KR20220058266A

KR20220058266A - 선박의 배출수 온도조절장치 및 방법

Info

Publication number: KR20220058266A
Application number: KR1020200143847A
Authority: KR
Inventors: 최영환; 정현민
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2022-05-09

Abstract

고정 사이트에서 운전이 되는 선박에서 장비를 냉각한 배출수를 선외로 배출하기 이전에 해수의 온도를 주변 연안 해수온도와 유사하게 하여 배출함으로써, 주변 연안 해양생물의 생태계 교란을 방지하도록 한 선박의 배출수 온도조절장치 및 방법에 관한 것으로서, 해수를 유입하는 시체스트에 설치된 수온 검출기를 통해 해수 온도를 검출하고, 검출한 해수 온도가 극지에 속하는 해수가 아니면 배출수 처리 모드를 일반 배출수 모드로 결정하고, 냉각 시스템을 일반 배출수 모드로 제어하며, 검출한 해수 온도가 극지에 속하는 해수이면, 배출수 처리 모드를 배출수 희석 모드로 결정하고, 냉각 시스템을 배출수 희석모드로 제어하여, 선박의 배출수 온도를 연안 해수 온도에 근접하게 조절하여 배출함으로써, 연안 생태계의 교란을 방지한다.

Description

선박의 배출수 온도조절장치 및 방법{Drain water temperature control apparatus and method of ship}

본 발명은 선박의 배출수 온도조절장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 고정 사이트에서 운전이 되는 선박에서 장비를 냉각한 배출수를 선외로 배출하기 이전에 해수의 온도를 주변 연안 해수온도와 유사하게 하여 배출함으로써, 주변 연안 해양생물의 생태계 교란을 방지하도록 한 선박의 배출수 온도조절장치 및 방법에 관한 것이다.

선박에는 각종 장비가 과열되는 것을 방지하기 위한 냉각시스템이 구비되어 있으며, 상기 냉각시스템은 예를 들어, 시 체스트(sea chest)로부터 유입된 해수(sea water)와의 열교환을 통해 냉각된 냉열매체를 이용하여 선박에 구비된 각종 장비를 냉각시킬 수 있다.

해수는 선박의 냉각시스템을 순환하는 냉열매체를 냉각시킨 후 승온된 상태에서 해양으로 배출된다.

이와 같이, 선박의 냉각시스템을 순환하는 냉열매체를 냉각시킨 후 승온된 해수를 해양으로 배출시킬 경우, 열 오염에 의한 환경문제가 야기된다.

여기서 열 오염이란 화력발전소, 철강 관련산업, 화학·석유·펄프 제지업 등에서 배출되는 온배수에 의한 수질 악화로 생태계에 큰 피해를 미치는 경우를 의미한다. 특히, 연근해(near shore)에서는 열 오염이 더 민감한 문제로서, 해수사용규제 등을 통해 열 오염을 방지하고 있다.

도 1은 일반적인 선박의 배출수 온도조절장치의 개략 구성도로서, 선박의 좌현(P) 및 우현(S)에 구비되어 해수를 유입하는 시체스트(SEA CHEST)(11)(12), 상기 시체스트(11)(12)를 통해 유입된 해수를 장비 냉각을 위해 배출수 냉각기(15)(16)로 이송시키는 장비 냉각용 해수 펌프(13), 상기 시체스트(11)(12)를 통해 유입된 해수를 메인 장비의 냉각용으로 공급해주는 메인 해수 펌프(14), 상기 장비 냉각용 해수 펌프(13)를 통해 공급된 해수와 장비 냉각 후 발생한 고온의 해수(이하, 배출수"라 약칭함)를 열 교환하여 배출수의 온도를 낮추는 배출수 냉각기(15)(16), 상기 배출수 냉각기(15)(16)로 출수되는 해수를 냉각 대상 장비로 공급하는 유량 밸브(17), 상기 유량 밸브(17)를 통해 공급되는 해수를 패키지 (pack. type) 공조기(19)에 공급하는 패키지 공조기 펌프(18), 복수의 냉각 대상 장비(AIR COND., DUMP.COND/DRAIN COOLER, PROV.REF.PLANT, PACK. TYPE AIR COND. UNIT, MAIN AIR COMP., BOILER WATER CIRC PUMP, MAIN GE LSMGO COOLER, BOILER LSMGO COOLER, N2 GENERATOR, IGG DRYER, IGG COOLING UNIT)(20), 상기 패키지 공조기(19) 및 복수의 냉각 대상 장비(20)를 냉각한 후 발생한 배출수를 상기 배출수 냉각기(15)(16)로 이송시키는 배출수 펌프(21)를 포함한다.

이와 같이 구성된 일반적인 선박의 배출수 온도조절장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 선박에 설치된 다양한 장비를 냉각하기 위해서, 좌현 및 우현에 각각 설치된 시체스트(11)(12)를 통해 해수(sea water)를 유입한다. 여기서 유입되는 해수의 온도는 통상 2℃ ~ 32℃ 정도가 된다.

