KR101519542B1 - Energy saving apparatus for a ship using waste heat of organic cooling medium - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 선박의 에너지 절감 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작하는 중저온 폐열회수시스템의 콘덴서에서 버려지는 폐열을 이용함과 더불어 엔진을 복수로 마련하는 경우 소기(scavenge air)의 폐열원을 이용하여 폐열 회수를 극대화할 수 있는 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energy saving device for a ship, and more particularly, to an energy saving device for a ship, which uses waste heat discharged from a condenser of a low- and medium-temperature waste heat recovery system operating with an organic refrigerant having a boiling point lower than water, The present invention relates to an energy saving device for a ship using waste heat of an organic refrigerant capable of maximizing the recovery of waste heat by using a scavenge air waste heat source.
일반적으로 선박의 추진용 또는 발전용 엔진에서 연료를 연소하여 발생하는 열 에너지 중 대략 50% 정도는 각각 추진이나 발전에 사용되지만, 나머지는 거의 대부분 배기가스의 형태 또는 엔진 냉각수에 대한 열교환을 통한 냉각 등을 통해 외부로 배출되는 형태로 소비된다. 이와 같은 형태로 배출되는 열은 기관의 추진이나 발전 등에 유용한 형태로 전환되지 못하고 버려지는 열이라고 할 수 있으며, 따라서 이를 폐열이라고 일컫는다.Generally, about 50% of the thermal energy generated by combustion of fuel in a propulsion or power generation engine of a ship is used for propulsion or power generation, respectively, while the remainder is mostly used for cooling the exhaust gas or heat- And the like. The heat emitted in this form can be said to be a waste heat that can not be converted to a form useful for propulsion or power generation of an engine, and is therefore referred to as waste heat.
그러므로 외부로 배출되는 폐열 중 일부라도 회수하여 이를 유용한 에너지로 재활용할 수 있다면 그만큼 연료의 절약을 도모할 수 있으므로 선박에서 소모하는 전체 에너지를 절감하는 데 크게 기여할 수 있게 된다.Therefore, if some of the waste heat discharged to the outside is recovered and can be recycled as useful energy, it is possible to save the fuel, thereby contributing to saving the total energy consumed by the ship.
그 결과, 최근에는 외부로 배출되는 폐열 중 일부를 회수함으로써 에너지를 절감할 수 있는 고효율의 선박 또는 친환경 선박에 대한 필요성이 요구되고 있다. 이미 선박 분야에서는 수년 전부터 엔진으로부터 배출되는 고온의 배기가스를 직접 작동유체로 사용하는 가스터빈(또는 파워터빈이라고 함)과 고온의 배기가스의 열을 이용하여 생성된 증기의 일부를 작동유체로 사용하는 증기터빈 등을 추가적으로 설치하여 전력을 생산할 수 있도록 한 이른바 폐열회수장치(WHRS: Waste Heat Recovery System)를 적용하고 있다.As a result, there has recently been a demand for a highly efficient vessel or an eco-friendly vessel capable of reducing energy by recovering a part of waste heat discharged to the outside. Already in the marine sector, gas turbines (or power turbines), which use high-temperature exhaust gases discharged from the engine as direct working fluids for a few years, and some of the steam generated by the heat of high-temperature exhaust gases, (WHRS: Waste Heat Recovery System), which is capable of generating electricity by additionally installing steam turbines.
최근 들어 선박을 저속으로 운항하여 연료비의 절감을 요구하는 선주들이 많아지므로 인해 선박을 저속으로 운항할 경우, 엔진의 출력은 최대 출력의 30%~50% 정도만 사용하게 된다.In recent years, the number of ship owners who need to reduce the fuel cost by operating the ship at a low speed increases the output of the engine to about 30% ~ 50% of the maximum output when the ship is operated at low speed.
이렇게 낮은 부하로 엔진을 운전하면 배기가스의 온도가 낮기 때문에 고온의 열을 이용하는 기존의 폐열회수장치는 그 역할을 제대로 하지 못하게 된다. 즉, 종래 폐열회수장치의 가스터빈과 증기터빈은 그 특성상 섭씨 약 250도 정도 이상의 열원으로부터만 열을 회수하여 이를 통해 전기 에너지를 생산할 수 있었으나, 그 이하 온도의 열은 여전히 활용하지 못하고 버려질 수밖에 없는 문제를 안고 있다.Since the exhaust gas temperature is low when the engine is operated with such a low load, the conventional waste heat recovery apparatus using the high temperature heat will not perform its role properly. That is, the gas turbine and the steam turbine of the conventional waste heat recovering apparatus were able to recover heat only from the heat source of about 250 degrees Celsius or more and to produce electrical energy through the heat source. However, the heat of the lower temperature could not be utilized yet, There is no problem.
부연하자면 종래 선박의 폐열회수장치는 버려지는 열 에너지 중 비교적 고온의 열을 회수하여 전력을 생산함으로 인해 엔진이 높은 부하로 운전될 때 많은 양의 열을 회수하여 전력을 생산할 수 있다. 하지만, 엔진이 낮은 부하로 운전될 때에는 배기가스, 즉 폐열의 온도가 비교적 낮아 전력 생산의 효용성이 떨어지게 된다.In addition, the conventional waste heat recovery apparatus of the conventional ship recovers relatively high heat from the discarded heat energy to produce electric power, so that when the engine is operated at a high load, a large amount of heat can be recovered to produce electric power. However, when the engine is operated at a low load, the exhaust gas, that is, the temperature of the waste heat is relatively low, and the utility of the power generation is deteriorated.
따라서 섭씨 약 100도 내지 250도 정도의 중저온 폐열을 열원으로 하여 동작할 수 있는 장치가 요구되고, 이러한 장치는 본 출원인에 의해 출원되어 등록된 한국등록특허공보 제10-1328401호(2013.11.06)에 개시되어 있다.Accordingly, there is a demand for an apparatus capable of operating as a heat source of low-temperature and low-temperature waste heat of about 100 to 250 degrees Celsius. Such a device is disclosed in Korean Patent Application No. 10-1328401 filed by the present applicant ).
즉 중저온 폐열회수장치는 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작하는 터빈 사이클이며, 이를 통상 ORC(Organic Rankine Cycle) 장치라고 일컫는다. 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 사용하므로 물을 작동유체로 사용하는 증기터빈보다 낮은 온도를 열원으로 하여 동작할 수 있으며, 선박에서 발생하는 섭씨 250도 이하의 폐열을 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다.In other words, the low-temperature on-site heat recovery system is a turbine cycle that operates using an organic refrigerant having a boiling point lower than that of water as a working fluid, and is generally referred to as an ORC (Organic Rankine Cycle) apparatus. Because it uses organic refrigerant with lower boiling point than water, it can operate with lower temperature as heat source than steam turbine which uses water as working fluid and can produce electric energy using waste heat of less than 250 degrees Celsius .
전술한 실시 예는 선박에서 버려지는 폐열을 중저온 폐열회수장치의 증발기로 공급하여 이용하는 것에 한정되어 있고, 콘덴서에서의 응축 과정에서 그대로 버려지는 유기냉매의 열원에 대해서는 아무런 논의가 없다.The above-described embodiment is limited to supplying the waste heat from the ship to the evaporator of the medium-low-temperature waste heat recovery apparatus, and there is no discussion about the heat source of the organic refrigerant that is discarded as it is in the process of condensation in the condenser.
