KR20120091863A - 브라운 가스를 이용한 선박 구동장치 - Google Patents

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Abstract

브라운 가스를 이용한 선박 구동장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치는, 선박을 구동하기 위한 엔진; 해수를 유입하는 씨체스트; 씨체스트로부터 해수를 공급받아 청수로 변환시키는 조수기; 조수기에서 변환된 청수를 전기분해하여 브라운 가스를 생산하는 브라운 가스 발생장치; 및 브라운 가스 발생장치에서 발생된 브라운 가스를 공급받아 엔진으로 공급하는 브라운 가스 공급장치;를 포함한다.

Description

브라운 가스를 이용한 선박 구동장치{SHIP DRIVING APPARATUS USING BROWN GAS}
본 발명은 브라운 가스를 생성 및 이용하여 선박을 구동시키는 장치에 관한 것이다.
특별한 경우를 제외하고는 디젤엔진이 가솔린엔진에 비해 열효율과 내구성이 높기 때문에 대부분의 선박에서 동력원으로 이용되고 있다. 또한, 디젤엔진은 가솔린엔진에 비해, 공연비가 높아 희박연소(lean burn) 조건에서 엔진이 작동하므로 연료가 적게 소모되는 장점이 있다. 따라서, 가솔린 엔진에 비하여 CO, CO2 및 탄화수소 등의 탄소산화물 배출량이 적어 지구 온난화를 덜 유발하는 장점이 있다.
그러나, 디젤엔진은 가솔린엔진에 비해 높은 압축비에서 작동하므로 연소실의 온도가 상대적으로 높으며, 이로 인해 질소산화물(NOx)이 많이 발생하는 단점이 있다. 배출가스 중의 NOx는 광화학 스모그, 산성비 및 오존(O3) 발생의 원인이 되고, 매연(SOOT) 등의 입자상 물질은 도시에서 발생하는 다른 어떤 입자보다 많은 빛을 흡수하기 때문에 대기 및 시야를 탁하게 만든다.
특히, 선박에 사용되는 대형 디젤엔진의 경우, 엔진의 구동을 위해 사용되는 연료는 비용 절감을 위해서 점성이 높고, 휘발성이 낮으며, 가연성이 낮은 저급 연료인 HFO(Heavy Fuel Oil)를 사용하는 것이 일반적이다. 이로 인해, 상대적으로 불완전연소가 많이 발생하며, 불완전연소의 결과물로서의 입자상 물질(PM, Particulate Material)이 많이 발생한다.
이러한 질소산화물과 입자상 물질 등은 인체에 끼치는 영향을 무시할 수 없어 환경의 주요한 관심사항으로 부각되고 있다.
최근 들어, 대형선박의 디젤엔진이 환경에 미치는 영향이 관심사로 등장함에 따라 선박에 보다 친화적인 동력시스템을 적용하는 것이 검토되고 있다. 그들 중 하나로서 브라운 가스를 연료로 사용하는 엔진의 탑재가 시도되고 있다. 브라운 가스란, 잘 알려진 바와 같이, 물을 전기분해시킴으로써 얻어지는 기체상의 물질로서 수소와 산소의 비율이 2:1로 혼합되어 있는 가스상의 물질을 말한다. 브라운 가스는 연료에 탄소를 포함하지 않으므로 탄소계 연소생성물을 발생하지 않으며, 상대적으로 낮은 압축비에서 작동이 가능하므로 질소산화물의 생성도 낮은 것으로 알려져 있다.