시체스트(11)(12)를 통해 유입된 해수는 장비 냉각용 해수 펌프(13)를 통해 배출수 냉각기(15)(16)로 공급된다.

이때, 배출수 냉각기(15)(16)에는 선박에 설치된 각종 장비를 냉각하고 생성된 고온의 배출수(통상, 52.6℃)가 유입된다.

상기 배출수 냉각기(15)(16)는 상기 장비 냉각용 해수 펌프(13)를 통해 공급된 해수와 장비 냉각 후 발생한 고온의 배출수를 열 교환하여 배출수의 온도를 낮추어 배출 측으로 출수한다. 아울러 배출수 냉각기(15)(16)를 통해 열 교환이 이루어진 해수는 소정의 온도로 상승한 후, 유량 밸브(17)를 통해 선박의 냉각 장비로 공급된다.

한편, 상기 배출수 냉각기(15)(16)를 통해 열 교환이 이루어진 배출수는 소정 온도(예를 들어, 46.9℃)로 낮추어진 상태에서, 배수구를 통해 선외로 배출된다. 여기서 국제해사기구의 규정에 따라 배출수는 최대 온도 50℃로 제한되므로, 상기 도 1과 같은 냉각 시스템도 통상 배출수의 온도가 50℃ 이하가 되도록 디자인된다.

냉각 장비(19, 20)로 공급되는 냉각수(해수)는 각종 장비를 냉각하고 다시 온도가 상승하여 고온의 배출수가 되며, 이는 배출수 펌프(21)를 통해 상기 배출수 냉각기(15)(16)로 이송된다.

이후, 다시 열 교환이 이루어진 후 선외로 배출이 된다.

메인 쿨러의 냉각 방식도 상기와 같이 동일하게 이루어지며, 생성된 배출수 역시 50℃ 이하로 제한되어 선외로 배출된다.

이러한 일반적인 선박의 냉각 시스템은 운항 시에는 국제해사기구에 의해 규정에 따른 배출수 온도 제한에 맞게 설계된(50℃ 이하) 상태이므로 문제가 없다.

그러나 항구에 기항하거나 특정 사이트에 고정된 상태에서는, 선박에서 배출수를 선외로 배출하기 이전에 해수 온도 평형을 구현하기 위한 해수 온도 평형장치를 별도로 구비해야 한다.

즉, 운항 선박에 대해서는 배출수에 대한 별도의 온도 가이드가 없다(운항이 되고 있으므로 대양에서 해수와 혼합되어 온도가 같아진다고 보기 때문).

반면, 일반 상선이 항구에 기항하는 동안 냉각 목적의 해수를 사용하여 고온의 배출수를 지속적으로 배출하는 경우, 또는, FSRU, FSU 또는 바지(Barge) 선과 같이 고정 사이트에서 운전이 되는 선박의 경우, 배출수가 주변 연안의 생태계를 교란시킬 수 있으므로, 선박에서 배출수를 선외로 배출하기 이전에 해수 온도 평형이 요구되고 있다. 즉, 배출되는 배출수가 50℃ 이하로 제한되어도, 연안의 해수 온도가 32℃이면 해수 대비 최대 18℃의 온도차가 발생하여 해양생태계에 많은 악영향을 끼친다.

특히, 러시안 룰(Russian Rule)의 경우, 해수와 배출수의 온도 차이가 5℃ 이내로 제한된다.

따라서 상기와 같이 러시안 룰을 만족시키거나 해수 온도 평형을 위해서는 도 1과 같은 일반적인 냉각 시스템을 구비한 선박에서도 별도의 해수 온도 평형 장치를 구비해야 하는 단점이 있다.

한편, 하기의 <특허문헌 1> 에는 종래에 제안된 선박의 해수 처리 시스템이 개시되어 있다.

<특허문헌 1> 은 선박에 구비된 장비들을 냉각시키는 데 사용된 냉열 매체를 냉각시키는 데 해수를 사용하여 냉각시킨 다음, 사용된 해수를 냉각시켜 배출시키거나 다시 냉열 매체를 냉각시키는 데 사용한다.

그러나 이러한 <특허문헌 1> 도 냉각에 사용된 고온의 해수를 냉각시키기 위해 별도의 냉각탑을 이용하므로, 냉각 시스템의 구현이 복잡함은 물론 냉각 시스템의 구현 비용도 많이 소요되는 단점이 있다.

대한민국 공개특허 10-2016-0053611(2016.05.13. 공개)(선박의 해수 처리시스템 및 방법)

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 고정 사이트에서 운전이 되는 선박에서 장비를 냉각한 배출수를 선외로 배출하기 이전에 해수의 온도를 주변 연안 해수온도와 유사하게 하여 배출함으로써, 주변 연안 해양생물의 생태계 교란을 방지하도록 한 선박의 배출수 온도조절장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 일반 상선이 항구에 기항한 상태에서, 냉각수를 이용하여 장비를 냉각할 경우, 장비를 냉각한 배출수를 선외로 배출하기 이전에 해수의 온도를 주변 연안 해수온도와 유사하게 하여 배출함으로써, 주변 연안 해양생물의 생태계 교란을 방지하도록 한 선박의 배출수 온도조절장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "선박의 배출수 온도조절장치"는,

