KR102411439B1 - 에너지 절감을 위한 냉수 직접냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 공기조화기용 냉수를 냉각하는 장치에 있어서: 청수관로(11)와 제1냉수관로(15)를 지닌 칠러 유닛(20); 및 상기 칠러 유닛(20)에 청수관로(11)로 연결되는 동시에 해수에 해수관로(12)로 연결되는 열교환기(30);를 포함하여 이루어지되, 상기 냉수가 칠러 유닛(20)를 거치지 않는 제2냉수관로(16)를 청수관로(11)와 제1냉수관로(15) 사이에 구비하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 동절기에 칠러 유닛을 가동하지 않고 냉수와 해수를 직접 열교환하는 방식으로 냉수를 얻음으로써 칠러 유닛의 운용비를 절감하고 에너지 절감을 달성하는 효과가 있다.

Description

에너지 절감을 위한 냉수 직접냉각 장치{Chilled water direct cooling apparatus for saving energy}

본 발명은 선박의 냉수 직접냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 신재생 에너지 활용을 통한 선박 공조시스템의 운용비 및 에너지 절감을 위한 냉수 직접냉각 장치에 관한 것이다.

칠러 유닛(CHILLER UNIT)은 공기조화용 냉동기로 냉수(CHILLED WATER)를 만드는 장치이다. 생성된 냉수는 에어 핸들링 유닛(AIR HANDLING UNIT) 및 팬 코일 유닛(FAN COIL UNIT)으로 이송되어 룸 냉각을 수행한다. 칠러 유닛의 응축기(CONDENSER)에는 냉각수로 청수(FRESH WATER) 또는 해수(SEA WATER)가 사용된다.

선주들의 선박운용비 절감 및 그린 쉽(GREEN SHIP)에 대한 관심과 요구가 증대됨에 따라 공조용 냉동기(CHILLER UNIT)의 운용에 대한 합리적인 방법을 모색하는 추세이다. 이와 관련하여 참고할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2009-0112296호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2015-0029135호(선행문헌 2) 등이 알려저 있다.

선행문헌 1은 쿨러에 의해 냉각되어 엔진이나 발전기 등과 같은 냉각 대상물에 공급되는 냉각수의 양에 따라 쿨러에 냉매로 사용되는 해수를 공급하는 해수펌프의 속도를 가변시킴으로써 냉각수를 과잉으로 냉각시키거나 부족하게 냉각시키는 것을 방지하고, 쿨러의 에너지 효율과 냉각 대상물의 냉각효율을 증대시키는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 선박용 칠러의 정상운전을 유지하는 장치에 있어서: 입수관과 출수관으로 유동하는 해수를 냉각수로 사용하는 칠러; 및 상기 입수관과 출수관을 바이패스관으로 연결하고, 출수관의 해수를 입수관 측으로 유도하는 온도제어수단;을 포함한다. 이에, 칠러 제어와 관련되는 전력소모를 줄여 에너지 효율의 저하를 방지하는 효과를 기대한다.

물론 선행문헌 1은 냉각수 과부족을 방지하는 해수 제어이고 선행문헌 2의 해수를 출수관에서 입수관으로 바이패스하는 방식이나, 이에 더하여 칠러 유닛과 관련되는 설계변경으로 에너지 절감을 증대할 여지가 있다.

1. 한국 공개특허공보 제2009-0112296호 "해수를 이용하는 선박의 냉각장치" (공개일자 : 2009.10.28.) 2. 한국 공개특허공보 제2015-0029135호 "칠러의 정상운전 유지장치" (공개일자 : 2015.03.18.)

