KR101324119B1 - 중앙청수 냉각장치와 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템에 있어서, 엔진에서 생성되는 상기 배기가스의 일부를 이용하여 외부로부터 유입된 흡입공기를 압축하며, 상기 흡입공기가 유입되는 전단 및 압축된 상기 흡입공기를 상기 엔진 측으로 공급하기 위한 후단을 포함하는 과급기; 상기 과급기에서 압축된 상기 흡입공기와 상기 과급기를 통과한 상기 배기가스 중 어느 하나 이상을 냉각시키며, 상기 흡입공기 또는 상기 배기가스의 흐름에 따라서 배치되는 하나 이상의 냉각유닛을 포함하는 냉각부; 상기 냉각유닛을 통하여 순환되는 작동유체로부터 열원을 공급받는 흡수식 냉각장치; 상기 냉각유닛 중 제3냉각유과와 상기 선박에 마련된 냉각요구장비에 서로 다른 청수 온도의 청수를 제공하는 중앙청수 냉각장치;를 포함한다.

Description

중앙청수 냉각장치와 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템{INTAKE AIR COOLING SYSTEM FOR SHIP HAVING TURBOCHARGER AND CENTRAL FRESH WATER COOLER}

본 발명은 중앙청수 냉각장치와 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(100)로 공급된다.

이때, 과급기(100)에 공급된 배기가스(E)의 에너지에 의하여, 과급기(100)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, 즉과급기(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.

또한, 발명의 배경이 되는 하기의 특허문헌에는 메인 냉각설비와 서브 냉각설비를 함께 구비하여, 메인 냉각설비로 1차 냉각된 흡입공기를 서브 냉각설비로 2차 냉각시키고 있을 뿐, 엔진 및 선박 내 냉각요구장비(이하, '냉각요구장비'로 약칭함)를 사용하는 환경에서, 바다물의 온도가 상대적으로 낮은 경우에서도 상대적으로 온도가 높은 청수만을 공급함에 따라, 엔진 연비 향상과 흡수식 냉동기의 용량감소를 도모하지 못하고 있는 상황이다.

따라서, 발명의 배경이 되는 하기의 특허문헌은 온도가 높은 청수만을 제공하여 흡수식 냉각장치의 냉각 용량 또는 장치의 물리적 사이즈를 줄일 수 없다.

예컨데, 종래 기술의 선박에 마련된 중앙청수 냉각장치는 엔진을 포함한 기타 냉각이 필요한 기계류에 대하여 LT(Low Temperature) 냉각 시스템을 별도로 구비하여 사용하고 있으며, 이때, 선박의 경우, 해수 온도 32℃의 해수[예: 해수 온도 설계 조건은 IACS M28(1978) Tropical condition 기준]로 청수를 냉각시킬 때 동일한 청수 세팅 온도(예: 36℃)로 모두 동일하게 설정하여 냉각한 청수를 엔진 및 냉각이 필요한 기계류에 공급하는 문제점을 가지고 있다.

공개특허공보 제10-2010-0113756호

이에, 본 발명의 실시예들은, 흡입공기를 추가냉각시켜 상기 엔진으로 공급함으로써, 엔진의 효율을 상승시킬수 있고, 바다물의 온도가 상대적으로 낮은 경우, 본 실시예를 통해 더 낮은 온도의 청수를 엔진 쪽 제3냉각유닛에 공급 해줄 수 있고 이를 통해 엔진 연비 향상과 흡수식 냉동기의 용량감소가 가능한 중앙청수 냉각장치와 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예의 일 측면에 따르면, 선박의 흡입공기 냉각시스템에 있어서, 엔진에서 생성되는 배기가스의 일부를 이용하여 외부로부터 유입된 흡입공기를 압축하며, 상기 흡입공기가 유입되는 전단 및 압축된 상기 흡입공기를 상기 엔진으로 공급하기 위한 후단을 포함하는 과급기; 상기 과급기에서 압축된 상기 흡입공기와 상기 과급기를 통과한 상기 배기가스 중 어느 하나 이상을 냉각시키며, 상기 흡입공기 또는 상기 배기가스의 흐름에 따라서 배치되도록, 상기 과급기에서 배출된 상기 흡입공기와 열교환을 하도록 제1작동유체가 순환되는 제1냉각유닛과, 상기 제1냉각유닛의 후방에 위치하여 상기 흡입공기와 열교환을 하도록 제2작동유체가 순환되는 제2냉각유닛과, 제1냉각유닛과 제2냉각유닛의 사이에 배치된 제3냉각유닛을 포함하는 냉각부; 상기 냉각유닛을 통하여 순환되는 작동유체로부터 열원을 공급받는 흡수식 냉각장치; 및 상기 제3냉각유닛과 상기 선박에 마련된 냉각요구장비에 서로 다른 청수 온도의 청수를 제공하는 중앙청수 냉각장치;를 포함하는 중앙청수 냉각장치와 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템이 제공될 수 있다.

또한, 본 실시예는, 상기 중앙청수 냉각장치의 출구와 제1분기지점 사이에 결합되고, 제1청수의 배출경로가 되는 청수 배출유로; 상기 청수 배출유로에 설치된 제2보충밸브; 상기 제1분기지점과 상기 제3냉각유닛의 입구 사이에 설치되고, 제3청수의 유입경로가 되는 유닛입구유로; 상기 제1분기지점과 상기 냉각요구장비의 입구 사이에 설치되고, 제2청수의 유입경로가 되는 대상물입구유로; 상기 제1분기지점 후단으로 상기 대상물입구유로에 설치된 제1보충밸브; 상기 제1보충밸브 후단으로 대상물입구유로에 설치되고 상기 제1보충밸브에 접속된 제1온도센서; 상기 제1분기지점 후단으로 상기 유닛입구유로에 설치되고 상기 제2보충밸브에 접속된 제2온도센서;를 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예는, 상기 제3청수가 배출되는 상기 제3냉각유닛의 출구와 합류지점 사이에 설치된 유닛출구유로; 상기 제2청수가 배출되는 제3냉각유닛의 출구와 상기 합류지점 사이에 설치된 대상물출구유로; 상기 합류지점과 청수 순환펌프의 입구 사이에 설치된 합유유로; 상기 청수 순환펌프의 출구와 상기 중앙청수 냉각장치의 입구 사이에는 제4청수의 유입경로가 되는 청수 유입유로; 상기 청수 순환펌프 후단으로 청수 유입유로에 설치된 제2분기지점 및 제3분기지점; 상기 청수 유입유로의 상기 제2분기지점과 상기 제1보충밸브 사이에 설치된 제1보충유로; 상기 청수 유입유로의 상기 제 3분기지점과 상기 제2보충밸브 사이에 설치된 제2보충유로;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2청수는, 상기 제1보충밸브 및 상기 제1보충유로를 통한 상대적으로 고온의 상기 제4청수가 청수 온도 21℃의 상기 제1청수에 보충 또는 비보충되는 비율에 대응하게 상기 냉각요구장비의 세팅 온도 36℃로 조절된 청수일 수 있다.

