KR101444170B1 - 선박용 폐열회수장치 - Google Patents

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    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system

Abstract

본 발명은 엔진의 구동에 따라 발생하는 열을 회수하는 복수 개의 열흡수부를 구비한 열흡수유닛, 상기 열흡수부 각각에 연결되어, 열매체가 독립적으로 유동하는 복수 개의 열전달라인 및 상기 열매체와 열교환한 작동유체가 유동하는 순환라인 및 상기 열전달라인에 연결되고, 상기 순환라인 상에 순차적으로 배치되어 상기 열매체가 회수한 열을 흡수하는 복수 개의 증발부를 포함하는 폐열회수유닛을 포함하는 선박용 폐열회수장치가 개시된다.

Description

선박용 폐열회수장치{Heat Recovery Apparatus for Ship}
본 발명은, 선박용 폐열회수장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 선박의 엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하는 선박용 폐열회수장치에 관한 것이다.
최근에는 고유가 시대가 도래함에 따라 선박의 에너지 효율을 향상시켜 연료비를 감소시키고, 선박 운항의 친환경성을 확보하고자 하는 노력이 많이 진행되고 있다.
일반적으로 선박을 운항하는데 있어 에너지는 추진용 주 엔진에서 대부분의 에너지를 소비하고 있으며, 주 엔진의 작동을 위해 소요되는 연료의 약 25%는 배기가스로 대기 중에 버려지고 있는 것이 현실이다. 따라서, 이러한 배기가스를 이용해 폐열의 일부를 회수하는 여러 장치가 활발하게 도입되고 있다.
종래 기술에 따른 선박용 폐열회수장치를 살펴보면 선박의 엔진에서 배기가스가 배출되는 배기관)에 열회수기(보일러)를 설치한 후 배기가스의 열을 회수(등압가열)하여 고온의 스팀을 생성 및 별도의 ORC 를 통해 터빈을 구동시킴으로써 다양한 에너지원으로 사용하였다.
하지만, 종래에는 엔진의 동작에 따라 발생되는 폐열을 일괄적으로 회수하여 터빈을 구동시킴으로써, 터빈구동의 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제 10-1185444호
본 발명은 선박용 폐열회수장치에 관한 것으로서, 엔진의 동작에 따라 발생되는 폐열을 흡수하여 각각을 독립적으로 폐열회수유닛에 전달하며, 폐열회수유닛은 순환하는 작동유체에 의해 효율적으로 열을 흡수할 수 있는 선박용 폐열회수장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 선박용 폐열회수장치는, 엔진의 구동에 따라 발생하는 열을 회수하는 복수 개의 열흡수부를 구비한 열흡수유닛, 상기 열흡수부 각각에 연결되어, 열매체가 독립적으로 유동하는 복수 개의 열전달라인 및 상기 열매체와 열교환한 작동유체가 유동하는 순환라인 및 상기 열전달라인에 연결되고, 상기 순환라인 상에 순차적으로 배치되어 상기 열매체가 회수한 열을 흡수하는 복수 개의 증발부를 포함하는 폐열회수유닛을 포함한다.
또한, 폐열회수유닛은 상기 순환라인상에 배치되어 상기 작동유체에 의해 구동하는 터빈을 더 포함한다.
또한, 폐열회수유닛은 상기 터빈을 경유한 상기 작동유체를 냉각시키는 응축기를 포함하는 폐열회수유닛을 더 포함한다.
또한, 상기 증발부는 상기 열전달라인에 각각 독립적으로 연결될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 열전달라인에서 유동하는 상기 열매체는 복수 개의 상기 증발부를 연속적으로 경유할 수 있다.
