KR20170095934A - 표면수에 의해 유체를 냉각시키기 위한 냉각 장치 - Google Patents

표면수에 의해 유체를 냉각시키기 위한 냉각 장치 Download PDF

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KR20170095934A
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바트 안드레 살터스
요하네스 안토니우스 크루제
롤랑 보두앵 히브링크
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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

표면수에 의해 유체를 냉각시키기 위한 냉각 장치(1)로서, 복수의 튜브들 내부에서 냉각될 유체를 수용 및 수송하기 위한 복수의 튜브들(10)을 구비하고, 상기 튜브들(10)은 상기 냉각 장치(1)의 작동 중에 표면수에 적어도 부분적으로 노출되도록 의도된다. 또한, 냉각 장치(1)는 상기 튜브들(10)의 외부의 오염을 방해하는 광(light)을 생성하는 복수의 광원들(21, 22)을 구비하고, 상기 광원들(21, 22)은 튜브들(10)의 외부 전체에 방오(anti-fouling) 광을 조사하기 위해 상기 튜브들(10)에 대해 치수가 정해지고 위치되며, 상기 광원들(21, 22)은 일반적으로 세장형 형상을 가지며, 상기 광원들(21, 22)은 상기 냉각 장치(1) 내에서 적어도 2개의 서로 다른 방향들으로 배열된다.

Description

표면수에 의해 유체를 냉각시키기 위한 냉각 장치 {COOLING APPARATUS FOR COOLING A FLUID BY MEANS OF SURFACE WATER}
일반적으로, 본 발명은 일반적으로 방오(anti-fouling)로 지칭되는 오염 방지에 적합한 표면수에 의해 유체를 냉각시키기 위한 냉각 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 표면수에 의해 유체를 냉각시키기 위한 냉각 장치에 관한 것으로서, 내부에서 냉각될 유체를 수용 및 수송하기 위한 복수의 튜브를 구비하며, 상기 튜브는 냉각 장치의 작동 중에 표면수에 적어도 부분적으로 노출되도록 의도된다. 이러한 냉각 장치의 예로는 선박의 엔진 냉각 시스템의 유체를 냉각시키기 위해 엔진 구동 선박에 사용되도록 의도된 박스 냉각기가 있다.
생물 오염 또는 생물학적 오염은 표면에 미생물, 식물, 조류, 작은 동물 등이 축적되는 것이다. 일부 추정에 따르면 4,000 이상의 유기체를 구비하는 1,800종 이상이 생물 오염에 책임이 있다. 따라서 생물 오염은 다양한 종류의 유기체에 의해 발생되며, 조개 껍질 및 해초의 표면에의 부착보다 훨씬 더 많은 것들이 관련된다. 생물 오염은 생물막 형성과 세균 부착을 포함하는 마이크로 오염과 큰 생물의 부착을 포함하는 매크로 오염으로 나뉜다. 뚜렷한 화학 및 생물학적 특성으로 인해 침전을 막는 물질이 결정되기 때문에 유기체 또한 경질 또는 연질로 분류된다. 경질 오염 유기체에는 조개 껍질, 이끼벌레류, 연체 동물, 다모류 및 다른 관벌레 같은 석회질 유기체와 얼룩 홍합을 포함한다. 연질 오염 유기체는 해조류, 하이드로이드, 조류 및 생물막 "슬라임 (slime)"과 같은 비-석회질 유기체를 포함한다. 함께, 이 유기체들은 오염 군집을 형성한다.
몇몇 상황에서는 생물 오염이 상당한 문제를 야기한다. 생물 오염은 기계 작동을 멈추게 하고, 물 유입구가 막히게 하고, 열교환기의 성능 저하를 겪게 할 수 있다. 따라서, 방오(anti-fouling)의 주제, 즉 생물 오염물을 제거 또는 방지하는 공정은 널리 알려져 있다. 젖은 표면을 포함한 산업 공정에서 바이오 분산제는 바이오 오염을 제어하는 데 사용될 수 있다. 덜 통제된 환경에서, 오염 유기체는 살생제, 열처리 또는 에너지 펄스를 사용하여 코팅에 의해 죽거나 격퇴된다. 유기체가 표면에 부착되는 것을 방지하는 비독성 기계적 전략에는 표면을 미끄럽게 하는 재료 또는 코팅을 선택하는 것 또는 빈약한 앵커 포인트들(anchor points)만을 제공하는 상어와 돌고래의 피부와 유사한 나노 스케일 표면 토폴로지를 만드는 것을 포함한다.
바닷물에 의해 엔진 구동 선박의 냉각수 시스템으로부터 물을 냉각시키는 냉각 유닛에 대한 방오 장치가 당 업계에 공지되어있다. 예를 들어, DE 102008029464는 정기적으로 반복될 수 있는 과열 과정에 의해 오염 유기체를 죽이기 위한 통합 된 방오 시스템을 구비하는 선박 및 해양 플랫폼에 사용하기 위한 박스 냉각기에 관한 것이다. 특히, 박스 냉각기는 냉각 공정을 방해하지 않고 규정된 수의 열교환기 튜브를 연속적으로 과열함으로써 미생물 오염에 대해 보호되며, 냉각수로부터의 폐열이 이를 위해 사용될 수 있다.