또한, 상기 제3청수는, 상기 제2보충밸브 및 상기 제2보충유로를 통한 상기 제4청수가 상기 제1청수에 보충 또는 비보충되는 비율에 대응하게 상기 제3냉각유닛의 설계 최소 요구 온도 21℃로 조절된 청수일 수 있다.

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

또한, 상기 과급기에서 압축된 고온의 상기 흡입공기를 냉각시키기 위한 흡수식 냉각장치가, 상기 흡입공기로부터 열원을 얻어 구동됨으로써, 흡수식 냉각장치의 구동을 위한 별도의 열원이 요구되지 아니함으로써, 흡입공기를 냉각시키기 위한 냉각시스템의 에너지 효율이 상승되는 장점이 있다.

또한, 상기 과급기에서 압축된 고온의 상기 흡입공기가 상기 엔진으로 공급되는 과정에서, 복수의 단계를 거쳐 냉각됨으로써, 한 번에 상기 흡입공기를 냉각시키는 경우에 비하여, 상기 흡입공기의 냉각효율이 상승되는 이점이 있다.

또한, 본 실시예는 더 낮은 온도의 청수를 엔진 쪽 제3냉각유닛에 공급 해줄 수 있고 이를 통해 엔진 연비 향상과 흡수식 냉동기의 용량감소가 가능하고, 흡수식 냉동기의 실제 선박 적용에 있어 현실적인 시스템을 구축할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시예는 보조 냉각장치 대신 선박 내에 기 설치된 중앙청수 냉각장치를 활용할 수 있으므로, 장치 설치 위치 확보 및 흡수식 냉각장치의 사이즈 감소에 따른 선박 전체의 중량감소를 가져와서 선박의 추진효율에 도움을 줄 수 있는 효과를 갖는다.

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 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 4는 도 3의 흡입공기 냉각시스템의 흡수식 냉각장치의 구성을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 흡입공기 냉각시스템의 냉각부의 구성을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 중앙청수 냉각장치와 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면.

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 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템의 구성을 상세히 설명한다.

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

먼저, 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템(1)은, 과급기(100)와, 흡수식 냉각장치(200)와, 보조 냉각장치(400)와, 냉각부(500)를 포함한다.

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

그리고, 과급기(100)에는 압축터빈(102)을 기준으로, 외부로부터 흡입공기(a)가 유입되는 전단 및 압축터빈(102)에서 압축된 흡입공기(a)가 엔진(300)을 향하여 유출되는 후단이 형성된다.

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)에서 흡입공기(a)의 압축 시에, 흡입공기(a)는 단열압축과정에 따라서 압축됨에 따라서, 그 온도가 상승하게 되며, 온도가 상승된 흡입공기(a)가 그대로 엔진(300)에 공급되는 경우, 앞서 설명한 바와 같이 엔진효율의 저하가 발생될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 과급기(100)와 엔진(300) 사이에는, 과급기(100)에서 압축된 흡입공기(a)를 냉각시키기 위한 냉각부(500)가 설치된다.

냉각부(500)는, 흡입공기(a)의 흐름을 따라서 배치되는 복수개의 냉각유닛(510,520,530)들을 포함하며, 냉각유닛(510,520,530)들에는 상기 흡수식 냉각장치(200) 및 상기 보조 냉각장치(400)로부터 냉각된 작동유체(w1, w2, w3)들이 순환되어, 흡입공기(a)가 엔진(300)으로 유동되는 과정에서 냉각될 수 있도록 한다.

냉각유닛(510,520,530)들은, 제1냉각유닛(510), 제2냉각유닛(520) 및 제3냉각유닛(530)으로 배치되며, 제1냉각유닛(510)은 과급기(100)에 가장 인접되며, 제2냉각유닛(520)은 제1냉각유닛(510)의 후방에 위치된다. 그리고, 제3냉각유닛(530)은, 제1냉각유닛(510) 및 제2냉각유닛(520) 사이에 배치된다.

이때, 제1냉각유닛(510) 및 제2냉각유닛(520)에는 각각 흡수식 냉각장치(200)로부터 냉각된 제1작동유체(w1) 및 제2작동유체(w2)가 공급 및 순환되며, 제3냉각유닛(530)에는 보조 냉각장치(400)로부터 냉각된 제3작동유체(w3)가 공급 및 순환된다.

한편, 흡수식 냉각장치(200)는, 냉각부(500)의 제1냉각유닛(510)을 통하여 순환되는 제1작동유체(w1)로부터 열원을 공급받으며, 제2냉각유닛(520)을 통하여 순환되는 제2작동유체(w2)로부터 저온열원을 공급받아, 냉각동작을 수행한다. 흡수식 냉각장치(200)의 구성에 관한 상세한 설명은 이하에서 설명하기로 한다.

그리고, 보조 냉각장치(400)는, 흡수식 냉각장치(200)와 별도로 마련되며, 보조작동유체(w4)가 순환되는 해수 순환유로(420) 및 해수 순환유로(420)와 열교환 가능하게 설치되며 제3작동유체(w3)가 순환되는 제3작동유체 순환유로(410)를 포함한다. 이때, 보조작동유체(w4)는 외부의 해수(海水)일 수 있다.

즉, 보조 냉각장치(400)에서는, 해수 순환유로(420)를 순환하는 보조작동유체(w4)에 의하여 제3냉각유닛(530)을 거쳐 가열된 제3작동유체(w3)가 냉각될 수 있다.

