KR20120032656A - Waste heat recovery system using engine coolant of vessel - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A waste heat recovery system is provided to reduce the capacities of a heater and a boiler by using the hot waste coolant discharged from an engine jacket of a ship as heating sources. CONSTITUTION: A waste heat recovery system comprises a generator engine(6), a heat exchanger for a generator, a plurality of heat exchangers(8), a heat recovery cooler(9), a heat recovery system circulating pump, and a heat recovery heater. The generator engine produces electricity required for a ship. The heat exchanger for a generator is mounted on the generator engine and cools a generator through heat exchange of clean water. The heat exchangers are installed in the generator engine and cool the generator engine through heat exchange of clean water. The heat recovery cooler is installed in the generator engine and delivers the heat of the hot cooling water passing through the generator engine to the heat recovery system. The heat recovery system circulating pump circulates the hot cooling water from the heat recovery cooler. The heat recovery heater heat-exchanges the clean water from the heat recovery cooler and supplies the heat-exchanged clean water to a place requiring a heating source.

Description

선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템{Waste Heat Recovery System Using Engine Coolant of Vessel}Waste Heat Recovery System Using Engine Coolant of Vessel

본 발명은 선박 또는 해양구조물에 설치되는 엔진 자켓(Engine Jacket)을 냉각시키고 난 뒤 발생하는 고온의 냉각수(Cooling Water)를 이용하여 에어 히팅 유닛(Air heating Unit) 및 온수 가열기(Hot Water Calorifier) 등의 열원으로 이용하는 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템에 관한 것이다. The present invention uses an air heating unit and a hot water calorifier using high temperature cooling water generated after cooling an engine jacket installed on a ship or offshore structure. The present invention relates to a waste heat recovery system using an engine cooling water of a ship used as a heat source.

현재와 같은 고유가 시대에 선박에서는 점차적으로 선박추진의 효율을 높이고 전체적인 에너지를 절약하는 시스템들에 대한 관심이 고조되고 있다. 그러나 선박을 운행하는 데 있어 에너지는 추진용 주엔진에서 대부분의 에너지를 소비하고 있으며, 주엔진의 작동을 위해 소요되는 연료의 일부가 폐기 가스로 대기 중에 버려지고 있는 현실이다. 근래 이러한 폐기 가스를 이용해 폐열의 일부를 회수하는 여러 시스템이 활발하게 도입되고 있다. 그 가운데에서 주엔진에서 발생하는 폐기 가스의 일부를 이용하여 터빈을 작동시킴으로써 전기를 생산하는 시스템이 검토되고도 있다. In the current high oil price era, there is a growing interest in systems that increase the efficiency of ship propulsion and save the overall energy. However, in operating ships, most of the energy is consumed by the propulsion main engine, and part of the fuel required for the operation of the main engine is discarded in the atmosphere as waste gas. Recently, various systems for recovering a part of waste heat by using such waste gas have been actively introduced. Among them, a system for generating electricity by operating a turbine using a part of waste gas generated from a main engine has been considered.

