KR101359640B1 - Generating system of vessel - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박용 발전 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 선박에 구비되고, 엔진에서 배출된 배기가스에 의해 작동되는 터보차저; 상기 터보차저와 이격 배치되고, 작동 유체(Working Fluid)에 의해 구동되는 터빈; 및 상기 터보차저와 터빈 사이에 배치되고, 상기 터보차저에서 배출되는 배기가스와 상기 터빈에 공급되는 작동 유체와의 열교환을 매개하는 열교환부가 마련된 순환부를 포함하는 선박의 발전 시스템을 제공할 수 있다.
The present invention relates to a power generation system for ships.
According to one aspect of the invention, the turbocharger provided in the ship, which is operated by the exhaust gas discharged from the engine; A turbine spaced apart from the turbocharger and driven by a working fluid; And a circulation unit disposed between the turbocharger and the turbine and provided with a heat exchanger configured to exchange heat between the exhaust gas discharged from the turbocharger and a working fluid supplied to the turbine.

Description

선박의 발전 시스템{Generating system of vessel}Generating system of vessel

본 발명은 선박용 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation system for ships.

선박은 화석 연료를 소비하여 엔진을 구동함으로써 추진력을 얻는다. 엔진에서는 연료가 연소함으로써 발생되는 배기가스가 배출되며, 엔진에서 배출되는 배기가스는 연소의 잔유물 및 소정의 열량을 포함하고 있다. The ship consumes fossil fuels and gains momentum by driving the engine. In the engine, the exhaust gas generated by the combustion of fuel is exhausted, and the exhaust gas emitted from the engine includes the residue of combustion and a predetermined amount of heat.

배기가스가 포함하고 있는 폐열량은 매우 큰 수준이며, 최근에는 에너지 소비를 줄이기 위해 배기가스의 폐열을 사용하기 위한 다양한 기술이 제안되고 있다.The amount of waste heat contained in the exhaust gas is very high, and in recent years, various techniques for using waste heat of the exhaust gas have been proposed to reduce energy consumption.

예를 들면, 배기가스에 포함된 폐열을 사용하여 랭킨 사이클을 구동함으로써 발전하는 기술이 사용될 수 있다.For example, a technique for generating power by driving a Rankine cycle using waste heat contained in exhaust gas may be used.

도 1은 랭킨 사이클을 이용한 종래 기술에 따른 선박의 발전 시스템을 보여주는 도면이다.1 is a view showing a power generation system of a ship according to the prior art using the Rankine cycle.

도 1을 참조하면, 엔진(2)에서 발생된 고온의 배기가스는 열교환기(3)로 공급될 수 있다. 상기 열교환기(3)에서는 배기가스와 물의 열 교환에 의해 고온의 스팀이 생성될 수 있다. 상기 열교환기(3)에서 생성된 스팀은 터빈(4)으로 공급되고, 상기 터빈(4)에 연결된 제너레이터에서 전기가 발생된다.Referring to FIG. 1, the hot exhaust gas generated in the engine 2 may be supplied to the heat exchanger 3. In the heat exchanger 3, hot steam may be generated by heat exchange between exhaust gas and water. Steam generated in the heat exchanger (3) is supplied to the turbine (4), the electricity is generated in the generator connected to the turbine (4).

상기 터빈(4)에서 배출된 스팀은 콘덴서(5)를 통해 응축되고, 응축수 중의 일부가 펌프(6)에 의해 상기 열교환기(3)로 재공급될 수 있다.The steam discharged from the turbine 4 is condensed through the condenser 5, and a part of the condensate can be supplied to the heat exchanger 3 by the pump 6.

또한, 상기 엔진(2)의 주위에는 냉각을 위해 쿨러유닛(7)이 배치될 수 있으며, 해수는 상기 쿨러유닛(7) 및 상기 콘덴서(5)의 냉열원으로 사용될 수 있다.In addition, a cooler unit 7 may be disposed around the engine 2 for cooling, and sea water may be used as a cooling heat source of the cooler unit 7 and the condenser 5.

그러나, 상기와 같은 종래기술은 다음과 같은 문제가 있다.However, the above-described conventional techniques have the following problems.

선박이 운항되는 동안 상기 엔진(2)의 가동률은 변화된다. 예를 들어, 선박은 상기 전체 운항 일수의 2/3 정도는 상기 엔진(2)을 풀 로드(Full load)로 가동하고, 나머지 운항 일수는 상기 엔진(2)을 풀 로드에 비해 낮은 로드로 가동할 수 있다. 상기 엔진(2)을 풀 로드에 비해 낮은 로드로 가동할 경우 배기가스가 풀 로드일 때에 비해 상대적으로 적게 발생된다.The operation rate of the engine 2 is changed while the ship is in operation. For example, a vessel may operate the engine 2 at full load for about two thirds of the total number of days of operation, and the remaining days of operation may operate the engine 2 at a lower load than the full load. can do. When the engine 2 is operated at a lower load than the full load, the exhaust gas is generated relatively less than when the full load is used.

이와 같은 배기가스 양의 변화는 랭킨 사이클로 유입되는 열량에 변화를 가져오게 되고, 이는 랭킨 사이클의 효율에 심각한 영향을 미치게 된다.
Such a change in the amount of exhaust gas causes a change in the amount of heat introduced into the Rankine cycle, which seriously affects the efficiency of the Rankine cycle.

본 발명의 실시예들은 선박의 엔진의 로드 변화에도 불구하고 안정적으로 발전을 할 수 있는 선박의 발전 시스템을 제공하고자 한다.
Embodiments of the present invention to provide a power generation system of a ship that can be stably generated despite the load changes of the engine of the ship.

