KR101336195B1 - 선박용 ｈｖａｃ시스템의 공기처리장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 HVAC(Heating, Ventilation, and Air Conditioning)시스템에서 사용되는 공기처리장치에 관한 것으로서, 선외유입공기 및 선내회수공기를 혼합하는 혼합유닛, 상기 혼합유닛에 의해서 혼합된 혼합공기를 선내로 공급하는 공급유닛, 상기 혼합유닛에 의해 혼합된 혼합공기의 경로상에 배치되며 혼합공기를 고온의 열원과 열교환을 통해 온도를 상승시키는 가열유닛 및 상기 혼합유닛에서 혼합된 혼합공기의 경로상에 배치되며, 별도로 구비된 LNG탱크로부터 엔진으로 공급되는 LNG의 기화열을 이용하여 혼합공기를 냉각시키는 제 1냉각유닛을 포함하는 공기처리장치 및 방법이 개시된다.

Description

선박용 ＨＶＡＣ시스템의 공기처리장치 및 방법{Air Handling Unit for HAVC System of Vessel and Air Handling Method Using The Same}

본 발명은 선박용 HVAC시스템의 공기처리장치 및 방법에 관한 것으로서, 선박에 구비된 LNG탱크로부터 발생되는 냉기 및 고온의 엔진으로부터 발생되는 고열을 이용하여 온도가 조절된 공기를 선박 내부로 공급하는 공기처리장치에 관한 것이다.

일반적인 선박에 있어서, 선박 내부의 공기를 조절하는 HVAC시스템이 탑재된다. HVAC란 Heating, Ventilation, and Air Conditioning약자로Heating(난방), Ventilation(환기), Air Conditioning(공기조화)이며 각각 난방, 환기, 공기조화를 뜻한다. 공기조화란 실내공간에서 인간 또는 물품을 대상으로 공기의 온도, 습도, 기류, 환기 및 청정도를 사용목적에 따라 가장 적합한 상태로 조정하는 것을 나타낸다.

HAVC시스템에 사용되는 난방설비는 실내공기의 가열에 의한 온도제어만을 제어의 주목적으로 한다. 난방만을 주 목적으로 하기 때문에 쾌적성의 추구를 위해 공기처리장치가 함께 구비되어야 한다. 공기처리장치는 공기의 가열 및 냉각의 온도제어, 공기의 가습 및 감습의 습도제어, 기류속도, 기류분포, 청정도 제어까지 가능하기 때문에 쾌적한 실내환경을 얻을 수 있다.

이러한 목적을 가진 공기처리장치는 선박의 내부에 용도에 적합한 공기를 제공하여 선박에 상주하는 선원들의 쾌적한 생활에 도움을 줄 뿐만 아니라, 각각의 설비에 대해서 용도에 적합한 최적의 환경을 제공한다.

이와 같은 목적을 위해서 다양한 공기처리장치에 대한 연구가 진행되었으며, 효율적인 작동을 통해서 에너지소모를 줄이기 위한 방법이 개발되어 왔다.

도 1 및 도 2를 참고하여 종래에 개발된 공기처리장치에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래에 개발된 공기처리장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고 도 2는 도 1의 공기처리에서 냉각유닛의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

먼저, 도 1을 살펴보면 종래의 공기처리장치는 혼합유닛(10), 정화유닛(20), 가열유닛(30), 냉각유닛(40), 가습유닛(50), 및 공급유닛(60)으로 구성되어 있다.

상기 혼합유닛(10)은 선외유입공기와 선내회수공기를 혼합하는 역할을 한다. 선내회수공기만을 반복하여 사용하는 경우, 지속적인 사용에 있어서 공기가 오염되기 때문에 선외유입공기와 혼합하여 선내로 공급한다.

상기 정화유닛(20)은 선내회수공기 및 선외유입공기에 포함된 미세한 먼지 및 오염물질을 제거한다.

그리고 상기 가열유닛(30) 및 냉각유닛(40)은 상기 정화유닛(20)을 경유한 혼합공기를 가열 또는 냉각하여 선내에서 사용되는 용도에 적합한 온도로 조절한다. 상기 가열유닛(30)은 선박 내부에 구비된 별도의 열원(미도시)으로부터 발생된 열을 상기 정화유닛(20)을 경유한 혼합공기와 열교환을 통해서 혼합공기의 온도를 상승시킨다. 여기서, 상기 열원은 엔진으로부터 발생된 증기나, 전기, 고온수 및 고온유가 사용될 수 있다.

한편, 상기 냉각유닛(40)은 상기 정화유닛(20) 또는 상기 가열유닛(30)을 경유한 혼합공기를 저온의 냉각수단으로부터 발생된 냉기와 열교환을 통해서 냉각시켜 선내에 공급되기 적합한 온도로 냉각시킨다. 여기서 상기 냉각수단은 저압의 냉매나 냉각수 등이 사용될 수 있다.

상기 가습유닛(50)은 상기 가열유닛(30) 및 냉각유닛(40)을 경유한 혼합공기가 적정수준의 습도를 가지도록 습도를 조절한다. 상기 가열유닛(30) 또는 냉각유닛(40)은 온도의 조절만을 목적으로 하기 때문에 혼합공기의 가열 및 냉각과정에서 습도가 변하게 된다. 그래서 상기 가습유닛(50)을 구비함으로써, 상기 가열유닛(30) 및 상기 냉각유닛(40)을 경유한 혼합공기를 선내에 공급하기 적정한 습도로 조절한다.

상기 공급유닛(60)은 위와 같은 과정을 마친 혼합공기를 선내로 공급하며 별도의 소음기(61)를 구비하여 선내로 혼합공기를 공급할 때 발생하는 소음을 저감시킬 수 있다.