그런데 선박 또는 해양구조물에 설치되는 발전기엔진에 있어서 공기와 연료의 혼합물이 엔진의 연소실에서 연소될 때 아주 많은 열이 발생하는데 이 열은 엔진의 금속재료를 쉽게 손상시키거나 변형시킬 수 있으므로 일정한 범위 내로 억제되어야 한다. 냉각시스템이 이를 위해 엔진에 설치된다. 엔진을 냉각시키는 가장 일반적인 방법은 실린더 헤드 및 블록에 일체구조로 된 냉각수가 순환하는 물 통로인 워터 자켓을 이용하는 것이다. 이 워터 자켓을 지나는 냉각수가 실린더 벽, 밸브 시트, 밸브 가이드 및 연소실 등의 열을 냉각시키는데 발전기엔진을 냉각하고 나온 이러한 고온의 냉각수(Cooling Water)가 재활용되지 못하고 중앙 청수 열교환기를 통하여 해수로 냉각하고 있는 실정이다. 즉, 일반적으로 모든 동력장치가 그렇듯이 선박의 추력을 담당하는 주엔진이나 선박에서 필요한 전기를 생성시키는 발전기엔진이나 선박의 거주부 및 각종 냉난방장치들로 구성된 선박전기장치에서도 다량의 손실 열이 생기게 마련이다. 이러한 손실열의 일부는 폐열 회수장치에 의해서 재이용되기도 하지만, 대부분이 냉각장치를 통해 최종적으로 냉각된 후 주변해역으로 방출되고 있는 실정이다. However, in a generator engine installed on a ship or offshore structure, a great amount of heat is generated when a mixture of air and fuel is combusted in an engine combustion chamber, and this heat can easily damage or deform a metal material of an engine, and thus, within a certain range. It must be restrained. A cooling system is installed in the engine for this. The most common way to cool an engine is to use a water jacket, which is a water passage through which coolant is integrated into the cylinder head and block. The coolant passing through the water jacket cools the heat in the cylinder walls, valve seats, valve guides and combustion chambers. The high temperature cooling water from the generator engine is not recycled and is cooled by sea water through a central fresh water heat exchanger. There is a situation. That is, as with all power devices in general, a large amount of heat of loss is generated in the main engine that is responsible for the thrust of the ship, or in the generator engine that generates the electricity required by the ship, or in the ship electric system composed of the ship's housing and various air-conditioning devices. to be. Some of this lost heat is reused by the waste heat recovery device, but most of the heat loss is released to the surrounding water after finally cooling through the cooling device.

본 발명은 상기와 같은 배경하에서 안출된 것으로서, 선박의 발전기엔진을 냉각한 후의 고온의 폐 냉각수를 열원으로 재활용하여 가열을 위해 필요한 시스템을 단순화 또는 축소, 대체함으로써 보일러 및 히터의 용량을 최소화하여 선박 에너지 효율화에 기여할 수 있는 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made under the above-mentioned background, by minimizing the capacity of the boiler and the heater by recycling or reducing and replacing the system required for heating by recycling the high temperature waste cooling water after cooling the generator engine of the ship as a heat source The purpose is to provide a waste heat recovery system using the engine cooling water of the ship that can contribute to energy efficiency.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 선박에 필요한 전기를 생산하는데 사용되는 발전기 엔진; 상기 발전기 엔진에 탑재되며, 발전기 냉각에 필요한 청수를 열교환하여 발전기를 냉각시키는 복수의 발전기용 열교환기; 상기 발전기 엔진에 탑재되며, 상기 발전기 엔진 냉각에 필요한 청수를 열교환하여 발전기 엔진을 냉각시키는 복수의 열교환기; 상기 발전기 엔진에 탑재되며, 상기 발전기 엔진을 거친 뜨거운 냉각수의 열을 열 회수 시스템에 전달하는 열교환기로서 복수의 열 회수 쿨러; 상기 열 회수 쿨러로부터의 뜨거운 냉각수를 순환시키는 열 회수 시스템 순환 펌프; 및 상기 열 회수 쿨러로부터의 청수를 열교환하여 열원이 필요한 곳에 공급하는열 회수 히터를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention to achieve the above object is a generator engine used to produce electricity required for the vessel; A plurality of generator heat exchangers mounted on the generator engine and cooling the generator by heat-exchanging fresh water required for the generator cooling; A plurality of heat exchangers mounted on the generator engine and configured to cool the generator engine by heat-exchanging fresh water necessary for cooling the generator engine; A plurality of heat recovery coolers mounted on the generator engine, the heat exchanger transferring heat of hot cooling water passing through the generator engine to a heat recovery system; A heat recovery system circulation pump for circulating hot cooling water from the heat recovery cooler; And a heat recovery heater that heat-exchanges the fresh water from the heat recovery cooler and supplies the heat source where it is needed.

