KR102344468B1 - 선박 연돌의 폐열을 이용한 친환경 발전장치 - Google Patents

선박 연돌의 폐열을 이용한 친환경 발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박 연돌(10)의 폐열을 이용한 친환경 발전장치에 있어서: 상기 연돌(10) 상에 배기가스를 유입하도록 설치되고, 분진류 흡착을 위한 여과용수(22)를 저장하는 여과탱크(20); 상기 여과탱크(20) 상에 수용되어 여과용수(22)를 거친 배기가스를 배출하는 배기탱크(30); 및 상기 여과용수(22)의 열에너지를 이용하여 전기를 생성하는 회수수단(40);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 선박 연돌의 폐열을 이용하여 전기를 생산, 공급 가능하여 선박의 에너지 효율을 높일 수 있고, 연돌에서 발생하는 그을음 및 분진을 제거하여 친환경인 효과가 있다.

Description

선박 연돌의 폐열을 이용한 친환경 발전장치{Eco-friendly power generation apparatus using waste heat of vessel funnel}
본 발명은 폐열 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박의 에너지 효율을 높이는 동시에 친환경성을 갖출 수 있는 선박 연돌의 폐열을 이용한 친환경 발전장치에 관한 것이다.
최근 많은 선주사들은 에너지 효율이 높은 선박과 친환경 선박을 선호하여 많은 조선소에서 이러한 기준에 부합하는 선박을 생산하려고 한다. 효율이 높은 선박은 효율이 높은 엔진을 사용하거나 LNG 폐열 등을 사용하고 있으며 연돌의 폐열을 사용하는 선박도 있다. 하지만 연돌의 폐열을 이용하는 경우 여러 오염 분진이 배출되어 환경오염을 야기한다. 기존 다른 선박에는 연돌의 열에너지를 사용하여 효율을 높일 수 있지만 연돌에서 발생하는 각종 그을음 및 분진을 배출하여 환경오염 문제가 발생한다.
또한 연돌 열에너지를 사용하고 발전하는 시스템의 경우 열에너지를 온수로 사용하거나 정수하여 선박 외부로 배출하는데, 온수가 많은 경우 발전을 못하고 온수를 배출하게 되면 청수가 감소하므로 결과적으로 물이 부족한 상황이 전개될 수 있다. 온수를 선외로 배출하지 않는 경우 쿨링 시스템이 별도로 추가되어 부피가 커지게 된다. 청수 대신 해수를 이용할 경우 가열된 해수를 배출하게 되므로 생태계에 유해한 환경을 조성한다.
하기의 한국 공개실용신안공보 제2013-0002193호에 의하면, 선체에서 배기가스를 배출하는 펀넬 내부를 격벽에 의해 하나 이상의 배기 공간으로 구획하고, 열회수 유체를 이용하여 펀넬을 통과하는 배기가스로부터 열을 회수하는 폐열 회수기를 구비한다. 이는 펀넬의 사이즈 감소와 폐열 회수를 기대하지만, 그을음과 분진을 방지하는 환경적 측면의 고려가 미흡하다.
하기의 한국 공개특허공보 제2013-0128790호는 선박 엔진의 배기가스를 이용한 소기공급장치에 있어서, 상기 배기가스에서 열에너지를 회수하여 전기에너지로 전환하는 폐열 회수 수단, 상기 배기가스를 공급받아 공기 여과 과정을 수행하는 가스여과수단 등을 구비한다. 이는 소기(Scavenge air)가 충분히 공급되어 선박 엔진의 출력을 최대화하지만, 선박 엔진에 소규모로 채용되는 구조이므로 연돌에 적용하기 부적합하다.
1. 한국 공개실용신안공보 제2013-0002193호 "폐열 회수기를 구비하는 선박" (공개일자 : 2013.04.08.) 2. 한국 공개특허공보 제2013-0128790호 "선박 엔진의 배기 가스를 이용한 소기공급장치" (공개일자 : 2013.11.27.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 선박 연돌에서 발생하는 열에너지를 이용하여 발전기를 가동하여 효율을 높이고, 연돌에서 발생하는 그을음 및 분진을 제거하여 친환경적이며, 구조 변경을 통해 보일러 등의 장비 없이 온수를 생성할 수 있는 선박 연돌의 폐열을 이용한 친환경 발전장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 선박 연돌의 폐열을 이용한 친환경 발전장치에 있어서: 상기 연돌 상에 배기가스를 유입하도록 설치되고, 분진류 흡착을 위한 여과용수를 저장하는 여과탱크; 상기 여과탱크 상에 수용되어 여과용수를 거친 배기가스를 배출하는 배기탱크; 및 상기 여과용수의 열에너지를 이용하여 전기를 생성하는 회수수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 여과탱크의 여과용수는 청수를 기반으로 분진류의 흡착성을 증진하는 용액성분 및 용수 온도를 상승시킬 수 있는 용액성분을 부가하여 생성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 배기탱크는 청정수와 격벽을 이용하여 재차 배기가스를 통과시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 회수수단은 여과용수를 정수기로 정화하여 수집기에서 분진류를 수집하는 동시에 정화된 용수를 발전기에 보내어 발전을 수행하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 회수수단의 발전기는 열전소자 발전방식, 서멀사이펀 발전방식 중 적어도 하나를 적용하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 선박 연돌의 폐열을 이용하여 전기를 생산, 공급 가능하여 선박의 에너지 효율을 높일 수 있고, 연돌에서 발생하는 그을음 및 분진을 제거하여 친환경인 효과가 있다.
