KR102144114B1 - 선박용 엔진의 냉각장치 - Google Patents

선박용 엔진의 냉각장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박용 엔진의 냉각장치를 제공한다. 본 발명의 선박용 엔진의 냉각장치는 엔진의 배기매니폴드를 감싸는 내부공간을 가지며 선박용 엔진의 워터자켓과 제1냉각수연결관에 의해 연결된 배출부와, 워터자켓과 연결되는 제 2냉각수연결관에 의해 연결되는 유입부가 형성된 열교환탱크와, 상기 열교환탱크에 양측에 각각 설치되는 제 1,2해드탱크와, 상기 해드탱크를 연결하며 상기 열교환탱크의 내부공간에 위치된 냉각수와 열교환을 위한 튜브유닛을 구비한 냉각수/해수열교환기와, 상기 냉각수/해수열교환기에 해수를 순환시키기 위한 해수순환유닛을 구비한다.

Description

선박용 엔진의 냉각장치{cooling apparatus of an engine for ship}
본 발명은 선박용 엔진의 냉각장치에 관한 것으로 더 상세하게는 엔진의 배기가스에 의해 가열된 배기매니폴드와 엔진의 냉각수를 열교환시켜 선박용엔진의 초기 구동효율을 높일 수 있는 선박용 엔진의 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 선박에는 주 엔진을 냉각하기 위한 엔진 냉각장치가 구비된다. 선박용 엔진 냉각장치는 씨 체스트(sea chest)를 통해 선박 내부로 해수를 유입시키고, 해수펌프를 이용해서 해수를 열교환기(cooler)로 공급하여 엔진을 냉각한다.
이러한 과정에서 다수의 기포가 포함된 해수가 선박 내부로 유입되는 경우, 해수를 이용한 선박용 엔진 냉각장치의 열교환 면적이 감소됨에 따라 열교환기의 열교환 효율이 저하될 수 있다.
대한민국 특허등록 제 대한민국 특허 등록번호 제10-1173694호(2012년 8월 13일 공고)에는 주 펌프와 보조 펌프를 이용하여 선박의 운행 도중에 펌프가 정상적으로 작동하게 하여 엔진을 효과적으로 냉각하는 기술이 개시되어 있다.
대한민국 공개특허 제 1999-016979호에는 선박용 엔진의 냉각장치가 게시되어 있다. 게시된 냉각장치는 엔진오일쿨러를 통하여 흡입한 냉각수를 청수펌프를 통해 실린더 블록과 실린더헤드 및 청수파이프를 순차적으로 경유시켜 다시 배기매니폴드와 팽창탱크로 각각 분배시키고, 상기 배기매니폴드에서 배출되는 냉각수의 온도를 감지하는 서머스텟에 의해 감속기오일쿨러 또는 바이패스라인을 통해 상기 엔진오일쿨러로 순환되도록 한 냉각회로를 구비하며, 상기 감속기오일쿨러와 상기 엔진오일쿨러의 사이에 선체에 장착되어 해수에 잠기는 킬쿨러를 연결 설치하여 냉각수의 열교환이 이루어지도록 구성된다.
그리고 대한민국 공개특허 제 2015-0134804호(2015.12.02.)에는 주기관 저부하 시 저온부식방지를 위한 선박용 엔진 냉각 시스템이 게시되어 있다. 대한민국 공개 특허 제 2019-0081315호에는 선박용 장치 냉각시스템이 게시되어 있다.
상술한 바와 같은 선박용 엔진냉각장치는 상기 부하가 걸리는 엔진의 특성상 해수를 이용하여 냉각하고 있는데, 엔진이 가열, 즉, 정상적인 온도로 가열하기 위한 시간이 상대적으로 길어지게 됨으로써 초기 엔진의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
그러나 상기와 같이 구성된 종래의 냉각시스템은 해수와 냉각수를 열교환시키기 위한 구성이 독립적으로 이루어져 있으므로 구조가 상대적으로 복잡하고, 열교환을 위한 회로가 길어지는 문제점이 있다.
특히, 배기매니폴드와 냉각수/열교환유닛이 분리된 구성을 가지고 있으므로 엔진에 장착에 따른 많은 공간적 제약을 받게 되는 문제점이 있다.
