가 설치된 선박의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 흡입공기의 온도와 엔진의 효율 간의 관계를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 4는 도 3의 흡입공기 냉각시스템의 흡수식 냉동기의 구성을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 흡입공기의 온도와 엔진의 효율 간의 관계를 보여주는 도면이다.

도 2를 참조하면, 디젤엔진(Diesel Engine)과 같은 내연기관에 공급되는 흡입공기의 온도가 상승할수록 상기 내연기관의 연료효율을 보여주는 연료소비율(SFOC) 또한 상승된다.

이때, 상기 연료소비율은 연료소비량의 일당량을 의미하는 것으로서, 상기 연료소비율이 증가될수록, 상기 내연기관에서 동일한 일량을 생성하는 연료의 소비량이 증가되므로, 상기 내연기관의 효율은 감소된다.

즉, 상기 흡입공기의 온도와 상기 내연기관의 열효율은 반비례 관계에 있으므로, 상기 내연기관의 열효율을 증가시키기 위해서는, 상기 내연기관에 공급되는 상기 흡입공기의 온도의 감소가 요구된다.

이하에서는, 상기 내연기관에 공급되는 상기 흡입공기의 온도를 감소시키기 위한 본 실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템의 구성을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면이며, 도 4는 도 3의 흡입공기 냉각시스템의 흡수식 냉동기의 구성을 보여주는 도면이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템은, 과급기(100)와, 흡수식 냉각장치(200)와, 보조 냉각장치(400)와, 전단측 공기냉각부(511)과, 후단측 공기냉각부(512) 를 포함한다.

보다 상세히, 과급기(100)는 엔진(300)에서 생성되는 배기가스의 일부(E1)를 이용하여 흡입공기(a)를 압축하는 터보차저(Turbocharger) 방식의 과급기로 마련되며, 배기가스의 일부(E1)가 공급되어 회전력을 발생시키는 배기터빈(102)과, 배기터빈(101)과 연결되어 상기 회전력을 전달받아, 외부의 흡입공기(a)를 압축하여 엔진으로 공급하는 압축터빈(101)을 포함한다.

그리고, 과급기(100)는 압축터빈(101)을 기준으로, 외부로부터 흡입공기(a)가 유입되는 전단 및 압축터빈(101)에서 압축된 흡입공기(a)가 엔진(300)을 향하여 유출되는 후단을 포함한다.

과급기(100)에서 압축된 흡입공기(a)는 엔진(300)으로 공급되며, 압축된 흡입공기(a)를 공급받은 엔진(300)은, 대기압 상태의 흡입공기(a)가 공급되는 경우에 비하여, 과량의 압축공기(a)를 공급받게 됨에 따라서, 그 효율이 상승될 수 있다.

한편, 과급기(100)의 상기 전단 및 상기 후단에 인접한 위치에는 각각 전단측 공기냉각부(511) 및 후단측 공기냉각부(512)가 설치되어, 각각 상기 전단으로 유입되는 흡입공기(a) 및 상기 후단으로부터 엔진(300)을 향하여 공급되는 압축된 흡입공기(a)를 냉각시킨다.

그리고, 흡수식 냉각장치(200)는, 전단측 공기냉각부(511)에 냉각된 작동유체를 공급하며, 엔진(300)으로부터 배출되는 배기가스의 나머지 일부(E2)가 고온열원으로서 공급된다. 즉, 흡수식 냉각장치(200)는 고온열원으로서 외부로 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여, 상기 작동유체의 냉각 과정을 수행한다.

또한, 과급기(100)로 공급되는 배기가스(E1)의 양 및 흡수식 냉각장치(200)로 공급되는 배기가스(E2)의 양은 과급기(100)의 압축 요구량 및 흡수식 냉각장치(200)의 냉각 요구량에 따라서 상호 간에 조절 가능하게 마련될 수 있다.

이때, 흡수식 냉각장치(200)의 냉각 요구량은 과급기(100)의 전단 및 후단측의 흡입공기(a)의 온도에 따라서 결정되며, 상기 흡입공기(a)의 온도는 과급기(100)의 상기 전단측 및 상기 후단측에 설치된 온도센서(미도시)에 의하여 측정될 수 있다.