즉 중저온 폐열회수장치의 콘덴서로 공급되는 작동유체인 유기냉매는 콘덴서로 공급되는 약 36도의 청수(fresh water)에 의해 응축되는 데, 이 과정에서 유기냉매가 가지고 있는 열은 청수에 의해 모두 버려지므로 이를 활용할 수 있는 방안이 요구된다.In other words, the organic refrigerant supplied to the condenser of the middle and low-temperature waste heat recovery unit is condensed by fresh water of about 36 degrees supplied to the condenser. In this process, the heat of the organic refrigerant is all discarded by the fresh water There is a need for a way to utilize this.
한편 선박의 추진을 위해 메인 엔진을 복수로 마련하는 경우 각각의 메인 엔진으로 공급되는 소기(scavenge air)의 양이 증대되고, 이에 따라 소기의 폐열원(waste heat)도 증대되므로 이를 효율적으로 활용할 수 있는 방안도 요구된다.On the other hand, when a plurality of main engines are provided for the propulsion of the ship, the amount of scavenge air supplied to each main engine is increased, and the waste heat of the scavenge air is increased accordingly. There is also a request.
전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.The above-described technical structure is a background technique for assisting the understanding of the present invention, and does not mean the prior art widely known in the technical field to which the present invention belongs.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작하는 중저온 폐열회수시스템의 콘덴서에서 버려지는 폐열을 이용함과 더불어 엔진을 복수로 마련하는 경우 소기(scavenge air)의 폐열원을 이용하여 폐열 회수를 극대화할 수 있는 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a low-temperature waste heat recovery system using waste heat discharged from a condenser of a low-temperature waste heat recovery system operating with an organic refrigerant having a boiling point lower than that of water, The present invention provides an energy saving device for a ship using waste heat of an organic refrigerant capable of maximizing the recovery of waste heat using a waste heat source of a ship.
본 발명의 일 측면에 따르면, 물 보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작하는 중저온 폐열회수시스템; 선박에 마련된 복수의 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 작동유체로 하여 전력을 생산하되 스팀 터빈의 구동을 위해 열교환기로 공급되는 급수가 상기 중저온 폐열회수시스템의 콘덴서에서 상기 유기냉매와 열교환 되는 폐열회수시스템; 상기 배기가스의 일부를 재순환시켜 상기 복수의 엔진으로 공급시키되 상기 열교환기의 선단에서 상기 배기가스와 상기 급수를 열교환 시키는 배기가스 재순환시스템; 및 소기(scavenge air)의 폐열원을 상기 열교환기의 선단에서 상기 급수와 열교환 시키는 엔진 소기 냉각유닛을 포함하는 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a low-temperature, waste heat recovery system that operates using an organic refrigerant having a boiling point lower than that of water as a working fluid; A waste heat recovery system in which water supplied from a plurality of engines provided in a ship to a heat exchanger for driving the steam turbine is used for heat exchange with a condenser of the medium and low-temperature waste heat recovery system using the exhaust gas discharged from a plurality of engines as a working fluid, ; An exhaust gas recirculation system for recirculating a part of the exhaust gas to supply the exhaust gas to the plurality of engines while exchanging heat between the exhaust gas and the feed water at a front end of the heat exchanger; And an engine scavenging unit for heat-exchanging waste heat sources of scavenge air from the front end of the heat exchanger with the water supply, can be provided.
상기 엔진 소기 냉각유닛은 상기 배기가스 재순환시스템에서 열교환 되어 배출되는 급수를 더 가열시킬 수 있다.The engine scavenge cooling unit may further heat the water feed exchanged and discharged in the exhaust gas recirculation system.
상기 엔진 소기 냉각유닛은 상기 배기가스 재순환시스템으로 유입되는 급수를 상기 배기가스 재순환시스템에 앞서 가열시킬 수 있다.The engine scavenge cooling unit may heat the incoming water to the exhaust gas recirculation system prior to the exhaust gas recirculation system.
상기 배기가스 재순환시스템은, 상기 복수의 엔진에서 배출되는 배기가스에 함유된 불순물을 제거하는 스크러버; 상기 스크러버에서 공급되는 배기가스를 냉각시키는 쿨러; 및 상기 쿨러에서 냉각된 배기가스가, 과급기에서 공급되어 상기 엔진으로 유입되는 소기와 혼합되어 상기 복수의 엔진으로 공급되도록 불어주는 블로워(blower)를 포함할 수 있다.The exhaust gas recirculation system includes: a scrubber for removing impurities contained in exhaust gas discharged from the plurality of engines; A cooler for cooling the exhaust gas supplied from the scrubber; And a blower blowing the exhaust gas cooled in the cooler to mix with exhaust gas supplied from the supercharger to the engine and to be supplied to the plurality of engines.
상기 쿨러는, 상기 스크러버에서 배출되는 상기 배기가스와 상기 폐열회수시스템에서 순환되는 급수를 상호 열교환시켜 상기 배기가스를 1차적으로 냉각시키는 제1 쿨러; 및 상기 제1 쿨러에서 배출되는 상기 배기가스와, 상기 급수와는 별도의 액체를 상호 열교환시켜 상기 배기가스를 2차적으로 냉각시키는 제2 쿨러를 포함할 수 있다.Wherein the cooler includes a first cooler for primarily cooling the exhaust gas by exchanging heat between the exhaust gas discharged from the scrubber and water circulated in the waste heat recovery system; And a second cooler for cooling the exhaust gas by exchanging heat between the exhaust gas discharged from the first cooler and a liquid separate from the feed water.
상기 중저온 폐열회수시스템과 상기 폐열회수시스템을 연결하여 서로 열교환시키는 급수 열교환부를 더 포함하고, 상기 급수 열교환부는, 상기 열교환기의 선단 라인에서 분기되어 상기 콘덴서를 통과한 후 상기 선단 라인으로 복귀되는 분기라인; 및 상기 분기라인과 상기 선단 라인의 교차 영역에 마련되어 상기 급수를 상기 콘덴서 또는 상기 콘덴서를 바이패스하여 상기 열교환기로 공급시키는 방향제어밸브를 포함할 수 있다.Further comprising a water supply heat exchanging unit for connecting the low-temperature on-site heat recovery system and the waste heat recovery system to heat exchange with each other, wherein the water supply heat exchange unit is branched from a front end line of the heat exchanger, Branch line; And a direction control valve provided at an intersection of the branch line and the end line to supply the water to the heat exchanger by bypassing the condenser or the condenser.
상기 엔진의 냉각을 위한 냉각수가 흐르는 메인유로를 구비하며, 상기 중저온 폐열회수시스템의 증발기로 상기 냉각수의 폐열을 공급하는 냉각수 순환시스템을 더 포함할 수 있다.And a cooling water circulation system having a main flow passage through which cooling water for cooling the engine flows and supplying a waste heat of the cooling water to the evaporator of the low-temperature on-site waste heat recovery system.
상기 냉각수 순환시스템은 상기 메인유로를 흐르는 냉각수와 상기 배기가스 재순환시스템으로 유입되는 급수를 열교환시키는 냉각수 열교환기를 더 포함할 수 있다.The cooling water circulation system may further include a cooling water heat exchanger for exchanging heat between cooling water flowing through the main flow path and feed water flowing into the exhaust gas recirculation system.
상기 엔진은 메인 엔진이고, 상기 선박은 컨테이너선을 포함할 수 있다.The engine may be a main engine, and the vessel may include a container line.
