KR20170021142A - 엔진의 배기가스에 포함된 열을 회수하는 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치 및 온음용수 공급 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진의 배기가스에 포함된 열을 회수하는 열유의 폐열을 이용하여 온음용수를 공급하는 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 열유 순환부를 순환하며 엔진의 배기가스에 포함된 열을 회수하는 열유의 폐열을 음용수의 예열에 이용함으로써 온음용수를 생성하는 온음용수 공급 장치 및 온음용수 공급 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 열유를 냉각하는데 필요한 에너지와 온음용수를 생성하는데 필요한 에너지를 동시에 절감할 수 있어 전체적으로 소모되는 에너지가 대폭 감소한다는 효과가 있다.

Description

엔진의 배기가스에 포함된 열을 회수하는 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치 및 온음용수 공급 방법{An apparatus for feeding hot potable water using waste heat from thermal oil collecting heat from exhaust gas of engine and a method for feeding hot potable water using thereof}
본 발명은 엔진의 배기가스에 포함된 열을 회수하는 열유의 폐열을 이용하여 온음용수를 공급하는 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 열유 순환부를 순환하며 엔진의 배기가스에 포함된 열을 회수하는 열유의 폐열을 음용수의 예열에 이용함으로써 온음용수를 생성하는 온음용수 공급 장치 및 온음용수 공급 방법에 관한 것이다.
선박, 해양 및 육상 플랜트 등의 구조물에서 사용되는 에너지를 절약하는 시스템에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있는데, 특히, 선박 등의 엔진에서 발생하는 배기가스에 포함된 폐열을 회수하여 열을 필요로 하는 열 소모처에 전달하는 기술이 주목받고 있다.
즉, 엔진에 사용되는 연료 중 일부만이 엔진의 가동을 위한 에너지로 활용되고 나머지는 배기가스에 함유된 폐열의 형태로 대기중에 버려지게 되는데, 이러한 배기가스를 절탄기(economizer)로 공급하여 배기가스 중의 폐열을 회수함으로써 에너지를 절감하는 기술이 주로 사용되고 있다.
도 1은 엔진에서 발생하는 배기가스의 폐열을 열유(thermal oil) 순환 시스템을 이용해 회수하는 종래 기술을 도식적으로 나타낸 것이다.
선박, 플랜트 등의 구조물에 설치된 엔진(1)에서 발생하는 배기가스에는 폐열이 포함되어 있는데, 이러한 배기가스는 절탄기(economizer)(2)로 공급되어 열유에 폐열을 전달한다.
폐열을 전달받은 열유는 열을 필요로 하는 탱크, 히터, 공기조화시스템, 발전기 등의 각종 열 소모처(5)로 공급되어 열을 전달하고, 절탄기(2)로 다시 공급되어 폐열을 전달받는다.
그런데 만약, 열 소모처(5)에서 필요로 하는 열량이 적어 배기가스로부터 전달받은 폐열을 모두 소모하지 못하면, 열유가 잔열이 존재하는 상태로 절탄기(2)에 공급됨으로써 위와 같은 열유 순환 시스템의 안정성을 해치게 된다.
따라서, 상기 열 소모처(5)의 전단 또는 후단에 열유 냉각기(cooler)(4)를 배치하여, 열유의 잔열을 해소함으로써 열유 순환 시스템의 안정을 유지할 수 있다.
그러나, 이러한 열유 냉각기(4)를 사용하면 상기 열유 냉각기(4)를 작동시키기 위한 전력이 추가적으로 필요하며, 엔진(1)에서 발생하는 배기가스에 포함되는 폐열의 열량은 열 소모처(5)에서 필요로 하는 열량에 비해 상대적으로 크기 때문에 열유 냉각기(4) 또한 전력소모가 큰 대용량의 장비를 사용해야 한다는 문제점이 발생한다.
한편, 음용수 공급 시스템(potable water system)은 선원 또는 기술자들에게 위생수 및 음용수를 공급하는 시스템으로서, 조수기(fresh water generator)에서 생성된 청수(fresh water)를 경수화 및 살균 과정을 거쳐서 선원들에게 공급하는 것으로, 대표적인 음용수 공급 시스템으로는 온음용수 공급 시스템(hot potable water system)을 들 수 있으며, 온수기(calorifier)가 여기에 포함된다.