그리고, 보조 냉각장치(400)는 흡수식 냉각장치(200) 및 후단측 공기냉각부(512)에 냉각된 보조 작동유체(W2)를 공급한다. 이때, 보조 냉각장치(400)는 일례로 상기 선박의 내부에서 순환되는 청수(Fresh water)를 상기 보조 작동유체로 사용하며, 흡수식 냉각장치(200) 및 후단측 공기냉각부(512)를 순환한 상기 청수가 냉각될 수 있는 일례로 방열판과 같은 방열장치를 포함할 수 있다. 또한, 보조 냉각장치(400)가 일례로 외부의 해수(Sea water)를 보조 작동유체(W2)로 사용하여, 상기 해수가 흡수식 냉각장치(200) 및 후단측 공기냉각부(512)를 순환되도록 한 다음, 상기 선박의 외부로 배출시키는 구성 또한 본 실시예의 구성에 포함된다고 할 것이다.

이하에서는 엔진(300)에서 배출되는 배기가스(E2)의 폐열을 이용하여 상기 작동유체를 냉각시키는 흡수식 냉각장치(200)의 구성을 상세하게 설명한다.

도 4를 참조하면, 흡수식 냉각장치(200)는, 엔진(300)으로부터의 폐열을 이용하여, 전단측 공기냉각부(511)에 냉각된 작동유체를 공급한다.

보다 상세히, 냉매를 이용하여 작동유체를 냉각시키기 위해 마련된 것으로, 증발기(210), 흡수기(220), 재생기(230) 및 응축기(240)를 포함한다.

증발기(210)는 냉매의 증발 잠열을 이용하여 선박용 연료를 냉각시킬 작동 유체를 냉각시키기 위해 마련된 것이다. 본 실시예에서는 냉매(R)로서 청수(fresh water)가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 상기 증발기(210) 내에는 작동유체 순환유로(251)가 마련된다. 상기 작동유체 순환유로(251)를 통하여 증발기(210) 내부를 통과하게 되는 작동유체(W1)는 증발기(210) 내에서의 냉매(R)의 증발 잠열에 의해 냉각된다. 작동유체(W1)로는 일례로 청수와 같은 다양한 냉각매개체가 사용될 수 있다.

또한, 증발기(210)의 하부에는 냉매 펌프(216)가 마련되어, 증발기(210) 내의 하부에 응결되는 액체상태의 냉매(R)을 냉매 파이프(212)를 통하여 증발기(210)의 상부로 공급하게 된다. 증발기(210)의 상부로 공급된 냉매(R), 즉 청수는 증발기(210) 내에서 노즐을 통하여 작동유체 순환유로(251)를 향하여 분사되는 동시에 증발하게 된다.

그리고, 냉매(R)의 증발과정에서 냉매(R)로 흡수되는 증발 잠열에 의하여, 작동유체 순환유로(251) 내에서 유동되는 작동유체(W1)가 냉각될 수 있다.

이때, 증발기(210)의 내부압력이 일례로 6.5 mmHg의 압력으로 형성될 수 있도록, 증발기(210)의 내부압력을 조절할 수 있으며, 이때 청수로 마련되는 냉매(R)는 약 5℃의 온도에서 증발될 수 있다.

한편, 흡수기(220)는 증발기(210)에서 증발된 냉매(R), 본 실시예에서는 청수를 흡수하기 위해 마련된 것으로서, 증발기(210) 및 흡수기(220)는 냉매 공급유로(211)에 의하여 연통될 수 있다.

보다 상세히, 증발기(210)에서 증발이 계속되면 수증기 분압이 점점 높아지게 되므로 증발 온도도 상승하게 되어, 적절한 냉각효과를 얻을 수 없게 된다. 따라서, 증발된 냉매(R)를 흡수기(220) 내에 저장된 흡수액(A)에 흡수시키면 증발기(210) 내에서의 냉매(R)의 증발 압력 및 온도를 일정하게 유지될 수 있다.

본 실시예에서는 흡수기(220)의 흡수액(A)으로서, 리튬브로마이드(LiBr) 수용액이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 흡수기(220) 내에서의 흡수액(A)이 증발된 냉매(R)를 흡수할 때 발생하는 흡수열을 제거하기 위해 흡수기(220) 내에는 보조 냉각장치(400)로부터 냉각된 보조 작동유체(W2)가 유동되는 보조 작동유체 파이프(252)가 마련된다.

한편, 흡수액(A)인 상기 리튬브로마이드 수용액이 흡수작용을 계속하게 됨에 따라서, 상기 리튬브로마이드 수용액의 농도가 점점 묽어지면, 상기 리튬브로마이드 수용액이 냉매(R)인 청수를 흡수하는 흡수작용의 효율이 점진적으로 감소된다.