본 발명의 일측면에 따르면, 선박에 구비되고, 엔진에서 배출된 배기가스에 의해 작동되는 터보차저; 상기 터보차저와 이격 배치되고, 작동 유체(Working Fluid)에 의해 구동되는 터빈; 및 상기 터보차저와 터빈 사이에 배치되고, 상기 터보차저에서 배출되는 배기가스와 상기 터빈에 공급되는 작동 유체와의 열교환을 매개하는 열교환부가 마련된 순환부를 포함하는 선박의 발전 시스템을 제공할 수 있다.According to one aspect of the invention, the turbocharger provided in the ship, which is operated by the exhaust gas discharged from the engine; A turbine spaced apart from the turbocharger and driven by a working fluid; And a circulation unit disposed between the turbocharger and the turbine and provided with a heat exchanger configured to exchange heat between the exhaust gas discharged from the turbocharger and a working fluid supplied to the turbine.

또한, 상기 순환부는 상기 열교환부를 순환하는 열매개 유체의 순환을 위해, 적어도 1개 이상의 순환 펌프를 포함하는 선박의 발전 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the circulation unit may provide a power generation system of a ship including at least one circulation pump for circulation of the trough fluid circulating the heat exchange unit.

또한, 상기 열교환부는 상기 터보차저에서 배출된 배기가스와 상기 열매개 유체의 열교환을 실시하는 제1 열교환기; 상기 제 1 열교환기에서 공급되는 상기 열매개 유체와 상기 터빈에 공급되는 작동 유체를 열교환하는 제 2 열교환기를 포함하는 선박의 발전 시스템을 제공할 수 있다.The heat exchanger may include a first heat exchanger configured to perform heat exchange between the exhaust gas discharged from the turbocharger and the nut carrier fluid; It is possible to provide a power generation system of a ship including a second heat exchanger for heat-exchanging the nutriture fluid supplied from the first heat exchanger and a working fluid supplied to the turbine.

또한, 상기 열교환부는 상기 제 1 열교환기의 전단에 배치되며, 상기 터보 차저에서 공급되는 공기와 상기 열매개 유체를 열교환하여 상기 열매개 유체를 가열하는 제 3 열교환기를 더 포함하는 선박의 발전 시스템을 제공할 수 있다.The heat exchanger may further include a third heat exchanger disposed at a front end of the first heat exchanger, the third heat exchanger configured to heat the trough fluid by heat-exchanging the air and the trough fluid supplied from the turbocharger. Can provide.

또한, 상기 순환부는 상기 제3 열교환기를 경유하지 않고, 제1 열교환기로 열매개 유체를 바이패스시키기 위한 바이패스부를 더 포함하는 선박의 발전 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the circulation unit may provide a power generation system of a ship further comprising a bypass unit for bypassing the nut borne fluid to the first heat exchanger without passing through the third heat exchanger.

또한, 상기 바이패스부는 상기 열매개 유체의 유량을 조절하기 위한 조절 밸브를 더 포함하는 선박의 발전 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the bypass unit may provide a power generation system of the ship further comprising a control valve for adjusting the flow rate of the nut medium.

또한, 상기 조절밸브는 상기 엔진의 로드(Load) 변화에 대응하여 상기 열매개 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 발전 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the control valve may provide a power generation system of the ship, characterized in that for adjusting the flow rate of the nut medium in response to the load (Load) of the engine.

또한, 상기 순환부는 상기 열매개 유체가 일시적으로 저장되는 저장부를 더 포함하는 선박의 발전 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the circulation unit may provide a power generation system of a ship further comprising a storage unit for temporarily storing the fruit medium fluid.

또한, 상기 작동 유체는 유기혼합물(organic compound)을 포함하는 선박의 발전 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the working fluid may provide a power generation system of a ship comprising an organic compound.

또한, 상기 제 2 열교환기로 공급되는 열량이 일정한 수준으로 유지되도록 상기 제 3 열교환기로 공급되는 상기 열매개 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 발전 시스템을 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a power generation system of a ship, characterized in that for controlling the flow rate of the fruit medium fluid supplied to the third heat exchanger so that the heat amount supplied to the second heat exchanger is maintained at a constant level.

또한, 상기 제 2 열교환기의 전단에는 상기 제 2 열교환기로 공급되는 상기 열 매개 유체의 온도를 측정하기 위한 온도 센서가 제공되고, 상기 조절 밸브는 상기 온도 센서의 감지 값을 바탕으로 제 2 열교환기로 공급되는 상기 열매개 유체의 온도가 일정한 수준으로 유지되도록 상기 제 3 열교환기로 공급되는 상기 열매개 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 발전 시스템을 제공할 수 있다.In addition, the front end of the second heat exchanger is provided with a temperature sensor for measuring the temperature of the heat-mediated fluid supplied to the second heat exchanger, the control valve to the second heat exchanger based on the sensed value of the temperature sensor It is possible to provide a power generation system of a ship, characterized in that for controlling the flow rate of the trough fluid supplied to the third heat exchanger so that the temperature of the trough fluid to be supplied is maintained at a constant level.

또한, 상기 순환 펌프는 상기 작동 유체와 열교환하는 상기 열매개 유체의 온도가 일정하게 유지되도록 상기 열매개 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 발전 시스템을 제공할 수 있다.
In addition, the circulation pump may provide a power generation system of a ship, characterized in that for adjusting the flow rate of the tide fluid so that the temperature of the tide fluid to heat exchange with the working fluid is kept constant.

본 발명의 실시예들은 열매개 유체의 유량을 조절함으로써 엔진의 로드 변화에도 불구하고 안정적으로 발전을 할 수 있는 선박의 발전 시스템을 제공할 수 있다.
Embodiments of the present invention can provide a power generation system of a ship that can stably generate power despite the load change of the engine by adjusting the flow rate of the nut carrier fluid.

