KR101632184B1 - 극지용 선박의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 극지를 운행하는 선박에 적용되어 주기관 부의 냉각에 사용되는 해수의 유입 및 배출이 자연 대류를 통해 구현되도록 함으로써, 에너지의 효율적인 절감과 구조적 단순화를 통한 경제적 이익을 극대화할 수 있으며, 해수의 냉각효율을 증대할 수 있도록,
선박(2)에서 해수에 잠기는 부위에 마련되며 해수가 유입되는 입구(5)와 배출되는 출구(6)를 가지는 해수가 수용되는 챔버(7)와, 상기 챔버(7)에서 상기 입구(5)와 출구(6)의 사이 공간에 배치되며 선박의 열원을 냉각하도록 순환하는 순환 관(4)에서 냉매를 유입하는 유입구(8)와 상기 순환 관(4)으로 냉매를 토출하도록 된 토출구(9)를 가지며 상기 입구(5)에서 상기 출구(6)로 이동하는 해수와 냉매가 열교환하도록 하는 열교환기(10)를 포함하여 이루어지며; 상기 챔버(7)에서, 상기 출구(6)는 상기 입구(5)보다 수직 상 그 높이가 높은 위치에 배치되고; 상기 열교환기(10)에서, 상기 토출구(9)는 상기 유입구(8)보다 상기 입구(5)에 더 근접된 위치에 위치되도록 배치되는 극지용 선박의 냉각장치를 제공한다.

Description

극지용 선박의 냉각장치{A colling system for a ship}

본 발명은, 선박의 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 특히 극지를 운행하는 선박에 적용되어 주기관 및 보조기관 부의 냉각에 사용되는 해수의 유입 및 배출이 자연 대류를 통해 구현되도록 함으로써, 기존의 해수파이프 및 해수펌프에서의 유빙으로 인한 폐쇄(blockage)현상을 방지함과 아울러, 에너지의 효율적인 절감과 구조적 단순화를 통한 경제적 이익을 극대화할 수 있으며, 해수파이프 및 해수 펌프 없이 냉각시스템을 구성함으로써 극지해역에서의 얼음조각에 의한 문제를 해결할 수 있도록 된 극지용 선박의 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 선박용 씨 체스트(sea chest)는, 선박이 운행하는 항로상에서 해수를 유입 받아 선박의 운행시 필요한 운동에너지를 제공하도록 된 주기관 부 및 중앙 냉각장치에 냉각수를 공급하거나 선내에서 사용하도록 하는 장치의 하나이다.

이러한 씨 체스트는, 선박의 내부에 구비되며 해수가 유입되는 입구를 가지며 해수의 수용공간을 형성하는 챔버와, 상기 챔버에 수용된 해수를 냉각장치 및 해수 사용처로 공급하도록 상기 챔버와 연결된 해수 공급 관(해수 출구는 따로 있음), 상기 해수 공급 관을 통해 해수가 사용처로 펌프 된 후 상기 출구로 배출하도록 하는 펌프를 포함하여 이루어진다.

즉, 해수를 각종 사용처로 공급하기 위한 해수 유입을 구현하도록 되어 있다.

극지용 선박의 경우, 씨 체스트 내에 Baffle 이나 Weir 등의 방벽을 설치하고 별도의 해수저장탱크(Seabay)를 구비하여 유빙이 씨 체스트로 유입되어 해수파이프가 막히는 문제를 해결 할 수 있도록 권장한다.

한편, 한국특허공개번호 제10-1997-0039711호(명칭: 선박용 엔진의 냉각장치)에서는, 공보에 기재된 바와 같이, 선체의 해수가 잠겨지는 부분에 킬쿨러를 설치하여 열교환기와 해수펌프 및 킹스톤 밸브를 적용하지 않고도 엔진을 냉각하도록 된 것이 기재되어 있다.

그리고, 한국실용신안공개번호 제20-2012-0007971호(명칭: 씨 체스트를 구비한 선박)에서는, 공보에 기재된 바와 같이, 얼음과 해수를 분리할 수 있도록 된 씨 체스트가 기재되어 있다.

