KR20120016784A - 선박용 연료 냉각기 - Google Patents

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Abstract

선박용 연료 냉각장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에 사용되는 연료를 냉각하기 위한 선박용 연료 냉각장치는, 선박용 연료를 저장하는 연료 저장소; 냉매의 증발 잠열을 이용하여 상기 선박용 연료를 냉각시킬 작동유체를 냉각시키는 증발기, 상기 증발기에서 증발된 냉매를 흡수하는 흡수액이 수용된 흡수기, 상기 냉매의 흡수를 통하여 묽어진 상기 흡수기의 흡수액을 가열시켜 재생시키는 재생기, 및 상기 재생기에서 증발한 냉매를 응축시키는 응축기를 가지는 흡수식 냉동기; 상기 흡수식 냉동기의 재생기 내의 흡수액을 재생시키도록, 상기 흡수식 냉동기의 재생기에 열을 공급하는 열 공급수단; 및 상기 연료 저장소에 저장된 선박용 연료를 공급받아, 상기 선박용 연료와 상기 흡수식 냉동기에서 냉각된 작동유체의 열교환을 수행함으로써, 상기 선박용 연료를 냉각시키는 열교환기;를 포함한다.

Description

선박용 연료 냉각기{FUEL CHILLER UNIT FOR SHIP}
본 발명은 선박용 연료 냉각기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박에 사용되는 연료의 점도를 높이기 위한 연료 냉각기에 관한 것이다.
종래의 대다수의 선박이 사용하는 벙커유는 석유를 정제한 뒤 남는 '찌꺼기 연료'로 납과 바나듐같은 유해물질을 포함하고, 많은 양의 아황산가스를 배출하며, 스모그의 원인인 산화질소 가스를 배출하는 등 환경오염의 주범으로 지적되어 왔다.
최근, 국제사회에 있어 환경에 대한 관심이 날로 커지고, 환경오염에 대한 다양한 국제적 또는 지역적 규제가 강화됨에 따라 선박의 폐기가스에 대한 규제도 날로 엄격해지고 있다. 특히, 선박의 폐기가스 중 황산화물에 대한 규제가 강화되고 있다. 예컨대, 선박의 폐기가스에 대한 최근 강화된 유럽의 법규에 따르면, 정박지 또는 연안 부근에서 항해중인 선박에 사용되는 연료, 예컨대, 선박연료인 HFO(HEAVY FUEL OIL), DMC, DMB, 및 DMA 등급의 연료는 황의 중량비율이 0.1% m/m 이하이어야 된다고 규정하고 있다. 또한, 미국 캘리포니아주의 대기오염에 관한 법규에 따르면, 캘리포니아주 영해 기선(Baseline)으로부터 24해리(nautical miles) 내를 운항하는 선박에 있어서, 선박에 사용되는 연료는 황의 중량비율이 0.1% m/m 이하인 DMC, DMB 및 DMA 등급의 연료만이 사용될 수 있다고 규정하고 있다.
따라서, 상기 규제의 만족을 위해 운항사는 황의 중량비율이 0.1% m/m인 저황유를 필수적으로 사용하여야 한다. 그러나 선박에 사용되는 연료 중 현재 0.1% m/m의 저황유 기준을 만족하는 연료는 전 세계적으로 DMA 등급 연료가 유일하다. 즉, 상기 규제를 만족하기 위해서 운항사는 DMA의 연료사용이 필수적이라 할 수 있다.
그러나, DMA의 연료는 점도가 낮은 편인데(ISO DMA grade: 40℃에서 최소 1.5cSt), 이러한 연료의 낮은 점도로 인하여, 연료 펌프에 의한 펌핑이 원활하게 이루어지지 않거나, 엔진의 연료분사 노즐에서 연료의 정확한 양의 연료분사의 제어가 어렵게 되는 문제점 등이 있다. 예컨대, 현재 상당수의 선박이 채용한 MAN B&W 사의 주엔진의 경우, 엔진에서 요구하는 연료의 최소 점도는 40℃에서 3.0cSt이다.
따라서, 이와 같이 주엔진에서 요구하는 연료의 점도를 만족하기 위해서는 연료를 냉각시켜 점도를 높일 필요가 있는데, 오늘날 연료의 냉각방법으로 가장 많이 사용되는 것이 증기 압축식 냉각장치이다.
