KR20140025943A - 연료유 절감을 위한 중앙 집중 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료유 절감을 위한 중앙 집중 냉각 시스템에 관한 것으로, 그 목적은 중앙 집중 냉각 시스템에서 메인 엔진이나 발전기 엔진으로 공급되는 공기의 냉각에 사용되는 청수의 엔진을 다른 발열 장비의 냉각에 사용되는 청수의 온도 보다 낮추어 엔진 실린더로 공급되는 연소 공기의 밀도를 높일 수 있도록 함으로써, 엔진의 공연비 향상 및 연료유의 절감이 가능하도록 하는 중앙 집중 냉각 시스템을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명의 중앙 집중 냉각 시스템은 선박에 구비된 발열 장비로 청수를 순환시켜 발열 장비를 냉각하고, 발열 장비의 냉각에 사용된 고온의 청수를 열교환기에서 해수와 열교환시켜 저온의 청수로 냉각한 뒤 발열 장비로 다시 순환시키되, 발열 장비로 공급되는 저온의 청수가 일정온도를 유지하도록 발열 장비로 공급되는 저온의 청수 온도에 따라 고온의 청수를 저온의 청수에 혼합하는 온도 제어 밸브를 포함하는 중앙 집중 냉각 시스템에 있어서, 상기 열교환기를 통해 냉각된 청수가 상기 온도 제어 밸브를 거치지 않고 발열 장비들 중 일부로 직접 공급되게 하는 저온 청수 공급 라인을 더 포함하는 것으로 구성된다.

Description

연료유 절감을 위한 중앙 집중 냉각 시스템{Central cooling system}

본 발명은 선박에 마련된 발열 장비의 냉각을 위해 사용된 청수를 해수로 냉각시키는 중앙 집중 냉각 시스템에 관한 것으로, 특히 선박의 메인 엔진이나 발전기 엔진의 에어 쿨러로 공급되는 청수의 온도를 보다 낮추어 에어 쿨러에서 연소 공기(소기)를 보다 낮은 온도로 냉각할 수 있도록 하며, 이를 통해 연소 공기(소기)의 밀도를 높여 엔진의 효율의 향상시킬 수 있도록 하는 연료유 절감을 위한 중앙 집중 냉각 시스템에 관한 것이다.

선박에는 메인 엔진, 발전기, 전동기, 공조시스템 등 다양한 장비들이 설치되며, 이들 장비들 중 일부는 작동시 많은 열을 발생하게 된다. 한편 이들 발열 장비의 원활한 구동과 열에 의한 손상을 방지하기 위하여 선박에는 냉각시스템이 마련되어 있다.

선박용 냉각시스템으로는 해수를 이용한 방식이 주로 사용되고 있으나, 각각의 발열 장비로 해수를 직접 순환시킴에 따라 발생되는 부식이나 스케일 생성의 문제를 예방하기 위하여 각각의 발열 장비로는 청수를 순환시켜 냉각하고, 발열 장비의 냉각에 사용되어 가열된 청수를 해수로 냉각하는 중앙 집중 냉각 시스템(Central Cooling system)이 일반적으로 사용되고 있다.

도 1은 종래 중앙 집중 냉각 시스템의 구조도를 도시하고 있다.

도 1에서 도면부호 10은 청수 제조설비를 포함한 메인 엔진 자켓 냉각 시스템, 20은 청수 펌프, 30은 열교환기, 40는 해수 펌프, 50은 발열 장비로서, 청수 펌프(20)의 구동에 의하여 청수가 각각의 발열 장비(50)로 공급되어 요구되는 냉각기능을 수행하게 되며, 발열 장비의 냉각에 사용되어 가열된 청수는 열교환기(30)를 거치며 해수와 열교환되면서 냉각수로 재생되어 발열 장비로 다시 순환하는 구조로 되어 있다.