또한, 상기 폐열회수유닛은 상기 순환라인상에 분기되어 유동하는 상기 작동유체가 선택적으로 적어도 어느 하나의 상기 증발부를 우회하도록 하는 제 1우회라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 폐열회수유닛은 상기 순환라인을 따라 유동하는 상기 작동유체의 일부를 저장하는 저장탱크 및 상기 순환라인상에 분기되어 상기 작동유체의 일부를 선택적으로 상기 저장탱크로 공급하는 회수라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 순환라인은 상기 작동유체의 이동경로상에서 분기되어 상기 작동유체가 상기 터빈을 경유하지 않도록 선택적으로 우회시키는 제 2우회라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 선박용 폐열회수장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 엔진의 구동에 따라 발생되는 열을 각각 회수하여 전달하는 복수 개의 증발부를 구비하여, 회수된 열의 온도에 따라 터빈을 구동시키는 작동유체가 순차적으로 경유하여 열을 흡수하도록 함으로써, 작동유체가 효율적으로 열을 흡수할 수 있는 이점이 있다.
둘째, 열을 흡수하여 터빈을 구동시키는 작동유체가 복수 개의 증발부를 선택적으로 경유하여 흡수하는 열의 양을 조절함으로써, 터빈 구동에 이상적인 조건으로 작동유체를 터빈에 공급할 수 있는 이점이 있다.
셋째, 순환하는 작동유체의 일부를 선택적으로 저장탱크에 보관 및 보관된 작동유체를 재공급 함으로써 작동유체의 온도 및 압력을 조절할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 효과들은 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 폐열회수장치의 개략적인 구성에 대해서 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 폐열회수장치의 개략적인 구성에 대해서 나타낸 도면;
도 3은 도 2의 폐열회수장치에서 작동유체가 제 1우회라인을 경유하며 이동하는 상태를 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 폐열회수장치의 개략적인 구성에 대해서 나타낸 도면;
도 5는 도 4의 폐열회수장치에서 작동유체의 일부가 회수라인을 따라 저장탱크에 보관되는 상태를 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제 4실시예에 따른 폐열회수장치의 개략적인 구성에 대해서 나타낸 도면;
도 7은 도 6의 폐열회수장치에서 작동유체가 제 1우회라인 및 회수라인을 경유하며 이동하는 상태를 나타낸 도면.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
제 1실시예
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 폐열회수장치의 개략적인 구성에 대해서 나타낸 도면이다.
본 발명의 폐열회수장치는 선박에 구비된 엔진(E)으로부터 발생하는 폐열을 가습, 제습, 선박의 특정부분의 온도를 유지하는 등 선박의 다양한 열수요처에 공급한다. 그리고 도시된 바와 같이, 본 실시예의 폐열회수장치는 선박에 구비된 엔진(E)으로부터 발생되는 폐열을 이용하여 별도의 사이클을 동작시킴으로써, 발생된 폐열을 이용하여 새로운 동력을 생산하도록 구성된다.
본 발명의 폐열회수장치는 열흡수유닛(100), 열전달라인(200) 및 폐열회수유닛(300)을 포함할 수 있다.
열흡수유닛(100)은 엔진(E)에서 발생하는 열을 회수 또는 냉각하기 위한 구성이고, 구체적으로 엔진(E) 자체, 배기가스(G), 소기공기(A) 및 엔진(E)오일의 열을 회수 또는 냉각한다.
즉, 열흡수유닛(100)은 전체 열 회수시스템의 열량 등에 따라 복수 개가 구비될 수 있고, 본 실시예에서는 2개의 열흡수부(110, 120)를 기준으로 설명한다.
열흡수부(110, 120)는 엔진(E)에서 발생되는 배기가스(G), 소기공기(A), 엔진(E)차제의 열 및 엔진(E)오일 중 적어도 하나의 열을 흡수한다.
그리고 열흡수부(110, 120)는 일반적인 열교환기와 유사한 구성을 가지고, 열을 흡수하기 위한 열매체(L1)가 유동한다. 여기서, 열매체(L1)는 모두 동일한 유체가 사용될 수 있으며, 이와 달리 각각이 서로 다른 유체가 사용될 수도 있다.
본 실시예에서의 열흡수부(110, 120)는 한 쌍으로 구성되며, 터보차저(T)를 통과한 후, 엔진(E)으로 공급되는 소기공기(A)의 열을 열매체(L1)를 통하여 흡수하는 제 1열흡수부(110) 및 엔진(E)에서 배출되는 배기가스(G)의 열을 흡수하는 제 2열흡수부(120)를 포함할 수 있다.
