KR101375062B1 - waste heat recovery apparatus and ship having the same - Google Patents
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Abstract
폐열 회수 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치는, 배기관을 통해 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하는 장치로서, 폐열을 흡수하는 작동유체를 공급하는 공급부 및 작동유체가 내부에서 유동하며 배기관을 통과하는 배기가스와 열교환하는 열회수부를 포함하되, 열회수부는, 공급부와 연결되며 배기관의 연장 방향을 따라 배기관의 외측면 일측에 설치되는 제 1 덕트 및 제 1 덕트와 연결되며 배기관의 연장 방향을 따라 배기관의 외측면 타측에 설치되는 제 2 덕트를 포함하며, 제 1 덕트 내부를 유동하는 작동유체의 유동 방향은 배기가스의 유동 방향과 동일한 방향이고, 제 2 덕트 내부를 유동하는 작동유체의 유동 방향은 제 1 덕트 내부를 유동하는 작동유체의 유동 방향과 반대 방향인 것을 특징으로 한다.Disclosed is a waste heat recovery apparatus. Waste heat recovery apparatus according to an embodiment of the present invention is a device for recovering the waste heat of the exhaust gas discharged through the exhaust pipe, the supply unit for supplying the working fluid absorbing the waste heat and the working fluid flows therein and passes through the exhaust pipe It includes a heat recovery portion for heat exchange with the exhaust gas, the heat recovery portion is connected to the supply portion and connected to the first duct and the first duct installed on one side of the outer surface of the exhaust pipe in the extension direction of the exhaust pipe and the outside of the exhaust pipe along the extension direction of the exhaust pipe It includes a second duct provided on the other side, the flow direction of the working fluid flowing inside the first duct is the same direction as the flow direction of the exhaust gas, the flow direction of the working fluid flowing inside the second duct is the first It is characterized in that the opposite direction to the flow direction of the working fluid flowing inside the duct.
Description
본 발명은 배기관을 통해 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하기 위한 폐열 회수 장치 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
The present invention relates to a waste heat recovery apparatus for recovering the waste heat of the exhaust gas discharged through the exhaust pipe and a vessel comprising the same.
선박에 사용되는 에너지의 대부분은 선박을 추진시키는 메인 엔진에서 소비된다. 메인 엔진이 가동되는 중에는 배기가스가 발생되어 선박에 설치된 굴뚝을 통하여 선박의 외부로 배출되는데, 배기가스에는 상당량의 열에너지가 포함된 상태로 대기 중으로 배출되고 있는 실정이다.Most of the energy used by ships is consumed by the main engine that propels the ship. While the main engine is running, exhaust gas is generated and discharged to the outside of the ship through the chimney installed in the ship, and the exhaust gas is discharged into the atmosphere with a considerable amount of thermal energy.
현재 중요한 에너지원으로 사용되고 있는 석탄, 석유 및 천연가스 등 화석연료가 고갈되어 감에 따라, 에너지의 사용효율을 높이기 위한 다양한 연구 및 개발이 진행되고 있다.As fossil fuels such as coal, petroleum and natural gas, which are currently used as important energy sources, are depleted, various researches and developments are being conducted to increase energy use efficiency.
이러한 연구 및 개발의 일환으로, 현재 대형 선박에서는 엔진에서 발생되는 배기가스가 유동되는 배기관에 보일러 장치와 같은 스팀발생기를 설치하여, 배기가스에 포함된 열에너지를 회수하여 활용하는 것이 보편화 되고 있다.As part of such research and development, it is now common to install a steam generator such as a boiler device in an exhaust pipe through which exhaust gas from an engine flows, and recover and utilize thermal energy contained in exhaust gas.
이 때, 배기관은 배기가스에 의해 위치마다 차이는 있지만 평균 300도 이상의 고온을 유지한다.At this time, the exhaust pipe maintains a high temperature of 300 degrees or more on average, although the position varies depending on the exhaust gas.
한편, 일반적으로 배기가스가 유동되는 배기관에는 배기가스에 의한 소음을 줄이기 위하여 소음기가 설치된다. 이 때, 배기가스의 온도와 음속은 비례하는 특성을 가지고 있으며, 음속과 소음기의 내부 연장관 길이도 비례하는 특징을 갖는다.On the other hand, in general, a silencer is installed in the exhaust pipe through which exhaust gas flows to reduce noise caused by the exhaust gas. At this time, the temperature and sound speed of the exhaust gas has a proportional characteristic, and the sound velocity and the length of the internal extension pipe of the silencer are also proportional.