상기와 같은 중앙 집중 냉각 시스템은 해수의 최고 온도 32도와 냉각 효율을 고려하여 발열 장비로 공급되는 청수의 온도를 36도로 유지하도록 설계되고 있다.

이처럼 발열 장비로 공급되는 청수의 온도를 36도로 유지하기 위해서 열교환기와 발열 장비의 사이에 온도 제어 밸브(60)가 설치되며, 상기 온도 제어 밸브(60)는 발열 장비로 공급되는 청수의 온도가 관리자에 의해 미리 설정된 온도(36도)를 유지할 수 있도록 하기 위하여 열교환기(30)로 유입되는 청수(30a)를 열교환기(30)를 통해 냉각된 청수(30b)에 혼합하여 해수의 온도에 상관없이 발열 장비로 공급되는 청수의 온도를 항상 일정하게 유지시키도록 하고 있다.

한편 선박의 메인 엔진은 2행정 내연기관이 주로 사용되고 있으며, 이러한 2행정 내연기관에서는 연소후 새로운 공기의 흡입을 위해 연소된 가스를 실린더내에서 배기관으로 강제 배출시키기 위한 소기(scavenge air)의 공급이 필수적이며, 소기에 의한 연소 가스의 원활히 이루어지도록 소기를 압축하여 소기의 압력을 배기관의 압력 보다 높게 설정하게 된다.

상기와 같은 소기의 압축으로 인해 소기의 온도가 상승하게 되나, 엔진의 효율을 높이기 위하여 소기의 온도를 낮추어 공기의 밀도를 높이는 것이 바람직하므로, 메인 엔진으로 공급되는 청수를 이용하여 소기의 냉각을 실시하고 있다.

그러나 종래의 중앙 집중 냉각 시스템은 온도 제어 밸브를 통해 항상 일정한 온도(36도)로 가공된 청수를 이용하여 소기를 냉각하게 됨에 따라 소기의 온도를 낮추는데 제한이 따르는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 중앙 집중 냉각 시스템에서 메인 엔진이나 발전기 엔진으로 공급되는 공기의 냉각에 사용되는 청수의 온도를 다른 발열 장비의 냉각에 사용되는 청수의 온도 보다 낮추어 엔진 실린더로 공급되는 연소 공기의 밀도를 높일 수 있도록 함으로써, 엔진의 공연비 향상 및 연료유의 절감이 가능하도록 하는 연료유 절감을 위한 중앙 집중 냉각 시스템을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 중앙 집중 냉각 시스템은 선박에 구비된 발열 장비로 청수를 순환시켜 발열 장비를 냉각하고, 발열 장비의 냉각에 사용된 고온의 청수를 열교환기에서 해수와 열교환시켜 저온의 청수로 냉각한 뒤 발열 장비로 다시 순환시키되, 발열 장비로 공급되는 저온의 청수가 일정온도를 유지하도록 발열 장비로 공급되는 저온의 청수 온도에 따라 고온의 청수를 저온의 청수에 혼합하는 온도 제어 밸브를 포함하는 중앙 집중 냉각 시스템에 있어서, 상기 열교환기를 통해 냉각된 청수가 상기 온도 제어 밸브를 거치지 않고 발열 장비들 중 일부로 직접 공급되게 하는 저온 청수 공급 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편 상기 저온 청수 공급 라인에 설치되며, 저온 청수 공급 라인을 통해 유동하는 청수 온도가 미리 설정된 최저 온도 이하인 경우, 열교환기로 유입되는 청수를 저온 청수 공급 라인으로 유입하여 저온 청수 공급 라인을 통해 발열 장비로 공급되는 청수의 온도를 최저 온도 이상으로 조절하는 보조 온도 제어 밸브가 더 포함될 수 있다.

한편 상기 저온 청수 공급 라인은 메인 엔진의 에어 쿨러와 발전기 엔진의 에어 쿨러에 연결되어 청수를 공급하도록 구성될 수 있다.

