KR101713853B1

KR101713853B1 - 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템 및 공기 흡입 공조방법

Info

Publication number: KR101713853B1
Application number: KR1020140039924A
Authority: KR
Inventors: 김범성; 김철우; 심상칠
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2017-03-09
Also published as: KR20150115236A

Abstract

본 발명의 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템은 외기를 흡입하기 위하여 상기 룸의 외벽에 설치되는 것으로, 상기 룸 안으로 외기의 유입이 가능하도록 상기 외벽에 설치되는 외기 덕트; 외기 유입을 선택적으로 차단할 수 있도록 상기 외기 덕트의 전단부에 설치되는 외기유입 차단유닛; 상기 외기 덕트를 통해서 유입된 외기를 예열하고 외기에 포함된 습기, 물방울, 먼지 등을 제거할 수 있도록 상기 외기 덕트에 설치되는 예열 유닛; 및 상기 예열 유닛에 의해 가열된 외기를 재가열하기 위하여 상기 외기 덕트의 후단부에 설치되는 써멀 히터를 구비한다.

Description

극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템 및 공기 흡입 공조방법{AIR INTAKE CONDITIONING SYSTEM AND METHOD FOR ARTICS SHIP}

본 발명은 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템 및 공기 흡입 공조방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 북극해 지역과 같이 온도가 약 -52℃로 떨어지는 극저온 환경에서도 공기 흡입 공조 운전시 히터장비에 무리를 주지 않으며 결빙을 효과적으로 방지하면서 외기(外氣)를 선박의 거주구(Accommodation) 또는 기관실(Engine Room) 안으로 원활하게 흡입할 수 있는 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템 및 공기 흡입 공조방법에 관한 것이다.

지구온난화의 영향으로 북극해 해빙이 유실됨에 따라 러시아 부근의 북동항로와 캐나다 부근의 북서항로에 대한 관심이 증가하고 있다.

북극해 지역은 많은 자원이 있으며 새로 부각되는 관광지로서도 알려지고 있어 극지유전의 개발에 따른 수송, 보급 및 관광 목적으로 극지항로 개발에 관한 연구가 활발해지고 있다.

세계 지하자원의 약 25%가 매장되어 있고 기존항로에 비해 시간과 거리가 30% 이상 단축되는 북극해 항로 개발을 위해 북극해 인접국들인 미국, 캐나다, 러시아, 덴마크, 및 노르웨이 등은 관련 연구들을 주도적으로 수행하고 있다.

미국과 캐나다 연구진이 발표한 자료에 따르면, 현재 북극해 항로의 통행량은 2030년까지 전 세계선박 통행량의 2%에 달하며, 2050년까지 5%에 이를 것으로 예상되나, 최근 지구온난화의 영향으로 북극해 항로의 개방시기가 점차 앞당겨질 가능성이 높다.

극지 해역은 일반 해역과는 달리 빙상환경이라는 특수성이 있기에 부품소재 측면의 연구개발과는 별도로 환경위험도(Environmental Risk)를 고려하여 접근이 필요한 상황이다. 특히, 북극해를 운항하는 선박은 일반해역 운항 시보다 잠재적 위험요소가 산재되어 있기 때문에 안전운항이라는 측면에서 접근이 필요하다.

극지의 환경조건은 평균 대기온도가 약 -52℃에 이르고, 극심한 태양 방사선 해역에 떠있는 빙산들로 인해서 개발에 상당한 어려움이 있다.

극지방과 같이 외부 기온이 낮은 지역의 항해 시에는 저온 외기에 노출된 구조물들이 얼지 않도록 하는 히팅 시스템이 필요하다. 특히, 선박에서 도어나 해치 커버와 같은 구조물들은 결빙되는 경우, 오작동 또는 동작 불능 상태가 될 수 있으므로, 이러한 구조물의 원활한 작동을 위해서도 히팅 시스템이 필요하다.

일반적으로, 극지방 등 저온 구역을 운행하는 선박의 경우, 장비 작동에 필요한 최저온도 이상을 유지하고자, 선박 내 각 구역에 증기(Steam) 혹은 열매유(Thermal Oil)로 해당 구역의 온도를 올리는 공간 히터(Space Heater)를 설치한다.

상기 증기 공간히터 및 열매유 공간히터는 가열매체를 팬(Fan) 앞의 히팅 코일(Heating Coil)에 흘려주어 고온의 바람을 보내어 해당 공간의 온도를 높이는 장치이다.