선박의 좌현(P) 및 우현(S)에 구비되어 해수를 유입하고, 유입한 해수 또는 배출수와 혼합을 통해 온도가 상승된 해수를 출력하는 시체스트(SEA CHEST);

상기 시체스트로부터 출력된 해수를 장비 냉각을 위해 배출수 냉각기로 이송시키는 장비 냉각용 해수 펌프;

상기 시체스트로부터 출력된 해수를 메인 장비의 냉각용으로 공급해주는 메인 냉각용 해수 펌프;

상기 장비 냉각용 해수 펌프를 통해 공급된 해수를 장비 냉각용 해수로 공급하고, 상기 장비의 냉각 후 발생한 고온의 배출수를 열 교환하여 배출수의 온도를 낮추는 배출수 냉각기;

상기 시체스트로부터 유입된 해수의 검출 온도에 따라 배출수 처리 모드를 결정하고, 결정한 배출수 처리 모드가 배출수 희석 모드이면, 희석용 해수의 공급을 제어하는 컨트롤러;

배출수 희석용 해수를 유입하는 희석용 해수 시체스트;

상기 컨트롤러에 의해 희석용 해수 공급 명령이 전달되면, 상기 희석용 해수 시체스트에서 공급된 희석용 해수를 상기 배출수 냉각기로부터 출력되는 배출수 출수라인으로 공급하여 배출수가 설정 온도로 제한되어 선외로 출수되도록 하는 희석용 해수 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 시체스트는 유입한 해수의 온도가 일반 해수온도이면 유입한 해수를 냉각용 해수로 출력하고, 상기 유입한 해수가 극지 해수일 경우 상기 배출수 냉각기로부터 출력된 배출수와 유입한 해수를 혼합하여 유입한 해수의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 한다.

상기에서 시체스트는 상기 배출수 냉각기로부터 출수된 배출수를 유입한 해수 측으로 분사하는 배출수 분사부;

상기 유입한 해수의 온도를 검출하여 상기 컨트롤러에 전달하는 수온 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 배출수 처리 모드는 상기 배출수 냉각기로부터 출수되는 배출수를 그대로 선외로 배출시키는 일반 배출수 모드와, 상기 배출수 냉각기로부터 출수되는 배출수와 유입한 해수를 혼합하여 배출수의 온도를 설정 온도로 낮추어 선외로 배출시키는 배출수 희석 모드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 컨트롤러는 검출한 해수 온도가 2 ~ 32℃ 범위이면 배출수 처리 모드를 일반 배출수 모드로 결정하고, 검출한 해수 온도가 -2℃ 이하이면 배출수 처리 모드를 배출수 희석 모드로 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 컨트롤러는 배출수 처리 모드가 배출수 희석 모드이면, 상기 배출수 냉각기로부터 배출되는 배출수와 상기 희석용 해수 시체스트로부터 유입된 해수를 혼합하여 배출수의 온도와 해수의 온도차이가 5℃ 이내로 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 컨트롤러는 배출수의 온도 또는 해수의 온도에 따라 상기 희석용 해수 펌프의 운전 대수 및 동작 속도를 조절하여 희석용 해수의 유입량을 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "선박의 배출수 온도조절방법"은,

(a) 해수를 유입하는 시체스트에 설치된 수온 검출기를 통해 해수 온도를 검출하는 단계;

(b) 컨트롤러에서 상기 검출한 해수 온도가 극지에 속하는 해수가 아니면 배출수 처리 모드를 일반 배출수 모드로 결정하고, 냉각 시스템을 일반 배출수 모드로 제어하는 단계;

(c) 상기 컨트롤러에서 상기 검출한 해수 온도가 극지에 속하는 해수이면, 배출수 처리 모드를 배출수 희석 모드로 결정하고, 냉각 시스템을 배출수 희석모드로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (c)단계는,

(c1) 배출수 희석 모드로 진입하는 단계;

(c2) 시체스트를 통해 해수를 흡입하는 단계;

(c3) 시체스트에서 배출수 재순환을 통해 고온의 배출수로 유입된 해수에 포함된 얼음 조각들을 해동하여 해수 온도를 상승시키는 단계;

(c4) 상기 온도가 상승된 해수로 배출수를 열 교환하여 장비 냉각용 냉각수로 공급함과 동시에 배출수의 온도를 낮추는 단계;