본 발명의 실시예들은, 폐열회수시스템의 스팀 터빈 구동을 위해 열교환기로 공급되는 급수를 중저온 폐열회수시스템의 콘덴서에서 유기냉매와 열교환 시켜 폐열회수를 극대화할 수 있고, 에너지를 절감할 수 있다.Embodiments of the present invention can maximize the recovery of waste heat and reduce the energy by exchanging the water supplied to the heat exchanger for driving the steam turbine of the waste heat recovery system with the organic refrigerant in the condenser of the medium and low-temperature waste heat recovery system.
또한 복수의 엔진이 마련된 경우 각각의 엔진에서 발생 되는 소기(scavenge air)의 폐열을 폐열회수시스템에 사용할 수 있어 폐열회수를 극대화할 수 있다.Also, when a plurality of engines are provided, the scavenge air waste heat generated in each engine can be used in the waste heat recovery system, thereby maximizing the waste heat recovery.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic view illustrating an energy saving device for a ship using waste heat of organic refrigerant according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view schematically showing an energy saving device for a ship using waste heat of organic refrigerant according to a second embodiment of the present invention.
3 is a schematic view illustrating an energy saving device for a ship using waste heat of organic refrigerant according to a third embodiment of the present invention.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic view illustrating an energy saving device for a ship using waste heat of organic refrigerant according to a first embodiment of the present invention.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감장치(1)는, 물 보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작하는 중저온 폐열회수시스템(100)과, 선박의 엔진(E)으로부터 배출되는 배기가스를 작동유체로 하여 전력을 생산하는 폐열회수시스템(200)과, 폐열회수시스템(200)의 스팀 터빈(210) 구동을 위해 열교환기(280)로 공급되는 급수를 중저온 폐열회수시스템(100)의 콘덴서(140)에서 유기냉매와 열교환 시키는 급수 열교환부(300)와, 엔진(E)의 냉각을 위한 냉각수가 흐르는 메인유로(410)를 구비하며 중저온 폐열회수시스템(100)의 증발기(110)로 냉각수의 폐열을 공급하는 냉각수 순환시스템(400)과, 배기가스의 일부를 재순환시켜 복수의 엔진(E)으로 공급시키되 열교환기(280)의 선단에서 배기가스와 급수를 열교환 시키는 배기가스 재순환시스템(500)을 구비한다.As shown in this figure, an energy saving device (1) for a ship using waste heat of an organic refrigerant according to the present embodiment comprises a medium and low temperature waste heat recovery system (100) operated with an organic refrigerant having a boiling point lower than water as a working fluid A waste
중저온 폐열회수시스템(100)은, 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작되는 터빈 사이클이며, 통상 유기 랜킨사이클(ORC;Organic Rankine Cycle)이라고도 한다.The intermediate low-temperature waste
본 실시 에에서 중저온 폐열회수시스템(100)는 물보다 비등점이 낮은 유기냉매 예를 들어, R 134a를 사용할 수 있으므로 물을 작동유체로 하는 증기터빈보다 낮은 온도를 열원으로 하여 동작할 수 있어 선박에서 발생되는 100℃ 내외의 폐열을 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있다.In this embodiment, since the middle and low-temperature waste
또한 본 실시예에서는 통상 선박에서 사용되는 스팀보다 온도가 낮은 열원인 엔진 냉각수(Jacket Cooling Fresh Water)를 중저온 폐열회수시스템(100)의 작동유체인 유기냉매를 증발시키는 열원 및 열전달 물질로 사용하므로 그만큼의 연료를 절약할 수 있어 선박에서 소모되는 전체 에너지를 절감할 수 있는 이점이 있다.In this embodiment, the jacket cooling fresh water, which is a heat source having a temperature lower than that of steam used in a conventional ship, is used as a heat source and a heat transfer material for evaporating the organic refrigerant, which is an operating oil of the low / medium
이제 중저온 폐열회수시스템(100)를 상세히 설명하면, 중저온 폐열회수시스템(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(E)에서 전달되는 냉각수와의 열교환을 통해 유기냉매를 증발시키는 증발기(110)와, 증발기(110)에 의해 증발된 유기냉매를 매개로 회전되는 터빈(120)과, 터빈(120)의 회전에 따라 연동하여 전력을 생산하는 발전기(130)와, 터빈(120)에서 나온 유기냉매를 냉각하여 액화시키는 콘덴서(140, condenser)와, 콘덴서(140)에서 나온 응축된 유기냉매를 압축시켜 증발기(110)로 제공하는 펌프(150)와, 증발기(110)로부터 터빈(120)과 콘덴서(140) 및 펌프(150)에 이르기까지 유기냉매의 순환경로를 형성하는 관로(160)를 포함한다.1, the intermediate-low-temperature waste
본 실시 예에서 엔진(E)에서 공급되는 냉각수인 열원은 대략 80℃ 정도의 온도를 가지나, 자세히 후술하겠지만 덤핑 콘덴서 유닛(440)을 거치면서 대략 86℃ 정도로 온도가 상승 되고, 엔진 소기 냉각유닛(450)을 거치면서 대략 106℃ 정도로 온도가 상승된다. 이렇게 온도가 상승 된 냉각수인 열원은 증발기(110)와 열교환 된 후에는 대략 80℃ 정도로 떨어진다.In this embodiment, the heat source, which is the cooling water supplied from the engine E, has a temperature of about 80 DEG C, but the temperature rises to about 86 DEG C while passing through the
그리고 중저온 폐열회수시스템(100)는 다른 터빈 시스템과 마찬가지로 증발기(110)에서 가열된 고온부의 온도와 콘덴서(140)에서 냉각된 저온부의 온도 차이가 클수록 높은 효율을 얻을 수 있는 특징이 있다. 즉 증발기(110)로 유입되어 증발기(110)에 열을 전달하는 고온부의 온도가 높을수록, 콘덴서(140)로 유입되어 유기냉매를 응축시키는 저온부의 온도가 낮을수록 효율이 높아진다.The low-temperature on-the-fly
