KR200366468Y1 - 탱크 클리닝 히터 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 선박에서, 원유 혹은 석유 화학 제품 등을 저장하는 탱크를 고온의 해수로써 청소하기 위해, 상온의 해수를 가열하는 탱크 클리닝 히터 시스템(Tank Cleaning Heater System)에 관한 것으로서, 선박 내 보일러의 스팀과 쉘 앤 튜브형 열 교환기를 이용하여 해수를 가열하고, 열 교환기의 응축수 드레인 관에 설치된 자동밸브를 조절하여, 가열되는 해수의 온도에 따라 설정된 해수 온도에 적합하도록 응축수의 수위를 가변함으로써, 열 교환기 내부적으로는, 스팀과 해수와의 응축에 의하여 열이 전달되는 면적이 변동되어 해수 출구의 온도가 피드백 제어되는 것을 특징으로 하며, 본 고안에 따라, 하나의 응축수 드레인 관에 설치된 자동밸브만을 이용하여 해수의 온도 제어와 응축수의 수위 제어가 동시에 이루어지므로, 스팀 제어 밸브에서 온도 제어를 행하고, 응축수 드레인 관의 자동밸브에서 수위 제어를 행하는 종래의 탱크 클리닝 히터 시스템을 개선하여, 스팀 배관의 효율을 높이고, 시스템의 제작비용을 절감하는데 효과가 있다.

Description

탱크 클리닝 히터 시스템 {Tank Cleaning Heater System}

본 고안은 선박에서 원유 혹은 석유 화학 제품 등을 저장하는 탱크의 청결 상태를 유지하기 위하여 적용되는 탱크 클리닝 히터 시스템(Tank Cleaning Heater System)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 쉘 앤 튜브형 열 교환기를 이용하여, 선체 외부의 상온의 해수를 선체내의 보일러에서 생성되는 스팀으로 가열하고, 탱크의 청소에 적합한 고온의 해수로 일정하게 유지하도록 하는 탱크 클리닝 히터 시스템에 관한 것이다.

선박의 저장 탱크는 각기 다른 제품을 운송하기 때문에, 화물의 안전수송 및 제품의 오염을 방지하기 위하여, 반드시 고온의 해수를 이용하여 청소를 실시하여 청결 상태를 유지하여야 한다. 이를 위하여 적용되는 종래 기술에 따른 탱크 클리닝 히터 시스템의 구성은 일반적으로 다음과 같다.

도 1 은 탱크 클리닝 히터 시스템에서 일반적으로 적용되는 쉘 앤 튜브형 열 교환기의 구조를 도시한 단면도이다.

여기에 도시된 바와 같이, 열 교환기는 해수의 유입이 안내되는 해수 유입구(101)와, 해수의 유출이 안내되는 해수 유출구(104)가 함께 형성되어 있는 커버(100)와, 스팀의 유입이 안내되는 스팀 유입구(111)와, 응축수의 배출이 안내되는드레인 출구(115)가 함께 형성되어 있는 쉘(110)로 외형을 이루고 있다. 상기 커버(100)의 내부 공간은 해수 유입구(101)와 연통된 해수 유입실(102)과, 해수 유출구(104)와 연통된 해수 유출실(103)이 구분되어 형성되어 있으며, 상기 해수 유입실(102)과 해수 유출실(103)은, 쉘(110)의 내부 공간에 구비되어 있는 하나 이상의 튜브(113)를 통해 연결되어 있다.

상기와 같은 열 교환기 구조에 따라, 상온의 해수는 해수 유입구(101)와 해수 유입실(102)을 통해 열 교환기 내부로 유입되고, 튜브(113)의 내부 유로를 통해 해수 유출실(103)로 이송되는 과정에서, 스팀 유입구(111)를 통해 쉘 내부로 유입되는 스팀의 잠열을 회수하여 가열되어, 해수 유출실(103)과 해수 유출구(104)를 통해 외부로 유출된다. 한편, 스팀 유입구(111)를 통해 쉘(110)로 유입되는 스팀은 튜브(113) 내의 해수와 열 교환을 행하여 응축되므로, 쉘(110)의 내부 공간은 실제적인 해수와의 열 교환을 행하는 스팀으로 이루어진 응축부 영역(112)과, 응축수로 이루어진 아냉각부 영역(114)으로 구분되어 형성되며, 아냉각부(114) 영역의 응축수는 드레인 출구(115)를 통해 외부로 배출된다.

도 2 는 종래 기술에 따른 탱크 클리닝 히터 시스템의 장치 구성을 나타내는 사시도이다.