여기서 복수 개의 열흡수부(110, 120) 각각은 흡수하는 열량 및 온도가 서로 다르며, 본 실시예에서는 제 1열흡수부(110)에서 흡수되는 열의 온도가 제 2열흡수부(120)에서 흡수되는 열의 온도가 낮은 것으로 가정하여 설명한다.
열전달라인(200)은 복수 개의 열흡수부(110, 120) 각각에 연결되어 열매체(L1)가 독립적으로 유동하도록 복수 개로 구성된다. 여기서, 열전달라인(200)은 복수 개의 열흡수부(110, 120)의 개수에 대응하는 개수로 구비될 수 있다.
이와 같이 구성된 열전달라인(200)은 후술하는 폐열회수유닛(300)의 증발부(310)에 연결되어 열을 흡수한 열매체(L1)가 열을 전달할 수 있도록 구성될 수 있다.
본 실시예에서 열전달라인(200)은 제 1열흡수부(110) 및 제 2열흡수부(120) 각각에 대응하여 제 1열전달라인(210) 및 제 2열전달라인(220)을 포함할 수 있다.
폐열회수유닛(300)은 열매체(L1)에 의해서 전달된 열을 흡수하여 다양한 곳에 이용할 수 있는 장치이며, 본 실시예에서는 별도의 터빈(330)을 구동시킴으로써 동력을 발생시키도록 구성된다.
그리고 폐열회수유닛(300)은 다양한 형태의 열교환사이클에 따라 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 일반적인 ORC(Organic Rankine Cycle: 유기 랭킨 사이클)로 구비된다.
본 실시예에서 폐열회수유닛(300)은 증발부(310), 순환라인(320) 터빈(330) 및 응축기(340)를 포함할 수 있다.
증발부(310)는 복수 개로 구성되며 각각이 열전달라인(200)에 연결되어 열매체(L1)가 회수한 열을 흡수한다. 여기서, 복수 개의 증발부(310) 는 각각이 독립적으로 열전달라인(200)에 연결될 수 있다.
또한, 이와 달리 열전달라인(200)이 복수 개의 증발부(310)를 연속적으로 경유하도록 구성될 수도 있다.
본 실시예에서 증발부(310)는 제 1열전달라인(210)에 연결된 제 1증발부(312), 제 2열전달라인(220)에 연결된 제 2증발부(314) 및 제 1열전달라인(210)에 연결되며 제 1증발부(312)를 경유한 열매체(L1)가 다시 경유하는 제 3증발부(316)를 포함하며 각각이 열매체(L1)로부터 열을 흡수한다.
즉, 제 1증발부(312) 및 제 3증발부(316)는 제 1열전달라인(210)을 따라 유동하는 열매체(L1)로부터 열을 흡수하고 제 2증발부(314)는 제 2열전달라인(220)을 따라 유동하는 열매체(L1)로부터 열을 흡수한다.
일반적으로 엔진(E)으로 공급되는 소기공기(A)의 열을 흡수한 열매체(L1)가 가장 많은 열량을 가지고 있기 때문에 본 실시예에서 소기공기(A)의 열을 흡수한 열매체(L1)는 제 1열전달라인(210)을 따라 두 개의 증발부(310)를 경유하도록 하여 설명한다.
소기공기(A)의 열을 흡수한 열매체(L1)가 충분한 열량을 가지지 못한 경우, 도시된 바와 달리 제 3증발부(316)가 구비되지 않을 수도 있으며, 이와 같은 경우 제 1열전달라인(210)은 제 1증발부(312)만 경유하도록 구성될 수 있다.
이와 같이 구성된 복수 개의 증발부(310)는 각각에 연결된 열전달라인(200)을 통해 이동하는 열매체(L1)와 작동유체(L2)가 열교환을 하도록 한다.
순환라인(320)은 복수 개의 증발부(310) 각각에 연속적으로 연결되어 열매체(L1)와 열교환한 작동유체(L2)가 유동하여 순환되도록 구성된다. 여기서, 순환라인(320)은 작동유체(L2)가 복수 개의 증발부(310)를 경유하며 효과적으로 열을 흡수할 수 있도록, 낮은 온도의 열을 전달하는 증발부(310)부터 순차적으로 경유할 수 있다.