따라서, 본 실시예에 따른 흡수식 냉각장치(200)에는 상기 흡수액(A)의 재생을 위한 상기 재생기(230)가 마련된다.

그리고, 흡수기(220)의 하부에는 흡수액 펌프(224)가 마련되며, 흡수액 펌프(224)는 흡수기(220) 내의 하부에 응축된 리튬브로마이드 수용액을 제1흡수액 순환파이프(221)를 통하여 재생기(230)로 공급한다.

재생기(230)는 냉매 즉, 청수를 흡수함으로써 묽어진 상기 리튬브로마이드 수용액을 가열시켜, 흡수액(A), 즉 상기 리튬브로마이드 수용액으로부터 상기 청수를 증발시킴으로써 상기 리튬브로마이드 수용액 내의 리튬브로마이드의 농도를 증가시키는 과정, 즉 흡수액 재생과정을 수행하기 위하여 마련된다. 이때, 재생기(230)의 상부에는 흡수기(220)로부터 묽어진 상기 리튬브로마이드 수용액을 전달하기 위한 제1흡수액 순환파이프(221)가 연통된다.

재생기(230) 내의 흡수액(A)은 가열수단에 의해 가열되게 되는데, 상기 가열수단, 즉 고온열원으로서, 엔진(300)에서 배출되는 배기가스의 일부(E2)가 사용된다. 이때, 재생기(230)에는 배기가스(E2)가 유동되는 배기가스 유로(261)가 관통되며, 재생기(230) 내부에 수용된 흡수액(A)이 배기가스 유로(261)로부터 열을 전달받아, 상기 흡수액 재생과정이 수행될 수 있다.

본 실시예에서는 일부 배기가스(E2)가 배기가스 유로(261)의 내부에서 직접 유동됨에 따라서, 배기가스(E2)로부터 흡수액(A)으로 직접 열이 전달되는 것으로 설명되고 있으나, 배기가스(E2)로부터 전달되는 열이 청수와 같은 별도의 매개유체를 통하여 흡수액(A)으로 전달되는 구성 또한 본 실시예의 구성에 포함된다고 할 것이다.

한편, 재생기(230) 내에서 상기 재생과정을 거쳐 농축된 흡수액(A)은 제2흡수액 순환파이프(231)을 통하여, 흡수기(220)로 순환된다.

이때, 재생기(230)와 흡수기(220) 사이에는 흡수액 열교환기(260)가 설치될 수 있다. 흡수액 열교환기(260)에는 제1흡수액 순환파이프(221) 및 제2흡수액 순환파이프(231)의 일부가 관통하며, 제1흡수액 순환파이프(221) 내에서 유동되는 저온 및 저농도의 흡수액(A)과 제2흡수액 순환파이프(231) 내에서 유동되는 고온 및 고농도의 흡수액(A)의 열교환이 수행된다. 따라서, 흡수액 열교환기(260)는 재생기(230)에서의 가열량과 흡수기(220)에서의 냉각열량을 대폭 절감함으로써 열효율을 개선하는 역할을 할 수 있다.

흡수기(220)로 들어온 농축된 리튬브로마이드 수용액은 다시 증기 상태의 냉매(R)를 흡수하여 저농도가 된 후, 다시 재생기(230)로 순환되어 가열 및 농축 과정을 연속적으로 반복한다.

그리고, 흡수액(A)의 상기 재생과정에서, 흡수액(A)으로부터 증기상태의 냉매(R), 즉 수증기는 재생기(230)와 응축기(240)를 연결하는 연결 파이프(232)를 통하여 응축기(240)로 공급된다.

한편, 응축기(240)는 재생기(230)에서 증발한 냉매(R) 즉, 수증기를 응축시키기 위하여 마련된다. 응축기(240) 내에는 증발된 냉매(R) 즉, 수증기를 응축시키기 위하여 열교환부로서 흡수기(220) 내를 지나가는 보조 작동유체 파이프(252)가 연장되어 설치되어 있다. 따라서, 흡수기(220)를 통과한 보조 작동유체(W2)는, 응축기(240) 내부에서의 증기 상태의 냉매(R)로부터 열을 흡수하여, 상기 증기상태의 냉매(R)가 액체 상태로 응축될 수 있도록 한다.