즉, 배기 온도가 높을수록 소음기 내부 연장관 길이는 길어지며, 이에 따라 소음기의 전체 길이가 길어져 소음기의 제조원가가 증가하는 문제점이 발생하고, 소음기의 설계에 제약이 생길 수도 있다.In other words, the higher the exhaust temperature, the longer the length of the inner tube of the silencer, the longer the total length of the silencer, thereby increasing the manufacturing cost of the silencer, there may be a limitation in the design of the silencer.
따라서, 배기관을 유동하는 배기가스의 폐열을 회수하는 경우, 버려지는 에너지를 활용할 수 있는 이점뿐만 아니라, 소음기 제조원가 절감이나 설계 개선 및 환경 문제 등의 부가적인 효과가 생길 수 있다.Therefore, in the case of recovering the waste heat of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe, not only the advantage of using the discarded energy, but also the additional effects such as reducing the silencer manufacturing cost, design improvement and environmental problems.
다만, 배기가스의 폐열을 회수하는 장치를 설치하기 위해서는 작동유체를 공급하기 위한 설비, 열교환기 설비 및 배관 설비 등의 많은 설비와 구성의 설치가 필요하게 된다.However, in order to install a device for recovering the waste heat of the exhaust gas, it is necessary to install a number of facilities and configurations such as a facility for supplying a working fluid, a heat exchanger facility, and a plumbing facility.
또한, 폐열 회수를 위한 설비와 장치의 구성을 설치하기 위해서는 엔진룸 내부 공간의 많은 공간을 점유하게 되는 문제점도 발생한다.
In addition, there is a problem that occupies a large amount of space in the engine room in order to install the configuration of the facilities and equipment for the recovery of waste heat.
본 발명의 일 실시예는 작동유체가 서로 반대 방향으로 유동하는 2개의 덕트를 배기관의 연장 방향을 따라 배치함으로써, 간단한 장치만으로 배기관을 통해 배출되는 배기가스의 폐열을 효율적으로 회수할 수 있는 폐열 회수 장치를 제공하고자 한다.According to one embodiment of the present invention, by arranging two ducts in which working fluids flow in opposite directions along an extension direction of an exhaust pipe, waste heat recovery capable of efficiently recovering waste heat of exhaust gas discharged through the exhaust pipe with a simple device. To provide a device.
본 발명의 일 실시예는 작동유체가 하향으로 유동하는 제 2 덕트의 내부에 다수 개의 차단판을 형성시킴으로써, 제 2 덕트의 손상을 방지하고 배기가스의 폐열을 효율적으로 회수할 수 있는 폐열 회수 장치를 제공하고자 한다.
According to an embodiment of the present invention, by forming a plurality of blocking plates in a second duct in which the working fluid flows downward, a waste heat recovery apparatus capable of preventing damage to the second duct and efficiently recovering waste heat of exhaust gas. To provide.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배기관을 통해 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하는 장치로서, 상기 폐열을 흡수하는 작동유체를 공급하는 공급부 및 상기 작동유체가 내부에서 유동하며 상기 배기관을 통과하는 상기 배기가스와 열교환하는 열회수부를 포함하되, 상기 열회수부는, 상기 공급부와 연결되며 상기 배기관의 연장 방향을 따라 상기 배기관의 외측면 일측에 설치되는 제 1 덕트 및 상기 제 1 덕트와 연결되며 상기 배기관의 연장 방향을 따라 상기 배기관의 외측면 타측에 설치되는 제 2 덕트를 포함하며, 상기 제 1 덕트 내부를 유동하는 상기 작동유체의 유동 방향은 상기 배기가스의 유동 방향과 동일한 방향이고, 상기 제 2 덕트 내부를 유동하는 상기 작동유체의 유동 방향은 상기 제 1 덕트 내부를 유동하는 작동유체의 유동 방향과 반대 방향인, 폐열 회수 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a device for recovering the waste heat of the exhaust gas discharged through the exhaust pipe, the supply unit for supplying a working fluid absorbing the waste heat and the exhaust fluid flowing through the exhaust pipe flows therein And a heat recovery part configured to exchange heat with gas, wherein the heat recovery part is connected to the supply part and connected to the first duct and the first duct installed on one side of an outer surface of the exhaust pipe along an extension direction of the exhaust pipe, and an extension direction of the exhaust pipe. A second duct is installed along the other side of the outer side of the exhaust pipe, the flow direction of the working fluid flowing inside the first duct is the same direction as the flow direction of the exhaust gas, the inside of the second duct The flow direction of the working fluid flowing is opposite to the flow direction of the working fluid flowing inside the first duct. Is in, the waste heat recovery apparatus is provided.