일반적으로 엔진(E)의 동작에 따라 발생되는 열의 온도는 배기가스(G: 약 200도), 소기공기(A: 약 180도), 자켓워터(약 80도)순으로 차이가 나기 때문에 본 실시예에서 순환라인(320)은 유동경로에 따라 제 3증발부(316), 제 1증발부(312) 및 제 2증발부(314) 순으로 경유하며 열매체(L1)로부터 열을 회수한다.
이와 같이 작동유체(L2)가 열매체(L1)로부터 열을 전달받으며 서서히 온도가 상승하며 엔진(E)의 동작에 따라 발생된 열을 회수한다.
한편, 순환라인(320) 내부를 유동하는 작동유체(L2)는 증발부(310)에서 제공되는 열매체(L1)의 온도에 따라서 선정되며 일반적으로는 물보다 끓는점이 낮은 유체가 사용될 수 있다.
터빈(330)은 순환라인(320)상에 배치되어 복수 개의 열흡수부(110, 120)를 경유하며 온도가 상승한 작동유체(L2)를 공급받아 동작한다.
본 실시예에서 터빈(330)은 일반적인 터빈(330)이 사용될 수 있으며 이와 달리 상황에 따라 복수 개가 구비되어 연속적으로 작동유체(L2)가 경유할 수 있도록 구성될 수도 있다.
응축기(340)는 순환라인(320)상에 배치되어 유동하는 작동유체(L2)를 냉각시키는 장치로서, 외부에 구비된 별도의 냉각수를 이용하여 유동하는 작동유체(L2)와 열교환을 통해서 냉각시킨다. 여기서, 냉각수는 해수가 사용될 수도 있으며 선박 내부에 구비된 청수를 이용하여 냉각시킬 수도 있다.
이와 같이 구성된 선박용 폐열회수장치는 엔진(E)의 동작에 의해서 발생된 열을 각각을 회수한 후 작동유체(L2)를 통해서 터빈(330)으로 공급한다. 그리고 터빈(330)으로 공급된 작동유체(L2)는 다시 응축기(340)를 경유하며 냉각되며 순환라인(320)을 따라 순환된다.
한편, 본 발명에 따른 폐열회수장치는 폐열회수유닛(300)이 상술한 구성뿐만 아니라 별도의 제 2우회라인(380)을 더 포함할 수 있다.
제 2우회라인(380)은 순환라인(320)상에 분기되어 복수 개의 증발부(310)로부터 열을 흡수한 작동유체(L2)를 우회시켜 터빈(330)을 경유하지 않도록 한다.
이와 같이 제 2우회라인(380)을 구비함으로써 터빈(330)이 구동하지 않더라도 순환유체는 지속적으로 유동하며 열매체(L1)로부터 열을 흡수할 수 있다.
뿐만 아니라, 제 2우회라인(380)을 구비함으로써 순환라인(320)을 따라 공급되는 작동유체(L2)가 터빈(330)에서 요구하는 온도 및 압력조건에 만족하지 않는 경우, 작동유체(L2)의 일부만 선택적으로 우회시켜 터빈(330)을 동작시킬 수 있다.
이와 같이 구성된 폐열회수장치는 엔진(E)의 동작에 따라 발생되는 다양한 온도의 열을 각각 회수하여 작동유체(L2)에 순차적으로 전달함으로써, 작동유체(L2)가 효율적으로 열을 회수할 수 있도록 한다.
나아가 작동유체(L2)의 순환경로상에 배치된 복수 개의 증발부(310) 중에서 일부가 오작동 및 고장이 발생하더라도 작동유체(L2)는 지속적으로 순환하며 터빈(330)을 동작시킬 수 있다.
제 2실시예
다음으로, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 제 2실시예에 대해서 살펴본다.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 폐열회수장치의 개략적인 구성에 대해서 나타낸 도면이고 도 3은 도 2의 폐열회수장치에서 작동유체(L2)가 제 1우회라인(350)을 경유하며 이동하는 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 제 2실시예는 도시된 바와 같이 기본적인 구성은 상술한 제 1실시예와 유사한 구성이지만, 폐열회수유닛(300)이 순환라인(320)상에 연결되는 별도의 제 1우회라인(350)을 더 포함한 구성이다.
