KR101616424B1 - 자연냉각장치가 구비된 선박 - Google Patents

Abstract

자연 외기(外氣)을 이용하여 냉각시키는 자연냉각장치가 구비된 선박에 관한 것으로서, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 자연냉각장치가 구비된 선박은 내부에 수용공간이 형성되고 일면은 선체에 부착되며 반대면은 개방되어 외부로 노출된 하우징, 상기 하우징의 일단부에 연결되어 상기 수용공간 내부로 열매체유체를 주입하는 주입관, 상기 수용공간 내측에 수용되어 상기 열매체유체를 함유하는 판상의 다공성흡수체를 포함한다.

Description

자연냉각장치가 구비된 선박 {Ship having natural cooling apparatus}

본 발명은 자연냉각장치가 구비된 선박에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박에서 쉽게 얻을 수 있는 태양열, 자연 바람 등의 자연에너지를 이용하여 선체를 냉각할 수 있는 자연냉각장치가 구비된 선박에 관한 것이다.

선박은 온도가 높은 적도지역부터 온도가 낮은 극지역까지 다양한 지역을 이동하기 위하여 선박에는 각종 냉방장치와 난방장치가 필수적이다. 특히, 선박의 규모가 커지면서 냉방 또는 난방을 위한 면적이 커져 냉난방을 위한 에너지 소비가 급증하고 있다.

특히, 선박의 냉방장치는 엄청난 양의 에너지를 소비하고 있어, 냉방장치의 효율을 높이기 위한 기술이 다양하게 제시되고 있다. 그러나, 종래의 냉방장치는 대부분 전기 또는 엔진에 의한 동력을 사용하기 때문에 근본적으로 에너지의 양을 줄이는데 한계가 있었다. 이에, 전기나 직접적이 연료의 소비를 줄일 수 있고, 선박에서 얻을 수 있는 자연에너지로 냉각을 할 수 있는 냉각장치가 필요하게 되었다.

대한민국 공개특허 제10-2012-0019685호 2012.03.17

이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 선박에서 쉽게 얻을 수 있는 태양열, 자연 바람 등의 자연에너지를 이용하여 선체를 냉각할 수 있는 자연냉각장치가 구비된 선박을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 자연냉각장치가 구비된 선박은 내부에 수용공간이 형성되고 일면은 선체에 부착되며 반대면은 개방되어 외부로 노출된 하우징, 상기 하우징의 일단부에 연결되어 상기 수용공간 내부로 열매체유체를 주입하는 주입관, 상기 수용공간 내측에 수용되어 상기 열매체유체를 함유하는 판상의 다공성흡수체를 포함한다.

상기 다공성흡수체의 외측에 설치되는 망부재를 더 포함할 수 있다.

상기 다공성흡수체는 탄성 또는 연성을 갖는 재질로 형성되며, 상기 망부재는 상기 다공성흡수체를 압착하여 상기 다공성흡수체 중 적어도 일부가 상기 망부재를 통하여 외측으로 돌출될 수 있다.

상기 망부재는 적어도 일부가 중공형의 파이프 부재로 형성되며, 상기 파이프 부재는 일단부가 상기 주입관과 연결되고, 상기 다공성흡수체와 접하는 면에 복수의 분사홀이 형성될 수 있다.

상기 하우징의 타단부에 연결되어 상기 수용공간을 통과한 상기 열매체유체를 회수하는 회수관을 더 포함하여, 상기 열매체유체는 상기 회수관을 통하여 외부로 배출되거나, 상기 회수관을 통하여 상기 주입관으로 재순환될 수 있다.

상기 하우징은 수직방향으로 상기 선체에 부착되며, 상기 주입관은 상기 하우징의 상단부에 연결되고 상기 회수관은 상기 하우징의 하단부에 연결되어, 상기 열매체유체가 중력방향으로 이동할 수 있다.

상기 하우징은 상기 수용공간의 하부에 상기 다공성흡수체의 일단부가 잠기는 유체받이부를 더 포함하며, 상기 주입관은 상기 유체받이부에 연결되어 상기 열매체유체는 모세관현상에 의해 상부로 이동하는 자연냉각장치가 구비될 수 있다.

상기 하우징과 상기 선체 사이에 열전달을 촉진하는 열전달부재를 더 포함할 수 있다.

상기 열매체유체는 해수 또는 상기 해수를 담수화한 청수일 수 있다.

본 발명은 선박에서 쉽게 얻을 수 있는 태양열, 자연 바람 등의 자연 에너지를 이용하여 전기나 연료를 사용하지 않고 선체를 냉각할 수 있다. 따라서, 선박에서 냉각을 위해 사용되는 에너지를 획기적으로 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자연냉각장치가 구비된 선박의 사시도이다.
도 2는 도 1의 자연냉각장치를 A-A'으로 절단한 단면도이다.
도 3은 도 2의 자연냉각장치가 냉각되는 상태를 도시한 작동도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자연냉각장치가 구비된 선박의 자연냉각장치를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 자연냉각장치를 B-B'으로 절단한 단면도이다.
도 6은 도 4의 자연냉각장치의 변형 예에 따른 B-B'으로 절단한 단면도이다.