상기와 같은 종래의 한계성을 극복하기 위한 본 발명의 목적은, 일반적으로 칠러 유닛이 계절에 무관하게 연중 동일하게 운용되나 겨울철 냉방부하가 여름철에 비해 극히 낮아 겨울철에 장비를 운용하는 것이 비효율적인 점에 착안하여. 동절기에 장비를 운전하지 않고도 필요한 양의 냉수를 생성하여 에너지 절약 및 운용비 절감을 달성하는 에너지 절감을 위한 냉수 직접냉각 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 선박의 공기조화기용 냉수를 냉각하는 장치에 있어서: 청수관로와 제1냉수관로를 지닌 칠러 유닛; 및 상기 칠러 유닛에 청수관로로 연결되는 동시에 해수에 해수관로로 연결되는 열교환기;를 포함하여 이루어지되, 상기 냉수가 칠러 유닛를 거치지 않는 제2냉수관로를 청수관로와 제1냉수관로 사이에 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제1냉수관로와 제2냉수관로 상에는 각각의 유로를 단속하는 냉수밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉수밸브는 제어수단에 의하여 설정된 조건에서 상호 반대로 절체되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 센서를 통하여 입력되는 해수온도가 설정치 이하인 경우 동절기 모드에서 제2냉수관로로 냉수를 유동시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 해수온도 10℃를 기준으로 동절기 모드를 수행하여 단계적으로 공기조화기의 냉방 용량을 증대하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 동절기에 칠러 유닛을 가동하지 않고 냉수와 해수를 직접 열교환하는 방식으로 냉수를 얻음으로써 칠러 유닛의 운용비를 절감하고 에너지 절감을 달성하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치를 하절기 모드로 나타내는 배관 구성도
도 2는 본 발명에 따른 장치를 동절기 모드로 나타내는 배관 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 선박의 공기조화기용 냉수를 냉각하는 장치에 관하여 제안한다. 선박의 공기조화기용 냉수는 에어 핸들링 유닛(AIR HANDLING UNIT), 팬 코일 유닛(FAN COIL UNIT) 등으로 이송되어 룸 냉각을 수행하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면 칠러 유닛(20)이 청수관로(11)와 제1냉수관로(15)를 지니는 구조이다. 칠러 유닛(20)은 칠러(22), 컨덴서(24), 제1냉수밸브(25), 냉수펌프 등으로 구성된다. 청수관로(11)는 컨덴서(24) 및 후술하는 열교환기(30) 사이에 연결된다. 제1냉수관로(15)는 칠러(22)를 통과하도록 연결되고, 칠러(22)의 상하류측에 제1냉수밸브(25)가 설치된다. 설계의 일예로, 제1냉수관로(15)의 냉수온도는 입구측에서 12℃로 출구측에서 6℃로 설정될 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 열교환기(30)가 상기 칠러 유닛(20)에 청수관로(11)로 연결되는 동시에 해수에 해수관로(12)로 연결되는 구조이다. 열교환기(30)는 일측으로 청수를 유입하고 타측으로 해수를 유입하여 청수의 냉각을 수행한다. 청수관로(11)에서 청수는 입구측에서 36℃로 출구측에서 42℃로 설정될 수 있다. 반면에 해수관로(12)에서 해수온도는 하절기와 동절기에 따라 차이가 크다.

한편, 청수관로(11) 상에는 청수밸브(31)가 설치되고, 해수관로(12) 상에는 해수밸브(32)가 설치된다.

또, 본 발명에 따르면 상기 냉수가 칠러 유닛(20)를 거치지 않는 제2냉수관로(16)를 청수관로(11)와 제1냉수관로(15) 사이에 구비하는 구조이다. 상류측 제2냉수관로(16)는 제1냉수관로(15)의 입구측에서 청수관로(11)의 일측으로 연결되고, 하류측 제2냉수관로(16)는 제1냉수관로(15)의 출구측에서 청수관로(11)의 타측으로 연결된다. 이에, 도 1처럼 냉수가 제1냉수관로(15)로 유동하여 칠러 유닛(20)을 거치는 경우 하절기 모드이고, 도 2처럼 냉수가 제2냉수관로(16)로 유동하여 칠러 유닛(20)을 거치지 않는 경우 동절기 모드이다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제1냉수관로(15)와 제2냉수관로(16) 상에는 각각의 유로를 단속하는 냉수밸브(25)(26)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상류측 제2냉수관로(16)는 상류측 제1냉수밸브(25)의 상류에 연결되면서 일측 제2냉수밸브(26)를 지니고, 하류측 제2냉수관로(16)는 하류측 제1냉수밸브(25)의 하류에 연결되면서 타측 제2냉수밸브(26)를 지닌다.