그리고, 액체상태로 응축된 냉매(R), 즉 청수는, 냉매 파이프(241)를 통하여, 증발기(210)로 재공급될 수 있다. 그리고, 증발기(210)로 재공급된 액체상태의 냉매(R)는 흡수식 냉동기(200) 내에서의 순환을 되풀이하게 된다. 이때, 냉매 파이프(241)에는 팽창밸브(242)가 마련되어, 내부에 유동되는 냉매(R)의 압력이 감압되도록 할 수 있다.

한편, 응축기(240)의 보조 작동유체 파이프(252)를 통과한 보조 작동유체(W2)는 보조 냉각장치(400)를 거쳐 순환될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템의 흡수식 냉각장치(200)에 있어서, 냉매(R)의 흐름에 대하여 설명하기로 한다. 이 경우, 흡수식 냉각장치(200)의 세부적인 구성요소의 작동에 대해서는 상술하였는바, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

흡수식 냉각장치(200)의 증발기(210)에서 증발 잠열에 의해 상기 작동유체를 냉각시킨 냉매(R, 본 실시예에서는 청수)는 흡수기(220) 내의 흡수액(A)인 리튬브로마이드 수용액에 의해 흡수되기 시작한다. 이후, 냉매(R)를 흡수하여 농도가 저하된 흡수액(A)은 재생기(230)로 전달된다.

재생기(230)에서는, 열교환기(280)에서 배기가스로부터 열을 공급받은 고온의 배기가스(E2)에 의하여, 냉매(R)가 과량 흡수된 흡수액(A)으로부터, 냉매(R)가 증발된다.

냉매(R)를 분리하여 농축된 흡수액(A)은 다시 흡수기(220)로 들어가 흡수작용을 재수행하게 된다. 그리고, 재생기(230)에서 나온 증기 상태의 냉매(R)는 응축기(240)로 공급되어 해수에 의해 냉각 및 응축되어, 증발기(210)로 순환되어, 한 사이클의 냉매 순환 과정을 마치게 된다.

이러한 순환과정을 반복적으로 수행함으로써, 증발기(210) 내에서 작동유체 순환유로(251)를 통하여 흐르는 작동유체(W1)를 냉각시키게 된다.

이하에서는 본 실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템에서 흡입공기(a)가 냉각되어 엔진(300)으로 공급되는 과정을 상세하게 설명한다.

다시, 도 3을 참조하면, 외부의 흡입공기(a)는, 흡수식 냉각장치(200)로부터 냉각된 작동유체(W1)가 순환되는 전단측 공기냉각부(511)를 거쳐 제1냉각된 다음, 과급기(100)의 압축터빈(101)으로 전달된다.

그리고, 과급기(100)에서 압축된, 일례로 단열압축되어 온도가 상승된, 흡입공기(a)는, 보조 냉각장치(400)로부터 냉각된 보조 작동유체(W2)가 순환되는 후단측 공기냉각부(512)를 거쳐 제2냉각된 다음, 엔진(300)으로 공급된다.

이때, 흡수식 냉각장치(200)로부터 냉각된 작동유체(W1)의 온도는 보조 냉각장치(400)로부터 냉각된 보조 작동유체(W2)의 온도에 비하여 낮으며, 과급기(100)의 상기 전단측 및 상기 후단측에서 두 차례 냉각된 흡입공기(a)가 엔진(300)으로 공급됨에 따라서, 앞서 설명한 바와 같이 엔진(300)의 효율이 상승하게 될 수 있다.

또한, 엔진(300)에서 배출되는 배기가스(E1,E2)의 일부의 배기가스(E1)를 이용하여 과급기(100)의 공기압축을 수행하고, 배기가스의 나머지 일부(E2)를 바이패스(Bypass) 시켜 흡수식 냉각장치(200)의 고온열원으로서 사용함으로써, 버려지는 배기가스(E1,E2)의 폐열을 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 엔진(300)의 효율 상승 및 배기가스의 폐열을 이용함으로써, 오염물질의 배출량이 감소될 수 있다.

또한, 복수의 냉각장치들에 의하여, 흡입공기의 냉각이 수행됨으로써, 어느 하나의 냉각장치에 이상이 발생되는 경우에도, 안정적으로 흡입공기의 냉각이 수행될 수 있는 장점이 있다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

본 실시예는, 전단측 공기냉각부 및 후단측 공기냉각부에 냉각된 작동유체가 공급되는 과정에 있어서 제1실시예의 흡입공기 냉각시스템의 구성과 차이가 있을 뿐,다른 구성에 있어서는 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템의 전단측 공기냉각부(521) 및 후단측 공기냉각부(522)에는 흡수식 냉각장치(200)로부터 냉각된 작동유체(W1)가 공급된다.

