KR101713846B1 - 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템에 관한 것이다.
상기 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템은 버너에 공기가 흡입되도록 설치되는 공기흡입관과, 공기흡입관에 설치되며, 전원의 공급에 의해 공기흡입관을 통과하는 공기를 예열하는 히팅부재와, 써멀 오일 히터로부터 배기가스가 배출되는 배기관에 설치되고, 공기흡입관이 연결되며, 공기흡입관을 통과하는 공기가 배기가스와의 열교환에 의해 예열되도록 하는 예열기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 따르면, 써멀 오일 히터의 버너에 흡입되는 공기의 예열을 위해 비상 발전기의 용량을 올릴 필요가 없고, 복잡한 공기조화(HVAC) 시스템을 구성할 필요가 없으며, 공기의 예열을 위한 덕트 구조를 단순화시킬 수 있다. 또한, 극지방에서 공기조화 시스템에 소요되는 열온을 줄임으로써 써멀 오일 히터의 용량을 감소시킬 수 있으며, 써멀 오일 히터의 배기가스를 재활용하여 버너의 흡입 공기를 예열함으로써 에너지를 절약할 수 있다.

Description

써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템{INTAKE AIR PREHEATING SYSTEM OF THERMAL OIL HEATER}
본 발명은 써멀 오일 히터의 버너에 흡입되는 공기의 예열에 소모되는 에너지를 절약하도록 하고, 비상 발전기의 용량과 써멀 오일 히터의 용량을 감소시켜 극지방에서 비상상황 발생시에도 한정된 전기 파워 소스(Electric Power Source)를 공급받아 써멀 오일 히터가 정상 가동할 수 있도록 구성된 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템에 관한 것이다.
보일러는 선박 운항에 필요한 에너지로서 스팀(steam)을 발생시켜 스팀 터빈(steam turbine), 스팀 히터(steam heater) 및 각종 장비에 스팀을 공급한다. 이러한 보일러는 크게 2가지 종류가 있는데 하나는 물을 끊여 증기(steam)를 발생시키고 그 증기의 열 에너지를 이용하는 것이고 또 다른 하나는 써멀 오일(thermal oil)을 가열시킨 후 그 열 에너지를 이용하는 것이다. 후자는 특히 써멀 오일 히터(Thermal oil heater)라고 하며 본 발명은 이에 관련된 것이다.
일반적으로, 극지방과 같은 추운 지역에서 항해하거나 운용되는 드릴쉽(Drillship) 등과 같은 선박에서는 메인 히팅 소스(Main heating source)를 담당하는 중요 장비인 써멀 오일 히터(Thermal oil heater)가 설치되어 있으며, 선박의 초기 동작시 써멀 오일 히터가 최우선적으로 동작하게 된다. 이러한 써멀 오일 히터는 총 4만kW에 이르는 대용량으로 인해 소모되는 공기량도 대폭적으로 증가하고 있다.
이와 같이 드릴쉽에 설치된 써멀 오일 히터는 정상적인 작동을 위해서 흡입 공기(Intake air)의 온도가 최소한 0℃가 되어야 하며, 그 이하가 되었을 경우 공기 밀도의 변화로 인하여 필요량 이상의 공기가 버너로 유입되므로 불완전 연소가 발생할 수 있다. 또한 써멀 오일 히터에 찬 공기가 공급시 연료유(fuel oil)를 냉각시킴으로써 클로깅(clogging) 현상이 발생할 수 있음을 본 발명자들은 발견하였다.
드릴쉽이 극지방에서 항해 또는 운용되는 경우, 외기의 온도가 -40℃ 정도에 이르기 때문에 외기를 흡입하여 써멀 오일 히터의 버너에 직접 사용할 수 없게 되며, 룸 에어(room air)를 흡입 공기로 사용하더라도 히팅 소스(heating source)를 잃어 급격히 온도가 하락한 룸 에어도 실제 사용할 수 없게 된다. 따라서, 극지방에서 -40℃에 이르는 써멀 오일 히터의 흡입 공기를 예열하기 위하여 별도의 예열장치를 설치하는 방안을 고려해 볼 수도 있다. 하지만 이러한 예열장치는 많은 전기의 소모를 필요로 하며, 예열장치에 전원을 공급하는 비상 발전기(emergency generator)의 용량에는 한계가 있으므로, 예열 장치가 초기 동작이나 정전 등과 같은 유사시에 비상 발전기에서 발생되는 전기를 다른 장비와 공유함으로써 정상 동작이 어렵게 되는 문제점을 가짐을 본 발명자들은 발견하게 되었다.