이하에서는, 흡수식 냉각장치(200)의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

도 4를 참조하면, 흡수식 냉각장치(200)는, 냉매를 이용하여 제1작동유체(w1) 및 제2작동유체(w2)를 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 작동유체를 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 제2작동유체 순환유로(251)가 마련된다. 상기 제2작동유체 순환유로(251)를 통하여 증발기(210) 내부를 통과하게 되는 제2작동유체(w2)는 증발기(210) 내에서의 냉매(R)의 증발 잠열에 의해 냉각된다. 제2작동유체(w2)로는 일례로 청수(淸水)와 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, 제2작동유체 순환유로(251) 내에서 유동되는 제2작동유체(w2)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) 수

용액이 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 보조작동유체(w4)가 유동되는 보조작동유체 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 열원으로서, 제1냉각유닛(510)에서 압축된 흡입공기(a)를 냉각하면서 자신은 가열된 제1작동유체(w1)가 사용된다. 이때, 재생기(230)에는 제1작동유체(w1)가 유동되는 제1작동유체 순환유로(261)가 관통되며, 재생기(230) 내부에 수용된 흡수액(A)이 제1작동유체 순환유로(261)로부터 열을 전달받아, 상기 흡수액 재생과정이 수행될 수 있다.

한편, 재생기(230) 내에서 상기 재생과정을 거쳐 농축된 흡수액(A)은 제2흡수액 순환파이프(231)를 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 보조작동유체 파이프(252)가 연장되어 설치되어 있다. 따라서, 흡수기(220)를 통과한 보조작동유체(w4)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 냉각장치(200) 내에서의 순환을 되풀이하게 된다. 이때, 냉매 파이프(241)에는 팽창밸브(242)가 마련되어, 내부에 유동되는 냉매(R)의 압력이 감압되도록 할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 과급기가 설치된 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, 제1작동유체 순환유로(261)를 통하여 재생기(230) 내부를 순환하는 가열된 제1작동유체(w1)에 의하여, 냉매(R)가 과량 흡수된 흡수액(A)으로부터 냉매(R)가 증발된다. 그리고, 제1작동유체(w1)는 상기 열교환 과정에 의하여 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)가 증발 분리되어, 농축된 흡수액(A)은 다시 흡수기(220)로 들어가흡수작용을 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 제2작동유체 순환유로(251)를 통하여 흐르는 제2작동유체(w1)를 냉각시키게 된다.

이하에서는, 본 실시예에 따른 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템에서 흡입공기(a)가 냉각되어 엔진(300)으로 공급되도록 하는 냉각부(500)의 구성을 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 흡입공기 냉각시스템의 냉각부의 구성 및 흡입공기의 흐름을 보여주는 도면이다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 냉각부(500)는, 내부에 과급기(100)로부터 엔진(300)을 향하여 유동되는 흡입공기(a)가 유동되기 위한 흡입공기 유로(514)가 형성되며, 흡입공기 유로(514)를 따라서 배치되는 복수의 냉각유닛(510,520,53)들이 설치되는 냉각부 몸체(540)를 더 포함한다.

이때, 냉각부 몸체(540)에는, 제1냉각유닛(510), 제2냉각유닛(520) 및 제3냉각유닛(530)들이 각각 삽입되도록 하기 위한 제1슬롯(541), 제2슬롯(542) 및 제3슬롯(543)이 형성되며, 제1냉각유닛(510), 제2냉각유닛(520) 및 제3냉각유닛(530)들은 상기 슬롯(541,542,543)에 탈착 가능하게 설치되는 카트리지(Cartridge) 타입으로 형성될 수 있다.

그리고, 제1냉각유닛(510), 제2냉각유닛(520) 및 제3냉각유닛(530)에는 각각 제1작동유체(w1), 제2작동유체(w2) 및 제3작동유체(w3)가 유동되어, 제1냉각유닛(510), 제2냉각유닛(520) 및 제3냉각유닛(530)을 거쳐 엔진(300)으로 공급되는 흡입공기(a)와 열교환 하기 위한 제1순환유로(511), 제2순환유로(521) 및 제3순환유로(531)가 형성된다.

이하에서는, 흡입공기(a)가 냉각부(500)에 의하여 냉각되는 과정을 상세하게 설명한다.

이때, 설명의 편의를 위하여, 과급기(100)의 후단에서 제1냉각유닛(510) 측으로 유동되는 흡입공기(a)를 제1상태 흡입공기(a1), 제1냉각유닛(510)에서 제3냉각유닛(530)으로 유동되는 흡입공기(a)를 제2상태 흡입공기(a2), 제3냉각유닛(530)에서 제2냉각유닛(520)으로 유동되는 흡입공기(a)를 제3상태 흡입공기(a3), 제2냉각유닛(520)에서 엔진(300)을 향하여 유동되는 흡입공기(a)를 제4상태 흡입공기(a4)라고 한다.

먼저, 제1상태 흡입공기(a1)는 과급기(100)에서 압축된 흡입공기(a)로서, 약 180℃의 온도로 제1냉각유닛(510)에 유입된다.

이때, 제1작동유체(510)는 흡수식 냉각장치(200)의 재생기(230)에서 약 85℃의 온도로 냉각되어 제1냉각유닛(510)로 공급되며, 제1냉각유닛(510)에서 제1상태 흡입공기(a1)와 열교환 되어, 약 95℃의 온도로 가열되어, 다시 흡수식 냉각장치(200)로 순환된다.

제1냉각유닛(510)을 통하여 유동되는 과정에서, 약 160℃의 온도로 냉각된 제2상태 흡입공기(a2)는 제3냉각유닛(530)으로 유입된다.

이때, 제3냉각유닛(530)에는, 보조 냉각장치(400)에서 상기 해수와 열교환되어 약 35℃의 온도로 냉각된 제3작동유체(w3)가 공급되며, 제3작동유체(w3)는 제2상태 흡입공기(a2)와 열교환 된 다음, 약 40℃ 내지 50 ℃의 온도로 가열되어, 보조 냉각장치(400)로 순환된다.

그리고, 제3냉각유닛(530)을 통하여 유동되는 과정에서, 약 40℃의 온도로 냉각된 제3상태 흡입공기(a3)는 제2냉각유닛(520)으로 유입된다.

제2냉각유닛(520)에는, 흡수식 냉각장치(200)의 증발기(210)에서 약 7℃의 온도로 냉각된 제2작동유체(w2)가 공급되며, 제2작동유체(w2)는 제2냉각유닛(520)에서 제3상태 흡입공기(a3)와 열교환 하여 가열된 다음, 다시 흡수식 냉각장치(200)의 증발기(210)로 순환된다.

한편, 제2냉각유닛(520)을 통하여 유동되는 과정에서, 약 10℃의 온도로 냉각된 제4상태 흡입공기(a4)는 엔진으로 공급된다.

