KR102609212B1 - 선박용 스팀 공급시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 스팀보일러에서 생성된 스팀을 선박내의 스팀사용처마다 제공된 스팀열교환기로 분산 공급시키고, 각각의 스팀열교환기를 거쳐 배출된 응축수를 회수하여 스팀보일러용 보충수로 재공급시키도록 한 선박용 스팀 공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박 운용시의 특정 조건을 기준으로 해당 조건에 부합하여 사용되는 스팀열교환기들을 하나의 그룹 단위로 묶어 상기 스팀사용처를 최소 2개 이상의 사용처로 구분시키고, 상기 각각의 사용처마다 스팀분배헤드를 개별적으로 할당시킨 다음, 상기 스팀보일러로부터 연장되는 스팀공급관을 개폐밸브가 구비된 분기관에 의하여 각각의 스팀분배헤드와 병렬식으로 연결시키는 한편, 각각의 사용처를 이루는 스팀열교환기들은 분배관에 의하여 해당 스팀분배헤드와 병렬식으로 연결시킴으로서, 선박의 운항시나 정박시와 같은 특정 조건에 맞추어 해당 조건에서 사용되지 아니하는 스팀열교환기 그룹으로의 스팀 공급을 최소한의 밸브제어만으로도 신속하고 정확하게 일괄 차단시킬 수 있도록 하며, 이를 통하여 스팀보일러에서 생성된 스팀을 선박내의 스팀사용처로 무분별하게 공급시켰던 종래의 방식과는 달리 스팀의 불필요한 낭비를 방지하고 스팀열교환기에서의 가열성능을 크게 향상시킴과 동시에, 스팀 공급용 제어루트의 구축 및 그 조작 역시 매우 손쉽게 수행할 수 있도록 한 선박용 스팀 공급시스템에 관한 것이다.

Description

선박용 스팀 공급시스템{Steam supply system for a ship}

본 발명은 선박의 스팀보일러에서 생성된 스팀을 선박내의 스팀사용처마다 제공된 스팀열교환기로 분산 공급시키고, 각각의 스팀열교환기를 거쳐 배출된 응축수를 회수하여 스팀보일러용 보충수로 재공급시키도록 한 선박용 스팀 공급시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박에서는 연료유(중유)와 윤활유의 히팅작업으로부터 각종 부대장비의 운전에 필요한 열원과 난방 및 온수의 확보 등을 위하여 스팀보일러에서 생성된 스팀을 활용하고 있으며, 상기 스팀보일러는 선박의 운항시 메인엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 스팀열원으로 사용하는 주보일러와, 선박의 정박시 연료유를 연소시켜 스팀열원으로 사용하는 보조보일러로 구분되어지고, 상기 주보일러와 보조보일러의 기능을 하나로 통합시킨 스팀보일러도 사용되고 있다.

상기와 같이 스팀보일러로부터 생성된 스팀을 선박내의 스팀사용처로 분산 공급시키도록 한 종래의 스팀공급시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 스팀보일러(1)의 보일러탱크로부터 연장되는 스팀공급관(3)이 선박내의 스팀사용처(20)마다 제공된 스팀열교환기(7)와 연결 설치되고, 상기 각각의 스팀열교환기(7)로부터 연장되는 드레인배관(8)이 응축수탱크(11)와 연결 설치되며, 상기 응축수탱크(11)로부터 공급펌프(15)를 구비하는 상태로 연장되는 응축수공급관(12)이 스팀보일러(1)의 보일러탱크와 연결 설치된 구성을 베이스로 하는 것이다.

상기 스팀보일러(1)는 앞서 설명되어진 바와 같이 주보일러나 보조보일러 또는 이들의 기능을 통합시킨 보일러가 될 수 있고, 상기 스팀보일러(1)에 제공되는 스팀열원(2)은 메인엔진으로부터 배출된 배기가스의 도입기구나 연료유의 연소버너 또는 이들을 병용시킨 것이 될 수 있으며, 상기 스팀사용처(20)를 제공하는 각각의 스팀열교환기(7)는 개폐밸브(6)를 구비하는 분기관(5)에 의하여 스팀공급관(3)과 병렬식으로 연결 설치되어 있고, 상기 스팀공급관(3)에는 역류방지용 체크밸브(4)가 설치되어 있으며, 상기 각각의 스팀열교환기(7)로부터 연장되는 드레인배관(8)은 냉각유닛(9)을 거쳐 응축수탱크(11)와 연결 설치되어 있다.

