KR20090038789A

KR20090038789A - 선박용 냉각 장치

Info

Publication number: KR20090038789A
Application number: KR1020070137324A
Authority: KR
Inventors: 문양경
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2007-10-16
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2009-04-21
Also published as: KR100951936B1

Abstract

본 발명에 의한 선박용 냉각 장치는 선박 내부에서 사용되는 기계 장비에서 발생되는 열을 냉각하기 위하여 상기 기계 장비를 지나가며, 냉각수가 상기 기계 장비가 설치된 상기 선박 내부에서부터 시작하여 갑판 상부를 지나 다시 상기 기계 장비가 설치된 상기 선박 내부로 순환하는 순환루프를 지나도록 냉각수를 운반하는 냉각수 파이프와, 상기 냉각수 파이프에 연결되며, 상기 냉각수 파이프 내부를 이동하는 냉각수를 상기 갑판 상부로 끌어올리는 펌프와, 상기 펌프에 의해서 상기 갑판 상부로 끌어 올려진 냉각수의 열을 공기 중에서 냉각시키는 갑판 상부에 설치된 열 교환기와, 상기 열교환기를 향하여 냉각풍을 발생시키는 팬과, 상기 팬을 구동하는 모터를 포함한다.

선박, 냉각수, 열교환기, 3-웨이 밸브

Description

선박용 냉각 장치{A COOLING APPARATUS FOR A SHIP}

본 발명은 선박용 냉각 장치에 관한 것으로서, 더 자세하게는 열교환기를 통과하는 냉각용 파이프의 유량을 냉각수의 온도에 따라 조절하여 냉각 효율을 높일 수 있는 냉각 장치에 관한 것이다.

오늘날 산업의 발달과 시대 변화에 따라 선박의 규모도 점차 대형화, 고속화 되고 있는 추세이며, 이러한 선박의 기술적 변화에 부응하기 위하여서 부양성, 적재성, 이동성 등의 세가지 요소를 모두 만족시켜야 하는 것이다. 특히 선박에 사용되는 주기관 및 발전기 엔진 등 여러가지 장비들이 유기적으로 연결되어 선박을 움직이게 되는데, 이들 여러가지 장비에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시키는 기술 또한 매우 중요하게 부각이 되고 있다. 만약 이러한 장비들에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시키지 못한다면, 주기관, 엔진 등의 심각한 고장을 초래할 수 있고, 해양에서 갑작스러운 엔진 정지나 폭발과 같은 큰 사고로 연결될 수 있기 때문에, 효과적이고 효율적인 냉각 장치 구성은 선박에 있어서 매우 필수적인 구성이라고 하겠다.

종래에 선박에서 사용되는 여러가지 기계 장비들을 냉각시키는 방법은 주로 온도가 낮은 해수를 선박 내부로 끌어올려 해수와 냉각용으로 사용되는 청수의 온도 교환을 통해 선박 내부의 기계 장비를 냉각시키는 것이 사용되었다.

종래의 선박 기계 장비를 냉각시키는 장치의 구성을 도1을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 도1은 선박 내부에 설치된 주기관, 발전기 엔진 등을 냉각시키는 종래의 냉각 장치의 구성을 나타낸 구성도이다. 도1에서, 선박의 선체(100) 내부에는 선박에 필요한 추진력을 얻기 위한 엔진이나, 전기 등을 얻기 위한 기계장비(101)가 설치되어 있다. 한편, 냉각수 운반 파이프(104)는 상기 기계장비(101)의 일부분과 접촉하면서 상기 기계장비(101)에서 발생한 열을 흡수하게 된다. 상기 냉각수 운반 파이프(104) 내부에는 해수가 아닌 청수가 냉각수로서 흐르게 된다. 상기 기계장비(101)로부터 열을 흡수한 상기 냉각수는 상기 기계장비(101)보다 중력 방향으로 아래 쪽에 설치된 열교환기(103)으로 향하게 된다. 상기 열교환기(103)을 지나면서 상기 냉각수는 포함하고 있던 열을 열교환기와 교환하는 과정에서 다시 냉각되게 된다. 냉각된 냉각수는 펌프(102)에 의해서 위쪽으로 끌어 올려져서 상기 냉각수 운반 파이프(104)를 통해 다시 상기 기계장비(101)로 향하게 된다. 이와 같은, 순환 과정을 거치면서 기계장비(101)에서 발생되는 열은 냉각되게 되는 것이다.

