KR102246459B1 - 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템 - Google Patents

선박용 증기발생 및 저장순환 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템에 관한 것이다.
종래 선박에서는 엔진에 공급되는 선박연료유 및 엔진 윤활유 등의 점도를 유지하기 위해 스팀을 이용한 가열시스템을 사용하는데, 이를 위해 정박중에도 보일러를 가동하여 스팀을 발생시키고 순환공급하고 있고, 운항중에는 주엔진의 배기가스 온도를 이용한 폐열이용증기발생장치(Economizer)에서 증기를 발생시킨 후 보일러를 통하여 스팀의 저장 및 순환사용을 하고 있다.
그러나 정박중 선박연료유를 사용해야 하는 보일러의 사용은 항구내 공해와 관련한 문제점을 가지고 있으며 운항중에도 보일러 사용으로 인한 연료의 낭비요인과 보일러 유지보수비용의 발생 등 많은 문제점을 가지고 있는 바,
이를 극복하기 위한, 선박연료유를 태워 가열하는 보일러를 대체 가능한 스팀의 발생저장 및 순환사용이 가능한, 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템에 관한 것이다.

Description

선박용 증기발생 및 저장순환 시스템{Steam Generable Reservoir System for Vessel}
본 발명은 선박연료유를 사용하는 보일러 없이도 증기를 발생 및 저장 순환사용 할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
종래 선박에서는 엔진에 공급되는 선박연료유 및 엔진 윤활유 등의 점도를 유지하기 위해 스팀을 이용한 가열시스템을 사용하는데, 이를 위해 정박중에도 보일러를 가동하여 스팀을 발생시키고 순환공급하고 있고, 운항중에는 주엔진의 배기가스 온도를 이용한 폐열이용증기발생장치(Economizer)에서 증기를 발생시킨 후 보일러를 통하여 스팀의 저장 및 순환사용을 하고 있다.
그러나 정박중 선박연료유를 사용해야 하는 보일러의 사용은 항구내 공해와 관련한 문제점을 가지고 있으며 운항중에도 보일러 사용으로 인한 연료의 낭비요인과 보일러 유지보수비용의 발생 등 많은 문제점을 가지고 있는 바,
이를 극복하기 위한, 선박연료유를 사용하지 않고 선박내 선박연료유 사용 보일러를 대체 가능한 스팀의 발생저장 및 순환사용이 가능한, 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템에 관한 것이다.
종래 선박에서는 엔진에 공급되는 선박연료유 및 엔진 윤활유 등의 점도를 유지하기 위해 스팀을 이용한 가열시스템을 사용하는데, 이를 위해 정박중에도 보일러를 가동하여 스팀을 발생시키고 순환공급하고 있고, 운항중에는 주엔진의 배기가스 온도를 이용한 폐열이용증기발생장치(Economizer)에서 증기를 발생시킨 후 보일러를 통하여 스팀의 저장 및 순환사용을 하고 있다.
그러나 정박중 선박연료유를 사용해야 하는 보일러의 사용은 항구 내 공해와 관련한 문제점을 가지고 있으며 운항중에도 보일러 사용으로 인한 연료의 낭비요인과 보일러 유지보수비용의 발생 등 많은 문제점을 가지고 있는 있는데, 구체적으로는 다음과 같다.
먼저, 환경적인 측면에서, 정박중 또는 항만 근처 저속 운전시 보일러를 사용하면 선박연료유를 사용하므로 선박의 배기가스에 의한 환경 오염이 추가적으로 발생하고, 현재의 조치가능 한 방법은 발전기 와 보일러에 고급유를 사용하여야 해결가능 하므로 경제적 손실감수가 필요하다.
또한, 경제적인 측면에서, 보일러 운전을 위해 선박연료유의 비효율적인 소비문제와, 보일러에 의한 증기 발생 또는 순환분배 방식은 최소 필요 스팀 량보다 과도하게 많은 기본 운전 열량이 소모되는 문제와, 연료유를 소모하는 방식이기때문에 연료유 미 착화로 인한 연료유의 보일러내 침전 고착 등 정비요인이 발생 하므로 주기적인 유지보수가 필요한 문제와, 지속적인 유지 보수비용이 발생하는 문제가 있다.
또한, 보일러는 유지보수 미흡시 고착 연료 또는 유증기에 의한 Back Fire 사고발생의 위험이 존재한다.
이에 따라, 본 출원인 선박연료유를 사용하지 않고 선박내 선박연료유 사용 보일러를 대체 가능한 스팀의 발생저장 및 순환사용이 가능한, 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템을 제공하고자 한다.