그리고, 보조 냉각장치(400)는, 전단측 공기냉각부(521) 및 후단측 공기냉각부(522)에 대하여 냉각된 보조 작동유체(W2)를 직접 전달하지 아니하고, 흡수식 냉각장치(200)에 대해서만 냉각된 보조 작동유체(W2)를 공급한다. 또한, 본 실시예에 따른 상기 흡입공기 냉각시스템은, 전단측 공기냉각부(521) 및 후단측 공기냉각부(522)에 공급되는 작동유체(W1)의 흐름을 조절하기 위한 제1제어밸브(523) 및 제2제어밸브(524)가 더 포함된다. 즉, 과급기(100)의 상기 전단측에서 유동되는 흡입공기(a) 및 상기 후단측에서 유동되는 압축된 흡입공기(a)의 온도에 따라서, 제1제어밸브(523) 및 제2제어밸브(524)가 작동유체(W1)의 흐름을 제어함으로써, 다양한 냉각요구량에 대응하여, 흡입공기(a)의 냉각이 수행될 수 있도록 한다.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

본 실시예는, 후단측 공기냉각부의 구성에 있어서 제2실시예의 흡입공기 냉각시스템의 구성과 차이가 있을 뿐,다른 구성에 있어서는 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템은, 전단측 공기냉각부(531), 제1후단측 공기냉각부(532) 및 제2후단측 공기냉각부(533)를 포함한다.

이때, 전단측 공기냉각부(531) 및 제2후단측 공기냉각부(533)는 흡수식 냉각장치(200)로부터 냉각된 작동유체(W1)를 전달받으며, 전단측 공기냉각부(531) 및 제2후단측 공기냉각부(533)에 순환되는 작동유체(W1)의 흐름은 제1제어밸브(534) 및 제2제어밸브(535)에 의하여 제어될 수 있다.

한편, 제1후단측 공기냉각부(532)는 보조 냉각장치(400)로부터 냉각된 보조 작동유체(W2)를 전달받아, 과급기(100)에서 압축된 흡입공기(a)를 냉각시킨다. 이때, 제1후단측 공기냉각부(532)는 보조 공기냉각부라고 할 수 있다.

그리고, 제2후단측 공기냉각부(533)는, 과급기(100)에서 압축된 흡입공기(a)가 제1후단측 제1냉각부(532)를 거친 다음, 제2후단측 공기냉각부(533)를 거쳐 냉각될 수 있도록 배치된다.

즉, 냉각된 작동유체(W1)의 온도가 냉각된 보조 작동유체(W2)의 온도보다 낮기 때문에, 과급기(100)에서 압축된 흡입공기(a)가 제1후단측 공기냉각부(532), 즉 상기 보조 공기냉각부, 및 제2후단측 공기냉각부(533)를 순서대로 거쳐 냉각되도록 함으로써, 흡입공기(a)의 냉각이 효율적으로 수행될 수 있다.

도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

본 실시예는, 전단측 공기냉각부의 구성에 있어서 제3실시예의 흡입공기 냉각시스템의 구성과 차이가 있을 뿐,다른 구성에 있어서는 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템에는 별도의 전단측 공기 공기냉각부가 구비되지 아니하고, 보조 냉각장치(400)로부터 보조 작동유체(W2)가 순환되는 제1후단측 공기냉각부(541) 및 흡수식 냉각장치(200)로부터 작동유체(W1)가 순환되는 제2후단측 공기냉각부(542)를 포함한다.

즉, 별도의 전단측 공기냉각부가 구비되지 않음으로써, 본 실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템에서는, 과급기(100)의 상기 후단측으로부터, 엔진(300)으로 공급되는 흡입공기(a), 즉 압축된 흡입공기(a)의 냉각 용량을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.

도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 선박의 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

본 실시예는, 후단측 공기냉각부의 구성에 있어서 제4실시예의 흡입공기 냉각시스템의 구성과 차이가 있을 뿐,다른 구성에 있어서는 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 특징적인 부분을 중심으로 설명한다.

도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른, 흡입공기 냉각시스템의 후단측 공기냉각부(551)는, 흡수식 냉각장치(200)에서 냉각된 작동유체(W1) 및 보조 냉각장치(400)에서 냉각된 보조 작동유체(W2)가 동시에 공급가능하게 마련된다.

