KR20210043888A - 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템, 난방 및 가습방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템에 관한 것으로, 극지용 선박의 선체에 마련되어 선실 구역으로 공급되는 공기를 가열시키는 공기 조화부; 공기 조화부의 배출 라인에 마련되어 공기 조화부에서 열팽창된 가열 유체를 배출시키는 바이패스부; 공기 조화부에 연결되도록 선체에 마련되어 선실 구역을 가습시키는 가습부; 및 가습부로 청수를 공급하는 청수 공급 라인에 마련되어 가습부에서 요구되는 전해질 농도를 조절하는 전해질 농도 조절부를 포함한다.

Description

극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템, 난방 및 가습방법{HEATING AND HUMIDIFYING SYSTEAM AND METHOD OF ACCOMMODATION FOR ARCTIC VESSEL}
본 발명은 난방 및 가습시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 극지용 선박의 공조 장비가 안정적으로 구동되면서 선실 구역의 난방 및 가습을 원활하게 할 수 있는 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템, 난방 및 가습방법에 관한 것이다.
지구 온난화의 영향으로 북극해 해빙이 유실됨에 따라 러시아 부근의 북동 항로와 캐나다 부근의 북서 항로에 대한 관심이 증가하고 있다.
북극해 지역은 많은 자원이 있으며, 새로 부각되는 관광지로서도 알려지고 있어 극지 유전의 개발에 따른 수송, 보급 및 관광 목적으로 극지 항로 개발에 관한 연구가 활발해지고 있다.
세계 지하자원의 약 25%가 매장되어 있고, 기존 항로에 비해 시간과 거리가 30% 이상 단축되는 북극 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 일반 해역 운항시보다 잠재적 위험요소가 많기 때문에 안전 운행이라는 측면에서 접근이 필요하다.
극지방을 운항하는 선박은 해수 -2도, 대기 -52도의 외기 조건에서 운항되며, 이러한 외적 조건에도 쾌적한 거주환경 조성, 장비의 보수 및 수리 용이, 안전한 이동로 확보가 가능 하도록 선실, 엔진 룸, 거주구, Cargo Compressor Room, Side Passage Way와 같은 주 보호구역을 특정온도로 유지하기 위한 난방시스템(Heating System)의 설치가 요구된다.
극지용 선박의 경우 일반적인 선박과 달리 더 높은 난방을 요구하며, 높은 난방에 따른 가습시스템이 필수적으로 요구된다.
난방을 위하여 고온의 써멀 오일 히터(Thermal oil Heater)가 사용되며, 별도의 전용 가습기(Steam Generator)가 선실 구역의 원활한 가습을 위해 필요하다.
써멀 오일 히터(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 공기 조화기(AHU; Air Handling Unit)(20)의 내부에 설치되어, 각각의 공기 조화기(20)의 운행조건에 따라서 선실 구역에 난방열을 제공한다.
전용 가습기(30)의 경우, 청수(Fresh Water)를 전기 분해하여 습기를 만들어서 선실 구역의 가습을 조절한다.
스탠드 바이(Stand-by)용 공기 조화기(20) 내부의 써멀 오일 히터(10)는 밸브에 의해 닫혀 써멀 오일의 유동이 없으나, 고온의 써멀 오일에 의한 전도에 의해 써멀 오일 히터(10)의 내부 온도 상승 및 열팽창으로 압력이 상승되어 써멀 오일 히터(10)가 파손될 수 있다.
한편, 극지방의 해수는 전해질 농도가 다른 지역의 해수보다 매우 낮아, 전기 분해를 위해 요구되는 전해질 농도를 만족하기 어려울 수 있으며, 전용 가습기(30)의 미작동으로 인한 선실 구역의 습도 조절이 불가능해질 수 있다.
