KR20140072579A

KR20140072579A - 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치

Info

Publication number: KR20140072579A
Application number: KR1020120140252A
Authority: KR
Inventors: 이정수; 박창권; 신정규
Original assignee: 두산엔진주식회사
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2014-06-13
Also published as: KR101496716B1

Abstract

본 발명의 실시예는 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치에 관한 것으로, 선박용 동력 장치는 주동력원으로 선박에 추진력을 제공하는 메인 엔진과, 상기 메인 엔진에서 배출된 배기 가스의 불균일한 압력 분포를 완화시키는 배기 리시버와, 상기 배기 리시버를 거친 상기 메인 엔진의 배기 가스가 갖는 압력을 이용하여 상기 메인 엔진에 새로운 외기를 공급하는 과급기와, 상기 과급기를 거친 상기 메인 엔진의 배기 가스가 통과하면서 순차로 열교환하는 과열기 및 증발기를 포함하는 이코노마이저와, 선박에 필요한 전기를 생산하는 메인 발전기와, 상기 메인 발전기를 구동하는 증기 터빈, 그리고 상기 이코노마이저를 통과한 작동 유체를 상기 배기 리시버를 거쳐 상기 증기 터빈에 공급하는 증기 공급 라인을 포함한다.

Description

폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치{WASTE HEAT RECOVERABLE POWER PLANT FOR SHIP}

본 발명의 실시예는 선박용 동력 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐열 회수가 가능한 선박용 동력 장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박용 동력 장치는 저속 디젤 엔진과 과급기(turbocharger) 등을 포함한다. 엔진에서 발생하는 배기 가스는 과급기로 보내져 과급기를 구동하고, 과급기는 압축된 공기를 엔진으로 주입시켜 엔진에서의 연소 효율을 높인다.

또한, 선박용 동력 장치는 선박에 소모되는 전기를 생산하기 위한 발전기와, 발전기를 구동하기 위한 증기 터빈을 더 포함하고 있다.

그리고 선박용 동력 장치는 배기 가스가 갖는 폐열을 회수하기 위한 이코노마이저와 같은 부속 장치도 더 포함하고 있다. 이코노마이저는 엔진에서 발생된 배기 가스가 갖는 폐열을 회수하여 증기 터빈을 작동시키기 위한 작동 유체에 열에너지를 공급한다.

그런데 이코노마이저가 공급한 과열 증기 상태의 작동 유체가 배관을 따라 이동하면서 온도가 떨어져 일부가 액체로 상변화된 후 증기 터빈에 유입되어 증기 터빈의 수명을 저하시키는 원인이 되고 있다.

또한, 증기 터빈에 공급되는 작동 유체가 액체 상태로 상변화되지 않도록 충분히 과열시키기 위해서는 이코노마이저의 크기를 과다하게 키워야하는 문제점이 있다.

또한, 폐열 회수를 이코노마이저에만 의존할 경우, 작동 유체가 이코노마이저로부터 충분한 열에너지를 공급받지 못할 경우 증기 터빈을 포함한 전체적인 시스템의 효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예는 작동 유체를 과열 증기 상태로 안정적으로 유지하여 증기 터빈에 공급할 수 있을 뿐만 아니라 작동 유체가 충분한 열에너지를 공급받아 전체적인 열에너지의 회수 및 이용 효율을 향상시킨 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치는 주동력원으로 선박에 추진력을 제공하는 메인 엔진과, 상기 메인 엔진에서 배출된 배기 가스의 불균일한 압력 분포를 완화시키는 배기 리시버와, 상기 배기 리시버를 거친 상기 메인 엔진의 배기 가스가 갖는 압력을 이용하여 상기 메인 엔진에 새로운 외기를 공급하는 과급기와, 상기 과급기를 거친 상기 메인 엔진의 배기 가스가 통과하면서 순차로 열교환하는 과열기 및 증발기를 포함하는 이코노마이저와, 선박에 필요한 전기를 생산하는 메인 발전기와, 상기 메인 발전기를 구동하는 증기 터빈, 그리고 상기 이코노마이저를 통과한 작동 유체를 상기 배기 리시버를 거쳐 상기 증기 터빈에 공급하는 증기 공급 라인을 포함한다.