또한, 상기 응축수탱크(11)와 함께 선박내에 제공되는 청수탱크(13)의 경우에도 스팀보일러(1)의 가동에 필요한 보충수의 공급기능을 수행하게 되며, 이를 위하여 상기 청수탱크(13)로부터 공급펌프(15)를 구비하는 상태로 연장되는 청수공급관(14)이 응축수공급관(12)과 연결되어 보충수공급관(17)을 제공하는 한편, 상기 보충수공급관(17)이 스팀보일러(1)의 보일러탱크와 연결 설치되어 있고, 상기 응축수공급관(12)과 청수공급관(14)의 연결부 이전 위치에도 각각의 배관마다 역류방지용 체크밸브(4)가 설치되어 있으며, 상기 분기관(5)의 개폐밸브(6)는 선박의 조타실 등에서 원격제어가 가능한 전자밸브가 주로 사용되고, 상기 청수탱크(13)에는 청수보충관(16)이 추가로 연결 설치되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 스팀공급시스템(10)은 스팀보일러(1)에서 생성된 스팀을 선박내의 모든 스팀사용처(20)로 일괄 공급시킴에 따라, 선박의 운항시나 정박시와 같은 특정 조건에 맞추어 해당 조건에서 사용되지 아니하는 스팀열교환기(7)로도 스팀이 무분별하게 공급될 우려가 높은 문제점이 있었으며, 이로 인하여 스팀의 불필요한 낭비를 초래함은 물론이고, 스팀열교환기(7)에서의 가열성능이 저하되는 등, 에너지의 효율적인 활용과 관리 측면에서 비합리적이고 비경제적인 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 보완하기 위해서는 선박의 운항시나 정박시와 같은 특정 조건에 맞추어 해당 조건에 부합하여 사용되는 스팀열교환기(7)측으로만 스팀이 유동되게 하고, 그 이외의 나머지 스팀열교환기(7)측으로는 스팀의 유동을 차단시켜야 하는 바, 이는 선박내의 여러 곳에 산재하는 많은 개수의 스팀열교환기(7)들을 특정 조건에 맞추어 사용과 비사용으로 일차 구분시킨 다음, 비사용에 해당하는 스팀열교환기(7)들의 개폐밸브(6)를 일일이 개별적으로 폐쇄시키는 매우 까다롭고 번거러운 작업이 되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 요인으로 말미암아 각각의 스팀열교환기(7)를 통한 스팀의 공급과 차단을 특정 조건에 맞추어 신속하고 정확하게 구분하여 수행하는 것이 어렵게 될 뿐만 아니라, 각각의 스팀열교환기(7) 입구측에 제공되는 개폐밸브(6)를 전자밸브로 설치하여 놓은 상태에서 각각의 전자밸브를 컨트롤러와 접속시키는 방식으로 선박의 조타실 등지에서 각각의 스팀열교환기(7)를 통한 스팀의 공급과 차단을 원격 자동제어 방식으로 수행토록 할 경우에도 해당 제어루트의 구축과 조작이 매우 까다롭게 되는 문제점이 있었다.

다른 한편으로, 종래의 스팀공급시스템(1)은 선박의 정박시에 필요한 스팀의 생성을 위하여 스팀보일러(1)로서의 보조보일러 또는 통합식 보일러에 설치된 버너로 연료유를 연소시키는 방식이 적용됨에 따라 연료유의 연소가스에 의한 환경오염(대기오염)이 유발됨은 물론이고, 해당 버너가 고장 등에 의하여 그 사용이 불가능할 경우에는 스팀의 원활한 공급과 선박의 안정적인 정박유지에 상당한 차질을 유발시키는 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래의 문제점을 보완하기 위한 것으로서, 해당 스팀보일러(1)의 보일러탱크 하단측으로부터 순환펌프와 전기히터가 구비된 순환배관을 연장시킨 다음, 상기 순환배관을 보일러탱크의 상단측에 다시 연결시킴으로서, 보일러탱크에 저장된 물을 전기히터로 가열하여 보일러탱크의 상단 내측으로 재순환시킴에 따라 가열수의 온도가 잠열로 흡수되어 포화상태로 조성되는 과정에서 발생한 증기를 스팀열교환기(7)로 공급시킬 수 있도록 한 것이 본 출원인에 의하여 2021년 특허출원 제 99195호로 선출원 및 특허등록(제 10-2321171호)되어 알려져 있다.

그러나, 상기와 같은 선출원의 경우에 있어서도 스팀보일러(1)의 보일러탱크와 연결되는 순환배관의 출구측이나 스팀보일러(1)의 보일러탱크로부터 연장되는 스팀공급관(3)의 입구측이 막히게 될 경우 또는 순환배관에 설치된 순환펌프의 고장이나 오작동이 발생할 경우에는 전기히터를 이용한 스팀의 공급이 불가능하게 되는 문제점이 있었으며, 보일러탱크에 저장된 물(보충수)을 전기히터(23)로 공급시키기 위하여 보충수용 공급펌프(15)가 순환펌프와 함께 이중으로 가동됨에 따른 불필요한 에너지 낭비를 초래하는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제 10-2321171호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 선박 운용시의 특정 조건을 기준으로 해당 조건에 부합하여 사용되는 스팀열교환기들을 하나의 그룹 단위로 묶어 상기 스팀사용처를 최소 2개 이상의 사용처로 구분시키고, 상기 각각의 사용처마다 스팀분배헤드를 개별적으로 할당시킨 다음, 상기 스팀보일러로부터 연장되는 스팀공급관을 개폐밸브가 구비된 분기관에 의하여 각각의 스팀분배헤드와 병렬식으로 연결시키는 한편, 각각의 사용처를 이루는 스팀열교환기들은 분배관에 의하여 해당 스팀분배헤드와 병렬식으로 연결시킴으로서, 선박의 운항시나 정박시와 같은 특정 조건에 맞추어 해당 조건에서 사용되지 아니하는 스팀열교환기 그룹으로의 스팀 공급을 최소한의 밸브제어만으로도 신속하고 정확하게 일괄 차단시킬 수 있도록 하며, 이를 통하여 스팀보일러에서 생성된 스팀을 선박내의 스팀사용처로 무분별하게 공급시켰던 종래의 방식과는 달리 스팀의 불필요한 낭비를 방지하고 스팀열교환기에서의 가열성능을 크게 향상시킴과 동시에, 스팀 공급용 제어루트의 구축 및 그 조작 역시 매우 손쉽게 수행할 수 있도록 한 선박용 스팀 공급시스템을 제공하는 것을 그 주된 기술적 과제로 한다.

