KR20120042107A - 배기가스 온도저감 배출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에는 엔진의 배기가스에 의하여 선박의 운항과 관련된 중요한 장치가 밀집되어 있는 레이더 마스트가 열적인 손상을 받는 것을 방지하기 위해 배기가스 온도를 저감하여 배출장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에는 선박의 엔진과; 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 유도하는 연돌과; 연돌의 일부에 외기의 혼합이 가능하도록 천공이 되어 있는 천공부와; 연돌의 끝단부에 배기가스 배출유도장치와; 배기관의 끝단부에 배기가스의 온도를 측정하기 위한 배출 배기가스 온도측정부와; 배기가스 온도측정부로부터 입력된 신호를 바탕으로 구동부를 제어하는 신호를 생성하는 제어부 및 제어부의 신호에 따라 구동되는 구동부를 포함하여 이루어진 배기가스 온도저감 배출장치가 포함될 수 있다.

Description

배기가스 온도저감 배출장치{Apparatus for reducing exhaust gas temperature}

본 발명은 선박엔진의 배기가스의 열에 의한 주요장치의 손상을 막는 장치 구성 및 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대형선박 등에서 연돌을 통해 배출되는 엔진의 배기가스에 의하여 선박의 운항과 관련된 중요한 장치가 밀집되어 있는 레이더 마스트가 열적인 손상을 받는 것을 방지하기 위한 배기가스 온도저감 배출장치 및 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박의 엔진에서 발생하는 배기가스를 대기로 방출하기 위한 연돌과 연통은 선박에서 높은 부분에 위치하게 된다. 이는 선박 주변의 난류에 의해 발생되는 배기가스로 인한 오염을 방지하면서, 배기가스의 열에 의하여 선박의 다른 부분이 받는 영향을 최소화하면서, 한편으로는 배기가스의 냄새가 선박에 퍼지는 것을 줄이면서 배기가스를 대기중으로 방출하는 역할을 하게 된다.

그런데 선박에서 사용되는 레이더의 성능을 최적으로 보장하기 위해서는 그 위치가 선박의 다른 구성부품보다 높아 전파적인 간섭이나 장애를 받지 않을 곳이어야 한다. 그렇기 때문에 일반적으로 연돌과 레이더마스트는 인접한 곳에 위치하는 경우가 대다수이다. 한편 레이더마스트에는 레이더 이외에도 선박의 항해시 필요한 위도와 경도 등을 포함한 각종 정보를 송수신하기 위한 장비를 포함하여 다양한 전자장비들도 위치하는 경우가 많다.

이 경우에 연돌로부터 배출되는 고온의 배기가스가 상기의 전자장비를 포함하여 다수의 부품에 직접적으로 접촉하게 되는 경우가 종종 발생하게 된다. 이에 따라 장기간 노출된 전자장비나 부품의 경우에는 소손이나 열에 의한 열화를 일으키는 경우가 발생한다.

이러한 열영향부는 선박의 속도, 배기가스의 배출속도, 풍향 및 풍속, 선박의 진행방향에 따라 달라지게 된다. 즉 측정하고자 하는 지점에서의 상기의 요소들에 의하여 벡터합에 따라 결정되어지는 상대풍의 방향과 속도에 의하여 달라지게 된다.

상대풍의 방향이 레이더마스트 등 주요 부품쪽을 향하지 않는 경우에는 배기가스에 의한 열영향을 피할 수 있다. 하지만 상대풍의 방향이 레이더마스트를 향하거나 선속이 매우 낮은 상태에서는 주요부품에 열의 영향이 미치게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 연돌의 끝단부분을 경사지게 설치하여 열영향을 회피하거나 주요부품의 전면부에 배기가스의 영향을 줄여줄 수 있는 구조물을 설치하거나, 주 연돌의 주변에서 공기 등을 분사하여 배기가스의 배출방향을 바꾸어주는 방법 등을 사용하여 왔다.

