KR101390495B1

KR101390495B1 - 선박의 냉각 시스템 및 선박의 냉각 시스템의 제어방법

Info

Publication number: KR101390495B1
Application number: KR1020130034611A
Authority: KR
Inventors: 김은경; 박건일
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-04-30

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 선박의 냉각 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 냉각 시스템은, 해수와 청수를 열교환하여 청수를 냉각시키는 냉각기와, 냉각기에 해수를 공급하는 해수펌프와, 냉각기로부터 제1 운용장비로 청수를 공급하는 제1 공급라인과, 제1 운용장비로부터 냉각기로 청수를 귀환시키는 제1 회수라인과, 제1 공급라인으로부터 분지되어 청수를 제2 운용장비로 공급하는 제2 공급라인과, 제2 운용장비로부터 냉각기로 청수를 귀환시키는 제2 회수라인과, 제1 회수라인 및 제2 회수라인 중 적어도 하나로부터 분지되어 제1 공급라인에 연결된 제1 바이패스라인 및 제2 바이패스라인, 및 제1 공급라인과, 제1 바이패스라인 및 제2 바이패스라인을 각각 연결하며 제1 바이패스라인 및 제2 바이패스라인에서 공급되는 청수의 양을 조절하는 제1 밸브 및 제2 밸브를 포함하되, 제1 밸브는 냉각기와 제2 공급라인 사이에 연결되고 제2 밸브는 제2 공급라인과 제1 운용장비 사이에 연결되어, 제2 밸브는 제1 운용장비로 공급되는 청수가 제1 기준온도로 유지되도록 제어되며, 제1 밸브는 제2 운용장비로 공급되는 청수가 제2 기준온도 이상으로 공급되도록 제어할 수 있다.

Description

선박의 냉각 시스템 및 선박의 냉각 시스템의 제어방법{Cooling system for vessel and control method thereof}

본 발명은 선박의 냉각 시스템 및 선박의 냉각 시스템의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 부하 변동에 관계없이 에너지 효율 향상을 최적화할 수 있는 선박의 냉각 시스템 및 선박의 냉각 시스템의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 선박에 설치된 청수 냉각 시스템(fresh water cooling system)은 폐루프로 순환하는 청수를 이용하여 엔진 등과 같은 운전 장비에서 발생한 열을 냉각시키며, 이로 인해 온도가 상승한 청수는 해수로 냉각시켜 운전 장비에 다시 공급한다.

종래 선박의 청수 냉각 시스템(도 1참조)은 여름철 최대 해수 온도인 32℃를 기준으로 중앙 청수 냉각기(central fresh water cooler)를 설계하는데, 이 경우 중앙 청수 냉각기를 통해 냉각되는 청수의 온도는 36℃가 기준이 된다. 따라서 냉각 시스템 내부의 모든 장비들의 냉각기는 36℃의 청수를 기준으로 설계된다. 그러나 중앙 청수 냉각기에 공급되는 해수의 온도는 대부분 32℃보다 낮으며, 이로 인해 냉각되는 청수의 온도도 대부분 36℃보다 낮다. 이러한 이유로 냉각된 청수와 바이패스 되는 청수를 혼합하여 36℃의 청수를 운전 장비에 공급하고 있다.

한편, 청수 냉각 시스템에 포함된 장비 중 메인 엔진 냉각기(main engine air cooler)의 경우, 낮은 온도의 청수가 공급될수록 그 효율이 향상된다. 하지만 현재의 냉각 시스템에서는 냉각되는 청수의 온도가 낮더라도 36℃의 청수를 장비에 공급하고 있다. 이러한 시스템은 메인 엔진의 효율 향상을 방해한다.

