KR102215070B1 - 선박용 엔진의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용 에진 냉각장치를 제공한다. 본 발명의 선박엔진용 냉각장치는 엔진의 배기매니폴드를 감싸는 열교환탱크와, 상기 엔진에 고정되며 상기 열교환탱크의 배출구와 연결되는 유입관부와 열교환탱크의 유입구와 연결되며 내부를 관통하는 관통관부를 구비하며, 하면에 엔진의 워터자켓과 연결되는 공급구와 배출구가 형성된 팽창탱크와, 상기 관통관부와 연결되는 엔진의 워터자켓과 연결되는 배출관을 구비하며, 상기 배출관로 상에 설치되어 배출관을 통과하는 냉각수와 해수를 열교환 시키기 위한 냉각수/해수열교환유닛을 구비한다.

Description

선박용 엔진의 냉각장치{cooling apparatus of an engine for ship}

본 발명은 선박용 엔진의 쿨링장치에 관한 것으로 더 상세하게는 엔진의 배기가스에 의해 가열된 배기매니폴드와 엔진의 냉각수를 열교환 할 수 있는 선박용 엔진의 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박에는 선박용 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 서머스탭에 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

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, 배기매니폴드와 냉각수를 열교환하여 냉각수를 가열함으로써 엔진의 초기 구동효율을 향상시킬 수 있는 선박용 엔진의 냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 배기매니폴드로 유입되는 유압관을 팽창탱크를 통과시킴으로 팽창탱크 내의 냉각수와 열교환이 이루어질 수 있도록 함으로써 열교환효율을 향상시킬 수 있는 선박용 엔진의 냉각장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 배기매니폴드와 냉각수의 열교환을 위해 배기매니폴드를 감싸는 열교환탱크 내에서의 순환력을 높인 선박용 엔진의 냉각장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선박용 엔진의 냉각장치는 엔진의 배기매니폴드를 감싸는 열교환탱크와,

상기 엔진에 고정되며 상기 열교환탱크의 배출구와 연결되는 유입관부와 열교환탱크의 유입구와 연결되고, 내부를 관통하는 관통관부를 구비되며, 하면에 엔진의 워터자켓과 연결되는 냉각수공급통로와 냉각수배출통로가 형성된 팽창탱크와,

상기 관통관부를 통하여 엔진의 원터자켓과 연결되는 냉각수배출관을 구비하며,

상기 냉각수 배출관로에 설치되어 배출관을 통과하는 냉각수와 해수를 열교환 시키기 위한 냉각수/해수열교환유닛을 구비한 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 선박용 엔진 냉각장치는 동절기 또는 엔진의 구동 시 배기가스의 배출에 의해 가열되는 배기매니폴드와 엔진을 냉각시키기 위한 냉각수를 열교환 시킴으로써 초기 엔진 구동부하를 줄일 수 있다.

또한 발명은 팽창탱크에 열교환이 해수와 열교환이 이루어진 냉각수가 통과하도록 함으로써 배기매니폴드와 열교환이 이루어지기 전에 미리 열교환 할 수 있도록 함으로써 냉각수의 열교환효율을 향상시킬 수 있다.

그리고 상기 관통관부에 팽창탱크로의 냉각수를 선택적으로 공급할 수 있는 개폐부를 더 구비함으로써 팽창탱크 내의 가열된 냉각수가 과열되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 엔진의 냉각장치를 나타내 보인 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 선박용 엔진의 냉각장치를 나타내 보인 분리 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 선박용 엔진의 냉각장치의 흐름을 나타내 보인 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 팽창탱크를 나타내 보인 사시도,
도 5은 본 발명에 따른 팽창탱크를 나타내 보인 일부절제 사시도.

본 발명에 따른 선박용 엔진의 냉각장치를 나타내 보인 것으로, 그 일 실시예를 도 1 내지 도 3에 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)을 감싸며 엔진을 위한 청수 즉, 냉각수가 저장되는 저장공간(21)을 가지는 열교환탱크(20)를 구비한다.

