KR20110116738A - 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박에 의하면, 배기 가스에 포함된 폐열을 2회에 걸쳐 회수함으로써 에너지 낭비를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

Description

선박{VESSEL}
본 발명은 선박에 관한 것이다.
컨테이너선과 같은 대형 선박의 추진 시스템은 추력을 발생시키는 프로펠러, 상기 프로펠러에 연결되는 회전 축, 상기 회전 축을 구동하기 위한 에너지를 발생시키는 엔진을 포함한다. 상기 엔진은 디젤을 연료로 하는 엔진일 수 있으며, 액화천연가스 운반선의 경우에는 화물창 내의 증발 가스를 이용하여 구동되는 엔진일 수도 있다.
상기와 같이 화석 연료를 사용하는 엔진들은 고온의 배기 가스를 배출한다. 최근의 연료 가격의 상승 및 환경 문제에 대한 관심이 높아짐에 따라, 더 적은 배기 가스와 더 낮은 작동 비용을 위한 에너지 회수에 대한 관심이 증대되고 있다. 예를 들면, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기 가스에 포함된 폐열을 이용하여 증기를 발생시켜 증기 터빈을 구동하고, 이로부터 발전을 하여 전력 생산을 하는 방법이 사용되기도 한다.
한편, 선박에 탑승하고 있는 선원들의 쾌적한 생활 및 각종 장치의 적절한 운용을 위해서는 선박 내부가 적정 습도로 유지되어야 한다. 이를 위해, 선박에는 다양한 형태의 가습기가 제공된다.
일반적으로, 선박에 제공되는 가습기는 필터에 물을 공급하여 기화시키는 기화식과 스프레이로 물을 분사하는 무화식이 사용되고 있으며, 증기가 공급되는 증기식이 사용될 수 있다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.
상기 엔진으로부터 배출되는 배기 가스에 포함된 열 에너지가 충분히 사용되지 못하고 낭비된다는 문제가 있다.
또한, 기화식 가습기는 능동적으로 습도를 조절하기 어려우며, 공급할 수 있는 수분의 양에 한계가 있다는 문제가 있다. 아울러, 무화식 가습기는 물의 공급량 대비 증발량 효율이 50%을 넘지 못하고, 덕트 내부로 물방울이 유입되어 덕트의 이음새 부분에서 누수가 발생되는 문제가 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해 증기식 가습기를 사용할 수 있으나, 증기식 가습기는 물을 끓이기 위한 에너지가 소비되어야 한다는 문제가 있다.
본 발명의 실시예는, 엔진의 배기 가스에 포함된 폐열을 충분히 활용하는 선박을 제공하고자 한다.
또한, 에너지 소비를 최소화하면서 증기식 가습기를 사용할 수 있는 선박을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은 엔진의 배기 가스로부터 열을 흡수하여 증기 터빈에 공급되는 발전용 증기를 발생시키는 제 1 열 교환기; 상기 증기 터빈에 연결되는 발전기; 상기 제 1 열 교환기로부터 배출된 배기 가스로부터 열을 흡수하여 가습용 증기를 발생시키는 제 2 열 교환기; 및 상기 제 2 열 교환기로부터 발생된 가습용 스팀을 선체에 공급하는 가습기를 포함한다.
또한, 상기 엔진의 배기 가스의 일부가 공급되며 상기 증기 터빈에 연결되는 배기 가스 터빈이 더 포함되고, 상기 배기 가스 터빈을 통과한 배기 가스는 상기 제 1 열 교환기로부터 배출된 배기 가스와 혼합되어 상기 제 2 열 교환기로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 일 측면에 따른 선박에 의하면, 배기 가스에 포함된 폐열을 2회에 걸쳐 회수함으로써 에너지 낭비를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 배기 가스의 폐열을 사용하여 가습기에 필요한 증기를 생성하므로, 연료 소비를 줄일 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 엔진 배기 가스 폐열 활용 방법을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 도 1의 제 2 열 교환기를 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 도 1의 제 1 열 교환기를 통과하기 전과 후의 배기 가스의 온도 변화를 보여주는 그래프.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 엔진 배기 가스 폐열 활용 방법을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 제 2 열 교환기를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 도 1의 제 1 열 교환기를 통과하기 전과 후의 배기 가스의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박에는 추력을 발생시키는 엔진(100)이 포함되는 추력 발생 시스템, 상기 엔진(100)으로부터 발생된 배기 가스의 폐열을 흡수하는 제 1 열 교환기(210) 및 제 2 열 교환기(220), 선실 등 선박 내부의 습도를 조절하는 증기식 가습기(420)가 포함될 수 있다.