또한, 중앙 청수 냉각기에 공급되는 해수의 유량은 냉각 시스템의 최대 엔진 부하를 기준으로 설계된다. 따라서 외기 조건이나 엔진 부하가 100%가 아닌 경우 또는 해수온도가 32℃보다 낮은 경우, 청수를 36℃로 냉각시키기 위해 해수 유량의 공급과잉을 초래하여 에너지가 낭비되는 문제점이 발생한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 엔진의 부하 변동에 관계없이 에너지 효율 향상을 최적화할 수 있는 선박의 냉각 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 엔진의 부하 변동에 관계없이 에너지 효율 향상을 최적화할 수 있는 선박의 냉각 시스템의 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 선박의 냉각 시스템은, 해수와 청수를 열교환하여 상기 청수를 냉각시키는 냉각기와, 상기 냉각기에 상기 해수를 공급하는 해수펌프와, 상기 냉각기로부터 제1 운용장비로 상기 청수를 공급하는 제1 공급라인과, 상기 제1 운용장비로부터 상기 냉각기로 상기 청수를 귀환시키는 제1 회수라인과, 상기 제1 공급라인으로부터 분지되어 상기 청수를 제2 운용장비로 공급하는 제2 공급라인과, 상기 제2 운용장비로부터 상기 냉각기로 상기 청수를 귀환시키는 제2 회수라인과, 상기 제1 회수라인 및 상기 제2 회수라인 중 적어도 하나로부터 분지되어 상기 제1 공급라인에 연결된 제1 바이패스라인 및 제2 바이패스라인, 및 상기 제1 공급라인과, 상기 제1 바이패스라인 및 상기 제2 바이패스라인을 각각 연결하며 상기 제1 바이패스라인 및 상기 제2 바이패스라인에서 공급되는 상기 청수의 양을 조절하는 제1 밸브 및 제2 밸브를 포함하되, 상기 제1 밸브는 상기 냉각기와 상기 제2 공급라인 사이에 연결되고 상기 제2 밸브는 상기 제2 공급라인과 상기 제1 운용장비 사이에 연결되어, 상기 제2 밸브는 상기 제1 운용장비로 공급되는 상기 청수가 제1 기준온도로 유지되도록 제어되며, 상기 제1 밸브는 상기 제2 운용장비로 공급되는 상기 청수가 제2 기준온도 이상으로 공급되도록 제어된다.

상기 제1 밸브는 상기 제1 바이패스라인을 통하여 공급되는 상기 청수의 양과 상기 냉각기로부터 공급되는 상기 청수의 양을 함께 제어하는 3방 밸브일 수 있다.

상기 제2 밸브는 상기 제2 바이패스라인을 통하여 공급되는 상기 청수의 양과 상기 제1 공급라인으로부터 공급되는 상기 청수의 양을 함께 제어하는 3방 밸브일 수 있다.

상기 해수펌프의 부하를 조절하는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 제2 운용장비의 부하가 기준부하 이하이면, 상기 해수펌프의 부하를 감소시킬 수 있다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 선박의 냉각 시스템의 제어방법은, 냉각기를 통하여 공급되는 청수와 제1 운용장비 또는 제2 운용장비로부터 순환되는 청수를 혼합하여 제1 기준온도 이하 제2 기준온도 이상으로 제어된 청수를 상기 제2 운용장비로 제공하는 단계, 및 상기 냉각기를 통하여 공급되는 상기 청수와 상기 제1 운용장비로부터 순환되는 상기 청수를 혼합하여 상기 제1 기준온도로 유지된 청수를 상기 제1 운용장비로 제공하는 단계를 포함한다.

상기 냉각기는 해수와 상기 청수를 열교환하여 상기 청수를 냉각하며, 상기 제2 운용장비의 부하가 기준부하 이하이면 상기 냉각기에 상기 해수를 공급하는 해수펌프의 부하를 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 엔진 부하가 기준 부하 이상인 경우, 메인 엔진 냉각기에 36℃보다 낮은 온도의 청수를 공급하여 엔진의 연료 소모량은 감소시키고 효율은 향상시킬 수 있다. 또한, 엔진 부하가 기준 부하 이하인 경우, 해수펌프의 부하를 감소시켜 냉각기로 공급되는 해수의 공급 과잉을 방지할 수 있다. 따라서 엔진의 부하 변동에 관계없이 에너지 효율 향상을 최적화할 수 있다.