이와 같이 종래에 선박에서 사용된 공기처리장치의 기본적인 구성에 대해서 살펴보았으며, 상기 냉각유닛(40)의 구성에 대해서 도 2를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

상기 냉각유닛(40)은 순환라인(41), 열교환기(45), 냉각기(43), 압축기(42) 및 감압밸브(44)로 구성되어 흔히 사용되는 냉각사이클과 유사한 구성으로 이루어져 있다.

상기 순환라인(41)은 내부에 냉매(미도시)를 내포하며 상기 냉매가 순환하도록 구성된다. 상기 열교환기(45)는 상기 냉매가 순환하는 경로상에 배치되며 상기 정화유닛(20) 또는 상기 가열유닛(30)을 경유한 혼합공기와 열교환을 통해서 상기 혼합공기를 냉각시킨다.

그리고 상기 압축기(42)는 상기 순환라인(41)의 경로상에 배치되어 상기 열교환기(45)에서 혼합공기와 열교환을 통해 온도가 상승한 상기 냉매를 압축시킨다. 여기서, 상기 압축기(42)는 상기 냉매를 압축시키기 위해 외부에 구비된 동력원으로부터 에너지를 공급받아야 한다.

상기 냉각기(43)는 상기 압축기(42)를 경유하여 압축된 상기 냉매를 외부의 냉각수와 열교환을 통해서 냉각시킨다. 그리고 상기 냉각기(43)에 의해서 냉각된 냉매는 상기 열교환기(45)로 공급되기 전에 상기 감압밸브(44)에 의해서 감압된다.

여기서, 상기 압축기(42)와 감압밸브(44)를 구비하여 상기 냉각기(43)를 경유하기 전후에 압력을 조절하는 것은, 상기 냉매가 상기 냉각기(43)에서 상기 냉각수와 보다 많은 열을 열교환 하여 상기 냉매의 효율을 증가시키기 위함이다.

이와 같이 구성된 종래의 공기처리장치는 상기 혼합유닛(10)으로부터 혼합된 혼합공기를 냉각시키기 위해서 상기 냉각유닛(40)을 경유하도록 구성되며, 상기 냉각유닛(40)은 냉각사이클을 구동시키기 위해 상기 압축기(42)를 통해서 상기 냉매를 압축하여야 한다.

이때, 상기 압축기(42)가 상기 냉매를 압축시키기 위해서는 상기 동력원으로부터 에너지를 공급받아야 한다. 그래서 상기 냉각유닛(40)이 구동하기 위해서는 상기 동력원으로부터 상기 압축기(42)에 지속적인 에너지가 공급되어야 한다.

이와 같이 종래의 공기처리장치는, 상기 혼합유닛(10)으로부터 혼합된 혼합공기를 상기 냉각유닛(40)이 냉각시키기 위해서 별도의 동력원을 구비하여 상기 가압기(42)로 에너지를 공급해야 하기 때문에 에너지 소비가 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 선박에 구비된 LNG탱크로부터 엔진으로 공급되는 LNG와 열교환을 통해서 공기를 냉각시키는 제 1냉각유닛을 구비함으로써, 별도의 동력원을 구비하지 않고 공기를 냉각 시킬 수 있는 선박용 HVAC시스템의 공기처리장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 선박의 HVAC(Heating, Ventilation, and Air Conditioning)시스템에 있어서, 선외유입공기 및 선내회수공기를 혼합하는 혼합유닛, 상기 혼합유닛에 의해서 혼합된 혼합공기를 선내로 공급하는 공급유닛, 상기 혼합유닛에 의해 혼합된 혼합공기의 경로상에 배치되며 혼합공기를 고온의 열원과 열교환을 통해 온도를 상승시키는 가열유닛 및 상기 혼합유닛에서 혼합된 혼합공기의 경로상에 배치되며, 별도로 구비된 LNG탱크로부터 엔진으로 공급되는 LNG의 기화열을 이용하여 혼합공기를 냉각시키는 제 1냉각유닛을 포함한다.

또한, 상기 제 1냉각유닛은 열전달유체를 내장하고, 내장된 상기 열전달유체가 순환하도록 하는 순환라인, 상기 순환라인의 경로상에 배치되며, LNG탱크로부터 엔진으로 이송되는 LNG와 상기 열전달유체의 열교환을 통해서 상기 LNG를 기화시키는 LNG기화기 및 상기 순환라인을 매개로 상기 LNG기화기와 연결되며 상기 LNG기화기를 경유한 상기 열전달유체와 상기 혼합유닛에서 혼합된 혼합공기를 열교환 시키는 제 1열교환기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1냉각유닛에 의해서 냉각되는 혼합공기의 온도는 상기 LNG기화기를 통과하는 LNG의 양에 의해서 조절될 수 있다.

또한, 상기 혼합유닛에서 혼합된 혼합공기가 이동하는 경로상에 구비되며, 혼합공기를 냉각시키는 제 2냉각유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 혼합유닛에서 혼합된 혼합공기는 상기 제 1냉각유닛을 경유한 후 상기 제 2냉각유닛을 경유하는 것을 특징으로 하는 공기처리장치.

또한, 상기 제 2냉각유닛의 작동여부를 조절하는 제어유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어유닛은 상기 제 1냉각유닛 또는 상기 제 2냉각유닛을 경유하여 배출되는 혼합공기의 이동경로상에 포함되며 배출되는 혼합공기의 온도를 측정하는 온도측정센서 및 상기 온도측정센서로부터 측정된 혼합공기의 온도를 바탕으로 상기 제 2냉각유닛의 작동여부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 온도측정센서는 한 쌍으로 포함되며 상기 온도측정센서 각각은 상기 제 1냉각유닛을 경유하여 냉각된 혼합공기가 배출되는 이동경로상에 배치되어 혼합공기의 온도를 측정하고, 상기 제 2냉각유닛 경유하여 냉각된 혼합공기의 이동경로상에 배치되어 배출되는 혼합공기의 온도를 측정할 수 있다.

