KR101667251B1 - 평형수를 이용한 냉각 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 평형수를 이용한 냉각 시스템을 개시한다.
본 발명은 독립적인 해수냉각흡입 시스템의 고장 발생시에도 정상적인 냉각용 해수 공급이 가능하게 하고 해수 공급이 불가능한 조건에서 운항되는 선박에서 해수 냉각을 가능케 하는 평형수를 이용한 냉각 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 잭업이 되기 시작하면 기존 해수 출입 장치는 자동으로 닫히고 경사탱크로부터 해수를 공급받아 냉각시스템을 가동하고(이때 작은 용량의 특수펌프(도시 않음, 예를 들면 호스릴 펌프(hose reel pump))를 이용하여 외부로부터 해수를 공급받을 수 있다.), 디젤 발건기용 쿨러 및 기타장치용 쿨러를 통해 해수와 열교환하여 청수를 디젤 발전기와 기타 장치에 공급하여 냉각을 하고 냉각을 거친 해수의 경우 필연적으로 장비로부터 열을 흡수하므로 시스템에서 가장 많이 열을 흡수한 예를 들어 엔진을 거치고 나온 쪽의 해수는 선외로 배출하고 나머지 열을 덜 흡수한 쪽의 해수는 모두 순환시켜 다시 경사탱크로 회수하고, 가장 뜨거운 쪽의 해수를 선외 배출하므로 경사탱크로 회수되는 양은 계속 줄게 되므로 경사탱크가 일정 수위 이하가 되면 선외로 배출하던 뜨거운 쪽의 밸브를 모두 닫아 모든 해수를 회수하고, 외부에서 해수를 공급하는 펌프로부터 추가로 해수가 유입되므로 경사 탱크의 수위는 다시 올라가게 되고 해수가 경사탱크의 일정 수위 이상이 되면 다시 선외 배출밸브를 열어 뜨거운 쪽의 해수를 선외 배출시키고 경사탱크의 수위가 선주가 목표로 하는 해수 용량을 기준으로 오르내림을 반복하고 경사탱크의 해수 수위에 따라 선외 배출 밸브 및 순환밸브가 자동으로 운전할 수 있게 구성한다.
본 발명은 독립적인 해수냉각흡입 시스템의 고장 발생시에도 정상적인 냉각용 해수 공급이 가능하게 하고 해수 공급이 불가능한 조건에서 운항되는 선박에서 해수 냉각을 가능케 하는 평형수를 이용한 냉각 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 잭업이 되기 시작하면 기존 해수 출입 장치는 자동으로 닫히고 경사탱크로부터 해수를 공급받아 냉각시스템을 가동하고(이때 작은 용량의 특수펌프(도시 않음, 예를 들면 호스릴 펌프(hose reel pump))를 이용하여 외부로부터 해수를 공급받을 수 있다.), 디젤 발건기용 쿨러 및 기타장치용 쿨러를 통해 해수와 열교환하여 청수를 디젤 발전기와 기타 장치에 공급하여 냉각을 하고 냉각을 거친 해수의 경우 필연적으로 장비로부터 열을 흡수하므로 시스템에서 가장 많이 열을 흡수한 예를 들어 엔진을 거치고 나온 쪽의 해수는 선외로 배출하고 나머지 열을 덜 흡수한 쪽의 해수는 모두 순환시켜 다시 경사탱크로 회수하고, 가장 뜨거운 쪽의 해수를 선외 배출하므로 경사탱크로 회수되는 양은 계속 줄게 되므로 경사탱크가 일정 수위 이하가 되면 선외로 배출하던 뜨거운 쪽의 밸브를 모두 닫아 모든 해수를 회수하고, 외부에서 해수를 공급하는 펌프로부터 추가로 해수가 유입되므로 경사 탱크의 수위는 다시 올라가게 되고 해수가 경사탱크의 일정 수위 이상이 되면 다시 선외 배출밸브를 열어 뜨거운 쪽의 해수를 선외 배출시키고 경사탱크의 수위가 선주가 목표로 하는 해수 용량을 기준으로 오르내림을 반복하고 경사탱크의 해수 수위에 따라 선외 배출 밸브 및 순환밸브가 자동으로 운전할 수 있게 구성한다.