이러한 증기압축방식의 냉각장치의 일례가 도 1에 도시되어 있다. 도시된 증기 압축식 냉각장치(10)는 일반적인 냉각장치와 동일하게 4개의 필수 구성요소로서, 증발기(evaporator; 14), 압축기(compressor; 16), 응축기(condenser; 18), 팽창밸브(19)를 포함한다. 상기 증기 압축식 냉각장치의 냉매로는 HFC계열의 R404a, R407c 등이 이용될 수 있다. 고온의 연료가 내부에 흐르는 연료 파이프(11)를 통하여 상기 증발기(14)로 유입된 선박용 연료는, 상기 증발기(14)에서 냉매와 직접적으로 열교환을 하여 냉각된 후, 연료 파이프(12)를 통하여 외부로 공급된다. 즉, 도시된 증기 압축식 냉각장치(10)는 증발기(14) 내에서 냉매와 선박용 연료의 직접적인 열교환이 발생하는 증기압축방식의 직접식 냉각장치이다.
그러나, 이와 같은 직접식 냉각장치는, 선박용 연료와 냉매의 열교환이 일어나는 과정에서, 냉매 파이프 또는 선박용 연료 파이프의 균열, 파손 등으로 인하여 냉매와 선박용 연료 간의 혼합 및 유체의 이동이 일어나게 되어, 선박의 엔진 및 기타 보조기기에 심대한 악영향을 미치게 된다.
이에 최근에는, 냉매와 선박용 연료를 직접적으로 열교환시키지 않는 방법이 고안되었다. 도 2에 도시된 증기 압축식 냉각장치(20)는 냉매와 청수를 증발기(14)에서 1차적으로 열교환 시키고, 열교환을 통하여 냉각된 청수가 청수파이프(21, 22)를 통하여 열교환기(24)를 거치도록 한다. 고온의 연료가 내부에 흐르는 연료 파이프(11)를 통하여 상기 열교환기(24)로 유입된 선박용 연료는, 상기 열교환기(24)에서 청수와 열교환을 하여 냉각된 후, 연료 파이프(12)를 통하여 외부로 공급된다. 즉, 도시된 증기 압축식 냉각장치(20)는 증발기(14) 내에서 냉매와 청수를 1차적으로 열교환시켜 청수를 냉각시키고, 냉각된 청수와 선박용 연료를 열교환기(24)에서 2차적으로 열교환시키는 증기압축방식의 간접식 냉각장치이다.
그러나, 이러한 간접식 냉각장치의 경우에도, HFC 계열 냉매의 사용으로 인해 냉매의 누수감지를 위한 검출장치와, 유지보수 시스템이 요구되고 있는 실정이다. 또한, 증기 압축식 냉각장치의 경우, 압축기(16)를 구동하기 위하여 별도의 큰 전력이 필요하므로, 보다 큰 용량의 발전기를 필요로 하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는, 환경오염을 초래하지 않고 적은 소비전력을 가지고서도 선박에 사용되는 연료의 점도를 높일 수 있는 구성을 포함하는 선박용 연료 냉각장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 사용되는 연료를 냉각하기 위한 선박용 연료 냉각장치로서,
선박용 연료를 저장하는 연료 저장소; 냉매의 증발 잠열을 이용하여 상기 선박용 연료를 냉각시킬 작동 유체를 냉각시키는 증발기, 상기 증발기에서 증발된 냉매를 흡수하는 흡수액이 수용된 흡수기, 상기 냉매의 흡수를 통하여 묽어진 상기 흡수기의 흡수액을 가열시켜 재생시키는 재생기, 및 상기 재생기에서 증발한 냉매를 응축시키는 응축기를 가지는 흡수식 냉동기; 상기 흡수식 냉동기의 재생기 내의 흡수액을 재생시키도록, 상기 흡수식 냉동기의 재생기에 열을 공급하는 열 공급수단; 및 상기 연료 저장소에 저장된 선박용 연료를 공급받아, 상기 선박용 연료와 상기 흡수식 냉동기에서 냉각된 작동 유체의 열교환을 수행함으로써, 상기 선박용 연료를 냉각시키는 열교환기;를 포함하는 것인 선박용 연료 냉각장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 작동유체는 물일 수 있다.