그러나, 종래 증기 공간히터 및 열매유 공간히터는 온도가 약 -52℃로 떨어지는 극저온 환경에서 외기를 선박의 거주구 또는 기관실 등 내부로 흡입함에 있어서, 거주구 또는 기관실의 내부온도(약 20℃)와 외부온도(약 -52℃)의 온도차 ΔT가 70℃ 이상으로 너무 크게 차이가 나므로, 공기 흡입 공조 운전시 히터장비에 무리를 주게 됨은 물론, 히터장비에 결빙이 발생하여 원활한 외기 흡입이 어렵고, 심지어 히터장비의 고장을 초래하는 심각한 문제점이 있다.

또한, 종래 증기 공간히터 및 열매유 공간히터는 공기 흡입 공조 운전시 외기에 포함된 습기, 물방울, 먼지, 이물질 등을 충분히 제거하지 못하여 히팅 효율이 떨어지고 청정한 외기를 충분히 흡입하지 못하는 문제점이 있다.

특허공개 제10-2012-0051104호 특허공개 제10-2012-0076864호 특허공개 제10-2012-0132226호

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 방열구조의 루버(Louver)를 구비하고 그 루버 내부에 열매 유로를 형성한 예열 유닛을 이용하여 외기(外氣)를 일차로 가열하고, 써멀 히터를 이용하여 예열한 외기를 재가열함으로써, 온도가 약 -52℃로 떨어지는 극저온 환경에서도 공기 흡입 공조 운전시 히터장비에 무리를 주지 않으면서도 결빙을 효과적으로 방지하여 원활한 외기 흡입이 가능하며, 외기에 포함된 습기, 물방울, 먼지 등의 이물질을 충분히 제거하여 청정한 외기의 흡입이 가능한 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템 및 공기 흡입 공조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템은 룸 안으로 외기(外氣)를 흡입하기 위하여 상기 룸의 외벽(Outer Wall)에 설치되는 것으로, 상기 룸 안으로 외기의 유입이 가능하도록 상기 외벽에 설치되는 외기 덕트; 외기 유입을 선택적으로 차단할 수 있도록 상기 외기 덕트의 전단부에 설치되는 외기유입 차단유닛; 상기 외기 덕트를 통해서 유입된 외기를 예열하고 외기로부터 습기를 제거할 수 있도록 상기 외기 덕트에 설치되는 예열 유닛; 및 상기 예열 유닛에 의해 가열된 외기를 재가열하기 위하여 상기 외기 덕트의 후단부에 설치되는 적어도 하나 이상의 써멀 히터를 포함한다.

상기 외기 덕트의 외주 면에 상기 외기 덕트를 상기 룸의 외벽에 고정하기 위한 플랜지가 형성될 수 있다.

상기 외기유입 차단유닛은 상기 외기 덕트의 전면에 설치되는 도어 프레임; 상기 도어 프레임의 전면에 회동 축을 중심으로 회동 가능하게 설치되며, 양측에 가이드 돌기 부가 형성되는 도어; 및 상기 도어의 개폐를 가이드 하도록 상기 도어 프레임의 전면 양측에 힌지를 중심으로 회동 가능하게 설치되고, 중간에 가이드 슬롯이 형성되며, 상기 가이드 돌기 부는 상기 가이드 슬롯 안에 삽입되어 가이드 되는 도어 가이드 링크를 포함한다.

상기 회동 축에는 토션 스프링이 설치되고, 상기 도어의 상부에 도어 패킹이 설치될 수 있다.

상기 도어 프레임에는 상기 도어를 로킹하기 위한 로커가 설치될 수 있다.

상기 예열 유닛은 상부에 위치하는 열매 인입 부; 하부에 위치하는 열매 배출 부; 상기 열매 인입 부를 통해서 유입된 열매가 상기 열매 배출 부를 통해서 배출되도록 수직으로 배치되고, 내부에 열매 유로가 형성되는 다수의 루버(또는 블레이드)를 포함한다.

상기 루버는 외주 면에는 방열 핀 및/또는 워터 캡처 부가 형성될 수 있다.

상기 써멀 히터는 상기 외기 덕트의 후단부 내측에 설치될 수 있다.

상기 써멀 히터는 좌측과 우측에 형성되고, 상부와 하부에 각각 열매 인입 부와 오일 배출 부가 형성되는 헤드; 및 상기 헤드를 수평으로 연결하고, 내부에 열매 유로가 형성되는 히팅 파이프를 포함한다.

상기 예열 유닛의 후방에는 필터가 설치될 수 있다.

상기 예열 유닛의 둘레에는 고정 프레임이 설치되고, 상기 고정 프레임의 하부에는 드레인 부가 설치될 수 있다.

상기 예열 유닛은 상기 외기유입 차단유닛 후방 혹은 전방에 배치될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 극지용 선박의 공기 흡입 공조방법은 극지용 선박의 룸 안으로 외기(外氣)를 흡입하여 히팅하는 것으로, 상기 룸 안으로 외기를 흡입하는 단계; 유입되는 외기를 예열하는 단계; 및 예열된 외기를 재가열하는 단계;를 포함한다.

