KR102538228B1 - Energy saving system of encune by using waste heat and ocean construction comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치를 제공한다. 본 발명의 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치는 물 보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 엔진에서 발생되는 폐열과 열교환하는 유기랭킨사이클(ORC); 및 상기 유기랭킨사이클의 동력을 통해 공기를 압축하는 공기 압축기를 포함할 수 있다.The present invention provides an energy saving device using waste heat of a ship. An energy saving device using waste heat of a ship of the present invention includes an organic Rankine cycle (ORC) for exchanging heat with waste heat generated from an engine using an organic refrigerant having a lower boiling point than water as a working fluid; and an air compressor for compressing air through the power of the organic Rankine cycle.

Description

엔진의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치 그리고 이를 포함하는 해양구조물{ENERGY SAVING SYSTEM OF ENCUNE BY USING WASTE HEAT AND OCEAN CONSTRUCTION COMPRISING THE SAME} Energy saving device using waste heat of engine and offshore structure including it

본 발명은 선박 엔진의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an energy saving device using waste heat from a ship engine.

일반적으로 선박의 추진용 또는 발전용 엔진에서 연료를 연소하여 발생하는 열 에너지 중 대략 50% 정도는 각각 추진이나 발전에 사용되지만, 나머지는 거의 대부분 배기가스의 형태 또는 엔진 냉각수에 대한 열교환을 통한 냉각 등을 통해 외부로 배출되는 형태로 소비된다. 이와 같은 형태로 배출되는 열은 기관의 추진이나 발전 등에 유용한 형태로 전환되지 못하고 버려지는 열이라고 할 수 있으며, 따라서 이를 폐열이라고 일컫는다. In general, about 50% of the thermal energy generated by burning fuel in a ship's propulsion or power generation engine is used for propulsion or power generation, respectively, but most of the rest is cooled through exhaust gas or heat exchange with engine cooling water. It is consumed in the form of discharged to the outside through the etc. The heat discharged in this form can be called waste heat without being converted into a useful form for propulsion or power generation of engines, and therefore it is called waste heat.

그러므로 외부로 배출되는 폐열중 일부라도 회수하여 이를 유용한 에너지로 재활용할 수 있다면 그 만큼 연료의 절약을 도모할 수 있으므로 선박에서 소모하는 전체 에너지를 절감하는 데 크게 기여할 수 있게 된다. Therefore, if even some of the waste heat discharged to the outside can be recovered and recycled into useful energy, fuel can be saved to that extent, thus contributing greatly to reducing the total energy consumed by the ship.

그 결과, 최근에는 외부로 배출되는 폐열중 일부를 회수함으로써 에너지를 절감할 수 있는 고효율의 선박 또는 친환경 선박에 대한 필요성이 대두됨에 따라, 이미 선박 분야에서는 수년 전부터 엔진으로부터 배출되는 고온의 배기가스를 직접 작동유체로 사용하는 가스터빈(또는 파워터빈이라고 함)과 고온의 배기가스의 열을 이용하여 생성된 증기의 일부를 작동유체로 사용하는 증기터빈 등을 추가적으로 설치하여 전력을 생산할 수 있도록 한 이른바 폐열회수장치(WHRS: Waste Heat Recovery System)를 적용하고 있다. As a result, recently, as the need for a high-efficiency ship or an eco-friendly ship that can save energy by recovering some of the waste heat discharged to the outside has emerged, the high-temperature exhaust gas discharged from the engine has already been in the field of ships for several years. A gas turbine (or called a power turbine) that is directly used as a working fluid and a steam turbine that uses part of the steam generated by using the heat of high-temperature exhaust gas as a working fluid are additionally installed to generate electricity. A waste heat recovery system (WHRS) is applied.

