KR20240134345A - 해양 선박에 설치된, 해양 선박용 열 시스템, 열 시스템을 포함하는 해양 선박, 열 시스템 제어 방법 및 제어 장치 - Google Patents

해양 선박에 설치된, 해양 선박용 열 시스템, 열 시스템을 포함하는 해양 선박, 열 시스템 제어 방법 및 제어 장치 Download PDF

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Abstract

해양 선박용 열 시스템은 열 액체 회로(10); 열 액체 회로(10) 내에서 열 액체를 순환시키기 위한 펌프 시스템(11); 다수의 열 소비자(20)로서, 상기 열 소비자(20)는 상기 열 액체 회로(10)에 병렬로 정렬되고, 상기 열 소비자(20)는 대응하는 압력 독립형 제어 밸브(PICV,30)와 직렬로 정렬되며; 및 펌프 시스템(11)을 제어하기 위한 제어 장치(12)를 포함한다. 차압 센서(13)는 압력 독립형 제어 밸브 중 임계 밸브(30.1a)에 대한 차압을 나타내는 차압을 감지하도록 조정되며, 차압 센서(13)로부터의 신호는 펌프 시스템을 제어하기 위한 기초로서 제어 장치(12)에 의해 사용된다.

Description

해양 선박에 설치된, 해양 선박용 열 시스템, 열 시스템을 포함하는 해양 선박, 열 시스템 제어 방법 및 제어 장치
본 발명은 열 액체 회로(circuit); 열 액체 회로에서 열 액체를 순환시키기 위한 펌프 시스템; 다수의 열(thermal) 소비자(consumers)로서, 상기 열 소비자는 상기 열 액체 회로에 병렬로 배열되고 상기 열 소비자는 각각의 압력 독립형 제어 밸브(Pressure Independent Control Valves, PICV)와 직렬로 배열되며; 및 펌프 시스템을 제어하기 위한 제어 장치를 포함하는 해양 선박용 열 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 열 시스템을 포함하는 해양 선박, 열 시스템 제어 방법, 및 제어 장치에 관한 것이다.
특정 크기의 해양 선박 또는 배에서, 상기 기술의 냉각 시스템과 같은 열 시스템은 다수의 냉각 소비자에게 냉각을 제공하는 데 사용된다.
냉각이 본 발명의 주요 목적이지만, 본 발명은 해양 선박 또는 배의 중앙 난방과 관련하여 사용될 수도 있다는 점에 유의해야 한다.
따라서, "열"이라는 용어는 본 명세서에서 "냉각" 또는 "가열"로 이해될 수 있다.
많은 경우에 배의 전력 생산의 약 20%가 펌프를 구동하는데 사용된다는 점을 고려하면, 펌프 에너지에 대한 요구 감소는 해양 선박 또는 배의 운영에서 상당한 에너지 절약을 제공할 수 있다.
열 시스템, 특히 냉각 시스템은 펌프를 사용하여, 예를 들어 냉각이 필요한 배 주변, 즉, 열 또는 냉각 소비자가 있는 곳에서 널리 분기될 수 있는 액체 회로에서 열, 특히 냉각 액체를 순환시킨다.
설명의 편의를 위해, 다음에서 냉각에 대해 언급된다.
냉각 소비자(consumers)는 엔진 및 기타 기계 장치, 에어컨 등을 포함할 수 있다.
어떤 상황에서는 서로 다른 소비자의 냉각 요구가 상대적으로 일정한 반면, 다른 상황에서는 예를 들어 엔진이 부분 부하로만 작동할 때 냉각 요구가 예를 들어 평소보다 낮을 수 있다.
서론으로 언급된 종류의 열 또는 냉각 시스템에서 특정 소비자를 통해 순환되는 열 또는 냉각 액체의 양은 PICV, 즉 압력 독립형 제어 밸브에 의해 제어된다. 이러한 밸브는 당업계에 알려져 있으며 일반적으로 밸브에 가해지는 차압(differential pressure)의 일부를 흡수하고 대개 차압 조절기로 알려진 압력 흡수 파트 또는 메커니즘을 포함하여, 밸브의 다른 파트는 잔류 차압에 의존하여 적어도 대략적으로 밸브를 통해 목표 유동을 제공할 수 있으며, 상기 잔류는 밸브의 압력 흡수부에 의해 조절된다. 따라서, 밸브의 압력 흡수 파트에 의해 잔류 압력이 일정하게 유지될 수 있다.
PICV는 이를 통과하는 유동을 적절하게 조절할 수 있도록 특정 차압이 인가될 것을 요구한다.
따라서, 종래 기술의 열 또는 냉각 시스템에서, 펌프 시스템은 열 또는 냉각 시스템 전체에 걸쳐 충분한 차압이 발견되는 것을 보장하는 수준에서 작동된다.
그러나, 많은 경우 이렇게 제공되는 차압의 상당 부분이 시스템의 PIVC에 의해 흡수되기 때문에, 열 또는 냉각 시스템 전체에 걸쳐 충분한 차압을 보장하기 위해 펌프 시스템을 높은 수준의 기본 설정에서 실행하면 에너지의 막대한 손실을 수반한다.
