KR20240037638A - 선박의 보일러 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공급펌프(400)의 설치 개수를 줄여 선박 내 공간을 확보하고, 전력 및 연료손실을 감소시킬 수 있는 선박의 보일러 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 보일러 시스템은, 선박 내에 설치되며, 보일러수를 가열하여 스팀 또는 열수를 생성하는 보일러(100); 상기 보일러(100)에서 공급된 순환수가 저장되는 저장탱크(200); 선박의 배기가스의 열을 이용하여 상기 저장탱크(200)에서 공급된 상기 순환수를 가열하는 절탄기(300); 를 포함하되, 상기 절탄기(300)는 복수개로 이루어지며, 상기 저장탱크(200)에 저장된 상기 순환수는 상기 저장탱크(200)에서 각각의 상기 절탄기(300)로 공급된다.

Description

선박의 보일러 시스템 및 이를 포함하는 선박{BOILER SYSTEM FOR VESSEL AND VESSEL INCLUDING THE SAME}
본 발명은 선박의 보일러 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박에서 엔진의 배기가스 열을 이용하여 스팀 또는 열수를 생성하는 절탄기와, 상기 절탄기에 보일러수를 공급하는 공급장치가 구비된 선박의 보일러 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
일반적으로, 선박에서 필요한 스팀을 생산하기 위해, 보일러가 설치된다. 이러한 보일러의 연료 소비량을 줄이기 위한 목적으로 엔진에서 배출되는 배기가스의 열을 이용하여 스팀을 생산할 수 있는 절탄기(economizer)가 설치되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 선박의 보일러 시스템 구조를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 선박에는 연료를 사용하여 열수 또는 스팀을 생성하는 보일러(10)가 설치된다. 또한, 보일러(10)의 연료 소비량을 줄이기 위한 목적으로, 선박의 주기(main)엔진 또는 보기(aux)엔진에서 배출되는 배기가스의 열을 이용하여 스팀 또는 열수를 생성하기 위해 절탄기(20)가 설치된다.
여기에서 절탄기(20)는 주기엔진용 절탄기(21) 2대와, 보기엔진용 절탄기(22) 2대로 구성된다. 그리고 보일러(10)의 보일러수를 절탄기(20)에 공급하기 위해 복수의 펌프(30)가 설치된다.
이때, 펌프(30)는 1대의 절탄기(20)에 2대씩 설치되므로, 총 8대의 공급펌프(30)가 설치된다.
이와 같이 종래기술에 따른 선박의 보일러 시스템은, 다수의 펌프(30)가 설치됨에 따라 선박 내의 많은 공간을 차지하게 되고, 각각의 펌프(30)의 작동을 위해 전력 및 연료의 손실이 높은 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2014-0056531호(선박용 보일러 시스템, 2014.05.12.)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 하나의 저장탱크(200)를 설치하며, 저장탱크(200)에 보일러의 순환수를 압축 저장하고, 저장탱크(200)에서 각각의 절탄기(300)로 순환수를 분배하여 공급하도록 구성됨으로써, 공급펌프(400)의 개수를 줄여 선박 내 공간을 확보하고, 전력 및 연료손실을 감소시킬 수 있는 선박의 보일러 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 보일러 시스템은, 선박 내에 설치되며, 보일러수를 가열하여 스팀 또는 열수를 생성하는 보일러(100); 상기 보일러(100)에서 공급된 순환수가 저장되는 저장탱크(200); 및 선박의 배기가스의 열을 이용하여 상기 저장탱크(200)에서 공급된 상기 순환수를 가열하는 절탄기(300); 를 포함한다.
여기서, 상기 절탄기(300)는 복수개로 이루어지며, 상기 저장탱크(200)에 저장된 상기 순환수는 상기 저장탱크(200)에서 각각의 상기 절탄기(300)로 공급될 수 있다.
이때, 상기 보일러(100)의 상기 순환수를 상기 저장탱크(200)에 공급하는 공급펌프(400)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 순환수는, 상기 공급펌프(400)의 펌핑 압력에 의해 상기 저장탱크(200)에 압축 저장될 수 있다.