Description
본 발명은 평형수를 이용한 냉각 시스템에 관한 것으로 특히, 선박의 평형(ballast)를 위한 평형탱크(ballast tank) 또는 경사탱크(heeling tank)를 이용하여 청수와 열교환하여 냉각을 마친 해수가 평형탱크 또는 경사탱크로 순환하여 다시 장비의 냉각에 사용되므로 외부에서 해수를 끌어오기 위한 큰 용량의 특수 펌프(호스 릴 펌프(hose reel pump)) 없이 또는 특수 펌프를 사용하더라도 작은 용량으로 냉각이 이루어지는 평형수를 이용한 냉각 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박에 설치된 메인 엔진(main engine), 발전기 엔진(generator engine) 등과 같은 장비는 운전시 열을 발생하며, 이러한 선박에 설치된 발열 장비로부터 발생되는 열을 냉각시키기 위하여 청수 쿨러(fresh water cooler) 등을 비롯한 여러 가지 냉각 장치가 사용되고 있다. 이러한 선박의 발열 장비를 냉각시키기 위한 청수 쿨러의 경우, 메인 엔진, 발전기 엔진 등과 같은 발열 장비의 열을 폐루프(close loop) 순환되는 청수로 냉각시켜 주고, 이로 인해 온도가 상승한 청수를 해수로 냉각시켜서 발열 장비에 다시 공급하게 된다.
그런데 종래의 해수를 이용한 선박의 냉각 시스템은 선박 운항시 흘수 선 아래 선체 내부의 해수 출입 장치(sea chest)를 통하여 해수를 흡입하여 각종 장비의 냉각 시스템에 사용하였으나, 최근 수주되고 있는 해양 구조물 설치를 위한 잭업 선박(jack up) 선박의 경우 해수 출입 장치가 잭업 작업 중에 선박이 공중에 떠 있게 되므로 종래의 해수 출입 장치를 이용한 해수 냉각 시스템을 사용할 수 없는 상태에 있게 된다.
그런데 종래의 해수를 이용한 선박의 냉각 시스템은 선박 운항시 흘수 선 아래 선체 내부의 해수 출입 장치(sea chest)를 통하여 해수를 흡입하여 각종 장비의 냉각 시스템에 사용하였으나, 최근 수주되고 있는 해양 구조물 설치를 위한 잭업 선박(jack up) 선박의 경우 해수 출입 장치가 잭업 작업 중에 선박이 공중에 떠 있게 되므로 종래의 해수 출입 장치를 이용한 해수 냉각 시스템을 사용할 수 없는 상태에 있게 된다.
본 발명은 상기와 같은 배경하에서 안출된 것으로서, 독립적인 해수냉각흡입 시스템의 고장 발생시에도 정상적인 냉각용 해수 공급이 가능하게 하고 해수 공급이 불가능한 조건에서 운항되는 선박에서 해수를 청수와 열교환하여 청수 냉각을 가능케 하는 평형수를 이용한 냉각 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 평형수(Ballast Water)를 이용한 냉각 시스템으로서 해수를 펌핑하는 다수의 해수 흡입펌프; 물을 채워 선박의 앞/뒤와 흘수의 균형을 맞추는 역할을 하는 다수의 경사탱크; 상기 경사탱크에 목표용량의 해수가 채워진 경우 파이프를 통해 해수를 디젤 발전기용 청수 쿨러 및 기타 장치용 청수 쿨러를 통해 청수와 열교환하여 청수를 디젤 발전기 및 기타 냉각이 필요한 기타 장치에 공급하여 냉각시키고, 냉각을 완료한 뜨거운 냉각수의 일부를 선외 배출 밸브를 열어 선외로 오버보드하고 냉각수의 나머지는 경사탱크로 회수하기 위한 신호를 전달하는 레벨 트랜스미터; 및 상기 레벨 트랜스미터로부터 신호를 수신하여 밸브의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 일반선박 및 모든 해상구조물에 적용할 수 있으며, 잭업 선박의 경우에 특히 유용하다. 냉각 시스템에 해수를 공급하기 위한 별도의 해수 흡입구(Sea Chest)가 필요하지 않으며, 잭업(Jack up) 선박에 본 발명을 적용한다면 해수 공급을 위한 별도의 펌프가 필요하지 않게 된다. 따라서 기관실 내의 배관 배치가 단순화되므로 비용 면에서도 효과를 거둘 수 있다.
도 1은 본 발명의 평형수를 이용한 냉각 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 시스템을 제어하기 위한 장치의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 시스템을 제어하기 위한 장치의 블록도를 도시한다.
이하 첨부 도면을 참조로 하여 본 발명의 평형수를 이용한 냉각 시스템에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 평형수를 이용한 냉각 시스템의 블록도를 도시한다.
