KR20180125226A - 에너지 절감형 선박 공기순환시스템 - Google Patents

Abstract

에너지 절감형 선박용 공기순환시스템이 개시된다.
본 명세서에서는 공기압축기, 수분제거기, 공기저장기, 체크밸브, 센서, 제어기를 포함하는 공기순환시스템이 개시된다.
이러한 구성의 연결관계를 통하여 압축된 공기를 소비처에 제공할 수 있으며, 압축된 공기가 순환되는 과정에서 낭비되는 에너지를 최소화 할 수 있다.

Description

에너지 절감형 선박 공기순환시스템{AIR CIRCULATION SYSTEM FOR ENERGY}

본 기술은 공기순환시스템에 관한 것이다.

특히, 선박에 활용에 활용되는 압축공기를 공급하되, 낭비되는 에너지를 절감할 수 있는 에너지 절감형 선박 공기순환시스템에 관한 것이다.

선박은 물에 떠서 사람, 가축, 물자를 싣고, 물 위를 이동할 수 있는 구조물로, 장기간 해상에서 항해되는 이동수단이다. 따라서, 선박은 장기간 사람이 주거하며 생활하여야 하는 터전이 된다.

사람이 살아가기 위하여는 의식주만이 해결되면 살아갈 수는 있지만, 그 이외에도 질병으로부터 보호도 요구되므로, 청결 유지가 필수로 요구된다. 청결 유지를 위하여 선박에는 각종 시스템 등이 설치되는데(예를 들면 해수를 정수하는 시스템) 공기순환시스템도 그 중에 하나이다.

공기순환시스템은 수분이 제거된 압축공기를 공급하는 시스템으로 주거 공간을 청소하거나 작업에 이용되는 각종 장비들을 청소하는데 사용된다.

대다수의 공기순환시스템은 공기를 압축하고, 압축된 공기를 저장하며, 압축된 공기에서 수분을 빼서 공급하는 순서로 이루어진다.

국내 출원번호 "10-2014-0075510"에는 선박의 공기순환장치가 개시되어 있다.

여기에는 선체의 선수측 내부 작업공간과 연통되도록 선체의 상단에 상하로 관통 형성되는 하나 또는 다수의 배출홀과, 상기 배출홀에 대응되게 결합 또는 분리되어, 상기 배출홀을 개방 또는 폐쇄하는 맨홀커버 및, 상기 선체의 내부 또는 상부에 설치되며, 상기 배출홀이 개방된 상태에서 외부로부터 공급되는 에어를 상기 작업공간의 내부로 배출시켜, 상기 작업공간의 내부를 강제 순환시키는 에어 공급부가 개시되어 있다.

또한, 국내 공개특허 출원번호 "10-2010-0021063"에는 선박의 공기 순환 시스템이 개시되어 있다.

여기에는 외부의 공기를 엔진룸의 각 층으로 공급시키는 공기공급수단과, 엔진룸으로부터 가열된 공기를 외부로 배출시키는 공기배출수단과, 엔진룸의 각 층에서 열을 발산하는 장비가 설치된 층의 공기를 다른 나머지 층으로 공급하는 폐열순환수단이 개시되어 있다.

그러나 이와 같은 종래의 선박에 설치되는 공기순환장치 또는 공기순환시스템은 낭비되는 에너지가 많은 문제점을 가지고 있었다.

국내 공개특허 출원번호 "10-2014-0075510" "선박의 공기 순환장치" 국내 공개특허 출원번호 "10-2008-0079769" "선박의 공기 순환 시스템"

본 발명은 선박에 설치되어 압축공기를 공급하는 공기순환시스템을 제공하는데 목적이 있다.

여기서, 압축공기를 공급하되 공기를 압축하고, 저장하며, 공급하는 일련의 순환 과정에서 소모되는 에너지가 절감된 공기순환시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명인 에너지 절감형 선박 공기순환시스템은 축을 기준으로 회전하는 모터를 이용하여 공기를 압축하는 공기압축기; 상기 공기압축기를 통과한 공기에서 수분을 흡착하여 수분을 제거하는 수분제거기; 상기 수분제거기를 관통한 공기를 저장하고, 소비처에 공급하는 공기저장기; 상기 수분제거기와 상기 공기저장기 사이에 설치되어 상기 공기저장기로 이동되는 공기를 일방향으로 이동시키는 체크밸브; 상기 순환통로의 압력을 센싱하여 상기 공기저장기에 소모된 공기의 양을 측정하는 센서; 및 상기 센서의 센싱값에 따라 상기 모터의 회전속도를 가변적으로 제어하는 제어기를 포함한다.