상기한 선박용 동력 장치는 상기 증기 터빈을 거친 상기 작동 유체를 상기 이코노마이저로 전달하는 회수 라인을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기한 선박용 동력 장치는 상기 회수 라인 상에 설치된 기수 분리기와, 상기 기수 분리기에서 분리된 액체 상태의 상기 작동 유체를 상기 기수 분리기와 상기 이코노마이저의 상기 증발기 사이에서 순환시키는 순환 라인를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 기수 분리기에서 분리된 기체 상태의 상기 작동 유체는 상기 증기 공급 라인을 통해 상기 이코노마이저의 상기 과열기와 상기 배기 리시버를 차례로 거쳐 상기 증기 터빈에 공급될 수 있다.

또한, 상기한 선박용 동력 장치는 상기 순환 라인 상에 설치된 순환 펌프를 더 포함할 수 있다.

상기 회수 라인은 병렬적으로 분기된 제1 회수 라인과 제2 회수 라인을 포함하며, 상기 이코노마이저의 상기 증발기는 제1 증발기와 상기 제1 증발기보다 상기 배기 가스가 먼저 통과하는 제2 증발기를 포함할 수 있다.

상기한 선박용 동력 장치는 상기 제1 회수 라인 상에 설치된 제1 기수 분리기와, 상기 제2 회수 라인 상에 설치된 제2 기수 분리기와, 상기 제1 기수 분리기에서 분리된 액체 상태의 상기 작동 유체를 상기 제1 기수 분리기와 상기 이코노마이저의 상기 제1 증발기 사이에서 순환시키는 제1 순환 라인과, 상기 제1 기수 분리기에서 분리된 상기 기체 상태의 상기 작동 유체를 상기 증기 터빈에 공급하는 보조 증기 공급 라인, 그리고 상기 제2 기수 분리기에서 분리된 액체 상태의 상기 작동 유체를 상기 제2 기수 분리기와 상기 이코노마이저의 상기 제2 증발기 사이에서 순환시키는 제2 순환 라인을 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제2 기수 분리기에서 분리된 기체 상태의 상기 작동 유체는 상기 증기 공급 라인을 통해 상기 이코노마이저의 상기 과열기와 상기 배기 리시버를 차례로 거쳐 상기 증기 터빈에 공급될 수 있다.

또한, 상기한 선박용 동력 장치는 상기 제1 회수 라인 상에 설치된 제1 기수 분리기와, 상기 제2 회수 라인 상에 설치된 제2 기수 분리기와, 상기 제1 기수 분리기에서 분리된 액체 상태의 상기 작동 유체를 상기 제1 기수 분리기와 상기 이코노마이저의 상기 제1 증발기 사이에서 순환시키는 제1 순환 라인과, 상기 제2 기수 분리기에서 분리된 액체 상태의 상기 작동 유체를 상기 제2 기수 분리기와 상기 이코노마이저의 상기 제2 증발기 사이에서 순환시키는 제2 순환 라인, 그리고 상기 제2 기수 분리기에서 분리된 상기 기체 상태의 상기 작동 유체를 상기 이코노마이저의 상기 과열기를 거쳐 상기 증기 터빈에 공급하는 보조 증기 공급 라인을 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1 기수 분리기에서 분리된 기체 상태의 상기 작동 유체는 상기 증기 공급 라인을 통해 상기 배기 리시버를 거쳐 상기 증기 터빈에 공급될 수 있다.

또한, 상기 회수 라인은 병렬적으로 분기된 제1 회수 라인과 제2 회수 라인을 포함하며, 상기 이코노마이저의 상기 증발기는 제1 증발기와 상기 제1 증발기보다 상기 배기 가스가 먼저 통과하는 제2 증발기를 포함하고, 상기 증기 공급 라인은 제1 증기 공급 라인과 제2 증기 공급 라인을 포함할 수 있다.