도 1은 종래 선박의 청수 냉각 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 냉각 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 냉각기에서 냉각된 청수의 온도가 제2 기준온도 이상일 때 선박의 냉각 시스템의 동작과정을 설명하기 위한 작동도이다.
도 4는 냉각기에서 냉각된 청수의 온도가 제2 기준온도 이하일 때 선박의 냉각 시스템의 동작과정을 설명하기 위한 작동도이다.
도 5는 제2 운용장비의 냉각수 온도변화에 따른 연료소비량 변화를 도시한 그래프이다.
도 6은 제2 운용장비의 부하 변동에 따른 선박의 냉각 시스템의 연간 절감비용을 도시한 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 선박의 냉각 시스템에 관하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 냉각 시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 냉각 시스템(1)은 선박에 설치되는 엔진 등의 운전 장비를 냉각시키기 위한 것으로서, 운전 장비를 순환하며 온도가 상승된 청수를 해수와 열교환하여 냉각시키는 구조이다. 선박의 냉각 시스템(1)은 제2 운용장비(40)에 36℃ 이하의 청수를 공급하여 메인 엔진의 연료 소모량은 줄이고 효율은 향상시킬 수 있다. 또한, 냉각기(10)에서 냉각되는 청수의 온도에 따라 해수펌프(20)의 부하를 감소시켜 해수의 유량을 조절할 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 선박의 냉각 시스템(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 선박의 냉각 시스템(1)은 청수를 냉각시키는 냉각기(10)와, 냉각기(10)에 해수를 공급하는 해수펌프(20)와, 제1 운용장비(30)로 청수를 공급하는 제1 공급라인(31)과, 제1 운용장비(30)로부터 냉각기(10)로 청수를 귀환시키는 제1 회수라인(32)과, 제2 운용장비(40)로 청수를 공급하는 제2 공급라인(41)과, 제2 운용장비(40)로부터 냉각기(10)로 청수를 귀환시키는 제2 회수라인(42)과, 제1 바이패스라인(33) 및 제2 바이패스라인(43), 및 제1 공급라인(31)에 설치되어 청수의 양을 조절하는 제1 밸브(50) 및 제2 밸브(60)를 포함한다.

냉각기(10)는 해수와 청수를 열교환하여 청수를 냉각시키는 장치로, 복수 개의 냉각기로 형성될 수 있다. 제1 운용장비(30)와 제2 운용장비(40)를 순환하여 온도가 상승된 청수는 냉각기(10)에서 해수와 열교환을 통해 냉각될 수 있다. 여기서, 제1 운용장비(30)는 메인 엔진을 제외한 다른 장비들을 냉각시키기 위한 장비일 수 있으며, 36℃의 청수를 기준으로 설계될 수 있다. 제2 운용장비(40)는 메인 엔진을 냉각시키기 위한 장비일 수 있으며, 낮은 온도의 청수가 공급될수록 효율이 향상될 수 있다.

메인 엔진은 연료와 함께 과급기(Turbo charger)로부터 흡입된 공기를 공급받아 구동된다. 이 때, 많은 양의 공기가 공급될수록 메인 엔진의 출력이 높아지는데, 공기의 양이 많아지면 체적이 커지므로 공기를 압축하여 공급하고 있다. 그러나 압축된 공기는 약 200℃의 고온이므로, 제2 운용장비(40)를 이용하여 냉각시킴으로써 메인 엔진의 효율을 높일 수 있다.

냉각기(10)는 여름철 최대 해수 온도인 32℃를 기준으로 설계되며, 이 경우 냉각되는 청수의 온도는 36℃가 기준이 된다. 이러한 이유로 제1 운용장비(30)는 36℃의 청수를 기준으로 설계된다. 청수와 열교환을 통해 온도가 상승된 해수는 해상으로 배출된다. 이 때, 열교환으로 온도가 상승된 해수는 생태계에 악영향을 줄 수 있으므로, 별도의 처리를 통해 온도를 낮춘 후 해상으로 배출한다. 냉각기(10)는 해수펌프(20)와 청수펌프(22)에 의해 해수와 청수를 공급받는다.

해수펌프(20)는 해수유입구(21)를 통해 유입되는 해수를 펌핑하는 장치로, 복수 개의 펌프로 형성될 수 있다. 해수유입구(21)는 해수가 유입되는 통로로, 선박에 설치된 해수저장탱크(도시되지않음)에는 적어도 하나의 해수유입구(21)가 형성될 수 있다. 해수유입구(21)는 해수저장탱크와 선박을 관통하여 형성되며, 해수유입구(21)를 통해 유입된 해수는 해수펌프(20)에 의해 냉각기(10)에 공급된다.