이때, 각 상태의 흡입공기(a1, a2, a3, a4)의 온도 및 제1작동유체(w1), 제2작동유체(w2) 및 제3작동유체(w3)의 온도는 예시적인 수치로서, 상기 각각의 온도는 흡수식 냉각장치를 가동시키는 것이 가능한 온도의 범위 내에서, 압축률 및 압축용량과 같은 다양한 요인에 의하여 본 실시예와 다르게 설정될 수 있다.

또한, 본 실시예에서 제1냉각유닛(510), 제2냉각유닛(520), 제3냉각유닛(530)을 순환하는 제1작동유체(w1), 제2작동유체(w2) 및 제3작동유체(w3)는 각각 청수(淸水)로 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 제1냉각유닛(510) 및 제2냉각유닛(520)은 흡수식 냉각장치(200)에 대하여 각각 상기 열원으로서 작동되어, 흡입공기(a)를 냉각하며, 제3냉각유닛(530)은 보조 냉각장치(400)로부터 냉각된 작동유체를 공급받음으로써, 제1냉각유닛(510) 및 제2냉각유닛(520)과 제3냉각유닛(530)의 냉각은 서로 독립적으로 수행 될 수 있다. 즉, 각각의 상기 냉각유닛들이 서로 독립적으로 냉각을 수행하게 됨에 따라서, 흡수식 냉각장치(200) 및 보조 냉각장치(400) 중 어느 하나의 냉각장치에 이상이 발생되는 경우에도, 흡입공기(a)에 대한 최소한의 냉각이 수행될 수 있다.

제안되는 실시예에 의하면, 과급기에서 압축된 고온의 상기 흡입공기를 냉각시키기 위한 흡수식 냉각장치가, 상기 흡입공기로부터 열원을 얻어 구동됨으로써, 흡수식 냉각장치의 구동을 위한 별도의 열원이 요구되지 아니함으로써, 흡입공기를 냉각시키기 위한 냉각시스템의 에너지 효율이 상승되는 장점이 있다.

또한, 상기 과급기에서 압축된 고온의 상기 흡입공기가 상기 엔진으로 공급되는 과정에서, 복수의 단계를 거쳐 냉각됨으로써, 한 번에 상기 흡입공기를 냉각시키는 경우에 비하여, 상기 흡입공기의 냉각효율이 상승되는 이점이 있다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

본 실시예는 제2냉각유닛에 냉각유체를 공급하는 구성에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 3 내지 도 5의 제1실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 특징적인 구성을 중심으로 설명한다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 제2냉각유닛(520)에는 제2작동유체(W2)및 보조작동유체(w4)가 선택적으로 순환될 수 있다.

보다 상세히, 본 실시예에 따른 흡입공기 냉각시스템(1)은 일측은 제2작동유체 순환유로(251)에 접속되고 타측은 해수 순환유로(440)에 접속되는 보조 순환유로(430)를 더 포함한다.

그리고, 보조 순환유로(430)에는 해수 순환유로(440)로부터 제2작동유체 순환유로(251)로의 보조작동유체(w4), 즉 해수의 유입 또는 차단을 위한 제1보조밸브(431) 및 제2보조밸브(432)를 포함한다.

또한, 제2작동유체 순환유로(251)에는 제2작동유체(W2)의 흐름을 선택적으로 차단하기 위한 제1메인밸브(251a) 및 제2메인밸브(251b)가 설치된다.

본 실시예에 따른 흡입공기 냉각시스템(1)의 흡수식 냉각기(200)가 정상 동작하는 경우에는, 제1메인밸브(251a) 및 제2메인밸브(251b)는 개방상태로, 제1보조밸브(431) 및 제2보조밸브(432)는 폐쇄상태로 설정된다. 이러한 경우, 흡수식 냉각기(200)에서 냉각된 제2작동유체(w2)가 제2작동유체 순환유로(251)를 따라서 제2냉각유닛(520)에 공급되어 흡입공기에 대한 냉각을 수행한다.

한편, 흡수식 냉각기(200)가 정상동작을 수행하지 않는 경우, 즉 고장 또는 파손과 같은 예기치 않은 상황에 의하여 동작되지 않는 경우, 제1메인밸브(251a) 및 제2메인밸브(251b)는 폐쇄상태로, 제1보조밸브(431) 및 제2보조밸브(432)는 개방상태로 설정된다. 이러한 경우, 제2작동유체 순환유로(251)에는 보조작동유체(w4), 예컨대 0℃ 내지 25℃ 중 어느 하나의 온도로 형성되는 외부의 해수가 유동되어 제2냉각유닛(520)에 공급됨으로써, 흡입공기(a)를 냉각시킬 수 있다.

이때, 제2작동유체 냉각유로(251)의 내면에는 해수에 의하여 냉각유로(251)가 부식되는 것을 방지하기 위한 부식방지 구성이 더 마련될 수 있다.

즉, 본 실시예에 따르면, 흡수식 냉각기(200)가 고장나는 경우에도, 제3냉각유닛(530) 뿐만 아니라 제2냉각유닛(520)에서도 흡입공기(a)의 냉각이 수행될 수 있다. 이때, 제2냉각유닛(520)을 거친 보조작동유체(w4)는 상기 선박의 외부로 배출될 수 있다.

본 실시예에 따른 흡입공기 냉각시스템(1)에서는 제2냉각유닛(520)에 흡수식 냉각장치(200)의 작동상태에 따라서 제2작동유체(w2) 및 보조작동유체(w4) 중 어느 하나가 유동되어, 흡입공기를 냉각하는 것으로 설명되고 있으나, 제2작동유체(w2) 및 제3작동유체(w3) 중 어느 하나가 유동되는 구성 또한 본 발명의 실시예에 포함된다고 할 것이다.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

본 실시예는 제1냉각유닛이 설치되는 구성에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 3 내지 도 5의 제1실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 특징적인 구성을 중심으로 설명한다.

도 7을 참조하면, 일반적으로, 과급기(100)의 터빈(101)에서 배출되는 배기가스(E)의 온도는 압축기(102)에서 압축된 흡입공기(a)의 온도보다 높게 형성된다.

따라서, 본 실시예에 따른 흡입공기 냉각시스템(1)의 제1냉각유닛(510)은, 과급기(100)의 터빈(101)으로부터 외부로 배기가스(E)를 배출하기 위한 배기매니폴드(Exhausting Manifold)에 설치된다.

이때, 제1냉각유닛(510)은 내부에 유동되는 제1작동유체(W1)가 배기가스(E)의 폐열에 의하여 증기의 형태로 가열되도록 하기 위한 이코노마이저(Economizer)로 형성될 수 있다.

