KR20210067359A

KR20210067359A - 선박의 소기 냉각 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20210067359A
Application number: KR1020190156886A
Authority: KR
Inventors: 정성규; 김유진; 김영수; 류민철
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-06-08

Abstract

본 발명은 연료의 연소에 필요한 공기의 온도가 낮을수록 엔진 효율이 향상되는 원리에 따라 엔진의 소기를 냉각시킴으로 엔진의 연료소비량을 절감하는 선박의 소기 냉각 시스템 및 방법에 관한 것으로, 과급기(turbo charger)를 통해 상기 엔진으로 소기가 공급되는 소기 공급라인; 상기 소기 공급라인 상에 마련되고 상기 엔진으로 공급되는 소기를 냉각시키기 위한 소기 냉각기; 상기 소기 냉각기로 공급되어 소기와 열교환하는 냉각수가 순환되는 냉각수 순환라인; 및 상기 냉각수 순환라인과 별도로 마련되어 상기 소기 냉각기에서 소기와 열교환되는 냉매가 순환되는 냉매 순환라인을 포함한다.

Description

선박의 소기 냉각 시스템 및 방법{SCAVENGE AIR COOLING SYSTEM AND METHOD FOR SHIP}

본 발명은 선박의 소기 냉각 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료의 연소에 필요한 공기의 온도가 낮을수록 엔진 효율이 향상되는 원리에 따라 엔진의 소기를 냉각시킴으로 엔진의 연료소비량을 절감하는 선박의 소기 냉각 시스템 및 방법에 관한 것이다.

LNG(Liquefied Natural Gas)나 LPG(Liquefied Petroleum Gas) 등의 액화가스의 소비량이 전 세계적으로 급증하고 있다. 액화가스는, 육상 또는 해상의 가스배관을 통해 가스 상태로 운반되거나, 또는, 액화된 상태로 액화가스 운반선에 저장된 채 원거리의 소비처로 운반된다. LNG나 LPG 등의 액화가스는 천연가스 혹은 석유가스를 극저온(LNG의 경우 약 -163℃)으로 냉각하여 얻어지는 것으로 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭 감소하므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

LNG가 사용되는 선박은 대표적으로 LPG 운반선, LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating, Storage, Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖추지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물 등을 예로 들 수 있다.

한편, 이러한 선박에는 메인 엔진(Main Engine), 발전기 엔진(Generator Engine) 등이 마련되는데, 이러한 선박용 엔진은 엔진룸 내부의 공기를 소기(scavenge air)로 사용하여 연소하게 된다. 이때, 소기의 온도가 낮을수록 그 높은 밀도로 인해 연료유가 적게 소모될 수 있다.

도 1은 종래 선박의 소기 냉각 시스템을 도시한 도면이다.

선박의 엔진(미도시)에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진의 효율을 높이기 위해 과급기(turbo charger)(10)를 거쳐 고압으로 압축된 흡입공기가 공급된다. 과급기(10)를 거친 공기는 고압으로 압축되면서 고온 상태가 되므로, 과급기(10)를 통해 엔진으로 소기가 공급되는 소기 공급라인(11) 상에는 엔진으로 공급되는 소기를 냉각시키기 위한 소기 냉각기(20)가 구비되며, 냉각수 순환라인(21)을 통해 냉각수가 소기 냉각기(20)로 공급되어 소기와 열교환하게 된다.

종래에는 선박에서 활용되는 청수를 해수의 공급에 의해 냉각시키고, 냉각된 청수를 냉각수로서 이용하여 소기를 냉각시킨다. 종래 선박의 소기 냉각 시스템에서 사용되는 청수는 소기를 냉각시키는 냉각수로만 활용되는 것이 아니라 선박 내 다른 수요처로도 공급되기 때문에, 종래의 소기 냉각 시스템은 냉각수로서 공급되는 청수의 온도가 36℃로 설계되어 있다.

