KR20110010321A - 선박 엔진룸의 폐열을 이용한 발라스트수 처리시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박 엔진룸의 페열을 이용한 발라스트수 처리시스템에 관한 것으로, 상세하게는 선박의 발라스트 탱크에 저장된 발라스트수를 가열하여 유기물을 소멸시키는 발라스트수 처리시스템에 있어서, 엔진룸에 설치되며, 내부에 흐르는 저온저압의 냉매가 엔진룸의 폐열을 흡수하여 증발하는 증발기; 상기 증발기에서 증발된 고온저압의 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 고온고압의 냉매가 응축되면서 폐열을 방출하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 저온고압의 냉매가 팽창하면서 상기 증발기에 유입되어 순환되는 팽창기; 상기 응축기와 발라스트 탱크를 연결하며 상기 응축기에서 방출되는 폐열을 흡수하여 발라스트 탱크의 발라스트수를 가열하는 가열수단;으로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 이에 의하여 엔진룸의 버려지는 폐열을 재활용하여 발라스트수를 살균하기 때문에 에너지를 절감할 수 있고, 엔진룸의 온도를 낮출 수 있어 엔진효율 상승 및 별도의 환기장치가 필요 없는 장점이 있다.

선박, 엔진, 발라스트, 폐열, 냉매, 증발기, 압축기, 응축기, 팽창기, 히팅코일

Description

선박 엔진룸의 페열을 이용한 발라스트수 처리시스템{The ballast water treatment system using waste heat in engine room}

본 발명은 선박 엔진룸의 폐열을 이용한 발라스트수 처리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박의 엔진룸에서 버려지는 폐열을 이용하여 발라스트수를 일정기간 가열함으로써 발라스트수 내에 있는 유기물을 소멸시키는 발라스트수 처리시스템에 관한 것이다.

현재 선박의 엔진룸은 엔진 등의 기관과 각종 전기기기의 작동으로 인해 온도가 높게 유지되고 있다. 이러한 엔진룸에서의 온도를 낮추기 위해 선박에서는 대용량의 팬을 사용하여 외부 공기를 엔진룸에 공급하거나 빼내는 방법을 사용하고 있다. 그리고 작동기기의 특성상 낮은 온도가 필요한 장소에는 국부적으로 에어컨을 설치하는 방법을 사용한다.

이렇게 팬을 이용하는 방법은 엔진룸의 폐열(40 ~ 45℃)을 그대로 대기에 방출하는 것으로 에너지 낭비의 원인이 되고 있다.

한편, 선박에서는 발라스트(ballast) 탱크에 발라스트수(ballast water)를 저장한 상태로 운항하는데, 발라스트수는 선박의 무게 중심을 하부로 이동시켜서 선박의 복원력과 추진력을 확보할 수 있게 하는 역할을 한다.

화물을 하역(unloading)할 때 항만에서 발라스트 탱크에 바닷물을 적재하고 다른 항만에서 화물을 적재(loading)할 때 발라스트 탱크에 적재된 바닷물을 버린다. 이때 발라스트수와 함께 배출된 외래 해양생물과 세균 등의 오염물질이 토착 생태계를 교란하고 파괴하는 등의 부작용이 심각하다.

전 세계의 바다에서 이렇게 운반되는 발라스트수는 매년 100억톤에 이르며 매일 3천 여종 이상의 외래 종들이 불가피하게 운반된다.

따라서, 선박의 발라스트수로 인한 해양오염 및 생태계 파괴를 방지하기 위해 선박 내 발라스트수를 방출하기 전에 발라스트수에 대한 살균, 소독을 위한 장치가 개발되고 있다.

살균방식은 물리적 방식과 화학적 방식으로 구분할 수 있는데, 물리적 방식으로는 자외선 방사, 가열, 초음파를 사용하는 방법이 있으며, 화학적 방식은 염소, 오존 등의 화학제를 첨가하는 방식이 주로 이용된다.