극지 해역 운항 시에는 온도 유지를 위한 난방시스템의 사용시간이 길어지게 되는데, 전용 가습기(30)가 미작동된 상태에서 난방시스템이 장시간 가동 되면, 선실 내부의 건조한 공기에 의해 선원들의 피부가 건조해져 가려움증과 같은 피부질환이 생길 수 있을 뿐만 아니라, 코피를 흘리는 등 면역력 저하로 인한 각종 호흡기 질환을 야기할 수 있으므로 이에 대한 개선책이 요구된다.
전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.
한국등록특허공보 제10-1654595호(대우조선해양 주식회사) 2016. 08. 31.
본 발명은 극지용 선박의 공조 장비가 안정적으로 구동되면서 선실 구역의 난방 및 가습을 원활하게 할 수 있는 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템, 난방 및 가습방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 극지용 선박의 선체에 마련되어 선실 구역으로 공급되는 공기를 가열시키는 공기 조화부; 상기 공기 조화부의 배출 라인에 마련되어 상기 공기 조화부에서 열팽창된 가열 유체를 배출시키는 바이패스부; 상기 공기 조화부에 연결되도록 상기 선체에 마련되어 상기 선실 구역을 가습시키는 가습부; 및 상기 가습부로 청수를 공급하는 청수 공급 라인에 마련되어 상기 가습부에서 요구되는 전해질 농도를 조절하는 전해질 농도 조절부를 포함하는 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템이 제공될 수 있다.
상기 바이패스부는 상기 배출 라인에서 분기된 후 다시 상기 배출 라인에 합류되는 바이패스 라인; 및 상기 바이패스 라인에 마련되어 상기 바이패스 라인을 개폐시키는 바이패스 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 바이패스 밸브는 압력 조절 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 공기 조화부는 제1 공기 조화기 및 제2 공기 조화기를 포함하고, 상기 제1 공기 조화기 및 상기 제2 공기 조화기의 내부에는 써멀 오일 히터가 각각 마련될 수 있다.
또한, 상기 바이패스부는 상기 제1 공기 조화기의 후방 라인에 마련되는 제1 바이패스부; 및 상기 제2 공기 조화기의 후방 라인에 마련되는 제2 바이패스부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전해질 농도 조절부는 상기 청수 공급 라인에서 분기된 후 상기 청수 공급 라인에 다시 합류되는 연결 라인; 및 상기 연결 라인에 마련되어 상기 연결 라인을 개폐시키는 제1 제어 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전해질 농도 조절부는 상기 제1 제어 밸브의 후방 영역의 상기 연결 라인에 마련되는 전해질 필터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전해질 농도 조절부는 상기 전해질 필터의 후방 영역의 상기 연결 라인에 마련되는 제2 제어 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가습부는 상기 청수 공급 라인에 연결되며 선실 구역을 가습시키는 가습기; 및 상기 가습기 내부의 전해질 농도를 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 제어 밸브 및 상기 제2 제어 밸브 중 적어도 하나는 상기 센서와 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 공기 조화부에 마련된 써멀 오일 히터의 내부 압력이 상승되는 경우 선실 구역으로 공급되는 공기를 가열시키는 공기 조화부의 후방 라인에 마련된 바이패스부를 통해 열팽창된 가열 유체를 바이패스시킴과 아울러 상기 선실 구역으로 가습된 공기를 공급시키는 가습부에 전해질 농도 조절부를 연결하여 상기 가습부에서 요구되는 전해질 농도를 조절하는 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습방법이 제공될 수 있다.