또한, 상기 흡수식 냉동기에서의 냉매는 물일 수 있다.
또한, 상기 흡수식 냉동기에서의 냉매를 흡수하는 흡수기의 흡수액은 리튬브로마이드(LiBr) 수용액일 수 있다.
또한, 상기 흡수식 냉동기의 흡수기에는, 상기 흡수기에서 발생하는 흡수열을 제거하기 위하여 상기 선박의 해수함(sea-chest)으로부터 공급되는 해수가 지나가는 냉각 파이프가 설치될 수 있다.
또한, 상기 흡수식 냉동기의 응축기에는, 상기 재생기에서 증발한 냉매를 응축시키기 위하여 상기 흡수기를 통과한 해수가 지나가는 냉각 파이프가 설치될 수 있다.
또한, 상기 열 공급수단은 상기 선박에 의해 운반되는 원유를 가열시키는 보조 보일러(aux boiler)이고, 상기 흡수식 냉동기의 재생기에는, 상기 흡수액을 가열시켜 재생시키도록 상기 보조 보일러에서 발생된 증기가 유동하는 증기파이프가 설치될 수 있다.
또한, 상기 열 공급수단은 상기 선박의 엔진의 배기가스의 폐열을 이용하도록 상기 선박의 배기관에 설치되는 이코노마이저(economizer)이고, 상기 흡수식 냉동기의 재생기에는, 상기 흡수액을 가열시켜 재생시키도록 상기 이코노마이저에서 발생된 증기가 유동하는 증기파이프가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박용 연료의 냉각방법으로서,
응축된 냉매를 증발시켜, 상기 냉매의 증발 잠열을 이용하여 상기 선박용 연료를 냉각시킬 작동유체를 냉각시키는 냉매 증발단계; 증발된 상기 냉매를 흡수액에 흡수시키는 냉매 흡수단계; 묽어진 상기 흡수액을 가열시켜 상기 냉매를 증발시킴으로써, 상기 흡수액으로부터 상기 냉매를 분리하는 흡수액 재생단계; 상기 재생단계에서 분리된 냉매를 응축시키는 냉매 응축단계; 및 연료 저장소에 저장된 선박용 연료를 공급받아, 상기 선박용 연료와 상기 냉각된 작동유체의 열교환을 수행시킴으로써, 상기 선박용 연료를 냉각시키는 선박용 연료 냉각단계를 포함하는 선박용 연료의 냉각방법이 제공될 수 있다.
본 실시예에 따른 선박용 연료 냉각장치와 선박용 연료의 냉각방법에 따르면, 환경오염을 초래하지 않으면서도 선박용 연료를 냉각시켜 점도를 높일 수 있다.
또한, 선박용 연료를 냉각시키는 작동유체로서 물을 사용하므로, HFC 계열 냉매와 연료의 혼합에 대한 우려가 없다.
또한, 작동유체를 냉각시키는 냉매로 물을 사용하므로, HFC 계열 냉매의 사용에 따른 누수감지를 위한 검출장치와 유지보수 시스템의 적용이 필요없다.
또한, 증기 압축식 냉동기에서 사용되는 압축기가 불필요하므로, 선박 전체의 필요 소비전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 흡수식 냉동기의 열원으로 보조 보일러나 이코노마이저에서의 폐열을 활용함으로써 선박 전체의 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래의 증기압축방식의 직접식 냉각장치의 개략도이다.
도 2는 종래의 증기압축방식의 간접식 냉각장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 냉각장치의 개략도이다.
도 4는 도 3에 도시된 선박용 연료 냉각장치에 있어서, 흡수식 냉동기를 상세히 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료의 냉각방법의 단계를 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 제한적인 것으로 의도된 것이 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 냉각장치의 개략도이고, 도 4는 도 3에 도시된 선박용 연료 냉각장치에 있어서, 흡수식 냉동기를 상세히 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 도시된 선박용 연료 냉각장치(100)는, 연료 저장소(102), 열교환기(120), 흡수식 냉동기(200) 및 열 공급수단을 포함하여 구성된다.