그리고 상기한 선박용 동력 장치는 상기 제1 회수 라인 상에 설치된 제1 기수 분리기와, 상기 제2 회수 라인 상에 설치된 제2 기수 분리기와, 상기 제1 기수 분리기에서 분리된 액체 상태의 상기 작동 유체를 상기 제1 기수 분리기와 상기 이코노마이저의 상기 제1 증발기 사이에서 순환시키는 제1 순환 라인, 및 상기 제2 기수 분리기에서 분리된 액체 상태의 상기 작동 유체를 상기 제2 기수 분리기와 상기 이코노마이저의 상기 제2 증발기 사이에서 순환시키는 제2 순환 라인을 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1 기수 분리기에서 분리된 기체 상태의 상기 작동 유체는 상기 제1 증기 공급 라인을 통해 상기 배기 리시버를 거쳐 상기 증기 터빈에 공급되고, 상기 제2 기수 분리기에서 분리된 기체 상태의 상기 작동 유체는 상기 제2 증기 공급 라인을 통해 상기 이코노마이저의 상기 과열기와 상기 배기 리시버를 차례로 거쳐 상기 증기 터빈에 공급될 수 있다.

상기한 선박용 동력 장치는 상기 회수 라인에 설치된 회수 펌프를 더 포함할 수 있다.

상기한 선박용 동력 장치는 상기 회수 라인 상에 설치되어 상기 증기 터빈을 거친 상기 작동 유체를 액체 상태로 만드는 복수기와, 상기 복수기를 통과한 상기 작동 유체를 저장하는 온수 탱크를 더 포함할 수 있다.

상기한 선박용 동력 장치는 발전용으로 사용되는 보조 엔진과, 상기 회수 라인 상에 설치되어 상기 보조 엔진의 배기 가스와 상기 회수 라인을 통과하는 상기 작동 유체 사이에서 열에너지를 교환하는 보조 열교환기를 더 포함할 수 있다.

상기한 선박용 동력 장치는 상기 회수 라인 상에 설치되며 상기 온수 탱크에서 상기 이코노마이저로 향하는 상기 작동 유체에 열에너지를 전달하는 보조 열원 공급부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치는 작동 유체를 과열 증기 상태로 안정적으로 유지하여 증기 터빈에 공급할 수 있을 뿐만 아니라 작동 유체가 충분한 열에너지를 공급받아 전체적인 열에너지의 회수 및 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치의 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 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 실시예들에 한정되지 않는다.

또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치를 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 동력 장치는 메인 엔진(10), 배기 리시버(15), 과급기(30), 이코노마이저(50), 메인 발전기(25), 증기 터빈(20), 및 증기 공급 라인(40)을 포함한다.

또한, 선박용 동력 장치는 회수 라인(47), 기수 분리기(60), 순환 라인(48), 순환 펌프(88), 회수 펌프(81), 복수기(82), 및 온수 탱크(85)를 더 포함할 수 있다.

또한, 선박용 동력 장치는 보조 엔진(70), 보조 발전기(75), 보조 열교환기(79), 및 보조 열원 공급부(90)를 더 포함할 수 있다.

메인 엔진(10)은 선박의 주동력원으로 사용되며, 선박에 추진력을 주로 제공한다. 메인 엔진(10)은 통상적으로 선박에 사용되는 저속 디젤 엔진일 수 있으며, 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 엔진이 사용될 수 있다.

배기 리시버(exhaust gas receiver, 15)는 메인 엔진(10)의 배기구에 장착되며, 메인 엔진(10)의 실린더 왕복 운동으로 불균형한 압력을 가지고 메인 엔진(10)에서 배출된 배기 가스의 압력 분포를 고르게 완화시킨다.

과급기(turbo charger, 30)는 배기 리시버(15)를 거친 메인 엔진(10)의 배기 가스가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 메인 엔진(10)에 새로운 외기를 공급한다. 따라서, 배기 가스는 과급기(30)를 거치면서 압력과 온도가 낮아진다.

이코노마이저(economizer, 50)는 과급기(30)를 거친 메인 엔진(10)의 배기 가스 갖는 폐열을 회수한다.

본 발명의 제1 실시예에서, 이코노마이저(50)는 과열기(51)와 증발기(52)를 포함한다. 과열기(51)는 증발기(52)보다 배기 가스가 먼저 통과한다. 즉, 과급기(30)를 거친 메인 엔진(10)의 배기 가스는 과열기(51)와 증발기(52)를 순차로 통과하면서 열교환을 하게 된다.