여기서, 센서는, 상기 체크밸브와 상기 공기저장기 사이에 설치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 공기저장기에는 폐열 회수장치와 연결되어 공기가 설정된 온도로 가열될 수 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 공기압축기와 상기 수분제거기기 사이 또는 상기 체크밸브와 상기 수분제거기 사이에는 이물질을 필터링하는 필터가 설치된 것을 특징한다.

여기서, 공기저장기에는, 설정된 압력 이상인 경우, 제어기에 의해 개폐되는 밸브를 포함하는 안전통로와 연결된 것을 특징으로 한다.

여기서, 공기저장기와 상기 수분제거기 사이에는, 상기 공기압축기에서 상기 수분제거기로 공급되어 소모되는 공기에 따라 제어신호를 출력하는 제어기에 따라 상기 공기저장기와 상기 수분제거기 사이의 통로를 개폐하는 제어밸브가 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 선박에서 압축공기를 공급할 수 있다.

그러면서 압축공기를 생성하고, 저장하고, 가공할 때 소모되는 에너지를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 폐열을 활용하여 공기저장소를 가열하여서, 수분이 제거되는 양질의 공기를 제공할 수 있으며, 가열로 인하여 공기저장기에 저장된 공기의 압력이 증가되므로, 공기압축기의 가동 시간을 단축 시킬 수 있다.

그러면서도 수분제거기의 흡착제에 가열된 공기를 공급시킬 수 있어서 재생률을 증가시킬 수 있다.

또한, 공기저장소에서 수분제거기로 공급되는 공기의 양을 조절하여 시스템에 낭비되는 에너지를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 에너지 절감형 선박용 공기순환시스템을 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 일실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명의 범위를 한정하려고 의도된 것은 아니다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 에너지 절감형 선박용 공기순환시스템을 도시한 것이다.

본 발명의 공기순환시스템은 제어기(100), 공기압축기(200), 수분제거기(300), 공기저장기(400)를 포함한다.

공기압축기(200)는 공기를 공급받아 설정된 압력으로 공기를 압축하는 역할을 한다. 여기서, 설정된 압력은 제어기(100)에 기설정되어 있을 수 있다. 제어기(100)에 기설정된 압력에 따라 공기압축기(200)는 동작되어 공기를 압축한다. 공기압축기(200)는 샤프트와 이 샤프트에 연결된 압축기어를 포함하는 모터를 동작시켜 공기를 압축할 수 있다.

미도시된 공기압축기(200)의 모터는 제어기(100)의 신호에 따라 가변 되는 속도로 회전된다. 제어기(100)는 후술할 센서(70)와 연결되어 실시간으로 공기저장기(400)에 저장된 공기의 양을 지속적으로 모니터링하고, 이에 따라 공기압축기(200)의 가동 정도를 실시간으로 제어한다.

공기압축기(200)는 제어기(100)의 신호에 따라 (1)공기저장기(400)에 압축된 공기가 가득 채워진 경우, 동작이 중단될 수 있으며, (2)공기저장기(400)에 압축된 공기가 소량 사용된 경우, 제어기(100)의 선택에 따라 느린 속도를 가지고 가동될 수 있으며, (3)공기저장기(400)에 압축된 공기가 다량 사용된 경우, 빠른 속도로 공기를 압축하도록 가동된다.

또한, 여기서, 공기압축기(200)는 복수개가 구비될 수 있다. 이는 공기압축기(200)가 복수로 구비되는 경우, 압축 공기의 소비량이 작은 것부터 큰 것까지 다양하게 조절 할 수 있기 때문이다. 또한, 용량이 큰 공기압축기(200) 하나를 가동하는 것보다 용량은 다소 작더라도 복수의 공기압축기(200)를 구비하는 것이 에너지 절감의 효과가 더욱 크다.

공기압축기(200)에 의하여 압축된 공기는 수분제거기(300)로 공급된다.

수분제거기(300)는 공기압축기(200)에서 압축된 공기에서 흡착제를 이용하여 수분을 제거한다. 수분제거기(300)는 복수개로 구비될 수 있다. 도 1에서는 2개가 도시되어 있지만 이러한 개수에 한정되지 않음은 당연할 것이다.