상기 룸 안으로 유입되는 외기를 예열하는 단계에서는, 외기유입 차단유닛의 도어를 개방하고, 예열 유닛의 히팅 루버의 열매 유로 안으로 열매를 순환시켜서 외기를 예열한다.

상기 예열된 외기를 재가열하는 단계에서는, 적어도 하나 이상 설치되는 써멀 히터를 이용하여 상기 예열된 외기를 재가열한다. 상기 써멀 히터의 히팅 파이프에 형성된 열매 유로 안에 열매를 순환시켜서 외기를 가열한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 예열 유닛을 이용하여 외기(外氣)를 일차적으로 가열하고, 써멀 히터를 이용하여 외기를 재가열함으로써, 온도가 -52℃ 로 떨어지는 극저온 환경에서도 공기 흡입 공조 운전시 히터장비에 무리를 주지 않으면서도 결빙을 효과적으로 방지하여 원활한 외기의 흡입이 가능하다.

또한, 본 발명은 룸의 외부와 내부에 대해서 최소의 차압 유지 기능을 유지할 수 있으며, 워터 캡처 기능을 추가하여 외기에 포함된 습기를 충분히 제거하여 청정한 공기를 흡입할 수 있고, 히팅 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1a, 도 1b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템을 보인 측면 구성도
도 2는 도 1a의 정면도
도 3은 도 1a의 평면도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 외기유입 차단유닛을 보인 정면도
도 5는 도 1a의 "A" 확대도
도 6은 외기의 가열과 워터 캡처를 설명하는 도면
도 7 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 루버의 변형 예들을 보인 단면도
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 써멀 히터를 보인 정면도
도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 써멀 히터를 보인 평면도
도 12는 본 발명의 변형 예로서 룸의 내측에 예열 유닛이 배치되는 구성을 보인 측면 구성도

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템 및 공기 흡입 공조방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템을 보인 측면 구성도로서, 도 1a는 도어가 닫힌 상태를 나타내고, 도 1b는 도어가 열린 상태를 나타낸다.

도 2는 도 1a의 정면도이고, 도 3은 도 1a의 평면도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 외기유입 차단유닛을 보인 정면도이고, 도 5는 도 1a의 "A" 확대도이다.

도 6은 외기의 가열과 워터 캡처를 설명하는 도면이고, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 루버의 변형 예들을 보인 단면도이다.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 써멀 히터를 보인 정면도이고, 도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 써멀 히터를 보인 평면도이다.

위 도면을 참조하면, 본 발명의 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템은 룸(Room or Zone) 안으로 외기(外氣)를 흡입하기 위하여 선박의 룸에 설치되는 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템으로 극지용 선박뿐만 아니라 일반 선박에도 적용될 수도 있다.

여기서, 룸이란 선박의 기관실, 거주구, 공조 장비실뿐만 아니라 공기를 흡입하고 배출하기 위한 구획 공간이나 덕트를 모두 포함하는 개념으로 정의한다.

이하에서는 북극해와 같은 극해 지역을 일 예로 설명하며, 약 -52℃의 극저온 외기(外氣)를 적정한 온도로 가열하고 습기와 이물질을 여과하여 룸 안으로 청정한 공기를 흡입하기 위한 극지용 공기 흡입 공조시스템에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템은 외기(外氣)를 흡입하기 위하여 극지용 선박의 각종 룸의 외벽에 설치되는 것으로, 상기 룸 안으로 외기의 유입 가능하도록 상기 외벽에 설치되는 외기 덕트; 상기 외기 덕트를 통해서 유입된 외기를 가열하고 외기에 포함된 습기를 제거할 수 있도록 상기 외기 덕트에 설치되는 적어도 하나 이상의 히터를 포함한다.

예를 들어, 본 발명에 따른 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템은 외기 덕트(10)와, 외기유입 차단유닛(100)과, 예열 유닛(200)과, 써멀 히터(300)를 포함한다.

또한, 룸(1) 안에는 외기 덕트(10)를 통해서 외기를 흡입하기 위한 흡기 팬(미도시)이 설치되지만, 흡기 팬은 공지 기술에 해당하므로 본 발명의 도면에서 흡기 팬에 대한 도시는 생략한다.

상기 외기 덕트(10)는 상기 룸(1) 안으로 외기의 유입이 가능하도록 상기 룸(1)의 외벽(2)에 관통하여 설치될 수 있다. 상기 외기 덕트(10)는 사각 형상을 가질 수 있다.

상기 외기 덕트(10)의 외주 면에는 상기 외기 덕트(10)를 상기 룸(1)의 외벽(2)에 고정하기 위한 고정수단으로서 플랜지(11)가 형성될 수 있다. 상기 플랜지(11)를 상기 룸(1)의 외벽(2)에 맞댄 상태에서, 볼트(B)를 체결하여 상기 외기 덕트(10)를 견고하게 고정할 수 있다.