(c5) 희석용 해수 펌프와 희석용 해수 시체스트를 통해 배출수 희석용 해수를 유입하여, 배출수와 배출수 희석용 해수를 혼합하여 배출수 온도를 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 (c5)단계는 상기 배출수 냉각기로부터 배출되는 배출수와 상기 희석용 해수 시체스트로부터 유입된 해수를 혼합하여 배출수의 온도와 해수의 온도차이가 5℃ 이내로 유지되도록 배출수 온도를 낮추는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 FSRU, FSU 또는 바지선과 같이 고정 사이트에서 운전이 되는 선박에서, 장비를 냉각한 배출수를 선외로 배출하기 이전에 해수의 온도를 주변 연안 해수온도와 유사하게 하여 배출함으로써, 주변 연안 해양생물의 생태계 교란을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 일반 상선이 항구에 기항한 상태에서, 냉각수를 이용하여 장비를 냉각할 경우, 장비를 냉각한 배출수를 선외로 배출하기 이전에 해수의 온도를 주변 연안 해수온도와 유사하게 하여 배출함으로써, 주변 연안 해양생물의 생태계 교란을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 종래와 같은 배출수의 온도를 냉각하기 위한 별도의 냉각탑을 구현할 필요없이, 해수를 이용하여 배출수를 희석하는 방식으로 배출수의 온도를 최적으로 조절할 수 있어, 전체적인 냉각 시스템의 구현을 단순화함은 물론 냉각 시스템의 구현 비용도 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 선박에 적용된 냉각 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 선박의 배출수 온도조절장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 선박의 배출수 온도조절방법을 보인 흐름도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박의 배출수 온도조절장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박의 배출수 온도조절장치의 구성도로서, 시체스트(101)(102), 냉각용 해수 펌프(103), 메인 해수 펌프(104), 배출수 냉각기(105)(106), 냉각수 공급 밸브(107), 패키지 공조기 펌프(108), 패키지 공조기(109), 냉각 대상 장비(120), 배출수 펌프(121), 컨트롤러(130), 희석용 해수 시체스트(131), 수온 검출기(131)(133), 희석용 해수 펌프(134), 메인 배출수 밸브(135)를 포함할 수 있다.

여기서 냉각 대상 장비(120) 및 패키지 공조기(109)를 제외한 나머지 구성을 냉각 시스템이라고 할 수 있다.

시체스트(SEA CHEST)(101)(102)는 선박의 좌현(P) 및 우현(S)에 구비되어 해수를 유입하고, 유입한 해수 또는 배출수와 혼합을 통해 온도가 상승된 해수를 출력하는 역할을 한다.

이러한 시체스트(101)(102)는 유입한 해수의 온도가 일반 해수온도(2 ~ 32℃)이면 유입한 해수를 냉각용 해수로 출력하고, 상기 유입한 해수가 극지 해수일 경우(예를 들어, -2℃ 이하), 상기 배출수 냉각기(105)(106)로부터 출력된 배출수와 유입한 해수를 혼합하여 유입한 해수의 온도를 상승시켜 출력한다.

이러한 시체스트(101)(102)는 상기 배출수 냉각기(105)(106)로부터 출수된 배출수를 유입한 해수 측으로 분사하는 배출수 분사부(101a)(102a), 상기 유입한 해수의 온도를 검출하여 상기 컨트롤러(130)에 전달하는 수온 검출기(132)(133)를 포함할 수 있다.

장비 냉각용 해수 펌프(103)는 상기 시체스트(101)(102)로부터 출력된 해수를 장비 냉각을 위해 배출수 냉각기(105)(106)로 이송시키는 역할을 한다.

배출수 냉각기(105)(106)는 상기 장비 냉각용 해수 펌프(103)를 통해 공급된 해수를 장비 냉각용 해수로 공급하고, 상기 장비의 냉각 후 발생한 고온의 배출수를 열 교환하여 배출수의 온도를 낮추는 역할을 한다.

패키지 공조기 펌프(108)는 냉각수 공급 밸브(1107)를 통해 공급되는 해수를 패키지 공조기(109)에 공급하는 역할을 한다.

복수의 냉각 대상 장비(20)는 선박에 설치되어 냉각이 필요한 장비로서, AIR COND., DUMP.COND/DRAIN COOLER, PROV.REF.PLANT, PACK. TYPE AIR COND. UNIT, MAIN AIR COMP., BOILER WATER CIRC PUMP, MAIN GE LSMGO COOLER, BOILER LSMGO COOLER, N2 GENERATOR, IGG DRYER, IGG COOLING UNIT 등을 포함할 수 있다.

컨트롤러(130)는 상기 시체스트(101)(102)로부터 유입된 해수의 검출 온도에 따라 배출수 처리 모드를 결정하고, 결정한 배출수 처리 모드가 일반 배출수 모드이면 희석용 해수의 사용은 억제하면서 배출수 처리를 제어하고, 결정한 배출수 처리 모드가 배출수 희석 모드이면, 희석용 해수의 공급을 제어하는 역할을 한다.

이러한 컨트롤러(130)는 마이컴, 중앙처리장치 등의 다양한 제어 유닛을 이용할 수 있다.

상기 일반 배출수 모드는 상기 배출수 냉각기(105)(106)로부터 출수되는 배출수를 그대로 선외로 배출시키는 모드를 의미하며, 배출수 희석 모드는 상기 배출수 냉각기(105)(106)로부터 출수되는 배출수와 유입한 해수를 혼합하여 배출수의 온도를 설정 온도로 낮추어 선외로 배출시키는 모드를 의미한다.