청수의 냉각 온도는 청수를 냉각시키는 해수의 온도 및 열 교환량에 따라 결정되는데, 해수의 온도가 높은 곳을 운항하거나 해수의 온도가 높은 해상에 부유하여 작업하는 선박이나 해상구조물의 경우에는 소기 냉각을 위한 청수의 온도를 낮추는데 한계가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1557789호

도 2는 선박용 엔진에 공급되는 소기의 온도에 따른 연료소비율의 관계를 그래프로 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 소기를 냉각시키기 위한 냉각수의 온도에 따라 연료소비량(SFOC; Specific Fuel Oil Consumption)이 차이가 있음을 알 수 있다.

즉, 동일한 최대 연속 출력(SMCR; Specified Maximum Continuous Rating) 상에서 소기를 냉각시키기 위한 냉각수(CW; Cooling Water)의 온도가 낮아질수록 연료소비량(SFOC; Specific Fuel Oil Consumption)이 감소된다.

소기를 냉각시키는 냉각수의 온도가 36℃에서 10℃로 낮아지게 되면, 연료소비량(SFOC)이 약 11.8~2.6 g/kWh 절감되는 효과가 있음을 알 수 있다.

소기를 냉각하기 위한 냉각수의 온도는 엔진 메이커에 따라 차이가 있는데, 본 발명자들은 엔진 메이커에서 허용하는 한도에서 냉각수의 온도를 낮출수록 소기의 온도를 낮추고, 엔진에서의 연소온도 및 배기 온도도 낮출 수 있음을 발견하였다. 연소온도 및 배기 온도를 낮추면 엔진의 효율을 향상시키고 배기 중 오염물질, NOx를 저감시킬 수 있다.

본 발명은 연료의 연소에 필요한 공기의 온도가 낮을수록 엔진 효율이 향상되는 원리에 따라 엔진의 소기를 냉각시킴으로 엔진의 연료소비량을 절감하는 선박의 소기 냉각 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 엔진으로 공급되는 소기(scavenge air)를 냉각시키기 위한 선박의 소기 냉각 시스템으로서, 과급기(turbo charger)를 통해 상기 엔진으로 소기가 공급되는 소기 공급라인; 상기 소기 공급라인 상에 마련되고 상기 엔진으로 공급되는 소기를 냉각시키기 위한 소기 냉각기; 상기 소기 냉각기로 공급되어 소기와 열교환하는 냉각수가 순환되는 냉각수 순환라인; 및 상기 냉각수 순환라인과 별도로 마련되어 상기 소기 냉각기에서 소기와 열교환되는 냉매가 순환되는 냉매 순환라인을 포함하는 선박의 소기 냉각 시스템이 제공될 수 있다.

상기 냉매 순환라인에서 분기되고 상기 소기 냉각기의 후단에서 상기 냉매 순환라인과 연결되는 냉매 우회라인; 및 상기 소기 공급라인에서 상기 소기 냉각기의 후단에 마련되어 상기 소기의 온도를 측정하기 위한 제1 온도측정센서를 더 포함하고, 상기 제1 온도측정센서에서 측정된 소기의 온도에 따라 상기 소기 냉각기로 공급되는 상기 냉매의 유량을 제어할 수 있다.

또한, 상기 냉매 순환라인에는 삼방향 밸브(3-way valve)가 마련될 수 있다.

또한, 상기 냉매는 글리콜 워터(glycol water) 또는 상기 선박의 연료로 사용하기 위한 액화가스 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 상기 냉매 순환라인에는 상기 소기 냉각기의 전단에서 상기 선박의 액화가스를 기화시켜 연료로 사용하기 위한 기화기가 마련되고, 상기 냉매는 상기 기화기에서 상기 액화가스와 열교환되어 냉각된 후 상기 소기 냉각기로 공급될 수 있다.

또한, 상기 기화기는 상기 액화가스가 공급되는 제1 유로; 상기 제1 유로의 액화가스와 열교환하기 위한 상기 냉매가 공급되는 제2 유로; 및 상기 제2 유로를 통과한 냉매와 상기 제1 유로의 액화가스가 재차 열교환되는 제3 유로를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 유로 및 상기 제3 유로 중 적어도 하나에서 냉매의 흐름방향은 제1 유로에서 액화가스의 흐름방향에 대향될 수 있다.