한편, 제1냉각유닛(510)이 상기 배기매니폴드 상에 설치가 됨에 따라서, 본 실시예에 따른 냉각부 몸체(540)에는 제2냉각유닛(520) 및 제3냉각유닛(530) 만이 설치되는 형상으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 냉각부 몸체(540)에는 3개 이상의 냉각유닛이 설치될 수도 있다.

즉, 본 실시예에 따른 흡입공기 냉각시스템(1)의 흡수식 냉각기(200)는, 외부로 배출되는 배기가스(E)를 냉각하며 이로부터 열원을 얻어 동작된다.

본 실시예에 의하면, 흡수식 냉각기(200)의 냉각효율을 결정하는 열원 간의 온도차이를 극대화할 수 있는 장점이 있다.

도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

본 실시예는 작동유체유로의 구성 및 드레인유닛의 구성에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 도 3 내지 도 5의 제1실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 특징적인 구성을 중심으로 설명한다.

도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 흡입공기 냉각시스템(1)의 제1작동유체유로(511) 및 제2작동유체유로(521)에는 각각 제3작동유체 순환유로(410) 및 해수 순환유로(420)가 접속된다.

그리고, 제3작동유체 순환유로(410) 및 해수 순환유로(420)가 접속되는 제1작동유체유로(511) 및 제2작동유체유로(521)의 지점들에는 각각 제1전환밸브(512), 제2전환밸브(513), 제3전환밸브(522) 및 제4전환밸브(523)가 설치된다.

즉, 제1작동유체유로(511)의 상류측 및 하류측 지점에는 제3작동유체 순환유로(410)의 상류측 및 하류측 유로가 연결되는 제1전환밸브(512) 및 제2전환밸브(513)가 설치되며, 제2작동유체유로(521)의 상류측 및 하류측 지점에는 해수 순환유로(420)의 상류측 및 하류측 유로가 연결되는 제3전환밸브(522) 및 제4전환밸브(523)가 설치된다.

제1전환밸브(512), 제2전환밸브(513), 제3전환밸브(522) 및 제4전환밸브(523)는 3-방향 밸브(3-way Valve)로 형성되며, 제1전환밸브(512) 및 제2전환밸브(513)는 선택적으로 제1작동유체유로(511)로 제3작동유체(W3)가 유입되도록 상기 지점을 개방 또는 차폐한다. 그리고, 제3전환밸브(522) 및 제4전환밸브(523)는 선택적으로 제2작동유체유로(521)로 보조작동유체(W4)가 유입되도록 상기 지점을 개방 또는 차폐한다.

즉, 정상적인 경우에, 제1전환밸브(512) 및 제2전환밸브(513)와, 제3전환밸브(522) 및 제4전환밸브(523)는 각각 흡수식 냉각장치(200)와 제1작동유체유로(511) 및 제2작동유체유로(521)를 연통시키며, 동시에 제1작동유체유로(511) 및 제3작동유체 순환유로(410)와, 제2작동유체유로(521) 및 해수 순환유로(420)의 접속을 차단시킨다.

한편, 흡수식 냉각장치(200)에 이상이 발생되어, 제1냉각유닛(510) 및 제2냉각유닛(520)에서 압축공기(a)의 냉각이 정상적으로 수행되지 않는 경우에는, 제1전환밸브(512) 및 제2전환밸브(513)와, 제3전환밸브(522) 및 제4전환밸브(523)가 각각 흡수식 냉각장치(200)와 제1작동유체유로(511) 및 제2작동유체유로(521)의 접속을 차단시킨다. 그리고, 제1전환밸브(512) 및 제2전환밸브(513)와, 제3전환밸브(522) 및 제4전환밸브(523)는 제1작동유체유로(511) 및 제3작동유체 순환유로(410)와, 제2작동유체유로(521) 및 해수 순환유로(420)가 연통되도록 함으로써, 흡수식 냉각장치(200)가 정상적으로 작동되지 않는 경우에도, 압축공기(a)의 냉각이 정상적으로 수행되도록 할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 흡수식 냉각장치(200)에는 흡수식 냉각장치(200)로부터 제1냉각유닛(510) 및 제2냉각유닛(520)에 공급되는 제1작동유체(W1) 및 제2작동유체(W2)의 온도를 센싱하여, 흡수식 냉각장치의 정상작동여부를 판단하기 위한 온도센서(미도시)가 더 구비될 수 있다.

따라서, 상기 온도센서가 제1작동유체(W1) 및 제2작동유체(W2)의 온도를 센싱하여, 제1작동유체(W1) 및 제2작동유체(W2)의 온도가 각각 기설정된 온도보다 높은 경우에는, 전환밸브(511,512,521,522)들이 제1냉각유닛(510) 및 제2냉각유닛(520)에 대하여 제1작동유체(W1) 및 제2작동유체(W2)들의 공급을 차단하고 제3작동유체(W3) 및 보조작동유체(W4)가 공급되도록 할 수 있다. 본 실시예에서는 제1작동유체(W1) 및 제2작동유체(W2)의 온도를 측정하는 온도센서들이 포함되는 것으로 설명되고 있으나, 제1작동유체(W1) 및 제2작동유체(W2) 중 어느 하나의 작동유체의 온도를 센싱하기 위한 온도센서만을 포함하는 구성 또한 본 실시예의 구성에 포함된다고 할 것이다.

한편, 본 실시예에 따른 흡입공기 냉각시스템(1)은 압축공기(a)의 냉각과정에서 발생되는 응결수(Drain Water)를 처리하기 위한 응결수 처리장치(600)를 더 포함한다.

응결수 처리장치(600)는 냉각부(500)와 엔진(300) 사이에 마련되며, 냉각부(500)를 거치면서 냉각되는 압축공기(a)의 내부에서 응결되는 응결수를 포집하여, 상기 응결수가 포함된 압축공기(a)가 엔진(300)으로 직접 공급되는 것을 억제한다.

과량의 응결수가 포함되는 압축공기(a)가 엔진(300)으로 공급되는 것을 방지함으로써, 상기 응결수에 의한 엔진(300)의 부식을 억제할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 중앙청수 냉각장치와 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템의 구성을 보여주는 도면이다.

도 9를 참조하면, 제5실시예는 보조 냉각장치를 제외한 제1실시예의 구성을 포함하여 구성될 수 있으므로, 제1실시예와 동일하거나 유사한 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다.

일반적으로 해수의 평균온도는 약 17℃ 정도로 알려져 있다.

해수 순환유로(420)에는 해수가 순환될 수 있다.