또한, 복수 개의 증발부(310) 각각이 열전달라인(200)에 대응하여 독립적으로 연결된 구성이다.
제 1우회라인(350)은 순환라인(320)상에 분기되어 유동하는 작동유체(L2)가 선택적으로 적어도 어느 하나의 증발부(310)를 우회하도록 구성된다.
즉, 작동유체(L2)가 복수 개의 증발부(310) 중에서 어느 하나를 경유하며 충분한 열을 흡수한 경우 선택적으로 제 1우회라인(350)을 따라 우회하여 더 이상의 열을 흡수하지 않도록 한다.
뿐만 아니라, 유동하는 작동유체(L2)의 유량 중에서 일부만 선택적으로 우회시킴으로써 작동유체(L2)의 온도를 조절할 수 있다.
본 실시예에서 제 1우회라인(350)은 순환라인(320)상에서 제 1증발부(312) 전단에 배치되어 작동유체(L2)가 선택적으로 제 1증발부(312)를 경유하지 않고 우회하도록 구성된다. 그리고 제 1우회라인(350)은 순환라인(320)과 연결되는 지점에 선택적으로 작동유체(L2)의 유량 및 이동경로를 조절하는 제 1유량조절밸브(352)가 구비된다.
그래서 터빈(330)에서 요구하는 온도 및 압력조건에 따라 제 1유량조절밸브(352)를 통해 공급되는 작동유체(L2)의 일부 또는 전체를 선택적으로 제 2증발부(314)만 경유하도록 제 1우회라인(350)을 따라 우회시킬 수 있다.
여기서, 상술한 바와 달리 제 1우회라인(350)이 제 1증발부(312)를 우회하지 않고 제 2증발부(314)를 우회하도록 구성될 수도 있다.
보다 상세하게 도 3을 참조하여 작동유체(L2)가 제 1우회라인(350)을 따라 유동하는 상태에 대해서 살펴보면, 먼저 응축기(340)를 경유하며 냉각된 작동유체(L2)는 제 1유량조절밸브(352)에 의해서 제 1우회라인(350)을 따라 이동한다. 그리고 제 1우회라인(350)을 따라 이동한 작동유체(L2)는 제 2증발부(314)를 경유하여 열을 흡수한 후 터빈(330)으로 공급되어 터빈(330)을 구동시킨다.
즉, 작동유체(L2)는 응축기(340), 제 1우회라인(350), 제 2증발부(314) 및 터빈(330) 순으로 순환라인(320)을 따라 유동을 한다.
이와 같이 폐열회수유닛(300)은 순환라인(320)상에 분기된 제 1우회라인(350)을 포함하여, 터빈(330)으로 공급되는 작동유체(L2)의 온도 및 압력을 조절할 수 있다.
제 3실시예
다음으로, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 제 2실시예에 대해서 살펴본다.
도 4는 본 발명의 제 3실시예에 따른 폐열회수장치의 개략적인 구성에 대해서 나타낸 도면이고 도 5는 도 4의 폐열회수장치에서 작동유체(L2)의 일부가 회수라인(370)을 따라 저장탱크(360)에 보관되는 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 제 3실시예는 도시된 바와 같이 기본적인 구성은 상술한 제 1실시예와 유사한 구성이지만, 폐열회수유닛(300)이 순환라인(320)상에 별도의 저장탱크(360) 및 회수라인(370)을 더 구비한 구성이다.
또한, 복수 개의 증발부(310) 각각이 열전달라인(200)에 대응하여 독립적으로 연결된 구성이다.
저장탱크(360)는 순환라인(320)을 따라 유동하는 작동유체(L2)를 저장하는 탱크로써 선택적으로 작동유체(L2)의 일부를 저장 및 배출할 수 있다.
그리고 회수라인(370)은 순환라인(320)상에 분기되어 유동하는 작동유체(L2)의 일부를 선택적으로 저장탱크(360)로 공급한다.
