KR102117381B1 - Energy saving apparatus of a ship using waste heat - Google Patents
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Abstract
선박의 에너지 절감 장치가 개시된다. 본 발명의 선박의 에너지 절감 장치는, 물 보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작하는 중저온 폐열회수시스템; 선박의 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 작동유체로 하여 전력을 생산하는 폐열회수시스템; 및 폐열회수시스템의 스팀 터빈 구동을 위해 열교환기로 공급되는 급수를 중저온 폐열회수시스템의 콘덴서에서 유기냉매와 열교환시키는 급수 열교환부를 포함한다.Disclosed is a ship energy saving device. Energy saving device of the ship of the present invention, the low-temperature waste heat recovery system operating with an organic refrigerant having a lower boiling point than water as a working fluid; A waste heat recovery system for generating electric power using exhaust gas discharged from a ship engine as a working fluid; And a feed water heat exchanger that heats the water supplied to the heat exchanger with the organic refrigerant in a condenser of the low and medium temperature waste heat recovery system to drive the steam turbine of the waste heat recovery system.
Description
본 발명은, 선박의 에너지 절감 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작하는 중저온 폐열회수시스템의 콘덴서에서 버려지는 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an energy-saving device for a ship, and more particularly, an energy-saving device for a ship using waste heat discarded by a condenser of a low-temperature waste heat recovery system operating with an organic refrigerant having a lower boiling point than water as a working fluid. It is about.
일반적으로 선박의 추진용 또는 발전용 엔진에서 연료를 연소하여 발생하는 열 에너지 중 대략 50% 정도는 각각 추진이나 발전에 사용되지만, 나머지는 거의 대부분 배기가스의 형태 또는 엔진 냉각수에 대한 열교환을 통한 냉각 등을 통해 외부로 배출되는 형태로 소비된다. 이와 같은 형태로 배출되는 열은 기관의 추진이나 발전 등에 유용한 형태로 전환되지 못하고 버려지는 열이라고 할 수 있으며, 따라서 이를 폐열이라고 일컫는다.In general, about 50% of the thermal energy generated by burning fuel in a propulsion or power generation engine of a ship is used for propulsion or power generation, respectively, but almost all of the rest is cooled through heat exchange to the form of exhaust gas or engine cooling water. It is consumed in the form of being discharged to the outside through the back. The heat discharged in this form cannot be converted into a form useful for the propulsion or power generation of the engine, and can be said to be wasted heat, and thus it is called waste heat.
그러므로 외부로 배출되는 폐열 중 일부라도 회수하여 이를 유용한 에너지로 재활용할 수 있다면 그만큼 연료의 절약을 도모할 수 있으므로 선박에서 소모하는 전체 에너지를 절감하는 데 크게 기여할 수 있게 된다.Therefore, if some of the waste heat discharged to the outside can be recovered and recycled as useful energy, fuel can be saved as much as possible, and thus, it can greatly contribute to reducing the total energy consumed by the ship.
그 결과, 최근에는 외부로 배출되는 폐열 중 일부를 회수함으로써 에너지를 절감할 수 있는 고효율의 선박 또는 친환경 선박에 대한 필요성이 요구되고 있다. 이미 선박 분야에서는 수년 전부터 엔진으로부터 배출되는 고온의 배기가스를 직접 작동유체로 사용하는 가스터빈(또는 파워터빈이라고 함)과 고온의 배기가스의 열을 이용하여 생성된 증기의 일부를 작동유체로 사용하는 증기터빈 등을 추가적으로 설치하여 전력을 생산할 수 있도록 한 이른바 폐열회수장치(WHRS: Waste Heat Recovery System)를 적용하고 있다.As a result, in recent years, there is a need for a high-efficiency ship or an eco-friendly ship capable of saving energy by recovering some of the waste heat discharged to the outside. In the field of ships, gas turbines (or power turbines) that use high-temperature exhaust gas emitted from the engine as a working fluid for several years ago and part of the steam generated by using the heat of high-temperature exhaust gas are used as working fluid. A so-called waste heat recovery system (WHRS) is applied to additionally install steam turbines to produce electricity.
최근 들어 선박을 저속으로 운항하여 연료비의 절감을 요구하는 선주들이 많아지므로 인해 선박을 저속으로 운항할 경우, 엔진의 출력은 최대 출력의 30%~50% 정도만 사용하게 된다.In recent years, ships operating at low speed have increased the number of ship owners who demand to reduce fuel costs. Therefore, when the ship is operated at low speed, the engine output uses only 30% to 50% of the maximum power.
이렇게 낮은 부하로 엔진을 운전하면 배기가스의 온도가 낮기 때문에 고온의 열을 이용하는 기존의 폐열회수장치는 그 역할을 제대로 하지 못하게 된다. 즉, 종래 폐열회수장치의 가스터빈과 증기터빈은 그 특성상 섭씨 약 250도 정도 이상의 열원으로부터만 열을 회수하여 이를 통해 전기 에너지를 생산할 수 있었으나, 그 이하 온도의 열은 여전히 활용하지 못하고 버려질 수밖에 없는 문제를 안고 있다.If the engine is operated at such a low load, the exhaust gas temperature is low, so the existing waste heat recovery device using high-temperature heat cannot function properly. In other words, gas turbines and steam turbines of the conventional waste heat recovery device were able to recover heat only from heat sources of about 250 degrees Celsius or higher, thereby producing electrical energy. Have no problems.
부연하자면 종래 선박의 폐열회수장치는 버려지는 열 에너지 중 비교적 고온의 열을 회수하여 전력을 생산함으로 인해 엔진이 높은 부하로 운전될 때 많은 양의 열을 회수하여 전력을 생산할 수 있지만, 엔진이 낮은 부하로 운전될 때에는 배기가스, 즉 폐열의 온도가 비교적 낮아 전력 생산의 효용성이 떨어지게 된다.Incidentally, the waste heat recovery device of a conventional ship recovers a relatively high temperature of the heat energy that is wasted, thereby producing electric power, so that when the engine is operated at a high load, it can recover a large amount of heat to produce electric power, but the engine is low. When operating under load, the temperature of the exhaust gas, that is, the waste heat is relatively low, thereby reducing the utility of power generation.
따라서 섭씨 약 100도 내지 250도 정도의 중저온 폐열을 열원으로 하여 동작할 수 있는 장치가 요구되고, 이러한 장치는 본 출원인에 의해 출원되어 등록된 한국등록특허공보 제10-1328401호(2013.11.06)에 개시되어 있다.Therefore, a device capable of operating with a medium or low temperature waste heat of about 100 degrees to 250 degrees Celsius as a heat source is required, and such a device has been filed and registered by the applicant of the Korean Registered Patent Publication No. 10-1328401 (2013.11.06 ).
즉 중저온 폐열회수장치는 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작하는 터빈 사이클이며, 이를 통상 ORC(Organic Rankine Cycle) 장치라고 일컫는다. 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 사용하므로 물을 작동유체로 사용하는 증기터빈보다 낮은 온도를 열원으로 하여 동작할 수 있으며, 선박에서 발생하는 섭씨 250도 이하의 폐열을 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다.That is, the medium and low temperature waste heat recovery device is a turbine cycle that operates using an organic refrigerant having a lower boiling point than water as a working fluid, and is commonly referred to as an ORC (Organic Rankine Cycle) device. Because it uses an organic refrigerant with a lower boiling point than water, it can operate at a temperature lower than that of a steam turbine that uses water as a working fluid, and it can produce electric energy using waste heat of 250 degrees Celsius or less generated from ships. .