본 발명의 이점과 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법들은 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 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자연냉각장치가 설치된 선박의 사시도이고, 도 2는 도 1의 자연냉각장치를 A-A'으로 절단한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 자연냉각장치가 구비된 선박(1)은 선체(2)의 일면에 자연냉각장치(10)가 부착된다.

자연냉각장치(10)는 일면이 선체(2)에 부착되고, 반대면은 내부에 수용공간(21)이 형성되도록 개방되어 외부로 노출된 하우징(20), 하우징(20)의 일단부에 연결되어 수용공간(21) 내부로 열매체유체(40)를 주입하는 주입관(30), 및 수용공간(21)내측에 수용되어 열매체유체(40)를 함유하는 판상의 다공성흡수체(50)를 포함하여, 열매체유체(40)가 자연 외기에 의해 증발되면서 발생하는 증발열에 의해 선체(2)의 온도를 하강시킨다.

자연냉각장치(10)는 자연 증발열을 이용하여 선체(2)를 냉각시켜, 선체(20)의 냉방을 위해 사용되는 전기 또는 화석 에너지를 획기적으로 줄일 수 있도록 한다.

이하, 이러한 특징을 갖는 자연냉각장치(10)에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

하우징(20)은 내측으로 만입 된 수용공간(21)이 형성되어 있으며, 수용공간(21)에는 다공성흡수체(50)가 삽입된다. 하우징(20)은 일면이 선체(2)에 부착되며, 반대면은 개방되어 외부로 노출된다. 하우징(20)의 노출된 면에는 다공성흡수체(50)가 결합된다.

하우징(20)은 도 2에 도시된 바와 같이 다공성흡수체(50)와 망부재(60)가 수직방향을 이루도록 선체(2)에 부착될 수 있다. 하우징(20)이 수직방향으로 부착되면, 다공성흡수체(50)를 통과하는 열매체유체(40)가 중력으로 인하여 하방으로 이동할 수 있다. 다만, 하우징(20)의 부착 형태는 이에 한정될 것은 아니며, 선체(2)에 수평 방향으로 부착될 수도 있다. 다공성흡수체(50)가 모세관현상을 나타낼 수 있을 정도의 미세홀을 포함할 경우, 열매체유체(40)는 모세관 현상을 이용하여 이동할 수 있다.

하우징(20)이 설치되는 선체(2)의 일부와 평행을 이루는 방향에 한에서 다양하게 부착될 수 있으며, 다공성흡수체(50)를 내측에 수용하는 수용공간(21) 및 주입관(30)과 연결되는 일단부가 있는 형상인 한 제한 없이 다른 형상으로 얼마든지 변형될 수 있다.

주입관(30)은 열매체유체(40)를 하우징(20)의 수용공간(21)에 공급하는 관으로써, 하우징(20)의 상단부에 연결되어, 열매체유체(40)를 중력방향으로 이동시킨다. 따라서, 열매체유체(40)는 하우징(20)의 하단부에 연결되어 있는 유체받이부(70) 및 회수부(80)로 이동된다. 여기서, 열매체유체(40)는 열을 전달하는 유체를 말하며, 예를 들어, 해상에서 쉽게 구할 수 있는 해수 이거나 담수화 기계를 거친 청수일 수 있다.

열매체유체(40)가 회수부(80)에 의해 재순환 되는 과정에서, 열매체유체(40)중 일부는 자연 외기 또는 태양열에 의해 증발되면서 발생하는 증발열에 의해 다공성흡수체(50)의 온도를 하강시킬 수 있다.

한편, 다공성흡수체(50)는 모세관현상을 일으킬 정도로 미세홀을 포함할 수 있으며, 이 경우 주입관(30)은 하우징(20)의 하부에 연결될 수 있다. 예를 들어, 하우징(20)은 수용공간(21)의 하부에 다공성흡수체(50)의 일단부가 잠기는 유체받이부(70)를 포함할 수 있으며, 주입관(30)은 유체받이부(70)에 연결될 수 있다. 이 경우, 다공성흡수체(50)의 하부로 공급되는 열매체유체(40)는 모세관현상에 의해 상부로 이동하게 된다.

다공성흡수체(50)는 수용공간(21) 내측에 수용되어 주입관(30)으로부터 주입되는 열매체유체(40)의 일정량을 함유 할 수 있고, 천연 셀룰로오스 섬유, 합성 섬유와 등과 같은 우수한 탄성 또는 연성을 성질을 갖는 재질을 이용하여 판상의 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 다공성흡수체(50)는 외측에 설치되는 망부재(60)에 의해 하우징(20)의 내측에 고정된다.

