KR20200093816A - 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박 및 상기 극지용 선박에서의 냉각수 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박에 관한 것으로, 발열 장치를 냉각시키기 위해 해수를 이용하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박에 있어서, 선박의 외부로부터 해수를 유입시켜 저장하는 씨체스트와, 해수를 저장할 수 있도록 상기 선박의 선체에 형성되는 엔진룸 밸러스트 탱크와, 선박을 운용하기 위한 에너지를 생성하며 열이 발생하는 발열 장치와, 발열 장치에서 가열된 열매체와 해수를 열교환하여 열매체를 냉각시키고 해수를 가열하는 열교환기와, 씨체스트 또는 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 열교환기에 공급하는 해수 메인 펌프를 포함하고, 씨체스트에 결빙이 발생하지 않은 평상시에는 씨체스트를 통해 유입된 해수를 해수 메인 펌프에 의해 상기 열교환기에 공급하고, 씨체스트에 결빙이 발생한 비상시에는 엔진룸 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 해수 메인 펌프에 의해 상기 열교환기에 공급한다.
Description
본 발명은 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박 및 상기 극지용 선박에서의 냉각수 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극저온 환경의 극지에서 운용되는 선박에 있어서 결빙이 발생한 경우에도 필요한 냉각용 해수를 원활하게 공급할 수 있는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박 및 상기 극지용 선박에서의 냉각수 제어 방법에 관한 것이다.
지구 온난화의 영향으로 북극해 해빙이 유실됨에 따라 러시아 부근의 북동항로와 캐나다 부근의 북서 항로에 대한 관심이 증가하고 있다.
북극해 지역은 많은 자원이 있으며, 새로 부각되는 관광지로서도 알려지고 있어 극지 개발에 따른 수송, 보급 및 관광 목적으로 극지 항로 개발에 관한 연구가 활발해지고 있다.
세계 지하자원의 약 25%가 매장되어 있고, 기존항로에 비해 시간과 거리가 30% 이상 단축되는 북극해 항로 개발을 위해 북극해 인접국들인 미국, 캐나다, 러시아, 덴마크, 및 노르웨이 등은 관련 연구들을 주도적으로 수행하고 있다.
미국과 캐나다 연구진이 발표한 자료에 따르면, 현재 북극해 항로의 통행량은 2030년까지 전 세계 선박 통행량의 2%에 달하며, 2050년까지 5%에 이를 것으로 예상되나, 최근 지구 온난화의 영향으로 북극해 항로의 개방 시기가 점차 앞당겨질 가능성이 매우 높다.
극지 해역은 일반 해역과는 달리 빙상 환경이라는 특수성이 있기에 부품소재 측면의 연구 개발과는 별도로 환경 위험도(Environmental Risk)를 고려하여 접근이 필요한 상황이다. 특히, 북극해를 운항하는 선박은 일반해역 운항 시보다 잠재적 위험요소가 많기 때문에 안전 운항이라는 측면에서 접근이 필요하다.
극지의 환경조건은 평균 대기 온도가 약 -52?에 이르고, 극지 해역에 떠 있는 빙산들로 인해서 개발에 상당한 어려움이 있다.
한편, 선박의 선체에는 해수를 유입시켜 저장하는 해수 탱크가 마련되며, 해수 탱크에 저장된 해수는 엔진이나 발전기 등의 발열 장치를 냉각시키는데 사용될 수 있다. 특히, 저온의 해역이나 극지 해역을 항해시, 저온의 해수를 냉매로서 활용할 수 있다.
종래 해수를 이용하는 선박의 냉각장치는, 해수가 유입되는 해수 탱크와, 해수 탱크에 해수가 순환 공급되기 위한 경로를 제공하는 해수 순환라인과, 해수 순환라인에 설치되어 해수가 순환되도록 펌핑하는 해수펌프와, 해수 순환라인에 설치되어 순환 공급되는 해수를 냉매로 사용하는 쿨러와, 쿨러로부터 열교환을 마친 냉각수가 냉각수펌프에 의해 엔진이나 발전기 등의 냉각대상물로 순환 공급되기 위한 경로를 제공하는 냉각수 순환라인을 구비한다.
이와 같은 종래의 냉각장치는, 해수 탱크 하부에 마련된 씨체스트를 통해서 해수가 유입되고, 해수 탱크로 유입된 해수가 해수펌프 각각의 펌핑에 의해 쿨러 각각으로 순환 공급되며, 냉각수펌프의 펌핑에 의해, 냉각대상물을 거쳐서 냉각수 순환라인을 따라 쿨러로 순환공급되는 냉각수가 해수와의 열교환에 의해 냉각되며, 이로 인해 냉각수가 냉각대상물을 냉각시키게 된다.
그러나, 종래의 해수를 이용하는 선박의 냉각장치는 극지의 환경조건에서 쇄빙 모드시 아이스 블록케이지(Ice Blockage)에 의해서 씨체스트가 막혀서 냉각 제어가 원활하지 못한 문제점이 있다.
해수를 이용하는 선박의 냉각장치가 극지용 선박에 적용될 경우, 결빙에 의해 씨체스트가 막히면 냉각장치의 작동이 중단되는 문제를 해소하기 위해, 아이스 씨체스트(Ice Sea Chest)와 하부 씨체스트(Low Sea Chest)를 구분해서 설치하고, 열교환을 통해 가열된 고온 해수를 하부 씨체스트로 공급하고, 아이스 씨체스트 내의 해수가 결빙할 경우 하부 씨체스트의 해수를 아이스 씨체스트로 공급하는 방법이 제안될 수 있다.
그런데, 이와 같은 방안을 모두 수행하여도 아이스 씨체스트 내의 결빙이 해소되지 않을 경우에는, 냉각 시스템이 정상적으로 작동하지 못하게 되고, 결국 추진 시스템의 정상 상태 유지가 불가능하게 된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 극저온 환경의 극지에서 운용되는 선박에 있어서 아이스 씨체스트의 결빙이 발생한 경우에도 필요한 냉각용 해수를 안정적으로 또한 지속적으로 공급할 수 있는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박 및 상기 극지용 선박에서의 냉각수 제어 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박은 발열 장치를 냉각시키기 위해 해수를 이용하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박에 있어서, 상기 선박의 외부로부터 해수를 유입시켜 저장하는 씨체스트와, 해수를 저장할 수 있도록 상기 선박의 선체에 형성되는 엔진룸 밸러스트 탱크와, 상기 선박을 운용하기 위한 에너지를 생성하며 열이 발생하는 발열 장치와, 상기 발열 장치에서 가열된 열매체와 해수를 열교환하여 열매체를 냉각시키고 해수를 가열하는 열교환기와, 상기 씨체스트 또는 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 상기 열교환기에 공급하는 해수 메인 펌프를 포함하고, 상기 씨체스트에 결빙이 발생하지 않은 평상시에는 상기 씨체스트를 통해 유입된 해수를 상기 해수 메인 펌프에 의해 상기 열교환기에 공급하고, 상기 씨체스트에 결빙이 발생한 비상시에는 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 상기 해수 메인 펌프에 의해 상기 열교환기에 공급하며, 상기 씨체스트로부터 상기 열교환기까지 연장되고 상기 해수 메인 펌프가 설치되는 해수 공급 라인과, 상기 열교환기로부터 상기 씨체스트까지 연장되는 해수 순환 라인과, 상기 엔진룸 밸러스트 탱크로부터 연장하여 상기 해수 공급 라인의 상기 해수 메인 펌프 상류측 지점에 연결되는 제1 비상 공급 라인과, 상기 해수 순환 라인으로부터 분기하여 상기 엔진룸 밸러스트 탱크까지 연장하는 제1 비상 순환 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 해수를 저장할 수 있도록 상기 선박의 선체에 형성되는 복수의 화물창 밸러스트 탱크를 더 포함하며, 상기 엔진룸 밸러스트 탱크의 해수 온도가 상기 열교환기에서 열매체를 냉각시키기에 적합한 기준온도를 초과할 경우, 상기 복수의 화물창 밸러스트 탱크 중 하나의 화물창 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 공급할 수 있다.
