KR101664805B1 - 해양 플랜트의 복사 냉난방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 거주구(10)에 대한 복사 방식의 냉난방을 수행하는 시스템에 있어서: 설정된 온도의 냉온수를 생성하여 유동시키기 위한 냉수관(23)과 온수관(26)을 지니는 열원수단(20); 상기 거주구(10)의 천장과 벽체에 열원수단(20)과 연통되는 코일(32)을 지니는 전열수단(30); 및 상기 전열수단(30)에 의한 냉방과 난방 온도를 조절하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 대류 방식에 비하여 복사 방식의 열용량이 크므로 열매체 수송에너지가 줄어들고, 거주구 등에서 실온을 상대적으로 높거나 낮게 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

해양 플랜트의 복사 냉난방 시스템{Radiation cooling and heating system for offshore plant}

본 발명은 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 열매체의 한계로 인한 효율 저하의 문제를 극복하고, 대류 냉난방의 불쾌함보다 훨씬 쾌적한 환경을 유지할 수 있는 해양 플랜트의 복사 냉난방 시스템에 관한 것이다.

해양 프로젝트와 관련된 선박, 해양 구조물, 해양 플랜트 등에 있어서 통상적으로 거주구(LQ)는 대류형 냉난방 시스템을 적용한다. 이 경우 열매체로 공기를 이용하므로 물에 비하여 열용량이 작아 결과적으로 열수송 에너지가 많이 소요되고 유지비 증가로 이어진다.

냉난방 효율 향상과 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제1391320호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1078605호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 압축기, 압축된 냉매가 유동하는 제1열교환기, 상기 제1열교환의 냉매로 열교환하는 제2열교환기, 엔진의 연소실로 유입되는 공기의 유로에 설치되어, 상기 제2열교환기와 유입 공기를 냉각시키는 제1냉각기, 상기 제1열교환기의 냉매가 유동하는 제1팽창밸브, 상기 제1팽창밸브의 냉매를 유동하는 제3열교환기를 포함한다. 이에 따라, 별도의 냉각장치 없이 선박에 구비된 공조시스템의 일부를 이용하여 냉각효율 향상과 연료소비 절감을 기대한다.

선행문헌 2는 벽체에 설치되고 내부에 열매체 호스가 구비된 벽체 복사패널과, 천장에 설치되고 내부에 열매체 호스가 마련된 천장 복사패널과, 상기 열매체 호스에 온수를 공급하기 위한 보일러과, 상기 열매체 호스에 냉수를 공급하기 위한 냉동기와, 상기 냉수 또는 온수의 선택을 위하여 상기 보일러 및 냉동기의 작동을 제어하는 냉난방 제어기를 포함한다. 이에 따라, 시공이 용이하고 3면의 복사열을 방사하여 효율적인 냉난방 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행문헌 1은 대류 방식을 적용하여 기관실을 냉각하기 위한 것이므로 거주구에 적용시 팬소음 등의 문제점을 해소하기 미흡하고, 선행문헌 2는 복사 방식이지만 별도의 냉동기와 보일러를 사용하므로 높은 난방 효율을 유지하기 곤란한 단점을 나타낸다.

1. 한국 등록특허공보 제1391320호 "선실 공조시스템을 이용한 기관실 냉각 시스템" (공개일자 : 2013. 7. 2.) 2. 한국 등록특허공보 제1078605호 "복사 냉난방 시스템 및 그 시공방법" (공개일자 : 2010. 8. 2.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 최소한의 송풍장치로 실내 습도조절 및 최소 환기 요구량의 요구조건을 만족시키고, 벽체와 천장에 대한 복사 냉난방 시스템으로 냉난방 부하를 제거하는 해양 플랜트의 복사 냉난방 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 거주구에 대한 복사 방식의 냉난방을 수행하는 시스템에 있어서: 설정된 온도의 냉온수를 생성하여 유동시키기 위한 냉수관과 온수관을 지니는 열원수단; 상기 거주구의 천장과 벽체에 열원수단과 연통되는 코일을 지니는 전열수단; 및 상기 전열수단에 의한 냉방과 난방 온도를 조절하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 열원수단은 공조용 실외기의 응축수를 냉수관으로 유동시키고, 이코노마이저의 온수를 온수관으로 유동시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 전열수단의 코일은 냉온수를 천장 및 벽체에 선택적으로 유동시키는 배관연결로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 전열수단은 축열재와 표피재를 지닌 전열패널을 개재하여 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단은 냉수관과 온수관의 유로를 전환하는 밸브와, 거주구의 온도를 검출하는 센서와, 수동모드 또는 자동모드로 냉온수의 유동을 제어하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 대류 방식에 비하여 복사 방식의 열용량이 크므로 열매체 수송에너지가 줄어들고, 거주구 등에서 실온을 상대적으로 높거나 낮게 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 송풍 장치로 인한 소음과 고속의 기류분사로 인한 불쾌한 기류감이 배제되고, 실내에 고른 온도 및 습도 분포가 가능하며, 미세먼지나 부유세균이 줄어들어 실내의 공기질이 향상된다.