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이 때, 상기 열회수부는 상기 배기관을 둘러싸도록 원통형으로 형성되며, 내부 공간이 격벽 부재에 의하여 상기 제 1 덕트 및 상기 제 2 덕트로 구획되고, 상기 제 1 덕트 및 상기 제 2 덕트가 연통되도록 상기 격벽 부재의 일측에 연통구가 형성될 수 있다.In this case, the heat recovery portion is formed in a cylindrical shape to surround the exhaust pipe, the inner space is partitioned into the first duct and the second duct by a partition member, the partition wall so that the first duct and the second duct communicate with each other. The communication port may be formed on one side of the member.
이 때, 상기 제 2 덕트의 내부에 상기 작동유체의 흐름을 지연시키는 다수 개의 차단판이 형성되되, 상기 다수 개의 차단판은 상기 작동유체가 흐르는 방향으로 소정의 각도만큼 기울어질 수 있다.At this time, a plurality of blocking plates for delaying the flow of the working fluid is formed in the second duct, the plurality of blocking plates may be inclined by a predetermined angle in the direction in which the working fluid flows.
이 때, 상기 다수 개의 차단판은 인접한 차단판이 서로 엇갈리게 배열되도록 지그재그 패턴으로 형성될 수 있다.In this case, the plurality of blocking plates may be formed in a zigzag pattern such that adjacent blocking plates are alternately arranged with each other.
또한, 상기 다수 개의 차단판은 상기 작동유체가 흐르는 방향으로 갈수록 길이가 길어질 수 있다.In addition, the plurality of blocking plates may be longer in the direction in which the working fluid flows.
한편, 상기 공급부는 상기 작동유체를 저장하는 저장 탱크 및 상기 작동유체를 상기 열회수부로 이송시키기 위한 압송 수단을 포함할 수 있다.On the other hand, the supply unit may include a storage tank for storing the working fluid and the pressure feeding means for transferring the working fluid to the heat recovery unit.
이 때, 상기 제 2 덕트와 연결되어 상기 제 2 덕트를 통과한 상기 작동유체로부터 열에너지를 공급받는 열기관을 더 포함할 수 있다.The heat engine may further include a heat engine connected to the second duct to receive heat energy from the working fluid passing through the second duct.
이 때, 상기 열기관을 통과한 상기 작동유체를 상기 저장 탱크로 복귀시키는 복귀 라인을 더 포함할 수 있다.At this time, it may further include a return line for returning the working fluid passed through the heat engine to the storage tank.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 폐열 회수 장치를 포함하는 선박이 제공된다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a vessel comprising the waste heat recovery apparatus described above.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치는 작동유체가 서로 반대 방향으로 유동하는 2개의 덕트가 배기관의 연장 방향을 따라 배치됨으로써, 간단한 장치만으로 배기관을 통해 배출되는 배기가스의 폐열을 효율적으로 회수할 수 있다.In the waste heat recovery apparatus according to an embodiment of the present invention, two ducts in which working fluids flow in opposite directions are arranged along an extension direction of the exhaust pipe, thereby efficiently recovering the waste heat of the exhaust gas discharged through the exhaust pipe with a simple device. can do.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치는 작동유체가 하향으로 유동하는 제 2 덕트의 내부에 다수 개의 차단판이 형성됨으로써, 제 2 덕트의 손상을 방지하고 배기가스의 폐열을 효율적으로 회수할 수 있다.
In the waste heat recovery apparatus according to an embodiment of the present invention, a plurality of blocking plates are formed inside the second duct in which the working fluid flows downward, thereby preventing damage to the second duct and efficiently recovering waste heat of the exhaust gas. have.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치가 포함된 폐열 회수 시스템을 간략하게 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치 중 열회수부를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ'의 단면도이다.
도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ'의 단면도이다.
도 5는 도 4에서 제 2 덕트의 내부를 확대하여 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing a waste heat recovery system including a waste heat recovery apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a heat recovery unit of the waste heat recovery apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view taken along the line III-III 'of FIG. 2.
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV 'in FIG.