여기서, 물리적 방식의 가열에 의한 방법은 다량의 해수를 고온으로 가열해야 하기 때문에 부가적인 에너지가 많이 소모된다. 따라서, 앞서 언급한 엔진룸에서 버려지는 폐열을 이용하여 발라스트수를 가열하는 방법이 요구된다 할 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로 본 발명의 목적은 선박의 엔진룸에서 버려지는 폐열을 회수하여 발라스트수를 가열함으로써 발라스트수 내에 포함된 유기물을 사멸시킬 수 있는 선박 엔진룸의 폐열을 이용한 발라스트수 처리시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 선박의 발라스트 탱크에 저장된 발라스트수를 가열하여 유기물을 소멸시키는 발라스트수 처리시스템에 있어서, 엔진룸에 설치되며, 내부에 흐르는 저온저압의 냉매가 엔진룸의 폐열을 흡수하여 증발하는 증발기; 상기 증발기에서 증발된 고온저압의 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 고온고압의 냉매가 응축되면서 폐열을 방출하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 저온고압의 냉매가 팽창하면서 상기 증발기에 유입되어 순환되는 팽창기; 상기 응축기와 발라스트 탱크를 연결하며 상기 응축기에서 방출되는 폐열을 흡수하여 발라스트 탱크의 발라스트수를 가열하는 가열수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 가열수단은 내부에 흐르는 발라스트수가 상기 응축기로부터 방출된 폐열을 흡수하게 하는 제1열교환기와, 상기 제1열교환기에서 폐열을 흡수한 발라스트수를 발라스트 탱크로 회수하고 다시 상기 제1열교환기로 보내어 순환시키는 순환펌프로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 가열수단은 내부에서 순환되는 열매체가 상기 응축기로부터 방출된 폐열을 흡수하게 하는 제2열교환기와, 발라스트 탱크 내에 설치되고 내부에 열매체가 흐르면서 발라스트수를 가열하는 히팅코일과, 상기 제2열교환기와 히팅코일 간에 열매체를 순환시키는 순환펌프로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명의 효과는 엔진룸의 버려지는 폐열을 재활용하여 발라스트수를 살균하기 때문에 에너지를 절감할 수 있고, 엔진룸의 온도를 낮출 수 있어 엔진효율 상승 및 별도의 환기장치가 필요 없는 장점이 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에 나타난 바는 본 발명의 전반적인 이해를 위해 제시된 것이므로 본 발명의 기술적 범위가 그것들에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 구성 및 기능에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 선박 엔진룸의 폐열을 이용한 발라스트수 처리시스템을 나타내는 구성도이다.

본 발명은 도시된 바와 같이 크게 증발기(10), 압축기(20), 응축기(30), 팽창기(40), 가열수단(50)으로 구성된다.

먼저, 상기 증발기(evaporator,10)는 엔진룸(100)에 설치되어 엔진룸(100) 내 고온의 공기를 유입 받아 순환되는 냉매와 열교환시켜 엔진룸(100) 내의 폐열을 흡수하는 것으로, 통상의 에어컨과 같은 냉방장치에서 볼 수 있는 것과 같이 저온저압의 냉매가 상기 증발기(10) 내를 통과하면서 엔진룸(100) 내의 폐열을 흡수하여 증발(기화)된 후 후술하는 압축기(20)로 보내지게 되는 것이다.

냉매는 R-22, R-134a 계열 등의 모든 상용 냉매를 사용할 수 있다.

다음으로 상기 압축기(compressor,20)는 상기 증발기(10)의 출구 측에 연결되고 상기 증발기(10)에서 폐열을 흡수하여 기체 상태가 된 고온저압의 냉매를 흡입하여 상온에서 응축이 용이한 상태인 고온고압으로 압축하는 것으로서, 냉매를 순환시키는 기능을 한다.

여기서, 상기 압축기(20)는 조건에 따라 복수 개를 사용할 수 있음은 당연하다.

