KR20110037632A - 선박 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박 냉각 시스템에 관한 것으로서, 선박에 설치된 발열 장비에 청수를 순환 공급하여 냉각시키는 청수 쿨러와, 선박의 해수 유입구에 설치되는 해수유입라인과, 청수쿨러의 청수순환라인 상에 일단이 위치되고 타단은 해수유입라인에 설치되어 순환하는 청수를 열교환시키는 히트파이프를 포함한다. 따라서 본 발명에 의하면 청수의 냉각 열교환수단으로 히트파이프를 사용하여 종래와 같이 해수 펌프를 이용한 해수의 직접적인 유입이 없어 배관의 부식과 환경 오염을 해소할 수 있으며, 고가 장비가 아닌 단순 장비로 동력이 없이도 효율적인 냉각이 이루어질 수 있는 효과를 가진다.

선박, 냉각, 청수, 열교환, 히트파이프

Description

선박 냉각 시스템{COOLING SYSTEM FOR A SHIP}

본 발명은 선박 냉각 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 청수와의 열교환을 위하여 열을 효율적으로 전도할 수 있는 히트파이프를 사용함으로써, 공간상의 제약이 없으며 고가의 장비를 사용하지 않으면서도 충분한 냉각 효율을 발휘할 수 있는 선박 냉각 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박의 냉각수 시스템은 엔진(Engine), 발전기(Generator), 전동기(motor), 에어컨 시스템(Air con system), 에어컴프레서(Air compressor) 및 기타 여러 가지 열을 발생시키는 발열 장비를 냉각시키며, 구체적으로 발열 장비를 냉각수로 냉각시키고, 냉각수는 해수를 이용하여 냉각시켰다.

발열 장비를 냉각시키는 시스템으로 펌프 냉각방식(Pump cooling system)과 스쿠프 냉각방식(Scoop Cooling System)이 적용되고 있다.

여기서 펌프 냉각방식으로는 에어 쿨러, 윤활유 쿨러 또는 청수 쿨러 등과 같이 수십 여종이 선박에 적용되어 사용되고 있다.

특히, 청수 쿨러는 선박의 기계류 냉각 시스템(machinery cooling system)의 일종으로서, 기계류의 냉각을 위해 청수를 폐순환 시키는 방법을 사용하고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 선박 펌프 냉각 시스템을 도시한 구성도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 선박 냉각 시스템은 선박에 설치된 메인 엔진, 발전기 엔진 등과 같은 발열 장비(1)에 청수를 순환 공급하여 냉각시키는 청수 쿨러(11)와, 청수 쿨러(11)의 청수를 냉각시키는 해수 쿨러(12)를 포함한다.

청수 쿨러(11)는 발열 장비(1)로 청수를 순환 공급시키는 경로를 제공하는 청수순환라인(11a)과, 청수순환라인(11a) 상에 설치되어 청수에 펌핑력을 제공하는 청수순환펌프(11b)를 포함한다.

해수 쿨러(12)는 청수순환라인(11a)에 청수가 우회하도록 연결되는 청수우회 라인(12a)과, 청수를 청수순환라인(11a)과 청수우회라인(12a) 중 어느 하나를 따라 이송시키는 3방향 밸브(12b)와, 청수우회라인(12a)에 설치되어 청수를 해수와의 열교환에 의해 냉각시키는 열교환기(12c)와, 선박의 해수 유입구(sea chest; 2)로부터 개폐밸브(12j)의 개방에 의해 유입되는 해수를 열교환기(12c)를 통과하여 외부로 배출시키는 경로를 제공함과 아울러 차단밸브(12e)에 의해 개폐되는 해수공급라인(12d)과, 해수공급라인(12d)에 설치되어 해수의 이송을 위한 펌핑력을 제공하는 해수공급펌프(12k)와, 해수공급라인(12d)에 설치되어 개폐밸브(12f,12g)의 개폐에 의해 온도가 상승된 해수를 저장하는 발라스트 탱크(ballast tank; 12h)를 포함한다.

발라스트 탱크(12h)는 저장된 해수를 개폐밸브(12i,12j)의 개폐에 의해 해수 유입구(2)로부터 유입되는 해수를 대신하여 해수공급라인(12d)을 통해서 열교환기(12c)로 공급되도록 한다.