전술한 실시 예는 선박에서 버려지는 폐열을 중저온 폐열회수장치의 증발기로 공급하여 이용하는 것에 한정되어 있고, 콘덴서에서의 응축 과정에서 그대로 버려지는 유기냉매의 열원에 대해서는 아무런 논의가 없다. 즉 중저온 폐열회수장치의 콘덴서로 공급되는 작동유체인 유기냉매는 콘덴서로 공급되는 약 36도의 청수(fresh water)에 의해 응축되는 데, 이 과정에서 유기냉매가 가지고 있는 열은 청수에 의해 모두 버려진다.The above-described embodiment is limited to supplying and using the waste heat that is wasted from the ship as an evaporator of the medium and low temperature waste heat recovery device, and there is no discussion about the heat source of the organic refrigerant that is discarded as it is during condensation in the condenser. That is, the organic refrigerant, which is the working fluid supplied to the condenser of the low-temperature waste heat recovery device, is condensed by fresh water of about 36 degrees supplied to the condenser. In this process, all the heat of the organic refrigerant is discarded by the fresh water. .
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 폐열회수시스템의 스팀 터빈의 구동을 위해 열교환기로 공급되는 급수를 중저온 폐열회수시스템의 콘덴서에서 유기냉매와 열교환 할 수 있도록 하여 폐열회수의 극대화에 따른 에너지를 절감할 수 있는 선박의 에너지 절감 장치를 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to enable the heat exchanger to exchange heat with the organic refrigerant in the condenser of the low and medium temperature waste heat recovery system to supply the heat supplied to the heat exchanger to drive the steam turbine of the waste heat recovery system. It is to provide an energy saving device for a ship that can be saved.
본 발명의 일 측면에 따르면, 물 보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작하는 중저온 폐열회수시스템; 선박의 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 작동유체로 하여 전력을 생산하는 폐열회수시스템; 및 상기 폐열회수시스템의 스팀 터빈 구동을 위해 열교환기로 공급되는 급수를 상기 중저온 폐열회수시스템의 콘덴서에서 상기 유기냉매와 열교환시키는 급수 열교환부를 포함하는 선박의 에너지 절감 장치가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a low-temperature waste heat recovery system operated using an organic refrigerant having a lower boiling point than water as a working fluid; A waste heat recovery system for generating electric power using exhaust gas discharged from a ship engine as a working fluid; And a water heat exchanger for heat-exchanging the water supplied to the heat exchanger with the organic refrigerant in the condenser of the low and medium temperature waste heat recovery system for driving the steam turbine of the waste heat recovery system.
상기 급수 열교환부는, 상기 열교환기의 선단 라인에서 분기되어 상기 콘덴서를 통과한 후 상기 선단 라인으로 복귀되는 분기라인; 및 상기 분기 라인과 상기 선단 라인의 교차 영역에 마련되어 상기 급수를 상기 콘덴서 또는 상기 콘덴서를 바이패스하여 상기 열교환기로 공급시키는 방향제어밸브를 포함할 수 있다.The feed water heat exchanger may include a branch line that branches off from the leading line of the heat exchanger and passes through the condenser and then returns to the leading line; And a direction control valve provided in an intersection region of the branch line and the leading line to supply the water supply to the heat exchanger by bypassing the condenser or the condenser.
상기 급수 열교환부와 별도로 상기 콘덴서로 청수(fresh water)를 공급하여 상기 유기냉매의 부족한 냉각용량을 보충할 수 있다.In addition to the feed water heat exchanger, fresh water may be supplied to the condenser to compensate for the insufficient cooling capacity of the organic refrigerant.
상기 엔진의 냉각을 위한 냉각수가 흐르는 메인유로를 구비하며 상기 중저온 폐열회수시스템의 증발기로 상기 냉각수의 폐열을 공급하는 냉각수 순환시스템을 더 포함할 수 있다.A cooling water circulation system for supplying waste heat of the cooling water to the evaporator of the medium and low temperature waste heat recovery system may be further provided.
상기 급수 열교환부와 상기 열교환기 사이의 라인에 마련되어 상기 열교환기로 유입되는 상기 급수를 가열시키는 엔진 소기 냉각유닛을 더 포함할 수 있다.An engine scavenging cooling unit provided on a line between the feed water heat exchange part and the heat exchanger to heat the feed water flowing into the heat exchanger may be further included.
상기 배기가스의 일부를 재순환시켜 상기 엔진으로 공급시키되 상기 열교환기의 선단 라인에서 상기 배기가스와 상기 급수를 열교환시키는 배기가스 재순환시스템을 더 포함할 수 있다.It may further include an exhaust gas recirculation system for recirculating a portion of the exhaust gas and supplying it to the engine, but exchanging the exhaust gas and the feed water in a front end line of the heat exchanger.
상기 배기가스의 배출라인에 마련되어 상기 배기가스를 상기 폐열회수시스템 또는 상기 배기가스 재순환시스템 중 어느 하나로 공급시키는 제어유닛을 더 포함할 수 있다.A control unit may be further provided on the exhaust line of the exhaust gas to supply the exhaust gas to either the waste heat recovery system or the exhaust gas recirculation system.
상기 폐열회수시스템은, 상기 엔진에서 배출되는 상기 배기가스에 의해 직접 구동되어 발전기를 회전시키는 구동력을 제공하는 가스 터빈; 상기 가스 터빈과 연동되며 제공되는 스팀에 의해 상기 발전기를 회전시키는 구동력을 제공하는 스팀 터빈; 상기 스팀 터빈에서 배출되는 스팀을 응축시키는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 급수에서 용존 산소를 진공으로 제거하는 진공탈기부; 상기 진공탈기부에서 탈기된 급수를 펌핑시키는 열교환기 급수펌프; 및 상기 콘덴서에서 열교환 된 상기 급수와 상기 엔진에서 배출되는 상기 배기가스를 열교환시켜 상기 스팀 터빈의 구동을 위한 증기를 생성시키는 열교환기를 포함할 수 있다.The waste heat recovery system includes: a gas turbine that is directly driven by the exhaust gas discharged from the engine and provides a driving force to rotate a generator; A steam turbine interlocked with the gas turbine and providing a driving force for rotating the generator by the provided steam; A condenser for condensing steam discharged from the steam turbine; A vacuum degassing unit that removes dissolved oxygen from the condensed water by vacuum; A heat exchanger feed pump for pumping the degassed water from the vacuum degassing unit; And a heat exchanger that heats the feed water exchanged in the condenser and the exhaust gas discharged from the engine to generate steam for driving the steam turbine.
상기 배기가스 재순환시스템은, 상기 엔진에서 배출되는 상기 배기가스에 함유된 불순물을 제거하는 스크러버; 상기 스크러버에 공급되는 상기 배기가스를 냉각시키는 쿨러; 및 상기 쿨러에서 냉각된 상기 배기가스가 과급기에서 공급되어 상기 엔진으로 유입되는 소기와 혼합되어 상기 엔진으로 공급되도록 냉각된 상기 배기가스를 불어주는 블로워(blower)를 포함할 수 있다.The exhaust gas recirculation system includes a scrubber for removing impurities contained in the exhaust gas discharged from the engine; A cooler that cools the exhaust gas supplied to the scrubber; And a blower blowing the exhaust gas cooled so that the exhaust gas cooled in the cooler is supplied from a supercharger and mixed with scavenging air flowing into the engine to be supplied to the engine.
