KR101367032B1 - 단일 이코노마이저를 구비한 선박용 동력 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예는 단일 이코노마이저를 구비한 선박용 동력 장치에 관한 것으로, 선박용 동력 장치는 주동력원으로 선박에 추진력을 제공하는 메인 엔진과, 발전용으로 사용되는 하나 이상의 보조 엔진과, 상기 메인 엔진에서 배출된 배기 가스가 통과하는 제1 열교환부와 상기 제1 열교환부와 격벽으로 분리되며 상기 하나 이상의 보조 엔진에서 배출된 배기 가스가 통과하는 제2 열교환부를 포함하는 이코노마이저와, 상기 이코노마이저에 작동 유체를 공급하는 유체 회수 라인과, 상기 유체 회수 라인에서 분기되어 상기 이코노마이저의 상기 제1 열교환부를 통과하는 제1 분기 라인과, 상기 유체 회수 라인에서 분기되어 상기 이코노마이저의 상기 제2 열교환부를 통과하는 제2 분기 라인, 그리고 상기 제1 분기 라인과 상기 제2 분기 라인이 합류한 증기 공급 라인을 포함한다.

Description

단일 이코노마이저를 구비한 선박용 동력 장치{POWER PLANT FOR SHIP WITH SINGLE ECONOMIZER}

본 발명의 실시예는 선박용 동력 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일 이코노마이저를 구비한 선박용 동력 장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박용 동력 장치는 저속 디젤 엔진과 과급기(turbocharger) 등을 포함한다. 엔진에서 발생하는 배기 가스는 과급기로 보내져 과급기를 구동하고, 과급기는 압축된 공기를 엔진으로 주입시켜 엔진에서의 연소 효율을 높인다.

또한, 선박용 동력 장치는 선박에 소모되는 전기를 생산하기 위한 발전기와, 발전기를 구동하기 위한 증기 터빈을 더 포함하고 있다.

그리고 선박용 동력 장치는 배기 가스가 갖는 폐열을 회수하기 위한 이코노마이저와 같은 부속 장치도 더 포함하고 있다. 이코노마이저는 엔진에서 발생된 배기 가스가 갖는 폐열을 회수하여 증기 터빈을 작동시키거나 온수를 공급하기 위한 작동 유체에 열에너지를 공급한다.

또한, 선박용 동력 장치에는 선박에 추진력을 제공하는 메인 엔진과, 발전용으로 사용되는 보조 엔진이 함께 사용되고 있다.

그런데, 메인 엔진의 배기 가스는 이코노마이저를 거쳐 폐열이 회수되지만 보조 엔진의 배기 가스는 그대로 대기 중으로 방출되므로, 보조 엔진의 배기 가스가 갖는 열에너지가 낭비되고 있다.

또한, 선박이 정박 중에는 메인 엔진이 가동되지 않으므로, 메인 엔진의 배기 가스가 갖는 열에너지를 활용할 수 없어 증기 생산을 위해 별도로 보일러를 가동해야 했다.

또한, 선급 규정에 따라 메인 엔진의 배기 가스와 보조 엔진의 배기 가스가 단일 라인을 따라 흐를 수 없으므로 보조 엔진의 배기 가스가 갖는 열에너지를 회수하기 위해서는 별도의 이코노마이저를 마련해야 한다. 하지만, 복수의 이코노마이저를 설치하는 것은 공간의 제약으로 한계가 있다.

본 발명의 실시예는 여러 종류의 엔진들이 각각 배출한 배기 가스의 폐열을 효과적으로 회수할 수 있는 단일 이코노마이저를 구비한 선박용 동력 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 단일 이코노마이저를 구비한 선박용 동력 장치는 주동력원으로 선박에 추진력을 제공하는 메인 엔진과, 발전용으로 사용되는 하나 이상의 보조 엔진과, 상기 메인 엔진에서 배출된 배기 가스가 통과하는 제1 열교환부와 상기 제1 열교환부와 격벽으로 분리되며 상기 하나 이상의 보조 엔진에서 배출된 배기 가스가 통과하는 제2 열교환부를 포함하는 이코노마이저와, 상기 이코노마이저에 작동 유체를 공급하는 유체 회수 라인과, 상기 유체 회수 라인에서 분기되어 상기 이코노마이저의 상기 제1 열교환부를 통과하는 제1 분기 라인과, 상기 유체 회수 라인에서 분기되어 상기 이코노마이저의 상기 제2 열교환부를 통과하는 제2 분기 라인, 그리고 상기 제1 분기 라인과 상기 제2 분기 라인이 합류한 증기 공급 라인을 포함한다.