그러나, 상기와 종래의 씨 체스트 및 선박의 냉각장치들에서 제안된 냉각시스템은, 해수의 유입 및 공급과 선박의 주기관 부로의 순환을 위한 순환장치가 구비되어야만 하는 비 경제적인 문제점이 있었다.

또한, 극지용 선박의 씨 체스트는 방벽구조를 위해 흘수선 높이까지 높게 설계하며, 충분한 크기의 해수저장탱크를 구비해야 하므로 상당한 공간손실이 발생한다.

그리고, 극지를 운항하는 선박의 경우에는, 종래의 냉각장치에 적용되는 해수파이프 및 해수펌프에서의 유빙으로 인한 폐쇄(blockage)현상이 발생하는 문제점이 있어, 냉각이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있었다,

본 발명은, 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은, 특히 극지를 운행하는 선박에 적용되어 해수의 유입 및 배출이 자연 대류를 통해 구현되도록 함으로써, 유빙의 유입으로 인한 해수파이프의 막힘 및 해수 펌프의 고장을 방지하고, 에너지의 효율적인 절감과 구조적 단순화를 통한 경제적 이익을 극대화할 수 있으며, 해수의 냉각효율을 증대할 수 있도록 된 극지용 선박의 냉각장치를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 극지용 선박의 냉각장치는, 선박의 바닥면에 위치한 해수가 유입되는 입구와 배출되는 출구를 가지는 해수가 수용되는 챔버와, 상기 챔버에서 상기 입구와 출구의 사이 공간에 배치되며 선박의 열원을 냉각하도록 순환하는 순환 관에서 냉매를 유입하는 유입구와 상기 순환 관으로 냉매를 토출하도록 된 토출구를 가지며 상기 입구에서 상기 출구로 이동하는 해수와 냉매가 열교환하도록 하는 열교환기를 포함하여 이루어지며; 상기 챔버에서, 상기 출구는 상기 입구보다 수직 상 그 높이가 높은 위치에 배치되며; 상기 열교환기에서, 상기 토출구는, 상기 유입구보다 상기 입구에 더 근접된 위치에 위치되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기한 챔버는, 선박의 저 부에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 극지용 선박의 냉각장치는, 상기 챔버 내부에서 상기 열교환기를 통해 열교환되는 해수가 상기 입구에 비하여 상기 출구 측의 온도가 높아 해수가 자연 대류되어 출구 측으로 이동함에 따라, 상기 입구를 통해 지속적으로 해수가 유입되고, 상기 입구를 통해 유입되는 해수의 양만큼 상기 챔버의 내부에 수용된 해수가 상기 출구를 통해 외부로 배출됨으로써, 해수의 유입 및 배출이 자연 대류에 의해 자동으로 이루어져 별도의 에너지원의 소모 없이 상기 열교환기와 열교환하는 해수를 지속적으로 공급할 수 있다.

따라서, 해수를 펌프하는 펌프 및 에너지원이 필요 없어 에너지의 효율적인 절감과 구조적 단순화를 통한 경제적 이익을 극대화 할 수 있다.

또한 해수 파이프와 해수펌프 등 부식방지를 특별히 고려해야하는 부품이 없으므로 매우 경제적이며 기관실 공간확보에도 유리하다. 실제로 해수는 챔버 내에서만 이동하기 때문에 극지용 선박에서 문제가 되는 유빙에 의한 해수파이프의 막힘 현상을 방지할 수 있다.

특히 선박의 정지시에도 해수의 자연 대류에 의해 냉매의 지속적인 냉각이 이루어져 지는 효과를 가진다.

도 1은, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 극지용 선박의 냉각장치를 보인 개략 예시도.
도 2는, 본 실시 예에 의한 극지용 선박의 냉각장치에 적용되는 열교환기를 보인 개략 단면 예시도.
도 3은, 본 실시 예에 의한 극지용 선박 냉각장치의 사용상태를 보인 개략 예시도.
도 4는, 본 실시 예에 의한 극지용 선박의 냉각장치의 작용상태를 보인 개략 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 의한 극지용 선박의 냉각장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1 내지, 도 4는, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 극지용 선박의 냉각장치를 보인 도면으로, 본 실시 예에 의한 극지용 선박의 냉각장치(1)는, 선박(2)에서 해수가 잠기는 저 부에 마련되어 외부에서 해수를 유입 받아 선박(2)의 주기관 부(3) 및 보기 류 등과 같은 열원을 냉각하는 냉각사이클에서 순환 관(4)을 순환하는 냉매를 열교환을 통해 냉각하는 것에 적용된다.