도면에 도시된 바와 같이, 경사탱크(10,20), 시 체스트(30, 30), 디젤 발전기용 청수 쿨러(40, 50), 기타 장치용 청수 쿨러(60) 및 해수 스트레이너(70)를 포함한다.
경사탱크(10,20)는 발라스트 탱크로서, 발라스트 탱크는 선박의 화물량에 따라 선박의 안정성을 지키기 위한 탱크로써 물을 채워 배의 앞/뒤와 흘수의 균형을 맞추는 역할을 하는 탱크이다. 보통 화물창 아래와(Double bottom tank) 양옆에(Top side tank) 위치한다. 경사탱크(10,20)에 도시치 않은 해수공급흡입펌프로부터 해수가 채워진다. 경사탱크(10)는 정상동작시 이용되고 경사탱크(20)는 비상동작시 이용된다. 시 체스트(SEA CHEST; 30,30)는 해수가 출입하는 구멍으로서, 시 체스트는 해수를 선박 내로 유입 또는 선박으로부터 유출시켜 선박의 중량을 증감시킬 목적으로 형성된 것을 말하는데, 통상 선체 내에 해수 수용공간을 가지는 해수탱크와, 상기 해수탱크로 해수를 유입시키는 해수 유입구멍, 그리고 상기 해수 유입구멍을 막아주는 패널(혹은 막음판)로 이루어진다. 디젤 발전기용 청수 쿨러(40,50)는 디젤발전기 1/2/3/4/5의 5개의 발전기를 냉각하는 것으로 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며 이것으로 한정하기 위함은 아니다. 기타 장치용 청수 쿨러(60)는 선박에서 냉각이 필요한 열을 발생하는 장치를 냉각하기 위한 장치이다. 해수 스트레이너(70,70)는 해수에 있는 불순물을 걸러내는 필터이다.
이하 도면을 참조로 하여 본 발명의 평형수를 이용한 해수 냉각시스템의 동작을 설명한다.
잭업 작업을 하지 않을 경우의 일반적인 동작의 경우에는 시 체스트(30,30)로부터 해수가 유입되고 시 체스트(30,30)의 파이프에 설치된 도시치 않은 펌프를 통해 해수를 펌핑하여 도시하지 않은 청수 쿨러를 통해 디젤 발전기 및 기타 장치의 냉각을 수행한다.
그러나 잭업 작업을 하게 되면 선박에서 다리가 내려가 해저에 닿게 된다. 그렇게 되면 잭업 선박의 선저는 해수에 닿지 않게 된다. 이 경우는 시 체스트(30,30)로부터 해수가 흡입되지 않으므로 시 체스트를 통한 냉각 시스템을 구현할 수 없게 된다.
이때 본 발명의 시스템이 동작한다. 먼저 잭업 작업을 하기 전에 경사탱크(10, 20)를 해수로 채워 해수 냉각 시스템을 구현할 수 있게 준비한다. 경사탱크(10,20)에 채우는 해수의 양은 선주의 운전 개념에 따라 달라지는데 본 발명에서는 목표 용량을 200m3(25℃)로 한다. 경사탱크(10,20)로는 도시치 않은 해수 공급 흡입펌프로부터 150m3/h의 용량으로 해수가 계속해서 공급된다. 해수와 청수의 열교환을 위해 디젤 발전기용 청수 쿨러(40)에 경사탱크(10)로부터 파이프(80,90,100)를 통해 490m3/h의 해수가 공급되고, 디젤 발전기용 청수 쿨러(50)에 파이프(80,90,110)를 통해 340m3/h의 해수가 공급되며, 기타 장치용 청수 쿨러(60)에 파이프(80,90,120)를 통해 345m3/h의 해수가 공급된다. 디젤 발전기(도시 않음)를 냉각시킨 냉각수의 온도는 도면에서 보듯이 40.4℃이고, 다른 디젤 발전기를 냉각시킨 냉각수의 온도는 44.7℃이고 기타 장치를 냉각시킨 냉각수의 온도는 37.2℃이므로 가장 뜨거운 쪽의 냉각수 즉, 다른 디젤 발전기(도시 않음)를 거친 냉각수를 선외 배출 밸브(도시 않음)를 열어 선외로 배출하고(overboard) 상기 디젤 발전기(40)를 거친 냉각수는 파이프(100)를 통해 경사탱크(10)로 회수하고 상기 기타 장치(60)를 거친 냉각수 또한 파이프(120)를 통해 경사탱크(20)로 회수한다.