상기 외기유입 차단유닛(100)은 상기 외기 덕트(10)의 전단부에 설치될 수 있다. 상기 외기유입 차단유닛(100)에 의해서 상기 외기 덕트(10)의 전단부가 차단되는 경우에, 극저온의 외기가 룸(1) 안으로 유입되지 않도록 구성된다.

도면에는 도시하지 않았으나, 상기 외기 덕트(10)에서 발생하는 틈새, 즉 룸(1) 안으로 극저온의 외기가 임의로 유입될 수 있는 구멍은 시일링(Sealing)에 의해서 차단될 수 있다.

상기 외기유입 차단유닛(100)은 상기 외기 덕트(10)의 전면에 설치되는데, 공조 운전을 하는 경우에는 개방되고 공조 운전을 하지 않는 경우에는 폐쇄되어 외기 유입을 차단하도록 구성된다.

상기 외기유입 차단유닛(100)의 구성을 살펴보면, 우선 상기 외기 덕트(10)의 전면에는 도어 프레임(110)이 설치될 수 있다.

상기 도어 프레임(110)의 전면 상부에는 회동 축(111)이 수평으로 설치되고, 그 회동 축(111)을 중심으로 도어(120)가 회동 가능하게 설치될 수 있다. 상기 도어(120)의 양측에는 가이드 돌기 부(121)가 형성될 수 있다.

그리고, 상기 도어(120)의 개폐를 가이드 하도록 상기 도어 프레임(110)의 전면 양측에는 힌지(131)를 중심으로 도어 가이드 링크(130)가 회동 가능하게 설치될 수 있다.

상기 도어 가이드 링크(130)의 상부에는 손잡이(133)가 형성될 수 있다. 상기 손잡이(133)는 상기 도어 프레임(110)의 전면 양측에 위치한 상기 도어 가이드 링크(130)를 연결하며, 상기 도어(120)의 개폐시 사용된다.

상기 도어 가이드 링크(130)의 중간에는 가이드 슬롯(132)이 형성되는데, 상기 가이드 돌기 부(121)는 상기 가이드 슬롯(132) 안에 삽입되어 가이드 되도록 구성된다. 상기 가이드 슬롯(132)의 끝단에는 스토핑 홈(132a)이 형성된다. 상기 스토핑 홈(132a) 안에 상기 가이드 돌기 부(121)가 삽입되면, 상기 도어(120)의 개방상태가 유지된다.

즉, 상기 손잡이(133)를 밀거나 잡아당겨서, 힌지(131)를 중심으로 도어 가이드 링크(130)를 회동시키면, 가이드 돌기 부(121)가 상기 가이드 슬롯(132)을 따라 이동되고, 이때 상기 도어(120)가 회동 축(111)을 중심으로 회동하면서 개폐되도록 구성된다.

상기 회동 축(111)에는 토션 스프링(112)이 설치되고, 상기 도어(120)의 상부에는 도어 패킹(113)이 설치될 수 있다.

상기 토션 스프링(112)은 도어(120)가 개방되도록 하는 방향으로 상기 도어(120)에 탄성력을 부여하여 도어(120)를 닫을 때 도어(120)가 너무 급격하게 닫히지 않도록 하여 파손을 방지하고, 도어 패킹(113)은 도어(120)를 닫을 때의 충격을 흡수하는 역할을 한다.

상기 도어 프레임(110)에는 상기 도어(120)를 로킹하기 위한 로커(140)가 설치될 수 있다. 상기 로커(140)로는 액츄에이터 혹은 유압 실린더 등을 사용할 수도 있다.

상기 예열 유닛(200)은 외기 덕트(10)를 통해서 유입된 외기를 예열하고 외기 안에 포함된 습기를 제거할 수 있도록 상기 외기 덕트(10)에 설치된다.

상기 예열 유닛(200)의 후방에는 필터(F)가 설치될 수 있다. 필터(F)는 외기에 포함된 습기, 물방울, 먼지는 물론 이물질 등을 여과하는 역할을 한다.

상기 예열 유닛(200)의 둘레에는 고정 프레임(201)이 설치되고, 상기 고정 프레임(201)의 하부에는 드레인 부(202)가 설치될 수 있다.

상기 드레인 부(202)는 상기 예열 유닛(200)의 워터 캡처 부(233)에서 제거된 습기를 모아서 외부로 배출하는 역할을 한다.

상기 고정 프레임(201)은 상기 예열 유닛(200)을 커버링하는 역할을 하며, 상기 고정 프레임(201)에는 도시하지 않은 댐퍼 등이 설치될 수 있다.