이때 상기 메인 엔진의 에어 쿨러와 발전기 엔진의 에어 쿨러는 하나의 저온 청수 공급 라인으로부터 분지된 가지관에 연결되고, 나머지 발열 장비는 온도 제어 밸브로부터 연장되는 하나의 고온 청수 공급 라인으로부터 분지된 가지관에 연결되게 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 메인 엔진으로 공급되는 소기 및 발전기 엔진으로 공급되는 연소 공기의 온도를 청수를 이용하여 낮추어 공기의 밀도를 높임으로써, 메인 엔진 및 발전기 엔진의 효율을 높이고, 이를 통해 연료유를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 열교환기나 펌프의 추가 없이 기존 중앙 집중 냉각 시스템을 개선하는 것으로 구성될 수 있으며, 시스템의 구축이 용이한 효과가 있다.

도 1 은 종래 중앙 집중 냉각 시스템의 구조도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 집중 냉각 시스템의 구조도,
도 3 은 보조 온도 제어 밸브가 더 구비된 중앙 집중 냉각 시스템의 구조도,
도 4 는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 중앙 집중 냉각 시스템의 구조도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 집중 냉각 시스템의 구조도를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 연료유 절감을 위한 중앙 집중 냉각 시스템은 열교환기(120)에서 해수와의 열교환을 통해 냉각된 저온의 청수를 그대로 특정 발열 장비로 공급하여 대상 발열 장비를 더욱 낮은 온도로 냉각할 수 있도록 한 것으로, 청수 펌프(110), 열교환기(120), 해수 펌프(130), 청수 공급 라인(140), 온도 제어 밸브(150), 저온 청수 공급 라인(160)을 포함하는 것으로 구성된다.

상기 청수 펌프(110)는 청수가 발열 장비(180)와 열교환기(120)를 거치도록 순환시키는 것으로, 하나 이상으로 구성된다.

상기 열교환기(120)는 청수 펌프(110)에 의해 순환되는 청수와, 해수 펌프(130)에 의해 유동하는 해수를 열교환시켜 청수를 냉각시키는 것으로, 하나 이상으로 구성된다.

상기 해수 펌프(130)는 선박에 마련된 해수 상자(sea chest)로 유입되는 해수를 열교환기(120)로 유동시키는 것으로, 하나 이상으로 구성된다.

상기 청수 공급 라인(140)은 열교환기(120)로부터 발열 장비(180)로 연장되어 해수와의 열교환을 통해 냉각된 청수가 발열 장비(180)로 공급되는 유로를 제공하는 것이다.

상기 온도 제어 밸브(150)는 청수 공급 라인(140)에 설치되어 청수 공급 라인(140)을 통해 유동하는 청수의 온도가 관리자에 의해 미리 설정된 온도값 보다 낮을 경우, 열교환기(120)로 유동하는 고온의 청수를 청수 공급 라인(140)으로 유입시킴으로써 발열 장비로 공급되는 청수의 온도가 해수의 온도(최고 32도)에 상관없이 항상 일정 온도를 유지할 수 있도록 하는 것이며, 이러한 온도 제어 밸브(150)를 이용하여 통상 36도의 청수를 발열 장비(180)로 공급하게 된다.

상기와 같은 청수 펌프(110), 열교환기(120), 해수 펌프(130), 청수 공급 라인(140), 온도 제어 밸브(150)는 종래의 중앙 집중 냉각 시스템과 동일한 구성 및 기능을 갖는 바, 각각의 구성요소에 대한 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

상기 저온 청수 공급 라인(160)은 열교환기(120)를 통해 냉각된 청수가 온도 제어 밸브(150)를 거치지 않고 미리 설정된 특정 발열 장비로 직접 공급되게 하는 것으로, 열교환기(120)로부터 특정 발열 장비로 연장되게 설치된다.