그러나 최근 들어 선박을 저속으로 운항하여 연료비의 절감을 요구하는 선주들이 많아지므로 인해 선박을 저속으로 운항할 경우, 엔진의 출력은 최대 출력의 30%~50% 정도만 사용하게 된다. 이렇게 낮은 부하로 엔진을 운전하면 배기가스의 온도가 낮기 때문에 고온의 열을 이용하는 기존의 폐열회수장치는 그 역할을 제대로 하지 못하게 된다. 즉, 종래 폐열회수장치의 가스터빈과 증기터빈은 그 특성상 섭씨 약 250도 정도 이상의 열원으로부터만 열을 회수하여 이를 통해 전기 에너지를 생산할 수 있었으나, 그 이하 온도의 열은 여전히 활용하지 못하고 버려질 수밖에 없는 문제를 안고 있다. 부연하자면 종래 선박의 폐열회수장치는 버려지는 열 에너지 중 비교적 고온의 열을 회수하여 전력을 생산함으로 인해 엔진이 높은 부하로 운전될 때 많은 양의 열을 회수하여 전력을 생산할 수 있지만, 상기 엔진이 낮은 부하로 운전될 때에는 배기가스, 즉 폐열의 온도가 비교적 낮으므로 인해 전력 생산의 효용성이 떨어지게 된다.However, recently, as more and more ship owners demand fuel cost reduction by operating the ship at low speed, when the ship is operated at low speed, only about 30% to 50% of the maximum output of the engine is used. When the engine is operated at such a low load, the exhaust gas temperature is low, so the existing waste heat recovery device using high-temperature heat cannot function properly. That is, the gas turbine and steam turbine of the conventional waste heat recovery device could recover heat only from a heat source of about 250 degrees Celsius or higher and produce electrical energy through it, but the heat at a temperature below that is still not utilized and is inevitably discarded. I'm having a problem that doesn't exist. In other words, the conventional waste heat recovery device of a ship recovers relatively high-temperature heat among wasted heat energy to produce power, so that when the engine is operated at a high load, it can recover a large amount of heat to produce power, but the engine When operating at a low load, the efficiency of power generation decreases because the temperature of the exhaust gas, that is, the waste heat, is relatively low.

본 발명의 일 과제는, 선박 엔진의 냉각계통에서 발생하는 폐열을 각각 회수하고 이를 활용하여 유기랭킨사이클을 구동시켜 에너지를 절감할 수 있는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치를 제공하는데 있다. One object of the present invention is to provide an energy saving device using waste heat of a ship that can save energy by recovering waste heat generated from a cooling system of a ship engine and using it to drive an organic Rankine cycle.

본 발명의 일 과제는, 엔진 재킷 쿨러(엔진 냉각수)의 폐열을 이용하여 유기랭킨사이클을 통해 컴팬더(Compander/냉매를 돌리는 설비)를 구동하고 이를 이용하여 선박에 필요한 압축공기를 만들어 내는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치를 제공하는데 있다. An object of the present invention is to drive a compander (equipment that turns a refrigerant) through an organic Rankine cycle using waste heat from an engine jacket cooler (engine cooling water) and use it to generate compressed air necessary for the ship. It is to provide an energy saving device using waste heat.

본 발명의 일 과제는, 유기랭킨사이클을 통해 압축공기를 생성하고, 그 압축공기의 폐열을 이용하여 유기랭킨사이클의 냉매를 가열하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치를 제공하는데 있다. One object of the present invention is to provide an energy saving device using waste heat of a ship that generates compressed air through an organic Rankine cycle and heats a refrigerant of the organic Rankine cycle using the waste heat of the compressed air.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The problem to be solved by the present invention is not limited thereto, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 물 보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 엔진에서 발생되는 폐열과 열교환하는 유기랭킨사이클(ORC); 및 상기 유기랭킨사이클의 동력을 통해 공기를 압축하는 공기 압축기를 포함하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치가 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, an organic Rankine cycle (ORC) for heat exchange with waste heat generated in an engine using an organic refrigerant having a lower boiling point than water as a working fluid; And an energy saving device using waste heat of a ship including an air compressor for compressing air through the power of the organic Rankine cycle may be provided.

또한, 상기 공기 압축기를 통해 압축된 압축공기의 열을 상기 유기랭킨사이클에 활용하도록 하는 압축공기 열교환 사이클을 더 포함할 수 있다.In addition, a compressed air heat exchange cycle for utilizing heat of compressed air compressed through the air compressor in the organic Rankine cycle may be further included.