이와 더불어, 본 발명은 스팀보일러의 보일러탱크 하단측으로부터 순환펌프와 전기히터가 순차적으로 구비된 순환배관을 연장시켜 이를 보일러탱크의 상단측에 다시 연결시키되, 상기 전기히터를 지난 위치에 해당하는 순환배관측으로부터 개폐밸브를 구비하는 보조공급관을 추가로 분기시켜 이를 스팀공급관과 연결시키고, 상기 보조공급관의 분기점을 지난 위치에 해당하는 순환배관측에도 개폐밸브를 설치하는 한편, 보조공급관이 연결되는 지점의 이전 위치에 해당하는 스팀공급관측에는 스팀의 배출여부를 감지하는 센서기구를 체크밸브와 함께 설치하며, 상기 보충수공급관으로부터는 개폐밸브와 예열히터를 구비하는 바이패스관을 연장시켜 이를 순환펌프와 전기히터의 사이에 해당하는 위치에서 순환배관과 연결시키고, 상기 바이패스관의 분기점을 지난 위치에 해당하는 보충수공급관에도 개폐밸브를 설치함으로서, 순환배관의 출구측이나 스팀공급관의 입구측이 막히게 될 경우 또는 순환펌프의 고장이나 오작동이 발생할 경우에도 전기히터를 이용한 스팀의 공급이 가능토록 함과 동시에, 하나의 펌프기구만을 사용하더라도 전기히터로의 보충수 공급을 수행할 수 있도록 하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서의 본 발명은, 스팀보일러의 보일러탱크로부터 연장되는 스팀공급관이 선박내의 스팀사용처마다 제공된 스팀열교환기와 연결 설치되고, 상기 스팀열교환기로부터 연장되는 드레인배관이 응축수탱크와 연결 설치되며, 상기 응축수탱크로부터 공급펌프를 구비하는 상태로 연장되는 응축수공급관이 스팀보일러의 보일러탱크와 연결 설치된 구성을 베이스로 하는 선박용 스팀 공급시스템에 있어서, 상기 스팀사용처는 선박 운용시의 특정 조건을 기준으로 해당 조건에 부합하여 사용되는 스팀열교환기들을 하나의 그룹 단위로 묶어 놓은 최소 2개 이상의 사용처로 구분되어지고, 상기 각각의 사용처마다 스팀분배헤드가 개별적으로 할당되도록 이루어지며, 상기 스팀보일러의 보일러탱크로부터 연장되는 스팀공급관은 개폐밸브를 구비하는 분기관에 의하여 각각의 스팀분배헤드와 병렬식으로 연결 설치되고, 상기 각각의 사용처를 이루는 스팀열교환기들은 분배관에 의하여 해당 스팀분배헤드와 병렬식으로 연결 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 스팀사용처는 선박의 운항시에만 사용되는 조건의 스팀열교환기 그룹과, 선박의 정박시에만 사용되는 조건의 스팀열교환기 그룹과, 선박의 운항시와 정박시에 모두 사용되는 조건의 스팀열교환기 그룹으로 하여 총 3개의 사용처로 구분되어지는 것을 특징으로 한다.

이와 더불어, 상기 스팀보일러의 보일러탱크 하단측으로부터 순환배관이 연장되고, 상기 순환배관이 순환펌프와 전기히터를 순차적으로 거친 다음 보일러탱크의 상단측에 다시 연결 설치되며, 상기 전기히터를 지난 위치에 해당하는 순환배관측으로부터 개폐밸브를 구비하는 보조공급관이 추가로 분기되고, 상기 보조공급관이 스팀보일러의 보일러탱크로부터 연장되는 스팀공급관과 연결 설치되며, 상기 보조공급관의 분기점을 지난 위치에 해당하는 순환배관측에도 개폐밸브가 설치되고, 상기 보조공급관이 연결되는 지점의 이전 위치에 해당하는 스팀공급관측에는 스팀보일러로부터 스팀이 배출되는지의 여부를 감지하는 센서기구가 체크밸브와 함께 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 응축수탱크로부터 공급펌프를 구비하는 상태로 연장되는 응축수공급관은 선박내의 청수탱크로부터 공급펌프를 구비하는 상태로 연장되는 청수공급관과 연결되어 스팀보일러용 보충수공급관을 제공하도록 이루어지고, 상기 보충수공급관으로부터 개폐밸브를 구비하는 상태로 연장되는 바이패스관이 순환펌프와 전기히터의 사이에 해당하는 위치에서 순환배관과 연결 설치되는 한편, 상기 바이패스관의 분기점을 지난 위치에 해당하는 보충수공급관에도 개폐밸브가 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 바이패스관에는 보충수의 예열히터가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 선박의 운항시나 정박시와 같은 특정 조건에 맞추어 해당 조건에서 사용되지 아니하는 스팀열교환기 그룹(사용처)으로의 스팀 공급을 해당 그룹에 할당된 스팀분배헤드의 입구측 개폐밸브를 폐쇄시키는 것만으도 신속하고 정확하게 일괄 차단시킬 수 있는 효과를 제공하며, 이를 통하여 선박내에 산재된 많은 개수의 스팀열교환기로 스팀을 무분별하게 공급시켰던 종래의 방식과는 달리 스팀의 불필요한 낭비를 방지하고 스팀열교환기에서의 가열성능을 크게 향상시킴과 동시에, 스팀 공급용 제어루트의 구축 및 그 조작 역시 매우 손쉽게 수행할 수 있는 효과를 제공한다.

이와 더불어, 스팀보일러의 보일러탱크에 저장된 물을 전기히터로 가열 및 순환시켜 선박의 정박시에 필요한 스팀의 공급이 가능토록 한 선출원의 잇점을 그대로 활용하되, 스팀보일러로부터 스팀공급관으로 스팀이 배출되는지의 여부를 센서기구로 판단한 다음, 상기 보조공급관과 개폐밸브를 이용하여 전기히터를 거친 가열수의 공급경로를 필요시마다 보일러탱크로부터 스팀공급관측으로 전환시킬 수 있도록 함으로서, 보일러탱크와 연결된 순환배관의 출구측이나 스팀공급관의 입구측이 막힐 경우에도 전기히터를 이용한 스팀사용처로의 스팀 공급 및 이를 통한 선박의 안정적인 정박유지가 가능토록 하는 효과를 제공한다.