아울러 상기 컨트롤러(130)는 검출한 해수 온도가 2 ~ 32℃ 범위에 속하면 배출수 처리 모드를 일반 배출수 모드로 결정하고, 검출한 해수 온도가 -2℃ 이하이면 배출수 처리 모드를 배출수 희석 모드로 결정한다.

또한, 상기 컨트롤러(130)는 배출수 처리 모드가 배출수 희석 모드이면, 상기 배출수 냉각기(105)(106)로부터 배출되는 배출수와 상기 희석용 해수 시체스트(131)로부터 유입된 해수를 혼합하여 배출수의 온도와 해수의 온도차이가 5℃ 이내로 유지되도록 한다.

특히, 상기 컨트롤러(130)는 배출수의 온도 또는 해수의 온도에 따라 상기 희석용 해수 펌프의 운전 대수 및 동작 속도를 조절하여 희석용 해수의 유입량을 조절할 수 있다.

희석용 해수 시체스트(131)는 배출수 희석용 해수를 유입하는 역할을 한다.

희석용 해수 펌프(134)는 상기 컨트롤러(130)에 의해 희석용 해수 공급 명령이 전달되면, 상기 희석용 해수 시체스트(131)에서 공급된 희석용 해수를 상기 배출수 냉각기(105)(106)로부터 출력되는 배출수 출수 라인으로 공급하여 배출수가 설정 온도로 제한되어 선외로 출수되도록 한다.

여기서 장비 냉각용 해수 펌프(103), 메인 해수 펌프(104)) 및 희석용 해수 펌프(134)는 각각 복수의 펌프로 구현할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 선박의 배출수 온도조절장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 컨트롤러(130)는 냉각 시스템을 제어하기 위해, 시체스트(101)(102)에 구비된 수온 검출기(132)(133)를 이용하여 유입되는 해수의 수온을 검출한다. 여기서 수온 검출기(132)(133)는 하나의 시체스트에만 설치할 수 있다.

상기 컨트롤러(130)는 검출한 해수 온도를 분석하여, 일반적인 해수온도 즉, 2 ~ 32℃의 온도이면 일반적인 해수온도라고 판단을 하고, 일반 배출수 모드로 냉각 시스템을 제어한다. 해수온도가 1℃, -1℃ 일 경우에도 일반적인 해수온도라고 판단을 한다.

이와는 달리 검출한 해수 온도가 -2℃ 이하이면, 극지라고 판단을 하고, 배출수 희석 모드로 냉각 시스템을 제어한다.

검출한 해수온도가 일반적인 해수온도에 속하면 일반 배출수 모드로 진입을 하고, 냉각 시스템을 제어한다.

여기서 일반 배출수 모드에서 냉각 시스템의 제어는 도 1과 같은 일반적인 선박의 냉각 시스템과 동일하게 이루어진다.

즉, 냉각 과정은 시체스트(101)(102)로부터 유입된 해수는, 장비 냉각용 해수 펌프(103), 배출수 냉각기(105)(106), 냉각수 공급 밸브(107)를 통해, 복수의 냉각 대상 장비(102)로 공급되어 해당 장비를 냉각하며, 아울러 팩 공조기 펌프(108)를 통해 패키지 공조기(109)에 공급되어 냉각 작용을 한다.

상기 패키지 공조기(109) 및 냉각 장비(120)를 통해 생성된 고온의 배출수는 배출수 펌프(121)를 통해, 배출수 냉각기(105)(106)에서 유입된 해수와 열 교환을 통해 온도가 낮아지게 된다.

이렇게 낮아지는 배출수는 약 46.9℃의 온도가 되어, 선외로 배출된다.

마찬가지로, 메인 해수 펌프(104)를 통해 공급되는 해수 역시 메인 냉각 장비 등을 냉각한 후, 상기 배출수 냉각기(105)(106)를 경유하여 적절한 온도로 낮추어진 상태에서 선외로 배출된다.

한편, 본 발명의 특징은 검출한 해수 온도가 -2℃ 이하이면, 컨트롤러(130)는 극지로 판단을 하고, 배출수 희석 모드로 진입을 하여 냉각 시스템을 제어한다.

예컨대, 배출수 희석 모드에서, 시체스트(101)(102)는 배출수 냉각기(105)(106)로부터 배출되는 배출수를 배출수 분사부(101a)(102a)를 통해 시체스트(101)(102)의 내부 해수 유입부로 분사한다.

이때, 시체스트(101)(102)는 해수를 유입하게 되고, 시체스트(101)(102) 내부에서 상기 배출수 분사부(101a)(102a)에 의해 분사된 고온의 배출수와 혼합하여 해수의 온도를 상승시킨다.

실제 해수 온도가 -2℃ 이하인 극지에서는, 해수에 얼음 조각들이 포함될 수 있다. 이렇게 공급되는 얼음 조작 들에 의해 펌프가 막히거나 해수 유입구가 막히는 등 냉각 시스템에 문제를 유발할 수 있다.

따라서 이러한 문제를 개선하기 위해서, 본 발명에서는 시체스트(101)(102) 내부에서 유입된 해수에 포함된 얼음 조각들을 고온의 배출수로 녹이게 된다. 여기서 극지에서 배출수 냉각기(105)(106)를 통해 배출되는 배출수의 온도는 16.9℃ 정도가 된다.