폐열회수시스템(200)은, 엔진(E)으로부터 배출되는 고온의 배기가스를 직접 작동유체로 사용하거나 고온의 배기가스의 열을 이용하여 생성된 증기의 일부를 작동유체로 사용하여 전력을 생산하는 역할을 한다.The waste
본 실시 예에서 폐열회수시스템(200)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 엔진(E)에서 배출되는 배기가스에 의해 직접 구동되어 발전기(130)를 회전시키는 구동력을 제공하는 가스 터빈(220)과, 가스 터빈(220)과 연동 되며 후술하는 열교환기(280)에서 제공되는 스팀에 의해 발전기(130)를 회전시키는 구동력을 제공하는 스팀 터빈(210)과, 스팀 터빈(210)에서 배출되는 스팀을 응축시키는 응축기(230)와, 응축기(230)에서 응축된 급수를 펌핑하는 급수 펌프(240)와, 급수 펌프(240)에서 펌핑되어 배출되는 급수 배출라인에 마련되어 급수가 후술하는 진공탈기부(260)로 이송되거나 응축기(230)로 순환되도록 응축수 배출라인을 개폐시키는 제어밸브(250)와, 응축기(230)에서 응축된 응축수가 저장되는 진공탈기부(260)를 포함한다. 미설명 도면부호 T는 급수탱크이고, 진공탈기부(260)는 진공으로 공급되는 급수에서 용존 산소를 제거하는 진공탈기탱크일 수 있다.1, the waste
또한 본 실시 예에서 폐열회수시스템(200)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 진공탈기부(260)에 저장된 급수를 후술하는 급수 열교환부(300) 방향으로 펌핑시키는 열교환기 급수펌프(270)와, 열교환기 급수펌프(270)에서 열교환 된 급수와 엔진(E)에서 배출되는 배기가스를 열교환시켜 스팀 터빈(210)의 구동을 위한 증기를 생성하는 열교환기(280)와, 열교환기(280)에서 생성된 증기에서 증기와 물을 분리시키는 스팀 분리기(290)를 더 포함한다.1, the waste
그리고 본 실시 예에서 열교환기(280)는 열교환 효율의 향상을 위해 다단으로 마련될 수 있고, 본 실시 예는 엔진(E)이 복수로 마련되므로 열교환기(280)는 엔진(E)의 개수에 대응되는 개수로 마련될 수 있다.In this embodiment, the
또한 본 실시 예에서 열교환기(280)는 복수로 마련되므로 열교환기 급수펌프(270)의 후단 라인은, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 라인으로 분기 되어 각각의 열교환기(280)에 연결된다. 각각의 열교환기(280)에서 열교환 된 급수는 합류된 하나의 라인을 통해 스팀 분리기(290)로 공급되고, 스팀 분리기(290)에서 분리된 스팀은 다시 각각의 열교환기(280)로 공급된다. 각각의 열교환기(280)로 공급된 스팀은 과급기(TC)를 통과한 배기가스와 열교환 된 후 스팀 터빈(210)으로 공급된다.In the present embodiment, a plurality of
급수 열교환부(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 열교환기 급수펌프(270)와 열교환기(280) 사이의 라인에 마련되어 스팀 터빈(210) 구동을 위해 열교환기(280)로 공급되는 급수를 중저온 폐열회수시스템(100)의 콘덴서(140)에서 유기냉매와 열교환 시키는 역할을 한다.1, the water supply
종래의 방법 즉, 콘덴서에서 유기냉매를 응축시키기 위해 냉각수인 청수(fresh water)를 공급하는 방법은 유기냉매의 열원을 그대로 버릴 수밖에 없었다. 참고로 콘덴서를 응축시키기 위해 공급되는 청수의 온도는 약 36도이다.In the conventional method, that is, in the method of supplying fresh water which is cooling water for condensing the organic refrigerant in the condenser, the heat source of the organic refrigerant has to be thrown away. For reference, the temperature of the fresh water supplied to condense the condenser is about 36 degrees.
하지만, 본 실시 예에서는 스팀 터빈(210)의 구동을 위해 열교환기(280)로 공급되는 급수(약 27~30도로서 콘덴서(140)의 냉각수로 공급되는 약 36도의 청수의 온도보다 낮다)를 급수 열교환부(300)를 통해 중저온 폐열회수시스템(100)의 콘덴서(140)에서 유기냉매와 열교환 할 수 있도록 마련한다.However, in this embodiment, the
그 결과 중저온 폐열회수시스템(100)의 콘덴서(140)에서 버려지는 유기냉매의 폐열을 회수할 수 있으므로 폐열 회수를 극대화하여 에너지를 절감할 수 있다.As a result, since the waste heat of the organic refrigerant discharged from the
본 실시 예에서 급수 열교환부(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 열교환기(280)의 선단 라인에서 분기되어 중저온 폐열회수시스템(100)의 콘덴서(140)를 통과한 후 선단 라인으로 복귀되는 분기라인(310)과, 분기라인(310)과 선단 라인의 교차 영역에 마련되어 급수를 콘덴서(140) 또는 콘덴서(140)를 바이패스하여 열교환기(280)로 공급시키는 방향제어밸브(320)를 포함한다.1, the water supply
급수 열교환부(300)의 방향제어밸브(320)는, 열교환기 급수펌프(270)와 열교환기(280)를 연결하는 라인에, 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍이 이격 마련될 수 있다. 한 쌍의 방향제어밸브(320) 중 열교환기 급수펌프(270)에 가장 가깝게 배치된 방향제어밸브(320)는 열교환기 급수펌프(270)에서 공급되는 급수를 콘덴서(140) 또는 콘덴서(140)를 바이패스 하여 열교환기(280)로 공급하는 역할을 한다. 나머지 방향제어밸브(320)는 콘덴서(140)를 바이패스 하는 급수가 콘덴서(140)로 역류되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.The
본 실시 예에서 방향제어밸브(320)는 삼방밸브일 수 있고, 삼방밸브는 전기적 신호에 의해 작동되는 전자제어밸브일 수 있다. 또한, 열교환기(280)에 가장 가깝게 배치되는 방향제어밸브(320)는 체크밸브일 수도 있다.In this embodiment, the
한편, 본 실시 예는 급수 열교환부(300)에서 공급되는 급수의 냉각 능력 부족으로 유기냉매가 충분히 냉각되지 않을 경우 중저온 폐열회수시스템(100)의 효율 저하 또는 장비문제가 발생 될 수 있다.On the other hand, when the organic coolant is not sufficiently cooled due to insufficient cooling capacity of the water supplied from the water
본 실시 예는 이러한 문제점을 방지하기 위해 콘덴서(140)에 약 36도의 청수가 흐르는 별도의 라인을 마련하고, 별도의 라인을 통해 공급되는 청수와 유기냉매를 열교환 시켜 급수의 냉각 능력 부족을 보충하여 시스템의 안정성을 높일 수 있다.In order to prevent such a problem, in this embodiment, a separate line through which fresh water flows at about 36 degrees is provided in the
그리고 별도의 라인을 흐르는 청수와, 분기라인(310)을 흐르는 급수와, 유기냉매가 흐르는 라인은 서로 병합되지 않는 독립된 라인으로 마련될 수 있다.The fresh water flowing through the separate line, the water flowing through the
냉각수 순환시스템(400)은 냉각수인 열원을 순환시켜 엔진(E)을 냉각하는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(E)과 메인유로(410)로 연결되어 엔진(E)으로 공급되는 열원인 냉각수를 냉각시키는 재킷 쿨러(420, jacket cooler)와, 재킷 쿨러(420)와 엔진(E)을 연결하는 메인유로(410)에 마련되어 재킷 쿨러(420)에서 냉각된 열원인 냉각수를 엔진(E)으로 펌핑하는 냉각수 펌프(430)와, 냉각수 순환시스템(400)으로부터 제공되는 열원을 선박의 증기계통에서 전달되는 덤핑 스팀(dumping steam)과 열교환 시켜 중저온 폐열회수시스템(100)으로 전달되는 냉각수의 온도를 상승시키며 열교환 된 덤핑 스팀을 응축시키는 덤핑 콘덴서 유닛(440, dumping condenser unit)과, 덤핑 콘덴서 유닛(440)에서 열교환 되어 온도가 상승 된 냉각수를 엔진(E)의 과급기(TC)에서 공급되는 소기 공기와 열교환 시켜 중저온 폐열회수시스템(100)으로 전달되는 냉각수의 온도를 더 상승시키며 열교환 된 소기 공기를 냉각시키는 엔진 소기 냉각유닛(450)을 포함한다.The cooling