이와 같은 종래의 선박 냉각 시스템은 추력을 담당하는 메인 엔진(main engine), 발전기 엔진(generator engine) 등과 같은 발열 장비(1)를 냉각시키기 위하여 청수순환펌프(11b)의 펌핑에 의해 청수를 청수순환라인(11a)을 따라 발열 장비(1)로 순환 공급시키고, 이 과정에서 온도가 상승한 청수는 열교환기(12c)에서 해수와 열교환에 의해 냉각되며, 청수를 냉각시킴으로써 온도가 상승한 해수는 발라스트 탱크(12h)에 저장되거나 바다에 직접 버려지게 되고, 발라스트 탱크(12h)가 제한 흘수에 도달하면 발라스트 탱크(12h) 내의 해수는 해수 쿨러(12)로 재공급된다.

그러나, 위와 같은 종래의 펌프 냉각 방식에서는 해수의 공급을 위하여 해수공급펌프(12k)를 사용해야 하는데, 이로서 많은 전력이 소비되고, 해수 유입에 따른 배관의 부식 등의 문제를 야기시키고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 청수를 냉각 열교환시킬 수 있는 수단으로 열을 효율적으로 전도할 수 있는 히트파이프(heat pipe)를 설치함으로써, 해수의 유입에 따른 문제점들을 해소할 수 있으며, 공간상의 제약이 없고 고가의 장비를 사용하지 않으면서도 냉각시스템이 단순 화될 수 있는 선박 냉각 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 선박에 설치된 발열 장비에 청수를 순환 공급하여 냉각시키는 청수 쿨러와, 선박의 해수 유입구에 설치되는 해수유입라인과, 청수쿨러의 청수순환라인 상에 일단이 위치되고 타단은 해수유입라인에 설치되어 순환하는 청수를 열교환시키는 히트파이프를 포함하는 선박 냉각 시스템을 제공된다.

그리고 청수순환라인 상에 위치되는 히트파이프의 일단은 청수와 접촉되어 작동유체가 기화되는 증발부이고, 해수유입라인 상에 위치되는 히트파이프의 타단은 해수와 작동유체가 열교환되어 응축되는 응축부일 수 있다.

또한, 본 발명은, 선박에 설치된 발열 장비에 청수를 순환 공급하여 냉각시키는 청수 쿨러와, 선박의 내측면에 설치되는 방열판과, 청수쿨러의 청수순환라인 상에 일단이 위치되고 타단은 방열판에 설치되어 순환하는 청수를 열교환시키는 히트파이프를 포함하는 선박 냉각 시스템을 제공한다.

그리고 청수순환라인 상에 위치되는 히트파이프의 일단은 청수와 접촉되어 작동유체가 기화되는 증발부이고, 방열판에 위치되는 히트파이프의 타단은 작동유체가 방열판에 의하여 열교환되어 응축부일 수 있다.

본 발명의 선박 냉각 시스템에 의하면, 청수의 냉각 열교환수단으로 히트파이프를 사용하여 종래와 같이 해수 펌프를 이용한 해수의 직접적인 유입이 없어 배관의 부식과 환경 오염을 해소할 수 있으며, 고가 장비가 아닌 단순 장비로 동력이 없이도 효율적인 냉각이 이루어질 수 있는 효과를 가진다.

이하 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 하지만, 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박 냉각 시스템의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박 냉각 시스템의 구성도이다.

본 발명에 의한 선박 냉각 시스템은 선박에 설치되는 메인엔진(main engine), 발전기(generator engine) 등과 같은 발열 장비(100)를 냉각시키는 것으로서, 도 2의 제 1 실시예에 따르면, 선박에 설치된 발열 장비에 청수를 순환 공급하여 냉각시키는 청수 쿨러(110)와, 선박의 해수 유입구(120)에 설치되는 해수유입라인(122)과, 이들 청수쿨러(110)의 청수순환라인(112)과 해수유입라인(122) 사이에 설치되어 청수를 열교환으로 냉각시키는 히트파이프(130)를 포함할 수 있다.