또한, 상기 유기랭킨사이클은 상기 냉각수의 폐열과의 열교환을 통해 유기냉매를 증발시키는 증발기; 상기 증발기에 의해 증발된 유기냉매를 매개로 회전하는 터빈; 상기 터빈에서 나온 유기냉매를 냉각하여 액화시키는 응축기; 상기 응축기에서 나온 응축된 유기냉매를 압축시켜 상기 증발기로 제공하는 펌프; 및 상기 증발기로부터 상기 터빈과 상기 응축기 및 상기 펌프에 이르기까지 유기냉매의 순환경로를 형성하는 제1순환라인을 포함할 수 있다.In addition, the organic Rankine cycle includes an evaporator for evaporating the organic refrigerant through heat exchange with waste heat of the cooling water; a turbine rotating through the organic refrigerant evaporated by the evaporator; a condenser for cooling and liquefying the organic refrigerant discharged from the turbine; a pump compressing the condensed organic refrigerant from the condenser and supplying the compressed organic refrigerant to the evaporator; and a first circulation line forming a circulation path of the organic refrigerant from the evaporator to the turbine, the condenser, and the pump.

또한, 상기 압축공기 열교환 사이클은 상기 압축공기와 열교환하는 쿨러 열교환부; 상기 제1순환라인의 유기냉매와 열교환하는 프리히팅 열교환부; 및 상기 쿨러 열교환부와 상기 프리히팅 열교환부를 통과하는 열매체의 순환경로를 형성하는 제2순환라인을 포함할 수 있다.In addition, the compressed air heat exchange cycle includes a cooler heat exchange unit that exchanges heat with the compressed air; a preheating heat exchanger for exchanging heat with the organic refrigerant in the first circulation line; and a second circulation line forming a circulation path of the heat medium passing through the cooler heat exchange unit and the preheating heat exchange unit.

또한, 상기 프리히팅 열교환부는 상기 증발기로 유입되기 전의 유기냉매를 히팅하기 위해 상기 펌프와 상기 증발기 사이에 제공될 수 있다.In addition, the preheating heat exchange unit may be provided between the pump and the evaporator to heat the organic refrigerant before flowing into the evaporator.

또한, 상기 프리히팅 열교환부는 상기 증발기를 통과한 유기냉매를 히팅하기 위해 상기 증발기와 상기 터빈 사이에 제공될 수 있다.In addition, the preheating heat exchange unit may be provided between the evaporator and the turbine to heat the organic refrigerant passing through the evaporator.

또한, 상기 유기랭킨사이클은 상기 증발기로 제공되는 유기냉매를 가열하는 보조 히터를 더 포함할 수 있다.In addition, the organic Rankine cycle may further include an auxiliary heater for heating the organic refrigerant supplied to the evaporator.

또한, 상기 공기 압축기는 상기 터빈의 회전력에 의하여 공기를 압축할 수 있다. In addition, the air compressor may compress air by the rotational force of the turbine.

또한, 상기 엔진의 냉각을 위한 냉각수 사이클을 더 포함하고; 상기 유기랭킨사이클은 상기 냉각수 사이클의 냉각수 폐열과 열교환할 수 있다.In addition, it further includes a cooling water cycle for cooling the engine; The organic Rankine cycle may exchange heat with waste heat of the cooling water of the cooling water cycle.

본 발명의 실시예에 의하면, 유기랭킨사이클은 엔진 냉각수의 폐열을 회수하여 압축공기를 생성하고, 그 압축공기의 폐열을 다시 이용하여 유기랭킨사이클의 가동 효율을 높여줌으로써 에너지 절감을 통한 경제적 효과를 극대화할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the organic Rankine cycle recovers waste heat of engine cooling water to generate compressed air, and reuses the waste heat of the compressed air to increase the operating efficiency of the organic Rankine cycle, thereby achieving economic effects through energy savings. can be maximized.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effect of the present invention is not limited to the above-mentioned effects, and effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from this specification and the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 변형예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 변형예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 변형예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4 변형예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치를 보여주는 도면이다. 1 is a view showing an energy saving device using waste heat of a ship according to a first embodiment of the present invention.
2 is a view showing an energy saving device using waste heat of a ship according to a first modification of the present invention.
3 is a view showing an energy saving device using waste heat of a ship according to a second modified example of the present invention.
4 is a view showing an energy saving device using waste heat of a ship according to a third modification of the present invention.
5 is a view showing an energy saving device using waste heat of a ship according to a fourth modification of the present invention.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치를 보여주는 도면이다. 1 is a view showing an energy saving device using waste heat of a ship according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치(10)는 냉각수 사이클(100), 유기랭킨사이클(Organic rankine cycle)(200), 공기 압축부(300) 및 압축공기 열교환 사이클(400)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, an energy saving device 10 using waste heat of a ship includes a cooling water cycle 100, an organic rankine cycle 200, an air compression unit 300, and a compressed air heat exchange cycle 400. can include