하지만, 브라운 가스를 장시간 공급하기 위한 생성시스템 등에 대한 기술적인 과제가 해결되어 있지 않으며, 특히 대형 선박용으로 사용하기 위한 대형 브라운 가스 엔진용 장치의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 실시예는, 브라운 가스를 생산 및 이용하여 선박의 엔진을 구동할 수 있는 구성을 가지는 선박 구동장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치로서,
상기 선박을 구동하기 위한 엔진; 해수를 유입하는 씨체스트; 상기 씨체스트로부터 해수를 공급받아 청수로 변환시키는 조수기; 상기 조수기에서 변환된 청수를 전기분해하여 브라운 가스를 생산하는 브라운 가스 발생장치; 및 상기 브라운 가스 발생장치에서 발생된 브라운 가스를 공급받아 상기 엔진으로 공급하는 브라운 가스 공급장치;를 포함하는 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치가 제공될 수 있다.
또한, 공기를 압축하는 공기 압축기; 상기 공기 압축기에서 압축된 공기를 저장하는 압축공기 저장탱크; 상기 조수기에서 변환된 청수를 저장하는 청수탱크; 및 상기 청수탱크로부터 청수를 유입받고, 상기 압축공기 저장탱크로부터 압축공기를 공급받아 청수를 가압한 상태로 저장하는 청수압력탱크;를 더 포함하고,
상기 브라운 가스 발생장치는 상기 청수압력탱크로부터 청수를 공급받아 브라운 가스를 생산할 수 있다.
또한, 상기 브라운 가스 발생장치는, 청수를 전기분해시키는 전해조; 및 상기 전해조를 전해조 냉매를 이용하여 냉각시키는 전해조 냉각부;를 포함하고,
상기 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치는, 상기 씨체스트로부터 유입된 해수를 이용하여 상기 전해조 냉매를 냉각시키는 냉각기;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전해조 냉매는 청수일 수 있다.
또한, 상기 냉각기와 상기 전해조 냉각부 사이에는 냉매 순환유로가 마련되어 있고, 상기 냉매 순환유로에는, 상기 냉매 순환유로를 통하여 흐르는 전해조 냉매의 유량을 조절하기 위한 펌프가 마련되어 있으며, 상기 펌프의 입구측으로 유입되는 전해조 냉매를 가압시키고 캐비테이션(cavitation)을 방지하도록, 상기 냉매 순환유로에 유체연통가능하게 연결되는 청수팽창탱크;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 브라운 가스 공급장치는,
상기 브라운 가스 발생장치에서 발생된 브라운 가스를 공급하는 브라운 가스 공급관; 및 일단이 상기 엔진의 흡기관 내부에 설치되고, 타단이 상기 브라운 가스 공급관에 유체연통가능하게 연결되며, 복수의 분사노즐이 형성된 브라운 가스 분사기구;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 브라운 가스 분사기구는, 상기 복수의 분사노즐이 열상으로 배열된 막대형상일 수 있다.
또한, 상기 브라운 가스 분사기구는, 일단이 상기 브라운 가스 공급관에 유체 연통가능하게 연결되는 연결관; 상기 엔진의 흡기관 내부로 유입되는 외기에 의하여 회전가능하도록 상기 연결관의 타단에 유체연통가능하고 회전가능하게 설치되는 회동부; 및 상기 회동부에 연결되어 상기 회동부를 통하여 상기 연결관과 유체연통가능하게 연결되는 복수의 익형부;를 포함하고, 상기 각각의 익형부에는 복수의 분사노즐이 설치되는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용할 수 있다.
또한, 상기 브라운 가스 공급관은, 상기 공기 압축기에서 생산된 압축공기를 공급하는 압축공기 공급관과 유체연통가능하게 연결될 수 있다.
또한, 상기 브라운 가스 공급관에는 유입구, 배출구 및 단면축소부가 형성된 벤츄리부가 마련되어 있으며,
상기 벤츄리부의 유입구는 상기 압축공기 공급관과 유체연통가능하게 연결되고, 상기 벤츄리부의 단면축소부는 상기 브라운 가스 발생장치와 유체연통가능하게 연결되며, 상기 벤츄리부의 배출구는 상기 브라운 가스 분사기구와 유체연통가능하게 연결될 수 있다.
또한, 상기 압축공기 공급관에는 상기 벤츄리부 내부로 유입되는 압축공기의 양을 조절하기 위한 유량조절밸브가 마련될 수 있다.