또한, 스팀보일러의 보일러탱크로부터 순환배관의 순환펌프를 거쳐 전기히터로 공급되었던 보충수의 공급경로를 바이패스관과 개폐밸브를 이용하여 전기히터측으로 직접 전환시킬 수 있도록 하고, 바이패스관의 예열히터를 이용하여 보충수의 온도 역시 보일러탱크를 경유하는 수준으로 승온시킬 수 있도록 함으로서, 하나의 펌프기구만으로도 전기히터로의 보충수 공급이 가능토록 하여 불필요한 에너지 낭비를 최소화시키는 한편, 순환펌프의 고장이나 오작동시에도 전기히터를 이용한 스팀사용처로의 스팀 공급이 가능토록 하여 선박의 안정적인 정박유지를 보다 더 확실하게 보장할 수 있는 등의 매우 유용한 효과를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 선박용 스팀 공급시스템을 나타내는 배관도.
도 2는 본 발명에 따른 선박용 스팀 공급시스템을 나타내는 배관도.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도 2를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 선박용 스팀공급시스템(10)의 경우에도 도 2에 도시된 바와 같이, 스팀보일러(1)의 보일러탱크로부터 연장되는 스팀공급관(3)이 선박내의 스팀사용처마다 제공된 스팀열교환기(7)와 연결 설치되고, 상기 각각의 스팀열교환기(7)로부터 연장되는 드레인배관(8)이 응축수탱크(11)와 연결 설치되며, 상기 응축수탱크(11)로부터 공급펌프(15)를 구비하는 상태로 연장되는 응축수공급관(12)이 스팀보일러(1)의 보일러탱크와 연결 설치된 구성을 베이스로 하는 것이다.

상기 스팀보일러(1)는 앞선 종래기술의 내용에서 설명되어진 바와 같이, 주보일러나 보조보일러 또는 이들의 기능을 통합시킨 보일러가 될 수 있고, 상기 스팀보일러(1)에 제공되는 스팀열원(2)은 메인엔진으로부터 배출된 배기가스의 도입기구나 연료유의 연소버너 또는 이들을 병용시킨 것이 될 수 있으며, 상기 스팀공급관(3)에는 역류방지용 체크밸브(4)가 설치되어 있고, 상기 각각의 스팀열교환기(7)로부터 연장되는 드레인배관(8)은 냉각유닛(9)을 거쳐 응축수탱크(11)와 연결 설치되어 있다.

또한, 상기 응축수탱크(11)와 함께 선박내에 제공되는 청수탱크(13)의 경우에도 스팀보일러(1)의 가동에 필요한 보충수의 공급기능을 수행하게 되며, 이를 위하여 상기 청수탱크(13)로부터 공급펌프(15)를 구비하는 상태로 연장되는 청수공급관(14)이 응축수공급관(12)과 연결되어 보충수공급관(17)을 제공하는 한편, 상기 보충수공급관(17)이 스팀보일러(1)의 보일러탱크와 연결 설치되어 있고, 상기 응축수공급관(12)과 청수공급관(14)의 연결부 이전 위치에도 각각의 배관마다 역류방지용 체크밸브(4)가 설치되어 있으며, 상기 청수탱크(13)에는 청수보충관(16)이 추가로 연결 설치되어 있다.

필요에 따라서는 상기 응축수탱크(11)와 청수탱크(13)를 하나의 보충수탱크로 통합시키는 한편, 해당 보충수탱크로부터 공급펌프(15)를 구비하는 보충수공급관(17)을 단일배관라인으로 연장시킨 다음, 해당 보충수공급관(17)을 스팀보일러(1)의 보일러탱크와 연결시킬 수도 있고, 이 경우 상기 냉각유닛(9)을 거친 드레인배관(8)과 청수보충관(16)은 보충수탱크와 연결 설치될 것이며, 상기 냉각유닛(9)은 냉각수와 스팀응축수간의 열교환기가 될 수도 있고, 공지의 히트펌프 시스템을 이루는 (냉매)증발기가 될 수도 있으며, 이외에도 스팀응축수를 냉각시킬 수 있는 것이라면 어떠한 종류의 냉각수단이 사용되더라도 무방하다.

본 발명의 제 1요부를 이루는 구성요소로서는, 선박 운용시의 특정 조건을 기준으로 해당 조건에 부합하여 사용되는 스팀열교환기(7)들을 하나의 그룹 단위로 묶어 놓는 방식을 통하여 상기 스팀사용처를 최소 2개 이상의 조건별 사용처로 구분시키는 한편, 상기 각각의 사용처마다 스팀분배헤드(18)를 개별적으로 할당시킨 상태에서, 스팀보일러(1)로부터 연장되는 스팀공급관(3)이 각각의 스팀분배헤드(18)를 거쳐 특정 조건별로 구분되어진 사용처의 스팀열교환기(7) 그룹과 연결 설치되도록 한 것이다.

보다 더 구체적으로 설명하면, 상기 스팀공급관(3)으로부터 스팀분배헤드(18)의 개수에 해당하는 만큼의 분기관(5)을 연장시킨 다음, 상기 분기관(5)에 의하여 각각의 스팀분배헤드(18)가 스팀공급관(3)과 병렬식으로 연결 설치되도록 하고, 특정 조건별로 구분되어진 각각의 사용처를 이루는 스팀열교환기(7)들이 분배관(19)에 의하여 해당 스팀분배헤드(18)와 병렬식으로 연결 설치되도록 한다는 것이며, 상기 각각의 분기관(5)상에 설치되는 개폐밸브(6)는 선박의 조타실 등지에서 원격 자동 제어가 가능한 전자밸브로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스팀사용처를 선박 운용시의 특정 조건에 맞추어 최소 2개 이상의 사용처로 구분시키는 대표적인 일례로서는, 선박의 운항시에만 사용되는 조건의 스팀열교환기(7) 그룹과, 선박의 정박시에만 사용되는 조건의 스팀열교환기(7) 그룹과, 선박의 운항시와 정박시에 모두 사용되는 조건의 스팀열교환기(7) 그룹으로 하여 총 3개의 사용처로 구분하는 것을 들 수 있으며, 도 2에서는 각각의 사용처를 제 1사용처(20a)와 제 2사용처(20b) 및 제 3사용처(20c)로 나타내었다.