도 1은 본 발명에 따른 냉난방 시스템을 전체적으로 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 냉난방 시스템의 주요부 연결을 나타내는 블록도
도 3은 본 발명에 따른 냉난방 시스템의 코일 배치를 나타내는 모식도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 거주구(10)에 대한 복사 방식의 냉난방을 수행하는 시스템에 관하여 제안한다. 복사 냉난방의 대상을 해양 플랜트의 거주구(10)로 예시하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 거주구(10)는 선원실, 세면장, 식당, 사무실, 휴게실, 진료실, 병실, 선교 등을 포함한다.

본 발명에 따르면 열원수단(20)이 설정된 온도의 냉온수를 생성하여 유동시키기 위한 냉수관(23)과 온수관(26)을 지니는 구조를 특징으로 한다. 열원수단(20)은 종래의 공조용 실외기(21) 및 냉매관(22)을 이용한 대류식 냉난방이 아닌 한국의 상징적인 온돌문화와 유사한 복사식 냉난방을 구현한다. 냉수관(23)으로 공급되는 냉수는 10℃ 이하의 온도가 적절하고, 온수관(26)으로 공급되는 온수의 온도는 25℃ 이상의 온도가 적절하다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 열원수단(20)은 공조용 실외기(21)의 응축수를 냉수관(23)으로 유동시키고, 이코노마이저(25)의 온수를 온수관(26)으로 유동시키는 것을 특징으로 한다. 공조용 실외기(21)는 응축수 발생량이 많은 에어 핸들링 유니트(AHU)의 실외기를 주요 대상으로 하면서 여타의 실외기(냉매 응축기)를 부가적으로 활용할 수 있다. 이코노마이저(25)는 엔진 또는 보일러의 배기가스에서 폐기되는 열을 이용하여 급수 또는 용수를 가열하는 장치를 활용한다. 이코노마이저(25)는 연소된 배기가스의 여열을 회수하므로 엔진이나 보일러의 효율을 향상시키는 역할도 한다.

또, 본 발명에 따르면 전열수단(30)이 상기 거주구(10)의 천장과 벽체에 열원수단(20)과 연통되는 코일(32)을 지니는 구조를 특징으로 한다. 코일(32)은 열전달계수가 높은 금속을 사용하며, 외주면에 다수의 요철이나 핀을 형성하는 것이 좋다. 해당 거주구(10)의 형태를 고려하여 천장의 코일(32)과 벽체의 코일(32)은 규격을 다르게 설정할 수 있다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 전열수단(30)의 코일(32)은 냉온수를 천장 및 벽체에 선택적으로 유동시키는 배관연결로 구성되는 것을 특징으로 한다. 열원수단(20)의 냉온수가 천장의 코일(32)에서 벽체의 코일(32)로 유동하는 경로, 천장의 코일(32)을 경유하지 않고 벽체의 코일(32)로 유동하는 경로, 천장과 벽체의 일부분으로 유동하는 경로 등으로 구현된다. 이를 위해 천장의 코일(32)과 벽체의 코일(32)은 분할된 배관으로 구성하는 동시에 연결부분에 다수의 밸브를 설치하는 방식을 적용할 수 있다.

좀 더 구체적인 실시예로서, 하절기에는 천장에서 벽체의 코일(32)로 냉수를 유동시키고, 동절기에는 복사 효과가 낮은 천장을 배제하고 벽체의 코일(32)에만 온수를 유동시킨다. 열원수단(20)의 냉온수량이 부족한 경우 천장과 벽체의 일부에만 냉온수를 유동시킨다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 전열수단(30)은 축열재(36)와 표피재(37)를 지닌 전열패널(35)을 개재하여 설치되는 것을 특징으로 한다. 전열패널(35)은 고밀도 글라스 파이버의 프레임 내부에 축열재(36)를 설치하고 복사 표면을 알루미늄 판재의 표피재(37)로 마감한 구조이다. 축열재(36)는 코일(32)로 전달되는 고온 열원 또는 저원 열원을 보존하는 것으로 물질과 더불어 하니컴과 같은 구조적 설계도 포함한다. 전열패널(35)에서 표피재(37)와 반대측의 저면에는 단열재(도시 생략)를 부착한다.