청수펌프(22)는 제1 운용장비(30)와 제2 운용장비(40)에 각각 순환 공급되는 청수를 펌핑하는 장치로, 복수 개의 펌프로 형성될 수 있다. 청수펌프(22)는 제1 운용장비(30)로부터 냉각기(10)로 청수를 귀환시키는 제1 회수라인(32)과 제2 운용장비(40)로부터 냉각기(10)로 청수를 귀환시키는 제2 회수라인(42)이 합류되는 지점에 설치될 수 있다. 그러나 청수펌프(22)가 제1 회수라인(32)과 제2 회수라인(42)이 합류되는 지점에 설치되는 것으로 한정될 것은 아니며, 청수펌프(22)가 설치되는 위치는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 청수펌프(22)는 제1 회수라인(32)과 제2 회수라인(42)에 각각 설치될 수도 있다. 청수펌프(22)는 제1 운용장비(30)와 제2 운용장비(40)를 순환하여 온도가 상승된 청수를 냉각기(10)에 공급한다.

냉각기(10)의 일 측에는 제1 공급라인(31)이 형성된다. 제1 공급라인(31)은 냉각기(10)와 제1 운용장비(30)를 연결하여 냉각기(10)로부터 제1 운용장비(30)로 청수를 공급한다. 즉, 냉각기(10)를 통해 냉각된 청수는 제1 공급라인(31)을 통해 제1 운용장비(30)로 공급되고, 제1 운용장비(30)를 냉각시킨 청수는 제1 회수라인(32)을 통해 냉각기(10)로 귀환된다. 이러한 제1 공급라인(31)의 일 측에는 제2 공급라인(41)이 형성된다.

제2 공급라인(41)은 제1 공급라인(31)으로부터 분지되어 청수를 제2 운용장비(40)로 공급한다. 즉, 제1 공급라인(31)으로 공급된 청수는 제2 공급라인(41)을 통해 제2 운용장비(40)로 공급되고, 제2 운용장비(40)를 냉각시킨 청수는 제2 회수라인(42)을 통해 냉각기(10)로 귀환된다.

한편, 청수펌프(22)에 의해 펌핑된 청수 중 일부를 제1 공급라인(31)으로 바이패스시키는 제1 바이패스라인(33)과 제2 바이패스라인(43)이 형성될 수 있다. 제1 바이패스라인(33)과 제2 바이패스라인(43)은 제1 회수라인(32) 및 제2 회수라인(42) 중 적어도 하나로부터 분지되어 제1 공급라인(31)에 연결된다. 제1 바이패스라인(33)은 냉각기(10)에 근접하게 형성되고, 제2 바이패스라인(43)은 청수펌프(22)에 근접하게 형성될 수 있다.

제1 공급라인(31)과 제1 바이패스라인(33)이 만나는 지점에는 제1 밸브(50)가 형성된다. 제1 밸브(50)는 제1 공급라인(31)과 제1 바이패스라인(33)을 연결하며, 제1 바이패스라인(33)에서 공급되는 청수의 양을 조절할 수 있다. 제1 밸브(50)는 3방 밸브로 형성되어 제1 바이패스라인(33)을 통하여 공급되는 청수의 양과 냉각기(10)로부터 공급되는 청수의 양을 함께 제어할 수 있다.

제1 밸브(50)는 냉각기(10)와 제2 공급라인(41) 사이에 연결되며, 제2 운용장비(40)로 공급되는 청수가 제2 기준온도 이상으로 공급되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제2 기준온도는 10℃로 설정될 수 있다. 제2 운용장비(40)에 10℃ 이하의 청수가 공급될 경우, 제2 운용장비(40)의 과도한 냉각으로 인해 윤활유의 점도가 상승될 수 있기 때문이다. 따라서 제1 밸브(50)는 냉각된 청수와 바이패스되는 청수를 적절히 혼합하여 청수의 온도가 제2 기준온도 이상이 되도록 제어한다. 또한, 제1 밸브(50)에서 청수의 온도를 제2 기준온도 이상으로 제어할 경우, 해수의 평균 온도는 17℃ 이므로 냉각기(10)를 통해 냉각되는 청수의 온도는 10℃ 이상 36℃ 이하가 된다. 제2 운용장비(40)에 10℃와 36℃ 사이의 청수를 공급함으로써, 메인 엔진의 연료 소모량은 줄이고 효율은 향상시킬 수 있다.