상기 언급된 특정 발열 장비로는 메인 엔진의 에어 쿨러(181)가 해당될 수 있으며, 이처럼 메인 엔진의 에어 쿨러(181)로 36도 이하의 청수를 공급하여 줌으로써, 메인 엔진으로 공급되는 소기의 온도를 종래 보다 낮출 수 있게 되며, 이에 따라 소기의 공기 밀도를 높여 엔진의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

도 3은 보조 온도 제어 밸브가 더 구비된 중앙 집중 냉각 시스템의 구조도를 도시하고 있다.

상기 저온 청수 공급 라인(160)은 열교환기(120)를 통해 냉각된 청수를 그대로 메인 엔진의 에어 쿨러(181)로 공급하는 구조이므로, 선박이 해수의 온도가 극히 낮은 지역을 운항하는 경우, 청수의 온도가 과도하게 낮아져 소기를 과냉시킴으로써 도리어 엔진의 강도에 문제가 발생될 수 있다.

이에 따라 청수의 최저 온도를 설정하고, 설정된 최저 온도 이하로 청수의 온도가 낮아질 경우, 열교환기(120)로 유입되는 고온의 청수를 저온 청수 공급 라인(160)으로 유입시켜 청수의 온도 조절을 실시하는 보조 온도 제어 밸브(190)가 더 구비될 수 있다.

상기 보조 온도 제어 밸브(190)는 저온 청수 공급 라인(160)에 설치되며, 관리자에 의해 설정된 온도값을 기준으로 하여 저온 청수 공급 라인(160)을 통해 유동하는 청수의 온도가 관리자에 의해 설정된 온도값 보다 낮은 경우, 열교환기(120)로 유입되는 고온의 청수를 저온 청수 공급 라인(160)으로 유입시켜 저온 청수 공급 라인(160)을 통하여 발열 장비로 공급되는 청수의 온도를 제어하게 된다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 중앙 집중 냉각 시스템의 구조도를 도시하고 있다.

상기와 같이 저온 청수 공급 라인(160)을 통해 유동하는 36도 이하의 청수를 메인 엔진의 에어 쿨러(181)와 발전기 엔진의 에어 쿨러(182)로 공급하도록 구성할 수 있으며, 이와 같은 경우, 청수 공급 라인(140)을 통해 36도의 청수를 공급받는 발열 장비(183,184)들과, 저온 청수 공급 라인(160)을 통해 36도 이하의 청수를 공급받는 발열 장비(181,182)들을 각기 그룹화하여 배관의 구조를 간소화하는 것이 바람직하다.

즉, 메인 엔진의 에어 쿨러(181)와 발전기 엔진의 에어 쿨러(182)를 그룹화하여 하나의 저온 청수 공급 라인(160)으로부터 분지되는 가지관(161)을 통하여 메인 엔진과 발전기 엔진의 에어 쿨러(181,182)로 저온의 청수가 공급될 수 있도록 하고, 36도의 청수를 공급받는 나머지 발열 장비(193,184)를 그룹화하여 하나의 청수 공급 라인(140)으로부터 분지되는 가지관(141)을 통하여 해당 발열 장비(183,184)로 청수를 공급하게 된다.

한편 설명되지 않은 도면부호 170은 청수 제조설비를 포함한 메인 엔진 자켓 냉각 시스템이다.

상기와 같이 구성된 중앙 집중 냉각 시스템에 의하면, 메인 엔진의 에어 쿨러(181)나 발전기 엔진의 에어 쿨러(182)로 36도 이하인 저온의 청수를 공급하여 줌으로써 메인 엔진의 실린더로 공급되는 소기나 발전기 엔진으로 공급되는 연소 공기의 온도를 종래 보다 낮추어 공기의 밀도를 증가시킴으로써, 공연비 향상 및 연료유의 절감이 가능하게 된다.

한편 북극해와 같이 해수의 온도가 극히 낮은 지역을 운항하는 경우에는 에어 쿨러(181,182)로 공급되는 청수의 온도가 과도하게 낮아 소기나 연소 공기를 과도하게 냉각시키는 경우가 발생될 수 있다.