상기한 단일 이코노마이저를 구비한 선박용 동력 장치는 상기 제1 분기 라인과 상기 제2 분기 라인의 합류점에 설치되어 상기 제1 분기 라인 및 상기 제2 분기 라인을 따라 각각 이동한 작동 유체가 혼합되는 혼합부를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 증기 공급 라인은 상기 혼합부에서 혼합된 작동 유체를 이동시킬 수 있다.

또한, 상기한 단일 이코노마이저를 구비한 선박용 동력 장치는 상기 유체 회수 라인과 상기 이코노마이저 사이의 상기 제1 분기 라인 및 상기 제2 분기 라인 상에 각각 설치되어 제1 분기 라인 및 제2 분기 라인을 따라 이동하는 작동 유체의 유량을 조절하는 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기한 단일 이코노마이저를 구비한 선박용 동력 장치는 상기 이코노마이저와 상기 증기 공급 라인 사이의 상기 제1 분기 라인 및 상기 제2 분기 라인 상에 각각 설치된 제1 작동 밸브 및 제2 작동 밸브를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1 작동 밸브는 상기 메인 엔진의 가동 유무에 따라 개폐되고, 상기 제2 작동 밸브는 상기 하나 이상의 보조 엔진의 가동 유무에 따라 개폐될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 단일 이코노마이저를 구비한 선박용 동력 장치는 여러 종류의 엔진들이 각각 배출한 배기 가스의 폐열을 효과적으로 회수할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 이코노마이저를 구비한 선박용 동력 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 단일 이코노마이저를 확대 도시한 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 이코노마이저(50)를 구비한 선박용 동력 장치를 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 동력 장치(101)는 메인 엔진(10), 하나 이상의 보조 엔진(20), 이코노마이저(50), 유체 회수 라인(60), 제1 분기 라인(81), 제2 분기 라인(82), 및 증기 공급 라인(70)을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 동력 장치(101)는 메인 배기 유로(31), 보조 배기 유로(32), 및 혼합부(75)를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 동력 장치(101)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 제어 밸브(61), 제2 제어 밸브(62), 제1 작동 밸브(71), 및 제2 작동 밸브(72)를 더 포함할 수 있다.

메인 엔진(10)은 선박의 주동력원으로 사용되며, 선박에 추진력을 주로 제공한다. 메인 엔진(10)은 통상적으로 선박에 사용되는 저속 디젤 엔진일 수 있으며, 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 엔진이 사용될 수 있다.

하나 이상의 보조 엔진(20)은 발전용으로 전력 공급을 위해 사용된다. 본 발명의 일 실시예에서, 보조 엔진(20)은 메인 엔진(10)과 상이한 성능을 갖는다. 일례로, 보조 엔진(20)은 중속 디젤 엔진일 수 있다.

메인 배기 유로(31)는 메인 엔진(10)의 배기 가스를 배출시키고, 보조 배기 유로(32)는 보조 엔진(20)의 배기 가스를 배출시킨다. 그리고 선급 규정에 따라 메인 엔진(10)과 보조 엔진(20)의 배기 가스는 단일 라인을 통해 배출될 수 없다. 즉, 메인 배기 유로(31)와 보조 배기 유로(32)는 서로 연결될 수 없다.

또한, 보조 엔진(20)이 복수개일 경우, 복수의 보조 엔진들(21, 22, 23)에서 배출된 배기 가스는 합류하여 하나의 보조 배기 유로(32)를 통해 배출될 수 있다.

도 1에서, 제1 보조 엔진(31), 제2 보조 엔진(32), 및 제3 보조 엔진(33)을 포함하는 총 3개의 보조 엔진이 사용되고 있으나, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 이코노마이저(50)를 구비한 선박용 동력 장치(101)는 메인 엔진(10) 및 보조 엔진(20)의 배기 가스가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 각각 메인 엔진(10)과 보조 엔진(20)에 새로운 외기를 공급하는 과급기들(16, 26, 27, 28)을 더 포함할 수 있다.

이코노마이저(economizer, 50)는 과급기들(16, 26, 27, 28)을 거친 메인 엔진(10)과 보조 엔진(20)의 배기 가스가 갖는 폐열을 회수한다.

본 발명의 일 실시예에서, 이코노마이저(50)는 제1 열교환부(51)와, 제1 열교환부(51)와 격벽(55)으로 분리된 제2 열교환부(52)를 포함한다.

제1 열교환부(51)는 메인 엔진(10)에서 배출된 배기 가스가 통과한다. 제2 열교환부(52)는 하나 이상의 보조 엔진(20)에서 배출된 배기 가스가 통과한다. 즉, 메인 배기 유로(31)는 이코노마이저(50)의 제1 열교환부(51)와 연결되고, 보조 배기 유로(52)는 이코노마이저(50)의 제2 열교환부(52)와 연결된다.