즉, 상기 순환 관(4)을 순환하는 냉매를 해수와 접촉시켜 열 교환함으로써, 냉각하도록 되어 있다.

이러한, 본 실시 예에 의한 극지용 선박의 냉각장치(1)는, 해수의 온도가 낮은 극지(북극, 남극) 바다를 운행하는 선박(2)에 특히 적용되어 안정적인 냉각시스템을 구현하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 실시 예에 의한 극지용 선박의 냉각장치(1)는, 선박(2)에서 해수에 잠기는 부위에 마련되며 해수가 유입되는 입구(5)와 배출되는 출구(6)를 가지는 해수가 수용되는 챔버(7)를 가진다.

즉, 선박(2)의 저 부에 마련된 상기 챔버(7)에 의해, 해수를 상기 입구(5)를 통해 유입 받아 수용하며 상기 출구(6)를 통해 배출하도록 되어 있다.

상기에서, 상기 출구(6)는 상기 입구(5)보다 수직 상 그 높이가 높은 위치에 배치되는 것이 바람직하며, 이 경우, 해수가 하부에서 상측으로 이동하면서 유입 및 배출되는 해수 순환 사이클을 형성하게 된다.

그리고, 본 실시 예에 의한 극지용 선박의 냉각장치(1)는, 상기 챔버(7)에서 상기 입구(5)와 출구(6)의 사이 공간에 배치되며 선박(2)의 열원(주기관 부(3))을 냉각하도록 순환하는 순환 관(4)에서 냉매를 유입하는 유입구(8)와 상기 순환 관(4)으로 냉매를 토출하도록 된 토출구(9)를 가지며 상기 입구(5)에서 상기 출구(6)로 이동하는 해수와 냉매가 열교환하도록 하는 열교환기(10)를 가진다.

즉, 상기 해수의 이동 경로 상에 배치된 상기 열교환기(10)를 통해 해수와 상기 순환 관(4)을 순환하는 냉매를 접촉시켜 열 교환함으로써, 냉매를 지속적으로 냉각하도록 되어 있다.

이에 따라, 상기 냉매를 냉각할 때 별도의 에너지원의 소모 없이 안정적으로 냉각하여, 선박(2)의 열원을 지속적으로 냉각할 수 있도록 되어 있다.

상기에서, 상기 토출구(9)는, 상기 유입구(8)보다 상기 입구(5)에 더 근접된 위치에 위치되도록 배치되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 챔버(7)의 내부에 존재하는 해수의 온도가 가장 낮은 상기 입구(5) 측의 해수가 냉각이 최종적으로 이루어져 상기 유입구(8)에 위치된 냉매보다 낮은 온도를 가지는 토출구(9) 측에 위치된 냉매와 열교환이 이루어지며, 상기 유입구(8) 측에서는, 상기 입구(5)를 통해 유입된 해수가 냉매와의 열교환을 통해 온도가 상승 된 상태에서 냉매와의 열교환이 이루어지도록 되어 있다.

따라서, 상기 열교환기(10)가 위치된 공간상에서, 냉매와 해수의 온도차가 작은 상태로 열 교환이 이루어지도록 되어 있다.

이에 따라, 열교환 효율이 구조적으로 증대되어 냉매의 냉각 효율이 증대된다.

이와 더불어, 상기 입구(5) 측에 위치된 해수의 온도는 상기 출구(6) 측에 위치된 해수의 온도보다 항상 낮은 온도를 가짐에 따라, 해수가 상기 입구(5)에서 상기 출구(6) 측 방향으로 자연대류 하여 이동하도록 되어 있다.