한편, 상기 냉각수로 사용되는 청수로부터 상기 열교환기(103)에서 열을 전달받아 상기 냉각수를 냉각하는 역할을 하는 것은 바로 해수이다. 선체(100) 저면에는 온도가 낮은 해수를 선박 내부로 유입시킬 수 있는 해수 유입구(105)가 구 비되어 있다. 해수 유입구(105)로부터 유입된 낮은 온도의 해수는 복수의 해수 펌프(106)에 의해서 선체의 내부의 높은 곳으로 끌어 올려진다. 상기 해수 펌프(106)에 의해서 끌어올려진 해수는 해수 이동 파이프(107)을 따라 상기 열교환기(103)을 향하여 이동하게 된다. 상기 해수 이동 파이프는 열교환기(103)을 지나가게 되며, 열교환기(103) 내부에서 상기 냉각수(청수) 운반 파이프(104)와의 접촉 등을 통하여 냉각수가 포함하고 있는 열이 복사, 전도 등의 방법으로 상기 해수 이동 파이프(107)로 전달되게 된다. 상기 열교환기(103)를 지나면서 냉각수가 포함하고 있던 열을 전달받은 해수는 해수배출구(108)을 통하여서 선박 외부로 배출되게 된다. 이와 같은 구성을 통하여서, 선박 내부의 기관에서 발생된 열이 낮은 온도의 해수를 이용하여 냉각되게 되는 것이다.

하지만, 상기와 같은 종래의 선박 냉각 장치의 구성에 의하면, 선박 내부로 해수를 끌어 올리기 위한 급수 장치와 더불어서, 해수로 열을 전달하기 위한 열교환기가 필요로 하게 되는데, 이 열교환기는 해수를 냉매로 이용하기 때문에 부식에 아주 강한 티타늄 등의 고가의 금속이 사용되어야만 한다. 따라서, 이와 같은 구성의 냉각 장치는 매우 고가의 장비일 수 밖에 없다. 또한, 해수를 선박 내부로 운반하기 위한 구조가 매우 복잡해지기 때문에, 선박을 건조하는데 있어서 시간과 비용이 매우 많이 소요된다라는 단점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기와 같은 종래의 선박용 냉각 장치의 문제점을 개선한 선박용 냉각장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 선박 내부에 설치된 기계 장비를 냉각시키기 위한 냉각 장치의 구체적인 구성은,

상기 기계 장비에서 발생되는 열을 냉각하기 위하여 상기 기계 장비를 지나가며, 냉각수가 상기 기계 장비가 설치된 상기 선박 내부에서부터 시작하여 갑판 상부를 지나 다시 상기 기계 장비가 설치된 상기 선박 내부로 순환하는 순환루프를 지나도록 냉각수를 운반하는 냉각수 파이프와, 상기 냉각수 파이프에 연결되며, 상기 냉각수 파이프 내부를 이동하는 냉각수를 상기 갑판 상부로 끌어올리는 펌프와, 상기 펌프에 의해서 상기 갑판 상부로 끌어 올려진 냉각수의 열을 공기 중에서 냉각시키는 갑판 상부에 설치된 열 교환기와, 상기 열교환기를 향하여 냉각풍을 발생시키는 팬과, 상기 팬을 구동하는 모터를 포함한다.