또한, 해수를 저장할 수 있도록 상기 선박의 선체에 형성되는 복수의 화물창 밸러스트 탱크와, 상기 복수의 화물창 밸러스트 탱크 중 적어도 하나와 상기 엔진룸 밸러스트 탱크를 연결하는 제2 비상 공급 라인과, 상기 제1 비상 순환 라인으로부터 분기하여 상기 화물창 밸러스트 탱크까지 연장하는 제2 비상 순환 라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 비상 순환 라인을 통한 해수의 유동을 제어하기 위해 상기 제1 비상 순환 라인에는 밸브가 설치될 수 있다.
또한, 상기 제2 비상 순환 라인이 상기 제1 비상 순환 라인으로부터 분기하는 지점에는, 유동 방향을 제어하기 위하여 3방향 밸브로 이루어진 순환조절밸브가 설치될 수 있다.
또한, 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에는 저장된 해수의 온도를 감지할 수 있는 온도 전송기가 설치될 수 있다.
또한, 상기 화물창 밸러스트 탱크에는 저장된 해수의 해수면을 감지할 수 있는 리모트 센서가 설치될 수 있다.
또한, 상기 제2 비상 공급 라인에는 상기 복수의 화물창 밸러스트 탱크 중 적어도 하나에 저장된 해수를 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 공급하기 위한 비상 펌프가 설치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박은 발열 장치를 냉각시키기 위해 해수를 이용하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박에 있어서, 상기 선박의 외부로부터 해수를 유입시켜 저장하는 씨체스트와, 상기 선박을 운용하기 위한 에너지를 생성하며 열이 발생하는 예비 보일러와, 상기 발열 장치에서 배출된 배기 가스의 폐열을 이용해 물의 온도를 상승시킨 후 상기 예비 보일러로 포화 증기를 공급하는 이코노마이저와, 상기 보일러의 배기 가스를 상기 이코노마이저로 공급하는 순환 펌프와, 상기 예비 보일러와 상기 씨체스트연결하여 상기 포화 증기 이동경로를 형성하는 증기 공급 라인과, 상기 증기 공급 라인에 설치되어 상기 씨체스트로 포화 증기를 이동시키는 스팀 블로우 및, 상기 증기 공급 라인의 토출측과 연결된 상태로 상기 씨체스트의 내부에 설치되는 분사 노즐을 포함하며, 상기 씨체스트에 결빙이 발생하지 않은 평상시에는, 상기 스팀 블로우의 동작이 중지되고, 상기 증기 공급 라인이 차단되는 반면, 상기 씨체스트에 결빙이 발생한 비상시에는 상기 증기 공급 라인을 개방되고, 상기 스팀 블로우가 동작하여 상기 분사 노즐을 통해 상기 씨체스트의 내부로 상기 포화 증기를 토출시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 증기 공급 라인 상에는 상기 분사 노즐과 상기 스팀 블로우의 사이에 개폐 밸브가 더 설치되며, 상기 개폐 밸브는 상기 씨체스트에 결빙이 발생하지 않은 평상시에는 폐쇄 상태로 전환되어 상기 증기 공급 라인을 폐쇄시키고, 상기 씨체스트에 결빙이 발생한 비상시에는 개방 상태로 전환되어 상기 증기 공급 라인을 개방시킬 수 있다.
또한, 상기 증기 공급 라인의 외부에는 외부의 온도를 차단하기 위한 단열층이 더 구비될 수 있다.
또 한편, 본 발명에 따른 극지용 선박에서의 냉각수 제어 방법은 발열 장치를 냉각시키기 위해 해수를 이용하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박에서의 냉각수 제어 방법으로서, 상기 선박은 상기 선박의 외부로부터 해수를 유입시켜 저장하는 씨체스트와, 해수를 저장할 수 있도록 상기 선박의 선체에 형성되는 엔진룸 밸러스트 탱크와, 상기 선박을 운용하기 위한 에너지를 생성하며 열이 발생하는 발열 장치와, 상기 발열 장치에서 가열된 열매체와 해수를 열교환하여 열매체를 냉각시키고 해수를 가열하는 열교환기와, 상기 씨체스트 또는 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 상기 열교환기에 공급하는 해수 메인 펌프를 포함하고, 상기 씨체스트에 결빙이 발생하지 않은 평상시에는 상기 씨체스트를 통해 유입된 해수를 상기 해수 메인 펌프에 의해 상기 열교환기에 공급하고, 상기 씨체스트에 결빙이 발생한 비상시에는 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 상기 해수 메인 펌프에 의해 상기 열교환기에 공급하며, 상기 하나의 화물창 밸러스트 탱크에 저장된 해수를, 상기 엔진룸 밸러스트 탱크를 통하여 상기 열교환기에 공급한 후, 상기 엔진룸 밸러스트 탱크의 해수 온도가 상기 기준온도를 다시 초과할 경우, 상기 하나의 화물창 밸러스트 탱크 이외의 다른 화물창 밸러스트 탱크를 다시 선정하여, 상기 다른 화물창 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 씨체스트에 결빙이 발생한 것은, 상기 씨체스트의 해수면 높이가 사전에 정해진 기준높이보다 하강된 상태로 일정시간 이상 지속되는지 여부에 따라 판단할 수 있다.
또한, 상기 선박은 해수를 저장할 수 있도록 상기 선박의 선체에 형성되는 복수의 화물창 밸러스트 탱크를 더 포함하며, 상기 엔진룸 밸러스트 탱크의 해수 온도가 상기 열교환기에서 열매체를 냉각시키기에 적합한 기준온도를 초과할 경우, 상기 복수의 화물창 밸러스트 탱크 중 하나의 화물창 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 공급할 수 있다.
본 발명에 따르면, 극저온 환경의 극지에서 운용되는 선박에 있어서 아이스 씨체스트의 결빙이 발생한 경우에도 필요한 냉각용 해수를 안정적으로 또한 지속적으로 공급할 수 있는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박 및 상기 극지용 선박에서의 냉각수 제어 방법이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 냉각수 제어 시스템 및 제어 방법에 의하면, 아이스 씨체스트의 결빙으로 인하여 선체 외부로부터 해수의 흡입이 불가능한 상태에서도, 엔진룸 밸러스트 탱크 및 밸러스트 탱크에 보존되어 있는 해수를 이용하여 정상적인 선박 운용이 가능하므로, 극지운항 안전성이 현저하게 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 냉각수 제어 시스템 및 제어 방법에 의하면, 아이스 씨체스트의 결빙을 제거할 수 있는 시간을 충분히 확보할 수 있게 된다.
도 1은 해수를 냉각수로 사용하는 극지용 선박의 냉각수 제어 시스템의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 극지용 선박의 냉각수 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 극지용 선박의 냉각수 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 극지용 선박의 냉각수 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 극지용 선박의 냉각수 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 극지용 선박의 냉각수 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 극지용 선박의 냉각수 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
이하, 해수를 냉각수로 사용하는 극지용 선박의 냉각수 제어 시스템을, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이어지는 설명에서는, 편의상 서로 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 부재번호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 반복하지 않는다.