박스 냉각기는 엔진 구동 선박에 사용하도록 설계된 특정 유형의 열교환기이다. 예를 들어, 설치된 엔진 출력이 15MW인 예인선의 경우, 하나 이상의 박스 냉각기가 해수에 5MW 정도의 열을 전달하기 위해 적용된다. 전형적으로, 박스 냉각기의 튜브를 수용하기 위한 목적으로, 선박은 선박의 선체 일부 및 분할 플레이트에 의해 한정되는 격실을 갖는다. 출입구는 격실의 위치에서 선체에 배치되고 이를 통해 해수가 격실에 들어갈 수 있고, 격실의 튜브 위로 흐르고, 자연 흐름 및/또는 선박의 움직임의 영향하에 격실을 빠져나간다. 박스 냉각기는 냉각될 유체를 안내하기위한 U형 튜브의 번들을 구비하고, 튜브의 다리부의 말단부는 각각의 튜브의 양 다리부에 통로를 제공하는 개구를 갖는 공통 플레이트에 고정된다. 박스 냉각기의 환경은 튜브 내부의 상대적으로 고온의 유체와의 열교환의 결과로 해수가 튜브 근방의 중간 온도로 가열되고, 지속적인 물의 흐름은 새로운 영양소와 유기체를 가져오기 때문에 생물 오염에 이상적이다.
박스 냉각기의 생물 오염은 심각한 문제를 야기한다. 주요 사안은 생물 오염층이 효과적인 열 차단기이기 때문에 감소된 열 전달 능력이다. 생물 오염층이 너무 두꺼워서 해수가 박스 냉각기의 인접한 튜브 사이에서 더 이상 순환할 수 없을 때, 열 전달에 대한 추가적인 악화 효과가 얻어진다. 따라서 박스 냉각기의 생물 오염은 엔진 과열의 위험을 증가시키므로 선박의 속도를 줄일 필요가 있고 그렇지 않으면 엔진이 손상된다.
본 발명의 목적은 많은 유지 보수를 필요로 하지 않고 이온, 유독 물질 등으로 해수를 오염시키지 않고 효과적인 방오(anti-fouling)가 가능한 냉각 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 표면수에 의해 유체를 냉각시키기 위한 냉각 장치에 의해 달성되며, 상기 냉각 장치는 앞서 언급한 바와 같은 복수의 튜브를 구비하며, 또한 상기 튜브의 외부의 오염을 방해하는 광(light)을 생성하는 복수의 광원을 추가로 구비하고, 튜브의 외부에 방오 광을 조사하기 위해 상기 튜브에 대해 치수가 정해지고 위치가 결정되는 광원을 포함하며, 상기 광원은 일반적으로 세장형 형상을 가지며, 상기 광원은 냉각 장치 내에서 적어도 2개의 서로 다른 배향으로 배열된다.
본 발명에 따르면, 광을 사용함으로써 방오가 실현된다. 특히, 냉각 장치의 광원은 자외선, 특히 UVC광으로 공지된 c타입의 자외선을 생성하도록 선택될 수 있으며, 보다 구체적으로는 대략 250nm 내지 300nm 사이의 파장을 갖는 광이다. 대부분의 오염 유기체는 그들을 특정 용량의 자외선에 노출시킴으로 살해되거나, 비활성 상태가 되거나, 재생산할 수 없게 된다. 방오를 실현하기에 적합한 것으로 보이는 전형적인 용량은 제곱미터 당 10mWh이다. UVC 광을 생성하는 매우 효율적인 광원은 저압 수은 방전 램프로, 입력 전력의 평균 35%가 UVC 전력으로 변환된다. 또 다른 유용한 유형의 램프는 중압 수은 방전 램프이다. 램프에는 오존 형성 방사선을 필터링하기 위한 특수 유리 봉투가 장착될 수 있다. 또한, 원한다면 조광기가 램프와 함께 사용될 수 있다. 유용한 UVC 램프의 다른 유형은 유전체 장애물 방전 램프이며, 이는 다양한 파장 및 높은 전기-대-광 효율 및 LED에서 매우 강력한 자외선을 제공하는 것으로 알려져있다. LED와 관련하여, 이들은 일반적으로 비교적 작은 패키지에 포함될 수 있고 다른 유형의 광원보다 적은 전력을 소비한다는 점이 주목된다. LED는 다양한 원하는 파장의 (자외선)광을 방출하도록 제조될 수 있으며, 그 동작 파라미터, 가장 주목할만하게 출력 전력이 고도로 제어될 수 있다.
광원의 종류에 관계없이, 본 발명에 따른 냉각 장치에 적용되는 광원은 일반적으로 세장형 형상을 갖는다. 광원의 형상을 나타내기 위해 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "세장형(elongated)"이라는 용어는 각각의 광원이 길이 방향으로 연장된다고 말할 수 있는 것과 같이 이해되어야 하며, 이는 직선 방향일 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에서 반드시 필요한 것은 아니다. 일반적으로, 세장형 광원은 그 종 방향에 실질적으로 수직한, 즉 종방향을 광원과 관련된 원통형 좌표계의 축 방향으로 취할 때의 반경 방향으로 광의 상당 부분을 방출하도록 적응되는 광원으로 표시될 수 있다. 세장형 광원의 예로는 튜브형 램프, 선 형태로 배열된 복수의 간격이 있는 광원 갖는 램프, 스트립형으로 배열된 복수의 LED를 갖는 램프, 및 관형 광 가이드로 광을 방출하는 적어도 하나의 램프, LED 또는 다른 장치의 조립체를 포함하고, 상기 LED는 반드시 맞닿는 형식으로 배열될 필요는 없다.