수분제거기(300)가 이렇게 복수로 구비된 이유는 선택적으로 동작되기 위함이다. 예를 들어 도 1에서 도시된 바와 같이 제1수분제거기(310)와 제2수분제거기(320)가 존재하는 경우, 제1수분제거기(310)는 압축된 공기에서 수분을 제거하여 흡착하고, 제2수분제거기(320)는 흡착제를 재생시키기 위하여 공기저장기(400)로부터 공기를 공급받기 위함이다.

따라서 공기압축기(200)와 수분제거기(300) 사이의 통로는 수분제거기(300)의 개수에 따라 복수로 분기되어 형성된다. 즉, 공기압축기(200)와 수분제거기(300) 사이에는 제1지점을 기준으로 분기된 유로가 형성된다. 제1지점에는 제1선택밸브(55)가 설치된다. 제1선택밸브(55)는 제어기(100)와 연결되어 있다. 제1선택밸브(55)는 제어기(100)의 신호에 따라 복수의 수분제어기(100) 중 압축된 공기를 공급받아 수분을 제거하는 수분제어기(100)로 연결되는 유로를 개방하고, 나머지 유로는 폐쇄한다.

일예시적으로 제2수분제거기(320)의 흡착제가 재생중인 경우, 제어기(100)의 신호에 따라 제1선택밸브(55)는 제2수분제거기(320)로 공급되는 유로를 폐쇄하고, 제1수분제거기(310)로 공급되는 유로는 개방한다.

한편, 공기압축기(200)와 수분제거기(300) 사이에는 제1필터(10)가 설치된다. 제1필터(10)는 압축된 공기에 있는 다량의 불순물을 필터링한다.

수분제거기(300)에 의해 수분이 제거된 압축된 공기는 공기저장기(400)로 이동된다. 수분제거기(300)는 전술한 바와 같이 복수로 구비되는 바, 복수의 유로가 형성됨은 당연할 것이다. 이렇게 복수의 유로는 제2지점에서 하나로 통합되어 연결될 수 있다.

제2지점에는 제2선택밸브(56)가 설치되어 복수의 유로 중 설정된 유로만을 개방할 수 있는데, 자세한 내용은 후술하도록 하겠다.

수분제거기(300)에서 수분이 제거된 공기는 공기저장기(400)로 공급된다. 여기서, 수분제거기(300)에서 공기저장기(400)로 연결된 통로에는 제2필터(52), 체크밸브(60) 및 센서(70)가 설치된다.

제2필터(20)는 수분제거기(300)에서 공기저장소(400)로 이동되는 공기의 불순물을 제거한다.

체크밸브(60)는 수분제거기(300)에서 공기저장기(400)로 공기를 일방향으로 이동시킨다.

체크밸브(60)는 일방향 (수분제거기(300)에서 공기저장기(400)로 이동되는 방향)으로만 공기를 이동시킬 수 있는 밸브이다.

따라서, 체크밸브(60)는 공기저장기(400)로만 공기를 이동하도록 하여 공기저장기(400)와 체크밸브(60) 사이의 압력 변화를 센서(70)를 통하여 측정함으로써 공기저장기(400)에서 소모되는 공기를 정확하게 측정할 수 있다.

센서(70)는 통로에 설치되어 압력, 온도를 측정한다.

센서(70)는 즉, 온도센서(70), 압력센서(70)일 수 있으며, 이 각각의 센서(70)가 하나의 센서(70)로 구비된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 각각 별도의 센서(70)로 구비되어 설치될 수도 있다.

센서(70)는 적어도 체크밸브(60)와 공기저장기(400) 사이에 설치됨이 바람직하다. 위와 같은 위치에 설치됨에 따라 공기저장기(400)의 압력을 정확하게 측정할 수 있다.

만약 센서(70)가 체크밸브(60)와 수분제거기(300) 사이에 설치 되는 경우 공기압축기(200)에서 생성되는 압축공기가 수분제거기(300)를 거쳐 다시 재생하는 것으로 지속적으로 이용 될 수 있어 기존 수분제거기(300)와 같이 수분제거기(300) 용량의 10%를 꾸준히 소비 하게 된다.