본 발명의 일 실시예에서, 이코노마이저(50)의 제1 열교환부(51)와 제2 열교환부(52)는 격벽(55)에 의해 분리되므로, 이코노마이저(50)의 내부에서 메인 엔진(10)에서 배출된 배기 가스와 하나 이상의 보조 엔진(20)에서 배출된 배기 가스가 서로 혼합되지 않는다.

유체 회수 라인(60)은 이코노마이저(50)에 작동 유체를 공급한다. 유체 회수 라인(60)에 의해 공급되는 작동 유체는 액체 상태이거나 상대적으로 저온, 즉 과열 증기 상태가 아닌 증기일 수 있다.

제1 분기 라인(81) 및 제2 분기 라인(82)은 유체 회수 라인(60)에서 분기된다.

제1 분기 라인(81)은 이코노마이저(50)의 제1 열교환부(51)를 통과한다. 그리고 제1 분기 라인(81)을 따라 이동하는 작동 유체는 이코노마이저(50)의 제1 열교환부(51)를 통과하는 메인 엔진(10)의 배기 가스와 열교환하여 승온 또는 과열된다.

제2 분기 라인(82)은 이코노마이저(50)의 제2 열교환부(52)를 통과한다. 그리고 제2 분기 라인(82)을 따라 이동하는 작동 유체는 이코노마이저(50)의 제2 열교환부(52)를 통과하는 메인 엔진(10)의 배기 가스와 열교환하여 승온 또는 과열된다.

증기 공급 라인(70)은 제1 분기 라인(81)과 제2 분기 라인(82)이 합류된 것으로, 이코노마이저(50)에서 배기 가스로부터 열에너지를 전달받아 승온되거나 과열된 작동 유체를 선내 각처로 공급한다. 구체적으로, 증기 공급 라인(70)은 증기 터빈(미도시)에 증기를 공급하거나 선내 각처로 증기를 공급하여 서비스 스팀(Service Steam)으로 사용될 수 있게 한다.

혼합부(75)는 제1 분기 라인(81)과 제2 분기 라인(82)의 합류점에 설치된다. 구체적으로, 혼합부(75)는 제1 분기 라인(81) 및 제2 분기 라인(82)을 따라 각각 이동한 작동 유체를 혼합하여 증기 공급 라인(70)에 공급한다.

이와 같은 구조에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 이코노마이저(50)를 구비한 선박용 동력 장치(101)는 메인 엔진(10)의 배기 가스와 보조 엔진(20)의 배기 가스로부터 효과적으로 폐열을 회수할 수 있다.

본 발명의 일 실시예와 달리, 유체 회수 라인(60)이 분기되지 않고 단일 라인으로 이코노마이저(50)의 제1 열교환부(51)와 제2 열교환부(52)를 오갈 경우, 제1 열교환부(51)와 제2 열교환부(52) 간에 열교환이 일어나 전체적으로 열손실이 발생한다. 즉, 이코노마이저(50)에서 작동 유체에 전달되는 전체적인 열에너지가 상대적으로 감소된다.

하지만, 본 발명의 일 실시예에서는, 유체 회수 라인(60)에서 분기된 제1 분기 라인(81) 및 제2 분기 라인(82)이 각각 이코노마이저(50)의 제1 열교환부(51) 및 제2 열교환부(52)를 독립적으로 거치면서 별도로 작동 유체와 배기 가스를 열교환시킨다. 따라서, 작동 유체가 이코노마이저(50)에서 열에너지를 전달받는 과정에서 제1 열교환부(51)와 제2 열교환부(52) 간에 불필요하게 열교환이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

이에, 단일 이코노마이저(50)를 사용하면서도 효과적으로 메인 엔진(10)의 배기 가스와 보조 엔진(20)의 배기 가스로부터 모두 폐열을 회수할 수 있다.

제1 제어 밸브(61)는 유체 회수 라인(60)과 이코노마이저(50) 사이의 제1 분기 라인(81) 상에 설치된다. 제2 제어 밸브(62)는 유체 회수 라인(60)과 이코노마이저(50) 사이의 제2 분기 라인(82) 상에 각각 설치된다.

제1 제어 밸브(61) 및 제2 제어 밸브(62)는 메인 엔진(10)과 보조 엔진(20)의 가동 상황, 즉 부하 변동에 따른 배기 가스의 조건 변화에 대응하여 제1 분기 라인(81) 및 제2 분기 라인(82)을 따라 이동하는 작동 유체의 유량을 조절한다.

메인 엔진(10)과 보조 엔진(20)은 가동 상황에 따라 각각 배출하는 배기 가스의 온도와 유량이 달라질 수 있으며, 이는 이코노마이저(50)의 제1 열교환부(51)와 제2 열교환부(52)가 각각 작동 유체에 전달할 수 있는 열에너지에 변화를 가져온다.