도 1에는 해수를 냉각수로 사용하는 극지용 선박의 냉각수 제어 시스템의 일례가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 냉각수 제어 시스템은, 극지용 선박의 선체 내에 해수를 저장할 수 있도록 형성되는 해수 저장소, 예컨대 아이스 씨체스트(Ice Sea Chest)(110) 및 하부 씨체스트(Low Sea Chest)(112)와, 해수 저장소에 저장된 해수와의 열교환을 통하여, 발열 장치, 예컨대 추진용 엔진, 발전용 엔진, 보일러 등에서 가열된 열매체를 냉각시키는 열교환기(124)와, 해수 저장소로부터 열교환기(124)까지 연장되는 해수 공급 라인과, 이 해수 공급 라인에 설치되고 해수 저장소의 해수를 흡입하여 열교환기(124)에 공급하는 해수 메인 펌프(122)와, 열교환기(124)로부터 해수 저장소까지 연장되는 해수 순환 라인과, 이 해수 순환 라인에 설치되고 해수의 복귀 방향 및 양을 조절하는 해수 순환용 온도조절밸브(126)를 포함한다.
또, 냉각수 제어 시스템은, 아이스 씨체스트(110)에 설치되어 수위를 검지하는 리모트 센서(134), 해수 메인 펌프(122)의 하류측에 설치되어 해수의 온도를 검지하는 온도 전송기(132) 등의 센서로부터 전달받은 정보를 기초로 해수 순환용 온도조절밸브(126) 등의 장비를 제어하는 제어부(140)를 더 포함한다.
도 1을 참조하면, 동일한 사양의 냉각수 제어 시스템이 선박의 좌현 및 우현에 각각 설치될 수 있다. 또, 설명하지 않은 도면부호 102는 밸러스트수 씨체스트이고, 도면부호 104는 밸러스트수 씨체스트(102)의 해수를 밸러스트 탱크(도시생략)에 공급하기 위한 밸러스트수 펌프이다. 필요시 아이스 씨체스트(110)의 해수를 밸러스트수 펌프(104)에 의해 밸러스트 탱크에 공급할 수 있도록 배관이 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 냉각수 제어 시스템의 작동은 다음과 같이 이루어질 수 있다.
아이스 씨체스트(110)에 결빙이 발생하지 않은 평상시, 아이스 씨체스트(110)의 해수를 해수 메인 펌프(122)에 의해 흡입하여 열교환기(124)에 냉각수로서 공급한다. 각종 엔진, 보일러 등의 발열 장치(도시생략)에서 가열된 열매체(예를 들어 청수, 글리콜 워터 등)가 도시하지 않은 배관을 통해 열교환기(124)에 공급되고, 열교환기(124)에서 냉각수로서의 해수와 열매체와의 열교환을 통하여 열매체는 냉각되고 해수는 가열될 수 있다. 가열된 해수는 하부 씨체스트(112)에 공급될 수 있다.
도 1에 도시된 냉각수 제어 시스템에 따르면, 아이스 씨체스트(110) 내에서의 해수의 결빙이 감지될 때, 더 이상의 결빙을 방지하고 나아가서 해빙을 위해 다음과 같은 3단계의 결빙방지 방안이 실시될 수 있다.
단계 1) 열교환기에서 가열된 고온 해수 일부를 이용한 결빙방지
해수 메인 펌프(122)의 하류측에 설치된 온도 전송기(132)를 통해 제어부(140)에서 인식된 온도를 기준으로 하여, 열교환기(124)에서 열매체와 열교환하여 가열된 고온 해수를 아이스 씨체스트(110) 및 하부 씨체스트(112) 중 적어도 하나에 공급한다. 고온 해수의 공급 방향 및 공급량 등을 제어하여 아이스 씨체스트(110) 내의 해수 온도를 조절하기 위해, 예를 들어 3방향 밸브로 이루어지는 온도조절밸브(126)가 해수 순환 라인에 설치될 수 있다.
열교환기(124)에서 가열된 고온 해수 중 적어도 일부가 아이스 씨체스트(110)에 공급될 경우, 선체의 외부에서 해수와 함께 아이스 씨체스트(110) 내부로 유입된 얼음을 녹이는 역할을 할 수 있다.
단계 2) 해수 순환에 의한 결빙방지
단계 1)이 수행되는 동안에도 아이스 씨체스트(110) 내의 온도가 하강하는 경우에는 단계 2)가 수행될 수 있다.
즉, 아이스 씨체스트(110)에 설치된 리모트 센서(Remote Sensor)(134)에 의해 측정된 해수면 높이가 제1 기준높이(예컨대 선박의 베이스 라인에서 9700mm 이격된 높이)보다 하강된 것으로 제어부(140)가 인식하면, 결빙에 의한 해수면 하강이라고 판단한다.
이때, 제어부(140)는 온도조절밸브(126)를 제어하여, 열교환기(124)에서 열매체와 열교환하여 가열된 고온 해수를 전부 아이스 씨체스트(110)로 공급한다.
아이스 씨체스트(110)로 공급된 고온 해수는 아이스 씨체스트(110) 내부의 해수 온도를 상승시키고 유입된 얼음을 녹이는 역할을 할 수 있다. 아이스 씨체스트(110)로 공급된 고온 해수는 아이스 씨체스트(110) 내부의 해수와 혼합된 후, 해수 메인 펌프(122)를 통해 다시 열교환기(124)에 공급됨으로써 해수의 순환 사이클이 형성될 수 있다. 그에 따라 아이스 씨체스트(110) 내의 결빙을 효과적으로 해소할 수 있다.
단계 3) 하부 씨체스트에 보존된 고온 해수를 이용한 결빙방지
단계 2)가 수행되는 동안에도 아이스 씨체스트(110) 내의 온도가 하강하는 경우에는 단계 3)이 수행될 수 있다.
즉, 아이스 씨체스트(110)에 설치된 리모트 센서(134)에 의해 측정된 해수면 높이가 제2 기준높이(예컨대 선박의 베이스 라인에서 8500mm 이격된 높이)보다 하강된 것으로 제어부(140)가 인식하면, 결빙에 의한 해수면 하강이 계속되고 있다고 판단한다. 이때 제어부(140)는 아이스 씨체스트(110)와 하부 씨체스트(112)를 연결하는 배관에 설치된 밸브(120a)를 제어하여, 하부 씨체스트(112)에 보존되어 있던 상대적으로 고온의 해수를 아이스 씨체스트(110)로 공급한다. 예를 들어, 밸브(120a)는 자동 혹은 수동으로 개폐되도록 구성될 수 있다.
이와 같이 하여, 열교환기(124)에서 열매체와 열교환하여 가열된 고온 해수 전부와, 하부 씨체스트(112)에 보존되어 있던 상대적으로 고온의 해수를, 모두 아이스 씨체스트(110)에 공급함으로써, 아이스 씨체스트(110) 내의 결빙을 더욱 효과적으로 해소할 수 있다.
그런데, 이와 같은 방안을 모두 수행하여도 아이스 씨체스트 내의 결빙이 해소되지 않을 경우에는, 냉각 시스템이 정상적으로 작동하지 못하게 되고, 결국 엔진 등의 발열 장치(예컨대 추진 시스템)의 냉각이 이루어지지 않아, 선박의 추진 등을 정상적으로 유지할 수 없게 된다.
[제1 실시형태]
이하에서는 도 1에 도시된 냉각수 제어 시스템에 의해서도 아이스 씨체스트 내의 결빙이 해소되지 않은 경우에 대비한 추가 대책을, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2에는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 극지용 선박의 냉각수 제어 시스템을 나타내는 도면이 도시되어 있다.
도 2에 도시된 냉각수 제어 시스템은, 엔진룸에서 가까운 해수 저장소, 예컨대 엔진룸 밸러스트 탱크(210) 내의 밸러스트수를 냉각수로서 열교환기(124)에 공급할 수 있도록 구성된다는 점에 있어서, 도 1에 도시된 냉각수 제어 시스템과 차이점을 갖는다. 도 2에 있어서, 도 1에 도시된 냉각수 제어 시스템과 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 부여한다.