종래 기술에 관련하여, 일본 공개특허공보 제2011-025878호에는 소형 선박의 연료유 가열 공급 시스템이 기재되어 있다.
그러나 상술된 기술은 가열기를 사용함에 따라 종래 문제를 극복할 수 없다.
그 외에도, 등록특허공보 제10-0485253호의 선박용 연료 가열장치와 등록특허공보 제10-0873092호의 선박용 연료 가열장치가 기재되어 있다.
이들은 각각, 선박용 연료 가열장치에 관한 것으로 상세하게는, 서비스 탱크에서 혼합유를 1차 가열하고 세틀링 탱크를 경유하여 선박의 메인 엔진에 공급하기 전에, 온도가 저하된 혼합유의 온도를 상승시켜 혼합유의 온도를 상승함과 동시에, 점도의 불안정성을 방지하여, 메인 엔진에 공급되는 혼합유의 질을 상승시키므로, 상기의 혼합유를 사용하여 메인 엔진이 구동되게 하는 것과, 혼합유를 사용하는 메인 엔진의 상태를 양호하게 유지할 수 있도록 한 것으로, 온도가 상승된 메인 엔진에 저온의 연료가 공급되어 발생하는 메인 엔진의 고장을 예방하고, 메인 엔진의 수명연장과 선박에 사용되는 고급 연료를 절감하여, 경제적 부담감을 해소할 수 있도록 한 장치와,
선박의 오일탱크 내부에 설치되어 증기와 연료(H.F.O)의 열교환을 유도하고, 이를 통해 연료의 온도유지 및 점도를 낮추기 위한 가열장치(Drum type heating coil)에 있어서, 굴절형 히트튜브(Bending type heat Tube)를 적용하여 동일높이의 직립형 히트튜브(Straight type heat tube)에 비해 연료가 유류이송하는 유로의 길이를 늘려 증기와의 열교환을 위한 열전달면적을 최대한으로 확장함으로써, 가열효율의 향상으로 연료의 온도를 항상 40℃~50℃로 유지하고, 점도를 낮춰 원활한 유류이송을 도모하기 위한 선박용 연료 가열장치를 기재하고 있다.
이러한 기술들 역시 보일러 개념의 가열기를 사용함에 따라 종래의 문제를 극복할 수 없다.
다만, 스팀을 이용하는 기술로서, 공개특허공보 제10-2015-0145445호에는 선박 연료유 히팅 방법 및 이를 수행하는 선박 연료유 히팅 장치가 기재되어 있다.
상기 기술은, 메인 엔진의 배기가스를 사용하여 스팀을 생성하는 보일러; 상기 보일러의 일단에 연결되고 상기 스팀을 통해 연료유를 가열하는 스팀 히터; 상기 일렉트릭 히터의 일단에 연결되고 상기 연료유의 점도를 측정하여 상기 보일러와 상기 스팀히터 사이에 배치된 스팀 제어 밸브의 개폐를 제어하는 비스코레이터; 및 상기 스팀 히터와 상기 비스코레이터 사이에 배치되어 전기를 통해 상기 연료유를 가열하는 일렉트릭 히터를 포함한다. 따라서, 선박 연료유 히팅 장치는 스팀 히터의 히팅 부족분을 보충하고 연료유의 소모를 감소시킬 수 있다. 또한, 선박의 운항 조건을 향상시키고 운항 비용을 감소시킬 수 있다.
그러나 상술된 기술은, 스팀의 순환과 과열시 이를 해소할 수 있는 구조를 채용하지 않고 있다.
따라서, 여전히 종래 위험성이 존재한다고 할 수 있다.
일본 공개특허공보 제2011-025878호(2011.02.10.) 등록특허공보 제10-0485253호(2005.04.28. 공고) 등록특허공보 제10-0873092호(2008.12.09. 공고) 공개특허공보 제10-2015-0145445호(2015.12.30.)
본 발명의 목적은, 선박연료유를 사용하지 않고 선박 내 선박연료유 사용 보일러를 대체 가능한 스팀의 발생저장 및 순환사용이 가능한, 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템은, 황화합물(SOx), 질소화합물(NOx) 및 초미세 입자상 물질(PM)을 발생시키는 선박연료유를 사용하지 않고 증기의 발생저장 및 순환사용이 가능한 증기발생저장순환장치(Steam Generable Reservior, SGR)를 사용하여 운항중 또는 정박시, 선박에 스팀을 공급하여 히팅이 가능하도록 한다.