상기 연료 저장소(102)는 선박에 사용되는 선박용 연료를 저장하는 곳으로서, 상기 연료 저장소(102)는 선박의 엔진 등을 구동하는 데 필요한 연료를 저장하는 연료 탱크 자체일 수도 있으며, 연료 탱크와는 별도로 냉각시킬 연료를 임시적으로 저장하는 것일 수도 있다. 본 실시예에서는, 선박의 엔진을 구동하기 위한 연료로 DMA 급의 연료가 사용되나, 이에 한정되는 것은 아니며, HFO, DMC 및 DMB 급의 연료 및 기타 다른 종류의 연료가 사용될 수도 있음은 물론이다.
상기 열교환기(120)는 상기 연료 저장소(102)에 저장된 선박용 연료를 공급받아, 공급된 선박용 연료와 상기 흡수식 냉동기(200)에서 냉각된 작동유체의 열교환을 수행함으로써, 상기 선박용 연료를 냉각시켜 연료의 점도를 높이기 위해 마련된 것이다. 상기 흡수식 냉동기(200)에서의 작동유체의 냉각에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 연료 저장소(102)로부터의 고온의 선박용 연료는 연료유입라인(111)을 통하여 상기 열교환기(120)로 유입된다. 또한, 상기 흡수식 냉동기(200)에서 냉각된 작동유체는 작동유체 유출라인(122)을 통하여 상기 열교환기(120)로 유입된다. 이 경우, 상기 작동유체 유출라인(122)에는 펌프(123)가 마련되어 있어, 상기 열교환기(120)로 유입되는 작동유체의 양을 조절함으로써, 상기 열교환기(120) 내에서 냉각되는 선박용 연료의 온도를 조절할 수 있다.
상기 열교환기(120) 내에서 저온의 작동유체와의 열교환을 통하여 냉각된 선박용 연료는 연료유출라인(112)을 통하여 연료 저장소(102)로 보내지게 된다. 또한, 상기 열교환기(120) 내에서 고온의 선박용 연료와의 열교환을 통하여 가열된 작동유체는 작동유체 유입라인(121)을 통하여 상기 흡수식 냉동기(200)로 보내져 재냉각되게 된다. 본 실시예에서는 작동유체로서 물(fresh water)을 사용하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 작동유체의 냉각에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 흡수식 냉동기(200)는 상기 선박용 연료를 냉각시킬 작동유체를 냉각시키기 위해 마련된 것으로, 증발기(210), 흡수기(220), 재생기(230) 및 응축기(240)를 포함한다.
상기 증발기(210)는 냉매의 증발 잠열을 이용하여 선박용 연료를 냉각시킬 작동 유체를 냉각시키기 위해 마련된 것이다. 본 실시예에서는 냉매로 물(fresh water)을 사용하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 증발기(210) 내에는 상기 작동유체 유입라인(121) 및 작동유체 유출라인(122)과 연통된 작동유체 열교환부(126)가 마련되어 있다. 상기 작동유체 유입라인(121)을 통하여 상기 증발기(210) 내부를 통과하게 되는 작동유체, 예컨대 물은 상기 증발기(210) 내에서의 냉매의 증발 잠열에 의해 냉각된 후, 상기 작동유체 유출라인(122)을 통하여 상기 열교환기(120)로 유동하게 된다.
이 경우, 상기 증발기(210)의 하부에는 펌프(214)가 마련되어 있어, 상기 증발기(210) 내의 하부에 저장된 냉매액(212)을 냉매 파이프(213)를 통하여 상기 증발기(210)의 상부로 공급하게 된다. 상기 증발기(210)의 상부로 공급된 냉매, 즉 물은 상기 증발기(210) 내에서 노즐을 통하여 상기 작동유체 열교환부(126)의 상부로 분사되는 동시에 증발하게 된다. 이러한 냉매의 증발 잠열을 이용하여 상기 작동유체 열교환부(126) 내로 흐르는 작동유체인 물이 냉각되게 된다. 이 경우, 증발된 냉매로서의 물은 연결 파이프(216)를 통하여 상기 흡수기(220)로 흐르게 된다.