도 1은 랭킨 사이클을 이용한 종래 기술에 따른 선박의 발전 시스템을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박의 발전 시스템을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박의 발전 시스템을 보여주는 도면.
1 shows a power generation system of a ship according to the prior art using a Rankine cycle.
2 is a view showing a power generation system of a ship according to a first embodiment of the present invention.
3 is a view showing a power generation system of a ship according to a second embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박의 발전 시스템을 보여주는 도면이다.2 is a view showing a power generation system of a ship according to a first embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박의 발전 시스템(1)은 선박의 추진력을 발생시키는 엔진(2)의 배기가스를 에너지원으로 동작된다. 2, the power generation system 1 of the ship according to the first embodiment of the present invention is operated as an energy source from the exhaust gas of the engine 2 for generating the propulsion force of the ship.

상세히, 상기 엔진(2)에서 배출된 배기가스는 약 240℃ 내지 250℃의 온도 범위를 갖고 터보차저(100)로 유입된다. 상기 엔진(2)에서 배출되는 배기가스는 고압 상태이며 상기 터보차저(100)에 구비된 블레이드(미도시)를 회전시킨다.In detail, the exhaust gas discharged from the engine 2 is introduced into the turbocharger 100 with a temperature range of about 240 ° C to 250 ° C. The exhaust gas discharged from the engine 2 is in a high pressure state and rotates a blade (not shown) provided in the turbocharger 100.

이와 동시에 상기 터보차저(100)에는 외부 공기가 유입되고, 상기 터보차저(100)에 유입된 외부 공기는 상기 터보차저(100)로 공급된 배기가스에 의해 회전되는 상기 블레이드(미도시)에 의해 압축된다. 이 과정에서 외부 공기는 온도가 높아진다.At the same time, the outside air is introduced into the turbocharger 100, and the outside air introduced into the turbocharger 100 is rotated by the blade (not shown) rotated by the exhaust gas supplied to the turbocharger 100. Is compressed. In this process, the outside air becomes hot.

상기 터보차저(100)에서 배출된 배기가스는 순환부(300)에 구비된 열교환부(310)로 공급될 수 있으며, 상기 배기가스는 열교환부(310)에 마련된 다수개의 열교환기 중에서 제 1 열교환기(311)로 공급될 수 있다.The exhaust gas discharged from the turbocharger 100 may be supplied to the heat exchanger 310 provided in the circulation unit 300, and the exhaust gas may be a first heat exchanger among a plurality of heat exchangers provided in the heat exchanger 310. May be supplied to the group 311.

상기 순환부(300)는 내부에 열매개 유체가 연속적으로 순환 가능하도록, 배관이 마련될 수 있다.The circulation unit 300 may be provided with a pipe, such that the nut can be circulated continuously.

상기 열매개 유체는 상기 배기가스와의 열교환을 통해 소정의 온도로 가열되어 상기 순환부(300)의 배치 경로를 따라 순환될 수 있다.The nut-bearing fluid may be heated to a predetermined temperature through heat exchange with the exhaust gas and circulated along the arrangement path of the circulation part 300.

상기 열매개 유체에 대해 특별히 한정하지는 않으나, 고온의 배기가스에 의해 산화하지 않고, 초기의 물리적인 점성이 안정적으로 유지되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 열매개 유체는 물 또는 열매체유(thermal oil)일 수 있다.Although it does not specifically limit about the said nut nut fluid, It is preferable not to oxidize by high temperature exhaust gas, and to maintain the initial physical viscosity stably. For example, the mediator fluid may be water or thermal oil.

상기 제 1 열교환기(311)는 배기가스와의 열교환을 통해 상기 열매개 유체에 열을 공급할 수 있다.The first heat exchanger 311 may supply heat to the trough fluid through heat exchange with the exhaust gas.

이와 동시에, 상기 터보차저(100)로 유입된 외부 공기는 소정의 온도로 가열되어 제 3 열교환기(313)로 이동될 수 있다.At the same time, the outside air introduced into the turbocharger 100 may be heated to a predetermined temperature and moved to the third heat exchanger 313.

상기 제 3 열교환기(313)는 상기 터보차저(100)에서 가열된 외부 공기와 순환부(300)의 내부를 따라 순환되는 열매개 유체를 열교환시켜 열매개 유체를 가열할 수 있다.The third heat exchanger 313 may heat the nutritive fluid by exchanging heat exchanger fluid circulated along the inside of the circulation unit 300 and the outside air heated in the turbocharger 100.

즉, 상기 열매개 유체는 제 1 열교환기(311)로 이동되기 이전에 상기 제 3 열교환기(313)에서 소정의 온도로 가열되고, 그 후 상기 제 1 열교환기(311)에서 상기 터보차저(100)로부터 공급된 배기가스에 의해 재차 가열될 수 있다.That is, the trough fluid is heated to a predetermined temperature in the third heat exchanger 313 before being moved to the first heat exchanger 311, and then the turbocharger (3) in the first heat exchanger 311. It may be heated again by the exhaust gas supplied from 100).

상기 제 3 열교환기(313)에서 배출되는 공기는 해수에 의해 냉각된 후 상기 엔진(2)으로 공급될 수 있다.The air discharged from the third heat exchanger 313 may be supplied to the engine 2 after being cooled by sea water.

상기 제 1 열교환기(311)는 열매개 유체와 상기 터보차저(100)에서 배출된 배기가스를 열교환 시킴으로써 열매개 유체를 가열시킬 수 있으며, 앞서 서술된 제 3 열교환기(313)에 비해 상대적으로 큰 열교환면적을 가지도록 이루어질 수 있다.The first heat exchanger 311 may heat the nutritive fluid by heat-exchanging the nutritive fluid and the exhaust gas discharged from the turbocharger 100, and is relatively relatively to the third heat exchanger 313 described above. It can be made to have a large heat exchange area.