증발기(52)는 액체 상태의 작동 유체를 기체 상태로 상변화시키며, 과열기(51)는 작동 유체를 과열 증기로 만든다.

메인 발전기(25)는 선박에 필요한 전기를 생산한다. 그리고 증기 터빈(20)은 메인 발전기(25)를 구동한다.

증기 공급 라인(40)은 증기 터빈(20)에 작동 유체를 공급한다. 구체적으로, 증기 공급 라인(40)은 이코노마이저(50)에서 열에너지를 전달받아 과열된 증기 상태의 작동 유체를 증기 터빈(20)에 공급한다.

특히, 본 발명의 제1 실시예에서, 증기 공급 라인(40)은 이코노마이저(50)를 통과한 작동 유체를 다시 배기 리시버(15)를 거쳐 증기 터빈(20)에 공급한다. 즉, 증기 공급 라인(40)은 증기 터빈(20)과 연결되기 전에 배기 리시버(15)를 통과한다. 증기 공급 라인(40)은 배기 리시버(15)를 통과하면서 작동 유체와 배기 가스 간의 열교환이 충분이 이루어지도록 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 구조를 가질 수 있다.

회수 라인(47)은 증기 터빈(20)을 거친 작동 유체를 이코노마이저(50)로 재순환시킨다. 회수 라인(47)에 의해 다시 이코노마이저(50)로 향한 작동 유체는 이코노마이저(50)로부터 열에너지를 전달받아 증기 터빈(20)을 다시 동작시킨다.

기수 분리기(60)는 회수 라인(47) 상에 설치되며, 순환 라인(48)은 이코노마이저(50)의 증발기(42)와 기수 분리기(60) 사이에 형성된다.

회수 라인(47)을 따라 기수 분리기(60)에 유입된 작동 유체 중 기수 분리기(60)에서 분리된 액체 상태의 작동 유체는 순환 라인(48)을 통해 이코노마이저(50)의 증발기(52)와 기수 분리기(60)를 사이를 작동 유체가 증발기(52)에서 열에너지를 받아 기체 상태로 상변화될 때까지 순환한다. 이때, 순환 펌프(88)가 액체 상태의 작동 유체를 기수 분리기(60)와 이코노마이저(50)의 증발기(52) 사이를 순환시킨다.

한편, 기수 분리기(60)에서 분리된 기체 상태의 작동 유체는 증기 공급 라인(40)을 통해 이코노마이저(50)의 과열기(51)와 배기 리시버(15)를 차례로 거친 후 증기 터빈(20)에 공급된다.

이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 기체 상태의 작동 유체가 이코노마이저(50)의 과열기(51)에서 과열된 후 증기 공급 라인(40)을 따라 이동하는 과정에서 손실된 열에너지를 배기 리시버(15)를 거치면서 보충 받을 수 있다.

즉, 증기 공급 라인(40)을 따라 이동하는 작동 유체는 증기 터빈(20)에 유입되기 직전에 과급기(30)를 거친 배기 가스의 폐열을 활용하는 이코노마이저(50)의 과열기(51)보다 상대적으로 고온 고압 상태인 배기 리시버(15) 내의 배기 가스가 갖는 열에너지를 전달받으므로, 손실된 열에너지를 효과적으로 보충 받을 수 있다.

따라서, 이코노마이저(50)의 과열기(51)를 거친 기체 상태의 작동 유체 중 일부가 증기 공급 라인(40)을 따라 이동하면서 열에너지를 손실하여 액체 상태로 상변화된 체 증기 터빈(20)에 유입되어 증기 터빈(20)의 수명을 저하시키는 것을 방지할 수 있다.

또한, 작동 유체가 충분한 열에너지를 공급받으므로, 전체적인 열에너지의 회수 및 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

복수기(82)는 증기 터빈(20)을 거친 작동 유체를 냉각시켜 액체 상태로 상변화시킨다. 그리고 복수기(82)를 거친 작동 유체는 온수 탱크(85)에 저장된다.