다음으로 상기 응축기(condenser,30)는 상기 압축기(20)의 출구 측에 연결되고 상기 압축기(20)에서 압축된 고온고압의 냉매를 흡입하여 액체상태인 저온고압으로 응축하는 것으로서, 응축되는 과정에서 냉매가 가지고 있던 폐열을 방출한다. 그리고 방출된 폐열은 후술하는 제1열교환기(52) 또는 제2열교환기(54)에 흡수되어 발라스트수를 가열하는데 사용된다.

다음으로 상기 팽창기(expansion valve,40)는 상기 응축기(30)의 출구 측에 연결되고 상기 응축기(30)에서 응축된 저온고압의 냉매를 흡입하여 이를 팽창시킨 후 상기 증발기(10)에 전달하는 것으로서, 냉매 유량을 적절하게 조절하고 고압의 냉매를 교축작용에 의해 저압으로 변화시키는 일종의 감압장치이다.

다음으로 상기 가열수단(50)은 상기 응축기(30)와 발라스트 탱크(200) 사이 에 설치되어 양측을 연결하며 상기 응축기(30)에서 방출되는 폐열을 흡수하여 상기 발라스트 탱크(200)에 저장된 발라스트수에 전달함으로써 발라스트수를 가열한다.

상기 가열수단(50)은 제1열교환기(52)와 순환펌프(56)로 구성될 수 있는데, 상기 제1열교환기(52)는 도시된 바와 같이 상기 응축기(30)와 상호 열교환이 일어날 수 있도록 인접하여 설치되고 내부에는 발라스트 탱크(200)로부터 유입된 발라스트수가 흐른다.

상기 순환펌프(56)는 상기 제1열교환기(52)와 발라스트 탱크(200) 사이에 설치되어 발라스트 탱크(200)로부터 발라스트수를 상기 제1열교환기(52)로 공급해주는 동시에 상기 제1열교환기(52)에서 폐열을 흡수하여 가열된 발라스트수를 다시 회수하여 발라스트 탱크(200)로 보내는 역할을 한다.

주목할 것은 이때 상기 순환펌프(56)에 의해 제1열교환기(52)를 흐르는 것은 발라스트수 자체이며 발라스트수가 직접 상기 응축기(30)로부터 폐열을 흡수하여 순환된다.

도 2를 참조하여 상기 가열수단의 다른 실시 예를 설명하고자 한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예를 나타내는 구성도이다.

도시된 바를 참조하면 상기 가열수단(50)은 제2열교환기(54), 순환펌프(56), 히팅코일(58)로 구성될 수 있다.

상기 제2열교환기(54)와 순환펌프(56)는 상술한 바와 같으므로 설명을 생략하고 상기 히팅코일(58)에 대해 설명하자면, 상기 히팅코일(58)은 열전도체로 이루 어지고 코일형상을 가지며 발라스트 탱크(200) 내에 설치되어 발라스트수에 잠긴 상태이다.

상기 히팅코일(58) 내에 흐르는 것은 앞의 실시 예와 같이 발라스트수가 아니고 별도의 열매체이며, 이 열매체가 상기 순환펌프(56)에 의해 순환되면서 상기 제2열교환기(54)에서 상기 응축기(30)로부터 폐열을 흡수하여 상기 히팅코일(58)에 이르게 되고, 상기 히팅코일(58)에 접촉하는 발라스트수에 폐열을 전달함으로써 발라스트수를 가열하게 된다.

상기 열매체로 물을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명에서 엔진룸(100)의 폐열은 보통 35~45℃ 정도이고 이러한 폐열을 상기 증발기(10)에서 냉매가 흡수하여 상기 압축기(20)에 보내지고 약 70℃ 정도의 온도를 가지는 냉매가 되며 상기 응축기(30)에서 상기 제1열교환기(52) 또는 제2열교환기(54)에 의해 열교환된 후 발라스트수를 가열하게 된다. 이때 발라스트수는 보통 20~30℃ 정도인데 본 발명에 의해서 약 35~45℃ 정도로 가열될 수 있다.