한편, 상기한 다른 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따르면, 선박의 HVAC시스템에 있어서, 선박 외부공기 및 선박 내부의 회수공기를 혼합하는 단계, 내부의 열원과 열교환을 통해서 혼합된 혼합공기를 가열하는 단계, LNG기화열 이용하여 혼합공기를 냉각하는 단계, 가열 및 냉각 단계를 거친 공기를 선박 내부로 공급하는 단계를 포함한다.

또한, 혼합공기를 냉각하는 단계는 LNG의 기화열을 이용하여 혼합된 공기를 1차로 냉각하는 단계 및 1차로 냉각된 혼합공기를 별도의 제 2냉각유닛을 이용하여 2차로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 1차로 냉각된 혼합공기를 2차로 냉각하기 전에 온도를 측정하는 단계 및 측정된 혼합공기의 온도를 바탕으로 상기 제 2냉각유닛의 작동여부를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 2차로 냉각된 혼합공기의 온도를 측정하는 단계 및 측정된 혼합공기의 온도를 바탕으로 상기 제 2냉각유닛의 작동여부를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 1차로 냉각된 혼합공기를 2차로 냉각하기 전에 온도를 1차 측정하는 단계, 2차로 냉각된 혼합공기의 온도를 2차 측정하는 단계 및 냉각된 혼합공기의 온도를 1차 및 2차 측정된 결과를 바탕으로 상기 제 2냉각유닛의 작동여부를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

선내회수공기와 선외유입공기가 혼합된 혼합공기를 냉각함에 있어서, 선박에 구비된 LNG탱크로부터 엔진으로 LNG가 공급될 때 발생하는 기화열을 사용하여 열교환을 통해 혼합공기를 냉각시킴으로써, 혼합공기의 냉각을 위해 별도로 구비된 동력원으로부터 압축기로 제공되는 에너지를 절약함과 동시에 LNG기화에 사용되는 추가적인 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.

또한, 제 1냉각유닛 및 제 2냉각유닛을 경유하여 배출되는 혼합공기의 온도를 측정하여 제 2냉각유닛의 동작여부를 선택적으로 조절함으로써, 제 2냉각유닛에서 소모되는 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래에 개발된 공기처리장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면;
도 2는 도 1의 공기처리에서 냉각유닛의 구성을 개략적으로 나타낸 도면;
도 3은 본 발명에 따른 공기처리장치의 주요구성요소들을 개략적으로 나타낸 도면;
도 4는 도 3의 공기처리장치의 제 1실시예에서 혼합공기를 냉각시키는 구성을 개략적으로 나타낸 도면;
도 5는 도 4의 공기처리장치의 제 1실시예에 따른 혼합공기의 냉각과정을 나타낸 흐름도;
도 6은 도 3의 공기처리장치의 제 2실시예에서 혼합공기를 냉각시키는 구성을 개략적으로 나타낸 도면;
도 7은 도 6의 공기처리장치의 제 2실시예에 따른 혼합공기의 냉각과정을 나타낸 흐름도;
도 8은 도 3의 공기처리장치의 제 3실시예에서 혼합공기를 냉각시키는 구성을 개략적으로 나타낸 도면; 및
도 9는 도 8의 공기처리장치의 제 3실시예에 따른 혼합공기의 냉각과정을 나타낸 흐름도이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 도 3을 참조하여 본 발명의 따른 선박의 HVAC(Heating, Ventilation, and Air Conditioning)시스템에 사용되는 공기처리장치의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 공기처리장치의 주요구성요소들을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 선박에 사용되는 HVAC시스템에 있어서 선박 내부의 공기를 조절하는 공기처리장치(AHU: Air Handling Unit)는 크게 혼합유닛(100), 정화유닛(200), 가열유닛(300), 제 1냉각유닛(400), 제 2냉각유닛(500), 가습유닛(600), 공급유닛(700), 제어유닛(800)을 포함한다.

상기 혼합유닛(100)은 선내에서 회수되는 회수공기와 선외에서 유입되는 유입공기를 혼합한다. 선내에서 회수되는 공기만을 지속적으로 순환시킬 경우, 공기의 오염이 발생할 수 있기 때문에, 선외의 공기를 유입하여 지속적으로 선내의 회수공기와 혼합시켜 공기의 오염을 방지한다.

상기 정화유닛(200)은 상기 혼합유닛(100)에 의해 혼합된 혼합공기에 포함된 미세먼지나 오염물질을 정화시킬 수 있다. 선내회수공기와 선외유입공기는 미세한 먼지나 오염물질에 의해서 오염될 수 있기 때문에 별도의 필터나 정화시스템 통해서 정화과정을 거치게 된다.

상기 가열유닛(300)은 상기 정화유닛(200)에서 정화된 혼합공기를 용도에 따라서 적합한 온도로 가열시킨다.

여기서, 상기 가열유닛(300)은 일반적인 열 전달 사이클로 구성될 수 있으며, 상기 정화유닛(200)에 의해서 정화된 혼합공기는 선박 내부에 구비된 고온의 열원으로부터 발생된 열과 열교환을 통해 온도가 상승한다. 선박 내부에 구비된 고온의 상기 열원은 엔진, 동력기, 발전기 등 다양하게 있으며 고온의 상기 열원에 의해 발생된 고온의 증기, 고온 및 고온수가 사용될 수 있다.

또한, 전기를 이용한 난방시스템을 이용해서도 상기 혼합유닛(100)에 의해 혼합된 혼합공기를 가열하여 온도를 상승시킬 수 있다.