상기 예열 유닛(200)은 룸(1)의 외측에 설치될 수도 있지만, 환경조건이나 설계조건에 따라 룸(1) 내측에 배치될 수도 있다(도 12 참조).

상기 예열 유닛(200)은 상부에 위치하는 열매 인입 부(210)와, 하부에 위치하는 열매 배출 부(220)를 구비한다. 상기 열매 인입 부(210)로는 스팀(또는 오일)이 유입되고 상기 열매 배출 부(220)로는 스팀(또는 오일)이 배출된다.

열매(Heating Medium)는 전열 매체(傳熱媒體)라고도 하며, 열전달이나 반응 온도의 유지 등을 하기 위해서 열원으로부터의 열을 다른 곳에 전하는 역할을 하는 유체를 말한다. 열매로서의 조건은 단위 체적 당의 열용량이 크고 열적으로 안정하며 열전도율이 높고 부식성이 적으며 무독성으로, 공기, 물, 수증기, 수은, 오일 이외에도 고온인 경우에는 고온 열매액이 사용될 수 있다.

상기 열매 인입 부(210)를 통해서 유입된 스팀(또는 오일)이 상기 열매 배출 부(220)를 통해서 배출되도록 다수의 루버(또는 블레이드)(230)가 수직으로 배치될 수 있다.

상기 루버(230)는 상하로 연이어 연결될 수 있다. 상기 루버(230)의 내부에는 열매 유로(231)가 형성된다.
상기 루버(230)는, 상기 외기 덕트(10)의 사이즈에 제한받지 않도록 상기 외기 덕트(10)의 길이방향을 따라 길게 배치되어 폭과 높이는 동일하게 유지하면서 표면적을 확대하여 열매 발열량을 높여서 공기 흡입 공조 운전시 외기 온도가 -52℃ 이하로 떨어지는 극저온 환경에서도 히터장비에 무리가 가지 않고 결빙이 발생하지 않도록 구성하되, “〈”형상으로 굽어진 형상을 가지며, 외주 면에 방열 핀(232: 도 7 참조)이 형성되고, 내부에 열매 유로가 수평방향으로 형성되며, 외주 면에 워터 캡처 부(233: 도 8 및 도 9 참조)가 형성되어, 상기 루버(230) 사이로 유입되는 외기는, 일차적으로, 상기 워터 캡처 부(233)를 거치면서 외기에 포함된 습기를 제거하고, 상기 루버(230)의 인입부 측에 설치된 열원부(상기 열매유로를 통과하는 열매)에 의해 인입되는 공기가 원하는 온도만큼 히팅될 수 있도록 하되, 상기 인입부 측의 열원부는 유입되는 외기 내의 이물질이 얼지 않도록 하여 상기 외기 덕트(10) 막힘을 방지하고, 이차적으로, 상기 루버(230)의 후단부 측에 설치된 열원부(상기 열매유로를 통과하는 열매)에 의해 필요한 온도로 히팅되어 상기 룸(1) 안으로 공급될 수 있도록 구성된다.

삭제

도 7에 도시된 루버(230)의 형상은 루버 내부에 원형의 열매 유로(231)가 형성되고 외주 면에 방열 핀(232)이 형성된 것이고, 도 8에 도시된 루버(230)의 형상은 루버 내부에 타원형 열매 유로(231)가 형성되고 외주 면에 워터 캡처 부(233)가 형성된 것이며, 도 9에 도시된 루버(230)의 형상은 루버 내부 전체에 열매 유로(231)가 형성되고 외주 면에 워터 캡처 부(233)가 형성된 것인바, 이러한 루버의 형상은 이외에 다른 여러 가지 형상으로 변형가능하다.

도 6에 도시된 바와 같이, 루버(230) 사이로 극저온의 외기가 유입되면 열매 유로(231)를 흐르는 스팀이나 오일에 의해서 외기가 가열되고 워터 캡처 부(233)에 의해서 외기에 포함된 습기를 제거할 수 있다. 즉, 루버(230) 사이로 유입되는 외기의 일부가 상기 워터 캡처 부(233)를 거쳐서 가도록 외기를 유도하여 외기에 포함된 습기를 효과적으로 제거할 수 있는 것이다.

상기 써멀 히터(300) 쪽으로 외기가 유입되기 전에, 상기 루버(230)의 워터 캡처 부(233) 및 추가로 필터(F)에 의해서, 외기에 포함된 습기가 완전히 제거됨으로써, 상기 써멀 히터(300)의 히팅 효율을 높일 수 있다. 즉, 외기에 습기가 포함되어 있을 경우 상기 써멀 히터(300)가 외기 및 습기를 가열하기 위해서 더 많은 에너지를 필요로 하지만, 외기에 습기가 포함되어 있지 않을 경우 상기 써멀 히터(300)가 외기만을 가열하면 되므로 상대적으로 적은 에너지를 필요로 함으로써, 히팅 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 써멀 히터(300)는 상기 예열 유닛(200)에 의해 가열된 외기를 재가열하기 위하여 상기 외기 덕트(10)의 후단부에 설치될 수 있다.