대한민국 특허 등록번호 제10-1173694호 대한민국 공개특허 제 1999-016979호 대한민국 공개특허 제 2015-0134804호 0004)대한민국 공개 특허 제 2019-0081315호
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열교환탱크 내에 배기매니폴드와, 냉각수/해수열교환유닛이 위치될 수 있도록 함으로써 엔진의 냉각구조를 단순화 할 수 있으며, 엔진에 장착 시 설치에 따른 공간제약을 극복 할 수 있는 선박용 엔진냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 냉각수/해수열교환유닛의 본체와 일체로 형성되어 열교환탱크와 열교환 시켜 최기 엔진의 구동시 냉각수가 낮아 엔진의 구동효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 선박용 엔진의 냉각장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선박용 엔진의 냉각장치는 엔진의 배기매니폴드를 감싸는 내부공간을 가지며 선박용 엔진의 워터자켓과 제1냉각수연결관에 의해 연결된 배출부와, 워터자켓과 연결되는 제 2냉각수연결관에 의해 연결되는 유입부가 형성된 열교환탱크와,
상기 열교환탱크에 양측에 각각 설치되는 제 1,2헤드탱크와, 상기 제1,2헤드탱크를 연결하며 상기 열교환탱크의 내부공간에 위치된 냉각수와 열교환을 위한 튜브유닛을 구비한 냉각수/해수열교환기와,
상기 냉각수/해수열교환기에 해수를 순환시키기 위한 해수순환유닛을 구비한 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 튜브유닛은 열교환탱크 내의 냉각수와 열교환면적을 제어할 수 있으며 튜브들을 지지하는 지지부재를 더 구비한다. 열교환탱크에 상기 튜브유닛을 감싸는 본체부가 일체로 형성된다.
본 발명의 선박용 엔진 냉각장치는 동절기 또는 엔진의 구동 시 배기가스의 배출에 의해 가열되는 배기매니폴드와 엔진을 냉각시키기 위한 냉각수를 열교환 시킴으로써 초기 엔진구동부하를 줄일 수 있다.
또한 발명은 열교환탱크의 내부공간에 배기매니폴드와 냉각수/해수열교환기가 설치되어 있으므로 냉각수의 열교환 효율을 향상시킬 수 있으며, 엔진에 냉각장치에 따른 설계자유도를 높일 수 있다.
그리고 상기 열교환탱크는 엔진의 워터자켓에 의해 가열된 냉각수와 해수의 열교환이 열교환탱크의 내부공간에서 이루어지게 되므로 냉각수가 열팽창되어도 그 팽창량을 흡수할 수 있으므로 별도의 팽창탱크가 불필요하며, 엔진 냉각장치의 구조를 단순화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 선박용 엔진에 이의 냉각장치가 설치된 상태를 나타내 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 선박용 엔진의 냉각장치를 나타내 보인 분리 사시도,
도 3에 도시된 냉각장치를 나타내 보인 일부절제 사시도,
도 4은 본 발명에 따른 선박용 엔진의 냉각장치를 나타내 보인 블록도.
본 발명에 따른 선박용 엔진의 냉각장치를 나타내 보인 것으로, 그 일 실시예를 도 1 내지 도 4에 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 선박용 엔진의 냉각장치는 지속적인 부하를 받는 선박용 엔진을 냉각시키기 위한 냉각수를 해수를 이용하여 냉각시키기 위한 것으로, 엔진(100)의 배기매니폴드(110)를 감싸며 엔진을 위한 청수 즉, 냉각수가 저장되는 내부공간(21)을 가지는 열교환탱크(20)를 구비한다.