제 2 열교환기(312)는 제 1 열교환기(311)에서 공급되는 열매개 유체와 발전을 위한 랭킨 사이클을 순환하는 작동 유체를 열교환시켜 작동 유체를 가열한다. 즉, 상기 제 2 열교환기(312)에서 열매개 유체가 갖는 열에너지가 작동 유체로 전달된다.The second heat exchanger 312 heats the working fluid by exchanging heat exchange fluid supplied from the first heat exchanger 311 and the working fluid circulating through a Rankine cycle for power generation. That is, the heat energy of the nut-bearing fluid in the second heat exchanger 312 is transferred to the working fluid.

상기 작동 유체는 유기 냉매가 사용될 수 있으며, 상기 유기 냉매는 유기혼합물(organic compound)이 사용될 수 있다. 또한, 상기 작동 유체는 비등점이 낮아 저온에서도 기화가 안정적으로 이루어져야 하고, 터빈(200) 내부에서 증기 상태로 블레이드를 회전 작동시킬 수 있다. The working fluid may be an organic refrigerant, and the organic refrigerant may be an organic compound. In addition, since the working fluid has a low boiling point, vaporization should be made stable even at low temperatures, and the blade may be rotated in a steam state in the turbine 200.

이러한 상기 작동 유체로는 주로 프레온(freon) 계열의 냉매와, 프로판(propane) 등의 탄화수소계(hydro carbon series) 물질이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 작동 유체로는 비교적 저열원(400℃ 이하)에서 사용되기 적합한 R134a, R245fa, R236, R401, R404 중 어느 하나일 수 있다.As the working fluid, a freon-based refrigerant and a hydrocarbon-based material such as propane may be used. For example, the working fluid may be any one of R134a, R245fa, R236, R401, and R404 suitable for use in a relatively low heat source (400 ° C. or lower).

이와 같은 특성을 갖는 작동 유체는 상기 제 2 열교환기(312)에서 열을 흡수하여 기화되고, 상기 터빈(200)으로 공급된다.The working fluid having such characteristics is vaporized by absorbing heat from the second heat exchanger 312 and supplied to the turbine 200.

상기 터빈(200)은 작동 유체를 에너지원으로 하여 제너레이터를 구동함으로써 전기를 발생시킨다.The turbine 200 generates electricity by driving the generator using the working fluid as an energy source.

상기 작동 유체는 터빈(200)을 경유하여 예열기(10)로 이동될 수 있으며, 상기 예열기(10)를 경유한 작동 유체는 해수와 열교환이 이루어지는 콘덴서(20)에서 액화되고, 펌프(30)를 통해 펌핑되어 상기 예열기(10)로 순환 공급될 수 있다.The working fluid may be moved to the preheater 10 via the turbine 200. The working fluid via the preheater 10 is liquefied in a condenser 20 in which heat exchange with sea water is performed. It may be pumped through and circulated to the preheater 10.

상기 작동 유체는 예열기(10)를 경유하여 제 2 열교환기(312)로 공급될 수 있다.The working fluid may be supplied to the second heat exchanger 312 via the preheater 10.

이하에서는 상기 순환부(300)에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the circulation unit 300 will be described in detail.

앞서 설명된 제 1,2,3 열교환기(311, 312, 313)는 직렬로 배치될 수 있으며, 상기 순환부(300) 내에서 열매개 유체가 순환되도록 적어도 1개 이상의 순환 펌프(302)가 마련될 수 있다.The first, second, and third heat exchangers 311, 312, and 313 described above may be disposed in series, and at least one circulation pump 302 may be configured to circulate the nutritive fluid in the circulation unit 300. Can be prepared.

상기 순환 펌프(302)는 제 3 열교환기(313)의 전단에 배치될 수 있으나, 반드시 상기 위치에 한정되는 것은 아니다.The circulation pump 302 may be disposed at the front end of the third heat exchanger 313, but is not necessarily limited to the position.

상기 순환부(300)는 제 1,2,3 열교환기(311, 312, 313)를 경유한 열매개 유체가 일시적으로 저장되는 저장부(330)를 더 포함할 수 있다. 상기 저장부(330)에는 열매개 유체의 부족을 방지하기 위해 상기 순환부(300)를 순환하는 열매개 유체의 유량보다 더 많은 열매개 유체가 저장될 수도 있다.The circulation part 300 may further include a storage part 330 for temporarily storing the fruit medium fluid via the first, second, and third heat exchangers 311, 312, and 313. In order to prevent the shortage of the trough fluid, the storage unit 330 may store more trough fluid than the flow rate of the trough fluid circulating through the circulation unit 300.

상기 제 2 열교환기(312)를 경유한 열매개 유체는 상기 저장부(330)에서 일시적으로 저장되었다가, 상기 순환 펌프(302)에 의해 펌핑되어 제 3 열교환기(313)로 이동 공급될 수 있다.The fruit medium fluid passing through the second heat exchanger 312 may be temporarily stored in the storage unit 330, pumped by the circulation pump 302, and transferred to the third heat exchanger 313. have.

상기 순환부(300)는 순환 펌프(302)를 경유한 열매개 유체가 상기 제 3 열교환기(313)를 경유하지 않고, 제 1 열교환기(311)로 바이패스되도록 하기 위한 바이패스부(320)를 더 포함할 수 있다. The circulation part 300 may include a bypass part 320 for bypassing the nutritive fluid via the circulation pump 302 to the first heat exchanger 311 without passing through the third heat exchanger 313. ) May be further included.