이러한 고온의 배출수를 재순환시켜, 유입되는 해수의 온도를 약 2℃ 정도까지 상승시킨다.

온도가 상승한 해수는 장비 냉각용 해수 펌프(103) 및 메인 해수 펌프(104)를 통해 냉각용 해수로 공급된다. 메인 해수 펌프(104)에서 공급되는 해수는 메인 시스템의 냉각수로 작용한 후, 고온의 배출수는 별도의 냉각기를 통해 배출수로 배출되거나 상기 배출수 냉각기(105)(106)를 경유하여 열 교환을 통해 온도가 낮아진 상태(16.9℃)로 출력된다.

아울러 상기 장비 냉각용 해수 펌프(103)는 온도가 상승한 해수를 상기 배출수 냉각기(105)(106)로 공급한다.

배출수 냉각기(105)(106)는 선박에 설치된 각종 냉각 장비(120)를 냉각한 후 가열된 고온의 배출수를 배출수 펌프(121)를 통해 유입 받고, 유입 받은 배출수와 상기 온도가 상승한 해수를 열 교환하여, 배출수의 온도는 16.9℃로 낮춘다.

이렇게 낮추어진 배출수는 상기 시체스트(101)(102)에 공급되어 유입 해수에 포함된 얼음 조각을 녹이는 역할을 함과 동시에 배출 라인을 통해 배출이 이루어진다.

이때, 컨트롤러(130)의 제어에 의해 희석용 해수 펌프(134)는 동작하여, 별도로 마련된 희석용 해수 시체스트(131)를 통해 유입된 해수를 상기 배출수 라인으로 공급하여, 배출수 라인으로 출수 되는 배출수와 혼합이 이루어지도록 한다.

배출수 라인으로 출수되는 16.9℃의 배출수는 배출수 희석 모드에서 희석용 해수 시체스트(131)를 통해 지속적으로 유입되는 해수(-2℃ 이하 수온)와 혼합되어, 배출수의 온도가 3℃까지 낮추어 선외로 출수된다.

출수되는 배출수의 온도가 3℃이고, 유입된 해수가 -2℃이면, 그 차이가 5℃가 되어, 러시안 룰이나 기타 국제해사기구에서 규정한 연안 해수 온도와 극히 유사해지게 되어, 고온에 따라 발생할 수 있는 해양 생태계의 교란을 방지할 수 있게 된다.

여기서 본 발명의 다른 특징으로서, 배출수 라인에 배출수 온도를 검출하는 수온 검출기(도면에는 미도시) 또는 배출수와 해수와 혼합된 후 출수되는 배출수의 온도를 검출하는 수온 검출기(도면에는 미도시)를 이용하여, 냉각된 배출수 또는 출수되는 배출수의 온도를 검출한다.

이렇게 검출되는 배출수의 온도를 상기 컨트롤러(130)에 전달된다.

컨트롤러(130)는 검출되는 냉각된 배출수의 온도 또는 출수되는 배출수의 온도를 분석하여, 그 온도에 따라 상기 희석용 해수 펌프(134)의 운전 대수를 조절하거나 동작 속도를 조절하여, 희석용 해수의 유입량을 최적으로 조절한다.

도 3은 본 발명에 따른 "선박의 배출수 온도조절방법"을 보인 흐름도로서, (a) 해수를 유입하는 시체스트(101)(102)에 설치된 수온 검출기(101a)(102a)를 통해 해수 온도를 검출하는 단계(S101), (b) 컨트롤러(130)에서 상기 검출한 해수 온도가 극지에 속하는 해수가 아니면 배출수 처리 모드를 일반 배출수 모드로 결정하고, 냉각 시스템을 일반 배출수 모드로 제어하는 단계(S103), (c) 상기 컨트롤러(130)에서 상기 검출한 해수 온도가 극지에 속하는 해수이면, 배출수 처리 모드를 배출수 희석 모드로 결정하고, 냉각 시스템을 배출수 희석모드로 제어하는 단계(S102, S104 - S110)를 포함한다.

상기 (c)단계는 (c1) 배출수 희석 모드로 진입하는 단계(S104), (c2) 시체스트를 통해 해수를 흡입하는 단계(S105), (c3) 시체스트(101)(102)에서 배출수 재순환을 통해 고온의 배출수로 유입된 해수에 포함된 얼음 조각들을 해동하여 해수 온도를 상승시키는 단계(S106), (c4) 상기 온도가 상승된 해수로 배출수를 열 교환하여 장비 냉각용 냉각수로 공급함과 동시에 배출수의 온도를 낮추는 단계(S107), (c5) 희석용 해수 펌프(134)와 희석용 해수 시체스트(131)를 통해 배출수 희석용 해수를 유입하여, 배출수와 배출수 희석용 해수를 혼합하여 배출수 온도를 낮추는 단계(S108 - S110)를 포함한다.