여기서, 상기 가열유닛(300)을 경유한 혼합공기는 선내에 고온의 공기가 필요한 영역으로 공급되기 위해서 상기 제 1냉각유닛(400) 및 상기 제 2냉각유닛(500)을 경유하지 않고 상기 가습유닛(600)으로 이동될 수 있다. 만약, 공기처리장치의 구조상 상기 제 1냉각유닛(400) 및 상기 제 2냉각유닛(500)을 경유하는 경우, 상기 제 1냉각유닛(400) 및 상기 제 2냉각유닛(500)의 작동을 중지시켜 온도가 상승된 혼합공기에 영향을 미치지 않도록 한다.

상기 제 1냉각유닛(400)은 상기 정화유닛(200)에서 정화된 혼합공기를 용도에 따라서 적합한 온도로 냉각시킨다. 여기서, 상기 제 1냉각유닛(400)은 선박에 구비된 LNG의 기화열을 이용하여 상기 제 1냉각유닛(400)을 경유하는 혼합공기를 냉각시킨다. 여기서, 상기 제 1냉각유닛(400)은 LNG로부터 열교환을 통해 온도가 낮아진 열전달유체(L1)를 공급받아 상기 정화유닛에서 정화된 혼합공기와 열교환을 통해서 냉각시킨다.

상기 제 2냉각유닛(500)은 상기 제 1냉각유닛(400)을 경유한 혼합공기가 배출되는 경로상에 배치되며 냉각된 혼합공기를 다시 냉각시키며, 상기 제어유닛(800)에 의해서 선택적으로 작동이 조절된다.

상기 정화유닛(200)에 의해서 정화된 혼합공기는 상기 제 1냉각유닛(400) 및 상기 제 2냉각유닛(500)에 의해서 냉각되며, 상기 제 1냉각유닛(400) 및 상기 제 2냉각유닛(500)의 구성 및 작동에 대해서는 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.

이와 같이, 상기 정화유닛(200)을 경유하여 정화된 혼합공기는 용도에 따라서 상기 가열유닛(300)에 의해 가열되거나 상기 제 1냉각유닛(400) 및 상기 제 2냉각유닛(500)에 의해 냉각된다. 그리고 적절한 온도의 조절을 위해서 상기 가열유닛(300)에 의해서 가열된 후, 상기 제 1냉각유닛(400) 및 상기 제 2냉각유닛(500)에 의해서 다시 냉각될 수 도 있다.

상기 가습유닛(600)은 상기 가열유닛(300)에 의해 가열되거나, 상기 제 1냉각유닛(400) 및 상기 제 2냉각유닛(500)에 의해서 냉각된 혼합공기에 가습을 하여 습도를 조절한다. 혼합공기는 상기 가습유닛(600)에 의해서 습도가 조절됨으로써, 사용 용도에 따라서 적합한 상태로 선내에 공급되도록 한다.

상기 공급유닛(700)은 앞서 상술한 상기 혼합유닛(100), 상기 정화유닛(200), 상기 가열유닛(300), 상기 제 1냉각유닛(400), 상기 제 2냉각유닛(500) 및 상기 가습유닛(600)에 의해서 조절된 혼합공기를 선내로 공급하도록 구성된다. 여기서, 상기 공급유닛(700)은 혼합공기를 선내로 공급할 때 발생하는 소음을 억제하기 위해서 소음기(710)를 더 포함한다.

상기 제어유닛(800)은 혼합공기 냉각하는 경우, 상기 제 1냉각유닛(400) 및 상기 제 2냉각유닛(500)을 경유하며 냉각된 혼합공기의 온도에 따라서 상기 제 2냉각유닛(500)의 작동여부를 선택적으로 조절한다. 여기서, 상기 제어유닛(800)은 상기 제 2냉각유닛의 작동여부를 조절하는 제어부(810: 도 4참조)및 상기 제 1냉각유닛 및 상기 제 2냉각유닛을 경유하며 냉각된 혼합공기의 온도를 측정하는 온도측정센서(820, 830: 도 4, 도 6참조)를 포함한다.

한편, 상기 온도측정센서는 복수 개가 적용될 수도 있는데, 이하 설명되는 실시예들에 있어서 두 개 이상의 온도측정센서가 적용되는 경우에는 이해 및 설명의 편의를 위해 제 1온도측정센서(820) 및 제 2온도측정센서(830)으로 구분하여 나타낸다.

이상과 같이 선박의 HVAC시스템에서 사용되는 공기처리장치의 개략적인 구성에 대해서 살펴보았다.

이어서, 본 발명에 따른 공기처리장치의 실시예들을 살펴보면 다음과 같다.

제 1실시예

먼저, 도 4를 참조하여 본 발명의 제 1실시예에 따른 구성을 살펴보면 다음과 같다.

도 4는 도 3의 공기처리장치의 제 1실시예에서 혼합공기를 냉각시키는 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도시된 도면은 상기 제 1냉각유닛(400), 상기 제 2냉각유닛(500) 및 상기 제어유닛(800)의 구성에 대해서 나타낸 것으로 상기 혼합유닛(100), 상기 정화유닛(200), 및 상기 가열유닛(300)에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기 제 1냉각유닛(400)은 순환라인(410), LNG기화기(420) 및 제 1열교환기(430)로 구성되어, 상기 순환라인(410)은 열전달유체(L1)를 내장하고 내장된 상기 열전달유체(L1)가 순환하도록 구성된다. 그리고 상기 LNG기화기(420)는 상기 순환라인(410)의 경로상에 배치되며, LNG탱크(미도시)로부터 엔진(미도시)으로 이송되는 LNG와 상기 열전달유체(L1)의 열교환을 통해서 상기 LNG를 기화시킨다.

본 실시예 에서는 LNG를 연료로 하는 선박에 대해서 설명하지만, 이는 특정한 선박만을 나타낸 것이 아니다. 일반적인 LNG를 연료로 사용하지 않고 저장만 하는 운송선 및 LNG탱크를 구비하여 LNG를 수용하는 구조물의 경우에도 LNG와 열교환을 통해서 상기 열 전달유체(L1)로 기화열을 전달하도록 하는 구성을 적용할 수 있다.