또한, 상기 냉매 순환라인에는 상기 기화기의 하류에서 상기 제3 유로를 통해 배출되는 냉매의 온도를 측정하기 위한 제2 온도측정센서가 마련되고, 상기 제2 온도측정센서에 측정된 냉매의 온도에 따라 상기 제3 유로로 유입되는 냉매의 유량을 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 엔진으로 공급되는 소기(scavenge air)를 냉각시키기 위한 선박의 소기 냉각 방법으로서, 과급기(turbo charger)를 통해 상기 엔진으로 소기가 공급되는 소기 공급라인과, 상기 소기 공급라인 상에 마련되고 상기 엔진으로 공급되는 소기를 냉각시키기 위한 소기 냉각기와, 상기 소기 냉각기로 공급되어 소기와 열교환하는 냉각수가 순환되는 냉각수 순환라인과, 상기 냉각수 순환라인과 별도로 마련되어 상기 소기 냉각기에서 소기와 열교환되는 냉매가 순환되는 냉매 순환라인을 포함하는 선박의 소기 냉각 방법이 제공될 수 있다.

상기 냉매 순환라인을 통해 상기 소기 냉각기로 공급되는 상기 냉매의 유량을 제어하여 상기 엔진으로 공급되는 소기의 온도를 제어할 수 있다.

본 발명에서는, 선박의 액화가스와 열교환으로 냉각된 냉매를 소기 냉각을 위한 냉각수와 열교환시켜 냉각수를 추가 냉각함으로써 냉각수의 온도를 엔진 메이커에서 허용하는 한도까지 낮출 수 있다. 이와 같이 냉각수의 온도를 낮춤으로써 엔진으로 유입되는 소기의 온도를 낮추고, 엔진에서의 연소온도 및 배기 온도를 낮출 수 있고, 엔진의 효율을 향상시켜 연료 소비량을 줄일 수 있으며, 배기 중의 오염물질 특히, 질소산화물(NOx)을 저감시킬 수 있다.

또한, 액화가스를 가열하기 위한 냉매는 소기로부터 냉각수를 거쳐 열에너지를 공급받음으로써 냉매 가열을 위한 스팀 등의 사용을 줄일 수 있고, 소기 냉각을 위한 냉각수는 냉매로부터 냉열을 전달받아 냉각됨으로써 선박의 에너지 효율을 높일 수 있다.

또한, 선박의 엔진으로 공급되는 소기를 냉각시키기 위하여, 냉각수 순환라인과 별도로 냉매 순환라인을 통해 소기 냉각기로 냉매를 직접 공급하고 냉매를 소기와 열교환시킴으로써 종래보다 소기의 온도를 더 낮출 수 있는 유리한 효과를 가질 수 있다.

도 1은 종래 선박의 소기 냉각 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 선박용 엔진에 공급되는 소기의 온도에 따른 연료소비율의 관계를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 소기 냉각 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 소기 냉각 시스템을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박의 소기 냉각 시스템을 도시한 도면이다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

후술하는 본 발명의 실시예들에서 선박은, 액화가스를 추진용 엔진의 연료 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치되거나 액화가스를 연료로 사용하는 모든 종류의 선박일 수 있다. 대표적으로 LPG 운반선, LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel)와 같은 자체 추진 능력을 갖춘 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 해상에 부유하고 있는 해상 구조물도 포함된다.

또한, 본 실시예들은 저온으로 액화시켜 수송될 수 있고, 저장된 상태에서 증발가스가 발생하며 엔진의 연료로 공급될 수 있는 모든 종류의 액화가스의 연료공급시스템에 적용될 수 있다. 이러한 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스일 수 있다.