상기 (c5)단계는 상기 배출수 냉각기(105)(106)로부터 배출되는 배출수와 상기 희석용 해수 시체스트(131)로부터 유입된 해수를 혼합하여 배출수의 온도와 해수의 온도차이가 5℃ 이내로 유지되도록 배출수 온도를 낮춘다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 선박의 배출수 온도조절방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 단계 S101에서 본 발명의 컨트롤러(130)는 냉각 시스템을 제어하기 위해, 시체스트(101)(102)에 구비된 수온 검출기(132)(133)를 이용하여 유입되는 해수의 수온을 검출한다. 여기서 수온 검출기(132)(133)는 하나의 시체스트에만 설치할 수 있다.

상기 컨트롤러(130)는 단계 S102에서 검출한 해수 온도를 분석하여, 일반적인 해수온도 즉, 2 ~ 32℃의 온도이면 일반적인 해수온도라고 판단을 하고, 일반 배출수 모드로 냉각 시스템을 제어한다. 해수온도가 1℃, -1℃ 일 경우에도 일반적인 해수온도라고 판단을 한다.

검출한 해수온도가 일반적인 해수온도에 속하면 단계 S103로 이동하여 일반 배출수 모드로 진입을 하고, 냉각 시스템을 제어한다.

여기서 일반 배출수 모드에서 냉각 시스템의 제어는 전술한 선박의 일반 배출수 모드 시의 냉각 시스템과 동일하게 이루어지므로, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명의 특징은 검출한 해수 온도가 -2℃ 이하이면, 단계 S104로 이동하여 컨트롤러(130)는 극지로 판단을 하고, 배출수 희석 모드로 진입을 하여 냉각 시스템을 제어한다.

예컨대, 배출수 희석 모드에서, 단계 S105 및 S106과 같이, 시체스트(101)(102)는 배출수 냉각기(105)(106)로부터 배출되는 배출수를 배출수 분사부(101a)(102a)를 통해 시체스트(101)(102)의 내부 해수 유입부로 분사한다.

온도가 상승한 해수는 단계 S107에서 장비 냉각용 해수 펌프(103) 및 메인 해수 펌프(104)를 통해 냉각용 해수로 공급된다. 메인 해수 펌프(104)에서 공급되는 해수는 메인 시스템의 냉각수로 작용한 후, 고온의 배출수는 별도의 냉각기를 통해 배출수로 배출되거나 상기 배출수 냉각기(105)(106)를 경유하여 열 교환을 통해 온도가 낮아진 상태(16.9℃)로 출력된다.

이때, 컨트롤러(130)의 제어에 의해 단계 S108에서 희석용 해수 펌프(134)는 동작하여, 별도로 마련된 희석용 해수 시체스트(131)를 통해 유입된 해수를 상기 배출수 라인으로 공급하여, 배출수 라인으로 출수 되는 배출수와 혼합이 이루어지도록 한다.

단계 S109 및 S110에서, 배출수 라인으로 출수되는 16.9℃의 배출수는 배출수 희석 모드에서 희석용 해수 시체스트(131)를 통해 지속적으로 유입되는 해수(-2℃ 이하 수온)와 혼합되어, 배출수의 온도가 3℃까지 낮추어 선외로 출수된다.

이와 같이 본 발명은 FSRU, FSU 또는 바지선과 같이 고정 사이트에서 운전이 되는 선박에서, 장비를 냉각한 배출수를 선외로 배출하기 이전에 해수의 온도를 주변 연안 해수온도와 유사하게 하여 배출함으로써, 주변 연안 해양생물의 생태계 교란을 방지할 수 있다.

또한, 일반 상선이 항구에 기항한 상태에서, 냉각수를 이용하여 장비를 냉각할 경우, 장비를 냉각한 배출수를 선외로 배출하기 이전에 해수의 온도를 주변 연안 해수온도와 유사하게 하여 배출함으로써, 주변 연안 해양생물의 생태계 교란을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 해수를 이용하여 배출수를 희석하는 방식으로 배출수의 온도를 최적으로 조절할 수 있어, 전체적인 냉각 시스템의 구현을 단순화함은 물론 냉각 시스템의 구현 비용도 최소화할 수 있는 효과가 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

101, 102: 시체스트
103: 냉각용 해수 펌프
104: 메인 해수 펌프
105, 106: 배출수 냉각기
107: 냉각수 공급 밸브
108: 패키지 타입 공조기 펌프
109: 패키지 타입 공조기
120: 냉각 대상 장비
121: 배출수 펌프
130: 컨트롤러
131: 희석용 해수 시체스트
132: 수온 검출기
134: 희석용 해수 펌프