즉, 폐열회수유닛(300)은 저장탱크(360) 및 회수라인(370)을 구비함으로써 순환라인(320)을 따라 유동하는 작동유체(L2)의 일부를 선택적으로 회수하여 저장탱크(360)에 수용하며, 상황에 따라 수용된 작동유체(L2)의 일부를 다시 순환라인(320)으로 공급할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예에서 회수라인(370)은 순환라인(320)상에 분기되어 제 1증발부(312) 및 제 2증발부(314) 사이에 배치된다. 그리고 저장탱크(360)는 회수라인(370)에 연결된다. 그리고 회수라인(370)과 순환라인(320)이 연결된 부분에 작동유체(L2)의 유량을 선택적으로 조절하는 제 2유량조절밸브(372)가 구비된다.
여기서, 상술한 바와 달리 회수라인(370)은 순환라인(320)상에서 제 2증발부(314) 후단에 구비될 수도 있다.
이와 같이 회수라인(370) 및 저장탱크(360)가 배치됨에 따라 제 1증발부(312)를 경유하며 열을 흡수한 작동유체(L2)의 온도 및 압력에 따라서 작동유체(L2)가 분할되어 일부가 선택적으로 회수라인(370)을 따라 이동하며 저장탱크(360)에 수용된다.
여기서, 회수라인(370)을 따라 유동하는 작동유체(L2)의 유량은 제 1증발부(312)를 경유한 작동유체(L2)의 온도 및 압력에 따라 제 2유량조절밸브(372)에 의해서 조절될 수 있다.
한편, 저장탱크(360)에 수용된 작동유체(L2)도 선택적으로 순환라인(320)에 공급될 수 있다.
도 5를 참조하여 보다 상세하게 작동유체(L2)가 회수라인(370) 및 저장탱크(360)를 경유하는 상태에 대해서 살펴보면, 먼저 응축기(340)를 경유한 작동유체(L2)는 제 1증발부(312)를 경유하며 열을 흡수한다. 여기서, 작동유체(L2)가 제 1증발부(312)에서 흡수한 열이 충분히 많은 경우 유동하는 작동유체(L2)의 일부 또는 전부가 회수라인(370)을 따라 저장탱크(360)로 공급된다. 그리고 저장탱크(360)에 수용된 작동유체(L2)가 다시 순환라인(320)으로 공급된다.
여기서, 작동유체(L2)가 일정시간 동안 저장탱크(360)에 수용되면 흡수한 열을 일부를 배출한다.
이와 같이 제 1증발부(312)를 경유한 작동유체(L2)가 회수라인(370)을 따라 저장탱크(360)에 수용되고 기존의 저장탱크(360)에 수용된 작동유체(L2)가 순환라인(320)으로 공급되어 제 2증발부(314)를 경유한다.
이와 같이 작동유체(L2)의 일부를 회수라인(370)을 따라 저장탱크(360)에 일시적으로 수용함으로써 터빈(330)으로 공급되는 작동유체(L2)의 온도 및 압력을 조절할 수 있다.
제 4실시예
다음으로, 도 6및 도 7을 참조하여 본 발명의 제 4실시예에 따른 폐열회수장치의 구성에 대해서 살펴본다.
6은 본 발명의 제 4실시예에 따른 폐열회수장치의 개략적인 구성에 대해서 나타낸 도면이고 도 7은 도 6의 폐열회수장치에서 작동유체(L2)가 제 1우회라인(350) 및 회수라인(370)을 경유하며 이동하는 상태를 나타낸 도면이다.
본 발명의 제 4실시예는 도시된 바와 같이 기본적인 구성은 상술한 제 1실시예와 유사한 구성이지만, 엔진(E)의 동작에 따라 발생되는 소기공기(A) 및 배기가스(G)의 열 뿐만 아니라 엔진(E)자체에서 발생되는 열을 흡수하여 작동유체(L2)로 전달하는 구성이다..
도 6을 살펴보면 열흡수유닛(100)은 엔진(E)자체의 열을 흡수하는 제 3열흡수부(130)를 더 포함하고, 열전달라인(200)은 제 3열흡수부(130)에 독립적으로 연결되어 열매체(L1)가 유동하는 제 3열전달라인(230)을 더 포함하며, 증발부(310)는 순환라인(320)상에서 열매체(L1)와 작동유체(L2)를 열교환시키는 제 4증발부(318)를 더 포함할 수 있다.