상기와 같이 선박의 운항시에만 사용되는 조건의 스팀열교환기(7) 그룹으로서는 선박의 메인엔진으로 공급되는 연료유(중유)를 연소에 적합한 수준으로 가열시킬 수 있도록 비교적 많은 량의 스팀공급이 요구되는 연료유 저장탱크와 연료유 세틀링탱크(Settling tank)용 스팀열교환기(7)를 비롯하여, 메인엔진의 가동 및 프로펠러의 추진 등에 필요한 주변기기의 예열에 사용되는 스팀열교환기(7)를 대표적인 예로 들 수 있다.

그리고, 선박의 정박시에만 사용되는 조건의 스팀열교환기(7) 그룹으로서는 메인엔진의 가동중지에 따라 해당 엔진의 내부에서 연료유(중유)가 고착(固着)되는 것을 방지토록 한 메인엔진 워밍용 스팀열교환기(7)와, 연료유의 서비스탱크(Service tank) 및 해당 서비스탱크를 메인엔진과 연결하는 순환배관상에 각각 설치되어 서비스탱크와 메인엔진간의 연료순환에 사용되는 연료유 워밍용 스팀열교환기(7)를 대표적인 예로 들 수 있다.

이와 더불어, 선박의 운항시와 정박시에 모두 사용되는 스팀열교환기(7) 그룹으로서는 선실의 난방과 온수공급 및 주방용 취사 등을 위한 스팀열교환기(7)를 대표적인 예로 들 수 있으며, 이외에도 선박내의 스팀사용처를 구분하기 위한 특정 조건은 계절조건이나 운용계통 또는 해당 선박의 특수성 등을 고려하여 임의대로 선택할 수 있는 사항임을 밝혀두는 바이다.

상기와 같은 방식을 통하여 선박의 운항시나 정박시와 같은 특정 조건에 맞추어 해당 조건에서 사용되지 아니하는 스팀열교환기(7) 그룹으로의 스팀공급을 신속하고 정확하게 일괄 차단시킬 수 있게 되는 바, 예를 들어 도 2에서 제 2사용처(20b)에 해당하는 스팀열교환기(7) 그룹으로의 스팀 공급을 차단시키고자 할 경우, 해당 사용처(20b)에 할당된 스팀분배헤드(18)의 입구측 개폐밸브(6)만을 폐쇄시키는 매우 간단한 조작으로 해당 스팀분배헤드(18)와 병렬식으로 연결된 모든 스팀열교환기(7)로의 스팀 공급을 차단시킬 수 있다는 것이다.

이러한 관점에 입각하여, 각각의 스팀분배헤드(18)를 해당 그룹의 스팀열교환기(7)들과 병렬식으로 연결시키는 분배관(19)에는 전자밸브로서의 개폐밸브(6)가 설치되지 않더라도 무방하지만, 도 1에 도시된 종래의 스팀공급시스템(10)이 기설비된 선박에 본 발명의 스팀공급시스템(10)을 적용시킬 경우에는 각각의 스팀열교환기(7) 입구마다 설치되어 있던 기존의 개폐밸브(6)를 굳이 제거시킬 필요가 없기 때문에 이를 도면상에 나타낸 것으로 해석하면 무방하다.

이와는 달리, 본 발명의 스팀공급시스템(10)을 새로운 선박의 건조시에 적용시킬 경우에는, 각각의 스팀분배헤드(18)를 스팀공급관(3)과 연결시키는 분기관(5)에만 전자밸브로서의 개폐밸브(6)를 설치하고, 해당 개폐밸브(6)만을 케이블에 의하여 선박의 조타실 등지에 제공된 메인컨트롤러와 접속시키는 한편, 필요시에 한하여 각각의 스팀분배헤드(18)를 해당 그룹의 스팀열교환기(7)들과 병렬식으로 연결시키는 분배관(19)상에 수동식 개폐밸브(6)를 설치하는 것만으로도 충분하며, 이를 통하여 스팀 공급용 제어루트의 구축 및 그 조작을 종래의 경우보다 한층 더 손쉽게 수행할 수 있는 것이다.

본 발명에 사용되는 상기 스팀분배헤드(18)의 경우에도 스팀보일러(1)의 보일러탱크와 같이 내압성능이 우수한 단열식 보온탱크를 적용시키는 것이 바람직하고, 상기 스팀공급관(3)과 분기관(5)과 분배관(19) 및 스팀열교환기(7)에도 보온단열재를 적용시키는 것이 바람직하며, 상기 스팀분배헤드(18)의 내부에서 발생하는 응축수를 냉각유닛(9)으로 배출시킬 수 있도록, 각각의 스팀분배헤드(18)로부터 개폐밸브(6)가 구비된 드레인배관(8)을 연장시킨 다음, 해당 드레인배관(8)이 냉각유닛(9)의 입구측 위치에서 각각의 스팀열교환기(7)로부터 연장되는 드레인배관(8)과 연결 설치되도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 각각의 스팀분배헤드(18)로부터 연장되는 드레인배관(8)의 개폐밸브(6) 또한 자동제어식 전자밸브를 사용하되, 조타실 등지의 메인컨트롤러와 직접 연계되는 분기관(5)상의 스팀 차단용 개폐밸브(6)와는 달리, 해당 스팀분배헤드(18)의 내부에 일정량의 응축수가 누적되는 것을 센서기구로 판단하여 해당 센서기구가 그 개폐작동을 독립적으로 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 필요에 따라서는 각각의 스팀분배헤드(18)상에 압력계와 연동되는 내압조정용 릴리프밸브 등이 응축수의 센서기구와 함께 설치될 수도 있음은 물론이다.