그리고 상기 열전달유체(L1)는 일반적인 부동액으로 LNG의 냉기에도 결빙하지 않는 Glycol Water가 사용될 수 있다.

상기 제 1열교환기(430)는 상기 정화유닛(200)에 의해 정화된 혼합공기가 이동하는 경로상에 배치되며, 상기 순환라인(410)을 매개로 상기 LNG기화기(420)와 연결되며, 상기 LNG기화기(420)를 경유한 상기 열전달유체(L1)와 상기 정화유닛(200)에서 정화된 혼합공기를 열교환 시킨다.

이와 같이 구성된 상기 제 1냉각유닛(400)은 LNG기화열을 이용하여 상기 정화유닛(200)을 경유한 혼합공기를 냉각시킨다.

그리고 상기 순환라인(410)은, 상기 순환라인(410)을 따라 유동하는 상기 열전달유체(L1)가 상기 제 1열교환기(430)를 경유하면서 열교환에 의해 충분히 온도가 상승하지 못하는 경우, 별도의 기화열 소모수단(H1)을 구비하여 기화열을 소모할 수 있다. 또한, 상기 열전달유체(L1)가 상기 순환라인(410)을 따라서 순환하도록 하는 순환펌프(440)가 더 구비된다.

이와 같이 구성된 상기 제 1냉각유닛(400)은, 상기 LNG기화기(420)에서 열교환 되는 상기 열전달유체(L1)의 온도에 따라서 상기 제 1열교환기(430)를 경유하는 혼합공기의 냉각 온도가 조절된다. 이때, 상기 LNG탱크로부터 상기 엔진으로 공급되는 LNG가 상기 LNG기화기(420)를 통과하는 유량에 따라서 상기 제 1열교환기(430)를 경유하는 혼합공기의 냉각 온도가 조절되도록 구성할 수 있다.

상기 제 2냉각유닛(500)은 상기 제 1냉각유닛(400)을 경유한 혼합공기가 배출되는 경로상에 배치되며 냉각된 혼합공기를 다시 냉각시킨다.

상기 제 2냉각유닛(500)은 일반적인 냉각사이클로 구성될 수 있으며, 본 실시예 에서는 냉각라인(510), 압축기(520), 냉각기(530), 팽창밸브(540) 및 제 2열교환기(550)로 구성된다.

상기 냉각라인(510)은 내부에서 순환하는 냉각수(L2)를 내장하도록 구성되며, 상기 압축기(520)는 상기 냉각라인(510)의 경로상에 배치되어 상기 냉각라인(510)을 따라 순환하는 상기 냉각수(L2)의 내부압력을 증가시키도록 구성된다. 여기서, 상기 압축기(520)는 외부로부터 별도의 동력을 전달 받아서 상기 냉각수(L2)를 압축한다. 상기 냉각수(L2)를 압축하게 되면 압력이 증가하여 상기 냉각기(530)로부터 열교환을 통해 냉각되는 에너지가 더욱 증가한다.

그리고 상기 냉각기(530)는 상기 압축기(520)에 의해서 압축된 상기 냉각수(L2)가 배출되는 경로상에 배치되며 외부와 열교환을 통해 상기 냉각수(L2)를 냉각시킨다.

상기 팽창밸브(540)는 상기 냉각라인(510)상에 배치되며 상기 냉각기(530)에 의해 냉각된 상기 냉각수(L2)를 상기 제 2열교환기(550)로 공급하기 전에 압력을 낮추어준다.

상기 제 2열교환기(550)는 상기 제 1열교환기(430)를 경유한 혼합공기를 상기 팽창밸브(540) 및 상기 냉각기(530)를 경유하여 압력이 낮아지고 온도가 하강한 상기 냉각수(L2)와 열교환을 통해 냉각시키도록 구성된다.

이와 같이 상기 제 2열교환기(550)를 통해서 상기 제 1냉각유닛(400)에 의해 냉각된 혼합공기를 추가로 냉각시키게 된다.

이때, 상기 제 1열교환기(430)와 상기 제 2열교환기(550)는 혼합공기가 이송되는 경로상에 구비되며 서로 인접하게 배치될 수 있다.

상기 제어유닛(800)은 제 1온도측정센서(820) 및 제어부(810)로 구성된다.

상기 제 1온도측정센서(820)는 혼합공기의 이송경로상에 구비되며 상기 제 1열교환기(430)와 상기 제 2열교환기(550) 사이에 배치되어, 상기 제 1냉각유닛(400)에 의해 냉각되어 배출되는 혼합공기의 온도를 측정하게 된다.

상기 제어부(810)는 상기 제 1온도측정센서(820)에서 측정된 혼합공기의 온도를 바탕으로 실제 선내로 공급되어야 하는 혼합공기의 적합한 온도와 비교하여 상기 제 2열교환기(550)의 작동여부를 결정하게 된다.

상기 제 1냉각유닛(400)을 경유한 혼합공기의 온도가 선내로 공급되어야 하는 적합한 온도에 준하는 경우, 상기 제어부(810)는 상기 제 2냉각유닛(500)을 작동을 중지시켜 혼합공기의 추가적인 냉각을 하지 않는다.

그리고 상기 제 1냉각유닛(400)을 경유한 혼합공기의 온도가 선내로 공급되어야 하는 적합한 온도보다 높은 경우, 상기 제어부(810)는 상기 제 2냉각유닛(500)을 작동시켜 혼합공기를 추가적으로 냉각시킨다.

여기서, 상기 제 1냉각유닛 및 상기 제 2냉각유닛의 위치가 서로 교체되어 배치될 수도 있다. 상기 혼합공기가 싱기 제 2냉각유닛을 먼저 경유한 후, 상기 제 1냉각유닛을 경유하도록 구성하더라도 본 발명이 의도하는 효과를 가질 수 있다.