상기 열교환탱크(20)는 가열을 위한 냉각수가 유입되는 유입구(22)와 가열되어 냉각수가 배출되는 배출구(23)를 구비한다. 그리고 상기 엔진(100)에 고정되며 상기 열교환탱크(20)의 배출구(23)와 연결되는 유입관부(32)와 열교환탱크(20)의 유입구(22)와 연결되며 내부를 관통하는 관통관부(40)을 구비하며, 하면에 엔진(100)의 워터자켓과 연결되는 냉각수공급통로(33)와 냉각수린턴통로(34)가 형성된 팽창탱크(30)을 구비한다. 엔진의 냉각장치(10)는 상기 팽창탱크(30)의 관통관부(40)와 연결되는 엔진(100)의 원터자켓과 연결되는 냉가수배출관(50)을 구비하는데, 상기 냉각수배출관(50)은 관로상에 설치되어 배출관을 통과하는 냉각수와 해수를 열교환 시키기 위한 냉각수/해수열교환유닛(60)을 구비한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 선박용 엔진의 냉각장치를 구성요소별로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 열교환탱크(20)의 저장공간(21)에 위치되는 배기매니폴드(110)는 엔진(100)과 결합될 수 있도록 결합부(111)들과 배기메니폴드 측과 연결되는 배기가스배출구(112)가 외부로 노출된다. 열교환탱크(20)는 알루미늄을 다이케스팅하여 제조할 수 있으며 내열성 합성수지에 금속으로 이루어진 배기 매니폴드를 인서트 몰딩하여 제조할 수도 있다. 열교환탱크(20)가 알루미늄재로 이루어진 경우, 상기 배기매니폴드(110)는 열교환탱크(20)와 일체로 형성될 수 있다.

상기 열교환탱크(20)의 저장공간은 배기매니폴드(110)과 열교환이 원활하게 이루어질 수 있도록 와류발생수단을 더 구비할 수 있다. 상기 와류발생수단은 매니폴드 주위에 설치되어 냉각수의 흐름을 가이드하기 위한 복수개의 깃으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 열교환탱크 내에서 와류를 발생시킬 수 있는 구조이면 가능하다.

그리고 상기 팽창탱크(30)는 상기 배기매니폴드(110)가 설치된 열교환탱크(20)의 배출구(23)과 연결되며 팽창탱크내부공간(31)과 연통되는 유입관부(32)를 구비한다. 그리고 상기 팽창탱크(30)에는 상기 열교환탱크(20)의 유입구(22)와 연결되며 팽창탱크(30)와 일체로 형성되어 팽창탱크내부공간(31)을 관통하거나 팽창탱크(30)의 내부공간의 일부를 이루도록 팽창탱크(30)와 일체로 형성되는 관통관부(40)을 구비한다.

상기 관통관부(40)는 상기 팽창탱크(30)의 팽창탱크내부공간(31)에 저장된 냉각수와 관통관부(40)을 통과하는 냉각수의 사이에 열교환이 이루어질 수 있도록팽창탱크 내주면과의 노출면적을 가능한 크게 함이 바람직하다.

한편, 도 4, 5에 도시된 바와 같이 팽창탱크(30)의 내부에 노출되는 상기 관통관부(40)에는 상기 관통관부(40)의 내부를 흐르는 냉각수를 상기 팽창탱크(30)의 팽창탱크내부공간(31)로 선택적으로 배출하기 위한 냉각수배출부(42)를 더 구비한다. 상기 냉각수배출부(42)는 관통관부(40)와 팽창탱크내부공간(31)을 연결하는 분기관(43)이 설치되고, 이 분기관(43)에는 밸브(44)가 설치된다. 상기 분기관(43)에 설치되는 밸브(44)는 솔레노이드밸브로 이루어질 수 있다. 이 솔레노이드밸브는 팽창탱크(30) 내의 냉각수의 온도와 해수에 의해 냉각되어 관통관부(40)의 내부를 흐르는 냉각수의 온도를 감지하여 상기 팽창탱크(30) 내의 온도가 상대적으로 높은 경우 열릴 수 있도록 함이 바람직하다. 그러나 이에 한정되지 않고, 소정의 온도에서 조정되는 서포커플로 이루어질 수도 있다.