상기 바이패스부(320)는 바이패스관(320a)과, 열매개 유체를 상기 바이패스관(320a)으로 공급하거나 상기 제 3 열교환기(313)로 공급하는 제 1 밸브(321)와, 상기 바이패스관(320a)을 지나온 열매개 유체를 메인 유로에 합류시키는 제 2 밸브(324)를 포함할 수 있다. The bypass unit 320 may include a bypass pipe 320a, a first valve 321 for supplying a nut-bearing fluid to the bypass pipe 320a or a third heat exchanger 313. It may include a second valve 324 for joining the nut nut fluid passing through the bypass pipe 320a to the main flow path.

상기 제 1 밸브(321)는 열매개 유체의 일부 또는 전부가 상기 바이패스관(320a)으로 이동하도록 흐름을 조절할 수 있으며, 마찬가지로 상기 제 3 열교환기(313)로 공급되는 열매개 유체의 유량을 조절할 수도 있다. 여기서, 상기 제 1 밸브(321)는 상기 바이패스관(320a) 및 상기 제 3 열교환기(313)로 공급되는 열매개 유체의 유량을 조절할 수 있는 것으로서, 유량 조절 수단이라고 부를 수도 있다.The first valve 321 may adjust the flow to move a part or all of the nut opening fluid to the bypass pipe 320a, and likewise controls the flow rate of the nut opening fluid supplied to the third heat exchanger 313. You can also adjust. Here, the first valve 321 can adjust the flow rate of the nut medium fluid supplied to the bypass pipe 320a and the third heat exchanger 313, may be referred to as flow rate control means.

또한, 상기 제 2 밸브(324)는 상기 바이패스관(320a)을 경유한 열매개 유체가 상기 제 3 열교환기(313)로 흐르지 않도록 조절할 수 있다. In addition, the second valve 324 may be adjusted so that the trough fluid passing through the bypass pipe 320a does not flow to the third heat exchanger 313.

본 실시예에서는 상기 제 1 밸브(321) 및 상기 제 2 밸브(324)가 3방향 밸브로 제공되는 것을 예로 설명하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 제 1 밸브(321) 대신 상기 바이패스관(320a)에 설치되는 밸브와 상기 제 3 열교환기(313)의 전단에 설치되는 밸브가 설치될 수 있으며, 상기 바이패스관(320a) 및 상기 제 3 열교환기(313)로 유입되는 유량의 조절은 각각의 밸브의 동시 제어에 의해 달성될 수 있다.In the present exemplary embodiment, the first valve 321 and the second valve 324 are provided as three-way valves, but the spirit of the present invention is not limited thereto. For example, a valve installed in the bypass pipe 320a and a valve installed in front of the third heat exchanger 313 may be installed instead of the first valve 321, and the bypass pipe 320a may be installed. ) And the flow rate flowing into the third heat exchanger 313 may be achieved by simultaneous control of each valve.

상기 제 1 밸브(321)와 상기 제 2 밸브(324)는, 상기 엔진(2)이 풀 로드로 작동되는 경우에는 열매개 유체가 상기 바이패스부(320)를 통해 상기 제 3 열교환기(313)를 경유하지 않고 상기 제 1 열교환기(311)로 유입되도록 조절하고, 상기 엔진(2)이 풀 로드로 작동되지 않는 경우에는 열매개 유체의 일부 또는 전부가 상기 제 3 열교환기(313)를 경유하고 상기 제 1 열교환기(311)로 유입되도록 조절할 수 있다.In the first valve 321 and the second valve 324, when the engine 2 is operated at the full load, the third heat exchanger 313 is provided with a nut fluid through the bypass part 320. ) To be introduced into the first heat exchanger 311 without passing through), and when the engine 2 is not operated at full load, a part or all of the nut-bearing fluid may be applied to the third heat exchanger 313. It may be adjusted so that it passes through and enters the first heat exchanger 311.

이와 같이 구성되는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 선박의 발전 시스템(1)의 작동 상태를 도 2를 참조하여 설명한다.The operating state of the power generation system 1 of the ship according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to FIG.

선박의 운항 시 상기 엔진(2)은 크게 풀 로드 상태와 풀 로드가 아닌 상태로 구동될 수 있다. 여기서 풀 로드 상태는 엔진이 100%의 부하로 가동되는 상태뿐만 아니라 이와 유사한 부하로 가동되어 상기 열매개 유체에 충분한 열량을 공급할 수 있는 상태를 의미한다. In operation of the ship, the engine 2 may be driven in a largely loaded state and not in a full load state. Here, the full load state refers to a state in which the engine is operated at a load of 100% as well as a state in which the engine is operated at a similar load to supply a sufficient amount of heat to the fruit medium fluid.

우선 풀 로드 상태인 경우를 살펴보면, 상기 터보차저(100)에서 배출되는 배기가스는 상기 제 1 열교환기(311)로 공급되어 상기 순환부(300)를 순환하는 열매개 유체를 가열한다.First, the case of the full load state, the exhaust gas discharged from the turbocharger 100 is supplied to the first heat exchanger 311 and heats the nut nut fluid circulating the circulation unit 300.

상기 엔진(2)이 풀 로드로 가동되는 경우에는 상기 엔진(2)으로부터 배출되는 배기가스에 충분히 많은 열량이 포함되어 있으므로, 열매개 유체는 상기 제 1 열교환기(311)에서 충분히 많은 열량을 흡수할 수 있다. 따라서, 열매개 유체는 상기 제 3 열교환기(313)를 경유하지 않고 상기 바이패스부(320)를 통과한 후 상기 제 1 열교환기(311)로 유입될 수 있다.When the engine 2 is operated at full load, since a large amount of heat is contained in the exhaust gas discharged from the engine 2, the fruit medium absorbs a large amount of heat in the first heat exchanger 311. can do. Therefore, the nutty fluid may flow into the first heat exchanger 311 after passing through the bypass unit 320 without passing through the third heat exchanger 313.