또한, 상기 시스템은,
엔진(10)과; 상기 엔진(10)으로부터 발생된 폐열을 회수하고, 폐열을 기반으로 스팀을 발생하는 폐열이용증기발생장치(13)와; 상기 폐열이용증기발생장치(13)에서 스팀 발생 중 생성된 배기를 배출하는 연돌(14)과; 상기 폐열이용증기발생장치(13)에서 발생된 스팀을 유입받아서 저장하는 증기발생저장순환장치(20)와; 상기 증기발생저장순환장치(20)에 저장된 스팀을 공급스팀 온도 및 압력 조절밸브(22)를 통해 공급받는 히터(17)와; 상기 히터(17)를 통해 가열된 스팀이 다시 증기발생저장순환장치(20)로 회수될 수 있도록 증기발생저장순환장치(20)와 히터(17)를 연결하는 스팀회수 조절밸브(23);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 증기발생저장순환장치(20) 내의 스팀이 일정 압력 및 온도로 유지될 수 있도록 전력을 공급하는 발전기(18) 및 AMP(19) 중 어느 하나 이상의 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발전기(18) 및 AMP(19) 중 어느 하나 이상의 것으로부터 전력을 공급받고 상기 증기발생저장순환장치(20) 내의 스팀이 일정 압력 및 온도로 유지될 수 있도록 직접 제어하는 컨트롤 판넬(21)과;
상기 폐열이용증기발생장치(13)로 청수를 공급하며, 상기 증기발생저장순환장치(20)의 과잉 응축수 발생시에도 응축수레벨 센서(26)를 통해 응축수를 회수하는 청수탱크(12);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 따른 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템에 의하면,
① 환경적인 측면에서,
선박연료유를 사용하는 보일러를 사용하지 않음으로 인해 항만내 운항 또는 정박중 보일러 가동으로 인한 대기환경문제를 발생시킬 염려가 없고,
정박중 또는 항만 근처 저속 운전시 발전기에서 생성되는 최소의 전기를 이용하므로 보일러 작동으로 인한 추가 환경오염이 없으며,
AMP(Alternative Maritime Power)가 설치된 선박의 경우 항만에 정박중에는 발전기까지 가동하지 않고 육상전원만으로 작동이 가능하므로 배기가스에 의한 환경오염은 완전히 사라지게 된다.
② 경제적인 측면에서,
보일러 운전을 위해 선박연료유를 사용하지 않고 최적 사용이 가능한 발전기 생성 전력을 사용하므로 경제적인 에너지 소비가 가능하게 되고,
선박연료유의 절감으로 인한 경제적 이익이 발생하며,
AMP 전력을 사용하는 경우 100% 전기에너지를 사용하므로 경제적인 에너지 소비가 가능하고,
보일러의 주기적인 유지보수가 필요 없어 운항비용의 절감에 대한 효과를 가진다.
③ 리스크 관리 측면에서는, 보일러의 Back Fire 사고발생 위험 없는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템을 나타낸 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
본 발명은 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템에 관한 것이다.
종래 선박에서는 엔진에 공급되는 선박연료유 및 엔진 윤활유 등의 점도를 유지하기 위해 스팀을 이용한 가열시스템을 사용하는데, 이를 위해 정박중에도 보일러를 가동하여 스팀을 발생시키고 순환공급하고 있고, 운항중에는 주엔진의 배기가스 온도를 이용한 폐열이용증기발생장치(Economizer)에서 증기를 발생시킨 후 보일러를 통하여 스팀의 저장 및 순환사용을 하고 있다.
그러나 정박중 선박연료유를 사용해야 하는 보일러의 사용은 항구내 공해와 관련한 문제점을 가지고 있으며 운항중에도 보일러 사용으로 인한 연료의 낭비요인과 보일러 유지보수비용의 발생 등 많은 문제점을 가지고 있는 바,
이를 극복하기 위한, 선박 연료유를 사용하는 보일러 없이 스팀의 발생저장 및 순환사용이 가능한, 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템을 나타낸 것이다.
즉, 본 발명은 폐열이용증기발생장치(13, Economizer)에서 발생한 스팀을 증기발생저장순환장치(20, SGR)로 유입하여 스팀의 저장과 순환 사용이 가능하도록 함으로써, 보일러없이 스팀을 사용할 수 있도록 한다.