하지만 상기와 같은 방법에 의하여 열영향을 효과적으로 회피할 수 있었던 것은 아니다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 배기가스가 연돌을 지나는 동안에 외기와 혼합되는 과정을 거치도록 하므로써 배출되는 배기가스의 온도를 저하시키는 장치와 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일측면에 따르면, 선박의 엔진과; 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 유도하는 연돌 및 연돌의 일부에 외기의 혼합이 가능하도록 천공이 되어 있는 천공부를 포함하여 이루어진 배기가스 온도저감 배출장치가 제공된다.

또한, 상기의 구성에 연돌의 끝단부에 배기가스 배출유도장치가 추가적으로 포함하여 이루어진 배기가스 온도저감 배출장치도 제공되어질 수 있다.

한편, 상기 구성들에 있어서 천공부가 위치하는 부분의 연돌 직경이 연돌의 다른 부분보다 작은 것을 특징으로 하는 배기가스 온도저감 배출장치도 제공되어질 수 있다.

아울러 상기 구성요소에 천공부의 열림정도를 조절할 수 있는 구동부가 추가적으로 포함되어 이루어진 배기가스 온도저감 배출장치가 제공되어질 수 있다.

또한, 상기 구성들에 있어서 배기관의 끝단부에 배기가스의 온도를 측정하기 위한 배출 배기가스 온도측정부와; 상기 배출 배기가스 온도측정부로부터 입력된 신호를 바탕으로 구동부를 제어하는 신호를 생성하는 제어부 및 제어부의 신호에 따라 구동부를 구동하는 구동부를 추가적으로 포함하여 구성되는 배기가스 온도저감 배출장치가 제공되어질 수 있다.

그리고, 상기의 구성에 천공부 근처의 유속을 측정하여 제어부로 입력하는 유속측정부와; 연돌의 내부로 흡입되는 공기의 온도를 측정하여 제어부로 입력하는 외기온 측정부와; 외기와 혼합되기 전의 배기가스의 온도를 측정하여 제어부로 입력하는 유입 배기가스 온도측정부와; 엔진회전수 측정부 및 상기 측정부들로부터 입력된 신호를 바탕으로 구동부를 제어하는 신호를 추가적으로 포함하여 구성되는 배기가스 온도저감 배출장치가 제공되어질 수 있다.

아울러, 상기의 구성요소에 추가적으로 천공부 근처에 연돌 중심부를 향하여 고압의 압축공기를 분사할 수 있는 노즐이 추가적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 온도저감 배출장치가 제공되어질 수 있다.

한편, 상기의 구성요소 들에 외기와 배기가스가 잘 혼합되도록 난류발생장치가 추가적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 온도저감 배출장치가 제공되어질 수 있다.

마찬가지로, 상기의 구성요소에 배기가스의 영향을 받는 열에 민감한 부품의 온도를 측정하여 제어부로 입력하는 열민감부품온도측정부와; 열민감부품온도측정부의 신호가 일정치에 도달하지 않은 경우에는 제어동작을 수행하지 않도록 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기가스 온도저감 배출장치가 제공되어질 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 장치와 제어방법에 의하면, 연돌로부터 배출되는 배기가스의 온도를 저감시킬 수 있어 연돌주변에 있는 부품들이 배기가스에 의하여 받는 열의 영향을 낮출 수 있다. 따라서, 연돌 주변 부품의 열에 의한 열화와 소손 등을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템 기본 구성도 일례
도 2는 본 발명에 적용되는 각종 센서가 도시된 구성도 일례
도 3은 본 발명에 따른 천공부 제어장치 구성도 일례
도 4는 본 발명에 따른 난류발생장치 구성도 일례
도 5는 본 발명에 따른 제어 계통도

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하기로 한다.