상기 팬은 기관실 환기팬을 사용할 수 있다. 즉, 기관실의 공기조화를 위해 설치되는 덕트 내에 위치한 기존의 환기팬을 사용하여 별도로 팬은 설치하지 않을 수 있다. 상기 냉각수 파이프는 상기 열교환기를 통과하는 제1분기 파이프와, 상기 선박 내부에 설치된 기계 장비로 직접 연결되는 제2분기 파이프를 포함한다.

본 발명인 선박용 냉각 장치는 상기 제1분기 파이프를 흐르는 냉각수 및 상기 제2분기 파이프를 흐르는 냉각수의 유량을 합친 전체 냉각수의 유량을 조절하는 제1밸브와, 상기 열교환기를 통과한 상기 제1분기 파이프를 흐르는 냉각수의 유량을 조절하는 제2밸브와, 상기 제2분기 파이프를 흐르는 냉각수의 유량을 조절하는 제3밸브를 더 포함하여 구성될 수 있다.

한편 본 발명인 선박용 냉각 장치는 상기 열교환기에 의하여 냉각되어 상기 선박 내부의 기계 장비로 향하기 전의 냉각수의 온도를 측정하는 온도 측정기와, 상기 온도 측정기로부터 측정된 온도값을 전송받아, 상기 온도값이 소정 온도 이상이면 상기 모터의 회전 속도를 증가시키고, 상기 온도값이 상기 소정 온도 이하이면 상기 모터의 회전 속도를 감소시키는 모터 콘트롤러를 더 포함할 수도 있다.

또한 상기 온도 측정기로부터 측정된 온도값을 전송받아, 상기 온도값이 소정 온도 이상이면 상기 제2밸브의 개방 정도를 증가시키거나, 상기 제3밸브의 개방 정도를 감소시키는 밸브 콘트롤러를 더 포함할 수도 있다.

상기의 구성과 같이 본 발명에 의한 선박용 냉각 장치에 의하면, 해수를 냉매로 사용하지 않고, 팬에 의해서 발생되는 냉각풍을 냉매로 사용하기 때문에, 해수에 의한 부식에 견디기 위한 고가의 금속을 사용할 필요가 없어, 제조 비용을 대폭적으로 절감할 수 있다. 또한, 열교환기를 갑판 상부로 설치하여, 해수를 끌어 올리기 위한 급수 배관을 선박 내부에 설치할 필요가 없기 때문에, 선박 건조 기간을 대폭 줄일 수 있고, 제조 비용 또한 절감할 수 있다. 또한 기관실의 공기조화를 위해 설치되는 환기팬을 사용하면 별도로 팬을 설치하지 않고도 열교환을 효율적으로 수행할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시에 적합한 실시예를 도면을 들어 자세하게 설명한다.

도2는 본 발명의 실시예에 해당하는 선박용 냉각 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 선박의 선체(1)의 내부에는 주기관, 발전기 엔진 등의 기계 장비(3)가 설치되어 있다. 한편, 상기 기계장비(3)를 냉각시키기 위하여 상기 기계장비(3)에서 발생되는 열을 흡수하는 냉각수를 운반하기 위한 냉각수 파이프(5)가 기계장비(3)를 지나가도록 설치된다. 상기 냉각수 파이프(5)는 상기 기계장비(3)와 접촉하거나 인접하도록 설치되며, 상기 기계장비(3)에서 발생된 열을 복사, 전도 등의 열 전달 방법을 통해 전달 받는다. 상기 냉각수 파이프(5)는 상기 기계장비(3)를 통과하여 선박의 갑판 상부로 연장이 되며, 열교환부(2)를 통과하여 다시 선박 내부에 설치되어 있는 상기 기계장비(3)로 되돌아 오는 순환형 파이프로 설치된다.

냉각수 파이프(5) 내부에는 해수가 아닌 청수가 냉각수로 사용된다. 따라서, 해수의 경우와 같이 해수에 의한 부식에 견디기 위한 티타늄과 같은 고가의 금속 재료가 사용될 필요가 없다.