도 2를 기준으로 할 경우, 상기 제 1사용처(20a)와 제 2사용처(20b) 및 제 3사용처(20c)마다 스팀분배헤드(18)가 하나씩 할당된 것으로 도시되어 있으나, 각각의 사용처를 이루는 스팀열교환기(7)의 개수 및 이에 따른 스팀분배헤드(18)의 용량을 고려하여 특정 사용처에 스팀분배헤드(18)를 2개 또는 3개의 개수로 할당시킬 수도 있으며, 이 경우 해당 사용처를 기준으로 각각의 스팀분배헤드(18)마다 스팀열교환기(7)를 적절히 배분시킨 다음, 이와 같이 배분된 스팀열교환기(7)를 해당 스팀분배헤드(18)와 병렬식으로 연결시키는 것이 바람직하고, 어떠한 경우에도 하나의 스팀열교환기(7)가 2개 이상의 스팀분배헤드(18)와 연결되는 상황은 발생되지 않도록 한다.

본 발명의 제 2요부에 해당하는 구성요소로서는, 상기 스팀보일러(1)의 보일러탱크 하단측으로부터 순환펌프(22)와 전기히터(23)가 순차적으로 구비된 순환배관(21)을 연장시킨 다음, 상기 순환배관(21)을 스팀보일러(1)의 보일러탱크 상단측에 다시 연결시킨 선출원의 구성을 베이스로 하여, 상기 전기히터(23)를 지난 위치에 해당하는 순환배관(21)측으로부터 개폐밸브(6)를 구비하는 보조공급관(25)을 추가로 분기시키고, 상기 보조공급관(25)이 스팀보일러(1)의 보일러탱크로부터 연장되는 스팀공급관(3)과 연결 설치되도록 한 것이다.

이와 더불어, 상기 보조공급관(25)의 분기점을 지난 위치에 해당하는 순환배관(21)측에도 개폐밸브(6)가 설치되는 한편, 상기 보조공급관(25)이 연결되는 지점의 이전 위치에 해당하는 스팀공급관(3)측에는 스팀보일러(1)로부터 스팀이 배출되는지의 여부를 감지하는 센서기구(26)가 역류차단용 체크밸브(4)와 함께 설치되어 있고, 상기 보조공급관(25)에도 개폐밸브(6)를 지난 위치에 맞추어 역류차단용 체크밸브(4)가 설치되어 있으며, 상기 전기히터(23)는 케이블(24a)에 의하여 컨트롤러(24)와 접속 설치되어 있다.

상기와 같은 개선방안의 적용에 따라, 스팀보일러(1)의 보일러탱크와 연결된 순환배관(21)의 출구측이나 스팀공급관(3)의 입구측이 막힐 경우 또는 다른 여러 가지 요인에 의하여 스팀보일러(1)로부터 스팀이 배출되지 못하는 상황이 발생할 경우, 스팀공급관(3)의 센서기구(26)가 이를 감지하여 순환배관(21)의 개폐밸브(6)를 폐쇄시킴과 동시에 보조공급관(25)의 개폐밸브(6)를 개방시킴으로서, 전기히터(23)를 거친 가열수의 공급경로를 보일러탱크측으로부터 스팀공급관(3)측으로 즉시 전환시킬 수 있게 된다.

이를 통하여, 선박의 정박시 전기히터(23)를 이용한 스팀사용처로의 스팀 공급을 중단없이 원활하게 수행할 수 있게 됨으로서 선박의 안정적인 정박유지가 가능하게 되는 것이며, 전기히터(23)로부터 배출된 가열수의 잠열 흡수와 포화상태로의 전환 및 증기의 조성 기능은 스팀보일러(1)의 보일러탱크를 대신하여 각각의 스팀분배헤드(18)에서 충분히 수행할 수 있기 때문에, 전기히터(23)로부터 배출된 가열수가 스팀보일러(1)의 보일러탱크를 경유하지 않더라도 스팀사용처로의 스팀 공급에는 전혀 지장을 초래하지 않게 되는 것이다.

상기 스팀공급관(3)에 설치되는 센서기구(26)는 스팀의 유동(흐름)을 감지하는 유량센서 또는 스팀의 배출압력을 감지하는 압력센서 또는 스팀의 온도를 감지하는 온도센서를 대표적인 예로 들 수 있으나, 스팀보일러(1)로부터 스팀이 배출되는지의 여부를 감지할 수 있는 것이라면 어떠한 종류의 센서기구(26)가 사용되더라도 무방하며, 상기 순환배관(21)과 보조공급관(25)에 설치되는 개폐밸브(6) 역시 자동제어식 전자밸브로 하되, 스팀공급관(3)의 센서기구(26)와 전기히터(23)용 컨트롤러(24)에 의하여 그 개폐작동이 독립적으로 제어되도록 하는 것이 바람직하다.

다시 말해서, 해당 컨트롤러(24)를 거쳐 전기히터(23)와 스팀공급관(3)의 센서기구(26) 및 순환배관(21)과 보조공급관(25)의 개폐밸브(6)로 전력을 공급시킴과 동시에, 스팀공급관(3)의 센서기구(26)로부터 입력된 신호를 전기히터(23)용 컨트롤러(24)에서 연산 처리하여 순환배관(21)과 보조공급관(25)의 개폐밸브를 독립적으로 제어토록 한다는 것이며, 이러한 관점에서 상기 전기히터(23)용 컨트롤러(24)는 스팀분배헤드(18)용 개폐밸브(6)의 제어와는 무관하게 선박내의 제너레이터나 메인스위치보드 등과 개별적으로 접속시키는 것이 바람직하다.

