KR20100136151A - 선박의 냉각 시스템 - Google Patents

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    • B63J2/12—Heating; Cooling

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Abstract

본 발명은 에너지를 절감할 수 있도록 된 선박의 냉각 시스템에 관한 것으로서, 유입되는 청수를 펌핑하는 청수 냉각 펌프와; 해수 유입구를 통해 유입되는 해수를 펌핑하는 주 해수 냉각 펌프와; 청수 냉각 펌프로부터 유입되는 청수를 주 해수 냉각 펌프로부터 유입되는 해수를 통해 냉각 처리하는 냉각기와; 냉각기에서 냉각 처리된 냉각수를 운전 장비로 공급하는 연결 배관 상에 설치되는 온도 감지 센서와; 온도 감지 센서에서 감지된 냉각수 온도값을 수신하고 수신한 온도값에 따라 주 해수 냉각 펌프를 제어하는 컨트롤 패널을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 청수 바이패스관을 없애고 운전 장비로 공급되는 냉각수 온도값에 따라 주 해수 냉각 펌프의 회전수를 적절히 변경하여 주 해수 냉각 펌프의 부하를 낮춤으로써 에너지를 절감할 수 있다.
선박, 냉각, 에너지, 청수, 해수

Description

선박의 냉각 시스템{COOLING SYSTEM FOR A VESSEL}
본 발명은 선박의 냉각 시스템에 관한 것으로서, 특히 에너지를 절감할 수 있도록 된 선박의 냉각 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박에 설치되는 메인 엔진, 발전기 엔진 등과 같은 장비는 운전시에 열을 발생하기 때문에 이러한 운전 장비로부터 발생되는 열을 냉각시키기 위하여 청수 쿨러(fresh water cooler) 등을 비롯한 여러 가지 냉각 장치가 사용되고 있다. 이러한 선박의 운전 장비를 냉각시키기 위한 청수 쿨러의 경우, 운전 장비의 열을 폐루프(close loop) 순환되는 청수로 냉각시켜 주고, 이로 인해 온도가 상승한 청수를 해수로 냉각시켜서 운전 장비에 다시 공급하게 된다.
한편, 중앙 집중 냉각 시스템(Central cooling system)의 경우, 중앙 집중 청수 냉각기(Central cooling fresh water cooler) 설계 시 여름철 최대 해수(Sea water) 온도 32℃가 적용됨에 따라 냉각기 전열 효율을 고려하여 저온 냉각 회로 온도 설정값을 36℃로 결정한다. 또한, 냉각이 필요한 장비들의 입구 온도를 선박의 운전 조건에 관계없이 항상 일정하게 유지할 수 있도록 냉각기 출구에 바이패스관과 온도조절 밸브가 설치된다.
그리고, 중앙 집중 청수 냉각기의 설계 기준은 여름철 최대 해수 온도 32℃ 적용, 선박 운항 시 발생 할 수 있는 최대 부하 운전 조건에서 운전 장비를 냉각 시킬 수 있는 용량으로 선정한다. 따라서, 주 기관의 부하 저하 혹은 해수 온도가 낮은 선박 운항 항로에서, 일부 고온 냉각수는 온도 조절 밸브 작동에 따라 바이패스관을 통해 냉각기를 경유하지 않고 냉각기를 경유한 저온 냉각 청수와 혼합하여 청수 냉각수 온도 36℃가 유지되어 운전 장비에 냉각수로 공급된다. 이 경우, 바이패스관에 흐르는 고온 냉각 청수 량은 해수 온도가 낮을수록 선박의 운전 부하가 낮을수록 증가한다.
도 1은 종래 선박의 냉각 시스템을 도시한 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래 선박의 냉각 시스템은 유입되는 청수를 펌핑하는 청수 냉각 펌프(10), 해수 유입구(1)를 통해 유입되는 해수를 펌핑하는 주 해수 냉각 펌프(20) 및 청수 냉각 펌프(10)로부터 유입되는 청수를 주 해수 냉각 펌프(20)로부터 유입되는 해수를 통해 냉각 처리하는 냉각기(30)를 구비한다. 그리고, 냉각기(30)에서 냉각 처리된 냉각수를 운전 장비로 공급하는 연결 배관(31) 상에는 유량 조절 밸브(40)와 온도 감지 센서(50)가 설치되고, 또한 청수 냉각 펌프(10)에서 펌핑된 청수를 운전 장비로 바이패스시키기 위한 청수 바이패스관(11)이 설치된다.