상기 추력 발생 시스템에는 추력을 발생시키는 프로펠러(130), 상기 프로펠러(130)에 연결되며 상기 엔진(100)에 의해 회전되는 회전 축(120)이 포함될 수 있다.
상기 회전 축(120)에는 필요에 따라 상기 프로펠러(130)를 회전시키기 위한 추가의 에너지를 공급하기 위한 부스터 모터(110)가 더 연결될 수 있다. 상기 부스터 모터(110)가 제공됨에 따라, 큰 추력이 필요한 순간에 상기 회전 축(120)에 적절한 동력을 더 가할 수 있으므로 보다 효율적으로 선박을 운행할 수 있다.
상기 엔진(100)은 디젤을 연료로 하는 엔진일 수 있으며, 상기 엔진(100)으로부터는 배기 가스가 방출된다. 본 실시예에서는 선적 용량의 85%를 적재했을 때, 68,000kW의 출력을 내는 디젤 엔진을 예로 설명하겠다. 그러나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 상기 제 1 열 교환기(210)를 통과한 배기 가스의 온도가 물의 끓는 점보다 높게 형성될 수 있는 모든 형태의 엔진에 적용 가능하다.
이 경우, 상기 엔진(100)에서 배출되는 배기 가스의 온도는 300℃ 이상의 고온이며, 배기 가스 중 일부는 상기 제 1 열 교환기(210)로 공급되고, 나머지는 배기 가스 터빈(310)으로 공급될 수 있다.
상기 제 1 열 교환기(210)는 상기 엔진(100)으로부터 배출된 배기 가스와 순환수를 서로 열 교환 시킨다. 상세히, 상기 제 1 열 교환기(210)에는 배기 가스와 순환수가 서로 섞이지 않고 열 교환할 수 있도록 배기 가스 유로와 순환수 유로가 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 순환수 유로가 상기 배기 가스 유로를 관통하도록 형성될 수 있다.
여기서, 순환수는 장치의 부식을 방지하기 위한 부식방지재 등의 화학 물질이 포함된 물일 수 있다. 따라서, 순환수는 선실 등 선박 내부의 가습용으로 사용하기 어렵다.
순환수는 상기 제 1 열 교환기(210)를 통과하며 배기 가스로부터 열을 흡수하여 증발되어 증기가 된다. 상기 제 1 열 교환기(210)로부터 배출되는 증기는 증기 터빈(320)으로 공급되거나, 선박의 난방 등 열이 필요한 각종 서비스 시스템(410)에서 사용될 수 있다. 또한, 상기 증기 터빈(320)을 통과한 증기와 상기 서비스 시스템(410)에서 사용된 증기는 다시 상기 제 1 열 교환기(210)로 공급될 수 있다. 즉, 순환할 수 있다. 여기서, 상기 제 1 열 교환기(210)에서 생성되어 상기 증기 터빈(320)에 공급되는 증기는 발전용 증기라고 할 수 있다.
이때, 상기 제 1 열 교환기(210)의 입구(211) 및 출구(212)에서의 배기 가스의 온도를 측정해보면, 상기 제 1 열 교환기(210)의 입구(211)의 배기 가스의 온도는 300℃ 이상의 고온이며, 상기 제 1 열 교환기(210)의 출구(212)의 배기 가스의 온도는 약 160℃ 정도이다. 배기 가스는 상기 제 1 열 교환기(210)를 통과하며 순환수에 열을 빼앗기므로 온도가 낮아진다.
한편, 상기 엔진(100)에서 발생된 배기 가스의 일부가 공급되는 상기 배기 가스 터빈(310)은 상기 증기 터빈(320)의 동력원으로 사용될 수 있다. 상기 증기 터빈(320)은 선박의 보조 전원으로서 사용될 수 있는 전력을 발생시키는 발전기(330)에 연결될 수 있다.
상기 배기 가스 터빈(310) 및 상기 증기 터빈(320)을 사용하여 상기 발전기(330)를 구동함으로써 보다 효율적으로 전력을 생산할 수 있다.