회수 펌프(81)는 회수 라인(47) 상에 설치되어 작동 유체를 회수 라인(47)을 따라 이동 시킨다. 온수 탱크(85)에 저장된 작동 유체는 회수 펌프(81)에 의해 보조 열교환기(79) 및 보조 열원 공급부(90)를 거쳐 기수 분리기(60)로 향한다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 동력 장치는 급수 펌프(89)를 더 포함할 수 있다. 급수 펌프(89)는 유실된 작동 유체를 보충할 수 있다.

보조 엔진(70)는 발전용으로 사용되며, 보조 발전기(75)를 구동한다. 보조 발전기(75)는 특정한 용도로 사용될 전기를 생산하거나, 메인 발전기(25)를 보조할 수 있다.

또한, 보조 엔진(70)은 일반적으로 메인 엔진(10)으로 사용되는 저속 디젤 엔진보다 상대적으로 빠른 구동 속도를 갖는 중속 디젤 엔진일 수 있다.

보조 열교환기(79)는 보조 엔진(70)의 배기 가스가 갖는 열에너지를 회수 라인(47)을 통과하는 작동 유체에 전달한다.

이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서는, 일반적으로 버려지는 보조 엔진(70)의 배기 가스가 갖는 열에너지도 회수하여 활용할 수 있다.

보조 열원 공급부(90)는, 일례로, 메인 발전기(25)의 냉각수 또는 메인 엔진(10)의 에어 리시버 등 일 수 있으며, 선박에서 버려지는 열에너지를 발생하는 어떠한 구성이라도 보조 열원 공급부(90)에 포함될 수 있다.

따라서, 온수 탱크(85)에 저장된 액체 상태의 작동 유체는 회수 라인(47)을 따라 기수 분리기(60)로 향하면서 보조 열교환기(79) 및 보조 열원 공급부(90)로부터 열에너지를 전달받아 승온되거나 일부가 기체로 상변화될 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치는 작동 유체를 과열 증기 상태로 안정적으로 유지하여 증기 터빈(20)에 공급할 수 있을 뿐만 아니라 작동 유체가 충분한 열에너지를 공급받아 전체적인 열에너지의 회수 및 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치를 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 동력 장치는 회수 라인(47)이 병렬적으로 분기된 제1 회수 라인(471)과 제2 회수 라인(472)을 포함한다.

또한, 이코노마이저(50)의 증발기(52)도 제1 증발기(521)와 제2 증발기(522)를 포함한다. 제2 증발기(522)는 제1 증발기(521)보다 배기 가스가 먼저 통과한다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에서, 선박용 동력 장치는 제1 회수 라인(471) 상에 설치된 제1 기수 분리기(61)와, 제2 회수 라인(472) 상에 설치된 제2 기수 분리기(62)를 포함한다.

그리고 선박용 동력 장치는 제1 기수 분리기(61)와 제1 증발기(521) 사이를 순환 연결하는 제1 순환 라인(481)과, 제2 기수 분리기(62)와 제2 증발기(522) 사이를 순환 연결하는 제2 순환 라인(482)과, 제1 순환 라인(481) 상에 설치된 제1 순환 펌프(881), 그리고 제2 순환 라인(482) 상에 설치된 제2 순환 펌프(882)를 포함한다.

제1 순환 라인(481)은 제1 기수 분리기(61)에서 분리된 액체 상태의 작동 유체를 제1 기수 분리기(61)와 이코노마이저(50)의 제1 증발기(521) 사이에서 순환시킨다.

제2 순환 라인(482)은 제2 기수 분리기(62)에서 분리된 액체 상태의 작동 유체를 제2 기수 분리기(62)와 이코노마이저(50)의 제2 증발기(522) 사이에서 순환시킨다.

그리고 제2 기수 분리기(62)에서 분리된 기체 상태의 작동 유체는 증기 공급 라인(40)을 통해 이코노마이저(50)의 과열기(51)와 배기 리시버(15)를 차례로 거친 후 증기 터빈(20)에 공급된다.

이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 기체 상태의 작동 유체가 이코노마이저(50)에서 과열된 후 증기 공급 라인(40)을 따라 이동하는 과정에서 손실된 열에너지를 배기 리시버(15)를 거치면서 보충 받을 수 있다.