망부재(60)는 일정한 크기의 망 눈이 다수개가 형성되도록 와이어 및 중공형의 파이프 부재들을 엮어서 조립 될 수 있다. 망부재(60)의 테두리는 망 눈을 형성하는 와이어 보다 직경이 큰 와이어를 사용하여 하우징(20)내측에 견고하게 착탈 될 수 있다.

유체받이부(70)는 열매체유체(40)를 임시적으로 저장하여 저장된 열매체유체(40)가 회수관(80)을 거쳐 원활하게 외부로 배출되거나 주입관(30)으로 재순환 될 수 있도록 한다. 이러한 유체받이부(70)는 하우징(20)의 개방된 면에 적당량의 열매체유체(40)를 저장할 수 있도록 일정한 높이의 턱이 형성되어 다공성흡수체(50)의 일단부가 잠길 수 있다.

회수부(80)는 제어부(미도시)에 의해 제어되어 열매체유체(40)를 외부로 배출하거나 주입관(30)과 연결되어 열매체유체(40)를 재순환할 수 있으며, 또는 열매체유체(40)중 일부는 외부로 버리고 나머지 일부는 재순환되도록 할 수 있다.

한편, 하우징(20)과 선체(2) 사이에는 열전달부재(90)가 개재될 수 있다. 열전달부재(90)는 열전도도가 높은 물질로 형성되어 선체(2)와 하우징(20) 사이의 열전달을 촉진시킬 수 있다. 열전달부재(90)는 하우징(20)의 전체면에 형성될 수 있으며, 복수 개의 다리 형태로 하우징(20)과 선체(2)를 연결할 수도 있다.

이와 같이 구성되는 자연냉각장치(10)는 선체(2)로부터 열전달을 촉진하고 열매체유체(40)에 의한 부식이나 손상을 최소화 할 수 있는 스테인레스 강(Stainless steel)으로 제작될 수 있다. 또한, 내부식력이 강한 몰리브더넴(mnlbednum) 등이 합금된 특수 강철로 제작될 수 있다.

이하, 도 3을 참조하여, 자연 외기에 의해 열매체유체의 증발을 통하여 선체가 냉각되는 과정에 관하여 좀 더 상세히 설명한다. 도 3은 도 2의 자연냉각장치가 냉각되는 상태를 도시한 작동도이다.

선체(2)는 사람이 거주하는 거주구 및 다양한 기계들이 동작하는 공간의 외벽으로서, 하우징(20)보다 고온인 선체(2)에 연결된 열전달부재(90)에 지속적으로 열을 전달한다.

열전달부재(90)로부터 하우징(20)에 전달된 열은 열매체유체(40)를 함유한 다공성흡수체(50)에 전달되고, 자연스레 다공성흡수체(50)의 온도는 상승된다.

이러한 다공성흡수체(50)는 망부재(60)에 형성된 망 눈을 통하여 유입되는 햇빛 및 바람 등의 자연 외기와 접촉을 하게 된다. 따라서, 열매체유체(40)는 태양열과 바람에 의해 증발이 일어나게 되며, 열매체유체(40)의 증발열에 의해 다공성흡수체(50) 및 하우징(20)의 온도가 낮아지게 된다.

자연냉각장치(10)는 선박(1)에 설치되어 항상 강한 바람과 햇빛에 노출된다. 강한 바람과 태양열은 열매체유체(40)가 원활하게 증발하는데 최적 조건을 형성한다. 따라서, 다공성흡수체(50)를 통과하는 열매체유체(40)는 매우 효과적으로 증발하여, 주변 온도를 냉각시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자연냉각장치가 구비된 선박의 자연냉각장치를 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 자연냉각장치를 B-B'으로 절단한 단면도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 자연냉각장치(10-1)는 다공성흡수체(50)외측에 부착된 망부재(60)가 다공성흡수체(50)에 압착하여, 다공성흡수체(50)중 일부가 망부재(50)의 망 눈의 외측으로 돌출되는 것을 제외하면 전술한 제1 실시예의 자연냉각장치(10)와 실질적으로 동일하다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 자연냉각장치(10-1)의 하우징(20) 내측에 수용되는 다공성흡수체(50)는 주입관(30)에서 주입되는 열매체유체(40)를 함유하고 있으며, 탄성 또는 연성을 갖는 재질로 형성되고, 외측에 망부재(60)가 압착된다.

이때, 망부재(60)의 중공형 형상의 파이프 부재(61)에 의해 압력이 가해지는 다공성흡수체(50의 일부는 하우징(20)의 내측으로 눌려지게 되며, 압력이 가해지지 않는 다공성흡수체(50)의 일부는 망 눈의 외측을 향하여 볼록한 형상으로 돌출된다.