이때, 상기 배기 가스 터빈(310)의 출구(312)의 배기 가스의 온도는 약 200℃ 정도일 수 있다. 즉, 상기 제 1 열 교환기(210)의 출구(212) 및 상기 배기 가스 터빈(310)의 출구(312)의 배기 가스의 온도는 모두 물의 끓는점보다 높다.
상기 제 1 열 교환기(210) 및 상기 배기 가스 터빈(310)을 통과한 배기 가스는 다시 하나로 합쳐져 상기 제 2 열 교환기(220)로 공급될 수 있다. 상기 제 2 열 교환기(220)에 공급되는 배기 가스, 즉 상기 제 2 열 교환기(220)의 입구(221)의 배기 가스는 본 발명의 실시예에서 160℃의 배기 가스와 200℃의 배기 가스가 혼합된 배기 가스인 바, 적어도 160℃ 이상의 온도를 갖는 것은 자명하다.
상기 제 2 열 교환기(220)는 담수가 저장되는 물 탱크(430)로부터 공급되는 가습용 물과 배기 가스를 열 교환시킨다. 예를 들면, 상기 제 2 열 교환기(220)는 가습용 물이 통과되는 유로(223) 주변으로 배기 가스가 지나면서 열 교환이 이뤄질 수 있도록 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 2 열 교환기(220)로 공급되는 배기 가스는 물의 끓는점보다 높은 온도를 가지므로, 가습용 물은 상기 제 2 열 교환기(220)를 통과하며 증발된다. 다시 말하면, 상기 제 2 열 교환기(220)는 배기 가스와의 열 교환을 통해 가습용 증기를 생성할 수 있다.
상기 제 2 열 교환기(220)에서 발생된 증기는 상기 가습기(420)로 공급되며, 상기 가습기(420)는 선박의 선실, 조타실, 기계실 등 선박 내부의 다양한 공간의 습도를 조절할 수 있다.
한편, 상기 제 2 열 교환기(220)에서 열 교환을 마친 배기 가스는 펀넬(미도시) 등을 통해 선박 외부로 배출될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 열 교환기(210)와 상기 제 2 열 교환기(220)는 배기 가스에 포함된 폐열을 재활용하는 것으로서 각각 제 1 이코노마이저(economizer) 및 제 2 이코노마이저로 부를 수 있다.
또한, 상기 제 1 열 교환기(210) 및 상기 제 2 열교환기(220)의 구조는 일 예에 불과하며, 본 발명의 사상이 유지되는 범위 내에서 배기 가스와 물 사이의 열 교환을 통해 증기를 발생시킬 수 있는 다양한 방법이 사용될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 선박에 의하면, 상기 엔진(100)으로부터 배출되는 배기 가스에 포함된 폐열을 2회에 걸쳐 회수함으로써 에너지 낭비를 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 상세히, 상기 제 1 열 교환기(210)에서 폐열을 흡수하여 발전용 증기를 생성하고, 다시 상기 제 2 열 교환기(220)에서 폐열을 흡수하여 가습용 증기를 생성함으로써 배기 가스에 포함된 폐열을 충분히 활용할 수 있다.
또한, 배기 가스의 폐열을 사용하여 상기 가습기(420)에 필요한 증기를 생성하므로, 물을 끓이기 위하여 별도로 연료를 소비할 필요가 없으므로, 보다 경제적으로 선박을 운행할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 선박의 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.
100 : 엔진 210 : 제 1 열 교환기
220 : 제 2 열 교환기 310 : 배기 가스 터빈
320 : 증기 터빈 330 : 발전기
420 : 가습기 430 : 물 탱크

Claims (2)

  1. 엔진의 배기 가스로부터 열을 흡수하여 증기 터빈에 공급되는 발전용 증기를 발생시키는 제 1 열 교환기;
    상기 증기 터빈에 연결되는 발전기;
    상기 제 1 열 교환기로부터 배출된 배기 가스로부터 열을 흡수하여 가습용 증기를 발생시키는 제 2 열 교환기; 및
    상기 제 2 열 교환기로부터 발생된 가습용 스팀을 선체에 공급하는 가습기가 포함되는 선박.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진의 배기 가스의 일부가 공급되며 상기 증기 터빈에 연결되는 배기 가스 터빈이 더 포함되고,
    상기 배기 가스 터빈을 통과한 배기 가스는 상기 제 1 열 교환기로부터 배출된 배기 가스와 혼합되어 상기 제 2 열 교환기로 공급되는 것을 특징으로 하는 선박.
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