또한, 연돌이 있는 선박은 모두 장착이 가능하며 엔진이 없는 고정식 플랫폼 등에서도 폐열을 이용하여 발전할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 발전장치를 모식적으로 나타내는 구성도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 선박 연돌(10)의 폐열을 이용한 친환경 발전장치에 관하여 제안한다. 선박의 연돌(10)에서 발생하는 배기가스(연기)는 300℃ 이상의 고온이면서 그을음 등 많은 분진류를 가지고 있다. 선박 연돌(10)의 열에너지를 이용하여 별도의 에너지원 없이 선박에 사용되는 온수 및 전기를 생성하는 동시에 분진류를 수거하여 친환경성을 확보하는 폐열발전 시스템을 요지로 한다.
본 발명에 따르면 분진류 흡착을 위한 여과용수(22)를 저장하는 여과탱크(20)가 선박 연돌의 폐열을 이용한 친환경 발전장치상기 연돌(10) 상에 배기가스를 유입하도록 설치되는 구조이다. 여과탱크(20)는 흡입팬(11)을 이용하여 여과용수(22)의 배기가스의 일부 또는 전부를 유입한다. 여과탱크(20)의 내부에는 여과용수(22)를 설정된 적정 수위로 저장하며, 유입된 배기가스는 전부 여과용수(22)를 통과하도록 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 여과탱크(20)의 여과용수(22)는 청수를 기반으로 분진류의 흡착성을 증진하는 용액성분 및 용수 온도를 상승시킬 수 있는 용액성분을 부가하여 생성된 것을 특징으로 한다. 일예로 여과용수(22)는 선박의 청수에 물리적 흡ㆍ탈착성이 좋은 계면활성제를 적량으로 혼합하여 생성할 수 있다. 이에 배기가스가 여과용수(22)를 통과하는 동안 분진류가 포집되고 청정한 가스가 후술하는 배기탱크(30)로 유동한다.
또, 본 발명에 따르면 배기탱크(30)가 상기 여과탱크(20) 상에 수용되어 여과용수(22)를 거친 배기가스를 배출하는 구조이다. 배기탱크(30)는 여과탱크(20)보다 작은 크기로 수용되어 배기가스의 유동경로를 형성한다. 배기가스의 유동경로는 유로단면적이 축소되지 않도록 형성하며, 유동경로의 말단부에 배기팬(12)을 설치하여 강제 배기를 수행한다. 흡입팬(11)과 배기팬(12)은 배기가스의 강제유동을 유발하는 용량으로 설치된다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 배기탱크(30)는 청정수(32)와 격벽(35)을 이용하여 재차 배기가스를 통과시키는 것을 특징으로 한다. 배기탱크(30)에 수용되는 청정수(32)는 청수 또는 이에 준하는 용수를 사용한다. 청정수(32)도 배기탱크(30)에 설정된 적정 수위로 저장되며, 외부의 별도 배관(도시 생략)을 통하여 보충되도록 한다. 다만, 하부에서 여과용수(22)의 증발수가 혼합되므로 외부의 보충량은 많지 않다. 배기탱크(30)의 중간에 격벽(35)을 형성하여 여과용수(22)를 통과한 청정 배기가스가 전부 청정수(32)를 통과하여 배기팬(12)으로 배출되도록 한다. 격벽(35)은 배기팬(12)이 위치한 면에서 하측으로 청정수(32)의 일정 수위에 이르도록 연장된다.
또, 본 발명에 따르면 회수수단(40)이 상기 여과용수(22)의 열에너지를 이용하여 전기를 생성하는 구조이다. 흡입팬(11)과 배기팬(12)을 이용하여 연돌(10)의 배기가스를 고압으로 유동시켜 여과용수(22)를 통과하면서 그을음 및 분진을 제거한다. 회수수단(40)은 여과탱크(20)에 연결되어 여과용수(22)를 순환시키면서 그 열에너지로 전기를 생성하여 선내로 공급한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 회수수단(40)은 여과용수(22)를 정수기(42)로 정화하여 수집기(46)에서 분진류를 수집하는 동시에 정화된 용수를 발전기(44)에 보내어 발전을 수행하는 것을 특징으로 한다. 정수기(42)는 여과용수(22)에서 흡착된 분진류를 물리적으로 탈착시킨다. 정수기(42)를 거쳐 정화된 청정수는 발전기(44)로 보내고 탈착된 분진류는 수집기(46)로 보낸다.
이때, 상기 회수수단(40)의 발전기(44)는 열전소자 발전방식, 서멀사이펀 발전방식 중 적어도 하나를 적용하는 것을 특징으로 한다. 열전소자 발전방식은 반도체 소자를 기반으로 하여 전기를 집적하며 터빈을 생략할 수 있다. 서멀사이펀 방식은 승온을 거쳐 터빈을 구동하고 스테이터와 로터로 발전한다. 어는 하나의 방식에 한정되지 않고 양자를 모두 적용할 수도 있다.
한편, 도 1에서 회수수단(40)의 순환관(48)을 여과탱크(20)에 연결된 상태를 예시하지만 선택적으로 배기탱크(30)에 보내도록 구성할 수도 있다.
이와 같이 본 발명은 선박 또는 해양 구조물이 운행 시 선박의 연돌 및 해양 구조물의 폐열이 발생하는 곳에 분진을 거를 수 있는 영역에 설치되고, 열에너지를 가진 물은 정수하여 재사용하므로 추가로 공급되는 물은 없거나 매우 소량이다. 정수하면서 생긴 폐기물은 별도로 처리하므로 환경적으로 청결성을 유지한다.
한편, 본 발명은 구조 변경을 통해 보일러 등의 장치 없이 온수를 생성할 수도 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 연돌 11: 흡입팬
12: 배기팬 20: 여과탱크
22: 여과용수 30: 배기탱크
32: 청정수 35: 격벽
40: 회수수단 42: 정수기
44: 발전기 46: 수집기
48: 순환관