이러한 제1 밸브(50)는 제2 공급라인(41) 상에 설치되는 제1 온도센서(51)에서 측정한 온도값에 의해 제어된다. 제1 온도센서(51)는 제2 운용장비(40)의 입구 측에 설치되어 제2 운용장비(40)로 공급되는 청수의 온도를 측정한다. 측정된 온도값이 제2 기준온도 이하인 경우, 제1 밸브(50)는 청수의 유량을 조절하여 청수의 온도가 제2 기준온도 이상이 되도록 제어한다.

제2 기준온도 이상으로 제어된 청수는 제2 공급라인(41)을 따라 이동하여 제2 운용장비(40)로 공급되며, 제2 운용장비(40)의 내부를 순환하면서 제2 운용장비(40)에서 발생한 열을 냉각시킨다.

제1 공급라인(31)과 제2 바이패스라인(43)이 만나는 지점에는 제2 밸브(60)가 형성된다. 제2 밸브(60)는 제1 공급라인(31)과 제2 바이패스라인(43)을 연결하며, 제2 바이패스라인(43)에서 공급되는 청수의 양을 조절할 수 있다. 제2 밸브(60)는 3방 밸브로 형성되어 제2 바이패스라인(43)을 통하여 공급되는 청수의 양과 제1 공급라인(31)으로부터 공급되는 청수의 양을 함께 제어할 수 있다.

제2 밸브(60)는 제2 공급라인(41)과 제1 운용장비(30) 사이에 연결되며, 제1 운용장비(30)로 공급되는 청수가 제1 기준온도로 유지되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1 기준온도는 36℃로 설정될 수 있다. 제1 운용장비(30)는 냉각기(10)의 설계 기준에 맞추어 36℃의 청수를 기준으로 설계되기 때문이다. 따라서 제2 밸브(60)는 제1 밸브(50)를 통과한 청수와 바이패스되는 청수를 적절히 혼합하여 청수의 온도가 제1 기준온도로 유지되도록 제어한다.

이러한 제2 밸브(60)는 제1 공급라인(31) 상에 설치되는 제2 온도센서(61)에서 측정한 온도값에 의해 제어된다. 제2 온도센서(61)는 제1 운용장비(30)의 입구 측에 설치되어 제1 운용장비(30)로 공급되는 청수의 온도를 측정한다. 측정된 온도값이 제1 기준온도가 아닌 경우, 제2 밸브(60)는 청수의 유량을 조절하여 청수의 온도가 제1 기준온도로 유지되도록 제어한다.

제1 기준온도로 제어된 청수는 제1 공급라인(31)을 따라 이동하여 제1 운용장비(30)로 공급되며, 제1 운용장비(30)의 내부를 순환하면서 제1 운용장비(30)에서 발생한 열을 냉각시킨다.

한편, 제어부(70)는 해수펌프(20)의 부하를 조절한다. 제어부(70)는 제2 운용장비(40)의 부하가 기준부하 이하이면, 해수펌프(20)의 부하를 감소시킬 수 있다. 제2 운용장비(40)의 부하가 기준부하 이하인 경우, 냉각기(10)에서 냉각되는 청수의 온도는 36℃ 이하가 된다. 따라서 해수펌프(20)는 청수를 36℃로 냉각시키기 위해 해수의 공급과잉을 초래할 수 있다. 이 때, 제어부(70)가 작동하여 해수펌프(20)의 부하를 감소시킴으로써, 냉각기(10)로 펌핑되는 해수의 공급과잉을 방지할 수 있다.