후술하는 실시예들에서는 대표적인 액화가스 중 하나인 LNG가 적용된 선박을 예로 들어 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 소기 냉각 시스템을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 소기 냉각 시스템은, 선박의 엔진(미도시)으로 공급되는 소기(scavenge air)를 냉각시키기 위한 선박의 소기 냉각 시스템으로서, 과급기(turbo charger)(110)를 통해 엔진으로 소기가 공급되는 소기 공급라인(120)과, 소기 공급라인(120) 상에 마련되고 엔진으로 소기를 냉각시키기 위한는 소기 냉각기(130), 소기 냉각기(130)에서 소기 냉각을 위해 공급되는 냉각수가 순환하는 냉각수 순환라인(140), 선박에서 액화가스를 가열하기 위한 냉매가 순환하는 냉매 순환라인(150), 냉매 순환라인(150)으로부터 분기되는 냉매 분기라인(151), 냉각수 순환라인(140)에서 소기 냉각기(130)의 상류에 마련되고 상기 냉매 순환라인(150)의 액화가스와 열교환으로 냉각된 냉매를 냉각수와 열교환시키는 냉열회수 냉각기(160)를 포함한다.

본 실시예에서 냉각된 소기를 공급받는 선박의 엔진은 선박의 추진용 또는 발전용 엔진일 수 있으며, 예를 들어 2 행정으로 구성되며 300 내지 350 bar의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(Diesel Cycle)을 채택한 ME-GI 엔진일 수 있다.

선박에서 배출되는 배기가스 성분 중 대표적으로 UN 산하 국제 해사 기구(International Maritime Organization, IMO)의 규제를 받는 것이 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)이다. 그 중 황산화물은 연료 자체에 포함된 황 성분으로부터 발생하고, 질소산화물은 연소과정에서 공기 중의 질소 성분으로부터 발생한다.

배기 중 질소산화물에 대해서는 북미 연안 등 일부 지역에서 2016년부터 Tier Ⅲ가 적용되고 있고 2021년부터 북유럽 등에 Tier Ⅲ가 추가 적용된다. Tier Ⅲ를 만족시키기 위해 선박에 적용되는 대표적인 방법은 EGR(Exhaust Gas Recirculation)이나 SCR(Selective Catalytic Reduction) 장치를 구비하는 것을 들 수 있다.

연소가스의 온도가 높을수록 배기가스 중 질소산화물(NOx)이 많아질 수 있어, 소기를 냉각수로 냉각하여 엔진으로 유입시켜 연소가스 및 배기의 온도를 낮추면 NOx의 양을 줄일 수 있다.

본 실시예에서는 소기를 냉각시키는 냉각수를, 선내 액화가스와 열교환으로 냉각된 냉매와 냉열회수 냉각기(160)에서 열교환시켜 추가 냉각시킨 후 소기 냉각기(130)로 공급함으로써, 냉각수의 온도를 낮게 하고 소기의 온도를 낮춤으로써 배기 중 NOx를 줄일 수 있다.

나아가, 본 실시예에 따른 선박의 소기 냉각 시스템은, 단독 또는 다른 추가적인 질소산화물 저감 시스템과 함께 선박에 적용함으로써 EGR(Exhaust Gas Recirculation)이나 SCR(Selective Catalytic Reduction) 장치를 대체하면서 Tier Ⅲ를 만족시킬 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 냉각수 순환라인(140) 상에는 냉열회수 냉각기(160)의 하류에서 냉각수의 온도를 감지하는 냉각수 온도측정센서(141)를 마련하고, 냉매 분기라인(151)에는 삼방향 밸브(3-way valve)(152)를 마련하여, 냉각수 온도측정센서(141)에서 감지된 냉각수의 온도에 따라 삼방향 밸브(152)의 개폐 및 개도를 제어하고, 냉매 순환라인(150)으로부터 냉매 분기라인(151)으로 분기될 냉매의 유량을 제어함으로써 냉열회수 냉각기(160)를 거쳐 소기 냉각기(130)로 공급될 냉각수의 온도를 조절할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 냉매 분기라인(151)에는 액화가스와 열교환으로 냉각된 냉매를 가열하기 위한 냉매 히터(미도시)가 추가적으로 마련될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 냉매 순환라인(150)을 순환하는 냉매는 글리콜 워터(glycol water)일 수 있다. 냉매와 열교환된 액화가스는 기화되어 선박의 엔진 등의 연료로 공급될 수도 있고, FSRU와 같은 재기화 선박에서는 냉매와 열교환으로 액화가스를 재기화시켜 선외로 이송할 수도 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 삼방향 밸브(160)는 냉매 분기라인(151)이 냉매 순환라인(150)으로 합류되는 지점에 삼방향 밸브(152)가 마련되어 각 라인을 통과하는 냉매의 유량을 제어하는 것이 도시되어 있으나, 삼방향 밸브(152)의 설치위치는 이에 한정되지 않으며, 냉매 순환라인(150)으로부터 냉매 분기라인(151)이 분기되는 시작점에 마련되어 각각의 라인으로 나뉘는 냉매의 유량을 조절하도록 할 수도 있다.