냉각수 순환시스템(400)의 엔진(E)은, 2행정 디젤엔진과 같은 내열기관을 사용할 수 있고 선박을 구동하는 메인 엔진일 수 있다.The engine E of the cooling
냉각수 순환시스템(400)의 덤핑 콘덴서 유닛(440)은, 선박 내에서 사용되고 남은 스팀을 저온 냉각수로 냉각하여 물로 응축시키는 역할을 한다.The dumping
본 실시 예에서 덤핑 콘덴서 유닛(440)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각수와 덤핑 스팀을 상호 열교환시켜 냉각수의 온도를 상승시키는 제1 콘덴서 모듈(441)과, 제1 콘덴서 모듈(441)을 통해 열교환 된 덤핑 스팀을 냉각하여 응축시키는 제2 콘덴서 모듈(442)과, 제1 콘덴서 모듈(441)의 후방 라인에 마련되어 냉각수를 제1 콘덴서 모듈(441)로 흐르게 하거나 제1 콘덴서 모듈(441)을 통과한 청수를 메인유로(410) 방향으로 흐리지 못하도록 하는 제1 방향제어밸브(443)와, 제1 콘덴서 모듈(441)의 전방 라인에 마련되어 제1 콘덴서 모듈(441)을 통과한 냉각수를 엔진 소기 냉각유닛(450)으로 흐르게 하거나 제2 콘덴서 모듈(442)에서 덤핑 스팀을 냉각하기 위해 공급되는 청수가 제1 콘덴서 모듈(441)이나 엔진 소기 냉각유닛(450) 방향으로 흐르지 못하도록 하는 제2 방향제어밸브(444)를 포함한다.1, the dumping
본 실시 예에서 제1 방향제어밸브(443)와 제2 방향제어밸브(444)는 삼방밸브 일 수 있다.In this embodiment, the first
이하에서 덤핑 콘덴서 유닛(440)의 작동 상태를 중저온 폐열회수시스템(100)의 작동 또는 비 작동으로 분류하여 간략히 설명한다.Hereinafter, the operation state of the dumping
중저온 폐열회수시스템(100)이 작동되는 경우 메인유로(410)에서 공급되는 냉각수는 제1 방향제어밸브(443)와, 제1 콘덴서 모듈(441)과, 제2 방향제어밸브(444)와 엔진 소기 냉각유닛(450)을 거쳐 중저온 폐열회수시스템(100)의 증발기(110)로 공급된다.The cooling water supplied from the
이때 제1 방향제어밸브(443)는 제1 콘덴서 모듈(441)로만, 제2 방향제어밸브(444)는 엔진 소기 냉각유닛(450)으로만 냉각수를 흐르게 할 수 있다.At this time, the first
중저온 폐열회수시스템(100)이 작동되지 않는 경우 덤핑 콘덴서 유닛(440) 방향으로 냉각수가 흐르지 않으므로 제1 덤핑 콘덴서 모듈로 공급되는 스팀은 냉각수와 열교환 되지 않고 바로 제2 콘덴서 모듈(442)로 공급된다. 이 경우 덤핑 스팀의 응축은 제2 콘덴서 모듈(442)로 공급되는 청수에 의해 이루어질 수 있다.The cooling water does not flow in the direction of the dumping
또한, 제2 방향제어밸브(444)와 제1 방향제어밸브(443)에 의해 제1 콘덴서 모듈(441)로 공급되는 청수에 의해 제1 콘덴서 모듈(441)에서 덤핑 스팀의 1차 응축이 일어날 수도 있다. 즉, 제2 콘덴서 모듈(442)에 연결되며 청수가 흐르는 라인을 제2 방향제어밸브(444)에 연결하고, 제2 콘덴서 모듈(442)에 연결되며 청수가 배출되는 라인을 제1 방향제어밸브(443)에 연결하여 제2 콘덴서 모듈(442)로 유입되는 청수의 일부를 제2 방향제어밸브(444)를 통해 제1 콘덴서 모듈(441)로 공급하고, 제1 콘덴서 모듈(441)에서 배출되는 청수를 제1 방향제어밸브(443)를 통해 제2 콘덴서 모듈(442)과 연결된 라인을 통해 배출할 수 있다.The primary condensation of the dumping steam in the
엔진 소기 냉각유닛(450)은, 덤핑 콘덴서 유닛(440)에서 열교환 되어 온도가 상승 된 냉각수를 엔진(E)의 과급기(TC)에서 공급되는 소기 공기와 열교환 시켜 중저온 폐열회수시스템(100)으로 전달되는 냉각수의 온도를 더 상승시키며 열교환 된 소기 공기를 냉각시키는 역할을 한다.The engine scavenge cooling
즉 본 실시 예는 엔진 소기 냉각유닛(450)에 의해 중저온 폐열회수시스템(100)의 증발기(110)로 전달되는 열원의 온도를 추가적으로 더 상승시켜 증발기(110)로 전달되는 열원의 온도를 대략 106℃ 정도로 높일 수 있으므로 중저온 폐열회수시스템(100)의 효율을 향상시킬 수 있다.That is, in the present embodiment, the temperature of the heat source, which is transmitted to the
본 실시 예에서 엔진 소기 냉각유닛(450)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 덤핑 콘덴서 유닛(440)을 통해 온도가 상승 된 냉각수와 과급기(TC)에서 공급되는 소기 공기를 상호 열교환시켜 냉각수의 온도를 상승시키는 제1 스테이지모듈(451)과, 제1 스테이지모듈(451)을 통과한 소기 공기를 냉각시키는 제2 스테이지모듈(452)과, 제1 스테이지모듈(451)의 후방 라인과 전방 라인에 각각 마련되어 중저온 폐열회수시스템(100)이 작동되지 않는 경우 제1 스테이지모듈(451)로 청수를 공급하여 제1 스테이지모듈(451)의 드라이 런닝(dry runing)을 방지하는 제3 방향제어밸브(453)와 제4 방향제어밸브(454)를 포함한다.In the present embodiment, as shown in Fig. 1, the engine scavenge cooling
본 실시 예에서 제3 방향제어밸브(453)와 제4 방향제어밸브(454)는 삼방밸브 일 수 있다.In this embodiment, the third
이하에서 엔진 소기 냉각유닛(450)의 작동 상태를 중저온 폐열회수시스템(100)의 작동 또는 비 작동으로 분류하여 간략히 설명한다.Hereinafter, the operation state of the engine scavenge cooling
중저온 폐열회수시스템(100)이 작동되는 경우 제1 콘덴서 모듈(441)에서 공급되는 냉각수는 제3 방향제어밸브(453)와, 제1 스테이지모듈(451)과, 제4 방향제어밸브(454)를 거쳐 중저온 폐열회수시스템(100)의 증발기(110)로 공급된다.The cooling water supplied from the
이때 제3 방향제어밸브(453)는 제1 스테이지모듈(451)로만, 제4 방향제어밸브(454)는 증발기(110)로만 냉각수를 흐르게 할 수 있다.At this time, the third
중저온 폐열회수시스템(100)이 작동되지 않는 경우 제1 스테이지모듈(451)로 냉각수가 흐르지 않으므로 공급되는 고온의 소기(약 200℃)에 의해 제1 스테이지모듈(451)은 냉각수 없이 작동되는 드라이 런닝이 발생 될 수 있다.When the low-temperature on-the-fly
이렇게 되면 엔진 소기 냉각유닛(450)의 제1 스테이지모듈(451)에 정체된 냉각수의 온도는 과급기(TC)를 통해서 공급되는 고온 압축된 소기 공기에 의해 지속적으로 상승되어 비등점을 넘게 되고, 증기가 발생 되어 라인의 압력이 상승할 수 있다.The temperature of the stagnated cooling water in the
물론 압력 배출을 위한 안전밸브(미도시)가 설치되어 있어 일정 압력 이상으로는 압력이 상승 되지 않지만 비상시에 작동하도록 설계된 안전밸브가 수시로 작동된다면 바람직하지 않다.Of course, a safety valve (not shown) for discharging the pressure is provided so that the pressure is not raised above a certain pressure, but it is not desirable if a safety valve designed to operate in an emergency is operated from time to time.