도 2에 도시된 냉각수 제어 시스템은, 극지용 선박의 선체 내에 해수를 저장할 수 있도록 형성되는 해수 저장소, 예컨대 아이스 씨체스트(Ice Sea Chest)(110) 및 하부 씨체스트(Low Sea Chest)(112)와, 해수 저장소에 저장된 해수와의 열교환을 통하여, 발열 장치, 예컨대 추진용 엔진, 발전용 엔진, 보일러 등에서 가열된 열매체를 냉각시키는 열교환기(124)와, 해수 저장소로부터 열교환기(124)까지 연장되는 해수 공급 라인과, 이 해수 공급 라인에 설치되고 해수 저장소의 해수를 흡입하여 열교환기(124)에 공급하는 해수 메인 펌프(122)와, 열교환기(124)로부터 해수 저장소까지 연장되는 해수 순환 라인과, 이 해수 순환 라인에 설치되고 해수의 복귀 방향 및 양을 조절하는 해수 순환용 온도조절밸브(126)를 포함한다는 점에 있어서, 도 1에 도시된 냉각수 제어 시스템과 동일하다.
또, 도 2에 도시된 냉각수 제어 시스템은, 아이스 씨체스트(110)에 설치되어 수위를 검지하는 리모트 센서(134), 해수 메인 펌프(122)의 하류측에 설치되어 해수의 온도를 검지하는 온도 전송기(132) 등의 센서로부터 전달받은 정보를 기초로 해수 순환용 온도조절밸브(126) 등의 장비를 제어하는 제어부(140)를 더 포함한다는 점에 있어서도, 도 1에 도시된 냉각수 제어 시스템과 동일하다.
한편, 도 2에 도시된 냉각수 제어 시스템은, 엔진룸에서 가까운 또 다른 해수 저장소, 예컨대 엔진룸 밸러스트 탱크(210)와, 엔진룸 밸러스트 탱크(210)의 해수를 해수 메인 펌프(122)에 의해 열교환기(124)에 공급할 수 있도록, 엔진룸 밸러스트 탱크(210)로부터 연장하여 해수 공급 라인의 해수 메인 펌프(122) 상류측 지점에 연결되는 제1 비상 공급 라인과, 열교환기(124)에서 가열된 해수를 다시 엔진룸 밸러스트 탱크(210)로 순환시킬 수 있도록, 해수 순환 라인으로부터 분기하여 엔진룸 밸러스트 탱크(210)까지 연장하는 제1 비상 순환 라인을 포함한다.
또한, 도 2에 도시된 냉각수 제어 시스템은 엔진룸 밸러스트 탱크(210) 내의 해수면을 감지할 수 있도록 설치된 리모트 센서(234)를 포함하며, 제어부(140)는 리모트 센서(234)로부터 전달받은 정보를 기초로 엔진룸 밸러스트 탱크(210) 내에 해수가 존재하는 것을 확인할 수 있다.
또, 제어부(140)는 제1 비상 공급 라인과 제1 비상 순환 라인을 통한 해수의 순환이 필요한 경우, 제1 비상 공급 라인에 설치된 개폐 밸브(224) 및 제1 비상 순환 라인에 설치된 개폐 밸브(222)를 개방시키도록 동작할 수 있다.
도 2를 참조하면, 동일한 사양의 냉각수 제어 시스템이 선박의 좌현 및 우현에 각각 설치될 수 있다. 또, 설명하지 않은 도면부호 102는 밸러스트수 씨체스트이고, 도면부호 104는 밸러스트수 씨체스트(102)의 해수를 밸러스트 탱크(도시생략)에 공급하기 위한 밸러스트수 펌프이다. 필요시 아이스 씨체스트(110)의 해수를 밸러스트수 펌프(104)에 의해 밸러스트 탱크에 공급할 수 있도록 배관이 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 냉각수 제어 시스템의 작동은 다음과 같이 이루어질 수 있다.
도 1을 참조하여 전술한 바와 마찬가지로, 아이스 씨체스트(110)에 결빙이 발생하지 않은 평상시, 아이스 씨체스트(110)의 해수를 해수 메인 펌프(122)에 의해 흡입하여 열교환기(124)에 냉각수로서 공급한다.
각종 엔진, 보일러 등의 발열 장치(도시생략)에서 가열된 열매체(예를 들어 청수, 글리콜 워터 등)가 도시하지 않은 배관을 통해 열교환기(124)에 공급되고, 열교환기(124)에서 냉각수로서의 해수와 열매체와의 열교환을 통하여 열매체는 냉각되고 해수는 가열될 수 있다. 가열된 해수는 하부 씨체스트(112)에 공급될 수 있다.
도 2에 도시된 냉각수 제어 시스템에 따르면, 아이스 씨체스트(110) 내에서의 해수의 결빙이 감지될 때, 더 이상의 결빙을 방지하고 나아가서 해빙을 위해 도 1을 참조하여 전술한 바와 같은 3단계의 결빙방지 방안이 실시될 수 있다. 또한, 이러한 3단계의 결빙방지 방안이 실시되었음에도 불구하고 아이스 씨체스트 내의 결빙이 해소되지 않을 경우에는, 다음과 같은 단계 4)가 실시될 수 있다.
단계 4) 엔진룸 밸러스트 탱크에 보존된 해수를 냉각수로서 이용
단계 3)가 수행되는 동안에도 아이스 씨체스트(110) 내의 해수면이 상승하지 않으면 단계 4)가 수행될 수 있다.
우선, 아이스 씨체스트(110)의 리모트 센서(134)에 의해 감지된 해수면 높이가 제2 기준높이(예컨대 선박의 베이스 라인에서 8500mm 이격된 높이)보다 하강된 상태로 1시간 이상 지속되면, 제어부(140)는 아이스 씨체스트(110) 내의 결빙상태 해소가 원활하게 진행되지 않고 있다고 판단한다. 이때 제어부(140)는 엔진룸 밸러스트 탱크(210)에 설치된 리모트 센서(234)에 의해 해수면 높이를 감지하여 엔진룸 밸러스트 탱크(210) 내의 해수의 보유 여부를 확인하고, 아이스 씨체스트의 결빙에 따른 극지용 비상 해수 시스템 사용을 위한 버튼을 활성화시켜 사용자의 입력을 기다릴 수 있다. 버튼을 활성화시키는 것 이외에도, 제어부는 소리나 시각적인 경고를 통해 사용자에게 경고할 수 있다.
사용자가 극지용 비상 해수 시스템의 운영 필요성을 판단한 후, 필요한 것으로 판단되면, 우선, 추진과 관련되지 않은 해수 공급 시스템의 각종 펌프를 정지시키고 밸브를 패쇄하는 등, 극지용 비상 해수 시스템의 운영을 위한 준비를 수행할 수 있다.
사용자가 극지용 비상 해수 시스템 사용을 위한 버튼을 누르면, 제어부(140)는 다음 동작을 자동으로 수행하도록 구성될 수 있다.
- 해수 메인 펌프(122) 정지.
- 해수 순환용 온도조절밸브(126)의 유동 방향을 아이스 씨체스트(110) 쪽으로 유지.
- 아이스 씨체스트(110) 및 하부 씨체스트(112)에 대한 해수 흡입 및 토출과 관련한 밸브(120a 내지 120e) 폐쇄.
- 엔진룸 밸러스트 탱크(210)에 대한 해수 흡입 및 토출과 관련한 밸브(222, 224) 개방.
다만, 이들 동작은 제어부(140)에 의해 자동으로 수행되지 않고, 사용자에 의해 수동으로 수행될 수도 있다.