이러한 냉각 시스템은 온도 감지 센서(50)에서 감지한 냉각수 온도값에 따라 유량 조절 밸브(40)를 통해 냉각수의 양을 조절하게 된다.
그런데, 일반적으로 중앙 집중 청수 냉각기의 설계 기준으로 선박이 운전되 는 경우는 극히 적으나 상기 운전 설계 기준에 따라 선박의 운항 조건에 관계없이 주 해수 냉각 펌프(20)가 선박의 최대 부하 운전에서 설계된 용량을 냉각기(30)에 송출함에 따라 청수 바이패스관(11)을 경유하는 고온 냉각 청수가 항상 존재함으로써 에너지가 낭비되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 청수 바이패스관을 없애고 주 해수 냉각 펌프 회전수를 변경하여 주 해수 냉각 펌프의 부하를 낮추어 에너지를 절감할 수 있도록 된 선박의 냉각 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 주 해수 냉각 펌프의 회전수 조절 및 저온 냉각수 온도 조절에 따른 주 기관 연료 소모율 감소를 통해 에너지를 절감할 수 있도록 된 선박의 냉각 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 선박의 냉각 시스템은, 선박에 설치된 운전 장비를 냉각시키기 위한 시스템으로서, 유입되는 청수를 펌핑하는 청수 냉각 펌프와; 해수 유입구를 통해 유입되는 해수를 펌핑하는 주 해수 냉각 펌프와; 청수 냉각 펌프로부터 유입되는 청수를 주 해수 냉각 펌프로부터 유입되는 해수를 통해 냉각 처리하는 냉각기와; 냉각기에서 냉각 처리된 냉각수를 운전 장비로 공급하는 연결 배관 상에 설치되는 온도 감지 센서와; 온도 감지 센서에서 감지된 냉각수 온도값을 수신하고 수신한 온도값에 따라 주 해수 냉각 펌프를 제어하는 컨트롤 패널을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 냉각 시스템은, 상기 컨트롤 패널과 주 해수 냉각 펌프 사이에, 컨트롤 패널로부터 제어 신호를 수신하여 주파수 변환을 통해 주 해수 냉각 펌 프의 회전수를 제어하는 주파수 컨버터를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤 패널은, 온도 감지 센서로부터 수신한 냉각수 온도값이 제 1설정 온도값 이하인가를 판단하는 단계와; 수신한 온도값이 제 1설정 온도값 이하이면 제 2설정 온도값(제 1설정 온도값>제 2설정 온도값) 이하인가를 판단하는 단계와; 수신한 온도값이 제 2설정 온도값 이하이면 주 해수 냉각 펌프의 회전수가 설정된 최소 회전수 이상인가를 판단하는 단계와; 주 해수 냉각 펌프의 회전수가 최소 회전수 이상이면 주 해수 냉각 펌프의 회전수를 설정된 회전수만큼 감소시키는 단계와; 일정한 시간이 경과하면 상기 온도 감지 센서로부터 수신한 온도값이 제 1설정 온도값 이하인가를 판단하는 단계로 피드백하는 단계를 포함하여 이루어지는 제어 로직을 통해 주 해수 냉각 펌프를 제어할 수 있다.
이 경우, 상기 컨트롤 패널은, 온도 감지 센서로부터 수신한 온도값이 제 1설정 온도값 이하인가를 판단하는 단계와; 수신한 온도값이 제 1설정 온도값 이하가 아니면 주 해수 냉각 펌프의 회전수가 설정된 최대 회전수 이하인가를 판단하는 단계와; 주 해수 냉각 펌프의 회전수가 최대 회전수 이하이면 주 해수 냉각 펌프의 회전수를 설정된 회전수만큼 증가시키는 단계와; 일정한 시간이 경과하면 상기 온도 감지 센서로부터 수신한 온도값이 제 1설정 온도값 이하인가를 판단하는 단계로 피드백하는 단계를 포함하여 이루어지는 제어 로직을 통해 주 해수 냉각 펌프를 제어할 수 있다.
이와 더불어, 상기 냉각 시스템은, 주 해수 냉각 펌프의 회전수가 설정된 목표 회전수(목표 회전수>최소 회전수)에 도달하면 목표 회전수를 유지할 수 있도록 하여 선박 운항 조건에 따라 저온 청수 냉각수 온도를 지속적으로 낮출 수 있다.