온수기는 일반적으로 전기 히터(heater)가 적용되고, 경우에 따라서는 증기(steam)을 이용하는 경우도 있지만, 관리의 용이성 및 위생적인 측면에서 전기 히터가 주로 적용되고 있다.
이러한 온음용수 공급 시스템의 온수기는 음용수를 가열하여 선원 등에게 온음용수를 공급하는 역할을 하는데, 음용수의 온도는 통상적으로 실온 내외의 온도를 갖는 해수와 비슷하기 때문에, 이러한 음용수를 가열하는 온수기를 작동시키기 위해서는 많은 양의 전력 또는 연료 등의 에너지가 필요하다는 문제점이 있었다.
따라서, 위와 같은 열유 순환 시스템의 열유 냉각기와 온음용수 공급 시스템의 온수기에 소모되는 전력 등의 에너지를 절감할 수 있는 기술이 요구되었다.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 온음용수를 공급하는 장치 및 방법에 있어서, 열유 순환부를 순환하며 엔진의 배기가스에 포함된 열을 회수하는 열유의 폐열을 청수를 이용해 회수하고 이를 음용수를 예열하는데 활용함으로써, 열유의 냉각에 필요한 에너지와 음용수의 가열에 필요한 에너지를 절감할 수 있는 온음용수 공급 장치 및 온음용수 공급 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치를 제공하며, 구체적으로는 열유(thermal oil) 순환부(A), 온음용수(hot potable water) 공급부(B) 및 청수(fresh water) 순환부(C)를 포함하는 온음용수 공급 장치를 제공한다.
이때 상기 열유 순환부(A)는 엔진(1)의 배기가스에 포함된 열을 열유로 전달하는 절탄기(economizer)(2) 및 상기 절탄기(2)에서 열을 전달받은 열유가 청수로 열을 전달하는 열유 냉각기(cooler)(4)를 포함하며, 상기 열유 냉각기(4)에서 열을 전달한 열유가 열 소모처(5)에 잔열을 전달한 후 상기 절탄기(2)로 재공급되는 것을 특징으로 하고, 상기 온음용수 공급부(B)는 상기 열유 냉각기(4)에서 열을 전달받은 청수가 음용수(potable water)로 열을 전달하는 예열기(preheater)(51) 및 상기 예열기(51)에서 열을 전달받은 음용수를 가열하여 온음용수(hot potable water)를 생성하는 온수기(calorifier)(52)를 포함하고, 상기 예열기(51)에서 열을 전달한 청수는 상기 청수 순환부(C)를 통해 상기 열유 냉각기(4)로 재공급되도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 열유 순환부(A)는 상기 열유 냉각기(4)에서 열을 전달한 열유를 가열하는 전열기(electric heater)(7)를 더 포함하여, 열유는 상기 전열기(7)에서 가열된 후 상기 열 소모처(5)에 열을 전달하도록 할 수 있으며, 이때 상기 열유 순환부(A)는 상기 열 소모처(5)의 전단에 위치하는 전단 온도 센서(8), 상기 열 소모처(5)의 후단에 위치하는 후단 온도 센서(9) 및 전열기 제어부(10)를 더 포함함으로써, 상기 전단 온도 센서(8)와 후단 온도 센서(9)에 측정되는 온도의 차이가 설정된 값 미만이면 상기 전열기 제어부(10)가 상기 전열기(7)의 작동을 제어하여 상기 전열기(7)가 소모하는 전력을 증가시키도록 구성할 수 있다.
또는 상기 열유 순환부(A)는 상기 절탄기(2)와 상기 열 소모처(5)를 직접 연결하는 우회(bypass) 라인(a), 상기 우회 라인(a)에 설치되는 우회 밸브(11), 상기 열 소모처(5)의 전단에 위치하는 전단 온도 센서(8), 상기 열 소모처(5)의 후단에 위치하는 후단 온도 센서(9) 및 우회 제어부(12)를 더 포함함으로써, 상기 전단 온도 센서(8)와 후단 온도 센서(9)에 측정되는 온도의 차이가 설정된 값 미만이면 상기 우회 제어부(12)가 상기 우회 밸브(11)의 개폐를 제어하여 상기 우회 라인(a)을 통과하는 열유의 양을 증가시키도록 구성할 수도 있다.