또한 엔진 소기 냉각유닛(450)의 제1 스테이지모듈(451)에서 소기 공기의 냉각이 이루어지지 않으므로 소기 공기를 냉각시키는 제2 스테이지모듈(452)에 부담을 줄 수 있으며, 경우에 따라서는 소기 공기의 냉각이 원하는 만큼 이루어지지 않아 엔진 성능에 영향을 줄 수도 있다.In addition, since the pneumatic air is not cooled by the
본 실시 예는 제3 방향제어밸브(453)와 제4 방향제어밸브(454)에 의해 제1 스테이지모듈(451)로 공급되는 청수로 제1 스테이지모듈(451)의 드라이 런닝을 방지할 수 있다. 즉, 제2 스테이지모듈(452)에 연결되며 청수가 흐르는 라인을 제4 방향제어밸브(454)에 연결하고, 제2 스테이지모듈(452)에 연결되며 청수가 배출되는 라인을 제3 방향제어밸브(453)에 연결하여 제2 스테이지모듈(452)로 유입되는 청수의 일부를 제4 방향제어밸브(454)를 통해 제1 스테이지모듈(451)로 공급하고, 제1 스테이지모듈(451)에서 배출되는 청수를 제3 방향제어밸브(453)를 통해 제2 스테이지모듈(452)과 연결된 라인을 통해 배출할 수 있다.The present embodiment can prevent the dry running of the fresh water
한편, 본 실시 예에 따른 냉각수 순환시스템(400)은 엔진(E)에서 배출되는 냉각수가 덤핑 콘덴서 유닛(440)으로 공급되지 않고 즉, 중저온 폐열회수시스템(100)을 바이패스 하여 재킷 쿨러(420)로 공급되도록 하는 바이패스라인(460)에 마련되는 컨트롤 밸브(470)와, 재킷 쿨러(420) 후단의 메인라인에 마련되는 온도 센서(480)를 더 포함한다.The cooling
본 실시 예는 재킷 쿨러(420) 후단의 메인유로(410)에 온도 센서(480)를 구비하여 이 지점의 온도가 과도하게 상승하는 경우, 즉 중저온 폐열회수시스템(100)에서 엔진 소기 냉각유닛(450)을 통해 온도가 상승 된 냉각수의 열을 모두 흡수하지 못하는 경우 컨트롤 밸브(470)를 개방하여 바이패스라인(460)을 통해 냉각수가 흐르게 할 수 있다.In this embodiment, the
배기가스 재순환시스템(500)은, 본 실시 예에 따른 선박이 ECA(Emission Control Area)를 운행하는 경우 엔진(E)에서 배출되는 배기가스를 재순환시켜 재순환되는 배기가스가 과급기(TC)에서 공급되는 소기와 함께 엔진(E)으로 공급되도록 하여 NOx의 생성을 저감시키는 역할을 한다.The exhaust
구체적으로 대부분의 NOx는 엔진(E)의 연소실에서 고온으로 연소가 이루어지는 경우에 생성되며, 일반적으로 산소의 농도가 증가 될수록 연소 온도도 증가 된다. 즉 산소의 농도와 연소 온도는 비례 관계에 있으므로 연소실로 공급되는 산소의 농도를 줄일 수 있으면 결과적으로 NOx의 생성을 줄일 수 있다. 이는 2016년부터 적용되는 IMO Tier III(NOx 배출)에 대한 규제 즉, ECA를 운항하는 경우 요구되는 수준으로 NOx 배출을 저감해야 하는 규제의 대응 측면에서 유익한 이점이 있다.Specifically, most of the NOx is generated when the combustion is performed at a high temperature in the combustion chamber of the engine (E). In general, as the concentration of oxygen increases, the combustion temperature also increases. That is, since the concentration of oxygen is proportional to the combustion temperature, if the concentration of oxygen supplied to the combustion chamber can be reduced, the production of NOx can be reduced as a result. This has a beneficial effect in terms of the regulation on IMO Tier III (NOx emissions), which will be applied from 2016, ie, the response to regulations requiring reduction of NOx emissions to the level required when operating ECA.
본 실시 예에서 배기가스 재순환시스템(500)은 엔진(E)에서 연소 되어 산소가 거의 없는 배기가스 중 일부를 과급기(TC)에서 공급되는 소기와 혼합시켜 엔진(E)으로 공급함으로써 연소시 산소의 농도를 떨어뜨려 연소 온도의 하락으로 NOx의 생성을 저감시킨다.In the present embodiment, the exhaust
이제 배기가스 재순환시스템(500)에 대해 상세히 설명하면, 배기가스 재순환시스템(500)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(E)에서 배출되는 고온의 배기가스에 함유된 불순물을 제거하는 스크러버(510)와, 스크러버(510)에서 불순물이 제거된 고온의 배기가스를 냉각시키는 쿨러(520)와, 쿨러(520)에서 냉각된 배기가스가 과급기(TC)에서 공급되어 엔진(E)으로 유입되는 소기와 혼합되어 엔진(E)으로 공급될 수 있도록 냉각된 배기가스를 불어주는 블로워(530, blower)와, 과급기(TC)에서 배출되는 배기가스를 스크러버(510)로 안내하는 라인에 마련되어 이 라인을 개폐하는 제1 개폐밸브(540)와, 블로워(530)에서 배출되는 배기가스를 엔진(E)으로 안내하는 라인에 마련되어 이 라인을 개폐하는 제2 개폐밸브(550)를 포함한다.1, the exhaust
본 실시 예에서 배기가스 재순환시스템(500)은 후술하는 제1 개폐밸브(540)와 제2 개폐밸브(550)에 의해 ECA를 운행하는 경우에만 구동될 수 있고, ECA 이외의 지역에서는 구동되지 않을 수 있다.In the present embodiment, the exhaust
본 실시예는 저온의 냉각수로도 냉각할 수 있고, 쿨러(520)에서 버려지는 배기가스의 열과 폐열회수시스템(200)에서 순환되는 급수를 열교환 시켜 열교환기(280)로 공급되는 응축수의 온도를 높이기 위해 이단으로 쿨러(520)를 제작할 수 있다.In this embodiment, the cooling water can be cooled by cooling water at a low temperature. The heat of exhaust gas discharged from the cooler 520 and the water circulated in the waste
본 실시 예에서 쿨러(520)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 스크러버(510)에서 배출되는 배기가스와 폐열회수시스템(200)에서 순환되는 응축수를 상호 열교환 시켜 배기가스를 1차적으로 냉각시킴과 더불어 배출되는 응축수의 온도를 상승시키는 제1 쿨러(521)와, 제1 쿨러(521)에서 배출되는 배기가스와 응축수와는 청수를 상호 열교환시켜 배기가스를 2차적으로 냉각시키는 제2 쿨러(522)를 포함한다.1, the cooler 520 primarily exchanges heat between the exhaust gas discharged from the
본 실시 예는 전술한 이점 이외에 쿨러(520)로 공급되는 냉각수의 유량을 감소시킬 수 있으므로 유량 감소에 따라 소비 전력을 추가적으로 감소할 수 있는 이점이 있다.The present embodiment has the advantage that the flow rate of the cooling water supplied to the cooler 520 can be reduced in addition to the advantages described above, so that the power consumption can be further reduced as the flow rate decreases.