본 발명의 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템에 의하면 선박 또는 해양구조물에 설치되어 엔진의 자켓으로부터 토출되는 고온의 폐 냉각수를 열원으로 사용함으로써 보일러 및 히터의 용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 보일러 및 히터 가동을 위한 연료를 절감하여 폐기가스의 양을 줄일 수 있으며 또한 이로 인해 선박의 가열 시스템이 단순화되어 배관비용과 같은 비용의 절감효과를 얻을 수 있다. According to the waste heat recovery system using the engine coolant of the ship of the present invention, it is possible to reduce the capacity of the boiler and the heater by using the high temperature waste coolant installed in the ship or offshore structure and discharged from the jacket of the engine as a heat source. By saving fuel for operation, the amount of waste gas can be reduced, which also simplifies the vessel's heating system, resulting in cost savings such as piping costs.

도 1은 본 발명의 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템의 엔진부의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템의 블록도이다. Figure 1 shows a block diagram of the engine portion of the waste heat recovery system using the engine coolant of the ship of the present invention.
2 is a block diagram of a waste heat recovery system using the engine coolant of the ship of the present invention.

이하 첨부 도면을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템에 대해서 구체적으로 설명한다. 도면에 있어서 동일, 유사의 부분에 대해서는 동일, 유사의 도면 부호를 부여한다. Hereinafter, a waste heat recovery system using engine cooling water of a ship according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same or similar reference numerals are assigned to the same or similar parts.

도 1은 본 발명의 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템의 엔진부의 블록도를 도시하고, 도 2는 본 발명의 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템의 블록도를 도시한다. Figure 1 shows a block diagram of the engine portion of the waste heat recovery system using the engine coolant of the ship of the present invention, Figure 2 shows a block diagram of the waste heat recovery system using the engine coolant of the ship of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이 엔진부는 발전기 엔진(6), 열 교환기(8) 및 열 회수 쿨러(9)를 포함한다. 발전기 엔진(6)은 선박에 필요한 전기를 생산하는데 필요한 엔진이고, 열교환기(8)는 상기 발전기 엔진(6) 냉각에 필요한 청수를 열교환하여 발전기엔진(6)을 냉각시키는 역할을 한다. 열 회수 쿨러(9)는 상기 발전기 엔진(6)을 거친 뜨거운 냉각수의 열을 열 회수 시스템에 전달하기 위한 열교환기 역할을 한다. 발전기 구역(엔진과 알터네이터) 내에 상기 열 회수 쿨러(9), 상기 열교환기(8) 그리고 도 2에 도시된 알터네이터 즉, 발전기를 냉각하기 위한 발전기 냉각용 열 교환기(7)가 탑재되어 있다. 상기 발전기 엔진(6)을 냉각시키고 나온 뜨거운 냉각수를 열 회수 쿨러(9)를 거친 다음, 도 2에 도시된 열 회수 시스템 순환펌프(5)를 거쳐 열 회수 히터(3)에 공급한다. As shown in FIG. 1, the engine unit includes a generator engine 6, a heat exchanger 8, and a heat recovery cooler 9. The generator engine 6 is an engine necessary for producing electricity required for the ship, and the heat exchanger 8 serves to cool the generator engine 6 by heat-exchanging fresh water required for cooling the generator engine 6. The heat recovery cooler 9 serves as a heat exchanger for transferring the heat of the hot cooling water passed through the generator engine 6 to the heat recovery system. In the generator zone (engine and alternator), the heat recovery cooler 9, the heat exchanger 8 and the alternator shown in Fig. 2, i.e., the generator cooling heat exchanger 7 for cooling the generator, are mounted. The hot cooling water from which the generator engine 6 is cooled is passed through a heat recovery cooler 9 and then supplied to the heat recovery heater 3 via a heat recovery system circulation pump 5 shown in FIG. 2.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 폐열회수시스템은 해수 공급 펌프(1), 청수 쿨러(2), 열 회수 히터(3), 발전기엔진 냉각수 펌프(4), 열회수 시스템 순환펌프(5), 발전기엔진(6), 발전기용 열교환기(7), 열교환기(8), 열 회수 쿨러(9) 및 열팽창 탱크(10)로 구성된다. As shown in Figure 2, the waste heat recovery system of the present invention is a sea water supply pump (1), fresh water cooler (2), heat recovery heater (3), generator engine cooling water pump (4), heat recovery system circulation pump (5) And a generator engine 6, a generator heat exchanger 7, a heat exchanger 8, a heat recovery cooler 9 and a thermal expansion tank 10.