또한, 폐열회수유닛(300)은 순환라인(320)상에 연결되는 별도의 제 1우회라인(350), 저장탱크(360) 및 회수라인(370)이 더 구비된다.
보다 구체적으로는 순환라인(320)상에 배치되는 복수 개의 증발부(310)는 각각 제 1증발부(312) 내지 제 4증발부(318)를 포함할 수 있으며, 제 4증발부(318)는 제 3열흡수부(130)에 의해서 엔진(E)자체의 열을 흡수한 열매체(L1)를 제 3열전달라인(230)에 의해 전달받는다.
제 1증발부(312) 내지 제 4증발부(318)는 순환라인(320)상에 배치되어 작동유체(L2)가 연속적으로 순환할 수 있다. 여기서, 제 1증발부(312) 내지 제 4증발부(318)는 열매체(L1)를 통해서 흡수되는 온도에 따라 작동유체(L2)가 순차적으로 경유할 수 있도록 배치되며, 본 실시예에서는 작동유체(L2)의 이동경로에 따라 제 4증발부(318), 제 3증발부(316), 제 1증발부(312) 및 제 2증발부(314) 순으로 순환라인(320)상에 배치된다.
한편, 제 1우회라인(350)은 순환라인(320)상에서 분기되어 제 3증발부(316)를 경유한 작동유체(L2)가 선택적으로 제 1증발부(312)를 우회하도록 배치되며, 제 1우회라인(350)과 순환라인(320)이 연결된 지점에 제 1유량조절밸브(352)가 구비된다.
여기서, 상술한 바와 달리 제 1우회라인(350)의 위치는 구성의 차이에 따라 변화될 수 있으며 본 실시예에서 제 1우회라인(350)은 작동유체(L2)가 제 1증발부(312)를 우회하도록 배치된 상태로 하여 설명한다.
그리고 회수라인(370)은 순환라인(320)상에 분기되어 제 1증발부(312)와 제 2증발부(314) 사이에 배치되어 제 1증발부(312)를 경유한 작동유체(L2)의 일부를 선택적으로 저장탱크(360)에 공급할 수 있도록 구성된다. 그리고 순환라인(320)과 회수라인(370)이 연결된 지점에 제 2유량조절밸브(372)가 구비된다.
여기서도 마찬가지로 회수라인(370)의 위치는 변화될 수 있으며, 본 실시예에서 회수라인(370)은 작동유체(L2)의 유동경로상에서 제 1증발부(312)와 제 2증발부(314) 사이에 배치된 상태로 하여 설명한다.
이와 같이 구성된 폐열회수장치의 동작을 살펴보면, 순환라인(320)을 따라 유동하는 작동유체(L2)는 먼저 제 4증발부(318)를 경유하며 엔진(E) 자체에서 발생된 열을 흡수한 후 제 3증발부(316) 및 제 1증발부(312)를 연속적으로 경유하며 소기공기(A)에서 흡수한 열을 전달받는다.
그리고 작동유체(L2)는 제 2증발부(314)를 경유하여 배기가스(G)로부터 흡수한 열을 전달받은 후 터빈(330)으로 공급되어 터빈(330)을 구동시킨다. 터빈(330)을 구동시킨 작동유체(L2)는 다시 순환라인(320)을 따라 유동하여 응축기(340)에서 냉각된 후 다시 제 4증발부(318)로 전달된다.
이와 같이 작동유체(L2)가 엔진(E)의 동작에 따라 발생된 다양한 온도의 열을 각각 순차적으로 회수하여 터빈(330)을 동작시킴으로써, 발생된 폐열을 효과적으로 회수할 수 있다.
한편, 작동유체(L2)가 제 1우회라인(350) 및 회수라인(370)을 경유하며 순환하는 상태에 대해서 도 7을 참조하여 살펴본다. 여기서, 작동유체(L2)의 유동경로는 전달받는 열량 및 온도에 따라 유동적으로 조절될 수 있으며 본 실시예에서는 작동유체(L2)가 제 1우회라인(350) 및 회수라인(370)을 모두 경유하도록 하는 상태로 가정하여 설명한다.