이들 동작이 완료되면, 제어부(140)는 해수 메인 펌프(122)의 가동 버튼을 활성화시킴으로써, 엔진룸 밸러스트 탱크(210) 내의 해수 사용을 위한 준비가 완료되었음을 사용자에게 알릴 수 있다.
이때, 사용자가 가동 버튼을 누르면, 제어부(140)는, 소정 시간, 예컨대 10초의 시간이 흐른 뒤에 해수 메인 펌프(122)를 구동시키도록 구성될 수 있다.
이와 같은 단계 4)의 과정을 통해, 결빙된 아이스 씨체스트(110)를 대신하여, 엔진룸 밸러스트 탱크(210) 내의 해수를, 해수 메인 펌프(122)에 의해 흡입하여 열교환기(124)에 공급 및 순환시킬 수 있게 된다.
단계 4)는, 엔진룸 밸러스트 탱크(210)의 해수 온도가 열교환 기준온도, 예를 들어 섭씨 30도 혹은 섭씨 32도에 도달할 때까지 수행될 수 있다. 사용자는 단계 4)가 수행되고 있는 동안에, 아이스 씨체스트(110) 내의 결빙을 제거하는 디아이싱(Deicing) 작업을 실시할 수 있다.
엔진룸 밸러스트 탱크(210)로 공급되는 해수, 즉 열교환기(124)에서 가열된 해수는, 엔진룸 밸러스트 탱크(210)의 선체외벽을 통해, 선체 외부의 극지방 해수와 열교환함으로써 냉각될 수 있다.
[제2 실시형태]
도 3에는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 극지용 선박의 냉각수 제어 시스템을 나타내는 도면이 도시되어 있다.
도 3에 도시된 냉각수 제어 시스템은, 선체에 설치된 해수 저장소, 예컨대 선체에 설치된 모든 밸러스트 탱크, 즉 엔진룸 밸러스트 탱크(210) 및 화물창 밸러스트 탱크(310) 내의 밸러스트수를 냉각수로서 열교환기(124)에 공급할 수 있도록 구성된다는 점에 있어서, 도 2에 도시된 냉각수 제어 시스템과 차이점을 갖는다. 도 3에 있어서, 도 2에 도시된 냉각수 제어 시스템과 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 부여한다.
도 3에 도시된 냉각수 제어 시스템은, 극지용 선박의 선체 내에 해수를 저장할 수 있도록 형성되는 해수 저장소, 예컨대 아이스 씨체스트(Ice Sea Chest)(110) 및 하부 씨체스트(Low Sea Chest)(112)와, 해수 저장소에 저장된 해수와의 열교환을 통하여, 발열 장치, 예컨대 추진용 엔진, 발전용 엔진, 보일러 등에서 가열된 열매체를 냉각시키는 열교환기(124)와, 해수 저장소로부터 열교환기(124)까지 연장되는 해수 공급 라인과, 이 해수 공급 라인에 설치되고 해수 저장소의 해수를 흡입하여 열교환기(124)에 공급하는 해수 메인 펌프(122)와, 열교환기(124)로부터 해수 저장소까지 연장되는 해수 순환 라인과, 이 해수 순환 라인에 설치되고 해수의 복귀 방향 및 양을 조절하는 해수 순환용 온도조절밸브(126)를 포함한다는 점에 있어서, 도 1에 도시된 냉각수 제어 시스템과 동일하다.
또, 도 3에 도시된 냉각수 제어 시스템은, 아이스 씨체스트(110)에 설치되어 수위를 검지하는 리모트 센서(134), 해수 메인 펌프(122)의 하류측에 설치되어 해수의 온도를 검지하는 온도 전송기(132) 등의 센서로부터 전달받은 정보를 기초로 해수 순환용 온도조절밸브(126) 등의 장비를 제어하는 제어부(140)를 더 포함한다는 점에 있어서도, 도 1에 도시된 냉각수 제어 시스템과 동일하다.
또한, 도 3에 도시된 냉각수 제어 시스템은, 엔진룸에서 가까운 또 다른 해수 저장소, 예컨대 엔진룸 밸러스트 탱크(210)와, 엔진룸 밸러스트 탱크(210)의 해수를 해수 메인 펌프(122)에 의해 열교환기(124)에 공급할 수 있도록, 엔진룸 밸러스트 탱크(210)로부터 연장하여 해수 공급 라인의 해수 메인 펌프(122) 상류측 지점에 연결되는 제1 비상 공급 라인과, 열교환기(124)에서 가열된 해수를 다시 엔진룸 밸러스트 탱크(210)로 순환시킬 수 있도록, 해수 순환 라인으로부터 분기하여 엔진룸 밸러스트 탱크(210)까지 연장하는 제1 비상 순환 라인을 포함한다는 점에 있어서, 도 2에 도시된 냉각수 제어 시스템과 동일하다.
또한, 도 3에 도시된 냉각수 제어 시스템은 엔진룸 밸러스트 탱크(210) 내의 해수면을 감지할 수 있도록 설치된 리모트 센서(234)를 포함하며, 제어부(140)는 리모트 센서(234)로부터 전달받은 정보를 기초로 엔진룸 밸러스트 탱크(210) 내에 해수가 존재하는 것을 확인할 수 있다는 점에 있어서, 도 2에 도시된 냉각수 제어 시스템과 동일하다.
한편, 도 3에 도시된 냉각수 제어 시스템은, 제1 비상 순환 라인을 통한 해수의 유동을 제어하기 위해 제1 비상 순환 라인에 설치되는 개폐 밸브(222)를 포함한다는 점에 있어서는 도 2에 도시된 냉각수 제어 시스템과 동일하지만, 제1 비상 공급 라인을 통한 해수의 유동을 제어하기 위해 제1 비상 공급 라인에 설치되는 밸브는 도 2에 도시된 바와 같은 개폐 밸브가 아니라 3방향 밸브로 이루어지는 순환조절밸브(322)라는 점에 있어서는 도 2에 도시된 냉각수 제어 시스템과 차이가 있다.
한편, 도 3에 도시된 냉각수 제어 시스템은, 아이스 씨체스트(110), 하부 씨체스트(112), 및 엔진룸 밸러스트 탱크(210) 이외에도, 선체에 설치된 또 다른 해수 저장소, 예컨대 선체에 설치된 화물창 밸러스트 탱크(310) 내의 밸러스트수를 냉각수로서 열교환기(124)에 공급 가능하게 구성될 수 있다.
이를 위해, 도 3에 도시된 냉각수 제어 시스템은, 복수의 화물창 밸러스트 탱크(310) 중 적어도 하나에 저장된 해수를 해수 메인 펌프(122)에 의해 열교환기(124)에 공급할 수 있도록, 복수의 화물창 밸러스트 탱크(310) 중 적어도 하나와 엔진룸 밸러스트 탱크(210)를 연결하는 제2 비상 공급 라인과, 열교환기(124)에서 가열된 해수를 다시 복수의 화물창 밸러스트 탱크(310) 중 적어도 하나로 순환시킬 수 있도록, 제1 비상 순환 라인으로부터 분기하여 화물창 밸러스트 탱크(310)까지 연장하는 제2 비상 순환 라인을 포함한다. 제1 비상 순환 라인으로부터 분기하는 지점에는, 전술한 3방향 밸브로 이루어진 순환조절밸브(322)가 설치되어, 유동 방향을 제어할 수 있도록 구성된다.