또한, 삼방향 밸브(152) 대신 냉매 분기라인(151)과 냉매 분기라인(151)이 분기된 지점 하류의 냉매 순환라인(150)에 각각 밸브를 마련하고 밸브의 개도를 제어하여 각 라인으로 공급될 냉매의 유량을 조절할 수도 있다.

액화가스와 열교환으로 냉각된 냉매는 냉열회수 냉각기(160)를 거쳐 냉각수로부터 소기의 열에너지를 공급받아 가열되므로, 냉매 가열을 위한 스팀(steam) 등의 필요량을 줄일 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 냉각수가 냉매에 의해 추가 냉각되어 종래에 비해 소기 냉각기(130)로 도입되는 냉각수의 온도가 낮아 컨덴세이트 또는 미스트(mist)의 발생량이 늘어날 수 있으므로 이를 제거하기 위한 데미스터(demister)(미도시)를 추가로 설치하거나 제거용량을 늘릴 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 소기 냉각 시스템은 선박의 엔진에 공급될 소기를 냉각수로 냉각하여 엔진으로 공급하되, 선박에서 액화가스를 기화시키기 위해 액화가스와 열교환하여 냉각된 냉매와 냉각수를 열교환시켜 추가적으로 냉각하고, 추가적으로 냉각된 냉각수로 소기를 냉각한다.

이를 통해 소기 냉각용 냉각수와 소기의 온도를 가능한 한 낮춤으로써, 연소온도를 낮추어 배기 중 NOx 발생량을 감소시키고, 엔진의 폐열과 액화가스의 냉열을 효과적으로 활용할 수 있도록 하여 시스템 전체의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 소기 냉각 시스템을 도시한 도면이다.

본 발명의 제2 실시예를 설명함에 있어서, 제1 실시예와 동일한 구성에 대해서는 자세한 설명은 생략하고, 각 실시예의 특징적인 구성을 중심으로 설명하도록 한다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 소기 냉각 시스템은, 제1 실시예와 달리, 엔진으로 공급되는 소기를 냉각시키기 위한 소기 냉각기(230)에 냉매가 직접 공급되도록 구성되고, 소기는 냉각수와 열교환될 뿐만 아니라 냉매와 직접 열교환될 수 있도록 마련된다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 소기 냉각 시스템은, 과급기(turbo charger)(110)를 통해 엔진으로 소기가 공급되는 소기 공급라인(120), 소기 공급라인(120) 상에 마련되고 엔진으로 공급되는 소기를 냉각시키기 위한 소기 냉각기(230), 소기 냉각기(131)로 공급되어 소기와 열교환하는 냉각수가 순환되는 냉각수 순환라인(140), 냉각수 순환라인(140)과 별도로 마련되어 소기 냉각기(230)에서 소기와 열교환되는 냉매가 순환되는 냉매 순환라인(250), 및 냉매 순환라인(250)에서 분기되고 소기 냉각기(230)의 후단에서 냉매 순환라인(250)과 연결되는 냉매 우회라인(251)을 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 선박의 소기 냉각 시스템은, 소기 냉각기(230)에 선박의 액화가스와 열교환으로 냉각된 냉매가 직접 공급되어, 소기는 냉각수와 열교환될 뿐만 아니라 냉매와 직접 열교환될 수 있도록 마련된다.

또한, 소기 냉각기(230)로 공급되는 냉매는 소기와 열교환된 냉각수를 열교환시켜 냉각하는 역할을 할 수도 있다.