본 발명은 공기 조화부의 배출 라인에 마련되어 공기 조화부에서 열팽창된 가열 유체를 배출시키는 바이패스부와 가습부로 청수를 공급하는 청수 공급 라인에 마련되어 가습부에서 요구되는 전해질 농도를 조절하는 전해질 농도 조절부에 의해 극지용 선박의 공조 장비가 안정적으로 구동되면서 선실 구역의 난방 및 가습을 원활하게 할 수 있다
도 1은 이전의 극지용 선박의 난방 및 가습시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 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, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템(1)은, 극지용 선박의 선체에 마련되어 선실 구역으로 공급되는 공기를 가열시키는 공기 조화부(100)와, 공기 조화부(100)의 배출 라인에 마련되어 공기 조화부(100)에서 열팽창된 가열 유체를 배출시키는 바이패스부(200)와, 공기 조화부(100)에 연결되도록 선체에 마련되어 선실 구역을 가습시키는 가습부(300)와, 가습부(300)로 청수를 공급하는 청수 공급 라인(310)에 마련되어 가습부(300)에서 요구되는 전해질 농도를 조절하는 전해질 농도 조절부(400)를 포함한다.
공기 조화부(100)는 선실 구역으로 공급되는 공기를 가열시키는 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 공기 조화기(110)와, 제2 공기 조화기(120)와, 제1 공기 조화기(110) 및 제2 공기 조화기(120)에 각각 연결되어 제1 공기 조화기(110)와 제2 공기 조화기(120)로 가열 유체를 공급시키는 가열 유체 공급 라인(130)과, 제1 공기 조화기(110)와 제2 공기 조화기(120)의 후방에 각각 연결되어 열교환된 가열 유체를 회수시키는 가열 유체 회수 라인(140)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 가열 유체는 써멀 오일(Thermal oil)로 마련될 수 있다.
제1 공기 조화기(110)의 내부에는 제1 써멀 오일 히터(111)가 마련되고 제2 공기 조화기(120)의 내부에는 제2 써멀 오일 히터(121)가 마련되어 각각의 공기 조화기의 내부로 공급되는 공기를 가열시키고 가열된 공기는 선실 구역으로 공급될 수 있다.
또한, 제1 써멀 오일 히터(111)와 제2 써멀 오일 히터(121)는 배관이나 핀 형태로 마련되어 각각의 공기 조화기의 내부로 유입되는 공기와 간접적으로 열교환되어 공기를 가열시킬 수 있다.
본 실시예에서, 가열 유체 공급 라인(130)과 가열 유체 회수 라인(140)에는 복수의 체크 밸브(500)가 마련되어 공급되는 가열 유체의 역류를 방지할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 체크 밸브(500)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 청수 공급 라인(310), 가습부(300)와 각각의 공기 조화기(110,120)를 연결하는 라인에도 마련될 수 있다.
바이패스부(200)는 공기 조화부(100)에서 열팽창된 가열 유체를 배출시키기 위한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 공기 조화기(110)의 후방 라인에 마련되는 제1 바이패스부(210)와, 제2 공기 조화기(120)의 후방 라인에 마련되는 제2 바이패스부(220)를 포함할 수 있다.
제1 바이패스부(210)는 제1 공기 조화기(110)의 가열 유체 회수 라인(140)에서 분기된 후 다시 가열 유체 회수 라인(140)에 합류되는 제1 바이패스 라인(211)과, 제1 바이패스 라인(211)에 마련되어 제1 바이패스 라인(211)을 개폐시키는 제1 바이패스 밸브(212)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 바이패스 밸브(212)는 압력 조절 밸브(Pressure Regulating valve)를 포함하고, 압력 조절 밸브는 리듀싱 밸브 또는 시퀀스 밸브를 포함할 수 있다.
제2 바이패스부(220)는 제2 공기 조화기(120)의 가열 유체 회수 라인(140)에서 분기된 후 다시 가열 유체 회수 라인(140)에 합류되는 제2 바이패스 라인(221)과, 제2 바이패스 라인(221)에 마련되어 제2 바이패스 라인(221)을 개폐시키는 제2 바이패스 밸브(222)를 포함한다.
본 실시예에서, 제2 바이패스 밸브(222)는 압력 조절 밸브를 포함하고, 압력 조절 밸브는 리듀싱 밸브 또는 시퀀스 밸브를 포함할 수 있다.
