KR20140088706A - 선박의 폐열 회수 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박의 폐열 회수 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박의 엔진으로부터 발생하는 고온의 배기가스로부터 폐열을 회수할 수 있도록 한 선박의 폐열 회수 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 폐열 회수 장치는 엔진으로부터 발생된 배기가스가 배출되는 배기관의 내부에 제공되는 전열관; 상기 배기관의 외부에 연결된 발전기; 및 상기 전열관과 상기 발전기 사이로 열유체를 순환하도록 연계되는 열유체 순환라인;을 포함한다.

Description

선박의 폐열 회수 장치 {WASTE HEAT RECOVERY DEVICE OF SHIP}
본 발명은 선박의 폐열 회수 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박의 엔진으로부터 발생하는 고온의 배기가스로부터 폐열을 회수할 수 있도록 한 선박의 폐열 회수 장치에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 엔진의 연소에 의해 발생되는 추진력을 이용하여 선박을 운행한다.
종래의 선박에는 추진력을 발생하기 위한 메인 엔진을 포함하며, 이러한 메인 엔진 외에도 선박 내부에서 사용되는 전기 등을 생산하기 위한 발전 엔진이 구비된다. 메인 엔진은 사용하는 연료에 따라 디젤 엔진 또는 가스 엔진으로 구분될 수 있으며, 최근에는 디젤 및 가스를 중 적어도 하나를 연소하며 추진력을 발생시키는 듀얼 엔진 시스템(dual engine system)이 개발되어 사용되고 있다.
한편, 선박의 추진시 엔진으로부터 배출되는 배기가스는 매우 고온으로, 대기 중으로 배출됨에 따라 에너지를 낭비시키는 요인이 되고 있다.
따라서, 종래에는 배기관에는 엔진으로부터 발생하는 고온의 배기가스로부터 발생하는 열기를 회수하기 위한 장치로 열교환기의 일례인 이코너마이저(economizer)가 설치된다.
한편, 배기가스는 이코너마이저를 통과한 후 연돌을 거쳐 대기중으로 배출되고 있으나, 아직까지 상당한 고온으로 유지되고 있다.
따라서, 상당한 고온으로 배출되는 배기가스는 선박의 마스트 등으로 배출되며 선박을 손상 또는 화재를 발생시키는 요인이 되고 있다. 또한, 이와 같이 고온으로 배출되는 배기가스는 주변 대기의 온도를 급작하게 높여 환경오염 및 생태계를 교란시키는 요인이 되고 있다.
그러나, 배기관에 이코너마이저의 크기를 증가시킬 경우, 내부 부압의 발생으로 인해 원활한 배기가 이루어지지 않을 수 있으므로, 이코너마이저의 크기를 증가시키는데 한계가 있다.
이에 따라 최근에는 배기가스의 배출부하를 증가시키지 않으면서도 대기 중으로 배출되는 고온의 배기가스로부터 에너지를 회수하며, 배기가스의 배출온도를 낮추기 위한 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 냉각수가 고온의 배기가스를 통과하며 가열되도록 하여 배기가스로 낭비되는 폐열로부터 에너지를 회수할 수 있으며, 배기가스의 배출온도를 낮출 수 있도록 한 선박의 폐열 회수 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 폐열 회수 장치는 엔진으로부터 발생된 배기가스가 배출되는 배기관의 내부에 제공되는 전열관; 상기 배기관의 외부에 연결된 발전기; 및 상기 전열관과 상기 발전기 사이로 열유체를 순환하도록 연계되는 열유체 순환라인;을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 폐열 회수 장치에서 상기 전열관은 열유체가 저장되는 원통관부와, 상기 열유체 순환라인과 연계되어 열유체가 유입 및 유출되는 유입부 및 유출부와, 상기 원통관부와 상기 유입부 및 상기 유출부 사이에 각각 제공되는 단면확장부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 폐열 회수 장치에서 상기 전열관은 상기 원통관부의 주변부에서 길이방향을 따라 연장 형성되는 복수의 전열핀을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 폐열 회수 장치에서 상기 전열핀은 상기 원통관부의 주변부에서 방사형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 폐열 회수 장치에서 상기 전열핀은 상기 원통관부의 주변부에서 스크류 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 폐열 회수 장치에서 상기 발전기로 공급되는 상기 열유체를 가열하는 보일러를 더 포함하는 선박의 폐열 회수 장치.
