KR101508626B1 - 선박의 폐열 회수 장치 - Google Patents

Abstract

선박의 폐열 회수 장치가 개시된다. 선박의 폐열 회수 장치는, 해수를 공급하는 제1 펌프와, 제1 펌프로부터 펌핑된 해수가 이동되는 제1 공급 라인 상에 설치되며 해수를 이용하여 선박에 설치된 설비를 냉각하는 냉각부와, 냉각부를 통과한 해수를 설정 온도로 유지하도록 가열 또는 냉각하는 온도 유지부와, 온도 유지부를 통해 설정 온도로 유지된 해수를 공급받아 예열 대상 설비에 상기 해수를 공급하는 해수 공급부를 포함한다.

Description

선박의 폐열 회수 장치{HEAT RECOVERY APPARATUS FOR SHIP}

본 발명의 일 실시예는 선박의 폐열을 회수하기 위한 선박의 폐열 회수 장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박의 엔진에서 발생하는 폐열은 조수기(fresh water generator) 등의 설비에 열원으로 사용된다. 그리고 배기 가스(exhaust gas)에서 발생되는 폐열은 이코노마이저(economizer) 등을 통해 회수되어 선박에서 히팅이 필요한 장비의 열원으로 사용된다.

그러나 선박 엔진의 순환 회로 쿨링 워터(Engine LT cooling water)에서 발생되는 폐열은 섭씨 50도 정도로 다른 장비로 열을 전달하기에는 온도가 낮아 쿨러(cooler)에서 해수에 의해 식혀져 바다로 버려지게 된다. 따라서, 선박에서 발생되는 폐열을 효과적으로 회수하기가 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 일 실시예는 선박의 폐열을 효과적으로 회수하는 것을 목적으로 하는 선박의 폐열 회수 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예는, 해수를 공급하는 제1 펌프와, 제1 펌프로부터 펌핑된 해수가 이동되는 제1 공급 라인 상에 설치되며 해수를 이용하여 선박에 설치된 설비를 냉각하는 냉각부와, 냉각부를 통과한 해수를 설정 온도로 유지하도록 가열 또는 냉각하는 온도 유지부와, 온도 유지부를 통해 설정 온도로 유지된 해수를 공급받아 예열 대상 설비에 상기 해수를 공급하는 해수 공급부를 포함한다.

온도 유지부는, 제1 공급 라인 상에 설치되며 냉각부를 통과한 해수를 선택적으로 공급받아 설정 온도로 가열하는 가열기와, 냉각부를 통과한 해수의 온도가 설정 온도 이상이면 설정 온도로 냉각하는 냉각기를 포함할 수 있다.

가열기와 제1 펌프는 해수 리턴라인으로 연결될 수 있다.

냉각부와 가열기의 사이에는 냉각부로부터 공급되는 해수의 양을 선택적으로 조절하여 공급하는 3방향 밸브가 설치될 수 있다.

3방향 밸브는, 냉각부를 통과한 상기 해수가 유입되는 입력부와, 냉각부를 통과한 해수를 상기 가열부로 공급하는 제1 토출부와, 냉각부를 통과한 해수를 해수 리턴 라인으로 공급하도록 연결되는 제2 토출부를 포함할 수 있다.

가열기를 통과하여 가열된 해수의 온도를 측정하여 설정 온도 미만이면 제1 토출부를 통해 토출되는 해수의 유량을 저감하도록 하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

해수 리턴 라인에는 제1 펌프로 유입되는 해수의 온도를 센싱하여, 설정 온도 미만이면 가열기를 통과한 해수의 일부를 제1 펌프로 공급하는 쓰리웨이 밸브가 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 엔진 구동에 따라 발생되는 폐열을 회수하여 사용하는 것이 가능하여, 선박 운항 효율의 향상이 가능하다.

도 1은 선박 엔진 냉각수의 폐열 회수 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 제1 공급 라인과 제2 공급 라인을 연결하는 개폐밸브의 폐쇄된 상태에서 해수의 이동을 개략적으로 도시한 도면이다.

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.

도 1은 선박 엔진 냉각수의 폐열 회수 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 엔진 냉각수의 폐열 회수 장치(100)는, 해수를 공급하는 제1 펌프(10)와, 제1 펌프(10)로부터 펌핑된 해수가 이동되는 제1 공급 라인(11) 상에 설치되며 선박의 설비 및 선박 엔진을 냉각을 위한 해수를 공급받는 냉각부(20)와, 냉각부(20)를 통과한 해수를 설정 온도로 유지하도록 가열 또는 냉각하는 온도 유지부(30)와, 예열 대상 설비(41)에 해수를 공급하는 제2 펌프(40)를 포함한다.