상기 흡수기(220)는 상기 증발기(210)에서 증발된 냉매, 즉 물을 흡수하기 위해 마련된 것이다. 상기 증발기(210)에서 증발이 계속되면 수증기 분압이 점점 높아지게 되므로 증발 온도도 상승하게 되어, 적절한 냉각효과를 얻을 수 없게 된다. 따라서, 증발된 냉매를 흡수기(220) 내에 저장된 흡수액(222)에 흡수시키면 상기 증발기(210) 내에서의 냉매의 증발 압력 및 온도를 일정하게 유지될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 흡수기(220)의 흡수액(222)으로서, 리튬브로마이드(LiBr) 수용액을 사용하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 흡수기(220) 내에서의 흡수액(222)이 증발된 냉매를 흡수할 때 발생하는 흡수열을 제거하기 위해 상기 흡수기(220) 내에는 별도의 냉각수가 흐르는 열교환부로서 냉각 파이프(136)가 마련되어 있다. 상기 냉각 파이프(136)는 선박의 해수함(sea-chest; 130)으로부터의 해수가 흐르는 해수유입 파이프(132)와 유체연통 되어 있다. 또한, 상기 해수유입 파이프(132) 상에는 펌프(133)가 마련되어 있어, 상기 해수함(130)으로부터 상기 흡수기(220) 내로 공급되는 해수의 양을 조절할 수 있다. 상기 냉각 파이프(136)로 흐르는 저온의 해수 덕분에, 상기 흡수액(222)의 흡수작용에 의한 흡수열은 제거될 수 있다.
이 경우, 상기 흡수액(222)인 리튬브로마이드 수용액이 흡수작용을 계속하게 되면, 리튬브로마이드 수용액은 점점 묽게 되어 흡수작용을 계속할 수가 없게 된다. 따라서, 상기 흡수액(222)의 재생을 위하여 재생기(230)가 마련된다. 상기 흡수기(220)의 하부에는 펌프(224)가 마련되어 있어, 상기 흡수기(220) 내의 하부에 저장된 리튬브로마이드 수용액을 흡수액 파이프(223)를 통하여 상기 재생기(230)의 상부로 공급하게 된다.
상기 재생기(230)는 냉매 즉, 물을 흡수함으로써 묽어진 상기 흡수기(220)의 리튬브로마이드 수용액을 가열시킴으로써 재생시키기 위해 마련된 것으로, 상기 흡수액 파이프(223)는 상기 재생기(230)의 상부와 유체연통 되어 있다.
상기 열 공급수단은 상기 재생기(230) 내에 저장된 흡수액을 재생시키기 위하여, 상기 재생기(230)에 열을 공급하기 위해 마련된 것이다. 상기 열 공급수단으로서, 본 실시예에서는 선박에 의해 운반되는 원유를 가열시키는 보조 보일러(aux boiler; 140)를 예를 들어 설명하기로 한다. 상기 보조 보일러(140)는 잘 알려진 바와 같이, 선박에 의해 운송되는 원유를 유동가능한 상태로 유지하기 위해 원유를 가열하는 보일러이다. 본 실시예에서는 상기 보조 보일러(140)에서 발생하는 증기 중 버려지는 증기를 증기유입 파이프(142)를 통하여 상기 재생기(230) 내로 공급한다. 상기 증기유입 파이프(142)는 상기 재생기(230) 내에 열교환부로서 마련된 증기 파이프(146)와 유체 연통되어 있다.
따라서, 상기 증기 파이프(146)를 지나가는 고온의 증기에 의해 상기 재생기(230) 내의 흡수액은 가열되어, 고온 고압을 유지하면서 냉매 증기, 즉 본 실시예에서는 수증기가 흡수액으로부터 분리된다. 분리된 수증기는 상기 재생기(230)와 상기 응축기(240)를 연결하는 연결 파이프(232)를 통하여 상기 응축기(240)로 흐르게 된다. 또한, 상기 증기 파이프(146)를 거치면서 상기 흡수액에 열을 공급하여 냉각된 저온의 증기는, 증기유출 파이프(152)를 통하여 케스케이드 탱크(cascade tank; 150) 등으로 보내어져 사용된다.