순환라인(320)을 따라 유동하는 작동유체(L2)는 먼저 제 4증발부(318)를 경유하며 열을 흡수하고 연속적으로 제 3증발부(316)를 경유하며 열을 흡수한다. 그리고 제 3증발부(316)에서 열을 충분히 흡수한 작동유체(L2)는 제 1유량조절밸브(352)에 의해서 제 1우회라인(350)을 따라 제 1증발부(312)를 우회한다. 여기서, 제 1우회라인(350)을 따라 유동하는 작동유체(L2)는 일부가 될 수도 있고 전체가 될 수도 있다.
제 1우회라인(350)을 따라 이동한 작동유체(L2)는 다시 제 2유량조절밸브(372)에 의해서 회수라인(370)을 따라 저장탱크(360)에 수용되며, 기존에 저장탱크(360)에 수용되었던 작동유체(L2)는 다시 순환라인(320)으로 공급되어 제 2증발부(314)를 경유하며 열을 흡수하여 터빈(330)으로 공급된다.
그리고 터빈(330)을 경유한 작동유체(L2)는 다시 응축기(340)를 거치며 냉각된 후 제 4증발부(318)로 전달된다.
이와 같이 폐열회수장치가 구성됨으로써, 엔진(E)의 동작에 따라 발생하는 열을 효율적으로 회수할 수 있으며, 작동유체(L2)의 이동경로를 선택적으로 조절하여 터빈(330)을 이상적인 상태로 구동시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 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: 열흡수유닛 110: 제 1열흡수부
120: 제 2열흡수부 130: 제 3열흡수부
200: 열전달라인 210: 제 1열전달라인
220: 제 2열전달라인 230: 제 3열전달라인
300: 폐열회수유닛 310: 증발부
320: 순환라인 330: 터빈
340: 응축기 350: 제 1우회라인
360: 저장탱크 370: 회수라인
380: 제 2우회라인 G: 배기가스
A: 소기공기 L1: 열매체
L2: 순환유체

Claims (8)

  1. 엔진의 구동에 따라 발생하는 열을 회수하는 복수 개의 열흡수부를 구비한 열흡수유닛;
    상기 열흡수부 각각에 연결되어, 열매체가 독립적으로 유동하는 복수 개의 열전달라인; 및
    상기 열매체와 열교환한 작동유체가 유동하는 순환라인, 상기 열전달라인에 연결되고, 상기 순환라인 상에 순차적으로 배치되어 상기 열매체가 회수한 열을 흡수하는 복수 개의 증발부, 상기 순환라인상에 배치되어 상기 작동유체에 의해 구동하는 터빈 및 상기 순환라인상에 분기되어 유동하는 상기 작동유체가 선택적으로 적어도 어느 하나의 상기 증발부를 우회하도록 하는 제 1우회라인을 포함하는 폐열회수유닛; 을 포함하는 선박용 폐열회수장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 폐열회수유닛은,
    상기 터빈을 경유한 상기 작동유체를 냉각시키는 응축기를 포함하는 선박용 폐열회수장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 증발부는,
    상기 열전달라인에 각각 독립적으로 연결되는 선박용 폐열회수장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 열전달라인에서 유동하는 상기 열매체는 복수 개의 상기 증발부를 연속적으로 경유하는 선박용 폐열회수장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 폐열회수유닛은,
    상기 순환라인을 따라 유동하는 상기 작동유체의 일부를 저장하는 저장탱크 및 상기 순환라인상에 분기되어 상기 작동유체의 일부를 선택적으로 상기 저장탱크로 공급하는 회수라인을 더 포함하는 선박용 폐열회수장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 순환라인은,
    상기 작동유체의 이동경로상에서 분기되어 상기 작동유체가 상기 터빈을 경유하지 않도록 선택적으로 우회시키는 제 2우회라인을 더 포함하는 선박용 폐열회수장치.
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KR20120091864A (ko) * 2011-02-10 2012-08-20 삼성중공업 주식회사 엔진 폐열 회수장치를 이용한 브라운가스 생산시스템

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