본 발명의 목적은 이러한 에너지 손실을 줄이는 것이다.
제1 측면에서, 목적은 서론으로 언급된 종류의 열 시스템에서 수득되며, 차압이 상기 압력 독립형 제어 밸브의 임계 압력을 넘는 것을 나타내는 차압을 감지하도록 조정된 차압 센서에 의해 특징 지어지고, 상기 차압 센서의 신호는 상기 제어 장치에 의해 펌프 시스템을 제어하기 위한 기초로서 사용된다.
압력 독립형 제어 밸브(PICV)와 관련하여 "임계"라는 용어에 의해 펌프 에너지가 너무 낮은 수준으로 낮아지면 차압이 너무 낮아질 위험이 있는 열 또는 냉각 시스템의 PICV가 이해되어야 한다.
"요소(예를 들어, 밸브)에 대한 차압", "요소(예를 들어, 밸브)에 적용되는 차압" 등의 표현에 의해 상기 요소의 (즉시)상류 압력과 상기 요소의 (즉시)하류 압력 사이의 차이가 이해되어야 한다.
주어진 PICV의 차압에 대한 요구는 주어진 열 또는 냉각 시스템에서 임계 PICV로 간주할 PICV를 선택할 때 고려해야 하는 다른 PICV의 차압에 대한 요구와 다를 수 있음을 이해해야 한다.
차압 센서에 의해 감지되거나 측정되는 차압은 열(thermal) 소비자(consumer) 및 그에 부착된 PICV에 대한 결합 차압 일 수 있다. 이러한 경우, 측정된 차압은 PICV에 대한 차압을 나타내는 것으로서, 열 클라이언트의 유동 저항이 적어도 추정값에 의해 알려진 경우, 측정된 차압과 알려진 또는 추정된 열 소비자의 유동 저항에 관한 값을 기반으로, PICV에 대한 차압은 표시된 차압으로 계산되거나 근사화될 수 있다.
"펌프 시스템"이라는 용어와 관련하여, 펌프 시스템은 당업계에 알려진 바와 같이, 단일 펌프 또는 병렬이나 직렬로 작동하는 더 많은 수의 펌프를 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
일 실시예에서, 열 액체는 물, 바람직하게는 담수이다. 여기서 "담수"는 해양 선박이 일반적으로 항해하는 염수와 반대인 것으로 이해되어야 한다. 따라서, "담수"라는 용어는 일반적으로 열 또는 냉각 시스템의 순환 액체에 첨가되는 부식 억제제 등과 같은 첨가제를 제외하는 것으로 이해되어서는 안된다.
일 실시예에서, 열 소비자 각각은 압력 독립형 제어 밸브와 직렬로 정렬되어, 열 액체 유동의 총량이 압력 독립형 제어 밸브에 의해 제어되고 균형을 이룬다. 이는 시스템 전체에 걸쳐 열 또는 냉각 액체 유동에 대한 우수한 제어를 제공한다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 제1 열 소비자는 제어 가능한 압력 독립형 제어 밸브와 직렬로 정렬되며, 바람직하게는 압력 및/또는 온도 센서가 상기 제1 열 소비자에 부착되어 제어 가능한 압력 독립형 제어 밸브를 제어하는 제어 신호를 제공한다. 제어 가능한 압력 독립형 제어 밸브는 당업계에 알려진 바와 같으며, 예를 들어, 그 자체가, 예를 들면, 온도 센서로부터 입력을 수신하는 제어 요소에 의해 위치가 제어되는 밸브 몸체를 포함할 수 있으며, 제어 요소는 밸브 몸체의 위치를 조정하여 PICV를 통한, 이에 따라 PICV에 부착된 열 또는 냉각 소비자를 통한, 유동을 조정하고, 센서에 의해 감지된 온도는 실질적으로 일정하게 또는 주어진 방식에 따라 유지될 수 있다. 제어 요소가 압력 센서로부터 입력을 수신하거나 PICV가 외부 신호, 예를 들면, 모터의 작동 신호 또는 냉각 또는 가열이 필요한 개별 소비자의 다른 외부 신호,에 의해 제어될 수도 있다.
온도에 기초하여 제어 가능한 PICV를 제어하는 것은 특정 온도에 대한 대안 또는 보완으로서 온도차에 기초하여 이루어질 수 있다. 따라서, 예를 들면, 각 소비자에 걸친 온도차가 측정되어 제어 가능한 PICV를 제어하기 위한 온도차 신호를 제공할 수 있다. 제어용 온도의 측정값은, 특정한 온도거나 온도차일 수 있으며, 적절한 열 액체로부터 수득되거나, 열 액체 회로의 열 액체가 제 1 사이드에서 유동하는 열 교환기의 제 2 사이드의 유체로부터 수득될 수 있다.