기계장비(3)를 통과한 냉각수는 펌프(4)에 의해서 갑판 상부로까지 끌어올 려진다. 끌어 올려진 냉각수는 상기 열교환부(2)를 통과하면서 냉각되게 되는데, 상기 열교환부(2)의 구성은 아래와 같다.

갑판 상부로 끌어올려진 냉각수를 운반하는 냉각수 파이프(5)는 열교환기(8)를 통과하는 제1분기 파이프(6)와, 상기 열교환기(8)를 통과하지 않고 냉각수의 유량을 조절하는 쓰리웨이 밸브(11)로 직접 향하는 제2분기 파이프(7)로 분리된다. 한편, 상기 제1분기 파이프(6)를 흐르는 냉각수는 열교환기(8)를 통과하면서 냉각되게 되는데, 상기 열교환기(8)는 대기 중에 노출이 되어 있어서 제1분기 파이프(6) 로부터 흡수한 열을 대기 중으로 발산한다. 따라서, 열교환기(8)를 통과한 제1분기 파이프(6)의 냉각수는 제2분기 파이프(7)의 냉각수보다 더 낮은 온도를 갖게 된다.

상기 열교환부(2)는 상기 열교환기(8)를 통과하는 제1분기 파이프(6)를 더욱 효과적으로 냉각시키기 위하여 상기 열교환기(8)를 향하여 냉각풍을 발생시키는 팬(10)과 상기 팬(10)을 구동하기 위한 모터(9)를 포함한다. 또한, 상기 모터(9)는 모터 콘트롤러(14)와 연결되어 있는데, 상기 모터 콘트롤러(14)는 상기 모터(9)의 회전수를 조절한다. 모터(9)에 의해 발생되는 회전력에 의하여 팬(10)이 회전되고, 팬(10)이 회전하면서 발생되는 냉각풍이 상기 열교환기(8)를 향하여 불어지면서 상기 열교환기(8)를 통과하는 제1분기 파이프(6)의 열이 대기 중으로 발산되게 되는 것이다. 냉각풍이 원활하게 열교환기(8)를 통과하여 대기 중으로 발산되게 하기 위하여는 상기 열교환기(8)가 다수의 공기 통과 구멍을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 열의 발산을 더욱 효과적으로 하기 위해서 상기 열교환기(8)는 표면 적이 최대화 될 수 있도록 표면이 다수의 굴곡, 엠보싱 등을 갖도록 형성될 수 있다. 열교환기(8) 내부를 통과하는 제1분기 파이프(6)는 지그재그로 열교환기(8) 내부를 지나가도록 하여 열교환기(8) 내부를 통과하는 길이가 최대로 하는 것이 냉각 효율을 높이는데 바람직하다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예인 기관실의 환기팬을 활용하는 선박용 냉각 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

상기 팬(10)은 기관실의 환기팬(10-1)을 활용할 수 있다. 즉, 기관실의 공기조화를 위해 설치되는 덕트(16) 내에 위치한 환기팬(10-1)을 사용하면 별도로 팬을 설치하지 않고도 열교환을 효율적으로 수행할 수 있게 된다.

열교환기(8) 내부를 통과한 상기 제1분기 파이프(6) 및 열교환기(8)를 통과하지 않은 상기 제2분기 파이프(7)는 상기 쓰리웨이 밸브(11)에서 다시 만나서 합쳐지게 된다. 상기 쓰리웨이 밸브(11)는 상기 제1분기 파이프 및 상기 제2분기 파이프 전체의 유량을 조절하는 제1밸브(11-1)와, 상기 열교환기(8)의 내부를 통과한 제1분기 파이프(6)를 흐르는 냉각수의 유량을 조절하는 제2밸브(11-2)와, 상기 제2분기 파이프를 흐르는 냉각수의 유량을 조절하는 제3밸브(11-3)로 구성된다. 또한, 상기 각 밸브는 밸브 콘트롤러(12)에 의하여 그 개방 정도가 조절되게 된다.