냉각수 사이클(100)은 선박의 엔진(20) 가동시에 엔진(20)을 냉각시키도록 엔진(20)에 냉각수를 순환시키는 것으로, 엔진에 설치되는 자켓워터(110)와, 엔진(20)을 통과한 냉각수를 냉각시키는 쿨러(120) 그리고 냉각수가 순환되는 냉각수 순환 라인(130)을 포함할 수 있다. 도시하지 않았지만, 냉각수 순환라인에는 쿨러(120)에서 냉각된 냉각수를 자켓워터(110)로 펌핑하는 냉각수 펌프(미도시됨)를 포함할 수 있다.The cooling water cycle 100 circulates cooling water in the engine 20 to cool the engine 20 when the engine 20 of the ship is operating, and the jacket water 110 installed in the engine and the engine 20 are It may include a cooler 120 that cools the passing cooling water and a cooling water circulation line 130 through which the cooling water is circulated. Although not shown, a cooling water pump (not shown) may be included in the cooling water circulation line to pump the cooling water cooled in the cooler 120 to the jacket water 110 .

본 실시 예에서 엔진(20)은 주 추진용의 ME-GI 엔진, 2 행정 디젤엔진, 스팀 터빈 엔진뿐만 아니라 DFDE 등의 발전기 엔진 등과 같이 냉각수에 의해 냉각시킬 필요가 있는 모든 기계장치를 포함할 수 있다.In this embodiment, the engine 20 may include all mechanical devices that need to be cooled by cooling water, such as a ME-GI engine for main propulsion, a two-stroke diesel engine, a steam turbine engine, as well as a generator engine such as a DFDE. there is.

유기랭킨사이클(200)은 물 보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 동작하는 터빈 사이클이다. 유기랭킨사이클(200)은 냉각수 사이클(100)을 통해 제공되는 엔진(20)의 냉각수가 가지는 열원을 매개로 유기냉매를 증발시킴으로써 증발된 유기냉매가 가지는 운동에너지를 이용하여 선박에서 필요로 하는 압축공기를 생산한다. The organic Rankine cycle 200 is a turbine cycle that operates using an organic refrigerant having a lower boiling point than water as a working fluid. The organic Rankine cycle 200 evaporates the organic refrigerant through the medium of the heat source of the cooling water of the engine 20 provided through the cooling water cycle 100, and uses the kinetic energy of the evaporated organic refrigerant to achieve compression required by the ship. produce air.

일 예로, 유기랭킨사이클(200)은 냉각수의 폐열과의 열교환을 통해 유기냉매를 증발시키는 증발기(210), 증발기(210)에 의해 증발된 유기냉매를 매개로 회전하는 터빈(220), 터빈(220)에서 나온 유기냉매를 냉각하여 액화시키는 응축기(230), 응축기(230)에서 나온 응축된 유기냉매를 압축시켜 증발기(210)로 제공하는 펌프(240) 및 증발기(210)로부터 터빈(220)과 응축기(230) 및 펌프(240)에 이르기까지 유기냉매의 순환경로를 형성하는 제1순환라인(250)을 포함할 수 있다. For example, the organic Rankine cycle 200 includes an evaporator 210 that evaporates the organic refrigerant through heat exchange with waste heat of cooling water, a turbine 220 that rotates through the organic refrigerant evaporated by the evaporator 210, and a turbine ( A condenser 230 that cools and liquefies the organic refrigerant from 220), a pump 240 that compresses the condensed organic refrigerant from the condenser 230 and provides it to the evaporator 210, and a turbine 220 from the evaporator 210 And it may include a first circulation line 250 forming a circulation path of the organic refrigerant up to the condenser 230 and the pump 240.