제어부(70)는 제1 공급라인(31) 상에 설치된 제3 온도센서(71)에서 측정한 온도값에 따라 해수펌프(20)를 제어한다. 제3 온도센서(71)는 냉각기(10)의 출구 측에 설치되어 냉각기(10)에서 냉각되는 청수의 온도를 측정한다. 제어부(70)는 일 측이 제3 온도센서(71)에 연결되고 타 측이 해수펌프(20)에 연결되어, 측정된 온도값에 따라 해수펌프(20)의 부하를 감소시킬 수 있다. 따라서, 제2 운용장비(40)의 부하가 기준부하 이하인 경우 또는 해수의 온도가 32℃보다 낮아 냉각된 청수의 온도가 36℃보다 낮은 경우, 제어부(70)는 해수펌프(20)의 부하를 감소시켜 해수의 공급과잉을 방지할 수 있다.

이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 선박의 냉각 시스템(1)의 작동과정에 관하여 좀 더 상세히 설명한다.

도 3은 냉각기에서 냉각된 청수의 온도가 제2 기준온도 이상일 때 선박의 냉각 시스템의 동작과정을 설명하기 위한 작동도이고, 도 4는 냉각기에서 냉각된 청수의 온도가 제2 기준온도 이하일 때 선박의 냉각 시스템의 동작과정을 설명하기 위한 작동도이고, 도 5는 제2 운용장비의 냉각수 온도변화에 따른 연료소비량 변화를 도시한 그래프이고, 도 6은 제2 운용장비의 부하 변동에 따른 선박의 냉각 시스템의 연간 절감비용을 도시한 그래프이다.

본 발명에 따른 선박의 냉각 시스템(1)은 제2 운용장비(40)의 부하가 기준부하 이상인 경우, 제2 운용장비(40)에 제1 기준온도 이하 제2 기준온도 이상으로 제어된 청수를 공급하여 메인 엔진의 연료 소모량을 줄일 수 있다. 또한, 제2 운용장비(40)의 부하가 기준부하 이하인 경우, 해수펌프(20)의 부하를 감소시켜 해수의 공급과잉을 방지할 수 있다. 따라서, 제2 운용장비(40)의 부하 변동에 관계없이 에너지 효율 향상을 최적화할 수 있다.

먼저, 도 3을 참조하면, 냉각기(10)에서 냉각된 청수의 온도가 제2 기준온도 이상일 경우, 제1 바이패스라인(33)은 폐쇄된다.

해수유입구(21)를 개방한 후, 해수펌프(20)와 청수펌프(22)를 작동시킨다. 해수유입구(21)로 유입된 해수는 해수펌프(20)에 의해 냉각기(10)로 공급된다. 제1 운용장비(30)와 제2 운용장비(40)에 각각 순환 공급되는 청수는 제1 회수라인(32)과 제2 회수라인(42)을 지나 청수펌프(22)에 의해 냉각기(10)로 공급된다. 냉각기(10)에 공급된 청수와 해수는 열교환을 한다. 제1 운용장비(30)와 제2 운용장비(40)를 순환하며 온도가 상승된 청수는 해수와 열교환을 통해 냉각된다. 냉각된 청수는 제1 공급라인(31)으로 공급되며, 열교환을 마친 해수는 별도의 처리를 통해 해상으로 배출된다.

제3 온도센서(71)는 제1 공급라인(31)으로 공급된 청수의 온도를 측정한다. 제3 온도센서(71)에서 측정된 온도값이 36℃ 이하일 경우, 즉, 제2 운용장비(40)의 부하가 기준 부하 이하인 경우, 제어부(70)는 해수펌프(20)의 부하를 감소시킨다. 해수펌프(20)의 부하를 감소시킴으로써, 냉각기(10)로 공급되는 해수의 공급과잉을 방지하여 에너지를 절약할 수 있다.

냉각된 청수의 온도가 제1 기준온도 이하 제2 기준온도 이상이므로, 제1 밸브(50)의 제1 바이패스라인(33) 방향을 폐쇄하여, 제1 바이패스라인(33)을 통한 청수의 공급을 방지한다. 따라서 냉각기(10)로부터 공급된 청수는 제1 공급라인(31)과 제2 공급라인(41)으로 각각 공급된다.