공기순환시스템은 소비처에 공급되는 공기만을 정확하게 감지하여 제어기(100)가 폐열밸브(51)를 개방할지, 공기압축기(200)를 가동할 지, 공기압축기(200)의 모터의 회전속도를 줄일지 늘일지를 결정하여, 에너지를 효율적으로 활용하는 것을 목적으로 한다. 따라서 공기저장기(400)의 저장된 공기의 양을 정확하게 감지하는 것이 중요하다. 이를 위해 센서(70)가 설치되는 위치는 전술한 위치로 한정되어 설치되어야 한다.

제어밸브(52)는 공기저장기(400)에서 수분제거기(300)로 이동되는 가열된 공기(재생공기)의 공급을 제어하는 역할을 한다.

제어밸브(52)는 제어기(100)와 연결되어 있다. 제어기(100)는 공기압축기(200)로부터 수분제거기(300)로 공급되되 재생을 위하여 소모되는 공기를 측정하고, 이를 통하여 제어밸브(52)의 개폐시간을 결정하여 제어밸브(52)의 개방시간을 결정한다.

공기저장기(400)는 압축된 공기를 저장하고, 압축된 공기가 필요한 소비처로 공급하는 역할을 한다. 즉, 공기저장기(400)에는 일측에는 수분제거기(300)와 연결되는 통로가 형성되고, 타측에는 소비처로 연결되는 통로(600)가 형성된다.

공기저장기(400)에는 폐열회수장치가 연결되어 있다.

공기저장기(400)와 폐열회수장치는 유로를 통하여 연결되어 있으며, 이 유로에는 제어기(100)와 연결되어 유로를 개방하고, 폐쇄하는 폐열밸브(51)가 설치된다. 선박에는 각종 폐열(예를 들면, 엔진룸, 각종 일레트릭 장치)이 발생되는데, 이 폐열을 활용함이 바람직하다.

폐열을 통하여 공기저장기(400)를 가열하는 것은 첫 번째로 미량의 공기가 공급되었을 때 유용하며, 그 다음으로는 흡착제를 재생시키는데 유리하다.

미량의 공기가 소비처로 공급되어 공기저장기(400)에 미량의 공기 저장공간이 발생되는 경우, 이를 채우기 위하여 공기압축기(200) 및 수분제거기(300) 등을 가동시키는 것은 바람직하지 않다. 이 경우 제어부는 폐열밸브(51)를 동작하여 폐열을 통하여 공기저장기(400)에 공급된 공기가 가열되도록 한다. 이에 따라 공기저장기(400)에 남아있는 공간은 공기의 가열을 통하여 채워질 수 있다.

또한, 공기의 가열만으로 공기저장소의 공간이 채워지지 않으면, 제어기(100)는 폐열밸브(51)에 제어신호를 출력하여 공기저장소의 공기를 가열하고, 공기압축기(200)를 동작시키도록 할 수 있다. 즉, 공기압축기(200)와 폐열밸브(51)를 함께 동작시킬 수 있다. 따라서 빠른 시간 내에 공기저장소에 압축된 공기를 저장할 수 있다.

또한, 수분제거기(300)의 흡착제는 수분이 제거된 공기를 다시 공급하여(즉, 공기저장기(400)에서 공급되는 공기 : 재생공기)를 통하여 재생될 수 있는데, 이 경우 설정된 온도로 가열된 공기가 공급되는 경우 흡착제는 더욱 빠르게 재생될 수 있다.

여기서, 제어기(100)에는 설정된 온도가 기설정되어 있다. 이는 폐열을 활용하여 공기를 가열한다 하더라도, 너무 높은 온도의 공기가 소비처에 공급되면 문제가 발생될 수 있기 때문이다. 따라서 제어기(100)는 이 기설정된 온도 이상으로 공기저장기(400)에 저장된 공기가 가열된 경우, 폐열밸브(51)가 폐쇄되도록 신호를 출력한다.

한편, 공기저장기(400)에는 안전통로(700)가 설치될 수 있다. 안전통로(700)는 공기저장기(400)에서 너무 많은 공기가 감지되어 폭발의 위험성이 있는 경우, 일부의 공기를 방출하는 통로이다.

안전통로(700)에는 안전밸브(54)가 설치되고, 안전밸브(54)는 제어기(100)와 연결된다. 제어기(100)에는 기설정된 안전압력이 설정되어 있는데, 이 안전압력 이상의 압력이 감지되는 경우, 안전밸브(54)를 개방하여 공기를 배출한다.