또한, 도 3에 도시된 냉각수 제어 시스템은, 엔진룸 밸러스트 탱크(210) 내의 해수 온도를 감지할 수 있도록 설치된 온도 전송기(332)와, 화물창 밸러스트 탱크(310) 내의 해수면을 감지할 수 있도록 설치된 리모트 센서(334)를 포함할 수 있다. 제어부(140)는, 온도 전송기(332)로부터 전달받은 정보를 기초로 엔진룸 밸러스트 탱크(210) 내의 해수 온도를 감지함으로써, 냉각수로 사용하기에 적합한 온도인지 여부를 확인할 수 있으며, 리모트 센서(334)로부터 전달받은 정보를 기초로 화물창 밸러스트 탱크(310) 내에 해수가 존재하는 것을 확인할 수 있다.
또, 제어부(140)는, 제2 비상 공급 라인과 제2 비상 순환 라인을 통한 해수의 순환이 필요한 경우, 제2 비상 공급 라인에 설치된 개폐 밸브(325) 및 제2 비상 순환 라인에 설치된 개폐 밸브(324)를 개방시키고, 제2 비상 공급 라인에 설치된 비상 펌프(326)를 가동시키도록 동작할 수 있다.
화물창 밸러스트 탱크(310)와 엔진룸 밸러스트 탱크(210)는 각각 하부에 연결되는 배관에 의해 서로 연통할 수 있으며, 이 배관의 일부는 제2 비상 순환 라인의 일부를 형성할 수 있다. 화물창 밸러스트 탱크(310)와 엔진룸 밸러스트 탱크(210)는 배관에 설치된 밸브(323)를 폐쇄함으로써 격리될 수 있다. 화물창 밸러스트 탱크(310)와 엔진룸 밸러스트 탱크(210)를 연결하는 배관의 일부가 전술한 바와 같이 제2 비상 순환 라인의 일부를 형성하기 위해서는, 밸브(323)가 폐쇄되어야 한다.
도 3을 참조하면, 동일한 사양의 냉각수 제어 시스템이 선박의 좌현 및 우현에 각각 설치될 수 있다. 또, 설명하지 않은 도면부호 102는 밸러스트수 씨체스트이고, 도면부호 104는 밸러스트수 씨체스트(102)의 해수를 밸러스트 탱크(도시생략)에 공급하기 위한 밸러스트수 펌프이다. 필요시 아이스 씨체스트(110)의 해수를 밸러스트수 펌프(104)에 의해 밸러스트 탱크에 공급할 수 있도록 배관이 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 냉각수 제어 시스템의 작동은 다음과 같이 이루어질 수 있다.
도 1을 참조하여 전술한 바와 마찬가지로, 아이스 씨체스트(110)에 결빙이 발생하지 않은 평상시, 아이스 씨체스트(110)의 해수를 해수 메인 펌프(122)에 의해 흡입하여 열교환기(124)에 냉각수로서 공급한다. 각종 엔진, 보일러 등의 발열 장치(도시생략)에서 가열된 열매체(예를 들어 청수, 글리콜 워터 등)가 도시하지 않은 배관을 통해 열교환기(124)에 공급되고, 열교환기(124)에서 냉각수로서의 해수와 열매체와의 열교환을 통하여 열매체는 냉각되고 해수는 가열될 수 있다. 가열된 해수는 하부 씨체스트(112)에 공급될 수 있다.
도 3에 도시된 냉각수 제어 시스템에 따르면, 아이스 씨체스트(110) 내에서의 해수의 결빙이 감지될 때, 더 이상의 결빙을 방지하고 나아가서 해빙을 위해 도 1을 참조하여 전술한 바와 같은 3단계의 결빙방지 방안이 실시될 수 있다.
또한, 이러한 3단계의 결빙방지 방안이 실시되었음에도 불구하고 아이스 씨체스트 내의 결빙이 해소되지 않을 경우에는, 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 단계 4)가 실시될 수 있다.
나아가서, 단계 4)가 실시되고 있는 도중에 엔진룸 밸러스트 탱크(210)의 해수 온도가 열교환 기준온도, 예를 들어 섭씨 30도 혹은 섭씨 32도를 초과하면, 다음과 같은 단계 5)가 실시될 수 있다.
단계 5) 화물창 밸러스트 탱크에 보존된 해수를 냉각수로서 이용
엔진룸 밸러스트 탱크(210)에 설치된 온도 전송기(332)에 의해 감지된 해수 온도가 열교환 기준온도, 예를 들어 섭씨 30도 혹은 섭씨 32도를 초과하면, 제어부(140)는 엔진룸 밸러스트 탱크(210)의 해수가 냉각수로서 사용되기에 적합하지 않은 것으로 판단한다. 이때 제어부(140)는, 화물창 밸러스트 탱크(310) 내의 밸러스트수를 냉각수로서 사용할 수 있도록, 화물창 밸러스트 탱크(310)의 해수를 엔진룸 밸러스트 탱크(210)에 공급할 준비를 한다.
우선, 제어부(140)는, 복수의 화물창 밸러스트 탱크(310) 중에서 해수가 저장되어 있는 화물창 밸러스트 탱크(310)를 선정한다. 이를 위해 제어부(140)는, 화물창 밸러스트 탱크(310)에 설치된 리모트 센서(334)에 의해 해수면 높이를 감지하여 각각의 화물창 밸러스트 탱크(310) 내의 해수의 보유 여부를 확인한다.
그 다음, 제어부(140)는, 엔진룸 밸러스트 탱크(210)의 흡입밸브(323)를 폐쇄하고, 선정된 화물창 밸러스트 탱크(310)의 흡입밸브(324) 및 토출밸브(325)를 개방한다.
또한, 제어부(140)는, 제1 비상 공급 라인에 설치된 순환조절밸브(322)의 방향을 조절하여, 열교환기(124)에서 가열된 해수가 엔진룸 밸러스트 탱크(210) 쪽으로 유동하는 대신에, 선정된 화물창 밸러스트 탱크(310) 쪽으로 유동하도록 제어한다. 이들 밸브의 개폐는 제어부(140)에서 자동으로 실시할 수도 있고, 사용자가 수동으로 실시할 수도 있다.
밸브의 조작이 완료된 것을 제어부(140)가 확인하면, 계속해서 제어부(140)는 소정 시간, 예컨대 10초의 시간이 흐른 뒤에, 제2 비상 공급 라인에 설치된 비상 펌프(326)가 가동되도록 제어할 수 있다.
이와 같은 단계 5)의 과정을 통해, 화물창 밸러스트 탱크(310) 내의 해수를, 엔진룸 밸러스트 탱크(210)를 통하여 해수 메인 펌프(122)에 의해 흡입하여 열교환기(124)에 공급 및 순환시킬 수 있게 된다.
단계 5)는, 엔진룸 밸러스트 탱크(210)의 해수 온도가 열교환 기준온도, 예를 들어 섭씨 30도 혹은 섭씨 32도에 도달할 때까지 수행될 수 있다.
엔진룸 밸러스트 탱크(210)의 해수 온도가 상기한 열교환 기준온도를 다시 초과하면, 제어부(140)는 이미 선정되어 있던 화물창 밸러스트 탱크(310) 이외의 다른 화물창 밸러스트 탱크(310)를 다시 선정하여 단계 5)를 다시 실시할 수 있다.
즉, 제어부(140)는 비상 펌프(326)의 가동을 정지시키고, 이미 선정되어 있던 화물창 밸러스트 탱크(310)와 관련된 흡입밸브(324) 및 토출밸브(325)를 폐쇄하고, 새롭게 선정된 화물창 밸러스트 탱크(310)와 관련된 흡입밸브(324) 및 토출밸브(325)를 개방하고, 밸브의 조작이 완료된 것을 확인한 후 소정 시간, 예컨대 10초의 시간이 흐른 뒤에, 제2 비상 공급 라인에 설치된 비상 펌프(326)를 다시 가동시킨다.