FIG. 5 is an enlarged view of the inside of the second duct in FIG. 4.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.The sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, and the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)가 포함된 폐열 회수 시스템을 간략하게 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a waste heat recovery system including a waste
도 1에서 작업유체의 흐름은 실선으로 나타내었으며, 배기가스의 흐름은 1점 쇄선으로 나타내었다. 이는 이하 참조할 도 2 내지 도 5에서도 동일하다.In Figure 1, the flow of the working fluid is represented by a solid line, the flow of exhaust gas is represented by a dashed-dotted line. This is also the same in FIGS. 2 to 5 to be described below.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)는 배기관(50)을 통하여 배출되는 엔진(30)의 배기가스로부터 열을 회수하기 위한 장치로서, 공급부(100), 열회수부(200), 열기관(300), 배출 라인(260) 및 복귀 라인(360)을 포함한다.1, the waste
공급부(100)는 배기가스와 열교환하여 배기가스의 폐열을 흡수하기 위한 작동유체를 열회수부(200)로 공급하기 위한 구성으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 저장 탱크(120), 펌프(140) 및 주입 라인(160)을 포함할 수 있다.The supply unit 100 is a configuration for supplying a working fluid for absorbing the waste heat of the exhaust gas by heat exchange with the exhaust gas to the
이 때, 저장 탱크(120)는 작동유체를 저장하기 위한 탱크로서, 형태나 구조에 관계없이 작동유체를 열교환을 위한 열회수부(200)로 주입하기 전에 저장할 수 있는 공간을 모두 포함하는 의미이다.At this time, the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장 탱크(120)에 저장되어 있는 작동유체는 압송 수단에 의하여 열회수부(200)로 주입될 수 있다.According to one embodiment of the invention, the working fluid stored in the
이 때, 작동유체가 배기가스와 열교환을 행하는 장소인 열회수부(200)는 저장 탱크(120)와는 멀리 이격되어 배치될 수 있으며, 열회수부(200)로 주입된 작동유체는, 후술하겠지만, 상향으로 배열된 제 1 덕트(220) 내부 공간을 유동할 수 있어야 하기 때문에, 압력에 의한 이송 수단이 요구되는 것이다.In this case, the
이 때, 압송 수단은 펌프(140) 및 주입 라인(160)을 포함할 수 있다.In this case, the pressure feeding means may include a
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장 탱크(120)에 저장되어 있는 작동유체는 펌프(140)의 작동에 따라 주입 라인(160)을 통하여 열회수부(200)로 주입된다.That is, according to one embodiment of the present invention, the working fluid stored in the
다만, 압송 수단의 구성은 이에 한정되지 아니하며, 압력에 의한 충분한 구동력을 제공하여 유체를 이송시킬 수 있는 구성이라면 이에 포함될 수 있다.However, the configuration of the pressure-feeding means is not limited to this, and may be included in the configuration that can transfer the fluid by providing a sufficient driving force by the pressure.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 작동유체는 해수일 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the working fluid may be sea water.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)의 모든 구성은 해수가 유동할 수 있는 재질로 구성될 수 있다.Accordingly, all the components of the waste
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저장 탱크(120)는 해수가 저장되어 있는 공간이므로, 별도의 탱크가 아닌 선박 내부에 구비되어 있는 밸러스트 탱크 또는 해수 저장 탱크일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, since the
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)의 구성은 별도로 설치되어야 하는 구성이 줄어들어, 장치의 구성이 간단해지고 장치의 설치 공간이 절약될 수 있다.Therefore, the configuration of the waste
한편, 전술하였듯이 공급부(100)에서는 작업유체를 열회수부(200)로 주입시키는데, 이하, 도면을 참조하여 열회수부(200)의 구성을 상세히 설명한다.Meanwhile, as described above, the supply unit 100 injects the working fluid into the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10) 중 열회수부(200)를 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ'의 단면도이다. 도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ'의 단면도이다.2 is a view showing a
본 발명의 일 실시예에 따르면, 열회수부(200)는 작업유체가 배기가스와 열교환을 행하는 구성으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 배기가스가 통과하는 배기관(50)을 둘러싸도록 원통형으로 형성될 수 있다.According to one embodiment of the invention, the