가습부(300)는 선실 구역을 가습하기 위해 사용되는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 청수가 공급되는 청수 공급 라인(310)과, 청수 공급 라인(310)에 연결되며 공급되는 청수를 전기 분해하여 습기를 만들어서 제1 공기 조화기(110) 및 제2 공기 조화기(120)로 공급하여 선실 구역을 가습시키는 가습기(320)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 가습부(300)는 가습기(320) 내부의 전해질 농도를 측정하기 위한 센서(321)를 더 포함할 수 있다.
전해질 농도 조절부(400)는 가습부(300)에서 요구되는 전해질 농도를 조절하기 위한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 청수 공급 라인(310)에서 분기된 후 청수 공급 라인(310)에 다시 합류되는 연결 라인(410)과, 연결 라인(410)에 마련되어 연결 라인(410)을 개폐시키는 제1 제어 밸브(420)와, 제1 제어 밸브(420)의 후방 영역의 연결 라인(410)에 마련되는 전해질 필터(Electrolyte Filter)(430)와, 전해질 필터(430)의 후방 영역의 연결 라인(410)에 마련되어 연결 라인(410)을 개폐시키는 제2 제어 밸브(440)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 제어 밸브(420)와 제2 제어 밸브(440) 각각은 전해질 제어 밸브(Electrolyte Control valve)를 포함할 수 있으며, 가습기(320)의 센서(321)와 연결될 수 있다.
본 실시예에 따른 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템(1)은 제1 써멀 오일 히터(111) 및 제2 써멀 오일 히터(121)가 제1 공기 조화기(110) 및 제2 공기 조화기(120) 각각의 내부에 설치되어, 각각의 운행조건에 따라 공기를 가열시켜 선실 구역 내부에 난방열을 제공할 수 있다.
이때, 대기 상태, 즉 스탠드 바이(Stand-by)용 공기조화기 내부의 써멀 오일 히터는 가열 유체 공급 라인(130)과 가열 유체 회수 라인(140)에 마련된 복수의 체크 밸브(500)에 의해 차단되어 가열 유체의 유동이 없으나, 고온의 가열 유체의 전도에 의해 써멀 오일 히터 내부의 온도 상승 및 열팽창으로 인한 압력이 상승될 수 있으며, 이는 써멀 오일 히터의 파손을 야기할 수 있다.
본 실시예에서는, 제1 공기 조화기(110)와 제2 공기 조화기(120)에 각각 마련되는 바이패스부(200)를 통해, 제1 써멀 오일 히터(111) 또는 제2 써멀 오일 히터(121)의 파손을 방지할 수 있다.
구체적으로, 제1 써멀 오일 히터(111) 또는 제2 써멀 오일 히터(121)의 내부 온도 상승 및 열팽창으로 압력 상승 시, 압력 조절 밸브(Pressure Regulating valve)를 포함하는 제1 바이패스 밸브(212) 또는 제2 바이패스 밸브(222)를 통해 열팽창된 가열 유체를 제1 써멀 오일 히터(111) 또는 제2 써멀 오일 히터(121) 후단의 제1 바이패스 라인(211) 또는 제2 바이패스 라인(221)으로 배출시킬 수 있다.
또한, 센서(321)에 의해 가습기(320) 내부의 전해질 농도를 측정하고, 센서(321)와 연결되는 제1 제어 밸브(420)와 제2 제어 밸브(440) 및 전해질 필터(430)에 의해, 해수의 전해질 농도와 상관없이 가습기(320)에서 요구하는 전해질 농도를 안정적으로 유지할 수 있다.
