KR20190131710A - 해양구조물용 이중선체에 적용되는 예냉 공조시스템 - Google Patents

해양구조물용 이중선체에 적용되는 예냉 공조시스템 Download PDF

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Abstract

이중선체 중에서도 해수면 또는 해수면의 하부로 잠겨 있는 이중선체의 보이드 스페이스(Void Space)를 이용하여 외부의 높은 온도의 공기를 예냉 한 후 선체의 각 격실로 낮은 온도로의 공급이 용이하게 이루어질 수 있도록 해양구조물이 이중선체의 보이드 스페이스로 외기를 유입하기 위해 외부와 보이드 스페이스가 연결되도록 구비되는 유입부재; 상기 보이드 스페이스에 유입되는 외기를 흡열에 의해 열교환 하여 순환시키는 열교환부; 및 상기 보이드 스페이스 내에서 열교환 된 공기를 해양구조물에 마련된 공기조화시스템의 각 덕트와 연결되어 공급하는 배출 공급부;를 포함하는 해양구조물용 이중선체에 적용되는 예냉 공조시스템을 제공한다.
그에 따라 해양구조물에 구비되는 공기조화시스템의 전체적인 덕트 부피를 줄여 제작비용 절감과 공간 활용도를 높이는 효과와 함께 환기 팬의 용량도 줄여 전체적인 소비 동력을 최소화할 수 있는 효과를 가진다.