본 발명은 상술한 바와 같이 본 발명자들이 발견한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 극지방에서 항해 또는 운용되는 드릴쉽 등의 선박에서 써멀 오일 히터의 버너에 흡입되는 공기의 예열에 사용되는 전기의 소모량을 최소로 하며, 써멀 오일 히터로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 버너에 흡입되는 공기를 예열시킴으로써 에너지를 절약하도록 하면서도 써멀 오일 히터를 안정적으로 구동시키는 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 극지방에서 운용되는 선박에 사용되는 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템에 있어서, 상기 써멀 오일 히터의 버너 측 흡입 배관에 설치된 히팅부재; 상기 히팅부재를 가열하도록 전원을 공급하는 전원부; 흡입 공기와, 상기 써멀 오일 히터가 정상 가동시 배출되는 배기 가스와의 열교환이 이루어지는 예열기; 및 상기 예열기와 상기 써멀 오일 히터를 연결하는 배기관; 을 포함하며, 상기 히팅부재에 의해 초기 예열된 흡입 공기에 의해서 상기 써멀 오일 히터가 정상 가동되면, 상기 써멀 오일 히터로부터 배출되는 배기 가스는 상기 배기관을 통해 상기 예열기로 공급되어 상기 배기 가스의 폐열을 이용하여 예열할 수 있는 것을 특징으로 하는 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템이 제공된다.
상기 히팅부재는 상기 버너 측 흡입 배관의 외부에 감기는 히팅코일(heating coil)인 것이 바람직하다.
상기 히팅부재에 독립적으로 전원을 공급할 수 있도록 상기 전원부는 배터리 타입인 것이 바람직하다.
상기 버너 측 흡입 배관에 설치되어 흡입 공기의 온도를 측정하는 온도 감지부와, 상기 온도 감지부의 측정온도에 따라 상기 전원부를 제어하는 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 써멀 오일 히터가 정상가동될 정도의 예열이 이루어졌을 때 상기 전원부의 전원을 차단하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 극지방에서 운용되는 드릴쉽(drillship)에 사용되는 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템에 있어서, 초기 예열은 전원을 이용하여 발생하는 열을 이용하며 이루어지며, 초기 예열로 인해 상기 써멀 오일 히터가 정상가동되면 상기 써멀 오일 히터로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 예열이 이루어지는 것을 특징으로 하는 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템이 제공된다.
본 발명에 따르면, 써멀 오일 히터의 버너에 흡입되는 공기의 예열을 위해 비상 발전기의 용량을 올릴 필요가 없고, 복잡한 공기조화(HVAC) 시스템을 구성할 필요가 없으며, 공기의 예열을 위한 덕트 구조를 단순화시킬 수 있다.
또한, 극지방에서 공기조화 시스템에 소요되는 열온을 줄임으로써 써멀 오일 히터의 용량을 감소시킬 수 있으며, 써멀 오일 히터의 배기가스를 재활용하여 버너의 흡입 공기를 예열함으로써 에너지를 절약할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템을 도시한 개념도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템을 도시한 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템(100)은, 써멀 오일 히터(Thermal oil heater; 10)의 버너(Burner; 11)에 흡입배관(121)을 통해 공급되는 흡입 공기를 버너 측 흡입배관(121)에 설치된 히팅부재(120)를 이용하여 초기 예열할 수 있다. 또한 초기 예열로 인해 써멀 오일 히터(10)가 정상 가동되어 배기가스가 배출되면 그 배기가스의 폐열을 이용하여 흡입 공기를 예열할 수 있다.
본 명세서에서 배기가스의 폐열을 이용한다는 것은 공기 흡입관(110)을 통해 공급되는 흡입 공기(intake air)가 배기가스와 열교환을 하여 흡입 공기의 예열이 이루어진다는 것을 말한다.
일례로 예열기(130)에 공기가 흡입되도록 설치되는 공기흡입관(110)과, 예열기(Pre-heater, 130)를 통과한 흡입 공기가 버너(11)에 공급되도록 버너(11)와 예열기(130)를 연결하는 흡입 배관(121)과, 써멀 오일 히터(10)와 예열기(130)를 연결하는 배기관(12)을 포함할 수 있다. 이때 공기흡입관(110)에는 브로워(Blower; 111)가 연결되어 있어 외기 또는 룸 에어가 흡입될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 써머 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템(100)은 극지방에서 운용되는 드릴쉽(drillship) 등의 선박에 이용되는 것이 바람직하다.
히팅부재(120)는 흡입배관(121)을 통과하는 공기를 예열하도록 설치되며, 일례로 공기흡입관(110)의 길이방향을 따라 외주면에 권선되는 히팅코일(Heating coil)일 수 있다.
히팅부재(120)에는 전원공급을 위한 전원부(160)가 연결되어 있다. 전원부(160)는 배터리 타입을 사용하게 되므로 별도의 공기조화(HVAC)시스템을 구성할 필요없이 독립적인 전원을 가지는 예열 시스템을 구축할 수 있다.
본 발명에 따른 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템(100)은 써멀 오일 히터(10)의 초기 구동시에만 히팅부재(120)를 구동시키고, 써멀 오일 히터(10)가 정상적으로 작동하여 고온의 배기가스를 배출시킨 이후에는 히팅부재(120)의 구동을 정지시킴으로써 배기가스의 폐열만을 이용하여 버너(11)에 공급되는 흡입 공기를 예열시킬 수 있다. 써멀 오일 히터(10)의 정상 작동시에 전원부(160)는 충전될 수 있으므로 이후 지속적으로 사용할 수 있다.