한편, 상기 청수 순환부(C)는 상기 예열기(51)에서 열을 전달한 청수를 추가적으로 냉각하는 청수 냉각기(cooler)(21)를 포함함으로써, 청수는 상기 청수 냉각기(21)에서 냉각된 후 상기 열유 냉각기(4)로 재공급되도록 구성할 수 있다.
본 발명은 다른 실시예에 따라 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 방법을 제공하는데, 구체적으로는 열유(theraml oil)가 청수(fresh water)와 열교환하며 순환하는 열유 순환 단계, 음용수(potable water)가 청수와 열교환함으로써 온음용수(hot potable water)가 생성되는 온음용수 공급 단계 및 청수가 상기 열유 및 음용수와 열교환하며 순환하는 청수 순환 단계를 포함하는 온음용수 공급 방법을 제공한다.
이때 상기 열유 순환 단계는 열유가 엔진(1)의 배기가스로부터 열을 전달받는 단계, 상기 배기가스로부터 열을 전달받은 열유가 청수로 열을 전달하는 단계, 상기 청수로 열을 전달한 열유가 열 소모처(5)에 잔열을 전달하는 단계 및 상기 열 소모처(5)에 잔열을 전달한 열유가 상기 배기가스로부터 다시 열을 전달받는 단계를 포함하고, 상기 온음용수 공급 단계는 상기 열유로부터 열을 전달받은 청수가 음용수(potable water)로 열을 전달하는 단계 및 상기 청수로부터 열을 전달받은 음용수를 가열하여 온음용수(hot potable water)를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 청수 순환 단계는 상기 음용수로 열을 전달한 청수가 상기 열유로부터 다시 열을 전달받는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한 상기 열유 순환 단계는, 상기 청수로 열을 전달한 열유가 열 소모처(5)에 잔열을 전달하는 단계 이전에 상기 청수로 열을 전달한 열유를 가열하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 특히 상기 청수로 열을 전달한 열유를 가열하는 단계는 상기 열 소모처(5)로 공급되는 열유와 상기 열 소모처(5)에서 배출되는 열유의 온도의 차이가 설정된 값 미만이면 상기 열유를 가열하는데 사용되는 열량을 증가시키도록 제어하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.
또는 상기 열유 순환 단계는, 상기 열 소모처(5)로 공급되는 열유와 상기 열 소모처(5)에서 배출되는 열유의 온도의 차이가 설정된 값 미만이면, 상기 배기가스로부터 열을 전달받은 열유가 상기 청수로 열을 전달하지 않고 직접 상기 열 소모처(5)로 공급되는 양을 증가시키도록 제어하는 단계를 더 포함하도록 구성될 수도 있다.
한편, 상기 청수 순환 단계는, 상기 음용수로 열을 전달한 청수가 상기 열유로부터 다시 열을 전달받는 단계 이전에, 상기 음용수로 열을 전달한 청수를 추가적으로 냉각하는 단계를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 온음용수를 공급하는 장치 및 방법에 있어서, 열유 순환부를 순환하는 열유의 폐열을 청수 순환부를 순환하는 청수를 이용해 회수하고, 이를 온음용수 공급부에서 음용수를 예열하는데 활용함으로써, 열유를 냉각하는데 필요한 에너지와 온음용수를 생성하는데 필요한 에너지를 동시에 절감할 수 있어 전체적으로 소모되는 에너지가 대폭 감소한다는 효과가 있다.
또한, 전열기 제어부 또는 우회 제어부 등의 구성을 통해 열유 순환부를 포함한 온음용수 공급 시스템을 필요한 만큼의 에너지만 사용하여 작동시킴으로써, 열을 효율적으로 전달하는 동시에 전체적인 순환 시스템을 안정화할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 종래에 엔진에서 발생하는 배기가스의 폐열을 열유 순환 시스템을 이용해 회수하는 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치 중 열유 순환부(A)의 구조를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 우회 라인(a), 우회 밸브(11) 및 우회 제어부(12)를 더 포함하는 열유 순환부(A)의 구조를 도식적으로 나타낸 것이다..