본 실시예에서는 선박의 엔진으로 공급되는 소기를 냉각시키기 위하여, 냉각수 순환라인(140)과 별도로 냉매 순환라인(250)을 통해 소기 냉각기(230)로 냉매를 직접 공급하고 냉매를 소기와 열교환시킴으로써, 제1 실시예의 소기 냉각 시스템보다 소기의 온도를 더 낮출 수 있는 유리한 효과를 가질 수 있다.

소기 공급라인(120)에는 소기 냉각기(230)의 후단에는 소기의 온도를 측정하기 위한 소기 온도측정센서(121)가 마련되고, 냉매 우회라인(251)이 냉매 순환라인(250)에 연결되는 지점에 삼방향 밸브(252)를 마련하여, 소기 온도측정센서(121)에서 측정된 소기의 온도에 따라 소기 냉각기(230)로 공급되는 냉매의 유량을 제어할 수 있다.

도 4를 참조하면, 삼방향 밸브(252)는 냉매 우회라인(251)이 냉매 순환라인(250)에 연결되는 지점에 마련된 것이 도시되어 있으나, 삼방향 밸브(252)의 위치는 이에 한정되지 않으며, 삼방향 밸브(252)는 냉매 순환라인(250)에서 냉매 분기라인(251)이 분기되는 지점에 마련될 수도 있다.

본 실시예에 따른 선박의 소기 냉각 시스템에 있어서, 냉매 순환라인(250) 상에는 선박의 액화가스를 기화시켜 연료로 사용하기 위한 기화기(170)가 마련될 수 있다.

즉, 냉매 순환라인(250)을 순환하는 냉매는 글리콜 워터(glycol water)일 수 있으며, 냉매는 기화기(170)에서 액화가스와 열교환되어 냉각된 후 소기 냉각기(230)로 공급될 수 있다.

이때, 기화기(170)는 3개의 유로를 갖고 서로 열교환이 이루어지도록 구성된 3-유로 열교환기(3-stream heat exchanger)일 수 있다.

구체적으로, 기화기(170)는 액화가스가 공급되는 제1 유로(S1)와, 제1 유로(S1)의 액화가스와 열교환하기 위해 냉매가 공급되는 제2 유로(S2)와, 제2 유로(S2)를 통과한 냉매와 제1 유로(S1)의 액화가스가 열교환되기 위한 제3 유로(S3)를 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 기화기(170)는 제1 유로(S1)에 액화가스를 공급하기 위한 액화가스 공급라인(171)과, 제2 유로(S2)에 냉매를 공급하기 위한 냉매 공급라인(172)과, 제2 유로(S2)를 통과한 냉매를 제3 유로(S3)로 공급하기 위한 냉매 이송라인(173)을 더 포함할 수 있다.

즉, 액화가스 공급라인(171)이 제1 유로(S1)와 연결되고, 냉매 공급라인(172)을 통해 기화기(170)로 공급되는 냉매는 제2 유로(S2)에서 제1 유로(S1)의 액화가스와 열교환되며, 제2 유로를 통과한 냉매는 냉매 이송라인(173)을 통해 제3 유로(S3)로 공급되어 제1 유로(S1)의 액화가스와 다시 열교환될 수 있다.

도 4를 참조하면, 제2 유로(S2) 및 제3 유로(S3)에서 냉매의 흐름방향은 제1 유로(S1)에서 액화가스의 흐름방향과 대향되어 있는 것이 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제2 유로(S2) 및 제3 유로(S3) 중 어느 하나에서만 냉매의 흐름방향이 제1 유로(S1)에서 액화가스의 흐름방향과 대향되도록 할 수도 있다.

다시 말해, 제2 유로(S2)에서의 냉매의 흐름방향은 제1 유로(S1)에서 액화가스의 흐름방향과 대향되고, 제3 유로(S3)에서 냉매의 흐름방향은 제1 유로(S1)에서 액화가스의 흐름방향과 동일하거나 대향되도록 마련될 수 있다.

본 실시예에서, 제1 유로(S1)의 액화가스와 열교환하기 위한 냉매가 공급되는 제2 유로(S2)에서 냉매의 흐름방향은 제1 유로(S1)에서 액화가스의 흐름방향에 대향되도록 마련됨으로써, 기화기(170)에서 액화가스와 냉매의 열교환 효율이 향상될 수 있다.