복수의 세장형 튜브를 구비하는 박스 냉각기와 같은 냉각 장치에서, 튜브에 대해 광원을 위치시키는 많은 가능성이 존재한다. 본 발명과 관련하여, 광원이 냉각 장치에서 하나의 배향으로 배열될 때 이미 양호한 방오 결과가 얻어질 수 있지만, 더 나은 방오 결과는 광원이 냉각 장치에서 2개의 서로 다른 배향으로 배열될 때, 즉 광원의 길이 방향 축이 2개의 서로 다른 방향으로 연장될 때, 얻어질 수 있다. 명백하게는, 하나의 그룹의 광원이 제 1 배향으로 배열되고, 다른 그룹의 광원이 제 1 배향과는 명백하게 다른 제 2 배향으로 배열되는 두 그룹의 광원을 냉각 장치에 가짐으로써, 배향이 서로 다른 배향인 것으로 분류될 수 있고, 튜브를 통한 광의 유리한 분포가 얻어진다. 그 결과, 장치 전체의 방오를 실현하기 위한 냉각 장치에 사용되는 광원의 수를 최소화할 수 있어, 본 발명에 따른 방오가 최소한의 에너지 소비를 수반한다. 실제의 경우, 방향이 특히 서로 직각 일 수 있는 제 1 방향 및 제 2 방향의 적절한 선택에 기초하여, 광원이 단일 배향으로 배열되는 상황과 비교하여 상술된 바와 같이 광원이 2개의 서로 다른 배향으로 배열될 때, 원하는 방오 결과를 획득하기 위한 광원의 총 개수가 더 낮은 것으로 판명된다.
냉각 장치가 박스 냉각기의 형태로 제공되는 경우를 포함하여 많은 실제적인 경우에, 냉각 장치의 적어도 일부는 튜브가 튜브 층으로 배열되는 층 구조를 가지며, 각 층은 적어도 하나의 튜브를 포함한다. 이러한 경우, 광원들의 제 1 그룹의 광원이 적어도 2개의 인접한 튜브 층과 교차하도록 배열되어, 광원들의 제 1 그룹의 각각의 광원이 복수의 튜브에 빛을 조사하는데 이용될 수 있고, 복수의 튜브 층에서 효과적일 수 있어 유리한 것으로 나타난다. 또한, 광원들의 제 2 그룹의 광원이 이들 튜브 층과 교차하지 않고 적어도 한 쌍의 2개의 인접한 튜브 층 사이에 배열되는 것이 유리한 것으로 나타난다. 냉각 장치에 2개의 광원 그룹을 구비함으로써, 광원이 냉각 장치에서 2개의 명백히 다른 방식으로 배열되고, 튜브를 통한 광의 유리한 분포가 획득되므로, 단지 유사하게 지향된 광원의 배열을 갖는 것에 비해 적은 입력 전력을 요구하는 적은 광원을 작동시킴으로써 개선된 방오가 실현될 수 있다.
냉각 장치가 박스 냉각기의 형태로 제공되는 경우를 포함하여 많은 실제적인 경우에 있어서, 각각의 튜브 층의 튜브의 적어도 일부는 메인 튜브 방향으로 연장되는 실질적으로 직선 부분인 것이 사실이다. 광원들의 제 2 그룹의 광원들의 실질적으로 직선인 형상 및 메인 튜브 방향과 상이한 방향으로 연장하는 배향으로의 이들 광원의 배열은 광원에 의해 최적의 방오 효과를 얻는 것에 기여한다. 특히, 광원들의 제 2 그룹의 광원은 메인 튜브 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되는 배향으로 배열될 수 있다. 임의의 경우에, 광원들의 제 2 그룹의 광원은 튜브 층들에 실질적으로 평행하게 배열될 수 있다. 광원들의 제 1 그룹의 광원의 실질적으로 직선인 형태와 메인 튜브 방향 및 광원들의 제 2 그룹의 광원의 방향 모두에 실질적으로 수직인 방향으로 연장하기 위한 배향의 이들 광원들의 배열은 광원에 의해 방오 효과를 얻는 데 있어서 추가적 인자이다. 다시 말해, 2 개의 그룹의 광원이 서로에 대해 실질적으로 수직으로, 또한 메인 튜브 방향에 대해 실질적으로 수직인 방향으로, 연장되는 것이 실용적이고 효과적이다. 또한, 광원들의 제 1 그룹의 광원이 서로 실질적으로 평행하게 연장되고 및/또는 광원들의 제 2 그룹의 광원들이 서로 실질적으로 평행하게 연장되는 것이 실용적이고 효과적이다.
세장형 형상, 특히 실질적으로 직선 형태의 광원은 널리 알려진 TL(발광/형광) 램프와 다소 유사한 관형 램프의 형태로 광원을 제공함으로써 실현될 수 있다. 다양한 공지된 살균 관형 UVC 램프에있어서, 전기적 및 기계적 특성은 가시광선을 생성하기 위한 관형 램프의 특성과 유사하다. 이는 UVC 램프가 공지된 램프와 동일한 방식으로 동작하도록 허용하며, 예를 들어 전자식 또는 자기 밸러스트/시동(ballast/starter) 회로가 사용될 수 있다.