즉, 상기 제 1 밸브(321)는 상기 바이패스관(320a)으로 모든 열매개 유체가 이동되도록 조절되고, 상기 제 2 밸브(321)는 상기 바이패스관(320a)과 연결되는 유로를 모두 개방하도록 조절될 수 있다.That is, the first valve 321 is adjusted to move all the nut opening fluid to the bypass pipe 320a, and the second valve 321 opens all the flow paths connected to the bypass pipe 320a. Can be adjusted.

상기 제 1 열교환기(311)에서 가열된 열매개 유체는 상기 제 2 열교환기(312)로 유입되어 작동 유체를 가열한다. 작동 유체는 상기 제 2 열교환기(312)에서 열을 흡수하여 기화된 후 상기 터빈(200)으로 공급된다.The heating medium fluid heated in the first heat exchanger 311 flows into the second heat exchanger 312 to heat the working fluid. The working fluid absorbs heat from the second heat exchanger 312 to be vaporized and then supplied to the turbine 200.

상기 터빈(200)에서 팽창하여 전기를 발생시키는데 사용된 작동 유체는 상기 예열기(10) 및 상기 콘덴서(20)를 순차적으로 통과한 후 상기 펌프(30)에 의해 순환될 수 있다.The working fluid used to expand and generate electricity in the turbine 200 may be circulated by the pump 30 after sequentially passing through the preheater 10 and the condenser 20.

한편, 상기 엔진(2)이 풀 로드가 아닌 상태로 구동되는 경우, 즉 상기 엔진(2)에서 발생되는 배기가스의 양이 일정 수준 이하로 감소되는 경우, 배기가스에 포함되는 열량은 열매개 유체를 충분히 가열하기에 부족할 수 있다. On the other hand, when the engine 2 is driven at a state other than the full load, that is, when the amount of exhaust gas generated in the engine 2 is reduced to a predetermined level or less, the amount of heat contained in the exhaust gas is a fruit medium fluid. May not be sufficient to sufficiently heat.

이 경우, 상기 순환부(300)는 열매개 유체의 일부가 상기 제 3 열교환기(313)로 유입되어 미리 가열되도록 할 수 있다.In this case, the circulation part 300 may allow a part of the nut borne fluid to flow into the third heat exchanger 313 to be heated in advance.

상세히, 외기는 상기 터보차저(100)에서 압축되며 온도가 높아진다. 온도가 높아진 외기는 상기 제 3 열교환기(313)로 유입된다.In detail, the outside air is compressed in the turbocharger 100 and the temperature is increased. The outside air having a high temperature flows into the third heat exchanger 313.

또한, 상기 제 1 밸브(321)는 열매개 유체의 일부가 상기 바이패스관(320a)이 아닌 상기 제 3 열교환기(313)로 유입되도록 한다. In addition, the first valve 321 allows a portion of the tide fluid to flow into the third heat exchanger 313 instead of the bypass pipe 320a.

상기 제 3 열교환기(313)에서는 상기 터보차저(100)에서 가열된 공기와 열매개 유체를 열교환하여 열매개 유체를 가열한다. 즉, 열매개 유체의 일부가 상기 제 1 열교환기(311)에 유입되기 전에 가열되는 것이다.The third heat exchanger 313 heats the heating medium by heat-exchanging the heated air and the heating medium in the turbocharger 100. That is, a portion of the nutty fluid is heated before flowing into the first heat exchanger 311.

따라서, 상기 제 1 열교환기(311)에 공급되는 배기가스에 포함된 열량이 줄어들더라도, 열매개 유체가 상기 제 1 열교환기(311)로의 진입 전에 미리 열량을 전달받은 상태로 공급되므로 상기 제 1 열교환기(311)에서 배출되는 열량은 일정한 수준으로 유지될 수 있다.Therefore, even if the amount of heat contained in the exhaust gas supplied to the first heat exchanger 311 is reduced, the first medium is supplied in the state that the heat medium fluid is received in advance before entering the first heat exchanger 311. The amount of heat discharged from the heat exchanger 311 may be maintained at a constant level.

이때, 상기 제 1 밸브(321)는 상기 엔진(2)의 변화된 부하량, 즉 변화된 배기가스 배출량에 대응하여 상기 제 3 열교환기(313)로 유입되는 열매개 유체의 유량을 조절할 수 있다. 특히, 상기 제 1 밸브(321)는 상기 제 2 열교환기(312)로 유입되는 열매개 유체에 포함된 열량이 일정한 수준으로 유지될 수 있도록 상기 제 3 열교환기(313)로 유입되는 열매개 유체의 유량을 조절할 수 있다.In this case, the first valve 321 may adjust the flow rate of the trough fluid flowing into the third heat exchanger 313 in response to the changed load amount of the engine 2, that is, the changed exhaust gas discharge amount. In particular, the first valve 321 flows into the third heat exchanger 313 so that the amount of heat contained in the nut opening fluid flowing into the second heat exchanger 312 can be maintained at a constant level. The flow rate can be adjusted.

상기와 같은 구성 및 방법에 의해 상기 엔진(2)의 로드가 변화되더라도, 상기 제 2 열교환기(312)로 제공되는 열량(랭킨 사이클의 열원의 열량)은 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 작동 유체는 충분한 열량을 흡수하여 안정적으로 기화될 수 있고, 그에 의해 상기 터빈(200)도 안정적으로 구동될 수 있는 바, 제너레이터도 안정적으로 전기를 발생시킬 수 있다.Even if the load of the engine 2 is changed by the configuration and method as described above, the heat amount (heat amount of the heat source of the Rankine cycle) provided to the second heat exchanger 312 can be kept constant. Therefore, the working fluid absorbs a sufficient amount of heat and can be stably evaporated, whereby the turbine 200 can be driven stably, so that the generator can generate electricity stably.

이하에서는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박의 발전 시스템에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다. 다만, 제 2 실시예는 제 1 실시예와 비교하여 제 2 열교환기에 유입되는 열매개 유체의 온도가 일정하게 유지되도록 제 1 밸브 및 펌프 중 적어도 하나 이상을 제어한다는 점에 있어서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며 동일한 부분에 대하여는 제 1 실시예의 설명과 도면 부호를 원용한다.Hereinafter, a ship power generation system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3. However, the second embodiment is different from the first embodiment in that at least one or more of the first valve and the pump are controlled so that the temperature of the tide fluid flowing into the second heat exchanger is kept constant. The description thereof will be mainly given, and the same reference numerals refer to the description of the first embodiment.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박의 발전 시스템을 보여주는 도면이다.3 is a view showing a power generation system of a ship according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박의 발전 시스템(1')은 엔진(2)의 부하가 변경되어 배기가스의 배출량이 변화되더라도 터빈(400)의 발전 효율을 일정하게 유지함으로써 항상 최적의 효율로 발전이 이뤄질 수 있도록 한다.In the ship power generation system 1 ′ according to the second embodiment of the present invention, even if the load of the engine 2 is changed and the amount of exhaust gas is changed, the power generation efficiency of the turbine 400 is kept constant so that the optimum efficiency is always maintained. To make progress possible.

구체적으로, 도 3을 참조하면 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박의 발전 시스템(1')에는 제 2 열교환기(312)의 작동 유체 출구 측에 작동 유체의 온도를 측정하는 온도 센서(400)가 제공될 수 있다.Specifically, referring to FIG. 3, the power generation system 1 ′ of the ship according to the second embodiment of the present invention includes a temperature sensor 400 for measuring the temperature of the working fluid on the working fluid outlet side of the second heat exchanger 312. ) May be provided.

본 발명의 실시예와 같은 시스템에서 상기 제 2 열교환기(312)로 유입되는 열매개 유체의 온도가 일정하면, 터빈(200)을 포함한 랭킨 사이클의 효율을 일정하게 할 수 있다. If the temperature of the nut carrier fluid flowing into the second heat exchanger 312 is constant in the system as in the embodiment of the present invention, the efficiency of the Rankine cycle including the turbine 200 may be constant.

즉, 랭킨 사이클이 일정한 효율로 작동될 수 있도록, 상기 제 1 밸브(321)를 조절하여 상기 바이패스관(320a) 및 상기 제 3 열교환기(313)로 공급되는 유량을 조절하거나, 상기 펌프(302)를 조절하여 상기 제 1 밸브(321)로 공급되는 열매개 유체의 유량 자체를 조절할 수 있다. That is, the first valve 321 may be adjusted to control the flow rate supplied to the bypass pipe 320a and the third heat exchanger 313 so that the Rankine cycle may be operated at a constant efficiency or the pump ( The flow rate of the nut medium fluid supplied to the first valve 321 may be adjusted by adjusting 302.

예를 들어, 상기 엔진(2)의 부하가 줄어든 경우, 배기가스에 포함되어 있는 열량이 줄어들게 되므로 상기 제 1 밸브(321)는 상기 제 3 열교환기(313) 측으로 열매개 유체의 일부를 공급하여 온도를 높일 수 있다. 또한, 상기 펌프(302)에서 상기 제 1 밸브(321)로 공급되는 유량을 줄이면, 상기 제 1 열교환기(311) 및 상기 제 3 열교환기(313)에서 공급되는 열량에 의해 열매개 유체의 온도를 더 높일 수 있다. For example, when the load of the engine 2 is reduced, since the amount of heat contained in the exhaust gas is reduced, the first valve 321 supplies a part of the nut fluid to the third heat exchanger 313. The temperature can be raised. In addition, when the flow rate supplied from the pump 302 to the first valve 321 is reduced, the temperature of the nut-bearing fluid is changed by the amount of heat supplied from the first heat exchanger 311 and the third heat exchanger 313. Can be further increased.

반대로 상기 엔진(2)의 부하가 늘어난 경우에는, 상술한 동작과 반대로 상기 제 1 밸브(321) 및 상기 펌프(302)를 제어함으로써 상기 제 2 열교환기(312)로 유입되는 열매개 유체의 온도를 낮출 수 있다.On the contrary, when the load of the engine 2 is increased, the temperature of the trough fluid flowing into the second heat exchanger 312 is controlled by controlling the first valve 321 and the pump 302 as opposed to the above-described operation. Can be lowered.

이와 같은 상기 제 1 밸브(321) 및 상기 펌프(302)의 제어는 각각 독립적으로 수행될 수도 있고, 함께 병행될 수도 있다.Such control of the first valve 321 and the pump 302 may be performed independently or in parallel.

이에 의해, 상기 제 2 열교환기(312)로 유입되는 열매개 유체의 온도는 일정한 수준으로 유지될 수 있으며, 상기 터빈(400)은 항상 최적의 효율로 구동될 수 있다.As a result, the temperature of the nut carrier fluid flowing into the second heat exchanger 312 may be maintained at a constant level, and the turbine 400 may be always driven at an optimum efficiency.

이상 본 발명의 실시예에 따른 선박의 발전 시스템의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.As described above as a specific embodiment of the power generation system of the ship according to the embodiment of the present invention, but this is only an example, the present invention is not limited to this, it is interpreted to have the broadest range in accordance with the basic idea disclosed herein Should be. Skilled artisans may implement a pattern of features that are not described in a combinatorial and / or permutational manner with the disclosed embodiments, but this is not to depart from the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications may be readily made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

2 : 엔진
100 : 터보차저
200 : 터빈
300 : 순환부
302 : 순환펌프
310 : 열교환부
311, 312, 313 : 제1,2,3 열교환기
321 : 제 1 밸브
324 : 제 2 밸브
400 : 온도센서
2: engine
100: Turbocharger
200: Turbine
300: circulation
302: circulation pump
310: heat exchanger
311, 312, 313: 1st, 2, 3 heat exchanger
321: first valve
324: second valve
400: Temperature sensor

Claims (12)

선박에 구비되고, 엔진에서 배출된 배기가스에 의해 작동되는 터보차저;
상기 터보차저와 이격 배치되고, 작동 유체(Working Fluid)에 의해 구동되는 터빈; 및
상기 터보차저와 터빈 사이에 배치되고, 상기 터보차저에서 배출되는 배기가스와 상기 터빈에 공급되는 작동 유체와의 열교환을 매개하는 열교환부가 마련된 순환부를 포함하며,
상기 열교환부는,
상기 터보차저에서 배출된 배기가스와 상기 순환부를 순환하는 열매개 유체의 열교환을 실시하는 제1 열교환기; 및
상기 제 1 열교환기에서 공급되는 상기 열매개 유체와 상기 터빈에 공급되는 작동 유체를 열교환하는 제 2 열교환기를 포함하는 선박의 발전 시스템.
A turbocharger provided in the ship and operated by exhaust gas discharged from the engine;
A turbine spaced apart from the turbocharger and driven by a working fluid; And
A circulation unit disposed between the turbocharger and the turbine and provided with a heat exchanger configured to exchange heat between the exhaust gas discharged from the turbocharger and a working fluid supplied to the turbine,
The heat-
A first heat exchanger configured to perform heat exchange between the exhaust gas discharged from the turbocharger and the nut nut fluid circulating in the circulation portion; And
And a second heat exchanger for exchanging heat exchanger fluid supplied from the first heat exchanger and a working fluid supplied to the turbine.
제 1 항에 있어서,
상기 순환부는
상기 열매개 유체의 순환을 위해, 적어도 1개 이상의 순환 펌프를 포함하는 선박의 발전 시스템.
The method of claim 1,
The circulation part
And at least one circulation pump for circulation of said trough fluid.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 열교환부는
상기 제 1 열교환기의 전단에 배치되며,
상기 터보 차저에서 공급되는 공기와 상기 열매개 유체를 열교환하여 상기 열매개 유체를 가열하는 제 3 열교환기를 더 포함하는 선박의 발전 시스템.
The method of claim 1,
The heat-
Disposed in front of the first heat exchanger,
And a third heat exchanger configured to heat the trough fluid by heat-exchanging air supplied from the turbocharger with the trough fluid.
제 4 항에 있어서,
상기 순환부는
상기 제3 열교환기를 경유하지 않고, 제1 열교환기로 열매개 유체를 바이패스시키기 위한 바이패스부를 더 포함하는 선박의 발전 시스템.
5. The method of claim 4,
The circulation part
And a bypass unit for bypassing the nut-bearing fluid to the first heat exchanger without passing through the third heat exchanger.
제 5 항에 있어서,
상기 바이패스부는
상기 열매개 유체의 유량을 조절하기 위한 조절 밸브를 더 포함하는 선박의 발전 시스템.
The method of claim 5, wherein
The bypass unit
And a control valve for regulating the flow rate of the trough fluid.
제 6 항에 있어서,
상기 조절밸브는
상기 엔진의 로드(Load) 변화에 대응하여 상기 제 3 열교환기로 공급되는 상기 열매개 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 발전 시스템.
The method according to claim 6,
The control valve
And a flow rate of the trough fluid supplied to the third heat exchanger in response to a load change of the engine.
제 2 항에 있어서,
상기 순환부는
상기 열매개 유체가 일시적으로 저장되는 저장부를 더 포함하는 선박의 발전 시스템.
3. The method of claim 2,
The circulation part
And a storage unit for temporarily storing the fruit medium fluid.
제 1 항에 있어서,
상기 작동 유체는 유기혼합물(organic compound)을 포함하는 선박의 발전 시스템.
The method of claim 1,
Wherein said working fluid comprises an organic compound.
제 6 항에 있어서,
상기 제 2 열교환기로 공급되는 열량이 일정한 수준으로 유지되도록 상기 제 3 열교환기로 공급되는 상기 열매개 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 발전 시스템.
The method according to claim 6,
The power generation system of the ship, characterized in that for controlling the flow rate of the nut medium fluid supplied to the third heat exchanger so that the amount of heat supplied to the second heat exchanger is maintained at a constant level.
제 6 항에 있어서,
상기 제 2 열교환기의 전단에는 상기 제 2 열교환기로 공급되는 상기 열 매개 유체의 온도를 측정하기 위한 온도 센서가 제공되고,
상기 조절 밸브는 상기 온도 센서의 감지 값을 바탕으로 제 2 열교환기로 공급되는 상기 열매개 유체의 온도가 일정한 수준으로 유지되도록 상기 제 3 열교환기로 공급되는 상기 열매개 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 발전 시스템.
The method according to claim 6,
A front end of the second heat exchanger is provided with a temperature sensor for measuring the temperature of the heat-mediated fluid supplied to the second heat exchanger,
The control valve adjusts the flow rate of the trough fluid supplied to the third heat exchanger so that the temperature of the trough fluid supplied to the second heat exchanger is maintained at a constant level based on the sensed value of the temperature sensor. Power generation system of a ship.
제 2 항에 있어서,
상기 순환 펌프는 상기 작동 유체와 열교환하는 상기 열매개 유체의 온도가 일정하게 유지되도록 상기 열매개 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 발전 시스템.
3. The method of claim 2,
And the circulation pump regulates the flow rate of the trough fluid so that the temperature of the trough fluid in heat exchange with the working fluid is kept constant.
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