한편, 상기 재생기(230)에서 수증기가 분리되어 농축된 흡수액인 리튬브로마이드 수용액은 흡수액 파이프(234)를 통하여 상기 흡수기(220)로 다시 보내어 진다. 이 경우, 상기 재생기(230)와 상기 흡수기(220) 사이에는 흡수액 열교환기(260)가 설치되어 있어, 상기 재생기(230)로 보내지는 저온의 묽은 리튬브로마이드 수용액과 상기 흡수기(220)로 보내지는 고온의 농축된 리튬브로마이드 수용액의 열교환을 수행한다. 따라서, 상기 흡수액 열교환기(260)는 상기 재생기(230)에서의 가열량과 상기 흡수기(220)에서의 냉각열량을 대폭 절감함으로써 열효율을 개선하는 역할을 한다. 상기 흡수액 열교환기(260)를 거친 리튬브로마이드 수용액은 팽창밸브(237)를 거쳐 감압 된 후 상기 흡수기(220)로 흐르게 된다. 상기 흡수기(220)로 들어온 농축된 리튬브로마이드 수용액은 다시 냉매증기를 흡수하여 저농도가 된 후, 다시 상기 재생기(230)로 들어가서 가열 및 농축 과정을 연속적으로 반복 한다.
상기 응축기(240)는 상기 재생기(230)에서 증발한 냉매 즉, 수증기를 응축시키기 위하여 마련된 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 응축기(240) 내에는 증발된 냉매 즉, 수증기를 응축시키기 위하여 열교환부로서 냉각 파이프(138)가 마련되어 있다. 상기 냉각 파이프(138)는 상기 흡수기(220) 내에 설치된 냉각 파이프(136)와 연결 파이프(137)에 의해 유체연통 되어 있다. 따라서, 상기 흡수기(220)를 통과한 해수는 상기 연결 파이프(137)를 통하여 상기 응축기(240) 내의 냉각 파이프(138) 내를 흐르게 된다. 상기 응축기(240) 내의 증발된 냉매 즉, 수증기는 열교환부인 상기 냉각 파이프(138)의 내부로 흐르는 해수에 의해 냉각되어 응축된다. 응축된 냉매액, 즉 물은 이후에 냉매 파이프(244)를 통하여 상기 증발기(210)로 재공급된다. 이 경우 상기 냉매 파이프(244)에는 팽창밸브(245)가 마련되어 있어, 냉매액인 물은 감압된 상태로 상기 증발기(210)로 재공급된다. 상기 증발기(210)로 돌아온 냉매액은 다시 증발하여 냉동작용을 계속하게 된다.
한편, 상기 응축기(240)의 냉각 파이프(138)를 통과한 해수는 해수유출 파이프(134)를 통하여 상기 해수함(130)으로 흐르거나 선박 외부로 배출된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료 냉각장치에 있어서, 작동유체와 냉매의 흐름에 대하여 설명하기로 한다. 이 경우, 상기 선박용 연료 냉각장치(100)의 세부적인 구성요소의 작동에 대해서는 상술하였는바, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 상기 선박용 연료를 냉각시키는 작동유체(본 실시예에서는 물)의 흐름에 대해 설명한다.
작동유체로서의 물은 상기 열교환기(120)와 상기 흡수식 냉동기(200)의 증발기(210) 사이를 순환하게 된다. 상기 작동유체는 상기 증발기(210) 내에 마련된 상기 작동유체 열교환부(126)에서 상기 증발기(210) 내의 냉매 즉, 물의 증발 잠열에 의해 냉각되고, 냉각된 작동유체는 상기 작동유체 유출라인(122)을 통하여 상기 열교환기(120)로 흐르게 된다. 이후, 상기 열교환기(120)에서 선박용 연료로부터 열을 공급받아 가열된 작동유체는 작동유체 유입라인(121)을 통하여 상기 증발기(210) 내로 흐르게 되고, 증발기(210) 내에서 재냉각되어, 한 사이클의 냉각과정을 완료하게 된다. 이러한 냉각과정을 연속하여 반복수행함으로써 선박용 연료를 일정한 온도로 냉각시킬 수 있다.
다음으로, 상기 작동유체를 냉각시키는 냉매의 흐름에 대하여 설명한다.