가장 뜨거운 쪽의 냉각수를 오버보드시키도록 다른 디젤 발전기를 거친 44.7℃의 340m3/h의 냉각수를 선외 배출 밸브를 열어 오버보드시키고, 디젤발전기를 거친 40.4℃의 490m3/h의 냉각수를 파이프(100)를 통해 경사탱크(10)로 회수하고, 기타 장치를 거친 37.2℃의 345m3/h의 냉각수를 파이프(120)를 통해 경사탱크(10)로 회수한다. 따라서 490m3/h의 냉각수와 345m3/h의 냉각수가 회수되고 340m3/h가 오버보드되므로 바다 밑에 설치된 호스 형태의 호스 릴 펌프(hose reel pump)로부터 해수가 150m3/h로 공급되어도 경사 탱크(10,20)에는 190m3/h의 해수가 모자라게 된다. 따라서 경사탱크(10,20)의 목표 용량 200m3에서 최소 용량 170m3로 떨어지는 시간은 대략 10분이 걸린다. 경사탱크(10)와 경사탱크(20)는 밸런스 라인(BALANCE LINE)에 의해 항상 수위의 밸런스가 맞게 된다. 경사탱크의 수위가 170m3로 떨어진 상태가 되면 선외로 배출되던 다른 디젤 발전기 쪽의 밸브를 막아 모든 청수와 열교환된 모든 해수를 회수한다. 또한 외부에서 해수를 공급하는 호스 릴 펌프로부터 추가로 해수가 공급되므로 경사탱크(10,20)의 해수의 수위가 상승하게 된다. 상기 경사탱크(10,20)의 해수 용량이 170m3으로부터 최대 용량 230m3으로 상승하는데 걸리는 시간은 24분 정도 된다.
탱크(10,20)의 해수의 수위가 230m3가 되면 가장 뜨거운 쪽 즉, 다른 디젤 발전기 쪽의 선외 배출 밸브를 열어 해수를 선외로 오버보드한다. 그러면 경사탱크(10,20)의 해수 용량이 다시 줄어들게 되어 최소 용량 170m3로 떨어지는 시간이 대략 21분 정도된다. 전술한 동작을 반복적으로 수행하여 선박의 잭업 상태에서도 평형수를 이용하여 선박의 기관들을 냉각할 수 있다.
한편 경사탱크(20)는 경사탱크(10)가 이물질 등으로 막히게 되어 동작을 못하는 경우에 사용할 수 있도록 비상용으로 설계되었다. 이 경우는 냉각수의 흐름은 도시한 바와 반대로 된다. 여기서 청수 쿨러가 청수를 공급받는 구성과 디젤 발전기용 청수 쿨러 및 기타 장치용 청수 쿨러에서 열교환되고 디젤 발전기 및 기타 장치를 냉각시킨 청수가 다시 해수와 열교환되어 청수 폐루프로 리턴되고 청수와 열교환된 해수가 선외배출되거나 경사탱크로 회수되는 것은 공지이므로 이에 대해서는 구체적으로 설명하지 않는다.
도 2는 본 발명의 시스템을 제어하기 위한 장치의 블록도를 도시한다.
레벨 트랜스미터(level transmitter; 200) 및 제어 장치(210)를 사용하여 본 발명의 시스템을 자동으로 구현한다. 즉 경사탱크(10,20)의 수위가 목표 용량 200m3에 있으면 레벨 트랜스미터(200)는 제어 장치(210)에 신호를 전달하고 제어 장치(210)는 도시하지 않은 솔레노이드 밸브에 신호를 전달하여 파이프(80,90,100,110,120)를 통해 디젤 발전기용 청수 쿨러(40,50) 및 기타 장치용 청수 쿨러(60) 등의 장치에 해수를 공급하여 청수와 열교환하여 디젤 발전기 및 기타 장치를 냉각하게 하고, 선외 배출 밸브를 열어 해수를 배출하고 나머지 냉각수는 회수하며, 경사탱크(10,20)의 수위가 최저 용량 170m3의 상태에 도달하게 되면 제어 장치(210)에 로우 신호를 보내어 선외 배출 밸브를 잠그게 하여 모든 해수를 회수하고 호스 릴 펌프로 신호를 보내 해수를 공급하여 경사탱크(10,20)의 수위를 다시 상승시키고, 경사탱크(10,20)의 수위가 최대 용량 230m3에 도달하게 되면 제어 장치(210)에 다시 하이 신호를 보내어 선외 배출 밸브를 열어서 가장 뜨거운 쪽의 해수를 선외 배출하고 나머지는 회수하는 동작을 반복적으로 수행할 수 있다.