그리고 본 실시예에 따른 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습방법은, 공기 조화부(100)에 마련된 써멀 오일 히터의 내부 압력이 상승되는 경우 선실 구역으로 공급되는 공기를 가열시키는 공기 조화부(100)의 후방 라인에 마련된 바이패스부(200)를 통해 열팽창된 가열 유체를 바이패스시킴과 아울러 선실 구역으로 가습된 공기를 공급시키는 가습부(300)에 전해질 농도 조절부(400)를 연결하여 가습부(300)에서 요구되는 전해질 농도를 조절하는 방법으로 이루어질 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 난방 및 가습시스템 100 : 공기 조화부
110 : 제1 공기 조화기 111 : 제1 써멀 오일 히터
120 : 제2 공기 조화기 121 : 제2 써멀 오일 히터
130 : 가열 유체 공급 라인 140 : 가열 유체 회수 라인
200 : 바이패스부 210 : 제1 바이패스부
211 : 제1 바이패스 라인 212 : 제1 바이패스 밸브
220 : 제2 바이패스부 221 : 제2 바이패스 라인
222 : 제2 바이패스 밸브 300 : 가습부
310 : 청수 공급 라인 320 : 가습기(steam Generator)
321 : 센서 400 : 전해질 농도 조절부
410 : 연결 라인 420 : 제1 제어 밸브
430 : 전해질 필터 440 : 제2 제어 밸브

Claims (11)

  1. 극지용 선박의 선체에 마련되어 선실 구역으로 공급되는 공기를 가열시키는 공기 조화부;
    상기 공기 조화부의 배출 라인에 마련되어 상기 공기 조화부에서 열팽창된 가열 유체를 배출시키는 바이패스부;
    상기 공기 조화부에 연결되도록 상기 선체에 마련되어 상기 선실 구역을 가습시키는 가습부; 및
    상기 가습부로 청수를 공급하는 청수 공급 라인에 마련되어 상기 가습부에서 요구되는 전해질 농도를 조절하는 전해질 농도 조절부를 포함하는 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 바이패스부는,
    상기 배출 라인에서 분기된 후 다시 상기 배출 라인에 합류되는 바이패스 라인; 및
    상기 바이패스 라인에 마련되어 상기 바이패스 라인을 개폐시키는 바이패스 밸브를 포함하는 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 바이패스 밸브는 압력 조절 밸브를 포함하는 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 공기 조화부는,
    제1 공기 조화기 및 제2 공기 조화기를 포함하고,
    상기 제1 공기 조화기 및 상기 제2 공기 조화기의 내부에는 써멀 오일 히터가 각각 마련되는 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 바이패스부는,
    상기 제1 공기 조화기의 후방 라인에 마련되는 제1 바이패스부; 및
    상기 제2 공기 조화기의 후방 라인에 마련되는 제2 바이패스부를 포함하는 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전해질 농도 조절부는,
    상기 청수 공급 라인에서 분기된 후 상기 청수 공급 라인에 다시 합류되는 연결 라인; 및
    상기 연결 라인에 마련되어 상기 연결 라인을 개폐시키는 제1 제어 밸브를 포함하는 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전해질 농도 조절부는,
    상기 제1 제어 밸브의 후방 영역의 상기 연결 라인에 마련되는 전해질 필터를 더 포함하는 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전해질 농도 조절부는,
    상기 전해질 필터의 후방 영역의 상기 연결 라인에 마련되는 제2 제어 밸브를 더 포함하는 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 가습부는,
    상기 청수 공급 라인에 연결되며 선실 구역을 가습시키는 가습기; 및
    상기 가습기 내부의 전해질 농도를 측정하기 위한 센서를 포함하는 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 제어 밸브 및 상기 제2 제어 밸브 중 적어도 하나는 상기 센서와 연결되는 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습시스템.
  11. 공기 조화부에 마련된 써멀 오일 히터의 내부 압력이 상승되는 경우 선실 구역으로 공급되는 공기를 가열시키는 공기 조화부의 후방 라인에 마련된 바이패스부를 통해 열팽창된 가열 유체를 바이패스시킴과 아울러 상기 선실 구역으로 가습된 공기를 공급시키는 가습부에 전해질 농도 조절부를 연결하여 상기 가습부에서 요구되는 전해질 농도를 조절하는 극지용 선박의 선실 구역 난방 및 가습방법.
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