상기 쿨러는, 상기 스크러버에서 배출되는 상기 배기가스와 상기 폐열회수시스템에서 순환되는 급수를 상호 열교환시켜 상기 배기가스를 1차적으로 냉각시키는 제1 쿨러; 및 상기 제1 쿨러에서 배출되는 상기 배기가스와, 상기 급수와는 별도의 액체를 상호 열교환시켜 상기 배기가스를 2차적으로 냉각시키는 제2 쿨러를 포함할 수 있다.The cooler may include: a first cooler that primarily cools the exhaust gas by mutually exchanging the exhaust gas discharged from the scrubber and the feed water circulated in the waste heat recovery system; And a second cooler for secondarily cooling the exhaust gas by mutually exchanging the exhaust gas discharged from the first cooler and a liquid separate from the water supply.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 물 보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작하는 중저온 폐열회수시스템의 콘덴서에서 버려지는 폐열을, 선박의 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 작동유체로 하여 전력을 생산하는 폐열회수시스템의 열교환기로 공급되는 급수를 가열시키는 열원으로 이용하는 것을 특징으로 하는 선박의 에너지 절감 장치가 제공될 수 있다.In addition, according to another aspect of the present invention, the waste heat wasted from the condenser of the low-temperature and low-temperature waste heat recovery system operating with an organic refrigerant having a lower boiling point than water as the working fluid, and the exhaust gas discharged from the engine of the ship as the working fluid An energy-saving device for a ship, characterized in that it is used as a heat source for heating the feed water supplied to the heat exchanger of the waste heat recovery system for producing electric power.
본 발명의 실시예들은, 폐열회수시스템의 스팀 터빈의 구동을 위해 열교환기로 공급되는 급수를 중저온 폐열회수시스템의 콘덴서에서 유기냉매와 열교환 할 수 있도록 하여 폐열회수를 극대화하여 에너지를 절감할 수 있다.Embodiments of the present invention can maximize the waste heat recovery by saving heat by maximizing waste heat recovery by allowing heat exchanged with the organic refrigerant in the condenser of the low and medium temperature waste heat recovery system to supply the heat supplied to the heat exchanger to drive the steam turbine of the waste heat recovery system. .
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1의 작동 상태도로서 폐열회수시스템의 급수가 중저온 폐열회수장치의 콘덴서를 거쳐 공급되는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 작동 상태도로서 폐열회수시스템의 급수가 중저온 폐열회수장치의 콘덴서를 바이패스하여 공급되는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.1 is a conceptual diagram schematically showing an energy saving device of a ship using waste heat of an organic refrigerant according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing the operation of FIG. 1 schematically showing a process in which the water supply of the waste heat recovery system is supplied through a condenser of a medium and low temperature waste heat recovery device.
FIG. 3 is a view showing the operation of FIG. 1 schematically showing a process in which the water supply of the waste heat recovery system is supplied by bypassing the condenser of the medium and low temperature waste heat recovery device.
4 is a conceptual diagram schematically showing an energy saving device of a ship using waste heat of an organic refrigerant according to a second embodiment of the present invention.
5 is a conceptual view schematically showing an energy saving device of a ship using waste heat of an organic refrigerant according to a third embodiment of the present invention.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in each drawing denote the same members.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.1 is a conceptual diagram schematically showing a device for saving energy of a ship using waste heat of an organic refrigerant according to a first embodiment of the present invention.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박의 에너지 절감 장치(1)는, 물 보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작하는 중저온 폐열회수시스템(100)과, 선박의 엔진(E)으로부터 배출되는 배기가스를 작동유체로 하여 전력을 생산하는 폐열회수시스템(200)과, 폐열회수시스템(200)의 스팀 터빈(220) 구동을 위해 열교환기(280)로 공급되는 급수를 중저온 폐열회수시스템(100)의 콘덴서(140)에서 유기냉매와 열교환시키는 급수 열교환부(300)와, 엔진(E)의 냉각을 위한 냉각수가 흐르는 메인유로(410)를 구비하며 중저온 폐열회수시스템(100)의 증발기(110)로 냉각수의 폐열을 공급하는 냉각수 순환시스템(400)을 구비한다.As shown in this figure, the energy-saving device 1 of the ship according to the present embodiment is a low-temperature waste
중저온 폐열회수시스템(100)은, 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작되는 터빈 사이클이며, 통상 유기 랜킨사이클(ORC;Organic Rankine Cycle)이라고도 한다.The medium and low temperature waste
본 실시 에에서 중저온 폐열회수시스템(100)는 물보다 비등점이 낮은 유기냉매 예를 들어, R 134a를 사용할 수 있으므로 물을 작동유체로 하는 증기터빈보다 낮은 온도를 열원으로 하여 동작할 수 있어 선박에서 발생되는 100℃ 내외의 폐열을 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있다.In this embodiment, the medium and low temperature waste
또한 본 실시예에서는 통상 선박에서 사용되는 스팀보다 온도가 낮은 열원인 엔진 냉각수(Jacket Cooling Fresh Water)를 중저온 폐열회수시스템(100)의 작동유체인 유기냉매를 증발시키는 열원 및 열전달 물질로 사용하므로 그만큼의 연료를 절약할 수 있어 선박에서 소모되는 전체 에너지를 절감할 수 있는 이점이 있다.In addition, in this embodiment, engine cooling water (Jacket Cooling Fresh Water), a heat source having a lower temperature than steam used in ships, is used as a heat source and heat transfer material to evaporate the organic refrigerant, which is the working fluid of the medium and low temperature waste