본 발명은 기본적으로 엔진으로부터 배기가스가 발생되는 모든 장치에 적용이 가능하지만, 선박에 한정하여 설명을 하기로 한다. 본 발명은 기본적으로 엔진으로부터 배출되는 고열의 배기가스에 상온의 공기를 혼합시켜 주는 것에 의하여 배출되는 가스의 온도를 저하시키는 것을 그 기본적인 기술적 사상으로 하고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템 기본 구성도 일례에 관한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명은 선박의 엔진(2); 상기 엔진(2)으로부터 배출되는 배기가스를 대기측으로 유도하는 연돌(1), 연돌의 일부에 외기의 혼합이 가능하도록 천공이 되어 있는 천공부(5)를 포함하여 이루어진 배기가스 온도저감 배출장치를 사용할 수 있다. 통상적으로 천공부(5)를 지나는 배기가스의 압력에 따라서 자연적인 공기의 흡입이 이루어질 수도 있다. 즉, 엔진(2)으로부터 배출되는 배기가스가 충분히 감압된 상태에서 고속으로 연돌(1)을 지나는 경우에는 외기가 연돌(1)로 흡수될 수 있다. 하지만, 배기가스 자체가 가지는 압력이 상당히 높은 상태이므로 경우에 따라서는 이 천공부(5)를 통하여 배기가스가 외부로 유출되는 문제도 발생될 수 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 연돌(1)의 끝단부에 배기가스 배출유도장치(7)를 추가적으로 부착해 줌으로서 천공부(5)를 통하여 외기의 유입을 도울 수 있다.

또다른 한편으로는 천공부(5)가 위치하는 부분의 연돌(1)의 직경을 다른 부분에 비하여 줄여줌으로써 그 부분에서의 배기가스의 속도를 상대적으로 높여줌으로써 압력을 낮게 해 줄 수 있다. 이에 따라 외부의 공기가 자연스럽게 천공부(5)를 통하여 유입되어 배기가스와 혼합이 될 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예로는 천공부(5)의 열림정도를 조절할 수 있는 구동부(6)를 상기의 구성에 추가할 수 있는데 이 장치를 통하여 배기가스의 온도가 상대적으로 낮은 저부하 운전시에는 천공부(5)를 막고, 통상의 연돌(1)과 같이 사용하고 일정온도 이상 또는 일정 부하 이상의 운전에서만 이 구동부(6)를 이용하여 천공부(5)를 열어줌으로써 낮은 온도에서는 이 시스템을 작동시키지 않아 불필요한 사용을 막을 수 있다.

상기의 과정은 운전자의 직접적인 조작에 의하여 가동되는 시스템이었다. 아래에서 설명하는 시스템은 전자제어부를 추가적으로 부가하여 자동적인 제어가 되도록 한 것이다.

도 2는 본 발명에 적용되는 각종 센서가 도시된 구성도 일례에 관한 도면이다. 도 2를 참조하면, 상기의 구성에 배기관의 끝단부에 배기가스의 온도를 측정하기 위한 배출 배기가스 온도측정부(8)와; 상기 배출 배기가스 온도측정부(8)로부터 입력된 신호를 바탕으로 구동부(6)를 제어하는 신호를 생성하는 제어부(4) 및 제어부의 신호에 따라 구동되는 구동부(6)를 추가적으로 포함하여 구성되는 배기가스 온도저감 배출장치를 구성한다. 이를 통하여 기본적으로는 배출되는 배기가스의 온도가 일정온도 이상인 경우에는 천공부(5)의 개방부위를 온도에 비례하여 개방함으로써 배출되는 배기가스의 온도를 자동적으로 낮추어 주는 기능을 수행할 수 있게 된다.

상기의 발명의 실시예를 보다 정밀한 제어가 가능하도록 상기의 구성에 천공부(5) 근처의 유속을 측정하여 제어부(4)로 입력하는 유속측정부(9)와; 연돌의 내부로 흡입되는 공기의 온도를 측정하여 제어부(4)로 입력하는 외기온 측정부(14:대기온 센서); 외기와 혼합되기 전의 배기가스의 온도를 측정하여 제어부(4)로 입력하는 유입 배기가스 온도측정부(10)와; 엔진회전수 측정부(3) 및 상기 측정부들로부터 입력된 신호를 바탕으로 구동부를 제어하는 신호를 연산하는 제어부(4)를 추가적으로 포함하여 구성되는 배기가스 온도저감 배출장치가 제공될 수 있는데, 이를 통하여 유입되는 배기가스의 온도와 량을 고려하여 추가적으로 공급하는 공기의 량을 제어해 줌으로써 유출되는 배기가스의 온도를 효과적으로 저감시킬 수 있다.