또한, 중앙청수 냉각장치(700)는 해수 온도가 17℃일 경우, 청수의 온도를 21℃로 만들 수 있고, 해수 온도가 32℃ 이하인 경우, 청수의 온도를 36℃ 이하의 온도로 만들 수 있는, 즉 해수로 청수를 냉각시키는 열교환 장치일 수 있다.

이런 중앙청수 냉각장치(700)는 설계 기준 해수 온도를 32℃로 정하여 설계되어 있을 수 있다.

즉, 설계 기준 해수 온도는 해수의 평균온도에 비해 약 15℃정도 낮은 값일 수 있다.

이에 착안한 제5실시예는 중앙청수 냉각장치(700)를 통해 해수의 냉각에너지를 모두 활용하는 방안을 제시하고 있다.

즉, 해수의 평균온도가 약 17℃임에도 불구하고, 제1실시예의 보조 냉각장치는 제4작동유체(해수)와의 열교환을 통해 제3작동유체(청수)의 온도를 약 35℃의 온도로 만든 후, 약 35℃의 제3작동유체를 제3냉각유닛(530)에 공급한 바 있다. 이에 따라, 제3냉각유닛(530)에서 청수는 제2상태 흡입공기와 열교환 됨에 따라, 약 40℃ 내지 50 ℃의 온도로 승온되어 보조 냉각장치로 순환된 바 있다.

이런 제1실시예와 제5실시예와의 차이점은 보조 냉각장치 대신 중앙청수 냉각장치(700)를 더 포함하되, 제1보충밸브(710), 제1보충유로(730), 제1온도센서(T1)를 이용하여, 청수 온도 36℃의 제2청수(w3-2)를 냉각요구장비(800)에 공급해 줄 수 있다는 점이다.

또한, 제1실시예와 제5실시예와의 차이점은 제2보충밸브(720), 제2보충유로(740), 제2온도센서(T2)를 이용하여, 온도 35℃ 이하, 예컨대 제3냉각유닛(530)의 설계 최소 요구 온도(예: 해수 온도 17℃일 경우 21℃)의 제3청수(w3-3)를 제3냉각유닛(530)에 공급해줄 수 있다는 점이다.

이를 통해, 냉각요구장비(800)에 필요한 온도의 제2청수(w3-2)를 냉각요구장비(800)에 공급하면서, 제3냉각유닛(530)의 작동 효율을 극대화함으로써, 제3냉각유닛(530)의 옆에 있는 제2냉각유닛(520)에 제2작동유체를 공급하는 흡수식 냉각장치(200a)의 냉각 용량 또는 장치 사이즈를 감소시킬 수 있게 된다.

이하에서는, 설명의 용이성을 위해 해수 온도 17℃를 기준으로 제 5 실시예에 따른 구성간 결합관계에 대하여 상세히 설명할 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.

제5실시예에 따른 중앙청수 냉각장치와 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템(1)은 과급기(100)와, 제1실시예의 흡수식 냉각장치(200)에 비해 사이즈 또는 냉각 용량이 상대적으로 작은 흡수식 냉각장치(200a)와, 냉각부(500)와, 중앙청수 냉각장치(700)와, 엔진(300) 이외에 냉각이 요구되는 냉각요구장비(800)를 포함할 수 있다.

과급기(100)에서 압축된 흡입공기(a)를 냉각시키기 위한 냉각부(500)는 과급기(100)와 엔진(300) 사이에 설치된다.

냉각부(500)의 제3냉각유닛(530)은 중앙청수 냉각장치(700)로부터 공급받은 제3청수(w3-3)를 이용하여, 엔진(300)으로 유동되는 과정의 흡입공기(a)를 냉각시키는 역할을 담당할 수 있다.

냉각유닛(510,520,530)들 중 제3냉각유닛(530)은 제1냉각유닛(510) 및 제2냉각유닛(520) 사이에 배치된다.

선박 내에는 냉각이 요구되는 냉각요구장비(800)가 배치되어 있을 수 있다.

중앙청수 냉각장치(700)는 선박에 기 마련되어 있을 것을 사용할 수 있다. 이 경우, 중앙청수 냉각장치(700)는 선박 내부에 설치된 다양한 형태의 냉각이 필요한 기계류 또는 냉각요구장비(800)에 제2청수(w3-2)를 공급하거나, 제3냉각유닛(530)에 제3청수(w3-3)를 공급하는 역할을 담당할 수 있다.

제5실시예에서 청수는 제1청수(w3-1)와, 제2청수(w3-2), 제3청수(w3-3), 제4청수(w3-4)로 구분 및 정의될 수 있다.

제1청수(w3-1)는 해수 온도 17℃일 때, 해수와 열교환하여 냉각된 온도 21℃로 중앙청수 냉각장치(700)의 출구(701)에서 배출된 청수를 의미할 수 있다.

제4청수(w3-4)는 냉각요구장비(800) 및 냉각부(500)의 제3냉각유닛(530)에서 열교환을 통해 각각 승온된 제2청수(w3-2) 및 제3청수(w3-3)가 합류되어 상대적으로 고온 상태가 되고, 중앙청수 냉각장치(700)의 입구(702) 쪽으로 되돌아오는, 즉 중앙청수 냉각장치(700)로 회수되는 청수를 의미할 수 있다.

제2청수(w3-2)는 제1보충밸브(710) 및 제1보충유로(730)를 통한 상대적으로 고온의 제4청수(w3-4)가 청수 온도 21℃의 제1청수(w3-1)에 보충 또는 비보충되는 비율, 즉 제1유량 보충 비율에 대응하게 냉각요구장비(800)의 세팅 온도 36℃로 조절된 청수를 의미할 수 있다.

제3청수(w3-3)는 제2보충밸브(720) 및 제2보충유로(740)를 통한 제4청수(w3-4)가 제1청수(w3-1)에 보충 또는 비보충되는 비율, 즉 제2유량 보충 비율에 대응하게 제3냉각유닛(530)의 설계 최소 요구 온도 21℃로 조절된 청수를 의미할 수 있다.

만일, 제2보충밸브(720)의 유로방향별 개폐제어에 따라, 제4청수(w3-4)가 제1청수(w3-1)에 보충되지 않을 경우, 제3청수(w3-3)는 제1청수(w3-1)와 동일한 온도 21℃로서 제3냉각유닛(530)에 공급될 수 있다.

이하에서는, 유로 및 관련 구성의 결합관계에 대하여 설명하고자 한다.

중앙청수 냉각장치(700)의 출구(701)에는 제1청수(w3-1)의 배출경로가 되는 청수 배출유로(751)가 제1분기지점(C1)까지 연장되어 있다.