이를 위한 본 발명에 따른 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템은, 엔진(10)과; 상기 엔진(10)으로부터 발생된 폐열을 회수하고, 폐열을 기반으로 스팀을 발생하는 폐열이용증기발생장치(13)와; 상기 폐열이용증기발생장치(13)에서 스팀 발생 중 생성된 배기를 배출하는 연돌(14)과; 상기 폐열이용증기발생장치(13)에서 발생된 스팀을 유입받아서 저장하는 증기발생저장순환장치(20)와; 상기 증기발생저장순환장치(20)에 저장된 스팀을 공급스팀 온도 및 압력 조절밸브(22)를 통해 공급받는 히터(17)와; 상기 히터(17)를 통해 가열된 스팀이 다시 증기발생저장순환장치(20)로 회수될 수 있도록 증기발생저장순환장치(20)와 히터(17)를 연결하는 스팀회수 조절밸브(23)와; 상기 증기발생저장순환장치(20) 내의 스팀이 일정 압력 및 온도로 유지될 수 있도록 전력을 공급하는 발전기(18) 및 AMP(19) 중 어느 하나 이상의 것과; 상기 발전기(18) 및 AMP(19) 중 어느 하나 이상의 것으로부터 전력을 공급받고 상기 증기발생저장순환장치(20) 내의 스팀이 일정 압력 및 온도로 유지될 수 있도록 직접 제어하는 컨트롤 판넬(21)과; 상기 폐열이용증기발생장치(13)로 청수를 공급하며, 상기 증기발생저장순환장치(20)의 과잉 응축수 발생시에도 응축수레벨 센서(26)를 통해 응축수를 회수하는 청수탱크(12);를 포함하여 구성된다.
부연하면, 상기 폐열이용증기발생장치(13)는 청수탱크(12)로부터 청수를 공급받고, 응측수를 회수하며, 증기발생저장순환장치(20)의 과잉 응축수 발생시에도 응축수레벨 센서에 의해 청수탱크로 응축수를 회수할 수 있다.
이때, 상기 증기발생저장순환장치(20)는 압력센서(24) 및 온도센서(25)를 구비하여 저장되어 있는 스팀이 일정 압력과 온도를 유지할 수 있도록 한다.
이때, 상기 컨트롤 판넬(21)은, 증기발생저장순환장치(20) 내의 스팀이 일정 압력 및 온도로 유지될 수 있도록 하기 위하여, 상술된 압력센서(24) 및 온도센서(25)와 연동된다.
상술된 폐열이용증기발생장치(13)에서 발생한 스팀은 증기발생저장순환장치(20)로 유입되고 저장되어 일정압력 및 온도를 유지한 상태에서 공급스팀 온도 및 압력 조절밸브를 통해 히터(17)로 공급되고 가열을 마친 스팀은 다시 스팀회수 조절밸브(23)를 통해 역류 없이 증기발생저장순환장치(20)로 회수된다.
증기발생저장순환장치(20)의 일정압력 및 일정온도의 스팀상태를 유지하기 위한 에너지원은 발전기(18)에서 생성되는 전력이나, 육상전원에 의한 전력을 공급하는 AMP(19)를 사용할 수 있는데, 이는 육상전원의 사용이 가능한 경우, AMP를 우선적으로 사용하고, 그러하지 못한 경우 발전기(18) 상의 전력을 사용하도록 한다.
컨트롤 판넬(21)은 발전기(18) 또는 AMP(19)로부터 전원을 공급받고, 압력센서 및 온도센서(25)의 피드백을 통해 응축수 및 저온 스팀의 재가열이 가능하도록 기능한다.
이때, 과압이 걸리는 경우, 공급스팀 온도 및 압력 조절밸브(22)를 통해 과압증기를 외부로 배출하여 시스템 구조의 안정성을 확보하도록 한다.
상기 폐열이용증기발생장치(13)는 청수탱크(12)로부터 청수를 공급받고, 응측수를 회수하며, 증기발생저장순환장치(20)의 과잉 응축수 발생시에도 응축수레벨 센서(26)에 의해 청수탱크(12)로 응축수를 회수할 수 있다.
또한, 증기발생저장순환장치(20)는 전력통제부, 증기발생저장압력용기 및 증기분배순환계통을 포함한다.
상기 전력통제부는, 전력의 입입과 각종 센서에 의해 정해진 압력과 온도의 스팀을 저장 및 순환할 수 있도록 히터(17)의 동작을 통제하는 기능을 한다.