상기의 데이타로부터 유입시킬 공기의 량을 결정하여 제어하는 것은 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 특별한 어려움이 없이 계산이나 실험을 통하여 결정할 수 있다.

또다른 실시예로는 상기의 구성에 추가하여, 천공부(5) 근처에 연돌 중심부를 향하여 고압의 압축공기를 분사할 수 있는 노즐(11)을 설치할 수 있는데 이를 통하여 자연적으로 유입되는 공기의 량이 부족하거나 급속히 배기가스의 온도를 낮출 필요가 있는 경우에 효과적으로 대응할 수 있게 된다.

연돌(1)의 길이가 상대적으로 짧거나 길더라도 안정적으로 배기가스가 유동하는 경우에는 연돌의 내부로 유입된 공기와 배기가스의 혼합이 잘 일어나지 않을 수 있다. 이 경우 혼합을 통하여 배기가스의 온도를 저감시키기 어려울 수 있으므로 공기의 혼합을 촉진할 수 있는 장치를 부착할 필요가 있다. 이를 위해 상기의 구성들에 외기와 배기가스가 잘 혼합되도록 난류발생장치(12)를 추가적으로 설치할 수 있는데 난류발생장치의 구성은 다양하게 구성할 수 있다.

일례로 가이드베인(도 4)은 교차하게 배열하여 난류를 발생시킬 수도 있고, 메쉬 등을 유동중에 설치할 수도 있다. 그리고 이와 같은 난류발생장치는 영구적으로 설치될 수도 있고, 다른 한편으로는 선택적으로 유동중에 위치시킬 수도 있다.

본 발명의 또다른 실시예로는 상기의 부품들에 배기가스의 영향을 받는 열에 민감한 부품의 온도를 측정하여 제어부로 입력하는 열민감부품온도측정부(13)와; 열민감부품온도측정부의 신호가 일정치에 도달하지 않은 경우에는 제어동작을 수행하지 않도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성할 수 있다.

이를 통하여 열에 민감한 부품의 온도가 일정치에 올라가지 않는 경우에는 제어를 수행하지 않으므로써 불필요한 동력소비를 막을 수 있는 효과가 있다.

도 5는 본 발명에 따른 제어 계통에 관한 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 제어방법을 설명하면, 우선 기관회전수(S41), 외기온(S42), 배출 배기가스온도(S43), 유입배기가스온도(S44), 배기가스유속(S45)을 측정하고, 측정된 데이타를 제어부로 입력하여, 입력된 데이타와 미리 프로그래밍된 데이타를 이용하여 천공부의 개폐량을 계산(S50)하며, 그 후 계산된 구동신호를 이용하여 천공부를 제어(S61)하는 배기가스 온도저감 배출장치 제어방법이 제공될 수 있는데, 발명의 실시를 위한 상세한 설명은 전술한 장치에서 기재한 바와 같다. 이 제어에서 필요한 프로그래밍과 계산 방법은 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 당업자에 의하여 용이하게 선택하여 채용하는 것이 가능하다.

본 발명의 또 다른 한 형태로서, 상기의 제어방법을 사용하는 경우에 갑자기 배기가스의 온도가 올라가는 경우에는 천공부를 통하여 유입되는 공기에 의한 냉각으로는 유출되는 배기가스의 온도를 낮추는 것이 어려울 수 있다. 이를 해결하기 위하여 상기의 제어단계에, 입력된 데이타와 미리 프로그래밍 되어있는 데이타를 이용하여 고압분사노즐의 개폐량을 계산하는 단계와 및 상기 계산된 결과에 따라서 고압분사노즐을 제어하는 단계를 추가적으로 포함하여 이루어지는 것을 포함하여 이루어지는 것을 배기가스 온도저감 배출장치 제어방법도 제공되어질 수 있다.