이제 중저온 폐열회수시스템(100)를 상세히 설명하면, 중저온 폐열회수시스템(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(E)에서 전달되는 냉각수와의 열교환을 통해 유기냉매를 증발시키는 증발기(110)와, 증발기(110)에 의해 증발된 유기냉매를 매개로 회전되는 터빈(120)과, 터빈(120)의 회전에 따라 연동하여 전력을 생산하는 발전기(130)와, 터빈(120)에서 나온 유기냉매를 냉각하여 액화시키는 콘덴서(140, condenser)와, 콘덴서(140)에서 나온 응축된 유기냉매를 압축시켜 증발기(110)로 제공하는 펌프(150)와, 증발기(110)로부터 터빈(120)과 콘덴서(140) 및 펌프(150)에 이르기까지 유기냉매의 순환경로를 형성하는 관로(160)를 포함한다.Referring now to the low-temperature waste
본 실시 예에서 엔진(E)에서 공급되는 냉각수인 열원은 대략 80℃ 정도의 온도를 가지나, 자세히 후술하겠지만 덤핑 콘덴서 유닛(440)을 거치면서 대략 86℃ 정도로 온도가 상승 되고, 엔진 소기 냉각유닛(450)을 거치면서 대략 106℃ 정도로 온도가 상승된다. 이렇게 온도가 상승 된 냉각수인 열원은 증발기(110)와 열교환 된 후에는 대략 80℃ 정도로 떨어진다.In this embodiment, the heat source that is the cooling water supplied from the engine E has a temperature of about 80 ° C., but as will be described later, the temperature rises to about 86 ° C. while passing through the
그리고 중저온 폐열회수시스템(100)는 다른 터빈 시스템과 마찬가지로 증발기(110)에서 가열된 고온부의 온도와 콘덴서(140)에서 냉각된 저온부의 온도 차이가 클수록 높은 효율을 얻을 수 있는 특징이 있다. 즉 증발기(110)로 유입되어 증발기(110)에 열을 전달하는 고온부의 온도가 높을수록, 콘덴서(140)로 유입되어 유기냉매를 응축시키는 저온부의 온도가 낮을수록 효율이 높아진다.In addition, the medium and low temperature waste
폐열회수시스템(200)은, 엔진(E)으로부터 배출되는 고온의 배기가스를 직접 작동유체로 사용하거나 고온의 배기가스의 열을 이용하여 생성된 증기의 일부를 작동유체로 사용하여 전력을 생산하는 역할을 한다.The waste
본 실시 예에서 폐열회수시스템(200)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(E)에서 배출되는 배기가스에 의해 직접 구동되어 발전기를 회전시키는 구동력을 제공하는 가스 터빈(210)과, 가스 터빈(210)과 연동되며 후술하는 열교환기(280)에서 제공되는 스팀에 의해 발전기를 회전시키는 구동력을 제공하는 스팀 터빈(220)과, 스팀 터빈(220)에서 배출되는 스팀을 응축시키는 응축기(230)와, 응축기(230)에서 응축된 급수를 펌핑하는 급수 펌프(240)와, 급수 펌프(240)에서 펌핑되어 배출되는 급수 배출라인에 마련되어 급수가 후술하는 진공탈기부(260)로 이송되거나 응축기(230)로 순환되도록 응축수 배출라인을 개폐시키는 제어밸브(250)와, 응축기(230)에서 응축된 응축수가 저장되는 진공탈기부(260)를 포함한다. 미설명 도면부호 T는 급수탱크이고, 진공탈기부(260)는 진공으로 공급되는 급수에서 용존 산소를 제거하는 진공탈기탱크일 수 있다.The waste
또한 본 실시 예에서 폐열회수시스템(200)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 급수탱크(260)에 저장된 급수를 후술하는 급수 열교환부(300) 방향으로 펌핑시키는 열교환기 급수펌프(270)와, 열교환기 급수펌프(270)에서 열교환 된 급수와 엔진(E)에서 배출되는 배기가스를 열교환시켜 스팀 터빈(220)의 구동을 위한 증기를 생성하는 열교환기(280)와, 열교환기(280)에서 생성된 증기에서 증기와 물을 분리시키는 스팀 분리기(290)를 포함한다.In addition, in the present embodiment, the waste
그리고 본 실시 예에서 열교환기(280)는 열교환 효율의 향상을 위해 다단으로 마련될 수 있다.And in this embodiment, the
급수 열교환부(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 열교환기 급수펌프(270)와 열교환기(280) 사이의 라인에 마련되어 스팀 터빈(220) 구동을 위해 열교환기(280)로 공급되는 급수를 중저온 폐열회수시스템(100)의 콘덴서(140)에서 유기냉매와 열교환 시키는 역할을 한다.The water
종래의 방법 즉, 콘덴서에서 유기냉매를 응축시키기 위해 냉각수인 청수(fresh water)를 공급하는 방법은 유기냉매의 열원을 그대로 버릴 수밖에 없었다. 참고로 콘덴서를 응축시키기 위해 공급되는 청수의 온도는 약 36도이다.The conventional method, that is, a method of supplying fresh water, which is cooling water in order to condense organic refrigerant in a condenser, has been forced to discard the heat source of the organic refrigerant. For reference, the temperature of fresh water supplied to condense the condenser is about 36 degrees.
하지만, 본 실시 예에서는 스팀 터빈(220)의 구동을 위해 열교환기(280)로 공급되는 급수(약 27~30도로서 콘덴서(140)의 냉각수로 공급되는 약 36도의 청수의 온도보다 낮다)를 급수 열교환부(300)를 통해 중저온 폐열회수시스템(100)의 콘덴서(140)에서 유기냉매와 열교환 할 수 있도록 마련한다.However, in this embodiment, the water supplied to the
그 결과 중저온 폐열회수시스템(100)의 콘덴서(140)에서 버려지는 유기냉매의 폐열을 회수할 수 있으므로 폐열 회수를 극대화하여 에너지를 절감할 수 있다.As a result, the waste heat of the organic refrigerant discarded from the
본 실시 예에서 급수 열교환부(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 열교환기(280)의 선단 라인에서 분기되어 중저온 폐열회수시스템(100)의 콘덴서(140)를 통과한 후 선단 라인으로 복귀되는 분기라인(310)과, 분기라인(310)과 선단 라인의 교차 영역에 마련되어 급수를 콘덴서(140) 또는 콘덴서(140)를 바이패스하여 열교환기(280)로 공급시키는 방향제어밸브(320)를 포함한다.In this embodiment, the feed
급수 열교환부(300)의 방향제어밸브(320)는, 열교환기 급수펌프(270)와 열교환기(280)를 연결하는 라인에, 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍이 이격 마련될 수 있다. 한 쌍의 방향제어밸브(320) 중 열교환기 급수펌프(270)에 가장 가깝게 배치된 방향제어밸브(320)는 열교환기 급수펌프(270)에서 공급되는 급수를 콘덴서(140) 또는 콘덴서(140)를 바이패스하여 열교환기(280)로 공급하는 역할을 한다. 나머지 방향제어밸브(320)는 콘덴서(140)를 바이패스하는 급수가 콘덴서(140)로 역류되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.The
본 실시 예에서 방향제어밸브(320)는 삼방밸브일 수 있고, 삼방밸브는 전기적 신호에 의해 작동되는 전자제어밸브일 수 있다. 또한, 열교환기(280)에 가장 가깝게 배치되는 방향제어밸브(320)는 체크밸브일 수도 있다.In this embodiment, the
한편, 본 실시 예는 급수 열교환부(300)에서 공급되는 급수의 냉각 능력 부족으로 유기냉매가 충분히 냉각되지 않을 경우 중저온 폐열회수시스템(100)의 효율 저하 또는 장비문제가 발생 될 수 있다.On the other hand, in the present embodiment, if the organic refrigerant is not sufficiently cooled due to a lack of cooling capability of the water supplied from the
본 실시 예는 이러한 문제점을 방지하기 위해 콘덴서(140)에 약 36도의 청수가 흐르는 별도의 라인을 마련하고, 별도의 라인을 통해 공급되는 청수와 유기냉매를 열교환시켜 급수의 냉각 능력 부족을 보충하여 시스템의 안정성을 높일 수 있다.To prevent this problem, the present embodiment provides a separate line through which