상기와 같은 개선방안에도 불구하고 순환배관(21)에 설치된 순환펌프(22) 자체에 고장이나 오작동이 발생할 경우에는, 스팀보일러(1)의 보일러탱크에 저장된 물(보충수)을 전기히터(23)로 공급시켜 선박의 정박시에 필요한 스팀을 생성시키는 것이 불가능하기 때문에 이에 대한 추가적인 보완책이 요구됨은 물론이고, 순환펌프(22)의 정상가동이 가능한 상황에서도 보일러탱크에 저장된 물을 전기히터(23)로 공급시킬 수 있도록 응축수공급관(12)이나 청수공급관(14)에 설치된 공급펌프(15)를 순환펌프와 함께 이중으로 가동시킴에 따른 불필요한 에너지의 낭비도 줄일 수 있는 방안이 요구되었다.

상기와 같은 보완 및 대처방안으로 제안된 본 발명의 제 3요부에 해당하는 구성요소로서, 상기 보충수공급관(17)으로부터 개폐밸브(6)가 구비된 바이패스관(27)이 연장된 다음, 해당 바이패스관(27)이 순환펌프(22)와 전기히터(23)의 사이에 해당하는 위치에서 순환배관(21)과 연결 설치되어 있고, 상기 바이패스관(27)의 분기점을 지난 위치에 해당하는 보충수공급관(17)에도 개폐밸브(6)가 설치되는 한편, 상기 바이패스관(27)에는 보충수의 예열히터(28)가 설치되어 있으며, 상기 예열히터(28)의 경우에도 케이블(24a)에 의하여 전기히터(23)용 컨트롤러(24)와 접속 설치되어 있다.

상기와 같은 방식을 통하여 스팀보일러(1)의 보일러탱크로부터 순환배관(21)의 순환펌프(22)를 거쳐 전기히터(23)로 공급되었던 보충수의 공급경로를 바이패스관(27)으로부터 전기히터(23)측으로 직접 전환시킬 수 있도록 함으로서, 순환펌프(22)의 고장이나 오작동시에도 전기히터(23)를 이용한 스팀사용처로의 스팀 공급이 가능토록 하여 선박의 안정적인 정박유지를 보다 더 확실하게 보장할 수 있는 것이며, 순환펌프(22)의 고장이나 오작동 여부의 판단을 위하여 상기 순환배관(21)이나 보조공급관(25)에도 보충수나 가열수의 유동 여부를 판단하는 센서기구를 적용시키는 것이 바람직하다.

다시 말해서, 스팀보일러(1)로부터 스팀공급관(3)을 거쳐 스팀이 배출되지 아니할 경우, 해당 위치의 센서기구(26)가 이를 감지하여 전기히터(23)로부터 배출되는 가열수의 유동경로를 앞서 설명되어진 방식으로 보일러탱크가 아닌 보조공급관(25)측으로 1차 전환시키게 되며, 그 이후 보조공급관(25)을 통한 가열수의 유동 역시 해당 위치의 센서기구로 감지되지 아니할 경우에는, 이를 순환펌프(22)의 고장이나 오작동으로 판단하여 보충수공급관(17)의 개폐밸브(6)를 폐쇄시킴과 동시에 바이패스관(27)의 개폐밸브(6)를 개방시킴으로서, 보충수의 유동경로 또한 보일러탱크가 아닌 바이패스관(27)측으로 최종 전환시키도록 한다는 것이다.

상기와 같은 순차적인 판단 및 밸브제어 과정을 거치지 않고 스팀보일러(1)로부터 스팀공급관(3)으로 스팀이 배출되지 아니하는 것으로 판단된 직후에 가열수와 보충수의 유동경로를 보조공급관(25)과 바이패스관(27)측으로 동시 전환시킬 수도 있으며, 순환펌프(22)의 정상가동이 가능한 상황에서도 보충수공급관(17)의 개폐밸브(6)를 폐쇄시키고 바이패스관(27)의 개폐밸브(6)를 개방시킴과 동시에, 순환펌프(22)의 가동을 중지시키고 응축수공급관(12)이나 청수공급관(14)의 공급펌프(15)만을 가동시켜 전기히터(23)로 보충수를 직접 공급시킴으로서, 순환펌프(22)와 공급펌프(15)의 동시 가동에 따른 에너지 낭비를 줄일 수 있는 것이다.

상기와 같이 순환펌프(22)의 정상가동이 가능함에도 불구하고 보충수를 전기히터(23)로 직접 공급시키는 경우는 스팀보일러(1)로부터 스팀공급관(3)으로 스팀이 배출되지 않는 상황에 적용시키는 것이 바람직하며, 이 경우 전기히터(23)로 공급되는 보충수가 보일러탱크를 거치지 않기 때문에, 보일러탱크의 내부에서 보충수로 회수되는 가열수의 잠열 만큼을 예열히터(28)로 보전시키도록 하였으며, 이를 통하여 전기히터(23)에서의 보충수 가열성능 및 스팀사용처를 통한 스팀의 공급성능을 일정 수준으로 유지시킬 수 있는 것이다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 스팀공급시스템(10)에 따르면, 선박의 운항시나 정박시와 같은 특정 조건에 맞추어 해당 조건에서 사용되지 아니하는 스팀열교환기(7) 그룹(사용처)으로의 스팀 공급을 해당 그룹에 할당된 스팀분배헤드(18)의 입구측 개폐밸브(6)를 폐쇄시키는 간단한 조작만으도 신속하고 정확하게 일괄 차단시킬 수 있으며, 이를 통하여 선박내에 산재된 많은 개수의 스팀열교환기(7)로 스팀을 무분별하게 공급시켰던 종래의 방식과는 달리 스팀의 불필요한 낭비를 방지하고 스팀열교환기(7)에서의 가열성능을 크게 향상시킴과 동시에, 스팀 공급용 제어루트의 구축 및 그 조작 역시 매우 손쉽게 수행할 수 있다.