Description

해양구조물용 이중선체에 적용되는 예냉 공조시스템{Pre-cooling system applied to double hull for offshore structure}
본 발명은 해양구조물의 이중선체에 적용되는 예냉(豫冷) 공조시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 이중선체 중에서도 해수면 또는 해수면의 하부로 잠겨 있는 이중선체의 보이드 스페이스(Void Space)를 이용하여 외부의 높은 온도의 공기를 예냉 한 후 선체의 각 격실로 낮은 온도로의 공급이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 해양구조물용 이중선체에 적용되는 예냉 공조시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박 또는 해양구조물에 적용되는 환기 시스템은 환기를 위해 환기 팬과 덕트를 사용하여 각 격실로 급기를 수행하게 되는 데, 이때 선박 또는 해양구조물을 설계 시 외기온도의 가장 높은 온도를 기준으로 설계함으로써, 항상 최대 부하의 덕트 사이즈는 물론 환기 팬 또한 최대 용량을 산정하는 것이 통상적이다.
그에 따라 환기를 위해 설치되는 덕트 크기 또한 대형 사이즈가 요구됨에 따라 제작비용이 높아짐은 물론 넓은 설치면적 또한 요구되는 단점과 함께 환기 팬의 대용량으로 인한 경제적인 비용이 상대적으로 높아지는 단점을 가진다.
상기와 같은 선박 또는 해양구조물의 환기 시스템과 관련된 선행기술에는 대한민국 등록특허공보 제10-1194362호, 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0004370호, 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0036211호 등에 게시된바 있다(이하 '선행기술문헌들'이라 한다).
한편, 해양구조물인 드릴 쉽 등은 충돌시 선내 침수 방지 목적 등을 이유로 이중선체가 적용되는 것으로, 이러한 이중선체는 Ballast water tank 또는 보이드 스페이스(Void Space)로 비어있는 Tank 공간으로 적용되며, 이들 보이드 스페이스 중 수면하부에 잠겨있는 선체는 해수와 접해있기 때문에 열교환 효과로 28℃ 정도의 낮은 선체온도가 유지되고 있다.
다시 말해서, 외부공기온도가 대략 38℃ 이상 유지되는 여름철 날씨에도 상기 이중선체의 해수면과 접한 부분은 물론 해수면의 하부 측의 수온은 대략 25~28℃로 외기 온도 대비하여 낮은 온도로 유지된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1194362호 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0004370호 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0036211호
그러나 상기한 선행기술문헌들은 발명의 배경이 되는 기술에 기재한 바와 같이 환기 시스템을 적용하기 위한 대형의 덕트는 물론 대용량의 환기 팬을 구비해야 하는 동일한 문제점을 그대로 가진다.
상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 구체적인 기술적 해결과제는 해양구조물의 이중선체 중에서도 해수면 또는 해수면의 하부로 잠겨 있는 이중선체의 보이드 스페이스(Void Space)를 이용하여 외부의 높은 온도의 공기를 예냉 한 후 선체의 각 격실로 낮은 온도로의 공급이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 해양구조물용 이중선체에 적용되는 예냉 공조시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 구체적인 기술적 해결과제는 열교환 효율성을 더욱더 높일 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 구체적인 기술적 해결과제는 유입되는 외기를 고르게 분산되도록 하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 구체적인 기술적 해결과제는 필요에 따라 열교환 된 공기를 선택적으로 공급이 이루어질 수 있도록 하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구체적인 해결수단은 해수면 또는 해수면의 하부로 잠겨 있는 해양구조물용 이중선체의 보이드 스페이스(Void Space)에 적용되는 예냉 공조시스템으로서, 상기 예냉 공조시스템은 보이드 스페이스로 외기를 유입하기 위해 외부와 보이드 스페이스가 연결되도록 구비되는 유입부재; 상기 보이드 스페이스에 유입되는 외기를 흡열에 의해 열교환 하여 순환시키는 열교환부; 및 상기 보이드 스페이스 내에서 열교환 된 공기를 해양구조물에 마련된 공기조화시스템의 각 덕트와 연결되어 공급하는 배출 공급부;를 포함한다.
상기 열교환부는 보이드 스페이스 내부를 외기가 유입되면서 열교환 되는 부분과 열교환 되면서 배출되는 부분으로 구획하는 격벽, 상기 격벽의 양측에 통과되는 공기를 열교환 하도록 마련되는 복수 개의 열교환 플레이트, 및 상기 보이드 스페이스의 내측면에 구비되는 열교환부재를 포함한다.
상기 유입부재와 외기가 유입되어 열교환 되는 부분의 열교환 플레이트 사이에는 유입되는 외기를 고르게 분산시키는 복수의 분산공이 형성된 분산부재를 더 포함한다.
상기 배출 공급부는 보이드 스페이스와 연결되는 배출관, 상기 배출관의 말단에 해양구조물의 공기조화시스템의 각 덕트로 열교환 된 공기를 공급하는 공급 팬을 더 포함한다.
상기 보이드 스페이스의 하부에는 그 보이드 스페이스 내에서 열교환 된 공기를 해양구조물의 공기조화시스템의 각 덕트와 연결되는 보조 공급부를 더 포함한다.
상기 보조 공급부는 보이드 스페이스의 내부와 선체의 내부와 연결되는 보조 연결관, 상기 보조 연결관과 연결되는 보조 공급팬으로 구성된다.
본 발명은 해양구조물의 이중선체 중에서도 해수면 또는 해수면의 하부로 잠겨 있는 이중선체의 보이드 스페이스(Void Space)를 이용하여 외부의 높은 온도의 공기를 예냉 한 후 선체의 각 격실로 낮은 온도로의 공급이 용이하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 해양구조물에 구비되는 공기조화시스템의 전체적인 덕트 부피를 줄여 제작비용 절감과 공간 활용도를 높이는 효과와 함께 환기 팬의 용량도 줄여 전체적인 소비 동력을 최소화할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 열교환 효율성을 더욱더 높일 수 있도록 함으로써, 유입되는 외기의 높은 온도를 더욱더 낮은 온도로의 열교환시켜 공급할 수 있는 효과도 가진다.
또, 유입되는 외기를 고르게 분산되도록 함으로서, 열교환부에서의 열교환 효율성을 극대화할 수 있는 효과를 가진다.
또, 필요에 따라 열교환 된 공기를 선택적으로 공급이 이루어질 수 있도록 함으로써, 이중선체를 사용하는 해양구조물에서의 공기조화시스템을 더욱더 효율적으로 운영할 수 있는 효과도 가진다.
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 개념도,
도 2는 도 1에 따른 열교환부를 설명하기 위한 일부 확대 개념도,