극지의 외기는 약 -52℃로 극저온이고 룸(1) 안의 온도는 약 20℃로서, 룸(1) 외부와 내부 온도차 ΔT가 약 70℃가 된다.

이와 같이 룸(1) 외부와 내부의 온도차가 너무 크고 차압이 크게 발생하므로 극저온의 외기를 룸(1) 안으로 바로 흡입할 경우에, 히터장비에 무리가 가고 결빙이 발생할 수 있는바, 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 예열 유닛(200)이 구비되고, 그 예열 유닛(200)의 후방에 써멀 히터(300)가 구비된다.

상기 써멀 히터(300)는 상기 외기 덕트(10)의 후단부 외측 혹은 내측에 설치될 수 있다. 상기 써멀 히터(300)는 설계 조건에 따라서 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 써멀 히터(300)는 좌우 양측에 설치되는 헤드(310)와, 상기 헤드(310)를 수평으로 서로 연결하고 내부에 열매 유로(321)가 형성된 히팅 파이프(320)를 구비한다.

상기 헤드(310)는 좌측과 우측에 각각 형성되고, 상기 헤드(310)의 상부와 하부에 각각 열매 인입 부(311)와 열매 배출 부(312)가 형성된다. 상기 히팅 파이프(320) 내부에는 열매 유로(321)가 형성된다. 상기 히팅 파이프(320) 외부에는 핀 튜브(322)가 형성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 극지용 선박의 공기 흡입 공조방법은 극지용 선박의 룸(1) 안으로 외기(外氣)를 흡입하는 것으로, 상기 룸(1) 안으로 외기를 흡입하는 단계; 유입되는 외기를 예열하는 단계, 및 예열된 외기를 재가열하는 단계를 포함한다.

상기 룸(1) 안으로 외기를 흡입하는 단계에서는, 외기유입 차단유닛(100)의 도어(120)를 개방하고 도면에 도시하지 않은 흡입 팬을 구동하여 외기를 룸 안으로 흡입한다.

상기 룸(1) 안으로 유입되는 외기를 예열하는 단계에서는, 예열 유닛(200)의 히팅 루버(230)의 열매 유로(231) 안으로 열매를 순환시켜서 외기를 예열한다.

상기 예열된 외기를 재가열하는 단계에서는, 적어도 하나 이상 설치되는 써멀 히터(300)를 이용하여 예열된 외기를 재가열한다. 상기 열매 유로(321) 안에 열매를 순환시켜서 외기를 가열한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템의 작용 효과에 대하여 설명한다.

우선, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 외기유입 차단유닛을 이용하여 도어를 열고 닫는 동작을 설명한다.

도 1a는 도어가 닫힌 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서는 도어(120)가 수직으로 위치하여 외부 덕트(10)의 전면에 형성된 개구(Opening)를 차단한다. 외기를 룸(1) 안으로 흡입하기 위하여 도어(120)를 열고자 하는 경우, 손잡이(133)를 잡고서 힌지(131)를 중심으로 도어 가이드 링크(130)를 하방으로 회동시킨다. 이때, 가이드 돌기 부(121)가 가이드 슬롯(132)을 따라 이동하게 되므로, 도어(120)는 회동 축(111)을 중심으로 회동하면서 열리게 된다. 상기 도어(120)의 개폐는 수동으로 가능하지만 구동모터를 이용한 자동 개폐도 가능하다.

도 1b는 도어가 열린 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서 도어(120)를 닫고자 하는 경우에는 손잡이(133)를 잡고 힌지(131)를 중심으로 도어 가이드 링크(130)를 상방으로 회동시킨다.

이때, 가이드 돌기 부(121)가 가이드 슬롯(132)을 따라 이동하게 되므로, 도어(120)는 회동 축(111)을 중심으로 회동하면서 닫히게 된다.

이하, 도 1b, 도 6, 도 10을 참조하여 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템 운전을 설명한다.

예열 유닛(200)에 있어서, 열매 인입 부(210)를 통해서 유입된 열매, 예를 들어 스팀(혹은 오일)이 루버(블레이드)(230)의 열매 유로(231)를 따라 흐르고 상기 열매 배출 부(220)를 통해서 배출되는 일련의 순환과정을 반복한다.

고온의 스팀(혹은 오일)은 방열 핀(232)을 통해서 방열하며, 이때 룸(1) 안에 설치된 흡기 팬(미도시)의 흡입력에 의해서, 외부 덕트(10) 안으로 유입되는 극저온의 외기는 루버(230) 사이로 유입하게 된다.