그리고, 후단측 공기냉각부(551)와 흡수식 냉각장치(200)사이에는, 작동유체(W1)의 흐름을 제어하고, 보조 작동유체(W2)의 유입을 방지하기 위한 제1작동유체 제어밸브(552) 및 제2작동유체 제어밸브(553)가 마련된다.

마찬가지로, 후단측 공기냉각부(551)와 보조 냉각장치(400)사이에는, 보조 작동유체(W2)의 흐름을 제어하고, 작동유체(W1)의 유입을 방지하기 위한 제1보조작동유체 제어밸브(554) 및 제2보조작동유체 제어밸브(555)가 마련된다.

즉, 과급기(100)에서 압축된 흡입공기(a)의 온도에 따라서, 흡수식 냉각장치(200)에 의한 냉각 및 보조 냉각장치(400)에 의한 냉각 중 어느 하나의 냉각을 선택함으로써, 냉각 효율을 극대화 할 수 있는 장점이 있다.

일례로, 과급기(100)에서 압축된 흡입공기(a)의 온도가 제1온도일 때에는, 보조 냉각장치(400)에 의한 냉각을 수행하며, 압축된 흡입공기(a)의 온도가 상기 제1온도 보다 높은 제2온도일 때에는 흡수식 냉각장치(200)에 의한 냉각을 수행할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 발명에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100 : 과급기 200 : 흡수식 냉각장치
210 : 증발기 220 : 흡수기
230 : 재생기 240 : 응축기
300 : 엔진 400 : 보조 냉각장치

Claims

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연료를 연소하여 동력을 발생시키는 엔진에서 생성되는 배기가스를 이용하여 상기 엔진에 공급되는 흡입공기를 압축하는 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템에 있어서,
상기 엔진에서 생성되는 상기 배기가스의 일부를 이용하여 상기 흡입공기를 압축하며, 외부로부터 상기 흡입공기가 유입되는 전단 및 압축된 상기 흡입공기를 상기 엔진 측으로 공급하기 위한 후단을 포함하는 과급기;
상기 과급기의 상기 전단 및 상기 후단 중 어느 하나 이상에 인접되어 설치되며, 유동되는 상기 흡입공기를 냉각하기 위한 공기냉각부;
상기 공기냉각부에 냉각된 작동유체를 공급하며, 상기 배기가스의 나머지 일부가 고온열원으로서 공급되는 흡수식 냉각장치;
상기 공기냉각부는, 상기 과급기의 상기 전단에 설치되어, 상기 과급기에 공급되는 상기 외부 공기를 냉각시키기 위한 전단측 공기냉각부;
상기 과급기의 상기 후단측에 설치되어, 상기 과급기에서 압축되어 상기 엔진으로 공급되는 상기 흡입공기를 냉각시키기 위한 후단측 공기냉각부;
상기 흡수식 냉각장치와는 별도로 마련되며, 보조 작동유체를 냉각시키는 보조 냉각장치; 및
상기 보조 작동유체가 공급되며, 상기 과급기에서 압축된 상기 흡입공기를 냉각시키기 위한 보조 공기냉각부;를 포함하는 선박의 흡입공기 냉각시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 후단측 공기냉각부는, 상기 과급기에서 압축된 상기 흡입공기가 상기 보조 공기냉각부를 거친 다음, 상기 후단측 공기냉각부에서 냉각되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 선박의 흡입공기 냉각시스템.
연료를 연소하여 동력을 발생시키는 엔진에서 생성되는 배기가스를 이용하여 상기 엔진에 공급되는 흡입공기를 압축하는 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템에 있어서,
상기 엔진에서 생성되는 상기 배기가스의 일부를 이용하여 상기 흡입공기를 압축하며, 외부로부터 상기 흡입공기가 유입되는 전단 및 압축된 상기 흡입공기를 상기 엔진 측으로 공급하기 위한 후단을 포함하는 과급기;
상기 과급기의 상기 전단 및 상기 후단 중 어느 하나 이상에 인접되어 설치되며, 유동되는 상기 흡입공기를 냉각하기 위한 공기냉각부;
상기 공기냉각부에 냉각된 작동유체를 공급하며, 상기 배기가스의 나머지 일부가 고온열원으로서 공급되는 흡수식 냉각장치;
상기 흡수식 냉각장치와는 별도로 마련되며, 보조 작동유체를 냉각시키는 보조 냉각장치;를 포함하고,
상기 공기냉각부에는, 상기 흡수식 냉각장치 및 상기 보조 냉각장치로부터, 냉각된 작동유체가 선택적으로 공급 가능한 선박의 흡입공기 냉각시스템.