여기서 청수 쿨러(110)는 발열 장비(100)로 청수를 순환 공급시키는 경로를 제공하는 청수순환라인(112)과, 청수순환라인(112) 상에 설치되어 청수에 펌핑력을 제공하는 청수순환펌프(114)를 포함할 수 있다.

그리고 선박의 해수 유입구(sea chest;120 )로부터 개폐밸브(124)의 개방에 의해 유입되는 해수의 경로가 되는 해수유입라인(122)이 설치될 수 있다.

히트파이프(heat pipe:130)는 열을 효율적으로 전도할 수 있는 파이프로 알루미늄, 강철, 구리 파이프 등으로 제작될 수 있으며, 내부로는 유리섬유나 망상의 동선 등의 심재를 붙이고, 프레온, 암모니아 등의 작동유체(냉매)를 채운 다음, 진공 배기한 것으로 일단부를 가열하면 내부의 작동유체가 기화되어 압력차에 의해 타단 쪽으로 이동하고 주변으로 열을 방출한 후 다시 응축의 과정을 거쳐 증발부로 귀환하는 구조로 되어 있다.

이러한 히트파이프(130)의 일단이 청수쿨러(110)의 청수순환라인(112) 상에 위치되고, 타단은 해수유입라인(122)에 설치되어 순환하는 청수를 냉각시킬 수 있다.

즉, 청수순환라인(112) 상에 위치되는 히트파이프(130)의 일단은 청수와 접촉되어 작동유체가 기화되는 증발부(132)일 수 있고, 해수유입라인(122) 상에 위치되는 히트파이프(130)의 타단은 해수와 작동유체가 열교환되어 응축되는 응축부(134)일 수 있다.

이에 따른 제 1 실시예의 작용은 다음과 같이 이루어진다.

시스템은 추력을 담당하는 메인 엔진(main engine), 발전기 엔진(generator engine) 등과 같은 발열 장비(100)를 냉각시키기 위하여 청수순환펌프(114)의 펌핑에 의해 청수를 청수순환라인(112)을 따라 발열 장비(100)로 순환 공급시키고, 이 과정에서 온도가 상승한 청수는 히트파이프(130)에서 열교환에 의해 냉각되어 재순 환이 이루어지게 된다.

즉, 히트파이프(130)의 증발부(132)와 접촉되는 청수순환라인(112)의 청수의 열에너지를 히트파이프(130)내의 작동유체에 전달하고, 이렇게 열에너지를 흡수한 작동유체는 기화되어 압력차에 의해 응축부(134)측으로 이동되며, 응축부(134)에서 해수 유입구(120)로 유입되어 해수유입라인(122)을 따라 흐르는 해수와의 열교환을 통해 작동유체가 다시 액화되어 심재를 통해서 다시 증발부(132)측으로 이동되어 청수의 냉각 작동이 반복 실시될 수 있다. 이러한 방식에 따라 대략 46℃로 가열된 청수를 대략 36℃로 온도를 낮춰줄 수 있다.

그리고 도 3의 제 2 실시예에 따르면, 선박에 설치된 발열 장비에 청수를 순환 공급하여 냉각시키는 청수 쿨러(110)와, 청수쿨러(110)와 근접하는 선박(140)의 내측면에 설치되는 방열판(142)과, 이들 청수쿨러(110)의 청수순환라인(112)과 방열판(142)의 사이에 설치되어 청수를 열교환으로 냉각시키는 히트파이프(130)를 포함할 수 있다.

여기서 청수 쿨러(110)는 발열 장비(100)로 청수를 순환 공급시키는 경로를 제공하는 청수순환라인(112)과, 청수순환라인(112) 상에 설치되어 청수에 펌핑력을 제공하는 청수순환펌프(114)를 포함할 수 있다.

그리고 방열판(142)은 복사나 대류 현상 등을 이용하여 열을 방출하는 것으로서, 외부와 접해 있는 선박(140)의 선체 내측에 설치될 수 있다.

그리고 제 1 실시예에서 설명한 바와 같은 히트파이프(130)의 일단이 청수쿨러(110)의 청수순환라인(112) 상에 위치되고, 타단은 방열판(142)에 설치되어 순환 하는 청수를 냉각시킬 수 있다.