온도 기반 PICV 제어는, 특정한 온도거나 온도차일 수 있으며, 예를 들면, 작동 신호 기반 제어와 결합될 수 있다. 그러한 경우, 장비, 예를 들면 개별 소비자인 엔진,의 시동 시, 온도 신호를 수신하기 전에 작동 신호를 수신하는 경우, PICV가 완전히 열리도록 조정하는 것이 가능하다. 이로써 장비 시동 시 신속한 열 발생에 비해 냉각/열 액체로부터 온도 측정에 따른 느린 반응으로 인해 충분한 냉각이 이루어지지 않아 장비가 작동을 멈추는(tripping) 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 열 소비자는 병렬 및/또는 직렬로 정렬된 다수의 부(minor) 열 소비자들을 포함하고 상기 부 열 소비자들은 대응하는 제2 압력 독립형 제어 밸브와 공통으로 직렬 정렬된다. 이로써 열 시스템의 PICV 수는 모든 단일 소비자가 자체 PICV에 연결되는 시스템에 비해 줄어들 수 있다.
일 실시예에서, 각 압력 독립형 제어 밸브에 대한 차압을 나타내는 각각의 차압을 감지하도록 조정된 더 많은 차압 센서가 제공된다. 특히, 각 PICV는 각각의 차압 센서를 포함하거나 부착한 것으로 예상된다. 이는, 예를 들면, 어떤 PICV가 중요한 PICV인지 결정하는 것이 어렵거나 불가능한 열 시스템에 적합할 수 있다. 이는, 예를 들면, 특정 열 소비자가 때때로 차단되고 실제로 열 시스템(의 활성 부분)에서 제거되는 열 시스템의 경우일 수 있다. 이러한 실시예에서, 펌프 시스템을 제어하기 위한 제어 장치는 펌프 시스템을 제어하기 위한 기초로서 각각의 압력 독립형 제어 밸브에 대해 요구되는 차압에 가장 가까운 표시 차압을 사용하도록 조정될 수 있다. 따라서, 제어 장치는 차압이 측정, 계산 또는 표시되는 PICV의 차압 요구 사항을 갖고 있어야 하며 이러한 PICV 각각에 대해 차압 요구를 비교해야 하고, 각 PICV에 대한 측정, 계산 또는 표시되는 차압이 측정, 계산 또는 표시되는 차압과 차압 요구 사이의 차이가 가장 작은 PICV를 결정한 다음, 해당 PICV에 대한 차압을 펌프 시스템을 제어하기 위한 기초로 사용해야 한다.
압력 측정은 내장형 PT 플러그 또는 영구적으로 장착된 압력(차이) 센서를 통해 PICV에 포함될 수 있다. 이러한 압력 센서로부터의 출력 신호는 제어 장치에 별도로 전달될 수 있거나 PICV의 액추에이터에 내장되어 이를 통해 제어 장치에 전달될 수 있다. 이와 관련하여 통신 네트워크(MODBUS 등)가 사용될 수 있다. 따라서, PICV(들) 및/또는 이들의 각 액추에이터는 펌프 속도를 제어하는 네트워크를 구성할 수 있다.
일 실시예에서 열 시스템은 중앙 열 유닛; 중앙 열 유닛을 통과하는 열 액체 회로의 분기; 중앙 열 유닛을 우회하는 열 액체 회로의 우회로; 상기 분기를 통한 유량 및 상기 우회로를 통한 유량을 제어하는 3-방향 밸브; 상기 분기 및 상기 우회로 하류의 유동 온도를 측정하는 온도 센서; 및 온도 센서로부터의 신호에 응답하여 상기 3-방향 밸브를 제어하는 제어기를 더 포함한다. 중앙 열 유닛은 열 시스템이 냉각 시스템인지 열 시스템인지에 따라 더 차갑거나 더 뜨거운 열 액체를 제공할 수 있으며, 중앙 열 유닛로부터의 액체는 3-방향 밸브에 의해 열 액체 회로로 흐르는 열 액체에 혼합되어 열 액체 회로에서 목표 유동 온도를 얻을 수 있다.
다른 실시예에서, 열 시스템은 중앙 열 유닛; 상기 중앙 열 유닛은 주 사이드와 보조 사이드를 갖는 열 교환기를 포함하며, 주 사이드는 열 시스템의 열 액체 회로의 일부이고 중앙 열 유닛의 보조 사이드는 열 교환기 펌프 시스템에 의해 제2 열 액체가 공급되며; 중앙 열 유닛을 통과하는 열 액체 회로의 분기; 중앙 열 유닛을 우회하는 열 액체 회로의 우회로; 상기 분기를 통한 유량 및 상기 우회로를 통한 유량을 제어하는 3-방향 밸브; 상기 분기 및 상기 우회로 하류의 유동 온도를 측정하는 온도 센서; 및 온도 센서로부터의 신호에 응답하여 열 교환기 펌프 시스템을 제어하는 제어기를 더 포함한다. 이 실시예에서, 중앙 열 유닛은 열 시스템이 냉각 시스템인지 또는 열 시스템인지에 따라, 그리고 열교환기 펌프 시스템에 제공되는 에너지를 조절하여 열 교환기 펌프 시스템의 작동 수준을 조정함으로써 더 차갑거나 더 뜨거운 열 액체를 제공할 수 있으며, 열 교환기에서 전달되는 열량은 조절되어 열 액체 회로의 유동 온도를 열 액체 회로의 목표 유동 온도에 근접하도록 조절할 수 있다.