상기와 같은 구성을 갖는 유기랭킨사이클(200)은 증발기(210)에서 냉각수의 열원로부터 열을 흡수하여 작동유체가 기화되면 사이클(200) 내의 압력이 급격히 증가하게 되고, 증가된 압력으로 인해 사이클 내부에 설치된 터빈(220)이 회전하게 되며, 이때 회전하는 터빈(220)의 회전 운동에너지는 공기 압축부(300)에서 공기를 압축하는 에너지로 사용될 수 있다. 그리고 터빈(220)을 구동하고 통과된 기체는 다시 응축기(230)로 유입, 외부 열원과의 열교환을 통해 열을 잃고 응축하게 되고, 이때 액화된 작동유체를 펌프(240)를 이용해 증발기(210)로 재순환시켜 지속적으로 에너지를 생산하게 된다. In the organic Rankine cycle 200 having the above configuration, when the working fluid is vaporized by absorbing heat from the heat source of the cooling water in the evaporator 210, the pressure within the cycle 200 rapidly increases, and the increased pressure causes the inside of the cycle to evaporate. The installed turbine 220 rotates, and at this time, the rotational kinetic energy of the rotating turbine 220 may be used as energy for compressing air in the air compression unit 300. In addition, the gas passing through the turbine 220 is introduced into the condenser 230 again, and loses heat and condenses through heat exchange with an external heat source. At this time, the liquefied working fluid is transferred to the evaporator 210 using the pump 240 recycled to continuously produce energy.

공기 압축부(300)는 유기랭킨사이클의 동력을 통해 공기를 압축하는 공기 압축기(310) 및 압축공기가 저장되는 에어 버퍼 탱크(320)를 포함할 수 있다. 공기 압축기(310)는 터빈(220)의 회전 운동에너지에 의해 작동될 수 있다. The air compression unit 300 may include an air compressor 310 that compresses air through the power of an organic Rankine cycle and an air buffer tank 320 that stores compressed air. The air compressor 310 may be operated by rotational kinetic energy of the turbine 220 .

압축공기 열교환 사이클(400)은 공기 압축기를 통해 압축된 압축공기의 열을 유기랭킨사이클에 활용하도록 열교환하는 장치이다. 압축공기 열교환 사이클(400)은 고온의 압축공기와 열교환하는 쿨러 열교환부(410), 제1순환라인(250)의 유기냉매와 열교환하는 프리히팅 열교환부(420) 및 쿨러 열교환부(410)와 프리히팅 열교환부(420)를 통과하는 열매체의 순환경로를 형성하는 제2순환라인(430)을 포함할 수 있다. The compressed air heat exchange cycle 400 is a device for exchanging heat to utilize heat of compressed air compressed through an air compressor in an organic Rankine cycle. The compressed air heat exchange cycle 400 includes a cooler heat exchange unit 410 that exchanges heat with high-temperature compressed air, a preheating heat exchange unit 420 that exchanges heat with the organic refrigerant of the first circulation line 250, and a cooler heat exchange unit 410. A second circulation line 430 forming a circulation path of the heating medium passing through the preheating heat exchanger 420 may be included.

프리히팅 열교환부(430)는 증발기(110)로 유입되기 전의 유기냉매를 히팅하기 위해 펌프(140)와 증발기(110) 사이에 제공될 수 있다. The preheating heat exchanger 430 may be provided between the pump 140 and the evaporator 110 to heat the organic refrigerant before being introduced into the evaporator 110 .

상기와 같이, 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치(10)는 유기랭킨사이클의 동력을 통해 압축공기를 생성하고, 생성된 압축공기의 열을 역으로 유기랭킨사이클에 활용하도록 함으로써 에너지 절감을 통한 경제적 효과를 극대화할 수 있다.As described above, the energy saving device 10 using the waste heat of the ship generates compressed air through the power of the organic Rankine cycle, and reversely utilizes the heat of the generated compressed air in the organic Rankine cycle, thereby providing economic efficiency through energy saving. effect can be maximized.