청수 배출유로(751)에는 전자제어 가능한 3-방향 밸브(3-way Valve) 형식의 제2보충밸브(720)가 설치되어 있다.

청수 배출유로(751)의 반대측을 기준으로, 제1분기지점(C1)과 제3냉각유닛(530)의 입구 사이에는 제3청수(w3-3)의 유입경로가 되는 유닛입구유로(752)가 설치되어 있고, 제1분기지점(C1)과 냉각요구장비(800)의 입구 사이에는 제2청수(w3-2)의 유입경로가 되는 대상물입구유로(753)가 설치되어 있다.

제1분기지점(C1) 후단으로 대상물입구유로(753)에는 전자제어 가능한 3-방향 밸브(3-way Valve) 형식의 제1보충밸브(710)가 설치되어 있다.

제1보충밸브(710) 후단으로 대상물입구유로(753)에는 제1보충밸브(710)에 접속된 제1온도센서(T1)가 설치되어 있다.

여기서, 제1온도센서(T1)는 대상물입구유로(753)를 따라 유동하는 제2청수(w3-2)의 온도를 측정하여, 제1보충밸브(710)의 밸브작동을 제어하는데 필요한 온도값을 밸브제어기(미 도시)에게 제공하는 역할을 담당할 수 있다.

또한, 제1보충밸브(710)의 밸브작동이란, 유동을 공급 또는 차단하거나, 유동방향을 선택적으로 전환하여, 제2청수(w3-2)가 제1온도센서(T1)의 세팅 온도 36℃로 조절되어 냉각요구장비(800)에 유입시키는 역할을 의미할 수 있다.

제1분기지점(C1) 후단으로 유닛입구유로(752)에는 제2보충밸브(720)에 접속된 제2온도센서(T2)가 설치되어 있다.

여기서, 제2온도센서(T2)는 유닛입구유로(752)를 따라 유동하는 제3청수(w3-3)의 온도를 측정하여, 제2보충밸브(720)의 밸브작동을 제어하는데 필요한 온도값을 밸브제어기(미 도시)에게 제공하는 역할을 담당할 수 있다.

또한, 제2보충밸브(720)의 밸브작동이란, 유동을 공급 또는 차단하거나, 유동방향을 선택적으로 전환하여, 제3청수(w3-3)가 제2온도센서(T2)의 세팅 온도, 즉 제3냉각유닛(530)의 설계 최소 요구 온도인 21℃로 조절되어 제3냉각유닛(530)에 유입시키는 역할을 의미할 수 있다.

열교환을 끝낸 제3청수(w3-3)가 배출되는 제3냉각유닛(530)의 출구와 합류지점(C2)의 사이에는 유닛출구유로(754)가 설치되어 있다.

열교환을 끝낸 제2청수(w3-3)가 배출되는 제3냉각유닛(530)의 출구와 합류지점(C2)의 사이에는 대상물출구유로(755)가 설치되어 있다.

합류지점(C2)과 청수 순환펌프(757)의 입구 사이에는 합유유로(756)가 설치되어 있다.

청수 순환펌프(757)의 출구와 중앙청수 냉각장치(700)의 입구(702) 사이에는 제4청수(w3-4)의 유입경로가 되는 청수 유입유로(758)가 설치되어 있다.

청수 순환펌프(757) 후단으로 청수 유입유로(758)에는 제2, 제3분기지점(C3, C4)가 차례로 설치되어 있다.

청수 유입유로(758)의 제2분기지점(C3)과 제1보충밸브(710) 사이에는 제1보충유로(730)가 배관되어 있다.

청수 유입유로(758)의 제 3분기지점(C4)과 제2보충밸브(720) 사이에는 제2보충유로(740)가 배관되어 있다.

이하, 제5실시예의 작동 방법에 대하여 설명하고자 한다.

제2보충밸브(720)는 제2보충유로(740)을 차단하고, 청수 배출유로(751)를 개방 상태로 유지할 수 있다.

따라서, 해수 온도 17℃시, 중앙청수 냉각장치(700)에 의해 제1청수(w3-1)는 청수 온도 21℃를 가질 수 있다.

청수 온도 21℃의 제1청수(w3-1)는 중앙청수 냉각장치(700)의 출구(701)로부터 배출되고, 제2보충밸브(720)를 경유하여 제1분기지점(C1)에 도달한다.

제1분기지점(C1)에서 분기되어 유동하는 제1청수(w3-1)는 대상물입구유로(753)를 따라 유동하여 제1보충밸브(710)에 도달한다.

이때, 제1보충밸브(710)는 대상물입구유로(753)의 제1온도센서(T1)에 의해 측정된 온도값이 세팅 온도 36℃에 도달하도록 제1유량 보충 비율[상대적으로 고온의 제4청수(w3-4)가 청수 온도 21℃의 제1청수(w3-1)에 보충되는 비율]에 대응하게, 제4청수(w3-4)를 제1청수(w3-1)에 혼합하여 청수 온도 36℃의 제2청수(w3-2)를 만들게 된다.

이렇게 만들어진 청수 온도 36℃의 제2청수(w3-2)는 대상물입구유로(753)를 따라 냉각요구장비(800)에 공급되어 냉각요구장비(800)의 냉각에 사용될 수 있다.

사용이 끝나 승온된 제2청수(w3-2)는 대상물출구유로(755)를 따라 합류지점(C2) 쪽으로 유동한다.

한편, 청수 온도 21℃로서 제1분기지점(C1)에 도달한 제1청수(w3-1)는, 제2보충밸브(720)가 제2보충유로(740)을 차단하고, 청수 배출유로(751)를 개방 상태로 유지하고 있는 상태이므로, 제1분기지점(C1) 후단의 유닛입구유로(752)를 따라 유동하여 동일 청수 온도 21℃의 제3청수(w3-3)가 될 수 있다.

청수 온도 21℃의 제3청수(w3-3)는 유닛입구유로(752)를 따라 제3냉각유닛(530)에 공급되어 제3냉각유닛(530)의 냉각에 사용될 수 있다.

사용이 끝나 승온된 제3청수(w3-3)는 유닛출구유로(754)를 따라 합류지점(C2) 쪽으로 유동한다.

합류지점(C2)에 도달한 제3청수(w3-3) 및 제2청수(w3-2)는 합류되어 고온의 제4청수(w3-4)가 된다.

고온의 제4청수(w3-4)는 합유유로(756)를 따라 청수 순환펌프(757)에 공급된다.