도 3은 도 2에 따른 A-A선 및 B-B선 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 개념도이며, 도 2는 도 1에 따른 열교환부를 설명하기 위한 일부 확대 개념도이고, 도 3은 도 2에 따른 A-A선 및 B-B선 단면도이다.
도시된 바와 같이 통상적인 드릴 쉽 등과 같은 해양구조물()은 충돌시 선내 침수 방지 목적 등을 이유로 이중선체로 제작된다.
이러한 이중선체는 Ballast water tank 또는 보이드 스페이스(Void Space)로 비어있는 Tank 공간으로 적용되며, 이들 보이드 스페이스 중 수면하부에 잠겨있는 선체는 해수와 접해있기 때문에 열교환 효과로 28℃ 정도의 낮은 선체온도가 유지되고 있다.
다시 말해서, 외부공기온도가 대략 38℃ 이상 유지되는 여름철 날씨에도 상기 이중선체의 해수면과 접한 부분은 물론 해수면의 하부 측의 수온은 대략 25~28℃로 외기 온도 대비하여 낮은 온도로 유지된다.
본 발명은 해양구조물(100)의 이중선체 중에서도 해수면 또는 해수면의 하부로 잠겨 있는 이중선체의 보이드 스페이스(110)를 이용하여 외부의 높은 온도의 공기를 예냉 한 후 선체의 각 격실로 낮은 온도로의 공급이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 예냉 공조시스템(1)을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 상기 예냉 공조시스템(1)은 보이드 스페이스(110)로 외기를 유입하기 위해 외부와 보이드 스페이스(110)가 연결되도록 구비되는 통상적인 관 형태의 유입부재(10)와; 상기 보이드 스페이스(110)에 유입되는 외기를 흡열에 의해, 즉 유입되는 외기의 높은 온도의 공기가 접촉되면서 흡열에 의해 열교환 하여 순환시키는 열교환부(20); 및 상기 보이드 스페이스(110) 내에서 열교환 된 공기를 해양구조물에 마련된 공지된 공기조화시스템(도시하지 않음)의 각 덕트(D)와 연결되어 공급하는 배출 공급부(30);를 포함한다.
다시 말해서, 본 발명은 이중선체의 특성을 이용하여, 즉 해수면과 접하면서 그 하부의 온도는 여름철의 외기와 적어도 10℃ 이상의 온도차가 있는 것을 감안하여 이의 활용도를 극대화하는 것이다.
즉, 유입부재를 통하여 유입된 높은 온도의 외기는 보이드 스페이스의 내부에 구비되는 열교환부에서 흡열에 의한 열교환 과정을 거쳐 낮은 온도로 열교환 된 후에 배출공급부를 거쳐 해양구조물의 공기조화시스템의 각 덕트로 공급함으로써, 공기조화시스템의 전체적인 급기 풍량을 현저하게 줄일 수 있는 조건을 가지게 되는 것이다.
그에 따라 공기조화시스템에 적용되는 덕트 전체의 부피를 줄일 수 있어, 공간 활용도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 환풍 팬의 용량 또한 줄일 수 있는 조건을 구비하게 되고, 이는 결국 공기조화시스템의 전체적인 소비 동력을 현저하게 줄일 수 있는 조건을 가진다.
열교환부(20)는 보이드 스페이스(110) 내부를 외기가 유입되면서 열교환 되는 부분과 열교환 되면서 배출되는 부분으로 구획하는 격벽(21)과, 상기 격벽(21)의 양측에 통과되는 공기를 열교환 하도록 통상적인 방식에 의해 보이드 스페이스(110)에 배치되도록 마련되는 복수 개의 열교환 플레이트(22), 및 상기 보이드 스페이스(110)의 내측면에 구비되는 열교환부재(24)를 포함한다.
열교환 플레이트(22)는 열교환 효율성이 우수한 금속재로, 통상적인 알루미늄 등을 적용하는 것이 바람직하며, 상기 열교환부재(24) 또한 상기 열교환 플레이트를 적용하여도 무방하며, 열 흡수율이 열교환 코팅제 등을 코팅하여도 무방하다.
그에 따라 보이드 스페이스에 유입되는 외기는 열교환부에 의하여 최대한 낮은 온도로의 열교환이 신속하고 원활하게 이루어질 수 있는 것이다.
여기서, 해양구조물에 적용되는 통상적인 공기조화시스템에서의 풍량 산정과, 본 발명이 적용된 공기조화시스템에서의 풍량 산정을 실험에 의해 대비하면 다음과 같다.
<종래 공기조화시스템에서의 풍량 산정>
50kW 발열 구역 기준
Room target 온도 : 45℃
Room 발열량 : 50kW
외기온도 : 38℃
풍량 산정
(50kW x 3600)/(1.2kg/m3 x 1kJ/kg℃ x (45℃-38℃)) = 21,354m3/h 이며,
<본 발명이 적용된 공기조화시스템에서의 풍량 산정>
50kW 발열 구역 기준
Room target 온도 : 45℃
Room 발열량 : 50kW
외기온도 : 38℃
이중선체 열교환 급기 공기 온도 : 35℃
풍량 산정
(50kW x 3600)/(1.2kg/m3 x 1kJ/kg℃ x (45℃-35℃)) = 15,000m3/h 이다.
이렇게, 실험을 통한 결과는 기존에 대비하여 대략 30% 정도의 풍량을 절감할 수 있는 높은 효율성을 가진다.
그로 인해 풍량 감소로 인한 덕트의 부피를 줄일 수 있어, 물량 절감 및 설치공간 확보에 유리함과 아울러 공간 활용도를 높임과 동시에 환기 팬의 용량 또한 줄임에 따라 전체적인 소비 동력 또한 현저하게 절감할 수 있는 조건을 가진다.
그리고 상기 유입부재(10)와 외기가 유입되어 열교환 되는 부분의 열교환 플레이트(22) 사이에는 유입되는 외기를 고르게 분산시키는 복수의 분산공(25A)이 형성된 분산부재(25)를 더 포함한다.
다시 말해서, 유입부재를 통하여 유입되는 외기는 넓은 공간의 보이드 스페이드 내로 유입되면서 팽창되는 데, 이때 열교환부에서의 열교환 효율성을 높이기 위하여 분산부재의 복수의 분산공을 거쳐 열교환부로 고르게 유입될 수 있도록 한다.
그로 인해 열교환부에서의 열교환 효율성을 더욱더 증대시키는 조건을 가진다.
배출 공급부(30)는 보이드 스페이스(110)와 연결되는 통상적인 관 형태의 배출관(32)과, 상기 배출관(32)의 말단에 해양구조물의 공기조화시스템의 각 덕트(D)로 열교환 된 공기를 공급하는 공급 팬(34)을 더 포함한다.
그에 따라 보이드 스페이스 내의 열교환부를 거쳐 열교환 된 공기를 배출 공급부를 통하여 원활하게 공급이 이루어질 수 있는 것이다.
한편, 상기 보이드 스페이스(110)의 하부에는 그 보이드 스페이스(110) 내에서 열교환 된 공기를 해양구조물의 공기조화시스템의 각 덕트(D)와 연결되는 보조 공급부(40)를 더 포함한다. 즉, 해양구조물은 다층으로 이루어짐에 따라 상기 하나의 배출 공급부에 의해서는 무리가 따를 수 있는 관계로, 보조 공급부에 의해 분산시켜 공급이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 보조 공급부(40)는 보이드 스페이스(110)의 내부와 선체의 내부와 연결되는 통상적인 관 형태의 보조 연결관(42)과, 상기 보조 연결관(42)과 연결되는 보조 공급팬(44)으로 구성된다.
그로 인해 해양구조물의 각 격실로 열교환 된 공기를 동시에 또는 선택적으로 공급할 수 있도록 함으로써, 활용성 또한 극대화할 수 있는 조건도 가진다.
1 : 예냉 공조시스템
10 : 유입부재 20 : 열교환부
21 : 격벽 22 : 열교환 플레이트
24 : 열교환부재 25 : 분산부재
25A : 분산공 30 : 배출 공급부
32 : 배출관 34 : 공급팬
40 : 보조 공급부 42 : 보조 연결관
44 : 보조 공급팬
100 : 해양구조물
110 : 보이드 스페이스