본 실시예에 따른 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치에 따르면, 해수를 사용하여 브라운 가스를 지속적으로 생산함으로써, 선박의 동력원으로 이용할 수 있다. 특히, 생산된 브라운 가스는 대형 선박의 장기간 운항에 필요한 안정적인 연료공급원 역할을 할 수 있다.
또한, 브라운 가스는 탄소를 포함하지 않은 산소와 수소의 혼합연료이므로, 탄화수소계 오염물질을 발생하지 않아 환경오염을 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치의 시스템 구성도이다.
도 2는 도 1에 사용되는 분사기구의 일 실시예의 개략도이다.
도 3은 도 1에 사용되는 분사기구의 다른 실시예의 개략도이다.
도 4는 도 3에 도시된 분사기구를 사용하여 공기-브라운 가스 혼합기가 형성되는 것을 도시하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치의 시스템 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 A부분의 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 제한적인 것으로 의도된 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치의 시스템 구성도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치(100)는 선박의 선체(1) 내에 설치되어 선박을 구동시키기 위해 마련된 것으로, 엔진(110), 씨체스트(120), 조수기(130), 및 브라운 가스 발생장치(140), 및 브라운 가스 공급장치를 포함한다.
상기 엔진(110)은 상기 선박을 구동시키기 위한 구동원으로서, 상기 엔진(110)의 내부에는, 실린더 헤드와 실린더 블록 및 피스톤에 의해 구획되는 공간인 연소실(미도시)이 마련된다. 또한, 상기 엔진(110)에는 흡기관(114)이 마련되어 있으며, 상기 흡기관(114)을 통해 흡입되는 공기는 과급기(Turbo Charger; 112)를 거쳐 엔진(110)의 연소실 내로 공급된다.
상기 씨체스트(120)는 선체(1) 외부로부터 해수를 유입하여 저장하는 공간으로서, 도시된 바와 같이 일반적으로 선저에 설치된다.
상기 조수기(130)는 상기 씨체스트(120)를 통하여 유입된 해수를 청수로 전환시키기 위해 마련된 것이다. 상기 씨체스트(120)에 저장된 물은 펌프(122)에 의해 해수유로(121)를 통하여 상기 조수기(130)로 공급된다. 조수기는 잘 알려진 바와 같이, 진공이 형성된 가열실에 해수를 유입시킨 후 열을 가하여 물을 증발시키고 다시 응축시키는 과정에 의하여 염분을 포함하지 않은 증류수를 만드는 선박에서 사용되는 장치를 통칭한다.
상기 조수기(130)에서 변환된 청수는 브라운 가스 발생장치(140)로 공급되고, 염분을 포함한 불순물은 해수유로(131)를 통하여 선체(1) 외부로 배출된다.
상기 조수기(130)를 통하여 해수를 청수로 만드는 이유는 브라운 가스를 만들기 위해서는 순수한 형태의 H2O만이 필요하며, 그 이외의 포함원소들은 불순물로서 장치 및 엔진의 연소과정에 유해한 영향을 끼칠 수밖에 없기 때문이다.
상기 브라운 가스 발생장치(140)는, 물을 전기분해하여 브라운 가스를 생산하는 장치로서, 내부에 청수를 전기분해하기 위한 전해조(141)를 구비하고 있다. 브라운 가스 발생장치에 대해서는 이미 잘 알려져 있으므로 그 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 상기 브라운 가스 발생장치(140)에서 생산된 브라운 가스는 브라운 가스 공급관(142)을 통하여 상기 흡기관(114) 내부로 공급된다.