한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 동력 장치는 제1 기수 분리기(61)에서 분리된 기체 상태의 작동 유체를 증기 터빈(20)에 바로 공급하는 보조 증기 공급 라인(45)을 더 포함할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치는 작동 유체를 과열 증기 상태로 안정적으로 유지하여 증기 터빈(20)에 공급할 수 있을 뿐만 아니라 작동 유체가 충분한 열에너지를 공급받아 전체적인 열에너지의 회수 및 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 작동 유체를 다양한 라인을 통해 증기 터빈(20)에 공급함으로써 메인 엔진(10) 또는 이코노마이저(50)에 이상이 발생한 경우에도 증기 터빈(20)에 기체 상태의 작동 유체를 보조적으로 공급할 수 있다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치를 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박용 동력 장치는 회수 라인(47)이 병렬적으로 분기된 제1 회수 라인(471)과 제2 회수 라인(472)을 포함한다.

또한, 본 발명의 제3 실시예에서, 선박용 동력 장치는 제1 회수 라인(471) 상에 설치된 제1 기수 분리기(61)와, 제2 회수 라인(472) 상에 설치된 제2 기수 분리기(62)를 포함한다.

그리고 제1 기수 분리기(61)에서 분리된 기체 상태의 작동 유체는 증기 공급 라인(40)을 통해 배기 리시버(15)를 거친 후 증기 터빈(20)에 공급된다.

이와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 기체 상태의 작동 유체가 증기 공급 라인(40)을 따라 이동하는 과정에서 손실된 열에너지를 배기 리시버(15)를 거치면서 보충 받을 수 있다.

따라서, 기체 상태의 작동 유체 중 일부가 증기 공급 라인(40)을 따라 이동하면서 열에너지를 손실하여 액체 상태로 상변화된 체 증기 터빈(20)에 유입되어 증기 터빈(20)의 수명을 저하시키는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박용 동력 장치는 제2 기수 분리기(62)에서 분리된 기체 상태의 작동 유체를 이코노마이저(50)의 과열기(51)를 거친 후 증기 터빈(20)에 공급하는 보조 증기 공급 라인(45)을 더 포함할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치는 작동 유체를 과열 증기 상태로 안정적으로 유지하여 증기 터빈(20)에 공급할 수 있을 뿐만 아니라 작동 유체가 충분한 열에너지를 공급받아 전체적인 열에너지의 회수 및 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치를 설명한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박용 동력 장치는 회수 라인(47)이 병렬적으로 분기된 제1 회수 라인(471)과 제2 회수 라(472)인을 포함한다.

또한, 증기 공급 라인(40)도 제1 증기 공급 라인(41)과 제2 증기 공급 라인(42)을 포함한다.

또한, 본 발명의 제4 실시예에서, 선박용 동력 장치는 제1 회수 라인(471) 상에 설치된 제1 기수 분리기(61)와, 제2 회수 라인(472) 상에 설치된 제2 기수 분리기(62)를 포함한다.

그리고 제1 기수 분리기(61)에서 분리된 기체 상태의 작동 유체는 제1 증기 공급 라인(41)을 통해 배기 리시버(15)를 거친 후 증기 터빈(20)에 공급되고, 제2 기수 분리기(62)에서 분리된 기체 상태의 작동 유체는 제2 증기 공급 라인(42)을 통해 이코노마이저(50)의 과열기(51)와 배기 리시버(15)를 차례로 거친 후 증기 터빈(20)에 공급된다.

이와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따르면, 기체 상태의 작동 유체가 제1 증기 공급 라인(41) 및 제2 증기 공급 라인(420을 따라 이동하는 과정에서 손실된 열에너지를 배기 리시버(15)를 거치면서 보충 받을 수 있다.

즉, 제1 증기 공급 라인(41) 및 제2 증기 공급 라인(42)을 따라 이동하는 작동 유체는 증기 터빈(20)에 유입되기 직전에 과급기(30)를 거친 배기 가스의 폐열을 활용하는 이코노마이저(50)의 과열기(51)보다 상대적으로 고온 고압 상태인 배기 리시버(15) 내의 배기 가스가 갖는 열에너지를 전달받으므로, 손실된 열에너지를 효과적으로 보충 받을 수 있다.