또한, 상기 저장탱크(200)에 저장된 상기 순환수를 각각의 상기 절탄기(300)에 공급하는 분배관(500)과, 그리고 상기 절탄기(300)에서 생성된 열수 또는 스팀을 상기 보일러(100)로 회수하는 회수관(600)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 분배관(500)에는 밸브(550)가 구비되며, 상기 밸브(550)의 개방시 상기 저장탱크(200)의 압력에 의해 상기 순환수가 상기 절탄기(300)로 공급될 수 있다.
또한, 상기 공급펌프(400)는, 상기 절탄기(300)의 가동시 상시 작동되는 메인펌프(410)와, 그리고 상기 저장탱크(200)의 압력이 일정하게 유지되도록 조절하는 대기펌프(420)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 공급펌프(400)와 상기 저장탱크(200) 사이에 장착되는 오리피스(610)와, 그리고 상기 오리피스(610)의 전단과 후단의 압력을 각각 측정하는 압력스위치(620)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 대기펌프(420)는, 평상시 작동 대기 상태로 있다가, 상기 압력스위치(620)로 측정된 상기 오리피스(610)의 전단 및 후단 사이 압력차가 기 설정된 기준을 초과하는 경우 작동될 수 있다.
또한, 상기 절탄기(300)는, 워터튜브 타입으로 이루어진 주기엔진용 절탄기(310) 및 보기엔진용 절탄기(320)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분배관(500)은, 상기 주기엔진용 절탄기(310)와 연결되는 주기분배관(510); 상기 보기엔진용 절탄기(320)와 연결되는 보기분배관(520); 을 포함하되, 상기 주기분배관(510)의 직경은 주기엔진의 최대 스팀 생산량의 4배 이상 조건에 대응되도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 보기분배관(520)의 직경은 최대 스팀 생산량의 6배 이상이 되는 조건에 대응되도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 절탄기(300)는, 스모크튜브 타입으로 이루어진 주기엔진용 절탄기(310) 및 보기엔진용 절탄기(320)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분배관(500)은, 상기 주기엔진용 절탄기(310)와 연결되는 주기분배관(510); 상기 보기엔진용 절탄기(320)와 연결되는 보기분배관(520); 을 포함하되, 상기 주기분배관(510)의 직경은 주기엔진의 최대 스팀 생산량의 2배 이상 조건에 대응되도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 보기분배관(520)의 직경은 최대 스팀 생산량의 3배 이상이 되는 조건에 대응되도록 설정될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박은 앞서 열거한 선박의 보일러 시스템을 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 선박의 보일러 시스템 및 이를 구비한 선박은 다음과 같은 효과가 있다.
각각의 절탄기(300)에 공급펌프(400)를 별도로 설치할 필요 없이, 하나의 저장탱크(200)를 통해 복수개의 절탄기(300)에 순환수를 공급함으로써, 공급펌프(400)의 수를 줄여 선박 내 공간을 확보할 수 있고, 펌프 작동에 소요되는 전력 및 연료의 손실을 감소시키는 효과를 제공한다.
주기분배관(510)과 보기분배관(520)의 직경을 생산되는 스팀량에 대응하여 설계함으로써, 순환수의 공급이 연속적으로 충분히 공급되도록 하여 스팀 생산 효율을 향상시키는 효과를 제공하게 된다.
오리피스(610)와 압력스위치(620)에 의해 대기펌프(420)의 작동을 조절함으로써, 저장탱크(200)의 압력을 일정하게 유지할 수 있고, 순환수의 공급이 연속적으로 이루어지도록 하여 성능을 향상시키는 효과를 제공하게 된다.
도 1은 종래기술에 따른 선박의 보일러 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 보일러 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 워터튜브 타입의 절탄기 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스모크튜브 타입의 절탄기 구조를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 보일러 시스템은, 보일러(100), 저장탱크(200), 절탄기(300), 공급펌프(400), 분배관(500), 밸브(550), 회수관(600), 오리피스(610), 압력스위치(620)를 포함한다.
먼저, 보일러(100)는 선박 내에 설치되어 선박에서 필요한 스팀 또는 열수를 생성하는 장치일 수 있다.
보일러(100)는 연료를 사용하여 선박의 보일러수를 가열하며, 보일러(100)에서 생성된 열수 또는 스팀은 사용처로 배출하고, 배출한 양에 따라 보일러수가 자동으로 공급되는 보일러수 공급시스템(110)과 연결될 수 있다.
다음, 저장탱크(200)는 보일러(100)에서 공급되는 순환수가 저장되는 저장 용기이다.
저장탱크(200)에 저장되는 순환수는 절탄기(300)로 공급되는 보일러수(물)이며, 절탄기(300)에 연속적으로 공급할 수 있는 용량으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 저장탱크(200)는 순환수가 압축 저장될 수 있는 압축 용기로 구성될 수 있으며, 절탄기(300)에서 요구되는 압력의 최대치에 대응되게 압축 저장이 가능하도록 구성될 수 있다.
다음, 절탄기(300)는 선박의 엔진에서 배출되는 배기가스의 열을 이용하여 스팀 또는 열수를 생성하는 장치이다.
선박에는 주기엔진과 보기엔진이 설치되는데, 절탄기(300)는 주기엔진에서 배출되는 배기가스의 열을 이용하는 주기엔진용 절탄기(310)와, 보기엔진에서 배출되는 배기가스의 열을 이용하는 보기엔진용 절탄기(320)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 절탄기(300)는 주기엔진용 절탄기(310) 2대와, 보기엔진용 절탄기(320) 2대를 포함할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
이와 같이 4대로 구성된 절탄기(300)는 1대의 저장탱크(200)에 저장된 순환수를 공급받아 열수 또는 스팀을 생성하게 된다.
또한, 절탄기(300)는 워터튜브 타입 또는 스모크튜브 타입으로 이루어질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 워터튜브 타입은 배가가스가 지나는 통로 내부에 순환수가 이동하는 튜브가 배치되는 형태이고, 도 4에 도시된 바와 같이, 스모크튜브 타입은 순환수가 유동하는 통로 내부에 배기가스가 이동하는 튜브가 배치되는 형태이다. 이러한 구성의 차이로 인해 워터튜브 타입의 절탄기(300)보다 스모크튜브 타입의 절탄기(300)가 내부에 더 많은 순환수를 수용할 수 있다.
다음, 공급펌프(400)는 보일러(100)의 순환수를 저장탱크(200)로 공급하는 장치로서, 압력 용기로 구성되는 저장탱크(200)에 순환수가 압축 저장되도록 압력을 제공한다.
즉, 공급펌프(400)의 펌핑 압력에 의해 순환수가 저장탱크(200)에 압축 저장될 수 있다.
이때, 공급펌프(400)에 의해 저장탱크(200)에 가해지는 압력은 절탄기(300)의 최대 출력량에 대응되도록 설정하는 것이 바람직하다.
이러한 공급펌프(400)는 메인펌프(410)와 대기펌프(420)를 포함할 수 있다.
메인펌프(410)는 절탄기(300) 작동 시 항상 작동하는 펌프이고, 대기펌프(420)는 평상시 운전 대기 상태에 있다가, 저장탱크(200)의 압력을 일정하게 조절하기 위해 작동된다.
구체적으로, 대기펌프(420)는 저장탱크(200)의 압력이 일정값 이하로 떨어지게 되면 작동하여 저장탱크(200)에 압력을 일정하게 유지되도록 조절하게 된다.
다음, 분배관(500)은 저장탱크(200)에 저장된 순환수를 각각의 절탄기(300)로 공급하는 경로를 제공하는 것으로, 분배관(500)은 주기엔진용 절탄기(310)와 연결된 주기분배관(510)과, 보기엔진용 절탄기(320)와 연결된 보기분배관(520)을 포함할 수 있다.
한편, 주기엔진용 절탄기(310)와 보기엔진용 절탄기(320)는 배기가스 시스템에서 요구되는 압력강하분을 고려하여 설계될 수 있다.
주기엔진용 절탄기(310)와 보기엔진용 절탄기(320)는 모두 워터튜브 타입일 경우, 주기분배관(510)의 직경은 주기엔진의 더운 날씨 조건 기준에서 최고 출력으로 운전 시 발생되는 스팀량의 4배를 고려하여 설계되는 것이 바람직하고, 보기분배관(520)의 직경은 보기엔진의 더운 날씨 조건 기준에서 최고 출력으로 운전 시 발생되는 스팀량의 6배를 고려하여 설계되는 것이 바람직하다.
이때, 보기분배관(520)의 스팀량 조건이 주기분배관(510)의 스팀량 조건보다 큰 이유는, 보기엔진의 배기가스 온도가 주기엔진의 배기가스 온도보다 약 100도 정도 높으며, 엔진의 운전 상승/하강 빈도가 크기 때문이다.
또는, 주기엔진용 절탄기(310)와 보기엔진용 절탄기(320)가 스모크튜브 타입일 경우, 워터튜브 타입의 절탄기(300)보다 스모크튜브 타입의 절탄기(300)가 내부에 순환수를 많이 수용하기 때문에, 주기분배관(510)의 직경은 주기엔진의 더운 날씨 조건 기준에서 최고 출력으로 운전 시 발생되는 스팀량의 2배를 고려하여 설계되는 것이 바람직하고, 보기분배관(520)의 직경은 보기엔진의 더운 날씨 조건 기준에서 최고 출력으로 운전 시 발생되는 스팀량의 3배를 고려하여 설계되는 것이 바람직하다.
이와 같이 주기분배관(510)과 보기분배관(520)의 직경을 생산되는 스팀량에 대응하여 설계함으로써, 순환수의 공급이 연속적으로 충분히 공급되도록 하여 스팀 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 분배관(500) 각각에는 하나 이상의 밸브(550)가 구비될 수 있다. 저장탱크(200)의 압력이나 엔진의 작동에 따라 밸브(550)의 개폐를 제어하여 순환수의 공급과 압력을 조절할 수 있다.
다음, 회수관(600)은 각각의 절탄기(300)에서 가열된 순환수를 보일러(100)로 회수하는 경로를 제공하는 것으로, 보일러(100)와 연결되어 가열된 열수 또는 스팀이 보일러(100)로 회수되도록 한다.
다음, 오리피스(610)와 압력스위치(620)는 저장탱크(200)의 압력 변화를 감지하기 위한 장치이다.
오리피스(610)는 공급펌프(400)와 저장탱크(200) 사이에 마련되어 순환수가 통과하는 통로의 단면적을 좁아지게 하여 전단과 후단 사이의 압력차가 발생되도록 한다.
압력스위치(620)는 오리피스(610)의 전단과 후단 사이의 압력을 각각 측정하며, 압력스위치(620)로 측정된 압력차가 기 설정된 기준을 초과하는 경우 전술한 대기펌프(420)를 작동시켜 압력을 보강하도록 한다.
이때, 압력차에 대한 기 설정된 기준은 0.6 bar 내지 1 bar에서 설정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 공급펌프(400)의 성능곡선이나, 배관 직경 등을 통해 호적한 값이 설정될 수 있다.
이와 같이 오리피스(610)와 압력스위치(620)에 의해 대기펌프(420)의 작동을 조절 및 제어함으로써, 저장탱크(200)의 압력을 일정하게 유지할 수 있고, 순환수의 공급이 연속적으로 이루어지도록 하여 성능을 향상시키는 효과를 제공하게 된다.
위 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 선박의 보일러 시스템은, 각각의 절탄기(300)에 공급펌프(400)를 별도로 설치할 필요 없이 하나의 저장탱크(200)로 복수개의 절탄기(300)에 순환수를 공급함으로써, 공급펌프(400)의 수를 줄여 선박 내 공간을 확보할 수 있고, 펌프 작동에 소요되는 전력 및 연료의 손실을 감소시키는 효과를 제공한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는 앞서 열거한 선박의 보일러 시스템을 포함하는 선박을 제공한다.
본 발명은 이에 한정되지 않으며, 이하의 부속 청구 범위의 사상 및 영역을 이탈하지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 여러 형태로 변형 실시될 수 있으며, 따라서 이와 같은 변형은 본 발명의 영역 내에 있는 것으로 해석해야 할 것이다.
100 : 보일러 110 : 보일러수 공급시스템
200 : 저장탱크 300 : 절탄기
310 : 주기엔진용 절탄기 320 : 보기엔진용 절탄기
400 : 공급펌프 410 : 메인펌프
420 : 대기펌프 500 : 분배관
510 : 주기분배관 520 : 보기분배관
550 : 밸브 600 : 회수관
610 : 오리피스 620 : 압력스위치

Claims (16)

  1. 선박 내에 설치되며, 보일러수를 가열하여 스팀 또는 열수를 생성하는 보일러(100);
    상기 보일러(100)에서 공급된 순환수가 저장되는 저장탱크(200); 및
    선박의 배기가스의 열을 이용하여 상기 저장탱크(200)에서 공급된 상기 순환수를 가열하는 절탄기(300); 를 포함하는,
    선박의 보일러 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절탄기(300)는 복수개로 이루어지며, 상기 저장탱크(200)에 저장된 상기 순환수는 상기 저장탱크(200)에서 각각의 상기 절탄기(300)로 공급되는 것을 특징으로 하는,
    선박의 보일러 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보일러(100)의 상기 순환수를 상기 저장탱크(200)에 공급하는 공급펌프(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박의 보일러 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 순환수는, 상기 공급펌프(400)의 펌핑 압력에 의해 상기 저장탱크(200)에 압축 저장되는 것을 특징으로 하는,
    선박의 보일러 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 저장탱크(200)에 저장된 상기 순환수를 각각의 상기 절탄기(300)에 공급하는 분배관(500)과, 그리고
    상기 절탄기(300)에서 생성된 열수 또는 스팀을 상기 보일러(100)로 회수하는 회수관(600)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박의 보일러 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 분배관(500)에는 밸브(550)가 구비되며,
    상기 밸브(550)의 개방시 상기 저장탱크(200)의 압력에 의해 상기 순환수가 상기 절탄기(300)로 공급되는 것을 특징으로 하는,
    선박의 보일러 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 공급펌프(400)는,
    상기 절탄기(300)의 가동시 상시 작동되는 메인펌프(410)와, 그리고
    상기 저장탱크(200)의 압력이 일정하게 유지되도록 조절하는 대기펌프(420)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박의 보일러 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공급펌프(400)와 상기 저장탱크(200) 사이에 장착되는 오리피스(610)와, 그리고
    상기 오리피스(610)의 전단과 후단의 압력을 각각 측정하는 압력스위치(620)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박의 보일러 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 대기펌프(420)는,
    평상시 작동 대기 상태로 있다가, 상기 압력스위치(620)로 측정된 상기 오리피스(610)의 전단 및 후단 사이 압력차가 기 설정된 기준을 초과하는 경우 작동되는 것을 특징으로 하는,
    선박의 보일러 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 절탄기(300)는,
    워터튜브 타입으로 이루어진 주기엔진용 절탄기(310) 및 보기엔진용 절탄기(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박의 보일러 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 분배관(500)은,
    상기 주기엔진용 절탄기(310)와 연결되는 주기분배관(510);
    상기 보기엔진용 절탄기(320)와 연결되는 보기분배관(520); 을 포함하되,
    상기 주기분배관(510)의 직경은 주기엔진의 최대 스팀 생산량의 4배 이상 조건에 대응되도록 설정되는 것을 특징으로 하는,
    선박의 보일러 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 보기분배관(520)의 직경은 최대 스팀 생산량의 6배 이상이 되는 조건에 대응되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 선박의 보일러 시스템.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 절탄기(300)는,
    스모크튜브 타입으로 이루어진 주기엔진용 절탄기(310) 및 보기엔진용 절탄기(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박의 보일러 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 분배관(500)은,
    상기 주기엔진용 절탄기(310)와 연결되는 주기분배관(510);
    상기 보기엔진용 절탄기(320)와 연결되는 보기분배관(520); 을 포함하되,
    상기 주기분배관(510)의 직경은 주기엔진의 최대 스팀 생산량의 2배 이상 조건에 대응되도록 설정되는 것을 특징으로 하는,
    선박의 보일러 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 보기분배관(520)의 직경은 최대 스팀 생산량의 3배 이상이 되는 조건에 대응되도록 설정되는 것을 특징으로 하는,
    선박의 보일러 시스템.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 선박의 보일러 시스템을 포함하는, 선박.
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