Claims

선박의 좌현(P) 및 우현(S)에 구비되어 해수를 유입하고, 유입한 해수 또는 배출수와 혼합을 통해 온도가 상승된 해수를 출력하는 시체스트(SEA CHEST);
상기 시체스트로부터 출력된 해수를 장비 냉각을 위해 배출수 냉각기로 이송시키는 장비 냉각용 해수 펌프;
상기 시체스트로부터 출력된 해수를 메인 장비의 냉각용으로 공급해주는 메인 냉각용 해수 펌프;
상기 장비 냉각용 해수 펌프를 통해 공급된 해수를 장비 냉각용 해수로 공급하고, 상기 장비의 냉각 후 발생한 고온의 배출수를 열 교환하여 배출수의 온도를 낮추는 배출수 냉각기;
상기 시체스트로부터 유입된 해수의 검출 온도에 따라 배출수 처리 모드를 결정하고, 결정한 배출수 처리 모드가 배출수 희석 모드이면, 희석용 해수의 공급을 제어하는 컨트롤러;
배출수 희석용 해수를 유입하는 희석용 해수 시체스트; 및
상기 컨트롤러에 의해 희석용 해수 공급 명령이 전달되면, 상기 희석용 해수 시체스트에서 공급된 희석용 해수를 상기 배출수 냉각기로부터 출력되는 배출수 출수라인으로 공급하여 배출수가 설정 온도로 제한되어 선외로 출수되도록 하는 희석용 해수 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 배출수 온도조절장치.
청구항 1에서, 상기 시체스트는 유입한 해수의 온도가 일반 해수온도이면 유입한 해수를 냉각용 해수로 출력하고, 상기 유입한 해수가 극지 해수일 경우 상기 배출수 냉각기로부터 출력된 배출수와 유입한 해수를 혼합하여 유입한 해수의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 선박의 배출수 온도조절장치.
청구항 1에서, 상기 시체스트는 상기 배출수 냉각기로부터 출수된 배출수를 유입한 해수 측으로 분사하는 배출수 분사부;
상기 유입한 해수의 온도를 검출하여 상기 컨트롤러에 전달하는 수온 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 배출수 온도조절장치.
청구항 1에서, 상기 배출수 처리 모드는 상기 배출수 냉각기로부터 출수되는 배출수를 그대로 선외로 배출시키는 일반 배출수 모드와, 상기 배출수 냉각기로부터 출수되는 배출수와 유입한 해수를 혼합하여 배출수의 온도를 설정 온도로 낮추어 선외로 배출시키는 배출수 희석 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 배출수 온도조절장치.
청구항 1에서, 상기 컨트롤러는 검출한 해수 온도가 2 ~ 32℃ 범위이면 배출수 처리 모드를 일반 배출수 모드로 결정하고, 검출한 해수 온도가 -2℃ 이하이면 배출수 처리 모드를 배출수 희석 모드로 결정하는 것을 특징으로 하는 선박의 배출수 온도조절장치.
청구항 1에서, 상기 컨트롤러는 배출수 처리 모드가 배출수 희석 모드이면, 상기 배출수 냉각기로부터 배출되는 배출수와 상기 희석용 해수 시체스트로부터 유입된 해수를 혼합하여 배출수의 온도와 해수의 온도차이가 5℃ 이내로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 선박의 배출수 온도조절장치.
청구항 1에서, 상기 컨트롤러는 배출수의 온도 또는 해수의 온도 또는 배출수와 해수가 혼합되어 최종적으로 출수되는 배출수의 온도에 따라 상기 희석용 해수 펌프의 운전 대수 및 동작 속도를 조절하여 희석용 해수의 유입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 선박의 배출수 온도조절장치.
청구항 1 내지 청구항 8에 기재된 선박의 배출수 온도조절장치를 이용하여 선박의 배출수 온도를 조절하기 위한 방법으로서,
(a) 해수를 유입하는 시체스트에 설치된 수온 검출기를 통해 해수 온도를 검출하는 단계;
(b) 컨트롤러에서 상기 검출한 해수 온도가 극지에 속하는 해수가 아니면 배출수 처리 모드를 일반 배출수 모드로 결정하고, 냉각 시스템을 일반 배출수 모드로 제어하는 단계; 및
(c) 상기 컨트롤러에서 상기 검출한 해수 온도가 극지에 속하는 해수이면, 배출수 처리 모드를 배출수 희석 모드로 결정하고, 냉각 시스템을 배출수 희석모드로 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 배출수 온도조절방법.
청구항 8에서, 상기 (c)단계는,
(c1) 배출수 희석 모드로 진입하는 단계;
(c2) 시체스트를 통해 해수를 흡입하는 단계;
(c3) 시체스트에서 배출수 재순환을 통해 고온의 배출수로 유입된 해수에 포함된 얼음 조각들을 해동하여 해수 온도를 상승시키는 단계;
(c4) 상기 온도가 상승된 해수로 배출수를 열 교환하여 장비 냉각용 냉각수로 공급함과 동시에 배출수의 온도를 낮추는 단계;
(c5) 희석용 해수 펌프와 희석용 해수 시체스트를 통해 배출수 희석용 해수를 유입하여, 배출수와 배출수 희석용 해수를 혼합하여 배출수 온도를 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 배출수 온도조절방법.
청구항 9에서, 상기 (c5)단계는 상기 배출수 냉각기로부터 배출되는 배출수와 상기 희석용 해수 시체스트로부터 유입된 해수를 혼합하여 배출수의 온도와 해수의 온도차이가 5℃ 이내로 유지되도록 배출수 온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 선박의 배출수 온도조절방법.