상기 팽창탱크(30)에는 엔진(100)의 워터자켓에 물을 공급 및 리턴시키기 위한 냉각수공급통로(33)와 냉각수리턴통로(34)가 형성된다. 상기 냉각수공급통로(33)과 냉각수리턴통로(34)중 적어도 일측에는 엔진(100)의 원터자켓으로 냉각수의 공급을 단속하는 써모커플(미도시)이 설치될 수 있다.

그리고 상기 팽창탱크(30)의 관통관부(40)와 연결되는 엔진(100)의 원터자켓과 연결되는 냉가수배출관(50)을 흐르는 냉각수를 해수와 열교환하기 위한 냉각수/해수열교환유닛(60)은 내부공간을 갖는 탱크본체(61)에 제1,2헤드탱크(62)(63)가 설치되고, 탱크본체(61)의 내부에는 제 1,2헤드탱크(62)(63)는 튜브(64)들이 설치된다. 상기 탱크본체(61)의 내부공간은 제 1,2헤드탱크(62)(63)와 튜브(64)들에 의해 구획된다. 상기 탱크본체(61)는 냉각수배출관(50)과 연결되고, 냉각수연결관(51)에 의해 엔진의 워터자켓(미도시)과 연결된다.

그리고 상기 제 1헤드탱크(62)은 엔진(100)에 의해 구동되는 해수펌프(65)와 해수공급관(66)에 의해 연결되고, 제 2헤드탱크(63)는 해수배출관(67)에 의해 인터쿨러(68)연결된다. 상기 인터쿨러(68)를 통과한 해수는 해상으로 배출된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 선박용 엔진 냉각장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 엔진이 가열되지 않은 상태에서 초기 기동하게 되면, 상기 팽창탱크(30)에 형성되어 냉각수공급통로(33)에 설치된 서모스텟(thermostat)이 작동하지 않게 된다. 따라서 팽창탱크(30)의 냉각수는 열교환탱크(20)의 유입구(22)로 유입되어 엔지(100)의 배기가스가 매출되는 배기매니폴드(110)와 열교환이 이루어지게 된다. 즉, 상기 열교환탱크(20)의 내부공간(21)에는 엔진의 배가가스가 배출되는 배기매니폴드(110)가 설치되어 있으므로 유입구(22)를 통하여 내부공간(21)에 유입된 냉각수는 내부공간(21)에 설치된 배기매니폴드(110)와 열교환이 이루어져 가열되게 된다. 상기 유입구(22)를 통하여 유입되는 냉각수는 냉각수/해수열교환유닛(60)에 의해 해수와 1차적으로 열교환이 이루어지 후 팽창탱크(30)에 설치된 관통관부(40)을 통과하여 열교환탱크(20)로 유입되게 된다.

따라서 엔진의 원터자켓 내의 물은 피스톤과 실린더의 마찰열 및 실린더에서 연료의 연소 시 발생된 열에 의해 가열되고, 서모스텟이 작동되어 워터자켓과 연결된 냉각수 공급통로(33)가 열리지 않은 상태에서 열교환탱크(20)와 팽창탱크(30) 내의 물은 배기매니폴드(110)를 통과하는 배기가스와 열교환이 이루어짐으로써 가열된다.