냉각 장치의 각 튜브 층의 튜브는 임의의 적합한 형상을 가질 수있다. 실질적으로 직선 형태를 갖는 튜브의 선택 이외에, 튜브의 적어도 일부가 구부러진 본 발명의 구조 내에 만곡 형상을 갖는 튜브의 선택이 존재한다. 이러한 경우, 광원들의 제 1 그룹들의 적어도 복수의 광원들이 각각의 튜브 층들의 적어도 복수의 튜브들의 만곡 형상의 내부에 배열될 수 있다. 예를 들어, 만곡 형상이 U형일 때, 튜브의 여러 부분이 광에 노출되는 것을 달성할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 광원들의 제 1 그룹의 적어도 복수의 광원들이 각각의 튜브 층들의 적어도 복수의 튜브들의 만곡 형상의 외부에 배열될 수 있다. 특히, 적어도 복수의 튜브의 만곡 형상 내부의 광원의 배치와 관련하여, 튜브 층이 만곡된 바닥부 및 두개의 실질적으로 직선인 각부를 갖는 복수의 U형 튜브를 포함하는 경우가 주목되고, 튜브 층의 튜브는 최소 튜브에서 최대 튜브까지의 서로 다른 크기를 가지며, 최소 튜브는 바닥부의 최소 반경을 갖고, 최대 튜브는 바닥부의 최대 반경을 가지며, 튜브 각부의 윗면은 상기 냉각 장치에서 유사한 높이에 있고, 튜브의 각부들은 박스 냉각기의 경우와 같이 서로에 대해 실질적으로 평행하게 뻗어있으며, 광원들의 제 1 그룹의 적어도 하나의 광원이 적어도 복수의 각각의 튜브 층들 중 최소 튜브들의 U형 내부에 배열되는 경우 유리하며, 언급된 바와 같이, 광원들의 제 1 그룹의 복수의 광원들이 각각의 튜브 층들의 적어도 복수의 튜브들의 만곡 형상의 외부에 배치되는 것이 추가적으로 사실일 수 있다.
냉각 장치의 일 실시예에서, 튜브는 적어도 부분적으로 방오 광 반사 코팅으로 코팅되어, 방오 광이 확산 방식으로 튜브 상에 반사하도록 만들어지며, 이는 튜브에 대한 광의 효과적인 분포에 기여한다.
본 발명은 또한 선박을 구동하기 위한 엔진을 포함하는 선박에 관한 것으로서, 전술한 바와 같은 냉각 장치를 구비하는 엔진 냉각 시스템, 즉 냉각 장치에서 적어도 2개의 서로 다른 방향으로 배열된 복수의 세장형 방오 광원 및 튜브와 냉각 장치의 광원들을 수용하기 위한 격실 구비하는 냉각 장치이고, 상기 격실에는 물이 상기 격실로 유입되도록 하기 위한 적어도 하나의 입구 개구와, 상기 격실로부터 물이 배출되도록 하는 적어도 하나의 출구 개구가 제공된다. 선박에서, 격실의 범위를 정하는 벽의 내부는 적어도 부분적으로 방오 광 반사 코팅으로 코팅될 수 있으며, 이에 의해 냉각 장치에 대한 방오 광의 분포의 효과에 기여가 만들어질 수 있다. 완전성을 위해, 본 발명에 따른 냉각 장치와 관련하여 상기 설명된 모든 선택은 냉각 장치가 선박에서 사용될 때 동등하게 적용 가능하다는 것이 주목된다.
미생물이 냉각 장치의 튜브의 표면에 부착되고 정착되는 것으로부터 방지되는 것이 본 발명에 적용될 때, 방오가 실현되는 방식의 일반적인 이점을 갖는다. 반대로, 알려진 독성 분산 코팅이 적용될 때, 미생물이 표면에 부착되고 정착된 후에 미생물을 죽임으로써 방오 효과를 얻을 수 있다. 광 처리에 의한 생체 오염의 방지는 광 처리에 의한 생체 오염의 제거보다 선호되는데, 후자는 더 많은 입력 전력을 요구하고 광 처리가 충분히 효과적이지 않을 가능성과 연관되기 때문이다. 본 발명을 적용하는 것은 상대적으로 낮은 레벨의 입력 전력만을 수반한다는 사실을 고려하여, 광원은 과도한 전력 요구 없이 대형 표면에 걸쳐 지속적으로 방오 광을 생성하도록 작동될 수 있거나 광원은 작동 주기, 즉 작동 시간의 50% 및 휴식 시간의 50%에서 작동될 수 있고, 시간 간격은 분, 시간 또는 주어진 상황에서 적절한 것이 선택될 수 있다. 많은 추가 전력이 요구되지 않기 때문에, 본 발명은 현존하는 구조물에 쉽게 적용될 수 있다.
본 발명의 상술한 및 다른 양태는 내부에서 냉각될 유체를 수용하고 수송하기 위한 복수의 튜브 및 방오 광을 튜브들 상에 조사하기 위한 복수의 광원들을 구비하는 박스 냉각기의 다음의 상세한 설명을 참조하면 명백하고 이해될 것이다.