청수 순환펌프(757)는 고온의 제4청수(w3-4)를 제1보충유로(730), 제2보충유로(740), 청수 유입유로(758) 쪽으로 공급할 수 있다.

즉, 고온의 제4청수(w3-4)는 제1보충밸브(710)가 제1유량 보충 비율에 대응하게 개방될 경우, 제1보충유로(730)를 따라 유동할 수 있고, 제2보충밸브(720)가 제2유량 보충 비율에 대응하게 개방될 경우, 제1보충유로(730)를 따라 유동할 수 있고, 나머지 고온의 제4청수(w3-4)는 청수 유입유로(758)를 따라 중앙청수 냉각장치(700) 쪽으로 회수될 수 있다.

만일, 해수 온도가 17℃이하 인 경우, 중앙청수 냉각장치(700)에서는 청수 온도 21℃ 이하의 온도가 청수 배출유로(751) 쪽으로 배출될 수 있다.

이 경우에는 제2온도센서(T2)가 청수 온도 21℃ 이하임을 감지하고, 결국 제2보충밸브(720)의 제2유량 보충 비율[상대적으로 고온의 제4청수(w3-4)가 청수 온도 21℃ 이하의 제1청수(w3-1)에 보충되는 비율]에 대응하게, 제4청수(w3-4)를 제1청수(w3-1)에 혼합하여 청수 온도 21℃의 제2청수(w3-2)를 만들 수 있게 된다.

고온의 제4청수(w3-4)는 중앙청수 냉각장치(700)의 열교환에 의해 다시 제1청수(w3-1)될 수 있다.

이와 같은 과정은 반복되어 선박의 흡입공기(a)와 함께 냉각요구장비(800)별 요구 온도에 대응하게 흡입공기(a)와 함께 냉각요구장비(800)를 냉각시키면서도, 상대적 흡수식 냉각장치(200a)의 냉각 용량 또는 장치 사이즈를 감소시킬 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 가진자에 의해 다양한 변형 실시 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100 : 과급기 200, 200a : 흡수식 냉각장치
210 : 증발기 220 : 흡수기
230 : 재생기 240 : 응축기
300 : 엔진 400 : 보조 냉각장치
510 : 제1냉각유닛 520 : 제2냉각유닛
530 : 제3냉각유닛 600 : 응결수 처리장치
700 : 중앙청수 냉각장치 800 : 냉각요구장비

Claims (5)

1. 선박의 흡입공기 냉각시스템에 있어서,
   엔진에서 생성되는 배기가스의 일부를 이용하여 외부로부터 유입된 흡입공기를 압축하며, 상기 흡입공기가 유입되는 전단 및 압축된 상기 흡입공기를 상기 엔진으로 공급하기 위한 후단을 포함하는 과급기;
   상기 과급기에서 압축된 상기 흡입공기와 상기 과급기를 통과한 상기 배기가스 중 어느 하나 이상을 냉각시키며, 상기 흡입공기 또는 상기 배기가스의 흐름에 따라서 배치되도록, 상기 과급기에서 배출된 상기 흡입공기와 열교환을 하도록 제1작동유체가 순환되는 제1냉각유닛과, 상기 제1냉각유닛의 후방에 위치하여 상기 흡입공기와 열교환을 하도록 제2작동유체가 순환되는 제2냉각유닛과, 제1냉각유닛과 제2냉각유닛의 사이에 배치된 제3냉각유닛을 포함하는 냉각부;
   상기 제1냉각유닛 내지 상기 제3냉각유닛을 통하여 순환되는 작동유체로부터 열원을 공급받는 흡수식 냉각장치; 및
   상기 제3냉각유닛과 상기 선박에 마련된 냉각요구장비에 서로 다른 청수 온도의 청수를 제공하는 중앙청수 냉각장치;를 포함하고,
   상기 중앙청수 냉각장치의 출구와 제1분기지점 사이에 결합되고, 제1청수의 배출경로가 되는 청수 배출유로;
   상기 청수 배출유로에 설치된 제2보충밸브;
   상기 제1분기지점과 상기 제3냉각유닛의 입구 사이에 설치되고, 제3청수의 유입경로가 되는 유닛입구유로;
   상기 제1분기지점과 상기 냉각요구장비의 입구 사이에 설치되고, 제2청수의 유입경로가 되는 대상물입구유로;
   상기 제1분기지점 후단으로 상기 대상물입구유로에 설치된 제1보충밸브;
   상기 제1보충밸브 후단으로 대상물입구유로에 설치되고 상기 제1보충밸브에 접속된 제1온도센서;
   상기 제1분기지점 후단으로 상기 유닛입구유로에 설치되고 상기 제2보충밸브에 접속된 제2온도센서;를 포함하는
   중앙청수 냉각장치와 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제3청수가 배출되는 상기 제3냉각유닛의 출구와 합류지점 사이에 설치된 유닛출구유로;
   상기 제2청수가 배출되는 제3냉각유닛의 출구와 상기 합류지점 사이에 설치된 대상물출구유로;
   상기 합류지점과 청수 순환펌프의 입구 사이에 설치된 합유유로;
   상기 청수 순환펌프의 출구와 상기 중앙청수 냉각장치의 입구 사이에는 제4청수의 유입경로가 되는 청수 유입유로;
   상기 청수 순환펌프 후단으로 청수 유입유로에 설치된 제2분기지점 및 제3분기지점;
   상기 청수 유입유로의 상기 제2분기지점과 상기 제1보충밸브 사이에 설치된 제1보충유로;
   상기 청수 유입유로의 상기 제 3분기지점과 상기 제2보충밸브 사이에 설치된 제2보충유로;를 더 포함하는
   중앙청수 냉각장치와 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제2청수는,
   상기 제1보충밸브 및 상기 제1보충유로를 통한 상대적으로 고온의 상기 제4청수가 청수 온도 21℃의 상기 제1청수에 보충 또는 비보충되는 비율에 대응하게 상기 냉각요구장비의 세팅 온도 36℃로 조절된 청수인 것을 특징으로 하는
   중앙청수 냉각장치와 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 제3청수는,
   상기 제2보충밸브 및 상기 제2보충유로를 통한 상기 제4청수가 상기 제1청수에 보충 또는 비보충되는 비율에 대응하게 상기 제3냉각유닛의 설계 최소 요구 온도 21℃로 조절된 청수인 것을 특징으로 하는
   중앙청수 냉각장치와 과급기가 설치된 선박의 흡입공기 냉각시스템.

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