따라서 엔진(100)의 워터자켓에 저장된 냉각수와 열교환탱크와 팽창탱크에 저장된 냉각수가 동시에 가열된다. 그리고 엔진의 워터자켓 내의 물이 설정된 온도에 도달하게 되면 서모스텟이 열리게 됨으로써 팽창탱크(30)의 냉각수공급통로(33)을 통하여 워터자켓을 유입되어 순환된다. 가열된 엔진의 워터자켓의 물은 냉각수/해수열교환유닛(60)에 의해 해수와 열교환이 이루어진 진다.

도 3에 도시된 바와 엔진의 구동 시 해수는 해수공급관(66), 해수펌프(65)냉각수/해수열교환유닛(60) 즉, 제1헤드탱크(62), 튜브(64), 제 2헤드탱크(63)과, 해수배출관(67)을 통과한 후 인터풀러(68)을 통과한 후 배출되고, 냉각수는 워터자켓, 냉각수연결관, 냉각수/해수열교환유닛(60), 냉각수배출관(50), 관통관부(40), 유입구(22), 열교환탱크(20), 배출구(32) 및 팽창탱크(30), 냉각수공급통로(33), 워터자켓을 따라 흐르면서 수환하게 된다. 따라서 엔진의 냉각수가 과냉됨으로 엔진의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

특히, 상기 관통관부(40)에는 냉각수배출부(42)가 구비되어 있으므로 관통관부(40)을 통과하는 냉각수의 온도와, 팽창탱크(30)의 팽창탱크내부공간(31)에 저장된 냉각수의 온도차가 심하게 발생되는 경우, 상기 냉각수배출부(42)를 통하여 팽창탱크(30)의 내의 냉각수온도를 조절할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 선박 엔진용 냉각장치는 초기 구동시 엔진의 배기매이폴드를 통하여 배출되는 배기가스와 냉각수를 열교환시킬 수 있으며, 특히 팽창탱크에 관통관부재가 일체로 형성되어 팽창탱크내부공간에 냉각수를 배출할 수 있는 구조를 가지고 있으므로 엔진의 구동과열 시 팽창탱크를 통하여 엔진으로 유입된다.

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. 엔진(100)의 배기매니폴드를 감싸는 열교환탱크(20)와,
   상기 엔진(100)에 고정되며 상기 열교환탱크(20)의 배출구(23)와 연결되는 유입관부(32)와 열교환탱크(20)의 유입구(22)와 연결되며 내부를 관통하는 관통관부(40)를 구비하며, 하면에 엔진의 워터자켓과 연결되는 냉각수공급통로(33)과 냉각수배출통로(34)가 형성된 팽창탱크(30)와,
   상기 관통관부(40)을 통하여 엔진(100)의 워터자켓과 연결되는 냉각수배출관(50)을 구비하며, 상기 냉각수배출관(50)과 연결되어 냉각수배출관(50)을 통과하는 냉각수와 해수를 열교환 시키기 위한 냉각수/해수열교환유닛(60)을 구비하며,
   상기 관통관부(40)는 상기 팽창탱크(30)와 일체로 형성되고, 상기 팽창탱크의 팽창탱크내부공간(31)으로 냉각수를 배출하여 팽창탱크 내의 냉각수 온도를 조절하기 위한 냉각수배출부(42)를 구비하며,
   상기 냉각수배출부(42)는 관통관부(40)와 팽창탱크내부공간(31)을 연결하는 분기관(43)이 설치되고, 이 분기관(43)에는 솔레노이드밸브가 설치되며,
   상기 열교환탱크(20)은 배기매니폴드(110)가 인서트 몰딩되어 이루어지며, 열교환탱크(20)의 저장공간에는 배기매니폴드(110)와 열교환이 원활하게 이루어질 수 있도록 와류발생수단이 더 구비되며, 상기 와류발생수단은 배기매니폴드 주위에 설치되어 냉각수의 흐름을 가이드하기 위한 복수개의 깃으로 이루어진 것을 특징으로 하는 선박용 엔진의 냉각장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제

Images