상기 흡수식 냉동기(200)의 증발기(210)에서 증발 잠열에 의해 상기 작동유체를 냉각시킨 냉매(본 실시예에서는 물)는 상기 흡수기(220) 내의 흡수액인 리튬브로마이드 수용액에 의해 흡수되기 시작한다. 이후, 냉매를 흡수하여 농도가 저하된 흡수액은 재생기(230)로 보내어진다. 상기 재생기(230)에서는, 증기 파이프(146)를 통하여 흐르는 고온의 증기에 의해 상기 저농도의 흡수액이 가열되어 냉매와 흡수액이 분리되게 된다. 냉매를 분리하여 농축된 흡수액은 다시 흡수기(220)로 들어가 흡수작용을 재수행하게 되고, 상기 재생기(230)에서 나온 냉매증기는 응축기(240)로 들어가 해수에 의해 냉각 및 응축되어 상기 증발기(210)로 재공급되어, 한 사이클의 냉매 순환 과정을 마치게 된다. 이러한 순환과정을 반복적으로 수행함으로써, 상기 증발기(210) 내에서 상기 작동유체를 일정한 온도로 냉각시킬 수 있다.
상술한 실시예에 따르면, 선박용 연료의 점도를 높이기 위하여, 선박용 연료를 냉각된 물을 통해 냉각시키기 때문에, 종래의 증기압축방식의 직접식 냉각장치에서 발생할 수 있는 선박용 연료와 HFC 계열의 냉매의 혼합 가능성에 대한 문제가 발생할 염려가 없다.
또한, 냉매로 물을 사용하기 때문에, HFC 계열의 냉매 사용에 따른, 누수감지를 위한 검출장치와 유지보수 시스템의 적용이 불필요하고, 환경오염을 초래하지 않는다.
또한, 증기 압축식 냉각장치와는 달리 압축기를 사용하지 않으므로, 필요한 소비전력을 감소시킬 수 있다.
또한, 흡수식 냉동기의 재생기에 사용되는 열원으로 선박의 보조 보일러에서 생산되는 증기 중 버려지는 증기를 사용함으로써 폐열 활용을 통하여 선박 전체의 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 열 공급수단으로서 선박에 설치된 보조 보일러(140)를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 열 공급수단은 선박의 엔진으로부터의 배기가스의 폐열을 이용하기 위해 상기 선박의 배기관에 설치되는 이코노마이저(economizer)일 수도 있으며, 이 경우 상기 이코노마이저에서 발생된 증기가 상기 재생기(230) 내의 증기 파이프(146)를 통하여 흐름으로써, 상기 재생기(230) 내의 흡수액을 가열시킬 수도 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료의 냉각방법에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료의 냉각방법의 단계를 도시하는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박용 연료의 냉각방법은 냉매 증발단계(S1), 냉매 흡수단계(S2), 흡수액 재생단계(S3), 냉매 응축단계(S4), 및 선박용 연료 냉각단계(S5)를 포함한다.
상기 냉매 증발단계(S1)에서는, 냉매, 예컨대 물의 증발 잠열을 이용하여 선박용 연료를 냉각시킬 작동유체, 예컨대 물을 냉각시킨다.
이후, 상기 냉매 흡수단계(S2)에서는, 증발된 상기 냉매를 리튬브로마이드(LiBr) 수용액과 같은 흡수액에 흡수시킨다.
이후, 상기 흡수액 재생단계(S3)에서는, 상기 냉매 흡수단계(S2)에서의 냉매의 흡수에 의해 묽어진 저농도의 상기 흡수액을 가열시킴으로써, 상기 흡수액으로부터 상기 냉매를 분리시킨다.
이후, 상기 냉매 응축단계(S4)에서는, 상기 흡수액 재생단계(S3)에서 상기 흡수액을 가열시킴으로써 증발된 냉매를 응축시킴으로써 한 사이클이 종료된다. 응축된 냉매는 상기 냉매 증발단계(S1)에서 작동유체를 냉각시키는 데 재사용된다.
즉, 상기 냉매 증발단계(S1), 냉매 흡수단계(S2), 흡수액 재생단계(S3) 및 냉매 응축단계(S4)가 반복적으로 수행됨으로써, 상기 선박용 연료를 냉각시킬 작동유체를 연속적으로 냉각시킬 수 있다.