한편, 상기 밸브 콘트롤러(12)는 온도 측정기(13)와 연결되는데, 상기 온도측정기(13)는 냉각수 파이프(5)의 A지점의 온도를 측정한다. 측정된 A지점의 온도값은 상기 밸브 콘트롤러(12) 및 상기 모터 콘트롤러(14)로 전달되게 된다. A지점의 온도값을 전달받은 밸브 콘트롤러(12)와 모터 콘트롤러(14)는 측정된 A지점의 온도값과 미리 정해진 기준값을 서로 비교한다.

만약 A지점의 온도값이 상기 미리 정해진 기준값보다 높다면, 상기 밸브 콘트롤러(12)는 상기 열교환기(8)를 통과하는 제1분기 파이프(6)에 흐르는 냉각수의 유량을 조절하는 제2밸브(11-2)의 개방 정도를 높인다. 이로써, 제2분기 파이프(7)에 흐르는 냉각수보다 온도가 더 낮은 제1분기 파이프(6)의 냉각수가 더 많이 흐르게 하여 기계장비(3)로 들어가는 냉각수의 온도를 낮아지게 한다. 또는, 제2분기 파이프에 흐르는 냉각수의 유량을 조절하는 제3밸브(11-3)의 개방 정도를 낮아지게 하여 같은 효과를 거둘 수도 있다.

또한, A지점의 온도값이 상기 미리 정해진 기준값보다 높다면, 상기 모터 콘트롤러(14)는 상기 모터(9)의 회전수를 증가시켜서, 보다 강한 세기의 냉각풍이 발생되도록 한다. 이로써, 보다 강한 세기의 냉각풍에 의해 제1분기 파이프(6)를 흐르는 냉각수가 더 낮은 온도로 냉각될 수 있도록 한다.

만약 A지점의 온도값이 상기 미리 정해진 기준값보다 낮다면, 상기 밸브 콘트롤러(12)는 상기 상기 열교환기(8)를 통과하는 제1분기 파이프에 흐르는 냉각수의 유량을 조절하는 제2밸브(11-2)의 개방 정도를 감소시키거나, 제2분기 파이프에 흐르는 냉각수의 유량을 조절하는 제3밸브(11-3)의 개방 정도를 증가시킬 수 있다.

또한, A지점의 온도값이 상기 미리 정해진 기준값보다 낮다면, 상기 모터 콘트롤러(14)는 상기 모터(9)의 회전수를 감소시켜서, 보다 약한 세기의 냉각풍이 발생되도록 한다. 이로써, 냉각수의 온도가 기계장비(3)를 냉각시키기에 충분히 낮 을 경우, 모터 구동에 사용되는 에너지를 감소시켜서 효율적인 운영을 할 수 있다.

상기의 구성과 같이 본 발명에 의한 선박용 냉각 장치에 의하면, 해수를 냉매로 사용하지 않고, 팬에 의해서 발생되는 냉각풍을 냉매로 사용하기 때문에, 해수에 의한 부식에 견디기 위한 고가의 금속을 사용할 필요가 없어, 제조 비용을 대폭적으로 절감할 수 있다. 또한, 열교환기를 갑판 상부로 설치하여, 해수를 끌어올리기 위한 급수 배관을 선박 내부에 설치할 필요가 없기 때문에, 선박 건조 기간을 대폭 줄일 수 있고, 제조 비용 또한 절감할 수 있다.

또한, 냉각수의 온도에 따라 모터 구동에 사용되는 에너지를 효율적으로 사용할 수 있고, 쓰리웨이 밸브를 사용하여 능동적으로 온도 조절을 할 수 있기 때문에 저렴한 비용으로 효율적인 냉각 효과를 거둘 수 있다.