그리고 별도의 라인을 흐르는 청수와, 분기라인(310)을 흐르는 급수와, 유기냉매가 흐르는 라인은 서로 병합되지 않는 독립된 라인으로 마련될 수 있다.In addition, fresh water flowing through a separate line, water flowing through the
냉각수 순환시스템(400)은 냉각수인 열원을 순환시켜 엔진(E)을 냉각하는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(E)과 메인유로(410)로 연결되어 엔진(E)을 통과한 열원인 냉각수를 냉각시키는 재킷 쿨러(420, jacket cooler)와, 재킷 쿨러(420)와 엔진(E)을 연결하는 메인유로(410)에 마련되어 재킷 쿨러(420)에서 냉각된 열원인 냉각수를 엔진(E)으로 펌핑하는 냉각수 펌프(430)와, 냉각수 순환시스템(400)으로부터 제공되는 열원을 선박의 증기계통에서 전달되는 덤핑 스팀(dumping steam)과 열교환 시켜 중저온 폐열회수시스템(100)으로 전달되는 냉각수의 온도를 상승시키며 열교환 된 덤핑 스팀을 응축시키는 덤핑 콘덴서 유닛(440, dumping condenser unit)과, 덤핑 콘덴서 유닛(440)에서 열교환 되어 온도가 상승 된 냉각수를 엔진(E)의 과급기(TC)에서 공급되는 소기 공기와 열교환시켜 중저온 폐열회수시스템(100)으로 전달되는 냉각수의 온도를 더 상승시키며 열교환 된 소기 공기를 냉각시키는 엔진 소기 냉각유닛(450)을 포함한다.The cooling
냉각수 순환시스템(400)의 엔진(E)은, 2행정 디젤엔진과 같은 내열기관을 사용할 수 있고 선박을 구동하는 메인 엔진일 수 있다.The engine E of the cooling
냉각수 순환시스템(400)의 덤핑 콘덴서 유닛(440)은, 선박 내에서 사용되고 남은 스팀을 저온 냉각수로 냉각하여 물로 응축시키는 역할을 한다.The dumping
본 실시 예에서 덤핑 콘덴서 유닛(440)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각수와 덤핑 스팀을 상호 열교환시켜 냉각수의 온도를 상승시키는 제1 콘덴서 모듈(441)과, 제1 콘덴서 모듈(441)을 통해 열교환된 덤핑 스팀을 냉각하여 응축시키는 제2 콘덴서 모듈(442)과, 제1 콘덴서 모듈(441)의 후방 라인에 마련되어 냉각수를 제1 콘덴서 모듈(441)로 흐르게 하거나 제1 콘덴서 모듈(441)을 통과한 청수를 메인유로(410) 방향으로 흐리지 못하도록 하는 제1 방향제어밸브(443)와, 제1 콘덴서 모듈(441)의 전방 라인에 마련되어 제1 콘덴서 모듈(441)을 통과한 냉각수를 엔진 소기 냉각유닛(450)으로 흐르게 하거나 제2 콘덴서 모듈(442)에서 덤핑 스팀을 냉각하기 위해 공급되는 청수가 제1 콘덴서 모듈(441)이나 엔진 소기 냉각유닛(450) 방향으로 흐르지 못하도록 하는 제2 방향제어밸브(444)를 포함한다.In this embodiment, the dumping
본 실시 예에서 제1 방향제어밸브(443)와 제2 방향제어밸브(444)는 삼방밸브 일 수 있다.In this embodiment, the first
이하에서 덤핑 콘덴서 유닛(440)의 작동 상태를 중저온 폐열회수시스템(100)의 작동 또는 비 작동으로 분류하여 간략히 설명한다.Hereinafter, the operation state of the dumping
중저온 폐열회수시스템(100)이 작동되는 경우 메인유로(410)에서 공급되는 냉각수는 제1 방향제어밸브(443)와, 제1 콘덴서 모듈(441)과, 제2 방향제어밸브(444)와 엔진 소기 냉각유닛(450)을 거쳐 중저온 폐열회수시스템(100)의 증발기(110)로 공급된다.When the medium and low temperature waste
이때 제1 방향제어밸브(443)는 제1 콘덴서 모듈(441)로만, 제2 방향제어밸브(444)는 엔진 소기 냉각유닛(450)으로만 냉각수를 흐르게 할 수 있다.At this time, the first
중저온 폐열회수시스템(100)이 작동되지 않는 경우 덤핑 콘덴서 유닛(440) 방향으로 냉각수가 흐르지 않으므로 제1 덤핑 콘덴서 모듈로 공급되는 스팀은 냉각수와 열교환되지 않고 바로 제2 콘덴서 모듈(442)로 공급된다. 이 경우 덤핑 스팀의 응축은 제2 콘덴서 모듈(442)로 공급되는 청수에 의해 이루어질 수 있다.When the medium and low temperature waste
또한, 제2 방향제어밸브(444)와 제1 방향제어밸브(443)에 의해 제1 콘덴서 모듈(441)로 공급되는 청수에 의해 제1 콘덴서 모듈(441)에서 덤핑 스팀의 1차 응축이 일어날 수도 있다. 즉, 제2 콘덴서 모듈(442)에 연결되며 청수가 흐르는 라인을 제2 방향제어밸브(444)에 연결하고, 제2 콘덴서 모듈(442)에 연결되며 청수가 배출되는 라인을 제1 방향제어밸브(443)에 연결하여 제2 콘덴서 모듈(442)로 유입되는 청수의 일부를 제2 방향제어밸브(444)를 통해 제1 콘덴서 모듈(441)로 공급하고, 제1 콘덴서 모듈(441)에서 배출되는 청수를 제1 방향제어밸브(443)를 통해 제2 콘덴서 모듈(442)과 연결된 라인을 통해 배출할 수 있다.In addition, primary condensation of dumping steam may occur in the
엔진 소기 냉각유닛(450)은, 덤핑 콘덴서 유닛(440)에서 열교환 되어 온도가 상승 된 냉각수를 엔진(E)의 과급기(TC)에서 공급되는 소기 공기와 열교환시켜 중저온 폐열회수시스템(100)으로 전달되는 냉각수의 온도를 더 상승시키며 열교환 된 소기 공기를 냉각시키는 역할을 한다.The engine
즉 본 실시 예는 엔진 소기 냉각유닛(450)에 의해 중저온 폐열회수시스템(100)의 증발기(110)로 전달되는 열원의 온도를 추가적으로 더 상승시켜 증발기(110)로 전달되는 열원의 온도를 대략 106℃ 정도로 높일 수 있으므로 중저온 폐열회수시스템(100)의 효율을 향상시킬 수 있다.That is, in the present exemplary embodiment, the temperature of the heat source transferred to the
본 실시 예에서 엔진 소기 냉각유닛(450)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 덤핑 콘덴서 유닛(440)을 통해 온도가 상승 된 냉각수와 과급기(TC)에서 공급되는 소기 공기를 상호 열교환시켜 냉각수의 온도를 상승시키는 제1 스테이지모듈(451)과, 제1 스테이지모듈(451)을 통과한 소기 공기를 냉각시키는 제2 스테이지모듈(452)과, 제1 스테이지모듈(451)의 후방 라인과 전방 라인에 각각 마련되어 중저온 폐열회수시스템(100)이 작동되지 않는 경우 제1 스테이지모듈(451)로 청수를 공급하여 제1 스테이지모듈(451)의 드라이 런닝(dry runing)을 방지하는 제3 방향제어밸브(453)와 제4 방향제어밸브(454)를 포함한다.In this embodiment, the engine scavenging
본 실시 예에서 제3 방향제어밸브(453)와 제4 방향제어밸브(454)는 삼방밸브 일 수 있다.In this embodiment, the third
이하에서 엔진 소기 냉각유닛(450)의 작동 상태를 중저온 폐열회수시스템(100)의 작동 또는 비 작동으로 분류하여 간략히 설명한다.Hereinafter, the operation state of the engine scavenging
중저온 폐열회수시스템(100)이 작동되는 경우 제1 콘덴서 모듈(441)에서 공급되는 냉각수는 제3 방향제어밸브(453)와, 제1 스테이지모듈(451)과, 제4 방향제어밸브(454)를 거쳐 중저온 폐열회수시스템(100)의 증발기(110)로 공급된다.When the medium and low temperature waste
이때 제3 방향제어밸브(453)는 제1 스테이지모듈(451)로만, 제4 방향제어밸브(454)는 증발기(110)로만 냉각수를 흐르게 할 수 있다.At this time, the third
중저온 폐열회수시스템(100)이 작동되지 않는 경우 제1 스테이지모듈(451)로 냉각수가 흐르지 않으므로 공급되는 고온의 소기(약 200℃)에 의해 제1 스테이지모듈(451)은 냉각수 없이 작동되는 드라이 런닝이 발생 될 수 있다.When the medium and low temperature waste
이렇게 되면 엔진 소기 냉각유닛(450)의 제1 스테이지모듈(451)에 정체된 냉각수의 온도는 과급기(TC)를 통해서 공급되는 고온 압축된 소기 공기에 의해 지속적으로 상승되어 비등점을 넘게 되고, 증기가 발생 되어 라인의 압력이 상승할 수 있다.In this case, the temperature of the coolant stagnated in the
물론 압력 배출을 위한 안전밸브(미도시)가 설치되어 있어 일정 압력 이상으로는 압력이 상승 되지 않지만 비상시에 작동하도록 설계된 안전밸브가 수시로 작동된다면 바람직하지 않다.Of course, since a safety valve (not shown) for pressure discharge is installed, the pressure does not rise above a certain pressure, but it is not preferable if a safety valve designed to operate in an emergency is operated frequently.