추가 실시예에서, 제어기는 온도 센서로부터의 적어도 하나의 신호에 응답하여 상기 3-방향 밸브도 제어하도록 조정된다. 이에 따라, 예를 들어, 중앙 열 유닛이 전달할 수 있는 최소량에 비해 열 액체 회로에 유입되는 냉각량 또는 가열량을 줄이는 것이 가능하다.
제2 측면에서, 본 발명에 따른 열 시스템을 포함하는 해양 선박에 의해 목적이 달성된다.
제3 측면에서, 본 발명은 위에 개괄된 본 발명에 따른 열 시스템 제어 방법에 의해 수득되며, 펌프 시스템에 의해 열 액체 회로에서 열 액체를 순환시키는 단계; 상기 압력 독립형 제어 밸브 중 임계 밸브에 대한 차압을 나타내는 신호를 차압 센서로부터의 수득하는 단계; 차압 센서로부터 목표 범위 내의 신호값을 수득하기 위하여 펌프 시스템의 출력을 조정하는 단계를 포함한다. 이는 에너지 손실을 감소시키는 결과를 가져온다.
일 실시예에서, 이에 따라, 열 시스템은 각 압력 독립형 제어 밸브에 대한 차압을 나타내는 각각의 차압을 감지하도록 조절된 더 많은 차압 센서를 포함하며, 상기 방법은 차압 센서 각각에 대해, 각각의 차압 센서에 의해 제공되는 신호의 필요한 최소값을 결정하는 단계 및 각각의 요구되는 최소값에 대해 가장 낮은 값의 신호를 제공하는 차압 센서 중 하나의 신호에 따라 펌프 시스템의 출력을 조정하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예에서, 펌프 시스템을 제어하기 위한 제어 장치는 펌프 시스템을 제어하기 위한 기초로서 각각의 압력 독립형 제어 밸브에 대해 요구되는 차압에 가장 가까운 표시 차압을 사용하도록 조정될 수 있다. 따라서, 제어 장치는 차압이 측정, 계산 또는 표시되는 PICV의 차압 요구 사항을 갖고 있어야 하며 이러한 PICV 각각에 대해 차압 요구를 비교해야 하고, 각 PICV에 대한 측정, 계산 또는 표시되는 차압이 측정, 계산 또는 표시되는 차압과 차압요구사이의 차이가 가장 작은 PICV를 결정한 다음, 해당 PICV에 대한 차압을 펌프 시스템을 제어하기 위한 기초로 사용한다.
일 실시예에서, 적어도 하나의 제1 열 소비자는 제어 가능한 압력 독립형 제어 밸브와 직렬로 정렬되고, 압력 및/또는 온도 센서가 상기 제1 열 소비자에 부착되며, 상기 방법은 압력 및/또는 온도 센서로부터의 제어 신호를 수득하는 단계 및 상기 압력 및/또는 온도 센서로부터의 제어 신호에 따라 상기 제어 가능한 압력 독립형 제어 밸브를 조절하는 단계를 포함한다. 그러한 실시예에서, 센서에 의해 감지된 온도는 실질적으로 일정하게 또는 주어진 방식에 따라 유지될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 열 시스템은 중앙 열 유닛; 중앙 열 유닛을 통과하는 열 액체 회로의 분기; 중앙 열 유닛을 우회하는 열 액체 회로의 우회로; 상기 분기를 통한 유량 및 상기 우회로를 통한 유량을 제어하는 3-방향 밸브; 상기 분기 및 상기 우회로 하류의 유동 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하고, 상기 방법은 상기 온도 센서로부터 온도 신호를 수득하는 단계 및 온도 센서로부터의 온도 신호에 응답하여 상기 3-방향 밸브를 제어하는 단계를 포함한다. 중앙 열 유닛는 열 시스템이 냉각 시스템인지 열 시스템인지에 따라 더 차갑거나 더 뜨거운 열 액체를 제공할 수 있으며, 중앙 열 유닛으로부터의 액체는 3-방향 밸브에 의해 열 액체 회로에 흐르는 열 액체에 혼합되어 열 액체 회로에서 목표 유동 온도를 수득할 수 있다.