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기관(50)은 상하 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다.At this time, according to an embodiment of the present invention, the
이는, 선박의 경우 선박 내 하부측 공간인 엔진 룸에 위치된 엔진(30)에서 발생되는 배기가스가 배기관을 통과하여 선박의 상부에 배치된 굴뚝(funnel)을 통하여 대기 중으로 배출되기 때문이다.This is because, in the case of a ship, the exhaust gas generated from the
이에 따라, 배기가스는 상하 방향으로 형성되는 배기관(50) 내부를 하부에서 상부 방향으로 통과할 수 있다.Accordingly, the exhaust gas may pass through the inside of the
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 열회수부(200) 하측으로 연결된 주입 라인(160)을 통하여 열회수부(200) 내부로 주입된 작업유체, 예를 들어 해수는, 열회수부(200) 내부를 상향으로 유동한 후 다시 하향으로 유동하여 열회수부(200) 하측으로 연결된 배출 라인(260)을 통하여 열회수부(200)의 외부로 배출될 수 있다.At this time, according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 2, the working fluid injected into the
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)는, 작업유체가 연속적으로 두 방향의 유동을 하여 배기가스와 두 번의 열교환을 행할 수 있게 됨에 따라, 효율적인 폐열 회수가 가능하다.Accordingly, in the waste
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배출 라인(260)은 열회수부(200)에서 열교환을 행한 작업유체가 열회수부(200)로부터 배출되기 위한 배관으로서, 후술할 열기관(300)으로 연결될 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the
한편, 전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)의 열회수부(200)의 구성은, 전체적인 구조로 볼 때 내관과 외관으로 구성되는 이중관식 열교환기 타입의 구조이나, 고리 형의 외관의 내부 공간이 유동 방향이 서로 반대인 2개의 공간으로 구획되어 있는 구조로 이루어진다. 이하, 열회수부(200)의 구성을 상세히 설명한다.On the other hand, as described above, the configuration of the
도 2 내지 도 4를 참조하면, 열회수부(200)는 제 1 덕트(220), 제 2 덕트(240) 및 격벽 부재(250)를 포함할 수 있다.2 to 4, the
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열회수부(200)의 내부 공간은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 격벽 부재(250)에 의하여 제 1 덕트(220) 및 제 2 덕트(240)로 구획될 수 있다.At this time, according to an embodiment of the present invention, the inner space of the
이 때, 격벽 부재(250)는 상하 방향으로 형성되며, 상측에 제 1 덕트(220) 및 제 2 덕트(240)의 내부 공간이 연통될 수 있는 연통구(280)가 형성될 수 있다.At this time, the
이 때, 제 1 덕트(220) 및 제 2 덕트(240)는 배기관(50)의 연장 방향을 따라 각각 배기관(50)의 외측면 일측 및 타측에 위치될 수 있다.At this time, the
이 때, 제 1 덕트(220) 내부를 유동하는 작동유체의 유동 방향이 배기관(50) 내부를 통과하는 배기가스의 유동 방향과 동일한 방향일 수 있으며, 이 때 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 덕트(220) 내부의 작동유체의 유동 방향은 상향일 수 있다.At this time, the flow direction of the working fluid flowing inside the
또한, 제 2 덕트(240) 내부를 유동하는 작동유체의 유동 방향이 배기관(50) 내부를 통과하는 배기가스의 유동 방향과 반대 방향일 수 있으며, 이 때 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 덕트(240) 내부의 작동유체의 유동 방향은 하향일 수 있다.In addition, the flow direction of the working fluid flowing through the
이에 따라, 제 1 덕트(220) 내부를 상향으로 유동하는 작업유체는 연통구(280)를 통하여 제 2 덕트(240) 공간으로 들어가며, 이어서 제 2 덕트(240) 내부를 하향으로 유동한다.Accordingly, the working fluid flowing upward in the
제 2 덕트(240) 내부를 유동하는 작업유체의 유동 방향이, 배기가스의 유동 방향과 동일하게 제 1 덕트(220) 내부를 유동하는 작업유체의 유동 방향과 반대 방향으로 구성됨에 따라, 제 2 덕트(240)에서 하류로 갈수록 고온의 배기가스와 열교환을 행할 수 있게 되어, 이미 제 1 덕트(220)를 통하여 열교환을 한 번 수행한 작업유체라도 제 2 덕트(240)에서 충분히 효율적인 열교환이 가능해진다.As the flow direction of the working fluid flowing inside the
또한, 제 2 덕트(240)에서의 열교환의 효율을 극대화시키기 위하여 차단판(245)의 구성을 포함할 수 있는데, 이에 대해서는 후술한다.In addition, to maximize the efficiency of heat exchange in the
전술한 열교환 과정에 대하여 도 4를 참조하여 상세히 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)에서 작업유체는 주입 라인(160)을 통하여 제 1 덕트(220)로 들어온 후 상향으로 유동하면서 배기관(50) 내부를 통과하는 배기가스와 열교환을 행한다.The heat exchange process described above will be described in detail with reference to FIG. 4. In the waste