제1 개폐밸브(540)와 제2 개폐밸브(550)는, 본 실시 예에 따른 선박이 NOx를 포함하는 배기가스의 배출이 제한되는 ECA(Emission Control Area)를 운항하는 경우 NOx의 발생이 최소화되도록 배기가스를 배기가스 재순환시스템(500)으로 공급시키고, 선박이 ECA 이외의 지역을 운항하는 경우 배기가스를 폐열회수시스템(200)으로 공급시켜 선박에 사용되는 에너지를 절감할 수 있도록 하는 역할을 한다.The first on-off
즉 본 실시 예에 따른 선박이 ECA를 운항하는 경우 제1 개폐밸브(540)가 개방되어 과급기(TC)를 통해서 배출되는 배기가스의 전부 또는 일부는 스크러버(510)로 공급된다. 이후 쿨러(520), 블로워(530)를 거친 배기가스는 제2 개폐밸브(550)의 개방으로 과급기(TC)에서 공급되는 공기와 함께 엔진(E)으로 유입된다.That is, when the ship according to the present embodiment operates the ECA, all or a part of the exhaust gas discharged through the turbocharger TC is opened to the
본 실시 예에서 제1 개폐밸브(540)와 제2 개폐밸브(550)는 전기적 신호에 의해 제어되는 비례제어밸브일 수 있다.In this embodiment, the first on-off
그리고 본 실시 예는, 도 1에 도시된 바와 같이, 쿨러(520)와 열교환기(280) 사이에 전술한 엔진 소기 냉각유닛(450)을 더 마련할 수 있다.In this embodiment, as shown in FIG. 1, the above-described
이 경우 소기 공기는 약 200℃의 고온이므로 열교환기(280)에 앞서 엔진 소기 냉각유닛(450)에서 급수를 가열할 수 있으므로 열교환기(280)의 부하를 줄일 수 있다. 또한, 중저온 폐열회수시스템(100)의 작동 여부에 관계없이 추가적으로 급수를 미리 가열할 수 있는 이점이 있다.In this case, the air to be purged is high in temperature of about 200 DEG C, so that the water supply can be heated by the
이하에서 본 실시 예의 작동 상태도로서 폐열회수시스템의 급수가 중저온 폐열회수시스템(100)의 콘덴서(140)를 거쳐 공급되는 과정을, 도 1을 참고하여 간략히 설명한다.Hereinafter, an operation state diagram of this embodiment will be briefly described with reference to FIG. 1, wherein the water supply of the waste heat recovery system is supplied via the
중저온 폐열회수시스템(100)과 폐열회수시스템(200)이 작동 중인 경우 중저온 폐열회수시스템(100)의 콘덴서(140)로 유입되는 유기냉매는 콘덴서(140)에서 응축이 필요한 데, 본 실시 예는 유기냉매의 응축 열원으로 별도의 청수를 공급할 필요 없이, 도 1에 도시된 바와 같이, 급수 열교환부(300)를 통해 폐열회수시스템(200)에서 콘덴서(140)로 공급되는 급수로 유기냉매를 응축할 수 있다.The organic refrigerant flowing into the
즉, 종래에 콘덴서에서 그냥 버려지는 유기냉매의 열을 급수 열교환부(300)를 통해서 공급되는 급수의 가열 열원으로 이용할 수 있으므로 폐열회수를 극대화하여 에너지를 절감할 수 있다.That is, since the heat of the organic refrigerant, which is conventionally discharged from the condenser, can be used as the heat source for heating the water supplied through the water supply
그리고 급수 열교환부(300)에서 공급되는 급수의 냉각 능력 부족으로 유기냉매가 충분히 냉각되지 않을 경우 중저온 폐열회수시스템(100)의 효율 저하 또는 장비문제가 발생 될 수 있다.If the organic refrigerant is not sufficiently cooled due to the insufficient cooling capacity of the water supplied from the water feed
본 실시 예는 이러한 문제점을 방지하기 위해 콘덴서(140)에 약 36도의 청수가 흐르는 별도의 라인을 마련하고, 별도의 라인을 통해 공급되는 청수와 유기냉매를 열교환 시켜 급수의 냉각 능력 부족을 보충하여 시스템의 안정성을 높일 수 있다.In order to prevent such a problem, in this embodiment, a separate line through which fresh water flows at about 36 degrees is provided in the
한편, 중저온 폐열회수시스템(100)이 작동되지 않는 경우 콘덴서(140)에서 폐열을 얻을 수 없으므로 열교환기 급수펌프(270)에서 공급되는 급수는, 콘덴서(140)를 바이패스 하여 바로 열교환기(280)로 공급된다.On the other hand, when the low-temperature on-site
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 2 is a view schematically showing an energy saving device for a ship using waste heat of organic refrigerant according to a second embodiment of the present invention.
본 실시 예에 따른 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치(1a)는 냉각수 순환시스템(400')에서 냉각수 열교환기(490, condensate heater)를 더 구비하고, 냉각수 열교환기(490)를 통해 냉각수와 폐열회수시스템(200)의 급수를 열교환 시키는 점에서 전술한 제1 실시예와 차이점이 있다.The
냉각수 열교환기(490)의 경우 중저온 폐열회수시스템(100)의 측면에서는 폐열을 손실시키는 사항이나, 폐열회수시스템(200)에서 옵션 사항으로 적용할 수 있는 이점이 있다. 실제 효율적인 측면에서 폐열회수시스템(200)의 효율이 높은 편이므로 폐열회수시스템(200)에서 폐열 회수원을 높여주면 전체 시스템에서 폐열 회수의 효율을 높일 수 있다.In the case of the cooling
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.3 is a schematic view illustrating an energy saving device for a ship using waste heat of organic refrigerant according to a third embodiment of the present invention.
본 실시 예에 따른 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치(1b)는 쿨러(520)의 전단에 엔진 소기 냉각유닛(450)을 마련한 점에서 전술한 실시예 들과 차이점이 있다.The energy saving device 1b of the ship using the waste heat of the organic refrigerant according to the present embodiment is different from the above-described embodiments in that the
또한 도 3에는 냉각수 순환시스템(400)에 냉각수 열교환기(490)가 마련된 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않고 도 1에 도시된 것처럼 냉각수 열교환기(490)를 마련하지 않을 수도 있다.3, a cooling
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시 예는 폐열회수시스템의 스팀 터빈 구동을 위해 열교환기로 공급되는 급수를 중저온 폐열회수시스템의 콘덴서에서 유기냉매와 열교환 시켜 폐열회수를 극대화할 수 있고, 에너지를 절감할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the water supplied to the heat exchanger for driving the steam turbine of the waste heat recovery system can be heat-exchanged with the organic refrigerant in the condenser of the medium-low-temperature waste heat recovery system to maximize the recovery of waste heat, .
또한 복수의 엔진이 마련된 경우 각각의 엔진에서 발생 되는 소기(scavenge air)의 폐열을 폐열회수시스템에 사용할 수 있어 폐열회수를 극대화할 수 있다.Also, when a plurality of engines are provided, the scavenge air waste heat generated in each engine can be used in the waste heat recovery system, thereby maximizing the waste heat recovery.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.