기 발표된 문헌([Utilization of diesel engine waste heat for ship ballast water treatment.- D.Radan & J.Lovric])에 의하면 대부분의 해양 유기물은 36 ~ 46℃에서 10분 내지 16시간 노출이 되면 대부분 소멸됨을 실험에 의해 확인하였다. 아래 표는 위 문헌 상에 제시된 유기물 소멸에 필요한 온도와 시간을 나타낸 것이다.

Exposure	Duration	Temperature
Short	≤ 10 min.	≥ 46℃
Medium	10 min. to 16 hr.	36℃ to 45℃
Long	≥ 16 hr.	≤ 36℃

상기 표에 나타난 바와 같이 본 발명에 의해서 발라스트수를 35~45℃ 정도로 가열한 상태로 최소 16시간 이상 지속되면 대부분의 유기물은 소멸될 것으로 추측된다.

일반적으로 선박의 운항 특성상 port to port의 운항시간이 짧을 경우 에도 2~3일 정도 소요되므로 본 발명의 시스템을 사용하여 발라스트수를 처리하는데 충분한 시간이다.

이상과 같이 본 발명은 선박의 엔진룸에서 버려지는 폐열을 이용하여 발라스트수를 일정 온도 이상으로 가열하여 발라스트수 내에 포함된 유기물을 소멸할 수 있는 시스템을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예는 단지 하나의 실시 예에 불과하므로 본 발명의 진정한 범위는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 선박 엔진룸의 폐열을 이용한 발라스트수 처리시스템을 나타내는 구성도.

도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예를 나타내는 구성도.

<< 도면의 주요부분에 대한 설명 >>

10 : 증발기 20 : 압축기

30 : 응축기 40 : 팽창기

50 : 가열수단 52 : 제1열교환기

54 : 제2열교환기 56 : 순환펌프

58 : 히팅코일

100 : 엔진룸 200 : 발라스트 탱크

Claims (3)

1. 선박의 발라스트 탱크에 저장된 발라스트수를 가열하여 유기물을 소멸시키는 발라스트수 처리시스템에 있어서,

   엔진룸에 설치되며, 내부에 흐르는 저온저압의 냉매가 엔진룸의 폐열을 흡수하여 증발하는 증발기;

   상기 증발기에서 증발된 고온저압의 냉매를 압축하는 압축기;

   상기 압축기에서 압축된 고온고압의 냉매가 응축되면서 폐열을 방출하는 응축기;

   상기 응축기에서 응축된 저온고압의 냉매가 팽창하면서 상기 증발기에유입되어 순환되는 팽창기;

   상기 응축기와 발라스트 탱크를 연결하며 상기 응축기에서 방출되는 폐열을 흡수하여 발라스트 탱크의 발라스트수를 가열하는 가열수단;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박 엔진룸의 폐열을 이용한 발라스트수 처리시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열수단은,

   내부에 흐르는 발라스트수가 상기 응축기로부터 방출된 폐열을 흡수하게 하는 제1열교환기와, 상기 제1열교환기에서 폐열을 흡수한 발라스트수를 발라스트 탱크로 회수하고 다시 상기 제1열교환기로 보내어 순환시키는 순환펌프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박 엔진룸의 폐열을 이용한 발라스트수 처리시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열수단은,

   내부에서 순환되는 열매체가 상기 응축기로부터 방출된 폐열을 흡수하게 하는 제2열교환기와, 발라스트 탱크 내에 설치되고 내부에 열매체가 흐르면서 발라스트수를 가열하는 히팅코일과, 상기 제2열교환기와 히팅코일 간에 열매체를 순환시키는 순환펌프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박 엔진룸의 폐열을 이용한 발라스트수 처리시스템.

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