본 발명은 동일하거나 유사한 부품이 동일한 도면 부호로 표시되는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다: 도 1은 냉각될 유체를 내부에 수용 및 수송하기 위한 복수의 튜브와 튜브 상에 방오 광을 조사하기 위한 복수의 광원을 구비하는 본 발명에 따른 냉각 장치의 일 실시예를 도시하며, 또한 냉각 장치가 수용되는 격실의 범위를 정하는 벽의 일부를 도시하고, 도 2는 냉각 장치에서의 광원들의 위치 설정의 부가적인 예시를 제공한다.
도 1은 이후 박스 냉각기(1)로 지칭되는 본 발명에 따른 냉각 장치의 일 실시예를 도시한다. 박스 냉각기(1)는 내부에서 냉각될 유체를 수용하고 수송하기 위한 복수의 튜브(10)를 구비한다. 박스 냉각기(1)는 엔진 구동 선박에 사용되는 것으로서, 냉각될 유체는 선박의 엔진 냉각 시스템으로부터의 유체이고, 박스 냉각기(1)는 박스 냉각(1)의 튜브(10)를 선박의 즉각적인 외부 환경으로부터 물에 노출시켜 유체를 냉각시키는 기능을 수행할 수 있고, 이는 이후 해수로 언급될 것이다. 특히, 박스 냉각기(1)의 튜브(10)는 선박의 격실(100) 내부에 수용되며, 격실은 선박의 선체(101)의 일부 및 복수의 분할 플레이트(102, 103)들에 의해 범위가 정해진다. 선박의 선체(101)에는 복수의 입구 개구(104)가 해수가 외부로부터 격실(100)로 들어가도록 배열되고, 복수의 출구 개구(105)가 또한 해수가 격실(100)로부터 빠져나가 선박의 외부로 흐르도록 선박의 선체(101)에 배열된다. 통상적으로, 입구 개구(104) 및 출구 개구(105)는 상이한 레벨으로 배열되고, 입구 개구(104)의 높이는 격실(100)과 박스 냉각기(1)가 도 1과 일치하는 선박의 정상적인 직립 배향을 가정하면, 출구 개구(105)의 높이보다 낮다. 완전성을 위해, 다음의 설명에서 사용되는 명시적 및 암시적인 방향의 표시는 격실(100) 및 박스 냉각기(1)가 기본 가정으로 언급되어 선박의 정상적인 직립 배향을 갖는 것으로 이해되어야 한다.
박스 냉각기(1)의 튜브(10)는 만곡된 형상, 특히 U형을 갖고, 만곡된 바닥부(11) 및 바닥부(11)에 대해 상향으로 서로에 대해 실질적으로 평행하게 연장되는 2개의 실질적으로 직선인 각부(12)를 구비한다. 박스 냉각기(1)의 작동 중에, 해수가 입구 개구(104)를 통해 격실(100)로 유입되는 동안, 냉각될 유체, 즉 고온의 유체가 튜브(10)를 통해 흐른다. 해수와 고온 유체를 포함하는 튜브(10)의 상호 작용에 기초하여, 튜브(10)와 유체가 냉각되고, 해수는 가열된다. 후자의 효과에 기초하여, 상승하는 해수의 자연 흐름이 격실(100)에서 얻어지고, 여기서 저온 해수는 입구 개구(104)를 통해 격실(100)로 들어가고, 고온의 해수는 출구 개구(105)를 통해 격실(100)을 빠져나간다. 또한, 선박의 움직임은 격실(100)을 통과하는 해수의 흐름에 기여할 수 있다. 바람직하게는, 튜브(10)는 구리와 같은 열 전달 능력이 좋은 재료로 제조된다.
박스 냉각기(1)의 튜브(10)들은 유사하고 실질적으로 평행한 튜브 층(2)으로 배열되고, 각각의 튜브 층(2)은 번들로 배열된 상이한 크기의 복수의 튜브(10)를 구비하며, 작은 튜브(10)는 더 큰 튜브(10)의 만곡 형상의 내부에 배열되어, 해수가 흐를 수 있는 튜브 층(2) 내의 튜브(10)들 사이에 공간을 남기기 위해 일정한 거리에서 더 큰 튜브(10)에 의해 둘러싸인다. 따라서, 각각의 튜브 층은 2개의 직선 각부(12) 및 하나의 만곡부(11)를 포함하는 복수의 헤어핀 형 튜브(10)들을 구비한다. 튜브(10)는 그 만곡부(11)가 실질적으로 동심원으로 배치되고 그것들의 각부(12)는 실질적으로 평행하게 배치되어, 최내측 만곡부(11)는 상대적으로 작은 곡률 반경을 갖고 최외측 만곡부(11)는 적어도 하나의 나머지 중간 만곡부(11)를 그 사이에 두고 상대적으로 큰 곡률 반경을 갖는다. 적어도 2개의 중간 만곡부(11)가 있는 경우, 이들 부분(11)들은 점진적으로 누진되는 곡률 반경을 갖는다.
튜브(10)의 각부(12)의 상부 측은 공통 튜브 플레이트(13)에 연결되는 튜브 (10)의 각부(12)의 상부 측이 연결된다는 사실에서 유사한 높이에 있다. 튜브 플레이트(13)는 튜브(10)로 및 튜브(10)로부터의 유체의 유입 및 유출을 위한 적어도 하나의 입구 스터브(15) 및 적어도 하나의 출구 스터브(16)를 각각 구비하는 유체 헤더(14)로 덮인다. 따라서, 입구 스터브(15)의 측면에 있는 튜브(10)의 각부(12)는 최고 온도에 있고, 출구 스터브(16)의 측면에 있는 튜브(10)의 각부(12)는 보다 낮은 온도에 있고, 이는 튜브(10)를 흐르는 유체에도 동일하게 적용할 수 있다.
