KR20120096812A - 선박용 증기 순환 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 증기 순환 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증기 순환 시스템은, 물을 저장하는 저장 탱크, 상기 저장 탱크로부터 공급된 물을 증기로 변환하는 증기 생성기, 상기 증기 생성기로부터 나온 증기를 열원으로 사용하여 냉수를 생성하는 흡수식 냉동기, 그리고 상기 냉수를 이용하여 공기의 온도를 낮추는 공기 냉각기를 포함한다.

Description

선박용 증기 순환 시스템{STEAM CIRCULATION SYSTEM FOR VESSEL}

본 발명은 선박용 증기 순환 시스템에 관한 것이다.

선박은 일반적으로 다양한 온도 조건 또는 기후에서 운항된다. 따라서 선박에 사용되는 디젤 엔진은 모든 온도 조건, 예를 들면 여름에서 겨울, 극지방에서 열대 지방까지 동작하여야 한다. 이러한 온도 변화에 따라 SFOC(specific fuel oil consumption), 배출 기체의 양 및 온도 등도 변화한다.

일반적으로 디젤 엔진은 연소 공기의 온도가 낮을수록 SFOC가 낮아져서 연비가 좋아진다(단, 저온 부식 등을 고려하면 약 5℃ 정도까지가 하한이다). 기존 선박들은 디젤 엔진의 연소 공기로서 엔진룸(engine room)의 공기 또는 외기를 사용하는데, 선박이 열대 지방을 운항하는 경우 선박의 엔진룸 온도는 약 45℃이고, 열대 지방에서 외기의 온도는 약 35℃이기 때문에, 특히 열대 지방 등 고온의 지역을 운항할 때 연비가 좋지 않다.

한편, 통상 선박의 증기 생성기(boiler)에서 생성되는 증기는 선박 내에서 증기가 필요한 곳에 분배되는데, 예를 들어, 엔진룸의 탱크를 데우거나 증기 터빈을 돌리는 데 사용될 수 있다.

이때, 남은 잉여 증기 및 증기 터빈에서 배출된 증기는 응축기(condenser) 또는 냉각기(drain cooler)를 통하여 냉각되어 다시 활용할 수 있는 상태가 된다. 결국 잉여 증기 및 배출 증기가 가지고 있는 열에너지가 사실상 버려지고 있는 셈이다.

본 발명의 일 실시예는 열 이용 효율이 높은 선박용 증기 순환 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 물을 저장하는 저장 탱크, 상기 저장 탱크로부터 공급된 물을 증기로 변환하는 증기 생성기, 상기 증기 생성기로부터 나온 증기를 열원으로 사용하여 냉수를 생성하는 흡수식 냉동기, 그리고 상기 냉수를 이용하여 공기의 온도를 낮추는 공기 냉각기를 포함하는 선박용 증기 순환 시스템이 제공된다.

상기 흡수식 냉동기의 열원으로 사용된 후 상기 흡수식 냉동기로부터 배출된 물은 상기 저장 탱크에 저장될 수 있다.

증기 순환 시스템은 상기 증기 생성기로부터 나온 증기로 구동되는 증기 터빈을 더 포함하며, 상기 증기 터빈을 구동하고 배출되는 배출 증기가 상기 흡수식 냉동기의 열원으로 이용될 수 있다.

상기 증기 생성기로부터 나온 증기 중 일부는 엔진룸 내부에서 사용되도록 상기 엔진룸 내부로 공급되고, 상기 엔진룸 내부에서 사용된 후 상기 엔진룸으로부터 배출된 증기는 상기 흡수식 냉동기에 공급될 수 있다. 상기 공기 냉각기에 의하여 차가워진 공기는 상기 선박의 엔진부에 공급될 수 있다.

상기 엔진부는 터보 과급기를 더 포함할 수 있다.

상기 공기 냉각기에 의하여 차가워진 공기는 상기 선박의 선실에 공급될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 선박에 사용되는 증기의 사용 효율 및 엔진의 성능을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증기 순환 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 증기 순환 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박의 증기 순환 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박의 증기 순환 시스템을 나타낸 개략도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계 없는 부분은 생략하였다.

먼저 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 증기 순환 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박의 증기 순환 시스템은 증기 생성기(11), 흡수식 냉동기(13), 공기 냉각기(air cooler)(15) 및 저장 탱크(19)를 포함할 수 있다.

증기 생성기(11)는 저장 탱크(19)로부터 공급받은 물을 끓여 증기를 생성한다. 증기 생성기(11)는 보일러(boiler) 또는 이코노마이저 (economizer)일 수 있다. 증기 생성기(11)가 생성한 증기는 선박 내에서 증기가 필요한 곳, 예를 들어, 엔진룸 내의 탱크(14) 등으로 공급된다.

흡수식 냉동기(13)는 증기 생성기(11)에서 생성된 증기 중 선박 내에서 증기가 필요한 곳, 예를 들어, 엔진룸 내의 탱크(14) 등으로 공급되지 않은 잉여 증기 및 선박 내에서 증기가 필요한 곳에서 사용된 후 회수되는 증기를 이용하여 냉수(chilled water)를 만든다.