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치 중 온음용수 공급부(B)의 구조를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치 중 청수 순환부(C)의 구조를 도식적으로 나타낸 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
본 명세서 전체에서, 특정 부재의 "전단"이라는 용어는 임의의 유체가 특정 부재로 유입되어 들어오는 모든 방향을 의미하며, 마찬가지로 특정 부재의 "후단"이라는 용어는 임의의 유체가 특정 부재로부터 배출되어 나가는 모든 방향을 의미한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 열유 폐열의 회수 장치는 도 2에 나타난 바와 같이, 열유(theraml oil)가 순환하며 청수(fresh water)와 열교환되는 열유 순환부(A), 음용수(potable water)가 청수와 열교환되어 온음용수(hot potable water)가 생성되는 온음용수 공급부(B), 청수가 순환하며 상기 열유 및 음용수와 열교환되는 청수 순환부(C)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치 중 열유 순환부(A)의 구조를 도식적으로 나타낸 것이다.
열유 순환부(A)는 절탄기(economizer)(2) 및 열유 냉각기(cooler)(4)를 포함할 수 있으며, 선택적으로 소음기(silencer)(3), 전열기(electric heater)(4), 열유 펌프(6) 등을 더 포함할 수 있다.
먼저, 선박, 해양 및 육상 플랜트 등의 구조물에 설치된 엔진(1)에서 발생하는 배기가스는 절탄기(2)로 공급된다. 이러한 엔진(1)은 선박을 추진하는 메인엔진, 전력을 생산하는 발전기에 사용되는 엔진 등 연료를 소모하여 작동하는 모든 종류의 엔진을 의미하며, 디젤, 가솔린, 등유 등 소모하는 연료의 종류에 제한되지 않는다.
절탄기(2)에서는 엔진(1)의 배기가스에 포함된 폐열이 상기 절탄기(2)로 공급된 열유로 전달되고, 폐열을 전달한 배기가스는 외부로 배출되는데, 이때 배기가스가 소음기(3)를 통과하도록 구성함으로써, 배기가스가 배출될 때 발생하는 소음을 감소시킬 수 있다.
절탄기(2)에서 폐열을 전달받은 열유는 열유 냉각기(4)로 공급되어, 상기 열유 냉각기(4)를 통과하는 청수로 열을 전달한다. 이때 열유 냉각기(4)란, 열유를 청수, 냉각수 등의 매체와 열교환시키는 열교환기(heat exchanger)뿐만 아니라, 열유를 냉각하는 역할을 수행할 수 있는 모든 종류의 장치를 포괄하는 단어이다.
열유 냉각기(4)에서 청수로 열을 전달한 열유는 열 소모처(5)에 공급되어 잔열을 전달한 후, 상기 절탄기(2)로 재공급되어 다시 배기가스로부터 폐열을 전달받음으로써 열유 순환부(A)를 순환한다. 이때, 열 소모처(5)란 탱크, 히터, 공기조화시스템, 발전기 등 열을 필요로 하는 모든 설비를 의미한다.
상기 열유 순환부(A)는 열유 펌프(6)를 더 포함할 수 있는데, 상기 열유 펌프(6)는 열유가 상기 열유 순환부(A)를 원활하게 순환하는 것을 돕는다.
한편, 상기 열유 순환부(A)는 열유 냉각기(4)에서 열을 전달한 열유를 가열하는 전열기(7)를 더 포함할 수 있는데, 이때 열유는 상기 전열기(7)에서 가열된 후, 열 소모처(5)에 열을 전달하게 된다.
열유는 절탄기(2)에서 배기가스로부터 전달받은 열량이 부족하거나 열유 냉각기(4)에서 청수로 전달한 열량이 과도한 등의 이유로, 열 소모처(5)에서 필요로 하는 열량을 만족시키지 못하게 될 수 있다. 이때, 전열기(7)에서 상기 열유를 추가적으로 가열함으로써, 열 소모처(5)에 충분한 열을 전달할 수 있고, 열유 순환 시스템을 안정화할 수 있다.
또한, 상기 열유 순환부(A)는 열 소모처(5)의 전단에 위치하는 전단 온도 센서(8) 및 열 소모처(5)의 후단에 위치하는 후단 온도 센서(9)를 더 포함함으로써, 열 소모처(5)로 공급되는 열유와 열 소모처(5)에서 배출되는 열유의 온도를 측정할 수 있고, 전열기 제어부(10)를 더 포함함으로써, 상기 전열기 제어부(10)가 상기 전단 온도 센서(8)와 후단 온도 센서(9)에 측정되는 온도의 차이를 기초로 전열기(7)의 작동을 제어하도록 구성할 수 있다.