해수 공급 펌프(1)는 선저의 시 체스트(Sea Chest)를 통하여 청수 쿨러(Fresh Water Cooler;2)에 열교환을 위한 해수를 공급하는 펌프이다. 잘 알려진 바와 같이, 선박의 시 체스트는 해수를 선박 내로 유입 또는 선박으로부터 유출시켜 선박의 중량을 증감시킬 목적으로 형성된 것을 말하는데, 통상 선체 내에 해수 수용공간을 가지는 해수탱크와, 상기 해수탱크로 해수를 유입시키는 해수 유입구멍, 그리고 상기 해수 유입구멍을 막아주는 패널(혹은 막음판)로 이루어진다. The seawater supply pump 1 is a pump for supplying seawater for heat exchange to a fresh water cooler 2 through a sea chest of a ship bottom. As is well known, the sea chest of a ship is formed for the purpose of increasing or decreasing the weight of the ship by introducing sea water into or out of the ship. Usually, a seawater tank having a seawater receiving space in the hull, and the seawater tank is used as a seawater tank. And a panel (or blocking plate) for blocking the seawater inflow hole to be introduced therein and the seawater inflow hole.

또한 청수 쿨러(2)는 상기 해수공급 펌프(1)로부터 공급받은 해수를 청수와 열교환하여 발전기의 냉각에 필요한 청수의 온도를 유지하는 역할을 한다. 열 회수 히터(3)는 각 발전기의 열 회수 쿨러(9)로부터 청수를 열교환하여 열원이 필요한 곳에 공급하기 위한 히터이다. 즉, 열 회수 쿨러(9)는 엔진을 냉각시킨 뜨거워진 냉각수를 라인(11)을 공급받은 다음 청수와 열교환하고 열교환된 냉각수를 라인(12)을 통해 배출하고, 상기 열교환된 청수는 라인(13)을 통해 열 회수 시스템 순환 펌프(5)를 거쳐 열회수 히터(3)로 공급한다. 도면에서 라인(13) 및 (14)로 이루어진 루프가 열 회수 루프로서 필요한 곳에 열원을 공급한다. In addition, the fresh water cooler (2) serves to maintain the temperature of the fresh water required for cooling the generator by heat-exchanging the fresh water supplied from the sea water supply pump (1) with fresh water. The heat recovery heater 3 is a heater for supplying a heat source where heat is required by exchanging fresh water from the heat recovery cooler 9 of each generator. That is, the heat recovery cooler 9 receives the hot cooling water for cooling the engine and then heat-exchanges with fresh water, and discharges the heat-exchanged cooling water through the line 12, and the heat-exchanged fresh water is line 13 Through the heat recovery system circulation pump (5) to the heat recovery heater (3). In the figure a loop consisting of lines 13 and 14 supplies the heat source where needed as a heat recovery loop.