또한 엔진 소기 냉각유닛(450)의 제1 스테이지모듈(451)에서 소기 공기의 냉각이 이루어지지 않으므로 소기 공기를 냉각시키는 제2 스테이지모듈(452)에 부담을 줄 수 있으며, 경우에 따라서는 소기 공기의 냉각이 원하는 만큼 이루어지지 않아 엔진 성능에 영향을 줄 수도 있다.In addition, since cooling of scavenging air is not performed in the
본 실시 예는 제3 방향제어밸브(453)와 제4 방향제어밸브(454)에 의해 제1 스테이지모듈(451)로 공급되는 청수로 제1 스테이지모듈(451)의 드라이 런닝을 방지할 수 있다. 즉, 제2 스테이지모듈(452)에 연결되며 청수가 흐르는 라인을 제4 방향제어밸브(454)에 연결하고, 제2 스테이지모듈(452)에 연결되며 청수가 배출되는 라인을 제3 방향제어밸브(453)에 연결하여 제2 스테이지모듈(452)로 유입되는 청수의 일부를 제4 방향제어밸브(454)를 통해 제1 스테이지모듈(451)로 공급하고, 제1 스테이지모듈(451)에서 배출되는 청수를 제3 방향제어밸브(453)를 통해 제2 스테이지모듈(452)과 연결된 라인을 통해 배출할 수 있다.In the present exemplary embodiment, dry running of the
한편, 본 실시 예에 따른 냉각수 순환시스템(400)은 엔진(E)에서 배출되는 냉각수가 덤핑 콘덴서 유닛(440)으로 공급되지 않고 즉, 중저온 폐열회수시스템(100)을 바이패스 하여 재킷 쿨러(420)로 공급되도록 하는 바이패스라인(460)에 마련되는 컨트롤 밸브(470)와, 재킷 쿨러(420) 후단의 메인라인에 마련되는 온도 센서(480)를 더 포함한다.On the other hand, the cooling
본 실시 예는 재킷 쿨러(420) 후단의 메인유로(410)에 온도 센서(480)를 구비하여 이 지점의 온도가 과도하게 상승하는 경우, 즉 중저온 폐열회수시스템(100)에서 엔진 소기 냉각유닛(450)을 통해 온도가 상승된 냉각수의 열을 모두 흡수하지 못하는 경우 컨트롤 밸브(470)를 개방하여 바이패스라인(460)을 통해 냉각수가 흐르게 할 수 있다.This embodiment is provided with a
도 2는 도 1의 작동 상태도로서 폐열회수시스템의 급수가 중저온 폐열회수장치의 콘덴서를 거쳐 공급되는 과정을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 1의 작동 상태도로서 폐열회수시스템의 급수가 중저온 폐열회수장치의 콘덴서를 바이패스하여 공급되는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 2 is a view showing the operation of FIG. 1 and schematically showing a process in which the water supply of the waste heat recovery system is supplied through a condenser of a medium and low temperature waste heat recovery device, and FIG. 3 is an operation state diagram of FIG. It is a diagram schematically showing the process of supplying by bypassing the condenser of the medium and low temperature waste heat recovery device.
중저온 폐열회수시스템(100)과 폐열회수시스템(200)이 작동 중인 경우 중저온 폐열회수시스템(100)의 콘덴서(140)로 유입되는 유기냉매는 콘덴서(140)에서 응축이 필요한 데, 본 실시 예는 유기냉매의 응축 열원으로 별도의 청수를 공급할 필요 없이, 도 2에 도시된 바와 같이, 급수 열교환부(300)를 통해 폐열회수시스템(200)에서 콘덴서(140)로 공급되는 급수로 유기냉매를 응축할 수 있다.When the medium and low temperature waste
즉, 종래에 콘덴서(140)에서 그냥 버려지는 유기냉매의 열을 급수 열교환부(300)를 통해서 공급되는 급수의 가열 열원으로 이용할 수 있으므로 폐열회수를 극대화하여 에너지를 절감할 수 있다.That is, since the heat of the organic refrigerant, which is conventionally discarded by the
그리고 급수 열교환부(300)에서 공급되는 급수의 냉각 능력 부족으로 유기냉매가 충분히 냉각되지 않을 경우 중저온 폐열회수시스템(100)의 효율 저하 또는 장비문제가 발생 될 수 있다.In addition, when the organic refrigerant is not sufficiently cooled due to a lack of cooling capability of the water supplied from the
본 실시 예는 이러한 문제점을 방지하기 위해 콘덴서(140)에 약 36도의 청수가 흐르는 별도의 라인을 마련하고, 별도의 라인을 통해 공급되는 청수와 유기냉매를 열교환시켜 급수의 냉각 능력 부족을 보충하여 시스템의 안정성을 높일 수 있다.To prevent this problem, the present embodiment provides a separate line through which
한편, 중저온 폐열회수시스템(100)이 작동되지 않는 경우 콘덴서(140)에서 폐열을 얻을 수 없으므로 열교환기 급수펌프(270)에서 공급되는 급수는, 도 3에 도시된 바와 같이, 콘덴서(140)를 바이패스하여 바로 열교환기(280)로 공급된다.On the other hand, when the medium and low temperature waste
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.4 is a conceptual diagram schematically showing an energy saving device of a ship using waste heat of an organic refrigerant according to a second embodiment of the present invention.
본 실시 예에 따른 선박의 에너지 절감 장치(1a)는 제1 실시예에 개시된 엔진 소기 냉각유닛(450, 도 1 참조)을 중저온 폐열회수시스템(100)에 연결되는 라인이 아닌, 도 4에 도시된 바와 같이, 급수 열교환부(300)와 열교환기(280) 사이의 라인에 마련한 점에서 제1 실시예와 차이점이 있다.The energy saving device (1a) of the ship according to this embodiment is not the line connected to the engine scavenging cooling unit (450, see FIG. 1) disclosed in the first embodiment to the medium and low temperature waste
이 경우 소기 공기는 약 200℃의 고온이므로 열교환기(280)에 앞서 엔진 소기 냉각유닛(450)에서 급수를 가열할 수 있으므로 열교환기(280)의 부하를 줄일 수 있다. 또한, 중저온 폐열회수시스템(100)의 작동 여부에 관계없이 추가적으로 급수를 미리 가열할 수 있는 이점이 있다.In this case, since the scavenging air is a high temperature of about 200 ° C., the engine scavenging
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유기냉매의 폐열을 이용한 선박의 에너지 절감 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.5 is a conceptual diagram schematically showing an energy saving device of a ship using waste heat of an organic refrigerant according to a third embodiment of the present invention.
본 실시 예에 따른 선박의 에너지 절감 장치(1b)는, 전술한 중저온 폐열회수시스템(100), 폐열회수시스템(200), 급수 열교환부(300) 외에 배기가스 재순환시스템(500)과 제어유닛(600)을 포함한다.The
배기가스 재순환시스템(500)은, 본 실시 예에 따른 선박이 ECA(Emission Control Area)를 운행하는 경우 엔진(E)에서 배출되는 배기가스를 재순환시켜 재순환되는 배기가스가 과급기(TC)에서 공급되는 소기와 함께 엔진(E)으로 공급되도록 하여 NOx의 생성을 저감시키는 역할을 한다.In the exhaust
구체적으로 대부분의 NOx는 엔진(E)의 연소실에서 고온으로 연소가 이루어지는 경우에 생성되며, 일반적으로 산소의 농도가 증가 될수록 연소 온도도 증가 된다. 즉 산소의 농도와 연소 온도는 비례 관계에 있으므로 연소실로 공급되는 산소의 농도를 줄일 수 있으면 결과적으로 NOx의 생성을 줄일 수 있다. 이는 2016년부터 적용되는 IMO Tier III(NOx 배출)에 대한 규제 즉, ECA를 운항하는 경우 요구되는 수준으로 NOx 배출을 저감해야 하는 규제의 대응 측면에서 유익한 이점이 있다.Specifically, most of the NOx is generated when combustion is performed at a high temperature in the combustion chamber of the engine E. In general, as the concentration of oxygen increases, the combustion temperature also increases. That is, since the concentration of oxygen and the combustion temperature are in a proportional relationship, if the concentration of oxygen supplied to the combustion chamber can be reduced, NOx production can be reduced as a result. This has a beneficial advantage in terms of responding to regulations for IMO Tier III (NOx emissions) that will be applied from 2016, i.e., regulations to reduce NOx emissions to the level required when operating ECA.