보다 상세히, 흡수식 냉동기(13)는 증발기, 흡수기, 열교환기, 발생기 및 응축기 등으로 구성될 수 있다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증기 생성기(11)에 의하여 생성된 증기는 흡수식 냉동기(13)의 발생기를 가열하기 위한 열원으로 사용될 수 있다.

이와 같이 발생기가 증기 생성기에 의하여 생성된 증기에 의하여 가열되면, 흡수식 냉동기(13)의 발생기를 가열하기 위한 별도의 열원이 필요없게 된다.

흡수식 냉동기(13)의 발생기가 증기를 이용하여 가열되는 과정 이외에, 흡수식 냉동기(13)에서 냉수를 생성하는 과정은 이미 공지된 흡수식 냉동기의 작동 과정과 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

한편, 흡수식 냉동기(13)에서 만들어진 냉수(chilled water)는 공기 냉각기(15)로 유입되어, 외부에서 유입되는 공기를 냉각시킨다.

이에 따라, 차가워진 공기는 엔진부(18)로 공급될 수 있다. 엔진부(18)는 디젤 엔진(diesel engine)(17)을 포함한다. 이 때, 엔진부는 터보 과급기(turbo charger)(16)를 더 포함할 수 있다.

엔진부(18)가 터보 과급기(16) 및 디젤 엔진(17)으로 구성된 경우, 도 1을 참조하면, 차가워진 공기는 터보 과급기(16)를 통하여 디젤 엔진(17)에 공급되고, 디젤 엔진에 공급된 후 배출된 공기는 다시 터보 과급기(16)를 지난 후 외부로 배출된다.

한편, 공기 냉각기(15)를 지나면서 공기를 냉각시킨 냉수는 다시 흡수식 냉동기(13)로 들어가 냉각되는 순환 과정을 거친다.

그리고 흡수식 냉동기(13)에서 열원으로 사용된 증기는 물로 변환된 후 저장 탱크(19)에 저장되었다가 다시 증기 생성기(11)로 공급되는 순환 과정을 거친다. 이 때, 저장 탱크는 케스케이드 탱크(cascade tank)일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 보일러에서 생성된 증기를 흡수식 냉동기의 열원으로 사용하여 별도의 추가적인 에너지를 사용하지 않고 냉수를 생성하고, 이와 같이 생성된 냉수를 이용하여 공기를 냉각시킨 후 냉각된 공기를 디젤 엔진에 공급하므로, 종래에 공기 냉각기를 지나지 않고 디젤 엔진에 공기가 공급되던 것보다 낮은 온도의 공기를 디젤 엔진에 공급할 수 있다. 이에 따라, 선박 엔진의 SFOC가 향상될 수 있다.

다음 도 2를 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 증기 순환 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박의 증기 순환 시스템은 증기 생성기(21), 증기 터빈(steam turbine)(22), 흡수식 냉동기(23), 공기 냉각기(25) 및 저장 탱크(29)를 포함한다. 즉, 도 1에 도시한 실시예에 비하여 증기 터빈(22)이 더 추가된 형태이다.

증기 터빈(22)은 증기 생성기(21)에서 생성된 증기의 일부를 공급받아 선박에서 필요한 전력을 생성하고 다시 증기를 배출한다. 이때 배출되는 증기의 온도는 약 120℃ ~ 145℃로서 여전히 고온이며 유량도 충분하여 흡수식 냉동기(23)의 열원으로 충분하다.

흡수식 냉동기(23)는 증기 터빈(22)을 구동하고 배출되는 배출 증기와, 증기 생성기(21)로부터 선박 내에 증기가 필요한 곳, 예를 들어 엔진룸 내의 탱크(24)에 공급되었다가 회수되는 증기를 이용하여 냉수를 생성한 후 공기 냉각기(25)에 공급한다. 공기 냉각기(25)에서 냉각된 공기는 엔진부(28)의 터보 과급기(26)를 통하여 디젤 엔진(27)에 공급되고, 디젤 엔진(27)에 공급된 후 배출된 공기는 다시 터보 과급기(26)를 지난 후 외부로 배출된다. 흡수식 냉동기(23)에서 냉수를 생성하는 과정 및 그 이하의 과정은 앞서 설명한 실시예와 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따르면, 선박 내에 증기가 필요한 곳, 예를 들어 엔진룸 내의 탱크(24)에 공급되었다가 회수되는 증기와, 선박 내에서 증기가 필요한 곳, 예를 들어 엔진룸 내의 탱크(24)에 공급되었다가 회수되는 증기 이외의 잉여 증기를 증기 터빈(22)에 공급한 후, 증기 터빈(22)을 구동하고 배출되는 배출 증기를 흡수식 냉동기(23)의 열원으로 사용함으로써 버려지는 열에너지를 활용할 수 있다.

다음 도 3을 참고하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박의 증기 순환 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박의 증기 순환 시스템은 증기 생성기(31), 흡수식 냉동기(33), 공기 조화기(35) 및 저장 탱크(39)를 포함한다. 즉, 도 1에 도시한 실시예에서 공기 냉각기(15) 대신 공기 조화기(38)가 들어가 있다.