다공성흡수체(50)는 망부재(60)의 외측으로 일부가 돌출되면서, 일종의 방열핀과 같은 역할을 한다. 즉, 다공성흡수체(50)가 망부재(60)의 외측으로 돌출되면서, 외기와 접하는 다공성흡수체(50)의 면적이 증가함에 따라 열매체유체(40)의 증발량을 증가시킬 수 있다. 특히, 선박(1)은 해상에 위치하고 운항을 하는 경우가 많다는 점에서 선체(2)에는 항상 강한 바람이 불게 된다. 강한 바람은 다공성흡수체(50)에서 열매체유체(40)의 증발량을 증가시킬 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 다공성흡수체(50)의 표면이 올록볼록해지면서 바람에 의한 증발량을 획기적으로 증가시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 자연냉각장치(10-1)은 냉각성능이 현저하게 증가할 수 있다.

도 6은 도 4의 자연냉각장치의 변형예에 따른 B-B'으로 절단한 단면도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 자연냉각장치(10-1)의 변형예는 다공성흡수체(50)에 압착되는 망부재(60)가 파이프로 형성되어 다공성흡수체(50)에 직접적으로 열매체유체(40)를 공급한다.

망부재(60)는 적어도 일부가 중공형 파이프 부재로 형성되며, 파이프 부재는 일단부가 주입관(30)과 연결되고, 다공성흡수체(50)와 접하는 면에 분사홀(62)이 형성된다.

망부재(60)는 분사홀(62)을 통하여 다공성흡수체(50)에 균일하게 열매체유체(40)를 공급한다. 따라서, 다공성흡수체(50)는 전체 면적에 열매체유체(40)가 충분히 공급될 수 있으며, 부분적으로 건조한 부분이 발생하여 냉각성능이 저하되는 것을 방지할 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 않고서도 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: 자연냉각장치가 구비된 선박 2: 선체
10, 10-1: 자연냉각장치 20: 하우징
21: 수용공간 30: 주입관
40: 열매체유 50: 다공성흡수체
60: 망부재 61: 파이프 부재
62: 분사홀 70: 유체받이부
80: 회수관 90: 열전달부재

Claims (9)

1. 내부에 수용공간이 형성되고 일면은 선체에 부착되며 반대면은 개방되어 외부로 노출된 하우징;
   상기 하우징의 일단부에 연결되어 상기 수용공간 내부로 열매체유체를 주입하는 주입관; 및
   상기 수용공간 내측에 수용되어 상기 열매체유체를 함유하는 다공성흡수체를 포함하되,
   상기 하우징의 타단부에 연결되어 상기 수용공간을 통과한 상기 열매체유체를 회수하는 회수관을 더 포함하여, 상기 열매체유체는 상기 회수관을 통하여 외부로 배출되거나, 상기 회수관을 통하여 상기 주입관으로 재순환되는 자연냉각장치가 구비된 선박.
2. 제 1항에 있어서, 상기 다공성흡수체의 외측에 설치되는 망부재를 더 포함하는 자연냉각장치가 구비된 선박.
3. 제 2항에 있어서, 상기 다공성흡수체는 탄성 또는 연성을 갖는 재질로 형성되며, 상기 망부재는 상기 다공성흡수체를 압착하여 상기 다공성흡수체 중 적어도 일부가 상기 망부재를 통하여 외측으로 돌출되는 자연냉각장치가 구비된 선박.
4. 제 2항에 있어서, 상기 망부재는 적어도 일부가 중공형의 파이프 부재로 형성되며, 상기 파이프 부재는 일단부가 상기 주입관과 연결되고, 상기 다공성흡수체와 접하는 면에 복수의 분사홀이 형성된 자연냉각장치가 구비된 선박.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 하우징은 수직방향으로 상기 선체에 부착되며, 상기 주입관은 상기 하우징의 상단부에 연결되고 상기 회수관은 상기 하우징의 하단부에 연결되어, 상기 열매체유체가 중력방향으로 이동하는 자연냉각장치가 구비된 선박.
7. 제 1항에 있어서, 상기 하우징은 상기 수용공간의 하부에 상기 다공성흡수체의 일단부가 잠기는 유체받이부를 더 포함하며, 상기 주입관은 상기 유체받이부에 연결되어 상기 열매체유체는 모세관현상에 의해 상부로 이동하는 자연냉각장치가 구비된 선박.
8. 제 1항에 있어서, 상기 하우징과 상기 선체 사이에 열전달을 촉진하는 열전달부재를 더 포함하는 자연냉각장치가 구비된 선박.
9. 제 1항에 있어서, 상기 열매체유체는 해수 또는 상기 해수를 담수화한 청수인 자연냉각장치가 구비된 선박.

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