제2 밸브(60)는 제1 공급라인(31)으로 공급된 청수와 제2 바이패스라인(43)으로 공급된 청수를 적절히 혼합하여 청수의 온도가 제1 기준온도로 유지되도록 제어한다. 제2 밸브(60)는 제2 온도센서(61)에서 측정한 온도값에 의해 청수의 유량을 조절하여 청수의 온도를 제1 기준온도로 유지시킨다. 제1 기준온도로 제어된 청수는 제1 운용장비(30) 내부를 순환하면서 제1 운용장비(30)에서 발생한 열을 냉각시킨다.

제2 공급라인(41)으로 공급된 청수는 제2 운용장비(40) 내부를 순환하면서 제2 운용장비(40)에서 발생한 열을 냉각시킨다.

제1 운용장비(30)와 제2 운용장비(40)를 냉각시킨 청수는 제1 회수라인(32)과 제2 회수라인(42)을 통해 냉각기(10)로 다시 유입되거나, 제1 바이패스라인(33) 또는 제2 바이패스라인(43)으로 공급된다.

이어서, 도 4를 참조하면, 냉각기(10)에서 냉각된 청수의 온도가 제2 기준온도 이하일 경우, 제1 바이패스라인(33)은 개방된다.

냉각된 청수의 온도가 제2 기준온도 이하이므로, 제1 밸브(50)의 제1 바이패스라인(33) 방향을 개방하여, 제1 바이패스라인(33)을 통하여 청수를 공급받는다. 제1 밸브(50)는 냉각기(10)로부터 공급되는 청수와 제1 바이패스라인(33)을 통하여 공급되는 청수를 혼합한다. 이 때, 제1 바이패스라인(33)을 통하여 공급되는 청수는 제1 운용장비(30) 또는 제2 운용장비(40)로부터 순환되는 청수일 수 있다. 제1 기준온도 이하 제2 기준온도 이상으로 제어된 청수는 제1 공급라인(31)과 제2 공급라인(41)으로 각각 공급된다.

제1 기준온도 이하 제2 기준온도 이상으로 제어된 청수는 제2 공급라인(41)을 통해 제2 운용장비(40)에 제공되어 제2 운용장비(40)에서 발생한 열을 냉각시킨다.

제2 밸브(60)는 제1 공급라인(31)으로 공급된 청수와 제2 바이패스라인(43)을 통하여 공급된 청수를 혼합한다. 이 때, 제2 바이패스라인(43)을 통해 공급된 청수는 제1 운용장비(30)로부터 순환되는 청수일 수 있다. 제2 밸브(60)는 제1 공급라인(31)으로 공급된 청수와 제2 바이패스라인(43)으로 공급된 청수를 적절히 혼합하여 청수를 제1 기준온도로 유지시킨다. 제1 기준온도로 유지된 청수는 제1 운용장비(30)로 제공되어 제1 운용장비(30)에서 발생한 열을 냉각시킨다.

이어서, 도 5를 참조하면, 같은 최대 연속 출력(SMCR; Specified Maxi-mum Continuous Rating) 조건에서 제2 운용장비(40)의 냉각수로 공급되는 청수의 온도가 낮아질수록, 연료소비량(SFOC; Specific Fuel Oil Consumption)이 낮아지는 것을 확인할 수 있다.

제2 운용장비(40)의 냉각수로 공급되는 청수의 온도를 10℃ 감소시키면, 연료소비량이 약 0.6% 감소하는 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 제2 운용장비(40)에 10℃의 청수를 공급할 경우, 36℃의 청수를 공급하는 경우보다 연료소비량이 약 1.5% 감소하게 되는 것이다. 따라서, 제2 운용장비(40)에 낮은 온도의 청수가 공급될수록 연료소비량이 감소하여 메인 엔진의 효율이 높아지게 된다.