또한, 증기발생저장압력용기는, 폐열이용증기발생장치(13)로부터 증기를 유입하는 유입모듈, 폐열이용증기발생장치(13)가 작동하지 않는 경우 자체 히팅모듈에 의해 증기를 생성하는 자체증기생성모듈, 증기를 일정 압력과 일정 온도로 저장하는 저장모듈, 냉각된 응축수를 분리하는 분리모듈 및 분배 순환하는 순환모듈을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 히터(17)는 엔진F.O히터 및 엔진자켓히터 등으로 구성되며,
엔진에 공급되는 낮은 점도의 선박연료유의 예비가열을 수행하는 M/E F.O 히터, 발전기에 공급되는 낮은 점도의 선박연료유의 예비가열을 수행하는 G/E F.O 히터, 엔진의 예열을 위한 M/E Jacket Cooling Water Pre-Heater, 온수생성을 위한 가열을 수행하는 Calorifier, 난방기 가열을 수행하는 룸 히터, 중유서비스탱크의 온도유지용 가열을 수행하는 H.F.O. Settling Tank, 메인 엔진 선박 연료유 원심여과장치의 가열을 수행하는 M/E F.O. Purifier Heater 및 메인 엔진 선박 윤활유 원심여과장치의 가열을 수행하는 M/E L.O. Purifier Heater에도 가열된 스팀이 공급되도록 할 수 있다.
상기에서 첨부된 도면을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명의 첨부된 도면의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.
10 : 엔진
11 : 배기구
12 : 청수탱크
13 : 폐열이용증기발생장치
14 : 연돌
15 : 탱크
16 : 엔진재킷청수 공급라인
17 : 히터
18 : 발전기
19 : AMP
20 : 증기발생저장순환장치
21 : 컨트롤 판넬
22 : 공급스팀 온도 및 압력 조절밸브
23 : 스팀회수 조절밸브
24 : 압력센서
25 : 온도센서
26 : 응축수레벨 센서

Claims (4)

  1. 황화합물(SOx), 질소화합물(NOx) 및 초미세입자상 물질(PM)을 발생시키는 선박 연료유를 사용하는 선박 내 보일러를 대체하여 증기의 발생저장 및 순환사용이 가능한 증기발생저장순환장치(Steam Generable Resevoir, SGR)를 사용하여 운항중 또는 정박시, 선박에 스팀을 공급하여 히팅이 가능하도록 하는, 선박용 증기 발생 및 저장순환 시스템에 있어서,
    상기 시스템은,
    엔진(10)과;
    상기 엔진(10)으로부터 발생된 폐열을 회수하고, 폐열을 기반으로 스팀을 발생하는 폐열이용증기발생장치(13)와;
    상기 폐열이용증기발생장치(13)에서 스팀 발생 중 생성된 배기를 배출하는 연돌(14)과;
    상기 폐열이용증기발생장치(13)에서 발생된 스팀을 유입받아서 저장하는 증기발생저장순환장치(20)와;
    상기 증기발생저장순환장치(20)에 저장된 스팀을 공급스팀 온도 및 압력 조절밸브(22)를 통해 공급받는 히터(17)와;
    상기 히터(17)를 통해 가열된 스팀이 다시 증기발생저장순환장치(20)로 회수될 수 있도록 증기발생저장순환장치(20)와 히터(17)를 연결하는 스팀회수 조절밸브(23)와;
    상기 증기발생저장순환장치(20) 내의 스팀이 일정 압력 및 온도로 유지될 수 있도록 전력을 공급하는 발전기(18) 및 AMP(19) 중 어느 하나 이상의 것과;
    상기 발전기(18) 및 AMP(19) 중 어느 하나 이상의 것으로부터 전력을 공급받고 상기 증기발생저장순환장치(20) 내의 스팀이 일정 압력 및 온도로 유지될 수 있도록 직접 제어하는 컨트롤 판넬(21)과;
    상기 폐열이용증기발생장치(13)로 청수를 공급하며, 상기 증기발생저장순환장치(20)의 과잉 응축수 발생시에도 응축수레벨 센서(26)를 통해 응축수를 회수하는 청수탱크(12);를 포함하여 구성되되,
    상기 증기발생저장순환장치(20)는,
    정해진 압력과 온도의 스팀을 저장 및 순환할 수 있도록 히터(17)의 동작을 통제하는 전력통제부; 및
    폐열이용증기발생장치(13)로부터 증기를 유입하는 유입모듈, 폐열이용증기발생장치(13)가 작동하지 않는 경우 자체 히팅모듈에 의해 증기를 생성하는 자체증기생성모듈, 증기를 일정 압력과 일정 온도로 저장하는 저장모듈, 냉각된 응축수를 분리하는 분리모듈 및 분배 순환하는 순환모듈을 포함하는 증기발생저장압력용기;를 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템.

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