본 실시 예에서 배기가스 재순환시스템(500)은 엔진(E)에서 연소 되어 산소가 거의 없는 배기가스 중 일부를 과급기(TC)에서 공급되는 소기와 혼합시켜 엔진(E)으로 공급함으로써 연소시 산소의 농도를 떨어뜨려 연소 온도의 하락으로 NOx의 생성을 저감시킨다.In the present embodiment, the exhaust
이제 배기가스 재순환시스템(500)에 대해 상세히 설명하면, 배기가스 재순환시스템(500)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(E)에서 배출되는 고온의 배기가스에 함유된 불순물을 제거하는 스크러버(510)와, 스크러버(510)에서 불순물이 제거된 고온의 배기가스를 냉각시키는 쿨러(520)와, 쿨러(520)에서 냉각된 배기가스가 과급기(TC)에서 공급되어 엔진(E)으로 유입되는 소기와 혼합되어 엔진(E)으로 공급될 수 있도록 냉각된 배기가스를 불어주는 블로워(530, blower)와, 블로워(230)와 엔진(E)을 연결하는 라인에 마련되어 이 라인을 개폐시키는 개폐밸브(540)를 포함한다.Referring now to the exhaust
본 실시 예에서 배기가스 재순환시스템(500)은 후술하는 제어유닛(600)에 의해 ECA를 운행하는 경우에만 구동될 수 있고, ECA 이외의 지역에서는 구동되지 않을 수 있다.In this embodiment, the exhaust
본 실시예는 저온의 냉각수로도 냉각할 수 있고, 쿨러(520)에서 버려지는 배기가스의 열과 폐열회수시스템(200)에서 순환되는 급수를 열교환시켜 열교환기(280)로 공급되는 응축수의 온도를 높이기 위해 이단으로 쿨러(520)를 제작할 수 있다.This embodiment can also be cooled with low-temperature cooling water, and heats the heat of the exhaust gas wasted from the cooler 520 and the water circulated in the waste
본 실시 예에서 쿨러(520)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 스크러버(510)에서 배출되는 배기가스와 폐열회수시스템(200)에서 순환되는 응축수를 상호 열교환시켜 배기가스를 1차적으로 냉각시킴과 더불어 배출되는 응축수의 온도를 상승시키는 제1 쿨러(521)와, 제1 쿨러(521)에서 배출되는 배기가스와 응축수와는 청수를 상호 열교환시켜 배기가스를 2차적으로 냉각시키는 제2 쿨러(522)를 포함한다.In this embodiment, the cooler 520, as shown in Figure 5, the exhaust gas discharged from the
본 실시 예는 전술한 이점 이외에 쿨러(520)로 공급되는 냉각수의 유량을 감소시킬 수 있으므로 유량 감소에 따라 소비 전력을 추가적으로 감소할 수 있는 이점이 있다.In this embodiment, since the flow rate of the cooling water supplied to the cooler 520 can be reduced in addition to the above-described advantages, the power consumption can be further reduced according to the flow rate reduction.
제어유닛(600)은, 본 실시 예에 따른 선박이 NOx를 포함하는 배기가스의 배출이 제한되는 ECA(Emission Control Area)를 운항하는 경우 NOx의 발생이 최소화되도록 배기가스를 배기가스 재순환시스템(500)으로 공급시키고, 선박이 ECA 이외의 지역을 운항하는 경우 배기가스를 폐열회수시스템(200)으로 공급시켜 선박에 사용되는 에너지를 절감할 수 있도록 하는 역할을 한다.The
즉 제어유닛(600)은 배기가스의 배출라인에 마련되어 엔진(E)에서 배출되는 배기가스가 폐열회수시스템(200) 또는 배기가스 재순환시스템(500) 중 어느 하나로 공급되도록 제어하여 ECA와 같은 지역에서 선택적으로 선박을 운행할 수 있도록 하는 역할을 한다.That is, the
본 실시 예에서 제어유닛(600)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 엔진(E)과 폐열회수시스템(200)의 가스 터빈(210)을 연결하는 배기가스 배출라인에 마련되어 배기가스 배출라인을 개폐시키는 제1 밸브(610)와, 엔진(E)과 배기가스 재순환시스템(500)의 스크러버(510)를 연결하는 배기가스 배출라인에 마련되어 배기가스 배출라인을 개폐시키는 제2 밸브(620)를 포함한다.In this embodiment, the
본 실시 예에서 제1 밸브(610) 및 제2 밸브(620)는 전기적 신호에 의해 제어되는 비례제어밸브일 수 있다.In this embodiment, the
한편 엔진(E)에서 배출되어 폐열회수시스템(200)과 배기가스 재순환시스템(500)으로 공급되지 않은 배기가스는, 도 5에 도시된 바와 같이, 과급기(TC)를 통해 열교환기(280)로 공급되어 증기를 생성하기 위한 용도로 사용될 수 있다.Meanwhile, the exhaust gas discharged from the engine E and not supplied to the waste
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시 예는 폐열회수시스템의 스팀 터빈의 구동을 위해 열교환기로 공급되는 급수를 중저온 폐열회수시스템의 콘덴서에서 유기냉매와 열교환 할 수 있도록 하여 폐열회수를 극대화하여 에너지를 절감할 수 있다.As described above, the present embodiment maximizes waste heat recovery by maximizing waste heat recovery by allowing heat exchanged with the organic refrigerant in the condenser of the low and medium temperature waste heat recovery system to supply heat supplied to the heat exchanger to drive the steam turbine of the waste heat recovery system. can do.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.As described above, the present invention is not limited to the described embodiments, and it is obvious to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, such modifications or variations will have to belong to the claims of the present invention.