한편, 제3 유로(S3)에서 냉매의 흐름방향은, 기화기(170)에서 결빙(icing)이 발생될 우려가 있을 경우에는 제1 유로(S1)에서 액화가스의 흐름방향과 동일하게 마련하고, 기화기(170)에서 빙의 우려가 없을 경우에는 제1 유로(S1)에서 액화가스의 흐름방향과 대향되도록 마련함으로써, 액화가스와 냉매의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 제3 유로(S3)의 냉매는 기화기(170)로부터 배출되어 냉매 순환라인(250)에 공급될 수 있다.

이때, 냉매 순환라인(250)에는 기화기(170)의 후단에서 제3 유로(S3)를 통해 배출되는 냉매의 온도를 측정하기 위한 냉매 온도측정센서(174)와, 냉매 공급라인(172)에서 분기되어 냉매 이송라인(173)과 연결되는 냉매 분기라인(175)과, 냉매 분기라인(175)이 냉매 이송라인(173)과 연결되는 지점에 마련되는 삼방향 밸브(3-way valve)(176)가 더 마련될 수 있다.

다시 말해, 냉매 온도측정센서(174)에서 측정된 냉매의 온도에 따라 제3 유로(S3)로 공급되는 냉매의 유량을 제어할 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에서 삼방향 밸브(176)는 냉매 분기라인(175)이 냉매 이송라인(173)과 연결되는 지점에 마련된 것이 도시되어 있으나, 삼방향 밸브(176)의 설치위치는 이에 한정되지 않으며, 냉매 공급라인(172)에서 냉매 분기라인(175)이 분기되는 지점에 마련될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 다른 선박의 소기 냉각 시스템을 도시한 도면이다.

본 발명의 제3 실시예를 설명함에 있어서, 제2 실시예와 동일한 구성에 대해서는 자세한 설명은 생략하고, 본 실시예의 특징적인 구성을 중심으로 설명하도록 한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박의 소기 냉각 시스템은, 과급기(turbo charger)(110)를 통해 엔진으로 소기가 공급되는 소기 공급라인(120), 소기 공급라인(120) 상에 마련되고 엔진으로 공급되는 소기를 냉각시키기 위한 소기 냉각기(230), 소기 냉각기(131)로 공급되어 소기와 열교환하는 냉각수가 순환되는 냉각수 순환라인(140), 냉각수 순환라인(140)과 별도로 마련되어 소기 냉각기(230)에서 소기와 열교환되는 냉매가 순환되는 냉매 순환라인(250), 및 냉매 순환라인(250)에서 분기되고 소기 냉각기(230)의 후단에서 냉매 순환라인(250)과 연결되는 냉매 우회라인(251)을 포함할 수 있다.

본 실시예에서는 선박의 엔진으로 공급되는 소기를 냉각시키기 위하여, 냉각수 순환라인(140)과 별도로 냉매 순환라인(250)을 통해 소기 냉각기(230)로 냉매를 직접 공급하고 냉매를 소기와 열교환시킴으로써 종래보다 소기의 온도를 더 낮출 수 있는 유리한 효과를 가질 수 있다.

본 실시예의 냉매 순환라인(250)에는, 제2 실시예와 달리, 선박의 연료로 사용하기 위한 냉매가 순환된다. 즉, 냉매 순환라인(250)을 순환하는 냉매는 선박의 연료로 사용하기 위한 액화가스일 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 선박의 소기 냉각 시스템은, 소기 냉각기(230)에 선박의 연료로 사용하기 위한 액화가스가 직접 공급되어, 소기는 냉각수와 열교환될 뿐만 아니라 액화가스와 직접 열교환될 수 있도록 마련된다.