한편, 상기 선박용 연료 냉각단계(S5)는 상기 S1 내지 S4 단계와는 별도의 사이클로 진행된다. 본 단계에서는, 연료 저장소에 저장된 선박용 연료를 공급받아, 상기 선박용 연료와 상기 냉매 증발단계(S1)에서 냉매의 증발 잠열에 의해 냉각된 상기 작동유체를 열교환시킴으로써, 상기 선박용 연료를 냉각시킨다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 20: 증기 압축식 냉각장치
14: 증발기 16: 압축기
18: 응축기 19: 팽창밸브
24: 열교환기
100: 선박용 연료 냉각장치 102: 연료 저장소
120: 열교환기 130: 해수함(sea-chest)
140: 보조 보일러(Aux. Boiler) 150: 케스케이드 탱크
200: 흡수식 냉동기 210: 증발기
220: 흡수기 230: 재생기
240: 응축기 260: 흡수액 열교환기
123, 133, 214, 224: 펌프

Claims (9)

  1. 선박에 사용되는 연료를 냉각하기 위한 선박용 연료 냉각장치로서,
    선박용 연료를 저장하는 연료 저장소;
    냉매의 증발 잠열을 이용하여 상기 선박용 연료를 냉각시킬 작동유체를 냉각시키는 증발기, 상기 증발기에서 증발된 냉매를 흡수하는 흡수액이 수용된 흡수기, 상기 냉매의 흡수를 통하여 묽어진 상기 흡수기의 흡수액을 가열시켜 재생시키는 재생기, 및 상기 재생기에서 증발한 냉매를 응축시키는 응축기를 가지는 흡수식 냉동기;
    상기 흡수식 냉동기의 재생기 내의 흡수액을 재생시키도록, 상기 흡수식 냉동기의 재생기에 열을 공급하는 열 공급수단; 및
    상기 연료 저장소에 저장된 선박용 연료를 공급받아, 상기 선박용 연료와 상기 흡수식 냉동기에서 냉각된 작동유체의 열교환을 수행함으로써, 상기 선박용 연료를 냉각시키는 열교환기;를 포함하는 것인 선박용 연료 냉각장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 작동유체는 물인 것을 특징으로 하는 선박용 연료 냉각장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 흡수식 냉동기에서의 냉매는 물인 것을 특징으로 하는 선박용 연료 냉각장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 흡수식 냉동기에서의 냉매를 흡수하는 흡수기의 흡수액은 리튬브로마이드(LiBr) 수용액인 것을 특징으로 하는 선박용 연료 냉각장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 흡수식 냉동기의 흡수기에는, 상기 흡수기에서 발생하는 흡수열을 제거하기 위하여 상기 선박의 해수함(sea-chest)으로부터 공급되는 해수가 지나가는 냉각 파이프가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 냉각장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 흡수식 냉동기의 응축기에는, 상기 재생기에서 증발한 냉매를 응축시키기 위하여 상기 흡수기를 통과한 해수가 지나가는 냉각 파이프가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 냉각장치.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 열 공급수단은 상기 선박에 의해 운반되는 원유를 가열시키는 보조 보일러(aux boiler)이고,
    상기 흡수식 냉동기의 재생기에는, 상기 흡수액을 가열시켜 재생시키도록 상기 보조 보일러에서 발생된 증기가 유동하는 증기파이프가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 냉각장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 열 공급수단은 상기 선박의 엔진의 배기가스의 폐열을 이용하도록 상기 선박의 배기관에 설치되는 이코노마이저(economizer)이고,
    상기 흡수식 냉동기의 재생기에는, 상기 흡수액을 가열시켜 재생시키도록 상기 이코노마이저에서 발생된 증기가 유동하는 증기파이프가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 연료 냉각장치.
  9. 선박용 연료의 냉각방법으로서,
    응축된 냉매를 증발시켜, 상기 냉매의 증발 잠열을 이용하여 상기 선박용 연료를 냉각시킬 작동유체를 냉각시키는 냉매 증발단계;
    증발된 상기 냉매를 흡수액에 흡수시키는 냉매 흡수단계;
    묽어진 상기 흡수액을 가열시켜 상기 냉매를 증발시킴으로써, 상기 흡수액으로부터 상기 냉매를 분리하는 흡수액 재생단계;
    상기 재생단계에서 분리된 냉매를 응축시키는 냉매 응축단계; 및
    연료 저장소에 저장된 선박용 연료를 공급받아, 상기 선박용 연료와 상기 냉각된 작동유체의 열교환을 수행시킴으로써, 상기 선박용 연료를 냉각시키는 선박용 연료 냉각단계를 포함하는 선박용 연료의 냉각방법.
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