Claims (5)

  1. 선박 연돌(10)의 폐열을 이용한 친환경 발전장치에 있어서:
    상기 연돌(10) 상에 배기가스를 유입하도록 설치되고, 분진류 흡착을 위한 여과용수(22)를 저장하는 여과탱크(20);
    상기 여과탱크(20) 상에 수용되어 여과용수(22)를 거친 배기가스를 배출하는 배기탱크(30); 및
    상기 여과용수(22)의 열에너지를 이용하여 전기를 생성하는 회수수단(40);을 포함하되,
    상기 여과탱크(20)의 여과용수(22)는 청수를 기반으로 분진류의 흡착성을 증진하는 용액성분 및 용수 온도를 상승시킬 수 있는 용액성분을 부가하여 생성되고,
    상기 배기탱크(30)는 청정수(32)와 격벽(35)을 이용하여 재차 배기가스를 통과시키며,
    상기 회수수단(40)은 여과용수(22)를 정수기(42)로 정화하여 수집기(46)에서 분진류를 수집하는 동시에 정화된 용수를 발전기(44)에 보내어 발전을 수행하는 것을 특징으로 하는 선박 연돌의 폐열을 이용한 친환경 발전장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 회수수단(40)의 발전기(44)는 열전소자 발전방식, 서멀사이펀 발전방식 중 적어도 하나를 적용하는 것을 특징으로 하는 선박 연돌의 폐열을 이용한 친환경 발전장치.
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