일 실시예에서, 이에 따라, 상기 열 시스템은 중앙 열 유닛; 상기 중앙 열 유닛은 주 사이드와 보조 사이드를 갖는 열 교환기를 포함하며, 주 사이드는 열 시스템의 열 액체 회로의 일부이고 중앙 열 유닛의 보조 사이드는 열 교환기 펌프 시스템에 의해 제2 열 액체가 공급되며; 중앙 열 유닛을 통과하는 열 액체 회로의 분기; 중앙 열 유닛을 우회하는 열 액체 회로의 우회로; 상기 분기를 통한 유량 및 상기 우회로를 통한 유량을 제어하는 3-방향 밸브; 및 상기 분기 및 상기 우회로 하류의 유동 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하고, 상기 방법은 온도 센서로부터 온도 신호를 수득하는 단계 및 온도 센서로부터의 신호에 응답하여 열 교환기 펌프 시스템을 제어하는 단계를 포함한다. 이 실시예에서, 중앙 열 유닛은, 열 시스템이 냉각 시스템인지 또는 열 시스템인지에 따라, 그리고 열교환기 펌프 시스템에 제공되는 에너지를 조절하여, 열 교환기 펌프 시스템의 작동 수준을 조절함으로써 더 차갑거나 더 뜨거운 열 액체를 제공할 수 있으며, 열 교환기에서 전달되는 열량은 조절되어 열 액체 회로의 유동 온도를 열 액체 회로의 목표 유동 온도에 근접하도록 조절할 수 있다.
추가 측면에서, 본 발명은 열 시스템용 제어 장치를 포함하며, 상기 제어 장치는 전술한 방법을 수행하도록 구성된다.
본 발명의 한 측면을 참조하여 설명된 실시예 및 이점은 달리 언급되지 않는 한 다른 측면에도 또한 적용된다.
본 발명의 목적은 이러한 에너지 손실을 줄이는 것이다.
이하에서, 본 발명은 개략도를 참조하여 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 냉각 시스템의 다이어그램을 나타낸다.
도 1a는 본 발명에 따른 냉각 시스템의 대안적인 실시예의 다이어그램을 나타낸다.
도 2는 압력/유동 체제에서 PICV의 특성을 도시한다.
도 1은 해양 선박에 설치된 열 시스템, 특히 냉각 시스템을 도시한다.
시스템은 냉각 액체 회로(circuit)(10); 본 예에서는 냉각 액체 회로(10)에서 냉각 액체를 순환시키기 위한 단일 펌프 특징으로 표현되는 펌프 시스템(11); 다수의 냉각 소비자(consumers)(20)로서, 상기 냉각 소비자는 냉각 액체 회로(10)에 병렬로 정렬되고, 상기 냉각 소비자는 대응하는 압력 독립형 제어 밸브(PICV, 30)와 직렬로 정렬하는; 및 펌프 시스템(11)을 제어하기 위한 제어 장치(12)를 포함한다.
시스템은 상기 압력 독립형 제어 밸브(30)의 임계 밸브(30.1a)에 대한 차압을 나타내는 차압을 감지하도록 조정된 차압 센서(13)를 더 포함한다.
냉각 액체 회로(10)에서 순환되는 냉각 액체는 본 실시예에서는 부식 등을 방지하기 위해 통상적인 첨가제가 첨가된 담수이다.
본 실시예에서 냉각 소비자(20) 각각은 압력 독립형 제어 밸브(30)와 직렬로 정렬되어 냉각 액체 유동의 총량이 압력 독립형 제어 밸브(30)에 의해 제어되고 균형을 이룬다.
제1 냉각 소비자 그룹(20.1)은 각각 제어 가능한 제1 압력 독립형 제어 밸브(30.1)와 직렬로 정렬된다. 압력 및/또는 온도 센서(20.11)는 각각 제1 냉각 소비자(20.1)에 개별적으로 부착되어 제어 가능한 제1 압력 독립형 제어 밸브(30.1)를 제어하기 위한 제어 신호를 제공한다.
본 실시예에서, 제2 냉각 소비자(20.2)는 병렬로 정렬되는 다수(표시된 예에서는 2개)의 부 냉각 소비자(20.2a)들을 포함하는데, 상기 부 냉각 소비자(20.2a)들은 대응하는 제2 압력 독립형 제어 밸브(30.2)와 공통으로 직렬 정렬된다.
본 실시예에서, 제3 압력 독립형 제어 밸브(30.3)와 직렬로 각각 연결되는 제3 냉각 소비자(20.3) 그룹은 낮은 냉각수 온도에 대한 더 적은 요구를 갖는 제4 냉각 소비자(20.3a)와 공통으로 직렬 정렬된다. 따라서 제4 냉각 소비자(20.3a)를 통한 유동은 제3 냉각 소비자(20.3)를 통한 결합 유동의 총합이다.
냉각 시스템은 중앙 냉각 유닛(40)을 더 포함한다.
냉각 액체 회로의 분기(10.1)는 중앙 냉각 유닛(40)을 통과하고 냉각 액체 회로(10)의 우회로(10.2)는 중앙 냉각 유닛(40)을 우회한다. 3-방향 밸브(10.3)는 분기(10.1)를 통과하는 유량과 우회로(10.2)를 통과하는 유량을 제어한다. 온도 센서(10.4)는 분기(10.1) 및 우회로(10.2) 하류의 유동 온도를 측정한다. 온도 센서(10.4)로부터의 신호에 응답하여 3-방향 밸브(10.3)를 제어하기 위해 제어기(10.5)가 제공된다.