본 발명에 따르면, 청수 바이패스관을 없애고 운전 장비로 공급되는 냉각수 온도값에 따라 주 해수 냉각 펌프의 회전수를 적절히 변경하여 주 해수 냉각 펌프의 부하를 낮춤으로써 에너지를 절감할 수 있다. 또한, 주 해수 냉각 펌프의 회전수 조절 및 저온 냉각수 온도 조절에 따른 주 기관 연료 소모율을 감소시킴으로써 에너지를 절감할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 선박의 냉각 시스템을 도시한 개략도이다.
본 발명에 따른 선박의 냉각 시스템은 선박에 설치된 메인 엔진, 발전기 엔진 등과 같은 운전 장비들을 냉각 처리시키되 에너지를 최대한으로 절감할 수 있도록 된 시스템이다. 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 선박의 냉각 시스템은 크게 청수 냉각 펌프(110), 주 해수 냉각 펌프(120), 냉각기(130), 온도 감지 센서(140), 컨트롤 패널(150) 및 주파수 컨버터(160)를 구비한다.
상기 청수 냉각 펌프(110)는 복수개의 펌프(도 2에서는 3개 도시)를 구비할 수 있으며 유입되는 청수를 펌핑하고, 상기 주 해수 냉각 펌프(120)는 복수개의 펌프(도 2에서는 2개 도시)를 구비할 수 있으며 해수 유입구(1)를 통해 유입되는 해수를 펌핑한다.
상기 냉각기(130)는 복수개의 냉각기(도 2에서는 2개 도시)를 구비할 수 있 으며 청수 냉각 펌프(110)로부터 유입되는 청수를 주 해수 냉각 펌프(120)로부터 유입되는 해수를 통해 냉각 처리한다.
상기 온도 감지 센서(140)는 냉각기(130)에서 냉각 처리된 냉각수를 외부의 운전 장비(미도시)로 공급하는 연결 배관(132) 상에 설치된다.
상기 컨트롤 패널(150)은 일종의 중앙 처리 장치로서 온도 감지 센서(140)에서 감지된 냉각수 온도값을 수신함과 아울러 수신한 온도값에 따라 주 해수 냉각 펌프(120) 회전수를 제어한다.
상기 주파수 컨버터(160)는 컨트롤 패널(150)로부터 소정의 제어 신호를 수신하여 주파수 변환을 통해 주 해수 냉각 펌프(120)의 회전수를 제어할 수 있도록 컨트롤 패널(150)과 주 해수 냉각 펌프(120) 사이에 설치된다.
본 발명에 따른 선박의 냉각 시스템의 제어 로직(control logic)은 크게 DOL(Direct On Line) 모드 및 주파수 모드로 구분할 수 있다.
먼저, DOL(Direct On Line) 모드에서 주 해수 냉각 펌프(120)의 스탠바이 펌프는 주 해수 냉각 펌프(120)의 작동 펌프의 비정상(Abnormal) 혹은 트립(trip)에 의한 해수 관의 Low pressure 감지 시 스타팅된다. 주 해수 냉각 펌프(120)는 스탠바이 펌프 컨트롤 기능을 가지고 있다.
주파수 모드는 온도 감지 센서(140)에 의해 자동적으로 제어되는 모드로서, DOL 모드로 한 주 해수 냉각 펌프(120)가 구동되고 있을 때 매뉴얼로 선택할 수 있다. 주 해수 냉각 펌프(120)의 작동 펌프가 원격 모드로 정상적으로 운전되고 있을 때, 주 해수 냉각 펌프(120)의 작동 펌프는 자동적으로 주파수 컨트롤 펌프로 변경된다. 이때 주 해수 냉각 펌프(120)의 스탠바이 펌프는 인터록킹(Interlocking) 되어야 한다. 컨트롤 패널(150)에서는 주 해수 냉각 펌프(120)의 작동 펌프의 속도 제어를 위해 제어 신호 레인지(예컨대, 4mA-Min. rpm, 20mA-Max. rpm) 내에서 소정의 제어 신호를 주파수 컨버터(160)에 제공한다.
한편, 제어 신호 레인지의 Min. rpm을 Max. rpm의 일정한 비율(예컨대, 70%)로 설정하게 되면 해수 온도가 낮아지거나 시스템의 저 부하시 저온 청수 냉각수 온도는 계속해서 낮아져서 주 기관 및 발전 기관의 연료 소모량을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.