상기 열교환탱크(20)는 가열을 위한 냉각수가 유입되는 유입부(22)와 가열된 냉각수(200)가 배출되는 배출부(23)를 구비한다. 상기 유입부(22)와 배출부(23)은 각각 엔진(100)에 설치된 워터자케(미도시)과 제 1,2냉각수연결관(24)(25)와 각각 연결된다. 그리고 상기 열교환탱크(20)에는 내의 냉각수와 열교환을 위한 튜브유닛(33)들을 구비한 냉각수/해수열교환기(30)와, 상기 냉각수/해수열교환기(30)에 해수를 순환시키기 위한 해수순환유닛(50)을 구비한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 선박용 엔진의 냉각장치를 구성요소별로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 열교환탱크(20)의 내부공간간(21)에 위치되는 배기매니폴드(110)는 엔진(100)과 결합될 수 있도록 결합부(111)들과 배기매니폴드 본체(113) 측과 연결되는 배기가스배출구(112)를 구비하는데, 이러한 결합부(111)와 배기가스배출구(112)는 열교환탱크(20)의 외주면으로 노출된 구조를 가진다. 열교환탱크(20)는 알루미늄을 다이케스팅 하여 제조할 수 있으며 내열성 합성수지로 이루어질 수 있다. 상기 열교환탱크(20)가 알루미늄을 다이캐스팅하여 제조하는 경우, 배기매니폴드(110)와 냉각수/해수열교환유닛(30)이 일체로 형성될 수 있다. 그리고 열교환탱크(20)가 합성수지로 이루어진 경우, 배기매니폴드(110)와 흡기매니폴드(120)가 인서트몰딩되어 이루어질 수 있다.
상기 열교환탱크(20)의 내부공간에는 제 1,2냉각수연결관(24)(25)와 연결된 유입부(22)와 배출부(23)로 유입 및 배출되는 냉각수를 와류발생시키기 위한 와류발생부를 더 구비할 수 있다. 상기 와류발생부는 배기매니폴드의 외주면 또는 열교환탱크(20)의 내주면에 돌출되어 매니폴드주위에 설치되어 냉각수의 흐름을 가이드하기 위한 복수개의 깃으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 열교환탱크 내에서 와류를 발생시킬 수 있는 구조이면 가능하다.
그리고 열교환탱크(20)의 내부공간에 장착되는 냉각수/해수열교환기(30)는 열교환탱크(20)의 대응되는 양측에 고정되는 제 1,2헤드탱크(31)(32)와, 상기 제 1,2헤드탱크(31)(32)들을 상호 연결하며, 열교환탱크(20)의 내부공간에 위치되며 복수개의 튜브(34)들로 이루어진 튜브유닛(33)들을 구비한다. 그리고 상기 튜브(34)들에 설치되어 상기 튜브(34)들이 열교환탱크(20)의 내부에 설치된 냉각수와의 접촉면적의 조정 및 튜브(34)들을 지지하기 위한 지지부재(35)가 설치된다. 상기 지지부재(35)는 튜브(34)들을 지지함과 아울러 열교환탱크(20) 내의 냉각수와 튜브의 접촉면적을 제할 수 있다. 그러나 이에 한정되지는 않는다. 그리고 상기 열교환탱크(20)에는 상기 양측에 제1,2헤드탱크(31)(32)가 결합되며 튜브유닛(33)을 감싸는 열교환기본체부(35)가 될 수 있다. 이 경우, 상기 열교환기본체부(35)는 열교환탱크(20)의 내부공간과 연통될 수 있도록 함이 바람직하다.
한편, 열교환탱크(20)의 내부공간에 장착되는 냉각수/해수열교환기는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 상기 열교환기탱크(20)의 내부에 내부공간(21)과 구획된 열교환기본체부(35)가 형성되고, 이 열교환기본체부(35)의 양측에 제 1,2헤드탱크부(31)(32)가 각각 결합된 구조로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 열교환기 본체부는 복수개로 분할된 해수 유동통로를 구비할 수 있다.
그리고 상기 해수순환유닛(50)은 엔진(100)에 의해 구동회는 해수펌프(51)와 해수펌프(51)의 토출측과 제 1해수연결관(52)에 의해 제 1헤드탱크(31)와 연결되고, 상기 제 2헤드탱크(32)와 제 2해수연결관(53)에 의해 인터쿨러(54)와 연결된 구조를 가진다. 인터쿨러(54)를 통과한 해수는 선체의 외부로 배출된다.