중앙 냉각 유닛(40)은 냉각 액체 회로(10)에서 순환하는 냉각 액체에 대해, 특히 3-방향 밸브(10.3)로 유입되는 냉각 액체에 대해 더 차가운 냉각 액체를 제공하고, 온도 센서(10.4)에 의해 측정된 냉각 액체 회로(10)의 목표 유동 온도를 수득하기 위해, 중앙 냉각 유닛(40)로부터의 더 차가운 액체는 3-방향 밸브(10.3)에 의해 냉각 액체 회로(10)에서 유동하는 냉각 액체에 혼합될 수 있다.
중앙 냉각 유닛(40)은 주 사이드(40.1a)와 보조 사이드(40.1b)를 갖는 열 교환기(40.1)를 포함한다. 주 사이드(40.1a)는 냉각 시스템의 냉각 액체 회로(10)의 일부이다. 중앙 냉각 유닛(40)의 보조 사이드(40.1b)에는 열 교환기 펌프 시스템(40.2)에 의해 제2 열 액체가 공급된다. 나타낸 실시예에서, 제2 열 액체는, 선박이 항해하는 주변 해수로부터 해수 유입구(40.3)를 통해 취수(taken)되고 열 교환기(40.1)의 보조 사이드(40.1b)를 경유하여 열 교환기 펌프 시스템(40.2)에 의해 순환되고 해수 배출구(40.4)를 통해 주변 해수로 다시 배출되는 해수이다.
일 실시예에서, 제어기, 예를 들면, 제어 장치(12)는 온도 센서(10.4)로부터의 신호에 응답하여 열 교환기 펌프 시스템(40.2)을 제어하도록 조정된다.
이러한 실시예에서, 중앙 냉각 유닛(40)은 열 교환기(40.1)를 통해 물의 전량이 통과하도록 우회로(10.2)를 차단하도록 3-방향 밸브(10.3)를 조정함으로써 냉각 액체 회로에서 순환되는 물 전량의 냉각을 대비할 수 있다. 열 교환기 펌프 시스템(40.2)에 제공되는 에너지를 조절하여 열 교환기 펌프 시스템(40.2)의 작동 수준을 조절함으로써,열 교환기에서 전달되는 열량을 조절하고 열 액체 회로의 유동 온도를 온도 센서(10.4)에 의해 표시되는 목표 유동 온도에 근접하도록 조절할 수 있다.
또한 이러한 실시예에서, 제어 장치(12)는 3-방향 밸브(10.3)도 제어하거나 또는 온도 센서(10.4)로부터의 적어도 하나의 신호에 응답하여 제어기(10.5)를 활성화하도록 조정될 수 있다. 이에 따라, 예를 들면, 중앙 열 유닛(40)이 전달할 수 있는 최소량과 비교하여 열 액체 회로(10)에 도입되는 냉각량을 줄이는 것이 가능하다.
위에서 지적된 바와 같이, 냉각 소비자(20)는 각각 압력 독립형 제어 밸브(30)와 직렬로 정렬되어, 냉각 액체 회로(10)의 냉각 액체의 유동은 압력 독립형 제어 밸브(30)에 의해 제어되고 균형을 이룬다.
압력 독립형 제어 밸브(30)는 각각의 압력 독립형 제어 밸브(30)에 대해 목표한대로 유동을 제어할 수 있도록 특정한 최소 차압을 각각 필요로 한다. 이러한 차압은 펌프 시스템(11)에 의해 냉각 액체 회로(10) 전체에 제공된다.
냉각 액체 회로(10) 전체에 걸쳐 충분한 차압을 확보하도록 펌프 시스템(11)에 공급되는 전력을 최소한으로 줄이기 위해, 차압 센서(13)에 의해 임계 압력 독립형 제어 밸브(30.1a)에 인가되는 차압의 표시가 수득되고, 펌프 시스템(11)은 임계 압력 독립형 제어 밸브(30.1a)에 인가되는 차압의 상기 표시에 따라 제어 장치(12)에 의해 조절된다. 이로써 펌프 시스템이 기본 출력으로 지속적으로 작동되는 시스템에 비해 상당한 에너지 절약이 수득된다.
도 1a에서, 대안적인 실시예가 도시되어, 차압 센서(13a)에 의해 예시된 바와 같이, 더 많은 차압 센서가 각 압력 독립형 제어 밸브(30)에 대한 차압을 나타내는 각 차압을 감지하도록 조정되어 제공되고, 펌프 시스템(11)을 제어하기 위한 제어 장치(12)는 대응하는 압력 독립형 제어 밸브에 대해 펌프 시스템을 제어하기 위한 기초로서 요구되는 차압에 가장 가까운 표시 차압을 사용하도록 조정된다. 특히, 각 압력 독립형 제어 밸브(30)는 대응하는 차압 센서를 포함하거나 부착한 것으로 예상된다.