주 해수 냉각 펌프(120)의 작동 펌프가 비정상 혹은 주파수 컨버터(160)가 비정상인 경우, 주파수 모드는 자동으로 DOL 모드로 변경된다. 이 경우, 주 해수 냉각 펌프(120)의 스탠바이 펌프는 자동으로 스타팅된다.
그리고, 주 해수 냉각 펌프(120)의 스탠바이 펌프가 스탠바이 스타팅된 후, 주파수 모드로 변경하고자 할 경우에는 매뉴얼로 변경해야 한다.
도 3은 본 발명에 따른 선박의 냉각 시스템의 제어 흐름도로서, 주파수로 제어되는 로직을 설명한다.
먼저, 냉각 시스템의 컨트롤 패널(150)은 온도 감지 센서(140)로부터 수신한 냉각수 온도값이 제 1설정 온도값(예컨대, 36℃) 이하인가를 판단하고(S110), 이어서 수신한 온도값이 제 1설정 온도값 이하인 경우에는 제 2설정 온도값(예컨대, 34 ℃) 이하인가를 판단한다(S120).
계속해서, 수신한 온도값이 제 2설정 온도값 이하인 경우에는 주 해수 냉각 펌프(120)의 회전수가 설정된 최소 회전수 이상인가를 판단하여, 최소 회전수 이상이면 주파수 컨버터(160)를 제어하여 주 해수 냉각 펌프(120)의 회전수를 설정된 회전수(예컨대, 20 rpm)만큼 감소시킨다(S130),(S140). 그리고, 일정한 시간(예컨대, 5 min.)이 경과하면 상기 S110 단계로 피드백한다(S150). 이와 같이, 감지된 냉각수 온도값에 따라 주 해수 냉각 펌프(120)의 회전수 변경을 통해 주 해수 냉각 펌프(120)의 부하를 낮추어서 에너지를 절감하는 것이다.
이때, 냉각 시스템은, 주 해수 냉각 펌프(120)의 회전수가 설정된 목표 회전수(목표 회전수>최소 회전수)에 도달하면 목표 회전수를 유지할 수 있도록 온도 감지 센서(140)를 통한 주 해수 냉각 펌프(120)의 회전수 제어 기능을 차단시키고 선박 운항 조건에 따라 냉각수 온도를 지속적으로 낮출 수 있다.
한편, 냉각 시스템의 컨트롤 패널(150)은 온도 감지 센서(150)로부터 수신한 온도값이 제 1설정 온도값 이하가 아닌 경우, 즉 제 1설정 온도값을 초과하는 경우에는 주 해수 냉각 펌프(120)의 회전수가 설정된 최대 회전수 이하인가를 판단하여, 최대 회전수 이하이면 주파수 컨버터(160)를 제어하여 주 해수 냉각 펌프(120)의 회전수를 설정된 회전수(예컨대, 30 rpm)만큼 증가시킨다(S110),(S160),(S170). 그리고, 일정한 시간(예컨대, 5 min.)이 경과하면 상기 S110 단계로 피드백한다(S180).
본 발명에 따른 선박의 냉각 시스템의 작용을 설명한다.
먼저, 냉각 시스템의 주파수 모드 제어를 위해 제 1설정 온도값은 36℃, 제 2설정 온도값은 34℃, 목표 회전수는 최대 회전수의 70%로 설정되었다고 가정한다.
만약 냉각 시스템의 온도 감지 센서(140)에서 감지된 온도가 36℃를 초과한 경우, 주 해수 냉각 펌프(120)의 속도는 현재 속도에서 자동적으로 30 rpm씩 증가된다. 그리고, 온도 감지 센서(140)에서 감지된 온도가 34℃ 이하가 될 때까지 주 해수 냉각 펌프(120)의 속도는 한번에 30 rpm씩 계속 증가된다. 온도 감지 센서(140)에서 감지된 온도가 34~36℃ 사이값이라면 주 해수 냉각 펌프(120)의 속도는 현재 상태를 유지한다.