도 2는 본 발명의 제1 변형예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치를 보여주는 도면이다. 2 is a view showing an energy saving device using waste heat of a ship according to a first modification of the present invention.

도 2를 참조하면, 변형예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치(10a)는 냉각수 사이클(100a), 유기랭킨사이클(200a), 공기 압축부(300a) 및 압축공기 열교환 사이클(400a)을 포함하며, 이들은 도 1에 도시된 냉각수 사이클(100), 유기랭킨사이클(200), 공기 압축부(300) 및 압축공기 열교환 사이클(400)과 대체로 유사한 구성과 기능으로 제공되므로, 이하에서는 본 실시예와의 차이점을 위주로 변형예를 설명하기로 한다. Referring to FIG. 2, an energy saving device 10a using waste heat of a ship according to a modified example includes a cooling water cycle 100a, an organic Rankine cycle 200a, an air compression unit 300a, and a compressed air heat exchange cycle 400a. Since they are provided with substantially similar configurations and functions to the cooling water cycle 100, the organic Rankine cycle 200, the air compression unit 300, and the compressed air heat exchange cycle 400 shown in FIG. A modified example will be described focusing on differences from the example.

본 변형예에서, 압축공기 열교환 사이클(400a)의 프리히팅 열교환부(420)는 증발기를 통과한 유기냉매를 히팅하기 위해 증발기와 터빈 사이에 제공될 수 있다. In this modification, the preheating heat exchanger 420 of the compressed air heat exchange cycle 400a may be provided between the evaporator and the turbine to heat the organic refrigerant passing through the evaporator.

도 3은 본 발명의 제2 변형예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치를 보여주는 도면이다. 3 is a view showing an energy saving device using waste heat of a ship according to a second modified example of the present invention.

도 3을 참조하면, 변형예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치(10b)는 냉각수 사이클(100b), 유기랭킨사이클(200b) 및 공기 압축부(300b)를 포함하며, 이들은 도 1에 도시된 냉각수 사이클(100), 유기랭킨사이클(200) 및 공기 압축부(300)와 대체로 유사한 구성과 기능으로 제공되므로, 이하에서는 본 실시예와의 차이점을 위주로 변형예를 설명하기로 한다. Referring to FIG. 3, an energy saving device 10b using waste heat of a ship according to a modified example includes a cooling water cycle 100b, an organic Rankine cycle 200b, and an air compression unit 300b, which are shown in FIG. Since the cooling water cycle 100, the organic Rankine cycle 200, and the air compression unit 300 are provided with substantially similar configurations and functions, hereinafter, modifications will be described focusing on differences from the present embodiment.

본 변형예에서, 유기랭킨사이클(200b)은 증발기(210)로 제공되는 유기냉매를 가열하는 보조 히터(290)를 더 포함할 수 있다. 보조 히터(290)는 유기랭킨사이클(200b)의 초기 구동시 사용되거나 또는 엔진의 저부하(low load)시 부족한 에너지를 보충하기 위해 제공될 수 있다. 그리고 보조 히터(290)는 유기랭킨사이클(200b)의 정상 조건시 작동하지 않을 수 있다.In this modified example, the organic Rankine cycle 200b may further include an auxiliary heater 290 for heating the organic refrigerant supplied to the evaporator 210 . The auxiliary heater 290 may be used during the initial driving of the organic Rankine cycle 200b or may be provided to compensate for insufficient energy during low load of the engine. Also, the auxiliary heater 290 may not operate under normal conditions of the organic Rankine cycle 200b.

도 4는 본 발명의 제3 변형예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치를 보여주는 도면이다. 4 is a view showing an energy saving device using waste heat of a ship according to a third modification of the present invention.