따라서, 상기 입구(5)를 통해 지속적으로 해수가 유입되고, 상기 입구(5)를 통해 유입되는 해수의 양만큼 상기 챔버(7)의 내부에 수용된 해수가 상기 출구(6)를 통해 외부로 배출됨으로써, 해수의 유입 및 배출이 자연 대류에 의해 자동으로 이루어져 별도의 에너지원의 소모 없이 상기 열교환기(10)와 열교환하는 해수를 지속적으로 공급받게 된다.

즉, 상기 챔버(7)의 내부에 자연대류에 의한 해수의 순환사이클이 형성된다.

이에 따라, 해수를 펌프 하는 펌프 및 에너지원이 필요 없어 에너지의 효율적인 절감과 구조적 단순화를 통한 경제적 이익을 극대화할 수 있다.

특히, 극지에서의 선박 운항시에는 별도의 해수파이프 및 해수 펌프가 불필요하여 유빙으로 인한 폐쇄현상이 발생하지 않아 원활한 냉각작업을 구현할 수 있다.

상기에서, 상기 챔버(7)의 상부는 상기 입구(5)에서 상기 출구(6)로 갈수록 상향 기울기를 가지는 경사면으로 이루어지는 것이 바람직하며, 이 경우 해수의 자연 대류가 더욱 원활하게 이루어진다.

그리고, 본 실시 예에 의한 극지용 선박의 냉각장치에 적용되는 열교환기(10)는, 도 2에서 도시된 바와 같이, 냉매가 이동하는 상기 유입구(8)와 상기 토출구(9) 사이의 공간에 해수가 관통하여 이동하는 복수의 관통로(11)가 형성되는 것이 바람직하며, 이 경우, 해수와 냉매의 접촉 면적을 구조적으로 증대하여 냉각효율을 증대할 수 있다.

또한, 본 실시 예에 의한 극지용 선박의 냉각장치(1)는, 상기 챔버(7)에 수용된 해수를 외부로 펌프 하여 강제적으로 배출하도록 된 배출 펌프(12)가 구비되며, 상기 챔버(7)에 수용된 해수에서, 상기 입구(5)에 위치된 해수와 상기 출구(6)에 위치된 해수의 온도차이가 비교적 작아 자연대류가 형성되지 않을 경우에, 해수를 강제적으로 순환시켜 해수의 순환사이클을 구성하여 냉매를 지속적으로 냉각하도록 되어 있다.

이에 따라, 특히 열대해역을 운항하는 중에 냉각작업에 필요한 해수를 지속적으로 공급받아 안정적이 냉각작업이 이루어지도록 되어 있다.

그리고, 상기 챔버(7)에서, 상기 입구(5) 및 출구(6) 측에는 해수의 온도를 측정하도록 된 제1,2 온도감지센서(13)(14)가 각각 구비된다.

즉, 도 4에서 도시된 바와 같이, 상기 제1,2 온도감지센서(13)(14)에서 감지된 해수의 온도 데이터를 인가받는 제어부(15)를 통해 연산하여, 설정된 데이터를 기반으로 상기 배출 펌프(12)를 구동하거나, 사용자가 인식할 수 있는 위치에 배치된 표시수단(16)에 표시하여 사용자가 상기 배출 펌프(12)를 구동하여 해수의 순환사이클을 형성하여 냉매를 지속적으로 냉각하도록 있다.

상기에서, 상기 입구(5)와 상기 출구(6)에는 이물질이 상기 챔버(7)의 내부로 유입되지 않도록 하는 여과수단(17)이 구비되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 극지용 선박의 냉각장치(1)는, 도 3에서 도시된 바와 같이, 선박(2)이 운행 및 정지된 상태에서, 상기 입구(5)를 통해 해수를 유입 받아 상기 챔버(7)의 내부에 수용하게 되며, 상기 챔버(7)의 내부에서 상기 열교환기(10)를 통해 순환 관(4)을 순환하는 냉매와 열교환하여 냉매를 냉각하게 된다.

이때, 상기 챔버(7)의 내부에서 열교환되는 해수가 상기 입구(5)에 비하여 상기 출구(6) 측의 온도가 높아 해수가 자연대류 되어 출구(6) 측으로 이동된다.