이에, 증기 공급 라인(70)을 통해 공급되는 작동 유체의 온도와 유량을 일정한 범위 내에서 유지하기 위해서, 제1 제어 밸브(61)와 제2 제어 밸브(62)를 조절하여 혼합부(75)에서 혼합된 작동 유체의 최종적인 온도와 유량을 조절할 수 있다.

제1 작동 밸브(71)는 이코노마이저(50)와 증기 공급 라인(70) 사이의 제1 분기 라인(81) 상에 설치된다. 제2 작동 밸브(72)는 이코노마이저(50)와 증기 공급 라인(70) 사이의 제2 분기 라인(82) 상에 설치된다.

그리고 제1 작동 밸브(71)는 메인 엔진(10)의 가동 유무에 따라 개폐되고, 제2 작동 밸브(72)는 보조 엔진(20)의 가동 유무에 따라 개폐된다. 즉, 제1 작동 밸브(71) 및 제2 작동 밸브(72)는 메인 엔진(10)과 보조 엔진(20) 중 하나 이상이 가동하지 않을 경우, 가동하지 않는 엔진의 배기 가스가 통과하는 이코노마이저(50)에 작동 유체가 공급되는 것을 차단한다.

이에, 작동 유체가 열에너지를 전달받지 못한 채 불필요하게 이코노마이저(50)를 이동하는 것을 방지할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 이코노마이저(50)를 구비한 선박용 동력 장치(101)는 여러 종류의 엔진들이 각각 배출한 배기 가스의 폐열을 효과적으로 회수할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 메인 엔진(10)의 배기 가스와 보조 엔진(20)의 배기 가스로부터 폐열을 회수할 수 있으므로, 낭비되는 열에너지를 최소화하고 전체적인 에너지의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 하나의 이코노마이저(50)를 사용하여 메인 엔진(10)의 배기 가스와 보조 엔진(20)의 배기 가스로부터 폐열을 회수할 수 있으므로, 공간 활용을 극대화할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 메인 엔진 20: 보조 엔진
31: 메인 배기 유로 32: 보조 배기 유로
50: 이코노마이저 51: 제1 열교환부
52: 제2 열교환부 55: 격벽
60: 유체 회수 라인 61: 제1 제어 밸브
62: 제2 제어 밸브 70: 증기 공급 라인
71: 제1 작동 밸브 72: 제2 작동 밸브
75: 혼합부 81: 제1 분기 라인
82: 제2 분기 라인

Claims (4)

1. 주동력원으로 선박에 추진력을 제공하는 메인 엔진;
   발전용으로 사용되는 하나 이상의 보조 엔진;
   상기 메인 엔진에서 배출된 배기 가스가 통과하는 제1 열교환부와 상기 제1 열교환부와 격벽으로 분리되며 상기 하나 이상의 보조 엔진에서 배출된 배기 가스가 통과하는 제2 열교환부를 포함하는 이코노마이저;
   상기 이코노마이저에 작동 유체를 공급하는 유체 회수 라인;
   상기 유체 회수 라인에서 분기되어 상기 이코노마이저의 상기 제1 열교환부를 통과하는 제1 분기 라인;
   상기 유체 회수 라인에서 분기되어 상기 이코노마이저의 상기 제2 열교환부를 통과하는 제2 분기 라인; 및
   상기 제1 분기 라인과 상기 제2 분기 라인이 합류한 증기 공급 라인
   을 포함하는 단일 이코노마이저를 구비한 선박용 동력 장치.
2. 제1항에서,
   상기 제1 분기 라인과 상기 제2 분기 라인의 합류점에 설치되어 상기 제1 분기 라인 및 상기 제2 분기 라인을 따라 각각 이동한 작동 유체가 혼합되는 혼합부를 더 포함하며,
   상기 증기 공급 라인은 상기 혼합부에서 혼합된 작동 유체를 이동시키는 단일 이코노마이저를 구비한 선박용 동력 장치.
3. 제1항에서,
   상기 유체 회수 라인과 상기 이코노마이저 사이의 상기 제1 분기 라인 및 상기 제2 분기 라인 상에 각각 설치되어 제1 분기 라인 및 제2 분기 라인을 따라 이동하는 작동 유체의 유량을 조절하는 제1 제어 밸브 및 제2 제어 밸브를 더 포함하는 단일 이코노마이저를 구비한 선박용 동력 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
   상기 이코노마이저와 상기 증기 공급 라인 사이의 상기 제1 분기 라인 및 상기 제2 분기 라인 상에 각각 설치된 제1 작동 밸브 및 제2 작동 밸브를 더 포함하며,
   상기 제1 작동 밸브는 상기 메인 엔진의 가동 유무에 따라 개폐되고,
   상기 제2 작동 밸브는 상기 하나 이상의 보조 엔진의 가동 유무에 따라 개폐되는 단일 이코노마이저를 구비한 선박용 동력 장치.

Images