제 1 덕트(220)의 상단까지 올라온 작업유체는 격벽 부재(250)의 상측에 형성된 개구인 연통구(280)를 통하여 제 2 덕트(240) 내부로 진입하게 되고, 제 2 덕트 내부에서 작업유체는 하향으로 유동한다.The working fluid raised to the upper end of the
이 때, 작업유체는 배기관(50) 내부를 통과하는 배기가스와 다시 한번 열교환을 행한 후, 배출 라인(260)을 통하여 열회수부(200)의 외부로 배출된다.At this time, the working fluid is once again heat exchanged with the exhaust gas passing through the
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열회수부(200) 내부를 유동하는 작업유체는 배기가스와 두 번의 연속적인 열교환을 행할 수 있으므로, 폐열 회수 가 효율적으로 이루어질 수 있다.As such, according to one embodiment of the present invention, since the working fluid flowing inside the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 작업유체를 제 1 덕트(220)의 상단부 즉, 연통홀(280)까지 끌어올릴 수 있는 원동력은 전술한 펌프(140)의 작동에 의하여 발생하지만, 일단 작동 유체가 제 1 덕트(220)를 통과하여 제 2 덕트(240)로 진입하면 작업유체의 유동은 하향, 즉 작동유체 자체의 하중을 이용하여 낙하할 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the driving force to raise the working fluid to the upper end of the
즉, 펌프(140)의 작동에 의한 압력은 작동유체를 제 1 덕트(220)를 통과할 수 있을 정도 또는 연통홀(280)까지 수송할 수 있을 정도 만큼으로 충분하며, 그에 따라 작동유체가 제 2 덕트(240) 내부를 유동하기 위한 별도의 구동 수단이나 장치는 불필요하게 된다.That is, the pressure due to the operation of the
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)는 간단한 구성만으로 그 역할을 원활히 수행할 수 있다.Accordingly, the waste
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)는 제 2 덕트(240) 내부에 차단판(245)을 설치함으로써 열교환의 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.On the other hand, the waste
도 5는 도 4에서 제 2 덕트(240)의 내부를 확대하여 나타낸 도면이다.FIG. 5 is an enlarged view of the inside of the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 제 2 덕트(240)의 내부에는 다수 개의 차단판(245)이 설치될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 4 and 5, a plurality of blocking
이 때, 차단판(245)은 제 2 덕트(240) 내부를 흐르는 작동유체의 흐름을 지연시키기 위한 구성으로서, 작동유체가 제 2 덕트(240) 내부에서 천천히 흐르도록 하기 위함이다.At this time, the blocking
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 차단판(245)은 작동유체가 유동하는 방향인 하부 방향으로 소정 각도만큼 기울어지도록 형성될 수 있다.At this time, according to an embodiment of the present invention, the blocking
이 때, 차단판(245)이 기울어지는 각도는 제 2 덕트(240)의 크기, 작동유체의 유량 등에 따라 다양하게 구성될 수 있다.At this time, the angle at which the
한편, 제 2 덕트(240) 내부를 유동하는 작동유체는 전술하였듯이 하중에 의하여 하부 방향으로 낙하하게 되는데, 작동유체의 유량이 크거나 제 2 덕트(240)의 길이가 충분히 긴 경우, 작동유체의 하중에 의한 낙하의 충격으로 제 2 덕트(240) 내부, 특히 하부 측이 파손될 염려가 있게 된다.On the other hand, the working fluid flowing inside the
이 때, 제 2 덕트(240) 내부에 설치된 다수 개의 차단판(245)이 하부 방향으로 소정 각도 기울어지게 형성됨으로써, 작동유체의 낙하 속도를 줄여주고 작동유체의 하중에 의한 충격을 완화시키면서 작동유체가 하부 방향으로 곡류를 이루면서 천천히 낙하할 수 있게 한다.At this time, the plurality of blocking
이에 따라, 작동유체가 제 2 덕트(240) 내부에 머무르는 시간이 길어지게 되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)의 열교환 효율이 향상될 수 있다.Accordingly, the time for which the working fluid stays in the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이 다수 개의 차단판(245)은 제 2 덕트(245) 내부면 양측으로 설치될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, the plurality of blocking
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다수 개의 차단판(245)은 인접한 차단판(245)이 서로 엇갈리게 배열되도록 지그재그 패턴으로 형성될 수 있다.At this time, according to an embodiment of the present invention, the plurality of blocking
이에 따라, 도 5를 참조하면 제 2 덕트(240) 내부를 유동하는 작동유체는 차단판의 설치 각도를 따라서 구불구불한 경로로 천천히 유동하면서 배기관(50)내부를 통과하는 배기가스와 충분히 열교환을 행한 후, 배출 라인(260)을 통해 배출된다.Accordingly, referring to FIG. 5, the working fluid flowing inside the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다수 개의 차단판(245)은 하부 방향으로 갈수록 길이가 길어지도록 형성될 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the plurality of blocking