본 실시예에서는, 소기를 냉각시키기 위한 냉각수뿐만 아니라 선박의 연료로 사용하기 위한 액화가스가 함께 소기 냉각기(230)로 공급됨으로써, 소기와의 큰 온도 차이로 인해 소기의 온도를 보다 더 낮출 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

110: 과급기(turbo charger)
120: 소기 공급라인
130, 230: 소기 냉각기
140: 냉각수 순환라인
150, 250: 냉매 순환라인
160: 냉열회수 냉각기
170: 기화기(vaporizer)

Claims

선박의 엔진으로 공급되는 소기(scavenge air)를 냉각시키기 위한 선박의 소기 냉각 시스템으로서,
과급기(turbo charger)를 통해 상기 엔진으로 소기가 공급되는 소기 공급라인;
상기 소기 공급라인 상에 마련되고 상기 엔진으로 공급되는 소기를 냉각시키기 위한 소기 냉각기;
상기 소기 냉각기로 공급되어 소기와 열교환하는 냉각수가 순환되는 냉각수 순환라인; 및
상기 냉각수 순환라인과 별도로 마련되어 상기 소기 냉각기에서 소기와 열교환되는 냉매가 순환되는 냉매 순환라인을 포함하는 선박의 소기 냉각 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 냉매 순환라인에서 분기되고 상기 소기 냉각기의 후단에서 상기 냉매 순환라인과 연결되는 냉매 우회라인; 및
상기 소기 공급라인에서 상기 소기 냉각기의 후단에 마련되어 상기 소기의 온도를 측정하기 위한 제1 온도측정센서를 더 포함하고,
상기 제1 온도측정센서에서 측정된 소기의 온도에 따라 상기 소기 냉각기로 공급되는 상기 냉매의 유량을 제어하는 선박의 소기 냉각 시스템.
제 2항에 있어서,
상기 냉매 순환라인에는 삼방향 밸브(3-way valve)가 마련되는 선박의 소기 냉각 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 냉매는 글리콜 워터(glycol water) 또는 상기 선박의 연료로 사용하기 위한 액화가스 중 어느 하나인 선박의 소기 냉각 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 냉매 순환라인에는 상기 소기 냉각기의 전단에서 상기 선박의 액화가스를 기화시켜 연료로 사용하기 위한 기화기가 마련되고,
상기 냉매는 상기 기화기에서 상기 액화가스와 열교환되어 냉각된 후 상기 소기 냉각기로 공급되는 선박의 소기 냉각 시스템.
제 5항에 있어서,
상기 기화기는,
상기 액화가스가 공급되는 제1 유로;
상기 제1 유로의 액화가스와 열교환하기 위한 상기 냉매가 공급되는 제2 유로; 및
상기 제2 유로를 통과한 냉매와 상기 제1 유로의 액화가스가 재차 열교환되는 제3 유로를 포함하는 선박의 소기 냉각 시스템.
제 6항에 있어서,
상기 제2 유로 및 상기 제3 유로 중 적어도 하나에서 냉매의 흐름방향은 제1 유로에서 액화가스의 흐름방향에 대향되는 선박의 소기 냉각 시스템.
제 6항에 있어서,
상기 냉매 순환라인에는 상기 기화기의 하류에서 상기 제3 유로를 통해 배출되는 냉매의 온도를 측정하기 위한 제2 온도측정센서가 마련되고,
상기 제2 온도측정센서에 측정된 냉매의 온도에 따라 상기 제3 유로로 유입되는 냉매의 유량을 제어하는 선박의 소기 냉각 시스템.
선박의 엔진으로 공급되는 소기(scavenge air)를 냉각시키기 위한 선박의 소기 냉각 방법으로서, 과급기(turbo charger)를 통해 상기 엔진으로 소기가 공급되는 소기 공급라인과, 상기 소기 공급라인 상에 마련되고 상기 엔진으로 공급되는 소기를 냉각시키기 위한 소기 냉각기와, 상기 소기 냉각기로 공급되어 소기와 열교환하는 냉각수가 순환되는 냉각수 순환라인과, 상기 냉각수 순환라인과 별도로 마련되어 상기 소기 냉각기에서 소기와 열교환되는 냉매가 순환되는 냉매 순환라인을 포함하는 선박의 소기 냉각 방법.
제 9항에 있어서,
상기 냉매 순환라인을 통해 상기 소기 냉각기로 공급되는 상기 냉매의 유량을 제어하여 상기 엔진으로 공급되는 소기의 온도를 제어하는 선박의 소기 냉각 방법.