따라서, 기체 상태의 작동 유체 중 일부가 제1 증기 공급 라인(41) 및 제2 증기 공급 라인(42)을 따라 이동하면서 열에너지를 손실하여 액체 상태로 상변화된 체 증기 터빈(20)에 유입되어 증기 터빈(20)의 수명을 저하시키는 것을 방지할 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제4 실시예에 따른 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치는 작동 유체를 과열 증기 상태로 안정적으로 유지하여 증기 터빈(20)에 공급할 수 있을 뿐만 아니라 작동 유체가 충분한 열에너지를 공급받아 전체적인 열에너지의 회수 및 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 작동 유체를 다양한 라인을 통해 증기 터빈(20)에 공급함으로써 이코노마이저(50)에 이상이 발생한 경우에도 증기 터빈(20)에 기체 상태의 작동 유체를 보조적으로 공급할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 메인 엔진 15: 배기 리시버
20: 증기 터빈 25: 메인 발전기
30: 과급기 40: 증기 공급 라인
41: 제1 증기 공급 라인 42: 제2 증기 공급 라인
47: 회수 라인 48: 순환 라인
50: 이코노마이저 51: 과열기
52: 증발기 60: 기수 분리기
61: 제1 기수 분리기 62: 제2 기수 분리기
81: 회수 펌프 82: 복수기
85: 온수 탱크 88: 순환 펌프
89: 급수 펌프 90: 보조 열원 공급부