즉, 열유가 열 소모처(5)에서 필요로 하는 열량을 만족시키지 못한다는 것은 열유의 온도가 열 소모처(5)의 온도와 큰 차이가 없거나 열 소모처(5)의 온도보다 낮다는 것을 의미하며, 이 경우 열유는 열 소모처(5)를 통과해도 온도가 낮은 폭으로 하락하거나 오히려 온도가 높아진다는 점을 이용하는 것이다.
따라서, 열 소모처(5)로 공급되는 열유의 온도에서 열 소모처(5)에서 배출되는 열유의 온도를 뺀 값이 임의의 양수로 설정된 값보다 낮은 값이면 열 소모처(5)에 필요한 열량이 충분히 전달되지 않았다는 의미이므로, 전열기 제어부(10)가 전열기(7)의 작동을 제어하여 상기 전열기(7)가 소모하는 전력을 증가시키게 되고, 이에 따라 열유를 가열하는데 소모되는 열량이 증가하여 열유를 더 높은 온도로 가열하게 된다.
본 명세서에서, 전력이란 단위 시간 동안에 전기 장치에 공급되는 전기 에너지인 전력(electric power)과 전기의 양인 전력량(electric energy)을 모두 포함하는 개념이다.
상기 열유 순환부(A)는 상기 전열기 제어부(10) 대신, 도 4에 나타난 바와 같이, 절탄기(2)와 열 소모처(5)를 직접 연결하는 우회(bypass) 라인(a), 상기 우회 라인(a)에 설치되는 우회 밸브(11) 및 우회 제어부(12)를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 전단 온도 센서(8)와 후단 온도 센서(9)에 측정되는 온도의 차이가 설정된 값 미만이면 상술한 바와 같이 열 소모처(5)에 필요한 열량이 충분히 전달되지 않았다는 의미이므로, 상기 우회 제어부(12)가 상기 우회 밸브(11)의 개폐를 제어하여 상기 우회 밸브(11)를 더 열도록 함으로써, 상기 우회 라인(a)을 통과하는 열유의 양을 증가시키도록 구성할 수 있다.
이를 통해, 열유 냉각기(4)를 통과하며 열을 소모하는 열유와 상기 열유 냉각기(4)를 거치지 않고 우회 라인(a)을 통과하는 열유의 유량을 조절함으로써, 열유가 열 소모처(5)에 필요한 열량을 전달할 수 있다.
위와 같이 전열기 제어부(10) 또는 우회 제어부(12) 등을 포함하는 구성들은, 필요한 만큼의 에너지만 사용하여 열 소모처(5)에 열을 효율적으로 전달하는 동시에, 열유 순환 시스템을 안정화하는 효과를 갖는다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치 중 온음용수 공급부(B)의 구조를 도식적으로 나타낸 것이다.
음용수를 생산하기 위해 필요한 물인 청수(fresh water)는 조수기(fresh water generator)(38)에서 만들어지는데, 상기 조수기(38)로서 튜브형(tube type) 조수기 또는 플레이트형(plate type) 조수기가 사용될 수 있다.
조수기(38)에서 생성된 청수는 청수 탱크(31)에 저장되어 있다가 청수 공급 펌프(32)에 의해 청수 탱크(31) 외부로 공급된다.
이때, 청수 공급 펌프(32)와 연결되어 외부로 공급되는 청수의 공급량을 조절하는 청수 취수 용기(fresh water hydrophore vessel)(33)가 설치될 수 있으며, 상기 청수 취수 용기(33) 내부로 압축공기를 주입하는 압축공기 주입부(37), 청수 취수 용기(33) 내의 압력을 측정하는 압력센서(36) 및 압력센서(36)와 청수 공급 펌프(32)에 연결되는 취수 제어부(30)가 더 포함될 수 있다.