이에 따라, 제 2 덕트(240) 내부를 유동하는 작동유체가 제 2 덕트(240)의 하부측에 머무르는 시간이 길어지게 되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)의 열교환 효율이 향상될 수 있다.Accordingly, the time for which the working fluid flowing inside the
보다 상세하게, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 배기가스는 배기관(50) 내부를 하부에서 상부 방향으로 통과하기 때문에, 제 2 덕트(240)의 하부 측에 위치한 작동유체가 상부 측에 위치한 작동유체보다 더 높은 온도의 배기가스와 열교환을 하게 된다.More specifically, as shown in Figures 2 and 4, according to an embodiment of the present invention, since the exhaust gas passes through the
따라서, 작동유체가 제 2 덕트(240)에서 온도가 상대적으로 더 높은 배기가스가 위치하는 하부 측에 오랫동안 머무르게 되면, 열교환 효율이 향상될 수 있다.Therefore, if the working fluid stays on the lower side where the exhaust gas having a higher temperature is located in the
한편, 도 1을 참조하면, 전술한 방법으로 배기가스와 열교환을 수행함으로써 폐열을 흡수한 작업유체는 배출 라인(260)을 통하여 배출되는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)는 폐열을 흡수한 작업유체로부터 열에너지를 공급받는 열기관(300)을 포함할 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 1, the working fluid absorbing the waste heat by performing heat exchange with the exhaust gas in the above-described manner is discharged through the
이 때, 열기관(300)은 도 1에 도시된 바와 같이 배기관(50)에 설치되는 보일러 장치일 수 있으나, 이에 한정되지 아니하며, 선박 내의 다양한 공간에 위치하는 원동기 및 열에너지를 역학적 에너지로 변환시킬 수 있는 모든 기관 및 설비는 열기관(300)에 포함될 수 있다.In this case, the
본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)는 열기관(300)을 통과한 작동유체를 저장 탱크(120)로 복귀시키는 복귀 라인(360)을 포함할 수 있다.Waste
도 1을 참조하면, 작동유체는 열회수부(200)를 통해 배기가스로부터 흡수한 열에너지를 열기관(300)에 공급하며, 열기관(300)을 통과한 후 다시 복귀 라인(360)을 통하여 저장 탱크(120)로 회수된다.Referring to FIG. 1, the working fluid supplies heat energy absorbed from the exhaust gas to the
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 작업유체는 폐열 회수 장치(10)를 순환하게 되어, 별도의 작업유체를 폐열 회수 장치(10)로 반복적으로 공급할 필요 없이 작업유체를 계속적으로 재활용할 수 있다.Accordingly, according to one embodiment of the present invention, the working fluid is circulated through the waste
특히, 전술하였듯이 작업유체를 해수로 구성할 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)의 구성은 더욱 간단해질 수 있다.In particular, since the working fluid can be composed of seawater as described above, the configuration of the waste
이 때, 작업유체를 저장 탱크(120)로 원활하게 이송시킬 수 있도록, 복귀 라인(360)에 펌프 장치(미도시)나 밸브 장치(미도시)가 설치될 수 있다.In this case, a pump device (not shown) or a valve device (not shown) may be installed in the
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치(10)는, 해수를 작업유체로 사용하고, 배기가스가 통과하는 배기관(50)을 둘러싼 형태로 작업유체가 각각 상향 및 하향으로 유동되도록 제 1 덕트(220) 및 제 2 덕트(240)를 포함하는 열회수부(200)를 구비하며, 제 2 덕트 내부(240) 내부에 다수 개의 차단판(245)을 설치함으로써, 간단한 구조만으로 효율적으로 열교환이 이루어질 수 있어 배기가스의 폐열을 효율적으로 회수하여 활용할 수 있다.As such, the waste
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
10 폐열 회수 장치 30 엔진
50 배기관 100 공급부
120 저장 탱크 140 펌프
160 주입 라인 200 열회수부
220 제 1 덕트 240 제 2 덕트
245 차단판 250 격벽 부재
260 배출 라인 280 연통구
300 열기관 360 복귀 라인10 Waste
50 exhaust pipe 100 supply
120
160
220
245
260
300
Claims (10)
상기 폐열을 흡수하는 작동유체를 공급하는 공급부(100) 및
상기 작동유체가 내부에서 유동하며 상기 배기관(50)을 통과하는 상기 배기가스와 열교환하는 열회수부(200)를 포함하되,
상기 열회수부(200)는,
상기 공급부(100)와 연결되며 상기 배기관(50)의 연장 방향을 따라 상기 배기관(50)의 외측면 일측에 설치되는 제 1 덕트(220) 및
상기 제 1 덕트(220)와 연결되며 상기 배기관(50)의 연장 방향을 따라 상기 배기관(50)의 외측면 타측에 설치되는 제 2 덕트(240)를 포함하며,
상기 제 1 덕트(220) 내부를 유동하는 상기 작동유체의 유동 방향은 상기 배기가스의 유동 방향과 동일한 방향이고,
상기 제 2 덕트(240) 내부를 유동하는 상기 작동유체의 유동 방향은 상기 제 1 덕트(220) 내부를 유동하는 작동유체의 유동 방향과 반대 방향인 것을 특징으로 하는
폐열 회수 장치(10).