도 2는 냉각 액체 회로(10)의 각 압력 독립형 제어 밸브(30)에 의해 일반적으로 일정 유동이 어떻게 제공되는지를 도시한다(모든 압력 독립형 제어 밸브(30)는 동일한 유동을 제공하기 위한 것으로 가정). Pmin은 임계 압력 독립형 제어 밸브(30.1a)에 의해 요구되는 최소 차압을 나타낸다. 펌프 시스템(11)은, 차압 센서(13)에 의해 표시된 바와 같이, 임계 압력 독립형 제어 밸브(30.1a)에서 압력 Pc를 제공하는 속도에서 작동하도록 조절된다. 냉각 액체 회로(10)에서의 일반적인 압력 손실로 인해 가장 낮은 차압은 임계 압력 독립형 제어 밸브(30.1a) 근처에 있게 되며 냉각 액체 회로(10)의 나머지 전체에 걸쳐 더 높은 차압이 도 2에서 Psyst에 의해 표시된 것처럼 나타내진다. 각 압력 독립형 제어 밸브(30)의 차압 조절기는 상기 밸브에 대한 각 압력 독립형 제어 밸브(30)에서 불필요한 압력을 흡수하여 도 2에 표시된 바와 같이 목표 유동을 제공하며, 이는 당업자에게 잘 알려져 있다.
10 열/냉각 액체 회로
11 펌프 시스템
12 제어 장치
13 차압 센서
20 열/냉각 소비자
30 압력 독립형 제어 밸브
40 중앙 열/냉각 유닛

Claims (18)

  1. 열 액체 회로(10);
    상기 열 액체 회로(10) 내에서 열 액체를 순환시키기 위한 펌프 시스템(11);
    다수의 열 소비자(20)로서, 상기 열 소비자는 상기 열 액체 회로(10) 내에서 병렬로 정렬되고, 상기 열 소비자는 대응하는 압력 독립형 제어 밸브(PICV, 30)와 직렬로 정렬하며; 및
    상기 펌프 시스템(11)을 제어하기 위한 제어 장치(12)를 포함하고,
    상기 압력 독립형 제어 밸브 중 임계 밸브(30.1a)에 대한 차압을 나타내는 차압을 감지하도록 조정된 차압 센서(13)와 상기 차압 센서(13)로부터의 신호가 상기 펌프 시스템을 제어하기 위한 기초로서 제어 장치(12)에 의해 사용되는 것을 특징으로 하는, 해양 선박용 열 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열 액체는 물이며, 바람직하게는 담수인, 열 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열 소비자의 각각(20.1, 20.2, 20.3, 20.3a)은 압력 독립형 제어 밸브(30.1, 30.1a, 30.2, 30.3)와 직렬로 정렬되어, 열 액체 유동의 총량은 상기 압력 독립형 제어 밸브(30.1, 30.1a, 30.2, 30.3)에 의해 제어되고 균형을 이루는, 열 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 제1 열 소비자(20.1)는 제어 가능한 압력 독립형 제어 밸브(30.1, 30.1a)와 직렬로 정렬되고, 바람직하게는, 압력 및/또는 온도 센서(20.11)가 상기 제1 열 소비자(201)에 부착되어 상기 제어 가능한 압력 독립형 제어 밸브(30.1, 30.1a)를 제어하기 위한 제어 신호를 제공하는, 열 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 제2 열 소비자(20.2)는 병렬 및/또는 직렬로 정렬된 다수의 부 열 소비자(20.2a, 20.2b)를 포함하여, 상기 다수의 부 열 소비자(20.2a, 20.2b)가 대응하는 제2 압력 독립형 제어 밸브(30.2)와 공통으로 직렬 정렬되는, 열 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 대응하는 압력 독립형 제어 밸브에 대한 차압을 나타내는 각각의 차압을 감지하도록 조정된 다수의 차압 센서(13, 13a)가 제공되고, 바람직하게는, 상기 펌프 시스템을 제어하기 위한 상기 제어 장치는 대응하는 압력 독립형 제어 밸브에 대해 상기 펌프 시스템을 제어하기 위한 기초로서 요구되는 차압에 가장 가까운 표시 차압을 사용하도록 조정되는, 열 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    중앙 열 유닛(40);
    상기 중앙 열 유닛(40)을 통과하는 상기 열 액체 회로(10)의 분기(10.1);
    상기 중앙 열 유닛(40)을 우회하는 상기 열 액체 회로(10)의 우회로(10.2);
    상기 분기(10.1)를 통한 유량 및 상기 우회로(10.2)를 통한 유량을 제어하는 3-방향 밸브(10.3);
    상기 분기(10.1) 및 상기 우회로(10.2) 하류의 유동 온도를 측정하는 온도 센서(10.4); 및
    상기 온도 센서(10.4)로부터의 신호에 응답하여 상기 3-방향 밸브(10.3)를 제어하기 위한 제어기(10.5)를 더 포함하는, 열 시스템.
  8. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
    중앙 열 유닛(40);
    상기 중앙 열 유닛(40)은 주 사이드(40.1a)와 보조 사이드(40.1b)를 구비하는 열 교환기(40.1)를 포함하고, 상기 주 사이드(40.1a)는 상기 열 시스템의 상기 열 액체 회로(10)의 일부이고, 상기 중앙 열 유닛(40)의 상기 보조 사이드(40.1b)로 열 교환기 펌프 시스템(40.2)에 의해 제2 열 액체가 공급되며;
    상기 중앙 열 유닛(40)을 통과하는 상기 열 액체 회로(10)의 분기(10.1);
    상기 중앙 열 유닛(40)을 우회하는 상기 열 액체 회로(10)의 우회로(10.2);
    상기 분기(10.1)를 통한 유량 및 상기 우회로(10.2)를 통한 유량을 제어하는 3-방향 밸브(10.3);
    상기 분기(10.1) 및 상기 우회로(10.2) 하류의 유동 온도를 측정하는 온도 센서(10.4); 및
    상기 온도 센서(10.4)로부터의 신호에 응답하여 열 교환기 펌프 시스템(40.2)을 제어하기 위한 제어기(12) 를 더 포함하는, 열 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어기(12)는 또한 상기 온도 센서(10.4)로부터의 적어도 하나의 신호에 응답하여 상기 3-방향 밸브(10.3)를 제어하도록 조정되는, 열 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 시스템은 냉각 시스템인 열 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 시스템은 해양 선박에 설치되는, 열 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 열 시스템을 포함하는 해양 선박.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 열 시스템의 제어 방법으로서,
    펌프 시스템(11)에 의해 열 액체 회로(10) 내에서 열 액체를 순환시키는 단계;
    압력 독립형 제어 밸브 중 임계 밸브(30.1a)에 대한 차압을 나타내는 신호를 차압 센서(13)로부터 수득하는 단계; 및
    차압 센서(13)로부터 목표 범위 내의 신호값을 수득하기 위하여 펌프 시스템(11)의 출력을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 열 시스템은 대응하는 압력 독립형 제어 밸브(30)에 대한 차압을 나타내는 각 차압을 감지하도록 조정된 다수의 차압 센서(13, 13a)를 포함하고, 상기 방법은 상기 차압 센서 각각에 대해, 각 차압 센서에 의해 제공되는 신호의 필요한 최소값을 결정하는 단계 및 요구되는 각 최소값에 대해 가장 낮은 값의 신호를 제공하는 차압 센서 중 하나의 신호에 따라 펌프 시스템의 출력을 조정하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 적어도 하나의 제1 열 소비자(20.1)가 제어 가능한 압력 독립형 제어 밸브(30.1, 30.1a)와 직렬로 정렬되고, 압력 및/또는 온도 센서(20.11)가 상기 제1 열 소비자(201)에 부착되며, 상기 방법은 상기 압력 및/또는 온도 센서(20.11)로부터 제어 신호를 수득하는 단계 및 상기 압력 및/또는 온도 센서(20.11)로부터의 제어 신호에 따라 상기 제어 가능한 압력 독립형 제어 밸브(30.1, 30.1a)를 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 시스템은:
    중앙 열 유닛(40);
    상기 중앙 열 유닛(40)을 통과하는 상기 열 액체 회로(10)의 분기(10.1);
    상기 중앙 열 유닛(40)을 우회하는 상기 열 액체 회로(10)의 우회로(10.2);
    상기 분기(10.1)를 통한 유량 및 상기 우회로(10.2)를 통한 유량을 제어하는 3-방향 밸브(10.3); 및
    상기 분기(10.1) 및 상기 우회로(10.2) 하류의 유동 온도를 측정하는 온도 센서(10.4)를 포함하고,
    상기 방법은 상기 온도 센서(10.4)로부터 온도 신호를 수득하는 단계 및 상기 온도 센서(10.4)로부터의 온도 신호에 응답하여 상기 3-방향 밸브(10.3)를 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 시스템은:
    중앙 열 유닛(40);
    상기 중앙 열 유닛(40)은 주 사이드(40.1a)와 보조 사이드(40.1b)를 구비하는 열 교환기(40.1)를 포함하고, 상기 주 사이드(40.1a)는 상기 열 시스템의 상기 열 액체 회로(10)의 일부이고, 상기 중앙 열 유닛(40)의 상기 보조 사이드(40.1b)로 열 교환기 펌프 시스템(40.2)에 의해 제2 열 액체가 공급되며;
    상기 중앙 열 유닛(40)을 통과하는 상기 열 액체 회로(10)의 분기(10.1);
    상기 중앙 열 유닛(40)을 우회하는 상기 열 액체 회로(10)의 우회로(10.2);
    상기 분기(10.1)를 통한 유량 및 상기 우회로(10.2)를 통한 유량을 제어하는 3-방향 밸브(10.3); 및
    상기 분기(10.1) 및 상기 우회로(10.2) 하류의 유동 온도를 측정하는 온도 센서(10.4)를 포함하고,
    상기 방법은 상기 온도 센서(10.4)로부터 온도 신호를 수득하는 단계 및 상기 온도 센서(10.4)로부터의 상기 신호에 응답하여 열 교환기 펌프 시스템(40.2)을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 열 시스템용 제어 장치(10.5, 12)로서, 상기 제어 장치는 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 조정되는 제어 장치(10.5, 12).
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