상기 브라운 가스 공급장치는 상기 브라운 가스 공급관(142)을 통하여 공급된 브라운 가스를, 상기 흡기관(114)으로 유입되는 흡입공기와 혼합시켜 상기 엔진(110)의 연소실로 공급하기 위해 마련된 것이다. 상기 브라운 가스 공급장치의 구체적인 구성에 대해서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 사용되는 분사기구의 일 실시예의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 도시된 브라운 가스 공급장치는, 상기 브라운 가스 발생장치(140)에서 발생된 브라운 가스를 공급하는 브라운 가스 공급관(142), 및 브라운 가스 분사기구(150)를 포함한다.
상기 브라운 가스 분사기구(150)는 상기 흡기관(114) 내로 브라운 가스를 분사시키기 위해 마련된 것이다. 본 실시예에서 상기 브라운 가스 분사기구(150)는, 일단이 상기 엔진(110)의 흡기관(114) 내부에 설치되고, 타단이 상기 브라운 가스 공급관(142)에 유체연통가능하게 연결된 관체(152)에, 복수의 분사노즐(155)이 형성되어 있다. 본 실시예에서 상기 복수의 분사노즐(155)는 열상으로 배열되어 있다.
선박용 엔진(110)은 차량용 엔진 등에 비하여 그 규모가 비교할 수 없을 정도로 큰 엔진이 많은데, 이 경우 하나의 분사노즐을 통하여 적절한 연료를 엔진으로 공급하기 어려운 점이 있다. 특히 기체연료의 경우에는 공기와 기체연료의 혼합 등을 고려하면 더욱더 그러하다.
따라서, 본 발명에서는 일단이 막힌 관체(152) 형상의 주위에 열상으로 다수의 분사노즐(155)을 배치함으로써, 흡입공기와 브라운 가스의 혼합의 촉진을 향상시킬 수 있다. 본 실시예에서, 분사노즐(155)이 하나의 열상으로 배치된 것을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 복수의 열을 사용할 수도 있음은 물론이다.
도 3은 도 1에 사용되는 분사기구의 다른 실시예의 개략도이고, 도 4는 도 3에 도시된 분사기구(150a)를 사용하여 공기-브라운 가스 혼합기가 형성되는 것을 도시하는 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 브라운 가스 분사기구(150a)는, 상기 브라운 가스 공급관(142)에 유체 연통가능하게 연결되는 연결관(152a), 회동부(153), 및 복수의 익형부(157)를 포함한다.
상기 회동부(153)는 상기 연결관(152a)의 일단에 회전가능하게 설치되고, 상기 복수의 익형부(157)는 상기 회동부(153)에 유체연통가능하게 연결되고 내부에 공간을 형성하고 있다. 또한, 상기 각각의 익형부(157)에는 반경방향으로 복수의 분사노즐(158)이 설치되어 있다. 상기 브라운 가스 공급관(142)으로 공급된 브라운 가스는 상기 연결관(152a)으로, 상기 회동부(153)로, 그리고 상기 각각의 익형부(157)로 순차적으로 유동하여 최종적으로 상기 분사노즐(158)을 통하여 상기 흡기관(114) 내로 분사된다.
도 4를 참조하여 상기 브라운 가스 분사기구(150a)의 특징을 설명하면, 상기 브라운 가스 분사기구(150a)는 상기 흡기관(114) 내로 흡입되는 흡입공기에 의하여 회전가능한 회동부(153)를 갖는데 이 회동부(153)는 흡입공기의 연소실로의 흡기유동에 의해 계속적으로 회전을 하게 된다.
이러한 회전을 통하여, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 흡기유동은 회오리 형상으로 교란이 발생하며, 이러한 교란을 통하여 브라운 가스와 흡입공기가 보다 잘 혼합될 수 있게 된다.
한편, 복수의 익형부(157)는 상기 회동부(153)를 통하여 브라운 가스가 공급되는 통로의 역할도 겸하는데, 익형의 형상 및 개수 등은 적용되는 엔진의 상황에 따라 설정될 수 있다.
마찬가지로, 상기 익형부(157)를 따라 반경방향으로 설치되는 복수의 분사노즐(158)의 개수도 실시예에 따라 설정될 수 있다.