이는, 실제 소모되는 청수의 양을 실시간으로 확인하여 그에 맞는 유량을 공급하는 것이 어렵기 때문에 도입하는 취수 시스템(hydrophore system)으로서, 청수 취수 용기(33)에 압축공기 주입부(37)를 통해 압축공기를 공급 후 청수를 도입하면 상부에 있는 공기부분이 압축되는 원리를 적용하여, 압력센서(36)에서 측정되는 압력이 설정된 압력보다 낮으면 청수 취수 용기(33) 내에 청수의 양이 적다는 의미이기 때문에 취수 제어부(30)가 청수 공급 펌프(32)를 작동시켜서 청수를 청수 취수 용기(33)에 채우고, 압력이 설정된 압력보다 높으면 청수 취수 용기(33) 내에 청수의 양이 많다는 의미이기 때문에 청수 공급 펌프(32)의 작동을 중단시켜서 일정한 양의 청수를 유지할 수 있도록 하는 것이다.
청수의 일부는 청수 취수 용기(33)로부터 선박 내 각 장비의 냉각, 청소 등에 사용되는 상수(service water)로서 이용될 수 있고, 나머지는 경수화 장치(34)로 도입되어 미네랄(mineral)이 공급된다. 조수기(38)에서 생산된 청수의 경우, pH, 경도, 미네랄의 부재로 음용수로 바로 사용하기 부적합하기 때문에, 여과기의 기능도 수행할 수 있는 경수화 장치(34)를 통해 pH 조절 및 각종 미네랄의 첨가 등의 과정을 거칠 수 있다.
경수화 장치(34)로부터 도입되는 청수는 살균기(35)에서 살균되어 선박의 음용수 공급 시스템에서 사용하는 음용수가 되어, 이 중 일부는 상온의 음용수(potable water)(43)를 필요로 하는 곳으로 보내지고 나머지는 온수기(calorifier)(52)의 예열기(preheater)(51)에 공급된다.
예열기(51)에서 열유로부터 열을 전달받은 음용수는 온수기(52)로 도입되어 가열되고, 가열된 음용수인 온음용수(hot potable water)는 그 사용처(44)로 보내진다.
이때, 상기 예열기(51)에서 음용수가 열유에 의해 예열되기 때문에, 온수기(52)에서 음용수를 일정 온도까지 가열하는데 사용되는 전력 등의 에너지를 절감할 수 있다.
또한, 상기 예열기(51)를 거치지 않고 살균기(35)와 온수기(52)를 직접 연결하는 음용수 우회 라인(b) 및 상기 음용수 우회 라인(b)에 설치되는 음용수 밸브(53)을 더 포함하여, 예열기(51)로 도입되는 음용수의 양을 조절할 수 있다.
즉, 선박, 플랜트 등의 구조물 내에서 요구되는 온음용수의 양이 많을 경우, 음용수 밸브(53)를 더 닫아 예열기(51)를 통과하는 음용수의 유량을 증가시킴으로써, 동일한 전력으로 생성할 수 있는 온음용수의 양을 증가시키도록 구성할 수 있다.
반대로, 요구되는 온음용수의 양이 적을 경우, 음용수 밸브(53)를 더 열어 예열기(51)를 통과하는 음용수의 유량을 감소시킴으로써, 온음용수의 생성량을 감소시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치 중 청수 순환부(C)의 구조를 도식적으로 나타낸 것이다.
온음용수 공급부(B)의 예열기(51)에서 열을 전달한 청수는 청수 순환부(C)에 형성되는 라인을 통해 열유 순환부(A)의 열유 냉각기(4)로 재공급된다.
상기 청수 순환부(C)는 선택적으로 청수 냉각기(21), 청수 펌프(22), 열 공급처(24), 청수 밸브(25)를 더 포함할 수 있다.
상기 예열기(51)에서 열을 전달한 청수는 상기 열유 냉각기(4)로 재공급되기 전에 청수 냉각기(21)에서 추가적으로 냉각될 수 있는데, 이는 청수의 온도를 일정 범위로 유지하여 열유로부터 일정한 열량을 회수함으로써 열유 순환 시스템을 포함한 전체적인 시스템을 안정시키기 위함이다.
다만, 이와 같은 청수 냉각기(21)는 열유로부터 전달받은 배기가스의 폐열을 온음용수 공급부(B)의 예열기(51)에 전달한 후의 청수 내 잔열을 냉각하기 위한 구성이므로, 종래의 배기가스 폐열 회수 시스템에 사용되는 열유 냉각기에 비해 훨씬 소용량이라는 장점을 갖는다.