An apparatus for recovering waste heat of the exhaust gas discharged through the exhaust pipe 50,
Supply unit 100 for supplying the working fluid absorbing the waste heat and
It includes a heat recovery portion 200 for the heat exchange with the exhaust gas passing through the working pipe flows inside the exhaust pipe 50,
The heat recovery unit 200,
A first duct 220 connected to the supply part 100 and installed on one side of an outer surface of the exhaust pipe 50 along an extension direction of the exhaust pipe 50;
It is connected to the first duct 220 and includes a second duct 240 is installed on the other side of the outer surface of the exhaust pipe 50 in the extending direction of the exhaust pipe 50,
The flow direction of the working fluid flowing inside the first duct 220 is the same direction as the flow direction of the exhaust gas,
The flow direction of the working fluid flowing in the second duct 240 is characterized in that the opposite direction to the flow direction of the working fluid flowing in the first duct 220
Waste heat recovery apparatus (10).
상기 열회수부(200)는
상기 배기관(50)을 둘러싸도록 원통형으로 형성되며,
내부 공간이 격벽 부재(250)에 의하여 상기 제 1 덕트(220) 및 상기 제 2 덕트(240)로 구획되고,
상기 제 1 덕트(220) 및 상기 제 2 덕트(240)가 연통되도록 상기 격벽 부재(250)의 일측에 연통구(280)가 형성되는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치(10).
The method of claim 1,
The heat recovery unit 200
It is formed in a cylindrical shape to surround the exhaust pipe 50,
An inner space is partitioned into the first duct 220 and the second duct 240 by the partition member 250,
A waste heat recovery device (10), characterized in that a communication port (280) is formed on one side of the partition member (250) so that the first duct (220) and the second duct (240) communicate.
상기 제 2 덕트(240)의 내부에 상기 작동유체의 흐름을 지연시키는 다수 개의 차단판(245)이 형성되되,
상기 다수 개의 차단판(245)은 상기 작동유체가 흐르는 방향으로 소정의 각도만큼 기울어진 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치(10).
The method of claim 1,
A plurality of blocking plates 245 are formed inside the second duct 240 to delay the flow of the working fluid.
The plurality of blocking plates 245 is waste heat recovery device, characterized in that inclined by a predetermined angle in the direction in which the working fluid flows.
상기 다수 개의 차단판(245)은 인접한 차단판(245)이 서로 엇갈리게 배열되도록 지그재그 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치(10).
5. The method of claim 4,
The plurality of blocking plates 245 is a waste heat recovery device, characterized in that formed in a zigzag pattern so that adjacent blocking plates 245 are staggered with each other.
상기 다수 개의 차단판(245)은 상기 작동유체가 흐르는 방향으로 갈수록 길이가 길어지는 것을 특징으로 하는 폐열 회수 장치(10).
5. The method of claim 4,
The plurality of blocking plates (245) is waste heat recovery device, characterized in that the length is longer toward the direction in which the working fluid flows.
상기 공급부(100)는
상기 작동유체를 저장하는 저장 탱크(120) 및
상기 작동유체를 상기 열회수부(200)로 이송시키기 위한 압송 수단을 포함하는
폐열 회수 장치(10).
The method of claim 1,
The supply unit 100
A storage tank 120 for storing the working fluid and
It includes a pressure feeding means for transferring the working fluid to the heat recovery unit 200
Waste heat recovery apparatus (10).
상기 제 2 덕트(240)와 연결되어 상기 제 2 덕트(240)를 통과한 상기 작동유체로부터 열에너지를 공급받는 열기관(300)을 더 포함하는 폐열 회수 장치(10).
8. The method of claim 7,
Waste heat recovery apparatus (10) further comprises a heat engine (300) connected to the second duct (240) to receive heat energy from the working fluid passed through the second duct (240).
상기 열기관(300)을 통과한 상기 작동유체를 상기 저장 탱크(120)로 복귀시키는 복귀 라인(360)을 더 포함하는 폐열 회수 장치(10).
The method of claim 8,
Waste heat recovery apparatus (10) further comprising a return line (360) for returning the working fluid passed through the heat engine (300) to the storage tank (120).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |