KR20230094688A - 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에너지를 절감할 수 있는 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템 및 방법 에 관한 것이다.
본 발명에 따른 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템은, 선박의 상갑판 아래 선체에 배치되며, 냉각수에 의한 냉각을 필요로 하는 장비들로 공급할 냉각수를 냉각시키는 청수쿨러; 상기 상갑판 상에 배치되며, 극지방을 운항할 때에는 가동되지 않는 장비들을 포함하는 비필수 그룹; 상기 상갑판 상에 배치되고, 극지방을 운항할 때에도 가동되어야만 하며 냉각수에 의한 냉각을 필요로 하는 장비들을 포함하는 필수 그룹; 상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수 중 상기 선체에 배치된 장비들 및 상기 비필수 그룹과 필수 그룹에 공급할 냉각수를 동시에 순환시킬 수 있는 대용량의 제3 펌프; 상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수가 상기 상갑판 상에 배치되는 필수 그룹까지 공급될 수 있도록 냉각수를 승압시키는 소용량의 제4 펌프; 및 상기 선박이 극지방을 운항할 때에는 상기 비필수 그룹과 제3 펌프의 운전을 정지하고, 제4 펌프를 가동하여 상기 청수쿨러에서 냉각된 냉각수가 필수 그룹에만 공급되도록 제어하는 제어부;를 포함한다.
본 발명에 따른 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템은, 선박의 상갑판 아래 선체에 배치되며, 냉각수에 의한 냉각을 필요로 하는 장비들로 공급할 냉각수를 냉각시키는 청수쿨러; 상기 상갑판 상에 배치되며, 극지방을 운항할 때에는 가동되지 않는 장비들을 포함하는 비필수 그룹; 상기 상갑판 상에 배치되고, 극지방을 운항할 때에도 가동되어야만 하며 냉각수에 의한 냉각을 필요로 하는 장비들을 포함하는 필수 그룹; 상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수 중 상기 선체에 배치된 장비들 및 상기 비필수 그룹과 필수 그룹에 공급할 냉각수를 동시에 순환시킬 수 있는 대용량의 제3 펌프; 상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수가 상기 상갑판 상에 배치되는 필수 그룹까지 공급될 수 있도록 냉각수를 승압시키는 소용량의 제4 펌프; 및 상기 선박이 극지방을 운항할 때에는 상기 비필수 그룹과 제3 펌프의 운전을 정지하고, 제4 펌프를 가동하여 상기 청수쿨러에서 냉각된 냉각수가 필수 그룹에만 공급되도록 제어하는 제어부;를 포함한다.
Description
본 발명은 에너지를 절감할 수 있는 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템 및 방법 에 관한 것이다.
기후변화의 영향으로 북극 주변의 얼음이 녹으면서, 북극해 바닷길(Northern Sea Route)에 대한 관심이 커지고 있는 가운데, 쇄빙 액화천연가스 운반선이 주목받고 있다. 쇄빙 액화천연가스 운반선은, 액화천연가스 생산지에서 액화천연가스를 싣고, 극지방 결빙해역의 얼음을 갈라 항로를 열면서 운항하여, 아시아, 태평양 등의 액화천연가스 수요처로 액화천연가스를 운반하는 선박이다. 이러한 쇄빙 액화천연가스 운반선과 같은 극지용 선박이 운항하는 해역은 평균 대기온도가 약 -52℃에 이른다.
극지용 선박은 물론 해상에 부유하는 해양 플랜트 등 해상 부유 구조물에는 주엔진인 추진엔진을 비롯하여 발전 엔진, 그리고 각종 장치를 구동하기 위한 보조 엔진들이 엔진룸에 마련된다.
엔진은 주로 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 열기관이 보편적으로 채택되며, 대표적으로는 2행정 엔진이나 4행정 엔진과 같은 내연기관이 채택된다.
연료를 연소시켜 얻은 열 에너지를 추진력 등 기계적 에너지로 변환시키는데 있어서, 열역학 제2법칙에 따라 열손실이 발생할 수밖에 없다. 즉, 연료가 연소하면서 발생하는 열의 일부는 엔진 자체를 가열하게 되며, 엔진이 과열되면 각종 부품이나 윤활유 등이 제 기능을 하지 못하게 되므로 엔진을 냉각시키기 위한 냉각 시스템이 반드시 필요하다.
따라서, 선박에는 엔진룸에 설치되는 각종 발열 장비들을 냉각시키기 위한 냉각수를 공급하는 냉각 시스템이 구비된다. 냉각 시스템은, 냉각수로 사용되는 청수를 해수와의 열교환에 의해 냉각시키는 메인 청수쿨러와, 메인 청수쿨러에서 냉각된 저온의 청수를 수요처, 즉 운전 장비로 공급하기 위한 청수펌프를 포함하며, 각 운전 장비를 냉각시키면서 온도가 상승한 고온의 청수는 다시 메인 청수쿨러로 회수되는 사이클로 구성된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0002227호 (2011.01.07.)
선박에서 필요한 전체 냉각수의 유량은 주엔진의 가동 여부에 따라서 크게 달라진다. 예를 들어, 선박이 항구에 정박한 상태에서는 주엔진이 가동되지 않으므로 주엔진 등 추진과 관련된 장비에 대해서는 냉각수의 공급이 필요하지 않다.
그런데, 일반적으로 선박의 냉각 시스템은, 선박의 운항 조건에 관계없이 일괄적으로 선박의 최대 부하 운전에 대해 설계된 용량의 냉각수가 순환하도록 구성되어 있고, 모든 운전 장비에 청수를 유동시키기 위해 청수펌프는 용량이 큰 대형 펌프로 채택된다.
따라서, 냉각수를 순환하는데 있어서 청수펌프가 불필요한 에너지를 과하게 소비하는 문제가 발생한다. 또한, 그에 따라 연료 소모량이 증가할 뿐만 아니라 배기가스로 인해 환경에도 악영향을 끼치게 된다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 선박의 운항 조건에 따라 청수펌프의 운전 여부를 제어함으로써 에너지 소모를 대폭 감소시킬 수 있는 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 선박의 상갑판 아래 선체에 배치되며, 냉각수에 의한 냉각을 필요로 하는 장비들로 공급할 냉각수를 냉각시키는 청수쿨러; 상기 상갑판 상에 배치되며, 극지방을 운항할 때에는 가동되지 않는 장비들을 포함하는 비필수 그룹; 상기 상갑판 상에 배치되고, 극지방을 운항할 때에도 가동되어야만 하며 냉각수에 의한 냉각을 필요로 하는 장비들을 포함하는 필수 그룹; 상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수 중 상기 선체에 배치된 장비들 및 상기 비필수 그룹과 필수 그룹에 공급할 냉각수를 동시에 순환시킬 수 있는 대용량의 제3 펌프; 상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수가 상기 상갑판 상에 배치되는 필수 그룹까지 공급될 수 있도록 냉각수를 승압시키는 소용량의 제4 펌프; 및 상기 선박이 극지방을 운항할 때에는 상기 비필수 그룹과 제3 펌프의 운전을 정지하고, 제4 펌프를 가동하여 상기 청수쿨러에서 냉각된 냉각수가 필수 그룹에만 공급되도록 제어하는 제어부;를 포함하는, 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 제3 펌프와 제4 펌프는 직렬로 배치되고, 상기 제3 펌프와 제4 펌프 사이에서 분기되어 제4 펌프를 우회하여 필수 그룹으로 연결되는 제1 분기라인; 상기 제3 펌프와 제4 펌프 사이에서 분기되어 제4 펌프를 우회하여 비필수 그룹으로 연결되는 제2 분기라인; 상기 제1 분기라인에 설치되며 냉각수의 역류를 방지하는 제1 체크밸브; 및 상기 제2 분기라인에 설치되며 냉각수의 역류를 방지하는 제2 체크밸브;를 포함하여, 상기 제3 펌프의 운전이 정지되고 제4 펌프가 가동될 때 상기 제4 펌프에 의해 토출된 냉각수가 제1 분기라인 및 제2 분기라인으로 역류하지 않도록 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 필수 그룹은, 질소 생성기와 냉동창고를 포함하고, 상기 비필수 그룹은, 선실 및 선교용 공기 조화기와 카고 장비를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 필수 그룹 및 비필수 그룹에 포함된 장비들은 추진에 사용되지 않는 비추진 장비들일 수 있다.
바람직하게는, 상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수를 선체 내 엔진룸에 배치된 장비들로 공급하는 제1 펌프; 및 상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수를 선체 내 포드룸에 배치된 장비들로 공급하는 제2 펌프;를 포함하고, 상기 제3 펌프는 상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수를 상기 엔진룸 및 포드룸 외에 선체 내부에 배치된 장비들로 공급할 수 있다.
바람직하게는, 상기 포드룸에는 추진용 모터가 배치되며, 상기 포드룸은 좌현, 우현 및 중앙에 각각 하나씩 마련되는 3개의 포드룸을 포함하고, 상기 엔진룸에는 상기 추진용 모터를 작동시키기 위한 발전엔진이 배치되며, 상기 엔진룸은 좌현 및 우현에 각각 하나씩 마련되는 2개의 엔진룸을 포함하고, 상기 3개의 포드룸 중 적어도 하나는, 상기 좌현에 마련되는 엔진룸과 우현에 마련되는 엔진룸과 선택적으로 연결되어 어느 하나 이상의 엔진룸에 마련된 발전엔진으로부터 전력을 공급받을 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 상갑판 상에 배치되며 추진에 관여하지 않는 장비들을 극지방을 운항할 때에는 가동되지 않는 장비들을 포함하는 비필수 그룹과, 극지방을 운항할 때에도 가동되어야만 하고 냉각수에 의한 냉각을 필요로 하는 장비들을 포함하는 필수 그룹으로 구분하고, 평상시에는 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수 중 상기 선체에 배치된 장비들 및 상기 비필수 그룹과 필수 그룹에 공급할 냉각수를 동시에 순환시킬 수 있는 대용량의 제3 펌프를 이용하여 냉각수를 공급하되, 극지방을 운항할 때에는, 상기 제3 펌프의 가동을 중지하고, 상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수가 상기 상갑판 상에 배치되는 필수 그룹까지 공급될 수 있도록 냉각수를 승압시키는 소용량의 제4 펌프만을 가동하여, 상기 청수쿨러에서 냉각된 냉각수를 상기 필수 그룹에만 공급하는, 극지용 선박의 냉각수 공급 방법이 제공된다.
본 발명에 따른 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템 및 방법은, 선박의 운항상태에 따라 운전할 청수펌프를 손쉽게 변경할 수 있어 운전이 용이하다.
또한, 순환시킬 냉각수의 유량이 적을 때에는 대형펌프를 사용하지 않고 소형펌프를 사용하므로, 펌프의 전력 소모량을 줄일 수 있어 경제적이다.
또한, 냉각수 공급 시스템을 순환하는 냉각수의 양을 줄일 수 있으므로, 첨가제(chemical) 투입 등 냉각수의 관리에 대한 비용을 절약할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 기관실 구역 구획을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 선박의 추진용 냉각수 공급 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극지용 선박이 극지방을 운항할 때 비추진용 냉각수 공급 시스템의 작동상태를 간략하게 도시한 구성도이다.
도 2는 선박의 추진용 냉각수 공급 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극지용 선박이 극지방을 운항할 때 비추진용 냉각수 공급 시스템의 작동상태를 간략하게 도시한 구성도이다.
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 저장하는 저장탱크가 마련되는 모든 종류의 선박일 수 있다. 대표적으로 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 구조물도 포함될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 액화가스는 예를 들어 LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas), 암모니아, 액화수소 등 액체상태로 저장 및 수송되는 저온 유체이면서 엔진의 연료로 사용할 수 있는 것일 수 있다. 후술하는 실시예에서 액화가스는 LNG인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 본 실시예에 따른 선박은, 액체 상태의 액화가스 또는 액화가스가 자연기화하여 생성된 증발가스 또는 액화가스를 강제기화시켜 생성한 가스를 연료로 사용하여 추진할 수 있는 액화가스 추진 선박일 수 있다.
예를 들어 본 실시예에서 엔진은, 천연가스와 연료유를 선택적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있는 이중연료 엔진일 수 있다.
선박에 사용되는 엔진 중 천연가스를 연료로 사용할 수 있는 이중연료 엔진(Dual Fuel Engine)으로는, ME-GI(MAN Electronic Gas Injection) 엔진, X-DF(eXtra long stroke Dual Fuel) 엔진, DF 엔진(DFDE(Dual Fuel Diesel Electric), DFDG(Dual Fuel Diesel Generator)) 등이 있다.
ME-GI 엔진은, 2 행정(2-stroke) 사이클을 사용하는 추진용으로 주로 사용된다. 또한, ME-GI 엔진은 약 300 bar 정도의 고압 천연가스를 피스톤의 상사점 부근에서 연소실에 직접 분사하는 디젤 사이클(diesel cycle)을 기준으로 작동한다. X-DF 엔진은, 2 행정 사이클을 사용하는 추진용으로 주로 사용되며, ME-GI 엔진과 마찬가지로 선박의 추진을 위해 프로펠러를 직접 구동하는 방식이다. 또한, X-DF 엔진은, 약 16 bar 정도의 중압 천연가스를 연료로 사용하며, 오토 사이클(otto cycle)을 기준으로 작동한다. DF 엔진은, 4 행정(4-stroke) 사이클을 사용하는 발전용으로 주로 사용된다. 또한, DF 엔진은 약 6.5 bar 정도의 저압 천연가스를 연소용 공기 입구에 주입하여, 피스톤이 올라가면서 압축시키는 오토 사이클을 기준으로 작동한다.
후술하는 본 발명의 일 실시예에서 선박은, -52℃ 또는 그 이하의 온도 조건을 갖는 극지방에서 LNG를 운반하는 LNG 운반선으로서, 오토 사이클을 기준으로 작동하는 4 행정 발전엔진에서 생성한 전력을 이용하여 추진하는 전기추진선박인 것을 예로 들어 설명한다. 전기추진선박은 발전용 엔진에서 생산된 전력을 메인 스위치보드로부터 공급받아 추진 모터(propulsion motor)를 구동하기 위해 필요한 주파수와 전압으로 변환하여 공급함으로써 추진 모터를 구동시키는 추진 시스템을 설치한 선박을 말한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 냉각수 공급 시스템의 운전 방법 및 냉각수 공급 시스템을 포함하는 극지용 선박을 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 선박은 극지용 전기추진 LNG 운반선(diesel electric propulsion - LNG carrier)은, LNG 화물을 저장하는 하나 이상의 카고탱크(미도시)와, 카고탱크(미도시)에 저장된 LNG를 운반하는 동안 핸들링하기 위한 카고 시스템(미도시)과, 4행정 발전용 엔진(미도시)에서 생산된 전력으로 프로펠러를 구동시킴으로써 추진에너지를 생산하는 추진모터(propulsion motor)를 포함하는 추진시스템을 포함한다.
본 실시예에서 추진장치는, 포드(pod) 내부에 프로펠러와 추진모터가 내장되고, 추진모터가 프로펠러에 직접 연결됨으로써 샤프트를 필요로 하지 않는 기어리스(gearless)타입일 수 있다.
예를 들어 본 실시예에서 추진장치는, 포드가 흘수에 관계없이 프로펠러가 수면 아래의 wet area에 배치될 수 있으며, 추진모터가 프로펠러와 함께 wet area에서 방위각운동(azimuthing)및 동적운동(DP; Dynamic Positioning)할 수 있는 ABB사의 아지포드(AZIPod)일 수 있다.
본 실시예의 추진시스템은 4행정 발전엔진에서 생산된 전력은 메인 스위치 보드로부터 AC 전원을 공급받아 트랜스포머에서 추진모터 구동에 필요한 DC 전원으로 변환한 후, 주파수 변환기에서 현재 부하에 따라 추진모터에서 필요로 하는 회전수에 대응하는 전원 입력으로 변환하여 추진모터를 구동시킨다.
본 실시예의 4행정 발전엔진은, 가스 연료를 사용하는 가스연료모드와, 연료유를 사용하는 연료유모드의 선택적 사용이 허용된다. 4행정 발전용 엔진이 가스연료모드로 구동될 때에는 오토 사이클을 따르고, 연료유모드로 구동될 때에는 디젤 사이클을 따른다. 예를 들어 4행정 발전용 엔진은 바질라 사(Wartsila 社)의 50 DF 엔진일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 극지용 선박의 선체 내 기관실에는 3개의 포드룸(pod room)(P1, P2, P3)이 마련되고, 각 포드룸(P1, P2, P3)에는 각각 하나의 추진장치와 각 추진장치의 작동에 필요한 유압시스템 등 수반 장비들이 설치된다. 포드룸(P1, P2, P3)은 선미의 선체 내부에 마련되며, 좌현에 제1 포드룸(P1), 우현에 제2 포드룸(P2), 중앙에 제3 포드룸(P3)이 배치된다.
즉, 본 실시예의 극지용 선박에는 3개의 추진장치가 구비되며, 본 실시예의 극지용 선박은 3개의 추진장치의 전부 또는 일부를 이용하여 추진한다.
또한, 본 실시예에 따른 극지용 선박의 선체 내 기관실에 배치되는 포드룸(P1, P2, P3)의 전방, 즉 포드룸(P1, P2, P3)보다 선수측에는 발전엔진과 발전엔진을 작동하기 위해 필요한 소기 압축기 등 각종 수반 장비들이 설치되는 엔진룸(E1, E2)이 배치된다.
본 실시예에서 엔진룸(E1, E2)은, 좌현에 배치되는 제1 엔진룸(E1)과, 우현에 배치되는 제2 엔진룸(E2)을 포함하며, 각 엔진룸(E1, E2)에는 전력을 생산하는 하나 이상의 발전엔진과, 각 엔진에서 생산된 전력을 추진장치 등 각 수요처로 분배하는 메인 스위치 보드가 마련된다.
본 실시예에 따르면, 각 포드룸(P1, P2, P3)에 마련된 총 3개의 추진장치는 각 엔진룸(E1, E2)에 배치된 총 2개의 메인 스위치 보드와 연결된다. 따라서, 3개의 추진장치 중 제1 포드룸(P1)에 마련되는 제1 추진장치는 제1 엔진룸(E1)에 배치된 제1 메인 스위치 보드와 연결되고, 제2 포드룸(P2)에 마련되는 제2 추진장치는 제2 엔진룸(E2)에 배치된 제2 스위치 보드와 연결되며, 제3 포드룸(P3)에 마련되는 제3 추진장치는 제1 메인 스위치 보드 및 제2 메인 스위치 보드와 선택적으로 연결될 수 있는 리던던시의 역할을 가진다.
따라서, 본 실시예에 따른 극지용 선박은 엔진룸(E1, E2)을 좌우현에 구획하여 설치하고, 3개의 각 추진장치가 2개의 엔진룸(E1, E2)과 선택적으로 연결될 수 있도록 함으로써, 좌현 또는 우현에 마련되어 있는 엔진룸(E1, E2) 중 어느 하나가 포함된 기관실 구역이 파손되어도, 절반 이상의 추진력을 확보할 수 있다.
또한, 좌현의 엔진룸(E1)과 우현의 엔진룸(E2), 중앙의 포드룸(P3)과 엔진룸(E1, E2)의 사이에는 수밀 격벽(watertight bulkhead)(BH)이 설치된다. 따라서, 기관실 내 어느 한 구역에서 침수, 화재가 발생하더라도 다른 구역이 영향을 받지 않도록 추진에 필요한 장치들이 설치되는 구역(포드룸 및 엔진룸)이 독립적으로 구성된다.
한편, 본 실시예에 따른 선박은, 추진에 필요한 에너지를 생산하기 위한 엔진 등 추진에 필요한 장치들이 배치되는 엔진룸(E1, E2)이 좌현과 우현에 각각 배치되므로, 추진에 필요한 장치들을 냉각시키기 위한 냉각수 공급 시스템 역시 좌현과 우현에 각각 독립적으로 별도 마련된다. 냉각수 공급 시스템은 기관실 내에 설치된다.
이하에서는, 설명의 편의상 좌현의 냉각수 공급 시스템을 기준으로 설명하기로 하나. 우현의 냉각수 공급 시스템에도 동일하게 적용될 수 있을 것이다.
도 2를 참조하면, 기관실 내에 설치되며 추진에 필요한 장치들(EG, PG, OG)의 냉각에 사용되는 추진용 냉각수 공급 시스템은, 냉각수로서 청수를 해수와의 열교환에 의해 냉각시키는 청수쿨러(1)와, 청수쿨러(1)에서 냉각된 청수를 엔진룸(E1)에 설치되며 냉각수에 의한 냉각이 필요한 장비들로 이루어진 엔진 그룹(EG)으로 공급하는 제1 펌프(B1)와, 청수쿨러(1)에서 냉각된 청수를 포드룸(P1 또는 P3)에 설치되며 냉각수에 의한 냉각이 필요한 장비들로 이루어진 포드 그룹(PG)으로 공급하는 제2 펌프(B2)와, 청수쿨러(1)에서 냉각된 청수를 엔진 그룹(EG)과 포드 그룹(PG)을 제외한 추진에 필요한 나머지 장비들로 이루어진 기타 그룹(OG)으로 공급하는 제3 펌프(B3)를 포함한다.
제1 펌프(B1)에 의해 이송된 청수는, 엔진 그룹(EG), 예를 들어 엔진의 자켓(jacket), 소기 냉각기(air cooler), 윤활유 냉각기(lubricant oil cooler)로 공급된다.
제2 펌프(B2)에 의해 이송된 청수는, 포드 그룹(PG), 예를 들어 포드용 공기 냉각기(pod cooling air unit)와, 포드용 윤활유 냉각기(pod lubricant oil cooler)와, 포드용 유압유 냉각기(pod hydraulic oil cooler), 포드 프로펠러용 주파수 변환기(pod propeller frequency converter), 포드 프로펠러용 변압기(pod propeller transformer)와, 브레이킹 레지스터(braking register), 화재통제실 공기 조화기(air conditioner unit for fire control room)로 공급된다.
제3 펌프(B3)에 의해 이송된 청수는, 엔진 그룸(EG) 및 포드 그룹(PG)을 제외하고, 기관실에 구비되는 추진에 사용되는 기타 장비 그룹(OG)로 공급된다. 기타 장비 그룹(OG)은, 발전엔진으로 공급되는 저유황 연료유를 냉각하기 위한 저유황 연료유 냉각기(LSMGO(Low Sulfur Marine Gas Oil) cooler), 발전엔진으로 공급되는 파일럿 오일을 냉각하기 위한 파일럿 오일 냉각기(pilot oil cooler), 엔진이나 연료 공급시스템으로부터 배출된 응축물이나 버려진 드레인 물질들을 냉각시키는 드레인 냉각기(drain cooler), 보일러수 순환 펌프, 발전엔진으로 공급하는 소기를 압축하는 소기 압축기, 서비스 및 제어용 공기 압축기, 얼터네이터(alternator), 엔진 제어룸(ECR; Engine Control Room)용 공기 조화기, 메인 스위치 보드룸(main switchboard room)용 공기 조화기를 포함한다.
한편, 본 실시예에 따른 극지용 선박의 기관실은 상갑판(D) 아래 선체 내부에 마련되며, 기관실 상부의 상갑판(D) 상에는 선실(accomodation)과 선교(wheelhouse)가 설치된다.
본 실시예에 따른 극지용 선박에는, 선실 및 선교의 공기 조화기(air conditioner) 등 추진과 관련되지 않은 장비들로 구성되는 비추진용 장비 그룹(G1, G2)의 냉각을 위해 공동으로 사용되는 비추진용 냉각수 공급 시스템이 더 구비된다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 비추진용 냉각수 공급 시스템은, 제3 펌프(B3)에 의해 이송된 청수 중 일부를 분기시켜 비추진용 장비 그룹(G1, G2)으로 공급해주도록 구성된다.
본 실시예에 따른 비추진용 냉각수 공급 시스템은, 제3 펌프(B3)로부터 비추진용 냉각수 공급 시스템으로 이송된 청수를 더 냉각하는 보조 냉각기(2)와, 선체 내부에 마련되는 제3 펌프(B3)로부터 이송되는 청수를, 상갑판(D) 보다 높은 위치에 배치되는 선실 또는 선교의 비추진용 장비 그룹(G1, G2)까지 끌어올려 공급해주기 위한 것으로서, 제3 펌프(B3)보다 용량이 작은 부스팅 펌프로서 제4 펌프(B4)를 포함한다.
즉, 평상 시에는 제3 펌프(B3)에 의해 이송된 청수를 제4 펌프(B4)에 의해 비추진용 장비 그룹(G1, G2)에 공급한다.
본 실시예에서는, 비추진용 장비 그룹(G1, G2)을 갑판 상의 선실 및 선교용 공기 조화기, 불활성 가스 건조기 및 불활성 가스 냉각기와 같이 선박이 극지방을 운항할 때 등 선박의 운항 상태에 따라서는 작동하지 않아도 되며 항시 작동되는 구성이 아닌 비필수 그룹(G2)과, 상갑판(D)에 배치되는 냉동 창고(provisional refrigeration plant)(R) 및 질소 생성기(N2 generator)(N)와 같이 선박이 극지방을 운항할 때에도 항시 작동해야 하는 필수 그룹(G1)으로 나누어 냉각수를 공급한다.
본 실시예에 따르면, 비필수 그룹(G2)은 선박이 극지방을 운항할 때에는 냉각수를 필요로 하지 않는 공기 조화기(air conditioner)와 카고 시스템과 관련된 장비로 구성된다.
제3 펌프(B3)의 용량은 기관실 내 추진에 사용되는 기타 장비 그룹(OG)과 동시에 갑판 상에 설치되는 필수 그룹(G1) 및 비필수 그룹(G2)에도 냉각수(청수)를 공급하도록 설계되어야 한다. 따라서, 제3 펌프(B3)는 용량이 큰 대형 펌프로 채택될 수 밖에 없다. 따라서, 제3 펌프(B3)가 선박이 극지방을 운항할 때에는 비필수 그룹(G2)에 냉각수가 필요하지 않아 제3 펌프(B3)에 의해 이송할 냉각수의 양이 적더라도, 제3 펌프(B3)가 항시 가동되어야 하고, 불필요한 비필수 그룹(G2)용 냉각수까지 흡입하여 많은 양의 청수를 순환시킬 수 밖에 없으므로 많은 에너지가 소비된다.
본 실시예에 따르면, 평상 시에는 제3 펌프(B3) 또는 제3 펌프(B3)와 제4 펌프(B4)를 모두 이용하여 비추진용 장비 그룹(G1, G2)으로 냉각수를 공급한다. 한편, 선박이 극지방을 운항할 때에는, 작동이 불필요한 비필수 그룹(G2)에는 냉각수를 공급할 필요가 없다는 조건을 이용하여, 대형 펌프인 제3 펌프(B3)는 가동하지 않고, 제3 펌프(B3)와 비교하여 용량이 작은 제4 펌프(B4)만을 이용하여, 필수 그룹(G1)에만 냉각수를 공급한다.
여기서 비필수 그룹(G2)은, 선실(또는 선교)용 공기 조화기(air conditioner), 불활성 가스 생성용 건조기(IGG(Inert Gas Generator) dryer) 및 불활성 가스 생성용 냉각기(IGG cooling unit)를 포함한다.
또한, 필수 그룹(G1)은, 질소 생성기(N) 및 냉동창고(R)를 포함한다.
도 3은 극지용 선박이 극지방을 운항할 때의 냉각수 공급 시스템의 작동 상태를 나타내고 있다. 도 3을 참조하면, 극지용 선박이 극지방을 운항할 때에는 비필수 그룹(G2)에는 냉각수를 공급하지 않고 필수 그룹(G1)에만 냉각수를 공급하면 되므로, 대형 펌프인 제3 펌프(B3)는 가동하지 않고(STOP), 소형 펌프인 제4 펌프(B4)만을 가동(RUN)한다.
본 실시예에 따르면, 청수쿨러(1)로부터 비추진용 장비 그룹(G1, G2)으로 이송되는 냉각수의 유로인 냉각수 공급라인(ACL)로부터 보조 냉각기(2)와 제4 펌프(B4) 사이에서 분기되어 제4 펌프(B4)을 우회한 후 제4 펌프(B4)의 하류에서 필수 그룹(G1)으로 연결되는 제1 분기라인(BCL1)과, 보조 냉각기(2)와 제4 펌프(B4) 사이에서 분기되어 제4 펌프(B4)를 우회한 후 제4 펌프(B4)의 하류에서 비필수 그룹(G2)으로 연결되는 제2 분기라인(BCL2)을 포함한다.
즉, 평상 시에는 청수쿨러(1)에서 냉각된 냉각수가 제3 펌프(B3)로부터 토출된 후 보조 냉각기(2)를 거쳐, 제1 분기라인(BCL1)을 통해 필수 그룹(G1)으로 공급되며, 제2 분기라인(BCL2)을 통해 비필수 그룹(G2)으로도 공급된다.
한편, 선박이 극지방을 운항할 때에는, 제3 펌프(B3)의 운전은 정지되며, 청수쿨러(1)에서 냉각된 냉각수는 보조 냉각기(2)를 거쳐 제4 펌프(B4)에 의해 가압된 후, 필수 그룹(G1)에만 공급된다.
이 때, 제4 펌프(B4)에 의해 가압된 냉각수가 제1 분기라인(BCL1) 및 제2 분기라인(BCL2)으로 역류하지 않도록 제1 분기라인(BCL1)에는 제1 체크밸브(CV1)를 구비하고, 제2 분기라인(BCL2)에는 제2 체크밸브(CV2)를 구비하는 것이 바람직하다.
한편, 필수 그룹(G1)을 냉각시킨 후 온도가 상승한 냉각수는 다시 청수쿨러(1) 또는 보조 냉각기(2)로 회수되어 해수와의 열교환에 의해 최종 열을 방출하면서 순환한다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템 및 방법은, 선박이 극지방을 운항할 때에는 평상시에 사용하던 제3 펌프(B3)의 운전을중지하고, 제4 펌프(B4)를 가동하여 극지방을 운항할 때에도 필수적으로 가동되어야 하는 필수 그룹(G1)에만 냉각수를 공급한다. 이를 위해 비추진용 장비 그룹(G1, G2)을 필수 그룹(G1)과 비필수 그룹(G2)으로 별도로 구분하고, 제1 분기라인(BCL1), 제2 분기라인(BCL2), 제1 체크밸브(CV1) 및 제2 체크밸브(CV2)를 구비하여, 제4 펌프(B4)를 가동할 때에, 운전이 정지된 상태인 비필수 그룹(G2)을 제외하고 냉각수를 필요로 하는 필수 그룹(G1)에 냉각수를 공급할 수 있다.
이로 인해, 본 실시예에 따른 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템 및 방법은, 선박의 운항 상태에 따라서 손쉽게 운전할 펌프를 변경할 수 있고, 소형 펌프를 운전하므로 펌프의 전력 소모량을 줄일 수 있어 경제적이며, 필요에 따라서 소량의 냉각수만 순환시키면 되므로 냉각수 관리 비용도 절약할 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 있어서 자명한 것이다.
1 : 청수쿨러
2 : 보조 냉각기
P1, P2, P3 : 포드룸
E1, E2 : 엔진룸
BH : 수밀 격벽
D : 상갑판
EG : 엔진 그룹
PG : 포드 그룹
OG : 기타 그룹
G1, G2 : 비추진 장비 그룹
G1 : 필수 그룹
G2 : 비필수 그룹
B1 : 제1 펌프
B2 : 제2 펌프
B3 : 제3 펌프
B4 : 제4 펌프
ACL : 냉각수 공급라인
BCL1, BCL2 : 분기라인
CV1, CV2 : 체크밸브
N : 질소 생성기
R : 냉동창고
2 : 보조 냉각기
P1, P2, P3 : 포드룸
E1, E2 : 엔진룸
BH : 수밀 격벽
D : 상갑판
EG : 엔진 그룹
PG : 포드 그룹
OG : 기타 그룹
G1, G2 : 비추진 장비 그룹
G1 : 필수 그룹
G2 : 비필수 그룹
B1 : 제1 펌프
B2 : 제2 펌프
B3 : 제3 펌프
B4 : 제4 펌프
ACL : 냉각수 공급라인
BCL1, BCL2 : 분기라인
CV1, CV2 : 체크밸브
N : 질소 생성기
R : 냉동창고
Claims (7)
- 선박의 상갑판 아래 선체에 배치되며, 냉각수에 의한 냉각을 필요로 하는 장비들로 공급할 냉각수를 냉각시키는 청수쿨러;
상기 상갑판 상에 배치되며, 극지방을 운항할 때에는 가동되지 않는 장비들을 포함하는 비필수 그룹;
상기 상갑판 상에 배치되고, 극지방을 운항할 때에도 가동되어야만 하며 냉각수에 의한 냉각을 필요로 하는 장비들을 포함하는 필수 그룹;
상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수 중 상기 선체에 배치된 장비들 및 상기 비필수 그룹과 필수 그룹에 공급할 냉각수를 동시에 순환시킬 수 있는 대용량의 제3 펌프;
상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수가 상기 상갑판 상에 배치되는 필수 그룹까지 공급될 수 있도록 냉각수를 승압시키는 소용량의 제4 펌프; 및
상기 선박이 극지방을 운항할 때에는 상기 비필수 그룹과 제3 펌프의 운전을 정지하고, 제4 펌프를 가동하여 상기 청수쿨러에서 냉각된 냉각수가 필수 그룹에만 공급되도록 제어하는 제어부;를 포함하는, 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 제3 펌프와 제4 펌프는 직렬로 배치되고,
상기 제3 펌프와 제4 펌프 사이에서 분기되어 제4 펌프를 우회하여 필수 그룹으로 연결되는 제1 분기라인;
상기 제3 펌프와 제4 펌프 사이에서 분기되어 제4 펌프를 우회하여 비필수 그룹으로 연결되는 제2 분기라인;
상기 제1 분기라인에 설치되며 냉각수의 역류를 방지하는 제1 체크밸브; 및
상기 제2 분기라인에 설치되며 냉각수의 역류를 방지하는 제2 체크밸브;를 포함하여,
상기 제3 펌프의 운전이 정지되고 제4 펌프가 가동될 때 상기 제4 펌프에 의해 토출된 냉각수가 제1 분기라인 및 제2 분기라인으로 역류하지 않도록 하는, 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 필수 그룹은, 질소 생성기와 냉동창고를 포함하고,
상기 비필수 그룹은, 선실 및 선교용 공기 조화기와 카고 장비를 포함하는, 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 필수 그룹 및 비필수 그룹에 포함된 장비들은 추진에 사용되지 않는 비추진 장비들인, 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템. - 청구항 4에 있어서,
상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수를 선체 내 엔진룸에 배치된 장비들로 공급하는 제1 펌프; 및
상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수를 선체 내 포드룸에 배치된 장비들로 공급하는 제2 펌프;를 포함하고,
상기 제3 펌프는 상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수를 상기 엔진룸 및 포드룸 외에 선체 내부에 배치된 장비들로 공급하는, 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템. - 청구항 5에 있어서,
상기 포드룸에는 추진용 모터가 배치되며, 상기 포드룸은 좌현, 우현 및 중앙에 각각 하나씩 마련되는 3개의 포드룸을 포함하고,
상기 엔진룸에는 상기 추진용 모터를 작동시키기 위한 발전엔진이 배치되며, 상기 엔진룸은 좌현 및 우현에 각각 하나씩 마련되는 2개의 엔진룸을 포함하고,
상기 3개의 포드룸 중 적어도 하나는, 상기 좌현에 마련되는 엔진룸과 우현에 마련되는 엔진룸과 선택적으로 연결되어 어느 하나 이상의 엔진룸에 마련된 발전엔진으로부터 전력을 공급받을 수 있는, 극지용 선박의 냉각수 공급 시스템. - 상갑판 상에 배치되며 추진에 관여하지 않는 장비들을 극지방을 운항할 때에는 가동되지 않는 장비들을 포함하는 비필수 그룹과, 극지방을 운항할 때에도 가동되어야만 하고 냉각수에 의한 냉각을 필요로 하는 장비들을 포함하는 필수 그룹으로 구분하고,
평상시에는 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수 중 상기 선체에 배치된 장비들 및 상기 비필수 그룹과 필수 그룹에 공급할 냉각수를 동시에 순환시킬 수 있는 대용량의 제3 펌프를 이용하여 냉각수를 공급하되,
극지방을 운항할 때에는, 상기 제3 펌프의 가동을 중지하고, 상기 청수쿨러에 의해 냉각된 냉각수가 상기 상갑판 상에 배치되는 필수 그룹까지 공급될 수 있도록 냉각수를 승압시키는 소용량의 제4 펌프만을 가동하여, 상기 청수쿨러에서 냉각된 냉각수를 상기 필수 그룹에만 공급하는, 극지용 선박의 냉각수 공급 방법.
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