청수 냉각기(21)에서 냉각된 청수의 일부는 청수 우회 라인(c)을 통해 열 공급처(24)로 공급될 수 있으며, 열 공급처(24)에서 열을 전달받은 청수는 다시 청수 냉각기(21)로 공급되어 냉각될 수 있는데, 상기 열 공급처(24)는 냉각이 필요한 모든 장치 및 설비를 지칭한다.
또한, 상기 청수 우회 라인(c)에는 청수 밸브(25)가 설치되어 열 공급처(24)로 공급되는 청수의 양을 조절할 수 있는데, 즉 열유 순환부(A)의 열유가 배기가스로부터 필요 이상으로 열을 전달받거나 열 소모처(5)에서 필요로 하는 열량이 적어지면, 청수 밸브(25)를 더 닫아 열 공급처(24)를 통과하는 청수의 유량을 감소시켜 청수의 온도를 전체적으로 감소시킴으로써, 청수가 열유로부터 전달받는 열량을 증가시키도록 구성할 수 있다.
반대로, 열유가 배기가스로부터 전달받은 열량이 부족하거나 열 소모처(5)에서 필요로 하는 열량이 많아지면, 청수 밸브(25)를 더 열어 열 공급처(24)를 통과하는 청수의 유량을 증가시켜 청수의 온도를 전체적으로 증가시킴으로써, 청수가 열유로부터 전달받는 열량을 감소시킬 수 있다.
이러한 청수 순환부(C)는 청수 제어부를 더 포함함으로써, 상기 전단 온도 센서(8) 및 상기 후단 온도 센서(9)에 측정되는 온도를 기초로 위와 같은 청수 밸브(25)를 제어하도록 구성될 수도 있다.
청수 펌프(22)는 청수가 상기 청수 순환부(C)를 원활하게 순환하는 것을 돕는 역할을 수행한다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
1: 엔진 2: 절탄기
3: 소음기 4: 열유 냉각기
5: 열 소모처 6: 열유 펌프
7: 전열기 8: 전단 온도 센서
9: 후단 온도 센서 10: 전열기 제어부
11: 우회 밸브 12: 우회 제어부
21: 청수 냉각기 22: 청수 펌프
24: 열 공급처 25: 청수 밸브
30: 취수 제어부 31: 청수 탱크
32: 청수 공급 펌프 33: 청수 취수 용기
34: 경수화 장치 35: 살균기
36: 청수 압력 센서 37: 압축공기 주입부
38: 조수기 42: 청수 사용처
43: 음용수 사용처 44: 온음용수 사용처
51: 예열기 52: 온수기
53: 음용수 밸브 A: 열유 순환부
B: 온음용수 공급부 C: 청수 순환부
a: 우회 라인 b: 음용수 우회 라인
c: 청수 우회 라인

Claims (10)

  1. 열유(thermal oil) 순환부(A);
    온음용수(hot potable water) 공급부(B); 및
    청수(fresh water) 순환부(C);를 포함하며,
    상기 열유 순환부(A)는,
    엔진(1)의 배기가스에 포함된 열을 열유로 전달하는 절탄기(economizer)(2); 및
    상기 절탄기(2)에서 열을 전달받은 열유가 청수로 열을 전달하는 열유 냉각기(cooler)(4);를 포함하며,
    상기 열유 냉각기(4)에서 열을 전달한 열유가 열 소모처(5)에 잔열을 전달한 후, 상기 절탄기(2)로 재공급되는 것을 특징으로 하고,
    상기 온음용수 공급부(B)는,
    상기 열유 냉각기(4)에서 열을 전달받은 청수가 음용수(potable water)로 열을 전달하는 예열기(preheater)(51); 및
    상기 예열기(51)에서 열을 전달받은 음용수를 가열하여 온음용수(hot potable water)를 생성하는 온수기(calorifier)(52);를 포함하고,
    상기 예열기(51)에서 열을 전달한 청수는 상기 청수 순환부(C)를 통해 상기 열유 냉각기(4)로 재공급되는 것을 특징으로 하는, 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열유 순환부(A)는,
    상기 열유 냉각기(4)에서 열을 전달한 열유를 가열하는 전열기(electric heater)(7)를 더 포함하며,
    열유는 상기 전열기(7)에서 가열된 후, 상기 열 소모처(5)에 열을 전달하는 것을 특징으로 하는, 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 열유 순환부(A)는,
    상기 열 소모처(5)의 전단에 위치하는 전단 온도 센서(8);
    상기 열 소모처(5)의 후단에 위치하는 후단 온도 센서(9); 및
    전열기 제어부(10);를 더 포함하며,