공기 조화기(38)는 냉매를 냉각시킨 후 이를 증발시켜서 주변의 공기를 식혀 찬 공기를 만들어 선실 등 선박용에 공급하는데, 이때 흡수식 냉동기(33)에서 생성된 냉수가 냉매를 냉각하는 데 사용된다. 일반적으로는 압축식 냉동기에서 냉수를 만들어서 공기 조화기(38)에 공급하는데 압축식 냉동기는 전력 소비가 크고 진동이 심한 반면, 흡수식 냉동기(33)는 전력 소비가 적고 진동이 거의 없다.

공기 조화기(38)도 공기 냉각기(15)와 마찬가지로 공기를 식히는 역할을 하기 때문에 공기 냉각기(15)의 한 종류로 볼 수도 있다.

공기 조화기(38)에서 나온 냉수는 다시 흡수식 냉동기(33)에서 냉각된 후 다시 공기 조화기로 공급된다.

다른 부분 및 과정들은 도 1의 경우와 유사하다.

본 실시예에 따르면, 선박 내 증기가 필요한 곳, 예를 들어 엔진룸 내의 탱크(34)에 공급된 후 회수된 증기 및 잉여 증기를 바로 응축시키지 않고 흡수식 냉동기(33)의 열원으로 사용함으로써 버려지는 열에너지를 활용할 수 있으며, 흡수식 냉동기(33)에서 생성된 냉수를 공기 조화기(38)의 냉매를 냉각하는 데 사용함으로써 압축식 냉동기의 단점인 전력 소비와 진동을 줄일 수 있다.

다음 도 4를 참고하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박의 증기 순환 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박의 증기 순환 시스템은 증기 생성기(41), 증기 터빈(42), 흡수식 냉동기(43), 공기 조화기(48) 및 저장 탱크(49)를 포함한다. 즉, 도 3에 도시한 실시예에 비하여 증기 터빈(42)이 더 추가된 형태이며, 도 2에 도시한 실시예에서 공기 냉각기(25) 대신 공기 조화기(48)가 들어가 있는 형태이다.

동작 원리는 도 3 및 도 2의 경우와 유사하다.

본 실시예와 같이 하면, 선박 내 증기가 필요한 곳, 예를 들어 엔진룸 내의 탱크(44)에 공급되었다가 회수된 증기 이외의 잉여 증기를 증기 터빈(42)을 구동하는데 사용하고, 증기 터빈(42)을 구동하고 배출되는 배출 증기와 증기 생성기(41)로부터 선박 내에 증기가 필요한 곳에 공급되었다가 회수되는 증기를 바로 응축시키지 않고 흡수식 냉동기(43)의 열원으로 사용함으로써 버려지는 열에너지를 활용할 수 있으며, 흡수식 냉동기(43)에 의하여 생성된 냉수를 공기 조화기(48)의 냉매를 냉각하는 데 사용함으로써 압축식 냉동기의 단점인 전력 소비와 진동을 줄일 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

11, 21, 31, 41: 증기 생성기
13, 23, 33, 43: 흡수식 냉동기
14, 24, 34, 44: 엔진룸 내의 탱크
15, 25: 공기 냉각기
16, 26: 터보 과급기
17, 27: 디젤 엔진
18, 28: 엔진부
19, 29, 39, 49: 저장 탱크
22, 42: 증기 터빈
38, 48: 공기 조화기

Claims (7)

1. 물을 저장하는 저장 탱크,
   상기 저장 탱크로부터 공급된 물을 증기로 변환하는 증기 생성기,
   상기 증기 생성기로부터 나온 증기를 열원으로 사용하여 냉수를 생성하는 흡수식 냉동기, 그리고
   상기 냉수를 이용하여 공기의 온도를 낮추는 공기 냉각기를 포함하는 선박용 증기 순환 시스템.
2. 제1항에서,
   상기 흡수식 냉동기의 열원으로 사용된 후 상기 흡수식 냉동기로부터 배출된 물은 상기 저장 탱크에 저장되는, 선박용 증기 순환 시스템.
3. 제1항에서,
   상기 증기 생성기로부터 나온 증기로 구동되는 증기 터빈을 더 포함하며,
   상기 증기 터빈을 구동하고 배출되는 배출 증기가 상기 흡수식 냉동기의 열원으로 이용되는,
   선박용 증기 순환 시스템.
4. 제1항에서,
   상기 증기 생성기로부터 나온 증기 중 일부는 엔진룸 내부에서 사용되도록 상기 엔진룸 내부로 공급되고,
   상기 엔진룸 내부에서 사용된 후 상기 엔진룸으로부터 배출된 증기는 상기 흡수식 냉동기에 공급되는, 선박용 증기 순환 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
   상기 공기 냉각기에 의하여 차가워진 공기는 상기 선박의 엔진부에 공급되는, 선박용 증기 순환 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 엔진부는 터보 과급기를 더 포함하는, 선박용 증기 순환 시스템
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
   상기 공기 냉각기에 의하여 차가워진 공기는 상기 선박의 선실에 공급되는, 선박용 증기 순환 시스템.

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