또, 본 발명에 따르면 제어수단(40)이 상기 전열수단(30)에 의한 냉방과 난방 온도를 조절하는 구조를 특징으로 한다. 제어수단(40)은 냉수관(23), 온수관(26), 코일(32)을 유동하는 냉온수의 수량과 속도를 조절한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단(40)은 냉수관(23)과 온수관(26)의 유로를 전환하는 밸브(42)와, 거주구(10)의 온도를 검출하는 센서(44)와, 수동모드 또는 자동모드로 냉온수의 유동을 제어하는 제어기(46)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 밸브(42)는 냉수관(23)과 온수관(26)이 코일(32)과 교차하는 부분에 전자식 또는 수동식으로 설치된다. 센서(44)는 거주구(10)의 실내온도는 물론 공조용 실외기(21)의 응축수 온도와 이코노마이저(25)의 온수 온도도 검출하는 것이 좋다. 제어기(46)는 I/O인터페이스부에 밸브(42)와 센서(44)를 연결한 마이콤 회로로 구성한다.

이에 따라, 제어기(46)는 냉수관(23) 또는 온수관(26)으로 유동하는 냉온수의 상태를 판단하고 밸브(42)를 개폐하여 거주구(10)의 실내온도를 적절한 범위내에서 증감할 수 있다. 물론 코일(32)에 대한 냉수관(23) 또는 온수관(26)의 절환이 계절단위로 수행된다면 밸브(42)의 수동적 조작도 가능하다.

종래의 경우 송풍팬으로 대용량의 열매체를 수송해야 하므로 대용량의 팬이 필요하며, 이는 큰 소음과 더불어 기류속도의 증가로 인한 불쾌감을 초래하는 요인이 된다. 반면 본 발명은 냉매관(22)을 통한 대류식 냉난방 및 송풍팬을 배제하거나 최소한의 규모로 설치할 수 있다. 이에 열매체의 열용량 증대로 에너지 효율을 높이고, 실내에 고른 온습도 분포를 유지하기 용이하며, 미세먼지/부유세균이 줄어들어 실내 공기의 질이 향상된다.

한편, 본 발명의 변형예로서 외벽체(External wall) 쪽의 복사 냉난방을 사용하게 되면, 거주구(10) 또는 주변영역의 냉난방 부하를 효율적으로 처리할 수 있다. 예컨대 겨울철 전기실처럼 국소부위의 냉방 부분부하가 걸릴 때 냉수관(23)을 벽체 쪽에 설치함으로써 쉽게 부분부하를 제거할 수 있다.

본 발명의 어느 경우에나 복사 냉난방의 특성상 대류형 대비하여 상대적으로 실온을 낮거나 높게 유지할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 거주구 20: 열원수단
21: 공조용 실외기 22: 냉매관
23: 냉수관 25: 이코노마이저
26: 온수관 30: 전열수단
32: 코일 35: 전열패널
36: 축열재 37: 표피재
40: 제어수단 42: 밸브
44: 센서 46: 제어기

Claims (5)

1. 해양 플랜트의 거주구(10)에 대한 복사 방식의 냉난방을 수행하는 시스템에 있어서:
   설정된 온도의 냉온수를 생성하여 유동시키기 위한 냉수관(23)과 온수관(26)을 지니는 열원수단(20);
   상기 거주구(10)의 천장과 벽체에 열원수단(20)과 연통되는 코일(32)을 지니는 전열수단(30); 및
   상기 전열수단(30)에 의한 냉방과 난방 온도를 조절하는 제어수단(40);을 포함하여 이루어지되,
   상기 열원수단(20)은 공조용 실외기(21)의 응축수를 냉수관(23)으로 유동시키고, 이코노마이저(25)의 온수를 온수관(26)으로 유동시키고,
   상기 전열수단(30)의 코일(32)은 냉온수를 천장 및 벽체에 선택적으로 유동시키는 배관연결로 구성되며,
   상기 전열수단(30)은 축열재(36)와 표피재(37)를 지닌 전열패널(35)을 개재하여 설치되고,
   상기 제어수단(40)은 냉수관(23)과 온수관(26)의 유로를 전환하는 밸브(42)와, 거주구(10)의 온도를 검출하는 센서(44)와, 수동모드 또는 자동모드로 냉온수의 유동을 제어하는 제어기(46)를 구비하는 것을 특징으로 하는 해양 플랜트의 복사 냉난방 시스템.
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