본 발명은 잭업이 되기 시작하면 기존 해수 출입 장치는 자동으로 닫히고 경사탱크로부터 해수를 공급받아 냉각시스템을 가동하고(이때 작은 용량의 특수펌프(도시 않음, 예를 들면 호스 릴 펌프(hose reel pump))를 이용하여 외부로부터 해수를 공급받을 수 있다.), 디젤 발전기용 쿨러 및 기타장치용 쿨러를 통해 해수와 열교환하여 청수를 디젤 발전기와 기타 장치에 공급하여 냉각을 하고 냉각을 거친 해수의 경우 필연적으로 장비로부터 열을 흡수하므로 시스템에서 가장 많이 열을 흡수한 예를 들어 엔진을 거치고 나온 쪽의 해수는 선외로 배출하고 나머지 열을 덜 흡수한 쪽의 해수는 모두 순환시켜 다시 경사탱크로 회수하고, 가장 뜨거운 쪽의 해수를 선외 배출하므로 경사탱크로 회수되는 양은 계속 줄게 되므로 해수가 경사탱크의 일정 수위 이하가 되면 선외로 배출하던 뜨거운 쪽의 밸브를 모두 닫아 모든 해수를 회수하고, 외부에서 해수를 공급하는 펌프로부터 추가로 해수가 유입되므로 경사 탱크의 수위는 다시 올라가게 되고 해수가 경사탱크의 일정 수위 이상이 되면 다시 선외 배출밸브를 열어 뜨거운 쪽의 해수를 선외 배출시키고 경사탱크의 수위가 선주가 목표로 하는 해수 용량을 기준으로 오르내림을 반복하고 경사탱크의 해수 수위에 따라 선외 배출 밸브 및 순환밸브가 자동으로 운전할 수 있게 구성함으로써, 일반선박 및 모든 해상구조물에 적용할 수 있으며, 잭업 선박의 경우에 특히 유용하다. 냉각 시스템에 해수를 공급하기 위한 별도의 해수 흡입구(Sea Chest)가 필요하지 않으며, 잭업(Jack up) 선박에 본 발명을 적용한다면 해수 공급을 위한 별도의 펌프가 필요하지 않게 된다. 따라서 기관실 내의 배관 배치가 단순화되므로 비용면에서도 효과를 거둘 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 평형수를 이용한 냉각 시스템을 첨부 도면을 참조로 하여 설명하였으나 이것은 예시 목적이지 이것으로 본 발명을 한정하고자 함은 아니며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 이하의 부속청구범위에 의해 정해지며, 본 발명의 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 평형수를 이용한 냉각 시스템의 블록도를 도시한다.
도면에 도시된 바와 같이, 경사탱크(10,20), 시 체스트(30, 30), 디젤 발전기용 청수 쿨러(40, 50), 기타 장치용 청수 쿨러(60) 및 해수 스트레이너(70)를 포함한다.
경사탱크(10,20)는 발라스트 탱크로서, 발라스트 탱크는 선박의 화물량에 따라 선박의 안정성을 지키기 위한 탱크로써 물을 채워 배의 앞/뒤와 흘수의 균형을 맞추는 역할을 하는 탱크이다. 보통 화물창 아래와(Double bottom tank) 양옆에(Top side tank) 위치한다. 경사탱크(10,20)에 도시치 않은 해수공급흡입펌프로부터 해수가 채워진다. 경사탱크(10)는 정상동작시 이용되고 경사탱크(20)는 비상동작시 이용된다. 시 체스트(SEA CHEST; 30,30)는 해수가 출입하는 구멍으로서, 시 체스트는 해수를 선박 내로 유입 또는 선박으로부터 유출시켜 선박의 중량을 증감시킬 목적으로 형성된 것을 말하는데, 통상 선체 내에 해수 수용공간을 가지는 해수탱크와, 상기 해수탱크로 해수를 유입시키는 해수 유입구멍, 그리고 상기 해수 유입구멍을 막아주는 패널(혹은 막음판)로 이루어진다. 디젤 발전기용 청수 쿨러(40,50)는 디젤발전기 1/2/3/4/5의 5개의 발전기를 냉각하는 것으로 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며 이것으로 한정하기 위함은 아니다. 기타 장치용 청수 쿨러(60)는 선박에서 냉각이 필요한 열을 발생하는 장치를 냉각하기 위한 장치이다. 해수 스트레이너(70,70)는 해수에 있는 불순물을 걸러내는 필터이다.