이와 같은 구성된 상기 제 1냉각유닛(400), 상기 제 2냉각유닛(500) 및 상기 제어유닛(800)의 작동을 전체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 혼합유닛(100), 상기 정화유닛(200), 상기 가열유닛(300)을 경유한 후 이송되는 혼합공기는 상기 제 1열교환기(430)를 경유하면서 1차적으로 냉각된다. 여기서, 상기 제 1열교환기(430)는 상기 LNG기화기(420)를 경유하는 LNG의 기화열을 이용하여 혼합공기를 냉각시킨다.

상기 제 1열교환기(430)를 경유한 혼합공기의 온도는 상기 제 1온도측정센서(820)에서 측정되고 측정된 온도를 바탕으로 상기 제어부(810)가 상기 제 2냉각유닛(500)의 작동여부를 선택하게 된다.

이와 같이, 상기 제 2냉각유닛(500)을 선택적으로 작동시킴으로써, 상기 제 2냉각유닛(500)의 작동에 필요한 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.

다음으로, 도 5를 참조하여 상기 제 1냉각유닛(400), 상기 제 2냉각유닛(500) 및 상기 제어유닛(800)에 의해 혼합공기가 냉각되는 과정에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

도 5는 도 4의 공기처리장치의 제 1실시예에 따른 혼합공기의 냉각과정을 나타낸 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 공기처리장치는 먼저 선내회수공기 및 선외유입공기를 혼합한다(S101). 그리고 혼합된 혼합공기를 정화하고 선택적으로 가열하는 과정을 거친다. 여기서, 혼합공기가 가열과정을 거치는 경우, 상기 제 1냉각유닛(400) 및 상기 제 2냉각유닛(500)은 동작하지 않도록 구성될 수 있다. 그리고 정화된 혼합공기가 가열과정을 거치지 않은 경우, 정화과정을 거친 혼합공기를 상기 제 1냉각유닛(400)에서 냉각한다(S102). 상기 제 1냉각유닛(400)에 의해서 냉각되고 배출되는 혼합공기의 온도를 상기 제 1온도측정센서(820)에서 측정한다(S103). 상기 제어부(810)는 상기 제 1온도측정센서(820)에서 측정된 혼합공기의 온도가 선내로 공급되기에 적합한지 판단한다(S104).

여기서, 상기 제 1냉각유닛(400)에 의해 냉각된 혼합공기의 온도가 선내로 공급되기에 적합하지 않은 경우, 상기 제어부(810)는 상기 제 2냉각유닛(500)을 작동시켜 상기 제 1냉각유닛(400)에 의해 냉각된 혼합공기를 다시 냉각시킨다(S105). 그리고 상기 제 2냉각유닛(500)에 의해 다시 냉각된 혼합공기는 상기 가습유닛(600)으로 배출되고 상기 가습유닛(600)이 냉각된 혼합공기의 습도를 조절한다(S106).

한편, 상기 제 1냉각유닛(400)에 의해 냉각된 혼합공기의 온도가 선내로 공급되기에 적합한 경우, 상기 제어부(810)는 상기 제 2냉각유닛(500)을 작동시키지 않는다.

이와 같이, 상기 가습유닛(600)에 의해서 습도가 조절된 혼합공기는 상기 공급유닛(700)에 의해 선내로 공급된다(S107).

이상과 같이 본 발명의 제 1실시예에 따른 공기처리장치에 의해 혼합공기가 냉각되는 과정을 살펴보았다. 이어서, 본 발명에 따른 제 2실시예에 대해서 살펴본다.

제 2실시예

도 6을 참조하여 본 발명에 따른 공기처리장치의 제 2실시예를 살펴보면 다음과 같다.

도 6은 도 3의 공기처리장치의 제 2실시예에서 혼합공기를 냉각시키는 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

기본적인 구성은 앞서 제 1실시예에서 상술한 것과 유사하지만 상기 제어유닛(800)의 구성이 다르다.

상기 제어유닛(800)은 제 2온도측정센서(830) 및 제어부(810)로 구성되며, 상기 제 2온도측정센서(830)는 상기 제 1냉각유닛(400)에서 냉각된 혼합공기가 상기 제 2냉각유닛(500) 경유하여 배출되는 이동경로상에 배치되어 배출되는 혼합공기의 온도를 측정한다.

상기 제어부(810)는 상기 제 2온도측정센서(830)로부터 측정된 혼합공기의 온도를 바탕으로 상기 제 2냉각유닛(500)의 작동여부를 제어한다. 이때, 상기 제 2온도측정센서(830)에서 측정된 온도를 바탕으로 실제 선내로 공급되어야 하는 혼합공기의 적합한 온도와 비교하여 상기 제 2열교환기(550)의 작동여부를 결정한다.

만약, 상기 제 1냉각유닛(400) 및 상기 제 2냉각유닛(500)이 모두 작동하고 있을 때, 상기 제 1냉각유닛(400) 및 상기 제 2냉각유닛(500)을 경유한 혼합공기의 온도가 선내로 공급해야 하는 적합한 온도보다 낮은 경우, 상기 제어부(810)는 상기 제 2냉각유닛(500)의 작동을 중지시켜 혼합공기의 추가적인 냉각을 중지한다.

그리고 상기 제 1냉각유닛(400) 및 상기 제 2냉각유닛(500)을 경유한 혼합공기의 온도가 선내로 공급되어야 하는 적합한 온도에 준하는 경우, 상기 제어부(810)는 상기 제 2냉각유닛(500)의 작동을 지속적으로 유지시킨다.