여기에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 탱크 클리닝 히터 시스템은, 선체 외부에서 상온의 해수를 이송하기 위한 해수 유입관(201)이 열 교환기의 해수 유입구(101)와 연결되고, 열 교환에 의해 가열된 해수를 탱크로 이송하기 위한 해수 유출관(202)이 해수 유출구(104)에 연결된다. 선박의 보일러에서 고온의 스팀을이송하기 위한 스팀 유입관(203)은, 외부 신호에 따라 스팀의 유량을 제어하기 위한 스팀 제어밸브(204)가 함께 구비되어 열 교환기의 스팀 유입구(111)와 연결되고, 열 교환기 쉘(110)내부의 응축수를 선체내의 보일러 급수 탱크로 이송하기 위한 드레인 관(206)은, 외부 신호에 따라 응축수의 배출량을 제어하기 위한 자동 밸브(205)가 함께 구비되어 드레인 출구(115)에 연결된다.

또한, 열 교환기의 해수 유출실(103)에는 가열된 해수의 온도를 감지하는 온도 감지기(301)가 설치되어, 온도 감지 신호선(302)을 통해 온도 콘트롤러(303)의 입력부와 연결되고, 온도 콘트롤러의 출력부는 제어 신호선(304)을 통해 스팀 유입관(203)의 스팀 제어밸브(204)와 연결된다. 쉘(110) 내부의 응축수 수위를 감지하는 수위 컨트롤러(305)가 열 교환기의 측면에 설치되며, 상기 수위 콘트롤러(305)의 출력부는 수위 제어 신호선(306)을 통해 드레인 관(206)에 설치된 자동 밸브(205)와 연결된다.

상기와 같은 구조로 구성된 종래 기술에 따른 탱크 클리닝 히터 시스템은, 온도 감지기(301)가 가열된 해수의 온도를 감지하여 온도 콘트롤러(303)에 온도 신호를 전송하며, 온도 콘트롤러(303)는 설정온도와 감지된 온도를 비교하여 스팀 유입관(203)에 설치된 스팀 제어밸브(204)의 유로를 제어함으로써, 열 교환기 쉘(110) 내부로 유입되는 스팀의 유량을 조절하여 해수의 온도를 제어하는 방식으로 이루어진다.

예를 들어, 온도 감지기(301)에서 해수의 온도가 설정온도 이상으로 감지될 경우, 온도 콘트롤러(303)는 스팀 제어밸브(204)의 유로를 축소시키도록 제어를 행하여, 쉘(110) 내부로 인입되는 스팀의 양을 감소시킴으로써, 해수의 온도를 하강시키며, 해수의 온도가 설정온도 이하일 경우, 온도 콘트롤러(303)는 스팀 제어밸브(204)의 유로를 확대시키도록 제어를 행하여, 쉘(110) 내부로 인입되는 스팀의 양을 증가시킴으로써, 해수의 온도를 상승시키는 작동을 행하게 되고, 상기의 작동을 반복함으로써 해수의 출구 온도는 설정온도로 수렴하게 된다.

또한, 열 교환에 의하여 쉘(110) 내부에서는 스팀의 응축이 연속적으로 일어나므로, 수위 콘트롤러(305)는 쉘 내부에서 계속적으로 상승하는 응축수의 수위를 감지하여, 일정 수위 이상에서는 자동밸브(205)의 유로를 개방하여 응축수의 수위가 일정 수위 이상을 범람하지 않도록 한다.

이상, 소개된 탱크 클리닝 히터 시스템은 널리 알려지고 사용되고 있으나, 스팀 유입량을 제어하기 위해서는, 대구경용 스팀 제어밸브(204)를 필요로 하고, 이러한 온도 제어와 함께, 별도의 응축수의 수위 제어를 행하여야 하므로, 시스템 제작비용이 높다는 문제점이 있다.

본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 쉘 내부에서 생성되는 응축수의 수위에 따라 열 교환기의 응축부 영역의 열 전달 면적이 가변되어, 열 교환기의 효율이 변화된다는 점에서 착안하여, 열교환기의 응축수 드레인 관에 설치된 자동밸브를 이용하여 해수의 온도 제어와 응축수의 수위 유지가 가능하도록 제어 시스템을 새로이 구성함으로써, 스팀 유입관의 스팀 제어밸브에서 온도 제어를 행하고, 드레인 관의 자동밸브에서 수위 제어를 행하는 종래의 탱크 클리닝 히터 시스템을 간결하게 하여, 제작비용을 절감하도록 하는 탱크 클리닝 히터 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 탱크 클리닝 히터 시스템에서 적용되는 쉘 앤 튜브형 열 교환기의 단면도,