본 실시예에 따른 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치에 따르면, 씨체스트(120)를 통하여 해수를 유입시켜 조수기(130)를 통하여 해수를 청수로 변환시키며, 브라운 가스 발생장치(140)에서 변환된 청수를 이용하여 지속적으로 브라운 가스를 생산하여 엔진(110)에 공급하기 때문에, 선박의 장기간 운항에 필요한 동력원으로서 이용할 수 있다.
특히, 엔진(110)의 부하에 따라 필요한 브라운 가스량을, 조수기(130) 및 브라운 가스 발생장치(140)가 지속적으로 작동하여 생산하기 때문에, 대형의 브라운 가스 저장탱크를 필요로 하지 않아 선박의 공간의 활용도를 높일 수 있다.
또한, 브라운 가스는 탄소를 포함하지 않은 산소와 수소의 혼합연료이므로, 탄화수소계 오염물질을 발생하지 않아 환경오염을 최소화 할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 도시된 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치(101)는, 엔진(110), 씨체스트(120), 조수기(130), 브라운 가스 발생장치(140), 브라운 가스 공급장치, 공기 압축기(160), 압축공기 저장탱크(164), 청수탱크(170), 청수압력탱크(174)를 포함한다. 이 중에서, 엔진(110), 씨체스트(120), 조수기(130), 브라운 가스 발생장치(140), 브라운 가스 공급장치의 구성 및 작용효과는 전술한 실시예의 것들과 동일하므로, 이하에서는 차이점인, 공기 압축기(160), 압축공기 저장탱크(164), 청수탱크(170), 청수압력탱크(174)의 구성 및 작동에 대해서만 상세히 설명하기로 한다.
상기 조수기(130)를 통하여 생성된 청수는 청수유로(134)를 통하여 상기 청수탱크(170)에 저장된다. 한편, 상기 공기 압축기(160)는 공기를 가압하여 고압공기를 생산한다.
상기 공기 압축기(160)로부터 압축된 공기는 압축공기 공급관(162)을 통하여 압축공기 저장탱크(164)에 공급된 후 저장된다. 상기 압축공기 저장탱크(164)에 저장된 압축공기는 압축공기 공급관(168)을 통하여 상기 청수압력탱크(174)로 공급된다. 상기 청수압력탱크(174)는 청수유로(172)를 통하여 상기 청수탱크(170)로부터 유입되는 청수를 공급된 압축공기를 이용하여 가압한다.
일정 압력으로 설정된 상기 청수압력탱크(174)로부터 가압된 청수는 청수 공급유로(176)를 통하여 상기 브라운 가스 발생장치(140)로 공급된다. 상기 브라운 가스 발생장치(140)로부터 생산된 브라운 가스는 브라운 가스 공급관(142)을 통하여 상기 엔진(110)의 흡기관(114)으로 공급된다. 청수압력탱크(174)에서 가압한 형태로 청수를 브라운 가스 발생장치(140)로 공급하기 때문에, 보다 효율적이고 안정적으로 청수를 공급할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 브라운 가스 공급관(142)에는 벤츄리부(169)가 마련되어 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
또한, 본 실시예에 따른 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치(101)는 냉각기(190)를 더 포함할 수도 있다.
상기 브라운 가스 발생장치(140)는 청수를 전기분해하는 과정에서 다량의 열이 발생되므로, 장치의 정상적인 작동을 위해서는 냉각을 해주어야 한다. 이를 위하여, 일반적인 브라운 가스 발생장치(140) 내에는, 청수를 전기 분해시키는 전해조(141)를 전해조 냉매를 이용하여 냉각시키기 위한 전해조 냉각부(미도시)가 마련되어 있다. 상기 전해조 냉각부는 잘 알려져 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 전해조 냉매는 청수일 수 있다.
상기 냉각기(190)는 상기 전해조 냉매를 해수를 이용하여 냉각시키기 위해 마련된 것이다.