사용자는 단계 5)가 수행되고 있는 동안에, 아이스 씨체스트(110) 내의 결빙을 제거하는 디아이싱(Deicing) 작업을 실시할 수 있다.
엔진룸 밸러스트 탱크(210)로 공급되는 해수, 즉 열교환기(124)에서 가열된 해수는, 엔진룸 밸러스트 탱크(210)의 선체외벽을 통해, 선체 외부의 극지방 해수와 열교환함으로써 냉각될 수 있다.
본 발명의 제1 실시형태에 따르면, 중유 또는 경유를 연료로서 사용하는 DF 엔진 또는 디젤엔진(통상 항해시 부하 86%, 설치대수 5대)과, 좌우현에 각각 한 개씩 설치된 엔진룸 밸러스트 탱크(용량 각 733톤)와, 좌우현에 각각 4개씩 설치된 화물창 밸러스트 탱크(용량 각 8053톤)를 가지는 선박에 있어서, 외기온도가 섭씨 -50도, 순환 해수의 초기온도가 섭씨 10도, 순환 해수의 허용온도가 섭씨 32도, 그리고 청수 냉각장비 공급온도가 섭씨 36도인 조건 하에서, 단계 4)를 실시할 경우, 예를 들어 냉각수 제어 시스템은 2.5시간동안 운전 가능하다.
이때 계산은, 엔진룸 밸러스트 탱크 내의 해수가, 청수로 냉각되는 추진용 장비(발열 장치)의 열량을 열교환기를 통하여 흡열한 후, 엔진룸 밸러스트 탱크와 접하는 극지역 해수(예컨대 섭씨 -2도) 및 선체 내부(예컨대 섭씨 5도)에 의해 형성되는 방열손실을 고려하여, 섭씨 32도까지 상승하는데 걸리는 시간을 산출한 것이다.
또한, 본 발명의 제2 실시형태에 따르면, 전술한 제1 실시형태와 동일한 조건 하에서, 단계 4) 및 단계 5)를 실시할 경우, 예를 들어 냉각수 제어 시스템은 110시간동안 운전 가능하다.
여기서, 화물창 밸러스트 탱크에 대한 선체 내외측 온도 조건은 엔진룸 밸러스트 탱크에 대한 온도 조건과 동일한 것으로 가정하여 산출한 것이다.
이를 통해, 단계 4)를 실시한 경우에 비해 단계 5)를 추가로 실시할 경우, 냉각수 제어 시스템은 107.5시간을 더 운전할 수 있음을 알 수 있다. 이는, 단계 5)를 실시할 경우 가용 탱크의 수 및 가용 해수의 용량이 많기 때문이다.
또, 화물창 밸러스트 탱크(310)는 선체외벽을 통해 저온의 극지역 해수와 열교환이 가능하므로, 이미 사용이 완료된 화물창 밸러스트 탱크의 해수는 극지역 해수(대략 섭씨 영하 2도)에 의해 냉각되어, 다시 사용 가능한 상태가 될 수 있다.
한편, 본 발명의 극지용 선박의 냉각수 제어 시스템에 의하면, 밸러스트수 히팅에 소비되는 스팀 발생량을 저감시킬 수 있어, 스팀을 생성하기 위해 소모되는 에너지를 절약할 수 있고, 공해물질 배출을 감소시킬 수 있게 된다.
[제3 실시 형태]
도 4에는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 극지용 선박의 냉각수 제어 시스템을 나타내는 도면이 도시되어 있으며, 동일한 사양의 냉각수 제어 시스템이 선박의 좌현 및 우현에 각각 설치될 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 극지용 선박의 냉각수 제어 시스템은 발열 장치를 냉각시키기 위해 해수를 이용하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박에 있어서, 선박의 외부로부터 해수를 유입시켜 저장하는 씨체스트(410)와, 선박을 운용하기 위한 에너지를 생성하며 열이 발생하는 예비 보일러(aux boiler, 420)와, 예비 보일러(420)에서 배출된 배기 가스의 폐열을 이용해 물의 온도를 상승시킨 후 상기 예비 보일러로 포화 증기를 공급하는 이코노마이저(economizer, 430)와, 예비 보일러(420)의 배기 가스를 이코노마이저(430)로 공급하는 순환 펌프(440)와, 예비 보일러(420)와 씨체스트(410)를 연결하여 포화 증기 이동경로를 형성하는 증기 공급 라인(450)과, 증기 공급 라인(450)에 설치되어 씨체스트(410)로 포화 증기를 이동시키는 스팀 블로우(460) 및, 증기 공급 라인(450)의 토출측과 연결된 상태로 씨체스트의 내부에 설치되는 분사 노즐(470)을 포함한다.
여기서, 증기 공급 라인(450) 상에는 분사 노즐(470)과 스팀 블로우(460)의 사이에 개폐 밸브(480)가 더 설치될 수 있으며, 개폐 밸브(480)는 씨체스트(410)에 결빙이 발생하지 않은 평상시에는 폐쇄 상태로 전환되어 증기 공급 라인(4503)을 폐쇄시킬 수 있다.
반면, 씨체스트(410) 내에 결빙이 발생한 비상시에는 개방 상태로 전환되어 증기 공급 라인(450)을 개방시킬 수 있다.
그리고, 증기 공급 라인(450)의 외부에는 외부의 온도를 차단(해수에 의해 증기에서 물로의 변화방지)하기 위한 단열층(void 등, 미도시)이 더 구비될 수 있고, 증기 공급 라인(450)은 다수로 분기되어 씨체스트(410)의 내부에 연결될 수 있다.
여기서, 증기 공급 라인(450)은 다수로 분기되어 씨체스트(410)의 내부에 연결시키는 경우, 분기된 증기 공급 라인(450)들에는 개폐 밸브(480)가 개별적으로 개폐 가능하게 설치될 수 있다.
이와 같은 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박은, 씨체스트(410)에 결빙이 발생하지 않은 평상시 스팀 블로우(460)의 동작이 중지되고, 증기 공급 라인(450)이 개폐 밸브(480)에 의해 차단될 수 있다.
반면, 씨체스트(410)에 결빙이 발생한 비상시에는 증기 공급 라인(450)을 개방되고, 이때 스팀 블로우(460)가 동작하여 분사 노즐(470)을 통해 씨체스트(410)의 내부로 포화 증기를 토출시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 극지용 선박의 냉각수 제어 시스템은 씨체스트(410) 내에 결빙이 발생한 비상시 포화 증기(고온/고압 = 7bar/169oC)가 씨체스트(410)의 내부로 분사되므로, 씨체스트(410)의 내부에 잔존하는 얼음을 분쇄 및 용해시켜 제거할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 아이스 씨체스트(Ice Sea Chest), 112: 하부 씨체스트(Low Sea Chest), 122: 해수 메인 펌프, 124: 열교환기, 126: 온도조절밸브, 140: 제어부, 210: 엔진룸 밸러스트 탱크, 310: 화물창 밸러스트 탱크, 322: 순환조절밸브, 326: 비상 펌프, 410: 씨체스트(Sea Chest), 420: 예비 보일러, 430: 이코노마이저, 440: 순환 펌프, 450: 증기 공급 라인, 460: 스팀 블로우, 470: 분사 노즐, 480: 개폐 밸브.