외기는 스팀(혹은 오일)과 열 교환하여 가열되고, 워터 캡처 부(233)에 의해서 외기에 포함된 습기는 제거된다. 가열된 외기는 필터(F)를 거치게 되고 외기에 포함된 습기와 이물질은 여과된다. 필터(F)를 거친 가열된 외기는 외부 덕트(10)를 따라 이동하여 써멀 히터(300) 쪽으로 이동한다.

써멀 히터(300)에 있어서, 열매 인입 부(311)를 통해서 유입된 고온의 스팀(혹은 오일)이 좌측의 헤드(310) 안으로 유입된 후 히팅 파이프(320)를 거쳐서 우측의 헤드(310) 안으로 유입된다. 이후 열매 배출 부(312)를 통해서 배출되는 일련의 순환과정을 반복한다.

고온의 오일(혹은 증기)은 열매 유로(321)를 따라 흐르면서 히팅 파이프(320)를 통해서 방열되고, 이때 히팅 파이프(320) 사이로 유입되는 가열된 외기를 재가열한다. 써멀 히터(300)에 의해 가열된 외기는 룸(1) 안에 설치된 흡기 팬(미도시)의 흡입력에 의해서, 룸(1) 안으로 흡입된다.

이와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템에 있어서, 극지의 외기 온도가 약 53℃의 극저온이고 룸(1) 안의 온도는 약 20℃로서, 룸(1) 외부와 내부 온도차 ΔT가 약 70℃ 이상으로 편차가 심하게 나는 경우에도, 열매체 유로(321)의 히팅 파이프(320)를 갖는 예열 유닛(200)을 이용하여 극저온의 외기를 일차로 가열하고 써멀 히터(300)를 이용하여 외기를 재가열함으로써, 온도가 -52℃로 떨어지는 극저온 환경에서도 히터장비에 무리를 주지 않으면서도 결빙을 효과적으로 방지하여 원활한 외기 흡입이 가능하다.

한편, 도 12는 본 발명의 변형 예로서, 룸의 내측에 예열 유닛이 배치되는 구성을 보인 것이다.

도 12를 참조하면, 룸(1) 안으로 외기의 유입이 가능하도록 외기 덕트(10)가 룸(1)에 설치된다. 상기 외기 덕트(10)의 전면부에는 상기 외기유입 차단유닛(100)이 설치될 수 있다.

상기 외기유입 차단유닛(100)은 상기 외기 덕트(10)의 전면에 설치되어 공기 흡입 공조 운전시에는 개방되고 공조 운전하지 않는 경우에는 폐쇄되어 외기 유입을 차단하도록 구성된다.

상기 외기유입 차단유닛(100)의 후방에는 상기 예열 유닛(200')이 설치된다.

상기 예열 유닛(200')은 상기 외기 덕트(10)를 통해서 유입된 외기를 예열하고 외기에 포함된 습기를 제거하기 위한 것으로, 룸(1) 안에 설치될 수도 있다.

이와 같이 예열 유닛(200')이 룸(1) 내측에 설치될 경우에는 극저온의 외기에 의한 결빙을 효과적으로 방지하고, 유지보수가 용이한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 룸
2: 외벽
10: 외기 덕트
11: 플랜지
100: 외기유입 차단유닛
110: 도어 프레임
111: 회동 축
112: 토션 스프링
113: 도어 패킹
120: 도어
121: 가이드 돌기 부
130: 도어 가이드 링크
131: 힌지
132: 가이드 슬롯
133: 손잡이
140: 로커
200: 예열 유닛
201: 고정 프레임
202: 드레인 부
210: 열매 인입 부
220: 열매 배출 부
230: 루버
231: 열매 유로
232: 방열 핀
233: 워터 캡처 부
300: 써멀 히터
310: 헤드
311: 열매 인입 부
312: 열매 배출 부
320: 히팅 파이프
B: 볼트
F: 필터