상기 씨체스트(120)를 통하여 유입된 해수는 해수유로(191)를 통하여 상기 냉각기(190)로 공급된다. 이때, 상기 해수유로(191) 상에는 펌프(193)가 마련되어 있어, 상기 해수유로(191) 내를 유동하는 해수의 양을 조절할 수 있다. 공급된 해수는 전해조 냉매를 냉각하기 위한 냉각수로 사용되며, 상기 냉각기(190) 내에서 열을 흡수한 뒤 상기 선체(1) 외부로 배출된다.
한편, 전해조 냉매는 냉매 순환유로(144)를 통하여 상기 냉각기(190)로 공급된 후, 상기 냉각기(190)에서 해수와의 열교환을 통하여 냉각되어 다시 상기 브라운 가스 발생장치(140)의 전해조 냉각부로 순환하게 된다. 또한, 상기 냉매 순환유로(144)에는 펌프(146)가 마련되어 있어, 상기 냉매 순환유로(144)를 통하여 흐르는 전해조 냉매의 양을 조절할 수 있다.
한편, 냉각 시스템의 안정적인 운전을 위한 목적으로 본 실시예에서는 청수팽창탱크(180)가 추가적으로 장착될 수 있다.
상기 청수팽창탱크(180)는 수조(Header Tank)의 기능을 하는 것으로, 상기 청수 공급유로(176)에는 분기부가 마련되어 상기 청수팽창탱크(180)에 청수를 공급하며, 상기 냉매 순환유로(144)에 유체 연통가능하게 설치된다. 도시된 바와 같이, 상기 냉매 순환유로(144)는 벤팅관(177b)과 청수압력관(177a)을 통하여 상기 청수팽창탱크(180)에 유체연통가능하게 연결된다. 상기 벤팅관(177b)는 상기 냉매 순환유로(144) 내에 존재하는 기포를 상기 청수팽창탱크(180)로 분기시키기 위해 마련된 것이고, 상기 청수압력관(177a)은 상기 냉매 순환유로(144)로 유동하는 청수를 일정압력이상으로 가압시키기 위해 마련된 것이다. 이러한 구성에 의해, 상기 청수팽창탱크(180)는 냉매 순환유로(144) 내에서 유동하는 전해조 냉매가 일정압력이상으로 가압되어 유동하도록 해준다. 상기 청수팽창탱크(180)는 상기 브라운 가스 발생장치(140)의 전해조(141)로 전해조 냉매가 유입되는 방향을 기준으로, 상기 펌프(146) 이전에 설치되어 상기 펌프(146)로 유입되는 전해조 냉매를 일정압력이상으로 가압시킨다. 상기 청수팽창탱크(180)가 구비되지 않는 경우, 상기 펌프(146)의 흡입부측에 캐비테이션(cavitation) 현상이 발생할 수 있다.
이하, 상기 벤츄리부(169)를 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도시된 바와 같이, 상기 벤츄리부(169)는, 상기 브라운 가스 공급관(142)을 통하여 공급되는 브라운 가스를 압축공기를 이용하여 상기 엔진(110)의 흡기관(114) 내로 원활하고 안정되게 공급할 수 있게 하기 위하여 마련된 것이다. 상기 벤츄리부(169)는 양단부의 단면적이 넓고 그 중간부의 단면적이 가장 좁은 구조를 가지는 관으로서, 유입구, 배출구 및 단면축소부(169b)가 형성되어 있다. 유입구와 배출구의 중간부에는 단면적이 축소된 단면축소부(169b)가 마련되어 있다. 상기한 구조를 가진 벤츄리부(169)는, 베르누이 정리에 의해 상기 단면축소부(169b)에서 유체의 속도가 빨라지면서 압력이 낮아지게 된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 벤츄리부(169)는 상기 엔진(110)의 흡기관(114) 외부에 설치되되, 상기 흡기관(114)과 인접하여 배치된다. 상기 벤츄리부(169)의 일단부는, 상기 압축공기 저장탱크(164)와 유체 연통가능하게 연결되어 압축공기가 유동하는 압축공기 공급관(166)과 유체연통되고, 상기 벤츄리부(169)의 타단부는 상기 브라운 가스 분사기구(150)와 유체연통된다. 또한, 상기 벤츄리부(169) 중간의 단면축소부(169b)에는 상기 브라운 가스 공급관(142)이 유체연통가능하게 연결된다. 따라서, 상기 벤츄리부(169)의 상기 타단부를 통하여 압축공기와 브라운 가스가 혼합된 혼합가스가 배출되며, 이 혼합가스는 상기 엔진(110)의 흡기관(114) 내부로 공급된다.