    상기 전단 온도 센서(8)와 후단 온도 센서(9)에 측정되는 온도의 차이가 설정된 값 미만이면, 상기 전열기 제어부(10)가 상기 전열기(7)의 작동을 제어하여, 상기 전열기(7)가 소모하는 전력을 증가시키는 것을 특징으로 하는, 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열유 순환부(A)는,
    상기 절탄기(2)와 상기 열 소모처(5)를 직접 연결하는 우회(bypass) 라인(a);
    상기 우회 라인(a)에 설치되는 우회 밸브(11);
    상기 열 소모처(5)의 전단에 위치하는 전단 온도 센서(8);
    상기 열 소모처(5)의 후단에 위치하는 후단 온도 센서(9); 및
    우회 제어부(12);를 더 포함하며,
    상기 전단 온도 센서(8)와 후단 온도 센서(9)에 측정되는 온도의 차이가 설정된 값 미만이면, 상기 우회 제어부(12)가 상기 우회 밸브(11)의 개폐를 제어하여, 상기 우회 라인(a)을 통과하는 열유의 양을 증가시키는 것을 특징으로 하는, 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 청수 순환부(C)는,
    상기 예열기(51)에서 열을 전달한 청수를 추가적으로 냉각하는 청수 냉각기(cooler)(21)를 포함하며,
    청수는 상기 청수 냉각기(21)에서 냉각된 후, 상기 열유 냉각기(4)로 재공급되는 것을 특징으로 하는, 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 장치.
  6. 열유(theraml oil)가 청수(fresh water)와 열교환하며 순환하는 열유 순환 단계;
    음용수(potable water)가 청수와 열교환함으로써 온음용수(hot potable water)가 생성되는 온음용수 공급 단계; 및
    청수가 상기 열유 및 음용수와 열교환하며 순환하는 청수 순환 단계;를 포함하며,
    상기 열유 순환 단계는,
    열유가 엔진(1)의 배기가스로부터 열을 전달받는 단계;
    상기 배기가스로부터 열을 전달받은 열유가 청수로 열을 전달하는 단계;
    상기 청수로 열을 전달한 열유가 열 소모처(5)에 잔열을 전달하는 단계; 및
    상기 열 소모처(5)에 잔열을 전달한 열유가 상기 배기가스로부터 다시 열을 전달받는 단계;를 포함하고,
    상기 온음용수 공급 단계는,
    상기 열유로부터 열을 전달받은 청수가 음용수(potable water)로 열을 전달하는 단계; 및
    상기 청수로부터 열을 전달받은 음용수를 가열하여 온음용수(hot potable water)를 생성하는 단계;를 포함하고,
    상기 청수 순환 단계는,
    상기 음용수로 열을 전달한 청수가 상기 열유로부터 다시 열을 전달받는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 열유 순환 단계는,
    상기 청수로 열을 전달한 열유가 열 소모처(5)에 잔열을 전달하는 단계 이전에,
    상기 청수로 열을 전달한 열유를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 청수로 열을 전달한 열유를 가열하는 단계는,
    상기 열 소모처(5)로 공급되는 열유와 상기 열 소모처(5)에서 배출되는 열유의 온도의 차이가 설정된 값 미만이면, 상기 열유를 가열하는데 사용되는 열량을 증가시키도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 열유 순환 단계는,
    상기 열 소모처(5)로 공급되는 열유와 상기 열 소모처(5)에서 배출되는 열유의 온도의 차이가 설정된 값 미만이면, 상기 배기가스로부터 열을 전달받은 열유가 상기 청수로 열을 전달하지 않고 직접 상기 열 소모처(5)로 공급되는 양을 증가시키도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 청수 순환 단계는,
    상기 음용수로 열을 전달한 청수가 상기 열유로부터 다시 열을 전달받는 단계 이전에,
    상기 음용수로 열을 전달한 청수를 추가적으로 냉각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 열유의 폐열을 이용한 온음용수 공급 방법.
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