1,1a,1b : 선박의 에너지 절감 장치 100 : 중저온 폐열회수시스템
110 ; 증발기 120 : 터빈
130 : 발전기 140 : 콘덴서
150 : 펌프 160 : 관로
200 : 폐열회수시스템 210 : 가스 터빈
220 : 스팀 터빈 230 : 응축기
240 : 급수 펌프 250 : 제어밸브
260 : 급수탱크 270 : 열교환기 급수펌프
280 : 열교환기 290 : 스팀 분리기
300 : 급수 열교환부 310 : 분기라인
320 : 방향제어밸브 400 : 냉각수 순환시스템
410 : 메인유로 420 : 재킷 쿨러
430 : 냉각수 펌프 440 : 덤핑 콘덴서 유닛
450 : 엔진 소기 냉각유닛 460 : 바이패스라인
470 : 컨트롤 밸브 480 : 온도 센서
500 : 배기가스 재순환시스템 510 : 스크러버
520 : 쿨러 530 : 블로워
540 : 개폐밸브 600 : 제어유닛
610 : 제1 밸브 620 : 제2 밸브
E : 엔진 TC : 과급기1,1a, 1b: Ship's energy saving device 100: Medium and low temperature waste heat recovery system
110; Evaporator 120: turbine
130: generator 140: condenser
150: pump 160: pipeline
200: waste heat recovery system 210: gas turbine
220: steam turbine 230: condenser
240: water supply pump 250: control valve
260: water supply tank 270: heat exchanger water supply pump
280: heat exchanger 290: steam separator
300: feed water heat exchanger 310: branch line
320: Directional control valve 400: Cooling water circulation system
410: Main Euro 420: Jacket cooler
430: cooling water pump 440: dumping condenser unit
450: Engine scavenging cooling unit 460: Bypass line
470: control valve 480: temperature sensor
500: exhaust gas recirculation system 510: scrubber
520: cooler 530: blower
540: open / close valve 600: control unit
610: first valve 620: second valve
E: Engine TC: Supercharger
Claims (11)
선박의 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 작동유체로 하여 전력을 생산하는 폐열회수시스템;
상기 폐열회수시스템의 스팀 터빈 구동을 위해 열교환기로 공급되는 급수를 상기 중저온 폐열회수시스템의 콘덴서에서 상기 유기냉매와 열교환시키는 급수 열교환부; 및
상기 엔진의 냉각을 위한 냉각수가 흐르는 메인유로를 구비하며 상기 중저온 폐열회수시스템의 증발기로 상기 냉각수의 폐열을 공급하는 냉각수 순환시스템을 포함하며;
상기 냉각수 순환시스템은, 중저온 폐열회수시스템을 바이패스 하여 재킷 쿨러로 공급되도록 하는 바이패스라인에 마련되는 컨트롤 밸브와, 상기 재킷 쿨러 후단의 메인유로에 마련되는 온도 센서를 포함하며;
상기 급수 열교환부는, 상기 열교환기의 선단 라인에서 분기되어 상기 콘덴서를 통과한 후 상기 선단 라인으로 복귀되는 분기라인; 및
상기 분기 라인과 상기 선단 라인의 교차 영역에 마련되어 상기 급수를 상기 콘덴서 또는 상기 콘덴서를 바이패스하여 상기 열교환기로 공급시키는 방향제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 에너지 절감 장치.A low temperature waste heat recovery system operated by using an organic refrigerant having a lower boiling point than water as a working fluid;
A waste heat recovery system for generating electric power using exhaust gas discharged from a ship engine as a working fluid;
A water supply heat exchanger for heat-exchanging the water supplied to the heat exchanger with the organic refrigerant in the condenser of the low and medium temperature waste heat recovery system for driving the steam turbine of the waste heat recovery system; And
A cooling water circulation system having a main flow path through which cooling water for cooling the engine flows and supplying waste heat of the cooling water to an evaporator of the low and medium temperature waste heat recovery system;
The cooling water circulation system includes a control valve provided on a bypass line to bypass the medium and low temperature waste heat recovery system and supplied to the jacket cooler, and a temperature sensor provided on the main flow path at the rear end of the jacket cooler;
The feed water heat exchanger may include a branch line branched from the tip line of the heat exchanger and passing through the condenser to return to the tip line; And
And a direction control valve provided at an intersection of the branch line and the leading line to supply the feed water to the heat exchanger by bypassing the condenser or the condenser.
상기 급수 열교환부와 별도로 상기 콘덴서로 청수(fresh water)를 공급하여 상기 유기냉매의 부족한 냉각용량을 보충하는 것을 특징으로 하는 선박의 에너지 절감 장치.The method according to claim 1,
Energy saving device of the ship, characterized in that to supply the fresh water (fresh water) to the condenser separately from the water supply heat exchange portion to compensate for the insufficient cooling capacity of the organic refrigerant.
상기 급수 열교환부와 상기 열교환기 사이의 라인에 마련되어 상기 열교환기로 유입되는 상기 급수를 가열시키는 엔진 소기 냉각유닛을 더 포함하는 선박의 에너지 절감 장치.The method according to claim 1,
Energy saving device of the ship further comprises an engine scavenging cooling unit provided on the line between the feed water heat exchange unit and the heat exchanger to heat the feed water flowing into the heat exchanger.
상기 배기가스의 일부를 재순환시켜 상기 엔진으로 공급시키되 상기 열교환기의 선단 라인에서 상기 배기가스와 상기 급수를 열교환시키는 배기가스 재순환시스템을 더 포함하는 선박의 에너지 절감 장치.The method according to claim 1,
An energy saving device for a ship, further comprising an exhaust gas recirculation system for recirculating a portion of the exhaust gas and supplying it to the engine, but exchanging the exhaust gas and the feed water in a front end line of the heat exchanger.
상기 배기가스의 배출라인에 마련되어 상기 배기가스를 상기 폐열회수시스템 또는 상기 배기가스 재순환시스템 중 어느 하나로 공급시키는 제어유닛을 더 포함하는 선박의 에너지 절감 장치.The method according to claim 6,
Energy saving device of the ship further comprises a control unit provided in the exhaust line of the exhaust gas to supply the exhaust gas to either the waste heat recovery system or the exhaust gas recirculation system.
상기 폐열회수시스템은,
상기 엔진에서 배출되는 상기 배기가스에 의해 직접 구동되어 발전기를 회전시키는 구동력을 제공하는 가스 터빈;
상기 가스 터빈과 연동되며 제공되는 스팀에 의해 상기 발전기를 회전시키는 구동력을 제공하는 스팀 터빈;
상기 스팀 터빈에서 배출되는 스팀을 응축시키는 응축기;
상기 응축기에서 응축된 급수에서 용존 산소를 진공으로 제거하는 진공탈기부;
상기 진공탈기부에서 탈기된 급수를 펌핑시키는 열교환기 급수펌프; 및
상기 콘덴서에서 열교환 된 상기 급수와 상기 엔진에서 배출되는 상기 배기가스를 열교환시켜 상기 스팀 터빈의 구동을 위한 증기를 생성시키는 열교환기를 포함하는 선박의 에너지 절감 장치.The method according to claim 1,
The waste heat recovery system,
A gas turbine driven directly by the exhaust gas discharged from the engine to provide a driving force for rotating the generator;
A steam turbine interlocked with the gas turbine and providing a driving force for rotating the generator by the provided steam;
A condenser for condensing steam discharged from the steam turbine;
A vacuum degassing unit that removes dissolved oxygen from the condensed water by vacuum;
A heat exchanger feed pump for pumping the degassed water from the vacuum degassing unit; And
An energy saving device for a ship including a heat exchanger for generating steam for driving the steam turbine by exchanging the feed water heat-exchanged from the condenser and the exhaust gas discharged from the engine.
상기 배기가스 재순환시스템은,
상기 엔진에서 배출되는 상기 배기가스에 함유된 불순물을 제거하는 스크러버;
상기 스크러버에 공급되는 상기 배기가스를 냉각시키는 쿨러; 및
상기 쿨러에서 냉각된 상기 배기가스가 과급기에서 공급되어 상기 엔진으로 유입되는 소기와 혼합되어 상기 엔진으로 공급되도록 냉각된 상기 배기가스를 불어주는 블로워(blower)를 포함하는 선박의 에너지 절감 장치.The method according to claim 6,
The exhaust gas recirculation system,
A scrubber for removing impurities contained in the exhaust gas discharged from the engine;
A cooler that cools the exhaust gas supplied to the scrubber; And
Energy-saving device of the ship including a blower blowing the exhaust gas cooled so that the exhaust gas cooled in the cooler is supplied from a supercharger and mixed with scavenging air flowing into the engine to be supplied to the engine.
상기 쿨러는,
상기 스크러버에서 배출되는 상기 배기가스와 상기 폐열회수시스템에서 순환되는 급수를 상호 열교환시켜 상기 배기가스를 1차적으로 냉각시키는 제1 쿨러; 및
상기 제1 쿨러에서 배출되는 상기 배기가스와, 상기 급수와는 별도의 액체를 상호 열교환시켜 상기 배기가스를 2차적으로 냉각시키는 제2 쿨러를 포함하는 선박의 에너지 절감 장치.The method according to claim 9,
The cooler,
A first cooler that primarily cools the exhaust gas by mutually exchanging heat between the exhaust gas discharged from the scrubber and the feed water circulated in the waste heat recovery system; And
Energy-saving device of the ship including a second cooler for secondary cooling of the exhaust gas by mutually exchanging the exhaust gas discharged from the first cooler and a liquid separate from the water supply.
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