Claims (6)

  1. 해수면 또는 해수면의 하부로 잠겨 있는 해양구조물용 이중선체의 보이드 스페이스(Void Space)에 적용되는 예냉 공조시스템으로서,
    상기 예냉 공조시스템은 보이드 스페이스로 외기를 유입하기 위해 외부와 보이드 스페이스가 연결되도록 구비되는 유입부재;
    상기 보이드 스페이스에 유입되는 외기를 흡열에 의해 열교환 하여 순환시키는 열교환부; 및
    상기 보이드 스페이스 내에서 열교환 된 공기를 해양구조물에 마련된 공기조화시스템의 각 덕트와 연결되어 공급하는 배출 공급부;를 포함하는 해양구조물용 이중선체에 적용되는 예냉 공조시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환부는 보이드 스페이스 내부를 외기가 유입되면서 열교환 되는 부분과 열교환 되면서 배출되는 부분으로 구획하는 격벽, 상기 격벽의 양측에 통과되는 공기를 열교환 하도록 마련되는 복수 개의 열교환 플레이트, 및 상기 보이드 스페이스의 내측면에 구비되는 열교환부재를 포함하는 해양구조물용 이중선체에 적용되는 예냉 공조시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유입부재와 외기가 유입되어 열교환 되는 부분의 열교환 플레이트 사이에는 유입되는 외기를 고르게 분산시키는 복수의 분산공이 형성된 분산부재를 더 포함하는 해양구조물용 이중선체에 적용되는 예냉 공조시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배출 공급부는 보이드 스페이스와 연결되는 배출관, 상기 배출관의 말단에 해양구조물의 공기조화시스템의 각 덕트로 열교환 된 공기를 공급하는 공급 팬을 더 포함하는 해양구조물용 이중선체에 적용되는 예냉 공조시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보이드 스페이스의 하부에는 그 보이드 스페이스 내에서 열교환 된 공기를 해양구조물의 공기조화시스템의 각 덕트와 연결되는 보조 공급부를 더 포함하는 해양구조물용 이중선체에 적용되는 예냉 공조시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보조 공급부는 보이드 스페이스의 내부와 선체의 내부와 연결되는 보조 연결관, 상기 보조 연결관과 연결되는 보조 공급팬으로 구성되는 해양구조물용 이중선체에 적용되는 예냉 공조시스템.
KR1020180056432A 2018-05-17 2018-05-17 해양구조물용 이중선체에 적용되는 예냉 공조시스템 KR102455868B1 (ko)

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