발전기엔진 냉각수 펌프(4)는 발전기엔진(6)의 고온 냉각 시스템의 순환수를 순환시키는 역할을 한다. 열 회수 시스템 순환 펌프(5)는 열 회수 시스템 내부의 순환수를 순환시킨다. 발전기엔진(6)은 선박에 필요한 전기를 생산하기 위한 엔진이다. 발전기용 열교환기(7)는 발전기엔진에 필요한 청수를 열교환하여 발전기를 냉각시키는 역할을 한다. 열교환기(8)는 발전기엔진 냉각에 필요한 청수를 열교환시켜 발전기엔진을 냉각시키는 역할을 한다. 또한 열 회수 쿨러(9)는 발전기 엔진(6)을 거친 뜨거운 냉각수의 열을 열 회수 시스템에 전달하기 위한 열교환기(9)이다. 열팽창탱크(10)는 열순환 시스템의 열팽창을 흡수하고 발생되는 기포를 시스템 밖으로 배출하는 역할을 한다. The generator engine coolant pump 4 serves to circulate the circulating water of the high temperature cooling system of the generator engine 6. The heat recovery system circulation pump 5 circulates the circulation water inside the heat recovery system. The generator engine 6 is an engine for producing electricity required for the vessel. The generator heat exchanger 7 serves to cool the generator by heat-exchanging fresh water required for the generator engine. The heat exchanger 8 serves to cool the generator engine by heat-exchanging fresh water required for the generator engine cooling. The heat recovery cooler 9 is also a heat exchanger 9 for transferring the heat of the hot cooling water passing through the generator engine 6 to the heat recovery system. Thermal expansion tank 10 serves to absorb the thermal expansion of the thermal circulation system and to discharge the bubbles generated out of the system.

본 발명의 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수 시스템의 폐열 회수 흐름을 설명한다. The waste heat recovery flow of the waste heat recovery system using the engine cooling water of the ship of the present invention will be described.

엔진부(6)에는 전술한 바와 같이 발전기용 열교환기(7), 열교환기(8) 및 열 회수 쿨러(9)가 탑재되어 있다. 열 회수 쿨러(9)는 엔진(6')을 냉각시키고 나온 뜨거워진 냉각수를 라인(11)을 공급받은 다음 라인(14)를 통해 공급되는 청수와 열교환하고 열교환된 냉각수를 라인(12)을 통해 배출하고, 상기 열교환된 청수는 라인(13)을 통해 열 회수 시스템 순환 펌프(5)를 거쳐 열회수 히터(3)로 공급한다. 열 회수 히터(3)는 순환 펌프(5)를 거쳐 들어온 뜨거운 냉각수를 필요한 곳에 열원을 공급하고, 열교환기(8)는 열 회수 쿨러(9)로부터 나온 냉각수를 엔진 냉각에 필요한 온도 만큼 냉각시켜 엔진 자켓(도시 않음) 냉각에 필요한 온도를 유지시켜 주는 흐름으로 되어 있다. 다시 말하면 발전기 구역 즉 엔진부 내부와 외부 냉각시스템의 직접적인 청수 교환은 하지 않으며 열교환기(8,9)를 통해 외부와 간접적으로 열교환을 하는 구성으로 되어 있다. As described above, the engine unit 6 is equipped with a generator heat exchanger 7, a heat exchanger 8, and a heat recovery cooler 9. The heat recovery cooler 9 cools the engine 6 'and receives the heated coolant from line 11 and then heat-exchanges the fresh water supplied through line 14, and exchanges the heat-exchanged coolant through line 12. And the heat-exchanged fresh water is supplied to the heat recovery heater 3 via a line 13 via a heat recovery system circulation pump 5. The heat recovery heater 3 supplies the heat source to the hot coolant introduced through the circulation pump 5 where it is needed, and the heat exchanger 8 cools the coolant from the heat recovery cooler 9 to a temperature necessary for engine cooling. Jacket (not shown) is a flow that maintains the temperature required for cooling. In other words, there is no direct fresh water exchange between the generator section, that is, the engine section and the external cooling system, and the heat exchangers 8 and 9 indirectly exchange heat with the outside.

따라서 상기 라인(13,14)가 폐열 회수 시스템의 폐열 회수 루프로서 필요한 곳에 열원을 공급하게 된다. The lines 13 and 14 thus supply heat sources where needed as a waste heat recovery loop of the waste heat recovery system.