Claims (14)
- 발열 장치를 냉각시키기 위해 해수를 이용하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박에 있어서, 상기 선박의 외부로부터 해수를 유입시켜 저장하는 씨체스트와, 해수를 저장할 수 있도록 상기 선박의 선체에 형성되는 엔진룸 밸러스트 탱크와, 상기 선박을 운용하기 위한 에너지를 생성하며 열이 발생하는 발열 장치와, 상기 발열 장치에서 가열된 열매체와 해수를 열교환하여 열매체를 냉각시키고 해수를 가열하는 열교환기와, 상기 씨체스트 또는 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 상기 열교환기에 공급하는 해수 메인 펌프를 포함하고,
상기 씨체스트에 결빙이 발생하지 않은 평상시에는 상기 씨체스트를 통해 유입된 해수를 상기 해수 메인 펌프에 의해 상기 열교환기에 공급하고, 상기 씨체스트에 결빙이 발생한 비상시에는 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 상기 해수 메인 펌프에 의해 상기 열교환기에 공급하며,
상기 씨체스트로부터 상기 열교환기까지 연장되고 상기 해수 메인 펌프가 설치되는 해수 공급 라인과, 상기 열교환기로부터 상기 씨체스트까지 연장되는 해수 순환 라인과, 상기 엔진룸 밸러스트 탱크로부터 연장하여 상기 해수 공급 라인의 상기 해수 메인 펌프 상류측 지점에 연결되는 제1 비상 공급 라인과, 상기 해수 순환 라인으로부터 분기하여 상기 엔진룸 밸러스트 탱크까지 연장하는 제1 비상 순환 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박. - 청구항 1에 있어서,
해수를 저장할 수 있도록 상기 선박의 선체에 형성되는 복수의 화물창 밸러스트 탱크를 더 포함하며,
상기 엔진룸 밸러스트 탱크의 해수 온도가 상기 열교환기에서 열매체를 냉각시키기에 적합한 기준온도를 초과할 경우, 상기 복수의 화물창 밸러스트 탱크 중 하나의 화물창 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 공급하는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박. - 청구항 1에 있어서,
해수를 저장할 수 있도록 상기 선박의 선체에 형성되는 복수의 화물창 밸러스트 탱크와,
상기 복수의 화물창 밸러스트 탱크 중 적어도 하나와 상기 엔진룸 밸러스트 탱크를 연결하는 제2 비상 공급 라인 및,
상기 제1 비상 순환 라인으로부터 분기하여 상기 화물창 밸러스트 탱크까지 연장하는 제2 비상 순환 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박. - 청구항 3에 있어서,
상기 제1 비상 순환 라인을 통한 해수의 유동을 제어하기 위해 상기 제1 비상 순환 라인에는 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 극지용 선박. - 청구항 4에 있어서,
상기 제2 비상 순환 라인이 상기 제1 비상 순환 라인으로부터 분기하는 지점에는, 유동 방향을 제어하기 위하여 3방향 밸브로 이루어진 순환조절밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박. - 청구항 1에 있어서,
상기 엔진룸 밸러스트 탱크에는 저장된 해수의 온도를 감지할 수 있는 온도 전송기가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박. - 청구항 2에 있어서,
상기 화물창 밸러스트 탱크에는 저장된 해수의 해수면을 감지할 수 있는 리모트 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박. - 청구항 4에 있어서,
상기 제2 비상 공급 라인에는 상기 복수의 화물창 밸러스트 탱크 중 적어도 하나에 저장된 해수를 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 공급하기 위한 비상 펌프가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박. - 발열 장치를 냉각시키기 위해 해수를 이용하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박에 있어서, 상기 선박의 외부로부터 해수를 유입시켜 저장하는 씨체스트와, 상기 선박을 운용하기 위한 에너지를 생성하며 열이 발생하는 예비 보일러와, 상기 발열 장치에서 배출된 배기 가스의 폐열을 이용해 물의 온도를 상승시킨 후 상기 예비 보일러로 포화 증기를 공급하는 이코노마이저와, 상기 보일러의 배기 가스를 상기 이코노마이저로 공급하는 순환 펌프와, 상기 예비 보일러와 상기 씨체스트를 연결하여 상기 포화 증기 이동경로를 형성하는 증기 공급 라인과, 상기 증기 공급 라인에 설치되어 상기 씨체스트로 포화 증기를 이동시키는 스팀 블로우 및, 상기 증기 공급 라인의 토출측과 연결된 상태로 상기 씨체스트의 내부에 설치되는 분사 노즐을 포함하며,
상기 씨체스트에 결빙이 발생하지 않은 평상시에는, 상기 스팀 블로우의 동작이 중지되고, 상기 증기 공급 라인이 차단되는 반면, 상기 씨체스트에 결빙이 발생한 비상시에는 상기 증기 공급 라인을 개방되고, 상기 스팀 블로우가 동작하여 상기 분사 노즐을 통해 상기 씨체스트의 내부로 상기 포화 증기를 토출시키는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박. - 청구항 9에 있어서,
상기 증기 공급 라인 상에는,
상기 분사 노즐과 상기 스팀 블로우의 사이에 개폐 밸브가 더 설치되며,
상기 개폐 밸브는,
상기 씨체스트에 결빙이 발생하지 않은 평상시에는 폐쇄 상태로 전환되어 상기 증기 공급 라인을 폐쇄시키고, 상기 씨체스트에 결빙이 발생한 비상시에는 개방 상태로 전환되어 상기 증기 공급 라인을 개방시키는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박. - 청구항 9에 있어서,
상기 증기 공급 라인의 외부에는,
외부의 온도를 차단하기 위한 단열층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박. - 발열 장치를 냉각시키기 위해 해수를 이용하는 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박에서의 냉각수 제어 방법으로서, 상기 선박은 상기 선박의 외부로부터 해수를 유입시켜 저장하는 씨체스트와, 해수를 저장할 수 있도록 상기 선박의 선체에 형성되는 엔진룸 밸러스트 탱크와, 상기 선박을 운용하기 위한 에너지를 생성하며 열이 발생하는 발열 장치와, 상기 발열 장치에서 가열된 열매체와 해수를 열교환하여 열매체를 냉각시키고 해수를 가열하는 열교환기와, 상기 씨체스트 또는 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 상기 열교환기에 공급하는 해수 메인 펌프를 포함하고,
상기 씨체스트에 결빙이 발생하지 않은 평상시에는 상기 씨체스트를 통해 유입된 해수를 상기 해수 메인 펌프에 의해 상기 열교환기에 공급하고, 상기 씨체스트에 결빙이 발생한 비상시에는 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 상기 해수 메인 펌프에 의해 상기 열교환기에 공급하며,
상기 하나의 화물창 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 상기 엔진룸 밸러스트 탱크를 통하여 상기 열교환기에 공급한 후, 상기 엔진룸 밸러스트 탱크의 해수 온도가 상기 기준온도를 다시 초과할 경우, 상기 하나의 화물창 밸러스트 탱크 이외의 다른 화물창 밸러스트 탱크를 다시 선정하여, 상기 다른 화물창 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 공급하는 것을 특징으로 하는 극지용 선박에서의 냉각수 제어 방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 씨체스트에 결빙이 발생한 것은, 상기 씨체스트의 해수면 높이가 사전에 정해진 기준높이보다 하강된 상태로 일정시간 이상 지속되는지 여부에 따라 판단하는 것을 특징으로 하는 극지용 선박에서의 냉각수 제어 방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 선박은 해수를 저장할 수 있도록 상기 선박의 선체에 형성되는 복수의 화물창 밸러스트 탱크를 더 포함하며,
상기 엔진룸 밸러스트 탱크의 해수 온도가 상기 열교환기에서 열매체를 냉각시키기에 적합한 기준온도를 초과할 경우, 상기 복수의 화물창 밸러스트 탱크 중 하나의 화물창 밸러스트 탱크에 저장된 해수를 상기 엔진룸 밸러스트 탱크에 공급하는 것을 특징으로 하는 극지용 선박에서의 냉각수 제어 방법.
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| KR1020190011006A KR102664937B1 (ko) | 2019-01-29 | 냉각수 제어 시스템을 갖는 극지용 선박 및 상기 극지용 선박에서의 냉각수 제어 방법 | |
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