도 4를 참조하면, 변형예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치(10c)는 냉각수 사이클(100c), 유기랭킨사이클(200c), 공기 압축부(300c) 및 압축공기 열교환 사이클(400c)을 포함하며, 이들은 도 1에 도시된 냉각수 사이클(100), 유기랭킨사이클(200), 공기 압축부(300) 및 압축공기 열교환 사이클(400)과 대체로 유사한 구성과 기능으로 제공되므로, 이하에서는 본 실시예와의 차이점을 위주로 변형예를 설명하기로 한다. Referring to FIG. 4, an energy saving device 10c using waste heat of a ship according to a modified example includes a cooling water cycle 100c, an organic Rankine cycle 200c, an air compression unit 300c, and a compressed air heat exchange cycle 400c. Since they are provided with substantially similar configurations and functions to the cooling water cycle 100, the organic Rankine cycle 200, the air compression unit 300, and the compressed air heat exchange cycle 400 shown in FIG. A modified example will be described focusing on differences from the example.

본 변형예에서, 유기랭킨사이클(200c)은 증발기(210)로 제공되는 유기냉매를 가열하는 보조 히터(290)를 더 포함할 수 있다. 보조 히터(290)는 유기랭킨사이클(200c)의 초기 구동시 사용되거나 또는 엔진의 저부하(low load)시 부족한 에너지를 보충하기 위해 제공될 수 있다. 그리고 보조 히터(290)는 유기랭킨사이클(200b)의 정상 조건시 작동하지 않을 수 있다. 보조히터(290)는 펌프와 증발기 사이에 제공될 수 있다. In this modified example, the organic Rankine cycle 200c may further include an auxiliary heater 290 for heating the organic refrigerant supplied to the evaporator 210 . The auxiliary heater 290 may be used during the initial driving of the organic Rankine cycle 200c or may be provided to compensate for insufficient energy during low load of the engine. Also, the auxiliary heater 290 may not operate under normal conditions of the organic Rankine cycle 200b. An auxiliary heater 290 may be provided between the pump and the evaporator.

도 5는 본 발명의 제4 변형예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치를 보여주는 도면이다. 5 is a view showing an energy saving device using waste heat of a ship according to a fourth modification of the present invention.

도 5를 참조하면, 변형예에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치(10d)는 냉각수 사이클(100d), 유기랭킨사이클(200d), 공기 압축부(300d) 및 압축공기 열교환 사이클(400d)을 포함하며, 이들은 도 4에 도시된 냉각수 사이클(100c), 유기랭킨사이클(200c), 공기 압축부(300c) 및 압축공기 열교환 사이클(400c)과 대체로 유사한 구성과 기능으로 제공되므로, 이하에서는 본 실시예와의 차이점을 위주로 변형예를 설명하기로 한다. Referring to FIG. 5, an energy saving device 10d using waste heat of a ship according to a modified example includes a cooling water cycle 100d, an organic Rankine cycle 200d, an air compression unit 300d, and a compressed air heat exchange cycle 400d. 4, since they are provided with substantially similar configurations and functions to the cooling water cycle 100c, the organic Rankine cycle 200c, the air compression unit 300c, and the compressed air heat exchange cycle 400c shown in FIG. A modified example will be described focusing on differences from the example.

본 변형예에서, 압축공기 열교환 사이클(400d)의 프리히팅 열교환부(420)는 증발기를 통과한 유기냉매를 히팅하기 위해 증발기(410)와 터빈(420) 사이에 제공될 수 있다. In this modification, the preheating heat exchanger 420 of the compressed air heat exchange cycle 400d may be provided between the evaporator 410 and the turbine 420 to heat the organic refrigerant passing through the evaporator.

본 발명의 선박의 엔진 냉각수를 이용한 에너지 절감 장에 의하면 선박 또는 해양구조물에 설치되어 엔진의 자켓으로부터 토출되는 고온의 폐 냉각수를 열원으로 사용함으로써 압축공기를 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 유기랭킨사이클의 효율을 높일 수 있다. According to the energy saving chapter using ship engine cooling water of the present invention, compressed air can be generated by using the high-temperature waste cooling water discharged from the jacket of the engine installed in the ship or offshore structure as a heat source, and the organic Rankine cycle efficiency can be increased.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 냉각수 사이클 200 : 유기랭킨사이클
300 : 공기 압축부 400 : 압축공기 열교환 사이클 100: cooling water cycle 200: organic Rankine cycle
300: air compression unit 400: compressed air heat exchange cycle

Claims (7)