이에 따라, 상기 입구(5)를 통해 지속적으로 해수가 유입되고, 상기 입구(5)를 통해 유입되는 해수의 양만큼 상기 챔버(7)의 내부에 수용된 해수가 상기 출구(6)를 통해 외부로 배출된다.

따라서, 해수의 유입 및 배출이 자연 대류에 의해 자동으로 이루어지는 해수 순환사이클을 구현하도록 되어 있으며, 별도의 에너지원의 소모 없이 상기 열교환기와 열 교환하는 해수를 지속적으로 공급할 수 있다.

즉, 해수를 펌프 하는 펌프 및 에너지원이 필요 없어 에너지의 효율적인 절감과 구조적 단순화를 통한 경제적 이익을 극대화할 수 있다.

상술한 바와 같이 , 본 실시 예에 의한 극지용 선박의 냉각장치는, 특히, 극지해역에서 운항하는 중에 얼음 조각(유빙,이물질)을 분리 및 제거하기 위한 별도의 특수 구조(극지해역에서 적용되는 해수저장탱크(sea bay)나 부식의 우려가 있는 해수파이프 및 해수펌프 등과 같은 재순환장치가 불필요하여 구조의 단순화를 통해 경제적으로 제공할 수 있으며, 공간사용효율을 최대화할 수 있고, 기존의 장치(keel cooler)에서는 구현하지 못하는 저속 및 정지상태에서도 자연대류에 의한 냉각작업을 구현할 수 있어 안정적인 기술적 구성을 가진다.

이상에서 설명된 본 발명의 일 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 냉각장치 2 : 선박
3 : 주기관 부 4 : 순환 관
5 : 입구 6 : 출구
7 : 챔버 8 : 유입구
9 : 토출구 10 : 열교환기
11 : 관통 로 12 : 배출 펌프(보조 배출 펌프)
13 : 제1 온도감지센서 14 : 제2온도감지센서
15 : 제어부 16 : 표시수단
17 : 여과수단

Claims (2)

1. 해수의 온도가 낮은 극지 바다를 운행하는 선박(2)의 저부에 구비되어 바닥면에 위치한 해수가 유입되는 입구(5)와 배출되는 출구(6)를 가지는 해수가 수용되는 챔버(7)와; 상기 챔버(7)에서 상기 입구(5)와 출구(6)의 사이 공간에 배치되며 선박(2)의 열원을 냉각하도록 순환하는 순환 관(4)에서 냉매를 유입하는 유입구(8)와, 상기 순환 관(4)으로 냉매를 토출하도록 된 토출구(9)를 가지며, 상기 입구(5)에서 상기 출구(6)로 이동하는 해수와 냉매가 열교환하도록 하는 열교환기(10);를 포함하여 이루어진 극지용 선박의 냉각장치(1)에 있어서;
   상기 챔버(7)에서 상기 출구(6)는,
   상기 입구(5)보다 수직 상 그 높이가 높은 위치에 배치되되,
   상기 챔버(7)의 상부는 상기 입구(5)에서 상기 출구(6)로 갈수록 상향 기울기를 가지는 경사면으로 이루어지며;
   상기 열교환기(10)에서 상기 토출구(9)는,
   상기 유입구(8)보다 상기 입구(5)에 더 근접된 위치에 위치되도록 배치되며;
   열교환기(10)에서 냉매가 이동하는 상기 유입구(8)와 상기 토출구(9) 사이의 공간에는,
   해수가 관통하여 이동하는 복수의 관통로(11)가 형성되고;
   상기 챔버(7)에 수용된 해수를 외부로 펌프 하여 강제적으로 배출하도록 된 배출 펌프(12)를 포함하며;
   상기 챔버(7)에서 상기 입구(5) 및 출구(6) 측에 구비되어 해수의 온도를 측정하도록 된 제1,2 온도감지센서(13)(14)와, 상기 제1,2 온도감지센서(13)(14)에서 감지된 해수의 온도 데이터를 인가받는 제어부(15)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 극지용 선박의 냉각장치.
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