히팅부재(120)는 흡입 공기(intake air)에 대하여 초기 예열을 하며 이후 일정 수준 이상의 예열이 이루어져 써멀 오일 히터(10)가 정상 작동되면 히팅부재(120)에 연결된 전원부(160)는 전원을 차단하게 된다. 이를 위해 온도감지부(140)와 연결된 제어부(150)에 의해서 전원부(160)의 전원은 온/오프 될 수 있다.
온도감지부(140)는 히팅부재(120)에 의해서 가열된 흡입 공기의 온도를 측정하도록 흡입배관(121)에 설치될 수 있고, 흡입 공기의 온도를 측정하여 감지신호를 제어부(150)로 출력한다.
제어부(150)는 온도감지부(140)의 감지신호를 수신받으며, 온도감지부(140)에 의해 측정된 공기의 온도가 초기 예열 수준을 만족한다고 판단되면 전원부(160)의 전원공급을 차단시킬 수 있다.
히팅부재(120)에 전원공급이 차단된 이후에는 이미 써멀 오일 히터(10)의 정상가동으로 써멀 오일 히터(10)로부터 고온의 배기가스가 배기관(12)을 통해 배출되므로 이 배기가스의 폐열을 이용해 흡입공기(intake air)의 예열이 이루어질 수 있다.
예열기(130)는 별도의 전원이 없어도 써멀 오일 히터(10)의 정상 가동시에 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하게 되므로 운용에 있어서 경제적이며 이코노마이저(economizer)와 동일 기능을 가질 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템의 작용을 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템(100)에 의하면, 극지방 등과 같은 추운 지역에서 항해 또는 운용되는 드릴쉽과 같은 선박에 마련되는 써멀 오일 히터(10)가 초기 동작 및 정전 이후의 정상적인 동작을 위해서 버너(11)에 흡입되는 공기를 적정한 온도까지 예열할 수 있는 독립적인 공기 흡입 히팅 시스템을 구성하게 된다.
흡입 배관(121)을 히팅 부재(120)가 가열함으로써 흡입 배관(121)을 통과하는 흡입 공기가 초기 예열되므로 써멀 오일 히터(10)를 정상 구동시킬 수 있다.
써멀 오일 히터(10)가 정상 구동되면 배기가스가 방출되는데 써멀 오일 히터(10)와 예열기(130)는 배기관(12)을 통해 연결되어 있으므로 써멀 오일 히터(10)로부터 방출되는 배기가스는 예열기(130)로 공급될 수 있다.
방출되는 배기 가스는 고온이므로 이러한 폐열을 이용하여 흡입 공기를 예열하게 되는데, 예열기(130) 내에서 공기 흡입관(110)을 통해 유입되는 흡입 공기와 상기 배기 가스가 열교환을 함으로써 흡입 공기는 예열될 수 있다.
써멀 오일 히터(10)의 정상 구동 이후에는 상기 열교환을 통해 더 이상 히팅부재(120)에 의해 흡입 배관을 통과하는 흡입 공기를 가열할 필요가 없으므로 전원부(160)는 히팅부재(120)의 전원을 차단하게 된다. 다만 전원부(160)는 이때 선박의 동력원을 이용하여 충전되기 때문에 이후에 지속적으로 사용할 수 있다.
상술한 바와 같은 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템에 의하면 버너(11)의 불완전 연소를 방지함과 아울러 연료유의 냉각으로 인한 클로깅 현상을 방지할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
10: 써멀 오일 히터 11: 버너
12: 배기관 100: 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템
110: 공기흡입관 111: 브로워(blower)
120: 히팅부재 121: 흡입 배관
130: 예열기 140: 온도감지부
150: 제어부 160: 전원부

Claims (5)

  1. 극지방에서 운용되는 선박에 사용되는 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템에 있어서,
    상기 써멀 오일 히터의 버너 측 흡입 배관에 설치된 히팅부재;
    상기 히팅부재를 가열하도록 전원을 공급하는 전원부;
    흡입 공기와, 상기 써멀 오일 히터가 정상 가동시 배출되는 배기 가스와의 열교환이 이루어지는 예열기;
    상기 예열기와 상기 써멀 오일 히터를 연결하는 배기관;
    상기 버너 측 흡입 배관에 설치되어 흡입 공기의 온도를 측정하는 온도 감지부; 및
    상기 온도 감지부의 측정온도에 따라 상기 전원부를 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 써멀 오일 히터의 초기 구동시에는 상기 히팅부재를 구동하여 상기 버너에 공급되는 흡입공기를 예열하고,
    상기 써멀 오일 히터의 정상 가동시에는 상기 전원부를 차단하여 상기 히팅부재의 구동을 정지시킴으로써, 상기 써멀 오일 히터에서 배출되는 배기가스의 폐열만을 이용하여 상기 버너에 공급되는 흡입공기를 예열하는
    것을 특징으로 하는 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 히팅부재는 상기 버너 측 흡입 배관의 외부에 감기는 히팅코일(heating coil)인 것을 특징으로 하는 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 히팅부재에 독립적으로 전원을 공급할 수 있도록 상기 전원부는 배터리 타입인 것을 특징으로 하는 써멀 오일 히터의 흡입 공기 예열 시스템.
  4. 삭제
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