물 보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 엔진에서 발생되는 폐열과 열교환하는 유기랭킨사이클(ORC);
상기 유기랭킨사이클의 동력을 통해 공기를 압축하는 공기 압축기; 및
상기 공기 압축기를 통해 압축된 압축공기의 열을 상기 유기랭킨사이클에 활용하도록 하는 압축공기 열교환 사이클을 포함하되;
상기 유기랭킨사이클은
상기 폐열과의 열교환을 통해 유기냉매를 증발시키는 증발기;
상기 증발기에 의해 증발된 유기냉매를 매개로 회전하는 터빈;
상기 터빈에서 나온 유기냉매를 냉각하여 액화시키는 응축기;
상기 응축기에서 나온 응축된 유기냉매를 압축시켜 상기 증발기로 제공하는 펌프;
상기 증발기로부터 상기 터빈과 상기 응축기 및 상기 펌프에 이르기까지 유기냉매의 순환경로를 형성하는 제1순환라인; 및
상기 증발기로 제공되는 유기냉매를 가열하는 보조 히터를 포함하되;
상기 보조 히터는
상기 유기랭킨사이클의 초기 구동시 또는 상기 엔진의 저부하(low load)시 가동되는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치.An organic Rankine cycle (ORC) that exchanges heat with waste heat generated from an engine using an organic refrigerant having a lower boiling point than water as a working fluid;
an air compressor for compressing air through the power of the organic Rankine cycle; and
Including a compressed air heat exchange cycle to utilize the heat of the compressed air compressed through the air compressor in the organic Rankine cycle;
The organic Rankine cycle is
An evaporator evaporating the organic refrigerant through heat exchange with the waste heat;
a turbine rotating through the organic refrigerant evaporated by the evaporator;
a condenser for cooling and liquefying the organic refrigerant discharged from the turbine;
a pump compressing the condensed organic refrigerant from the condenser and supplying the compressed organic refrigerant to the evaporator;
a first circulation line forming a circulation path of organic refrigerant from the evaporator to the turbine, the condenser, and the pump; and
Including an auxiliary heater for heating the organic refrigerant provided to the evaporator;
The auxiliary heater
An energy saving device using waste heat of a ship that is operated when the organic Rankine cycle is initially driven or when the engine is at low load. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 압축공기 열교환 사이클은
상기 압축공기와 열교환하는 쿨러 열교환부;
상기 제1순환라인의 유기냉매와 열교환하는 프리히팅 열교환부; 및
상기 쿨러 열교환부와 상기 프리히팅 열교환부를 통과하는 열매체의 순환경로를 형성하는 제2순환라인을 포함하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치.According to claim 1,
The compressed air heat exchange cycle
a cooler heat exchange unit that exchanges heat with the compressed air;
a preheating heat exchanger for exchanging heat with the organic refrigerant in the first circulation line; and
An energy saving device using waste heat of a ship including a second circulation line forming a circulation path of a heat medium passing through the cooler heat exchange unit and the preheating heat exchange unit. 제 3 항에 있어서,
상기 프리히팅 열교환부는
상기 증발기로 유입되기 전의 유기냉매를 히팅하기 위해 상기 펌프와 상기 증발기 사이에 제공되는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치.According to claim 3,
The pre-heating heat exchange part
Energy saving device using the waste heat of the ship provided between the pump and the evaporator to heat the organic refrigerant before flowing into the evaporator. 제 3 항에 있어서,
상기 프리히팅 열교환부는
상기 증발기를 통과한 유기냉매를 히팅하기 위해 상기 증발기와 상기 터빈 사이에 제공되는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치.According to claim 3,
The pre-heating heat exchange part
Energy saving device using the waste heat of the ship provided between the evaporator and the turbine to heat the organic refrigerant passing through the evaporator. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 엔진의 냉각을 위한 냉각수 사이클을 더 포함하고;
상기 유기랭킨사이클은
상기 냉각수 사이클의 냉각수 폐열과 열교환하는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감 장치.
According to claim 1,
further comprising a cooling water cycle for cooling the engine;
The organic Rankine cycle is
Energy saving device using the waste heat of the ship that exchanges heat with the waste heat of the cooling water of the cooling water cycle.
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