이와 더불어, 스팀보일러(1)의 보일러탱크에 저장된 물을 전기히터(23)로 가열 및 순환시켜 선박의 정박시에 필요한 스팀의 공급이 가능토록 한 선출원의 잇점을 그대로 활용하되, 스팀보일러(1)로부터 스팀공급관(3)으로 스팀이 배출되는지의 여부를 센서기구(26)로 판단한 다음, 상기 보조공급관(25)과 개폐밸브(6)를 이용하여 전기히터(23)를 거친 가열수의 공급경로를 필요시마다 보일러탱크로부터 스팀공급관(3)측으로 전환시킬 수 있도록 함으로서, 보일러탱크와 연결된 순환배관(21)의 출구측이나 스팀공급관(3)의 입구측이 막힐 경우에도 전기히터(23)를 이용한 스팀사용처로의 스팀 공급 및 이를 통한 선박의 안정적인 정박유지가 가능하게 된다.

또한, 스팀보일러(1)의 보일러탱크로부터 순환배관(21)의 순환펌프(22)를 거쳐 전기히터(23)로 공급되었던 보충수의 공급경로를 바이패스관(27)과 개폐밸브(6)를 이용하여 전기히터(23)측으로 직접 전환시킬 수 있도록 하고, 바이패스관(27)의 예열히터(28)를 이용하여 보충수의 온도 역시 보일러탱크를 경유하는 수준으로 승온시킬 수 있도록 함으로서, 하나의 펌프기구만으로도 전기히터(23)로의 보충수 공급이 가능토록 하여 불필요한 에너지 낭비를 최소화시키는 한편, 순환펌프(22)의 고장이나 오작동시에도 전기히터(23)를 이용한 스팀사용처로의 스팀 공급이 가능토록 하여 선박의 안정적인 정박유지를 보다 더 확실하게 보장할 수 있는 것이다.

1 : 스팀보일러 2 : 스팀열원 3 : 스팀공급관
4 : 체크밸브 5 : 분기관 6 : 개폐밸브
7 : 스팀열교환기 8 : 드레인배관 9 : 냉각유닛
10 : 스팀공급시스템 11 : 응축수탱크 12 : 응축수공급관
13 : 청수탱크 14 : 청수공급관 15 : 공급펌프
16 : 청수보충관 17 : 보충수공급관 18 : 스팀분배헤드
19 : 분배관 20 : 스팀사용처 20a : 제 1사용처
20b : 제 2사용처 20c : 제 3사용처 21 : 순환배관
22 : 순환펌프 23 : 전기히터 24 : 컨트롤러
24a : 케이블 25 : 보조공급관 26 : 센서기구
27 : 바이패스관 28 : 예열히터

Claims (5)

1. 스팀보일러의 보일러탱크로부터 연장되는 스팀공급관이 선박내의 스팀사용처마다 제공된 스팀열교환기와 연결 설치되고, 상기 스팀열교환기로부터 연장되는 드레인배관이 응축수탱크와 연결 설치되며, 상기 응축수탱크로부터 공급펌프를 구비하는 상태로 연장되는 응축수공급관이 스팀보일러의 보일러탱크와 연결 설치된 구성을 베이스로 하는 선박용 스팀 공급시스템에 있어서,
   상기 스팀사용처는 선박 운용시의 특정 조건을 기준으로 해당 조건에 부합하여 사용되는 스팀열교환기들을 하나의 그룹 단위로 묶어 놓은 최소 2개 이상의 사용처로 구분되어지고, 상기 각각의 사용처마다 스팀분배헤드가 개별적으로 할당되도록 이루어지며,
   상기 스팀보일러의 보일러탱크로부터 연장되는 스팀공급관은 개폐밸브를 구비하는 분기관에 의하여 각각의 스팀분배헤드와 병렬식으로 연결 설치되고, 상기 각각의 사용처를 이루는 스팀열교환기들은 분배관에 의하여 해당 스팀분배헤드와 병렬식으로 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 스팀 공급시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 스팀사용처는 선박의 운항시에만 사용되는 조건의 스팀열교환기 그룹과, 선박의 정박시에만 사용되는 조건의 스팀열교환기 그룹과, 선박의 운항시와 정박시에 모두 사용되는 조건의 스팀열교환기 그룹으로 하여 총 3개의 사용처로 구분되어지는 것을 특징으로 하는 선박용 스팀 공급시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 스팀보일러의 보일러탱크 하단측으로부터 순환배관이 연장되고, 상기 순환배관이 순환펌프와 전기히터를 순차적으로 거친 다음 보일러탱크의 상단측에 다시 연결 설치되며,
   상기 전기히터를 지난 위치에 해당하는 순환배관측으로부터 개폐밸브를 구비하는 보조공급관이 추가로 분기되고, 상기 보조공급관이 스팀보일러의 보일러탱크로부터 연장되는 스팀공급관과 연결 설치되며,
   상기 보조공급관의 분기점을 지난 위치에 해당하는 순환배관측에도 개폐밸브가 설치되고, 상기 보조공급관이 연결되는 지점의 이전 위치에 해당하는 스팀공급관측에는 스팀보일러로부터 스팀이 배출되는지의 여부를 감지하는 센서기구가 체크밸브와 함께 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 스팀 공급시스템.
4. 제 3항에 있어서, 상기 응축수탱크로부터 공급펌프를 구비하는 상태로 연장되는 응축수공급관은 선박내의 청수탱크로부터 공급펌프를 구비하는 상태로 연장되는 청수공급관과 연결되어 스팀보일러용 보충수공급관을 제공하도록 이루어지며,
   상기 보충수공급관으로부터 개폐밸브를 구비하는 상태로 연장되는 바이패스관이 순환펌프와 전기히터의 사이에 해당하는 위치에서 순환배관과 연결 설치되고, 상기 바이패스관의 분기점을 지난 위치에 해당하는 보충수공급관에도 개폐밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 스팀 공급시스템.
5. 제 4항에 있어서, 상기 바이패스관에는 보충수의 예열히터가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 스팀 공급시스템.

Images