한편, 온도 유지부(30)는 가열기(31) 및 냉각기(33)를 포함할 수 있다.

그리고, 제1 펌프(10)와 냉각기(33)와 가열기(31)는 제1 공급 라인(11)으로 함께 연결된다. 냉각기(33)와 제2 펌프(40)와 예열 대상 설비(41)는 제2 공급 라인(43)으로 연결된다. 또한, 가열기(31)와 제1 펌프(10)는 해수 리턴라인(13)으로 연결된다.

이하에서 설명하는 선박은 4대의 엔진이 설치된 선박을 예시적으로 설명한다. 이러한 선박은 통상적인 운항에서는 2대의 엔진이 사용되고, 엔진의 과부하 상태에서는 3대의 엔진이 작동되며, 나머지 1대의 엔진은 예비 엔진으로 설정된다. 본 실시예에서는 4대의 엔진에 대응하여 엔진 및 선박 장비들을 냉각하기 위해 해수를 공급하는 4대의 제1 펌프(10)가 설치된다. 여기서, 제1 펌프(10)는 4대로 설치되는 것으로 반드시 한정되는 것은 아니며 선박 엔진의 설치된 개수에 대응하여 설치 개수를 달리할 수 있다. 이하에서, 제1 펌프(10)는 두 개가 한조를 이루도록 설치되어 해수를 냉각부(20)로 공급한다. 따라서 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각부(20)와 가열기(31)는 각각 두 개로 설치되며 2조의 제1 펌프(10)가 각각의 냉각부(20) 및 가열기(31) 방향으로 해수를 공급할 수 있다.

제1 펌프(10)는 선박의 설비 및 엔진의 냉각을 위한 냉각수로 사용되는 해수를 냉각부(20)로 펌핑하기 위해 설치된다.

냉각부(20)는 선박에 설치된 각종 설비를 냉각하기 위한 것으로서, 제1 펌프(10)를 통해 공급된 해수를 이용하여 선박의 설비 및 엔진을 냉각한다. 이러한 냉각부(20)는 제1 펌프(10)에 3개의 쿨러로 연결되는 것을 예시적으로 설명한다. 따라서, 본 실시예에서는 4개의 제1 펌프(10)에 6개의 쿨러가 설치되는 것이 가능하다. 그러나 본 실시예에서는 제1 펌프(10) 및 쿨러의 개수는 반드시 전술한 개수로 한정되는 것은 아니고, 냉각하고자 하는 선박 설비 및 엔진의 종류에 따라 적절한 개수로 변경되어 설치되는 것도 가능하다. 여기서, 쿨러는 제1 펌프(10)에 연결되어 선박의 설비를 냉각하는 유틸리티 쿨러(21)와 엔진을 냉각하는 2개의 MGE(main generator engine) 쿨러(23)로 설치될 수 있다. 냉각부(20)를 통과한 해수는 3방향 밸브(32)에 의해 선택적으로 공급된다.

3방향 밸브(32)는 해수가 유입되는 입력부(32a)와, 해수가 토출되는 제1 토출부(32b) 및 제2 토출부(32c)를 포함한다. 여기서 가열기(31)를 통과한 해수의 온도를 센싱할 수 있는 온도센서를 포함할 수 있다. 따라서 가열기(31)를 통과한 해수의 온도에 따라 해수의 토출되는 방향을 달리한다.

이러한 3방향 밸브(32)의 작동에 대하여 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.

이러한 제1 토출부(32b)는 가열기(31)로 연결된다. 그리고 제2 토출부(32c)는 가열기(31)에서 배출되어 제1 펌프(10)로 이동하는 해수 리턴라인(13)과 연결되도록 설치된다.

제1 토출부(32b)가 가열기(31)로 연결되는 것은, 예열 대상 설비(41)로 공급되는 해수의 온도를 필요한 온도로 유지하도록 가열하기 위한 것이다. 즉, 가열기(31)를 통과한 해수의 온도를 온도센서를 이용하여 측정하여 예열 대상 설비(41)의 가열에 필요한 온도 미만으로 확인되면, 냉각부(20)를 통과한 해수중 필요한 유량 만큼만 가열기(31)로 공급한다. 따라서, 가열기(31)는 해수를 예열 대상 설비(41)의 가열에 필요한 온도로 용이하게 가열한 후 예열 대상 설비(41)로 공급되도록 한다.

제2 토출부(32c)는 냉각부(20)를 통해 공급되는 해수가 가열기(31)를 통과하지 않고 해수 리턴라인(13)으로 공급하도록 설치된다. 이에 따라, 3방향 밸브(32)는 가열기(31)를 통과한 해수의 온도에 따라 가열기(31)로 공급되는 해수의 유량을 적절하게 조절할 수 있다.

또한 제2 토출부(32c)는 선박 엔진의 미작동 상태에서 해수가 가열기를 통과하지 않도록 개방되는 것도 가능하다. 그리고, 가열기(31)를 통과한 해수의 온도를 측정하여 예열 대상 설비(41)의 가열에 필요한 충분한 온도를 갖는 것으로 확인되면, 해수가 가열기(31)를 거치지 않고 예열 대상 설비(41)로 공급되도록 한다. 이와 같이, 가열기(31)를 이용하여 해수를 일정 온도 이상으로 가열하는 경우는 겨울철 등과 같이 대기의 온도가 낮아 해수의 온도가 설정 온도 보다 낮아 지는 경우에 가열기(31)를 이용하여 해수를 예열 대상 설비(41)에 공급 가능한 설정 온도로 가열하는 것이다.

가열기(31)는 3방향 밸브(32)로부터 선택적으로 해수를 공급받아 설정 온도로 가열 가능하도록 설치된다. 이러한 가열기(31)는 해수의 온도에 따라 선택적으로 작동될 수 있다. 가열기(31)를 이용하여 해수를 설정 온도에 도달하도록 가열하는 것은 후술하는 예열 대상 설비(41)에 해수를 설정 온도 이상인 상태로 공급하기 위한 것이다.

전술한 제1 펌프(10)와 냉각부(20)와 3방향 밸브(32) 및 가열기(31)는 해수가 이동하는 제1 공급 라인(11)으로 함께 연결된다. 그리고, 냉각기(33)와 예열 대상 설비(41)는 제1 공급 라인(11)을 통과한 해수가 이동하는 제2 공급 라인(43)으로 연결된다. 여기서 제1 공급 라인(11)과 제2 공급 라인(43)은 브릿지 라인(53)으로 연결된다. 브릿지 라인(53)에는 제1 공급 라인(11)과 제2 공급 라인(43)을 선택적으로 연결하는 개폐 밸브(50)가 설치된다.

개폐밸브(50)는 선박의 엔진의 작동 상태에서 개방되어 해수를 제2 공급 라인(43)으로 공급한다.

도 2는 도 1의 제1 공급 라인과 제2 공급 라인을 연결하는 개폐밸브의 폐쇄된 상태에서 해수의 이동을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 개폐밸브(50)는 엔진의 미작동시에는 폐쇄됨으로써, 해수 제2 공급 라인(43)으로 해수를 공급하지 않고 제1 공급 라인(11)과 해수 리턴 라인(13)에서만 해수가 순환되도록 한다. 이와 같이, 선박 엔진의 정지시에 개폐밸브(50)가 폐쇄되는 것은, 선박의 엔진이 정지되는 경우에도 선박 설비의 냉각 작용은 이루어지도록 하기 위한 것이다.

보다 구체적으로 설명하면, 선박 엔진이 작동하지 않는 경우에도 제1 펌프(10)는 계속적으로 작동된다. 따라서 선박의 엔진 정지상태에서 제1 펌프(10)로부터 펌핑된 해수가 설정 온도로 가열이 이루어지지 않고 선박 외부 해수의 온도를 유지한 상태로 예열 대상 설비(41)로 그대로 공급됨으로써, 원하는 히팅이 이루어지지 않는 것을 방지할 수 있다.

한편, 해수 리턴 라인(13) 상에는 가열기(31)를 통과하여 일정 온도 상승된 해수를 선택적으로 제1 펌프(10)로 공급하는 쓰리 웨이 밸브(62)가 설치된다.

쓰리 웨이 밸브(62)는, 제1 펌프(10)로 유입되는 해수의 온도를 측정하여, 일정 온도 미만의 온도로 확인되면 가열기(31)를 통과하여 온도 상승된 해수의 일부를 제1 펌프(10)로 유입되도록 작동된다. 즉, 쓰리 웨이 밸브(62)는 제1 펌프(10)로 유입되는 해수의 온도를 온도센서를 이용하여 측정하여 설정 온도 보다 낮은 것으로 확인되면 개방된다. 따라서, 가열기(31)를 통과하여 일정 온도 이상으로 상승된 해수는 제1 펌프(10)로 공급되는 해수와 섞이도록 하여 제1 펌프(10)로 유입되는 해수의 온도를 상승시킴으로써, 가열기(31)에서 해수를 설정 온도로 용이하게 가열할 수 있도록 한다.

제2 공급 라인(43) 상에는 해수를 일정 온도 이하로 냉각하는 냉각기(33)가 설치된다.

냉각기(33)는 제2 공급 라인(43)으로 공급되는 해수의 온도가 일정 온도 이상으로 확인되면, 해수를 일정 온도 이하로 냉각한다. 즉, 여름철 등에 해수의 온도가 과도하게 상승하는 경우에 냉각기(33)를 이용하여 설정 온도 이하로 냉각한다. 여기서 냉각기(33)가 작동하는 상태에서는 개폐 밸브(50)가 일정 시간 동안 폐쇄될 수 있다. 이는 냉각기(33)의 작동 과정에서 가열된 해수가 냉각기(33) 방향으로 유입되지 않도록 하여 냉각 작용을 보다 원활하게 진행하기 위한 것이다.

한편, 냉각기(33)와 예열 대상 설비(41)의 사이에는 제2 펌프(40)가 설치될 수 있다. 이러한 제2 펌프(40)는 정량 펌프로 설치되어. 제2 공급 라인(43)을 따라 이동되는 해수를 예열 대상 설비(41)로 항상 일정한 량으로 공급하도록 한다. 본 실시예에서 제2 펌프(40)는 2대로 설치되는 것을 예시적으로 설명한다. 그러나, 제2 펌프(40)는 2대로 반드시 한정되는 것은 아니고 제2 펌프의 용량을 변경하여 1대 또는 3대 이상으로 선택적으로 설치되는 것도 가능하다.

전술한 바와 같이, 예열 대상 설비(41)는 냉각기(33) 또는 가열기(31)를 통해 설정 온도를 유지한 상태의 해수를 공급받아 가열되는 것이 가능하다. 즉, 본 실시예는 선박 엔진에서 배출되는 섭씨 50도 이하의 낮은 온도의 해수를 예열 대상 설비(41)의 예열에 필요한 온도로 유지하는 것이 가능하여, 선박 외부로 버려지는 폐열을 최대한 활용하는 것이 가능한다.

이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다.

10...제1 펌프 11...제1 공급 라인
20...냉각부 30...온도 유지부
31...가열기 32...3방향 밸브
32a..입력부 32b..제1 토출부
32b..제2 토출부 33...냉각기
41...예열 대상 설비 43...제2 공급 라인
50...개폐밸브 53...브릿지 라인
62...쓰리 웨이 밸브

Claims (7)

1. 해수를 공급하는 제1 펌프;
   상기 제1 펌프로부터 펌핑된 해수가 이동되는 제1 공급 라인 상에 설치되며 상기 해수를 이용하여 선박에 설치된 설비를 냉각하는 냉각부;
   상기 제1 공급 라인 상에 설치되며 상기 냉각부를 통과한 상기 해수를 선택적으로 공급받아 설정 온도로 가열하며 상기 제1 펌프와 해수 리턴라인으로 연결되는 가열기와, 상기 냉각부를 통과한 상기 해수의 온도가 설정 온도 이상이면 설정 온도로 냉각하는 냉각기를 포함하여, 상기 냉각부를 통과한 상기 해수를 설정 온도로 유지하도록 가열 또는 냉각하는 온도 유지부; 및
   상기 온도 유지부를 통해 설정 온도로 유지된 상기 해수를 공급받아 예열 대상 설비에 상기 해수를 공급하는 해수 공급부;
   를 포함하고,
   상기 해수 리턴 라인에는 상기 제1 펌프로 유입되는 상기 해수의 온도를 센싱하여, 설정 온도 미만이면 상기 가열기를 통과한 상기 해수의 일부를 상기 제1 펌프로 공급하는 쓰리웨이 밸브가 설치되는 선박의 폐열 회수 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 냉각부와 상기 가열기의 사이에는 상기 냉각부로부터 공급되는 상기 해수의 양을 선택적으로 조절하여 공급하는 3방향 밸브가 설치되는 선박의 폐열 회수 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 3방향 밸브는,
   상기 냉각부를 통과한 상기 해수가 유입되는 입력부;
   상기 냉각부를 통과한 상기 해수를 상기 가열기로 공급하는 제1 토출부; 및
   상기 냉각부를 통과한 상기 해수를 상기 해수 리턴 라인으로 공급하도록 연결되는 제2 토출부;
   를 포함하는 선박의 폐열 회수 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 가열기를 통과하여 가열된 해수의 온도를 측정하여 설정 온도 미만이면 상기 제1 토출부를 통해 토출되는 상기 해수의 유량을 저감하도록 하는 온도 센서를 더 포함하는 선박의 폐열 회수 장치.
7. 삭제

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