본 발명을 이용하면, 냉각수가 배기가스가 배출되는 배기관로를 따라 이동하도록 하여 고온의 배기가스와 열교환하도록 하여 배기가스의 폐열 회수할 수 있도록 하며, 이에 따라 배기가스로 낭비되는 에너지를 열에너지로 변환하여 회수토록 하여 에너지 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명을 이용하면, 고온으로 배출되는 배기가스의 온도를 낮출 수 있어 고온의 배기가스에 의한 환경오염이나, 주변 시설물 등에 영향을 끼치는 것을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치가 적용된 선박을 간략하게 도시한 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치를 개략적으로 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치의 일부를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치가 선박의 배기관로에 설치된 상태의 단면도.
도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ'선의 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열 회수 장치의 일부를 도시한 사시도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일 또는 유사한 사상의 범위 내의 기능이 동일 또는 유사한 구성요소는 동일 또는 유사한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치가 적용된 선박을 간략하게 도시한 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치의 일부를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치가 선박의 배기관로에 설치된 상태의 단면도이며, 도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ'선의 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열 회수 장치는 선박의 엔진에서 연소된 후 배기관 및 연돌을 통해 배출되는 배기가스로부터 폐열을 회수하는 장치이다.
선박(10)은 엔진(20)의 연소에 의해 발생되는 동력을 이용하여 선박(10)의 선미에 제공된 프로펠러(30)를 회전시켜 추진력을 얻을 수 있다.
이를 위해, 선박(10)은 선체(12)의 내부에 단부에 인접하여 엔진실이 마련될 수 있다. 또한, 이러한 엔진실에는 배기가스의 배출을 위한 배기관(22)이 제공될 수 있다.
배기관(22)에는 엔진(20)으로부터 발생하는 고온의 배기가스로부터 발생하는 열기를 회수하기 위한 장치로 열교환기의 일례인 (도시되지 않은) 이코너마이저(economizer)가 제공될 수 있다.
한편, 배기가스는 이코너마이저에 의해 1차로 폐열이 회수되고 있으며, 이와 같이 폐열이 회수된 배기가스는 배기관(22)을 통과한 후 연돌(24)을 거쳐 대기로 배출될 수 있다.
더불어, 이와 같이 1차로 폐열이 회수된 배기가스는 아직까지는 상당한 고온인 상태로 배출이 이루어진다.
이와 같이, 상대적으로 고온인 배기가스는 연돌(24)을 통해 대기중으로 배출되기 전에 본 실시예의 폐열 회수 장치(100)를 통과하게 되며, 이 과정에서 2차로 폐열이 회수될 수 있다.
이를 위해 본 실시예의 폐열 회수 장치(100)는 선박(10)의 엔진(20)으로부터 발생하는 배기가스가 배출되는 배기관(22)의 내부에 제공되는 전열관(110)을 포함하며, 배기관(22)의 외부에는 배기가스로부터 회수된 폐열을 이용하여 발전하는 발전기(120)가 제공될 수 있다.
또한, 전열관(110)과 발전기(120) 사이에는 열유체를 순환하도록 연계되는 열유체 순환라인(130)이 제공될 수 있다.
열유체 순환라인(130)은 전열관(110)으로 공급되어 배기가스의 열기를 흡수한 열유체를 발전기(120)로 전달할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 전열관(110)은 열유체가 저장되는 원통관부(112)를 포함할 수 있다. 또한, 원통관부(112)는 배기관(22)의 부하를 증가시키지 않도록 배기관(22)의 길이방향을 따라 긴 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에서 전열관(110)은 배기관(22)의 중앙부에 위치하는 것이 바람직하다. 여기서, 전열관(110)은 원관통의 외부면과 배기관(22)의 내주면 사이에 제공되는 복수의 지지부재(23)에 의해 고정 상태를 유지할 수 있다.
또한, 전열관(110)은 열유체 순환라인(130)과 연계되어 열유체가 유입 및 유출되는 유입부(114) 및 유출부(116)가 제공될 수 있다.
바람직하게는 열유체는 전열관(110)의 상부로 유입된 후, 원통관부(112)를 통과하여 폐열을 회수한 후 하부로 배출되도록 제공되는 것이 바람직하며, 이를 위해 유입부(114)는 전열관(110)의 상부에 제공되고, 유출부(116)는 전열관(110)의 하부에 제공될 수 있다.
또한, 원통관부(112)는 폐열의 회수 용량을 증가시킬 수 있도록 유입부(114)와 유출부(116) 사이에 단면이 확장되는 단면확장부를 포함할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서 열유체는 전열관(110)에 머무르는 시간이 증가됨에 따라 더 많은 폐열을 회수할 수 있다.
또한, 전열관(110)은 원통관부(112)의 주변부에서 길이방향을 따라 연장되는 복수의 전열핀(118)을 포함할 수 있다.
이러한 전열핀(118)은 배기가스와의 열전달 면적을 증가시켜 폐열을 효율적으로 회수할 수 있다. 더불어, 본 실시예에서 전열핀(118)은 방사형으로 형성될 수 있다.
더불어, 본 실시예에서 전열관(110)으로 공급되는 열유체는 냉각수 또는 오일 등을 포함할 수 있으며, 이외에도 공기나 암모니아 또는 프레온 등의 냉매와 같이 열을 전달하는 다양한 물질을 포함할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 폐열 회수 장치(100)는 배기가스가 이코너마이저를 통과하는 과정에서 대부분의 폐열이 회수됨에 따라 배기가스로부터 2차로 회수되는 폐열이 전기를 발생시키는데 충분하지 않은 열량일 수 있으며, 이에 따라 열유체를 가열하기 위한 보일러(124)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 발전기(120)는 증기터빈(122)을 포함할 수 있다. 또한, 보일러(124)는 발전기(120)의 전단부에 마련되며, 열유체를 과열증기 상태로 가열하여 발전기(120)로 공급할 수 있다.
더불어, 본 실시예의 폐열 회수 장치(100)에서 전열관(110)에 형성되는 전열핀(118)은 직선형태로 형성된 것으로 설명하고 있으나, 전열핀(118)의 형상은 본 발명의 실시예에 의해 한정되지 않는다.
일례로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐열 회수 장치(100)의 일부를 도시한 사시도인 도 6을 참고하면, 전열관(110)에 형성되는 전열핀(218)은 스크류 형태로 형성될 수 있으며, 이에 따라 배출되는 배기가스에 소용돌이를 형성시켜 배기가스의 배출속도를 증가시킬 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 선박 12: 선체
20: 엔진 22: 배기관
23: 지지부재 24: 연돌
30: 프로펠러 100: 폐열 회수 장치
110: 전열관 112: 원통관부
114: 유입부 116: 유출부
118: 전열핀 120: 발전기
122: 증기터빈 124: 보일러
130: 열유체 순환라인

Claims (6)

  1. 엔진으로부터 발생된 배기가스가 배출되는 배기관의 내부에 제공되는 전열관;
    상기 배기관의 외부에 연결된 발전기; 및
    상기 전열관과 상기 발전기 사이로 열유체를 순환하도록 연계되는 열유체 순환라인;을 포함하는 선박의 폐열 회수 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전열관은
    열유체가 저장되는 원통관부와,
    상기 열유체 순환라인과 연계되어 열유체가 유입 및 유출되는 유입부 및 유출부와,
    상기 원통관부와 상기 유입부 및 상기 유출부 사이에 각각 제공되는 단면확장부를 포함하는 선박의 폐열 회수 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전열관은 상기 원통관부의 주변부에서 길이방향을 따라 연장 형성되는 복수의 전열핀을 포함하는 선박의 폐열 회수 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전열핀은 상기 원통관부의 주변부에서 방사형으로 형성되는 선박의 폐열 회수 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전열핀은 상기 원통관부의 주변부에서 스크류 형태로 형성되는 선박의 폐열 회수 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전기로 공급되는 상기 열유체를 가열하는 보일러를 더 포함하는 선박의 폐열 회수 장치.
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