도 2는 종래 기술에 따른 탱크 클리닝 히터 시스템의 장치 구성을 나타내는 사시도,

도 3은 본 고안에 따른 탱크 클리닝 히터 시스템의 일실시예를 나타내는 사시도,

도 4는 본 고안에 따라 열 교환기 쉘 내부의 응축부 영역이 가변되는 일실시예를 나타내는 단면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100: 커버 101: 해수 유입구 102: 해수 유입실

103: 해수 유출실 104: 해수 유출구 110: 쉘

111: 스팀 유입구 112: 응축부 영역 113: 튜브

114: 아냉각부 영역 115: 드레인 출구

201: 해수 유입관 202: 해수 유출관 203: 스팀 유입관

204: 스팀 제어밸브 205: 자동밸브 206: 드레인 관

301: 온도 감지기 302: 온도 감지 신호선 303: 온도 콘트롤러

304: 제어 신호선 305: 수위 콘트롤러 306: 수위 제어 신호선

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에 따른 탱크 클리닝 히터 시스템은 쉘 앤 튜브형 열 교환기를 적용하여 온도 제어 시스템을 구성함에 있어서, 가열된 해수 온도를 설정온도와 비교하여, 드레인 출구 측에 연결된 자동 밸브의 유로를 제어함으로써, 쉘 내부의 응축수로 이루어진 아냉각부 영역의 수위를 조절하고, 스팀과 해수의 열교환이 주로 이루어지는 응축부 영역의 열 전달 면적을 가변하여 온도제어가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 고안에 따른 탱크 클리닝 히터 시스템은 지속적으로 응축수를 배출하여, 아냉각부 영역의 높이를 일정하게 유지하는 원리로 온도 제어가 이루어지므로, 별도의 수위 콘트롤러가 필요 없음을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 또한 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.

도 3은 본 고안에 따른 탱크 클리닝 히터 시스템의 일실시예를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 고안에 따라 열 교환기 쉘 내부의 응축부 영역이 가변되는 일실시예를 나타내는 단면도로서, 도 4의 a)는 해수의 온도를 하강시키기 위한 열 교환기 쉘(110) 내부의 상태를 도시한 단면도이고, 도 4의 b)는 해수의 온도를 상승시키기 위한 열 교환기 쉘(110) 내부의 상태를 도시한 단면도이다.

도 1과 4에서 도시된 바와 같이, 해수의 유입이 안내되는 해수 유입구(101)와, 해수의 유출이 안내되는 해수 유출구(104)가 함께 형성되어 있는 커버와, 스팀의 유입이 안내되는 스팀 유입구(111)와, 응축수의 배출이 안내되는 드레인 출구(115)가 함께 형성되어 있는 쉘(110)로 외형을 이루고, 상기 커버(100)의 내부는 해수 유입구(101)와 연통된 해수 유입실(102)과, 해수 유출구(104)와 연통된 해수 유출실(103)이 구분되어 형성되어 있고, 상기 해수 유입실(102)과 해수 유출실(103)은 쉘 내부 공간에 구비된 하나 이상의 튜브(113)를 통해 연결되어 있는 쉘 앤 튜브형 열교환기에 있어서,

도3에서 도시된 바와 같이, 선체 외부에서 상온의 해수를 이송하기 위한 해수 유입관(201)은 열 교환기의 해수 유입구(101)와 연결되고, 열 교환에 의해 가열된 해수를 탱크로 이송하기 위한 해수 유출관(202)은 해수 유출구(104)에 연결되고, 선박의 보일러에서 고온의 스팀을 이송하기 위한 스팀 유입관(203)은 스팀 유입구(111)와 연결되고, 열 교환기 내부의 응축수를 선체내의 보일러 급수 탱크로 이송하기 위한 드레인 관(206)은, 외부 신호에 따라 응축수의 배출량을 제어하기 위한 자동 밸브(205)가 함께 구비되어 드레인 출구(115)에 연결된다.

또한, 열 교환기의 커버(100)측의 해수 유출실(103)에는 가열된 해수의 온도를 감지하는 온도 감지기(301)가 설치되어, 온도 감지 신호선(302)을 통해 온도 콘트롤러(303)의 입력부와 연결되고, 온도 콘트롤러(303)의 출력부는 제어 신호선(304)을 통해 드레인 관(206)의 자동 밸브(205)와 연결된다.