한편, 수분제거기(300)에서 수분을 흡착한 흡착제를 재생시키기 위하여 건조한 공기를 다시 수분제거기(300)에 공급할 필요성이 발생되는데, 이러한 필요성은 공기저장기(400)에 공급된 공기를 공급하는 것으로 충족될 수 있다.

공기저장기(400)에서 수분제거기(300)로 공급되는 통로는 순환통로로 명명될 수 있다. 순환통로에는 제어밸브(52)가 설치된다.

제어밸브 (52)는 제어기(100)와 연결되어 제어기(100)의 신호에 따라 공기저장기(400)에서 수분제거기(300)로 공급되는 통로를 개방한다.

제2선택밸브(56)는 제2지점에 선택되어 있다. 제2선택밸브(56)는 제어기(100)에 연결되어 있어서 복수의 수분제어기(100) 중 특정한 수분제거기(300)로만 공급되도록 유로를 개방한다. 이에 따라 수분제거기(300)가 효율적으로 동작되도록 한다.

예를 들어 제1수분제거기(310)에 압축된 공기가 공급되는 경우 제2선택밸브(56)는 제어밸브(52)로부터 공급된 공기가 제2수분제거기(320)로 공급되도록 각각 분리된 유로를 개방한다. 따라서 제1수분제거기(310), 제2수분제거기(320)가 다른 동작을 수행하도록 할 수 있다.

위와 같은 구성을 통하여 연결되고 동작되는 본 발명인 선박 공기순환시스템은 에너지를 효율적으로 활용할 수 있다. 또한, 본 발명의 동작되는 구성을 살펴보면, 공기압축기(200), 수분제거기(300), 공기저장기(400) 순으로 연결되어 있는데, 이를 통하여 공기저장기(400)에는 수분이 제거된 순수한 공기만을 저장하여, 낭비되는 에너지를 최소화 한다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10 : 제1필터 20 : 제2필터
51 : 폐열밸브 52 : 제어밸브
54 : 안전밸브 55 : 제1선택밸브
56 : 제2선택밸브 60 : 체크밸브
70 : 센서 100 : 제어기
200 : 공기압축기 300 : 수분제거기
310 : 제1수분제거기 320 : 제2수분제거기
400 : 공기저장기 600 : 소비처로 연결되는 통로
700 : 안전통로

Claims (6)

1. 축을 기준으로 회전하는 모터를 이용하여 공기를 압축하는 공기압축기;
   상기 공기압축기를 통과한 공기에서 수분을 흡착하여 수분을 제거하는 수분제거기;
   상기 수분제거기를 관통한 공기를 저장하고, 소비처에 공급하는 공기저장기;
   상기 수분제거기와 상기 공기저장기 사이에 설치되어 상기 공기저장기로 이동되는 공기를 일방향으로 이동시키는 체크밸브;
   상기 순환통로의 압력을 센싱하여 상기 공기저장기에 소모된 공기의 양을 측정하는 센서; 및
   상기 센서의 센싱값에 따라 상기 모터의 회전속도를 가변적으로 제어하는 제어기
   를 포함하는 에너지 절감형 선박 공기순환시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서는,
   상기 체크밸브와 상기 공기저장기 사이에 설치되는 것
   을 특징으로 하는 에너지 절감형 선박용 공기순환시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 공기저장기에는 폐열 회수장치와 연결되어 공기가 설정된 온도로 가열될 수 있는 것
   을 특징으로 하는 에너지 절감형 선박용 공기순환시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 공기압축기와 상기 수분제거기기 사이 또는 상기 체크밸브와 상기 수분제거기 사이에는 이물질을 필터링하는 필터가 설치된 것
   을 특징으로 하는 에너지 절감형 선박용 공기순환시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 공기저장기에는,
   설정된 압력 이상인 경우, 제어기에 의해 개폐되는 밸브를 포함하는 안전통로와 연결된 것
   을 특징으로 하는 에너지 절감형 선박용 공기순환시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 공기저장기와 상기 수분제거기 사이에는,
   상기 공기압축기에서 상기 수분제거기로 공급되어 소모되는 공기에 따라 제어신호를 출력하는 제어기에 따라 상기 공기저장기와 상기 수분제거기 사이의 통로를 개폐하는 제어밸브가 설치된 것
   을 특징으로 하는 에너지 절감형 선박용 공기순환시스템.
   

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