Claims

주동력원으로 선박에 추진력을 제공하는 메인 엔진;
상기 메인 엔진에서 배출된 배기 가스의 불균일한 압력 분포를 완화시키는 배기 리시버;
상기 배기 리시버를 거친 상기 메인 엔진의 배기 가스가 갖는 압력을 이용하여 상기 메인 엔진에 새로운 외기를 공급하는 과급기;
상기 과급기를 거친 상기 메인 엔진의 배기 가스가 통과하면서 순차로 열교환하는 과열기 및 증발기를 포함하는 이코노마이저;
선박에 필요한 전기를 생산하는 메인 발전기;
상기 메인 발전기를 구동하는 증기 터빈; 및
상기 이코노마이저를 통과한 작동 유체를 상기 배기 리시버를 거쳐 상기 증기 터빈에 공급하는 증기 공급 라인
을 포함하는 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치.
제1항에서,
상기 증기 터빈을 거친 상기 작동 유체를 상기 이코노마이저로 전달하는 회수 라인을 더 포함하는 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치.
제2항에서,
상기 회수 라인 상에 설치된 기수 분리기와;
상기 기수 분리기에서 분리된 액체 상태의 상기 작동 유체를 상기 기수 분리기와 상기 이코노마이저의 상기 증발기 사이에서 순환시키는 순환 라인를 더 포함하며,
상기 기수 분리기에서 분리된 기체 상태의 상기 작동 유체는 상기 증기 공급 라인을 통해 상기 이코노마이저의 상기 과열기와 상기 배기 리시버를 차례로 거쳐 상기 증기 터빈에 공급되는 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치.
제3항에서,
상기 순환 라인 상에 설치된 순환 펌프를 더 포함하는 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치.
제2항에서,
상기 회수 라인은 병렬적으로 분기된 제1 회수 라인과 제2 회수 라인을 포함하며,
상기 이코노마이저의 상기 증발기는 제1 증발기와 상기 제1 증발기보다 상기 배기 가스가 먼저 통과하는 제2 증발기를 포함하는 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치.
제5항에서,
상기 제1 회수 라인 상에 설치된 제1 기수 분리기와;
상기 제2 회수 라인 상에 설치된 제2 기수 분리기와;
상기 제1 기수 분리기에서 분리된 액체 상태의 상기 작동 유체를 상기 제1 기수 분리기와 상기 이코노마이저의 상기 제1 증발기 사이에서 순환시키는 제1 순환 라인과;
상기 제1 기수 분리기에서 분리된 상기 기체 상태의 상기 작동 유체를 상기 증기 터빈에 공급하는 보조 증기 공급 라인; 그리고
상기 제2 기수 분리기에서 분리된 액체 상태의 상기 작동 유체를 상기 제2 기수 분리기와 상기 이코노마이저의 상기 제2 증발기 사이에서 순환시키는 제2 순환 라인
을 더 포함하며,
상기 제2 기수 분리기에서 분리된 기체 상태의 상기 작동 유체는 상기 증기 공급 라인을 통해 상기 이코노마이저의 상기 과열기와 상기 배기 리시버를 차례로 거쳐 상기 증기 터빈에 공급되는 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치.
제5항에서,
상기 제1 회수 라인 상에 설치된 제1 기수 분리기와;
상기 제2 회수 라인 상에 설치된 제2 기수 분리기와;
상기 제1 기수 분리기에서 분리된 액체 상태의 상기 작동 유체를 상기 제1 기수 분리기와 상기 이코노마이저의 상기 제1 증발기 사이에서 순환시키는 제1 순환 라인과;
상기 제2 기수 분리기에서 분리된 액체 상태의 상기 작동 유체를 상기 제2 기수 분리기와 상기 이코노마이저의 상기 제2 증발기 사이에서 순환시키는 제2 순환 라인; 그리고
상기 제2 기수 분리기에서 분리된 상기 기체 상태의 상기 작동 유체를 상기 이코노마이저의 상기 과열기를 거쳐 상기 증기 터빈에 공급하는 보조 증기 공급 라인
을 더 포함하며,
상기 제1 기수 분리기에서 분리된 기체 상태의 상기 작동 유체는 상기 증기 공급 라인을 통해 상기 배기 리시버를 거쳐 상기 증기 터빈에 공급되는 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치.
제2항에서,
상기 회수 라인은 병렬적으로 분기된 제1 회수 라인과 제2 회수 라인을 포함하며,
상기 이코노마이저의 상기 증발기는 제1 증발기와 상기 제1 증발기보다 상기 배기 가스가 먼저 통과하는 제2 증발기를 포함하고,
상기 증기 공급 라인은 제1 증기 공급 라인과 제2 증기 공급 라인을 포함하는 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치.
제8항에서,
상기 제1 회수 라인 상에 설치된 제1 기수 분리기와;
상기 제2 회수 라인 상에 설치된 제2 기수 분리기와;
상기 제1 기수 분리기에서 분리된 액체 상태의 상기 작동 유체를 상기 제1 기수 분리기와 상기 이코노마이저의 상기 제1 증발기 사이에서 순환시키는 제1 순환 라인; 그리고
상기 제2 기수 분리기에서 분리된 액체 상태의 상기 작동 유체를 상기 제2 기수 분리기와 상기 이코노마이저의 상기 제2 증발기 사이에서 순환시키는 제2 순환 라인
을 더 포함하며,
상기 제1 기수 분리기에서 분리된 기체 상태의 상기 작동 유체는 상기 제1 증기 공급 라인을 통해 상기 배기 리시버를 거쳐 상기 증기 터빈에 공급되고,
상기 제2 기수 분리기에서 분리된 기체 상태의 상기 작동 유체는 상기 제2 증기 공급 라인을 통해 상기 이코노마이저의 상기 과열기와 상기 배기 리시버를 차례로 거쳐 상기 증기 터빈에 공급되는 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치.
제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에서,
상기 회수 라인에 설치된 회수 펌프를 더 포함하는 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치.
제10항에서,
상기 회수 라인 상에 설치되어 상기 증기 터빈을 거친 상기 작동 유체를 액체 상태로 만드는 복수기와, 상기 복수기를 통과한 상기 작동 유체를 저장하는 온수 탱크를 더 포함하는 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치.
제11항에서,
발전용으로 사용되는 보조 엔진과, 상기 회수 라인 상에 설치되어 상기 보조 엔진의 배기 가스와 상기 회수 라인을 통과하는 상기 작동 유체 사이에서 열에너지를 교환하는 보조 열교환기를 더 포함하는 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치.
제11항에서,
상기 회수 라인 상에 설치되며 상기 온수 탱크에서 상기 이코노마이저로 향하는 상기 작동 유체에 열에너지를 전달하는 보조 열원 공급부를 더 포함하는 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치.