상기한 바와 같은 구성에 의해, 상기 벤츄리부(169)로 유입된 압축공기는 단면축소부(169b)를 통과하면서 유속이 빨라지게 되고 압력은 낮아지게 된다. 상기 벤츄리부(169)의 단면축소부(169b)의 압력강하에 의해, 여기에 연결된 상기 브라운 가스 공급관(142)을 통해 공급되는 브라운 가스는 벤츄리부(169) 내부로 용이하게 유입될 수 있다.
따라서, 상기 브라운 가스 발생장치(140)에서 상기 엔진(110)의 흡기관(114)까지의 거리가 상당히 멀어서 관저항(pipe loss)이 있다고 하더라도, 상기 벤츄리부(169)를 통해 상기 엔진(110)의 흡기관(114) 내부로 브라운 가스가 안정적으로 공급될 수 있다. 또한, 이러한 구성을 통하여 브라운 가스는 가압되는 효과가 있으며, 한편으로는 고압의 압축공기와 함께 상기 흡기관(114) 내로 분사됨으로써 유입되는 흡입공기와의 혼합성이 좋아지는 효과도 나타나 궁극적으로는 완전연소에 도움을 주어, 엔진 출력의 향상 및 유해 배기가스의 저감에 도움을 준다.
한편, 상기 압축공기 공급관(166)에는 상기 벤츄리부(169) 내부로 유입되는 압축공기의 양을 조절하기 위한 유량조절밸브(167; 도 5 참조)가 설치될 수 있다. 선박에서 압축공기를 생산하기 위해서도 에너지가 필요하기 때문에, 압축공기의 소모를 최소화 할 필요가 있다. 상기 유량조절밸브(167)에 의해, 적정한 양의 브라운 가스를 공급하기 위해 필요한 최소한의 압축공기를 공급할 수 있게 되므로, 압축공기의 생산에 소모되는 에너지를 줄일 수 있다.
상술한 실시예에 있어서, 상기 벤츄리부(169)에 압축공기를 공급하기 위하여, 상기 청수압력탱크(174)로 고압의 압축공기를 공급하기 위해 마련된 상기 공기 압축기(160) 및 압축공기 저장탱크(164)를 사용하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 상기 청수압력탱크(174)의 구성이 필요하지 않은 경우에는 별도의 공기압축기를 마련할 수도 있음은 물론이다.
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 가진 자에게 명백할 것이다.