본 발명의 또다른 제어의 형태로는 선박의 배기시스템의 제어에 있어서, 우선 열민감부품의 온도를 측정(S10)하고, 열민감부품의 온도가 일정치 이상인지를 판단(S20)하여, 그 온도가 일정치 이하인 경우에는 천공부 개폐를 유지(S30)한 상태에서 초기상태로 환류하며, 한편 그 온도가 일정치 이상인 경우에는 기관회전수(S41), 외기온(S42), 유출 배기가스온도(S43), 유입배기가스온도(S44), 배기가스유속(S45)을 측정하여 측정된 데이타를 제어부로 입력하고, 입력된 데이타와 미리 프로그래밍된 데이타를 이용하여 천공부의 개폐량 및 고압분사노즐의 개폐량을 계산(S50)하여, 천공부(S61)와 분사노즐(S62)을 제어하는 배기가스 온도저감 배출장치 제어방법이 제공되어질 수 있는데, 이를 통하여 열영향이 크지 않을 경우에는 배기가스의 온도를 저감시키기 위한 제어를 하지 않으므로써 동력을 절감할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 변형 및 변경이 가능한다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.

1 : 연돌 2 : 엔진
3 : 엔진부하측정부 4 : 제어부
5 : 천공부 5-1 : 연돌부 제어링
5-2 : 기어부 5-3 : 제어모터
6 : 구동부 7 : 배기가스 배출유도장치
8 : 배출 배기가스 온도측정부 9 : 배기가스 유속측정부
10 : 유입 배기가스 온도측정부 11 : 압축공기 분사노즐부
12 : 난류발생장치 13 : 온도센서

Claims (9)

1. 선박의 엔진과;
   상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 유도하는 연돌 및
   상기 연돌의 일부에 외기의 혼합이 가능하도록 천공이 되어 있는 천공부를 포함하여 이루어진 배기가스 온도저감 배출장치
2. 제1항에 있어서,
   상기 연돌의 끝단부에 배기가스 배출유도장치가 추가적으로 포함하여 이루어진 배기가스 온도저감 배출장치
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 천공부가 위치하는 부분의 연돌 직경이 연돌의 다른 부분보다 작은 것을 특징으로 하는 배기가스 온도저감 배출장치
4. 제3항에 있어서,
   상기 천공부의 열림정도를 조절할 수 있는 구동부가 추가적으로 포함되어 이루어진 배기가스 온도저감 배출장치
5. 제4항에 있어서,
   배기관의 끝단부에 배기가스의 온도를 측정하기 위한 배출 배기가스 온도측정부와;
   상기 배출 배기가스 온도측정부로부터 입력된 신호를 바탕으로 구동부를 제어하는 신호를 생성하는 제어부 및
   상기 제어부의 신호에 따라 구동되는 구동부를 추가적으로 포함하여 구성되는 배기가스 온도저감 배출장치
6. 제5항에 있어서,
   상기 천공부 근처의 유속을 측정하여 상기 제어부로 입력하는 유속측정부;
   상기 연돌의 내부로 흡입되는 공기의 온도를 측정하여 상기 제어부로 입력하는 외기온 측정부;
   외기와 혼합되기 전의 배기가스의 온도를 측정하여 상기 제어부로 입력하는 유입 배기가스 온도측정부;
   엔진회전수 측정부를 추가적으로 포함하고;
   상기 제어부는 상기 측정부들로부터 입력된 신호를 바탕으로 구동부를 제어하는 신호를 연산하는 것을 특징으로 하는 배기가스 온도저감 배출장치
7. 제6항에 있어서,
   상기 천공부 근처에 연돌 중심부를 향하여 고압의 압축공기를 분사할 수 있는 노즐이 추가적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 온도저감 배출장치
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   외기와 배기가스가 잘 혼합되도록 난류발생장치가 추가적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 온도저감 배출장치
9. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서
   배기가스의 영향을 받는 열에 민감한 부품의 온도를 측정하여 제어부로 입력하는 열민감부품온도측정부를 추가적으로 포함하고;
   상기 제어부는 열민감부품온도측정부의 신호가 일정치에 도달하지 않은 경우에는 제어동작을 수행하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 배기가스 온도저감 배출장치

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