Claims

외기(外氣)를 흡입하기 위하여 극지용 선박의 각종 룸(1)의 외벽에 설치되는 극지용 공기 흡입 공조시스템에 있어서,
상기 룸(1) 안으로 외기의 유입이 가능하도록 상기 외벽에 설치되는 외기 덕트(10);
외기 유입을 선택적으로 차단할 수 있도록 상기 외기 덕트(10)의 전단부에 설치되는 외기유입 차단유닛(100); 상기 외기 덕트(10)를 통해서 유입된 외기를 예열하고 외기에 포함된 습기를 제거할 수 있도록 상기 외기 덕트(10)에 설치되는 예열 유닛(200); 및 상기 예열 유닛(200)에 의해 가열된 외기를 재가열하기 위하여 상기 외기 덕트(10)의 후단부에 적어도 하나 이상 설치되는 써멀 히터(300);를 포함하되,
상기 예열 유닛(200)은 상부에 위치하는 열매 인입 부(210); 하부에 위치하는 열매 배출 부(220); 및 상기 열매 인입 부(210)를 통해서 유입된 열매가 상기 열매 배출 부(220)를 통해서 배출되도록 수직으로 배치되고, 내부에 열매 유로가 형성되는 다수의 루버(230);를 포함하고,
상기 루버(230)는,
상기 외기 덕트(10)의 사이즈에 제한받지 않도록 상기 외기 덕트(10)의 길이방향을 따라 길게 배치되어 폭과 높이는 동일하게 유지하면서 표면적을 확대하여 열매 발열량을 높여서 공기 흡입 공조 운전시 외기 온도가 -52℃ 이하로 떨어지는 극저온 환경에서도 히터장비에 무리가 가지 않고 결빙이 발생하지 않도록 구성하되, “〈”형상으로 굽어진 형상을 가지며, 외주 면에 방열 핀(232)이 형성되고, 내부에 열매 유로가 수평방향으로 형성되며, 외주 면에 워터 캡처 부(233)가 형성되어, 상기 루버(230) 사이로 유입되는 외기는, 일차적으로, 상기 워터 캡처 부(233)를 거치면서 외기에 포함된 습기를 제거하고, 상기 루버(230)의 인입부 측에 설치된 열원부(상기 열매유로를 통과하는 열매)에 의해 인입되는 공기가 원하는 온도만큼 히팅될 수 있도록 하되, 상기 인입부 측의 열원부는 유입되는 외기 내의 이물질이 얼지 않도록 하여 상기 외기 덕트(10) 막힘을 방지하고,
이차적으로, 상기 루버(230)의 후단부 측에 설치된 열원부(상기 열매유로를 통과하는 열매)에 의해 필요한 온도로 히팅되어 상기 룸(1) 안으로 공급될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 외기 덕트(10)의 외주 면에 상기 외기 덕트를 상기 외벽에 고정하기 위한 플랜지(11)가 형성되는 것을 특징으로 하는 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 외기유입 차단유닛(100)은
상기 외기 덕트(10)의 전면에 설치되는 도어 프레임(110);
상기 도어 프레임(110)의 전면에 회동 축(111)을 중심으로 회동 가능하게 설치되며, 양측에 가이드 돌기 부(121)가 형성되는 도어(120); 및
상기 도어(120)의 개폐를 가이드 하도록 상기 도어 프레임(110)의 전면 양측에 힌지(131)를 중심으로 회동 가능하게 설치되고, 중간에 가이드 슬롯(132)이 형성되며, 상기 가이드 돌기 부(121)는 상기 가이드 슬롯(132) 안에 삽입되어 가이드 되는 도어 가이드 링크(130);를 포함하되,
상기 가이드 슬롯(132)의 끝단에는 스토핑 홈(132a)이 형성되며, 상기 스토핑 홈(132a) 안에 상기 가이드 돌기 부(121)가 삽입되면, 상기 도어(120)의 개방상태가 유지되고, 상기 도어 가이드 링크(130)의 손잡이(133)를 밀거나 잡아당겨서, 상기 힌지(131)를 중심으로 상기 도어 가이드 링크(130)를 회동시키면, 상기 가이드 돌기 부(121)가 상기 가이드 슬롯(132)을 따라 이동되고, 상기 도어(120)가 상기 회동 축(111)을 중심으로 회동하면서 개폐되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 회동 축(111)에는 토션 스프링(112)이 설치되고, 상기 도어의 상부에 도어 패킹(113)이 설치되는 것을 특징으로 하는 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템.
청구항 3 또는 4에 있어서,
상기 도어 프레임에는 상기 도어를 로킹하기 위한 로커가 설치되는 것을 특징으로 하는 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템.
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청구항 1에 있어서,
상기 써멀 히터는 상기 외기 덕트의 후단부 내측에 설치되는 것을 특징으로 하는 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 써멀 히터는
좌측과 우측에 형성되고, 상부와 하부에 각각 열매 인입 부와 열매 배출 부가 형성되는 헤드; 및
상기 헤드를 수평으로 연결하고, 내부에 열매 유로가 형성되는 히팅 파이프;를 포함하는 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 예열 유닛의 후방에는 필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 예열 유닛의 둘레에는 고정 프레임이 설치되는 것을 특징으로 하는 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템.
청구항 12에 있어서,
상기 고정 프레임의 하부에는 드레인 부가 설치되는 것을 특징으로 하는 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 예열 유닛은 상기 외기유입 차단유닛 후방에 배치되는 것을 특징으로 하는 극지용 선박의 공기 흡입 공조시스템.
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