1: 선체 100: 선박 구동장치
110: 엔진 112: 과급기
114: 흡기관 120:씨체스트(Sea Chest)
121, 131: 해수유로 122, 146, 193: 펌프
130: 조수기 131: 해수유로
134, 172: 청수유로
140: 브라운 가스 발생장치 141: 전해조
142: 브라운 가스 공급관 144: 냉매 순환유로
150, 150a: 브라운 가스 분사기구 152: 관체
152a: 연결관 153: 회동부
155, 158: 분사노즐 157: 익형부
160: 공기 압축기
162, 166, 168: 압축공기 공급관
164: 압축공기 저장탱크 167: 유량조절밸브
169: 벤츄리부 169b: 단면축소부
170: 청수탱크 174: 청수압력탱크
176: 브라운 가스 공급유로 180: 청수팽창탱크
190: 냉각기

Claims (11)

  1. 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치로서,
    상기 선박을 구동하기 위한 엔진;
    해수를 유입하는 씨체스트;
    상기 씨체스트로부터 해수를 공급받아 청수로 변환시키는 조수기;
    상기 조수기에서 변환된 청수를 전기분해하여 브라운 가스를 생산하는 브라운 가스 발생장치; 및
    상기 브라운 가스 발생장치에서 발생된 브라운 가스를 공급받아 상기 엔진으로 공급하는 브라운 가스 공급장치;를 포함하는 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    공기를 압축하는 공기 압축기;
    상기 공기 압축기에서 압축된 공기를 저장하는 압축공기 저장탱크;
    상기 조수기에서 변환된 청수를 저장하는 청수탱크; 및
    상기 청수탱크로부터 청수를 유입받고, 상기 압축공기 저장탱크로부터 압축공기를 공급받아 청수를 가압한 상태로 저장하는 청수압력탱크;를 더 포함하고,
    상기 브라운 가스 발생장치는 상기 청수압력탱크로부터 청수를 공급받아 브라운 가스를 생산하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 브라운 가스 발생장치는,
    청수를 전기분해시키는 전해조; 및 상기 전해조를 전해조 냉매를 이용하여 냉각시키는 전해조 냉각부;를 포함하고,
    상기 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치는,
    상기 씨체스트로부터 유입된 해수를 이용하여 상기 전해조 냉매를 냉각시키는 냉각기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전해조 냉매는 청수인 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 냉각기와 상기 전해조 냉각부 사이에는 냉매 순환유로가 마련되어 있고,
    상기 냉매 순환유로에는, 상기 냉매 순환유로를 통하여 흐르는 전해조 냉매의 유량을 조절하기 위한 펌프가 마련되어 있으며,
    상기 펌프의 입구측으로 유입되는 전해조 냉매를 가압시키고 캐비테이션(cavitation)을 방지하도록, 상기 냉매 순환유로에 유체연통가능하게 연결되는 청수팽창탱크;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치.
  6. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 브라운 가스 공급장치는,
    상기 브라운 가스 발생장치에서 발생된 브라운 가스를 공급하는 브라운 가스 공급관; 및
    일단이 상기 엔진의 흡기관 내부에 설치되고, 타단이 상기 브라운 가스 공급관에 유체연통가능하게 연결되며, 복수의 분사노즐이 형성된 브라운 가스 분사기구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 브라운 가스 분사기구는, 상기 복수의 분사노즐이 열상으로 배열된 막대형상인 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 브라운 가스 분사기구는,
    일단이 상기 브라운 가스 공급관에 유체 연통가능하게 연결되는 연결관;
    상기 엔진의 흡기관 내부로 유입되는 외기에 의하여 회전가능하도록 상기 연결관의 타단에 유체연통가능하고 회전가능하게 설치되는 회동부; 및
    상기 회동부에 연결되어 상기 회동부를 통하여 상기 연결관과 유체연통가능하게 연결되는 복수의 익형부;를 포함하고,
    상기 각각의 익형부에는 복수의 분사노즐이 설치되는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 브라운 가스 공급관은, 상기 공기 압축기에서 생산된 압축공기를 공급하는 압축공기 공급관과 유체연통가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 브라운 가스 공급관에는 유입구, 배출구 및 단면축소부가 형성된 벤츄리부가 마련되어 있으며,
    상기 벤츄리부의 유입구는 상기 압축공기 공급관과 유체연통가능하게 연결되고, 상기 벤츄리부의 단면축소부는 상기 브라운 가스 발생장치와 유체연통가능하게 연결되며, 상기 벤츄리부의 배출구는 상기 브라운 가스 분사기구와 유체연통가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 압축공기 공급관에는 상기 벤츄리부 내부로 유입되는 압축공기의 양을 조절하기 위한 유량조절밸브가 마련되는 것을 특징으로 하는 브라운 가스를 이용하는 선박 구동장치.
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