물론, 이와 같은 제1냉수밸브(25) 및 제2냉수밸브(26)는 적어도 부분적으로 3방변으로 구성할 수 있으며, 공히 액츄에이터를 탑재한 전자구동식이 요구되지만 수동식을 겸하는 이중화 구성이 바람직하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 냉수밸브(25)(26)는 제어수단(40)에 의하여 설정된 조건에서 상호 반대로 절체되는 것을 특징으로 한다. 제어수단(40)은 마이크로프로세서, 메모리, I/O인터페이스를 탑재한 마이컴 회로를 구비한다. 제어수단(40)의 하절기/동절기 모드에 대한 알고리즘은 메모리 상에 저장된다. 상호 반대의 절체는 양자의 전개 또는 전폐에 한정되는 것이 아니고, 어느 정도 개도율을 분담하는 상태에서 작동할 수도 있다. 이는 하절기 모드와 동절기 모드의 경계 조건, 선박의 공기조화기 부하 상태 등을 고려함이다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(40)은 센서를 통하여 입력되는 해수온도가 설정치 이하인 경우 동절기 모드에서 제2냉수관로(16)로 냉수를 유동시키는 것을 특징으로 한다. 동절기의 차가운 해수는 냉수의 온도 조건을 충족할 수 있으므로 칠러 유닛(20)를 배제하는 운전이 가능하다. 즉, 냉수가 칠러 유닛(20)을 거치지 않더라도 제2냉수관로(16)를 통하여 열교환기(30)에서 해수에 의하여 직접 냉각될 수 있다. 자동적인 모드 전환을 위해 제어수단(40)은 해수온도센서(42), 냉수온도센서(44), 청수온도센서(46)의 신호를 입력한다.

한편, 도 1의 하절기 모드에서 해수관로(12)의 하절기 해수온도가 입구측에서 32℃ 인 경우 출구측에서 39℃로 설정된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(40)은 해수온도 10℃를 기준으로 동절기 모드를 수행하여 단계적으로 공기조화기의 냉방 용량을 증대하는 것을 특징으로 한다. 동절기 해수관로(12)의 해수온도는 10℃를 기준으로 설정하고, 그 이하의 온도에서 단계별로 작동을 세분화하는 것이 좋다. 일예로, 해수온도가 입구측에서 4℃ 인 경우 출구측 10℃로 설정되며, 공기조화기의 냉방 용량을 크게 증대할 수 있다. 반면 해수온도가 10℃를 초과하면서 부분적으로 도 2에서 도 1로 전환하는 것이 바람직하다. 즉, 동절기 모드의 경계 영역에서 칠러 유닛(20)을 부분적으로 가동하는 구성도 포함할 수 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.

11: 청수관로 12: 해수관로
15, 16: 냉수관로 20: 칠러 유닛
22: 칠러 24: 컨덴서
25, 26: 냉수밸브 30: 열교환기
31: 청수밸브 32: 해수밸브
40: 제어수단 42: 해수온도센서
44: 냉수온도센서 46: 청수온도센서

Claims (5)

1. 선박의 공기조화기용 냉수를 냉각하는 장치에 있어서:
   청수관로(11)와 제1냉수관로(15)를 지닌 칠러 유닛(20); 및
   상기 칠러 유닛(20)에 청수관로(11)로 연결되는 동시에 해수에 해수관로(12)로 연결되는 열교환기(30);를 포함하여 이루어지되,
   상기 냉수가 칠러 유닛(20)를 거치지 않는 제2냉수관로(16)를 청수관로(11)와 제1냉수관로(15) 사이에 구비하고,
   상기 제1냉수관로(15)와 제2냉수관로(16) 상에는 각각의 유로를 단속하는 냉수밸브(25)(26)를 구비하며,
   상기 냉수밸브(25)(26)는 제어수단(40)에 의하여 설정된 조건에서 상호 반대로 절체되고,
   상기 제어수단(40)은 센서를 통하여 입력되는 해수온도가 설정치 이하인 경우 동절기 모드에서 제2냉수관로(16)로 냉수를 유동시키는 것을 특징으로 하는 에너지 절감을 위한 냉수 직접냉각 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어수단(40)은 해수온도 10℃를 기준으로 동절기 모드를 수행하여 단계적으로 공기조화기의 냉방 용량을 증대하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감을 위한 냉수 직접냉각 장치.

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