이와 같은 구성된 상기 제 1냉각유닛(400), 상기 제 2냉각유닛(500) 및 상기 제어유닛(800)의 작동을 전체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 혼합유닛(100), 상기 정화유닛(200), 상기 가열유닛(300)을 경유한 후 이송되는 혼합공기는 상기 제 1열교환기(430)를 경유하면서 1차적으로 냉각된다. 여기서, 상기 제 1열교환기(430)는 상기 LNG기화기(420)를 경유하는 LNG의 기화열을 이용하여 혼합공기를 냉각시킨다. 그리고 상기 제 1열교환기(430)에 의해서 냉각된 혼합공기를 다시 상기 제 2열교환기(550)를 통해서 냉각시킨다.

상기 제 2열교환기(550)에 의해서 다시 냉각된 혼합공기의 온도는 상기 제 2온도측정센서(830)에서 측정되고, 측정된 혼합공기의 온도를 바탕으로 상기 제어부(810)가 상기 제 2냉각유닛(500)의 작동여부를 조절한다.

다음으로, 도 7을 참조하여 상기 제 1냉각유닛(400), 상기 제 2냉각유닛(500) 및 상기 제어유닛(800)에 의해 혼합공기가 냉각되는 과정에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

도 7은 도 6의 공기처리장치의 제 2실시예에 따른 혼합공기의 냉각과정을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 선내회수공기 및 선외유입공기를 혼합한다(S201). 그리고 혼합된 혼합공기를 정화하고 선택적으로 가열하는 과정을 거친다. 그리고 정화 및 가열과정을 거친 혼합공기를 상기 제 1냉각유닛(400)에서 냉각한다(S202).

그리고 상기 제 1냉각유닛(400)에서 냉각된 혼합공기를 상기 제 2냉각유닛(500)에서 다시 냉각한다(S203). 상기 제 2냉각유닛(500)에서 다시 냉각되어 배출되는 혼합공기의 온도를 상기 제 2온도측정센서(830)에서 측정한다(S204). 상기 제어부(810)는 상기 제 2온도측정센서(830)에서 측정된 혼합공기의 온도가 선내로 공급되기에 적합한지 판단한다(S205).

여기서, 상기 제 1냉각유닛(400) 및 상기 제 2냉각유닛(500)에 의해 냉각된 혼합공기의 온도가 선내로 공급되기에 적합하지 않은 경우, 상기 제어부(810)는 상기 제 2냉각유닛(500)의 작동을 중지시켜 상기 제 1냉각유닛(400)에 의해 냉각된 혼합공기를 다시 냉각시키지 않는다(S206). 그리고 상기 제 1냉각유닛(400)에 의해 냉각된 혼합공기는 상기 가습유닛(600)으로 배출되고 상기 가습유닛(600)이 냉각된 혼합공기의 습도를 조절한다(S207).

한편, 상기 제 1냉각유닛(400)에 의해 냉각된 혼합공기의 온도가 선내로 공급되기에 적합한 경우, 상기 제어부(810)는 상기 제 2냉각유닛(500)의 작동을 중지시키지 않는다.

이와 같이, 상기 가습유닛(600)에 의해서 습도가 조절된 혼합공기는 상기 공급유닛(700)에 의해 선내로 공급된다(S208).

이상과 같이 본 발명의 제 2실시예에 따른 공기처리장치에 의해 혼합공기가 냉각되는 과정을 살펴보았다. 이어서, 본 발명에 따른 제 3실시예에 대해서 살펴본다.

제 3실시예

도 8을 참조하여 본 발명에 따른 공기처리장치의 제 3실시예를 살펴보면 다음과 같다.

도 8은 도 3의 공기처리장치의 제 3실시예에서 혼합공기를 냉각시키는 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

기본적인 구성은 앞서 상술한 제 1실시예 및 제 2실시예의 구성과 유사하지만 상기 제어부(810)의 구성 및 동작과정이 다르다.

상기 제어유닛(800)은 상기 제 1온도측정센서(820), 상기 제 2온도측정센서(830) 및 제어부(810)로 구성되며, 상기 제 1온도측정센서(820)는 상기 제 1냉각유닛(400)과 상기 제 2냉각유닛(500) 사이에 배치되어 상기 혼합유닛(100)에서 혼합된 공기가 상기 제 1냉각유닛(400)을 경유하여 배출되는 혼합공기의 온도를 측정한다.

상기 제 2온도측정센서(830)는 상기 제 1냉각유닛(400)에 의해서 냉각된 혼합공기가 상기 제 2냉각유닛(500) 경유하여 배출되는 이동경로상에 배치되어 배출되는 혼합공기의 온도를 측정한다.

상기 제어부(810)는 상기 제 1온도측정센서(820) 및 상기 제 2온도측정센서(830)로부터 측정된 혼합공기의 온도를 바탕으로 상기 제 2냉각유닛(500)의 작동여부를 제어한다. 이때, 상기 제 1온도측정센서(820) 및 상기 제 2온도측정센서(830)에서 측정된 온도를 바탕으로 실제 선내로 공급되어야 하는 혼합공기의 적합한 온도와 비교하여 상기 제 2열교환기(550)의 작동여부를 결정한다.

이어서, 도 9를 참조하여 상기 제 1냉각유닛(400), 상기 제 2냉각유닛(500) 및 상기 제어유닛(800)의 작동을 전체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 9는 도 8의 공기처리장치의 제 3실시예에 따른 혼합공기의 냉각과정을 나타낸 흐름도이다.

먼저, 선내회수공기 및 선외유입공기를 혼합한다(S301). 그리고 혼합된 혼합공기를 정화하고 선택적으로 가열하는 과정을 거친다. 그리고 정화 및 가열과정을 거친 혼합공기를 상기 제 1냉각유닛(400)에서 냉각한다(S302).

그리고 상기 제 1냉각유닛(400)에서 냉각된 혼합공기의 온도를 상기 제 1온도측정센서(820)에서 측정한다(S303).