이하 도면을 참조로 하여 본 발명의 평형수를 이용한 해수 냉각시스템의 동작을 설명한다.
잭업 작업을 하지 않을 경우의 일반적인 동작의 경우에는 시 체스트(30,30)로부터 해수가 유입되고 시 체스트(30,30)의 파이프에 설치된 도시치 않은 펌프를 통해 해수를 펌핑하여 도시하지 않은 청수 쿨러를 통해 디젤 발전기 및 기타 장치의 냉각을 수행한다.
그러나 잭업 작업을 하게 되면 선박에서 다리가 내려가 해저에 닿게 된다. 그렇게 되면 잭업 선박의 선저는 해수에 닿지 않게 된다. 이 경우는 시 체스트(30,30)로부터 해수가 흡입되지 않으므로 시 체스트를 통한 냉각 시스템을 구현할 수 없게 된다.
이때 본 발명의 시스템이 동작한다. 먼저 잭업 작업을 하기 전에 경사탱크(10, 20)를 해수로 채워 해수 냉각 시스템을 구현할 수 있게 준비한다. 경사탱크(10,20)에 채우는 해수의 양은 선주의 운전 개념에 따라 달라지는데 본 발명에서는 목표 용량을 200m3(25℃)로 한다. 경사탱크(10,20)로는 도시치 않은 해수 공급 흡입펌프로부터 150m3/h의 용량으로 해수가 계속해서 공급된다. 해수와 청수의 열교환을 위해 디젤 발전기용 청수 쿨러(40)에 경사탱크(10)로부터 파이프(80,90,100)를 통해 490m3/h의 해수가 공급되고, 디젤 발전기용 청수 쿨러(50)에 파이프(80,90,110)를 통해 340m3/h의 해수가 공급되며, 기타 장치용 청수 쿨러(60)에 파이프(80,90,120)를 통해 345m3/h의 해수가 공급된다. 디젤 발전기(도시 않음)를 냉각시킨 냉각수의 온도는 도면에서 보듯이 40.4℃이고, 다른 디젤 발전기를 냉각시킨 냉각수의 온도는 44.7℃이고 기타 장치를 냉각시킨 냉각수의 온도는 37.2℃이므로 가장 뜨거운 쪽의 냉각수 즉, 다른 디젤 발전기(도시 않음)를 거친 냉각수를 선외 배출 밸브(도시 않음)를 열어 선외로 배출하고(overboard) 상기 디젤 발전기(40)를 거친 냉각수는 파이프(100)를 통해 경사탱크(10)로 회수하고 상기 기타 장치(60)를 거친 냉각수 또한 파이프(120)를 통해 경사탱크(20)로 회수한다.
가장 뜨거운 쪽의 냉각수를 오버보드시키도록 다른 디젤 발전기를 거친 44.7℃의 340m3/h의 냉각수를 선외 배출 밸브를 열어 오버보드시키고, 디젤발전기를 거친 40.4℃의 490m3/h의 냉각수를 파이프(100)를 통해 경사탱크(10)로 회수하고, 기타 장치를 거친 37.2℃의 345m3/h의 냉각수를 파이프(120)를 통해 경사탱크(10)로 회수한다. 따라서 490m3/h의 냉각수와 345m3/h의 냉각수가 회수되고 340m3/h가 오버보드되므로 바다 밑에 설치된 호스 형태의 호스 릴 펌프(hose reel pump)로부터 해수가 150m3/h로 공급되어도 경사 탱크(10,20)에는 190m3/h의 해수가 모자라게 된다. 따라서 경사탱크(10,20)의 목표 용량 200m3에서 최소 용량 170m3로 떨어지는 시간은 대략 10분이 걸린다. 경사탱크(10)와 경사탱크(20)는 밸런스 라인(BALANCE LINE)에 의해 항상 수위의 밸런스가 맞게 된다. 경사탱크의 수위가 170m3로 떨어진 상태가 되면 선외로 배출되던 다른 디젤 발전기 쪽의 밸브를 막아 모든 청수와 열교환된 모든 해수를 회수한다. 또한 외부에서 해수를 공급하는 호스 릴 펌프로부터 추가로 해수가 공급되므로 경사탱크(10,20)의 해수의 수위가 상승하게 된다. 상기 경사탱크(10,20)의 해수 용량이 170m3으로부터 최대 용량 230m3으로 상승하는데 걸리는 시간은 24분 정도 된다.