도면을 참조하여 이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 일부 예시적인 것 중 하나이며, 본 발명이 상기 실시예에 국한되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 본 발명의 특허청구범위 및 당업자가 위의 실시예로부터 용이하게 도출해낼 수 있는 변형예에까지 미치는 것으로 해석되어야 한다.한다.

도1은 선박 내부에 설치된 주기관, 발전기 엔진 등을 냉각시키는 종래의 냉각 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.

도2는 본 발명의 실시예에 해당하는 선박용 냉각 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

Claims

선박에서 사용되는 선박 내부에 설치된 기계 장비를 냉각시키기 위한 냉각 장치에 있어서,

냉각수가 상기 기계 장비를 통과하여, 갑판 상부를 지나 다시 상기 기계 장비가 설치된 상기 선박 내부로 순환하는 순환루프를 지나도록 냉각수를 운반하는 냉각수 파이프와,

상기 냉각수 파이프에 연결되며, 상기 냉각수 파이프 내부를 이동하는 냉각수를 상기 갑판 상부로 끌어올리는 펌프와,

상기 펌프에 의해서 상기 갑판 상부로 끌어 올려진 냉각수의 열을 공기 중에서 냉각시키는 갑판 상부에 설치된 열 교환기와,

상기 열교환기를 향하여 냉각풍을 발생시키는 팬과,

상기 팬을 구동하는 모터를 포함하는 선박용 냉각 장치.
제1항에 있어서,

상기 냉각수 파이프는 상기 열교환기를 통과하는 제1분기 파이프와, 상기 선박 내부에 설치된 기계 장비로 직접 연결되는 제2분기 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는

선박용 냉각 장치.
제2항에 있어서,

상기 제1분기 파이프를 흐르는 냉각수 및 상기 제2분기 파이프를 흐르는 냉각수의 유량을 합친 전체 냉각수의 유량을 조절하는 제1밸브와,

상기 열교환기를 통과한 상기 제1분기 파이프를 흐르는 냉각수의 유량을 조절하는 제2밸브와,

상기 제2분기 파이프를 흐르는 냉각수의 유량을 조절하는 제3밸브를 더 포함하는

선박용 냉각 장치.
제2항에 있어서,

상기 열교환기에 의하여 냉각되어 상기 선박 내부의 기계 장비로 향하기 전의 냉각수의 온도를 측정하는 온도 측정기와,

상기 온도 측정기로부터 측정된 온도값을 전송받아, 상기 온도값이 소정 온도 이상이면 상기 모터의 회전 속도를 증가시키고, 상기 온도값이 상기 소정 온도 이하이면 상기 모터의 회전 속도를 감소시키는 모터 콘트롤러를 더 포함하는

선박용 냉각 장치.
제3항에 있어서,

상기 열교환기에 의하여 냉각되어 상기 선박 내부의 기계 장비로 향하기 전의 냉각수의 온도를 측정하는 온도 측정기와,

상기 온도 측정기로부터 측정된 온도값을 전송받아, 상기 온도값이 소정 온도 이상이면 상기 모터의 회전 속도를 증가시키고, 상기 온도값이 상기 소정 온도 이하이면 상기 모터의 회전 속도를 감소시키는 모터 콘트롤러를 더 포함하는

선박용 냉각 장치.
제5항에 있어서,

상기 온도 측정기로부터 측정된 온도값을 전송받아, 상기 온도값이 소정 온도 이상이면 상기 제2밸브의 개방 정도를 증가시키거나, 상기 제3밸브의 개방 정도를 감소시키는 밸브 콘트롤러를 더 포함하는

선박용 냉각 장치.
제1항 내지 제6항의 선박용 냉각 장치를 포함하는 선박.
제1항 내지 제6항에 있어서,

상기 팬은 기관실 환기팬인 것을 특징으로 하는 선박용 냉각 장치.