상기 제 1냉각유닛(400)에서 냉각된 혼합공기를 상기 제 2냉각유닛(500)에서 다시 냉각(S304)한다. 상기 제 2냉각유닛(500)에서 다시 냉각되어 배출되는 혼합공기의 온도를 상기 제 2온도측정센서(830)에서 측정한다(S305). 상기 제어부(810)는 상기 제 1온도측정센서(820) 및 상기 제 2온도측정센서(830)에서 측정된 혼합공기의 온도가 선내로 공급되기에 적합한지 판단한다(S306).

여기서, 상기 제 1냉각유닛(400) 및 상기 제 2냉각유닛(500)에 의해 냉각된 혼합공기의 온도가 선내로 공급되기에 적합하지 않은 경우, 상기 제어부(810)는 상기 제 2냉각유닛(500)의 작동을 중지시켜 상기 제 1냉각유닛(400)에 의해 냉각된 혼합공기를 다시 냉각시키지 않는다(S307). 그리고 상기 제 1냉각유닛(400)에 의해 냉각된 혼합공기는 상기 가습유닛(600)으로 배출되고 상기 가습유닛(600)이 냉각된 혼합공기의 습도를 조절한다(S308).

한편, 상기 제 1냉각유닛(400)에 의해 냉각된 혼합공기의 온도가 선내로 공급되기에 적합한 경우, 상기 제어부(810)는 상기 제 2냉각유닛(500)의 작동을 중지시키지 않는다.

이와 같이, 상기 가습유닛(600)에 의해서 습도가 조절된 혼합공기는 상기 공급유닛(700)에 의해 선내로 공급된다(S309).

이상과 같이 본 발명에 따른 적합한 실시예들을 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예들은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 혼합유닛 200: 정화유닛
300: 가열유닛 400: 제 1냉각유닛
410: 순환라인 420: LNG기화기
430: 제 1열교환기 440: 순환펌프
500: 제 2냉각유닛 510: 냉각라인
520: 압축기 530: 냉각기
540: 팽창밸브 550: 제 2열교환기
600: 가습유닛 700: 공급유닛
710: 소음기 800: 제어유닛
810: 제어부 820: 제 1온도측정센서
830: 제 2온도측정센서 L1: 열전달유체
L2: 냉각수

Claims (13)

1. 선외유입공기 및 선내회수공기를 혼합하는 혼합유닛;
   상기 혼합유닛에 의해서 혼합된 혼합공기를 선내로 공급하는 공급유닛;
   상기 혼합유닛에 의해 혼합된 혼합공기의 경로상에 배치되며 혼합공기를 고온의 열원과 열교환을 통해 온도를 상승시키는 가열유닛; 및
   상기 혼합유닛에서 혼합된 혼합공기의 경로상에 배치되며, 별도로 구비된 LNG탱크로부터 엔진으로 공급되는 LNG의 기화열을 이용하여 혼합공기를 냉각시키는 제 1냉각유닛; 및
   상기 혼합유닛에서 혼합된 혼합공기가 이동하는 경로상에 배치되며, 상기 제 1냉각유닛을 경유한 혼합된 공기를 냉각시키는 제 2냉각유닛; 및
   상기 제 2냉각유닛을 경유하여 배출되는 혼합공기의 이동경로상에 배치되며 배출되는 혼합공기의 온도를 측정하는 온도측정센서 및 상기 온도측정센서로부터 측정된 혼합공기의 온도를 바탕으로 상기 제 2냉각유닛의 작동여부를 제어하는 제어부를 포함하는 제어유닛;
   을 포함하는 선박용 HVAC(Heating, Ventilation, and Air Conditioning)시스템의 공기처리장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1냉각유닛은,
   열전달유체를 내장하고, 내장된 상기 열전달유체가 순환하도록 하는 순환라인;
   상기 순환라인의 경로상에 배치되며, LNG탱크로부터 엔진으로 이송되는 LNG와 상기 열전달유체의 열교환을 통해서 상기 LNG를 기화시키는 LNG기화기; 및
   상기 순환라인을 매개로 상기 LNG기화기와 연결되며, 상기 LNG기화기를 경유한 상기 열전달유체와 상기 혼합유닛에서 혼합된 혼합공기를 열교환 시키는 제 1열교환기;
   를 포함하는 선박용 HVAC시스템의 공기처리장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 제 1냉각유닛에 의해서 냉각되는 혼합공기의 온도는 상기 LNG기화기를 통과하는 LNG의 양에 의해서 조절되는 선박용 HVAC시스템의 공기처리장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,
   상기 온도측정센서는,
   한 쌍으로 구성되며 상기 온도측정센서 각각은 상기 제 1냉각유닛을 경유하여 냉각된 혼합공기가 배출되는 이동경로상에 배치되어 혼합공기의 온도를 측정하고, 상기 제 2냉각유닛 경유하여 냉각된 혼합공기의 이동경로상에 배치되어 배출되는 혼합공기의 온도를 측정하는 선박용 HVAC시스템의 공기처리장치.
   
9. 선박의 HVAC(Heating, Ventilation, and Air Conditioning)시스템의 공기처리방법에 있어서,
   선박 외부공기 및 선박 내부의 회수공기를 혼합하는 단계;
   내부의 열원과 열교환을 통해서 혼합된 혼합공기를 가열하는 단계;
   LNG의 기화열을 이용하여 혼합된 혼합공기를 1차로 냉각하는 단계;
   1차로 냉각된 혼합공기를 별도의 제 2냉각유닛을 이용하여 2차로 냉각하는 단계;
   2차로 냉각된 혼합공기의 온도를 측정하는 단계; 및
   측정된 혼합공기의 온도를 바탕으로 상기 제 2냉각유닛의 작동여부를 조절하는 단계; 및
   가열 및 냉각 단계를 거친 혼합공기를 선박 내부로 공급하는 단계;
   를 포함하는 선박용 HVAC시스템의 공기처리방법.
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