튜브(10) 및 튜브(10)에 존재하는 유체의 연속 냉각 과정 동안, 해수에 존재하는 임의의 미생물은 튜브(10), 특히 미생물이 살기 위한 이상적인 환경을 제공하는데 적합한 온도인 튜브(10)의 부분에 부착되는 경향이 있고, 이 현상은 생물 오염(biofouling)으로 알려져 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해, 박스 냉각기(1)는 튜브(10)에 방오 광을 조사하기 위해 격실(100) 내에 배열된 복수의 광원(21, 22)을 구비한다. 예를 들어, 광은 방오를 실현하는데 효과적인 것으로 알려진 UVC 광일 수 있다.
도시된 예에서, 광원(21, 22)은 튜브형 램프를 구비하고, 이에 의해 일반적으로 세장형 형상을 갖는다. 광원(21, 22)은 다양한 튜브(10)들의 패턴과 교차하는 3차원 패턴으로 배열된다. 즉, 광원(21, 22)은 튜브(10)와 동일한 영역에 배치되고, 튜브(10)들 사이에 존재하는 공간을 통해 연장된다. 도시된 예에서, 광원(21, 22)은 2개의 주요 그룹으로 분류될 수 있는데, 제 1 그룹은 튜브 층(2)들 및 튜브(10)들의 각부(12)들이 연장하는 방향 모두에 실질적으로 수직인 방향으로 연장하는 광원(21)들을 구비하고, 후자의 방향은 앞으로 메인 튜브 방향으로 지칭될 것이며, 제 2 그룹은 주 튜브 방향 및 광원들의 제 1 그룹(21)들이 연장되는 방향 모두에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되는 광원(22)들을 구비한다. 이하, 명료성을 위해, 광원들의 제 1 그룹(21)들을 제 1 광원(21)들, 광원들의 제 2 그룹들(22)을 제 2 광원(22)들이라고 칭한다.
도시된 예에서, 메인 튜브 방향은 실질적으로 수직 방향과 일치한다. 따라서, 제 1 광원(21)들과 제 2 광원(22)들이 연장되는 방향은 대략 실질적으로 수평 방향이다. 특히, 제 1 광원(21)들의 실질적 수평 방향과 제 2 광원(22)들의 실질적 수평 방향은 실질적으로 수직인 방향이다. 제 1 광원(21)들은 튜브 층(2)과 실질적으로 수직으로 연장되는 튜브 층(2)들과 교차하며, 제 2 광원(22)들은 튜브 층(2)과 교차하지 않고 튜브 층(2)들 사이에 존재한다. 완전성을 위해, 도시된 바와 같은 박스 냉각기(1)의 설계에서, 제 2 광원(22)들의 그러한 위치 결정을 허용하기 위한 필요한 공간이 인접한 튜브 층(2)들 사이에 존재한다는 점이 주목된다.
도 2는 박스 냉각기(1)의 다양한 광원(21, 22)들 및 튜브들(10)의 상호 배열를 추가로 설명하기 위한 것이다. 도시된 예에서, 각각의 제 1 광원(21)의 길이는 광원(21)들이 박스 냉각기(1)의 전방 튜브 층(2)으로부터 후방 튜브 층(2) 처음 부터 끝까지 연장되는 길이이며, 각각의 제 2 광원(22)의 길이는 최대 튜브(10)의 최대 폭에 대응한다. 이것들이 광원(21, 22)들이 다른 길이를 가질 수 있다는 사실을 변경하지는 않는다. 예를 들어, 제 1 광원(21)들은 전방 튜브 층(2)과 후방 튜브 층(2) 사이의 거리의 대략 절반 길이일 수 있으며, 2개의 제 1 광원(2)들은 언급 된 바와 같이 전체 길이를 덮기 위해 사용될 수 있다. 특히, 제 1 광원(21)들은 전술한 바와 같이 길이 전체 또는 길이의 절반보다 다소 길 수 있으므로, 전방 튜브 층(2) 및 후방 튜브 층(2) 각각을 지나서 소정의 거리를 연장하도록 박스 냉각기(1) 내에 위치될 수 있다. 또한, 도시된 예에서, 제 1 광원(21)들은 박스 냉각기(1)에서 다양한 높이로 배치되고, 복수의 제 1 광원(21)들은 최대 튜브(10)의 U 형상 외부에 위치되고, 복수의 제 1 광원들은 최소 튜브(10) U 형상 내부에 위치된다. 이러한 방식으로, 방오 광이 튜브 층(2) 내의 튜브 번들(10)의 내부면 및 이러한 번들의 외부면 모두로 방출되는 것이 달성된다. 제 2 광원(22)들은 2개의 인접한 튜브 층(2)들의 쌍 사이에서 다양한 높이로 배열된다. 방오를 실현하는 요구가 고려되는 한, 경우에 따라서 더 많은 혹은 더 적은 광원(21, 22)들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 더 많은 제 1 광원(21)들이 적용될 수 있으며, 제 1 광원(21)들 또한 최소 튜브(10)의 U 형상 외부 및 최대 튜브(10)의 U 형상 내부에도 배열될 수 있다. 튜브 층(2)이 3개의 튜브(10) 이상을 구비할 때, 제 1 광원 (21)들이 다양한 크기의 튜브(10)들 사이의 모든 공간에 존재하도록 배열될 수 있다. 어떠한 경우든, 광원(21, 22)들이 박스 냉각기(1) 전체에 균등하게 이격되는 것이 유리하다.
본 발명에 따르면, 광원(21, 22)들은 박스 냉각기(1)에서 적어도 2개의 서로 다른 배향으로 배열된다. 본 발명의 구조 내에서, 광원(21, 22)들의 크기 및 형상, 광원(21, 22)들의 숫자 및 박스 냉각기(1) 내의 광원(21,22)들의 위치를 위한 다양한 선택이 존재한다. 또한, 박스 냉각기(1)의 튜브(10)들의 크기, 형상, 숫자 및/또는 위치는 본 발명의 실시예와 관련하여 도시되고 설명된 것과 다를 수 있다. 따라서, 상기에서 설명되고 도시된 박스 냉각기(1)의 설계는 다양한 가능한 설계 중 단지 하나를 대표한다. 박스 냉각기(1)는 그 내부에서 냉각될 유체를 수용하고 수송하기 위한 적어도 2개의 튜브들을 구비하는 냉각 장치의 예 그 이상이 아님으로 이해되어야 한다.
박스 냉각기(1)는 열 전달에 대해서 증가한 효과를 가지며, 광을 광원(21, 22)들로부터 튜브(10)의 측면으로 향하게 하고 그렇지 않을 경우 (주로) 그림자로 남게 되는 적절한 위치에 하나 이상의 플레이트(미도시)들을 구비할 수 있다. 박스 냉각기(1)에서 플레이트들의 또 다른 가능한 적용으로서 튜브(10)들을 길이에 걸쳐 서로에 대해 고정된 이격 관계로 유지할 수 있다. 이를 위해, 튜브(10)들의 각부(12)들이 관통할 수 있게 하는 구멍을 갖는 플레이트가 사용될 수 있다.
본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 첨부된 특허 청구 범위에서 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 여러 가지 수정 및 변경이 가능하다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명은 청구 범위 또는 그 균등물의 범위 내에서 그러한 모든 수정 및 변경을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 본 발명은 도면 및 설명에서 상세히 도시되고 설명되었지만, 그러한 예시 및 설명은 단지 예시 또는 전형적인 것이며 제한적이지 않은 것으로 간주 되어야 할 것이다. 본 발명은 개시된 실시예들에 한정되지 않는다. 도면은 개략적이고, 본 발명을 이해하기 위해 요구되지 않는 세부 사항들은 생략될 수 있으며 반드시 일정한 비율일 필요는 없다.
개시된 실시예에 대한 변형은 도면, 상세한 설명 및 첨부된 도면, 설명서, 청구 범위의 연구로부터 청구된 발명을 실시하는 당업자에 의해 이해되고 영향을 받을 수 있다. 청구 범위에서, "구비하는"이라는 단어는 다른 단계 또는 요소를 배제하지 않으며, 부정 관사 "a" 또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다. 청구 범위 내의 임의의 도면 부호는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 명세서에서 사용되는 "복수의"는 "적어도 2개"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
특정 실시예에 대해 또는 관련하여 논의된 요소 및 양태는 달리 명시적으로 언급되지 않는 한 다른 실시예의 요소 및 양태와 적절히 조합될 수 있다. 따라서, 소정의 척도가 서로 다른 종속항에 기재되어 있다는 단순한 사실만으로 이러한 척도의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내지는 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실질적으로"라는 용어는 이론적으로는 완전히 실현될 수 있지만 사실 구현을 위한 대한 실질적인 차이를 포함하는 소정의 효과가 의도되는 상황에 적용 가능한 것으로 당업자에 의해 이해될 것이다. 이러한 효과의 예는 물체의 평행 배열 및 물체의 수직 배열을 포함한다. 적용 가능한 경우, 용어 "실질적으로"는 예를 들어 95% 이상, 특히 99% 이상, 더욱 특히 99.5% 이상과 같은 90% 이상의 비율을 나타내는 형용사와 같이 이해될 수 있으며, 100%를 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "구비하는"은 "구성되다"라는 용어를 포함하는 것으로 당업자에 의해 이해될 것이다. 따라서, "구비하다"라는 용어는 일 실시예와 관련하여 "구성되다"를 의미하지만, 다른 실시예에서는 "한정된 종류 및 선택적으로 하나 이상의 다른 종류를 함유/포함하는 것"을 의미한다.
생물 오염이 바다뿐만 아니라 강, 호수 등에도 발생한다는 사실 관점에서, 본 발명은 일반적으로 임의의 종류의 표면수에 의한 냉각에 적용 가능하다. 이와 관련하여 일반적으로 "표면수"라는 용어는 지하수 및 대기수와 반대로 지구 표면에서 이용할 수 있는 물이라는 넓은 의미로 이해되어야 한다는 점을 주목해야한다.