즉, 청수순환라인(112) 상에 위치되는 히트파이프(130)의 일단은 청수와 접촉되어 작동유체가 기화되는 증발부(132)일 수 있고, 방열판(142)에 위치되는 히트파이프(130)의 타단은 해수와 작동유체가 열교환되어 응축되는 응축부(134)일 수 있다.

여기서 도 3에서는 방열판(142)가 응축부(134)와 접촉하는 것으로 도시하였으나, 응축부(134)가 방열판(142)의 내부에 위치되도록 마련될 수 도 있다.

이에서 따른 제 2 실시예의 작용은 다음과 같이 이루어진다.

시스템은 추력을 담당하는 메인 엔진(main engine), 발전기 엔진(generator engine) 등과 같은 발열 장비(100)를 냉각시키기 위하여 청수순환펌프(114)의 펌핑에 의해 청수를 청수순환라인(112)을 따라 발열 장비(100)로 순환 공급시키고, 이 과정에서 온도가 상승한 청수는 히트파이프(130)에서 열교환에 의해 냉각되어 재순환이 이루어지게 된다.

즉, 히트파이프(130)의 증발부(132)와 접촉되는 청수순환라인(112)의 청수의 열에너지를 히트파이프(130)내의 작동유체에 전달하고, 이렇게 열에너지를 흡수한 작동유체는 기화되어 압력차에 의해 응축부(134)측으로 이동되며, 응축부(134)에서 방열판(142)과의 열교환을 통해 작동유체가 다시 액화되어 심재를 통해서 다시 증발부(132)측으로 이동되어 청수의 냉각 작동이 반복 실시될 수 있다. 이러한 방식에 따라 대략 46℃로 가열된 청수를 대략 36℃로 온도를 낮춰줄 수 있다.

그러므로 상술한 바에 따르면, 청수를 냉각 열교환시킬 수 있는 수단으로 열 을 효율적으로 전도할 수 있는 히트파이프(130)를 설치함으로써, 해수의 유입에 따른 문제점들을 해소할 수 있으며, 공간상의 제약이 없고 고가의 장비를 사용하지 않으면서도 냉각시스템이 단순화될 수 있다.

이상 본 발명에 따른 선박 냉각 시스템의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 용이하게 변경할 수 있으며, 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.

도 1은 종래 기술에 따른 선박 펌프 냉각 시스템을 도시한 구성도이고,

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박 냉각 시스템의 구성도이고,

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박 냉각 시스템의 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 발열장비 110 : 청수쿨러

112 : 청수순환라인 114 : 청수순환펌프

120 : 해수 유입구 122 : 해수유입라인

124 : 개폐밸브 130 : 히트파이프

132 : 증발부 134 : 응축부

140 : 선박 142 : 방열판

Claims (4)

1. 선박에 설치된 발열 장비에 청수를 순환 공급하여 냉각시키는 청수 쿨러와,

   상기 선박의 해수 유입구에 설치되는 해수유입라인과,

   상기 청수쿨러의 청수순환라인 상에 일단이 위치되고 타단은 상기 해수유입라인에 설치되어 순환하는 청수를 열교환시키는 히트파이프

   를 포함하는 선박 냉각 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 청수순환라인 상에 위치되는 상기 히트파이프의 일단은 청수와 접촉되어 작동유체가 기화되는 증발부이고, 상기 해수유입라인 상에 위치되는 상기 히트파이프의 타단은 해수와 작동유체가 열교환되어 응축되는 응축부인 선박 냉각 시스템.
3. 선박에 설치된 발열 장비에 청수를 순환 공급하여 냉각시키는 청수 쿨러와,

   상기 선박의 내측면에 설치되는 방열판과,

   상기 청수쿨러의 청수순환라인 상에 일단이 위치되고 타단은 상기 방열판에 설치되어 순환하는 청수를 열교환시키는 히트파이프

   를 포함하는 선박 냉각 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 청수순환라인 상에 위치되는 상기 히트파이프의 일단은 청수와 접촉되어 작동유체가 기화되는 증발부이고, 상기 방열판에 위치되는 상기 히트파이프의 타단은 작동유체가 상기 방열판에 의하여 열교환되어 응축되는 응축부인 선박 냉각 시스템.

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