그러나 본 발명은 보조 온도 제어 밸브(190)에 엔진 메이커에서 규정하는 청수의 최저 온도를 설정해 두면, 청수의 온도가 설정된 온도 보다 낮은 경우, 보조 온도 제어 밸브(190)가 열교환기(120)를 향해 유동하는 고온의 청수를 저온 청수 공급 라인(160)으로 유입시켜 저온 청수 공급 라인(160)을 통해 에어 쿨러(181,182)로 공급되는 청수의 온도를 엔진 메이커에서 규정하는 최저 온도 이상으로 조절하게 된다.

한편 메인 엔진 및 발전기 엔진의 에어 쿨러(181,182)를 제외한 나머지 발열 장비(183,184)로는 청수 공급 라인(140)을 통해 36도의 청수를 공급하여 줌으로써 종래와 동일한 냉각이 이루어지게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 중앙 집중 냉각 시스템은 에어 쿨러(181,182)를 제외한 발열 장비들은 기존과 동일하게 36도의 청수로 냉각하고, 에어 쿨러(181,182)는 36도 이하의 청수로 냉각토록 함으로써 메인 엔진 및 발전기 엔진의 효율을 높일 수 있으며, 이러한 시스템은 열교환기나 펌프의 수를 증가시키지 않고도 기존 시스템을 개선하여 손쉽게 구축할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(110) : 청수 펌프
(120) : 열교환기
(130) : 해수 펌프
(140) : 청수 공급 라인
(150) : 온도 제어 밸브
(160) : 저온 청수 공급 라인
(170) : 청수 제조설비를 포함한 메인 엔진 자켓 냉각 시스템
(180) : 발열 장비
(181) : 메인 엔진의 에어 쿨러
(182) : 발전기 엔진의 에어 쿨러
(190) : 보조 온도 제어 밸브

Claims (4)

1. 선박에 구비된 발열 장비로 청수를 순환시켜 발열 장비를 냉각하고, 발열 장비의 냉각에 사용된 고온의 청수를 열교환기에서 해수와 열교환시켜 저온의 청수로 냉각한 뒤 발열 장비로 다시 순환시키되, 발열 장비로 공급되는 저온의 청수가 일정온도를 유지하도록 발열 장비로 공급되는 저온의 청수 온도에 따라 고온의 청수를 저온의 청수에 혼합하는 온도 제어 밸브를 포함하는 중앙 집중 냉각 시스템에 있어서,
   상기 열교환기를 통해 냉각된 청수가 상기 온도 제어 밸브를 거치지 않고 발열 장비들 중 일부로 직접 공급되게 하는 저온 청수 공급 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료유 절감을 위한 중앙 집중 냉각 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 저온 청수 공급 라인에 설치되며, 저온 청수 공급 라인을 통해 유동하는 청수 온도가 미리 설정된 최저 온도 이하인 경우, 열교환기로 유입되는 청수를 저온 청수 공급 라인으로 유입하여 저온 청수 공급 라인을 통해 발열 장비로 공급되는 청수의 온도를 최저 온도 이상으로 조절하는 보조 온도 제어 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료유 절감을 위한 중앙 집중 냉각 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 저온 청수 공급 라인은 메인 엔진의 에어 쿨러와 발전기 엔진의 에어 쿨러에 연결되어 청수를 공급하는 것을 특징으로 하는 연료유 절감을 위한 중앙 집중 냉각 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 메인 엔진의 에어 쿨러와 발전기 엔진의 에어 쿨러는 하나의 저온 청수 공급 라인으로부터 분지된 가지관에 연결되고, 나머지 발열 장비는 온도 제어 밸브로부터 연장되는 하나의 고온 청수 공급 라인으로부터 분지된 가지관에 연결되게 한 것을 특징으로 하는 연료유 절감을 위한 중앙 집중 냉각 시스템.

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