그리고, 만약 온도 감지 센서(140)에서 감지된 온도가 34℃ 이하로 떨어지면 주 해수 냉각 펌프(120)의 속도는 현재 속도에서 자동적으로 20 rpm씩 감소된다. 그리고, 온도 감지 센서(140)에서 감지된 온도가 34℃ 이하가 유지되면 주 해수 펌프(120)의 속도는 한번에 20 rpm씩 계속 감소된다. 이때, 주 해수 냉각 펌프(120)의 속도가 감소하여 목표 회전수에 도달하면 더 이상의 주 해수 냉각 펌프(120)의 속도 감소없이 현재의 목표 회전수를 유지할 수도 있다. 이러한 경우, 청수 냉각수 온도가 떨어지는 효과를 얻어 주 기관 및 발전 기관의 연료 소비량을 감소시킬 수있다. 상기 각 스텝 사이의 시간 간격 설정은 조절 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 선박의 냉각 시스템을 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은 종래 선박의 냉각 시스템을 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 선박의 냉각 시스템을 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 선박의 냉각 시스템의 제어 흐름도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110 : 청수 냉각 펌프 120 : 주 해수 냉각 펌프
130 : 냉각기 132 : 연결 배관
140 : 온도 감지 센서 150 : 컨트롤 패널
160 : 주파수 컨버터

Claims (5)

  1. 선박에 설치된 운전 장비를 냉각시키기 위한 시스템으로서,
    유입되는 청수를 펌핑하는 청수 냉각 펌프와;
    해수 유입구를 통해 유입되는 해수를 펌핑하는 주 해수 냉각 펌프와;
    청수 냉각 펌프로부터 유입되는 청수를 주 해수 냉각 펌프로부터 유입되는 해수를 통해 냉각 처리하는 냉각기와;
    냉각기에서 냉각 처리된 냉각수를 운전 장비로 공급하는 연결 배관 상에 설치되는 온도 감지 센서와;
    온도 감지 센서에서 감지된 냉각수 온도값을 수신하고 수신한 온도값에 따라 주 해수 냉각 펌프를 제어하는 컨트롤 패널을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 선박의 냉각 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서 상기 냉각 시스템은,
    상기 컨트롤 패널과 주 해수 냉각 펌프 사이에, 컨트롤 패널로부터 제어 신호를 수신하여 주파수 변환을 통해 주 해수 냉각 펌프의 회전수를 제어하는 주파수 컨버터를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 선박의 냉각 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서 상기 컨트롤 패널은,
    온도 감지 센서로부터 수신한 냉각수 온도값이 제 1설정 온도값 이하인가를 판단하는 단계와;
    수신한 온도값이 제 1설정 온도값 이하이면 제 2설정 온도값(제 1설정 온도값>제 2설정 온도값) 이하인가를 판단하는 단계와;
    수신한 온도값이 제 2설정 온도값 이하이면 주 해수 냉각 펌프의 회전수가 설정된 최소 회전수 이상인가를 판단하는 단계와;
    주 해수 냉각 펌프의 회전수가 최소 회전수 이상이면 주 해수 냉각 펌프의 회전수를 설정된 회전수만큼 감소시키는 단계와;
    일정한 시간이 경과하면 상기 온도 감지 센서로부터 수신한 온도값이 제 1설정 온도값 이하인가를 판단하는 단계로 피드백하는 단계를 포함하여 이루어지는 제어 로직을 통해 주 해수 냉각 펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박의 냉각 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서 상기 컨트롤 패널은,
    온도 감지 센서로부터 수신한 온도값이 제 1설정 온도값 이하인가를 판단하는 단계와;
    수신한 온도값이 제 1설정 온도값 이하가 아니면 주 해수 냉각 펌프의 회전수가 설정된 최대 회전수 이하인가를 판단하는 단계와;
    주 해수 냉각 펌프의 회전수가 최대 회전수 이하이면 주 해수 냉각 펌프의 회전수를 설정된 회전수만큼 증가시키는 단계와;
    일정한 시간이 경과하면 상기 온도 감지 센서로부터 수신한 온도값이 제 1설 정 온도값 이하인가를 판단하는 단계로 피드백하는 단계를 포함하여 이루어지는 제어 로직을 통해 주 해수 냉각 펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박의 냉각 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서 상기 냉각 시스템은,
    주 해수 냉각 펌프의 회전수가 설정된 목표 회전수(목표 회전수>최소 회전수)에 도달하면 목표 회전수를 유지할 수 있도록 선박 운항 조건에 따라 냉각수 온도를 지속적으로 낮추는 것을 특징으로 하는 선박의 냉각 시스템.
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Cited By (12)

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