Claims (15)

  1. 표면수에 의해 유체를 냉각시키기 위한 냉각 장치(1)로서,
    냉각될 유체를 수용 및 수송하기 위한 복수의 튜브들(10)로서, 상기 냉각 장치(1)의 작동 중에 상기 표면수에 적어도 부분적으로 노출되도록 의도되는 상기 복수의 튜브들; 및
    상기 튜브들(10)의 외부의 오염을 방해하는 광(light)을 생성하는 복수의 광원들(21, 22)로서, 상기 튜브들(10)의 외부 상에 방오(anti-fouling) 광을 조사하기 위해 상기 튜브들(10)에 대해 치수가 정해지고 위치가 결정되는 상기 광원들(21, 22)을 구비하고
    상기 광원들(21, 22)은 일반적으로 세장형 형상을 가지며,
    상기 광원들(21, 22)은 상기 냉각 장치(1) 내에서 적어도 2개의 서로 다른 배향들로 배열되는, 냉각 장치(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 장치(1)의 적어도 일부는 상기 튜브들(10)이 튜브 층들(2)로 배열되는 층 구조를 가지며, 각 튜브 층(2)은 적어도 하나의 튜브를 포함하고,
    상기 광원들(21, 22) 중 제 1 그룹의 광원들(21)은 적어도 2개의 인접한 튜브 층들(2)과 교차하기 위한 배향으로 배열되고,
    상기 광원들(21, 22) 중 제 2 그룹의 광원들(22)은 두개의 인접한 튜브 층들(2)의 적어도 한 쌍 사이에서 그 튜브 층들(2)과 교차함 없이 배열되는, 냉각 장치(1).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 각각의 튜브 층들(2)의 튜브들(10)의 적어도 일부는 메인 튜브 방향으로 연장되는 실질적으로 직선인 부분(12)이고, 상기 광원들(21, 22)의 제 2 그룹의 광원들(22)은 실질적으로 직선인 형상을 갖고 상기 메인 튜브 방향과 상이한 방향으로 연장하기 위한 배향으로 배열되는, 냉각 장치(1).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광원들(21, 22)의 제 2 그룹의 광원들(22)은 상기 메인 튜브 방향에 실질적으로 수직인 방향으로 연장하기 위한 배향으로 배열되는, 냉각 장치(1).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광원들(21, 22)의 제 2 그룹의 광원들(22)은 상기 튜브 층들(2)에 실질적으로 평행하기 위한 배향으로 배열되는, 냉각 장치(1)
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광원들(21, 22)의 제 1 그룹의 광원들(21)은 실질적으로 직선인 형상을 갖고 상기 메인 튜브 방향 및 상기 광원들(21, 22)의 제 2 그룹의 광원들(22)의 배향의 방향 모두에 실질적으로 수직인 방향으로 연장하기 위한 배향으로 배열되는, 냉각 장치(1).
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 광원들(21, 22)의 제 1 그룹의 광원들(21)은 서로에 대해 실질적으로 평행하게 연장하는, 냉각 장치(1).
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 광원들(21, 22)의 제 2 그룹의 광원들(22)은 서로에 대해 실질적으로 평행하게 연장하는, 냉각 장치(1)
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 각각의 튜브 층들(2)의 튜브들(10)은 만곡 형상을 갖고, 상기 광원들(21, 22)의 제 1 그룹의 적어도 복수의 광원들(21)은 상기 각각의 튜브 층들(2)의 적어도 복수의 튜브들(10)의 만곡 형상 내부에 배열되는, 냉각 장치(1).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광원들(21, 22)의 제 1 그룹의 복수의 광원들(21)은 상기 각각의 튜브 층들(2)의 적어도 복수의 튜브들(10)의 만곡 형상 외부에 배열되는, 냉각 장치(1).
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 튜브 층들(2)은 만곡된 바닥부(11) 및 두개의 실질적으로 직선인 각부(leg portion)들(12)을 갖는 복수의 U형 튜브들(10)을 포함하고, 튜브 층(2)의 상기 튜브들(10)은 최소 튜브(10)에서 최대 튜브(10) 범위까지의 서로 다른 크기를 가지며, 상기 최소 튜브(10)는 상기 바닥부(11)의 최소 반경을 갖고, 상기 최대 튜브(10)는 상기 바닥부(11)의 최대 반경을 갖으며,
    상기 튜브들(10)의 각부들(12)의 윗면들은 상기 냉각 장치(1)에서 유사한 높이에 있고, 상기 튜브들(10)의 각부들(12)은 서로에 대해 실질적으로 평행하게 연장하고, 상기 광원들(21, 22)의 제 1 그룹의 적어도 하나의 광원(21)은 적어도 복수의 상기 각각의 튜브 층들(2)의 최소 튜브들(10)의 U형 내부에 배열되는, 냉각 장치(1).
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원들(21, 22)은 자외선 광을 생성하기 위한 관형 램프를 구비하는, 냉각 장치(1).
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 튜브들(10)은 적어도 부분적으로 방오 광 반사 코팅으로 코팅되는, 냉각 장치(1).
  14. 선박으로서,
    상기 선박을 구동하는 엔진,
    제 1 항에 따른 냉각 장치(1)를 포함하는 엔진 냉각 시스템, 및
    상기 냉각 장치(1)의 튜브들(10) 및 광원들(21,22)을 수용하기 위한 격실(100)을 구비하고,
    상기 격실(100)에는 물이 상기 격실로 유입되도록 허용하는 적어도 하나의 입구 개구(104) 및 물이 상기 격실(100)을 빠져나가도록 허용하는 적어도 하나의 출구 개구(105)가 제공되는, 선박.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 격실(100)의 범위를 정하는 벽들(102, 103)의 내부는 적어도 부분적으로 방오 광 반사 코팅으로 코팅되는, 선박.
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