이어서 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 선박의 냉각 시스템(1)은 제2 운용장비(40)의 부하 변동에 관계없이 에너지 효율 향상이 최적화될 수 있다. 예를 들어, 제2 운용장비(40)의 부하가 기준부하 이상인 경우, 제2 운용장비(40)에 제1 기준온도 이하 제2 기준온도 이상으로 제어된 청수를 공급하여 메인 엔진의 연료소비량 감소를 통해 절감비용을 높일 수 있다. 또한, 제2 운용장비(40)의 부하가 기준부하 이하인 경우, 해수펌프(20)의 부하를 감소시켜 해수펌프(20)의 전력비용 감소를 통해 절감비용을 높일 수 있다. 따라서, 선박의 냉각 시스템(1)은 제2 운용장비(40)의 부하 변동에 관계 없이 절감비용을 높일 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 선박의 냉각 시스템 10: 냉각기
20: 해수펌프 21: 해수유입구
22: 청수펌프 30: 제1 운용장비
31: 제1 공급라인 32: 제1 회수라인
33: 제1 바이패스라인 40: 제2 운용장비
41: 제2 공급라인 42: 제2 회수라인
43: 제2 바이패스라인 50: 제1 밸브
51: 제1 온도센서 60: 제2 밸브
61: 제2 온도센서 70: 제어부
71: 제3 온도센서

Claims

해수와 청수를 열교환하여 상기 청수를 냉각시키는 냉각기;
상기 냉각기에 상기 해수를 공급하는 해수펌프;
상기 냉각기로부터 제1 운용장비로 상기 청수를 공급하는 제1 공급라인;
상기 제1 운용장비로부터 상기 냉각기로 상기 청수를 귀환시키는 제1 회수라인;
상기 제1 공급라인으로부터 분지되어 상기 청수를 제2 운용장비로 공급하는 제2 공급라인;
상기 제2 운용장비로부터 상기 냉각기로 상기 청수를 귀환시키는 제2 회수라인;
상기 제1 회수라인 및 상기 제2 회수라인 중 적어도 하나로부터 분지되어 상기 제1 공급라인에 연결된 제1 바이패스라인 및 제2 바이패스라인;
상기 제1 공급라인과, 상기 제1 바이패스라인 및 상기 제2 바이패스라인을 각각 연결하며 상기 제1 바이패스라인 및 상기 제2 바이패스라인에서 공급되는 상기 청수의 양을 조절하는 제1 밸브 및 제2 밸브를 포함하되,
상기 제1 밸브는 상기 냉각기와 상기 제2 공급라인 사이에 연결되고 상기 제2 밸브는 상기 제2 공급라인과 상기 제1 운용장비 사이에 연결되어, 상기 제2 밸브는 상기 제1 운용장비로 공급되는 상기 청수가 제1 기준온도로 유지되도록 제어되며, 상기 제1 밸브는 상기 제2 운용장비로 공급되는 상기 청수가 제2 기준온도 이상으로 공급되도록 제어되는 선박의 냉각 시스템.
제1 항에 있어서, 상기 제1 밸브는 상기 제1 바이패스라인을 통하여 공급되는 상기 청수의 양과 상기 냉각기로부터 공급되는 상기 청수의 양을 함께 제어하는 3방 밸브인 선박의 냉각 시스템.
제1 항에 있어서, 상기 제2 밸브는 상기 제2 바이패스라인을 통하여 공급되는 상기 청수의 양과 상기 제1 공급라인으로부터 공급되는 상기 청수의 양을 함께 제어하는 3방 밸브인 선박의 냉각 시스템.
제1 항에 있어서, 상기 해수펌프의 부하를 조절하는 제어부를 더 포함하되,
상기 제어부는 상기 제2 운용장비의 부하가 기준부하 이하이면, 상기 해수펌프의 부하를 감소시키는 선박의 냉각 시스템.
냉각기를 통하여 공급되는 청수와 제1 운용장비 또는 제2 운용장비로부터 순환되는 청수를 혼합하여 제1 기준온도 이하 제2 기준온도 이상으로 제어된 청수를 상기 제2 운용장비로 제공하는 단계; 및
상기 냉각기를 통하여 공급되는 상기 청수와 상기 제1 운용장비로부터 순환되는 상기 청수를 혼합하여 상기 제1 기준온도로 유지된 청수를 상기 제1 운용장비로 제공하는 단계를 포함하는 선박의 냉각 시스템의 제어방법.
제5 항에 있어서, 상기 냉각기는 해수와 상기 청수를 열교환하여 상기 청수를 냉각하며, 상기 제2 운용장비의 부하가 기준부하 이하이면 상기 냉각기에 상기 해수를 공급하는 해수펌프의 부하를 감소시키는 선박의 냉각 시스템의 제어방법.