탱크(10,20)의 해수의 수위가 230m3가 되면 가장 뜨거운 쪽 즉, 다른 디젤 발전기 쪽의 선외 배출 밸브를 열어 해수를 선외로 오버보드한다. 그러면 경사탱크(10,20)의 해수 용량이 다시 줄어들게 되어 최소 용량 170m3로 떨어지는 시간이 대략 21분 정도된다. 전술한 동작을 반복적으로 수행하여 선박의 잭업 상태에서도 평형수를 이용하여 선박의 기관들을 냉각할 수 있다.
한편 경사탱크(20)는 경사탱크(10)가 이물질 등으로 막히게 되어 동작을 못하는 경우에 사용할 수 있도록 비상용으로 설계되었다. 이 경우는 냉각수의 흐름은 도시한 바와 반대로 된다. 여기서 청수 쿨러가 청수를 공급받는 구성과 디젤 발전기용 청수 쿨러 및 기타 장치용 청수 쿨러에서 열교환되고 디젤 발전기 및 기타 장치를 냉각시킨 청수가 다시 해수와 열교환되어 청수 폐루프로 리턴되고 청수와 열교환된 해수가 선외배출되거나 경사탱크로 회수되는 것은 공지이므로 이에 대해서는 구체적으로 설명하지 않는다.
도 2는 본 발명의 시스템을 제어하기 위한 장치의 블록도를 도시한다.
레벨 트랜스미터(level transmitter; 200) 및 제어 장치(210)를 사용하여 본 발명의 시스템을 자동으로 구현한다. 즉 경사탱크(10,20)의 수위가 목표 용량 200m3에 있으면 레벨 트랜스미터(200)는 제어 장치(210)에 신호를 전달하고 제어 장치(210)는 도시하지 않은 솔레노이드 밸브에 신호를 전달하여 파이프(80,90,100,110,120)를 통해 디젤 발전기용 청수 쿨러(40,50) 및 기타 장치용 청수 쿨러(60) 등의 장치에 해수를 공급하여 청수와 열교환하여 디젤 발전기 및 기타 장치를 냉각하게 하고, 선외 배출 밸브를 열어 해수를 배출하고 나머지 냉각수는 회수하며, 경사탱크(10,20)의 수위가 최저 용량 170m3의 상태에 도달하게 되면 제어 장치(210)에 로우 신호를 보내어 선외 배출 밸브를 잠그게 하여 모든 해수를 회수하고 호스 릴 펌프로 신호를 보내 해수를 공급하여 경사탱크(10,20)의 수위를 다시 상승시키고, 경사탱크(10,20)의 수위가 최대 용량 230m3에 도달하게 되면 제어 장치(210)에 다시 하이 신호를 보내어 선외 배출 밸브를 열어서 가장 뜨거운 쪽의 해수를 선외 배출하고 나머지는 회수하는 동작을 반복적으로 수행할 수 있다.
본 발명은 잭업이 되기 시작하면 기존 해수 출입 장치는 자동으로 닫히고 경사탱크로부터 해수를 공급받아 냉각시스템을 가동하고(이때 작은 용량의 특수펌프(도시 않음, 예를 들면 호스 릴 펌프(hose reel pump))를 이용하여 외부로부터 해수를 공급받을 수 있다.), 디젤 발전기용 쿨러 및 기타장치용 쿨러를 통해 해수와 열교환하여 청수를 디젤 발전기와 기타 장치에 공급하여 냉각을 하고 냉각을 거친 해수의 경우 필연적으로 장비로부터 열을 흡수하므로 시스템에서 가장 많이 열을 흡수한 예를 들어 엔진을 거치고 나온 쪽의 해수는 선외로 배출하고 나머지 열을 덜 흡수한 쪽의 해수는 모두 순환시켜 다시 경사탱크로 회수하고, 가장 뜨거운 쪽의 해수를 선외 배출하므로 경사탱크로 회수되는 양은 계속 줄게 되므로 해수가 경사탱크의 일정 수위 이하가 되면 선외로 배출하던 뜨거운 쪽의 밸브를 모두 닫아 모든 해수를 회수하고, 외부에서 해수를 공급하는 펌프로부터 추가로 해수가 유입되므로 경사 탱크의 수위는 다시 올라가게 되고 해수가 경사탱크의 일정 수위 이상이 되면 다시 선외 배출밸브를 열어 뜨거운 쪽의 해수를 선외 배출시키고 경사탱크의 수위가 선주가 목표로 하는 해수 용량을 기준으로 오르내림을 반복하고 경사탱크의 해수 수위에 따라 선외 배출 밸브 및 순환밸브가 자동으로 운전할 수 있게 구성함으로써, 일반선박 및 모든 해상구조물에 적용할 수 있으며, 잭업 선박의 경우에 특히 유용하다. 냉각 시스템에 해수를 공급하기 위한 별도의 해수 흡입구(Sea Chest)가 필요하지 않으며, 잭업(Jack up) 선박에 본 발명을 적용한다면 해수 공급을 위한 별도의 펌프가 필요하지 않게 된다. 따라서 기관실 내의 배관 배치가 단순화되므로 비용면에서도 효과를 거둘 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 평형수를 이용한 냉각 시스템을 첨부 도면을 참조로 하여 설명하였으나 이것은 예시 목적이지 이것으로 본 발명을 한정하고자 함은 아니며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 이하의 부속청구범위에 의해 정해지며, 본 발명의 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 경사탱크 20: 경사탱크