상기와 같이 이루어진 본 고안에 따른 탱크 클리닝 히터 시스템은, 온도 감지기(301)가 가열된 해수의 온도를 감지하여 온도 콘트롤러(303)에 온도 신호를 전송하고, 온도 콘트롤러(303)는 설정온도와 감지된 온도와의 오차의 크기에 따라 비례(P), 비례·적분(PI), 혹은 비례·미분·적분(PID) 제어 등의 피드백 제어 방식으로 드레인 관(206)에 설치된 자동밸브(205)의 유로의 크기를 제어하여, 쉘(110) 내부의 응축수의 배출량을 조절함으로써, 쉘 내부의 아냉각부 영역(114)의 수위 변화를 통해, 스팀과 해수와의 열 교환이 발생하는 응축부 영역(112)의 열 전달 면적을 가변하여, 해수의 온도 제어가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

더욱 상세하게는 온도 감지기(301)에서 해수의 온도가 설정 온도 이상으로 감지될 경우, 온도 콘트롤러(303)는 드레인 관(206)의 자동밸브(205)의 유로를 축소시키도록 제어를 행하여, 쉘(110) 내부 응축수의 배출양을 감소시킴으로써, 도 4의 a) 에서 도시된 바와 같이, 응축수로 이루어진 아냉각부 영역(114)의 수위가 상승하게 되어, 응축부 영역(112)의 열 전달 면적이 감소하게 되므로, 열 교환기의 효율이 감소하여 해수의 온도는 낮아지게 된다. 그리고 해수의 온도가 설정온도 이하일 경우, 온도 콘트롤러(303)는 드레인 관(206)의 자동밸브(205)의 유로를 확대시키도록 제어를 행하여, 응축수의 배출량을 증가시킴으로써, 도 4의 b) 에서 도시된 바와 같이, 응축수로 이루어진 아냉각부 영역(114)의 수위가 하강하게 되어, 응축부 영역(112)의 열 전달 면적이 증가하게 되므로, 열 교환기의 효율이 상승하여 해수의 온도는 상승하게 된다. 이러한 작동을 반복함으로써, 열 교환기내의 응축수는 해수의 설정온도를 만족할 수 있는 적정한 수위를 유지하게 되고, 이에 따라 해수의 온도는 설정온도로 수렴하게 된다.

상기와 같이 이루어지는 본 고안의 탱크 클리닝 히터 시스템은, 드레인 관의 자동밸브를 제어하여 온도 제어 기능과 응축수의 배출 기능을 동시에 확보하므로, 종래의 스팀 제어 밸브를 사용함에 따라 발생되었던 밸브 압력 손실을 요인을 제거하여 스팀 배관의 효율을 높이고, 별도의 열교환기의 쉘 내부에서 발생하는 스팀의 응축수 수위를 제어하기 위한 장치를 필요로 하지 않으므로, 탱크 클리닝 히터 시스템의 제작비용을 절감하는 데 그 효과가 있다.

Claims (2)

1. 선박의 저장 탱크를 고온의 해수로 청소하기 위하여, 선박 내 보일러의 스팀과 쉘 앤 튜브형 열 교환기를 이용하여, 상온의 해수를 일정한 온도의 고온의 해수로 가열하는 탱크 클리닝 히터 시스템에 있어서,

   상기 열 교환기의 해수 유입구(101)와 연결되어, 상온의 해수를 상기 열 교환기 내부로 이송하는 해수 유입관(201)과;

   상기 열 교환기의 해수 유출구(104)와 연결되어, 가열된 고온의 해수를 선박의 저장 탱크로 이송하는 해수 유출관(202)과;

   상기 열 교환기의 스팀 유입구(111)와 연결되어, 선박 보일러의 스팀을 상기 열 교환기 내부로 이송하는 스팀 유입관(203)과;

   상기 열 교환기의 드레인 출구(115)와 연결되어, 열 교환기 내부의 응축수를 선체내의 보일러 급수 탱크, 혹은 열 교환기 외부로 배출하는 드레인 관(206)과;

   상기 열 교환기의 커버(100)측의 해수 유출실(103) 혹은 그 후단에 설치되어 가열되는 해수의 온도를 감지하여 검출하는 온도 감지기(301)와;

   상기 드레인 관(206)에 설치되어, 외부 신호에 따라 응축수의 배출량을 조절하는 자동 밸브(205)와;

   상기 온도 감지기(301)의 검출 신호에 따라, 상기 자동 밸브(205)의 유로 크기를 제어하는 온도 콘트롤러(303)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탱크 클리닝 히터 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 콘트롤러(303)는 상기 온도 감지기(301)의 출력 신호를 입력단자에 접속하고, 가열되는 해수의 온도와 설정 온도의 차이에 따라, 상기 열 교환기 내부의 응축부 열 전달 면적이 설정 온도에 적합하도록 응축수의 배출량을 조절하는 피드백 출력 신호를 상기 자동 밸브(205)로 전송하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탱크 클리닝 시스템.