1,1a,1b : 선박의 에너지 절감 장치 100 : 중저온 폐열회수시스템
110 : 증발기 120 : 터빈
130 : 발전기 140 : 콘덴서
150 : 펌프 160 : 관로
200 : 폐열회수시스템 210 : 가스 터빈
220 : 스팀 터빈 230 : 응축기
240 : 급수 펌프 250 : 제어밸브
260 : 진공탈기부 270 : 열교환기 급수펌프
280 : 열교환기 290 : 스팀 분리기
300 : 급수 열교환부 310 : 분기라인
320 : 방향제어밸브 400,400' : 냉각수 순환시스템
410 : 메인유로 420 : 재킷 쿨러
430 : 냉각수 펌프 440 : 덤핑 콘덴서 유닛
450 : 엔진 소기 냉각유닛 460 : 바이패스라인
470 : 컨트롤 밸브 480 : 온도 센서
490 : 냉각수 열교화기 500 : 배기가스 재순환시스템
510 : 스크러버 520 : 쿨러
530 : 블로워 540 : 제1 개폐밸브
550 : 제2 개폐밸브 E : 엔진
T : 급수탱크 TC : 과급기1,1a, 1b: Ship energy saving device 100: Low-temperature on-site heat recovery system
110: Evaporator 120: Turbine
130: generator 140: condenser
150: Pump 160: Pipeline
200: waste heat recovery system 210: gas turbine
220: steam turbine 230: condenser
240: Feed water pump 250: Control valve
260: vacuum degassing unit 270: heat exchanger feed pump
280: heat exchanger 290: steam separator
300: water heat exchanger 310: branch line
320:
410: Main flow path 420: Jacket cooler
430: cooling water pump 440: dumping condenser unit
450: engine scavenging unit 460: bypass line
470: Control valve 480: Temperature sensor
490: Cooling water heat exchanger 500: Exhaust gas recirculation system
510: scrubber 520: cooler
530: blower 540: first opening / closing valve
550: Second open / close valve E: Engine
T: Water tank TC: Supercharger
Claims (9)
선박에 마련된 복수의 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 작동유체로 하여 전력을 생산하되 스팀 터빈의 구동을 위해 열교환기로 공급되는 급수가 상기 중저온 폐열회수시스템의 콘덴서에서 상기 유기냉매와 열교환 되는 폐열회수시스템;
상기 배기가스의 일부를 재순환시켜 상기 복수의 엔진으로 공급시키되 상기 열교환기의 선단에서 상기 배기가스와 상기 급수를 열교환 시키는 배기가스 재순환시스템; 및
소기(scavenge air)의 폐열을 상기 열교환기의 선단에서 상기 급수와 열교환 시키는 엔진 소기 냉각유닛을 포함하는 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치.A medium and low temperature waste heat recovery system operating with an organic refrigerant having a lower boiling point than water as a working fluid;
A waste heat recovery system in which water supplied from a plurality of engines provided in a ship to a heat exchanger for driving the steam turbine is used for heat exchange with a condenser of the medium and low-temperature waste heat recovery system using the exhaust gas discharged from a plurality of engines as a working fluid, ;
An exhaust gas recirculation system for recirculating a part of the exhaust gas to supply the exhaust gas to the plurality of engines while exchanging heat between the exhaust gas and the feed water at a front end of the heat exchanger; And
And an engine scavenging unit for exchanging scavenge air waste heat with the feed water from the front end of the heat exchanger.
상기 엔진 소기 냉각유닛은 상기 배기가스 재순환시스템에서 열교환 되어 배출되는 급수를 더 가열시키는 것을 특징으로 하는 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치.The method according to claim 1,
Wherein the engine scavenging unit further heats the water to be heat-exchanged and discharged in the exhaust gas recirculation system.
상기 엔진 소기 냉각유닛은 상기 배기가스 재순환시스템으로 유입되는 급수를 상기 배기가스 재순환시스템에 앞서 가열시키는 것을 특징으로 하는 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치.The method according to claim 1,
Wherein the engine scavenging unit heats the feed water flowing into the exhaust gas recirculation system prior to the exhaust gas recirculation system.
상기 배기가스 재순환시스템은,
상기 복수의 엔진에서 배출되는 배기가스에 함유된 불순물을 제거하는 스크러버;
상기 스크러버에서 공급되는 배기가스를 냉각시키는 쿨러; 및
상기 쿨러에서 냉각된 배기가스가, 과급기에서 공급되어 상기 엔진으로 유입되는 소기와 혼합되어 상기 복수의 엔진으로 공급되도록 불어주는 블로워(blower)를 포함하는 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치.The method according to claim 1,
The exhaust gas recirculation system comprises:
A scrubber for removing impurities contained in the exhaust gas discharged from the plurality of engines;
A cooler for cooling the exhaust gas supplied from the scrubber; And
And a blower for blowing the exhaust gas cooled by the cooler to the plurality of engines by being mixed with the scavengers supplied from the supercharger and flowing into the engine.
상기 쿨러는,
상기 스크러버에서 배출되는 상기 배기가스와 상기 폐열회수시스템에서 순환되는 급수를 상호 열교환시켜 상기 배기가스를 1차적으로 냉각시키는 제1 쿨러; 및
상기 제1 쿨러에서 배출되는 상기 배기가스와, 상기 급수와는 별도의 액체를 상호 열교환시켜 상기 배기가스를 2차적으로 냉각시키는 제2 쿨러를 포함하는 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치.The method of claim 4,
The cooler includes:
A first cooler for primarily exchanging heat between the exhaust gas discharged from the scrubber and water circulated in the waste heat recovery system to exhaust the exhaust gas; And
And a second cooler for mutually exchanging heat between the exhaust gas discharged from the first cooler and a liquid separate from the supply water to thereby secondarily cool the exhaust gas.
상기 중저온 폐열회수시스템과 상기 폐열회수시스템을 연결하여 서로 열교환시키는 급수 열교환부를 더 포함하고,
상기 급수 열교환부는,
상기 열교환기의 선단 라인에서 분기되어 상기 콘덴서를 통과한 후 상기 선단 라인으로 복귀되는 분기라인; 및
상기 분기라인과 상기 선단 라인의 교차 영역에 마련되어 상기 급수를 상기 콘덴서 또는 상기 콘덴서를 바이패스하여 상기 열교환기로 공급시키는 방향제어밸브를 포함하는 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치.The method according to claim 1,
Further comprising a water supply heat exchanging unit for connecting the low-temperature on-site heat recovery system and the waste heat recovery system to heat exchange with each other,
The water supply heat-
A branch line branching from a front end line of the heat exchanger and returning to the front end line after passing through the condenser; And
And a directional control valve provided at an intersection of the branch line and the leading line to bypass the condenser or the condenser and supply the water to the heat exchanger.
상기 엔진의 냉각을 위한 냉각수가 흐르는 메인유로를 구비하며, 상기 중저온 폐열회수시스템의 증발기로 상기 냉각수의 폐열을 공급하는 냉각수 순환시스템을 더 포함하는 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치.The method according to claim 1,
Further comprising a main flow passage through which cooling water for cooling the engine flows, and a cooling water circulation system for supplying waste heat of the cooling water to an evaporator of the low-temperature on-site waste heat recovery system.
상기 냉각수 순환시스템은 상기 메인유로를 흐르는 냉각수와 상기 배기가스 재순환시스템으로 유입되는 급수를 열교환시키는 냉각수 열교환기를 더 포함하는 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치.The method of claim 7,
Wherein the cooling water circulation system further comprises a cooling water heat exchanger for exchanging heat between cooling water flowing through the main flow path and feed water flowing into the exhaust gas recirculation system.
상기 엔진은 메인 엔진이고,
상기 선박은 컨테이너선을 포함하는 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치.The method according to claim 1,
The engine is a main engine,
Wherein the vessel uses waste heat of an organic refrigerant including a container line.
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