본 발명의 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템에 의하면 선박 또는 해양구조물에 설치되어 엔진의 자켓으로부터 토출되는 고온의 폐 냉각수를 열원으로 사용함으로써 보일러 및 히터의 용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 보일러 및 히터 가동을 위한 연료를 절감하여 폐기가스의 양을 줄일 수 있으며 또한 이로 인해 선박의 가열 시스템이 단순화되어 배관비용과 같은 비용의 절감효과를 얻을 수 있다. According to the waste heat recovery system using the engine coolant of the ship of the present invention, it is possible to reduce the capacity of the boiler and the heater by using the high temperature waste coolant installed in the ship or offshore structure and discharged from the jacket of the engine as a heat source. By saving fuel for operation, the amount of waste gas can be reduced, which also simplifies the vessel's heating system, resulting in cost savings such as piping costs.

지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템을 첨부 도면을 참조로 하여 설명하였으나 이것은 예시 목적이지 이것으로 본 발명을 한정하고자 함은 아니며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 이하의 부속청구범위에 의해 정해지며, 본 발명의 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the waste heat recovery system using the engine cooling water of the ship according to an embodiment of the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, but this is for illustrative purposes, and the present invention is not intended to be limited thereto. Rather, all changes or modifications derived from the meanings and ranges of the claims of the present invention and equivalent concepts thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

1: 해수 공급 펌프 2: 청수 쿨러
3: 열 회수 히터 4: 발전기엔진 냉각수 펌프
5: 열회수 시스템 순환펌프 6: 발전기엔진
7: 발전기용 열 교환기 8: 열교환기
9: 열 회수 쿨러 10: 열팽창 탱크1: sea water supply pump 2: fresh water cooler
3: Heat recovery heater 4: Generator engine coolant pump
5: Heat recovery system circulation pump 6: Generator engine
7: Heat exchanger for generator 8: Heat exchanger
9: heat recovery cooler 10: thermal expansion tank

Claims (2)

선박에 필요한 전기를 생산하는데 사용되는 발전기 엔진(6);
상기 발전기 엔진에 탑재되며, 발전기 냉각에 필요한 청수를 열교환하여 발전기를 냉각시키는 복수의 발전기용 열교환기(7);
상기 발전기 엔진에 탑재되며, 상기 발전기 엔진 냉각에 필요한 청수를 열교환하여 발전기 엔진을 냉각시키는 복수의 열교환기(8);
상기 발전기 엔진에 탑재되며, 상기 발전기 엔진을 거친 뜨거운 냉각수의 열을 열 회수 시스템에 전달하는 열교환기로서 복수의 열 회수 쿨러(9);
상기 열 회수 쿨러로부터의 뜨거운 냉각수를 순환시키는 열 회수 시스템 순환 펌프(5); 및
상기 열 회수 쿨러로부터의 청수를 열교환하여 열원이 필요한 곳에 공급하는열 회수 히터(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템.A generator engine 6 used to produce electricity for the vessel;
A plurality of generator heat exchangers (7) mounted on the generator engine and cooling the generator by heat-exchanging fresh water required for the generator cooling;
A plurality of heat exchangers (8) mounted on the generator engine and configured to cool the generator engine by heat-exchanging fresh water necessary for cooling the generator engine;
A plurality of heat recovery coolers (9) mounted on the generator engine as heat exchangers for transferring heat of hot cooling water passing through the generator engine to a heat recovery system;
A heat recovery system circulation pump (5) for circulating hot cooling water from the heat recovery cooler; And
And a heat recovery heater (3) for heat-exchanging fresh water from the heat recovery cooler and supplying it to a place where a heat source is needed. 청구항 1에 있어서,
상기 열 회수 히터로부터 상기 열 회수 쿨러를 거쳐 다시 열회수 히터로 순환되는 폐열 회수 라인(13,14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 엔진 냉각수를 이용한 폐열회수시스템.
The method according to claim 1,
And a waste heat recovery line (13, 14) circulated from the heat recovery heater to the heat recovery heater via the heat recovery cooler.
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