30: 시 체스트 40,50: 1/2/3/4/5디젤 발전기용 쿨러
60: 기타 장치용 쿨러 70: 해수 스트레이너
80,90,100,110,120: 파이프 200: 레벨 트랜스미터
210: 제어 장치 220: 각종 밸브
30: 시 체스트 40,50: 1/2/3/4/5디젤 발전기용 쿨러
60: 기타 장치용 쿨러 70: 해수 스트레이너
80,90,100,110,120: 파이프 200: 레벨 트랜스미터
210: 제어 장치 220: 각종 밸브
Claims (5)
- 평형수(Ballast Water)를 이용한 냉각 시스템으로서,
해수를 펌핑하는 다수의 해수 흡입펌프;
물을 채워 선박의 앞/뒤와 흘수의 균형을 맞추는 역할을 하는 다수의 경사탱크;
상기 경사탱크에 목표용량의 해수가 채워진 경우 파이프를 통해 해수를 다수의 디젤 발전기용 쿨러 및 기타 장치용 쿨러를 통해 청수와 열교환하여 청수를 디젤 발전기 및 기타 냉각이 필요한 기타 장치에 공급하여 냉각시키고, 상기 다수의 디젤 발전기용 쿨러 및 상기 기타 장치용 쿨러 중 가장 높은 냉각수 온도를 갖는 쿨러의 냉각수를 선외 배출 밸브를 열어 선외로 오버보드하고, 상기 가장 높은 냉각수 온도를 갖는 쿨러를 제외한 나머지 쿨러의 냉각수를 경사탱크로 회수하기 위한 신호를 전달하는 레벨 트랜스미터; 및
상기 레벨 트랜스미터로부터 신호를 수신하여 밸브의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 평형수(Ballast Water)를 이용한 냉각 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 경사탱크로 회수되는 해수의 양이 일정 로우 레벨에 이르면 상기 레벨 트랜스미터가 상기 제어 장치에 로우 신호를 송출하여 상기 제어 장치의 지시에 의해 선외 배출 밸브가 닫히어 냉각을 위한 해수가 회수되는 것을 특징으로 하는 평형수(Ballast Water)를 이용한 냉각 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 경사탱크로 회수되는 해수의 양이 일정 하이 레벨에 이르면 상기 레벨 트랜스미터가 상기 제어 장치에 하이 신호를 송출하여 상기 제어 장치의 지시에 의해 선외 배출 밸브가 열리어 상기 다수의 디젤 발전기용 쿨러 및 상기 기타 장치용 쿨러 중 가장 높은 해수 온도를 갖는 쿨러의 해수가 선외로 오버보드되는 것을 특징으로 하는 평형수(Ballast Water)를 이용한 냉각 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 다수의 경사탱크는, 제1 경사탱크, 및 상기 제1 경사탱크가 동작 불가능할 경우 대체 사용될 수 있도록 설계되는 제2 경사탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 평형수(Ballast Water)를 이용한 냉각 시스템. - 청구항 1에 있어서,
해수로부터의 이물질을 필터링하기 위한 해수 스트레이너를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 평형수(Ballast Water)를 이용한 냉각 시스템.
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| KR1020100091775A KR101667251B1 (ko) | 2010-09-17 | 2010-09-17 | 평형수를 이용한 냉각 시스템 |
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ID=46134309
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