도면에는 도시되어 않으나 제 2냉각수연결관(25)과 엔진의 워터자켓의 연결부위에는 서모스텟이 설치될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 선박용 엔진 냉각장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 엔진이 가열되지 않은 상태에서 초기 기동하게 되면, 서모스텟(thermostat)이 작동하지 않게 된다. 따라서 엔진의 내부에 설치된 워터자켓 내의 냉각수와 열팽창탱크(20)의 냉각수는 순환하지 않고, 각각 가열된다. 즉, 워터자켓 내의 물의 엔진의 구동에 의한 마찰 및 폭발력에 의한 열에 의해 가열되고, 상기 열교환탱크(20)의 내부공간에 위치되는 냉각수는 배기가스에 의해 가열된 배기매니폴드(110)에 의해 가열된다.
이러한 과정에서 상기 해수는 해수순환유닛(50)의 해수펌프(51)의해 펌핑된고, 펌핑된 해수는 제1해수연결관(52) 제 1헤드탱크부(31), 튜브유닛(33), 제 2헤드탱크(32), 제 2해수연결관(53), 인터쿨러(54)를 통하여 선외측으로 배출된다.
그리고 엔진(100)의 워터자켓의 내부에 위치된 냉각수가 적정온도를 유지하게 되면 엔진(100)의 워터펌프(미도시)에 의해 냉각수가 펌핑되어 워터자켓 내의 물이 제 1냉각수연결관(24)을 통하여 열교환탱크(20)의 유입된 후 제 2냉각수연결관(25)를 통하여 엔진(100)의 워터자켓 측으로 유입되어 순환된다. 이러한 과정에서 상기 열교환탱크(20)의 내부의 냉각수는 배기매니폴드(110)의해 가열됨과 아울러 해수순환유닛(50)에 의해 순환되는 해수 즉, 냉각수/해수열교환유닛(30)의 튜브유닛(33)를 통과하는 해수와 열교환탱크(20)의 내부공간을 순화하는 냉각수와의 열교환이 이루어져 냉각수의 온도를 적정한 상태로 유지하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 선박 엔진용 냉각장치는 초기 구동시 엔진의 배기매니폴드를 통하여 배출되는 배기가스와 냉각수를 열교환시킬 수 있으므로 초기 엔진의 구동 시 엔진의 과냉으로 인한 엔진의 구동효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 엔진이 정상 가동되는 동안 엔진이 과냉되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 엔진에 의해 가열된 냉각수가 열교환탱크로 유입되어 순환되므로 별도의 팽창탱크를 설치할 필요가 없다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 알루미늄을 다이케스팅하여 제조된 것으로 엔진과 결합되는 결합부(111)와 배기가스배출구를 가지는 배기매니폴드(110)가 일체로 형성되고 배기매니폴드(110)을 감싸 냉각수가 저장되는 내부공간(21)을 가지며 선박용 엔진의 워터자켓과 제1냉각수연결관(24)에 의해 연결된 유입부(22)와, 워터자켓과 연결되는 제 2냉각수연결관(35)에 의해 연결되는 배출부(22)가 형성된 열교환탱크(20)와,
    상기 열교환탱크(20)에 양측에 각각 설치되는 제 1,2해드탱크(31)(32)와, 상기 제1,2해드탱크(31)(32)를 연결하며 상기 열교환탱크(20)의 내부공간에 위치된 냉각수와 열교환을 위한 튜브유닛(33)을 구비한 냉각수/해수열교환기(30)와,
    상기 냉각수/해수열교환기(30)에 해수를 순환시키기 위한 해수순환유닛(50)을 구비하며,
    상기 열교환탱크(20)의 내부공간에는 냉각수를 와류발생시키기 위한 와류발생부를 구비하고,
    상기 튜브유닛(33)은 열교환탱크 내의 냉각수와 열교환면적을 제어할 수 있으며 튜브들을 지지하는 지지부재(35)를 더 구비하며,
    상기 열교환탱크(20)에는 제 1,2해드탱크(31)(32)와 연결된 튜브유닛(33)을 감싸는 열교환기 본체부(35)가 내부공간과 연통되며 열교환탱크(20)와 일체로 형성되고,
    상기 해수순환유닛(50)은 엔진(100)에 의해 구동회는 해수펌프(51)와 해수펌프(51)의 토출측과 제 1해수연결관(52)에 의해 제 1헤드탱크(31)와 연결되고, 상기 제 2헤드탱크(32)와 제 2해수연결관(53)에 의해 인터쿨러(54)와 연결된 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 냉각장치.







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